利用导航器测量磁共振流变换能器振动的制作方法_5

文档序号:8303341阅读:来源:国知局
图802的截面。然后对图1100和1102这些值进行傅里叶变换。在1104中以幅值方式绘制k空间,并且在1106中绘制相位。在k空间幅值图1104中,能够看出存在单个大的峰1108。
[0242]图12示出了图像800的截面,以及图像902的截面,这是在图1202中绘制的。然会对这些值进行傅里叶变换。存在幅值图1204和相位图1206。在幅值图1204中,存在最少三个峰1208可见。
[0243]图13示出了图1100中绘制的图像800的截面,以及图1302中绘制的图像1002的截面。然后对这些值进行傅里叶变换,k空间幅值图为1304,并且k空间相位图为图1306。能够看到,在幅值图1304中,同样存在多个峰1308可见。然而,峰的间距已经变化。图11-图13中示出的k空间图代表通过采集磁共振数据的单条线而采集的数据。这样图示了可以如何利用单条线的k空间数据来确定幅度和相位。这会是控制换能器的幅度和相位的极有效率的方法,因为采集和解读该数据将是极快的。
[0244]典型的电驱动流变换能器是独立于其对BO场的取向而自由运行操作的。在换能器相对于z轴倾斜时,考虑到通过装置的恒定电流,振荡幅度减小。
[0245]我们提出结合一个或若干个霍尔传感器或其他场探头,用于确定换能器位置处的BO场。在换能器相对于z轴倾斜或沿径向移动时,传感器的输出为减小的BO场提供了用于驱动换能器电流的值,从而保持振荡幅度不变。提供了用于临床用户的改进的工作流程,因为他会接收到有用的信息,以正确固定换能器。
[0246]可以使用由BO场内部的低频电流驱动的场补偿线圈构成的换能器来执行MR流变。装置开始以施加电流的频率进行振荡。振荡幅度取决于电流和装置相对于外场的取向。对于给定的电流,一旦线圈绕组的平面不再平行于BO场,振荡幅度就减小。
[0247]本发明的一些实施例可以补偿将换能器倾斜到一定量或恒定换能器移动的效果。在换能器被安装到患者的情况下,例如,能够补偿因呼吸而使换能器倾斜的效应。
[0248]一个或若干个磁场传感器可以被并入换能器中,使得能够实时测量装置的位置处的BO场值。传感器的输出提供了用于调节换能器的驱动电流的单元,从而能够在患者或换能器移动期间以及重新定位换能器之后保持振荡幅度恒定。为了使声波最优地穿透到身体中,能够使传感器单元相对于其外壳倾斜一定角度。
[0249]图14图示了已经被集成到包括磁场传感器1402的组件1400中的换能器222。磁场传感器1402向换能器控制器224发送传感器信号1404。换能器控制器然后可以调节换能器222的相位和幅度。换能器控制器224还可以向磁共振成像控制台1406发送信号。
[0250]为了提供针对通过换能器的电流的误差信号,场探头被放置于换能器外壳上或内部(参见图14)。这样的场探头可以是霍尔传感器或其他类型的磁场测量探头,例如,拾取环。
[0251]传感器被读取,并且在若干个传感器的情况下,可以执行信号的组合。也可以使用若干个不同的场测量结果进一步处理。然后将实测值与针对BO的预定义值或预先确定的校准值进行比较。简单逻辑提供了偏差信号,并将其馈送到驱动换能器的电流源的输入。可以使用PID调整器(比例/积分/差分)过滤该输入信号。在图15中示出了这种设置。
[0252]图15示出了用于控制图14示出的布置的反馈环路1500的范例。可以具有换能器驱动器,其向功率放大器1504发送驱动信号1506。换能器驱动器和功率放大器可以包括换能器控制器224的实施例。功率放大器向换能器组件1400中的换能器输出放大的驱动信号1508。组件1400中的场传感器向信号组合过滤器1512发送场感测信号1510。信号组合过滤器具有PID调整器。信号组合过滤器1512向换能器驱动器1502输出空气信号1514。这样形成了闭合的控制环路。
