专利名称：永磁磁共振图像导引体外高能聚焦超声系统和方法
技术领域：
本发明属于医学影像诊断和介入治疗仪器与设备领域，涉及一种磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，以下简称MRI)导引诊断和介入治疗技术，体外高能聚焦超声(High Intensity FocusedUltrasound，以下简称HIFU)治疗技术。
本发明具体涉及一种采用高开放度永磁磁共振成像系统进行图像导引和治疗过程监测、疗效检查的体外高能聚焦超声治疗系统和使用该系统的方法。
背景技术：
背景技术：
1体外高能聚焦超声治疗系统是将体外超声能量聚集在人体深部目标组织，达到精确热损伤选定目标组织的目的。目前，体外高能聚焦超声治疗系统是国内外医疗研究的热点之一，临床应用已取得很好的效果。体外高能聚焦超声已经被证明可以应用于肝脏、肾脏、胰脏、直肠、前列腺、乳腺、骨、皮肤、子宫等部位的肿瘤和疾病的治疗。其中针对前列腺癌的经直肠的治疗方法最为广泛。在高能聚焦超声肿瘤治疗技术临床应用上，我国医务工作者自上世纪90年代起使用国产的各种类型体外高能聚焦超声肿瘤治疗设备做了大量的工作，在肝癌、肾癌、乳腺癌及子宫肌瘤等治疗领域积累了宝贵的临床经验，为世界同行所瞩目。
常见的体外高能聚焦超声治疗系统一般由以下几个部分构成用以产生高能聚焦超声波的发射器及其驱动电路；用于寻找治疗目标区的实时影像检查、监测系统(多为B型超声波成像检查仪)；根据实时影像检查结果，将治疗目标区移至聚焦焦域的聚焦超声发射器多自由度姿态控制系统和承载患者(也称被检查者或被检查对象)处于合适治疗体位的治疗床系统；系统操作控制台；高能聚焦超声波传导结构及传导介质处理系统。高能聚焦超声波传导结构主要是在高能聚焦超声波发射面的前方设置一个容纳作为传导介质的脱气净化水的密闭水囊、密闭水箱或具有溢流功能的水槽。传导介质处理系统是为上述的密闭水囊、密闭水箱或具有溢流功能的水槽供应脱气净化水的整套设备，包括水源、脱气处理装置、水净化处理装置、过滤处理装置、输送管路系统等。
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2多阵元相控阵列式(Phase Array)高能聚焦超声发射器，其特征在于它可以采用多阵元球面相控阵列式高能聚焦超声发射器、多阵元弧面相控阵列式高能聚焦超声发射器以及多阵元平面相控阵列式高能聚焦超声发射器等多种类型的相控阵列式高能聚焦超声发射器。
相控阵列式聚焦超声发射器主要的特点是可产生适合治疗的灵活多变的单焦点和同时多点的聚焦焦点模式。同单阵元单焦点相比，多点聚焦可以增大单次治疗聚焦体积，大幅度减少治疗时间，加快治疗速度。相控阵列式聚焦超声发射器还可以采用子阵技术避开一些障碍物(如肋骨)来进行治疗。
与常见的非相控阵列式聚焦超声发射器需要复杂的多自由度姿态控制相比，多阵元相控阵列式高能聚焦超声发射器在对患者进行多体位治疗的过程中，其所需的运动轴数少、姿态控制简单、治疗时间大为缩短。制造运动机构所用的零部件和元器件数目少，并且零部件结构简单，可以全部采用非金属及无磁性材料来制造完成，满足其在磁体环境下的使用要求。
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3常见的永磁磁共振成像系统一般由以下几个子系统构成磁体子系统、梯度子系统、射频子系统、计算机和图像处理子系统、患者承载定位子系统和扫描间子系统。
永磁磁体中设计有前后方向贯通、上下方或左右方向开敞的磁隙空间和置于磁隙空间内的均匀磁场样品区；梯度子系统包括用于产生梯度场的梯度线圈和与之相配套的梯度电源系统、梯度线圈散热系统、噪音吸收控制系统等部分；射频子系统包括射频发射和射频接收两部分，包括用于实施射频激励的射频发射线圈和与其配套的电源系统，用于接收磁共振成像信息的射频信号接收线圈及与其配套的信号处理系统；计算机和图像处理子系统包括用于数据采集的谱仪子系统、图像重建子系统、主计算机、操作控制台等；患者承载定位子系统包括用于承载患者进行扫描定位及扫描运动要求的检查床/检查椅；扫描间子系统包括电磁屏蔽扫描间及扫描间内外信号传导系统，内外通信、监视系统等。
本发明所述的U型布置的永磁磁体与常见的中低场强、垂直场布置的永磁磁体系统相比，不同之处在于U型布置的永磁磁体具有磁场呈水平状态布置、患者身体上下两侧开放度高的特点。与已有的U型结构、水平场布置的磁体相比，不同之处在于它是为配合高能聚焦超声的上下两个发射器工作而专门开发设计制造的，具有磁隙间距尺寸大等优点。与已有的磁共振导引高能聚焦超声设备相比，不同之处在于它采用中低场强的永磁磁体而不是高场强的超导磁体。磁体开放度高，宜人性好，适用于上下两个高能聚焦超声发射器。
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4目前临床应用的体外高能聚焦超声治疗系统多采用B型超声波成像检查仪实施图像导引，利用B型超声波图像寻找治疗目标区、进行实时影像检查、治疗过程监测等。限于目前已有的B型超声波成像超声技术在实时导引和精确诊断方面的不足，利用磁共振成像系统进行图像导引和治疗过程监测、疗效检查，成为体外高能聚焦超声治疗系统技术发展的主要方向。
磁共振导引体外高能聚焦超声治疗系统之所以成为新一代体外高能聚焦超声治疗系统的发展方向，主要基于磁共振设备在实时图像导引、无创测温和临床肿瘤精确诊断方面的优势，这些优势主要表现在以下几点(1)图像检测方面，磁共振成像优于超声成像磁共振成像是安全、无创性肿瘤图像诊断装置，它利用多种脉冲序列综合成像，全面观察肿瘤病变的病理学改变。可提供准确的三维高分辨率图像，分辨率可达到1mm以下。图像清晰、准确，尤其对于肿瘤部位和周围正常组织的分界很清楚。磁共振利用良性肿瘤与恶性肿瘤在血液供应方面的截然不同这一特性，可以进行动态增强扫描，观察病变信号增强的比率，使恶性肿瘤诊断的敏感性及特异性达到95％左右。磁共振在检测过程中要使用射频发射和接收线圈，但并不直接接触患者的身体。检查过程中受到的干扰因素比较少，图像的复现性非常好，图像质量稳定。
而目前常用的B型超声波成像检查仪多数只能提供二维图像，分辩率不如磁共振清晰，病灶部位组织的某些细微的部分不容易被看到。超声图像容易受人体内骨骼、气体等因素的影响。检测时必须考虑人体的摆位、姿势、位置状态，超声探头与皮肤之间的贴合，探头的角度等多种因素。因为干扰因素多，在超声实时检测过程中，图像质量不稳定。
