CN109419508A - 实现磁共振条件安全植入物扫描安全的系统、装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现磁共振条件安全植入物扫描安全的系统、装置及方法，设置了FPO单元，将从MR设备的射频功率传感器接收的射频功率信号转换为射频功率参数，及将从MR设备的MR的梯度功率传感器接收的梯度功率信号转换梯度功率参数，当检测到射频功率参数超过射频功率限制值或/和梯度功率参数超过梯度功率限制值时，发送关闭信号，将MR设备中的设备功率放大器或/和梯度功率放大器关闭。这样，就在不修改MR设备的软件情况下，使得MR设备实现FPO模式，工作量小且容易实施。
Description
技术领域
本发明涉及核磁共振技术，特别是一种实现磁共振条件安全植入物扫描安全的系统、装置及方法。
背景技术
磁共振成像(MRI)应用在患者全身各系统的成像诊断中，在对患者进行MRI时，必须保证患者的安全性。因此，MRI的安全参数选择就是必不可少的，固定参数选择 (FPO，TheFixed PARAMETER OPTION)目的是在实现磁共振条件安全植入物扫描的过程中限制射频参数及梯度输出参数，在这里，射频参数包括射频的峰值和射频的均方根值(RMS)，RMS也可以是平均值，梯度输出参数包括梯度输出的峰值和梯度输出的均方根值，梯度输出的均方根值也可以是平均值。
为了上述目的，磁共振(MR)的设备生产商在生产MR时，需要保证MR设备能够实现FPO，也就是MR设备能够控制输出参数不超过FPO的规定值，在MR设备上实现 FPO模式。在MR设备的FPO模式下进行MRI，如果出现控制失误，使得输出参数超过 FPO的规定值，就会使得患者严重受伤，甚至死亡。因此，就需要在MR设备中安装相适应的软件进行安全监控及保护。但是，如果在MR设备中引入FPO模式，就需要在 MR设备中重新设置软件，这样对MR设备的改动性大，工作量大且不容易实施。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种实现磁共振条件安全植入物扫描安全的系统，该系统能够在不修改MR设备的软件情况下，使得MR设备实现FPO模式。
本发明提出了一种实现磁共振条件安全植入物扫描安全的装置，该装置能够在不修改MR设备软件的情况下，使得MR设备实现FPO模式。
本发明提出了一种实现磁共振条件安全植入物扫描安全的方法，该方法能够在不修改MR设备软件的情况下，使得MR设备实现FPO模式。
本发明是这样实现的：
一种实现磁共振条件安全植入物扫描安全的系统，包括：磁共振MR设备及固定参数选择FPO单元，MR设备中包括射频功率传感器、梯度功率传感器、射频功率放大器 RFPA单元及梯度功率放大器GPA单元，其中，
FPO单元接收射频功率传感器发送的射频功率信号，转换为射频功率参数，接收梯度功率传感器发送的梯度功率信号，转换为梯度功率参数，当检测到射频功率参数超过射频功率限制值或/和梯度功率参数超过梯度功率限制值时，发送关闭信号，控制RFPA 单元或/和GPA单元关闭。
较佳地，所述MR设备中还包括控制器，控制器对射频功率传感器、梯度功率传感器、RFPA单元及GPA单元进行控制，在控制器与RFPA单元及GPA单元之间的串联路径上设置开关，由所述关闭信号通过控制开关，控制对RFPA单元和GPA单元的关闭。
较佳地，所述射频功率传感器独立设置，或集成在RFPA单元中；所述梯度功率传感器独立设置或集成在GPA单元中。
较佳地，所述射频功率参数是通过对所述射频功率信号进行计算得到的射频功率峰值及平均值，所述射频功率限制值包括射频功率峰值限制值及平均值限制值；
所述梯度功率参数是通过对所述梯度功率信号进行计算得到的梯度功率峰值及平均值，所述梯度功率限制值包括梯度功率峰值限制值及梯度功率平均限制值。
一种实现磁共振条件安全植入物扫描安全的装置，包括：数字控制模块，和射频功率信号及梯度功率信号的处理模块，其中，
