下文大體涉及磁共振成像(mri)并且涉及附屬部件,諸如局部射頻(rf)線圈、mr順應(yīng)性心電圖儀器等等。
背景技術(shù):
磁共振(mr)系統(tǒng)使用射頻(rf)脈沖來產(chǎn)生mr信號。這種rf能量從發(fā)射rf線圈通過自由空間被傳輸?shù)交颊摺.?dāng)導(dǎo)電材料被放置在rf場內(nèi)時,電流的集中足以引起過度加熱并且組織損傷會發(fā)生?;颊呃鐣谛碾妶D(ecg)電極附接到患者的點(diǎn)處被燒傷。
高頻電磁場的性質(zhì)使得能量能夠跨開放空間并且通過絕緣體被傳輸。因此,僅具有被縝密設(shè)計(jì)的電流路徑的設(shè)備能夠在mr流程期間安全使用。對于一些設(shè)備,簡單地使導(dǎo)電材料(例如,電線或?qū)Ь€)絕緣或?qū)⑵渑c患者分開可能不足以防止過度加熱或燒傷發(fā)生。
柔性導(dǎo)電線纜存在特殊問題,因?yàn)閞f共振環(huán)能夠取決于線纜如何布局而被形成。例如,心電圖(ecg)電極電線能夠形成環(huán),所述環(huán)可能取決于環(huán)尺寸(例如周長或周界長度)和相對于rf電場向量的取向而在mr共振頻率處共振。如果共振環(huán)被如此形成,則能夠在ecg電極電線中誘發(fā)高電流,并且由于該電線接觸成像對象,能夠?qū)е聼齻?。在表面rf線圈被放置到成像對象上或緊密接近成像對象的情況下,類似的問題能夠出現(xiàn)。
因?yàn)閷?dǎo)電線纜位于mr膛內(nèi)部,所以對mr技術(shù)人員不是容易可見的,使得可能的共振環(huán)不容易通過視覺觀察而被檢測到。即使技術(shù)人員在成像階段準(zhǔn)備期間查找這樣的問題,患者移動也能夠?qū)е略诔上耠A段期間形成共振環(huán)。此外,通常不存在使技術(shù)人員視覺地識別給定環(huán)是否將會在mr頻率處共振的方式。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
根據(jù)一個方面,一種磁共振成像(mri)系統(tǒng)包括:線纜束,其包括導(dǎo)電線纜和多芯光纖,所述多芯光纖與所述導(dǎo)電線纜捆扎在一起以形成所述線纜束;電氣部件,其與所述線纜束的所述導(dǎo)電線纜連接;光纖形狀讀出設(shè)備,其與所述線纜束的所述多芯光纖光學(xué)地耦合,并且被配置為測量注入到所述多芯光纖中的光的反射并被配置為基于反射測量結(jié)果來計(jì)算所述線纜束的形狀;以及處理器,其被配置為基于針對與所述導(dǎo)電線纜捆扎在一起的所述多芯光纖計(jì)算的所述形狀來檢測所述導(dǎo)電線纜的在磁共振頻率處可能共振的部分。所述光纖形狀讀出設(shè)備可以通過執(zhí)行包括以下的方法來計(jì)算所述線纜束的所述形狀:基于所述反射測量結(jié)果來檢測所述多芯光纖中的芯中的光學(xué)長度的變化;以及基于檢測到的光學(xué)長度的變化來確定多芯纖維上的一點(diǎn)處的角度或方向。所述處理器可以被配置為檢測所述導(dǎo)電線纜中的在所述磁共振頻率處可能共振的環(huán)。環(huán)可以例如通過檢測針對與所述導(dǎo)電線纜捆扎在一起的所述多芯光纖計(jì)算的所述形狀的交叉點(diǎn)來檢測。所述mri系統(tǒng)還可以包括磁共振掃描器,其中,所述線纜束的至少一部分被設(shè)置在所述磁共振掃描器的檢查區(qū)域中。與所述線纜束的所述導(dǎo)電線纜連接的所述電氣部件可以包括射頻(rf)線圈。警報可以被連接為在檢測到所述導(dǎo)電線纜的在所述磁共振頻率處可能共振的部分后由所述處理器激活。所述mri系統(tǒng)還可以包括:射頻激勵線圈;以及射頻放大器,其被可操作地連接以使所述射頻激勵線圈輸出射頻脈沖;其中,所述處理器還可以被配置為在檢測到所述導(dǎo)電線纜的在所述磁共振頻率處可能共振的部分后使所述射頻放大器互鎖。
