用于介入性磁共振的标志物追踪的制作方法

专利名称：用于介入性磁共振的标志物追踪的制作方法
用于介入性磁共振的标志物追踪
本发明涉及磁共振技术。其在定位或追踪导管、穿刺式探头以及在使 用介入性磁共振成像的过程中使用的其它介入性器械中具有特殊应用，并 且将特别参考其进行描述。其更一般地与在磁共振扫描仪体积中定位微线 圈协同应用。
介入性磁共振成像用于导弓I介入性设备来进行活组织检査、定位用于 近距离治疗的辐射源、进行药物的靶向输送或基因治疗等。在采用介入性 磁共振成像的过程中，将基准标志物或者基准标志物组件设置在导管、穿 刺式探头或其它介入性器械之上或之中。基准标志物可以包括设计为可由 磁共振扫描仪探测到的有源微线圈，或者具有在磁共振图像中显示出的磁 化率的无源线圈或其它无源标志物。
布置在介入性器械的操作尖端的单一基准标志物提供了尖端位置，但 是通常不提供关于介入性器械定向的信息。而且，定位在器械尖端的基准 标志物可能发生扭曲，或者妨碍在介入点处精确地成像。因此，包括两个 或更多个(通常三个或更多个)的基准标志物的基准标志物组件设置在器 械上，与器械尖端相隔定义距离。通过定位标志物，确定基准标志物组件 的位置和定向。由于介入性器械具有关于基准标志物组件的固定定向和位 置，这依次确定了器械尖端的位置以及任选地确定了定向。
由于使基准标志物组件定位远离磁共振系统的等中心(isocenter) —定 距离，使用这种基准标志物组件是复杂的。在一些情况下，基准标志物组 件可以定位在视场边缘附近，例如距离等中心200毫米或更多个。在这些 距离处，由于Bc)/B,不均匀性、不适当校正的梯度非线性等，追踪精确度降 低。如果基准标志物组件移至视场之外，梯度模糊可能导致完全错误的追 踪信息。由于在通过内膛的移动方面没有固有限制，用于整个移出视场之 外的电位在z方向上最大。
医务人员在执行介入性过程期间，依赖于对基准标志物组件提供的介入性器械的追踪。如果追踪精确度有问题，那么应当向医务人员报警。然 而，现有的追踪系统不提供用于探测追踪不精确或者由于这种追踪不精确 而向医务人员报警的可靠机构。
在用于确定追踪精确度的一种方法中，使用追踪历史来确定是否以及 何时基准标志物组件离开视场或其它可靠的追踪范围。然而，该方法可以
由低的或可变的追踪帧频折衷，并且不可用于单次激发(single—shot)追 踪技术。
下文预期了克服前述及其它限制的改进。
根据一方面，公开了一种追踪方法。在基准标志物组件的明显位置处 测量磁共振扫描仪产生的B。磁场的局部B。磁场不均匀性。如果所测量的局 部B。磁场不均匀性满足警告标准，则发出警告。
根据另一方面，公开了一种追踪系统。B。均匀性追踪检验器测量磁共 振扫描仪产生的Bo磁场在基准标志物组件的明显位置处的局部B。磁场不均 匀性。如果Bo均匀性追踪检验器所测量的局部B。磁场不均匀性满足警告标 准，则用户界面发出警告。
根据另一方面，公开了一种介入性磁共振系统，包括磁共振扫描仪、 基准标志物组件，使用磁共振扫描仪执行追踪处理以至少追踪基准标志物 组件的明显位置的追踪处理器，以及在前一段中所述的Bo均匀性追踪检验 器和用户界面。
一个优点在于更可靠的介入性磁共振追踪。 另一优点在于减少了由不精确追踪引起的医疗事故的可能性。 另一优点在于以直接的形式向医务人员提供关于追踪精确度的信息。 在阅读优选实施例的下列详细描述之后，对于本领域普通技术人员而 言，许多附加优点和益处将变得显而易见。
本发明可以成形为各种部件和部件的布置，以及各种处理操作和处理 操作的布置。附图的目的仅在于示出优选实施例，而不应理解为限制本发 明。


图1概略地示出了包括对精确度进行监视追踪的介入性磁共振系统。图2概略地示出了用于追踪的电子器件，其包括基于SNR和Bo磁场均 匀性来监视追踪精确度。
