CN111565660B - 带有磁共振成像检测的冷冻消融系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种磁共振成像(MRI)引导的手术系统，其包括一个或多个手术工具，所述手术工具具有被配置为当暴露于由所述MRI系统生成的MR信号时产生反应效应的组件。所述系统包括控制系统，其可以确定所述MR系统是否正生成MR信号，并且缓解MR信号对所述手术工具的组件的所述反应效应。所述系统可以包括冷冻消融系统，其带有冷冻探针，所述冷冻探针具有由金属材料制成的探针轴。如果所述控制系统确定所述MR系统正生成MR信号，所述控制系统则可以响应于暴露于MR信号而电性断开所述冷冻探针和/或忽略由电加热器生成的电信号，和/或启动所述探针轴的冷却操作，由此启动所述冷却操作。

Description

带有磁共振成像检测的冷冻消融系统
背景技术
冷冻手术系统包括连接到一个或多个冷冻流体源的一个或多个冷冻探针。这种系统在共同转让的专利美国专利号8,066,697和公开的申请美国公开号2010/0256620Al中进行了描述，该专利的公开内容通过引用整体并入本文。在这样的冷冻手术系统中，冷冻流体可以从冷冻流体源输送至一个或多个冷冻探针。作为冷冻流体膨胀的结果，可以冷却冷冻探针，从而冷冻在冷冻探针的顶端附近的组织。一些这样的系统包括定位在每个冷冻探针的探针轴内的电加热器(采用高电阻线的形式)，以在冷冻之后融化组织，以便移除冷冻探针。
一些这样的冷冻手术系统可以使用磁共振成像来对患者进行成像，例如在插入期间引导冷冻探针和/或获得解剖特征的图像(例如，组织、肿瘤等)。这种系统的一个示例可以在美国7,850,682中找到，该专利的公开内容通过引用并入本文。在其他成像系统(诸如，计算机断层扫描)可能是不适合的情况下(例如，如果不希望暴露于辐射)，则可能需要这样的系统。
作为将手术系统的几个组件定位在MRI磁体室外部的结果，手术系统可能无法确定MRI系统是否在操作中，这是因为MR系统不一定提供可以由不同类型的手术系统的组件读取的标准化输出。此外，在一些这样的系统中，将具有金属和/或电气组件(例如，探针轴或加热线等)的手术系统邻近MRI系统放置可以会由于射频场而导致加热(射频加热)或由MRI磁体的存在而导致的通过其的感应电流。故障检测电路是组件故障的必要缓解措施。故障检测电路通常具有高输入阻抗，这使得其在受到MR扫描仪所使用的高幅度梯度场和RF场时容易损坏。由于这些电路直接与探针相互作用，因此无法屏蔽其使其免受高幅度场的影响。仅在MR扫描仪在操作时选择性断开这些电路并且使其消隐的能力比由于可能的损坏而无法利用这些接口的系统具有显著的优点。
发明内容
在一个方面中，本发明提供了一种磁共振成像(MRI)引导的冷冻手术系统，其可结合定位在MR室中的磁共振(MR)系统操作，该MR系统被配置为产生MR信号，诸如磁场和射频信号。磁场和射频场允许对患者组织区域进行成像。冷冻手术系统包括可以与MR系统物理分离的元件，其中的至少部分可定位在MR室中。冷冻手术系统可以包括一个或多个手术工具，其中的至少部分可在手术期间定位在患者体内。手术工具中的至少一个可以具有当暴露于由MR系统生成的MR信号时产生反应效应(例如，RF加热或不想要的感应电流)的一个或多个组件。系统包括可操作地连接到手术系统的控制系统，其被配置为确定MR系统是否正在操作中(例如，通过使用)，并且如果控制系统确定MR系统正在操作中，缓解MR信号对手术工具的组件的反应效应，由此缓解包括减少在手术系统的组件中感应的反应效应。
在另一个方面中，本发明提供了根据本文公开的实施例中的任一个所述的一种磁共振成像(MRI)引导的冷冻消融系统，其可结合磁共振(MR)系统操作。MR系统可以定位在MR室中。系统可以包括可定位在MR室中的冷冻消融系统。冷冻消融系统可以包括冷冻探针，其中的至少一部分可定位在患者组织内部。冷冻探针可以具有探针轴，其具有可定位在患者组织中的远侧部分。冷冻探针可以包括，特别是在其远侧部分中包括以下中的至少一个：a)包括金属材料的探针轴；b)电加热器，其被配置为接收电流并且从而加热探针轴，以便加热和/或融化患者组织；以及电路。系统可以包括定位在MR系统的近侧并且被配置为检测MR信号(诸如RF和磁场)的一个或多个检测器。系统可以包括可操作地连接到冷冻消融系统的控制系统。控制系统可以从一个或多个检测器接收指示以及基于从一个或多个检测器接收的指示确定MR系统是否在操作中。如果控制系统确定MR系统在操作中，控制系统则可以：如果冷冻探针具有包括金属材料的探针轴，则启动探针轴的冷却操作，由此冷却操作包括供应冷却；如果冷冻探针包括电加热器，则响应于暴露于MR信号而电性断开加热器和/或忽略由电加热器生成的电信号中的至少部分；如果冷冻探针包括电路(例如，如本文进一步描述的电子芯片、故障检测和探针识别电路)，则断开和/或忽略来自电路的电信号。如果冷冻探针包括一个或多个温度传感器，那么控制系统则还可以被配置为断开和/或忽略来自温度传感器中的一个或多个的电信号。
在另一个方面中，本发明提供了根据本文所公开的实施例中的任一个的一种冷冻消融系统。冷冻消融系统可以包括冷冻探针，其具有探针轴，探针轴包括可插入患者组织中的远侧部分和定位在探针轴内的冷冻流体供应部。冷冻流体供应部可以接收冷冻流体，以及朝向探针轴的远侧部分供应冷冻流体以冷却和/或冷冻组织。当以第一压力供应时，冷冻流体可以处于低温温度下。冷冻消融系统可以包括低压冷却流体源，其被配置为通过冷冻流体供应部朝向远侧部分以第二压力供应冷却流体。第二压力可以小于第一压力。低压冷却流体源被配置为供应冷却流体，以便当冷冻探针的远侧部分的一部分或组件的温度超过预定义阈值时或在检测到MRI系统在操作中，诸如通过检测磁共振(MR)信号进行之后，冷却冷冻探针的远侧部分，由此由冷却流体提供的冷却抵消了与MRI系统相关联的射频加热。
在又一个方面中，本发明提供了一种冷冻消融系统，其包括冷冻探针，冷冻探针具有探针轴，探针轴具有可插入患者组织中的远侧部分；冷冻探针可以具有在探针轴内的冷冻流体供应部，冷冻流体供应部被配置为从冷冻流体源接收冷冻流体，以及朝向冷冻探针的远侧部分供应冷冻流体以冷却冷冻探针。系统可以另外包括至少一个冷冻流体源，其被配置为将冷冻流体输送至冷冻流体供应部。系统另外包括一个或多个传感器，其用于检测MR信号，或用于测量冷冻探针或冷冻探针的组件中的一个或多个的温度。这些传感器通常选自RF传感器、磁场检测器和一个或多个温度传感器；温度传感器通常被配置为检测冷冻探针的一部分或组件的温度的升高。冷冻消融系统还包括控制系统，其可操作地联接到一个或多个传感器，以便检测RF信号或磁场的存在或超过预定义阈值的冷冻探针或其一部分或组件的温度的升高。控制系统可以另外被配置为控制冷冻流体至冷冻流体供应部的供应，以及将冷冻流体输送到冷冻流体供应部，以便在检测到在操作中的MRI系统的MR信号，诸如RF信号或磁场特征；或超过预定义阈值的冷冻探针或其一部分或组件的温度的升高时冷却冷冻探针或其一部分或组件。
