JP3571365B2 - Magnetic resonance tracker - Google Patents
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Description
【0001】
【関連出願】
この出願は、1992年4月1日に出願された米国特許出願通し番号第07/861,718号、発明の名称「磁気共鳴を用いて装置の位置を監視する追跡装置及びパルス順序」、同第07/861,662号、発明の名称「装置内に収容されたサンプルの磁気共鳴による検出を利用した装置の位置及び向きを監視する追跡装置」及び同第07/861,690号、発明の名称「多重化磁気共鳴検出を用いた装置の位置及び向きを監視する追跡装置」と関連を有する。
【0002】
【発明の分野】
この発明は装置を身体の中に挿入する医学的な手順、更に具体的に云えば、磁気共鳴信号を用いてこの装置を追跡することに関する。
【0003】
【関連技術の説明】
無線周波(RF)信号を使って、身体内の装置を追跡する幾つかの方法が、何れも1991年9月3日に出願された米国特許出願通し番号第07/753,565号、発明の名称「無線周波磁界勾配を用いて装置の位置及び向きを追う追跡装置」、同第07/753,563号、発明の名称「無線周波磁界を用いて装置の位置及び向きを追う追跡装置」、同第07/753,564号、発明の名称「無線周波磁界を用いた立体X線蛍光透視装置」、同第07/753,567号、発明の名称「作像装置に対する自動的なガントリーの位置ぎめ」、及び同第07/753,566号、発明の名称「無線周波磁界を用いた多平面X線蛍光透視装置」に記載されている。これらの方法は、生体内にある装置に取付けられたコイルを追跡するRF送信及び受信装置を用いている。
【0004】
上に引用した米国特許出願通し番号第07/861,718号、同第07/861,662号及び同第07/861,690号に記載されている様に、身体内にある装置の場所を決定する為に磁気共鳴信号が用いられている。位置情報が、直交する3つの次元の各々でデータを相次いで測定することにより、3つの直交する方向で求められる。各々の次元からのデータは、印加磁界勾配の各々の極性に対して1回ずつ、2回求められて、送信器の調節不良や透磁率効果の様な共鳴のオフセット状態から生ずるアーチファクトを補正する。従って、上に述べた方法は、3つの次元で装置の場所を突止めるのに、6回の測定を必要とする。
【0005】
現在、実質的な余分の装置を必要とせずに、実時間に近い速度で、磁気共鳴(MR)作像装置内にある被検体内の装置を追跡する追跡装置に対する必要が生じている。
【0006】
【発明の要約】
生体の中に配置されるカテーテル及びその他の装置の追跡が、磁石、パルス式磁界勾配装置、無線周波送信器、無線周波受信器及び制御器で構成された磁気共鳴(MR)作像装置を使うことによって達成される。追跡しようとする装置(被追跡装置)は、その端の近くに小さな無線周波(RF)コイルを取付けることによって変更する。被検体を磁石の中孔(bore)の中に配置し、装置を被検体に導入する。MR装置が、被検体に送り込まれる一連のRF及び磁界勾配パルスを発生し、これらのパルスが、被検体内の選ばれた核スピンからの共鳴によるMR応答信号を誘起する。この応答信号が、装置に取付けられたRFコイルに電流を誘起する。RFコイルは小さいから、それが感度を持つ領域が限られている。従って、RFコイルの極く近くにある核スピンだけがRFコイルによって検出される。受信装置が検出されたMR応答信号を受信し、このMR応答信号を復調、増幅してフィルタにかけてディジタル化し、その後、それが制御器によってデータとして貯蔵される。
【0007】
データの収集は、互いに直交する3つの方向に磁界勾配を印加している間に行なわれる。これらの勾配により、検出された信号の周波数は、各々の印加勾配に沿ったRFコイルの位置に直接的に比例する。磁界勾配パルスの極性及び強度の相異なる組合せに応答して、この後でもデータの収集が行なわれる。収集されたデータの線形の組合せを計算して、互いに直交する3つの軸に沿った位置情報を抽出する。その後、ディジタル化されたデータをフーリエ変換を使って処理して、3つの次元に於けるRFコイルの位置を計算する。この位置情報は、作像手段からの関心のある領域の医学的な診断像に重畳することが出来る。
【0008】
【発明の目的】
この発明の目的は、磁気共鳴(MR)検査の間、生体内にある装置を追跡する方法を提供することである。
この発明の別の目的は、装置の位置を医学的な像に重畳して対話形で表示することである。
【0009】
この発明の別の目的は、MR信号の多重化検出を用いて、生体内にある装置を追跡する方法を提供することである。
