一種多通道磁共振成像設(shè)備的sar實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種多通道磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，其特征在于：監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括若干功率測(cè)量單元和一數(shù)字信號(hào)處理單元，每一功率測(cè)量單元包括一雙向定向耦合器、一前向功率傳感器和一反向功率傳感器，數(shù)字信號(hào)處理單元包括若干模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、一微處理器和一存儲(chǔ)器；各功率測(cè)量單元分別設(shè)置在磁共振成像設(shè)備中每一通道的發(fā)射接收開(kāi)關(guān)和射頻發(fā)射線(xiàn)圈之間，測(cè)量所在通道的瞬時(shí)通過(guò)功率，并將測(cè)量結(jié)果均傳輸至數(shù)字信號(hào)處理單元；數(shù)字信號(hào)處理單元對(duì)接收到的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理后輸出控制信號(hào)并傳輸至控制譜儀，由控制譜儀保持開(kāi)通或關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于以臨床診斷或科學(xué)研究為目的的磁共振成像設(shè)備中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種多通道磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電磁波能量吸收率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，特別是關(guān)于一種多通道磁共振成像設(shè)備的電磁能量吸收率SAR(Specific Absorpt1n Rate)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]磁共振成像是一種不需要射線(xiàn)和其它電離輻射就能產(chǎn)生人體內(nèi)部圖像的成像方式，廣泛應(yīng)用在臨床醫(yī)學(xué)和基礎(chǔ)科學(xué)，包括生物醫(yī)藥、遺傳基因、神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等研究領(lǐng)域。磁共振成像的工作原理大致如下:磁體產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)的相對(duì)均勻的基本磁場(chǎng)，即主磁場(chǎng)Btl場(chǎng)，然后在主磁場(chǎng)上迭加一個(gè)用于空間位置編碼的三維梯度磁場(chǎng)。在磁共振成像時(shí)，為了產(chǎn)生和獲取磁共振信號(hào)，通常需要利用一個(gè)或者多個(gè)射頻發(fā)射線(xiàn)圈發(fā)射射頻脈沖，產(chǎn)生一個(gè)垂直于主磁場(chǎng)Btl場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)B1射頻場(chǎng)，激發(fā)人體內(nèi)的質(zhì)子產(chǎn)生磁共振現(xiàn)象，生成旋轉(zhuǎn)的橫向磁共振矢量Mxy。旋轉(zhuǎn)的橫向磁共振矢量Mxy切割一個(gè)或者多個(gè)射頻接收線(xiàn)圈，射頻接收線(xiàn)圈接收人體發(fā)出的微弱磁共振信號(hào)，最后將獲取的磁共振信號(hào)通過(guò)圖像重建得到磁共振圖像。
[0003]近年來(lái)，為提高圖像信噪比，磁共振成像系統(tǒng)中主磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)不斷增強(qiáng)(例如主磁場(chǎng)強(qiáng)度包括0.2T (特斯拉)、0.35T、1.5T、3T、4.7T、7T和9.4T等)，然而場(chǎng)強(qiáng)的增強(qiáng)會(huì)使射頻脈沖載頻的頻率升高，從而會(huì)在人體內(nèi)沉積更多的電磁能量。另一方面，現(xiàn)有的磁共振成像技術(shù)要求快速成像能力，而快速成像需要磁共振掃描儀在單位時(shí)間內(nèi)向患者發(fā)送更高重復(fù)頻率的射頻脈沖序列，這也導(dǎo)致受試者要承受更多的電磁能量。因此FDA (Food and Drug Administrat1n,美國(guó)食品藥物監(jiān)督管理局)和 IEC (Internat1nalElectrotechnical Commiss1n國(guó)際電工委員會(huì))的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在磁共振成像中人體電磁能量吸收率SAR)值不能超過(guò)規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)。由于現(xiàn)代的磁共振成像技術(shù)會(huì)使受試者承受高SAR值，因此必須對(duì)磁共振成像中的SAR值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0004]對(duì)SAR值的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)除了需要監(jiān)測(cè)整個(gè)觀察區(qū)域的SAR值，還包括監(jiān)測(cè)局部觀察區(qū)域的SAR值。這是因?yàn)殡S著磁共振成像系統(tǒng)主磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的不斷增強(qiáng)和射頻頻率的不斷增力口，隨之產(chǎn)生的射頻發(fā)射場(chǎng)的不均勻性問(wèn)題越來(lái)越突出。為了解決上述問(wèn)題，磁共振成像系統(tǒng)發(fā)展了多通道并行發(fā)射技術(shù)，但是多通道并行發(fā)射技術(shù)由于各個(gè)通道間能量分布的不均勻性，容易造成受試者體內(nèi)整體SAR值并沒(méi)有超過(guò)閾值而局部區(qū)域SAR值過(guò)高的現(xiàn)象，產(chǎn)生高頻電磁傷害。因此，對(duì)局部SAR值的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)也是非常重要的。在掃描中對(duì)受試者的SAR值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，首先需要測(cè)量輸入射頻發(fā)射線(xiàn)圈的功率。在大功率射頻信號(hào)測(cè)量中，需要用到射頻電路中常用的定向耦合器，而定向耦合器有限的隔離度會(huì)引入測(cè)量誤差，即方向性誤差。方向性誤差取決于耦合信號(hào)中耦合輸出信號(hào)反射功率的大小，與反射系數(shù)直接相關(guān):反射系數(shù)越大，方向性誤差越大，反射系數(shù)越小，方向性誤差越小。傳統(tǒng)的測(cè)試方法將各個(gè)定向耦合器的誤差歸為一個(gè)相同的誤差值，這個(gè)相同的誤差值一般取反射系數(shù)較大時(shí)的誤差值，從而增加了不必要的冗余誤差。如果采用不同的反射系數(shù)對(duì)應(yīng)不同誤差的形式，可以避免不必要的冗余誤差。為了保證病人的安全，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法都是對(duì)整體射頻能量吸收率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)局部射頻能量吸收率則是將閾值除以一個(gè)較大的安全因子，或者將測(cè)量值乘以一個(gè)較大的估計(jì)因子。