JP5815030B2 - 相互結合したｍｒｉ干渉を除去する二重圧力センサ信号チェーン - Google Patents

Description

以下の説明は、医療技術、磁気共鳴技術、生理現象モニタ技術、その他関連技術に関する。これは心電計などによりモニタされた磁気共鳴画像化その他の擬似共鳴アプリケーションに適用できる。

患者は、磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）スキャン手順にかかる時、ＭＲＩスキャナのボア内などの静磁場（Ｂ０）中に配置される。共鳴、空間的に限定された共鳴信号などを誘起するために、ラジオ周波数磁場（Ｂ１）と傾斜磁場パルス（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）が患者に印加される。ＭＲＩボア内又はその付近の電子的医療デバイスは、例えば患者モニタや生命維持デバイスなどは、これらの磁場にさらされる。Ｂ０磁場は、強磁性の物体を引きつける強い電磁石として機能する。Ｂ０磁場は、（スキャンを行っていなくても）磁石にパワー供給されている限り発生する。また、Ｂ１磁場は、Ｌａｒｍｏｒ方程式により関係づけられた周波数で、自由空間にラジオ周波数波を放出するＲＦコイルにより発生される。これらの周波数は、例えば、１．５Ｔ磁石と３．０Ｔ磁石の場合、それぞれ約６４ＭＨｚと１２８ＭＨｚである。傾斜磁場は、瞬間的に静磁場（Ｂ０）を変化させて磁場の強さを瞬間的に変化させる傾斜コイルにより発生される。静磁場（Ｂ０）と異なり、ラジオ周波数（ＲＦ）磁場（Ｂ１）とＭＲＩ傾斜磁場（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）は、実際のスキャンシーケンスの間だけ発生され利用される。これらの３つの磁場の組合せにより、画像の再構成ができる。

ＭＲコンパチブル製品は、これらの干渉源がある中で、仕様内で動作しなければならない。この干渉を回避するため、例えば、呼吸モニタは一般的にブラダー（bladder）を含み、これは磁場中の患者の腰に又はその周りに取り付けられる。空気チューブがブラダを、スキャナから離れたところに取り付けられた、例えば５ガウスライン外の、シールドルーム外の、その他の適当な電子機器と接続する。他のモニタは、生理的状態を検知して、モニタした状態を離れたところにある電子機器に送るため、レーザなどの光、ビデオカメラ、又は光ファイバを用いる。

以下の説明は、上記の問題等を解消する、新しい、若しくは改良された装置と方法を提供するものである。

一態様では、生理的状態検知装置は、患者の生理的状態を検知して、磁気共鳴スキャンにおいて発生する干渉量を最小化する。本装置は、前記患者の生理的状態を検知して、ＭＲスキャン関連の干渉を経験し、生理的状態成分と干渉成分とを有する第１の信号を出力するように配置された第１の、アクティブセンサを含む。第２の、非アクティブセンサは、前記第１のセンサと実質的に同じＭＲスキャン関連の干渉を経験し、前記干渉成分を有する第２の信号を出力する、前記第１のセンサに密接して配置される。回路は、前記第１と第２の信号に減算演算を行い、干渉成分をキャンセルする。

他の一態様では、患者の生理的状態を検知して、磁気共鳴スキャンにおいて生じる干渉量を最小化する方法を提供する。生理的状態と磁気スキャン関連干渉を、第１の、アクティブセンサにより検知して、生理的状態成分と干渉成分とを有する第１の信号を生成する。磁気共鳴関連干渉は、第１のセンサと実質的に同じＭＲスキャン関連干渉を経験し、干渉成分を有する第２の信号を生成する、第１のセンサに密接して配置された第２の、非アクティブセンサによっても検知される。前記第１と第２の信号を差し引いて、前記干渉成分をキャンセルして、前記生理的状態成分を有する信号を生成する。

一利点は、センサ電子回路を高磁場領域に配置できるようにする点にある。

他の一利点は、生理的センサ信号からアーティファクトを無くす、又は低減する点にある。

他の一利点は、サイズが小さく、空気配線を無くせる点にある。

本発明のさらに別の利点は、以下の詳細な説明を読んで理解すれば当業者には明らかになるであろう。

磁気共鳴データ取得システムを示す図である。 干渉を除去する干渉フィルタと組み合わせて図１のシステムで用いる呼吸センサの一実施形態を示す図である。 干渉を除去する干渉フィルタと組み合わせて図１のシステムで用いるセンサの一実施形態を示す図である。 干渉を除去する干渉フィルタと組み合わせて図１のシステムで用いるセンサの一実施形態を示す図である。 ＭＲ環境における患者の生理状態をモニタする方法を示す図である。

