介绍三个基于MRI的运动控制应用

摘要

光纤传感器已成为推动MRI最新功能套件升级和新MRI设备设计背后的关键技术。在这篇文章中，我们介绍了三个基于MRI的运动控制应用，展示了最近开发的、可在市场上买到的基于MRI的安全光纤反馈传感器的操作和使用。

案例研究

案例研究#1

用于验证MRI技术的MRI安全患者脚踏系统

功能性核磁共振成像（fMRI）是一种基于脑部血流和氧代谢成像，利用核磁共振成像观察大脑功能的技术。fMRI的一个研究领域是研究由损伤或中风引起的脑损伤，并对各种治疗和康复技术的有效性进行后续评估。马奎特大学设计了fMRI患者脚踏装置，如图4A所示。

使用MICRONOR MR318光纤增量编码器输出来监测踏板的速度和角度位置，实验成功地将运动活动与相应的观察到的皮层大脑活动相关联。一些结果如图4B所示，描绘了将三种运动活动（蹬踏、轻脚和手指敲击）与大脑中特定的皮层活动区域相关的功能图像。这项最初的研究是第一次准确记录与脚踏相关的人类大脑活动，并与fMRI成像相关联。

案例研究#2

用于研究创伤性脑损伤（TBI）力学

的MRI安全装置

军事和民用科学家正与亨利·M·杰克逊军事医学促进基金会（Henry M.Jackson Foundation for The Advancement of Military Medicine，Inc.）（HJF）合作，通过美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）的一项资助奖，研究创伤性脑损伤的机制。

如图5所示，MRI安全装置在MRI扫描仪内对人体志愿者的头骨施加轻微的角加速度。在实验过程中，MRI兼容的光纤绝对位置传感器用于测量角位置以及捕捉瞬时速度和加速度。如图6所示，该数据随后与MRI成像实时相关。模拟创伤事件发生在大约400ms内。传感器系统控制器提供硬件功能，可输出实时触发信号，使MRI成像与头部位置在0.04°范围内同步。

光纤传感器具有8192的高分辨率和850µs的快速更新速率，可记录一个事件的500个数据点。有了这一数量的细粒度数据，研究团队能够从记录的数据中提取速度和加速度信息。

案例研究#3

用于高级心脏压力测试的MRI安全跑步机

心脏病是美国死亡的主要原因。EXCMR股份有限公司开发了一种MRI安全跑步机，用于高级心脏压力测试和心脏成像。MRI心脏成像提供了优于传统核或超声技术的成像评估和患者安全性。通过将跑步机放置在MRI套件中，EXCMR能够在运动后（30秒内）在压力引起的心脏异常消失之前立即进行心脏成像。

如果跑步机位于远离成像系统的位置，则无法足够快速地获取这些图像。MRI安全跑步机如图7所示。它紧邻MRI扫描仪（4区）运行，可使用某些经批准的金属材料。然而，不允许使用有源电子设备。运行跑步机皮带的电机是液压驱动的，所有反馈传感器必须是电子无源的。

患者紧急停止（MR380）、跑步机倾斜（MR340）和速度（MR382）是基于Micronor股份有限公司的商用光纤传感器专门设计的MRI安全传感器。三个光纤传感器通过一根50英尺的六芯光缆连接到位于监控室（3区）的集成控制器。

结论 

总之，光纤传感器技术是开发先进医学研究所需的MRI安全运动控制系统的关键推动者。光纤传感器本质上是被动的，并且不受磁场的影响。光纤在MRI扫描仪（4区）和MRI控制/设备室（3区）之间提供了理想的全介质传输介质。由合适的材料制成，MRI安全光纤传感器提供电磁透明度，可在MRI扫描仪的极端电磁场强度范围内和周围安全使用。它们坚固、易于安装，即使在MRI孔内使用，也不会产生伪影或影响成像结果。

审核编辑：刘清