CN109009111A - 低场核磁共振脑出血动态监护仪控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低场核磁共振脑出血动态监护仪控制系统，属于医疗辅助领域。该系统包括患者信息管理模块、扫描控制模块、图像重建模块、出血特征提起及监控模块、患者信息库、扫描序列库、历史扫描数据库和控制台。本发明除了提供常规的图像检查、核磁扫描、病患信息录入、历史检查检索等功能，还可以根据临床医生的预设对患者自动、定时地进行检查，对患者脑出血部位进行自动扫描，自动读取扫描数据，分析患者的脑出血信息，结合预设的信息判断患者脑出血是否超过危险阈值，如果判断超过则触发报警装置，为临床治疗提供有效的干预手段。

Description

低场核磁共振脑出血动态监护仪控制系统

技术领域

本发明属于医疗辅助领域，涉及低场核磁共振脑出血动态监护仪控制系统。

背景技术

随着医疗技术的发展，对于脑出血患者而言，能够在救治期间动态监护其脑出血量是十分重要的临床干预手段。核磁成像技术具有良好的软组织分辨能力，在血液成像方面，其不需要对比剂，并且可以通过调节磁场来自由选择成像的剖面，低场核磁共振技术由于其场强较低，设备轻便，是进行脑出血动态监测的优选方案。脑出血具有高致死率和致残率的特点。对于脑出血等危重病患，在实施治疗期间，实时监测其颅内出血十分具有临床应用价值。

核磁共振的监护仪控制台通过控制脉冲序列的发射来接收不同的磁共振信号，是核磁成像系统中的核心部件。但是目前市面上的商用的监护仪提供的监护仪控制台对非专业人士使用难度大、用户界面不友好。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低场核磁共振脑出血动态监护仪控制系统，基于python对商用监护仪控制台软件进行开发，能够满足核磁共振脑出血动态监护的需要。在实际使用中，具有良好的用户体验，便于临床医生进行操作。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

低场核磁共振脑出血动态监护仪控制系统，该系统包括患者信息管理模块、扫描控制模块、图像重建模块、出血特征提起及监控模块、患者信息库、扫描序列库、历史扫描数据库和控制台；

所述患者信息管理模块、扫描控制模块、图像重建模块和出血特征提起及监控模块分别接至控制台，患者信息库、扫描序列库和历史扫描数据库分别连至控制台；

患者信息库用于储存患者信息，扫描序列库用于储存扫描序列及其扫描序列参数，历史扫描数据库用于储存历史扫描数据；

患者信息管理模块通过对患者信息库进行操作，实现对患者信息的录入、修改、查询和删除功能，扫描控制模块通过定时发射不同的扫描指令来控制监护仪进行扫描，实现在指定时间使用指定扫描序列和扫描序列参数进行扫描，图像重建模块通过读取低场核磁共振产生的FID信号重建MRI图像，出血特征提起及监控模块通过提取从MRI图像中提取出血区域的特征来实现对脑出血的动态监测；

在动态监测的实现上，通过一个扫描序列来实现连续、自动的扫描；根据不同的需要，通过在扫描序列之间设置不同的时间间隔，达到在指定时间、使用指定序列和指定的序列参数对患者进行扫描的任务需要，由此生成监控指令；程序启动后，如果要执行监控任务，则先在GUI界面上选择监控过程中需要的序列，创建患者信息，生成监控指令，监控指令由控制台依次发送给监护仪，使核磁成像系统执行一系列的扫描任务，每一次扫描成功后由控制台进行图像重建及脑出血特征信息提取，和预设的阈值比较来对脑出血进行动态的监控。

进一步，所述信息管理模块通过GUI界面对患者信息库进行管理，患者信息包括患者ID、姓名、年龄、性别、录入日期及对应的扫描信息，扫描信息包括扫描ID、扫描的部位、卧姿和扫描时间；GUI界面实现了患者信息可视化，通过在GUI界面进行鼠标点击进行交互，可以实现信息采集、编辑和患者信息检索等功能。可以高效、便捷地实现对病患信息的管理。

进一步，所述扫描序列库储存扫描过程中需要用到的序列文件的路径及其相关信息，实现对序列文件进行参数设置功能，还对序列的采集时间重要参数进行可视化显示；在GUI界面上选择序列和患者信息来生成监控指令，由控制台按照预设的顺序和时间将监控指令发送给监护仪，由监护仪来驱动成像系统执行扫描任务，以此达到指定时间和指定序列扫描的功能；

