СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ КОНТРОЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА Российский патент 2013 года по МПК G01R33/28 G01N24/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области техники, связанной с магнитным резонансом. Для примера, оно находит применение при получении изображений с использованием магнитного резонанса и спектроскопии и описано с конкретной ссылкой на них. Однако сказанное ниже будет также находить применение в других областях использования магнитного резонанса.

Уровень техники

Получение изображений с использованием магнитного резонанса и спектроскопия являются известными способами диагностики, контроля, исследования или иного описания различных типов состояний людей, животных (например, домашние животные или объекты клинических исследований), трупов, археологических объектов и т.д. В таких случаях объект обычно имеет существенное значение и способы с использованием магнитного резонанса предпочтительны, поскольку они, как считается, вряд ли наносят ущерб или вызывают повреждение объекта.

Хотя магнитный резонанс действительно, в целом, является безопасным и неразрушительным способом, проблемы могут возникать, если объект содержит или связан с электропроводящим объектом, компонентом или другим элементом. В таком случае высокочастотное возбуждение, используемое при магнитном резонансе, может взаимодействовать с электропроводящим элементом, вызывая нагревание, локальный электрический разряд или другой отрицательный эффект, способный нанести ущерб или повредить объект. Например, при магнитном резонансе, используемом во время хирургических операций, катетер или другой хирургический инструмент вставляется в человека или животное. Если хирургический инструмент содержит металлические провода или другие проводящие компоненты, они могут взаимодействовать с сигналом радиочастотного возбуждения с выхода передающей катушки во время возбуждения магнитного резонанса. Аналогично, введенные провода кардиостимулятора, ортопедические имплантанты, датчики или другие токопроводящие инородные объекты, расположенные внутри или на человеке, или животном, могут вызвать проблемы. В судебно-медицинской экспертизе, использующей магнитный резонанс на трупе, археологическом артефакте или тому подобном, состав объекта до исследования может быть не известен, и неожиданный электропроводящий компонент, скрытый в трупе, египетской мумии или тому подобном, может вызвать существенное повреждение за счет нагревания или других эффектов взаимодействия с высокочастотным сигналом.

Вероятность повреждения резко возрастает, если токопроводящий элемент имеет частоту собственного резонанса, совпадающую или близкую к частоте магнитного резонанса. В таких случаях взаимодействие электропроводящего элемента с радиочастотным сигналом, используемым при возбуждении магнитного резонанса, резко увеличивается за счет собственного резонанса. Частота собственного резонанса элемента может зависеть от широкого круга факторов. Например, частота собственного резонанса хирургического инструмента может изменяться в ответ на то, как врач держит инструмент, или в результате контакта между прибором и объектом по мере того, как хирургический инструмент вводится и движется внутри объекта или чего-либо другого. В итоге существуют многочисленные ситуации, в которых известный или неизвестный электропроводящий объект может неожиданно взаимодействовать с возбуждением магнитного резонанса, возможно, посредством собственного резонанса, чтобы приводить к перегреву или другому повреждению объекта.

Статья «Permanent Non-invasive Device Safety Monitoring for Clinical MRI», практика ISMRM 2007, стр.1086, относится к проблеме ограничения SAR во время сканирования MR с системой параллельной передачи. Обсуждается эффект ошибок фазы и амплитуды в РЧ цепи или неудача каналов РЧ передачи в системах параллельной РЧ передачи. Так как это может привести к увеличению локального SAR и нарушению существующих пределов SAR, для обеспечения безопасности пациента, для обнаружения нарушения РЧ требования и немедленного прекращения сканирования представляются модуль управления SAR и модуль остановки усиления. Эти механизмы обеспечивают пациенту безопасность в системах параллельной РЧ передачи.

Сущность изобретения

В соответствии с одним аспектом способа и устройства, описанными здесь, раскрывается способ обеспечения безопасности магнитного резонанса, содержащий этапы, на которых: принимают радиочастотный сигнал во время возбуждения магнитного резонанса; извлекают радиочастотный параметр из принятого радиочастотного сигнала; оценивают безопасность объекта, основываясь на извлеченном радиочастотном параметре; и вносят поправку в возбуждение магнитного резонанса, влияющего на оценку, указывающую потенциально опасное состояние.

В соответствии с другим аспектом способа и устройства, описанными здесь, раскрывается считываемый компьютером носитель с запрограммированной программой, управляющей процессором для выполнения способа, изложенного в предыдущем абзаце.

В соответствии с другим аспектом способа и устройства, описанными здесь, раскрывается монитор безопасности магнитного резонанса, содержащий: анализатор, выполненный с возможностью (i) приема радиочастотного сигнала во время возбуждения магнитного резонанса, (ii) извлечения параметра радиочастотного сигнала из принятого радиочастотного сигнала и (iii) оценки безопасности объекта, основываясь на извлеченном радиочастотном параметре; и модуль внесения поправок, выполненный с возможностью внесения поправок в возбуждение магнитного резонанса, в зависимости от оценки (iii), указывающей на потенциально опасное состояние.

