JP2005160749A - Magnetic resonance imaging apparatus having diagnostic/therapeutic function using high gradient magnetic field - Google Patents

Magnetic resonance imaging apparatus having diagnostic/therapeutic function using high gradient magnetic field Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic resonance imaging apparatus capable of making magnetic particles stay at a specific area within the body of a subject for a sufficient time for obtaining an advantageous effect and also capable of confirming the course of treatment or diagnosis of the patient. <P>SOLUTION: The subject 1 is placed in a photographing space of a magnetic resonance imaging apparatus and an area of the patient affected by cancer is photographed and located to store its information. A magnetic thread is then inserted into the proximity of the affected area of the subject 1 using a guide mechanism 25 and medicine solution for hyperthermia containing the magnetic particles is injected into the affected area using the guide mechanism. The frequency of an RF coil is then changed and the magnetic particles staying around the affected area is heated by high-frequency magnetic field. The affected area is photographed by magnetic resonance imaging after heating treatment. When more than a predetermined number of cancer cells are recognized, the affected area is heated again by high frequency. A bypassing means for collecting medicines is installed in the subject 1 and the magnetic particles bound to cancer cells are collected. Whether specific cells are collected or not is then judged using the magnetic resonance imaging. When the specific cells are judged to be collected, the bypassing means is removed and the treatment is finished. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、温熱治療装置に係り、特に、温熱治療機能を有する磁気共鳴イメージング装置に関する。   The present invention relates to a thermotherapy apparatus, and more particularly to a magnetic resonance imaging apparatus having a thermotherapy function.

温熱治療(ハイパーサーミア)は、腫瘍等の局所を30〜60分間、42℃以上に加温する治療方法であり、如何にして腫瘍等の局所部分に出来るだけ限定して加温するかが問題となっている。   Thermal therapy (hyperthermia) is a treatment method that heats the local area of a tumor or the like to 42 ° C. or more for 30 to 60 minutes, and how to heat the area limited to the local area as much as possible is a problem. It has become.

このため、上記温熱治療に関して、例えば、特許文献1や特許文献2に記載された技術が開発されている。   For this reason, the technique described in patent document 1 and patent document 2 is developed regarding the said thermotherapy, for example.

特許文献1記載の技術は、人間または動物の腫瘍等の組織に対して予め磁気応答可能粒子を付加しておき、2つの磁場発生手段の間に交流勾配磁場領域を生成し、この交流勾配磁場領域に、上記腫瘍等組織部位を配置する。そして、磁気応答可能粒子の熱又は運動エネルギーを増加させ、腫瘍等の組織を不活性あるいは破壊する技術である。   In the technique described in Patent Document 1, magnetically responsive particles are added in advance to a tissue such as a human or animal tumor, and an AC gradient magnetic field region is generated between two magnetic field generating means. The tissue site such as the tumor is placed in the region. And it is the technique which increases the heat | fever or kinetic energy of magnetically responsive particle | grains, and inactivates or destroys tissues, such as a tumor.

また、特許文献2記載の技術は、交流電磁場における酸化鉄粒子により発生する熱に基づき、痛みの鎮静と疾患関節における炎症プロセスの抑制を図る技術である。   The technique described in Patent Document 2 is a technique for sedating pain and suppressing an inflammatory process in a diseased joint based on heat generated by iron oxide particles in an alternating electromagnetic field.

特表2003−508173号公報Japanese translation of PCT publication No. 2003-508173 特表2003−507434号公報Special table 2003-507434 gazette

しかしながら、上記従来の技術にあっては、診断や治療を施すために組織内に注入された強磁性体粒子に担持された液体が、被検体の組織内部で拡散するため、長時間にわたってこの液体を滞留させることが困難であり、それ以上の温熱効果を期待することができなかった。   However, in the above prior art, since the liquid carried on the ferromagnetic particles injected into the tissue for diagnosis or treatment diffuses inside the tissue of the subject, this liquid is used for a long time. It was difficult to retain the water, and no further heat effect could be expected.

