加速的磁共振测温法
【专利摘要】一种医疗装置（300、400、500、600）包括磁共振成像系统（302）。所述医疗装置还包括存储由处理器（326）执行的机器可读指令（352、354、356、358、470、472、474）的存储器（332）。所述指令的执行令所述处理器采集（100、202）谱磁共振数据（334）。所述指令的执行还令所述处理器使用所述谱磁共振数据计算（102、204）校准热图（336）。所述指令的执行还令所述处理器采集（104、206）基线磁共振测温数据（338）。所述指令的执行还令所述处理器重复采集（106、212）磁共振测温数据（340）。所述指令的执行还令所述处理器使用所述磁共振测温数据、所述校准热图以及所述基线磁共振测温数据计算（108、214）温度图（351）。
【专利说明】加速的磁共振测温法
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁共振成像，具体而言涉及使用磁共振成像测量温度。
【背景技术】
[0002]近年来，磁共振测温法已经与各种加热或冷却组织以用于治疗的器件相耦合。测量组织加热或冷却的效果允许指导治疗，并且还能够评估对受试者的治疗性处置的效果。
[0003]在高强度聚焦超声(HIFU)治疗中，使用例如磁共振成像(MRI)的可靠实时温度监测是必要的，以确保目标的充分热坏死，同时避免周围健康组织过度加热和损伤。为了实现足够的时间和空间分辨率，需要优选具有高空间分辨率的快速成像，同时保持足够的SNR，以重建可靠的温度测量结果。
[0004]在Rieke 和 Pauly 的《MR Thermometry)) (J.Magn.Reson.1maging,第 27 卷(2008年)，第376-390页)中，回顾了磁共振测温法的基本技术。该文章还简要论述了 Tl和质子共振频率(PRF) MR测温技术的组合。
【发明内容】
[0005]本发明涉及独立权利要求中的一种医疗装置、一种方法和一种计算机程序产品。在从属权利要求中给出了实施例。
[0006]有若干不同的方法通过利用磁共振成像测量温度。通常使用的是基于质子共振频率(PRF)的温度测绘，因为它能够从感兴趣对象或组织以高信噪比快速且精确地产生连续温度图。该方法的缺点是它不给出绝对温度，而是给出相对于特定的，假定已知的初始状态的温度变化。另一种方法，即质子谱(PS)温度成像方法，产生具有绝对温标的温度图，但该方法速度太慢而不能用于针对大部分应用的连续成像。本发明的实施例可以组合两种方法，即基于质子频率的温度测绘和质子谱成像温度测绘方法，以这样的方式将谱成像用于利用PRF方法在测量温度图期间/之前/之后获得初始估计和/或完整性检查。
[0007]基于水质子共振频率的温度测绘方法基于水质子原子核的性质，即原子核经受的局部磁场线性地依赖于至少在20-80°C温度范围中的温度。这导致在RF调节梯度回波图像上原子核的相位线性地依赖于它们的温度。用于计算的公式为:
[0008]Δ T=T-Tref= (Φ (T) - Φ (Tref) )/(a y TeB0)，
[0009]其中Φ是温度T和Iref下的相位图像，α是ppm*°C 的水化学位移，Y是质子的回转磁比，Te是回波时间，并且Btl是主磁场。该方法几乎独立于组织组成。
[0010]基于质子谱成像的温度测绘方法能够在绝对标尺上产生温度图。该方法像PRF方法一样依赖于水质子共振位移温度依赖性的相同物理原理，但采集方法不同:从磁共振谱计算频移。从水与参考质子峰的位置差计算位移。例如，可以将脂质中的质子用作参考，因为已知它们的共振频率几乎独立于温度，而水质子峰对温度具有线性依赖性。这能够在存在两种组织类型的体素中完成。如果水和脂质不存在相同体素中，则可以尝试使用脂质之外的某种其他组织类型作为参考。如果不成功，则可能有一些体素中参考峰不可用，并因此温度数据不可用。可以使用内插和/或温度滤波来辅助这些状况，因为通常预计体温不会随着高度局域化的温度升高在空间上迅速变化，通常由热治疗造成的温度升高是明显的例夕卜。参考峰的利用使得该方法相对独立于场漂移或扫描中运动。因为利用当前的方法扫描要花费至少大约一分钟的时间，所以PS方法在扫描期间易受扫描中运动或温度变化的影响。在温度在时间和空间上都恒定或温度变化小的情况下，该方法能够产生有用信息。例如，对于磁共振引导的高强度聚焦超声(MR-HIFU)，能够使用PS方法在开始MR-HIFU处置之前提供实际的体温分布，而不是如当前实施的那样，使用获取的空间均匀的起始温度作为利用温度计探头测量的体中心温度。或者，可以将PS方法用作针对处置区域外部的处置加热之间的累积温度的完整性检查。
[0011]在获得绝对标尺温度图中对常规质子谱成像的备选方法是使用双回波序列或多回波序列，例如快速场回波(FFE)序列。通过比较水质子的回波与参考组织回波来获得水质子的PRF位移，预计参考回波随着温度保持在不变的位置。例如，能够对回波数据进行最小二乘法拟合以获得可靠估计。该方法能够比常规谱法快很多，但能够受到相同体素中的水和参考组织之外的其他源的回波影响。该方法也能够与在上述质子谱方法中所使用的相同的PRF方法组合。
[0012]PRF方法和PS方法的这两种方法都有不同的缺点。组合这两种方法，能够减轻该缺点并能够执行更可靠的温度测量。
[0013]例如，在磁共振成像的医疗应用中使用基于质子共振频率的方法。一个范例是磁共振引导的高强度聚焦超声治疗，以确定感兴趣组织的温度。PRF方法非常适于连续成像，但具有如下缺点:它不给出绝对温度，而是仅给出相对于初始状态的温度。如果例如初始状态与预计的初始状态不同，或在测量期间或各测量之间发生影响所研究质子相位的其他变化，则在利用该方法获得的温度中能够有大的误差，并且估计有诱发的热损伤。另一方面，PS方法产生绝对标尺温度图，但对于连续成像而言太慢。而且，在长采集时间期间温度能够发生变化。因此，该方法不适于在MR-HIFU治疗中单独使用。如果以这样的方式组合PRF和PS方法这两种方法，即PRF方法用于MR-HIFU超声作用期间的连续测量并且PF方法用于测量例如初始状态和/或在超声作用期间进行的PRF测量之间或之后的记录，则能够使温度测量方法更可靠。
