專利名稱：類內窺鏡圖像獲取方法和使用該方法的磁共振成像設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種磁共振成像設備(下稱MRI設備)，更具體地說，涉及一種用于實時地獲取和顯示從插入體腔的導管觀察到的病人的諸如血管等體腔的類內窺鏡圖像的技術。
背景技術：
MRI設備是通過利用核磁共振現象獲取病人的層析X射線照片和頻譜來觀察病人體內的設備，該MRI設備包括靜態(tài)磁場產生器、梯度磁場線圈、發(fā)射線圈和接收線圈。靜態(tài)磁場產生器對準構成病人的核子(通常為質子)自旋的方向，梯度磁場線圈識別病人的成像切片，以及對針對從病人獲得的核磁共振信號的位置信息進行編碼，發(fā)射線圈產生具有與質子的共振頻率相同頻率的高頻率磁場，而接收線圈接收來自質子的信號。
如上所述設置的MRI設備可以有選擇地對任意區(qū)域和組織中任一個進行成像，并且依據要被成像的病人，已經提出了各種成像方法。例如，可以使用二維或者三維測量來執(zhí)行成像。此外，近年來，作為MRI設備所應用的重要領域，已經開發(fā)出當將導管針刺或者引入血管時利用MRI設備作為導管監(jiān)視器的方法(IV-MRI)。在該IV-MRI中，需要實時地執(zhí)行成像并顯示圖像，從而諸如可以使導管準確無誤地插入到目標位置，而且各種類型的高速成像方法例如EPI等已經得到了實際應用。
相反，當如上所述地插入導管時，依據要成像的部分，已經開發(fā)和實際使用了各種形狀的接收線圈，并且已經提出也充當導管導引線的RF接收天線作為優(yōu)先使用的接收線圈(例如，日本待審專利公開No.10-179550、PCT日文譯本專利申請No.2000-509276、文件《Intravascular Magnetic Resonance Imaging Using a LooplessCatheter Antenna》，MRM 37112-118(1997)等)。注意，由于導引線形狀的RF接收天線的可測量靈敏度范圍局限在導引線附近，因此，可以成像的層析X射線照片限制在較小區(qū)域(例如，幾個微米)。
然而，由傳統MRI設備獲得的圖像主要是層析X射線照片。因此，傳統MRI設備在確認插入到具有彎曲部分的體腔，例如血管的導管位置的應用中較為不利，這是由于這些MRI設備不能夠唯一地確定包括導管的切片平面。相反，對于直針，傳統MRI設備可以通過將主動或正標記添加到針上，自動地獲取在包括針的平面上或者與針正交的平面上的層析X射線照片，并且存在許多傳統技術。此外，對于導管，已知通過在導管中提供能夠由MRI設備識別的標記來執(zhí)行成像的方法。然而，由于不能夠唯一地確定包括具有彎曲部分的導管的切片平面，因此，確認導管的插入位置總是不太容易。
順便說明，申請人已經提出了利用由X射線CT設備和MRI設備獲得的三維圖像數據創(chuàng)建類內窺鏡圖像的方法，作為顯示血管等的內壁圖像，替代傳統的層析X射線照片(日本待審專利公開No.7-210704和8-16813)。依據該方法，可以將包括血管等區(qū)域的三維層析X射線照片數據轉換為由中心投影方法從內部觀察到的體腔等的內壁圖像(類內窺鏡圖像)，并且顯示該圖像，該圖像對終端非常有效。在這種情況下，可以依據特定的描影算法對圖像進行處理。
然而，傳統類內窺鏡圖像的建立是通過依據已經獲得的三維圖像數據創(chuàng)建該圖像的方法進行的，此外，視點和視線方向必須由鼠標或者跟蹤球輸入。因此，該方法不能夠應用到實時地執(zhí)行圖像的成像和顯示的IV-MRI。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是通過實時地或者準實時地獲取和顯示從體腔中觀察到的病人體腔內部的類內窺鏡圖像，支持導管的插入。
為了實現上述目的，本發(fā)明的類內窺鏡圖像獲取方法的特征在于其包括準備步驟，在導管的末端處設置能夠與MR圖像上的其他部分相區(qū)別的至少一個特殊標志；礪一步驟，預先插入用于將導管引導到其中插入導管的病人的體腔中的金屬導引線；第二步驟，沿著導引線將導管插入體腔；第三步驟，執(zhí)行與導引線相交的多個切片圖像的MR成像程序；第四步驟，依據由所述導引線接收的當執(zhí)行所述程序時從病人產生的核磁共振信號，重新設置三維圖像數據，并且通過依據三維圖像數據檢測在導管的末端設置的特殊標志，確定導管的末端位置和插入方向；以及第五步驟，通過使用三維圖像數據并且使用導管的末端位置和插入方向作為視點和視線方向，重新設置中心投影圖像，并且在顯示裝置上顯示中心投影圖像。