扫描序列库包含序列名称、路径、采集时间和序列状态信息，将需要执行的扫描序列添加到工作队列中等待执行，并同时由等待执行的扫描序列生成监控指令，生成的监控指令由患者信息和扫描序列组成，患者信息由患者信息库中的信息组成，由此来确定扫描对象的身份，扫描序列即等待执行的扫描序列；监控指令生成后，由控制台发送给谱仪执行扫描任务；

在监控指令执行的过程中，会执行一次到多次扫描任务，每一次扫描任务完成后，控制台会自动的将扫描结果文件及其相关信息储存到历史扫描数据库中，能够对历史扫描数据进行查看。

进一步，所述图像重建模块是通过控制台提取历史扫描数据库中的扫描历史数据，然后读取头文件信息，再读取主体数据，由FID信号重建K空间数据，再对K空间数据进行傅里叶逆变换，最终形成图像数据。

本发明的有益效果在于：本发明除了提供常规的图像检查、核磁扫描、病患信息录入、历史检查检索等功能，还可以根据临床医生的预设对患者自动、定时地进行检查，对患者脑出血部位进行自动扫描，自动读取扫描数据，分析患者的脑出血信息，结合预设的信息判断患者脑出血是否超过危险阈值，如果判断超过则触发报警装置，为临床治疗提供有效的干预手段。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明系统框架；

图2为本发明系统控制工作流程图；

图3为本发明患者信息管理模块框架图；

图4为本发明患者信息采集与编辑界面；

图5为本发明监控任务流程图；

图6为扫描界面操作区域及进程图；

图7为本发明图像重建流程图；

图8为本发明系统控制图像重建效果图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

1.病患信息管理类的设计

功能：提供病患信息管理功能的程序接口，实现面向对象的病患信息录入、删除、查询、修改和历史扫描检索等功能。在每次扫描时生成一个唯一的扫描ID与之对应，方便以后检索。

患者信息包括患者ID，姓名，年龄，性别，录入日期及对应的扫描信息，扫描信息包括扫描ID、扫描的部位(头部)、卧姿、扫描时间。

实现方法：

①患者信息录入：

由GUI界面发出录入患者信息的请求—>生成患者ID—>调出患者信息采集界面—>录入相关信息—>保存—>GUI界面接收保存信息的请求并将信息存放到数据库中；

②患者信息删除：

由GUI界面发出删除患者ID下信息的请求—>数据库获得患者ID—>数据库执行对应患者ID下信息的删除操作—>GUI界面接收数据库返回删除成功的信号并刷新界面上的患者信息；

③患者信息修改：

由GUI界面发出修改患者ID下信息的请求—>数据库获取患者ID—>调出包含患者ID下信息采集界面—>修改相关信息—>数据库保存信息—>GUI界面接收修改成功的信号并刷新界面的患者信息

④患者信息查询：

提供患者信息查询方式，即患者ID查询和患者姓名查询：

i.患者ID查询：

输入患者ID—>数据库获取患者ID—>数据库查询患者ID下的信息并发送给GUI界面—>GUI界面获取信息并显示；

ii.患者姓名查询：

输入患者姓名—>数据库查询匹配该患者姓名的所有患者ID及对应的包含性别、年龄、录入日期等关键信息并在子界面上显示—>选择目标患者ID—>数据库获取患者ID—>数据库查询患者ID下的信息并发送给GUI界面—>GUI界面获取信息并显示；

2.扫描控制类的设计

功能：提供PC端控制核磁成像系统进行扫描的接口，实现包括单序列扫描、序列队列扫描、扫描参数的设定、脉冲序列的选择、定时扫描等功能。

实现方法：

①单序列扫描：

新检查方案：

GUI界面录入患者信息—>在GUI界面的可视化序列库中选择扫描序列—>获取患者ID和扫描序列文件路径—>获取输出路径—>生成扫描ID—>生成扫描指令并判断扫描指令是否合法：a.若扫描指令合法,则PC端通过网线的通讯方式发出扫描指令给监护仪，监护仪对指令做出响应，执行扫描，生成的扫描结果以*.mrd文件的形式保存在输出路径下；b.若扫描指令非法，则程序弹出警告信息，修改扫描参数后继续生成扫描指令返回上一步—>

