CN108056820A - 用于心脏损伤评估的磁共振成像(mri)温度记录法 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“用于心脏损伤评估的磁共振成像(MRI)温度记录法”。所描述的实施方案包括具有电接口和处理器的设备。处理器被配置成经由电接口从多个传感器接收第一信号和第二信号，该第一信号指示胞内抗体工具在受检者体内的位置，该第二信号指示采集到第一信号时受检者的生理运动周期的相位。处理器还被配置成使用磁共振成像(MRI)扫描器，在由第一信号指示的位置处在受检者的随后的生理运动周期的一部分上采集一组多个图像，所述一部分包括由第二信号指示的相位。还描述了其它实施方案。

Description

用于心脏损伤评估的磁共振成像(MRI)温度记录法
技术领域
本发明涉及磁共振成像(MRI)，尤其是在介入施用时引导规程。
背景技术
在心脏消融规程中，可以将射频能量递送到引起心律失常的心脏组织，从而引起该组织中的损伤，所述损伤使得组织电失活。
磁共振成像(MRI)是一种成像技术，其以各种方式采集可以进行处理和使用的复值信号。例如，可以计算此类复值信号的幅度，以产生用于由放射科医师观察的“幅度图像”。另选地或除此之外，可以计算此类复值信号的相位，以产生“相位图像”。可以使用此类相位图像，例如用于MRI温度记录法(或“MRI温度测定法”)，即通过其测量组织温度的技术。在该技术的一个变型中，例如，温度的变化来源于图像相位的差值。因此，例如，如果在第一次采集的组织的特定部分的参考图像具有相位φ0，并且在第二次采集的组织的相同部分的随后图像具有不同的相位φ1，则第一次和第二次之间的组织的部分的温度变化可以得自差值φ1-φ0。MRI温度记录法可以用于提供感兴趣的组织区域的温度图；因此，MRI温度记录法可以被另选地称为“基于MRI的温度测绘”。
Yuan、Jing等人，“Towards fast and accurate temperature mapping withproton resonance frequency-based MR thermometry”，《医学和外科中的定量成像(Quantitative imaging in medicine and surgery)》，2012年第二卷第一期：第21-32页，评论质子共振频率(PRF)温度测定法的基本原理，并且进一步论述旨在提高基于PRF的温度测定法序列的成像速度和/或温度精度的技术进步，诸如图像加速、脂肪抑制、减小的视场成像以及运动跟踪和校正。
Volland、NA等人，“Limited FOV MR thermometry using a local cardiac RFcoil in atrial fibrillation treatment)”，《国际医学磁共振学会论文集(Proc.Intl.Soc.Mag.Reson.Med.)》，2011年第19卷：第1764页，研究局部RF心脏线圈的开发，其允许以高灵敏度采集每个图像低于200ms的线圈灵敏度有限的视场(FOV)MR损伤或温度图像。
美国专利申请公布2015/0099965(其公开内容以引用方式并入本文)描述用于磁共振成像的导管安装的、可伸展的或设置就位的线圈。线圈具有导管护套，其包括具有中心轴线的细长管，该导管护套在其端部处具有开口；可伸展线圈，其包括连接到伸展机构的导电材料，该伸展机构在被部署时保持可伸展接收线圈形状；以及电缆，其延伸穿过导管护套，该电缆电连接到线圈感应环路。
发明内容
根据本发明的一些实施方案，提供包括电接口和处理器的设备。处理器被配置成经由电接口从多个传感器接收第一信号和第二信号，该第一信号指示胞内抗体工具在受检者体内的位置，该第二信号指示采集到第一信号时受检者的生理运动周期的相位。处理器还被配置成使用磁共振成像(MRI)扫描器，在第一信号指示的位置处在受检者的随后的生理运动周期的一部分上采集一组多个图像，该一部分包括由第二信号指示的相位。
在一些实施方案中，第一信号还指示胞内抗体工具的取向，并且处理器被配置成沿着胞内抗体工具的取向采集一组图像。
