CN111505549A - 一种可移动的mri系统 - Google Patents

Abstract

一种用于在外科手术过程中成像的装置，包括用于外科手术的一手术室；和一MRI，用于通过将磁体移动到台上，在手术过程中周期性地获得图像。磁线由诸如二硼化镁的超导材料形成，二硼化镁通过真空低温降温系统冷却至超导而不使用液氦。磁体重量小于1吨，且其占地面积在15到25平方英尺之间，因此它可以通过一支撑系统承载在地板上，该支撑系统具有一气垫，该气垫覆盖具有侧裙部的磁体的底部区域，从而将重量分散在整个底部区域中。在手术期间磁体保留在手术室中，并且其中该磁体被布置成在磁体远离台的第二位置时断电以关闭磁场。

Description

一种可移动的MRI系统

技术领域

本发明涉及一种用于外科手术的可移动的MRI系统。

背景技术

磁共振成像(MRI)是一种非侵入性成像模式，能够基于对象中固有的成分区分各类对象，同时磁共振成像(MRI)还是一种能够提供物体的一维，二维或三维成像的成像技术。传统的MRI系统通常包括提供主静磁场的一主磁体、B0、磁场梯度线圈和射频(RF)线圈，其用于进行空间编码，激励和检测原子核，以实现成像。通常，主磁体被设计成在主磁体内的内部区域中，例如，在螺线管的大中心孔的空气空间中或在C型磁体的磁极板之间的气隙中提供一均匀的磁场。将待成像的患者或对象放置位于这样的空气空间中的均匀场区域中。用于将距离转换为频率的梯度场和用于发送和接收来自患者的信号的RF线圈通常位于待成像的患者或对象的外部以及位于围绕空气空间的主磁体的几何形状内部。

通常，产生由高磁场MRI系统(>1.0特斯拉)上的主磁体产生的均匀磁场B0，然后该均匀磁场B0在磁体的使用寿命期间保持开启，尽管在磁体的工作寿命期间磁场会不时地增强磁场。在传统的MRI设备中，将患者带到磁体处，让患者躺在患者卧台上，然后将患者滑入磁体中，其中待成像的区域要要尽可能地靠近磁体的等中心处。这要求患者要么可以走动，要么可将患者带到轮台上的磁体处并滑入磁体中。很多时候，医生宁愿将MRI磁体带到患者处，因为患者不能移动。示例包括接受手术或介入手术的患者，其中医生需要取得例如中风患者或发生事故的患者的图像，所有这些患者在当时的情况下都不应该移动。

现代神经外科包括许多复杂病症的外科治疗，这些病症例如原发性颅内或脊柱肿瘤、颅骨和颅底损伤、脑血管疾病(包括动静脉畸形、海绵状血管瘤和颅内动脉瘤)，以及炎症。发生这些变化的同时，通过计算机断层扫描、磁共振、正电子发射断层扫描和磁波处理进行成像，大大提高了对大脑结构和功能事件的理解。成像数据已通过许多装置结合到立体定位空间中，以允许精确的点接入和体积理解，从而进行规划和跨脑导航，其中在进行上述规划和跨脑导航中，手术的工作通道大小明显减小。然而，需要将这种成像技术带到手术室，以便可以适应由脑移位和组织移除以及手术治疗引起的变化。已经开发了许多外科术中MRI设备，其中最受欢迎的是IMRIS出售的MRI设备。这种IMRIS设备存在的挑战在于，安装这种IMRIS设备需要对医院手术室进行大量翻新，翻新的费用很高并且在相当长的一段时间内，手术室都无法使用。

发明内容

本发明的一个目的是在手术室中提供优质的MRI图像而无需对手术室作出较大的改变，从而可以安装MRI系统，并且将MRI系统设置成在短期内运行，例如在约2周内运行。

根据本发明，提供了一种用于外科手术的装置，包括：

一手术室，具有一地板和多个壁，并包含一手术台，所述手术台用于放置患者以进行外科手术；和

一磁共振成像系统，用于在整个外科手术期间分多次获取患者的一部分图像，以供手术团队分析，使得手术团队可以监测手术的进展，所述磁共振成像系统包括：

一种磁体系统，包括一磁线的圆柱形磁体，该圆柱形磁体限定一圆柱形孔，患者的一部分位于该圆柱形孔内，用于放置在由磁体产生的高磁场内；

一控制系统，用于控制和改变磁场；

一射频发射和检测系统，用于响应于磁场，激发和检测出患者的一部分中的核磁共振信号，所述射频发射和检测系统包括一RF探头，该RF探头设置在患者的一部分附近；

和一计算机和显示监视器，用于解码和显示检测到的信号；

一个台支撑系统，安装磁体，用于相对于台在远离台的第一端的方向上从台的第一位置移动到远离台的第二位置；

磁体的第一位置被布置成使得患者的部分定位在磁体的磁场中，同时患者保持在台上的适当位置；

磁体的第二位置被布置成使得磁体与台的第一端隔开一段距离，该段距离足以允许手术团队围绕台的第一端和台的每一侧移动以接触患者，同时该段距离足以允许手术团队进行外科手术；

