СПОСОБ И УСТРОЙСТВО МОНИТОРИНГА ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РЧ БЕЗОПАСНОГО МИТ СКАНИРОВАНИЯ Российский патент 2014 года по МПК A61B5/05 G01V3/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к магнитной индукционной томографии (МИТ), в частности к способу и устройству мониторинга для проведения РЧ (радиочастотного) безопасного МИТ сканирования так, что РЧ электромагнитное воздействие (мощности), наложенное на исследуемый объект (в особенности, пациента), в особенности в форме удельного коэффициента поглощения (УКП, SAR), не превышает определенных предельных значений в процессе МИТ сканирования.

Уровень техники

Магнитная индукционная томография представляет собой неинвазивный метод визуализации с применениями в промышленности и медицине. МИТ основана на ответвлении РЧ передатчиков и РЧ приемников, размещенных вокруг подлежащего визуализации объекта, представляющего интерес. Более подробно, варьирующееся во времени (первичное) магнитное поле прикладывают к подлежащему визуализации объекту посредством одного РЧ передатчика или множества РЧ передатчиков (или генератора или катушек или элементов возбуждения). Благодаря по меньшей мере одному из трех пассивных электромагнитных свойств подлежащего визуализации вещества, а именно его электрической проводимости, его диэлектрической проницаемости и его магнитной проницаемости, происходит индукция вихревых токов внутри вещества объекта, которые возмущают первичное магнитное поле так, чтобы вторичное магнитное поле, детектированное посредством одного РЧ приемника или множества РЧ приемников (или измерительных или детектирующих катушек или элементов), позволяло генерировать изображение исследуемого объекта.

Сущность изобретения

Для исследования тканей человека прикладывают первичное магнитное поле с радиочастотой (РЧ) порядка между приблизительно 100 кГц и приблизительно 10 МГц. Таким образом, во избежание вредного возбуждения и нагревания объекта, в особенности в случае тканей человека, следует рассмотреть регламентирующие нормы для удельного коэффициента поглощения (УКП) электромагнитной (ЭМ) мощности.

Помимо частоты переданных РЧ сигналов, удельный коэффициент поглощения и его пространственное распределение внутри объекта, представляющего интерес, также зависит от многих других факторов, например, таких как примененная последовательность МИТ измерений, в особенности форма РЧ импульса, длительность РЧ импульса, коэффициент заполнения и РЧ амплитуда или мощность переданного РЧ сигнала в каждом канале РЧ передачи (каждый содержит один или несколько РЧ передающих элементов), а также частоты и последовательного и/или параллельного использования элементов РЧ передатчиков.

Кроме того, следует принимать во внимание, что размещение элементов или катушек РЧ передатчиков/приемников вокруг объекта, представляющего интерес, значительно влияет на ответвление переданных РЧ сигналов внутрь объекта, представляющего интерес (т.е. на ответвления между РЧ катушками и объектом), а также на ответвления между самими РЧ катушками. Найдено, что значения или величины этих двух РЧ ответвлений могут варьироваться в диапазоне между приблизительно 0,01% и приблизительно 10% или более в зависимости от упомянутого размещения.

Один аспект изобретения предусматривает способ и устройство мониторинга для проведения РЧ безопасного МИТ сканирования так, что РЧ электромагнитное (ЭМ) воздействие (мощности), наложенное на исследуемый объект во время МИТ сканирования, не превышает некоторое предварительно определенное или предусмотренное предельное или пороговое значение.

Термин «РЧ/ЭМ воздействие (мощности)» следует понимать в этом раскрытии, в частности, как удельный коэффициент поглощения (УКП) исследуемого объекта или суммарную РЧ электромагнитную мощность, приложенную к исследуемому объекту, или увеличение температуры или плотность электрического тока внутри исследуемого объекта (для того чтобы предотвратить нежелательную стимуляцию нервов), которые вызваны РЧ/ЭМ полем (в особенности последовательностью РЧ или МИТ измерений), которое передается посредством по меньшей мере одного элемента или катушки РЧ передатчика объекту во время МИТ сканирования.