数字控制模块控制射频功率信号及梯度功率信号处理模块，接收MR设备中的射频功率传感器发送的射频功率信号后，转换为射频功率参数，接收MR设备中的梯度功率传感器发送的梯度功率信号后，转换为梯度功率参数；
数字控制模块当检测到射频功率参数超过射频功率限制值或/和梯度功率参数超过梯度功率限制值时，发送关闭信号，控制MR设备中的RFPA单元或/和MR设备中的 GPA关闭。
较佳地，所述射频功率参数是通过对所述射频功率信号进行计算得到的射频功率峰值及平均值，所述射频功率限制值包括射频功率峰值限制值及平均值限制值；
所述梯度功率参数是通过对所述梯度功率信号进行计算得到的梯度功率峰值及平均值，所述梯度功率限制值包括梯度功率峰值限制值及梯度功率平均限制值。
较佳地，所述射频功率信号及梯度功率信号的处理模块由射频功率信号的处理模块及梯度功率信号的处理模块组成，其中，
所述MR设备中的射频功率传感器中集成所述射频功率信号的处理模块，对检测的射频功率信号转换为射频功率参数；
所述MR设备中的梯度功率传感器集成所述梯度功率信号的处理模块，对检测的梯度功率信号，转换为梯度功率参数；
所述射频功率传感器将所述射频功率参数发送给所述数字控制模块，所述梯度功率传感器将所述梯度功率参数发送给所述数字控制模块。
较佳地，所述装置与上位机或控制系统交互信息。
较佳地，所述装置还包括存储模块，存储数字控制模块的信号及数据；
或/和，还包括用户界面模块，与数字控制模块交互各种信息；
或/和，还包括电源监控与看门狗模块，监控所述装置的电源状态，当判定所述装置的电源状态不符合要求时，关闭RFPA单元和GPA单元；监控数字控制模块的生存状态，在其中的软件运行失败时进行重置。
或/和，还包括通用输入输出接口，进行所述装置的外部通信。
一种实现磁共振条件安全植入物扫描安全的方法，包括：
采集MR设备中的射频功率信号或/和梯度功率信号；
将所述射频功率信号转换为射频功率参数，将所述梯度功率信号转换为梯度功率参数；
当检测到射频功率参数超过射频功率限制值或/和梯度功率参数超过梯度功率限制值时，发送关闭信号，控制MR设备的RFPA单元或/和GPA单元关闭。
较佳地，所述射频功率参数包括射频功率峰值及平均值，是由所述射频功率信号经过整形、放大、滤波及模数转换后，再进行计算得到的，所述射频功率限制值包括射频功率峰值限制值及平均值限制值；
所述梯度功率参数包括梯度功率峰值及平均值，是由所述梯度功率信号经过整形、放大、滤波及模数转换后，再进行计算得到的，所述梯度功率限制值包括梯度功率峰值限制值及梯度功率平均限制值。
从上述方案中可以看出，本发明设置了FPO单元，将从MR设备的射频功率传感器接收的射频功率信号转换为射频功率参数，及将从MR设备的MR的梯度功率传感器接收的梯度功率信号转换梯度功率参数，当检测到射频功率参数超过射频功率限制值或/和梯度功率参数超过梯度功率限制值时，发送关闭信号，将MR设备中的设备功率放大器或/和梯度功率放大器关闭。这样，就在不修改MR设备的软件情况下，使得MR设备实现FPO模式，工作量小且容易实施。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
图1为本发明提供的实现磁共振条件安全植入物扫描安全的系统结构示意图。
图2为本发明提供的实现磁共振条件安全植入物扫描安全的装置结构示意图。
图3为本发明提供的射频功率信号及梯度功率信号处理模块202的处理过程示意图。
图4为本发明提供的数字控制模块201处理过程示意图。
图5为本发明提供的实现磁共振条件安全植入物扫描安全的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。
由于已有MR设备安装的软件基于的是IEC标准中的B类型，如果采用对已有MR 设备的硬件进行监控或支持的方式实现FPO模式，则不需要在已有MR设备安装IEC标准的C类型软件，保留已有MR设备的IEC标准中的B类型的软件就能够解决。因此，在本发明中，独立设置FPO单元，该单元将从MR设备的射频功率传感器接收的射频功率信号转换为射频功率参数，及将从MR设备的MR的梯度功率传感器接收的梯度功率信号转换梯度功率参数后，当检测到射频功率参数超过射频功率限制值或/和梯度功率参数超过梯度功率限制值时，发送关闭信号，将MR设备中的设备功率放大器或/和梯度功率放大器关闭。