在又一个方面中，本发明提供了一种冷冻消融系统，其具有冷冻探针，冷冻探针包括探针轴，探针轴具有可插入患者组织中的远侧部分，冷冻探针还包括在探针轴内的冷冻流体供应部，冷冻流体供应部被配置为从冷冻流体部接收冷冻流体，以及朝向冷冻探针的远侧部分供应冷冻流体以冷却冷冻探针。冷冻探针可以另外包括一个或多个电气组件。系统具有至少一个冷冻流体源，其被配置为将冷冻流体输送到冷冻流体供应部；以及适于检测MR信号的一个或多个传感器。这些传感器通常选自RF传感器和磁场检测器。系统另外包括控制系统，其可操作地联接到适于检测MR信号的一个或多个传感器，以便检测操作MRI系统的存在，诸如通过检测在操作中的MRI系统的射频信号或磁场特征来进行。控制系统可以另外被配置为控制至一个或多个电气组件的电力供应，以及在检测到在操作中的MRI系统的RF信号或磁场特征时电性断开或隔离电气组件中的一个或多个。另外地或替代地，控制系统可以被配置为在检测到在操作中的MRI系统的RF信号或磁场特征时忽略来自电气组件中的一个或多个的信号或读数或仅接受或处理未受到RF或磁场影响的信号。
本发明的某些方面包括以下编号的实施例：
1.一种磁共振成像(MRI)引导的手术系统，
其可结合定位在MR室中的磁共振(MR)系统操作，MR系统被配置为产生MR信号，MRI引导的手术系统包括：
手术系统，手术系统中的至少部分可定位在MR室中，手术系统包括一个或多个手术工具，其中的至少部分可在手术期间定位在患者体内，
至少一个手术工具，其具有当暴露于由MR系统生成的MR信号时产生反应效应的一个或多个组件；
可操作地连接到手术系统的控制系统，控制系统被配置为：
确定MR系统是否正在操作中，以及
如果所述控制系统确定所述MR系统正在操作中，缓解由所述MR系统生成的MR信号对所述手术工具的组件的所述反应效应，由此缓解包括减少在所述手术系统的组件中感应的所述反应效应。
2.根据实施例1的MRI引导的手术系统，其中手术工具中的至少一个包括电气组件。
3.根据实施例1或2的MRI引导的手术系统，其中控制系统被配置为，如果控制系统确定MR系统生成MR信号，则电性断开电气组件。
4.根据实施例2或任何前述实施例的MRI引导的手术系统，其中控制系统被配置为如果控制系统确定MR系统生成MR信号，当暴露于MR信号时则忽略与电气组件相关联的反应电信号。
5.根据实施例1或任何前述实施例的MRI引导的手术系统，其中手术工具中的至少一个包括金属组件。
6.根据实施例5或任何前述实施例的MRI引导的手术系统，其中控制系统被配置为确定手术系统的金属组件是否被所生成的MR信号加热，并且控制系统还被配置为如果控制系统确定金属组件被MR信号加热，则启动冷却操作以冷却手术系统的金属组件。
7.根据实施例1或任何前述实施例的磁共振成像(MRI)引导的手术系统，其还包括至少一个射频(RF)传感器和/或至少一个磁场检测器，至少一个射频传感器和至少一个磁场检测器可定位，以便在MRI系统操作时分别检测射频或磁场。
8.根据实施例7或任何前述实施例的磁共振成像(MRI)引导的手术系统，其中控制系统可操作地联接到至少一个RF传感器和/或磁场检测器并且基于由RF传感器感测的射频信号和/或由磁场检测器检测的磁场确定MR系统是否生成MR信号。
9.根据实施例1或任何前述实施例的磁共振成像(MRI)引导的手术系统，其中手术系统与MR系统在物理上分离。
10.一种冷冻消融系统，其包括：
冷冻探针，冷冻探针包括：
探针轴，探针轴具有可插入患者组织中的远侧部分，
在探针轴内的冷冻流体供应部，冷冻流体供应部被配置为接收冷冻流体，以及朝向远侧部分供应冷冻流体以冷却和/或冷冻患者组织，
当以第一压力在冷冻流体供应部中供应时，冷冻流体处于低温温度下；
低压冷却流体源，低压冷却流体源被配置为通过冷冻流体供应部朝向远侧部分以第二压力供应冷却流体，第二压力小于第一压力，
低压冷却流体源被配置为供应冷却流体，以便当远侧部分的一部分或冷冻探针的组件的温度超过预定义阈值时或在检测到磁共振成像(MRI)系统在操作中之后冷却冷冻探针的远侧部分，由此由冷却流体提供的冷却抵消了与MRI系统相关联的射频加热。
11.根据实施例10或任何前述实施例的冷冻消融系统，其还包括：
定位在MR系统的近侧并且被配置为检测MR信号的一个或多个检测器；以及
可操作地连接到一个或多个检测器的控制系统，控制系统被配置为响应于检测到MR信号控制低压冷却流体至冷冻探针的远侧部分的供应。
12.根据实施例11或任何前述实施例的冷冻消融系统，其还包括用于测量冷冻探针的远侧部分的温度的温度传感器，温度传感器可操作地联接到控制系统，控制系统被配置为响应于接收到由温度传感器测量的温度供应低压冷却流体。
13.根据实施例11或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中控制系统可操作地联接到低压冷却流体源，控制系统被配置为：
与温度传感器通信以启动远侧部分的温度测量；
从温度传感器接收测量的温度；
确定温度是否超过预定义阈值；以及
与低压冷却流体通信以启动冷却流体的供应。
14.根据实施例13或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中温度传感器还被配置为当由低压冷却流体源供应冷却流体时，测量远侧部分的温度。
15.根据实施例10或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中磁共振成像(MRI)系统定位在MR室中，MR信号与MRI系统相关联，冷冻消融系统可定位在MR室中并且可结合MRI系统进行操作。
16.根据实施例11或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中控制系统被配置为确定要从低压冷却流体源供应冷却流体的持续时间，持续时间对应于远侧部分的温度超过预定义阈值的时间间隔，和/或MRI系统生成MR信号的时间间隔。
17.根据实施例11或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中控制系统被配置为在将冷冻探针插入患者组织中期间启动冷却流体的供应。
18.根据实施例12或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中控制系统被配置为确定要从探针轴的远侧部分去除的第一数量的热量，第一数量的热量对应于超过预定义阈值的所测量的温度增加，控制系统还被配置为确定从远侧部分去除第一数量的热量所需的冷却流体的第一流速。
19.根据实施例18或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中控制系统被配置为当将冷冻探针插入患者中和/或当检测到MR信号时预测超过预定义阈值的温度增加，并且被配置为确定要从探针轴的远侧部分去除的第二数量的热量，第二数量的热量对应于超过预定义阈值的预测的温度增加，控制系统还被配置为确定从远侧部分去除第二数量的热量所需的冷却流体的第二流速。
20.根据实施例10或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中冷却流体是氩气。
21.根据实施例10或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中第二压力小于约500psi。
