专利名称：磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁共振弹性成像的外部振动激发装置，尤其提供一种磁共振弹 性成像头部枕式电磁激发装置。
背景技术：
磁共振弹性成像(Magnetic Resonance Elastography, MRE)作为一种新的能 够直观显示和量化组织弹性的非侵袭性成像方法，已显示出了良好的研究和临床应 用前景。尤其是在脑组织检查方面，提供了一种全新的反映组织生物力学特性的检 查手段，是目前唯一能测定活体脑组织弹性的无创性方法。MRE技术的工作原理是 通过在磁共振成像设备中附加一套产生机械震动的装置，在被检体的表面施加外 力，产生介质内质点的位移，对质点的位移进行MR成像，通过图像处理获得组织 内部的弹性系数空间分布图。故振动激发装置的稳定性及可靠性在MRE检査中起着 至关重要的作用。
目前，用于MRE成像的振动激发装置包括电磁装置和压电装置两类，文献报导 多采用电磁装置，与压电装置相比，电磁装置制作较为简单且较为稳定。现应用的 电磁型激发装置，根据与被检体表面耦合方式的不同，主要包括两种针式和咬式。
针式振动激发装置采用刺入体内的电针作为激发装置，在组织局部产生剪切 波；该方法的缺点有创性检查、只能用于小范围的局部成像，故实际应用价值有 限。
咬式振动激发装置如图8所示，其具有两个电磁线圈01、 02，固定在一根横 轴03上，在横轴03上固设一根竖轴04。使用时，横轴03上的两个电磁线圈01、 02连接磁共振成像设备的波形信号放大器，其将振动波传递到竖轴上。受检者用 牙齿咬住竖轴。由此，竖轴的振动可使得受检者头部随之左右摇动。
其原理为振动激发装置产生振荡，经咬合的牙齿及颅骨脑膜传入脑组织来进 行MRE成像。优点在于设计简练，应用简单。其缺点在于①咬式激发装置与被检 体接触面积较小，而振荡波需经接触面向被检体内传播，故该方法不利于MRE检查 对图像波长的分析；②MRE检查时，单一层面的检查即需数分钟，如要做多层面检 査则检査时间更长，对于患者，尤其是一般状况较差的患者，要求其长时间咬锁振 动激发装置多难以实现，故此法临床实际应用价值不大；③咬式激发装置产生的振 荡经牙齿传播时，少数受检者会出现牙龈出血的情况，且该方法对激发装置每次检査前卫生消毒情况要求较高，同时少数受检者无法接受这种需进入口腔的激发装
置，从而无法进行该项检査。
发明内容
本发明的目的在于改进现有技术的缺陷，提供一种充分考虑临床实用性，舒适 性好，患者易于接受，检査时，受检者枕部可大范围与振动激发装置相接触，即使 较长时间接受检査亦无不适反应的、与头部磁共振常规成像线圈紧密相连的磁共振 弹性成像头部枕式电磁激发装置。
本发明的目的是这样实现的
本磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置包括一个台架，在该台架上固设有一 支撑轴，在该支撑轴上可转动地设有至少一个驱动板，该驱动板的位于支撑轴一侧 的一端板上设有一其上的铜线用于连接磁共振弹性成像装置的低频正弦信号放大 器的输出接口的电磁线圈，该驱动板的位于支撑轴另一侧的一端形成一头枕部。
本磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置的一个较佳方案是，在该支撑轴上可 转动地设有两个驱动板，该两个驱动板平行设置，每个驱动板的相同一侧边的一个 端头板上设有所述的电磁线圈，该两个驱动板形成所述头枕部的另一端相向倾斜， 其间形成一个上大下小凹陷的空间构成所述头枕部。使用时，受检者头部枕在该头 枕部上，驱动板用于在检测中贴靠受检者头部两侧和下侧。
本磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置的另一个较佳方案是，在该支撑轴上 可转动地设有一个驱动板，该驱动板长度方向上的位于所述支撑轴的一侧设所述电 磁线圈，位于所述支撑轴的另一侧的驱动板的端头形成所述头枕部。
为了使受检者的头部稳定在驱动板的头枕部上，可以使得所述头枕部在驱动板 的宽度方向上向两侧延伸，形成较驱动板其它部分较宽的头枕部，在该头枕部的左 右两侧向上设有竖墙，在其中间形成一 U形的受检者头部放置部位。
在使用中，受检者的头部置于驱动板一端的头枕部上固定，使得驱动板贴靠受 检者头部的下面和/或两侧。由磁共振成像设备MR扫描序列产生触发信号，继而控 制波形发生器，波形发生器产生的低频正弦信号，经放大器放大后通过所述电磁线 圈，使得本电磁激发装置中的驱动板的一端振动，该振动通过驱动板的杠杆结构使 得其形成头枕部的另一端随之相应地产生低频振荡，继而作用在固定于驱动板该端 的受检者的头部，低频率振荡经脑后及两侧的枕骨、颅骨传至颅内，产生剪切波在
