第四节 磁共振导引穿刺导航系统与设备

磁共振介入的一个重要步骤是导引穿刺针或器械准确抵达病灶进行治疗，除了高场强设备可以进行磁共振透视导引之外，低场强设备或高场强设备受限于成像孔径的影响需要在孔径外进行穿刺，这种情况的穿刺采用导航设备的导引较盲穿更为直观、准确。肿瘤消融治疗可通过微创的方式实现，具有巨大的优势，但需要在治疗过程中利用医学影像找到病灶。传统肿瘤消融利用术前图像，医师在术中通过比对主要解剖结构与术前图像的大致关系实现定位。这种方式定位精度低且风险大。随着技术的进步，术中影像导引肿瘤消融技术成为主流，即将肿瘤消融搬入影像扫描室，实现术中的精准导引。由于影像设备在治疗床边，因此可通过反复影像扫描验证病灶、进针路径以及组织间的关系，大大提高定位的准确性和安全性。目前可用于术中导引的医学影像设备包括C型臂X射线机、超声（US）、CT、PET/CT、MRI、内镜和腔镜等。这些影像技术可以通过二维或三维成像方式，实现人体组织和器官的术中成像，为医师提供定位信息。

医学影像设备虽然能够提供人体影像信息，但由于成像技术的局限性，微创治疗手术器械与病灶之间的关系常常不能够直观获得。例如：由于部分影像设备的放射性，医师在做微创治疗时医学影像不能更新，也不能呈现手术器械的位置，更不能只通过医学影像设备导引手术器械定位。同时很多影像设备也不能准确显示微创治疗器械与病灶之间的关系。而微创治疗的目的是要将治疗器械在不开刀手术及不暴露病灶的情况下，通过经皮穿刺或血管介入等微创方式引入到病灶。因此，对手术器械定位的跟踪系统同样至关重要。手术导航系统通过光学或电磁等方式获得微创手术器械的三维定位信息，同时通过坐标注册技术，将手术器械和医学影像信息集成到一个坐标系下，通过二维或三维影像方式将手术器械和病灶靶点及周边组织的空间信息呈现给医师，实现精准定位。由于医学影像信息及器械坐标信息可以不断反复采集及更新，因此手术器械和靶点之间的空间位置变化可动态更新，保障了定位的准确性、灵活性和安全性。目前常用的导航系统有使用两个或多个相机的三维光学技术和三维电磁场定位技术。这两种技术均能做到实时跟踪手术器械及与医学影像的实时注册配置。

本章节中，将首先介绍适用于肿瘤消融的各种医学影像技术，包括其基本原理、特点和适用范围；其次详细介绍常用的光学和电磁等导航跟踪技术及其特点及应用，在此基础上将介绍医学影像和导航跟踪设备集成导引微创治疗的基本原理；最后介绍磁共振导航系统的组成及应用。

一、微创介入治疗的术中影像技术

在肿瘤微创消融治疗中，由于是微创，医师一般无法直接看到病灶，因此，医学影像技术可以通过二维或三维成像在术中实时成像，获得病灶、进针路径及其周围组织等的医学影像，使医师能确定安全路径和精准的靶点定位。医学影像技术既要能获得高质量的图像，如高影像清晰度和对比度，也要考虑治疗对成像的要求，即快速、精准、无创、无害等，因此术中医学影像技术与传统诊断设备相比有一些独特的要求。

部分术中影像技术，如显微镜、内镜和腔镜，虽然还是依赖可见光但它同时弥补了人眼的局限性。而更多的医学影像技术则利用不在可见光光谱范围的“不可见光”或其他能量。这些影像技术可以透视人体结构，甚至得到超出结构的功能影像，能够更好地实现对治疗的精确导引。部分不可见光影像技术包括以放射成像为基础的影像技术，如C型臂X射线机、DSA、CT、US、MRI、PET和PET/CT等。

光学显微镜的最大局限性是可见光不能穿透不透明的组织结构。内镜和腔镜同样局限于光所能照射到的表面，一般不能穿透组织。基于X射线成像的最大缺点是放射性，不适于使用时间过长。X射线的软组织分辨率也有一定局限性。超声影像由于穿透深度等限制，只能用于部分组织器官的导引，对于有些组织特别是肿瘤组织的对比度不很理想。PET系统无法独立定位，只能与CT或者MRI一同实现微创导引定位。