對(duì)于不同的介質(zhì)一些均勻激發(fā)的線(xiàn)圈的局部射頻能量吸收率的最大值接近于整體射頻能量吸收率的1.2?5倍，采用傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法對(duì)人體SAR值進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，得到的局部射頻能量吸收率的估計(jì)范圍過(guò)高，導(dǎo)致一些射頻序列不能在高場(chǎng)中運(yùn)行，是一個(gè)很大的浪費(fèi)；而對(duì)于發(fā)射很不均勻的線(xiàn)圈，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法又不足以保證局部射頻能量吸收率不超過(guò)安全標(biāo)準(zhǔn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)受試者整體和局部射頻能量吸收率的多通道磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種多通道磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:它包括若干功率測(cè)量單元和一數(shù)字信號(hào)處理單元；磁共振成像設(shè)備中各通道發(fā)射鏈路均包括所述功率放大器、濾波器、發(fā)射接收開(kāi)關(guān)和多通道射頻發(fā)射線(xiàn)圈，各所述功率測(cè)量單元分別設(shè)置在每通道發(fā)射鏈路中所述發(fā)射接收開(kāi)關(guān)和射頻發(fā)射線(xiàn)圈之間，各所述功率測(cè)量單元測(cè)量所在通道的通過(guò)功率，并將測(cè)量結(jié)果均傳輸至所述數(shù)字信號(hào)處理單元；所述數(shù)字信號(hào)處理單元對(duì)接收到的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理后輸出控制信號(hào)并傳輸至控制譜儀，由控制譜儀保持開(kāi)通或關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器。
[0007]每一所述功率測(cè)量單兀包括一雙向定向I禹合器、一前向功率傳感器和一反向功率傳感器；在磁共振成像設(shè)備的發(fā)射鏈路中，所述雙向定向耦合器的輸入端和輸出端分別連接所在發(fā)射鏈路中所述發(fā)射接收開(kāi)關(guān)的輸出端和射頻發(fā)射線(xiàn)圈的輸入端，所述雙向定向耦合器的隔離端和耦合端分別連接所述前向功率傳感器和反向功率傳感器的輸入端，所述前向功率傳感器和反向功率傳感器的輸出端分別連接所述信號(hào)處理單元；所述雙向定向耦合器將功率放大器輸入的功率傳輸至射頻發(fā)射線(xiàn)圈，所述前向功率傳感器和反向功率傳感器分別檢測(cè)所述雙向定向耦合器功率傳輸過(guò)程中從功率放大器傳輸至射頻發(fā)射線(xiàn)圈的功率和從射頻發(fā)射線(xiàn)圈返回至功率放大器的功率，并將檢測(cè)到的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后傳輸至所述數(shù)字信號(hào)處理單元。
[0008]所述前向功率傳感器和反向功率傳感器均采用整流二極管或者檢波芯片。
[0009]所述數(shù)字信號(hào)處理單元包括若干模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、一微處理器和一存儲(chǔ)器；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對(duì)接收到的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，并將采樣數(shù)據(jù)傳輸至所述微處理器，所述微處理器將接收到的采樣數(shù)據(jù)傳輸至所述存儲(chǔ)器中進(jìn)行存儲(chǔ)；所述微處理器采用滑動(dòng)算法對(duì)接收到的各通道10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間平均和加權(quán)求和后，得到10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的整體和局部測(cè)量區(qū)域的平均SAR值，整體和局部測(cè)量區(qū)域的平均SAR值分別與所述微處理器中預(yù)設(shè)的整體和局部安全閾值進(jìn)行比較，所述微處理器輸出控制信號(hào)并傳輸至控制譜儀，由控制譜儀關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器。
[0010]所述功率測(cè)量單元和數(shù)字信號(hào)處理單元全部采用無(wú)磁性射頻元器件。
[0011]一種基于所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的多通道磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其包括以下步驟:1)在磁共振成像設(shè)備發(fā)射鏈路中每一通道的發(fā)射接收開(kāi)關(guān)和射頻發(fā)射線(xiàn)圈之間設(shè)置一包括若干功率測(cè)量單元和一數(shù)字信號(hào)處理單元的磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；每一功率測(cè)量單兀均包括一雙向定向I禹合器、一前向功率傳感器和一反向功率傳感器；數(shù)字信號(hào)處理單元包括若干模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、一微處理器和一存儲(chǔ)器；2)每一通道發(fā)射鏈路中的功率放大器分別將其輸出功率依次通過(guò)濾波器和發(fā)射接收開(kāi)關(guān)傳輸至雙向定向耦合器，每一通道的雙向定向耦合器再分別將接收到的功率傳輸至射頻發(fā)射線(xiàn)圈；3)通過(guò)雙向定向耦合器的耦合端和隔離端，前向功率傳感器和反向功率傳感器分別檢測(cè)所在通道的前向功率和反向功率，并將檢測(cè)到的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)傳輸至數(shù)字信號(hào)處理單元；4)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對(duì)接收到的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，并將電壓采樣信號(hào)傳輸至微處理器；5)在存儲(chǔ)器中預(yù)設(shè)電壓米樣信號(hào)與功率值對(duì)應(yīng)的表格，微處理器根據(jù)接收到的電壓采樣信號(hào)搜索預(yù)設(shè)在存儲(chǔ)器中的相應(yīng)功率值，得到相應(yīng)通道的前向功率Pif和反向功率Pir, i為通道標(biāo)號(hào)，i = 1,2,3...;微處理器根據(jù)各通道前向功率Pif和反向功率Pu與瞬時(shí)通過(guò)功率測(cè)量值Mi的關(guān)系式:
[0012]Mi = Pir-Pif,
[0013]計(jì)算得到各通道的瞬時(shí)通過(guò)功率測(cè)量值Mi ;微處理器根據(jù)各通道前向功率Pif和反向功率Pt與反射系數(shù)Iii的關(guān)系式:
[0014]K=^PJPil，
