CN109387798B

CN109387798B - 磁共振设备的检查空间中的图像数据产生

Info

Publication number: CN109387798B
Application number: CN201810914246.8A
Authority: CN
Inventors: S.波佩斯库
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Medical Ag
Priority date: 2017-08-11
Filing date: 2018-08-13
Publication date: 2021-10-29
Anticipated expiration: 2038-08-13
Also published as: DE102017214088A1; US10746828B2; US20190049537A1; CN109387798A

Abstract

本发明涉及磁共振设备的检查空间中的图像数据产生。本发明涉及一种用于在MR设备的检查空间中产生图像数据的系统，其中，所述系统具有：用于产生图像数据的图像产生单元；第一HF屏蔽部分，其除了用于与环境交换图像数据的至少一个开口以外完全包围所述图像产生单元；喇叭形的第二HF屏蔽部分，其围绕至少一个开口布置并且与第一HF屏蔽部分连接，使得至少一个开口通到喇叭形的第二HF屏蔽部分中。

Description

磁共振设备的检查空间中的图像数据产生

技术领域

本发明涉及一种用于在MR设备的检查空间中产生图像数据的系统和一种用于确定所述系统的喇叭形的第二HF屏蔽部分的几何特征的方法。

背景技术

在MR设备的检查空间中，经常需要附加的视频设备、诸如摄像机，以便创建受检人员的非诊断图像数据，或者通过投影机(Projektor)将图像数据投影到MR设备中，用于进行测量观察不同的图像时的大脑活动的变化的功能成像。DE 10 2015 211 331 A1、DE 102015 211 148 A1和DE 10 2015 200 477 A1分别公开了布置在医学成像装置所处的检查空间内的照相机单元。

附加地，所产生的图像数据可以用于娱乐检查人员或用于装饰检查空间。但是，MR设备的检查空间中的这些电子设备可能产生电磁辐射、由此产生电磁干扰、EMI，其可能极大地干扰用于接收MR信号的敏感的接收系统。

因此，需要对用于产生图像的设备或系统设置HF屏蔽。例如，已知围绕检查空间中的LCD投影仪(Beamer)定位HF屏蔽。通过投影仪内的屏蔽的圆形波导传输光束。但是，投影仪的光束从投影机出发强烈扩展，由此有效波导的长度变得非常大(参见出版号为IPCOM000016474D的2003年6月24日的IP.com)。在那里选择的实施方式中，波导包含透镜和棱镜，用于控制投影射束的直径。但是，透镜和棱镜的这种使用使整体结构变得复杂并且制造这样的设备由此变得昂贵。

其它屏蔽方法将摄像机或视频投影机完全包围在封闭的屏蔽中，其中，设置光学透明的窗口，对窗口设置导电薄膜，由此使得摄像机能够通过窗口向外看，同时阻止通过窗口发出HF场。

在用于产生图像数据的更复杂的视频系统中，例如在具有红外传感器和所谓的飞行时间(Time-of-Flight)深度传感器以及麦克风的摄像机中，难以实现对用于产生图像数据的系统的这种屏蔽。例如，光学透明的窗口将反射由深度传感器发出的红外辐射的一部分。在使用在其截止波长

以下工作的屏蔽的波导管时，需要附加的透镜，以通过具有小的直径的波导管传输所发出的不同的信号。此外，这可能导致记录的图像数据或投影的图像数据失真。此外，成本附加地增加。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于在MR设备的检查空间中进行图像产生的简单地构造的系统，其简单地构建并且仍然能够实现相对于MR设备的令人满意的屏蔽。

上述技术问题通过本发明的特征来解决。在本发明中描述另外的实施方式。

根据本发明的第一方面，提供一种用于在MR设备的检查空间中产生图像数据的系统，其中，所述系统具有用于产生图像数据的图像产生单元。此外，设置第一HF屏蔽部分，其除了用于与环境交换图像数据的至少一个开口以外完全包围图像产生单元。此外，所述系统具有喇叭形的第二HF屏蔽部分，其与第一HF屏蔽部分(110)电气连接并且机械地围绕至少一个开口布置，使得至少一个开口通到喇叭形的第二HF屏蔽部分中。

通过使用喇叭形的第二HF屏蔽部分，实现对可能射出的HF信号的衰减，其中，喇叭形的第二HF屏蔽部分在其截止波长以下运行。不需要在进行图像产生的单元和图像数据或要进行成像的装置的投影表面之间设置另外的光学装置。由此，所产生的图像数据不会由于可能的光学装置、诸如透镜或棱镜而失真，并且仍然实现相对于MR设备的有效屏蔽。

