专利名称：磁共振扫描定位系统的制作方法介入治疗是现代医学的一大发展方向，介入治疗与传统外科手术的区别是它不需要开刀，只需要一个很小的创口即可将特制的导管、冷冻针、射频消融针等穿刺针刺入到人体内的病灶部位或者手术靶点位置上，然后通过各种物理或化学作用达到治疗的目的，从而解决过去需要开放式手术才能解决的肿瘤治疗、组织活检、人工器材或药物放置等问题。在介入治疗过程中，医生无法直接观察到病人体内的组织结构和病灶部位，只能通过医学成像手段来实现介入手术规划、导航、治疗过程监控和治疗效果评估。磁共振成像具有无射线、高分辨率、软组织成像能力强、扫描方位自由选择、可以检测组织温度、能清楚显示骨骼遮挡的病灶等优势，随着快扫技术的发展，磁共振成像成为较理想的介入治疗的引导和监控手段。现有技术中，磁共振定位扫描是通过如下方法实现的首先对病灶部位进行横断位、矢状位、冠状位预扫描，作为定位像，然后在定位像病灶位置上通过手动标记定位线再进行定位扫描，获取所需切面的图像。这种定位扫描的方法操作繁琐、多次扫描，因此扫描时间长，不便用于介入治疗的实时扫描。更主要的是没有手术器械的定位依据，很难确定手术器械的方位，所以无法得到手术器械与病灶之间完整关系的图像。现有技术中在对手术导航时，磁共振成像系统把术前扫描病灶的成像数据传输到控制中心，通过光学系统对手术器械进行跟踪把空间信息传输给控制中心，控制中心通过计算获得手术器械的坐标，将术前图像与手术器械转换到同一个坐标系里显示。由于术中会发生病灶位移、器械扭曲、系统误差等情况，这种显示存在较大的误差。中国实用新型专利CN101019765A公开了一种磁共振图像引导下的手术系统及手术导航方法，该专利重点介绍了图像空间与手术空间的标定与匹配。中国实用新型专利CN101904770A公开一种基于光学增强技术实现的手术导航系统及方法。该专利重点介绍了外科手术导航系统中光学测量系统的实现方法。
口 o优选的，所述控制中心内建有磁共振成像坐标系和以磁体为参照物的空间坐标系，指定所述引导孔轴线所在的一个切面为扫描引导面，将所有平行于扫描引导面的方位定义为I号方位，将所有垂直于引导孔轴线的方位定义为II号方位，将同时垂直于1、11号方位的方位定义为III号方位，以上三个扫描切面可以任意组合定位，控制中心获取单一方位单片、多片或多个方位单片、多片扫描图像，并在显示设备的不同显示框内显示。通过以上技术方案，本实用新型的磁共振扫描定位系统，可较好地实现穿刺手术实时引导与监控，具有以下优点(I)不同粗细的穿刺针，适配有统一外形尺寸和相应引导孔孔径的准直器，在选用同一个定位器的情况下，只需一次性标定，手术过程中根据不同粗细的穿刺针只需替换相 应的准直器，不需重新标定或选择，简化了操作流程。(2)所述准直器既起到引导穿刺的作用，又可以作为扫描定位的基准件，在预扫描、靶点选择、靶点瞄准时无需使用穿刺针。(3)本实用新型通过准直器及扫描引导面引导磁共振成像系统进行指向性定位扫描，解决了现有技术中磁共振成像系统只能通过预扫定位像、医生手动标记定位线然后再次扫描获取所需图像的麻烦；解决了现有外科手术导航系统由于采用术前图像进行手术引导容易造成手术失误的缺陷；解决了穿刺针需要逐个标定的麻烦。图I本实用新型磁共振扫描定位系统的结构框图。图2本实用新型所述定位器的具体结构图。图3所述光学测量系统的工作示意图。图4所述标识面和引导孔轴线位置关系图。图5a、5b为扫描方位和祀点猫准不意图。如图I所示，本实用新型的磁共振扫描定位系统，包括控制中心I、光学测量系统3、显示设备2和定位器4。本实用新型的控制中心I包括用户界面、应用软件和实用工具，并建有磁共振成像系统5的图像坐标系和以磁体为参照的空间坐标系。