CN103003712B - 磁振造影系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用在受测者目标区域的具移动式线圈之磁振造影装置及具有该装置之治疗系统，包括用于从受测者接收射频讯号的第一和第二射频线圈。第一射频线圈固定于一定位装置且在受测者的目标区域内为可移动。第二射频线圈大于第一射频线圈且具有超过第一射频线圈的较大视域。该系统还包括一图像处理装置用于处理从第一射频线圈和第二射频线圈耦合的射频讯号以形成一磁振造影影像。

Description

磁振造影系统
技术领域
本发明涉及一种医学造影系统，且更特别为涉及一种磁振造影装置及具有该装置之治疗系统。
背景技术
磁振造影(MRI)是因其能够非侵入性地提供具强烈软组织对比的高度详细解剖影像，因此而为临床上重要的医学造影技术。MRI的这些性质使得其成为使用高强度聚焦超音波(HIFU)、射频(RF)波、微波、冷冻治疗、雷射以及辐射的影像导引切片术和影像导引治疗的主要工具。
在MRI过程中，受测者置于维持稳定的静磁场中。在受测者体内原子核磁矩变得依照该磁场排列。在外加相同频率的RF电磁波激发，原子核磁矩会偏转，于外加RF电磁波停止时原子核磁矩的偏转会回复。这会导致磁场改变，被侦测以作为MRI讯号。
RF接收线圈也可以用在接收自受测者的共振发射。对于具有固定几何的RF共振接收线圈，来自样品的磁共振讯号的讯噪比(SNR)会以大约线性于磁场而增加。RF接收线圈距离样品越近，讯噪比越大。因此，对于低磁场，接收线圈接近人体的距离是非常重要的。在线圈与人体的距离越大，MRI影像越差。于是，在典型的磁共振导引(MR-guided)介入性过程中，受测者可以置于体积接收线圈内、或是接近于放在需被造影区域的表面接收线圈、或是可以使用相位数组线圈。
线圈的配置是在过程开始时就设定，线圈做的够大以覆盖整个处理区域，所以其可以在整个过程中维持静止。但这样的设定有其缺点。
随着线圈越大，MRI的影像质量和速度会受到影响且治疗的准确性和安全性也会受到影响。在另一方面，当在像是肝之大器官上设置较小的线圈时，治疗装置可能需要在大范围上移动。线圈然后会妨碍此移动，线圈的可移动性将被认为是用来设计更佳的MRI系统。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明的主要目的在于提供一种用在受测者目标区域中的具移动式线圈之磁振造影装置及具有该装置之治疗系统、在受测者的目标区域中的医疗期间使用的磁振造影装置和在受测者的目标区域中的医疗期间使用的治疗系统。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用在受测者目标区域中的磁振造影装置包括第一和第二射频(RF)线圈以接收来自受测者的RF讯号。该第一RF线圈固定于定位装置和在受测者的目标区域内为可移动。第二RF线圈大于第一RF线圈具有超过第一RF线圈的较大视域。该系统还包括一图像处理装置用于处理从第一RF线圈和第二RF线圈耦合的RF讯号以形成一磁振造影影像。
在一实施例中，第一RF线圈和第二RF线圈位于受测者的不同侧且彼此相对。
在另一实施例中，第一和二RF线圈经配置为将受测者夹置其中且彼此相对。
其他实施例包括受测床。在这些实施例中，该第二RF线圈设置在受测床且这样使用处置，该受测者躺在第二RF线圈上且第一RF线圈在受测者上。
附加的实施例包括该第一RF线圈经配置为当治疗装置在受测者的目标区域执行时跟随该治疗装置。在某些并非所有这些实施例中，该第一RF线圈为环形且定义出大于该治疗装置顶端之内部开放空间。
还有其它实施例包括第一RF线圈具有表面线圈、第二RF线圈具有相位数组线圈，还有第一RF线圈和第二RF线圈具有单回路、正交回路以及数组线圈至少其中之一。
在这些实施例中还具有去耦电路以消除第一RF线圈和第二RF线圈间或是在第二RF线圈内的耦合。