Изобретение предоставляет способ проведения РЧ безопасного МИТ сканирования объекта, представляющего интерес, который содержит следующие этапы, на которых:

(a) проводят РЧ симуляцию для оценки или прогнозирования значения РЧ электромагнитного воздействия, наложенного на объект в зависимости от предполагаемых рабочих параметров МИТ на основе модели по меньшей мере одного элемента или катушки РЧ передатчика для приложения РЧ электромагнитного поля к объекту и на основе модели самого объекта;

(b) сравнивают оценочное или прогнозируемое значения РЧ электромагнитного воздействия с предельным или пороговым значением, которое предварительно установлено для объекта, так чтобы обеспечить РЧ безопасность объекта, и проводят МИТ сканирование посредством предполагаемых рабочих параметров МИТ в форме требуемых рабочих параметров МИТ, если значение РЧ электромагнитного воздействия ниже предельного или порогового значения,

(c) если значение РЧ электромагнитного воздействия равно или превышает предельное или пороговое значение, то повторяют этап (a) с модифицированными предполагаемыми рабочими параметрами МИТ и затем повторяют этап (b).

Кроме того, изобретение предоставляет устройство мониторинга, которое преимущественно можно использовать в упомянутом выше способе для того, чтобы обеспечить дополнительную РЧ безопасность путем предотвращения того, что неисправности РЧ цепи, смещения или любые другие неисправности системы МИТ могут вызвать нежелательное увеличение РЧ воздействия, наложенное на объект.

Устройство мониторинга содержит:

направленный ответвитель (Pc 1,.. Pc n) на входе катушки (Tr 1,.. Tr n) РЧ передачи для отведения части мощности прямого РЧ переданного сигнала, который подают на катушку РЧ передачи, и части мощности отраженного РЧ переданного сигнала, который отражен на катушке РЧ передачи, и

устройства (C) сравнения и завершения для предоставления фактически переданной РЧ мощности, приложенной к объекту, представляющему интерес, на основе разности между отведенными частями, для сравнения фактически переданной РЧ мощности с требуемой РЧ мощностью и для завершения передачи РЧ энергии, если она превышает требуемую РЧ мощность более чем на предварительно определенное значение.

Следует принимать во внимание то, что признаки изобретения поддаются комбинированию в любой комбинации, не отклоняясь от объема изобретения, который определен в сопровождающей формуле изобретения.

Дополнительные подробности, признаки и преимущества изобретения станут ясны из следующего описания предпочтительных и примерных вариантов осуществления изобретения, которые даны со ссылкой на чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 показывает блок-схему способа оценки или прогнозирования удельного коэффициента поглощения исследуемого объекта; и

Фиг.2 показывает блок-схему существенных компонентов устройства мониторинга в соединении с компонентами МИТ прибора.

Подробное описание вариантов осуществления

Как упомянуто выше, при исследовании тканей человека чрезвычайно важно не превысить некоторое предварительно определенное или предусмотренное предельное значение РЧ воздействия, в особенности удельного коэффициента поглощения (УКП). Обычно прямое измерение УКП или результирующего увеличения температуры в организме невозможно. Вместо этого, в соответствии с изобретением, РЧ/ЭМ воздействие, в особенности УКП (или по меньшей мере одно из других упомянутых выше значений), оценивают или прогнозируют посредством математического инструмента РЧ симуляции, используя модель по меньшей мере одного элемента или катушки РЧ передатчика (или множество моделей, каждая для одного из множества элементов или катушек РЧ передатчика), где по меньшей мере один элемент или катушку РЧ передатчика используют для приложения РЧ поля к объекту, и используя модель объекта. Эти модели описывают свойства по меньшей мере одного элемента или катушки РЧ передатчика и свойства объекта, соответственно, как необходимо инструменту РЧ симуляции для вычисления указанной выше степени РЧ/ЭМ воздействия.

Более подробно, модель по меньшей мере одного элемента или катушки РЧ передатчика является моделью геометрии, РЧ свойств и положения по меньшей мере одного элемента или катушки РЧ передатчика по отношению к подлежащему визуализации объекту. Модель объекта является моделью геометрии и РЧ свойств объекта.

Известны несколько таких инструментов РЧ симуляции. Они основаны, например, на таких способах, как способ моментов (СМ, MoM), способ временной области с конечной разностью (ВОсКР, FDTD) и другие коммерчески доступные способы с использованием оценки уравнений Максвелла. Альтернативно можно использовать специально разработанные РЧ вычислительные инструменты, в которых учтены конкретные условия магнитной индукционной томографии, такие как РЧ диапазон частот и необходимое трехмерное разрешение симуляции.

