专利名称：用于磁共振成像的心电图仪和用于其的电极贴片的制作方法
用于磁共振成像的心电图仪和用于其的电极贴片本发明涉及医学领域、磁共振领域、心电图仪领域以及相关领域。它适用于心电门 控磁共振成像和有益地由心电图监测的其他磁共振应用等。心电门控磁共振(MR)成像使得在采集MR成像数据过程中监测对象的心动周期成 为必需。心电门控使得能够对在心动周期的选定部分期间采集的成像数据进行重建，从而 减少与心脏运动或血液流动相关的伪影。在另一种心电门控应用中，可以获得图像的电影 (CINE)序列并使其与由心电门控提供的心动周期对准。在MR成像期间进行心脏监测的一 些其他应用包括检测心脏心律不齐或其他异常事件以便排除在这些事件期间采集的成像 数据；检测由MR成像经历的幽闭恐怖症或其他方面带来的对象精神紧张；等等。心电图(ECG)是监测心动周期的常用技术。在常规12-导联ECG中，一个电极被 放置在每个肢体上，并且六个电极被放置在胸腔上的标准位置处。因此完备的12-导联ECG 包括放置在对象上十个不同标准位置处的十个电极。利用这十个电极的各种组合采集十二 个电导联信号。熟练的心脏病学家或其他专家可以根据12-导联ECG数据推导出关于三维 心脏活动的大量信息。该12-导联ECG配置是标准的，且心脏病学家习惯于解释12-导联ECG数据。 然而，常规12-导联ECG的十电极的放置是耗时的且对于对象来说是不舒服的。改进 的导联配置，即所谓的EASI导联配置，使得能够利用五个或六个电极——包括常规地称 为"E"、丨‘A"、丨‘S"和〃 1〃的电极和一个或两个附加的电极——采集12-导联ECG 数据。一些已知的EASI电极配置被公开在例如Dower的美国专利No. 4，850, 370和Field 的美国专利No. 6，496，720中，以引用的方式将这两个专利整体合并于此。迄今为止，包括EASI和其他简化配置的12-导联ECG已经被认为与MR成像不兼 容。12-导联ECG中的电极导线是长的且经常交叉，从而产生传导路径和回路，其可能传导 由于与MR成像的磁场相互作用而感生的大电流。这些感生电流可能将噪声引入到MR图 像、ECG数据或二者中，并且还可能带来安全危害，因为大的感生电流可能导致发热和对象 烧伤。除了这些关注点之外，连接对象和12-导联ECG将向当前广泛的MR成像会话增加大 量的时间和复杂度。为了监测的目的，诸如心电门控，通常采用3-导联ECG，其具有彼此接近地布置在 对象胸腔上的四个电极，其中任意两个电极的最大间隔小于大约15厘米。电极的接近布置 减小了传导路径长度和回路。可以利用用于电极和导线的非磁性材料构建MR兼容的3-导 联ECG系统。由于仅使用四个电极，将对象连接到3-导联ECG不会使MR成像会话过度延 长或复杂。3-导联ECG中数目减少的导联相比于12-导联ECG以信息简化为代价。另外，与 常规12-导联ECG数据相比，心脏病学家和其他专家通常较不熟练于解释3-导联ECG数据。 因此，3-导联ECG足以提供基本信息，诸如心动周期时段和诸如主导QRS复合波的出现的总 ECG特征的识别。然而，3-导联ECG通常不足以执行更复杂的心脏分析。这限制了 ECG/MR 系统的协同价值。本发明提供了克服上述及其他问题的新型改进的设备和方法。
根据一个公开方面，一种设备包括多个电极，其被配置为设置在磁共振扫描器中 的对象上，所述多个电极包括少于十个的电极；以及心电图仪器，其可操作地与所述多个电 极相连接并且被配置为从由所述多个电极采集的心电图信号合成对应于常规12-导联心 电图仪器的十二个导联。在一些实施例中，该设备还包括所述磁共振扫描器，其被配置为采 集设置在所述磁共振扫描器中的对象的磁共振数据。根据另一个公开方面，公开了一种用于将包括五个或六个电极的多个电极固定成 预定义图案的电极贴片。该电极贴片被配置为作为一个单元设置在磁共振扫描器中的对象 上。该预定义图案具有至少20厘米且不超过50厘米的最大电极间隔。该预定义图案使得 能够从由成该预定义图案的五个或六个电极采集的信号合成12-导联心电图信号。根据另一个公开方面，一种方法包括对设置在磁共振扫描器中的对象采集磁共 振数据；将多个电极固定到磁共振扫描器中的对象上，所述多个电极包括少于十个的电 极；以及从由多个电极对设置在磁共振扫描器中的对象采集的心电图信号合成对应于常规 12-导联心电图仪的十二个导联。一个优势在于在MR环境中采集常规12-导联ECG数据而不导致成问题的导电路 径或回路。另一个优势在于方便MR操作者安装有效数目的电极以采集12-导联ECG数据而 不导致MR工作流程复杂性或时间的大量增加。本领域普通技术人员在阅读和理解以下详细说明后将认识到本发明的更多优点。