还有其他实施例包括平行处理单元平行处理从第一RF线圈和第二RF线圈耦合的RF讯号而形成磁振造影影像。
在其他实施例中，该第二RF线圈包括可挠数组线圈以形成用以缠绕该受测者的带。
一种在受测者的目标区域中的医疗期间使用的治疗系统。这样的系统包括用以将能量传送给该受测者的治疗装置和用以接收来自受测者的RF讯号的第一和第二RF线圈。第一RF线圈固定于定位装置和在其中心定义出开放空间足以让治疗装置的顶端通过。
第二RF线圈大于第一RF线圈具有超过第一RF线圈的较大视域。该系统还包括一图像处理装置用于处理从第一RF线圈和第二RF线圈耦合的RF讯号以形成一磁振造影影像。
上述系统的实施例包括第一RF线圈和第二RF线圈经配置为将受测者夹置其中且彼此相对。
可以使用各种RF线圈，例如：在该系统的实施例为第一RF线圈和第二RF线圈具有单回路、正交回路以及数组线圈至少其中之一。也具有实施例为第一RF线圈具有表面线圈。且仍具有其他实施例为第二RF线圈具有相位数组线圈，其中第一RF线圈为环形，以及第二RF线圈包括具有至少两个线圈的相位数组线圈，而其中至少两个线圈为电感耦合且其中至少两个线圈是由DC受控电容所控制。在某些实施例中，第二RF线圈包括可挠数组线圈以形成缠绕受测者的带。
系统的某些实施例也包括受测床。在这些实施例中，第二RF线圈设置在受测床且当系统使用时，受测者躺在第二RF线圈上且第一RF线圈在受测者上。
在其余实施例中，第一RF线圈用来当治疗装置传送能量至受测者的目标区域时跟随治疗装置。
其他实施例包括去耦电路以消除第一RF线圈和第二RF线圈间或是在第二RF线圈内的耦合。
其他实施例包括平行处理单元用于平行处理从第一RF线圈和第二RF线圈耦合的RF讯号。
在某些实施例中，该系统也可包括控制单元经设计为接收该磁振造影影像且导引该治疗装置实时执行该医疗。
一种在受测者的目标区域中的医疗期间使用的治疗系统。这样的系统包括用以将能量传送给该受测者的治疗装置、用于缠绕该受测者躯干的可挠RF线圈带以接收来自受测者的RF讯号以及图像处理装置用于处理从可挠RF线圈带耦合的RF讯号以形成磁振造影影像。该线圈带包括第一、第二、第三和第四RF线圈。第一RF线圈在其中心定义开放空间，该开放空间具有允许治疗装置的顶部通过的尺寸。第二RF线圈为电感耦合至第一RF线圈。当可挠RF线圈带被缠绕于躯干时，第三RF线圈电耦合至第四RF线圈。
一实施例也包括设置在可挠RF线圈带和受测者驱干间的转动装置以协助可挠RF线圈带围绕该受测者躯干转动。
本发明之其他和进一步观点与特色将可由阅读以下图式之详细描述中而明白，其仅为说明并未限制在所附申请专利范围之保护范围中。
附图说明
各种实施例参酌图式而在此描述与说明，其中类似的项目将以相同的组件符号表示，且其中：
图1为表面线圈；
图2为显示一种示范的磁共振导引高强度聚焦超音波系统；
图3为RF线圈的组合；
图4为唯收圆形表面线圈的电路图；
图5A为三个重迭圆形表面线圈的电路图；
图5B为在两个重迭圆形表面线圈间的去耦电路的另一实施例的电路图；
图6为三个圆形表面线圈的塑料封装；
图7为可挠相位数组线圈的侧视图；
图8为用于设置在环绕或部分环绕于人类躯干的线圈带；以及
图9为在图8的线圈带的上视图。
【主要组件符号说明】
10 可挠相位数组线圈 101 铜线圈回路 102 分布电容
103 齐纳二极管 104 PIN二极管 105 变容二极管
106 抗流器 107 电感 108 主动去耦埠
109 接地 110 调谐埠 111 线圈输出
112 DC受控电容 120 平面线圈 129 可挠线圈
1100躯干 1102 球 1104 带
1106 带孔 1202、1210 半线圈 1204、1206、1208 完整线圈
22、24、26 可挠矩形线圈 202 枢轴 210 磁铁
220 梯度线圈 230 RF线圈 232 MRI控制器
260受测者 268 目标组织 270 台子
