專利名稱：磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)及其定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)及其定位方法，特別是涉及一種磁共振導(dǎo)引聚焦超聲進(jìn)行無(wú)創(chuàng)消融治療腫瘤的集成系統(tǒng)及其精確定位方法。
背景技術(shù)：
磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)是將磁共振成像技術(shù)(MRI)與聚焦超聲腫瘤消融治療技術(shù)(HIFU)融為一體，成為一個(gè)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中用MRI對(duì)患者病灶進(jìn)行診斷、定位、監(jiān)控、測(cè)溫、療效評(píng)估，用HIFU實(shí)施腫瘤消融治療，實(shí)現(xiàn)真正意義上的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤治療技術(shù)。MRI部分主要由永磁磁體、梯度磁場(chǎng)、射頻脈沖發(fā)生器、接收裝置以及控制計(jì)算機(jī) (譜儀)等構(gòu)成。HIFU部分主要由治療頭(內(nèi)含整體、球面聚焦型式的自聚焦或相控陣超聲換能器)、超聲功率發(fā)生器、水處理裝置、治療頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、治療床、控制計(jì)算機(jī)等構(gòu)成。兩部分的操作、控制、通訊由計(jì)算機(jī)通過專用軟件實(shí)現(xiàn)。MRI基本工作原理是利用人體中豐富的氫原子在磁場(chǎng)中的核物理特征，即原子在磁場(chǎng)作用下發(fā)生磁化，共振，馳豫的過程，然后通過磁敏感接收線圈檢測(cè)原子在這些過程中所釋放出來的電磁波相位、頻率、強(qiáng)度，最后通過計(jì)算機(jī)處理，轉(zhuǎn)換成數(shù)字影像，將人體組織以明暗特征的形式顯示于屏幕上，實(shí)現(xiàn)HIFU治療時(shí)定位、監(jiān)控、測(cè)溫等的導(dǎo)引功能。HIFU基本工作原理是通過超聲功率發(fā)生器驅(qū)動(dòng)治療頭中的超聲換能器，產(chǎn)生高強(qiáng)度聚焦超聲波，經(jīng)脫氣水耦合，聚焦于患者病灶區(qū)，通過超聲波的機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)、空化效應(yīng)等，使腫瘤組織迅速升溫(》650C )，在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生凝固性壞死。超聲換能器以掃描 (相控變焦或焦點(diǎn)移動(dòng))的方式對(duì)病灶進(jìn)行逐點(diǎn)治療，從而達(dá)到消融整個(gè)腫瘤組織的目的。在上述集成系統(tǒng)中，發(fā)射聚焦超聲波的超聲換能器與患者腫瘤部位的定位關(guān)系的準(zhǔn)確性，直接影響到集成系統(tǒng)的安全性和治療的有效性。高精度的定位系統(tǒng)是利用聚焦超聲波進(jìn)行治療腫瘤的關(guān)鍵技術(shù)之一，磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)，是用磁共振成像，定位患者的腫瘤位置，磁共振成像的優(yōu)點(diǎn)是圖像清晰，但由于磁共振本身磁場(chǎng)的不穩(wěn)定性，存在物體在磁共振圖像中位置有所漂移的問題，當(dāng)然這對(duì)一般的磁共振診斷影響不大，因?yàn)榇殴舱裨\斷，是相對(duì)于病人的圖像，比如醫(yī)生在描述時(shí)會(huì)都說“第5腰椎”以描述腫瘤的位置，因而即使磁場(chǎng)存在不穩(wěn)定性但用于診斷是沒問題的，然而把磁共振應(yīng)用于聚焦超聲腫瘤消融的定位，磁場(chǎng)不穩(wěn)定的問題就變得非常嚴(yán)重， 因?yàn)镠IFU和MRI系統(tǒng)在位置上的重合，是利用磁場(chǎng)中心位于MRI圖像上的中心這一特點(diǎn)， 如果磁共振的圖像無(wú)規(guī)則的漂移，則直接導(dǎo)致了 HIFU定位不精確，從而造成治療產(chǎn)生偏差的問題。倘若能找到一種精確的定位裝置，并將其用于磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)中， 則能有效避免因定位不準(zhǔn)確而造成的醫(yī)療事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)由于磁場(chǎng)不穩(wěn)定造成的定位不準(zhǔn)確的缺陷，提供一種能修正磁場(chǎng)偏移、精確定位腫瘤組織位置并對(duì)其進(jìn)行無(wú)創(chuàng)腫瘤消融的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的一種磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)，其包括用于獲得目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像的MRI裝置以及該MRI裝置中的信號(hào)采集單元、治療床、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、顯示器和HIFU治療裝置，其特點(diǎn)在于，該磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