图3概略地示出了适当的处理器，其用于测量局部dBo/dx磁场不均匀性。
参考图1，磁共振成像扫描仪IO在感兴趣区域12中执行磁共振成像。 在所示实施例中，磁共振成像扫描仪10是可获自Nederland B.V.的Philips Medical Systems的Philips Panorama 0.23T扫描仪。该扫描仪具有开放的内 膛，其有助于介入性医疗过程。将意识到，扫描仪10仅是实例，并且在此 描述的包括监视追踪精确度的器械追踪方法和装置通常可与基本上任何类 型的磁共振成像扫描仪协同应用，所述磁共振成像扫描仪包括但不局限于 开放内膛扫描仪(open bore scanner)、闭合内膛扫描仪(closed bore scanner)、 垂直内膛扫描仪(vertical bore scanner)等。诸如人类医学患者的成像对象 (未示出)，放置在对象支架14上，并且位于扫描仪10的感兴趣区域12 中。
在介入性医疗过程中，采用诸如活检针、导管、指示器等的介入性器 械20来执行活组织检查、热消融治疗、近距离治疗、切片选择、靶向药物 输送等。磁共振成像扫描仪IO在介入性医疗过程期间对该过程中的区域成 像，以向外科医生或其它临床医学家提供可视导引。在一些介入过程中， 由外科医生或其它临床医学家直接操作未受限制的介入性器械。然而，对 于要求高精确度操作介入性器械20的精密或灵敏过程，机械器械操纵器22 在外科医生或其它临床医学家的引导下，支撑和操纵介入性器械20，或者 帮助定位介入性器械20。在所示实施例中，机械器械操纵器22是多节机械 组件，其提供了多个自由度用于操纵介入性器械20，并且其被安装到对象 支架14上。在其它所预期的实施例中，臂可以支撑或安装在扫描仪10上 或者安装在其它相关结构上。
为了在介入过程期间定位或追踪器械20，将基准标志物组件30设置在 介入性器械20上的一位置处，预期该位置至少当器械的尖端或其它操作元 件位于耙位置时，位于磁共振成像扫描仪10的视场中。基准组件包括一个 或更多个基准标志物，以提供与介入性器械20相关的明显位置信息。更典型的，基准标志物组件30包括三个或更多个基准标志物，以提供关于介入 性器械20的位置和定向信息。相对于彼此以及相对于介入性器械20位于 固定位置并且具有充足三维空间分布的三个基准标志物，通常足以精确地 确定介入性器械20的空间位置和定向。任选地包括附加标志物以提供冗余 度和改进的追踪鲁棒性。
在一些实施例中，预期在基准标志物组f牛30中仅采用两个基准标志物， 如果例如介入性器械20的旋转位置不重要，这足以提供明显位置和定向信 息这两者。在所示实施例中，基准标志物组件30与介入性器械20的操作 尖端32间隔开。该布置有利地减少了基准标志物组件30可能引起的图像 失真将相反地影响操作尖端32附近处成像的可能性。然而，在一些所预期 的实施例中，基准标志物组件可以位于介入性器械尖端。在这种实施例中， 对于基准标志物组件可以预期的是，仅包括单一基准标志物，其指示尖端 的明显位置，而不提供定向信息。
基准标志物组件30的基准标志物或多个标志物可以采取各种形式。在 一些实施例中，有源微线圈作为标志物。在追踪部分磁共振序列期间，选 择性地激励这些有源微线圈，以发射扫描仪10追踪的信号。在一些实施例 中，使用无源基准标志物，诸如无源线圈、磁材料的小瓶、磁敏感元件等。 无源标志物具有磁化率，这使得无源标志物在磁共振成像期间被探测到。 还将预期的是在基准标志物组件30中采用有源和无源标志物的组合。