Как правило, данные об указанных выше значимых физических и электромагнитных свойствах элементов или катушек РЧ передатчиков (обычно вместо только одного элемента или катушки используют множество таких элементов или катушек), как устанавливают в МИТ прибор, и об их положениях по отношению к объекту, представляющему интерес, и данные об указанных выше значимых физических и электромагнитных свойствах подлежащего визуализации объекта, представляющего интерес, следует предоставлять в качестве входных данных в такие инструменты РЧ симуляции для того, чтобы предоставить инструменту РЧ симуляции возможность оценить или прогнозировать РЧ/ЭМ воздействие (в особенности УКП и его пространственное распределение или плотность электрического тока внутри объекта, представляющего интерес) в зависимости от предполагаемых рабочих параметров МИТ, таких как предполагаемая РЧ мощность, которую подают на элементы или катушки РЧ передатчика, и предполагаемая последовательность МИТ (измерений) (в особенности, в виде формы РЧ импульса, длительности РЧ импульса, коэффициента заполнения, амплитуды РЧ сигнала каждого элемента или катушки РЧ передатчика и частоты последовательного и/или параллельного включения или выключения нескольких элементов или катушек РЧ передатчика), которые будут применять.

Эти входные данные предоставляют в форме модели катушки РЧ передатчика и модели объекта, представляющего интерес, эти модели математически описывают или представляют указанные выше значимые электромагнитные (ЭМ) и другие значимые физические РЧ свойства катушек (и их положений по отношению к объекту, представляющему интерес) и самого объекта, соответственно, как упомянуто выше. Необязательно, движение объекта, представляющего интерес, можно компенсировать, предоставив инструменту РЧ симуляции, относящиеся к движению объекта входные данные.

Более подробно, инструмент РЧ симуляции вычисляет из указанных выше входных данных распределение РЧ поля внутри объекта, представляющего интерес, сгенерированного каждым элементом или катушкой РЧ передатчика.

Затем предполагаемую последовательность МИТ фрагментируют на секции, в течение которых состояние переключения или приведения в действие (в особенности одновременное или последовательное включение или выключение одного или нескольких) элементов или катушек РЧ передатчика и параметры последовательности сигналов РЧ передачи (например, форма РЧ импульса, длительность РЧ импульса, коэффициент заполнения, амплитуда и частоты синусоидальных сигналов РЧ передачи) каждого/в каждом элементе или катушке РЧ передатчика по меньшей мере по существу постоянны.

Затем вычисленное распределение РЧ поля масштабируют для и посредством каждой секции (фрагмента) последовательности МИТ до абсолютных значений (т.е. на основе указанных выше предполагаемых сигналов РЧ передачи для каждого элемента РЧ передатчика), в результате чего получают пространственно зависимое распределение РЧ поля внутри объекта, представляющего интерес, которое является постоянным во времени на протяженности каждой из секций (фрагментов) последовательности МИТ.

Наконец, это распределение РЧ поля используют для прогнозирования или оценки посредством вычисления РЧ/ЭМ воздействия, в особенности пространственно разрешенного удельного коэффициента поглощения объекта, представляющего интерес, суммарной приложенной РЧ/ЭМ мощности (которая при параллельной передаче через множество РЧ каналов не обязательно равна сумме приложенных мощностей во всех каналах) и наихудшего увеличения температуры на основе относительной плотности и удельной теплоемкости вещества внутри объекта, представляющего интерес.

После вычисления указанных выше значений РЧ/ЭМ воздействия для каждой секции или фрагмента последовательности МИТ суммарное значение РЧ/ЭМ воздействия для всей последовательности МИТ вычисляют суммированием значений РЧ/ЭМ воздействия всех секций или фрагментов.

Это вычисление можно выполнить посредством известных алгоритмов для вычисления среднего по времени или пространству РЧ/ЭМ воздействия для каждой секции или фрагмента предполагаемой МИТ измерительной последовательности.

Кроме того, для того чтобы предотвратить нежелательную стимуляцию нервов, возникающую вследствие слишком высокой плотности электрического тока, на основе параметров ткани внутри объекта, представляющего интерес, также можно вычислить плотности электрического тока внутри объекта посредством инструмента РЧ симуляции.

Это можно провести посредством известных алгоритмов нахождения максимума, которые требуют операцию (d/dt) дифференцирования по времени, поскольку индуцированные токи получают из изменений магнитного поля во времени, причем особенный интерес представляет переход от одной секции или фрагмента к следующей секции или фрагменту последовательности МИТ.

