專利名稱:用于執(zhí)行rf-安全mit掃描的方法和監(jiān)控設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及磁感應(yīng)斷層成像(MIT),具體涉及一種用于實(shí)施RF-安全MIT掃描的方 法和監(jiān)控設(shè)備以使得在MIT掃描期間施加在檢查對(duì)象(特別是患者)上特別是以比吸收率 (SAR)形式的RF電磁(功率)輻射不超過(guò)特定極限值。
背景技術(shù):
磁感應(yīng)斷層掃描是具有工業(yè)和醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用的非入侵式成像技術(shù)。MIT基于放置 在所關(guān)注的待成像的對(duì)象周圍的RF發(fā)射器與RF接收器之間的耦合。更詳細(xì)地,時(shí)變(主) 磁場(chǎng)借助一個(gè)RF發(fā)射器或多個(gè)RF發(fā)射器(或發(fā)電機(jī)或勵(lì)磁線圈或元件)而被施加到待成像 的對(duì)象。由于待成像的材料的三個(gè)無(wú)源電磁特性(即它的電導(dǎo)率、它的介電常數(shù)和它的磁導(dǎo) 率)中的至少一個(gè)的原因,在干擾主磁場(chǎng)的對(duì)象的材料內(nèi)引起渦流,從而產(chǎn)生次生磁場(chǎng),其 借助一個(gè)RF接收器或多個(gè)RF接收器(或測(cè)量或檢測(cè)線圈或元件)檢測(cè)到從而生成檢查對(duì)象 的圖像。
發(fā)明內(nèi)容
為了檢查人的組織,利用處于大約在IOOkHz與大約IOMHz之間的量級(jí)中的射頻 (RF)施加主磁場(chǎng)。因此,必須考慮對(duì)電磁(EM)功率的比吸收率(SAR)的調(diào)整方針,以便避 免對(duì)象的危險(xiǎn)的勵(lì)磁和變熱,特別是在人的組織的情況下。除了 RF發(fā)射的信號(hào)的頻率之外,比吸收率及其在所關(guān)注的對(duì)象內(nèi)的空間分布還 依賴于許多其他因素,例如所應(yīng)用的MIT測(cè)量序列、特別是RF脈沖波形、RF脈沖持續(xù)時(shí)間、 占空比和在每個(gè)RF發(fā)射信道中(每個(gè)發(fā)射信道包括一個(gè)或多個(gè)RF發(fā)射器元件)RF發(fā)射的 信號(hào)的RF幅度或功率,以及RF發(fā)射器元件的頻率和順序的和/或并行的使用。而且,必須考慮RF發(fā)射器/接收器元件或線圈放置在所關(guān)注的對(duì)象的周圍顯著影 響了發(fā)射的RF信號(hào)到所關(guān)注的對(duì)象中的耦合(S卩,RF線圈與對(duì)象之間的耦合),以及各RF線 圈它們自身之間的耦合。已經(jīng)發(fā)現(xiàn),這兩個(gè)RF耦合的值或量可以依賴于所述放置而在大約 0.01%與10%或更多之間的范圍內(nèi)變化。本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種用于實(shí)施RF-安全MIT掃描的方法和監(jiān)控設(shè)備以使 得在MIT掃描期間施加在檢查對(duì)象上的RF電磁(EM)(功率)輻射不超過(guò)特定的預(yù)定或規(guī)定 的極限值或閾值。在本公開中,術(shù)語(yǔ)“RF/EM (功率)輻射”應(yīng)當(dāng)特別地被理解為檢查對(duì)象的比吸收率 (SAR),或施加到檢查對(duì)象的總RF電磁功率,或檢查對(duì)象內(nèi)的溫度增加或電流密度(以便防 止不想要的神經(jīng)刺激),這些都是由在MIT掃描期間借助至少一個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈發(fā) 射到對(duì)象的RF/EM場(chǎng)(特別是RF或MIT測(cè)量序列)所引起的。本發(fā)明提供一種對(duì)所關(guān)注的對(duì)象實(shí)施RF-安全MIT掃描的方法,包括下列步驟 (a)基于用于將RF電磁場(chǎng)施加到對(duì)象的至少一個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈的模型和對(duì)象
本身的模型,依賴于預(yù)期的MIT操作參數(shù)實(shí)施RF模擬以便估計(jì)或預(yù)測(cè)施加在對(duì)象上的RF電磁輻射值;
(b)比較所估計(jì)的或預(yù)測(cè)的RF電磁輻射值與針對(duì)對(duì)象預(yù)設(shè)的、從而提供對(duì)象的RF安全 的極限值或閾值,并且如果RF電磁輻射值小于所述極限值或閾值,則借助具有所需的MIT 操作參數(shù)形式的預(yù)期的MIT操作參數(shù)來(lái)實(shí)施MIT掃描;
