CN1849521A - 由磁共振成像监控的介入过程的导管尖端跟踪 - Google Patents

Abstract

一种跟踪装置(20，20’)，在有关对象(12)上执行并由磁共振成像监控的介入过程期间用于跟踪诸如导管(10)的介入器械的尖端(14)，所述跟踪装置包括布置在导管(10)的尖端(14)的谐振电路(22)。谐振电路(22)包括具有线圈电感的线圈(32，32’)和光敏金属－绝缘体－半导体电容器(30)，所述的光敏金属－绝缘体－半导体电容器与光纤(36)光耦合并具有由光纤(36)传递到其的光强度确定的可选择电容，谐振电路(22)的所选谐振频率由线圈电感和所选电容确定。共振频率通过调节传递到光敏金属－绝缘体－半导体电容器(30)的光强度来调节。

Description

由磁共振成像监控的介入过程的导管尖端跟踪

本发明涉及介入医学领域。本发明尤其适用于与磁共振成像相结合进行的介入过程的导管跟踪，并将尤其参照以上来描述。然而，本发明也适用于在磁共振环境中监控其它类型的介入过程。

在由磁共振成像监控的介入过程期间，导管或其它介入器械被插入到对象内，并被操纵以执行一个或多个所选择的介入任务。这种介入过程的例子包括活检、流体注射、生理学监测、球囊血管成形术、射频导管消融、临时心脏起搏器的植入等。在介入期间，对象至少在介入区域内由磁共振成像扫描器成像。有利的是，这些过程的侵入最小，通常涉及将导管插入对象的静脉、动脉、膀胱管或其它流体管道。然而，导管或其它器械通常不被磁共振成像扫描器直接成像。为了提供在对象体内操纵导管的引导，需要跟踪机构。尖端跟踪机构优选与磁共振成像一起工作，从而在所重建的磁共振图像上指示或叠加导管尖端的位置，或者测量导管尖端的坐标，以便将自动成像的切片的位置设定成包含导管尖端。

在一个导管尖端跟踪方法中，射频天线小线圈被安置在导管的尖端并作为微型接收线圈使用。所述的小线圈通常通过在导管内或导管旁布置的电线连接到磁共振成像扫描器的接收器之一。所接收的天线信号被处理以确定导管尖端的位置坐标。可以通过仅采集对象的三个正交投影确定所述的位置，这比获得全部图像更快。因此，位置确定可以和成像处理交替进行而不会导致显著延时。然而，这种方法的缺点在于由用于磁共振成像的扫描器发射的射频激励脉冲与电线耦合，并且能产生能导致对象内变热的高电场。

在另一种跟踪方法中，将能够引起磁化率变化的材料布置在导管尖端上或内部。这种方法通常在重建的图像中提供弱对比度，从而难以进行尖端跟踪。可以通过使用具有更明显磁化率特性的材料实现更强的对比度；但是，这种明显磁化率变化导致恰好在正在执行介入过程的区域中的所重建的图像失真或衰减。而且，一旦为执行介入过程将导管尖端适当定位，就没有办法“关闭”导管尖端对比度。此外，这种方法不能提供用于自动设定成像切片以包含导管尖端的导管尖端坐标。

在又一导管尖端跟踪方法中，将包括光电二极管的谐振电路布置在导管的尖端。通过照射或不照射光电二极管，谐振电路的共振频率在磁共振频率和显著漂移的频率之间变化。通过在导管内或导管旁布置的光纤将切换光应用于光电二极管。当谐振电路被调谐成磁共振频率时，它响应磁共振信号的射频激励而谐振。在这种情况下，MR信号被局部放大，在图像中产生热点(MR可视状态)。该信号放大也可以用于确定在投影度量中导管尖端的坐标。作为另一优点，一旦导管尖端在用于执行介入过程的位置或当将产生高分辨率图像以检查导管尖端位置时，将光强度切换成解调谐振电路远离谐振状态，从而谐振电路在所重建的图像中变得基本不可见。

这种方法同样存在缺点。谐振电路是相当大的，通常至少包括光电二极管、微线圈电感器和至少两个电容器：一个用于与微线圈电感器相结合来提供谐振电路；另一个电容器用于阻止直流电流流过光电二极管。光电二极管的阻抗具有大量导电成分，其限制了谐振电路的品质因数。品质因数降低导致所重建的图像中的导管尖端的对比度降低，也意味着需要共振频率的较大偏移以将谐振电路解调为基本不可见。

