CN113805114A - 预测在磁共振装置中使用的模块的可能的故障 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在磁共振装置中使用的模块、一种系统以及一种用于预测模块的可能的故障的方法。该模块包括至少一个传感器，其被设计为用于采集该模块的至少一个模块参数的值。模块参数、特别是其所采集的值适合于根据其来预测模块的可能的故障。

Description

预测在磁共振装置中使用的模块的可能的故障

技术领域

本发明涉及一种在磁共振装置中使用的模块、一种系统以及一种用于预测模块的可能的故障的方法。

背景技术

磁共振断层成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)是一种用于产生患者的身体内部的图像的已知技术。为此，在磁共振装置中，通常在静态基本磁场上叠加快速切换的梯度脉冲。此外，高频激励信号从发射线圈入射到患者体内，作为其结果，磁共振信号被触发。磁共振信号由磁共振线圈接收。

为了记录具有高信噪比的磁共振信号，进行接收的磁共振线圈应尽可能地靠近患者的身体。为此，放置在身体上的局部线圈和/或表面线圈特别适合作为磁共振线圈。为了尽可能地遵循身体的轮廓，通常使用可弯曲的磁共振线圈，其可以柔性地匹配。

发明内容

由于磁共振线圈或者磁共振装置的其他单元的损坏而导致的故障可能会显著干扰磁共振装置的运行。特别地，可以将其视为本发明要解决的技术问题，要尽可能地避免这种干扰。

上述技术问题通过根据本发明的特征来解决。本发明还描述了有利的实施方式。

因此提出了一种在磁共振装置中使用的模块。在此，该模块包括至少一个传感器，该传感器被设计为，用于采集模块的至少一个模块参数的值。模块参数、特别是所采集的模块参数的值适合于根据其来预测模块的可能的故障。

优选地，模块包括接口，其被设计为将所采集的模块参数的值传输给评估单元，以便基于所采集的值来预测模块的可能的故障。

优选地，至少一个传感器是MR兼容的、尤其是非磁性的。

通过预测可能的故障，可以在早期识别出即将发生的故障，并且采取适当的措施。例如，由此可以在实际发生模块的故障之前，执行模块的更换。

特别地，模块可以包括可弯曲的磁共振线圈、电缆和/或冷却管线。特别地，电缆可以是可弯曲的电缆。恰好可弯曲的磁共振线圈和/或可弯曲的电缆由于作用在上面的机械负荷特别是存在损坏的风险。可弯曲的磁共振线圈尤其可以是可弯曲的局部线圈和/或表面线圈。有利地，根据所采集的可弯曲的电缆的模块参数可以在早期预测可能的电缆断裂。

例如，可弯曲的电缆可以安装到刚性的磁共振线圈上。刚性的磁共振线圈例如可以是膝关节线圈或腕关节线圈。

特别地，该电缆也可以是梯度线圈的供应电缆。由于高磁场中的高的梯度电流，经常会发生强烈的振动。因此，这些电缆暴露在特殊的应力下，从而预测可能的故障在此是特别有利的。

优选地，监测(例如在磁共振装置内的，在磁共振装置与设备柜之间的，和/或在设备柜内的)冷却管线。

优选地，至少一个模块参数描述了作用于模块的弯曲和/或温度。

除了机械负荷之外，还可能出现热负荷，热负荷可能导致模块的故障。因此，有利地还采集热负荷。

优选地，至少一个传感器包括至少一个弯曲传感器、光电二极管(特别是红外光电二极管(IR-photodiode))、光波导、温度传感器、烟雾传感器、流量传感器和/或湿度传感器。

弯曲传感器特别适合于采集描述了作用于模块的弯曲的模块参数。温度传感器特别适用于采集描述了作用于模块的温度的模块参数。

优选地，将至少一个弯曲传感器和/或至少一个温度传感器嵌入到模块中。例如，将至少一个弯曲传感器嵌入到可弯曲的磁共振线圈的平坦的层和/或天花板形的层中、特别是泡沫材料中。