[0015]計(jì)算得到各通道的反射系數(shù)Ici ；6)在存儲(chǔ)器中預(yù)設(shè)與反射系數(shù)Ici對(duì)應(yīng)的前向功率傳感器和反向功率傳感器的測(cè)量誤差Ei,微處理器根據(jù)各通道的反射系數(shù)h搜索與反射系數(shù)h對(duì)應(yīng)的測(cè)量誤差Ei，并利用相應(yīng)通道的測(cè)量誤差Ei對(duì)各通道的瞬時(shí)通過(guò)功率測(cè)量值Mi進(jìn)行修正，得到各通道的通過(guò)功率修正值為MJEi,微處理器按照10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗將通過(guò)功率修正值為MJEi保存在存儲(chǔ)器中；7)根據(jù)FDA和IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的人體電磁能量吸收安全閾值，在微處理器中預(yù)設(shè)10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗的人體整體射頻能量吸收率的安全閾值Tshtjrt和Tlmg，微處理器對(duì)各通道的通過(guò)功率修正值MJEi進(jìn)行滑動(dòng)平均和加權(quán)求和處理后，得到整體SAR值的估計(jì)值Sshtjrt和Slmg,然后與人體整體射頻能量吸收率的安全閾值TshOTt和Tw進(jìn)行比較，微處理器根據(jù)比較結(jié)果向控制譜儀發(fā)出控制信號(hào)以保持開(kāi)通或關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器；8)根據(jù)FDA和IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的人體吸收的射頻能量，在微處理器22中預(yù)設(shè)10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗的人體局部射頻能量吸收率的安全閾值TLstet和TLlmg ;采用時(shí)域有限差分方法或有限元方法對(duì)受試者進(jìn)行仿真計(jì)算，得到局部測(cè)量區(qū)域SAR值的分布系數(shù)，微處理器對(duì)各通道輸入能量和局部測(cè)量區(qū)域SAR值的分布系數(shù)進(jìn)行計(jì)算處理后，得到各局部測(cè)量區(qū)域的10秒和6分鐘的平均SAR值估計(jì)值，然后與人體局部射頻能量吸收率的安全閾值TLsto和TLlmg進(jìn)行比較，微處理器根據(jù)比較結(jié)果向控制譜儀發(fā)出控制信號(hào)以保持開(kāi)通或關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器。
[0016]所述步驟5)中，電壓采樣信號(hào)與功率值一一對(duì)應(yīng)表格中的功率值，通過(guò)功率計(jì)預(yù)校準(zhǔn)獲得。
[0017]所述步驟6)中，存儲(chǔ)器中預(yù)設(shè)的反射系數(shù)K與測(cè)量誤差E的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)功率計(jì)對(duì)前向功率傳感器和反向功率傳感器測(cè)量所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的校正結(jié)果確定。
[0018]所述步驟7)中，微處理器對(duì)通過(guò)功率修正值MJEi進(jìn)行處理后并與人體整體射頻能量吸收率的安全閾值Tstort和Tlmg進(jìn)行比較，其具體過(guò)程為:(I)在存儲(chǔ)器中分別為各通道預(yù)分配兩個(gè)緩存空間:短程空間和長(zhǎng)程空間，將10秒鐘內(nèi)的通過(guò)功率修正值為MJEi存儲(chǔ)在短程空間內(nèi)，將6分鐘內(nèi)的通過(guò)功率修正值為MJEi存儲(chǔ)在長(zhǎng)程空間內(nèi)；(2)在微處理器中，采用滑動(dòng)算法分別對(duì)存儲(chǔ)器中各通道兩個(gè)緩存空間內(nèi)的通過(guò)功率修正值MJEi進(jìn)行求和平均，得到各通道在10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的平均通過(guò)功率估計(jì)值Pistort和Pilmg ；對(duì)各通道的平均通過(guò)功率估計(jì)值Pishtjrt和Pilmg進(jìn)行加權(quán)求和，得到受試者的整體SAR值估計(jì)值Sshtjrt和Slmg,將估計(jì)值Sshtjrt和Slmg分別與預(yù)設(shè)在微處理器中的安全閾值Tstort和Tlmg進(jìn)行比較；當(dāng)整體SAR值的估計(jì)值Sshtjrt或Sw超過(guò)預(yù)設(shè)的安全閾值Tstort或Tlmg時(shí)，微處理器向控制譜儀發(fā)出控制信號(hào)以依次關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器，當(dāng)整體SAR值的估計(jì)值Sshort和Slmg小于或等于預(yù)設(shè)的安全閾值Tshtjrt或Tlmg時(shí),微處理器向控制譜儀發(fā)出控制信號(hào)以保持開(kāi)通各通道的功率放大器。
[0019]所述步驟8)中，微處理器對(duì)各通道輸入能量和局部測(cè)量區(qū)域SAR值的分布系數(shù)進(jìn)行處理后，并與人體局部射頻能量吸收率的安全閾值TLsto和TLlmg進(jìn)行比較，其具體過(guò)程為:(I)將待監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為若干局部測(cè)量區(qū)域R(l，I)，R(l, 2)，…R(m，η)，其中，m和η共同構(gòu)成測(cè)量區(qū)域的代碼，m= 1,2,..., η = 1，2，…；(2)分別計(jì)算每個(gè)局部測(cè)量區(qū)域R(l，1)，R(1，2)，一ROii,!!)內(nèi)各自10秒鐘內(nèi)和6分鐘內(nèi)的局部平均SAR值，并將計(jì)算結(jié)果分別與預(yù)設(shè)的安全閾值TLstort和TLlmg進(jìn)行比較，微處理器根據(jù)比較結(jié)果向控制譜儀發(fā)出控制信號(hào)以保持開(kāi)通或關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器，其具體包括以下步驟:①根據(jù)射頻發(fā)射線(xiàn)圈的電氣特性和受試者局部區(qū)域介電系數(shù)、電導(dǎo)率和幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用時(shí)域有限差分方法或有限元方法對(duì)受試者進(jìn)行仿真計(jì)算，獲得各通道在輸入單位能量情況下局部測(cè)量區(qū)域SAR值的分布系數(shù)，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；微處理器通過(guò)對(duì)各通道輸入能量和局部測(cè)量區(qū)域SAR值的分布系數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和，得到所劃分的各個(gè)局部測(cè)量區(qū)域 R(l，1)，R(1，2)，...R(m，n)內(nèi)的瞬時(shí) SAR 值 A(l，I)，A(1，2)，…A(m，η);②在微處理器中，采用滑動(dòng)算法分別對(duì)各局部測(cè)量區(qū)域1?(1，1)，1?(1，2)，...!^!!!，!!)的10秒鐘和6分鐘內(nèi)的瞬時(shí)SAR值進(jìn)行求和平均，得到10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗的局部SAR值分布SLshort (I, I)，SLshort (I, 2)，…，SLshort (m, η)和 SLlmg(l，I)，SLlong(I, 2)，…，SLw(m，η)，并分別與預(yù)設(shè)在存儲(chǔ)器23中的安全閾值TLsto和TLlmg進(jìn)行比較；當(dāng)SLshort (I, 1)，SLstort (1，2)，…，SLshort (m, η)或 SLlmg (1，I)，SLlong (I, 2)，…，SLlong (m, η)中某一個(gè)值超過(guò)預(yù)設(shè)安全閾值TLshort或TLlmg時(shí)，微處理器向控制譜儀發(fā)出控制信號(hào)以依次關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器；當(dāng) SLstort (I, I)，SLshort (I, 2)，…，SLshort (m, η)和 SLlmg (1，I)，SLlong (I, 2)，-, SLlong (m, η)中所有SAR值估計(jì)值小于或等于預(yù)設(shè)安全閾值TLshtjrt或TLlmg時(shí)，微處理器向控制譜儀發(fā)出控制信號(hào)以保持開(kāi)通各通道的功率放大器。