在一些实施方案中，随后的运动周期的一部分在时间上居中在由第二信号指示的相位上。
在一些实施方案中，运动周期是心动周期，并且随后的运动周期是随后的心动周期。
在一些实施方案中，胞内抗体工具包括消融导管，并且处理器被配置成在消融导管消融心脏组织的一部分时采集一组图像。
在一些实施方案中，随后的心动周期的一部分具有70ms至130ms的持续时间。
在一些实施方案中，该组图像包括在10个和20个之间的图像。
在一些实施方案中，处理器被配置成分别在受检者的多个随后的生理运动周期上采集多组图像。
在一些实施方案中，处理器还被配置成通过将显示胞内抗体工具的模板图像与该组图像进行匹配来从该组中选择比该组的其它图像更好地显示胞内抗体工具的图像。
在一些实施方案中，处理器还被配置成使用对应于所选择的图像的相位图像来更新温度图。
根据本发明的一些实施方案进一步提供方法，该方法包括从多个传感器接收第一信号和第二信号，该第一信号指示胞内抗体工具在受检者体内的位置，该第二信号指示采集到第一信号时受检者的生理运动周期的相位。该方法还包括使用磁共振成像(MRI)扫描器，在由第一信号指示的位置处在受检者的随后的生理运动周期的一部分上采集一组多个图像，该一部分包括由第二信号所指示的相位。
结合附图，从本发明实施方案的以下详细描述，将更全面地理解本发明，其中：
附图说明
图1是根据本发明的一些实施方案的MRI引导消融系统的示意图；
图2是根据本发明的一些实施方案的用于采集一组MRI图像的技术的示意图；并且
图3是根据本发明的一些实施方案的用于在心脏消融规程期间对受检者成像的方法的流程图。
具体实施方式
概述
在对受检者进行心脏消融时，测量所消融的组织(即损伤)的温度可为有帮助的，诸如以便于跟踪规程的进展。MRI温度记录法是测量温度的精确方法。然而，由于心脏的移动，对于MRI扫描器跟踪所消融的组织可具有挑战性。
一个选项是在心动周期的预期组织的所消融部分处于特定位置的特定相位时在该特定位置处采集图像(或“切片”)。换句话说，MRI扫描器的视场(FOV)可以被设置到特定位置，并且图像采集可以被门控到特定相位，使得在特定位置和相位每个心动周期采集单个MRI图像。然而，该技术的缺点是心脏的运动可表现出从一个周期到下一个周期的变化，使得在特定相位的所消融的组织的位置在周期之间变化。此外，消融导管可有意移动或可无意中滑动，使得MRI扫描器停止捕获所消融的组织。
另一个选项是在整个心动周期、在特定位置或几个位置处执行快速、非门控MRI成像，并且从全组采集图像中提取最佳显示所消融的组织的图像。该技术比先前描述的技术更有可能捕获所消融的组织，至少对于执行成像期间的一些心动周期。然而，由于所消融的组织仅显示在所采集的图像的一小部分中，因此需要大量的处理以将少量的感兴趣的图像与大量不相关的图像分离。这种对广泛处理的需要使得技术难以实现，并且通常对于实时温度测绘是不切实际的。
因此，本发明的实施方案提供用于对所消融的组织进行成像的优良技术。根据这种技术，消融导管配备有传感器，诸如属于磁跟踪系统的电磁传感器，其跟踪导管的位置，并且因此还跟踪当前正在消融的组织的位置。跟踪的位置被馈送到控制MRI扫描器的处理器，使得在导管移动到组织的不同部分的情况下，MRI扫描器可以“沿循”导管。为了补偿心脏的周期内运动以及此类运动中的周期间变化，执行“部分门控”技术，由此在心动周期的一部分期间进行快速MRI成像，所述心动周期的一部分大约在时间上以获得到导管位置时心动周期的相位为中心。例如，假设在先前的心动周期期间在受检者的超声心动图(ECG)的R峰处测量到导管的位置，MRI扫描器可以在当前心动周期期间在70ms至130ms的周期内在所测量的位置处采集一组10个至20个图像，所述周期大约以R峰为中心。(例如，图像采集可以在R峰之前50毫秒开始，并持续直到R峰之后的50毫秒。)以这种方式，所消融的组织在每个心动周期期间所采集的图像中的至少一个图像中出现很高的概率，但是所采集的图像的数量不会过大，因为图像的采集仅发生在心动周期的一部分上。
