本發(fā)明涉及在包括基于MRI的部件的醫(yī)療過程期間控制呼吸。

背景技術：

MRI掃描過程對于正被掃描的患者的身體結構的移動是敏感的。獲取完整的k空間數據集（傅里葉數據集，由該傅里葉數據集計算MRI圖像）要花費時間，通常為一分鐘左右，并且任何移動都將導致獲得患者的身體結構處于不同位置中時所采樣的k空間數據集的不同部分。數據集中的該不一致將在最終圖像中創(chuàng)建運動偽影（motion artefact）。身體結構的該運動可以是由于患者的呼吸周期和心跳周期。

在放射療法期間會出現類似問題；呼吸使得胸部區(qū)中的腫瘤或者其它病變同步地移動。這會在將放射針對腫瘤時呈現問題，因為腫瘤的位置在任何時候都是不確定的。為了實現待輻射腫瘤的放射療法的主要目標，將標稱腫瘤位置周圍的邊緣用于補償該不確定性，這意味著附加健康組織被輻射。

為了限制掃描期間的MRI偽影并且減小放射療法治療邊緣，所以采取措施來在過程期間控制患者的呼吸。這些措施包括：僅僅要求患者屏住它們的呼吸，有時在可聽提示或者視覺提示的輔助下；或者使用諸如呼吸帶、安裝在皮膚上的標記等的提供有關呼吸的代理數據的裝置。另一替代方案是“主動呼吸控制”裝置，或者“ABC”，該主動呼吸控制裝置包括面罩或者呼吸管，患者通過該面罩或者呼吸管進行呼吸，并且該主動呼吸控制裝置包括用于測量空氣流速的呼吸速度描記器。該速度信息整合用于產生肺充盈信息，并且流路中的閥關閉以便在特定肺充盈量下強制屏氣。目的在于產生重復的靜態(tài)時間，在該重復的靜態(tài)時間中，患者的身體結構處于可再生位置中，該重復的靜態(tài)時間然后可以用于進行放射療法或者進行k空間數據采集。

在MRI成像時，還能夠基于在掃描期間獲取的呼吸周期信息來回顧地選擇k空間數據。大多數MRI設備都允許快速采集1維列式數據或者2維片式數據，1維列式數據通常稱為“導航器信道”。這可以用于識別身體結構（諸如，隔膜）內的特征，可以從該特征來確定呼吸階段。通過在呼吸階段中選擇在相似點處取得的k空間數據，可以創(chuàng)建沒有呼吸偽影的圖像。

US7,393,329（Wong等人）建議在放射療法期間使用ABC裝置、用門將放射療法的給予控制至強制屏氣周期。Wong等人（以引用方式并入本文）提供了對ABC的操作的良好解釋，讀者請參照Wong等人以對本發(fā)明有著更全面的理解。

Arnold等人（“Lung MRI Using an MR-Compatible Active Breathing Control (MR-ABC)”），醫(yī)學中的磁共振58：1092-1098（2007），建議將ABC裝置與ECG組合在一起以便在MRI掃描期間監(jiān)測心跳活動。使用1.5秒的強制屏氣意味著在屏氣期間將發(fā)生至少一個心跳周期，從而允許心跳R波觸發(fā)k空間采集以便捕獲完全靜止身體結構的圖像。該文章還教導：在檢測到倒流時而不是在特定肺充盈量時，觸發(fā)閥關閉。這引起在最大呼氣下的屏氣，這稱為更加可再生的點。MR數據采集間接地觸發(fā)；閥觸發(fā)進給至ECG，該ECG然后在下一心跳R波之后產生脈沖，并且該脈沖發(fā)起數據采集。

技術實現要素：

本發(fā)明是基于如下實現：ABC裝置的閥可以由從MRI掃描儀的導航器信道導出的輸出（或者另一快速采集輸出）來驅動，而不是由來自測量出的流速的推斷來驅動。這具有如下優(yōu)點：MRI輸出可以產生隔膜位置或者腫瘤位置的第一手測量。從呼吸速度描記器獲得的計算出的肺活量由于多種原因而經受隨著時間漂移，因此對身體結構的直接測量將更加可靠。在MRI掃描儀與放射療法裝置集成一體的情況下，MRI數據可以用于觸發(fā)由ABC進行的強制屏氣、以及在ABC閥關閉的同時給予的放射療法。如果MRI數據有關腫瘤的實際位置，則ABC裝置（實際上）會將腫瘤保持在精確且可再生點處以進行治療。

