第一节 磁共振导引微创技术概况

磁共振导引下的介入手术操作（MRI-guided procedures，MRIGP）开始于20世纪80年代中期。2001年，MRIGP被收录进美国医学会负责编撰的常用手术术语代码（current procedural terminology，CPT），推动了MRIGP从研究领域向临床应用的转变。CPT给出的MRIGP定义是：用于穿刺器械定位（可进行穿刺针抽吸、注射、局部装置放置等）的影像学监控和显示的磁共振导引。MRIGP的临床应用分为术中磁共振和介入性磁共振两个大的方面。术中磁共振要求在手术室的环境中整合MRI系统，具有在术中方便确定肿瘤的边缘、获得手术造成形态改变后的解剖信息等优势，目的就是对手术进程进行实时的影像监控；介入性磁共振侧重于对MRI兼容的介入性手术器械的实时导引，主要在介入放射学手术室实施。

一、影像导引微创技术的现状及发展

介入诊疗学按照介入途径分为两大类，即血管介入和非血管介入，后者是在影像学导引下经皮穿刺病变进行的诊疗活动。除了超声介入可以达到实时的导引之外，CT和磁共振介入大部分手术是定位穿刺，只是部分情况下进行CT或MRI透视导引，原因是低场强磁共振导引无法达到实时透视功能，而CT透视下近台操作的介入医师无法摆脱放射线的暴露。目前在临床上CT和MRI导引穿刺多采用定位“盲穿”，穿刺过程中对术者的临床穿刺经验有很大的依赖性，尤其是病灶位置随生理运动，如心跳和呼吸运动而变化或病灶邻近重要的脏器和血管。这样需要反复进行多次扫描确认和穿刺，产生了正常组织的穿刺损伤增加和手术时间延长等临床问题。如何实现精准穿刺，是临床医师探索的永久课题。

随着计算机技术和器械设备的发展，诞生了各种导航设备和机器人，大大提升了人类的生产力。因此，临床医师和工程师联合推动了导航和机器人的应用。本节就辅助CT、MRI导引穿刺的各种导航设备和机器人的应用和技术问题进行总结。

（一）导航设备和机器人的应用

1.简易定位装置

简易定位装置是简便的穿刺介入辅助设备，利用机械的机架或机械臂读取刻度的方法确定穿刺针的空间位置。如导向器是将穿刺针固定在导向器支架上，根据CT或MR图像上规划的进针路径，测量穿刺的进针角度，然后调节导向器的支架角度与CT或MR图像上测量的角度一致。这样减少了估算的误差，使穿刺更为精准。这种辅助设备最为简便，但功能比较单一。

2.导航设备

（1）电磁导航设备：

电磁导航设备只能用于CT导航，无法在磁环境下应用，其原理类似于GPS导航，代表产品为Veran导航系统，具体方法是将场频发生器置于患者上方，将数据采集贴片粘贴于胸壁上，CT扫描获取三维影像，将位置传感器模块安装在穿刺针柄上，当进行穿刺时，通过计算机计算接受磁场强度信号可以实时显示针尖在断层扫描图像上的进针深度（图1-1-1）。但该图像是术前CT扫描重建的虚拟图像并非实时图像，当穿刺完成再次CT扫描时可获取真实的针尖位置。同时该导航系统还具有呼吸运动监控功能，这有助于进一步提高穿刺精度。

（2）光学导航设备：

此导航设备可以用于磁共振介入导航，也可以用于CT介入导航，具体方法是通过采集固定的点与追踪点的位置关系计算进针路径，目前国内已应用于临床的是红外导航仪。具体方法是：将目标点固定在机架、患者体表及穿刺针柄上，通过追踪器获取针柄上目标点与其他位置目标点的空间位置关系进行计算，从而获取穿刺的进针深度和角度。可将进针的虚拟影像显示在CT扫描获取的断层图像上（图1-1-2）。

（3）机械臂定位导引穿刺设备：

这种机械臂一般具有3个以上自由度，如KUKA LWR robot及已应用于临床的Perfint导航系统。KUKA LWR robot是运用通用的关节式机器人KUKA作为基础，将机械臂徒手移动到穿刺路径附近时，自动定位功能定位穿刺路径，然后借助机械臂的导引徒手进行穿刺。Perfint导航系统的最新一代产品为Maxio。具体方法是：将导航系统固定在检查床旁，将其与CT位置进行配准，然后CT扫描获取的图像传输至导航系统，在导航系统里规划穿刺路径，穿刺路径的信息参数通过计算机系统控制机械臂运动，当运动到位后，放置穿刺针，将穿刺针全部一次进针到位，然后机械臂恢复初始位置，CT扫描确认进针的准确性（图1-1-3）。

