CN101257846A - 用于在mri器械中提供高分辨率图像的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于向位于磁共振成像(MRI)器械(3)中的患者提供高分辨率图像的设备，该MRI器械(3)包括头部线圈(21)，该头部线圈被布置成围绕患者头部(5)并且提供其MRI图像，该设备包括用于从外部源接收视频或者图片图像信号的装置(12，13，14)。根据本发明，该设备还包括用于显示视频或者图片图像的装置(14，28，34，29)，所述显示器装置被布置在外罩(20)中，所述外罩(20)被悬挂在包括至少两个相继部件(38，39)臂(15)中，其中在外罩(20)和相邻部件(38)之间的接头(40)、在相继部件(38，39)之间的一个或者多个接头(41)以及在用于将设备联结到头部线圈(21)或者MRI器械(3)的其它部分的联结元件(16)和邻近线圈联结元件(16)的部件(39)之间的接头(42)的每一个均被铰接以允许接头(40，41，42)旋转。
Description
技术领域
本发明总体涉及用以提供视觉刺激以用于测试和安慰正经受诊断治疗的患者的那些产品。更具体地，本发明涉及一种用以为位于磁共振成像(MRI)器械中的患者提供高分辨率图像的设备。
背景技术
在医学领域中，磁共振成像(MRI)是通常用于诊断患者医学状态的非侵入式技术。MRI具有区分健康和患病组织、脂肪和肌肉的能力，以及区分其它成像器械不能展示的体内相邻结构。MRI使用安全无线电波和磁场以产生由计算机处理的图像。通常，患者被置于大的均匀磁场中并且经受一组梯度场和无线电频率(RF)场。各种场被准确地控制以使得患者的选择切片中的原子核围绕轴线产生进动并且发射RF信号。这些信号然后被用于重构切片的图像。通过改变梯度场，在不同切片处的患者图像可被捕捉。各个切片然后可被结合以形成对患者的完整扫描。
通常，关于MRI扫描器的使用，视频系统被用于(a)患者安慰和(b)功能成像应用。关于患者舒适度，所关注的是不愿进入MRI扫描器的隧道中的焦虑或者幽闭恐怖症患者。充分地显示用于察看的视觉信息的能力是用于缓解焦虑或者幽闭恐怖症患者的一个重要因素。视频系统在MRI扫描器中的第二种用途涉及功能成像应用。在一些情形中，利用MRI执行的诊断过程被用于评估患者对于特定视觉刺激的响应。在MRI过程中操作员向被患者看到的屏幕发送一系列图像并且患者响应被包括在MRI报告中。
在将传统视频信号引入MRI器械中存在的一个问题在于，由另一器械产生的很小的磁场能够破坏由MRI器械产生的图像。反过来，由MRI器械产生的强场可以阻止在MRI器械附近的某些器械例如阴极射线管(CRT)或者液晶显示面板(LCD)的正常操作。因此，用于向患者呈现视频信号的任何类型的系统必需不在MRI器械的附近产生任何杂散磁场并且应该从由MRI器械产生的磁场被屏蔽。另一个问题在于MRI器械基于可能破坏信号调制的无线电频率的使用。因为这些原因，视频信号必需采用不被无线电频率影响的形式并且由不易于被磁化的系统传输。
用于在MR扫描器中提供视觉刺激的最常用的方法是在MR机器的磁场外部产生图像并且具有镜子或者棱镜以向患者反射该图像。例如，如在授予Bechor等的美国专利No.5,076,275、授予Kopp的美国专利No.6,774,929中描述的观察系统和在Nuclear Associates小册子中公开的MRI视频系统均将从远离患者的视频源产生的图像反射到患者的眼睛中。通过采用MRI兼容LCD屏幕，或者通过使用视频投影仪和半透明屏幕而在磁性环境中实现投影。屏幕位于MR扫描器的附近。投影仪或者LCD屏幕位于MR室的内部或者外部。患者借助可调节光反射镜或者通过棱镜而观察视频信息。该视觉刺激方法的功用性受到患者位于扫描器隧道中的位置的限制。而且，MRI磁体室中环境光线的水平将影响患者在屏幕上看到的图像的质量。高水平的环境光线将使得屏幕图像被破坏。而且，相对于屏幕调节光反射镜所需的时间由患者位于扫描器通道中的位置确定。对于功能磁共振成像，理想的是利用MRI屏幕或者显示器覆盖整个患者视野。
