CN117426766A - 一种颅脑磁共振和脑电图的多模态成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种颅脑磁共振和脑电图的多模态成像系统，属于人脑医疗诊断设备领域。所述系统包括数据处理和显示模块、MR谱仪、MR使能开关、MR前置放大器、EEG使能开关、EEG信号放大器、EEG采集模块及传感器模块；其中，传感器模块呈帽子形状，从外到内依次包括MR发射线圈、非接触式多通道EEG探头和多通道MR接收线圈；非接触式多通道EEG探头布置在柔性电路板上；MR谱仪与MR使能开关和EEG使能开关相连，当MR使能开关闭合时，EEG打开且处于断开状态，当EEG使能开关闭合时，MR打开且处于断开状态。本发明将MR与EEG集成在同一系统中，且MR/EEG信号采集互不干扰，实现了集成系统的多模态成像，增强了成像疾病诊断的准确性。
Description
技术领域
本发明属于大脑监测设备领域，具体涉及一种颅脑磁共振和脑电图的多模态成像系统。
背景技术
现代医学的重大突破越来越依赖于先进的技术手段和仪器设备。对于人脑功能的监测，包括脑电图(Electroencephalogram,EEG)和磁共振成像(Magnetic ResonanceImaging,MRI)等。其中，EEG是通过精密的电子传感器，从头皮上将脑部的自发性生物电位加以放大记录而获得的图形，是通过电极记录下来的脑细胞群的自发性、节律性电活动，作为一种记录脑电活动的电生理监测方法，具有便携、非侵入性等特征，在临床上用于诊断癫痫病、中风、脑损伤、脑肿瘤等，在脑功能方面可以用于睡眠障碍、麻醉深度、脑功能障碍等方面确定大脑活动的变化，但无法提供大脑的结构信息。MRI能够提供大脑的结构和功能信息，其中功能性磁共振成像(Fuctional MRI,fMRI)基于脑血流和神经元活动相关性，通过检测与血流相关的变化来测量大脑活动，主要用于人或动物大脑活动监测。MRI虽然能较准确的反映大脑的结构，但并不能“真正”跟随毫秒级的脑功能变化，诊断脑功能性疾病，而脑电图(EEG)能够弥补这方面的不足。因此，将MRI与EEG融合使用，能共同监测大脑的生理性活动和变化，反映大脑机能的状态。
现有技术中，EEG对脑细胞群电活性的监测，包括接触式和非接触式。接触式通过与人脑头皮的接触来采集脑电信号。这种“接触式”要求必须在头皮设置电极，而电极在人脑外的设置过程费时费力，且对专业性要求较高，电极脱落或接触不好易引起测量的不稳定或不准确，同时降低了病人的舒适度。在与MRI设备整合时，要求接触式EEG探头位于MR成像接收线圈内部，降低了MR的探测灵敏度，同样也制约了接触式EEG探头和MR成像探头的一体化。而非接触式EEG采用电容耦合方式采集脑电信号，非接触式EEG探头可置于MRI接收线圈外部，能实现与MRI设备的融合。同时提供MR和EEG信号，实现全面监测人脑机能。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明旨在提供一种颅脑磁共振和脑电图的多模态成像系统，通过对MR电子元件与EEG电子元件的整合，实现MRI和EEG的融合，非接触式EEG探头与MRI探头互不干扰，实现多模态系统的集成，增强MR成像疾病诊断的准确性，扩展在脑功能性疾病方面的诊断能力。
为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
一种颅脑磁共振和脑电图的多模态成像系统，包括数据处理和显示模块、MR谱仪、MR使能开关、MR前置放大器、EEG使能开关、EEG信号放大器、EEG采集模块及传感器模块；
其中，传感器模块的外观呈帽子形状，从外到内依次包括MR发射线圈、非接触式多通道EEG探头和多通道MR接收线圈。
作为本发明的一个优选实施例，所述非接触式多通道EEG探头包括若干直径为3-4cm的圆形电容耦合式探头，布置在柔性电路板上，若干电容耦合式探头与多通道MR接收线圈整合为具有共同中心的帽形。
作为本发明的一个优选实施例，所述MR谱仪与MR使能开关和EEG使能开关相连；当MR使能开关闭合时，EEG使能开关打开，此时EEG处于断开状态，无法进行EEG信号监测，多通道MR接收线圈接收MR信号，对帽形中的大脑进行结构和功能监测；当EEG使能开关闭合时，MR使能开关打开，此时MR线圈处于断开状态，无法进行MR信号监测，非接触式多通道EEG探头采集脑电图。
作为本发明的一个优选实施例，所述多通道MR接收线圈，包括高场和低场两种，其中高场多通道MR接收线圈用于核磁场强不低于1.5T的场景，低场多通道MR接收线圈用于核磁场强低于1.5T的场景，如0.15T移動式腦磁共振系統。
