AIMD · MRI-Compat KB

US6501978B2 Interleaved operation of MRI and electronic equipment

US6501978B2 Interleaved operation of MRI and electronic equipment

摘要

  • 问题:HIFU 等独立电子设备在工作时产生的 RF noise 可进入 MRI 接收链；若与 receive interval 重叠，受影响的 magnetic resonance signals 会降低图像质量。
  • 方案:一条路径在 receiver inactive 的时间窗才驱动设备；另一条路径记录设备启停，剔除重叠 cycle 的数据并重采。
  • 效果:专利以受影响数据不参与重建、或设备噪声避开接收窗来主张图像保护；定量验证情况见「严谨性缺口」。
  • 形态:26 claims；可移动磁体—HIFU 一体系统为示例，也覆盖接入屏蔽室的其他电子设备、手动控制与预定时序控制。

原理与方案

标注:引号内英文 = 专利 raw 原文;[推导] = 由专利参数与电路模型推出的结论,非专利原文;[推断] = 按 RF/工艺常识的判断,专利未述;[待确认] = 专利未给、需另行定夺的输入或判断。

失效机理

MRI 的 RF receiver 只在每个 pulse sequence 的 receive interval 收集由受检者发出的磁共振信号。HIFU driver 或其他独立电器在此窗内工作时的 RF noise 与待接收信号同时进入接收链，受该 cycle 影响的数据不能作为可靠的图像输入；问题落在接收与重建，非植入导线致热。

设备在 receiver inactive 的时段工作仍可能留下轻微图像损害。专利以理论性措辞归因为设备 RF noise 激发 MRI 天线在当地 Larmor frequency 的共振，使天线向 ROI 辐射额外 excitation；[待确认]其在实际系统中的占比。

【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 2 — spin-echo pulse sequence 中 RF 脉冲、梯度与 receive interval 的时序关系。

时窗避让与数据剔除

第一条物理路径是时间隔离：receive intervals 只占 cycle 的一部分，控制计算机 29 仅在其余 inactive intervals 向 HIFU driver 41 输出驱动。FIG. 1 的 transceiver 39 含 transmitter 38 与 receiver 40；FIG. 2 中 receiver 40 只在 receive interval I 激活。受控对象可以是 HIFU unit 16，也可以是屏蔽室内的其他电子设备。

receiver 的 inactive 可由关闭或从 antenna 37 断开实现；若 receiver 能承受高 RF 输入，也可保留其工作而丢弃输出。设备停驱后仍须计入 ringdown：专利以 typical HIFU 为例，将 emissions 衰减至工作时幅度约 3% 所需的时间描述为 millisecond 量级；工程门控的 blanking duration 应覆盖该设备的实际衰减过程。

第二条路径不要求设备在 receive interval 外运行。FIG. 4 中 computer 129 通过 sense line 111 记录手动 switch 109 的设备通电区间，再与各 cycle 的 receive interval 对照；重叠 cycle 的 signal data 从 memory 101 擦除，并以相同 gradient 重复该 cycle。设备也可由预定时刻经 slave switch 113 驱动，此时受影响的 cycle 在执行前即可识别。该路径保留设备较长 actuation interval 的可能性，[推导]重采会增加扫描时间或减少可用数据量。

【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 4 — 以 sense line 111、slave switch 113 和 computer 129 识别受影响 cycle 并重采的数据路径。

工程实现与取舍

FIG. 3 给出对手动控制的硬件约束：computer 229 可把 switch 201 串接在 appliance 的 manual activation control 203 或 power supply 207 中，在 receive interval 内覆盖人工启动命令。另一变体以 receiver 的 activation 直接驱动中间控制电路关停 appliance，覆盖手动或计算机给出的 activation signal。

以 frequency encoding gradient 是否施加作为设备关断条件，是 receiver 状态不可直接取得时的工程替代。专利明确它较不优：有些 sequence 在 receive interval 外也施加该 gradient，会额外压缩设备可工作时间。设备启动检测也可改测其 output，例如用 transceiver 139 测 RF noise 或测 HIFU 的 ultrasonic emissions；这些是触发信息的工程选择，不改变时间重叠导致数据失效的物理机理。

本篇切换的是外部设备在单个 receive window 内的运行状态，时间粒度不同于整段扫描前将植入器件改入 MRI operating mode 的路径[1]。两者同归 mri-mode-switching，但前者以保护 MRI acquisition，后者主要限制 AIMD 功能风险。

效果与证据

  • ① pulse-sequence 时序依据:FIG. 2 示意 spin-echo sequence 中 receiver 只在 receive interval 激活。专利据此主张其他时段的 RF noise 对 MRI examination 的影响较小；HIFU 可用占空比由 sequence 的 TR 与 receive-window 宽度共同限定。
  • ② ringdown 条件:对 typical HIFU，噪声衰减至工作幅度约 3% 被描述为 millisecond 量级。该数值是说明书中的设备特性示例。
  • ③ 数据处理结果:FIG. 4 的流程主张清除重叠 cycle 后重采，并将 reacquired data 与其余 cycle 数据共同形成图像或其他信息。
  • ④ 权利要求覆盖:claim 1–3 覆盖 receiver 接收期间阻止独立 appliance 运行的装置；claim 4–9 覆盖识别 appliance active cycle 并拒收信号的装置；claim 10–26 对应两类方法，并含以设备输出或同一 RF receiver 检测 appliance actuation 的支路。

严谨性缺口:

  • 无 RF-noise spectrum、接收链饱和阈值、Larmor-frequency 耦合测量或 artifact/SNR 图像指标，不能量化时窗避让所减少的干扰。
  • 无 MRI 场强、sequence 参数、HIFU 声功率、drive waveform、驱动电路或屏蔽条件；3% ringdown 与 millisecond 量级不能移植为其他设备的停机间隔。
  • 未比较固定 blanking、按 actuation 检测后重采与不重采三种策略的扫描时间、k-space 缺失或图像质量。
  • 天线被 RF noise 激发并产生额外 excitation 的解释未给模型或实验，仍是专利提出的可能机理。

关联

  1. US20060167496A1_Medtronic——整段扫描前将 AIMD 切入 MRI exposure mode；与本篇 receive-window 级设备门控的切换对象和时间粒度不同。