其中，所述磁线由超导材料制成，所述超导材料无需使用液氦，通过冷却系统即可冷却至超导。

优选地，磁线由二硼化镁形成，二硼化镁需要温度绝对要达到约40度，其中可以在不使用液氦，通常使用具有真空泵的真空低温冷却系统就达到该绝对温度。

例如，使用这些技术，磁体的重量可小于1吨，而其占地面积可在15至25平方英尺范围内。

这允许优选地将磁体带到由地板支撑的支撑系统上。特别地，支撑系统可以包括一气垫，该气垫覆盖具有侧裙部的磁体的底部区域，以便将重量分布在整个底部区域上。为了在手术室中使用该气垫，将气垫系统优选地布置成使得其不从侧裙部排出颗粒。

虽然磁体优选地漂浮在气垫上以分散负载，但优选地，支撑系统在导轨上从第一位置引导到第二位置。

这种类型的布置可以优选地允许磁体断电以在磁体处于第二位置时关闭磁场。以这种方式，在手术过程中，磁体可以在同一个房间内保持休眠状态，但是优选地，在磁场断电期间冷却系统保持开始状态。在这种布置中，优选地，磁体专用于手术室内的手术并且保留该手术室内。尽管可以通过多次使用磁体来分摊磁体的成本，但是在这种布置中，磁体本身的结构小，使得可以将其支撑在地面上，同时可以简单的将磁体连接到冷却水和电源处，所有这些优势使得磁体后续的成本非常小。同时，所选择的磁体可提供超过1特斯拉的磁感应强度，该1特斯拉的磁感应强度足以提供有效的成像。

为了减轻重量，磁体的最小孔径优选为60厘米，长度优选为5英尺。

再次为了保持整体尺寸尽可能得小，优选地，RF探头包括本地收发器RF线圈，以避免在孔处使用圆柱体线圈，否则该圆柱体线圈的使用会增加磁体的直径。

为了避免屏蔽整个房间，因为它通常需要来自杂散RF信号，优选地提供了一屏蔽结构，用于将RF场排除在RF探头之外，所述屏蔽结构包括一拱形支撑框架，用于在患者上延伸，同时支撑一屏蔽织物，屏蔽织物从脚延伸至进入孔的身体部位处；一金属板，作为患者下方的台的一部分，同时延伸跨越台，至屏蔽织物的两侧；一圆柱形屏蔽层，位于孔内；以及一铰链门，位于与台相对的孔的一端，同时包含一屏蔽层。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于外科手术的装置，包括：

一手术室，具有一地板和多个壁，并包含一手术台，所述手术台用于放置患者以进行外科手术；和

一磁共振成像系统，用于在整个外科手术期间分多次获取患者的一部分图像，以供手术团队分析，使得手术团队可以监测手术的进展，所述磁共振成像系统包括：

一种磁体系统，包括一磁线的圆柱形磁体，该圆柱形磁体限定一圆柱形孔，患者的一部分位于该圆柱形孔内，用于放置在由磁体产生的高磁场内；

一控制系统，用于控制和改变磁场；

一射频发射和检测系统，用于响应于磁场，激发和检测出患者的一部分中的核磁共振信号，所述射频发射和检测系统包括一RF探头，该RF探头设置在患者的一部分附近；

和一计算机和显示监视器，用于解码和显示检测到的信号；

一台支撑系统，安装磁体，用于相对于台在远离台的第一端的方向上从台的第一位置移动到远离台的第二位置；

磁体的第一位置被布置成使得患者的部分定位在磁体的磁场中，同时患者保持在台上的适当位置；

磁体的第二位置被布置成使得磁体与台的第一端隔开一段距离，该段距离足以允许手术团队围绕台的第一端和台的每一侧移动以接触患者，同时该段距离足以允许手术团队进行外科手术；

其中，所述磁线由二硼化镁形成。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于外科手术的装置，包括：

一手术室，具有一地板和多个壁，并包含一手术台，所述手术台用于放置患者以进行外科手术；和

一磁共振成像系统，用于在整个外科手术期间分多次获取患者的一部分图像，以供手术团队分析，使得手术团队可以监测手术的进展，所述磁共振成像系统包括：

一种磁体系统，包括一磁线的圆柱形磁体，该圆柱形磁体限定一圆柱形孔，患者的一部分位于该圆柱形孔内，用于放置在由磁体产生的高磁场内；

一控制系统，用于控制和改变磁场；

一射频发射和检测系统，用于响应于磁场，激发和检测出患者的一部分中的核磁共振信号，所述射频发射和检测系统包括一RF探头，该RF探头设置在患者的一部分附近；

和一计算机和显示监视器，用于解码和显示检测到的信号；

一台支撑系统，安装磁体，用于相对于台在远离台的第一端的方向上从台的第一位置移动到远离台的第二位置；

磁体的第一位置被布置成使得患者的部分定位在磁体的磁场中，同时患者保持在台上的适当位置；

磁体的第二位置被布置成使得磁体与台的第一端隔开一段距离，该段距离足以允许手术团队围绕台的第一端和台的每一侧移动以接触患者，同时该段距离足以允许手术团队进行外科手术；

