一种多通道磁共振成像设备的SAR实时监测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种多通道磁共振成像设备的SAR实时监测系统及方法，其特征在于：监测系统包括若干功率测量单元和一数字信号处理单元，每一功率测量单元包括一双向定向耦合器、一前向功率传感器和一反向功率传感器，数字信号处理单元包括若干模数转换模块、一微处理器和一存储器；各功率测量单元分别设置在磁共振成像设备中每一通道的发射接收开关和射频发射线圈之间，测量所在通道的瞬时通过功率，并将测量结果均传输至数字信号处理单元；数字信号处理单元对接收到的测量结果进行处理后输出控制信号并传输至控制谱仪，由控制谱仪保持开通或关断相应通道的功率放大器。本发明专利技术可以广泛应用于以临床诊断或科学研究为目的的磁共振成像设备中。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种多通道磁共振成像设备的SAR实时监测系统及方法，其特征在于：监测系统包括若干功率测量单元和一数字信号处理单元，每一功率测量单元包括一双向定向耦合器、一前向功率传感器和一反向功率传感器，数字信号处理单元包括若干模数转换模块、一微处理器和一存储器；各功率测量单元分别设置在磁共振成像设备中每一通道的发射接收开关和射频发射线圈之间，测量所在通道的瞬时通过功率，并将测量结果均传输至数字信号处理单元；数字信号处理单元对接收到的测量结果进行处理后输出控制信号并传输至控制谱仪，由控制谱仪保持开通或关断相应通道的功率放大器。本专利技术可以广泛应用于以临床诊断或科学研究为目的的磁共振成像设备中。【专利说明】—种多通道磁共振成像设备的SAR实时监测系统及方法
本专利技术涉及一种电磁波能量吸收率监测系统及方法，特别是关于一种多通道磁共振成像设备的电磁能量吸收率SAR(Specific Absorpt1n Rate)的实时监测系统及方法。
技术介绍
磁共振成像是一种不需要射线和其它电离辐射就能产生人体内部图像的成像方式，广泛应用在临床医学和基础科学，包括生物医药、遗传基因、神经科学、心理学、认知科学等研究领域。磁共振成像的工作原理大致如下:磁体产生一个磁场强度较强的相对均匀的基本磁场，即主磁场Btl场，然后在主磁场上迭加一个用于空间位置编码的三维梯度磁场。在磁共振成像时，为了产生和获取磁共振信号，通常需要利用一个或者多个射频发射线圈发射射频脉冲，产生一个垂直于主磁场Btl场的旋转B1射频场，激发人体内的质子产生磁共振现象，生成旋转的横向磁共振矢量Mxy。旋转的横向磁共振矢量Mxy切割一个或者多个射频接收线圈，射频接收线圈接收人体发出的微弱磁共振信号，最后将获取的磁共振信号通过图像重建得到磁共振图像。 近年来，为提高图像信噪比，磁共振成像系统中主磁场的场强不断增强(例如主磁场强度包括0.2T (特斯拉)、0.35T、1.5T、3T、4.7T、7T和9.4T等)，然而场强的增强会使射频脉冲载频的频率升高，从而会在人体内沉积更多的电磁能量。另一方面，现有的磁共振成像技术要求快速成像能力，而快速成像需要磁共振扫描仪在单位时间内向患者发送更高重复频率的射频脉冲序列，这也导致受试者要承受更多的电磁能量。因此FDA (Food and Drug Administrat1n,美国食品药物监督管理局)和 IEC (Internat1nalElectrotechnical Commiss1n国际电工委员会)的标准规定了在磁共振成像中人体电磁能量吸收率SAR)值不能超过规定的安全标准。由于现代的磁共振成像技术会使受试者承受高SAR值，因此必须对磁共振成像中的SAR值进行实时监测。 对SAR值的实时监测除了需要监测整个观察区域的SAR值，还包括监测局部观察区域的SAR值。这是因为随着磁共振成像系统主磁场场强的不断增强和射频频率的不断增力口，随之产生的射频发射场的不均匀性问题越来越突出。为了解决上述问题，磁共振成像系统发展了多通道并行发射技术，但是多通道并行发射技术由于各个通道间能量分布的不均匀性，容易造成受试者体内整体SAR值并没有超过阈值而局部区域SAR值过高的现象，产生高频电磁伤害。因此，对局部SAR值的实时监测也是非常重要的。在扫描中对受试者的SAR值进行监测，首先需要测量输入射频发射线圈的功率。在大功率射频信号测量中，需要用到射频电路中常用的定向耦合器，而定向耦合器有限的隔离度会引入测量误差，即方向性误差。方向性误差取决于耦合信号中耦合输出信号反射功率的大小，与反射系数直接相关:反射系数越大，方向性误差越大，反射系数越小，方向性误差越小。