虹科案例 | 如何在构建幻象心脏时,获得精确位置反馈?

虹科案例 | 如何在构建幻象心脏时,获得精确位置反馈?

HK-MR340增量式编码器系列是 Micronor 的第三代光纤增量编码器——包括旋转和线性型号。光纤增量编码器通常用于感测电机轴或线性驱动器的运动和速度,而传统的基于电子设备的编码器和旋转变压器是不适用的,会由于电磁场而提供不准确的读数。
Micronor 光纤增量编码器基于全光无源传感器设计,通过标准双工 OM1 62.5/125 多模光纤链路跨距达 2000 米以光学方式连接到遥控器。除了A/B正交输出之外,控制器还提供更多接口功能。额外的内置模拟(4-20mA,±10V)和数字接口(RS485,USB,ModbusRTU)也可以由用户编程以输出速度或位置状态

应用描述&挑战

描述

菲利普斯研究公司(纽约州布里亚克利夫庄园)设计了各种解剖学上正确的人体器官模型,用于测试和校准核磁共振仪及其复杂的软件算法。与使用动物或身体相比,幻影器官是一种更实用的方法,而且在校准机器时也更具可重复性

应用挑战

这些器官通常由气动提供动力,其中气压的变化为执行器提供动能,以推动器官的运动。

当必须构建一个幻象心脏时,一个挑战出现了。心脏由几块肌肉组成,心室运动必须准确同步。需要具有足够准确度的位置反馈,因为虚拟心脏必须以解剖学上正确的方式准确地模拟弯曲、压缩、拉伸和扭曲的生物医学特性。所有这些都必须在MRI机器内运行,因此反馈传感器必须不受MRI过程产生的高磁场和高RF场的影响

另一个关键要求是传感器必须对核磁共振成像过程“透明”,这意味着传感器不能干扰图像采集,因此不能具有任何铁磁特性或任何导电特性。这些幻象器官通常在生理盐水中操作,以模拟人体的真实环境。因此,传感器必须耐潮湿和水密封,因为它们在水下环境中工作。

实施

客户工程人员成功实施了 Micronor 编码器,充分利用了将编码器信号从 MRI 室外部引导到控制器单元的光缆的优势,幻影心脏使用三个编码器,需要三个光纤链路连接到 HK-MR340 控制器,控制器与通向 MRI室的第一个光纤段相连,其中编码器尾纤使用 ST 连接器连接。

Micronor 制造的编码器具有 10 米长的尾纤,因此避免了 MRI 室内和附近的任何金属部件。每个控制器单元(HK-MR340)都会跟踪虚拟心脏肌肉的位置,并根据内置的模拟电压输出进行缩放。电压输出被馈送到伺服控制器,伺服控制器反过来控制气动执行器。

事实证明,光纤对 EMI/RFI、磁场和辐射的固有免疫能力是制造人体假心脏的推动力。Micronor 仅使用光学来设计运动传感器的能力为新技术、新产品开辟了可能性,从而在 MRI 领域内实现了新的和更有效的治疗方法。

数据&使用产品

数据

  • 儿童(10岁及以上)和成人的平均正常静息心率为60-100。
  • 训练有素运动员的平均正常安静心率为40-60。

使用产品

  • EC-TD5253,特殊防水版HK-MR348 MRI安全旋转编码器,数量3。
  • HK-MR340-1,控制器,数量3。
  • 对于新的应用,使用HK-MR348编码器和HK-MR340-1控制器

HK-MR348

HK-MR340-1