По меньшей мере одно из этих четырех суммарных значений РЧ/ЭМ воздействия (УКП, суммарная приложенная РЧ мощность, наихудшее увеличение температуры и плотности электрического тока), которые являются значимыми для РЧ безопасного МИТ сканирования, затем сравнивают с соответствующими предусмотренными или предварительно выбранными предельными значениями, которые не должны быть превышены. Если одно из этих значений РЧ/ЭМ воздействия превышает соответствующее предельное значение, то выбирают другие значения указанных выше предполагаемых рабочих параметров МИТ или последовательности МИТ и повторяют способ РЧ симуляции до тех пор, пока не будут найдены рабочие параметры МИТ, соответствующие способу РЧ симуляции, которые не приводят к тому, что суммарное РЧ/ЭМ воздействие превышает соответствующие предельные значения, так что МИТ сканирование можно считать РЧ безопасным при использовании этих рабочих параметров МИТ.

Фиг.1 показывает примерную блок-схему схемы вычисления, которая соответствует указанному выше способу прогнозирования или оценки значений РЧ/ЭМ воздействия, используя примерные модели элементов или катушек РЧ передатчика и подлежащего визуализации объекта, представляющего интерес.

На первом этапе 10 запускают инструмент РЧ симуляции. Одновременно с этим этапом или до него осуществляют первую процедуру 20 для создания модели элементов или катушек РЧ передатчика и вторую процедуру 30 для создания модели подлежащего визуализации объекта, представляющего интерес.

Первую процедуру 20 для создания модели катушек РЧ передатчика осуществляют на основе геометрии катушек РЧ передатчика. Эту геометрию можно получить из по меньшей мере одной из CAD модели 21 катушек, из данных о МИТ катушке 22 (которые используют для реконструкции изображения) и/или из базы 23 данных катушек, которая доступна, например, из системы магнитно-резонансной визуализации.

Дополнительно, модель катушки можно расширить конкретной РЧ информацией, такой как размещение и размер сосредоточенных элементов катушек, в особенности конденсаторов и катушек индуктивностей, размещение РЧ источников мощности и настройка и совмещение катушек.

Вторую процедуру 30 для создания модели объекта, представляющего интерес (например, модели головы или других частей тела), осуществляют на основе по меньшей мере одного из данных 31, которые можно получить из других модальностей (таких как системы КТ (компьютерной томографии), рентгенографии, МРВ (магнитно-резонансной визуализации) или визуализации на основе электропроводности), модели 32, которая встроена в систему МИТ (поскольку данные об объекте для реконструкции изображения также встроены в МИТ), и базы 33 данных моделей объектов. В зависимости от необходимой точности может оказаться достаточным использовать такую базу данных с ограниченным числом моделей объектов, например только модели головы трех различных размеров, или даже еще более простую сферическую модель головы подходящего размера.

Три значимых электромагнитных свойства (электропроводность, диэлектрическую проницаемость и магнитную проницаемость) можно взять из:

учебников и публикаций (измерений вне организма),

результатов МИТ (итеративное уточнение в реальном времени),

или их можно считать постоянными величинами.

Затем созданную модель катушек РЧ передатчиков комбинируют с созданной моделью объекта, представляющего интерес, посредством инструмента РЧ симуляции и на втором этапе 50 на основе вклада каждого отдельного элемента или катушки РЧ передатчика в суммарное распределение РЧ поля вычисляют распределение РЧ поля внутри объекта, представляющего интерес.

Необязательно осуществляют третью процедуру 40 для детектирования и компенсации движения объекта, представляющего интерес. Такое детектирование и компенсацию можно осуществить на основе по меньшей мере одного из РЧ измерений 41 коэффициентов нагрузки РЧ передающих/принимающих катушек, данных 42 МИТ реконструкции (если они доступны в реальном времени) и на основе оптических или других измерений 43, например посредством лазерной дальнометрии или визуальной регистрации движений объекта. В этом случае распределение РЧ поля внутри объекта, представляющего интерес, вычисленное на втором этапе 50, дополнительно учитывает движения объекта.

Затем на третьем этапе 60 инструмент РЧ симуляции вычисляет пространственно зависимое распределение РЧ поля внутри объекта, представляющего интерес, путем применения абсолютных значений сигналов 61 РЧ передачи для каждого фрагмента (секции) последовательности МИТ, который предположительно применят к объекту (если сигналы 61 РЧ передачи подают одновременно через несколько источников (как это обычно происходит в МИТ), соответственно, следует учитывать фазы и отдельные сигналы и поля).