依據本發(fā)明的成像方法，通過沿長度方向在體腔內滑動到多個部分，可以獲得三維圖像數據，并可以依據三維圖像數據檢測到導管的末端位置和方向。結果是，通過已知的中心投影方法，可以重新構造使用導管末端作為視點并且與內窺鏡獲取的圖像(巡航視圖)相似的圖像。因此，操作人員在實時地觀察從導管末端觀察到的體腔內壁狀態(tài)的同時插入導管，并且這對于在IV-MRI中插入導管非常有效。例如，當血管在前進位置處分支時，操作人員可以在從一側觀察它的同時，確定想要將導管引導到的血管的分支。特別地，當將首先摸索地插入的導引線插入到不同的分支時，可以容易地將導引線拉出一點然后再將其插入。
當導引線由接收天線構成、并且所要成像的三維圖像數據的切片間隔變窄時，增加了三維圖像數據的成像時間，因此可能會使實時成像特性惡化。因而，當三維圖像數據的切片間隔變寬時，可以想到依據三維圖像數據檢測在導管上設置的特殊標志較困難。
為了解決上述問題，在本發(fā)明的另一成像方法中，存儲通過對與導引線相交的多個切片執(zhí)行MR成像程序重新構造的三維圖像數據。然后，通過執(zhí)行在三軸方向上對導管末端的NMR信號進行測量的測量程序，將測量的NMR信號投影到各個軸的方向上，并且使用投影NMR信號的三軸的投影，可以檢測導管的末端位置和插入方向。即，當通過具有較短測量時間的三軸投影方向檢測到導管的末端位置和插入方向時，通過增加檢測導管的末端位置和插入方向的頻率，即使減小了花費較長測量時間的三維圖像的成像頻率也可以保持實時成像特性。即，每次當執(zhí)行通過檢測導管末端位置和插入方向重新設置中心投影圖像的處理時，都可以執(zhí)行用作中心投影的基準的三維圖像數據的成像程序一次。
此外，在本發(fā)明的另一成像方法中，通過預先執(zhí)行在三軸方向上測量導管末端的NMR信號的測量程序來檢測導管的末端位置和插入方向，將切片位置設置在檢測到的導管末端位置的前面，并且執(zhí)行與導引線相交的多個切片圖像的MR成像程序，可以減少切片數量，從而可以減少三維圖像數據的測量時間。
在上述的分別的發(fā)明中，可以使用在導管的末端與導管共軸地設置的環(huán)狀標記作為特殊標志。在這種情況下，最好通過使其位置在導管的軸向上偏移，設置在導管的末端設置至少兩個標記。依據上述配置，與設置一個標記的情況相比，可以改善檢測導管方向的精度。
通過使其包括以下組件可以實現本發(fā)明的MRI設備，所述組件包括磁場產生裝置，用于產生施加到病人的靜態(tài)磁場、梯度磁場和高頻磁場的分別的磁場；接收裝置，用于接收從病人產生的核磁共振信號；圖像重新構造裝置，用于使用如此接收的核磁共振信號，重新構造病人的三維圖像數據；顯示裝置，用于顯示重新構造的圖像；以及控制裝置，用于控制磁場產生裝置、接收裝置、和圖像重新構造裝置，其中，在插入到病人體腔的導管的末端設置能夠與MR圖像上的其他部分相區(qū)別的至少一個特殊標志，以及使用用于引導導管的金屬導引線作為接收裝置；以及圖像重新構造裝置使用由導引線接收的核磁共振信號重新構造三維圖像數據，使用如此重新構造的三維圖像數據來檢測特殊標志，依據該特殊標志確定導管的末端位置和插入方向，并且通過使用三維圖像數據并且將如上所述確定的導管的末端位置和插入方向設置為視點和視線方向，重新構造中心投影圖像，并且在顯示裝置上顯示該中心投影圖像。
即，在本發(fā)明的MRI設備中，將導引線作為RF接收天線插入病人的體腔例如血管，在通過RF接收天線連續(xù)地獲得核磁共振(NMR)信號的同時插入導管，依據獲得的信號檢測導管的末端位置，并且依據獲得的信號重新構造具有沿著導管方向的視點的圖像，并且進行顯示，使用上述操作，可以在插入導管的同時顯示猶如通過插入內窺鏡對其進行觀察的圖像。
而且，雖然在普通內窺鏡中可以只顯示可視圖像，由于在本發(fā)明中可以重新構造猶如由內窺鏡獲得的圖像，因此，可以顯示只能夠由MRI設備獲得的功能信息，例如血管中的梗塞和血塊以及例如空斑和脂肪等特殊組織的功能信息。
另外，在本發(fā)明的MRI設備中，重復地執(zhí)行以下各個步驟測量用來獲得三維圖像數據的核磁共振信號；確定在中心投影中使用的視點和視線方向；以及重新設置和顯示類內窺鏡圖像。最好是，當以每秒一個循環(huán)的速度重復這些步驟時，可以大致實時地顯示類內窺鏡圖像。


圖1示出應用本發(fā)明的實施例的MRI設備的總體配置；圖2是用于解釋依據本發(fā)明還充當RF接收天線的導引線以及由導引線引導的導管的使用狀態(tài)的示意圖；圖3是示出依據本發(fā)明的類內窺鏡圖像獲取方法的實施例的過程的流程圖；圖4是示出由本發(fā)明的類內窺鏡圖像獲取方法獲得的三維圖像數據的實例的示意圖；圖5是示出由本發(fā)明的類內窺鏡圖像獲取方法獲得的三維圖像數據的實例的示意圖；圖6是用于解釋在本發(fā)明的類內窺鏡獲取方法的中心投影處理的示意圖；圖7是用于解釋在本發(fā)明的類內窺鏡圖像獲取方法中創(chuàng)建中心投影圖像的方法的示意圖；圖8是示出由中心投影處理獲取的類內窺鏡圖像的示意圖；圖9是示出依據本發(fā)明的類內窺鏡圖像獲取方法的另一實施例的過程的流程圖；以及圖10是示出依據本發(fā)明的類內窺鏡圖像獲取方法的另一實施例的過程的流程圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖描述本發(fā)明的實施例。
