一种具有改进的RF线圈的可移动的MRI系统技术方案

用于外科手术中的成像的设备，包括用于外科手术的手术室和用于通过将磁体向上移动到手术台而在外科手术过程中周期性地获取图像的MRI。磁线由超导材料形成，例如二硼化镁或铌钛，该超导材料通过真空低温冷却系统冷却至超导，而无需使用液氦。磁体的重量小于1至2吨，占地面积为15至35平方英尺，因此可以通过支撑系统将其放在地板上，该支撑系统具有气垫，其覆盖了带有侧裙边的磁体的底部区域，由此将重量分布在整个底部区域上。在手术过程中，磁体保留在房间中，在远离工作台的第二位置时，磁体会断电以关闭磁场。

【技术实现步骤摘要】
一种具有改进的RF线圈的可移动的MRI系统
本专利技术涉及一种用于外科手术的可移动的MRI系统。
技术介绍
磁共振成像(MRI)是一种非侵入性成像模式，能够基于对象中固有的成分区分各类对象，同时磁共振成像(MRI)还是一种能够提供物体的一维，二维或三维成像的成像技术。传统的MRI系统通常包括提供主静磁场的一主磁体、B0、磁场梯度线圈和射频(RF)线圈，其用于进行空间编码，激励和检测原子核，以实现成像。通常，主磁体被设计成在主磁体内的内部区域中，例如，在螺线管的大中心孔的空气空间中或在C型磁体的磁极板之间的气隙中提供一均匀的磁场。将待成像的患者或对象放置位于这样的空气空间中的均匀场区域中。用于将距离转换为频率的梯度场和用于发送和接收来自患者的信号的RF线圈通常位于待成像的患者或对象的外部以及位于围绕空气空间的主磁体的几何形状内部。通常，产生由高磁场MRI系统(>1.0特斯拉)上的主磁体产生的均匀磁场B0，然后该均匀磁场B0在磁体的使用寿命期间保持开启，尽管在磁体的工作寿命期间磁场会不时地增强磁场。在传统的MRI设备中，将患者带到磁体处，让患者躺在患者卧工作台上，然后将患者滑入磁体中，其中待成像的区域要要尽可能地靠近磁体的等中心处。这要求患者要么可以走动，要么可将患者带到轮工作台上的磁体处并滑入磁体中。很多时候，医生宁愿将MRI磁体带到患者处，因为患者不能移动。示例包括接受手术或介入手术的患者，其中医生需要取得例如中风患者或发生事故的患者的图像，所有这些患者在当时的情况下都不应该移动。现代神经外科包括许多复杂病症的外科治疗，这些病症例如原发性颅内或脊柱肿瘤、颅骨和颅底损伤、脑血管疾病(包括动静脉畸形、海绵状血管瘤和颅内动脉瘤)，以及炎症。发生这些变化的同时，通过计算机断层扫描、磁共振、正电子发射断层扫描和磁波处理进行成像，大大提高了对大脑结构和功能事件的理解。成像数据已通过许多装置结合到立体定位空间中，以允许精确的点接入和体积理解，从而进行规划和跨脑导航，其中在进行上述规划和跨脑导航中，手术的工作通道大小明显减小。然而，需要将这种成像技术带到手术室，以便可以适应由脑移位和组织移除以及手术治疗引起的变化。已经开发了许多外科术中MRI设备，其中最受欢迎的是IMRIS出售的MRI设备。这种IMRIS设备存在的挑战在于，安装这种IMRIS设备需要对医院手术室进行大量翻新，翻新的费用很高并且在相当长的一段时间内，手术室都无法使用。
技术实现思路
本专利技术可以独立的用于此中描述的其它特征，根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于外科手术的装置，包括：一手术室，具有一地板和多个壁，并包含一手术工作台，所述手术工作台用于放置患者以进行外科手术；和一磁共振成像系统，用于在整个外科手术期间分多次获取患者的一部分图像，以供手术团队分析，使得手术团队可以监测手术的进展，所述磁共振成像系统包括：一种磁体系统，包括一磁线的圆柱形磁体，该圆柱形磁体限定一圆柱形孔，患者的一部分位于该圆柱形孔内，用于放置在由磁体产生的高磁场内；一控制系统，用于控制和改变磁场；一射频发射和检测系统，用于响应于磁场，激发和检测出患者的一部分中的核磁共振信号，所述射频发射和检测系统包括一RF探头，该RF探头设置在患者的一部分附近；和一计算机和显示监视器，用于解码和显示检测到的信号；一个工作台支撑系统，安装磁体，用于相对于工作台在远离工作台的第一端的方向上从工作台的第一位置移动到远离工作台的第二位置；磁体的第一位置被布置成使得患者的部分定位在磁体的磁场中，同时患者保持在工作台上的适当位置；磁体的第二位置被布置成使得磁体与工作台的第一端隔开一段距离，该段距离足以允许手术团队围绕工作台的第一端和工作台的每一侧移动以接触患者，同时该段距离足以允许手术团队进行外科手术；其中，所述磁线由超导材料制成，所述超导材料无需使用液氦，通过冷却系统即可冷却至超导。