磁共振成像系统的制作方法

1.本发明涉及磁共振成像系统、患者的镇静监测的方法，以及计算机程序单元和计算机可读介质。


背景技术：

2.在利用磁共振图像(mri)采集单元或系统进行医学成像期间与患者的交互具有挑战性。在相当大的一部分mr成像会话中，患者接受镇静以缓解令人不适的长扫描时间、缓解焦虑或最大限度地减少患者的自主运动，并且从而提高图像质量。例如，如果患者只是轻微镇静，强烈的mr噪音可能会导致患者移动或至少引起不适。这种运动经常会影响图像质量，甚至可能需要镇静剂才能执行特定类型的对运动非常敏感的扫描。镇静目前由医务人员手动进行，并且镇静深度通常通过临床测试作为对语言和触觉刺激的反应进行监测。客观镇静状态的识别是针对成像选择具有合适时序的正确协议以及识别镇静状态如何变化以决定下一步的关键问题之一。
3.y-c kim等人的论文“caught sleeping:recording of snoring during real-time mri scan”proc.intl.soc.mag.reson.med.21(2013)，第1235页，描述了先前上气道的实时mri已被用于研究语音过程中声道成形的动态以及识别具有阻塞性睡眠呼吸暂停(osa)的对象的气道塌陷部位。描述了打鼾是睡眠期间咽部气道阻塞部位的软组织振动而产生的声学噪音，并且是osa的常见前兆。描述了以前曾使用纤维鼻内窥镜检查osa综合征患者的(一个或多个)阻塞部位，但它是侵入性的，并且通常涉及镇静引起的睡眠。在该论文中，描述了已经表明在自然睡眠期间使用实时mri与同步音频记录同时可视化打鼾和阻塞部位和随后的mri噪声消除。
4.在扫描器系统的嘈杂环境中评估镇静状态尤其具有挑战性。标准mr成像会话在经验丰富的工作人员的完全控制下进行。他们将患者放置在mr患者支撑体上，应用传感器(例如ecg单元)进行心脏扫描，选择、调整和运行特定的扫描集，执行一些即时图像质量控制，存档图像，并且将患者从mr套件中移除。因为mr会话通常相对较长，这代表了放射学中的一个很大的成本因素。因此，期望更自主的成像方法，其中上述步骤中的至少一些是自动化的。自主成像的其他驱动因素通常是磁共振检查数量的增加以及在许多地区缺乏经验丰富的工作人员。已经提出了各种刺激来在自主成像环境中自动测量镇静深度(视觉、听觉、味觉、触觉)。然而，这些额外的设备需要与扫描器集成，这会增加系统的成本。这是因为任何与mr系统集成的设备都需要进行调整，以避免对mr系统产生任何电磁干扰，并且该设备必须不要发射任何会损害mr图像质量的射频。它必须不包含任何铁磁部件，并且任何电线都必须经过精心设计，以避免不必要的发热或图像质量损失。此外，设备的设计必须保证mr系统的高的静态和时变电场和磁场不会损害设备的安全性或功能。所有这些任务都需要大量的设计工作、安全测试，并且受医学规章的约束。
5.有必要解决这些问题。


技术实现要素：

6.具有对经历利用mri系统进行医学扫描的患者的镇静剂监测的改进的手段将是有利的。本发明的目的利用独立权利要求的主题来解决，其中，在从属权利要求中并入了另外的实施例。应当注意，本发明的以下描述的方面和示例也适用于磁共振成像系统、患者的镇静监测的方法，以及计算机程序单元和计算机可读介质。
7.在第一个方面中，提供了一种如所附权利要求1中定义的磁共振成像系统。
8.在第二个方面中，提供了一种如所附权利要求13中定义的对患者进行镇静监测的方法。
9.在第一示例中，提供了一种磁共振成像系统，包括：
10.至少一个梯度线圈；以及
11.处理单元。
12.所述处理单元被配置为控制梯度线圈以产生用于患者的镇静监测的有意噪声。
13.换言之，mri扫描器本身用于产生用于对患者进行镇静监测的噪声。这意味着不需要额外的刺激系统，所述额外的刺激系统已被提议用作镇静监测的部分并且必须与mri系统兼容，或者不需要医务人员手动监测镇静深度，通常通过临床测试完成。因此，提供了一种用于监测患者的镇静状态的有效技术，其使得扫描序列能够以可以确定患者的镇静状态适合于该特定扫描序列的方式进行。以此方式，可以减轻由于患者移动而可能引起的运动伪影，因为可以以方便的方式监测患者的镇静状态。
14.在示例中，所述处理单元被配置为控制施加到梯度线圈的电流的波形以产生用于患者的镇静监测的有意噪声。
