RU2355305C1 - Technique for examination of thoracic and abdominal organs by magnetic resonance imaging (mri) procedure - Google Patents
Technique for examination of thoracic and abdominal organs by magnetic resonance imaging (mri) procedure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2355305C1 RU2355305C1 RU2007132466/14A RU2007132466A RU2355305C1 RU 2355305 C1 RU2355305 C1 RU 2355305C1 RU 2007132466/14 A RU2007132466/14 A RU 2007132466/14A RU 2007132466 A RU2007132466 A RU 2007132466A RU 2355305 C1 RU2355305 C1 RU 2355305C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scanning
- signal
- programmer
- scanning process
- patient
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к медицине, а именно к лучевой диагностике методом магнитно-резонансной томографии (МРТ), который в настоящее время используется для неинвазивного исследования анатомических структур человека, что необходимо для медицинской диагностики. Наибольший эффект от применения изобретения предполагается получить при МРТ-исследованиях органов грудной и/или брюшной полости, поскольку такие исследования затруднены из-за вовлеченности этих органов в движение, связанное с дыханием.The invention relates to medicine, namely to radiation diagnostics by magnetic resonance imaging (MRI), which is currently used for non-invasive studies of human anatomical structures, which is necessary for medical diagnosis. The greatest effect of the application of the invention is expected to be obtained with MRI studies of the organs of the chest and / or abdominal cavity, since such studies are difficult due to the involvement of these organs in the movement associated with breathing.
Метод МРТ достаточно давно применяется для исследования органов брюшной полости, поскольку в сочетании с данными ультразвукового исследования и рентгеновской компьютерной томографии дает важную диагностическую информацию - см., например, Zerhouni E.A. et al (1992) In: Stark D.D., Bradley Jr WG Magnetic Resonance Imaging, 2 nd edition, Mosby: 1429-1480; Bonnet Met al (1994) Proceedings, 2 nd Melting, SMR: 1473.The MRI method has long been used to study abdominal organs, because in combination with the data of ultrasound and x-ray computed tomography provides important diagnostic information - see, for example, Zerhouni E.A. et al (1992) In: Stark D.D., Bradley Jr WG Magnetic Resonance Imaging, 2 nd edition, Mosby: 1429-1480; Bonnet Met al (1994) Proceedings, 2 nd Melting, SMR: 1473.
Обычные методы МРТ-сканирования, хорошо зарекомендовавшие себя при исследовании головного мозга, позвоночника, суставов и др. неподвижных органов, недостаточно подходят для исследования органов грудной и брюшной полости, поскольку последние вовлечены в движения, связанные с дыханием и работой сердца. За время обычного МРТ-сканирования, составляющее минуту и более, происходят многократные периодические смещения органов брюшной полости из-за этих движений, что, в конечном итоге, вызывает искажения на МРТ-изображениях. Поэтому при исследовании органов брюшной полости методом МРТ применяются специальные приемы, направленные на устранение этих искажений. Среди этих приемов можно выделить: сканирование с задержкой дыхания, быстрое сканирование без задержки дыхания, сканирование произвольной продолжительности без задержки дыхания с использованием схемы синхронизации. Рассмотрим эти приемы подробнее.Conventional methods of MRI scans, which have proven themselves in the study of the brain, spine, joints, and other immobile organs, are not suitable for examining the organs of the chest and abdominal cavity, since the latter are involved in movements associated with breathing and heart function. During a regular MRI scan, which lasts a minute or more, repeated periodic displacements of the abdominal organs occur due to these movements, which, ultimately, causes distortions in MRI images. Therefore, when examining the abdominal organs using MRI, special techniques are used to eliminate these distortions. Among these methods, one can distinguish: scanning with a breath-holding, quick scanning without holding a breath, scanning of arbitrary duration without holding a breath using a synchronization scheme. Consider these techniques in more detail.
Известен способ исследования органов грудной и/или брюшной полости методом МРТ (см. Mansfield, P. 1977 Multi-planar image formation using NMR spin echoes. J.Phys. C: Solid State Phys. 10: L55-58), включающий получение изображения исследуемого органа с использованием сверхбыстрых сканирующих импульсных последовательностей, способных давать МРТ-изображения за время порядка 0.1 секунды - on-line или real-time imaging. Поскольку это время намного короче периода дыхания (порядка 1 с), то смещение исследуемого органа за время сканирования оказывается незначительным. Достоинством метода является возможность получения изображений, отображающих каждую отдельную фазу дыхания - покадровая съемка (cine-imaging). Однако короткое время сканирования ограничивает возможности накопления сигнала и проведения достаточно детального анализа зоны исследования, поэтому такие последовательности не всегда могут обеспечить высокое пространственное разрешение на МР-изображении и хорошее отношение сигнала к шуму. Для получения высокого отношения сигнала к шуму такие последовательности следует применять на достаточно чувствительных высокопольных томографах (1.5-3 Тесла), однако и там проведение сверхбыстрого сканирования требует учета большого количества аппаратурных факторов, вызывающих специфические искажения МР-изображений.A known method for examining the organs of the thoracic and / or abdominal cavity by MRI (see Mansfield, P. 1977 Multi-planar image formation using NMR spin echoes. J.Phys. C: Solid State Phys. 10: L55-58), including image acquisition the studied organ using ultrafast scanning pulse sequences capable of producing MRI images in a time of the order of 0.1 second - on-line or real-time imaging. Since this time is much shorter than the respiration period (of the order of 1 s), the displacement of the organ under investigation during the scan is insignificant. The advantage of the method is the ability to obtain images that display each individual phase of breathing - frame-by-frame shooting (cine-imaging). However, the short scan time limits the possibilities of signal accumulation and a sufficiently detailed analysis of the study area, therefore, such sequences cannot always provide high spatial resolution in the MR image and a good signal to noise ratio. To obtain a high signal-to-noise ratio, such sequences should be used on rather sensitive high-field tomographs (1.5-3 Tesla), however, even there, ultrafast scanning requires taking into account a large number of hardware factors that cause specific distortion of MR images.
