用于mr-引導的組織間介入的專用用戶接口的制作方法
【專利摘要】提供了一種用于將桿或針(16)引導到對象(12)的靶的磁共振(MR)系統(tǒng)(10)。所述系統(tǒng)包括用戶接口(76)。所述用戶接口(76)包括被定位在所述對象(12)的表面上的框架(78)。所述框架(78)包括在針對所述桿或針(16)的規(guī)劃的軌跡的進入點之上的開口(82)。所述規(guī)劃的軌跡從所述進入點延伸到所述靶(14)。所述用戶接口(76)還包括被布置在圍繞所述開口(82)的所述框架(78)上的一個或多個視覺指示器(80)。所述一個或多個視覺指示器(80)進行以下中的至少一項：1)對所述桿或針(16)離所述規(guī)劃的軌跡的偏差進行視覺指示；并且2)對實時MR圖像的實時切片的當前位置進行視覺指示。
【專利說明】用于MR-引導的組織間介入的專用用戶接口

【技術領域】
[0001] 下文總體上涉及磁共振（MR)成像。其具體結合MR-引導而應用，并將特別參考MR-引導來進行描述。然而，應當理解，本發(fā)明也應用于其他使用情形，而不必限于上述應 用。

【背景技術】
[0002] 利用交互式實時MRI和MR-條件儀器的可能性導致越來越多地使用MR-引導，特 別是在利用諸如線性消融探針的桿或針執(zhí)行的經皮程序。對于這樣的程序而言，除沒有電 離輻射之外，MR-引導相較于計算機斷層攝影（CT)-引導和超聲（US)-引導，提供了許多優(yōu) 點。一些更重要的優(yōu)點包括MR的軟組織對比能力和完整斷層攝影能力。
[0003] 現(xiàn)有技術中的臨床MR-引導的經皮介入使用術前3DMR圖像來規(guī)劃桿或針的軌 跡。之后，立體定向設備引導被用于將桿或針與靶對準并引導桿或針的插入，這大多在MR 掃描器之外執(zhí)行。最后，使用MR來確認桿或針已經到達靶。
[0004] 由于因患者移動、器官移動和針彎曲使立體定向程序易于出現(xiàn)配準錯誤，并且由 于這樣的程序涉及復雜的工作流程（例如，患者移入及移出MR掃描器），一些醫(yī)學中心正在 實踐所謂的徒手程序，其中，桿或針不需要在實時MR引導下的任何物理立體定位設備引導 而推進。利用將靶和桿或針清晰可視的專用MR序列并通過使用開放式MR系統(tǒng)，使上述程 序更加容易，盡管所描述的方法并不限于這些開放式膛系統(tǒng)。
[0005] 例如，在用于肝活檢的典型方法中，對象被置于開放式MR掃描器之內并且準備進 行肝介入。可以在患者的皮膚上標記針對所述介入儀器的進入點。介入醫(yī)師然后在實時MR 引導之下將桿或針推進到所述對象中。
[0006] 通常，徒手程序的工作流程包括在診斷MR圖像上識別靶。然后使用所述診斷MR圖 像來規(guī)劃桿或針的軌跡，并且選擇兩個垂直的實時MR成像切片，使得所述規(guī)劃的軌跡與所 述成像切片的橫截面一致。對于肝程序而言，通常選擇平行橫斷切片和平行冠狀切片。之 后，利用所述對象之外的所述規(guī)劃的軌跡來將桿或針對準，并且然后在實時MR引導之下沿 所述規(guī)劃的軌跡插入所述桿或針。在針插入期間實現(xiàn)對實時切片位置的重復精細調節(jié)。
[0007] 通常從控制臺執(zhí)行識別、規(guī)劃及選擇步驟，并且通常由介入醫(yī)師從MR掃描器執(zhí)行 剩下的步驟。用于執(zhí)行這些剩下的步驟的已知方法是：使用一個或多個有源標記物，利用能 夠與成像序列交錯的追蹤序列，來測量所述桿或針的取向。然而，這一程序的難點包括不能 直觀地使桿或針的幾何結構及切片的平面可視，并且不能直觀地進行交互以調節(jié)切片。
[0008] 對于使桿或針的幾何結構及切片的平面可視，介入醫(yī)師傾斜到MR掃描器，并且用 一個手操縱所述桿或針，可能地用另一個手接觸和/或展開對象的皮膚。這樣做時，介入醫(yī) 師的手是傾斜的，因此導致介入醫(yī)師的不舒服。此外，當介入醫(yī)師想要將所述針與對象之外 的所述規(guī)劃的軌跡對準時，他必須不斷地在觀察桿或針與觀察顯示設備之間交替，所述顯 示設備定位在MR掃描器的后面并且顯示實時MR圖像并且潛在地相對于包括靶的術前3D 數(shù)據顯示的針的模型。甚至，介入醫(yī)師不得不在桿或針處的視圖坐標與顯示設備處的附圖 坐標之間腦力地轉換?？傊?，前述內容需要具有相當?shù)?D想象力的經驗豐富的介入醫(yī)師。
[0009] 對于進行交互以調節(jié)切片，介入醫(yī)師在選擇并調節(jié)切片位置（這在當前使用三個 腳踏板來實現(xiàn)）時，基于標記物位置以及在顯示設備上的靶病變，監(jiān)測監(jiān)測桿或針的無源 對比或監(jiān)測桿或針的模型。應用在每個踏板上的單擊和雙擊來對所述切片進行選擇、移位、 旋轉及傾斜。這也需要醫(yī)生來想象切片、桿或針以及靶在3D圖像中的位置，這與學習曲線 及額外的注意力相關聯(lián)。
[0010] 下文提供了克服前述問題和其它問題的新的并且改進的系統(tǒng)和方法。


【發(fā)明內容】

