专利名称：在mri操作中缓冲电生理信号的方法和装置的制作方法
背景技术：
磁共振成像(MRI)是一种产生身体横截面图像的医疗技术，该图像然后可用于诊断损伤或疾病。典型的MRI系统将使用强大的无线电波和圆柱磁体来操纵人体的自然磁性。实质上，MRI系统监视当氢原子被交替地磁化和被无线电波轰击时它们的共振运动。在患病或受伤的组织中氢的状态与正常组织中的不同，因此它们在典型的MRI操作(MRI procedure)中可更加容易地被检测到。
当患者经受MRI操作以获得关于其内部组织构造的信息时，同时地获得电生理数据有时是有益的，从而进一步帮助对患者的诊断或监视患者的状况。例如，利用与MRI系统结合的脑电图(EEG)或心电图(ECG)可能是有益的。但是，通过现有技术的装置获得电生理数据可能产生恶化MRI操作的电磁干扰。或者，MRI装置可能产生恶化利用现有技术方法传输的电生理数据的电磁干扰。
例如，现代EEG设备通常地使用高速数字转换信号来以适于通过计算机观看和处理的数字形式采集EEG波形。这需要模拟至数字转换器(ADC)来把EEG转换为原始模拟信号的二进制表达，典型地8至24位。然后这种二进制信号可容易地通过标准接口例如USB、并口或以太网口传送至计算机。数字信号具有非常快的开关沿(switchingedges)，其能产生几十兆赫频率范围内的干扰谐波，即使基础数字信号频率可能仅为几千赫兹。主要问题是这些高频谐波可从位于MRI设备附近的装置辐射出来并且干扰成像过程。因此，主要的高频发射源例如计算机和传统的电生理记录器必须置于MRI室外。
在现有技术中，如果需要记录患者的EEG或ECG，电极信号是通过长电缆发送至位于MRI室外的EEG设备的。但是，使用长电缆用于EEG信号使得来自MRI系统或附近的输电线的电干扰能电容地耦合到电生理信号。这种干扰的幅度可能严重地降低EEG信号的质量。典型的EEG信号峰-峰值仅为10至100毫伏，并且因此容易地被主电源电缆污染，该主电源电缆具有峰-峰值为250至550伏量级的电压。
因此，需要一种最小化在MRI操作中产生的电磁干扰量的方法和装置，其中在MRI操作中同时地监视患者。
发明内容
本发明涉及在MRI扫描期间得到的患者电生理信号上使用缓冲放大器。本方法和装置减少了电生理信号中MRI和输电线感应的电磁干扰量，同时最小化对MRI系统的电磁干扰量。
在一个实施例中，本发明通过在患者附近使用单位增益(unitygain)缓冲放大器克服了在长电生理电缆中电干扰的问题，所述缓冲放大器具有低输出阻抗以驱动电缆，并因此极大地降低了电容耦合干扰。在缓冲放大器之前加入无源低通滤波从而衰减来自MRI系统的高频干扰。缓冲放大器不需要数字信号并且不发射高频信号，因此其不干扰MRI系统。
通过使用靠近患者设置的单位增益缓冲放大器，可减少对在经受MRI的患者上记录的电生理信号的电干扰。缓冲放大器的低输出阻抗允许长电缆延伸并显著地减少来自MRI设备或附近电源线的电容耦合干扰。电缆可延伸至MRI室外，在那里其连接到传统的电生理记录设备。
此外，因为本发明使电生理信号的模拟至数字转换能在MRI室外进行，本发明减少了对MRI系统的电磁干扰量。因为模拟至数字转换处理中涉及的数字信号产生的高频在MRI室外，因此减少了干扰。
为了方便和理解要寻求保护的对象内容，在附图中示出了它的实施例。根据对附图的观察，当结合下文考虑时，将会容易地理解和知道寻求保护的对象内容，其构造和操作，和许多其优点。
图1是本发明一个实施例的结构图。
图2是图1的缓冲放大器的一个实施例的电路图。
具体实施例方式
如图1和2所示，本发明典型地用在MRI操作室，该室包括MRI系统10和将MRI系统10从电磁干扰屏蔽开的墙壁或屏障系统12。在一个实施例中，本发明包括多个放在经受MRI操作的患者15上的传感器/电极14。通过导联线(lead line)16把每个传感器14连接到缓冲放大器系统17，该放大器系统位于MRI系统10附近，其直接地连接到MRI系统10或者放在MRI系统10附近。电缆18在缓冲放大器系统17与位于墙壁12的相反侧上的电生理记录器20和电源22之间提供通信路径。
在一个实施例中，把患者15定位在MRI系统10的腔内，同时电极14附着于患者上。导联线16从电极14向缓冲放大器系统17的输入端口25传送电生理信号。经过缓冲的输出信号在缓冲放大器系统17的输出端口26提供，并且通过电缆18经过墙壁12内的端口27被发送至位于MRI室外的电生理记录器20。在电路中把位于MRI室外的电源22通过电缆18连接到缓冲系统，从而向缓冲放大器系统17提供电能。该电源22可包括一个或多个电池。
在一个实施例中，如图2中更详细示意的，缓冲放大器系统17包括多个低通滤波器30和缓冲放大器32。在输入端口25接收的电生理信号利用无源RC滤波器30被低通滤波，从而减少了从MRI设备辐射的高频信号幅度。示出的两极滤波器是可用于这个目的的众多可能的低通滤波器中的一种。本领域的技术人员可容易地采用已知的低通滤波器实施例来替换本公开的实施例。