以上3种设备很大程度上提高了穿刺的精度，但是也各自存在一些缺点：电磁导航定位系统易受电磁场干扰影响穿刺精度；光学导航易受光线的直线传播影响，医师的操作空间受限；机械臂定位通过借助CT扫描获取穿刺的角度和深度，但图像非实时图像，一步到位的穿刺方法在有运动的脏器如肺部病变穿刺时，存在一定的安全风险。

3.自动穿刺机器人

（1）Acubot：

一种可以远程遥控的穿刺进针系统，具体方法是：将机器人系统固定在扫描床上，CT扫描确认进针点后，机器人的机械臂前端被动地移动到扫描层面内的进针点，然后通过远程控制系统控制机械臂前端的进针系统，在透视模式下实时查看CT透视图像内的靶点与穿刺进针的位置关系，调整进针的角度和深度。目前已成功应用于肾和脊柱活检、射频消融及肾造瘘管置入术的临床病例。

（2）三菱肺结节穿刺机器人（mitsubishi RV-E2）：

它使用的是通用关节式机器人的机械手（三菱RV-E2）。因机械臂在CT扫描后出现较强的金属伪影，严重影响了图像质量，因此，研究人员设计了一个CT兼容的夹持器，将它安装在机器人手臂上作为末端执行器，在针放置过程中可以固定活检针。由于该夹持器是机器人在CT机架内操作的唯一部分，因此可以避免此类成像伪影。穿刺过程中，通过类似射波刀呼吸门控技术追踪靶点，实现快速穿刺。当穿刺到位后，机器人控制器将向夹持器控制器发送信号，迅速自动释放穿刺针。目前仅用于模型实验，并未进行临床治疗。

4.导航穿刺功能

这类设备兼具了导航定位和穿刺进针两项功能，如Zerobot，通过空间算法进行立体定位，操控机械臂到达预设定穿刺点和穿刺方向，采用遥控设备驱动机械臂前端实现CT透视模式下实时导引穿刺进针。目前已初步应用于临床，由于采用了远程遥控操作穿刺进针，医师远离CT机架，其所受到的辐射为零。

（二）机器人系统相关问题

1.运动控制

运动控制包括呼吸运动监测、控制和辅助固定患者设备。因CT导引的穿刺多在局麻下进行，患者的呼吸运动是很难完全一致的，因此当穿刺肺的下叶病灶时，病灶会随呼吸运动而位置发生变化，因此，针对如何控制患者的呼吸运动使其尽量呼吸到同一位置时进行穿刺，有些研究人员开发了呼吸门控技术。呼吸门控系统能捕获和记录患者在一系列CT扫描期间的呼吸数据。基于CT扫描与呼吸门控系统的时间同步，通过对CT扫描的回顾性分析，构造出与患者呼吸相对应的容积CT图像序列。从获得的相位标记容积CT图像中，可获得肺内病灶及其周围内部结构及器官（如胸腔、心脏、主要血管、膈肌和纵隔）的周期性呼吸运动路径，然后选定特定的呼吸时间窗口进行快速穿刺。也有研究设计胸廓的束缚带，通过记录束缚带的伸缩程度监测呼吸运动幅度，当监测到呼吸运动幅度到达同一位置时，进行穿刺。另外，当穿刺过程较长或穿刺时的体位让患者感到不舒适时，患者体位可能会发生轻微的变动，因此，也有研究人员开发了真空垫，使患者在穿刺过程中有真空垫的包裹，减少患者身体不自主的位置变动。

2.辐射剂量

（1）常规扫描模式：

在第1类（具有简单的角度辅助功能，如导向器）和第2类（具有导航定位功能，利用电磁原理、红外线和空间定位机械导引穿刺，如磁导航、红外导航、Maxio）辅助穿刺设备中，均采用间断扫描的模式进行导引穿刺。在实际的临床工作中，在穿刺操作前已获得比较高信噪比且符合影像诊断的常规CT扫描图像，清晰地显示了病灶的位置、大小、形态及与周边组织器官的位置关系等一般情况，透视扫描中仅需关注穿刺路径、针尖和靶点的位置关系以及周围组织形态改变，无需过度追求高质量的影像，因此，可降低mAs（毫安秒，电流单位）、kV（千伏，电压单位）及增大螺距等，以降低辐射剂量。同时在进行靶点穿刺过程中，可在保证完整显示病灶的情况下缩小扫描范围，进一步减少患者的辐射剂量。也有文献提出，降低实际的辐射剂量，用数据后处理的方法来提高图像质量（如迭代重建技术），在进行多针穿刺时，可同时规划穿刺路径，减少重复预扫描次数。