[0011] 根據一個方面，提供了一種用于將桿或針引導到對象的靶的磁共振（MR)系統(tǒng)，所 述系統(tǒng)包括用戶接口。所述用戶接口包括被配置為被置于所述對象的表面上的框架。所述 框架包括針對所述桿或針的在規(guī)劃的軌跡的進入點之上的開口。所述規(guī)劃的軌跡從所述進 入點延伸到所述靶。所述用戶接口還包括以下中的一個或多個：1)被布置在圍繞所述開口 的所述框架上的一個或多個視覺指示器；以及2)被布置在圍繞所述開口的所述框架上的 一個或多個用戶輸入設備。所述一個或多個視覺指示器進行以下中的至少一項：1)對所述 桿或針離所述規(guī)劃的軌跡的偏差進行視覺指示；以及2)對實時MR圖像的實時切片的當前 位置進行視覺指示。所述用戶輸入設備（84)選擇性地調節(jié)所述實時切片的所述當前位置。
[0012] 根據另一個方面，提供了一種用于桿或針到對象的靶的核磁（MR)引導的方法。所 述方法包括以下中的至少一項：1)對如何將所述桿或針對準到規(guī)劃的軌跡進行視覺指示； 以及2)對實時MR圖像的實時切片的當前位置進行視覺指示。所述的對如何將所述桿或針 對準到所述規(guī)劃的軌跡進行視覺指示包括確定所述桿或針的當前軌跡。比較所述規(guī)劃的軌 跡與所述當前軌跡，以確定如何將所述桿或針對準到所述規(guī)劃的軌跡。所述規(guī)劃的軌跡從 所述對象的進入點延伸到所述靶。使用用戶接口來生成對于如何將所述桿或針對準到所述 規(guī)劃的軌跡的視覺指示。所述用戶接口被置于所述對象的表面上并且包括在所述進入點之 上的開口。所述對所述實時MR圖像的所述實時切片的所述當前位置進行視覺指示包括在 顯示設備上顯示所述相應的實時切片。使用所述用戶接口生成對于所述實時切片的所述當 前位置的視覺指示。所述用戶接口的一個或多個光源指示所述實時切片的所述平面與所述 表面在何處相交。
[0013] 根據另一個方面，提供了一種與介入儀器相結合使用以提供用于將桿或針引導到 對象的靶的實時成像的裝置。所述裝置包括被置于所述對象的表面上的框架。所述框架包 括在針對所述桿或針的從所述進入點延伸到所述祀的規(guī)劃的軌跡的進入點之上的開口。所 述框架還包括圍繞所述開口被布置在所述框架上的一個或多個視覺指示器。所述裝置還包 括至少一個處理器，所述至少一個處理器被編程為操作在所述框架上的所述一個或多個視 覺指示器，以對以下中的至少一項進行視覺指示：（i)所述實時成像切片的所述當前位置； 以及（ii)所述桿或針的所述當前位置離所述規(guī)劃的軌跡的偏差。
[0014] 一個優(yōu)點在于使所述桿或針的所述當前位置離所述規(guī)劃的軌跡的所述偏差以及 所述切片的所述平面的幾何結構直觀地可視。
[0015] 另一個優(yōu)點在于直觀地交互以對準切片。
[0016] 本領域的普通技術人員在閱讀并理解了以下【具體實施方式】之后，將意識到本發(fā)明 的再其他的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 本發(fā)明可以采取各種部件和各部件的布置的形式，并且可以采取各種步驟和各步 驟安排形式。附圖僅是為了圖示優(yōu)選實施例而不應被解釋為對本發(fā)明的限制。
[0018] 圖1圖示了用于MR-引導的MR系統(tǒng)。
[0019] 圖2圖示了用于確定桿或針的位置的MR標記物的布置。
[0020] 圖3圖示了如何使用MR標記物來識別桿或針的位置的范例。
[0021] 圖4A圖示了在將桿或針插入到所述對象中之前的對象的實時MR圖像的切片。
[0022] 圖4B圖示了圖4A的實時MR圖像的另一個切片。
[0023] 圖4C圖示了在將桿或針插入到所述對象中之后的對象的實時MR圖像的切片。
[0024] 圖4D圖示了圖4C的實時MR圖像的另一個切片。
[0025] 圖5圖示了使用用于MR-引導的用戶接口的對桿或針的定位。
[0026] 圖6圖示了使用用于MR-引導的用戶接口的對桿或針的定位。
[0027] 圖7圖示了使用用于MR-引導的用戶接口的對桿或針的定位，其中，進入點未布置 在所述圓形布置的中心中。
[0028] 圖8圖示了使用用于MR-引導的用戶接口的對切片的位置的顯示。
[0029] 圖9圖示了使用用于MR-引導的用戶接口的對切片的旋轉和移位。

【具體實施方式】
[0030] 參考圖1，磁共振（MR)系統(tǒng)10利用MR來形成在受試者12之內的靶14的二維和/ 或三維MR圖像，并利用MR來將桿或針16引導到靶14。靶14例如是諸如腫瘤的病變。主 磁體18創(chuàng)建延伸通過檢查體積20的強、靜態(tài)仏磁場。檢查體積20的尺寸被定為容納對 象12,所述對象在成像及對桿或針16的引導期間被置于檢查體積20中。任選的支撐體22 支撐對象12并方便將對象12置于檢查體積20中。
[0031] 主磁體18通常采用超導線圈來創(chuàng)建靜態(tài)仏磁場。然而，主磁體還能夠采用永磁 體或常導磁體。一旦采用超導線圈，則主磁體18包括用于所述超導線圈的冷卻系統(tǒng)，例如 液氦冷卻低溫恒溫器。在檢查體積20中，靜態(tài)仏磁場的強度一般為0. 23特斯拉、0. 5特斯 拉、1. 5特斯拉、3特斯拉、7特斯拉等，但預期其他強度。
[0032] 如圖示的，主磁體20是開放型的并且包括被間隔開以限定檢查體積20的兩個超 導線圈。所述超導線圈以類似于亥姆霍茲線圈的方式來產生靜態(tài)仏磁場。開放式磁體的 優(yōu)點是其提供對象12的容易的進出。然而，還能夠采用不同類型的主磁體。例如，能夠采 用分裂式圓柱主磁體和/或圓柱主磁體。分裂式圓柱主磁體類似于圓柱主磁體，其包括低 溫恒溫器，只是所述低溫恒溫器被分裂為兩部分以允許進出所述磁體的等平面。此外，預期 采用諸如計算機斷層攝影（CT)掃描器的介入儀器（而不是MR掃描器）來生成所述實時圖 像并且追蹤桿或針16。