[0253]在图15中,反馈环路操作流变换能器。典型地,波形发生器被用作提供例如正弦信号的换能器驱动器。该信号被放大并施加于换能器。本发明提出向换能器增加场探头。那些探头的输出信号被馈送给信号组合器/过滤器/调整器,并且这个单元在驱动信号上增加误差信号,以实现最优的换能器效率和恒定的振荡幅度。
[0254]为了保护换能器,还设置由源提供的最大电流。这种机制不允许反馈环路无限增大电流,这样会破坏换能器。
[0255]能够通过光学或声学反馈为临床用户改善换能器的定位。如果连续监测场传感器的输出,能够使用这一信号来导出提供最大振荡幅度的换能器位置。能够使用例如一行LED或声信号通过光学可视化给出哪些位置提供最大换能器幅度的指示。
[0256]换能器的定位是关键性的,需要熟练且受过培训的用户。为了使身体中的声波幅度最大化,外壳和振荡器之间的铰链以及连接的活塞定义相对于受检者的最优激励角度。仅部分地覆盖k空间中心的快速预备序列提供了必要的反馈信息,以对齐振荡器。BO传感器被连接于适当的振荡器单元处。
[0257]MRI流变基于声弹性信息,并且导致诊断特异性的显著升高。我们提出动态地改变与受检者身体的机械耦合,以便使耦合最大化并补偿运动效应。将活塞偏移改变可变长度和倾角,活塞的尺寸和形式也是可变的。经由MRI测量控制活塞的偏移,以便获得与身体的最优机械波接口,使针对个体患者身体尺寸的波幅最大化。
[0258]由于患者之间解剖结构的变化,工作流程得到相当大改善,因为一种可配置流变装置能够提供流程的最优结果。防止了患者的不适感。
[0259]MR流变是一种成像方法,其中使用磁共振断层摄影来表征组织的机械性质。为此目的,驱动组织以在成像期间机械振动,导致额外的成像对比度。因此,低频机械波被耦合到组织中,并且经由MR序列而可视化,MR序列被相位锁定到机械激励。触诊被转换成评估客观绝对物理量,其诊断值能够被量化。
[0260]能够使用该信息基于其粘弹性质区分组织(健康、恶性等),并且例如为癌症诊断带来特异性的显著提升。已经提出并论证了若干种向组织采用机械振动的不同换能器,即电磁设计,其利用了 MR扫描器内部的BO场。为临床应用提出了压电驱动的换能器或气动设计。
[0261]通过将机械振荡器附着到患者上接近感兴趣成像区域来实现组织的振荡。振荡可以基于在静态BO磁场中振荡的电-机械转换器,如交流电驱动的线圈。使用具有固定尺寸、长度和位置的活塞生成组织的机械激励。
[0262]针对受检者进行个体调整能够提供最优耦合,从而向身体中提供良好的机械波传输,用于最优重建,这是必须的。
[0263]当前,基于经验,例如,通过设置通过提到的机电振荡器的线圈的电流,手动地调节振荡的幅值。可以由本发明的一些实施例解决以下问题:
[0264].与患者身体的机械匹配对于刚性换能器设置是次优的
[0265].未提供针对不同尺寸的患者身体的个体调整
[0266].针对局部组织边界的调整不可能
[0267].在典型设计中未补偿运动和呼吸
[0268].最大水平的振动未受控制
[0269].患者舒适度没有保证
[0270]经由MRI测量控制流变振荡器活塞的偏移,并且保证了机械波与身体的最优接口连接,提供针对个体患者身体尺寸的最优波幅,并且为定位提供了有效的帮助。
[0271]不同的参数能够是机电改变/调整的,例如,活塞长度、倾角或活塞接触表面的直径。尤其是对于变化的患者尺寸,以及从而对于身体内变化的脂肪分布,能够调整流变单元设置,以实现良好的成像结果。基于成像数据和所监测的振荡器数据的自动调谐机制将改善其性能。排除了最大水平的振动,这样防止了患者不适。