在介入过程期间，扫描仪电子器件40控制磁共振成像扫描仪10以采 集成像数据，重建成像数据以产生重建的图像，并显示重建的图像，并且 还控制扫描仪10经由基准标志物组件30来执行对介入性器械20的追踪。 在所示的实施例中，扫描仪电子器件40包括具有图形显示器44以及诸如 键盘46、鼠标、轨迹球等的至少一个输入设备的用户界面计算机42;经由 基准标志物组件30执行追踪处理以追踪介入性器械20的追踪模块50;根 据对局部B。磁场不均匀性的测量来核实追踪精确度的B。磁场均匀性追踪检 验器54，以及根据信噪比(SNR)或追踪的另一噪声数值来核实追踪的精 确度的追踪噪声检验器56。
在所示实施例中，用户界面计算机42包括硬件和/或软件部件(未示 出)，其用于控制扫描仪来采集磁共振数据、根据空间编码的磁共振数据产生重建的图像以及产生显示在图形显示器44上的重建图像的图形再现。将 意识到的是，所示的扫描仪电子器件40是一个实例；在其它实施例中，追 踪和/或追踪监视可以作为硬件和/或软件部件集成在计算机中，或者相反 地，数据采集、重建和/或图像描绘功能可以实施为不同于计算机的电子器
件。在一些所预期的实施例中，扫描仪电子器件不包括计算机；相反地， 所有数据采集、重建、图像描绘和追踪功能都由不同于计算机的电子器件 所执行。
追踪处理器50基本上采用任何适当的追踪技术。在一些实施例中，追 踪处理器50采用单次激发追踪方法，其中响应于医务人员初始化追踪帧而 指示介入性器械20的已追踪位置和定向。在一些实施例中，追踪处理器50 采用低帧频迭代追踪方法，其中以低更新率自动更新介入性器械20的己追 踪位置和定向。在一些实施例中，追踪处理器50采用较高帧频迭代追踪方 法，其中以较高的更新率自动更新介入性器械20的已追踪位置和定向。在 一些实施例中，追踪处理器50采用可变帧频迭代追踪方法，其中以可变更 新率自动更新介入性器械20的已追踪位置和定向，所述可变更新率例如取 决于基准标志物组件39的最后追踪位置，或者取决于当前正执行的部分介 入过程等。
追踪处理器50提供了用于基准标志物组件30并且因此用于介入性器 械20的明显位置信息，并且任选地明显的定向信息。修饰语"明显"认识 到，由于磁场不均匀性、不适当校正的梯度非线性等，由追踪处理器50执 行的追踪不如所需的精确。Bo磁场均匀性追踪检验器54根据对局部Bo磁 场不均匀性的测量来核实追踪精确度，并且追踪噪声检验器56根据SNR 或追踪的另一噪声数值来核实追踪精确度。由于磁场不均匀性、不适当校 正的梯度非线性等，Bo磁场均匀性追踪检验器54提供了对追踪中不精确性 的指示。另一方面，如果基准标志物组件30移至视场之外，梯度模糊可能 导致完全错误的追踪信息，其中由追踪处理器50指示的明显位置完全不同 于介入性器械20的实际物理位置。该错误的追踪情况由追踪噪声检验器56
、继续参考图1且进一步参考图2， Bo磁场均匀性追踪检验器54适当地 确定对局部Bo磁场不均匀性(ABo)的模数(modulus)测量值60。另夕卜，如果多个微线圈可用，任选地，确定局部dBQ/dx测量值62、局部dBo/dy 测量值64和局部dB。/dz测量值66或其它空间导数或这些空间导数的组合。 更一般地，沿着三个互相不平行的方向适当地测量Bo磁场不均匀性导数。 局部Bo磁场均匀性测量值对于基准标志物组件30的已追踪位置是局部的。 在所示实施例中，阈值器(thresholder) 70、 72、 74、 76将所测量的ABo 不均匀性60、所测量的dBQ/dx导数62、所测量的dB。/dy导数64和所测量 的dB。/dz导数66分别与适当的警告阈值进行比较。如果所测量的AB。不均 匀性60、所测量的dB。/dx导数62、所测量的dBQ/dy导数64或所测量的dB(/dz 导数66中任一超出警告阈值，那么例如通过在用户界面计算机42的显示 器44上显示诸如"警告探测到的追踪不精确！！！"的文本，而发布警告。 简单地再参考图1，在一些实施例中，用于发布警告的用户界面包括可听警 报器77、安装在扫描仪10上的闪光灯78或者其它警告指示器或警告指示 器的组合，所述警告指示器可以是执行介入过程的医务人员可察觉的。