MRI系统基于原子核的磁共振特性。由于磁共振信号来自人体且有很多种信号特性（如密度、衰减时间、弥散等），可实现非常多的对比度。由于磁共振梯度系统为三维分布，磁共振可得到真实的三维图像。与其他影像技术相比，MRI具有极佳的软组织对比度且远远超出其他成像技术的软组织对比度。除了结构成像外，磁共振还可以实现功能影像和分子成像，具有无限的诊断和辅助治疗的前景。借助于导航跟踪系统，磁共振可对全身各个部位成像完成磁共振导航跟踪介入治疗。常规磁共振系统分为永磁和超导两种磁体。永磁磁体成本低、易于维护，且基本为开放式，利于介入治疗，但磁场强度一般在0.5T以下。超导磁共振具有场强高（临床常用的系统为1.5T和3.0T）、图像分辨率高和成像速度快等特点，但其大部分为封闭式结构，无法实现术中实时导引治疗。近期，部分厂家也推出了开放式高场超导系统，场强可达到1.2T，但价格相对较昂贵。磁共振系统在治疗中的应用最大障碍是其强磁场和敏感的电磁信号。磁共振术中介入治疗要求屏蔽室内所有配套设备和器械如导航跟踪系统、穿刺针、消融治疗设备、输入设备、显示设备等与磁共振系统兼容。这些设备或器械要使用非磁性材料制造且具有良好的电磁屏蔽。MRI速度相对其他设备较慢也是其一个局限点。

其他影像设备如乳腺机、光散射断层成像和荧光成像等也都可以用来做导引治疗。不同影像技术有不同的对比度等优势，因此目前一个大的趋势是融合多种影像实现联合导引，以达到更精准的治疗。

二、导航技术设备与种类

虽然医学影像是导航导引的基础，但完全依赖影像本身并不能够保障精确的靶定病灶，常常难以清晰呈现靶点、患者体表以及手术或介入器械的三维空间关系。

为了解决此问题，临床上经常将一些基准标识固定于靠近靶点的体表。这些标识点可被医师肉眼所识别，亦可呈现在医学影像中。例如，在CT导引的介入治疗中，金属网常常被用作基准标识。在基准标识的帮助下，医师可更好地确定进针点，并更好地感知进针点与靶点的相对关系。然而这种方式常常无法提供手术或介入器械与靶点之间的空间关系。即使器械已经置入人体，CT成像可看到手术器材，但由于器械本身不在成像平面内，很难获得器械的全部准确位置，特别是很难确定针尖位置，即使是利用了三维重建（特别是对于二维成像层面较厚且有层间距的情况）。另外，很多器械都会在医学影像中有伪影使其影像位置不能真实地反映器械空间位置。

专用器械定位跟踪系统有助于得到器械（如穿刺针）的真实空间信息。定位跟踪系统可以跟踪手术或介入器械的空间运动并将器械的空间位置与反映人体空间信息的医学影像空间配准注册。借助医学影像设备和跟踪系统，人体与器械的空间信息集成到一个坐标系内并可通过二维或三维方式显示呈献给医师。利用此种方式导航，即使在考虑到整体系统误差的情况下，靶点定位精度也可达到1～2mm。

在早期，具有多方位、多角度定位的立体定位支架常被用来导引器械靶向定位。这种机械解决方案既简单，成本又低，但是较笨重且不灵活，同时精度也受限。目前临床中经常使用的是以电磁和光学为基础的器械定位跟踪技术。

（一）电磁定位跟踪技术

电磁场可以在三维空间形成高分辨率梯度场。利用电磁场技术，三维定位跟踪可以通过如下几种方式实现：

利用场发生器在三维空间产生交变振荡的低频磁场（图1-4-1），通过主动产生的三维外部梯度磁场的方式实现电磁定位跟踪。此三维磁场可以通过一个作为磁场探测器（也称作感应器）的小射频线圈（图1-4-1左上部）检测到。检测到的射频信号转换成代表射频线圈所处的空间位置和方向（相对于场发生器坐标）的数据信息。这种空间感应器可以检测5个或6个自由度（同时包含旋转信息）。由于电磁波的传输速度非常快，这种方式的跟踪基本都为实时（＞ 30Hz）。一个跟踪系统可同时检测多个空间传感器的信息（一般最多可同时检测10个包含5个自由度的传感器或5个包含6个自由度的传感器）。若把传感器固定在某种手术或介入器械上即可用来跟踪器械的空间位置和方向变化。