脑组织内传播，通过对MRE原始图像用现有的后处理方法，例如局部频率估算法 (local wavelength estimation, LFE)，可以得到组织局部的弹性模量。而脑组 织局部弹性模量的变化可以为某些疾病的超早期诊断提供参考价值；脑肿瘤组织术前弹性模量的定量分级对治疗方案和手术入路的选择具有重要的指导价值。
本发明提供的电磁激发装置充分考虑到患者的舒适性、安全性及临床实用性。 被检者头部可大范围与激发装置相接触，经多例志愿者实践验证，当该激发装置震 动频率、幅度及强度均在人体耐受安全范围以内时，即使长时间行MRE检查亦无不 适感。
本发明提供的磁共振弹性成像头部枕式的电磁激发器是在头部MRE成像中首
次采用的激发装置。相对于以上现有的激发装置，其优点在于
① 设计合理，充分考虑到临床实用性。临床实践中，磁共振检査中从来也没有 过在做头部检测中将电磁线圈放置在与受检者的头部基本上在一个平面内的先例， 因为一般认为会影响检查的图像清晰度。这是因为在现有技术中本领域存在这样一 种惯用做法，即将电磁线圈与振动件固在一起，振动件或者悬空设置与人体接触， 例如口咬式装置，或者通过一弹性件支固在基础上，人体置于振动件上，这样，电 磁线圈处于检测范围内，确实会影响检査的图像清晰度。本发明设计了一种杠杆式 驱动板结构，受检者的头部枕靠的头枕部位于驱动板的一端，将电磁线圈放在杠杆 式驱动板的另一端，这种结构使得电磁线圈距离受检者头枕的驱动板部分较远，不 会进入到检查区域中，可以避免干扰，通过杠杆结构，又可以使得振动强度不减低。 调节杠杆支点两边的力臂长度还可以调节振动的幅度，因此，该装置以及驱动板上
设置的电磁线圈还可以适用于常规MRI头部检测。另外，当使用装置了本电磁激发 装置的磁共振检测设备进行除头部以外的检查时，使所述电磁线圈断电，本驱动板 可以当作通常的枕头使用，供受检者躺下头枕，因此，使用本装置， 一次即可完成 常规MRI检查及MRE检査。检查过程中无需更换特殊线圈、无需移动患者，很好的 实现了 MRE检查与临床常规MRI检查的接轨；
② 舒适性好。检查时，受检者枕部可大范围与激发装置接触，即使较长时间接 受检査亦无不适反应；
③ 患者枕部与激发器接触，与咬式激发器比较，患者易于接受，为MRE技术早 曰在临床推广起到了决定性的作用。
下面通过附图对本发明进行详细说明。
图1为本发明提供的双驱动板结构的磁共振弹性成像头部枕式双向电磁激发 装置的端部结构示意图2为图1的磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置的主视结构示意图3为图2所示的磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置的俯视结构示意图；图4为将图1所示的磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置与磁共振装置连接 的示意图5为本发明提供的单驱动板结构的磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置 的端部结构示意图6为图5所示的电磁激发装置的主视结构示意图6a为图6所示的电磁激发装置中驱动板的头枕部上的竖墙的截面结构示意
图
图7为图5所示的电磁激发装置中驱动板的俯视结构示意图； 图8为现有技术中咬式振动激发装置的使用情况示意图。 下面结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施例方式
如图1、 2、 3和4所示，本磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置1设置在磁 共振弹性成像设备(MRI) 2检测通道10中，其包括一个台架ll，台架ll下面或 上面连接成像设备2检测通道10中的导轨，检测中可以在检测通道10中移动进出 (见图1、 4)。在该台架11上通过轴承座121固设有一支撑轴12，在该支撑轴 12上可转动地设有两个驱动板13，该两个驱动板13平行设置，两个驱动板13的 同一端的端头上各设有一电磁线圈15，其磁场方向如图2中箭头Bo所示。其上的 铜线连接磁共振弹性成像装置的低频正弦信号放大器的输出接口上，每个驱动板 13的另一端，形成头枕部。
在使用中，受检者与驱动板13的纵方向平行地仰卧，其头部放置在支撑轴12 一侧驱动板13的头枕部端头上固定，身体躺在台架ll后面延伸的检査床上，而电 磁线圈固定在支撑轴12的另一侧。