所产生的图像数据或具有图像数据的光学射束以图像角从图像产生单元出发，其中，喇叭形的第二HF屏蔽部分的张角基本上由图像角确定。这意味着，喇叭形的第二HF屏蔽部分的张角基本上由图像产生单元的视野和图像角确定。所产生的图像数据的光学射束应当尽可能不接触喇叭形的第二HF屏蔽部分的内壁或者就像不接触喇叭形的第二HF屏蔽部分的内壁一样，从而光学射束不受喇叭形屏蔽部分的几何结构影响。

喇叭形的第二HF屏蔽部分例如可以具有矩形的横截面。这对于通常为矩形的图像数据是具有优势的，从而喇叭形部分在宽度上的尺寸最小，因为喇叭形部分的内部体积基本上由图像数据填满。

优选地，不随机地、而是确定地选择喇叭形的第二HF屏蔽部分的深度，使得从图像产生单元通过至少一个开口射出的HF场的衰减，在沿着深度传播通过喇叭形的第二HF屏蔽部分时被衰减，其中，衰减大于定义的下边界值。所观察的HF场的频率在此处于MR设备的共振频率处，并且与共振频率最大相差定义的频率值。这意味着，在MR设备的测量带内围绕相关频率选择喇叭形HF屏蔽部分的深度，使得实现从图像产生单元出发通过开口射出的HF场的期望的衰减。

喇叭形HF屏蔽部分在至少一个第一开口处具有入口横截面，入口横截面小于在喇叭形的第二HF屏蔽部分的相对的端部处的出口横截面。入口横截面优选矩形地构造为具有宽度b。现在，可以在假定宽度远小于在喇叭形的第二HF屏蔽部分的方向上从至少一个开口射出的HF场的波长的条件下计算深度。

图像产生单元可以具有照相机，照相机记录MR设备的环境的图像数据，例如用于识别检查人员的定位、用于识别所使用的MR发送和接收线圈等。此外，图像产生单元可以具有投影机，其将图像数据投影到MR设备的预定区域。附加地，图像产生单元可以具有红外照相机和3D深度传感器，用于确定深度传感器的视野中的三维运动。在此，可以针对图像产生单元的每个不同的模块在第一HF屏蔽中设置单独的开口。

本发明还涉及一种用于确定上面描述的系统的喇叭形的第二HF屏蔽部分的几何结构的方法，其中，提供第一HF屏蔽部分，其除了用于与环境交换图像数据的至少一个开口以外完全包围图像产生单元。此外，确定喇叭形的第二HF屏蔽部分的深度，使得从图像产生单元通过至少一个开口射出的HF场的衰减，在沿着深度传播通过喇叭形的第二HF屏蔽部分时，大于定义的下边界值。在此，针对具有与MR设备的共振频率不同并且最大相差定义的频率值的频率的HF场计算深度。随后，围绕至少一个开口安装具有所确定的深度的喇叭形的第二部分并与其电气连接，使得至少一个开口通到喇叭形的第二HF屏蔽部分中。

这意味着，可以定义至少要通过喇叭形部分实现的期望的衰减，例如10或20dB。然后，计算深度，使得在MR设备的共振频率的范围内实现对HF场的期望的衰减。

例如在确定深度时，可以利用下面的等式计算HF场的衰减：

在此，A是以dB为单位的衰减，d是喇叭形HF屏蔽部分的深度，角度θ是喇叭形HF屏蔽部分的半张角，a₀描述喇叭形HF屏蔽部分在至少一个开口处、也就是在射出窗口处的宽度，并且a(x)描述喇叭形HF屏蔽部分在深度方向上的几何形状。

上面说明的特征和下面描述的特征不仅可以在相应地明确示出的组合中使用，也可以在其它组合中使用(只要没有明确地另外提到)，或者可以单独使用，而不脱离本发明的保护范围。

附图说明

下面，参考附图对本发明作进一步的说明。

图1示意性地示出了用于在MR设备的检查空间中产生非诊断图像数据的系统的使用。

图2示意性地示出了图1的系统的光学射束变化，该系统具有用于投影图像数据的投影机或者用于产生图像数据的照相机。

图3示意性地示出了对用于产生图像数据的系统的屏蔽。

图4示意性地示出了具有矩形波导管的根据现有技术的喇叭天线的视图。

图5示意性地示出了可以用于计算屏蔽的矩形波导管。

图6示意性地示出了根据本发明如何计算喇叭形屏蔽部分中的屏蔽的几何图形。

图7示出了具有可以如何安排用于产生非诊断图像数据的系统的步骤的流程图。

具体实施方式

下面，根据优选的实施方式参考附图详细解释本发明。在附图中，相同的附图标记表示相同或类似的元素。此外，附图应当理解为本发明的不同实施方式的示意性图示。在附图中示出的元素不一定是按比例示出的，而是相反其被再现为，其功能和目的对于本领域技术人员是可理解的。在附图中示出的功能单元或其它单元之间的连接可以作为间接连接来实现，其中，连接可以是无线或有线的。功能单元可以作为硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。