具体的に、傾斜磁場（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）は、ＭＲＩボア内で又はその周辺で動作するその他の電気的医療デバイスにおけるＭＲＩ干渉の主要な源である。３次元空間では、ＭＲ画像化傾斜が入れられると、これは、空間的な局在化を行うために患者にスーパーインポーズされた、磁場の急速な又はパルス状の変化として見える。この時間中、ＭＲＩ傾斜磁場干渉は、（ループ又はダイポールアンテナ効果により）電子医療デバイスに誘導的に結合し、ディファレンシャルモード（ＤＭ）干渉又はコモンモード（ＣＭ）干渉として見える。それゆえ、傾斜磁場磁石により発生されるＭＲＩ傾斜磁場は主要な干渉源であり、プリント回路アセンブリ（ＰＣＡ）上の電子回路が被害者となる。ＭＲＩシステムは均一性の高い静磁場を用い、ＭＲＩ傾斜磁場は患者又はその特定部分における波面として見えるので、互いに比較的近く同じ方向を向いた傾斜磁場パルスにさらされる、ボアの周半又はその内部の２つの場所は、同様の又は相関性が高い電磁場にさらされる。これらの同様の電磁場は、ここでは「相互結合電磁場干渉」と呼ぶ。近くのデバイスが同様の傾斜磁場にさらされているとの前提で、本開示の一実施形態は、互いに隣接して取り付けられ、単一のチェーンアーキテクチャに結合された２つの圧力センサを利用し、両方のセンサへの相互結合電磁干渉を除去する。

図１を参照して、磁気共鳴（ＭＲ）システムは、検査領域１２に主静磁場（Ｂ０）を発生する主磁石１０を有するＭＲスキャナ８を含む。図示した実施形態では、主磁石１０は、ヘリウムその他の低温流体を利用する低温管１４中に配置された超伝導磁石である。あるいは、常伝導主磁石も使える。図示した実施形態において、磁石アセンブリ１０、１４は、ボア１２として検査領域を画定する概ね円筒形のスキャナハウジング１６中に配置される。あるいは、オープン型その他のＭＲ形状など、その他の形状（geometry）を使っても良い。磁気共鳴は、図示した全身矩形コイル１８や、頭部コイルや胸部コイルなどの１つ以上のローカルコイル又はコイルアレイなどの、１つ以上のラジオ周波数コイル（Ｂ１）により励起され、検出される。励起された磁気共鳴は、一組の磁場傾斜コイル２０により選択的に発生される磁場傾斜により、空間的にエンコードされ、位相及び／又は周波数シフトされ、又はさもなければ操作される。

磁気共鳴スキャナ８は、専用デジタル処理装置、好適にプログラミングされた汎用コンピュータ、その他により好適に実施される磁気共鳴データ取得制御器２２により動作させられ、プロジェクションやｋ空間サンプルなどの磁気共鳴データを生成し、空間的にエンコードし、読み出す。磁気共鳴データは、磁気共鳴データメモリ２４に格納される。取得された空間的にエンコードされた磁気共鳴データは、検査領域１２に配置された患者や被験者４の１つ以上の画像を生成するため、磁気共鳴再構成プロセッサ２６により再構成される。再構成プロセッサ２６は、取得したプロジェクションデータを再構成するため、空間的エンコーディングに適合する再構成アルゴリズムを利用し、又はｋ空間サンプルを再構成するため、フーリエ変換ベースのアルゴリズムを利用する。再構成された１つ以上の画像は、磁気共鳴画像メモリ２８に格納され、コンピュータシステム３２のディスプレイ上に好適に表示され、またはプリンタその他のマーキングエンジンを用いてプリントされ、またはインターネットやデジタル病院ネットワークを介して送信され、または磁気ディスクその他のアーカイブ記憶装置に格納され、その他の利用がされる。図示したコンピュータシステム３２は、図示したキーボード３４、マウスその他のポインティングタイプ入力デバイスなどの１つ以上のユーザ入力装置も含む。これらにより、放射線科医その他の診療ユーザは、画像を操作し、図示した実施形態では、磁気共鳴スキャナ制御器２２とインタフェースできる。

