JP2005087253A - 穿刺針ホルダおよび磁気共鳴撮影システム - Google Patents

Abstract

【課題】インターベンショナルな撮影において、穿刺針に直交するスキャン面の位置精度を向上させて、穿刺針の先端に位置するスキャン面を容易に得ることを可能にする穿刺針ホルダおよび磁気共鳴撮影システムを提供する。
【解決手段】MR撮影システム１００は、MR撮影装置１００Aと、穿刺針ホルダ５０とを有する。穿刺針ホルダ５０の赤外線LED５１からの赤外線をMR撮影装置１００Aのディテクタ３で検出することによって、被検体１に対する穿刺針ホルダ５０の位置が特定される。穿刺針ホルダ５０に設けられたリニア・エンコーダによって、穿刺針の進行方向に沿った移動距離が計測される。MR撮影装置１００Aの撮影制御部１７は、ディテクタ３により特定された穿刺針ホルダ５０の位置の情報と、リニア・エンコーダによる穿刺針の移動距離の情報とに基づいて、被検体１における穿刺針の先端部を含む部位の画像の画像データを生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、患者（被検体）の被検部位の組織片の採取等の作業に用いる穿刺針を保持するための穿刺針ホルダ、および、この穿刺針ホルダを用いて穿刺しながら磁気共鳴画像を生成するための磁気共鳴撮影システムに関する。

たとえば、被検体を手術する場合や、被検体に穿刺針を刺し込む穿刺作業において、MR（Magnetic Resonance）イメージング装置（以下、MR撮影装置という。）を用いて被検部位を磁気共鳴撮影しながら作業を行なうことがある。このように被検体に何らかの処置を施しながら被検部位をスキャンして撮影することは、インターベンショナル（interventional）な撮影と呼ばれている。

たとえば、特許文献１には、インターベンショナルな撮影において穿刺針を容易に支持するための穿刺針支持具が開示されている。
特許文献１に記載の穿刺針支持具においては、MR撮影に用いるRFコイル本体に穿刺針支持具を係合させて一体化し、RFコイルの位置決めと穿刺針の位置決めの連携を良くしている。

そして、インターベンショナルな撮影に関しては、たとえば、穿刺針の進路を含み互いに直交する２つのスキャン面と、これら２つのスキャン面に直交するスキャン面との３つのスキャン面によって穿刺針の位置を特定していた。
特開２００１−１０４２７９号公報

穿刺針の進路を含むスキャン面の位置に関しては、穿刺針の進路を特定する試みが従来から行なわれており、また、一度決まった進路はほとんど変わらないため、特定が容易である。
しかしながら、穿刺針の長手方向に直交する方向において穿刺針の先端を含むスキャン面の位置は、穿刺針の先端位置が変化することもあり、特定が困難であった。
そのため、穿刺針に直交する方向において穿刺針の先端部を精度良く含むスキャン面を容易に得られるような改善が望まれていた。

本発明の目的は、インターベンショナルな撮影において、穿刺針に直交するスキャン面の位置精度を向上させて、穿刺針の先端に位置するスキャン面を容易に得ることを可能にする穿刺針ホルダを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、このような穿刺針ホルダと磁気共鳴撮影装置とを用いて、穿刺針に直交するスキャン面の位置精度を向上させて、穿刺針の先端に位置するスキャン面を容易に得ることを可能にする磁気共鳴撮影システムを提供することにもある。

本発明に係る穿刺針ホルダは、穿刺針が一方向に通過する通過穴を備え、当該通過穴に挿入された前記穿刺針の支持のためのベースとなるベース部材と、前記通過穴に挿入された前記穿刺針の移動距離を計測する計測手段とを有する穿刺針ホルダである。

また、本発明に係る磁気共鳴撮影システムは、静磁場中に配置された被検体の被検部位への回転磁場および勾配磁場の印加によって前記被検部位から発生するNMR信号に基づいて前記被検部位の画像データを生成する磁気共鳴撮影システムであって、前記被検体に対する所望の位置に配置され、前記被検体に穿刺される穿刺針が一方向に通過する通過穴を備え当該通過穴に挿入された前記穿刺針の支持のためのベースとなるベース部材と、前記通過穴に挿入された前記穿刺針の移動距離を計測する計測手段とを有する穿刺針ホルダと、前記被検体に対する前記穿刺針ホルダの位置を検出し、検出した位置情報を出力する位置検出手段と、前記NMR信号に基づいて前記画像データを生成する撮影制御手段とを有し、前記撮影制御手段は、前記位置検出手段からの前記位置情報と、前記計測手段からの前記移動距離の情報とに基づいて、前記被検体における前記穿刺針の先端部を含む部位の画像の前記画像データを生成する。

本発明においては、磁気共鳴撮影に際し、穿刺針ホルダのベース部材が被検体に対する所望の位置に配置される。位置検出手段が、被検体に対するこの穿刺針ホルダの位置を検出してその位置情報を出力する。
また、穿刺針がベース部材の通過穴に挿入され、通過穴を一方向に通過して被検体に穿刺される。穿刺針ホルダの計測手段が、通過穴に沿った穿刺針の移動距離を計測する。
撮影制御手段は、位置検出手段から穿刺針ホルダの位置情報を、計測手段から穿刺針の移動距離の情報をそれぞれ受け取り、これらの情報に基づいて被検体における穿刺針の先端部を含む部位の画像の画像データを生成する。