В соответствии с другим аспектом способа и устройства, описанными здесь, раскрывается магнитный резонансный сканер, содержащий: магнит, создающий статическое (B₀) магнитное поле; систему градиентов магнитного поля, выполненную с возможностью наложения выбранных градиентов магнитного поля на статическое магнитное поле; радиочастотную систему, выполненную с возможностью возбуждения и обнаружения магнитного резонанса; и монитор безопасности магнитного резонанса, как изложено здесь в непосредственно предшествующем абзаце.

Одно преимущество заключается в повышенной безопасности во время хирургических процедур, контролируемых посредством получения изображений с использованием магнитного резонанса.

Другое преимущество заключается в постоянной повышенной безопасности во время процедур с использованием магнитного резонанса.

Другое преимущество заключается в постоянном снижении риска повреждения артефактов, исследуемых с помощью процедуры, использующей магнитный резонанс.

Другие дополнительные преимущества настоящего изобретения должны быть оценены специалистами в этой области техники после прочтения и понимания последующего подробного описания.

Краткое описание чертежей

Эти и другие аспекты здесь далее будут описаны подробно посредством примера, на основе следующих вариантов осуществления со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг. 1 - схематическое изображение системы сканера с использованием магнитного резонанса, пригодной для выполнения хирургической процедуры, контролируемой путем получения изображений с использованием магнитного резонанса и содержащей монитор безопасности для обнаружения потенциально опасного состояния, вызванного связью радиочастотного возбуждения с объектами или элементами в области исследования;

фиг. 2 - схематическое представление аспектов выбора времени хирургической процедуры с использованием магнитного резонанса, выполняемой с системой, показанной на фиг. 1;

фиг. 3 - графики результатов изучения фантомов, доказывающие эффективность монитора безопасности, показанного на фиг. 1. Левый график показывает корреляцию результатов измерений температуры наконечника устройства катетера с мощностью радиочастотного сигнала, контролируемого внутренней катушкой датчика (PUC). На правом графике показаны данные левого графика после коррекции, учитывающей типичное отражение мощности за счет отстройки частоты радиочастотной передающей катушки; и

фиг. 4 - графики результатов исследования добровольца, доказывающие эффективность монитора безопасности, показанного на фиг. 1. Левый график показывает связь радиочастотного сигнала, используемого для возбуждения магнитного резонанса в безопасном катетере и в незащищенном катетере, как функцию глубины введения в объект добровольца. Правый график показывает настройку и отстройку незащищенного устройства катетера в области, отмеченной как "D" на левом графике, вызванную периодическим касанием ручки незащищенного устройства катетера.

Подробное описание вариантов осуществления

Со ссылкой на фиг. 1, сканер 10 с использованием магнитного резонанса содержит основной магнит 12, создающий статическое магнитное поле (B₀) в области 14 исследования, в которой помещен объект, такой как показанный на чертеже человеческий объект 16, для получения изображений, спектрального анализа или другой процедуры с использованием магнитного резонанса. Представленный на чертеже сканер 10 с использованием магнитного резонанса является горизонтальным сканером трубчатого типа, показанным в поперечном разрезе для демонстрации выбранных компонент; однако, могут применяться и другие типы сканеров с использованием магнитного резонанса.

Сканер 10 с использованием магнитного резонанса также содержит систему 18 градиентов магнитного поля, которая может, например, содержать катушки градиентов магнитного поля, выполненные с возможностью наложения выбранных градиентов магнитного поля на статическое (B₀) магнитное поле для выполнения различных задач, таких как пространственное ограничение возбуждения магнитного резонанса, пространственное кодирование частоты и/или фазы магнитного резонанса, подавление магнитного резонанса или тому подобное. Как вариант, сканер с использованием магнитного резонанса может содержать другие элементы, не показанные на фиг. 1, такие как облицовка канала, активная катушка или пассивные ферромагнитные прокладки или тому подобное. Объект 16 соответственно подготавливается к процедуре с использованием магнитного резонанса, помещаясь на подвижное ложе 20 объекта, которое затем вставляется вместе с находящимся на нем объектом в показанное на чертеже положение для выполнения процедуры с использованием магнитного резонанса. Например, ложе 20 объекта может быть носилками или столом, который первоначально расположен на платформе 22, соседствующей со сканером 10 с использованием магнитного резонанса, объект помещается на ложе 20 и затем скольжением перемещается с платформы 22 в канал сканера 10 с использованием магнитного резонанса.

Сканер с использованием магнитного резонанса дополнительно содержит радиочастотную передающую катушку 24, которая используется для передачи радиочастотного сигнала на частоте магнитного резонанса, чтобы выполнить возбуждение магнитного резонанса. Показанная на чертеже радиочастотная передающая катушка 24 является цельной катушкой в форме квадратной птичьей клетки; однако, могут использоваться и другие типы радиочастотной передающей катушки, такие как цельная катушка с поперечным электромагнитным полем (TEM) или локальная радиочастотная передающая катушка, такая как головная катушка и т.д. Та же самая радиочастотная передающая катушка 24 или другая приемная катушка 26 магнитного резонанса используется для измерения сигнала магнитного резонанса, созданного приложенным радиочастотным возбуждением в объекте в области 14 исследования. Показанная на чертеже приемная катушка 26 магнитного резонанса является плоской контурной катушкой (видна на краю на фиг. 1); однако могут использоваться другие типы приемных катушек, такие как матрица плоских катушек, катушки конечностей, катушки головы и так далее. Показанный на чертеже сканер 10 с использованием магнитного резонанса также содержит две иллюстративные контрольные контурные катушки 28, 30. Контурная катушка 28 устанавливается на, или рядом с каналом устройства 10 для использования в выборочных или контрольных задачах. Контрольная контурная катушка 30 является контурной катушкой, расположенной на или около объекта 16 с его контуром, пересекающим контур приемной контурной катушки 26. Хотя катушки 28, 30 контроля являются контурными катушками, но подразумевается также использование радиочастотных катушек других типов.

