JP2003325476A - カテーテルrfアンテナを用いた磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents
カテーテルrfアンテナを用いた磁気共鳴イメージング装置Info
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Abstract
出することが可能なMRI装置を提供する。 【解決手段】 NMR信号を受信する受信コイルとし
て、被検体近傍に設置されるRF受信コイル105と、複
数のRFアンテナを備えたカテーテルRFアンテナ205
を用い、これらからそれぞれ得られた信号を二系統の信
号検出部4011、4012で検出し、信号処理部4021、4022、
4031、4032で画像信号とした後、カテーテルRFアンテ
ナ205からの画像信号に所定の着色や重み付けを行い、
RF受信コイル105からの画像信号に重畳表示する。カ
テーテルRFアンテナ205の各アンテナは相互結合が実
質的にない状態で、それぞれ異なる空間に感度分布を有
するように配置されており、カテーテルが挿入された組
織の近傍を、広視野、高感度で描出することができる。
Description
R)信号を受信する受信手段として、カテーテルRFア
ンテナを用いた磁気共鳴撮像(MRI)装置に関し、特
にカテーテルが挿入された部位近傍の描出能に優れたM
RI装置に関する。
て、患者の体内に穿針やカテーテルを挿入して治療や診
断を行う際に、MRI撮像を行い、カテーテル等の進行
状態やカテーテルが挿入された部位の組織を逐次モニタ
ーする技術が開発されている。このような技術はインタ
ーベンショナルMRIと呼ばれ、撮像中の被検体へのア
クセスのための空間を開放したオープン型のMRI装置
の普及に伴い、実用化が進んでいる。
テーテルの位置をリアルタイムでモニタリングする技術
(トラッキング法)として、アクティブトラッキングが
ある。このアクティブトラッキングでは、カテーテル自
体にRF受信コイルを組み込み、直接カテーテル近傍の
NMR信号を検出して画像化し、これを別途取得したロ
ードマップ(形態画像)上に重ねることにより、カテー
テルの位置をロードマップ上に表示させるようにする。
ものとして、例えば、特開平6-70902号、特開平7-25569
4号、特開平11-230705号、”Intravascular magnetic r
esonance imaging using a loopless catherter antenn
a”, Ogan Ocali, Ergin Atalar, Magnetic Resonance
in Medicine, 37, pp112-118, (1997)などには、血管
カテーテルに組み込むことが可能なRFコイルが提案さ
れている。また”Transesophageal magnetic resonance
imaging”, K.A. Shunk et al, Magnetic Resonance i
n Medicine, 41, pp722-726 (1999)には経食道コイルが
提案されている。これらのコイルは、いずれもカテーテ
ル内のアンテナ数は1個、出力端子も1組である。
例として、図12に示すように、3個のマイクロコイル
を相互結合(誘導結合もしくは容量結合)して、侵襲デ
バイスの先端に組み込んだものも提案されている(Magn
etic Resonance in Medicine44, pp556-65(2000)。この
カテーテルRFコイルは、感度領域が離れて点在してお
り、これによってデバイスの位置と侵入方向を検出可能
にしたものである。このコイルを使用することにより、
侵襲デバイスの進入方向と目的組織の位置から、MRス
キャン断面を自動的に決定することができる。
カテーテルの長さは1〜1.5m程度あり、このような長い
血管カテーテルを目的位置まで到達させる場合に、カテ
ーテルの先端を高感度で或いは広視野の画像でモニター
したり、血管壁のプラークを高感度、広視野で描出した
いという要請がある。しかし、上述した単一のRFコイ
ルを備えたカテーテル用RFコイルでは、感度を高める
ために5〜10cm程度の領域に限定しているために、カテ
ーテル近傍の広がりのある領域について高感度で描出す
ることはできない。
数のRFコイルを備えたカテーテルでも、感度領域が点
在しているため、視野拡大とはなっていない。またこの
RFコイルでは、スイッチで切り替えて2箇所からのア
ナログ信号を交互に取り出すようにしているため、両方
からの信号を得るためには従来の2倍の時間を必要とす
る。仮に両方からの信号を同時に取り出したとしても、
1組の信号線で取り出すので、ノイズの合成が起き合成
画像のSNが1/√2に低下してしまう。
