专利名称：用于微创图像引导吻合的mri可见缝线的制作方法
用于微创图像引导吻合的MRI可见缝线本发明在图像引导的手术过程中、具体地包括磁共振成像(MRI)引导的手术过程等中找到了具体应用。然而将理解，所描述的技术也可以在其它图像引导的手术系统、其它手术场景、其它成像技术等等中找到应用。吻合是许多手术过程中共有的部分，其中在解剖体患病部分的切除或绕道之后将两个中空器官(例如血管或肠)缝合在一起。在可能时，期望使用微创的、图像引导的方法来执行手术过程。传统的方法使用生成一定辐射剂量的计算机断层摄影(CT)引导的过程，该辐射剂量是不期望的，特别是对于孕妇或儿童患者而言。磁共振成像(MRI)是一种期望的成像模式，其用于在软组织对比度是关键的微创介入期间和/或在不能忍受致电离辐射的患者(例如儿童或孕妇患者等)中提供手术中引导。使用MRI引导手术吻合是成问题的，因为该过程中所使用的缝线或U形钉在MR图像中是不可见的。这使得常规的MRI引导的手术技术对于执行吻合和其它手术过程或对于使用 MRI来验证吻合或其它手术过程是成功而言是无效的。本申请提供用于MRI引导吻合的新且改进的系统和方法，其克服了上文述及的问题和其它问题。
根据一个方面，磁共振可见紧固件包含下述中的至少一种MR造影剂、具有MR可见物质的制剂、生成共振频移的制剂、具有与氢不同的共振频率的制剂和具有超短回波时间的制剂。根据另一方面，用于磁共振成像(MRI)引导的手术过程的手术紧固件成像系统包含一个或多个MRI可见手术紧固件；生成所述一个或多个MRI可见手术紧固件的图像的 MRI设备；以及存储对应于不同制剂的多个成像序列的序列存储器。该系统包含控制处理器，该控制处理器根据所述一个或多个MRI可见手术紧固件中包含的造影剂类型选择成像序列并且执行所选择的成像序列，从而在使用所述一个或多个MRI可见手术紧固件进行手术过程期间或之后，在对患者成像时生成所述一个或多个MRI可见手术紧固件的图像。根据另一方面，一种在植入手术紧固件的手术过程期间或之后对主体成像的方法包括根据手术紧固件内包含的MRI可见制剂的类型选择将被执行的磁共振成像(MRI)序列；执行所选择的成像序列以生成MRI数据；重构主体和手术紧固件的图像；以及将主体和手术紧固件的图像呈现给用户。一个优点是便于使用MRI用于引导手术过程。另一个优点在于使用MRI评估手术成功和患者愈合。本领域普通技术人员在阅读并理解下述详细描述之后将会意识到本主体发明的更进一步的优点。本发明可以采取各种组件和组件布置的形式以及采取各种步骤和步骤布置的形式。附图仅仅是为了说明各种方面的目的并且不应当被解释为限制本发明。
图1说明一种系统，该系统便于安全地执行微创MRI引导的吻合或其它手术过程 (例如，内部缝合或者用U形钉固定等)并且使得MRI能够用于术后评估手术的成功。图2说明包含缝线材料的手术紧固件的一段，该缝线材料涂有或包含造影剂或分子材料。图3说明包含涂有造影剂或分子材料的手术U形钉的手术紧固件的实例。 图4说明包含多股缝线的手术紧固件的实例，该多股缝线包含与MRI可见股交织或编织的多个缝线股。图1说明系统10，该系统便于安全地执行微创MRI引导的吻合或其它手术过程(例如，内部缝合或者用U形钉固定等)并且使得MRI能够用于术后评估吻合的成功。通过加入 MR造影剂(例如钆DTPA或类似物)或在生物组织中不以高浓度存在的MR可见分子物质(例如氟)而提供一种MR成像方法，该MR成像方法生成其中手术紧固件是清楚可见的MR图像。 