[0014]组合使用两种不同的温度测绘方法(PRF和PS方法)以利用每种的优良性质并克服与每种方法相关的问题。
[0015]PRF方法和PS方法的这两种方法都已根据其自身建立了温度测量方法。本创新的潜在用途的一个范例是MR-HIFU治疗。可以将PRF方法用作该应用中的标准温度测绘工具。以大约3s的间隔测量温度，在大约3分钟的间隔中重复大约30s的超声加热。在第一种近似中，可以假设人体中的初始温度在各处都恒定。还可以假设，在相继的超声加热之间的等待时间中，加热区域外部的组织温度返回到初始状态。然而，这两个假设绝不是完全正确的。能够直接通过使用PS方法测量初始状态中以及(加热区域外部的)加热事件之间或期间的温度分布，并且能够将所得的温度图用作针对下一次PRF温度测量的初始状态。
[0016]能够将使用PRF方法对例如人或动物组织或任何其他材料进行温度测量的任何应用与PS方法组合，以允许在PRF测量之前/期间/之后执行初始估计或完整性检查。例如，在磁共振引导的高强度聚焦超声治疗中使用PRF温度测绘以在超声消融之前、期间以及之后监测目标和周围组织的温度。能够利用PS方法获得组织初始温度图的更准确估计，并且之后能够使用PRF方法跟踪温度相对于测量的初始状态的变化。而且，能够利用PS方法在利用超声加热组织期间或之后进行检查。该组合能够是自动的，或者温度图能够被提供给用户，以进行视觉分析而无需任何进一步的计算处理。
[0017]这里将磁共振(MR)数据定义为磁共振成像扫描期间由磁共振装置的天线记录的由原子自旋发射的射频信号的测量结果。这里将磁共振成像(MRI)图像定义为磁共振成像数据之内包含的解剖数据的重建的二维或三维可视化。能够使用计算机执行这种可视化。
[0018]这里将MR测温数据定义为磁共振成像扫描期间磁共振装置的天线记录的由原子自旋发射的射频信号的测量结果，其包含可以用于磁共振测温的信息。磁共振测温法通过测量温度敏感参数的变化来起作用。可以在磁共振测温法中测量的参数范例是:质子共振频移、扩散系数，或者Tl和/或T2弛豫时间的变化可以用于使用磁共振测量温度。质子共振频移是温度依赖的，因为个体质子、氢原子经受的磁场依赖于周围的分子结构。由于温度影响到氢键，所以温度升高会降低分子筛选作用。这会导致质子共振频率的温度依赖性。
[0019]质子密度线性地依赖于平衡磁化。因此能够使用质子密度加权图像确定温度变化。
[0020]弛豫时间T1、T2和T2星(有时写作T2*)也是温度依赖的。因此Τ1，Τ2和Τ2星加权图像的重建能够用于构建热图或温度图。
[0021]温度还影响水溶液中分子的布朗运动。因此，可以使用能够测量扩散系数的脉冲序列，例如脉冲扩散梯度自旋回波，来测量温度。
[0022]使用磁共振测量温度的最有用方法之一是测量水质子的质子共振频率(PRF)位移。质子的共振频率是温度依赖的。由于体素中的温度变化，频移将令水质子的测量相位改变。因此能够确定两幅相位图像之间的温度变化。这种确定温度的方法有这样的好处，即其与其他方法相比相对快。在与其他方法相比，这里更详细地论述PRF方法。然而，这里论述的方法和技术还适用于利用磁共振成像执行测温的其他方法。
[0023]这里将谱磁共振数据定义为在磁共振成像扫描期间磁共振装置的天线记录的由原子自旋发射的射频信号的测量结果，其包含描述多个共振峰的信息。
[0024]这里使用的“超声窗口 ”涵盖能够发射超声波或能量的窗口。通常，将薄膜或膜用作超声窗口。超声窗口例如可以由BoPET (双轴取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜制成。
[0025]这里使用的“计算机可读存储介质”涵盖任何有形的存储介质，其可以存储可由计算设备的处理器执行的指令。可以将计算机可读存储介质称为计算机可读非暂态存储介质。也可以将计算机可读存储介质称为有形的计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质也可以能够存储能够由计算设备的处理器访问的数据。计算机可读存储介质的范例包括，但不限于:软盘、磁性硬盘驱动器、固态硬盘、闪速存储器、USB拇指驱动器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光盘、磁光盘以及处理器的寄存器文件。光盘的范例包括压缩盘(CD)和数字多用盘(DVD)，例如CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-Rff或DVD-R盘。术语计算机可读存储介质还指能够由计算机设备经由网络或通信链路访问的各种类型的记录介质。例如，可以通过调制调解器、通过因特网或通过局域网检索数据。
[0026]“计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是处理器可直接访问的任何存储器。计算机存储器的范例包括，但不限于:RAM存储器、寄存器以及寄存器文件。
[0027]“计算机存储设备”或“存储设备”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储设备是任何非易失性计算机可读存储介质。计算机存储设备的范例包括，但不限于:硬盘驱动器、USB拇指驱动器、软盘驱动器、智能卡、DVD、⑶-ROM以及固态硬盘驱动器。在一些实施例中，计算机存储设备也可以是计算机存储器，或者反之亦然。
[0028]这里使用的“计算设备”涵盖包括处理器的任何设备。这里使用的“处理器”涵盖能够执行程序或机器可执行指令的电子部件。包括“处理器”的计算设备的参考应当被解读为能够包含超过一个处理器或处理内核。处理器例如可以是多核处理器。处理器也可以指单个计算机系统之内的或分布于多个计算机系统间的处理器的集合。术语计算设备也应该解读为能够指计算设备的集合或网络，每个计算设备都包括一个或多个处理器。很多程序的指令是由多个处理器执行的，所述多个处理器可以在相同计算设备之内或者甚至可以分布在多个计算设备之间。