[0272]本发明的一些实施例向流变换能器中集成了模块,所述模块提供装置参数的外部变化,如活塞的长度(偏移)、活塞相对于振荡器外壳的倾角以及活塞与患者身体的接触表面。
[0273]图16图示了根据本发明的实施例的换能器1600。在该实施例中,存在可变长度的活塞1602。活塞将振荡器1604连接到接触表面1608。接触表面1608可用于与受检者的表面接触并向受检者转移振动。存在驱动1606使活塞1602能够改变长度。这样导致可变的距离1610。
[0274]图17示出了备选换能器设计1700。在该范例中,接触表面1608相对于换能器1700的其余部分倾斜。接触表面1608经由活塞1702被连接到振荡器1604。存在驱动1706可用于使活塞1702旋转。通过这种方式,可以在方向1710上使接触1608的角度旋转。通过旋转它,可以改变接触表面1608和受检者之间的接触角。
[0275]图18示出了根据本发明的实施例的换能器1800的备选实施例。该实施例类似于其他实施例,只是在这种情况下,活塞1802是固定的。活塞在振荡器1604和接触表面1608之间传递振荡。在这种情况下,接触表面1608具有可变化的表面面积。例如,可以从两个或更多板中构造出接触表面1608,并且可以使用驱动机构1806控制板间的间距。
[0276]图19示出了根据本发明的换能器1900的另一实施例。在该实施例中,活塞1802上安装了可膨胀的区域1902。驱动1906能够使可膨胀区域1902膨胀或缩小,由此以接触表面1608的形式导致危险。
[0277]图16到图19示出了能够在流变期间远程改变的活塞的不同参数,用于实现改善的结果。作为中央元件的流变施用器是由音频放大器(这里:交流驱动线圈的范例)驱动的。基于由MRI测量获得的一组值来计算放大器输入信号和偏移输入:
[0278]MR控制台和偏移驱动接口之间的直接链接和控制允许同步成像序列并施加机械振动参数集。此外,在输入处使用MRI成像序列的实时数据用于反馈控制,使得仅在需要时打开具有动态活塞的振荡器。在控制环路的软件中实现用于不同受检者的反馈环路和预设数据(体重、脂肪、成像数据、数据库)的自动校准。在MRI流变测量开始时执行一次所述过程,并在测量期间连续重复,以补偿患者运动和移动期间不同的机械匹配。
[0279]图20示出了如何实现这种装置的一个范例。活塞经由螺丝状连接被牢固附着于振荡器。存在比机械固定所需更多的绕组/空间。通过转动活塞,能够调节振荡器和活塞(患者)的距离。为此,活塞具有垂直嵌齿轮,其中距离驱动器被附着具有匹配的第二嵌齿轮。通过仅驱动一圈的一小部分,能够改变活塞的角度。
[0280]图20示出了图17中示出的实施例的一种实施方式。图20示出了换能器1700。在外壳2000中具有振荡器,其具有安装于它们内部的绕组2002。驱动器1706驱动齿轮2004。驱动齿轮2004导致活塞1702在绕组2002中旋转。这样导致活塞1702向振荡器外壳2000中移动或从其中移出。在该范例中,接触表面1608倾斜一定角度。在驱动器1706旋转齿轮2004时,接触表面1608将围绕绕组的轴中心旋转,并且活塞1706将改变其距离。
[0281]图21示出了图20中示出的实施例的改进版本。图21示出了换能器2100。在这种情况下,已经增加了第二驱动器2102。驱动器2102转动齿轮2104。这些导致活塞1702在螺纹或绕组2104上旋转。驱动器1706导致齿轮2004旋转,齿轮被安装
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