JP2002528214A - 対象検査装置 - Google Patents

対象検査装置

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JP2002528214A
JP2002528214A JP2000579121A JP2000579121A JP2002528214A JP 2002528214 A JP2002528214 A JP 2002528214A JP 2000579121 A JP2000579121 A JP 2000579121A JP 2000579121 A JP2000579121 A JP 2000579121A JP 2002528214 A JP2002528214 A JP 2002528214A
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ヨエンスー ライモ
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ヨエンスー ライモ
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/285—Invasive instruments, e.g. catheters or biopsy needles, specially adapted for tracking, guiding or visualization by NMR

Abstract

(57)【要約】 例えば、生検針（ＢＮ）、カテーテル、放射線療法用放射性カプセルなどの対象検査用作業器具。器具は、ＮＭＲ活性原子核を有するマーカー（１）とこのマーカーとの相互作用で動的核偏極（ＤＮＰ）を用いていわゆる飽和エネルギーである外部エネルギーでその電子スピン系を飽和させた結果としてＮＭＲ信号を強調させる強調材とを含み、磁気画像化法などの核磁気共鳴（ＮＭＲ）方法で検出可能に構成された能動要素（ＡＣＴ）を備えている。作業器具はマーカー容器（２）と強調材内に飽和エネルギーを移送する移送路（ＴＬ）を備えている。マーカー（１）は金属箔（３）に包まれており、移送路（ＴＬ）とマーカー容器（２）との間の境界面（７）はテーパ状に形成されている。移送路（ＴＬ）には、マーカー容器（２）内部のかなりの距離にわたって容器（２）内に延びる内部導体（４）が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、例えば、人体などの対象の検査に関し、あるいは治療処置の同時案
内に関する。
【０００２】 医学分野では、既に１０年以上の間、核磁気共鳴現象（ＮＭＲ）が磁気共鳴画
像化法（ＭＲＩ）に対して応用されている。様々な共鳴画像化装置の構成と様々
な技術の利用法が多数の本の中で取り扱われており、最新の研究結果がその分野
専門に焦点を当てたいくつかの科学雑誌の中で現在公表されている。
【０００３】 全ての磁気画像化装置に共通する特徴は、磁石により形成される定常磁場Ｂ０
の中でその多くが患者である画像化対象の位置を識別することである。このこと
に加え、磁場は、特殊な勾配磁場コイルにより発生する線形磁場変化、すなわち
、勾配を受ける。磁気画像化装置には、それぞれｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向
の磁場変化を示す３つの勾配Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚが設けられている。これら勾配は
、画像化対象の磁気共鳴材料、最も一般的にはプロトンからの位置情報を共鳴を
周波数変調することによって符号化するために使用される。磁気画像化用の信号
は、共鳴を励起し受信機として機能する高周波（ＲＦ）コイルによって生成され
る。この信号をその周波数の量について分析（フーリエ変換）することによって
、検査方向の信号分布が測定される。文献には、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の
勾配によって発生するＮＭＲ信号の符号化に全て基づく特別な撮像シーケンスを
利用して２次元または３次元の画像を生成するために上記基本技術を適用する様
々な方法が開示されている。
【０００４】 開放形磁気画像化装置は、患者を画像化している間に、例えば、生体組織検査
などの処置を実行できるようにする。脳腫瘍、オステオペシリア、軟組織変態、
肝腫瘍などの一定の対象を磁気画像で最良に識別できるので、その処置を磁気画
像の案内で最も精確に施すことができるようになる。しかしながら、これには、
処置時に作業器具の組織内での位置を高い精度で認識することが必要になる。
【０００５】 公知の作業器具として、ロングモア(Longmore)による米国特許４，８２７，９
３１号の引例に開示された作業器具があり、このものは、全体または一部が通常
の磁気画像で視認できる材料から形成されている。また、公知の方法として、ア
ール・ウェルン(Werne R)による国際特許公開番号ＷＯ９８／２２０２２の引例
、アール・ウェルン(Werne R)による米国特許５，７８２，７６４号の引例、エ
ー・ラトナー(Ratner A)による米国特許４，９８９，６０８号の引例、エー・ラ
トナー (Ratner A)による米国特許５，１５４，１７９号の引例に開示された方
法があり、これらの方法では、作業器具は、作業器具と組織との間にコントラス