根據(jù)另一方面,一種系統(tǒng)可以包括:磁共振掃描器,其被配置為在磁共振頻率處進(jìn)行操作以采集被設(shè)置在所述磁共振掃描器的檢查區(qū)域中的對象的磁共振圖像;線纜束,其被至少部分地設(shè)置在所述磁共振掃描器的所述檢查區(qū)域中,所述線纜束包括導(dǎo)電線纜和多芯光纖,所述多芯光纖與所述導(dǎo)電線纜捆扎在一起以形成所述線纜束;光纖形狀讀出設(shè)備,其被配置為測量注入到所述多芯光纖中的光的反射,并且基于反射測量結(jié)果來確定被設(shè)置在所述磁共振掃描器的所述檢查區(qū)域內(nèi)部的所述線纜束的形狀;以及處理器,其被編程為基于所述線纜束的所述形狀來檢測所述導(dǎo)電線纜中的環(huán)。
根據(jù)另一方面,在緊挨著的先前段落中陳述的系統(tǒng)中,所述光纖形狀讀出設(shè)備可以包括電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備,所述電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備被可選地編程為:基于測得的反射來計(jì)算所述多芯光纖中的芯中的直到所述多芯光纖上的一點(diǎn)的光學(xué)長度的變化;以及基于所計(jì)算的光學(xué)長度的變化來確定所述多芯光纖上的所述點(diǎn)處的位置或方向。所述處理器還可以被編程為關(guān)于在磁共振頻率處的共振分析所述導(dǎo)電線纜中的檢測到的環(huán)。所述系統(tǒng)還可以包括射頻線圈或心電圖電極,所述射頻線圈或所述心電圖電極被連接到所述導(dǎo)電線纜的被設(shè)置在所述磁共振掃描器的所述檢查區(qū)域內(nèi)部的端部。所述系統(tǒng)還可以包括警報。所述處理器還可以被配置為在檢測到所述導(dǎo)電線纜中的環(huán)后中斷射頻激勵線圈中的電流。所述系統(tǒng)還可以包括警報或射頻激勵互鎖,其中,所述處理器還被配置為分析所述導(dǎo)電線纜中的檢測到的環(huán)并被配置為在所述分析指示所述檢測到的環(huán)在所述磁共振頻率處可能共振時激活所述警報或射頻激勵互鎖。
根據(jù)另一方面,提供了一種方法,其包括:將由射頻(rf)線圈生成的rf脈沖施加到成像對象;利用形狀傳感器來確定與導(dǎo)電線纜捆扎在一起并且暴露于所施加的rf脈沖的多芯光纖的形狀;以及基于所述多芯光纖的所述形狀來確定導(dǎo)電線纜的部分是否在所述rf脈沖的頻率處共振。所述形狀傳感器可以通過包括以下的操作來計(jì)算所述多芯光纖的所述形狀:測量注入到所述多芯光纖中的光的反射;基于測得的反射來在沿著所述多芯光纖的連續(xù)點(diǎn)處檢測所述多芯光纖中的芯中的光學(xué)長度的變化;以及基于檢測到的光學(xué)長度的變化來在沿著所述多芯光纖的連續(xù)點(diǎn)處確定所述多芯光纖的位置和方向。所述多芯光纖可以與所述成像對象接觸,并且所述方法還可以包括基于所述多芯光纖的所述形狀在時間上的變化來確定所述成像對象的運(yùn)動。所述方法還可以包括:基于由所述形狀傳感器收集的信息來確定患者的運(yùn)動信號;以及基于所述運(yùn)動信號來確定鎮(zhèn)靜的深度或患者痛苦水平。
一個優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)時監(jiān)測被設(shè)置在mr掃描器的檢查區(qū)域中的柔性導(dǎo)電線纜的形狀。
