专利名称：针对高磁环境的具有用于驱动压盘的压电电机的记录器的制作方法
针对高磁环境的具有用于驱动压盘的压电电机的记录器以下涉及医疗领域、磁共振领域、诊断成像领域和相关领域。其应用于磁共振成像、波谱和其他产生强磁场的磁应用等。常规磁共振成像(MRI)和磁共振波谱(MRS)使用强大的磁场使检查区域的对象或患者中的偶极子对齐。容纳MRI磁体的套件常常被屏蔽以防止强磁场和射频(RF)场干扰其他装置，以及杂散RF场干扰MR系统。强磁场的一个可能的危险的副作用是其对附近铁磁材料施加的物理吸引力。当含铁对象或具有含铁组分的对象处在场中时，其必须与磁体保持安全距离，通常在5高斯线之外。即使磁吸引力没有强到使装置整体发生物理位移，磁场仍然会施加影响装置的运行的力和力矩。另一个不利的副作用是磁场可能损坏磁敏感仪器，导致它们失效或失灵。即使在物体发生物理位移不是大危险的距离上，磁场仍然能够影响敏感的部件。这可能是暂时失效，一旦从场中取出，装置就可以正常工作。然而，可能导致永久性损伤，例如通过使永磁体失去极化或再极化、变形等。施加在运动的电磁部分或含铁部分上的磁力可能导致装置的额外负载，造成过早失效。记录器，例如，包含用于纸带的驱动滚轴，所述驱动滚轴通常由DC电机或磁性步进电机驱动，在磁共振系统的磁场之内它们均不能有效地工作。在磁场之内，记录器可能完全无法工作。或者，磁性电机可能去磁化、被再极化、运转缓慢甚至反向运转，尤其是如果靠近MR系统的磁场强度很高的主磁体时，例如在五高斯线之内。有时使记录器紧邻进行MR检查的患者记录生理数据是有利的。例如，可以将记录器内置到ECG监视器、血压监视器等之内。在记录器紧邻进行MR检查的患者时，记录器像患者一样基本受到整个场的作用。以下提供了克服上文所述的难题和其他问题的新的改进的设备和方法。根据一个方面 ，提供了一种记录器设备，用于记录来自置于强磁场中的患者的生理数据。记录器设备包括打印来自置于强场中的患者的生理数据的打印头组件。在打印来自强磁场中患者的生理数据时，压电电机通过打印机组件馈送纸张。根据另一个方面，提供了一种用于产生来自置于强磁场中的患者的生理数据的打印输出的方法。监测来自强磁场中患者的生理数据。控制压电电机以馈送纸张通过打印头，打印头在纸张上打印所监测的生理数据。—个优点在于在有强磁场的情况下驱动记录器。另一个优点在于紧密邻近MR系统打印患者信息。另一个优点在于在MR环境中记录生理数据而不会从长的连接带来有问题的导电通路或环路。在阅读和理解以下详细描述之后，本领域普通技术人员将认识到本发明的其他优
图1图解地示出了组合式磁共振数据采集系统。图2图解地示出了用于图1的系统中使用的记录器设备。图3图解地示出了适于驱动图3的记录器设备的电力控制信号。图4图示了用于操作记录器设备以记录MR环境中患者的患者信息的方法。参考图1，磁共振(MR)成像系统包括具有主磁体10的MR扫描机8，所述主磁体10在检查区域12中产生时间上的静态主(Btl)磁场。在图示的实施例中，主磁体10是设置于低温容器14中的超导磁体，所述低温容器14采用氦或另一种低温流体；替代地，可以使用常导型主磁体。在图示的实施例中，磁体组件10、14设置于大致圆柱形扫描机外壳16中，外壳在诸如圆柱形膛的膛中界定检查区域12 ;替代地，也可以使用其他几何结构，例如开放式MR几何结构。磁共振被激励并由一个或多个射频线圈，例如图示的全身积分身体线圈18或一个或多个局部线圈或线圈系，例如头部线圈或胸部线圈检测。所激发的磁共振是由一组磁场梯度线圈20有选择地生成的磁场梯度而空间编码的、相移的和/或频移的、或者以其他方式操作的。磁共振扫描机8由磁共振数据采集控制器22操作，由专用数字处理设备、适当编程的通用计算机等来实现所述控制器22，以生成、空间地编码和读出磁共振数据，例如存储在磁共振数据存储器24中的投影或k空间样本。由磁共振重建处理器26重建所采集的空间编码的磁共振数据以产生置于检查区域12中的患者对象4的一幅或多幅图像。重建处理器26采用与空间编码相称的重建算法，例如用于重建所采集投影数据的基于反向投影的算法或用于重建k空间样本的基于傅里叶变换的算法。计算机接口系统32还包括一个或多个用户输入装置，例如图示的键盘34或鼠标或其他指向型输入装置等，使得放射科医师、心脏病专家或其他用户能够操纵图像并且，在图示的实施例中，与磁共振扫描机控制器22接口。一个或多个重建图像存储在磁共振图像存储器28中，被适当地显示于计算机接口系统32的显示器30上，或利用打印机或其他标记引擎36打印；替代地，图像可以通过因特网或数字医院网络发送或存储于磁盘上或其他归档存储器上或以其他方式利用。