避免共存的系統(tǒng)的mri干擾的制作方法
【專利摘要】通過(guò)僅在MRI系統(tǒng)的梯度場(chǎng)活動(dòng)被抑制時(shí)進(jìn)行治療系統(tǒng)的RF敏感操作，共存的治療系統(tǒng)的MRI干擾可以被降低或避免。
【專利說(shuō)明】避免共存的系統(tǒng)的MRI干擾
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求在2011年8月31日提交的、序列號(hào)為13/222，086的美國(guó)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用包含于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明總地涉及通過(guò)磁共振成像(MRI)進(jìn)行的醫(yī)學(xué)診斷和治療方法，以及更具體地涉及最小化MRI引起的干擾的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]磁共振成像可以在各種醫(yī)學(xué)應(yīng)用中與超聲聚焦結(jié)合使用。超聲波很好地穿透軟的組織并且由于其短的波長(zhǎng)，可以聚焦至具有幾毫米尺寸的斑點(diǎn)。由于這些性質(zhì)，超聲波可以是并且已經(jīng)用于各種診斷和治療的醫(yī)學(xué)目的，包括超聲成像和非侵入式手術(shù)。例如，聚焦的超聲波可以用于消除疾病(例如腫瘤)組織，而不顯著損傷周圍的健康組織。超聲聚焦系統(tǒng)一般利用聲換能器表面或換能器表面的陣列來(lái)生成超聲波束。在換能器陣列中，單獨(dú)的表面或“元件”通常是單獨(dú)可控的，即，它們的振動(dòng)相位和/或幅度可以獨(dú)立設(shè)置，從而允許波束在期望方向上行進(jìn)并聚焦在期望距離處。超聲系統(tǒng)通常還包括接收元件，其集成至換能器陣列或以單獨(dú)的檢測(cè)器的形式提供，幫助檢測(cè)聚焦超聲治療，主要為了安全目的。例如，接收元件可以用于檢測(cè)換能器 和目標(biāo)組織之間的分界面反射出的超聲波，這可能由于皮膚上的氣泡而產(chǎn)生，需要被去除以避免皮膚燒傷。接收元件還可以用于檢測(cè)過(guò)熱組織中的空洞(即，由于在組織的液體中形成的氣泡的瓦解所引起的空洞的形成)。
[0005]為了在治療期間可視化目標(biāo)組織并進(jìn)行超聲聚焦，可以使用磁共振成像。簡(jiǎn)要來(lái)說(shuō)，MRI涉及將諸如患者的對(duì)象放置在均勻靜態(tài)磁場(chǎng)中，由此對(duì)準(zhǔn)氫核在組織中的自旋。然后，通過(guò)施加合適頻率(“共振頻率”)的射頻(RF)電磁脈沖，自旋可以被翻轉(zhuǎn)，暫時(shí)破壞對(duì)準(zhǔn)并引起響應(yīng)信號(hào)。不同組織產(chǎn)生不同的響應(yīng)信號(hào)，導(dǎo)致在MR圖像中這些組織之間的對(duì)比。因?yàn)楣舱耦l率和響應(yīng)信號(hào)的頻率取決于磁場(chǎng)強(qiáng)度，因而響應(yīng)信號(hào)的起點(diǎn)和頻率可以通過(guò)將梯度磁場(chǎng)疊加在均勻場(chǎng)上來(lái)控制以產(chǎn)生取決于位置的場(chǎng)強(qiáng)。通過(guò)使用時(shí)變的梯度場(chǎng)，可以獲得組織的MRP‘掃描”。許多MRI方案在兩個(gè)或三個(gè)相互垂直的方向上利用依賴時(shí)間的梯度。梯度場(chǎng)和RF脈沖的相對(duì)強(qiáng)度和定時(shí)在脈沖序列中指定并且可以在脈沖序列圖中示出。
[0006]依賴時(shí)間的磁場(chǎng)梯度可以與MRI響應(yīng)信號(hào)的組織依賴性結(jié)合使用，以可視化例如腦部腫瘤，并確定其相對(duì)于患者的顱骨的位置。超聲換能器系統(tǒng)，諸如附接至外殼的換能器的陣列之后可以被放置在患者的頭部上。超聲換能器可以包括MR跟蹤線圈或其他標(biāo)記，使得能夠確定其在MR圖像中相對(duì)于目標(biāo)組織的位置和方向。基于所需換能器元件相位和幅度的計(jì)算，換能器陣列之后被驅(qū)動(dòng)以將超聲波聚焦至腫瘤。可替換地或另外地，超聲聚焦本身可以使用諸如熱MRI或聲共振力成像(ARFI)的技術(shù)被可視化，并且可以使用聚焦位置的測(cè)量來(lái)調(diào)節(jié)聚焦位置。這些方法一般被稱為磁共振引起的超聲聚焦(MRgFUS)。
