用于离体样本的边缘估计的mri系统的制作方法
【专利摘要】提供了一种用于离体组织(25)的边缘估计的系统，包括：由控制单元(12)控制的磁共振成像(MRI)扫描器(14)，和组织容器(24)，用于容纳离体组织(25)的样本。MRI扫描器(14)包括，包括了磁体(34)的线圈-磁体组件(31)，其中，被放置在容器(24)中的组织(25)被放置在恒定静态磁场(B0)之下，该磁场由所述磁体(34)感生，并且容器(24)被定位以便敏感区域位于由一个或多个发射/接收线圈(38)激励的、被测量的视场(FOV)内，所述一个或多个发射/接收线圈可操作以产生指向组织(25)的、随时间变化的RF B1电磁场，其中容器(24)被固定在移动台(40)上。
【专利说明】用于离体样本的边缘估计的MRI系统
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及一种用于确认围绕被切除肿瘤的健康组织的干净边缘的存在的设备和方法，并且用于确定边缘的厚度。
【背景技术】
[0002]当在乳房中发现恶性肿瘤时，治疗一般包括外科手术过程，或者是乳房切除术或者是乳房肿瘤切除术，有时还伴随着放射疗法。肿瘤的尺寸和位置通过不同的成像形式而被发现，诸如X-射线(乳房X线照相术)、超声波、CT、MRI等等。在定位了肿瘤之后，切除组织(肿块)的一部分，包括癌瘤部分和围绕癌瘤部分的一层健康组织。该层健康组织包围(围绕)该癌瘤部分，这是重要的，以确保所有的恶性成分已经被移除。这层通常被称为“干净的边缘”。
[0003]PCT专利申请PCT/US2011/023101描述了一种用于离体组织的边缘估计系统。该系统包括由成像控制单元控制的成像扫描器，以及用于固定被切除组织的样本的离体样本容纳器。该样本容纳器的尺寸使得被切除组织的被切除肿块边缘被迫抵靠样本容纳器的表面，使得边缘改变形状以具有预定的几何形状。该成像扫描器被相对于样本容纳器定位，以便成像扫描器并不获取所有组织的图像(或测量)，而是获得具有预定几何形状的、和在延伸进组织的外围边缘的敏感区域中的边缘。
【发明内容】
[0004]本发明试图进一步提供用于确定围绕被切除肿瘤的健康组织的干净边缘的存在的设备和方法，其将在以下部分中更加详细地被描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]结合附图，从以下的详细描述中，本发明将被更加全面地理解和领会，其中:
[0006]图1是根据本发明的非限制实施例构造和操作的MRI系统的简图；
[0007]图2A和图2B是根据本发明的非限制实施例的乳房肿瘤切除术过程的简图。
[0008]图3是根据本发明的非限制实施例构造和操作的扁平组织容器的简图；
[0009]图4是压缩的图3的扁平组织容器的简图；
[0010]图5是图3的扁平容器中的肿块的简图；
[0011]图6是根据本发明的非限制实施例构造和操作的线圈磁体组件，用于与图3的扁平容器(或图17的锥形容器)一起使用；
[0012]图7是根据本发明的非限制实施例构造和操作的具有多个线圈配置的线圈磁体组件，用于与图3的扁平容器(或图17的锥形容器)一起使用；
[0013]图8和图9是根据本发明的非限制实施例，分别示出了肿块扫描的简要侧视图和顶视图；
[0014]图10是肿块扫描和显示的简图；
[0015]图11-13是根据本发明的非限制实施例构造和操作的墨迹边缘(inking margin)组件的简图，其中图11示出了在线圈磁体中的组件，图12示意性地示出了指定容器，用于在其盖子打开时进行墨迹绘制，并且图13示出了当盖子关闭时的组件；