Наконец, на четвертом этапе 70 инструмент РЧ симуляции вычисляет, оценивает или прогнозирует по меньшей мере одно из следующих значений РЧ/ЭМ воздействия из пространственно зависимого распределения РЧ поля для каждой секции последовательности измерений МИТ посредством упомянутых выше известных алгоритмов усреднения:

суммарно приложенная РЧ/ЭМ мощность (которая в случае параллельной РЧ передачи через множество каналов не обязательно равна сумме приложенных мощностей каналов),

пространственно разрешенный удельный коэффициент поглощения (УКП), поскольку пределы для РЧ воздействия (т.е. выделение РЧ мощности) даны в Вт/кг, что требует значений относительной плотности вещества в модели объекта, представляющего интерес, и

наихудшее увеличение температуры в комбинации с относительной плотностью и удельной теплоемкостью вещества в модели объекта, представляющего интерес (которые можно считать частью модели объекта), кроме того, способы, учитывающие уравнение переноса биотепла (которое раскрыто, например, в Pennes H.H.: «Analysis of tissue and arterial blood temperatures in the resting human forearm» в J. Appl. Physiol., т.85, 534, 1998).

Во многих случаях предельные значения максимальной плотности электрического тока внутри объекта, представляющего интерес, даны в дополнение к предельным значениям выделения РЧ/ЭМ мощности для того, чтобы предотвратить нежелательную стимуляцию нервов. Эти максимальные плотности токов также можно вычислить на четвертом этапе 70 посредством инструмента РЧ симуляции и известных алгоритмов нахождения максимума, как упомянуто выше, учитывая параметры ткани внутри объекта, представляющего интерес.

Затем, как упомянуто выше, на четвертом этапе 70 вычисляют суммарное значение РЧ/ЭМ воздействия для всей последовательности МИТ путем суммирования указанных выше значений РЧ/ЭМ воздействия для всех секций или фрагментов.

Наконец, по меньшей мере одно из указанных выше четырех суммарных значений РЧ/ЭМ воздействия можно сравнить с регламентированными или предусмотренными предельными значениями. Если одно из этих значений РЧ воздействия, например значение УКП, превышает соответствующее предельное значение, то варьируют по меньшей мере один из рабочих параметров МИТ (в особенности предполагаемую последовательность РЧ измерений) и повторяют способ симуляции до тех пор, пока вычисленные значения РЧ воздействия не окажутся внутри предусмотренных пределов так, чтобы предполагаемые рабочие параметры МИТ можно было считать РЧ безопасными.

Указанный выше способ оценки, прогнозирования или вычисления по меньшей мере одного из четырех значений РЧ воздействия и сравнения с соответствующими предельными значениями предпочтительно осуществляют посредством компьютера в форме компьютерной программы.

Ради полноты следует упомянуть, что сначала вычисляют РЧ поля отдельных РЧ передающих элементов, как указано выше, а затем суммарное распределение РЧ поля вычисляют путем суммирования в соответствии с масштабированием для каждой секции последовательности МИТ, а также, что альтернативно способ можно осуществлять в обратном порядке в том отношении, что сначала вычисляют вклад каждого отдельного элемента РЧ передатчика в РЧ поле посредством масштабирования для каждой секции последовательности МИТ и затем путем суммирования вычисляют результирующее суммарное распределение РЧ поля.

Эти альтернативы выбирают в зависимости от числа элементов РЧ передатчика и числа различных секций последовательности МИТ для того, чтобы сократить время вычисления, поскольку в первом случае вычисление отдельных РЧ полей требует значительно больше времени, чем масштабирование, тогда как в последнем случае вычисление для каждой секции требует значительно больше времени, чем прибавление к результирующему суммарному распределению РЧ поля.

Вычисленные значения РЧ/ЭМ воздействия можно отображать на пользовательском интерфейсе, так чтобы при проведении МИТ сканирования пользователь системы МИТ мог регулировать или вводить в систему МИТ рабочие параметры МИТ, которые считаются РЧ безопасными согласно указанному выше способу симуляции.

Кроме того, рабочие параметры МИТ можно представлять автоматически соответствующему прибору или системе МИТ для осуществления РЧ безопасного МИТ сканирования.

Устройство мониторинга предоставлено для того, чтобы гарантировать, что указанные выше вычисленные РЧ безопасные рабочие параметры МИТ правильно применены и реализованы в системе или приборе МИТ. Такое устройство мониторинга может предотвратить случайное превышение РЧ воздействия, в особенности, суммарной РЧ мощности, которую применяют к объекту, представляющему интерес, соответствующего предельного значения РЧ воздействия, в особенности, в случае неисправностей, таких как, например, сломанная дорожка в РЧ цепи, смещения или другие неполадки в компонентах системы МИТ или неправильная калибровка или совмещение таких компонентов, например, таких как цифроаналоговых преобразователей и аналоговых РЧ усилителей.