この発明の新規と考えられる特徴は特許請求の範囲に記載してあるが、この発明自体の構成、作用及びその他の目的並びに利点は、以下図面について説明する所から最もよく理解されよう。
【0010】
【発明の詳しい説明】
図1では、支持テーブル110上にいる被検体100が、磁石ハウジング120内にある磁石125によって発生される均質な磁界内に配置される。磁石125及び磁石ハウジング120は円筒形の対称性を持ち、被検体100の位置を示す為に半分に分割して示されている。図面ではカテーテルとして示した装置150をその中に挿入する被検体100の領域が、磁石125の中孔の大体中心に定められる。被検体100は、予定の時刻に予定の強度を持つ磁界勾配を作る1組の円筒形磁界勾配コイル130(半分に分割して示してある)によって取囲まれている。勾配コイル130は、互いに直交する3つの方向の磁界勾配を発生する。
【0011】
外部コイル140も被検体100の関心のある領域を取囲んでいる。コイル140は、被検体全体を包み込む位の直径を持つ円筒形の外部コイルとして示されている(半分に分割してある)。特に頭又は末端を作像する様に設計された一層小さい円筒の様なその他の形状をこの代りに用いてもよい。この代りに、表面コイルの様な円筒形でない外部コイルを使ってもよい。外部コイル140が、予定の時刻に予定の周波数で無線周波エネルギを被検体100に対して放射して、周知の形で、被検体100の原子核の核磁気スピンを章動させる。スピンの章動により、スピンがラーモア周波数で共鳴する。各々のスピンに対するラーモア周波数は、スピンが受ける磁界の強度に正比例する。この磁界強度は、磁石125によって発生された静磁界と磁界勾配コイル130によって発生された局部的な磁界との和である。
【0012】
装置150がオペレータ160によって被検体100の中に挿入されるが、案内ワイヤ、カテーテル、内視鏡、腹腔直達鏡、生体検査針又は同様な装置であってよい。この装置が、外部コイル140によって発生された無線周波磁界に応答して被検体内に発生されるMR信号を検出するRFコイルを持っている。RFコイルは小さいから、感度を持つ領域も小さい。従って、検出される信号は、コイルの直ぐ近くにある磁界の強度だけによって生ずるラーモア周波数を持つ。こう云う検出された信号が作像及び追跡装置170に送られ、そこで解析される。装置150の位置が作像及び追跡装置170で決定され、表示手段180に表示される。この発明の好ましい実施例では、装置150の位置が、作像及び追跡装置170内にある重畳手段によって駆動される普通のMR像に図形記号を重畳することによって、表示手段180に表示される。この発明の別の実施例では、装置150を表わす図形記号が、作像手段190によって得られた診断像に重畳される。この作像手段は、X線、計算機式断層写真法(CT)、ポジトロン放出断層写真法又は超音波作像装置であってよい。この発明のこの他の実施例では、装置の位置を、診断像を基準とせずに、数字又は図形記号として表示する。
【0013】
1実施例の装置150が図2に詳しく示されている。小さいRFコイル200が、導体210,220を介してMR装置に電気結合される。この発明の好ましい実施例では、導体210,220が同軸の対を形成する。導体210,220及びRFコイル200が、装置150の外側殻体230内に封入されている。装置150を取巻く組織から生ずるMR信号がコイル200によって検出される。
【0014】
図3は作像及び装置の追跡に適したMR装置のブロック図である。この装置は、1組の磁界勾配増幅器910に対する制御信号を発生する制御器900を有する。こう云う増幅器が、磁石外被120(図1にも示してある)内にある磁界勾配コイル130を駆動する。勾配コイル130は、互いに直交する3つの方向の磁界勾配を発生し得る。制御器900は、送信器手段930に送られる信号をも発生する。これらの信号は、「ゼロ基準」磁気共鳴追跡順序又は「アダマール(Hadamard)」磁気共鳴追跡順序に対応するものであってよい。制御器900からの信号により、送信器手段930が、外部コイル140内にある被検体の領域の選ばれたスピンを章動させるのに適した電力で、選ばれた周波数のRFパルスを発生し、この外部コイルは磁石125の中孔の中にある。MR信号が、受信器手段940に接続されたRFコイル200(図2にも示してある)に誘起される。受信器手段940が、それを増幅、復調して、フィルタにかけてディジタル化することにより、MR信号を処理する。制御器900は、受信器手段940からの信号を集め、それを計算手段950へ伝え、そこでそれが処理される。計算手段950が、制御器900から受取った信号にフーリエ変換を適用して、コイル200の場所を決める。被検体の像が作像手段190によって制御器900に供給される。これらの像は、超音波、X線、ポジトロン放出断層写真法又は計算機断層写真法の作像装置によって発生することが出来る。計算手段950によって計算されたコイル200の場所に対応する位置で、像表示手段180の像上に記号が位置ぎめされる。