（2）透视模式：

在第3类（具备自动穿刺进针功能的机器人系统，如三菱肺结节穿刺机器人等）和第4类（具备导航和穿刺功能的机器人系统，如Zerobot等）辅助穿刺设备中，均提到了采用透视模式下进行导引穿刺。我们知道透视模式下真正实现了CT导引下的实时显示断层图像，达到了类似超声和MRI导引模式下的实时导引，其准确性和精确性明显高于第1类和第2类穿刺设备，但持续的透视会增加患者的辐射剂量。因此，如何降低患者的辐射剂量也是辅助穿刺过程中应该考虑的问题。在一项国家自然科学基金项目中，课题组负责人率先提出了“低剂量CT透视介入微创机器人的研究”，课题组成员在研究开发机器人辅助CT导引机器人的同时，对剂量控制进行了相关研究。相关文献也提到了介入过程中如何降低辐射剂量，主要包括以下几个方面：减少透视时间，降低管电压、管电流和准直器宽度等。

（3）散射剂量控制：

不管是常规间断扫描导引穿刺模式还是透视扫描模式，除了直接的辐射剂量外还有散射线产生的辐射剂量。因此，在扫描野外可以用铅围裙等防护材料覆盖患者体表，减少散射线产生的辐射。

3.力反馈功能

力反馈功能是为了更好地模拟人徒手穿刺的场景，当穿刺到不同的组织器官时，受到的阻力不同，然后可以据此调整进针的力度，这在自动进针系统和导航穿刺系统中具有重要的意义。而且力反馈功能可以减少术中意外的伤害。如Mitsubishi RV-E2肺结节机器人，安装在夹持器上的一组压力传感器会实时监测作用在针上的力，如果患者突然剧烈咳嗽或身体大幅度运动，当检测到相应的力不平衡时，夹持器会立即松开针头，保护患者不受严重伤害。

4.机器人的安全控制

在工厂里，为了规避操作环境的复杂性，让机器人代替人类工作，人类尽可能远离机器人，但在医疗环境中，许多机器人系统的设计都是为了与附近的人一起工作，并且机器人的工作对象是人，因此，所有医疗机器人系统都必须确保机器人在工作区内安全工作。在上述几种机器人系统中，具有自主运动功能的系统均设定了急停功能，避免设备在运行过程中出现意外运动造成严重后果。其中，机械臂立体定向系统里的Maxio在软件系统中设定了“禁达区”功能，目的是通过软件监测重要的脏器如血管、心脏等，对这些组织器官进行标记，当规划的穿刺路径上有这些组织器官时，系统会自动提示风险。

（三）展望

CT导引是利用CT扫描获取影像学图像来导引局部微创诊疗的一种方法，相对于超声、MRI及DSA导引，它具有密度分辨率高、良好地显示解剖结构、不受气体影响及更好的设备兼容性等优点，在临床上获得了广泛应用。但由于CT扫描存在一定的电离辐射损伤，因此，不能像超声、MRI导引一样进行持续实时的扫描导引穿刺。目前辅助CT导引穿刺的设备主要有4类：第1类是具有简单的角度辅助功能（如导向器）；第2类是具有导航定位功能，利用电磁原理、红外线和空间定位机械导引穿刺（如磁导航、红外导航、Maxio），但这些设备不能进行自动穿刺操作；第3类是具备自动穿刺进针功能的机器人系统（如Acubot、三菱肺结节穿刺机器人等）；第4类是具备导航和穿刺功能的机器人系统（如Zerobot等）。

医疗用机器人系统无法单独靠医师或工程师完成开发，并且开发所用的器械比较昂贵，开发的过程比较复杂，开发出来后医师的接受程度不同。因此，医疗机器人系统目前是一个相对年轻且不太成熟的领域，上述人类已研发的4类系统各有优缺点，但医疗机器人系统会随着科学技术的发展而不断发展。我们相信，机器人辅助CT导引穿刺系统将是未来微创介入治疗的重要组成部分，但还需要更多的研究和临床试验。利用机器人辅助CT导引穿刺系统进行常规的医疗操作，能够给临床医师提供更好的医疗便利，服务更多的患者，减少患者的损伤和住院周期。甚至，机器人系统在未来可以执行人类难以实现或无法实现的新的临床操作，这或许是医疗机器人的最终目标。