圖1示出了應用本發(fā)明的MRI設備的總體配置。MRI設備包括靜態(tài)磁場磁鐵102、梯度磁場產生線圈103、RF輻射線圈104、還充當用于檢測從病人101產生的核磁共振信號的RF接收天線的導引線105、以及用于將病人帶到測量空間的床112，這些組件安裝在成像間中。靜態(tài)磁場磁鐵102在測量空間內產生均勻的磁場，梯度磁場產生線圈103向由靜態(tài)磁場磁鐵102產生的靜態(tài)磁場提供磁場梯度，以及RF輻射線圈104向置于測量空間中的病人輻射高頻率磁場。
將永久磁鐵、通常的導電磁鐵或者超導電磁鐵用作靜態(tài)磁場磁鐵102，并且在與病人101置于其中的測量空間中的病人101身體軸線正交或者平行的方向上產生均勻的靜態(tài)磁場。所示出的實例采用了由設置在測量空間的上部和下部的一對兒靜態(tài)磁場磁鐵構成的開放型靜態(tài)磁場磁鐵102，從而在上/下方向(與病人101的身體軸線正交的方向)上形成靜態(tài)磁場，以使IV-MRI設備可被容易地操作。
梯度磁場產生線圈103由三個線圈構成，所述三個線圈在相互正交的三軸方向上分別產生梯度磁場，并且分別與梯度磁場電源109連接。RF輻射線圈104與具有振蕩器、調制器和放大器的發(fā)射電路110連接，其中所述的振蕩器產生具有與質子的共振頻率相同頻率的高頻波。
還充當RF接收天線的導引線105與具有接收放大器、相位檢測器、A/D轉換器等的接收電路106連接。導引線105由較細且柔性的金屬線形成，以實現對插入到體腔內的導管200進行導引的功能，以及如圖2所示一端與接收放大器106A連接，以實現RF接收天線的功能。此外，導引線105最好由非磁性金屬線形成，從而不會干擾磁場的分布。在諸如《Intravascular Magnetic Resonance Imaging Using aLoopless Catheter Antenna》(MRM37112-118(1997))中公開的無環(huán)路(loopless)導管天線可以用作還充當RF接收天線的導引線105。
注意，除了還充當RF接收天線的導引線105之外，該實施例可以具有與普通MRI設備一起提供的整體或者部分RF接收線圈。
梯度磁場電源109、發(fā)射電路110和接收電路106安裝在成像間的外部，并且由同樣安裝在成像間外部的計算機111控制。依據在計算機111中設置的成像程序，通過程序發(fā)生器107控制梯度磁場電源109、發(fā)射電路110和接收電路106的操作。此外，捕獲由發(fā)射電路110接收的核磁共振信號，并且通過執(zhí)行諸如內插計算、傅立葉變換等算法操作來重新構造圖像。計算機111包括通過其輸入和設置處理條件等的控制臺；用于存儲程序、正在被處理數據、已經處理的數據等的存儲設備、用于顯示重新構造的圖像的顯示單元108等。
此外，計算機111使用發(fā)射電路110接收的核磁共振信號創(chuàng)建三維圖像數據，并依據如稍后將要描述的三維圖像數據中包括的特殊標志，確定視點和視線方向，然后使三維圖像數據經過中心投影處理，創(chuàng)建類內窺鏡圖像，并且在顯示單元108上顯示該圖像。
另一方面，導管200具有如圖2所示在軸向上延伸的孔201，以使導引線105通過。注意，雖然并未示出，但是導管200通常具有沿軸向延伸的多個孔，從其中通過用于收集組織的裝置和充氣囊。具體地說，本實施例的導管200具有設置在其末端202的兩個環(huán)狀標記203和204。標記203和204由能夠從除了MR圖像上的標記之外的組織等圖像中識別的材料形成。例如，以高亮度響應核磁共振(NMR)信號的材料可以埋入導管中作為正標記。相反，以產生信號缺損響應NMR信號的材料可以埋入導管中作為負標記。已經許多方法作為將標記203和204埋入導管200中的方法，并且可以使用這些方法中的任一種。例如，可以采用埋入順磁性金屬粉末作為標記的方法，在導管中使用對比劑作為標記的方法，將導體拉出到外部、向導體提供電流、并且通過由于電流產生的磁場干擾造成的信號缺損使導體可見的方法等。簡而言之，足以形成能夠從在MR圖像上的其他組織等的圖像中識別的材料等的標記203和204。如上所述，依據能夠在MR圖像上識別的標記203和204的位置和方法，確定稍后將要描述的用于創(chuàng)建類內窺鏡圖像的視點和視線方向。