使得患者能够知晓她的周围环境的开放视野(例如屏幕位于隧道外部)进一步降低了这种视觉刺激方法的有效性。因此，患者发现难以关注于视频图像并且可能因此发现难以完全地放松。对于从MRI器械后面向患者反射视频图像的系统而言，这种情形尤其成立。利用这种类型的系统，患者注意力可被邻近显示器屏幕的物品或者被在患者后面工作的人分散。因此，除了通道内部，被外部环境干扰的可能性进一步限制了该技术用于减轻患者焦虑和幽闭恐怖症的有用性。因此希望在MRI过程期间使得患者注意力集中于视频图像从而患者能够放松。
在使用位于MRI设备孔洞中的纤维光锥的美国专利No.4,901,141中发现用于解决这个问题的尝试。为了将视频系统与由MRI器械产生的场隔离并且防止任何磁场影响MRI器械，当患者处于MRI器械中时，该系统将视频图像用电讯设备传送到患者。CRT产生的图像通过相干图像引导件被传输到纤维光锥。该纤维光锥将图像引导件的端部扩大以为患者提供更大的观察表面。纤维光锥的问题在于它是静止的并且患者必须被置于固定位置中从而能够看到光锥的端部。而且，为了防止扭曲，患者必须被定位于锥体等中心(isocenter)的正下方。因此，该公开并不解决不同体型的患者、患者定位或者近视和远视患者的问题。例如，在诊断身体下部期间个子高的人平躺时可能他的头部部分地位于孔洞的外部，然而小孩可以被孔洞很好地包围，这两种情况均不能适当地看到固定的纤维光锥。此外；固定光锥的使用将干扰要求紧邻身体的辅助线圈，例如头部和颈椎线圈。如果使用纤维光锥，头部和颈椎线圈的目前构造使得观察固定定位的纤维光锥所需的视野或者被隐蔽或者被完全地阻挡。
在美国专利No.5,414,459中公开的另一现有技术器械涉及由患者佩戴的一副眼睛。眼镜通过光纤引导件接收视频图像。
在这两种器械中，利用在被屏蔽的MRI室和容纳系统操作元件的远程位置之间的光纤连接，安装是永久性的。该连接要求围绕MRI室的屏蔽被破坏并且这种穿透被足够地保护。
将LCD屏幕置于扫描器室中(但是位于MRI扫描器的孔洞外部)的当前MRI光纤系统是非常有用的，并且提供该技术领域中的明确进步。尽管如此，这种设计的某些特征可被改进。具体地，被用于从LCD屏幕输送视频图像到目镜以由患者观察的光纤束的长度令人关注。如对于所有的传输系统，被传输参数的一部分在传输期间损失并且传输路径越长则损失越大。对于长的光纤束，已知能够发生高达被传输视频图像的百分之四十(40％)的损失。这种损失影响到被传输的视频图像的分辨率和亮度。因此，被传输的视频图像的分辨率和亮度受到光纤束的长度的限制。另外，光纤束越长，则将光纤束以及有关光纤设备运送进出MRI扫描器隧道越麻烦。
光纤束由多根光纤构成。当光纤中断时，由中断光纤输送的传输图像的光线像素被阻挡。这种情形导致坏点(dead pixel)，例如，在视频显示器上出现的黑斑。随着光纤束长度的增加时，各根纤维将被断开的可能性增加。而且，当在一定时间中光纤束被弯曲和操纵时，断裂纤维的数目增加。断裂纤维的增加数量导致更多的黑斑出现在视频显示器上。最终，被传输图像变得不足并且失真。因此，长的光纤束成本效率较低。
在MRI检查期间，患者被置于检查台上，检查台能够移动进出MRI扫描器隧道。当平躺在位于扫描器隧道中的检查台上时，患者头部位于头部线圈中。头部线圈被布置成围绕患者头部并且提供其的MRI图像。MRI扫描器头部线圈的一种先进的设计最小化在患者眼睛和头部线圈顶部之间的距离。在患者头部和头部线圈之间的有限距离将不足以容纳由已知MRI光纤系统采用的护目镜，该护目镜(a)在扫描器隧道中定位来自LCD显示器的图像或者(b)在患者眼睛上采用反射镜。
功能成像领域的进步要求执行变得更加复杂的视觉刺激样式。在功能成像期间，当控制视觉刺激时获得最好的结果，其与开放视野不一致。而且，这种视觉刺激方法并不包括产生让患者观察的三维(3D)图像的能力，因为该图像被投影到单个屏幕上。缺乏产生其中眼睛和大脑感知3D效果的能力妨碍获得虚拟现实。
