一种屏气监控低场腹部磁共振成像装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种磁共振成像领域，尤指一种屏气监控低场腹部磁共振成像装置，包括医用磁共振成像仪控制台主机，所述的医用磁共振成像仪控制台主机的输入端与磁共振谱仪及计算机控制装置连接，所述的医用磁共振成像仪控制台主机的输出端与显示装置连接，磁共振成像仪，所述的磁共振谱仪由永磁磁体、数字化谱仪、射频前端、射频发射线圈、射频功率放大器、接收线圈、梯度线圈、梯度功率放大器、梯度电源和滤导板构成；还包括屏气监控装置，所述的屏气监控装置通过RS232串口与所述的医用磁共振成像仪控制台主机连接，用于监控病人的呼吸和屏气状态。
【专利说明】一种屏气监控低场腹部磁共振成像装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种磁共振成像领域，尤指一种屏气监控低场腹部磁共振成像装置。
【背景技术】
[0002]低场永磁磁共振成像仪在四肢关节、脊椎、盆腔和头颈等部位的常规检查中可提供有诊断价值的医学图像；并且，由于其造价低、检查费低和开放式结构而受到中小医院医师和病人的欢迎。然而，对于常规的腹部检查，由于扫描时间较长，人体腹部会随呼吸而运动，因此磁共振图像很容易出现呼吸伪影而失去诊断价值。通常的消除运动伪影的方法在低场成像中往往效果不佳，例如，(一)呼吸触发或门控技术，但该技术不能严格控制相位编码期间扫描层面始终在固定的解剖位置，且扫描时间需要延长大约三倍，在低场成像中信号累加将导致扫描时间进一步倍增；(二)导航波技术，但该技术常采用导航条对横隔膜实时反馈跟踪在低场条件下因信噪比过低而限制了成像层面的精确定位，尤其是导航条的预饱和效应可在成像层面引入明显的干扰条纹，或者利用导航波进行自旋系统相位误差的补偿也由于腹部运动的非线性和不平稳而难以精确建模，或者利用导航波进行相位编码步(或k空间线)重排也不能消除运动引起的图像模糊，且数据后处理复杂不易于临床应用；(三)屏气扫描方式，米用病人一次屏气扫描一组层面，或多次屏气分别扫描多组层面，该方法在高场超导磁共振成像仪上结合并行采集技术可快速方便地实现较好的腹部成像，获得广泛应用，但在低场腹部成像中，受病人屏气时间(通常为20s左右)和扫描速度的限制，难以有效应用于常规的Tl加权自旋回波成像和T2加权快速自旋回波成像以及基于自旋回波或快速自旋回波的其它成像，尽管降低相位编码步数、增加回波串长度(如单次激发)和信号不平均可以增加扫描速度，但这样获得的图像分辨率下降，信噪比不高，并且部分病人屏气时间不能达到最低扫描时间要求，使得图像质量达不到诊断要求。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本实用新型提供一种有效地解决了腹部磁共振成像常用的门控技术和导航波技术存在扫描层面偏移或导航条伪影问题，也克服了常用的屏气技术中病人屏气时间对数据采集的限制，缩短了扫描时间并提高了磁共振图像的诊断价值。
[0004]为实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案是:一种屏气监控低场腹部磁共振成像装置，包括医用磁共振成像仪控制台主机，所述的医用磁共振成像仪控制台主机的输入端与磁共振谱仪及计算机控制装置连接，所述的医用磁共振成像仪控制台主机的输出端与显示装置连接，磁共振成像仪，所述的磁共振谱仪由永磁磁体、数字化谱仪、射频前端、射频发射线圈、射频功率放大器、接收线圈、梯度线圈、梯度功率放大器、梯度电源和滤导板构成；还包括屏气监控装置，所述的屏气监控装置通过RS232串口与所述的医用磁共振成像仪控制台主机连接，用于监控病人的呼吸和屏气状态。
[0005]其中，所述的屏气监控装置由呼吸气压测量装置和串口控制模块构成。
[0006]其中，所述的呼吸气压测量装置包括气囊、绑带、气泵、气阀、导气管、气压传感器，气囊紧绑在病人胸腹部，置于磁共振成像仪的接收线圈的中央和永磁磁体正中心区域，所述的气囊的输入端通过导气管连接到气阀，所述的气阀与气泵连接，所述的气囊的输出端通过导气管连接到气压传感器，所述的气压传感器通过电缆与串口控制模块连接。
[0007]其中，所述的气阀为单向气阀。
[0008]其中，所述的绑带设有用于连接绑带首尾两端的粘扣。