[0016]图14和图15是根据本发明的非限制实施例构造和操作的光致变色标记颜料(其在暴露于电磁辐射后变色)组件的简图，其中，图14示出了线圈磁体组件中的组件，并且图15示出了当盖子关闭时的组件；
[0017]图16是根据本发明的非限制实施例的一组大头钉的简图，其不同之处在于它们的物理特性，诸如颜色、尺寸或磁共振信号，例如，在考虑或不考虑容器的配准标记的情况下，其可以被用于配准目的；和
[0018]图17-20是根据本发明的非限制实施例构造和操作的锥形容器的简图，其中图17示出了容器打开，图18A和图18B示出了其中具有被挤压的肿块的容器，并且图19和图20是用于肿块扫描的、在线圈磁体组件中的锥形容器的图示。
【具体实施方式】
[0019]应注意到，术语“上部”、“下部”、“之上”、“之下”、“左”和“右”等等，仅仅是针对图的意义，并不以任何方式对本发明做出限制。
[0020]现在，参考图1，其示出了根据本发明的非限制实施例构造和操作的、用于手术中的边缘估计(被切除的肿块或离体组织的阳性边缘检测)的MRI系统10。MRI系统10使医生或技术员能够接收关于边缘的特性的实时反馈。
[0021]系统10包括控制单元12(诸如个人计算机等等)，其包括用于系统管理、数据分析和用户界面的软件。系统10进一步包括MRI扫描器14，在下述将进一步讨论的之中，其包括RF发射器-接收器、磁体、发射/接收线圈和机械平台(移动台)。提供离体组织容器24，其容纳被切除肿块25，被切除肿块25同时也被称为切除组织25或离体组织25，在由扫描器14扫描其过程中具有预定的几何形状。容器24由无源(“安全的”)MR材料制作，视觉上是透明的，诸如但不限于，非导电的、非金属的和非磁性的材料(例如，视觉上透明的塑料)。
[0022]现在参考图2A和图2B，其示出了典型的乳房肿瘤切除术过程。外科医生或放射技师在手术之前，在超声或X-射线引导下将瘤标记线26插入到乳房中，以标记瘤的中心点。然后，外科医生使用切除工具27围绕被标记的瘤的中心点切除组织，以获取被切除组织25。外科医生尽量围绕瘤切除足够的组织使得干净的边缘包围该瘤，同时不能不必要地切除太多正常组织，以便尽可能保留乳房正常外观。干净边缘(即，敏感区域)优选地具有至少几毫米的厚度(即，没有癌瘤组织的围绕瘤的厚度)。然而，本发明不限于该值，其它厚度，诸如40微米至1毫米、或从1毫米至10毫米都可以被看作是干净的边缘(或者是其它值，这取决于瘤、位置和其它因素)。
[0023]被切除肿块25的其它方面同样被标记。举例而言，短线或其它标记28可以被用于标记上部方面，以及长线或其它标记29被用于标记外侧方面。其它标记可以被采用，诸如但不限于，彩色编码的钉或墨水、具有不同MR信号特性的针、或者通过任何其它方法。
[0024]现在参考图3，其示出了根据本发明的非限制实施例构造和操作的扁平组织容器24。被切除的恶性肿块25被放置在容器24内，其具有定义好的几何形状，诸如圆盘形、圆筒形等等。轻压被施加以便确保肿块边缘被按压抵靠容器壁。通过这种方式，肿块边缘通常与容器24的内周形状一致。为了允许肿块边缘和容器24的内表面紧密贴合，容器24应该形成有通风道以允许困住的空气被释放。
[0025]容器24具有盖子30，其在组织25上施加一般恒定的机械压力。例如而非限制，盖子30可以利用直线运动，而不是旋转(螺纹)运动，诸如使用棘齿装置32或相似的方式，被固定到容器24(在图的意义中向下)。
[0026]一个或多个配准元件33被提供在容器24中，诸如跨容器24壁所形成的定位槽33。通过将相应的定位槽33与线标记28和29，还有肿瘤标记线26对准(并且将标记固定在槽中，诸如将它们穿过槽)，能够完成配准，用于确保地建立在所期望的方向的配准。可选地，附加的线或标记可以被用于更精细的配准目的。
