CN101234020A - 磁共振引导的治疗仪器的位置校正方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MR引导的治疗仪器的位置校正方法，该治疗仪器对治疗目标进行治疗，其包括：根据所述治疗目标的图像位置确定治疗仪器的空间位置；计算所述治疗目标所对应的梯度失真校正偏移量；根据所述梯度失真校正偏移量对所述治疗仪器的空间位置进行校正。本发明还公开了一种MR引导的治疗仪器的位置校正装置，其包括：位置确定单元，用于根据治疗目标的图像位置确定治疗仪器的空间位置；梯度失真校正单元，用于计算治疗目标所对应的梯度失真校正偏移量，根据梯度失真校正偏移量对治疗仪器的空间位置进行校正。使用了本发明的方法和装置，可以对梯度磁场非线性导致的MR引导治疗仪器的位置偏差进行校正，从而保证MR引导治疗的准确度和精确度。
Description
技术领域
本发明涉及磁共振成像(MRI，Magnetic Resonance Imaging)技术，特别是涉及一种磁共振引导的治疗仪器的位置校正方法和装置。
背景技术
MRI成像系统的主磁体用于产生一个高度均匀、稳定的静磁场B0，使处于磁场中的人体内氢原子核被磁化而形成磁化强度矢量。当磁化强度矢量受到满足共振条件的射频交变磁场的作用时，产生共振信号。
图1a是MRI系统中由主磁体产生的静磁场的示意图。如果只有均匀的静磁场B0，磁场中人体各处的磁化强度都以同一频率绕静磁场方向作旋进，在射频脉冲磁场作用下产生的共振信号的频率都一样，就无法区分各处产生的信号，因此就无法得到磁共振图像。因此需要在静磁场B0上叠加一个线性磁场梯度，如X方向的磁场梯度Gx＝ΔB/Δx，则磁场强度在梯度方向随着距离x线性变化，并可用下式表示：
B(x)＝B0+Gxx
图1b是MRI系统中在静磁场上叠加了X方向梯度磁场的示意图。线性梯度磁场的磁场强度方向与静磁场B0的方向相同，只是其大小随空间位置线性变化。梯度磁场用来提供磁共振信号的空间位置信息。在MR成像时必须获得三维空间中各点的信号，因此需要X、Y和Z三个方向的磁场分别具有梯度Gx、Gy和Gz，为了简化，图1b中仅示出了X方向的梯度磁场，未示出Y方向和Z方向的梯度磁场。
在MRI系统内使用医疗设备对人体进行治疗时，例如使用高强度聚焦超声换能器(HIFU，High Intensity Focus Ultrasonic transducer)对患者的肿瘤进行治疗时，HIFU换能器发出在肿瘤处聚焦的超声波束，通过升高肿瘤部位的温度对肿瘤进行治疗，此时MRI系统可用来准确地显示HIFU换能器和肿瘤的相对位置，从而有助于医疗人员操作HIFU换能器发出命中肿瘤的超声波束。
然而，在实际应用中，由于MRI系统的梯度磁场不可能达到100％线性，导致MR图像产生失真。这种梯度磁场非线性的程度从磁体的等深点向视野的边缘逐渐增加，因此图像的边缘处的失真更明显。在MR引导HIFU的治疗过程中，例如利用HIFU换能器对肿瘤进行治疗的过程中，由于存在这种由磁场梯度非线性导致的失真，MR图像将无法正确反映换能器和肿瘤的相对位置，这样导致的结果是，换能器发出的超声波束无法命中预定的治疗区域，从而使治疗效果不佳，甚至导致治疗失败。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MR引导治疗仪器的位置校正方法，对梯度磁场非线性导致的MR引导治疗仪器的位置偏差进行校正。
本发明的另一目的在于提供一种MR引导治疗仪器的位置校正装置，对梯度磁场非线性导致的MR引导治疗仪器的位置偏差进行校正。
为了实现上述目的，本发明提供的磁共振MR引导的治疗仪器的位置校正方法包括：根据所述治疗目标的图像位置确定MR引导的治疗仪器的空间位置；计算所述治疗目标所对应的梯度失真校正偏移量；根据所述梯度失真校正偏移量对所述治疗仪器的空间位置进行校正。
所述计算治疗目标的图像位置所对应的梯度失真校正偏移量包括：根据对梯度磁场进行描述的参数计算所述治疗目标所对应的梯度失真校正偏移量。
所述根据确定的梯度失真校正偏移量对所述治疗仪器的空间位置进行校正包括：根据所述梯度失真校正偏移量计算所述治疗器的实际空间位置；根据所计算的实际空间位置移动所述治疗仪器。