)還包括一定位模塊，并且該定位模塊在MRI圖像中的位置作為圖像基準(zhǔn)，其中該MRI圖像為校準(zhǔn)后的MRI裝置獲得的目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像，該目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中包括定位模塊的圖像；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的比較模塊，其中MRI裝置獲得的患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像包括患者的組織圖像和定位模塊的圖像，該比較模塊用于將該患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的位置與圖像基準(zhǔn)比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出比較信號(hào)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的修正模塊，用于根據(jù)比較信號(hào)對(duì)患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中患者的組織圖像的位置進(jìn)行修正；其中該定位模塊被固定在該信號(hào)采集單元的采集范圍內(nèi)，該比較模塊與該修正模塊相連。優(yōu)選地，該比較信號(hào)為χ軸、y軸和ζ軸的坐標(biāo)信息，其中垂直于治療床長(zhǎng)度方向的為X軸，平行于治療床長(zhǎng)度方向的為y軸，垂直于治療床平面的方向?yàn)閆軸，該圖像基準(zhǔn)、 該患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的位置以及患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中患者的組織圖像的位置均以χ軸、y軸和ζ軸的坐標(biāo)表示。優(yōu)選地，該比較模塊包括χ軸比較單元和y軸比較單元，分別用于比較χ軸和y軸上該圖像基準(zhǔn)和該患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的位置之間的位移差。優(yōu)選地，該比較模塊還包括ζ軸比較單元，用于根據(jù)y軸比較單元比較的結(jié)果比較ζ軸上該圖像基準(zhǔn)和該患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的位置之間的位移差，該定位模塊包括一充滿硫酸銅溶液的容器，該容器中包括一測(cè)量柱體，該測(cè)量柱體平行于ζ軸的垂直切面具有兩條直角邊以及一條連接兩條直角邊的曲邊，所述直角邊分別與 y軸、ζ軸平行，該曲邊在由y軸、ζ軸構(gòu)成的坐標(biāo)系中是以一單調(diào)函數(shù)ζ = f (y)來確定的。優(yōu)選地，該測(cè)量柱體平行于ζ軸的垂直切面為三角形或梯形或四分之一圓形。優(yōu)選地，該測(cè)量柱體是由不影響核磁共振成像的非金屬材料制成的，所述非金屬材料可以為玻璃、有機(jī)玻璃、塑料。優(yōu)選地，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中還包括一用于判斷患者相對(duì)于定位模塊的位置是否改變的判斷模塊，該判斷模塊與該比較模塊相連。優(yōu)選地，該定位模塊被固定于治療床的床面上方。本發(fā)明還提供一種使用如上所述的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)的定位方法， 其特點(diǎn)在于，包括以下步驟S1、記錄定位模塊在MRI圖像中的位置，并將該定位模塊在MRI圖像中的位置作為圖像基準(zhǔn)，其中該MRI圖像為校準(zhǔn)后的MRI裝置獲得的目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像，該目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中包括定位模塊的圖像；&、通過MRI裝置獲取患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像，該患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中包括患者的組織圖像和定位模塊的圖像；S3、比較模塊將患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的位置與圖像基準(zhǔn)進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出一比較信號(hào)至修正模塊；S4、修正模塊根據(jù)比較信號(hào)對(duì)患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中患者的組織圖像的位置進(jìn)行修正，并得到修正后的患者的組織圖像的位置；S5, HIFU治療裝置根據(jù)修正后的患者的組織圖像的位置進(jìn)行治療。優(yōu)選地，步驟S1之前還包括建立坐標(biāo)軸χ軸、y軸和ζ軸的步驟，其中垂直于治療床長(zhǎng)度方向的為X軸，平行于治療床長(zhǎng)度方向的為y軸，垂直于治療床平面的方向?yàn)閆軸。