(c)如果RF電磁輻射值等于或超過(guò)所述極限值或閾值,則利用修改的預(yù)期的MIT操作 參數(shù)重復(fù)步驟(a)并且隨后重復(fù)步驟(b)。而且,本發(fā)明提供一種能夠有利地用在上述方法中的監(jiān)控設(shè)備,以便通過(guò)防止 RF-鏈故障、漂移或任何其他MIT系統(tǒng)故障導(dǎo)致施加在對(duì)象上的RF輻射不希望的增加來(lái)提 供附加的RF安全。該監(jiān)控設(shè)備包括
-在RF發(fā)射線圈(Τι·1,···,ΤΓη)的輸入處的定向耦合器(Pcl,"*,Pcn),其用于耦合輸 出被送到RF發(fā)射線圈的正向RF發(fā)射的信號(hào)功率的一部分和在RF發(fā)射線圈處被反射的所 反射的RF發(fā)射信號(hào)功率的一部分,以及
-比較和終止設(shè)備(C),其用于基于所述耦合輸出的各部分之間的差提供施加到所關(guān) 注的對(duì)象上的實(shí)際發(fā)射的RF功率,用于比較實(shí)際發(fā)射的RF功率與所需的RF功率,以及用 于在實(shí)際發(fā)射的RF功率超出所需的RF功率大于預(yù)定值的情況下終止RF功率的發(fā)射。應(yīng)當(dāng)理解,本發(fā)明的各個(gè)特征易于以任意組合方式來(lái)組合,而不脫離由所附權(quán)利 要求限定的本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)將根據(jù)下文參照附圖給出的本發(fā)明的優(yōu)選的和示 范性實(shí)施例的描述而變得清楚。
圖1示出估計(jì)或預(yù)測(cè)檢查對(duì)象的比吸收率的方法的框圖;以及 圖2示出與MIT裝置的組件相關(guān)的監(jiān)控設(shè)備的基本組件的框圖。
具體實(shí)施例方式如上所述,在檢查人的組織時(shí)非常重要的是,RF輻射、特別是比吸收率(SAR)的特 定的預(yù)定或規(guī)定的極限值不被超過(guò)。SAR的或所導(dǎo)致的體內(nèi)溫度增加的直接測(cè)量通常是不 可能的。取而代之,根據(jù)本發(fā)明,借助使用至少一個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈的模型(或多個(gè)模 型,每個(gè)模型用于所述多個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈中的一個(gè))并使用對(duì)象的模型的數(shù)學(xué)上的 RF模擬工具來(lái)估計(jì)或預(yù)測(cè)RF/EM輻射、特別是SAR (或上文提及的其他值中的至少一個(gè)), 所述至少一個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈被用于將RF場(chǎng)施加到對(duì)象。這些模型分別描述了如RF 模擬工具所需要的用于計(jì)算上述RF/EM輻射程度的所述至少一個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈的 特性和對(duì)象的特性。更詳細(xì)地,所述至少一個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈的模型是幾何形狀的、RF特性的和 所述至少一個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈相對(duì)于待成像的對(duì)象的位置的模型。對(duì)象的模型是幾 何形狀的和對(duì)象的RF特性的模型。已知若干個(gè)這樣的RF模擬工具。它們基于例如如下方法如力矩法(MoM)、有限差 時(shí)域法(FDTD)和其他使用商業(yè)可用的麥克斯韋方程的評(píng)估的方法??商娲兀梢允褂锰?別開發(fā)的RF計(jì)算工具,其中考慮磁感應(yīng)斷層成像的特別條件,比如RF頻率范圍和所需的三維模擬分辨率。一般地,關(guān)于如MIT裝置中安裝的RF發(fā)射器元件或線圈(通常使用多個(gè)這樣的元 件或線圈,而不是只有一個(gè)元件或線圈)的上述相關(guān)的物理和電磁特性和關(guān)于它們相對(duì)于 所關(guān)注的對(duì)象的位置的數(shù)據(jù)、以及關(guān)于待成像的所關(guān)注的對(duì)象的上述相關(guān)的物理和電磁特 性的數(shù)據(jù)必須被提供作為到這樣的RF模擬工具的輸入數(shù)據(jù),以便使得RF模擬工具能夠依 賴于預(yù)期的MIT操作參數(shù)(如待施加到RF發(fā)射器元件或線圈的預(yù)期的RF功率和待應(yīng)用的 預(yù)期的MIT (測(cè)量)序列(特別是具有RF脈沖波形、RF脈沖持續(xù)時(shí)間、占空比、每個(gè)RF發(fā)射 器元件或線圈的RF信號(hào)的幅度和RF發(fā)射器元件或線圈中若干個(gè)的順序的和/或并行的激 活或去活的頻率的形式))來(lái)估計(jì)或預(yù)測(cè)RF/EM輻射(特別是SAR及其在所關(guān)注的對(duì)象內(nèi)的 空間分布或電流密度)。