磁共振线圈单元及其制造方法

磁共振线圈单元及其制造方法
【专利摘要】一种磁共振(MR)线圈单元，包括：?MR线圈主体，容纳至少一个MR线圈，所述MR线圈主体具有面向病人的前表面、与所述前表面相对的后表面以及穿过所述MR线圈主体的至少一个开口，所述至少一个开口连接前表面和后表面；?至少一个MR标记，至少部分地位于MR线圈主体的所述至少一个开口中；以及?至少一个光学标记，位于所述MR线圈主体的后表面上方。
【专利说明】
磁共振线圈单元及其制造方法
技术领域
[0001 ] 本发明涉及一种磁共振(MR)线圈单元和制造MR线圈单元的方法，磁共振单元包括MR线圈单元。
【背景技术】
[0002]磁共振(MR)是用于获得病人的三维图像的普遍医学成像方式。其还已知为磁共振成像(MRI)或磁共振断层摄像术(MRT)。其使用线圈来施加变化的磁场，以使病人中的细胞核产生旋转磁场。可以例如使用产生变化的磁场的线圈或使用分离的检测线圈来检测该磁场。
[0003]在许多医疗流程中，有利地或甚至要求配准(co-register)MR图像与不同方式的图像(比如用在神经外科中的光学显微镜的图像)。这通过使用在MR图像中可见的MR可见标记和附接到MR线圈并可由医疗导航系统检测到的光学标记来完成。MR标记和光学标记处于已知的空间关系中，这意味着它们固定在彼此几何限定的稳定且强大构造中。通过检测MR标记在MR图像中的位置和光学标记的位置，并通过使用已知的空间关系，可确定MR图像在例如医疗导航系统的参考坐标系中的位置(指的是空间位置和/或旋转对准)。如果在医疗导航装置的参考坐标系中还确定另一成像设备的位置，使用其它成像设备获得的图像可以与MR图像配准。配准图像意味着确立各图像之间的位置关系，使得它们的位置在共同参考(坐标)系中是已知的。

【发明内容】

[0004]因此，本发明之目的是提供一种磁共振线圈单元，其设计紧凑，并具有易于检测的MR和光学标记。这通过独立权利要求中要求的磁共振线圈单元和制造磁共振线圈单元的方法来实现。
[0005]根据本发明，磁共振线圈单元包括容纳至少一个MR线圈的MR线圈主体。MR线圈主体具有面向病人的前表面、与前表面相对的后表面和穿过MR线圈主体的至少一个开口，至少一个开口连接前后表面。在典型的构造中，MR线圈主体容纳环形线圈阵列，其中，环形线圈布置在(基本)平行于MR线圈主体的前表面或后表面的平面中。那么，MR线圈主体中的开口尤其相对于线圈环的平面正交地延伸穿过相应环。
[0006]MR线圈单元还包括至少部分地位于MR线圈主体的所述至少一个开口中的至少一个MR标记以及位于MR线圈主体的后表面上方(S卩，位于由MR线圈主体的后表面和MR线圈主体外部描绘的空间内)的至少一个光学标记。这意味着后表面是所述空间的边界，但是该空间可在与后表面切向的方向上在后表面上延伸。换言之，光学标记被认为位于后表面上方，即使其位于由后表面的处于后表面边缘处并远离前表面指向的表面法线定界的空间之外也如此。在该情况下，光学标记到后表面的距离小于到前表面的距离。
[0007]使用该构造，光学标记可易于检测到，因为其/它们背离病人。MR线圈单元可由此放置得更靠近病人，这导致MR图像的更好质量。发明人已发现，MR标记可在MR图像中被足够清楚地检测到，即使它们至少部分地位于MR线圈主体的开口中也如此。
[0008]在优选的实施例中，至少一个MR标记不会突出超过MR线圈主体的前表面。这意味着MR线圈单元的最靠近病人的表面是MR线圈主体的前表面。MR线圈单元可由此放置得十分靠近病人或甚至与病人接触。这是在增加MR图像质量方面和/或在MR线圈主体的前表面加上衬垫的情况下是特别有利的，从而导致增加的病人便利性的舒适度。
[0009]在一个特定实施例中，至少一个MR标记完全位于所述至少一个开口内。这意味着MR标记不会突出超过MR线圈主体的后表面。