Следует понимать, что термин "катушка", как он используется здесь, предназначен охватывать массивы катушки, катушки SENSE и другие многочисленные элементы приемника, используемые для возбуждения или измерения магнитного резонанса. Различные радиочастотные катушки 24, 26, 28, 30 управляются радиочастотным контроллером 32 магнитного резонанса, который может содержать, например, одноканальный, квадратурный или многоканальный радиочастотный передатчик, одноканальный или многоканальный цифровой приемник, соответствующую схему радиочастотной коммутации для выполнения таких операций, как отстройка частоты приемной катушки 26 магнитного резонанса во время возбуждения магнитного резонанса, мультиплексирование соединений с различными катушками 24, 26, 28, 30 или тому подобное.

Во время иллюстративной хирургической процедуры с использованием магнитного резонанса радиочастотный контроллер 32 магнитного резонанса подает электропитание на радиочастотную передающую катушку 24, чтобы создавать радиочастотный сигнал на частоте магнитного резонанса, который возбуждает магнитный резонанс в объекте или в части объекта, выбранной соответствующим приложением пространственно выборочного градиента магнитного поля системой 18 градиентов магнитного поля. Как вариант, другие градиенты магнитного поля прикладываются системой 18 градиентов во время или после возбуждения магнитного резонанса, чтобы пространственно кодировать или как-либо иначе манипулировать магнитным резонансом. Если обеспечивается показанная на чертеже катушка 26 магнитного резонанса, она обычно отстраивается от частоты магнитного резонанса во время возбуждения магнитного резонанса, чтобы избежать перегрузки приемной катушки 26. На этапе приема радиочастотная передающая катушка 24 или специализированная приемная катушка 26 магнитного резонанса настраивается, чтобы измерять сигнал магнитного резонанса. Измеренный сигнал магнитного резонанса запоминается, обрабатывается (например, с помощью алгоритма реконструкции изображения в случае процедуры получения изображений с использованием магнитного резонанса), и изображение или другие результаты отображаются, запоминаются или используются как-либо иначе. В демонстрационном примере, показанном на фиг. 1, компьютер 34 запрограммирован или выполнен как-либо иначе с возможностью выполнения таких задач обработки, запоминания и отображения данных. Во время хирургической процедуры хирургический инструмент 36 вводится в объект 16 для выполнения желаемой хирургической операции, такой как взятие биопсии, установка катетера, основываясь на временном кардиостимуляторе, установка протезного устройства, выполнение ангиопластической процедуры или тому подобного.

Применение радиочастотного возбуждения предоставляет возможность компромисса с безопасностью объекта (в случае объекта, являющегося человеком или животным) или возможностью повреждения объекта (в случае археологического артефакта или другого неживого объекта). Это может происходить, если радиочастотное возбуждение связывается с электропроводящим объектом в области 14 исследования. Например, если радиочастотное возбуждение связывается с хирургическим инструментом 36, то тогда электрический ток будет проходить на частоте возбуждения через хирургический инструмент 36. Такой наведенный электрический ток может вызвать местное нагревание, электростатический разряд или другие нежелательные эффекты, способные нанести ущерб или вызвать повреждение объекта. В вариантах осуществления, в которых хирургический инструмент 36 содержит один или более проводов или других удлиненных проводников, вероятно, такой электрический ток будет проходить, по существу, параллельно или вдоль удлиненных проводников. Для показанного на чертеже хирургического инструмента 36 такой электрический ток создает круговые петли B_couple магнитного поля, окружающие хирургический инструмент 36, как схематически показано на фиг. 1. Следует отметить, что показанная на чертеже контрольная контурная катушка 30 расположена так, чтобы принимать существенный поток B_couple от петель магнитного поля, так чтобы контрольная контурная катушка 30 была индуктивно хорошо связана с петлями B_couple магнитного поля. В других процедурах радиочастотное возбуждение может небезопасно связываться с другим проводящим элементом или объектом в области 14 исследования, таким как электронный кардиостимулятор, металлический протезный имплантант или тому подобное.