【0015】
図4には、磁界勾配が印加された時、スピンのラーモア周波数がその位置に略比例することが示されている。勾配コイル130(図1)の中心点300にあるスピンはラーモア周波数f0 を有する。点300に於けるラーモア周波数f0 は、磁石125(図1)によって発生された静磁界だけによって決定される。位置310にあるスピンは、静磁界と、磁界勾配コイル130(図1)によってその場所に発生された別の磁界の和によって決定されたラーモア周波数f1 を有する。勾配コイルの応答320が略直線的であるから、スピンのラーモア周波数が位置に略比例する。
【0016】
図2に示す様に装置150内に封入されたRFコイル200によって検出されたMR応答信号は、MR装置のRF及び磁界勾配パルスに応答して発生される。現在好ましいと思われる実施例のパルス・タイミングが図5に示されており、これを以下「ゼロ基準磁気共鳴追跡順序」と呼ぶ。この時間線図で、ゼロ基準広帯域RFパルス400が印加される。次に、データ収集信号440が発生されて、ゼロ基準MR応答信号450をディジタル化し、図1の作像及び追跡装置170に記憶される様にする。ゼロ基準MR応答信号450が、磁界勾配の存在しない時に検出される。この為、ゼロ基準MR応答信号450の周波数によって定められる位置が、作像装置の検出された中心である。然し、送信器の周波数の調節不良、透磁率効果等の様な共鳴のオフセット状態が存在する時、検出された位置は、共鳴オフセットの大きさに比例する分だけ、作像装置の実際の中心とは異なる。共鳴オフセットによる測定された誤差を、第1、第2及び第3のデータ収集信号440x,440y,440zに応答して計算された3つの直交位置の各々から減算する。
【0017】
第1の広帯域RFパルス400xが図1の外部コイル140内にある被検体の全てのスピンを励振する。第1の広帯域RFパルス400xの後、第1の磁界勾配パルス410xが予定の方向に印加される。勾配パルス410xがスピンの磁化を、印加磁界勾配(こゝではX方向として示してある)に沿ったスピンの位置に比例する程度に位相外し(dephase )する。勾配パルス410xに続いて、反対の極性を持つ第2の磁界勾配パルス420xが出て、2ローブ形磁界勾配パルスを形成する。磁界勾配の大きさと勾配パルスの持続時間の積(即ち、陰影線を施した領域)は、第1及び第2の勾配パルスで略同一になる様に選ばれる。次に、第2の磁界勾配パルス420xの振幅を、第2の磁界勾配パルス420xのそれと略等しい持続時間の間維持し、実効的に、第2のパルス420xと略同一の面積を持つ第3のパルス430xを作る。事実上、第2及び第3の勾配パルス420x、430xは、1個のパルスを形成し、これを2つのパルスに分割したのは、判り易い様にする為である。第2の勾配パルスの終りに、被検体内にある全てのスピンが実質的に同相になる。第3の勾配パルス430xにより、MR信号の追加の位相外しが起こる。
【0018】
第2の勾配パルス420x及び第3の勾配パルス430xの間、データ収集信号440xにより、第1のMR応答信号450xをRFコイル200(図2)が受取る。MR応答信号450xがディジタル化され、作像及び追跡装置170(図1)に記憶される。MR応答信号450xは、第2の勾配パルス420xの略終りで最大振幅に達し、印加磁界勾配の方向に沿った装置150(図1)の位置に略比例するラーモア周波数を持つ。MR応答信号450xの周波数を使って、印加磁界Gx の方向と平行な第1の方向に於ける装置150(図1)の位置を決定する。
【0019】
第2の広帯域RFパルス400yが、第1のMR応答信号450xを収集した直後に印加される。第1の方向に於ける図1の装置150の位置を決定したのと同様にして、第4、第5及び第6の勾配パルス410y,420y,430yが、第1の方向と略直交する第2の方向(この場合はY方向として示してある)に印加される。データ収集信号440yが第5及び第6の勾配パルス420y,430yの期間中に発生されて、第2のMR応答信号450yがディジタル化されて、図1の作像及び追跡装置170に記憶される様にする。MR応答信号450yの周波数を使って、第2の方向yに於ける装置150(図1)の位置を決定する。MR応答信号450yを検出した後、第3の広帯域RFパルス400zが印加され、第7、第8及び第9の勾配パルス410z,420z,430zが第1及び第2の方向と略直交する第3の方向(図ではZ方向として示してある)に印加される。データ収集信号440zが第8及び第9の勾配パルスの期間中に発生されて、第3のMR応答信号450zがディジタル化されて、図1の作像及び追跡装置170に記憶される様にする。MR応答信号450zの周波数を使って、第3の方向Zに於ける装置150(図1)の位置を決定する。