所述根据梯度失真校正偏移量计算所述治疗仪器的实际空间位置包括：将所述治疗仪器的空间位置的坐标值加上梯度失真校正偏移量，得到治疗仪器的实际空间位置的坐标值。
所述治疗仪器所在的坐标系与MR成像的坐标系是两个独立的坐标系；所述根据梯度失真校正偏移量计算所述治疗仪器的实际空间位置包括：根据MR成像的坐标系与治疗仪器所在坐标系之间的对应关系，对所述梯度失真校正偏移量进行坐标变换；将所述治疗仪器的空间位置的坐标值加上坐标变换后的梯度失真校正偏移量，得到治疗仪器的实际空间位置的坐标值。
其中，所述治疗仪器的空间位置和实际空间位置由三维坐标值表示；所述梯度失真校正偏移量包括对应三维坐标的三个偏移量。
其中，所述MR引导的治疗仪器为高强度聚焦超声HIFU换能器。
为了实现上述目的，本发明提供的磁共振MR引导的治疗仪器的位置校正装置包括：位置确定单元，用于根据所述治疗目标的图像位置确定MR引导的治疗仪器的空间位置；梯度失真校正单元，用于计算所述治疗目标的图像位置所对应的梯度失真校正偏移量，根据所述梯度失真校正偏移量对所述位置确定单元确定的治疗仪器的空间位置进行校正。
其中，所述梯度失真校正单元根据对梯度磁场进行描述的参数计算所述治疗目标的图像位置所对应的梯度失真校正偏移量。
其中，所述梯度失真校正单元包括：偏移量计算模块，用于计算所述治疗目标的图像位置所对应的梯度失真校正偏移量；实际位置计算模块，用于根据所述偏移量计算模块计算出的梯度失真校正偏移量和所述位置确定单元确定的治疗仪器的空间位置计算所述治疗仪器的实际空间位置；移动控制模块，用于接收所述实际位置计算模块发来的治疗仪器的实际空间位置，并发出按照所述治疗仪器的实际空间位置移动所述治疗仪器的控制信号。
从以上的技术方案可以看出，根据治疗目标的图像位置确定治疗仪器的空间位置，计算治疗目标在图像位置上的梯度失真校正偏移量，并利用该梯度失真校正偏移量对治疗仪器的位置进行校正，使得治疗仪器的实际空间位置与治疗目标的实际空间位置相对应，使治疗仪器发出的波束能够准确命中治疗目标，从而保证MR引导治疗的准确度和精确度。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
图1a是MRI系统中由主磁体产生的静磁场的示意图；
图1b是MRI系统中在静磁场上叠加了梯度磁场的示意图；
图2是根据本发明一实施例的MR引导治疗仪器的位置校正方法的流程图；
图3a是在无梯度失真情况下治疗仪器和治疗目标的相对位置关系示意图；
图3b是在有梯度失真情况下治疗仪器和治疗目标的相对位置关系示意图；
图3c是在有梯度失真情况下位置校正后的治疗仪器和治疗目标的相对位置示意图；
图4是根据本发明一实施例的MR引导的治疗仪器的位置校正装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图2是根据本发明一实施例的MR引导治疗仪器的位置校正方法的流程图。在本实施例中，以MR引导HIFU换能器治疗肿瘤为例，即肿瘤为治疗目标，对HIFU换能器的位置进行校正。从图2可以看出，本实施例的对HIFU换能器的位置进行校正具体包括如下步骤：
步骤S201：确定HIFU换能器在治疗中所需要处于的位置，即HIFU换能器的空间位置。
例如，可以根据MR图像中肿瘤的位置以及相应的治疗方案确定HIFU换能器在治疗中所处的空间位置，因为治疗中需要HIFU换能器发出的超声波束在肿瘤处聚焦，HIFU换能器必须处于合适的位置才能实现这一点，否则超声波束无法在肿瘤处聚焦，不仅达不到治疗效果，还可能伤及其他人体正常组织。
步骤S202：计算治疗目标所对应的梯度失真校正偏移量。
计算治疗目标所对应的梯度失真校正偏移量是计算治疗目标在某图像位置所对应的梯度失真校正偏移量。例如通过对梯度磁场进行描述的参数等确定某图像位置的梯度失真校正偏移量，某图像位置的梯度失真校正偏移量通常是三维的偏移量，例如，如果肿瘤的图像位置的坐标为(x0，y0，z0)，则通过计算得到在该位置上的梯度失真校正偏移量为(dx，dy，dz)