22.根据实施例20或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中在持续时间内供应冷却流体，以便产生在约2℃和约8℃之间的远侧部分的温度下降。
23.根据实施例10或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中冷冻流体是与冷却流体相同的流体。
24.一种磁共振成像(MRI)引导的冷冻消融系统，其可结合可定位在MR室中的磁共振(MR)系统操作，MR系统被配置为产生MR信号，MRI引导的手术系统包括：
可定位在MR室中的冷冻消融系统，冷冻消融系统包括：
冷冻探针，冷冻探针中的至少一部分可定位在患者组织内，冷冻探针包括
探针轴，探针轴具有可定位在患者组织的区域中的远侧部分，
冷冻探针包括下列中的至少一个：
a.包括金属材料的探针轴，
b.电加热器，电加热器被配置为接收电流并且从而加热探针轴，以便加热和/或融化患者组织，
c.电路，
定位在MR系统的近侧并且被配置为检测MR信号的一个或多个检测器；以及
控制系统，控制系统可操作地连接到冷冻消融系统并且被配置为：
从一个或多个检测器接收指示，
基于从一个或多个检测器接收的指示确定MR系统是否在操作中，以及
如果控制系统确定MR系统在操作中：
如果冷冻探针包括探针轴，探针轴包括金属材料，则随后启动探针轴的冷却操作，由此冷却操作包括供应冷却流体，
如果冷冻探针包括电加热器，则响应于暴露于MR信号而电性断开加热器和/或忽略由电加热器生成的电信号中的至少部分，
如果冷冻探针包括电路，则断开和/或忽略来自电路的电信号。
25.根据实施例24或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中电路包括电子芯片。
26.一种冷冻消融系统，其包括：
冷冻探针，冷冻探针包括：
探针轴，探针轴具有可插入患者组织中的远侧部分，
在探针轴内的冷冻流体供应部，冷冻流体供应部被配置为从冷冻流体源接收冷冻流体，以及朝向冷冻探针的远侧部分供应冷冻流体以冷却冷冻探针，
至少一个冷冻流体源，冷冻流体源被配置为将冷冻流体输送至冷冻流体供应部，
选自RF传感器、磁场检测器和温度传感器的一个或多个传感器；温度传感器被配置为检测冷冻探针的一部分或组件的温度的升高；
以及控制系统，控制系统可操作地联接到一个或多个传感器，以便检测RF信号或磁场的存在或超过预定义阈值的冷冻探针或其一部分或组件的温度的升高，
控制系统另外被配置为控制冷冻流体至冷冻流体供应部的供应，以及将冷冻流体输送到冷冻流体供应部，以便在检测到以下中的任一个时冷却冷冻探针或其一部分或组件：
在操作中的MRI系统的RF信号或磁场特征；或
超过预定义阈值的冷冻探针或其一部分或组件的温度升高。
27.根据实施例26或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中由冷冻流体提供的冷却抵消了与MRI系统相关联的射频加热。
28.根据实施例26或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中控制系统被配置为在检测到在操作中的MRI系统的RF信号或磁场特征或冷冻探针或其一部分或组件的超过预定义阈值的温度升高时在低温温度下将冷冻流体输送至冷冻流体供应部以冷却和/或冷冻患者组织，以及在非低温温度下进行以冷却冷冻探针或其一部分或组件。
29.根据实施例26或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中冷冻探针包括电加热器、温度传感器和电子芯片中的一个或多个，以及控制系统被配置为在检测到在操作中的MRI系统的RF信号或磁场特征时电性断开或隔离电加热器、温度传感器或电子芯片。
30.一种冷冻消融系统，其包括：
冷冻探针，冷冻探针包括：
探针轴，探针轴具有可插入患者组织中的远侧部分，
在探针轴内的冷冻流体供应部，冷冻流体供应部被配置为从冷冻流体源接收冷冻流体，以及朝向冷冻探针的远侧部分供应冷冻流体以冷却冷冻探针；冷冻探针另外包括一个或多个电气组件；
至少一个冷冻流体源，冷冻流体源被配置为将冷冻流体输送至冷冻流体供应部；
选自RF传感器和磁场检测器的一个或多个传感器；以及
控制系统，控制系统可操作地联接到一个或多个传感器，以便检测RF信号或磁场的存在；
其中控制系统另外被配置为控制至一个或多个电气组件的电力供应，以及电性断开或隔离电气组件中的一个或多个；和/或
其中控制系统另外被配置为忽略来自电气组件中的一个或多个的信号或读数或仅接受或处理不受RF或磁场影响的信号；
在检测到在操作中的MRI系统的RF信号或磁场特征时进行上述配置。
31.根据实施例30或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中一个或多个电气组件选自电加热器、温度传感器和电子芯片。
32.根据实施例31或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中控制器被配置为电性断开或隔离电加热器、温度传感器和电子芯片中的一个或多个。
33.根据实施例31或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中控制器被配置为忽略对应于电加热器中故障的信号或读数。
34.根据实施例31或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中控制器被配置为忽略除了对应于加热器的电阻的那些之外的来自电加热器的信号或读数。
35.根据实施例32或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中控制器被配置为忽略除了对应于温度传感器的电阻的那些之外的来自温度传感器的信号或读数。
36.根据实施例34或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中电加热器的温度是根据其电阻确定的。
37.根据实施例35或任何前述实施例的冷冻消融系统，其中冷冻探针或其组件中的一个的温度是由一个或多个温度传感器的电阻确定的。
在所附权利要求和下面的描述中阐明了本发明的一个或多个实施例的细节。其他特性、目的和优点将从具体实施方式和附图，以及权利要求而变得显而易见。
附图说明
图1是根据一个非限制性示例性实施例的磁共振成像(以下称为“MRI”)引导的冷冻手术系统的示意图；
图2是根据一个非限制性示例性实施例的可连接到图2的控制系统的冷冻探针的前视图；
图3是图2的冷冻探针的截面前视图；
图4是示出根据一个非限制性示例性实施例的结合MRI系统操作手术系统的方法的示意图；
图5是示出根据一个非限制性示例性实施例的结合MRI系统操作手术系统的另一种方法的示意图；
图6是示出根据一个非限制性示例性实施例的缓解程序的示意图；
图7是示出根据一个非限制性示例性实施例的另一种缓解程序的示意图；
图8是示出根据一个非限制性示例性实施例的另一种缓解程序的示意图；以及
图9是根据一个非限制性示例性实施例的用于电性断开手术工具的部分的电气示意图。
具体实施方式