引き続き図１を参照して、ＭＲシステムは、コンピュータシステム３２に動作可能に接続された１つ以上の圧力トランスデューサ４２を含む圧力検知デバイスなどの生理的状態検知デバイス４０を含む。圧力トランスデューサは、ＭＲシステムのボア１２内の患者データを取得するために、圧力、光、その他の非電気的媒体を利用する呼吸センサ、侵襲的又は非侵襲的血圧センサ、又はその他の医療装置に含まれても良い。

一実施形態では、生理状態検知デバイス４０は、患者の導体や手足の周りに延在するベルトやカフ４４を含む。生理状態検知デバイス４０は、ボア１２内の圧力刺激を検知し、モニタリング信号取得装置５０にデータを無線送信する。生理的状態検知装置４０は、さらに、モニタリング信号取得装置５０に無線圧力信号を送信する無線送信器（図示せず）を含む。本開示は、無線テレメトリーに限定されず、光ファイバ、身体結合近接場（body coupled near field）、無線ソリューションなども含む。

モニタ信号取得装置５０は、一実施形態では、生理的状態検知装置４０から圧力信号を取得し、呼吸その他の生理的状態を決定し、ＭＲデータとともに生理的状態をＭＲデータメモリ２４に格納する。この生理的状態情報は、例えば、生理的状態によりデータをソートする呼吸ゲーティングで用いることができる。このように、ＭＲデータは、呼吸その他の生理的状態に基づき再構成できる。

他の一実施形態では、息止め検出回路５４は、患者の息止め状態を検出し、ＭＲデータ取得制御器２２にその息止め状態を送信する。ＭＲデータ取得制御器は、息止めその他の呼吸状態にデータ取得を限定する予測ゲーティングのために、息止め状態を用いることができる。また、生理的状態信号を処理し、例えばモニタ３０条に呼吸サイクル表示をするデジタル信号プロセッサ５６も含まれる。本開示は、呼吸モニタリングに限定されず、空気その他の刺激を検知してそれからの信号を処理する任意の医療装置と動作可能である。

図２を参照して、患者インタフェース６０、それに結合した信号処理チェーン６２、及び送信器６８を有する生理的状態検知装置４０の一実施形態を示す。患者インタフェース６０は、例えば、血圧ドーム６３などの血圧モジュールやブラダ６１のような空気呼吸測定システム用の侵襲的又は非侵襲的測定要素を有する。呼吸の例では、ベルト又はストラップ４４が患者の胸に取り付けられている。患者の胸が呼吸で膨張と収縮をすると、ブラダ中の圧力が大きくなったり小さくなったりする。ピエゾ抵抗センサなどの第１の又はアクティブな圧力・電気信号トランスデューサ６４が、呼吸に関連する圧力変化を電気信号に変換する。

第１の又はアクティブセンサ６４は、第２の又はダミーセンサ７０とともにセンサモジュール６６に取り付けられている。第１のセンサ６４と第２のセンサ７０は、同一軸上に同一方向で互いに近接して配置されたピエゾ抵抗圧力トランスデューサなどの実質的に同じ圧力・電気変換器である。各センサは、実質的に同じ振幅と位相を有する同じ磁気傾斜（Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚ）などの同量の干渉にさらされるようになっている。両方のセンサは互いに隣接して取り付けられているが、第１のものだけがアクティブであり、圧力変化をモニタするために実際にブラダ圧力ドームに接続されている。もう一方の第２のものは、アクティブではない（すなわち、ダミーの）センサであり、圧力変化は検知しないように取り付けられている。このように、この第１のアクティブなセンサ６４は、圧力変化を示す圧力成分７６と、磁気傾斜干渉を示すノイズ信号７８（これは、実際のスキャンプロセス中に発生する）との和である出力電気信号を発生する。第２の、アクティブでないセンサ７０は、同じノイズ信号７８を出力するが、圧力成分は有さない。

