本發明涉及醫療器械技術領域，特別涉及利用電流變效應設計一種頭部制動消除磁共振成像運動偽影的電流變裝置。

背景技術：

頭部的磁共振成像(magneticresonanceimaging,mri)(相對于電子計算機斷層掃描成像(computedtomography,ct))不僅避免了x-射線輻射蓄積導致癌變的風險，還可以避免使用造影劑造成對組織和器官造成的感染、化學和物理傷害，當然頭部mri還具有無電離輻射、可以多參數成像和任意層面成像、以及可獲得正常-病理軟組織的良好對比度和高時空分辨率等諸多優勢。因此，在腦部疾病(包括腦血管病、腦部腫瘤、畸形和意外損傷等)篩查、診斷和鑒別診斷中，mri具有無可取代的優勢。

頭部mri檢查過程因頭部較長時間(如30min)在電磁場、噪音大、幽閉環境，容易產生緊張恐懼心理，而出現躁動、輕微震顫及隨機不自主運動等就會給頭部mri帶來影響成像效果的運動偽影。通常多采用協助按撫檢查者頭部，或使用帶凹槽的枕頭、夾板夾持、海綿墊或布條捆綁等簡單粗糙方式來固定被檢查者的頭部，這些方法繁瑣費事、舒適度不高，往往不能取得良好的固定效果。針對上述問題，中國專利201610651921.3公開了一種在人頭部和mri頭部線圈之間的、并覆蓋頭后部、頭枕部、頭部兩側及雙耳部位的氣囊(從微分幾何角度講是同胚0虧格的)，盡管該設計具有輕便、舒適、操作方便可控、耳罩降噪等優點，但是該發明具有如下不足：1)充氣和放氣耗時過長，這是一個致命的缺點，因mri機時非常昂貴且被檢查者等待時間過長；2)氣囊太硬時，頭部制動效果好，卻會讓頭部因兩側氣囊高壓壓迫加劇人的躁動不適感；氣囊硬度不夠又會導致頭部制動效果變差。可見，用氣囊頭部固定在舒適感和制動效果上兩者是很難兼顧的。3)氣囊耳罩位置不能隨個體耳朵位置的變化而改變，這可降低降噪效果。

電流變效應(electrorheologicaleffect,ere)(z.p.shulman,etal.,journalofnon-newtonianfluidmechanics,1981,8,29-41)是指電流變液(electrorheologicalfluids,erf)在施加電場時快速地、無級地且可逆地改變其表觀粘度，甚至在電場的作用下使erf從液體無級地變為固體，在取消電場作用時又可迅速地、可逆地從固體變成液體。因此可以利用ere中的erf加電場后顆粒纖維化，使erf粘度大幅度升高直至變硬固化，從而達到固定頭部的目的。

技術實現要素：

為了克服現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種頭部制動消除磁共振成像運動偽影的電流變裝置，基于ere原理，將特定erf填充在一個軟性的、同胚0虧格的完整曲面三維體積內，該曲面三維體積內設計有曲面對曲面的類似電容器結構的對電極。該軟性曲面對電極被固定于適合頭部輪廓的相應硬質有機材料的支撐曲面的內壁，該支撐曲面被固定在mri頭部線圈內，其彎曲度不僅要使頭部進出自如，克服了氣囊固定方法中充氣和放氣耗時長的缺陷，該發明很好地兼顧了頭部制動效果和被檢查者舒適感，在mri即將工作但還沒給該電流變裝置加電場時，被檢查者在平躺舒適體位下，使液態erf保持7-20mm均勻厚度，并包裹被檢查者的頭顱后部、頭頂部、頭部兩側及雙耳部位，給該電流變裝置加電場后，使緊貼于上述部分頭顱部位的erf從液體變成具有相當的機械強度的“固體”曲面，像固定頭部的“模具”，從而嚴絲合縫地緊貼上述頭顱部位，起到制動頭部消除甚至消除mri中運動偽影的作用。