图1图解示出组合的磁共振/心电图数据采集系统；图2图解示出在图1的系统中使用的、提供五个电极的预定义配置的电极贴片，其 能够提供合成的12-导联心电图数据；图3图解示出在图1的系统中使用的、提供六个电极的预定义配置的电极贴片，其 能够提供合成的12-导联心电图数据。参考图1，一种心脏诊断或监测系统包括具有主磁体10的磁共振(MR)扫描器8， 该主磁体10在检查区域12中产生静态主磁场(B。)。在图示的实施例中，该主磁体10是设 置在采用液氦或其他低温流体的低温容器14中的超导磁体；作为替代，可以使用电阻性主 磁体。在图示的实施例中，磁体组件10、14被设置在大致圆柱形扫描器外壳16中，该外壳 将检查区域12限定为圆柱形腔；作为替代，也可以使用其他几何结构，诸如开放性MR几何 结构。磁共振由一个或多个射频线圈激励并检测，该线圈诸如图示的整体正交体线圈18或 者一个或多个局部线圈或线圈阵列，诸如头部线圈或胸部线圈。所激励的磁共振被空间编 码、相移和/或频移或者通过由一组磁场梯度线圈20选择性产生的磁场梯度以其他方式操 纵。磁共振扫描器8由磁共振数据采集控制器22 (适当地体现为专用数字处理装置、 适当编程的通用计算机等)操作以产生、空间编码和读出存储在磁共振数据存储器对中的 磁共振数据，诸如投影或k-空间样本。所采集的空间编码的磁共振数据被磁共振重建处理 器沈重建以产生设置在检查区域12中的对象SUBJ的一个或多个图像。重建处理器沈采 用与空间编码适合的重建算法，诸如用于重建所采集的投影数据的基于反向投影的算法， 或者用于重建k-空间样本的基于Rmrier变换的算法。一个或多个经重建的图像被存储 在磁共振图像存储器观中，并且适当显示在用户界面32的显示器30上，或者利用打印机或其他标记引擎进行打印，或者经由互联网或数字医院网络传送，或者存储在磁盘或其他 档案存储器上，或者以其他方式使用。所图示的用户界面32还包括一个或多个用户输入装 置，诸如图示的键盘34或者鼠标或其他指向型输入装置等，这使得放射学家、心脏病学家 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器控制器22相接口。
继续参考图1，该心脏诊断或监测系统还包括心电图仪(ECG)，该心电图仪包括经 由电极贴片40安装到对象SUBJ的胸部或躯干的一组电极。包括电极的电极贴片40是用 具有低磁化率的材料构建的，和/或包括较高磁化率的小型部件(诸如电极)，从而不干扰 或最小程度地干扰磁共振数据采集。通过使用短尾导线42电连接电极贴片40的电极和缆 线束44来进一步减轻或消除这种干扰。电极贴片40包括少于十个的电极，并且优选包括 五个或六个电极。短尾导线42的短导线和数目减少的电极(与常规12-导联ECG配置相 比)确保了对应的导电回路很小，并且减少或消除了交叉导线。缆线束44被诸如环绕的导 线网格或内嵌金属纤维的覆盖物的导电护套屏蔽以进一步减少与磁共振扫描器8产生的 场的相互作用。 缆线束44将来自电极贴片40的电极的电信号传达到ECG数据采集控制器50，该 ECG数据采集控制器50采集来自电极的电描记线并且将所采集的描记线存储在ECG描记 线存储器52中。因为电极贴片40包括少于十个的电极，所以不能直接产生常规12-导联 ECG输出。然而，通过由电极贴片40限定的少于十个电极的选定配置，12-导联合成器适当 处理ECG描记线以合成常规12-导联输出，其被存储在12-导联ECG数据存储器56中，并 且与MR图像或成像过程相组合以产生协同信息。