冷冻手术系统可以用于冷冻消融目标组织(例如，肿瘤)。通常，这种系统包括一个或多个冷冻探针、一个或多个冷冻流体源和控制系统。冷冻流体源可以供应气体，诸如氩气、氮气、空气、氪气、CO2、CF4、氙气和各种其他气体，这些气体能够在从大于约1000psi的压力膨胀时达到低温温度(例如，低于190K的温度)。如本文所使用的，“冷冻流体”可以指当从大于约1000psi(例如，典型地约3500psi)的压力膨胀时达到低温(例如，低于190开尔文)的任何流体。冷冻手术系统还可以包括控制系统，其具有一个或多个传感器、流量计、计时器、模拟/数字转换器、有线或无线通信模块等。另外地，控制系统还可以调节供应到冷冻探针的冷冻流体的流速、温度和压力。
例如，在冷冻手术期间，外科医生可以通过将冷冻探针放置在患者解剖结构的目标区域处或附近来展开一个或多个冷冻探针以冷冻消融患者解剖结构的目标区域。在一个示例中，冷冻探针利用焦耳-汤姆森效应来产生冷却或加热。在这样的情况下，冷冻流体在冷冻探针中从较高的压力膨胀到较低的压力。冷冻流体的膨胀导致温度处于或低于在冷冻探针的顶端附近冷冻消融组织所需的那些温度。在膨胀的冷冻流体与冷冻探针的外壁之间的热传递可以用于形成冰球，并且因此冷冻消融组织。
图1是根据一个非限制性示例性实施例的磁共振成像(以下称为“MRI”)引导的冷冻手术系统10的示意图。图1的系统可以包括定位在磁体室12内的MRI系统的组件。MRI系统包括具有MRI磁体16的MRI扫描仪14，该MRI磁体16具有用于容纳患者20的孔。MRI磁体16可以是开放式或封闭式的，并且可以包括进入端口以允许外科医生接近患者20。MRI磁体16还可以具有图1中的电连接线(由实线表示)和/或机械或流体连接线(由虚线表示)，以用于连接至各种电气、控制和/或冷冻消融系统，如下面将进一步描述的。系统还可以包括与磁体室12电隔离的控制室22，以及设备室24。MRI系统可以在插入手术工具32、34、36之前使患者成像以可视化感兴趣的患者区域，诸如肿瘤或患者腔。此外，可以在插入期间执行成像以将手术工具引导到患者体内的预期位置。另外地，可以在插入之后、手术期间以及手术之后执行成像。
继续看图1，在一个非限制性示例性实施例中，连接线可以终止于一个或多个手术工具32、34、36，诸如可插入患者20体内的冷冻探针。相应地，在一些这样的示例中，系统可以包括连接器接口30，其被放置在磁体室12内，以允许将一个或多个手术工具32、34、36、34、36连接到可以放置在磁体室12外部(例如，在控制室22中或设备室24中)的手术系统的其他组件(例如，冷冻消融系统)。例如，系统可以包括从控制室22延伸到磁体室12的电连接线54和流体连接线62，以将控制系统40可操作地连接至手术工具32、34、36。在一些有利的实施例中，连接器接口30可以设置在定位在磁体近侧的移动推车50上以允许多个手术工具32、34、36直接或间接地(例如，电和/或流动地)连接到定位在磁体室12外部的(例如，在控制室22中)的控制系统。在一些有利的实施例中，控制系统40可以是可编程微处理器，其可以读取计算机可读指令(例如，以软件程序的形式并且执行一个或多个操作，如将在下面详细描述的)。
将根据一个示例实施例来描述在控制系统40和手术工具32、34、36之间的电和流体连接。控制系统40可以经由第一组电连接线54电连接到位于磁体室12外部的接线盒52。此外，接线盒52可以包括第二组电连接线56，以连接到位于磁体室12外部(例如，在设备室24内)的电气和/或成像设备57(诸如，成像路由器和电过滤器)。第三组电连接线58可以将电和/或成像设备57连接到位于磁体室12内部的连接器接口30和/或移动推车50。接线盒52可以允许在磁体室12中的组件与在电气和/或控制室中的组件之间的可移除的电连接。
再次参考图1，在一些示例中，系统可以用于执行许多类型的手术过程，并且本文公开的系统和方法不应解释为限于任何一种类型的手术过程，例如冷冻手术过程。
在某些示例中，手术系统可以是冷冻手术系统，诸如冷冻消融系统。相应地，在一些示例中，系统可以包括一个或多个冷冻流体源60。冷冻流体源可以是流体或气体容器。
冷冻流体可以以低温温度和压力下输送到手术工具32、34、36(例如，冷冻探针)。冷冻流体源可以是冷却气体，诸如氩气、氮气、空气、氪气、CF4、氙气或N2O。
控制系统可以被配置为诸如在检测到在操作中的MRI系统的RF信号或磁场特征或在检测到冷冻探针或其一部分或组件的温度升高超过预定义阈值时在低温温度下将冷冻流体输送至冷冻探针以冷却和/或冷冻患者组织，以及在非低温温度下进行以冷却冷冻探针或其一部分或组件。在一些冷冻探针中，可以将冷冻流体输送到冷冻流体供应源，如本文其他地方所描述的。
如在图1中所例证的，在一些方式中，冷冻流体源定位在磁体室12的外部并且可经由第一组流体连接线62流体连接到控制系统40。控制系统40转而可以经由第二组流体连接线64和第三组流体连接线66流体连接到连接器接口30和/或移动推车50。第四组流体连接线68可以将手术工具32、34、36(例如，冷冻探针)流体连接到连接器接口30和/或移动推车50。流体线可以是柔性的和/或可拆卸的，并且可以包括其他流体部件以调节通过其的流体压力。来自冷冻流体源的流体因此可以由一组流体连接线62、64、66和68传送到手术工具32、34、36。可选地，系统可以包括与磁体室12电隔离的流体连接面板70，以便允许存在于磁体室12中的组件与控制室22中的那些之间的流体连接。类似地，电连接面板72可以促进存在于磁体室12中的组件和在控制室22和/或电气室中的那些之间的电连接。
返回参考图1，系统还可以包括MRI显示器86，其可操作地联接到MRI扫描仪14并且定位在磁体室12内，以显示表示患者20的解剖特征的图像，以便在手术期间向外科医生提供引导。MRI显示器86可以可操作地联接到设备室24中的电气和/或成像组件和位于控制室22内的控制系统40。这样的配置可以显示与整个系统的操作条件相关的信息。在这种情况下，有利地，MRI显示器86可以使外科医生能够选择期望的图像，例如，以监测手术过程的进展，与MRI引导相关的图像和/或与一个或多个手术工具32、34、36相关的当前信息。可选地，可以在磁体室12中提供一个以上的显示器，以允许同时可视化手术过程的各个方面。
如前所述，在一个非限制性示例性实施例中，手术工具可以是冷冻探针100。图2是一个这样的冷冻探针100的前视图，并且图3是图2的冷冻探针100的截面前视图。参考图2和图3，冷冻探针100可以包括细长本体。冷冻探针100的组件可以位于探针轴102的内部。在一些情况下，冷冻探针可以是冷冻针。探针轴102可以终止于在冷冻探针100的远侧部分106处的远侧操作顶端104中，以在布署期间穿过患者20的组织。在冷冻探针被配置为冷冻针的实施例中，远侧操作顶端104可以穿透患者的皮肤。在替代实施例中，冷冻探针可以是柔性探针，并且可以经由导管插入。近侧联接器108可以促进冷冻探针100到连接器接口30、控制系统40和/或冷冻流体源的连接。
探针轴102可以具有基本上薄的横截面，以允许在患者20的组织中展开。在一个示例中，冷冻探针可以是具有约2.1毫米的探针轴102外径的冷冻针。还可以考虑探针轴102的其他尺寸。例如，探针轴102可以具有在约1.5毫米和约2.4毫米之间的外径。此外，在冷冻探针是冷冻针的实施例中，远侧操作顶端104可以由柔软的材料制成，以便是柔性的(例如，相对于冷冻探针100的近侧部分)以穿透软组织。替代地，冷冻探针的大部分可以大体上是柔性的并且可以不刺穿患者的皮肤，以及可以围绕其中心轴线以期望的角度是柔性的(可弯曲的)。