からの信号が潜在的に有する診断上有用な情報を画像と
して利用することができ、カテーテル近傍の組織を高感
度、広視野で描出することが可能なMRI装置を提供す
ることを目的とする。また本発明は、カテーテルの位置
やその近傍の情報が、ロードマップ(通常のRFコイル
から構成した広範囲MR画像)上で容易に識別可能に表
示され、これによってカテーテルの正確な位置やその近
傍組織を視覚的に容易に識別できるMRI装置を提供す
ることを目的とする。
明のMRI装置は、被検体に核磁気共鳴を生じさせる磁
場印加手段と、前記被検体からの核磁気共鳴信号を受信
する受信手段と、前記受信手段が受信した核磁気共鳴信
号を用いて画像を再構成する信号処理手段とを備え、受
信手段は、被検体の近傍に配置される受信コイルと、被
検体に挿入されるカテーテル内に配置され、互いに異な
る空間に感度分布を有する複数のRFアンテナとから構
成され、信号処理手段は、受信コイル及び複数のRFア
ンテナからの信号をそれぞれ信号処理する複数の信号処
理部と、信号処理部で得られた画像を合成する画像合成
部とを備えたことを特徴とする。
号処理部は、受信コイルからの信号を処理して得られた
画像と、前記複数のRFアンテナから得られた画像と
に、互いに異なる色調を付与する。また画像合成部は、
前記受信コイルからの信号を処理して得られた画像と、
前記複数のRFアンテナから得られた画像とを、重み付
けして合成する。
とは別にカテーテル内に配置された複数のRFアンテナ
とから同時に得られる二系統の信号をそれぞれ信号処理
し、合成するようにしているので、ロードマップ上にカ
テーテル位置を正確に表示させることができる。その
際、一方の系統の信号、例えばRFアンテナからの信号
に異なる色調を与えることにより、カテーテル先端位置
をより把握しやすくすることができる。また適切な重み
付けを施すことにより、カテーテルを含む領域全体の形
態画像を高輝度で描出させたり、カテーテル先端近傍の
みを高輝度で描出させたりすることができる。
アンテナは、カテーテル内に、互いに高周波(RF)磁
場の相互結合が実質的にない状態で配置され、それぞれ
異なる空間からの信号を検出することを特徴とする。
RFアンテナを用いることにより、これらのアンテナが
検出した信号を合成することにより、各アンテナの高感
度を維持しながら、各アンテナが検出可能な空間全体の
画像を得ることができる。これによりカテーテルが挿入
された領域近傍を広視野、高感度で描出でき、カテーテ
ルの挿入作業を容易ならしめるとともに、診断上有効な
情報を得ることができる。
形態を図面を参照して説明する。
図である。このMRI装置は、被検体101の周囲の空間
に静磁場を発生する磁石102と、この空間に傾斜磁場を
発生する傾斜磁場コイル103と、この空間に高周波磁場
を発生するRF照射コイル104と、被検体が発生するM
R信号を検出するRF受信コイル105とを備えている。
向の傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源109から
の信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。RF照射
コイル104はRF送信部110の信号に応じて高周波磁場を
発生する。本発明のMRI装置では、MR信号を検出す
るRF受信コイルとして、被検体の周囲あるいは近傍に
設置されるRF受信コイル105のほかに、被検体内部に
挿入されるカテーテルに備えられたRF受信コイル205
を用いる。これらRF受信コイル105、205の信号は、信
号検出部106で検出され、信号処理部107で信号処理さ
れ、また計算により画像信号に変換される。画像は表示
部108で表示される。傾斜磁場電源109、RF送信部11
0、信号検出部106は、パルスシーケンスと呼ばれる制御
のタイムチャートに従って制御部111で制御される。ベ
ッド112は被検体が横たわるためのものである。
5の具体的な構成を説明する。図2は、カテーテル内部
にRF受信コイルを一体化したカテーテルRFアンテナ
の一実施形態を示す全体図である。一般にカテーテルR
Fアンテナとして用いられているものは、前述したよう
にカテーテル先端位置をMR画像で識別できるように、
その先端に単一のRFコイルを設けているが、本発明の
MRI装置で採用するカテーテルRFアンテナは、複数
のアンテナを、相互結合がない状態で配置していること
を特徴としている。
脂等で構成されるチューブ状のカテーテル208と、その
内部にカテーテル208の長手方向に沿って並列に配置さ
れた2本の信号線201、202と、これら信号線201、202の
先端に接続された2つのアンテナ2051、2052と、信号線
201、202の後端に接続されたチューニング・マッチング
