CZ302506B6

CZ302506B6 - Device for sensing temperature and intended for measuring cell of apparatus for imaging by means of nuclear magnetic resonance

Info

Publication number: CZ302506B6
Application number: CZ20060574A
Authority: CZ
Inventors: Smrcka@Pavel; Hána@Karel; Kašpar@Jan; Brada@Jirí
Original assignee: Ceské vysoké ucení technické v Praze
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2011-06-22
Also published as: CZ2006574A3

Abstract

The present invention relates to a temperature sensing device intended for a measuring cell of nuclear magnetic resonance imaging apparatus and being absolutely free of metal components. The device consist of a glass or plastic capillary thermometer (1) having its measuring capillary connected in sliding manner by means of a connecting mechanism (4) to at least one optical fiber (2) having its other end connected to a detection and evaluation unit (3) for conversion of the optical signal to an electrical signal, digitalization thereof and subsequent data transmission and/or displaying of results, whereby both sensor and translation portions have no metal components.

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká zařízení pro snímání teploty určené pro měřicí celu přístroje pro zobrazování pomocí nukleární magnetické rezonance, neobsahující žádné kovové součásti. Měřicí zařízení je tedy určeno k měření a detekci teploty ve snímací cele během snímkování živých organismů.The present invention relates to a temperature sensing device for measuring a cell of a nuclear magnetic resonance imaging device containing no metal components. The measuring device is thus designed to measure and detect the temperature in the sensing cell during imaging of living organisms.

ioio

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V současné době běžně dostupné teploměmé systémy nejsou schopné pracovat v silně is elektromagneticky zarušeném prostředí snímací cely přístroje pro zobrazování pomocí nukleární magnetické rezonance (MRI). Důvodem je jednak přítomnost kovových součástí v měřicích sondách a snímacích obvodech, což je kontraindikace pro korektní nasnímání MRI snímků. Kovové díly totiž interagují s měřicím elektromagnetickým polem, deformují ho a vytvářejí neodstraní tělně artefakty ve výsledném MRI snímku. Absolutně vyloučená musí být zejména feromagnetika, což opět v případě běžně dostupných systémů nelze zaručit.Currently available thermometer systems are not able to operate in strongly with electromagnetically disturbed environment of the sensing cell of the nuclear magnetic resonance imaging device (MRI). This is due to the presence of metal parts in the measuring probes and sensing circuits, which is a contraindication for correct MRI imaging. The metal parts interact with the measuring electromagnetic field, distort it and create no body artifacts in the resulting MRI image. In particular, ferromagnetism must be absolutely excluded, which again cannot be guaranteed in the case of commercially available systems.

Další nevýhodou stávajících systémů je dále skutečnost, že vyhodnocovací logika dostupných měřicích zařízení není schopná korektně zrekonstruovat informaci o měřeném signálu, například teplotě, v tak silně elektromagneticky zarušeném prostředí, jakým je měřicí cela MRI přístroje, kde se může vyskytovat stacionární magnetické pole o síle 2 až 4 Tesla, rádio frekvenční elektromagnetické pole o frekvenci 80 až 150 MHz o výkonu až 1 kW.Another disadvantage of existing systems is the fact that the evaluation logic of the available measuring devices is not capable of correctly reconstructing information about the measured signal, such as temperature, in such a highly electromagnetically disturbed environment as the MRI measuring cell of the instrument where a stationary magnetic field of 2 up to 4 Tesla, radio frequency electromagnetic field with frequency 80 to 150 MHz with power up to 1 kW.

V praxi se situace řeší použitím teploměmé sondy s optickým vláknem, zkonstruované na principu interferenční, například Braggovy mřížky, jejíž optické vlastnosti se mění v závislosti na teplotě, což lze detekovat pomocí analýzy intenzity a fáze paprsku světla, odraženého od mřížky.In practice, the situation is solved by using an optical fiber thermocouple probe constructed on the principle of interference, such as a Bragg lattice, whose optical properties vary depending on temperature, which can be detected by analyzing the intensity and phase of the light beam reflected from the lattice.