Фиг.2 показывает блок-схему существенных компонентов такого устройства мониторинга для мониторинга РЧ мощности, приложенной к объекту, представляющему интерес, с соответствующими компонентами системы или прибора МИТ.

Согласно фиг.2, подлежащий визуализации объект, представляющий интерес, OI, окружают множеством элементов или катушек РЧ передатчика и элементами или катушками РЧ приемника системы МИТ. Схематически указаны первая катушка Tr 1 РЧ передатчика и n-я катушка Tr n РЧ передатчика, а также первая катушка Rec 1 РЧ приемника и m-я катушка Rec m РЧ приемника.

Катушки Rec 1,.. Rec m РЧ приемника соединены с измерительным и аналого-цифровым преобразующим блоком MU для усиления принятых РЧ сигналов и для преобразования этих сигналов в цифровые сигналы. Затем эти сигналы подают на соответствующую цепь M системы МИТ для того, чтобы сгенерировать изображение объекта, представляющего интерес, OI.

Как упомянуто выше, предполагаемые рабочие параметры МИТ, которые симулированы и найдены РЧ безопасными, как описано выше, и которые теперь для сканирования будут применять к объекту, представляющему интерес, подают в цепь M системы МИТ в форме требуемых рабочих параметров РП МИТ. На основе этих подаваемых требуемых рабочих параметров РП МИТ цепь M системы МИТ подает управляющие сигналы на генератор S сигналов для генерации цифровых задающих РЧ сигналов для каждой РЧ цепи или РЧ канала (т.е. для каждого элемента или катушки Tr 1,.. Tr n РЧ передатчика).

Цифровые задающие РЧ сигналы преобразуют посредством цифроаналогового преобразователя D/A в аналоговый РЧ сигнал для каждой РЧ цепи, причем аналоговые РЧ сигналы представляют требуемые сигналы РЧ передачи и требуемую последовательность РЧ измерений для каждой РЧ цепи.

Каждая РЧ цепь содержит РЧ усилитель PA 1,.. PA n мощности для усиления соответствующего аналогового РЧ сигнала. Выход каждого РЧ усилителя PA 1,.. PA n мощности соединен с соответствующим входом соответствующей катушки Tr 1,.. Tr n РЧ передатчика, чтобы приложить сигнал РЧ передачи к объекту, представляющему интерес, OI.

Каждая дорожка между выходом каждого РЧ усилителя PA 1,.. PA n мощности и соответствующей РЧ передающей катушки Tr 1,.. Tr n содержит направленный ответвитель Pc 1,.. Pc n, посредством которого выводят часть мощности прямого сигнала РЧ передачи, поданного на соответствующую РЧ передающую катушку, и часть мощности отраженного сигнала РЧ передачи, отраженной РЧ передающей катушки.

Эти части РЧ мощности подают на аналогово-цифровой преобразователь A/D для преобразования их в цифровые значения. РЧ передаваемую мощность, которую фактически передают из каждой РЧ передающей катушки, измеряют (или вычисляют) на основе разности между прямой и соответствующей отраженной РЧ мощностью, при этом учитывая коэффициент ответвления или ослабление направленных ответвителей.

Измеренную РЧ переданную мощность предоставляют в форме цифрового сигнала для каждого канала для цепи C сравнения и завершения, в которой его сравнивают с соответствующим цифровым требуемым РЧ сигналом для каждого канала, сгенерированным генератором S сигналов и поступающим из него. Например, если оценочный РЧ передающий сигнал мощности для этой РЧ цепи отклоняется от требуемого РЧ сигнала для этой цепи более чем на предварительно определенное значение вследствие неисправности в одной из РЧ цепей, то можно выключить соответствующую РЧ цепь (или все РЧ цепи) (поэтапно или непрерывно так, чтобы избежать значительных изменений во времени), и РЧ передачу можно завершить посредством цепи C сравнения и завершения.

Кроме того, оценочный РЧ переданный сигнал мощности также можно подать на измерительный блок MU для того, чтобы калибровать или регулировать коэффициент усиления РЧ усилителей внутри измерительного блока MU, которые предусмотрены для усиления РЧ сигналов, принятых катушками РЧ приемника.

Дополнительно в описанном выше устройстве мониторинга можно предоставить устройство мониторинга положения, если катушки РЧ передатчика должны вращаться вокруг объекта, представляющего интерес. Кроме того, безусловно, устройство мониторинга также можно использовать, если катушки РЧ передатчика и приемника объединены в одной приемо-передающей катушке в каждом из РЧ каналов мощности.