回路(T/M回路)2061、2062とからなる。T/M回路20
61、2062は、同軸ケーブル2111、2112、プリアンプ204
1、2042を介して、信号検出部106(図1)に接続され
る。患者の体腔内には、T/M回路より前側のカテーテ
ル部分が挿入される。
電気的に接触しないようにカテーテル内に配置されてい
る。尚、図2では、信号線201及び202が同一の絶縁体20
3内に電気的に非接触で被覆されている例を示したが、
カテーテル208を複数の空洞を形成したダブルルーメン
構造或いはマルチルーメン構造とし、これら空洞のうち
小径の空洞に信号線201、202及びアンテナ2051、2052を
埋め込み、大径の空洞をガイドワイヤやチューブを通す
ための穴として使用しても良い。
なる領域2071、2072に感度領域を有するRFコイルで、
形状は、有感領域の広いダイポールが好適である。また
これら2つのアンテナは、その検出周波数における電気
的相互結合が十分除去されていることが重要であり、具
体的には14dB以上、好ましくは20dB以上とする。図
示する実施形態では、2つのアンテナ2051、2052は、互
いにカテーテルの長手方向に異なる位置に配置されてお
り、これにより相互結合を生じないようになっている。
さらに必要に応じて、公知のデカップリング手段、例え
ば低入力インピーダンス法やインダクティブデカップラ
ー法を採用することも可能である。
を、カテーテルの長手方向にずらして配置したカテーテ
ルRFアンテナを示したが、アンテナは相互結合がない
状態であれば、図2に示す配置以外に配置することも可
能である。例えば図3に示すように、アンテナを長手方
向のほぼ同一位置に並列に配置してもよい。
1、2052との間にRFシールド板を介在させて、相互結
合を防止するとともに、2つのアンテナ2051、2052によ
ってカテーテルの左右或いは上下を分担して検出するよ
うに構成されている。この場合には、長手方向について
は広視野化を図ることはできないが、カテーテル先端の
全周囲を高感度で描出できるので、スキャン断面として
どのような断面が選択されていても、カテーテル先端を
高感度で描出することができる。またアンテナ数も2以
上としてもよい。
テーテルRFアンテナを用いるMRI装置の信号検出部
106及び信号処理部107の構成を説明する。図4に信号検
出部106及び信号処理部107の一実施形態を示す。尚、こ
の実施形態では、RF受信コイル105として複数の小型
RFコイル1051〜1054からなるマルチプルコイルを用い
た例を示している。図示するように、信号検出部106
は、RF受信コイル105を構成する各小型RFコイル105
1〜1054からの信号をそれぞれ直交検波、A/D変換する
信号検出系4011と、カテーテルRFアンテナ2051、2052
からの信号をそれぞれ直交検波、A/D変換する信号検
出系4012との二系統を備えている。また信号処理部107
は、これら信号検出系4011、4012で検出した二系列のデ
ジタル信号にそれぞれフーリエ変換等を施し画像信号を
作成する演算部4021、4022と、各信号検出系毎に画像信
号を合成する合成部4031、4032と、RF受信コイル105
からの信号から合成した画像とカテーテルRFアンテナ
205からの信号から合成した画像とを重畳表示するため
の重畳部404と、カテーテルRFアンテナ205からの画像
信号を用いてカテーテル先端位置を計算する位置計算部
405とを備えている。位置計算部405で得られた位置情報
は、制御部111に入力され、例えば、カテーテルの進行
方向をモニタリングする連続撮像において、撮像スキャ
ン断面を決定するために使用される。
従来のマルチプルコイルにおける信号合成と同様である
が、図5及び図6を参照して簡単に説明する。信号合成
に際しては、まず各アンテナ2051、2052の感度分布Wnを
求める。感度分布は、予めファントム等を使用して求め
ておくことも可能であるが、撮像時に得られたMR信号
から感度分布を求めることも可能であり、図5では後者
の場合を示している。この方法では、原画像信号en(i,
j)をフーリエ変換FTし、k空間データpn(i',j’)とし、
これに低域通過フィルタLPFをかけた後、さらにフーリ
エ変換FTすることによって感度分布Wn(i,j)を得る。
式(1)に示すように、各画像信号en(i,j)に感度分布W
n(i,j)に基づく重み付けを行い、重み付け後の信号を合
成することにより画像信号S(i,j)を得る。この様子を図
6に示す。
た画像信号S1(i,j)、S2(i,j)を、表示部108に重畳表示
する際に、一方の信号に着色したり、重み付けする等の
処理を加える。図7に重畳部404の一実施形態を示す。
図示するように、重畳部404では、例えば、RF受信コ