本発明によれば、穿刺針の長手方向に直交する面の位置精度を向上させて、穿刺針の先端に位置するスキャン面を容易に得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら述べる。
図１は、本発明の一実施の形態に係るMR（Magnetic Resonance）撮影システムの構成を概略的に示す概略構成図である。

図１に示すMR撮影システム１００は、MR撮影装置１００Aと、穿刺針ホルダ５０とを有する。
MR撮影装置１００Aはさらに、マグネット部１４０と、本体部１１０と、コンソール部２８０とを有する。

マグネット部１４０は、テーブル１２０と、このテーブル１２０上に載置されるクレードル９と、互いに対向して１つのペアを構成している２つのリング状のマグネット５，５とを有している。

また、本体部１１０は、RFコイル駆動部１２と、勾配コイル駆動部１３と、データ収集部１４と、算出部１５とを有している。

リング状のマグネット５，５は、それぞれのリングの中心軸が同軸になるように、また、所定の距離を隔てて対向配置される。このように配置されるマグネット５，５は、たとえば、テーブル１２０に取り付けられてテーブル１２０と一体になる。

マグネット５，５は、図示はしないがそれぞれ個別のマグネットケースに収容されている。各マグネットケースの間の空間が、医者やオペレータが作業をするための作業空間SPとなる。

図１に示すように、リング状のマグネット５，５の中心軸方向をz軸方向とする。また、z軸方向に直交する２つの方向をそれぞれx軸方向、およびy軸方向とする。
マグネット５，５は、z軸方向に沿う静磁場を形成する。したがって、作業空間SPにも静磁場が形成される。

被検体１は、クレードル９に載せられて、テーブル１２０に対して移動され、静磁場が形成されている作業空間SP内に被検部位が位置するように位置付けられる。

また、マグネット５，５を収容しているマグネットケース内には、図示しない勾配磁場コイルも収容されている。
勾配磁場コイルは、マグネット５，５と同様に互いに対向してペアを形成する複数のコイルを有する。勾配磁場コイルは、後述するRFコイルが検出する核磁気共鳴信号に３次元の位置情報を持たせるために３系統存在する。したがって、３つの勾配磁場コイルのペアが存在する。

勾配磁場コイルに勾配コイル駆動部１３が接続され、勾配コイル駆動部１３は、上記３系統の勾配磁場コイルに勾配磁場励起信号をそれぞれ送信する。勾配磁場励起信号をそれぞれ受け取った３系統の勾配磁場コイルは、マグネット５，５が形成する静磁界の強度にx，y，zの３方向の勾配を付ける勾配磁場をそれぞれ発生させる。

RF（Radio Frequency）コイルには、送信用RFコイルと受信用RFコイルとがある。送信用RFコイルは被検体１の被検部位にRF帯の電磁波を送信して励起磁場を印加する。この励起磁場は、被検部位の原子のスピンの回転軸を傾けて原子を回転させるため、回転磁場とも呼ばれる。
送信用RFコイルによる励起磁場の印加を停止した際には、被検部位のスピンに起因して、共鳴周波数を有する核磁気共鳴（Nuclear Magnetic Resonance：NMR）信号が被検部位から再放射される。受信用RFコイルは、被検部位からのこのNMR信号を検出する。

本実施の形態においては、送信用RFコイルと受信用RFコイルとを兼用するRFコイルCLを用いる。
送受信兼用のRFコイルCLには、被検体１の頭部や腹部や肩等の被検部位に応じた専用のものが存在する。以下では、腹部用のRFコイルCLを例に挙げて述べる。

RFコイルCLはフレキシブルであり、被検体１の外形に応じてある程度変形し、被検体１にフィットさせることができる。
また、RFコイルCLには開口部が設けられており、この開口部から被検体１にアクセスすることが可能である。

RFコイルCLにはRFコイル駆動部１２とデータ収集部１４とが接続される。
RFコイル駆動部１２がRFコイルCLに励起磁場を励起させる信号を与える。これにより、RFコイルCLから所定の共鳴周波数のRF信号が送信されて被検部位に励起磁場、即ち回転磁場が印加され、被検部位の原子のスピンが励起される。
データ収集部１４は、RFコイルCLが検出したNMR信号を取り込み、それを磁気共鳴画像生成のためのデータとして収集する。データ収集部１４は、収集した磁気共鳴画像生成のためのデータを、後述するコンソール部２８０の撮影制御部１７に送信する。

穿刺針ホルダ５０は、RFコイルCLの開口部を介して、被検体１に対する所定の位置に配置される。穿刺針ホルダ５０は、被検体１に穿刺する穿刺針を支持するための装置である。穿刺は、たとえば、被検体１の対象となる部位の組織片を採取する等の作業のために行なわれる。
穿刺針ホルダ５０の詳細な構成については後述するが、穿刺針ホルダ５０は、赤外線LED（Light Emitting Diode）等の発光素子によりその位置を報知することが可能になっている。本発明における発光位置報知手段の一実施態様が、赤外線LEDに相当する。