【0020】
第3のMR応答信号450zの検出の後、ゼロ基準MR応答信号450によって得られた共鳴オフセットによる測定誤差を、各々のX,Y及びZ位置から作像及び追跡装置170で減算して、装置の実際の場所を決定し、この場所を表示手段180で表示する。この後、図5に示すパルス順序全体が、装置の追跡をそれ以上必要としなくなるまで繰返される。この代りに、図5に示すパルス順序全体を、普通の作像用RFコイルからのMR応答信号を収集する作像パルス順序と周期的にインターリーブして、被検体の作像及び装置の追跡を略同時に行なうことが出来る。
【0021】
この発明の別の実施例では、第3、第6及び第9の勾配パルス430x,430y,430zの持続時間を延長して、次の広帯域RFパルスを印加する前に、信号が完全に位相外れになる様に保証する。これによって、多数のRFパルスからのスピンの位相コヒーレンスによって生ずるアーチファクトを最小限に抑える。位相コヒーレンスを最小限に抑える2番目の方法は、各々のRFパルスに対し、MR装置のRF受信器及び送信器にランダムな位相を使うことである。
【0022】
この発明の別の実施例では、第1、第4及び第7の勾配パルス410x,410y,410zの振幅並びに/又は持続時間を減少するが、残りの勾配パルスは変えない。これによって、データ収集期間より前に各々の信号が受ける位相外れの程度が減少し、こうして最大信号の瞬間が変化するが、その周波数は変化しない。第1、第4及び第7の勾配パルス410x,410y,410zの持続時間を減少すると、RFパルス間隔を減少することが出来て有利である。
【0023】
図5に示すパルス順序は、図6に示す「アダマール磁気共鳴追跡順序」になる様に変更することが出来る。この発明のこの実施例では、広帯域RFパルス460を使う。3つの位相外し磁界勾配パルス470x,470y,470zが略同時に印加されて、互いに直交する3つの軸に沿ってスピンの位相外しをする。読出磁界勾配パルス480x,480y,480zが、位相外し勾配パルスの後に同時に印加される。データ収集信号441が、図5のパルス順序と同じ様に印加されて、応答信号451がMR装置によって収集される様にする。各組の位相外し及び読出磁界勾配パルスが2ローブ形勾配パルスを形成することが認められよう。
【0024】
応答信号451の検出の後、極性の異なる磁界勾配パルス470x,470y,470z,480x,480y,480z,490x,490y,490zを用いて、図6に示すパルス順序が繰返される。この発明の好ましい1実施例では、磁界勾配パルスの極性はアダマール符号化マトリクスに従って選ばれる。励振の回数が4回ある場合のアダマール符号化マトリクスの1例は次の通りである。
【0025】
【表1】
こゝで“+”は選ばれた方向に印加される磁界勾配パルスを表わし、“−”は同じ軸に沿って、反対の極性で略同一の勾配パルスが印加されることを表わす。
【0026】
図6に示したこの発明のアダマール符号化形の実施例では、応答信号451の様な信号4個が図1の作像及び追跡装置170に記憶される。4個の応答信号P1,P2,P3,P4の各々からの位置が、図5及び図7(後述)に示すパルス順序について述べるのと同様にして、応答信号のフーリエ変換を計算することによって計算される。次に、4つの位置P1,P2,P3,P4の線形の組合せを計算して、X,Y及びZ磁界勾配軸に対する装置の位置に敏感な3つの処理済み応答信号を求める。NEX=4であるアダマール符号化形実施例では、下に示す線形の組合せが役立つ。
【0027】
X位置=P1−P2−P3+P4
Y位置=P1−P2+P3−P4
Z位置=P1+P2−P3−P4
図5に概略的に述べた「ゼロ基準MR追跡順序」又は図6について概略を述べた「アダマールMR追跡順序」を用いて得られた図1の装置150の位置は、装置が異なる種類の組織を通過する時、又は送信器の周波数の調節不良の様な共鳴のオフセット状態がある時に起こり得る化学シフトの差に影響されない。
【0028】
図7には、検出された信号から図1の装置150の位置を決定する為に図1の作像及び追跡装置170によって実行される段階が示されている。図5又は図6の何れかに示したパルス順序に応答して、信号500がMR装置によって検出される。信号500は、印加された磁界勾配の方向に於ける装置の位置に関する情報を持っている。信号をフーリエ変換(FT)にかけて、データの時間依存性を周波数依存性に変換することにより、この周波数情報が抽出される。周波数依存性を持つデータの組510は、印加された磁界勾配の方向に於ける図2のRFコイル200の位置に対応する1個の最大値を持っている。データの組に於ける最大値の場所を抽出し、それを表示手段180(図1)に送って、オペレータに表示する。
