用于mr成像引導的介入的個性化rf線圈陣列的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制造用于MR成像引導的介入的個性化RF線圈陣列的方法。所述方法包括如下步驟：-采集反映患者身體（10）的一部分的解剖結構的診斷圖像數(shù)據(jù)；-基于所述診斷圖像數(shù)據(jù)規(guī)劃介入，其中，在所述患者身體（10）的部分內(nèi)的介入場所被確定；-以這樣的方式將一個或多個RF天線（11、12、13）布置到適于所述患者的解剖結構的襯底（19）上，即經(jīng)由所述一個或多個RF天線（11、12、13）進行的來自所述介入場所的MR信號采集的信噪比被優(yōu)化。此外，本發(fā)明涉及一種計算機程序和一種計算機工作站。
【專利說明】用于MR成像引導的介入的個性化RF線圈陣列
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及磁共振(MR)成像領域。其涉及一種制造用于MR成像引導的介入的個性化RF線圈陣列的方法。此外，本發(fā)明涉及一種計算機程序和一種計算機工作站。
【背景技術】
[0002]當前，尤其是在醫(yī)療診斷領域中廣泛使用了利用磁場和核自旋之間的交互以便形成二維或三維圖像的MR成像方法，因為對于軟組織成像，它們在很多方面優(yōu)于其他成像方法，其不需要電離輻射，且通常是無創(chuàng)的。
[0003]根據(jù)一般的MR方法,待檢查的患者身體被布置在強均勻磁場中,磁場的方向同時定義測量所基于的坐標系的軸(通常為z軸)。磁場針對依賴于磁場強度的個體核自旋產(chǎn)生不同的能級，個體核自旋能夠通過施加定義頻率(所謂的拉莫爾頻率或MR頻率)的交變電磁場(RF場)被激勵(自旋共振)。從宏觀角度講，個體核自旋的分布產(chǎn)生總體磁化，通過施加適當頻率的電磁脈沖(RF脈沖)能夠使總體磁化偏離平衡狀態(tài)，同時RF脈沖的磁場垂直于z軸延伸，使得磁化繞z軸進行進動。進動運動描繪出錐形表面，其孔徑角稱為翻轉角。翻轉角的大小依賴于所施加的電磁脈沖的強度和持續(xù)時間。在所謂的90°脈沖的情況中，自旋從z軸偏斜到橫平面(翻轉角90° )。經(jīng)由MR設備的RF線圈布置使RF脈沖朝向患者身體輻射。RF線圈布置通常圍繞在其中放置患者身體的檢查體積。
[0004]在終止RF脈沖之后，磁化弛豫回原始平衡狀態(tài)，在該狀態(tài)中再次以第一時間常數(shù)T1 (自旋晶格或縱向弛豫時間)建立z方向的磁化，并且垂直于z方向的方向上的磁化以第二時間常數(shù)T2 (自旋-自旋或橫弛豫時間)弛豫。能夠借助接收RF線圈探測磁化的變化，接收RF線圈以這樣的方式被布置并取向在MR設備的檢查體積之內(nèi)，即在垂直于z軸的方向上測量磁化的變化。在施加例如90°脈沖之后，橫向磁化的衰減伴隨著(局部磁場不均勻誘發(fā)的)核自旋從具有相同相位的有序狀態(tài)到所有相位角均勻分布的狀態(tài)的轉變(移相)。能夠借助重新聚焦脈沖(例如180°脈沖)補償移相。這樣在接收線圈中產(chǎn)生回波信號(自旋回波)。
[0005]為了在身體中實現(xiàn)空間分辨，在均勻磁場BO上疊加沿三個主軸延伸的線性磁場梯度，導致自旋共振頻率的線性空間依賴性。之后接收線圈拾取的信號包含能夠與身體中不同位置相關聯(lián)的不同頻率分量。經(jīng)由接收線圈獲得的信號數(shù)據(jù)對應于空間頻率域，并被稱為k空間數(shù)據(jù)。k空間數(shù)據(jù)通常包括利用不同相位編碼采集的多條線。通過收集多個樣本對每條線進行數(shù)字化。借助傅里葉變換或者其他適當算法將一組k空間數(shù)據(jù)轉換為MR圖像。