而且，新的和更小的头部线圈的开发限制了在患者头部和头部线圈之间的距离，对于用在头部线圈中的护目镜产生约束。与在临床和研究领域中引入具有更高场强度的MR机器一起，MR护目镜的屏蔽以避免由无线电频率产生任何杂散磁场或者信号调制破坏变得日益重要。
在临床工作中使用功能成像也要求在严格临床计划中被快速和容易地设置和操作的器械。器械的容易定位和有效眼睛校正特征是实现令人满意的临床工作流程的关键因素。
因此，在该领域需要改进用于与MRI扫描器一起使用的视频系统，该视频系统以三维效果提供高分辨率视频图像、缩短视频图像需要传输的传输路径、消除与光纤束有关的问题、尺寸适于装配到现代头部线圈设计的有限空间中、被充分地屏蔽以避免图像赝象并且能够在MRI磁场中安装和操作。
发明内容
根据本发明，利用根据权利要求1和6的特征项的设备实现了上述改进。通过在从属权利要求中给出的特征获得了进一步的优选实施例和改进。
附图说明
图1是本发明优选实施例的视图，示意出在控制室和磁体室之间分开的整个视觉系统。
图2是被示为用在MRI系统孔洞中的视觉系统的优选实施例的视图。
图3是视觉系统的优选实施例的视图，示出可调节臂、微型显示器芯片的外罩和瞳孔距离调节旋钮和视力补偿器旋钮。
图4是调节臂和瞳孔距离调节器的视图。
图5是微型显示器外罩的布置的分解视图。
具体实施方式
下面的详细描述概述了具有安装到头部线圈的微型显示器的MRI兼容视觉系统。在下面的描述中，给出多个细节例如具体材料和构造以提供对本发明的更加彻底的理解。但是本领域技术人员应该理解本发明可以实施而不具备这些具体细节。在其它情形中，公知元件未被详细描述从而使得本发明明显。在任何情形中，通过参考所附权利要求最好地确定本发明的范围。
总体布置
在优选实施例中，本发明提供一种MRI兼容视觉系统。图1给出如何关于MRI系统设置本发明的系统，本发明系统被部分地置于磁体室1中并且部分地置于控制室2中。
本发明系统的一个部分位于MRI控制室2中。该系统的这个部分包括光纤发射器9。控制室2还具有PC 8。图1中的虚线限定该控制室的边界。在虚线以外的所有部分表示检查或者磁体室1。包括安装到头部线圈的微型显示器及其电路的该系统的其它部分位于磁体室1中。如该名称所示意的，磁体室1具有产生强磁场的MRI器械的主磁体3。
基于以上总体描述，图1示出磁体室1中容纳的系统被再次划分使得该系统的某些部分被安装在主磁体的孔洞中并且其它部分保留在孔洞外部。在孔洞中的部分包括可调节的安装到头部线圈的微型显示器4。在孔洞外部但是仍然在磁体室1中，包括光纤接收器单元6和微型显示器控制电子器件7。
控制室部分
在控制室2中，光纤发射单元9从PC 8接收信号。光纤发射器将电信号转换成光信号。光缆10用于将光信号送入磁体室1中。光缆10经由波导11安装。典型的MRI信号对于在氢质子进动频率附近的电噪声非常敏感，其中根据磁体的场强这个频率从12MHz到130MHz变化。这个关系通常被表示为：
f＝42.5*B
其中B是以特斯拉为单位的场强，并且f是以兆赫为单位的频率。
考虑到以上关系，计算波导的尺寸从而使得只有非干扰性频率将进入磁体室中。波导11通常为在围绕磁体室的法拉第笼(未示出)上安装的管子。
磁体室部分
光缆10被供给到磁体室1中，视觉系统的其它部分位于此处。在磁体室1中，具有光纤接收器单元6。它将光信号转换成电信号。信号进入微型显示器驱动器单元7中。该单元控制微型显示器芯片14(图5)并且控制图像旋转、颜色调节、自动关闭和其它功能。
微型显示器芯片安装在可调节臂15上(图2)。该机构被设计成使得患者5易于将视觉系统调节为用于优选观察的适当角度。
在微型显示器驱动器单元7和微型显示器芯片14之间具有被屏蔽电缆12。被屏蔽电缆12将电信号送入容纳微型显示器14的小的法拉第笼13(图5)中。
微型显示器外罩的调节。
主视角调节
图2示意在安装到头部线圈的微型显示器4上的调节机构。该机构由线圈联结部件16、具有摩擦联结件40、41、42和摩擦调节旋钮19的两个定距臂(distance arm)38、39(图4)。