[0027]现在参考图4和图5，其示出了在MR扫描之前的密封的组织容器24。外部边缘(其中存在干净的边缘)被向容器24的壁压按。如图5所示出的，各种注释被标记在容器盖30上，诸如，指示肿块的方向和它的实际定位方面。
[0028]现在参考图6，其示出了与扁平容器24 —起使用的线圈磁体组件31。磁体34(永磁体或电磁体)被布置在(铁磁的，例如，铁的)磁轭36上。放置在容器24中的被切除的肿块25被放置在由磁体34感生的恒定静态磁场(B。)之下。
[0029]在扫描期间，容器24 (在图6中未示出)被定位，使得组织的外部边缘与线圈的表面相邻。位于被测量的视场(F0V)37内的组织通过发射/接收线圈38激励，产生随时间变化的RF 电磁场。线圈38被放置在磁体34之间、由其仏和梯度值表征的位置处。该线圈位于平面内，该平面方向平行、垂直于恒定磁场仏，或与恒定磁场仏呈一角度，该方向由过程的特定要求确定。发射/接收线圈38相对于肿块25的x/y范围被设计得足够大，使得贯穿肿块25的x/y范围，场的强度相对恒定。同时，发射/接收线圈38能够足够小，从而有效地只激励仅位于相对窄(在x/y维度中)和表面(在z维度中)的敏感区内的原子核自旋以及肿块25内的F0V 37，例如，从表面直到进入肿块25几毫米。因而，进入样本肿块内的敏感区域的深度和F0V 37，可以利用线圈敏感度轮廓(profile)，以及利用场的均一性，所确定，如果敏感区域直到进入样本几毫米，则该场的均一性可以是相对好的。如果需要，为了获取X/Y分辨率，即，为了区别在敏感区域内产生于各种X或1位置的测量，可以使用一组梯度线圈39，当其被激励时，产生梯度(Be)场，其分别沿+z和-z方向排布。梯度线圈39能够产生Be场图案，其在X或y方向中是线性的。
[0030]现在参考图7，其示出了多线圈配置，其包括多于一个线圈38。该线圈阵列可以以各种模式操作；线圈可以以并联、串联或这些模式的任意组合发送或接收。使用多线圈配置可以缩短对肿块25边缘的总的扫描时间。
[0031]现在参考图8-10，其示出了对扁平容器24中的肿块25的扫描。容器24被固定就位于移动台40上。台40可以在三个相互正交的轴上线性移动，并且可以绕这些轴的一个或多个进行旋转，诸如垂直轴(方位角旋转)，其被称为旋转轴21。例如，可以通过线性致动器和步进马达的组合移动台40。因此，系统的扫描可以在圆柱坐标(R，Θ)中、笛卡尔坐标(X，Y，Z)中或其它任何坐标系统中完成。在MR扫描期间，在移动台40和线圈磁体组件31之间存在相对运动。在所示的实施例中，其意思是移动台40移动并且线圈-磁体组件31保持静止。然而，可选地，线圈-磁体组件31可以是移动的物体，或者线圈-磁体组件31与移动台40两者均可以移动。
[0032]肿块25通过台40在方位角上进行旋转。在各个角度步骤处，发射/接收线圈38激励并且从敏感区域接收信号。可选择地，x/y-梯度线圈39能够产生x/y-梯度。在方位角旋转期间，实现角度(Θ)分辨率，其中仅仅从样本肿块中特定角度孔径接收信号。当在一个角度位置处的信号获取完成时，旋转样本，并且获取来自于下一个角度位置的信号。视场37由线圈位置和诸如带宽和幅度的脉冲序列特性定义；一般地，F0V位置保持不变。
[0033]图10示出了在扫描期间所获取的成像数据，其以图形方式呈现。所显示的图像可以包括或融合了各种成像形式的结果，诸如X-射线、视觉图像(来自于摄像机)等等。如图10所示出的，显示容器中的肿块25的图片，并且在图像上方显示阳性和阴性边缘的MRI获取数据的重叠，使得MRI数据的坐标可以与图片中的坐标匹配。