[0029]这里使用的“用户接口 ”是允许用户或操作者与计算机或计算机系统交互的接口。“用户接口 ”也可以称为“人类接口设备”。用户接口可以向操作者提供信息或数据和/或从操作者接收信息或数据。用户接口可以使来自操作者的输入能够被计算机接收，并可以从计算机向用户提供输出。换言之，用户接口可以允许操作者控制或操纵计算机，并且该接口可以允许计算机指示操作者的控制或操纵的效果。在显示器或图形用户接口上显示数据或信息是向操作者提供信息的范例。通过键盘、鼠标、跟踪球、触摸板、指点杆、图形输入板、操纵杆、游戏板、网络摄像头、头盔、变速杆、方向盘、踏板、有线手套、舞蹈板、遥控器以及加速度计接收数据都是实现从操作者接收信息或数据的用户接口部件的范例。
[0030]这里使用的“硬件接口 ”涵盖了使计算机系统的处理器能够与外部计算设备和/或装置交互和/或控制外部计算设备和/或装置的接口。硬件接口可以允许处理器向外部计算设备和/或装置发送控制信号或指令。硬件接口还可以使处理器能够与外部计算设备和/或装置交换数据。硬件接口的范例包括，但不限于:通用串行总线、IEEE1394端口、并行端口、IEEE1284端口、串行端口、RS-232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、TCP/IP连接、以太网连接、控制电压接口、MIDI接口、模拟输入接口以及数字输入接口。
[0031]这里使用的“显示器”或“显示设备”涵盖适于显示图像或数据的输出设备或用户接口。显示器可以输出视觉、听觉和/或触觉数据。显示器的范例包括，但不限于:计算机监视器、电视屏幕、触摸屏、触觉电子显示器、盲文屏幕、阴极射线管(CRT)、存储管、双稳态显示器、电子纸张、矢量显示器、平板显示器、真空荧光显示器(VF)、发光二极管(LED)显示器、电致发光显示器(ELD)、等离子体显示板(PDP)、液晶显示器(IXD)、有机发光二极管显示器(0LED)、投影仪以及头戴显示器。
[0032]在一个方面中，本发明提供了 一种包括用于采集磁共振数据的磁共振成像系统的医疗装置。所述医疗装置还包括用于控制所述医疗装置的处理器。所述医疗装置还包括包含由所述处理器执行的机器可读指令的存储器。所述机器可读指令的执行令所述处理器采集谱磁共振数据。这里使用的谱磁共振数据涵盖包括关于超过一个共振峰的信息的磁共振数据。
[0033]所述指令的执行还令所述处理器使用所述谱磁共振数据计算校准热图。如果体素包含特定类型的组织，例如动物脂肪或脂肪组织，那么可以使用谱方法确定该体素内的绝对温度。然而，针对整个切片或体积采集谱磁共振数据耗费时间。所述机器可读指令的执行还令所述处理器采集基线磁共振测温数据。所述基线磁共振测温数据仅仅是用作所述校准热图的参考的磁共振测温数据的标签。前面概述为针对使用磁共振测温法确定温度是有用的技术通过标注各种参数的变化进行工作。因此可以将所述基线磁共振测温数据用作相对上述校准热图的参考。
[0034]所述指令的执行还令所述处理器重复采集磁共振测温数据。所述机器可所述指令的执行还令所述处理器也使用所述磁共振测温数据、所述校准热图以及所述基线磁共振测温数据重复计算温度图。
[0035]本实施例是有利的，因为它组合了执行谱测量的准确性以利用其他温度测量技术的速度确定绝对温度。例如，测量温度的质子共振频移方法是极快的。然而，它仅仅测量温度的相对变化。所要求保护的装置首先获得绝对温度的准确谱测量，之后使用另一相对技术快速采集和构建温度图。
[0036]在另一实施例中，所述医疗装置还包括用于处置受试者的目标体积的温度处置系统。在采集磁共振测温数据期间，所述指令的执行还令所述处理器根据所述温度图生成温度处置系统命令。在一些实施例中，也可以使用处置计划生成所述温度处置系统命令。所述温度处置系统命令使所述温度处置系统处置目标区。例如，所述温度处置系统命令可以是操作所述温度处置系统的命令或指令。可以使用所述温度图确定所述温度处置系统正加热受试者的哪些区域。通过使用所述温度图生成所述温度处置系统命令，实质上创建了反馈和控制回路。这里使用的处置计划涵盖用于执行治疗的描述或指令。在这种情况下，处置计划将用于加热受试者的目标体积。所述医疗装置例如可以具有软件模块，所述软件模块将所述温度图和/或处置计划作为输入，并之后能够生成用于控制所述温度处置系统的命令。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器向所述温度处置系统发送所述温度处置系统命令。通过向所述温度处置系统发送所述温度处置系统命令，这实际上令所述温度处置系统处置所述目标体积。
[0037]在另一实施例中，所述指令的执行还令所述处理器生成暂停命令，所述暂停命令使所述温度处置系统暂停处置所述目标区预定时间段。例如，高强度聚焦超声系统可以加热一段时间，之后在继续加热之前等候一段时间。这可能是必要的，以允许目标和换能器之间的皮肤和其他健康组织冷却下来。这里使用的暂停命令也是能够控制所述温度处置系统的命令。所述暂停命令特定地令所述温度处置系统暂停或停顿对所述目标体积的温度处置。所述机器可读指令的执行还令所述处理器向所述温度处置系统发送所述暂停命令。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器在预定时间段期间重新采集所述谱磁共振数据。
[0038]所述指令的执行还令所述处理器使用所述谱磁共振数据重新计算所述校准热图。所述指令的执行还令所述处理器重新采集所述基线磁共振测温数据。本实施例是尤其有利的，因为在延长的时间段上，所述温度图可能变得越来越不准确。实质上，影响磁共振测量结果的任何东西都可能这样做。例如，在磁场中可能有BO漂移，梯度场可以加热，并可以改变它们产生的磁场，并且在导致与受试者体内温度变化不相关的磁共振测温数据变化的过程期间，也可能有加热或变化的其他部件。当在多个相继的加热事件上执行PRF测温时，例如当测量由来自第一到当前的所有加热事件诱导的温度变化时，本实施例尤其有利的。这种累积的测温法要求使用校正法消除在加热事件之间机械移动热施加器的影响，这是例如HIFU治疗中所需的。如果不加补偿，施加器的这种运动通常导致磁化率变化，并因此导致PRF测温伪影。这样的补偿通常不完美，并且可能随着时间导致显著的额外温度伪影。
[0039]在预定时间段期间暂停所述温度处置系统的同时，使用所述磁共振成像系统重新采集所述谱磁共振数据和所述基线磁共振测温数据，从而可以创建新的校准热图。当利用所述医疗装置执行的治疗具有长持续时间时，这是特别有益的。