為了達到上述目的，本發明的技術方案如下：

頭部制動消除磁共振成像運動偽影的電流變裝置，包括與被檢查者頭部吻合的erf囊5主體，erf囊5主體包括一個完整連續的、柔性的囊狀絕緣層6，囊狀絕緣層6的非被檢查者頭部接觸面粘貼在支撐曲面13的內側，囊狀絕緣層6非被檢查者頭部接觸面的內側粘貼有硬曲面正電極7，囊狀絕緣層6被檢查者頭部接觸面的內側粘貼有軟曲面負電極10，囊狀絕緣層6被檢查者頭部接觸面的外側粘貼有降噪聲層11，囊狀絕緣層6的腔體內盛放有液態的erf8，在硬曲面正電極7的中心位置設置有頭枕部支架9，頭枕部支架9浸泡在erf8中。

所述的erf囊5使用時其中軸線l2和被檢查者的頭部-脊柱中軸線l1和平行，被檢查者仰臥平躺下后，中軸線l1與l2重合；

所述的囊狀絕緣層6分為正電極部分、負電極部分和絕緣部分12三部分，硬曲面正電極7和支撐曲面13之間的囊狀絕緣層6是正電極部分；軟曲面負電極10和降噪聲層11之間的囊狀絕緣層6為負電極部分；硬曲面正電極7和軟曲面負電極10之間的囊狀絕緣層6為絕緣部分12；

所述囊狀絕緣層6為軟性絕緣材料，厚度為0.5-3mm，質地軟、有韌性、絕緣，包括橡膠、硅膠材質。

所述硬曲面正電極7是一個給erf8提供正電荷的曲面電極；所述硬曲面正電極7為硬質導電材料，厚度0.5-3mm，包括銅、鈦合金、鋅合金等磁兼容導電材料。

所述的erf8的外側與硬曲面正電極7接觸，erf8的內側與軟曲面負電極10接觸，erf8的最上端是囊狀絕緣層6的絕緣部分12；

所述erf8厚度7-20mm，在施加電場工作時迅速改變其表觀粘度，使得erf變硬，讓頭部被包裹部位無縫鑲嵌在固化erf形成的“模具”之中，但在取消電場作用時又可迅速地從固體變成液體，使頭部順利出來；

所述的erf8選為粒徑微米級的、高介電常數的固體微粒，能夠被分散在低介電常數的絕緣液中，形成無水懸浮液體；

所述erf8為納米纖維聚苯胺顆粒與硅油組成的erf，納米纖維聚苯胺的顆粒直徑200nm、顆粒長1-5μm、比表面積43m²/g、導電率～0.6s/cm、介電常數43f/m、較低的零電場粘度0.101pas，納米纖維聚苯胺顆粒以10％wt分散在介電常數2.58f/m、25℃下粘度50mpas的硅油中，在6kv/mm電場強度下剪切應力達到1250pa～1570pa，且25℃下響應時間53ms；

所述erf8采用丙三醇活化二氧化鈦有機-無機雜化凝膠與硅油組成的erf，丙三醇活化二氧化鈦有機-無機雜化凝膠的顆粒密度1.54-1.62g/cm³、顆粒重量比37％wt，丙三醇活化二氧化鈦有機-無機雜化凝膠以8％wt分散在介電常數2.70f/m、25℃下粘度500mpas的硅油中，在3kv/mm直流電場強度下剪切應力達到12.6kpa。

所述頭枕部支架9靠近軟曲面負電極10內側一端的是一個契合頭枕部的曲面支架，以免因頭部重量導致正負電極接觸。

所述頭枕部支架9為硬質絕緣材料，包括酚醛樹脂、陶瓷。

所述軟曲面負電極10是一個給erf8提供負電荷的軟曲面電極，且粘貼在囊狀絕緣層6的負電極部分的內側。

所述軟曲面負電極10為軟性導電材料，厚度0.5-3mm，包括導電布、導電網紗、導電海綿、導電膜以及導電纖維。

所述降噪聲層11是包裹人頭部的一層具有降低噪聲、舒適柔軟、透氣作用的軟性材料，包括棉布、麂皮絨；降噪聲層11被粘貼在囊狀絕緣層6中負電極部分的外側，緊貼被檢查者頭部。