另一優(yōu)點(diǎn)在于在患者燒傷發(fā)生之前防止患者燒傷。例如,一旦檢測到導(dǎo)電線纜的形狀可能引起線纜中的共振,mri系統(tǒng)就可以在這種患燒傷發(fā)生之前被關(guān)閉(或rf發(fā)射被關(guān)閉)。
在閱讀并理解本公開后,其他優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將變得顯而易見。
附圖說明
本發(fā)明可以采取各種部件和部件的布置以及各種步驟和步驟的安排的形式。附圖僅用于說明優(yōu)選實(shí)施例的目的,并且不應(yīng)被理解為限制本發(fā)明。
圖1圖解地示出了實(shí)施例中的mri系統(tǒng)。
圖2示出了根據(jù)實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施方式
參考圖1,圖解地圖示的mri系統(tǒng)10包括mri掃描器12,所述mri掃描器包括掃描器殼體1(在圖示性實(shí)施例中為圓柱形,并且以側(cè)面剖視圖示出以披露選定的內(nèi)部部件),所述掃描器殼體限定掃描器膛2(或,更一般地,掃描器檢查區(qū)域2,其在開放膛的mr掃描器中可以不是完全封閉的膛)。掃描器殼體1包含生成通常表示為b0的靜磁場的主磁體3,例如在3特斯拉mr掃描器的情況下b0=3t。磁場梯度線圈4將磁場梯度疊加在檢查區(qū)域2中的靜場上,以便空間地編碼磁共振,擾亂磁共振,或執(zhí)行其他功能。一個或多個射頻(rf)線圈5、6提供磁共振激勵并檢測激勵的磁共振。在圖示性實(shí)施例中,被安裝在掃描器殼體1中的全身rf線圈5充當(dāng)rf激勵線圈,而局部線圈6(或,在一些實(shí)例中,局部線圈的陣列)接收磁共振激勵。激勵線圈5由rf放大器7驅(qū)動,而rf接收器8與接收線圈6連接以接收、解調(diào)、并且進(jìn)一步處理接收到的mr信號。主磁體3通常是超導(dǎo)磁體(但是一些mr掃描器采用電阻式主磁體),并且除了在掃描器關(guān)閉/維修期間通常被保持開啟以便使供電瞬變最小化。成像對象(諸如人類醫(yī)學(xué)患者、動物獸醫(yī)對象、無生命對象(例如考古木乃伊)等等)經(jīng)由合適的對象支撐床9等被裝入到檢查區(qū)域2中。在成像掃描期間,rf放大器7在磁共振頻率處將rf脈沖(或脈沖群)施加到激勵線圈5以激勵磁共振。在rf脈沖被施加之前、期間或之后,磁場梯度在預(yù)定義的時間通過梯度線圈4沿x、y、z或(一個或多個)其他方向被施加,以便空間地限制和/或頻率編碼和/或相位編碼所激勵的磁共振,并且rf接收線圈6和rf接收器8接收、解調(diào)并且進(jìn)一步處理mr信號。將認(rèn)識到,圖解的圖1省略了許多常規(guī)的mr系統(tǒng)部件,例如磁場梯度放大器、mr控制器、低溫系統(tǒng)(如果磁體3是超導(dǎo)的話)、可選的患者生理監(jiān)測部件(諸如心電圖(ecg)儀器)和延伸到膛2中以接觸患者的相關(guān)聯(lián)的電導(dǎo)線等等。應(yīng)進(jìn)一步認(rèn)識到,mr掃描器12僅僅是圖示性范例,并且更一般地,mr掃描器可以是水平閉合膛mr掃描器(如圖所示)、或開放膛掃描器(水平或垂直)等等。為了進(jìn)一步說明的目的,mr掃描器例如可以是飛利浦的ingeniatm、achievatm、multivatm、sonallevetm、或其他mr掃描器(可從荷蘭埃因霍溫的皇家飛利浦有限公司獲得)。
