DE69317943T2

DE69317943T2 - Diagnostik-Anlage mittels magnetischer Kernresonanz

Info

Publication number: DE69317943T2
Application number: DE69317943T
Authority: DE
Inventors: Koji Fujio; Masakazu Gotanda; Toshihiko Hagiwara; Masaaki Hayashi; Hiroki Hibino; Keiichi Hiyama; Koichi Matsui; Koichi Shimizu; Shuichi Takayama; Takashi Tsukaya; Tatsuya Yamaguchi; Kenji Yoshino
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-06-25
Filing date: 1993-06-24
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: EP0766093A1; EP0576016A1; DE69332985T2; US5402788A; DE69332985D1; DE69317943D1; EP0576016B1; EP0766093B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Diagnostiksystein, in welchem die magnetische Kernresonanzerscheinung benutzt wird, wobei eine Spule, welches ein magnetisches Kernresonanzsignal empfängt, in den menschlichen Körper eingebracht und ein magnetisches Kernresonanzbild erzeugt wird.
Üblicherweise war es allgemein gebräuchlich, bei der Untersuchung und Diagnose einer Oberfläche eines Verdauungsorganes des menschlichen Körpers, insbesondere auf Epidermiskrebs in den Magenwänden oder einer oberen Schicht des Darmkanals, daß der befallene Bereich durch ein Endoskop oder durch Röntgendiagnose erfaßt wurde und Gewebeteile des lebenden Körpers des befallenen Bereiches entnommen wurden und festgestellt wurde, ob Bösartigkit vorlag oder nicht.
Bei solch einem gebräuchlichen Verfahren ergab sich aber, wenn der zu prüfende Bereich ein sehr weiter Bereich wurde, die Schwierigkeit, daß das Ergebnis der Diagnose nicht bestimmt werden konnte und es war ein großer Zeitaufwand nötig, um die Gewebeproben vom lebenden Körper zu entnehmen, wobei der menschliche Körper beschädigt wurde.
In jüngerer Zeit wurde jedoch andererseits ausgiebig von einer nichtverletzenden Diagnosemethode für den menschlichen Körper Gebrauch gemacht, welche eine Kemresonanzerscheinung benützt (wobei die Kernresonanz nachfolgend als "MR" bezeichnet wird. Mit einer Magnetresonanz-Bilderzeugungseinrichtung (wobei die Magnetresonanz-Bilderzeugung nachfolgend als "MRI" bezeichnet wird) wird der menschliche Körper in ein statisches magnetisches Feld gebracht und ein vorbestimmtes hochfrequentes Magnetfeld wird auf den menschlichen Körper zur Einwirkung gebracht, um Kerne mit Spin des Gewebes in der Körperhöhle des menschlichen Körpers anzuregen. MR-Signale mit einer vorbestimmten Frequenz, welche erzeugt werden, bis die angeregten Kerne in die ursprünglichen Positionen zurückkehren, werden detektiert und in einem Rechner verarbeitet, um Vertikalquerschnittsbilder der Körperhöhle des menschlichen Körpers zu erhalten.
Das Querschnittsbild, welches durch die MRI-Einrichung erhalten wird, ist für die Diagnose außerordentlich wirksam, beispielsweise zur Unterscheidung abnormaler Zellen, etwa von Krebs befallener Zellen von normalen Zellen. Es ist bekannt, daß MR-Signale von Krebsgeweben und normalen Geweben mit unterschiedlicher Relaxationszeit erzeugt werden. Es ist daher möglich zu diagnostizieren, ob das lebende Gewebe, das zu untersuchen ist, von Krebs befallen ist oder nicht, indem eine Differenz zwischen den MR-Signalen in ihrer Dichte auf der Basis der Relaxationszeit abgebildet wird.
Feine und genaue Bilder müssen erzeugt werden, um Erkrankungen im Verdauungssystem, beispielsweise einem rohrförmigen Kanal des Verdauungstraktes zu diagnostizieren und insbesondere, um die Tiefen der befallenen Bereiche aufzufinden. Da aber die das MR-Signal empfangene Körperspule bei den herkömmlichen Einrichtungen außerhalb des Patientenkörpers vorgesehen ist, ist es schwierig, feine und genaue Querschnittsbilder von tiefliegenden Bereichen der Eingeweidekanäle des Patienten zu erhalten. Beispielsweise wird bei einem herkömmlichen System eine Oberflächenspule zum Empfang der MR-Signale auf den Bauch eines Patienten gesetzt und empfängt die MR-Signale zur Diagnostizierung der Magenwände. Das Signal-/Rausch-Verhältnis (nachfolgend als das SN-Verhältnis" bezeichnet) ist jedoch zu niedrig, um Bilder zu erhalten, welche für die geforderte Diagnose ausreichen.