在照射期间由于光电二极管中的电阻损耗，品质因数通常减少到接近一。结果，已谐调的谐振频率优选对应于非照射的状态以在MR可见状态下提供高品质因数。为了在非照射状态下将共振电路谐调到MR共振频率，必须将电路精确制造为所选择的共振频率。如果例如为了考虑到共振电路的部分的容差、由于电路的电学环境的改变的解调或由磁共振成像扫描器施加的不同磁场，所谐调的共振频率通过照射获得，那么品质因数大幅减少。

另外，虽然谐振电路能够通过光强度调制在可见状态和不可见状态之间切换，但是光电二极管在不偏置状态下工作并具有相对慢的响应时间。因而，可见和不可见状态之间的切换时间被限制到约为0.1毫秒或更长。谐振电路可见性切换的一个应用是在导管尖端跟踪期间将背景磁共振信号从成像对象中去除。在这个应用中，磁共振成像数据被自动采集，同时谐振电路在可见和不可见状态之间交替，在可见和不可见状态中所重建的图像或投影相减地结合以基本除去背景图像信号。由于切换时间被限制到约为0.1毫秒或更长，这种自动跟踪容易由于对象的运动或对象体内的磁化状态的改变而模糊。

本发明设计了一种克服前述局限性和其它缺点的改进的装置和方法。

根据一个方面，公开了一种在有关对象上执行并由磁共振成像监控的介入过程中使用的介入器械。一元件适合插入有关对象内以执行介入过程。光纤被布置成传递光到该元件上的选定位置。谐振电路被布置在该元件上的选定位置，该谐振电路包括具有线圈电感的线圈和光敏金属-绝缘体-半导体电容器，所述的光敏金属-绝缘体-半导体电容器与光纤光耦合并具有由光纤传递到那里的光强度确定的可选择电容。谐振电路的选定谐振频率由线圈电感和所选电容确定。可通过将光强度调节成对应于由磁共振成像检测的调谐共振频率，来选择所选共振频率。

根据另一方面，公开了一种用于在磁共振成像监控下在有关对象上执行介入过程的系统。所述系统包括用于执行磁共振成像的磁共振成像扫描器，和前一段所述的介入器械。

根据又一方面，提供了使用包括前述的谐振电路的介入器械的方法。在包含元件上的选定位置的三维体积中激发磁共振。沿投影方向采集空间选择投影数据。在沿投影方向采集每个空间位置期间，强度调制传递到光敏金属-绝缘体-半导体电容器的光强度，以调谐共振频率和磁共振成像检测不到的解调共振频率之间调节所选共振频率。对于沿着投影方向的每个空间位置，将在调谐共振频率下使用所选共振频率采集的投影数据和在解调共振频率下使用所选共振频率采集的投影数据相减结合，以产生相减结合的投影数据。

本发明的一个优点在于提供尺寸减小的导管尖端跟踪装置。

另一优点在于提供包括具有高品质因数的谐振电路的导管尖端跟踪装置。

另一优点在于提供一种导管尖端跟踪装置，其具有可通过控制向其施加的光强度来调整的调谐共振频率。

又一优点在于提供具有快速切换响应的导管尖端跟踪装置。

还一优点在于提供一种使用所述的具有快速切换响应的导管尖端跟踪装置跟踪导管尖端的方法，所述跟踪方法对对象运动或数据中的其它差别来源灵敏度降低，所述数据将作为磁化状态的变化被减去。

通过阅读下面的优选实施例的具体描述，本领域普通技术人员将更清楚许多另外的优点和好处。

本发明可以采用各种组件和组件的布置，以及各种处理操作和处理操作的安排的形式。附图仅为了示例优选实施例，不解释为对本发明的限制。

图1示意性显示了使用具有由磁共振成像扫描器监控的尖端跟踪装置的导管执行介入应用的系统。

图2显示了尖端跟踪装置的谐振电路。

图3显示了尖端跟踪装置的优选光敏金属-绝缘体-半导体电容器组件的层状结构。

图4是图3的优选光敏金属-绝缘体-半导体电容器组件的平面图。

图5示意性显示了尖端跟踪装置的光敏金属-绝缘体-半导体电容器组件的电容-电压-光特性。

图6示意性显示了尖端跟踪装置的一个实施例。

图7是尖端跟踪装置的优选实施例的透视图。

图8示意性绘制了沿垂直于成像切片的z方向的磁共振投影数据。

参考图1，用于执行介入过程的系统包括诸如导管10的介入器械，其被插入到相关对象12内。使用磁共振成像扫描器16监控导管10的尖端14的位置，该磁共振成像扫描器对置于导管10的尖端14的尖端跟踪装置20成像。导管10通常是柔性管状元件，并可以不具有腔，或具有一个或多个用作流体传送路径或光纤、电线等的管道的腔。导管10可以是单件柔性管状元件，或者它可以由多个具有联结端的管状子元件组成。在后一种结构中，导管的总长度取决于联结的管状子元件的数量。可以预见也可以采用刚性介入器械。

