CN108351391B - 使用磁共振成像进行设备定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供用于在磁共振成像(MRI)引导的介入期间使用MRI进行设备定位的改进的方法。该目的通过一种用于在磁共振成像(MRI)引导的介入期间使用来自感兴趣区域的MRI进行设备定位的方法来实现，其中，所述方法包括以下步骤：从感兴趣区域采集磁共振数据并且重建表示两个相交切片的双平面图像，其中，双平面图像的图像对比度使得其适合用于设备定位，并且其中。切片的厚度使得切片基本上覆盖感兴趣区域；并且检测这两个切片中的设备位置和取向；并且从包括所述感兴趣区域的至少部分的第三切片采集磁共振数据并且重建其解剖图像，其中，所述解剖图像的图像对比度使得其适合用于识别感兴趣解剖结构，其中，第三切片的厚度小于双平面切片的厚度。
Description
技术领域
本发明涉及磁共振成像领域，并且更具体地涉及磁共振成像引导的介入领域。
背景技术
磁共振成像(MRI)能够用于MRI引导的介入期间的设备定位。这样的介入可以例如是活检流程或MRI电生理。在MRI中的鲁棒的自动化完全形状设备定位是一项具有挑战性的任务。执行设备定位的一种方式是借助于主动跟踪。主动跟踪通常限于跟踪设备尖端上的有限数量的点。由于其依赖于局部线圈(其可能会断开)，因此该方法可能会发生故障，使设备在流程中不可定位。
执行设备定位的另一种方式是记住与基于成像的或被动的定位。基于成像的设备定位在Fischbach，F等人的MR-guided freehand biopsy of breast lesions in a 1.0-Topen MR imager with a near-real-time interactive platform:preliminaryexperience，Radiology 2012；265(2)：359-370中进行了描述。设备的基于成像(被动)的定位解决了上述主动跟踪问题，但常常需要在薄切片中的解剖细节的最佳描绘与具有足够大的伪影的切片的鲁棒和快速定位之间进行折中。为了以完整的形状捕获设备，切片通常还更厚，这额外地损害解剖细节。
Ashvin等人的Visualization of active devices and automatic slicerepositioning(“SnapTo”)for MRI-guided interventions,MRM 63:1070-1079(2010))描述了一种用于基于投影图像的使用对介入设备进行自动设备检测和可视化的方法。这通过关闭切片编码梯度来实现，从而得到有限切片厚度。
US2007/249934A1公开了一种用于跟踪设备的系统和方法。用户可以沿着设备在每个方向上敲击点，以定义设备的位置。
HAHN T等人；"Fast 3D tracking of 19F labeled small capsules forcombinedmorptiology and real-time flow studies In ttie gastrointestinaltract",PROCEEDINGS OF THE INTERNATIONAL SOCIETY FOR MAGNETIC RESONANCE INMEDICINE,ISMRM,18TH SCIENTIFIC MEETING AND EXHIBITION,STOCKHOLM,SWEDEN,1-7MAY2010,17April 2010(2010-04-17),page 5360,XP040616289公开了19F标记的小胶囊的3D跟踪。
US 5564412A公开了切片中的对象的定位。出于该目的，若干投影被记录。