[0034]现在参考图11-13，其示出了根据本发明的非限制实施例构造和操作的墨迹边缘组件42。墨迹边缘组件42包括至少一个阳性边缘墨迹标记44，并且还包括阴性边缘墨迹标记46。墨迹边缘组件42可以被组合在下部的磁体34内或其附近。从图12和图13中可以看出，容器24的盖30可以形成有墨迹孔径48，使墨迹喷嘴能够为组织着色。
[0035]墨迹喷嘴将能够为被认为是“阳性边缘”的区块进行着色，其相对于容器24的配准标记(图3)被配准。在扫描结束时，外科医生可以识别哪些被标记为阳性边缘的区块，并且考虑对相应的体内组织的再切除和延伸。
[0036]现在参考图14和图15，其示出了根据本发明的非限制实施例构造和操作的光致变色标记颜料组件50。
[0037]在MR扫描之前，被切除的肿块25着色有光致变色颜料52，该颜料从许多制造商获取，其基于对电磁辐射的暴露改变它的颜色。通过在其上刷或喷射颜料，被浸入颜料中或其它任何方便的方法肿块25被着色。阳性边缘区块局部地暴露于电磁辐射源54 (例如，光源54)，其不可逆地(或一时间延迟后可选地可逆地)改变可见颜料颜色。阳性边缘相对于容器24的配准标记(图3)被配准。通过使用容器盖30顶部的注释，外科医生可以考虑对相应的体内组织的再切除和延伸。
[0038]现在参考图16，其示出了一组大头钉56，其被用于相对于容器24的配准标记(图3)进行配准。肿瘤方面被一个或多个大头钉56或相似的元件标记，其基于它们的物理特性，诸如颜色和几何尺寸来进行区别。每一个大头钉被指定和被附接到某一方面。在扫描期间由系统自动检测大头钉。以这种方式，系统将某一扫描的F0V与它的实际方面相关联。对于大头钉可替换地，外科医生可以使用不同颜色的墨迹，当切除肿块25时，来着色它的不同方面。然后，该系统能够自动将这些颜色识别作为用于将MRI数据与真实的肿块25方面配准的基础。
[0039]诸如墨迹、大头钉等等的几种校准方法的任意组合同样可以被使用。
[0040]现在参考图17-20，其示出了根据本发明的非限制实施例构造和操作的锥形容器60。锥形容器60可以具有可变的直径和高度。锥形容器60的一个优势在于，一个尺寸的容器可以适合相对大的范围的肿块尺寸，因为较小的肿块能够被进一步压至锥形顶点内，较大的肿块可以进一步远离锥形顶点。
[0041]锥形容器60形成有一个或多个方向槽(配准元件)62，其使用圆柱坐标能够相对于中间旋转(对称)轴64执行扫描过程。肿块25被压入锥形容器60内，并且施加轻压以便确保肿块边缘压按抵靠容器壁。以该方式，肿块边缘一般与容器60的内周形状一致。为了允许肿块边缘贴紧到容器60的内表面，容器60形成有通气道以允许困住的气体被释放。
[0042]如在图19和图20中所见的，除了此处容器60是绕旋转轴64旋转以外，锥形容器60可以与图6-9中的设备一起使用。在沿旋转轴64旋转的整个过程中，锥形面与线圈38相邻(图18B和图20)，并且扫描使用圆柱坐标-旋转的(Θ)和线性的\横向的(Z)。
【权利要求】
1.一种用于离体组织(25)的边缘估计的系统(10)，包括: 磁共振成像(MRI)扫描器(14)，所述磁共振成像(MRI)扫描器(14)由控制单元(12)控制；和 组织容器(24)，用于容纳离体组织(25)的样本，所述组织容器(24)的尺寸使得所述组织(25)的边缘被迫抵靠所述组织容器(24)的内表面，以具有预定的几何形状，并且其中，所述MRI扫描器(14)被相对于所述组织容器(24)定位，以便所述MRI扫描器(14)获取具有所述预定几何形状并且在延伸至所述组织(25)的外围边缘内的敏感区域中的所述边缘的图像； 