專利名稱：永磁磁共振圖像導(dǎo)引體外高能聚焦超聲系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)影像診斷和介入治療儀器與設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，以下簡(jiǎn)稱MRI)導(dǎo)引診斷和介入治療技術(shù)，體外高能聚焦超聲(High Intensity FocusedUltrasound，以下簡(jiǎn)稱HIFU)治療技術(shù)。
本發(fā)明具體涉及一種采用高開放度永磁磁共振成像系統(tǒng)進(jìn)行圖像導(dǎo)引和治療過程監(jiān)測(cè)、療效檢查的體外高能聚焦超聲治療系統(tǒng)和使用該系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
背景技術(shù)：
1體外高能聚焦超聲治療系統(tǒng)是將體外超聲能量聚集在人體深部目標(biāo)組織，達(dá)到精確熱損傷選定目標(biāo)組織的目的。目前，體外高能聚焦超聲治療系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外醫(yī)療研究的熱點(diǎn)之一，臨床應(yīng)用已取得很好的效果。體外高能聚焦超聲已經(jīng)被證明可以應(yīng)用于肝臟、腎臟、胰臟、直腸、前列腺、乳腺、骨、皮膚、子宮等部位的腫瘤和疾病的治療。其中針對(duì)前列腺癌的經(jīng)直腸的治療方法最為廣泛。在高能聚焦超聲腫瘤治療技術(shù)臨床應(yīng)用上，我國(guó)醫(yī)務(wù)工作者自上世紀(jì)90年代起使用國(guó)產(chǎn)的各種類型體外高能聚焦超聲腫瘤治療設(shè)備做了大量的工作，在肝癌、腎癌、乳腺癌及子宮肌瘤等治療領(lǐng)域積累了寶貴的臨床經(jīng)驗(yàn)，為世界同行所矚目。
常見的體外高能聚焦超聲治療系統(tǒng)一般由以下幾個(gè)部分構(gòu)成用以產(chǎn)生高能聚焦超聲波的發(fā)射器及其驅(qū)動(dòng)電路；用于尋找治療目標(biāo)區(qū)的實(shí)時(shí)影像檢查、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(多為B型超聲波成像檢查儀)；根據(jù)實(shí)時(shí)影像檢查結(jié)果，將治療目標(biāo)區(qū)移至聚焦焦域的聚焦超聲發(fā)射器多自由度姿態(tài)控制系統(tǒng)和承載患者(也稱被檢查者或被檢查對(duì)象)處于合適治療體位的治療床系統(tǒng)；系統(tǒng)操作控制臺(tái)；高能聚焦超聲波傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)及傳導(dǎo)介質(zhì)處理系統(tǒng)。高能聚焦超聲波傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)主要是在高能聚焦超聲波發(fā)射面的前方設(shè)置一個(gè)容納作為傳導(dǎo)介質(zhì)的脫氣凈化水的密閉水囊、密閉水箱或具有溢流功能的水槽。傳導(dǎo)介質(zhì)處理系統(tǒng)是為上述的密閉水囊、密閉水箱或具有溢流功能的水槽供應(yīng)脫氣凈化水的整套設(shè)備，包括水源、脫氣處理裝置、水凈化處理裝置、過濾處理裝置、輸送管路系統(tǒng)等。
背景技術(shù)：
2多陣元相控陣列式(Phase Array)高能聚焦超聲發(fā)射器，其特征在于它可以采用多陣元球面相控陣列式高能聚焦超聲發(fā)射器、多陣元弧面相控陣列式高能聚焦超聲發(fā)射器以及多陣元平面相控陣列式高能聚焦超聲發(fā)射器等多種類型的相控陣列式高能聚焦超聲發(fā)射器。
相控陣列式聚焦超聲發(fā)射器主要的特點(diǎn)是可產(chǎn)生適合治療的靈活多變的單焦點(diǎn)和同時(shí)多點(diǎn)的聚焦焦點(diǎn)模式。同單陣元單焦點(diǎn)相比，多點(diǎn)聚焦可以增大單次治療聚焦體積，大幅度減少治療時(shí)間，加快治療速度。相控陣列式聚焦超聲發(fā)射器還可以采用子陣技術(shù)避開一些障礙物(如肋骨)來進(jìn)行治療。
與常見的非相控陣列式聚焦超聲發(fā)射器需要復(fù)雜的多自由度姿態(tài)控制相比，多陣元相控陣列式高能聚焦超聲發(fā)射器在對(duì)患者進(jìn)行多體位治療的過程中，其所需的運(yùn)動(dòng)軸數(shù)少、姿態(tài)控制簡(jiǎn)單、治療時(shí)間大為縮短。制造運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)所用的零部件和元器件數(shù)目少，并且零部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以全部采用非金屬及無磁性材料來制造完成，滿足其在磁體環(huán)境下的使用要求。
背景技術(shù)：
3常見的永磁磁共振成像系統(tǒng)一般由以下幾個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成磁體子系統(tǒng)、梯度子系統(tǒng)、射頻子系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)和圖像處理子系統(tǒng)、患者承載定位子系統(tǒng)和掃描間子系統(tǒng)。
永磁磁體中設(shè)計(jì)有前后方向貫通、上下方或左右方向開敞的磁隙空間和置于磁隙空間內(nèi)的均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)；梯度子系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生梯度場(chǎng)的梯度線圈和與之相配套的梯度電源系統(tǒng)、梯度線圈散熱系統(tǒng)、噪音吸收控制系統(tǒng)等部分；射頻子系統(tǒng)包括射頻發(fā)射和射頻接收兩部分，包括用于實(shí)施射頻激勵(lì)的射頻發(fā)射線圈和與其配套的電源系統(tǒng)，用于接收磁共振成像信息的射頻信號(hào)接收線圈及與其配套的信號(hào)處理系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)和圖像處理子系統(tǒng)包括用于數(shù)據(jù)采集的譜儀子系統(tǒng)、圖像重建子系統(tǒng)、主計(jì)算機(jī)、操作控制臺(tái)等；患者承載定位子系統(tǒng)包括用于承載患者進(jìn)行掃描定位及掃描運(yùn)動(dòng)要求的檢查床/檢查椅；掃描間子系統(tǒng)包括電磁屏蔽掃描間及掃描間內(nèi)外信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)，內(nèi)外通信、監(jiān)視系統(tǒng)等。
本發(fā)明所述的U型布置的永磁磁體與常見的中低場(chǎng)強(qiáng)、垂直場(chǎng)布置的永磁磁體系統(tǒng)相比，不同之處在于U型布置的永磁磁體具有磁場(chǎng)呈水平狀態(tài)布置、患者身體上下兩側(cè)開放度高的特點(diǎn)。與已有的U型結(jié)構(gòu)、水平場(chǎng)布置的磁體相比，不同之處在于它是為配合高能聚焦超聲的上下兩個(gè)發(fā)射器工作而專門開發(fā)設(shè)計(jì)制造的，具有磁隙間距尺寸大等優(yōu)點(diǎn)。與已有的磁共振導(dǎo)引高能聚焦超聲設(shè)備相比，不同之處在于它采用中低場(chǎng)強(qiáng)的永磁磁體而不是高場(chǎng)強(qiáng)的超導(dǎo)磁體。磁體開放度高，宜人性好，適用于上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器。
背景技術(shù)：
4目前臨床應(yīng)用的體外高能聚焦超聲治療系統(tǒng)多采用B型超聲波成像檢查儀實(shí)施圖像導(dǎo)引，利用B型超聲波圖像尋找治療目標(biāo)區(qū)、進(jìn)行實(shí)時(shí)影像檢查、治療過程監(jiān)測(cè)等。限于目前已有的B型超聲波成像超聲技術(shù)在實(shí)時(shí)導(dǎo)引和精確診斷方面的不足，利用磁共振成像系統(tǒng)進(jìn)行圖像導(dǎo)引和治療過程監(jiān)測(cè)、療效檢查，成為體外高能聚焦超聲治療系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的主要方向。
磁共振導(dǎo)引體外高能聚焦超聲治療系統(tǒng)之所以成為新一代體外高能聚焦超聲治療系統(tǒng)的發(fā)展方向，主要基于磁共振設(shè)備在實(shí)時(shí)圖像導(dǎo)引、無創(chuàng)測(cè)溫和臨床腫瘤精確診斷方面的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)(1)圖像檢測(cè)方面，磁共振成像優(yōu)于超聲成像磁共振成像是安全、無創(chuàng)性腫瘤圖像診斷裝置，它利用多種脈沖序列綜合成像，全面觀察腫瘤病變的病理學(xué)改變。可提供準(zhǔn)確的三維高分辨率圖像，分辨率可達(dá)到1mm以下。圖像清晰、準(zhǔn)確，尤其對(duì)于腫瘤部位和周圍正常組織的分界很清楚。磁共振利用良性腫瘤與惡性腫瘤在血液供應(yīng)方面的截然不同這一特性，可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描，觀察病變信號(hào)增強(qiáng)的比率，使惡性腫瘤診斷的敏感性及特異性達(dá)到95％左右。磁共振在檢測(cè)過程中要使用射頻發(fā)射和接收線圈，但并不直接接觸患者的身體。檢查過程中受到的干擾因素比較少，圖像的復(fù)現(xiàn)性非常好，圖像質(zhì)量穩(wěn)定。
而目前常用的B型超聲波成像檢查儀多數(shù)只能提供二維圖像，分辯率不如磁共振清晰，病灶部位組織的某些細(xì)微的部分不容易被看到。超聲圖像容易受人體內(nèi)骨骼、氣體等因素的影響。檢測(cè)時(shí)必須考慮人體的擺位、姿勢(shì)、位置狀態(tài)，超聲探頭與皮膚之間的貼合，探頭的角度等多種因素。因?yàn)楦蓴_因素多，在超聲實(shí)時(shí)檢測(cè)過程中，圖像質(zhì)量不穩(wěn)定。
(2)實(shí)時(shí)導(dǎo)引方面，磁共振成像優(yōu)于超聲成像目前常見的體外高能聚焦超聲治療系統(tǒng)，其聚焦點(diǎn)空間位置的控制通過聚焦超聲發(fā)射器的運(yùn)動(dòng)來獲得。體外高能聚焦超聲治療系統(tǒng)所用的聚焦超聲為三維能量聚焦。即在一個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)，先用高能聚焦超聲發(fā)射器聚焦發(fā)射能量，停止后用二維圖像導(dǎo)引超聲檢測(cè)治療部位，得到反映治療效果的圖像。一個(gè)檢測(cè)周期接著另一個(gè)檢測(cè)周期，周而復(fù)始。在一個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)，一般用于高能聚焦超聲發(fā)射器聚焦發(fā)射的時(shí)間長(zhǎng)而二維導(dǎo)引超聲檢測(cè)圖像的時(shí)間短。實(shí)際工作過程中，三維能量聚焦超聲與二維圖像導(dǎo)引超聲之間的干擾比較嚴(yán)重，有些圖像并不真正反映治療效果，二維圖像導(dǎo)引超聲達(dá)不到真正的實(shí)時(shí)導(dǎo)引。