Известен также способ исследования органов грудной и/или брюшной полости методом МРТ (см. патент РФ №2197176, МПК А61В 5/055, опубл. 27.01.2003), включающий получение изображения исследуемого органа путем синхронизации процесса сканирования исследуемого органа с задержкой дыхания пациента. Т.е. сканирование проводят во время кратковременной (20-30 с) задержки дыхания. Во время этой задержки запускается сканирующая импульсная последовательность, способная обеспечить нужное качество МР-изображения. В этом способе предлагается последовательность STAGE, но это непринципиально, поскольку импульсные последовательности постоянно совершенствуются, благодаря развитию электронного оборудования и программного обеспечения. Важно лишь, чтобы время сканирования для выбранной импульсной последовательности, при котором обеспечивается приемлемое качество изображения, не превысило времени задержки дыхания. Пациент задерживает дыхание по команде (обычно с помощью микрофона и канала громкоговорящей связи) оператора, который управляет запуском сканирования.There is also a known method for examining the organs of the chest and / or abdominal cavity by MRI (see RF patent No. 2197176, IPC AB 5/055, published January 27, 2003), which includes obtaining an image of the organ under investigation by synchronizing the scanning process of the organ under investigation with a patient holding his breath. Those. scanning is carried out during short-term (20-30 s) breath holding. During this delay, a scanning pulse sequence is triggered that can provide the desired quality of the MR image. In this method, the STAGE sequence is proposed, but this is unprincipled, because the pulse sequences are constantly being improved, thanks to the development of electronic equipment and software. It is only important that the scan time for the selected pulse sequence, which ensures acceptable image quality, does not exceed the breath holding time. The patient holds his breath at the command (usually using a microphone and speakerphone) of the operator who controls the start of the scan.
Успешность реализации такого способа зависит от состояния пациента и взаимной согласованности действий оператора и пациента, что не всегда удается достичь на практике. Поэтому большой интерес представляют методики сканирования, не требующие подобного взаимодействия.The success of this method depends on the condition of the patient and the mutual coordination of the actions of the operator and the patient, which is not always possible to achieve in practice. Therefore, scanning techniques that do not require such interaction are of great interest.
Для детального МРТ-исследования необходимо сканирование с многократным накоплением сигнала, требующее длительного времени. Вышеупомянутые способы МРТ-сканирования недостаточно подходят для решения этой задачи.A detailed MRI scan requires scanning with multiple signal accumulation, requiring a long time. The above methods of MRI scanning are not suitable enough to solve this problem.
Известен также наиболее близкий по технической сути к предлагаемому способ исследования органов грудной и/или брюшной полости методом магнитно-резонансной томографии (Ehman, R.L. et al. 1984. Magnetic resonance imaging with respiratory gating - techniques and advantages. Am. J. Radiol. 143: 1175-1182), включающий получение изображения исследуемого органа путем синхронизации процесса сканирования исследуемого органа с фазами дыхания пациента с помощью томографа, имеющего в своем составе программатор сканирующей импульсной последовательности, у которого имеется вход для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала в соответствии с определенной фазой дыхания. Цель способа - проводить длительное сканирование для одной и той же фазы дыхания. Дыхание отслеживается с помощью респираторного датчика, что дает возможность синхронизации сканирования по сигналу от этого датчика.Also known is the closest in technical essence to the proposed method for examining the organs of the chest and / or abdominal cavity using magnetic resonance imaging (Ehman, RL et al. 1984. Magnetic resonance imaging with respiratory gating - techniques and advantages. Am. J. Radiol. 143 : 1175-1182), which includes obtaining an image of the organ under investigation by synchronizing the scanning process of the organ under investigation with the phases of the patient’s breathing using a tomograph that includes a scanning pulse sequence programmer that has an input for supplying an interrupt The process of scanning a signal according to a specific breathing phase. The purpose of the method is to conduct a long scan for the same phase of respiration. Respiration is monitored using a respiratory sensor, which makes it possible to synchronize scanning by the signal from this sensor.
Способ реализуется с помощью МРТ-томографа, в состав которого входит программатор сканирующей импульсной последовательности, который управляет электронными узлами, вырабатывающими радиочастотные импульсы и импульсы неоднородного магнитного поля (градиентные импульсы), причем у программатора должен быть вход для подачи сигнала, прерывающего процесс сканирования до тех пор, пока не будет достигнута определенная фаза дыхания.The method is implemented using an MRI tomograph, which includes a scanning pulse sequence programmer that controls electronic components that generate radio frequency pulses and pulses of an inhomogeneous magnetic field (gradient pulses), and the programmer must have an input for supplying a signal that interrupts the scanning process until until a certain phase of respiration is achieved.