また、磁気勾配を利用して磁性体粒子を特定の部位に集中させる試みもなされてきたが、磁気勾配力が小さく、かつ印加できる範囲も被検体の体表面に限られていた。   In addition, attempts have been made to concentrate magnetic particles on a specific site using a magnetic gradient, but the magnetic gradient force is small and the range that can be applied is limited to the body surface of the subject.

したがって、有効な効果が得られるに十分な時間だけ、被検体の体内部における特定部位領域に磁性粒子を滞留させることが困難であった。   Therefore, it has been difficult to retain the magnetic particles in a specific region within the body of the subject for a time sufficient to obtain an effective effect.

本発明の目的は、有効な効果が得られるに十分な時間だけ、被検体の体内部における特定部位領域に磁性粒子を滞留させることが可能で、患部の治療又は診断経過を確認可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することである。   The object of the present invention is to allow magnetic particles to stay in a specific region within the body of a subject for a sufficient time to obtain an effective effect, and to confirm the course of treatment or diagnosis of the affected area. It is to realize an imaging apparatus.

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
(1)磁気共鳴イメージング装置は、静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波送信コイルと、高周波受信コイルと、この高周波受信コイルにより受信した核磁気共鳴信号に基づき、被検体の断層画像を再構成する画像再構成手段と、上記傾斜磁場発生手段、高周波送信コイル、高周波受信コイル及び画像再構成手段の動作を制御する動作制御手段とを備える。
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
(1) A magnetic resonance imaging apparatus includes a tomographic image of a subject based on a static magnetic field generation unit, a gradient magnetic field generation unit, a high-frequency transmission coil, a high-frequency reception coil, and a nuclear magnetic resonance signal received by the high-frequency reception coil. Image reconstructing means for reconstructing the image, and a gradient magnetic field generating means, a high frequency transmitting coil, a high frequency receiving coil, and an operation control means for controlling operations of the image reconstructing means.

この磁気共鳴イメージング装置は、被検体の体内に挿入される磁性体要素と、温熱治療用の薬剤を注入する貫通孔を有するガイド機構とを備える。そして、上記動作制御手段は、上記磁性体要素が被検体に挿入され、温熱治療用の薬剤が注入された後に、上記高周波送信コイルにより高周波を被検体に送信して上記磁性体要素が挿入された部位を加熱させる手段を備える。   This magnetic resonance imaging apparatus includes a magnetic element inserted into the body of a subject and a guide mechanism having a through hole for injecting a therapeutic agent for thermal treatment. Then, after the magnetic element is inserted into the subject and the medicine for thermal treatment is injected, the operation control means transmits the high frequency to the subject by the high-frequency transmission coil, and the magnetic element is inserted. Means for heating the heated part.

(2)好ましくは、上記(1)において、上記動作制御手段は、上記磁性体要素が挿入された部位の加熱前における上記部位の断層画像を撮像させるとともに、上記部位の加熱後における上記部位の断層画像を撮像させて、上記加熱処理前後の画像を比較し、上記部位のうちの所定部分の変化に対応して上記加熱手段を制御する。   (2) Preferably, in the above (1), the operation control means captures a tomographic image of the site before heating the site where the magnetic element is inserted, and also controls the site of the site after heating the site. A tomographic image is taken, the images before and after the heat treatment are compared, and the heating means is controlled in response to a change in a predetermined portion of the part.

(3)また、好ましくは、上記(1)において、上記被検体と上記静磁場発生手段が発生する静磁場を利用して上記被検体から上記薬剤を回収する薬剤回収手段とを交互に上記静磁場に配置して、薬剤回収と上記被検体の断層画像の撮像を交互に行う手段と、この断層画像から薬剤が回収されたか否かを判断する手段を備える。   (3) Preferably, in the above (1), the subject and the drug recovery means for recovering the drug from the subject using the static magnetic field generated by the static magnetic field generation means are alternately arranged in the static Arranged in a magnetic field, means for alternately taking medicine and taking a tomographic image of the subject, and means for judging whether or not the medicine has been collected from the tomographic image.

