摘要

光纖傳感器已成為推動MRI最新功能套件升級和新MRI設(shè)備設(shè)計背后的關(guān)鍵技術(shù)。在這篇文章中，我們介紹了三個基于MRI的運(yùn)動控制應(yīng)用，展示了最近開發(fā)的、可在市場上買到的基于MRI的安全光纖反饋傳感器的操作和使用。

案例研究

案例研究#1

用于驗(yàn)證MRI技術(shù)的MRI安全患者腳踏系統(tǒng)

功能性核磁共振成像（fMRI）是一種基于腦部血流和氧代謝成像，利用核磁共振成像觀察大腦功能的技術(shù)。fMRI的一個研究領(lǐng)域是研究由損傷或中風(fēng)引起的腦損傷，并對各種治療和康復(fù)技術(shù)的有效性進(jìn)行后續(xù)評估。馬奎特大學(xué)設(shè)計了fMRI患者腳踏裝置，如圖4A所示。使用MICRONOR MR318光纖增量編碼器輸出來監(jiān)測踏板的速度和角度位置，實(shí)驗(yàn)成功地將運(yùn)動活動與相應(yīng)的觀察到的皮層大腦活動相關(guān)聯(lián)。一些結(jié)果如圖4B所示，描繪了將三種運(yùn)動活動（蹬踏、輕腳和手指敲擊）與大腦中特定的皮層活動區(qū)域相關(guān)的功能圖像。這項(xiàng)最初的研究是第一次準(zhǔn)確記錄與腳踏相關(guān)的人類大腦活動，并與fMRI成像相關(guān)聯(lián)。

案例研究#2

用于研究創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）力學(xué)的MRI安全裝置

軍事和民用科學(xué)家正與亨利·M·杰克遜軍事醫(yī)學(xué)促進(jìn)基金會（Henry M.Jackson Foundation for The Advancement of Military Medicine，Inc.）（HJF）合作，通過美國國立衛(wèi)生研究院（National Institutes of Health）的一項(xiàng)資助獎，研究創(chuàng)傷性腦損傷的機(jī)制。如圖5所示，MRI安全裝置在MRI掃描儀內(nèi)對人體志愿者的頭骨施加輕微的角加速度。在實(shí)驗(yàn)過程中，MRI兼容的光纖絕對位置傳感器用于測量角位置以及捕捉瞬時速度和加速度。如圖6所示，該數(shù)據(jù)隨后與MRI成像實(shí)時相關(guān)。模擬創(chuàng)傷事件發(fā)生在大約400ms內(nèi)。傳感器系統(tǒng)控制器提供硬件功能，可輸出實(shí)時觸發(fā)信號，使MRI成像與頭部位置在0.04°范圍內(nèi)同步。光纖傳感器具有8192的高分辨率和850μs的快速更新速率，可記錄一個事件的500個數(shù)據(jù)點(diǎn)。有了這一數(shù)量的細(xì)粒度數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)能夠從記錄的數(shù)據(jù)中提取速度和加速度信息。

案例研究#3

用于高級心臟壓力測試的MRI安全跑步機(jī)

心臟病是美國死亡的主要原因。EXCMR股份有限公司開發(fā)了一種MRI安全跑步機(jī)，用于高級心臟壓力測試和心臟成像。MRI心臟成像提供了優(yōu)于傳統(tǒng)核或超聲技術(shù)的成像評估和患者安全性。通過將跑步機(jī)放置在MRI套件中，EXCMR能夠在運(yùn)動后（30秒內(nèi)）在壓力引起的心臟異常消失之前立即進(jìn)行心臟成像。如果跑步機(jī)位于遠(yuǎn)離成像系統(tǒng)的位置，則無法足夠快速地獲取這些圖像。MRI安全跑步機(jī)如圖7所示。它緊鄰MRI掃描儀（4區(qū)）運(yùn)行，可使用某些經(jīng)批準(zhǔn)的金屬材料。然而，不允許使用有源電子設(shè)備。運(yùn)行跑步機(jī)皮帶的電機(jī)是液壓驅(qū)動的，所有反饋傳感器必須是電子無源的?；颊呔o急停止（MR380）、跑步機(jī)傾斜（MR340）和速度（MR382）是基于Micronor股份有限公司的商用光纖傳感器專門設(shè)計的MRI安全傳感器。三個光纖傳感器通過一根50英尺的六芯光纜連接到位于監(jiān)控室（3區(qū)）的集成控制器。

結(jié)論

總之，光纖傳感器技術(shù)是開發(fā)先進(jìn)醫(yī)學(xué)研究所需的MRI安全運(yùn)動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵推動者。光纖傳感器本質(zhì)上是被動的，并且不受磁場的影響。光纖在MRI掃描儀（4區(qū)）和MRI控制/設(shè)備室（3區(qū)）之間提供了理想的全介質(zhì)傳輸介質(zhì)。由合適的材料制成，MRI安全光纖傳感器提供電磁透明度，可在MRI掃描儀的極端電磁場強(qiáng)度范圍內(nèi)和周圍安全使用。它們堅(jiān)固、易于安裝，即使在MRI孔內(nèi)使用，也不會產(chǎn)生偽影或影響成像結(jié)果。