在图1中示意性地示出了可以用来记录MR图像的MR设备10。该MR设备具有用于产生极化场B₀的磁体11，其中，布置在卧榻12上的检查人员13被移入磁体11中，以便在那里记录来自检查人员13的位置编码的磁共振信号。此外，示意性地示出了用于接收信号的MR线圈14。通过入射高频脉冲和切换磁场梯度，可以使通过极化场B₀产生的磁化从平衡位置偏转并且对其进行位置编码，其中，一个或多个接收线圈14检测所产生的磁化。一般如何能够通过入射HF脉冲以及通过切换磁场梯度以不同的组合和顺序产生MR图像原则上对于本领域技术人员是已知的，因此在此不详细解释。由线圈检测到的MR信号是非常小的，因此必须使用高灵敏度的HF接收和发送线圈来接收要检测的MR信号。

此外，在安装MR设备10的房间中设置系统100，系统100可以产生非MR图像，也就是MR设备的环境的非诊断图像。该成像系统例如可以具有照相机，诸如LCD照相机，其构造为记录围绕MR设备的区域的图像。然后，可以针对如下知识评估这些图像数据：检查人员13如何定位在卧榻12上，使用哪些接收线圈14等。图像产生单元也可以构造为投影仪或投影机，其将图像数据投影到当检查人员13例如为了进行功能成像而处于MR设备中时对于其可见的表面上。为了准确地识别MR设备的环境中的对象，图像产生单元还可以具有红外照相机和/或3D深度传感器，例如飞行时间传感器，用于确定深度传感器的视野中的三维运动。MR设备还可以具有控制单元20，其可以用于控制MR设备并且控制图像系统。控制单元20例如可以布置在检查空间50外部，其中，操作人员可以通过控制单元20控制MR设备和用于产生图像的系统100的各个部件。

在图2中示意性地示出了如何从系统100的图像产生单元出发由系统100产生图像。射束路径在水平方向上以张角2θ传播张开，其中，水平张角例如可以处于50和60度之间。在垂直方向上是传播角2γ，其中，该角可以在40和50度之间。在投影机的情况下，将产生的图像数据投影到投影表面25上。在照相机传感器的情况下，显示处于视野26中的对象。投影表面处于系统10之前的距离D处，其中，系统具有喇叭形HF屏蔽部分120，其衰减MR设备的共振频率范围内的HF场，使得其不再显著地影响通过接收线圈14的MR设备的信号检测。如在图2中所示出的，在此选择喇叭形HF屏蔽部分的张角，使得张角基本上跟踪图像产生单元的光束的变化并且不影响该变化。

在图3中详细示出了用于产生图像数据的系统，其中，系统100具有喇叭形HF屏蔽部分120和图像产生单元处于其中的第一屏蔽部分110。第一HF屏蔽部分110完全包围图像产生单元。用于视频信号80的电源和导线同样通过屏蔽90来屏蔽。屏蔽部件、即屏蔽90、第一HF屏蔽部分110和喇叭形HF屏蔽部分120彼此电气和机械连接，并且例如还可以连接到进入检查空间50的墙壁的主HF屏蔽。还可以通过经由光纤传输的光学信号的调制来传输视频信息。此外，可以将从第一HF屏蔽部分110内的图像产生单元到控制单元20的信息传输到例如频率为2.4GHz的HF载波上。

第一HF屏蔽部分110可以具有用于照相机的开口111、用于红外传感器的开口112和用于3D深度传感器的开口113。

喇叭形屏蔽部分120可以构造为矩形平截头体(Frustum)，其中，在将喇叭形屏蔽部分120与矩形的第一HF屏蔽部分连接时，喇叭形屏蔽部分具有进入窗口，进入窗口具有入口横截面，其中，矩形入口横截面的宽度或较大的长度的度量为a₀和对于，并且矩形入口横截面的高度或较小的长度的大小为b₀。在出口部分处，喇叭形屏蔽部分具有出口横截面，其同样是矩形的并且通过宽度a1和高度b1来定义。喇叭形屏蔽部分的深度以d给出。