【0029】
希望によっては、MR作像及び装置の追跡は、大部分のハードウエアを同じにした装置で実施することが出来る。像の収集と追跡とをインターリーブにして、両方が大体同時に行なわれる様にすることも可能である。この代りに、作像手順の勾配波形と、装置150(図2)内にあるRFコイル200によって検出されたMR応答信号を解析して、装置150の場所を決定することにより、インターリーブをせずに、追跡及び作像を同時に行なうことが出来る。
【0030】
この発明の好ましい実施例では、装置150内にあるRFコイル200が受信機能をする。然し、送信及び受信コイルの間には相反性があり、装置150にあるRFコイル200を使ってRFエネルギを送信し、外部コイル140を使ってMR応答信号を受信する様な追跡装置も可能である。
この発明の別の実施例ではRFコイル200を使って、図8に示す様に、交互にRFエネルギの送信及び受信が出来る。制御器900が、使われるMR順序に従ってスイッチ903を作動し、コイル200を送信器930に接続して、被検体にRFエネルギを送り込む。逆に、制御器900がスイッチ903を作動して、コイル200を受信器940に接続し、被検体からのRFエネルギを受信する。
【0031】
現在好ましいと考えられる幾つかの実施例のMR追跡装置を詳しく説明したが、当業者には種々の変更が考えられよう。従って、特許請求の範囲は、この発明の範囲内に属するこの様な全ての変更を包括するものであることを承知されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】被検体内にある装置の場所を追跡する動作中のこの発明の実施例の一部分を切欠いた斜視図。
【図2】被検体の身体に挿入しようとする装置に設けられたRFコイルの概略構成図。
【図3】この発明による図2の装置を追跡するのに適したMR作像装置のブロック図。
【図4】印加磁界勾配が存在する時のMR応答周波数を1つの軸に沿った位置に対して示すグラフ。
【図5】この発明の「ゼロ基準MR追跡順序」を表す波形図であって、RFパルス、磁界勾配パルス、データ収集及び検出された信号の間の関係を示す。
【図6】この発明の「アダマールMR追跡順序」を表す波形図であって、RFパルス、磁界勾配パルス、データ収集及び検出された信号の間の関係を示す。
【図7】印加された磁界勾配の方向に沿ったRFコイルの場所を決定する為に必要な段階を示す流れ図。
【図8】この発明による別の実施例MR追跡装置の部分的なブロック図。
【符号の説明】
100 被検体
125 永久磁石
140 外部コイル
150 追跡される装置
180 表示手段
200 RFコイル
900 制御器
910 勾配増幅器
930 送信器
940 受信器
950 計算手段[0001]
[Related application]
No. 07 / 861,718, filed Apr. 1, 1992, entitled "Tracking Device and Pulse Sequence for Monitoring Device Position Using Magnetic Resonance," 07 / 861,662, Title of the Invention, "Tracking Device for Monitoring the Position and Orientation of the Device Using Magnetic Resonance Detection of Samples Stored in the Device", and 07 / 861,690, Title of the Invention It has an association with “a tracking device that monitors the position and orientation of the device using multiplexed magnetic resonance detection”.
[0002]
FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to medical procedures for inserting a device into a body, and more particularly, to tracking the device using magnetic resonance signals.