继续参考图1，MR系统8包括生理监测设备42，所述生理监测设备42可以包括操作性连接到患者4的各种传感器。诊断感测设备42可以包括在呼吸传感器、有创或无创式血压传感器、ECG、SP02或任何其他操作用于感测MR系统8的生理检查区域12之内不同类型生理患者数据的医疗设备中。在一个实施例中，生理监测器42包括绕着患者的肢体或躯干延伸的袖带或带子40，例如，用于感测血压的变化。生理监测器还可以包括ECG电极、其他心脏监测器等。本公开不 限于任何特定的医疗设备。生理监测器42感测检查区域12附近或之内的刺激。生理监测器包括记录器38或向记录器38发送生理数据。任选地，监测器42以无线方式、经由蓝牙、经由光纤或电线电缆44等向数据采集控制器50发送生理数据。数字信号处理器46对生理数据进行格式化以在监视器30上显示，用于存储在患者数据库等中。从患者感测的数据被发送到邻近磁场中的主磁体10定位的记录器38。记录器例如在刻度记录纸带上打印所感测生理数据的记录。记录器设备38位于并工作于完整的场下，例如1. 5T、3T等。袖带40可以包括由具有低磁化率的材料构造的电极或其他感测部件和/或包括更高磁化率的小尺寸部件(例如电极)，以免干扰或最小限度地干扰磁共振数据米集。继续参考图1并进一步参考图2，记录器设备38的示范性实施例适于在MR扫描机8的主磁体产生的强磁场内工作，在所述强磁场内永磁电机受碍。记录器设备38包括打印机组件60，打印机组件60具有打印头66和压纸滚轴62，可用于例如在沿着它们之间的纸路径馈送的纸张64上记录患者的信息。在一个实施例中，打印头66包括用于向纸64上打印的热打印头。记录器38包括压电电机68，其通过压纸滚轴小齿轮65驱动压纸滚轴62，将纸张64馈送通过打印头。压电电机68是基于压电效应的电机，压电效应例如是施加电场时压电材料形状的变化。材料产生例如机械、声学或超声波振动，以便根据压电电机的类型产生线性或旋转运动。旋转压电电机提供旋转运动，用于转动压电电机小齿轮72。线性压电电机使用机械接口将线性运动转换成旋转运动。在一个实施例中，第一控制板70生成电磁步进电机脉冲，用于驱动常规机电步进电机。第一控制板70包括时钟或与时钟接口连接，以在选定的频率产生脉冲，以选定速度推进纸张64。第一电路板包括接口 78，该接口向第二控制板74发送脉冲。第二控制板74将接收的脉冲转换成适于以类似现有技术机电步进电机的方式驱动压电电机68的控制信号，以在相同的选定速度并基于第一控制板70接收的信号驱动纸张。压电电机控制信号包括预定大小(例如脉冲宽度和幅度)和频率的脉冲，用于在类似于电磁步进电机的旋转速度操作压电电机68。例如，通过以已知时间和重复率的脉冲供应激励频率，使压电电机68模拟电磁步进电机的动作。电磁步进电机，例如以步进方式工作，其中锯齿齿轮每步转动大约7. 5度角度。压电步进电机以更小步长步进，使用大约27000个压电激励脉冲生成7. 5度的旋转运动，即，压电电机的分辨率大约为每个脉冲I角秒。将第一控制板70产生的机电步进电机脉冲转换成用于压电电机的更高频率控制脉冲是由第二控制板74执行的。 打印机组件还包括中间齿轮63，所述中间齿轮63被配置为从压电电机操作的压电电机小齿轮72向滚轴压盘传送运动。因为压电电机68工作在比机电步进电机更高的电压，故提供电源76。电源可以是外部电源或在第二控制板74内部，用于驱动压电电机68。参考图3，图示了来自图2的第一控制板70和第二控制板74的输出信号102。机电步进电机信号90演示了本公开的压电电机模拟的步进电机动作的特性。理想地，由正弦电流驱动多相AC同步机电电机。完整步长波形(在所述完整步长波形中转动步进小齿轮)是正弦波的总近似。已经开发了各种驱动技术以更好地近似正弦驱动波形，例如半步进和微步进，这是本领域普通技术人员能够理解的。例如,机电步进电机通常具有布置于步进电机小齿轮周围的多个“有齿的”电磁体，例如，在小齿轮相对侧布置的四个电磁体。电磁体(未示出)由第一控制板电路70加电并根据机电步进电机信号90驱动。为了使电机轴转动，由功率控制输出信号92为沿轴的第一电磁体赋予功率，使得小齿轮的轮齿被磁性吸引到电磁体的轮齿。在小齿轮的轮齿这样与第一电磁体对准时，它们稍微偏离下一电磁体，于是，在利用功率控制输出信号94打开下一组电磁体时，第一个被关闭，齿轮稍微旋转，以与下一个对准，在那里重复利用功率控制信号96和98的该过程。这些轻微旋转的每一次被称为“步”，整数个步长形成完整旋转。通过那种方式，可以以精确角度转动电机，该角度典型地大约为7. 