[0007]超聲波和MRI設(shè)備的同時(shí)操作可能導(dǎo)致不期望的干擾。例如，MRI對(duì)于由聚焦超聲系統(tǒng)所生成的射頻(RF)噪聲非常靈敏(參見例如美國(guó)專利N0.6，735，461)。相反，聚焦超聲過(guò)程通常涉及RF敏感的操作(諸如超聲檢測(cè)，可能伴隨利用聚焦超聲波的治療)，其容易地被RF激勵(lì)信號(hào)和/或MRI系統(tǒng)生成的時(shí)變場(chǎng)梯度干擾?，F(xiàn)有技術(shù)的避免這種干擾的方法包括屏蔽以及信號(hào)濾波和/或處理。屏蔽超聲系統(tǒng)以防干擾MR信號(hào)通常需要以金屬屏障覆蓋或圍繞整個(gè)換能器和相關(guān)聯(lián)的線纜。然而，在一些系統(tǒng)中，聲波限制使得不能完全封裝超聲接收元件，導(dǎo)致一些RF噪聲穿透例如接收器的前部層和/或線纜。從期望RF信號(hào)中濾除不想要的RF干擾需要復(fù)雜的電子器件，其通常難以實(shí)現(xiàn)并可能損害想要的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)處理通常顯著增加了系統(tǒng)復(fù)雜性，并且有時(shí)不能充分去除所有干擾。因此，在MRgFUS應(yīng)用中需要可替換的方法以最小化兩個(gè)系統(tǒng)之間的干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)利用MRI脈沖序列(也稱為“MRI處方”)減小或消除了共存系統(tǒng)的MRI干擾，MRI脈沖序列包括MRI梯度相對(duì)不活動(dòng)(“安靜”)的時(shí)期。共存系統(tǒng)可以是諸如超聲成像探針或相對(duì)陣列超聲換能器系統(tǒng)的治療系統(tǒng)。共存系統(tǒng)的操作過(guò)程可以與MRI處方同步以使得僅在MRI梯度不活動(dòng)時(shí)(通常也沒有MR激勵(lì)或響應(yīng)信號(hào))的時(shí)間間隔期間進(jìn)行RF敏感操作。不活動(dòng)的梯度包括基本為零的梯度，并且可以進(jìn)一步包括非零的但是暫時(shí)恒定(或“靜態(tài)”)的梯度。實(shí)際上，如果梯度所生成的RF噪聲低于預(yù)定最大可接受噪聲限度以下，則梯度的特征為不活動(dòng)的，最大可接受噪聲限度一般取決于特定應(yīng)用。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的避免MRI導(dǎo)致的對(duì)超聲操作的干擾的優(yōu)勢(shì)在于其大致消除了(或至少減少了)用于RF信號(hào)的屏蔽、濾波或數(shù)字信號(hào)處理的需求。通過(guò)將超聲系統(tǒng)的RF接收周期限制為沒有將必須通過(guò)后處理來(lái)屏蔽、濾波或移除的、來(lái)自MRI的干擾的時(shí)間間隔，本發(fā)明的各種實(shí)施例避免了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。然而，由此會(huì)稍微增加總的成像或治療時(shí)間。因此，對(duì)于特定應(yīng)用期望的是將RF敏感的超聲操作和MRI梯度空閑時(shí)間的同步與屏蔽、濾波和/或信號(hào)處理相結(jié)合來(lái)優(yōu)化MRgFUS系統(tǒng)的整體效率。
[0010]在第一方面，本發(fā)明提供一種結(jié)合解剖區(qū)域的MR成像進(jìn)行該區(qū)域的治療的方法，其中該治療包括至少一個(gè)RF敏感操作`。RF敏感操作可以是例如超聲操作,其可以包括或由空洞或聲反射測(cè)量或超聲成像組成。該方法包括在MR成像操作期間暫時(shí)抑制梯度場(chǎng)活動(dòng)，以及僅在梯度場(chǎng)活動(dòng)被抑制時(shí)進(jìn)行RF敏感操作。非RF敏感治療操作可以在梯度場(chǎng)活動(dòng)時(shí)進(jìn)行。
[0011]在一些實(shí)施例中，梯度場(chǎng)活動(dòng)抑制對(duì)應(yīng)于基本恒定的梯度場(chǎng)，即其大小改變小于預(yù)定比例或絕對(duì)值的梯度場(chǎng)。例如，在特定實(shí)施例中，如果梯度場(chǎng)的大小在給定時(shí)間點(diǎn)改變小于其最大改變率的0.1%，則梯度場(chǎng)被認(rèn)為“基本恒定”。
[0012]該方法還包括通過(guò)MR設(shè)備以信號(hào)告知(例如向進(jìn)行治療的設(shè)備)梯度場(chǎng)活動(dòng)抑制的開始。在一些實(shí)施例中，MR成像遵循指定梯度場(chǎng)活動(dòng)抑制的開始時(shí)間的脈沖序列；RF敏感操作可以基于該開始時(shí)間而開始。在該脈沖序列期間，梯度場(chǎng)活動(dòng)可以周期性地被抑制。脈沖序列可以具有相關(guān)聯(lián)的重復(fù)時(shí)間周期。方法可以包括確定該重復(fù)時(shí)間周期的結(jié)束，在重復(fù)時(shí)間周期結(jié)束之后進(jìn)行RF敏感操作，以及在RF敏感操作完成之后觸發(fā)新的重復(fù)時(shí)間周期。在一些實(shí)施例中，方法包括利用同步信號(hào)來(lái)同步治療和MR成像?？商鎿Q地或此外，治療和MR成像可以被同步至共用的時(shí)鐘。[0013]在另一方面，本發(fā)明提供一種結(jié)合解剖區(qū)域的MR成像進(jìn)行該區(qū)域的治療的系統(tǒng)，其中該治療包括至少一個(gè)RF敏感操作。