如图3中所看到的，冷冻探针100包括冷冻流体供应部112，其基本上沿其长度延伸，以将高压冷冻流体提供到远侧操作顶端104。冷冻流体供应部112可以同轴/同心地定位在探针轴102内。冷冻流体供应部112可以被配置为供应冷冻流体，以用于在远侧部分106上方的探针轴102的外表面上形成冰球。在一些情况下，冷冻流体供应部112可以是毛细管。
继续参考图3，在一些示例中，冷冻探针100包括低温冷却器。例如，在所示的示例中，冷冻流体供应部112可以终止于焦耳-汤姆森孔口114中。焦耳-汤姆森孔口114可以定位在远侧操作顶端104附近，以便允许冷冻流体排出焦耳-汤姆森孔口114以膨胀进入膨胀室中。因此，经由冷冻流体供应部112供应的高压冷冻流体通过焦耳-汤姆森孔口114离开并且在膨胀室中膨胀。当冷冻流体在膨胀室中膨胀时，其快速冷却并且在远侧操作顶端104的外表面上形成具有不同形状和/或大小的冰球。冷冻流体的膨胀可以使得当膨胀时，冷冻流体比进入的冷冻流体更冷。尽管示出了示例性的低温冷却器，诸如焦耳-汤姆森孔口114，但是应当理解在本发明的范围内可以考虑其他类型的低温冷却器，诸如低温杜瓦瓶、斯特林型冷却器、脉冲管式制冷机(PTR)、吉福德-麦克马洪(GM)冷却器等。此外，如上简述，可以用于冷却的冷冻流体包括氩气、液氮、空气、氪气、CF4、氙气或N2O。
出于说明性目的，再次参考图3，在一些示例中，加热器116可以可选地设置在探针轴102内以便解冻和/或烧灼组织。在一些这样的示例中，可以在冷却和形成冰球之后操作加热器116以解冻冷冻的组织以促进冷冻探针100与其脱离。如在该示例性实施例中所示，电加热器116可以与冷冻流体供应部112和探针轴102同轴设置，以促进加热冷冻探针100的远侧部分106。替代地，电加热器116可以定位在冷冻探针100中的其他地方以加热冷冻探针100的远侧部分106。电加热器116可以是电阻加热器116，并且可以包括螺旋缠绕的电线，其可以生成与流过其的电流和电加热器116的电阻成比例的热量。在这样的情况下，如之前提到的，控制系统40(图2中所示)可以供应和/或调节流动至冷冻探针100内的电加热器116的电流。
在一些系统中，控制系统包括一个或多个温度传感器，其被配置为测量手术工具或其组件的温度。例如，控制系统可以包括温度传感器，其用于测量冷冻探针100的远侧部分106或电加热器的冷冻探针轴或电子芯片的温度。温度测量可以在放置于患者体内之前、期间或之后执行，以监测探针温度或其组件中的任一个的温度，例如，测量可以发生在放置期间和/或手术过程(例如，解冻或烧灼过程)期间或在该过程之前，同时设置或准备系统以供使用。在一个示例中，温度传感器可以包括电阻材料，当其温度变化时，其电阻可以改变(例如，正温度系数材料)。电阻的变化可以由控制系统40测量，并且因此，温度变化可以由控制系统40基于特定类型的材料的电阻和温度之间的已知相关性来确定。同样地，也可以以该方式确定电加热器的温度。
如上所述，冷冻探针100包括电加热器116。因此，在某些有利的实施例中，电加热器116的材料(诸如，加热器116线)可以执行当电流流过其时电阻性加热探针轴102，以及在探针加热期间向控制系统40提供温度反馈的双重功能。电加热器也可以设置有针状加热元件故障检测电路。出于故障检测的目的，这种电路可以可操作地连接到控制系统。如本文进一步描述的，控制系统可以被配置为在存在操作MRI系统的情况下使来自该故障检测电路的信号“消隐”或忽略其。
在一些有利的示例中，返回参考图1，手术工具32、34、36可以包括电子组件，其允许在连接到连接器接口30和/或移动推车50时识别其。在一个示例中，手术工具是如图2和图3中所示的冷冻探针100。手术工具100可以包括电子芯片120。该芯片有利地定位在近侧部分中(例如，接近近侧连接器)。在其他示例中，手术工具可以包括沿其本体的任何位置处的电子芯片120。电子芯片120可以包括可以是机器可读的非暂时性数据存储介质。在连接器接口30和/或移动推车50和控制系统40之间的电连接可以允许控制系统40具有对电子芯片120的读/写访问。
当多个手术工具32、34、36连接到移动推车50时，电子芯片120可以允许识别手术工具。例如，每个电子芯片120可以在其存储器中存储唯一的手术工具标识符，并且由此可以允许识别连接到连接器接口30上的特定连接器端口的手术工具。另外地，电子芯片120可以存储其他信息，诸如执行特定手术过程的持续时间，使用手术工具的总时间量等。此外，这种信息可以传输(例如，经由电连接)到控制系统40。
如先前参考图1所述，手术系统的某些组件可定位在MRI系统附近或在MR室内，这允许在手术之前、期间或之后进行成像和引导。当以这种方式定位时，则当MR系统在操作中时，系统的组件会受到MR信号，诸如使患者组织的区域成像所需的磁场和射频发射的影响。例如，手术工具32、34、36可以从移动推车50连接到第四组电连接线59，其转而又连接到连接器接口30。在图1中，手术工具中的一个被示为经由连接线59连接到移动推车50，然而，基本上所有的手术工具都可以经由各个连接线59连接到移动推车50(例如，如图9中所示)。返回图1，手术工具32、34、36可以包括被配置为当暴露于由MRI系统生成的磁共振(MR)信号时产生反应效应。例如，当暴露于射频场时，可能加热探针轴102的金属材料。另外地，手术工具32、34、36可以包括可以允许感应电流流过其的电气组件(例如，加热器116线、温度探针或电子芯片120)。因此，本发明的某些实施例提供了用于在暴露于MR信号202时缓解引入手术系统的组件中的反应效应的系统和方法。这种有利的实施例可以允许使具有金属或电气组件的手术工具32、34、36与MRI系统结合使用，如将在下面描述的。
在本发明的某些方面中，MRI系统可以在冷冻手术过程期间的各个点处同时或周期性地使用。图4示出了结合将手术工具放置在患者体内而进行MRI操作的一个这样的非限制性示例性方法400。在这样的情况下，MRI扫描仪14可以在步骤402进行操作以生成图像，以便在步骤404处确定手术工具(例如，冷冻探针100)相对于患者体内的目标区域(例如，肿瘤)的位置。如果在步骤406处外科医生和/或控制系统40确定手术工具尚未放置在预期的目标部位，那么在步骤408处，则可以朝向预期目标部位推进手术工具。在步骤410处，可以执行后续的MRI扫描以可视化手术工具相对于目标部位的新位置。可以重复此过程，直到将手术工具放置在目标部位。明显地，图4中的步骤不构成执行顺序，并且MRI扫描仪14的操作和手术工具的推进可以同时进行。