例如，12-导联输出可以被用于执行精确的ECG门控，其中根据常规12-导联ECG 信号的已知特征估计心动相位。与此相对比，采用3-导联ECG的ECG门控在其识别心动相 位的能力方面更受限制。在图示的实施例中，12-导联ECG数据被输入到用户界面32，在此 产生心电门控信号。可以利用检测对应于特定心动相位的12-导联ECG特征的自动算法产 生心电门控信号。附加地或可替代地，可以通过使有经验的心脏病学家观察12-导联ECG 描记线并手动识别指示选定心动相位的特征来以半自动模式产生心电门控信号。在一些实 施例中，12-导联ECG描记线被直接输入到MR扫描器控制器22，而不是利用用户界面32作 为中间接口。作为可获得协同信息的另一示例，可以将合成的12-导联ECG信号与以诊断方式 同时采集的MR图像一起利用。通过使用户界面32显示MR图像以及对应的同时采集的合 成12-导联ECG描记线，有经验的心脏病学家可以使在合成12-导联ECG描记线中观察到 的心动事件与由MR成像的心脏活动相关。例如，12-导联ECG数据可以指示不利地影响心 脏的泵送行为的心脏缺血。通过使缺血性12-导联ECG特征与同时采集的MR图像相关，有 经验的心脏病学家可以更容易地在MR图像中识别心脏缺血的精确空间位置和程度。继续参考图1并进一步参考图2，电极贴片40的图示实施例包括五个电极。这些 电极被布局成经修改的EASI图案，其包括EASI配置的经修改的电极E'、k'、S'和I'以 及经修改的中性或接地电极N'。这些电极相对于EASI图案被修改为使得它们彼此更接 近，即具有不超过50厘米的最大电极间隔dmax，并且优选不超过45厘米。也就是说，成由电 极贴片40限定的预定义图案的多个电极中没有两个电极被分离超过50厘米，并且更优选 地不超过45厘米。另一方面，为了提供足够的导联距离，最大电极间隔dmax优选为至少20厘米，且更优选为至少30厘米。电极贴片40实现了一种经修改的EASI配置，其中电极的间距被修改，而大体放置 配置被保持。相应地，12-导联合成器M或其他心电图仪器被适当配置为利用EASI线性变 换合成十二个导联，该EASI线性变换诸如Dower的美国专利No. 4，850，370所公开的或者 Field的美国专利No. 6，496，720所描述的，以引用的方式将这两个专利整体合并于此。参考图3，电极贴片可以被配置为提供少于十个电极的其他配置或布局，其中该电 极配置被选择为使得能够合成标准的12-导联ECG。说明性的电极贴片40'在图3中图解 示出，并适当地替代图1中的电极贴片40，其包括六个电极，即经修改的力电极V/ ；经 修改的V6电极V6'；经修改的“左臂”电极LA'；经修改的“右臂”电极RA'；经修改的“左 腿”电极LL'；以及经修改的“右腿”电极RL'。经修改的电极V1' ,V6'精确地或大致地 对应于常规12-导联ECG电极配置的V1J6电极，而经修改的电极LA' ,RA' ,LL' ,RL'对 应于常规12-导联ECG电极配置的四肢电极，但是被修改为使得经修改的电极LA' ,RA'、 LL'、RL'被设置在胸部或躯干上而不是四肢上，从而产生更紧凑的布置。电极贴片40' 的六电极配置的输出可以被输入到12-导联合成器M或者被适当配置为利用适用于电极 贴片40'的六电极配置的变换来合成十二个导联的其他心电图仪器。例如，适当的变换被 公开在Wei等人的美国专利No. 6，721，591中，以引用的方式将该专利整体合并于此。在两种电极贴片40、40'中，经修改的电极配置具有足够的宽度(例如，在一些实 施例中至少20厘米的最大电极间隔，或在其他实施例中至少30厘米的最大电极间隔)，从 而使得合成的12-导联ECG信号提供对物理(十电极)12-导联ECG系统的良好近似。与 此同时，在两种电极贴片40、40'中，经修改的电极配置具有足够受限的宽度(例如，在一 些实施例中不超过50厘米的最大电极间隔，或在其他实施例中不超过45厘米的最大电极 间隔)，从而使得传导回路的尺寸和它们交叉的可能性被最小化，由此使得图1中包括电极 贴片40 (或可替代地为电极贴片40 ‘)和短尾导线42以及缆线束44的ECG系统是MR兼 容的。