其中磁体的重量小于1吨，而其占地面积在15至25平方英尺范围内，且该磁体承载在由地板支撑的一支撑系统上。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于外科手术的方法，包括：

提供一手术室，该手术室具有一地板和多个壁，并包含一手术台，所述手术台用于放置患者以进行外科手术；和

在手术室内安装一磁共振成像系统，用于在整个外科手术期间分多次获取患者的一部分图像，以供手术团队分析，使得手术团队可以监测手术的进展，所述磁共振成像系统包括：

一种磁体系统，包括一磁线的圆柱形磁体，该圆柱形磁体限定一圆柱形孔，患者的一部分位于该圆柱形孔内，用于放置在由磁体产生的高磁场内；

一控制系统，用于控制和改变磁场；

一射频发射和检测系统，用于响应于磁场，激发和检测出患者的一部分中的核磁共振信号，所述射频发射和检测系统包括一RF探头，该RF探头设置在患者的一部分附近；

和一计算机和显示监视器，用于解码和显示检测到的信号；

安装所述磁体，用于相对于台在远离台的第一端的方向上从台的第一位置移动到远离台的第二位置；

磁体的第一位置被布置成使得患者的部分定位在磁体的磁场中，同时患者保持在台上的适当位置；

磁体的第二位置被布置成使得磁体与台的第一端隔开一段距离，该段距离足以允许手术团队围绕台的第一端和台的每一侧移动以接触患者，同时该段距离足以允许手术团队进行外科手术；

其中磁体专用于手术室内的手术；

其中磁体始终留在手术室内；

其中，当磁体处于第二位置时，磁体断电以关闭磁场；

并且其中磁体由冷却系统冷却，该冷却系统在磁场断电时保持开启状态。

磁体吸引铁磁材料，并且由这些铁磁材料制得的产品在接近MRI磁体时会变成抛射物，因此可移动磁体只能在成像需要时产生磁场，并在0特斯拉的磁场下度过其剩余的时间。当系统不用于成像时，本发明的布置允许关闭磁场。

此外，如果要移动磁体，则本布置允许磁体不包含液氦，因为使用液氦需要将淬火管附接到磁体上，因为大量的氦气在淬火过冲会从磁体中非常快速地逸出。如此大量的氦气逸出到成像室是危险的，且不应该允许这种情况发生。因此，本发明的布置避免了使用附接在磁体上的绝缘管，以便在发生这种情况时将所有氦气输送到建筑物的外部。因此，本布置允许使用将液氮作为冷却剂的系统。

由MRI技术产生的图像质量部分地取决于从进动核接收的磁共振(MR)信号的强度。由于这个原因，独立的RF线圈被放置在成像物体的感兴趣区域附近，更具体地放置在成像物体的台面上，作为局部线圈或台面线圈，以便改善接收的信号的强度。这些线圈接收来自组织的信号。

本装置允许使用美国专利No.4,522,587中所述类型的台面线圈。美国专利No.4,825,162示出了一种用于MRI/NMRI成像和与MRI/NMRI成像相关的方法的台面线圈。在本发明的优选实施例中，每个台面线圈连接到相同的多个低输入阻抗前置放大器中的相关联的一个低输入阻抗前置放大器的输入端，这使得任何台面线圈与不紧邻该台面线圈的任何其它台面线圈之间的相互作用最小化。这些台面线圈可以具有正方形、圆形等几何形状。这产生了多个紧密间隔的台面线圈的阵列，每个台面线圈定位成基本上不与所有相邻的台面线圈相互作用。在每个不同的台面线圈处，从样本的相关部分中接收不同的响应信号，其中所述样本封闭在由所述阵列限定的成像体积内。每个不同的MR响应信号用于构造来自每个台面线圈的多个不同图像中的一个不同图像。然后逐点组合这些图像以产生总样本部分的一单个复合MR图像，该单个复合MR图像由来自整个台面线圈的阵列的MR响应信号组成。

本发明的布置允许使用台面线圈作为发射和接收线圈，从而避免使用在大多数高场MRI系统中用于激励的传统体线圈(称为发射线圈)，该传统体线圈作为一圆柱形结构正好位于所述孔内。这些线圈在圆柱形梯度线圈内部的位置占据磁体中的空间，因此要求磁体孔的直径比不存在该体线圈时大约10cm。这种直径较大的磁体需要更多的导线才能制成均匀的磁体，这导致磁体重得多，从而使得地板负载问题更为严重。

应该认识到，预期本发明的MRI方法将与临床、诊断、介入和/或外科手术的执行相结合使用。因此，可以设想的是，以及在本领域技术人员的技能范围内，在需要时使本发明的MRI方法适应这种临床、诊断、介入和/或外科手术的执行。