图5示出了结合手术系统的MRI系统操作的另一种非限制性示例性方法500。在该操作中，手术过程可以是用于消融肿瘤的冷冻消融手术。相应地，在步骤502处，控制系统40可以启动“冷冻”循环，由此将冷冻流体供应到手术工具(例如，冷冻探针100)以形成冰球并消融组织。在步骤504处，可以操作MRI扫描仪14以可视化冰球的尺寸和/或感兴趣的其他特征(例如，手术工具相对于肿瘤的位置等)。在步骤506处，可以停止MRI扫描仪14的操作，并且在步骤508处，可以执行“融化”循环以融化手术工具(例如，冷冻探针100)的顶端，以便将其从患者组织移除。在步骤510处，可以操作MRI扫描仪14以可视化消融的肿瘤，以允许外科医生和/或控制系统40在步骤512处确定后续的“冷冻”循环是否是必需的。可以重复该过程直到实现期望的临床结果。可选地，MRI扫描仪14可以在整个过程中继续操作(例如，在“冷冻”以及“融化”循环期间)，直到步骤514，由此停止MRI操作。替代地，可以间歇地操作MRI扫描仪14以获得关于手术过程的相关信息。
如可以从以上示例看出的，可能有利的是使控制系统40知道MRI扫描仪14操作的持续时间以及开始/停止时间，以便确定是否要执行由于MRI操作引起的任何缓解。因此，在一些这样的示例性实施例中，控制系统40可以可操作地连接到MR扫描仪检测器(例如，被调谐为接收在正常使用MR设备期间发射的低频梯度场和/或高频RF场的天线)，以便确定MRI扫描仪14是否在操作中，并且如果是，则确定操作MRI扫描仪14的持续时间以及其他必要的参数。这样的系统可以有利地是智慧/智能手术系统，如将在下面描述的。
返回参考图1，在一些示例中，系统可以包括至少一个检测器，例如一个或多个射频(RF)传感器和/或至少一个磁场检测器200，其可定位以便当MRI系统在操作中时分别检测射频或磁场。这些检测器可以有利地定位在MR附近并且被配置为检测MR信号。控制系统有利地可操作地联接到检测器并且基于由RF传感器感测到的射频信号和/或由磁场检测器检测的磁场确定MR系统是否在操作中(例如，生成MR信号)，以及被配置为采取动作以缓解MR信号对手术系统和冷冻探针或其组件的影响。有利地，RF传感器和/或磁场检测器200可以定位在磁体室12的内部，在与MRI系统的孔相距预期距离处，以便当MRI系统对患者的一部分进行成像时分别检测射频或磁场202。RF传感器可以是RF天线和/或磁场传感器。在一个示例中，RF传感器和/或磁场传感器可以是现成的天线，其被调谐到(或以其他方式响应于)与MR扫描仪相关联的MR信号的频率。RF传感器和磁场检测器200可以具有动态范围，足以允许他们定位在磁体室12中任何地方，并且仍然能够检测与MRI扫描仪14相关联的RF信号和/或低频磁场202。显而易见，在MRI扫描仪操作期间，射频信号以及磁场202都可以由MR系统的组件(磁性线圈、射频换能器等)生成。因此，包括RF传感器或场检测器则是足够的。有利地，本发明的某些非限制性示例性实施例包括RF传感器和磁场检测器200两者，以在MR信号202的检测中提供冗余(例如，如果RF传感器或场检测器中的一个未检测到扫描仪操作的话)。有利地，RF传感器和场检测器可以不传输或再辐射信号，并且可以仅被配置为接收来自MRI扫描仪14的信号。因此，这样的实施例可能不会在由MRI系统生成的图像中引入噪声或伪像。
RF传感器和/或场检测器械可以可操作地联接到控制系统40。例如，RF传感器和/或场检测器可以利用在移动推车50和控制系统40之间的现有电连接。在一个这样的示例中，如图所示，RF传感器和/或场检测器可以电联接到定位在磁体室12中的移动推车50。如前所述，移动推车50可以转而电联接到控制系统40，从而使RF传感器和/或场检测器与控制系统40电连通。可选地，RF传感器和/或场检测器可以物理安装在移动推车50内，以便提供有效封装的系统。
RF传感器和/或场检测器可以在操作MRI扫描仪14时检测MR信号202(例如，RF或磁性)并且可以生成输出信号。在一些示例中，输出信号可以是模拟信号，并且系统可以包括A/D转换器，以将模拟信号转换成数字信号。替代地，输出信号可以是数字信号。来自RF传感器和/或磁场检测器200的输出信号可以被发送到控制系统40。在这种情况下，控制系统40基于由RF传感器感测的RF信号和/或由磁场检测器200检测的磁场202来确定MR系统的组件(诸如，MRI扫描仪14)是否生成MR信号202。
如前所述，手术系统的组件在暴露于由MR系统生成的MR信号202时，可以产生反应效应。例如，手术工具32、34、36(例如，冷冻探针)可以具有金属组件(例如，探针轴可以包括金属，或者电加热器或温度探针可以包括金属线)并且可能在暴露于RF信号时经历射频加热。取决于RF信号的强度，手术工具32、34、36的部分或其组件的温度可能增加到不可接受的水平。这可能，例如，在将手术工具放置在患者体内期间导致患者的不适和/或健康组织的坏死。因此，控制系统40可以被配置为缓解当手术系统的部件或组件暴露于MR信号202时产生的反应效应。
可以由控制系统，例如，通过提供可操作地联接到系统并且被配置为报告温度的温度探针来监测这种系统和组件的温度。替代地，可以通过监测电线的电阻来确定电气组件的温度，电线的电阻随温度变化。
图6、图7和图8示出了可以由控制系统40执行的各种可能的缓解过程600、700和800。可以以任何顺序来执行缓解过程600、700和800。此外，缓解过程600、700和800可以彼此接合地执行。
在一个非限制性示例性实施例中，控制系统40可以确定MR信号202是否在手术工具的部分或组件中感应加热，诸如射频加热，例如，在将其放置在患者体内期间，并且启动冷却操作(例如，使用冷冻流体)来冷却部分或组件，例如，如果温度超过预定阈值温度，或在检测到磁共振(MR)信号时。图6示出了这种缓解过程600的示例。在该示例中，缓解包括降低手术工具，其一部分或其组件的温度。参考图1和图6，在步骤602中，控制系统40可以确定手术工具32、34、36，诸如冷冻探针或其一部分，例如其远侧部分或其组件，诸如探针轴的温度增加。控制系统40可以在步骤604处确定温度增加是否超过预定义阈值(并且组件因此超过温度)并且如果控制系统确定金属组件被MR信号加热，则启动冷却操作以冷却金属组件。在一个非限制性示例中，当将手术工具插入患者体内时，手术工具的可接受温度可以在约0℃和约40℃之间。在另一个非限制性示例中，手术工具的可接受的温度增加可以在约2℃和约5℃之间。其他可接受的温度范围可以被编程至控制系统40中。
在步骤606处，控制系统40可以确定MRI系统14是否在操作中。例如，控制系统40可以接收来自RF传感器和/或磁场检测器200的输出信号，其表征在操作中的MRI并且可以使控制系统40确定MRI扫描仪14在操作中。在步骤608处，如果控制系统40确定手术工具32、34、36的至少一部分(诸如远侧部分106)或其组件的温度超过预定义阈值，或者如果控制系统40确定MRI扫描仪14在操作中，控制系统40则可以启动冷却操作。
在一个非限制性示例中，控制系统40可以可操作地联接到冷却或冷冻流体源并且可以通过启动冷却流体至手术工具或其一部分，诸如远侧部分的供应而启动冷却操作。控制系统可以被配置为响应于检测到MR信号或响应于手术工具的一部分或组件的温度超过预定阈值或两者而供应冷却流体。
系统可以，例如，包括用于测量冷冻探针的远侧部分的温度的至少一个温度传感器，温度传感器可操作地联接到控制系统。控制系统被配置为响应于接收到由温度传感器测量的温度来供应低压冷却流体。控制系统可以被配置为与温度传感器通信以启动对手术工具的一部分，诸如远侧部分的温度测量，接收来自温度传感器的测量温度，确定温度是否超过预定义阈值以及与低压冷却流体源通信以启动冷却流体的供应。温度传感器还可以有用地被配置为当由低压冷却流体源供应冷却流体时，测量远侧部分的温度。