3.扫描状态监控类的设计

功能：对扫描过程进行监控，监控内容包括当前扫描序列、剩余扫描序列、已耗用扫描时间、剩余扫描时间等。使用户能够实时监控扫描过程

实现方法：

4.扫描信号图像重建及图像处理类的设计

功能：实现核磁信号的图像重建和出血区域提取等功能

5.图形用户界面(GUI)布局设计

功能：提供友好的用户交互界面，能够进行动态监控脑出血状态。

设计方案：基于Python/PyQt开发,封装后可在运行Windows/Linux系统的PC机上运行。

核磁共振的监护仪控制台通过控制不同脉冲序列的发射来接收不同信号的磁共振信号，是核磁成像系统的重要部分。在低场核磁共振脑出血动态监护仪的研究中，市面上的商用监护仪提供的控制台存在着可操作性差、功能不完善等缺点，因此针对任务的需要，监护仪控制台相配套的软件开发工作也是必不可少的。本课题组针对低场核磁共振脑出血动态监护仪的任务需求，开发了一套集成患者信息管理、序列管理及参数设置、扫描、图像重建、监护等功能的低场核磁共振脑出血动态监护仪的控制台程序，并提供了相应的图形用户界面(GUI)，便于进行人机交互操作，简化了操作流程。

a.)控制台系统框架

如图1所示，系统采用模块化的程序设计方案，控制台包含四个功能模块：患者信息管理、扫描控制、图像重建、出血特征提取及监控，还包含三个数据库，包括储存患者信息的患者信息库，储存扫描序列及其参数的扫描序列库，还有一个储存历史扫描数据信息的数据库便于对历史扫描信息进行检索。患者信息管理模块通过对患者信息库进行操作，实现对患者信息的录入、修改、查询、删除等功能，具有一定的实用价值；扫描控制模块通过定时发射不同的扫描指令来控制监护仪进行扫描，可以实现在指定时间使用指定序列和序列参数进行扫描，是实现动态监控功能的基础。图像重建模块通过读取低场核磁共振产生的FID信号来重建MRI图像，出血特征提取及监控模块通过提取从MRI图像中提取出血区域的特征来实现对脑出血的动态监测。

在动态监控功能的实现上，通过一个扫描序列来实现连续、自动的扫描。根据不同的需要，通过在扫描序列之间可以设置不同的时间间隔，达到在指定时间、使用指定序列和指定的序列参数对患者进行扫描的任务需要，由此生成监控指令。监控任务功能的程序流程图如图2所示。程序启动后，如果要执行监控任务，则先在GUI界面上选择监控过程中需要的序列，创建患者信息，生成监控指令，监控指令由控制台依次发送给监护仪，使核磁成像系统执行一系列的扫描任务，每一次扫描成功后由控制台进行图像重建及脑出血特征信息提取，和预设的阈值比较来对脑出血进行动态的监控。

b.)各分系统的功能实现和流程图

i.患者信息管理模块

如图3、图4所示，控制台的患者信息管理子系统通过GUI界面对患者信息库进行管理，患者信息包括患者ID、姓名、年龄、性别、录入日期及对应的扫描信息，扫描信息包括扫描ID、扫描的部位(头部)、卧姿、扫描时间。GUI界面实现了患者信息可视化，通过在GUI界面进行鼠标点击进行交互，可以实现信息采集、编辑和患者信息检索等功能。可以高效、便捷地实现对病患信息的管理。

ii.扫描序列库及历史扫描数据库

扫描序列库储存了扫描过程中需要用到的序列文件的路径及其相关信息，可以实现对序列文件进行参数设置等相关功能，还可以对序列的采集时间等重要参数进行可视化显示。此外，通过鼠标点击等操作，在GUI界面上选择序列和患者信息来生成监控指令，由控制台按照预设的顺序和时间将监控指令发送给监护仪，由监护仪来驱动成像系统执行扫描任务，以此达到指定时间和指定序列扫描的功能，是进行自动监护任务的基础。监控任务的执行需要依赖序列库和患者信息库，执行监控任务的流程图如图5所示。

如图6所示，控制台序列库包含了序列名称、路径、采集时间、序列状态等信息。通过鼠标点击操作可以将需要执行的扫描序列添加到工作队列中等待执行，并同时由等待执行的扫描序列生成监控指令，生成的监控指令由患者信息和扫描序列组成，患者信息由患者信息库中的信息组成，由此来确定扫描对象的身份，扫描序列即等待执行的扫描序列。监控指令生成后，由控制台发送给监护仪执行扫描任务。