目前虽然机器人系统的最终作用尚未确定，未来，工程师和医生应该共同合作，即医工结合，努力为解决患者疾苦创造更多便利。

二、磁共振导引技术的特点

医用导航是应用于定位和控制体内外医疗器械操作的过程。无论是微泡超声造影、三维超声，还是以CT、磁共振为基础的三维成像，都是借助于病灶与正常组织之间的结构差异，建立更加真实具有三维空间结构的立体化病理器官图像。这些影像学设备的临床应用，不仅可帮助早期诊断疾病，更重要的是能帮助外科医师对病变进行定位，了解其与周围脏器、血管等重要结构的关系，有利于微创手术顺利进行，提高精度，改善治疗效果。自从20世纪90年代术中MRI概念出现以来，MRI介入操作的导航系统极大地帮助实现了恰当的轨迹勾画，安全的体内器械调节以及精确的靶定病变区域。

新颖的开放式MRI系统已成功地将图像导引技术推广到入侵式微创过程。在这种系统中，医师可方便地在磁体旁的空间完成活检、治疗或手术过程。磁共振穿刺技术就是在MRI的导引下，利用穿刺针、导管、导丝等磁兼容性特殊器械直接达到病变部位，取活检或在病变内进行治疗。MRI导引技术包括MRI导引经皮活检和微创治疗。MRI导引与CT导引比较除了有相似的优点外，更具有其自身的优势：明确显示和分辨与病变相邻的重要血管和神经，了解病变和相邻组织的特性；MRI有更好的软组织对比度，可显示和分辨出CT平扫时难以显示的密度病灶；MRI扫描可提供多平面图像，不仅在横轴位，还可在冠状位及斜位进行穿刺活检与微创治疗；磁共振介入治疗时可显示被治疗组织的药物弥散、灌注和病变物理性消融的温度变化等功能性改变，有利于监控微创介入性治疗；无放射性损害，低场系统允许每天在磁场中暴露的时间达7h，手术者一天可多次操作，从而为患者和操作人员提供一个比较安全的诊疗环境。安全实施磁共振介入操作的前提是在MRI时能够精确地观察到任何与介入有关的器械，但与X线相比，磁共振对介入器械的显示比较困难。应用X线时，高原子序数的金属如金或钨制成的器械与周围组织之间产生优良的对比，由于这些材料的X线衰减数值大，使得器械易于显示。介入器械在磁共振上显示的理想技术应当具有高空间分辨力和时间分辨力，并提供高信噪比，从而易于识别磁共振图像中的器械。

MRI导引下的经皮穿刺不同于开放式和盲目的活检及其他穿刺方法，由于MRI具有灵活的三维定位能力，即可以利用MRI机器本身所带的激光定位灯决定纵轴方向上的坐标，同时又可使用扫描层面上的栅栏定位标志进行X轴和Y轴定位。MRI图像病变信号分辨率高，对比度好，图像清晰，可清楚显示病变大小、外形、位置以及病变与周围结构的空间关系。MRI的血管流空“黑血”技术和/或“亮血”技术特点，不需要注射对比剂即可清楚地了解病变的血供以及病变与血管的关系。用于磁共振介入实时显示穿刺器械的方法可分成被动显示和主动显示。患者体内器械的被动显示是指任何经一般成像即可显示介入器械的技术，一般不需要任何特殊扫描硬件和后处理。被动显示的技术可分为3类：①依靠器械本身置换水成分而产生的信号缺失；②利用各种器械材料和人体组织之间磁化率差异所形成的伪影，也是最常用的；③通过对比剂增强器械的信号强度，以形成其与组织间的对比。精确穿刺、最大限度地减少损伤、减少并发症、提高成功率、缩短操作时间、提高工作效率是推动磁共振介入开展的技术条件，仅仅利用磁共振透视，追踪针对伪影的被动导引方式已不能满足要求，尤其是对深部的比邻重要器官的细小结构或病灶（如半月神经节、脊神经根等）较为困难。主动显示则需要一个能被介入器械选择性接收或发射的信号，基于图像的导航系统是在两个不同位置坐标及距离的基础之上，根据患者的空间位置来确定图像位置的基本形式及实际物理位置。常被采用的是一种三维示踪系统，能够交互式控制MRI扫描层面，位标器通常以不同的坐标位置作为参考点并可同时用于物理和图像位置中的定位及追踪。