通常，显示导管的模板图像与采集的每个组的图像相关联，以便自动找到最佳显示导管的图像。换句话说，每组图像被自动过滤，使得仅选择与模板图像具有最佳相关性的图像。由于每组的尺寸相对较小，所以可以相对较快地执行该过滤，并且通常是实时的。随后，使用对应于所选择的图像的相位图像来更新温度图。
应当注意，如在本申请的权利要求和说明书中所使用的术语“图像”可以指从扫描采集的“原始”复值图像数据，或指来源于其的图像。通常，如果不在修饰符之前，则术语“图像”指的是原始复值图像数据，或者指所导出图像，诸如用于视觉表示成像组织的幅度图像。另一方面，如上所述，术语“相位图像”是指通过计算所接收的图像数据的相位而获得的图像。例如，假设MRI扫描返回复数值A+iB的二维矩阵，则“图像”可以包括具有值的相同维度的矩阵，而对应的相位图可以包括具有相同维度的矩阵，所述矩阵具有值(在相位图像的上下文中所使用的“图像相位”或术语“相位”不应该与生理运动周期的上下文中所使用的术语“心脏相位”或术语“相位”混淆。)
系统描述
首先参见图1，图1是根据本发明的一些实施方案的MRI引导消融系统20的示意图。
系统20包括MRI扫描器22，其被配置成在医师42对受检者执行消融规程时对受检者30进行成像。系统20还包括位于例如控制台26中的处理器60。在该规程期间，处理器60控制由MRI扫描器进行的图像采集，如下面详细描述的。
为了执行消融，医师42使用消融导管24。通常，导管24包括一个或多个消融电极25，并且还包括一个或多个跟踪传感器27，该跟踪传感器输出指示受检者体内导管的位置和取向的跟踪信号。例如，每个跟踪传感器27可以包括线圈。在该规程期间，一个或多个磁场发生器(未示出)可以生成与由MRI扫描器生成的磁场不同频率的磁场，该磁场感应线圈中的电压。这些感应电压由处理器经由电接口61接收。(电接口61可以包括例如位于例如控制台26的表面或内部的任何地方的端口或插座。)基于感应电压，处理器探知导管的位置和取向。此类磁跟踪技术在例如在美国专利5,391,199、5,443,489、6,788,967、6,690,963、5,558,091、6,172,499和6,177,792中有所描述，它们的公开内容以引用方式并入本文。
另选地或除此之外，系统20可以包括任何其它类型的传感器，该传感器可以用于实现用于跟踪导管的位置和/或取向的任何其它合适的跟踪技术。例如，可以使用阻抗传感器以实现基于阻抗的跟踪技术，例如在美国专利5,983,126、6,456,864和5,944,022中所描述的，它们的公开内容以引用方式并入本文。
系统20还包括一个或多个生理传感器36，该生理传感器输出指示采集了跟踪信号时受检者的心动周期的相位的信号。例如，如图所示，生理传感器36可以包括用作ECG传感器的一个或多个导电贴片，其中当耦合到受检者的身体时，这些导电贴片从受检者采集ECG信号。这些ECG信号经由电缆38和电接口61传送到处理器60。另选地或除此之外，处理器60可以接收由导管24中的ECG传感器采集的心内ECG信号。
在该规程期间，由MRI扫描器采集的图像和/或来源于其的温度图可以显示在显示器40上，以帮助引导该规程。
一般来讲，处理器60可体现为单个处理器或协作式联网或集群组的处理器。处理器60通常是编程化数字计算装置，该装置包括中央处理单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)、非易失性辅助存储器诸如硬盘驱动器或光盘驱动器、网络接口和/或外围装置。如本领域所知，将程序代码(包括软件程序)和/或数据载入RAM以待CPU执行和处理，并且生成结果以用于显示、输出、传输或存储。程序代码和/或数据可以电子形式例如通过网络下载到计算机，或者，另选地或除此之外，程序代码和/或数据可提供和/或存储在诸如磁性存储器、光学存储器或电子存储器的非临时性有形介质上。此类程序代码和/或数据在提供给处理器之后，产生被配置成执行本文所述任务的机器或专用计算机。
现在参见图2，图2是根据本发明的一些实施方案的用于采集一组MRI图像的技术的示意图。