一般常用的场发生器的大小约为 20cm × 20cm × 20cm。其可检测范围约为 0.5m × 0.5m × 0.5m。场发生器一般需要靠近治疗部位，可由可调节承重臂支撑。近期有些厂家也在研发可置于患者身体底部或中空等使用不同临床应用的场发生器。而常用的空间传感器则一般非常小，最小可达到直径小于0.3mm且长度小于10mm。传感器需要一根导线将信号传输到控制系统。

电磁跟踪技术应用于医学导航主要有两点优势：一是，这项技术没有视线遮挡问题，患者、医师的手臂及铺巾等不会影响信号的传输；二是，传感器非常小，很容易将它固定在大部分手术或介入器械上。它甚至可被方便地置入穿刺针的针尖部位，能够更加精确地跟踪针尖的精确空间信息。

电磁跟踪技术的主要缺点是其对铁磁性物体（可以使电磁场变形）的干扰很敏感。而很多手术器械、成像系统的病床按钮、显示设备等常常含有铁磁性物质（如铁）。这些物体可能会严重影响跟踪的精度和可靠性。而且由于场发生器产生的电磁场有效范围有限，临床应用中医师常常要手动反复调整场发生器的位置以确保传感器可被检测到。与光学跟踪技术相比，电磁技术的可跟踪范围一般会较小。电磁导航系统的另一个问题是其传感器是有线连接，给很多临床应用场景带来不便。

电磁跟踪技术可以用在CT或超声导航系统中，但是一般不适于MRI导航环境。

1.磁共振射频跟踪技术

由于磁共振系统本身的强调静态场、梯度场和射频场，上述谈到的电磁导航是无法直接在MRI环境中使用的。然而，磁共振系统本身含有一个可以用来定位的三维梯度场。因此我们可以利用小射频线圈作为传感器实现定位跟踪。定位射频线圈位置的过程如同MRI过程，即利用一个特殊的脉冲序列产生一个非选择性射频波用以激发所有自旋，而小射频线圈只能采集到其附近的自旋激发信号。当我们将一个梯度作为频率编码同时采样，即通过非常简单的傅里叶变换重建得到此射频线圈在这个物理梯度方向的位置。同样道理，将另外两个梯度分别用于射频采样即可得到此射频线圈的三维空间位置。为了获得一个设备的方向变化信息，需要同时使用多个射频定位线圈。当使用多个射频线圈时，可利用多采集通道系统实现同步采集。利用梯度射频定位可达到每秒十几帧的速度和1～2mm的精度。

虽然磁共振射频定位可以实现磁共振术中治疗的实时定位，但这种技术有一些特殊要求。首先它对梯度的线性度要求较高。当离磁体中心稍远一些地方梯度线圈一般线性度会有一些偏差，将影响定位精度。当扫描床拉出系统梯度场外后，此技术无法使用，而很多微创介入应用经常不是总在磁体内部实施的。磁共振射频定位同时还需要特殊的脉冲序列。在成像过程中，为了获得定位信号采集，需要额外的采集和扫描时间，降低MRI更新频率。

2.其他

以电磁为基础的定位技术还包括射频转发定位跟踪和电阻抗定位跟踪技术等。不同技术都可在一些特定的临床应用中使用。

（二）光学定位跟踪技术

如同人的双眼，已知相互关系的两个或更多个CCD（charged couple device）相机（也称传感器）同时采集两个或多个图像。当一个点能够被两个相机同时观测到时，这个点在相机坐标系下的空间坐标位置可以通过图像识别和处理被重建出来。这个点在相机系统中也可称作标记点。

在CCD图像中，标记点要尽可能与背景区分开来以便于跟踪系统能够自动对其在图像中分割定位。目前有两种标记探测方式：一种是基于红外光的方式，另一种是基于环境光的方式。