(4)また、好ましくは、上記(1)、(2)、(3)において、上記磁性体要素は、強磁性体からなる細線である。   (4) Preferably, in the above (1), (2), and (3), the magnetic element is a thin wire made of a ferromagnetic material.

本発明により、有効な効果が得られるに十分な時間だけ、被検体の体内部における特定部位領域に磁性粒子を滞留させることが可能で、患部の治療又は診断経過を確認可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。   According to the present invention, a magnetic resonance imaging apparatus capable of retaining magnetic particles in a specific region in the body of a subject for a sufficient time to obtain an effective effect and confirming treatment or diagnosis progress of the affected area. Can be realized.

また、磁性粒子は、常磁性体を用いることができ、強磁性体を用いる場合より、MRI装置による断層画像の乱れを低減することができる。   Moreover, the paramagnetic substance can be used for a magnetic particle, and disturbance of the tomographic image by an MRI apparatus can be reduced compared with the case where a ferromagnetic substance is used.

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
図1は、本発明が適用される磁気共鳴イメージング装置(MRI装置)の全体概略構成図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of a magnetic resonance imaging apparatus (MRI apparatus) to which the present invention is applied.

図1において、MRI装置は、静磁場発生磁石2と、傾斜磁場発生系3と、送信系5と、受信系6と、信号処理系7と、シーケンサ4と、中央処理装置(CPU)8とを備えている。   In FIG. 1, the MRI apparatus includes a static magnetic field generating magnet 2, a gradient magnetic field generating system 3, a transmitting system 5, a receiving system 6, a signal processing system 7, a sequencer 4, a central processing unit (CPU) 8, It has.

静磁場発生磁石2は、寝台上の天板(図示省略)に載置された被検体1の周りにその体軸方向または体軸と直交する方向に均一な静磁場を発生させるもので、被検体1の周りのある広がりをもった空間に永久磁石方式または常電導方式あるいは超電導方式の磁場発生手段が配置されている。   The static magnetic field generating magnet 2 generates a uniform static magnetic field around the subject 1 placed on a couch (not shown) on the bed in the direction of the body axis or in the direction perpendicular to the body axis. A permanent magnet type, normal conducting type or superconducting type magnetic field generating means is arranged in a space having a certain extent around the specimen 1.

傾斜磁場発生系3は、X、Y、Zの三軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル9と、それぞれの傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源10とを備え、後述するシーケンサ4からの命令に従って、X、Y、Zのそれぞれのコイルの傾斜磁場電源10を駆動することにより、X、Y、Zの三軸方向の傾斜磁場Gx、Gy、Gzを被検体1に印加する。傾斜磁場の加え方により被検体1に対するスライス面を設定することができる。   The gradient magnetic field generation system 3 includes a gradient magnetic field coil 9 wound in three axial directions of X, Y, and Z, and a gradient magnetic field power source 10 that drives each gradient magnetic field coil, and follows a command from a sequencer 4 to be described later. By driving the gradient magnetic field power supply 10 of each of the coils X, Y, and Z, gradient magnetic fields Gx, Gy, and Gz in the three-axis directions of X, Y, and Z are applied to the subject 1. The slice plane for the subject 1 can be set by applying the gradient magnetic field.

シーケンサ4は、被検体1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パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加する。また、シーケンサ4は、CPU8の制御により動作し、被検体1の断層像のデータ収集に必要な種々の命令を、送信系5、傾斜磁場発生系3及び受信系6に送る。   The sequencer 4 repeatedly applies a high-frequency magnetic field pulse that causes nuclear magnetic resonance to the atomic nuclei constituting the living tissue of the subject 1 in a predetermined pulse sequence. The sequencer 4 operates under the control of the CPU 8 and sends various commands necessary for collecting tomographic data of the subject 1 to the transmission system 5, the gradient magnetic field generation system 3, and the reception system 6.