Garnov等人:Suitability of miniature inductively coupled RF coils asMR-visible markers for clinical purposes；Med Phys 38(11)2011(第6327-6335页)描述了用于设备检测的标记的使用。D6描述了用于标记检测的序列。
发明内容
本发明的目的是提供用于在磁共振成像(MRI)引导的介入期间使用MRI进行设备定位的改进的方法。该目的通过一种用于在磁共振成像(MRI)引导的介入期间使用MRI从感兴趣区域进行设备定位的方法来实现，其中，所述方法包括以下步骤：
-从所述感兴趣区域采集磁共振数据并重建表示两个相交切片的双平面图像，其中，所述双平面图像的图像对比度使得其适于设备定位，并且其中，所述切片的厚度使得所述切片基本上覆盖所述感兴趣区域，其中，通过临时切片编码梯度的应用来选择所述切片；并且
-检测这两个切片中的设备位置和取向；并且
-从包括所述感兴趣区域的至少部分的第三切片采集磁共振数据并且重建其解剖图像，其中，所述解剖图像的图像对比度使得其适于识别感兴趣解剖结构，其中，所述第三切片的厚度小于双平面切片的厚度。
该目的还通过根据权利要求9所述的MRI系统和根据权利要求10所述的计算机程序产品来实现。
由于使用了两种不同的图像(双平面图像和解剖图像)，因此图像的对比度不必折中。双平面图像中的对比度优选地针对设备定位被优化，而解剖图像中的对比度优选地被优化，使得其适于识别一个或多个感兴趣解剖结构。换言之，双平面图像中的对比度与解剖图像中的对比度不同。这样的结构例如可以是病理状态(例如肿瘤、狭窄)或器官或组织边界。此外，因为借助于具有厚切片的双平面图像对设备进行定位，所以解剖图像切片的厚度可以是小的，这可能会改进解剖细节的可检测性。因此，本发明提供了一种改进的设备定位的方法。
感兴趣区域可以是例如人类心脏或前列腺。其也能够是解剖结构的仅部分。在这些情况下，感兴趣的区域可以包括例如风险结构和目标位置。双平面切片的厚度优选使得超过50％的感兴趣区域由双平面图像覆盖。更优选的是，70％的感兴趣区域由双平面图像覆盖，更优选超过80％的感兴趣区域由双平面覆盖，更优选超过90％的感兴趣区域由双平面图像覆盖，并且最优选地感兴趣区域由双平面图像完全覆盖。应该注意的是，尽管双平面切片相对于感兴趣区域是厚的，但是双平面切片确实具有有限的厚度，并且它们是借助于切片编码梯度选择的。优选地，双平面切片的切片厚度与感兴趣区域的尺寸相同或更小，因为与较大切片厚度相比，这将使得设备检测和定位更鲁棒。而且，解剖图像的范围优选地与感兴趣区域相似或小于感兴趣区域。以这种方式，操作者可以更容易地解释所获取的解剖图像。
双平面包括两个相交切片。优选地，这两个切片基本上彼此正交。
根据本发明的实施例，双平面图像被用于将设备大致引导至感兴趣结构。目标位置(例如，病理状况)被包括在解剖图像中。目标位置的位置可以根据解剖图像和第三切片的位置导出。当设备在目标位置的近邻中时，可以使用解剖图像将设备精确地引导至目标位置。这例如在MRI引导的前列腺活检过程中可能是有利的。设备(在这种情况下是活检针)的轨迹的第一部分穿过组织(如肌肉和脂肪)。为了引导针通过这些组织，平衡的序列就足够了。这样的序列有助于将针和一些血管可视化，但其也可以示出前列腺的轮廓。针进入前列腺后，解剖图像能够更频繁地更新。对于前列腺，例如T2w快速自旋回波(TSE)可以用于采集和更新解剖图像。
在优选实施例中，第三切片的位置和取向是根据在双平面切片中检测到的设备的位置和取向导出的。以这种方式，设备的功能部件基本上包括在第三切片内。这样的功能部件可以是用于执行真实介入的任何事物。功能部件常常被定位于设备的尖端处。功能部件的范例是活检钳，或发射能量以例如用于消融组织的设备的部分。根据从第三切片采集的数据，解剖图像被重建。因此，设备的功能部分基本上包括在解剖图像中。优选地，设备的功能部分的超过50％包括在解剖图像内，更优选地，设备的功能部分的超过70％包括在解剖图像内，甚至更优选地，设备的功能部分的超过90％包括在解剖图像中。该实施例是有利的，因为以这种方式，如果设备即将进入应当避开的解剖区域或结构，则可以更好地监测其。