导管10基本可以为任何类型的导管，例如动脉导管、静脉导管、中心导管、心脏导管、膀胱导管等。通常使用导管执行的介入过程包括活检、流体注射、生理学监测、血管成形术、射频导管消融、临时心脏起搏器的植入等。尖端跟踪装置20易于适合基本各种介入器械，并可以被用于基本任何类型的介入过程。尖端跟踪装置20布置在导管10的尖端14，也就是说，通常布置在尖端14几毫米内。

磁共振成像扫描器16包括各种组件，这些组件用于在至少成像对象12的所选择部分中激发和空间编码磁共振，用于从对象接收磁共振信号，和用于根据所接收的磁共振信号计算重建的图像。在图1中，通过示出磁共振成像扫描器16的主要磁体组件的透视截面图，示意性表示磁共振成像扫描器16，所述磁体组件限定了磁共振成像扫描器16的基本圆柱形的磁孔。本领域普通技术人员能够认识到主要磁组件包括在图1中未示出的各种组件，通常包括：用于产生平行于磁孔的圆柱轴(即，平行或反平行于图1所示的z方向)的基本均匀纵向磁场的主电磁线圈；用于在磁孔内的三维空间内产生磁场梯度的磁场梯度线圈；一个或多个用于产生或检测磁共振的射频线圈，等等。主电磁线圈优选为超导线圈，尽管也可以使用电阻线圈或固定磁体。也可以预见到使用垂直场、开放式和其它磁体结构。

在操作中，射频线圈产生磁共振，所述的磁共振由通过磁场梯度线圈产生的磁场梯度空间编码。在一个合适的成像脉冲序列中，在射频激励脉冲期间沿纵向或z方向施加片选磁场梯度，以将磁共振激励限制在所选择的平面切片，例如图1中所示的包含尖端跟踪装置20的示例性平面切片24。在磁共振读出期间，在垂直于z轴的相位编码方向施加相位编码磁场梯度脉冲，并在磁共振读出期间在垂直于z方向并垂直于相位编码方向的读出方向施加读出磁场梯度。相位编码和读出梯度通过所选择的平面切片的二维k空间执行磁共振读出。使用二维傅立叶(Fourier)变换处理器重建所采集的磁共振数据以生成切片24的重建图像。对连续的空间邻接切片适当重复该脉冲序列以产生三维体积图像。

所述的磁共振成像扫描器和所述的其操作仅仅是示例性的。本领域普通技术人员为了特殊应用容易修改所述的器械、成像脉冲序列和图像重建处理。与尖端跟踪装置20兼容的合适成像方法基本包括任何类型的磁共振成像方法，例如回波平面成像、使用灵敏度编码的成像、单切片或多切片旋转回波成像，等等。应当理解尖端跟踪装置20和成像的对象12的周围区域全都被成像，从而为导管10的尖端14的位置提供了范围(context)。

继续参考图1并进一步参考图2，尖端跟踪装置20包括被设计成具有可选择共振频率的谐振电路22(在图2中由等效电路图表示)，该共振频率被光学选择以响应由磁共振成像扫描器16产生的磁共振激发的调谐的共振频率。调谐状态下的谐振电路22响应于射频激发并产生磁共振响应信号，该信号由磁共振成像扫描器16检测并在包含尖端跟踪装置20的切片24的重建图像中成像。谐振电路22包括电连接在一起的光敏金属-绝缘体-半导体电容器30和电感线圈32以限定谐振LC电路。线圈32具有感应系数L_coil，该感应系数通常约为几个纳亨。

光敏金属-绝缘体-半导体电容器30光学耦合到光纤36，该光纤将选择的光强度(表示为I_light)传递到光敏金属-绝缘体-半导体电容器30。光纤30适合设置在导管10的腔内或适合固定在导管10侧面，使得光纤36如图1所示与导管10一起插入对象12内。所选择的光强度由光源40输入到光纤36，该光源适合为灯、发光二极管、激光器，等等。光耦合到光敏金属-绝缘体-半导体电容器30并确定对应于光强度I_light的选定电容C(I_light)。电感L_coil和所选择的电容C(I_light)确定共振频率。对于图2的谐振LC电路，共振频率f_rcs由下面的公式计算：