Nevýhodou těchto systémů jsou značné náklady na konstrukci celého měřicího řetězce, zejména interferenční mřížky a detekční elektroniky. Od toho se odvíjí cena takovýchto zařízení, která se v případě medicínsky použitelných sestav pohybuje v řádu stovek tisíc Kě. Přesnost měření pomocí takovýchto zařízení je pro většinu aplikací v medicíně řádově vyšší, než je zapotřebí, proto je jejich praktické využití nehospodámé. Nevýhodou je též velká mechanická citlivost stávajících systémů a vysoké odborné nároky na obsluhu a údržbu.The disadvantage of these systems is the considerable cost of designing the entire measurement chain, especially the interference grid and detection electronics. The price of such devices, which in the case of medically usable kits is in the order of hundreds of thousands of K, depends on this. Measurement accuracy with such devices is much higher than necessary for most medical applications, so their practical use is uneconomical. Another disadvantage is the high mechanical sensitivity of existing systems and high professional demands on operation and maintenance.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny zařízením pro snímání teploty určeným pro měřicí celu přístroje pro zobrazování pomocí nukleární magnetické rezonance, neobsahující žádné kovové součásti, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že je tvořeno skleněným nebo plastovým kapilárním kapalinovým teploměrem ke kterému je, pomocí připojovacího zařízení, k měřicí kapiláře posuvně připojeno nejméně jedno optické vlákno, jehož druhý konec je připojen k detekční a vyhodnocovací jednotce pro převod optického signálu na elektrický, jeho digitalizací a následný datový přenos a/nebo zobrazení výsledků.The above drawbacks are largely overcome by a temperature sensing device intended for the measurement cell of a nuclear magnetic resonance imaging device containing no metal components according to the present invention. Its essence is that it consists of a glass or plastic capillary liquid thermometer to which, by means of a connecting device, at least one optical fiber is slidably connected to the measuring capillary, the other end of which is connected to a detection and evaluation unit for converting the optical signal into electrical digitization and subsequent data transfer and / or display of results.

Zařízení tedy sestává ze skleněného a/nebo plastového průsvitného kapilárního kapalinového teploměru a nejméně jednoho optického vlákna - světlovou. Tyto prvky jsou prostorově uspořádány tak, že informaci o výšce sloupce kapaliny v kapiláře, která je závislá na měřené teplotě, lze snímat a přenášet pomocí optického vlákna, mechanicky připojeného na vhodném místě k měřicí kapiláře.Thus, the device consists of a glass and / or plastic translucent capillary liquid thermometer and at least one optical fiber - light. These elements are spatially arranged in such a way that information on the height of the capillary fluid column, which is dependent on the measured temperature, can be sensed and transmitted by means of an optical fiber mechanically coupled at a suitable location to the measuring capillary.

CZ 302506 Β6CZ 302506 Β6

Přístroj pracuje na principu modulace intenzity dopadajícího a odraženého světla na mechanickém elementu - měřicí kapiláře, informace o změnách intenzity přivedeného světla, způsobených změnou teploty, se dále přenáší optickým vláknem do detekční a vyhodnocovací jednotky, která funguje jednak jako zdroj napájecího světla o konstantní intenzitě a dále jako převodník intenzity světla na elektrický signál. V detekční jednotce dále probíhá předzpracování signálu - přepočet pomocí kalibrační křivky a základní filtrace signálu, jeho digitalizace a datový přenos do nadřazené komunikační infrastruktury.The device works on the principle of modulating the intensity of incident and reflected light on a mechanical element - measuring capillary, information about changes in the intensity of the incoming light caused by the temperature change is further transmitted by optical fiber to the detection and evaluation unit. as a light intensity to electrical signal converter. In the detection unit, signal pre-processing is also performed - recalculation by means of a calibration curve and basic signal filtering, its digitization and data transmission to the superior communication infrastructure.