步骤S203：根据所述梯度失真校正偏移量计算HIFU换能器的实际空间位置，在该实际空间位置上，换能器能够发出聚焦在肿瘤上的超声波束。
如上所述，步骤S201确定的HIFU换能器的空间位置为(x，y，z)，步骤S202计算得到的梯度失真校正偏移量为(dx，dy，dz)，那么HIFU换能器的实际空间位置是(x+dx，y+dy，z+dz)。
如果没有梯度失真，肿瘤的图像位置与肿瘤的实际空间位置相同，因此HIFU换能器在根据肿瘤的图像位置所确定的空间位置上发出的超声波束能够在肿瘤上聚焦，但是由于存在梯度失真，肿瘤的图像位置与其实际的空间位置有偏差，因此HIFU换能器在根据肿瘤的图像位置所确定的空间位置上发出的超声波束的焦点与肿瘤的实际空间位置有偏差，造成HIFU换能器发出的超声波束无法在肿瘤上聚焦。由于HIFU换能器和肿瘤之间的相对位置是固定的，因此肿瘤的图像位置和实际位置之间的偏差与HIFU换能器的空间位置与实际空间位置之间的偏差非常接近，可以看成是等同的偏差。这样，就可以利用肿瘤的图像位置和实际位置之间的偏差来校正HIFU换能器的实际空间位置。
如图3a所示，没有梯度失真时，肿瘤位于MR图像上的(x0，y0，z0)位置，其实际的空间位置也在(x0，y0，z0)；换能器在依据(x0，y0，z0)确定的空间位置(x，y，z)上发出的超声波束聚焦在肿瘤上；如图3b所示，如果存在梯度失真，肿瘤位于图像上的(x0，y0，z0)位置，其图像位置上的梯度失真校正偏移量为(dx，dy，dz)，则其实际空间位置为(x0+dx，y0+dy，z0+dz)，换能器在依据(x0，y0，z0)确定的空间位置(x，y，z)上发出的超声波束无法聚焦在肿瘤上；如图3c所示，根据梯度失真校正偏移量对换能器进行位置校正以后，其位于(x+dx，y+dy，z+dz)上，换能器在此位置上发出的超声波束可以在肿瘤上聚焦。
步骤S204：根据计算得到的HIFU换能器的实际空间位置移动HIFU换能器。
按照梯度失真校正偏移量将换能器的位置移动到移动到(x+dx，y+dy，z+dz)位置，这样，可以保证换能器在肿瘤的实际位置(x0+dx，y0+dy，z0+dz)处聚焦。
通过上述的对MR引导的HIFU换能器的位置进行校正，可以使医疗人员将该换能器调整到理想的位置上，使换能器发出的超声波束在预定的治疗目标上聚焦，达到更好的治疗效果。
需要说明的是，在上述实施例中，假设HIFU换能器所在的坐标系和MR成像的坐标系属于同一坐标系，而在实际应用中，HIFU换能器所在的坐标系可能与MR成像的坐标系不同。因此，在步骤S202确定的梯度失真校正偏移量是在MR成像的坐标系中的偏移量，不能直接用来计算换能器的实际空间位置。此时，需要根据HIFU换能器所在的坐标系和MR成像的坐标系之间的对应关系，对计算出的梯度失真校正偏移量进行坐标变换，得到该梯度失真校正偏移量所对应的HIFU换能器所在坐标系的偏移量，然后在步骤203中将换能器的实际空间位置的坐标值加上该坐标变换后的梯度失真校正偏移量，从而得到换能器的实际空间位置。
图4是根据本发明一实施例的MR引导治疗仪器的位置校正装置的结构示意图。本实施例仍以MR引导的HIFU换能器为例。从图4可以看出，在本实施例中，MR引导的HIFU换能器的位置校正装置包括互相连接的位置确定单元41和梯度失真校正单元42，其中：
位置确定单元41接收MR成像系统发来的治疗目标的图像位置，根据该治疗目标的图像位置确定MR引导的治疗仪器的空间位置；
梯度失真校正单元42接收MR成像系统发来的治疗目标的图像位置，计算该治疗目标的图像位置所对应的梯度失真校正偏移量，根据该梯度失真校正偏移量对位置确定单元41所确定的治疗仪器的空间位置进行校正。
通常，所述梯度失真校正单元42根据对梯度磁场进行描述的参数计算所述图像位置上的梯度失真校正偏移量。
进一步，所述梯度失真校正单元42包括偏移量计算模块421、实际位置计算模块422和移动控制模块423，其中：
偏移量计算模块421接收MR成像系统发来的治疗目标的图像位置，计算该位置所对应的梯度失真校正偏移量；
实际位置计算模块422接收偏移量计算模块421计算的梯度失真校正偏移量以及位置确定单元41确定的治疗仪器的空间位置，根据该梯度失真校正偏移量和治疗仪器的空间位置计算治疗仪器的实际空间位置；