280 HIFU转换器 282 HIFU控制器 290 MRI导引HIFU控制器
296计算机 42 整个主动去耦和自动调谐42a 开放区域
控制电路
具体实施方式
应用在磁振造影(MRI)系统中有三种磁场：主磁场或静磁场、梯度磁场以及射频场。该静磁场为之强烈、高度均匀磁场而位在整个进行造影的区域中。理想的静磁场必须在空间中非常均匀且在时间中为一致。在操作上，辅助电磁铁是用于提高静磁场的空间均匀性。三个梯度磁场，分别对于x、y和z方向之一个是用于将位置信息编码到NMR讯号以及对该讯号采用傅立叶变换以计算对每一像素的影像强度值。在操作上，梯度线圈提供线性可变磁场以区别出受测者的不同位置产生的RF讯号的位置。RF线圈可以用在两个必要目的：传送和接收讯号。在特定频率下该线圈发射能量至受测者以在该受测者中产生核磁共振自旋的场。该自旋是由具有等比例于该静磁场的振幅的旋转磁场所产生且以拉穆尔频率(Larmor frequency)旋转。当该线圈做为接收器，其侦测到由该自旋产生的响应RF讯号。
通常用在MRI系统中有三种RF线圈：体线圈、头线圈以及表面线圈。体线圈和头线圈位在该受测者之间且该梯度线圈是经设计为产生可均匀穿过区域而造影的RF磁场。头线圈和体线圈为够大而足以环绕被造影的区域。体线圈具有够大直径(50到60公分)以整个环绕受测者的身体。相反地，表面线圈为较小线圈经设计为造影限制区域，即有兴趣的区域。表面线圈为各种不同形状和尺寸以及可以在限制范围内的头和体线圈中提供较高的SNR。表面线圈的其中一范例为显示在图1的平面线圈120。这样的线圈120可以放在距离该要造影的区域非常近之处且特别在该RF讯号的中心具有好的讯噪比(SNR)。在该中心接收到的讯号是最强的且随着离该中心点讯号距离增加而讯号强度衰减。该视场(FOV)因此被限制在某些小范围中。
MRI系统已经在多年来使用在诊断数据。最近的研究已经揭示了对执行影像导引、微创外科手术的强烈兴趣。可提供出色的软组织对比和精确的定位信息的MRI数据通常是在外科医生在手术前才提供，譬如是在执行活组织切片检查。然而，其较佳是在外科手术期间产生及时的MRI影像。在此揭露之这样系统组合了热烧灼手术和MRI扫描。
热烧灼包括以RF能量、以微波能量、以聚焦超音波或是以雷射光加热组织。在上述四种方法中，聚焦超音波是特别有用，其因为其能力为非侵入性地烧灼人类肿瘤组织。
在说明的实施例中，高强度聚焦超音波(HIFU)经由凹面转换器将其聚焦为超音波光束而传送。这样的HIFU的其中一范例可以聚焦距离到10公分的深度且产生具有10公厘长的病灶以及2公厘的截面直径。HIFU导致细胞振荡，因此通过摩擦产生热，其量足以将其摧毁。HIFU的有用特征为其能力在于产生具有非常明显轮廓的损伤，而依序使它离开非目标组织而不会损伤。HIFU可以可用于外部，因此是一种非侵入性手术方法。
图2显示一种磁共振(MR)导引HIFU系统的范例。MR造影系统包括磁铁210以施加静磁场、梯度线圈220以在三个正交坐标中施加空间分布磁场、以及RF线圈230以接收RF讯号。由RF线圈230接收的讯号被传送到MRI控制器232且进一步重建为显示在连接到计算机296的显示控制面板中的影像。HIFU处理系统包括HIFU转换器280和HIFU控制器282。MRI控制器232和HIFU控制器282均可以与MRI导引HIFU控制器290通讯。
在使用中，受测者260躺在台子270上。虽然未显示在图2中，HIFU转换器280是在HIFU控制器282及/或MRI导引HIFU控制器290的控制下以传送聚焦超音波到受试者260的目标组织268。计算机296是借着医疗专业人员使用以调整系统、计划处理程序和实时监视疗法与实施图像处理任务，像是处理从RF线圈接收之数据和根据此而重建影像。