开放式磁共振结合导航系统对手术器械导引的精确性是最受关注的问题，目前认为其精确性受两个因素影响：第一，由于磁共振影像是通过检测由射频信号激发的共振氢核频率和相位的微小变化来获得的，所以主磁场均匀性或磁场梯度线性的任何偏差，都将导致影像的几何变形。体内不同组织固有的磁化系数哪怕只有一点微小的改变，就会产生在定性层面上不易觉察的扭曲。当依赖这个影像来导引精确的外科手术时，这一扭曲就是严重的：现代影像学已经开发出对主磁场均匀性自动匀场和对梯度场线性进行补偿的技术。在开展MRIGP手术时，操作者只需按步骤进行自动匀场和线性补偿，就能获得可用于精确导引的解剖影像。第二，由于导航系统计算出来的穿刺针的虚拟影像是由导航手柄上的4个红外反射球决定的，并以穿刺针沿直线插入为前提。如果术中发生穿刺针弯曲，则虚拟的穿刺针针尖位置与实际位置将发生偏差。这种偏离直线路径的可能性，随着使用较细的穿刺针或穿过较坚实的组织而增加。在脑穿刺术中，由于脑组织非常柔软，发生穿刺针弯曲并引起导引误差的可能性微乎其微。

传统X线导引的经皮血管内介入治疗所需器械不适用于MRI导航微创介入治疗，如塑料导管不能显影，金属移植物会产生伪影，金属导丝会在体内产热。解决此问题是将给予磁敏感性标记（阴性标记）的导丝或者是给予信号增强性标记（阳性标记）的导丝和导管与设备相连接，依此来获取探测能力，而不再需要其他硬件（被动性追踪技术）。1993年Dumoulin等首先提出了主动追踪技术，进行磁共振导引与监控的经皮血管内介入操作，包括微型线圈、通电环路、自共振射频电路，利用设备主动检测或消除信号是其特点。磁共振介入操作导引方法较多，现仅介绍三大类常用的技术。

（一）自体参照物导引方式

1.被动型显示

使用较微弱的顺磁性穿刺针或附带有稀土金属（rare earths）的工具，微创介入器械是通过磁化率效应所产生的微小金属伪影来识别的。该方法简单方便，缺点是伪影大小不易控制，与所用成像序列有关，微创器械的显示较实际尺寸要大，位置可能有轻微偏离。阳性标记是将顺磁性对比剂用于介入器械如穿刺针、消融探针、导丝、导管的表面或者导管管腔内，再结合T₁加权序列扫描，在活体内得到阳性对比。阴性标记是利用顺磁性环形物或者铁素体混合物引起局部磁场均匀性发生改变。标记物被包埋在绝缘性介入器械内，在活体内得到阴性对比。阴性标记物有一个缺点，在感兴趣层面，体内金属性植入物、钙化、肠腔气体会掩盖其造成的磁敏感性伪影。

经皮血管内介入的器械必须具有较高的柔性，因为人体内许多血管具有不同的曲度甚至弯折，比如髂动脉。这也就意味着大部分情况下需要较厚的层厚来显示血管解剖。但这存在了一个矛盾，要想增加磁敏感性伪影和周围结构的对比度必须尽可能减小层厚，并利用从蒙片中减影获得的图像突出器械造成的信号改变。由于场强、运动、器械方向、器械材料和序列参数的不同，磁敏感性产生的被动追踪技术利用减影显示的器械影像也缺乏连续性。2004年Bakker等提出了选择性减影技术，自动从动态减影序列中选择感兴趣参考影像。为了同时监测导管尖和导管轴，有学者提出了结合背景减影技术的投影技术。Omary等利用蒙片方式减影来增加导管的可见度，在选择层面方向上利用投影零相位化来抑制背景信号，他们利用此技术在猪肾动脉血管成形术实验中显示了导管的全貌，并且导管与背景之间的对比得到加强。

2.MRI透视技术（MRI fluoroscopy）

主要是通过 MRI类实时成像（real-time imaging）来对整个动态过程进行透视监控。该技术是MRI介入中常用的一种技术，主要用于进行增强磁共振扫描中对比剂流入的监控和触发。

该技术是MRI介入中常用的一种技术，主要是通过MRI类实时成像来对整个动态过程进行透视监控。

MRI透视技术原理并不复杂，主要是利用MRI快速动态扫描成像，在一段时间内连续多次采集图像。一般时间分辨率能达到0.2～0.5s一个动态，用后一个动态减去前一个动态图像，得到剪影图来观察。