产生适于设备定位的图像对比度的MRI序列在MRI领域中，特别是在MRI引导的介入领域中是公知的。产生适于设备定位的图像的序列的范例是平衡序列或梯度回波序列。用于更新双平面图像的帧率取决于感兴趣解剖结构。一些解剖结构，例如如肝脏，主要因呼吸而移动。对于这样的解剖结构，大约1Hz的帧率就足够了。对于脊椎的介入，帧率能够更低。对于心脏介入，可以考虑约5-10Hz的帧率。类似地，产生适于识别感兴趣解剖结构的图像对比度的MRI序列在本领域中也是公知的。这样的序列的范例是T2w TSE、流入增强的血管造影序列、用于暗血磁共振血管造影的序列，但也包括产生如扩散加权成像序列的更加功能性对比度的序列。
根据本发明的实施例，采集多幅双平面图像和多幅解剖图像，并且双平面图像的采集与解剖图像的采集交错。该实施例是有利的，因为在此每次可以使用双平面图像来定位设备并且确定第三切片的位置和取向，使得设备被包括在解剖图像被采集的区域中。根据本发明的有利实施例，解剖图像仅在需要时被更新，例如，在设备不再包括在第三切片内时。如下面将讨论的，如果设备的位置和取向从双平面图像投影到解剖图像，则该实施例是特别有利的。该实施例对于跟踪设备和将设备引导到目标位置是有利的。
根据本发明的实施例，基于从双平面图像对设备位置和取向的自动检测来自动确定第三切片的位置和取向。该实施例是有利的，因为其可以使方法更有时间效率。此外，其可以允许系统的操作者更专注于将设备引导到正确的位置，而不是关注第三切片的图像取向如期望的。
根据本发明的另一实施例，手动检测设备位置和取向。该实施例是有利的，因为其能够更安全。
根据本发明的另一实施例，从双平面图像取回的设备的位置和取向被示出为解剖图像上的投影。这是有利的，因为以这种方式可以相对于解剖图像看到该设备，而在解剖图像中不需要图像对比度的折中。
根据本发明的另外的实施例，通过相交切片与双平面图像中的设备的表示交叠的位置的对准来对设备进行定位。这是有利的，因为这使得该方法更直观且更易于用户使用。最简单的实施方式是将第三切片放置在设备的位置处，即，在由这两幅相交双平面图像中可见的设备引起的信号(空白)处。在优选实施例中，操作者将连续地调整第三图像的位置并且与这一起调整双平面切片中的那些的位置(由于板厚度这不会损害设备捕获)，以试图将第三图像与来自至少两块厚板中的设备的信号对准。这可以通过对个体厚板图像中的设备信号/空白定位的计算机算法来支持，但是关于解剖结构的实际定位仍将是完全基于图像的。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得到阐述。
附图说明
图1示意性地示出了其中使用本发明的实施例的磁共振成像系统；并且
图2示出了使用根据本发明实施例的方法采集的双平面图像；并且
图3示出了使用根据本发明实施例的方法采集的解剖图像。
具体实施方式
图1示意性地示出了其中使用本发明的实施例的磁共振成像系统。磁共振成像系统包括具有一组主线圈10的主磁体，由此产生稳定、均匀的磁场。主线圈例如以这样的方式构造，即其形成膛以包围隧道形检查空间。要检查的患者被放置在滑入到该隧道形检查空间中的患者载体上。磁共振成像系统还包括多个梯度线圈11、12，由此生成呈现空间变化的磁场，特别是在个体方向上的临时梯度的形式的磁场，从而叠加在均匀磁场上。梯度线圈11、12连接到包括一个或多个梯度放大器和可控电源单元的梯度控制器21。梯度线圈11、12通过借助于电源单元21的电流的施加而被激励；为此，电源单元被安装有电子梯度放大电路，所述电子梯度放大电路将电流施加到梯度线圈从而生成适当时间形状的梯度脉冲(也称为“梯度波形”)。梯度的强度、方向和持续时间由电源单元的控制来控制。