CN101563030B - 用于mri兼容的无线患者监视器的隔离系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种患者监视系统，所述患者监视系统在MRI检查期间检测来自患者的生理信号。所述患者监视系统将与所述生理信号相关联的数据无线传输到远程基本单元。以不扰乱所述MRI检查的方式执行数据的所述无线传输。

Description

用于MRI兼容的无线患者监视器的隔离系统

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2006年5月12日递交的美国临时专利申请第60/799,884号的权利，在此引用该申请的全部内容作为参考。

背景技术

本发明通常涉及电子患者监视器，并且特别地涉及适合于在磁共振成像(MRI)机的恶劣电磁环境中使用的无线患者监视器。

磁共振成像允许通过由软组织的核发出的微弱电共振信号(NMR信号)而产生该软组织的图像。当该组织处于强磁场中并且通过射频脉冲对该组织进行激发时，产生共振信号。

MRI图像的质量部分地取决于磁场的质量，所述磁场必须是强大的并且是非常同质的。通常将铁磁材料排除在MRI环境之外来防止不期望的磁引力作用在这些材料上以及由这些材料引起的同质场的失真。

可以使进行MRI“扫描”的患者位于MRI磁体中相对狭窄的孔或洞中。在这期间，可以远程监视患者以确定例如心跳、呼吸、体温和血氧。典型的远程监视系统提供作用于患者的“孔内”传感器，所述传感器通过电缆或光缆连接到位于孔外侧的监视单元。

由于电缆笨重并且会妨碍接近患者以及在磁体本身周围的人员的自由移动，所以电缆的长距离是一个问题。

转让给本发明的受让人并且在此以引用的方式进行结合的2005年3月15日递交的申请号为11/080,958以及2005年3月15日递交的申请号为11/080,743的共同待审的专利申请，描述了可以位于患者附近以对患者生理信号提供实时监视的无线患者监视器。

这些申请中描述的发明，通过使用组合分集技术克服了MRI电噪声环境的问题，所述组合分集技术包括：频率分集、天线位置分集、天线极化分集以及传输信号中的时间分集。监视信号的质量在各种路径中进行选择，这动态地允许实际传输功率处的低误差率和高带宽。

某些类型的生理信号的无线监视需要常规的机电设备，例如用于驱动泵以采样呼吸气体或对血压带进行充气等的电机，或者用于监视增强听觉信号的扬声器，所述电机或扬声器可能不能在MRI系统的高磁场中运行或者可能会产生不期望的MRI磁场的失真或电干扰。此外，将无线监视器的电子器件屏蔽于MRI机产生的强电磁信号之外，并同时仍允许来自监视引线的微弱电信号，并且允许无线电信号到外部天线的通路，这将是困难的。

发明内容

本发明提供了可以在MRI环境中使用的并且提供功能的无线监视器，所述功能通常需要可能与MRI不兼容的电磁设备。本发明还提供了机架中改进的电磁屏蔽，其能够允许患者引线上的微弱信号，同时阻挡否则可能会进入那些引线的干扰，并且提供到外部天线的一种简单连接，所述外部天线对不期望的射频信号具有降低的允许。

因此，根据一个方面，本公开包括一种在MRI检查期间与MRI机一起操作的患者监视器单元。该患者监视器单元具有生理信号输入和连接到生理信号输入的滤波器，所述生理信号输入从患者处接收生理信号，所述滤波器为生理信号输出提供滤波后的生理信号。所述患者监视器单元还具有包含所述滤波器的传导箱。

根据本公开的另一方面，公开了一种在MRI检查期间与MRI机一起操作的装置。该装置包括无线接收与生理信号相关联的数据的基本单元，该生理信号在MRI检查期间从患者处获取。打印机可操作地连接到基本单元并且包括压电式电机。波导将基本单元和打印机连接起来，并且对该波导进行调谐以阻挡可能干扰MRI机操作的频率。

根据再一方面，本公开涉及一种可与患者监视器系统一起操作的基本单元，所述患者监视器系统在MRI检查期间从患者处获取生理信号。所述基本单元具有包含发射机电路和舌片部分的印刷电路。所述基本单元还具有屏蔽的机架，所述屏蔽的机架具有用于在其中容纳所述印刷电路板的孔，其中所述舌片部分延伸通过所述孔。将天线连接到所述舌片部分。