所述支撐曲面13用于支撐其上部內側的erf囊5，處于填充層14內側，erf囊5外側，erf在液態時，保證約7-20mm厚度的erf均勻地緊密包裹頭部1-4部位，且其彎曲度保證在不加電時使頭部進出自如，在加電場時使erf囊5中的erf固化，保證緊密鑲嵌頭部，實現頭部制動。

所述支撐曲面13選擇有相當硬度、厚度和質輕的材料，包括銅、酚醛樹脂、硬質塑料。

所述填充層14用于固定支撐曲面13，處于頭部線圈15和支撐曲面13之間。

所述填充層14應選擇有相當硬度、無毒、價廉的材料，包括聚苯乙烯、樹脂。

所述的硬曲面正電極7和軟曲面負電極10的正負電荷，通過導線16連接高壓電源17提供，可采用多種高壓電源(直流、交流)；導線16應選擇磁兼容材料，包括銅導線、銀導線；高壓電源17應放在mri儀器屏蔽區之外。

由于ere的一系列特性，如可控的流動特性、可控的粘度特性、固化效應、快速響應、低能耗以及可控的可逆性等，當將上述特性用于本發明新設計的裝置時，可明顯地看到本發明具有以下優點：

(1)本發明的頭部制動消除mri運動偽影的電流變裝置具有良好的制動效果和舒適感。在電場作用下可使erf在液態與固態之間快速轉換，這種轉換是可逆的、無級的和可控的。本發明裝置采用簡單的電信號控制，即通過簡單地調節電場強度就可無級地、可逆地改變erf的機械強度，erf固化形成一個類似包裹頭部的“模具”，不會讓頭部有擠壓壓迫感，保證了良好的頭部舒適感，還保證了很好的頭部制動效果(減少甚至消除運動偽影)。

(2)本發明電流變裝置消耗能量極低。與其它能消除頭部mri運動偽影的裝置相比，本發明是根據ere設計的電流變裝置，是在加上高壓電場(如場強6kv/mm)后使介電的erf在液態-固態之間轉換，故裝置電流應在微安級別(如10μa)，裝置功率很低(如6w)。

(3)本發明電流變裝置中的erf狀態切換(液態/固態)在毫秒級實現(如約25ms)。文獻專利201610651921.3采用充氣/放氣方式頭部制動需要較長時間，會消耗寶貴的mri有效機時。本發明電流變裝置毫秒級響應，即mri開始前加電場使緊貼人頭顱的、固定厚度的液態erf瞬間固化，而在mri工作結束后去除電場，使erf毫秒級地從固態回到液態，讓頭部從mri工作狀態時的高強度固化的erf“模具”中釋放出來。

(4)本發明電流變裝置可以反復使用，是環境友好型裝置。該電流變裝置只與電信號(加電場、去電場)操控有關，erf、電極、絕緣層、降噪聲層、填充層以及支撐曲面等部件均可反復使用。

以下是本發明的較佳實施例詳細說明。

附圖說明

圖1是仰臥位被檢查者頭部接觸電流變裝置的示意圖，涉及頭部接觸部位分區和電流變裝置erf囊5的外觀。

圖2是本發明電流變裝置整體結構示意圖。(a)正視結構示意圖；(b)斜視結構示意圖。

圖3是本發明頭部制動電流變裝置的各層細節放大結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明裝置進行清楚、完整地詳細介紹：

