JP2000237161A

JP2000237161A - 磁気共鳴イメージング用マーカー、磁気共鳴イメージング用位置検出器及び磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP2000237161A
Application number: JP11040327A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Hamamura; 良紀濱村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-02-18
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 2000-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】ＭＲ信号増強のオン・オフ制御が可能なマー
カー、ＭＲ装置の観測領域内における位置と方向を容易
に検出可能な検出器及びそのような検出器を用いたＭＲ
Ｉ装置を提供する。【解決手段】ＭＲ信号を発する物質を封入したマーカ
ー２０と、ラーモア周波数で共振する共振回路を構成す
るコイル１２とコンデンサ１４と、共振回路のオン・オ
フを制御するダイオード１６からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴イメージ
ング（以下、ＭＲＩとする。）用マーカー、ＭＲＩ用位
置検出器及びＭＲＩ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より手術中の被検体から断層像を得
ることができるＭＲＩ装置が提案されている。これは、
被検体が入るＭＲＩの磁界の周囲に、術者が被検体にア
クセスするための空間を設けて、手術の進行中に所望の
ＭＲＩ画像を収集することを可能とするものである。

【０００３】また、このようなＭＲＩ装置の磁気シール
ド内で使用可能な超音波診断装置も提案されている。そ
して、各装置が収集する断層画像の相互の位置関係を把
握可能とするため、術者が自由にプローブを操りながら
被検体の断層像を観察可能であり、かつプローブの位置
と方向とを検出可能な検出手段を有する装置が提案され
ている（特開平９−２４０３４）。

【０００４】また、被検体内に挿入されたカテーテル等
の器具の位置を監視するために磁気共鳴信号を用いた追
跡システムも提案されている（特開平６−１４９０
５）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
プローブの位置及び方向を検出可能な検出手段を有する
装置においては、方向検出の機構が単純とは言い難く、
プローブの動きを制限してしまう等の問題点があった。
また、前記の追跡システムにおいては、カテーテル等の
器具の位置のみ検出可能であって、方向は検出できない
という問題点があった。

【０００６】以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、Ｍ
ＲＩ装置の磁気シールド内でプローブ等の器具の位置及
び方向を容易かつ正確に検出可能な検出器を提供するこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次の構成を有する。すなわち、請求項１記
載の磁気共鳴イメージング用マーカーは、磁気共鳴信号
を発生するマーカー物質と、前記物質の発生する磁気共
鳴信号の強度を制御する制御手段と、を具備することを
要旨とする。

【０００８】磁気共鳴信号（以下、ＭＲ信号とする。）
を発生するマーカー物質とは、その物質の原子核を構成
する陽子又は中性子のいずれか少なくとも一方が奇数個
であることにより、原子核が磁気モーメントを有する物
質を言う。前記条件を満たす物資としては、例えば
¹Ｈ、¹⁹Ｆ、²³Ｎａ、³¹Ｐ等が挙げられるが、現在ＭＲ
Ｉにおいて画像化の対象となっているのは、¹Ｈが一般
的である。その理由は、生体中に豊富に含まれ、また感
度が高いため、もっともＭＲ信号を検出し易いためであ
る。

【０００９】ＭＲ信号の強度を制御する手段としは、例
えば、マーカー物質のラーモア周波数で共振する、並列
共振回路、直列共振回路等が挙げられる。かかる共振回
路をオン・オフ制御することにより、ＭＲ信号の強度を
制御することができる。共振回路のオン・オフ制御手段
としては、共振回路に並列にダイオードを接続し、この
ダイオードに順方向に電圧を加えることにより共振回路
をオフ状態とし、逆方向に電圧を加えることにより共振
回路をオン状態とする手段や、ＦＥＴ（fieldeffect tr
ansistor）で構成されたＲＦ（radio frequency）スイ
ッチを駆動してオン・オフ制御する手段などが適用でき
る。

【００１０】請求項１記載のマーカーでは、マーカー物
質が発生するＭＲ信号の強度、及びＭＲＩ装置のＭＲ信
号検出感度を適当に選択することにより、信号増強時の
みＭＲ信号がＭＲＩ装置に検出され、信号非増強時には
ＭＲ信号がＭＲＩ装置に検出されないようにすることが
できる。