(2)实时导引方面，磁共振成像优于超声成像目前常见的体外高能聚焦超声治疗系统，其聚焦点空间位置的控制通过聚焦超声发射器的运动来获得。体外高能聚焦超声治疗系统所用的聚焦超声为三维能量聚焦。即在一个检测周期内，先用高能聚焦超声发射器聚焦发射能量，停止后用二维图像导引超声检测治疗部位，得到反映治疗效果的图像。一个检测周期接着另一个检测周期，周而复始。在一个检测周期内，一般用于高能聚焦超声发射器聚焦发射的时间长而二维导引超声检测图像的时间短。实际工作过程中，三维能量聚焦超声与二维图像导引超声之间的干扰比较严重，有些图像并不真正反映治疗效果，二维图像导引超声达不到真正的实时导引。
而磁共振成像检查过程与聚焦超声的能量发射过程原理不同，工作时互相不干扰。磁共振快速脉冲序列的成像速度比较快，尤其可以针对小的感兴趣区(ROI)出片，可以快速准确地观察和判断焦点区域的治疗效果，有利于对肿瘤组织不可逆相变(细胞坏死)的评价。通过磁共振可以交互实时控制高能聚焦超声焦域的能量和作用时间。达到即破坏肿瘤组织，又不损伤周围正常组织的目的。
磁共振导引体外高能聚焦超声治疗系统的过程中，磁共振提供焦点位置的监视和超声能量的控制。在焦点处能量相对较低时只有轻度温升，此时得到的磁共振图像可引导焦点定位在肿瘤组织上。焦点定位完成后提高超声能量，杀死肿瘤细胞。肿瘤细胞热凝固后组织蛋白质变性，达到一定温度后，组织内的水份有气化，从而导致组织密度和其它性能的变化。磁共振成像敏感、清晰，可快速、准确地捕捉和反映出这些变化。多途径提取信息、实时监控。
(3)实时无创测温方面，磁共振优于超声测温磁共振成像的参数(例如T1、弥散和化学位移等)对组织温度变化敏感，可提供热作用时温度变化的实时三维高分辨率图像。当温度超过41℃高温时，磁共振可记录组织蛋白质变性(凝固)的信号。实现对目标周围正常组织瞬时温度的测量。磁共振设备的测温很灵敏，测温精度可达到1℃，而且可以得到精确反映的温度场分布的信息。而超声目前难以做到这一点。
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5美国专利US 6,582,381 B1，标题为“磁共振成像导引超声治疗系统的机械定位装置”由因塞泰克—特克斯索尼克斯公司提出，该专利披露了在磁体环境下使用的下置式高能聚焦超声发射器及其紧凑型多自由度姿态运动和控制机构、高能聚焦超声波传导装置的结构设计，介绍了由压电振动电机驱动的机构及其在磁场环境下的使用。但是，该专利采用筒型磁共振成像，限制了检查对象的空间，因而无法更有效地布置超声治疗设施(如安置一个以上的发射探头)，也没有提出在磁体环境下使用高能聚焦超声发射器的更有效的措施或改进。
发明内容
本发明提供了一种采用高开放度永磁磁共振成像系统进行图像导引和治疗过程监测、疗效检查的体外高能聚焦超声肿瘤系统和相关的实现方法。
概括地说，本发明在系统设计方面使用U型结构的0.35T/0.45T永磁高开放度水平场磁共振成像系统。将永磁磁体、梯度线圈、射频接收/发射线圈、高能聚焦超声发射器、患者(被检查者或被检查对象)承载定位装置(检查床或椅)复合为一个一体化的系统，复合实时图像检查、肿瘤治疗、温度控制等功能。使用相控阵列式聚焦超声发射器，并结合实时的损伤组织可视化，减少病人需要的重复治疗的次数，缩短治疗时间。在术前和术中使用磁共振快速序列进行实时扫描成像，实时清晰观察病灶部位的变化。从磁共振成像的参数(例如T1、弥散和化学位移等)中提取治疗部位的温度信息，精确控制治疗过程。
概括地说，本发明实现了图像导引和治疗过程监测、疗效检查治疗的一体化，发挥了不同系统的各自优势。本发明在系统组成方面包括一套完整的永磁高开放度磁共振成像系统，和一套与磁共振成像系统相配套的复合设计的高能聚焦超声治疗系统(含上、下两个聚焦超声发射器)，包括众多衔接双方功能的专门设计的子系统。
本发明的装置的主要的子系统有用于营造出一个均匀磁场样品区的永磁磁体子系统；用于在样品区产生梯度场的梯度子系统；用于发射射频场激活被检查对象的目的层面的射频子系统；包含上部高能聚焦超声发射器的上部聚焦超声发射器子系统；包含下部高能聚焦超声发射器的下部聚焦超声发射器子系统；与上部聚焦超声发射器配用的被检查对象承载定位子系统；与下部聚焦超声发射器配用的被检查对象承载定位子系统；和计算机与图像处理子系统，
此外，还可配套地包括上/下部聚焦超声发射器多自由度姿态控制子系统、高能聚焦超声波传导结构及传导介质处理子系统、扫描间子系统。
按照笛卡尔坐标系的要求，复合后的整个系统的坐标系设置如下系统的x轴和z轴平面对应患者的横断面(Axial Plane)、系统的y轴和z轴平面对应患者矢状面(Sagittal Plane)，系统的x轴和y轴平面对应患者的冠状面(Coronal Plane)。
在一个具体实施例中，整个系统包括以下特定的技术特征U型结构的永磁磁体的结构为采用磁极左右布置的U型高开放式磁体结构，轭铁由左侧轭铁、右侧轭铁、底部轭铁三部分构成，左侧轭铁和右侧轭铁对称布置，固定在底部轭铁上，底部轭铁是整个磁体的基础；右侧磁垛(N极)位于右侧轭铁的左侧，左侧磁垛(S极)位于左侧轭铁的右侧，两磁垛平行相对；磁通由右侧磁垛发出，越过两垛之间的磁隙空间，穿入左侧磁垛，再由底部轭铁返回右侧磁垛，形成闭合回路；在上述磁体右侧磁垛和左侧磁垛面向患者的一侧布置有第一和第二梯度线圈，两梯度线圈平行相对；梯度线圈根据梯度磁场的分布和梯度场强要求设计制造，与磁极之间扩大后的磁隙尺寸相适应。
具有可用磁隙间距大、磁场强度高、无涡流、高开放度等特点的U型布置永磁磁体，其特征在于所述磁垛由单一种类的永磁材料构成。永磁材料可以选用不同牌号的烧结钕铁硼、钐钴合金等。在保证得到所需最大可用磁隙间距、最大可用场强和最大尺寸均匀磁场样品区的基础上，其磁场的实现由永磁材料的选用、磁体结构的设计、制造技术等多方面来保证。
U型布置的永磁磁体系统是为了与高能聚焦超声肿瘤治疗系统的临床应用和发展及随之而来的诸多要求相配合而专门设计的。对于U型布置的永磁磁体来说，无论其目前具体的磁体结构构成、永磁材料的类型和牌号、制造工艺技术如何，无论其未来可能的技术发展和技术突破如何，只要符合以下四个条件就是满足要求的磁体。
这四个条件是即在其自身中心营造出一个尺寸较大的椭球形均匀磁场样品区，一个通道式的前后贯通、上下方开敞的磁隙空间、一个大尺寸的可用磁隙间距和最大可用场强。
U型结构的永磁磁体置于电磁屏蔽扫描间内的中央偏后位置，永磁磁体中设计有前后方向贯通(沿系统y轴)、上下方(沿系统z轴)开敞的磁隙空间和置于磁隙空间内的椭球形状均匀磁场样品区，磁场自N极到S极的方向与系统的x轴负方向相同，两个梯度线圈及其温度控制装置对称设置在磁体的左右两侧磁垛内，磁极之间的磁隙可用间距优选为600mm，整个磁体采用无涡流技术设计，具有很高的开放度。
