專利名稱：激勵裝置及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
激勵裝置及其系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及磁共振領(lǐng)域，特別是涉及一種磁共振激勵裝置及其系統(tǒng)。背景技術(shù)：
MRE (Magnetic Resonance Elastography，磁共振彈性成像)是 Muthupillai 等人于1995年提出的一種動態(tài)的成像技術(shù)，其基本原理是基于磁共振成像技術(shù)檢測體內(nèi)組織在外部激勵機械波作用下產(chǎn)生的質(zhì)點位移，由此來推算被檢測組織的(剪切)彈性系數(shù)分布圖。彈性(或硬度)是人體組織物理性質(zhì)中一種重要的機械力學(xué)參數(shù)，生物組織的彈性模量或硬度依賴于其分子組成以及相應(yīng)的微觀結(jié)構(gòu)，與其生物學(xué)特性緊密相關(guān)。生物組織的彈性變化常與病理現(xiàn)象緊密相關(guān)，病變組織和正常組織往往存在彈性模量或硬度的差異，這種差異在在臨床疾病診斷和鑒別中有重要意義。傳統(tǒng)的成像方法，如超聲，CT，磁共振成像都不能提供組織生物力學(xué)方面的信息，而MRE作為一種新型的無創(chuàng)成像方法，能直觀顯示和量化人體內(nèi)部組織彈性，并對組織的彈性成像，使“影像觸診”成為可能，在醫(yī)學(xué)診斷上具有很好的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。磁共振成像技術(shù)的基本原理是利用對組織施加的機械振動引起的組織內(nèi)部的形變來估計剪切模量的。磁共振兼容的外部激勵裝置產(chǎn)生的諧振剪切波由被檢測的組織表面?zhèn)鲗?dǎo)入組織內(nèi)部，由于機械波作用組織內(nèi)部產(chǎn)生質(zhì)點位移，利用磁共振相位對比技術(shù)獲得相位差可檢測此微小位移，根據(jù)獲得的波動的相位圖可推算被檢測組織的(剪切)彈性系數(shù)分布圖。由此可見，外部機械剪切波激勵裝置是磁共振彈性成像中的關(guān)鍵部分。磁共振彈性成像檢測系統(tǒng)需要研制外部機械激勵裝置對組織或仿體表面提供剪切波，形成微小波動位移來檢測組織彈性特性。傳統(tǒng)的激勵裝置主要采用電磁線圈法，電磁線圈法是靠線圈中的交變電流產(chǎn)生的與主磁場垂直的小磁場來產(chǎn)生振動的。這樣需要線圈放置在掃描床內(nèi)，線圈中的交變電流產(chǎn)生的磁場交變磁場會干擾主磁場的均勻性，影響成像質(zhì)量。

實用新型內(nèi)容基于此，有必要提供一種具有磁兼容性的激勵裝置。一種激勵裝置，包括腔體和至少二揚聲器，所述腔體為具有開口端及與所述開口端相對的密封端的筒體，所述腔體由磁兼容材料制成，且所述開口端設(shè)有密封的彈性薄膜； 所述揚聲器相互間隔且成一定角度地設(shè)置在所述密封端內(nèi)側(cè)。上述激勵裝置的腔體使用磁兼容性的材料制成，使?jié)M足整個裝置磁兼容性的需求，同時還能屏蔽外界聲波或噪聲。同時該激勵裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。進一步地，所述揚聲器的數(shù)量為二。進一步地，所述揚聲器為壓電陶瓷揚聲器。進一步地，所述揚聲器為多層壓電陶瓷揚聲器。壓電陶瓷揚聲器本身具備了一定的磁兼容性，使得整個激勵裝置進一步滿足磁兼容性的需求。進一步地，所述密封端為V形，所述兩個揚聲器分別設(shè)于所述密封端的兩側(cè)面。由于被激勵的人體組織對振動具有一定的衰減性，振動的頻率越高這種衰減就越嚴(yán)重。為了對組織表面能產(chǎn)生低頻的振動，故采用兩個揚聲器成一定角度放置，使聲波在聚焦處差頻，即高頻聲波通過差頻產(chǎn)生了所需低頻合波振動。進一步地，所述所有揚聲器發(fā)出聲波頻率不完全相同。進一步地，所述腔體由塑料制成。