[0020]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明由于設(shè)置了若干功率測(cè)量單元和一數(shù)字信號(hào)處理單元，通過(guò)功率測(cè)量單元中的前向功率傳感器和反向功率傳感器分別檢測(cè)所在通道的前向功率和反向功率，數(shù)字信號(hào)處理單元根據(jù)前向功率和反向功率計(jì)算各通道的瞬時(shí)通過(guò)功率測(cè)量值和反射系數(shù)；采用局部區(qū)域?qū)崟r(shí)測(cè)量結(jié)果與仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法來(lái)確定局部區(qū)域的SAR值，因此本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)受試者整體和局部射頻能量吸收率，且與傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法相比能夠減小測(cè)量誤差。2、本發(fā)明SAR值實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功率測(cè)量單元和數(shù)字信號(hào)處理單元由于全部采用無(wú)磁性射頻元器件，可以置于磁體屏蔽室內(nèi)，放置在靠近終端多通道射頻發(fā)射線(xiàn)圈的地方，因此本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量到達(dá)射頻發(fā)射線(xiàn)圈的前向與反向功率，從而提高SAR值估算的準(zhǔn)確度。3、本發(fā)明根據(jù)磁共振成像設(shè)備中每一通道測(cè)量獲得的不同的反射系數(shù)，通過(guò)查詢(xún)預(yù)存的反射系數(shù)與測(cè)量誤差的對(duì)應(yīng)表格，來(lái)矯正瞬時(shí)通過(guò)功率的測(cè)量誤差，監(jiān)測(cè)受試者的整體與局部SAR值，使不同的反射系數(shù)對(duì)應(yīng)不同的誤差形式，因此本發(fā)明能夠有效地減小各通道功率的測(cè)量誤差。4、與傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法相比，本發(fā)明除了對(duì)整個(gè)觀察區(qū)域的SAR值進(jìn)行監(jiān)測(cè)外，同時(shí)對(duì)局部SAR值進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；在進(jìn)行局部區(qū)域測(cè)量時(shí)，采用各通道實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果與仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法來(lái)確定局部區(qū)域的SAR值，因此本發(fā)明能夠有效的避免單純監(jiān)測(cè)受試者整體SAR值帶來(lái)的局部SAR值超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，從而有效的解決受試者整體SAR值并沒(méi)有超過(guò)閾值，但受試者體內(nèi)局部承受SAR值過(guò)高的問(wèn)題。5、本發(fā)明采用功率測(cè)量單元對(duì)多通道發(fā)射線(xiàn)圈各通道的通過(guò)功率進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量后，采用快速數(shù)字信號(hào)處理單元對(duì)測(cè)量到的通過(guò)功率信號(hào)進(jìn)行快速處理與計(jì)算，微處理器采用高速FPGA陣列處理板，配合多路并行快速A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、搭載大容量高速存儲(chǔ)器(如DDR2SDRAM)，配合有效的滑動(dòng)算法、預(yù)存儲(chǔ)的仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和快速通信協(xié)議方式(如UDP通信協(xié)議方式)，能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)更新各通道的整體與局部SAR值數(shù)據(jù)，在磁共振實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)受試者的整體與局部SAR值的實(shí)時(shí)與快速的監(jiān)測(cè)，確保其不超過(guò)國(guó)際人體實(shí)驗(yàn)安全標(biāo)準(zhǔn)，有效的保證了臨床磁共振成像系統(tǒng)的安全性與合法性?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于多通道發(fā)射磁共振成像設(shè)備中。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明中10秒與6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的SAR值監(jiān)測(cè)計(jì)算方法流程圖；
[0023]圖3是本發(fā)明中在Λ t時(shí)間窗內(nèi)各通道滑動(dòng)求和平均算法的流程圖；
[0024]圖4是本發(fā)明中待監(jiān)測(cè)區(qū)域剖分成的若干局部測(cè)量區(qū)域的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明的磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括若干功率測(cè)量單元I和一數(shù)字信號(hào)處理單元2。磁共振成像設(shè)備中各通道發(fā)射鏈路均包括功率放大器3、濾波器4、發(fā)射接收(Transmit and Receive)開(kāi)關(guān)5和多通道射頻發(fā)射線(xiàn)圈6。其中，各功率測(cè)量單元I分別設(shè)置在每通道發(fā)射鏈路中發(fā)射接收開(kāi)關(guān)5和多通道射頻發(fā)射線(xiàn)圈6之間。多通道射頻發(fā)射線(xiàn)圈6各功率測(cè)量單元I測(cè)量所在通道的通過(guò)功率，并將測(cè)量結(jié)果均傳輸至數(shù)字信號(hào)處理單元2。數(shù)字信號(hào)處理單元2對(duì)接收到的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理后輸出控制信號(hào)，并將控制信號(hào)傳輸至控制譜儀7，控制譜儀7根據(jù)接收到的控制信號(hào)保持開(kāi)通或關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器3。
[0027]上述實(shí)施例中，如圖1所示，每一功率測(cè)量單元I包括一雙向定向耦合器11、一前向功率傳感器12和一反向功率傳感器13。在磁共振成像設(shè)備的多通道發(fā)射鏈路中，雙向定向耦合器11的輸入端和輸出端分別連接所在發(fā)射鏈路中發(fā)射接收開(kāi)關(guān)5的輸出端和射頻發(fā)射線(xiàn)圈4的輸入端，雙向定向耦合器11的耦合端和隔離端分別連接前向功率傳感器12和反向功率傳感器13的輸入端。前向功率傳感器12和反向功率傳感器13的輸出端分別連接數(shù)字信號(hào)處理單元2。雙向定向耦合器11將功率放大器3輸入的功率傳輸至射頻發(fā)射線(xiàn)圈4，前向功率傳感器12和反向功率傳感器13分別檢測(cè)功率傳輸過(guò)程中雙向定向耦合器11從功率放大器3傳輸至射頻發(fā)射線(xiàn)圈4的功率(即前向功率)和從射頻發(fā)射線(xiàn)圈4返回至功率放大器3的功率(即反向功率)，并將檢測(cè)到的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后傳輸至數(shù)字信號(hào)處理單元2。
[0028]上述實(shí)施例中，前向功率傳感器12和反向功率傳感器13均可以采用整流二極管或者檢波芯片。前向功率傳感器12和反向功率傳感器13分別將接收到的前向功率信號(hào)和反向功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并傳輸至輸出數(shù)字信號(hào)處理單元2，其中，功率信號(hào)和電壓信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系可以根據(jù)實(shí)際需要選擇線(xiàn)性對(duì)應(yīng)關(guān)系、平方對(duì)應(yīng)關(guān)系或指數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系坐寸ο