Для синхронизации процесса сканирования с фазами дыхания на пациента надевают респираторный пояс с датчиком, который выдает сигнал, пропорциональный набранному объему воздуха. Анализируя изменение этого сигнала по монитору, оператор определяет пороговый уровень, т.е. тот уровень сигнала, по которому должна срабатывать схема сравнения, выдающая сигнал для запуска триггера, выход которого подключен ко входу программатора, предназначенному для подачи сигнала, прерывающего процесс сканирования. Определенному оператором уровню сигнала соответствует определенная фаза дыхания, которую предстоит отслеживать. При каждом совпадении уровня сигнала от датчика и порогового уровня, заданного оператором, срабатывает триггер, который выдает на вход для подачи сигнала, прерывающего процесс сканирования, импульс, выводящий программатор из режима ожидания. Поскольку отслеживаются мгновенные значения фазы дыхания, то импульс должен быть много короче периода между отдельными вдохами. Длительность импульса на выходе триггера определяется оператором. Таким образом, сканирование производится при каждом вдохе равномерного дыхания, но на короткое время.To synchronize the scanning process with the phases of breathing, a respiratory belt with a sensor is put on the patient, which gives a signal proportional to the accumulated air volume. Analyzing the change in this signal on the monitor, the operator determines the threshold level, i.e. the signal level at which the comparison circuit should be triggered, issuing a signal to trigger the trigger, the output of which is connected to the input of the programmer, designed to supply a signal that interrupts the scanning process. The signal level defined by the operator corresponds to a certain breathing phase, which is to be monitored. At each coincidence of the signal level from the sensor and the threshold level set by the operator, a trigger is triggered, which gives an input to supply a signal that interrupts the scanning process, an impulse that takes the programmer out of standby mode. Since the instantaneous values of the breathing phase are monitored, the pulse should be much shorter than the period between individual breaths. The pulse duration at the trigger output is determined by the operator. Thus, scanning is performed with each breath of uniform breathing, but for a short time.
Недостатком такого способа является длительность, т.к. требуется частая остановка сканирования для того, чтобы динамически отслеживаемая дыхательная фаза достаточно близко соответствовала заданной. Данный способ нельзя приспособить для сканирования во время наиболее устойчивой статической фиксации фазы дыхания - при задержке дыхания. Более того, метод хорошо работает лишь для тех фаз дыхания, которые являются переходными между наиболее длительными и воспроизводимыми состояниями - полным вдохом и полным выдохом. Это связано с тем, что этим состояниям соответствуют экстремумы отслеживаемого сигнала, а попытка отслеживать экстремум, подбирая уровень порогового напряжения, приводит к пропускам или к ложным срабатываниям триггера из-за неизбежного дрейфа уровня сигнала респираторного датчика.The disadvantage of this method is the duration, because Frequent stopping of the scan is required to ensure that the dynamically monitored respiratory phase matches the set phase closely enough. This method cannot be adapted for scanning during the most stable static fixation of the breathing phase - when holding the breath. Moreover, the method works well only for those phases of respiration that are transitional between the most prolonged and reproducible states - a full breath and a full exhale. This is due to the fact that the extrema of the monitored signal correspond to these states, and an attempt to track the extremum by selecting the threshold voltage level leads to omissions or false triggering of the trigger due to the inevitable drift of the signal level of the respiratory sensor.
Кроме того, обычный респираторный датчик чувствителен не только к дыхательным движениям грудной клетки, но и к другим непроизвольным движениям пациента. Последний фактор приводит к тому, что отдельные запуски сканирования оказываются связанными не с заданной фазой дыхания, а с ложными срабатываниями порогового триггера из-за скачков респираторного сигнала.In addition, the usual respiratory sensor is sensitive not only to the respiratory movements of the chest, but also to other involuntary movements of the patient. The latter factor leads to the fact that individual scan starts are associated not with a given breathing phase, but with false triggers of a threshold trigger due to jumps in the respiratory signal.
Таким образом, для получения качественного МРТ-изображения грудной/брюшной полости вышеописанным способом требуется не только синхронизация сканирования с фазой дыхания, но и способность пациента находиться в неподвижном состоянии в течение всего цикла сканирования. Такое состояние является для пациента дискомфортным, что повышает вероятность получения «смазанных» малоинформативных изображений.Thus, to obtain a high-quality MRI image of the chest / abdominal cavity as described above, not only synchronization of the scan with the breathing phase is required, but also the patient’s ability to be stationary during the entire scan cycle. This condition is uncomfortable for the patient, which increases the likelihood of obtaining “blurry” uninformative images.
В основу изобретения поставлена задача такого усовершенствования способа исследовании органов грудной и/или брюшной полости методом МРТ, при котором за счет осуществления самим пациентом дистанционного управления сигналом на входе для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала синхронно с производимой самим пациентом задержкой дыхания обеспечиваются такие новые технические эффекты:The basis of the invention is the task of such an improvement of the method of examining the organs of the chest and / or abdominal cavity by MRI, in which due to the patient himself remote control of the input signal to supply the interruption signal scanning process in synchronization with the patient’s breath holding, such new technical effects are provided:
А) возможность рационализации использования времени МРТ-исследования за счет введения режима, при котором отдельные этапы сканирования производятся во время задержек дыхания, что позволяет сократить общее время сканирования по сравнению с режимами, в которых применяется равномерное дыхание, причем моменты и длительности задержек дыхания определяются самим пациентом;A) the possibility of rationalizing the use of time for MRI studies by introducing a regimen in which individual stages of scanning are performed during breath holdings, which reduces the total scanning time compared to modes in which uniform breathing is used, and the moments and durations of breath holdings are determined by ourselves the patient;
Б) исключение ложных (не связанных с фиксацией заданной фазы дыхания) запусков отдельных этапов сканирования из-за дрейфа постоянной составляющей сигнала от респираторного датчика и непроизвольных движений пациента, что в конечном итоге способствует улучшению качества получаемого МРТ-изображения.B) the elimination of false (not associated with fixing a given breathing phase) triggers of individual stages of scanning due to drift of the constant component of the signal from the respiratory sensor and involuntary movements of the patient, which ultimately helps to improve the quality of the resulting MRI image.