此外，還有必要提供一種激勵系統(tǒng)。一種激勵系統(tǒng)，包括信號模塊和激勵裝置，所述信號模塊用于提供激勵信號；所述激勵裝置與所述信號模塊電連接，用于接收所述信號模塊提供的激勵信號，并轉(zhuǎn)換成聲波， 所述激勵裝置包括腔體及至少二揚聲器，所述腔體為具有開口端及與所述開口端相對的密封端筒體，所述腔體由磁兼容材料制成，且所述開口端設(shè)有密封的彈性薄膜；所述至少二揚聲器相互間隔且成一定角度地設(shè)置在密封端的內(nèi)側(cè)，用于接收信號模塊提供的激勵信號， 并轉(zhuǎn)換成聲波。進一步地，所述信號模塊包括信號處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器及音頻放大器；所述信號處理器用于產(chǎn)生數(shù)字信號；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器與所述信號處理器電連接，用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號；所述音頻放大器與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器電連接，用于將模擬信號放大并輸出。進一步地，所述密封端為V形，所述兩個揚聲器為兩個，且分別設(shè)于所述密封端的兩側(cè)邊。上述激勵系統(tǒng)中，激勵裝置的腔體使用磁兼容性的材料制成，使?jié)M足整個裝置磁兼容性的需求，還能屏蔽外界聲波或噪聲。同時該激勵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。

圖1為一實施例的激勵裝置的結(jié)構(gòu)圖圖2為圖1所示激勵裝置的工作示意圖；圖3為一實施例的激勵系統(tǒng)的模塊圖；圖4為圖3所示激勵系統(tǒng)的詳細模塊圖。
具體實施方式為了解決傳統(tǒng)的激勵裝置干擾主磁場的均勻性，影響成像質(zhì)量的問題，提出了一種具有磁兼容性的激勵裝置。請參閱圖1，本實施例的激勵裝置100，包括腔體110和兩個壓電陶瓷揚聲器120、 130。腔體110大致為筒體，由塑料制成，具有開口端及與開口端相對的密封端。開口端設(shè)有密封的彈性薄膜140，密封端為V形。壓電陶瓷揚聲器120和壓電陶瓷揚聲器130分別設(shè)置在腔體110的V形密封端的兩個側(cè)面內(nèi)側(cè)，形成一定角度，使得壓電陶瓷揚聲器120和壓電陶瓷揚聲器130發(fā)出的聲波聚焦于一點。壓電陶瓷揚聲器120和壓電陶瓷揚聲器130發(fā)出的聲波頻率不完全相同，在兩聲波的聚焦點上產(chǎn)生差頻，形成剪切波，剪切波的頻率為壓電陶瓷揚聲器120和壓電陶瓷揚聲器130發(fā)出的聲波頻率之差。[0028]由于被激勵的人體組織對振動具有一定的衰減性，振動的頻率越高這種衰減就越嚴(yán)重。為了使振動能夠在組織內(nèi)很好的傳播，直達具有一定深度的感興趣區(qū)域，例如乳腺中的腫瘤病灶區(qū)域，振動的頻率必須限制在低頻范圍，即50-500hz。而壓電陶瓷揚聲器一般頻率響應(yīng)范圍較高，幾十千赫或更高。為了對組織表面能產(chǎn)生低頻的振動，故采用兩個壓電陶瓷揚聲器成一定角度放置，使聲波在聚焦處差頻，即高頻聲波通過差頻產(chǎn)生了所需低頻合波振動。具體在本實施例中，壓電陶瓷揚聲器120和130均為多層壓電陶瓷揚聲器。請參閱圖2，壓電陶瓷揚聲器120發(fā)出5000hz的聲波，壓電陶瓷揚聲器130發(fā)出5100hz的聲波。 兩個有頻差且頻率相近的聲波在腔體中傳播，在匯聚處產(chǎn)生差頻后將會產(chǎn)生剪切波，該剪切波的頻率是原先兩個聲波的頻率之差，即產(chǎn)生IOOhz的差頻剪切波。調(diào)整壓電陶瓷揚聲器120和壓電陶瓷揚聲器130之間的角度，使得聚焦點位于彈性薄膜140上。彈性薄膜140 緊貼著所需被激勵的人體組織或仿體200上，剪切波通過彈性薄膜140傳遞至人體組織或仿體。