而磁共振成像檢查過程與聚焦超聲的能量發(fā)射過程原理不同，工作時(shí)互相不干擾。磁共振快速脈沖序列的成像速度比較快，尤其可以針對(duì)小的感興趣區(qū)(ROI)出片，可以快速準(zhǔn)確地觀察和判斷焦點(diǎn)區(qū)域的治療效果，有利于對(duì)腫瘤組織不可逆相變(細(xì)胞壞死)的評(píng)價(jià)。通過磁共振可以交互實(shí)時(shí)控制高能聚焦超聲焦域的能量和作用時(shí)間。達(dá)到即破壞腫瘤組織，又不損傷周圍正常組織的目的。
磁共振導(dǎo)引體外高能聚焦超聲治療系統(tǒng)的過程中，磁共振提供焦點(diǎn)位置的監(jiān)視和超聲能量的控制。在焦點(diǎn)處能量相對(duì)較低時(shí)只有輕度溫升，此時(shí)得到的磁共振圖像可引導(dǎo)焦點(diǎn)定位在腫瘤組織上。焦點(diǎn)定位完成后提高超聲能量，殺死腫瘤細(xì)胞。腫瘤細(xì)胞熱凝固后組織蛋白質(zhì)變性，達(dá)到一定溫度后，組織內(nèi)的水份有氣化，從而導(dǎo)致組織密度和其它性能的變化。磁共振成像敏感、清晰，可快速、準(zhǔn)確地捕捉和反映出這些變化。多途徑提取信息、實(shí)時(shí)監(jiān)控。
(3)實(shí)時(shí)無創(chuàng)測(cè)溫方面，磁共振優(yōu)于超聲測(cè)溫磁共振成像的參數(shù)(例如T1、彌散和化學(xué)位移等)對(duì)組織溫度變化敏感，可提供熱作用時(shí)溫度變化的實(shí)時(shí)三維高分辨率圖像。當(dāng)溫度超過41℃高溫時(shí)，磁共振可記錄組織蛋白質(zhì)變性(凝固)的信號(hào)。實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)周圍正常組織瞬時(shí)溫度的測(cè)量。磁共振設(shè)備的測(cè)溫很靈敏，測(cè)溫精度可達(dá)到1℃，而且可以得到精確反映的溫度場(chǎng)分布的信息。而超聲目前難以做到這一點(diǎn)。
背景技術(shù)：
5美國(guó)專利US 6,582,381 B1，標(biāo)題為“磁共振成像導(dǎo)引超聲治療系統(tǒng)的機(jī)械定位裝置”由因塞泰克—特克斯索尼克斯公司提出，該專利披露了在磁體環(huán)境下使用的下置式高能聚焦超聲發(fā)射器及其緊湊型多自由度姿態(tài)運(yùn)動(dòng)和控制機(jī)構(gòu)、高能聚焦超聲波傳導(dǎo)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，介紹了由壓電振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)及其在磁場(chǎng)環(huán)境下的使用。但是，該專利采用筒型磁共振成像，限制了檢查對(duì)象的空間，因而無法更有效地布置超聲治療設(shè)施(如安置一個(gè)以上的發(fā)射探頭)，也沒有提出在磁體環(huán)境下使用高能聚焦超聲發(fā)射器的更有效的措施或改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種采用高開放度永磁磁共振成像系統(tǒng)進(jìn)行圖像導(dǎo)引和治療過程監(jiān)測(cè)、療效檢查的體外高能聚焦超聲腫瘤系統(tǒng)和相關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法。
概括地說，本發(fā)明在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面使用U型結(jié)構(gòu)的0.35T/0.45T永磁高開放度水平場(chǎng)磁共振成像系統(tǒng)。將永磁磁體、梯度線圈、射頻接收/發(fā)射線圈、高能聚焦超聲發(fā)射器、患者(被檢查者或被檢查對(duì)象)承載定位裝置(檢查床或椅)復(fù)合為一個(gè)一體化的系統(tǒng)，復(fù)合實(shí)時(shí)圖像檢查、腫瘤治療、溫度控制等功能。使用相控陣列式聚焦超聲發(fā)射器，并結(jié)合實(shí)時(shí)的損傷組織可視化，減少病人需要的重復(fù)治療的次數(shù)，縮短治療時(shí)間。在術(shù)前和術(shù)中使用磁共振快速序列進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描成像，實(shí)時(shí)清晰觀察病灶部位的變化。從磁共振成像的參數(shù)(例如T1、彌散和化學(xué)位移等)中提取治療部位的溫度信息，精確控制治療過程。
概括地說，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了圖像導(dǎo)引和治療過程監(jiān)測(cè)、療效檢查治療的一體化，發(fā)揮了不同系統(tǒng)的各自優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明在系統(tǒng)組成方面包括一套完整的永磁高開放度磁共振成像系統(tǒng)，和一套與磁共振成像系統(tǒng)相配套的復(fù)合設(shè)計(jì)的高能聚焦超聲治療系統(tǒng)(含上、下兩個(gè)聚焦超聲發(fā)射器)，包括眾多銜接雙方功能的專門設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)。
本發(fā)明的裝置的主要的子系統(tǒng)有用于營(yíng)造出一個(gè)均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)的永磁磁體子系統(tǒng)；用于在樣品區(qū)產(chǎn)生梯度場(chǎng)的梯度子系統(tǒng)；用于發(fā)射射頻場(chǎng)激活被檢查對(duì)象的目的層面的射頻子系統(tǒng)；包含上部高能聚焦超聲發(fā)射器的上部聚焦超聲發(fā)射器子系統(tǒng)；包含下部高能聚焦超聲發(fā)射器的下部聚焦超聲發(fā)射器子系統(tǒng)；與上部聚焦超聲發(fā)射器配用的被檢查對(duì)象承載定位子系統(tǒng)；與下部聚焦超聲發(fā)射器配用的被檢查對(duì)象承載定位子系統(tǒng)；和計(jì)算機(jī)與圖像處理子系統(tǒng)，
此外，還可配套地包括上/下部聚焦超聲發(fā)射器多自由度姿態(tài)控制子系統(tǒng)、高能聚焦超聲波傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)及傳導(dǎo)介質(zhì)處理子系統(tǒng)、掃描間子系統(tǒng)。
按照笛卡爾坐標(biāo)系的要求，復(fù)合后的整個(gè)系統(tǒng)的坐標(biāo)系設(shè)置如下系統(tǒng)的x軸和z軸平面對(duì)應(yīng)患者的橫斷面(Axial Plane)、系統(tǒng)的y軸和z軸平面對(duì)應(yīng)患者矢狀面(Sagittal Plane)，系統(tǒng)的x軸和y軸平面對(duì)應(yīng)患者的冠狀面(Coronal Plane)。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，整個(gè)系統(tǒng)包括以下特定的技術(shù)特征U型結(jié)構(gòu)的永磁磁體的結(jié)構(gòu)為采用磁極左右布置的U型高開放式磁體結(jié)構(gòu)，軛鐵由左側(cè)軛鐵、右側(cè)軛鐵、底部軛鐵三部分構(gòu)成，左側(cè)軛鐵和右側(cè)軛鐵對(duì)稱布置，固定在底部軛鐵上，底部軛鐵是整個(gè)磁體的基礎(chǔ)；右側(cè)磁垛(N極)位于右側(cè)軛鐵的左側(cè)，左側(cè)磁垛(S極)位于左側(cè)軛鐵的右側(cè)，兩磁垛平行相對(duì)；磁通由右側(cè)磁垛發(fā)出，越過兩垛之間的磁隙空間，穿入左側(cè)磁垛，再由底部軛鐵返回右側(cè)磁垛，形成閉合回路；在上述磁體右側(cè)磁垛和左側(cè)磁垛面向患者的一側(cè)布置有第一和第二梯度線圈，兩梯度線圈平行相對(duì)；梯度線圈根據(jù)梯度磁場(chǎng)的分布和梯度場(chǎng)強(qiáng)要求設(shè)計(jì)制造，與磁極之間擴(kuò)大后的磁隙尺寸相適應(yīng)。
具有可用磁隙間距大、磁場(chǎng)強(qiáng)度高、無渦流、高開放度等特點(diǎn)的U型布置永磁磁體，其特征在于所述磁垛由單一種類的永磁材料構(gòu)成。永磁材料可以選用不同牌號(hào)的燒結(jié)釹鐵硼、釤鈷合金等。在保證得到所需最大可用磁隙間距、最大可用場(chǎng)強(qiáng)和最大尺寸均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)的基礎(chǔ)上，其磁場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)由永磁材料的選用、磁體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)等多方面來保證。
U型布置的永磁磁體系統(tǒng)是為了與高能聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)的臨床應(yīng)用和發(fā)展及隨之而來的諸多要求相配合而專門設(shè)計(jì)的。對(duì)于U型布置的永磁磁體來說，無論其目前具體的磁體結(jié)構(gòu)構(gòu)成、永磁材料的類型和牌號(hào)、制造工藝技術(shù)如何，無論其未來可能的技術(shù)發(fā)展和技術(shù)突破如何，只要符合以下四個(gè)條件就是滿足要求的磁體。
這四個(gè)條件是即在其自身中心營(yíng)造出一個(gè)尺寸較大的橢球形均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)，一個(gè)通道式的前后貫通、上下方開敞的磁隙空間、一個(gè)大尺寸的可用磁隙間距和最大可用場(chǎng)強(qiáng)。
U型結(jié)構(gòu)的永磁磁體置于電磁屏蔽掃描間內(nèi)的中央偏后位置，永磁磁體中設(shè)計(jì)有前后方向貫通(沿系統(tǒng)y軸)、上下方(沿系統(tǒng)z軸)開敞的磁隙空間和置于磁隙空間內(nèi)的橢球形狀均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)，磁場(chǎng)自N極到S極的方向與系統(tǒng)的x軸負(fù)方向相同，兩個(gè)梯度線圈及其溫度控制裝置對(duì)稱設(shè)置在磁體的左右兩側(cè)磁垛內(nèi)，磁極之間的磁隙可用間距優(yōu)選為600mm，整個(gè)磁體采用無渦流技術(shù)設(shè)計(jì)，具有很高的開放度。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述的永磁磁體的橢球形均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)，其特征在于它有滿足使用要求的空間尺寸(橢球的三個(gè)半徑值分別為400mm、400mm和380mm)，可以容納上下兩個(gè)相控陣列式高能聚焦超聲發(fā)射器在其區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)、工作，容納磁共振信號(hào)接收/發(fā)射兩用射頻線圈在其區(qū)域內(nèi)設(shè)置，容納患者及其定位、承載系統(tǒng)在其區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)、工作，以及心電門控用探頭，呼吸門控探頭、有創(chuàng)測(cè)溫針等裝置在其區(qū)域內(nèi)工作。所有這些元器件和裝置都是用符合要求的非金屬及無磁性材料制造和裝配完成，不會(huì)對(duì)均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)產(chǎn)生干擾、造成破壞，或使磁共振掃描圖像產(chǎn)生偽影。