15.在示例中，所述磁共振成像系统包括至少一个梯度线圈驱动放大器。所述处理单元被配置为控制梯度线圈驱动放大器以驱动梯度线圈产生用于患者的镇静监测的有意噪声。
16.因此，可以控制一个或多个梯度线圈驱动放大器以提供有意噪声。
17.在示例中，控制梯度线圈以产生有意噪声包括由处理单元利用关于患者的音频相关的信息。
18.在示例中，所述磁共振成像系统被配置为采集至少一个患者对所述有意噪声的响应以用于患者的镇静监测。所述处理单元被配置为确定所述患者的镇静状态，包括利用对有意噪声的至少一个患者响应来监测患者的镇静。
19.在示例中，所述磁共振成像系统包括至少一个传感器设备。所述至少一个传感器设备被配置为采集至对所述有意噪声的少一个患者响应以用于所述患者的镇静监测。
20.在示例中，所述处理单元被配置为控制mr成像，使得由磁共振成像系统采集的图像数据可用于确定对有意噪声的至少一个患者响应以用于患者的镇静监测。
21.因此，mri系统不必使用外部传感器来监测患者，而是可以既为镇静监测提供有意噪声，并且又然后提供来自特定扫描序列的图像数据以确定镇静状态，例如响应于有意噪声采集面部图像数据以监测面部运动。
22.在示例中，所述处理单元被配置为基于所确定的患者镇静状态来控制和/或修改和/或改变扫描序列。以此方式，可以确保患者处于针对扫描序列所需的镇静状态。因此，如果患者的镇静状态开始变得更轻，则可以延迟特别大声的扫描序列，直到患者例如接受进
一步的镇静。更确切地说，扫描序列的较不响亮和突兀部分可以与患者的镇静状态相称地进行，使扫描的效率最大化，并且最小化需要给予患者的镇静剂的量。
23.在示例中，产生用于患者的镇静监测的有意噪声包括处理单元被配置为除了磁共振成像序列之外还产生有意噪声。
24.在示例中，产生用于患者的镇静监测的有意噪声包括处理单元被配置为修改磁共振成像序列。
25.在示例中，对磁共振成像序列的修改包括序列步骤的中断。
26.在示例中，产生用于患者的镇静监测的有意噪声包括处理单元被配置为重新排列磁共振成像序列的步骤。
27.在示例中，产生用于患者的镇静监测的有意噪声包括使用特别大声的扫描序列或扫描序列的部分。
28.在第二个示例中，提供了一种对患者进行镇静监测的方法，包括：
29.由处理单元控制磁共振成像系统的梯度线圈以产生用于患者的镇静监测的有意噪声。
30.根据另一个方面，提供了一种对如前所述的装置中的一个或多个进行控制计算机程序单元，所述计算机程序单元在由处理单元执行时适于执行如前所述的方法中的一个或多个。
31.根据另一方面，提供了一种存储有如前所述的计算机单元的计算机可读介质。
32.所述计算机程序单元可以例如是软件程序，但是也可以是fpga、pld或任何其他适当的数字装置。
33.有利的是，上述任何方面提供的益处同样适用于所有其他方面，并且反之亦然。
34.参考下文描述的实施例，上述方面和范例将变得显而易见并将得以阐述。
附图说明
35.下面将参考附图来描述示范性实施例：
36.图1示出了磁共振成像系统的示例的示意性设置。
具体实施方式
37.图1示出了磁共振成像系统10的范例。系统10包括至少一个梯度线圈20和处理单元30。所述处理单元被配置为控制梯度线圈以产生用于患者的镇静监测的有意噪声。
38.在示例中，所述有意噪声包括音乐。
39.在示例中，所述有意噪声包括人声的合成表示。
40.在示例中，所述有意噪声包括咔嗒声。
41.在示例中，所述有意噪声包括具有一个或多个特定音高的噪声。
42.在示例中，所述有意噪声包括具有一个或多个特定音调的噪声。
43.在示例中，所述有意噪声包括具有一个或多个特定持续时间的噪声。
44.在示例中，所述有意噪声包括一个或多个哔哔声。
45.在示例中，所述有意噪声包括具有一个或多个特定响度程度的噪声。
46.根据示例，所述处理单元被配置为控制施加到梯度线圈的电流的波形以产生用于
患者的镇静监测的有意噪声。
47.在示例中，所施加的电流具有高的最大电流幅值。
48.在示例中，所述波形包括双极梯形梯度波形。
49.根据示例所述，磁共振成像系统包括至少一个梯度线圈驱动放大器40。所述处理单元被配置为控制一个或多个梯度线圈驱动放大器以驱动一个或多个梯度线圈以产生用于患者的镇静监测的有意噪声。