トの違いを作り出すために、組織の緩和時間と異なる緩和時間を有する容器内部
かあるいはＮＭＲ活性物質とともに設けられている。これらの方法の特徴は、こ
れらの器具が発するＮＭＲ信号を強調するのではなく、その視認の度合いをＮＭ
Ｒ信号を発する高密度（例えば、水）の原子核かあるいは組織の緩和時間と異な
る緩和時間のみに依拠していることである。したがって、組織内での上記の器具
の視認性は弱く、非常に細いスライスを使用するか、あるいは周辺組織がほんの
わずかな信号しか発しないような撮像シーケンスを選択することによって画像処
理を行うことを必要とする。画像化の際に広いスライスを使用することは、例え
ば、湾曲した血管内の器具の進行を監視する場合や、一般に細い針などの柔軟な
道具を使用する場合に望ましい。処置を監視するという点からは、周辺組織を器
具と同時に視認できるようにするために、組織から充分な信号を得ることが好ま
しい。公知のものとしては、イー・コスマン(Cosman E)による米国特許４，６１
８，９７８号の引例に記載されているような、組織内の対象の位置が測定可能な
対象外定位固定枠がある。また、ピー・ミューラー(Mueller P) 他の、ラジオロ
ジー(Radiology)誌１６１（１９８６）６０５〜６０９ページ、「ＭＲ案内吸引
生検：針の構成と臨床実験」や、アール・ラフキン(Lufkin R)他の、ジャーナル
・オブ・コンピュータアシステッド・トモグラフィ(Journal of Computer Assis
ted Tomography)誌６（１９８８）１０８８〜１０８９ページ、「ＭＲ生体接触
走性：ＭＲ案内生体組織検査支援」や、イー・ファン・ソネンバーグ(van Sonne
nberg E)他の、ＡＪＲ誌１５１（１９８８）８１５〜８１７ページ、「ＭＲ案内
生体組織検査および排流用ワイヤ外装装置」や、 アール・ラフキン(Lufkin R)
、エル・テレージ(Teresi L)、エル・チウ(Chiu L)、ダブリュ・ハナーフィー(H
anafee W)の、ＡＪＲ誌１５１（１９８８）１９３〜１９６ページ、「ＭＲ案内
針配置技術」や、シー・ベイカー(Bakker C)、アール・フーゲフェーン(Hoogeve
en R)、ジェイ・ウェーバー(Weber J)他の、「電位差高速走査技術を利用したＭ
Ｒ案内血管介入用専用カテーテルの視覚化」や、アール・コーディントン(Cordi
ngton R)の米国特許４，５７２，１９８号、マグネティックレゾナンス・イン・
メディシン(Magnetic Resonance in Medicine)誌３６（１９９６）８１６〜８２
０ページや、エー・グロウィンスキー(Glowinski A)、ジー・アダム(Adam G)、
エー・ベッカー(Bucker A)他の、マグネティックレゾナンス・イン・メディシン
(Magnetic Resonance in Medicine)誌３８（１９７７）２５３〜２５８ページ
、「局所誘発能動制御磁場不均一性を利用したカテーテル視覚化」などの引例に
開示された作業器具を使用することも公知である。これらの技術は、作業器具と
その直近の領域からの画像信号を弱めるものである。さらに、アール・ウェルン
(Werne R)による米国特許５，７４４，９５８号の引例に記載の、導体箔を取り
付けた器具も公知である。この器具は、それ自身がＮＭＲ周波数信号源を備えて
いるのではなく、また、箔がＮＭＲ周波数信号を透過させるのでもなく、その視
認度が器具近傍で信号を発した周辺組織の歪に基づいており、歪の強度は箔の厚
みによって調整される。上記作業器具が発する位置情報は、通常、信号の損失の
形で感知されるが、正のコントラストであるほうが望ましい。
【０００６】 シー・デュムラン(Dumoulin C)による米国特許５，４１９，３２５号の引例に
よれば、器具に外部からのＲＦ励起に対する防護用のファラデーシールドを取り
付けることは公知である。アイ・ヤング(Young I)による米国特許５，４０９，
００３号の引例に開示の方法も公知であり、この方法では、画像信号を発する原
子核が器具表面の近傍で制約された運動を行い、拡散に起因する信号強度の変化
を起こさない。ディー・イェイツ(Yates D)による米国特許５，１８８，１１１
号の引例は、組織内でしなやかに形を変え、その端部に追跡動作可能なセンサを
取り付けた器具を想定している。
【０００７】 デュムラン(Dumoulin)他による米国特許５，２７１，４００号、デュムラン(D
umoulin)他による米国特許５，３０７，８０８号、デュムラン(Dumoulin)他によ
る米国特許５，３１８，０２５号、ソーザ(Souza)他による米国特許５，３５３
，７９５号、ディーエー・リューン(Leung DA)他のＡＪＲ誌１６４（１９９５）
１２６５〜１２７０ページ、「血管内ＭＲ追跡カテーテル」などの引例に記載の
方法も公知であり、これらの方法では、磁気画像化に適用された画像化方法によ
りその位置が検出される１つ以上の小型ＲＦコイルが作業器具に取り付けられて
いる。さらに、ダロー(Darrow)他米国特許５，４４５，１５１号、デュムラン(D
umoulin)他米国特許５，４４７，１５６号などの引例には、上記技術の応用例と
して、血管の画像化と循環に伴うパラメータの測定とが記載されている。アイ・
ヤング(Young I)による米国特許５，３０３，７０７号には、器具に小型の勾配
