专利名称：使用压电陶瓷隔膜装置的自动非磁性医疗监测仪的制作方法
技术领域：
本申请涉及诊断成像技术。本申请在存在用于产生强磁场的磁共振成像扫描仪的 情况下所使用的附件安全中有具体应用，并且将具体参考其进行描述。然而，应当理解本申 请还在不存在强磁场的情况下用于更多的传统设施，并且本申请不限于上述应用。
背景技术：
常规的磁共振成像(MRI)使用强磁场以排列在成像区域中的对象中的偶极子。通 常，对容纳MRI磁体的房间进行磁屏蔽，以便防止强磁场干扰其它磁敏感装置。这种强磁场 的一种潜在危险的副作用是其对附近铁磁材料所施加的物理吸引力。如果将金属物体置于 非常接近磁体处，将使得该物体以极大的速度朝向磁体推进，从而具有伤害附近的人、磁体 和物体本身的风险。因此，当磁体以一磁场操作时，金属物体或含有金属成分的物体必须与 该磁体保持一段安全距离。即使磁吸引力不足以使装置整体物理移位，磁场仍能够施加影 响装置操作的力和扭矩。另一个副作用在于磁场能够损坏磁敏感仪器并使它们过早地发生故障。即使在物 理吸引力没有危险的距离处，仍然存在某些磁�。⑶艺庑┐懦∧芄挥跋烀舾胁考�。这可能 是暂时的故障，并且该装置一旦被从磁场中移开就正常操作，但是也可能引起永久的损坏， 诸如永磁体的变形导致永久故障。在运动的电磁零件或含铁零件上的磁力会引起导致永久 故障的额外负载。例如，自动血压监测仪包含通常由非MRI安全部件驱动的泵。目前，自动无创血压 装置和气体监测仪使用由电磁发动机驱动的离心泵或蠕动泵。在这些装置中操作的阀由电 磁螺线圈致动。为了安全，这些监测仪必须与磁体保持一定的安全距离。如果在MRI装置 中的患者需要血压监测，需要长的管子或软管从监测仪的泵和阀部分延伸至安置于患者身 上的袖带、面罩或其他感测器，这给患者和医护人员带来了需要应对的物理障碍。由于是在 MRI房间周围操纵监测仪和患者，软管对有效的工作流程产生负面的影响。此外，在监测仪 中的部件仍然在MR房间内并且受到磁场的影响，并且趋向于过早地发生故障。过去，已经 为这些装置指定了 “MR条件”等级，其中，这些装置标记有允许的最大磁场暴露。这可以转 换为与具有恒定Btl场的MRI机器的安全距离。为了保护敏感部件免受磁场影响，有时使用铁磁屏蔽。虽然这些屏蔽帮助保护部 件免受损坏，但它们并不是完全阻隔磁场的，并且它们存在增加的物理吸引力风险，因此必 须保持离开一段安全距离。虽然屏蔽能够帮助缓解敏感部件的过早故障，仍必须将长的软 管从MRI装置内的患者延伸至监测仪。本申请提供了新的、改进的MRI安全装置，其克服了上述问题及其他问题。
发明内容
根据一方面，提供了一种磁共振系统。主磁体在成像区域中产生基本均勻的主磁 场。梯度线圈组件在主磁场上施加梯度磁�。佣灾鞔懦〗锌占浔嗦搿Ｉ淦底榧诔�
4像区域中的对象的选定的偶极子中诱发磁共振，并从成像区域接收磁共振信号。自动非磁 性监测仪测量并显示对象的参数。根据另一方面，提供了一种MRI安全血压监测仪。压力袖带向患者的动脉施加压 力。第一换能器感测在压力作用下动脉内的可听事件。压电陶瓷蠕动泵对压力袖带加压。 第一高压驱动器驱动该压电泵。第二换能器感测施加于压力袖带的压力。第一压电陶瓷隔 膜阀以受控的、线性速率从压力袖带释放压力。第二高压驱动器驱动第一压电隔膜阀。气 动连接至少连接泵和压力袖带。控制电路至少控制泵和隔膜阀。电源至少向第一高压驱动 器和第二高压驱动器提供功率。根据另一方面，提供了一种在磁场中得到对象血压的方法。利用磁共振成像装置 的主磁体产生主磁场。通过闭合第一线性压电陶瓷隔膜阀，闭合第二压电陶瓷隔膜排放阀 (dump valve)，以及致动压电陶瓷泵来对位于主磁场中的压力袖带充气。通过打开第一阀 并关闭泵，从压力袖带释放空气来读取压力。在得到压力读数之后，通过打开第二阀从袖带 中释放残留的空气。一个优势在于能够在高磁场环境中监测患者血压而无需使用长软管。另一个优势在于能够在高磁场环境中监测施予的气体而无需使用长软管，其中， 压电陶瓷泵抽取采样气体所需的真空。另一个优势在于增加了部件在高磁场环境中的寿命。另一个优势在于增加了灵活性和患者使用的方法(patient access)。另一个优势在于减少了 MRI装置附近的铁磁材料。另一个优势在于增加了患者和医护人员的安全性。通过阅读和理解下面的详细说明，本领域技术人员将了解本发明的进一步优势。