這些輸入數(shù)據(jù)是以RF發(fā)射器線圈的模型和所關(guān)注的對(duì)象的模型形式提供的,這 些模型分別在數(shù)學(xué)上描述或代表了所述線圈(和它們相對(duì)于所關(guān)注的對(duì)象的位置)的以及 對(duì)象本身的上述相關(guān)電磁(EM)的RF特性和其他相關(guān)物理的RF特性,如上所述??蛇x地, 所關(guān)注的對(duì)象的運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)向RF模擬工具提供相關(guān)的對(duì)象運(yùn)動(dòng)輸入數(shù)據(jù)來(lái)補(bǔ)償。更詳細(xì)地,RF模擬工具根據(jù)上述輸入數(shù)據(jù)計(jì)算由每個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈生成 的在所關(guān)注的對(duì)象內(nèi)部的RF場(chǎng)分布。隨后,預(yù)期的MIT序列被分段成多個(gè)部分,在此期間,RF發(fā)射器元件或線圈的開關(guān) 或驅(qū)動(dòng)狀態(tài)(特別是一個(gè)或多個(gè)的同時(shí)或順序的激活或去活)和每個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈 的/中的RF發(fā)射信號(hào)的序列參數(shù)(例如RF脈沖波形、RF脈沖持續(xù)時(shí)間、占空比、正弦RF發(fā) 射信號(hào)的大小和頻率)至少基本恒定。隨后,所計(jì)算的RF場(chǎng)分布針對(duì)并借助MIT序列的每個(gè)部分(片段)而被縮放為絕對(duì) 值(S卩,基于針對(duì)每個(gè)RF發(fā)射器元件的上述預(yù)期的RF發(fā)射信號(hào)),從而導(dǎo)致在所關(guān)注的對(duì)象 內(nèi)空間相關(guān)的RF場(chǎng)分布,其對(duì)于MIT序列的每個(gè)部分(片段)的持續(xù)時(shí)間而言是在時(shí)間上恒 定的。最后,該RF場(chǎng)分布用于通過(guò)計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)或估計(jì)RF/EM輻射、特別是所關(guān)注的對(duì)象 的空間分辨比吸收率、所施加的總RF/EM功率(其在經(jīng)由多個(gè)RF信道的并行發(fā)射中不必與 所有信道中所施加的功率的和相同)、以及在所關(guān)注的對(duì)象內(nèi)的材料的相對(duì)密度和比熱容 基礎(chǔ)上最壞情況下的溫度增加。在針對(duì)MIT序列的每個(gè)部分或片段計(jì)算上述RF/EM輻射值之后,通過(guò)將所有部分 或片段的RF/EM輻射值相加來(lái)計(jì)算整個(gè)MIT序列的RF/EM輻射的總值。該計(jì)算可以借助已知的用于計(jì)算預(yù)期的MIT測(cè)量序列的每個(gè)部分或片段的RF/EM 輻射的時(shí)間的或空間的平均值的算法來(lái)執(zhí)行。而且,對(duì)象內(nèi)的電流密度也可以借助基于所關(guān)注的對(duì)象內(nèi)的組織參數(shù)的RF模擬 工具來(lái)計(jì)算,以便防止由于太高的電流密度的原因而發(fā)生不希望的神經(jīng)刺激。這可以借助已知的最大值發(fā)現(xiàn)算法來(lái)實(shí)施,該算法需要時(shí)間微分運(yùn)算(d/dt),因 為感應(yīng)電流源自磁場(chǎng)的隨時(shí)間變化,其中特別地所關(guān)心的是從MIT序列的一個(gè)部分或片段 到下一個(gè)部分或片段的轉(zhuǎn)變。相關(guān)于RF安全MIT掃描的這四個(gè)總的RF/EM輻射值(SAR、施加的總的RF功率、最 壞情況的溫度增加和電流密度)中至少一個(gè)隨后與必須不被超過(guò)的相關(guān)規(guī)定的或預(yù)選的極限值進(jìn)行比較。如果這些RF/EM輻射值中的一個(gè)超過(guò)所述相關(guān)極限值,則選擇上述預(yù)期的 MIT操作參數(shù)或MIT序列的其他值,并且重復(fù)RF模擬方法直到發(fā)現(xiàn)根據(jù)RF模擬方法MIT操 作參數(shù)不會(huì)導(dǎo)致總RF/EM輻射超過(guò)相關(guān)極限值為止,從而使得使用這些MIT操作參數(shù)的MIT 掃描可以被認(rèn)為是RF安全的。圖1示出根據(jù)使用RF發(fā)射器元件或線圈的模型和待成像的對(duì)象的模型來(lái)預(yù)測(cè)或 估計(jì)RF/EM輻射值的上述方法的計(jì)算方案的示范性框圖。在第一步驟10中,啟動(dòng)RF模擬工具。