图2的顶部部分37示出其中导管24的位置和/或取向可以在心动周期的过程中变化的方式。具有多个位置标记物的双向箭头56指示导管可以沿循的路径，并且将ECG信号32标记为显示与这些位置标记物对应的各个心脏相位。特别地，假定导管的远侧末端处于相位34a处的位置33a处、相位34b处的位置33b处，以及相位34c处的位置33c处。导管的取向35(其可以例如被定义为导管的中心纵向轴线的取向)也可以在心动周期的过程中变化。如上所述，从跟踪传感器27接收每个位置和取向，而从生理传感器36接收每个ECG信号32。
通常，医师42选择其周围的心动周期的合适的相位以采集MRI图像。例如，医师可以选择R峰，其在图2中是相位34b。如图的第二部分39所示，处理器60然后根据该选择设置成像参数。例如，处理器可以定义穿过(例如，居中在)位置33b的MRI扫描平面41，位置33b对应于所选择的相位34b。(换句话说，处理器设置扫描器的FOV以包括位置33b。)通常，处理器定义扫描平面41，使得扫描平面也具有取向35；这有助于显示导管“在平面中”。另外，处理器定义扫描窗口，其覆盖包括(例如，在时间上居中在)相位34b的心动周期的部分50。处理器还定义在该扫描窗口期间要采集的图像的数量和/或在连续图像的采集之间的持续时间。
随后，如图2的底部部分所示，处理器根据成像参数驱动MRI扫描器22以在随后的心动周期期间采集一组44图像。换句话说，在位置33b处并且通常还沿着随后的心动周期的部分50上的取向35采集组44。图2示出来自组44的若干图像，图像中的每个在心动周期的部分50的不同相位处采集，如这些图像下面的ECG信号图标中的标记物34所示。
如上所述，采集一组44图像而不是门控到相位34b的单个图像的优点在于采集该组图像增加对导管并因此对组织的消融部分成像的可能性。特别地，如上所述，心脏可以表现出运动中的周期间变化，和/或导管可以相对于心脏稍微移动，使得如果在相位34b处仅采集单个图像，则可能错过导管。然而，由于在扫描窗口内以各种相位采集多个图像，所采集的图像中的至少一个可能将显示导管。例如，在图2所示的情况下，导管和组织的消融部分46在相位34b处所采集的图像55中没有清楚地示出，而是在相位34b之前所采集的图像53中清楚地示出。因此，如果不是为了图像53的采集，则导管将被错过。
为了便于在至少一个图像中“捕获”导管，扫描窗口的持续时间T和在该扫描窗口期间所采集的图像数量足够大以补偿心脏运动中的任何周期间变化，并且补偿导管相对于心脏的位置的任何小的变化。例如，持续时间T可以在70ms和130ms之间长，并且/或者在持续时间T中所采集的包括在组44中的图像数N可以为在10个和20个图像之间。通过T和N的适当选择，导管24很可能通过扫描平面41，同时采集图像中的至少一个图像。(然而，如上所述，N不是非常大，使得每组图像可以被实时处理。)
通常，分别在多个(通常是连续的)心动周期中采集多组44图像，同时消融导管是心脏组织的消融部分46。通常，除非观察到导管的位置和/取向的显著变化，否则扫描平面位置和取向以及执行部分门控的心动周期不会改变。在一些实施方案中，处理器计算位置和/或取向的差值，并且如果该差值超过阈值则重置扫描参数。例如，如果在第一次心跳的R峰期间，导管位于位置(x0、y0、z0)处，并且在随后心跳的R峰期间，导管位于(x1、y1、z1)处，则处理器可以将位移与阈值进行比较。如果该位移超过阈值，则处理器可以将扫描平面移动到位置(x1、y1、z1)。
(通常，可以在消融规程期间有意地移动导管，以消融组织的不同部分，或者导管可滑动。)
在采集每组44图像之后，处理器60通常实时地处理该组，以便选择该组中的最佳显示导管的图像(即，比该组的其它图像更好地显示导管)。通常，处理器将显示导管的模板图像58与该组图像匹配，并且选择与模板图像58具有最佳匹配的图像。(模板图像58通常在规程之前被采集。)通常，在执行该匹配时，处理器计算模板图像58与组44中的图像中的每个图像之间的互相关性，并且选择具有最高互相关性的图像。例如，参照图2所示的示例，处理器可以选择图像53。