[0009]其中，所述的气压传感器量程为200kPa，输出电压为0.5?4.5V，精度为±0.5%FS，工作电压为DC24V。
[0010]其中，所述的串口控制模块用于采集病人的呼吸波和进行A/D转换，TLC2543对输入的气压模拟信号进行转换，单片机AT89S51通过P3.5接收TLC2543的转换结果，AD芯片的通道选择和方式数据通过P3.4读入，单片机通过P3.0、P3.1经MAX232传递至RS232串口，构成与控制台主机的通信电路，同时单片机通过P0.7连接ULN2803驱动继电器。
[0011]本实用新型的有益效果在于:首先，气囊绑在病人胸腹部并通过导气管连接到气压传感器，气压传感器通过电缆与串口控制模块连接。这里与传统门控技术不同的是:串口控制模块增加了继电器并连接到声光设备(如信号指示灯)；并且，单片机程序基于病人屏气时期的气压所对应的电压阈值Vbh控制继电器开关，并启动或熄灭信号指示灯，以便病人精确控制屏气状态(或横膈位置)；屏气电压阈值Vbh通过呼吸波采集软件或前置可变电阻进行标定。
[0012]借助屏气监控装置，病人在屏气时期保持横膈位置一致，同时在腹部专用成像协议控制下成像系统的数字化谱仪连同射频单元、梯度单元和接收单元分别实现感兴趣区(ROI)的磁共振信号激发、空间编码和采集。最后，控制台主机的图像重建和显示模块分别实现k空间数据的二维或三维傅立叶变换，并显示无呼吸运动伪影的磁共振图像。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型结构示意图。
[0014]1.计算机系统，2.中央处理器，3.屏气监控装置，4.内存，5.图像处理系统，6.显不器，7.键盘,8.梯度放大器,9.Gx放大器，10.Gy放大器，11.Gz放大器，12.磁共振谱仪，13.中央处理器，14.内存，15.脉冲发生器，16.频率合成器，17.射频收发机，18.梯度脉冲发生器，19.时钟控制单元，20.网卡，21.气压传感器，22.梯度线圈，23.射频线圈，24.镜子，25.信号灯，26.磁体，27.扫描室接口，28.病人定位系统，29.前置放大器，30.接收/发射切换开关，31.射频放大器。
[0015]图2是本实用新型的呼吸气压测量装置的结构框图。
[0016]101.绑带，102.气囊，103.单向气阀，104.充气球，105.导气管，106.气压传感器，107.电缆，108.粘扣。
[0017]图3是本实用新型的呼吸气压测量装置的结构示意图。
[0018]201.扫描室，202.设备室，102.气囊，105.导气管，205.滤导板，208.简易屏气监控模块(包括106.气压传感器，207.可变电阻，209.模数转换，210.继电器)，211.DC电流，212.信号灯，213.数字化磁共振谱仪，214.计算机。
[0019]图4是本实用新型的屏气监控装置的结构示意图
[0020]201.扫描室，202.设备室，102.气囊，105.导气管，205.滤导板，216.串口控制模块(包括106.气压传感器，207.可变电阻，209.模数转换，210.继电器)，211.DC电源，212.信号灯，213.数字化磁共振谱仪，214.计算机，215.RS232串口线。
[0021]图5是本实用新型的屏气监控装置的呼吸气压测量装置原理图
[0022]图6是本实用新型的屏气监控装置的串口控制模块原理图
[0023]图7是自由呼吸阶段的呼吸波监控示意图
[0024]图8是屏气阶段的呼吸波监控示意图。
【具体实施方式】
[0025]实施方式一
[0026]请参阅图1-5所示，本实用新型关于一种屏气监控低场腹部磁共振成像装置，包括医用磁共振成像仪控制台主机，所述的医用磁共振成像仪控制台主机的输入端与磁共振谱仪及计算机控制装置连接，所述的医用磁共振成像仪控制台主机的输出端与显示装置连接，磁共振成像仪，所述的磁共振谱仪由永磁磁体、数字化谱仪、射频前端、射频发射线圈、射频功率放大器、接收线圈、梯度线圈、梯度功率放大器、梯度电源和滤导板构成；还包括屏气监控装置，所述的屏气监控装置通过RS232串口与所述的医用磁共振成像仪控制台主机连接，用于监控病人的呼吸和屏气状态。
[0027]其中，所述的屏气监控装置由呼吸气压测量装置和串口控制模块构成。
[0028]其中，所述的呼吸气压测量装置包括气囊、绑带、气泵、气阀、导气管、气压传感器，气囊紧绑在病人胸腹部，置于磁共振成像仪的接收线圈的中央和永磁磁体正中心区域，所述的气囊的输入端通过导气管连接到气阀，所述的气阀与气泵连接，所述的气囊的输出端通过导气管连接到气压传感器，所述的气压传感器通过电缆与串口控制模块连接。