該系統(tǒng)包括用于對(duì)解剖區(qū)域成像(其涉及梯度場(chǎng)活動(dòng))的MRI設(shè)備、以及與MRI設(shè)備通信的治療控制器(例如，與治療系統(tǒng)或其一部分相關(guān)聯(lián)的控制器)。治療控制器使得僅在梯度場(chǎng)活動(dòng)被抑制時(shí)進(jìn)行RF敏感操作。系統(tǒng)還可以包括MRI控制器，用于根據(jù)脈沖序列操作MRI設(shè)備。在一些實(shí)施例中，MRI控制器還將其中梯度場(chǎng)活動(dòng)被抑制的脈沖序列的時(shí)間間隔以信號(hào)告知治療控制器，以使得在這些時(shí)間間隔期間僅進(jìn)行RF敏感操作。在一些實(shí)施例中，治療控制器使得在脈沖序列結(jié)束時(shí)進(jìn)行RF敏感操作，并在RF敏感操作完成之后觸發(fā)脈沖序列的重復(fù)。系統(tǒng)還可以包括進(jìn)行治療的治療設(shè)備(其可以是例如超聲換能器)。
[0014]在另一方面，提供用于同步MRI設(shè)備與治療系統(tǒng)(諸如超聲系統(tǒng))的控制器?？刂破靼?用于接收關(guān)于MRI脈沖序列的信息的模塊，該MRI脈沖序列指定在其中梯度場(chǎng)被抑制的時(shí)間間隔；以及用于基于所述信息在梯度場(chǎng)抑制開始時(shí)啟動(dòng)RF敏感超聲操作的模塊。
[0015]本發(fā)明的另一方面涉及一種能夠與治療系統(tǒng)配合操作的MRI系統(tǒng)，治療系統(tǒng)用于結(jié)合解剖區(qū)域的治療(其包括一個(gè)或多個(gè)RF敏感操作)進(jìn)行解剖區(qū)域的MR成像。MRI系統(tǒng)包括用于對(duì)解剖區(qū)域成像的MRI設(shè)備和MRI控制器。MRI控制器根據(jù)脈沖序列操作MRI設(shè)備，該脈沖序列包括梯度場(chǎng)活動(dòng)的時(shí)間間隔以及梯度場(chǎng)活動(dòng)被抑制的時(shí)間間隔?？刂破鲗⑻荻葓?chǎng)活動(dòng)被抑制的時(shí)間間隔以信號(hào)告知治療設(shè)備以使得在該時(shí)間間隔期間進(jìn)行RF敏感操作。
[0016]另一方面涉及一種能夠與MRI系統(tǒng)配合操作的治療系統(tǒng)，MRI系統(tǒng)用于結(jié)合解剖區(qū)域的MR成像進(jìn)行解剖區(qū)域的治療(包括RF敏感操作)。系統(tǒng)包括:治療設(shè)備(諸如或包括超聲換能器)，用于進(jìn)行治療；以及治療控制器，用于使得響應(yīng)于包括梯度場(chǎng)活動(dòng)的MRI脈沖序列的結(jié)束來(lái)進(jìn)行RF敏感操作并在RF敏感操作完成之后觸發(fā)脈沖序列的重復(fù)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】`
[0017]上述內(nèi)容通過(guò)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述將更容易地理解，其中:
[0018]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的MRgFUS系統(tǒng)的示意圖；
[0019]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的MRgFUS系統(tǒng)的立體圖；
[0020]圖3A-3B是示出根據(jù)各種實(shí)施例的MRI設(shè)備和超聲換能器之間的交互的示意圖；
[0021]圖4是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示例性MRI方案以及同步信號(hào)和超聲檢測(cè)周期的脈沖序列圖；
[0022]圖5A是在不同步的情況下由超聲接收器檢測(cè)到的MRI干擾信號(hào)的頻譜；以及
[0023]圖5B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的在同步之后由超聲接收器檢測(cè)到的MRI干擾信號(hào)的頻
-1'TfeP曰。
【具體實(shí)施方式】
[0024]圖1和2示出示例性MRgFUS系統(tǒng)100，其中，超聲和MRI程序的同步可以有利地進(jìn)行。如圖1所示，系統(tǒng)100包括多個(gè)超聲換能器元件102，其在外殼104的表面處以陣列103配置。陣列可以包括單行的或矩陣的換能器元件102。在可替代實(shí)施例中，換能器元件102可以不同等配置，即它們不需要有規(guī)律地間隔或者以矩形圖案配置。陣列可以如所示出的具有弧形(例如球形或拋物線形)，或者可以包括一個(gè)或多個(gè)平面或其他形狀的部分。其尺寸可以根據(jù)應(yīng)用在幾毫米和數(shù)十厘米之間變化。換能器元件102可以是壓電陶瓷元件。還可以使用壓電復(fù)合材料，或一般而言能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換成聲能的任何材料。為了抑制元件102之間機(jī)械耦合，它們可以使用硅橡膠或任何其他合適的阻尼材料被安裝在外殼上。