$f_{\mathrm{rcs}}==\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_{\mathrm{coil}}\·C\left(I_{\mathrm{light}}\right)}}...\left(1\right)$

对于其它谐振电路，例如对于包括代替单个线圈32的多个电感微线圈32，(参见例如下文中描述的图7)的谐振电路，或者对于具有可由几个相应的光纤控制的几个金属-绝缘体-半导体电容器的多个电路，可以计算谐振电路组件和所选择的电容C(L_light)之间的相似关系。例如使用公式(1)，当质子回转磁比γ＝42MHz/T并且磁场B＝1.5T时，磁共振频率为f_mr＝γB，约为63MHz。当线圈电感L_coil＝150纳亨时，对于通过公式(1)算出的选定电容C(L_light)＝42.5皮法，实现了对应于f_mr的调谐共振频率f_res。

继续参考图1，磁共振成像扫描器16由磁共振成像控制器44控制。当需要尖端跟踪时，磁共振成像控制器44控制光源控制器46以将光源40的光强度设定为一个数值，在该数值所选电容C(L_light)将谐振电路22调谐到调谐共振频率。在这种调谐状态下，如果尖端跟踪装置20存在于被成像的切片或体积内，尖端跟踪装置20在所重建的图像中可见。另一方面，在成像期间可能需要从图像中去除尖端跟踪装置20。如果这样，磁共振成像控制器44控制光源控制器46以将光源40的光强度设定为一个数值，在该数值所选择的电容C(L_light)将谐振电路22解调到解调共振频率。在这种解调状态下，即使尖端跟踪装置20存在于被成像的切片或体积内，尖端跟踪装置20也基本在所重建的图像中不可见。用于基本不可见的解调量取决于谐振电路22的品质因数。

参考图3和4，光敏金属-绝缘体-半导体电容器30的优选实施例包括硅金属-氧化物-半导体(MOS)电容器，该电容器具有p⁺硅衬底50和布置在该衬底上的较轻掺杂p型硅层52。较轻掺杂p型硅层52通过外延硅沉积形成并且掺杂浓度优选为约10¹⁶cm^-3到约10¹⁷cm^-3，更优选为约5×10¹⁶cm^-3。可以在外延生长期间或通过诸如离子注入的后续处理，引入较轻掺杂p型硅层52的掺杂。p⁺/p硅结构可以通过其它方法形成，例如通过以轻掺杂衬底开始，并通过掺杂剂扩散或合适的p型掺杂物的离子注入形成p⁺/p掺杂结构。

布置在较轻掺杂p型硅层52上的绝缘层包括厚场氧化物54和布置在光敏金属-绝缘体-半导体电容器30的孔60的区域中的较薄孔氧化物56。氧化物层54、56是由较低掺杂p型硅层52的所选部分的氧化形成的合适的氧化物层。在另一方法中，氧化层54、56通过等离子体沉积或另外的沉积技术沉积。较薄孔氧化物56的厚度优选为约10nm到约20nm，更优选为约17.5nm。氧化层54、56的横向尺寸由光刻技术适当地限定。

场电极62遍布在包括在孔60上的器件上。场电极62适合为诸如铟锡氧化物层的透明薄导电氧化物。在另一结构中，场电极62是多晶硅层。在一个实施例中，场电极62是厚度优选为200nm到500nm，更优选为约380nm的多晶硅层。场电极62应当足够透光以允许光强I_light的大部分穿透到较轻p掺杂半导体层52。在孔60外的一个或多个区域中的场电极62上布置接触电极64。接触电极64与布置在p⁺硅衬底50的背侧的背侧接触电极66一起为光敏金属-绝缘体-半导体电容器30提供电接触。在合适的实施例中，接触电极64、66适合是厚度为约1微米的铝层。

较轻掺杂p型硅层52的厚度被优选为基本与零电势下较轻掺杂p型硅层52中的空间电荷区的厚度相一致。对于约5×10¹⁶cm^-3的较低掺杂p型硅层52的优选p型掺杂水平，较轻掺杂p型硅层52的厚度优选为约200nm到约500nm，更优选为约300nm。这种厚度选择被设计成使谐振电路22的品质因数最大化。

继续参考图3和4并参考图5，光敏金属-绝缘体-半导体电容器30具有图5所示的电压-电容C(I_light)特性。在暗条件下(即，无照射，或者换句话说照射强度I_light＝0)，获得图5中标识的最小电容C_min。随着照射强度I_light的增加，电容增大，直至最大值C_max。最小电容C_min和最大电容C_max的绝对值与孔60的面积有关。图4所示的基本正方形孔60的区域适合以孔60的直边尺寸为特征。表I示出了对于所述的具有p⁺/p掺杂硅结构50、52并具有孔60的各种直边尺寸长度的光敏金属-氧化物-半导体，最小电容C_min和最大电容C_max的典型值。