然而，本文的布置被设计成连续地保持在其所分配的房间中，该房间通常是用于神经外科或其它手术的手术室，或者可以是一诊断室。

本发明中的MRI磁体是由二硼化镁(MgB2)线制成的1特斯拉磁体，该二硼化镁(MgB2)线是高温超导线(Tc＝400K)。这种高超导温度(Tc＝40K)意味着可以通过现代低温冷却装置冷却基于MgB2的系统，而无需用到价格高，问题多且会带来危险的液氮。因此，磁体不需要连接淬火管，因此比任何传统的MRI磁体都更具移动性。可以在10分钟内获取磁体，以提供足以进行高质量MRI成像的稳定均匀磁场。使用控制电流来稳定场，该控制电流响应于场的检测而施加到磁线以引起快速稳定。

因此，磁体可以在未进行成像时在零场一直扩散，同时还能通过施加电流来激活该磁体，以在成像需要磁场时提供磁场。这种磁体的内径为70厘米，重量小于1吨，因此可以使用气垫在医院地板上四处移动该磁体，医院地板为标准或常规地板即可，而不需要对其进行额外加强，以接收必要的负载。磁体运输系统被构造成使得没有颗粒从裙部中溢出，该裙部被设计成阻止所有颗粒进入医院环境中。

RF线圈将是收发器设计，该收发器的结构是可延展的，以形成所需的实际设计，从而匹配需要成像的身体区域。因此，RF收发器可以由柔性结构形成，例如包含线圈或环的织物，而不需要任何加强部件来将结构保持在所需位置，从而允许结构覆盖成像区域。该结构被布置成位于神经外科手术中使用的传统头部夹具处或其周围。

这种设备不是执行全身成像通常所需的设备，而是一种被设计成以高分辨率和高灵敏度对特定身体区域成像的设备。作为接收线圈的线圈具有许多通道，通道的数量取决于待成像的体区域，并且将来自每个元件的信号进行求和以提供所需的图像。切换这些接收通道，使得它们全部连接用于RF发射过程以激发感兴趣组织中的所有氢原子核。

附图说明

现在将结合附图描述本发明的一个实施例，其中：

图1是根据本发明的包括手术台和MRI成像系统的手术室的等距视图，示出了磁体处于房间中一个壁处的缩回位置。

图2是同一手术室的类似等距视图，其中磁体处于成像位置。

图3是处于图2位置的手术台和磁体的纵向剖视图。

图4是处于图2位置的手术台和磁体的横向剖视图。

图5是放大比例的类似于图3的剖视图，示出了头部夹具和RF收发器。

在附图中，类似的附图标记表示不同附图中的相应部分。

具体实施方式

在附图的实施例中用于外科手术的装置包括一手术室10，手术室10具有一地板11和多个壁12，并包含用于接收患者以进行外科手术的一手术台13。该台包括患者躺在其上的台面14和一直立支撑件15，该直立支撑件通常可调节以将患者移动到所需位置。合适的台的构造在现有技术中是众所周知的。

该手术台与磁共振成像系统16配合，用于在整个外科手术期间分多次获取患者的一部分图像。在完成部分手术后，拍摄这些图像以供手术团队通过分析来评估进展，使得手术团队可以监测手术的进展。

磁共振成像系统16包括一磁体系统17，该磁体系统17包括一磁线的圆柱形磁体18，该圆柱形磁体限定一圆柱形孔19，患者的一部分位于该圆柱形孔19内，用于使之放置在由磁体产生的高磁场内。控制系统21A设置在房间一侧的合适的容器21内。控制系统操作MRI系统并包括一计算机和显示监视器，用于使用计算机操作的程序解码和显示检测到的信号，用于解码各种信号以产生图像并用于操作RF系统、磁体的场和这种系统中其它常规部件。

图5中示出了射频发射和检测系统22，用于响应磁场，以激发和检测出患者的一部分中的核磁共振信号，所述射频发射和检测系统包括一RF探头，该RF探头设置在患者的一部分附近；

磁体安装在支撑系统23上，支撑系统23安装所述磁体，用于在远离台的第一端24的方向上，从在台上或在部分台上的图2中所示的第一位置到远离台的图1中所示的第二位置，相对于台移动。第二部分位于一壁12处，使得第二部分远离台，从而在手术期间外科医生不会受到磁体的阻碍。

因此，磁体的第一位置被布置成使得患者的头部置于磁体的磁场中，同时患者保持在台上的适当位置。因此，磁体的第二位置被布置成使得磁体与台的第一端隔开一距离，该距离足以允许手术团队围绕台的第一端和台的每一侧移动以接触患者，同时该距离足以允许手术团队进行外科手术。

如上所述，磁体17被设计和布置成一种简单结构，其具有相对轻的重量和相对小的尺寸，以使磁体能够被引入现有的手术室并在房间内的两个部分之间移动。因此，磁体专用于手术室内的手术并保留在房间内。

因此，磁体具有小直径大约为60厘米的孔，使得磁体具有最小的总直径，从而减小了所需的缠绕线的长度。由此，磁体的重量约为1吨，宽度约为4英尺，长度约为5英尺，这限定了占地面积在15至25平方英尺的范围内，通常约为20平方英尺。