一実施形態では、第１のセンサ６４と第２のセンサ７０は、ピエゾ抵抗ホイートストンブリッジ回路を有する。この回路は、例えば、侵襲的圧力モニタリングアプリケーションに利用できる。ホイートストンブリッジ回路は、圧力変化に比例する差分モード電圧出力を有する。この実施形態では、第１のセンサ６４と第２のセンサ７０は、それぞれ第１の差分出力８０と第２の差分出力８２を発生する。各出力は差分モード出力電圧を有する。一般的に、ホイートストンブリッジ回路は、四角形の辺として接続された４つの抵抗により構成され、その１つは較正値（Ｒｘ）を有し、１つは圧力変化などで可変（Ｒ２）であり、２つは一定かつ等しい（Ｒ１とＲ３）。四角形の対向する角は、バッテリなどの電流源に接続されている。他の２つの対向する角は、差分出力を出力する。ホイートストンブリッジ回路は、本技術分野の当業者には周知であり、ここでは詳細には説明しない原理で多くのアプリケーションを提供する。

第１と第２のセンサそれぞれからの第１の差分出力８０と第２の差分出力８２は、第１の差分モード及びコモンモードローパスフィルタ８６と、第２の差分モード及びコモンモードローパスフィルタ８８を有する干渉フィルタ８４にそれぞれ入力される。フィルタ８６と８８は、両方のセンサに電磁的に結合された圧力刺激やノイズ７８により発生するＡＣ信号７６などの、本質的に差分的な信号をフィルタする、差分モードフィルタを有する。両信号７６と７８は、本来的に差分的であり（すなわち、２つの相補的信号で伝送され）、例えば、圧力刺激信号７６のスペクトル帯域幅は０乃至１０ヘルツであり、結合されるノイズ信号７８は約３０キロヘルツまで伸びる。その結果、差分モードフィルタは、これらの信号を両方ともフィルタするように機能する。例えば、約１キロヘルツの圧力信号の周波数より高いカットオフ周波数より高い電磁的干渉成分は、除去される。これにより、ノイズ信号の、圧力信号と同じ帯域幅の部分が残る。第１と第２のフィルタのコモンモード部は、外部干渉に加え両方の信号経路（例えば、センサ装置と差分出力接続）の経路及びデバイスからのノイズを処理する。

引き続き図２を参照するが、干渉フィルタ８４は、それぞれ第１の差分出力８０と第２の差分出力８２とに結合された第１のインストルメント増幅器９０と第２のインストルメント増幅器９２とを含む。第１と第２のインストルメント増幅器９０、９２は、それぞれ相違する増幅器を含み。この増幅器は、２つの入力間の差分に一定のファクタ又は差分ゲインをかける一種の電子デバイスである。第３と第４の差分モード及びコモンモードローパスフィルタ９４、９６は、さらに、ノイズとＡＣ圧力信号とを含むアナログ信号が変換器９８、１００で変換される前に、各増幅器９０、９２の差分出力をフィルタする。変換器９８と１００は、アナログ信号をデジタル信号に変換する完全差分型（fully differential）アナログ・デジタル変換器を含む。これらのデジタル信号は、後で、ＭＲシステムスキャニングと干渉する周波数でラジオ周波数送信機６８により無線送信される。あるいは、デジタル信号は光ファイバその他の通信リンク（図示せず）で送出される。一実施形態では、図１を参照して説明したＤＳＰ５６が、適切なアルゴリズムにより信号の残余ノイズ成分を除去するようにデジタル信号をフィルタし、圧力信号が例えばディスプレイ３０にその場で及び／又は遠隔的に表示されるようにする。例えば、変換器９８からの信号は圧力信号成分とノイズ成分とを有し、変換器１００からの信号はノイズ成分のみを有する。両方のノイズ成分は同じなので、信号を引くと圧力信号成分が残る。その結果、変換器９８と１００への出力として生成される２つの差分デジタル信号は、ボアから遠隔信号処理エリアに伝送される。ＤＳＰ５６は、ＭＲシステムのボア１２の内部又は外部に配置できる。よって、ＭＲ画像化傾斜アーティファクトその他の干渉信号は、効果的に除去され、刺激圧力波形が強いきれいな信号としてキャプチャされる。

