介紹三個基于MRI的運動控制應用

摘要

光纖傳感器已成為推動MRI最新功能套件升級和新MRI設備設計背后的關鍵技術。在這篇文章中，我們介紹了三個基于MRI的運動控制應用，展示了最近開發的、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

用于驗證MRI技術的MRI安全患者腳踏系統

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。fMRI的一個研究領域是研究由損傷或中風引起的腦損傷，并對各種治療和康復技術的有效性進行后續評估。馬奎特大學設計了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測踏板的速度和角度位置，實驗成功地將運動活動與相應的觀察到的皮層大腦活動相關聯。一些結果如圖4B所示，描繪了將三種運動活動（蹬踏、輕腳和手指敲擊）與大腦中特定的皮層活動區域相關的功能圖像。這項最初的研究是第一次準確記錄與腳踏相關的人類大腦活動，并與fMRI成像相關聯。

案例研究#2

用于研究創傷性腦損傷（TBI）力學

的MRI安全裝置

軍事和民用科學家正與亨利·M·杰克遜軍事醫學促進基金會（Henry M.Jackson Foundation for The Advancement of Military Medicine，Inc.）（HJF）合作，通過美國國立衛生研究院（National Institutes of Health）的一項資助獎，研究創傷性腦損傷的機制。

如圖5所示，MRI安全裝置在MRI掃描儀內對人體志愿者的頭骨施加輕微的角加速度。在實驗過程中，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，該數據隨后與MRI成像實時相關。模擬創傷事件發生在大約400ms內。傳感器系統控制器提供硬件功能，可輸出實時觸發信號，使MRI成像與頭部位置在0.04°范圍內同步。

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個數據點。有了這一數量的細粒度數據，研究團隊能夠從記錄的數據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

心臟病是美國死亡的主要原因。EXCMR股份有限公司開發了一種MRI安全跑步機，用于高級心臟壓力測試和心臟成像。MRI心臟成像提供了優于傳統核或超聲技術的成像評估和患者安全性。通過將跑步機放置在MRI套件中，EXCMR能夠在運動后（30秒內）在壓力引起的心臟異常消失之前立即進行心臟成像。

如果跑步機位于遠離成像系統的位置，則無法足夠快速地獲取這些圖像。MRI安全跑步機如圖7所示。它緊鄰MRI掃描儀（4區）運行，可使用某些經批準的金屬材料。然而，不允許使用有源電子設備。運行跑步機皮帶的電機是液壓驅動的，所有反饋傳感器必須是電子無源的。

患者緊急停止（MR380）、跑步機傾斜（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控室（3區）的集成控制器。

結論

總之，光纖傳感器技術是開發先進醫學研究所需的MRI安全運動控制系統的關鍵推動者。光纖傳感器本質上是被動的，并且不受磁場的影響。光纖在MRI掃描儀（4區）和MRI控制/設備室（3區）之間提供了理想的全介質傳輸介質。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度范圍內和周圍安全使用。它們堅固、易于安裝，即使在MRI孔內使用，也不會產生偽影或影響成像結果。

審核編輯：劉清