出于各種目的,各種柔性導(dǎo)電線纜可以延伸到mr掃描器12的檢查區(qū)域2中。如本文中公開的,共振環(huán)檢測器被提供用于在線纜要拾取由于共振環(huán)的形成而誘發(fā)的感應(yīng)電流時會對對象(或可能對設(shè)備)造成威脅的每個線纜。在圖示性范例中,圖示性共振環(huán)檢測器包括光纖線纜14(或多芯光纖線纜14),所述光纖線纜與導(dǎo)電線纜22捆扎在一起,所述導(dǎo)電線纜與圖示性接收線圈6連接。多芯光纖14和柔性導(dǎo)電線纜22例如通過線纜扎帶(未示出)被捆扎在一起,使得當(dāng)線纜束移動時多芯光纖14和柔性導(dǎo)電線纜22(出于實(shí)用性目的)維持相同形狀。例如,圖示性線纜環(huán)23存在于光纖14和導(dǎo)電線纜22兩者中,因?yàn)閮烧弑焕υ谝黄?。為了圖示性目的,光纖線纜14被圖示為虛線,而導(dǎo)電線纜22被圖示為實(shí)線。光纖線纜14和導(dǎo)電線纜22僅需要在導(dǎo)電線纜22的位于mr掃描器12的檢查區(qū)域2內(nèi)部的部分上被捆扎在一起,因?yàn)閮H導(dǎo)電線纜22的該部分易遭受rf誘發(fā)的電流形成影響。因此,導(dǎo)電線纜22的延伸到檢查區(qū)域2外部并且蔓延到rf接收器8的部分不與光纖14捆扎在一起。
某些形狀和/或長度的線纜呈現(xiàn)出增加其集中rf電流的傾向的“共振”現(xiàn)象。在典型mri系統(tǒng)的操作頻率處,在尺寸上為幾十厘米的導(dǎo)電環(huán)可能產(chǎn)生問題,并且因此甚至在高阻抗技術(shù)用來限制rf電流時也應(yīng)當(dāng)被避免。甚至包括通過絕緣分開的小間隙的環(huán)仍然可以傳導(dǎo)電流,并且導(dǎo)致燒傷。因此,甚至導(dǎo)電材料與彼此的緊密接近應(yīng)當(dāng)被避免,因?yàn)楫?dāng)被緊密地放置在一起以形成共振環(huán)時,線纜和發(fā)射rf線圈能夠電容性耦合(而無需任何接觸或交叉)。本文中描述的方法使得能夠檢測和防止這種接觸或緊密接近,并且因此通過消除線纜環(huán)誘發(fā)燒傷的風(fēng)險來使mr環(huán)境中的監(jiān)測更安全。
繼續(xù)參考圖1,保護(hù)患者的一種這樣的方法是要確定光纖線纜的形狀,并且基于所確定的形狀來確定共振是否可能會發(fā)生在導(dǎo)電線纜中;以及在共振可能會發(fā)生時,生成警報。在mri系統(tǒng)中,一旦確定共振將會發(fā)生,則停止rf線圈中的脈沖或停止流入導(dǎo)電線纜中的電流也是有用的。
可選地,這種線纜監(jiān)測系統(tǒng)能夠額外地用來監(jiān)測患者移動。如果與導(dǎo)電線纜22捆扎在一起的光纖14被設(shè)置在患者上使得呼吸、屏氣或其他運(yùn)動引起能夠在沒有額外生理傳感器的情況下被跟蹤的光纖14的對應(yīng)移動,這是可能的。當(dāng)患者悲痛時,鎮(zhèn)靜的深度可能能夠從這些運(yùn)動信號導(dǎo)出。額外地,呼吸速率和屏氣可以從這些信號來確定。將這些函數(shù)用于圖像的運(yùn)動校正也是可能的。
圖示性線纜形狀測量設(shè)備如在froggatt等人的2011年5月12日公布的美國專利申請公開no.2011/0109898a1中描述的那樣進(jìn)行操作,該專利申請整體以引用方式被并入本文。圖示性線纜形狀測量設(shè)備包括多芯光纖14和光纖形狀讀出設(shè)備30。在該方法中,假設(shè)多芯光纖14的芯的芯間間距在多芯纖維14的任何橫截面中都是恒定的,這對于(以范例的方式)其中芯被嵌入在玻璃或聚合物基體中的多芯纖維也是如此。因此,纖維14的任何扭曲或彎曲通過芯沿著其長度的伸長或壓縮來適應(yīng)。例如,在纖維14的彎曲中,彎曲“內(nèi)部”的一個或多個芯被壓縮,而彎曲“外部”的一個或多個芯體被伸展,以便適應(yīng)彎曲。