这样，就在不修改MR设备的软件情况下，使得MR设备实现FPO模式，工作量小且容易实施。由于FPO单元是独立的，所以其可以灵活地并简便地为已有MR设备实现 FPO模式。
图1为本发明提供的实现磁共振条件安全植入物扫描安全的系统结构示意图，该系统在图中标识为系统10，包括：MR设备101及FPO单元102，MR设备101中包括射频功率传感器1011、梯度功率传感器1012、射频功率放大器(RFPA)单元1013及梯度功率放大器(GPA)单元1014，其中，
FPO单元102接收射频功率传感器1011发送的射频功率信号，转换为射频功率参数，接收梯度功率传感器1012发送的梯度功率信号，转换为梯度功率参数，当检测到射频功率参数超过射频功率限制值或/和梯度功率参数超过梯度功率限制值时，发送关闭信号，控制RFPA单元1013或/和GPA单元1014关闭。
在该系统中，FPO单元102可以与MR设备101进行通信，交互各种信息，也可以通过心跳信号对MR设备101的运行状态进行监控。为了保证FPO单元102与MR设备 101的通信可靠性，可以采用冗余校验(CRC)技术或其他技术实现通信。
在该系统中，FPO单元102可以实时监控MR设备101的射频功率信号及梯度功率信号，并分别进行整形、放大、过滤、模数转换及计算后，分别得到射频功率参数及梯度功率参数，当射频功率参数超过射频功率限制值或/和梯度功率参数超过梯度功率限制值时，就关闭GPA单元1014或/和RFPA单元1013。
在该系统中的MR设备中，还包括控制器1015，控制器1015对射频功率传感器1011、梯度功率传感器1012、RFPA单元1013及GPA单元1014进行控制，在控制器1015与 RFPA单元1013及GPA单元1014之间的串联路径上设置开关，由所述关闭信号通过控制开关，实现对RFPA单元1013和GPA单元1014的关闭。
在该系统中，所述射频功率传感器1011可以为射频线圈中的拾波线圈，或者为射频传导路径上的射频检测器等；所述梯度功率传感器1012为梯度线圈或GPA单元1014中的电流传感器等。
在该系统中，为了保证射频功率传感器1011及梯度功率传感器1012的可靠性，分别可以采用冗余传感器，并将采集得到的信号与实时传感器采集的信号进行比较，进一步确定可靠性。
在该系统中，所述射频功率传感器1011可以独立设置，也可以集成在RFPA单元1013 中；所述梯度功率传感器1012可以独立设置，也可以集成在GPA单元1014中。
在该系统中，FPO单元102可以支持具有控制保护(CP)功能安全结构的MR设备 101或具有控制保护保护(CPP)功能安全结构的MR设备101。对于CP结构的MR设备中，包括一条控制路径和一条保护路径，在这种情况下，FPO单元102可以充当一条保护路径并且实现自动自检的该保护路径；对于CPP结构的MR设备中，包括一条控制路径和两条保护路径，则FPO单元102可以充当一条辅助保护路径并且不需要实现自动自检保护该保护路径，而是由另一条保护路径进行检测。
图2为本发明提供的实现磁共振条件安全植入物扫描安全的装置结构示意图，该装置在图示标注为装置20，包括：数字控制模块201，和射频功率信号及梯度功率信号的处理模块202，其中，
数字控制模块201控制射频功率信号及梯度功率信号处理模块202，接收MR设备中的射频功率传感器1011发送的射频功率信号后，转换为射频功率参数，接收MR设备中的梯度功率传感器1012发送的梯度功率信号后，转换为梯度功率参数；
数字控制模块201检测射频功率参数是否超过射频功率限制值或/和梯度功率参数超过梯度功率限制值；
当数字控制模块201检测射频功率参数超过射频功率限制值或/和梯度功率参数超过梯度功率限制值时，发送关闭信号，控制MR设备中的RFPA单元1013或/和MR设备中的GPA1012关闭。