1.红外光探测一般使用红外照相机

在这种方式下常用两种红外光标记点定位方法：一种为被动红外定位方式，即在标记球上涂近红外光反射涂层，在相机附近发射近红外光。标记球上的反光涂层可非常好地反射红外光，在CCD红外相机中形成明显有别于背景物体的亮点，便于分割定位（图1-4-2）。另一种则为主动红外定位方式，即标记球由有源红外灯发出红外光，由红外相机定位。主动定位方式更可靠，但一般需要电源线连接标记球，很不方便。被动定位方式由于较方便，在临床上被广泛使用。但被动方式在某些情况下会受到背景或其他反光体的影响。利用红外光探测标记球的光学跟踪方式无法利用一个标记球确定或跟踪手术或接入器械。跟踪一个手术或接入器械，需要得到6个自由度。因此至少3个标记球以某种特定的方式排列并固定在一个示踪器上，才能实现对器械的6个自由度空间定位。标记球两两之间约几个厘米远且间距不能相同（图1-4-2）。虽然3个标记球可满足定位需求，但在实际使用中一个示踪器常用4个标记球以提高识别的可靠性和精度。商用跟踪系统可同时跟踪多达10组被跟踪器。在常规临床应用中一般同时使用1～2个工具，可实现实时跟踪（大于30Hz）。

2.基于环境光的光学跟踪系统

利用环境光下直接识别特定的标记点的图案。如图1-4-3B中为一种黑白棋格图案。一个十字交叉棋格即可确定5个自由度，而两个棋格则可跟踪6个自由度。这种方式跟踪识别的最大优势是示踪器可以做得较小，且相机和示踪器的成本较低。但此种方式对环境变化较敏感。在昏暗的灯光下测量信噪比会降低，在示踪器快速移动时会造成图像模糊降低跟踪精度甚至瞬时失去跟踪信号。

与电磁跟踪技术相比，光学跟踪技术会有光线遮挡问题。医师需要尽量避免身体或其他设备处于相机与被跟踪的器械之间。然而由于光学导航技术不依赖于常规波段电磁信号，因此，它是目前磁共振下导航的主要跟踪技术。

（三）以医学图像为基础的被动跟踪

无论是磁共振还是CT或超声等影像设备，介入器械进入人体后会有占位效应，与周边组织形成一定对比度，所以，一般利用器械本身的影像征象来作为定位的参考信息。

三、导航技术原理

图像导航的最终目标是让手术介入器械及感兴趣的靶点区域（病灶靶点及其周边组织或器官）的空间关系能够以二维或三维方式在同一坐标空间（或同一个显示窗口）中以图形的方式表达出来。同时其相互关系还可以量化，提供给医师。在最理想的情况下，无论是靶点区域医学图像还是手术器械空间位置都需要做到实时更新，以便为医师提供当前最准确的定位反馈。因此，在图像导航中，很关键的一点是器械跟踪系统使手术器械可以被实时跟踪，医学影像能实时更新，且能将两者的空间信息实时融合并显示在同一个坐标空间中。

在实际临床使用中，跟踪系统、医学影像设备及手术床有以下几种集成方式：

最佳的方式是术中实时导航，即将手术床放到医学影像设备中，使患者的手术区域在成像中心，跟踪系统在医学成像的同时能够同步跟踪手术器械，同时医师能够有足够的空间在成像中心开展手术操作。在这种配置方式下，患者一般能保持静止，成像设备可连续扫描不断更新图像，跟踪系统实时跟踪手术器械信息，整个系统反映的是最准确的靶点和器械的空间定位关系。利用这种方式，由于空间关系反馈是最及时准确的，手术操作定位也将是最精准的。超声系统由于其探头的灵活性，完全可以与跟踪系统结合，实现实时术中精准导引。常规CT和封闭式磁共振系统由于其成像区域的封闭式设计，在成像中心一般无法实施手术，因此很难做到术中实时导航。同时由于CT的放射性，一般也不去连续扫描更新。目前有些短磁体大口径封闭式磁共振在逐步推向市场，但其操作还是有障碍。而垂直磁场的开放式磁共振（所有的永磁磁体和个别的超导系统）则非常适于术中实时导引。在术中实时导引中，跟踪系统需要与医学影像系统完全兼容，即两者同时正常运转时，相互之间没有任何机械上、空间位置上，特别是电磁信号上的干扰。如在磁共振系统旁，强大的周边磁场要求跟踪系统中不能有任何铁磁性材料，且需要有非常可靠的电磁屏蔽系统，保证两者不产生电磁干扰。