たとえば、マグネット５，５をそれぞれ収容しているマグネットケース間の上部には、穿刺針ホルダ５０の赤外線LEDが発する赤外線を検出するディテクタ(detector)３が設置される。
本発明における受光手段の一実施態様が、ディテクタ３である。
ディテクタ３は、たとえば、赤外線を検出可能なフォトダイオード等の受光素子を平面的に並べることによって形成される。
本発明における穿刺針ホルダ５０の位置検出手段の一実施態様が、赤外線LEDとディテクタ３とを含んで構成される。
詳細には後述するが、穿刺針ホルダ５０の赤外線LEDが発する位置検出光としての赤外線をディテクタ３が検出する協働作業により、被検体１に対する穿刺針ホルダ５０の位置を特定することができる。

また、穿刺針ホルダ５０には後述するようにリニア・エンコーダが設けられている。本発明における計測手段の一実施態様がこのリニア・エンコーダに相当する。
このリニア・エンコーダによって、穿刺針の進行方向に沿った移動距離を計測することが可能になっている。

本体部１１０の算出部１５は、ディテクタ３と穿刺針ホルダ５０のリニア・エンコーダとにそれぞれ接続されている。
算出部１５は、ディテクタ３によって特定された穿刺針ホルダ５０の位置と、リニア・エンコーダから得られる穿刺針の移動距離に関する情報とに基づいて、穿刺針および穿刺針の先端に関する位置情報を算出する。
算出部１５は、算出した位置情報を、コンソール部２８０の撮影制御部１７に向けて送信する。

コンソール部２８０は、図１に示すように、撮影制御部１７の他に、たとえば、記憶部１８と、操作部１９と、表示部２０とを有する。
本発明における撮影制御手段の一実施態様が、撮影制御部１７である。
記憶部１８と操作部１９と表示部２０とがそれぞれ撮影制御部１７に接続される。また、本体部１１０のRFコイル駆動部１２と勾配コイル駆動部１３とデータ収集部１４と算出部１５とも、各々撮影制御部１７に接続される。

操作部１９は、たとえば、キーボードやマウス等の入力デバイスにより実現される。操作部１９を介して、コンソール部２８０を操作するオペレータからの指令信号が撮影制御部１７に入力される。

撮影制御部１７は、たとえば、CPU（Central Processing Unit）等の演算のためのハードウェアと、このハードウェアの駆動のためのプログラム等のソフトウェアとによって実現される。
上記のプログラムは、たとえば、RAM（Random Access Memory）やハードディスクドライブによって実現される記憶部１８に記憶されている。
撮影制御部１７は、操作部１９を介して入力されたオペレータからの指令信号を受けて、所望の核磁気共鳴信号が得られるようにRFコイル駆動部１２、勾配コイル駆動部１３、およびデータ収集部１４を制御する。

また、撮影制御部１７は、データ収集部１４から送信された核磁気共鳴信号のデータに対して、操作部１９を介したオペレータからの指令に基づいて演算処理や画像処理等の所定の処理を施して磁気共鳴画像を生成する処理も実行する。撮影制御部１７によって生成された画像は、記憶部１８に記憶させておくことができる。

記憶部１８に記憶されていた画像は、オペレータからの要求に応じて、撮影制御部１７によって適宜表示部２０に表示される。
表示部２０は、たとえば、液晶表示パネルやCRT（Cathode-Ray Tube）等のモニタによって実現される。
また、表示部２０には、MRI装置１を操作するための操作画面も表示される。

以上のような構成により、MR撮影システム１００を用いて磁気共鳴画像を入手することができる。
以下、穿刺針ホルダ５０の構造について詳細に述べる。
図２は、穿刺針ホルダ５０と、この穿刺針ホルダ５０を介して被検体１に穿刺される穿刺針７０と、生成される画像の関係とを表わす斜視図である。
また、図３は、被検体１の体表１T上に配置した穿刺針ホルダ５０に穿刺針７０を挿入して被検体１に穿刺を行なう状態を表わした図である。
図２における穿刺針ホルダ５０は、内部構造を示すために部分切断斜視図として描いている。また、図３において、被検体１および被検部位１Pと穿刺針ホルダ５０のベース部材５０Bおよびアタッチメント５５と穿刺針７０とは、側面から模式的に表わしている。
ただし、図２および図３は例示のための図であり、図中の各部の寸法およびその縮尺は実際の通りとは限らない。

穿刺針ホルダ５０と穿刺針７０とは、マグネット５，５によって形成される静磁場の均一性を損なわないように、たとえば、プラスチック樹脂や非磁性金属等の非磁性体材料を用いて全て構成することが好ましい。