应该认识到，对最大电极间隔的约束使得短尾导线42能够具有对应的短导线。通过执行由最大电极间隔约束约束的身体映射适当地确定由电极贴片40限定的 电极配置(即电极E'、k'、S'、Γ、Ν'的位置)，或可替代地由电极贴片40'限定的电 极配置(即电极V/ ,V6'、LA'、RA'、LL'、RL'的位置)，所述多个电极以所确定的电 极图案固定到磁共振扫描器中的对象上。例如，该最大电极间隔约束可以是具有不超过50 厘米的最大电极间隔dmax ；或者具有不超过45厘米的最大电极间隔dmax ；等等。可选地，所 执行的身体映射进一步受到最大电极间隔的最小值约束的约束，例如要求最大电极间隔为 至少20厘米，或至少30厘米，等等。应该认识到，一个或多个电极可以处于与“标准”配置 相同的位置上。例如，电极贴片40可以使得电极E'位于与常规EASI配置中相同的位置； 但是，电极E'仍然被修改为使得其相对于其他电极A'、S'、Γ、N'的位置相对于常规 EASI配置被修改。图示的电极贴片40、40'是示例。少于10个电极的其他配置也是可预期的，只要 该配置被选择为能够合成常规12-导联ECG信号。通常，五个或六个电极是优选的，因为这 提供了用于准确合成12-导联ECG的足够数据且同时保持较低的电极数目以增强MR兼容 性。在一些实施例中，可预期针对不同尺寸的对象具有不同尺寸的电极贴片。例如，针对新 生儿、小儿和成人对象可以具有不同尺寸的电极贴片。电极贴片40、40'可选地是针对每个对象进行替换的耗材。可以通过卡锁连接器(snap-cormector)等实现电极与尾导线42 的物理连接以方便快速连接和断开。电极贴片40、40'的使用方便了在MR系统中快速部署 ECG,例如恰好在开始MR成像会话之前。但是，也可预期通过使用独立应用的电极而不使用 图案限定的电极贴片来执行包括模拟12-导联ECG数据在内的所公开的MR/ECG方法。
已经参考优选实施例描述了本发明。在阅读和理解前述详细描述之后其他人员容 易想到各种修改和变化。意在本发明被解读为包括所有这些修改和变化，只要它们处于随 附的权利要求及其等价物的范围内。
权利要求
1.一种设备，其包括多个电极(E' ,A' , S'，Γ , N' , V1' , V6' , LA' , RA' , LL' , RL')，其被配置为 设置在磁共振扫描器⑶中的对象(SUBJ)上，所述多个电极包括少于十个的电极；以及心电图仪器(50，Μ)，其可操作地与所述多个电极相连接并且被配置为从由所述多个 电极采集的心电图信号合成对应于常规12-导联心电图仪器的十二个导联。
2.如权利要求1所述的设备，其还包括所述磁共振扫描器(8)，其被配置为采集设置在所述磁共振扫描器中的对象(SUBJ)的 磁共振数据。
3.如权利要求1和权利要求2中的任一项所述的设备，其还包括电极贴片^)，40')，其将所述多个电极(E'，A'，S'，I'，N'，V1'，V，LA'， RA'，LL'，RL')固定成预定义图案，所述电极贴片被配置为作为一个单元设置在所述磁 共振扫描器(8)中的所述对象(SUBJ)上。
4.如权利要求3所述的设备，其中，成所述预定义图案的所述多个电极(E'，A',S'， I' ,N' ,V1' ,V6'，LA' ,RA' , LL' ,RL')中没有两个电极被分离超过50厘米。
5.如权利要求4所述的设备，其中，成所述预定义图案的所述多个电极(E'，k丨,S'， I'，N' ,V1'，V6'，LA'，RA'，LL'，RL')中没有两个电极被分离超过45厘米。
6.如权利要求3-5中的任一项所述的设备，其中，所述预定义图案包括经修改的EASI 电极图案，其相对于所述EASI电极图案被修改为具有减小的最大电极间隔(dmax)。
7.如权利要求6所述的设备，其中，所述心电图仪器(50，54)被配置为利用EASI线性 变换合成所述十二个导联。