イル105からの画像信号S1(i,j)が白黒画像である場合
に、カテーテルRFアンテナ205からの画像信号S2(i,j)
を赤、緑などの所定の色で表示するように表示を制御す
る。またカテーテルRFアンテナ205からの画像信号S2
(i,j)に所定の重み付けを行い、例えばRF受信コイル1
05からの画像信号S1(i,j)に対し、画像信号S2(i,j)を高
輝度で表示させる。これによって表示画面上でカテーテ
ル位置が明確にわかるとともに、カテーテル近傍組織を
他の組織に比べ高輝度で描出することができる。逆に、
重み付けを0にすることにより、カテーテルRFアンテ
ナ205からの画像信号S2(i,j)のない画像、即ちRF受信
コイル105からの画像信号S1(i,j)のみを表示させること
も可能である。
5からの画像信号S2(i,j)に対する処理701のみを示して
いるが、RF受信コイル105からの画像信号S1(i,j)につ
いても同様の処理701を行うことも可能である。それに
より、例えばカテーテルRFアンテナ205からの画像信号
S2(i,j)のみを用いた画像を表示させることも可能であ
る。これらの処理701は、信号処理部107内のソフトウェ
アによって行うことができ、また重み付けの値や着色す
る際の色の指定は、信号処理部107或いは制御部111に備
えられた入力装置(図示せず)を介して、操作者が設定
し或いは選択することができる。
のカテーテルトラッキングの手法と同様である。即ち、
例えば、カテーテルの先端に位置するアンテナ2051の画
像信号から輝度が最大である画素の座標をカテーテル位
置とする。或いは輝度がしきい値以上である画素の集合
を抽出し、その中心或いは重心位置をカテーテル先端の
位置とする。また図2に示すカテーテルRFアンテナの
ように複数のアンテナがカテーテルの長手方向にずれて
配置されている場合には、各アンテナの位置(座標)か
ら、カテーテルの進行方向を求めることも可能である。
ダイナミック撮像について説明する。図8は、MRI装
置800を用いて、術者804が、例えば患者806の大腿動脈
からカテーテル802を挿入しながら、ダイナミック撮像
を行う場合を模式的に示す図である。ダイナミック撮像
では、例えばグラディエントエコー型のマルチショット
エコープレナーイメージング法による撮像シーケンス
や、これに改良を加えた部分位相エンコーディング法に
よる撮像シーケンスを採用することができ、これによっ
て例えば画像更新時間約0.2秒のリアルタイムで連続M
R画像を取得することができる。MR画像は、モニター
801に表示され、術者804はこのMR画像を見て、カテー
テル位置を確認したり、カテーテルが挿入される組織の
状態を見ながらカテーテルを進める。
MR画像を取得する工程では、図9に示すように、信号
取得901、感度分布計算902(図5の処理)、信号合成90
3(図6の処理)、画像表示/転送904が連続して行われ
る。この際、感度分布計算902については、カテーテル
の位置情報に基づき、適宜省略することが可能である。
即ち、カテーテル位置が挿入動作に伴い移動していると
きには、その都度、感度分布計算を行い、画質の劣化を
防止する。カテーテル位置が変わらない場合には、感度
分布は前回の信号合成903に用いた感度分布を繰り返し
使用する。これによって、感度分布計算902ステップを
省くことができ、画像更新速度を速めることができる。
カテーテルの位置情報は、位置計算部405(図4)から
得ることができる。
ダイナミック撮像における信号処理の一例を図10に示
す。まず位置計算部405から得られた前回の画像信号に
おけるカテーテル位置pt0と今回の画像信号におけるカ
テーテル位置ptnとの差Δpを取り(ステップ1、ステ
ップ2)、それがしきい値α以下であるかを判断する
(ステップ3)。αは0でもよいが、感度分布のずれが
画質に影響を与えない程度の許容値であればよい。また
Δpは、例えばpt0(x0,y0,z0)とptn(x0,y0,z0)につい
てΔp=√(Δx2+Δy2+Δz2)として求めることができ
る。
回の画像信号を用いて感度分布Wtnを計算し(ステップ
4)、この感度分布を用いて信号を合成する(ステップ
5)。差Δpがしきい値以下であれば、感度分布計算は
行わず、カテーテル位置pt0のときに求めた感度分布Wt
0を用いて信号を合成する(ステップ6)。感度分布を更
新した場合には、ステップ2で計算する前回のカテーテ
ル位置pt0をその回のカテーテル位置ptnに置き換える
(ステップ7)。感度分布としてそれ以前の値を用いた
場合には、ステップ2で計算する前回のカテーテル位置
はそのまま用いる。これによって、感度分布のずれの許
容値の範囲でカテーテル位置が少しづつ移動した場合に
も、許容値を超えた時点で感度分布の更新を行うことが
