永磁磁共振圖像導引體外高能聚焦超聲系統和方法
2023-12-07 08:59:26 6
專利名稱：永磁磁共振圖像導引體外高能聚焦超聲系統和方法
技術領域：
本發明屬於醫學影像診斷和介入治療儀器與設備領域，涉及一種磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，以下簡稱MRI)導引診斷和介入治療技術，體外高能聚焦超聲(High Intensity FocusedUltrasound，以下簡稱HIFU)治療技術。
本發明具體涉及一種採用高開放度永磁磁共振成像系統進行圖像導引和治療過程監測、療效檢查的體外高能聚焦超聲治療系統和使用該系統的方法。
背景技術：
背景技術：
1體外高能聚焦超聲治療系統是將體外超聲能量聚集在人體深部目標組織，達到精確熱損傷選定目標組織的目的。目前，體外高能聚焦超聲治療系統是國內外醫療研究的熱點之一，臨床應用已取得很好的效果。體外高能聚焦超聲已經被證明可以應用於肝臟、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。其中針對前列腺癌的經直腸的治療方法最為廣泛。在高能聚焦超聲腫瘤治療技術臨床應用上，我國醫務工作者自上世紀90年代起使用國產的各種類型體外高能聚焦超聲腫瘤治療設備做了大量的工作，在肝癌、腎癌、乳腺癌及子宮肌瘤等治療領域積累了寶貴的臨床經驗，為世界同行所矚目。
常見的體外高能聚焦超聲治療系統一般由以下幾個部分構成用以產生高能聚焦超聲波的發射器及其驅動電路；用於尋找治療目標區的實時影像檢查、監測系統(多為B型超聲波成像檢查儀)；根據實時影像檢查結果，將治療目標區移至聚焦焦域的聚焦超聲發射器多自由度姿態控制系統和承載患者(也稱被檢查者或被檢查對象)處於合適治療體位的治療床系統；系統操作控制臺；高能聚焦超聲波傳導結構及傳導介質處理系統。高能聚焦超聲波傳導結構主要是在高能聚焦超聲波發射面的前方設置一個容納作為傳導介質的脫氣淨化水的密閉水囊、密閉水箱或具有溢流功能的水槽。傳導介質處理系統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脫氣淨化水的整套設備，包括水源、脫氣處理裝置、水淨化處理裝置、過濾處理裝置、輸送管路系統等。
背景技術：
2多陣元相控陣列式(Phase Array)高能聚焦超聲發射器，其特徵在於它可以採用多陣元球面相控陣列式高能聚焦超聲發射器、多陣元弧面相控陣列式高能聚焦超聲發射器以及多陣元平面相控陣列式高能聚焦超聲發射器等多種類型的相控陣列式高能聚焦超聲發射器。
相控陣列式聚焦超聲發射器主要的特點是可產生適合治療的靈活多變的單焦點和同時多點的聚焦焦點模式。同單陣元單焦點相比，多點聚焦可以增大單次治療聚焦體積，大幅度減少治療時間，加快治療速度。相控陣列式聚焦超聲發射器還可以採用子陣技術避開一些障礙物(如肋骨)來進行治療。
與常見的非相控陣列式聚焦超聲發射器需要複雜的多自由度姿態控制相比，多陣元相控陣列式高能聚焦超聲發射器在對患者進行多體位治療的過程中，其所需的運動軸數少、姿態控制簡單、治療時間大為縮短。製造運動機構所用的零部件和元器件數目少，並且零部件結構簡單，可以全部採用非金屬及無磁性材料來製造完成，滿足其在磁體環境下的使用要求。
背景技術：
3常見的永磁磁共振成像系統一般由以下幾個子系統構成磁體子系統、梯度子系統、射頻子系統、計算機和圖像處理子系統、患者承載定位子系統和掃描間子系統。
永磁磁體中設計有前後方向貫通、上下方或左右方向開敞的磁隙空間和置於磁隙空間內的均勻磁場樣品區；梯度子系統包括用於產生梯度場的梯度線圈和與之相配套的梯度電源系統、梯度線圈散熱系統、噪音吸收控制系統等部分；射頻子系統包括射頻發射和射頻接收兩部分，包括用於實施射頻激勵的射頻發射線圈和與其配套的電源系統，用於接收磁共振成像信息的射頻信號接收線圈及與其配套的信號處理系統；計算機和圖像處理子系統包括用於數據採集的譜儀子系統、圖像重建子系統、主計算機、操作控制臺等；患者承載定位子系統包括用於承載患者進行掃描定位及掃描運動要求的檢查床/檢查椅；掃描間子系統包括電磁屏蔽掃描間及掃描間內外信號傳導系統，內外通信、監視系統等。
本發明所述的U型布置的永磁磁體與常見的中低場強、垂直場布置的永磁磁體系統相比，不同之處在於U型布置的永磁磁體具有磁場呈水平狀態布置、患者身體上下兩側開放度高的特點。與已有的U型結構、水平場布置的磁體相比，不同之處在於它是為配合高能聚焦超聲的上下兩個發射器工作而專門開發設計製造的，具有磁隙間距尺寸大等優點。與已有的磁共振導引高能聚焦超聲設備相比，不同之處在於它採用中低場強的永磁磁體而不是高場強的超導磁體。磁體開放度高，宜人性好，適用於上下兩個高能聚焦超聲發射器。
背景技術：
4目前臨床應用的體外高能聚焦超聲治療系統多採用B型超聲波成像檢查儀實施圖像導引，利用B型超聲波圖像尋找治療目標區、進行實時影像檢查、治療過程監測等。限於目前已有的B型超聲波成像超聲技術在實時導引和精確診斷方面的不足，利用磁共振成像系統進行圖像導引和治療過程監測、療效檢查，成為體外高能聚焦超聲治療系統技術發展的主要方向。
磁共振導引體外高能聚焦超聲治療系統之所以成為新一代體外高能聚焦超聲治療系統的發展方向，主要基於磁共振設備在實時圖像導引、無創測溫和臨床腫瘤精確診斷方面的優勢，這些優勢主要表現在以下幾點(1)圖像檢測方面，磁共振成像優於超聲成像磁共振成像是安全、無創性腫瘤圖像診斷裝置，它利用多種脈衝序列綜合成像，全面觀察腫瘤病變的病理學改變。可提供準確的三維高解析度圖像，解析度可達到1mm以下。圖像清晰、準確，尤其對於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方面的截然不同這一特性，可以進行動態增強掃描，觀察病變信號增強的比率，使惡性腫瘤診斷的敏感性及特異性達到95％左右。磁共振在檢測過程中要使用射頻發射和接收線圈，但並不直接接觸患者的身體。檢查過程中受到的幹擾因素比較少，圖像的復現性非常好，圖像質量穩定。
而目前常用的B型超聲波成像檢查儀多數只能提供二維圖像，分辯率不如磁共振清晰，病灶部位組織的某些細微的部分不容易被看到。超聲圖像容易受人體內骨骼、氣體等因素的影響。檢測時必須考慮人體的擺位、姿勢、位置狀態，超聲探頭與皮膚之間的貼合，探頭的角度等多種因素。因為幹擾因素多，在超聲實時檢測過程中，圖像質量不穩定。