Чтобы обнаружить такое потенциально опасное состояние, обеспечивается монитор 40 безопасности, чтобы контролировать возбуждение магнитного резонанса. Монитор 40 безопасности может контролировать различные радиочастотные параметры приложенного радиочастотного возбуждения. Например, контрольная контурная катушка 28, установленная в канале, или контрольная контурная катушка 30, установленная на объекте или около него, может использоваться как катушка датчика, чтобы обнаруживать сигнал, являющийся входным для анализатора 42 мощности, чтобы создавать сигнал, индуцирующий мгновенную радиочастотную мощность, созданную радиочастотной передающей катушкой 24 во время радиочастотного возбуждения. Вместо того чтобы быть связанным с одной из специализированных контрольных катушек 28, 30, анализатор 42 мощности может быть соединен с приемной катушкой 26 магнитного резонанса. В этой последней схеме построения приемная катушка 26 магнитного резонанса обычно отстраивается по частоте от частоты магнитного резонанса во время приложения радиочастотного возбуждения; однако даже в отстроенном состоянии приемная катушка 26 магнитного резонанса обычно обнаруживает остаточный радиочастотный сигнал, реагируя на радиочастотное возбуждение.

Дополнительно или альтернативно, монитор 40 безопасности может содержать или объединять в себе анализатор 44 цепей, оперативно соединенный с радиочастотной передающей катушкой 24, чтобы определять отражение, передачу или другие характеристики радиочастотного возбуждения. В некоторых вариантах осуществления анализатор 44 цепей выводит один или более s-параметров, характеризующих радиочастотное возбуждение, таких как отраженная мощность, например, параметр S11, проходящая мощность, например, параметр S21, или тому подобное. Анализатор 46 s-параметров обрабатывает s-параметры, чтобы определить желаемую информацию о радиочастотном возбуждении. Например, анализатор 44 цепей, как вариант, измеряет параметр S11 и анализатор 46 s-параметров определяет частоту сигнала радиочастотного возбуждения, основываясь на параметре S11. Как другой пример, анализатор 44 цепей, как вариант, измеряет параметр S21 и анализатор 46 s-параметров определяют фазу сигнала радиочастотного возбуждения, основываясь на параметре S21.

Контролируемые радиочастотные параметры сравниваются с критерием безопасности с помощью компаратора 50. Например, быстрое уменьшение мощности связи, указываемое анализатором 42 мощности, может быть признаком потери мощности в резонансном контуре внутри области 14 исследования, таком как резонансный контур, образуемый хирургическим инструментом 36. Резкий скачок частоты или фазы радиочастотного возбуждения также может указывать на опасную связь с резонансным контуром в области 14 исследования. Как вариант, критерием безопасности является критерий безопасности, относящийся к конкретному объекту, определяемый на основе калибровки 52 объекта. Если компаратор 50 идентифицирует опасное состояние, основываясь на сравнении, он должным образом активирует модуль 54 введения поправки, который выполняет соответствующее введение поправки, такое как завершение процедуры магнитного резонанса, в том числе любого возбуждения магнитного резонанса, или регулирует возбуждение магнитного резонанса, чтобы подавить или устранить опасное состояние или тому подобное. Например, если введение поправки содержит прерывание процедуры магнитного резонанса, то модуль 54 введения поправки может соответственно содержать генератор сигнала, дающий на выходе сигнал "прерывания", подаваемый на радиочастотный контроллер 32 магнитного резонанса, заставляющий радиочастотный контроллер 32 магнитного резонанса прекратить радиочастотное возбуждение.

Продолжая ссылку на фиг. 1 и с дальнейшей ссылкой на фиг. 2, описано использование монитора 40 безопасности и сканера 10 с использованием магнитного резонанса, чтобы контролировать иллюстрируемую хирургическую процедуру. Вся процедура инициируется на этапе 60 загрузки объекта, во время которой объект 16 загружается в область 14 исследования сканера 10 с использованием магнитного резонанса. Это сопровождается этапом 62 планирования сканирования, во время которого планируется хирургическая процедура. Планирование сканирований обычно влечет за собой протонные изображения объекта до введения хирургического инструмента 36. Врач или другой медицинский персонал отображают полученные планируемые изображения на компьютере 34 и определяют соответствующие параметры, признаки или другие аспекты, такие как целевая опухоль для биопсии, местоположение сосудистого стеноза, который должен быть подвергнут процедуре ангиопластической операции, местоположение критичных соседних органов, которых нужно избегать во время операционной процедуры, и т.д. Планируемые изображения могут также использоваться для оптимизации параметров создания изображений с использованием магнитного резонанса для объекта хирургической процедуры, чтобы гарантировать хорошую контрастность изображения и другие благоприятные характеристики получения изображений.

Одновременно с этапом 62 планирования сканирований, как вариант, выполняется этап 64 сбора данных для калибровки контроля безопасности, чтобы создать калибровку 52 объекта. Этап 64 сбора данных для калибровки может, например, определить среднее значение и среднеквадратичное отклонение или другой вариационный параметр, описывающий мощность, обнаруженную анализатором 42 мощности в отсутствии введения хирургического инструмента 36. Это обеспечивает отсчетный уровень мощности для сравнения с уровнями мощности, обнаруженными для радиочастотных возбуждений, выполняемых во время хирургической процедуры. Точно также, этап 64 сбора данных для калибровки может определить значения частоты и фазы и девиации или изменения, описывающие частоту и фазу радиочастотного возбуждения, чтобы обеспечить точку отсчета для сравнения частоты и фазы во время хирургической процедуры. Предпочтительно, этап 64 сбора данных для калибровки, как вариант, выполняется в сочетании с планированием получения изображений, то есть, радиочастотные возбуждения, используемые при получении планируемых изображений, могут рассматриваться как калибровочные радиочастотные возбуждения для монитора 40 безопасности и эталонный радиочастотный параметр или параметры, созданные при калибровочных радиочастотных возбуждениях, могут быть измерены и проанализированы монитором 40 безопасности, чтобы создать калибровку 52 объекта.