[0025]換能器元件102是單獨(dú)可控的，即，它們各自能夠以獨(dú)立于其他換能器的幅度和/或相位的幅度和/或相位發(fā)射超聲波。換能器控制器106用于驅(qū)動(dòng)換能器元件102。對(duì)于η個(gè)換能器元件，控制器106可以包括η個(gè)控制電路，每個(gè)包括放大器和相位延遲電路，每個(gè)控制電路驅(qū)動(dòng)換能器元件中的一個(gè)?？刂破?06可以將通常在0.1MHz至4MHz的RF輸入信號(hào)分離成用于η個(gè)控制電路的η個(gè)通道。其可以被配置為以相同的頻率但是以不同的相位和不同的幅度驅(qū)動(dòng)陣列的各個(gè)換能器元件102，以使得它們總地產(chǎn)生聚焦的超聲波束。換能器控制器106期望提供計(jì)算功能，其可以在軟件、硬件、固件、硬線或它們的組合中實(shí)現(xiàn)，以計(jì)算針對(duì)期望聚焦位置所需的相位和幅度。一般來(lái)說(shuō)，控制器106可以包括幾個(gè)分離的設(shè)備，諸如頻率發(fā)生器、包含放大器和相位延遲電路的波束形成器、以及計(jì)算機(jī)(例如通用計(jì)算機(jī))，計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算并將單個(gè)的換能器元件102的相位和幅度傳送至波束形成器。這種系統(tǒng)容易獲得或者可以在沒有過(guò)度實(shí)驗(yàn)的情況下實(shí)現(xiàn)。
[0026]系統(tǒng)100還包括MRI設(shè)備108，用于對(duì)目標(biāo)組織和/或超聲聚焦成像。為了有助于確定換能器陣列和MRI設(shè)備108的相對(duì)位置，換能器陣列可以具有與之相關(guān)聯(lián)的MR跟蹤器110，其被配置在相對(duì)于陣列的固定位置和方向。跟蹤器110可以例如合并至或附接至外殼104。如果MR跟蹤器110和換能器102的相對(duì)位置和方向是已知的，則MR跟蹤器110的MR掃描清晰地揭露出MRI坐標(biāo)，即MRI設(shè)備108的坐標(biāo)系統(tǒng)中的換能器位置。接收到包含MR跟蹤器位置的MRI數(shù)據(jù)的換能器控制器106之后可以設(shè)置換能器102的相位和幅度以在期望位置處或在期望目標(biāo)區(qū)域內(nèi)生成聚焦112。在一些實(shí)施例中，與換能器控制器106和/或MRI設(shè)備108通信的用戶接口 114便于在MR坐標(biāo)中選擇聚焦位置或區(qū)域。
[0027]系統(tǒng)100 —般還具有檢測(cè)超聲波的能力，其用于為了安全目的而監(jiān)視超聲的應(yīng)用。例如，從與超聲波束路徑相交的組織界面反射的超聲波可以被分析以確保在根據(jù)需要通過(guò)調(diào)節(jié)治療方案的情況下，這種界面不被疏忽地過(guò)度加熱。此外，可以使用所接收到的空洞頻譜的測(cè)量來(lái)檢測(cè)由于超聲能量與含水組織的相互作用而產(chǎn)生的空洞。此外，組織和目標(biāo)的可視化可以由超聲成像來(lái)代替以便于跟蹤移動(dòng)目標(biāo)。超聲檢測(cè)可以利用超聲換能器陣列103來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，治療和成像周期可以交錯(cuò)，或者陣列103的連續(xù)部分或換能器元件102的不連續(xù)子集可以專用于成像，而陣列103的剩余部分聚焦超聲波來(lái)用于治療目的?？商鎿Q地，可以提供單獨(dú)的超聲接收器116，其可以是例如簡(jiǎn)單超聲探針或元件的陣列。單獨(dú)的接收器116可以被放置在超聲換能器陣列103的附近，或甚至集成至其外殼104中。如果不利用根據(jù)本申請(qǐng)的同步，超聲接收器116需要例如通過(guò)用作法拉第罩的環(huán)繞導(dǎo)電結(jié)構(gòu)來(lái)屏蔽至至少部分有效。
[0028]圖2更詳細(xì)地示出MRI設(shè)備108。設(shè)備108可以包括圓柱形電磁體204，其在電磁體204的孔206內(nèi)生成需要的靜磁場(chǎng)。在醫(yī)學(xué)程序期間，患者在可移動(dòng)支撐臺(tái)208上被放置在孔206內(nèi)?；颊邇?nèi)的感興趣區(qū)域210(例如，患者的頭部)可以位于成像區(qū)域212內(nèi)，其中，電磁體204生成基本上均勻 的場(chǎng)。一組圓柱形磁場(chǎng)梯度線圈213還可以設(shè)置在孔206內(nèi)并圍繞患者。梯度線圈213以預(yù)定時(shí)間并且在三個(gè)相互正交的方向上生成預(yù)定大小的磁場(chǎng)梯度。利用場(chǎng)梯度，不同的空間位置可以與不同的進(jìn)動(dòng)頻率相關(guān)聯(lián)，從而向MR圖像給出其空間分辨率。圍繞成像區(qū)域212的RF發(fā)射器線圈214將RF脈沖發(fā)射至成像區(qū)域212中，并接收從感興趣區(qū)域210發(fā)射的MR響應(yīng)信號(hào)。(可替代地，可以使用單獨(dú)的MR發(fā)射器和接收器線圈。)