(2)實時導引方面，磁共振成像優於超聲成像目前常見的體外高能聚焦超聲治療系統，其聚焦點空間位置的控制通過聚焦超聲發射器的運動來獲得。體外高能聚焦超聲治療系統所用的聚焦超聲為三維能量聚焦。即在一個檢測周期內，先用高能聚焦超聲發射器聚焦發射能量，停止後用二維圖像導引超聲檢測治療部位，得到反映治療效果的圖像。一個檢測周期接著另一個檢測周期，周而復始。在一個檢測周期內，一般用於高能聚焦超聲發射器聚焦發射的時間長而二維導引超聲檢測圖像的時間短。實際工作過程中，三維能量聚焦超聲與二維圖像導引超聲之間的幹擾比較嚴重，有些圖像並不真正反映治療效果，二維圖像導引超聲達不到真正的實時導引。
而磁共振成像檢查過程與聚焦超聲的能量發射過程原理不同，工作時互相不幹擾。磁共振快速脈衝序列的成像速度比較快，尤其可以針對小的感興趣區(ROI)出片，可以快速準確地觀察和判斷焦點區域的治療效果，有利於對腫瘤組織不可逆相變(細胞壞死)的評價。通過磁共振可以交互實時控制高能聚焦超聲焦域的能量和作用時間。達到即破壞腫瘤組織，又不損傷周圍正常組織的目的。
磁共振導引體外高能聚焦超聲治療系統的過程中，磁共振提供焦點位置的監視和超聲能量的控制。在焦點處能量相對較低時只有輕度溫升，此時得到的磁共振圖像可引導焦點定位在腫瘤組織上。焦點定位完成後提高超聲能量，殺死腫瘤細胞。腫瘤細胞熱凝固後組織蛋白質變性，達到一定溫度後，組織內的水份有氣化，從而導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、準確地捕捉和反映出這些變化。多途徑提取信息、實時監控。
(3)實時無創測溫方面，磁共振優於超聲測溫磁共振成像的參數(例如T1、彌散和化學位移等)對組織溫度變化敏感，可提供熱作用時溫度變化的實時三維高解析度圖像。當溫度超過41℃高溫時，磁共振可記錄組織蛋白質變性(凝固)的信號。實現對目標周圍正常組織瞬時溫度的測量。磁共振設備的測溫很靈敏，測溫精度可達到1℃，而且可以得到精確反映的溫度場分布的信息。而超聲目前難以做到這一點。
背景技術：
5美國專利US 6,582,381 B1，標題為「磁共振成像導引超聲治療系統的機械定位裝置」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境下使用的下置式高能聚焦超聲發射器及其緊湊型多自由度姿態運動和控制機構、高能聚焦超聲波傳導裝置的結構設計，介紹了由壓電振動電機驅動的機構及其在磁場環境下的使用。但是，該專利採用筒型磁共振成像，限制了檢查對象的空間，因而無法更有效地布置超聲治療設施(如安置一個以上的發射探頭)，也沒有提出在磁體環境下使用高能聚焦超聲發射器的更有效的措施或改進。
發明內容
本發明提供了一種採用高開放度永磁磁共振成像系統進行圖像導引和治療過程監測、療效檢查的體外高能聚焦超聲腫瘤系統和相關的實現方法。
概括地說，本發明在系統設計方面使用U型結構的0.35T/0.45T永磁高開放度水平場磁共振成像系統。將永磁磁體、梯度線圈、射頻接收/發射線圈、高能聚焦超聲發射器、患者(被檢查者或被檢查對象)承載定位裝置(檢查床或椅)複合為一個一體化的系統，複合實時圖像檢查、腫瘤治療、溫度控制等功能。使用相控陣列式聚焦超聲發射器，並結合實時的損傷組織可視化，減少病人需要的重複治療的次數，縮短治療時間。在術前和術中使用磁共振快速序列進行實時掃描成像，實時清晰觀察病灶部位的變化。從磁共振成像的參數(例如T1、彌散和化學位移等)中提取治療部位的溫度信息，精確控制治療過程。
概括地說，本發明實現了圖像導引和治療過程監測、療效檢查治療的一體化，發揮了不同系統的各自優勢。本發明在系統組成方面包括一套完整的永磁高開放度磁共振成像系統，和一套與磁共振成像系統相配套的複合設計的高能聚焦超聲治療系統(含上、下兩個聚焦超聲發射器)，包括眾多銜接雙方功能的專門設計的子系統。
本發明的裝置的主要的子系統有用於營造出一個均勻磁場樣品區的永磁磁體子系統；用於在樣品區產生梯度場的梯度子系統；用於發射射頻場激活被檢查對象的目的層面的射頻子系統；包含上部高能聚焦超聲發射器的上部聚焦超聲發射器子系統；包含下部高能聚焦超聲發射器的下部聚焦超聲發射器子系統；與上部聚焦超聲發射器配用的被檢查對象承載定位子系統；與下部聚焦超聲發射器配用的被檢查對象承載定位子系統；和計算機與圖像處理子系統，
此外，還可配套地包括上/下部聚焦超聲發射器多自由度姿態控制子系統、高能聚焦超聲波傳導結構及傳導介質處理子系統、掃描間子系統。
按照笛卡爾坐標系的要求，複合後的整個系統的坐標系設置如下系統的x軸和z軸平面對應患者的橫斷面(Axial Plane)、系統的y軸和z軸平面對應患者矢狀面(Sagittal Plane)，系統的x軸和y軸平面對應患者的冠狀面(Coronal Plane)。
在一個具體實施例中，整個系統包括以下特定的技術特徵U型結構的永磁磁體的結構為採用磁極左右布置的U型高開放式磁體結構，軛鐵由左側軛鐵、右側軛鐵、底部軛鐵三部分構成，左側軛鐵和右側軛鐵對稱布置，固定在底部軛鐵上，底部軛鐵是整個磁體的基礎；右側磁垛(N極)位於右側軛鐵的左側，左側磁垛(S極)位於左側軛鐵的右側，兩磁垛平行相對；磁通由右側磁垛發出，越過兩垛之間的磁隙空間，穿入左側磁垛，再由底部軛鐵返回右側磁垛，形成閉合迴路；在上述磁體右側磁垛和左側磁垛面向患者的一側布置有第一和第二梯度線圈，兩梯度線圈平行相對；梯度線圈根據梯度磁場的分布和梯度場強要求設計製造，與磁極之間擴大後的磁隙尺寸相適應。
具有可用磁隙間距大、磁場強度高、無渦流、高開放度等特點的U型布置永磁磁體，其特徵在於所述磁垛由單一種類的永磁材料構成。永磁材料可以選用不同牌號的燒結釹鐵硼、釤鈷合金等。在保證得到所需最大可用磁隙間距、最大可用場強和最大尺寸均勻磁場樣品區的基礎上，其磁場的實現由永磁材料的選用、磁體結構的設計、製造技術等多方面來保證。
U型布置的永磁磁體系統是為了與高能聚焦超聲腫瘤治療系統的臨床應用和發展及隨之而來的諸多要求相配合而專門設計的。對於U型布置的永磁磁體來說，無論其目前具體的磁體結構構成、永磁材料的類型和牌號、製造工藝技術如何，無論其未來可能的技術發展和技術突破如何，只要符合以下四個條件就是滿足要求的磁體。
這四個條件是即在其自身中心營造出一個尺寸較大的橢球形均勻磁場樣品區，一個通道式的前後貫通、上下方開敞的磁隙空間、一個大尺寸的可用磁隙間距和最大可用場強。
U型結構的永磁磁體置於電磁屏蔽掃描間內的中央偏後位置，永磁磁體中設計有前後方向貫通(沿系統y軸)、上下方(沿系統z軸)開敞的磁隙空間和置於磁隙空間內的橢球形狀均勻磁場樣品區，磁場自N極到S極的方向與系統的x軸負方向相同，兩個梯度線圈及其溫度控制裝置對稱設置在磁體的左右兩側磁垛內，磁極之間的磁隙可用間距優選為600mm，整個磁體採用無渦流技術設計，具有很高的開放度。