如在美國公開no.2011/0109898a1中描述的,諸如光頻域反射(ofdr)的技術(shù)能夠用來測量注入到多芯光纖中的光的反射,并且用于基于發(fā)射測量結(jié)果來確定針對沿著光纖14的每個芯的整個長度的連續(xù)小(即準(zhǔn)微分)段的芯長度的變化。纖維在沿著纖維14的任何位置處的角度和方向基于芯的直到該位置的長度的變化的總和來獲得。為了實(shí)施這種形狀測量,光纖形狀讀出設(shè)備30例如可以合適地包括輸入到多芯光纖14的可調(diào)諧激光或其他可調(diào)諧光源、和執(zhí)行ofdr測量的光學(xué)干涉儀、以及被編程為計(jì)算并求和纖芯長度變化和相關(guān)聯(lián)的纖維角度或方向變化以生成纖維形狀的電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備。從讀出設(shè)備30輸出的纖維形狀例如可以被格式化為條目的表格,在該表格中每個條目包括字段(di,xi,yi,zi),其中,di表示沿著光纖14的被測量為相距參考點(diǎn)(諸如纖維14與讀出設(shè)備30連接的點(diǎn))距離di的位置,并且坐標(biāo)(xi,yi,zi)是該位置沿著纖維14的空間坐標(biāo)。
繼續(xù)參考圖1,根據(jù)從形狀傳感器14、30獲得的信息,線纜環(huán)檢測器40識別可以沿著光纖14(并且因此也沿著捆扎的導(dǎo)電線纜22)存在的任何環(huán)。例如,線纜環(huán)檢測器40檢測圖示性環(huán)23??蛇x地,共振分析器42分析任何檢測到的環(huán)以確定環(huán)周長或長度和/或直徑,并且評估導(dǎo)電線纜22中的環(huán)是否在磁共振頻率處共振。光纖線纜14的形狀可以用來計(jì)算捆扎的導(dǎo)電線纜的形狀,因?yàn)楣饫w和導(dǎo)電線纜被捆扎在一起。如果可能的共振環(huán)被檢測到,則安全警報和/或互鎖44被觸發(fā)以告知mr技術(shù)人員潛在問題和/或例如通過使rf放大器7互鎖來自動關(guān)閉rf激勵。如在圖1中圖示的,線纜環(huán)檢測器40和可選的共振分析器42通過計(jì)算機(jī)46來合適地實(shí)施,所述計(jì)算機(jī)被編程為處理從形狀測量設(shè)備14、30的讀出設(shè)備30輸出的纖維形狀以檢測環(huán)。在一些實(shí)施例中,計(jì)算機(jī)46也可以被編程為實(shí)施控制mr掃描器12的mr控制器。在一些實(shí)施例中,光纖形狀讀出設(shè)備30的(一個或多個)任何數(shù)據(jù)處理部件也可以通過計(jì)算機(jī)46被可選地實(shí)施。警報44(如果提供的話)可以被以各種方式嵌入,例如作為被顯示在計(jì)算機(jī)46的顯示部件48上的警告文本(可能以突出的方式(例如閃爍)、以加粗紅色字體等等)、可聽警報(優(yōu)選結(jié)合顯示的警報文本)等等。由于線纜形狀可從形狀檢測器14、30獲得,所以在一些實(shí)施例中預(yù)見到將線纜形狀的三位繪制顯示在顯示部件48上?;ユi44(如果提供的話)可以被實(shí)施為從計(jì)算機(jī)46(例如經(jīng)由數(shù)字線纜、專用模擬線路等等)被傳輸?shù)絩f放大器7的數(shù)字控制信號或模擬控制信號。
存在線纜環(huán)檢測器40能夠通過其來檢測線纜環(huán)的各種方式。例如,一種這樣的方式將會收集線纜上的范圍從d1至dn的點(diǎn)的集合。每兩個相鄰的點(diǎn)di、di+1間隔開距離di+1-di,并且每個點(diǎn)將會具有相關(guān)聯(lián)的坐標(biāo)的集合,即對于點(diǎn)di為(xi,yi,zi),而對于點(diǎn)di+1為(xi+1,yi+1,zi+1)。如果線纜已經(jīng)形成環(huán),則該線纜將必須使其本身“交叉”。該交叉點(diǎn)能夠被識別為兩個點(diǎn)da和db,對于這兩個點(diǎn),距離db-da足夠大以定義可能的共振環(huán),并且對于這兩個點(diǎn),各自的坐標(biāo)足夠緊密地在一起,例如間隔