追踪噪声检验器56包括追踪峰值SNR处理器80，其确定追踪峰值的 信噪比。阈值器82将所确定的SNR与噪声阈值进行比较。如果SNR小于 噪声阈值(较小的SNR指示相对于信号的更多噪声)，那么发布追踪不精 确的警告。更一般地，追踪噪声检验器56确定追踪指标的噪声数值，并且 如果指标的噪声数值满足警告标准，那么发布警告。
参考图3，描述了局部ABo测量值60的适当实施例。在正梯度测量90 中，对在例如x方向上正施加的磁场梯度(Gx+)采集磁共振信号。在负梯 度测量92中，对在例如x方向上负施加的磁场梯度(Gx—)采集磁共振信 号。根据具有相反磁场梯度的两种测量90、 92估计的ABO的适当值，由 计算94给出
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中x+是根据采用x方向上正施加磁场梯度(Gx+)测量的磁共振信号90 计算的明显位置，而x"是根据采用x方向上负施加磁场梯度(Gx—)测量 的磁共振信号92计算的明显位置。等式(1)的计算94输出估计的ABo 值96，其输入至图2的阈值器70。任选地，ABo值可以相似地使用y和/ 或z方向的梯度估计。通常进行这种测量以确定微线圈阵列的三维位置，并且例如通过对使用x、 y和z方向的梯度估计的ABO值求平均，这种测量
可以用于增加ABO估计的精确度。通过对多个标志物(例如，适当结构中
的四个或更多个标志物，诸如沿着空间中三个成对的垂直线)进行计算94，
且使用数字微分，可以导出局部dBo/dx62、 dBo/dy64和局部dBo/dz测量值
66。代替测量x、 y和z磁场不均匀性导数或除此之外，可以测量其它非平
行磁场不均匀性导数。在一些实施例中，仅测量一个磁场不均匀性导数，
诸如在平行于患者的轴或z方向上的不均匀性导数。
已经参考优选实施例描述了本发明。显然，在阅读和理解前述详细说
明的基础上，将可产生修改和改变。本发明旨在构建为包括落入随附权利 要求及其等效范围中的所有这种修改和改变。
权利要求
1、一种追踪方法，包括测量由磁共振扫描仪(10)产生的B0磁场在基准标志物组件(30)的明显位置处的局部B0磁场不均匀性；以及如果所测量的局部B0磁场不均匀性满足警告标准，则发布警告。
2、 根据权利要求1所述的追踪方法，还包括使用所述磁共振扫描仪(10)确定所述基准标志物组件(30)的明显位置。
3、 根据权利要求2所述的追踪方法，还包括根据所述基准标志物组件(30)的明显位置，定位介入性器械(20) 的操作尖端(32)，所述基准标志物组件包括与所述介入性器械连接的一个 或多个基准标志物。
4、 根据权利要求2所述的追踪方法，其中，所述基准标志物组件包括 多个基准标志物，并且所述追踪方法还包括使用所述磁共振扫描仪(10)确定所述基准标志物组件(30)的明显 定向；重复确定所述明显位置和所述明显定向以追踪所述基准标志物组件；以及根据对所述基准标志物组件的追踪来追踪与所述基准标志物组件连接 的介入性器械(20)。
5、 根据权利要求4所述的追踪方法，其中，所述基准标志物组件(30) 中的多个基准标志物包括至少三个有源微线圈基准标志物。
6、 根据权利要求2所述的追踪方法，还包括计算在所述确定明显位置的步骤期间接收的磁共振信号的信噪比(SNR);以及如果所述SNR小于基于噪声的警告阈值，则发布警告。
7、 根据权利要求2所述的追踪方法，还包括计算确定所述明显位置的指标的噪声数值；以及如果所述指标的噪声数值满足基于噪声的警告标准，则发布警告。
8、 根据权利要求1所述的追踪方法，其中，所述发布警告的步骤包括:如果所测量的局部Bc磁场不均匀性大于警告阈值，则发布警告。