送信系5は、上記シーケンサ4から送り出される高周波パルスにより被検体1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を照射する。そして、送信系5は、高周波発振器11と、変調器12と、高周波増幅器13と、送信側の高周波コイル14aとを備える。   The transmission system 5 irradiates a high-frequency magnetic field that causes nuclear magnetic resonance to the atomic nucleus constituting the living tissue of the subject 1 by the high-frequency pulse sent out from the sequencer 4. The transmission system 5 includes a high-frequency oscillator 11, a modulator 12, a high-frequency amplifier 13, and a high-frequency coil 14a on the transmission side.

高周波発振器11から出力された高周波パルスをシーケンサ4の命令に従って変調器12で振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器13で増幅する。そして、増幅された高周波パルスを、被検体1に近接して配置された高周波コイル14aに供給することにより、電磁波が被検体1に照射される。   The high-frequency pulse output from the high-frequency oscillator 11 is amplitude-modulated by the modulator 12 in accordance with a command from the sequencer 4, and the high-frequency amplifier 13 amplifies the amplitude-modulated high-frequency pulse. Then, by supplying the amplified high frequency pulse to the high frequency coil 14 a arranged close to the subject 1, the subject 1 is irradiated with electromagnetic waves.

受信系6は、被検体1の生体組織の原子核の核磁気共鳴により放出されるエコー信号(NMR信号)を検出する。受信系6は、受信側の高周波コイル14bと、増幅器15と、直交位相検波器16と、A/D変換器17とを備える。   The receiving system 6 detects an echo signal (NMR signal) emitted by nuclear magnetic resonance of the nucleus of the living tissue of the subject 1. The reception system 6 includes a reception-side high-frequency coil 14 b, an amplifier 15, a quadrature phase detector 16, and an A / D converter 17.

送信側の高周波コイル14aから照射された電磁波による被検体1の応答の電磁波(NMR信号)は被検体1に近接して配置された高周波コイル14bで検出され、増幅器15及び直交位相検波器16を介してA/D変換器17に入力されてディジタル量に変換される。さらに、直交位相検波器16に供給された信号はシーケンサ4からの命令によるタイミングで直交位相検波器16によりサンプリングされた二系列の収集データとされ、その信号が信号処理系7に送られる。   The response electromagnetic wave (NMR signal) of the subject 1 due to the electromagnetic wave irradiated from the high frequency coil 14a on the transmission side is detected by the high frequency coil 14b arranged close to the subject 1, and the amplifier 15 and the quadrature detector 16 are passed through. To the A / D converter 17 and converted into a digital quantity. Further, the signal supplied to the quadrature phase detector 16 is made into two series of collected data sampled by the quadrature phase detector 16 at a timing according to a command from the sequencer 4, and the signal is sent to the signal processing system 7.

信号処理系7は、CPU(動作制御演算手段)8と、磁気ディスク18及び磁気テープ19等の記録装置と、CRT等のディスプレイ20とを備え、CPU8でフーリエ変換、補正係数計算、像再構成等の処理を行い、任意断面の信号強度分布あるいは複数の信号に適当な演算を行って得られた分布を画像化してディスプレイ20に断層像として表示する。   The signal processing system 7 includes a CPU (operation control calculation means) 8, a recording device such as a magnetic disk 18 and a magnetic tape 19, and a display 20 such as a CRT. The CPU 8 performs Fourier transform, correction coefficient calculation, and image reconstruction. The signal intensity distribution of an arbitrary cross section or a distribution obtained by performing an appropriate calculation on a plurality of signals is imaged and displayed as a tomographic image on the display 20.

次に、本発明の原理について、説明する。
(A)図2に示すように、均一な静磁場空間領域50に配置され、予め磁気応答物質が注入された被検体1の体内に、磁性体要素を挿入することによって、被検体1の体内に急激な磁場勾配を発生させて、体内の磁気応答物質に大きな磁気吸引力を作用させる。
Next, the principle of the present invention will be described.
(A) As shown in FIG. 2, the magnetic body element is inserted into the body of the subject 1 which is arranged in the uniform static magnetic field space region 50 and has been previously injected with the magnetic response substance. A sudden magnetic field gradient is generated, and a large magnetic attraction force acts on the magnetic response substance in the body.