[0029]MRI設(shè)備108 —般包括MRI控制器216，其控制脈沖序列，即磁場(chǎng)梯度和RF激勵(lì)脈沖的相對(duì)定時(shí)和強(qiáng)度以及響應(yīng)檢測(cè)周期。MRI控制器216可以與換能器控制器106組合成集成的系統(tǒng)控制設(shè)備。通過(guò)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的方法使用圖像處理系統(tǒng)將MR響應(yīng)信號(hào)放大、調(diào)節(jié)并數(shù)字化成原始數(shù)據(jù)，并且進(jìn)一步將其轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)的陣列?；谠搱D像數(shù)據(jù)，識(shí)別出治療區(qū)域(例如腫瘤)。圖像處理系統(tǒng)可以是MRI控制器216的一部分，或者可以是與MRI控制器216和/或換能器控制器106通信的單獨(dú)的裝置(例如，包含圖像處理軟件的通用計(jì)算機(jī))。設(shè)置在MRI設(shè)備的孔206中以及在一些實(shí)施例中設(shè)置在成像區(qū)域212內(nèi)的超聲相控陣列220之后被驅(qū)動(dòng)以將超聲波聚焦至治療區(qū)域。驅(qū)動(dòng)信號(hào)基于MRI圖像，其提供關(guān)于換能器表面相對(duì)于MRI設(shè)備和/或聚焦部位的位置和方向的信息。為了監(jiān)視超聲治療，超聲接收器222還可以設(shè)置在MRI設(shè)備的孔206內(nèi)。
[0030]圖3A-3C示意性示出根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的MRI設(shè)備300和聚焦超聲系統(tǒng)310之間的交互。MRI設(shè)備300包括RF發(fā)射器線圈320和梯度線圈322，梯度線圈322用于在要成像的組織上生成時(shí)變磁梯度。發(fā)射器線圈和梯度線圈發(fā)射都在RF范圍內(nèi)并且可以潛在地干擾聚焦超聲程序。MRI發(fā)射器線圈320生成具有在從約50MHz至約150MHz的范圍中的頻率的電磁脈沖以引起自旋翻轉(zhuǎn)。由梯度線圈322所生成的梯度通常以kHz或MHz的頻率更新，并且在連續(xù)更新之間基本恒定。例如，梯度值(即，梯度場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度)可以通過(guò)每四微秒施加新的電壓來(lái)以250kHz的采樣率被數(shù)字控制。這些小的控制等級(jí)(step)主要以采樣頻率(即，在示例中為250kHz)及其諧波(B卩，500kHz、750kHz等)生成RF噪聲。梯度值中的等級(jí)通常通過(guò)受控制的斜坡來(lái)實(shí)現(xiàn)，斜坡的斜率與電壓等級(jí)成比例。所產(chǎn)生的RF噪聲一般也與電壓等級(jí)成比例。然而，甚至在名義上的靜態(tài)梯度期間，控制等級(jí)存在并產(chǎn)生一定水平的RF噪聲(盡管顯著小`于在斜坡期間生成的噪聲)。換句話說(shuō)，非零靜態(tài)梯度比動(dòng)態(tài)梯度安靜，但不完全安靜。
[0031]MRI設(shè)備300包括數(shù)據(jù)庫(kù)324 (存儲(chǔ)在例如計(jì)算機(jī)的硬盤驅(qū)動(dòng)器上，該計(jì)算機(jī)可以與是用于MR圖像處理的計(jì)算機(jī)相同的計(jì)算機(jī))，用于存儲(chǔ)脈沖序列圖(PSD)。在MRI控制器216內(nèi)的相關(guān)聯(lián)的序列控制器326根據(jù)指定的脈沖序列來(lái)操作MRI設(shè)備。如圖3A所示，序列控制器326可以將同步信號(hào)提供至超聲控制模塊328，以信號(hào)告知梯度空閑時(shí)間的開始，即，磁場(chǎng)梯度或其時(shí)間變化完全或部分抑制的時(shí)間間隔。超聲控制器模塊328可以在換能器控制器106中實(shí)現(xiàn)，并且僅在梯度空閑時(shí)間期間啟動(dòng)RF敏感超聲操作。
[0032]對(duì)來(lái)自MRI設(shè)備300的RF干擾特別敏感的超聲操作包括超聲成像(與MRI并行)以及空洞頻譜或聲反射的測(cè)量，所有這些一般都具有與其關(guān)聯(lián)的低信號(hào)電壓(例如，在mV范圍和之下的電壓)。在這些測(cè)量期間，超聲接收器330 (其可以是在“聽”模式中操作的換能器，或單獨(dú)的專用的接收器裝置)將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電RF信號(hào)。這種信號(hào)還會(huì)由來(lái)自MRI設(shè)備300的RF干擾來(lái)創(chuàng)建，導(dǎo)致不想要的信號(hào)成分。由于檢測(cè)到的信號(hào)一般比例如聚焦超聲消融脈沖具有更低的功率，所以對(duì)這種干擾特別敏感。