整個激勵裝置100和人體組織或仿體200處于磁共振設(shè)備中，通過激勵裝置100產(chǎn)生的剪切波，使得人體組織或仿體200振動。低頻的剪切波直達感興趣部分，外部激勵裝置 100產(chǎn)生的諧振剪切波由被檢測的人體組織或仿體200表面?zhèn)鲗?dǎo)入組織內(nèi)部，產(chǎn)生質(zhì)點位移。利用磁共振相位對比技術(shù)獲得的相位差可檢測此微小位移，根據(jù)獲得的波動的相位圖可推算并重建被測組織的(剪切)彈性系數(shù)分布圖。腔體110使用塑料制成，具有磁兼容性，同時還能屏蔽外界聲波或噪聲。壓電陶瓷揚聲器本身具備了一定的磁兼容性，使得整個激勵裝置100滿足磁兼容性的需求。激勵裝置100可以直接放在磁共振設(shè)備掃描區(qū)內(nèi)，有效的防止了聲波的衰減。同時該激勵裝置100 結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。需要指出的是，壓電陶瓷揚聲器也可以替換成其它壓電材料制成的揚聲器，只要滿足磁兼容性的要求。密封端端可以設(shè)有V形支架，壓電陶瓷揚聲器120和130分別設(shè)置在V形支架上，來使兩揚聲器成一定角度，以替代將密封端設(shè)置為V形的方案。腔體110也可以使用其它磁兼容性材料制成，如銅、鈦等。揚聲器的數(shù)量也可以為兩個以上，且多個揚聲器發(fā)出的聲波頻率不完全相同，其發(fā)出的聲波聚焦于一點，差頻后得到所需要頻率的剪切波，即能滿足要求，例如有三個揚聲器，此時密封端為梯形，三個揚聲器分別安裝在梯形密封端的三個側(cè)面上，三個揚聲器發(fā)出的聲波聚焦于一點。請參閱圖3，還提供了一種使用上述激勵裝置100的激勵系統(tǒng)，激勵系統(tǒng)應(yīng)用于磁共振掃描系統(tǒng)中，包括信號模塊300和激勵裝置100。信號模塊300與激勵裝置100電連接。信號模塊300用于向激勵裝置100提供激勵信號，激勵裝置100用于接收信號模塊300 提供的激勵信號，并轉(zhuǎn)換成聲波。具體在本實施例中，請參閱圖4，信號模塊300包括信號處理器310、數(shù)模轉(zhuǎn)換器 330及音頻放大器350。信號處理器310用于產(chǎn)生數(shù)字信號。數(shù)模轉(zhuǎn)換器330與信號處理器310電連接，用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。音頻放大器350，與數(shù)模轉(zhuǎn)換器330電連接，用于將模擬信號放大并輸出。激勵裝置100的壓電陶瓷揚聲器120及壓電陶瓷揚聲器130，分別與信號模塊300 電連接。信號模塊300向壓電陶瓷揚聲器120及壓電陶瓷揚聲器130提供不同頻率的信號，信號模塊300向壓電陶瓷揚聲器120接收信號模塊300提供的信號，并轉(zhuǎn)換成不同頻率的高頻聲波，在聚焦處產(chǎn)生差頻，產(chǎn)生低頻剪切波，低頻剪切波作用在被激勵物體上，低頻剪切波直達感興趣部分，外部激勵裝置100產(chǎn)生的諧振剪切波由被檢測的人體組織或仿體 200表面?zhèn)鲗?dǎo)入組織內(nèi)部，產(chǎn)生質(zhì)點位移。禾Ij用磁共振相位對比技術(shù)獲得的相位差可檢測此微小位移，根據(jù)獲得的波動的相位圖可推算并重建被測組織的(剪切)彈性系數(shù)分布圖。需要指出的是，在激勵裝置100中，壓電陶瓷揚聲器可以為兩個以上，此時，信號模塊300提供給各個壓電陶瓷揚聲器的信號頻率不完全相同。另外，由于MRE基于磁共振相位對比技術(shù)的特性，即在掃描脈沖序列中加入運動敏感梯度來檢測質(zhì)子運動的信息，運動敏感梯度的周期須與外部振動的周期一致，即與上述差頻后的剪切波周期一致。信號處理器310還用來接收磁共振成像序列中的同步觸發(fā)信號，使得揚聲器產(chǎn)生的聲波差頻之后得到的剪切波與磁共振成像序列中的運動敏感梯度同步，該步驟是磁共振彈性成像對比技術(shù)的關(guān)鍵。