本發明以鳥籠型線圈為例，匹配設計了頭部制動消除mri運動偽影的電流變裝置。本發明裝置經形狀變化后也可用于其他形狀的mri頭部線圈中，且都屬于本專利的保護范圍。

參照圖2、3，頭部制動消除磁共振成像運動偽影的電流變裝置，包括與被檢查者頭部吻合的erf囊5主體，erf囊5主體包括一個完整連續的、柔性的囊狀絕緣層6，囊狀絕緣層6的非被檢查者頭部接觸面粘貼在支撐曲面13的內側，囊狀絕緣層6非被檢查者頭部接觸面的內側粘貼有硬曲面正電極7，囊狀絕緣層6被檢查者頭部接觸面的內側粘貼有軟曲面負電極10，囊狀絕緣層6被檢查者頭部接觸面的外側粘貼有降噪聲層11，囊狀絕緣層6的腔體內盛放有液態的erf8。在硬面曲正電極7的中心位置設置有頭枕部支架9，頭枕部支架9浸泡在erf8中。

參照圖1，所述的erf囊5使用時其中軸線l2和被檢查者的頭部-脊柱中軸線l1和平行，被檢查者仰臥平躺下后，中軸線l1與l2重合；

所述的囊狀絕緣層6分為正電極部分、負電極部分和絕緣部分12三部分，硬曲面正電極7和支撐曲面13之間的囊狀絕緣層6是正電極部分；軟曲面負電極10和降噪聲層11之間的囊狀絕緣層6為負電極部分；硬曲面正電極7和軟曲面負電極10之間的囊狀絕緣層6為絕緣部分12。

所述囊狀絕緣層6為軟性絕緣材料，厚度為0.5-3mm，質地軟、有韌性、絕緣，包括橡膠、硅膠材質。本實施例選用約1mm厚的硅膠。

所述硬曲面正電極7是一個給erf8提供正電荷的曲面電極；所述硬曲面正電極7為硬質導電材料，厚度0.5-3mm，包括銅、鈦合金、鋅合金等磁兼容導電材料；本實施例選用約0.5mm厚的銅板。

所述的erf8的外側與硬曲面正電極7接觸，erf8的內側與軟曲面負電極10接觸，erf8的最上端是囊狀絕緣層6的絕緣部分12。

所述erf8厚度7-20mm，在施加電場工作時迅速改變其表觀粘度，使得erf變硬，讓頭部被包裹部位無縫鑲嵌在固化erf形成的“模具”之中，但在取消電場作用時又可迅速地從固體變成液體，使頭部順利出來。

所述的erf8選為粒徑微米級的、高介電常數的固體微粒，能夠被分散在低介電常數的絕緣液中，形成無水懸浮液體。

所述erf8為納米纖維聚苯胺顆粒與硅油組成的erf，納米纖維聚苯胺的顆粒直徑200nm、顆粒長1-5μm、比表面積43m²/g、導電率～0.6s/cm、介電常數43f/m、較低的零電場粘度0.101pas，納米纖維聚苯胺顆粒以10％wt分散在介電常數2.58f/m、25℃下粘度50mpas的硅油中，在6kv/mm電場強度下剪切應力達到1250pa～1570pa，且25℃下響應時間53ms。

或者所述erf8采用丙三醇活化二氧化鈦有機-無機雜化凝膠與硅油組成的erf，丙三醇活化二氧化鈦有機-無機雜化凝膠的顆粒密度1.54-1.62g/cm³、顆粒重量比37％wt，丙三醇活化二氧化鈦有機-無機雜化凝膠以8％wt分散在介電常數2.70f/m、25℃下粘度500mpas的硅油中，在3kv/mm直流電場強度下剪切應力達到12.6kpa。

所述頭枕部支架9靠近軟曲面負電極10內側一端的是一個契合頭枕部的曲面支架，以免因頭部重量導致正負電極接觸。

所述頭枕部支架9為硬質絕緣材料，包括酚醛樹脂、陶瓷，本實施例選用陶瓷。

所述軟曲面負電極10是一個給erf8提供負電荷的軟曲面電極，且粘貼在囊狀絕緣層6的負電極部分的內側。

所述軟曲面負電極10為軟性導電材料，厚度0.5-3mm，包括導電布、導電網紗、導電海綿、導電膜以及導電纖維；本實施例選用約0.5mm厚度的導電布(銅漿印刷)。

所述降噪聲層11是包裹人頭部的一層具有降低噪聲、舒適柔軟、透氣作用的軟性材料，包括棉布、麂皮絨；降噪聲層11被粘貼在囊狀絕緣層6中負電極部分的外側，緊貼被檢查者頭部；本實施例選用1mm厚度的麂皮絨。