[0040]在另一实施例中，所述温度处置系统为高强度聚焦超声系统。
[0041]在另一实施例中，所述温度处置系统为射频组织处置系统。例如，射频天线可以用于使用射频能加热所述目标体积。通常，额外的天线用于或放置在受试者附近，以生成加热目标区的射频能。
[0042]在另一实施例中，所述温度处置系统为微波施加器。微波施加器适于将微波能引导到目标区。这能够导致目标区温度升高。
[0043]在另一实施例中，所述温度处置系统为低温消融器。低温消融器适于将目标区或目标区的一部分冷却到导致组织消融的温度。
[0044]在另一实施例中，所述温度处置系统为激光器。激光器可以用于选择性地消融组织。
[0045]在另一实施例中，根据处置计划生成所述温度处置系统命令。
[0046]在另一实施例中，根据所述温度图生成所述温度处置系统命令。
[0047]在另一实施例中，根据所述处置计划和所述温度图两者生成所述温度处置系统命令。
[0048]在另一实施例中，所述机器可读指令的执行还令所述处理器识别所述校准热图中缺少用于计算所述热图的谱热磁共振数据的体素。所述指令的执行还令所述处理器将所述热图外插到所识别的体素中。为了使用谱方法绝对地校准体素之内的温度，需要有特定类型组织的存在。例如，如果有脂肪或动物脂肪组织，测量结果能够由水和束缚到脂肪或油分子的质子构成，以便绝对地确定温度。然而，在一些体素之内，可能没有能够用于校准的组织。这个问题的通常解决方案是简单地假设所有体素都具有相同的起始温度。当在受试者体内的温度不均匀时，这种假设是不正确的，而在受试者体内的温度始终至少在一定程度上不均匀。例如，如果受试者刚刚经历过加热，那么预计受试者体内的温度会非常不均匀。这是特别有利的实施例，因为它允许当在受试者体内温度不均匀时构建校准热图。
[0049]在另一实施例中，所述热图是使用受试者的热模型外插和/或细化的。例如，受试者体内可能有不同的组织类型。通过获知这些各种组织类型的性质，就能够使用热模型，所述热模型可以能够准确地重建所识别的体素中的温度。在一些实施例中，可以首先执行内插以用作模型的种子值。使用模型细化通过内插做出的温度估计对于消除从一个体素到下一个体素的非物理温度变化而言可以是有用的。
[0050]在另一实施例中，所述机器可执行指令的执行还令所述处理器使用所述谱磁共振数据构建所述热模型。例如，使用谱磁共振数据采集的数据可以足够确定每个体素中的组织类型。这额可以用于构建所述热模型。
[0051]当使用热模型计算温度时，例如它可以是有限差分类型的模型，或者也可以是类似于集总元件模型的某种模型。实质上，能够对跨过每个个体体素之间边界的热流进行建模。[0052]在另一实施例中，所述医疗装置还包括用于处置受试者目标体积的温度处置系统。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器在采集磁共振测温数据期间处置所述目标体积。通过热模型对目标模型的处置进行建模。例如，所述温度处置系统可以令已知量增加到撤出特定体素。这可以结合热模型用于更准确地确定所识别的体素之内的温度。
[0053]在另一实施例中，所述热图是通过在所识别体素中内插温度而外插的。在本实施例中，并不使用复杂模型，而是简单地通过在所识别体素中内插温度执行所述温度图。在更复杂的热模型不可用或不能构建的情况下，这可以是有用的。不过，这将比假设受试者体内温度是均匀的更准确。当将所内插的值用作模型计算的初始值或种子值时，执行内插也可以是有益的。
[0054]在另一实施例中，所述磁共振测温数据包括质子密度数据。
[0055]在另一实施例中，所述磁共振测温数据包括Tl弛豫时间数据。
[0056]在另一实施例中，所述磁共振测温数据包括T2弛豫时间数据。
[0057]在另一实施例中，所述磁共振测温数据包括T2星弛豫时间数据。
[0058]在另一实施例中，所述磁共振测温数据包括扩散系数数据。
[0059]在另一实施例中，所述磁共振测温数据包括质子共振频移数据。
[0060]在另一实施例中，所述磁共振测温数据包括可能是磁共振测温数据的上述可能性的组合。
[0061]在另一实施例中，所述谱磁共振数据描述多个共振峰的质子共振频移。所述多个共振峰用于能够绝对地识别温度。一些质子共振频移对温度不是非常敏感，而其他的则极端敏感。通过比较具有不同温度灵敏度的两个峰，可以计算或确定体素之内的绝对温度。
[0062]在另一方面中，本发明提供了一种操作医疗装置的方法。类似地，本发明还提供了一种操作医疗装置的计算机实施的方法。所述装置包括用于采集磁共振数据的医疗共振成像系统。所述方法包括采集谱磁共振数据的步骤。所述方法还包括使用所述谱磁共振数据计算校准热图的步骤。所述方法还包括采集基线磁共振测温数据的步骤。所述方法还包括重复采集磁共振测温数据的步骤。所述方法还包括重复执行使用所述磁共振测温数据计算温度图的步骤。所述方法还包括使用所述磁共振测温数据、所述校准热图和所述基线磁共振测温数据重复计算温度图。
[0063]在另一方面中，本发明提供了一种计算机程序产品，其包括用于控制医疗装置的机器可执行指令。例如，所述计算机程序产品可以存储于计算机可读存储介质上。所述医疗装置包括用于采集磁共振数据的磁共振成像系统。所述医疗装置还包括用于执行所述指令的处理器。所述指令的执行令所述处理器采集谱磁共振数据。所述指令的执行还令所述处理器使用所述谱磁共振数据计算校准热图。所述指令的执行还令所述处理器采集基线磁共振测温数据。所述指令的执行还令所述处理器重复采集磁共振测温数据。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器使用所述磁共振测温数据、所述校准热图和所述基线磁共振测温数据计算温度图。
【专利附图】
【附图说明】
[0064]在下文中将仅通过举例，并参考附图描述本发明的优选实施例，在附图中:
[0065]图1示出了流程图，其图示了根据本发明实施例的方法；[0066]图2示出了流程图，其图示了根据本发明另一实施例的方法；
[0067]图3示出了根据本发明实施例的医疗装置的实施例；
[0068]图4示出了根据本发明另一实施例的医疗装置的实施例；