本发明可以采用不同部件和部件的布置的形式，以及采用不同步骤和步骤的布置 的形式。附图仅用于图示说明优选实施例，并且不应解释为是对本发明的限制。图1是具有MR安全医疗监测仪的磁共振成像设备的图解说明；图2是根据本申请的血压监测仪的图解说明；图3图示说明了用于MR安全医疗监测仪的阀；图4图示说明了用于MR安全监测仪的泵；图5是MR安全阀的备选实施例。
具体实施例方式参考图1，描述了磁共振扫描仪10。磁共振扫描仪10能够是包括垂直主磁体组件 12的开放式场系统。主磁体组件12生成沿成像区域的垂直轴定向的基本恒定的主磁场。尽 管为帮助可视化部分地图示说明了垂直主磁体组件12，应当理解的是，也可以预期诸如圆 柱和其他构造的其他磁体布置。开放式系统中的主磁体12可以具有大约2500高斯(0. 25T) 到10，000高斯(1. 0T)的场强。孔腔型系统可以产生15，000高斯(1. 5T)到70，000高斯 (7. 0T)或更高的磁场。通常，在较低场强处，5高斯线是较接近的，在高场强处更大，但是5 高斯线也可以随着诸如屏蔽和构造的因素而变化。
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梯度线圈组件14在成像区域中生成磁场梯度，从而对主磁场进行空间编码。优选 地，磁场梯度线圈组件14包括配置为在三个正交方向(通常为纵向或者ζ、横向或者χ以及 垂直或者y方向)生成磁场梯度脉冲的线圈段。射频线圈组件16产生射频脉冲，用于在对象的偶极子中激发共振。射频线圈组件 16还用于检测从成像区域发出的共振信号。射频线圈组件16是对整个成像区域进行成像 的发送/接收线圈，然而，也可以预期本地发送/接收线圈或本地的专用接收线圈。梯度脉冲放大器18向磁场梯度组件14输送受控电流以生成选定的磁场梯度。射 频发射器20，优选为数字的，向射频线圈组件16施加射频脉冲或脉冲分组以激发选定的共 振。将射频接收器22耦合到线圈组件16或分立的接收线圈以接收和解调所诱发的共振信 号。为了采集对象的共振成像数据，将对象放置在成像区域中。序列控制器24与梯度 放大器18和射频发射器20通信以补充对感兴趣区域的光学操作。例如，序列控制器20生 成选定的重复回波稳态或其他共振序列，对这些共振空间编码，选择性地操作或扰乱共振， 或者另外产生选定的表征对象的磁共振信号。所产生的共振信号由RF线圈组件16或本地 线圈(未示出)检测，传送至射频接收器22，解调并存储于k空间存储器26中。由重建处 理器28对成像数据进行重建，从而生成存储在图像存储器30中的一幅或更多幅图像表示。 在一个适当的实施例中，重建处理器28执行傅里叶逆变换重建。所得到的图像表示由视频处理器32处理并显示在装备有人可读显示器的用户接 口 34上。优选地，接口 34是个人计算机或工作站。除了生成视频图像，图像表示能够由打 印机驱动器处理并打印、在计算机网络或因特网等上传输。优选地，用户接口 34还允许放 射学家或其他操作人员与序列控制器24通信以选择磁共振成像序列、修改成像序列、执行 成像序列等。便携监测仪40与患者一同位于磁场中。在图示说明的实施例中，监测仪40是血 压监测仪，并且通过至少一个空气软管44连接至常规的压力袖带42。下面描述了双软管系 统。然而，应当理解，能够测量任何参数，并且本申请不必要具体限于血压监测仪。