[发明专利]一种用于微创手术导航系统及方法

权利要求书

1.一种用于微创手术导航系统，包括：磁轭(1)、磁钢(2)、极板(3)、屏蔽线圈(4)、梯度线圈(5)、射频线圈(6)、扫描床(7)、加热棒(8)、加热片(9)、温度传感器(10)、外壳(11)、T/R接发开关(12)、梯度功放(13)、射频功放(14)、前置放大器(15)、温控单元(16)、光学跟踪定位系统(17)、线圈调谐控制单元(18)、扫描床控制单元(19)、导航成像控制单元(20)、系统控制接口(21)、主机(22)、显示器(23)，其特征在于，磁体(60)为开放式U型结构，磁体间隙大于500mm，极板(3)半径为350mm至400mm；所述极板(3)半径为380mm；磁体(60)场强在0.2T至0.7T之间；磁体(60)的射频线圈(6)为双平面圆极化结构，在外导体环(50)与内导体环(52)之间设置若干无磁电容(51)；射频收发线圈(6)通过T/R开关实现发射和接收的转换；所述无磁电容(51)数量为100以上；X，Y和Z轴平面梯度线圈各有两组，一组置于一个磁极内侧，另一组置于另一个磁极内侧，线圈平面均平行于极板(3)表面，并通过抗涡流板与极板(3)隔开；其中，Z轴梯度线圈均由主梯度线圈(101)和轴向屏蔽线圈(102)构成，属于MAXWELL线圈，绕线为同心圆样式，主梯度线圈(101)13匝，轴向屏蔽线圈(102)14匝，两组梯度线圈通过6根梯度电缆(104)经梯度电源滤波器连接至梯度功放(13)；主梯度线圈(101)和轴向屏蔽线圈(102)采用印刷电路板技术制作而成；轴向屏蔽线圈(102)置于主梯度线圈(101)外侧并靠近极板(3)，轴向屏蔽线圈(102)和主梯度线圈(101)的梯度电流方向相反，磁场梯度限制在轴向屏蔽线圈(102)圆周内，使线圈内电流脉冲与静磁场相互作用产生的推力被抵消；主梯度线圈(101)、轴向屏蔽线圈(102)之间设置绝缘层(103)；主梯度线圈(101)、轴向屏蔽线圈(102)和绝缘层(103)半径优选为350mm，每个线圈厚度为4mm至5mm，主梯度线圈(101)和轴向屏蔽线圈(102)间距为2mm至3mm。

2.一种微创手术导航方法，其特征在于，采用权利要求1的用于微创手术导航系统，具体方法如下：

步骤100：预先按照操作流程对无磁医疗器械的磁化率伪影或金属伪影进行检测和优化导航序列参数，并在手术前在导航成像仪或高场成像仪上采集三维高分辨T1加权图像，必要时加扫增强扫描、血管造影或功能成像等，再进行手术路线规划，包括靶点设置、进针路径规划和手术方案制订；

步骤200：接着在导航成像系统上将扫描部位通过校准扫描床水平面高度并借助激光定位仪的激光标线指引置于等中心点区域，选用动态局域匀场技术进行匀场，通过三个选层梯度和三个sinc波形脉冲构成的三维空间选择性射频脉冲激发一个小体积内的质子或其它磁性原子核，然后采集自由感应衰减信号FID，该序列重复运行，同时不断通过线性梯度或匀场梯度调节磁场均匀性直到频谱积分面积最大，从而实现成像区的磁场均匀度最优化；

步骤300：然后导航流程通过导航模块和和导航界面建立内部参考坐标系并控制局域快速导航序列运行，根据手术路线反复采集三个正交方向的断层信号，每个方向可以采集单层也可以同步采集多层，或者采用实时路径跟踪模式，先通过导航软件扫描获得大视野定位像，在定位像上先定位扫描层面中心位置在手术入口位置，并朝向靶点位置规划几组扫描层面，每组层面可以设置在不同方位以避开神经或血管，层面之间的间隔设置为层面厚度的一半；在手术进程中不断更新定位参数和波形参数并实时扫描从而连续跟踪定位手术器械位置；

所述的局域快速导航序列设计方式基本特征是射频脉冲具有三维空间选择性，对应第一个射频激发脉冲、第一个射频重聚脉冲和第二个射频重聚脉冲的选层梯度设置在不同方位，并采用激发轮廓高度优化的SLR脉冲波形，可选择同时均匀激发多个紧邻的频带，各频带的范围和间距可在定位像上通过层厚和层间距进行精确调节，脉冲激发轮廓幅度可根据各频带的积分面积校正一致，重复多次采集一部分k空间线并进行脉冲相位循环，并且数据采集期间可选择同时施加频率编码梯度和选层梯度，接收机带宽设置为100kHz或更高，然后进行k空间数据累加和部分傅立叶图像重建；这种导航成像方法不仅可提高图像均匀度、分辨率和信噪比，还可抑制磁化率伪影和金属伪影，并缩短扫描时间；

步骤400：导航治疗结束后，在导航成像仪或高场成像仪上进行局域高分辨率扫描和增强扫描以确认疗效；与术中导航扫描相比，这里频率编码和相位编码方向的采集矩阵增加一倍以便进一步提高图像分辨率。