[0069]图5示出了根据本发明另一实施例的医疗装置的实施例；
[0070]图6示出了根据本发明另一实施例的医疗装置的实施例；
[0071]图7示出了曲线图，其用于图示在校准热图中外插体素中温度的方法；
[0072]图8示出了曲线图，其用于图示在校准热图中外插体素中温度的另一种方法；并且
[0073]图9示出了曲线图，其用于图示在校准热图中外插体素中温度的另一种方法。
[0074]附图标记列表
[0075]300医疗装置
[0076]302磁共振成像系统
[0077]304 磁体
[0078]306磁体的膛
[0079]308成像区
[0080]310磁场梯度线圈
[0081]312磁场梯度线圈电源
[0082]314射频线圈
[0083]316收发器
[0084]318受试者
[0085]320受试者支撑物
[0086]322计算机系统
[0087]324 硬件接 口
[0088]326 处理器
[0089]328 用户接口
[0090]330计算机存储设备
[0091]332计算机存储器
[0092]334谱磁共振数据
[0093]336校准热图
[0094]338基线磁共振测温数据
[0095]340磁共振测温数据
[0096]342谱脉冲序列
[0097]344磁共振测温脉冲序列
[0098]346质子密度脉冲序列
[0099]348磁共振数据
[0100]350磁共振图像
[0101]351温度图
[0102]352控制模块
[0103]354校准热图模块[0104]356温度图模块
[0105]358图像重建模块
[0106]400医疗装置
[0107]402高强度聚焦超声系统
[0108]404填充流体的腔室
[0109]406超声换能器
[0110]408机构
[0111]410机械驱动器/电源
[0112]412超声路径
[0113]414 超声窗口
[0114]416凝胶衬垫
[0115]418超声作用点
[0116]420目标区
[0117]444处置计划
[0118]448温度处置系统命令
[0119]450暂停命令
[0120]458所识别的体素
[0121]460热模型
[0122]470温度处置系统控制模块
[0123]472体素识别模块
[0124]474温度外插模块
[0125]500医疗装置
[0126]501射频组织加热系统
[0127]502天线
[0128]504射频发射器
[0129]600医疗装置
[0130]601热处置系统
[0131]602施加器
[0132]604供应系统
[0133]700校准热图
[0134]702具有温度数据的体素
[0135]704无温度数据的体素
[0136]706具有温度数据的体素
[0137]708无温度数据的体素
[0138]709具有温度数据的体素
[0139]800校准热图
[0140]802第一组织类型(具有温度数据)的体素
[0141]804第二组织类型(具有温度数据)的体素
[0142]806第三组织类型(没有温度数据)的体素[0143]808第三组织类型的体素
[0144]810第三组织类型的体素
[0145]900校准热图
【具体实施方式】
[0146]类似编号的元件在这些附图中是等要元件或执行相同功能。如果功能是等要的，先前论述过的元件未必会在后面的图中加以论述。
[0147]图1示出了流程图，其图示了根据本发明实施例的方法。首先在步骤100中，使用磁共振成像系统采集谱磁共振数据。在步骤102中，使用所述谱磁共振数据计算校准热图。在步骤104中，使用所述磁共振成像系统采集基线磁共振测温数据。可以使用所述基线磁共振测温数据创建测量结果的基线集合，以与所述校准热图进行比较。接下来在步骤106中，使用所述磁共振成像系统采集磁共振测温数据。在步骤108中，使用所述磁共振测温数据、所述基线磁共振测温数据和所述校准热图计算温度图。将步骤106-108重复若干次。图1中示出的方法允许采集和计算准确的温度图。所述校准热图是使用谱磁共振数据构建的并因此针对绝对温度被校准。之后可以使用更快速的方法计算温度图，所述温度图之后通过磁共振测温数据与所述校准热图相关。
[0148]图2示出了流程图，其图示了根据本发明另一实施例的方法。在步骤200中，所述方法开始。接下来在步骤202中，使用磁共振成像系统采集谱磁共振数据。接下来在步骤204中，使用谱磁共振数据计算校准热图。在步骤206中，使用磁共振成像系统采集基线磁共振测温数据。接下来在步骤208中，生成温度处置系统命令。此时，可以利用处置计划生成温度处置命令。接下来在步骤210中，向温度处置系统发送所述温度处置命令。这令所述温度处置系统处置受试者的目标区。接下来在步骤212中，使用磁共振成像系统采集谱磁共振测温数据。接下来在步骤214中，使用所述磁共振测温数据、所述基线磁共振测温数据和所述校准热图计算温度图。可以将步骤208、210、212和214重复若干次。在每次迭代期间可以不重复步骤208和210。亦即，随着步骤208-214的每次循环，可以执行或可以不执行生成所述温度处置系统命令和向所述温度处置系统发送所述温度处置系统命令。
[0149]在已经计算温度图之后，则可以使用所述温度图和/或来自处置计划的信息生成所述温度处置系统命令。计算所述温度图，并之后使用所述温度图生成所述温度处置系统命令形成了反馈回路，在该回路中使用所述磁共振成像系统监测受试者的温度并相应地调节目标区的处置。在预定时间段之后周期性地生成暂停命令，这是方框216。在已经生成所述暂停命令之后，则向温度处置系统218发送所述暂停命令，这导致系统暂停。在暂停期间，所述方法重新开始步骤202，在那里再次使用所述磁共振成像系统采集所述谱磁共振数据，之后再次执行步骤204，步骤206也一样。这样具有使用基线磁共振测温数据创建新校准热图的效果。这在某种意义上是周期性重新校准测量结果。这在长的疗程期间是具有很大益处的。之后迭代地重复所述方法,直到方法在步骤220中结束。在所述方法在步骤220结束之前，不必重复步骤216和218。
