JP2000237164A - Mri装置 - Google Patents
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- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
が体内に挿入する手術用具が具備するマーカの位置を容
易に認識できるMRI装置を提供する。 【解決手段】 デジタルフィルタにより切り捨てている
周波数帯域47中の共鳴周波数をもつ19Fを含む物質を
マーカ41として用いて、視野の外に出現するマーカの
像42から、マーカの実際の位置を計算して、マーカの
実際の位置をカラー表示する。 【効果】 19Fに専用のRF送受信装置を用意すること
なく、マーカの位置が周囲の臓器に紛れてして表示され
ることがない。
Description
tic Resonance Imaging)装置に
係わり、特に手術中の術者を支援するMRI装置に係わ
る。
で、任意の断層像が得られ、X線被爆がない等の特徴を
生かして、MRIを画像診断だけでなく、生検針のガイ
ドや治療のモニター、内視鏡やカテーテルのガイド等に
応用する試みがインターべンショナルMRIとして注目
されている。インターベンショナルMRI(術中MR
I)では、術者(医師)は、MR画像で手術用具の位置
等を観察しながら手術用具を体内に挿入していく。即
ち、同じサイズの視野をもつMR画像を連続して撮影し
ていき、複数枚のMR画像を順にディスプレイに表示す
ることにより、医師は手術中の体内の様子を把握でき
る。
象(人体)の画像に重ねあわせて表示し、術者に示す技
術はトラッキング技術と呼ばれる。インターベンショナ
ルMRIでは、体内に挿入する手術用具を監視するため
の撮影と、検査対象(人体)の撮影は、ほぼ同時に並行
して行なうことが望ましい。この理由は、体内に挿入す
る手術用具の位置も、手術の進行に伴って時々刻々と変
化していき、同時に検査対象(人体)の位置情報も呼吸
や体動に伴って時々刻々と変化していくためである。従
来技術として、このようにMRIをガイドとして用いる
手術に於いて、体内に挿入する手術用具を監視するため
の撮影と、検査対象(人体)の撮影をほぼ同時に並行し
て行なう方法が提案されている。
号公報)では、体腔内に挿入する核磁気共鳴装置用体腔
内プローブの先端に水素原子核を含んだマーカを設け撮
影する。マーカには水素原子核が含まれているので、マ
ーカの形状を、例えば、十文字のような形にしておき、
検査対象とともに撮影すれば、撮影した画像の中にマー
カの形状が確認でき、体腔内プローブの先端位置を術者
は知ることができる。
9号公報)では、体腔内に挿入する挿入器具の先端に水
素原子核と異なる核種(例えば、19F)を含んだマーカ
を設け、水素原子核撮影用のRF送受信装置に加えて、
水素原子核と異なる核種(例えば、19F)撮影用のRF
送受信装置を用意し、2種類の核種を撮影する。
される方法では、マーカに含まれている水素原子核とほ
ぼ同じ緩和時間を持つ臓器内にマーカが位置する場合、
画像の輝度がほぼ同じになるため、術者がマーカの位
置、形状を認識することが困難であるという問題があっ
た。また、スライス厚を、例えば、10cm程度に厚く
して撮影を行なうと、画像内の臓器等の他の陰影にマー
カが紛れてしまい、術者がマーカの位置、形状を認識す
ることが困難になるという問題があった。
は、水素原子核と異なる核種(例えば、19F)をマーカ
として用いるため、画像内の臓器等の他の陰影にマーカ
が紛れてししまい、術者がマーカの位置、形状を認識す
ることが困難になるという上記の問題は克服できる。し
かし、水素原子核撮影用のRF送受信装置に加えて、も
う1つ別系統のRF送受信装置を用意する必要があるた
め、装置のコストが増大するという問題があった。