與該步驟同時(shí)或在該步驟之前,執(zhí)行用于建 立RF發(fā)射器元件或線圈的第一例程20和用于建立待成像的所關(guān)注的對(duì)象的模型的第二例 程30。基于RF發(fā)射器線圈的幾何形狀來(lái)執(zhí)行用于建立RF發(fā)射器線圈的模型的第一例程 20。該幾何形狀可以從線圈的CAD模型21、從MIT線圈數(shù)據(jù)22 (其用于圖像重構(gòu))和/或 從例如可從磁共振成像系統(tǒng)獲得的線圈數(shù)據(jù)庫(kù)23中的至少一個(gè)獲得。此外,線圈模型通過(guò)RF特定信息擴(kuò)展,該RF特定信息例如線圈的集總元件的放置 和尺寸,特別是電容器和電感器的放置和尺寸、RF功率源的放置、以及線圈的調(diào)諧和匹配。基于可以從其他醫(yī)療器械(如CT、X射線、MRI或電導(dǎo)率成像系統(tǒng))獲得的數(shù)據(jù)31、 合并在MIT系統(tǒng)中的模型32 (因?yàn)镸IT也合并了用于圖像重構(gòu)的對(duì)象數(shù)據(jù))以及對(duì)象模型 的數(shù)據(jù)庫(kù)33中的至少一個(gè)來(lái)執(zhí)行用于建立所關(guān)注的對(duì)象的模型的第二例程30。依賴于所 需的精確性,使用這樣的具有有限數(shù)量的對(duì)象模型(例如僅僅三個(gè)不同尺寸的頭部模型,或 者甚至更簡(jiǎn)單的該頭部的適當(dāng)尺寸的球形模型)的數(shù)據(jù)庫(kù)可能就足夠了。所述三個(gè)相關(guān)的電磁特性(電導(dǎo)率、介電常數(shù)和磁導(dǎo)率)可以根據(jù)下面的方式取 得
-教科書和出版物(體外測(cè)量), -MIT結(jié)果(迭代的實(shí)時(shí)精確化(refinement)) -或可以假設(shè)它們是恒定的。隨后,借助RF模擬方法將所建立的RF發(fā)射器線圈的模型與所建立的所關(guān)注的對(duì) 象的模型組合,并且在第二步驟50中,基于每個(gè)單個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈對(duì)總的RF場(chǎng)分 布的貢獻(xiàn)來(lái)計(jì)算所關(guān)注的對(duì)象內(nèi)的RF場(chǎng)分布??蛇x地,執(zhí)行用于檢測(cè)和補(bǔ)償所關(guān)注的對(duì)象的運(yùn)動(dòng)的第三例程40。該檢測(cè)和補(bǔ)償 可以基于RF發(fā)射/接收線圈的負(fù)載系數(shù)的RF測(cè)量41、MIT重構(gòu)數(shù)據(jù)42 (如果可實(shí)時(shí)獲得) 和例如借助對(duì)象的移動(dòng)的激光距離測(cè)量或視覺(jué)記錄進(jìn)行的光學(xué)或其他測(cè)量43中的至少一 個(gè)來(lái)執(zhí)行。在這種情況下,第二步驟50中所計(jì)算的所關(guān)注的對(duì)象內(nèi)的RF場(chǎng)分布另外地考 慮到對(duì)象的移動(dòng)。隨后,在第三步驟60中,RF模擬工具通過(guò)針對(duì)預(yù)期施加到對(duì)象的MIT序列的每個(gè) 片段(部分)應(yīng)用RF發(fā)射信號(hào)61的絕對(duì)值來(lái)計(jì)算所關(guān)注的對(duì)象內(nèi)的空間相關(guān)RF場(chǎng)分布(如 果經(jīng)由若干源同時(shí)應(yīng)用RF發(fā)射信號(hào)61 (如在MIT中常見(jiàn)的),則必須相應(yīng)地考慮各個(gè)信號(hào) 和場(chǎng)的相位)。最后,在第四步驟70中,RF模擬工具借助上面提及的已知的平均算法從針對(duì)MIT 測(cè)量序列的每個(gè)部分的空間相關(guān)RF場(chǎng)分布計(jì)算、估計(jì)或預(yù)測(cè)下列RF/EM輻射值的至少一 個(gè)-總共施加的RF/EM功率(其在經(jīng)由多個(gè)信道的并行RF發(fā)射中不必與這些信道中所施 加的功率的和相同),
-空間分辨比吸收率(SAR),作為RF輻射的限制(S卩RF功率沉積)以W/kg為單位給出, 其需要所關(guān)注的對(duì)象的模型中的材料的相對(duì)密度值,以及
