面向磁共振弹性成像的气动增压激励方法

1、面向磁共振弹性成像的气动增压激励方法说明书摘要本发明公开了一种面向磁共振弹性成像的气动增压激励方法，其主要特征在于提供了一种方法来解决气动增压装置的密闭性问题。本发明提出了一种具有增压功能的气动激励方法，通过增加增压式传导机构内的气体压强，使机械波在气管内的传播速度更快、能量损失更少，显著增强了振动在人体内部组织中的传播效果，使弹性成像图的质量更好。权利要求书1、 一种面向磁共振弹性成像的气动增压激励方法，其主要特征在于提供了一种方法来解决气动增压装置的密闭性问题。 2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于解决了气动增压装置的弹性密闭和弹性力平衡的问题。3、根据权利要求2所述解决气动增压装置弹

2、性密闭问题的方法，其特征在于采用薄膜来密封装置。 4、根据权利要求2所述解决气动增压装置弹性力平衡的方法，其特征在于采用弹性元件来解决增压后产生的弹性力平衡问题。5、根据权利要求1所述气动增压装置，其特征在于装置中所用薄膜均为弹性薄膜，其材质可以为任意一种磁共振兼容的有弹性的有机聚合物，包括但不局限于硅胶薄膜。7、根据权利要求4所述弹性元件，其特征在于处于磁场中的弹性元件均采用磁共振兼容的非金属材料加工制成。说明书技术领域本发明涉及磁共振弹性成像技术领域。是一种磁共振弹性成像的外部激励技术，并提供一种增压式气动激励方法和装置实现。背景技术弹性是人体组织的力学属性，是一种重要的物理性质。正常组织

3、间的弹性模量不尽相同，正常组织与病理组织相比，两者的弹性更是存在较大差异。组织的弹性大小和变化情况，直接反映其组成架构，且与其生物特性、生理病态息息相关。传统的成像方法，如超声、CT和传统的磁共振成像，都不能提供组织的生物力学属性，而磁共振弹性成像作为一种新型的无创成像方法，可以直观显示和量化人体内部组织弹性，并对组织的弹性进行成像，使“影像触诊”成为可能。磁共振弹性成像的基本原理是：利用磁共振成像技术，通过弹性波激励装置产生弹性波，由组织表面传导到组织内部，在弹性波的作用下，组织内部产生质点位移，利用磁共振相位对比技术获得相位差，可检测微小位移，根据获得的波动相位图逆推反演被检测组织的弹性系

4、数分布图，即磁共振弹性图。可见，提供一种高效的激励技术是磁共振弹性成像中的关键部分。传统的激励系统主要采用气动法，气动激励系统一般由振动发生器、传导机构和吸附头组成。振动发生器由信号发生器、功率放大器和振动台组成。传导机构采用塑料软管密封一段空气实现传导。考虑到磁共振弹性成像系统对装置磁兼容性的要求，在临床上需要将振动发生器置于远离扫描台的地方，以免其电磁场和导磁构件对磁共振过程产生干扰，因此，传导机构中塑料软管的长度至少需要3-5米。当振动发生器输出的机械波能量一定时，由于气体的可压缩性，形成了一个类似低通滤波器的结构，使得部分机械波的能量传递效率明显下降。到达人体的机械波振幅变小，能够穿透

5、人体组织，到达成像目标点的能量则更小，严重影响到成像质量。若采用液体介质取代气体，并用液压式振动发生器取代电磁式振动发生器，作为能量源。液体介质与气体不同，可视为不可压缩，因此传导过程的能量损失较小，传递效率高。但是，液体的质量远大于气体，传递随需要的总能量也远大于气体介质。此外，液压式振动发生器的激励频率低于40Hz，无法满足磁共振弹性成像的频率要求。基于此，本专利在气体介质的基础上，提供一种增压激励方法，显著提高机械波传递效率。发明内容本发明的目的是提供一种面向磁共振弹性成像的气动增压激励方法，旨在提高磁共振弹性成像中机械波的传递效率。本发明采用的技术方案是：一种面向磁共振弹性成像的气动增

6、压激励方法。其主要特征在于提供了一种方法，解决气动增压装置的密闭性问题：一方面保证密闭结构的弹性；另一方面，施加外力，以平衡增压导致的密闭气柱内力。为了保障机械波的有效传递，在导管两端的密闭结构必须采用弹性支持方式。采取增压措施后，提高了导管内密闭气柱的密度，也抬高了气柱的内部压力。气柱内力作用到弹性支撑上，使其偏离了平衡位置，严重妨碍机械波的传递。因此需要增加新的弹性结构，专门平衡气柱内力。为了密闭气柱，在振动端，添加密封薄膜4，具有密闭作用，同时也具有弹性，不妨碍机械波传递。增压以后，密封薄膜4受气柱内力作用向外凸出，偏离平衡位置，向下推移“T”形推杆3，导致偏离平衡位置，影响到振动发生器