Для решения этой задачи в способе исследовании органов грудной и/или брюшной полости методом магнитно-резонансной томографии, включающем получение изображения исследуемого органа путем синхронизации процесса сканирования исследуемого органа с задержкой дыхания пациента с помощью томографа, имеющего в своем составе программатор сканирующей импульсной последовательности, у которого имеется вход для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала в соответствии с определенной фазой дыхания, согласно изобретению синхронизацию процесса сканирования исследуемого органа с фазами дыхания пациента осуществляют путем дистанционного управления сигналом непосредственно самим пациентом, который самостоятельно, фиксируя фазу дыхания (вдох или выдох), с помощью кнопочного выключателя, которым снабжают программатор, включает, а по окончании фиксации выключает сканирование, при этом процесс сканирования разбивают на отдельные этапы, соответствующие определенной дыхательной фазе, а суммарное время задержек дыхания определяется временем, необходимым для полной отработки алгоритма сканирования, заложенного в программаторе; дистанционную связь кнопочного выключателя со входом программатора, предназначенного для подачи сигнала прерывания процесса сканирования, осуществляют путем коммутации электрического сигнала, подведенного к входу программатора с помощью экранированного или двухпроводного кабеля. Или дистанционную связь кнопочного выключателя со входом программатора, предназначенного для подачи сигналов прерывания процесса сканирования, осуществляют путем коммутации пневматического или светового сигнала с использованием соответствующих кабелей и преобразователей сигнал/напряжение, подключенных ко входу программатора. Или дистанционную связь кнопочного выключателя со входом программатора, предназначенного для подачи сигналов прерывания процесса сканирования, осуществляют с помощью сопряженного с кнопочным выключателем радиопередатчика, а перед осуществлением пациентом синхронизации процесса сканирования с фазами дыхания с ним проводят инструктаж по использованию кнопочного выключателя.To solve this problem, in a method for studying organs of the thoracic and / or abdominal cavity by magnetic resonance imaging, which includes obtaining an image of the organ under investigation by synchronizing the scanning process of the organ under investigation with a patient’s breath holding using a tomograph incorporating a scanning pulse sequence programmer, in which there is an input for supplying a signal interrupting the scanning process in accordance with a certain breathing phase, according to the invention, synchronization of percent The process of scanning the organ under investigation with the phases of the patient’s breathing is carried out by remote control of the signal directly by the patient himself, who independently fixes the breathing phase (inhale or exhale) using the push-button switch that the programmer is equipped with, and at the end of fixation he turns off the scan, and the process scans are divided into separate stages corresponding to a specific respiratory phase, and the total time of breath holdings is determined by the time necessary for full working out scanning algorithm is inherent in the programmer; remote communication of the push-button switch with the input of the programmer, designed to supply an interrupt signal to the scanning process, is carried out by switching an electrical signal connected to the input of the programmer using a shielded or two-wire cable. Or remote communication of a push-button switch with the input of a programmer designed to supply interrupt signals to the scanning process is carried out by switching a pneumatic or light signal using appropriate cables and signal / voltage converters connected to the input of the programmer. Or, the remote control of the push-button switch with the input of the programmer, designed to supply signals to interrupt the scanning process, is carried out using a radio transmitter coupled to the push-button switch, and before the patient synchronizes the scanning process with the breathing phases, they are instructed in using the push-button switch.
Причинно-следственная связь между признаками предлагаемой совокупности и отмеченными выше техническими эффектами заключается в следующем:A causal relationship between the features of the proposed combination and the technical effects noted above is as follows:
1) процесс сканирования разбивается на отдельные этапы, соответствующие определенной дыхательной фазе, но в отличие от прототипа, где эти этапы должны быть много короче интервалов между вдохами при свободном дыхании, в предлагаемом способе длительность этапов определяется временем задержки дыхания, что позволяет увеличить продолжительность отдельных этапов сканирования и в итоге сократить время исследования. В то же время общая длительность сканирующей последовательности может быть произвольной, т.е. не зависит от того, как долго пациент может задерживать дыхание;1) the scanning process is divided into separate stages corresponding to a certain respiratory phase, but unlike the prototype, where these stages should be much shorter than the intervals between breaths with free breathing, in the proposed method, the duration of the stages is determined by the breath holding time, which allows to increase the duration of individual stages scanning and ultimately reduce study time. At the same time, the total duration of the scanning sequence can be arbitrary, i.e. It does not depend on how long the patient can hold his breath;
2) пациент сам контролирует свое состояние, он имеет возможность прервать сканирование в ситуациях, при которых его непроизвольные движения (из-за кашля, движений из-за «затекания» суставов и т.п.) могут вызвать искажения на МР-изображениях. Удобством для пациента является возможность выбора момента задержки дыхания и ее продолжительности;2) the patient himself controls his condition, he has the ability to interrupt the scan in situations in which his involuntary movements (due to coughing, movements due to "leakage" of the joints, etc.) can cause distortion in MR images. Convenience for the patient is the ability to choose the moment of breath holding and its duration;
3) оператору нет необходимости вмешиваться в процесс сканирования, поэтому облегчаются условия его работы и снимается проблема согласованности действий оператора и пациента.3) the operator does not need to intervene in the scanning process, therefore, his working conditions are facilitated and the problem of coordination between the operator and the patient is removed.
Пример реализации предлагаемого способа.An example implementation of the proposed method.
Предлагаемый способ исследования органов грудной и/или брюшной полости методом МРТ проиллюстрирован на чертежах, где на фиг.1 представлено устройство для его реализации, на фиг.2 представлены МР-изображения четырех последовательных коронарных срезов брюшной полости, полученные методом градиентного эха: сверху - без применения синхронизации; снизу - с применением предлагаемого способа синхронизации.The proposed method for examining the organs of the thoracic and / or abdominal cavity by MRI is illustrated in the drawings, where Fig. 1 shows a device for its implementation, Fig. 2 shows MR images of four consecutive coronary sections of the abdominal cavity obtained by the gradient echo method: from above - without applying synchronization; bottom - using the proposed synchronization method.
В составе МРТ-томографа имеется программатор 1 сканирующей импульсной последовательности, который управляет электронными узлами 2, вырабатывающими радиочастотные импульсы и импульсы неоднородного магнитного поля (градиентные импульсы). У программатора имеется вход 3 для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала в соответствии с определенной фазой дыхания (вдох или выдох).The MRI tomograph includes a programmer 1 of a scanning pulse sequence, which controls the electronic nodes 2 generating radio frequency pulses and pulses of an inhomogeneous magnetic field (gradient pulses). The programmer has an input 3 for supplying a signal interrupting the scanning process in accordance with a certain phase of breathing (inhale or exhale).