-與所關(guān)注的對(duì)象的模型內(nèi)的材料(其而被認(rèn)為是對(duì)象的模型的一部分)的相對(duì)密 度和比熱容相結(jié)合的最壞情況的溫度增加,而且多個(gè)方法考慮生物熱傳遞方程(例如在 Pennes,H. H:"Analysis of tissue and arterial blood temperatures in the resting human forearm, ” in J. App 1. Physiol, Vol. 85,534,1998 中公開了該方程)。在許多情況下,除了 RF/EM功率沉積的極限值之外,給出所關(guān)注的對(duì)象內(nèi)的最大 電流密度的極限值,以便防止不希望的神經(jīng)刺激。這些最大電流密度也可以在第四步驟70 中借助RF模擬工具和上面提及的已知的最大值發(fā)現(xiàn)算法來(lái)計(jì)算,該算法考慮到所關(guān)注的 對(duì)象內(nèi)的組織的參數(shù)。隨后,如上所述,在第四步驟70中通過(guò)將所有部分或片段的上述RF/EM輻射值相 加來(lái)計(jì)算整個(gè)MIT序列的RF/EM輻射的總值。最后,可以將上述四個(gè)總的RF/EM輻射值(SAR、施加的總的RF功率、最壞情況的溫 度增加和電流密度)中至少一個(gè)與調(diào)整的或規(guī)定的限值進(jìn)行比較。如果這些RF輻射值中的 一個(gè)(例如SAR值)超過(guò)相關(guān)極限值,則改變MIT操作參數(shù)(特別是預(yù)期的RF測(cè)量序列)中 至少一個(gè)并且重復(fù)所述模擬方法,直到所計(jì)算的RF輻射值在規(guī)定的極限值內(nèi)為止,從而使 得預(yù)期的MIT操作參數(shù)可以被認(rèn)為是RF安全的。上述估計(jì)、預(yù)測(cè)或計(jì)算所述四個(gè)RF輻射值中的至少一個(gè)以及與相關(guān)極限值的比 較的方法優(yōu)選地借助計(jì)算機(jī)以計(jì)算機(jī)程序的形式來(lái)執(zhí)行。為了完整起見(jiàn),應(yīng)當(dāng)提及在上文中首先計(jì)算單個(gè)RF發(fā)射器元件的RF場(chǎng),并且隨 后根據(jù)針對(duì)MIT序列的每個(gè)部分的縮放通過(guò)加法計(jì)算總的RF場(chǎng)分布,但是所述方法可替代 地可以以倒序來(lái)執(zhí)行,即首先通過(guò)對(duì)MIT序列的每個(gè)部分的縮放計(jì)算每個(gè)單個(gè)RF發(fā)射器元 件的RF場(chǎng)貢獻(xiàn)并且隨后通過(guò)加法計(jì)算所得的總的RF場(chǎng)分布。這些可替代方案是依賴于RF發(fā)射器元件的數(shù)量和MIT序列的不同部分的數(shù)量而 選擇的,以便節(jié)省計(jì)算時(shí)間,因?yàn)樵诘谝环N情況下,單個(gè)RF場(chǎng)的計(jì)算需要的時(shí)間明顯多于 縮放所需的時(shí)間,而在后一種情況下針對(duì)每個(gè)部分的計(jì)算需要的時(shí)間明顯多于相加得到所 得的總RF場(chǎng)分布所需的時(shí)間。所計(jì)算的RF/EM輻射值可以在用戶界面上顯示,以使得在實(shí)施MIT掃描時(shí)MIT系 統(tǒng)的用戶可以調(diào)節(jié)MIT操作參數(shù)或?qū)⑵漭斎氲組IT系統(tǒng)中,根據(jù)上述模擬方法所述MIT操 作參數(shù)已被認(rèn)為是RF安全的。而且,MIT操作參數(shù)可以被自動(dòng)提交給相關(guān)MIT裝置或系統(tǒng)以用于執(zhí)行RF-安全 的MIT掃描。提供一種監(jiān)控設(shè)備以便確保上文所計(jì)算的RF-安全的MIT操作參數(shù)正確地在MIT 系統(tǒng)或裝置中應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)。這種監(jiān)控設(shè)備可以防止RF輻射(特別是施加到所關(guān)注的對(duì)象的 總RF功率)偶然地超過(guò)相關(guān)RF輻射極限值,特別是在比如RF鏈中的斷掉的線路、MIT系統(tǒng) 的組件的漂移或其他故障、或這樣的組件(比如數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模擬RF放大器)的錯(cuò)誤校準(zhǔn)或 匹配之類的故障的情況下。
圖2示出這種用于監(jiān)控施加到所關(guān)注的對(duì)象的RF功率的、具有MIT系統(tǒng)或裝置的 相關(guān)組件的監(jiān)控設(shè)備的基本組件的框圖。根據(jù)圖2,待成像的所關(guān)注的對(duì)象OI被MIT系統(tǒng)的多個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈和 RF接收器元件或線圈環(huán)繞。第一個(gè)RF發(fā)射器線圈Trl和第η個(gè)RF發(fā)射器線圈Trn,以及 第一個(gè)RF接收器線圈Reel和第m個(gè)RF接收器線圈Recm被示意性指示。RF接收器線圈Reel,···,Recm連接到用于放大所接收的RF信號(hào)并用于將這些信 號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的測(cè)量和A/D轉(zhuǎn)換器單元MU。這些信號(hào)隨后被提供給MIT系統(tǒng)的相關(guān)電 路M,以便生成所關(guān)注的對(duì)象OI的圖像。