可调节臂允许平躺在头部线圈中不同位置处的人能够快速调节以使微型显示器外罩20(图3)处于用于最好视角的适当位置。定距臂38、39与摩擦联结件40、41、42协同使得微型显示器外罩20沿着水平和垂直方向移动。微型显示器外罩20的角度也可以被改变。线圈联结元件16被布置成适合不同的头部线圈21。系统被布置成适合多个不同类型的线圈联结元件16，由此便于装配到不同的头部线圈系统中。
瞳孔距离调节机构。
根据本发明，该系统能够调节瞳孔距离。通过转动旋钮22调节该距离。旋钮22移动微型显示器外罩20使得外罩20对称地远离和朝向彼此。
旋钮22被固定到轴23。轴能够在中部24中旋转。微型显示器外罩20的运动利用两个螺栓25被固定在一个方向中。在中部24的每一侧上轴23被攻有相反的螺纹。转动轴23将使得微型显示器外罩20对称地运动。
微型显示器外罩布置
微型显示器芯片14被安装并且固定于在微型显示器外罩20中安装的法拉第笼13中。法拉第笼13屏蔽敏感电子器件使其不被来自扫描器3的RF脉冲干扰。法拉第笼13也屏蔽掉由微型显示器14产生的电磁噪音。在法拉第笼13的下部中，布置被屏蔽窗口28。被屏蔽窗口28包括保持屏蔽功能不受影响但是也使得患者5能够看到微型显示器14上的图像的金属丝或者金属网。
在患者眼睛和微型显示器之间，布置扩大来自微型显示器14的图像的光学元件29。光学元件29被设计成使得在远离患者眼睛几厘米的位置处安装微型显示器14。光学元件的设计减轻了由电子器件和显示器芯片14引起的MRI系统上的失真的问题。
旋钮30便利对通常佩戴眼镜的患者的视力校正。调节旋钮30将改变在微型显示器14和光学元件29之间的距离。法拉第笼13的运动利用两个螺栓31被锁定在一个方向中。法拉第笼13在内部具有螺纹。旋钮30被固定到轴32的端部。轴32具有螺纹，并且通过转动旋钮30，法拉第笼将沿着杆31滑动。微型显示器14被固定在法拉第笼13中，由此保证微型显示器14的运动与法拉第笼13的运动相等。光学元件29被布置成保证微型显示器14的线性运动将实现遵循屈光标度中使用的通常等级的视力校正。例如，转动旋钮30半圈将给出屈光标度上一个等级的调节。
围绕光学元件37的外罩具有完全覆盖患者眼睛的较软材料33。这种覆盖避免患者被环境光线干扰。
作为光学系统的一个部分，安装分束器。分束器被设计成使得可视光线通过眼睛跟踪通道35，但是在红外频率区中的光线被引导至另一光学方向中。分束器允许患者眼睛的红外图像进入眼睛跟踪通道35。患者眼睛的图像被供给到相干图像引导件36的端部中。在相干图像引导件36的另一端中，可以连接红外照相机以捕捉患者凝视运动。为了在相干图像引导件的红外照相机端中保证明晰的并且明亮的图像，患者眼睛由红外光照亮。红外光利用一根或者多根光缆(未示出)供给到磁体孔洞中。
Claims (8)
1.一种用于向位于磁共振成像(MRI)器械(3)中的患者提供高分辨率图像的设备，所述MRI器械(3)包括头部线圈(21)，该头部线圈被布置成围绕患者头部(5)，并且提供其MRI图像，该设备包括用于从外部源接收视频或者图片图像信号的装置(12，13，14)，其特征在于，所述设备还包括用于显示视频或者图片图像的装置(14，28，34，29)，所述显示器装置被布置在外罩(20)中，所述外罩(20)被悬挂在包括至少两个相继的部件(38，39)的臂(15)中，其中，接头(40)位于所述外罩(20)和相邻部件(38)之间，一个或者多个接头(41)位于该相继部件(38，39)之间，接头(42)位于用于将该设备联结到所述头部线圈(21)或者所述MRI器械(3)的其它部分的联结元件(16)与邻近所述线圈联结元件(16)的所述部件(39)之间，所述接头(40)、接头(41)以及接头(42)的每一个均被铰接，以允许所述接头(40，41，42)的旋转。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述外罩(20)包括两个光学孔(33)，在所述光学孔(33)之间的距离可被调节。