穿刺針ホルダ５０は、ベース部材５０Bと、上述した赤外線LED５１と、アタッチメント５５とを有する。

図２に示すように、ベース部材５０Bは中心部から枝部が３方向に伸びており、全体としてY字形をしている。
各枝部にそれぞれ１個ずつ、計３個の赤外線LED５１が、ベース部材５０Bに設けられている。各赤外線LED５１は、ベース部材５０Bのうち、被検体１の体表１T側に向けられる側とは反対側に、赤外線を外部に発光可能に取り付けられる。
各赤外線LED５１は、配線５３を介して撮影制御部１７に接続される。配線５３を介して、各赤外線LED５１へ電力が供給され、また発光のオン・オフが制御される。

ベース部材５０Bのうち、３個の赤外線LED５１によって形成される三角形の重心の位置に、穿刺針７０が挿入されて通過する通過穴５７が設けられる。
ベース部材５０Bに対するアタッチメント５５の位置を規定するために、通過穴５７は小径部５７Aと大径部５７Bとを有する。
小径部５７Aと大径部５７Bとは互いに連通しており、小径部５７Aはベース部材５０Bの体表１Tに向けられる側に、大径部５７Bはそれとは反対側にそれぞれ形成される。
本実施の形態においては、アタッチメント５５の向きを規定するための平面部を大径部５７Bに設けている。

また、ベース部材５０Bには、LED等の発光素子６１と、フォトダイオード等の受光素子６２が設けられる。
発光素子６１は、通過穴５７側へ向けて検出光を発するように、たとえば、ベース部材５０Bの内部に取り付けられる。ベース部材５０Bは、発光素子６１からの検出光が通過穴５７へ到達可能なように、検出光の進行方向側が通過穴５７に向けてひらけているようにしておく。
発光素子６１が発する検出光は、後述する穿刺針７０のリフレクタ（reflector）によって反射可能であれば、可視光でも可視光以外の光であってもよい。

受光素子６２は、発光素子６１から発せられた検出光が穿刺針７０のリフレクタによって反射された反射光を受光する。
受光素子６２は、受光した反射光の強度に応じた大きさの信号を出力する。

発光素子６１と受光素子６２とにはそれぞれ配線６３が接続されている。配線６３を介して、発光素子６１および受光素子６２への電力供給が制御される。
また、受光素子６２が出力する信号は、配線６３を介して算出部１５へ送信される。

アタッチメント５５は、ベース部材５０Bの通過穴５７に挿入されて、通過穴５７への穿刺針７０の挿入を補助するための部材である。
アタッチメント５５は、穿刺パイプ部５５Aと、装着部５５Bと、鍔部５５Dとを有する。穿刺パイプ部５５Aと装着部５５Bと鍔部５５Dとは、それぞれ内側が中空になっておりこれらの中空部が互いに連通するように一体となっている。
アタッチメント５５の内側の中空部に、穿刺針７０を挿入することが可能である。

穿刺パイプ部５５Aは、被検体１に突き刺され、穿刺針７０を穿刺する際の導入路となる部分である。
穿刺パイプ部５５Aは、通過穴５７の小径部５７Aの内周に嵌合する外形形状を有する。

装着部５５Bは、ベース部材５０Bへアタッチメント５５を確実に装着し、また、ベース部材５０Bに対するアタッチメント５５の位置および向きを規定するための部分である。
装着部５５Bは、通過穴５７の大径部５７Bの平面部に対応する切欠部５５Cを有し、大径部５７Bの内周に嵌合する外形形状をしている。
装着部５５Bを大径部５７Bに装着したときに発光素子６１からの検出光が大径部５７Bまで到達し、また、大径部５７Bからの反射光が受光素子６２に到達可能なように、切欠部５５Cの部分においては、その外部と内部の中空部とが連通可能になっている。

鍔部５５Dは、ベース部材５０Bへアタッチメント５５を装着したときに、装着状態を容易に維持できるように保持するための保持部としての機能を果たす。

アタッチメント５５は、体表１Tに向けられる側とは反対側から、穿刺パイプ部５５Aを通過穴５７の小径部５７Aに、装着部５５Bを大径部５７Bにそれぞれ嵌合させてベース部材５０Bに装着される。

穿刺針７０は、図２に示すように、被検体１に実際に突き刺す針部７１と、医者等のオペレータが把持するための把持部７５とを有する。
針部７１と把持部７５とは、一体となっている。

針部７１には、その長手方向の中途部に、所定区間にわたってリフレクタ（reflector）８０が設けられている。
リフレクタ８０は、光の反射率の高い部分と低い部分とを交互に、針部７１の長手方向に交差するストライプ状に配置して構成されている。
このようなリフレクタ８０は、たとえば、メッキや、表面加工や、異種材料を配列して形成すること等の方法によって形成する。

前記のリニア・エンコーダの一実施態様が、リフレクタ８０を有する穿刺針７０と発光素子６１と受光素子６２とを含んで構成される。
この構成のリニア・エンコーダによる穿刺針７０の移動距離の計測動作については後ほど詳述するが、リフレクタ８０により反射され反射光となった発光素子６１からの検出光を受光素子６２が受光することにより発生するパルス信号をカウントすることによって、穿刺針７０の移動距離が計測される。このため、リフレクタ８０のストライプの幅およびピッチに依存して、移動距離の計測の分解能が決まる。
移動距離の分解能が、たとえば、１mm程度となるようにリフレクタ８０を形成することが、実用上好ましい。
このように、本実施の形態に係るリニア・エンコーダは、発光素子６１と受光素子６２とを用いて非接触で穿刺針７０の移動距離を計測する電気式のリニア・エンコーダとなっている。