在一个实施例中，所述的永磁磁体的椭球形均匀磁场样品区，其特征在于它有满足使用要求的空间尺寸(椭球的三个半径值分别为400mm、400mm和380mm)，可以容纳上下两个相控阵列式高能聚焦超声发射器在其区域内运动、工作，容纳磁共振信号接收/发射两用射频线圈在其区域内设置，容纳患者及其定位、承载系统在其区域内运动、工作，以及心电门控用探头，呼吸门控探头、有创测温针等装置在其区域内工作。所有这些元器件和装置都是用符合要求的非金属及无磁性材料制造和装配完成，不会对均匀磁场样品区产生干扰、造成破坏，或使磁共振扫描图像产生伪影。
承载患者的检查床甲沿y轴正方向从磁体外将身体外侧设置好射频发射/接收两用线圈、处于仰卧位或者俯卧位姿态的患者送入磁隙空间内的均匀磁场样品区，定位完成后进行磁共振成像扫描和上部聚焦超声发射器发射治疗，完成治疗后承载患者移出磁体区域；上部聚焦超声发射器采用多阵元球面相控阵列式结构设计，其多自由度运动机构采用采用电机驱动的轨道式吊架机构。吊架机构沿y轴方向的轨道固定安装在扫描间内磁体上方有足够使用空间的位置，该轨道是整个吊架机构的基础。吊架机构的其余运动机构固定安装在沿该轨道运动的滑板下方。整个上部聚焦超声发射器可以完成沿x轴、y轴和z轴方向的移动和绕z轴方向转动、绕x轴方向摆动。超声发射器发射面的前方设置有充满脱气净化水的密闭水囊，以便于与处于其下方的患者身体表面的有关部位耦合，传导聚焦波束进入患者体内；承载患者的检查床乙沿y轴正方向从磁体外将身体外侧设置好射频发射/接收两用线圈、处于仰卧位或者俯卧位姿态的患者送入磁隙空间内的均匀磁场样品区，定位完成后进行磁共振成像扫描和下部聚焦超声发射器发射治疗，完成治疗后承载患者移出磁体区域；下部聚焦超声发射器及其相关运动机构、聚焦波束传导结构设计安装在与之配用的检查床乙的内部，该聚焦超声发射器采用多阵元平面相控阵列式结构设计，承载发射器进行位置和姿态调正的多自由度运动机构和发射器一起被整体容纳在充满脱气净化水的密闭水箱内。整个下部聚焦超声发射器可以完成沿x轴、y轴和z轴方向的移动。水箱上表面为柔性薄膜结构，上表面与床面平齐，柔性薄膜充水后鼓起，以便于与处于其上方的患者身体表面的有关部位耦合，传导聚焦波束进入患者体内；在磁体外侧靠近承载患者的检查床的位置，设置有附带独立的图像实时显示LCD显示器和设备急停开关的手动控制装置，以便临床医护人员就近实时观察上下两个高能聚焦超声发射器和患者之间的位置关系并进行控制和调整。
在使用中，电磁屏蔽扫描间内还设置有患者治疗状况监视、心电门控装置、呼吸门控装置和护理系统等，以便于实现介入功能和手术操作。
电磁屏蔽扫描间外布置有梯度电源系统电气柜，射频电源系统电气柜，聚焦超声发射器驱动电源系统电气柜，作为传导介质的脱气净化水处理柜，计算机柜，操作控制台。操作控制台上设置有另一套控制上下两个高能聚焦超声发射器运动的手动控制装置，它和磁共振操作控制系统、图像处理和显示系统、治疗区域温度显示系统、扫描间内外对讲和图像监视系统等合在一起使用。整个操作控制台设置有设备急停开关，以备应急处理。
在整个系统的设计上本发明从以下三个方面解决材料问题可能对磁共振成像扫描造成的影响，包括制造上下两个高能聚焦超声发射器系统所用的材料、元器件的选择；超声耦合材料洁净度的保持；脱气净化水洁净度的保持(下面详述)。
本发明所述的材料问题，主要是指因制造有关零部件的材料中含有铁、钴、镍等铁磁性成份而对均匀磁场样品区造成均匀性破坏、对扫描图像造成重大伪影干扰的问题。
与常见的体外高能聚焦超声肿瘤治疗系统相比，本发明的治疗系统安装在符合电磁屏蔽要求的磁体扫描间内，在强磁场环境下工作。主要在上下两个高能聚焦超声发射器及其运动支撑机构、脱气净化水耦和装置及输水管路系统的设计上有所不同。这些改进包括上下两个高能聚焦超声发射器及其大部分运动支撑机构、脱气净化水耦和装置等在永磁磁体的5高斯线范围内使用。所用零部件和元器件由非导电、非金属及无磁性材料制成，不会影响磁场样品区的均匀性，不会对磁共振扫描图像造成伪影影响。完全符合磁共振影像检查的安全要求和图像质量保证要求。
与已有的超导磁体磁共振成像导引体外高能聚焦超声设备只有一个下部聚焦超声发射器可以工作相比，本发明所述的上下两个高能聚焦超声发射器可以分别独立地进行工作，针对不同病症的治疗特点和治疗时患者的身体姿势和治疗体位要求，由医护人员选择合适的聚焦超声发射器，进行治疗。
在一种优选实施方式中，本发明的上下两个高能聚焦超声发射器全部采用多阵元相控阵列式聚焦超声发射器，其特征在于它可以采用多阵元球面相控阵列式聚焦超声发射器、多阵元弧面相控阵列式聚焦超声发射器以及多阵元平面相控阵列式聚焦超声发射器等多种类型的相控阵列式聚焦超声发射器。
与常见的非相控阵列式体外聚焦超声发射器需要复杂的多自由度姿态控制相比，相控阵列式聚焦超声发射器在对患者进行多体位治疗的过程中，其所需的运动轴数少、姿态控制简单、治疗时间大为缩短。制造运动机构所用的零部件和元器件数目少，并且零部件结构简单，可以全部采用非金属及无磁性材料来制造完成，满足其在磁体环境下的使用要求。
由于上下两个高能聚焦超声发射器系统采用电机驱动、计算机控制的机电一体化机构来实现其空间位置的运动、调整、配准和定位，因此运动机构中各运动轴的电机驱动装置和其它一些影响磁体匀场性能以及扫描过程的金属制机构、机电元器件优选地位于磁体的5高斯线范围以外。5高斯线范围以内用到的机构优选采用工程塑料或其它高强度非金属及弱磁性制造装配完成以回避材料问题对磁共振成像扫描造成的影响，所有需要在5高斯线范围以内实现的机械运动及传动元器件也为了回避由于材料问题对磁共振成像扫描造成的影响，可以采用非金属及弱磁性零部件。
本发明要求的高强度塑料和非金属及弱磁性材料不仅满足强度、刚度等力学要求，而且满足磁共振系统扫描过程的要求，对均匀磁场样品区不构成影响、对扫描图像不产生伪影干扰。耐腐蚀、抗老化。易于制造、装配和维修保养，运动无噪音，能长期保持工作稳定性和精度。
在实际使用过程中，为提高或改进上部聚焦超声发射器发射面前方的密闭水囊和容纳下部聚焦超声发射器的密闭水箱上表面的柔性薄膜的声学耦合效果，医护人员一般需要用水、超声传导性凝胶以及类似性能的材料涂布在充水后鼓起的密闭柔性水囊(或柔性薄膜)和患者的皮肤之间。在进行类似操作时，应当注意不在声学耦合材料中夹杂含有铁磁性成份的金属微粒等，以免影响均匀磁场样品区，产生伪影。