【００１１】また、請求項２記載の磁気共鳴イメージン
グ用位置検出器は、請求項１に記載のマーカーを少なく
とも３つ具備することを要旨とする。

【００１２】請求項２記載の検出器は、請求項１記載の
マーカーを少なくとも３つ備えるため、それらマーカー
のいずれか１つについてのみ信号を増強し、増強された
信号のみをＭＲＩ装置で検出することができる。第１の
マーカーのみ検出可能として、第１のマーカーの空間座
標を求め、次に第２のマーカーのみ検出可能として、第
２のマーカーの空間座標を求め、さらに第３のマーカー
のみ検出可能として、第３のマーカーの空間座標を求め
ることにより、３つのマーカーの空間座標を、他のマー
カーの影響を受けることなく、求めることができ、それ
ら３つのマーカーの全てが含まれる唯一の平面を特定す
ることができる。このため、それら３つのマーカーを備
える位置検出器の位置及び方向を、簡易かつ迅速に求め
ることができる。

【００１３】また、請求項３記載の磁気共鳴イメージン
グ用位置検出器は、異なる磁気共鳴信号を発生する少な
くとも３つのマーカーを具備することを要旨とする。

【００１４】磁気モーメントの異なるマーカー物質を使
用する、又はマーカー物質の量を異ならせることによ
り、各マーカーの発生する磁気共鳴信号を異ならせるこ
とができる。

【００１５】請求項３記載の検出器では、各マーカーが
発生する磁気共鳴信号が異なるため、すべてのマーカー
が磁気共鳴信号を発生している状態であっても、各マー
カーの位置を検出することができる。

【００１６】また、請求項４記載の磁気共鳴イメージン
グ装置は、請求項１に記載のマーカー又は請求項２若し
くは３に記載の検出器を具備することを要旨とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明をする。図１は、本発明の第１実施形態
のマーカーの概略を示す図である。

【００１８】マーカー２０は、たとえば直径５ｍｍの球
状の内容積をもつ樹脂容器にオイルなどＭＲ信号を発す
る物質を封入して作成する。マーカー２０のそばにはラ
ーモア周波数で共振する共振回路を設置しマーカー２０
からの信号を強調する。共振回路は、コイル１２とコン
デンサ１４から構成される。ＰＩＮダイオード１６は、
共振回路と並列に接続される。チョークコイル１８は、
高周波電流の流れ込みを阻止している。

【００１９】マーカー２０から発せられるＭＲ信号の強
度を制御することにより、効率良いマーカー検出が可能
となる。これを実現するためにマーカー２０のそばに設
置される共振回路をオン・オフ制御する。ＰＩＮダイオ
ード１６へ加える電圧の向きを切り替えることによっ
て、共振回路をオン・オフ制御できる。具体的には、Ｐ
ＩＮダイオード１６へ順方向の電圧を加えることにより
共振回路をオフとし、ＰＩＮダイオード１６へ逆方向の
電圧を加えることにより共振回路をオンとすることがで
きる。共振回路オフ時にマーカー２０から発せられるＭ
Ｒ信号は、弱い。このためオフ時にはＭＲ信号はＭＲＩ
装置の検出コイル（図示せず）に検出されない。一方、
共振回路オン時は、マーカー２０から発せられるＭＲ信
号は共振によって強められ、ＭＲＩ装置で検出可能とな
る。このように、共振回路のオン・オフを制御し、ＭＲ
信号の強弱を制御することにより、ＭＲＩ装置によるマ
ーカー２０の検出・非検出を制御することができる。

【００２０】超音波（以下、ＵＳとする。）診断装置で
観察しながらバイオプシーを実施する場合を例にとり第
２実施形態を説明する。ＵＳ診断装置で観察しながらバ
イオプシーを実施する場合に、ＭＲＩ装置でもモニター
すると、ＵＳ診断装置でモニターしていない断面をＭＲ
Ｉ装置により画像化できる、という利点がある。