MRI透视技术可以用来进行MRI增强的对比剂流入监控，当对比剂逐渐进入监控层面时，由于其缩短T₁值的效应会导致图像增强。后一个动态图像减去前一个动态图像，就能看见对比剂逐渐流入的整个过程。在进行MRI导引下的介入手术时，同样可以利用这种技术进行监控，可以观察穿刺器械进入目标病灶的过程。

如图1-1-4所示，采用MRI透视技术，对某一个成像范围连续进行快速的动态扫描，近实时成像。采用后一个动态减去前一个动态的影像，可以监控对比剂进入的整个过程。

对于MRI透视技术，首要满足的是时间分辨率，也就是扫描时间基本上要求至少1s一个动态。而且一般的透视技术扫描的层数都不多，大部分是单层连续扫描或者3层以内。

一般能够满足1s一个动态或者0.5s一个动态的序列是快速扫描序列，有以下几种：

（1）单激发快速自旋回波序列：既然一次射频脉冲后，可以采用多个重聚脉冲采集信号重建出图像，那么我们也可以仅一次激发就采集完所有信号，得到一幅完整的磁共振图像。

这种仅需要一次射频脉冲激发就能把整一幅图像的信号全部采集完的技术又叫单激发（single-shot）技术，Shot在这里的意思是代表射频脉冲的激发。单激发的快速自旋回波序列一般简称为SS-TSE/SS-FSE。

单激发自旋回波序列一般用于T₂WI，这是因为T₂WI序列的TR比较长，能够容纳足够多的回波链。采用单激发自旋回波序列进行单层扫描，时间分辨率则取决于TR，比如TR = 1 000ms，则时间分辨率为1s，也就是1帧/s。这种时间分辨率基本上可以满足动态监测和MRI透视了。

（2）磁化准备超快速梯度回波序列：梯度回波序列为了提高扫描速度主要是通过缩短TR来实现的，如果需要再进一步提高扫描速度，只有再次缩短TR。但是TR太短会造成图像信噪比不足，并且影响对比度。

在这种情况下，磁化准备超快速梯度回波序列应运而生，该序列主要是利用梯度回波序列达到稳态之后，采用一组非常短的TR连续采集达到稳态的多个信号，而在此之前施加一个磁化准备脉冲，图像的对比度主要取决于磁化准备脉冲。所以该序列的结构可以分为两部分：磁化准备部分（产生所需要的对比度）和图像采集部分（快速读出信号）。

MRI介入中主要用这种序列来进行T₁对比度成像，比如T₁-TFE或者Turbo FLASH序列等，其时间分辨率一般比较高，可以达到1～3秒，甚至更快。

（3）平衡稳态自由进动（steady state free precession，SSFP）序列 SSFP 是梯度回波序列的一种，当设置合理的TR、TE及翻转角，多个射频脉冲产生的各种回波［自由感应衰减序列（free induction decay，FID）、自旋回波序列（SE）及梯度回波序列（GRE）］都刚好融合成一个回波，达到一个平衡状态，这种梯度回波序列称为平衡稳态自由进动序列。

SSFP序列采集的信号中含有SE和GRE信号，所以该序列不是单纯的梯度回波序列。该序列的对比度既不是T₁WI，也不是T₂WI和T₂*WI，而是T₂/T₁。也就是说组织的T₂值比T₁值越大，则在平衡稳态自由进动序列中信号强度越大，图像上表现为越亮；反之亦然。

由于SSFP序列具有良好的液体对比，并且时间分辨率高，因此常用于MRI介入进行透视监控。

（4）平面回波成像（echo planar imaging，EPI）：EPI能够在几毫米完成对一幅图像的采集，所以该技术是目前已知的最快信号采集方式。EPI序列一般和单激发技术结合，其成像速度非常快，可以满足超高时间分辨率的要求。

EPI序列采集信号方式的特点，容易产生图像形变及严重的磁敏感伪影，特别是在组织交界处。所以，对于需要高空间分辨率或者几何形变要求精准的部位，EPI序列不适合采用。

（5）GRASE（gradient and spin echo，GRASE）序列：最常见的混合序列，一个序列能够同时采集自旋回波信号和梯度回波信号，那么这种序列就被称为混合序列（mixture sequence）或者杂合序列（hybrid sequence）。