在该装置中，所述数字控制模块201是FPO单元的主要控制部件，其可以采用多种方式实现，比如采用集成控制核心的现场可编程门阵列(FPGA)实现、采用FPGA与复杂可编程逻辑器件(GPLD)之间的交互实现、采用数字信号处理(DSP)或微控制单元 (MCU)与FPGA之间的交互实现或采用DSP或MCU与协处理器之间的交互实现。控制核心可以采用微软公司或ARM公司的处理器，在控制核心、DSP或MCU装载Linux 操作系统或视窗操作系统，基于这些操作系统可以设置各种类型的软件。
在该装置中，所述射频功率信号及梯度功率信号的处理模块202由射频功率信号的处理模块及梯度功率信号的处理模块组成。在这种情况下，所述MR设备101中的射频功率传感器1011中集成所述射频功率信号的处理模块，对检测的射频功率信号转换为射频功率参数；所述MR设备101中的梯度功率传感器1012集成所述梯度功率信号的处理模块，对检测的梯度功率信号，转换为梯度功率参数；所述射频功率传感器1011将所述射频功率参数发送给所述数字控制模块201，所述梯度功率传感器1012将所述梯度功率参数发送给所述数字控制模块201。在这里，所述发送通过数字通讯传递。
在该装置中，射频功率信号及梯度功率信息号的处理模块202就可以集成在MR设备中，由MR设备中得到射频功率参数及梯度功率参数后，再由数字控制模块201处理。
在该装置中，所述射频功率参数包括射频功率峰值及射频功率平均值，是由射频功率信号经过整形、放大、滤波及模数转换后，再进行计算得到的。所述射频功率限制值为射频功率峰值限制值及射频功率平均限制值。
在该装置中，所述梯度功率参数包括梯度功率峰值及梯度功率平均值，是由梯度功率信号经过整形、放大、滤波及模数转换后，再进行计算得到的。所述梯度功率限制值为梯度功率峰值限制值及梯度功率平均限制值。
图3为本发明提供的射频功率信号及梯度功率信号处理模块202的处理过程示意图，如图所示：
射频功率信号及梯度功率信号处理模块202接收射频功率信号，所述射频功率信号为0到90度范围的信号，通过定向耦合器301进行信号分类，经过第一信号处理器302 的信号整形、放大及过滤，再进行射频功率检测器303的检测，最后进行第一模数芯片 304的模数转换后，得到模数转换后的射频功率信号；
射频功率信号及梯度功率信号处理模块202接收梯度功率信号，经过第二信号处理器305的信号整形、放大及过滤，进行第二模数芯片306的模数转换后，得到模数转换后的梯度功率信号。
在该装置中，射频功率信号及梯度功率信号处理模块202及数字控制模块201之间通过串口传输模数转换后的射频功率信号及模数转换后的梯度功率信号，或者并行通信传输模数转换后的射频功率信号及模数转换后的梯度功率信号。其中，串口为通用串行总线(USB)、高速串行计算机扩展总线(PCI-E)或控制器局域网络总线(CAN)，并行通信可以是有线通信、光电通信或无线通信。
图4为本发明提供的数字控制模块201处理过程示意图，包括：
数字控制模块201从射频功率信号及梯度功率信号处理模块202获取到模数转换后的射频功率信号，进行频率修正补偿401、数字下变频402及振幅提取403后，进行射频功率计算404，得到射频功率平均值405和射频功率峰值，将得到的射频功率峰值和平均值与射频功率限制值比较406，当超过后，发送关闭RFPA单元1013的关闭信号407；
数字控制模块201从射频功率信号及梯度功率信号处理模块202获取到模数转换后的梯度功率信号，进行磁感应强度的变化率408的计算，得到梯度功率平均值409及梯度功率峰值，将得到的梯度功率平均值及梯度功率峰值与梯度功率限制值进行比较410，当超过后，发送关闭GPA单元1014的关闭信号407。
该装置还可以与上位机或控制系统203交换信息，比如患者诊疗信息等，并通过心跳信号监测上位机或控制系统203的生存状态。该装置在与上位机或控制系统203,可串行通信或并行通信，串行通信可以通过USB、PCI-E或CAN进行，并行通信可以是有线通信、光电通信或无线通信。