下面將對本實施例的MRI設備的詳細配置與其操作一起進行描述。圖3示出了當插入導管時連續(xù)成像過程的實例。首先，病人101躺在床112上，插入到靜態(tài)磁場中并位于圖1所示的靜態(tài)磁場的中心。隨后，將還充當RF接收天線的導引線105摸索地插入作為要診斷或治療的主體的圖2所示病人101的血管210(步驟S1)。插入導引線105的方法與傳統導引線插入方法相同，并且將導引線插入要對病人101進行檢查的部分附近的位置。此時，當導引線105可以由NMR信號識別時，則可在插入該導引線同時進行成像。之后，沿著圖2所示的導引線105插入導管200(步驟S2)。
當導管200的末端202大致到達想要觀察的部分時，開始獲取MR圖像以創(chuàng)建類內窺鏡圖像(步驟S3)。成像方法(成像程序)沒有特別的限制，只要它能夠在短時間內收集三維圖像數據即可。例如，可以使用單拍EPI和多拍EPI。此外，通過累積多個二維層析X射線照片數據可以創(chuàng)建三維圖像數據，或者可以通過三維成像程序測量三維圖像數據。
圖4和5示出了通過在步驟S3執(zhí)行成像獲得的三維圖像數據的示意圖。在所示出的實例中，選擇成像切片(例如切片1到8)，這些切片相對于其中插入導管200的血管210大體正交，并且通過順序地重復成像同時改變切片，獲取多個(例如8張)切片圖像數據。由于導引線105的有效靈敏度范圍較窄，所以只獲取沿著導引線105即沿著血管210的較窄區(qū)域220的NMR信號。例如，由圖5中的圓圈501包圍的部分示出了導引線105的靈敏度范圍。通常，因為血液流動而不能在血管210中測量NMR信號的原因，針對血管壁502形成的是空圖像，而針對血管210的外部區(qū)域形成了黑色圖像。此外，由于導引線105由在NMR信號中產生如上所述的信號缺損的材料形成，因此，針對導引線105形成白色圖像。
隨后，計算機111通過使用獲得的三維圖像數據執(zhí)行中心投影來重新構造類內窺鏡圖像(步驟S4和S5)。在中心投影處理中，首先，投影平面602設置在按照圖6所示的預定方向(視線方向)遠離預定視點601預定距離(焦距)D的位置處，從而使投影平面602與視線方向正交或者相交。然后，執(zhí)行用于將各個切片1到8的像素數據投影到投影平面602上的處理，即，執(zhí)行用于將切片1到8的像素坐標轉換為投影平面602的坐標的處理。具體地說，可以使用在日本待審專利申請No.7-120704和8-16813中公開的技術來執(zhí)行處理。即，當確定了切片1到8的平面和投影平面602之間的角度以及視點601和切片1到8的像素之間的距離時，可將切片1到8的像素坐標轉換為投影平面的坐標。然后，依據視點坐標、視線方向和焦距D，可以確定切片平面和投影平面602之間的角度以及視點601和切片平面的像素之間的距離。
為了執(zhí)行中心投影處理，計算機111使用在獲得的三維圖像數據中包括的標記(特殊標志)來確定視點601的坐標和視線方向(步驟S4)。當在步驟S3獲取MR圖像時包括標記203和204的導管200的末端到達切片平面的情況下，已經獲取的三維圖像數據的切片6和7的圖像數據包括如圖7所示的標記203和204的圖像。因此，可以從諸如標記203的位置中檢測到導管200的末端位置。此外，可以依據使標記203連接到標記204的直線來檢測導管200的插入方向。
也就是說，兩個標記203和204設置在導管200的頂端和位于頂端之后一點的位置上。然后，設置在頂端的標記203的位置用作視點。此外，連接兩個標記203和204的直線用作視線矢量603，而位于從視線矢量603延伸的線上并且從充當視點的標記203具有預定距離D的點用作投影平面602的原點604。通過原點604并且與視線矢量603正交的平面被確定為投影平面602。
越長的焦距D將產生越窄的視角，由此可以獲得猶如通過遠視鏡頭對其進行觀察的圖像。相反，越短的焦距D產生越寬的視角，由此可以獲得猶如通過廣角鏡頭對其進行觀察的圖像。可以依據所要觀察的血管厚度或者診斷目標，預先對焦距D進行設置，或者在所有情況下，可以通過計算機111的控制臺對焦距D進行設置。
注意，計算機111根據標記203和204是正標記或負標記，從三維圖像中不同地識別標記203和204。當例如標記203和204是負標記，并且具有最低信號值的像素區(qū)域存在于在圖5所示的切片圖像數據中的血管壁502的像素中具有最低信號值的像素(對應于本實施例的導引線105的像素)周圍時，則確定標記203存在于該區(qū)域中。然后，將標記203的中心坐標設置為視點601。除了上述方法之外，可以使用利用模式識別的方法等。
