專利名稱：監(jiān)控磁共振過程中插入器件附近的溫度的溫度監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及器件插入人體內(nèi)的醫(yī)療程序，更具體地說，涉及一種在人體處于磁共振掃描器中時(shí)使用這種插入的器件的醫(yī)療程序。
下面的一些美國專利介紹了用磁共振(MR)跟蹤病人體內(nèi)插入的器件的一些方法美國專利5,307,808“用磁共振監(jiān)控器件位置的跟蹤系統(tǒng)和脈沖串”；美國專利5,318,205“用復(fù)式磁共振檢測法監(jiān)控器件的位置和取向的跟蹤系統(tǒng)”；和美國專利5,353,795“用復(fù)式磁共振檢測法監(jiān)控器件位置的跟蹤系統(tǒng)”，這些美國專利分別為CharlesL.Dumoulin、Steven P.Souza和Robert Darrow的發(fā)明專利，但都轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明專利的受讓人，這里將其包括進(jìn)來以供參考。這些方法通過產(chǎn)生和檢測磁共振信號來確定和跟蹤插入的器件的位置，沒有任何與X線監(jiān)控有關(guān)的不希望有的效應(yīng)。
磁共振跟蹤法有一點(diǎn)是插入的器件必須裝有電纜或?qū)Ь€，以便將人體內(nèi)檢測出的磁共振信號引出體外送到成象和跟蹤系統(tǒng)上。MR成象或跟蹤線圈安置在成象或跟蹤對象內(nèi)或表面上，一般通過同軸電纜與外部收信機(jī)連接。在人體內(nèi)放置導(dǎo)電材料，在磁共振過程中的一個(gè)后果是，用以成象和跟蹤器件的射頻(RF)會(huì)在導(dǎo)體中感應(yīng)出電流。這些電流會(huì)在導(dǎo)體端部產(chǎn)生強(qiáng)電場。若導(dǎo)體的端部處在象血液之類的導(dǎo)電組織的包圍之中，這些強(qiáng)電場會(huì)在組織中感應(yīng)出電流從而產(chǎn)生加熱作用。組織中的發(fā)熱量與電源和射頻脈沖的占空因數(shù)有關(guān)。射頻脈沖作用的強(qiáng)度越大，頻率越高，產(chǎn)生的發(fā)熱量就越多。發(fā)熱量還間接與磁共振程序中使用的靜電場強(qiáng)度有關(guān)，因?yàn)榇艌鰪?qiáng)度越大，在其中使核自旋章動(dòng)所需要的射頻功率的越高。
若聚集在內(nèi)插的器件附近導(dǎo)電組織中的熱量引起的溫升小于4℃左右，組織不至于損傷。但若聚集著的熱量引起的溫升超過4℃左右，組織的損傷可能可以康復(fù)，也可能不可以康復(fù)。
應(yīng)該指出的是，在磁共振檢查過程中出于跟蹤器件以外的原因而在人體內(nèi)放置導(dǎo)線或其它導(dǎo)電構(gòu)件有時(shí)是有意這樣做的，舉例說，用小型磁共振接收線圈可以拍攝出象血管壁之類局部解剖的影象。不然也可能希望將其它象內(nèi)窺鏡或?qū)Ч芤€之類的醫(yī)療器件放入體內(nèi)，這些都會(huì)使組織在磁共振檢查過程中局部發(fā)熱。
目前需要有一種監(jiān)控和減少因器件放入人體內(nèi)的磁共振檢查過程中引起的發(fā)熱的方法。
本發(fā)明在磁共振(MR)過程中擬放入人體內(nèi)的器件增設(shè)了一個(gè)或多個(gè)熱傳感器。各傳感器放入器件中來監(jiān)控器件內(nèi)或器件附近所選部位的溫升。
這里可采用幾種溫度監(jiān)控法。舉例說，可用熱電偶來監(jiān)控溫度的上升，但應(yīng)該小心，因?yàn)闊犭娕家€的存在可能會(huì)導(dǎo)致不希望有的發(fā)熱。更可取的方法是用光來測溫，這樣可采用不導(dǎo)電的光纖。有一種監(jiān)控溫度的光學(xué)器件采用熒光衰減時(shí)間為溫度的函數(shù)的熒光物質(zhì)。在光纖的端部放上一部分熒光的物質(zhì)，同時(shí)在另一端激發(fā)和監(jiān)控?zé)晒馕镔|(zhì)的衰減情況，如此不難制取應(yīng)用物理原理的溫度監(jiān)控裝置。
器件一經(jīng)調(diào)整能監(jiān)控溫度之后，溫度的瞬時(shí)值可以有好幾種用場。舉例說，溫度可以顯示給護(hù)理的臨床醫(yī)生看。不然也可以將溫度傳送給掃描器的安全聯(lián)鎖裝置，從而促使磁共振掃描器在檢測出溫度上升得超過所選閾值時(shí)降低其射頻功率和/或占空因數(shù)，或防止醫(yī)療程序。
此外，將MR象或跟蹤線圈與收信機(jī)連接起來的配線可用光纖代替，并在兩端加一個(gè)換能器供將電信號與光信號相互轉(zhuǎn)換之用。