Когда этапы 62, 64 планирования хирургической процедуры и сбора данных для калибровки контроля закончены, начинается хирургическая процедура и этап 66 получения изображений с помощью магнитного резонанса, во время которого выполняется хирургическая процедура и в то же время сканером 10 с использованием магнитного резонанса выполняется контроль посредством получения изображений с использованием магнитного резонанса. Например, хирургическая процедура может повлечь за собой введение хирургического инструмента 36 в объект 16 вдоль траектории введения, определенной заранее, используя планирование изображений. Одновременное получение изображений с использованием магнитного резонанса обеспечивает врача или другой медицинский персонал визуальной обратной связью по точному положению хирургического инструмента 36 в объекте 16. Таким образом, врач или другой медицинский персонал, используя изображения, полученные с использованием магнитного резонанса, могут "видеть", когда наконечник хирургического инструмента 36 входит в опухоль для взятия биопсии, или могут "видеть", когда наконечник достигает стеноза, который должен быть расширен посредством ангиопластики, или тому подобное. Когда взятие образца биопсии, ангиопластика или другая хирургическая задача закончены, врач или другой медицинский персонал могут извлечь хирургический инструмент 36 из объекта, снова применяя получение изображений с использованием магнитного резонанса, чтобы контролировать извлечение.

Одновременно с хирургической процедурой и этапом 66 получения изображений с использованием магнитного резонанса монитором 40 безопасности выполняется этап 68 контроля безопасности. Это влечет за собой контроль радиочастотного параметра или параметров (например, обнаружение мощности, частоты и/или фазы) во время каждого применения радиочастотного возбуждения в области 14 исследования и оценку безопасности объекта на основе контроля. Если монитор 40 безопасности обнаруживает потенциально небезопасное состояние, он посылает сигнал 70 введения поправки в хирургическую процедуру и этап 66 получения изображений с использованием магнитного резонанса. В некоторых вариантах осуществления сигнал 70 введения поправки направляется на радиочастотный контроллер 32 магнитного резонанса, чтобы вызвать резкое прекращение операций радиочастотного возбуждения. Альтернативно, сигнал 70 введения поправки может заставить радиочастотный контроллер 32 магнитного резонанса 32 регулировать радиочастотные возбуждения, снижая мощность, регулируя частоту или фазу или как-либо иначе регулируя радиочастотные возбуждения, чтобы подавить или исключить потенциально опасное состояние. В качестве еще одной дополнительной или альтернативной реакции сигнал 70 введения поправки может быть направлен на компьютер 34 или другое устройство отображения, чтобы обеспечить подачу визуальной тревоги врачу или другому медицинскому персоналу, указывая на потенциально опасное состояние. Такая тревога, как вариант, также сопровождается звуковой тревогой, вспышкой света или другим сигналом привлечения внимания.

Когда хирургическая процедура и этап 66 получения изображений с использованием магнитного резонанса закончены, объект должным образом выгружается из сканера 10 с использованием магнитного резонанса на этапе 72 выгрузки объекта.

Со ссылкой на фиг. 3 и 4, описаны некоторые иллюстративные эксперименты, подтверждающие эффективность раскрытых систем способов контроля безопасности. На фиг. 3 показаны графики изучения фантома. Слева показана корреляция результатов измерения температуры наконечника устройства катетера с мощностью радиочастотного сигнала, контролируемого внутренней катушкой датчика (PUC). На графике справа показаны данные левого графика после коррекции, учитывающей типичное отражение мощности за счет отстройки частоты радиочастотной передающей катушки. На фиг. 4 показан график результатов исследования на добровольце. На левом графике показана связь радиочастотного сигнала, используемого при возбуждении магнитного резонанса, для безопасного катетера и небезопасного катетера как функция глубины введения в объект добровольца. На правом графике показана настройка и отстройка частоты устройства небезопасного катетера в области, маркированной как "D" на левом графике, вызванные периодическим касанием ручки устройства небезопасного катетера.

Данные, показанные на фиг. 3 и 4, были получены, применяя сканер с использованием магнитного резонанса 3 Tesla Philips Achieva (предлагаемый компанией Philips Medical Systems, Бест, Нидерланды). Безопасный катетер и небезопасный катетер использовались, чтобы продемонстрировать способность монитора 40 безопасности автоматически обнаруживать опасную радиочастотную связь между радиочастотным возбуждением и небезопасным катетером во время получения изображений. В эксперименте с фантомом, представленном на фиг. 3, катетеры продвигались в фантом трубчатого сосуда во время получения изображений в реальном времени (декартовы SSFP, TR=9 мс, TE=3,5 мс, α=65^о, матрица 172x172, SAR всего тела <0,9 Вт/кг). Катушка датчика, установленная около стенки канала (подобно, например, контрольной катушке 28 на фиг. 1), создавала сигналы, помеченные как "сигнал PUC [%]", масштабированные на правом графике на фиг. 3. Были получены одновременные результаты оптоволоконных измерений температуры, используя систему термометрии от компании LumaSense Technologies, Санта-Клара, штат Калифорния, США. Температура и сигналы PUC были зарегистрированы для 22 различных позиций, как показано на графике на фиг. 3.