Настройку устройства мониторинга, а также оценку указанных выше четырех значений РЧ/ЭМ воздействия посредством способа, соответствующего фиг.1, можно калибровать и верифицировать в эксперименте модели тела, в котором вместо пациента используют гомогенный цилиндр, заполненный водой или гелем, в качестве объекта, представляющего интерес, для того чтобы получить абсолютное измерение удельного коэффициента поглощения и увеличения температуры, полученного в результате подачи РЧ мощности. В способе симуляции сравнительно легко осуществить моделирование и оценку геометрически простого объекта, такого как цилиндр. Кроме того, распределение температур внутри в гомогенном цилиндре можно измерить посредством волоконно-оптических температурных датчиков или оптической термометрии с использованием инфракрасной камеры. Используя такую калиброванную систему, также можно измерить, например, абсолютные значения проводимости внутри объекта, представляющего интерес.

Несмотря на то что изобретение подробно описано и проиллюстрировано на чертежах и в приведенном выше описании, такие иллюстрации и описание следует считать примерными или иллюстративными, а не ограничивающими, а изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Разновидности описанных выше вариантов осуществления изобретения возможны без отступления от объема изобретения, который определен сопровождающей формулой изобретения.

Изучив рисунки, раскрытие и приложенную формулу изобретения, специалисты в данной области техники смогут понять и осуществить на практике разновидности раскрытых вариантов осуществления описанного в заявке изобретения. В формуле изобретения слово «содержит» не исключает другие элементы или этапы, а формы единственного числа не исключают множественность. Один процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Сам по себе факт того, что некоторые меры перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения не означает того, что комбинация этих мер не может быть использована с пользой. Компьютерную программу можно хранить/распространять на подходящем носителе, таком как оптическое запоминающее устройство, средство или твердотельный носитель, который поставляют вместе с другим аппаратным обеспечением или в качестве его части, а также можно распространять в других формах, например, через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы. Любые упоминания в формуле изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения объема.

Изобретение относится к средствам радиочастотного сканирования МИТ сканирования пациентов. Способ сканирования объекта заключается в проведении РЧ симуляции для оценки или прогнозирования значения РЧ электромагнитного воздействия, наложенного на объект, в зависимости от предполагаемых рабочих параметров МИТ на основе модели элемента или катушки РЧ передатчика и на основе модели самого объекта, сравнении оценочного или прогнозируемого значения РЧ электромагнитного воздействия с предельным или пороговым значением и проведении МИТ сканирования посредством предполагаемых рабочих параметров, если значение РЧ электромагнитного воздействия ниже предельного или порогового значения, если значение РЧ электромагнитного воздействия равно предельному или пороговому значению или превышает его, повторяют этап с модифицированными предполагаемыми рабочими параметрами МИТ. На компьютерно-считываемом носителе хранится компьютерная программа, адаптированная для выполнения способа. Устройство мониторинга для проведения РЧ МИТ сканирования содержит направленный ответвитель на входе катушки РЧ передачи для отведения части мощности прямого переданного РЧ сигнала, которую подают на РЧ передающую катушку, и части мощности отраженного переданного РЧ сигнала, который отражен на катушке РЧ передачи, и устройство сравнения и завершения для предоставления фактически переданной РЧ мощности, приложенной к объекту. Система магнитной индукционной томографии содержит устройство мониторинга. Использование изобретения позволяет предотвратить превышение РЧ воздействия, приложенного к исследуемому объекту. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ проведения РЧ безопасного МИТ (магнитная индукционная томография, MIT) сканирования объекта, представляющего интерес, который содержит следующие этапы, на которых:
(a) проводят РЧ (радиочастотную, RF) симуляцию для оценки или прогнозирования значения РЧ электромагнитного воздействия, наложенного на объект, в зависимости от предполагаемых рабочих параметров МИТ на основе модели по меньшей мере одного элемента или катушки РЧ передатчика для приложения РЧ электромагнитного поля к объекту и на основе модели самого объекта;
(b) сравнивают оценочное или прогнозируемое значения РЧ электромагнитного воздействия с предельным или пороговым значением, которое предварительно установлено для объекта так, чтобы обеспечить РЧ безопасность объекта, и проводят МИТ сканирование посредством предполагаемых рабочих параметров МИТ в виде требуемых рабочих параметров МИТ, если значение РЧ электромагнитного воздействия ниже предельного или порогового значения,
(c) если значение РЧ электромагнитного воздействия равно предельному или пороговому значению или превышает его, повторяют этап (a) с модифицированными предполагаемыми рабочими параметрами МИТ, а затем повторяют этап (b).