[0029]其中，所述的气阀为单向气阀。
[0030]其中，所述的绑带设有用于连接绑带首尾两端的粘扣。
[0031]其中，所述的气压传感器量程为200kPa，输出电压为0.5?4.5V，精度为±0.5%FS，工作电压为DC24V。
[0032]如图1所示。在磁共振成像仪的数字化谱仪上安装腹部专用成像协议，其中脉冲序列可以是基于梯度回波或自旋回波的任何二维或三维序列，按下述方式改写:
[0033]所有k空间线的采集在各个屏气阶段进行，脉冲序列相位编码根据屏气次数进行分段，例如，相位编码256步，屏气8次，则每次屏气可完成32步相位编码和在笛卡尔坐标系填充32条k空间线。同样，其它方式的k空间采集也可以按类似方式进行分段。每次屏气时间tbh可选择在5秒到15秒之间，为采样恢复时间TR的倍数，此段时间采集k空间数据。在每次TR期间可插片，即一次相位编码步扫描多层。每次屏气之后病人恢复呼吸，呼吸时间tf通常设置为5秒左右(一次呼吸循环)，此段时间采样暂停。注:相位编码步数和屏气时间tbh可在参数表中调节。
[0034]屏气监控装置用于监控病人的呼吸和屏气状态，由呼吸气压测量装置和串口控制模块构成。气囊紧绑在病人胸腹部，例如横膈位置，置于磁共振成像仪的接收线圈的中央和磁体正中心区域，通过导气管连接到气压传感器，后者通过电缆与串口控制模块连接，如图3所示。气囊通过气泵充气，气囊内气压通常要求达到约6kPa，并控制变化范围为2-3kPa。串口控制模块的构造如图5所示，并前置一个可变电阻用于对屏气电压阈值Vbh进行校准(允许5%误差)。串口控制模块按下述方式实现屏气监控，即，TLC2543对输入的模拟信号进行转换，单片机AT89S51通过P3.5接收TLC2543的转换结果，并通过Pl.7控制继电器，继电器根据病人屏气时电压Vbh控制声光设备(如信号灯)开启或关闭。
[0035]当进行腹部磁共振检查时，屏气监控装置通过信号灯(伴随50分贝以上的梯度噪声)提示病人周期性控制屏气时期的横膈位置始终一致，专用的腹部成像协议控制数字化谱仪连同射频单元和梯度单元在屏气时期实现感兴趣区的磁共振信号激发和空间编码，并通过接收线圈分段采集k空间数据。最后，磁共振成像仪的图像重建和显示模块对k空间数据进行二维(或三维)傅立叶变换，并在显示屏显示腹部图像。
[0036](II)实施方式二
[0037]请参阅图1-6所示，本实用新型关于一种屏气监控低场腹部磁共振成像装置，包括医用磁共振成像仪控制台主机，所述的医用磁共振成像仪控制台主机的输入端与磁共振谱仪及计算机控制装置连接，所述的医用磁共振成像仪控制台主机的输出端与显示装置连接，磁共振成像仪，所述的磁共振谱仪由永磁磁体、数字化谱仪、射频前端、射频发射线圈、射频功率放大器、接收线圈、梯度线圈、梯度功率放大器、梯度电源和滤导板构成；还包括屏气监控装置，所述的屏气监控装置通过RS232串口与所述的医用磁共振成像仪控制台主机连接，用于监控病人的呼吸和屏气状态。
[0038]其中，所述的屏气监控装置由呼吸气压测量装置和串口控制模块构成。
[0039]其中，所述的呼吸气压测量装置包括气囊、绑带、气泵、气阀、导气管、气压传感器，气囊紧绑在病人胸腹部，置于磁共振成像仪的接收线圈的中央和永磁磁体正中心区域，所述的气囊的输入端通过导气管连接到气阀，所述的气阀与气泵连接，所述的气囊的输出端通过导气管连接到气压传感器，所述的气压传感器通过电缆与串口控制模块连接。
[0040]其中，所述的气阀为单向气阀。
[0041]其中，所述的绑带设有用于连接绑带首尾两端的粘扣。
[0042]其中，所述的气压传感器量程为200kPa，输出电压为0.5?4.5V，精度为±0.5%FS，工作电压为DC24V。
[0043]在图1所示的医用磁共振成像仪控制台主机上安装如前所述的腹部专用成像协议，且主机通过RS232串口与一个屏气监控装置连接，如图4所示。其中，屏气监控装置仍由呼吸气压测量装置和串口控制模块构成。如图2所示。气囊紧绑在病人胸腹部，例如横膈位置，置于磁共振成像仪的接收线圈的中央和磁体正中心区域，通过导气管连接到气压传感器，后者通过电缆与串口控制模块连接。气囊通过气泵充气，气囊内气压通常要求达到约6kPa，并控制变化范围为2-3kPa。串口控制模块的结构如图6所示，其控制方式如下:TLC2543对输入的气压模拟信号进行转换，单片机AT89S51通过P3.5接收TLC2543的转换结果，AD芯片的通道选择和方式数据通过P3.4读入，单片机通过P3.0、P3.1经MAX232传递至RS232串口，构成与控制台主机的通信电路，同时单片机通过P0.7连接ULN2803驱动继电器。