[0033]圖4示出脈沖序列圖，其針對(duì)典型的MR梯度回波脈沖序列示出RF激勵(lì)脈沖、三個(gè)方向上的磁場(chǎng)梯度、以及在回波時(shí)間(TE)發(fā)生的MR響應(yīng)信號(hào)的相對(duì)定時(shí)。序列可以周期性地重復(fù)；周期被表示為重復(fù)時(shí)間TR并且可以例如在20~30ms的范圍中。圖4還示出同步信號(hào)相對(duì)于MRI序列的定時(shí)、以及可以進(jìn)行可以持續(xù)例如Ims的RF敏感超聲操作(即，一般為超聲檢測(cè))的周期。不特別對(duì)RF干擾敏感的超聲操作可以在任何時(shí)間進(jìn)行，包括MRI梯度活動(dòng)的周期。事實(shí)上，聚焦超聲施加時(shí)間通常在約10秒至約30秒的范圍內(nèi)。由此，超聲時(shí)間在MRI序列之前很長(zhǎng)時(shí)間開始，并在MRI序列之后很長(zhǎng)時(shí)間結(jié)束。在超聲換能器可替換地用于聚焦超聲施加和RF敏感超聲檢測(cè)的實(shí)施例中，非RF敏感操作優(yōu)選地在活動(dòng)梯度周期期間進(jìn)行，從而保留用于RF敏感操作的梯度空閑時(shí)間。
[0034]在圖4所示的脈沖序列圖中，梯度空閑時(shí)間通過(guò)設(shè)計(jì)被添加至每個(gè)重復(fù)時(shí)間周期。在空閑時(shí)間期間，MRI設(shè)備300將同步信號(hào)發(fā)送至超聲系統(tǒng)310，之后進(jìn)行頻譜測(cè)量和其他RF敏感操作。MRI和超聲檢測(cè)之間的同步由此通過(guò)MRI處方在內(nèi)部控制。在可替換實(shí)施例中，可以在MRI處方之外經(jīng)由控制機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)同步。例如，如圖3B所示，超聲控制器模塊328可以基于源于MRI設(shè)備300的RF信號(hào)的測(cè)量來(lái)控制RF敏感操作的定時(shí)，該測(cè)量可以例如通過(guò)超聲接收器330或通過(guò)與模塊328通信的單獨(dú)的專用RF噪聲接收器332來(lái)進(jìn)行。MRI序列可以在每個(gè)重復(fù)周期之后(自動(dòng)地或基于外部控制信號(hào))停止運(yùn)行，并且聚焦超聲系統(tǒng)可以識(shí)別重復(fù)周期的結(jié)束(例如通過(guò)測(cè)量MRI設(shè)備所生成的RF信號(hào))，進(jìn)行超聲測(cè)量，并且隨后將觸發(fā)命令發(fā)送至MRI設(shè)備以恢復(fù)MRI序列，即，進(jìn)行至下一重復(fù)周期。MRI序列可以在每個(gè)重復(fù)時(shí)間之后或者在多個(gè)重復(fù)時(shí)間之后(使得在進(jìn)行下一超聲測(cè)量之前跳過(guò)一個(gè)或多個(gè)重復(fù)周期)中斷。系統(tǒng)還可以被編程為僅在特定MRI程序之后，例如僅在熱成像序列之后進(jìn)行超聲測(cè)量。外部控制一般在定時(shí)MR成像和RF敏感超聲操作中提供高度靈活性，由此有利于整個(gè)程序中的時(shí)間效率。
[0035]MRI和聚焦超聲設(shè)備300、310的同步可以以另外方式修改。例如，序列控制器326和超聲控制器模塊328可以集成至單個(gè)控制模塊中，其將同步或時(shí)鐘信號(hào)同時(shí)發(fā)送至設(shè)備300、310，或直接控制 MRI發(fā)送器線圈320、梯度線圈322和超聲接收器330?？商鎿Q地，如圖3C所示，單獨(dú)的控制器340可以與各自包括單獨(dú)的控制器的傳統(tǒng)的MRI和超聲設(shè)備通信?？刂破?40可以包括第一模塊342,第一模塊342例如基于其接收的關(guān)于MRI脈沖序列指定時(shí)間間隔(在此期間梯度是安靜的)的信息來(lái)確定何時(shí)抑制梯度場(chǎng)活動(dòng)。模塊342還可以在序列的結(jié)束時(shí)將控制信號(hào)發(fā)送至序列控制器326以停止MRI操作。第一模塊342可以將梯度空閑時(shí)間傳送至用于啟動(dòng)RF敏感治療操作的第二模塊344。
[0036]一般來(lái)說(shuō)，如上所述用于同步MRI設(shè)備和聚焦超聲系統(tǒng)的功能，無(wú)論與MRI和/或超聲控制器集成還是由單獨(dú)的控制器提供，都可以被構(gòu)造在以硬件、軟件或它們的組合實(shí)現(xiàn)的一個(gè)或多個(gè)模塊中。對(duì)于功能被提供為一個(gè)或多個(gè)軟件程序的實(shí)施例，該程序可以以諸如FORTRAN、PASCAL、JAVA、C、C++、C#、BASIC、各種腳本語(yǔ)言和/或HTML的許多高級(jí)語(yǔ)言中的任一種來(lái)寫。此外，軟件可以以針對(duì)存在于目標(biāo)計(jì)算機(jī)上的微處理器的匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)；例如，如果軟件被配置為在IBM PC或PC克隆上運(yùn)行，則軟件可以以Intel80x86匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。