此外，可以将至少一个弯曲传感器和/或至少一个温度传感器嵌入到可弯曲的电缆的绝缘材料中。

优选地，将弯曲传感器安装在遭受经常的弯曲变化的导线中，如扬声器电缆或EKG(心电图)电缆。

此外，安装的弯曲传感器还可以提供关于患者尺寸的信息，这例如可以实现更精确的SAR(比吸收率)计算或针对性地选择线圈元件或者适合患者的测量协议，从而可以实现改善图像重建。

有利地，温度传感器可以集成在霍尔传感器中。优选地，温度传感器被设计为用于采集输入到模块中的能量和/或热量、特别是在较长的时间段内进行记录。

优选地，至少一个传感器包括由至少一个光电二极管、特别是红外光电二极管和至少一个光波导形成的组合。例如，将至少一个光电二极管和至少一个光波导装入到模块中，使得当模块弯曲时，光波导也发生弯曲。优选地，光电二极管被设计为，测量由光波导引导的、在光波导的定义的出口位置的光的强度。例如，在光波导的一端布置发光二极管(LED)，其将光耦合到光波导中，并且在光波导的另一端布置光电二极管，其测量从该端出射的光。

光波导弯曲得越大，由光波导引导的、在弯曲位置从光波导出射的光就越强。因此，通过光波导的弯曲来监视由光波导引导的光的强度，其在光波导的定义的出口位置、特别是在光波导的端部出射。因此，由光电二极管采集的光的强度是对模块的弯曲的度量。

特别地，该实施方案可以实现忽略模块在各个点处的挠曲(Durchbiegung)，并且取而代之采集模块的整体形变。此外，可以利用简单的电子器件来运行光电二极管，并且基于光强度的评估也会很简单。特别地，在使用红外光电二极管的情况下，也可以利用热毯

实现运行，因为红外辐射会部分透射穿过热毯，因此，红外光电二极管也会检测穿过热毯散射的光。

优选地，可以借助弯曲传感器、温度传感器、流量传感器和/或湿度传感器来观察冷却管线的状态。

此外，还提出了一种系统，其包括前面描述的模块、评估单元和传输单元，传输单元用于将所采集的至少一个模块参数的值传输给评估单元。在此，评估单元被设计为，根据至少一个模块参数来预测模块的可能的故障。

优选地，评估单元包括存储器、特别是电子存储器，和/或计算单元、特别是可编程的计算单元。该计算单元优选地包括至少一个处理器。

优选地，评估单元被设计为，用于从不同磁共振装置的模块接收模块参数的值。特别地，该评估单元是中央服务器的一部分。优选地，不同的模块将其模块参数的值发送到该服务器，使得评估单元可以访问大型数据库。优选地，由此可以实现所谓的大数据分析。优选地，评估单元被设计为，将模块参数的值与另外的数据关联，以便能够做出更准确和/或更可靠的预测。

系统的另外的实施方式规定，系统包括至少一个附加的传感器，其位于至少一个模块外部并且用于采集至少一个模块参数。例如，在磁共振装置上安装一个或多个照相机，其可以采集模块的变形。

例如，在模块的表面上布置光波导。此外，模块在此包括光源、特别是发光二极管(LED)，其将光耦合到光波导中。再次从光波导耦合输出的光分量可以通过布置在模块外部的照相机来采集。由此可以推断出模块的弯曲。

此外，还提出了一种用于预测前面描述的模块的可能的故障的方法。

所提出的用于预测可能的故障的方法的优点基本上相应于模块或系统的优点，这些优点已在上文进行了详细的阐述。在此提到的特征、优点或替换的实施方式也可以被转用到其他要求保护的对象，反之亦然。

换言之，与物有关的对象也可以利用结合方法描述或要求保护的特征进行扩展。在此，方法的相应的功能特征由相应的与物有关的单元形成。

用于预测模块的可能的故障的方法包括：通过模块的至少一个传感器采集模块的至少一个模块参数的值；通过评估单元分析至少一个模块参数的值；并且输出模块的可能的故障的预测值。