優(yōu)選地，該定位模塊包括一充滿硫酸銅溶液的容器，該容器中包括一測(cè)量柱體，該測(cè)量柱體平行于ζ軸的垂直切面具有兩條直角邊以及一條連接兩條直角邊的曲邊，所述直角邊分別與y軸、ζ軸平行，該曲邊在由y軸、ζ軸構(gòu)成的坐標(biāo)系中由一單調(diào)函數(shù)ζ = f (y) 確定，其中步驟S1中記錄定位模塊在MRI圖像中的位置為記錄記錄定位模塊在MRI圖像中的χ軸、y軸和ζ軸的坐標(biāo)信息Xl、yi和Zl，步驟&中獲取的患者的組織圖像和定位模塊的圖像在患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中的位置以χ軸、y軸和ζ軸的坐標(biāo)信息x2、y2和τ2表示，其中 Zi = f (Y1), Z2 = f (y2)。優(yōu)選地，該比較模塊包括χ軸比較單元、y軸比較單元和ζ軸比較單元，步驟&還包括以下步驟χ軸比較單元、y軸比較單元和ζ軸比較單元分別計(jì)算患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的坐標(biāo)信息與圖像基準(zhǔn)的坐標(biāo)信息在χ軸、y軸和ζ軸上的位移差 Δχ、Ay 禾口 Δ ζ。優(yōu)選地，ζ軸比較單元計(jì)算ζ軸上的位移差Δ ζ的步驟還包括獲得圖像基準(zhǔn)的y 軸坐標(biāo)信息Y1與患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊的y軸的坐標(biāo)信息J2 ；ζ軸比較單元根據(jù)單調(diào)函數(shù)ζ = f(y)計(jì)算患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像與圖像基準(zhǔn)在ζ軸上的位移差Δ ζ = f(y2)-f(yi)。優(yōu)選地，步驟S1中還包括記錄定位模塊相對(duì)于HIFU治療裝置的位置的步驟。優(yōu)選地，步驟、之后、步驟&之前還包括以下步驟判斷模塊判斷患者相對(duì)于定位模塊的位置是否改變，若是，則返回步驟S1 ；若否，則進(jìn)入步驟&。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于在磁共振成像的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)定位模塊，通過計(jì)算機(jī)程序的比較、計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)高精度的定位，即對(duì)患者目標(biāo)部位實(shí)現(xiàn)目標(biāo)范圍(區(qū)域)內(nèi)超聲發(fā)射點(diǎn)的高精度定位及患者身體移位后的超聲發(fā)射點(diǎn)重新跟蹤匹配定位，以保證聚焦超聲治療腫瘤的安全性和有效性。


圖1為本發(fā)明的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)的主視圖。圖2為本發(fā)明的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)的左視圖。圖3a為本發(fā)明的定位模塊的主視圖。圖北為本發(fā)明的定位模塊的右視圖。圖3c為圖北沿A-A方向的剖面圖。圖4為本發(fā)明的定位模塊的立體圖。圖5ajb為MRI裝置由于磁場(chǎng)漂移引起的成像偏移的比較示意圖。
圖6為磁場(chǎng)漂移引起的水平切面上的成像偏移示意圖。圖7a、7b和7c為根據(jù)水平切面的位移計(jì)算垂直方向的位移的示意圖。圖8為本發(fā)明的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)的定位方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。圖5ajb為MRI裝置由于磁場(chǎng)漂移引起的成像偏移的示意圖，即對(duì)同一個(gè)樣本在同一個(gè)位置，兩次不同時(shí)間的成像，可以看到在兩幅圖像中，存在位置漂移的現(xiàn)象。具體來說，對(duì)同一樣本進(jìn)行MRI成像，在成像區(qū)域60中，兩次成像的圖像601和602的位置明顯偏移，這主要是由于磁場(chǎng)的不穩(wěn)定所引起的，這個(gè)誤差如果不修正，則會(huì)造成定位的不準(zhǔn)確， 一旦對(duì)正常組織造成傷害，后果難以想象。應(yīng)用本發(fā)明的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)可以解決上述問題，實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)創(chuàng)、安全、精確的HIFU治療。參考圖1-圖4，介紹本發(fā)明所述磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)。參考圖1和圖 2，磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)包括用于獲得目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像的MRI裝置2 以及該MRI裝置2中的信號(hào)采集單元(圖未示)、治療床4、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(圖未示)、顯示器 (圖未示)和HIFU治療裝置1，該磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)還包括一定位模塊3，并且該定位模塊在MRI圖像中的位置作為圖像基準(zhǔn)，其中該MRI圖像為校準(zhǔn)后的MRI裝置獲得的目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像，該目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中包括定位模塊的圖像；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的比較模塊(圖未示)，其中MRI裝置獲得的患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像包括患者的組織圖像和定位模塊的圖像，該比較模塊用于將該患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的位置與圖像基準(zhǔn)比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出比較信號(hào)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的修正模塊(圖未示)，用于根據(jù)比較信號(hào)對(duì)患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中患者的組織圖像的位置進(jìn)行修正；其中該定位模塊被固定在該信號(hào)采集單元的采集范圍內(nèi)，該比較模塊與該修正模塊相連。其中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有與磁共振譜儀通信功能，可以完全控制磁共振成像，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，故此不做贅述。為了便于計(jì)算修正，該比較信號(hào)為χ軸、y軸和ζ軸的坐標(biāo)信息，其中垂直于治療床長(zhǎng)度方向的為X軸，平行于治療床長(zhǎng)度方向的為y軸，垂直于治療床平面的方向?yàn)閆軸， 該圖像基準(zhǔn)、該患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的位置以及患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中患者的組織圖像的位置均以χ軸、y軸和ζ軸的坐標(biāo)表示。優(yōu)選地，該比較模塊包括χ軸比較單元和y軸比較單元，分別用于比較χ軸和y軸上該圖像基準(zhǔn)和該患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的位置之間的位移差。其中，該比較模塊還包括Z軸比較單元，用于根據(jù)y軸比較單元比較的結(jié)果比較Z 軸上該圖像基準(zhǔn)和該患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的位置之間的位移差， 該定位模塊包括一充滿硫酸銅溶液的容器31，該容器中包括一測(cè)量柱體32，該測(cè)量柱體平行于ζ軸的垂直切面具有兩條直角邊以及一條連接兩條直角邊的曲邊，所述直角邊分別與 y軸、ζ軸平行，該曲邊在由y軸、ζ軸構(gòu)成的坐標(biāo)系中是以一單調(diào)函數(shù)ζ = f (y)來確定的。 之所以采用硫酸銅溶液是因?yàn)槭沟脠D像在磁共振成像中清晰可見。
為了計(jì)算方便，該測(cè)量柱體平行于ζ軸的垂直切面為三角形或梯形或四分之一圓形。更為優(yōu)選地，可以選擇底面為等腰直角三角形的三棱柱作為測(cè)量柱體32。參考圖3a-3c 以及圖4，最便于計(jì)算的測(cè)量柱體為底面為等腰直角三角形的三棱柱，圖3a-3c以及圖4分別揭示了包括該底面為等腰直角三角形的三棱柱的定位模塊的各個(gè)視圖。特別地，測(cè)量柱體是由不影響核磁共振成像的非金屬材料制成的，該非金屬材料可以為玻璃、有機(jī)玻璃、塑料。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要選擇其他合適的公知材料。較佳地，為了防止在定位比較修正之后患者的身體發(fā)生移動(dòng)，即患者相對(duì)于定位模塊的位置發(fā)生改變導(dǎo)致該患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中患者的組織圖像與定位模塊的圖像之間的相對(duì)位置關(guān)系發(fā)生改變，由此致使之前計(jì)算的修正值無(wú)法定位正確的患者的組織圖像的位置，出于這樣的考量，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中還可包括一判斷患者相對(duì)于定位模塊的位置是否發(fā)生改變的判斷模塊，倘若患者相對(duì)于定位模塊的位置發(fā)生了改變，則重新確定圖像基準(zhǔn)的坐標(biāo)并且重新計(jì)算修正值。判斷模塊的具體實(shí)現(xiàn)為現(xiàn)有技術(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)自身需要合理選擇。優(yōu)選地，該定位模塊被固定于治療床的床面上方，例如在患者的一側(cè)，實(shí)際位置是一直不變的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要將定位模塊安置在其他位置。