В эксперименте на добровольце, результаты которого представлены на фиг. 4, доброволец помещался внутрь сканера и фантом сосуда помещался вдоль предплечий и на вершине грудной клетки добровольца. Безопасные и небезопасные катетеры продвигались вместе с получением изображений добровольца. От добровольца требовалось нормально дышать и минимально двигаться, чтобы имитировать нормальный уровень соответствия.

Со ссылкой на фиг. 3, наблюдалась существенная корреляция между результатами измерения температуры и сигналами PUC в выбранных положениях катетера. На левом графике отражения мощности за счет отстройки частоты радиочастотной передающей катушки 24 не учитывались. Изменения сигнала PUC являлись результатом как рассеяния мощности в небезопасном катетере, так и отражений мощности. Соответственно, заметное на фиг. 3 уменьшение мощности сигнала с увеличением введения катетера является консервативным критерием потенциальной радиочастотной связи. Правый график представляет те же самые данные, что и на графике на левой стороне, за исключением того, что учитывалось предполагаемое типичное поведение отражения мощности. Корреляция, как видно, должна быть еще более сильной, чем когда поведение отражения мощности учитывается приблизительно.

Со ссылкой на фиг. 4, левый график, измерения были выполнены с загрузкой тела добровольца в катушку. Однозначно обнаружена опасная ситуация за счет использования небезопасного катетера. Изменение сигналов PUC благодаря дыханию составило 3,6% (не показано) по сравнению с 95%-ным уменьшением сигнала PUC за счет радиочастотной связи между радиочастотным возбуждением и небезопасным катетером. С другой стороны, безопасный катетер точно показывает отсутствие существенного уменьшения сигнала PUC. На мониторе 40 безопасности анализатор 42 мощности соответственно определяет "100%-ный" уровень для данного объекта во время этапа 64 сбора данных для контроля безопасности и после этого сравнивает мощность, указанную анализатором 42 мощности с этим "100%-ным" уровнем. Потенциально опасное состояние соответственно определяется выбранным уменьшением процента мощности сигнала относительно "100%-ного" уровня. Например, если уровень мощности уменьшается ниже 80% от "100%-ного" уровня, это может расцениваться как индикация потенциально опасного состояния, заставляя, таким образом, монитор 40 безопасности активировать модуль 54 введения поправки.

На правом графике на фиг. 4 показано влияние на сигнал PUC повторного касания наконечника опасного катетера в то время, когда катетер находится в положении "D", указанном на левом графике, то есть вставлен на глубину введения приблизительно 62 см, где сигнал PUC составляет приблизительно 40% от "100%-ного" уровня. Эффект касания заключается в изменении собственной резонансной частоты опасного катетера, и это изменение резонансной частоты однозначно заметно на правом графике фиг. 4 как модуляция порядка 20-30% от "100%-ного" уровня сигнала PUC. Способность обнаружить эту отстройку частоты за счет физического обращения с небезопасным катетером имеет значение, потому что во время хирургической процедуры хирургический инструмент может быть настроен очень далеко от частоты магнитного резонанса до тех пор, пока с хирургическим инструментом не начнут работать, не введут его в объект или не будут как-либо иначе манипулировать или использовать способом, который изменяет собственную резонансную частоту хирургического инструмента, приводя ее к значению, совпадающему с частотой магнитного резонанса.

Результаты, показанные на фиг. 3 и 4, были получены, используя катушку датчика, установленную на стенке канала, подобно показанной на фиг. 1 иллюстративной контурной катушке 28 контроля. Способность такой относительно удаленной катушки обнаруживать опасное состояние катетера, как показано на фиг. 3 и 4, демонстрирует общую эффективность раскрытого контроля безопасности. Однако, чтобы обеспечить более высокую чувствительность к опасному состоянию, предполагается расположить катушку датчика так, чтобы она была в относительно лучшем положении для связи с изменениями магнитного поля, наведенного при опасном состоянии. Как показано на фиг. 1, например, катушка 30 датчика устанавливается так, чтобы ее плоскость пересекала петли магнитного потока поля B_couple, которые, как ожидается, должны создаваться любым опасным индуцированным током, протекающим вдоль направления длины хирургического инструмента 36. Соответственно, ожидается, что катушка 30 датчика может быть более чувствительной к опасному состоянию связи, относящемуся к хирургическому инструменту 36, по сравнению с установленной на стенке канала контрольной катушкой 20. В некоторых вариантах осуществления монитор 40 безопасности может контролировать множество катушек, когда одной катушки, обнаруживающей потенциально опасное состояние, будет достаточно для компаратора 50, чтобы включить модуль 54 введения поправки.