所采集的值例如可以是电气值、特别是电阻值、电流值和/或电压值。

基于所输出的预测值例如可以计划维护措施和/或服务工作。

至少一个模块参数尤其可以通过远程数据传输被传输到评估单元。因此，评估单元可以远离磁共振装置运行，模块与磁共振装置一起运行。

特别地，可以在输出单元上进行输出，例如磁共振装置的运营商和/或制造商可以访问该输出单元。由此，运营商和/或制造商可以计划模块的可用性和/或必要的更换。

优选地，将所采集的至少一个模块参数的每个值与时间相关联，即为这些值配备时间戳。

例如，将所采集的电气值与采集的时间点相关联。特别地，由此可以导出电气值的时间走向。根据时间走向例如可以识别出模块的磨损，例如可弯曲的电缆的磨损。

优选地，通过对输入数据应用模型和/或训练函数来执行分析，其中输入数据基于至少一个模块参数。

优选地，尤其是仅仅在所采集的模块参数和损坏的模块的故障时间点上已经对训练函数进行了训练。过去积累的数据可以用于对函数进行训练。

优选地，训练函数基于神经网络、特别是LSTM(long short-term memory，长短期记忆)网络或GRU(gated recurrent unit，门控递归单元)网络。

优选地，模型和/或训练函数取决于模块与磁共振装置的其他部分的连接过程的次数和/或模块的至少一次弯曲的(特别是累积的)持续时间和/或模块的弯曲的(特别是平均的)程度和/或模块的弯曲的(特别是平均的)程度随时间的变化和/或模块的投入运行的时间点和/或模块的运行时间。

所提到的、模块与磁共振装置的其他部分的连接过程例如可以包括磁共振线圈的插接过程。其可以提供针对磁共振线圈的磨损的线索。

持续时间和/或挠曲的程度也是模块负荷的可能的另外的度量。模块的投入运行的时间点(尤其可以从其中导出模块的年龄)和运行时间提供针对模块的磨损的进一步的线索。

此外，还提出了一种计算机程序产品，其包括程序并且可直接加载到评估单元的可编程计算单元的存储器中并且具有程序装置、例如程序库和辅助功能，以便当在计算单元中执行计算机程序产品时，执行根据本发明的方法。在此，计算机程序产品可以包括软件，其具有源代码或可执行的软件代码，该源代码仍然需要被编译和绑定或只需要被解释，该可执行的软件代码只需要被加载到计算单元中以执行。计算机程序产品可以快速、可相同重复且鲁棒地执行根据本发明的方法。该计算机程序产品被配置为，可以借助计算单元执行根据本发明的方法步骤。有利地，计算单元分别具有前提条件，例如相应的主存储器、相应的显卡或相应的逻辑单元，由此可以高效地执行相应的方法步骤。

例如，计算机程序产品可以存储在计算机可读的介质上，或存储在网络或服务器上，从那里可以将计算机程序产品加载到本地计算单元的处理器中。此外，计算机程序产品的控制信息可以存储在电子可读的数据载体上。电子可读的数据载体的例子是DVD、磁带或USB棒，在电子可读的数据载体上储存电子可读的控制信息、特别是软件。

当从数据载体中读取这些控制信息并且将其存储在所述磁共振装置的系统控制单元中时，可以执行前面描述的方法的根据本发明的所有实施方式。因此，本发明也可以涉及上述的计算机可读的介质和/或上述的电子可读的数据载体。