驱动板13的形成头枕部的一端的驱动板端头部分最好是相向扭转倾斜形成两 个相对的倾斜板，其间形成一上大下小的凹陷的头枕部(见图l)，使得激发装置 上的头枕部与检查者头部在相固定时受检者头部的两侧和下部与头枕部接触。
本激发装置1与磁共振成像设备的连接结构如图4所示，磁共振成像设备的波 形发生器6受控于MRI主机控制器4， MRI主机控制器4经触发(Trigger)引线5 连接于波形发生器6。波形发生器6通过一波形放大器3与本激发装置的两个电磁 线圈15连接，MRI主磁场方向如各图中BO所示。波形发生器4由磁共振成像设备 MR触发信号控制，MRI序列扫描同时，波形发生器产生的低频正弦信号，经放大器 放大后通过所述电磁线圈使得激发装置中的电磁线圈产生低频振荡，继而使得驱动 板的一端振动，该振动通过驱动板的杠杆结构使得其形成头枕部的另一端相应地产生低频振荡，再作用在固定于驱动板该端的受检者的头部，低频率振荡经颅骨传至 颅内，产生剪切波在脑组织内传播。
通过对MRE原始图像的如现有技术常规的后处理，可以得到脑组织局部的弹性
模量。而脑组织局部弹性模量的变化可以为某些疾病的超早期诊断提供参考价值；
脑肿瘤组织术前弹性模量的定量分级对治疗方案和手术入路的选择具有重要的指
导价值。
通过前述实施例的两个驱动板的振动，可以得到两组成像信号，可以就该两组 信号分别进行分析。也可以通过将双侧大脑半球的剪切波进行由相反变为对称的一 步转化形成成像信号成图分析。
本头部枕式电磁激发器的工作原理为本激发装置为电磁装置，主要由磁兼容 的纯铜线绕制的线圈使得驱动板产生低频振荡。
根据临床用磁共振成像设备标准头线圈的形状和尺寸设计本激发装置，应用时 激发装置可稳定固定于磁共振成像设备标准头线圈上。激发器线圈的形状与尺寸无 特殊要求，但线圈由无氧铜线缠绕后阻抗最好为8欧姆，与功率放大器匹配。激发 器线圈与驱动板重量最好相等。
为了不使驱动板13的头枕部高出台架11表面的高度过高使得受检者躺卧不舒 服，又使得其振动幅度达到使用要求的范围，而驱动板又要具有足够的厚度确保其
强度和刚度，所述驱动板13最好为一在其侧面的投影近似是"Z"形、具有两个弯 折角的板体，如图2、 3所示，其中两驱动板13的位于支撑轴12的安装电磁线圈 15 —侧的两段板体为相互平行的直板，其端部设电磁线圈15，位于支撑轴12另一 侧的驱动板的端头形成上大下小的凹陷的头枕部。头枕部与支撑轴12之间的一段 驱动板横向两次弯折，形成一倾斜段，见图2。由此，在支撑轴12两侧的两部分 驱动板部分高低不同，头枕部一侧较低，在对应头枕部的下方台架11上开设有相 应的通孔111，使得驱动板13的头枕部下侧一部分陷入在该通孔中，头枕部露出 在台面之上的部分的高度适宜受检者枕靠。而安装线圈15 —侧驱动板的下底面高 于台架的上表面一段较大的距离，使得能够满足该段振动幅度的需求。这样，头枕 部的上表面距离台架的上表面的高度在满足使用要求的基础上得到降低，使得受检 者可以比较舒适地枕的头枕部上。
为了确保检査的准确性，在对应驱动板13的头枕部一侧的最高点的台架11的 上表面上设有一振幅定位块122，其与驱动板的距离应与驱动板的振幅相适应，保 证受检者的头部与驱动板的振动情况相一致。
如图5-7所示，为本发明的另一实施例，其与前面图l所示的实施例的区别在于在支撑轴12a上可转动地固设1块驱动板13a，构成头部枕式单向电磁激发装置， 该支撑轴12a固定在一个由两个相对的前支撑板lla、两个相对的后支撑板lle、 与前后支撑板的上端固结的顶板llb和与前后支撑板的下端固结的底板llc组成的 台架11的两相对的前支撑板lla上。单个的驱动板13a前后分成三部分头枕部 分131、支撑电磁线圈15的支撑振动部分133和连接头枕部分与支撑振动部分的 转折部分132。由起始边a和终止边b (见图7)构成的转折部分132和头枕部分 131都位于支撑轴12a的同一侧。单个驱动板13a的支撑振动部分133的结构与前 述实施例中的驱动板相同。转折部分132使得头枕部分131低于支撑振动部分133 的结构也与图1所示的实施例基本相同。而头枕部分131与前述实施例不太相同， 其要通过一块驱动板构成适合于受检者舒适枕靠的头枕部。因此，该结构为位于 支撑轴12a的头枕部一侧的驱动板的端头在驱动板13a的宽度方向上对称延伸，形 成板状的所述头枕部，在该头枕部的延伸的两侧向上设有竖墙134，在其中间形成 一 U形的受检者头部放置部位。
单个驱动板的实施例与两块驱动板的例子比较，单个驱动板的激发装置震动感 较强，舒适性较两块驱动板的双向激发装置差，但成图无需后处理，在双侧大脑半 球传播的剪切波即为对称，而双向激发装置则需经软件后处理才能形成双侧对称的 波。
