用于MRI的方位跟踪装置制造方法及图纸

方位跟踪装置包括用于在其中存储数据的存储器，数据包括关于磁成像扫描仪的静磁场在所选择的主坐标系中的方向的磁参考数据、以及关于地球重力场在主坐标系中的方向的地球重力参考数据。装置还包括加速度计、磁力计和通信模块。处理器连接到加速度计、磁力计和通信模块，并且适配用于从磁力计接收方位跟踪装置的坐标系中的磁场矢量在方位跟踪装置在使用中放置其中的磁成像扫描仪内的测量结果。处理器还从加速度计接收方位跟踪装置的坐标系中的加速度矢量在方位跟踪装置在使用中放置其中的磁成像扫描仪内的测量结果，然后处理器通过将来自加速度计和磁力计的测量矢量分别与存储的重力参考数据和磁参考数据相比较，确定装置相对于主坐标系的方位。

Azimuth tracking device for MRI

Azimuth tracking device comprises a memory for storing the data therein, reference data, data including magnetic direction of static magnetic field on magnetic imaging scanner in the choice of the main in the coordinate system and on the earth's gravity field in the main coordinate system in the direction of the earth's gravity reference data. The device also includes accelerometers, magnetometers and communication modules. The processor is connected to the accelerometer, magnetometer and communication module, and adaptable to the magnetic field vector in the coordinate system of the azimuth tracking device received from the magnetometer. In the position tracking device, the measurement results in the magnetic imaging scanner are placed in use. The measurement results of magnetic imaging scanner processor from the accelerometer acceleration vector receiving azimuth tracking device coordinates tracking device in the range which was placed in the processor then by measurement of vector from the accelerometer and magnetometer respectively compared with the reference data of gravity and magnetic data storage device to determine the reference, relative to the principal coordinate azimuth.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于MRI的方位跟踪装置
本申请涉及一种方位跟踪装置，特别是与核磁共振成像(MRI)扫描仪一起使用的方位跟踪装置。
技术介绍
MRI扫描仪经常用于在医疗环境中扫描病人。然而，病人在扫描过程中的任何移动会导致最终扫描的不准确。可理解的是，病人移动是难以避免的，或者简单地由于病人呼吸，或者是由于在较长时间的扫描中变得难以让病人保持不动。另外，病人可能患有类似于帕金森症的疾病，这种疾病使得病人身体上无法保持不动。由于现代MRI扫描仪目前已能够实现亚毫米分辨率的成像，所以无意识动作成为所能得到的图像清晰度的约束因素。需要一种检测这些移动以便在扫描过程中补偿这些移动的方法。本专利技术提供了一种解决这一问题的装置和方法。
技术实现思路