當如上所述確定了視點和視線方向時，在步驟S4定義的圖中執(zhí)行從視點601到投影平面602的中心投影(步驟5)。由此操作，各個切片1到8的像素值被投影到視點601周圍的半徑圖案中的投影平面602上。該處理從位于視點601較遠的切片開始順序地執(zhí)行，并且當下一個切片的像素值與已經投影的像素值重疊時，由離視點更近的像素值重寫投影的像素值。通過如上所述順序由離視點601更近的切片的像素值重寫投影的像素值，在投影平面602上形成從視點601觀察的圖像(類內窺鏡圖像)。已知為深度方法和體數據繪制方法的描影算法可以應用于由此獲得的類內窺鏡圖像，從而可以更容易地辨別類內窺鏡圖像的光亮和陰影部分。
圖8示意地示出了如上所述獲得的類內窺鏡圖像。由于圖像顯示在顯示單元108上，因此操作人員可以在觀察圖像的同時進一步移動導管。當隨著導管的前向移動而及時地重復步驟S2到S5時，顯示具有不同視點和視線方向的新類內窺鏡圖像。
由于當從導管的頂端對其進行觀察時，類內窺鏡圖像是血管內的圖像，因此可以容易地發(fā)現與導管相關的血管的分支狀態(tài)等。因而，在觀察血管分支的同時，能夠確定導引線要被插入的方向。此外，由于使用還充當RF接收天線的導引線105接收的NMR信號創(chuàng)建類內窺鏡圖像，因此可以獲得只在其中插入導引線的導管等周圍的較窄部分中具有高S/N比的圖像。因而，能夠結合導管的插入，觀察血管壁以及想要觀察部分的周圍。
此外，最好采用高速成像方法，通過該方法，可以使用由導引線接收的NMR信號，在對三維圖像數據進行成像的程序中以100微秒的數量級獲取三維圖像數據。依據該方法，從步驟S2到步驟S5的循環(huán)可以按照諸如每秒一個循環(huán)的速度重復，從而可以幾乎實時地顯示與導管的移動一起變化的圖像。在周期被重復的同時，操作人員進行觀察，并且能夠在需要時通過使用導管的外科工具而有效地執(zhí)行例如IV-MRI活組織檢查。
雖然已經描述了本發(fā)明的實施例，但是本發(fā)明決不僅局限于這些實施例，而是可以進行各種修改。例如，圖3所示的實施例解釋了實時地重復對三維圖像數據的成像和圖像的重新構造、以及類內窺鏡圖像的重新構造和顯示的情況。然而，每一次當重復類內窺鏡圖像的重新構造和顯示時，不必要必須獲得三維圖像數據。例如，每一次當多次重復類內窺鏡圖像的重新構造和顯示時，可以獲得二維圖像。
此外，可以在插入導管200之前獲得三維圖像數據，并且可以如圖9所示地使用三維圖像數據重復類內窺鏡圖像的重新構造和顯示。同時，在本實施例中，在導管200的末端202處設置能夠與MR圖像上的其他部分相區(qū)分的兩個標記203和204的特殊標志，作為在執(zhí)行成像之前所執(zhí)行的基本步驟。當開始成像時，將導管200引導到其中插入導管200的病人101的血管210中的非磁性金屬導引線105，被預先插入到血管中(步驟S21)。與上述實施例中使用的導引線105相似，導引線105還充當RF接收線圈。然后，在插入導管200之前，執(zhí)行MR成像來獲得覆蓋包括導引線5和目標位置的相對較大的區(qū)域的三維圖像數據，并且將已經重新構造的三維圖像數據存儲在計算機111的存儲設備中(步驟S22)。隨后，導管200沿著導引線105向前移動(步驟S23)，當導管接近目標位置時，執(zhí)行標記檢測MR成像，以檢測在導管200的末端202處設置的標記203和204的位置(步驟S24)。MR成像程序可以是與在步驟S22執(zhí)行的成像程序相似的程序。在這種情況下，由于只需要檢測標記203和204的位置，因此執(zhí)行在步驟S24的MR成像，以便對相對較窄的區(qū)域進行成像。也就是說，對在圖4中與血管210大致正交的切片進行成像。然而，在本實施例中，由于從在步驟S22預先獲得的三維圖像數據中可以找到血管210的位置，因此，可以對作為包括血管210的部分的切片平面執(zhí)行在步驟S24的MR成像。由此可以減少切片的數量。
此外，作為上述方法的替代，可以執(zhí)行在步驟S24的MR成像方法，從而執(zhí)行在三軸方向上測量導管200的末端202的NMR信號的測量程序，將如此測量到的NMR信號分別投影到各個軸的方向上，并且依據對NMR信號進行投影的三軸的投影，檢測導管200的末端202。由設置在病人101體外的普通RF接收線圈接收此時的NMR信號。
依據如此獲得的圖像或者NMR信號，可以檢測在兩個標記203和204的末端202的最末端一側上的標記203的位置(視點)和連接兩個標記203和204的線(視線方向)(步驟S25)。
隨后，將在步驟S25檢測到的標記203的位置確定為視點，將連接兩個標記203和204的線確定為視線方向，使用在步驟S22獲得的三維圖像數據執(zhí)行中心投影處理，并且重新構造類內窺鏡圖像(步驟S26)。即，如圖6所示，通過對具有預定焦距D的投影平面602執(zhí)行中心投影處理，創(chuàng)建從視點觀看的圖像。如上所述，通過在移動導管200的同時重復從步驟S23到S26的處理，與內窺鏡相似地顯示其中血管中的圖像依據導管200的前向移動而變化的類內窺鏡圖像。