正方形孔的直线孔边尺寸长度	最小电容Cmin	最大电容Cmax
			20微米	0.07pF	0.8pF
50微米	0.45pF	5pF
			100微米	1.75pF	20pF
200微米	7pF	80pF
			250微米	17.5pF	125pF

                      表I-电容值

优选地，谐振电路在磁共振图像中可见的调谐谐振频率对应在最小电容C_min和最大电容C_max中间的电容。在这种设置中，通过对照射强度I_light适当准确的调整，调谐谐振频率可以准确地被调整以对应由磁共振成像扫描器16测量的磁共振频率。而且，将谐振电路22设计成使得中间电容提供调谐共振频率允许调谐共振频率被上下调整以适应，例如由磁共振成像扫描器16施加的不同磁场导致的磁共振频率偏移。然而，也可以预见到将尖端跟踪装置20设计成使得最小电容C_min对应用于可视的调谐共振频率，或将尖端跟踪装置20设计成使得最大电容C_max对应用于可视的调谐共振频率。

所述的光敏金属-绝缘体-半导体电容器仅为示例性的。本领域普通技术人员可以构造其它具有适合特殊应用的电容特性的光敏金属-绝缘体-半导体电容器。例如，一个或两个氧化层54、56可以通过等离子体沉积或另外的沉积技术沉积氧氮化硅层、氮化硅层或等替换。同样，n⁺/n掺杂半导体结构可以替换p⁺/p掺杂半导体结构50、52。而且，诸如砷化镓基光敏金属-绝缘体-半导体电容器的III族-V族化合物半导体基光敏金属-绝缘体-半导体电容器可以替换所述的硅基光敏金属-绝缘体-半导体电容器。

对于该示例性硅基光敏金属-绝缘体-半导体电容器，光源40适合是发射可见光或近红外光的发光二极管或激光器。在一个优选实施例中，适合使用输出约650nm到900nm的波长范围的光的激光二极管。如果光敏金属-绝缘体-半导体电容器包括带隙大于硅的半导体材料，优选使用输出光波长大于所述半导体材料的带隙的较短波长光源。

重新参考图1并进一步参考图6，描述了在导管10的尖端14的尖端跟踪装置20的一个合适的实施例。在图6的实施例中，光敏金属-绝缘体-半导体电容器被直接粘合在导管10的尖端14。电感线圈32也粘合在导管10的尖端14。分立的组件30、32可以使用透明环氧树脂、丙烯酸粘合材料等粘合。优选地，尖端跟踪装置20由收缩套管70、封装环氧树脂、制陶材料等封装以气密封并电绝缘尖端跟踪装置20。

优选地，尖端跟踪装置20的尺寸足够小使得尖端跟踪装置20作为一个点的分辨率显示在所重建的磁共振图像上。导管10的直径通常为约2mm或更小。例如在一个实施例中，导管的外径为1.6mm。尖端跟踪装置20的长度优选小于成像切片的厚度d_slice。典型地，对于在尖端跟踪期间执行成像，切片厚度d_slice为约6mm到约10mm。在一个优选实施例中，尖端跟踪装置20长度约为3mm。

图6的实施例存在某些缺点，在该实施例中光敏金属-绝缘体-半导体电容器30和线圈32直接粘合到导管10的尖端14。将电路组件30、32粘合并且彼此电连接在细长的导管10的尖端14上是困难的。而且，这种方法使得如果跟踪装置失灵或如果导管与具有不同主磁场强度的不同磁共振扫描器一起使用时，难以替换尖端跟踪装置20。(当然，取决于与照射相关的电容范围和相应的可选共振频率的范围，通过调整照射强度，该LC电路可以适合不同的扫描器)。另外，导管10的尖端14可能包括易碎或热敏组件，所述组件可能在光敏金属-绝缘体-半导体电容器30和线圈32粘合和互连期间被损坏。