当测量 血压时，对袖带42充气，从而在患者身上(通常为患者的二头肌)施加可测量的压力。对 袖带42充气从而使得袖带42的压力增加到高于患者动脉收缩压的压力。这暂时阻断了血 流通过臂动脉。然后允许空气以恒定速率从袖带中放出。当血液开始流入臂动脉时，换言 之，当袖带42或在臂上的其他感测器检测到脉搏时，监测仪40记录压力值作为患者的收缩 压。空气继续从袖带42放出直到袖带再也无法检测到脉搏为止，并将脉搏消失时的压力值 记录为患者的舒张压。参考图2，更详细地示出了血压监测仪40，包括使上述测量可行的部件。为了增加 袖带42中的压力，泵46从大气中抽取空气并将其泵入袖带42。随着对袖带42充气，系统 闭合使得袖带42内的压力增加。在图3图示说明的实施例中，泵46是压电泵，并且更具体 而言，是蠕动压电陶瓷致动泵，但是也可以预期其他类型的压电泵。压电元件46a在箭头所 指示的方向上膨胀和收缩。随着致动压电元件，其使得柔性隔膜46b弯曲。随着隔膜46b弯 曲，其减少了泵腔46c的体积，由此从腔经由出口止回阀46d泵送流体。随着压电元件46a 松弛，泵腔46c的体积增加并且通过入口止回阀46e抽入流体。止回阀46d、46e两者都是 压力致动的单向阀，其防止逆流通过泵腔46c。泵46的压电元件46a由相关的高压驱动器
648驱动。驱动器48受监测仪控制器50控制。为了感测血液是否在臂动脉中流动，使第一换能器52位于袖带42内或袖带42的 附近。当血液开始流动时，伴随着由湍流血流生成并由换能器52检测的特征音(第一柯氏 音)。第二换能器54测量袖带42的压力。在泵46对袖带42充气加压之后，空气经由线性 阀56从袖带42放出。在图4图示说明的实施例中，线性阀56是压电陶瓷隔膜阀。压电元 件56a如箭头所指示地膨胀和收缩。随着压电元件膨胀，其迫使阀元件56b开始与阀座56c 接触，从而密封阀56。当压电元件56a松弛时，阀56打开并且流体能够通过阀56流动。任 选地，可以使用操纵器操作的压电阀。线性阀56具有与其自身相关的高压驱动器58，高压 驱动器58也由监测仪控制器50控制。任选地，线性阀可以由双金属元件56a驱动，其中， 所测量的电流生成热能并引起已知的弯曲。然后，阀允许(流体)以已知的流动速率通过。 这种类型也是非磁性的，但是不需要附加的高压驱动器。当袖带42的压力在患者的收缩压和舒张压之间时，由于动脉压伴随着患者心脏 的搏动而不断跃至袖带压力之上和回落至袖带压力之下，血流将是湍流的。只要袖带42的 压力在收缩压和舒张压之间，第一换能器52就能够检测到湍流血流。一旦袖带压力下降到 收缩压以下，通过臂动脉的流动不再是湍流的，这是由于动脉不再被压缩。不能检测到进一 步的声音。当第一换能器52不再检测到任何声音时，发生这种情况时由第二换能器54所 报告的压力被记录为舒张压。一旦记录了舒张压，排放阀60就打开将袖带42中的残留空气释放到大气中。在 一个实施例中，如线性阀56—样，排放阀60是压电陶瓷隔膜阀。相似地，排放阀60由其自 身的高压驱动器62驱动。监测仪控制器50控制所有的驱动器48、58、62以执行上面详细 描述的过程。在袖带42充气过程中，泵46开启并闭合线性阀56和排放阀60两者。在血 压测量过程中，将泵46关闭，打开线性阀56，并保持排放阀60闭合。一旦读取了舒张压，以 及在不使用期间，将泵46关闭，并且阀56、60两者都打开。如果监测仪40未能完成读�。� 控制器50可以立即再次开始该过程。任选地，排放阀可以由双金属元件驱动而无需附加的 高压驱动器，所述双金属元件将电转化为热能从而引起运动和阀致动。如前面所述的，该过程受到监测仪控制器50的控制。优选地，用户可以利用用户 接口 64与监测仪控制器50接口连接。用户可以定制即时读数，或者设置定期读数，并回顾 存储于监测仪存储器66中的近期压力读数。