如上所述,已被模擬并如上所述被發(fā)現(xiàn)RF安全的并且現(xiàn)在被施加到所關(guān)注的對(duì) 象以便掃描的預(yù)期的MIT操作參數(shù)以所需的MIT操作參數(shù)OP的形式被提供給MIT系統(tǒng)電 路M。基于這些所提供的所需的MIT操作參數(shù)0P,MIT系統(tǒng)電路M將控制信號(hào)提交給信號(hào) 發(fā)生器S以針對(duì)每個(gè)RF鏈或RF信道(S卩,針對(duì)每個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈Trl,…,Trn)生 成數(shù)字需求(demand) RF信號(hào)。針對(duì)每個(gè)RF鏈,所述數(shù)字需求RF信號(hào)借助數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A被轉(zhuǎn)換成模擬RF信號(hào), 其中模擬RF信號(hào)代表針對(duì)每個(gè)RF鏈的所需的RF發(fā)射信號(hào)和所需的RF測(cè)量序列。每個(gè)RF鏈包括用于放大相關(guān)模擬RF信號(hào)的RF功率放大器PA1,…,PAn。每個(gè)RF 功率放大器PA1,…,Pan的輸出端連接到相關(guān)的RF發(fā)射器線圈Trl,…,Trn的相應(yīng)的輸入 端以便將RF發(fā)射信號(hào)施加到所關(guān)注的對(duì)象01。每個(gè)RF功率放大器PAl, - ,Pan的輸出端與相關(guān)的RF發(fā)射線圈Trl, - ,Trn之 間的每條線路都包含定向耦合器Pel,…,Pen,借助這些定向耦合器來(lái)耦合輸出被送到相關(guān) RF發(fā)射線圈的正向RF發(fā)射信號(hào)功率的一部分和在RF發(fā)射線圈處被反射的所反射的RF發(fā) 射信號(hào)的一部分。這些RF功率部分被提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D以便將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字值?;谡?RF功率與相應(yīng)的被反射的RF功率之間的差來(lái)測(cè)量(或計(jì)算)實(shí)際上從每個(gè)RF發(fā)射線圈發(fā) 射的RF發(fā)射功率,同時(shí)考慮定向耦合器的耦合因子或衰減。所測(cè)量的RF發(fā)射功率是針對(duì)每個(gè)信道以數(shù)字信號(hào)的形式提供給比較和終止電路 C的,在該電路中將該數(shù)字信號(hào)與由信號(hào)發(fā)生器S生成的并且從中提供的針對(duì)每個(gè)信道的 相關(guān)數(shù)字需求的RF信號(hào)進(jìn)行比較。如果,例如由于RF鏈中一個(gè)鏈故障的原因,所估計(jì)的針 對(duì)該RF鏈的RF發(fā)射功率信號(hào)偏離針對(duì)該鏈的需求RF信號(hào)超過(guò)預(yù)定值,則相關(guān)的RF鏈(或 所有RF鏈)可以被關(guān)閉(逐步地或連續(xù)地以避免時(shí)間上大的變化,并且RF發(fā)射可以借助所 述比較和終止電路C來(lái)終止。而且,所估計(jì)的RF發(fā)射功率信號(hào)也可以被送到測(cè)量單元MU以便校準(zhǔn)或調(diào)節(jié)測(cè)量 單元MU內(nèi)RF放大器的增益,該RF放大器被提供用于放大由RF接收器線圈接收的RF信號(hào)。如果將RF發(fā)射器線圈圍繞所關(guān)注的對(duì)象旋轉(zhuǎn),則上述監(jiān)控設(shè)備可以另外地設(shè)有 位置監(jiān)控設(shè)備。而且,如果在每個(gè)RF功率信道中RF發(fā)射器和接收器線圈被組合成一個(gè)收 發(fā)器線圈,則所述監(jiān)控設(shè)備顯然也可以使用。所述監(jiān)控設(shè)備的安裝以及借助根據(jù)圖1的方法對(duì)上述四個(gè)RF/EM輻射值的估計(jì) 可以在體模實(shí)驗(yàn)中被校準(zhǔn)和驗(yàn)證,在該體模實(shí)驗(yàn)中填充有水或凝膠體的均勻圓柱體代替患 者被用作所關(guān)注的對(duì)象,以便獲得由所施加的RF功率引起的比吸收率和溫度增加的絕對(duì)量度。在所述模擬方法中,幾何上簡(jiǎn)單的對(duì)象(如圓柱體)的建模和評(píng)估是比較容易的。而 且,在均勻的圓柱體內(nèi)的溫度分布可以借助光纖溫度傳感器或使用紅外攝像機(jī)的光學(xué)測(cè)溫 法來(lái)測(cè)量。例如所關(guān)注的對(duì)象內(nèi)的電導(dǎo)率的絕對(duì)值的測(cè)量也可能利用這樣的校準(zhǔn)系統(tǒng)。