参考图7，描述了另一尖端跟踪装置20’。尖端跟踪装置20’是在由塑料或另一电绝缘材料制造的中空圆柱绝缘套管74上形成的混合电路。该光敏金属-绝缘体-半导体电容器30在此是如前所述的分立元件，该元件粘合到中空圆柱绝缘套管74的外表面。线圈32由多个互相电连接的印刷电路线圈32’替换，该线圈布置在中空圆柱绝缘套管74的外表面。在一个实施例中，沉积几个完整的共振电路，每一个均包括一个金属-绝缘体-半导体电容器30和多个互相电连接的印刷电路线圈32’。这些电容器30可以由一个光纤36寻址，或每个电路可以由单独的光纤36寻址。印刷电路线圈32’优选是使用平版印刷技术在圆柱套管74上形成的薄铜膜或另一种导电材料，所述的平版印刷技术通常用于在印刷电路板、平面微波电路布图等上形成电迹线。光敏金属-绝缘体-半导体电容器30使用合适的方法与印刷电路线圈32’连接，所述的方法例如是引线接合法或引线接合以连接接触电极64与直接表面粘合以连接背侧接触电极66相结合的方法。

中空圆柱绝缘套管74限定了混合电路尖端跟踪装置20’的长度，所述套管的长度约为3mm或更短。除了保持混合电路尖端跟踪装置20’接近或小于图像分辨率以外，圆柱套管74应当保持短小以减少其对导管10的柔性的影响。中空圆柱绝缘套管74的内径被设定尺寸以安装在导管10的尖端14上。中空圆柱绝缘套管74优选有摩擦地保持在导管10的尖端14上。优选使用类似图6的收缩套管70的收缩套管、环氧树脂或丙烯酸密封剂等以至少气密密封尖端跟踪装置20’的共振电路。更优选地，收缩套管或密封剂还遍布和超过圆柱套管74以将尖端跟踪装置20’固定到或有助于将其固定到导管10的尖端14。

形成一个或多个围绕中空圆柱绝缘套管74布置的共振电路的多个印刷电路线圈32’的使用，减少了共振电路与由磁共振成像扫描器16产生的射频激励脉冲的耦合强度的方向性，并且减少了响应激励脉冲由线圈32’输出的射频共振信号的方向性。而且，使用印制电路使得尖端跟踪装置20’具有较小轮廓，这有利于将所述装置插入到对象12内。可选地，在将光敏金属-绝缘体-半导体电容器30粘合到圆柱套管74之前，光敏金属-绝缘体-半导体电容器30的p⁺硅衬底50被减薄，以减少光敏金属-绝缘体-半导体电容器30从圆柱套管74的向外突出。通过使光纤36平行于套管74行进并提供侧面光耦合同样可随意减小尖端跟踪装置20’的外形，所述的侧面光耦合例如通过使用以45°角劈开的光纤尖端将光纤36耦合到光敏金属-绝缘体-半导体电容器30，以使光支路改变方向进入到光敏金属-绝缘体-半导体电容器30的孔60来实现。

虽然在图7中示出多个相互电连接印刷电路线圈32’被布置在套管74上，但也可以预见将印刷电路线圈直接布置在导管10的尖端14的表面上，以使印刷电路线圈直接在导管10的尖端14上形成。这样，该混合谐振电路可以被直接布置在导管10的尖端14上而不是布置在套管74上。

重新参考图1，在插入导管10的期间，磁共振成像扫描器16优选迅速重复快速扫描序列，所述的快速扫描序列显示了尖端14在对象12内的位置。为此，通过采集连续相邻图像切片的成像数据实现的三维体积成像对于提供有效的实时尖端跟踪来说过于慢。在一个优选实施例中，尖端跟踪以如下方式执行。首先以非空间选择方式使感兴趣体积励磁。这可以通过例如施加没有片选梯度或具有长振动周期(wideslab)的射频激励脉冲或切片选择脉冲来实现。然后，在磁共振读出期间，沿垂直于切片方向的投影方向施加磁场梯度以采集投影数据。在磁共振读出期间，磁场梯度优选沿图1中的z方向施加。如此，产生垂直于切片的一维投影。

参考图8，示意性示出了用上述方法获得的投影数据。背景信号80对应沿投影的每个空间位置处来自对象12的磁共振强度。对于轴向投影，投影的每个空间位置对应轴向切片。在对应包含尖端跟踪装置20的图1中所示的轴向切片24的空间位置中，由于由尖端跟踪装置20输出的另外的共振信号，观测到较大的或增强的磁共振投影信号82。根据信号82，确定包含尖端跟踪装置20的切片。优选地，随后使用片选磁场梯度施加切片成像序列，以选择用于成像的切片24。所重建的切片24的图像包括尖端跟踪装置20的图像，从而将尖端跟踪装置20定位在三维空间中。可选地，诸如在所选切片24的各侧的相邻切片的几个相邻切片也可以被成像，以提供薄体积图像。重复执行这种包括投影测量和单或多切片成像的这种跟踪序列，以提供导管10的尖端14的实时跟踪。或者，可以产生沿x和y轴的二维投影图像，而不是一维投影。沿x和y轴的投影图像给出了跟踪装置的x、y和z坐标，使跟踪装置能够在成像期间被解调，以避免在诊断图像中产生假象。优选地，可以在诊断图像上由投影图像确定的位置上添加标记。

