СИСТЕМА ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ МЕТОДОМ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА, СОДЕРЖАЩАЯ ИНТЕРФЕЙС КАБИНЕТА ТОМОГРАФИИ ДЛЯ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА МЕЖДУ БЛОКОМ ПРИЕМНЫХ КАТУШЕК И УДАЛЕННЫМ БЛОКОМ ОБРАБОТКИ СИГНАЛА
SYSTEM OF IMAGERY BY NMR METHOD COMPRISING TOMOGRAPHY CAB INTERFACE FOR AD CONVERSION OF NMR SIGNALS BETWEEN RECEIVING COIL UNIT AND SIGNAL PROCESSING REMOTE UNIT

Изобретение относится к системе получения изображений методом ядерного магнитного резонанса, к способу получения изображений методом ядерного магнитного резонанса для работы системы получения изображений методом ядерного магнитного резонанса и к компьютерной программе для работы системы получения изображений методом ядерного магнитного резонанса.
Получение изображений методом ядерного магнитного резонанса является способом, использующим электромагнитные волны для формирования изображения объектов, находящихся в зоне осмотра. В частности, получение изображений методом ядерного магнитного резонанса используется для получения изображения органической ткани. В обычном устройстве этого типа магниты расположены таким образом, что лежащий в зоне осмотра пациент находится под действием магнитного поля. Затем в организм пациенту в зоне осмотра передают радиоволны, в результате чего ядра атомов в организме изменяют ориентацию. При возвращении ядер в свою первоначальную ориентацию они излучают радиоволны. Устройство формирования изображения принимает излучаемые радиоволны в приемном блоке и использует выводимые из радиоволн данные для формирования изображения организма, осматриваемого в зоне осмотра.
В обычном аппарате получения изображений методом ядерного магнитного резонанса приемный блок расположен вблизи пациента в зазоре электромагнита, и имеет одну или несколько детектирующих катушек/антенн. Коаксиальный кабель соединяет элементы приемного блока с блоком обработки сигналов для передачи данных сигнала в блок обработки сигнала. Блок обработки сигнала обрабатывает эти данные сигнала. Блок обработки сигнала находится в удаленном от зоны осмотра месте.
Во время осмотра организма в зоне осмотра используется множество радиочастотных антенн. В современных томографах на эффекте ядерного магнитного резонанса используется большое число радиочастотных каналов, например - 8, 16, 32, 62, … канала. Для каждой антенны нужен соответствующий коаксиальный кабель. Поэтому, чем больше используется антенн, тем больше усложняется размещение коаксиальных кабелей у организма. Применение большого числа коаксиальных кабелей влечет значительные затраты, загроможденность и подверженность воздействию окружающей среды, создающему помехи получению изображений методом ядерного магнитного резонанса. Помимо этого, часть этих коаксиальных кабелей необходимо пролагать в таких участках зоны осмотра, в которых находятся подвижные объекты, в результате чего снижается надежность системы и значительно уменьшается свобода конструирования.
Изобретение направлено на значительное уменьшение числа кабелей в системе получения изображений методом ядерного магнитного резонанса.
Эта задача изобретения решается при помощи системы получения изображений методом ядерного магнитного резонанса, содержащей: зону осмотра, в которой размещается осматриваемый организм/средство генерирования магнитного поля, которое генерирует магнитное поле в зоне осмотра; приемный блок в зоне осмотра или вблизи зоны осмотра; интерфейсный блок в зоне осмотра или вблизи зоны осмотра, выполненный отдельно от приемного блока; и блок обработки сигнала, удаленный от приемного блока и интерфейсного блока; причем приемный блок содержит: приемное устройство, принимающее сформированный в зоне осмотра сигнал спинового резонанса; и передающее устройство, которое передает сигнал спинового резонанса в интерфейсный блок; и интерфейсный блок содержит: приемное устройство для приема сигналов спинового резонанса; аналого-цифровой преобразователь, формирующий цифровой сигнал при реагировании на принимаемый сигнал спинового резонанса; и передающее устройство для передачи оцифрованного сигнала в блок обработки сигнала.