В предлагаемом способе сигналом прерывания управляет пациент с помощью кнопочного выключателя 4, которым снабжают программатор 1.In the proposed method, the interrupt signal is controlled by the patient using the push-button switch 4, which is equipped with the programmer 1.
Работа устройства для исследования органов грудной и/или брюшной полости методом магнитно-резонансной томографии происходит следующим образом. Для получения изображения исследуемого органа путем синхронизации процесса сканирования исследуемого органа с фазами дыхания пациента применяют томограф, имеющий в своем составе программатор 1, управляющий электронными узлами 2 томографа согласно алгоритму сканирующей импульсной последовательности. У программатора должен быть вход 3 для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала в соответствии с определенной фазой дыхания (вдох или выдох).The operation of the device for the study of the organs of the chest and / or abdominal cavity by magnetic resonance imaging is as follows. To obtain an image of the organ under investigation by synchronizing the scanning process of the organ under investigation with the phases of the patient’s breathing, a tomograph is used that includes a programmer 1 that controls the electronic components of the tomograph 2 according to the algorithm of the scanning pulse sequence. The programmer must have input 3 to supply a signal interrupting the scanning process in accordance with a certain phase of breathing (inhale or exhale).
Обычно применяемые для синхронизации по дыханию узлы - респираторный пояс, датчик, монитор для оператора, а также триггер (не показаны) в предлагаемом способе не задействованы и могут быть отключены. Однако если респираторный пояс не создает дискомфорта для пациента, то его, а также датчик и монитор, желательно оставить для контроля за состоянием его дыхания. Для реализации предлагаемого способа важно, чтобы сигнал от триггера не оказывал влияния на работу программатора. Поэтому конструкция программатора должна предусматривать либо возможность отстыковки кабеля с сигналом триггера от входа 3 для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала и подключение кабеля от кнопочного выключателя 4, либо на вход 3, предназначенного для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала, могут быть подключены два кабеля, сигналы от которых могут коммутироваться с помощью электронной схемы. На фиг.1 представлен вариант использования входа 3, предназначенного для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала, когда на этот вход поступает только кабель от кнопочного выключателя.The nodes commonly used for synchronizing breathing — the respiratory belt, the sensor, the monitor for the operator, and the trigger (not shown) are not involved in the proposed method and can be disabled. However, if the respiratory belt does not create discomfort for the patient, then it, as well as the sensor and monitor, it is advisable to leave to monitor the state of his breathing. To implement the proposed method, it is important that the signal from the trigger does not affect the operation of the programmer. Therefore, the design of the programmer should provide either the ability to undock the cable with the trigger signal from input 3 to supply a signal interrupting the scanning process and connecting the cable from the push-button switch 4, or to input 3, intended to supply the signal interrupting the scanning process, two cables can be connected, signals from which can be switched using an electronic circuit. Figure 1 shows an embodiment of the use of input 3, intended for supplying a signal interrupting the scanning process, when only the cable from the push-button switch is supplied to this input.
Синхронизацию процесса сканирования исследуемого органа с фазами дыхания пациента осуществляют путем дистанционного управления сигналом, прерывающим процесс сканирования, непосредственно самим пациентом, который самостоятельно, фиксируя фазу дыхания (вдох или выдох), с помощью кнопочного выключателя 4, которым предварительно снабжают программатор 1, имеющий вход 3 для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала, включает, а по окончании фиксации выключает сканирование, при этом процесс сканирования разбивают на отдельные локальные этапы, соответствующие определенной дыхательной фазе, а суммарное время задержек дыхания определяется временем, необходимым для полной отработки алгоритма сканирования, заложенного в программаторе 1, при этом дистанционную связь кнопочного выключателя 4 со входом 3 для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала осуществляют путем коммутации электрического сигнала, подведенного ко входу программатора 1, например с помощью экранированного или двухпроводного кабеля 5, или дистанционную связь кнопочного выключателя 4 со входом 3 для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала осуществляют путем коммутации пневматического или светового сигнала с использованием соответствующих кабелей и преобразователей сигнал/напряжение (не показаны), подключенных ко входу программатора 1, или дистанционную связь кнопочного выключателя 4 со входом 3 для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала осуществляют с помощью сопряженного с кнопочным выключателем радиопередатчика (не показан), сигнал от которого поступает на приемник, преобразующий радиосигнал в напряжение, управляющее программатором 1 (не показан). Причем перед осуществлением пациентом синхронизации процесса сканирования с фазами дыхания с ним проводят инструктаж по использованию кнопочного выключателя 4.The scanning process of the organ under investigation is synchronized with the patient’s breathing phases by remote control of the signal that interrupts the scanning process directly by the patient himself, who independently fixes the breathing phase (inhale or exhale) using the push-button switch 4, which is preliminarily equipped with a programmer 1 having input 3 to supply a signal that interrupts the scanning process, turns on, and at the end of fixation turns off the scan, while the scanning process is divided into separate locales stages corresponding to a certain respiratory phase, and the total time of breath holding is determined by the time necessary for the full development of the scanning algorithm embedded in programmer 1, while the remote connection of the push button switch 4 with input 3 for supplying a signal interrupting the scanning process is carried out by switching an electrical signal, connected to the input of the programmer 1, for example using a shielded or two-wire cable 5, or remote communication of the push button switch 4 with input 3 for supplying an interruption signal scanning process is carried out by switching a pneumatic or light signal using appropriate cables and signal / voltage converters (not shown) connected to the input of programmer 1, or remote communication of a push button switch 4 with input 3 for supplying an interruption signal scanning process is carried out with using a radio transmitter coupled to a push button switch (not shown), the signal from which is fed to a receiver that converts the radio signal to voltage Program Manager 1 (not shown). Moreover, before the patient synchronizes the scanning process with the phases of breathing, he is instructed on the use of the push button switch 4.