これは、磁場中に極細強磁性の細線21を配置すると、図3に示すように、磁力線が細線21に集中し、周囲の磁力線分布が極端に歪んで、大きな磁気勾配が発生するからである。   This is because when the ultrafine ferromagnetic wire 21 is arranged in the magnetic field, as shown in FIG. 3, the magnetic lines concentrate on the thin line 21, the surrounding magnetic field lines are extremely distorted, and a large magnetic gradient is generated. .

一般に、単位体積の物質に作用する磁気力Fは次式(1)で表される。
=p・x・H(dH/dy) −−−(1)
ここで、上記式(1)において、pは密度、xは質量磁化率、Hは磁場強度、(dH/dy)は磁場勾配である。
In general, the magnetic force F H acting on a unit volume of substance is expressed by the following formula (1).
F H = p · x g · H (dH / dy) --- (1)
Here, in the above formula (1), p is the density, x g is the mass magnetic susceptibility, H is the magnetic field strength, and (dH / dy) is the magnetic field gradient.

上記式(1)から、磁気力を大きくするには、磁気力を作用させる磁気応答物質が一定なら、磁場強度や磁場勾配を大きくすれば良いことがわかる。   From the above formula (1), it can be seen that in order to increase the magnetic force, the magnetic field strength and the magnetic field gradient should be increased if the magnetic response material to which the magnetic force is applied is constant.

さらに、人体内に大きな磁気力を作用させる場合、磁場強度を高くすると、その空間サイズより磁石が大規模になるため、磁場勾配を大きくすることが有効である。   Furthermore, when a large magnetic force is applied to the human body, increasing the magnetic field strength makes the magnet larger than the space size, so it is effective to increase the magnetic field gradient.

上述のように、磁場中に極細強磁性の細線21を配置すると、磁力線が細線21に集中し、周囲の磁力線分布が極端に歪んで、大きな磁気勾配が発生する。   As described above, when the ultrafine ferromagnetic thin wire 21 is disposed in the magnetic field, the magnetic lines of force concentrate on the thin wire 21, the surrounding magnetic field lines are extremely distorted, and a large magnetic gradient is generated.

磁気勾配は次式(2)のように、磁性体の飽和磁化Mと、細線21の半径aとの比で与えられる。すなわち、強磁性の細い線を用いると、その周囲に大きな磁気力が作用できることがわかる。
dH/dy=M/a −−−(2)
一般に、永久磁石等で印加できる磁場勾配は、1x10A/mであるが、同様の磁場空間に、直径φ0.1mmの細線21を配置すると、その周囲には約1000倍の1x1010A/mの磁場勾配が発生するため、非常に大きな磁気力を作用させることができる。
The magnetic gradient is given by the ratio between the saturation magnetization M s of the magnetic material and the radius a of the thin wire 21 as in the following equation (2). That is, it can be seen that a large magnetic force can act on the periphery of a ferromagnetic thin line.
dH / dy = M s / a (2)
In general, the magnetic field gradient that can be applied by a permanent magnet or the like is 1 × 10 7 A / m 2. However, when a thin wire 21 having a diameter of 0.1 mm is arranged in the same magnetic field space, the surrounding area is about 1000 times 1 × 10 10 A. Since a magnetic field gradient of / m 2 is generated, a very large magnetic force can be applied.

また、細線21を用いると体積も小さいため、均一空間内部へ導入する際の磁気吸引力も小さく、細線21の導入機構等も比較的小型なものでよい。   Moreover, since the volume is small when the thin wire 21 is used, the magnetic attraction force when introduced into the uniform space is small, and the introduction mechanism of the thin wire 21 may be relatively small.

また、磁場方向に対して、磁性体細線21の長手方向を垂直に配置することによって、細線21の半径方向の周囲に急激な磁場勾配を発生することができる。   Further, by arranging the longitudinal direction of the magnetic thin wire 21 perpendicular to the magnetic field direction, a steep magnetic field gradient can be generated around the radial direction of the thin wire 21.