因此，本發(fā)明提供一種用于給患者成像的設備，該設備包括：磁共振成像儀；呼吸控制裝置，該呼吸控制裝置包括可選擇性關閉的閥，該可選擇性關閉的閥適應于防止在至少一個方向上的呼吸流動；以及控制設備，該控制設備適應于利用磁共振成像儀來獲得對患者的掃描以便產生少于三個維度的輸出圖像、分析該輸出圖像、以及如果輸出滿足限定標準則關閉閥以防止呼吸?？刂圃O備可以適應于：從輸出圖像來確定患者的隔膜或者腫瘤的位置，如在先前段落中所指出的。

按照這種方式，執(zhí)行了快速一維或者二維掃描（優(yōu)選地是一維），該掃描充分地顯示了患者的身體結構以便確定呼吸階段。因此，可以沿著包括（例如）隔膜或者腫瘤的線來執(zhí)行一維導航器掃描。先前的三維掃描可能已經顯示了每次掃描的移動范圍；在這種掃描中可能存在運動偽影，但這些掃描實際上將給出移動范圍的指示。導航器信道然后可以基于這些掃描的結果相對于患者對齊。

該功能可以用于改進MRI掃描技術或者放射療法技術。通常，MRI掃描的非電離性質意味著減少所執(zhí)行的掃描的數量沒有特別的好處。因此，通常更容易的是：連續(xù)地掃描患者（在沒有ABC的情況下）并且回顧地選擇k空間數據，導航器信道指示的k空間數據定時成共享共同呼吸階段。然而，在MRI掃描是放射療法之前的預備步驟（諸如，采集圖像數據以進行治療計劃）的情況下，有利的將是獲得在身體結構待被治療的位置中的身體結構的圖像。

因此，當該技術用于改進MRI掃描時，控制設備優(yōu)選地進一步適應于：在閥關閉的同時觸發(fā)對患者的掃描以便產生三維輸出。最后，閥將響應于計時器或者用戶進行的覆寫而打開。這時，控制設備優(yōu)選地適應于暫停所觸發(fā)的掃描。控制設備然后可以繼續(xù)使用磁共振成像儀來掃描患者以便產生少于三個維度的輸出圖像，分析該輸出圖像，并且當輸出再次滿足限定標準時關閉閥以便防止呼吸且恢復所暫停的掃描。因此，可以從在一次或多次屏氣內獲取到的k空間數據來導出完整三維掃描。

當用于改進放射療法時，上文所限定的成像設備可以與適應于給予治療性放射的放射源集成一體，并且控制設備可以進一步適應于：在閥關閉的同時，通過該放射源來觸發(fā)放射的給予。按照這種方式，在腫瘤處于已知且可再生位置中時，給予放射。同樣可以存在或者不存在在相同期間內的三維MRI掃描。

呼吸控制裝置可以包括可附接至患者的面罩等。其它形式包括管，通過該管可以使患者進行呼吸，該管通常與鼻夾組合起來以便防止泄漏。

附圖說明

現在將參照附圖通過示例的方式對本發(fā)明的實施例進行描述，在附圖中：

圖1示出了處于掃描和治療過程中的患者的局部視圖；

圖2示出了掃描和治療設備；

圖3示出了設備的計時圖；以及

圖4示出了替代計時圖。

具體實施方式

圖1和圖2示出了根據本發(fā)明的實施例的系統(tǒng)2，該系統(tǒng)2包括放射療法設備6和磁共振成像（MRI）設備4?；颊?存在于圖1中并且部分地示出，但不存在于圖2中。