通过选择合适材料的超导材料，有助于实现这种小尺寸，其中合适的材料例如二硼化镁，二硼化镁在约40度的绝对温度下是超导的，因此不用液氮通过冷却系统即可将二硼化镁冷却至超导。

即，该材料的磁体17由真空低温冷却系统25冷却，该真空低温冷却系统25具有由电驱动的真空泵26，其中泵本身由冷却水流冷却。这种类型的布置是本领域技术人员先前就已知的，因此不需要进一步说明。

磁体的这种重量和尺寸允许磁体承载在气垫支撑系统23上，该气垫支撑系统23由常规手术室的地板支撑，将适当的负载施加到建筑物的结构上，而无需额外的结构加固或支撑部件。因此，使用气垫n可以在20平方英尺的占地面积上散布2000磅的负载以分散负载而不会使现有的地板结构过载。

因此，支撑系统包括在腔室27中形成的气垫，腔室27覆盖磁体的底部区域，并且气垫由位于磁体壳体内的风扇28产生。腔室具有侧裙部29，以便将气垫容纳在腔室内，并且将重量分散在整个底部区域上。

风扇与合适的高效过滤系统29相关联，使得风扇排出颗粒并且没有颗粒进入腔室27中，从而侧裙部中不会排出污染物。

此外，支撑系统在导轨上从第一位置引导到第二位置，其中车轮沿着轨道被引导以确保磁体在两个位置之间适当地移动。

控制处理器31设置在磁体17上，该控制处理器31响应于来自控制系统21A的输入控制而运行，使得磁体被设置为断电以在磁体处于第二位置时关闭磁场。以这种方式，在外科手术过程中磁场关闭，以避免干扰外科医生的活动，并且仅在成像时打开磁场。此外，如果不需要，也将升降系统风扇28关掉。同时，磁体被布置成使得在磁场断电时冷却控制泵26通过电源32和来自壁连接件34的冷却水33保持通电状态。水和电源布置成使得供电电缆足够松弛以允许在第一和第二位置之间移动。

如图5所示，RF探头22包括本地收发器RF线圈36，以避免在孔处使用圆柱体线圈。这些是上述类型和结构，以避免在孔中使用体线圈。它们被布置成环绕头部夹具37。

为了避免必须屏蔽整个房间，提供了一屏蔽结构38，用于将RF场排除在RF探头之外，所述屏蔽结构包括一拱形支撑框架39，用于在患者上延伸，同时支撑一屏蔽织物40，屏蔽织物40在台面14的一端处从患者的脚的外部延伸至进入孔的身体部位41处。因此，织物在患者上方形成拱形上部42，同时还形成一半圆形端部43，该半圆形端部43封闭拱形框架的端部。

屏蔽结构22还包括一金属板45，金属板45作为台面14的一部分，位于患者下方并且跨越台延伸到屏蔽织物40的侧面。

屏蔽结构22包括一圆柱形屏蔽层46，位于孔内；以及一铰链门47，位于与台相对的孔的一端，并且包含一屏蔽层48。

屏蔽结构22的所有部件连接在一起以形成一整体护罩，以完全围绕患者和RF探头。

因此，磁体不含冷冻剂，仅通过位于磁体上的真空泵(可产生'Cjooka-Cjooka'声音模式并需要水冷却)即可获得超导性(标称值为39K)。它是一种充满冷冻剂(液氦)的设计。该技术需要低温冷却器和需要水冷却的氦气压缩机。真空泵技术(又名低温冷却器)的进步，实现了在39K的部分真空，其允许(使用MgB2线)超导发生。不涉及液氦，因为没有淬火管来处理液体：气相变化。

系统和PDU机柜组合成一单个机柜。所列的机柜均具有970mm/37“的标称深度。在考虑使用专用机房的新建筑时，这确实不是问题，但在考虑改造现有医院时，空间是一个问题，我们必须将这些机柜放在非常规位置(例如走廊、观察室、壁橱等)。空间就是金钱。如果你需要深度，那就这么做吧。如果这种深度会带来便利，同时拥有这种深度是极好的，那么你应该尽可能地使其小。机柜只有660mm/26“的深度，其中都从顶部开始布线，没有任何东西是从后部出来的。这种方法是为了所有电缆都从顶部出来。

在热交换器柜内有一个带有水-水热交换器和独立循环泵的闭环系统。存在一个带有内部热交换器的闭环水冷却系统。

该机柜里面设有一个城市用水旁路(用于排水)，但是如果空间非常宝贵，那么可以将该城市用水旁路布置在机柜外。为了尽量减少外部冷却器安装成本，该系统使用直接医院冷冻水。如果冷却器停机或正在维修中，则城市用水旁路不失为一种缓解风险的不二选择。城市用水可以运行氦气压缩机(真空泵)。但是城市用水不能作为冷却梯度线圈和梯度放大器的替代选择，因为梯度线圈和梯度放大器都对冷却水(例如去离子水)有严格的要求。