在一個實施例中，所述的永磁磁體的橢球形均勻磁場樣品區，其特徵在於它有滿足使用要求的空間尺寸(橢球的三個半徑值分別為400mm、400mm和380mm)，可以容納上下兩個相控陣列式高能聚焦超聲發射器在其區域內運動、工作，容納磁共振信號接收/發射兩用射頻線圈在其區域內設置，容納患者及其定位、承載系統在其區域內運動、工作，以及心電門控用探頭，呼吸門控探頭、有創測溫針等裝置在其區域內工作。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製造和裝配完成，不會對均勻磁場樣品區產生幹擾、造成破壞，或使磁共振掃描圖像產生偽影。
承載患者的檢查床甲沿y軸正方向從磁體外將身體外側設置好射頻發射/接收兩用線圈、處於仰臥位或者俯臥位姿態的患者送入磁隙空間內的均勻磁場樣品區，定位完成後進行磁共振成像掃描和上部聚焦超聲發射器發射治療，完成治療後承載患者移出磁體區域；上部聚焦超聲發射器採用多陣元球面相控陣列式結構設計，其多自由度運動機構採用採用電機驅動的軌道式吊架機構。吊架機構沿y軸方向的軌道固定安裝在掃描間內磁體上方有足夠使用空間的位置，該軌道是整個吊架機構的基礎。吊架機構的其餘運動機構固定安裝在沿該軌道運動的滑板下方。整個上部聚焦超聲發射器可以完成沿x軸、y軸和z軸方向的移動和繞z軸方向轉動、繞x軸方向擺動。超聲發射器發射面的前方設置有充滿脫氣淨化水的密閉水囊，以便於與處於其下方的患者身體表面的有關部位耦合，傳導聚焦波束進入患者體內；承載患者的檢查床乙沿y軸正方向從磁體外將身體外側設置好射頻發射/接收兩用線圈、處於仰臥位或者俯臥位姿態的患者送入磁隙空間內的均勻磁場樣品區，定位完成後進行磁共振成像掃描和下部聚焦超聲發射器發射治療，完成治療後承載患者移出磁體區域；下部聚焦超聲發射器及其相關運動機構、聚焦波束傳導結構設計安裝在與之配用的檢查床乙的內部，該聚焦超聲發射器採用多陣元平面相控陣列式結構設計，承載發射器進行位置和姿態調正的多自由度運動機構和發射器一起被整體容納在充滿脫氣淨化水的密閉水箱內。整個下部聚焦超聲發射器可以完成沿x軸、y軸和z軸方向的移動。水箱上表面為柔性薄膜結構，上表面與床面平齊，柔性薄膜充水後鼓起，以便於與處於其上方的患者身體表面的有關部位耦合，傳導聚焦波束進入患者體內；在磁體外側靠近承載患者的檢查床的位置，設置有附帶獨立的圖像實時顯示LCD顯示器和設備急停開關的手動控制裝置，以便臨床醫護人員就近實時觀察上下兩個高能聚焦超聲發射器和患者之間的位置關係並進行控制和調整。
在使用中，電磁屏蔽掃描間內還設置有患者治療狀況監視、心電門控裝置、呼吸門控裝置和護理系統等，以便於實現介入功能和手術操作。
電磁屏蔽掃描間外布置有梯度電源系統電氣櫃，射頻電源系統電氣櫃，聚焦超聲發射器驅動電源系統電氣櫃，作為傳導介質的脫氣淨化水處理櫃，計算機櫃，操作控制臺。操作控制臺上設置有另一套控制上下兩個高能聚焦超聲發射器運動的手動控制裝置，它和磁共振操作控制系統、圖像處理和顯示系統、治療區域溫度顯示系統、掃描間內外對講和圖像監視系統等合在一起使用。整個操作控制臺設置有設備急停開關，以備應急處理。
在整個系統的設計上本發明從以下三個方面解決材料問題可能對磁共振成像掃描造成的影響，包括製造上下兩個高能聚焦超聲發射器系統所用的材料、元器件的選擇；超聲耦合材料潔淨度的保持；脫氣淨化水潔淨度的保持(下面詳述)。
本發明所述的材料問題，主要是指因製造有關零部件的材料中含有鐵、鈷、鎳等鐵磁性成份而對均勻磁場樣品區造成均勻性破壞、對掃描圖像造成重大偽影幹擾的問題。
與常見的體外高能聚焦超聲腫瘤治療系統相比，本發明的治療系統安裝在符合電磁屏蔽要求的磁體掃描間內，在強磁場環境下工作。主要在上下兩個高能聚焦超聲發射器及其運動支撐機構、脫氣淨化水耦和裝置及輸水管路系統的設計上有所不同。這些改進包括上下兩個高能聚焦超聲發射器及其大部分運動支撐機構、脫氣淨化水耦和裝置等在永磁磁體的5高斯線範圍內使用。所用零部件和元器件由非導電、非金屬及無磁性材料製成，不會影響磁場樣品區的均勻性，不會對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量保證要求。
與已有的超導磁體磁共振成像導引體外高能聚焦超聲設備只有一個下部聚焦超聲發射器可以工作相比，本發明所述的上下兩個高能聚焦超聲發射器可以分別獨立地進行工作，針對不同病症的治療特點和治療時患者的身體姿勢和治療體位要求，由醫護人員選擇合適的聚焦超聲發射器，進行治療。
在一種優選實施方式中，本發明的上下兩個高能聚焦超聲發射器全部採用多陣元相控陣列式聚焦超聲發射器，其特徵在於它可以採用多陣元球面相控陣列式聚焦超聲發射器、多陣元弧面相控陣列式聚焦超聲發射器以及多陣元平面相控陣列式聚焦超聲發射器等多種類型的相控陣列式聚焦超聲發射器。
與常見的非相控陣列式體外聚焦超聲發射器需要複雜的多自由度姿態控制相比，相控陣列式聚焦超聲發射器在對患者進行多體位治療的過程中，其所需的運動軸數少、姿態控制簡單、治療時間大為縮短。製造運動機構所用的零部件和元器件數目少，並且零部件結構簡單，可以全部採用非金屬及無磁性材料來製造完成，滿足其在磁體環境下的使用要求。
由於上下兩個高能聚焦超聲發射器系統採用電機驅動、計算機控制的機電一體化機構來實現其空間位置的運動、調整、配準和定位，因此運動機構中各運動軸的電機驅動裝置和其它一些影響磁體勻場性能以及掃描過程的金屬制機構、機電元器件優選地位於磁體的5高斯線範圍以外。5高斯線範圍以內用到的機構優選採用工程塑料或其它高強度非金屬及弱磁性製造裝配完成以迴避材料問題對磁共振成像掃描造成的影響，所有需要在5高斯線範圍以內實現的機械運動及傳動元器件也為了迴避由於材料問題對磁共振成像掃描造成的影響，可以採用非金屬及弱磁性零部件。
本發明要求的高強度塑料和非金屬及弱磁性材料不僅滿足強度、剛度等力學要求，而且滿足磁共振系統掃描過程的要求，對均勻磁場樣品區不構成影響、對掃描圖像不產生偽影幹擾。耐腐蝕、抗老化。易於製造、裝配和維修保養，運動無噪音，能長期保持工作穩定性和精度。
在實際使用過程中，為提高或改進上部聚焦超聲發射器發射面前方的密閉水囊和容納下部聚焦超聲發射器的密閉水箱上表面的柔性薄膜的聲學耦合效果，醫護人員一般需要用水、超聲傳導性凝膠以及類似性能的材料塗布在充水後鼓起的密閉柔性水囊(或柔性薄膜)和患者的皮膚之間。在進行類似操作時，應當注意不在聲學耦合材料中夾雜含有鐵磁性成份的金屬微粒等，以免影響均勻磁場樣品區，產生偽影。