磁場コイルを取り付ける方法が開示されている。また、オー・オカリ(Ocali O)
他の、マグネティックレゾナンス・イン・メディシン (Magnetic Resonance in
Medicine)誌３７（１９９７）１１２〜１１８ページ、「ループなしカテーテル
アンテナを利用した血管内磁気共鳴画像化法」の引例に記載の方法も公知であり
、この方法では、カテーテルがＮＭＲ周波数アンテナとして機能し、アンテナの
直近から組織の信号を収集する。エス・シルバーマン(Silverman S)他、ラジオ
ロジー(Radiology)誌１９７（１９９５）１７５〜１８１ページ、「開放形ＭＲ
画像化システムにおける対話型ＭＲ案内生体組織検査」およびピー・レーマー(R
oemer P)他米国特許５，３６５，９２７号の引例に記載の方法も公知であり、こ
の方法では、作業器具の位置確定をその心軸部分に取り付けた小型送信機の位置
を検出することに拠っている。エル・カウフマン(Kaufman L)の米国特許５，１
５５，４３５号の引例には、別の公知の方法が記載されており、この方法では、
作業器具の位置を予め得られた解剖画像の上に投影させる。上記の方法は、対象
の解剖学的構造の画像化が作業器具の位置を測定するための方法以外の方法で行
われるため、動きだけでなく、磁場や勾配磁場の不均一性も感知してしまう。ケ
ー・ゴールマン(Golman K)、アイ・ロインバッハ(Leunbach I)、アドレンケア−
ラーセン(Adrenkjaer-Larsen)他によるアクタ・ラジオロジカ(Acta Radiologica
)誌３９（１９９７）１０〜１７ページ、「オーバーハウザー強調ＭＲ画像化（
ＯＭＲＩ）」の引例に開示された方法も公知であり、この方法では、血液循環ま
たは組織にコントラスト媒体またはマーカーを注入することにより、発信信号が
動的核偏極を利用して強調される。アール・セッポネン(Sepponen R)による米国
特許５，２１１，１６６号の引例には、作業器具内に配置されたマーカーサンプ
ルが発するＮＭＲ周波数信号が動的核偏極により強調される原理が記載されてい
る。また、アール・セッポネン(Sepponen R)による米国特許５，２１８，９６４
号の引例に開示され、同じ原理に基づく定位固定枠も公知である。公知の方法は
、アール・ヨエンスー(Joensuu R)、アール・セッポネン(Sepponen R) 、シー−
ジー・スタンダートスギョル−ノルデンスタム(Standertskjold-Nordenstam C-G
)によるアクタ・ラジオロジカ(Acta Radiologica)誌３８（１９９７）４３〜４
６ページ、「介入ＭＲ画像化：オーバーハウザーマーカー強調（ＯＭＥＮ）技術
の実効可能性の実証」の引例や、アール・ヨエンスー(Joensuu R)、アール・セ
ッポネン(Sepponen R) 、エー・ラミネン(Lamminen A)、エス・サボライネン(Sa
volainen S)、シー−ジー・スタンダートスギョル−ノルデンスタム(Standertsk
jold-Nordenstam C-G)によるマグネティックレゾナンス・イン・メディシン (Ma
gnetic Resonance in Medicine)誌４０（６）（１９９８）９１４〜９２１ペー
ジ、「介入装置の高精度ＭＲ追跡：オーバーハウザーマーカー強調（ＯＭＥＮ）
技術」にも記載されている。これらの方法では、動的核偏極を利用して、作業器
具内に配置され周辺環境に電磁気的に開放されたマーカーサンプルが発するＮＭ
Ｒ周波数信号を強調する。
【０００８】 動的核偏極（ＤＮＰ）は磁気二重共鳴方法であり、したがって、２つの別個の
スピンの集まりを必要とする。そのようなスピンの集まりは、例えば、電子やプ
ロトンのスピンによって構成される。ＤＮＰでは、以後強調材と称する常磁性材
料が電子スピン共鳴（ＥＳＲ）の遷移源として機能し、それは、例えば水などの
ＮＭＲ信号発信媒体とのほぼ混ざり合った形での相互作用である。以後コントラ
スト媒体あるいはマーカーと称するこの混合物もしくは配合物は、強調材のＥＳ
Ｒ遷移の一部あるいは全てを励起することを考慮して選択された周波数と振幅を
有する第１の電磁波（これは一般にマイクロ波帯域の周波数であり、したがって
、そのような電磁波を以後マイクロ波と称する）に曝される。磁気画像を作成す
るために、対象は、原子核を撮像する際に核スピン遷移を励起することを考慮し
て選択された周波数を有する第２の電磁波に曝される。その結果、マーカー含有
対象の磁気画像を向上させ、その画像の信号強度を１００以上の因数で強調させ
ることができる。
【０００９】 利用可能な動的核偏極および強調材は、例えば、アムステルダムのエルゼビア
・パブリッシング・カンパニー(Elsevier Publishing Company)刊、ジェイ・ポ
テンツァ(Potenza J.)著「分子緩和プロセスの進歩４」（１９７２）、２２９〜
３５４ページの「動的核偏極の測定と応用」、アイ・ロインバッハ(Leunbach I)
による米国特許５，３１４，６８１号、エス・アンデルソン(Andersson S.)他に
よる米国特許５，５３０，１４０号、ケー・ゴールマン(Golman K) による米国
特許５，４３５，９９１号、ケー・ゴールマン(Golman K) による米国特許５，
４３５，９９１号などの引例で取り扱われている。
【００１０】 アイ・ロインバッハ(Leunbach I)の米国特許４，９８４，５７３号およびアイ