承載患者的檢查床甲沿y軸正方向從磁體外將身體外側(cè)設(shè)置好射頻發(fā)射/接收兩用線圈、處于仰臥位或者俯臥位姿態(tài)的患者送入磁隙空間內(nèi)的均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)，定位完成后進(jìn)行磁共振成像掃描和上部聚焦超聲發(fā)射器發(fā)射治療，完成治療后承載患者移出磁體區(qū)域；上部聚焦超聲發(fā)射器采用多陣元球面相控陣列式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的軌道式吊架機(jī)構(gòu)。吊架機(jī)構(gòu)沿y軸方向的軌道固定安裝在掃描間內(nèi)磁體上方有足夠使用空間的位置，該軌道是整個(gè)吊架機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。吊架機(jī)構(gòu)的其余運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定安裝在沿該軌道運(yùn)動(dòng)的滑板下方。整個(gè)上部聚焦超聲發(fā)射器可以完成沿x軸、y軸和z軸方向的移動(dòng)和繞z軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)、繞x軸方向擺動(dòng)。超聲發(fā)射器發(fā)射面的前方設(shè)置有充滿脫氣凈化水的密閉水囊，以便于與處于其下方的患者身體表面的有關(guān)部位耦合，傳導(dǎo)聚焦波束進(jìn)入患者體內(nèi)；承載患者的檢查床乙沿y軸正方向從磁體外將身體外側(cè)設(shè)置好射頻發(fā)射/接收兩用線圈、處于仰臥位或者俯臥位姿態(tài)的患者送入磁隙空間內(nèi)的均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)，定位完成后進(jìn)行磁共振成像掃描和下部聚焦超聲發(fā)射器發(fā)射治療，完成治療后承載患者移出磁體區(qū)域；下部聚焦超聲發(fā)射器及其相關(guān)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、聚焦波束傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安裝在與之配用的檢查床乙的內(nèi)部，該聚焦超聲發(fā)射器采用多陣元平面相控陣列式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，承載發(fā)射器進(jìn)行位置和姿態(tài)調(diào)正的多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和發(fā)射器一起被整體容納在充滿脫氣凈化水的密閉水箱內(nèi)。整個(gè)下部聚焦超聲發(fā)射器可以完成沿x軸、y軸和z軸方向的移動(dòng)。水箱上表面為柔性薄膜結(jié)構(gòu)，上表面與床面平齊，柔性薄膜充水后鼓起，以便于與處于其上方的患者身體表面的有關(guān)部位耦合，傳導(dǎo)聚焦波束進(jìn)入患者體內(nèi)；在磁體外側(cè)靠近承載患者的檢查床的位置，設(shè)置有附帶獨(dú)立的圖像實(shí)時(shí)顯示LCD顯示器和設(shè)備急停開關(guān)的手動(dòng)控制裝置，以便臨床醫(yī)護(hù)人員就近實(shí)時(shí)觀察上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器和患者之間的位置關(guān)系并進(jìn)行控制和調(diào)整。
在使用中，電磁屏蔽掃描間內(nèi)還設(shè)置有患者治療狀況監(jiān)視、心電門控裝置、呼吸門控裝置和護(hù)理系統(tǒng)等，以便于實(shí)現(xiàn)介入功能和手術(shù)操作。
電磁屏蔽掃描間外布置有梯度電源系統(tǒng)電氣柜，射頻電源系統(tǒng)電氣柜，聚焦超聲發(fā)射器驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)電氣柜，作為傳導(dǎo)介質(zhì)的脫氣凈化水處理柜，計(jì)算機(jī)柜，操作控制臺(tái)。操作控制臺(tái)上設(shè)置有另一套控制上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器運(yùn)動(dòng)的手動(dòng)控制裝置，它和磁共振操作控制系統(tǒng)、圖像處理和顯示系統(tǒng)、治療區(qū)域溫度顯示系統(tǒng)、掃描間內(nèi)外對(duì)講和圖像監(jiān)視系統(tǒng)等合在一起使用。整個(gè)操作控制臺(tái)設(shè)置有設(shè)備急停開關(guān)，以備應(yīng)急處理。
在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上本發(fā)明從以下三個(gè)方面解決材料問題可能對(duì)磁共振成像掃描造成的影響，包括制造上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器系統(tǒng)所用的材料、元器件的選擇；超聲耦合材料潔凈度的保持；脫氣凈化水潔凈度的保持(下面詳述)。
本發(fā)明所述的材料問題，主要是指因制造有關(guān)零部件的材料中含有鐵、鈷、鎳等鐵磁性成份而對(duì)均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)造成均勻性破壞、對(duì)掃描圖像造成重大偽影干擾的問題。
與常見的體外高能聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)相比，本發(fā)明的治療系統(tǒng)安裝在符合電磁屏蔽要求的磁體掃描間內(nèi)，在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下工作。主要在上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器及其運(yùn)動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)、脫氣凈化水耦和裝置及輸水管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上有所不同。這些改進(jìn)包括上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器及其大部分運(yùn)動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)、脫氣凈化水耦和裝置等在永磁磁體的5高斯線范圍內(nèi)使用。所用零部件和元器件由非導(dǎo)電、非金屬及無磁性材料制成，不會(huì)影響磁場(chǎng)樣品區(qū)的均勻性，不會(huì)對(duì)磁共振掃描圖像造成偽影影響。完全符合磁共振影像檢查的安全要求和圖像質(zhì)量保證要求。
與已有的超導(dǎo)磁體磁共振成像導(dǎo)引體外高能聚焦超聲設(shè)備只有一個(gè)下部聚焦超聲發(fā)射器可以工作相比，本發(fā)明所述的上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器可以分別獨(dú)立地進(jìn)行工作，針對(duì)不同病癥的治療特點(diǎn)和治療時(shí)患者的身體姿勢(shì)和治療體位要求，由醫(yī)護(hù)人員選擇合適的聚焦超聲發(fā)射器，進(jìn)行治療。
在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明的上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器全部采用多陣元相控陣列式聚焦超聲發(fā)射器，其特征在于它可以采用多陣元球面相控陣列式聚焦超聲發(fā)射器、多陣元弧面相控陣列式聚焦超聲發(fā)射器以及多陣元平面相控陣列式聚焦超聲發(fā)射器等多種類型的相控陣列式聚焦超聲發(fā)射器。
與常見的非相控陣列式體外聚焦超聲發(fā)射器需要復(fù)雜的多自由度姿態(tài)控制相比，相控陣列式聚焦超聲發(fā)射器在對(duì)患者進(jìn)行多體位治療的過程中，其所需的運(yùn)動(dòng)軸數(shù)少、姿態(tài)控制簡(jiǎn)單、治療時(shí)間大為縮短。制造運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)所用的零部件和元器件數(shù)目少，并且零部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以全部采用非金屬及無磁性材料來制造完成，滿足其在磁體環(huán)境下的使用要求。
由于上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器系統(tǒng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)、計(jì)算機(jī)控制的機(jī)電一體化機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)其空間位置的運(yùn)動(dòng)、調(diào)整、配準(zhǔn)和定位，因此運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中各運(yùn)動(dòng)軸的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和其它一些影響磁體勻場(chǎng)性能以及掃描過程的金屬制機(jī)構(gòu)、機(jī)電元器件優(yōu)選地位于磁體的5高斯線范圍以外。5高斯線范圍以內(nèi)用到的機(jī)構(gòu)優(yōu)選采用工程塑料或其它高強(qiáng)度非金屬及弱磁性制造裝配完成以回避材料問題對(duì)磁共振成像掃描造成的影響，所有需要在5高斯線范圍以內(nèi)實(shí)現(xiàn)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)及傳動(dòng)元器件也為了回避由于材料問題對(duì)磁共振成像掃描造成的影響，可以采用非金屬及弱磁性零部件。