50.根据示例，控制梯度线圈以产生有意噪声包括由处理单元利用关于患者的音频相关的信息。
51.在示例中，所述音频相关的信息包括患者听觉能力的指示。
52.在示例中，所述音频相关的信息包括关于患者听觉习惯的信息。
53.在示例中，所述音频相关的信息包括关于患者的偏好音乐类型的信息。
54.根据示例，所述磁共振成像系统被配置为采集对有意噪声的至少一个患者响应以用于患者的镇静监测。所述处理单元被配置为确定所述患者的镇静状态，包括利用对有意噪声的至少一个患者响应来监测患者的镇静。
55.在示例中，所述设备包括输出单元，所述输出单元被配置为输出被镇静患者的镇静状态。
56.换言之，提供了一种镇静水平确定系统，其可以确定患者的镇静水平以用于例如医学扫描程序中。
57.在示例中，输出单元可用于基于响应来调整医学扫描程序。
58.根据示例，所述磁共振成像系统包括至少一个传感器设备50。所述至少一个传感器设备被配置为采集至对所述有意噪声的少一个患者响应以用于所述患者的镇静监测。
59.在示例中，所述至少一个传感器设备包括：相机、emg传感器、运动传感器、倾斜传感器、加速度计、麦克风，并且所述至少一个传感器设备可以是磁共振图像采集单元在图像采集模式下工作时其本身。
60.在示例中，所述至少一个患者响应包括：一个或多个面部表情、眨眼、身体部位运动。
61.根据示例，所述处理单元被配置为控制mr成像，使得由磁共振成像系统采集的图像数据可用于确定对有意噪声的至少一个患者响应以用于患者的镇静监测。
62.根据示例，所述处理单元被配置为基于所确定的患者镇静状态来控制和/或修改和/或改变扫描序列。
63.根据示例，产生用于患者的镇静监测的有意噪声包括处理单元被配置为除了磁共振成像序列之外还产生有意噪声。
64.根据示例，产生用于患者的镇静监测的有意噪声包括处理单元被配置为修改磁共振成像序列。
65.根据示例，对磁共振成像序列的修改包括序列步骤的中断。
66.在示例中，序列步骤以有节奏的方式中断。
67.根据示例，产生用于患者的镇静监测的有意噪声包括处理单元被配置为重新排列磁共振成像序列的步骤。
68.根据示例，产生用于患者的镇静监测的有意噪声包括处理单元被配置为利用特别
大声的扫描序列或扫描序列的部分。
69.从上面的描述可以清楚地看出，mri系统可以用于对患者进行镇静监测的方法，其中该方法包括由处理单元控制磁共振成像系统的梯度线圈以产生用于患者的镇静监测的有意噪声。
70.在示例中，所述方法包括由处理单元控制施加到梯度线圈的电流波形以产生用于患者的镇静监测的有意噪声。
71.在示例中，所述磁共振成像系统包括至少一个梯度线圈驱动放大器。然后，所述方法可以包括由处理单元控制梯度线圈驱动放大器以驱动梯度线圈以产生用于患者的镇静监测的有意噪声。
72.在示例中，控制梯度线圈以产生有意噪声包括处理单元利用关于患者的音频相关的信息。
73.在示例中，所述方法包括通过磁共振成像系统采集对有意噪声的至少一个患者响应以用于患者的镇静监测。然后，所述方法可以包括由处理单元利用对有意噪声的至少一个患者响应来确定患者的镇静状态，以用于患者的镇静监测。
74.在示例中，所述磁共振成像系统包括至少一个传感器设备。然后，所述方法可以包括使用至少一个传感器设备来采集对有意噪声的至少一个患者响应，以便对患者进行镇静监测。
75.在示例中，所述方法包括由处理单元进行mr成像控制，使得由磁共振成像系统采集的图像数据可用于确定对有意噪声的至少一个患者响应以用于患者的镇静监测。
76.在示例中，所述方法包括由处理单元基于所确定的患者的镇静状态来控制和/或修改和/或改变扫描序列。
77.在示例中，产生用于患者的镇静监测的所述有意噪声包括所述处理单元控制所述梯度线圈除了磁共振成像序列之外还产生有意噪声。
78.在示例中，产生用于患者的镇静监测的有意噪声包括处理单元控制梯度线圈以修改磁共振成像序列。
79.在示例中，修改磁共振成像序列包括中断序列步骤。
80.在示例中，产生用于患者的镇静监测的有意噪声包括处理单元控制梯度线圈以对磁共振成像序列的步骤进行重新排序。
81.在示例中，产生用于患者的镇静监测的有意噪声包括处理单元控制梯度线圈以产生特别大声的扫描序列或扫描序列的一部分。