以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細， 但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種激勵裝置，其特征在于，包括腔體，為具有開口端及與所述開口端相對的密封端的筒體，所述腔體由磁兼容材料制成，且所述開口端設(shè)有密封的彈性薄膜；及至少二揚聲器，相互間隔且成一定角度地設(shè)置在所述密封端內(nèi)側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激勵裝置，其特征在于，所述揚聲器的數(shù)量為二。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激勵裝置，其特征在于，所述揚聲器為壓電陶瓷揚聲器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激勵裝置，其特征在于，所述揚聲器為多層壓電陶瓷揚聲器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激勵裝置，其特征在于，所述密封端為V形，所述兩個揚聲器分別設(shè)于所述密封端的兩側(cè)面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激勵裝置，其特征在于，所述所有揚聲器發(fā)出聲波頻率不完全相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激勵裝置，其特征在于，所述腔體由塑料制成
8.—種激勵系統(tǒng)，其特征在于，包括信號模塊，用于提供激勵信號；激勵裝置，與信號模塊電連接，用于接收所述信號模塊提供的激勵信號，并轉(zhuǎn)換成聲波，所述激勵裝置包括腔體，為具有開口端及與所述開口端相對的密封端筒體，所述腔體由磁兼容材料制成， 且所述開口端設(shè)有密封的彈性薄膜；及至少二揚聲器，相互間隔且成一定角度地設(shè)置在密封端的內(nèi)側(cè)，用于接收信號模塊提供的激勵信號，并轉(zhuǎn)換成聲波。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激勵系統(tǒng)，其特征在于，所述信號模塊包括信號處理器，用于產(chǎn)生數(shù)字信號；數(shù)模轉(zhuǎn)換器，與信號處理器電連接，用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號；音頻放大器，與數(shù)模轉(zhuǎn)換器電連接，用于將模擬信號放大并輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激勵系統(tǒng)，其特征在于，所述密封端為V形，所述兩個揚聲器為兩個，且分別設(shè)于所述密封端的兩側(cè)邊。
專利摘要一種激勵裝置，包括腔體和至少二揚聲器，所述腔體為具有開口端及與所述開口端相對的密封端的筒體，所述腔體由磁兼容材料制成，且所述開口端設(shè)有密封的彈性薄膜；所述揚聲器相互間隔且成一定角度地設(shè)置在所述密封端內(nèi)側(cè)。上述激勵裝置的腔體使用磁兼容性的材料制成，使?jié)M足整個裝置磁兼容性的需求，同時還能屏蔽外界聲波或噪聲。該激勵裝置可以直接放在磁共振設(shè)備掃描區(qū)內(nèi)，有效的防止了聲波的衰減，同時該激勵裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。此外，還提供了一種激勵系統(tǒng)。
文檔編號A61B5/055GK202198595SQ20112025773
公開日2012年4月25日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者劉新, 張麗娟, 曾成志, 蔡葳蕤, 鄭海榮, 鐘耀祖, 黃文慧 申請人:中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院