本发明提供的磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置提供通过驱动板上的头 枕部使得受检者头部进行振动。与现有技术中的口咬式激发装置相比，本发明提供 的激发装置，其上的电磁线圈与磁共振设备的连接结构相同，但是，其激发结构进 行了创造性的改进，其使得检査可以较长时间进行而受检者没有很大的痛苦，而本 发明的驱动板的头枕部倾斜的端头形成的凹陷与头部的两侧和下部都有接触，振动 的传递更加清晰，故而，波形、振幅适用范围广，不受病变组织波长长短的影响。
权利要求
1、一种磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置，其特征在于包括一个台架，在该台架上固设有一支撑轴，在该支撑轴上可转动地设有至少一个驱动板，该驱动板的位于支撑轴一侧的一端上设有一其上的铜线用于连接磁共振弹性成像装置的低频正弦信号放大器的输出接口的电磁线圈，该驱动板的位于支撑轴另一侧的一端形成一头枕部。
2、 根据权利要求1所述的磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置，其特征在 于在该支撑轴上可转动地设有两个驱动板，构成头部枕式双向电磁激发装置，该 两个驱动板左右平行设置，两个驱动板的同侧的两个端头上各设有一其上的铜线用 于连接磁共振弹性成像装置的低频正弦信号放大器的输出接口的电磁线圈，两个该 驱动板的另一端组合形成一头枕部。
3、 根据权利要求2所述的磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置，其特征在于所述两个驱动板的形成头枕部的一端，其各自的驱动板端头部分相向扭转倾斜， 在该两个端头之间形成一个上大下小的凹陷的头枕部。
4、 根据权利要求2或3所述的磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置，其特征在于所述驱动板一在其侧面形状是"Z"形，所述头枕部与支撑轴之间的一段 驱动板横向两次弯折，形成一倾斜段，使得在所述支撑轴两侧的两部分驱动板部分 高低不同，头枕部一侧较低，在对应头枕部的下方所述台架上开设有相应的通孔， 使得驱动板的所述头枕部下侧一部分陷入在该通孔中，而安装线圈一侧驱动板的下 底面高于台架的上表面。
5、 根据权利要求1所述的磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置，其特征在于在该支撑轴上可转动地设有一个驱动板，构成头部枕式单向电磁激发装置，该 驱动板长度方向上的位于所述支撑轴的一侧设所述电磁线圈，位于所述支撑轴的另 一侧的端头在驱动板的宽度方向上对称延伸，形成板状的所述头枕部，在该头枕部的延伸的两侧向上设有竖墙，在其中间形成一u形的受检者头部放置部位。
6、 根据权利要求5所述的磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置，其特征在于在设有所述头枕部的所述支撑轴一侧的驱动板部分构成转折部分和头枕部分， 所述头枕部分低于所述支撑轴另一侧的支撑电磁线圈的支撑振动部分。
7、 根据权利要求1或5所述的磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置，其特征在于所述电磁线圈上的铜线为无氧铜线，其在缠绕后的阻抗为8欧姆，使得其与功率放大器匹配。
8、 根据权利要求1或5所述的磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置，其特征在于所述电磁线圈与所述驱动板重量相等。
9、 根据权利要求1或5所述的磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置，其特征在于在对应所述驱动板的头枕部一侧的最高点的所述台架的上表面上设有一振 幅定位块，其与驱动板的距离与驱动板的振幅相适应。
全文摘要
本发明公开了一种磁共振弹性成像头部枕式电磁激发装置，包括一个台架，在该台架上固设有一支撑轴，在该支撑轴上可转动地设有至少一个驱动板，该驱动板的位于支撑轴一侧的一端上设有一其上的铜线用于连接磁共振弹性成像装置的低频正弦信号放大器的输出接口的电磁线圈，该驱动板的位于支撑轴另一侧的一端形成一头枕部。本激发装置充分考虑了临床实用性和舒适性好，患者易于接受，检查时，受检者枕部可大范围与振动激发装置相接触，即使较长时间接受检查亦无不适反应，一次即可完成常规MRI检查及MRE检查。
文档编号G01R33/34GK101406395SQ20071017577
公开日2009年4月15日 申请日期2007年10月11日 优先权日2007年10月11日
发明者高培毅 申请人:高培毅