82.以下提供与特定实施例有关的细节，以及对mri系统的操作特性的理解如何导致开发这种mri系统以提供利用由mri系统本身产生的有意噪声用于镇静监测的新技术。
83.mri患者通常会受到高声压级的影响，平均约为95-105db，对于一些mr脉冲序列增加到130db。参见例如moelker.a.等人的importance of bone-conducted sound transmission on patient hearing in the mr scanner.j magn reson imag 2005；22:163
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169。噪声是由于实现mr成像的空间分辨率所需的梯度线圈中的强时变电流。由于主磁场作用在这些线圈上的洛伦兹力会产生噪声。具体来说，梯度线圈中的电流波形(回转速率、最大强度、形状)与特定扫描器特有的传递函数相组合，直接决定了音高、声音和噪声水平。快速序列通常需要快速切换梯度，因此会导致高的噪声水平。通常，mri扫描器噪声取决
于扫描序列的类型(tse、ffe、epi、螺旋、心脏触发序列、dwi)并随其变化很大。
84.发明人意识到由mri系统的梯度线圈产生的噪声本身可以用于镇静监测。标准mri系统具有三个独立的梯度线圈x、y、z，并且每个线圈由几个串联的线圈部件组成，因此承载相同的电流的所有部件由一个梯度线圈放大器x、y、z驱动。发明人意识到这些线圈产生的噪声可以有意地用于在mri扫描期间监测患者的镇静，其中可以利用mri图像采集单元的部分并且通过修改可以提供进一步的有益效果。
85.因此，mr梯度系统具有高保真放大器，可以产生任意电流波形以施加到梯度线圈。这些波形在mr扫描软件中定义，可以驱动梯度线圈产生任意声音，甚至可以将mr梯度本质上用作扬声器。因此，这些生成的自定义声音适合用作测量镇静深度的音频刺激。例如短而大声的哔哔声，或者甚至是对患者讲话的人声。频率可用于人耳特别敏感的哔哔声。
86.发明人还意识到，可以修改mr扫描，使得它们提供清晰可听和具有特征的声音，从而引起患者的注意。为此目的，标准序列的连续噪声模式可以以特定方式中断，例如作为镇静监测的一部分的有节奏的方式。此外，由于在扫描的不同部分期间，标准序列相对于mr噪声的响度有很大差异，因此已经认识到，可以根据需要对扫描的不同部分重新排序，使得可以对特别大声的扫描或扫描的部分可以例如被用作在适当的时间点音频刺激，而无需对其波形进行任何修改。
87.关于有意噪声的生成，施加到mr梯度线圈以引起用于镇静监测的噪声的强电流，例如一个或多个哔哔声或合成人声，可以具有与用于mri的扫描序列的电流波形交错的脉冲波形。
88.图2示出了用于mr成像采集单元或扫描器的梯度线圈的示意表示。每个梯度线圈和线圈部件都会产生由线圈引线的空间排列造成的特征磁场分布。这些梯度线圈(x、y或z)可以单独使用或组合使用，以产生镇静监测所需的噪声。
89.可以通过多种已知方法来测量患者对有意噪声的反应。示例是通过相机或传感器观察到的面部表情/眨眼或其他反射，或者可以通过合适的传感器测量患者运动或者可以通过mri系统本身测量。
90.众所周知，患者的听觉能力和对各种类型的音频刺激的反应差异很大。因此，刺激的类型及其对患者的响度可以考虑正在接受检查的特定患者。在这方面，可以利用听觉能力/残疾的先验知识和其他信息，例如年龄、听觉习惯、喜欢的音乐类型。
91.监测患者后，根据患者对有意噪声的反应确定的已知镇静深度可用于调整mr检查以避免图像伪影。具体地，可以改变mr成像序列的噪声特性，或者至少可以改变它们在mr检查期间的执行顺序。这样做是为了使清醒或仅轻度镇静的患者不会受到非常大声的扫描，非常大声的扫描可能会导致患者运动并导致图像伪影。基于镇静深度的mr序列的调整以避免图像伪影可以如下地进行。基于镇静深度(浅)的进展，mr序列可适用于扫描，从而避免对清醒的患者产生噪声刺激，从而不干扰扫描。这意味着“识别”特定的噪音水平并转换为与镇静深度水平成比例的相应刺激可以以这样的方式执行，即对于特定的镇静深度水平，刺激总是较低的。例如，如果n1级的噪音是镇静深度d1的刺激项，则人不会因n1级噪音而醒来。然后可以使用所有产生小于n1级噪声的序列。
