CC BY
24
Клиническая медицина
3!
УДК 681.586.5
А. Н. Горляк, Т. Д. Коцюбинский, А. Н. Сергушичев
Волоконно-оптическая система мониторинга состояния пациента при проведении магнитно-резонансной томографии
Ключевые слова: магнитно-резонансный томограф, волоконно-оптический микрофон, видеосистема. Keywords: magnetic resonance imaging, fiber optic microphone, video system.
Рассмотрены волоконно-оптический микрофон и видеосистема на основе гибкого регулярного жгута волокон как элементы интегрированной системы мониторинга состояния пациента во время обследования на магнитно-резонансном томографе. Приведены основные технические характеристики разработанных образцов микрофона и видеосистемы.
фирмами проводятся исследования и разработки новых средств для решения таких задач на основе технологий волоконной оптики и фотоники [1—3].
Цель работы — адаптация и исследование возможности использования интегрированной волоконно-оптической системы для оперативного контроля состояния пациента непосредственно при проведении магнитно-резонансной томографии.
Введение
В последние годы способ исследования внутренних органов и тканей на основе ядерной магнитно-резонансной томографии (МРТ) находит все более широкое применение, что обусловлено возможностью точной диагностики заболеваний на ранних стадиях. Способ основан на измерении электромагнитного отклика биообъектов при возбуждении их определенным сочетанием электромагнитных волн в постоянном магнитном поле высокой напряженности.
Одной из главных характеристик МРТ, влияющих на качество получаемых снимков, является напряженность создаваемого магнитного поля. Наиболее часто в современной практике используются томографы с напряженностью поля 1,5—3 Тл. Главными преимуществами аппаратов с относительно высокой напряженностью поля 3 Тл являются высокое пространственное разрешение получаемых снимков, высокая чувствительность к мельчайшим патологическим нарушениям, меньшая длительность обследования и высокое отношение сигнал/шум.
Однако нахождение пациента в зоне МРТ с высоким уровнем электромагнитных воздействий существенно ограничивает возможности применения традиционных электронных средств для визуального и речевого контакта с ним, а также мониторинга его состояния. В связи с этим различными
Волоконно-оптическая система для визуального и речевого контактов с пациентом во время МРТ
В центре микротехнологии и диагностики СПбГЭТУ «ЛЭТИ» разработаны и изготовлены экспериментальные образцы элементов интегрированных волоконно-оптических систем, которые могут использоваться для визуального и речевого контакта с пациентами во время проведения МРТ. Система включает амплитудный волоконно-оптический микрофон и видеосистему с переносом изображения по гибкому регулярному жгуту оптических волокон. Ее основными достоинствами являются простота использования, низкая стоимость, возможность устойчивого функционирования в условиях электромагнитных воздействий. Последнее обстоятельство обусловлено отсутствием в составе первичных видеоакустических преобразователей, находящихся непосредственно в зоне сильных магнитных воздействий, электронных модулей, которые не подвержены этим воздействиям и не могут сами создавать электромагнитные помехи для работы МРТ.
Микрофон представляет собой миниатюрный первичный акустический преобразователь в виде высокочувствительной микромеханической мембраны, смонтированной на торце оптического волокна. Оптико-электронный блок связан с акустическим преобразователем на основе мембраны и
биотехносфера
| № 3-4(45-4Б)/201Б
Клиническая медицина
Рис. 1
Общий вид оптического микрофона:
1 — первичный акустический преобразователь; 2 — оптико-электронный блок; 3 — волоконно-оптический кабель
торца оптоволокна оптическим кабелем [4, 5]. Общий вид микрофона показан на рис. 1, расположение разъемов и органов управления прибором — на рис. 2.
Основные технические характеристики микрофона
Рабочая полоса частот, Гц........... 250-6300
Неравномерность частотной характеристики чувствительности, дБ, не более. . . 20 Уровень эквивалентного звукового давления, обусловленного собственными шумами прибора, дБА отн., 20 мкПа,
не более....................... 28
Потребляемая мощность, Вт......... 2
Габаритные размеры, мм:
первичного акустического преобразователя........................ 06 х 25
оптико-электронного блока........85 х 72 х 20
Длина волоконно-оптического кабеля,
м, не более..................... 10
Рис. 2
Расположение разъемов и органов управления:
1 — оптические разъемы; 2 — кнопки регулятора громкости; 3 — гнездо для подключения наушников
Вид амплитудно-частотной характеристики чувствительности микрофона показан на рис. 3.