磁共振成像系统还包括分别用于生成RF激励脉冲和拾取磁共振信号的发射和接收天线(线圈或线圈阵列)13、16。发射线圈13优选地被构为体线圈13，由此能够包围要检查的对象(的部分)。体线圈通常以这样的方式布置在磁共振成像系统中：使得当要检查的患者30被布置在磁共振成像系统中时他或她被体线圈13包围。体线圈13充当用于发射RF激励脉冲和RF重聚焦脉冲的发射天线。优选地，体线圈13涉及发射的RF脉冲(RFS)的空间均匀的强度分布。相同的线圈或天线通常交替用作发射线圈和接收线圈。通常，接收线圈包括多个元件，每个元件通常形成单个回路。回路的形状的各种几何结构和各种元件的布置是可能的。发射和接收线圈13连接到电子发射和接收电路15。
应该注意，存在可以用作发射和接收的一个(或几个)RF天线元件；此外，通常，用户可以选择采用通常被形成为接收元件的阵列的专用接收天线。例如，表面线圈阵列16可以用作接收和/或发射线圈。这样的表面线圈阵列在相对地小的体积内具有高灵敏度。接收线圈连接到前置放大器23。前置放大器23放大由接收线圈16接收的RF共振信号(MS)，并且经放大的RF共振信号被应用到解调器24。诸如表面线圈阵列的接收天线连接到解调器24，并且接收到的经前置放大的磁共振信号(MS)借助于解调器24来解调。前置放大器23和解调器24可以以数字方式实施并且集成在表面线圈阵列中。解调的磁共振信号(DMS)被应用于重建单元。解调器24对经放大的RF共振信号进行解调。解调的共振信号包含关于要成像对象的部分中的局部自旋密度的实际信息。此外，发射和接收电路15连接到调制器22。调制器22以及发射和接收电路15启用发射线圈13，从而发射RF激励和重聚焦脉冲。具体地，表面接收线圈阵列16通过无线链路耦合到发射和接收电路。由表面线圈阵列16接收的磁共振信号数据被发送到发射和接收电路15，并且通过无线链路将控制信号(例如，用于对表面线圈进行调谐和解谐)传送到表面线圈。
重建单元根据解调的磁共振信号(DMS)导出一个或多个图像信号，所述图像信号表示要检查的对象的成像部分的图像信息。实际上重建单元25优选地被构造为数字图像处理单元25，数字图像处理单元25被编程，从而根据解调的磁共振信号导出表示要成像的对象的部分的图像信息的图像信号。重建的输出上的信号被应用到监测器26，使得重建磁共振图像可以被显示在监测器上。备选地，能够将来自重建单元25的信号存储在缓冲单元27中，同时等待另外的处理或显示。
根据本发明的磁共振成像系统还被提供有控制单元20，例如包括(微)处理器的计算机形式的。控制单元20控制RF激励的运行和临时梯度场的应用。为此，根据本发明的计算机程序例如被加载到控制单元20和重建单元25中。
图2示出了使用根据本发明的实施例的方法采集的双平面图像。双平面图像110包括两个正交切片112、114。切片与感兴趣的区域或解剖结构相比是厚的，使得由设备造成的伪影113只要其位于感兴趣的区域或解剖结构内就总是被捕获。由于切片厚度很大，因此单个切片不能用于确定切片的厚度的方向上的确切位置和取向。例如，切片112可以用于确定设备在x方向和z方向上的方向和取向，但无法确定在y方向上的方向和取向。然而，设备113在y轴或y方向上的位置和取向可以根据切片114确定。该信息用于确定第三切片的位置和取向。如从图2中可以看出的，设备113不在双平面图像的中心。为了解决这，系统的操作者可以移动切片114(或者左上图像中的线114a)，使得其与由该设备造成的伪影113对准。此外，其可以移动切片112(或者右上图像中的线112a)，使得其与伪影113对准。如果这样的操纵是由操作者执行的，则这是设备已经移动到解剖图像外部并且解剖图像应该更新的指示，该更新可以自动触发。