在一种实施方式中，本发明的脱气净化水输水管路系统，其特征在于管路系统中使用了高密度滤芯构成的多层脱气水过滤净化装置和位于磁体扫描间外的水源及水处理柜中的脱气水磁化过滤吸附装置来保持整个管路的洁净，严格防止了管路系统中那些在制造和工作过程中产生的含有铁、钴、镍等铁磁性成份的金属微粒进入上下两个高能聚焦超声发射器相应的脱气净化水耦和装置。这些微粒不仅会对磁场均匀性构成影响、对扫描图像产生伪影干扰，而且还有可能扎破脱气净化水耦和装置，造成脱气水泄露事故，伤及正在进行高能聚焦超声治疗的患者并损坏磁共振系统。
在一个优选实施方式中，上下两个高能聚焦超声发射器采用同一套脱气净化水生产和输送管路系统生产、过滤和供应脱气净化水，根据使用要求由控制系统决定上水、排水和停止供水。用于供应脱气净化水的管路系统应满足密封要求和磁共振扫描过程的要求，不遗漏液体锈蚀磁体系统，不影响磁场均匀区及磁共振扫描过程。脱气净化水输送管路连通位于磁体扫描间外的脱气净化水处理柜和磁体扫描间内的上下两个高能聚焦超声发射器，穿过磁体扫描间传导面板进入磁体扫描间。其在磁体扫描间内的管路分为两部分，一部分管路附在上部高能聚焦超声发射器的吊架机构中，并随吊架机构一起运动。吊架机构的机械运动不对脱气净化水管路系统的正常运行造成影响。另一部分管路附在容纳下部高能聚焦超声发射器的检查床乙中，并随检查床乙一起运动。检查床乙的机械运动不应对脱气净化水管路系统的正常运行造成影响。
水路系统保持整个管路的洁净，要防止管路系统中那些在制造和工作过程中产生的含有铁、钴、镍等铁磁性成份的金属微粒进入充水式密闭柔性水囊(或水箱)。这些微粒不仅会对磁场均匀性构成影响、对扫描图像产生伪影干扰，而且还有可能扎破密闭柔性水囊(或柔性薄膜)，造成脱气净化水泄露事故，伤及正在进行高能聚焦超声治疗的患者并损坏磁共振系统。
展开来讲，本发明强调了水路系统洁净度要求和有关的技术实施措施。在一个示范性的具体实施例中，高密度滤芯构成的多层脱气净化水过滤净化装置得到了成功的应用。此外，位于磁体扫描间之外的水源及水处理柜中的脱气净化水磁化过滤吸附装置也被证明是行之有效的水处理措施。这两点构成了脱气净化水在本设计中稳定、安全使用的基础。
根据本发明，可以单独使用上部或下部聚焦超声发射器，都可以在精确的图像导引下对患者进行仰卧位或者俯卧位治疗和治疗过程监测、疗效检查。从而扩大了体外高能聚焦超声可以治疗的适应症范围。当不使用聚焦超声发射器时，磁共振系统还能进行独立进行成像扫描。
与上部聚焦超声发射器配合使用的检查床甲，其特征在于它只是一付高度尺寸固定、结构简单、低成本的担架床。它主要承载身体外侧设置好射频发射/接收线圈的患者进入磁体的均匀样品区并固定在工作位置。
此外，作为机动性比较强的患者承载系统，该床可以承载患者进行不同影像科目的检查、不同治疗方式的转换以及在医院环境内的转移就诊，例如X光机影像检查、伽玛相机影像检查、放射治疗、化疗、微波热疗、射频热疗、外科手术等。
该床对以本发明所述的符合电磁屏蔽要求的磁体扫描间为基础，增加设备、扩大面积，改进为包括磁共振影像实时检查、体外高能聚焦超声治疗、外科手术等多种诊疗手段的综合诊疗室十分有益，是构成该系统的一个重要媒介物。
与下部聚焦超声发射器配合使用的检查床乙，其特征在于它包容了下部高能聚焦超声发射器及其运动支撑机构、脱气净化水耦和装置等。当不需要使用下部高能聚焦超声发射器时，可以将检查床乙从磁体工作区域推出，换上检查床甲配合上部高能聚焦超声发射器工作或只对患者做独立的磁共振影像检查。
当上部高能聚焦超声发射器工作时，可以与检查床甲配合使用，也可以与下部高能聚焦超声发射器停止工作后的检查床乙配合使用。当下部高能聚焦超声发射器工作时，上部高能聚焦超声发射器一般整体移出磁体区域。以增强治疗系统的开放度，减少患者的幽闭恐惧感。
这些运动机构的配电和控制装置电缆通过传导板引出磁体扫描间，与扫描间外的电源和控制系统相连接。
作为图像导引系统的高开放度永磁磁共振成像系统，本发明包括两套与上下两个高能聚焦超声发射器分别配合使用的检查床(与上部高能聚焦超声发射器配合使用的检查床甲和与下部高能聚焦超声发射器配合使用的检查床乙)，它们可以保持为工作高度固定，在永磁磁体5高斯线范围内的部分由非导电、非金属及无磁性材料制成。床面板由高强度、耐变形的玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)材料制成，这样不仅可以满足该床面的强度和刚度要求，而且由于玻璃钢材料不含铁磁性微粒，不会对磁场均匀性构成影响、对扫描图像产生伪影干扰。床面板的设计还可考虑信号接收/发射两用线圈的就位和固定以及线圈信号传输电缆的布置和固定，并设计相应的信号接口。
为满足患者某些治疗体位的要求，还可包括设计有楔型、方型等形状的衬垫和头托、颈托、臂托等配合患者身下的大床垫，以支撑患者长期舒适的处于治疗体位。
本发明应用面广，按照一般要求，除体内含有金属支架、心脏起博器或不宜进行磁共振影像检查的患者外都能进行磁共振成像扫描，因而可受益于本发明描述的治疗方法和系统进行肿瘤治疗。
根据另一方面，由本发明的系统和设计能够提供一种采用永磁磁共振成像系统对体外高能聚焦超声治疗进行图像导引的方法，它包括以下步骤(1)用永磁磁体在其自身中心营造出一个均匀磁场样品区；(2)通过在被检查者身体外侧设置扫描用信号接收/发射两用射频线圈，移动承载被检查者和射频线圈的检查床，使受检查部位组织的一个目的层面处于所述样品区的中心；(3)用射频发射线圈发射射频场激活上述目的层面；(4)在样品区产生梯度场，对目的层面的核自旋进行空间编码；(5)对所述目的层面进行磁共振成像，用射频接收线圈接收目的层面的磁共振信号，经过磁共振成像系统的处理，得到反映病灶部位组织状况的图像；(6)通过磁共振成像系统调整层厚；(7)重复步骤(3)到(6)，进行多层面成像，得到反映检查部位所有组织状况的分层图像；(8)控制体外高能聚焦超声治疗装置的发射器运动，通过观察反映发射器位置实时变化的磁共振图像，使聚焦焦域定位在所选层面内需要治疗的目标部位内。
在使用中，还包括进一步包括以下步骤(9)启动聚焦超声波发射，观察实时反映所选层面内组织状况改变的磁共振图像，提取有关聚焦区域的温度分布信息。