На практике сначала проводится предварительное сканирование обычным рутинным способом (без синхронизации и задержки дыхания) с целью определения зоны исследования. Определив протокол требуемого режима сканирования, оператор передает предварительно проинструктированному пациенту кнопочный выключатель 4 для ручного управления процессом сканирования. Если необходимо, то он отключает выход триггера от входа 3, предназначенного для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала, программатора 1 и подключает кабель 5, соединенный с кнопочным переключателем. В современных томографах (например, Tomikon S50 (Bruker)) подобные переключения могут осуществляться и программным путем внутри блока, выполняющего функции входа 3, предназначенного для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала, который, как правило, является многоканальным.In practice, a preliminary scan is first carried out in the usual routine way (without synchronization and breath holding) in order to determine the study area. Having determined the protocol of the required scanning mode, the operator transfers to the previously instructed patient a button switch 4 for manual control of the scanning process. If necessary, it disconnects the trigger output from input 3, intended for supplying a signal interrupting the scanning process, programmer 1 and connects cable 5 connected to the push-button switch. In modern tomographs (for example, Tomikon S50 (Bruker)), such switching can also be carried out programmatically inside the unit that performs the functions of input 3, designed to supply a signal that interrupts the scanning process, which, as a rule, is multi-channel.
После этого оператор запускает сканирование, но оно реально не начинается до тех пор, пока пациент не нажмет на кнопочный выключатель 4 устройства. Но прежде чем это сделать, пациент набирает воздух, задерживает дыхание и только тогда нажимает кнопочный выключатель 4 и держит его нажатым. После отработки задержки дыхания пациент отпускает кнопочный выключатель 4. Кнопочный выключатель 4 присоединен к двум концам кабеля 5, другие концы которого (сигнальный и «земляной») присоединены ко входу 3, предназначенный для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала. Программатор 1 настраивают так, чтобы отработка алгоритма сканирования была возможна только при нулевом напряжении на вход 3, предназначенного для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала. При отжатом состоянии кнопочного выключателя 4 на сигнальном конце входа 3, предназначенного для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала, имеется положительное напряжение за счет передачи потенциала от внутреннего источника тока, имеющегося в программаторе 1, через резистор 6. Нажимая кнопочный выключатель 4, пациент «закорачивает» вход 3, предназначенный для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала, на «землю», и на входе 3, предназначенном для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала, создается нулевое напряжение, необходимое для того, чтобы для программатора 1 снять запрет на отработку алгоритма сканирования.After that, the operator starts the scan, but it does not really begin until the patient presses the button switch 4 of the device. But before doing this, the patient takes in air, holds his breath and only then presses the button switch 4 and holds it pressed. After practicing the breath-holding, the patient releases the push-button switch 4. The push-button switch 4 is connected to the two ends of the cable 5, the other ends of which (signal and ground) are connected to the input 3, designed to supply a signal interrupting the scanning process. The programmer 1 is configured so that the development of the scanning algorithm was possible only at zero voltage at input 3, which is intended to supply a signal interrupting the scanning process. When the push-button switch 4 is released, the signal end of input 3, designed to supply a signal that interrupts the scanning process, has a positive voltage due to the potential transfer from the internal current source available in the programmer 1 through the resistor 6. By pressing the push-button switch 4, the patient “closes” input 3, intended for supplying a signal interrupting the scanning process to ground, and at input 3, intended for supplying a signal interrupting the scanning process, a zero voltage is generated This is necessary in order for programmer 1 to remove the ban on working out the scanning algorithm.
Поэтому при нажатом кнопочном выключателе 4 (при задержке дыхания) производится сканирование, а при отпущенном (при обычном дыхании) - программатор 1 находится в режиме ожидания. После задержки дыхания через некоторое время (порядка нескольких десятков секунд в зависимости от индивидуальных особенностей пациента) у пациента возникает потребность обновить воздух в легких. Тогда он с помощью этого же кнопочного выключателя 4 приостанавливает сканирование, делает необходимое число восстановительных дыхательных движений - «делает передышку», после чего вновь задерживает дыхание и запускает следующий этап сканирования.Therefore, when the button switch 4 is pressed (when holding the breath), scanning is performed, and when released (during normal breathing), the programmer 1 is in standby mode. After holding the breath after a while (of the order of several tens of seconds, depending on the individual characteristics of the patient), the patient has a need to renew air in the lungs. Then, using the same push-button switch 4, he stops the scan, makes the necessary number of restorative respiratory movements - “takes a break”, then again holds his breath and starts the next stage of scanning.
Процесс повторяют до тех пор, пока программатор 1 не отработает заложенный в него алгоритм, т.е. не закончится сканирование для всех срезов исследуемой зоны. В результате сканирование разбивается на этапы, в течение которых пациент находится в одной и той же дыхательной фазе.The process is repeated until the programmer 1 completes the algorithm embedded in it, i.e. scanning will not end for all sections of the study area. As a result, the scan is divided into stages during which the patient is in the same respiratory phase.
На фиг.2 представлены МР-изображения четырех последовательных коронарных срезов брюшной полости, полученные методом градиентного эха: сверху - без применения синхронизации; снизу - с применением предлагаемого способа синхронизации. В то время как на верхних изображениях видны искажения, связанные с дыханием, то на нижних изображениях эти искажения отсутствуют. Таким образом, применение предлагаемого метода синхронизации позволяет повысить информативность МР-изображений при исследованиях брюшной полости.Figure 2 presents MR images of four consecutive coronary sections of the abdominal cavity, obtained by the gradient echo method: from above - without synchronization; bottom - using the proposed synchronization method. While the upper images show distortions associated with breathing, the lower images do not have these distortions. Thus, the application of the proposed synchronization method allows to increase the information content of MR images in studies of the abdominal cavity.