移动控制模块423接收实际位置计算模块422计算的治疗仪器的实际空间位置，发出按照该实际空间位置移动所述治疗仪器的控制信号。
在上述实施例中，以MR引导的HIFU换能器为例对本发明进行阐述，应该理解，本发明不仅限于MR引导的HIFU换能器的治疗，还包括MR引导的其他治疗仪器在治疗上的应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1. 一种磁共振MR引导的治疗仪器的位置校正方法，所述治疗仪器对治疗目标进行治疗，其特征在于，包括：
根据所述治疗目标的图像位置确定MR引导的治疗仪器的空间位置；
计算所述治疗目标的所对应的梯度失真校正偏移量；
根据所述梯度失真校正偏移量对所述治疗仪器的空间位置进行校正。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算治疗目标所对应的梯度失真校正偏移量包括：
根据对梯度磁场进行描述的参数计算所述治疗目标的图像位置所对应的梯度失真校正偏移量。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据确定的梯度失真校正偏移量对所述治疗仪器的空间位置进行校正包括：
根据所述梯度失真校正偏移量计算所述治疗器的实际空间位置；
根据所计算的实际空间位置移动所述治疗仪器。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据梯度失真校正偏移量计算所述治疗仪器的实际空间位置包括：
将所述治疗仪器的空间位置的坐标值加上梯度失真校正偏移量，得到治疗仪器的实际空间位置的坐标值。
5. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述治疗仪器所在的坐标系与MR成像的坐标系相互独立；
所述根据梯度失真校正偏移量计算所述治疗仪器的实际空间位置包括：
根据MR成像的坐标系与治疗仪器所在坐标系之间的对应关系，对所述梯度失真校正偏移量进行坐标变换；
将所述治疗仪器的空间位置的坐标值加上坐标变换后的梯度失真校正偏移量，得到治疗仪器的实际空间位置的坐标值。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述治疗仪器的空间位置和实际空间位置由三维坐标值表示；
所述梯度失真校正偏移量包括对应三维坐标的三个偏移量。
7. 根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述MR引导的治疗仪器为高强度聚焦超声HIFU换能器。
8. 一种磁共振MR引导的治疗仪器的位置校正装置，其特征在于，包括：
位置确定单元(41)，用于根据所述治疗目标的图像位置确定MR引导的治疗仪器的空间位置；
梯度失真校正单元(42)，用于计算所述治疗目标的图像位置所对应的梯度失真校正偏移量，根据所述梯度失真校正偏移量对所述位置确定单元(41)确定的治疗仪器的空间位置进行校正。
9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述梯度失真校正单元(42)根据对梯度磁场进行描述的参数计算所述治疗目标的图像位置所对应的梯度失真校正偏移量。
10. 根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述梯度失真校正单元(42)包括：
偏移量计算模块(421)，用于计算所述治疗目标的图像位置所对应的梯度失真校正偏移量；
实际位置计算模块(422)，用于根据所述偏移量计算模块(421)计算出的梯度失真校正偏移量和所述位置确定单元(41)确定的治疗仪器的空间位置计算所述治疗仪器的实际空间位置；
移动控制模块(423)，用于接收所述实际位置计算模块(422)发来的治疗仪器的实际空间位置，并发出按照所述治疗仪器的实际空间位置移动所述治疗仪器的控制信号。
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