在一種實施方式中，本發明的脫氣淨化水輸水管路系統，其特徵在於管路系統中使用了高密度濾芯構成的多層脫氣水過濾淨化裝置和位於磁體掃描間外的水源及水處理櫃中的脫氣水磁化過濾吸附裝置來保持整個管路的潔淨，嚴格防止了管路系統中那些在製造和工作過程中產生的含有鐵、鈷、鎳等鐵磁性成份的金屬微粒進入上下兩個高能聚焦超聲發射器相應的脫氣淨化水耦和裝置。這些微粒不僅會對磁場均勻性構成影響、對掃描圖像產生偽影幹擾，而且還有可能扎破脫氣淨化水耦和裝置，造成脫氣水洩露事故，傷及正在進行高能聚焦超聲治療的患者並損壞磁共振系統。
在一個優選實施方式中，上下兩個高能聚焦超聲發射器採用同一套脫氣淨化水生產和輸送管路系統生產、過濾和供應脫氣淨化水，根據使用要求由控制系統決定上水、排水和停止供水。用於供應脫氣淨化水的管路系統應滿足密封要求和磁共振掃描過程的要求，不遺漏液體鏽蝕磁體系統，不影響磁場均勻區及磁共振掃描過程。脫氣淨化水輸送管路連通位於磁體掃描間外的脫氣淨化水處理櫃和磁體掃描間內的上下兩個高能聚焦超聲發射器，穿過磁體掃描間傳導面板進入磁體掃描間。其在磁體掃描間內的管路分為兩部分，一部分管路附在上部高能聚焦超聲發射器的吊架機構中，並隨吊架機構一起運動。吊架機構的機械運動不對脫氣淨化水管路系統的正常運行造成影響。另一部分管路附在容納下部高能聚焦超聲發射器的檢查床乙中，並隨檢查床乙一起運動。檢查床乙的機械運動不應對脫氣淨化水管路系統的正常運行造成影響。
水路系統保持整個管路的潔淨，要防止管路系統中那些在製造和工作過程中產生的含有鐵、鈷、鎳等鐵磁性成份的金屬微粒進入充水式密閉柔性水囊(或水箱)。這些微粒不僅會對磁場均勻性構成影響、對掃描圖像產生偽影幹擾，而且還有可能扎破密閉柔性水囊(或柔性薄膜)，造成脫氣淨化水洩露事故，傷及正在進行高能聚焦超聲治療的患者並損壞磁共振系統。
展開來講，本發明強調了水路系統潔淨度要求和有關的技術實施措施。在一個示範性的具體實施例中，高密度濾芯構成的多層脫氣淨化水過濾淨化裝置得到了成功的應用。此外，位於磁體掃描間之外的水源及水處理櫃中的脫氣淨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。這兩點構成了脫氣淨化水在本設計中穩定、安全使用的基礎。
根據本發明，可以單獨使用上部或下部聚焦超聲發射器，都可以在精確的圖像導引下對患者進行仰臥位或者俯臥位治療和治療過程監測、療效檢查。從而擴大了體外高能聚焦超聲可以治療的適應症範圍。當不使用聚焦超聲發射器時，磁共振系統還能進行獨立進行成像掃描。
與上部聚焦超聲發射器配合使用的檢查床甲，其特徵在於它只是一付高度尺寸固定、結構簡單、低成本的擔架床。它主要承載身體外側設置好射頻發射/接收線圈的患者進入磁體的均勻樣品區並固定在工作位置。
此外，作為機動性比較強的患者承載系統，該床可以承載患者進行不同影像科目的檢查、不同治療方式的轉換以及在醫院環境內的轉移就診，例如X光機影像檢查、伽瑪相機影像檢查、放射治療、化療、微波熱療、射頻熱療、外科手術等。
該床對以本發明所述的符合電磁屏蔽要求的磁體掃描間為基礎，增加設備、擴大面積，改進為包括磁共振影像實時檢查、體外高能聚焦超聲治療、外科手術等多種診療手段的綜合診療室十分有益，是構成該系統的一個重要媒介物。
與下部聚焦超聲發射器配合使用的檢查床乙，其特徵在於它包容了下部高能聚焦超聲發射器及其運動支撐機構、脫氣淨化水耦和裝置等。當不需要使用下部高能聚焦超聲發射器時，可以將檢查床乙從磁體工作區域推出，換上檢查床甲配合上部高能聚焦超聲發射器工作或只對患者做獨立的磁共振影像檢查。
當上部高能聚焦超聲發射器工作時，可以與檢查床甲配合使用，也可以與下部高能聚焦超聲發射器停止工作後的檢查床乙配合使用。當下部高能聚焦超聲發射器工作時，上部高能聚焦超聲發射器一般整體移出磁體區域。以增強治療系統的開放度，減少患者的幽閉恐懼感。
這些運動機構的配電和控制裝置電纜通過傳導板引出磁體掃描間，與掃描間外的電源和控制系統相連接。
作為圖像導引系統的高開放度永磁磁共振成像系統，本發明包括兩套與上下兩個高能聚焦超聲發射器分別配合使用的檢查床(與上部高能聚焦超聲發射器配合使用的檢查床甲和與下部高能聚焦超聲發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高斯線範圍內的部分由非導電、非金屬及無磁性材料製成。床面板由高強度、耐變形的玻璃纖維增強塑料(玻璃鋼)材料製成，這樣不僅可以滿足該床面的強度和剛度要求，而且由於玻璃鋼材料不含鐵磁性微粒，不會對磁場均勻性構成影響、對掃描圖像產生偽影幹擾。床面板的設計還可考慮信號接收/發射兩用線圈的就位和固定以及線圈信號傳輸電纜的布置和固定，並設計相應的信號接口。
為滿足患者某些治療體位的要求，還可包括設計有楔型、方型等形狀的襯墊和頭託、頸託、臂託等配合患者身下的大床墊，以支撐患者長期舒適的處於治療體位。
本發明應用面廣，按照一般要求，除體內含有金屬支架、心臟起博器或不宜進行磁共振影像檢查的患者外都能進行磁共振成像掃描，因而可受益於本發明描述的治療方法和系統進行腫瘤治療。
根據另一方面，由本發明的系統和設計能夠提供一種採用永磁磁共振成像系統對體外高能聚焦超聲治療進行圖像導引的方法，它包括以下步驟(1)用永磁磁體在其自身中心營造出一個均勻磁場樣品區；(2)通過在被檢查者身體外側設置掃描用信號接收/發射兩用射頻線圈，移動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目的層面處於所述樣品區的中心；(3)用射頻發射線圈發射射頻場激活上述目的層面；(4)在樣品區產生梯度場，對目的層面的核自旋進行空間編碼；(5)對所述目的層面進行磁共振成像，用射頻接收線圈接收目的層面的磁共振信號，經過磁共振成像系統的處理，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調整層厚；(7)重複步驟(3)到(6)，進行多層面成像，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射器運動，通過觀察反映發射器位置實時變化的磁共振圖像，使聚焦焦域定位在所選層面內需要治療的目標部位內。
在使用中，還包括進一步包括以下步驟(9)啟動聚焦超聲波發射，觀察實時反映所選層面內組織狀況改變的磁共振圖像，提取有關聚焦區域的溫度分布信息。