Чтобы сопоставить эффективность сканирования с обычно применяемым способом синхронизации и предлагаемым способом, надо сравнить соответствующие временные графики как для дыхательного процесса, так и для сигнала, разрешающего сканирование.To compare the scanning efficiency with the commonly used synchronization method and the proposed method, it is necessary to compare the corresponding time schedules for both the respiratory process and the signal that allows scanning.
График дыхательного процесса при свободном дыхании представляет собой периодическую (примерно через 1-2 с) последовательность горбообразных импульсов. Сигнал, разрешающий сканирование при обычном способе синхронизации, представляет собой последовательность коротких отрицательных импульсов, начало которых связано с заданной фазой дыхания, а длительность (порядка 0.1 с) определяется требованиями по фиксации этой фазы - чем короче импульс по сравнению с интервалом между вдохами, тем точнее фиксация.The schedule of the respiratory process with free breathing is a periodic (after about 1-2 s) sequence of hump-like pulses. The signal that allows scanning with the usual synchronization method is a sequence of short negative pulses, the beginning of which is associated with a given breathing phase, and the duration (of the order of 0.1 s) is determined by the requirements for fixing this phase - the shorter the pulse compared to the interval between breaths, the more accurate fixation.
При использовании предлагаемого способа синхронизации график дыхания представляет собой сочетание периодически (в течение примерно 1 мин) следующих горбообразных импульсов (обычное дыхание) и участков (длительностью порядка 10-30 с) постоянного уровня (задержанное дыхание). На вход 3, предназначенный для подачи прерывающего процесс сканирования сигнала, поступают формируемые кнопочным выключателем 4 импульсы, длительность которых соответствует времени задержки дыхания.When using the proposed synchronization method, the respiration schedule is a combination of the following hump-shaped pulses (normal breathing) and sections (duration of the order of 10-30 s) of a constant level (delayed breathing) periodically (for about 1 minute). Input 3, intended for supplying a signal interrupting the scanning process, receives pulses generated by the push-button switch 4, the duration of which corresponds to the breath holding time.
Исходя из типичных временных интервалов, характеризующих дыхательные процессы, можно сопоставить эффективность обычно применяемого и предлагаемого способов синхронизации дыхания и процесса сканирования при исследовании органов грудной и/или брюшной полости методом МРТ. Если выбранный оператором алгоритм сканирования требует в общей сложности 2 минуты (120 с) «чистого времени», то при использовании обычного метода синхронизации все сканирование придется разбить на (120/0.1)=1200 этапов. А поскольку период повторения дыхательных фаз составляет примерно 1 с, то всего на отработку алгоритма сканирования будет затрачено (1200×1)с=20 мин.Based on typical time intervals characterizing the respiratory processes, it is possible to compare the effectiveness of the commonly used and proposed methods for synchronizing breathing and the scanning process when examining the organs of the chest and / or abdominal cavity by MRI. If the scanning algorithm chosen by the operator requires a total of 2 minutes (120 s) of “clean time”, then using the usual synchronization method, all scans will have to be divided into (120 / 0.1) = 1200 steps. And since the repetition period of the respiratory phases is approximately 1 s, then in total (1200 × 1) s = 20 min will be spent on working out the scanning algorithm.
По предлагаемому способу, если даже задать паузу для задержки дыхания 10 с, то все сканирование придется разбить всего лишь на (120/10)=12 этапов. А поскольку между каждым этапом надо выдержать паузу 1 мин, то всего на отработку алгоритма сканирования будет затрачено (12×1)мин=12 мин. Это заметно меньше, чем при использовании обычного метода синхронизации.According to the proposed method, even if you set a pause to hold your breath for 10 seconds, then you will have to break the entire scan into only (120/10) = 12 stages. And since there is a pause of 1 minute between each step, it will take (12 × 1) minutes = 12 minutes to refine the scanning algorithm. This is noticeably less than using the conventional synchronization method.
Заметим, что для предлагаемого способа можно сократить общее время сканирования как за счет увеличения времени задержки дыхания, так и сокращения пауз между ними. При этом оба приема не влияют явным образом на степень фиксации фазы дыхания. В то же время для обычного способа синхронизации сократить время сканирования можно лишь за счет увеличения длительности локального этапа сканирования, поскольку период дыхательного ритма пациента фиксирован. Но такое увеличение приводит к «размыванию» фазы дыхания во время локального этапа сканирования и, соответственно, к снижению информативности МР-изображений.Note that for the proposed method, it is possible to reduce the total scan time both by increasing the breath holding time and by reducing the pauses between them. However, both methods do not explicitly affect the degree of fixation of the respiratory phase. At the same time, for the usual synchronization method, the scanning time can be reduced only by increasing the duration of the local scanning stage, since the patient’s respiratory rhythm period is fixed. But such an increase leads to a “blurring” of the respiratory phase during the local stage of scanning and, accordingly, to a decrease in the information content of MR images.