たにRF送受信装置を用意することなく、画像内の周囲
の臓器等の陰影にマーカが紛れてしまい、術者がマーカ
の位置、形状を認識できなくなるという従来技術の問題
を克服するMRI装置を提供することにある。
リングされたデータに対して視野の外の周波数領域を切
り捨てるデジタルフィルタリング処理をリサンプリング
処理と呼ぶ。
信号の高速A/D変換、リサンプリング処理等の信号処
理を行なっている周知のデジタルRFシステムに於ける
リサンプリング処理に於いて、デジタルフィルタにより
切り捨てている周波数帯域中の共鳴周波数をもつ物質
(例えば、19F)をマーカとして用い、視野の外に出現
するマーカの像からマーカの実際の位置を計算し、トラ
ッキングに利用する点にある。本発明のMRI装置の特
徴を詳細に説明すると以下の通りである。
れた検査対象に、励起RFパルスと傾斜磁場とを印加す
る手段と、検査対象から生じる核磁気共鳴信号をサンプ
リングする手段と、励起RFパルスと傾斜磁場の印加の
パルスシーケンス制御を行なうシーケンス制御手段と、
サンプリングされた核磁気共鳴信号を演算処理する演算
手段とを、演算処理の結果を表示する表示手段とを具備
し、シーケンス制御手段は、側面又は内部にマーカを具
備する手術用具を検査対象の内部に挿入した状態で、同
じサイズの視野をもつ複数の画像を少なくとも一定期間
連続して撮影するためのパルスシーケンス制御を行な
い、演算手段は、サンプリングされた核磁気共鳴信号の
データに対して、視野の外部の周波数領域の核磁気共鳴
信号のデータを切り捨てるデジタルフィルタリング処理
を行ない、デジタルフィルタリング処理を行なった後の
核磁気共鳴信号のデータに基づいて画像を再構成する画
像再構成を行ない、デジタルフィルタリング処理を行な
う前の核磁気共鳴信号のデータを2次元逆フーリエ変換
して得た画像の視野の外部に出現するマーカを含む画像
から、マーカの検査対象に於ける実際の位置を求める演
算を行ない、求められた実際の位置が、デジタルフィル
タリング処理後の核磁気共鳴信号のデータを2次元逆フ
ーリエ変換した画像に重ねて、複数の画像を連続して表
示手段に表示されるMRI装置であって、デジタルフィ
ルタリング処理により切り捨てている周波数帯域中の核
磁気共鳴周波数をもつ原子核を含む物質をマーカとして
使用する。 上記MRI装置の構成において、手術用具
が手術用カテーテルであること、手術用具が内視鏡であ
ること、手術用具が生検の道具あることに特徴を有し、
マーカがフッ素(19F)を含むこと、演算手段は、デジ
タルフィルタリング処理を行なう前の核磁気共鳴信号の
データを2次元逆フーリエ変換した画像の視野外の領域
で輝度の高いポイントを抽出する演算を行ない、水素原
子核の磁気共鳴周波数とマーカを構成する物質の原子核
の磁気共鳴周波数との差だけ、リードアウト方向に上記
のポイントを平行移動して表示手段に表示するこ、マー
カの位置の実際の位置が表示手段にカラー表示されるこ
とに特徴を有し、更に、マーカを含み直交する2つの断
面を撮影して2つの画像を得て、それぞれの画像からマ
ーカの3次元空間座標の2座標を求めることにより、マ
ーカの3次元空間での位置を特定することにも特徴があ
る。
に於いて、デジタルフィルタにより切り捨てている周波
数帯域中の共鳴周波数をもつ19Fを含む物質をマーカと
して具備する手術用具を体内に挿入して撮影を行ない、
視野の外に出現するマーカの像を検出して、マーカの実
際の位置を計算して、マーカの実際の位置を表示手段に
カラー表示する。この結果、19Fに専用のRF送受信装
置を用意することなく、マーカの位置が周囲の臓器に紛
れてして表示されることがなく、術者は、体内に挿入す
る手術用具が具備するマーカの位置を容易に認識でき
る。
えたMRI装置の構成の一例を示す。MRI装置は、核