附图说明

根据下面描述的实施例并且参照附图得出本发明的另外的优点、特征和细节。在所有的附图中，彼此相应的部件具有相同的附图标记。

附图中：

图1以示意图示出了磁共振装置；

图2示出了磁共振线圈和电缆，其作为在磁共振装置中使用的模块；

图3示出了用于预测模块的可能的故障的方法的框图；

图4示出了用于预测模块的可能的故障的、可能的LSTM网络架构的概览。

具体实施方式

在图1中示意性示出了磁共振装置10。磁共振装置10包括具有主磁体12的磁体单元11，主磁体用于产生强的且特别是时间上恒定的主磁场。此外，磁共振装置10包括用于容纳患者15的患者容纳区域14。本实施例中的患者容纳区域14被设计为圆柱形的，并且在圆周方向上被磁体单元11以圆柱形包围。然而，原则上，任何时候也可以想到患者容纳区域14的与此不同的设计。患者15可以借助磁共振装置10的患者安置装置16移动进入患者容纳区域14。为此，患者安置装置16具有患者台17，其被设计为可在患者容纳区域14内移动。

此外，磁体单元11具有梯度线圈单元18，其用于产生用于在成像期间进行位置编码的磁场梯度。梯度线圈单元18借助磁共振装置10的梯度控制单元19进行控制。此外，磁体单元11包括高频天线单元20，其在本实施例中被设计为固定地集成在磁共振装置10中的身体线圈。高频天线单元20被设计为用于激励位于由主磁体12产生的主磁场13中的原子核。高频天线单元20由磁共振装置10的高频天线控制单元21进行控制，并且将高频磁共振序列入射到基本上由磁共振装置10的患者容纳区域14形成的检查空间中。此外，高频天线单元20被设计为用于接收磁共振信号。

为了控制主磁体12、梯度控制单元19并且为了控制高频天线控制单元21，磁共振装置10具有系统控制单元22。系统控制单元22中央地控制磁共振装置10，例如执行预定的成像梯度回波序列。此外，系统控制单元22包括未详细示出的评估单元，其用于评估在磁共振检查期间采集的医学图像数据。此外，磁共振装置10包括与系统控制单元22连接的用户界面23。控制信息、例如成像参数，以及重建的磁共振图像可以为医学操作人员显示在用户界面23的显示单元24上、例如至少一个显示器上。此外，用户界面23具有输入单元25，在测量过程期间医学操作人员可以借助输入单元来输入信息和/或参数。

磁共振装置10通过可弯曲的电缆102与可弯曲的磁共振线圈100连接。可弯曲的电缆102和可弯曲的磁共振线圈100是在磁共振装置10中使用的示例性模块。磁共振线圈100包括传感器101，传感器被设计为，用于采集磁共振线圈100的至少一个模块参数的值，其中，模块参数适合于根据其来预测磁共振线圈100的可能的故障。

所采集的值可以通过传输单元、特别是通过远程数据传输被传输到评估单元200。评估单元被设计为根据至少一个模块参数来预测模块的可能的故障。

优选地，评估单元200被设计为，从不同的磁共振装置的模块接收模块参数的值(在此未示出)。

在磁共振装置10上，附加的传感器103布置在可弯曲的磁共振线圈100外部。该传感器103、例如照相机也适合用于采集至少一个模块参数、例如弯曲。

在图2中，作为在磁共振装置中使用的模块示例性示出了可弯曲的磁共振线圈101和可弯曲的电缆102。可弯曲的磁共振线圈101和可弯曲的电缆102包括多个弯曲传感器102，其被设计为用于采集可弯曲的磁共振线圈101和可弯曲的电缆102的弯曲。因此，模块参数在此描述了作用于可弯曲的磁共振线圈101的弯曲。

可以想到，模块参数还描述了其他属性，例如作用于可弯曲的磁共振线圈101的温度。在这种情况下，该模块有利地包括温度传感器。

图3中示意性示出了用于预测模块、例如可弯曲的磁共振线圈或可弯曲的电缆102的可能的故障的方法。在S10中，通过模块的至少一个传感器来采集模块的至少一个模块参数的值。在S20中，通过评估单元对至少一个模块参数进行分析。在S30中，输出模块的可能的故障的预测值。