出于说明的目的，参考图1，冷却流体可以是与冷冻流体相同的流体，并且可以存储在相同的流体源60中，但却可以在非低温的温度和/或压力下输送以冷却冷冻探针或其组件，以及在低温温度/压力下输送以冷冻患者组织。在这样的情况下，冷却流体可以使用低压管线210进行供应并且可以由一组流体连接管线62、64、66、68输送到手术工具。控制系统40可以与流体控制器212(例如，阀、螺线管等)通信，该流体控制器212可以打开或关闭以将冷冻流体源60流体连接到流体连接管线62、64、66、68。在这样的示例中，手术工具可以是冷冻探针100，其被配置为执行冷冻消融并且可以具有定位在其远侧操作顶端104处的低温冷却器(如关于图2所描述的)。冷却流体因此可以使用与冷冻流体相同的流体管线进行供应。因此，冷却流体可以行进通过该组流体管线62、64、66、68，冷冻流体供应部112并离开低温冷却器(例如，焦耳-汤姆森孔口)，从而冷却冷冻探针100的远侧操作顶端104。替代地，冷却流体可以与冷冻流体相同或不同，并且可以使用现有的和/或不同的流体路径流体连接到手术工具。
在一个非限制性示例中，控制系统40可以确定MRI扫描仪14是否在操作中，例如，通过检测到在操作中的MRI系统的RF信号或磁场特征或如果温度已超过预定阈值进行，这仅发生在将手术工具放置在患者体内期间。替代地，控制系统40可以做出这样的确定并且在该过程之前或在任何期望的时间间歇地启动冷却过程。然而，在另一个非限制性示例中，控制系统40可以不连续地供应冷却流体，以便节约所供应的冷却流体的量(例如，当不存在与手术工具相关联的可辨别的温度增加或如果MRI系统不在操作中的时间)。
在某些实施例中，冷冻流体和冷却流体可以是不同的流体，以免导致意外的冰球形成。替代地，冷冻流体和冷却流体可以是相同的流体，然而，也可以以明显较低的压力供应冷却流体，以免导致冰球形成或冷冻消融。在这样的示例中，冷却流体可以简单地产生期望的冷却程度(例如，5℃)，而不会对组织(特别是健康组织，如果在将探针放置到目标部位期间进行冷却过程的话)造成任何损害。在一个非限制性示例中，可以通过第一压力管线214以第一压力供应冷冻流体，并且可以通过第二压力管线210以第二压力供应冷却流体，由此第一压力大于第二压力。例如，第一压力可以在约1000psi和约4000psi之间，例如，约3500psi，而第二压力可以小于约500psi，然而其必须足以确保冷冻流体流向冷冻探针的顶端。此外，在这样的示例中，冷却流体可以是氩气，并且冷冻流体可以是在较高压力下的氩气，或者是不同的冷冻流体。在冷却流体和冷冻流体均是氩气的示例中，冷冻流体可以在约3500psi的压力通过第一压力管线214供应。可选地，压力调节器可以设置在第一压力管线214处以便以约3500psi的压力输送冷冻流体。当从约3500psi的压力膨胀时，冷冻流体可以在低温温度下。然而，冷却流体也可以是氩气，但却通过流量控制器212(其可以是流体联接到压力调节器的阀或螺线管)通过第二压力管线210进行供应，以便以约500psi的压力提供冷却流体。因此，冷却流体可以处于比冷冻流体显著更高的温度下，并且当通过低温冷却器(例如，J-T孔口)离开时可能不一定会经历低温膨胀。在其他示例中，第一压力可以对应于冷却流体具有实质的焦耳-汤姆森冷却所在的压力，而第二压力则可以对应于可观察到低或无焦耳-汤姆森冷却所在的压力。第二压力可以对应于足以将冷却流体供应到探针的远侧部分以抵消射频加热的压力。
在某些示例中，控制系统40可以智能地确定冷却流体的量和/或要供应冷却流体的持续时间和频率。在一些这样的实施例中，当供应冷却流体时，温度传感器可以持续测量手术工具的部分的温度(例如，图2和图3中看到的冷冻探针100的远侧部分106)，并且可以将温度测量传送到控制系统40。控制系统40可以基于由温度传感器测量的温度来确定是否已经实现了手术工具的该部分的期望的温度降低。在这种情况下，期望的温度降低可以在约2℃和约8℃之间。替代地，控制系统40可以将要供应冷却流体的持续期间确定为对应于手术工具的部分的温度超过预定义阈值的时间间隔，和/或MRI扫描仪14生成MR信号202(如由RF传感器和/或磁场检测器200检测到的)的时间间隔。
在另一个非限制性示例中，控制系统40可以确定要从手术工具的该部分去除的第一数量的热量以及去除该第一数量的热量所需的冷却流体的第一流速。在这样的情况下，第一数量的热量可以对应于超过预定义阈值的温度增加(例如，如由温度传感器测量的)。在另一个有利的方面中，当将手术工具插入患者体内和/或当检测到MR信号202时，控制系统40可以预测超过预定义阈值的温度增加。因此，控制系统40可以确定第二数量的热量，其对应于超过预定义阈值的预测的温度增加；以及确定从远侧部分106去除第二数量的热量所需的冷却流体的第二流速。
如前所述，除了加热手术工具32、34、36之外，来自MRI扫描仪14的MR信号202可能在手术系统的某些组件中引入其他反应效应。手术工具可能暴露于大幅度的MR信号202，其可能会感应通过其的电流，这可能影响由温度传感器和/或电加热器116的其他组件所执行的电阻和/或温度测量。另外，来自MR信号202的大的感应电流可以影响所存在的识别电路或任何电子芯片。例如，这种电流可能最终覆盖和/或永久擦除电子芯片120的数据存储介质。这种影响称为反应电信号。因此，为了保护手术系统的组件，控制系统40可以执行另外的缓解步骤。
图7是可以由例如如图1中所示的控制系统40执行的一种这样的缓解过程700的示例。在一个示例中，手术过程可以是使用冷冻探针的冷冻消融和/或烧灼。参考图1和图7，可以间歇地或连续地执行缓解过程700。此外，可以在控制系统40与温度传感器通信以测量冷冻探针100的远侧部分106的温度之前或之后不久执行缓解过程。可以在将冷冻探针插入患者体内同时或之前进行这种测量。替代地，缓解过程700可以在任何期望的时间执行，并且可以在没有温度测量的情况下进行。在步骤702处，RF传感器和/或磁场检测器200检测到与在操作中的MRI扫描仪14相关联的MR信号202(例如，射频或磁场202)，并且将输出信号发送到控制系统40。在步骤704处，控制系统40检查是否从RF传感器和/或磁场检测器200接收到任何输出信号，并且如果接收到输出信号则确定MRI扫描仪14在操作中。在步骤706处，控制系统40随后可以忽略与手术工具的电气组件，诸如冷冻探针相关联的信号或读数，诸如反应电信号，或者只有控制系统确定MR系统生成MR信号或只有确定信号或读数是由于MR信号对电气组件的影响而产生的，才可以忽略某些信号或读数。替代地，控制系统可以仅接受或处理将不受MR效应影响的信号或读数。控制系统可以例如忽略从电加热器116接收的某些信号或读数。例如，控制系统40忽略对应于在电加热器116中的故障的信号或读数，然而，可选地，可以继续接收对应于加热器116的电阻的信号，同时可以忽略与电加热器116相关联的其他信号。以这种方式，根据加热器的电阻确定的温度测量保持不受MR信号的影响。相似的方式可以应用于被配置为测量冷冻探针或其组件中任一个的温度的温度传感器。在步骤708处，控制系统40忽略与手术工具的电气组件相关联的任何其他电信号(例如，与手术工具的电子芯片120相关联的电信号)。有利地，缓解过程可以通过忽略与冷冻探针100相关联的任何错误的电信号来提高温度测量的准确性。