下面结合附图和一个具体实施例对本发明进行详细说明，其中图1是本发明所述的采用高开放度水平场布置的永磁磁共振成像系统进行图像导引和治疗效果监测、检查的体外高能聚焦超声肿瘤治疗系统的一种实施例的结构示意图；图2是根据本发明一个实施例的高开放度水平场布置的U型永磁磁体的结构示意图；图3是根据本发明一个实施例的整个系统的体系构成框图；图4是按照本发明的一个实施例进行肿瘤治疗的流程图；图5是根据本发明实施例的磁共振成像层面与体外聚焦超声发射器聚焦焦域的关系；图6是根据本发明一个实施例的上部体外高能聚焦超声发射器及其吊架机构运动系统的结构示意图；图7是根据本发明一个实施例的上部体外高能聚焦超声发射器及其运动系统的其它结构方案；图8(a)、(b)是根据本发明一个实施例的上部体外高能聚焦超声发射器的工作原理示意图；图9(a)、(b)是根据本发明一个实施例的下部体外高能聚焦超声发射器及其运动系统的结构示意图；图10是根据本发明一个实施例的下部体外高能聚焦超声发射器的工作原理示意图；图11是两个高能聚焦超声发射器采用同一套脱气水生产和输送管路系统生产、过滤和供应脱气水的工作原理示意图；图12是根据本发明一个实施例的整个系统和电磁屏蔽扫描间为主体，构建介入诊断、治疗、手术一体化系统的示意图。
具体实施例方式
参照图1，该图整体示出了整个永磁磁共振成像导引体外高能聚焦超声肿瘤治疗系统的结构组成状况。其中1为永磁磁体系统、2为上部体外高能聚焦超声发射器及其轨道式吊架机构、3为检查床甲、4为包含下部体外高能聚焦超声发射器的检查床乙、5为发射器位置手动控制装置、6为与上部体外高能聚焦超声发射器配用的射频发射/接收线圈、7为与下部体外高能聚焦超声发射器配用的射频发射/接收线圈、8为患者治疗状况监视系统、9为心电门控于与呼吸门控装置、10为随床护理系统、11为电磁屏蔽扫描间、12为电磁屏蔽扫描间的传导板系统、13为梯度电源系统电气柜、14为射频电源系统电气柜、15为聚焦超声发射器驱动电源系统电气柜、16为脱气净化水处理柜、17为操作控制台、18为计算机柜。
参照图2，根据一个优选实施例，图示出了高开放度水平场布置的U型永磁磁体的结构组成。磁体系统主要是为了与含上下两个发射器的体外高能聚焦超声肿瘤治疗系统配套使用而设计的，磁体采用U型布置的结构。其中1-1为右侧轭铁、1-2为左侧轭铁、1-3为底部轭铁、1-4为右侧磁垛(N极)、1-5为左侧磁垛(S极)、1-6为右侧极靴、1-7为左侧极靴、1-8为第一梯度线圈、1-9为第二梯度线圈、1-10为用玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)材料制成的磁体外壳体、1-11为含保温层在内的磁体温度控制系统。由于U型永磁磁体本身和线圈等的大部分结构为现有技术，因此对其1-1到1-9项不做详细的描述。
磁体外壳体1-10采用分块设计、分块制造的方法制造而成，然后整体嵌合、拼接组装在一起，严密包裹住磁体系统，将其所有的机械和电气部件与患者隔开。
根据优选实施例，用玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)材料制成的磁体外壳体，采用分块设计、分块制造的方法制造而成，然后整体嵌合、拼接组装在一起，严密包裹住磁体系统，将其所有的机械和电气部件与患者隔开。
磁体外壳体1-10内的底部壳体设计有特殊的水收集系统以防止作为耦合物的脱气净化水泄漏并流入磁体而引起电气安全事故。
根据优选实施例，磁体温度控制系统1-11含有特殊设计的阻燃海绵材料保温层，其特征在于它由多种不同形状和尺寸的阻燃海绵材料块组成。这些材料块整体嵌合、搭接、叠压、拼接组装在一起，严密包裹住轭铁和布置在其上的由多个测温装置和电加热装置组成的反馈式温度控制系统，构成严密的磁体保温层，可以实现大面积的保温并保证磁体温度控制的均匀性、稳定性。
如图2所示，优选地，磁极之间的磁隙可用间距为600mm。这实现了安全容纳患者进行磁共振成像检查和聚焦超声发射治疗的需要，具有良好的人机工程学效果。不仅有益于患者克服幽闭恐惧感、还有益于医护人员实时观察患者状态、监测治疗过程。
参照图3所示的框图，描绘了根据一个实施例，整个系统的体系构成，可以了解主要的子系统之间的关系。这些子系统包括永磁磁体子系统；上部聚焦超声发射器子系统；下部聚焦超声发射器子系统；与上部聚焦超声发射器配用的患者承载定位子系统；与下部聚焦超声发射器配用的患者承载定位子系统；和计算机和图像处理子系统，其中永磁磁体子系统采用U型布置结构的磁体，该U型结构的永磁磁体的结构特征是在其自身中心营造出一个尺寸较大的椭球形均匀磁场样品区，一个通道式的前后贯通、上下方开敞的磁隙空间、一个大尺寸的可用磁隙间距和最大可用场强。
此外，在实际使用中还可包括上/下部聚焦超声发射器多自由度姿态控制子系统，高能聚焦超声波传导结构及传导介质处理子系统、扫描间与传导板子系统。
其中的计算机和图像处理子系统控制整个系统的工作和数据采集等，例如，可以包括控制梯度线圈的梯度控制器，控制RF信号发射和接收的序列发生、放大器，主计算机通过操作控制器、内置操作控制器对上/下部聚焦超声发射器多自由度姿态控制子系统、高能聚焦超声波传导结构及传导介质处理子系统、上/下部聚焦超声发射器电源系统等进行控制，通过数据检测滤波、数据采集、图像处理器、图像显示器等进行数据处理和图像显示。本领域技术人员可以容易地设计出该控制系统，图3清楚地显示了其中一种具体的配置方案。鉴于本发明可以采用属于现有技术的计算机和图像处理子系统，在此不必对其作出详细描述。
参照图4所示流程图，可以了解使用本发明进行肿瘤治疗的过程。
该实施例示出了采用高开放度永磁磁共振成像系统对体外高能聚焦超声肿瘤治疗进行图像导引和治疗过程监测、疗效检查的一种方法，它包括以下步骤(1)用永磁磁体在其自身中心营造出一个尺寸较大的椭球形均匀磁场样品区。磁体的构成特征是采用磁隙间距较大、磁极左右布置的水平场U型高开放式磁体结构，轭铁由左侧轭铁、右侧轭铁、底部轭铁三部分构成，左侧轭铁和右侧轭铁对称布置，底部轭铁是整个磁体的基础。右侧磁垛(N极)位于右侧轭铁的左侧，左侧磁垛(S极)位于左侧轭铁的右侧，两处磁垛平行相对。磁通由右侧磁垛发出，越过两垛之间的磁隙空间，穿入左侧磁垛，再由底部轭铁返回右侧磁垛，形成闭合回路；(2)通过在患者身体外侧设置扫描用信号接收/发射两用射频线圈，移动承载患者和射频线圈的检查床，使受检查病灶部位组织的一个目的层面处于所述样品区的中心；(3)用射频发射线圈发射射频场激活上述目的层面；(4)通过设置在磁体右侧磁垛和左侧磁垛面向患者一侧的两个梯度线圈在样品区产生梯度场，对目的层面的核自旋进行空间编码；(5)对所述目的层面进行磁共振成像。