本發(fā)明要求的高強(qiáng)度塑料和非金屬及弱磁性材料不僅滿足強(qiáng)度、剛度等力學(xué)要求，而且滿足磁共振系統(tǒng)掃描過程的要求，對(duì)均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)不構(gòu)成影響、對(duì)掃描圖像不產(chǎn)生偽影干擾。耐腐蝕、抗老化。易于制造、裝配和維修保養(yǎng)，運(yùn)動(dòng)無噪音，能長(zhǎng)期保持工作穩(wěn)定性和精度。
在實(shí)際使用過程中，為提高或改進(jìn)上部聚焦超聲發(fā)射器發(fā)射面前方的密閉水囊和容納下部聚焦超聲發(fā)射器的密閉水箱上表面的柔性薄膜的聲學(xué)耦合效果，醫(yī)護(hù)人員一般需要用水、超聲傳導(dǎo)性凝膠以及類似性能的材料涂布在充水后鼓起的密閉柔性水囊(或柔性薄膜)和患者的皮膚之間。在進(jìn)行類似操作時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意不在聲學(xué)耦合材料中夾雜含有鐵磁性成份的金屬微粒等，以免影響均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)，產(chǎn)生偽影。
在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明的脫氣凈化水輸水管路系統(tǒng)，其特征在于管路系統(tǒng)中使用了高密度濾芯構(gòu)成的多層脫氣水過濾凈化裝置和位于磁體掃描間外的水源及水處理柜中的脫氣水磁化過濾吸附裝置來保持整個(gè)管路的潔凈，嚴(yán)格防止了管路系統(tǒng)中那些在制造和工作過程中產(chǎn)生的含有鐵、鈷、鎳等鐵磁性成份的金屬微粒進(jìn)入上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器相應(yīng)的脫氣凈化水耦和裝置。這些微粒不僅會(huì)對(duì)磁場(chǎng)均勻性構(gòu)成影響、對(duì)掃描圖像產(chǎn)生偽影干擾，而且還有可能扎破脫氣凈化水耦和裝置，造成脫氣水泄露事故，傷及正在進(jìn)行高能聚焦超聲治療的患者并損壞磁共振系統(tǒng)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器采用同一套脫氣凈化水生產(chǎn)和輸送管路系統(tǒng)生產(chǎn)、過濾和供應(yīng)脫氣凈化水，根據(jù)使用要求由控制系統(tǒng)決定上水、排水和停止供水。用于供應(yīng)脫氣凈化水的管路系統(tǒng)應(yīng)滿足密封要求和磁共振掃描過程的要求，不遺漏液體銹蝕磁體系統(tǒng)，不影響磁場(chǎng)均勻區(qū)及磁共振掃描過程。脫氣凈化水輸送管路連通位于磁體掃描間外的脫氣凈化水處理柜和磁體掃描間內(nèi)的上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器，穿過磁體掃描間傳導(dǎo)面板進(jìn)入磁體掃描間。其在磁體掃描間內(nèi)的管路分為兩部分，一部分管路附在上部高能聚焦超聲發(fā)射器的吊架機(jī)構(gòu)中，并隨吊架機(jī)構(gòu)一起運(yùn)動(dòng)。吊架機(jī)構(gòu)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)不對(duì)脫氣凈化水管路系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響。另一部分管路附在容納下部高能聚焦超聲發(fā)射器的檢查床乙中，并隨檢查床乙一起運(yùn)動(dòng)。檢查床乙的機(jī)械運(yùn)動(dòng)不應(yīng)對(duì)脫氣凈化水管路系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響。
水路系統(tǒng)保持整個(gè)管路的潔凈，要防止管路系統(tǒng)中那些在制造和工作過程中產(chǎn)生的含有鐵、鈷、鎳等鐵磁性成份的金屬微粒進(jìn)入充水式密閉柔性水囊(或水箱)。這些微粒不僅會(huì)對(duì)磁場(chǎng)均勻性構(gòu)成影響、對(duì)掃描圖像產(chǎn)生偽影干擾，而且還有可能扎破密閉柔性水囊(或柔性薄膜)，造成脫氣凈化水泄露事故，傷及正在進(jìn)行高能聚焦超聲治療的患者并損壞磁共振系統(tǒng)。
展開來講，本發(fā)明強(qiáng)調(diào)了水路系統(tǒng)潔凈度要求和有關(guān)的技術(shù)實(shí)施措施。在一個(gè)示范性的具體實(shí)施例中，高密度濾芯構(gòu)成的多層脫氣凈化水過濾凈化裝置得到了成功的應(yīng)用。此外，位于磁體掃描間之外的水源及水處理柜中的脫氣凈化水磁化過濾吸附裝置也被證明是行之有效的水處理措施。這兩點(diǎn)構(gòu)成了脫氣凈化水在本設(shè)計(jì)中穩(wěn)定、安全使用的基礎(chǔ)。
根據(jù)本發(fā)明，可以單獨(dú)使用上部或下部聚焦超聲發(fā)射器，都可以在精確的圖像導(dǎo)引下對(duì)患者進(jìn)行仰臥位或者俯臥位治療和治療過程監(jiān)測(cè)、療效檢查。從而擴(kuò)大了體外高能聚焦超聲可以治療的適應(yīng)癥范圍。當(dāng)不使用聚焦超聲發(fā)射器時(shí)，磁共振系統(tǒng)還能進(jìn)行獨(dú)立進(jìn)行成像掃描。
與上部聚焦超聲發(fā)射器配合使用的檢查床甲，其特征在于它只是一付高度尺寸固定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本的擔(dān)架床。它主要承載身體外側(cè)設(shè)置好射頻發(fā)射/接收線圈的患者進(jìn)入磁體的均勻樣品區(qū)并固定在工作位置。
此外，作為機(jī)動(dòng)性比較強(qiáng)的患者承載系統(tǒng)，該床可以承載患者進(jìn)行不同影像科目的檢查、不同治療方式的轉(zhuǎn)換以及在醫(yī)院環(huán)境內(nèi)的轉(zhuǎn)移就診，例如X光機(jī)影像檢查、伽瑪相機(jī)影像檢查、放射治療、化療、微波熱療、射頻熱療、外科手術(shù)等。
該床對(duì)以本發(fā)明所述的符合電磁屏蔽要求的磁體掃描間為基礎(chǔ)，增加設(shè)備、擴(kuò)大面積，改進(jìn)為包括磁共振影像實(shí)時(shí)檢查、體外高能聚焦超聲治療、外科手術(shù)等多種診療手段的綜合診療室十分有益，是構(gòu)成該系統(tǒng)的一個(gè)重要媒介物。
與下部聚焦超聲發(fā)射器配合使用的檢查床乙，其特征在于它包容了下部高能聚焦超聲發(fā)射器及其運(yùn)動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)、脫氣凈化水耦和裝置等。當(dāng)不需要使用下部高能聚焦超聲發(fā)射器時(shí)，可以將檢查床乙從磁體工作區(qū)域推出，換上檢查床甲配合上部高能聚焦超聲發(fā)射器工作或只對(duì)患者做獨(dú)立的磁共振影像檢查。
當(dāng)上部高能聚焦超聲發(fā)射器工作時(shí)，可以與檢查床甲配合使用，也可以與下部高能聚焦超聲發(fā)射器停止工作后的檢查床乙配合使用。當(dāng)下部高能聚焦超聲發(fā)射器工作時(shí)，上部高能聚焦超聲發(fā)射器一般整體移出磁體區(qū)域。以增強(qiáng)治療系統(tǒng)的開放度，減少患者的幽閉恐懼感。
這些運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的配電和控制裝置電纜通過傳導(dǎo)板引出磁體掃描間，與掃描間外的電源和控制系統(tǒng)相連接。
作為圖像導(dǎo)引系統(tǒng)的高開放度永磁磁共振成像系統(tǒng)，本發(fā)明包括兩套與上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器分別配合使用的檢查床(與上部高能聚焦超聲發(fā)射器配合使用的檢查床甲和與下部高能聚焦超聲發(fā)射器配合使用的檢查床乙)，它們可以保持為工作高度固定，在永磁磁體5高斯線范圍內(nèi)的部分由非導(dǎo)電、非金屬及無磁性材料制成。床面板由高強(qiáng)度、耐變形的玻璃纖維增強(qiáng)塑料(玻璃鋼)材料制成，這樣不僅可以滿足該床面的強(qiáng)度和剛度要求，而且由于玻璃鋼材料不含鐵磁性微粒，不會(huì)對(duì)磁場(chǎng)均勻性構(gòu)成影響、對(duì)掃描圖像產(chǎn)生偽影干擾。床面板的設(shè)計(jì)還可考慮信號(hào)接收/發(fā)射兩用線圈的就位和固定以及線圈信號(hào)傳輸電纜的布置和固定，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的信號(hào)接口。
為滿足患者某些治療體位的要求，還可包括設(shè)計(jì)有楔型、方型等形狀的襯墊和頭托、頸托、臂托等配合患者身下的大床墊，以支撐患者長(zhǎng)期舒適的處于治療體位。
本發(fā)明應(yīng)用面廣，按照一般要求，除體內(nèi)含有金屬支架、心臟起博器或不宜進(jìn)行磁共振影像檢查的患者外都能進(jìn)行磁共振成像掃描，因而可受益于本發(fā)明描述的治療方法和系統(tǒng)進(jìn)行腫瘤治療。
根據(jù)另一方面，由本發(fā)明的系統(tǒng)和設(shè)計(jì)能夠提供一種采用永磁磁共振成像系統(tǒng)對(duì)體外高能聚焦超聲治療進(jìn)行圖像導(dǎo)引的方法，它包括以下步驟(1)用永磁磁體在其自身中心營(yíng)造出一個(gè)均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)；(2)通過在被檢查者身體外側(cè)設(shè)置掃描用信號(hào)接收/發(fā)射兩用射頻線圈，移動(dòng)承載被檢查者和射頻線圈的檢查床，使受檢查部位組織的一個(gè)目的層面處于所述樣品區(qū)的中心；(3)用射頻發(fā)射線圈發(fā)射射頻場(chǎng)激活上述目的層面；(4)在樣品區(qū)產(chǎn)生梯度場(chǎng)，對(duì)目的層面的核自旋進(jìn)行空間編碼；(5)對(duì)所述目的層面進(jìn)行磁共振成像，用射頻接收線圈接收目的層面的磁共振信號(hào)，經(jīng)過磁共振成像系統(tǒng)的處理，得到反映病灶部位組織狀況的圖像；(6)通過磁共振成像系統(tǒng)調(diào)整層厚；(7)重復(fù)步驟(3)到(6)，進(jìn)行多層面成像，得到反映檢查部位所有組織狀況的分層圖像；(8)控制體外高能聚焦超聲治療裝置的發(fā)射器運(yùn)動(dòng)，通過觀察反映發(fā)射器位置實(shí)時(shí)變化的磁共振圖像，使聚焦焦域定位在所選層面內(nèi)需要治療的目標(biāo)部位內(nèi)。
在使用中，還包括進(jìn)一步包括以下步驟(9)啟動(dòng)聚焦超聲波發(fā)射，觀察實(shí)時(shí)反映所選層面內(nèi)組織狀況改變的磁共振圖像，提取有關(guān)聚焦區(qū)域的溫度分布信息。