在其它实施例中，MR可见涂层或材料被加入到非金属医疗设备或植入物、修复物、紧固件等其中或其上。系统10包含MRI设备12，其中患者14定位在患者支撑件或平台16上。MR数据采集扫描生成患者内部的图像，该图像在监视器17上显示以供外科医生在微创过程期间使用。将携带一个或多个工具(包含用于用U形钉固定或缝合的工具)的可插入的关节镜手术设备18插入到患者中。在关节镜设备插入短的距离之后，进行MR跟踪扫描以相对于患者的内部解剖体定位关节镜设备的末梢。也可以设想出不是基于MR的跟踪技术。当关节镜设备移动到手术部位时，有规律地重复所述跟踪扫描。在该过程期间，生成更新的MR图像以监视进程。所述工具插入U形钉或缝线19，由该工具插入的U形钉或缝线19 (用虚线示出以指示它们是在主体内部)是MR可见的。因此，当工具沿着待接合的组织移动时，缝线或U形钉显示在MR图像中。例如，当连接两个管状结构(例如肠、血管等)时，MR图像示出缝线或U形钉是否完全包围所述管状结构。在手术之后，移除关节镜设备并且闭合入口点。 MR可见缝线19在随后MR成像会话中也是可见的，以便评估手术后成功、愈合进程和/或缝线或其它紧固件的质量。更特别地，系统10包含耦合到MRI数据采集设备12并且存储原始MR图像数据的数据存储器20。该数据存储器耦合到重构处理器22，该重构处理器重构患者或关注体积的图像体积表示。随后体积图像数据存储在体积图像存储器24中，并且图像体积处理器26 使用MR图像体积数据生成MR图像，该MR图像在显示器上呈现给操作员。在一个实施例中包含监视器17的用户接口 28耦合到图像处理器，从而选择要显示的图像或部分图像、要进行的图像过滤、增强或其它处理等。该接口还耦合到控制处理器30，该控制处理器根据存储在序列存储器32中的期望的或预定义的成像序列激活MRI设备。序列存储器包含例如 (多个)Tl成像序列34、(多个)T2成像序列36、超短回波时间(USTE)成像序列38、磁化率加权成像序列40 (例如，高空间分辨率3D梯度回波MR成像序列或技术)、光谱成像序列42 以及用于成像本文所描述的各种和/或特定MR可见材料的任何其它合适的成像序列。而且，当例如期望有多个成像序列对具有不同MR可见涂层、材料或特性的缝线或其它医疗物品成像时，该控制处理器可以有选择地交替采用一个或多个成像序列。在一个实施例中，诸如缝线或U形钉之类的手术紧固件加入了 MR可见化学试剂并且MR图像采集/重构方法被配置为在紧固件与周围解剖体之间生成对比度，由此便于在MR 图像内(例如，在用于介入引导的实时过程内图像中或在用于后续评估该过程的成功或质量的手术后图像中)使手术紧固件可视化。紧固件通过使用MR造影剂或者在生物组织中不以高浓度存在的MR可见分子物质嵌入或涂覆标准手术缝线、U形钉或类似物来构造。MR可见制剂或分子包括且不限于顺磁造影剂(例如钆DTPA)；超顺磁造影剂(例如氧化铁纳米颗粒)；反磁制剂(例如硫酸钡)；相对于水和脂肪分子中的氢原子具有大的化学位移的制剂(例如醋酸)；以与氢原子频率不同的频率生成MRI信号的制剂(例如包含氟的分子种类)；具有超短TE的制剂(例如，橡胶丝)等等。MR图像采集和重构技术被配置为在紧固件和/或植入物与周围解剖体之间生成对比度，并且取决于加入到紧固件和/或植入物中的制剂的类型。例如，如果使用顺磁制齐U，则利用(多个)T1成像序列34来采集Tl加权图像并且将该图像重构为在紧固件和/或植入物与周围解剖体之间创建对比度。如果使用超顺磁制剂，则分别利用(多个)T2成像序列36或(多个)SffI成像序列来采集Τ2加权、Τ2*加权或磁化率加权图像，并且将这些图像重构为在紧固件和/或植入物与周围解剖体之间创建对比度。