(B)図4に示すように、急激な磁場勾配を被検体1の体内に発生させると、被検体1の体液中23の磁性粒子あるいは磁性体等の磁気応答物質22に担持された液体に大きな磁気力が作用し、この液体が体内を循環することを抑制し、滞留あるいは分離することが可能となる。   (B) As shown in FIG. 4, when a steep magnetic field gradient is generated in the body of the subject 1, the liquid carried on the magnetic response substance 22 such as a magnetic particle or a magnetic body in the body fluid of the subject 1. A large magnetic force acts to suppress the circulation of this liquid in the body, and it becomes possible to stay or separate.

(C)磁性体22に作用する磁気力は、吸引物質の磁化率が大きいほど強くなるので、外部磁場の強度を大きくすると、常磁性体の場合は飽和せずに単純に大きくなるため、磁性体22が強磁性体の場合のみならず、銅やアルミナ等の常磁性体の物質の場合であっても、磁気的に干渉させることができる。   (C) The magnetic force acting on the magnetic body 22 increases as the magnetic susceptibility of the attracting substance increases. Therefore, when the strength of the external magnetic field is increased, the paramagnetic body simply increases without being saturated. Not only when the body 22 is a ferromagnetic body, but also when it is a paramagnetic substance such as copper or alumina, it is possible to cause magnetic interference.

銅やアルミナ等の常磁性体の物質を用いることが可能であるので、MRI装置により断層画像を撮像する場合には、画像に乱れを起こすことを回避することができる。   Since paramagnetic substances such as copper and alumina can be used, when taking a tomographic image with an MRI apparatus, it is possible to avoid disturbance of the image.

(D)被検体1の体内に滞留させた、これら磁気応答する物質22を、高周波加熱すると、磁気応答物質22が滞留した領域の細胞組織を間接的に加熱することができる。このため、特定の部位を選択的に加熱治療することができる。   (D) When these magnetically responsive substances 22 retained in the body of the subject 1 are heated at a high frequency, the cellular tissue in the region where the magnetic responsive substances 22 are retained can be indirectly heated. For this reason, a specific site | part can be selectively heat-treated.

(E)上述の機能を発揮できる装置は、一般的なMRI装置に、磁性体要素を均一空間内部に配置できるガイド誘導機構並びに被検体1の体内に滞留した磁気応答物質22を高周波加熱できるコイルを設けることで達成することが可能できる。   (E) A device capable of exhibiting the above functions is a general MRI apparatus, a guide guiding mechanism capable of arranging magnetic elements inside a uniform space, and a coil capable of high-frequency heating the magnetic response material 22 staying in the body of the subject 1 It can be achieved by providing.

(F)また、MRI機能で観察しながら、均一な静磁場空間に配置された被検体1の特定部位に非磁性体のガイドを挿入して位置決めをした後に、均一磁場空間の外部から磁性体要素を被検体1の体内に導入して、磁性体要素の周囲に急激な磁場勾配を発生させ、体内の磁気応答物質と磁気干渉を生じさせることで、特定の部位を選択的に温熱処置することができる。   (F) Further, after observing with the MRI function, a nonmagnetic guide is inserted into a specific part of the subject 1 arranged in the uniform static magnetic field space and positioned, and then the magnetic material is applied from outside the uniform magnetic field space. By introducing the element into the body of the subject 1 and generating a steep magnetic field gradient around the magnetic element and causing magnetic interference with the magnetic response substance in the body, a specific region is selectively subjected to thermal treatment. be able to.

(G)また、一般的なMRI装置の磁石端部では、磁場勾配が大きな領域が存在するので、磁性体要素を特別に導入する機構を設ける必要なく、被検体1の体内に磁場勾配を印加させることができる。   (G) In addition, since there is a region with a large magnetic field gradient at the end of a magnet of a general MRI apparatus, a magnetic field gradient is applied to the body of the subject 1 without the need to provide a special mechanism for introducing a magnetic element. Can be made.

(H)また、被検体1に強磁性元素を含んだ造影剤を体内に注入し、造影剤を特定部位に滞留させた後に、磁性体要素を除去して、均一磁場空間にて撮影を施す撮影手法も行うことができる。   (H) In addition, a contrast agent containing a ferromagnetic element is injected into the subject 1 and the contrast agent is retained in a specific part. Then, the magnetic element is removed, and imaging is performed in a uniform magnetic field space. Photography techniques can also be performed.