・ロインバッハ(Leunbach I)の米国特許５，２０３，３３２号には、ＤＮＰ適合
磁気画像化装置が開示されており、ジー・エーンホルム(Ehnholm G)の米国特許
５，１８４，０７６号には、ＤＮＰ適合撮像コイル構成が開示されている。ジー
・マシエル(Maciel G)およびエム・デイヴィス(Davis M)による、ジャーナル・
オブ・マグネティックレゾナンス(Journal of Magnetic Resonance)誌６４（１
９８５）３５６〜３６０ページ、「動的核偏極を介した固体内常磁性中心のＮＭ
Ｒ画像化」の引例には、ＤＮＰ法とＭＲＩ法を組み合わせることにより常磁性成
分のマッピングに適した方法が記載されている。ルーリー(Lurie)他による米国
特許４，８９１，５９３号の引例には、常磁性成分のマッピングが適用例として
示されている。ケー・エッチンガー(Ettinger K)の米国特許４，７１９，４２５
号の引例には、適用例として、常磁性成分の量と大脳神経細胞の活動とのマッピ
ングが開示されている。ディー・ルーリー(Lurie D)、ディー・バッセル(Bussel
D)、エル・ベル(Bell L)、ジェイ・マラード(Mallard J)による、ジャーナル・
オブ・マグネティックレゾナンス(Journal of Magnetic Resonance)誌７６（１
９８８）３６６〜３７０ページ、「遊離基溶液のプロトン−電子二重磁気共鳴画
像化」の引例には、適用可能例として、遊離基群、酸化窒素基および酸化度のマ
ッピングが開示されている。
【００１１】 ＤＮＰによって得られる基本的な利点は、対象のＮＭＲ信号ＳＮ比を大幅に向
上できることである。このおかげで、マーカー含有対象のサイズを大幅に小さく
でき、それにもかかわらず、例えば周辺組織よりも対象の磁気画像の視認度が向
上する。
【００１２】 しかしながら、ＤＮＰには限界がある。ＥＳＲの共鳴線はかなりの幅を有して
いるので、マーカーを飽和状態にするには大きな電力を使用する必要があり、そ
のような大電力は、現在の技術では、高価な電力増幅器を使用しない限り作り出
せない。もう一つの問題は、マイクロ波が対象を昇温させる傾向があることであ
る。すなわち、対象が所定の大きさと形状を有し、所定の画像化能力がある場合
に、対象に吸収される電力Ｐaはマイクロ波の振幅Ａmの二乗と周波数ｆmの二乗
に正比例する。したがって、 Ｐa＝ｋ0ｆm 2Ａm 2Ｄm （１） 但し、ｋ0は定数、Ｄmは組織内に吸収された結果組織に損傷（過熱）を及ぼすマ
イクロ波の活性期間である。
【００１３】 電磁波と生体組織との間の相互作用は、例えば、ピー・ロシュマン(Roschmann
P)による、メディカルフィジックス(Medical Physics)誌１４（６）（１９８７
）９２２〜９３１ページ、「人体の高周波透過および吸収：強磁場全身核磁気共
鳴画像化法に対する制限」の引例で取り扱われている。
【００１４】 実際には、様々な組織に対するカテーテル、外科手術用具、生検針あるいは放
射線療法の電荷、すなわち、総括的に言うところの作業器具の追跡はできる限り
高い精度で実施されなけらばならない。以後、常時注目する器具の位置を作業位
置と称する。これには、上記器具またはその一部と作業位置の組織との間を画像
化する際に高いコントラストと良好なＳＮ比を実現することが必要となる。さら
に、作業器具は、作業位置に案内される必要があることにとどまらず、組織を傷
つけないようにしなければならない。さらにまた、作業器具は、あらゆる条件下
で動作信頼性があり、洗浄しやすく、使用しやすいことが必要であるとともに、
価格の面で魅力があることが好ましい。
【００１５】 本発明の目的は請求項１または請求項２に基づいて実現される。
【００１６】 好ましい実施形態は従属請求項に記載されている。
【００１７】 ここで、本発明を添付の図面に基づいてさらに詳細に説明する。
【００１８】 図１において、検査される患者またはその他の対象は磁石Ｍとそこに電流を供
給する電源によって生成された極性化している磁場Ｂ0内に置かれ、その結果、
対象は核磁化と電子のスピンにより生成される磁化とを発生する。また、対象Ｐ
は勾配磁場コイルアッセンブリＧＣに取り囲まれており、それにより生成される
勾配磁場の強度は勾配電源Ｇを介してＮＭＲ分光計ＮＭＲＳにより制御される。
また、ＮＭＲＳは作業器具ＢＮの一部分の近傍に存在する物質の電子スピン系を
飽和させるエネルギー（飽和エネルギー）を生成する高周波送信器ＥＳＲＥも制
御する。ＮＭＲＳは、アンテナ装置Ａを用いてＮＭＲ信号を生成して必要な処置
のためにそれを受信するとともにその信号を格納し処理するのに必要な高周波用
構成要素を備えている。最終的な撮像結果はディスプレイＤ上で表示される。
【００１９】 ＮＭＲ検査装置は、磁場Ｂ0を発生させるのに必要な磁石（抵抗磁石、永久磁
石または超電導磁石、あるいは地球磁場）と、ＮＭＲ分光計と、アンテナ装置を
備えている。上記に加えて、磁気画像化装置は、勾配磁場コイルアッセンブリと
、制御可能な電源と、画像再構成手段と、画像表示手段を備えている。
【００２０】 図２は作業器具をその動作と図に示すように筒状に形成可能な構成に関してよ
り詳細に示すものである。図２（ａ）において、作業器具は筒体Ｃの内側にマイ
クロ波要素を有しており、マイクロ波要素は筒体の外側にそのマーカー含有部Ａ