如果使用反磁制剂，则利用多个Τ2成像序列36 (其包含Τ2和Τ2*成像序列)和/或SWI序列40来采集Τ2加权、Τ2* 加权或磁化率加权图像，并且将这些重构为在缝线与周围解剖体之间创建对比度。在另一个实施例中，如果使用具有大的化学位移(相对于水或脂肪分子中的氢原子)的制剂，则使用窄带非共振激发脉冲或光谱成像技术或算法42执行成像，从而在缝线与周围解剖体之间创建对比度。在另一个实施例中，当使用以不同于氢原子频率的不同频率生成MRI信号的制剂时，使用被调谐到该制剂的共振频率的RF激发脉冲执行成像，并且MRI设备12中的RF接收线圈也被调谐到制剂的共振频率。在又一个实施例中，如果使用具有超短TE的制剂，则使用具有超短回波时间的自由感应衰减(FID)成像序列44，从而在紧固件和/或植入物与周围解剖体之间创建对比度。此外，紧固件或缝线是生物兼容的，使得造影剂或分子涂层容易结合到其表面。在另一个实施例中，缝线是生物可降解的并且在患者体内一段时间后分解。以此方式，所描述的系统和方法使得微创MRI引导的吻合和其它手术过程能够安全地执行，并且使得MRI能够用于术后评估吻合的成功。该特征便于执行许多临床相关的手术过程，所述手术过程包括微创MR引导的儿科手术过程、MR引导的胃肠切除术、MR引导的冠状动脉绕道术、MR引导的泌尿科手术过程(例如，根治性前列腺切除术)、MR引导的显微外科手术过程(例如，输卵管结扎术或输精管切除术)、MR引导的子宫内手术过程(例如，子宫内手术以关闭胎心中的持久性卵圆孔)。根据一个实例，用户(例如，外科医生或技师)选择具有已知的MRI可见材料(例如， 嵌入紧固件中或涂在紧固件上的造影剂)的紧固件用于手术过程。用户经由用户接口 28向系统指示紧固件中或其上的MRI可见材料的类型，并且控制处理器30在序列存储器32中的查找表(LUT)48上执行表查找算法以识别在对主体成像期间将执行的适当成像序列。在该过程(其可以是机器人手术过程或可以由人执行)期间，MRI设备12用于对主体成像，同时手术紧固件被采用来紧固主体中的组织，并且手术紧固件是可见的。在另一个实例中，在手术过程(例如吻合等)之后某个时间，用户经由用户接口向系统指示(多个)紧固件中或其上的MRI可见材料的类型的标识，并且控制处理器查找合适的成像序列以在对位于MRI设备中患者成像时执行，从而生成紧固件的图像以评估先前手术过程的成功或质量。在另一个实施例中，术后成像过程用于成像包含或涂有MRI可见材料的手术植入物(例如，支架、诸如螺丝钉或U形钉之类的不锈钢紧固件、人造关节部分、起搏器和/或其引线等)。图2说明包含缝线材料50的手术紧固件19的一段，该缝线材料涂有或包含造影剂或分子材料52。例如，缝线材料可以包含或涂有超顺磁制剂，并且分别使用(多个)T2成像序列36或(多个)SffI成像序列来采集T2加权、T2*加权或磁化率加权图像。随后重构该图像以在紧固件和/或植入物与周围解剖体之间创建对比度。在另一个实施例中，在紧固件材料中或其上提供一种或多种造影剂，并且使用相应的成像序列来对紧固件成像。例如，反磁制剂和顺磁制剂的颗�？梢郧度牖蛐≡谒芰辖艄碳幸允沟媒艄碳﨧RI是可见的。在该实例中，使用T2*成像序列36和/或磁化率成像序列40生成反磁材料的T2*加权序列或磁化率加权图像，并且使用(多个)Tl成像序列 34对顺磁材料成像。可MR成像的分子或材料可以嵌入、结合到、悬浮在、包封在(等等)用于涂覆或形成紧固件的塑料聚合物链、塑料晶格结构、塑料片材结构(如支链聚合物)等中。 