真空泵＝低温冷却器，行业标准使用术语低温冷却器，低温冷却器只不过是一个花式真空泵。(纯真空为0K；外层空间几乎为真空～3K)。

水-水热交换器具有2个隔离室，在隔离室之间具有固体转移板以进行热传导。闭环系统的MR侧将始终具有去离子水。冷水器侧将有冷水或城市用水。两者之间永远不会有污染。

机柜需要水冷却，通过水冷却的方式更为安静。噪音始终是一个问题。机柜位于与操作室分开的机房中。我们通常不会抱怨机柜的噪音。使用无冷冻剂磁体，我们将不需要氦气压缩机。该系统可以压缩热交换器并将热交换器放在梯度放大器柜下面的小机柜中。无冷冻剂磁体仍然需要氦气压缩机。

没有传统的穿透板。大部分电缆直接从机柜到磁体。患者周围和MR孔内部存在传统的局部RF屏蔽。OR(手术室)患者台上有波导和小穿透板，其使RF滤波器与Tx/Rx线圈相关联。它直接插入这个小型穿透板中。它需要通过波导使用紧凑型(DB9尺寸)RF滤波器和连接器或光纤电缆。该系统具有全数字接收器设计和光纤电缆，因此即使用于16ch系统时也不笨重。Tx电缆是铜。

传统的超导MR系统在(固定的)MR和设备机柜之间使用固定的电缆桥架。该系统使用移动电缆桥架/托架或Boom方案以跟随磁体。该系统要求梯度电缆和RF电缆之间的标称间隔为12“/300mm。通过在梯度或RF电缆周围添加额外的屏蔽来减少这种情况的发生。还有一些光纤电缆不受高功率铜梯度/射频电缆产生的磁场的影响。该系统需要梯度电缆和RF电缆之间具有大空间。该系统使用光纤电缆，我们在梯度电缆周围有额外的屏蔽。我们没有电缆分离问题。无需冷冻剂的超导电磁体可由需要TBD(待确定的)分钟微小磁场稳定时间的用户打开和关闭。除了梯度电缆之外，还必须提供磁体充电电缆，以便对磁体进行充电/放电。磁体充电电缆固定在磁体上，以便频繁开启和关闭。在最小化电缆的过程中，梯度和充电电缆是相同的电缆，其中包括可编程的双极单掷开关，这取决于磁体的工作电流和梯度线圈所需的峰值电流。

传统的超导MR系统具有根据穿透板的位置选择的电缆组(例如西门子：小于4m/大于16m)。由于成本和性能，超导MR系统也由选择的电缆组成。本文的系统使用可移动的磁体，并且需要最柔韧的可用电缆。

该系统使用在OR周围滑动的有色金属空气托盘。承重没有问题。推力为5,000磅的10磅的力。我们预计MR地板支撑的标称值为2,000磅。要求标称32SCFM@30PSI。目前就有许多制造商，例如Hoverair。出于安全考虑，需要两个人移动/操纵MR。根据所选的电缆管理系统，由于必须克服电缆刚度问题，会产生额外的力矩。

通过调整托盘以包括围绕周边的裙部来减少粉尘，该裙部捕获排气并将排气引导通过HEPA过滤器。这将减轻从地板吹出的灰尘的OR污染。空气供应由位于控制柜上方的小型旋转螺杆压缩机提供，该小型旋转螺杆压缩机将供应空气。需要大量空气，但是噪音最小必须是优先考虑的事情。该系统使用蓄能器(大型储罐)来提供储备。在空气供应失败的情况下提供了车轮后备。磁体用螺栓固定在这个托盘上。

提供磁体/手术台接合键，因为磁体在地板上滑动，具有很小的阻力，使得磁体不会撞到手术台上，该接合键包括将磁体/手术台彼此配合/对齐的物理“钥匙”。

作为替代方案，磁体可以具有与底部框架相关联的机动轮机构。MR通常靠在后壁上。当需要时，用户激活一下垂件并向前移动MR以与手术台配合。行程将由电缆托架上的限位开关控制。可以按照地板上的带子或嵌入地板中的条带的引导来对齐。该系统包括一个台-磁体接合键，以确保正确的台对齐。这消除了对空气供应(昂贵的螺杆压缩机、储罐、噪音因素)的需求。护士不必将其引导到位。它可通过自身驱动，不会减少灰尘。

该系统具有模块化概念，其中磁体和电缆托架必须位于OR中。设备机架模块放置在OR或放置在很远的位置处。希望将这个独立的模块放置在需要3.6m x 1.5m x 3m高的面积的任何OR中，如下所示。卷帘门关闭后，模块将尽可能得安静。系统的整体控制是通过位于模块正面的HMI(人机界面)实现的。标准输出通过互联网连接到医院的DICOM/PACS系统，或直接连接到OR boom监测器。模块的标准输入为：

-电力

-医院冷冻水(供应和返回)

-城市用水(供水和排水)

-医院空气(次要的)