图3示出了使用根据本发明的实施例的方法采集的解剖图像310、312。解剖图像示出了瓜状物300的表示。设备(在该情况下，针)的表示314从双平面图像被取回并且被投影在解剖图像的顶部。根据解剖图像310，不清楚设备是否在解剖图像310被采集的区域内，或者设备实际上是否在该区域下方或上方。设备是否在解剖图像310被采集的区域内可以根据解剖图像312确定，解剖图像312是利用另一取向采集的图像，在这种情况下，该另一取向与解剖图像310正交。解剖图像312中的线316示出了解剖图像310的位置及取向。只要设备314的投影与线316交叠，该设备就在解剖图像310被采集的区域内。
尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述应被认为是说明性的或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
Claims (11)
1.一种用于在磁共振成像(MRI)引导的介入期间使用MRI根据感兴趣区域进行设备定位的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
-从所述感兴趣区域采集磁共振数据并且重建表示两个相交切片的双平面图像，其中，所述双平面图像的图像对比度使得所述双平面图像的所述图像对比度适合用于设备定位，并且其中，所述相交切片的厚度使得所述相交切片基本上覆盖所述感兴趣区域，其中，通过临时切片编码梯度的应用来选择所述相交切片；并且
-检测这两个相交切片中的设备位置和取向；并且
-从包括所述感兴趣区域的至少部分的第三切片采集磁共振数据并且重建所述感兴趣区域的所述至少部分的解剖图像，其中，所述解剖图像的图像对比度使得所述解剖图像的所述图像对比度适合用于识别感兴趣解剖结构，其中，所述第三切片的厚度小于所述相交切片的厚度，从而优化用于设备定位的所述双平面图像的所述对比度和用于识别所述感兴趣解剖结构的所述解剖图像的所述对比度。
2.根据权利要求1所述的用于设备定位的方法，其中，通过对所述相交切片与所述设备在所述双平面图像中的表示交叠的位置的对准来对所述设备进行定位。
3.根据权利要求2所述的用于设备定位的方法，其中，对所述相交切片与所述设备在所述双平面图像中的所述表示交叠的所述位置的所述对准触发所述第三切片的几何结构更新，使得所述设备的所述表示的至少部分在所述第三切片的平面内。
4.根据权利要求1所述的用于设备定位的方法，其中，所述第三切片的位置和取向是根据在所述相交切片中检测到的所述设备的位置和取向导出的，使得所述设备的功能部分基本上被包括在所述解剖图像被采集的区域中。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的用于设备定位的方法，其中，多幅双平面图像和多幅解剖图像被采集，并且其中，所述双平面图像的所述采集与所述解剖图像的所述采集交错。
6.根据权利要求1-4中的任一项所述的用于设备定位的方法，其中，基于对来自所述双平面图像的所述设备位置和取向的自动检测来确定所述第三切片的所述位置和取向。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的用于设备定位的方法，其中，手动检测所述设备位置和取向。
8.根据权利要求1-4中的任一项所述的用于设备定位的方法，其中，从所述双平面图像取回的所述设备的所述位置和取向被示出为所述解剖图像上的投影。
9.根据权利要求1-4中的任一项所述的用于设备定位的方法，其中，所述解剖图像中的所述对比度使得所述解剖图像中的所述对比度适合用于设备检测。
10.一种磁共振成像系统，其被配置为用于执行根据权利要求1-9所述的方法中的任一种。
11.一种加载程序代码模块的控制设备，所述程序代码模块用于使所述控制设备的计算机控制磁共振成像系统来执行根据权利要求1-9中的任一项所述的方法中的任一种的步骤。
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