針部７１において、先端７３からリフレクタ８０までの部分はリフレクタ８０が設けられておらず、パルス信号のカウントには用いられない。この部分を、針部７１の非カウント部７１Aとする。
非カウント部７１Aの長さをmとして表わす。

撮影制御部１７は、被検体１に穿刺された針部７１に関連して、３つの磁気共鳴画像（断層像）が得られるように本体部１１０を制御して被検体１をスキャンする。
３つの断層像を得るための３つのスキャン面のうちの２つは、針部７１が通過する点Ctを含み穿刺針７０の進行方向に沿って、互いに９０°直交して存在する。したがって、この２つのスキャン面を、図２に示すようにイン・プレーン（in-plane）０およびイン・プレーン９０と呼ぶ。
たとえば、穿刺針７０の進行方向をy軸方向に沿った方向とした場合に、yz平面に平行な面をイン・プレーン０、xy平面に平行な面をイン・プレーン９０とする。

イン・プレーン０とイン・プレーン９０との両方に直交する直交面１８０が、残りの１つのスキャン面である。
針部７１の位置を正確に知るために、この直交面１８０は、針部７１の移動とともに移動して針部７１の先端７３の位置P７３またはその可能な限り近傍を含んでいることが、穿刺しながらのインターベンショナルな撮影においては好ましい。
以下、穿刺針７０を用いたインターベンショナルな撮影において、針部７１を含むイン・プレーン０、イン・プレーン９０、および直交面１８０に関する断層像を得るための手順について、図３を参照しながら述べる。

穿刺を行なうインターベンショナルな撮影において、穿刺針ホルダ５０は、図３には図示していないRFコイルCLの開口部を介して、被検体１に対する所定の位置に配置される。穿刺針ホルダ５０は、赤外線LED５１からの赤外線が発せられる面を被検体１とは反対側に向けて配置される。
穿刺針ホルダ５０の３個の赤外線LED５１からは、それぞれ位置検出光としての赤外線が発せられる。
マグネット５，５をそれぞれ収容するマグネットケース間の上部等の、穿刺針ホルダ５０のベース部材５０Bとは離れた領域に配置されているディテクタ３は、赤外線LED５１からの赤外線を検出する。これにより、被検体１に対する３個の赤外線LED５１の位置が分かる。ディテクタ３は、入手した赤外線LED５１の位置情報を、算出部１５に送信する。

算出部１５は、ディテクタ３からの位置情報に基づいて、３個の赤外線LED５１によって形成される三角形の重心の位置を計算して算出する。ベース部材５０Bにおいては、赤外線LED５１によって形成される三角形の重心に通過穴５７が形成されているため、これにより被検体１に対する通過穴５７の位置が分かる。
算出部１５は、算出した重心の位置の情報を撮影制御部１７に送信する。撮影制御部１７は、算出部１５によって得られた重心の位置を、図２に示すイン・プレーン０およびイン・プレーン９０の基準となる点Ctとする。

前述のように、ベース部材５０Bの通過穴５７にアタッチメント５５が装着される。このとき、穿刺パイプ部５５Aが通過穴５７の小径部５７Aに挿入され、切欠部５５Cを大径部５７Bの平面部に対応させて装着部５５Bが大径部５７Bに挿入されることによって、ベース部材５０Bに対するアタッチメント５５の位置および向きが一意に決まる。

被検体１に対して位置決めされたベース部材５０Bにアタッチメント５５が装着されることにより、穿刺パイプ部５５Aが被検体１に穿刺される。

被検体１に対して位置決めされたベース部材５０Bに装着されたアタッチメント５５の内側の中空部に、穿刺針７０の針部７１が挿入される。これにより、アタッチメント５５を介して、ベース部材５０Bの通過穴５７に針部７１が挿入される。たとえば、オペレータが手により穿刺針７０を押し込むことにより、通過穴５７に沿って針部７１が図３中の矢印Dr１の向きに一方向に移動し、被検体１に穿刺される。

発光素子６１および受光素子６２が設置されている位置まで針部７１が移動した状態から、穿刺針７０の移動距離が計測され始める。針部７１のリフレクタ８０は光の反射率が高い部分と低い部分が交互にストライプ状に配置されて構成されているため、受光素子６２は、リフレクタ８０の移動に伴って強い反射光と弱い反射光とを交互に受光することになる。これにより、受光素子６２からは、強い反射光を受けたときには値が大きく、弱い反射光を受けたときには値が小さいパルス状の信号が出力されることになる。このパルス信号は、配線６３を介して算出部１５に送信される。
受光素子６２から出力されるパルス信号のパルスの数と穿刺針７０の移動距離との間には対応関係がある。算出部１５は、受け取ったパルス信号のパルスの数をカウントして、発光素子６１および受光素子６２が設置されている計測開始位置PSからの穿刺針７０の移動距離を算出する。