Таким образом, предлагаемый способ синхронизации проще в технической реализации, чем обычно применяемый. При этом он дает более благоприятные возможности для рационального распределения времени сканирования, создает условия для устранения искажений на МР-изображениях, связанных с непроизвольными движениями пациента. Все это позволяет повысить эффективность и информативность МРТ-исследований.Thus, the proposed synchronization method is easier in technical implementation than commonly used. Moreover, it provides more favorable opportunities for a rational distribution of scanning time, creates conditions for eliminating distortions in MR images associated with involuntary patient movements. All this allows you to increase the effectiveness and information content of MRI studies.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007132466/14A RU2355305C1 (en) | 2007-08-28 | 2007-08-28 | Technique for examination of thoracic and abdominal organs by magnetic resonance imaging (mri) procedure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007132466/14A RU2355305C1 (en) | 2007-08-28 | 2007-08-28 | Technique for examination of thoracic and abdominal organs by magnetic resonance imaging (mri) procedure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007132466A RU2007132466A (en) | 2009-03-10 |
| RU2355305C1 true RU2355305C1 (en) | 2009-05-20 |
Family
ID=40528077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007132466/14A RU2355305C1 (en) | 2007-08-28 | 2007-08-28 | Technique for examination of thoracic and abdominal organs by magnetic resonance imaging (mri) procedure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2355305C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2658135C1 (en) * | 2014-12-10 | 2018-06-19 | Электа, Инк | Projection of magnetic resonance for construction of four-dimensional visualization |
| US10537750B2 (en) | 2016-01-15 | 2020-01-21 | Neuboron Medtech Ltd. | Radiation detection system for neutron capture therapy system and detection method thereof |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015197475A1 (en) * | 2014-06-27 | 2015-12-30 | Koninklijke Philips N.V. | Charged particle beam therapy and magnetic resonance imaging |
| PL3032926T3 (en) * | 2014-12-08 | 2017-07-31 | Neuboron Medtech Ltd. | A beam shaping assembly for neutron capture therapy |
| CN107206252B (en) | 2014-12-11 | 2020-03-10 | 医科达有限公司 | Motion management in a nuclear magnetic resonance guided linear accelerator |
| EP3342460B1 (en) * | 2015-09-28 | 2020-07-15 | Neuboron Medtech Ltd. | Beam diagnostic system for neutron capture therapy system |
| EP3357536B1 (en) * | 2015-11-12 | 2019-09-11 | Neuboron Medtech Ltd. | Neutron capture therapy system |
| JP6831844B2 (en) * | 2015-11-26 | 2021-02-17 | 南京中硼▲聯▼康医▲療▼科技有限公司Ｎｅｕｂｏｒｏｎ Ｍｅｄｔｅｃｈ Ｌｔｄ． | Beam shaper for neutron capture therapy |
-
2007
- 2007-08-28 RU RU2007132466/14A patent/RU2355305C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| EHMAN R.L. et al. Magnetic resonance imaging with respiratory gating: techniques and advantages, Am J Roentgenol., 1984, №6, p.1175-1182. * |
| КОШЕЛЕВА H.В. Магнитно-резонансная томография в визуализации органов дыхания, средостения и при некоторых патологических состояниях. Пульмонология, 1999, №4, с.26-30. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2658135C1 (en) * | 2014-12-10 | 2018-06-19 | Электа, Инк | Projection of magnetic resonance for construction of four-dimensional visualization |
| US10327666B2 (en) | 2014-12-10 | 2019-06-25 | Elekta, Inc. | Magnetic resonance projection imaging |
| US10791958B2 (en) | 2014-12-10 | 2020-10-06 | Elekta, Inc. | Magnetic resonance projection imaging |
| US11064899B2 (en) | 2014-12-10 | 2021-07-20 | Elekta, Inc. | Magnetic resonance projection for constructing four-dimensional image information |
| US10537750B2 (en) | 2016-01-15 | 2020-01-21 | Neuboron Medtech Ltd. | Radiation detection system for neutron capture therapy system and detection method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007132466A (en) | 2009-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2355305C1 (en) | Technique for examination of thoracic and abdominal organs by magnetic resonance imaging (mri) procedure | |
| RU2612859C2 (en) | Collecting of magnetic resonance data using observation of physiological state | |
| Frauenrath et al. | Feasibility of cardiac gating free of interference with electro-magnetic fields at 1.5 Tesla, 3.0 Tesla and 7.0 Tesla using an MR-stethoscope | |
| JP3192453B2 (en) | Magnetic resonance inspection equipment | |
| WO2005089651A1 (en) | Image data collection control method and image data collection device | |
| US20100268066A1 (en) | System for Automated Parameter Setting in Cardiac Magnetic Resonance Imaging | |
| JP4956170B2 (en) | Magnetic resonance imaging system | |
| US20190183433A1 (en) | Method, apparatus and system for generating gating signal of medical imaging equipment | |
| JP2016538928A (en) | Real-time adaptive physiological synchronization and gating for steady-state MR sequences | |
| Frauenrath et al. | Acoustic method for synchronization of magnetic resonance imaging (MRI) | |
| JP2004024637A (en) | Magnetic resonance imaging apparatus, and method for magnetic resonance imaging photographing | |
| US4719424A (en) | Magnetic resonance imaging system | |
| Martinek et al. | A low-cost system for seismocardiography-based cardiac triggering: A practical solution for cardiovascular magnetic resonance imaging at 3 tesla | |
| JP2007061545A (en) | Magnetic resonance imaging apparatus | |
| JP6827813B2 (en) | Medical diagnostic imaging equipment | |
| DE102006061784A1 (en) | Method and device for operating a magnetic resonance examination device | |
| JP4222773B2 (en) | System for correlating MR images with physiological data | |
| US20140303482A1 (en) | Magnetic resonance imaging method for imaging components with short transverse relaxation times (t2) in a human or an animal heart | |
| JP2005144075A (en) | Magnetic resonance imaging system | |
| TWI740586B (en) | Method and device for generating eit image using periodic biomedical signal | |
| WO2021215648A1 (en) | Apparatus and method for generating volume-selective three-dimensional magnetic resonance image | |
| JP5667890B2 (en) | Magnetic resonance imaging apparatus and medical diagnostic imaging apparatus | |
| JPH01148250A (en) | Magnetic resonance examination apparatus | |
| JP2004329669A (en) | Mri device and mri photographing method | |
| JP4612338B2 (en) | Magnetic resonance imaging system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100829 |