盡管已經(jīng)在附圖和前述描述中詳細(xì)示出并描述了本發(fā)明,但是這樣的圖示和描述 應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說(shuō)明性和示范性的而非限制性的,并且本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例。在不 脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下,對(duì)前面描述的本發(fā)明的實(shí)施例的變型 是可能的。本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐要求保護(hù)的本發(fā)明時(shí)通過(guò)研究附圖、公開和所附權(quán)利要求 能夠理解并實(shí)現(xiàn)對(duì)所公開的實(shí)施例的變型。在權(quán)利要求中,詞語(yǔ)“包括”不排除其他元件或 步驟,并且不定冠詞“一”不排除復(fù)數(shù)。單個(gè)處理器或其他單元可以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中所記載 的若干項(xiàng)的功能。在相互不同的從屬權(quán)利要求中記載某些措施的起碼事實(shí)不表示這些措施 的組合不能被有利地使用。一種計(jì)算機(jī)程序可以存儲(chǔ)/分布在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)上,比如與其他 硬件一起提供的或作為其一部分的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì),但是也可以以其他形式比如 經(jīng)由因特網(wǎng)或其他有線或無(wú)線電信系統(tǒng)來(lái)分布。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋 為限制其范圍。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)所關(guān)注對(duì)象實(shí)施RF-安全的MIT掃描的方法,包括下列步驟(a)基于用于將RF電磁場(chǎng)施加到對(duì)象的至少一個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈的模型和對(duì)象 本身的模型,依賴于預(yù)期的MIT操作參數(shù)實(shí)施RF模擬以便估計(jì)或預(yù)測(cè)施加在對(duì)象上的RF 電磁輻射值;(b )比較所估計(jì)的或預(yù)測(cè)的RF電磁輻射值與針對(duì)對(duì)象預(yù)設(shè)的、使得提供對(duì)象的RF安全 的極限值或閾值,并且如果RF電磁輻射值小于所述極限值或閾值,則借助具有所需的MIT 操作參數(shù)形式的預(yù)期的MIT操作參數(shù)實(shí)施MIT掃描;(c)如果RF電磁輻射值等于或超過(guò)所述極限值或閾值,則利用修改的預(yù)期的MIT操作 參數(shù)重復(fù)步驟(a)并且隨后重復(fù)步驟(b)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述RF電磁輻射是對(duì)象的比吸收率(SAR)、施加在對(duì)象上的總的RF電磁功率、對(duì) 象內(nèi)的溫度增加和對(duì)象內(nèi)的電流密度中至少一個(gè)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述至少一個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈的模型是所述至少一個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈 的幾何形狀和RF特性的、以及所述至少一個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈相對(duì)于待成像的對(duì)象的 位置的模型。
4.如權(quán)利要求1所述的方法,其中對(duì)象的模型是對(duì)象的幾何形狀和RF特性的模型。
5.如權(quán)利要求1所述的方法,其中步驟(a)包括計(jì)算對(duì)象內(nèi)由所述至少一個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈中的每一個(gè)整體 地生成的RF場(chǎng)分布。