Výhodou popsaného vynálezu je úplná MRI-kompatibilita, neboť měřicí sonda ani připojené optické vlákno - přenosová cesta, neobsahují žádné kovově součásti; proto je možné systém použít i ve velmi silném a nestacionárním elektromagnetickém poli v měřicí cele přístroje pro zobrazování pomocí nukleární magnetické rezonance (MRI) aniž by došlo k jakémukoliv poškození MRI snímků, způsobeného přítomností kovových předmětů ve snímací cele.The advantage of the present invention is complete MRI-compatibility, since neither the measuring probe nor the connected optical fiber-transmission path contains any metallic components; therefore, the system can also be used in a very strong and unsteady electromagnetic field in a measuring cell of a nuclear magnetic resonance imaging (MRI) device without causing any damage to the MRI images caused by the presence of metal objects in the sensing cell.

Díky popsanému vynálezu je zařízení mechanicky odolnější než běžně dostupné optické senzory pracující na principu difrakční mřížky, zvláště v případě varianty s plastovou měřicí kapilárou. Systém podle popisovaného vynálezu je podstatně méně nákladný jak po stránce pořizovacích nákladů, tak i nároků na provoz a údržbu, přitom je zachována dostatečná přesnost měření pro monitorování živých objektů a technických parametrů při snímkování v nukleární magnetické rezonanci.Thanks to the present invention, the device is more mechanically resistant than commercially available diffraction grating optical sensors, especially in the case of a variant with a plastic capillary. The system of the present invention is considerably less expensive both in terms of cost and operation and maintenance, while maintaining sufficient measurement accuracy to monitor living objects and nuclear magnetic resonance imaging performance.

Vzhledem ke skutečnosti, že materiál použitý ke konstrukci sondy - sklo, plast, neinteraguje s elektromagnetickým polem v MRI přístroji, vykazuje měřicí systém zkonstruovaný na tomto principu vysoký odstup signál-šum při dosažené přesnosti měření, kteráje shodná s rozlišovací schopností běžných medicínských kapilárních teploměrů.Due to the fact that the material used to construct the probe - glass, plastic, does not interact with the electromagnetic field in the MRI instrument, a measurement system constructed on this principle exhibits a high signal-to-noise ratio with measurement accuracy that is consistent with the resolution of conventional medical capillary thermometers.

Přehled obrázku na výkreseOverview of the figure in the drawing

Zařízení pro snímání teploty určené pro měřicí celu přístroje pro zobrazování pomocí nukleární magnetické rezonance bude blíže objasněno na příkladu konkrétního provedení, které je schematicky znázorněno na přiloženém výkresu obr. 1.A temperature sensing device for the cell of a nuclear magnetic resonance imaging apparatus will be explained in more detail by way of example of a specific embodiment, which is schematically shown in the accompanying drawing of FIG. 1.

Příklad provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Jakje z příkladu znázorněném na přiloženém obr. patrné, sestává realizované zařízení z kapilárního teploměru 1, připojeného pomocí optických vláken 2 ke snímací a vyhodnocovací jednotce 3. Snímací část teploměru I i část optické přenosové cesty s optických vláken 2 jsou určeny k přímé aplikaci v prostoru J_0 se silným elektromagnetickým rušením, v daném případě v měřicí cele MRI přístroje, proto neobsahují žádné kovové konstrukční prvky.As can be seen from the example shown in the accompanying Fig., The realized device consists of a capillary thermometer 1, connected by optical fibers 2 to the sensing and evaluation unit 3. The sensing part of the thermometer I and the optical fiber path 2 are intended for direct application in space. 10 with strong electromagnetic disturbance, in this case in the measuring cell of the MRI instrument, do not contain any metal components.