Эта задача изобретения решается также при помощи интерфейсного блока, используемого в системе получения изображений методом ядерного магнитного резонанса, содержащей: смотровую зону, в которой размещается осматриваемый организм; средство генерирования магнитного поля, которое генерирует магнитное поле в зоне осмотра; приемный блок в зоне осмотра или вблизи зоны осмотра; интерфейсный блок в зоне осмотра или вблизи зоны осмотра, выполненный отдельно от приемного блока; и блок обработки сигнала, удаленный от приемного блока и интерфейсного блока; причем приемный блок содержит: приемное устройство, принимающее сформированный в зоне осмотра сигнал спинового резонанса; и передающее устройство, которое передает сигнал спинового резонанса в интерфейсный блок; и интерфейсный блок содержит: приемное устройство для приема сигналов спинового резонанса; аналого-цифровой преобразователь, формирующий цифровой сигнал при реагировании на принимаемый сигнал спинового резонанса; и передающее устройство для передачи оцифрованного сигнала в блок обработки сигнала.
Эта задача изобретения решается также при помощи способа получения изображений методом ядерного магнитного резонанса для работы системы получения изображений методом ядерного магнитного резонанса, согласно которому: обеспечивают зону осмотра, в которой размещается осматриваемый организм; генерируют магнитное поле в зоне осмотра; принимают в зоне осмотра или вблизи зоны осмотра сигнал спинового резонанса, генерируемый в зоне осмотра, приемным блоком; и передают сигнал спинового резонанса от приемного блока в интерфейсный блок, находящийся в зоне осмотра или вблизи зоны осмотра; при этом интерфейсный блок, расположен отдельно от приемного блока; принимают сигналы спинового резонанса; формируют цифровой сигнал при реагировании на принимаемый сигнал спинового резонанса в интерфейсном блоке; и передают оцифрованный сигнал в блок обработки сигнала, удаленный от приемного блока и интерфейсного блока.
Эта задача изобретения решается также при помощи компьютерной программы для работы с системой получения изображений методом ядерного магнитного резонанса, причем компьютерная программа содержит: компьютерные команды для передачи сигнала спинового резонанса от приемного блока в интерфейсный блок, выполненный отдельно от приемного блока; компьютерные команды для приема сигналов спинового резонанса интерфейсным блоком; компьютерные команды для формирования цифрового сигнала при реагировании на сигнал спинового резонанса в интерфейсном блоке; и компьютерные команды для передачи оцифрованного сигнала от интерфейсного блока в блок обработки сигнала; при этом компьютерные команды выполняются в компьютере. Таким образом, технические эффекты, предполагаемые изобретением, можно реализовать на основе команд компьютерной программы в соответствии с изобретением. Эту компьютерную программу можно запомнить на носителе, или можно получить по Интернету или из другой компьютерной сети. Перед исполнением компьютерную программу загружают в компьютер считыванием компьютерной программы с носителя, например - при помощи проигрывателя компакт-диска формата CD-ROM, или из Интернета; и запоминанием ее в памяти компьютера. Компьютер содержит, помимо прочего, центральный процессор (ЦП), систему шин, средства памяти, например - ЗУПВ, ПЗУ и пр., и устройства ввода/вывода.
Замысел изобретения заключается в сокращении числа кабелей за счет переноса данных сигнала ядерного магнитного резонанса из зоны осмотра, или с места рядом с ней, в удаленный блок обработки сигнала вне зоны осмотра при помощи цифрового формата. Это обеспечит возможность использования простого цифрового соединения, например соединения одним проводом или т.п. Не будет нужен крупный пучок коаксиальных кабелей, в результате чего система получения изображений методом ядерного магнитного резонанса будет менее дорогостоящей и более надежной.
В этих целях изобретение предлагает обеспечить дополнительный интерфейсный блок, оцифровывающий передаваемые сигналы, причем упомянутый интерфейсный блок выполнен в зоне осмотра или вблизи нее, но отдельно от приемных катушек системы получения изображений методом ядерного магнитного резонанса. Поскольку интерфейсный блок не будет находиться в непосредственной близости приемных катушек или в самом устройстве приемных катушек, приемные катушки можно освободить от дополнительных ненужных элементов, например - от электронных схем и пр. Причем тогда, без приемных катушек, повысится степень свободы, без конструкторских ограничений, конструирования приемных катушек, с обеспечением очень значительной зоны уверенного приема. То есть, можно предусмотреть оптимальную антенную компоновку. Помимо этого, приемные катушки можно сделать гораздо более гибкими, более сообразными для пациента. Поскольку приемную катушку и передающую катушку можно с точки зрения электроники и физически интегрировать, это преимущество также относится и к передающим катушкам системы получения изображений методом ядерного магнитного резонанса.