关于如何管理机柜和磁体之间的电缆，目前有两种选择：

动臂与滚动电缆托架。注意，电缆管理可以向磁体传输解决方案添加力矩，该力矩必须被克服/管理。此外，如果需要，我们必须提供任何额外的屏蔽，以充分补偿所需的电缆间隔距离。

电缆托架：它安装在磁体附近和模块内部，并在磁体行进时跟随磁体行进。停放时，一切都隐藏在模块内。电缆支架上的限位开关确定磁体位置。该电缆托架的宽度为400mm/16”。

拱形RF Doghouse和RF T台底座法兰(RF穿透面板)与RF垫圈接触。有一个对齐键，以确保磁体与手术台对齐。RF垫圈还可用作防碰撞传感器，如果与患者台/颅骨夹发生碰撞，该防碰撞传感器将阻止磁体行进。

提供了一MR兼容OR台，该MR兼容OR台能够接受MR兼容的Mayfield式颅骨夹，该颅骨夹具有标准OR台特征，并且适用于局部RF屏蔽(参见上一节)。该OR台是一种有色金属，位于可移动的拱形doghouse下方，该拱形doghouse被固定至RF台底部法兰上，RF台底部法兰与台的其它部分电气隔绝。台的后部包括两个大波导，以通过护罩接触患者。(与磁体配合的)doghouse的左侧(即后面的部分)的所有事物都是非铁质塑料。OR台还必须为非神经病例提供服务。患者可先躺在台尾或台头。提供一延伸部，该延伸部允许磁体进入人体所有部位。

提供一脊柱板，该脊柱板是玻璃纤维刚性板，放置在台面上，允许进行非神经手术。这使得负载分布在整个台上。较小的脊柱延伸部可插入颅骨夹的孔中。附加支撑件可包括侧滑板或强制降档支撑地板杆。所有重量都落在后部轴上。

该台可以具有一滑动的MR台面，更典型地，该MR台面与典型的诊断台所做的相一致。由于该系统包括定制的RF孔衬，因此可包括滑轨，其中台在该滑轨上滑动。在OR手术期间，该台面不移动，因为患者牵引钩不得不移动，这太危险了。在手术开始之前移动手术台并且牵引钩到位。在手术台的底座部分中存在提升、滚动和Trendellenberg(特伦德伦伯格)功能，其中手术台的底座部分与玻璃纤维滑动顶部部分电气隔绝。

神经解决方案的一部分是具有MR兼容的颅骨夹。Radiolucent Mayfield式颅骨夹可现货供应。Radiolucent Mayfield式颅骨夹被认为不兼容MR，因为碳纤维结构在高场MR系统(>1.5T)中会产生涡流。然而，由于本系统使用大约1特斯拉的磁体，因此可以使用屏蔽外的碳射线可透的颅骨夹。这个颅骨夹是RF Tx/Rx头部线圈的一部分，必须安装在RF Tx/Rx头部线圈的周围。

Claims (26)

1.一种用于外科手术的装置，包括：

一手术室，所述手术室具有一地板和多个壁，并包含一手术台，所述手术台用于放置患者以进行外科手术；以及

一磁共振成像系统，用于在整个外科手术期间分多次获取所述患者的一部分的图像，以供手术团队分析，使得所述手术团队可以监测手术的进展，所述磁共振成像系统包括：

一种磁体系统，包括一磁线的圆柱形磁体，所述圆柱形磁体限定一圆柱形孔，所述患者的一部分位于所述圆柱形孔内，用于使之放置在由所述磁体产生的高磁场内；

一控制系统，用于控制和改变所述磁场；

一射频发射和检测系统，用于响应所述磁场，以激发和检测出所述患者的一部分中的核磁共振信号，所述射频发射和检测系统包括一RF探头，所述RF探头设置在所述患者的一部分附近；和

一计算机和显示监视器，用于解码和显示检测到的信号；

一个台支撑系统，安装所述磁体，用于在远离所述台的第一端的方向上，从所述台的第一位置到远离所述台的第二位置，相对于台移动；

所述磁体的第一位置被布置成使得所述患者的部分定位在所述磁体的所述磁场中，同时所述患者保持在所述台上的适当位置；

所述磁体的第二位置被布置成使得所述磁体与所述台的第一端隔开一距离，所述距离足以允许所述手术团队围绕所述台的第一端和所述台的每一侧移动以接触所述患者，同时所述距离足以允许所述手术团队进行外科手术；

其中所述磁线由超导材料制成，所述超导材料无需使用液氦，通过一冷却系统冷却至超导。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁线由二硼化镁制成。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁体由一真空低温降温系统冷却，所述真空低温降温系统具有一真空泵。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述磁体的重量小于1吨，而其占地面积在15至25平方英尺范围内。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述磁体承载在由所述地板支撑的一支撑系统上。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述支撑系统包括一气垫，所述气垫覆盖具有侧裙部的所述磁体的底部区域，以便将重量分布在整个底部区域上。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述气垫被布置成使得其不从所述侧裙部排出颗粒。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，支撑系统在所述导轨上从所述第一位置引导到所述第二位置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述磁体被布置成在所述磁体位于所述第二位置时断电以关闭所述磁场。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述磁体被布置成在磁场断电期间冷却系统保持开始状态。