使用如上所述的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)的定位方法，其包括以下步驟S1、記錄定位模塊在MRI圖像中的位置，并將該定位模塊在MRI圖像中的位置作為圖像基準(zhǔn)，其中該MRI圖像為校準(zhǔn)后的MRI裝置獲得的目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像，該目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中包括定位模塊的圖像；&、通過MRI裝置獲取患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像，該患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中包括患者的組織圖像和定位模塊的圖像；S3、比較模塊將患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的位置與圖像基準(zhǔn)進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出一比較信號(hào)至修正模塊；S4、修正模塊根據(jù)比較信號(hào)對(duì)患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中患者的組織圖像的位置進(jìn)行修正，并得到修正后的患者的組織圖像的位置；S5, HIFU治療裝置根據(jù)修正后的患者的組織圖像的位置進(jìn)行治療。為了計(jì)算方便，步驟S1之前還包括建立坐標(biāo)軸χ軸、y軸和ζ軸的步驟，其中垂直于治療床長(zhǎng)度方向的為X軸，平行于治療床長(zhǎng)度方向的為y軸，垂直于治療床平面的方向?yàn)?Z軸。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要采用其他的公知坐標(biāo)系。優(yōu)選地，該定位模塊包括一充滿硫酸銅溶液的容器，該容器中包括一測(cè)量柱體，該測(cè)量柱體平行于ζ軸的垂直切面具有兩條直角邊以及一條連接兩條直角邊的曲邊，所述直角邊分別與y軸、ζ軸平行，該曲邊在由y軸、ζ軸構(gòu)成的坐標(biāo)系中由一單調(diào)函數(shù)ζ = f (y) 確定，其中步驟S1中記錄定位模塊在MRI圖像中的位置為記錄記錄定位模塊在MRI圖像中的χ軸、y軸和ζ軸的坐標(biāo)信息Xl、yi和Zl，步驟&中獲取的患者的組織圖像和定位模塊的圖像在患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中的位置以χ軸、y軸和ζ軸的坐標(biāo)信息x2、y2和τ2表示，其中 Zi = f (Y1), Z2 = f (y2)。為了計(jì)算MRI裝置成像的偏移量，該比較模塊包括χ軸比較單元、y軸比較單元和 ζ軸比較單元，步驟&還包括以下步驟x軸比較單元、y軸比較單元和ζ軸比較單元分別計(jì)算患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的坐標(biāo)信息與圖像基準(zhǔn)的坐標(biāo)信息在χ 軸、y軸和Z軸上的位移差ΔΧ、Ay和Δζ。具體來說，ζ軸比較單元計(jì)算ζ軸上的位移差 Δ ζ的步驟還包括獲得圖像基準(zhǔn)的y軸坐標(biāo)信息Y1與患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊的y軸的坐標(biāo)信息y2 ；Z軸比較單元根據(jù)單調(diào)函數(shù)z = f(y)計(jì)算患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像與圖像基準(zhǔn)在Z軸上的位移差Δζ = f(y2)-f(yi)。優(yōu)選地，步驟S1中還包括記錄定位模塊相對(duì)于HIFU治療裝置的位置的步驟。為了防止患者相對(duì)于定位模塊的位置發(fā)生改變導(dǎo)致的定位不準(zhǔn)確，步驟、之后、 步驟&之前還包括以下步驟判斷模塊判斷患者相對(duì)于定位模塊的位置是否改變，若是，則返回步驟S1 ；若否，則進(jìn)入步驟&。參考圖8，介紹磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)的定位方法的詳細(xì)流程。步驟801，MRI裝置記錄定位模塊在MRI圖像中的位置(X1、Y1和Z1)。步驟802，獲取患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像，其中該水平切面圖像中包括患者的組織圖像和定位模塊的圖像。步驟803，得到患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊的位置(x2、y2和Z2)。步驟804，比較模塊得到由于磁場(chǎng)漂移引起的偏移量(Δ χ、Δ y和Δ ζ)。步驟805，修正模塊根據(jù)該偏移量(Δ χ、Δ y和Δ ζ)對(duì)患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中的患者組織圖像的位置進(jìn)行修正。步驟806，判斷模塊判斷患者相對(duì)于定位模塊的位置是否改變？若是，則返回步驟 801 ；若否，則進(jìn)入步驟807。步驟807，HIFU治療裝置根據(jù)修正后的位置進(jìn)行治療。下面通過磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)的使用說明，進(jìn)一步的闡述本發(fā)明的發(fā)明要點(diǎn)。