ＣＴを有している。軟組織内の対象へ作業器具を案内するのは、この状態のマイ
クロ波要素を用いて行う。さらに、図２（ｂ）では、マイクロ波要素のマーカー
含有部ＡＣＴは筒体Ｃの内側に位置している。本発明の作業器具において、この
状態は、器具を例えば骨などの硬組織Ｈに押し付けた時に自動的に起こる。マー
カー含有部は、硬組織に対する押圧が終了するとすぐに筒体の外側に復帰する。
図２（ｃ）において、作業器具はそのマイクロ波部分を筒体Ｃ内から完全に突出
させており、筒体には吸入口Ｓが取り付けられている。組織サンプルの採取は、
このようにして作業器具の筒体要素を資料採取針として利用することにより行う
ことができる。
【００２１】 図３は作業器具ＢＮのマイクロ波要素をその構成に関してより詳細に示すもの
である。図３において、マーカー含有部ＡＣＴはテーパ状に形成された一端を有
しており、そのテーパ形成は移送路ＴＬのさや５の内部の一部または全体になさ
れている。このテーパ形状７は、移送路絶縁体６、マーカー１およびマーカー容
器２の様々な特性が引き起こす飽和電力の反射損をできるだけ少なくするために
利用される。また、移送路ＴＬのさや５は作業器具ＢＮの能動要素ＡＣＴを機械
的に支持する。移送路ＴＬはその内部導体４をマーカー容器２内部のマーカー１
内まで延出させており、飽和電力が内部導体４によって移送路からマーカー内に
進行するようになっている。また、この構成において、内部導体４はマーカー１
から移送路ＴＬに熱を伝導する冷却要素としても機能し、それにより、能動要素
ＡＣＴの発熱を防止する。マーカー容器２は断熱性の材料から形成されており、
マーカー１は移送路さや５と電気的および熱的に接触する金属層３にさらに包ま
れている。したがって、マーカーで発生する熱は、例えば組織によって構成され
る能動要素の周辺物に伝導や放射によって伝わることはない。また、金属層３は
、マーカー容器２の内側面に配置することもできるし、図３に示すようにマーカ
ー容器２の上に配置することもできるが、例えばプラスチック膜などのさらに別
の断熱層で覆われていてもよい。
【００２２】 移送路ＴＬとマーカー１およびその容器２との間の境界面は、ほぼ電磁気的に
不連続に設けられており、その境界面からマイクロ波帯域の入力電力が９０％以
上反射する恐れがある。そのような場合、全ての電力がマーカーに吸収される状
況、すなわち、マーカーが移送路と合致して接続されている状況と対照して、同
じ飽和状態を得るための入力電力は１０倍も必要となる。ＥＳＲ動作周波数の環
境下では、インピーダンス整合を広い周波数帯域にわたって実現すること（広帯
域整合）も可能であるし、狭い周波数帯域で実現することも可能である。広帯域
整合はマーカー保持容器２をテーパ状に移送路ＴＬに接続することによって実現
可能である。テーパ状領域７の全体を通して、マーカー１とそれを保持する容器
２は、移送路ＴＬの断面積の大きい方の部分が最初は絶縁体６によって構成され
、小さい方の部分がマーカー１とその容器アッセンブリ２とによって構成され、
電力供給マイクロ波生成器から遠ざかるにつれてマーカー１と容器アッセンブリ
２の部分の総面積が増加してゆくようにして、連続的あるいはほぼ連続的に変化
する径、横幅もしくは高さを有している。入力電力のテーパ状領域７における反
射係数Γiは次のとおりである。
【数１】 但し、Ｌは総テーパ長を示し、Ｚ￣はテーパ形状の正規化インピーダンス、ｚは
テーパ形状の開始点からの距離、ｊ＝√−１、βは波数である。反射係数はテー
パのインピーダンスと周波数とに依存するが、一般的に言って、高周波数の時に
優れた整合がある。例えば、ｌｎＺ￣がｚの関数として線形に変化する指数的テ
ーパ形状の場合において、入力電力がテーパ形状の長さと等しいかそれより小さ
い半数の波長を有しているとき、反射される電力は最大反射値の約２２％以下で
ある。
【００２３】 本発明の装置では、マーカーはマイクロ波電力供給移送路に対してテーパ状に
取り付けられており、そのテーパ形状は移送路絶縁体に印加される入力電力の波
長の少なくとも半分の長さである。そのような構成により、非常に広帯域の整合
を実現することができ、それにより、同じ器具を整合の同調を行う必要なくあら
ゆる磁場強度とあらゆる磁気画像化装置内で低入力電力時に最小限の周波数を超
えて使用することができるという大きな利点がもたらされる。さらに、本発明の
装置の特徴は、容器のマーカー含有テーパ状領域の一部または全体が移送路さや
の内部に収容されている点である。これにより、マーカー容器を移送路さやで支
持することができるとともに、容器と移送路との間に機械的に安定した接続状態
がもたらされる。
【００２４】 強調材の飽和はマイクロ波エネルギーの磁場成分によって引き起こされる。高
度の飽和状態が所望の状態である場合、磁場強度も高いことが望ましい。マーカ
ー内の飽和電磁波の電力密度を増加させることは、マーカーを通過した飽和電磁
波をその入力方向に反射させて逆戻りさせることによって可能である。これによ
り、マーカーは定常波を発生させ、磁場は、マーカー内において、定常波の節点
では反射がない場合の最大２倍の大きさの強度を有する。定常波は、例えば、移
送路の接地さやとガルバーニ接触する高導電性の箔でマーカーを包むことによっ
て生成することができる。これにより、マーカーを通過した飽和電磁波は導電性
の壁に衝突し、マーカー内へ反射して戻る。定常波は作業器具にさらにもう一つ