Součástí zařízení je měřicí kapilára teploměru 1, vyrobená ze skla nebo z plastu - v tomto konkrétním případě realizace, je její délka 9 cm a využitelný teplotní rozsah 5 až 60 stupňů Celsia, napojená na optická vlákna 2 v přípojném bodě pomocí připojovacího zařízení 4, které zajišťuje optimální opto-mechanický kontakt; polohu přípojného bodu lze libovolně mechanicky měnit a to i pro každé připojené optické vlákno 2 zvlášť. Pro funkci zařízení postačuje jediné optické vlákno 2, v tomto konkrétním realizovaném případě jsou použita dvě optická vlákna 2 - jedno vysílací a jedno přijímací. Měřicí kapiláru teploměru i s připojovacím zařízením 4 kryje pouzdro 5 měřicí sondy. V tomto případě této konkrétní realizace může být sonda umístěna ve vzdálenosti až 25 metrů od detekční a vyhodnocovací jednotky 3.The device includes a thermometer capillary 1 made of glass or plastic - in this particular case, its length is 9 cm and a usable temperature range of 5 to 60 degrees Celsius, connected to the optical fibers 2 at the connection point by means of a connecting device 4, ensures optimum opto-mechanical contact; the position of the attachment point can be arbitrarily mechanically changed, even for each connected optical fiber 2 separately. A single optical fiber 2 is sufficient for the operation of the device, in this particular case, two optical fibers 2 are used - one transmitting and one receiving. The measuring capillary of the thermometer 1 with the connection device 4 covers the housing 5 of the measuring probe. In this case of this particular embodiment, the probe may be located up to 25 meters from the detection and evaluation unit 3.

Součástí zařízení je dále detekční a vyhodnocovací jednotka 3, která sestává z modulu 6, ve kterém se provádí modulace a demodulace optického signálu pomocí opto-elektrického a elektro optického převodníku, následuje převod analogového signálu na číslo v digitalizačním modu. 9 _ lu 7, zpracování signálu, tj. jeho kalibrace a filtrace ve vyhodnocovacím modulu 8 a zobrazení, případně přenos, výsledků pomocí zobrazovacího a komunikačního modulu 9. Měřicí rozsah a přesnost měření je dána přesností sondy a rozlišovací schopnosti detekční a vyhodnocovací jednotky 3, v tomto konkrétním případě se jedná o rozsah 5 až 60 stupňů Celsia s rozlišenímThe device further comprises a detection and evaluation unit 3, which consists of a module 6, in which the optical signal is modulated and demodulated by means of an opto-electric and electro-optical converter, followed by the conversion of the analog signal to a number in the digitizing mode. 9 _ lu 7, signal processing, ie its calibration and filtering in the evaluation module 8 and the display or transmission of the results by the display and communication module 9. The measuring range and accuracy of measurement is given by the accuracy of the probe and the resolution of the detection and evaluation unit 3 in this particular case, the range is 5 to 60 degrees Celsius with resolution

0.25 stupně celsia s přesností 0.1 stupně. Celé zařízení může být napojeno na PC nebo na PDA, vybavené potřebným měřicím software.0.25 degrees Celsius with an accuracy of 0.1 degrees. The whole device can be connected to a PC or PDA equipped with the necessary measuring software.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Zařízení podle tohoto vynálezu lze využít zejména k měření teploty v měřicí cele přístrojů pro zobrazování pomocí nukleární magnetické rezonance (MRI) a/nebo v jiných situacích, kdy je vyžadována velmi vysoká odolnost měření vůči silnému elektromagnetickému rušení, tj. kde je síla stacionárního magnetického pole až 4 T, výkon radiofrekvenčního pole na 80 MHz až l kW is a úplné medicínské galvanické oddělení senzoru od sledovaného objektu nebo od elektrorozvodné sítě, a/nebo v situacích, kdy je potřeba měření provést sondou, která neobsahuje žádné kovové součásti.In particular, the device of the present invention can be used to measure temperature in a measuring cell of a nuclear magnetic resonance imaging (MRI) instrument and / or in other situations where very high measurement immunity to strong electromagnetic interference is required, i.e. where the stationary magnetic field strength is up to 4 T, radiofrequency field power at 80 MHz to 1 kW is and complete medical galvanic separation of the sensor from the object to be monitored or from the mains, and / or in situations where measurement is required with a probe that contains no metal components.

Claims

PATENT CLAIMS

25 1. A temperature sensing device intended for measuring a cell of a nuclear magnetic resonance imaging device, containing no metal components, characterized in that it consists of a glass or plastic capillary liquid thermometer (1) to which it is slidable by means of a connecting device (4). connected at least one optical fiber (2) outside the measuring capillary, the other end of which is connected to the detection and evaluation unit (3)

30 for converting an optical signal to an electrical signal, digitizing it and then transmitting the data and / or displaying the results.