作为本发明的一个优选实施例，所述低场多通道MR接收线圈包括沿横断面方向的螺旋管线圈和沿中轴线方向的马鞍形线圈，与多通道EEG探头结合后，EEG探头覆盖于组合的接收线圈之外，且两者无任何触点，外接引线分别与EEG使能开关和MR使能开关连接。
作为本发明的一个优选实施例，所述高场多通道MR接收线圈为线圈阵列，与多通道EEG探头结合后，EEG探头覆盖于接收线圈阵列之外，且两者无任何触点，外接引线分别与EEG使能开关和MR使能开关连接。
本发明实施例所提供的技术方案具有如下有益效果：
本发明实施例提供的颅脑磁共振和脑电图的多模态成像系统，包括数据处理和显示模块、MR谱仪、MR使能开关、MR前置放大器、EEG使能开关、EEG信号放大器、EEG采集模块及传感器模块；其中，传感器模块呈帽子形状，从外到内依次包括MR发射线圈、非接触式多通道EEG探头和多通道MR接收线圈；数据处理和显示模块发送命令到MR谱仪，控制MR线圈和EEG探头的工作，在集成两个监测系统于同一模块中的同时，使得MR监测与EEG监测互不干扰。本发明实现了集成系统的多模态成像，MR/EEG信号采集过程独立进行且互不影响，增强了成像疾病诊断的准确性，有益于确认癫痫等疾病发作的信号源(即大脑异常区域)；EEG也可以作为辅助工具与MR信号采集同时工作，采集MR工作时的环境噪声，作为采集环境噪声收集装置，结合数据处理方法，去除MR信号中的噪声，提高MR的图像质量。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是本发明实施例所提供的颅脑磁共振和脑电图的多模态成像系统原理示意图；
图2是图1中多通道EEG探头结构示意图；
图3是图1中低场多通道MR接收线圈结构示意图；
图4是图2和图3中多通道EEG探头和低场多通道MR接收线圈整合后的结构示意图；
图5是图1中高场多通道MR接收线圈结构示意图；
图6是图2和图5中多通道EEG探头和高场多通道MR接收线圈整合后的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征也可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明提出了一种颅脑磁共振和脑电图的多模态成像系统。如图1所示，所述颅脑磁共振和脑电图的多模态成像系统，包括数据处理和显示模块、MR谱仪、MR使能开关、MR前置放大器、EEG使能开关、EEG信号放大器、EEG采集模块及传感器模块；其中，传感器模块呈帽子形状，从外到内依次包括MR发射线圈、非接触式多通道EEG探头和多通道MR接收线圈。
如图2所示，所述非接触式多通道EEG探头包括若干直径为3-4cm的圆形电容耦合式探头，布置在柔性电路板上，若干电容耦合式探头与多通道MR接收线圈整合为具有共同中心的帽形。
其中，MR谱仪、MR使能开关、MR前置放大器、传感器模块中的MR发射线圈、多通道MR接收线圈共同构成MR成像系统。所述MR成像系统除包括上述必备硬件元件外，还包括磁体、梯度功率放大器、梯度线圈、射频功率放大器等其他必备元件。磁体、梯度功率放大器、梯度线圈等属于MR成像系统的常规配件，在此不再赘述。在本实施例中，MR谱仪还与EEG采集系统和EEG使能开关相连，用于控制EEG采集系统的通断，从而与MR成像系统进行协同或独立工作，从而使得MR信号的采集和EEG信号的采集不会相互干扰。
具体地，MR成像系统中的MR谱仪用来实现时序控制，模拟信号数字化及与数据处理和显示模块通讯。磁体产生静磁场B0，使处于静磁场B0的大脑中氢原子核极化有净磁矩M0；MR谱仪发射脉冲经射频功率放大器放大后，施加在发射线圈上，产生的射频磁场B1将净磁矩M0扭转一定角度，被扭转的氢原子核在返回初始状态时产生电磁波信号；梯度脉冲经梯度功率放大器放大后，施加在梯度线圈上，实现MR信号空间编码；接收线圈接收被编码的MR信号，经前置放大器放大后MR谱仪将模拟信号转化成数字信号，然后上传到数据处理和显示模块。本实施例中，磁体，梯度功率放大器，梯度线圈，射频功率放大器等通用MR硬件，属于MR系統的常规设置，这里不再赘述。
所述MR谱仪与MR使能开关和EEG使能开关相连，所述MR谱仪与MR使能开关和EEG使能开关相连；当MR使能开关闭合时，EEG使能开关打开，此时EEG处于断开状态，无法进行EEG信号监测，多通道MR接收线圈接收MR信号，对帽形中的大脑进行结构和功能监测；当EEG使能开关闭合时，MR使能开关打开，此时，MR线圈处于断开状态，无法进行MR信号监测，而EEG通过非接触方式采集大脑的生物电信号，并经信号放大器放大后传输给EEG采集系统，最终上传至数据处理和显示模块。