[0010]MR和光学标记以已知空间关系布置，以能够从光学标记的位置中计算出MR图像位置。
[0011]MR线圈单元优选地包括处于已知空间关系的多个MR标记。如果有穿过MR线圈主体的多个开口，则MR标记优选地分布在多个开口之中。优选地在每个开口中有至少三个MR标记。
[0012]在另一实施例中，MR线圈单元包括处于已知空间关系的多个光学标记。特别地，MR线圈单元包括至少三个光学，使得从所确定的光学标记位置中可计算出MR线圈单元的位置，尤其是MR标记的位置。
[0013]光学和MR标记优选地固定到共同保持托架。保持托架、光学标记和MR标记的组合还称为标记矩阵，保持托架称为矩阵主体。由于所有标记固定到相同保持托架或矩阵主体，所以在所有标记之间保证限定的、稳定的和强大的空间关系。
[0014]在一个实施例中，MR标记包括填充开口，其指向后表面。具有已知MR属性的液体可经由填充开口插入MR标记或从MR标记移除。由于填充开口指向后表面，并由此背离面向病人的前表面，所以可防止液体泄漏到病人上。填充开口指向MR线圈主体的后表面的规格(specificat1n)包括填充开口突出超过后表面的场景，即，该规格仅涉及MR标记关于MR线圈主体的方位。
[0015]在另一实施例中，MR线圈主体沿在MR线圈主体的前后表面之间延伸的方向的厚度基本上等于MR标记在该方向(S卩MR线圈主体的前后方向)的厚度。这具有两个含义。第一个含义是，MR标记的尺寸可以根据MR线圈主体的厚度最大化。第二个含义是，如果要求特别最小的标记尺寸，MR线圈主体的厚度可适配MR标记的尺寸。
[0016]本发明还涉及磁共振单元，包括:上述MR线圈单元;病人支撑件，用于容纳病人；以及MR保持器，保持MR线圈单元，使得MR线圈主体的前表面面向病人支撑件。在一个形式中，MR保持器自立地紧邻病人支撑件，在另一形式中，MR保持器借助可拆卸连接件直接连接到病人支撑件。病人支撑件可以是例如头部支撑件(比如头颅夹)、椅子或手术台。在该磁共振单元中，保证光学标记背离病人。
[0017]在一个实施例中，MR单元包括医疗导航系统，其包含用于检测光学标记的相机。该相机被对准成光学标记位于相机视场内。
[0018]本发明还涉及一种用于制造磁共振(MR)线圈单元的方法。该方法包含提供MR线圈主体，其容纳至少一个MR线圈，并具有面向病人的前表面、与前表面相对的后表面和穿守MR线圈主体的至少一个开口，该至少一个开口连接前后表面。MR线圈主体可以是如上所述的任意线圈主体。该方法还包括将至少一个MR标记至少部分地放置在MR线圈主体中的所述至少一个开口中并将至少一个光学标记放置在MR线圈主体的后表面上方的步骤。多个MR标记可优选地放置在至少一个开口中和/或多个光学标记尤其为三个(或更多外)光学标记放置在MR线圈主体的后表面上方。
[0019]至少一个MR标记优选地放置在至少一个开口中，使得其不会突出超过MR线圈主体的前表面。因此，MR线圈单元的最靠近病人的部分是MR线圈主体的前表面。
[0020]光学和MR标记优选地固定到共同保持托架或矩阵主体，保持托架附接至MR线圈主体，使得MR标记至少部分地位于MR线圈主体的所述至少一个开口中，光学标记位于MR线圈主体的后表面上方。在该实施例中，所有标记(即MR标记和光学标记)处于已知空间关系中，并可相对于MR线圈主体同时放置。将保持托架附接至MR线圈主体意味着将托架固定到MR线圈主体或将MR线圈主体固定到保持托架。
[0021 ]本发明还涉及使用磁共振线圈单元来执行磁共振成像。
[0022]如果数据集(尤其图像数据集)被配准，则数据集之间的位置关系得以确立。特别地，由数据集表示的区域的位置相对于共同参照物确立，比如共同参考坐标系。共同参照物可以是数据集之一的参照物。