[0044]另外，在呼吸波采集软件上安装呼吸波采集软件，串口操作模块(串口初始化，数据读写)用于实时读入呼吸气压对应的电压的AD转换结果，并将病人在呼吸和屏气时期的呼吸波显示在主机的显示屏上，如图7和图8所示。呼吸波采集软件设计两种工作模式，即预扫描模式和扫描模式，分别实现技术参数的标定和成像数据采集，且软件的测试界面显示呼吸波时间曲线和屏气电压阈值线。在预扫描模式下，呼吸波时间曲线实现病人的屏气状态和自由呼吸状态的监控，由此优化成像协议的参数tbh和tf，并确定相位编码步数或k空间数据分段方式；同时，呼吸波时间曲线实现屏气电压阈值Vbh的标定，其方式是，让病人自行调节呼吸节奏和幅度并在呼气或吸气平稳后屏住呼吸，此时气压传感器检测到的电压经过串口控制模块转换为数字信号后传递至RS232串口，并由控制台主机通过呼吸波采集软件读入进行处理并得到屏气时期的Vbh，可重复校准该值，允许5%误差。
[0045]在技术参数标定的基础上，选择呼吸波采集软件的扫描模式，屏气监控装置根据呼吸气压对应的电压是否达到屏气电压阈值Vbh控制信号灯点亮或熄灭，由此实现病人在每个屏气时期保持横膈位置一致。在病人屏气时期，专用的腹部成像协议控制数字化谱仪连同射频单元和梯度单元实现感兴趣区的磁共振信号激发和空间编码，并通过接收线圈分段采集k空间数据。最后，k空间数据通过磁共振成像仪的图像重建和显示模块进行二维(或三维)傅立叶变换并在显示屏上显示。
[0046]以上实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种屏气监控低场腹部磁共振成像装置，包括 医用磁共振成像仪控制台主机，所述的医用磁共振成像仪控制台主机的输入端与磁共振谱仪及计算机控制装置连接，所述的医用磁共振成像仪控制台主机的输出端与显示装置连接， 磁共振成像仪，所述的磁共振谱仪由永磁磁体、数字化谱仪、射频前端、射频发射线圈、射频功率放大器、接收线圈、梯度线圈、梯度功率放大器、梯度电源和滤导板构成； 其特征在于:还包括屏气监控装置，所述的屏气监控装置通过RS232串口与所述的医用磁共振成像仪控制台主机连接，用于监控病人的呼吸和屏气状态。
2.根据权利要求1所述的一种屏气监控低场腹部磁共振成像装置，其特征在于:所述的屏气监控装置由呼吸气压测量装置和串口控制模块构成。
3.根据权利要求2述的一种屏气监控低场腹部磁共振成像装置，其特征在于:所述的呼吸气压测量装置包括气囊、绑带、气泵、气阀、导气管、气压传感器，气囊紧绑在病人胸腹部，置于磁共振成像仪的接收线圈的中央和永磁磁体正中心区域，所述的气囊的输入端通过导气管连接到气阀，所述的气阀与气泵连接，所述的气囊的输出端通过导气管连接到气压传感器，所述的气压传感器通过电缆与串口控制模块连接。
4.根据权利要求3的一种屏气监控低场腹部磁共振成像装置，其特征在于:所述的气阀为单向气阀。
5.根据权利要求3述的一种屏气监控低场腹部磁共振成像装置，其特征在于:所述的绑带设有用于连接绑带首尾两端的粘扣。
6.根据权利要求3述的一种屏气监控低场腹部磁共振成像装置，其特征在于:所述的气压传感器量程为200kPa，输出电压为0.5?4.5V，精度为±0.5%FS，工作电压为DC24V。
7.根据权利要求3述的一种屏气监控低场腹部磁共振成像装置，其特征在于:所述的串口控制模块用于采集病人的呼吸波和进行A/D转换，TLC2543对输入的气压模拟信号进行转换，单片机AT89S51通过P3.5接收TLC2543的转换结果，AD芯片的通道选择和方式数据通过P3.4读入，单片机通过P3.0、P3.1经MAX232传递至RS232串口，构成与控制台主机的通信电路，同时单片机通过P0.7连接ULN2803驱动继电器。
【文档编号】A61B5/055GK203914918SQ201420029030
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】罗会俊, 王翔 申请人:深圳市贝斯达医疗器械有限公司