JP2004229865A

JP2004229865A - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP2004229865A
Application number: JP2003021525A
Authority: JP
Inventors: Tetsuhiko Takahashi; 哲彦高橋; Masahiro Takizawa; 将宏瀧澤
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: JP4112998B2

Abstract

【課題】カテーテル１０２が撮影視野から外れた場合、テーブルをカテーテル１０２に追従するように移動させ、ＭＲＩカテーテルトラッキングを高速に広い領域で連続的に行うＭＲＩ装置を提供する。
【解決手段】被検体に挿入するカテーテル１０２の先端にカテーテルコイルを備え、前記カテーテルコイル周辺の感度分布情報より前記カテーテルコイルの位置情報を検出し、前記位置情報に連動して、カテーテル１０２の先端が磁場中心１０５に到達するまで、前記被検体を載せるテーブルを移動させる。また、前記位置情報に基づいて警報を発する警報発生手段を備え、前記警報により前記テーブルを移動させる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に微小ＲＦコイルを血管内に挿入するカテーテルトラッキング技術を用いるインターベンショナル磁気共鳴イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置とする。）の撮影対象は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質、プロトンである。プロトン密度の空間分布や、励起された核スピンの緩和現象の空間分布を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能が２次元若しくは３次元的に撮影される。
【０００３】
典型的なＭＲＩ装置の構成を図９を用いて説明する。ＭＲＩ装置は、被検体９０１の周囲に静磁場を発生する磁石９０２と、該空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル９０３と、この領域に高周波磁場を発生するＲＦコイル９０４と、被検体９０１が発生するＭＲ信号を検出するＲＦコイル９０５を備えている。傾斜磁場コイル９０３は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向の傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源９０９からの電流に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。ＲＦコイル９０４は、ＲＦ送信部９１０の信号に応じて高周波磁場を発生する。ＲＦコイル９０５によって受信されたＮＭＲ信号は、信号検出部９０６で検出され、信号処理部９０７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９０８で表示される。傾斜磁場電源９０９、ＲＦ送信部９１０、信号検出部９０６は制御部９１１により制御される。制御のタイムチャートは一般にパルスシーケンスと呼ばれている。テーブル９１２は被検体が横たわるためのものである。テーブル９１２は、制御部で制御され、位置はエンコーダでモニタされている。
【０００４】
近年、循環器系の検査や治療のためにカテーテルが用いられる。体内の所望の部位へのカテーテルを挿入するためには、その位置を監視する追跡装置が必要である。カテーテルの追跡のために磁気共鳴信号に敏感な受信コイルをカテーテルへ設け、この信号を磁界勾配の存在下で検出するものがある。この信号の検出によって、被検体内のカテーテルの位置が決定される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２５５６９１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、血管カテーテルの長さは、１ｍから１．５ｍであり、例えば大腿動脈から心臓まで血管内を挿入し、冠状動脈までカテーテルの先端を到達させる。この間、カテーテルの先端を常に画像でモニタしたいという要望がある。しかしながら、ＭＲＩ装置の静磁場均一空間は高々直径４０ｃｍの球状の範囲にとどまっている。それゆえ、術者は、カテーテル挿入の途中で、患者を移動し、ＭＲＩ装置が撮影できる領域に常にカテーテルの先端があるように、患者を移動する必要がある。この移動は、術中に行うため煩わしく手術の効率を下げるものである。また、テーブル移動を伴うカテーテルトラッキングの制御について、これまで好適な手法は提案されていなかった。