【００２１】図２は、ＭＲＩ装置とＵＳ診断装置の厚さ
方向の観測領域の違いを示す図である。そして、線２は
ＭＲＩ装置による厚さ方向の観測領域、線４はＵＳ診断
装置による厚さ方向の観測領域、１０はＵＳプローブを
示す。同図に示すように、ＭＲＩ装置による観測領域は
線４で囲まれる範囲であり、この観測領域の厚さは任意
に設定できる。一方、ＵＳ診断装置による観測領域は線
２で挟まれる範囲であり、観測領域の厚さを任意に設定
することはできない。このため、ＵＳ診断装置では困難
な断面の厚さ方向の管理が、ＭＲＩ装置を使用すること
により容易にできる、という利点もある。

【００２２】図３は、本発明の第２実施形態の位置検出
器の概略を示す図である。１０はＵＳプローブ、２０は
マーカー、２１はバイオプシー用の針を示す。本実施形
態では、ＵＳプローブ１０にＭＲ信号を発するマーカー
２０を埋設しているが、ＵＳプローブ１０の表面にマー
カー２０を張り付けても良い。ＭＲＩ装置を用いてＵＳ
プローブ１０の位置のみを特定するのであれば、マーカ
ー２０は１つあれば良い。しかし、ＵＳプローブ１０の
向きも特定するためには、マーカー２０は３個所以上必
要となる。マーカー２０が２個以下では、それらマーカ
ー２０を含む面は複数存在してしまうため、ＵＳプロー
ブ１０の向きを特定することができない。しかし、マー
カー２０が３個以上あれば、それらマーカー２０を全て
含む面は１つしか存在し得ないため、ＵＳプローブ１０
の向きを特定することができる。

【００２３】マーカー２０の位置を検出するために、直
交する３方向からのプロジェクションデータを収集す
る。このデータをもとに各マーカー２０の位置を検出
し、ＵＳプローブ１０の向きを特定する。１個のマーカ
ーしか存在しない場合は、直交する３方向から１プロジ
ェクションずつデータを収集すれば、１個のマーカーの
空間座標を検出できる。しかし、複数のマーカーが存在
する場合に、直交する３方向から１プロジェクションず
つデータを収集しても、各マーカーの空間座標を特定す
ることはできない。

【００２４】複数のマーカー２０のそれぞれの空間座標
を検出するには、１個のマーカーの信号のみＭＲＩ装置
により検出され、他のマーカーの信号は検出されないと
いう状況下で、各マーカーについて３方向から１プロジ
ェクションずつデータを収集する必要がある。

【００２５】１個のマーカーの信号のみを強める方法と
しては、各マーカーに図１に示すようなコイル１２、コ
ンデンサ１４からなる共振回路を設け、これをＰＩＮダ
イオード１６等を用いてオン・オフ制御する等の方法が
挙げられる。なお、これらオン・オフ制御可能なマーカ
ーを、以下では能動的マーカーと称する。

【００２６】オン状態のマーカーについて３方向からの
プロジェクションデータを収集し、空間座標を特定す
る。これをマーカー２０の各々について繰り返す。３個
のマーカー２０のそれぞれについて、３方向のプロジェ
クションデータを収集する必要があるため、３個のマー
カー２０の全てについて空間座標を特定するにはプロジ
ェクションデータを９回収集する。しかし、分解能に応
じて３２〜２５６回のデータ収集が必要な画像撮影をし
て空間座標を特定する場合に比べれば十分高速である。

【００２７】なお、１個のマーカーをオフとし、残りの
２個のマーカーをオンとするなど、前記以外の方法も適
用可能である。

【００２８】図４は、マーカーの発する信号を増強した
時又は増強しなかった時に得られるデータ等の概略を示
す図である。Ａはすべてのマーカー２０の信号非増強時
に得られるデータ、Ｂはマーカー２０ａの信号のみ増強
した時に得られるデータ、Ｃはマーカー２０ｂの信号の
み増強したときに得られるデータを示す。

【００２９】同図に示すように、マーカー２０ａの信号
のみ増強した時のデータＢから、全てのマーカーの信号
を増強しない時のデータＡを差し引くと、マーカー２０
ａからの信号だけを得ることができる（Ｂ−Ａ）。同様
にして、マーカー２０ｂの信号のみ増強した時のデータ
Ｃから、全てのマーカーの信号を増強しない時のデータ
Ａを差し引くと、マーカー２０ｂからの信号だけを得る
ことができる（Ｃ−Ａ）。このように被検体からの信号
を消し去ることによって得られる各マーカー２０からの
信号に対し、適当なしきい値を設けると、ひとつのプロ
ジェクションから１次元方向のマーカーの位置（例え
ば、Ｘ軸に対するマーカーのＸ座標）を特定することが
できる。そして、３方向からのプロジェクションデータ
から、３次元空間におけるマーカーの絶対位置を判別す
ることができる。