2. Способ по п. 1, в котором РЧ электромагнитное воздействие является по меньшей мере одним из удельного коэффициента поглощения (УКП, SAR) объекта, суммарной РЧ электромагнитной мощности, наложенной на объект, увеличения температуры внутри объекта и плотности электрического тока внутри объекта.

3. Способ по п. 1, в котором модель по меньшей мере одного элемента или катушки РЧ передатчика является моделью геометрии и РЧ свойств по меньшей мере одного элемента или катушки РЧ передатчика и положения по меньшей мере одного элемента или катушки РЧ передатчика по отношению к подлежащему визуализации объекту.

4. Способ по п. 1, в котором модель объекта является моделью геометрии и РЧ свойств объекта.

5. Способ по п. 1, в котором этап (a) содержит вычисление распределения РЧ поля внутри объекта, в совокупности сгенерированного посредством каждого из по меньшей мере одного элемента или катушки РЧ передатчика.

6. Способ по п. 5, в котором рабочие параметры МИТ заданы предполагаемой последовательностью МИТ измерений, и при этом:
предполагаемую последовательность МИТ измерений фрагментируют на секции, во время которых состояние переключения или приведения в действие множества элементов или катушек РЧ передатчика и параметры сигналов РЧ передачи являются по меньшей мере по существу постоянными, и
вычисленное распределение РЧ поля масштабируют для каждой секции последовательности МИТ до абсолютных значений для того, чтобы определить пространственно зависимое распределение РЧ поля внутри объекта, которое является постоянным во времени на протяженности каждой секции последовательности МИТ, и
значение РЧ электромагнитного воздействия оценивают или прогнозируют посредством известных алгоритмов вычисления среднего по времени или по пространству значения РЧ электромагнитного воздействия для каждой секции или фрагмента предполагаемой последовательности МИТ измерений.

7. Способ по п. 6, в котором плотности электрического тока внутри объекта вычисляют на основе изменения магнитного поля во времени в процессе перехода от одной секции к следующей секции последовательности МИТ посредством операции (d/dt) дифференцирования по времени и известных алгоритмов нахождения максимума.

8. Способ по п. 6, в котором суммарное значение РЧ электромагнитного воздействия для всей последовательности МИТ вычисляют путем суммирования значений РЧ электромагнитного воздействия всех секций.

9. Способ по п. 5, в котором во время вычисления распределения РЧ поля детектируют и компенсируют движение объекта.

10. Способ по п. 9, в котором движение детектируют и компенсируют на основе по меньшей мере одного из РЧ измерений коэффициентов нагрузки РЧ передающих/принимающих элементов или катушек, данных МИТ реконструкции и оптических или других измерений для детектирования движения объекта.

11. Способ по п. 1, в котором во время операции МИТ сканирования РЧ мощность, переданную от каждого элемента РЧ передачи или катушки, детектируют и сравнивают с требуемой РЧ переданной мощностью для каждого элемента РЧ передачи или катушки, получаемой в результате из требуемых рабочих параметров МИТ, и если детектированная РЧ переданная мощность превышает требуемую РЧ переданную мощность более чем на предварительно определенное значение, то выключают передачу РЧ мощности через соответствующие или все элементы или катушки РЧ передатчика.

12. Компьютерно-считываемый носитель, хранящий компьютерную программу, содержащую код компьютерной программы, который адаптирован для выполнения способа или разработан для использования в способе по п. 1, когда указанную программу исполняют на программируемом микрокомпьютере.

13. Устройство мониторинга для проведения РЧ безопасного МИТ сканирования, которое содержит:
направленный ответвитель (Pc 1, … Pc n) на входе катушки (Tr 1, … Tr n) РЧ передачи для отведения части мощности прямого переданного РЧ сигнала, которую подают на РЧ передающую катушку, и части мощности отраженного переданного РЧ сигнала, который отражен на катушке РЧ передачи, и
устройство (C) сравнения и завершения для предоставления фактически переданной РЧ мощности, приложенной к объекту, представляющему интерес, на основе разности между отведенными частями, для сравнения фактически переданной РЧ мощности с требуемой РЧ мощностью и для завершения передачи РЧ мощности, если она превышает требуемую РЧ мощность более чем на предварительно определенное значение.

14. Устройство мониторинга по п. 13, содержащее программируемый микрокомпьютер с компьютерной программой, адаптированной для выполнения способа по п. 1.

15. Система или прибор магнитной индукционной томографии, содержащие устройство мониторинга по п. 13.