С другой стороны, с точки зрения высокой чувствительности к опасному состоянию, указанному экспериментами, представленными на фиг. 3 и 4, также предполагается использовать приемную катушку 26, использующую магнитный резонанс, в качестве катушки датчика (или в качестве одной из катушек датчика) для монитора 40 безопасности. Приемная катушка, использующая магнитный резонанс, обычно отстраивается по частоте во время этапа радиочастотного возбуждения получения изображений с использованием магнитного резонанса или другой процедуры с использованием магнитного резонанса. Однако, поскольку радиочастотное возбуждение обычно имеет порядки величины, более высокие, чем сигнал магнитного резонанса, который должен быть обнаружен, и дополнительно с точки зрения высокой чувствительности, указанной на фиг. 3 и 4, предполагается, что приемная катушка 26 магнитного резонанса, даже в расстроенном состоянии, будет обеспечивать достаточный остаточный сигнал, чтобы позволить обнаружение уменьшения мощности по время радиочастотного возбуждения, указывающего на потенциально опасное состояние. Преимущество использования приемной катушки 26 магнитного резонанса для контроля безопасности состоит в том, что приемная катушка 26 магнитного резонанса уже доступна и обычно расположена вблизи хирургического инструмента во время хирургической процедуры.

Хотя представленное здесь описание сделано с некоторой иллюстративной ссылкой на получение изображений с использованием магнитного резонанса при хирургических операциях, хирургические процедуры, использующие хирургические инструменты, устройства и способы контроля безопасности, раскрытые здесь, с легкостью применимы к другим процедурам с использованием магнитного резонанса и к нечеловеческим, животным или неодушевленным объектам. Во время получения изображений археологического артефакта, например, монитор 40 безопасности может обнаружить снижение мощности радиочастотного возбуждения или смещение по частоте или фазе радиочастотного возбуждения, которое может быть индикацией потенциально опасного состояния, в котором радиочастотное возбуждение связано с металлическим или другим электропроводящим объектом, элементом или признаком археологического артефакта. Прежде чем произойдет повреждение археологического артефакта, монитор 40 безопасности может заставить модуль 54 введения поправки прервать процедуру магнитного резонанса.

Изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Модификации и изменения могут произойти и в другом варианте после прочтения и понимания предшествующего подробного описания. Подразумевается, что изобретение истолковывается как содержащее все такие модификации и изменения настолько, насколько они попадают в пределы объема пунктов приложенной формулы изобретения или их эквивалентов. В формуле изобретения любые ссылочные знаки, помещенные между круглыми скобками, не должны рассматриваться как ограничение формулы изобретения. Слово "содержащий" не исключает присутствия элементов или этапов, отличных от перечисленных в формуле изобретения. Неопределенный или определенный артикль, предшествующий элементу, не исключает присутствия множества таких элементов. Раскрытый способ может быть осуществлен посредством аппаратурных средств, содержащих несколько различных элементов, и посредством соответственно запрограммированного компьютера. В системной формуле изобретения, перечисляющей несколько средств, некоторые из этих средств могут быть осуществлены одной и той же позицией считываемого компьютером программного обеспечения или аппаратурного обеспечения. Простой факт, что некоторые критерии повторяются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что комбинация этих критериев не может использоваться для достижения преимущества.

Использование: для получения изображений с использованием магнитного резонанса, а также для спектроскопии. Сущность: заключается в том, что способ с использованием магнитного резонанса содержит приложение радиочастотного возбуждения в области (14) исследования, измерение сигнала магнитного резонанса, созданного приложенным радиочастотным возбуждением в объекте (16) в области исследования, контроль радиочастотного параметра во время приложения и оценку безопасности объекта, основанную на контроле. Монитор (40) безопасности магнитного резонанса содержит анализатор (42, 44, 46, 50), выполненный с возможностью (i) приема радиочастотного сигнала во время возбуждения магнитного резонанса, (ii) извлечения радиочастотного параметра из принятого радиочастотного сигнала и (iii) оценки безопасности объекта, основываясь на извлеченном радиочастотном параметре; и модуль (54) введения поправки, выполненный с возможностью введения поправки возбуждения магнитного резонанса в ответ на оценку (iii), указывающую потенциально опасное состояние. Технический результат: обеспечение возможности повышенной безопасности во время хирургических процедур, контролируемых посредством получения изображений с использованием магнитного резонанса. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ получения изображения с использованием магнитного резонанса или спектроскопии объекта, содержащий этапы, на которых
принимают радиочастотный сигнал от области исследования во время возбуждения магнитного резонанса;
извлекают мгновенное значение параметра из принятого радиочастотного сигнала; оценивают безопасность объекта, основываясь на извлеченных значениях;
вносят поправку в возбуждение магнитного резонанса в ответ на оценку, указывающую на состояние, потенциально небезопасное для объекта;
отличающийся тем, что
оценка содержит оценку потенциально небезопасного состояния, вызванного возбуждением магнитного резонанса, связанного с объектом в области исследования.

2. Способ по п.1, в котором внесение поправки содержит, по меньшей мере, одно из автоматического прекращения возбуждения магнитного резонанса, или регулировки возбуждения магнитного резонанса, или обеспечения подачи тревоги.

3. Способ с использованием магнитного резонанса по п.2, дополнительно содержащий этапы, на которых возбуждают магнитный резонанс, прикладывая радиочастотное возбуждение в области (14) исследования; и измеряют сигнал магнитного резонанса, созданный приложенным радиочастотным возбуждением в объекте (16) в области исследования.