【００３０】このように、全てのマーカーの信号を増強
しないときのデータを基準データとして使用することに
より、検出の精度は高くなる。

【００３１】図３に示すような、プローブ１０の３個の
マーカー２０のそれぞれの位置から、それらマーカー２
０の全てを含む唯一の面が特定される。３個のマーカー
２０の全てが含まれる面とＵＳプローブ１０の観測面を
予め一致させておけば、３個のマーカー２０の位置か
ら、ＵＳプローブ１０が観測している面を特定すること
できる。ＵＳプローブ１０が観測している面についてＭ
Ｒ撮影する場合は、３個のマーカー２０の全てが含まれ
る面をＭＲＩ装置により撮影すれば良い。また、ＵＳプ
ローブ１０の観測面と直交する面をＭＲＩ装置により撮
影する場合は、３個のマーカー２０の全てが含まれる面
と直交する面をＭＲＩ装置により撮影すれば良い。

【００３２】図５は、ＵＳ診断装置とＭＲＩ装置とで同
一断面を撮影した場合の概要を示す図である。両装置で
同一断面を撮影している間は、ＭＲＩ画像には所定の個
数だけマーカー２０が写っている。そして、各マーカー
２０の３次元空間における絶対位置もＭＲＩ装置により
検出できる。

【００３３】リアルタイムにＭＲＩ撮影を続けている
間、ＭＲＩ装置は所定の位置にマーカー２０があること
を監視し続ける。ＵＳプローブ１０を動かしたことによ
り、マーカー２０がＭＲＩのモニター画面の外へ出てし
まったときには、再度３つのマーカー２０のそれぞれに
対し３方向からプロジェクションを実施し、３つのマー
カー２０の絶対位置を検出する。

【００３４】この際、マーカー２０は、もとあった位置
から大きくはずれていないという知識を利用できるの
で、捜索範囲は狭く、短時間に精度よく検出できる。な
お、便宜上、プローブ１０を点線で図示したが、実際に
はプローブ１０はＭＲＩモニター画面には写らない。

【００３５】マーカー２０のそばに配されるコイル１２
は、マーカー２０の発するＭＲ信号を増強する機能のみ
ならず、マーカー２０の発するＭＲ信号を検出する機能
を有しても良い。この場合には、マーカー２０の発する
信号を検出するコイル１２及び被検体の発する信号を検
出するコイル（図示せず）は、アレイコイルとしても良
いし、スイッチャブルコイルとしても良い。

【００３６】次に、図３に基づいて第３実施形態を説明
する。また、第２実施形態と同じくＵＳプローブにマー
カーを配置した位置検出器を例に述べる。マーカー２０
は、第２実施形態と同様に、たとえば直径５ｍｍの球状
の内容積をもつ樹脂容器にオイルなどＭＲ信号を発する
物質を封入して作成する。

【００３７】本実施形態では、各マーカー２０は、異な
る磁気共鳴信号を発生するものとする。具体的には、磁
気モーメントの異なるマーカー物質を使用する、マーカ
ー２０内のマーカー物質の量を異ならせる等により、各
マーカー２０の発生する磁気共鳴信号を異ならせる。

【００３８】各マーカー２０が発生する磁気共鳴信号が
異なるため、すべてのマーカー２０が磁気共鳴信号を発
生している状況下であっても、各マーカー２０の位置を
検出することができる。従って、検出対象であるか否か
に応じて、マーカーから発せられるＭＲ信号をＭＲＩ装
置で検出可能な強度にまで増強したり、しなかったりと
いう切り替えをする必要がない。このため、図１に示す
ダイオード１６やチョークコイル１８等が不要となり、
位置検出器は簡略化される。

【００３９】また、マーカー２０内にＭＲＩ装置により
検出可能な強度の信号を発するに充分な量のマーカー物
質を封入すれば、マーカー２０の信号強度を増強する手
段も必須ではない。このため、図１に示すコイル１２や
コンデンサ１４により構成される共振回路等も必須では
なくなり、位置検出器はより一層簡略化される。