[0029]上述實(shí)施例中，如圖1所示，數(shù)字信號(hào)處理單元2包括若干模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊21、一微處理器22和一存儲(chǔ)器23。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊21在微處理器22的控制下對(duì)接收到的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，并將采樣數(shù)據(jù)傳輸至微處理器22，微處理器22將接收到的采樣數(shù)據(jù)傳輸至存儲(chǔ)器23中進(jìn)行存儲(chǔ)；微處理器22采用滑動(dòng)算法對(duì)接收到的各通道10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間平均和加權(quán)求和，得到10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的整體和局部測(cè)量區(qū)域的平均SAR值，并將整體和局部測(cè)量區(qū)域的平均SAR值分別與微處理器22中預(yù)設(shè)的整體和局部安全閾值進(jìn)行比較，當(dāng)計(jì)算得到的整體和局部測(cè)量區(qū)域的平均SAR值超過(guò)預(yù)先設(shè)定的安全閾值時(shí)，微處理器22輸出控制信號(hào)并傳輸至控制譜儀7，控制譜儀7根據(jù)接收到的控制命令關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器3，停止實(shí)驗(yàn)。
[0030]在本發(fā)明中，微處理器22采用多路高速FPGA陣列，用于實(shí)現(xiàn)快速數(shù)字信號(hào)處理功能。如圖1所示，該SAR值實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中功率測(cè)量單元I和數(shù)字信號(hào)處理單元2全部采用無(wú)磁性射頻元器件，使得該SAR值實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以置于磁體屏蔽室內(nèi)，放置在靠近終端多通道射頻發(fā)射線(xiàn)圈6的地方，以實(shí)時(shí)測(cè)量到達(dá)射頻發(fā)射線(xiàn)圈4的前向與反向功率，提高SAR值估算的準(zhǔn)確度。
[0031]基于本發(fā)明的多通道磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本發(fā)明提出了一種多通道磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，如圖2所示，其包括以下步驟:
[0032]I)在磁共振成像設(shè)備發(fā)射鏈路中每一通道的發(fā)射接收開(kāi)關(guān)5和射頻發(fā)射線(xiàn)圈4之間設(shè)置一包括若干功率測(cè)量單元I和一數(shù)字信號(hào)處理單元2的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；每一功率測(cè)量單元I均包括一雙向定向耦合器11、一前向功率傳感器12和一反向功率傳感器13 ；數(shù)字信號(hào)處理單元2包括若干模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊21、一微處理器22和一存儲(chǔ)器23。
[0033]2)每一通道發(fā)射鏈路中的功率放大器3分別將其輸出功率依次通過(guò)濾波器4和發(fā)射接收開(kāi)關(guān)5傳輸至雙向定向耦合器11，每一通道的雙向定向耦合器11再分別將接收到的功率傳輸至射頻發(fā)射線(xiàn)圈4。
[0034]3)通過(guò)雙向定向耦合器11的耦合端和隔離端，前向功率傳感器12和反向功率傳感器13分別檢測(cè)所在通道的前向功率和反向功率，并將檢測(cè)到的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)傳輸至數(shù)字信號(hào)處理單元2。
[0035]4)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊21對(duì)接收到的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，并將各路電壓采樣信號(hào)傳輸至微處理器22。
[0036]5)在存儲(chǔ)器23中預(yù)設(shè)電壓米樣信號(hào)與功率值對(duì)應(yīng)的表格，微處理器22根據(jù)接收到的電壓采樣信號(hào)搜索預(yù)設(shè)在存儲(chǔ)器23中的相應(yīng)功率值，得到相應(yīng)通道的前向功率Pif和反向功率Pm其中，i為通道標(biāo)號(hào)，i = 1,2, 3...，并根據(jù)各通道前向功率Pif和反向功率Pt與瞬時(shí)通過(guò)功率測(cè)量值Mi的關(guān)系式:
[0037]Mi = Pir-Pif (I)
[0038]計(jì)算得到各通道的瞬時(shí)通過(guò)功率測(cè)量值Mi ;根據(jù)各通道前向功率Pif和反向功率Pir與反射系數(shù)ki的關(guān)系式:
[0039]Ici =」P:r / P丨, C ^、
[0040]計(jì)算得到各通道的反射系數(shù)h。
[0041]6)在存儲(chǔ)器23中預(yù)設(shè)與反射系數(shù)Iii對(duì)應(yīng)的前向功率傳感器12和反向功率傳感器13的測(cè)量誤差E”微處理器22根據(jù)各通道的反射系數(shù)Ici搜索預(yù)設(shè)在存儲(chǔ)器23中與反射系數(shù)h對(duì)應(yīng)的測(cè)量誤差Ei,用相應(yīng)通道的測(cè)量誤差Ei對(duì)各通道的瞬時(shí)通過(guò)功率測(cè)量值Mi進(jìn)行修正，得到各通道的通過(guò)功率修正值為MdEi,微處理器22按照10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗將通過(guò)功率修正值為MJEi保存在存儲(chǔ)器23中。
[0042]7)根據(jù)FDA和IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的人體電磁能量吸收安全閾值，在微處理器22中預(yù)設(shè)10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗的人體整體射頻能量吸收率的安全閾值Tshtjrt和Tlmg ;微處理器22對(duì)各通道的通過(guò)功率修正值MJEi進(jìn)行滑動(dòng)平均和加權(quán)求和處理后，得到整體SAR值的估計(jì)值Sstort和Slmg,然后與人體整體射頻能量吸收率的安全閾值TshOTt和Tlmg進(jìn)行比較，微處理器22根據(jù)比較結(jié)果向控制譜儀7發(fā)出控制信號(hào)以保持開(kāi)通或關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器3，繼續(xù)或停止實(shí)驗(yàn)。其具體包括以下步驟:
[0043](I)如圖2所示，在存儲(chǔ)器23中分別為各通道預(yù)分配兩個(gè)緩存空間:短程空間和長(zhǎng)程空間，將10秒鐘內(nèi)的瞬時(shí)通過(guò)功率修正值為MJEi存儲(chǔ)在短程空間內(nèi)，將6分鐘內(nèi)的瞬時(shí)通過(guò)功率修正值為MJEi存儲(chǔ)在長(zhǎng)程空間內(nèi)。