[0033] 在MR掃描器的說明性情況中，控制梯度控制器24,以使用多個磁場梯度線圈26來 將諸如x梯度、y梯度和z梯度的磁場梯度疊加在檢查體積20中的靜態(tài)仏磁場上。所述磁 場梯度對檢查體積20之內的磁自旋進行空間編碼。通常，多個磁場梯度線圈26包括在三 個正交空間方向中進行空間編碼的三個獨立的磁場梯度線圈。
[0034] 控制諸如收發(fā)器的一個或多個發(fā)送器28,以利用諸如全身線圈、表面線圈以及MR 標記物的線圈中的一個或多個的一個或多個發(fā)送線圈30,來將氏磁激勵和操控射頻（RF) 脈沖發(fā)送到檢查體積20中。MR標記物是利用線圈包繞的信號體積。&脈沖通常是短持續(xù) 時間的，并且當與磁場梯度一起使用時，實現(xiàn)對磁共振的選擇的操控。例如，脈沖激發(fā)氫 偶極子共振并且磁場梯度以所述共振信號的頻率和相位來對空間信息進行編碼。
[0035] 控制諸如收發(fā)器的一個或多個接收器32,以從檢查體積20接收空間編碼的磁共 振信號，并且將所接收的空間編碼磁共振信號解調為MR數(shù)據。為了接收所述空間編碼磁共 振信號，接收器32使用諸如全身線圈、表面線圈以及MR標記物的線圈中的一個或多個的一 個或多個接收線圈34。接收器32通常將所述MR數(shù)據存儲在緩沖存儲器中。
[0036] 如圖示的，發(fā)送線圈30和接收線圈34包括被置于對象12的表面上的表面線圈 36。采用表面線圈36作為發(fā)送線圈和接收線圈二者。然而應意識到，表面線圈36能夠僅 被采用作為發(fā)送線圈和接收線圈中的一個。同樣地，接收器28和發(fā)送器32包括被采用來 發(fā)送并接收的收發(fā)器38。然而應意識到，收發(fā)器38能夠僅被采用作為發(fā)送器和接收器中的 一個。
[0037] 此外，如圖示的，發(fā)送線圈30和/或接收線圈34包括MR標記物40的線圈。所述 信號體積的形狀和MR標記物40的線圈被配置為在不是必須去除標記物40的情況下，確定 在桿或針16上的點或在對象12上的其中桿或針16應當被放置的點。在圖示的實施例中， 所述線圈包繞MR標記物40的環(huán)形信號體積，并且MR標記物40被安裝在桿或針16上，其 中桿或針16延伸通過所述環(huán)形信號體積的中心。如下面論述的，能夠使用MR標記物40來 確定桿或針16的位置或在對象上的針進入點的位置。
[0038] 后端系統(tǒng)42 (例如，計算機或其他電子數(shù)據處理設備）協(xié)調靶14的二維或三維MR 圖像的生成與桿或針16到靶14的引導。后端系統(tǒng)42包括至少一個電子處理器44(例如， 微處理器、微控制器等）和至少一個程序存儲器46。程序存儲器46包括處理器可執(zhí)行指 令，所述處理器可執(zhí)行指令在由處理器44執(zhí)行時，協(xié)調所述生成和所述引導。處理器44執(zhí) 行所述處理器可執(zhí)行指令來協(xié)調所述生成和所述引導。在一些實施例中，后端系統(tǒng)42被實 施為執(zhí)行存儲在以下的程序存儲器（即，非暫態(tài)存儲介質）中的程序的計算機，所述程序存 儲器被實現(xiàn)為：硬盤或其他磁性存儲介質、或光盤或其他光學存儲介質、或隨機存儲存儲器 (RAM)、只讀存儲器（ROM)或其他電子存儲介質、它們的各種組合等。
[0039] 處理器可執(zhí)行指令的控制模塊48控制后端系統(tǒng)42的整體操作?？刂颇K48適 合地使用后端系統(tǒng)42的顯示設備50來將圖形用戶接口（⑶I)顯示給后端系統(tǒng)42的用戶。 此外，控制模塊48適合地允許用戶使用后端系統(tǒng)42的用戶輸入設備52來與CTI交互。例 如，用戶能夠與⑶I交互，以命令后端系統(tǒng)42來協(xié)調所述生成和/或所述引導。
[0040] 為了生成靶14的MR圖像，所述處理器可執(zhí)行指令的數(shù)據采集模塊54采集靶14的 MR數(shù)據。數(shù)據采集模塊54控制發(fā)送器28和/或梯度控制器24來實施在檢查體積20之內 的一個或多個成像序列。成像序列定義從檢查體積20產生空間編碼MR信號的磁場梯度和 /或氏脈沖的序列。此外，數(shù)據采集模塊54控制接收器32來采集所述空間編碼MR信號作 為MR數(shù)據。所述MR數(shù)據通常存儲在后端系統(tǒng)42的至少一個存儲存儲器56中。在采集所 述MR數(shù)據之后，所述處理器可執(zhí)行指令的重建模塊58將所述MR數(shù)據重建為靶14的MR圖 像。所述MR圖像通常存儲在存儲存儲器56中。
[0041] 為了引導桿或針16,所述處理器可執(zhí)行指令的規(guī)劃模塊60生成靶14的一幅或多 幅診斷MR圖像，如上所述。然后在診斷MR圖像上從對象12的表面的進入點到靶14規(guī)劃 桿或針16的軌跡。能夠使用所述處理器可執(zhí)行指令的分割模塊62來在診斷MR圖像中識 別靶14和進入點。分割模塊62能夠自動地和/或人工地執(zhí)行所述識別。對于前者，能夠 采用任意數(shù)量的已知分割算法。對于后者，所述診斷MR圖像被顯示在⑶I上并且用戶在所 述診斷MR圖像中識別靶14和/或進入點。