【００４０】各マーカー２０のＭＲ信号強度が異なるの
で、一組（３方向）のプロジェクションデータから、３
個のマーカーの位置を検出することができる。つまり、
各マーカー毎に３方向のプロジェクションを必要とする
第２実施形態に比し、プロジェクション数が少なくて済
む。

【００４１】また、低速ではあるが、プロジェクション
より確実な方法は、プローブを含む空間で、２Ｄ（２次
元）マルチスライスか３Ｄ（３次元）の画像を撮影する
ことである。また、各マーカーが発するＭＲ信号の違い
が強調されるように、励起用高周波パルスのパルスシー
ケンスを選択することが好ましい。例えば、マーカー２
０ａのスピン縦緩和時間Ｔ₁ａが短く、マーカー２０ｂ
のスピン縦緩和時間Ｔ₁ｂが長い場合は、Ｔ₁ａよりわず
かに長くかつＴ₁ｂよりかなり短い周期で励起用高周波
パルスを照射することにより、マーカー２０ａについて
は縦緩和が観測できるが、マーカー２０ｂについては縦
緩和が観測されないという状態にしうる。

【００４２】なお、マーカーの写っている画像、例えば
Maximum Intensity Projection画像（以下、ＭＩＰ画像
とする。）をモニター画面に表示し、オペレータがマー
カーと判断した画像上の各位置をマウスを用いてクリッ
クし、その情報からマーカーの位置を特定しても良い。
マーカーが３個存在する場合は、３カ所クリックするこ
とになる。この際、３方向からのＭＩＰ画像をオペレー
タへ提示しても良いが、オペレータの入力は１方向の画
像についてのみ行えば十分で、奥行き方向の位置は自動
判別するようにすることもできる。

【００４３】以上、ＵＳプローブによるバイオプシーを
例にとって、本発明の実施形態を説明した。しかし、本
発明は、普通の超音波プローブ、体腔内ＵＳプローブ、
内視鏡、超音波結石破砕装置、超音波ホットナイフ、外
科用器具など、様々な物の位置と向きを検出することに
使用できる。

【００４４】また、第３実施形態においては、制御回路
のみならず、共振回路を設置しなくても良い。従って、
第２実施形態に比し、小型化することが可能である。こ
のため、内視鏡や体腔内ＵＳプローブなど体腔内に挿入
するためにスペースが限られる装置に対して特に有効で
ある。

【００４５】

【発明の効果】マーカーの発するＭＲ信号の強度を制御
することにより、所望のマーカーのみを検出可能とする
ことができる。

【００４６】また、３次元空間における各マーカーの位
置を検出することにより、それらマーカーを配置された
器具の位置と向きを容易に特定することができる。

【００４７】さらに、能動的なマーカーを用いれば、前
記のようにクリアな信号を受信でき、一方、受動的なマ
ーカーを用いた場合は、小さな器具についても位置と向
きを容易に特定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るマーカーを示す
図。

【図２】ＵＳ診断装置とＭＲＩ装置の厚さ方向の観測領
域の違いを示す図。

【図３】本発明の第２、３実施形態に係る位置検出器を
示す図。

【図４】マーカーの発する信号を増強した時又は増強し
なかった時に得られるデータ等の概略を示す図

【図５】ＵＳ診断装置とＭＲＩ装置とで同一断面を撮影
した場合の概要を示す図。

【符号の説明】

１０ＵＳプローブ１２コイル１４コンデンサ１６ダイオード１８チョークコイル２０マーカー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気共鳴信号を発生するマーカー物質
と、前記物質の発生する磁気共鳴信号の強度を制御する制御
手段と、を具備することを特徴とする磁気共鳴イメージング用マ
ーカー。
【請求項２】請求項１に記載のマーカーを少なくとも
３つ具備することを特徴とする磁気共鳴イメージング用
位置検出器。
【請求項３】異なる磁気共鳴信号を発生する少なくと
も３つのマーカーを具備することを特徴とする磁気共鳴
イメージング用位置検出器。
【請求項４】請求項１に記載のマーカー又は請求項２
若しくは３に記載の検出器を具備することを特徴とする
磁気共鳴イメージング装置。