用射频接收线圈接收目的层面的磁共振信号，经过磁共振成像系统的处理，快速得到反映病灶部位组织状况的图像；(6)通过磁共振成像系统调整层厚，选择另一目的层面；(7)重复步骤(3)到(6)，进行多层面成像，得到反映病灶部位所有病变组织状况的分层图像；然后据此确定手术方案；(8)按照手术方案，选择治疗层面；(9)确定治疗层面后，通过手动控制体外高能聚焦超声肿瘤治疗装置的发射器运动，同时密切观察反映发射器位置实时变化的磁共振图像，使聚焦焦域定位在所选层面内需要治疗的病灶目标部位内；(10)启动聚焦超声波发射治疗，观察实时反映所选层面内病变组织状况改变的磁共振图像，提取有关聚焦区域的温度分布信息。判断所选聚焦焦域的治疗效果并决定延长治疗时间或完成治疗；(11)完成选定病灶目标部位的聚焦治疗后，根据所选择治疗层面内病灶部位的大小，通过手动控制体外聚焦超声肿瘤治疗装置发射器运动，使聚焦焦域在所选层面内的病灶部位内的未治疗区域内移动并重新定位。重复步骤(10)，经多次移动和定位，反复操作聚焦超声波发射治疗，使所选层面内需要治疗的病灶目标部位全部完成治疗和治疗效果检查；(12)选择新的治疗层面；(13)重复步骤(9)到步骤(12)，直到完成所有治疗层面内全部病灶目标部位的治疗过程和治疗效果检查。
参照图5可以了解磁共振成像层面与体外聚焦超声发射器聚焦焦域之间的关系。
按照笛卡尔坐标系的要求，复合后的整个系统的坐标系设置如下系统的x轴和z轴平面对应患者的横断面(Axial Plane)、系统的y轴和z轴平面对应患者矢状面(Sagittal Plane)，系统的x轴和y轴平面对应患者的冠状面(Coronal Plane)。
参照图6，可以了解上部体外高能聚焦超声发射器及其吊架机构的构成状况。
根据一个实施例，上部高能聚焦超声发射器2-1采用电机驱动的轨道式吊架机构2-2来实现其空间位置的运动、调整、配准和定位，吊架机构2-2能够实现上部高能聚焦超声发射器的左右(系统的x轴)、前后(系统的y轴)和上下升降运动(系统的z轴)、高能聚焦超声发射器的摆动(绕系统的x轴摆动)和高能聚焦超声发射器的旋转(绕系统的z轴旋转)五个运动轴的运动要求。
在一个示范性的例子中，y轴方向的运动由一套电机驱动、橡胶同步带、同步轮牵引的滑轨、滑板机构实现，滑轨固定在扫描间内磁体上方的铝型材制水平梁的下方；x轴方向的运动由另一套电机驱动、橡胶同步带、同步轮牵引的滑轨、滑板机构实现；x轴滑轨固定y轴滑板下方，x轴滑板的下方是z轴升降机构，z轴驱动装置位于x轴滑板内，采用重力平衡设置后的电机驱动的橡胶同步带升降牵引机构。上部高能聚焦超声发射器的俯仰运动由绕系统的z轴旋转和绕系统的x轴摆动组合来实现。z轴旋转系统由电机驱动的齿轮副机构组成，x轴摆动系统由电机驱动的橡胶同步带、同步轮传动机构构成。这两套运动机构安装在一个机体上工作，整体位于z轴升降机构的下方。每个运动轴都设置有脉冲编码器以精确测量位移和转角，设置行程开关以控制其运动范围，设置机械挡块以防止运动越程。上部高能聚焦超声发射器2-1及其吊架机构2-2的运动控制采用各个运动轴间相互独立的分步骤控制方式。采用两套附带图像实时显示器和设备急停开关手动控制装置，一套设置在磁体扫描间内，在磁体外侧靠近承载患者的检查床的位置；另一套手动控制装置设置在磁体扫描间外的操作控制台上，和磁共振操作控制系统、图像处理和显示系统、治疗区域温度显示系统、扫描间内外对讲和图像监视系统等合在一起使用。整个操作控制台设置有设备急停开关，以备应急处理。
由于整个运动机构和运动控制为现有技术，因此除了对其材料有所要求外，不对其做详细的描述。
在本发明中，由于5高斯线范围以内用到的机构及其组成零部件、元器件采用符合要求的工程塑料、非金属及弱磁性材料制造以回避材料问题对磁共振成像扫描造成的影响。因此该吊架机构2-2实际上已不同于目前常见的吊架式X光机等影像诊断设备、手术用无影灯、监视器、呼吸机、麻醉机等医用仪器设备所采用的类似轨道式或旋转滑移式吊架机构。
展开来讲，本发明在材料应用方面多次强调了位于5高斯线范围以内的上部高能聚焦超声发射器2-1的运动机构由特殊设计的非金属及弱磁性材料制造和装配完成这一技术特征。参照图7所示，可以了解关节式手术机器人夹持上部体外高能聚焦超声发射器2-1实现多自由度姿态控制的工作原理。如图7所示，这一技术特征不仅适用于本设计所叙述的轨道式电动吊架机构，还适用于机械手(关节式手术机器人、多坐标滑台及转台等)、旋转滑移式吊架等能够夹持上部高能聚焦超声发射器2-1完成治疗配准和定位要求的其它机械结构。只要他们满足其位于5高斯线范围以内的部分由本发明所实现的非金属及弱磁性材料制造和装配完成，都能配合磁共振系统完成高能聚焦超声系统的成像导引治疗过程。因此，本发明实际上容纳和涵盖了其它可以夹持上部高能聚焦超声发射器运动，配合U型永磁磁体完成高能聚焦超声治疗过程的运动机构，总的来说，包括轨道式电动吊架机构、轨道式手动吊架机构、机械手(关节式手术机器人、多坐标滑台及转台等)、旋转滑移式吊架等。
参照图8(a)、(b)所示，可以了解根据本发明的一个实施例，上部体外高能聚焦超声发射器的工作原理。上部体外高能聚焦超声发射器与患者皮肤之间采用充水式密闭柔性水囊2-3进行耦合，该水囊可采用聚酯薄膜、聚氯乙稀(PVC)、硅橡胶等材料制成，其形状易随躺在检查床甲3上的患者身体的轮廓而改变，这是目前成熟的耦合技术，不再赘述。它具有以下优点一方面，充满脱气水的密闭柔性水囊可完全覆盖高能聚焦超声聚焦波束区域并满足波束的透过要求，另一方面充水式密闭柔性水囊可保护患者免受高能聚焦超声发射器的运动在失去控制后可能对患者身体造成的挤压和伤害。
参照图1所示，上部高能聚焦超声发射器2-1的运动范围和工作区域包含在磁共振扫描用信号接收/发射两用线圈6在患者身体外侧安装就位后所留出的空隙内，上部高能聚焦超声发射器2-1的位置调整过程不应碰撞并影响信号接收/发射两用线圈6的位置以免影响磁共振扫描的图像质量。
参照图1所示，当上部高能聚焦超声发射器2-1独立工作时，扫描床甲3承载身体外侧安装好磁共振扫描用信号接收/发射两用线圈6的患者进入磁体1并在适宜位置就位并固定。该检查床甲3就位时，可使用激光定位灯来确定其准确的位置。由于检查床甲3在y轴方向的运动比较单一和简单，在x轴和z轴方向不需运动，并可利用激光定位灯在y轴方向准确定位，因此设计成简单支撑结构的、工作高度固定的手动操作床。
参照图9(a)和(b)所示，可以了解根据本发明的一个实施例，下部体外高能聚焦超声发射器4-8的系统构成。下部高能聚焦超声发射器4-8设计在承载患者的检查床乙4的玻璃钢制床面板下方。整个发射器整体包容在充满脱气净化水的密闭水箱内，水箱上表面与床面板平齐。