5度。压电电机通常由具有大约90 °相位差的双正交振动模式驱动。两个表面之间的接触点在椭圆路径中振动，在表面之间产生摩擦力。通常，一个表面固定，让另一个移动。例如，在很多压电电机中，由处在压电电机的共振频率或激励频率的压电激励信号100激励压电晶体。以已知时间τ和重复率104的更高频率压电信号的脉冲102提供信号100以模拟电磁步进电机的特征动作并驱动小齿轮72。因而，转动记录器设备的滚轴压盘82以打印MR系统中的患者信息。例如，产生大约27000个激励脉冲以生成步进电机的7. 5度的运动。图4中示出了方法400的一个实施例，方法400用于生成与利用具有主磁体和记录器设备的磁共振(MR)系统进行磁共振成像(MRI)扫描期间获得的患者信息相对应的数据的打印输出。尽管下文将方法400例示和描述为一系列动作或事件，但是将认识到，所图示的这种动作或事件的排序不应被解释为限制性的。例如，除了这里例示和/或描述的那些动作和事件之外，一些动作可以按照不同次序和/或与其他动作或事件同时发生。此外，为实现本文中所描述的一个或多个方面或实施例可以不需要所有例示的动作。此外，可以在一个或多个独立的动作和/或阶段中执行本文中叙述的一个或多个动作。方法400在开始时初始化，在402，将记录器设备38与邻近MR系统主磁体的患者操作性关联。在MR检查期间，记录器设备通常位于MR系统的五高斯线边缘之内，并且通常处于完整场下。例如，在404针对MRI扫描生成磁场和RF场以在生理区域中生成磁共振患者数据。在406，第二控制板74基于来自记录器设备38第一控制板70的步进电机信号生成更高频率的压电信号。在408，压电信号利用类似机制操作压电电机68以旋转步进电机小齿轮72。例如，压电信号通过第二控制板74将来自第一控制板的机电步进电机信号90转换成压电信号100来生成。生成若干压电电机信号以在压电电机中模拟对应的机电步进电机动作。压电信号100具有根据压电激励频率的若干脉冲102，该压电激励频率是基于机电步进电机信号90在预定时间和预定速率提供的，从而类似于步进电机的方式操作压电电机。在步骤410，响应于驱动压电电机68的压电信号，经由耦合到滚轴压盘62的小齿轮65转动滚轴压盘62，沿着纸张路径馈送纸张64。在步骤412中，打印头对来自监测器42的生理数据做出响应，打印所监测的生理学患者数据的表示，例如ECG图、血压图、指示事件发生和结束的符号、定时读取的数值数据等。
已经参考优选的实施例描述了本发明。他人在阅读和理解以上详细描述之后可能想到修改和变更。旨在将本发明理解为包括所有这样的修改和变更，只要它们落在所附权利要求或其等价物的范围之内。
权利要求
1.一种用于记录来自置于强磁场中的患者(4)的生理数据的记录器设备(38)，所述记录器设备包括 打印机组件(60)，其打印来自置于所述强磁场中的所述患者的所述生理数据； 压电电机(68)，其设置于所述强磁场中，被配置为在打印来自所述强磁场中的所述患者的所述生理数据时，通过所述打印机组件(60 )馈送纸张(64 )。
2.根据权利要求1所述的记录器设备(38)，所述打印机组件(60)包括打印所述生理数据的打印头(66)和馈送所述纸张(64)通过所述打印头的滚轴压盘，并且 所述压电电机(68)操作性耦合到所述打印机组件(60)以旋转所述滚轴压盘并馈送所述纸张(64)通过所述打印头(66)。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的记录器设备(38)，还包括 第一控制板(70),其被配置为基于时钟信号生成机电步进电机驱动信号(90)； 第二控制板(74)，其操作性连接到所述第一控制板(70)和所述压电电机(68)，以从所述第一控制板(70 )接收所述步进电机驱动信号(90 )并生成驱动所述压电电机(68 )的压电电机驱动信号(100)。
4.根据权利要求3所述的记录器设备(38)，其中，所述机电步进电机驱动信号被配置为以预选择的速度馈送所述纸张，并且所述第二控制板(74)将所述机电步进电机驱动信号(90 )重新配置为驱动所述压电电机(68 )以所述预选择的速度馈送所述纸张(64 )的压电驱动信号(100)。
5.根据权利要求3-4中任一项所述的记录器设备(38)，其中，所述第二控制板(74)包括电耦合到其上的电源(76)，所述电源(76)增大所述压电电机信号(100)的幅度。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的记录器设备(38)，其中，所述第二控制板(74)被配置为无需耦合到其上的外部电源而直接驱动所述压电电机(68 )。