Эти и прочие аспекты изобретения далее поясняются на примере излагаемых ниже осуществлений, сводимых в зависимых пунктах формулы изобретения.
В предпочтительном осуществлении изобретения интерфейсный блок принимает сигналы спинового резонанса от разных приемных устройств. Это означает, что интерфейсный блок выполнен с возможностью сбора и объединения сигналов спинового резонанса от всех приемных катушек системы для формирования сигналов при реагировании на принимаемые сигналы спинового резонанса и для оцифровывания этих сигналов, чтобы передать их в цифровом виде в блок обработки сигнала вне зоны осмотра. Поскольку нужен только один интерфейсный блок, систему можно выполнить простой и не дорогостоящей.
Так как цифровые сигналы требуется передавать, интерфейсный блок и блок обработки сигнала предпочтительно соединен одним кабелем или небольшим числом параллельных оцинкованных кабелей, например - тонкими проводами. Либо сигналы передают с помощью световодов. В этом случае интерфейсный блок содержит электрооптический преобразователь, а второй электрооптический преобразователь находится в удаленном местоположении и направляет передаваемые сигналы в блок обработки сигнала. Либо также можно использовать линию радиосвязи. В этом случае интерфейсный блок содержит передающее устройство, которое передает оцифрованный сигнал в блок обработки сигнала по радиоволнам или т.п. В этом варианте также для блока обработки сигнала обеспечивается приемное устройство. Все передающие и приемные устройства предпочтительно являются компонентами приемопередатчиков, чтобы данные можно было пересылать двусторонне.
Во всех случаях число кабелей значительно сокращено. Для пересылки данного количества данных при помощи лишь одного межсоединения: интерфейсный блок предпочтительно обеспечивает последовательную линию связи с блоком обработки сигнала. Соответственно, интерфейсный блок предпочтительно содержит компонент для преобразования аналоговых сигналов в последовательную форму перед оцифровыванием.
В другом предпочтительном осуществлении изобретения интерфейсный блок содержит средства нормирования аналогового сигнала. Средства нормирования аналогового сигнала (т.е. предварительные усилители, аттенюаторы, фильтры и пр.) предпочтительно содержатся в интерфейсном блоке. Эти средства нормирования аналогового сигнала можно также расположить в приемном блоке. Но предпочтительно, чтобы средства нормирования сигнала располагались только в интерфейсном блоке, и в самих радиочастотных катушках нормирование сигнала не нужно; в результате чего обеспечивается свободное и не имеющее ограничений конструирование катушки. Предварительный усилитель предпочтительно выполнен с возможностью согласования выходного сигнала с требуемым входным напряжением аналого-цифрового преобразователя. Полосовой фильтр с регулируемым затуханием также предпочтительно установлен после предварительного усилителя, чтобы нормировать усиленный сигнал в целях согласования усиленного сигнала со входным сигналом аналого-цифрового преобразователя.
Если интерфейсный блок выполнен полностью или частично в виде интегральной схемы, то интерфейсный блок может иметь очень небольшие размеры, в результате чего можно уменьшить размер защитного экрана. Аналого-цифровой преобразователь и/или средства нормирования сигнала предпочтительно выполнены в виде ИС, например - на кристальном, многокристальном модуле. Либо на микросхеме можно также предусмотреть и другие электронные схемы.
Если интерфейсный блок включен в состав какой-либо схемы, то его можно интегрировать с имеющимися компонентами системы. В этом случае можно будет спроектировать новую аккуратную и не загроможденную зону осмотра без кабелей (если используется линия радиосвязи), и без дополнительных конструкционных компонентов. В такой зоне значительно снижены потенциальные риски повреждения оборудования пациентом или, по небрежности, оператором, или ассистентом.
Интерфейсный блок предпочтительно установлен в столе, на котором находится организм в зоне осмотра, или у этого стола. В частности, интерфейсный блок прикреплен к или встроен в верх стола или в опору верха стола. Если приемные катушки соединены с подвижным верхом стола или с опорой верха стола, то для подключения приемного блока к интерфейсному блоку требуются только короткие кабельные соединения. Остальные идущие в операторское помещение кабели (если таковые есть) предпочтительно проходят по опоре верха стола, которой может быть, например, тележкой.