由于影像系统成像空间的限制或其他安全因素的限制，很多手术或介入操作不能在影像系统内实施，医学影像采集后用于非实时的离线导航。其中一种离线导航情况是影像床也为手术床，影像室也是手术室。患者先在影像系统中被成像，而后病床拉出系统外1～3m远实施影像导引治疗。在这种情况下，患者一般能够保持静止不动，刚刚获得的医学影像信息通过跟踪系统跟踪定位病床（患者）的移动注册校准后，可以用来导引手术或介入操作。由于病床就在影像室内，可以随时重新进行医学影像扫描，更新为最新的图像，达到相对精准定位。另外一种离线导航情况是手术室和影像室不在一起，手术床和影像床非同一张床。在此种情况下，仅有一组术前影像被采集，术中任何体位运动、组织漂移等无法更新，导航精度有所影响。

无论是实时导航还是离线导航，都需要导航注册过程，即将医学影像坐标系与手术或介入器械坐标系注册配准到同一个坐标系内。

在一个影像导航系统中涉及的物体和设备包括人体、医学影像系统、手术或介入器械以及导航跟踪系统。校准和示踪工具可以使这些设备或产生的影像等空间定位信息集成在一个坐标系内，达到空间定位导航。常用工具包括全球坐标系定位示踪器、患者整体位置跟踪示踪器、器械示踪器以及校准模块。校准模块一般包括模块定位示踪器和影像可识别标记点。示踪器一般包括6个自由度。全球坐标系示踪器常常固定于静止稳定的位置，如磁共振或CT系统的壳体上。患者整体位置跟踪示踪器可固定在没有生理运动影响的患者体表，或者在患者与手术床位置相对静止时可以固定在手术床上。器械示踪器要附在手术或介入器械上。

（一）磁共振实时导航的注册校准

实时导航是最佳的术中影像导航技术。实时导航病灶区域在成像中心，只需要将跟踪坐标系与影像坐标系配准注册即可。如图1-4-4A，一个或多个世界坐标系示踪器固定于影像系统壳体上（以MRI系统为例）。为了注册各个坐标系统，一个校准模型被置于磁体中的射频线圈内。校准模型中有一组特定的可以定位（一般可确定6个自由度）的磁共振可视标记点。跟踪系统相机（以光学导航跟踪系统为例）可以同时看到世界坐标系示踪器和校准模型上的校准模型示踪器。而由于校准模型上的示踪器与其磁共振可视标记点的空间关系是已知的，因此，跟踪系统（相机）坐标系即可与影像系统这个世界坐标系注册在同一个坐标系统下。由于已经注册了跟踪系统坐标系，因此，所有跟踪系统可以跟踪到的器械示踪器所代表的器械即可与影像系统注册集成到一个世界坐标系空间显示。

由此可见，校准模型在导航注册中是很重要的。在磁共振系统中，模型中的磁共振可视标记点可以为掺加对比剂的水球。这些标记点可形成不同的形状以便于计算机自动识别，如Z形框架式校准模块（7个短棍形成3个三维的Z形）设计、4个空间分布的球式设计和CAS创新校准平面板（5个标记点）设计等。

（二）利用世界坐标系的离线导航注册校准

如图1-4-4B所示，若手术与成像均在一个房间内或相邻的两个房间不远处进行，即在影像系统中成像，系统外一个空间实施治疗，且可反复交替进行成像与导航治疗过程，同样可通过世界坐标系的方式实现注册校准。成像系统上放置1个或多个世界坐标系示踪器。为了能够在人体移出影像系统后仍能实现其与之前的影像注册配准，我们可以利用固定于人体体表或成像床（手术床）上的人体整体定位示踪器来协助完成。世界坐标系示踪器以及这个人体示踪器在成像时及病床移出后的手术中均可被固定好的跟踪系统跟踪，因此，人体空间位移信息可以通过矩阵坐标变换转换到世界坐标系内，完成注册配准。