[0042] 在規(guī)劃之后，所述處理器可執(zhí)行指令的引導模塊64使用所述處理器可執(zhí)行指令 的位置識別模塊66來實時確定桿或針16當前位置。位置識別模塊66采用基于圖像的方 法或非基于圖像的方法來確定桿或針16的位置。對于前者，如下所述，對靶14的實時MR 圖像進行分析，以識別桿或針16的當前位置。例如，桿或針16能夠是由可在實施MR圖像 中容易檢測的材料形成的，和/或能夠采用分割模塊62來在實時MR圖像中識別桿或針16。 對于后者，能夠采用諸如電磁應答器或MR標記物的基準標記物。MR標記物是利用線圈包繞 的信號體積。
[0043] 參考圖2并且繼續(xù)參考圖1，MR標記物40被采用作為MR引導標記物。此外，任選 的MR皮膚標記物68被附著到對象12的表面，其開放中心被置于規(guī)劃的進入點之上。然后 能夠將桿或針16通過MR皮膚標記物68插入到對象12中。MR引導標記物40能夠任選地 裝備有諸如白光發(fā)光二極管（LED)的光源，以沿桿或針16的軸進行照射。如果MR引導標 記物40具有小的直徑，這僅在手指靠近于MR引導標記物40 (例如，在桿或針16的針襯套 70處）的情況下是可能的，因為在其他情況下出現(xiàn)遮擋。
[0044] 為了使用MR標記物40、68來確定桿或針16的位置，位置識別模塊66采用數(shù)據采 集模塊54,來使用MR標記物40、68作為接收線圈采集MR位置數(shù)據。數(shù)據采集模塊54控制 發(fā)送器28和/或梯度控制器24來使用MR標記物40、68實施一個或多個追蹤序列。追蹤 序列定義從檢查體積20產生空間編碼MR信號的磁場梯度和/或&脈沖的序列。所述追 蹤序列能夠與一個或多個成像序列交錯。此外，數(shù)據采集模塊54控制接收器32來采集空 間編碼MR信號作為MR位置數(shù)據。位置識別模塊66然后處理所述MR位置數(shù)據，以確定桿 或針16的位置以及針進入點的位置。
[0045] 進一步參考圖3,提供了如何使用一維梯度技術來對諸如MR引導標記物40或MR 皮膚標記物68的MR標記物72進行識別的范例。以特定方向施加梯度，并且使用MR標記 物72響應于氏脈沖來測量MR信號。然后繪制結果曲線，其中，y軸對應于信號幅度并且x 軸對應于位置或頻率。由于使用單個梯度線圈，所以頻率對應于位置。曲線中的下降對應 于MR標記物72的位置。對MR皮膚標記物68的使用有利地提供在桿或針16與患者之間 的一些"內置"空間配準；然而，MR皮膚標記物68任選地被定位在桿或針16上的第二位置 (即，不同于MR引導標記物40的位置的第二位置）處的標記物代替。如果所述介入儀器不 同于MR掃描器，那么標記物應當被選擇為可由其他介入儀器模態(tài)檢測到。
[0046] 參考圖1，如上所述，引導模塊64還實時地生成靶14的MR圖像。適合地，用于生 成實時MR圖像的一個或多個成像序列不同于用于生成診斷MR圖像的一個或多個成像序 列。在被定位為接近于對象12的顯示設備74上向介入醫(yī)師實時地顯示實時MR圖像。在 對實時MR圖像進行顯示中，顯示實時MR圖像的一個或多個切片，例如與所述規(guī)劃的軌跡相 交的兩個幾乎垂直的切片。例如，針對肝程序，通常顯示平行橫斷切片和平行冠狀切片。適 合地，所顯示的切片是顏色編碼的，使得每個切片被賦予一種顏色。
[0047] 適合地顯示所述實時MR圖像，而規(guī)劃的軌跡的位置覆蓋在所述實時MR圖像上。所 述處理器可執(zhí)行指令的配準模塊76適合地被用于將所述規(guī)劃的軌跡的位置變換到所述實 時MR圖像的坐標框架。此外，所述處理器可執(zhí)行指令的繪制模塊78適合地被用于將諸如 線的所述規(guī)劃的軌跡的表示疊加在所述實時MR圖像上。
[0048] 參考圖4A-D，提供了能夠在顯示設備74上被顯示給介入醫(yī)師的實時MR圖像的切 片。圖4A和圖5B圖示了在肝介入期間采集的實時MR圖像的兩個幾乎垂直的切片平面。桿 或針16的所述規(guī)劃的軌跡被圖示為從皮膚進入點跨至靶14的線。圖4C和圖4D圖示了在 桿或針16已經被插入到對象12中之后的另一實時MR圖像的兩個幾乎垂直的切片。
[0049] 返回參考圖1并且附加地參考圖5-9,引導模塊64采用用戶接口 76來允許介入醫(yī) 師直觀地調節(jié)被顯示在顯示設備74上的實時圖像的切片，并使桿或針16的與所述規(guī)劃的 軌跡及所述切片的平面相關的幾何結構直觀地可視。如在圖5中圖示的，用戶接口 76與表 面線圈36相集成和/或固定到表面線圈36。然而應意識到，表面線圈并不是必須的，即能 夠獨立于表面線圈36而采用用戶接口。
[0050] 用戶接口 76包括框架78和安裝到框架78的諸如LED或其他光源、IXD元件或環(huán) 形LCD顯示器等的任選地包括觸摸屏功能的多個視覺指示器80。說明性視覺指示器80是 光源80(例如，LED)。光源80圍繞框架78的開口 82被布置，其例如能夠是環(huán)形的。為了 討論的方便，假定光源80被布置在圍繞開口 82的圓形中。然而，本領域的技術人員將意識 至IJ，其他形狀是合適的，例如，正方形、長方形、橢圓形等。通常，光源80包括36光源和/或 朝向開口 82的中心進行照射。適當?shù)卣趽跻宰璧K直射光能夠避免使介入醫(yī)師看不見。用 戶接口 76還包括多個用戶輸入設備84,例如，按鈕或觸摸屏（例如，光源80中的每個光源 一個）。用戶輸入設備84與框架78上的對應的光源相集成（如圖示的），或被定位為接近 于框架78上的對應的光源。