[0006]由于對受檢查的患者和操作人員無有害影響，因而MR成像非常適合“介入放射學”，其中，所采集的并且重建的MR圖像用于引導有創(chuàng)流程。成像引導的一般目的在于將基于成像的信息應用于診斷和治療過程。已知的MR成像引導的治療系統(tǒng)使用術前采集的MR圖像創(chuàng)建解剖模型，解剖模型提供對3D解剖結構的定位、瞄準和可視化。這些模型支持術前規(guī)劃，以定義并優(yōu)化進入策略，并模擬所規(guī)劃的介入。這些模型將圖像坐標與手術場所內(nèi)的儀器位置定義的實際位置聯(lián)系起來。因而，它們使外科醫(yī)生能夠在全面了解周圍解剖結構的情況下對流程進行導航并執(zhí)行流程。
[0007]在多個實際應用中，在手術期間由于機械因素、生理活動、膨脹或出血，會發(fā)生軟組織的移動和變形。這些變化可能會使器官或其組織成分移位至這種程度，即基于術前采集的MR成像的3D模型不能夠與患者的實際解剖結構配準。在這種情況下，實現(xiàn)準確的MR成像引導的手術的最終解決方案是實時術中MR成像或者介入流程期間體積MR圖像的至少頻繁的更新。由此得到了一種方法，其能夠連續(xù)地檢測各種組織成分的位置的變化并對介入的目標及其環(huán)境定位以便界定出到達待處置病變的軌跡。因而，術中MR成像的調(diào)整是解剖結構在手術期間的變化或者組織完整性在治療期間的變化。其目標在于允許MR成像引導的治療充分利用由當前MR成像方法可獲得的解剖結構信息和功能信息。通過為醫(yī)師提供當前MR圖像信息，手術或介入流程的安全性和效率將得到顯著提高。
[0008]問題在于，在手術設置中難以將MR信號采集所需的RF線圈以這樣的方式最優(yōu)地放置到各自的身體部分周圍，即(i)獲得良好的信噪比(SNR)且(ii)為醫(yī)師確保到達介入場所的良好進入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]由上文將容易地認識到，需要一種改進的用于MR成像引導的介入的RF線圈布置，其能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量術中MR成像以及到達患者的良好進入。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，公開了一種制造用于MR成像引導的介入的個性化RF線圈陣列的方法。所述方法包括如下步驟:
[0011]-采集反映患者身體的一部分的解剖結構的診斷圖像數(shù)據(jù)；
[0012]-基于所述診斷圖像數(shù)據(jù)規(guī)劃介入，其中，在所述患者身體的部分內(nèi)的介入場所被確定；
[0013]-以這樣的方式將一個或多個RF天線布置到適于所述患者的解剖結構的襯底上，即經(jīng)由所述一個或多個RF天線進行的來自所述介入場所的MR信號采集的信噪比被優(yōu)化。
[0014]本發(fā)明提出了一種對用于MR成像引導的手術流程的RF線圈陣列的個性化設計。所述RF線圈陣列的設計，即，對所述RF天線的尺寸、形狀和/或位置的設計基于待處置的患者身體的一部分的解剖結構，并且基于手術計劃。在第一步中對可以包括X射線圖像、CT圖像和/或MR圖像的診斷圖像數(shù)據(jù)進行術前采集?？梢曰谶@一診斷圖像數(shù)據(jù)創(chuàng)建解剖模型，其能夠?qū)崿F(xiàn)對患者身體的部分的3D解剖結構的定位、瞄準和可視化。在第二步驟中，基于所采集到的診斷圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行術前規(guī)劃，以便界定介入場所并對優(yōu)化進入策略。最后，從手術規(guī)劃的結果導出RF線圈陣列的設計。自動計算襯底上的一個或多個RF天線的尺寸、形狀和/或位置，由此優(yōu)化術中從介入場所采集的MR信號的信噪比。