在监控指令执行的过程中，会执行一次到多次扫描任务，每一次扫描任务完成后，控制台会自动的将扫描结果文件及其相关信息储存到历史扫描数据库中，在控制台主界面上进行鼠标点击操作就可以实现对历史扫描数据的查看。

iii.FID信号图像重建

在控制台主界面上，通过鼠标点击历史扫描数据库将对应的FID信号重建成图像数据。图像重建的流程如图7所示，效果图如图8所示。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.低场核磁共振脑出血动态监护仪控制系统，其特征在于：该系统包括患者信息管理模块、扫描控制模块、图像重建模块、出血特征提起及监控模块、患者信息库、扫描序列库、历史扫描数据库和控制台；

所述患者信息管理模块、扫描控制模块、图像重建模块和出血特征提起及监控模块分别接至控制台，患者信息库、扫描序列库和历史扫描数据库分别连至控制台；

患者信息库用于储存患者信息，扫描序列库用于储存扫描序列及其扫描序列参数，历史扫描数据库用于储存历史扫描数据；

患者信息管理模块通过对患者信息库进行操作，实现对患者信息的录入、修改、查询和删除功能，扫描控制模块通过定时发射不同的扫描指令来控制监护仪进行扫描，实现在指定时间使用指定扫描序列和扫描序列参数进行扫描，图像重建模块通过读取低场核磁共振产生的FID信号重建MRI图像，出血特征提起及监控模块通过提取从MRI图像中提取出血区域的特征来实现对脑出血的动态监测；

在动态监测的实现上，通过一个扫描序列来实现连续、自动的扫描；根据不同的需要，通过在扫描序列之间设置不同的时间间隔，达到在指定时间、使用指定序列和指定的序列参数对患者进行扫描的任务需要，由此生成监控指令；程序启动后，如果要执行监控任务，则先在GUI界面上选择监控过程中需要的序列，创建患者信息，生成监控指令，监控指令由控制台依次发送给监护仪，使核磁成像系统执行一系列的扫描任务，每一次扫描成功后由控制台进行图像重建及脑出血特征信息提取，和预设的阈值比较来对脑出血进行动态的监控。

2.根据权利要求1所述的低场核磁共振脑出血动态监护仪控制系统，其特征在于：所述信息管理模块通过GUI界面对患者信息库进行管理，患者信息包括患者ID、姓名、年龄、性别、录入日期及对应的扫描信息，扫描信息包括扫描ID、扫描的部位、卧姿和扫描时间；GUI界面实现了患者信息可视化，通过在GUI界面进行鼠标点击进行交互，实现信息采集、编辑和患者信息检索等功能。

3.根据权利要求1所述的低场核磁共振脑出血动态监护仪控制系统，其特征在于：所述扫描序列库储存扫描过程中需要用到的序列文件的路径及其相关信息，实现对序列文件进行参数设置功能，还对序列的采集时间重要参数进行可视化显示；在GUI界面上选择序列和患者信息来生成监控指令，由控制台按照预设的顺序和时间将监控指令发送给监护仪，由监护仪来驱动成像系统执行扫描任务，以此达到指定时间和指定序列扫描的功能；

扫描序列库包含序列名称、路径、采集时间和序列状态信息，将需要执行的扫描序列添加到工作队列中等待执行，并同时由等待执行的扫描序列生成监控指令，生成的监控指令由患者信息和扫描序列组成，患者信息由患者信息库中的信息组成，由此来确定扫描对象的身份，扫描序列即等待执行的扫描序列；监控指令生成后，由控制台发送给谱仪执行扫描任务；

在监控指令执行的过程中，会执行一次到多次扫描任务，每一次扫描任务完成后，控制台会自动的将扫描结果文件及其相关信息储存到历史扫描数据库中，能够对历史扫描数据进行查看。

4.根据权利要求1所述的低场核磁共振脑出血动态监护仪控制系统，其特征在于：所述图像重建模块是通过控制台提取历史扫描数据库中的扫描历史数据，然后读取头文件信息，再读取主体数据，由FID信号重建K空间数据，再对K空间数据进行傅里叶逆变换，最终形成图像数据。