8.如权利要求1-7中的任一项所述的设备，其中，所述多个电极(E', A' , S' , I', N'，V1'，V6'，LA'，RA'，LL'，RL')包括五个电极(E'，A'，S'，I'，N')或六个 电极(V/，V6' , LA' , RA' , LL' , RL')。
9.一种电极贴片^)，40')，其将包括五个电极(E' ,K' , S'，I' ,N')或六个电 极(V/，V6' , LA' , RA' , LL' , RL')的多个电极(E' ,k' , S'，Γ ,N' ,V1' ,V6'， LA' , RA' , LL' , RL')固定成预定义图案，所述电极贴片被配置为作为一个单元设置在 磁共振扫描器(8)中的对象(SUBJ)上，所述预定义图案具有至少20厘米且不超过50厘米 的最大电极间隔(dmax)，所述预定义图案使得能够从由成所述预定义图案的所述五个或六 个电极采集的信号合成12-导联心电图信号。
10.如权利要求9所述的电极贴片，其中，所述预定义图案是经修改的EASI电极图案， 其相对于所述EASI电极图案被修改为使得所述最大电极间隔为至少20厘米且不超过50 厘米。
11.一种方法，其包括对设置在磁共振扫描器(8)中的对象(SUBJ)采集磁共振数据；将多个电极(E' Λ' ,S'，Γ ,N' ,V1' ,V6' ,LA' ,RA' ,LL' ,RL')固定到所述 磁共振扫描器中的所述对象上，所述多个电极包括少于十个的电极；以及从由所述多个电极对设置在所述磁共振扫描器中的所述对象采集的心电图信号合成 对应于常规12-导联心电图仪的十二个导联。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述固定包括固定所述多个电极(E' ,A1 ,S'，Γ ,N' ,V1' ,V6' ,LA' ,RA' ,LL' ,RL')中的 电极以使得没有两个固定的电极被分离超过45厘米。
13.如权利要求11和权利要求12中的任一项所述的方法，其中，所述固定包括 将所述电极(E'，A' ,S'，I' ,N')固定成经修改的EASI电极图案，所述经修改的EASI电极图案相对于所述EASI电极图案被修改为具有减小的最大电极间隔(dmax)。
14.如权利要求11-13中的任一项所述的方法，其中，所述多个电极(E', A' , S', I' ,N' ,V1' ,V6' , LA' ,RA' ,LL' , RL')包括五个电极(E' ,A' , S'，Γ ,N')或 六个电极(V/，V6'，LA' , RA'，LL'，RL')。
15.如权利要求11-14中的任一项所述的方法，其还包括通过执行由最大电极间隔约束(dmax)约束的身体映射来确定电极图案，所述多个电极 (E'，A'，S'，I'，N'，V1'，V6'，LA'，RA'，LL'，RL')以所确定的电极图案固定到 所述磁共振扫描器(8)中的所述对象(SUBJ)上。
全文摘要
一种电极贴片(40，40′)能够将五个电极(E′，A′，S′，I′，N′)或六个电极(V1′，V6′，LA′，RA′，LL′，RL′)固定成预定义图案。该电极贴片被配置成作为一个单元设置在磁共振(MR)扫描器(8)中的对象(SUBJ)上，并且具有至少20厘米且不超过50厘米的最大电极间隔(dmax)。该预定义图案使得能够从由成该预定义图案的五个或六个电极采集的信号合成12-导联心电图信号。可以使用该电极贴片的方法包括对设置在MR扫描器中的对象采集磁共振数据；将多个电极固定到该磁共振扫描器中的该对象上，所述多个电极包括少于十个的电极；以及从由所述多个电极对设置在MR扫描器中的对象采集的心电图信号合成对应于常规12-导联心电图仪的十二个导联。
文档编号A61B5/0408GK102065758SQ200980123028
公开日2011年5月18日 申请日期2009年5月29日 优先权日2008年6月18日
发明者E·M·雷伊 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司