下面結(jié)合附圖和一個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，其中圖1是本發(fā)明所述的采用高開放度水平場(chǎng)布置的永磁磁共振成像系統(tǒng)進(jìn)行圖像導(dǎo)引和治療效果監(jiān)測(cè)、檢查的體外高能聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的高開放度水平場(chǎng)布置的U型永磁磁體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的整個(gè)系統(tǒng)的體系構(gòu)成框圖；圖4是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行腫瘤治療的流程圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁共振成像層面與體外聚焦超聲發(fā)射器聚焦焦域的關(guān)系；圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的上部體外高能聚焦超聲發(fā)射器及其吊架機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的上部體外高能聚焦超聲發(fā)射器及其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的其它結(jié)構(gòu)方案；圖8(a)、(b)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的上部體外高能聚焦超聲發(fā)射器的工作原理示意圖；圖9(a)、(b)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的下部體外高能聚焦超聲發(fā)射器及其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的下部體外高能聚焦超聲發(fā)射器的工作原理示意圖；圖11是兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器采用同一套脫氣水生產(chǎn)和輸送管路系統(tǒng)生產(chǎn)、過濾和供應(yīng)脫氣水的工作原理示意圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的整個(gè)系統(tǒng)和電磁屏蔽掃描間為主體，構(gòu)建介入診斷、治療、手術(shù)一體化系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，該圖整體示出了整個(gè)永磁磁共振成像導(dǎo)引體外高能聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成狀況。其中1為永磁磁體系統(tǒng)、2為上部體外高能聚焦超聲發(fā)射器及其軌道式吊架機(jī)構(gòu)、3為檢查床甲、4為包含下部體外高能聚焦超聲發(fā)射器的檢查床乙、5為發(fā)射器位置手動(dòng)控制裝置、6為與上部體外高能聚焦超聲發(fā)射器配用的射頻發(fā)射/接收線圈、7為與下部體外高能聚焦超聲發(fā)射器配用的射頻發(fā)射/接收線圈、8為患者治療狀況監(jiān)視系統(tǒng)、9為心電門控于與呼吸門控裝置、10為隨床護(hù)理系統(tǒng)、11為電磁屏蔽掃描間、12為電磁屏蔽掃描間的傳導(dǎo)板系統(tǒng)、13為梯度電源系統(tǒng)電氣柜、14為射頻電源系統(tǒng)電氣柜、15為聚焦超聲發(fā)射器驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)電氣柜、16為脫氣凈化水處理柜、17為操作控制臺(tái)、18為計(jì)算機(jī)柜。
參照?qǐng)D2，根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，圖示出了高開放度水平場(chǎng)布置的U型永磁磁體的結(jié)構(gòu)組成。磁體系統(tǒng)主要是為了與含上下兩個(gè)發(fā)射器的體外高能聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)配套使用而設(shè)計(jì)的，磁體采用U型布置的結(jié)構(gòu)。其中1-1為右側(cè)軛鐵、1-2為左側(cè)軛鐵、1-3為底部軛鐵、1-4為右側(cè)磁垛(N極)、1-5為左側(cè)磁垛(S極)、1-6為右側(cè)極靴、1-7為左側(cè)極靴、1-8為第一梯度線圈、1-9為第二梯度線圈、1-10為用玻璃纖維增強(qiáng)塑料(玻璃鋼)材料制成的磁體外殼體、1-11為含保溫層在內(nèi)的磁體溫度控制系統(tǒng)。由于U型永磁磁體本身和線圈等的大部分結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有技術(shù)，因此對(duì)其1-1到1-9項(xiàng)不做詳細(xì)的描述。
磁體外殼體1-10采用分塊設(shè)計(jì)、分塊制造的方法制造而成，然后整體嵌合、拼接組裝在一起，嚴(yán)密包裹住磁體系統(tǒng)，將其所有的機(jī)械和電氣部件與患者隔開。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，用玻璃纖維增強(qiáng)塑料(玻璃鋼)材料制成的磁體外殼體，采用分塊設(shè)計(jì)、分塊制造的方法制造而成，然后整體嵌合、拼接組裝在一起，嚴(yán)密包裹住磁體系統(tǒng)，將其所有的機(jī)械和電氣部件與患者隔開。
磁體外殼體1-10內(nèi)的底部殼體設(shè)計(jì)有特殊的水收集系統(tǒng)以防止作為耦合物的脫氣凈化水泄漏并流入磁體而引起電氣安全事故。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，磁體溫度控制系統(tǒng)1-11含有特殊設(shè)計(jì)的阻燃海綿材料保溫層，其特征在于它由多種不同形狀和尺寸的阻燃海綿材料塊組成。這些材料塊整體嵌合、搭接、疊壓、拼接組裝在一起，嚴(yán)密包裹住軛鐵和布置在其上的由多個(gè)測(cè)溫裝置和電加熱裝置組成的反饋式溫度控制系統(tǒng)，構(gòu)成嚴(yán)密的磁體保溫層，可以實(shí)現(xiàn)大面積的保溫并保證磁體溫度控制的均勻性、穩(wěn)定性。
如圖2所示，優(yōu)選地，磁極之間的磁隙可用間距為600mm。這實(shí)現(xiàn)了安全容納患者進(jìn)行磁共振成像檢查和聚焦超聲發(fā)射治療的需要，具有良好的人機(jī)工程學(xué)效果。不僅有益于患者克服幽閉恐懼感、還有益于醫(yī)護(hù)人員實(shí)時(shí)觀察患者狀態(tài)、監(jiān)測(cè)治療過程。
參照?qǐng)D3所示的框圖，描繪了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，整個(gè)系統(tǒng)的體系構(gòu)成，可以了解主要的子系統(tǒng)之間的關(guān)系。這些子系統(tǒng)包括永磁磁體子系統(tǒng)；上部聚焦超聲發(fā)射器子系統(tǒng)；下部聚焦超聲發(fā)射器子系統(tǒng)；與上部聚焦超聲發(fā)射器配用的患者承載定位子系統(tǒng)；與下部聚焦超聲發(fā)射器配用的患者承載定位子系統(tǒng)；和計(jì)算機(jī)和圖像處理子系統(tǒng)，其中永磁磁體子系統(tǒng)采用U型布置結(jié)構(gòu)的磁體，該U型結(jié)構(gòu)的永磁磁體的結(jié)構(gòu)特征是在其自身中心營(yíng)造出一個(gè)尺寸較大的橢球形均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)，一個(gè)通道式的前后貫通、上下方開敞的磁隙空間、一個(gè)大尺寸的可用磁隙間距和最大可用場(chǎng)強(qiáng)。
此外，在實(shí)際使用中還可包括上/下部聚焦超聲發(fā)射器多自由度姿態(tài)控制子系統(tǒng)，高能聚焦超聲波傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)及傳導(dǎo)介質(zhì)處理子系統(tǒng)、掃描間與傳導(dǎo)板子系統(tǒng)。
其中的計(jì)算機(jī)和圖像處理子系統(tǒng)控制整個(gè)系統(tǒng)的工作和數(shù)據(jù)采集等，例如，可以包括控制梯度線圈的梯度控制器，控制RF信號(hào)發(fā)射和接收的序列發(fā)生、放大器，主計(jì)算機(jī)通過操作控制器、內(nèi)置操作控制器對(duì)上/下部聚焦超聲發(fā)射器多自由度姿態(tài)控制子系統(tǒng)、高能聚焦超聲波傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)及傳導(dǎo)介質(zhì)處理子系統(tǒng)、上/下部聚焦超聲發(fā)射器電源系統(tǒng)等進(jìn)行控制，通過數(shù)據(jù)檢測(cè)濾波、數(shù)據(jù)采集、圖像處理器、圖像顯示器等進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖像顯示。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地設(shè)計(jì)出該控制系統(tǒng)，圖3清楚地顯示了其中一種具體的配置方案。鑒于本發(fā)明可以采用屬于現(xiàn)有技術(shù)的計(jì)算機(jī)和圖像處理子系統(tǒng)，在此不必對(duì)其作出詳細(xì)描述。
參照?qǐng)D4所示流程圖，可以了解使用本發(fā)明進(jìn)行腫瘤治療的過程。
該實(shí)施例示出了采用高開放度永磁磁共振成像系統(tǒng)對(duì)體外高能聚焦超聲腫瘤治療進(jìn)行圖像導(dǎo)引和治療過程監(jiān)測(cè)、療效檢查的一種方法，它包括以下步驟(1)用永磁磁體在其自身中心營(yíng)造出一個(gè)尺寸較大的橢球形均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)。磁體的構(gòu)成特征是采用磁隙間距較大、磁極左右布置的水平場(chǎng)U型高開放式磁體結(jié)構(gòu)，軛鐵由左側(cè)軛鐵、右側(cè)軛鐵、底部軛鐵三部分構(gòu)成，左側(cè)軛鐵和右側(cè)軛鐵對(duì)稱布置，底部軛鐵是整個(gè)磁體的基礎(chǔ)。右側(cè)磁垛(N極)位于右側(cè)軛鐵的左側(cè)，左側(cè)磁垛(S極)位于左側(cè)軛鐵的右側(cè)，兩處磁垛平行相對(duì)。磁通由右側(cè)磁垛發(fā)出，越過兩垛之間的磁隙空間，穿入左側(cè)磁垛，再由底部軛鐵返回右側(cè)磁垛，形成閉合回路；(2)通過在患者身體外側(cè)設(shè)置掃描用信號(hào)接收/發(fā)射兩用射頻線圈，移動(dòng)承載患者和射頻線圈的檢查床，使受檢查病灶部位組織的一個(gè)目的層面處于所述樣品區(qū)的中心；(3)用射頻發(fā)射線圈發(fā)射射頻場(chǎng)激活上述目的層面；(4)通過設(shè)置在磁體右側(cè)磁垛和左側(cè)磁垛面向患者一側(cè)的兩個(gè)梯度線圈在樣品區(qū)產(chǎn)生梯度場(chǎng)，對(duì)目的層面的核自旋進(jìn)行空間編碼；(5)對(duì)所述目的層面進(jìn)行磁共振成像。用射頻接收線圈接收目的層面的磁共振信號(hào)，經(jīng)過磁共振成像系統(tǒng)的處理，快速得到反映病灶部位組織狀況的圖像；(6)通過磁共振成像系統(tǒng)調(diào)整層厚，選擇另一目的層面；(7)重復(fù)步驟(3)到(6)，進(jìn)行多層面成像，得到反映病灶部位所有病變組織狀況的分層圖像；然后據(jù)此確定手術(shù)方案；(8)按照手術(shù)方案，選擇治療層面；(9)確定治療層面后，通過手動(dòng)控制體外高能聚焦超聲腫瘤治療裝置的發(fā)射器運(yùn)動(dòng)，同時(shí)密切觀察反映發(fā)射器位置實(shí)時(shí)變化的磁共振圖像，使聚焦焦域定位在所選層面內(nèi)需要治療的病灶目標(biāo)部位內(nèi)；(10)啟動(dòng)聚焦超聲波發(fā)射治療，觀察實(shí)時(shí)反映所選層面內(nèi)病變組織狀況改變的磁共振圖像，提取有關(guān)聚焦區(qū)域的溫度分布信息。判斷所選聚焦焦域的治療效果并決定延長(zhǎng)治療時(shí)間或完成治療；(11)完成選定病灶目標(biāo)部位的聚焦治療后，根據(jù)所選擇治療層面內(nèi)病灶部位的大小，通過手動(dòng)控制體外聚焦超聲腫瘤治療裝置發(fā)射器運(yùn)動(dòng)，使聚焦焦域在所選層面內(nèi)的病灶部位內(nèi)的未治療區(qū)域內(nèi)移動(dòng)并重新定位。重復(fù)步驟(10)，經(jīng)多次移動(dòng)和定位，反復(fù)操作聚焦超聲波發(fā)射治療，使所選層面內(nèi)需要治療的病灶目標(biāo)部位全部完成治療和治療效果檢查；(12)選擇新的治療層面；(13)重復(fù)步驟(9)到步驟(12)，直到完成所有治療層面內(nèi)全部病灶目標(biāo)部位的治療過程和治療效果檢查。