一个改良的MR导引HIFU系统采用如图1所示的循环型表面线圈120和图2所示的RF线圈。不像习知的MR导引HIFU系统，表面线圈120或HIFU转换器280都没有固定在台子270。反之，表面线圈120和HIFU转换器280都能够相对于彼此而移动。特别为JOFU转换器具有顶部而能够通过表面线圈120的中央孔。在一实施例中，表面线圈120具有16公分的内直径和35微米(μm)的厚度。在此实施例中。转换器头部的直径小于16公分。再者，为了避免干扰治疗装置的移动，表面线圈120能购和HIFU转换器280一起移动。在另一实施例中，治疗装置和表面线圈120共焦在感测上而治疗装置和线圈总是覆盖在相同局部空间区域。
表面线圈不需完美的圆形，具有内直径足以容纳转换器之通过的方环形表面线圈可以为另一范例的合适表面线圈120。也可以使用其它具有均等贡献和方向的表面线圈120。
单一个表面线圈120可以有效造影出其尺寸相当于表面线圈的直径的限制范围。为了改善改系统的组态且扩大视场(FOV)，替代的设计包括了表面线圈120和可挠线圈129。
如图3所示，受测者由表面线圈120和可挠线圈129夹住，可挠线圈129大于圆形线圈120。可挠线圈129可以带子似的缠绕受测者。在某些实施例中，可挠线圈129的园周可调整而容纳不同腰围的受测者且其几何形状适用于装在下腹部上。背后下面的可挠线圈129可以为可挠相位数组线圈。从小表面线圈120和从可挠相位数组线圈的每一个可挠线圈接收的RF讯号可以每个连接到个别的前置放大器以进行进一步处理。
对于具有固定几何形状的RF接收线圈，在该线圈和人体之间的距离越大，MRI影像越差。因此在其操作期间该接收线圈要接近该人体为重要的。相位数组排列成具有固定几何形状的多重线圈以形成大尺寸的形状。
当线圈电感耦合，回路如同单一结构而谐振。在此情况中，可能难以同步将每个组件的阻抗匹配到接收器电路中。可以用数个方法以移除互感的影响。一个方法是调整相邻线圈的重迭以产生在相邻线圈间的零磁通量，因此导致互感趋近于零。另一方法为使用在数组线圈中的RF调谐/匹配电路以匹配MRI RF线圈组上。又一方法为使用蝴蝶形的连接部分以削减在相邻线圈间的互感。其他方法包括前置放大器的重新设计或是后续处理能力的提升。
在该线圈数组中用以消除的电感耦合的示范电路设计显示在图4、图5A和图5B。
在图4中，单一唯收表面线圈具有铜线圈回路101串连于分布电容102以在MRI拉穆尔频率上谐振。在高功率RF操作期间，线圈回路101藉由主动和被动电路去耦合。被动去耦电路包括齐纳二极管103、电感107以及电容102。主动去耦电路包括PIN二极管104、电感107和电容102，其藉由来自主动去耦端口108的远程讯号而切换。谐振频率可以借着采用来自调谐埠110跨越变容二极管(varactor)105的DC电压。如果需要频率调谐，该变容二极管105接着切换到LC谐振电路已达到预期的谐振频率。变容二极管105的使用在此领域的技术人员已知为用以在调谐电路中实施，且显示在图4中该调谐电路中的实施仅为其中一实施例。当电路连接到各个远程控制部，像是主动去耦电路和自动调谐电路或是当该电路和接地109连接时，整个的调谐和去耦控制讯号系与抗流器(choke)106串联以从交流电流(AC)中隔离出RF讯号。
可挠线圈可调整以容纳不同尺寸的受测者，因此最大化在受测者广大范围的耦合以及最小化需要匹配线圈输出阻抗至每个前置放大器的外部谐调量。显示在图6的可挠相位数组线圈10可以像是带子缠绕在受测者。在图6的可挠相位数组线圈10包括三个可挠矩形线圈22、24、26重迭而取消互感。如图6所示，重迭区域包括实线和虚线作为为两个单一线圈22和24或是24和26的重迭。
如图5A所示的更多细节，重迭线圈22、24和26彼此相等。在图5A中的重迭区域显示一对线圈仅电感耦合以及没有电性耦合。然而，其应该注意到像是在线圈22和24间重迭的该重迭区域可以如图5B显示的连接，其中两个线圈22和24藉由DC受控电容112连接且由调谐埠110控制。
