摘要

光纖傳感器已成為推動(dòng)MRI最新功能套件升級(jí)和新MRI設(shè)備設(shè)計(jì)背后的關(guān)鍵技術(shù)。在這篇文章中，我們介紹了三個(gè)基于MRI的運(yùn)動(dòng)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(gè)研究領(lǐng)域是研究由損傷或中風(fēng)引起的腦損傷，并對(duì)各種治療和康復(fù)技術(shù)的有效性進(jìn)行后續(xù)評(píng)估。馬奎特大學(xué)設(shè)計(jì)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(dòng)活動(dòng)與相應(yīng)的觀察到的皮層大腦活動(dòng)相關(guān)聯(lián)。一些結(jié)果如圖4B所示，描繪了將三種運(yùn)動(dòng)活動(dòng)（蹬踏、輕腳和手指敲擊）與大腦中特定的皮層活動(dòng)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(dòng)，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(huì)（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(jiǎng)，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(duì)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(duì)位置傳感器用于測量角位置以及捕捉瞬時(shí)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(shí)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(shí)觸發(fā)信號(hào)，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(gè)事件的500個(gè)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(jí)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(jí)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(píng)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(dòng)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(dòng)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(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(jì)的MRI安全傳感器。三個(gè)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(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵推動(dòng)者。光纖傳感器本質(zhì)上是被動(dòng)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(huì)產(chǎn)生偽影或影響成像結(jié)果。