根据一个示例实施例，提供了一种方位跟踪装置，所述装置包括：存储器，用于在其中存储数据，所述数据包括关于磁成像扫描仪的静磁场在所选择的主坐标系中的方向的磁参考数据、以及关于地球的重力场在所述主坐标系中的方向的地球重力参考数据；加速度计；磁力计；通信模块；以及处理器，连接到所述加速度计、磁力计和通信模块，所述处理器用于：从所述磁力计接收方位跟踪装置的坐标系中的磁场矢量在所述方位跟踪装置在使用中放置其中的所述磁成像扫描仪内的测量结果；从所述加速度计接收方位跟踪装置的坐标系中的加速度矢量在所述方位跟踪装置在使用中放置其中的所述磁成像扫描仪内的测量结果；以及通过将来自所述加速度计和磁力计的测量矢量分别与存储的重力参考数据和磁参考数据相比较，确定所述装置相对于所述主坐标系的方位。所述处理器通常进一步接收来自所述加速度计和磁力计的测量结果，并使用这些测量结果确定所述装置的方位，其中所述处理器将所确定的装置的方位与先前确定的装置的方位相比较，以对在使用中附装有所述装置的MRI扫描仪内的刚体对象的方位变化进行量化。在优选示例实施例中，所述处理器进一步应用滤波技术以减轻伪读数的影响。所述装置可以包括也连接到所述处理器的至少一个陀螺仪，以使得所述处理器额外地使用从所述陀螺仪接收的测量结果来确定所述装置的方位。所述通信模块额外地进一步将加速度和/或陀螺仪测量结果反馈至所述扫描仪，以用于估计所述装置的未来状态。所述装置通常包括用于为所述装置的其他部件供电的电池，其中所述电池经由电压调节器连接到所述处理器。根据另一示例实施例，提供了一种使用方位跟踪装置跟踪方位的方法，所述方法包括：存储数据，所述数据包括关于磁成像扫描仪的静磁场在所选择的主坐标系中的方向的磁参考数据、以及关于地球的重力场在所述主坐标系中的方向的地球重力参考数据；从磁力计接收方位跟踪装置的坐标系中的磁场矢量在所述方位跟踪装置在使用中放置其中的所述磁成像扫描仪内的测量结果；从加速度计接收方位跟踪装置的坐标系中的加速度矢量在所述方位跟踪装置在使用中放置其中的所述磁成像扫描仪内的测量结果；以及通过将来自所述加速度计和磁力计的测量矢量分别与存储的重力参考数据和磁参考数据相比较，确定所述装置相对于所述主坐标系的方位。通常，测量结果被周期性地接收并且用于确定所述装置的方位，其中将所确定的装置的方位与先前确定的装置的方位相比较，以对在使用中附装有所述装置的MRI扫描仪内的刚体对象的方位变化进行量化。优选地应用滤波技术以减轻伪读数的影响。所述方法可以进一步包括从至少一个陀螺仪接收测量结果，并且额外地使用从所述陀螺仪接收的测量结果来确定所述装置的方位。另外，可以将加速度和/或陀螺仪测量结果反馈至所述扫描仪，以用于估计所述装置的未来状态。在优选实施例中，所述主坐标系是所述MRI扫描仪的坐标系。额外地，可以基于关于MRI扫描仪构造的知识来合成所述参考数据。此外，在使用中与所述装置连接的刚体对象的方位变化被用于预测所述物体的平移。附图说明图1描述了传统的MRI扫描仪布局，其中重力(～g)与病人床位正交，静磁场(～B0)则是轴向地沿着扫描仪孔洞的方向；图2是示出根据本专利技术的示例装置的方框图；图3是示出通过图2的装置执行的方法步骤的方框图；图4示出示例的非线性互补滤波器；图5是包括本专利技术的方位跟踪装置的示例用户可佩戴装置；图6示出将从传感器导出的心脏和呼吸数据与直接的ECG和呼吸测量结果进行比较的图表；图7示出将来自线性导航仪的平移数据与使用从方位跟踪装置获得的方位的平移数据进行比较的图表；以及图8示出用于预测图7中绘制的动作的翻滚模型的图形表示。具体实施方式下文将描述方位跟踪装置，特别是与核磁共振成像(MRI)扫描仪一起使用的方位跟踪装置。MRI扫描仪由超导磁体、射频线圈和梯度线圈组成。梯度线圈由三个分离的线圈组成，这三个线圈能够在3个正交方向上对扫描仪孔洞(bore)内的物理空间进行空间编码。在MRI扫描仪的等中心点(Iso-Center)处，梯度线圈对磁场的幅度没有影响。这一点无法被修改或者改变，并且对于特定MRI扫描仪是固定的。因此，人们物理上无法围绕物理空间中的除了梯度等中心点以外的任何点来旋转磁场的编码幅度。平移移位是通过修改对于MR信号的解释来实现的，而不是通过静态场的恒定幅度中的物理移位来实现的。正因为如此，方位的实时反馈是非常重要的，因为它对于MR信号的影响比平移移位更为复杂。方位校正需要被立即反馈，而平移运动能够被回顾性地校正，只要它被准确地量化。参考附图，方位跟踪装置10包括用于在其中存储数据的存储器12，所述数据包括关于磁成像扫描仪的静磁场的磁参考数据以及关于地球的重力场的地球重力参考数据。这些参考数据定义初始的主坐标系(principleco-ordinateframe)。就这一点而言，核磁共振成像依赖于用于图像获取的高均匀磁场。即使该磁场中的小波动，也会使氢原子的旋进频率偏移，从而导致图像中的伪影(artefact)。用于图像空间编码的梯度场位于3特斯拉(Tesla)扫描仪的40mT/m的区域中。