[0015]在其上布置一個或多個RF天線的襯底適于患者身體的形狀，使得能夠在手術介入期間將RF線圈陣列牢固地放置到緊密靠近患者身體，并且在患者身體上的明確界定的位置中。優(yōu)選地，襯底的形狀和襯底在患者身體上的位置這兩者都從先前采集的診斷圖像數(shù)據(jù)以及從規(guī)劃結果導出。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，還在規(guī)劃介入的步驟中確定到達介入場所的進入路徑，其中，一個或多個RF天線以這樣的方式被布置到襯底上，即來自介入場所以及來自進入路徑的MR信號采集的信噪比被優(yōu)化。在這一實施例中，擴展確定RF線圈陣列的設計的優(yōu)化標準，以確保高質(zhì)量MR圖像的采集，不僅來自介入場所本身(即介入的目標區(qū)域)，而且還來自外科醫(yī)生所采取的抵達待處置病變的進入路徑。因而實現(xiàn)了在整個介入過程中的高質(zhì)量MR圖像的采集。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，一個或多個孔以這種方式被提供在襯底上，即當將所述襯底附著到患者身體上時，使進入路徑保持通暢。根據(jù)本發(fā)明的這一實施例，外科醫(yī)生進入患者身體的部分所通過的襯底中孔徑的尺寸、形狀和位置從術前采集的診斷圖像數(shù)據(jù)以及手術規(guī)劃的結果導出。優(yōu)選地，所述RF天線以與介入場所和/或進入路徑的預定最小距離被布置到所述襯底上。這確保了外科醫(yī)生可自由地進入介入場所。此外，避免了 RF天線和手術儀器之間的干擾。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的又一優(yōu)選實施例，基于對MR信號米集期間RF電磁場分布的模擬計算RF天線的尺寸和/或形狀，和/或其在所述襯底上的位置。這意味著執(zhí)行RF電磁場模擬以便自動地確定RF天線的最佳尺寸、形狀和/或位置，從而優(yōu)化從介入場所和/或進入路徑采集的MR信號的信噪比。如上文所述，可以通過在所述襯底上提供一個或多個孔而對這一優(yōu)化進行約束，必須保持所述孔不受RF天線遮擋，以便能夠在手術期間實現(xiàn)向患者身體內(nèi)的進入。
[0019]在本發(fā)明的又一優(yōu)選實施例中，將個性化RF線圈陣列的最終設計傳遞至制造所述個性化RF線圈陣列的快速成型設施。在制造步驟之后，RF線圈陣列就準備好用于規(guī)劃的手術介入了。
[0020]本發(fā)明的方法還可以包括將用于經(jīng)由RF天線進行的RF信號的發(fā)射和/或接收的電子部件布置到襯底上的步驟。例如，這樣的電子部件可以是用于將RF線纜連接至各個天線的RF連接器、RF調(diào)諧和/或匹配網(wǎng)絡或者直接連接至RF天線的RF前置放大器。也可以(至少部分地)借助快速成型制造這些電子部件?？梢詫⒔柚焖俪尚蜕捎∷㈦娐钒搴拖嚓P聯(lián)部件的本領域已知技術用于這一目的。能夠在單獨的制造步驟中對不能通過快速成型方法制造的其他分立電子部件進行組裝并將其集成到個性化RF線圈陣列內(nèi)。
[0021]在本發(fā)明的可能實施例中，被布置到個性化RF線圈陣列的襯底上的RF天線是標準化RF線圈模塊。在本發(fā)明的個性化RF線圈陣列中對標準化的預先制造的RF線圈模塊的使用方便了制造過程。將各個標準化RF線圈模塊置于襯底上，和/或使其互連，從而優(yōu)化從介入場所和/或進入路徑采集的MR信號的信噪比。
[0022]本發(fā)明不僅涉及一種方法，還涉及一種包括指令的計算機程序，所述指令用于:
[0023]-加載反映患者身體的一部分的解剖結構的診斷圖像數(shù)據(jù)；