磁気共鳴を利用して検査対象の断層像を計測する装置で
ある。図3に於いて、検査対象103は、静磁場を発生
するマグネット101、及び傾斜磁場を発生するコイル
102内に置かれる。傾斜磁場発生コイル102は、互
いに直交するの3軸の傾斜磁場コイルから構成される。
シーケンサ104は傾斜磁場電源105とRFパルス
(高周波磁場)発生器106に命令を送り、傾斜磁場を
傾斜磁場コイル102より発生し、RFパルスをプロー
ブ107より発生する。
力をRFアンプ115により増幅しプローブ107を通
じて検査対象103に印加される。検査対象103から
発生した核磁気共鳴信号はプローブ107により受波さ
れる。プローブ107は検査対象103の内部に挿入さ
れる場合もある。プローブ107により受波された信号
は、受信器108でA/D変換(サンプリング)され、
検波が実行される。検波の基準とする中心周波数(磁気
共鳴周波数)は、シーケンサ104によりセットされ
る。検波された信号は計算機(演算処理手段)109に
送られ、計算機109でリサンプリング処理された後、
画像再構成等の信号処理が実行される。信号処理の結果
はディスプレイ110に表示される。
た信号や測定条件を記憶させることもできる。静磁場均
一度を調整する必要がある時は、シムコイル112を使
う。シムコイル112は複数のチャネルからなり、シム
電源113により電流が供給される。静磁場均一度調整
時には、複数のチャネルの各コイルに流れる電流をシー
ケンサ104により制御する。シーケンサ104はシム
電源113に命令を送り、静磁場不均一を補正するよう
な付加的な磁場をシムコイル112より発生させる。な
お、シーケンサ104は、MRI装置を構成する各部が
プログラムされたタイミング、強度で動作するように制
御を行なう。このプログラムのうち、特にRFパルスの
印加、傾斜磁場の印加、核磁気共鳴信号の受信のタイミ
ングや、RFパルスと傾斜磁場の強度を記述したものは
撮影シーケンスと呼ばれている。
スの具体例を示す。図1に於いて、横軸は時間を、縦軸
はRFパルスや傾斜磁場等の強度を表す。図1に於い
て、スライス方向の傾斜磁場4と同時にRFパルス1を
印加し、所望のスライス内部の原子核を励起する。次
に、リードアウト方向の傾斜磁場2の極性を負から正に
反転させると、エコー(磁気共鳴信号)6が発生する。
エコー6の波形をA/D変換(サンプリング)する。3
は位相エンコード方向の傾斜磁場である。
14.5mT/mで、視野を40cmに設定するとき、
デジタルRFシステムを用いない場合はサンプリングレ
ートを1/(42.5759×0.0145×0.4)
=4マイクロ秒に設定する。視野は、リードアウト傾斜
磁場の強度とサンプリングレートの積に反比例するた
め、サンプリングレートを速くすると、リードアウト方
向の視野は大きくなる。一方、デジタルRFシステムを
用いる場合は、視野と無関係に1マイクロ秒等の十分高
速なレートでサンプリングを行なう。ここで、デジタル
RFシステムのサンプリングレートを1マイクロ秒と
し、リードアウト傾斜磁場の強度が14.5mT/m
で、視野を40cmとする場合を考えると、デジタルR
Fシステムを用いない場合に対して、4倍のポイント数
でサンプリングを行ない、4倍の視野のデータを取得す
ることになる。デジタルRFシステムに於いては、サン
プリング後、メモリに格納されたデータに対してデジタ
ルフィルタリング処理を施し、視野(40cm)の外の
周波数領域を切り捨てるリサンプリング処理を行なう。
場3の強度を一定値だけ変化させながら、位相エンコー
ド方向の画素数と同じ回数だけ繰り返す。この繰り返し
の間隔はTrと呼ばれる。例えば、Tr=20ミリ秒
で、位相エンコード方向の画素数が128の場合、撮影
に要する時間は0.02×128=約2.5秒となる。