為了方便計(jì)算及描述采用底面為等腰直角三角形的三棱柱作為測(cè)量柱體，使用本發(fā)明的集成系統(tǒng)步驟如下通過調(diào)試的方法，可以提前預(yù)知定位模塊在HIFU系統(tǒng)中的位置以及在MRI圖像中的位置，這樣也就確定了圖像基準(zhǔn)，該圖像基準(zhǔn)可以用X軸、y軸和Z軸的坐標(biāo)信息Xl、yi和 Z1來描述，其中Z1 = My1)；接著患者仰臥在治療床上，通過計(jì)算機(jī)，控制磁共振成像，獲取患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像，此時(shí)的水平切面圖像中包括患者的組織圖像和定位模塊的圖像，此時(shí)定位模塊的圖像的坐標(biāo)信息可用&、72和 表示，其中 =f(y2)；在圖像上應(yīng)該可以看到患者的組織圖像，也就是目標(biāo)治療位置的圖像，以及定位模塊的圖像，通過用戶操作計(jì)算機(jī)程序，可以精確的描繪出整個(gè)定位模塊在圖像上的位置， 計(jì)算機(jī)程序可以把這個(gè)位置與提前預(yù)知的定位模塊的位置做比較，計(jì)算出定位模塊在水平的x、y軸方向上的偏移量，也就是位移差ΔΧ、Ay，這個(gè)偏移即是由于磁場(chǎng)漂移引起的，在計(jì)算目標(biāo)治療位置時(shí)根據(jù)該偏移量對(duì)目標(biāo)位置進(jìn)行修正即可，如圖6所示；對(duì)于垂直的ζ軸方向上的偏移，則需要用到定位模塊內(nèi)部一個(gè)底面為等腰直角三角形的有機(jī)玻璃的三棱柱，參考圖7a，為定位模塊的右視圖，圖中的上下兩條點(diǎn)劃線分別表示在確定圖像基準(zhǔn)時(shí)以及獲取患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像時(shí)MRI裝置對(duì)兩個(gè)水平切面的掃描，其中確定圖像基準(zhǔn)時(shí)獲得y軸的坐標(biāo)信息獲取患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像時(shí)獲得y軸的坐標(biāo)信息y2，從圖7a中可以清楚地看到，由于磁場(chǎng)的漂移導(dǎo)致了成像在ζ軸上的位移，參考圖7b和圖7c，分別為兩次成像的俯視圖，由此可以根據(jù)相似三角形的定理， 可以很精確的計(jì)算出垂直的ζ軸方向上的位移差A(yù)z = y2-yi。出于計(jì)算簡(jiǎn)便的考量，選擇底面為等腰直角三角形的有機(jī)玻璃的三棱柱作為測(cè)量柱體，事實(shí)上，只要該測(cè)量柱體平行于ζ軸的垂直切面具有兩條直角邊以及一條連接兩條直角邊的曲邊，所述直角邊分別與y 軸、ζ軸平行，并且該曲邊在由y軸、ζ軸構(gòu)成的坐標(biāo)系中由一單調(diào)函數(shù)ζ = f (y)確定就能根據(jù)y軸方向上的位移以及單調(diào)函數(shù)ζ = f(y)算出ζ軸方向上的位移差Δζ，其中ΔΖ = f(y2)-f(yi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的單調(diào)函數(shù)以形成測(cè)量主體的垂直切面，優(yōu)選地，可以采用底面為三角形、梯形和四分之一圓形的柱體，更優(yōu)選地，可以采用直角三角形為底面的柱體。如上所述，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的比較模塊獲得比較信號(hào)，例如坐標(biāo)系中各個(gè)方向的位移差Δχ、Δγ和Δζ之后，將該比較信號(hào)送入修正模塊中，修正模塊根據(jù)該比較信號(hào)對(duì)患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中患者的組織圖像的位置進(jìn)行修正，以得到正確的位置，修正過程可以包括根據(jù)比較信號(hào)產(chǎn)生校驗(yàn)因子并根據(jù)該校驗(yàn)因子進(jìn)行修正的步驟。這是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，故此不做贅述。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算出治療區(qū)域精確的位置后，自動(dòng)在治療區(qū)域內(nèi)生成若干個(gè)超聲治療點(diǎn)，然后用戶設(shè)置治療參數(shù)(功率、時(shí)間等)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按照這些參數(shù)，控制HIFU治療裝置對(duì)治療區(qū)域內(nèi)的每個(gè)治療點(diǎn)發(fā)射超聲波，開始治療。在超聲發(fā)射過程中，若患者身體發(fā)生移動(dòng)，只需再次成像，然后在圖像上再次描繪定位模塊，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的比較模塊則自動(dòng)比較，并由修正模塊重新校準(zhǔn)和修正患者的移動(dòng)，從而保證在患者移動(dòng)過后，仍然可以精確定位患者治療部位，并繼續(xù)進(jìn)行治療。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)，其包括用于獲得目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像的MRI裝置以及該MRI裝置中的信號(hào)采集單元、治療床、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、顯示器和HIFU治療裝置，其特征在于，該磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)還包括一定位模塊，并且該定位模塊在MRI圖像中的位置作為圖像基準(zhǔn)，其中該MRI圖像為校準(zhǔn)后的MRI裝置獲得的目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