为了对大约1mm尺寸的解剖特征进行编码，扫描仪内的磁场需要稳定，并且完好地位于0.04mT(通常以百万分之几规定)内。这比静态场小很多数量级，显示出为了图像重建需要这种磁场多么稳定。就矢量观察而言，MRI扫描仪内的静磁场(～B0场)对于方位估计而言是接近完美的。它高度独立于运动，而且在图像空间中被充分地定义。即使相对小的幅度，对图像空间进行编码的梯度场也具有指向相同的方向的磁场矢量(理论上对～B0场的方向没有影响)。在MRI扫描仪的构造中，有益的是将梯度线圈与静磁场对准以最大化它们的编码效果。这些性质允许在扫描仪的成像参考系中的静磁场的参考方向的合成达到相对高的准确度(在示例MRI扫描仪中，小于1度)。这在预期运动校正的应用中是有用的，在这种应用中，需要相对于MRI扫描仪的坐标系估计方位。为了充分地定义MRI扫描仪孔洞内的方位，需要另一矢量观察。该第二矢量不能平行于或者反平行于第一矢量。相反，该第二矢量越接近于与第一矢量正交，方位估计就越不容易受到噪声影响。由于结构性和舒适性的原因，大多数MRI扫描仪对仰卧姿势的病人进行成像。因此，MRI扫描仪的孔洞轴平行于地板，以容纳病人躺下。所关注的是确保病人床位和成像坐标系是对准的，以使得图像以放射线技师期望的方式呈现。人们还可以理解的是，重力级别用作扫描仪构造中的参考。因此，我们能够合成重力的参考方向，使得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方位跟踪装置，所述装置包括：存储器，用于在其中存储数据，所述数据包括关于磁成像扫描仪的静磁场在所选择的主坐标系中的方向的磁参考数据、以及关于地球的重力场在所述主坐标系中的方向的地球重力参考数据；加速度计；磁力计；通信模块；以及处理器，连接到所述加速度计、所述磁力计和所述通信模块，所述处理器用于：从所述磁力计接收所述方位跟踪装置的坐标系中的磁场矢量在所述方位跟踪装置在使用中放置其中的所述磁成像扫描仪内的测量结果；从所述加速度计接收所述方位跟踪装置的坐标系中的加速度矢量在所述方位跟踪装置在使用中放置其中的所述磁成像扫描仪内的测量结果；以及通过将来自所述加速度计和磁力计的测量矢量分别与存储的重力参考数据和磁参考数据相比较，确定所述装置相对于所述主坐标系的方位。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.31 GB 1513558.51.一种方位跟踪装置，所述装置包括：存储器，用于在其中存储数据，所述数据包括关于磁成像扫描仪的静磁场在所选择的主坐标系中的方向的磁参考数据、以及关于地球的重力场在所述主坐标系中的方向的地球重力参考数据；加速度计；磁力计；通信模块；以及处理器，连接到所述加速度计、所述磁力计和所述通信模块，所述处理器用于：从所述磁力计接收所述方位跟踪装置的坐标系中的磁场矢量在所述方位跟踪装置在使用中放置其中的所述磁成像扫描仪内的测量结果；从所述加速度计接收所述方位跟踪装置的坐标系中的加速度矢量在所述方位跟踪装置在使用中放置其中的所述磁成像扫描仪内的测量结果；以及通过将来自所述加速度计和磁力计的测量矢量分别与存储的重力参考数据和磁参考数据相比较，确定所述装置相对于所述主坐标系的方位。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理器进一步接收来自所述加速度计和磁力计的测量结果，并使用这些测量结果确定所述装置的方位。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述处理器将所确定的装置的方位与先前确定的装置的方位相比较，以对在使用中附装有所述装置的MRI扫描仪内的刚体对象的方位变化进行量化。4.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述处理器进一步应用滤波技术以减轻伪读数的影响。5.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述装置包括也连接到所述处理器的至少一个陀螺仪，以使得所述处理器额外地使用从所述陀螺仪接收的测量结果来确定所述装置的方位。6.根据权利要求5所述的装置，其中所述通信模块进一步将加速度和/或陀螺仪测量结果反馈至所述扫描仪，以用于估计所述装置的未来状态。7.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述装置包括电池，所述电池用于为所述装置的其...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾德·马蒂纳斯·约翰内斯·范·尼克克，
申请(专利权)人：开普敦大学，
类型：发明
国别省市：南非,ZA