參考圖2,描述了由線纜環(huán)檢測器40和可選的共振分析器42執(zhí)行的合適的過程。該過程對由形狀檢測器14、30輸出的檢測到的線纜形狀50進(jìn)行操作。在操作s1中,在沿著線纜的位置da處開始,對針對其db-da大于特定最小閾值的每個點(diǎn)db搜索交叉
在圖2的操作s2中,如果線纜環(huán)被檢測到,則共振分析器42將其周界長度確定為db-da,并且在判定s3中,共振分析器42確定線纜環(huán)是否共振。一般來說,如果環(huán)周界長度使得其能夠支持在磁共振頻率52處的駐波,則滿足共振條件。如果共振環(huán)被確定,則在操作s4中,激活警報或互鎖44。如果確定環(huán)沒有共振,則處理傳遞到s5,其中識別下一個環(huán)。
如之前提及的,共振分析器42和對應(yīng)的操作s2、s3被可選地省略。一般來說,確定給定線纜環(huán)是否可能在磁共振頻率處共振會是困難的。如果交叉不是精確的(即,
位于檢查區(qū)域2外部(即在激勵線圈5將rf脈沖施加到其內(nèi)的空間外部)的任何線纜環(huán)不能是感應(yīng)的電流的來源。因此,在變體實(shí)施例中,將由線纜形狀檢測器14、30輸出的線纜形狀的坐標(biāo)與mr掃描器12的坐標(biāo)系進(jìn)行配準(zhǔn),并且線纜環(huán)檢測器40僅處理線纜的位于rf激勵區(qū)域內(nèi)部的部分。作為另外的益處,對象的mr圖像能夠在共同坐標(biāo)系中與線纜形狀在空間上進(jìn)行配準(zhǔn),并且這能夠用來識別形成在線纜22與成像對象之間的可能的共振環(huán)。
一般來說,光纖位置監(jiān)測束(例如多芯光纖14)能夠被附接到用于在mr環(huán)境中使用的任何柔性導(dǎo)電線纜。該線纜束優(yōu)選由mr相容性和生物相容性材料制成。例如,多芯光纖能夠與局部rf線圈線纜(如圖所示)或與ecg電極電線等等連接。代替通過線纜扎帶等形成光纖/導(dǎo)電線纜束,還預(yù)見到例如通過包含光纖和導(dǎo)電線纜兩者的線纜導(dǎo)管或通過提供針對光纖和導(dǎo)電線纜的共同套管來更一體地形成束。
使用單個位置檢測系統(tǒng)將患者線纜捆扎成母系線纜是可能的。如果兩個(或更多個)導(dǎo)電線纜的形狀是使用各自的捆扎的多芯光纖來監(jiān)測的,則在不同線纜之間形成的可能的共振環(huán)也能夠再次通過檢測交叉點(diǎn)并確定周界長度來檢測。
還將認(rèn)識到,本文中公開的患者保護(hù)技術(shù)可以由存儲指令的非瞬態(tài)存儲介質(zhì)來實(shí)現(xiàn),所述指令可由電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備(諸如計(jì)算機(jī)46)讀取并執(zhí)行以執(zhí)行所公開的技術(shù)。這樣的非瞬態(tài)存儲介質(zhì)可以包括硬盤驅(qū)動器或其他磁性存儲介質(zhì)、光盤或其他光學(xué)存儲介質(zhì)、基于云的存儲介質(zhì)(諸如raid磁盤陣列)、閃速存儲器或其他非易失性電子存儲介質(zhì)等等。
當(dāng)然,他人在閱讀和理解前述描述的情況下將做出修改和更改。旨在將本發(fā)明解釋為包括所有這樣的修改和更改,只要它們落入隨附權(quán)利要求及其等價要件的范圍之內(nèi)。