下面結合附圖和一個具體實施例對本發明進行詳細說明，其中圖1是本發明所述的採用高開放度水平場布置的永磁磁共振成像系統進行圖像導引和治療效果監測、檢查的體外高能聚焦超聲腫瘤治療系統的一種實施例的結構示意圖；圖2是根據本發明一個實施例的高開放度水平場布置的U型永磁磁體的結構示意圖；圖3是根據本發明一個實施例的整個系統的體系構成框圖；圖4是按照本發明的一個實施例進行腫瘤治療的流程圖；圖5是根據本發明實施例的磁共振成像層面與體外聚焦超聲發射器聚焦焦域的關係；圖6是根據本發明一個實施例的上部體外高能聚焦超聲發射器及其吊架機構運動系統的結構示意圖；圖7是根據本發明一個實施例的上部體外高能聚焦超聲發射器及其運動系統的其它結構方案；圖8(a)、(b)是根據本發明一個實施例的上部體外高能聚焦超聲發射器的工作原理示意圖；圖9(a)、(b)是根據本發明一個實施例的下部體外高能聚焦超聲發射器及其運動系統的結構示意圖；圖10是根據本發明一個實施例的下部體外高能聚焦超聲發射器的工作原理示意圖；圖11是兩個高能聚焦超聲發射器採用同一套脫氣水生產和輸送管路系統生產、過濾和供應脫氣水的工作原理示意圖；圖12是根據本發明一個實施例的整個系統和電磁屏蔽掃描間為主體，構建介入診斷、治療、手術一體化系統的示意圖。
具體實施例方式
參照圖1，該圖整體示出了整個永磁磁共振成像導引體外高能聚焦超聲腫瘤治療系統的結構組成狀況。其中1為永磁磁體系統、2為上部體外高能聚焦超聲發射器及其軌道式吊架機構、3為檢查床甲、4為包含下部體外高能聚焦超聲發射器的檢查床乙、5為發射器位置手動控制裝置、6為與上部體外高能聚焦超聲發射器配用的射頻發射/接收線圈、7為與下部體外高能聚焦超聲發射器配用的射頻發射/接收線圈、8為患者治療狀況監視系統、9為心電門控於與呼吸門控裝置、10為隨床護理系統、11為電磁屏蔽掃描間、12為電磁屏蔽掃描間的傳導板系統、13為梯度電源系統電氣櫃、14為射頻電源系統電氣櫃、15為聚焦超聲發射器驅動電源系統電氣櫃、16為脫氣淨化水處理櫃、17為操作控制臺、18為計算機櫃。
參照圖2，根據一個優選實施例，圖示出了高開放度水平場布置的U型永磁磁體的結構組成。磁體系統主要是為了與含上下兩個發射器的體外高能聚焦超聲腫瘤治療系統配套使用而設計的，磁體採用U型布置的結構。其中1-1為右側軛鐵、1-2為左側軛鐵、1-3為底部軛鐵、1-4為右側磁垛(N極)、1-5為左側磁垛(S極)、1-6為右側極靴、1-7為左側極靴、1-8為第一梯度線圈、1-9為第二梯度線圈、1-10為用玻璃纖維增強塑料(玻璃鋼)材料製成的磁體外殼體、1-11為含保溫層在內的磁體溫度控制系統。由於U型永磁磁體本身和線圈等的大部分結構為現有技術，因此對其1-1到1-9項不做詳細的描述。
磁體外殼體1-10採用分塊設計、分塊製造的方法製造而成，然後整體嵌合、拼接組裝在一起，嚴密包裹住磁體系統，將其所有的機械和電氣部件與患者隔開。
根據優選實施例，用玻璃纖維增強塑料(玻璃鋼)材料製成的磁體外殼體，採用分塊設計、分塊製造的方法製造而成，然後整體嵌合、拼接組裝在一起，嚴密包裹住磁體系統，將其所有的機械和電氣部件與患者隔開。
磁體外殼體1-10內的底部殼體設計有特殊的水收集系統以防止作為耦合物的脫氣淨化水洩漏並流入磁體而引起電氣安全事故。
根據優選實施例，磁體溫度控制系統1-11含有特殊設計的阻燃海綿材料保溫層，其特徵在於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，嚴密包裹住軛鐵和布置在其上的由多個測溫裝置和電加熱裝置組成的反饋式溫度控制系統，構成嚴密的磁體保溫層，可以實現大面積的保溫並保證磁體溫度控制的均勻性、穩定性。
如圖2所示，優選地，磁極之間的磁隙可用間距為600mm。這實現了安全容納患者進行磁共振成像檢查和聚焦超聲發射治療的需要，具有良好的人機工程學效果。不僅有益於患者克服幽閉恐懼感、還有益於醫護人員實時觀察患者狀態、監測治療過程。
參照圖3所示的框圖，描繪了根據一個實施例，整個系統的體系構成，可以了解主要的子系統之間的關係。這些子系統包括永磁磁體子系統；上部聚焦超聲發射器子系統；下部聚焦超聲發射器子系統；與上部聚焦超聲發射器配用的患者承載定位子系統；與下部聚焦超聲發射器配用的患者承載定位子系統；和計算機和圖像處理子系統，其中永磁磁體子系統採用U型布置結構的磁體，該U型結構的永磁磁體的結構特徵是在其自身中心營造出一個尺寸較大的橢球形均勻磁場樣品區，一個通道式的前後貫通、上下方開敞的磁隙空間、一個大尺寸的可用磁隙間距和最大可用場強。
此外，在實際使用中還可包括上/下部聚焦超聲發射器多自由度姿態控制子系統，高能聚焦超聲波傳導結構及傳導介質處理子系統、掃描間與傳導板子系統。
其中的計算機和圖像處理子系統控制整個系統的工作和數據採集等，例如，可以包括控制梯度線圈的梯度控制器，控制RF信號發射和接收的序列發生、放大器，主計算機通過操作控制器、內置操作控制器對上/下部聚焦超聲發射器多自由度姿態控制子系統、高能聚焦超聲波傳導結構及傳導介質處理子系統、上/下部聚焦超聲發射器電源系統等進行控制，通過數據檢測濾波、數據採集、圖像處理器、圖像顯示器等進行數據處理和圖像顯示。本領域技術人員可以容易地設計出該控制系統，圖3清楚地顯示了其中一種具體的配置方案。鑑於本發明可以採用屬於現有技術的計算機和圖像處理子系統，在此不必對其作出詳細描述。
參照圖4所示流程圖，可以了解使用本發明進行腫瘤治療的過程。
該實施例示出了採用高開放度永磁磁共振成像系統對體外高能聚焦超聲腫瘤治療進行圖像導引和治療過程監測、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造出一個尺寸較大的橢球形均勻磁場樣品區。磁體的構成特徵是採用磁隙間距較大、磁極左右布置的水平場U型高開放式磁體結構，軛鐵由左側軛鐵、右側軛鐵、底部軛鐵三部分構成，左側軛鐵和右側軛鐵對稱布置，底部軛鐵是整個磁體的基礎。右側磁垛(N極)位於右側軛鐵的左側，左側磁垛(S極)位於左側軛鐵的右側，兩處磁垛平行相對。磁通由右側磁垛發出，越過兩垛之間的磁隙空間，穿入左側磁垛，再由底部軛鐵返回右側磁垛，形成閉合迴路；(2)通過在患者身體外側設置掃描用信號接收/發射兩用射頻線圈，移動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目的層面處於所述樣品區的中心；(3)用射頻發射線圈發射射頻場激活上述目的層面；(4)通過設置在磁體右側磁垛和左側磁垛面向患者一側的兩個梯度線圈在樣品區產生梯度場，對目的層面的核自旋進行空間編碼；(5)對所述目的層面進行磁共振成像。用射頻接收線圈接收目的層面的磁共振信號，經過磁共振成像系統的處理，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調整層厚，選擇另一目的層面；(7)重複步驟(3)到(6)，進行多層面成像，得到反映病灶部位所有病變組織狀況的分層圖像；然後據此確定手術方案；(8)按照手術方案，選擇治療層面；(9)確定治療層面後，通過手動控制體外高能聚焦超聲腫瘤治療裝置的發射器運動，同時密切觀察反映發射器位置實時變化的磁共振圖像，使聚焦焦域定位在所選層面內需要治療的病灶目標部位內；(10)啟動聚焦超聲波發射治療，觀察實時反映所選層面內病變組織狀況改變的磁共振圖像，提取有關聚焦區域的溫度分布信息。