[0003]
[Description of Related Technology]
Several methods for tracking devices within the body using radio frequency (RF) signals are disclosed in US patent application Ser. No. 07 / 753,565, filed Sep. 3, 1991, all of which are incorporated herein by reference. No. 07 / 753,563, entitled "Tracking Device for Tracking Position and Orientation of Device Using Radio Frequency Magnetic Field", entitled "Tracking Device for Tracking Device Position and Orientation Using Radio Frequency Magnetic Field Gradient" No. 07 / 753,564, title of the invention, "stereoscopic X-ray fluoroscopy apparatus using radio frequency magnetic field", and title of the same, 07 / 753,567, title of the invention, "Automatic gantry positioning with respect to image forming apparatus." No. 07 / 753,566, entitled "Multiplanar X-ray Fluoroscopy Using Radio Frequency Magnetic Fields". These methods use RF transmitting and receiving devices that track a coil attached to a device that is in vivo.
[0004]
Determine the location of the device within the body, as described in U.S. Patent Application Serial Nos. 07 / 861,718, 07 / 861,662 and 07 / 861,690, cited above. To do this, a magnetic resonance signal is used. Position information is determined in three orthogonal directions by successively measuring data in each of the three orthogonal dimensions. Data from each dimension is determined twice, once for each polarity of the applied magnetic field gradient, to correct for artifacts resulting from resonant offset conditions such as transmitter misregulation or permeability effects. . Thus, the method described above requires six measurements to locate the device in three dimensions.
[0005]
Currently, a need has arisen for a tracking device that tracks devices in a subject within a magnetic resonance (MR) imaging device at near real-time speeds without the need for substantial extra equipment.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION
Tracking catheters and other devices placed in the body using a magnetic resonance (MR) imaging device consisting of magnets, pulsed magnetic field gradient devices, radio frequency transmitters, radio frequency receivers and controllers Is achieved by: The device to be tracked (the tracked device) is modified by mounting a small radio frequency (RF) coil near its end. The subject is placed in the bore of the magnet and the device is introduced into the subject. An MR device generates a series of RF and magnetic field gradient pulses that are delivered to the subject, which induces a resonant MR response signal from selected nuclear spins in the subject. This response signal induces a current in the RF coil attached to the device. Because the RF coil is small, the area in which it is sensitive is limited. Thus, only nuclear spins that are very close to the RF coil are detected by the RF coil. A receiver receives the detected MR response signal, demodulates, amplifies, filters and digitizes the MR response signal, which is then stored as data by the controller.
[0007]
Data collection is performed while applying magnetic field gradients in three mutually orthogonal directions. With these gradients, the frequency of the detected signal is directly proportional to the position of the RF coil along each applied gradient. Data collection is still performed in response to different combinations of polarity and intensity of the magnetic field gradient pulse. A linear combination of the collected data is calculated to extract position information along three mutually orthogonal axes. Thereafter, the digitized data is processed using a Fourier transform to calculate the position of the RF coil in three dimensions. This position information can be superimposed on a medical diagnostic image of the region of interest from the imaging means.
[0008]
[Object of the invention]
It is an object of the present invention to provide a method for tracking a device that is in vivo during a magnetic resonance (MR) examination.
It is another object of the present invention to provide an interactive display of the position of the device over a medical image.
[0009]
It is another object of the present invention to provide a method for tracking an in-vivo device using multiplexed detection of MR signals.
While the novel features of the invention are set forth in the following claims, the structure, operation, and other objects and advantages of the invention itself will be best understood from the following description of the drawings.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In FIG. 1, a
[0011]
The
[0012]
[0013]
One embodiment of the
[0014]
FIG. 3 is a block diagram of an MR apparatus suitable for imaging and tracking the apparatus. The apparatus has a
[0015]
FIG. 4 shows that when a magnetic field gradient is applied, the Larmor frequency of the spin is approximately proportional to its position. Spin at the
[0016]
As shown in FIG. 2, the MR response signal detected by the
[0017]
The first
[0018]
During the
[0019]
A second
[0020]
After the detection of the third
[0021]
In another embodiment of the invention, the duration of the third, sixth and
[0022]
In another embodiment of the present invention, the amplitude and / or duration of the first, fourth and
[0023]
The pulse order shown in FIG. 5 can be changed so as to become the “Hadamard magnetic resonance tracking order” shown in FIG. In this embodiment of the invention, a
[0024]
After detecting the
[0025]
[Table 1]
Here, "+" indicates a magnetic field gradient pulse applied in a selected direction, and "-" indicates that substantially the same gradient pulse of opposite polarity is applied along the same axis.