[0024]-基于所加載的診斷圖像數(shù)據(jù)交互地規(guī)劃介入，其中，在所述患者身體的部分內(nèi)的介入場所被確定；
[0025]-計算一個或多個RF天線的尺寸、形狀和/或位置，所述一個或多個RF天線將以這種方式被布置到適于所述患者的解剖結構的襯底上，即經(jīng)由所述一個或多個RF天線進行的來自所述介入場所的MR信號采集的信噪比被優(yōu)化。
[0026]能夠?qū)⑦@樣的計算機程序加載到包括顯示器單元的專用計算機工作站內(nèi)，能夠經(jīng)由所述工作站實現(xiàn)基于所加載的診斷圖像數(shù)據(jù)的交互式手術規(guī)劃。能夠?qū)⑺鲇嬎銠C工作站直接連接至快速成型設施，所述快速成型設施根據(jù)自動計算出的尺寸、形狀和/或位置制造包括襯底以及被布置在所述襯底上的RF天線的個性化RF線圈陣列。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]附圖公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而應理解，附圖被設計為僅出于說明的目的，而不作為本發(fā)明限制的定義。在附圖中:
[0028]圖1示意性地示出了包括根據(jù)本發(fā)明的個性化RF線圈陣列的MR設備；
[0029]圖2更加詳細地示出了圖1的RF線圈陣列；
[0030]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的個性化RF線圈陣列的另一實施例。
【具體實施方式】
[0031]參考圖1，示出了 MR設備I。所述設備包括超導或常導主磁體線圈2，從而貫穿檢查體積沿z軸創(chuàng)建基本上均勻的時間恒定的主磁場B0。所述設備還包括(一階、二階以及適當情況下的三階)勻場線圈的集合2’，其中，通過集合2’的各個勻場線圈的電流是可控的，從而達到使檢查體積內(nèi)的BO偏差最小化的目的。
[0032]磁共振生成和操縱系統(tǒng)施加一系列RF脈沖和切換的磁場梯度，以反轉或激勵核磁自旋、誘發(fā)磁共振、對磁共振重新聚焦、操縱磁共振、對磁共振進行空間和其他編碼、使自旋飽和等，以執(zhí)行MR成像。
[0033]更具體而言，梯度脈沖放大器3沿檢查體積的X、y和z軸向全身梯度線圈4、5和6中的選定線圈施加電流脈沖。數(shù)字RF頻率發(fā)射器7經(jīng)由發(fā)送/接收開關8向身體RF線圈9發(fā)射RF脈沖或脈沖群，從而將RF脈沖發(fā)射到檢查體積內(nèi)。典型的MR成像序列包括一起采集的短持續(xù)時間的RF脈沖段的群，并且任何施加的磁場梯度實現(xiàn)對核磁共振的選定操縱。RF脈沖用于使共振飽和、激勵共振、反轉磁化、使共振重新聚焦、或者操縱共振并選擇處于檢查體積內(nèi)的身體10的一部分。還由身體RF線圈9拾取MR信號。
[0034]針對例如借助并行成像的身體10的頭部區(qū)域的MR圖像的術中生成，將一組局部陣列RF天線(線圈)11、12、13放置到面罩19上，該面罩構成了本發(fā)明的意義上的適于患者的頭部解剖結構的襯底。將RF線圈11、12、13放置為與選定進行成像的頭部區(qū)域鄰接。因而，能夠在例如腦部手術期間采集高質(zhì)量的MR圖像。陣列線圈11、12、13能夠用于接收由身體線圈RF發(fā)射誘發(fā)的MR信號。
[0035]所產(chǎn)生的MR信號由身體RF線圈9和/或陣列RF線圈11、12、13拾取，并由優(yōu)選包括前置放大器(未示出)的接收器14解調(diào)。接收器14經(jīng)由發(fā)送/接收開關8連接到RF線圈 9、11、12 和 13。