本实用新型的磁共振扫描定位系统通过控制中心I和磁共振成像系统5相连接，定位器4和磁体上安装有被光学测量系统识别和跟踪的标识球组。如图2所示，本实用新型的定位器4上装有一个圆锥体的准直器42，准直器42内有一个供穿刺针穿过的引导孔44。准直器42由完全对称且设有卡槽的两部分组成，两部分卡槽分别与定位器4、压板43相配合，准直器42由压板43固定在定位器4上，压板43两端由螺栓紧固在定位器4上。本实用新型准直器42与定位器可拆卸连接，根据不同粗细的穿刺针，适配有相应内径引导孔44的准直器，但所有准直器42的外形尺寸都相同，在同一个定位器4上可替换使用。定位器4上还设有供手握的把手41，方便操作使用该定位器。如图4所示，本实用新型指定引导孔轴线47的一个切面作为扫描引导面，引导孔轴线47、准直器前端中心点、扫描引导面与定位器4上被动标识球组45的相对位置关系固定，由控制中心I记忆。由定位器4上指定的三个被动标识球的中心点组成的平面为标识面46,本实施方案中扫描引导面47和标识面46平行。如图5(a)所不,将所有平行于扫描引导面的方位定义为I号方位，I号方位的中心切面为引导面，将所有垂直于引导孔轴线47的方位定义为II号方位，II号方位的中心切面(靶点指定后使用)包含靶点，将同时垂直于I、II号方位的方位定义为III号方位，III号方位的中心切面包含引导孔轴线47，以上三个扫描方位可以单一方位单片、多片或 多个方位单片、多片任意组合定位。本实用新型由控制中心I通过光学测量系统3识别和跟踪定位器4，得到引导孔轴线47和扫描引导面的空间位置并转换成图像坐标，作为所选扫描切面定位参数的确定依据。控制中心I将选择的扫描序列、扫描参数以及定位参数传送给磁共振成像系统5，作为指向性定位扫描的依据。采用本实用新型的磁共振扫描定位系统来进行指向性定位扫描的方法，包括以下步骤步骤一在初次使用上述磁共振扫描定位系统进行定位扫描时，控制中心I通过光学测量系统3对磁共振成像系统5中的磁体进行空间位置标定，建立识别、跟踪依据和空间坐标系；在初次使用定位器4时，控制中心I通过光学测量系统3对该定位器4进行标定，建立识别和跟踪依据；通常使用时，只需在控制中心I用户界面中选中该定位器4并安装和穿刺针适配的准直器。步骤二 控制中心I通过光学测量系统3、标定模型和磁共振成像系统5，将磁共振成像系统5的图像坐标系与空间坐标系进行匹配，确定图像坐标系与空间坐标系之间的转换关系。步骤三将扫描对象放置在磁共振成像系统5的扫描区域中心位置。步骤四在控制中心I的用户界面中选择扫描序列、扫描切面和设定扫描参数；并在磁共振扫描区域中，将准直器42及扫描引导面以一定的方位稳定地指向扫描部位，由控制中心根据所述引导孔轴线47、扫描引导面的空间坐标计算出所选的每一层扫描切面的定位参数的图像坐标，通过控制中心I向磁共振成像系统5发送扫描序列、扫描参数、定位参数和扫描指令，磁共振成像系统5执行扫描，并将所得图像传送至控制中心1，在显示设备2中各自的图像框内显示。步骤五改变准直器42的指向或偏转扫描引导面，磁共振成像系统5的扫描方位也随之改变。本实用新型按照以上步骤，可以得到一定范围内的I、III号方位的图像，II号方位的图像仅在靶点指定后使用。若采用快扫序列，通过改变指向，可实现搜索性扫描。本实用新型的光学测量系统3基于光学定位装置，其原理是该光学定位装置具有位置传感器可发射红外光，红外光照射在装有被动标识球的物体上，被动标识球反射红外光回到位置传感器，位置传感器通过软件程序计算出被动标识球所处的空间信息，可以实时得知装有被动标识球的物体所处空间位置进而进行定位导航。在本实用新型中，所有被光学测量系统跟踪的物件都安装有被动标识球组，被动标识球组由三个以上被动标识球组成，不同的物件上被动标识球的排布方式不同，以示区别，每个物件上的被动标识球组经过标定注册后以物件名称由控制中心I记忆。