任选地，监测仪40中包括无线收发器68，从 而使得控制器50可以将读数传送至远程工作站，诸如房间内、操作人员工作站、或护士工 作站、或监测仪处理单元70。适当的电源72 (如电池、AC适配器或从MR系统汲取功率的系 统)向监测仪40提供功率。优选地，监测仪40装备有能够在空闲时插入墙壁插座，但在使 用时无线的可充电电池，如非磁性锂离子电池。通过使用陶瓷压电元件，在监测仪40中没有电磁敏感部件。因此，能够为其给定 “MR安全”等级并消除了 MR装置10的场中的患者对从监测仪40引导至患者的延伸线缆和 管子的需要。压电设计同样适用于无线、便携、桌上和安装在基架上的血压监测仪，但是尤 其适用于能够与患者一起进入MR装置孔腔的监测仪。任选地，利用电磁干扰屏蔽74对监 测仪进行屏蔽，以防止监测仪40对图像采集或图像质量产生负面影响。另外，监测仪控制 器50和存储器66被屏蔽于磁场之外。在另一实施例中，气体监测仪(诸如测量呼气末CO2或输送麻醉气体的监测仪)配置有用于MRI系统的压电陶瓷泵和阀。在气体监测仪中，将呼吸面罩放置在患者嘴上方。 压电蠕动泵从面罩或相关排出线泵送气体。操作压电阀以移动定量体积的排出气体进入分 析腔，在分析持续时间内使得气体保留在腔内，并且在分析之后排出气体。其他类型的磁场安全泵和阀也是可以预期的。如在图5中图示说明的，双金属元 件80由加热器82加热并允许冷却以使得其沿箭头所指示的方向移动塞子84。塞子84使 得隔膜86弯曲并使得它在打开和闭合位置之间致动阀座88。类似地，双金属元件80的交 替加热和冷却能够对蠕动泵的隔膜进行泵送。也可以预期其他类型MR安全阀和泵。已经参考优选实施例描述了本发明。本领域技术人员在阅读和理解前述详细描述 的情况下可以对其进行修改和变更。只要这些修改和变更包含在所附权利要求及其等同的 范围内，本发明意欲解释为包括所有这些修改和变更。
权利要求
一种磁共振系统，包括主磁体(12)，其用于在检查区域中产生基本均匀的主磁�。惶荻认呷ψ榧�(14)，其用于在所述检查区域中的所述主磁场上施加梯度磁�。佣运鲋鞔懦〗锌占浔嗦耄簧淦底榧�(16)，其用于在所述检查区域中的对象的选定偶极子中诱发磁共振，并接收所述磁共振；自动非磁性监测仪(40)，其至少部分设置在所述检查区域中，以测量并显示所述对象的至少一个生理参数。
1.一种磁共振系统，包括主磁体(12)，其用于在检查区域中产生基本均勻的主磁�。惶荻认呷ψ榧�(14)，其用于在所述检查区域中的所述主磁场上施加梯度磁�。佣� 所述主磁场进行空间编码；射频组件(16)，其用于在所述检查区域中的对象的选定偶极子中诱发磁共振，并接收 所述磁共振；自动非磁性监测仪(40)，其至少部分设置在所述检查区域中，以测量并显示所述对象 的至少一个生理参数。
2.如权利要求1所述的磁共振系统，其中，所述监测仪(40)包括设置在所述检查区域 中的泵(46)。
3.如权利要求2所述的磁共振系统，其中，所述泵包括压电陶瓷蠕动泵(46)。
4.如权利要求？所述的磁共振系统，还包括高压驱动器(48)，其用于设置在所述检查区域中的所述压电泵(46)。
5.如权利要求1所述的磁共振系统，其中，所述监测仪(40)包括设置在所述检查区域 中的至少一个阀(56)。
6.如权利要求5所述的磁共振系统，其中，所述至少一个阀包括压电陶瓷隔膜阀(56)。
7.如权利要求6所述的磁共振系统，其中，还包括 高压驱动器(58)，其用于所述压电隔膜阀(56)。
8.如权利要求1所述的磁共振系统，其中，所述非磁性监测仪(40)包括血压监测仪 (40)和气体分析监测仪中的一个。
9.如权利要求8所述的磁共振系统，其中，所述监测仪(40)包括血压监测仪，所述血压 监测仪还包括设置在所述检查区域中的泵(46)； 设置在所述检查区域中的至少一个阀(56)；用于控制高压驱动器(48、58)的控制器(50)，所述高压驱动器(48、58)用于驱动所述 泵(46)和所述阀(56)；用于至少存储血压读数和所述血压读数被获取的时间的存储器(66)；电磁兼容封闭(74)，其在所述控制器(50)和所述存储器(66)的周围，以屏蔽放射发射。