[0036]主計算機15控制經(jīng)過勻場線圈2’的電流以及梯度脈沖放大器3和發(fā)射器7，以生成多個MR成像序列中的任意，例如，回波平面成像(EPI )、回波體積成像、梯度和自旋回波成像、快速自旋回波成像等。對于選定的序列，接收器14快速連續(xù)地接收每個RF激勵脈沖之后的單條或多條MR數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)16執(zhí)行接收信號的模數(shù)字轉換，并將每條MR數(shù)據(jù)線轉換成適于進一步處理的數(shù)字格式。在現(xiàn)代MR設備中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)16是專用于采集原始圖像數(shù)據(jù)的獨立計算機。
[0037]最后，重建處理器17應用傅里葉變換或其他適當?shù)闹亟ㄋ惴?例如，SENSE或GRAPPA)將數(shù)字原始圖像數(shù)據(jù)重建為圖像表示。MR圖像可以表示貫穿患者的平面片層、平行的平面片層的陣列、三維體積等。之后，將圖像存儲到圖像存儲器內(nèi)，在那里所述圖像可以被訪問，以用于將圖像表示的片層、投影或者其他部分轉換成可視化的適當格式，例如，經(jīng)由視頻監(jiān)視器18，視頻監(jiān)視器18提供所產(chǎn)生的MR圖像的人類可讀顯示。
[0038]圖2更加詳細地示出了本發(fā)明的個性化RF線圈陣列。從圖2能夠看出，襯底19是適于患者頭部的形狀的面罩(例如，由適當?shù)乃芰喜牧现圃斓?。面罩19包括針對患者眼睛、口以及鼻的孔。RF線圈11、12、13以這種方式被布置到面罩19上，即經(jīng)由RF線圈11、
12、13從患者腦部的介入場所采集的MR信號的信噪比被優(yōu)化。圖2所示的個性化RF線圈陣列還包括處于規(guī)劃部位上的用于開顱手術的孔，從而允許外科醫(yī)生進入顱骨和腦。在圖2中由箭頭20指示了對應的進入路徑。個性化RF線圈陣列借助快速成型以自動化的方式被設計和制造。其中，借助電磁場分布的模擬計算RF線圈11、12和13的尺寸、形狀和位置，以便在考慮由介入規(guī)劃得到的介入場所和進入路徑的情況下優(yōu)化信噪比。面罩19的必要孔被用作優(yōu)化流程中的約束條件。
[0039]圖3圖示了本發(fā)明的實施例，其中，使用標準化的可互連RF線圈模塊。根據(jù)上文描述的優(yōu)化標準將線圈模塊21布置到面罩19上。經(jīng)由線纜連接將互連的RF線圈模塊21連接至包括例如RF前置放大器的RF單元22。
【權利要求】
1.一種制造用于MR成像引導的介入的個性化RF線圈陣列的方法，所述方法包括如下步驟: -采集反映患者身體(10)的一部分的解剖結構的診斷圖像數(shù)據(jù)； -基于所述診斷圖像數(shù)據(jù)規(guī)劃介入，其中，在所述患者身體(10)的部分內(nèi)的介入場所被確定； -基于所述診斷圖像數(shù)據(jù)，以這樣的方式將一個或多個RF天線(11、12、13)布置到適于所述患者的解剖結構的襯底(19)上，即經(jīng)由所述一個或多個RF天線(11，12，13)進行的來自所述介入場所的MR信號采集的信噪比被優(yōu)化。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，到達所述介入場所的進入路徑(20)也在規(guī)劃所述介入的步驟中被確定，其中，所述一個或多個RF天線(11、12、13)以這樣的方式被布置到所述襯底(19)上，即來自所述介入場所以及來自所述進入路徑(20)的MR信號采集的信噪比被優(yōu)化。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，一個或多個孔以這樣的方式被提供在所述襯底(19)上，即當所述襯底(19)被附著到所述患者身體(10)上時，保持所述進入路徑(20)通暢。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的方法，其中，所述RF天線(11、12、13)以與所述介入場所和/或所述進入路徑(20)的預定最小距離被布置到所述襯底(19)上。