Zur Überwindung dieses Problems ist vorgeschlagen worden, ein einführbares Gerät, beispielsweise ein Endoskop oder eine Sonde vorzusehen, welche an dem äußeren Ende eines Einführabschnittes, der in den Körper des Patienten eingeführt wird, mit einer das MR-Signal empfangenden Hochfrequenzspule ausgestattet ist, um MR-Signale zu detektieren, wie in der veröffentlichten geprüften Japanischen Patentanmeldung Nr. 3-5174 und der veröffentlichten nicht geprüften Patentanmeldung Nr. 2-277440 offenbart ist. Bei diesen Geräten empfängt eine in den Körper des Patienten eingeführte Spule MR-Signale und liefert feine und genaue Bilder mit einem guten SN-Verhältnis. Feine und genaue Bilder können also für die Diagnose der Tiefen der befallenen Bereiche röhrenartiger Eingeweide erhalten werden.
Herkömmliche magnetische Kernresonanz-Diagnoseapparate sind aber, wie in Fig. 1 gezeigt, aufgebaut. Im einzelnen bezeichnet die Bezugszahl 1 eine MRI-Einrichtung, welche ein MR-Signal-Meßgerät 2 enthält. Andererseits ist auf der Innenseite des äußeren Endbereiches eines Einführabschnittes 5 eines Endoskops 4, welches in die Körperhöhle eines Patienten eingeführt wird, eine Hochfrequenzspule angeordnet, welche eine MR-Antenne zum Empfang eines MR- Signales ist.
Die Hochfrequenzspule ist über eine Anpassungsschaltung, welche in dem äußeren Endbereich 5 des Endoskops 4 angeordnet ist, an ein Kabel 8 angeschlossen. Die Anpassungsschaltung nimmt eine Anpassung der Impedanz zwischen der Hochfrequenzspule und dem Kabel 8 vor und das Kabel 8 überträgt das MR-Signal, das durch die Hochfrequenzspule empfangen worden ist. Das Kabel 8 ist mit dem MR-Signal- Meßgerät 2 über einen Frontverstärker 9 verbunden und ein Universalanschluß 10 des Endoskops ist mit einer Lichtleistungsquelle 11 verbunden.
In einem solchen herkömmlichen magnetischen Kernresonanz-Diagnosegerät ist die Hochfrequenzspule, die in dem Einführungsabschnitt 5 des Endoskops 4 vorgesehen ist, nicht elektrisch von dem Meßgerät 2 für das magnetische Kernresonanzsignal isoliert. Mit anderen Worten, in dem Endoskop mit der eingebauten Hochfrequenzspule oder -sonde befindet sich der Teil mit der Anpassungsschaltung und dem Kabel 8 in einem elektrisch leitfähigen Zustand.
Wenn in dem herkömmlichen Endoskop 4 oder der Sonde die äußere Hülle des Einführungsabschnittes 5 gebrochen ist und die Hochfrequenzspule 6 und die Schleimhaut des lebenden Körpers sich im leitfähigen Zustand befinden, so besteht die Gefahr, daß ein Ableitungsstrom zu dem Patienten 3 hinfließt.
Es ist aus der US-A-5 050 607 bekannt, eine Antennenspule eines Systems der hier interessierenden allgemeinen Art, die außerhalb des Körpers eines Patienten installiert ist und mit einem Senderkanal verbunden ist, und eine Antennenspule, welche in eine Körperhöhle einführbar ist und mit einer elektrisch isolierenden Umhüllung versehen ist, und welche mit einem Empfängerkanal verbunden ist, vorzusehen, wobei der Senderkanal und der Empfängerkanal voneinander elektrisch nicht scharf getrennt sind.
Weiter offenbart die US-A-4 737 712 ein Patientenüberwachungssystem, bei welchem die Leistung zum Betreiben dieses Überwachungssystems über ein Isolationsmedium auf einen Systembereich übertragen wird, der auf einem schwimmenden Potential gehalten ist und der den zu untersuchenden Patienten enthält, und wobei weiterhin Meßdaten zu einem nicht isolierten Bereich des Systems über Kopplungsmittel übertragen werden, welche eine elektrische Isolation zwischen dem nicht isolierten Bereich und dem isolierten Bereich des Systems ermöglichen. Das Überwachungssystem enthält in seinem isolierten Bereich ein magnetisches Kernresonanz-Meßsystem mit Hochfrequenz-Antennenspulen, welche in Kontakt mit dem Patienten kommen. Mittel zur Unterbrechung von Kurzschlußschleifen in dem Überwachungsund Meßbereich des bekannten Systems im Falle eines Versagens der Isolation der Antennenspulen oder -sonden sind in dem soeben betrachteten bekannten Gerät nicht vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben erwähnten Probleme geschaffen und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein magnetisches Kernresonanz- Diagnosesystem vorzusehen, in welchem die Sicherheit bezüglich eines Patientenleckstromes innerhalb des Systems mit hoher Zuverlässigkeit sichergestellt ist, selbst wenn eine Hochfrequenzspule in einem Einführungsabschnitt angeordnet ist, welcher in eine menschliche Körperhöhle eingeführt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Diagnosesystein, welches von einer magnetischen Kemresonanzerscheinung Gebrauch macht, geschaffen, welches folgendes enthält:
einen äußeren magnetischen Feldgenerator, welcher extern vorgesehen ist, um ein magnetisches Feld in einem lebenden Körper zu erzeugen;
ein Bauteil kleinen Durchmessers, welches in eine Körperhöhle einführbar ist und flexibel ist;
eine Hochfrequenzspule, welche an einem Ende des geringen Durchmesser aufweisenden Bauteils vorgesehen ist, um eine Hochfrequenz auszusenden und zu empfangen; und
ein Meßgerät für ein magnetisches Kernresonanzsignal zum Empfang eines magnetischen Kernresonanzsignales von dem lebenden Körper, sowie Isolationsmittel, welche zwischen der genannten Hochfrequenzspule und dem Meßgerät für das magnetische Kernresonanzsignal vorgesehen sind, um sowohl die Hochfrequenzspule als auch das Meßgerät für das magnetische Kernresonanzsignal in einer Art und Weise zu isolieren, daß das magnetische Kernresonanzsignal zwischen der genannten Hochfrequenzspule und dem Meßgerät für das magnetische Kernresonanzsignal übertragbar ist.
Ein externer Magnetfeldgenerator empfängt ein magnetisches Kernresonanzsignal beispielsweise von einem angeregten Wasserstoffatom durch eine Hochfrequenzspule, welche in dem äußeren Endbereich des Einführungsabschnittes angeordnet ist, der in die Körperhöhle des Patienten eingeführt ist. Das von der Hochfrequenzspule empfangene magnetische Kernresonanzsignal wird zu dem Meßgerät für das magnetische Kernresonanzsignal des externen Magnetfeldgenerators übertragen, welcher durch die Isolationsmittel isoliert ist, und das in dieser Weise empfangene, ausgesendete magnetische Kernresonanzsignal wird durch den externen Magnetfeldgenerator verarbeitet und es kann ein Magnet-Kernresonanz- Bild erzeugt werden.
Gemäß dem diagnostischen System der vorliegenden Erfindung kann die Sicherheit des Patienten bezüglich einer elektrischen Ableitung sichergestellt werden, ohne daß die Qualität des MRI-Bildes verschlechtert wird, und es können extrem feine und genaue MR-Bilddiagnosen bei sicherem Zustand der MR-Diagnosebildung durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung kann vollumfänglicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
Fig. 1 eine schematische bauliche Ansicht eines herkömmlichen MRI-Gerätes ist;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines MRI-Gerätes für ein diagnostisches System gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnittes ist, mit welchem ein Endoskop eingeführt ist, welches ein MRI-Gerät nach Fig. 1 verwendet;
Fig. 4 eine Ansicht eines MRI-Gerätes gemäß einem ande ren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ähnlich demjenigen von Fig. 2 darstellt; und
Fig. 5 eine Ansicht eines MRI-Gerätes gemäß einer Modifikation der vorliegenden Erfindung ähnlich Fig. 2 zeigt.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es sei darauf hingewiesen, daß gleiche Bezugszahlen jeweils gleichen Teilen in allen Figuren zugeordnet sind.
Die Figuren 2 und 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines diagnostischen Systems, welches eine magnetische Kernresonanzerscheinung verwendet. Ein MR-Signalempfänger eines MRI-Gerätes oder ein MR-Signalmeßgerät 2 ist mit einem Eingangsstufenempfänger 9 über Isolationsmittel 12 verbunden. Eine Hochfrequenzspule 6, welche eine MR-Antenne zum Empfang eines MR-Signales darstellt, ist am äußeren Endteil eines Einführungsabschnittes 5 eines Endoskops 4 vorgesehen, das in eine Höhle eines lebenden Körpers 3 eines zu untersuchenden Patienten eingeführt ist. Die Hochfrequenzspule 6 und der Eingangsstufenverstärker 9 sind miteinander über ein Kabel 8 verbunden.
Die Hochfrequenzspule 6 ist mit dem Kabel 8 durch eine Anpassungseinrichtung oder Anpassungsschaltung 7 verbunden. Die Anpassungsschaltung 7 bewirkt eine Impedanzanpassung der Hochfrequenzspule 6 und des Kabels 8. Das Kabel 8 überträgt das MR-Signal, welches von der Hochfrequenzspule 6 empfangen wird. Das Kabel 8 ist mit dem MR-Signal-Meßgerat 2 über den Eingangsverstärker 9 verbunden und ein Universalanschluß 10 des Endoskops 4 ist mit einer Lichtleistungsquelle 11 verbunden.
Die Isolationsmittel 12 werden beispielsweise durch einen Transformator gebildet. Wenn eine Seite, welche mit dem MR-Signal-Meßgerät 2 verbunden ist, die Primärseite ist, und eine Seite, welche mit der Hochfrequenzspule 6 verbunden ist, eine Sekundärseite ist, ist eine zur Stabilisierung dienende Gleichspannungsquelle 13 zur Lieferung einer Vorspannung an den Eingangsstufenverstärker 9, beispielsweise eine Batterie, an welche eine Spannungsstabilisierungsschaltung gelegt ist, mit der Sekundärseite verbunden.