光学测量系统3只要跟踪到某被动标识球组，控制中心1就能够计算出光学测量系统3和该被动标识球组的空间关系，并识别该物件。本实用新型在手术空间中选择磁体为参照物，由于磁体固定不动，磁体上安装的被动标识球组也固定不动。当光学测量系统3摆放在一定的位置，能同时跟踪到磁体及其他物件，则光学测量系统3把检测到和磁体被动标识球组之间的空间关系以及和其他物件被动标识球组之间的空间关系传送给控制中心1，控制中心I能够计算出该物件被动标识球组和磁体被动标识球组之间的空间关系。根据此原理，上述步骤一具体为如图3所示，在手术空间内位置不变的磁体上固定被动标识球组，将装有被动标识球组的定位器4放入手术空间，光学测量系统3获取其自身与磁体的相对位置关系a以及自身与定位器4的相对位置关系b，进而通过软件程序计算得到磁体与定位器的相对位置关系C，并将磁体与定位器的相对位置关系c记为定位器在手术空间中的空间信息。上述步骤二中，图像空间和手术空间通过标定模型进行标定，实现两个坐标系的匹配。标定模型为具有已知空间结构的几何体，在标定模型的表面固定有被动标识球组，标定模型内具有多个可以被扫描成像的几何标记物，几何标记物与被动标识球组的位置关系为已知，将标定模型放置在磁共振成像系统5的成像区域中心，通过磁共振成像系统5扫描标定模型并将图像数据传输给控制中心1，控制中心I获取标定模型内几何标记物在图像坐标系的坐标；通过光学测量系统3获取标定模型的空间信息并传输到控制中心1，控制中心I计算出标定模型中内部几何标记物在空间坐标系的坐标与图像坐标系的坐标的对应关系，从而确定图像坐标系与空间坐标系之间的转换关系。本实用新型控制中心I标记靶点和获取坐标的步骤为医生根据术前图像，结合病灶位置和临床经验，选择合适的穿刺路径，并在体表标记穿刺点。将定位器4上的准直器前端中心点放置在体表穿刺点，使准直器指向病灶大致位置，通过改变准直器42指向或偏转扫描引导面进行搜索性扫描，可以得到一定范围内的I、III号方位的图像和三维图像以确定病灶具体信息，利用所得图像标记靶点，控制中心I从而获取该靶点在图像坐标系的坐标。本实用新型控制中心I获取体表穿刺点坐标的步骤为将定位器4上的准直器前端中心点放置在体表穿刺点时，控制中心I根据定位器4上标识球组45的空间位置计算出准直器前端中心点的空间坐标，并转换成图像坐标系坐标，该准直器前端中心点的坐标即为体表穿刺点的坐标。本实用新型靶点瞄准的步骤为如图5a所示，上述体表穿刺点A与靶点B的连线即为虚拟穿刺路径H，将准直器前端中心点放置在体表穿刺点A，使准直器42指向病灶大致位置，控制中心I把靶点B、虚拟穿刺路径I、引导孔轴线延长线I投影到I、II、III方位的中心切面上，并在显示设备2上各自的图像框中显示。调整准直器42的指向，当虚拟穿刺路径I的投影与引导孔轴线延长线在I、III号中心切面的图像上同时重叠时，则准直器42瞄准了靶点B，如图5(b)所示。当准直器42瞄准了靶点B后，以引导孔轴线47为中心，偏转扫描引导面，可任意改变磁共振扫描的切面。在磁共振图像中，手术使用的钛合金穿刺针以低信号显影其外形特征，当准直器42瞄准了靶点后，保持所述定位器4不动，将穿刺针穿过引导孔44插入病人体内并推进一段距离，然后实时扫描，在包含引导孔轴线47的I、III号方位中心切面的图像中可以实时观察穿刺针与病灶、靶点之间的位置关系；若穿刺针朝着靶点方向正常行进，则继续推进一段穿刺针；若穿刺针偏离了靶点方向，则需要根据具体情况进行纠偏，如此循序渐进，直至穿刺针到达病灶上指定的靶点。