[0150]图3示出了根据本发明实施例的医疗装置300的实施例。医疗装置300包括磁共振成像系统302。所述磁共振成像系统包括磁体304。磁体304是圆柱型超导磁体，通过其中心具有膛306。所述磁体具有液氦冷却的具有超导线圈的低温保持器。也能够使用永磁体或常导磁体。使用不同类型的磁体也是可能的，例如也能够使用分裂圆柱磁体和所谓的开放磁体两者。分裂圆柱磁体类似于标准的圆柱磁体，除了低温保持器已经分裂成两部分，以允许接近所述磁体的等平面，从而使磁体可以例如与带电粒子束治疗相结合地使用。开放磁体具有两个磁体部分，一个在另一个上方，之间具有足够大的空间以接收受试者:两部分区域的布置类似于亥姆霍兹线圈的布置。开放磁体是普遍的，因为受试者受限制较小。在圆柱磁体的低温保持器内部有超导线圈的集合。在圆柱磁体的膛306之内有成像区308，在那里磁场足够强且均匀，以执行磁共振成像。
[0151]在磁体的膛306之内，还有磁场梯度线圈310的集合，其用于采集磁共振数据，以对磁体304的成像区308之内的磁自旋进行空间编码。所述磁场梯度线圈连接到磁场梯度线圈电源312。磁场梯度线圈310旨在具有代表性的。通常，磁场梯度线圈包含三个独立的线圈集合，以在三个正交的空间方向上进行空间编码。磁场梯度电源312向磁场梯度线圈310供应电流。供应给磁场线圈的电流根据时间被控制，并且其可以是倾斜的或脉冲的。
[0152]与成像区308相邻的是射频线圈314，射频线圈314用于操纵成像区308之内的磁自旋的取向并用于从也在所述成像区之内的自旋接收无线电发射。所述射频线圈可以包含多个线圈元件。所述射频线圈也可以被称为通道或天线。射频线圈314连接到射频收发器316。可以由独立的发射和接收线圈以及独立的发射器和接收器替代射频线圈314和射频收发器316。应理解，射频线圈314和射频收发器316是有代表性的。射频线圈314旨在还表示专用的发射天线和专用的接收天线。同样地，收发器316也可以表示独立的发射器和接收器。
[0153]受试者318被示为躺在受试者支撑物320上并部分位于成像区308之内。磁场梯度线圈电源312和收发器316连接到计算机系统322的硬件接口 324。计算机系统322还包括连接到硬件接口 324的处理器326。硬件接口 324使得处理器326能够向医疗装置300的其余部分发送消息并从医疗装置300的其余部分接收消息。处理器326经由硬件接口324控制医疗装置300。计算机系统322还被示为包括用户接口 328、计算机存储设备330以及计算机存储器332。所有这三者都被示为连接到处理器326。
[0154]计算机存储设备330被示为包含使用磁共振成像系统302采集的谱磁共振数据334。计算机存储设备330还被示为包含校准热图336。校准热图336是使用谱磁共振数据334构建的。计算机存储设备330还被示为包含基线磁共振测温数据。计算机存储设备330还被示为包含也是使用磁共振成像系统302采集的磁共振测温数据340。计算机存储设备330还被示为包含谱脉冲序列342。谱脉冲序列342用于采集谱磁共振数据334。
[0155]计算机存储设备330还被示为包含磁共振测温脉冲序列344。磁共振测温脉冲序列344用于采集基线磁共振测温数据338和磁共振测温数据340。计算机存储设备330还被示为包含质子密度脉冲序列346。质子密度脉冲序列346用于采集磁共振数据348，所述磁共振数据也被示为包含在计算机存储设备330之内。计算机存储设备330还被示为包含从磁共振数据348重建的磁共振图像350。磁共振图像350可以被显示和/或被配准到校准热图336和温度图351。温度图351被示为在计算机存储设备330之内。温度图351是使用校准热图336、基线磁共振测温数据338以及磁共振测温数据340构建的。
[0156]计算机存储器332被示为包含用于操作医疗装置300的机器可执行指令352、354、356和358。具体而言，计算机存储器332被示为包含控制模块352。控制模块352包含机器可执行指令，以控制医疗装置300的操作和功能。例如，控制模块352可以使用脉冲序列342、344、346中的任意序列生成命令，所述命令允许处理器326使用磁共振成像系统302采集磁共振数据和/或测温数据。计算机存储器332还被示为包含校准热图模块354。校准热图模块354包含计算机可执行代码，该代码使得处理器326能够使用谱磁共振数据334计算校准热图336。计算机存储器332还被示为包含温度图模块356。温度图模块356包含计算机可执行代码，该代码允许处理器326使用校准热图336、基线磁共振测温数据338以及磁共振测温数据340计算温度图351。存储器332还被示为包含图像重建模块358。所述图像重建模块包含计算机可执行代码，该代码使得处理器326能够从磁共振数据348重建磁共振图像350。
[0157]图4示出了根据本发明另一实施例的医疗装置400。除了部件之外，图4中所示的实施例包括温度处置系统，该温度处置系统为高强度聚焦超声系统402。所述高强度聚焦超声系统包括填充流体的腔室404。在填充流体的腔室404之内是超声换能器406。尽管这幅图中未示出，但超声换能器406可以包括多个超声换能器元件，每个都能够生成个体超声射束。这可以用于通过控制供应给每个超声换能器元件的交变电流的相位和/或幅度，以电子方式引导超声作用点418的位置。
[0158]超声换能器406连接到允许超声换能器406以机械方式重新定位的机构408。机构408连接到适于驱动机构408的机械驱动器410。机械驱动器410还表示用于向超声换能器406供电的电源。在一些实施例中，所述电源可以控制供应给个体超声换能器兀件的电功率的相位和/或幅度。在一些实施例中，机械驱动器/电源410位于磁体302的膛304外部。
[0159]超声换能器406生成被示为遵循路径412的超声。超声412通过填充流体的腔室408并通过超声窗口 414。在本实施例中，超声之后通过凝胶衬垫416。凝胶衬垫未必存在于所有实施例中，但在本实施例中，在受试者支撑物314中有凹陷，以接收凝胶衬垫416。凝胶衬垫416帮助在换能器406和受试者312之间耦合超声功率。在通过凝胶衬垫416之后，超声412通过受试者312并聚焦到超声作用点418。超声作用点418被聚焦在目标区420之内。可以通过将机械定位超声换能器406和电子引导超声作用点418位置相组合来移动超声作用点418，以处置整个目标区420。