【０００７】
本発明の目的は、カテーテルが撮影視野から外れた場合、テーブルをカテーテルに追従するように移動させ、ＭＲＩカテーテルトラッキングを高速に広い領域で連続的に行えるＭＲＩ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、被検体が置かれる空間に静磁場を発生させる静磁場発生手段と、上記空間に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生手段と、上記被検体の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせる高周波磁場発生手段と、上記核磁気共鳴により放出される信号を検出する受信手段と、上記受信手段で検出した受信信号を処理する信号処理手段と、前記受信信号より画像を表示する表示手段とを備えた磁気共鳴イメージング装置において、前記被検体に挿入するカテーテルの先端にカテーテルコイルを備え、前記カテーテルコイル周辺の感度分布情報より前記カテーテルコイルの位置情報を検出し、前記位置情報に連動して、テーブルを移動させる。また、前記位置情報に基づいて警報を発する警報発生手段を備え、検者は前記警報により前記テーブルを移動させる。
【０００９】
［作用］
本発明によれば、術者の所望のタイミングで、もしくは全自動でカテーテルの先端を常にモニタでき、術者は、カテーテル挿入の途中で患者を移動しＭＲＩ装置が撮影できる領域に患者を移動する作業が不要となる。また、カテーテルのアクティブトラッキングをマルチプルＲＦコイルと併用可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面を用いて具体的に説明する。
図１は、本実施例のＭＲＩ装置１００を使って、術者１０４がカテーテル１０２を患者１０６の大腿動脈から挿入する様子を模式的に示している。術者は、表示部１０１を見ながらカテーテルの位置を把握し、カテーテルを挿入する。
【００１１】
ＭＲＩ装置１００の静磁場強度は例えば０．３Ｔ、磁気共鳴周波数は１２．８ＭＨｚである。核磁気共鳴周波数に対応する高周波磁場は、４つの表面型小型ＲＦコイルからなる胸部マルチプルＲＦコイルで受信する。撮影シーケンスはＧｒＥ（ＧｒａｄｉｅｎｔＥｃｈｏ）型マルチショットＥＰＩ（ＥｃｈｏＰｌａｎａｒＩｍａｇｉｎｇ；エコープラナーイメージング法）である。１２８×１２８画素サイズの１枚の画像に必要な信号は約２００ｍｓで取得する。この画像の撮影視野は３０ｃｍであり、スライス厚さは１０ｍｍである。実行ＴＥは、３５ｍｓ、撮影の繰り返し時間ＴＲは０．２ｓであり、スライス数は１枚である。撮影断面は冠状断面であり、撮影は連続的に行うフロロスコピィである。したがって、全撮影枚数は、例えば３００ｓ連続で撮影した場合で、１５００枚になる。ＭＲ透視下の３００ｓの間に、大腿動脈から血管カテーテルは心臓方向に挿入される。血管カテーテルのシース内には銅線で作られた細いガイドワイヤが挿入される。ガイドワイヤの一端は、チューニング・マッチング回路に接続され、ＲＦ受信アンプに接続されている。これは、非ループ型のＲＦコイルとして動作しＭＲ信号を受信する。
【００１２】
図２は、上記カテーテルモニタのコイル信号処理部の実施例を説明する図である。図２に示すように、本実施例では、胸部撮影用の４コイルに加え、第５のコイルすなわちカテーテルコイル２０２が設置されている。カテーテルコイル２０２からの受信信号をフーリエ変換すると、カテーテルコイルは一般に局所的な受信感度しか持たないため、カテーテルコイル２０２の近傍のみの信号が得られる。カテーテルコイルの画像からカテーテルの位置計算２０３を行うことにより、カテーテルの先端の位置がわかる。その位置計算法として用いる画像処理は、例えばもっとも画素値の高い画素の位置を血管カテーテルの先端とみなす。または、ある閾値以上の画素を抽出し、その重心から先端位置を判定する。このような画像処理による判定のためには、カテーテルの先端が高感度であるため、小型ループコイルを先端に有したカテーテルコイルが適する。この計算された位置情報は、ＭＲＩ装置の制御部に送られ、テーブル移動量の計算に用いられる。テーブル移動は、Ｘ方向とＹ方向の直交方向が望ましいが、Ｙ方向（体軸方向）Ｙ方向に比べて小さいためである。