の利点をもたらす。すなわち、能動要素の接線磁気画像が定間隔で明領域と暗領
域を表示する。明領域は磁場強度の最大点を示し、暗領域は最小点を示す。そし
て、隣り合う最大点（最小点）間の間隔はマーカー内での飽和電力波長の半数で
ある。このことを、器具の追跡時に、例えば磁気画像内の明領域の数を計数する
ことで利用することができる。この数が以前の測定結果に基づく明領域の数であ
る既知の数よりも小さい場合、そのことから作業器具の一部が磁気画像に表示さ
れたスライスの下に位置すると推論することができる。
【００２５】 本発明の装置では、マーカーのＥＳＲ飽和状態はマーカー内に定常飽和波を生
成することによって強化される。強力な磁場はマーカー内に強固な飽和状態を作
り出し、その結果、マイクロ波の入力電力がもっと小さい場合であってもＮＭＲ
信号の強調度が高くなる。同様に、マーカー容器の寸法がマーカー内の飽和電磁
波の波長の半数を超えると、マーカー容器の定常波により生成された磁気画像を
利用して組織内の介入器具の位置を追跡し確定することができる。
【００２６】 マイクロ波は組織を加熱する。しかしながら、患者検査用の作業器具は、組織
に損傷（熱傷）を与えるような４０℃を超える温度まで組織温度を上昇させては
ならない。マーカーを強い飽和状態にすることは大きなマイクロ波電力を必要と
するので、組織を加熱することが印加マイクロ波電力に対する制限要因になるよ
うなこの電力の大部分が周辺組織に吸収される恐れがある。さらに、マーカー自
体が飽和の結果として昇温し、この熱エネルギーの一部が伝導により周辺組織に
移動して組織温度が上昇する。組織をマイクロ波にさらすことは、器具のマイク
ロ波含有部をマイクロ波を透過させないシールド内に気密状に封入することによ
って防止することができる。これは、マイクロ波電力供給移送路の場合、例えば
金属製のさやで被覆された同軸の導体を使用することによって容易に実現できる
。一般に、マーカー含有部を導電性シールド内へ封入することにより、ＮＭＲ周
波数電磁波のシールドの透過も防止することができる。このことは、マーカーが
発したＮＭＲ信号が通常の磁気画像化方法によっては検出できないような状況下
では許容できない。しかしながら、この問題はシールドの材料と厚さを適正に選
択することによって克服することができる。高周波電磁波またはマイクロ波は、
電場と磁場の両方の成分が導体表面からの距離の関数として指数的に減衰するよ
うにして導電性材料内に透過可能である。これは透過度δによって求められる。
【数２】 但し、μは材料の透磁率を示し、σは材料の導電率、ωは電磁波の角周波数であ
る。上記透過度の場合に、電磁場は導体表面の強度の約３６．８％の強度を有す
る。上記の等式（３）は、透過度が、材料の特性だけでなく、高周波電磁波の透
過度が低周波電磁波の透過度より小さくなるようにして電磁波の周波数にも依存
することを示している。このことは、シールドが低周波のＲＦ電磁波に対して実
質的に透過性であるとともに高周波のマイクロ波がシールド内に閉じ込められる
ようにしてシールドの材料と厚さを選択することによって利用可能である。
【００２７】 加熱されたマーカーから周辺組織へ伝導により移動する熱は、熱伝導率の低い
シート内にマーカーを封入することによって抑制することができる。その材料と
しては、例えば約４００Ｗ／（ｍＫ）である銅の熱伝導率より遥かに低い１Ｗ／
（ｍＫ）よりさらに低い熱伝導率を有するガラスやプラスチックが例えば可能で
ある。
【００２８】 本発明の装置のマーカー含有部は、壁を垂直方向に通過しＥＳＲ飽和状態に使
用するマイクロ波に含まれる飽和電磁波が壁透過前の対応する磁場強度値の半分
以下の磁場強度振幅を有するように選択された厚さの導電性シールドに封入され
ている。同時に壁を垂直方向に透過したＮＭＲ周波数電磁波は、壁透過前の対応
するＮＭＲ周波数磁場強度値の半分以上の磁場強度振幅を有している。さらに、
導電性シールドはマイクロ波電力を供給する移送路のさやと優れた電気的および
熱的接続関係を形成している。さらに、本発明の装置には、導電性シールドの内
側、外側あるいはそれら両側に１０Ｗ／（ｍＫ）以下の熱伝導率を有する低熱伝
導率の絶縁シートが設けられている。これにより、３つの大きな長所がもたらさ
れる。飽和電磁波は組織を直接的にも間接的にも加熱しない。導電性シールド構
造のおかげで、組織のどの個所もマイクロ波に著しく曝されることはなく、シー
ルド構造は、熱を移送路の大きな外側導体に伝えるので低温のままである。さら
にまた、マーカーを取り巻く断熱層は作業器具の外表面が周辺組織に損傷を与え
るようなホットスポットを生じるのを防止する。第３に、導電性シールドはうま
く画成された電気的磁気的環境を包んでおり、例えば励起を修正したり周波数や
整合を同調させれば、例えば組織内への作業器具の挿入などの環境変化があって
も装置の電気的動作に影響を及ぼすことはない。
【００２９】 飽和電力を供給する移送路は、例えば、共通の外側導体内で隣接してまたは同
心上に位置する１つ以上の内側導体を備えたマイクロストリップや、導波管や、
同軸ケーブルであってもよい。これらの構造に関して、同軸ケーブルはいくつか
の望ましい特徴を有している。すなわち、マイクロ波電力は外側導体内に制限さ
れ、その導体はその周囲を電磁波に曝していない。さらに、内側導体は中空管状
の伝送線の場合と異なり、外側導体の横寸法を超える半数の波長を有するような