该线圈之后包括塑料封装以避免与人体直接接触。类似地，在图4的整个主动去耦和自动调谐控制电路42是位于图6的开放区域42a以连接远程控制电路。再回去参考图5A，线圈输出111传送输出信号给每个前置放大器。枢轴202链结每个塑料封装且使可挠线圈弯到某些程度。
可挠相位数组线圈定义可以如图7所示缠绕部份人体的带1104，或是如图8所示为甚至全部缠绕住躯干1100。该带1104具有带孔1106，其类似于表面线圈120的中央孔，是让HIFU转换器280通过。带1104可以在设置在带1104和躯干1100间的球1102上旋转。如图9所示为带1104在不弯折的组态中。带1104具有三个完整线圈1204、1206和1208以及两个半线圈1202和1210，而带孔1106位于线圈1206。当该带1104缠绕时，该两个半线圈1202和1210形成一个完整线圈。
在此所描述的装置组合了MRI造影和非侵入性疗法，需要快速造影方法以减低获取时间。平行MRI技术以加速从RF线圈数组的敏感模式取出空间信息的影像取得并取代一般从梯度磁场脉冲序列中所获取的部分数据的信息。因此，在前面的小焦点线圈和可挠相位数组的使用不仅改善在治疗时点的影像质量，更可允许经由平行造影的速度改善。在平行造影的情况下，控制单元可接收实时MRI影像，且基于影像信息导引该治疗装置在实时执行医疗程序或是将该MRI影像转换而提供为协助医疗程序实行之参考。
本发明所描述且其较佳实施例是做为新的请求内容且以书面专利而得到保证。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种具磁振造影装置之治疗系统，该系统包括：
一治疗装置，用以在受测者目标区域内进行治疗作业；
一磁振造影装置，系与该治疗装置链接并电性连接，该装置更包括：
一定位装置，于受测者目标区域内移动；
一第一RF线圈，系连接于该定位装置上，藉由该定位装置于受测者目标区域内移动且贴近该受测者目标区域，接收来自受测者的RF讯号，第一RF线圈在其中心具有一开放空间，该第一RF线圈经配置为当治疗装置在受测者的目标区域执行时跟随该治疗装置；
一第二RF线圈，系保持与该第一RF线圈于受测者目标区域之相对应位置，用以接收来自受测者的RF讯号，第二RF线圈大于第一RF线圈且具有超过第一RF线圈的较大视域；
一受测床，该第二RF线圈设置在受测床，而受测者躺在第二RF线圈上且第一RF线圈在受测者上，该第一RF线圈于受测者上且与第二RF线圈位置相对应；
一图像处理装置，系与该第一RF线圈及第二RF线圈电性连接，用于处理从第一RF线圈和第二RF线圈耦合的RF讯号以形成一磁振造影影像。
2.如权利要求1所述的具磁振造影装置之治疗系统，其特征在于，所述第一RF线圈和第二RF线圈系为一单回路、一正交回路或一数组线圈之任一种形式。
3.如权利要求1所述的具磁振造影装置之治疗系统，其特征在于，所述第二RF线圈系为一相位数组线圈。
4.如权利要求1所述的具磁振造影装置之治疗系统，其特征在于，还包括一去耦电路,用以消除第一RF线圈和第二RF线圈间或第二RF线圈内的耦合。
5.如权利要求1所述的具磁振造影装置之治疗系统，其特征在于，还包括一平行处理单元,系与该第一RF线圈及第二RF线圈电性连接,以平行处理从第一RF线圈和该第二RF线圈耦合的RF讯号。
6.如权利要求1所述的具磁振造影装置之治疗系统，其特征在于，所述第二RF线圈包括具有至少两个线圈的一相位数组线圈，而其中至少两个线圈为电感耦合且其中至少两个线圈是由一DC受控电容所控制。
7.如权利要求1所述的具磁振造影装置之治疗系统，其特征在于，所述第一RF线圈为环形。
8.如权利要求1所述的具磁振造影装置之治疗系统，其特征在于，所述第二RF线圈包括一可挠数组线圈以形成缠绕受测者之带子型态。
9.如权利要求1所述的具磁振造影装置之治疗系统，其特征在于，该治疗装置系为射频能量、微波能量、聚焦超音波或雷射光加热组织之任一种装置。
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