參照?qǐng)D5可以了解磁共振成像層面與體外聚焦超聲發(fā)射器聚焦焦域之間的關(guān)系。
按照笛卡爾坐標(biāo)系的要求，復(fù)合后的整個(gè)系統(tǒng)的坐標(biāo)系設(shè)置如下系統(tǒng)的x軸和z軸平面對(duì)應(yīng)患者的橫斷面(Axial Plane)、系統(tǒng)的y軸和z軸平面對(duì)應(yīng)患者矢狀面(Sagittal Plane)，系統(tǒng)的x軸和y軸平面對(duì)應(yīng)患者的冠狀面(Coronal Plane)。
參照?qǐng)D6，可以了解上部體外高能聚焦超聲發(fā)射器及其吊架機(jī)構(gòu)的構(gòu)成狀況。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，上部高能聚焦超聲發(fā)射器2-1采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的軌道式吊架機(jī)構(gòu)2-2來實(shí)現(xiàn)其空間位置的運(yùn)動(dòng)、調(diào)整、配準(zhǔn)和定位，吊架機(jī)構(gòu)2-2能夠?qū)崿F(xiàn)上部高能聚焦超聲發(fā)射器的左右(系統(tǒng)的x軸)、前后(系統(tǒng)的y軸)和上下升降運(yùn)動(dòng)(系統(tǒng)的z軸)、高能聚焦超聲發(fā)射器的擺動(dòng)(繞系統(tǒng)的x軸擺動(dòng))和高能聚焦超聲發(fā)射器的旋轉(zhuǎn)(繞系統(tǒng)的z軸旋轉(zhuǎn))五個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)要求。
在一個(gè)示范性的例子中，y軸方向的運(yùn)動(dòng)由一套電機(jī)驅(qū)動(dòng)、橡膠同步帶、同步輪牽引的滑軌、滑板機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，滑軌固定在掃描間內(nèi)磁體上方的鋁型材制水平梁的下方；x軸方向的運(yùn)動(dòng)由另一套電機(jī)驅(qū)動(dòng)、橡膠同步帶、同步輪牽引的滑軌、滑板機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；x軸滑軌固定y軸滑板下方，x軸滑板的下方是z軸升降機(jī)構(gòu)，z軸驅(qū)動(dòng)裝置位于x軸滑板內(nèi)，采用重力平衡設(shè)置后的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的橡膠同步帶升降牽引機(jī)構(gòu)。上部高能聚焦超聲發(fā)射器的俯仰運(yùn)動(dòng)由繞系統(tǒng)的z軸旋轉(zhuǎn)和繞系統(tǒng)的x軸擺動(dòng)組合來實(shí)現(xiàn)。z軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的齒輪副機(jī)構(gòu)組成，x軸擺動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的橡膠同步帶、同步輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成。這兩套運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在一個(gè)機(jī)體上工作，整體位于z軸升降機(jī)構(gòu)的下方。每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸都設(shè)置有脈沖編碼器以精確測(cè)量位移和轉(zhuǎn)角，設(shè)置行程開關(guān)以控制其運(yùn)動(dòng)范圍，設(shè)置機(jī)械擋塊以防止運(yùn)動(dòng)越程。上部高能聚焦超聲發(fā)射器2-1及其吊架機(jī)構(gòu)2-2的運(yùn)動(dòng)控制采用各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸間相互獨(dú)立的分步驟控制方式。采用兩套附帶圖像實(shí)時(shí)顯示器和設(shè)備急停開關(guān)手動(dòng)控制裝置，一套設(shè)置在磁體掃描間內(nèi)，在磁體外側(cè)靠近承載患者的檢查床的位置；另一套手動(dòng)控制裝置設(shè)置在磁體掃描間外的操作控制臺(tái)上，和磁共振操作控制系統(tǒng)、圖像處理和顯示系統(tǒng)、治療區(qū)域溫度顯示系統(tǒng)、掃描間內(nèi)外對(duì)講和圖像監(jiān)視系統(tǒng)等合在一起使用。整個(gè)操作控制臺(tái)設(shè)置有設(shè)備急停開關(guān)，以備應(yīng)急處理。
由于整個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)控制為現(xiàn)有技術(shù)，因此除了對(duì)其材料有所要求外，不對(duì)其做詳細(xì)的描述。
在本發(fā)明中，由于5高斯線范圍以內(nèi)用到的機(jī)構(gòu)及其組成零部件、元器件采用符合要求的工程塑料、非金屬及弱磁性材料制造以回避材料問題對(duì)磁共振成像掃描造成的影響。因此該吊架機(jī)構(gòu)2-2實(shí)際上已不同于目前常見的吊架式X光機(jī)等影像診斷設(shè)備、手術(shù)用無影燈、監(jiān)視器、呼吸機(jī)、麻醉機(jī)等醫(yī)用儀器設(shè)備所采用的類似軌道式或旋轉(zhuǎn)滑移式吊架機(jī)構(gòu)。
展開來講，本發(fā)明在材料應(yīng)用方面多次強(qiáng)調(diào)了位于5高斯線范圍以內(nèi)的上部高能聚焦超聲發(fā)射器2-1的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由特殊設(shè)計(jì)的非金屬及弱磁性材料制造和裝配完成這一技術(shù)特征。參照?qǐng)D7所示，可以了解關(guān)節(jié)式手術(shù)機(jī)器人夾持上部體外高能聚焦超聲發(fā)射器2-1實(shí)現(xiàn)多自由度姿態(tài)控制的工作原理。如圖7所示，這一技術(shù)特征不僅適用于本設(shè)計(jì)所敘述的軌道式電動(dòng)吊架機(jī)構(gòu)，還適用于機(jī)械手(關(guān)節(jié)式手術(shù)機(jī)器人、多坐標(biāo)滑臺(tái)及轉(zhuǎn)臺(tái)等)、旋轉(zhuǎn)滑移式吊架等能夠夾持上部高能聚焦超聲發(fā)射器2-1完成治療配準(zhǔn)和定位要求的其它機(jī)械結(jié)構(gòu)。只要他們滿足其位于5高斯線范圍以內(nèi)的部分由本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的非金屬及弱磁性材料制造和裝配完成，都能配合磁共振系統(tǒng)完成高能聚焦超聲系統(tǒng)的成像導(dǎo)引治療過程。因此，本發(fā)明實(shí)際上容納和涵蓋了其它可以?shī)A持上部高能聚焦超聲發(fā)射器運(yùn)動(dòng)，配合U型永磁磁體完成高能聚焦超聲治療過程的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，總的來說，包括軌道式電動(dòng)吊架機(jī)構(gòu)、軌道式手動(dòng)吊架機(jī)構(gòu)、機(jī)械手(關(guān)節(jié)式手術(shù)機(jī)器人、多坐標(biāo)滑臺(tái)及轉(zhuǎn)臺(tái)等)、旋轉(zhuǎn)滑移式吊架等。
參照?qǐng)D8(a)、(b)所示，可以了解根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，上部體外高能聚焦超聲發(fā)射器的工作原理。上部體外高能聚焦超聲發(fā)射器與患者皮膚之間采用充水式密閉柔性水囊2-3進(jìn)行耦合，該水囊可采用聚酯薄膜、聚氯乙稀(PVC)、硅橡膠等材料制成，其形狀易隨躺在檢查床甲3上的患者身體的輪廓而改變，這是目前成熟的耦合技術(shù)，不再贅述。它具有以下優(yōu)點(diǎn)一方面，充滿脫氣水的密閉柔性水囊可完全覆蓋高能聚焦超聲聚焦波束區(qū)域并滿足波束的透過要求，另一方面充水式密閉柔性水囊可保護(hù)患者免受高能聚焦超聲發(fā)射器的運(yùn)動(dòng)在失去控制后可能對(duì)患者身體造成的擠壓和傷害。
參照?qǐng)D1所示，上部高能聚焦超聲發(fā)射器2-1的運(yùn)動(dòng)范圍和工作區(qū)域包含在磁共振掃描用信號(hào)接收/發(fā)射兩用線圈6在患者身體外側(cè)安裝就位后所留出的空隙內(nèi)，上部高能聚焦超聲發(fā)射器2-1的位置調(diào)整過程不應(yīng)碰撞并影響信號(hào)接收/發(fā)射兩用線圈6的位置以免影響磁共振掃描的圖像質(zhì)量。
參照?qǐng)D1所示，當(dāng)上部高能聚焦超聲發(fā)射器2-1獨(dú)立工作時(shí)，掃描床甲3承載身體外側(cè)安裝好磁共振掃描用信號(hào)接收/發(fā)射兩用線圈6的患者進(jìn)入磁體1并在適宜位置就位并固定。該檢查床甲3就位時(shí)，可使用激光定位燈來確定其準(zhǔn)確的位置。由于檢查床甲3在y軸方向的運(yùn)動(dòng)比較單一和簡(jiǎn)單，在x軸和z軸方向不需運(yùn)動(dòng)，并可利用激光定位燈在y軸方向準(zhǔn)確定位，因此設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單支撐結(jié)構(gòu)的、工作高度固定的手動(dòng)操作床。