[0051] 在備選的實施例中，諸如環(huán)形片觸摸屏的單個觸摸屏顯示設備代替光源80和用 戶輸入設備84。這有利地去除了前述實施例的分立特性，并且因此允許用于引導及操控的 更加精確或復雜的方式。
[0052] 在引導期間，介入醫(yī)師將用戶接口 76置于對象12的表面上，其中，框架78的開口 82被置于針對桿或針16的所規(guī)劃的進入點之上。介入醫(yī)師還將桿或針16的尖端置于所 述進入點上。介入醫(yī)師能夠通過監(jiān)測顯示設備74上的實時MR圖像來確定所述進入點。例 如，諸如手指的附件在所述實時MR圖像的視場之內移動并且移動到在所述實時MR圖像上 示出的所述進入點，如圖4A和圖4B中所示。備選地，兩個光源對能夠用于將在對象12上 的規(guī)劃的進入點的位置提供給介入醫(yī)師。第一光源對以第一顏色發(fā)亮，其中，所述兩個光源 定義對象12的表面上的第一條線。第二光源對以第二顏色發(fā)亮，其中，所述兩個光源定義 對象12的表面上的第二條線。對光源進行選擇，使得第一條線和第二條線的交叉點標記在 所述對象上的所規(guī)劃的進入點。
[0053] 使用所述規(guī)劃的軌跡，引導模塊64計算在極坐標系中的針對所述規(guī)劃的軌跡的 靶角奶和0t。所述坐標系以進入點為中心，其可以不必與光源80的圓形布置的中心相一 致。坐標系的平面0 =n由光源80的圓形布置的平面定義。此外，引導模塊64使用桿 或針16的當前位置計算在極坐標中的針對桿或針16的角cp和0。在圖5-7中圖示了桿 或針16的角9和9。
[0054] 為了計算所述角，對象12上的用戶接口 76的位置被確定。在用戶接口 76與表面 線圈36相集成和/或固定到表面線圈36的地方，能夠使用諸如SENSE參考掃描的參考掃 描來確定用戶接口 76的位置。參考掃描是利用寬的視場（F0V)的低分辨的三維掃描。適 合地采用數(shù)據采集模塊54來執(zhí)行所述參考掃描。其根據所述參考掃描的一個或多個成像 序列控制發(fā)送器28和/或梯度控制器24。此外，數(shù)據采集模塊54控制接收器32來從全身 接收線圈和表面線圈36二者采集空間編碼MR信號。然后采用重建模塊58來從對應于表 面線圈36的靈敏度概況的兩個信號的比率生成幅度MR圖像。
[0055] 然后引導模塊64能夠使用所述幅度圖像來確定表面線圈36的位置，這是因為在 線圈引線的附近幅度是最大的。能夠通過利用合適的代價函數(shù)來針對幅度圖像的最大值而 擬合表面線圈36的模型，來實現(xiàn)這一確定。在表面線圈36是圓形的地方，需要三個平移擬 合參數(shù)和三個旋轉擬合參數(shù)。如果例如線圈彎向小的對象，則所述模型能夠以曲率半徑延 伸。如果光源80的布置具有一些鏡像對稱或旋轉對稱，則附加地需要定義用戶接口76上 的參考點，以唯一地識別光源80的位置。
[0056] 在采用MR引導標記物40和/或MR表面標記物68來確定桿或針16的位置的地 方，能夠通過在參考掃描期間將MR引導標記物40或（在可應用的地方）MR表面標記物68 固定在光源80中的一個上并且觸發(fā)相對應的用戶輸入設備期間，來識別所述參考點。然后 引導模塊54能夠從所述參考掃描估計MR標記物的位置，以識別所觸發(fā)的用戶輸入設備的 位置。備選地，能夠通過在追蹤序列期間，將MR引導標記物40或（在適用的地方）MR表面 標記物68固定在光源80中的一個上并且觸發(fā)相對應的用戶輸入設備，來識別所述參考點。 然后引導模塊54能夠從MR數(shù)據估計MR標記物的位置，以識別所觸發(fā)的用戶輸入設備的位 置。在二者情況中，能夠通過對所述參考光源進行視覺標記并在確定所述參考點時始終將 MR標記物放在這一光源上，來去除對觸發(fā)相對應的用戶輸入設備的需要。
[0057] 引導模塊64基于所述角來調節(jié)光源80,以在介入醫(yī)師需要移動桿或針16來將桿 或針16對準到所述規(guī)劃的軌跡的地方提供視覺指示。備選地或任選地，光源80提供對桿 或針16的當前位置（從標記物40、68的實時定位所確定）離所述規(guī)劃的軌跡的偏差的視 覺指示。能夠通過變化光源80的顏色、亮度或其他性質來實現(xiàn)給介入醫(yī)師的視覺提示。還 能夠通過使光源80閃爍并且變化光源80閃爍的頻率，來實現(xiàn)給介入醫(yī)師的視覺提示。如 下所述的是用于指示桿或針16的對準的一種方法。
[0058] 如果僅在所述圓形布置上提供小數(shù)量的光源，一般而言，它們中沒有一個將被精 確地置于靶角恥處。在小數(shù)量的光源這一情況中，下面的方法用于仍然使介入醫(yī)師能夠精 確地將桿或針16引導到期望靶角奶。所述方法采用以左和右毗鄰于在卟處的光源86的兩 個光源9〇。當(p=9t時，它們仍然是暗的。如果(p>(pt，則定位于較小的角9處的光源90的 顏色被設置為黃色。處于較大的角9處的另一個光源90被關閉。如果9<卟，則定位于較 大的角9處的光源90的顏色被設置為黃色，并且處于較小的角9處的另一個光源90被關 閉。針對角9,如上面的類似描述，黃光光源90指示介入醫(yī)師必須在這一光源的方向移動 所述桿或針，以使其靠近卟。當介入醫(yī)師使9朝向卟移動時，黃光光源90的強度朝向0逐 漸地減小。有效地，當桿或針16到達靶角9t處時，介入醫(yī)師使兩個毗鄰光源90的亮度等于 零。由于人眼能夠精確地確定亮度零值，所以能夠精確地靠近靶角。