4. Способ с использованием магнитного резонанса по п.3, дополнительно содержащий этапы, на которых располагают хирургический инструмент (36) в области (14) исследования; и
выполняют хирургическую процедуру, используя хирургический инструмент, выполняют возбуждение магнитного резонанса и измерения повторяются во время хирургической процедуры, чтобы отслеживать хирургический инструмент.

5. Способ с использованием магнитного резонанса по п.4, в котором внесение поправки содержит этап, на котором автоматически прекращают повторное выполнение возбуждения магнитного резонанса в ответ на оценку, указывающую на потенциально опасное состояние.

6. Способ с использованием магнитного резонанса по п.4, дополнительно содержащий этапы, на которых прикладывают калибровочное радиочастотное возбуждение в области исследования перед тем, как удалить хирургический инструмент (36) в области (14) исследования; и контролируют эталонный радиочастотный параметр во время приложения калибровочного радиочастотного возбуждения, производят оценку, содержащую сравнение извлеченного радиочастотного параметра с эталонным радиочастотным параметром.

7. Способ с использованием магнитного резонанса по п.1, в котором прием содержит прием радиочастотного сигнала от катушки (26, 28, 30) датчика во время возбуждения магнитного резонанса, причем катушка датчика является приемной катушкой (26) магнитного резонанса, используемой для приема сигналов магнитного резонанса и отличающейся от радиочастотной передающей катушки (24), используемой для создания возбуждения магнитного резонанса, в котором прием дополнительно содержит этапы, на которых отстраивают по частоте приемную катушку магнитного резонанса во время возбуждения магнитного резонанса; и принимают радиочастотный сигнал во время возбуждения магнитного резонанса, используя отстроенную по частоте приемную катушку магнитного резонанса.

8. Способ с использованием магнитного резонанса по п.7, в котором извлечение содержит контроль мощности радиочастотного сигнала, принимаемого катушкой датчика, и оценка содержит сравнение контролируемой мощности радиочастотного сигнала с мощностью эталонного радиочастотного сигнала.

9. Способ с использованием магнитного резонанса по п.8, в котором прием содержит контроль сигнала радиочастотного возбуждения с выхода радиочастотной передающей катушки (24), используемой для создания возбуждения магнитного резонанса, и в котором извлечение содержит извлечение одной из резонансных частот сигнала радиочастотного возбуждения, фазы сигнала радиочастотного возбуждения и одного или более s-параметров сигнала радиочастотного возбуждения.

10. Монитор (40) безопасности магнитного резонанса, содержащий модуль анализатора (42, 44, 46, 50), выполненный с возможностью (i)
приема радиочастотного сигнала от области исследования во время возбуждения магнитного резонанса, (ii) извлечения мгновенного значения из принятого радиочастотного сигнала, и (iii) оценки безопасности объекта, основываясь на извлеченных значениях; и
модуль (54) введения поправки, выполненный с возможностью введения поправки возбуждения магнитного резонанса в ответ на оценку (iii), указывающую состояние, потенциально опасное для объекта, отличающийся тем, что
модуль анализатора выполнен с возможностью оценки потенциально небезопасного состояния, вызванного радиочастотной связью с объектом в области исследования.

11. Монитор (40) безопасности магнитного резонанса по п.10, в котором модуль анализатора (42, 44, 46, 50) содержит анализатор (42) мощности, выполненный с возможностью приема радиочастотного сигнала от катушки (26, 28, 30) датчика, установленной так, чтобы создавать сигнал в ответ на возбуждение магнитного резонанса.

12. Монитор (40) безопасности магнитного резонанса по п.11, дополнительно содержащий упомянутую катушку датчика, содержащую, по меньшей мере, (i) приемную катушку (26) магнитного резонанса, которая отстроена во время возбуждения магнитного резонанса, (ii) катушку (30), установленную соответственно по длине хирургического инструмента (36) таким образом, что катушка индуктивно связана с электрическим током, протекающим вдоль длины хирургического инструмента, и (iii) катушку (28), установленную на стенке или около стенки канала сканера.

13. Монитор (40) безопасности магнитного резонанса по п.11, в котором анализатор (42, 44, 46, 50) содержит анализатор (44) цепей, выполненный с возможностью измерения одного или более s-параметров радиочастотной передающей катушки (24) во время возбуждения магнитного резонанса; и анализатор (46) s-параметров, выполненный с возможностью определения, по меньшей мере, частоты и фазы сигнала радиочастотного возбуждения с выхода радиочастотной передающей катушки во время возбуждения магнитного резонанса.

14. Сканер с использованием магнитного резонанса, содержащий
магнит (12), создающий статическое (В₀) магнитное поле;
систему (18) градиентов магнитного поля, выполненную с возможностью наложения выбранных градиентов магнитного поля на статическое магнитное поле;
радиочастотную систему (24, 26, 32), выполненную с возможностью возбуждения и обнаружения магнитного резонанса; и
монитор (40) безопасности магнитного резонанса по п.10.

15. Считываемый компьютером носитель данных, содержащий компьютерную программу для выполнения способа получения изображения с использованием магнитного резонанса или спектроскопии объекта в соответствии с п.1, когда компьютерная программа работает на компьютере.