如所提到的，在此，选择水平张角和垂直张角2θ或和2γ，使得从开口111至113发出的图像信号在其传播角上不受喇叭形部分干扰，或者如果受干扰，干扰仅最小。

现在，下面解释如何确定深度d，以便将通过开口111至113中的一个从第一HF屏蔽射出的HF场衰减到基本上不再影响MR信号的记录的程度。为此，必须特别是在MR设备的共振频率的范围内，也就是在围绕共振频率的测量带中，衰减HF场。在极化场B₀为1特斯拉的MR设备中，共振频率为大约42MHz，在1.5特斯拉的情况下为63MHz，并且在3特斯拉的情况下按照等式ω＝γ*B₀相应地更高，其中，γ是旋磁比，其大约为42MHz每特斯拉。用于检测MR信号的测量带为大约1至2MHz，从而在围绕共振频率的该频率范围内，接收线圈可以检测到MR信号或其它干扰HF信号。

现在，下面解释深度d必须如何构造，以便可能的电磁干扰(EMI)的衰减如此之强，使得不再干扰MR设备的信号检测。喇叭形屏蔽部分可以理解为在其截止波长f_c以下运行的喇叭形波导。

如在图4中可以看到的，计算基于具有波导管41和喇叭形天线区域42的喇叭天线40，其中，信号从喇叭形天线区域42发出。通过波导管的几何结构来确定喇叭天线的截止波长。通过比较图3和图4可以看到，根据本发明的系统100没有波导管41，而仅具有相应于喇叭天线42的喇叭形HF屏蔽部分。

如图5所示的波导管60的截止波长f_c或λ_c是如下频率，在该频率下半个波长等于最大宽度a，从而a等于λ_c/2。尺寸b、也就是波导的高度对此不重要。具有截止波长以下的频率的电磁能量不在波导管中传播。具有小于截止波长的频率的能量指数衰减并且在横穿距离d之后实现总衰减A，其通过已知的等式给出：

在MR设备的环境中的频率下，对于1特斯拉和3特斯拉，共振频率处于42MHz和126MHz之间。如果假定大小a大约为10cm，波长在3特斯拉下为λc/2＝117cm或在1.5特斯拉下为λ_c/2＝243cm，则该假设表明λ_c/2远大于a。这导致平方根下的成分是负的，由此产生复数，其中，仅虚部负责衰减，而实部确定发出的HF波的相位变化。如果现在λ_c/2远大于a，则上述等式1可以通过下面的等式来近似：

图6现在示意性地示出了可以如何针对喇叭形屏蔽部分120的深度d来计算衰减。喇叭形HF屏蔽部分120在开口处具有入口横截面121并且在出口表面122处具有出口横截面122。此外，相对于对称轴X示出了水平图像角，从而总水平图像角为2θ，如在图6中可以看到的。喇叭形屏蔽部分在入口表面121处具有宽度a₀，而在出口横截面处呈现宽度a₁。

通过在图6中示出的几何图形，现在可以利用下面的等式通过在深度方向X上进行积分来计算衰减：

如果例如假定水平张角2θ等于57度，则θ的正切大约为0.5，并且上述等式3可以通过下面的等式来近似：

由此，可以依据深度d来计算期望的屏蔽。在下面的表格中，针对不同的几何结构给出了所实现的衰减。如可以看到的，对于20或30cm的深度d，实现了超过30dB的衰减，这被视为是足够的。最小衰减、也就是下边界值例如可以处于20dB。当然也可以使用其它最小衰减边界值，例如10dB、15dB或25dB。

	a<sub>0</sub>[cm]	a<sub>1</sub>[cm]	d[cm]	A[dB]
					几何结构1	10	30	20	30
几何结构2	10	40	30	37

图7概括了为了提供用于产生图像数据的系统而可以执行的步骤。在步骤S71中该方法开始，并且在步骤S72中对图像产生单元设置第一HF屏蔽部分110。然后，可以在第二步骤S72中确定在图像产生单元中使用的传感器的水平张角和垂直张角，其中，由此可以确定喇叭形屏蔽部分120的张角。然后，在步骤S73中，如上面解释的那样，确定喇叭形屏蔽部分的深度。在选择张角和宽度时要考虑到，喇叭形屏蔽部分的宽度(也就是大小a₀)越宽，则衰减越小，其中，随着深度d增加，衰减又变大。由此，对于系统100的总体大小，张角、宽度a₀和深度d必须彼此调谐，使得在MR设备的共振频率的范围内实现期望的衰减。然后，可以在步骤S74中将具有特定深度的喇叭形屏蔽部分与第一屏蔽部分接合，从而实现在图3中示出的系统。在步骤S75中，该方法结束。