判斷所選聚焦焦域的治療效果並決定延長治療時間或完成治療；(11)完成選定病灶目標部位的聚焦治療後，根據所選擇治療層面內病灶部位的大小，通過手動控制體外聚焦超聲腫瘤治療裝置發射器運動，使聚焦焦域在所選層面內的病灶部位內的未治療區域內移動並重新定位。重複步驟(10)，經多次移動和定位，反覆操作聚焦超聲波發射治療，使所選層面內需要治療的病灶目標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)重複步驟(9)到步驟(12)，直到完成所有治療層面內全部病灶目標部位的治療過程和治療效果檢查。
參照圖5可以了解磁共振成像層面與體外聚焦超聲發射器聚焦焦域之間的關係。
按照笛卡爾坐標系的要求，複合後的整個系統的坐標系設置如下系統的x軸和z軸平面對應患者的橫斷面(Axial Plane)、系統的y軸和z軸平面對應患者矢狀面(Sagittal Plane)，系統的x軸和y軸平面對應患者的冠狀面(Coronal Plane)。
參照圖6，可以了解上部體外高能聚焦超聲發射器及其吊架機構的構成狀況。
根據一個實施例，上部高能聚焦超聲發射器2-1採用電機驅動的軌道式吊架機構2-2來實現其空間位置的運動、調整、配準和定位，吊架機構2-2能夠實現上部高能聚焦超聲發射器的左右(系統的x軸)、前後(系統的y軸)和上下升降運動(系統的z軸)、高能聚焦超聲發射器的擺動(繞系統的x軸擺動)和高能聚焦超聲發射器的旋轉(繞系統的z軸旋轉)五個運動軸的運動要求。
在一個示範性的例子中，y軸方向的運動由一套電機驅動、橡膠同步帶、同步輪牽引的滑軌、滑板機構實現，滑軌固定在掃描間內磁體上方的鋁型材制水平梁的下方；x軸方向的運動由另一套電機驅動、橡膠同步帶、同步輪牽引的滑軌、滑板機構實現；x軸滑軌固定y軸滑板下方，x軸滑板的下方是z軸升降機構，z軸驅動裝置位於x軸滑板內，採用重力平衡設置後的電機驅動的橡膠同步帶升降牽引機構。上部高能聚焦超聲發射器的俯仰運動由繞系統的z軸旋轉和繞系統的x軸擺動組合來實現。z軸旋轉系統由電機驅動的齒輪副機構組成，x軸擺動系統由電機驅動的橡膠同步帶、同步輪傳動機構構成。這兩套運動機構安裝在一個機體上工作，整體位於z軸升降機構的下方。每個運動軸都設置有脈衝編碼器以精確測量位移和轉角，設置行程開關以控制其運動範圍，設置機械擋塊以防止運動越程。上部高能聚焦超聲發射器2-1及其吊架機構2-2的運動控制採用各個運動軸間相互獨立的分步驟控制方式。採用兩套附帶圖像實時顯示器和設備急停開關手動控制裝置，一套設置在磁體掃描間內，在磁體外側靠近承載患者的檢查床的位置；另一套手動控制裝置設置在磁體掃描間外的操作控制臺上，和磁共振操作控制系統、圖像處理和顯示系統、治療區域溫度顯示系統、掃描間內外對講和圖像監視系統等合在一起使用。整個操作控制臺設置有設備急停開關，以備應急處理。
由於整個運動機構和運動控制為現有技術，因此除了對其材料有所要求外，不對其做詳細的描述。
在本發明中，由於5高斯線範圍以內用到的機構及其組成零部件、元器件採用符合要求的工程塑料、非金屬及弱磁性材料製造以迴避材料問題對磁共振成像掃描造成的影響。因此該吊架機構2-2實際上已不同於目前常見的吊架式X光機等影像診斷設備、手術用無影燈、監視器、呼吸機、麻醉機等醫用儀器設備所採用的類似軌道式或旋轉滑移式吊架機構。
展開來講，本發明在材料應用方面多次強調了位於5高斯線範圍以內的上部高能聚焦超聲發射器2-1的運動機構由特殊設計的非金屬及弱磁性材料製造和裝配完成這一技術特徵。參照圖7所示，可以了解關節式手術機器人夾持上部體外高能聚焦超聲發射器2-1實現多自由度姿態控制的工作原理。如圖7所示，這一技術特徵不僅適用於本設計所敘述的軌道式電動吊架機構，還適用於機械手(關節式手術機器人、多坐標滑臺及轉臺等)、旋轉滑移式吊架等能夠夾持上部高能聚焦超聲發射器2-1完成治療配準和定位要求的其它機械結構。只要他們滿足其位於5高斯線範圍以內的部分由本發明所實現的非金屬及弱磁性材料製造和裝配完成，都能配合磁共振系統完成高能聚焦超聲系統的成像導引治療過程。因此，本發明實際上容納和涵蓋了其它可以夾持上部高能聚焦超聲發射器運動，配合U型永磁磁體完成高能聚焦超聲治療過程的運動機構，總的來說，包括軌道式電動吊架機構、軌道式手動吊架機構、機械手(關節式手術機器人、多坐標滑臺及轉臺等)、旋轉滑移式吊架等。
參照圖8(a)、(b)所示，可以了解根據本發明的一個實施例，上部體外高能聚焦超聲發射器的工作原理。上部體外高能聚焦超聲發射器與患者皮膚之間採用充水式密閉柔性水囊2-3進行耦合，該水囊可採用聚酯薄膜、聚氯乙稀(PVC)、矽橡膠等材料製成，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，不再贅述。它具有以下優點一方面，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域並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患者免受高能聚焦超聲發射器的運動在失去控制後可能對患者身體造成的擠壓和傷害。
參照圖1所示，上部高能聚焦超聲發射器2-1的運動範圍和工作區域包含在磁共振掃描用信號接收/發射兩用線圈6在患者身體外側安裝就位後所留出的空隙內，上部高能聚焦超聲發射器2-1的位置調整過程不應碰撞並影響信號接收/發射兩用線圈6的位置以免影響磁共振掃描的圖像質量。
參照圖1所示，當上部高能聚焦超聲發射器2-1獨立工作時，掃描床甲3承載身體外側安裝好磁共振掃描用信號接收/發射兩用線圈6的患者進入磁體1並在適宜位置就位並固定。該檢查床甲3就位時，可使用雷射定位燈來確定其準確的位置。由於檢查床甲3在y軸方向的運動比較單一和簡單，在x軸和z軸方向不需運動，並可利用雷射定位燈在y軸方向準確定位，因此設計成簡單支撐結構的、工作高度固定的手動操作床。
參照圖9(a)和(b)所示，可以了解根據本發明的一個實施例，下部體外高能聚焦超聲發射器4-8的系統構成。下部高能聚焦超聲發射器4-8設計在承載患者的檢查床乙4的玻璃鋼製床面板下方。整個發射器整體包容在充滿脫氣淨化水的密閉水箱內，水箱上表面與床面板平齊。