參照?qǐng)D9(a)和(b)所示，可以了解根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，下部體外高能聚焦超聲發(fā)射器4-8的系統(tǒng)構(gòu)成。下部高能聚焦超聲發(fā)射器4-8設(shè)計(jì)在承載患者的檢查床乙4的玻璃鋼制床面板下方。整個(gè)發(fā)射器整體包容在充滿脫氣凈化水的密閉水箱內(nèi)，水箱上表面與床面板平齊。
在一個(gè)示范性的例子中，密閉式水箱設(shè)計(jì)為六面體結(jié)構(gòu)，包括下表面板4-1，由固定的環(huán)行框4-2和居于框內(nèi)的柔性軟膜4-3構(gòu)成的上表面，四個(gè)側(cè)面4-4、4-5、4-6、4-7也由柔性膜構(gòu)成，與上下兩個(gè)表面板密封連接在一起。上表面板固定在承載患者的檢查床乙4的床面板上，與床面板平齊。下表面板承托著浸泡在其上方脫氣凈化水中的多元陣平面相控陣列式聚焦超聲發(fā)射器4-8，可以實(shí)現(xiàn)左右(系統(tǒng)的x軸)、前后(系統(tǒng)的y軸)和上下位置調(diào)整運(yùn)動(dòng)(系統(tǒng)的z軸)三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)要求。四個(gè)側(cè)面的柔性膜4-4、4-5、4-6、4-7隨下表面固定板4-1的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，始終保持密閉式水箱的密閉狀態(tài)。上表面板柔性軟膜在充水后鼓起，與患者需要治療的身體表面緊密耦合。
密閉式水箱的下表面板4-1采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的橡膠同步帶、同步輪牽引的滑軌、滑塊機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)其空間位置的運(yùn)動(dòng)、調(diào)整、配準(zhǔn)和定位，整個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)位于檢查床乙的承托框架內(nèi)部。每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸都設(shè)置有脈沖編碼器以精確測(cè)量位移和轉(zhuǎn)角，設(shè)置行程開關(guān)以控制其運(yùn)動(dòng)范圍，設(shè)置機(jī)械擋塊以防止運(yùn)動(dòng)越程。下部高能聚焦超聲發(fā)射器運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制采用各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸間相互獨(dú)立的分步驟控制方式。采用兩套手動(dòng)控制裝置，一套與上部高能聚焦超聲發(fā)射器設(shè)置在磁體掃描間內(nèi)磁體外側(cè)的手動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)合在一起。另一套與上部高能聚焦超聲發(fā)射器設(shè)置在磁體掃描間外操作控制臺(tái)上的手動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)合在一起。
由于整個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)控制為現(xiàn)有技術(shù)，因此除了對(duì)其材料有所要求外，不對(duì)其做詳細(xì)的描述。在本發(fā)明中，5高斯線范圍以內(nèi)用到的機(jī)構(gòu)的組成零部件、元器件采用符合要求的非金屬及弱磁性材料制造以回避材料問題對(duì)磁共振系統(tǒng)造成的影響。
參照?qǐng)D10所示，可以清楚了解根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，下部體外高能聚焦超聲發(fā)射器4-9進(jìn)行治療時(shí)的工作原理。
容納下部高能聚焦超聲發(fā)射器4-9的密閉式水箱與患者皮膚之間通過水箱上表面充水后鼓起的柔性軟膜4-3進(jìn)行耦合，該柔性軟膜可采用聚酯薄膜、聚氯乙稀(PVC)、硅橡膠等材料制成，其鼓起部分的形狀易隨躺在檢查床上的患者身體的輪廓而改變，這是目前成熟的耦合技術(shù)，不再贅述。高能聚焦超聲聚焦波束區(qū)域完全包容于充滿脫氣水的密閉環(huán)境里，可完全覆蓋并滿足高能聚焦超聲聚焦波束的透過要求。
在實(shí)際使用過程中，為提高或改進(jìn)聲學(xué)耦合效果，醫(yī)護(hù)人員一般用水、超聲傳導(dǎo)性凝膠以及類似性能的材料4-10涂布在充水后鼓起的密閉柔性水囊和患者的皮膚之間。在進(jìn)行類似操作時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意不在聲學(xué)耦合材料中夾雜含有鐵磁性成份的金屬微粒等，以免影響磁場(chǎng)均勻性，產(chǎn)生偽影。
下部高能聚焦超聲發(fā)射器4-9的運(yùn)動(dòng)范圍和工作區(qū)域包含在磁共振掃描用信號(hào)接收/發(fā)射兩用線圈7在患者身體下方安裝就位后所留出的空隙內(nèi)，下部高能聚焦超聲發(fā)射器4-9位置調(diào)整過程不應(yīng)碰撞并影響信號(hào)接收/發(fā)射兩用線圈7的位置設(shè)置以免影響磁共振掃描的圖像質(zhì)量。
參照?qǐng)D1所示，當(dāng)需要下部高能聚焦超聲發(fā)射器4-9獨(dú)立工作時(shí)，先連接好有關(guān)電路和水路，然后讓它隨該檢查床乙4、就位在檢查床上的患者及包容患者掃描部位的信號(hào)接收/發(fā)射兩用線圈7一起沿y軸方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入磁體1并在適宜位置就位并固定。該檢查床就位時(shí)，可使用激光定位燈來確定其準(zhǔn)確的位置。由于該檢查床在y軸方向的運(yùn)動(dòng)比較單一和簡(jiǎn)單，在x軸方向不需運(yùn)動(dòng)，利用激光定位燈在y軸方向準(zhǔn)確定位就可以了。
參照?qǐng)D11所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器采用同一套脫氣凈化水生產(chǎn)和輸送管路系統(tǒng)生產(chǎn)、過濾和供應(yīng)脫氣凈化水，根據(jù)使用要求由控制系統(tǒng)決定上水、排水和停止供水。用于供應(yīng)脫氣凈化水的管路系統(tǒng)應(yīng)滿足密封要求和磁共振掃描過程的要求，不遺漏液體銹蝕磁體系統(tǒng)，不影響磁場(chǎng)均勻區(qū)及磁共振掃描過程。脫氣凈化水輸送管路連通位于磁體掃描間外的脫氣凈化水處理柜和磁體掃描間內(nèi)的上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器，穿過磁體掃描間傳導(dǎo)面板進(jìn)入磁體掃描間。其在磁體掃描間內(nèi)的管路分為兩部分，一部分管路附在上部高能聚焦超聲發(fā)射器的吊架機(jī)構(gòu)中，并隨吊架機(jī)構(gòu)一起運(yùn)動(dòng)。吊架機(jī)構(gòu)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)不應(yīng)對(duì)脫氣水管路系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響。另一部分管路附在容納下部高能聚焦超聲發(fā)射器的檢查床乙中，并隨檢查床乙一起運(yùn)動(dòng)。檢查床乙的機(jī)械運(yùn)動(dòng)不應(yīng)對(duì)脫氣水管路系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響。
水路系統(tǒng)保持整個(gè)管路的潔凈，嚴(yán)格防止管路系統(tǒng)中那些在制造和工作過程中產(chǎn)生的含有鐵、鈷、鎳等鐵磁性成份的金屬微粒進(jìn)入充水式密閉柔性水囊。這些微粒不僅會(huì)對(duì)磁場(chǎng)均勻性構(gòu)成影響、對(duì)掃描圖像產(chǎn)生偽影干擾，而且還有可能扎破密閉柔性水囊(或柔性薄膜)，造成脫氣水泄露事故，傷及正在進(jìn)行高能聚焦超聲治療的患者并損壞磁共振系統(tǒng)。
展開來講，本發(fā)明強(qiáng)調(diào)了水路系統(tǒng)潔凈度要求和有關(guān)的技術(shù)實(shí)施措施。在一個(gè)示范性的具體實(shí)施例中，高密度濾芯構(gòu)成的多層脫氣凈化水過濾凈化裝置得到了成功的應(yīng)用。此外，位于磁體掃描間之外的水源及水處理柜中的脫氣凈化水磁化過濾吸附裝置也被證明是行之有效的水處理措施。這兩點(diǎn)構(gòu)成了脫氣凈化水在本設(shè)計(jì)中穩(wěn)定、安全使用的基礎(chǔ)。
參照?qǐng)D12所示，該圖展示了以本發(fā)明所述的符合電磁屏蔽要求的磁體掃描間為基礎(chǔ)，增加設(shè)備、擴(kuò)大面積，改進(jìn)為包括磁共振影像實(shí)時(shí)檢查、體外高能聚焦超聲治療、外科手術(shù)等多種診療手段一體化的綜合診療室的情況。
除了圖1所示出的整個(gè)永磁磁共振成像導(dǎo)引體外高能聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)的組成外，圖12所示的擴(kuò)大改進(jìn)后的一體化綜合診療室還包括手術(shù)器械臺(tái)21、輸液架22、麻醉機(jī)23、呼吸機(jī)24、監(jiān)護(hù)儀25等。條件是它們不會(huì)對(duì)磁場(chǎng)均勻性構(gòu)成影響、對(duì)磁共振掃描圖像產(chǎn)生偽影干擾。