92.为了增强对患者镇静的监测，由mri系统产生的有意噪声可以形成用于监测患者镇静的多模式刺激系统的一部分。因此，mr噪声可以形成一种感觉刺激，所述感觉刺激可以
与其他感觉刺激相结合，以提供一种更可靠的机制来确定患者的镇静状态。可以同时提供不同的刺激，以提供改进的能力，以根据患者对这种全等多模式刺激的反应来确定患者的镇静状态。可以以类似的方式应用不同模式的刺激，例如具有类似或相同的频率波形、幅度波形，并且可以针对患者的不同感觉器官。因此，mri系统可以产生有意噪声，并且其他刺激设备被配置为提供刺激，包括：机械触觉刺激；tens刺激；视觉刺激；经由磁共振成像单元本身的神经和/或肌肉刺激；经由合成生成的面临的问题作为来自mri系统“噪音”的部分；味觉刺激；香味刺激；平衡相关的刺激(例如摇头)。用于监测多模式刺激的传感器可以与用于监测经受刺激患者的传感器相同，只是mri系统有意生成的噪声。因此，传感器设备可以包括以下一项或多项：相机、emg传感器、运动传感器、倾斜传感器、加速度计、麦克风，以及用于神经的和/或磁共振成像单元/系统其本身。
93.在另一示范性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于，其被配置为在合适的系统上执行根据前述实施例中的一个的方法的方法步骤。
94.计算机程序单元因此可以被存储在计算单元上，其也可以是实施例的一部分。该计算单元可以被配置为执行上述方法的步骤或引起上述方法的步骤的执行。此外，其可以被配置为操作上述装置和/或系统的部件。计算单元可以被配置为自动操作和/或执行用户的命令。计算机程序可被加载到数据处理器的工作存储器中。数据处理器因此可以被配备为执行根据前述实施例中的一项的方法。
95.本发明的该示范性实施例覆盖正好从开始就使用本发明的计算机程序以及借助于更新而将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序两者。
96.另外，计算机程序单元可以能够提供所有必要的步骤来完成如以上所描述的方法的示范性实施例的流程。
97.根据本发明的另一个示例性实施例，提出了一种计算机可读介质，例如cd-rom、usb记忆棒等，其中，所述计算机可读介质具有存储在其上的计算机程序单元，所述计算机程序单元由前一部分所描述。
98.计算机程序可以存储和/或分布在适合的介质上，例如与其他硬件一起被提供或作为其他硬件的部分被提供的光学存储介质或固态介质，但是计算机程序也可以以其他形式分布，例如经由因特网或其他的有线或无线的电信系统分布。
99.然而，计算机程序也可以通过如万维网的网络来提供并且可以被从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另外的示范性实施例，提供了一种用于使得计算机程序单元可供下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行本发明的先前描述的实施例中的一个。
100.必须指出，本发明的实施例参考不同主题进行描述。尤其地，一些实施例是参考方法型权利要求来描述的，而其他实施例是参考设备型权利要求来描述的。然而，本领域技术人员以上和以下描述可以得出，除非另行指出，除了属于同一类型的主题的特任的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为由本技术公开。然而，所有特征能够被组合，提供超过所述特征的简单加和的协同效应。
101.尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是说明性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及从属权利要求，在实践请求保护的本发明时能够理
解并且实现对所公开的实施例的其他变型。
102.在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互相不同的从属权利要求中列举了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。