传统的测试方法将各个定向耦合器的误差归为一个相同的误差值，这个相同的误差值一般取反射系数较大时的误差值，从而增加了不必要的冗余误差。如果采用不同的反射系数对应不同误差的形式，可以避免不必要的冗余误差。为了保证病人的安全，传统监测方法都是对整体射频能量吸收率进行监测，对局部射频能量吸收率则是将阈值除以一个较大的安全因子，或者将测量值乘以一个较大的估计因子。对于不同的介质一些均匀激发的线圈的局部射频能量吸收率的最大值接近于整体射频能量吸收率的1.2?5倍，采用传统监测方法对人体SAR值进行监测时，得到的局部射频能量吸收率的估计范围过高，导致一些射频序列不能在高场中运行，是一个很大的浪费；而对于发射很不均匀的线圈，传统监测方法又不足以保证局部射频能量吸收率不超过安全标准。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种能够实时监测受试者整体和局部射频能量吸收率的多通道磁共振成像设备的SAR实时监测系统及方法。 为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案:一种多通道磁共振成像设备的SAR实时监测系统，其特征在于:它包括若干功率测量单元和一数字信号处理单元；磁共振成像设备中各通道发射链路均包括所述功率放大器、滤波器、发射接收开关和多通道射频发射线圈，各所述功率测量单元分别设置在每通道发射链路中所述发射接收开关和射频发射线圈之间，各所述功率测量单元测量所在通道的通过功率，并将测量结果均传输至所述数字信号处理单元；所述数字信号处理单元对接收到的测量结果进行处理后输出控制信号并传输至控制谱仪，由控制谱仪保持开通或关断相应通道的功率放大器。 每一所述功率测量单兀包括一双向定向I禹合器、一前向功率传感器和一反向功率传感器；在磁共振成像设备的发射链路中，所述双向定向耦合器的输入端和输出端分别连接所在发射链路中所述发射接收开关的输出端和射频发射线圈的输入端，所述双向定向耦合器的隔离端和耦合端分别连接所述前向功率传感器和反向功率传感器的输入端，所述前向功率传感器和反向功率传感器的输出端分别连接所述信号处理单元；所述双向定向耦合器将功率放大器输入的功率传输至射频发射线圈，所述前向功率传感器和反向功率传感器分别检测所述双向定向耦合器功率传输过程中从功率放大器传输至射频发射线圈的功率和从射频发射线圈返回至功率放大器的功率，并将检测到的功率信号转换成电压信号后传输至所述数字信号处理单元。 所述前向功率传感器和反向功率传感器均采用整流二极管或者检波芯片。 所述数字信号处理单元包括若干模数转换模块、一微处理器和一存储器；所述模数转换模块对接收到的电压信号进行采样，并将采样数据传输至所述微处理器，所述微处理器将接收到的采样数据传输至所述存储器中进行存储；所述微处理器采用滑动算法对接收到的各通道10秒和6分钟两个时间窗内的采样数据进行时间平均和加权求和后，得到10秒和6分钟两个时间窗内的整体和局部测量区域的平均SAR值，整体和局部测量区域的平均SAR值分别与所述微处理器中预设的整体和局部安全阈值进行比较，所述微处理器输出控制信号并传输至控制谱仪，由控制谱仪关断相应通道的功率放大器。 所述功率测量单元和数字信号处理单元全部采用无磁性射频元器件。 一种基于所述实时监测系统的多通道磁共振成像设备的SAR实时监测方法，其包括以下步骤:1)在磁共振成像设备发射链路中每一通道的发射接收开关和射频发射线圈之间设置一包括若干功率测量单元和一数字信号处理单元的磁共振成像设备的SAR实时监测系统；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多通道磁共振成像设备的SAR实时监测系统，其特征在于：它包括若干功率测量单元和一数字信号处理单元；磁共振成像设备中各通道发射链路均包括所述功率放大器、滤波器、发射接收开关和多通道射频发射线圈，各所述功率测量单元分别设置在每通道发射链路中所述发射接收开关和射频发射线圈之间，各所述功率测量单元测量所在通道的通过功率，并将测量结果均传输至所述数字信号处理单元；所述数字信号处理单元对接收到的测量结果进行处理后输出控制信号并传输至控制谱仪，由控制谱仪保持开通或关断相应通道的功率放大器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：燕新强，薛蓉，丰宝桐，左真涛，王喆，李艳霞，李志光，卓彦，马创新，魏龙，
申请(专利权)人：中国科学院生物物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11