雖然以上根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例描述了本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)方案，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不偏離本發(fā)明的思想和范圍的前提下，可以對(duì)說明書公開的具體技術(shù)方案可以進(jìn)行各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種采用永磁磁共振成像系統(tǒng)對(duì)體外高能聚焦超聲治療進(jìn)行圖像導(dǎo)引的方法，它包括以下步驟(1)用永磁磁體在其自身中心營(yíng)造出一個(gè)均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)；(2)通過在被檢查者身體外側(cè)設(shè)置掃描用信號(hào)接收/發(fā)射兩用射頻線圈，移動(dòng)承載被檢查者和射頻線圈的檢查床，使受檢查部位組織的一個(gè)目的層面處于所述樣品區(qū)的中心；(3)用射頻發(fā)射線圈發(fā)射射頻場(chǎng)激活上述目的層面；(4)在樣品區(qū)產(chǎn)生梯度場(chǎng)，對(duì)目的層面的核自旋進(jìn)行空間編碼；(5)對(duì)所述目的層面進(jìn)行磁共振成像，用射頻接收線圈接收目的層面的磁共振信號(hào)，經(jīng)過磁共振成像系統(tǒng)的處理，得到反映病灶部位組織狀況的圖像；(6)通過磁共振成像系統(tǒng)調(diào)整層厚；(7)重復(fù)步驟(3)到(6)，進(jìn)行多層面成像，得到反映檢查部位所有組織狀況的分層圖像；(8)控制體外高能聚焦超聲治療裝置的發(fā)射器運(yùn)動(dòng)，通過觀察反映發(fā)射器位置實(shí)時(shí)變化的磁共振圖像，使聚焦焦域定位在所選層面內(nèi)需要治療的目標(biāo)部位內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括以下步驟(9)啟動(dòng)聚焦超聲波發(fā)射，觀察實(shí)時(shí)反映所選層面內(nèi)組織狀況改變的磁共振圖像，提取有關(guān)聚焦區(qū)域的溫度分布信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中磁體的結(jié)構(gòu)特征是采用磁隙間距較大、磁極左右布置的水平場(chǎng)U型高開放式磁體結(jié)構(gòu)，軛鐵由左側(cè)軛鐵、右側(cè)軛鐵、底部軛鐵三部分構(gòu)成，左側(cè)軛鐵和右側(cè)軛鐵對(duì)稱布置，底部軛鐵是整個(gè)磁體的基礎(chǔ)；右側(cè)磁垛(N極)位于右側(cè)軛鐵的左側(cè)，左側(cè)磁垛(S極)位于左側(cè)軛鐵的右側(cè)，兩處磁垛平行相對(duì)；磁通由右側(cè)磁垛發(fā)出，越過兩垛之間的磁隙空間，穿入左側(cè)磁垛，再由底部軛鐵返回右側(cè)磁垛，形成閉合回路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，通過設(shè)置在磁體右側(cè)磁垛和左側(cè)磁垛面向被檢查者一側(cè)的兩個(gè)梯度線圈而在樣品區(qū)產(chǎn)生梯度場(chǎng)。
5.一種與體外高能聚焦超聲治療系統(tǒng)配合使用的水平場(chǎng)永磁磁共振成像系統(tǒng)，它包括用于營(yíng)造出一個(gè)均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)的永磁磁體子系統(tǒng)；用于在樣品區(qū)產(chǎn)生梯度場(chǎng)的梯度子系統(tǒng)；用于發(fā)射射頻場(chǎng)激活被檢查對(duì)象的目的層面的射頻子系統(tǒng)；包含上部高能聚焦超聲發(fā)射器的上部聚焦超聲發(fā)射器子系統(tǒng)；包含下部高能聚焦超聲發(fā)射器的下部聚焦超聲發(fā)射器子系統(tǒng)；與上部聚焦超聲發(fā)射器配用的被檢查對(duì)象承載定位子系統(tǒng)；與下部聚焦超聲發(fā)射器配用的被檢查對(duì)象承載定位子系統(tǒng)；和計(jì)算機(jī)與圖像處理子系統(tǒng)，其中永磁磁體子系統(tǒng)采用U型布置結(jié)構(gòu)的磁體，該U型結(jié)構(gòu)的永磁磁體的結(jié)構(gòu)特征是在其自身中心營(yíng)造出一個(gè)尺寸較大的橢球形均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)，一個(gè)通道式的前后貫通、上下方開敞的磁隙空間、一個(gè)大尺寸的可用磁隙間距和最大可用場(chǎng)強(qiáng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中，永磁磁體子系統(tǒng)的U型結(jié)構(gòu)永磁磁體的結(jié)構(gòu)為采用磁極左右布置的U型高開放式磁體結(jié)構(gòu)，軛鐵由左側(cè)軛鐵、右側(cè)軛鐵、底部軛鐵三部分構(gòu)成，左側(cè)軛鐵和右側(cè)軛鐵對(duì)稱布置，固定在底部軛鐵上，底部軛鐵是整個(gè)磁體的基礎(chǔ)；右側(cè)磁垛(N極)位于右側(cè)軛鐵的左側(cè)，左側(cè)磁垛(S極)位于左側(cè)軛鐵的右側(cè)，兩磁垛平行相對(duì)；磁通由右側(cè)磁垛發(fā)出，越過兩垛之間的磁隙空間，穿入左側(cè)磁垛，再由底部軛鐵返回右側(cè)磁垛，形成閉合回路；其中梯度子系統(tǒng)包括在上述磁體右側(cè)磁垛和左側(cè)磁垛面向被檢查對(duì)象的一側(cè)布置的第一和第二梯度線圈，兩梯度線圈平行相對(duì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中，磁體整體溫度的穩(wěn)定由安裝在軛鐵上的由多個(gè)測(cè)溫裝置和電加熱裝置組成的反饋式溫度控制系統(tǒng)以及包裹軛鐵，防止熱量散失的保溫層來實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中，磁極之間的磁隙可用間距為600mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6的系統(tǒng)，其中，橢球形均勻磁場(chǎng)樣品區(qū)，橢球的三個(gè)半徑值分別為400mm、400mm和380mm；可以容納上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器在其區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)、工作，容納磁共振信號(hào)接收/發(fā)射兩用射頻線圈在其區(qū)域內(nèi)設(shè)置，容納被檢查對(duì)象及被檢查對(duì)象承載定位子系統(tǒng)在其區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)、工作，以及心電門控用探頭，呼吸門控探頭、有創(chuàng)測(cè)溫針等裝置在其區(qū)域內(nèi)工作；所有這些元器件和裝置都用非金屬及無磁性材料制造和裝配完成。
10.根據(jù)權(quán)利要求5或6的系統(tǒng)，其中，上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器可以分別獨(dú)立地進(jìn)行工作。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中，上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器中至少一個(gè)采用多陣元相控陣列式聚焦超聲發(fā)射器，所述多陣元相控陣列式聚焦超聲發(fā)射器選自多陣元球面相控陣列式聚焦超聲發(fā)射器、多陣元弧面相控陣列式聚焦超聲發(fā)射器或多陣元平面相控陣列式聚焦超聲發(fā)射器。
12.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中，用玻璃纖維增強(qiáng)塑料(玻璃鋼)材料制成磁體外殼體，采用分塊設(shè)計(jì)、分塊制造的方法制造而成，然后整體嵌合、拼接組裝在一起，嚴(yán)密包裹住磁體系統(tǒng)，將其所有的機(jī)械和電氣部件與被檢查對(duì)象隔開。底部殼體設(shè)計(jì)有特殊的水收集系統(tǒng)以防止作為耦合物的脫氣凈化水泄漏并流入磁體而引起電氣安全事故。
13.根據(jù)權(quán)利要求5、6、11中任一個(gè)的系統(tǒng)，其中，與上部聚焦超聲發(fā)射器配用的被檢查對(duì)象承載定位子系統(tǒng)為檢查床甲，與下部聚焦超聲發(fā)射器配用的被檢查對(duì)象承載定位子系統(tǒng)為檢查床乙，它們?cè)谟来糯朋w5高斯線范圍內(nèi)的部分由非導(dǎo)電、非金屬及無磁性材料制成，床面板由高強(qiáng)度、耐變形的玻璃纖維增強(qiáng)塑料(玻璃鋼)材料制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求5或6的系統(tǒng)，其中，上下兩個(gè)高能聚焦超聲發(fā)射器及其大部分運(yùn)動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)、脫氣凈化水耦和裝置等在永磁磁體的5高斯線范圍內(nèi)使用。所用零部件和元器件由非導(dǎo)電、非金屬及無磁性材料制成。
15.根據(jù)權(quán)利要求5或6的系統(tǒng)，還包括脫氣凈化水輸水管路系統(tǒng)，管路系統(tǒng)中使用了高密度濾芯構(gòu)成的多層脫氣水過濾凈化裝置和位于磁體掃描間外的水源及水處理柜中的脫氣水磁化過濾吸附裝置來保持整個(gè)管路的潔凈。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，檢查床乙包容下部高能聚焦超聲發(fā)射器及其運(yùn)動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)、脫氣凈化水耦和裝置等。當(dāng)不需要使用下部高能聚焦超聲發(fā)射器時(shí)，可以將檢查床乙從磁體工作區(qū)域推出，換上檢查床甲配合上部高能聚焦超聲發(fā)射器工作或只做獨(dú)立的磁共振影像檢查。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，檢查床甲是一付高度尺寸固定的擔(dān)架床。它主要承載身體外側(cè)設(shè)置好射頻發(fā)射/接收線圈的被檢查對(duì)象進(jìn)入磁體的均勻樣品區(qū)并固定在工作位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中，所述U型布置永磁磁體，其特征在于所述磁垛由單一種類的永磁材料構(gòu)成。永磁材料可以選用不同牌號(hào)的燒結(jié)釹鐵硼、釤鈷合金。
19.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中，保溫層包括阻燃海綿材料，其特征在于由多種不同形狀和尺寸的阻燃海綿材料塊組成。這些材料塊整體嵌合、搭接、疊壓、拼接組裝在一起，嚴(yán)密包裹住軛鐵和布置在其上的由多個(gè)測(cè)溫裝置和電加熱裝置組成的反饋式溫度控制系統(tǒng)，由此構(gòu)成嚴(yán)密的磁體保溫層。
全文摘要
本發(fā)明使用U型結(jié)構(gòu)的0.35T/0.45T永磁高開放度水平場(chǎng)磁共振成像系統(tǒng)。將永磁磁體、梯度線圈、射頻接收/發(fā)射線圈、高能聚焦超聲發(fā)射器、患者承載定位裝置(檢查床或椅)復(fù)合為一個(gè)一體化的系統(tǒng)，復(fù)合實(shí)時(shí)圖像檢查、腫瘤治療、溫度控制等功能。使用相控陣列式聚焦超聲發(fā)射器，并結(jié)合實(shí)時(shí)的損傷組織可視化，減少病人需要的重復(fù)治療的次數(shù)，縮短治療時(shí)間。在術(shù)前和術(shù)中使用磁共振快速序列進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描成像，實(shí)時(shí)清晰觀察病灶部位的變化。從磁共振成像的參數(shù)(例如T1、彌散和化學(xué)位移等)中提取治療部位的溫度信息，精確控制治療過程。
文檔編號(hào)A61B7/02GK1903121SQ20061011139
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2006年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日
發(fā)明者趙明, 吳曉東 申請(qǐng)人:北京源德生物醫(yī)學(xué)工程有限公司