在一个实施例中，缓冲放大器32包括运算放大器34，该放大器是单位增益稳定的，并且能够驱动大电容负载，例如长电缆。理想地，运算放大器34和放大器系统17的其它部件应当不包括铁磁体材料，由此不扰乱MRI设备中的磁场。运算放大器34还应当具有低偏置电流、低噪声和低失真，由此获得尽可能可靠的电极信号的重现。通过提供单位增益使得不使用高精度电阻而在通道之间能非常精确的匹配。适于用作运算放大器34的运算放大器的一个实例是Analog Device制造的AD8628ART。
在一个实施例中，缓冲放大器系统17包括容纳缓冲放大器30和低通滤波器32的壳体40。壳体40可包括允许每个导联16耦接至相关的低通滤波器30和缓冲放大器32的多个输入端口25。壳体40还可包括单独的输出端口26，其中电缆18连接到每个缓冲放大器32。缓冲放大器系统17可集成到EEG系统或任何已知的电生理监控器。
应当选择缓冲放大器输出处的电缆电容Cs，防止放大器不稳定。在存在电缆电容Cs的情况下，通过满足如下已知的关系选择缓冲放大器32的部件Ro、Rf和Cf来稳定放大器32Ro Cs＜0.5RfCf稳定放大器32的具体方法不重要。
上文及附图中阐明的内容仅是以示意的方式提出而不是作为限制。虽然已经示意并描述了具体的实施例，但对那些本领域技术人员显而易见的是，可进行改变和变形而不脱离申请人的贡献的更广泛方面。当基于现有技术考虑了权利要求的正确观点时，寻求保护的实际范围确定为在后面的权利要求中限定的内容。
权利要求
1.一种从经受MRI操作的患者获得电生理信号的方法，该方法包括从经受MRI操作的患者检测电生理信号；通过邻近MRI系统设置的缓冲放大器发送电生理信号；和在以距MRI系统足够距离设置的电生理记录器处接收经过缓冲的信号，由此在MRI操作中电生理记录器不产生电磁干扰。
2.根据权利要求1的方法，进一步包括对所述电生理信号进行滤波从而去除在选择的频率以上的信号成分。
3.根据权利要求1的方法，进一步包括把电生理信号转换为数字信号而在MRI操作中不产生电磁干扰。
4.根据权利要求1的方法，其中所述缓冲放大器为单位增益的。
5.一种在MRI操作中获得电生理信号的装置，包括输入端口，用于接收电生理信号；多个缓冲放大器，其与所述输入端口通信；输出电缆，与缓冲放大器通信，该输出电缆具有足够的长度从而延伸至MRI操作室外；和壳体，适于把所述输入端口和缓冲放大器设在与MRI系统相邻之处。
6.根据权利要求5的装置，其中所述缓冲放大器包括单位增益运算放大器。
7.根据权利要求5的装置，进一步包括在电路中连接在所述输入端口与缓冲放大器之间的低通滤波器。
8.根据权利要求7的装置，其中所述低通滤波器为无源RC滤波器。
9.根据权利要求5的装置，其中所述缓冲放大器包括适合设在MRI操作室外的电源。
10.根据权利要求5的装置，进一步包括与所述输出电缆通信的电生理记录器。
11.根据权利要求10的装置，其中所述电生理记录器是EEG设备。
12.一种可兼容的用于MRI系统的EEG系统，该系统包括多个传感器；与所述传感器通信的多个缓冲放大器；和与所述缓冲放大器通信的EEG记录器，该EEG记录器适于设在距MRI系统足够的距离之处，由此该EEG记录器在MRI系统中不产生电磁干扰。
13.根据权利要求12的EEG系统，进一步包括用于缓冲放大器的电源，该电源适于设在距缓冲放大器器足够的距离之处，由此该电源在MRI操作中不产生电磁干扰。
14.根据权利要求12的EEG系统，进一步包括在电路中连接在传感器与缓冲放大器之间的低通滤波器。
15.根据权利要求12的EEG系统，其中所述缓冲放大器包括单位增益运算放大器。
16.一种在MRI操作中获得电生理信号的方法，包括把电生理记录器设在距MRI系统足够的距离之处，由此该电生理记录器不干扰MRI操作；把缓冲放大器系统设在邻近MRI单元之处；从经受MRI操作的患者获得电生理信号；和通过所述缓冲放大器把所述电生理信号发送至所述电生理记录器。
17.根据权利要求16的方法，进一步包括在电生理信号到达电生理记录器之前对电生理信号进行滤波。
18.根据权利要求17的方法，其中所述滤波包括在电生理信号上使用低通滤波器。
19.根据权利要求16的方法，进一步包括把用于缓冲放大器的电源设在距缓冲放大器足够的距离之处，由此该电源在MRI系统中不产生电磁干扰。
20.根据权利要求16的方法，进一步包括在距缓冲放大器足够的距离之处把电生理信号转换为数字信号，由此该转换在MRI系统中不产生电磁干扰。
全文摘要
本发明通过使用长电缆和在患者附近的单位增益缓冲放大器(32)，克服了在MRI操作中获得的电生理信号中电干扰的问题，该缓冲放大器具有低输出阻抗以驱动电缆(18)，并因此极大地降低了电容耦合干扰。在缓冲放大器(32)之前加入无源低通滤波从而衰减来自MRI系统(10)的高频干扰。由于缓冲放大器不需要数字信号并且不发射高频信号，其不干扰MRI系统(10)。
文档编号A61B5/055GK101076738SQ200580035675
公开日2007年11月21日 申请日期2005年10月13日 优先权日2004年10月18日
发明者理查德·杰勒德·纽曼, 沃威克·爱德华·弗里曼 申请人:电脑医师美国公司