でき、画質の劣化を防止できる。
に、必要に応じて所定の色調を施され或いは重み付けさ
れた上で、全身コイル或いは局所コイルであるRF受信
コイル105からの画像信号に重畳表示される。
画像1000の一例を示す図で、ここでは、例えば腹部大動
脈のコロナル(冠状)面が表示され、血管カテーテル20
8が大腿動脈から心臓に向かって挿入される場合を示し
ている。画像の中心はMRI装置の磁場中心とほぼ等し
くなるようにセットされている。この画像は、MRI装
置の受信コイル105からの信号と、カテーテル208に備え
られた2つのアンテナ2051、2052からの信号の合成画像
であり、受信コイルによって描出された腹部大動脈像上
に、カテーテルRFアンテナによってカテーテル長手方
向に沿った近傍組織1001、1002が高感度で描出された画
像が得られる。
プラークや狭窄などの診断上有用な情報を得ることがで
き、またカテーテル先端が分岐部に到達したときにも円
滑に挿入動作を行うことができる。さらにカテーテル先
端は、他の部分に比べ高輝度で描出されるので、例えば
輝度が所定の値以上である画素を抽出することにより、
先端の位置を検出することができ、この位置情報をもと
にカテーテルトラッキングを行うことが可能である。
表示部108(或いはモニター802)に表示された連続MR
画像を見ながら、術者は、カテーテルの挿入位置を把握
しながら挿入動作を行うことができるとともに、カテー
テルが挿入された体腔近傍の組織についての詳細な情報
を得ることができる。
RI装置の構成と動作の実施形態を説明したが、本発明
のMRI装置は上記実施形態に限定されず、種々の変更
が可能である。例えば、上述したダイナミック撮像で
は、カテーテルRFアンテナからの信号を用いてカテー
テル近傍組織を描出すること及びカテーテルトラッキン
グを行うことを説明したが、カテーテルRFアンテナと
して、複数のアンテナをカテーテル長手方向にずらして
配置したものを使用する場合には、カテーテルの位置の
みならず進行方向の情報も得ることができるので、これ
ら情報を元に、ダイナミック撮像におけるスキャン断面
を常にカテーテルを含む断面となるように順次変更しな
がら撮像を行う機能(ナビゲーション機能)を持たせる
ことも可能である。
で上下に静磁場発生磁石を配置したオープン型のMRI
装置を示したが、この空間を挟んで左右に静磁場発生磁
石を配置したMRI装置やソレノイド型磁石のボア内に
被検体を挿入するMRI装置でも、本発明を適用するこ
とは可能である。
アンテナを内蔵するカテーテルRFアンテナを用いると
ともに、これらカテーテルRFアンテナからの信号に所
望の重み付けをして、通常のRF受信コイルからの信号
と重畳表示するようにしたので、カテーテル近傍の組織
を広視野、高感度で描出することできる。これにより、
MR画像上にカテーテル位置を明瞭に示すことができる
とともに、カテーテルが挿入された組織近傍について診
断上有用な情報を得ることができる。
態を示す図
形態を示す図
図
ルRFアンテナから得た画像信号の重畳表示を説明する
図
像を説明する図
を説明する図
フローを示す図
例を示す図
・・・RF照射コイル、105・・・RF受信コイル、106
・・・信号検出部、107・・・信号処理部、108・・・表
示部、111・・・制御部、205(2051、2052)・・・RF
アンテナ、208・・・カテーテル
Claims (3)
- 【請求項1】被検体に核磁気共鳴を生じさせる磁場印加
手段と、前記被検体からの核磁気共鳴信号を受信する受
信手段と、前記受信手段が受信した核磁気共鳴信号を用
いて画像を再構成する信号処理手段とを備えた磁気共鳴
イメージング装置において、 前記受信手段は、前記被検体の近傍に配置される受信コ
イルと、前記被検体に挿入されるカテーテル内に配置さ
れ、互いに異なる空間に感度領域を有する複数のRFア
ンテナとから構成され、前記信号処理手段は、前記受信
コイル及び複数のRFアンテナからの信号をそれぞれ信
号処理する複数の信号処理部と、前記信号処理部で得ら
れた画像を合成する画像合成部とを備えたことを特徴と
する磁気共鳴イメージング装置。 - 【請求項2】前記信号処理部は、前記受信コイルからの
信号を処理して得られた画像と、前記複数のRFアンテ
ナから得られた画像とに、互いに異なる色調を付与する
ことを特徴とする請求項1記載の磁気共鳴イメージング
装置。 - 【請求項3】前記画像合成部は、前記受信コイルからの
信号を処理して得られた画像と、前記複数のRFアンテ
ナから得られた画像とを、重み付けして合成することを
特徴とする請求項1又は2に記載の磁気共鳴イメージン
グ装置。
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