[0026]
In the Hadamard-encoded embodiment of the invention shown in FIG. 6, four signals, such as response signals 451, are stored in the imaging and
[0027]
X position = P1-P2-P3 + P4
Y position = P1-P2 + P3-P4
Z position = P1 + P2-P3-P4
The position of the
[0028]
FIG. 7 shows the steps performed by the imaging and
[0029]
If desired, MR imaging and device tracking can be performed on most hardware-equivalent devices. It is also possible to interleave the image acquisition and tracking so that both occur at substantially the same time. Instead, by analyzing the gradient waveform of the imaging procedure and the MR response signal detected by the
[0030]
In the preferred embodiment of the present invention, the
In another embodiment of the present invention, an
[0031]
While several embodiments of the MR tracker that are presently preferred are described in detail, various modifications will occur to those skilled in the art. It is therefore to be understood that the appended claims are intended to cover all such modifications that fall within the scope of the invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cutaway perspective view of an embodiment of the present invention in operation to track the location of a device within a subject.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an RF coil provided in a device to be inserted into a body of a subject.
FIG. 3 is a block diagram of an MR imaging apparatus suitable for tracking the apparatus of FIG. 2 according to the present invention.
FIG. 4 is a graph illustrating the MR response frequency with respect to a position along one axis when an applied magnetic field gradient is present.
FIG. 5 is a waveform diagram illustrating the “zero reference MR tracking sequence” of the present invention, showing the relationship between RF pulses, magnetic field gradient pulses, data acquisition and detected signals.
FIG. 6 is a waveform diagram illustrating the “Hadamard MR tracking order” of the present invention, showing the relationship between RF pulses, magnetic field gradient pulses, data acquisition and detected signals.
FIG. 7 is a flow diagram showing the steps required to determine the location of an RF coil along the direction of an applied magnetic field gradient.
FIG. 8 is a partial block diagram of another embodiment of an MR tracking apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
100
Claims (11)
(a)被検体内に挿入される被追跡装置と、
(b)被検体にわたって略一様な振幅を持つ均質な磁界を印加するための磁界手段と、
(c)選ばれた持続時間、振幅及び周波数を持つ無線周波(RF)エネルギを被検体に送り込んで、前記被検体内にある核スピンの選ばれた集合の章動を生じさせる無線周波(RF)送信器手段と、
(d)選ばれた数の空間的な次元で前記磁界の振幅を変えて、選ばれた方向の磁界勾配を形成する勾配手段と、
(e)前記被追跡装置に取付けられていて、スピンの選ばれた集合からの磁気共鳴(MR)応答信号を検出する検出手段と、
(f)該検出手段に応答して、検出されたMR応答信号から前記被追跡装置の場所を計算する計算手段と、
(g)前記送信器手段、検出手段、計算手段及び勾配手段に結合されていて、ゼロ基準磁気共鳴追跡順序に前記送信器手段、検出手段、計算手段及び勾配手段を作動する制御器手段と、
(h)前記計算手段に応答して、前記被追跡装置の場所をオペレータに対して表示する表示手段と
を有する磁気共鳴追跡システム。In a magnetic resonance tracking system that monitors the location of a tracked device within a subject,
(A) a tracked device inserted into the subject;
(B) magnetic field means for applying a homogeneous magnetic field having a substantially uniform amplitude over the subject;
(C) delivering radio frequency (RF) energy having a selected duration, amplitude and frequency to the subject to cause nutation of a selected set of nuclear spins within the subject; ) Transmitter means;
(D) gradient means for varying the amplitude of the magnetic field in a selected number of spatial dimensions to form a magnetic field gradient in a selected direction;
(E) detection means mounted on the tracked device for detecting a magnetic resonance (MR) response signal from a selected set of spins;
(F) calculating means for calculating the location of the tracked device from the detected MR response signal in response to the detecting means;
(G) controller means coupled to said transmitter means, detection means, calculation means and gradient means for operating said transmitter means, detection means, calculation means and gradient means in a zero reference magnetic resonance tracking order;
(H) responsive to said calculating means, magnetic resonance tracking system and a display means for displaying the location of the tracked device to the operator.