位相エンコードの数に等しい個数の得られたエコーのデ
ータにリサンプリング処理を施した後、2次元逆フーリ
エ変換を実行すると、所望のスライスの視野40cmの
2次元像が得られる。以上が、本発明が適用されるデジ
タルRFシステムを備えたMRI装置の構成および撮影
シーケンスの説明である。
0.2TのMRI装置を用い、カテーテルの先端に19F
を含む物質で構成されるマーカを取り付けた実施例につ
いて、以下説明する。マーカはカテーテルの先端付近の
外周側面に接着剤等で取り付ければ良い。0.2Tにお
ける水素原子核の磁気共鳴周波数は約8.52MHz、
19Fの磁気共鳴周波数は約8.02MHzであり、50
0kHz異なっている。ここで、リードアウト傾斜磁場
強度が14.5mT/mとし、視野を40cmに設定す
るとき、デジタルRFシステムを用いない場合はサンプ
リングレートを1/(42.5759×0.0145×
0.4)=4マイクロ秒に設定する。このとき、図4に
示すように、40cmの視野に割り当てられる周波数帯
域は250kHzである。一方、本実施例ではデジタル
RFシステムを用い、デジタルRFシステムのサンプリ
ングレートを1マイクロ秒とする。即ち、デジタルRF
システムを用いない場合に対して、4倍のポイント数サ
ンプリングを行ない、4倍の視野(周波数帯域で1MH
z)のデータを取得する。図4に於いて、横軸はリード
アウト方向、縦軸は位相エンコード方向を示す。
ング後、メモリに格納されたデータに対してデジタルフ
ィルタリング処理を施し、視野46(40cm)の外の
周波数領域47を切り捨てる処理(リサンプリング処
理)を行なう。リサンプリング処理後のデータを2次元
逆フーリエ変換すると視野40cm(周波数帯域250
kHz)の画像が得られる。ここで、リサンプリング処
理前のデータを2次元逆フーリエ変換すると、水素原子
核と19Fの磁気共鳴周波数が500kHz異なっている
ため、リードアウト方向に周波数にして500kHzだ
け平行移動した位置にマーカ41の像42が出現する。
像42が出現する領域47には人体像44が存在しない
ため、背景の輝度は十分暗く、像42を見つけることは
容易であるため、コンピュータによる自動抽出も簡単に
できる。抽出した像42の位置を500kHzだけリー
ドアウト方向に平行移動し、リサンプリング処理後のデ
ータを2次元逆フーリエ変換した画像を、例えば、赤色
等の目立つ色でカラー表示すると、術者は容易にカテー
テル45の先端位置を認識出来る。
用のRF送受信装置を用意することなく、且つ、マーカ
の位置が周囲の臓器に紛れてして表示されることなく、
術者がマーカの位置を容易に認識できるという効果があ
る。
タルフィルタリングにより切り捨てられる視野の外部に
出現し、一方、実空間でマーカの周囲に存在する臓器の
像は視野内に出現し、リサンプリング処理後のデータを
2次元逆フーリエ変換した画像を目立つ色でカラー表示
することから、マーカの像が周囲の臓器の像に紛れてし
て表示されることがない。本実施例の方法を用いれば、
MRI装置本体のハードウェアの仕様変更を行なう必要
は何もなく、デジタルフィルタリングにより情報を捨て
ていた周波数成分の有効活用ができる。
トを示す。図1に示した撮影シーケンスにより撮影を行
ない、核磁気共鳴信号のサンプリングを行ない、データ
を第1のメモリに格納する(処理21−2)。第1のメ
モリに格納されたデータにリサンプリング処理を施して
視野外の周波数領域を切り捨てたデータを第2のメモリ
に格納する(処理21−3)。処理21−2と処理21
−3の2つの処理を、位相エンコード量を変えながら
(処理21−1)、画像の位相エンコード数だけ繰り返
す(処理20)。第1のメモリに格納された2次元デー
タを逆フーリエ変換して得られた画像を第3のメモリに
格納し、第2のメモリに格納された2次元データを逆フ