通过下列详细的描述和附图，本发明的各种其它特征、目的和优点将变得显而易见。

附图说明

附图举例说明了目前设计的用于执行本发明的优选实施例。

在附图中：

图1是在连接到患者近侧的无线监视器时，位于MRI机磁体的孔附近的患者的断续透视图，所述无线监视器与基站和打印机通信，所述打印机位于MRI室附近；

图2是图1所示的无线监视器的机架的截面图，示出了与压电式电机和声换能器通信的内部电路卡，所述压电式电机和声换能器用于替换常规的直流电机和扬声器；

图3为与图2类似的图，示出了结合到图2的机架的“静止箱”，为来自患者引线的信号提供路径。

图4为图2所示的内部电路卡的详细截面图，示出了可能会穿过机架而附接到外部天线的延伸部；

图5为图1所示的基站和打印机之间的连接的截面图，示出了噪声隔离系统；以及

图6为图2所示的位于声换能器上方的机架的俯视图，示出了孔的不规则模式，所述孔允许声音溢出，但阻挡进入的射频干扰。

具体实施方式

现在参考图1，患者12可以由平台14支撑，所述平台14位于或接近于MRI磁体18的孔16中，该MRI磁体18存在于来自在MRI磁体18中使用的梯度线圈和RF线圈的强磁场和电磁干扰中。

患者近侧的无线传感器系统20可以位于患者12附近，用于获取生理信号。例如，传感器系统20可以使用通过柔性管24与传感器系统20连接的带22获取无创血压(NIBP)。或者，传感器系统20可以提供呼气末二氧化碳浓度(ETCO₂)的测量，或者提供在MRI过程中麻醉剂的传递。如下面将要描述的，这些操作中的每一个都需要电机和泵。

传感器系统20可以通过无线方式，尤其是通过无线电信号26，与基本单元28进行通信。在MRI机10的不利环境中进行无线通信的方法在前述同时待审的申请中有所描述。基本单元28可以接收无线电信号26以提供信号的显示30，并且可以与打印机32进行通信以提供文字数字数据的打印记录或图表的打印记录或数据的其它图形表现，所述文字数字数据提取自来自传感器系统20的信号。

打印机32可以是常规的喷墨式打印机或热敏打印机，该打印机也需要电机并且通过高速总线34与基本单元28进行通信。通常，打印机32将根据需要提供单独的机架以从基本单元28单独地访问打印机，更换打印纸、墨等等。通常，要将基本单元28置于距离磁体18非常近的地方，这会使得诸如扬声器和直流电机(包括步进电机)的常规电磁设备不能正常运行。

现在参考图2，传感器系统20可以提供能够在不具有软铁磁材料的孔16的高磁场环境中运行的电机36，软铁磁材料将会通过磁体18的强极化磁场而被再极化或饱和。在这点上，电机36和打印机32中的电机优选的是使用非铁磁压电材料的压电式电机，在静电场下，所述非铁磁压电材料的曲率提供轴的加速移动。这样的电机在本技术领域中是公知的，并且通常可以从例如包括德国Pi Ceramic GmbH的多个商业源得到。

为了通过管24向外部带22提供空气或从患者呼吸气流采样二氧化碳，或者为了计量麻醉剂，可以将电机36附接到泵38。电机36和泵38可以包含在金属或导电的机架40内，所述机架40提供电机36和泵38周围的法拉第屏蔽，以阻挡射频发射。泵38可以通过机架40的壁，例如沿着延长的金属管状波导41进行通信，例如对该金属管状波导41进行调谐以防止将感兴趣的频率中的显著RF能量引入机架40。或者，泵38可以由二级屏蔽装置完全围绕。电机36可以与为电机36提供控制的印刷电路板42进行通信。

参考图3，印刷电路板42还可以接收并处理来自信号引线44的信号，所述信号引线44从患者12接收生理信号，例如在无创血压的情况下接收指示心跳的听觉信号，或来自置于患者12上或附近的外部传感器的其它生理信号，包括心电图(ECG)或特定氧等等。引线44上的这些信号中的每一个都潜在地被来自MRI机的电磁干扰所污染，在类似天线的引线44中诱发所述电磁干扰。可以使用高阻抗引线44以抵抗来自MRI机的转换磁场的感应电流的产生，但仍可能拾取其它射频信号。

因此，本发明可以使用由封闭空间组成的静止箱46，该封闭空间通过部分由机架40的外壁组成并且部分由电连接的内壁组成的导电壁围绕。引线44可以通过机架40外壁中的馈通电容器50进入静止箱46，以由静止箱46中的滤波元件49接收，并且随后穿过内壁中的二级馈通电容器50，以在内引线52上提供滤波后的信号。通常，滤波元件49可以例如是限制信号频率的RF扼流器，所述信号可以经过提供低通或带通滤波器的引线44，该低通或带通滤波器接纳生理信号但阻挡较高频率的电磁能量。可以由印刷电路板42上的部件56对生理信号进行进一步处理，通过机架40屏蔽所述印刷电路板42。