В еще одном предпочтительном осуществлении изобретения используются комбинированные передающие катушки/приемные катушки. То есть, радиочастотные приемные устройства используются альтернативно как радиочастотные передающие устройства для формирования импульсов измерения в целях возбуждения ядер. Предпочтительно используется та же линия передачи сигнала, что и для приема, и потому интерфейсный блок имеет аналого-цифровой преобразователь. Аналого-цифровой преобразователь принимает данные сигнала из операторского помещения, преобразует эти данные сигнала и передает данные сигнала в генератор. Генератор входит в состав интерфейсного блока и формирует радиочастотные сигналы для радиопередающего устройства. Эти радиочастотные сигналы усиливаются радиочастотным усилителем, предусматриваемым для передающих катушек. Радиочастотный усилитель тоже находится в интерфейсном блоке. Цифроаналоговый преобразователь и др. компоненты предпочтительно также интегрированы в схему интерфейсного блока.
Эти и прочие аспекты изобретения излагаются подробно ниже в виде примера, со ссылкой на описываемое ниже осуществление и на прилагаемые чертежи, на которых;
Фиг.1 - первый вариант системы получения изображений методом ядерного магнитного резонанса, поясняющий расположение компонентов в соответствии с изобретением; и
Фиг.2 - второй, более схематический, вариант системы получения изображений методом ядерного магнитного резонанса согласно изобретению.
Система 1 получения изображений методом ядерного магнитного резонанса включает в себя операторское помещение 2 и кабинет 3 осмотра, отделенные друг от друга средством 4 экранирования от электромагнитных помех. Зона 5 осмотра предназначена для нахождения в ней осматриваемого организма (не показан). Для этого организм помещен на верху 6 стола, установленном на опоре 7 для пациента. Верх 6 стола выполнен с возможностью перемещения - показано стрелкой 8.
Система 1 получения изображений методом ядерного магнитного резонанса также имеет средство 9 генерирования магнитного поля, которое генерирует магнитное поле в зоне 5 осмотра. Средство 9 генерирования магнитного поля имеет магниты 10 для создания статического магнитного поля и систему 11 градиента магнитного поля, состоящую из градиентного усилителя 12 и градиентных катушек 13. Система 11 градиента необходима для пространственного выбора и пространственного кодирования.
Система 1 получения изображений методом ядерного магнитного резонанса также содержит приемный/передающий блок 14. Приемный/передающий блок 14 расположен либо в зоне 5 осмотра, либо вблизи зоны 5 осмотра, в зависимости от положения верха 6 стола. Приемный/передающий блок 14 состоит из нескольких приемных/передающих устройств в виде комбинированных приемных/передающих катушек 15, на которые поступают аналоговые магнитные сигналы спинового резонанса, формируемые в зоне 5 осмотра. Приемный/передающий блок 14 также содержит приемопередатчик 16, который передает сигнал спинового резонанса в интерфейсный блок 17, выполненный отдельно от приемного/передающего блока 14. Приемные/передающие катушки 15 соединены с подвижным верхом 6 стола и с интерфейсным блоком 17, а также с обычным аналоговым коаксиальным кабелем 18, встроенным в верх 6 стола; кабель показан пунктиром. Вместо коаксиального кабеля можно использовать еще один радиочастотный кабелепровод, например - скрученную пару или полосковую линию передачи.
Интерфейсный блок 17 прикреплен к одному концу верха 6 стола и расположен либо в зоне 5 осмотра, либо вблизи зоны осмотра, в зависимости от положения верха 6 стола. Интерфейсный блок 17 осуществляет межсоединение между приемными/передающими катушками 15 и верхом 6 стола в кабинете 3 осмотра, и компонентами системы 1 получения изображений методом ядерного магнитного резонанса в операторском помещении 2. Интерфейсный блок 17 принимает сигналы спинового резонанса от всех приемных/передающих катушек 15 системы, т.е. он является частью многоканальной системы получения радиочастотного сигнала.
Интерфейсный блок 17 содержит: аналого-цифровой преобразователь 19, который формирует цифровой сигнал при реагировании на принимаемый сигнал спинового резонанса; и приемопередатчик 20. Приемопередатчик 20 принимает сигналы от приемопередатчика 16 приемного/передающего блока 14 - для доставки оцифрованного сигнала в блок 21 обработки сигнала вне кабинета 3 осмотра по тонкому единичному кабелю 22 с линией последовательной передачи данных. Интерфейсный блок 17 содержит компонент 23, который преобразует в последовательную форму аналоговые сигналы перед оцифровыванием. Как вариант, интерфейсный блок 17 содержит средство обработки цифрового сигнала (не показано), которое выполняет предварительную обработку оцифрованных сигналов перед передачей в блок обработки сигнала. Одиночный кабель 22 идет от приемопередатчика 20 интерфейсного блока 17 в блок 22 обработки сигнала через управляющее устройство 24 средства генерирования магнитного поля.