在一個示範性的例子中，密閉式水箱設計為六面體結構，包括下表面板4-1，由固定的環行框4-2和居於框內的柔性軟膜4-3構成的上表面，四個側面4-4、4-5、4-6、4-7也由柔性膜構成，與上下兩個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。下表面板承託著浸泡在其上方脫氣淨化水中的多元陣平面相控陣列式聚焦超聲發射器4-8，可以實現左右(系統的x軸)、前後(系統的y軸)和上下位置調整運動(系統的z軸)三個運動軸的運動要求。四個側面的柔性膜4-4、4-5、4-6、4-7隨下表面固定板4-1的運動而運動，始終保持密閉式水箱的密閉狀態。上表面板柔性軟膜在充水後鼓起，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採用電機驅動的橡膠同步帶、同步輪牽引的滑軌、滑塊機構來實現其空間位置的運動、調整、配準和定位，整個運動機構位於檢查床乙的承託框架內部。每個運動軸都設置有脈衝編碼器以精確測量位移和轉角，設置行程開關以控制其運動範圍，設置機械擋塊以防止運動越程。下部高能聚焦超聲發射器運動機構的運動控制採用各個運動軸間相互獨立的分步驟控制方式。採用兩套手動控制裝置，一套與上部高能聚焦超聲發射器設置在磁體掃描間內磁體外側的手動控制系統複合在一起。另一套與上部高能聚焦超聲發射器設置在磁體掃描間外操作控制臺上的手動控制系統複合在一起。
由於整個運動機構和運動控制為現有技術，因此除了對其材料有所要求外，不對其做詳細的描述。在本發明中，5高斯線範圍以內用到的機構的組成零部件、元器件採用符合要求的非金屬及弱磁性材料製造以迴避材料問題對磁共振系統造成的影響。
參照圖10所示，可以清楚了解根據本發明的一個實施例，下部體外高能聚焦超聲發射器4-9進行治療時的工作原理。
容納下部高能聚焦超聲發射器4-9的密閉式水箱與患者皮膚之間通過水箱上表面充水後鼓起的柔性軟膜4-3進行耦合，該柔性軟膜可採用聚酯薄膜、聚氯乙稀(PVC)、矽橡膠等材料製成，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，不再贅述。高能聚焦超聲聚焦波束區域完全包容於充滿脫氣水的密閉環境裡，可完全覆蓋並滿足高能聚焦超聲聚焦波束的透過要求。
在實際使用過程中，為提高或改進聲學耦合效果，醫護人員一般用水、超聲傳導性凝膠以及類似性能的材料4-10塗布在充水後鼓起的密閉柔性水囊和患者的皮膚之間。在進行類似操作時，應當注意不在聲學耦合材料中夾雜含有鐵磁性成份的金屬微粒等，以免影響磁場均勻性，產生偽影。
下部高能聚焦超聲發射器4-9的運動範圍和工作區域包含在磁共振掃描用信號接收/發射兩用線圈7在患者身體下方安裝就位後所留出的空隙內，下部高能聚焦超聲發射器4-9位置調整過程不應碰撞並影響信號接收/發射兩用線圈7的位置設置以免影響磁共振掃描的圖像質量。
參照圖1所示，當需要下部高能聚焦超聲發射器4-9獨立工作時，先連接好有關電路和水路，然後讓它隨該檢查床乙4、就位在檢查床上的患者及包容患者掃描部位的信號接收/發射兩用線圈7一起沿y軸方向運動，進入磁體1並在適宜位置就位並固定。該檢查床就位時，可使用雷射定位燈來確定其準確的位置。由於該檢查床在y軸方向的運動比較單一和簡單，在x軸方向不需運動，利用雷射定位燈在y軸方向準確定位就可以了。
參照圖11所示，根據本發明的一個實施例，上下兩個高能聚焦超聲發射器採用同一套脫氣淨化水生產和輸送管路系統生產、過濾和供應脫氣淨化水，根據使用要求由控制系統決定上水、排水和停止供水。用於供應脫氣淨化水的管路系統應滿足密封要求和磁共振掃描過程的要求，不遺漏液體鏽蝕磁體系統，不影響磁場均勻區及磁共振掃描過程。脫氣淨化水輸送管路連通位於磁體掃描間外的脫氣淨化水處理櫃和磁體掃描間內的上下兩個高能聚焦超聲發射器，穿過磁體掃描間傳導面板進入磁體掃描間。其在磁體掃描間內的管路分為兩部分，一部分管路附在上部高能聚焦超聲發射器的吊架機構中，並隨吊架機構一起運動。吊架機構的機械運動不應對脫氣水管路系統的正常運行造成影響。另一部分管路附在容納下部高能聚焦超聲發射器的檢查床乙中，並隨檢查床乙一起運動。檢查床乙的機械運動不應對脫氣水管路系統的正常運行造成影響。
水路系統保持整個管路的潔淨，嚴格防止管路系統中那些在製造和工作過程中產生的含有鐵、鈷、鎳等鐵磁性成份的金屬微粒進入充水式密閉柔性水囊。這些微粒不僅會對磁場均勻性構成影響、對掃描圖像產生偽影幹擾，而且還有可能扎破密閉柔性水囊(或柔性薄膜)，造成脫氣水洩露事故，傷及正在進行高能聚焦超聲治療的患者並損壞磁共振系統。
展開來講，本發明強調了水路系統潔淨度要求和有關的技術實施措施。在一個示範性的具體實施例中，高密度濾芯構成的多層脫氣淨化水過濾淨化裝置得到了成功的應用。此外，位於磁體掃描間之外的水源及水處理櫃中的脫氣淨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。這兩點構成了脫氣淨化水在本設計中穩定、安全使用的基礎。
參照圖12所示，該圖展示了以本發明所述的符合電磁屏蔽要求的磁體掃描間為基礎，增加設備、擴大面積，改進為包括磁共振影像實時檢查、體外高能聚焦超聲治療、外科手術等多種診療手段一體化的綜合診療室的情況。
除了圖1所示出的整個永磁磁共振成像導引體外高能聚焦超聲腫瘤治療系統的組成外，圖12所示的擴大改進後的一體化綜合診療室還包括手術器械臺21、輸液架22、麻醉機23、呼吸機24、監護儀25等。條件是它們不會對磁場均勻性構成影響、對磁共振掃描圖像產生偽影幹擾。
雖然以上根據本發明的具體實施例描述了本發明的設計思想和技術方案，本領域技術人員可以理解，在不偏離本發明的思想和範圍的前提下，可以對說明書公開的具體技術方案可以進行各種變化和修改。
權利要求
1.一種採用永磁磁共振成像系統對體外高能聚焦超聲治療進行圖像導引的方法，它包括以下步驟(1)用永磁磁體在其自身中心營造出一個均勻磁場樣品區；(2)通過在被檢查者身體外側設置掃描用信號接收/發射兩用射頻線圈，移動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目的層面處於所述樣品區的中心；(3)用射頻發射線圈發射射頻場激活上述目的層面；(4)在樣品區產生梯度場，對目的層面的核自旋進行空間編碼；(5)對所述目的層面進行磁共振成像，用射頻接收線圈接收目的層面的磁共振信號，經過磁共振成像系統的處理，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調整層厚；(7)重複步驟(3)到(6)，進行多層面成像，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射器運動，通過觀察反映發射器位置實時變化的磁共振圖像，使聚焦焦域定位在所選層面內需要治療的目標部位內。