S20中的分析例如通过对输入数据应用模型和/或训练函数来执行，其中输入数据基于至少一个模块参数。

优选地，训练函数的至少一个参数基于与已经针对其他模块采集了的模块参数的比较。例如，采集多个磁共振线圈100的模块参数，这些磁共振线圈也可以在不同的磁共振装置上运行。

特别地，可以在所采集的模块参数和损坏的模块的故障时间点上对训练函数进行训练。

在此，可以使用神经网络、特别是LSTM(长短期记忆)网络或GRU(门控递归单元)网络。图4示例性示出了针对任意数量的特征的可能的LSTM网络架构的概览。在此，输入数据具有以下排列：input_shape＝(sequence_length,nb_features)。

最后，还要再次指出，上面详细描述的方法以及所示模块和磁共振装置只是实施例，本领域技术人员可以以不同的方式对其进行修改，而不脱离本发明的范围。此外，不定冠词“一”或“一个”的使用并不排除所涉及的特征也可以存在多次。同样地，术语“单元”并不排除所涉及的部件由多个共同作用的子部件组成，这些子部件也可能在空间上分布。

Claims (14)

1.一种在磁共振装置中使用的模块，

其中，所述模块包括至少一个传感器，所述传感器被设计为，用于采集所述模块的至少一个模块参数的值，

其中，所述模块参数适用于根据所述模块参数来预测模块的可能的故障。

2.根据权利要求1所述的模块，

其中，所述模块包括可弯曲的磁共振线圈、电缆和/或冷却管线。

3.根据权利要求1或2所述的模块，

其中，所述至少一个模块参数描述了作用于所述模块的弯曲和/或温度。

4.根据上述权利要求中任一项所述的模块，

其中，至少一个传感器包括至少一个弯曲传感器、红外二极管、光波导、温度传感器、烟雾传感器、流量传感器和/或湿度传感器。

5.一种系统，包括

-根据权利要求1至4中任一项所述的模块，

-评估单元，

-传输单元，所述传输单元用于将所采集的至少一个模块参数的值传输给评估单元，

其中所述评估单元被设计为，根据至少一个模块参数来预测模块的可能的故障。

6.根据权利要求5所述的系统，

其中所述评估单元被设计为，用于从不同磁共振装置的模块接收模块参数的值。

7.根据权利要求5或6所述的系统，

其中所述系统包括至少一个附加的传感器，所述附加的传感器位于至少一个模块外部并且用于采集至少一个模块参数。

8.一种用于预测根据权利要求1至4中任一项所述的模块的可能的故障的方法，所述方法包括

-通过模块的至少一个传感器来采集模块的至少一个模块参数的值，

-通过评估单元对至少一个模块参数进行分析，并且

-输出模块的可能的故障的预测值。

9.根据权利要求8所述的方法，

其中所述分析通过将模型和/或训练函数应用于输入数据来执行，

其中，所述输入数据基于至少一个模块参数。

10.根据权利要求9所述的方法，

其中所述训练函数的至少一个参数基于与已经针对其他模块采集了的模块参数的比较。

11.根据权利要求9或10所述的方法，

其中，尤其是仅仅在所采集的模块参数和损坏的模块的故障时间点上已经对所述训练函数进行了训练。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，

其中，所述训练函数基于神经网络、特别是基于LSTM(长短期记忆)网络或GRU(门控递归单元)网络。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，

其中模型和/或训练函数取决于

-所述模块与磁共振装置的其他部分的连接过程的次数，和/或

-所述模块的至少一次弯曲的特别是累积的持续时间，和/或

-所述模块的弯曲的特别是平均的程度，和/或

-所述模块的弯曲的特别是平均的程度随时间的变化，和/或

-所述模块的投入运行的时间点，和/或

-所述模块的运行时间。

14.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括程序并且能够直接加载到评估单元的可编程计算单元的存储器中，具有程序装置，以便当在所述评估单元中执行程序时，执行根据权利要求7至13中任一项所述的方法。

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