Gemäß dem obigen Aufbau des magnetischen Kernresonanz- Diagnosegerätes empfängt das MRI-Gerät 1 ein MR-Signal, welches beispielsweise von einem Wasserstoffatom aufgrund der Verwendung der Hochfrequenzspule 6 ausgesendet wird, die an dem äußeren Endteil des Einführungsabschnittes 5 des Endoskopes vorgesehen ist, das in die Körperhöhle des lebenden Körpers 3 eines Patienten eingeführt ist.
Das von der Hochfrequenzspule 6 empfangene MR-Signal wird zu dem Kabel 8 übertragen, dessen Impedanz durch die Anpassungsschaltung 7 angepaßt ist und das empfangene MR- Signal wird von dem Eingangsstufenverstärker 9 verstärkt, welcher als Leistungsquelle die Stabilisierungs-Gleichspannungsquelle 13 verwendet.
Das MR-Signal-Meßgerät 2 des MRI-Gerätes 1 ist von der Hochfrequenzspule 6, welche mit dem Kabel 8 verbunden ist, durch Isolationsinittel 12 elektrisch isoliert bzw. getrennt, beispielsweise durch einen Transformator, und das MR-Signal wird zu dem MR-Signal-Meßgerät 2 des MRI-Gerätes 1 übertragen. Das MR-Signal, welches durch das MR-Signal- Meßgerät 2 empfangen, übertragen und isoliert gehandhabt wird, wird von dem MRI-Gerät 1 verarbeitet und es wird ein MR-Signalbild erzeugt.
Gemäß der obigen Ausführungsform ist eine patientenseitige Schaltung aus der Hochfrequenzspule 6, der Anpassungsschaltung 7, und dem Kabel 8 zur Übertragung des Signales gebildet, welche von dem MRI-Gerät 1 isoliert bzw. getrennt sind.
Aufgrund dieser Tatsache ist es möglich, einen Patientenableitungsstrom zu steuern, welcher von dem MRI-Gerät 1 über die Hochfrequenzspule 6 und dem Patienten zur Erde abfließt. Der Ableitungsstrom zu einem Patiententrageteil kann daher so gesteuert werden, daß er niedriger als ein zulässiger Wert ist, der durch die Vorschrift IEC 601-1 definiert ist. Weiter ist es in dem Falle, in dem die Hochfrequenzspule 6 in den lebenden Körper des Patienten eingeführt und die MR-Bilddiagnose durchgeführt wird, möglich, die Sicherheit bezüglich des Patientenableitungsstromes zu gewährleisten.
Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ähnlich der ersten Ausführungsform ist der Eingangsstufenverstärker 9 mit dem Kabel 8 verbunden, welches an die Hochfrequenzspule 6 angeschlossen ist. Der Eingangsstufenverstärker 9 ist mit dem MR-Signal-Meßgerät 2 des MRI-Gerätes 1 über einen Isolationsverstärker 14 verbunden, der als Isolationsmittel bzw. Trennungsmittel zur Isolation bzw. Trennung des Signales und zur Signalverstärkung dient.
In einem Falle, in dem der Isolationsverstärker 14 ein Verstärker ist, der keinen Gleichstrom durchläßt, ist die Stabilisierungsspannungsquelle 13, welche die Spannung für den Eingangsstufenverstärker 9 und den Isolationsverstärker 14 liefert, mit dem Eingangsstufenverstärker 9 und dem Isolationsverstärker 14 in der in Fig. 4 gezeigten Weise verbunden.
In einem Falle, in dem der Isolationsverstärker 14 ein Verstärker ist, der Gleichstrom durchläßt, wird der Gleichstrom, der von der umgebenden Erde getrennt ist, zu dem Eingangsstufenverstärker 9 und dem Isolationsverstärker 14 von dem MRI-Gerät 1 aus zugeführt, so daß keine Verbindung der stabilisierenden Gleichspannungsquelle 13 benötigt wird, wie in einer Modifikation nach Fig. 5 gezeigt ist.
Gemäß dem obigen Aufbau des magnetischen Kernresonanz- Diagnosegerätes wird das MR-Signal durch die Hochfrequenzspule 6 empfangen, welche an dem äußeren Endbereich des Einführungsabschnittes 5 des Endoskopes 4 vorgesehen ist. Das empfangene Signal wird von dem Eingangsstufenverstärker 9 verstärkt und durch den Isolationsverstärker 14 isoliert bzw. getrennt gehalten. Danach wird das Signal in das MR- Signal-Meßgerät 2 des MRI-Gerätes 1 eingegeben.
Aus diesem Grunde kann ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform der Patientenstromkreis, welcher in den Körper des Patienten 3 eingeführt wird, elektrisch isoliert werden oder die Sicherheit des Patienten 3 kann bezüglich des Ableitungsstromes gewährleistet werden. Da ferner das Signal in Isolation und Abtrennung verstärkt werden kann, kann das SN-Verhältnis des Diagnosebildes verbessert werden.