[0059] 如在圖5-7中圖示的，桿或針16的角0與所述規(guī)劃的軌跡的角0t的不對準。在 圖5中，0〈 0t。因此，定位在％處的光源86的顏色被設置為綠色并且對面的光源88的顏 色被關閉。在圖6和圖7中，0>0t。因此，定位在恥處的光源86的顏色被關閉并且對面 的光源88的顏色被設置為綠色。所有其他光源可以被設置為白色以照射場景。
[0060] 在的地方，離定位于9處的光源最遠的光源并毗鄰定位在處的光源86 的光源的顏色被設置為白色。毗鄰于定位在恥處的光源86的其他光源被設置為關閉。在 的地方，毗鄰定位在處的光源86的光源90的顏色被設置為關閉。白光光源指示介 入醫(yī)師必須在所述白光光源的方向移動所述桿或針。當介入醫(yī)師使9朝向移動時，白光 光源的強度朝向最大強度增加。當介入醫(yī)師從卟移開9時，白光光源的強度朝向最大強度 增加。有效地，當桿或針16到達靶角恥處時，介入醫(yī)師使兩個毗鄰光源90的亮度等于零。 因為人眼能夠精確地確定亮度零值，所以能夠精確地靠近靶角。
[0061] 用于指示對準的上述方法具有以下優(yōu)點：如果所述規(guī)劃的軌跡接近于北極（即， et = 〇)，則其起作用。然而，如果et低于某一閾值，則毗鄰光源90能夠被關閉，以避免由 于使毗鄰光源90不規(guī)律閃爍而困擾介入醫(yī)師。甚至，如在圖7中圖示的，如果進入點未被 布置在圓形布置的中心中，則上述方法有利地起作用。此外，光源80有利地照射進入點并 且提供直觀引導，以使桿或針16對準。具有處于用戶接口 76處的透明箔部分的無菌覆蓋 物能夠用于覆蓋用戶接口 16和對象12。
[0062] 引導模塊64還基于所述角調節(jié)光源80,以提供對于被顯示在定位于接近于對象 12的顯示設備74上的實時MR圖像的一個或多個切片的位置的視覺指示。MR操作器用于 利用不同顏色代碼來識別不同切片。因此，重復使用這一顏色編碼以使所述切片的橫斷面 可視是有利的。對于顯示的每個切片而言，對應的光源被設置為編碼所述切片的顏色。
[0063] 此外，引導模塊64還基于所述角允許介入醫(yī)師來操控顯示在顯示設備74上的切 片的位置。如上所述，光源80中的每個與諸如按鈕的用戶輸入設備相關聯(lián)。如下所述是用 于操控切片位置的一種方法。然而應意識到，能夠有許多變型。
[0064] 對與指示切片的位置的光源中的一個相關聯(lián)的用戶輸入設備進行觸發(fā)（例如，單 擊按鈕）使選擇用于操控的切片。能夠例如利用更高的亮度或所述兩個光源的閃爍，來指 示選擇。對與指示所選擇的切片的位置的光源中的一個相關聯(lián)的用戶輸入設備進行觸發(fā) (例如，單擊按鈕）使對所述切片取消選擇。
[0065] 一旦切片被選擇，則能夠通過觸發(fā)在指示所述切片的光源之間的線跨越的一側上 的用戶輸入設備，來旋轉所述切片。選擇在順時針方向中的用戶輸入設備使以預定義的角 步長在順時針方向中旋轉所述切片，并且觸發(fā)在逆時針方向中的用戶輸入設備使以預定義 的角步長在逆時針方向中旋轉所述切片。如果在用戶接口 76上的用戶輸入設備的數(shù)量足 夠高，則這可以被理解為如同拖曳所述切片。此外，一旦切片被選擇，則能夠通過觸發(fā)在跨 指示所述切片的光源之間的線的另一側上的用戶輸入設備，來使所述切片移位及傾斜。單 觸這些用戶輸入設備中的一個（例如，對按鈕的單擊）使所述切片在用戶輸入設備的方向 中移位，并且雙觸（例如，對按鈕的雙擊）使所述切片在關于所述線的預定義的方向中傾 斜。
[0066]如在圖8和圖9中圖示的，兩個光源92指示被編碼為藍色并且被顯示在顯示設備 74上的切片94的橫截面。觸發(fā)跨所述兩個光源之間的線96的一側上的用戶數(shù)據設備98 使切片94旋轉。單觸在線96的另一側上的用戶輸入設備100使切片94移位，并且雙觸在 線96的另一側上的用戶輸入設備100使切片94傾斜。
[0067] 附加于用戶接口 76,或作為用戶接口 76的備選，引導模塊64能夠采用音頻信號來 引導介入醫(yī)師來調節(jié)桿或針16的軌跡。類似于音調高度、音調時長或利用參考音調適合地 生成的差拍信號的參數(shù)能夠用于指示桿或針16離所述規(guī)劃的軌跡的距離。例如能夠使用 諸如揚聲器的電聲換能器102來將所述音頻信號呈現(xiàn)給介入醫(yī)師。附加于用戶接口 76,或 作為用戶接口 76的備選，引導模塊64能夠采用例如被置于表面線圈36上的顯示設備，所 述顯示設備數(shù)字地呈現(xiàn)桿或針16的當前軌跡離所述規(guī)劃的軌跡的偏差。