本發(fā)明的目的是提供一種監(jiān)控人體內(nèi)因存在內(nèi)插器件而在磁共振掃描過程中發(fā)熱的系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種每當(dāng)檢測出人體內(nèi)組織在MR檢查過程中發(fā)熱超過所選的閾值時(shí)降低或終止磁共掃描器產(chǎn)生的射頻功率的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種每當(dāng)MR檢查過程中檢測出人體內(nèi)組織的發(fā)熱超過所選的閾值時(shí)減小射頻占空因數(shù)的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是減少成象中的對象附近產(chǎn)生的射頻發(fā)熱現(xiàn)象。
本發(fā)明相信是新穎的諸多特點(diǎn)在所附的權(quán)利要求書中詳細(xì)提出，但本發(fā)明本身無論是在操作的組織還是方法方面連同其它目的則最好結(jié)合附圖參看下面的說明可以最清楚地了解到。附圖中

圖1是本發(fā)明在跟蹤檢測對象中器件的位置的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖2是裝入擬插入檢查對象的人體中的醫(yī)療器件中的射頻線圈和光纖溫度傳感器的示意圖；圖3是代替MR成象或跟蹤線圈與MR收信電子器件之間的配線的光耦合示意圖；圖4是適宜裝入磁共振掃描器中的熱安全子系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)方框圖。
圖1中，監(jiān)控的對象100在支撐110上放入磁鐵盒120中磁鐵125產(chǎn)生的均勻磁場中。磁鐵125和磁鐵盒120柱形對稱，圖中以半個(gè)剖視圖示出以展示出對象100的位置。插有器件150(圖中以導(dǎo)管的形式示出)的對象100的部位位于磁鐵125的孔大致中心的位置。對象100四周圍是柱形磁場梯度線圈130，在預(yù)定時(shí)間產(chǎn)生預(yù)定強(qiáng)度的磁場梯度。梯度線圈130產(chǎn)生在三個(gè)方向上相互垂直的磁場梯度。
外線圈140也環(huán)抱著對象100的有關(guān)部位。從圖中看到，線圈140是個(gè)筒形外線圈，其直徑足以將整個(gè)對象套上。此外，還可以采用其它幾何條件，例如較小的特別為供頭部或人體兩端造影用的筒體。不然也可以采用象表面線圈之類的非筒形外線圈。
外線圈140在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)往對象100中輻射射頻(RF)能量，能量在預(yù)定頻率下的功率足以使對象100的核磁自旋接本技術(shù)領(lǐng)域行家們周知的方式章動(dòng)。自旋的章動(dòng)促使各自旋在拉莫爾頻率下共振。各自旋的拉莫爾頻率與自旋所感受到的磁場強(qiáng)度成正比。此場強(qiáng)為磁鐵125產(chǎn)生的靜磁場與磁場梯度線圈130產(chǎn)生的局部磁場的和。
器件150由操作人員插入對象100體中，它可以是導(dǎo)向金屬絲、導(dǎo)管、內(nèi)窺鏡、腹腔鏡、活組織檢查針或類似的器件。若想用磁共振實(shí)時(shí)跟蹤器件150，可以將器件15制成里面裝有射頻線圈，由此射頻線圈檢測對象中根據(jù)外線圈140產(chǎn)生的射頻場產(chǎn)生的MR信號。由于射頻線圈小，因而靈敏區(qū)也小。因此，檢測出的信號的拉莫爾頻率只是緊靠線圈附的磁場強(qiáng)度引起的。這些檢測出的信號送到成象和跟蹤單元170進(jìn)行分析。器件150的位置在成象和跟蹤單元170中確定下來后顯示在顯示裝置180上。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，器件150的位置是通過在疊加裝置(圖中未示出，例如能將圖標(biāo)疊加到圖象上的視頻圖形子系統(tǒng))驅(qū)動(dòng)的一般MR圖象上疊加圖形符號在顯示裝置180上顯示出來的。
在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，表示器件150的圖形符號疊加在用其它諸如計(jì)算機(jī)X線體層照相(CT)掃描器、正電子發(fā)射X線體層照相系統(tǒng)或超聲波掃描器這類的成象系統(tǒng)得出的診斷圖象上。本發(fā)明的其它實(shí)施例以數(shù)字的形式或作為圖形符號沒有就診斷圖象顯示器件的位置。