其特征在于， 所述MRI扫描器(14)包括包括了磁体(34)的线圈-磁体组件(31)，其中，被放置在所述容器(24)中的所述组织(25)，被放置在恒定静态磁场(Btl)之下，所述恒定静态磁场(Btl)由所述磁体(34)感生，并且所述容器(24)被定位使得所述敏感区域位于由一个或多个发射/接收线圈(38)激励的、被测量的视场(FOV)内，所述一个或多个发射/接收线圈(38)被操作以产生指向所述组织(25)的、随时间变化的RF B1电磁场，并且其中，所述容器(24)被固定在移动台(40)上。
2.如权利要求1所述的系统(10)，其中，所述台(40)能够在三个相互正交的轴上线性地移动，并且能够绕旋转轴(21)旋转。
3.如权利要求1所述的系统(10)，进一步包括在所述组织中的一个或多个标记(26，28，29)，其中，所述容器(24)包括一个或多个配准元件(33)，用于在其中固定所述一个或多个标记(26，28，29)。
4.如权利要求3所述的系统(10)，其中，所述配准元件(33)包括跨所述容器(24)的壁形成的方位槽(33)。
5.如权利要求1所述的系统(10)，其中，所述一个或多个标记(26，28，29)包括不同长度的标记。
6.如权利要求1所述的系统(10)，其中，所述容器(24)包括盖(30)，所述盖(30)在所述组织(25)上施加一般不变的机械压力。
7.如权利要求4所述的系统(10)，其中，所述盖(30)通过线性运动固定到所述容器(24)。
8.如权利要求4所述的系统(10)，其中，所述盖(30)通过棘齿机构(32)固定到所述容器(24)。
9.如权利要求4所述的系统(10)，其中，所述盖(30)包括配准注释。
10.如权利要求1所述的系统(10)，进一步包括墨迹边缘组件(42)，所述墨迹边缘组件(42)包括至少一个阳性边缘墨迹标记(44)。
11.如权利要求10所述的系统(10)，其中，所述容器(24)的盖(30)形成有墨迹孔径(48)，所述墨迹孔径(48)为所述墨迹边缘组件(42)提供了通道。
12.如权利要求1所述的系统(10)，进一步包括光致变色标记颜料组件(50)，所述光致变色标记颜料组件(50)包括电磁辐射源(54)，所述电磁辐射源(54)被操作以改变着色有光致变色颜料(52)的所述组织(25)的颜色。
13.如权利要求3所述的系统(10)，其中，所述一个或多个标记(26，28，29)包括一个或多个大头钉(56)。
14.如权利要求1所述的系统(10)，其中，所述容器(60)是锥形的。
15.一种用于离体组织(25)的边缘估计的系统(10)，包括: 磁共振成像(MRI)扫描器(14)，所述磁共振成像(MRI)扫描器(14)由控制单元(12)控制；和 组织容器(24)，用于容纳离体组织(25)的样本，所述组织容器(24)的尺寸使得所述组织(25)的边缘被迫抵靠所述组织容器(24)的内表面，以具有预定的几何形状，并且其中，所述MRI扫描器(14)被相对于所述组织容器(24)定位，以便所述MRI扫描器(14)获取具有所述预定几何形状并且在延伸至所述组织(25)的外围边缘内的敏感区域中的所述边缘的图像；和 在所述组织中的一个或多个标记(26，28，29)，其中，所述容器(24)包括一个或多个配准元件(33)，用于在其中固定所述一个或多个标记(26，28，29)。
【文档编号】G01R33/483GK104303067SQ201380015526
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年3月19日 优先权日:2012年3月21日
【发明者】埃雷兹·戈兰 申请人:明确医疗有限公司