なお、被検体1の体内を循環する磁気応答物質22は、診断や治療用の医薬品あるいは被検体1の体内で自ら発生したもののいずれでも効果は発揮できる。   Note that the magnetic response substance 22 circulating in the body of the subject 1 can be effective regardless of whether it is a pharmaceutical product for diagnosis or treatment or one generated by itself in the body of the subject 1.

次に、本発明の具体的な実施形態について説明する。
図5は、本発明の一実施形態であるMRI装置の概観斜視図である。この実施形態は、がん細胞を温熱して死滅させることができるハイパーサーミアに関する装置である。
Next, specific embodiments of the present invention will be described.
FIG. 5 is a schematic perspective view of an MRI apparatus according to an embodiment of the present invention. This embodiment is an apparatus related to hyperthermia that can heat and kill cancer cells.

図5に示すように、本発明の一実施形態におけるMRI装置には、テーブル(ベッド)24に配置された被検体1に、磁性体細線の挿入等を行うガイド機構25が備えられている。   As shown in FIG. 5, the MRI apparatus according to the embodiment of the present invention includes a guide mechanism 25 that inserts a magnetic thin wire into the subject 1 disposed on a table (bed) 24.

ガイド機構25は、図6に示すように、磁性体細線の集合体26と、ハイパーサーミア用の金属粒子を含有する薬剤を注入できる貫通孔28と、磁性体細線の集合体26を医師等が保持可能な、つかみ機構27とが備えられている。   As shown in FIG. 6, the guide mechanism 25 holds a collection 26 of magnetic thin wires, a through-hole 28 into which a medicine containing metal particles for hyperthermia can be injected, and a collection 26 of magnetic thin wires by a doctor or the like. A possible gripping mechanism 27 is provided.

磁性体細線からなるスポンジ状の集合体26は、ガイド機構25の先端部に保持され、被検体1の体内に挿入後、その金属細線の集合体26を体内に残留させることができる。   A sponge-like assembly 26 made of magnetic thin wires is held at the tip of the guide mechanism 25, and after being inserted into the body of the subject 1, the assembly 26 of the metal thin wires can remain in the body.

本発明の一実施形態における治療動作を図8に示した動作フローチャートに従って説明する。   A treatment operation according to an embodiment of the present invention will be described with reference to an operation flowchart shown in FIG.

まず、被検体1をMRI装置の撮影空間に配置した後、患者のガン患部をMR撮影してその部位を特定すると共にその情報を記録する(ステップ100、101)。   First, after placing the subject 1 in the imaging space of the MRI apparatus, MR imaging of the cancerous part of the patient is performed to identify the site and record the information (steps 100 and 101).

その後、付属のガイド機構25を用いて、磁性体細線の集合体26を被検体1の患部近傍に挿入する(ステップ102)。体内に挿入された磁性体細線の集合体26には、MRI装置の静磁場が印加され、その細線の周囲で磁場が急激に変化し、大きな磁場勾配が生じている。   Thereafter, the assembly 26 of magnetic thin wires is inserted in the vicinity of the affected area of the subject 1 using the attached guide mechanism 25 (step 102). A set of magnetic thin wires 26 inserted into the body is applied with a static magnetic field of the MRI apparatus, and the magnetic field rapidly changes around the thin wires, resulting in a large magnetic field gradient.

続いて、磁性微粒子を含んだハイパーサーミア用薬剤を、ガイド機構25を用いて患部に注入する(ステップ103)。従来技術においては、注入された薬剤が時間経過と共に拡散して広がるが、本発明の一実施形態においては、磁性微粒子は磁性体細線の周囲に発生する大きな磁気力によって、患部近辺での滞留が維持される。   Subsequently, a drug for hyperthermia containing magnetic fine particles is injected into the affected area using the guide mechanism 25 (step 103). In the prior art, the injected drug diffuses and spreads over time, but in one embodiment of the present invention, the magnetic fine particles retain in the vicinity of the affected area due to the large magnetic force generated around the magnetic thin wire. Maintained.