7、的正常工作。为此，增加平衡弹簧2，施加向上的推力，让“T” 形推杆3回到平衡位置。在“T” 形推杆3周围，有支撑薄膜5，将“T”形推杆3维持在垂直中线上，避免其在压力作用下左右偏移摇晃。在桥接端，密闭和平衡方法与振动端类似。密封薄膜11起到密闭作用。增压以后，密封薄膜11向外凸出，挤压“工”形推杆13。为平衡这种挤压作用，增加平衡拉簧12。在“工”形推杆13的周围，同样有支撑薄膜14，保持推杆的水平稳定。与振动端不同，桥接端的所有器件都不宜采用金属材质。“工”形推杆13可采用尼龙等非金属材料；而平衡拉簧12则可以采用乳胶软管。在导管上靠近振动端的一侧，有四通连接器7连接气压表8、微型气缸9和阀

8、门10。通过微型气缸充气，增大导管内部气柱的压力，达到设定值。当增压设定值不同时，密闭气柱的内力也不同，用于与之平衡的外力也不同。就平衡弹簧2和拉簧12而言，为提供不同的平衡力，使弹簧的一端固定，另一端位置可调。一个便捷的调节方法是，螺栓穿过固定螺母，并与弹簧相连，旋转螺栓便可调节弹簧长度，提供不同的平衡力。与现有技术相比，本发明的有益效果是：在现有磁共振弹性成像的气动激励装置基础上，本发明采用了气动增压激励方法，并解决了增压带来的密闭、弹性和力平衡问题。通过提高导管内部气体压强，使机械波在导管内的传播速度更快、能量损失更少。增强了对人体内部组织中的激励，使弹性成像质量更高。附图说明图1为一种

9、用于磁共振弹性成像的增压式气动激励装置的结构示意图。图2为系统简化模型。图3为系统振幅频率曲线。附图序号说明：1、振动台；2、平衡弹簧；3、“T”型推杆；4、振动端密封薄膜；5、振动端支撑薄膜；6、密封增压气仓；7、四通连接器；8、气压表；9、微型气缸；10、阀门；11、探测端密封薄膜；12、拉簧；13、“工”型推杆；14、探测端支撑薄膜；15、探测头；16、塑料软管。增压激励原理：本发明可以简化为如图2所示的模型。其中导管内的密封气体6可以看作一个气体弹簧，弹性系数为，其中p为密闭气体的压强；s为导管16的横截面积；l为导管16的总长度。假设“T”型推杆3产生持续的激振力，其中H为激振力的幅

10、度，即激振力的最大值；是激振力的角频率；是激振力的初相位，它们都是定值。m为“工”形推杆13的质量。建立质点的运动微分方程有：。自由振动的角频率，它只与系统本身特性有关，包括质量m和刚度k。将质点运动微分方程变换成，其中，得到它的解为：，其中。上式表明：无阻尼受迫振动的运动规律是由两个谐振动合成的：第一部分是固有频率的自由振动，第二部分是激振力频率的受迫振动。在实际振动系统中阻尼总是存在，自由振动部分会逐渐衰减。因此只需着重研究受迫振动的一些特征。在简谐激振的条件下，系统的受迫振动为简谐振动，其振动频率等于激振频率，振幅大小B与运动起始条件无关，而与振动系统的固有频率有关，并与激振力的幅度H、

11、激振力的频率有关。B与的关系如图3所示，该曲线称为振幅频率曲线。在曲线中，当大于n时，B为负值，此时振动相位与激振力的相位相反，相差180度，由于习惯上把振幅取正值，所以图中B为绝对值。本发明的装置中，密闭气柱的固有频率较小，激振频率总是比系统固有频率n要大，即本发明装置实际只存在右侧的单调下降曲线。将气体弹簧的弹性系数k带入B中可得，该公式中h、s、l、m均为定值。对一个设定的激励频率，当增大密闭气柱的压强p时，可知B的绝对值会增大，即“工”型推杆的振幅会变大。机械振动在气体中的传播速度和气体的密度成正比，增大密闭气柱的压强p可以提高密闭气柱内气体密度，从而可以提高机械振动的传播速度。所以，

12、通过增压，可以使机械波在密闭气柱中传播时能量损失更少，速度更快，显著提高弹性成像图的成像质量。具体实施方式下面结合附图对本发明进一步说明。如附图所示，本发明面向磁共振弹性成像的气动增压激励方法主要包括两大部分：振动发生器和桥接机构。所述振动发生器包括信号发生器、功率放大器和振动台1。所述信号发生器与所述功率放大器相连，所述功率放大器与所述振动台1相连。所述桥接机构包括微型气缸9、气压表8和探测头15。微型气缸9和气压表8分别连接在四通连接器7相对的两个接口上。振动台1和探测头15通过塑料软管16与四通连接器7另外的两个接口相连。在使用本增压装置前，先打开阀门10，通过微型气缸9向密封增压气仓6内气体增压。用微型气缸9增压时，注意观察气压表8的示数是否达到所设定的气压值。当密封增压气仓6内气体压强达到所需设定值时停止增压，并关闭阀门10，然后调节平衡弹簧2和拉簧12使“T”型推杆3和“工”型推杆13回到平衡位置。将“工”型推杆13对准人体检测部位。启动信