以上のようにして穿刺針７０の移動距離を計測する場合には、ベース部材５０Bに装着された状態における穿刺パイプ部５５Aの先端から、計測開始位置PSまでの長さを、針部７１の非カウント部７１Aの長さと同じ長さmとすることが好ましい。これにより、計測によって得られた距離の大きさが、そのまま穿刺パイプ部５５Aの先端から針部７１の先端７３までの長さvとなる。
この長さvは、穿刺針７０の移動に応じて大きさが変化する可変な長さである。

一方、穿刺パイプ部５５Aのうち被検体１に穿刺される部分の長さfは、ベース部材５０Bとアタッチメント５５との形状に依存して決まるほぼ不変な長さであり、長さfは予め入手しておくことができる。

以上により、被検体１の体表１Tから被検体１に穿刺されている針部７１の先端７３までの長さdは、d＝f＋vとして得ることができる。
撮影制御部１７は、たとえば、記憶部１８に記憶されている長さfと算出部１５から入手した長さvとを用いて長さdを計算して入手する。
以上により、撮影制御部１７は、被検体１に対する針部７１の先端７３の位置を入手することができる。

撮影制御部１７は、ディテクタ３を介して入手した、通過穴５７に関する点Ctの位置に基づいてイン・プレーン０とイン・プレーン９０とを設定する。たとえば、点Ctを含み、yz平面とxy平面とにそれぞれ平行なスキャン面を、それぞれイン・プレーン０、イン・プレーン９０とする。
イン・プレーン０とイン・プレーン９０とに関する断層像には、針部７１の像が含まれる。針部７１の像に基づいてイン・プレーン０とイン・プレーン９０とを設定するようにしてもよい。
図３には、一例として、以上のようにして設定されるイン・プレーン０が示されている。便宜上、イン・プレーン０にy，z軸を描き込んでいる。

また、撮影制御部１７は、算出した長さdの値に基づいて、体表１Tから長さdの位置にあり、xz平面に平行なスキャン面を直交面１８０として設定し、直交面１８０に関する断層像を生成する。生成した断層像の一例を、図３において断層像Im１として示している。ここでも、便宜上、x，z軸を断層像Im１に描き込んでいる。
たとえば、xz平面に平行な断面が円形の被検部位１Pを対象として撮像した場合には、断層像Im１に示すように、断面円形の被検部位１Pの像と、その中の針部７１の先端７３の像を得ることができる。

比較のために、体表１Tからの長さdよりも短い位置にあるxz平面に平行な断層像を、断層像Im２として示す。断層像Im２にも、x，z軸が便宜上描きこまれている。
断層像Im２には、断層像Im１とは断面積が異なる被検部位１Pの像と、針部７１の断面の像とが含まれる。

撮影制御部１７により、穿刺針７０の移動に伴って、先端７３の位置に対応する直交面１８０における断層像を自動的に連続的に生成させるようにすることも可能である。
この場合には、断層像Im２と断層像Im１とに示すように被検部位１Pの断面積は異なるが、常に先端７３の像が含まれる断層像が得られることになる。

以上のように、本実施の形態によれば、穿刺針ホルダ５０にリニア・エンコーダを設けている。これにより、穿刺針７０の移動距離を計測して、穿刺針７０の先端７３またはその可能な限り近傍の位置を検出することができ、先端７３の検出精度を向上させることができる。たとえば、図３に示す断層像Im１と断層像Im２とにおいて、先端７３の像の大きさと針部７１の像の大きさとは正確には異なっているはずであるが、実際には大きさの見分けはつきにくい。このため、従来は単に直交面１８０に関する断層像だけからではその断層像が先端７３に位置している断層像か否かを判断することは困難であった。それに対し、本実施の形態によれば、先端７３に可能な限り位置する直交面１８０の断層像を容易に得ることができる。
リニア・エンコーダを用いることにより、先端７３の位置をリアルタイムで入手することができ、穿刺針７０の動きに応じて直交面１８０における断層像を自動的に、またほぼリアルタイムで入手することができる。このため、穿刺がより容易になる。先端７３の位置を自動的にリアルタイムに入手することができることから、たとえば、ロボットを用いて穿刺針７０を目的の位置まで自動的に穿刺することも可能になる。
本実施の形態においては、光を利用して非接触で穿刺針７０の移動距離を計測する電気式のリニア・エンコーダを用いている。このため、穿刺において穿刺針ホルダ５０から穿刺針７０に及ぶ外力等の外乱の影響を抑制することができる。これは、上記の穿刺の自動化においては特に有利である。
また、インターベンショナルな撮影においては、目標位置を決定するため、また穿刺による被検部位の影響を調べるために、穿刺針７０の先端７３の近傍における断層像から被検部位の温度分布を求めることがある。このような場合に、本実施の形態においては先端７３の位置を可能な限り正確に検出することができるため、直交面１８０においてより正確な温度分布を求めることができる。したがって、より正確な穿刺が可能になる。その結果、目標位置を誤ることを防止して、被検部位の組織を不要に傷付けることを防止することができる。