利用多个重聚脉冲可以产生自旋回波信号，多个梯度场切换可以产生梯度回波信号，那么把他们组合起来就可以形成这种混合序列。

MRI透视技术对于扫描序列时间要求非常高，所以临床中大部分使用快速或者超快速成像序列。使用频率比较高的两类序列则是：SSFP序列和单激发的T₂WI序列。

进针点的定位是MRI导向介入手术中经常遇到的问题，最简单的办法是利用MRI固有的“透视”选项将医师的手指与透视图像平面中患者的位置相对应（图1-1-4）。磁共振透视导引通常与自由手技术配合，采用单层快速序列扫描（1～3s），能够快速确定体表进针位点并设计进针路径。进针过程中，在磁共振透视近实时的导引与监控下，术者可以始终保持穿刺针的正确方向，直至准确到达病变靶点。磁共振透视导引具有近实时导引与监控的优点，利于提高穿刺的准确性并显著缩短穿刺时间。但磁共振透视成像存在图像信噪比低、空间分辨率差、易受穿刺针伪影干扰等缺点，应用于肺内中央型病变及小结节（最大径≤2.0cm）时受呼吸运动所限。磁共振透视第一视角的扫描平面经调整包括穿刺点和靶点，第二视角被定义为垂直第一视角。这种方式具有快速、可靠及安全的特点，但需要技术人员和介入医师之间有很好的沟通配合。

3.常规MRI导引

常规MRI导引采用鱼肝油矩阵体表定位或MRI对比剂栅栏格定位法，栅栏管状结构间距1cm，固定于长胶布上制成栅栏管定位器放置在患者的身旁、准备穿刺区域，应用多层快速序列进行扫描（15～30s），在两个交互垂直的平面进行导引，分步进针直至穿刺针到达病变位置。与磁共振透视导引相比，常规MRI导引具有较高的图像信噪比、空间分辨率、软组织对比度及穿刺针伪影干扰小等优势，在体部病变穿刺活检中应用更为广泛。

（二）磁共振导航示踪技术

通过沿着单轴方向的梯度读出装置，介入器械的位置首先被检测到。沿其他轴线重复，介入器械的精确三维位置能够得到确定。不需要获取影像图像，检测到器械的位置可以叠合，对比剂增强的路标影像或实时成像可以即刻获取。基于当前器械位置进行的自动扫描平面和参数调整，相对于被动追踪技术，主动追踪技术在进行复杂解剖结构与血管内介入器械的追踪更节省时间。微型线圈被固定在导管的尖端或者围绕其周径并依此来追踪导管尖和导管轴，线圈与接收通道的关系是单对单，单个信号接收线圈提供的背景图像只能将导管显示为单一的信号点，不能显示器械的方位和构型。沿器械轴径排列的多个线圈在路标影像上以不同的颜色编码，这也相应增加了生产技术上的困难。活体内利用微型线圈能够较好地追踪导管的头端，并已在临床得以应用推广。

目前，用光作为定位信号的主动显示技术目前占据磁共振示踪的主导地位，光学示踪可以直接显示位于体外的器械，而对于体内器械的示踪，需要利用器械的光学标记与器械位于体内肉眼不可见的部分之间存在的固定几何关系，对体内器械进行光学跟踪。

1.光学导引示踪技术

光学导引示踪技术也称为“虚拟仿真内镜”，通过在穿刺中实时跟踪活检针及人体体位及呼吸状态并与磁共振三维影像融合，实时动态显示活检针包括针尖位置与人体磁共振影像中病灶靶点位置关系，辅助精准定位。该系统涉及光学三角系统，通过辨别固定在支架上的发光二极管来实施，主要包括红外线导航相机、定位示踪器、配有导航光球的持针器以及导航功能软件、手术规划软件等。

光学导航系统辅助MRI导引是将磁共振兼容的介入器械（穿刺针）固定在持针板上（安装有2～4个固定的发光二极管），介入器械的空间信息通过光学相机追踪其位置与方向并与磁共振图像实时融合，显示穿刺针针尖距离病变的信息；扫描平面可被自动化地定义为以实际针尖位置为中心的标准视图和以沿着或垂直于实际穿刺针方向来定向的斜视图（作为标准或斜侧视图称为在平面0°，在平面90°及垂直平面），近乎实时地每3～4s图像更新，延迟3～5s。在颅骨钻孔后进针导航过程中，连续进行两个交互垂直层面磁共振快速扫描，确定并及时纠正穿刺针的方向与深度；虚拟针的显示使得穿刺在近乎实时导航下进行，不易偏离目标。