[0068] 如本文所使用的，存儲器包括以下中的一個或多個：非暫態(tài)計算機可讀介質；磁 盤或其他磁性存儲介質；光盤或其他光學存儲介質；隨機存取存儲器（RAM)、只讀存儲器 (ROM)或其他電子存儲設備或芯片或能夠互連的芯片的組；可以經由互聯(lián)網/內聯(lián)網或局 域網從其檢索存儲的指令的互聯(lián)網/內聯(lián)網服務器；等。此外，本文使用的處理器包括微 處理器、微控制器、圖形處理單元（GPU)、專用集成電路（ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA) 等中的一個或多個；控制器包括至少一個存儲器以及至少一個處理器，所述處理器執(zhí)行在 所述存儲器上的處理器可執(zhí)行指令；用戶輸入設備包括鼠標、鍵盤、觸摸屏顯示器、一個或 多個按鈕、一個或多個開關、一個或多個觸發(fā)器（toggle)中的一個或多個；并且，顯示設備 包括IXD顯示器、LED顯示器、等離子體顯示器、投影顯示器、觸摸屏顯示器等中的一個或多 個。
[0069] 已經參考優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明。他人在閱讀和理解了前面的【具體實施方式】之 后可以對本發(fā)明進行修改和變化。本發(fā)明旨在被理解為包括所有這樣的修改和變化，只要 其落在權利要求書或其等價方案的范圍內。
【權利要求】
1. 一種用于將桿或針（16)引導到對象（12)的靶（14)的磁共振（MR)系統(tǒng)（10)，所述 系統(tǒng)（10)包括： 用戶接口（76)，其包括： 框架（78)，其被配置為被置于所述對象（12)的表面上，所述框架（78)包括在針對所述 桿或針（16)的規(guī)劃的軌跡的進入點之上的開口（82)，所述規(guī)劃的軌跡從所述進入點延伸 到所述靶（14);以及 以下中的至少一個： 圍繞所述開口（82)被布置在所述框架（78)上的一個或多個視覺指示器（80)，所述一 個或多個視覺指示器（80)進行以下中的至少一項： 對所述桿或針（16)離所述規(guī)劃的軌跡的偏差進行視覺指示；以及 對實時MR圖像的實時切片的當前位置進行視覺指示；以及 圍繞所述開口（82)被布置在所述框架（78)上的一個或多個用戶輸入設備（84)，所述 用戶輸入設備（84)選擇性地調節(jié)所述實時切片的所述當前位置。
2. 根據權利要求1所述的系統(tǒng)（10)，其中，所述框架（78)包括所述一個或多個視覺指 示器（80)，所述系統(tǒng)（10)還包括： 至少一個處理器（44)，其被編程為： 確定所述桿或針（16)的當前軌跡； 比較所述規(guī)劃的軌跡與所述當前軌跡，以確定所述桿或針（16)離所述規(guī)劃的軌跡的 所述偏差；并且 使用所述用戶接口（76)的所述一個或多個視覺指示器（80)，來生成對所述桿或針 (16)離所述規(guī)劃的軌跡的所述偏差的視覺指示。
3. 根據權利要求2所述的系統(tǒng)（10)，其中，所述一個或多個視覺指示器（80)包括圍繞 所述開口（82)的顯示設備，并且其中，通過選擇性地將視覺提示顯示在圍繞所述開口（82) 的所述顯示設備上來生成所述視覺指示，以指示適當?shù)膶实姆较蚧蛴绊懰鰲U或針（16) 相對于所述規(guī)劃的軌跡的所述定位的輔助信息。
4. 根據權利要求2和3中的任一項所述的系統(tǒng)（10)，其中，所述一個或多個視覺指示 器（80)包括圍繞所述開口（82)間隔開的多個光源，并且其中，通過以下中的至少一項來生 成所述視覺指示： 選擇性地打開和/或關閉所述一個或多個視覺指示器（80)，以指示所述桿或針（16)到 所述規(guī)劃的軌跡的適當?shù)膶实姆较颍灰约埃? 選擇性地調節(jié)所述一個或多個視覺指示器（80)的顏色、亮度和閃爍頻率中的一個或 多個，以指示所述適當?shù)膶实姆较颉?br> 5. 根據權利要求2至4中的任一項所述的系統(tǒng)（10)，其中，使用安裝到所述桿或針 (16)的MR標記物（40)以及在所述對象（12)的所述表面上設置在所述框架（78)的所述開 口（82)中的MR皮膚標記物（68),并且標記針對所述桿或針（16)的所述規(guī)劃的軌跡的所述 進入點，來確定所述當前軌跡。
6. 根據權利要求1至5中的任一項所述的系統(tǒng)（10)，還包括： 至少一個處理器（44)，其被編程為： 在顯示設備（74)上顯示所述實時切片；并且 使用所述用戶接口（76)來生成對所述實時切片的所述當前位置的視覺指示，其中，所 述一個或多個視覺指示器（80)指示所述實時切片的平面與所述框架（78)在何處相交。
7. 根據權利要求6所述的系統(tǒng)（10)，其中，所述處理器（44)還被編程為： 監(jiān)測所述用戶輸入設備（84)以檢測對用戶輸入設備的觸發(fā)；并且 響應于檢測到對所述用戶輸入設備的觸發(fā)，基于所觸發(fā)的用戶輸入設備的位置來調節(jié) 所述實時切片的所述當前位置。
8. 根據權利要求6和7中的任一項所述的系統(tǒng)（10)，其中，所述一個或多個視覺指示 器（80)包括圍繞所述開口（82)間隔開的多個光源，并且其中，所述一個或多個視覺指示器 (80)中的每個對應于所述用戶輸入設備（84)中的不同的用戶輸入設備。
9. 根據權利要求6至8中的任一項所述的系統(tǒng)（10)，其中，所述實時切片是顯示在所 述顯示設備（74)上的多個顏色編碼的切片中的一個，并且其中，所述一個或多個視覺指示 器（80)使用所述實時切片的所述顏色編碼來指示所述實時切片的平面與所述框架（78)在 何處相交。