[0160]高强度聚焦超声系统402被示为还连接到计算机系统322的硬件接口 324。计算机系统322及其存储设备330和存储器332的内容等要于图3中所示的那些。
[0161]计算机存储设备330还被示为包含处置计划444。这里使用的处置计划描述或包含用于处置受试者318的目标区420的指令。计算机存储设备330还被示为包含温度处置系统命令。温度处置系统命令448包含指令，当所述指令被发送到高强度聚焦超声系统402时，令高强度聚焦超声系统402加热目标区420。计算机存储设备330还被示为包含暂停命令450。暂停命令450令温度处置系统402在一段时间上停止目标区420的温度处置。计算机存储设备330还被示为包含所识别的体素458。所识别的体素458是缺少用于校准热图的谱磁共振数据的体素。计算机存储设备330还被示为包含热模型460。在一些实施例中热模型460可以用于计算所识别的体素458之内的温度。
[0162]计算机存储器332还被示为包含温度处置系统控制模块470。温度处置系统控制模块470适于生成温度处置系统命令448和暂停命令450。温度处置系统控制模块470可以使用处置计划444和/或温度图351生成温度处置系统命令448和/或暂停命令450。计算机存储器332还被示为包含体素识别模块。所述体素识别模块包含计算机可执行代码，该代码允许处理器326识别谱磁共振数据334中的所识别的体素458。计算机存储器332还被示为包含温度外插模块474。所述温度外插模块包含计算机可执行代码，该代码用于外插所识别的体素458之内的温度。在一些实施例中，可以使用热模型460。在其他模型中，对所识别的体素458中的温度简单地进行内插。
[0163]图5示出了根据本发明另一实施例的医疗装置500。图5中示出的实施例类似于图3和4中所示的。图5的计算机系统324还等要于图3和4中所示的计算机系统324。计算机存储设备328和计算机存储器330的内容也等要于图3和4中所示的计算机存储设备330和计算机存储器332。在图5中所示的实施例中，将射频组织加热系统501用作温度处置系统。射频温度处置系统501包括天线502和射频发射器504。天线502在目标区420的附近。由发射器504生成并由天线502辐射的射频能用于选择性地加热目标区420。在本实施例中，射频发射器504被示为连接到硬件接口 324。处理器326以及计算机存储设备330和计算机存储器332的内容用于以与处理器326控制图4的高强度聚焦超声系统402等要的方式控制射频发射器504。
[0164]图6示出了根据本发明另一实施例的医疗装置600。在本实施例中，示出了热处置系统601。存在已插入受试者312中的施加器602。在施加器602的尖端附近是治疗区420。在此热处置系统602是有代表性的，并且其可以是微波施加器、低温消融器或激光器。施加器602可以适于供应微波能，以向受试者312输送低温物质,或可以适于向目标区420中聚焦激光。同样地，供应系统604可以是微波电源，具有低温或冷却流体的供应系统，或者它可以是激光电源。热处置系统601被示为连接到计算机系统322的硬件接口 324。计算机存储设备330和计算机存储器332的内容等要于图3、4和5中所示的实施例。其中包含的指令和计算机代码允许处理器326以等要于图4和5中所示实施例的方式控制热处置系统601。
[0165]图7示出了曲线图，其用于图示在校准热图700中外插体素中温度的方法。在本图示中将校准热图分成两种类型的体素。具有单斜纹标记的体素702是具有谱温度数据的体素。空白体素704是没有谱温度数据的体素。并非所有体素都被标记。体素706和709都是具有温度数据的体素。位于体素706和709之间的体素708没有温度数据。外插诸如体素708的体素的温度的最简单方法是执行简单外插。在本范例中，体素708可以简单地是体素706和709之间的平均温度。同样地，体素710和704也能够通过这种方式计算它们的温度。之后，还能够通过对其中的温度进行内插来计算没有温度符号的其余体素。
[0166]图8示出了确定校准热图800之内的体素温度的更复杂方法。在图8中所示的范例中，现在有三种类型的组织。体素802表示第一组织类型，使用单斜纹。体素802是第一组织类型，这种类型的体素具有温度数据。体素804表示第二组织类型。第二组织类型的体素是利用双斜纹指示的，其也具有温度数据。体素806表示第三组织类型的体素。对于806中体素，没有使用谱磁共振数据采集的温度数据。
[0167]能够如图7中那样，对第三组织类型806的体素温度进行内插。然而，在这种情况下，三种组织类型802、804、806的热力学性质相当不同。例如，第三组织类可能大部分为流体，而第一组织类型可以是动物脂肪组织，第二组织类型可以是腺组织。因此这三种组织类型的热传递可能相当不同。在图8中所示的范例中，通过使用简单规则，例如外插或仅仅检查来自其相邻领域的热传递，能够使边界806、808和810上的体素再次闭合其边界。剩余体素并非被内插，而是能够通过假设图8之内的稳态温度并求解各个体素之间的热流动得以求解。例如，这能够通过以下方式来执行:使用有限差分格式构建热模型并重复计算它直到其收敛于解。如果有少量的体素，也能够使用热集总元件方法来计算第三组织类型806的体素中的温度值。
[0168]图9示出了能够如何使用模型计算校准热图的甚至更复杂的范例。图9中所示的范例与图8的相同，除了还使用根据本发明实施例的温度处置系统加热四个标记为902的体素。在采集谱磁共振数据期间，以已知量和已知位置加热图9中的体素。因此，向这些体素902的每个增加已知量的热，可以使用有限差分格式计算从这些体素流入周围体素的热流，这可以用于更准确地计算具有第三组织类型806的体素中的温度。
[0169]尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于公开的实施例。