10.如权利要求1所述的磁共振系统，其中，所述监测仪(40)还包括 双金属元件操作的阀或泵中的至少一个。
11.如权利要求1所述的磁共振系统，其中，所述主磁体在所述检查区域中产生至少 2500高斯(0. 25T)的磁场。
12.—种MRI安全血压监测仪，包括压力袖带(42)，其用于向患者动脉施加压力；第一换能器(52)，其用于感测在压力作用下的所述动脉内的可听事件； 压电陶瓷蠕动泵(46)，其对所述压力袖带(42)加压； 第一高压驱动器(48)，其驱动所述压电泵(46)；第二换能器(54)，其感测对所述压力袖带(42)施加的压力； 第一压电陶瓷隔膜阀(56)，其以受控的线性速率从所述压力袖带释放压力； 第二高压驱动器(58)，其驱动所述第一压电隔膜阀(56)； 气动连接(44)，其至少连接所述泵(46)和所述压力袖带(42)； 控制电路(50)，其至少控制所述泵(46)和所述隔膜阀(56)；电源(72)，其至少为所述第一和第二高压驱动器(48，58)和所述控制电路(50)提供功率。
13.如权利要求12所述的MRI安全血压监测仪，还包括在至少所述压电泵(46)和阀(56)周围的电磁干扰封闭(74)，所述封闭(74)屏蔽放射发射。
14.如权利要求12所述的MRI安全血压监测仪，其中， 所述第一压电阀(56)是线性释放阀。
15.如权利要求14所述的MRI安全血压监测仪，还包括第二压电隔膜阀(60)，其作为从所述监测仪释放压力的排放阀；以及 第三高压驱动器(62)，其用于驱动所述第二压电隔膜阀(60)。
16.如权利要求15所述的MRI安全血压监测仪，其中， 两个阀都是双金属致动装置。
17.一种磁共振系统，包括主磁体(12)，其产生通过检查区域的主磁�。簧柚迷谒黾觳榍蛑腥缛ɡ�12所述的血压监测仪(40)。
18.一种监测磁场中的对象的方法，包括利用磁共振成像装置的主磁体(12)产生主磁场； 利用梯度线圈系统(14)向所述检查区域施加梯度磁�。� 利用RF组件(16)向所述检查区域施加RF脉冲；控制位于所述主磁场中的至少一个阀(56，60)和至少一个泵(46)，以进行下列之一 对血压袖带充气和放气以及向排出气体分析器提供定量的呼出气体样本。
19.如权利要求18所述的方法，还包括通过闭合第一、线性压电陶瓷隔膜阀(56)，闭合第二、压电陶瓷隔膜排放阀(60)并致 动压电陶瓷泵(46)来对位于所述主磁场中的压力袖带(42)充气；通过打开所述第一阀(56)并关闭所述泵(46)从所述压力袖带(42)释放空气来读取 压力；通过打开所述第二阀(60)来从所述袖带(42)释放残留空气。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述主磁场大于或等于5000高斯。
21.如权利要求18所述的方法，还包括 将所述血压测量值无线传送到远程位置(70)。
全文摘要
在磁共振成像(MRI)中，强磁场可以干扰、损坏、引起永久的故障并吸引某些非MR安全仪器。消除了电磁敏感部件以有利于MR安全部件(如陶瓷压电部件和双金属部件)。前述在对患者进行扫描时需要与主磁体(12)保持安全距离(例如大于5高斯线)的仪器现在允许在患者附近，而无需担心对仪器(40)造成损坏，或威胁患者和医务人员或MRI装置(10)。
文档编号G01R33/20GK101960321SQ200980106525
公开日2011年1月26日 申请日期2009年2月2日 优先权日2008年2月28日
发明者M·纳尔逊 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