9、 根据权利要求1所述的追踪方法，其中，所述测量局部Bo磁场不均匀性的步骤包括对符号相反的磁场梯度测量磁共振信号；以及基于对所施加的符号相反的磁场梯度所测量的磁共振信号，来确定所 述局部B。磁场不均匀性。
10、 根据权利要求9所述的追踪方法，其中，所述基于对于符号相反 的磁场梯度所测量的磁共振信号，来确定所述局部B。磁场不均匀性的步骤 包括计算所测量的明显位置之间的差值，所述明显位置是从对于符号相反 的磁场梯度的磁共振信号获得的，并且根据所施加的梯度导出局部ABo。
11、 根据权利要求1所述的追踪方法，其中，所述测量局部B。磁场不 均匀性的步骤包括基于沿着三个互相不平行方向中的每一个对施加的符号相反的磁场梯 度所测量的磁共振信号，确定在所述三个互相不平行的方向上的局部Bo磁 场不均匀性分量。
12、 根据权利要求ll所述的追踪方法，其中，所述发布警告的步骤包括如果所述三个所确定的局部Bo磁场不均匀性分量中的任意一个超出警 告阈值，则发布警告。
13、 一种追踪系统，包括Bo均匀性追踪检验器(54)，其测量由磁共振扫描仪(10)产生的Bo 磁场在基准标志物组件(30)的明显位置处的局部Bo磁场不均匀性；以及用户界面(42， 77， 78)，如果由所述BQ均匀性追踪检验器测量的所 述局部Bo磁场不均匀性满足警告标准，所述用户界面发布警告。
14、 根据权利要求13所述的追踪系统，还包括追踪处理器(50)，其使用所述磁共振扫描仪(10)执行追踪处理，以 至少追踪所述基准标志物组件(30)的明显位置。
15、 根据权利要求14所述的追踪系统，还包括噪声检验器(56)，其测量由所述追踪处理器(50)执行的所述追踪的 指标的噪声数值，如果所述指标的噪声数值满足基于噪声的警告标准，则 所述用户界面(42， 77， 78)也发布警告。
16、 根据权利要求15所述的追踪系统，其中，所述噪声检验器(56) 包括峰值信噪比(SNR)处理器(80)，其确定在追踪期间测量的磁共振峰 值的SNR;以及阈值器(82)，其对所确定的SNR进行阈值比较，以确定所述SNR是 否满足所述基于噪声的警告标准。
17、 根据权利要求13所述的追踪系统，其中，所述B。均匀性追踪检 验器(54)包括测量处理器(60、 62、 64、 66)，用于确定磁场不均匀性的测量值；以及阈值器(70、 72、 74、 76)，其与所述测量处理器对应，用于对磁场不均匀性的所述测量值进行阈值比较，以确定磁场不均匀性的所述测量值是 否满足警告标准。
18、 一种介入性磁共振系统，包括 磁共振扫描仪(10);基准标志物组件(30);追踪处理器(50)，其使用所述磁共振扫描仪(10)执行追踪处理，以 至少追踪所述基准标志物组件(30)的明显位置；以及 如权利要求13所述的追踪系统。
19、 根据权利要求18所述的介入性磁共振系统，还包括介入性器械(20)，其与所述基准标志物组件(30)相连接，所述追踪 处理器(50)基于对所连接的基准标志物组件的追踪，来追踪所述介入性 器械的位置和定向。
全文摘要
使用磁共振扫描仪(10)追踪一种基准标志物组件(30)。在基准标志物组件的已追踪位置，测量局部B₀磁场不均匀性。如果所测量的局部B₀磁场不均匀性满足警告标准，则发布警告。还确定追踪指标的噪声数值，并且如果该指标的噪声数值满足基于噪声的警告标准，也发布警告。
文档编号G01R33/28GK101292172SQ200680038513
公开日2008年10月22日 申请日期2006年9月15日 优先权日2005年10月17日
发明者S·克吕格尔, T·舍夫特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司