空间定位导航系统的优势在于：通过对手术器械的实时跟踪和MRI图像的实时更新，扫描平面可以平行或垂直于手术器械，手术器械的空间定位与磁共振影像的伪影定位相比更加精准，且手术器械与病变图像能够同时显示在同一张MRI图像上，确保能够实时了解手术器械与靶区病灶位置关系的动态变化，实时调整手术器械的进针点与进针方向，确保穿刺范围精确无误，准确控制治疗范围，使副损伤更小、患者更安全。该项技术的缺点是对弯曲器械示踪困难，当穿刺针弯曲时也会造成示踪不当。

2.内置式MRI示踪技术

有的技术是利用电磁感应测探针位置，用磁共振扫描硬件追踪示踪器内的小线圈来达到局部交互成像功能，是主动显示技术的一种。利用安置在介入器械尖端的微小线圈对射频信号通过器械选择性地接受或发射。当对接受的MRI信号进行频率分析时，在能量谱中会标记出单独的波峰，这个峰的频率指示出线圈在体内的位置，从而指明器械的位置所在。该项技术的缺点在于：①在MRI成像扫描时出现器械定位缺失；②会产生与光学示踪系统相似的问题，如由于器械弯曲可产生失真信号并需要独立的视线。

借助射频（radiofrequency，RF）信号的主动示踪是利用安装在介入器械内的小接收线圈进行示踪的方法。此方法使用与MRI同样的设备和物理学原理，因此能很好地利用磁共振图像来记录示踪信息。通过安装于微创手术各种器械中的磁共振示踪线圈，建立一系列连续的三维坐标。这些三维坐标系统能应用于众多方面，并为临床提供了一些机遇。比如，一系列连续坐标能用来实时显示线圈的位置，这种显示可以是数字输出，也可以是叠加在图像上的图示符号。对于图示法来说，线圈的移动可即刻反映为参照图像上光标或轨迹影像位置的改变。针对这一点，任何图像都可以作为参照图像，可以是常规自旋回波或梯度回波磁共振图像、磁共振血管图像、CT图像，甚至是患者现场的视频图像。磁共振示踪系统提供一系列坐标值的另一种用途是将磁共振扫描机的成像与示踪功能相结合，确定线圈的位置，然后磁共振扫描机根据这个位置来确定随后的扫描位置。整个过程可反复连续进行，这样当示踪线圈在患者体内移动时，始终可以得到包含有介入器械的磁共振图像。

该系统包括在由场射频发生器控制的低磁场中的动态传感线圈。有别于光学系统，不需要在传感器与发生器之间的视线内介入操作，特别适用于活检针的放置和运动关节的成像。商业化的电磁导航系统（如MediGuide，美国圣犹达医疗）已经被用于人体内冠状动脉、磁共振兼容射频导管治疗心律失常的三尖瓣峡部消融介入的导航。

利用主动微型线圈的主动追踪技术的最大缺点是：①设备精密、价格昂贵；②微型线圈和外部设备间通过共轴电缆或光纤连接，射频脉冲会在体内产生热量。

3.天线示踪技术

为了降低体内快速产热的危险性，人们设计了自共振射频电路。在介入器械上附加与MRI扫描仪相同拉莫尔频率的线圈或者是天线，不再需要与体表线圈直接的线缆连接，采用直襻天线作为信号接收装置，对很细的导丝结构也能清楚显示，其图像重建时间比MRI示踪法要长。该技术的缺点是不能进行自动层面复位以及对失谐非常敏感。与MRI系统间缺少直接联系，降低了快速制热的危险性，导致恒定的翻转角扩增，这样会在器械周围产生伪影。

（三）多种影像图像融合技术

近年来影像技术不断发展和进步，基于电磁导航系统的CT/MRI-US融合成像技术也应运而生。该技术是将已获得的CT/MRI的横断位图像与实时超声图像通过平面和点的精确配准进行融合，使实时US图像和融合的CT或MR图像能够并排或重叠显示。可以弥补单一模式成像的固有局限性，克服了单一影像视野受限、空间分辨率低等因素，提高了对病灶的检出率及导引的精准性。介入性磁共振中操作器、驱动器及机器人设备使用的不断增加，实现了从传统的立体定向术到现今导航系统的演进，特别是机器人技术使用的出现，在磁共振介入导引设备配置的发展中是一种自然的过渡。

（肖越勇　李成利　张　肖　魏颖恬　李　肖）