[0044](2)如圖3所示，在微處理器22中，采用滑動(dòng)算法分別對(duì)存儲(chǔ)器23中各通道的兩個(gè)緩存空間內(nèi)的通過(guò)功率修正值MfEi進(jìn)行求和平均，得到各通道在10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的平均通過(guò)功率估計(jì)值Pistort和Pilmg，然后對(duì)各通道的平均通過(guò)功率估計(jì)值Pishtjrt和Pi1ng進(jìn)行加權(quán)求和，得到受試者的整體SAR值估計(jì)值Sstort和Slmg ;如圖2所示，將估計(jì)值Sshort和Slmg分別與預(yù)設(shè)在微處理器22中的安全閾值Tstort和Tlmg進(jìn)行比較。當(dāng)整體SAR值的估計(jì)值Sstort或Slmg超過(guò)預(yù)設(shè)的安全閾值Tstort或Tlmg時(shí)，微處理器22向控制譜儀7發(fā)出控制信號(hào)以依次關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器3，并停止實(shí)驗(yàn)；當(dāng)整體SAR值的估計(jì)值SshOTt和Slmg小于或等于預(yù)設(shè)的安全閾值Tstort或Tlmg時(shí)，微處理器22向控制譜儀7發(fā)出控制信號(hào)以保持開(kāi)通各通道的功率放大器3。其中，針對(duì)各通道的平均通過(guò)功率估計(jì)值Pishtjrt和Pilmg進(jìn)行加權(quán)求和時(shí)，加權(quán)系數(shù)由射頻發(fā)射線(xiàn)圈4各通道的發(fā)射效率決定，對(duì)應(yīng)各通道的射頻發(fā)射能量被人體組織吸收所占的百分比數(shù)值。加權(quán)系數(shù)可通過(guò)電磁仿真軟件預(yù)先計(jì)算得到。
[0045]8)同樣的，根據(jù)FDA和IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的人體吸收的局部射頻能量閾值，在微處理器22中預(yù)設(shè)10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗的人體局部射頻能量吸收率SAR值的安全閾值TLshort和TLW。采用時(shí)域有限差分方法或有限元方法對(duì)受試者進(jìn)行仿真計(jì)算，得到各局部測(cè)量區(qū)域SAR值的分布系數(shù)，微處理器22對(duì)各通道輸入能量和各局部測(cè)量區(qū)域SAR值的分布系數(shù)進(jìn)行計(jì)算處理后，得到各局部測(cè)量區(qū)域的10秒和6分鐘的平均SAR值估計(jì)值，然后與微處理器22中人體局部射頻能量吸收率的安全閾值TLshtjrt和TLlmg進(jìn)行比較，微處理器22根據(jù)比較結(jié)果向控制譜儀7發(fā)出控制信號(hào)以保持開(kāi)通或關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器3，繼續(xù)或停止實(shí)驗(yàn)。其具體包括以下步驟:
[0046](I)如圖4所示，將待監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為若干局部測(cè)量區(qū)域1?(1，1)，1?(1，2)^..R(m, η),其中，m和η共同構(gòu)成測(cè)量區(qū)域的代碼，m = I, 2,..., η = I, 2,…。
[0047](2)分別計(jì)算每個(gè)局部測(cè)量區(qū)域1?(1，1)，1?(1，2)，...!^!!!，!!)內(nèi)各自10秒鐘內(nèi)和6
分鐘內(nèi)的局部平均SAR值，并將計(jì)算結(jié)果分別與預(yù)設(shè)的安全閾值TLstet和TLlmg進(jìn)行比較，微處理器22根據(jù)比較結(jié)果向控制譜儀7發(fā)出控制信號(hào)以保持開(kāi)通或關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器3，繼續(xù)或停止實(shí)驗(yàn)。其具體包括以下步驟:
[0048]①根據(jù)射頻發(fā)射線(xiàn)圈4的電氣特性和受試者局部區(qū)域介電系數(shù)、電導(dǎo)率和幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用時(shí)域有限差分方法或有限元方法對(duì)受試者進(jìn)行電磁仿真計(jì)算，獲得各通道在輸入單位能量情況下局部測(cè)量區(qū)域SAR值的分布系數(shù)，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器23中。微處理器22通過(guò)對(duì)各通道輸入能量和局部測(cè)量區(qū)域SAR值的分布系數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和，得到所劃分的各個(gè)局部測(cè)量區(qū)域 R(l，1),R(1,2), -R(m, η)內(nèi)的瞬時(shí) SAR 值 A(l，I)，A(l，2)，"Km, η)。
[0049]②在微處理器22中，采用滑動(dòng)算法分別對(duì)各局部測(cè)量區(qū)域R(l，I), R(l, 2)，…R(m, η)的10秒鐘內(nèi)的瞬時(shí)SAR值和6分鐘內(nèi)的瞬時(shí)SAR值進(jìn)行求和平均，得到10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗的局部SAR值分布SLshmt (I, I)，SLshort (I, 2),…，SLstort (m, η)和SLlmg (1，I)，SLlong (I, 2)，…，SLlong (m, η)，并分別與預(yù)設(shè)在微處理器22中的局部安全閾值 TLstort 和 TLlmg 進(jìn)行比較。當(dāng) SLstort (I, I)，SLshort (I, 2)，…，SLstort (m, η)或SLlong(I, I), SLlong(I, 2), - ,SLlong(m, η)中某一個(gè)值超過(guò)預(yù)設(shè)安全閾值 TLshtjrt 或 TLlmg 時(shí)，微處理器22向控制譜儀7發(fā)出控制信號(hào)以依次關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器3，并停止實(shí)驗(yàn)；當(dāng) SLstort (I, I)，SLshort (I, 2)，…，SLshort (m, η)和 SLlmg (1，I)，SLlong (I, 2)，-, SLlong (m, η)中所有SAR值估計(jì)值小于或等于預(yù)設(shè)安全閾值TLstort或TLlmg時(shí)，微處理器22向控制譜儀7發(fā)出控制信號(hào)以保持開(kāi)通各通道的功率放大器3。
[0050]上述步驟5)中，電壓采樣信號(hào)與功率值一一對(duì)應(yīng)表格中的功率值，通過(guò)功率計(jì)(圖中未示出)預(yù)校準(zhǔn)獲得。
[0051]上述步驟6)中，存儲(chǔ)器23中預(yù)設(shè)的反射系數(shù)K與測(cè)量誤差E的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)功率計(jì)對(duì)前向功率傳感器12和反向功率傳感器13測(cè)量所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的校正結(jié)果確定。
[0052]上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和方法步驟等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
【權(quán)利要求】