Волоконно-оптическая видеосистема для визуального контакта с пациентом во время его обследования в МРТ основана на использовании гибкого регулярного жгута оптических волокон (ГРЖВ). Элементарное оптическое волокно представляет собой тонкую нить диаметром 10—20 мкм, изготовленную из стекла. Для передачи изображения оптические волокна укладывают упорядоченно так, чтобы на входном и выходном торцах жгута их расположение было одинаковым, что позволяет переносить изображение без существенных искажений. На торцах волоконно-оптических жгутов волокна жестко сплавлены или склеены между собой, а сами торцы обрезаны перпендикулярно и отполированы.
В видеосистеме (рис. 4) на входном торце жгута устанавливается объектив для формирования изображения, а на выходном торце жгута располагаются ПЗС-матрица и электронные модули обработки сигнала и визуализации изображения. Длина современных ГРЖВ достигает нескольких метров, что позволяет вынести ПЗС-матрицу и электронные
3
2
150
140
й И
м
и
я 130
и
IS 120
м
чд
110
100
л
4
щ &
5
и
6
о
и
^
90
80
70
100
1000 Частота, Гц
10 000
Рис. 3 | Амплитудно-частотная характеристика чувствительности микрофона
№ 3-4(45-4Б)/201Б |
биотехносфера
Клиническая медицина
37
Рис. 4
Видеосистема на основе жгута оптических волокон: 1 — объектив; 2 — жгут оптических волокон; 3 — электронные модули
a)
б)
Рис. 5 \ Качество получаемого изображения: а — непосредственно видеокамерой; б — через жгут оптических волокон
модули за пределы зоны действия интенсивных электромагнитных помех, обусловленных МРТ. Таким образом, основное достоинство этой видеосистемы состоит в том, что жгут оптических волокон и объектив не подвержены влиянию электромагнитных воздействий, формируемых в МРТ, а сами они не влияют на его функционирование, что позволяет установить устойчивый видеоконтакт с обследуемым пациентом.
Недостатком таких систем является более низкое качество получаемого видеоизображения по сравнению с изображением, получаемым непосредственно видеокамерой. Это обусловлено тем, что поперечное сечение жгута имеет ячеистую структуру, в которой 1 мм2 торца содержит до 104 элементарных волокон, что ограничивает разрешающую способность до 50 линий/мм. Однако, как видно из рис. 5, оно является вполне достаточным для визуального контакта с пациентом.
В настоящее время дальнейшим развитием волоконно-оптической системы мониторинга физиологических параметров пациента во время проведе-
ния МРТ является создание на базе волоконно-оптического микрофона подсистем контроля пульса, артериального давления и дыхания.
Литература
1. Mr Compatible Patient Monitor / Пат. Us5733247 (США). МПК A61b 5/055, опубл. 31.03.1998 г.
2. Recording High Quality Speech During Tagged Cine-MRI Studies Using a Fiber Optic Microphone Moriel S. Ness Aiver, Maureen Stone, Vijay Parthasarathy, Yuvi Kahana, Alex Paritsky // Journ. of Magnetic Resonance Imaging. 2006. N 23. P. 92-97.
3. Fiber-optic sensors for monitoring patient physiological parameters: a review of applicable technologies and relevance to use during magnetic resonance imaging procedures Lukasz Dziuda// Journ. of Biomedical Optics. January, 2015. N 20 (1). P. 010901.
4. Ветров А. А., Сергушичев А. Н., Ширшов А. А. Волоконно-оптические виброакустические датчики. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2010. 168 с.
5. Ветров А. А., Данилов Д. А., Комиссаров С. С., Коцюбинский Т. Д., Сергушичев А. Н. Виброакустические волоконно-оптические микромеханические системы // Биотехносфера. 2011. № 1-2 (13-14). С. 53-65.
1
3
биотехносфера
| № 3-4(45-46)/2016