6.如權(quán)利要求5所述的方法,其中由預(yù)期的MIT測(cè)量序列給出MIT操作參數(shù),并且其中-預(yù)期的MIT測(cè)量序列被分段成多個(gè)部分,在此期間,多個(gè)RF發(fā)射器元件或線圈的開 關(guān)或驅(qū)動(dòng)狀態(tài)以及RF發(fā)射信號(hào)的參數(shù)至少基本恒定,以及-所計(jì)算的RF場(chǎng)分布針對(duì)MIT序列的每個(gè)部分被縮放為絕對(duì)值,以便確定在對(duì)象內(nèi)空 間相關(guān)的RF場(chǎng)分布,其在MIT序列的每個(gè)部分的持續(xù)時(shí)間內(nèi)是在時(shí)間上恒定的,以及-借助已知的用于針對(duì)預(yù)期的MIT測(cè)量序列的每個(gè)部分或片段計(jì)算RF電磁輻射值的 時(shí)間或空間的平均值的算法來(lái)估計(jì)或預(yù)測(cè)所述RF電磁輻射值。
7.如權(quán)利要求6所述的方法,其中在從MIT序列的一個(gè)部分到下一個(gè)部分的轉(zhuǎn)變期間借助時(shí)間微分運(yùn)算(d/dt)和 已知的最大值發(fā)現(xiàn)算法基于磁場(chǎng)的時(shí)間變化計(jì)算對(duì)象內(nèi)的電流密度。
8.如權(quán)利要求6所述的方法,其中通過(guò)將所有部分的RF電磁輻射值相加來(lái)計(jì)算整個(gè)MIT序列的RF電磁輻射的總值。
9.如權(quán)利要求5所述的方法,其中在計(jì)算RF場(chǎng)分布期間檢測(cè)并補(bǔ)償對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法,其中基于RF發(fā)射/接收元件或線圈的負(fù)載系數(shù)的RF測(cè)量、MIT重構(gòu)數(shù)據(jù)和用于檢測(cè)對(duì)象的移動(dòng)的光學(xué)或其他測(cè)量中的至少一個(gè)來(lái)檢測(cè)并補(bǔ)償所述運(yùn)動(dòng)。
11.如權(quán)利要求1所述的方法,其中在MIT掃描操作期間,檢測(cè)從每個(gè)RF發(fā)射元件或線圈發(fā)射的RF功率并且將該功 率與由所需的MIT操作參數(shù)引起的每個(gè)RF發(fā)射元件或線圈的所需的RF發(fā)射功率進(jìn)行比 較,并且如果所檢測(cè)的RF發(fā)射功率超出所需的RF發(fā)射功率大于預(yù)定的值,則RF功率經(jīng)由 相關(guān)的或所有RF發(fā)射器元件或線圈的發(fā)射被關(guān)閉。
12.一種包括計(jì)算機(jī)程序代碼的計(jì)算機(jī)程序,當(dāng)所述程序在可編程微型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行 時(shí),所述計(jì)算機(jī)程序代碼適于執(zhí)行用在根據(jù)權(quán)利要求1的方法或被設(shè)計(jì)用于根據(jù)權(quán)利要求 1的方法中。
13.一種用于實(shí)施RF-安全的MIT掃描的監(jiān)控設(shè)備,包括-在RF發(fā)射線圈(Trl,···,Trn)的輸入處的定向耦合器(Pel,…,Pen),其用于耦合輸 出被送到RF發(fā)射線圈的正向RF發(fā)射的信號(hào)功率的一部分和在RF發(fā)射線圈處被反射的所 反射的RF發(fā)射信號(hào)功率的一部分,以及-比較和終止設(shè)備(C),其用于基于所述耦合輸出的各部分之間的差提供施加到所關(guān) 注的對(duì)象的實(shí)際發(fā)射的RF功率,用于比較實(shí)際發(fā)射的RF功率與所需的RF功率,以及用于 在實(shí)際發(fā)射的RF功率超出所需的RF功率大于預(yù)定值的情況下終止RF功率的發(fā)射。
14.如權(quán)利要求13的監(jiān)控設(shè)備,包括具有適于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1的方法的計(jì)算機(jī)程序的可編程微型計(jì)算機(jī)。
15.一種磁感應(yīng)斷層成像系統(tǒng)或裝置,包括根據(jù)權(quán)利要求13的監(jiān)控設(shè)備。
全文摘要
公開了一種用于執(zhí)行RF-安全的MIT掃描的方法和監(jiān)控設(shè)備,其中防止了在磁感應(yīng)斷層成像(MIT)掃描期間施加在檢查對(duì)象(特別是患者)上的RF輻射(特別是比吸收率(SAR))超過(guò)特定的極限值。這一方面通過(guò)用于模擬預(yù)期的MIT操作參數(shù)并計(jì)算所得的對(duì)象的RF輻射的RF模擬方法以及另一個(gè)方面通過(guò)用于監(jiān)控施加到對(duì)象的RF功率的監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G01V3/10GK102123661SQ200980131788
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日
發(fā)明者C·盧斯勒, D·沃茨, P·弗尼克爾, P·馬楚爾克維茨, U·卡特舍爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司