图8是可以由控制系统40执行的以用于手术工具，诸如冷冻探针的另一种示例缓解过程800。缓解过程800可以适合于，例如，仅忽略来自手术工具的电信号可能是不足的情况。例如，来自MR信号，诸如RF或磁场202的大的感应电流可能覆盖和/或永久擦除电子芯片120的数据存储介质，或者以其他方式破坏手术工具的电气组件。因此，控制器可以电性断开或隔离手术工具的某些部分，诸如电加热器、温度传感器或芯片，以便消除通过其的感应电流的流动。
与图7所示的缓解过程700一样，图8所示的缓解过程800可以在控制系统40(如图1中所看到的)与温度传感器通信以测量冷冻探针100的远侧部分106的温度时之前或之后不久间歇地执行(在图2和图3中示出)。可以在将冷冻探针插入患者体内同时或之前进行这种测量。替代地，图8中所示的缓解过程800可以在任何期望时间执行。参考图1和图8，在步骤802处，RF传感器和/或磁场检测器200检测射频或磁场202，其统称为与MRI扫描仪14相关联的MR信号202，并且将输出信号发送到控制系统40。在步骤804处，控制系统40检查是否从RF传感器和/或磁场检测器200接收到任何输出信号，并且如果接收到输出信号则确定MRI系统14在操作中。在步骤806处，如果控制系统40确定MRI扫描仪14在操作中，控制系统40则电性断开手术工具的至少部分，以便缓解反应效应，诸如由MR信号202引入的感应电流。
图9是示出用于执行手术工具的部分的电性断开的电路的非限制性示例性电气示意图。如图9中所看到的，控制系统40可以电连接到电气开关900(例如，多路复用器)，其定位成与一个或多个手术工具32、34、36成电连通(例如，由电连通线59进行)。控制系统40还可以连接到低阻抗电线902，其具有低于与手术工具32、34、36连通的电线59的阻抗的阻抗。根据一个示例，如果控制系统40确定MRI系统在操作中(例如，基于所检测的MR信号202)，控制系统40则可以与电气开关900通信，以电性断开在手术工具和控制系统40之间的电连接。在图9的示例中，这可以通过使与手术工具相关联的电路“开路”和/或使控制系统40与低阻抗电线的电连接“短路”来实现。当暴露于MR信号202时，由于手术工具在开路中，因此感应电流可能不会从其流过，从而保护手术工具的电气组件(例如，电子芯片120，以及可选地，在图2和图3中所示的电加热器116)。返回图9，另外地，如果电气开关900使控制系统40短路，感应电流则将被激励流过低阻抗电线，而不是手术工具的较高阻抗的电线。
本发明的实施例提供了一个或多个优点。本文公开的系统和方法可以智能地检测MRI系统的操作并且确定是否要执行缓解步骤。在这种情况下，本文所述的系统和方法可以执行缓解步骤，以减少当暴露于MR信号时手术工具的发热。本文所述的系统和方法还可以使手术工具的至少一部分电性断开，以保护手术工具的某些电气组件。另外地，本文所述的系统和方法还可以忽略从手术工具接收的电信号，以免接收错误数据(例如，温度测量)。因此，本文公开的系统和方法允许结合MRI系统使用具有电气和金属组件的手术工具。
已描述了各种示例。这些和其他示例在下列权利要求的范围内。

Claims (14)

1.一种冷冻消融系统，其包括：
冷冻探针，所述冷冻探针包括：
探针轴，所述探针轴具有可插入患者组织中的远侧部分，
在所述探针轴内的冷冻流体供应部，所述冷冻流体供应部被配置为接 收冷冻流体，
以及朝向远侧部分供应所述冷冻流体以冷却和/或冷冻所述患者组织，
当以第一压力在所述冷冻流体供应部中供应时，所述冷冻流体处于低温温度下；
低压冷却流体源，所述低压冷却流体源被配置为通过所述冷冻流体供应部朝向所述远侧部分以第二压力供应冷却流体，所述第二压力小于所述第一压力，
所述低压冷却流体源被配置为供应所述冷却流体，以便当所述冷冻探针的远侧部分的一部分或组件的温度超过预定义阈值时或在检测到在操作中的磁共振成像MRI系统之后冷却所述冷冻探针的远侧部分，由此由所述冷却流体提供的冷却抵消了与所述MRI系统相关联的射频加热。
2.根据权利要求1所述的冷冻消融系统，其还包括：
定位在所述MRI系统的近侧并且被配置为检测MR信号的一个或多个检测器；以及
可操作地连接到所述一个或多个检测器的控制系统，所述控制系统被配置为响应于检测到MR信号，控制所述低压冷却流体至所述冷冻探针的远侧部分的供应。
3.根据权利要求2所述的冷冻消融系统，其还包括用于测量所述冷冻探针的远侧部分的温度的温度传感器，所述温度传感器可操作地联接到所述控制系统，所述控制系统被配置为响应于接收到由所述温度传感器测量的所述温度，供应所述低压冷却流体。
4.根据权利要求2所述的冷冻消融系统，其中所述控制系统可操作地联接到所述低压冷却流体源，所述控制系统被配置为：
与所述温度传感器通信以启动所述远侧部分的温度测量；
从所述温度传感器接收测量的温度；
确定所述温度是否超过所述预定义阈值；以及
与所述低压冷却流体源通信以启动所述冷却流体的供应。
5.根据权利要求4所述的冷冻消融系统，其中所述温度传感器还被配置为当由所述低压冷却流体源供应所述冷却流体时，测量所述远侧部分的所述温度。
6.根据权利要求2所述的冷冻消融系统，其中磁共振成像MRI系统定位在MR室中，所述MR信号与所述MRI系统相关联，所述冷冻消融系统可定位在所述MR室中并且可结合所述MRI系统进行操作。
7.根据权利要求2所述的冷冻消融系统，其中所述控制系统被配置为确定要从所述低压冷却流体源供应所述冷却流体的持续时间，所述持续时间对应于所述远侧部分的温度超过所述预定义阈值的时间间隔，和/或所述MRI系统生成MR信号的时间间隔。
8.根据权利要求2所述的冷冻消融系统，其中所述控制系统被配置为在将所述冷冻探针插入所述患者组织中期间启动所述冷却流体的供应。
9.根据权利要求3所述的冷冻消融系统，其中所述控制系统被配置为确定要从所述探针轴的远侧部分去除的第一数量的热量，所述第一数量的热量对应于超过所述预定义阈值的测量温度的增加，所述控制系统还被配置为确定从所述远侧部分去除所述第一数量的热量所需的所述冷却流体的第一流速。
10.根据权利要求9所述的冷冻消融系统，其中所述控制系统被配置为当将所述冷冻探针插入所述患者中和/或当检测到MR信号时预测超过所述预定义阈值的温度增加，并且被配置为确定要从所述探针轴的远侧部分去除的第二数量的热量，所述第二数量的热量对应于超过所述预定义阈值的预测的温度增加，所述控制系统还被配置为确定从所述远侧部分去除所述第二数量的热量所需的所述冷却流体的第二流速。
11.根据权利要求1-10中任一所述的冷冻消融系统，其中所述冷却流体是氩气。
12.根据权利要求1-10中任一所述的冷冻消融系统，其中所述第二压力小于500psi。
13.根据权利要求1-10中任一所述的冷冻消融系统，其中在持续时间内供应所述冷却流体，以便产生所述远侧部分在2℃和8℃之间的温度下降。
14.根据权利要求1-10中任一所述的冷冻消融系统，其中所述冷冻流体是与所述冷却流体相同的流体。
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