圧力検知デバイスのワイヤリングの長さは、Ｂ１磁場内に電流が含まれる可能性を最小化するため、５ｃｍ未満であることが好ましい。

図３を参照して、ＭＲシステムにおいてＭＲスキャン中に発生する干渉量を最小化する圧力検知デバイス４０′の他の一実施形態を示した。デバイス４０′は、相互結合したＭＲ画像化（ＭＲＩ）干渉をフィルタリングする干渉フィルタ１１０として動作可能な信号チェーンアーキテクチャを含む。圧力検知トランスデューサ６４′と、それと同様の、圧力検知からシールドされたダミートランスデューサ７０′からの第１の差分出力８０′と第２の差分出力８２′が干渉フィルタ１１０に供給される。

干渉フィルタ１１０は、それぞれ第３の出力１１２と第４の出力１１４とを有する第１のインつ取るメント増幅器９１と第２のインストルメント増幅器９３とを含む。各増幅器は、差分モード出力電圧を受け取る差分増幅器を含み、その電圧をそれぞれ第３と第４のシングルエンド電圧出力に変換するように構成されている。それゆえ、各シングルエンド電圧は、アクティブ圧力トランスデューサ６４′と非アクティブ圧力トランスデューサ７０′の出力から生成される。

第３の増幅器１１６は、第３のフィルタ１１５によりフィルタされた後、第１と第２の増幅器９１、９３からの各シングルエンド出力電圧を入力として受け取る。第３の増幅器１１６は、コモンモード信号を差し引き、両方の入力に共通のノイズをキャンセルするが、一方、例えば、単位ゲイン又はゼロデシベルゲインで約９５ｄｂの高いコモンモード低減能力により差分信号を増幅する。例えば、第３の増幅器１１６は、コモンモードノイズを除去し、差分を増幅し、ＡＤＣフィルタ１２２を有するＡＤＣドライバ１２０にきれいな圧力信号を送信するインストルメント増幅器である。ＡＤＣフィルタ１２２は、電荷を変換器１２４のサンプリング性からデカップリングする。変換器１２４は、アナログ信号をデジタルフォーマットに変換してさらに処理及び伝送をするアナログ・デジタル変換器を含む。ローパスフィルタを用いて、システムやその中のデバイスにより生成された高周波ノイズを除去して、圧力信号のより深いロールオフを達成する。

コンバータ１２４で生成されたデジタル信号は、ＭＲシステムと干渉しないＲＦ送信器（図示せず）により、光ファイバにより、またはデジタル処理用のその他の通信リンクにより、伝送できる。また、デジタル信号は、ボア内からその場所にあるディスプレイ又は外部インタフェースに伝送して、見ることができる。

図４では、図２と３に示したものと同じ要素は、同じ参照数字に二重ダッシュ（”）を付けて示した。アクティブ駆動段１２６を、さらに干渉を除去する圧力検知デバイス４０”に組み込んで図示した。アクティブ圧力センサ６８”と、圧力検知をしない非アクティブ圧力センサ７０”を含む二重圧力センサは、電磁気的に互いに結合し、４つの出力端子に、同様の差分ノイズ信号を送信する。第１の出力端子ペアは、第１のセンサによりキャプチャされたＡＣ圧力信号と、ノイズ成分とを担う正と負の差分モード電圧端子ペア８０”を出力（define）する。第２の出力端子ペアは、上記成分を担う差分モードペア８２”を画定する。ローパスフィルタ１２８は、各端子の高い周波数信号をフィルタする。各端子はアクティブ駆動段１２６とインタフェースしている。

アクティブ駆動段１２６は、第１の増幅器１３２及び第２の増幅器１３４とインタフェースする前に、差分信号の正と負の補完信号を受け取る高インピーダンスバッファ１３０を含む。バッファ１３０は、センサ６４”および７０”により生成されたプラスとマイナスの差分電圧を受け取るシングルエンドバッファである。差分出力８０”と８２”はそれぞれ独立に処理され、第１と第２の増幅器１３２、１３４にそれぞれ入力される。増幅器１３２、１３４の出力は、増幅器１１６”により差し引かれ（subtractively combined）、アナログ・デジタル変換器１２４”によりデジタル圧力信号に変換される。その後、インストルメント増幅器１３２、１３４の入力は、低インピーダンス出力信号を受け取る。これは、図３に示したように、インストルメント増幅器１３２、１３４が圧力トランスデューサ６８”、７０”により直接的にインタフェースしている場合に受け取るであろう、中程度のインピーダンス入力ソースではない。また、バッファ１３０の出力は、高インピーダンス信号を抵抗平均化ネットワーク１３８に送るタップ１５０に接続される。