随后，处理器可以使用对应于所选择的图像的相位图像以更新组织的温度图。通常，只有当所选择的图像与模板图像的互相关性超过阈值时，才执行该更新，从而指示导管清楚地显示在所选择的图像中。(如上所述，清楚地显示导管的图像通常也将清楚地显示消融的组织，使得对应于该图像的相位图像适合于更新温度图。)在互相关性不超过阈值的情况下，指示导管未被清楚地显示，处理器不更新温度图，而是移动到下一个组图像。
由于上述处理是实时执行的，所以温度图可以帮助引导消融规程。例如，如果温度图显示足够高的组织温度，则医师可以决定终止该规程。
现在参见图3，图3是根据本发明的一些实施方案的由如上所述的系统20执行的用于在心脏消融规程期间对受检者进行成像的方法的流程图。
首先，在参数设定步骤59中，处理器设置成像参数。(如上所述，这些参数中的至少一些，诸如扫描平面位置和取向以及扫描窗口都是基于所接收的传感器信号。)然后，MRI扫描器22根据这些参数在图像采集步骤62处采集第一组图像。系统20然后通常并行执行两个操作流程：在成像流程中，系统20继续对受检者进行成像，而在处理流程中，系统处理所采集组的图像，并且相应地更新温度图。类似地，在一组图像的每次随后采集之后，对新采集的组执行处理流程，并且如果消融规程尚未完成，则还执行通常与处理流程并行的成像流程。现在将描述这些流程中的每一个。
(i)成像流程
首先，在参数检查步骤64处，处理器检查是否应该重置成像参数。例如，如上所述，处理器可以检查最近的跟踪信号是否指示导管已经移动到新的位置。如果处理器确定应该重置参数，则处理器在参数重置步骤66处重置参数。然后，处理器在图像采集步骤62处采集下一组图像。在采集该组图像之后，处理器在检查步骤68处检查消融规程是否完成。(通常，处理器连接到生成消融信号的射频(RF)发生器，使得处理器可以通过检查RF发生器是否正在运行而检查消融规程是否完成。)如果该规程尚未完成，则处理器返回到参数检查步骤64。
(ii)处理流程
对于采集的每个组的图像，处理器在图像识别步骤70处识别来自最佳显示导管的组的图像。(如上所述，通常通过将模板与组中的图像匹配来执行。)该处理器还识别与该“最佳”图像对应的相位图像。然后，处理器在更新步骤72处使用该相位图像以更新温度图。
如上所述，每个采集的组中的图像的数量通常不会太大，使得可以相对较快地处理该组。例如，每个组可以在下一组的采集结束之前或甚至在下一组的采集开始之前被处理。因此，可以实时地快速地更新温度图。
在一些实施方案中，处理器60被配置成在多个相应的线程上执行多个任务，诸如以便于两个操作流程的并行执行。因此，例如，处理器可以在第一线程上执行参数检查步骤64，同时在第二线程上执行图像识别步骤70。
尽管上述描述主要涉及心脏消融规程，但是应注意，本文所描述的原理可以应用于任何合适的规程，其中胞内抗体工具在身体的任何部分内以生理运动周期，诸如受检者的心脏或呼吸运动周期移动。此外，本文所描述的原理甚至可以应用于MRI温度记录法的上下文之外，因为采集的每个组的图像可以被处理用于任何合适的目的。
本领域技术人员应当理解，本发明不限于上文具体示出和描述的内容。相反，本发明实施方案的范围包括上文所述各种特征的组合与子组合两者，以及本领域的技术人员在阅读上述说明书时可想到的未在现有技术范围内的上述各种特征的变型和修改。以引用方式并入本专利申请的文献被视为本专利申请的整体部分，不同的是如果这些并入的文献中定义的任何术语与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应只考虑本说明书中的定义。

Claims (20)

1.一种设备，包括：
电接口；和
处理器，所述处理器被配置成：
经由所述电接口从多个传感器接收第一信号和第二信号，所述第一信号指示胞内抗体工具在受检者体内的位置，所述第二信号指示采集到所述第一信号时所述受检者的生理运动周期的相位，并且
