[发明专利]使用具有轨道角动量的光诱发超极化MRI的有源装置追踪

说明书

技术领域

本申请涉及追踪技术。其具体应用于图像引导的微创手术(minimallyinvasive surgical)流程，并将具体参考其对本申请予以说明。然而，还可以结合对其他仪器化目标的定位应用本申请。

背景技术

当实施微创图像引导的手术时，外科医生通常无法看到手术区域和手术仪器的工作端。更确切地说，外科医生是经由诊断图像“看到”手术区域的。为了使这些微创手术系统能够如预期地工作，外科医生必须了解手术仪器的工作端相对于患者的手术区域范围内的目标组织和诊断图像所处的位置。

机械式追踪系统将手术工具刚性地固定到诸如手术台的静止参考平面上。静止参考系平面和工具之间的一系列涉及仪器的接合允许对工具进行操纵。这种方案仅适用于刚性工具，并且动作范围/人机工程受到相当大的限制。

一些追踪技术间接测量仪器的工作端或顶端。亦即，当使用诸如活检针的刚性工具时，将追踪元件放置到仪器的可见端上，例如，放置到光或其他能量的发射器或反射器上。由摄影机等追踪来自发射器的光。通过对光发射器的位置的电子化计算，以及通过对光发射器和仪器顶端之间的几何结构关系的了解，能够对顶端的位置进行数学计算。这些间接方法存在缺点，例如，在仪器非刚性、外科医生或室内的其他设备遮挡了光发射器和电子系统之间的视线以及诸如此类的情况下，这些方法是不准确的。

目前已经开发出了在三维空间内直接定位仪器的工作端或顶端的其他技术。例如，可利用x射线荧光检查或CT技术对仪器的顶端成像。然而，这些基于辐射的技术将使患者受到相当量的辐射，并且室内的医务人员也将受到程度较轻的辐射。

在另一种技术中，将仪器的顶端或其他部分配置成使得它们呈现在磁共振图像中。这使得能够周期性地生成附加的诊断图像，以监测仪器的移动。这种技术往往相对缓慢，并且要求手术部位处于MRI扫描器的孔径或成像区域内。

在另一种技术中，在顶端附近设置有源天线。这种天线用于测量所施加的磁共振成像信号，其根据所述信号生成天线在MRI扫描器的坐标系中的三维坐标。这要求线路从所述天线延伸经过所述仪器的长度至外部电路，所述线路容易在磁共振成像期间施加的场的作用下发热。此外，这种技术还容易受到附近能使场发生扭曲的金属物体的影响以及受到MRI扫描器内部发现存在的高磁环境的影响而不准确。

本申请设想了一种新的、经改进的追踪技术，其能够解决上述问题以及其他问题。

发明内容

根据一个方面，提供了一种针对可插入的仪器的追踪系统。将至少一个赋予轨道角动量的光束的发生装置配置成安装到可插入的仪器上的选定位置，从而使与之相邻的感兴趣区域内的核磁偶极子超极化。RF线圈接收来自感兴趣区域内的核磁偶极子的共振信号。控制器控制梯度线圈，从而在感兴趣区域间诱发磁场梯度，进而以共振信号的频率对空间位置编码。射频接收器从RF线圈接收共振信号，而频率到位置解码器将接收到的核磁共振信号转换成对应的空间位置。图像存储器存储将向其体内插入了可插入的仪器的治疗对象的诊断图像。任选地，视频处理器将来自频率到位置解码器的空间位置与来自诊断图像存储器的诊断图像的至少一部分组合成组合的显示，从而在诊断图像上标记出感兴趣区域的位置或者仪器的部分，并且所述视频处理器还控制所述组合的图像在监视器上的显示。

根据另一方面，提供了一种追踪可插入的仪器的方法。随着仪器被插入到治疗对象体内，使用赋予轨道角动量的光束使沿仪器的预选定位置处的感兴趣区域内的核磁偶极子极化。应用识别经极化的核磁偶极子的位置的磁共振序列。

在一个实施例中，相对于B₀沿任意取向使OAM超极化的核自旋极化，B₀表示恒定均匀磁场，诸如由MRI仪器的孔径生成的恒定均匀磁场；这一方案使用非选择性的或者厚板(slab)激励，使得能够使用标准MR定位脉冲序列检测极化的核自旋并对装置定位。可能对装置进行检测是因为超极化的核自旋共振响应相对于背景信号具有增加的信号强度，所述背景信号包含由MR系统的B₀磁场微弱极化的核自旋。

一个优点在于提高了追踪手术仪器的工作端或顶端的精确度。

另一优点在于在手术过程期间基本实时地生成顶端位置信息。

另一优点在于在手术期间免受外科医生的活动和患者周围的其他仪器的干扰，或者将所述干扰降至最低。

对于本领域技术人员而言，在阅读并理解下文的详细说明后，其他的优点和益处将变得显而易见。

附图说明