依據圖9的實施例，由于在相對較窄的區(qū)域或者對較少數量的切片執(zhí)行在步驟S24的標記檢測MR成像，可以減少成像時間，因此，該標記檢測MR成像可以在比第三實施例中的步驟S3所執(zhí)行的MR成像的時間更短的時間內執(zhí)行。因此，依據該實施例，可以進一步改進實時成像特性。然而，在本實施例中，由于在不同的定時執(zhí)行獲得三維圖像數據的MR成像和用于檢測導管的標記的MR成像，因此，當血管的形狀由于插入導管而改變時，或者當需要觀察血管形狀的變化時，最好執(zhí)行圖3中的實施例。
圖10示出了依據本發(fā)明的類內窺鏡圖像的成像方法的另一實施例的流程圖。同時，在本實施例中，在導管200的末端202處設置有能夠與MR圖像上的其它部分相區(qū)別的兩個標記203和204的特殊標志，作為在執(zhí)行成像之前的基本步驟。當成像開始時，用于將導管200引導到作為其中插入導管200的病人101的體腔實例的血管中的非磁性金屬導引線105，被預先插入到目標部分中(步驟S21)。雖然主要是摸索地插入導引線105，但是可以在通過根據需要執(zhí)行MR成像進行監(jiān)視的同時插入導引線105。然后，沿著導引線105將導管200插入到血管中(步驟S32)。
隨后，對導管200的末端202執(zhí)行MR成像程序，以檢測末端202(步驟S33)。MR成像程序是被稱為投影方法的程序，通過該方法，測量三個軸中的每一個軸，并且投影三個軸的信號。即，在導管200的長度方向上間隔地設置切片的厚度和位置，從而使每一個切片都包含充當能夠與MR圖像中的其它部分相區(qū)別的特殊圖像的標記203和204，并且對三個正交軸的NMR信號進行測量。其中，三個軸的方向例如是其中躺平的病人101具有水平部分(COR)、垂直縱向部分(SAG)和垂直橫向部分(TRS)的切片平面的方向。
當在步驟S33測量了在三軸方向上的信號時，從病人101產生的NMR信號由設置在病人101體外的普通RF接收線圈進行接收，并且將各個接收的信號投影到各個軸的方向上。隨后，依據投影了NMR信號的三個軸的投影，檢測幾何標記203和204的位置。然后，通過使用標記203作為視點并使用將標記203連接到標記204的直線方向作為導管200的方向即視線方向，確定導管200的末端位置和方向(步驟S34)。注意，如果導管200的向前移動方向不是不改變的，則可以通過在兩軸方向上的投影對其進行跟蹤，并且不需要測量三個軸的投影，因而通過轉換測量程序，可以縮短測量時間。注意，可以通過獲取在三軸方向上的二維圖像或者三維圖像的方法，檢測導管200的末端202的幾何位置。
隨后，執(zhí)行與導引線105大致正交的多個切片圖像的MR成像程序(步驟S35)。當執(zhí)行上述程序時從病人101產生的NMR信號由導引線105接收，并且三維圖像數據由計算機111重新構造。然后通過使用三維圖像數據并且將導管200的末端位置和插入方向設置為視點和視線方向，重新構造中心投影圖像，并且在顯示裝置上細重新構造的中心投影圖像(步驟S6)。
如上所述，依據圖10的實施例，由于對導管200的末端位置和方向進行檢測，并且使用導引線作為RF接收天線，依據導管200的末端位置和方向獲得三維圖像數據，因此，三維圖像的成像范圍可以設置在導管200的末端位置之前。此外，由于使用投影方法對標記203和204的幾何位置進行檢測，因此，可以縮短位置檢測的時間。結果是可以減少三維圖像的切片數據。即，依據圖3和9的實施例，由于在檢測到導管200的位置之前獲得三維圖像數據，因此，切片平面必須設置在導管的假定位置之前和之后的一定范圍內。因此，獲得了不需要中心投影的導管后的圖像數據，從而增加了成像時間。
如上所述，依據本發(fā)明的各個實施例，當在將導管插入病人的血管的同時執(zhí)行MRI成像時，從實時地獲得的信號中檢測導管的末端位置和方向，并且重新構造其中通過使用末端位置作為視點而受到中心投影處理的圖像。因此，在插入導管的同時，可以顯示猶如通過插入內窺鏡對其進行觀察的實時圖像。結果是本發(fā)明在IV-MRI的導管插入操作中非常有效。例如，當血管在向前的位置處分支時，在觀察圖像的同時，可以確定期望將導管導入其中的血管的分支。
此外，雖然導管設置有兩個標記，并且導管的方向(視線方向)由標記確定，但是在導管末端設置至少一個標記是足夠的。當導管設置有一個標記并且在向前移動導管的同時重復MR成像時，通過每一次當重復MR成像時由算法操作確定標記的位置變化，可以檢測到視線方向。
此外，在上述實施例中已經描述了將二維數據累積為三維數據的情況。然而，本發(fā)明決不僅限于此，而通過在步驟S3或者步驟S22和S24執(zhí)行的三維測量，可以獲取三維數據。