軟件可以在包括但不限于以下的產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn):軟盤、閃存盤、硬盤、光盤、磁帶、PROM、EPROM、EEPR0M、場(chǎng)可編程門陣列或CD-ROM。使用硬件電路的實(shí)施例可以使用例如一個(gè)或多個(gè)FPGA、CPLD或ASIC處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0037]圖5A和5B示出在檢測(cè)周期與梯度空閑時(shí)間同步和不同步的情況下由超聲換能器檢測(cè)到的MRI干擾信號(hào)的頻譜。如所示出的，同步可以將MRI干擾降低約一個(gè)數(shù)量級(jí)。注意，圖5A和5B中的信號(hào)沒有空化效應(yīng)。圖5A示出被梯度噪聲損壞的信號(hào)，而圖5B示出僅包含背景噪聲的干凈的信號(hào)。
[0038]在一些實(shí)施例中，上述同步方法與屏蔽、信號(hào)濾波和/或處理結(jié)合使用。這允許RF敏感操作在MR序列中的梯度充分不活動(dòng)的部分期間進(jìn)行。例如，如果同步與屏蔽結(jié)合，則一般在所使用的屏蔽量和最大可接受噪聲之間存在權(quán)衡。使用的屏蔽越少，梯度需要更安靜以避免MRI系統(tǒng)和超聲系統(tǒng)(或其他共存的)之間的不期望的干擾。由于屏蔽引起噪聲降低取決于所使用的特定材料(例如，鐵、銅、或鎳)以及感興趣的頻率范圍，并且可以容易地基于在文獻(xiàn)中可得到的吸收和反射系數(shù)的圖和列表來(lái)確定。例如，在大約IMHz的頻率處，3_厚的鐵屏障將噪聲降低約IOOdB。對(duì)于給定的最大可接受噪聲水平(其轉(zhuǎn)而取決于系統(tǒng)的信號(hào)濾波和處理能力)，可以基于通過(guò)屏蔽實(shí)現(xiàn)的噪聲降低來(lái)計(jì)算最大可允許的梯度。
[0039]盡管參考超聲換能器系統(tǒng)和其他具體細(xì)節(jié)描述了本發(fā)明，但這些細(xì)節(jié)不趨于被認(rèn)為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。例如，用于將MR成像與除了包括RF敏感操作的聚焦超聲治療以外的治療形式同步的系統(tǒng)和方法也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，可以理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，此處描述的各種實(shí)施例的特征不必須相互排斥并且可以以各種組合和排列存在，即使這種組合或排列在此沒有表達(dá)。實(shí)際上，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以對(duì)這里所描述的進(jìn)行變化、修改和其他實(shí)施。
【權(quán)利要求】
1.一種結(jié)合解剖區(qū)域的磁共振(MR)成像進(jìn)行該區(qū)域的治療的方法，所述治療包括至少一個(gè)射頻敏感(RF敏感)操作，所述方法包括以下步驟: 在MR成像操作期間，暫時(shí)抑制梯度場(chǎng)活動(dòng)；以及 僅在所述梯度場(chǎng)活動(dòng)被抑制時(shí)進(jìn)行所述RF敏感操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，梯度場(chǎng)活動(dòng)抑制對(duì)應(yīng)于基本為零的梯度場(chǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，梯度場(chǎng)活動(dòng)抑制對(duì)應(yīng)于基本恒定的梯度場(chǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過(guò)MR成像設(shè)備以信號(hào)告知梯度場(chǎng)活動(dòng)抑制的開始。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述MR成像遵循指定梯度場(chǎng)活動(dòng)抑制的開始時(shí)間的脈沖序列，并且所述RF敏感操作的開始基于所述開始時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述梯度場(chǎng)活動(dòng)在所述脈沖序列期間周期性地被抑制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述MR成像遵循具有與其相關(guān)聯(lián)的重復(fù)時(shí)間周期的脈沖序列，所述方法還包括確定重復(fù)時(shí)間周期何時(shí)結(jié)束。