(a)被検体内に挿入される被追跡装置と、
(b)該被検体にわたって略一様な振幅を持つ均質な磁界を印加する送信器手段であって、
(c)ゼロ基準無線周波(RF)パルスを、核スピンの選ばれた集合の章動を行なわせるように被検体に送り込む送信器手段と、
(d)核スピンの章動を生じた集合からのゼロ基準磁気共鳴(MR)応答信号を検出する検出手段と、
(e)ゼロ基準MR応答信号から場所のオフセットを計算する計算手段と、
を含み、
(f)前記送信機手段は、核スピンの選ばれた集合の章動を行なわせるように第1のRFパルスを被検体に送り込み、
(g)かつ、第1の選ばれた方向に向けて、第1の2ローブ形読出磁界勾配パルスを前記被検体に印加し、
(h)前記検出手段は、前記被追跡装置に取付けられたコイルを介して、スピンの選ばれた集合からの磁気共鳴(MR)応答信号を検出し、
(i)前記計算手段は、第1のMR応答信号から前記第1の方向に於ける大体の場所を計算し、
(j)かつ、前記第1の方向に於ける大体の場所から前記場所のオフセットを減算することによって、印加された磁界勾配の方向に沿った前記被追跡装置の場所を計算する、
装置。An apparatus for tracking the location of a tracked device in a subject using magnetic resonance,
(A) a tracked device inserted into the subject;
(B) transmitter means for applying a homogeneous magnetic field having a substantially uniform amplitude over the subject,
(C) transmitter means for delivering a zero reference radio frequency (RF) pulse to the subject to cause nutation of a selected set of nuclear spins;
(D) detecting means for detecting a zero-reference magnetic resonance (MR) response signal from the set in which nutation of the nuclear spin has occurred;
(E) calculating means for calculating a location offset from the zero reference MR response signal;
Including
(F) the transmitter means sends a first RF pulse to the subject to cause nutation of the selected set of nuclear spins;
(G) applying a first two-lobe readout magnetic field gradient pulse to the subject in a first selected direction;
(H) the detecting means detects a magnetic resonance (MR) response signal from a selected set of spins via a coil attached to the tracked device;
(I) the calculating means calculates an approximate location in the first direction from the first MR response signal;
(J) calculating the location of the tracked device along the direction of the applied magnetic field gradient by subtracting the location offset from the approximate location in the first direction;
apparatus.
(l)かつ、前記被追跡装置の計算された場所を表わす位置で前記医学的な診断像に記号を重畳する表示手段
を含む請求項4記載の装置。(K) collecting a medical diagnostic image of the subject;
5. The apparatus of claim 4, further comprising: (l) display means for superimposing a symbol on said medical diagnostic image at a position representing the calculated location of said tracked device.
(b)かつ、前記第1の方向に対して略直交する第2の方向に方向付けられた被検体向けて、2つの反対の極性ローブを持つ第2の読出磁界勾配パルスを被検体に印加し、
(c)前記検出手段は、該第2の読出磁界勾配パルスが被検体に印加されるのと同時に第2のMR応答信号を検出し、
(d)前記計算手段は、該第2のMR応答信号から前記第2の方向に於ける大体の場所を計算し、
(e)かつ、前記第2の方向に於ける大体の場所から前記場所のオフセットを減算して、前記第1及び第2の方向に於ける局在化が出来る様にする請求項4記載の装置。(A) the transmitter means sends a second non-selective RF pulse to the subject;
(B) applying a second readout magnetic field gradient pulse having two opposite polarity lobes to the subject, directed to the subject in a second direction substantially orthogonal to the first direction; And
(C) the detecting means detects a second MR response signal simultaneously with the application of the second readout magnetic field gradient pulse to the subject;
(D) the calculating means calculates an approximate location in the second direction from the second MR response signal;
5. The method of claim 4, further comprising the step of: (e) subtracting the offset of the location from the approximate location in the second direction to allow localization in the first and second directions. apparatus.
(b)かつ、前記第1及び第2の方向に対して略直交する第3の方向に方向付けられた被検体向けて、2つの反対の極性ローブを持つ第3の読出磁界勾配パルスを被検体に印加し、
(c)前記検出手段は、該第3の読出磁界勾配パルスが被検体に印加されるのと同時に第3のMR応答信号を検出し、
(d)前記計算手段は、該第3のMR応答信号から前記第3の方向に於ける大体の場所を計算し、
(e)かつ、前記第3の方向に於ける大体の場所から前記場所のオフセットを減算して、前記第1乃至第3の方向に於ける局在化が出来る様にする請求項9記載の装置。(A) the transmitter means sends a third non-selective RF pulse to the subject;
(B) subjecting a third readout magnetic field gradient pulse having two opposite polarity lobes to a subject oriented in a third direction substantially orthogonal to the first and second directions; Applied to the specimen,
(C) the detecting means detects a third MR response signal at the same time that the third readout magnetic field gradient pulse is applied to the subject;
(D) the calculating means calculates an approximate location in the third direction from the third MR response signal;
10. The method of claim 9, further comprising: (e) subtracting the location offset from the approximate location in the third direction to enable localization in the first through third directions. apparatus.
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