5.根據(jù)權利要求1-4中任一項所述的方法，其中，所述RF天線(11、12、13)的尺寸和/或形狀，和/或所述RF天線(11、12、13)在所述襯底(19)上的位置，是基于對MR信號采集期間的RF電磁場分布的模擬而計算的。
6.根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的方法，其中，所述個性化RF線圈陣列借助快速成型而被制造，所述個性化RF線圈陣列包括所述襯底(19)以及被布置在所述襯底(19)上的所述 RF 天線(11、12、13)。
7.根據(jù)權利要求1-6中任一項所述的方法，還包括將用于經(jīng)由所述RF天線(11、12、13)進行RF信號發(fā)射和/或接收的電子部件布置到所述襯底(19)上的步驟。
8.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的方法，其中，所述RF天線(11、12、13)是標準化的RF線圈模塊(21)。
9.一種包括指令的計算機程序，所述指令用于: -加載反映患者身體(10)的一部分的解剖結構的診斷圖像數(shù)據(jù)； -基于所加載的診斷圖像數(shù)據(jù)交互地規(guī)劃介入，其中，在所述患者身體(10)的部分內(nèi)的介入場所被確定； -基于所加載的診斷圖像數(shù)據(jù)，計算一個或多個RF天線(11、12、13)的尺寸、形狀和/或位置，所述一個或多個RF天線將以這樣的方式被布置到適于所述患者的解剖結構的襯底(19)上，即經(jīng)由所述一個或多個RF天線(11、12、13)進行的來自所述介入場所的MR信號采集的信噪比被優(yōu)化。
10.根據(jù)權利要求9所述的計算機程序，還包括用于控制快速成型設施，以根據(jù)所計算出的尺寸、形狀和/或位置制造包括所述襯底(19)以及被布置在所述襯底(19)上的所述RF天線(11、12、13 )的個性化RF線圈陣列。
11.一種被配置為執(zhí)行如下步驟的計算機工作站:-將反映患者身體(10)的一部分的解剖結構的診斷圖像數(shù)據(jù)加載到所述工作站的存儲器內(nèi)； -基于所加載的診斷圖像數(shù)據(jù)交互地規(guī)劃介入，其中，在所述患者身體(10)的部分內(nèi)的介入場所被確定； -基于所加載的診斷圖像數(shù)據(jù)，計算一個或多個RF天線(11、12、13)的尺寸、形狀和/或位置，所述一個或多個RF天線將以這樣的方式被布置到適于所述患者的解剖結構的襯底(19)上，即經(jīng)由所述一個或多個RF天線(11、12、13)進行的來自所述介入場所的MR信號采集的信噪比被優(yōu)化。
12.根據(jù)權利要求11所述的計算機工作站，其中，所述工作站被連接至快速成型設施，所述快速成型設施根據(jù)所計算出的尺寸、形狀和/或位置制造包括所述襯底(19)以及被布置在所述襯底(19 )上的所述RF天線(11、12、13 )的個性化RF線圈陣列。
【文檔編號】G01R33/34GK103649766SQ201280035206
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年5月9日 優(yōu)先權日:2011年5月16日
【發(fā)明者】H·C·F·馬滕斯, E·A·莫爾, C·波桑齊尼, M·H·J·尼杰尤斯, M·G·帕爾多爾, C·博斯, A·J·艾萊威爾特, D·維爾茨 申請人:皇家飛利浦有限公司