另外，在上述實施例中已經解釋了將血管壁的形態(tài)圖像簡單地顯示為類內窺鏡圖像的情況。然而，除了上述情況之外，本發(fā)明通過按照強調模式顯示諸如脂肪信號，有效地顯示了MRI所固有的信息。而且，本發(fā)明還有效地獲取除了血管之外的每一個體腔的類內窺鏡圖像。
權利要求
1.一種類內窺鏡圖像獲取方法，包括在導管的末端設置能夠與MR圖像上的其他部分相區(qū)別的至少一個特殊標志；預先插入用于將導管引導到其中插入導管的病人的體腔中的金屬導引線；在沿著導引線將導管插入到體腔的同時執(zhí)行與導引線相交的多個切片圖像的MR成像程序；由導引線接收當執(zhí)行所述程序時從病人產生的核磁共振信號；使用所述核磁共振信號重新構造三維圖像數據；通過依據三維圖像數據和由與該三維圖像數據的成像方法不同的MR成像方法成像的圖像數據中的任一個對在導管的末端設置的特殊標志進行檢測，確定導管的末端位置和插入方向；以及，通過使用三維圖像數據和將導管的末端位置和插入方向設置為視點和視線方向，重新設置中心投影圖像，并且在顯示裝置上顯示該中心投影圖像。
2.一種類內窺鏡圖像獲取方法，包括準備步驟，在導管的末端處設置能夠與MR圖像上的其他部分相區(qū)別的至少一個特殊標志；第一步驟，預先插入用于將導管引導到其中插入導管的病人的體腔中的金屬導引線；第二步驟，沿著導引線將導管插入體腔；第三步驟，執(zhí)行與導引線相交的多個切片圖像的MR成像程序；第四步驟，依據當執(zhí)行所述程序時從病人產生的并且由所述導引線接收的核磁共振信號，重新構造三維圖像數據，并且通過依據三維圖像數據檢測在導管的末端設置的特殊標志，確定導管的末端位置和插入方向；以及第五步驟，通過使用三維圖像數據并且將導管的末端位置和插入方向設置為視點和視線方向，重新設置中心投影圖像，并且在顯示裝置上顯示中心投影圖像。
3.一種類內窺鏡圖像獲取方法，包括準備步驟，在導管的末端處設置能夠與MR圖像上的其他部分相區(qū)別的至少一個特殊標志；第一步驟，預先插入用于將導管引導到其中插入導管的病人的體腔中的金屬導引線；第二步驟，執(zhí)行與導引線相交的多個切片圖像的MR成像程序，依據由導引線接收的當執(zhí)行所述程序時從病人產生的核磁共振信號，重新構造三維圖像數據，并且存儲該三維圖像數據；第三步驟，沿著導引線將導管插入體腔；第四步驟，在三軸方向上對導管的末端執(zhí)行測量程序，以便獲得核磁共振信號，由設置在病人體外的接收線圈接收當執(zhí)行所述程序時從病人產生的核磁共振信號，并且通過使用如此接收的核磁共振信號檢測特殊標志，確定導管的末端位置和插入方向；以及第五步驟，通過使用三維圖像數據并且將導管的末端位置和插入方向設置為視點和視線方向，重新設置中心投影圖像，并且在顯示裝置上顯示中心投影圖像。
4.一種類內窺鏡圖像獲取方法，包括準備步驟，在導管的末端處設置能夠與MR圖像上的其他部分相區(qū)別的至少一個特殊標志；第一步驟，預先插入用于將導管引導到其中插入導管的病人的體腔中的金屬導引線；第二步驟，沿著導引線將導管插入體腔；第三步驟，在三軸方向的每一個方向上執(zhí)行對導管末端的MR測量程序，由設置在病人體外的接收線圈接收當執(zhí)行所述程序時從病人產生的核磁共振信號，并且通過檢測在導管末端設置的特殊標志，確定導管的末端位置和插入方向；第四步驟，執(zhí)行與導引線相交的多個切片圖像的MR成像程序；以及第五步驟，依據當執(zhí)行所述程序時從病人產生的并且由導引線接收的核磁共振信號，重新構造三維圖像數據，通過使用三維圖像數據并且將以上確定的導管的末端位置和插入方向設置為視點和視線方向，重新構造中心投影圖像，并且在顯示裝置上顯示中心投影圖像。
5.根據權利要求4所述的類內窺鏡圖像獲取方法，其特征在于在第四步驟成像的切片位置設置在導管末端之前。
6.根據權利要求1到5中的任一個所述的類內窺鏡圖像獲取方法，其特征在于所述特殊標志是在導管末端與導管共軸地設置的環(huán)狀標記。
7.根據權利要求6所述的類內窺鏡圖像獲取方法，其特征在于以這些標記的位置在導管的軸向上被位移的方式在導管的末端設置至少兩個標記。
8.根據權利要求3所述的類內窺鏡圖像獲取方法，其特征在于在多次執(zhí)行用于重新設置中心投影圖像的處理時的每一次，都執(zhí)行一次對多個切片圖像的MR成像程序。
9.一種磁共振成像設備，包括磁場產生裝置，用于產生施加到病人的靜態(tài)磁場、梯度磁場和高頻磁場的分別的磁場；接收裝置，用于接收從病人產生的核磁共振信號；圖像重新構造裝置，用于使用如此接收的核磁共振信號，重新構造病人的三維圖像數據；顯示裝置，用于顯示重新構造的圖像；以及控制裝置，用于控制磁場產生裝置、接收裝置、和圖像重新構造裝置，其特征在于在插入到病人體腔的導管的末端設置的能夠與MR圖像上的其他部分相區(qū)別的至少一個特殊標志，以及使用用于引導導管的金屬導引線作為接收裝置；以及圖像重新構造裝置使用由導引線接收的核磁共振信號重新構造三維圖像數據，使用重新構造的三維圖像數據來檢測特殊標志，依據該特殊標志確定導管的末端位置和插入方向，并且通過使用三維圖像數據并且將如上所述確定的導管的末端位置和插入方向設置為視點和視線方向，重新構造中心投影圖像，并且在顯示裝置上顯示該中心投影圖像。