对于某些应用，例如NIBP，传感器系统20必须向用户输出信号以确认操作或提供其它重要信息。如前面引用的同时待审的申请中所描述的，该信息可以由LED或图形显示器提供，但有时听觉信号将是合适的，用来表示可听到的警报，该可听到的警报表示不利情况。通常用于根据在电路板42上产生的电信号而产生声音的音圈和磁体扬声器在MRI磁体18的强磁场中不起作用，并且在一个实施例中，该音圈和磁体扬声器由压电式换能器54替换。然而，这样的压电式换能器54通常不能提供对于正确操作的必要频率响应或响度。因此，本发明的一个实施例使用其上附接有联接锥(coupling cone)57的压电式换能器54，所述联接锥57更好地将压电式换能器54产生的较低频率耦合到提供改进的频率响应和较高声信号的空气。为了进一步放大信号并且调整频率响应，压电式换能器54可以包含在调谐的腔室58中，所述调谐的腔室58用于通过该腔室的自然共振以及可能的一个或多个调谐端口来加强较低频率。

腔室58在听觉上可以是固定的和导电的，以在压电式换能器54周围提供屏蔽，这减少了通过在机架40的表面中切割产生的扬声器托架孔59的电磁干扰的导纳。

现在参考图6，可以使扬声器托架孔59不规则地间隔开，以抵抗干扰射频能量的特定频率的衍射类导纳。应该理解，也可以使用其它技术来减少射频干扰。

现在参考图2和图4，印刷电路板42上的电子部件56可以提供对压电式换能器54和电机36的控制，所述电机36用于处理来自引线44的信号并且用于准备数据，收集所述数据以从天线60重发到基本单元28。天线60还接收控制信号以控制传感器系统20的操作状况。

通过机架40中的小孔62完成印刷电路板42与天线60之间通过机架40的必要射频信号的通信，所述小孔62允许印刷电路板的舌片64从机架40内部延伸到机架40外部。印刷电路板42包括可以保持在地电势的外部导电层66，并且通过围绕中央内部迹线70的印刷电路板材料自身68(例如，环氧玻璃)的绝缘电解质隔离，其中在所述中央内部迹线70上向天线60提供射频信号。天线60通过电镀通孔72连接到该内部迹线70，所述电镀通孔72连接到内部迹线70并且在舌片64的至少一侧上提供裸露焊盘。可以设计使用其它结构来对印刷电路板和天线进行通信连接。

现在参考图1和图5，可以通过导电波导73将数据从基本单元28传输到打印机32，所述导电波导73连接基本单元28的外部机架74和打印机32的机架76，上述基本单元28的外部机架74和打印机32的机架76二者可能都是或者都不是导电的。调谐波导73以阻挡可能干扰MRI系统的频率。在该波导73之内，数据在穿过波导73的一个或多个外部绝缘的电导体78上传导，并且该波导73还提供完全围绕导体78的屏蔽。

将光学隔离器80放置为在基本单元28和打印机32之间与波导73中的电导体78串联连接，以截断进入波导73的导体78与离开波导73的导体78’之间的直流(DC)电连接。按照这种方式，可以在不会通过打印机连接电缆向单元28引入大量噪声并且在不将大量噪声从单元28引入打印机32的情况下，使用单独的打印机32，因此避免了将噪声引入MRI系统。

已经将基本单元28描述为使用导电波导73通信耦合到打印机32。可以设计使该基本单元按照类似的方式耦合到其它外围设备(未示出)。另外，类似于递交的美国专利申请中所描述的，该基本单元还可以与显示单元通信，该美国专利申请的内容在此引入作为参考。

另外，类似于递交的美国专利申请中所描述的，患者近侧的无线传感器系统20优选地使用可充电锂离子智能电池作为电源，所述可充电锂离子智能电池中基本没有铁磁材料，该美国专利申请的全部内容在此引入作为参考。

特别注意，本发明并不限于这里包含的实施例和解释，并且应该理解，所述权利要求书包括在该权利要求书的范围之内的那些实施例的改进形式，这些改进形式包括实施例的一部分以及不同实施例的元件的组合。

Claims (22)

1.一种在MRI检查期间与MRI机一起操作的患者监视器单元，所述患者监视器单元包括：

处理电路，其包括位于屏蔽的箱内的发射机电路；

生理信号输入，其从患者处接收生理信号；以及

耦合到所述生理信号输入的滤波器，所述滤波器向生理信号输出提供滤波后的生理信号；

包含所述滤波器的传导箱，所述传导箱具有第一开口和第二开口，第一导体穿过所述第一开口，第二导体穿过所述第二开口，所述第一导体用于接收要输入的所述生理信号并且所述第二导体用于传输要输出的所述生理信号，

