[发明专利]一种用于微创手术导航系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁共振技术领域，尤其涉及一种用于微创手术导航系统及方法。

背景技术

精准微创治疗技术有利于提高疗效并减轻患者痛苦，在临床医疗上获得越来越多的应用。激光、X射线、伽马射线等放疗技术、高强度聚焦超声技术以及热消融和冷冻消融等介入治疗技术和其它各种微创手术都需要借助影像引导技术精确定位病灶并在治疗过程中实时精确监控电磁波、超声波或手术器械在靶标上的作用范围和疗效。与超声和CT等影像技术相比，磁共振影像(MRI)技术不仅具有高分辨率和多方位多参数成像优点，还能清晰显示解剖结构的边界、神经和血管，甚至实时监控人体生理活动和检测代谢产物以及靶标区域的温度，对人体无任何侵害和辐射损伤，故特别适合应用于影像导航。

现代MRI引导的立体定向脑外科等介入治疗系统通常由微创手术器械(或手术机器人)、光学跟踪定位子系统和MRI影像引导及导航子系统构成。对于MRI术中导航，磁体开放度、扫描速度和图像伪影是最为重要的技术指标，图像信噪比和分辨率要求能准确显示靶标位置和医疗器械位置，温度分布监控对于热/冷冻消融这类介入治疗要求精确可靠。由于上述技术要求，迄今为止进入临床应用的MRI影像导航产品为数不多，以开放式中低场MRI系统为主。例如，美国通用电气公司的Signa SP(0.5T)是中场超导开放式系统，通过铌锡合金材料制作的两个超导线圈垂直放置产生水平磁场，增加了可进入区域的宽度；德国西门子公司的Magnetom Open 0.2T和荷兰飞利浦公司的Proview0.23T Open是低场常导开放式系统，由上下两个阻抗型磁体产生垂直磁场，允许从一侧接近患者，并在近280°范围开展介入手术操作。此类影像导航系统对磁兼容手术器械的要求较低，且成像质量和速度能满足一般临床介入治疗需求，例如，前列腺癌、子宫肌瘤和关节疾病的活检或微创手术治疗。尽管高场强或超高场强的MRI系统为许多重要的成像方法和技术的应用提供了必需的高信噪比或高分辨率条件，但是超导磁体的圆柱形封闭结构和高成本严重限制了MRI技术在介入治疗和微创手术中的应用。长期以来，超导MRI介入治疗系统主要用于术前手术路线规划和术后疗效评估，而在术中导航中常常使用分时扫描方案，例如，GE的IntraOp Signa HD 3T系统在扫描和手术操作时需要通过滑轨在屏蔽室和手术室之间来回搬运，还需要借助立体定位技术(如光学跟踪技术)并通过物理空间和逻辑空间(即图像域)的转换实现器械标记跟踪，甚至需要开发繁琐复杂且必须高效运算的校正算法修正组织器官的术中位移误差，这使得这类高场MRI系统在介入治疗中的应用受到相当大的限制。相对而言，放射治疗较少受制于超导磁体的封闭结构，这可能允许超导MRI系统与直线加速器联用实现术中导航介入治疗，但要求肿瘤放疗的剂量和靶向精度能得到安全有效的控制。不管怎样，现代磁共振成像设备向开放式结构发展是大势所趋，这不仅可为患者(特别是幽闭症患者)改善检查的舒适度，尤其可为术中MRI影像引导应用开辟广阔空间。

我国自上世纪90年代以来也有少量永磁MRI系统用于医学研究机构的介入治疗临床试验，但基本上都是现有诊断型永磁成像系统与通用的光学跟踪定位仪的简单组合，还没有开发出独具MRI技术优势的专用导航系统和适合导航用的成像方法广泛应用于微创手术和介入治疗。

发明内容

为了克服现有成像仪磁体和线圈结构的开放度限制，并针对颅脑与关节疾病的活检和微创手术(如药物注射和穿刺引流等)治疗需要，本发明提出一种用于开放度高且定位精准的专用磁共振影像导航系统的成像磁体结构。