[0023]由标记检测装置(例如相机或超声波接收器或分析装置，诸如CT或MRI)检测的标记的功能在于，可以确认其空间位置(即其空间位置和/或对准)。检测装置尤其是导航系统的一部分。标记可以是主动标记。主动标记可以例如发射处于红外、可见和/或紫外光谱范围中的电磁辐射和/或波。然而，标记还可以是被动标记，即可例如反射处于红外、可见和/或紫外光谱范围中的电磁辐射或者可阻挡X射线辐射。为此，标记可具有一表面，该表面具有相应的反射属性或者可以由金属制成，以阻挡X射线辐射。标记还可反射和/或发射处于射频范围中或超声波波长的电磁辐射和/或波。标记优选地具有球形和/或椭圆形状，并且因此可称为标记球，然而，标记还可以呈现有角的形状，例如立方体。
[0024]磁共振(MR)标记是可在磁共振图像中被检测到的标记。当使用MR成像使MR标记成像时，MR标记具有已知属性JR标记可以是由MR流体填充的主体，MR流体是在MR图像中具有已知属性的流体。
[0025]导航系统(尤其是外科导航系统)理解为意味着这样的系统，该系统可包括:发射器，发射电磁波和/或辐射和/或超声波;接收器，接收由标记反射的电磁波和/或辐射和/或超声波；以及电子数据处理装置，连接到接收器和/或发射器，其中，数据处理装置(例如计算机)尤其包括处理器(CPU)和工作存储器，并有利地包括指示装置，用于发出指示信号(例如视觉指示装置诸如监控器和/或声音指示装置诸如扬声器和/或触觉指示装置诸如振动器)和永久数据存储器，其中，数据处理装置处理通过接收器而前进至数据处理装置的导航数据，并有利地经由指示装置给用户输出引导信息。电子数据处理装置尤其确定标记的空间位置或以已知空间关系布置的标记阵列的位置。导航数据可以存储在永久数据存储器中，并例如与预先存储在所述存储器中的数据进行比较。
[0026]在医学领域中，成像方法用于产生人体的解剖结构(比如软组织、骨头、器官等)的图像数据(例如，二维或三维图像数据)。术语“医学成像方法”理解为意味着(有利地基于设备的)成像方法(所谓的医学成像方式和/或放射线学成像方法)，比如计算机化轴向层面摄影法(CT)和锥束计算机断层摄影法(CBCT，尤其为体积CBCT)、x射线摄影法、磁共振摄影法(MRT或MRI)、常规X射线、超声波扫描术和/或超声波检查和正电子摄影法。分析装置尤其用于在基于设备的成像方法中产生图像数据。成像方法尤其用于医学诊断，以分析解剖体来产生由图像数据描述的图像。成像方法还尤其用于检测人体中的病理变化。然而，解剖结构中的一些变化，尤其是结构(组织)中的病理变化不可检测，并且尤其在由成像方法产生的图像中是不可见的。肿瘤代表解剖结构中的变化示例。如果肿瘤生长，则可以说其代表扩大的解剖结构。该扩大的解剖结构不可检测，尤其，仅该扩大的解剖结构的一部分可以检测。例如，当对比剂用于渗透肿瘤时，原发性/高级别脑肿瘤通常在MRI扫描中可见。MRI扫描代表成像方法的示例。在这种脑肿瘤的MRI扫描的情况下，MRI图像中的信号增强(由于渗透肿瘤的对比剂)被认为代表实体瘤。因此，肿瘤是可检测的，尤其在由成像方法产生的图像中是可辨别的。除了这些肿瘤(称为“增强”肿瘤)，认为约10%的脑肿瘤不能在扫描中辨别，并且尤其对于盯着由成像方法产生的图像的用户来说不可见。
[0027]组合两个或更多个实施例的一个或多个特征来形成新的实施例(在技术上可行)位于本发明的范围内。本发明的范围还包含对应于磁共振线圈单元的硬件的构造的制造方法步骤。
【附图说明】
[0028]现在，参考附图更详细地说明本发明，附图中:
[0029]图1是磁共振线圈单元的平面图；
[0030]图2是图1的MR线圈单元的截面图；
[0031]图3是磁共振单元；以及
[0032]图4是在MR保持器直接连接到病人支撑件的情况下的磁共振单元。
【具体实施方式】
[0033]图1示出磁共振线圈单元I的平面图，磁共振线圈单元包括磁共振线圈主体2，磁共振线圈主体具有在线圈单元I使用时面向病人的前表面2a。图1中以示例方式示出的MR线圈单元I包括四个开口 4，MR标记5布置在开口中。