其中，所述传导箱包含在所述患者监视器单元的机架内，所述患者监视器单元的机架由一组外壁形成，并且所述传导箱将所述滤波器与外部环境和所述患者监视器单元中的其它电子器件相隔离。

2.根据权利要求1所述的患者监视器单元，其中，

所述滤波器包括射频扼流器，所述射频扼流器对在所述生理信号输入与所述生理信号输出之间通过的信号的频率进行限制。

3.根据权利要求2所述的患者监视器单元，其中，

所述射频扼流器允许生理信号通过但阻挡较高频率的电磁能量。

4.根据权利要求1所述的患者监视器单元，

其中，所述传导箱至少部分地由外壁形成。

5.根据权利要求4所述的患者监视器单元，其中，

所述生理信号输入包括在所述机架的外壁中形成的初级馈通电容器，并且所述生理信号输出包括在所述传导箱的内壁中形成的次级馈通电容器。

6.根据权利要求4所述的患者监视器单元，

还包括印刷电路板，所述印刷电路板设置在所述机架中并且连接到所述生理信号输出并且位于所述传导箱的外部。

7.根据权利要求4所述的患者监视器单元，

还包括电机和由所述电机驱动的泵，所述电机设置在所述机架中并且在所述MRI检查期间向用于血压测量的带提供空气。

8.根据权利要求7所述的患者监视器单元，其中，

所述机架包括波导，所述泵通过所述波导进行通信，对所述波导进行调谐以减少感兴趣的频率中的射频能量到所述机架中的导纳。

9.根据权利要求4所述的患者监视器单元，

还包括音频系统，当所述音频系统暴露于在所述MRI检查期间产生的磁场中时，所述音频系统是可操作的。

10.根据权利要求9所述的患者监视器单元，其中，

所述音频系统包括压电式换能器。

11.根据权利要求10所述的患者监视器单元，其中，

所述音频系统包括附接到所述压电式换能器的联接锥。

12.根据权利要求11所述的患者监视器单元，

还包括调谐的腔室，所述调谐的腔室包含所述压电式换能器并且为所述压电式换能器提供改善的频率响应，其中，所述调谐的腔室位于所述患者监视器单元的机架中。

13.根据权利要求12所述的患者监视器单元，

还包括在所述机架的外壁中形成的托架孔，所述托架孔被间隔开以抵抗干扰射频能量的特定频率的衍射类导纳，其中，间隔的所述托架孔的位置对应于所述调谐的腔室的位置。

14.根据权利要求13所述的患者监视器单元，其中，

所述托架孔被不规则地间隔开。

15.根据权利要求4所述的患者监视器单元，其中，

所述机架具有天线和孔，并且所述机架还包括印刷电路板，所述印刷电路板包含用于操作控制的电子部件并且具有延伸通过所述孔而与所述天线电接触的舌片。

16.一种隔离系统，其包括根据权利要求1-15中的任意一项所述的患者监视器单元和在MRI检查期间与MRI机一起操作的装置，所述装置包括：

基本单元，其以无线方式接收与生理信号相关联的数据，所述生理信号是在MRI检查期间从患者处获取的；

打印机，其可操作地连接到所述基本单元并且包括压电式电机；以及

波导，其连接所述基本单元与所述打印机，对连接所述基本单元与所述打印机的所述波导进行调谐以阻挡干扰所述MRI机的操作的频率。

17.根据权利要求16所述的隔离系统，其中，

连接所述基本单元与所述打印机的所述波导包括一组电导体和一组隔离器，所述一组电导体将所述基本单元连接到所述打印机，所述一组隔离器与所述一组电导体串联放置。

18.根据权利要求17所述的隔离系统，其中，

所述电导体是光学导体。

19.根据权利要求16所述的隔离系统，其中，

所述打印机具有导电的打印机机架。

20.根据权利要求16所述的隔离系统，其中，

所述基本单元具有导电的基本单元机架。

21.根据权利要求16所述的隔离系统，其中，所述印刷电路板包括：

两个导电层；

设置在所述两个导电层之间的两个印刷板材料层；以及

设置在所述两个印刷板材料层之间的迹线，其中所述迹线的一端连接到所述天线。

22.根据权利要求16所述的隔离系统，

连接所述基本单元与所述打印机的所述波导包括一组电导体和一组光隔离器，所述一组电导体将所述基本单元连接到打印机，并且所述一组光隔离器与所述一组电导体串联放置。

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