圖2更詳細(xì)地示出了器件150的一個(gè)實(shí)施例。小射頻線圈200通過導(dǎo)線210和220電耦合到MR系統(tǒng)上。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，導(dǎo)線210和220形成同軸導(dǎo)線對。導(dǎo)線210和220和射頻線圈200裝進(jìn)器件150的外殼230中。檢測出器件150四周圍組織產(chǎn)生的MR信號。器件150還裝有光纖270，光纖270配置得使其遠(yuǎn)端靠近小射頻線圈200。在本發(fā)明的本實(shí)施例中，光纖270的近端接光源/檢測器207，遠(yuǎn)端裝有小量的經(jīng)選擇的熒光物質(zhì)275。熒光物質(zhì)275吸收傳播到光纖270遠(yuǎn)端的光，再將其發(fā)射出去。光的這個(gè)再發(fā)射在初始光在可測出用以計(jì)算熒光物質(zhì)275的溫度的衰減常數(shù)下被吸收之后持續(xù)一段時(shí)間。這方面在《790型熒光溫度計(jì)使用指南》一書，(美國加州圣克拉拉西北公園路2775，95051-0903 Luxtron公司1992年12月版權(quán))第4.1～4.6頁上有介紹。
為避免射頻感應(yīng)發(fā)熱，對象內(nèi)的配線可以用光纖代替，如圖3中所示。射頻線圈300安置在對象體內(nèi)，與第一換能電路301連接。第一換能電路301則耦合到光纖303，將電子信號轉(zhuǎn)換成經(jīng)調(diào)制的波長一般在可見波長或近紅外波長的光。第一換能電路301可以單向?qū)⑿盘杺魉徒o射頻線圈300，單向?qū)⑿盘枏纳漕l線圈300傳送給光纖303，也可以是雙向的。這包括射頻線圈300分別發(fā)信、收信或收發(fā)信的情況。
射頻線圈300在MR跟蹤或局部MR成象時(shí)可以收到MR信號。
在光纖303的另一端，第二換能電路305以第一換能電路301相反的方式工作。舉例說，若射頻線圈300在接收MR響應(yīng)信號，則其電信號就由第一換能電路301轉(zhuǎn)換成經(jīng)調(diào)制的光信號，通過光纖303傳送，由第二換能電路305還原成其原來的電信號，再傳送給MR收信機(jī)，形成對象和/或射頻線圈位置的MR圖象。第一換能電路301可以由小儲(chǔ)能器301b(電池或電容器)和光電二極管301a供電。光可以從光源307通過光纖303傳送給第一換能電路301和光電二極管301a，產(chǎn)生給儲(chǔ)能器301b充電的電流，從而供電給第一換能電路301。
不然第一換能電路301也可以分成兩條光通道303a、303b或光纖，通道303a供傳送信號用，通道303b供輸電用。
圖4是適宜成象和跟蹤器件的MR系統(tǒng)的方框圖。該系統(tǒng)的控制器900給一組磁場梯度放大器910提供控制信號。這些放大器驅(qū)動(dòng)位于磁鐵盒120(圖1)中的磁場梯度線圈130。梯度線圈130能產(chǎn)生在三個(gè)方向上相互垂直的磁場梯度?？刂破?00產(chǎn)生的信號也發(fā)送給發(fā)信裝置930。這些來自控制器900的信號促使發(fā)信裝置930產(chǎn)生頻率為經(jīng)選擇的頻率、功率適宜使所選取的自旋在位于外線圈140內(nèi)的對象的部位中章動(dòng)的射頻脈沖。這里，外線圈140處在磁鐵125的孔中。射頻線圈200(圖2)中感應(yīng)出MR信號，連接到收信裝置940，這可通過圖3的光耦合連接。收信裝置940通過放大、解調(diào)、濾波、數(shù)字化MR信號處理MR信號?？刂破?00還收集來自收信裝置940的信號，并將其傳送給計(jì)算裝置950處理。計(jì)算裝置950對收自控制器900到達(dá)線圈200處的信號進(jìn)行付里葉變換。計(jì)算裝置950計(jì)算的結(jié)果顯示在顯示裝置180上。
圖4的MR系統(tǒng)也裝有安全監(jiān)控子系統(tǒng)990。安全監(jiān)控子系統(tǒng)990包括溫度監(jiān)控裝置992和安全聯(lián)鎖裝置994。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，圖2的光源/檢測器207產(chǎn)生的光脈沖傳送給位于器件150中光纖遠(yuǎn)端的熒光物質(zhì)275。圖4的溫度監(jiān)控裝置992檢測熒光的衰減，測定衰減率，并計(jì)算熒光物質(zhì)275的溫度。應(yīng)該指出的是，本發(fā)明的精神并不局限于溫度根據(jù)熒光衰減的檢測，而是包括所有的監(jiān)控裝置，例如熱敏電阻或熱電偶。