在一个示范性的例子中，密闭式水箱设计为六面体结构，包括下表面板4-1，由固定的环行框4-2和居于框内的柔性软膜4-3构成的上表面，四个侧面4-4、4-5、4-6、4-7也由柔性膜构成，与上下两个表面板密封连接在一起。上表面板固定在承载患者的检查床乙4的床面板上，与床面板平齐。下表面板承托着浸泡在其上方脱气净化水中的多元阵平面相控阵列式聚焦超声发射器4-8，可以实现左右(系统的x轴)、前后(系统的y轴)和上下位置调整运动(系统的z轴)三个运动轴的运动要求。四个侧面的柔性膜4-4、4-5、4-6、4-7随下表面固定板4-1的运动而运动，始终保持密闭式水箱的密闭状态。上表面板柔性软膜在充水后鼓起，与患者需要治疗的身体表面紧密耦合。
密闭式水箱的下表面板4-1采用电机驱动的橡胶同步带、同步轮牵引的滑轨、滑块机构来实现其空间位置的运动、调整、配准和定位，整个运动机构位于检查床乙的承托框架内部。每个运动轴都设置有脉冲编码器以精确测量位移和转角，设置行程开关以控制其运动范围，设置机械挡块以防止运动越程。下部高能聚焦超声发射器运动机构的运动控制采用各个运动轴间相互独立的分步骤控制方式。采用两套手动控制装置，一套与上部高能聚焦超声发射器设置在磁体扫描间内磁体外侧的手动控制系统复合在一起。另一套与上部高能聚焦超声发射器设置在磁体扫描间外操作控制台上的手动控制系统复合在一起。
由于整个运动机构和运动控制为现有技术，因此除了对其材料有所要求外，不对其做详细的描述。在本发明中，5高斯线范围以内用到的机构的组成零部件、元器件采用符合要求的非金属及弱磁性材料制造以回避材料问题对磁共振系统造成的影响。
参照图10所示，可以清楚了解根据本发明的一个实施例，下部体外高能聚焦超声发射器4-9进行治疗时的工作原理。
容纳下部高能聚焦超声发射器4-9的密闭式水箱与患者皮肤之间通过水箱上表面充水后鼓起的柔性软膜4-3进行耦合，该柔性软膜可采用聚酯薄膜、聚氯乙稀(PVC)、硅橡胶等材料制成，其鼓起部分的形状易随躺在检查床上的患者身体的轮廓而改变，这是目前成熟的耦合技术，不再赘述。高能聚焦超声聚焦波束区域完全包容于充满脱气水的密闭环境里，可完全覆盖并满足高能聚焦超声聚焦波束的透过要求。
在实际使用过程中，为提高或改进声学耦合效果，医护人员一般用水、超声传导性凝胶以及类似性能的材料4-10涂布在充水后鼓起的密闭柔性水囊和患者的皮肤之间。在进行类似操作时，应当注意不在声学耦合材料中夹杂含有铁磁性成份的金属微粒等，以免影响磁场均匀性，产生伪影。
下部高能聚焦超声发射器4-9的运动范围和工作区域包含在磁共振扫描用信号接收/发射两用线圈7在患者身体下方安装就位后所留出的空隙内，下部高能聚焦超声发射器4-9位置调整过程不应碰撞并影响信号接收/发射两用线圈7的位置设置以免影响磁共振扫描的图像质量。
参照图1所示，当需要下部高能聚焦超声发射器4-9独立工作时，先连接好有关电路和水路，然后让它随该检查床乙4、就位在检查床上的患者及包容患者扫描部位的信号接收/发射两用线圈7一起沿y轴方向运动，进入磁体1并在适宜位置就位并固定。该检查床就位时，可使用激光定位灯来确定其准确的位置。由于该检查床在y轴方向的运动比较单一和简单，在x轴方向不需运动，利用激光定位灯在y轴方向准确定位就可以了。
参照图11所示，根据本发明的一个实施例，上下两个高能聚焦超声发射器采用同一套脱气净化水生产和输送管路系统生产、过滤和供应脱气净化水，根据使用要求由控制系统决定上水、排水和停止供水。用于供应脱气净化水的管路系统应满足密封要求和磁共振扫描过程的要求，不遗漏液体锈蚀磁体系统，不影响磁场均匀区及磁共振扫描过程。脱气净化水输送管路连通位于磁体扫描间外的脱气净化水处理柜和磁体扫描间内的上下两个高能聚焦超声发射器，穿过磁体扫描间传导面板进入磁体扫描间。其在磁体扫描间内的管路分为两部分，一部分管路附在上部高能聚焦超声发射器的吊架机构中，并随吊架机构一起运动。吊架机构的机械运动不应对脱气水管路系统的正常运行造成影响。另一部分管路附在容纳下部高能聚焦超声发射器的检查床乙中，并随检查床乙一起运动。检查床乙的机械运动不应对脱气水管路系统的正常运行造成影响。
水路系统保持整个管路的洁净，严格防止管路系统中那些在制造和工作过程中产生的含有铁、钴、镍等铁磁性成份的金属微粒进入充水式密闭柔性水囊。这些微粒不仅会对磁场均匀性构成影响、对扫描图像产生伪影干扰，而且还有可能扎破密闭柔性水囊(或柔性薄膜)，造成脱气水泄露事故，伤及正在进行高能聚焦超声治疗的患者并损坏磁共振系统。
展开来讲，本发明强调了水路系统洁净度要求和有关的技术实施措施。在一个示范性的具体实施例中，高密度滤芯构成的多层脱气净化水过滤净化装置得到了成功的应用。此外，位于磁体扫描间之外的水源及水处理柜中的脱气净化水磁化过滤吸附装置也被证明是行之有效的水处理措施。这两点构成了脱气净化水在本设计中稳定、安全使用的基础。
参照图12所示，该图展示了以本发明所述的符合电磁屏蔽要求的磁体扫描间为基础，增加设备、扩大面积，改进为包括磁共振影像实时检查、体外高能聚焦超声治疗、外科手术等多种诊疗手段一体化的综合诊疗室的情况。
除了图1所示出的整个永磁磁共振成像导引体外高能聚焦超声肿瘤治疗系统的组成外，图12所示的扩大改进后的一体化综合诊疗室还包括手术器械台21、输液架22、麻醉机23、呼吸机24、监护仪25等。条件是它们不会对磁场均匀性构成影响、对磁共振扫描图像产生伪影干扰。
虽然以上根据本发明的具体实施例描述了本发明的设计思想和技术方案，本领域技术人员可以理解，在不偏离本发明的思想和范围的前提下，可以对说明书公开的具体技术方案可以进行各种变化和修改。
权利要求
1.一种采用永磁磁共振成像系统对体外高能聚焦超声治疗进行图像导引的方法，它包括以下步骤(1)用永磁磁体在其自身中心营造出一个均匀磁场样品区；(2)通过在被检查者身体外侧设置扫描用信号接收/发射两用射频线圈，移动承载被检查者和射频线圈的检查床，使受检查部位组织的一个目的层面处于所述样品区的中心；(3)用射频发射线圈发射射频场激活上述目的层面；(4)在样品区产生梯度场，对目的层面的核自旋进行空间编码；(5)对所述目的层面进行磁共振成像，用射频接收线圈接收目的层面的磁共振信号，经过磁共振成像系统的处理，得到反映病灶部位组织状况的图像；(6)通过磁共振成像系统调整层厚；(7)重复步骤(3)到(6)，进行多层面成像，得到反映检查部位所有组织状况的分层图像；(8)控制体外高能聚焦超声治疗装置的发射器运动，通过观察反映发射器位置实时变化的磁共振图像，使聚焦焦域定位在所选层面内需要治疗的目标部位内。