[0034]图2示出MR线圈单元I沿图1的线A-A的截面图。如图2中可看出，MR线圈主体2还具有与前表面2a相对的后表面2b。线圈主体2中的开口 4从前表面2a延伸到后表面2b，从而形成穿过线圈主体2的通孔。线圈主体2由柔性材料制成。
[0035]MR线圈布置在线圈王体2中。它们是环形线圈，例如是圆形。线圈平彳丁于线圈王体2的前表面2a。图2示出MR线圈中的两个3a和3b JR线圈3a、3b均围绕开口 4，使得开口 4延伸穿过由MR线圈3a、3b包围的内部空间。
[0036]保持托架8(还称为矩阵主体)附接至线圈主体2JR标记5是用于在使用MR线圈单元I获得的磁共振图像中检测到的特定标记，MR标记以已知空间关系刚性地附接到矩阵主体8，使得它们突伸进线圈主体2的开口 4中，但是没有超过前表面2a。矩阵主体8附接至线圈主体2的后表面2KMR标记5均具有填充开口，用于将合适的流体添加至相应MR标记5或者从MR标记移除所述流体。每个填充开口由注液盖6闭合，注液盖面向线圈主体2的后表面2b，如从MR标记5观看时。这意味着开口远离前表面2a对准，但是可突出超过后表面2b。]\?标记5所填充的流体具有特定的磁属性，这使得MR标记5易于在MR图像中检测到。
[0037]光学标记7是由医疗导航系统的相机检测的特定标记，光学标记也以已知空间关系刚性地附接至矩阵主体8。在所示实施例中，每个光学标记7是具有表面涂层的标记球，表面涂层适用于反射红外光。MR标记5和光学标记7(即刚性地附接至矩阵主体8的所有标记)的位置之间的空间关系是已知的。
[0038]在所示实施例中，MR标记5由用MR流体填充的体积形成。该体积的壁与矩阵主体8例如在共同模制步骤中一体地形成。该体积由注液盖6闭合。光学标记7优选地经由螺纹粧连接到矩阵主体8。光学标记7由IR反射涂层涂覆。或者，MR标记5和/或光学标记7独立于矩阵主体8制造，然后刚性地附接至矩阵主体8。
[0039]矩阵主体8也具有前表面和后表面。矩阵主体8的前表面面向线圈主体2的后表面2b，使得矩阵主体8的后表面(与矩阵主体8的前表面相对)背离线圈主体2。光学标记7布置在矩阵主体8的后表面上，这意味着它们位于MR线圈主体2的后表面2b上方。由于光学标记7布置在MR线圈主体2的后表面2b上方，所以它们更靠近MR线圈主体2的后表面2b，而不是MR线圈主体2的前表面2a。光学标记7布置在MR线圈主体2之外。
[0040]图3示出磁共振(MR)单元，包括:MR线圈单元I;病人支撑件9，比如手术台，用于容纳病人；以及MR保持器10，保持MR线圈单元I，使得MR线圈主体2的前表面2a面向病人支撑件9。这意味着光学标记7相对于线圈主体2背离病人支撑件9。如图3示意性示出，MR线圈单元I连接到成像电子器件14，以使用MR线圈单元I产生MR图像。图3还示出医疗导航系统11，包括立体相机12和导航系统电子器件13。立体相机12布置成光学标记7位于其视场内。立体相机12捕获显示至少光学标记7的立体图像。导航系统电子器件13从由立体相机12提供的图像中计算出光学标记7在医疗导航系统11的参考坐标系中的位置。由于光学标记7和MR标记5之间的空间关系已知，所以可计算出MR标记5在医疗导航系统11的坐标系中的位置。如果MR标记5的位置也在MR图像中确定，则可计算出MR图像在医疗导航系统11的坐标系中的对准。
[0041]光学显微镜15还设置为图像产生单元的示例。光学显微镜15还支承光学标记(未示出)。光学显微镜15的光学标记的位置可以使用医疗导航系统11来确定。然后，可从这些位置中计算机使用光学显微镜15产生的图像在医疗导航系统11的坐标系中的对准。结果，MR图像可以与由光学显微镜15产生的图像配准。
[0042]图4示出如图3所述的磁共振(MR)单元，其中，病人支撑件(9)是支撑病人头部的头部支撑件或头颅夹。保持如图3所述的MR线圈单元I的MR保持器(10)通过可拆卸连接件直接连接到病人支撑件(9)。