在一个应用实例中，当EEG使能开关打开时，非接触式多通道EEG探头能够以另一电路通路接入MR成像系统，此时的多通道EEG探头是MR成像系统的辅助工具，采集MR环境下的噪声，所产生的信号随MR信号一起，经MR前置放大器传入数据处理和显示模块，并用于精修MR信号获取更加准确的MR数据。
所述多通道MR接收线圈，包括高场和低场两种，其中高场多通道MR接收线圈用于磁场强不低于1.5T的场景，低场多通道MR接收线圈用于磁场强低于1.5T或更低的场景。
如图3和图4所示，所述低场多通道MR接收线圈包括沿横断面方向的螺旋管线圈和沿中轴线方向的马鞍形线圈，与图2所示的多通道EEG探头结合后，EEG探头覆盖于组合线圈之外，且两者无任何触点，外接引线分别与EEG使能开关和MR使能开关连接。
如图5和图6所示，所述高场多通道MR接收线圈为线圈阵列，与图2所示的多通道EEG探头结合后，EEG探头覆盖于线圈阵列之外，且两者无任何触点，外接引线分别与EEG使能开关和MR使能开关连接。
当采用本发明实施例所提供的颅脑磁共振和脑电图的多模态成像系统进行大脑机能诊断时，监测控制器打开MR谱仪后，控制MR谱仪接通MR使能开关并闭合，此时EEG探头处于断开状态，无信号输入；MR谱仪通过MR发射线圈发射射频脉冲，多通道MR接收线圈接收大脑MR的信号，并通过MR前置放大器放大后，传回MR谱仪，最终上传至数据处理和显示模块。当需要进行EEG采集时，监测控制器命令MR谱仪闭合EEG使能开关，此时MR线圈处于断开状态，无MR信号输入；多通道EEG探头开始工作，采信大脑的生物电信号，并经EEG信号放大器传输至EEG采集系统，并最终上传至数据处理和显示模块。数据处理和显示模块中处理MR信号和EEG信号，进行生理病理分析。
由以上技术方案可以看出，本发明实施例提供的颅脑磁共振和脑电图的多模态成像系统，通过MR谱仪控制MR线圈和EEG探头，在集成两个诊断系统在同一模块中的同时，使得MR系统与EEG系统互不干扰，实现集成系统的多模态成像，增强了成像疾病诊断的准确性。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的优选实施例。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (6)
1.一种颅脑磁共振和脑电图的多模态成像系统，其特征在于，所述系统包括数据处理和显示模块、磁共振MR谱仪、MR使能开关、MR前置放大器、脑电图EEG使能开关、EEG信号放大器、EEG采集模块及传感器模块；
其中，传感器模块呈帽子形状，从外到内依次包括MR发射线圈、非接触式多通道EEG探头和多通道MR接收线圈。
2.根据权利要求1所述的颅脑磁共振和脑电图的多模态成像系统，其特征在于，所述非接触式多通道EEG探头包括若干直径为3-4cm的圆形电容耦合式探头，布置在柔性电路板上，若干电容耦合式探头整合为与多通道MR接收线圈具有共同中心的帽形。
3.根据权利要求1所述的颅脑磁共振和脑电图的多模态成像系统，其特征在于，所述MR谱仪与MR使能开关和EEG使能开关相连；当MR使能开关闭合时，EEG使能开关打开，此时EEG处于断开状态，无法进行EEG信号监测，多通道MR接收线圈接收MR信号，对帽形中的大脑进行结构和功能监测；当EEG使能开关闭合时，MR使能开关打开，此时MR线圈处于断开状态，无法进行MR信号监测，非接触式多通道EEG探头采集脑电图。
4.根据权利要求1-3任一项所述的颅脑磁共振和脑电图的多模态成像系统，其特征在于，所述多通道MR接收线圈，包括高场和低场两种，其中高场多通道MR接收线圈用于核磁场强不低于1.5T的场景，低场多通道MR接收线圈用于核磁场强低于1.5T的场景。
5.根据权利要求4所述的颅脑磁共振和脑电图的多模态成像系统，其特征在于，所述低场多通道MR接收线圈包括沿横断面方向的螺旋管线圈和沿中轴线方向的马鞍形线圈，与多通道EEG探头结合后，EEG探头覆盖于组合线圈之外，且两者无任何触点，外接引线分别与EEG使能开关和MR使能开关连接。
6.根据权利要求4所述的颅脑磁共振和脑电图的多模态成像系统，其特征在于，所述高场多通道MR接收线圈为线圈阵列，与多通道EEG探头结合后，EEG探头覆盖于线圈阵列之外，且两者无任何触点，外接引线分别与EEG使能开关和MR使能开关连接。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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