2.根據權利要求1的方法，進一步包括以下步驟(9)啟動聚焦超聲波發射，觀察實時反映所選層面內組織狀況改變的磁共振圖像，提取有關聚焦區域的溫度分布信息。
3.根據權利要求1的方法，其中磁體的結構特徵是採用磁隙間距較大、磁極左右布置的水平場U型高開放式磁體結構，軛鐵由左側軛鐵、右側軛鐵、底部軛鐵三部分構成，左側軛鐵和右側軛鐵對稱布置，底部軛鐵是整個磁體的基礎；右側磁垛(N極)位於右側軛鐵的左側，左側磁垛(S極)位於左側軛鐵的右側，兩處磁垛平行相對；磁通由右側磁垛發出，越過兩垛之間的磁隙空間，穿入左側磁垛，再由底部軛鐵返回右側磁垛，形成閉合迴路。
4.根據權利要求3的方法，其中，通過設置在磁體右側磁垛和左側磁垛面向被檢查者一側的兩個梯度線圈而在樣品區產生梯度場。
5.一種與體外高能聚焦超聲治療系統配合使用的水平場永磁磁共振成像系統，它包括用於營造出一個均勻磁場樣品區的永磁磁體子系統；用於在樣品區產生梯度場的梯度子系統；用於發射射頻場激活被檢查對象的目的層面的射頻子系統；包含上部高能聚焦超聲發射器的上部聚焦超聲發射器子系統；包含下部高能聚焦超聲發射器的下部聚焦超聲發射器子系統；與上部聚焦超聲發射器配用的被檢查對象承載定位子系統；與下部聚焦超聲發射器配用的被檢查對象承載定位子系統；和計算機與圖像處理子系統，其中永磁磁體子系統採用U型布置結構的磁體，該U型結構的永磁磁體的結構特徵是在其自身中心營造出一個尺寸較大的橢球形均勻磁場樣品區，一個通道式的前後貫通、上下方開敞的磁隙空間、一個大尺寸的可用磁隙間距和最大可用場強。
6.根據權利要求5的系統，其中，永磁磁體子系統的U型結構永磁磁體的結構為採用磁極左右布置的U型高開放式磁體結構，軛鐵由左側軛鐵、右側軛鐵、底部軛鐵三部分構成，左側軛鐵和右側軛鐵對稱布置，固定在底部軛鐵上，底部軛鐵是整個磁體的基礎；右側磁垛(N極)位於右側軛鐵的左側，左側磁垛(S極)位於左側軛鐵的右側，兩磁垛平行相對；磁通由右側磁垛發出，越過兩垛之間的磁隙空間，穿入左側磁垛，再由底部軛鐵返回右側磁垛，形成閉合迴路；其中梯度子系統包括在上述磁體右側磁垛和左側磁垛面向被檢查對象的一側布置的第一和第二梯度線圈，兩梯度線圈平行相對。
7.根據權利要求6的系統，其中，磁體整體溫度的穩定由安裝在軛鐵上的由多個測溫裝置和電加熱裝置組成的反饋式溫度控制系統以及包裹軛鐵，防止熱量散失的保溫層來實現。
8.根據權利要求6的系統，其中，磁極之間的磁隙可用間距為600mm。
9.根據權利要求5或6的系統，其中，橢球形均勻磁場樣品區，橢球的三個半徑值分別為400mm、400mm和380mm；可以容納上下兩個高能聚焦超聲發射器在其區域內運動、工作，容納磁共振信號接收/發射兩用射頻線圈在其區域內設置，容納被檢查對象及被檢查對象承載定位子系統在其區域內運動、工作，以及心電門控用探頭，呼吸門控探頭、有創測溫針等裝置在其區域內工作；所有這些元器件和裝置都用非金屬及無磁性材料製造和裝配完成。
10.根據權利要求5或6的系統，其中，上下兩個高能聚焦超聲發射器可以分別獨立地進行工作。
11.根據權利要求10的系統，其中，上下兩個高能聚焦超聲發射器中至少一個採用多陣元相控陣列式聚焦超聲發射器，所述多陣元相控陣列式聚焦超聲發射器選自多陣元球面相控陣列式聚焦超聲發射器、多陣元弧面相控陣列式聚焦超聲發射器或多陣元平面相控陣列式聚焦超聲發射器。
12.根據權利要求6的系統，其中，用玻璃纖維增強塑料(玻璃鋼)材料製成磁體外殼體，採用分塊設計、分塊製造的方法製造而成，然後整體嵌合、拼接組裝在一起，嚴密包裹住磁體系統，將其所有的機械和電氣部件與被檢查對象隔開。底部殼體設計有特殊的水收集系統以防止作為耦合物的脫氣淨化水洩漏並流入磁體而引起電氣安全事故。
13.根據權利要求5、6、11中任一個的系統，其中，與上部聚焦超聲發射器配用的被檢查對象承載定位子系統為檢查床甲，與下部聚焦超聲發射器配用的被檢查對象承載定位子系統為檢查床乙，它們在永磁磁體5高斯線範圍內的部分由非導電、非金屬及無磁性材料製成，床面板由高強度、耐變形的玻璃纖維增強塑料(玻璃鋼)材料製成。
14.根據權利要求5或6的系統，其中，上下兩個高能聚焦超聲發射器及其大部分運動支撐機構、脫氣淨化水耦和裝置等在永磁磁體的5高斯線範圍內使用。所用零部件和元器件由非導電、非金屬及無磁性材料製成。
15.根據權利要求5或6的系統，還包括脫氣淨化水輸水管路系統，管路系統中使用了高密度濾芯構成的多層脫氣水過濾淨化裝置和位於磁體掃描間外的水源及水處理櫃中的脫氣水磁化過濾吸附裝置來保持整個管路的潔淨。
16.根據權利要求13的系統，其中，檢查床乙包容下部高能聚焦超聲發射器及其運動支撐機構、脫氣淨化水耦和裝置等。當不需要使用下部高能聚焦超聲發射器時，可以將檢查床乙從磁體工作區域推出，換上檢查床甲配合上部高能聚焦超聲發射器工作或只做獨立的磁共振影像檢查。
17.根據權利要求13的系統，其中，檢查床甲是一付高度尺寸固定的擔架床。它主要承載身體外側設置好射頻發射/接收線圈的被檢查對象進入磁體的均勻樣品區並固定在工作位置。
18.根據權利要求6的系統，其中，所述U型布置永磁磁體，其特徵在於所述磁垛由單一種類的永磁材料構成。永磁材料可以選用不同牌號的燒結釹鐵硼、釤鈷合金。
19.根據權利要求7的系統，其中，保溫層包括阻燃海綿材料，其特徵在於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，嚴密包裹住軛鐵和布置在其上的由多個測溫裝置和電加熱裝置組成的反饋式溫度控制系統，由此構成嚴密的磁體保溫層。
全文摘要
本發明使用U型結構的0.35T/0.45T永磁高開放度水平場磁共振成像系統。將永磁磁體、梯度線圈、射頻接收/發射線圈、高能聚焦超聲發射器、患者承載定位裝置(檢查床或椅)複合為一個一體化的系統，複合實時圖像檢查、腫瘤治療、溫度控制等功能。使用相控陣列式聚焦超聲發射器，並結合實時的損傷組織可視化，減少病人需要的重複治療的次數，縮短治療時間。在術前和術中使用磁共振快速序列進行實時掃描成像，實時清晰觀察病灶部位的變化。從磁共振成像的參數(例如T1、彌散和化學位移等)中提取治療部位的溫度信息，精確控制治療過程。
文檔編號A61B7/02GK1903121SQ20061011139
公開日2007年1月31日 申請日期2006年8月25日 優先權日2006年8月25日
發明者趙明, 吳曉東 申請人:北京源德生物醫學工程有限公司