【００１３】
図３は、移動しない小型ＲＦ受信コイル（胸部コイル）の信号合成に関する詳細図である。信号取得（ステップ３０１）では、４つの小型ＲＦ受信コイル２０５の信号をＡＤ変換・検波２０し、４つの部分画像ｅｎ（ｉ，ｊ）（ここにｎ＝１，２，３，４）（すなわち図６のフーリエ変換２０９の結果）を作成する処理を行う（ステップ４０１）。信号取得（ステップ３０１）に引き続き、小型コイル４個の部分画像を用いて、それぞれの小型ＲＦコイルの感度分布計算（ステップ３０２）を行う。感度分布計算の一例は図４に示してある。
【００１４】
すなわち原画像ｅｎ（ｉ，ｊ）を２次元逆フーリエ変換し（ステップ４０２）、計測Ｋ空間のデータｐｎ（ｉ’，ｊ’）、（ｎ＝１，２，３，４：ここでｉ’，ｊ’はＫ空間上のデータ配列を表わす）に戻し、ｐｎ（ｉ’，ｊ’）にＫ空間上の２次元のローパスフィルタを作用させ（ステップ４０４）、２次元フーリエ変換（ステップ４０５）することにより感度分布ｗｎ（ｉ，ｊ）（ｎ＝１，２，３，４）（ステップ４０７）を得る。感度分布計算が終了後、感度分布に基づいて信号合成（ステップ３０３）を行う。
【００１５】
信号合成処理の詳細は、上記信号取得（ステップ３０１）と（ステップ感度分布計算３０２）をブロック化して図５に示す。信号合成（ステップ３０３）は、ｅｎ（ｉ，ｊ）とｗｎ（ｉ，ｊ）を用いて合成画像ｓ（ｉ，ｊ）（ステップ３０４）を求める演算であり、例えば図５中に示す式で示される。この結果得られる合成画像（ステップ３０４）をＭＲＩ装置の表示部１０１に表示する。また、計算機のハードディスクに転送し画像データとして格納する。
【００１６】
感度分布ｗｎ（ｉ，ｊ）（ｎ＝１，２，３，４）は、信号処理部の所定のメモリー上に保存しておき、０．２秒後に撮影される２枚目の画像の信号処理及び（ｎ−１）枚目までの信号処理では、信号処理（ステップ３０１）後、感度分布計算を行わずに、１枚目で計算した感度分布の結果ｗｎ（ｉ，ｊ）（ｎ＝１，２，３，４）を用いて信号合成（ステップ３０３）を行う。
【００１７】
そして、結果を表示もしくは転送（ステップ３０４）し、この処理は、テーブル移動が行われるまで継続する。途中のｎ回目の撮影でテーブルが移動される場合のみ、テーブル移動に伴いＲＦコイルも位置が移動するため感度分布計算を再度行う。その後は、更新された感度分布データを使って、２枚目〜（ｎ−１）枚目と同様の処理が繰り返される。このような処理を行うことでカテーテルトラッキングの間、高速でマルチプルＲＦコイルの合成が連続的に行われ、かつテーブル移動後に小型ＲＦ受信コイル（胸部コイル）の位置が変わっても適切な感度分布計算がなされ、画質劣化無く再びカテーテルトラッキングが行われる。図３では、１スライスのみの説明としたが、同様の処理をマルチスライスの撮影について拡張することも可能である。
【００１８】
図７は、本発明の画像表示例を示す図である。撮影の原点７００は、ＭＲＩ装置の磁場中心にほぼ等しくセットされた状態であり、撮影視野７０１は、典型的には３０ｃｍ×３０ｃｍである。撮影断面はコロナル（冠状面）であり、腹部大動脈を含み、血管カテーテル７０３は、大腿部（下側）から心臓（上側）に向かって進む。カテーテルの先端Ｐ（ｘ１，ｙ１）７０４は、磁場中心近傍の第２の視野７０２内にはいっている。第２の視野は、磁場中心近傍であり、原点７００を中心に例えば２０ｃｍ×２０ｃｍの領域である。大腿部から術者がカテーテルを送り出すとカテーテルの先端は、腹部大動脈内を通って、心臓方面のＰ’（ｘ２，ｙ２）７０５に到達する。ここで、カテーテルの位置は、スライス方向（ｚ）にはあまり大きな移動が無いので本説明では省く。
【００１９】
オープン型ＭＲＩ装置では、被検体へのアクセス性を高めるために静磁場磁石の形状を工夫しており、その結果、一般に撮影視野周辺部の静磁場均一度は低下する傾向がある。従って、Ｐ’（ｘ２，ｙ２）７０５に到達したカテーテルを撮影するには、撮影視野を移動するよりは、被検体を速やかに移動させ、Ｐ’（ｘ２，ｙ２）が原点７００の近くに来るように再セットすることが重要である。そこで本実施例では、ＭＲＩ装置は上記の感度分布情報に基づいた信号より、カテーテルの先端を画像情報から抽出し、カテーテルの先端が視野７０２の外に出たら、術者にアラームで知らせ、若しくは画像上で警告を発する機構を有する。若しくは術者の意図的な操作（制御ボタンを押す、マウスをクリックする等）から、感度分布情報に基づいた信号より、カテーテルの先端を感度分布情報に基づいて、テーブルを移動しカテーテルの先端を原点近くに移動させる機能を備えている。