总结来说，通过上面描述的发明，实现了一种用于产生图像数据的系统，其能够有利地制造，因为不需要附加的光学系统用于在波导管中引导射束，其中，通过事先确定的MR设备的共振频率的范围内的衰减，仍然使从系统出发的可能的HF场对MR系统的影响最小化。喇叭形屏蔽部分不干扰图像数据的射束路径。此外，可以将所描述的系统与市场上可获得的视频装置或投影仪组合来产生图像。

Claims

1.一种用于在MR设备的检查空间(50)中产生图像数据的系统(100)，其中，所述系统具有：

-图像产生单元，用于产生图像数据，

-第一HF屏蔽部分(110)，其除了用于与环境交换图像数据的至少一个开口(111-113)以外，完全包围所述图像产生单元，

-喇叭形的第二HF屏蔽部分(120)，其围绕所述至少一个开口(111-113)布置并且与第一HF屏蔽部分(110)电气连接，其中，所述至少一个开口通到喇叭形的第二HF屏蔽部分(120)中，

其中，喇叭形的第二HF屏蔽部分(120)具有深度，选择所述深度，使得从图像产生单元通过所述至少一个开口(111-113)射出的HF场的衰减，在沿着所述深度传播通过喇叭形的第二HF屏蔽部分时，大于定义的下边界值，其中，HF场具有与MR设备的共振频率最大相差了定义的频率值的频率，

其中，喇叭形的第二HF屏蔽部分(120)在至少一个第一开口(111-113)处具有入口横截面，所述入口横截面小于喇叭形的第二HF屏蔽部分的相对的端部处的出口横截面，其中，所述入口横截面矩形地构造为具有宽度b，其中，在假定所述宽度远小于从喇叭形的第二HF屏蔽部分的方向上的所述至少一个开口射出的HF场的波长的条件下计算所述深度。

2.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所产生的图像数据的光学射束以图像角从图像产生单元出发，其中，喇叭形的第二HF屏蔽部分(120)的张角基本上由所述图像角确定。

3.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，喇叭形的第二HF屏蔽部分(120)具有矩形的横截面。

4.根据权利要求2所述的系统(100)，其特征在于，选择所述张角，使得喇叭形的第二HF屏蔽部分(120)不在所产生的图像数据中成像。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统(100)，其特征在于，所述图像产生单元具有照相机，其构造为记录MR设备的环境的图像数据。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的系统(100)，其特征在于，所述图像产生单元具有投影机，其构造为将图像数据投影到MR设备的预定区域上。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的系统(100)，其特征在于，所述图像产生单元具有红外照相机和/或3D深度传感器，用于确定深度传感器的视野中的三维运动。

8.一种用于确定系统(100)的喇叭形的第二HF屏蔽部分(120)的几何结构的方法，所述系统用于在MR设备的检查空间(50)中产生图像数据，其中，所述系统(100)具有用于产生图像数据的图像产生单元、第一HF屏蔽部分(110)和喇叭形的第二HF屏蔽部分(120)，所述方法具有以下步骤：

-提供第一HF屏蔽部分(110)，其除了用于与环境交换图像数据的至少一个开口(111-113)以外，完全包围图像产生单元，

-确定喇叭形的第二HF屏蔽部分(120)的深度，使得从图像产生单元通过所述至少一个开口(111-113)射出的HF场的衰减，在沿着所述深度传播通过喇叭形的第二HF屏蔽部分(120)时，大于定义的下边界值，其中，所述HF场具有与MR设备的共振频率最大相差了定义的频率值的频率，

-围绕所述至少一个开口(111-113)安装具有所确定的深度的喇叭形的第二HF屏蔽部分(120)，使得所述至少一个开口通到喇叭形的第二HF屏蔽部分(120)中，并且使得喇叭形的第二屏蔽部分与第一HF屏蔽部分电气连接，

其中，喇叭形的第二HF屏蔽部分(120)在至少一个第一开口处具有入口横截面，所述入口横截面小于喇叭形的第二HF屏蔽部分(120)的相对的端部处的出口横截面，其中，所述入口横截面矩形地构造为具有宽度b，其中，在假定所述宽度远小于从喇叭形的第二HF屏蔽部分的方向上的所述至少一个开口(111-113)射出的HF场的波长的条件下计算所述深度。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，为了确定所述深度，根据下面的等式计算HF场的衰减：

其中，A描述以dB为单位的衰减，

d描述喇叭形HF屏蔽部分的深度，

θ描述喇叭形HF屏蔽部分的张角，

a₀描述喇叭形HF屏蔽部分在所述至少一个开口处的宽度，

a(x)描述喇叭形HF屏蔽部分在所述深度的方向上的几何形状。