1.一種多通道磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:它包括若干功率測(cè)量單元和一數(shù)字信號(hào)處理單元；磁共振成像設(shè)備中各通道發(fā)射鏈路均包括所述功率放大器、濾波器、發(fā)射接收開(kāi)關(guān)和多通道射頻發(fā)射線(xiàn)圈，各所述功率測(cè)量單元分別設(shè)置在每通道發(fā)射鏈路中所述發(fā)射接收開(kāi)關(guān)和射頻發(fā)射線(xiàn)圈之間，各所述功率測(cè)量單元測(cè)量所在通道的通過(guò)功率，并將測(cè)量結(jié)果均傳輸至所述數(shù)字信號(hào)處理單元；所述數(shù)字信號(hào)處理單元對(duì)接收到的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理后輸出控制信號(hào)并傳輸至控制譜儀，由控制譜儀保持開(kāi)通或關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多通道磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:每一所述功率測(cè)量單兀包括一雙向定向f禹合器、一前向功率傳感器和一反向功率傳感器；在磁共振成像設(shè)備的發(fā)射鏈路中，所述雙向定向耦合器的輸入端和輸出端分別連接所在發(fā)射鏈路中所述發(fā)射接收開(kāi)關(guān)的輸出端和射頻發(fā)射線(xiàn)圈的輸入端，所述雙向定向耦合器的隔離端和耦合端分別連接所述前向功率傳感器和反向功率傳感器的輸入端，所述前向功率傳感器和反向功率傳感器的輸出端分別連接所述信號(hào)處理單元；所述雙向定向耦合器將功率放大器輸入的功率傳輸至射頻發(fā)射線(xiàn)圈，所述前向功率傳感器和反向功率傳感器分別檢測(cè)所述雙向定向耦合器功率傳輸過(guò)程中從功率放大器傳輸至射頻發(fā)射線(xiàn)圈的功率和從射頻發(fā)射線(xiàn)圈返回至功率放大器的功率，并將檢測(cè)到的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后傳輸至所述數(shù)字信號(hào)處理單元。
3.如權(quán)利要求2所述的一種多通道磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述前向功率傳感器和反向功率傳感器均采用整流二極管或者檢波芯片。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種多通道磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)字信號(hào)處理單元包括若干模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、一微處理器和一存儲(chǔ)器；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對(duì)接收到的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，并將采樣數(shù)據(jù)傳輸至所述微處理器，所述微處理器將接收到的采樣數(shù)據(jù)傳輸至所述存儲(chǔ)器中進(jìn)行存儲(chǔ)；所述微處理器采用滑動(dòng)算法對(duì)接收到的各通道10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間平均和加權(quán)求和后，得到10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的整體和局部測(cè)量區(qū)域的平均SAR值，整體和局部測(cè)量區(qū)域的平均SAR值分別與所述微處理器中預(yù)設(shè)的整體和局部安全閾值進(jìn)行比較，所述微處理器輸出控制信號(hào)并傳輸至控制譜儀，由控制譜儀關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種多通道磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述功率測(cè)量單元和數(shù)字信號(hào)處理單元全部采用無(wú)磁性射頻元器件。
6.一種基于如權(quán)利要求1?5任一項(xiàng)所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的多通道磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其包括以下步驟: 1)在磁共振成像設(shè)備發(fā)射鏈路中每一通道的發(fā)射接收開(kāi)關(guān)和射頻發(fā)射線(xiàn)圈之間設(shè)置一包括若干功率測(cè)量單元和一數(shù)字信號(hào)處理單元的磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；每一功率測(cè)量單兀均包括一雙向定向f禹合器、一前向功率傳感器和一反向功率傳感器；數(shù)字信號(hào)處理單兀包括若干模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、一微處理器和一存儲(chǔ)器； 2)每一通道發(fā)射鏈路中的功率放大器分別將其輸出功率依次通過(guò)濾波器和發(fā)射接收開(kāi)關(guān)傳輸至雙向定向耦合器，每一通道的雙向定向耦合器再分別將接收到的功率傳輸至射頻發(fā)射線(xiàn)圈； 3)通過(guò)雙向定向耦合器的耦合端和隔離端，前向功率傳感器和反向功率傳感器分別檢測(cè)所在通道的前向功率和反向功率，并將檢測(cè)到的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)傳輸至數(shù)字信號(hào)處理單兀； 4)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對(duì)接收到的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，并將電壓采樣信號(hào)傳輸至微處理器； 5)在存儲(chǔ)器中預(yù)設(shè)電壓米樣信號(hào)與功率值對(duì)應(yīng)的表格，微處理器根據(jù)接收到的電壓采樣信號(hào)搜索預(yù)設(shè)在存儲(chǔ)器中的相應(yīng)功率值，得到相應(yīng)通道的前向功率Pif和反向功率Pir, i 為通道標(biāo)號(hào)，i = I, 2, 3...； 微處理器根據(jù)各通道前向功率Pif和反向功率Pt與瞬時(shí)通過(guò)功率測(cè)量值％的關(guān)系式: Mi = Pir-Pif, 計(jì)算得到各通道的瞬時(shí)通過(guò)功率測(cè)量值Mi ； 微處理器根據(jù)各通道前向功率Pif和反向功率Pt與反射系數(shù)h的關(guān)系式: 計(jì)算得到各通道的反射系數(shù)ki; 6)在存儲(chǔ)器中預(yù)設(shè)與反射系數(shù)ki對(duì)應(yīng)的前向功率傳感器和反向功率傳感器的測(cè)量誤差Ei,微處理器根據(jù)各通道的反射系數(shù)ki搜索與反射系數(shù)ki對(duì)應(yīng)的測(cè)量誤差Ei,并利用相應(yīng)通道的測(cè)量誤差Ei對(duì)各通道的瞬時(shí)通過(guò)功率測(cè)量值Mi進(jìn)行修正，得到各通道的通過(guò)功率修正值為Mi+Ei,微處理器按照10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗將通過(guò)功率修正值為MfEi保存在存儲(chǔ)器中； 7)根據(jù)FDA和IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的人體電磁能量吸收安全閾值，在微處理器中預(yù)設(shè)10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗的人體整體射頻能量吸收率的安全閾值Tshtjrt和Tlmg，微處理器對(duì)各通道的通過(guò)功率修正值MJEi進(jìn)行滑動(dòng)平均和加權(quán)求和處理后，得到整體SAR值的估計(jì)值Sshort和Slmg,然后與人體整體射頻能量吸收率的安全閾值Tshtjrt和Tlmg進(jìn)行比較，微處理器根據(jù)比較結(jié)果向控制譜儀發(fā)出控制信號(hào)以保持開(kāi)通或關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器； 8)根據(jù)FDA和IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的人體吸收的射頻能量，在微處理器22中預(yù)設(shè)10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗的人體局部射頻能量吸收率的安全閾值TLshtjrt和TLlmg ;采用時(shí)域有限差分方法或有限元方法對(duì)受試者進(jìn)行仿真計(jì)算，得到局部測(cè)量區(qū)域SAR值的分布系數(shù)，微處理器對(duì)各通道輸入能量和局部測(cè)量區(qū)域SAR值的分布系數(shù)進(jìn)行計(jì)算處理后，得到各局部測(cè)量區(qū)域的10秒和6分鐘的平均SAR值估計(jì)值，然后與人體局部射頻能量吸收率的安全閾值TLsto和TLw進(jìn)行比較，微處理器根據(jù)比較結(jié)果向控制譜儀發(fā)出控制信號(hào)以保持開(kāi)通或關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器。