在该装置中，还包括存储模块204，作为数字控制模块201的存储介质，存储信号及数据等，其可以是闪存(flash)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、固态硬盘或硬盘驱动器(HDD)等。
在该装置中，还包括用户界面模块205，用户通过用户界面模块205与数字控制模块201交互各种信息。
在该装置中，还包括电源监控与看门狗模块206，监控所述装置的电源状态，当判定所述装置的电源状态不符合要求时，关闭RFPA单元1013和GPA单元1014。电源监控与看门狗模块206监控数字控制模块201的生存状态，在其中的软件运行失败时进行重置。
在该装置中，还包括通用输入输出接口207，进行所述装置的外部通信，可以是数字或模拟的，也可以是有线或无线的。
图5为本发明提供的实现磁共振条件安全植入物扫描安全的方法流程图，其具体步骤为：
步骤501、采集MR设备中的射频功率信号或/和梯度功率信号；
步骤502、将所述射频功率信号转换为射频功率参数，将所述梯度功率信号转换为梯度功率参数；
步骤503、当检测到射频功率参数超过射频功率限制值或/和梯度功率参数超过梯度功率限制值时，发送关闭信号，控制MR设备的RFPA单元或/和GPA单元关闭。
在该方法中，所述射频功率参数包括射频功率峰值及平均值，是由所述射频功率信号经过整形、放大、滤波及模数转换后，再进行计算得到的，所述射频功率限制值包括射频功率峰值限制值及平均值限制值。所述射频功率限制是基于IEC标准设置的。
在该方法中，所述梯度功率参数包括梯度功率峰值及平均值，是由所述梯度功率信号经过整形、放大、滤波及模数转换后，再进行计算得到的，所述梯度功率限制值包括梯度功率峰值限制值及梯度功率平均限制值。所述射频功率限制是基于IEC标准设置的。
本发明的方案在MR设备实现FPO模式时，对MR设备的硬件和软件修改小，对修改约束也少，由于是独立设置的FPO单元，很容易成为MR设备的可选部件，其支持各种结构类型的MR设备，节省成本及易于实施。本发明提供的FPO单元可以扩展，支持 MR设备的射频功率及梯度功率的在线监测。本发明提供的FPO单元将对MR设备的射频功率及梯度功率监测进行集成，并内部置入了电源监控及看门狗监控，保证FPO单元的正常运行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种实现磁共振条件安全植入物扫描安全的系统，其特征在于，包括：磁共振MR设备(101)及固定参数选择FPO单元(102)，MR设备(101)中包括射频功率传感器(1011)、梯度功率传感器(1012)、射频功率放大器RFPA单元(1013)及梯度功率放大器GPA单元(1014)，其中，
FPO单元(102)接收射频功率传感器(1011)发送的射频功率信号，转换为射频功率参数，接收梯度功率传感器(1012)发送的梯度功率信号，转换为梯度功率参数，当检测到射频功率参数超过射频功率限制值或/和梯度功率参数超过梯度功率限制值时，发送关闭信号，控制RFPA单元(1013)或/和GPA单元(1014)关闭。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述MR设备(101)中还包括控制器(1015)，控制器(1015)对射频功率传感器(1011)、梯度功率传感器(1012)、RFPA单元(1013)及GPA单元(1014)进行控制，在控制器(1015)与RFPA单元(1013)及GPA单元(1014)之间的串联路径上设置开关，由所述关闭信号通过控制开关，控制对RFPA单元(1013)和GPA单元(1014)的关闭。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述射频功率传感器(1011)独立设置，或集成在RFPA单元(1013)中；所述梯度功率传感器(1012)独立设置或集成在GPA单元(1014)中。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述射频功率参数是通过对所述射频功率信号进行计算得到的射频功率峰值及平均值，所述射频功率限制值包括射频功率峰值限制值及平均值限制值；