在一些例子中，增强的信号82接近背景信号80。在一种方法中，背景信号基本被除去。两个投影测量被快速连续执行，一个在尖端跟踪装置20被调谐到调谐谐振频率的情况下执行，其中尖端在磁共振图像中可见，另一个在尖端解调且基本不可见的情况下执行。将两个投影相减结合以基本去除背景信号80，从而剩下增强信号82。然而，如果对象12运动或如果两个连续投影测量之间磁化状态改变，连续成像方法可能容易变模糊。

在对固运动产生的模糊不敏感的改进的背景去除方法中，采集单个投影。在投影k空间数据的读出采集期间，调节光源40以将尖端跟踪装置20的共振频率在可见状态和不可见状态之间调节。优选地，k空间是两倍过采样的，并且跟踪装置可见和不可见数据点被交替采集。为了重建，属于每一状态的k空间数据点被单独傅立叶(Fourier)变换到空间域，并相减结合以基本去除在那个空间位置的噪声信号。在这种方式中，在各空间位置相减结合的调谐和解调投影测量之间的时间分离被减小到调谐(可见)和解调(不可见)状态之间的切换时间。有利地，包括光敏金属-绝缘体-半导体电容器30的尖端跟踪装置20可以以约2微秒到约4微秒的循环周期在可见和不可见状态之间循环，所述循环周期快到足以基本消除因运动引起的模糊或其它不希望差异来源。

虽然已经参考尖端跟踪装置20描述了各种尖端跟踪过程，但它们也适合使用混合电路尖端跟踪装置20’或另外的使用一个或多个金属-绝缘体-半导体电容器元件的尖端跟踪装置来实施。实际上，混合电路尖端跟踪装置20’适合替换图1的介入系统中的尖端跟踪装置20，用于在由磁共振成像扫描器16监控时对病人12执行介入过程。而且，虽然尖端跟踪装置20、20’已经被描述为定位在导管10的尖端14，但也可以预见将诸如跟踪装置20、20’的一个或多个跟踪装置布置在沿着导管10的另外位置，以提供沿导管的点的坐标。

已经参考优选实施例描述了本发明。显然，在阅读和理解前述的具体说明的基础上可以作出变更和变换。这意味着本发明可以被解释为包括所有那些落入后附权利要求范围内的变更和变换或其等效替换。

Claims (17)

1、一种用于在有关对象(12)上执行并由磁共振成像监控的介入过程中的介入器械，该介入器械包括：

适合插入有关对象(12)内以执行介入过程的元件(10)；

设置成传递光到元件(10)上的选定位置(14)的光纤(36)；

布置在元件(10)上的选定位置(14)的谐振电路(22)，该谐振电路(22)包括具有线圈电感的线圈(32，32’)和光敏金属-绝缘体-半导体电容器(30)，所述电容器(30)与光纤(36)光耦合并具有由光纤(36)传递到其的光强决定的可选电容，谐振电路(22)的选定谐振频率由线圈电感和所选定的电容确定，所述选定共振频率可通过调节光强度来选择以对应由磁共振成像检测的调谐共振频率。

2、根据权利要求1所述的介入器械，其中谐振电路(22)是具有对应线圈电感的电感和对应所选电容的电容的LC电路，且谐振电路(22)的所选共振频率与电感和电容的乘积的平方根的倒数成比例。