优选地，磁线由二硼化镁形成，二硼化镁需要温度绝对要达到约40度，其中可以在不使用液氦，通常使用具有真空泵的真空低温冷却系统就达到该绝对温度。其他可以使用的材料是铌钛，并且可能(尽管不太合适)是铌锡。例如，使用这些技术，磁体可以具有小于2吨的重量，并且其地板面积在15至40平方英尺的范围内，并且通常在35平方英尺左右，这是大多数标准地板系统所能承受的。这允许优选地将磁体带到由地板支撑的支撑系统上。特别地，支撑系统可以包括一气垫，该气垫覆盖具有侧裙部的磁体的底部区域，以便将重量分布在整个底部区域上。为了在手术室中使用该气垫，将气垫系统优选地布置成使得其不从侧裙部排出颗粒。虽然磁体优选地漂浮在气垫上以分散负载，但优选地，支撑系统在导轨上从第一位置引导到第二位置。在另一个优选的布置中，磁体以滑移装载机的方式被承载在一对侧轨道上，使得沿着磁体基座的侧面的侧轨道承载重量并且可以被足够精确地控制以将磁体相对于工作台位置向前驱动。应当理解，磁体孔正好匹配工作台，因此驱动精度必须非常高，以确保在不使用导轨的情况下磁体所需的正确位置。如在下文中更详细地解释的，轨道还允许磁体绕着磁体中心处或附近的竖直轴线旋转，从而以所需的取向将磁体前端移动到房间中。这种类型的布置可以优选地允许磁体断电以在磁体处于第二位置时关闭磁场。以这种方式，在手术过程中，磁体可以在同一个房间内保持休眠状态，但是优选地，在磁场断电期间冷却系统保持开始状态。在这种布置中，优选地，磁体专用于手术室内的手术并且保留该手术室内。尽管可以通过多次使用磁体来分摊磁体的成本，但是在这种布置中，磁体本身的结构小，使得可以将其支撑在地面上，同时可以简单的将磁体连接到冷却水和电源处，所有这些优势使得磁体后续的成本非常小。同时，所选择的磁体可提供超过1特斯拉的磁感应强度，该1特斯拉的磁感应强度足以提供有效的成像。为了减小重量，磁体优选具有约60至70cms的最小孔径，典型地约65cms，并且其长度在5英尺的范围内。另外为保持整体尺寸尽可能小，在某些情况下，RF探头包括本地收发器RF线圈，以避免在孔处使用圆柱体线圈，否则会增加磁体的直径。然而，在其他情况下，可以在孔内使用体线圈，特别是将其用作发射线圈，而将接收线圈作为单独的组件提供，尤其是围绕头部的线圈。为了避免如通常所需的那样对整个房间屏蔽杂散的RF信号，优选的提供一种屏蔽结构，用于从RF探头中排除RF场，该屏蔽结构包括一个拱形的支撑框架，用于在患者上延伸，同时支撑一屏蔽织物或屏蔽材料，屏蔽织物从脚延伸至进入孔的身体部位处；一金属板，作为患者下方的工作台的一部分，同时延伸跨越工作台，至屏蔽织物的两侧；一圆柱形屏蔽层，位于孔内；以及一铰链门，位于与工作台相对的孔的一端，同时包含一屏蔽层。屏蔽材料可以是封装在塑料材料中的屏蔽材料，以形成刚性结构，该刚性结构在部署在工作台上的患者上方时保持其形状为拱形。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于外科手术的装置，包括：一手术室，具有一地板和多个壁，并包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在外科手术中成像的方法，包括：/n在手术室中，提供用于接纳患者以进行外科手术的手术工作台；/n当患者躺在工作台上时，用头夹接合患者的头部，以将头部保持在固定位置；/n在房间中安装磁共振成像系统，该磁共振成像系统用于通过外科手术在一系列时间中获取患者的一部分的图像，以供手术团队进行分析，以允许手术团队监视手术进度，磁共振成像系统包括：/n一磁体系统，其包括：电磁线的圆柱形磁体，其限定一圆柱形孔，患者的一部分位于该圆柱形孔内，以放置在由磁体产生的高磁场内；/n一控制系统，用于控制和改变磁场；/n一射频传输和检测系统，用于从患者的该部分引发和检测核磁共振信号，以响应于磁场，该射频传输和检测系统包括布置成与患者的该部分相邻的RF探针；以及/n一计算机控制系统和显示监视器，解码并显示检测到的信号；/n工作台上的患者被支撑，以进行外科手术；/n该RF探针包括一下部RF线圈组件，该下部RF线圈组件布置成相对于患者头部下方的头夹安装；/n该RF探针包括一上部RF线圈组件，该上部RF线圈组件布置成与患者的头部接合；/n至少使RF上线圈组件处于无菌状态，以便将其用于手术过程中；/n将无菌的RF上部线圈组件悬垂在患者的头部上方，并使上部线圈组件具有弹性，从而使其至少部分地与该组件所接合的头部的各部分的形状相符。/n...