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括在所述重復(fù)時(shí)間周期結(jié)束之后進(jìn)行所述RF敏感操作并且在所述RF敏感操作完成之后觸發(fā)新的重復(fù)時(shí)間周期。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括利用同步信號(hào)來(lái)同步所述治療和所述MR成像。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方`法，其中，所述治療和所述MR成像被同步至共用的時(shí)鐘。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述RF敏感操作是超聲操作。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，RF敏感超聲操作包括測(cè)量空洞、測(cè)量聲反射、或超聲成像中的至少之一。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，非RF敏感治療操作在梯度場(chǎng)活動(dòng)時(shí)進(jìn)行。
14.一種用于同步MRI設(shè)備與治療系統(tǒng)的控制器，所述治療系統(tǒng)進(jìn)行其至少之一是RF敏感的操作，所述控制器包括: 用于接收關(guān)于MRI脈沖序列的信息的模塊，所述MRI脈沖序列指定梯度場(chǎng)被抑制的時(shí)間間隔；以及 用于基于所述信息在梯度場(chǎng)抑制開始時(shí)啟動(dòng)RF敏感治療操作的模塊。
15.一種結(jié)合解剖區(qū)域的MR成像進(jìn)行該區(qū)域的治療的系統(tǒng)，所述治療包括至少一個(gè)RF敏感操作，所述系統(tǒng)包括: MRI設(shè)備，用于對(duì)所述解剖區(qū)域成像，所述成像包括梯度場(chǎng)活動(dòng)；以及 治療控制器，與所述MRI設(shè)備通信，用于使得僅在所述梯度場(chǎng)活動(dòng)被抑制時(shí)進(jìn)行所述RF敏感操作。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，還包括MRI控制器，用于根據(jù)脈沖序列操作所述MRI設(shè)備，所述脈沖序列包括所述梯度場(chǎng)活動(dòng)被抑制的時(shí)間間隔，所述MRI控制器還用于將所述時(shí)間間隔以信號(hào)告知所述治療控制器以使得在所述時(shí)間間隔期間進(jìn)行所述RF敏感操作。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，還包括MRI控制器，用于根據(jù)脈沖序列操作所述MRI設(shè)備，其中所述治療控制器使得響應(yīng)于所述脈沖序列的結(jié)束來(lái)進(jìn)行所述RF敏感操作并在所述RF敏感操作完成之后觸發(fā)所述脈沖序列的重復(fù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，還包括用于進(jìn)行所述治療的治療設(shè)備。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述治療設(shè)備包括超聲換能器。
20.一種能夠與治療系統(tǒng)配合操作的MRI系統(tǒng)，所述治療系統(tǒng)用于結(jié)合解剖區(qū)域的治療進(jìn)行所述解剖區(qū)域的MR成像，所述治療包括至少一個(gè)RF敏感操作，所述MRI系統(tǒng)包括: MRI設(shè)備，用于對(duì)所述解剖區(qū)域成像，所述成像包括梯度場(chǎng)活動(dòng)；以及MRI控制器，用于根據(jù)脈沖序列操作所述MRI設(shè)備，所述脈沖序列包括所述梯度場(chǎng)活動(dòng)被抑制的時(shí)間間隔，所述MRI控制器還用于將所述時(shí)間間隔以信號(hào)告知所述治療系統(tǒng)以使得在所述時(shí)間間隔期間進(jìn)行所述RF敏感操作。
21.一種能夠與MRI系統(tǒng)配合操作的治療系統(tǒng)，所述MRI系統(tǒng)用于結(jié)合解剖區(qū)域的MR成像進(jìn)行所述解剖區(qū)域的治療，所述治療包括至少一個(gè)RF敏感操作，所述治療系統(tǒng)包括: 治療設(shè)備，用于進(jìn)行所述治療；以及 治療控制器，用于使得響應(yīng)于包括梯度場(chǎng)活動(dòng)的MRI脈沖序列的結(jié)束來(lái)進(jìn)行所述RF敏感操作并在所述RF敏感操作完成之后觸發(fā)所述脈沖序列的重復(fù)。
22.根據(jù)權(quán)利要 求21所述的治療系統(tǒng)，其中，所述治療設(shè)備包括超聲換能器。
【文檔編號(hào)】A61B5/055GK103826534SQ201280041895
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月31日
【發(fā)明者】S·維塔克, B·阿西夫, A·格林伯格 申請(qǐng)人:因賽泰克有限公司