【主权项】
1.一种磁共振(MR)线圈单元(I)，包括: -MR线圈主体(2)，容纳至少一个MR线圈(3a，3b)，所述MR线圈主体(2)具有面向病人的前表面(2a)、与所述前表面(2a)相对的后表面(2b)以及穿过所述MR线圈主体(2)的至少一个开口(4)，所述至少一个开口连接前表面(2a)和后表面(2b); -至少一个MR标记(5)，至少部分地位于MR线圈主体(2)的所述至少一个开口(4)中；以及 -至少一个光学标记(7)，位于所述MR线圈主体(2)的后表面(2b)之上。2.如权利要求1所述的MR线圈单元(I)，其中，所述至少一个MR标记(5)不会突出超过所述MR线圈主体(2)的前表面(2a)。3.如权利要求1至2中任一项所述的MR线圈单元(I)，其中，所述至少一个MR标记(5)完全位于所述至少一个开口(4)内。4.如权利要求1至3中任一项所述的MR线圈单元(I)，包括处于已知空间关系的多个MR标记(5)。5.如权利要求1至4中任一项所述的MR线圈单元(I)，包括处于已知空间关系的多个光学标记(7)。6.如权利要求1至5中任一项所述的MR线圈单元(I)，其中，所述光学标记(7)和所述MR标记(5)固定到共同保持托架(8)。7.如权利要求1至6中任一项所述的MR线圈单元(I)，其中，MR标记(5)包括填充开口，所述填充开口指向所述MR线圈主体(2)的后表面(2b)。8.如权利要求1至7中任一项所述的MR线圈单元(I)，其中，所述MR线圈主体(2)沿在其前表面(2a)和后表面(2b)之间延伸的方向的厚度基本上等于所述MR标记(5)在该方向上的厚度。9.一种磁共振(MR)单元，包括: -如权利要求1至8任一项所述的MR线圈单元(I); -病人支撑件(9)，用于容纳病人；以及 -MR保持器(10)，保持MR线圈单元(I)，使得MR线圈主体⑵的前表面(2a)面向所述病人支撑件(9)。10.如权利要求9所述的MR单元，还包括医疗导航系统(11)，其包含用于检测光学标记(7)的相机(12)，其中，所述相机(12)对准成所述光学标记(7)位于相机视场内。11.如权利要求9或10所述的MR单元，其中，所述MR保持器(10)直接连接到病人支撑件(9)012.—种用于制造磁共振(MR)线圈单元(I)的方法，包括以下步骤: -提供MR线圈主体(2)，其容纳至少一个MR线圈(3a，3b)，并具有面向病人的前表面(2a)、与所述前表面(2a)相对的后表面(2b)以及穿过所述MR线圈主体(2)的至少一个开口(4)，所述至少一个开口连接前表面(2a)和后表面(2b); -将至少一个MR标记(5)至少部分地放置在MR线圈主体(2)的所述至少一个开口(4)中；以及 -将至少一个光学标记(7)放置在MR线圈主体(2)的后表面(2b)之上。13.如权利要求12所述的方法，其中，将所述至少一个MR标记(5)放置在所述至少一个开口( 4)中，使得所述MR标记不会突出超过MR线圈主体(2)的前表面(2a)。14.如权利要求12或13所述的方法，其中，所述光学标记(7)和所述MR标记(5)固定到共同保持托架(8)，所述保持托架(8)附接到MR线圈主体(2)，使得所述MR标记(5)至少部分地位于MR线圈主体(2)的所述至少一个开口(4)中，所述光学标记(7)位于MR线圈主体(2)的后表面(2b)之上。15.如权利要求1至8任一项所述的MR线圈单元(I)执行MR成像的用途。
【文档编号】A61B5/055GK105934198SQ201380080344
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2013年10月25日
【发明人】P.格罗斯, T.尼德菲尔, B.瓦齐, N.海因德尔, D.萨普纳拉斯
【申请人】西门子公司