7.根据权利要求3-5中任一项所述的记录器设备(38)，其中，所述压电电机驱动信号(100)的大约27000个脉冲造成7. 5度的旋转运动。
8.根据权利要求1-8中任一项所述的记录器设备(38)，还包括 操作性连接到所述打印机组件(60)的监测器(42)，所述监测器(42)显示来自置于所述强磁场中的所述患者(4)的所述生理数据。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的记录器设备(38)，其中，所述打印机组件(60)包括热打印头(66)。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的记录器设备(38)，其中，所述打印机组件(60)包括 中间齿轮(63)，其被配置为从所述压电电机(68)操作的小齿轮(72)向馈送纸张通过所述打印机组件(60)的滚轴压盘(62)传送运动。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的记录器设备(38)，其中，所述压电电机(68)包括 旋转压电电机，其被配置为旋转小齿轮(72)，所述小齿轮(72)经由压纸滚轴小齿轮(65)机械地稱合到滚轴压盘(62)。
12.—种MRI系统(8)，包括 主磁体(10)，其在患者检查区域(12)中生成静磁场(Btl)；梯度线圈(20)，其在所述静磁场上施加梯度磁场； 射频线圈(18)，其施加射频场以诱发和操纵磁共振； 控制器(22)，其控制梯度和射频线圈并从位于所述检查区域(12)中的患者(4)采集共振信息；以及 根据权利要求1-11中任一项所述的记录器设备(38)，其设置于所述检查区域(12)中或邻近所述检查区域(12)设置，用于打印来自所述检查区域(12)中所述患者(4)的生理数据。
13.一种用于生成来自置于强磁场中的患者(4)的生理数据的打印输出的方法，包括 监测来自所述强磁场中的所述患者(4)的所述生理数据； 控制定位于更强磁场中的压电电机(68)以馈送纸张(64)通过打印头(66)的； 利用所述打印头，在所述纸张(64)上打印所监测的生理数据。
14.根据权利要求14所述的方法，还包括 基于时钟信号生成机械步进电机驱动信号(90)； 从所述机械步进电机驱动信号(90)生成驱动所述压电电机(68)的压电电机驱动信号(100)。
15.根据权利要求13和14中任一项所述的方法，其中，生成所述压电电机驱动信号(100)包括以压电激励频率生成若干脉冲，所述压电激励频率基于所述步进电机驱动信号(90)以预定时间和预定速率提供。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述压电激励驱动信号(100)的大约27000个脉冲造成7. 5度的旋转运动。
17.根据权利要求13-17中任一项所述的方法，还包括 利用所述压电电机(68)旋转步进电机小齿轮(63)，所述步进电机小齿轮(63)通过压纸滚轴小齿轮(64)机械地耦合到滚轴压盘(62)，所述压纸滚轴小齿轮馈送所述纸张(64)通过打印所监测的生理数据的所述打印头(66 )。
18.根据权利要求13-17中任一项所述的方法，其中，在所述患者(4)的MR扫描期间监测和打印所述生理数据。
19.一种用于操作MRI系统(8)的方法，包括 生成通过患者的静磁场； 在所述静磁场上施加梯度磁场； 在所述患者体内诱发射频场； 从所述患者采集磁共振信息；以及 执行根据权利要求13-18中任一项所述的方法以生成来自所述患者的生理数据的打印输出。
全文摘要
一种生成来自在磁共振系统(8)中进行磁共振扫描的患者(4)的生理信息打印输出的装置和方法。所述磁共振系统包括主磁体，主磁体生成通过检查区域(12)的静磁场(B0)。记录器设备(38)在五高斯线之内邻近患者定位，更具体而言，在患者所处的检查区域的完整场中。压电电机(68)驱动小齿轮(72)，所述小齿轮(72)驱动打印机组件(60)的滚轴压盘(62)。第一控制板(70)生成机电步进电机驱动信号(90)，第二控制板(74)将机电步进电机驱动信号(90)转换成压电电机驱动电机信号(100)。
文档编号A61B5/00GK103037756SQ201180036932
公开日2013年4月10日 申请日期2011年7月18日 优先权日2010年7月28日
发明者R·P·孔西利奥 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司