Claims

1. Diagnosesystem, welches von einer magnetischen Kernresonanzerscheinung Gebrauch macht, enthaltend:

einen äußeren Magnetfeldgenerator (1), der extern angeordnet ist, um ein magnetisches Feld in einem lebenden Körper zu erzeugen;

ein Bauteil geringen Durchmessers (5), welches so ausgebildet ist, daß es in eine Körperhöhle einführbar ist und Flexibilität aufweist;

eine Hochfrequenzspule (6), welche an einem Ende des geringen Durchmesser aufweisenden Bauteils (5) angeordnet ist, um eine Hochfrequenz auszusenden und zu empfangen; und

ein Magnet-Kernresonanz-Signalmeßgerät (2) zum Empfang eines magnetischen Kernresonanzsignales von dem lebenden Körper;

dadurch gekennzeichnet, daß

Isolationsmittel (12) zwischen der genannten Hochfrequenzspule (6) und dem Magnet-Kernresonanz-Signalmeßgerät (2) vorgesehen sind, um sowohl die Hochfrequenzspule (6) als auch das Magnet-Kernresonanz-Signalmeßgerät (2) in einer Weise elektrisch zu isolieren, daß das Magnet-Kernresonanz-Signal zwischen der genannten Hochfrequenzspule (6) und dem Magnet-Kernresonanz-Signalmeßgerät (2) übertragbar ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verstärkermittel (9) zur Verstärkung des von der Hochfrequenzspule (6) empfangenen Signales vorgesehen sind.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsmittel einen Hochfrequenzwandler (12) enthalten, der eine mit dem genannten Magnet-Kernresonanz-Signalmeßgerät (2) verbundene erste Wicklung und eine an eine Ausgangsseite der Verstärkermittel (9) angeschlossene und elektrisch von der genannten ersten Wicklung isolierte zweite Wicklung aufweist.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stabilisierungs-Gleichstrom-Leistungsquelle (13) zur Lieferung einer Vorspannung an die genannten Verstärkermittel (9) vorgesehen ist.

5. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Verstärkermittel (9) einen Vorverstärker (9) aufweisen und daß die Isolationsmittel einen Isolationsverstärker (14) enthalten, der zwischen dem Vorverstärker (9) und dem Magnet-Kernresonanz-Meßgerät (2) angeordnet ist.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stabilisierungs-Gleichstrom-Leistungquelle (13) zur Lieferung einer Vorspannung an den genannten Vorverstärker (9) und den genannten Isolationsverstärker (14) vorgesehen ist.

7. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil geringen Durchmessers ein Endoskop (5) ist.