【技术特征摘要】
20190131 US 62/799,498;20200120 US 16/747,1441.一种在外科手术中成像的方法，包括：
在手术室中，提供用于接纳患者以进行外科手术的手术工作台；
当患者躺在工作台上时，用头夹接合患者的头部，以将头部保持在固定位置；
在房间中安装磁共振成像系统，该磁共振成像系统用于通过外科手术在一系列时间中获取患者的一部分的图像，以供手术团队进行分析，以允许手术团队监视手术进度，磁共振成像系统包括：
一磁体系统，其包括：电磁线的圆柱形磁体，其限定一圆柱形孔，患者的一部分位于该圆柱形孔内，以放置在由磁体产生的高磁场内；
一控制系统，用于控制和改变磁场；
一射频传输和检测系统，用于从患者的该部分引发和检测核磁共振信号，以响应于磁场，该射频传输和检测系统包括布置成与患者的该部分相邻的RF探针；以及
一计算机控制系统和显示监视器，解码并显示检测到的信号；
工作台上的患者被支撑，以进行外科手术；
该RF探针包括一下部RF线圈组件，该下部RF线圈组件布置成相对于患者头部下方的头夹安装；
该RF探针包括一上部RF线圈组件，该上部RF线圈组件布置成与患者的头部接合；
至少使RF上线圈组件处于无菌状态，以便将其用于手术过程中；
将无菌的RF上部线圈组件悬垂在患者的头部上方，并使上部线圈组件具有弹性，从而使其至少部分地与该组件所接合的头部的各部分的形状相符。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上部线圈组件被悬垂成与所述患者的头部直接接触，以便顺应患者的头部。


3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了提供用于外科手术的有效灭菌，至少所述上部线圈组件被制造为一次性的，并且包括用于与信号电缆和计算机控制系统连接的一次性医疗连接器。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了提供用于外科手术过程中的有效灭菌，在使用期间至少将所述上部线圈组件插入到灭菌袋中，以再利用先前使用的上部线圈组件。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，至少所述上部线圈组件包括由弹性导体装置形成的线圈结构，所述弹性导体装置封装在弹性塑料材料中，所述弹性塑料材料直接接合并顺应所述患者的头部。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述弹性塑料材料由与MR兼容的材料形成，因为它可以容忍磁场并且不会在图像中产生伪像。


7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述弹性塑料材料的厚度小于5.0mm。


8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述弹性塑料材料具有弹性，使得当其被施加在所述患者的头部上方时，所述上部线圈的边缘在其自身重量的作用下悬垂在所述头部下方，而无需施加额外的力。


9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述上部线圈组件包括一前置放大器，所述前置放大器安装在连接至所述计算机控制系统的信号电缆上的容器中，使得所述线圈结构本身非常薄且轻。


10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述下部线圈组件包括前置放大器，所述前置放大器安装在连接至所述计算机控制系统的信号电缆上的容器中，从而所述线圈结构本身非常薄且轻。


11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述上线圈组件包括：线圈元件，连接在所述线圈元件之间的前置放大器部件，以及连接到所述计算机控制系统的电缆，并且其中在所述前置放大器和所述线圈元件之间设置有相移电路，在另一端连接到线圈元件的线圈元件在MR系统的工作频率上产生等于一半波长的相移。


12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在至少所述上线圈组件和连接到所述计算机控制系统的电缆之间提供有电连接器，从而使所述上线圈组件更轻以改善工作流程。


13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张弓，朱好勤，戈登·A·克里米科，达雷尔·范莫尔，约翰·桑达斯，
申请(专利权)人：中加健康工程研究院合肥有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34