ーリエ変換して得られた画像を第4のメモリに格納する
(処理22−1、処理23)。第3のメモリに格納され
た画像は4倍の視野(周波数帯域で1MHz)をもつ画
像(以下、4倍視野画像という)である。第4のメモリ
に格納された画像は視野40cm(周波数帯域250k
Hz)の画像である。第3のメモリに格納された4倍視
野画像の中で視野外の領域47から高輝度のポイント4
2を抽出する(処理22−2)。処理22−2で抽出し
た高輝度のポイント42を+500kHzだけリードア
ウト方向に平行移動したポイント41を計算する(処理
22−3)。処理22−3で計算したポイント41を、
第4のメモリに格納した画像に赤色で表示する。
周波数の中心(リードアウト方向での視野中心)48よ
りもdkHzだけ周波数が低いリードアウト方向の位置
に位置する場合、マーカ41の像42は折り返して、4
倍視野画像の右端からdkHz周波数が低いところに平
行移動した位置に出現する。このような場合、像42の
位置からマーカの位置を計算する方法について述べる。
像42の位置から4倍視野画像の右端までの周波数の差
がdkHzのとき、4倍視野画像の左端から(500−
d)kHzだけ平行移動したポイントを計算する。この
場合、リードアウト方向で、4倍視野画像の右端と、周
波数帯域で250kHzの視野の左端とがつながってい
るものと考えると、像42を+500kHzだけ平行移
動したポイントを計算することと等価となる。
行方向に沿って、カテーテル45の外周面上の複数点に
マーカ41(41−1、41−2、…、41−8)を取
り付け、デジタルフィルタリングにより切り捨てられる
領域に出現する複数のマーカの像を抽出し、複数のマー
カの像を+500kHzだけ平行移動し、リサンプリン
グ処理後のデータを2次元フーリエ変換した画像に、赤
色等の目立つ色でカラー表示すると、術者は、容易にカ
テーテルの全体位置を認識出来る。
ーテルを血管の内部に挿入した場合の表示画面を模式的
に示した図であり、血管61の内側にポイント60−
1、60−2、…、60−8がカラー表示されている。
度に厚くした2種類の断面を撮影することにより、マー
カの3次元空間の位置を特定できる。例えば、コロナル
断面を撮影することにより、3次元空間のマーカのx座
標とz座標が求まり、サジタル断面を撮影することによ
り、3次元空間のマーカのy座標とz座標が求まる。即
ち、マーカの3次元空間の位置を特定できる。
たが、上記以外の形態についても同様に、デジタルRF
システムのリサンプリング処理に於いてデジタルフィル
タにより切り捨てている周波数帯域中の共鳴周波数をも
つ原子核を含む物質をマーカとして用い、視野の外に出
現するマーカの像から、マーカの実際の位置を計算する
ことにより、インターベンショナルMRIの術者は、マ
ーカの位置を容易に認識できる。即ち、マーカを構成す
る物質に専用のRF送受信装置を用意することなく、且
つ、マーカの位置が周囲の臓器に紛れてして表示される
ことなく、術者が容易にマーカの位置を認識できるとい
う効果がある。マーカを構成する物質は、デジタルフィ
ルタにより切り捨てている周波数帯域中の共鳴周波数を
もつ原子核を含んでいれば、19F以外の原子核を含む物
質でも良い。また、体内に挿入する手術用具は、カテー
テル以外に、内視鏡、生検針でも良い。内視鏡にマーカ
を取り付ける場合、取り付ける場所は外周の側面に限ら
ず、例えば、図8に示すように、内視鏡の前面に取り付
けても良い。また、カテーテル等の体内に挿入する手術
用具へのマーカの取り付け方としては、体内に挿入する
手術用具を構成する部材の内部にマーカを埋め込んでも
良い。
19Fに専用のRF送受信装置を用意することなく、且
つ、マーカの位置が周囲の臓器と紛れてして表示される
ことなく、術者がマーカの位置を容易に認識できるとい
う効果がある。