在另一个实施例中，MRI可见材料沉积到它所结合到(例如化学地、机械地、静电地等等)的塑料衬底上，并且该塑料衬底用于涂覆或形成紧固件。图3说明包含涂有造影剂或分子材料52的手术U形钉60的手术紧固件19的实例。例如，U形钉60可以由不锈钢形成并且分子材料包含含有造影剂的塑料涂层。在另一个实施例中，该涂层包括使用一个或多个成像序列类型成像的多种造影剂或材料。例如，该涂层可包含使用Tl成像序列成像的顺磁制剂和使用T2序列成像的超顺磁制剂。图4说明包含多股缝线的手术紧固件19的实例，该多股缝线包含与MRI可见股74 交织或编织的缝线股70和72。例如，包含或涂有MR可见材料(例如，顺磁造影剂、超顺磁造影剂、反磁造影剂、大化学位移制剂、具有可区别频率的制剂、超短TE制剂等等)的线或股 74可以交织或编织到缝合丝线70、72中。在另一个实施例中，一种或多种不同的MRI可见制剂被加入到紧固件19中并且使用一个或多个相应的成像序列来成像。将理解，本文所描述的系统和方法不限于使得手术紧固件对MRI设备而言是可见的，而可适用于期望具备MRI可见性的任何仪器或设备(例如，手术植入物或设备、支架、电引线、起搏器、脑部刺激器等等)。本发明已经参照若干实施例进行了描述。在阅读 和理解前面的详细描述后，本领域其他技术人员可以想到各种修改和变型。预期的是，本发明应当被解释为包含所有这样的修改和变型，只要这些修改和变型在所附权利要求或其等效内容的范围内。
权利要求
1.一种磁共振可见紧固件(19)，包括下列至少一种MR造影剂、具有MR可见物质的制剂、生成共振频移的制剂、具有与氢不同的共振频率的制剂和具有超短回波时间的制剂。
2.根据权利要求1的紧固件(19)，其中所述造影剂包括下列至少一种 顺磁造影剂，例如钆DTPA ；超顺磁造影剂，例如氧化铁纳米颗粒。
3.根据权利要求1的紧固件(19)，包括手术缝线，其涂有、加入、交织、结合或嵌有所述制剂，其中该制剂是下列至少一种 反磁制剂，例如硫酸钡； 顺磁造影剂，例如钆DTPA ； 超顺磁造影剂，例如氧化铁纳米颗粒。
4.根据权利要求1的紧固件(19)，包括手术U形钉，其涂有、加入、结合或嵌有所述制剂，其中该制剂是下列至少一种 反磁制剂，例如硫酸钡； 顺磁造影剂，例如钆DTPA ； 超顺磁造影剂，例如氧化铁纳米颗粒。
5.一种用于磁共振成像(MRI)引导的手术过程的手术紧固件成像系统(10)，包括 一个或多个根据权利要求1的MRI可见手术紧固件(19)；MRI设备(12)，其生成所述一个或多个MRI可见手术紧固件(19)的图像； 序列存储器(32)，其存储与不同制剂相对应的多个成像序列；以及控制处理器(30)，其根据所述一个或多个MRI可见手术紧固件(19)中包含的造影剂的类型选择成像序列并且执行所选择的成像序列，从而在使用所述一个或多个MRI可见手术紧固件(19)进行手术过程期间或之后，在对患者成像时生成所述一个或多个MRI可见手术紧固件(19)的图像。
6.根据权利要求5的系统，其中所述制剂包括顺磁造影剂，并且该控制处理器(30)选择并执行Tl成像序列(34)并且该MRI设备(12)生成Tl加权图像数据，该图像数据被重构处理器(22)重构为所述一个或多个手术紧固件(19)的图像并且在用户接口(28)上呈现给用户。