3.根据权利要求1或者2所述的设备，其特征在于，被铰接的接头(40，41，42)包括摩擦联结件。
4.根据前面任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述线圈联结元件(16)被布置成适合不同的头部线圈(21)或者所述MRI器械(3)的其它部分。
5.根据前面任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备还包括用于显示视频或者图片图像的装置(14，28，34，29)，所述显示器装置(14，28，34，29)被布置在外罩(20)的上部中，所述显示器装置(14，28，34，29)包括位于法拉第笼(13)中的微型显示器芯片(14)，所述微型显示器芯片(14)包括用于将视频或者图片图像信号转换成小屏幕上的可视图像的装置，所述法拉第笼的下端处包括被屏蔽窗口(28)，所述设备在患者眼睛和所述微型显示器(14)之间包括位于所述外罩(20)下部中的光学元件(29)，其可调节地放大来自所述微型显示器(14)的所述图像，其中，位于所述外罩(20)的上部中的所述显示器装置(14，28，34，29)和位于所述外罩(20)的下部中的所述光学元件(29)之间的距离使得：在所述MRI器械(3)操作期间，没有任何敏感或者干扰电子部件位于所述头部线圈(21)中，而在所述MRI器械(3)操作期间，位于所述头部线圈(21)中的所述外罩(20)的部分仅仅包括并不显著地影响所述MRI并且不被所述头部线圈(21)中的磁场和RF场显著影响的元件。
6.一种用于为位于磁共振成像(MRI)器械(3)中的患者提供高分辨率图像的设备，所述MRI器械(3)包括头部线圈(21)，该头部线圈布置成围绕患者头部(5)并且提供其MRI图像，所述设备包括用于从外部源接收视频或者图片图像信号的装置(12，13，14)，其特征在于，该设备还包括用于显示视频或者图片图像的装置(14，28，34，29)，所述显示器装置(14，28，34，29)布置在外罩(20)的上部中，所述显示器装置(14，28，34，29)包括位于法拉第笼(13)中的微型显示器芯片(14)，所述微型显示器芯片(14)包括用于将视频或者图片图像信号转换成小屏幕上的可视图像的装置，所述法拉第笼在其下端处包括被屏蔽窗口(28)，该设备在患者(两只)眼睛和(多个)所述微型显示器(14)之间包括位于所述外罩(20)的下部中的光学元件(29)，其可调节地放大来自所述微型显示器(14)的图像，其中，位于所述外罩(20)的上部中的所述显示器装置(14，28，34，29)与位于所述外罩(20)的下部中的所述光学元件(29)之间的距离使得：在所述MRI器械(3)操作期间，没有任何敏感或者干扰电子部件位于所述头部线圈(21)中，而在所述MRI器械(3)操作期间，位于所述头部线圈(21)中的所述外罩(20)的部分仅仅包括并不显著地影响所述MRI并且不被所述头部线圈(21)中的磁场和RF场显著影响的元件。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述外罩(20)的上部和下部之间的距离可被调节。
8.根据权利要求6或者7所述的设备，其特征在于，该设备还包括用于显示视频或者图片图像的装置(14，28，34，29)，所述显示器装置被布置在外罩(20)中，所述外罩(20)被悬挂在包括至少两个相继部件(38，39)的臂(15)中，其中，接头(40)位于所述外罩(20)和相邻部件(38)之间，一个或者多个接头(41)位于所述相继部件(38，39)之间，接头(42)位于用于将所述设备联结到所述头部线圈(21)或者所述MRI器械(3)的其它部分的联结元件(16)和邻近所述线圈联结元件(16)的所述部件(39)之间，所述接头(40)、接头(41)以及接头(42)的每一个均被铰接，以允许所述接头(40，41，42)旋转。
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