2.根据权利要求1的方法，进一步包括以下步骤(9)启动聚焦超声波发射，观察实时反映所选层面内组织状况改变的磁共振图像，提取有关聚焦区域的温度分布信息。
3.根据权利要求1的方法，其中磁体的结构特征是采用磁隙间距较大、磁极左右布置的水平场U型高开放式磁体结构，轭铁由左侧轭铁、右侧轭铁、底部轭铁三部分构成，左侧轭铁和右侧轭铁对称布置，底部轭铁是整个磁体的基础；右侧磁垛(N极)位于右侧轭铁的左侧，左侧磁垛(S极)位于左侧轭铁的右侧，两处磁垛平行相对；磁通由右侧磁垛发出，越过两垛之间的磁隙空间，穿入左侧磁垛，再由底部轭铁返回右侧磁垛，形成闭合回路。
4.根据权利要求3的方法，其中，通过设置在磁体右侧磁垛和左侧磁垛面向被检查者一侧的两个梯度线圈而在样品区产生梯度场。
5.一种与体外高能聚焦超声治疗系统配合使用的水平场永磁磁共振成像系统，它包括用于营造出一个均匀磁场样品区的永磁磁体子系统；用于在样品区产生梯度场的梯度子系统；用于发射射频场激活被检查对象的目的层面的射频子系统；包含上部高能聚焦超声发射器的上部聚焦超声发射器子系统；包含下部高能聚焦超声发射器的下部聚焦超声发射器子系统；与上部聚焦超声发射器配用的被检查对象承载定位子系统；与下部聚焦超声发射器配用的被检查对象承载定位子系统；和计算机与图像处理子系统，其中永磁磁体子系统采用U型布置结构的磁体，该U型结构的永磁磁体的结构特征是在其自身中心营造出一个尺寸较大的椭球形均匀磁场样品区，一个通道式的前后贯通、上下方开敞的磁隙空间、一个大尺寸的可用磁隙间距和最大可用场强。
6.根据权利要求5的系统，其中，永磁磁体子系统的U型结构永磁磁体的结构为采用磁极左右布置的U型高开放式磁体结构，轭铁由左侧轭铁、右侧轭铁、底部轭铁三部分构成，左侧轭铁和右侧轭铁对称布置，固定在底部轭铁上，底部轭铁是整个磁体的基础；右侧磁垛(N极)位于右侧轭铁的左侧，左侧磁垛(S极)位于左侧轭铁的右侧，两磁垛平行相对；磁通由右侧磁垛发出，越过两垛之间的磁隙空间，穿入左侧磁垛，再由底部轭铁返回右侧磁垛，形成闭合回路；其中梯度子系统包括在上述磁体右侧磁垛和左侧磁垛面向被检查对象的一侧布置的第一和第二梯度线圈，两梯度线圈平行相对。
7.根据权利要求6的系统，其中，磁体整体温度的稳定由安装在轭铁上的由多个测温装置和电加热装置组成的反馈式温度控制系统以及包裹轭铁，防止热量散失的保温层来实现。
8.根据权利要求6的系统，其中，磁极之间的磁隙可用间距为600mm。
9.根据权利要求5或6的系统，其中，椭球形均匀磁场样品区，椭球的三个半径值分别为400mm、400mm和380mm；可以容纳上下两个高能聚焦超声发射器在其区域内运动、工作，容纳磁共振信号接收/发射两用射频线圈在其区域内设置，容纳被检查对象及被检查对象承载定位子系统在其区域内运动、工作，以及心电门控用探头，呼吸门控探头、有创测温针等装置在其区域内工作；所有这些元器件和装置都用非金属及无磁性材料制造和装配完成。
10.根据权利要求5或6的系统，其中，上下两个高能聚焦超声发射器可以分别独立地进行工作。
11.根据权利要求10的系统，其中，上下两个高能聚焦超声发射器中至少一个采用多阵元相控阵列式聚焦超声发射器，所述多阵元相控阵列式聚焦超声发射器选自多阵元球面相控阵列式聚焦超声发射器、多阵元弧面相控阵列式聚焦超声发射器或多阵元平面相控阵列式聚焦超声发射器。
12.根据权利要求6的系统，其中，用玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)材料制成磁体外壳体，采用分块设计、分块制造的方法制造而成，然后整体嵌合、拼接组装在一起，严密包裹住磁体系统，将其所有的机械和电气部件与被检查对象隔开。底部壳体设计有特殊的水收集系统以防止作为耦合物的脱气净化水泄漏并流入磁体而引起电气安全事故。
13.根据权利要求5、6、11中任一个的系统，其中，与上部聚焦超声发射器配用的被检查对象承载定位子系统为检查床甲，与下部聚焦超声发射器配用的被检查对象承载定位子系统为检查床乙，它们在永磁磁体5高斯线范围内的部分由非导电、非金属及无磁性材料制成，床面板由高强度、耐变形的玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)材料制成。
14.根据权利要求5或6的系统，其中，上下两个高能聚焦超声发射器及其大部分运动支撑机构、脱气净化水耦和装置等在永磁磁体的5高斯线范围内使用。所用零部件和元器件由非导电、非金属及无磁性材料制成。
15.根据权利要求5或6的系统，还包括脱气净化水输水管路系统，管路系统中使用了高密度滤芯构成的多层脱气水过滤净化装置和位于磁体扫描间外的水源及水处理柜中的脱气水磁化过滤吸附装置来保持整个管路的洁净。
16.根据权利要求13的系统，其中，检查床乙包容下部高能聚焦超声发射器及其运动支撑机构、脱气净化水耦和装置等。当不需要使用下部高能聚焦超声发射器时，可以将检查床乙从磁体工作区域推出，换上检查床甲配合上部高能聚焦超声发射器工作或只做独立的磁共振影像检查。
17.根据权利要求13的系统，其中，检查床甲是一付高度尺寸固定的担架床。它主要承载身体外侧设置好射频发射/接收线圈的被检查对象进入磁体的均匀样品区并固定在工作位置。
18.根据权利要求6的系统，其中，所述U型布置永磁磁体，其特征在于所述磁垛由单一种类的永磁材料构成。永磁材料可以选用不同牌号的烧结钕铁硼、钐钴合金。
19.根据权利要求7的系统，其中，保温层包括阻燃海绵材料，其特征在于由多种不同形状和尺寸的阻燃海绵材料块组成。这些材料块整体嵌合、搭接、叠压、拼接组装在一起，严密包裹住轭铁和布置在其上的由多个测温装置和电加热装置组成的反馈式温度控制系统，由此构成严密的磁体保温层。
全文摘要
本发明使用U型结构的0.35T/0.45T永磁高开放度水平场磁共振成像系统。将永磁磁体、梯度线圈、射频接收/发射线圈、高能聚焦超声发射器、患者承载定位装置(检查床或椅)复合为一个一体化的系统，复合实时图像检查、肿瘤治疗、温度控制等功能。使用相控阵列式聚焦超声发射器，并结合实时的损伤组织可视化，减少病人需要的重复治疗的次数，缩短治疗时间。在术前和术中使用磁共振快速序列进行实时扫描成像，实时清晰观察病灶部位的变化。从磁共振成像的参数(例如T1、弥散和化学位移等)中提取治疗部位的温度信息，精确控制治疗过程。
文档编号A61B7/02GK1903121SQ20061011139
公开日2007年1月31日 申请日期2006年8月25日 优先权日2006年8月25日
发明者赵明, 吴晓东 申请人:北京源德生物医学工程有限公司