10. 根據權利要求6至9中的任一項所述的系統(tǒng)（10)，其中，所述用戶接口（76)與表 面發(fā)射和/或接收線圈（36)相集成，其中，所述表面接收線圈（36)接收并且繼而生成針對 所述實時MR圖像的MR數(shù)據。
11. 根據權利要求1至10中的任一項所述的系統(tǒng)（10)，還包括電聲設備（102)，所述電 聲設備輸出指示所述桿或針（16)離所述規(guī)劃的軌跡的所述偏差的音頻信號。
12. 根據權利要求1至11中的任一項所述的系統(tǒng)（10)，其中，所述一個或多個視覺指 示器（80)對所述桿或針（16)離所述規(guī)劃的軌跡的偏差進行視覺指示，并且對所述實時切 片的所述當前位置進行視覺指示。
13. -種用于桿或針（16)到對象（12)的靶（14)的核磁（MR)引導的方法，所述方法包 括： 以下中的至少一項： 對如何將所述桿或針（16)對準到規(guī)劃的軌跡進行視覺指示，所述的對如何將所述桿 或針（16)對準到所述規(guī)劃的軌跡進行視覺指示包括： 確定所述桿或針（16)的當前軌跡； 比較所述規(guī)劃的軌跡與所述當前軌跡，以確定如何將所述桿或針（16)對準到所述規(guī) 劃的軌跡，所述規(guī)劃的軌跡從所述對象（12)的進入點延伸到所述靶（14);并且， 使用用戶接口（76)來生成對于如何將所述桿或針（16)對準到所述規(guī)劃的軌跡的視覺 指示，所述用戶接口（76)被置于所述對象（12)的表面上并且包括在所述進入點之上的開 口（82);以及， 對實時MR圖像的實時切片的當前位置進行視覺指示，所述的對所述實時MR圖像的所 述實時切片的所述當前位置進行視覺指示包括： 在顯示設備（74)上顯示所述實時切片；并且 使用所述用戶接口（76)來生成關于所述實時切片的所述當前位置的視覺指示，其中， 所述用戶接口（76)的一個或多個光源（80)指示所述實時切片的平面與所述表面在何處相 交。
14. 根據權利要求13所述的方法，其中，所述方法還包括： 選擇性地將視覺提示顯示在所述用戶接口（76)的顯示設備（80)上，所述視覺提示圍 繞所述開口（82)被顯示以指示所述桿或針（16)到所述規(guī)劃的軌跡的適當?shù)膶实姆较颉?br> 15. 根據權利要求13和14中的任一項所述的方法，其中，所述方法還包括以下中的至 少一項： 選擇性地打開和/或關閉所述用戶接口（76)的多個光源（80)，以指示所述桿或針 (16)到所述規(guī)劃的軌跡的適當?shù)膶实姆较?，所述光源?0)圍繞所述開口（82)間隔開； 以及， 選擇性地調節(jié)所述光源（80)的顏色、亮度和閃爍頻率中的一個或多個，以指示所述適 當?shù)膶实姆较颉?br> 16. 根據權利要求13至15中的任一項所述的方法，其中，所述方法包括所述的對所述 實時MR圖像的所述實時切片的所述當前位置進行視覺指示，并且還包括： 監(jiān)測所述用戶接口（76)的一個或多個用戶輸入設備（84)以檢測對用戶輸入設備的觸 發(fā)，所述用戶輸入設備（84)圍繞所述開口（82)被布置；并且 響應于檢測到對所述用戶輸入設備的觸發(fā)，基于所述用戶輸入設備相對于指示所述實 時切片的所述當前位置的光源的位置來調節(jié)所述實時切片的所述當前位置。
17. 根據權利要求13至16中的任一項所述的方法，其中，所述方法還包括： 所述的對如何將所述桿或針（16)對準到所述規(guī)劃的軌跡進行視覺指示；以及， 所述的對所述實時MR信號的所述實時切片的所述當前位置進行視覺指示。
18. -種與介入儀器相結合操作以提供用于將桿或針（16)引導到對象（12)的靶（14) 的實時成像的裝置，所述裝置包括： 框架（78)，其被配置為被置于所述對象（12)的表面上，所述框架（78)包括在針對所述 桿或針（16)的規(guī)劃的軌跡的進入點之上的開口（82)，所述規(guī)劃的軌跡的從所述進入點延 伸到所述靶（14)，所述框架（78)包括圍繞所述開口（82)被布置在所述框架（78)上的一個 或多個視覺指示器（80);以及 至少一個處理器（44)，其被編程為操作在所述框架（78)上的所述一個或多個視覺指 示器（80)，以對以下中的至少一項進行視覺指示：（i)基于所述實時成像而確定的所述桿 或針（16)的當前位置；以及（ii)所述桿或針（16)的所述當前位置離所述規(guī)劃的軌跡的偏 差。
19. 根據權利要求18所述的裝置，其中，所述框架（78)是圍繞所述開口（82)的環(huán)并且 所述一個或多個視覺指示器（80)圍繞所述開口（82)。
20. 根據權利要求19所述的裝置，其中，所述框架（78)是圍繞所述開口（82)的環(huán)并且 所述一個或多個視覺指示器（80)是以下中的一個：（1)圍繞所述開口（82)的LED的組；以 及（2)圍繞所述開口（82)的環(huán)形顯示器。
【文檔編號】A61B19/00GK104394764SQ201380033927
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年6月20日 優(yōu)先權日:2012年6月28日
【發(fā)明者】S·魏斯, T·E·阿姆托爾, S·克呂格爾, D·維爾茨, F·烏勒曼 申請人:皇家飛利浦有限公司