[0170]通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域的技术人员在实施请求保护的本发明时能够理解和实现对所公开实施例的其他变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求中记载的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中记载特定措施并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储和/或分布在适当的介质上，所述介质例如是与其他硬件一起供应或作为其他硬件一部分供应的光学存储介质或固态介质，但计算机程序也可以以其他形式分布，例如经由因特网或者其他有线或无线的远程通信系统。权利要求书中的任何附图标记不得被解释为对范围的限制。
【权利要求】
1.一种医疗装置(300、400、500、600)，包括: -用于采集磁共振数据(334、338、340、348)的磁共振成像系统(302)； -用于控制所述医疗装置的处理器(326);以及 -存储由所述处理器执行的机器可读指令(352、354、356、358、470、472、474)的存储器(332)，其中，所述指令的执行令所述处理器采集(100、202)谱磁共振数据(334);其中，所述指令的执行还令所述处理器使用所述谱磁共振数据计算(102、204)校准热图(336);其中，所述指令的执行还令所述处理器采集(104、206)基线磁共振测温数据(338);其中，所述指令的执行还令所述处理器重复地: -采集(106、212)磁共振测温数据(340)； -使用所述磁共振测温数据、所述校准热图以及所述基线磁共振测温数据计算(108、214)温度图(351)。
2.根据权利要求1所述的医疗装置，其中，所述医疗装置还包括用于处置受试者(318)的目标体积(420)的温度处置系统(402、501、601)，其中，在所述磁共振测温数据的采集期间，所述指令的执行还令所述处理器: -根据所述温度图生成(208)温度处置系统命令(448);其中，所述温度处置系统命令使所述温度处置系统处置目标区；并且 -向所述温度处置系统发送(210)所述温度处置系统命令。
3.根据权利要求2所述的医疗装置，其中，所述指令的执行还令所述处理器:` -生成(216 )暂停命令(450 )，所述暂停命令使所述温度处置系统暂停处置所述目标区预定时间段； -向所述温度处置系统发送(218)所述暂停命令； -在所述预定时间段期间重新采集(202)所述谱磁共振数据； -使用所述谱磁共振数据重新计算(204)所述校准热图；并且 -重新采集(206 )所述基线磁共振测温数据。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的医疗装置，其中，所述温度处置系统是如下中的任意一种:高强度聚焦超声系统(402)、射频组织处置系统(501)、微波施加器(601)、低温消融器(601)以及激光器(601)。
5.根据权利要求2到4中任一项所述的医疗装置，其中，根据如下中的任一项生成所述温度处置系统命令:处置计划(444)、所述温度图及其组合。
6.根据前述权利要求中任一项所述的医疗装置，其中，所述指令的执行还令所述处理器识别所述校准热图中缺少谱热磁共振数据的体素(704、708、710、806、808、810)，以计算所述热图，其中，所述指令的执行还令所述处理器将所述热图外插到所识别的体素中。
7.根据权利要求6所述的医疗装置，其中，所述热图使用所述受试者的热模型(460)进行外插和/或细化。
8.根据权利要求7所述的医疗装置，其中，所述指令的执行还令所述处理器使用所述谱磁共振数据构建所述热模型。
9.根据权利要求7或8所述的医疗装置，其中，所述医疗装置还包括用于处置受试者(318)的目标体积(420)的温度处置系统(402、501、601)，其中，在所述磁共振测温数据的采集期间，所述指令的执行还令所述处理器处置所述目标体积，并且其中，所述目标体积的所述处置通过所述热模型进行建模。
10.根据权利要求6到9中任一项所述的医疗装置，其中，所述热图通过在所识别的体素中内插温度进行外插。
11.根据前述权利要求中任一项所述的医疗装置，其中，所述磁共振测温数据包括如下中的任一项:质子密度数据、Tl弛豫时间数据、T2弛豫时间数据、T2星弛豫时间数据、扩散系数数据、质子共振频移数据及其组合。
12.根据前述权利要求中任一项所述的医疗装置，其中，谱磁共振数据描述了多个共振峰的质子共振频移。
13.一种操作医疗装置(300、400、500、600)的方法，其中，所述装置包括用于采集磁共振数据(334、338、340、348)的磁共振成像系统(302)，其中，所述方法包括采集(100、202)谱磁共振数据(334)的步骤，其中，所述方法还包括使用所述谱磁共振数据计算(102、204)校准热图(336)的步骤，其中，所述方法还包括采集(104、206)基线磁共振测温数据(338)的步骤，并且其中，所述方法还包括重复执行如下步骤: -采集(106、212)磁共振测温数据(340)； -使用所述磁共振测温数据、所述校准热图以及所述基线磁共振测温数据计算(108、214)温度图(351)。
14.一种计算机程序产品，包括用于控制医疗装置(300、400、500、600)的机器可执行指令，其中，所述医疗装置包括用于采集磁共振数据(334、338、340、348)的磁共振成像系统(302)，其中，所述医疗装置还包括用于执行所述指令的处理器(326)，其中，所述指令的执行令所述处理器采集(100、202)谱磁共振数据(334)，其中，所述指令的执行还令所述处理器使用所述谱磁共振数据计算(102、204)校准热图(336)，其中，所述指令的执行还令所述处理器采集(104、206 )基 线磁共振测温数据(338 )，并且其中，所述指令的执行还令所述处理器重复地: -采集(106、212)磁共振测温数据(340)； -使用所述磁共振测温数据、所述校准热图以及所述基线磁共振测温数据计算(108、214)温度图(351)。
【文档编号】G01R33/48GK103460069SQ201280013769
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年3月2日 优先权日:2011年3月17日
【发明者】M·O·科勒, E·T·韦海莱, K·I·努尔米劳卡斯 申请人:皇家飞利浦有限公司