利用上述磁共振扫描定位系统进行穿刺手术引导包括以下步骤步骤一在初次使用本实用新型磁共振扫描定位系统时，需要做一下准备工作I)定位器的标定注册，由控制中心记忆；2)控制中心通过光学测量系统对磁体进行空间位置标定；3)控制中心将磁共振成像系统成像区域的图像坐标系与空间坐标系进行匹配，确定图像坐标系与空间坐标系之间的转换关系。步骤二 选用已注册的定位器并安装与穿刺针适配的准直器。步骤三将扫描部位送至磁共振成像区域中心。步骤四在控制中心用户界面中选择扫描序列、扫描切面和设定扫描参数。步骤五根据术前磁共振图像或指向性定位实时扫描图像，制定手术方案。手术方案包括穿刺路径的选择、体表穿刺点的标记、病灶祀点(穿刺目标点)的标记。(一 )术前磁共振扫描用磁共振成像系统进行常规定位多片扫描，扫描方位的选择视病灶所在位置决定，获取的图像具有足够的病灶信息，并把图像传送给控制中心。( 二)穿刺路径选择与体表穿刺点的标记手术医生根据术前图像，结合病灶位置和临床经验，选择合适穿刺路径，并在体表标记穿刺点。将准直器前端中心点放置在体表穿刺点，由控制中心读取准直器前端中心点坐标作为体表穿刺点的空间坐标，并转换成图像坐标。(三)靶点标记当准直器前端中心点放置在体表入针处，准直器以一定方位指向某病灶大致位置时，通过改变准直器指向或偏转扫描引导面进行搜索性扫描，可以得到一定范围内的I、III号方位的图像和三维图像确定病灶具体信息，利用所得图像标记靶点，然后提取该靶点的图像空间坐标。步骤六实施手术弓I导(一 )靶点投影在实施穿刺过程中，首先将靶点投影至各扫描面，通过标记叠加在图像上并在显示设备上各图像框内显示。(二)靶点瞄准靶点瞄准在上述I、III两个扫描方位的中心切面中进行。将准直器前端中心点部位放置在体表穿刺点，根据术前图像，准直器大致指向病灶。如图5a所示，体表穿刺点为A，革巴点为B,体表穿刺点A与祀点B的连线为虚拟穿刺路径AB ,保持准直器前端中心点所在体表穿刺点部位不变，调整准直器指向，在显示设备上I、III两个切面图像框内同时使引导孔轴线延长线和虚拟穿刺路径I的投影重叠，II号中心切面图像框内B、C两点自然重叠，如图5b所示，则引导孔轴线瞄准了靶点。(三)扫描切面选择[0059]将准直器对准靶点，以引导孔轴线为中心，偏转扫描引导面，可改变磁共振扫描切面。(四)手术引导在磁共振图像中，手术使用的钛合金穿刺针以低信号显影其外形特征。将准直器瞄准靶点，在控制中心扫描界面内选择扫描序列、扫描切面和设置扫描参数，控制中心以引导孔轴线、扫描引导面为基准计算出所选扫描切面的定位参数，并驱动磁共振成像系统按照扫描指定的序列、扫描参数和定位参数进行扫描。靶点B、引导孔轴线延长线和虚拟穿刺路径I分别投影到各扫描切面上，与图像叠加后分别在显示设备上各自图像框内显示。手术进程由虚拟引导穿刺、实时扫描观察和纠偏交替进行，当准直器瞄准靶点，将穿刺针穿过准直器引导孔插入人体并推进一段距离，然后实时扫描，观察穿刺针与病灶、靶点之间的关系，若穿刺针朝着靶点方向正常行进，继续推进一段穿刺针，若穿刺针偏离了靶点方向，则需要根据具体情况进行纠偏。如此循序渐进，直至穿刺针到达病灶指定靶点。若病灶较大，需要指定多个靶点与穿刺路径，可按上述过程依次进行穿刺。手术过程中难免会发生病灶移位、穿刺偏差和系统误差，必须以指向性定位扫描得到的监控图像为依据，决定调整方案。以上所述本实用新型的磁共振扫描定位系统，通过准直器及扫描引导面引导磁共 振成像系统进行指向性定位扫描，解决了现有技术中磁共振成像系统只能通过预扫定位像、医生手动标记定位线然后再次扫描获取所需图像的麻烦；解决了现有外科手术导航系统由于采用术前图像进行手术引导容易造成手术失误的缺陷；解决了穿刺针逐个标定的麻烦。本实用新型的磁共振扫描定位系统及其指向性定位扫描方法，可较好地实现穿刺手术实时引导与监控。