高インピーダンス出力信号は、抵抗平均化ネットワーク１３８により平均化される。抵抗平均化ネットワーク１３８では、バッファ１３０のすべての出力に共通の各信号が、他の信号と平均化され、ゲインファクタβを信号に与えるゲインβデバイスを並行して有するインバータ１４０に出力される。信号は、さらに、アクティブ圧力センサ６８”の基準電圧端子１４４に供給される。このアクティブ圧力センサ６８”は、基準電圧端子１４４と、差分モード電圧出力端子８０”のプラスとマイナスの差分電圧出力端子１４６、１４８とを有するホイートストンブリッジ回路として図示した。同じ基準信号をインバータ１４０から、ダミー圧力トランスデューサ７０”のホイートストンブリッジ回路の基準電圧端子に供給してもよい。

スキャニング中にＭＲＩボア内から干渉を除去する方法例５００を図５に示す。方法５００は、一連の動作やイベントのとして以下に例示し説明するが、言うまでもなく、かかる動作やイベントの例示した順序は限定をするものと解釈すべきではない。例えば、ある動作は、以下の例示及び／又は説明を離れて、異なる順序で行ってもよいし、及び／又は他の動作やイベントと同時に行ってもよい。また、ここに説明する１つ以上の態様や実施形態の実施に、例示した動作のすべてが必要な訳ではない。さらに、ここに示す動作のうち１つ以上の動作は、別の動作及び／又は段階で行っても良い。

方法５００は、開始で初期化され、ステップ５０２で、第１のアクティブセンサを配置することにより、圧力信号を取得する。一実施形態では、第１のセンサは第２の、ダミーセンサに密接して配置され、第１のセンサと第２のセンサが、実質的に等しい又は振幅と位相が同じ干渉にさらされるようになっている。一実施形態では、２つのセンサは、侵襲的圧力モニタリングアプリケーションを意図したピエゾ抵抗ホイートストンブリッジ回路である。物理的には、両圧力トランスデューサは、互いに同じ方向と軸の密接して取り付けられ、両センサが、傾斜パルス磁場などの同じレベルの干渉にさらされるようになっている。両センサは互いに隣接して取り付けられているが、一方のみが圧力刺激を実際に受け取り、他方は圧力刺激を受け取らないようになっている。両者は、相関性が高い電磁気干渉を受ける。ホイートストンブリッジ回路は、圧力変化に比例する差分モード電圧出力を有する。２つセンサがあるので、アナログフロントエンドの入力では２つの差分電圧が得られる。それゆえ、ステップ５０８において、圧力信号は干渉とともに、第１の差分モード電圧信号として第１のセンサから第１の増幅器回路を有する回路に伝送され、ステップ５１０において、第２のセンサは、第２の差分モード電圧信号を第２の増幅器に伝送する。

一実施形態では、ステップ５１２において、第１と第２の増幅器は、２つの圧力トランスデューサからの差分モード出力電圧を２つのシングルエンド電圧に変換する２つの高速インストルメンテーション増幅器である。あるいは、増幅器が差分増幅器である場合、出力は差分出力であってもよい。この段階において、両増幅器は同様の干渉磁場をキャプチャするが、一方だけは圧力信号もキャプチャする。

ステップ５１４において、第１と第２の差分モード電圧信号の両方のコモンモード干渉である干渉は、干渉成分を第１と第２の信号から差し引くことにより、キャンセルされる。例えば、シングルエンドモード電圧信号は、差分増幅器に動作可能に接続される。インストルメンテーション増幅器は差分増幅器なので、次の段階で、例えば、他のインストルメンテーション増幅器が、これら２つの信号間の差分を取る。すなわち、［Pressure signal + Noise_cm］及び［Noise_cm］。他の実施形態では、信号はデジタル化され、デジタル信号として差し引かれる。

本方法の利点は、ピエゾ抵抗圧力トランスデューサを用いるいろいろなアプリケーションにおいてＭＲＩ傾斜磁場アーティファクトをキャンセルするのに有効であり、特定のアプリケーションやアプリケーション分野に限定されないことである。その後、圧力信号はボア内からＭＲシステムに無線送信できる。ほとんどの干渉は、ファラデーの誘導の法則により圧力トランスデューサと誘導結合しており、効果的にキャンセルされる。