該系統(tǒng)包括躺椅10，該躺椅10用于支撐設備中的患者5。躺椅10可沿著水平平移軸線（標為“Ⅰ”）移動，以便將靜置在該躺椅上的患者移動到放射療法和MRI設備中。在一個實施例中，躺椅10可圍繞橫向于平移軸線的中心垂直旋轉軸線旋轉，盡管這未進行示出。躺椅10可以形成懸臂段，該懸臂段遠離支撐結構（未示出）突起。在一個實施例中，躺椅10沿著平移軸線相對于支撐結構移動以便形成懸臂段，即，隨著躺椅移動并且升降器保持靜止，懸臂段的長度增加。在另一個實施例中，支撐結構和躺椅10均沿著平移軸線移動，以便使得懸臂段的長度保持大體上恒定，如在我們公開為WO 2009/007737的更早專利申請中所描述的，該專利申請內容以引用的方式并入，技術人員請參照該專利申請以便全面地理解所描述的實施例。

如上文提到的，系統(tǒng)2還包括MRI設備4，該MRI設備4用于產生定位在躺椅10上的患者的近實時成像。MRI設備包括主磁鐵16，該主磁鐵16用于生成用于磁共振成像的所謂的“主”磁場。即是說，通過磁鐵16的操作生成的磁場線大體上平行于中心平移軸線Ⅰ行進。主磁鐵16由一個或多個線圈組成，該一個或多個線圈具有平行于平移軸線Ⅰ行進的軸線。該一個或多個線圈可以是單個線圈或者不同直徑的多個同軸線圈。在一個實施例中（示出的），主磁鐵16中的一個或多個線圈間隔隔開以便使得磁鐵16的中心窗17沒有線圈。在其它實施例中，磁鐵16中的線圈可以僅僅是足夠薄或者密度減小，以便使得它們對于放射療法設備生成的波長的放射是大體透明的。磁鐵16可以進一步包括一個或多個有源屏蔽線圈，該一個或多個有源屏蔽線圈在磁鐵16外部生成磁場，該磁場大約等于外部主磁場的大小并且極性相反。系統(tǒng)2的更加敏感的部分（諸如，加速器30）定位在磁鐵16外部的該區(qū)域中，在此，磁場被抵消到至少一階。

MRI設備4進一步包括兩個梯度線圈18、20，所述兩個梯度線圈18、20生成所謂的“梯度”磁場，該“梯度”磁場疊加在主磁場上。這些線圈18、20在所產生的磁場中生成梯度，該梯度允許對質子進行空間編碼以便可以確定所述質子位置，例如，可以將梯度線圈18、20控制為使得所獲得的成像數據具有特定取向。梯度線圈18、20定位在與主磁鐵16的共同中心軸線周圍，并且沿著該中心軸線彼此移位。該移位在兩個線圈18、20之間創(chuàng)建出間隙或者窗。在主磁鐵16也包括在線圈之間的中心窗的實施例中，這兩個窗彼此對齊。

RF系統(tǒng)使得質子更改質子相對于磁場的對齊。當RF電磁場關閉時，質子返回至原始磁化對齊。這些對齊變化創(chuàng)建出可以通過掃描檢測到的信號。RF系統(tǒng)可以包括：例如，傳遞無線電信號和接收所反射的信號兩者的單個線圈、專用傳遞和接收線圈、或多元件相控陣列線圈?？刂齐娐罚ㄎ词境觯┛刂贫鄠€線圈16、18、20以及RF系統(tǒng)的操作，并且信號處理電路接收RF系統(tǒng)的輸出，從而從該輸出生成由躺椅10支撐的患者的圖像。

如上文提到的，系統(tǒng)2進一步包括放射療法設備6，該放射療法設備6向由躺椅10支撐的患者給予放射劑量。大部分放射療法設備6（包括至少放射源30（例如，x射線源和直線加速器）和多葉準直器（MLC）32）都安裝在底盤28上。該底盤28在插入到治療區(qū)中、由一個或多個底盤馬達供電時可連續(xù)地圍繞躺椅10旋轉。若需要，則也可以將放射檢測器安裝在底盤28上，該放射檢測器理想地與放射源30相對并且底盤的旋轉軸線定位在放射檢測器和放射源之間。放射療法設備6進一步包括控制電路，該控制電路可以集成在圖1中示出的系統(tǒng)2內或者遠離該系統(tǒng)2，并且控制放射源30、MLC 32以及底盤馬達。