像，該目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中包括定位模塊的圖像；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的比較模塊，其中MRI裝置獲得的患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像包括患者的組織圖像和定位模塊的圖像，該比較模塊用于將該患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的位置與圖像基準(zhǔn)比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出比較信號(hào)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的修正模塊，用于根據(jù)比較信號(hào)對(duì)患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中患者的組織圖像的位置進(jìn)行修正；其中該定位模塊被固定在該信號(hào)采集單元的采集范圍內(nèi)，該比較模塊與該修正模塊相連。
2.如權(quán)利要求1所述的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)，其特征在于，該比較信號(hào)為χ 軸、y軸和ζ軸的坐標(biāo)信息，其中垂直于治療床長(zhǎng)度方向的為χ軸，平行于治療床長(zhǎng)度方向的為y軸，垂直于治療床平面的方向?yàn)棣戚S，該圖像基準(zhǔn)、該患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的位置以及患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中患者的組織圖像的位置均以χ 軸、y軸和ζ軸的坐標(biāo)表示。
3.如權(quán)利要求2所述的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)，其特征在于，該比較模塊包括χ軸比較單元和y軸比較單元，分別用于比較χ軸和y軸上該圖像基準(zhǔn)和該患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的位置之間的位移差。
4.如權(quán)利要求3所述的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)，其特征在于，該比較模塊還包括ζ軸比較單元，用于根據(jù)y軸比較單元比較的結(jié)果比較ζ軸上該圖像基準(zhǔn)和該患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的位置之間的位移差，該定位模塊包括一充滿硫酸銅溶液的容器，該容器中包括一測(cè)量柱體，該測(cè)量柱體平行于ζ軸的垂直切面具有兩條直角邊以及一條連接兩條直角邊的曲邊，所述直角邊分別與y軸、ζ軸平行，該曲邊在由y軸、 ζ軸構(gòu)成的坐標(biāo)系中是以一單調(diào)函數(shù)ζ = f(y)來確定的。
5.如權(quán)利要求4所述的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)，其特征在于，該測(cè)量柱體平行于ζ軸的垂直切面為三角形或梯形或四分之一圓形。
6.如權(quán)利要求4所述的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)，其特征在于，該測(cè)量柱體是由不影響核磁共振成像的非金屬材料制成的。
7.如權(quán)利要求6所述的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)，其特征在于，所述非金屬材料為玻璃、有機(jī)玻璃或塑料。
8.如權(quán)利要求1所述的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)，其特征在于，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中還包括一用于判斷患者相對(duì)于定位模塊的位置是否改變的判斷模塊，該判斷模塊與該比較模塊相連。
9.如權(quán)利要求1所述的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)，其特征在于，該定位模塊被固定于治療床的床面上方。
10.一種使用如權(quán)利要求1所述的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)的定位方法，其特征在于，包括以下步驟S1、記錄定位模塊在MRI圖像中的位置，并將該定位模塊在MRI圖像中的位置作為圖像基準(zhǔn)，其中該MRI圖像為校準(zhǔn)后的MRI裝置獲得的目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像，該目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中包括定位模塊的圖像；&、通過MRI裝置獲取患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像，該患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中包括患者的組織圖像和定位模塊的圖像；S3、比較模塊將患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的位置與圖像基準(zhǔn)進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出一比較信號(hào)至修正模塊；、、修正模塊根據(jù)比較信號(hào)對(duì)患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中患者的組織圖像的位置進(jìn)行修正，并得到修正后的患者的組織圖像的位置；S5、HIFU治療裝置根據(jù)修正后的患者的組織圖像的位置進(jìn)行治療。