在本實(shí)施例中，安全聯(lián)鎖裝置994接控制器900。若溫度監(jiān)控裝置檢測到溫度超過所選取的閾值，信號就從安全聯(lián)鎖裝置994傳送給控制裝置900，促使控制裝置或者降低射頻功率、減小射頻占空因數(shù)，或者終止當(dāng)前的磁共振和梯度脈沖串。
此外，還可以用溫度監(jiān)控裝置992在超過閾值時(shí)激發(fā)音響警報(bào)器993通知操作人員溫度上升。
上面已就磁共振程序新型的溫度監(jiān)控子系統(tǒng)的一些目前最佳的實(shí)施例詳細(xì)說明，本技術(shù)領(lǐng)域的行家們都知道對上述實(shí)施例是可以進(jìn)行種種修改和更改的。因此，應(yīng)該理解的是，所附的權(quán)利要求書是包括所有這些屬于本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)的修改和更改的。
權(quán)利要求
1.一種磁共振成象系統(tǒng)中使用的安全子系統(tǒng)，用以在磁共振程序過程中監(jiān)控插入的器件和對象組織附近的溫度和調(diào)節(jié)加到所述對象的功率，其特征在于，包括a)溫度檢測裝置，用以檢測所述插入的器件的選擇部分內(nèi)的溫度；b)超溫確定裝置，用以確定所檢測的溫度是否超過所選的閾值；和c)功率改變裝置，用以在磁共振程序過程中根據(jù)檢測出的所述器件內(nèi)的溫度改變射頻功率。
2.如權(quán)利要求1所述的安全子系統(tǒng)，其特征在于，溫度檢測裝置用光測定溫度。
3.如權(quán)利要求2所述的安全子系統(tǒng)，其特征在于，溫度檢測裝置通過測定熒光的衰減時(shí)間測定溫度。
4.如權(quán)利要求1所述的安全子系統(tǒng)，其特征在于，溫度檢測裝置用熱電偶測定溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的安全子系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一個(gè)顯示器，給磁共振系統(tǒng)的操作人員顯示檢測出的溫度用。
6.如權(quán)利要求1所述的安全子系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一個(gè)音響器件，與確定裝置耦合，用以指示何時(shí)超過閾值。
7.一種具射頻線圈和成象電子設(shè)備的磁共振(MR)成象系統(tǒng)用的光耦合方式，其特征在于，它包括a)第一換能電路，耦合到射頻線圈上，供將電信號和相應(yīng)經(jīng)調(diào)制的光信號相互轉(zhuǎn)換之用；b)第二換能電路，耦合到所述成象電子設(shè)備，用以按第一換能電路相反的方式將電信號與經(jīng)調(diào)制的光信號相互轉(zhuǎn)換之用；和c)至少一根光纖，其第一端耦合到第一換能電路，其第二端耦合到第二換能電路，供在各換能電路之間傳送光信號之用。
8.如根據(jù)權(quán)利要求7所述的光耦合方式，其特征在于，它還包括a)一個(gè)光電二極管，耦合到第一換能電路和光纖的第一端，能接收光并將其轉(zhuǎn)換成電能；b)一個(gè)光源，耦合到光纖的第二端，供產(chǎn)生光能并將其通過光纖傳送給太陽能電池，給第一換能電路供電。
9.如權(quán)利要求7所述的光耦合方式，其特征在于，它還包括一個(gè)儲(chǔ)能器，用以給第一換能電路供電。
全文摘要
一種溫度監(jiān)控系統(tǒng),這種溫度監(jiān)控系統(tǒng)用以監(jiān)控組織因組織內(nèi)電場的產(chǎn)生而引起的溫升。這些電場是在磁共振程序中加上射頻脈沖產(chǎn)生的,在插入的器件感應(yīng)出電流。若檢測出溫升超過所選的閾值,溫度監(jiān)控系統(tǒng)就促使磁共振成象系統(tǒng)或者降低射頻功率,或者終止磁共振程序。在成象或跟蹤射頻線圈與MR收信機(jī)之間可以采用光耦合方式來消除在磁共振程序過程中加射頻脈沖引起的發(fā)熱現(xiàn)象。
文檔編號A61B5/01GK1183587SQ9711827
公開日1998年6月3日 申請日期1997年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月9日
發(fā)明者C·L·杜莫林, R·D·沃特金斯, R·D·達(dá)羅, S·P·蘇扎 申請人:通用電氣公司