7.根据权利要求5的系统，其中所述制剂包括超顺磁造影剂，如氧化铁纳米颗粒，并且该控制处理器(30)选择并执行T2或T2*成像序列(36)或者磁化率加权成像序列中的至少一个，并且该MRI设备(12)分别生成T2、T2*或磁化率加权图像数据，该数据被重构处理器 (22)重构为所述一个或多个手术紧固件(19)的图像并且在用户接口(28)上呈现给用户。
8.根据权利要求5的系统，其中所述制剂包括反磁造影剂，比如硫酸钡，并且该控制处理器(30)选择并执行Τ2或Τ2*成像序列(36)或者磁化率加权成像序列(40)中的至少一个，并且该MRI设备(12)分别生成Τ2、Τ2*或磁化率加权图像数据，该数据被重构处理器 (22)重构为一个或多个手术紧固件(19)的图像并且在用户接口(28)上呈现给用户。
9.根据权利要求5的系统，其中所述制剂具有相对于脂肪组织或水中的氢原子的可检测化学位移，比如为醋酸，并且该控制处理器(30)选择并执行光谱成像序列(42)，并且该 MRI设备(12 )生成光谱数据，该光谱数据被重构处理器(22 )重构为所述一个或多个手术紧固件(19)的图像并且在用户接口(28)上呈现给用户。
10.根据权利要求5的系统，其中所述制剂以与脂肪或水中的氢原子的频率不同的频率生成MR信号，比如为氟，其中该MRI设备(12)通过发射RF激发脉冲来生成图像数据，该 RF激发脉冲调谐到该造影剂的频率并且由调谐到该造影剂的频率的RF线圈来检测，并且其中该图像数据被重构处理器(22)重构为所述一个或多个手术紧固件(19)的图像并且在用户接口(28)上呈现给用户。
11.根据权利要求5的系统，其中所述制剂具有超短回波时间，该控制处理器(30)选择并执行具有超短回波时间的自由感应衰减(FID)成像序列(44)，并且该MRI设备(12)生成图像数据，该图像数据被重构处理器(22)重构为所述一个或多个手术紧固件(19)的图像并且在用户接口(28)上呈现给用户。
12.根据权利要求5的系统，其中该手术过程包括连接管状解剖结构的关节镜手术过程。
13.一种在植入根据权利要求1的手术紧固件的手术过程期间或之后对主体成像的方法，该方法包括根据该手术紧固件内包含的制剂的类型选择要被执行的磁共振成像(MRI)序列； 执行所选择的成像序列以生成MRI数据； 重构该主体和该手术紧固件的图像；以及将该主体和该手术紧固件的图像呈现给用户。
14.一种在植入手术紧固件的手术过程期间或之后对主体成像的方法，包括 根据该手术紧固件内包含的制剂的类型选择要被执行的磁共振成像(MRI)序列； 执行所选择的成像序列以生成MRI数据；重构该主体和该手术紧固件的图像；以及将该主体和该手术紧固件的图像呈现给用户。
15.根据权利要求14的方法，其中该手术物品是具有嵌入其中或涂覆其上的造影剂的手术缝线或手术U形钉中的至少一种。
16.一种在根据权利要求14的方法中使用的紧固件。
全文摘要
当执行图像引导的手术过程时，手术紧固件(19)(例如，缝线或U形钉)嵌入有或涂有MRI可见造影剂或材料。根据MRI可见材料的类型(例如顺磁、超顺磁、反磁、化学位移、超短回波时间等等)，选择相应的成像序列并执行该成像序列以在手术紧固件的图像中生成对比度。比如在关节镜手术过程期间，将该图像实时呈现给用户，或者可以在手术过程之后生成或呈现以成像(多个)紧固件并允许评估该手术的质量或成功。
文档编号G01R33/28GK102159964SQ200980137121
公开日2011年8月17日 申请日期2009年9月9日 优先权日2008年9月22日
发明者D·R·埃尔戈特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