波形の伝播も可能である。このことは、介入作業器具の断面積が該器具を小さな
容器内に収容できるほど充分に小さく、かつ器具が組織内に挿入された場合に大
きな損傷を与えないことが望ましいことから、重要な特徴である。また、内側導
体は、導体またはその延長部をマーカー容器の内部まで延出させれば、飽和電力
のマーカー内への供給を容易にするために利用可能である。同軸ケーブルの電場
および磁場は、内側導体の数や、外側導体の形態や、導体内で伝播する波形とは
無関係に、常に著しい曲線形のパターンを有している。このことは、均一な磁場
内で強調材を飽和させようとする場合に望ましい特徴であり、飽和電力の磁場は
強調材の電子スピン飽和に必要な静磁場に対して常に直交関係にある強度成分を
有している。これにより、同軸のマーカー容器内には、静磁場に対する器具の位
置に関わらず、進行中のＮＭＲ信号の強調が常に存在し、処置の間に磁場内での
器具の方向付けに関して何ら制限を設定する必要はない。また、内側導体は、マ
ーカー内に延出すれば、マーカーと良好な熱接触状態に容易に設定されるように
なる。この場合、内側導体の材料として、伝熱性も高いことからマーカー内に挿
入された結果として接触面が大きいために熱エネルギーをマーカーから移送路内
に搬送することでマーカーを充分に冷却できるようなもの（例えば、金属）を選
択することが容易であるので、極めて有益である。
【００３０】 本発明の装置では、移送路は共通の外側導体内に収容された１つ以上の高電導
性高伝熱性内側導体を備えている。さらに、移送路の内側導体またはその延長部
はマーカー内まで延出し、飽和電磁波がマーカー内に効率的に伝播する。また、
静磁場に対する作業器具の向きがいかなる向きであってもＮＭＲ信号の強調が発
生する。さらに、内側導体がマーカー内で生じた熱エネルギーを移送路に効率的
に搬送することにより、マーカー温度が低温で維持される。
【００３１】 マーカーは液体であり、飽和電磁波の結果としてあるいはその他の理由により
その温度が上昇するにつれてその量も増大する。流体膨張の結果、マーカー容器
内の圧力は上昇傾向を呈し、最悪のシナリオでは、容器を破断させたり容器の一
部の接合部から漏れを起こしたりする場合もある。このことは、作業器具の適正
な動作のためにはマーカーを気密容器内に保持することが必要であるので、許容
できない。さらに、マーカーは非生理的であってもよく、それを組織または血液
循環内へ移行させることは回避しなければならない。熱膨張の結果による容器の
破断は容器内に小さな気泡を残すことによって妨げることができる。液体と異な
り、気体の圧縮はほんのわずかのエネルギーで済むので、気泡を使用すれば、マ
ーカー容器に液体膨張余裕を設けて容器内圧力が危険なレベルまで上昇するのを
防止することができる。本発明の装置において、マーカーを保持する液体容器の
内側に気泡が存在してもよい。
【００３２】 介入処置は２つの動作からなる。すなわち、器具を検査対象に案内することと
、実際の処置を行うことである。作業器具は、通常、血管または筋肉や肝臓など
の軟組織に挿入されるが、器具の先端はその案内時に骨と出会う場合もあり、作
業器具はこの種の歪に対して壊れることなく耐え得るようでなければならない。
従来の介入器具の材料は、例えば鋼やチタンなどの硬質合金であり、その先端が
針の残りの部分よりも弱いことはまずないので、その先端に骨が当たってもいつ
も器具を破壊するわけではない。しかしながら、小型の器具に移送路とマーカー
サンプルを設けることが望ましい場合には、器具の外径を大きくすることなく器
具の機械的強度要件を満たすことは難しい。しかも、器具が目標の対象からサン
プルを採取できるようにする必要がある場合には、器具は中空構造であるか、少
なくともその先端領域に組織サンプルを採取するのに適した容器が設けられてい
なければならない。さらに、器具に使用される材料は、その多くが軟かく脆いも
のである非磁性体でなければならず、その上、マーカー自体の近傍では、その構
造決定要因はそれほど機械的強度が大きくない電磁特性であることが望ましい。
さらに、処置時に作業器具が壊れることは許されない。すなわち、器具の気密構
造が失われた場合には、組織がマイクロ波に曝される恐れがあり、その上、破砕
された器具が破片を組織内に残す恐れがある。全般的に見て、これらの要件は作
業器具の機構に関して非常に厳しい設計基準を設定する。
【００３３】 本発明の装置において、移送路は、マーカー含有部が中空のさやの外側に残っ
たままになるようにしてさや内に収容されている。この種の器具が軟組織に対し
て押圧されると、マーカー含有部はさやの外側に残ったままであり、磁気画像内
に検出可能である。しかしながら、作業器具を例えば骨組織などの硬組織に押圧
すると、マーカー含有部もさやの内側に押し入れられる。さやはそのような機械
的歪に耐える充分な構造強度を有しているので、もはや電磁気的な観点からのみ
選択すればよい材料と構造からなるマイクロ波要素を支持し保護する。さらに、
本発明の装置では、必要ならば、マイクロ波要素全体をさやから引き出すことも
可能である。これにより、例えば、さや内への真空吸引により組織サンプルを取
り出したり、さやを正確な対象に対してマイクロ波要素で案内した後にさや内の
別の器具を作業位置に挿入することが可能になる。
【００３４】 本発明は非常に多くの利点をもたらす。
【００３５】 本発明の作業器具を使用すれば、磁気画像により案内される追跡を周辺組織に