【００２０】
具体的に、カテーテルの先端を原点近くに移動させるには、第１の撮影視野で感度分布情報からカテーテルの先端を検出する。そして、カテーテルの先端が画面中央にくるように制御部はテーブル駆動部に原点７００をカテーテルの先端の移動に相当する距離及び方向を設定した制御信号を送り、その制御信号に基づいてモータを駆動させて、テーブルを移動させている。
【００２１】
移動後の画像を図８に示す。カテーテル１０２の位置が画像上の隅にくると、自動的にテーブルが動き、カテーテルが画像中心（すなわち磁場中心１０５）にくる。テーブルの停止後、カテーテルモニタリングは自動的に再スタートする。あるいは、術者がスイッチ１０３を押すと、テーブルがゆっくりと移動開始し、カテーテルの先端が磁場中心１０５にくれば、感度分布情報によりテーブルは自動的に停止する。
【００２２】
ここで、テーブルを移動するように術者に知らせる警告メッセージは、表示部１０１に例えばアラームランプが画面上に点灯させて表示される。また、視野２（図７：７０２）の枠が画像上にオーバーライトされ、カテーテルの先端が視野中心から外れていることを術者に知らせる。いずれの場合も、テーブル移動後、自動的にカテーテルトラッキング（フロロスコピィ）が再開される。必要に応じて、テーブル移動中もフロロスコピィを連続しても良い。但しこの場合は、テーブル移動中は電気的ノイズや被検体が動いていることにより画質が劣化することもある。
【００２３】
上記実施例では、カテーテルはアクティブカテーテルであったが、本発明はパッシブカテーテルにも適用可能である。この場合、カテーテルは信号を受信しないが、わずかな磁性を有する材質で作られたカテーテルは、局所磁場不均一を引き起こし、画像上で信号欠損となる。したがって、ＭＲ画像上でカテーテルの先端部分では、周囲に比べ暗い点として示される。この点を画像認識により自動抽出し、上記実施例と同様に視野との関係を認識し必要に応じてテーブルを移動する。また、テーブル移動後は、マルチプルＲＦコイルの感度分布計算を再実施し自動的にカテーテルトラッキングを再開する。なお、カテーテルの先端部は、画像上の位置をクリックすることで入力しても良く、この場合、自動ではなくなるが、画像処理は簡便である。
【００２４】
本実施例では、撮影シーケンスとしてマルチショットＥＰＩを例にしたが他の撮影シーケンス、例えば通常のＧｒシーケンスでも良い。
【００２５】
【発明の効果】
本発明では、カテーテルが撮影視野から外れた場合、テーブルをカテーテルに追従するように移動させ、ＭＲＩカテーテルトラッキングを高速に広い領域で連続的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概要を示すＭＲＩ装置の図である。
【図２】本発明の全体構成を示す図である。
【図３】本発明に係る信号処理の模式図である。
【図４】本発明に係る感度分布計算を示す図である。
【図５】本発明に係る信号処理の詳細図である。
【図６】本発明に係る信号処理の模式図である。
【図７】本発明を用いて撮った画像である。
【図８】本発明を用いて撮った画像である。
【図９】従来のＭＲＩ装置の図である。
【符号の説明】
１００ガントリ、１０１表示部、１０２カテーテル、１０４検者、１０５磁場中心、１０６被検体

Claims

被検体が置かれる空間に静磁場を発生させる静磁場発生手段と、上記空間に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生手段と、上記被検体の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせる高周波磁場発生手段と、上記核磁気共鳴により放出される信号を検出する受信手段と、上記受信手段で検出した受信信号を処理する信号処理手段と、前記受信信号より画像を表示する表示手段とを備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記被検体に挿入するカテーテルの先端にカテーテルコイルを備え、前記カテーテルコイル周辺の感度分布情報より前記カテーテルコイルの位置情報を検出し、前記位置情報に連動して、テーブルを移動させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
前記位置情報に基づいて警報を発する警報発生手段を備え、検者は前記警報により前記テーブルを移動させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。