使用磁共振成像(MRI)扫描器，在由所述第一信号指示的所述位置处在所述受检者的随后的生理运动周期的一部分上采集一组多个图像，所述一部分包括由所述第二信号指示的所述相位。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一信号还指示所述胞内抗体工具的取向，并且其中所述处理器被配置成沿着所述胞内抗体工具的所述取向采集所述一组图像。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述随后的运动周期的所述一部分在时间上居中在由所述第二信号指示的所述相位上。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述运动周期是心动周期，并且所述随后的运动周期是随后的心动周期。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述胞内抗体工具包括消融导管，并且其中所述处理器被配置成在所述消融导管消融心脏组织的一部分时采集所述一组图像。
6.根据权利要求4所述的设备，其中所述随后的心动周期的所述一部分具有70ms至130ms的持续时间。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述一组图像包括在10个和20个之间的图像。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器被配置成分别在所述受检者的多个随后的生理运动周期上采集多组图像。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器还被配置成通过将显示所述胞内抗体工具的模板图像与所述一组图像进行匹配来从所述组中选择比所述组的其它图像更好地显示所述胞内抗体工具的图像。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述处理器还被配置成使用对应于所选择的图像的相位图像来更新温度图。
11.一种方法，包括：
从多个传感器接收第一信号和第二信号，所述第一信号指示胞内抗体工具在受检者体内的位置，所述第二信号指示采集到所述第一信号时所述受检者的生理运动周期的相位；以及
使用磁共振成像(MRI)扫描器，在由所述第一信号指示的所述位置处在所述受检者的随后的生理运动周期的一部分上采集一组多个图像，所述一部分包括由所述第二信号指示的所述相位。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一信号还指示所述胞内抗体工具的取向，并且其中采集所述一组图像包括沿所述胞内抗体工具的所述取向采集所述一组图像。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述随后的运动周期的所述一部分在时间上居中在由所述第二信号指示的所述相位上。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述运动周期是心动周期，并且所述随后的运动周期是随后的心动周期。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述胞内抗体工具包括消融导管，并且其中采集所述一组图像包括在所述消融导管消融心脏组织的一部分时采集所述一组图像。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述随后的心动周期的所述一部分具有70ms至130ms的持续时间。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述一组图像包括在10个和20个之间的图像。
18.根据权利要求11所述的方法，包括分别在所述受检者的多个随后的生理运动周期上采集多组图像。
19.根据权利要求11所述的方法，还包括通过将显示所述胞内抗体工具的模板图像与所述一组图像进行匹配来从所述组中自动选择比所述组的其它图像更好地显示所述胞内抗体工具的图像。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括使用对应于所选择的图像的相位图像来更新温度图。
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