3、根据权利要求1所述的介入器械，还包括：

套管(74)，谐振电路(22)布置在其上，该套管(74)被布置在元件(10)的尖端(14)上。

4.根据权利要求1所述的介入器械，还包括：

布置在谐振电路(22)上的收缩套管(70)，该收缩套管(70)气密性地密封该谐振电路(22)。

5.根据权利要求1所述的介入器械，其中谐振电路(22)是混合电路，其包括：

包含线圈的印刷电路(32’)；以及

包含光敏金属-绝缘体-半导体电容器的分立半导体器件(30)，该分立半导体器件(30)与印刷电路(32’)电耦合。

6.根据权利要求1所述的介入器械，还包括：

一个或多个布置在所述元件(10)上的其它选定位置的另外的谐振电路。

7.根据权利要求1所述的介入器械，其中

光敏金属-绝缘体-半导体电容器(30)是硅基金属-氧化物-半导体(MOS)器件。

8.根据权利要求1所述的介入器械，其中光敏金属-绝缘体-半导体电容器(30)包括：

重掺杂半导体衬底(50)；

布置在重掺杂半导体衬底(50)上的较轻掺杂半导体层(52)；

布置在较轻掺杂半导体层(52)上的绝缘层(56)；以及

布置在绝缘层(56)上的导电层(62，64)。

9.根据权利要求8所述的介入器械，其中较轻掺杂半导体层(52)的掺杂被选成使得在零电势下较轻掺杂半导体层(52)的空间电荷区的深度基本与较轻掺杂半导体层(52)的厚度一致。

10.根据权利要求1所述的介入器械，其中光敏金属-绝缘体-半导体电容器(30)包括：

被配置成最大化调谐共振频率下谐振电路(22)的品质因数的n-n⁺掺杂半导体层结构和p-p⁺掺杂半导体层结构(50，52)之一。

11.根据权利要求1所述的介入器械，其中：

元件(10)是管状和柔性的；以及

光纤(36)放置在柔性管状元件(10)的腔内。

12.根据权利要求1所述的介入器械，其中调谐共振频率对应由光纤(36)传递的一光强度，该光强度是可由光纤传递的最小强度和最大强度的中间值。

13.一种用于在相关对象(12)上执行由磁共振成像监控的介入过程的系统，该系统包括：

用于执行磁共振成像的磁共振成像扫描器(16)；以及

根据权利要求1所述的介入器械。

14.根据权利要求13的系统，还包括：

用于控制该系统以执行跟踪过程的控制器(44，46)，所述跟踪过程包括：

在包含元件(10)上的选定位置(14)的三维体积中激励磁共振；

沿垂直于成像切片(24)的投影采集磁共振数据；

在采集磁共振数据期间，调节由光纤(36)传递的光强度以在调谐共振频率和磁共振成像扫描器检测不到的解调共振频率之间调节所选共振频率；以及

处理磁共振数据以产生基本表示由谐振电路(22)产生的磁共振信号(82)的投影数据。

15.一种用于制造根据权利要求1的介入器械的方法。该方法包括以下步骤之一：

在元件(10)上的选定位置(14)上滑动套管(74)，谐振电路(22)布置在套管(74)上，

在套管(74)上形成限定线圈(32，32’)的平板印刷图形化膜(32’)，将光敏金属-绝缘体-半导体电容器(30)粘合到套管(74)，将平板印刷膜(32’)和光敏金属-绝缘体-半导体电容器(30)电连接以定义谐振电路(22)，并在元件(10)上的选定位置(14)滑动套管(74)，谐振电路(22)布置在套管(74)上，以及

将定义线圈(32，32’)的分立电感元件(32)粘合到元件(10)上的选定位置(14)，将光敏金属-绝缘体-半导体电容器(30)粘合到元件(10)上的选定位置(14)，并将该分立的电感元件(32)和光敏金属-绝缘体-半导体电容器(30)电连接以定义谐振电路(22)。

16.一种使用根据权利要求1所述的介入器械的方法，该方法包括：

在包含元件(10)上的选定位置(14)的体积中激发磁共振；

采集k空间数据；

为了采集k空间数据，对传递到光敏金属-绝缘体-半导体电容器(30)的光强度进行强度调节以在调谐共振频率和磁共振成像检测不到的解调共振频率之间调节所选共振频率；

将使用被调谐到调谐共振频率的所选共振频率采集的k空间数据傅立叶变换成第一空间数据集；

将使用被解调的所选共振频率采集的k空间数据傅立叶变换成第二空间数据集；以及

相减结合该第一和第二空间数据集以产生相减结合的数据集。

17、一种使用根据权利要求1所述的介入器械执行的血管内成像方法，该血管内成像方法包括：

将包括所选位置(14)的元件(10)的至少一部分插入到有关对象(12)内；

在元件(10)插入有关对象(12)内并且被传递到光敏金属-绝缘体-半导体电容器(30)的光强度选择调谐共振频率时，采集磁共振跟踪数据；

基于所述磁共振跟踪数据确定在有关对象中元件(10)上所选位置(14)的位置坐标；

在元件(10)插入有关对象(12)内并且被传递到光敏金属-绝缘体-半导体电容器(30)的光强度选择磁共振成像检测不到的解调共振频率时，采集血管内磁共振成像数据；以及

重建血管内磁共振成像数据以形成重建图像。

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