本発明を好ましい実施形態を参照して説明した。前述の詳細な説明を読んで理解すれば、修正と変更に想到することができる。本発明は、添付した請求項とその均等の範囲内に入るこのような修正及び変更はすべて含むものと解釈しなければならない。

Claims (20)

1. 患者の生理的状態を検知し、磁気共鳴システムにより磁気共鳴スキャン中に生じる干渉量を最小化する生理的状態検知デバイスであって：
   前記生理的状態を検知してＭＲスキャン関連の干渉を経験し、生理的状態成分と干渉成分とを有する第１の信号を出力するように配置された第１の、アクティブセンサ；
   前記第１のセンサと実質的に同じＭＲスキャン関連の干渉を経験し、前記干渉成分を有する第２の信号を出力するように、前記第１のセンサに密接して配置された第２の、非アクティブセンサ；
   前記第１と第２の信号に減算演算をして前記干渉成分をキャンセルする回路
   を有し、前記第１の、アクティブセンサは前記生理的状態に関連する圧力を検知するように構成された第１の圧力トランスデューサを含み、前記第２の、非アクティブセンサは前記生理的状態に関連する圧力を検知しないように構成された第２の圧力トランスデューサを含む、装置。
2. 前記第１と第２の圧力トランスデューサは同じ構成のピエゾ抵抗圧力トランスデューサを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１と第２のセンサは同じ構成であり、共通の基板に共通の方向で取り付けられている、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記第１のセンサと前記第２のセンサの、第１の差分出力を有する第１の信号と第２の差分出力を有する第２の信号とに電気的に結合し、前記第１と第２の差分出力から前記干渉成分を除去し、前記圧力信号を送信し、前記第１と第２の差分出力はそれに送信される補完的出力信号をそれぞれ有する、干渉フィルタユニットをさらに有する、請求項１ないし３いずれか一項に記載の装置。
5. 前記回路は：
   前記第１のセンサに結合され第３の出力を有する第１の増幅器；
   前記第２のセンサに結合され第４の出力を有する第２の増幅器；
   前記第３と第４の出力を差し引いて圧力信号を生成する差分増幅器；及び
   前記圧力信号をデジタル化する変換器
   を含む、請求項１ないし３いずれか一項に記載の装置。
6. 前記アクティブセンサと前記非アクティブセンサのうち少なくとも一方はホイートストンブリッジの中にあり、さらに、
   前記第１のアクティブセンサの基準端子に結合し：
   前記第１のセンサと前記第２の非アクティブセンサとに結合し、各センサ出力に高インピーダンス出力を供給する高インピーダンスバッファ；
   前記高インピーダンスバッファの各高インピーダンス出力を平均化し、それから平均信号を生成する抵抗平均化ネットワーク；及び
   前記平均信号をインバートするインバータに結合し、前記インバートされた平均信号で前記ホイートストンブリッジをバイアスするゲインデバイスを含むアクティブ駆動段階とを有する、請求項２に記載の装置。
7. 前記生理的状態は呼吸状態であり、
   前記装置は：
   前記患者の腰に巻くように構成されたベルト又はストラップ；
   前記患者の呼吸サイクルにおいて圧縮される、前記ベルトに取り付けられたブラダ；及び
   前記ブラダの圧力を検知する、前記ブラダに接続された前記第１のセンサ
   をさらに含む、請求項１ないし６いずれか一項に記載の装置。
8. 前記生理的状態は血圧であり、
   前記装置は：
   血圧の変化で圧縮されるように取り付けられたドーム；
   前記ドームの圧力を検知する、前記ドームに接続された前記第１のセンサ
   を含む、請求項１ないし６いずれか一項に記載の装置。
9. ＭＲＩシステムであって：
   患者に静磁場を発生する主磁石；
   前記静磁場に傾斜磁場を重ねる傾斜コイル；
   ラジオ周波数磁場を誘起するラジオ周波数コイル；
   前記傾斜磁場コイルと前記ラジオ周波数コイルとを制御して前記患者から磁気共鳴情報を取得する制御器；及び
   請求項１ないし８いずれか一項に記載の生理的状態検知装置
   を有するＭＲＩシステム。
10. 前記制御器は、前記生理的状態検知装置の出力を受け取り、前記傾斜磁場コイルとラジオ周波数コイルとを制御して、予め選択された前記患者の生理的状態中に磁気共鳴情報を取得する、請求項９に記載のＭＲＩシステム。