此种可以术中反复交替成像和治疗方式也可称作术中影像导航技术。

（三）不利用世界坐标系的离线导航注册校准

若患者不能在影像室实施导航治疗，可不需要世界坐标系示踪器。这种情况下有几种将医学影像与人体和器械配准的方法可使用。

一是通过一个固定于体表的注册示踪器来完成（图1-4-4C）。此示踪器中有可被医学影像系统可视的标记点（一般可提供6个自由度）和可被跟踪系统检测到的标记点（一般也是6个自由度）。且这些标记点的相对空间信息为已知，并提前校准好。利用注册示踪器在医学影像和跟踪系统中的空间定位，影像坐标系（也表达人体坐标系）与跟踪系统坐标系可以注册配准到一起。这样可被跟踪系统跟踪定位的器械可以与人体靶点区域注册配准到一个坐标系下体现其三维空间相互关系。注册示踪器也可以不配备可被跟踪系统检测到的标记点。在这种情况下，医学影像可视的标记点一般要置于体表且独立可接触。在注册时，可用跟踪系统可识别的标准探针逐个点击医学影像可视的标记点，同时依次标注出其在图像中的位置完成注册。

有的情况下，也可以不需要注册示踪器，而是利用人体组织器官某些有特点的部位来实现注册配准。这种情况下，首先对靶点区域进行医学成像。在导航前，先在影像中找到3个以上非共面的位于体表的标记点。而后利用一个有示踪器的探针分别在人体上点击各个标记点，同时在医学影像中通过手动或自动的方式找到分别相对应的图像位置。一旦标记完成，计算机可以自动计算出医学影像与人体的注册配准。

这种成像与治疗完全分离，成像只能在术前实施一次的方式称作传统术前影像导航方式。

当使用多种影像融合导航治疗时，实时和离线导航都可能同时用到。由于空间局限性，一般只有一种影像可实现实时导航，而其他影像则在离线导航方式下进行。离线的影像与实时影像术中自动融合提供更加清晰和精准的导航。

四、术中磁共振导航系统

这里介绍影像室也作为手术室或两个房间相邻的术中磁共振影像导航系统以及多影像融合导航。

（一）磁共振导航跟踪系统

与CT成像相比，磁共振拥有最佳的软组织对比度且可以直接获得斜切平面或真正地采集三维体图像。只要使用得当，磁共振对患者或医师没有任何危害。因此，磁共振系统在介入治疗中有巨大潜力。

磁共振导航跟踪系统（图1-4-5）包括一套MRI设备、一台导航跟踪系统（在实时导引平台下一般只能是磁共振兼容的光学导航系统）及其示踪器等附件，以及扫描控制、输入、显示和通信等系统。对于理想的实时导航治疗系统，要求所有导航、输入和显示等设备为磁共振兼容设备，可以在屏蔽室内正常使用。

磁体封闭式磁共振系统可以通过离线导航方式导引治疗。在这种情况下，手术或介入治疗既可在屏蔽室内，也可以在与影像室相连接的手术室中实施。当需要磁共振扫描时，手术床可被移入磁共振磁体或磁共振系统，通过轨道移动手术床的位置。扫描完成后，手术床与磁共振系统分离，导航跟踪系统导引介入治疗。离线导航通过前面提到的注册示踪器实现注册配准过程。由于手术或介入治疗时手术床位置一般远离磁体或甚至不在屏蔽室内（磁场＜ 0.5高斯）且在非扫描时使用，导航跟踪设备可以为非磁共振兼容系统。在离线导航时，可被跟踪的探针或介入器械可以随意在体表滑动，图像可根据探针的位置自动重建以2D常规轴矢冠方位、以探针长轴位重建的2D虚拟超声平面或3D体绘制等方式显示。当需要根据不同方位重建时，原始数据最好为高分辨率的薄层图像。然而这对磁共振采集来讲有一定的挑战性。受磁共振信号强度的限制，数据采集只能在扫描时间与层厚和分辨率几个方面根据临床的需求取折中点。当分辨率和层厚较粗时，重建的图像质量会交叉，影响导航精度。

幸运的是，开放式磁共振可以支持实时导航跟踪导引治疗。由于治疗中导航系统可以同步跟踪手术或介入器械，同步实时更新磁共振影像，通过两者的实时反馈可大大提高定位精准度。国际最早的一台全身磁共振导航治疗系统为美国哈佛大学医学院附属布列根和妇女医院磁共振治疗室的0.5T Double-doughnut系统。此系统于1994年开始使用于神经外科和多种微创介入治疗应用。开放式磁共振在连续扫描成像同时有足够的开放度使医师可以对病灶实施手术或介入治疗。