Интерфейсный блок 17 также имеет средство 30 нормирования сигнала, например - предварительный усилитель, который согласует выходной сигнал с нужным входным напряжением аналого-цифрового преобразователя 19. Средство 30 нормирования сигнала также содержит полосовой фильтр с регулируемым затуханием, чтобы нормировать усиленный сигнал для согласования усиленного сигнала со входным сигналом аналого-цифрового преобразователя 19.
Интерфейсный блок 17 содержит цифроаналоговый преобразователь 25, который преобразует данные сигнала, принимаемые из операторского помещения 2 приемопередатчиком 20. Преобразованные данные сигнала затем передаются от цифроаналогового преобразователя 25 в генератор 26, который генерирует радиочастотные сигналы для передающих катушек 15. Интерфейсный блок 17 также содержит радиочастотный усилитель 27 для усиления радиочастотных сигналов. Радиочастотные сигналы поступают в приемопередатчик 16 приемного/передающего блока 14. Приемопередатчик 16 принимает эти сигналы. Средства электропитания для интерфейсного блока 17 не показаны.
Поскольку интерфейсный блок 17 не входит в состав катушек 15, поэтому конструкция катушек не ограничена. Преимуществом свободного конструирования катушек можно воспользоваться еще лучше, если удалить прочие электронные схемы из самих катушек 15. Например, можно устранить средства разрегулирования (не показаны) для изменения резонансной частоты приемных катушек, которые включают в себя электронные схемы и переключатели. Это можно осуществить при помощи четвертьволновой линии передачи (не показана) между катушками и средствами разрегулирования.
Блок 21 обработки сигнала системы 1 получения изображений методом ядерного магнитного резонанса находится в операторском помещении 2, удаленном от зоны 5 осмотра, приемного блока 14 и интерфейсного блока 17. Блок 21 обработки сигнала обрабатывает цифровой сигнал, и поэтому передаваемые цифровые данные могут поступать в блок 21 обработки сигнала без последующего преобразования. Блок 21 обработки сигнала является частью системы 21 сбора данных и управления для обработки цифрового сигнала, обработки изображений и управления сбором данных. Система 28 сбора данных и управления подключена к системе 29 восстановления, в которой восстанавливается и отображается информация. Система 28 сбора данных и управления, включая блок 21 обработки сигнала и также систему 29 восстановления, выполнена (по меньшей мере отчасти) в виде программного обеспечения, выполняемого в компьютере.
Специалистам в данной области техники будет ясно, что изобретение не ограничивается частностями излагаемых выше поясняющих осуществлений, и что изобретение можно осуществить в прочих определенных видах в рамках идеи изобретения и его отличительных признаков. Поэтому излагаемые здесь осуществления должны рассматриваться во всех отношениях как поясняющие, а не ограничивающие; объем изобретения определен в прилагаемой формуле изобретения, а не в излагаемом выше описании, и все изменения, подпадающие под смысловое значение и рамки эквивалентности формулы изобретения, поэтому считаются входящими в изобретение. Слово «содержит» не исключает другие элементы или действия, и неопределенный артикль единственного числа не исключает множественности; и какой-либо единичный элемент, такой как компьютерная система или другое устройство, может выполнять функции нескольких средств, упоминаемых в формуле изобретения.
Ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие данный пункт формулы.
1 - система получения изображений методом ядерного магнитного резонанса
2 - операторское помещение
3 - кабинет осмотра
4 - экранирование
5 - зона осмотра
6 - верх стола
7 - опора для пациента
8 - стрелка
9 - средство генерирования магнитного поля
10 - магнит
11 - система градиента магнитного поля
12 - градиентный усилитель
13 - градиентная катушка
14 - приемный/передающий блок
15 - приемная/передающая катушка
16 - приемопередатчик
17 - интерфейсный блок
18 - коаксиальный кабель
19 - аналого-цифровой преобразователь
20 - приемопередатчик
21 - блок обработки сигнала
22 - одиночный кабель
23 - средство преобразования в последовательную форму
24 - управляющее устройство
25 - цифроаналоговый преобразователь
26 - радиочастотный генератор
27 - радиочастотный усилитель
28 - система сбора данных и управления
29 - система восстановления
30 - средство нормирования сигнала