所述支撐曲面13用于支撐其上部內側的erf囊5，處于填充層14內側，erf囊5外側，erf在液態時，保證約7-20mm厚度的erf均勻地緊密包裹頭部1-4部位，且其彎曲度保證在不加電時使頭部進出自如，在加電場時使erf囊5中的erf固化，保證緊密鑲嵌頭部，實現頭部制動。

所述支撐曲面13選擇有相當硬度、厚度和質輕的材料，包括銅、酚醛樹脂、硬質塑料，本實施例選用10mm厚度的硬質塑料。

所述填充層14用于固定支撐曲面13，處于頭部線圈15和支撐曲面13之間。

所述填充層14應選擇有相當硬度、無毒、價廉的材料，包括聚苯乙烯、樹脂，本實施例選用樹脂。

所述的硬曲面正電極7和軟曲面負電極10的正負電荷，通過導線16連接高壓電源17提供，可采用多種高壓電源(直流、交流)；導線16應選擇磁兼容材料，包括銅導線、銀導線，本實施例選用銅導線。高壓電源17應放在mri儀器屏蔽區之外。本發明高壓電源17選用60kv、2ma、120w的高壓發生器(high-voltagegenerator)；電流變裝置對電壓穩定性的要求和mri儀器對電壓穩定性的要求是一致的。

本發明工作原理為：(1)在被檢查者仰臥位時接觸頭部的幾個部位，參照圖1，包括頭頂部1、頭枕部2、頭部兩側3和雙耳部位4；在被檢查者進行頭部mri檢查前，要求被檢查者或其家屬仔細閱讀《磁共振(mri)常規檢查知情同意書》，確認同意后簽字；(2)被檢查者以舒適體位仰臥平躺，erf囊5內erf為沒加電場的液體狀態時，使erf囊5緊貼頭部并包裹1-4部位，并保持erf約10mm均勻厚度；(3)mri設備醫師同時開啟mri頭部掃描和該電流變裝置的高壓電源；(4)erf囊5加上高場強(如6kv/mm)后，囊中的erf由液態無級地變為固態，固化的erf囊5內壁緊貼頭部形成頭部制動的“模具”，使被檢查者頭部固定且處于舒適狀態；(5)降噪聲層11緊貼頭部雙耳部位4以降低mri設備的工作噪音；(6)頭部mri掃描開始常規掃描流程(如5-30min)，待掃描完成后，去掉電場，erf囊5中的erf8瞬間從固態變為液態，被檢查者的頭部可以自如退出；(7)(協助)被檢查者離開mri屏蔽室，完成使用電流變裝置制動頭部消除mri運動偽影的掃描過程。

本發明利用ere中的erf加電場后顆粒纖維化，使erf粘度大幅度升高直至變硬固化，從而達到固定頭部，而去電場后又回到erf低粘度的液體狀態，從而使頭部進出自如，并實現可以方便地、反復地使用的目的。這類基于ere特性的器件具有電控制使用簡便、毫秒級狀態切換、能耗低和適用范圍廣等優點。

該人體部位制動電流變裝置具有適用mri人體多部位制動(如頭部、胳膊、腿部、腳等部位)的優點；由于erf從液體到固體是無級變化的，通過控制電場強度就可無級地、可逆地改變erf的機械強度，保證良好的制動效果(減少甚至消除運動偽影)和良好的舒適感；erf在液-固間毫秒級切換，即mri工作期間加電場使緊貼人頭顱的、固定厚度的液態erf瞬間固化，而待mri結束后，去除電場使erf從固態瞬間恢復到液態，使人頭部從有強度的、固化的erf“模具”中釋放出來；當然該發明裝置只與加電場、去電場操控有關，而erf、曲面對電極、曲面絕緣層、曲面降噪層以及支撐曲面等部件均可反復使用，可見該裝置具有節能環保的優點。