实时磁共振导航中最有优势的一个特点是MRI平面对手术或介入器械（如穿刺针）的实时跟随。在实时磁共振导航治疗中，患者躺在磁体成像中心，医师通过开放的磁体空间实时手术或介入治疗。在治疗过程中，介入器械由示踪器指引通过跟踪系统实时获得其三维空间定位。这个定位信息实时传输到磁共振系统中，调整成像序列的旋转矩阵（位置和角度），使成像平面与介入器械长轴重合，并随着器械的运动而跟随调整成像平面。这种实时平面跟随方式有几个优点：一是原始扫描平面即为医师需要的超声虚拟平面，无需重建，可真实地反映整个器械的空间占位，特别是可得到其针尖准确位置。其次，由于磁共振整体成像速度有限，基于此成像平面，序列可以选择以器械所在平面前后3～7层（甚至仅1层）覆盖病灶靶点周边最有意义的区间和全部进针路径区间，在提高整体成像速度的同时保障图像质量和安全性。但利用快速序列，如EPI或SSFP等序列单层成像时间都远远小于1s，医师在入针前可以通过调整探针的位置获得实时的探针层面磁共振图像，可很好地确定入针点、入针路径和靶点位置。入针过程既可以实时跟踪，也可以在患者屏气情况下，快速到达靶点。一旦器械进入人体，大部分情况下，由于磁共振的敏感性伪影效果，器械占位也可在磁共振图像中显示，它与导航跟踪系统所确定的器械空间占位共同保障对器械的空间定位跟踪。由于实时磁共振反映的是人体最新的姿位和病灶等组织占位信息及实时的器械空间定位反馈，相比离线导航，实时磁共振导航系统具有更高的定位精准度和更安全的治疗。

由于磁共振系统适于全身成像，因此磁共振导航系统同样可以应用于全身各个部位的治疗导引，如肝、肾、胰腺、前列腺、子宫、头颈部、脊椎、乳腺、肺和骨等。虽然磁共振对于部分人体器官，如肺部，通常不用于诊断，但它可以用于治疗导引。如磁共振在进行肺癌治疗时，磁共振可以很好地显示胸壁、肿瘤，甚至血管信息。由于传统磁共振无法得到气管的图像，对于邻近大的气管和支气管肿瘤治疗有一定风险。未来新型的MRI技术，如超极化惰性气体MRI技术可以完美地展示所有气管的空腔占位，可以帮助进行肺癌治疗精准定位。经过20年的发展，目前商业用磁共振兼容治疗设备和耗材已经能以较合理的价格应用于临床。这些设备和耗材包括很多微创介入消融设备，如射频消融、冷冻消融、微波消融、激光诱导间质热疗、粒子植入、和穿刺针、抽吸针、引流针等。

与CT导航相比，由于其交互的影像及定位信息实时反馈，磁共振导航具有更高的定位精准度。其更高的软组织对比度也大大提高病灶范围的界定及对正常组织和气管的保护。在介入治疗中，磁共振系统优于CT系统另一个重要原因是磁共振系统的治疗监控能力。由于磁共振系统对人体没有放射性或其他危害，在治疗过程中（如消融中），磁共振可以反复更新扫描病灶及周边区域，实时监控治疗范围（如对冷热消融的磁共振热成像）是否覆盖病灶且不伤及周边正常组织。

（二）多影像融合导航

目前精准治疗的一个大的发展趋势是多影像融合导航下的杂交复合手术。由于不同影像技术有各自独立的对比度，融合多种影像技术将能最大限度获得病灶与周边组织的精准界定以及周边组织或器官的结构和功能信息。

如磁共振影像可以与超声、光学、CT或PET/CT融合获得最佳导航对比度和精度，提升治疗的有效性和安全性，如图1-4-6所示。整个手术室由三间相连的房间组成。中间为手术室，左边一间为一台PET/CT，右边一间为一套3.0T磁共振系统。手术室内有一台锥形CT系统、电子显微镜、超声设备、光学成像系统、各种监护系统和多种导航系统。特殊设计的手术床也为影像扫描床。磁共振可以通过房间顶部的轨道移入手术室进行扫描，手术床也可以与PET/CT连接，在PET/CT间实施扫描。依靠导航系统，磁共振、PET/CT及其他相关影像融合实现多影像融合导航。导航系统在磁共振屏蔽室实现磁共振导航跟踪介入治疗。

（赵　磊　李成利　肖越勇　鄢行畅）