なお、受光素子６２が１個の場合には、穿刺針７０が図３に示す矢印Dr１，Dr２のいずれの向きに移動しているかを判断することは困難である。穿刺針７０の移動の向きを判断するためには、たとえば、２個の受光素子６２，６２を、穿刺針７０の進行方向に沿って並べて設置する。このとき、各受光素子６２，６２から出力されるパルス信号が、１／４パルス（９０°）ずれるように受光素子６２，６２間の間隔を設定する。一方の受光素子６２からのパルス信号の他方の受光素子６２からのパルス信号に対する進みまたは遅れの関係を調べることによって、穿刺針７０の移動の向きを判別することができる。このパルス信号の進みまたは遅れの判定は、たとえば、撮影制御部１７が実行する。

〔変形形態〕
これまでは、非接触の電気式リニア・エンコーダを用いて穿刺針７０の移動距離を計測する場合について述べてきた。以下では、本発明の実施の形態の変形形態として、機械式のエンコーダを用いる場合について述べる。

図４は、本変形形態に係る機械式リニア・エンコーダの要部の構造の一例を示す斜視図である。
本変形形態は、機械式リニア・エンコーダを用いる点以外は、MR撮影システムの構造とイン・プレーン０、イン・プレーン９０、および直交面１８０の設定の方法とは、上記実施の形態とほぼ同じであるため、詳細な記載は省略する。

図４に示すように、本変形形態に係る機械式リニア・エンコーダ５００は、ギヤ付ローラ９００と、回転計９５０とを有する。
本発明における変換手段の一実施態様がギヤ付ローラ９００に相当する。
また、ギヤ付ローラ９００は、ローラ９１０と、ギヤ９２０とを有する。

ローラ９１０とギヤ９２０とは、回転軸９２０Aまわりに同心円状に回転する形状をしており、一体となっている。
回転計９５０は、ギヤ９２０に噛合するギヤ９６０を介してギヤ付ローラ９００に連結される。回転計９５０には、市販の回転計を用いることができる。
以上のような機械式リニア・エンコーダ５００が、ベース部材５０Bの内部に設置される。

機械式リニア・エンコーダ５００は、回転軸９２０Aの軸方向が、図４に示すような穿刺針７００の移動方向Drに直交するように配置される。そして、ローラ９１０が穿刺針７００に接触する。
ローラ９１０に接触した穿刺針７００が矢印Dr方向に沿って移動した場合に、ギヤ付ローラ９００は、矢印Dr方向に沿った穿刺針７００の直線運動を、回転軸９２０A回りの矢印Rrに示す回転運動に変換する。
ギヤ付ローラ９００が回転することにより、ギヤ９６０が回転する。回転計９５０は、このギヤ９６０の回転数を計測する。この回転数は、穿刺針７００の移動距離に応じた値となっている。

回転計９５０は、計測した回転数の情報を算出部１５に送信する。算出部１５は、送信された回転数の情報に基づいて、ギヤ９２０とギヤ９６０のギヤ比等の情報を用いて穿刺針７００の移動距離を算出する。
以上により、機械式リニア・エンコーダ５００を用いて、穿刺針７００の移動距離を求めることができる。
このとき、図４に示す穿刺針７００のように、上述の穿刺針７０のリフレクタ８０に相当する中途部がより太くなっている穿刺針を用いることが好ましい。この穿刺針７００を用いることにより、非カウント部７１Aにおいてはローラ９１０に接触しない。言い換えれば、ギヤ付ローラ９００のローラ９１０の大きさは、穿刺針７００の太くなっている大径部８００に接触する大きさとなっている。これにより、穿刺針７０と同様に非カウント部７１Aにおいては移動距離が計測されず、大径部８００の部分まで穿刺針７００が穿刺されたときに大径部８００がローラ９１０に接触して計測が可能になる。その結果、穿刺針７０の場合と同様に、回転計９５０の計測値を用いて、穿刺パイプ部５５Aから出た穿刺針７００の長さvを直接的に得ることができる。

本変形形態の場合にも、前述の実施の形態の場合とほぼ同様の効果を得ることができる。それに加えて、回転計９５０を用いていることから、穿刺針７００の移動の向きを容易に判別することができる。また、たとえば、穿刺針ホルダ５０の通過穴５７に被検体１の血液等の付着物が付着したとしても、穿刺針７００とローラ９１０とが機械的に接触しているため計測が可能であり、信頼性が高いといえる。

なお、上記実施の形態およびその変形形態に限らず、本発明は適宜変更可能である。たとえば、本発明に係る穿刺針ホルダ５０は、上記実施の形態において述べたような作業空間SPを有するオープンなMR撮影装置に限らず、インターベンショナルな撮影が可能なあらゆるMR撮影装置に用いることができる。また、MR撮影装置に限らず、X線CT（Computed Tomography）装置等の撮影装置を用いた、穿刺針の移動方向に直交するスキャン面の断層像を生成するインターベンショナルな撮影に穿刺針ホルダ５０を用いることが可能である。