7.如權(quán)利要求6所述的一種多通道磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:所述步驟5)中，電壓采樣信號(hào)與功率值一一對(duì)應(yīng)表格中的功率值，通過(guò)功率計(jì)預(yù)校準(zhǔn)獲得。
8.如權(quán)利要求6所述的一種多通道磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:所述步驟6)中，存儲(chǔ)器中預(yù)設(shè)的反射系數(shù)K與測(cè)量誤差E的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)功率計(jì)對(duì)前向功率傳感器和反向功率傳感器測(cè)量所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的校正結(jié)果確定。
9.如權(quán)利要求6所述的一種多通道磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:所述步驟7)中，微處理器對(duì)通過(guò)功率修正值MJEi進(jìn)行處理后并與人體整體射頻能量吸收率的安全閾值Tstort和Tlmg進(jìn)行比較，其具體過(guò)程為: (1)在存儲(chǔ)器中分別為各通道預(yù)分配兩個(gè)緩存空間:短程空間和長(zhǎng)程空間，將10秒鐘內(nèi)的通過(guò)功率修正值為MfEi存儲(chǔ)在短程空間內(nèi)，將6分鐘內(nèi)的通過(guò)功率修正值為MfEi存儲(chǔ)在長(zhǎng)程空間內(nèi)； (2)在微處理器中，采用滑動(dòng)算法分別對(duì)存儲(chǔ)器中各通道兩個(gè)緩存空間內(nèi)的通過(guò)功率修正值MfEi進(jìn)行求和平均，得到各通道在10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的平均通過(guò)功率估計(jì)值Pistot和Pilmg ;對(duì)各通道的平均通過(guò)功率估計(jì)值Pisht5rt和Pilmg進(jìn)行加權(quán)求和，得到受試者的整體SAR值估計(jì)值Sstort和Slmg，將估計(jì)值Sshtjrt和Slmg分別與預(yù)設(shè)在微處理器中的安全閾值Tshtjrt和Tlmg進(jìn)行比較；當(dāng)整體SAR值的估計(jì)值Sshtjrt或Slmg超過(guò)預(yù)設(shè)的安全閾值Tshort或Tlmg時(shí)，微處理器向控制譜儀發(fā)出控制信號(hào)以依次關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器，當(dāng)整體SAR值的估計(jì)值Sstort和Slmg小于或等于預(yù)設(shè)的安全閾值Tshtjrt或Tlmg時(shí)，微處理器向控制譜儀發(fā)出控制信號(hào)以保持開(kāi)通各通道的功率放大器。
10.如權(quán)利要求6所述的一種多通道磁共振成像設(shè)備的SAR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:所述步驟8)中，微處理器對(duì)各通道輸入能量和局部測(cè)量區(qū)域SAR值的分布系數(shù)進(jìn)行處理后，并與人體局部射頻能量吸收率的安全閾值TLstet和TLlmg進(jìn)行比較，其具體過(guò)程為: (1)將待監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為若干局部測(cè)量區(qū)域1?(1，1)，1?(1，2)，一1?(111，11)，其中，111和11共同構(gòu)成測(cè)量區(qū)域的代碼，m = I, 2,..., η = I, 2,…； (2)分別計(jì)算每個(gè)局部測(cè)量區(qū)域1?(1，1)，1?(1，2)，...!^!!!，!!)內(nèi)各自10秒鐘內(nèi)和6分鐘內(nèi)的局部平均SAR值，并將計(jì)算結(jié)果分別與預(yù)設(shè)的安全閾值TLstort和TLlmg進(jìn)行比較，微處理器根據(jù)比較結(jié)果向控制譜儀發(fā)出控制信號(hào)以保持開(kāi)通或關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器，其具體包括以下步驟: ①根據(jù)射頻發(fā)射線(xiàn)圈的電氣特性和受試者局部區(qū)域介電系數(shù)、電導(dǎo)率和幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用時(shí)域有限差分方法或有限元方法對(duì)受試者進(jìn)行仿真計(jì)算，獲得各通道在輸入單位能量情況下局部測(cè)量區(qū)域SAR值的分布系數(shù)，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；微處理器通過(guò)對(duì)各通道輸入能量和局部測(cè)量區(qū)域SAR值的分布系數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和，得到所劃分的各個(gè)局部測(cè)量區(qū)域 R(l，1)，R(1，2)，"-ROn,!!)內(nèi)的瞬時(shí) SAR 值 A(1，I)，A(1，2)，…A(m，η)； ?在微處理器中，采用滑動(dòng)算法分別對(duì)各局部測(cè)量區(qū)域1?(1，1)，1?(1，2)，...!^!!!，η)的10秒鐘和6分鐘內(nèi)的瞬時(shí)SAR值進(jìn)行求和平均，得到10秒和6分鐘兩個(gè)時(shí)間窗的局部 SAR 值分布 SLshtjrt (I, I)，SLshort (I, 2)，…，SLstort (m, η)和 SLlmg (1，I)，SLlong (I, 2)，…，SLlong (m, η)，并分別與預(yù)設(shè)在存儲(chǔ)器23中的安全閾值TLshtjrt和TLlmg進(jìn)行比較；當(dāng)SLShQrt (I，I)，SLsJlort (I，2)，...，SLsJlort (m，π)或 SL1ng (I，I)，^^1ng (I，2)，...，SL^ong (m，π)中某一個(gè)值超過(guò)預(yù)設(shè)安全閾值TLshtjrt或TLlmg時(shí)，微處理器向控制譜儀發(fā)出控制信號(hào)以依次關(guān)斷相應(yīng)通道的功率放大器；當(dāng)SLstort (I, I)，SLshort (I, 2)，…，SLstort (m, η)和SLlong (I, I)，SLlong (I, 2)，…，SLlong (m, η)中所有SAR值估計(jì)值小于或等于預(yù)設(shè)安全閾值TLshort或TLlmg時(shí)，微處理器向控制譜儀發(fā)出控制信號(hào)以保持開(kāi)通各通道的功率放大器。
【文檔編號(hào)】A61B5/055GK104224181SQ201410503941
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】燕新強(qiáng), 薛蓉, 豐寶桐, 左真濤, 王喆, 李艷霞, 李志光, 卓彥, 馬創(chuàng)新, 魏龍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所