所述梯度功率参数是通过对所述梯度功率信号进行计算得到的梯度功率峰值及平均值，所述梯度功率限制值包括梯度功率峰值限制值及梯度功率平均限制值。
5.一种实现磁共振条件安全植入物扫描安全的装置，其特征在于，包括：数字控制模块(201)，和射频功率信号及梯度功率信号的处理模块(202)，其中，
数字控制模块(201)控制射频功率信号及梯度功率信号处理模块(202)，接收MR设备(101)中的射频功率传感器(1011)发送的射频功率信号后，转换为射频功率参数，接收MR设备(101)中的梯度功率传感器(1012)发送的梯度功率信号后，转换为梯度功率参数；
数字控制模块(201)当检测到射频功率参数超过射频功率限制值或/和梯度功率参数超过梯度功率限制值时，发送关闭信号，控制MR设备(101)中的RFPA单元(1013)或/和MR设备中的GPA(1012)关闭。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述射频功率参数是通过对所述射频功率信号进行计算得到的射频功率峰值及平均值，所述射频功率限制值包括射频功率峰值限制值及平均值限制值；
所述梯度功率参数是通过对所述梯度功率信号进行计算得到的梯度功率峰值及平均值，所述梯度功率限制值包括梯度功率峰值限制值及梯度功率平均限制值。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述射频功率信号及梯度功率信号的处理模块(202)由射频功率信号的处理模块及梯度功率信号的处理模块组成，其中，
所述MR设备(101)中的射频功率传感器(1011)中集成所述射频功率信号的处理模块，对检测的射频功率信号转换为射频功率参数；
所述MR设备(101)中的梯度功率传感器(1012)集成所述梯度功率信号的处理模块，对检测的梯度功率信号，转换为梯度功率参数；
所述射频功率传感器(1011)将所述射频功率参数发送给所述数字控制模块(201)，所述梯度功率传感器(1012)将所述梯度功率参数发送给所述数字控制模块(201)。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括存储模块(204)，存储数字控制模块(201)的信号及数据；
或/和，还包括用户界面模块(205)，与数字控制模块(201)交互各种信息；
或/和，还包括电源监控与看门狗模块(206)，监控所述装置的电源状态，当判定所述装置的电源状态不符合要求时，关闭RFPA单元(1013)和GPA单元(1014)；监控数字控制模块(201)的生存状态，在其中的软件运行失败时进行重置；
或/和，还包括通用输入输出接口(207)，进行所述装置的外部通信。
9.一种实现磁共振条件安全植入物扫描安全的方法，其特征在于，包括：
采集MR设备中的射频功率信号或/和梯度功率信号；
将所述射频功率信号转换为射频功率参数，将所述梯度功率信号转换为梯度功率参数；
当检测到射频功率参数超过射频功率限制值或/和梯度功率参数超过梯度功率限制值时，发送关闭信号，控制MR设备的RFPA单元或/和GPA单元关闭。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述射频功率参数是通过对所述射频功率信号进行计算得到的射频功率峰值及平均值，所述射频功率限制值包括射频功率峰值限制值及平均值限制值；
所述梯度功率参数是通过对所述梯度功率信号进行计算得到的梯度功率峰值及平均值，所述梯度功率限制值包括梯度功率峰值限制值及梯度功率平均限制值。
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