本発明は、特に、穿刺しながら被検体の断層撮影を行なうインターベンショナルな撮影の分野において好適に利用することができる。

本発明の一実施の形態に係るMR撮影システムの構成を概略的に示す概略構成図である。 本発明の一実施の形態に係る穿刺針ホルダと、この穿刺針ホルダを介して被検体に穿刺される穿刺針と、生成される画像の関係とを表わす斜視図である。 被検体の体表上に配置した穿刺針ホルダに穿刺針を挿入して被検体に穿刺を行なう状態を表わした図である。 本発明の実施の形態の変形形態に係る機械式リニア・エンコーダの要部の構造の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１…被検体、３…ディテクタ、１５…算出部、１７…撮影制御部、５０…穿刺針ホルダ、５０B…ベース部材、５１…赤外線LED、６１…発光素子、６２…受光素子、７０，７００…穿刺針、７１…針部、８０…リフレクタ、１００…MR撮影システム、１００A…MR撮影装置、CL…RFコイル

Claims (13)

1. 穿刺針が一方向に通過する通過穴を備え、当該通過穴に挿入された前記穿刺針の支持のためのベースとなるベース部材と、
   前記通過穴に挿入された前記穿刺針の移動距離を計測する計測手段と
   を有する穿刺針ホルダ。
2. 前記ベース部材と前記計測手段とは非磁性体からなる
   請求項１に記載の穿刺針ホルダ。
3. 前記計測手段は電気式リニア・エンコーダである
   請求項１または２に記載の穿刺針ホルダ。
4. 前記電気式リニア・エンコーダは、
   前記穿刺針に設けられ、当該穿刺針の進行方向に交差して連なるストライプ状のリフレクタと、
   前記リフレクタに検出光を発する発光素子と、
   前記リフレクタからの前記検出光の反射光を受光する受光素子と
   を有する
   請求項３に記載の穿刺針ホルダ。
5. 前記計測手段は機械式リニア・エンコーダである
   請求項１または２に記載の穿刺針ホルダ。
6. 前記機械式リニア・エンコーダは、
   前記通過穴中の前記穿刺針に接触し、当該穿刺針の直進運動を所定の軸まわりの回転運動に変換する変換手段と、
   前記変換手段に連結され、当該変換手段の前記軸まわりの回転運動に基づいて前記穿刺針の移動距離に応じた出力値を出力する回転計と
   を有する請求項５に記載の穿刺針ホルダ。
7. 前記変換手段は、長手方向の中途部がより太い前記穿刺針の当該中途部に接触する大きさを有する
   請求項６に記載の穿刺針ホルダ。
8. 前記ベース部材に、
   当該ベース部材とは離れた領域に設置される受光手段に位置検出光を発し、当該位置検出光を受光する前記受光手段と協働して当該ベース部材の位置を検出するための発光位置報知手段をさらに設けた
   請求項４、６、７のいずれかに記載の穿刺針ホルダ。
9. 静磁場中に配置された被検体の被検部位への回転磁場および勾配磁場の印加によって前記被検部位から発生するNMR信号に基づいて前記被検部位の画像データを生成する磁気共鳴撮影システムであって、
   前記被検体に対する所望の位置に配置され、前記被検体に穿刺される穿刺針が一方向に通過する通過穴を備え当該通過穴に挿入された前記穿刺針の支持のためのベースとなるベース部材と、前記通過穴に挿入された前記穿刺針の移動距離を計測する計測手段とを有する穿刺針ホルダと、
   前記被検体に対する前記穿刺針ホルダの位置を検出し、検出した位置情報を出力する位置検出手段と、
   前記NMR信号に基づいて前記画像データを生成する撮影制御手段と
   を有し、
   前記撮影制御手段は、前記位置検出手段からの前記位置情報と、前記計測手段からの前記移動距離の情報とに基づいて、前記被検体における前記穿刺針の先端部を含む部位の画像の前記画像データを生成する
   磁気共鳴撮影システム。
10. 前記穿刺針ホルダは非磁性体からなる
    請求項９に記載の磁気共鳴撮影システム。
11. 前記計測手段は、
    前記穿刺針に設けられ、当該穿刺針の進行方向に交差して連なるストライプ状のリフレクタと、
    前記リフレクタに検出光を発する発光素子と、
    前記リフレクタからの前記検出光の反射光を受光する受光素子と
    を有する電気式リニア・エンコーダである
    請求項９または１０に記載の磁気共鳴撮影システム。
12. 前記計測手段は、
    前記通過穴中の前記穿刺針に接触し、当該穿刺針の直進運動を所定の軸まわりの回転運動に変換する変換手段と、
    前記変換手段に連結され、当該変換手段の前記軸まわりの回転運動に基づいて前記穿刺針の移動距離に応じた出力値を出力する回転計と
    を有する機械式リニア・エンコーダである
    請求項９または１０に記載の磁気共鳴撮影システム。
13. 前記位置検出手段は、
    前記ベース部材に設けられ、当該ベース部材の位置を検出するための位置検出光を発する発光位置報知手段と、
    前記ベース部材とは離れた領域に設置され、前記発光位置報知手段からの前記位置検出光を受光する受光手段と
    を有する
    請求項１１または１２に記載の磁気共鳴撮影システム。
    

Images