放射源30定位為通過兩個梯度線圈18、20限定的窗、以及也通過限定在主磁鐵16中的窗17發(fā)出放射束。該放射束可以是例如錐形束或者扇形束。

在其它實施例中，放射療法設備6可以包括多于一個源以及多于一個相應多葉準直器。

在操作中，將患者放置在躺椅10上并且將該躺椅插入到由磁線圈16、18以及底盤28限定的治療區(qū)中。控制電路控制放射源30、MLC 32以及底盤馬達以通過線圈16、18之間的窗向患者給予放射。底盤馬達控制為使得底盤28圍繞患者旋轉，意味著可以從不同方向給予放射。MLC 32具有定向為正交于束軸線的多個細長葉；我們的EP-A-0,314,214中示出和描述了示例，該示例的內容以引用的方式并入本文，讀者請參照該文件以便獲得對所描述的實施例的全面理解。將MLC 32的葉控制為占據不同的位置，該不同的位置堵塞或者允許通過一些或者所有放射束，從而在束將到達患者時更改束的形狀。同時隨著底盤28圍繞患者旋轉，可以使躺椅10沿著平移軸線移動進或者移動出治療區(qū)（即，平行于底盤的旋轉軸線）。在該同時運動下，實現了螺旋形放射給予模式，已知該模式產生高質量劑量分布。

躺在躺椅10上的患者5提供有呼吸控制裝置50。該呼吸控制裝置50包括患者放在患者口中的呼吸管52。鼻夾54確?；颊叩乃泻粑急仨毻ㄟ^呼吸管52，該呼吸管52連接至軟管56，新鮮空氣、氧氣或者可呼吸混合物均通過該軟管56來供應。替代地，呼吸管54可以開口至大氣。呼吸管54包括可選擇性操作的閥58，該可選擇性操作的閥58可以關閉或者打開呼吸管54以便按照意愿地使空氣通過。這理想地是經由在軟管56旁邊延伸且由軟管56承載的纜線來控制。

圖3示出了用于本發(fā)明中的可能的計時圖。當時間從左至右流逝時，追蹤導航器信道中的相關特征的位置60。當該位置60上升至到達閾值電平62時（在時間點64處），到閥58的信號66改變?yōu)椤瓣P閉”狀態(tài)68。由于該特征的位置是由肺充盈來規(guī)定的，所以關閉閥會迫使患者屏氣，這使得相關特征以及同樣由肺充盈規(guī)定的其它特征不動。因此，在相關特征是（例如）隔膜位置的情況下，諸如肺腫瘤或者乳腺腫瘤的其它與位置相關聯的特征也不動。在相關特征是腫瘤本身的情況下，其自然地會在閾值位置處不動。信號66也可以進給至MRI掃描儀或者放射療法設備，與“準許”信號相關以便允許進一步的治療。

在預定時間段T之后，信號66下降至“打開”狀態(tài)70。信號的該轉變促進掃描或者治療停止并且促進閥58打開，從而允許患者再次呼吸。直到約15秒的時間段應足夠允許充足的治療或者掃描時間，而不會引起患者的不適。若需要，可以采用到MRI掃描儀或者放射療法治療設備的單獨的信號，該信號在T-ε處下降至打開狀態(tài)70，即，稍微在閥打開之前，以便允許安全裕度。

患者然后呼氣，并且在下一次“吸氣”時，相關特征在時間72處朝著閾值62往回移動。該過程然后重復進行。

作為安全特征，可以為患者設置“恐慌（panic）”按鈕以便在患者希望或者需要呼氣時迫使信號66下降至打開狀態(tài)。這在時間78處示出，這時，當患者激活恐慌按鈕時，信號66在較短時間T’之后下降。MRI掃描和/或放射療法治療然后立即停止。

圖4示出了替代布置，其中，代替地使用了低閾值76。因此，當相關特征的記錄位置60下降至該閾值時，信號66被激活以便關閉閥58。這可以允許患者在呼氣時屏住呼吸，或者可以迎合位置與肺充盈反相關的相關特征的使用。

因此，本發(fā)明允許針對主動呼吸控制裝置的更加準確且可靠的觸發(fā)，這依賴于來自患者身體結構的實時信息而不是可能受支配于誤差和/或漂移的代理信息（proxy information）。當然，應理解，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對上述實施例做出許多變型。