対して高精度に実施することができる。器具は単純な構造であり、追跡は低マイ
クロ波電力で実行可能である。さらに、患者は組織を加熱するマイクロ波に曝さ
れることも熱い表面と接触する位置に置かれることもない。さらに、マイクロ波
要素は印加された磁場の強度に対して個別の励起を必要とすることはないが、同
じ器具をあらゆる実用の磁気画像化装置に利用することができる。さらに、能動
要素は磁場内の作業器具の位置に全く依存しない形態を有しており、磁場に対し
てあらゆる位置で動的核偏極が発生する。マイクロ波要素を別体のさや内に配置
することにより、装置が損傷を受ける危険を少なくして患者の安全性を高めるこ
とができる。サンプルの採取にさやを利用することは解決手段として最適である
。すなわち、さやの位置は精確に認識されているので、従来の生検針と対照的に
、作業器具に高性能のマイクロ波要素がさらに設けられているにもかかわらず、
同じ外径を有する従来の生検針を使って得られるのと等しい組織サンプルを得る
ことが可能である。さらに、マイクロ波要素は気密構造を有しているので、洗浄
時に使用される大部分の化学物質を使用することや簡単な消毒も可能である。
【００３６】 本発明は、他の実施形態を同様にして考えることができるので、上記実施形態
に限定されるものではない。当然ながら、対象となる原子核は、例えば、水素、
燐、炭素、フッ素、窒素などのＮＭＲ活性同位体の原子核など、ＮＭＲ検査に適
した原子核であれば何でもよい。医療用途に加えて、本方法を動物や食品や固体
の検査に利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は介入処置を実行するよう構成された装置を示す。
【図２】 図２は介入処置の様々な段階での作業器具の動作を示す。
【図３】 図３は上記作業器具の任意の一構成を詳細に示す。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 生検針（ＢＮ）、カテーテル、放射線療法用放射性カプセル
    などの対象検査用作業器具であって、ＮＭＲ活性原子核を有するマーカー（１）
    と該マーカーとの相互作用で動的核偏極（ＤＮＰ）を用いていわゆる飽和エネル
    ギーである外部エネルギーでその電子スピン系を飽和させた結果としてＮＭＲ信
    号を強調させる強調材とを含み、磁気画像化法などの核磁気共鳴（ＮＭＲ）方法
    で検出可能に構成された能動要素（ＡＣＴ）と、マーカー容器（２）と、上記強
    調材内に上記飽和エネルギーを移送する移送路（ＴＬ）とを備え、上記マーカー
    （１）は金属箔（３）に包まれており、上記移送路（ＴＬ）と上記マーカー容器
    （２）との間の境界面（７）はテーパ状に形成されていることを特徴とする作業
    器具。
  2. 【請求項２】 生検針（ＢＮ）、カテーテル、放射線療法用放射性カプセル
    などの対象検査用作業器具であって、ＮＭＲ活性原子核を有するマーカー（１）
    と該マーカーとの相互作用で動的核偏極（ＤＮＰ）を用いていわゆる飽和エネル
    ギーである外部エネルギーでその電子スピン系を飽和させた結果としてＮＭＲ信
    号を強調させる強調材とを含み、磁気画像化法などの核磁気共鳴（ＮＭＲ）方法
    で検出可能に構成された能動要素（ＡＣＴ）と、マーカー容器（２）と、上記強
    調材内に上記飽和エネルギーを移送する移送路（ＴＬ）とを備え、上記マーカー
    （１）は金属箔（３）に包まれており、上記移送路（ＴＬ）には、上記マーカー
    容器（２）内部のかなりの距離にわたって該容器（２）内に延びる内部導体（４
    ）が設けられていることを特徴とする作業器具。
  3. 【請求項３】 上記マーカー容器（２）はその内部が断熱層（２）で囲まれ
    ていることを特徴とする請求項１または２記載の作業器具。
  4. 【請求項４】 上記移送路（ＴＬ）に外側導体（５）と上記内側導体（４）
    とが設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の作業
    器具。
  5. 【請求項５】 上記長細い作業器具（ＢＮ）は４ｍｍより細い、好ましくは
    、２．５ｍｍより細い径を有していることを特徴とする請求項４記載の作業器具
    。
  6. 【請求項６】 上記マーカー容器（２）の内部には上記マーカー（１）だけ
    でなく気泡も含まれていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載
    の作業器具。
  7. 【請求項７】 飽和電磁波（ＥＳＲＥ）がＮＭＲ信号の監視時にも発生する
    ようになっていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の作業器
    具。
  8. 【請求項８】 上記移送路（ＴＬ）と上記能動要素（ＡＣＴ）から構成され
    る上記作業器具を収容し、作業条件に応じて上記能動要素（ＡＣＴ）を被覆した
    り暴露させたりする軸方向に移動可能な外側筒体（Ｃ）をさらに備えていること
    を特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の作業器具。
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