11. 前記生理的状態検知装置の出力を受け取り、前記選択された生理的状態における前記患者の画像を再構成する再構成プロセッサをさらに有する、請求項９に記載のＭＲＩシステム。
12. 患者の生理的状態を検知して、磁気共鳴（ＭＲ）スキャンにおいて生じる干渉量を最小化する方法であって：
    第１の、アクティブセンサが、前記生理的状態を検知してＭＲスキャン関連の干渉を経験し、生理的状態成分と干渉成分とを有する第１の信号を出力するステップ；
    前記第１のセンサに密接して配置された第２の、非アクティブセンサが、前記第１のセンサと実質的に同じＭＲスキャン関連の干渉を経験し、前記干渉成分を有する第２の信号を生成するステップ；及び
    前記第１と第２の信号を差し引いて、前記干渉成分をキャンセルして、前記生理的状態成分を有する信号を生成するステップ
    を有し、前記第１の、アクティブセンサは前記生理的状態に関連する圧力を検知するように構成された第１の圧力トランスデューサを含み、前記第２の、非アクティブセンサは前記生理的状態に関連する圧力を検知しないように構成された第２の圧力トランスデューサを含む、
    方法。
13. 前記第１と第２のセンサを互いに密接させて同じ方向で前記患者に取り付け、両センサが同じノイズ成分を検知するようにするステップをさらに有する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記生理的状態を検知するステップは、圧力変化を検知するステップを含む、請求項１２または１３に記載の方法。
15. 前記検知される生理的状態は所定の周波数範囲で変化し、
    前記方法は、前記第１と第２の信号をフィルタリングして、前記所定の周波数範囲の上の周波数成分を除去するステップをさらに有する、請求項１２ないし１４いずれか一項に記載の方法。
16. ＭＲＩシステムの作動方法であって：
    患者に静磁場を発生するステップ；
    前記静磁場に傾斜磁場を重ねるステップ；
    ラジオ周波数磁場を重ねて前記患者に磁気共鳴を誘起するステップ；
    前記患者から磁気共鳴情報を取得するステップ；及び
    請求項１２ないし１５いずれか一項に記載の方法で、前記患者の生理的状態を検知するステップ
    を有する、作動方法。
17. 前記生理的状態成分を用いて、前記傾斜磁場と前記ラジオ周波数磁場の重ねを制御し、前記患者が選択された生理的状態にある時にのみ、前記磁気共鳴情報を取得するステップをさらに有する、請求項１６に記載の作動方法。
18. 前記取得した磁気共鳴情報を画像に再構成するステップ；及び
    前記生理的状態成分を用いて前記再構成を制御して、前記患者が選択された生理的状態にある時に、磁気共鳴情報から前記画像を再構成するステップ；
    を有する、請求項１６に記載の作動方法。
19. 圧力信号を検知し、ボアを有する磁気共鳴（ＭＲ）システムにおける磁気共鳴（ＭＲ）スキャンにおいて発生する干渉量を最小化する圧力検知デバイスであって：
    第１の差動出力を有し、発生する圧力信号の圧力刺激と発生する干渉量とを検知するように構成された、前記ＭＲシステムのボアの近傍に配置された第１のアクティブピエゾ抵抗センサ；
    第２の差動出力を有し、発生する干渉量のみを検知するように構成された、前記第１のセンサに隣接し電磁気的に結合した第２の非アクティブセンサ；
    前記第１のセンサと前記第２のセンサの前記第１の差動出力と前記第２の差動出力に電気的に結合し、前記第１と第２の差動出力から干渉量を実質的にキャンセルするように構成された干渉フィルタユニット；及び
    前記干渉フィルタユニットに結合し、前記圧力信号を無線送信するように構成された送信装置
    を有する、デバイス。
20. 前記第１のセンサと第２のセンサは、前記ボア内に配置され、同じ方向と同じ軸上で互いに隣接した圧力トランスデューサを有し、前記第１のセンサと第２のセンサは互いに実質的に等しい振幅と位相とを有する干渉量にさらされ、侵襲的圧力モニタリング装置の圧力刺激を侵襲的に検知するように構成され、前記第１のセンサは圧力変化に比例する差動モード信号を出力するように構成されたホイートストンブリッジ回路を有する、請求項１９に記載のデバイス。

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