11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述磁体专用于所述手术室内的手术。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述磁体保留在所述手术室中。

13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述磁体的孔的小直径约为60厘米。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述磁体的长度为5英尺。

15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述RF探头包括本地收发器RF线圈，以避免在所述孔处使用一圆柱体线圈。

16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，提供了一屏蔽结构，用于将RF场排除在所述RF探头之外，所述屏蔽结构包括一支撑框架，用于在所述患者上延伸，同时支撑一屏蔽织物，所述屏蔽织物从脚延伸至进入所述孔的身体部位处。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述支撑框架是拱形的。

18.根据权利要求16或17所述的装置，其特征在于，所述屏蔽结构包括一金属板，作为所述患者下方的台的一部分，并且延伸跨越所述台至所述屏蔽织物的两侧。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的装置，其特征在于，所述屏蔽结构包括一圆柱形屏蔽层，位于所述孔内。

20.根据权利要求16至19中任一项所述的装置，其特征在于，所述屏蔽结构包括一铰链门，位于与所述台相对的所述孔的一端，同时包含一屏蔽层。

21.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述磁线由一真空低温降温系统冷却，所述真空低温降温系统具有一真空泵，并且其中与室内的所述磁体系统的唯一连接包括用于所述真空泵的冷却水和电。

22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，当所述磁体断电时，所述泵中仍有水和电。

23.一种用于外科手术的装置，包括：

一手术室，所述手术室具有一地板和多个壁，并包含一手术台，所述手术台用于放置患者以进行外科手术；和

一磁共振成像系统，用于在整个外科手术期间分多次获取所述患者的一部分的图像，以供手术团队分析，使得所述手术团队可以监测手术的进展，所述磁共振成像系统包括：

一种磁体系统，包括一磁线的圆柱形磁体，所述圆柱形磁体限定一圆柱形孔，所述患者的一部分位于所述圆柱形孔内，用于使之放置在由所述磁体产生的高磁场内；

一控制系统，用于控制和改变所述磁场；

一射频发射和检测系统，用于响应所述磁场，以激发和检测出所述患者的一部分中的核磁共振信号，所述射频发射和检测系统包括一RF探头，所述RF探头设置在所述患者的一部分附近；和

一计算机和显示监视器，用于解码和显示检测到的信号；

一个台支撑系统，安装所述磁体，用于在远离所述台的第一端的方向上，从所述台的第一位置到远离所述台的第二位置，相对于台移动；

所述磁体的第一位置被布置成使得所述患者的部分定位在所述磁体的所述磁场中，同时所述患者保持在所述台上的适当位置；

所述磁体的第二位置被布置成使得所述磁体与所述台的第一端隔开一距离，所述距离足以允许所述手术团队围绕所述台的第一端和所述台的每一侧移动以接触所述患者，同时所述距离足以允许所述手术团队进行外科手术；

其中，所述磁线由二硼化镁形成。

24.一种用于外科手术的装置，包括：

一手术室，所述手术室具有一地板和多个壁，并包含一手术台，所述手术台用于放置患者以进行外科手术；和

一磁共振成像系统，用于在整个外科手术期间分多次获取所述患者的一部分的图像，以供手术团队分析，使得所述手术团队可以监测手术的进展，所述磁共振成像系统包括：

一种磁体系统，包括一磁线的圆柱形磁体，所述圆柱形磁体限定一圆柱形孔，所述患者的一部分位于所述圆柱形孔内，用于使之放置在由所述磁体产生的高磁场内；

一控制系统，用于控制和改变所述磁场；

一射频发射和检测系统，用于响应所述磁场，以激发和检测出所述患者的一部分中的核磁共振信号，所述射频发射和检测系统包括一RF探头，所述RF探头设置在所述患者的一部分附近；和

一计算机和显示监视器，用于解码和显示检测到的信号；

一个台支撑系统，安装所述磁体，用于在远离所述台的第一端的方向上，从所述台的第一位置到远离所述台的第二位置，相对于台移动；

所述磁体的第一位置被布置成使得所述患者的部分定位在所述磁体的所述磁场中，同时所述患者保持在所述台上的适当位置；

所述磁体的第二位置被布置成使得所述磁体与所述台的第一端隔开一距离，所述距离足以允许所述手术团队围绕所述台的第一端和所述台的每一侧移动以接触所述患者，同时所述距离足以允许所述手术团队进行外科手术；

其中所述磁体的重量小于1吨，而其占地面积在15至25平方英尺范围内，且该磁体承载在由地板支撑的一支撑系统上。

25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述支撑系统包括一气垫，所述气垫覆盖具有侧裙部的所述磁体的底部区域，以便将重量分布在整个底部区域上。

26.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，所述气垫被布置成使得其不从所述侧裙部排出颗粒。

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