示す図。
す。
えたMRI装置の構成の一例を示す図。
のデータをフーリエ変換した画像の例を示す図。
を示す図。
に示す図。
のデータをフーリエ変換した画像の例を示す図。
を示す図。
場、3…位相エンコード方向の傾斜磁場、4…スライス
方向の傾斜磁場、6…エコー、101…静磁場を発生す
るマグネット、102…傾斜磁場を発生するコイル、1
03…検査対象、104…シーケンサ、105…傾斜磁
場電源、106…RFパルス発生器、107…プロー
ブ、115…RFパワーアンプ、108…受信器、10
9…計算機、110…ディスプレイ、111…記憶媒
体、112…シムコイル、113…シム電源。
Claims (8)
- 【請求項1】静磁場空間に置かれた検査対象に、励起R
Fパルスと傾斜磁場とを印加する手段と、前記検査対象
から生じる核磁気共鳴信号をサンプリングする手段と、
前記励起RFパルスと前記傾斜磁場の印加のパルスシー
ケンス制御を行なうシーケンス制御手段と、サンプリン
グされた前記核磁気共鳴信号を演算処理する演算手段
と、演算処理の結果を表示する表示手段とを具備し、前
記シーケンス制御手段は、側面又は内部にマーカを具備
する手術用具を前記検査対象の内部に挿入した状態で、
同じサイズの視野をもつ複数の画像を少なくとも一定期
間連続して撮影するための前記パルスシーケンス制御を
行ない、前記演算手段は、前記サンプリングされた前記
核磁気共鳴信号のデータに対して、前記視野の外部の周
波数領域の前記核磁気共鳴信号のデータを切り捨てるデ
ジタルフィルタリング処理を行ない、前記デジタルフィ
ルタリング処理を行なった後の前記核磁気共鳴信号のデ
ータに基づいて画像を再構成する画像再構成を行ない、
前記デジタルフィルタリング処理を行なう前の前記核磁
気共鳴信号のデータを2次元逆フーリエ変換して得た画
像の視野の外部に出現する前記マーカを含む画像から、
前記マーカの前記検査対象に於ける実際の位置を求める
演算を行ない、求められた前記実際の位置が、前記デジ
タルフィルタリング処理後の前記核磁気共鳴信号のデー
タを2次元逆フーリエ変換した画像に重ねて、前記複数
の画像を連続して前記表示手段に表示されるMRI装置
であって、前記デジタルフィルタリング処理により切り
捨てている周波数帯域中の核磁気共鳴周波数をもつ原子
核を含む物質を前記マーカとして使用することを特徴と
するMRI装置。 - 【請求項2】前記手術用具が手術用カテーテルであるこ
とを特徴とする請求項1に記載のMRI装置。 - 【請求項3】前記手術用具が内視鏡であることを特徴と
する請求項1に記載のMRI装置。 - 【請求項4】前記手術用具が生検の道具あることを特徴
とする請求項1に記載のMRI装置。 - 【請求項5】前記マーカがフッ素(19F)を含むことを
特徴とする請求項1に記載のMRI装置。 - 【請求項6】前記演算手段は、前記デジタルフィルタリ
ング処理を行なう前の前記核磁気共鳴信号のデータを2
次元逆フーリエ変換した画像の視野外の領域で輝度の高
いポイントを抽出する演算を行ない、水素原子核の磁気
共鳴周波数と前記マーカを構成する物質の原子核の磁気
共鳴周波数との差だけ、リードアウト方向に前記ポイン
トを平行移動して前記表示手段に表示することを特徴と
する請求項1に記載のMRI装置。 - 【請求項7】前記マーカの位置の前記実際の位置が、表
示手段にカラー表示されることを特徴とする請求項1に
記載のMRI装置。 - 【請求項8】前記マーカを含み直交する2つの断面を撮
影して2つの画像を得て、それぞれの前記画像から前記
マーカの3次元空間座標の2座標を求めることにより、
前記マーカの3次元空間での位置を特定することを特徴
とする請求項1に記載のMRI装置。
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