11.如權(quán)利要求10所述的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)的定位方法，其特征在于， 步驟S1之前還包括建立坐標(biāo)軸χ軸、y軸和ζ軸的步驟，其中垂直于治療床長(zhǎng)度方向的為χ 軸，平行于治療床長(zhǎng)度方向的為y軸，垂直于治療床平面的方向?yàn)棣戚S。
12.如權(quán)利要求10所述的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)的定位方法，其特征在于， 該定位模塊包括一充滿硫酸銅溶液的容器，該容器中包括一測(cè)量柱體，該測(cè)量柱體平行于ζ 軸的垂直切面具有兩條直角邊以及一條連接兩條直角邊的曲邊，所述直角邊分別與y軸、ζ 軸平行，該曲邊在由y軸、ζ軸構(gòu)成的坐標(biāo)系中由一單調(diào)函數(shù)ζ = f(y)確定，其中步驟S1中記錄定位模塊在MRI圖像中的位置為記錄記錄定位模塊在MRI圖像中的χ軸、y軸和ζ軸的坐標(biāo)信息Xl、Y1和Z1，步驟&中獲取的患者的組織圖像和定位模塊的圖像在患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中的位置以χ軸、y軸和ζ軸的坐標(biāo)信息x2、y2和 表示，其中Z1 = f (Y1)， Z2 = f (y2) ο
13.如權(quán)利要求12所述的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)的定位方法，其特征在于， 該比較模塊包括χ軸比較單元、y軸比較單元和ζ軸比較單元，步驟&還包括以下步驟χ軸比較單元、y軸比較單元和ζ軸比較單元分別計(jì)算患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的坐標(biāo)信息與圖像基準(zhǔn)的坐標(biāo)信息在χ軸、y軸和ζ軸上的位移差ΔΧ、Ay和Δζ。
14.如權(quán)利要求13所述的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)的定位方法，其特征在于，ζ 軸比較單元計(jì)算Z軸上的位移差Δ Z的步驟還包括獲得圖像基準(zhǔn)的y軸坐標(biāo)信息yi與患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊的y軸的坐標(biāo)信息y2;z軸比較單元根據(jù)單調(diào)函數(shù)ζ =f(y)計(jì)算患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像與圖像基準(zhǔn)在ζ軸上的位移差 Δ ζ = f(y2)-f(yi)。
15.如權(quán)利要求10所述的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)的定位方法，其特征在于， 步驟S1中還包括記錄定位模塊相對(duì)于HIFU治療裝置的位置的步驟。
16.如權(quán)利要求10所述的磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)的定位方法，其特征在于， 步驟、之后、步驟&之前還包括以下步驟判斷模塊判斷患者相對(duì)于定位模塊的位置是否改變，若是，則返回步驟S1 ；若否，則進(jìn)入步驟&。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁共振導(dǎo)引聚焦超聲腫瘤消融機(jī)，其包括一定位模塊，并且該定位模塊在MRI圖像中的位置作為圖像基準(zhǔn)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的比較模塊，該比較模塊用于將該患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中定位模塊圖像的位置與圖像基準(zhǔn)比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出比較信號(hào)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的修正模塊，用于根據(jù)比較信號(hào)對(duì)患者目標(biāo)區(qū)域的水平切面圖像中患者的組織圖像的位置進(jìn)行修正。在磁共振成像的基礎(chǔ)上，增加定位模塊，通過比較、計(jì)算定位模塊的位置對(duì)患者目標(biāo)部位實(shí)現(xiàn)目標(biāo)范圍內(nèi)超聲發(fā)射點(diǎn)的高精度定位及患者身體移位后的超聲發(fā)射點(diǎn)重新跟蹤匹配定位，以保證聚焦超聲治療腫瘤的安全性和有效性。
文檔編號(hào)A61B18/00GK102406517SQ201010289639
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者何燁, 周勇, 李大為, 肖峰, 胡玲, 董家賢, 蔣繼偉, 陳義勝 申請(qǐng)人:上海愛申科技發(fā)展股份有限公司