10.一種磁共振成像設備，包括磁場產生裝置，用于產生靜態(tài)磁場、梯度磁場和高頻磁場的分別的磁場；接收裝置，用于接收從病人產生的核磁共振信號；圖像重新構造裝置，用于使用如此接收的核磁共振信號，重新構造數據；顯示裝置，用于顯示重新構造的圖像；以及控制裝置，用于控制磁場產生裝置、接收裝置，將高頻磁場和梯度磁場施加到置于靜態(tài)磁場中的病人，并且使用于接收核磁共振信號的成像程序得以執(zhí)行，其特征在于接收裝置包括設置在病人體外的接收線圈和插入到病人體腔中的導引線；由導引線引導的導管在其末端具有能夠與MR圖像上的其他部分相區(qū)別的至少一個特殊標志；以及所述控制裝置具有使得圖像重新構造裝置利用由導引線接收到的核磁共振信號來重新構造三維圖像數據并使得三維圖像數據存儲在存儲裝置中的功能；執(zhí)行測量程序來測量在三軸方向上的導管末端上的NMR信號的功能；控制圖像重新構造裝置、并且通過使用當執(zhí)行所述測量程序時由接收線圈接收到的核磁共振信號檢測特殊標志、確定導管的末端位置和插入方向的功能；控制圖像重新構造裝置、并且使圖像重新構造裝置通過使用三維圖像數據并且將如上所述確定的導管的末端位置和插入方向設置為視點和視線方向、重新構造中心投影圖像的功能；以及在顯示裝置上顯示如此重新構造的中心投影圖像的功能。
11.一種磁共振成像設備，包括磁場產生裝置，用于產生靜態(tài)磁場、梯度磁場和高頻磁場的分別的磁場；接收裝置，用于接收從病人產生的核磁共振信號；圖像重新構造裝置，用于使用如此接收的核磁共振信號，重新構造數據；顯示裝置，用于顯示重新構造的圖像；以及控制裝置，用于控制磁場產生裝置和接收裝置，將高頻磁場和梯度磁場施加到置于靜態(tài)磁場中的病人，并且使用于接收核磁共振信號的成像程序得以執(zhí)行，其特征在于接收裝置包括設置在病人體外的接收線圈和插入到病人體腔中的導引線；由導引線引導的導管在其末端具有能夠與MR圖像上的其他部分相區(qū)別的至少一個特殊標志；以及所述控制裝置具有執(zhí)行測量程序以獲取在三軸方向上的導管末端上的核磁共振信號的功能；控制圖像重新構造裝置、并且通過使用當執(zhí)行所述測量程序時由接收線圈接收的核磁共振信號檢測特殊標志而確定導管的末端位置和插入方向的功能；執(zhí)行成像程序以便對與導引線相交的多個切片平面進行成像的功能；控制圖像重新構造裝置、并且使圖像重新構造裝置通過使用由導引線接收的核磁共振信號來重新構造三維圖像數據的功能；控制圖像重新構造裝置，并且使圖像重新構造裝置通過使用三維圖像數據并且將如上所述確定的導管的末端位置和插入方向設置為視點和視線方向而重新構造中心投影圖像的功能；以及在顯示裝置上顯示如此重新構造的中心投影圖像的功能。
12.根據權利要求9到11中的任一個所述的磁共振成像設備，其特征在于所述特殊標志是在導管的末端與導管共軸地設置的環(huán)狀標記。
13.根據權利要求12所述的磁共振成像設備，其特征在于其特征在于以這些標記的位置在導管的軸向上被位移的方式在導管的末端設置至少兩個標記。
14.根據權利要求9到11中的任一個所述的磁共振成像設備，其特征在于控制裝置重復以下步驟第一步驟，執(zhí)行成像程序，以便獲得三維圖像數據；第二步驟，確定導管的末端位置和插入方向；以及第三步驟，重新排列并且顯示中心投影的圖像。
15.根據權利要求14所述的磁共振成像設備，其特征在于當多次重復第一到第三步驟的每一次時，控制裝置都對第一步驟執(zhí)行一次。
16.根據權利要求9到11中的任一個所述的磁共振成像設備，其特征在于通過依據導管插入位置而變化的方式，在顯示裝置上顯示在導管插入方向前面的體腔的側壁表面的圖像。
全文摘要
在包括插入主體的體腔并用作從主體接收MR信號的裝置的導引線、以及具有能夠與MR圖像的其他部分相區(qū)別并附加在其末端的特殊標記的由導引線引導的導管的MRI設備中，一種方法和設備用于依據MR信號創(chuàng)建沿著導引線的三維圖像數據；依據三維圖像數據檢測特殊標記，確定導管的末端位置和插入方向，并且通過使所述位置成為視點以及使插入方向成為視線的實時支持導管插入的方式，顯示由三維圖像數據形成的內窺鏡圖像。
文檔編號G06T1/00GK1527683SQ0281401
公開日2004年9月8日 申請日期2002年7月12日 優(yōu)先權日2001年7月12日
發(fā)明者八尾武, 子, 永尾尚子, 二, 榊原健二 申請人:株式會社日立醫(yī)藥