次に、RFコイルの周波数を変更し、励起コイルを変更する(ステップ104)。これは、磁性微粒子を高周波加熱するために、周波数等を変更するものである。   Next, the frequency of the RF coil is changed, and the excitation coil is changed (step 104). This is to change the frequency or the like in order to heat the magnetic fine particles at high frequency.

そして、被検体1の体外から高周波磁界で患部周囲に滞留している磁性体微粒子を加熱することで患部を加熱する(ステップ105)。従来技術では、高周波加熱される微粒子を含んだ薬剤が患部以外へ拡散するため、周囲の健常部まで加熱・死滅される可能性が高かったが、本発明の一実施形態においては、治療対象部位を集中的に処置できるため、周囲の健常部位に与える影響を極力抑制することができる。   Then, the affected part is heated by heating the magnetic fine particles staying around the affected part with a high frequency magnetic field from outside the subject 1 (step 105). In the prior art, since the drug containing fine particles heated at high frequency diffuses to other than the affected area, there is a high possibility that the surrounding healthy part is heated and killed. However, in one embodiment of the present invention, the site to be treated Can be intensively treated, and the influence on surrounding healthy sites can be suppressed as much as possible.

また、従来技術においては、薬剤が極度に拡散する前に加熱処置を完了させることが必要であったため、時間的な制約も大きかったが、本発明により特定部位の加熱処置に十分な時間を設けることが可能となっている。   In the prior art, since it was necessary to complete the heat treatment before the drug was extremely diffused, the time restriction was large, but the present invention provides a sufficient time for the heat treatment of a specific site. It is possible.

上記加熱処置に十分な時間の経過後、RFコイルの周波数等を撮影可能な周波数に戻し、加熱処置後の患部をMRIにより撮影し、画像表示する(ステップ106)。そして、治療前の患部の撮影データと治療後の患部の撮影データとを比較して、患部のガン細胞が所定以上確認できたか否かを判断する(ステップ107)。ステップ107において、ガン細胞を所定以上確認できた場合には、ステップ105に戻り、再び、高周波による患部加熱を行う。   After a sufficient time for the heating treatment, the frequency of the RF coil is returned to a frequency at which imaging is possible, and the affected area after the heating treatment is imaged by MRI and displayed (step 106). Then, the imaging data of the affected area before the treatment and the imaging data of the affected area after the treatment are compared, and it is determined whether or not cancer cells in the affected area have been confirmed more than predetermined (step 107). In step 107, when cancer cells can be confirmed more than a predetermined amount, the process returns to step 105, and the affected part is heated again by high frequency.

ステップ107において、ガン細胞を所定以上確認できなかった場合は、ステップ108に進み、薬剤回収用バイパス手段を被検体1に設置する。このバイパス手段は、図7に示すように、血流閉止ピン30と、血管バイパス31と、この血管バイパス31の中途に配置された磁性体フルタ29とを備えている。   In step 107, when cancer cells cannot be confirmed more than a predetermined amount, the process proceeds to step 108, and a drug recovery bypass means is installed in the subject 1. As shown in FIG. 7, the bypass means includes a blood flow closing pin 30, a blood vessel bypass 31, and a magnetic body filter 29 disposed in the middle of the blood vessel bypass 31.

そして、磁性体フィルタ29により、特定細胞、つまり、ガン細胞と結合した磁性微粒子が回収される(ステップ109)。続いて、患部形態の撮影が行われ(ステップ110)、撮影画像に基づいて、特定細胞が回収されたか否かを判断する(ステップ111)。ステップ111において、特定細胞が回収されていないと判断した場合は、ステップ110に戻る。
この磁性体フィルタ29と被検体1を、例えば同じ天板上に載置して、磁性微粒子の回収時(ステップ109)には磁性体フィルタ29を静磁場の中心に移動し、被検体患部の撮影時(ステップ110)には被検体患部を静磁場中心に移動する。あるいは、被検体患部を常時静磁場中心に配置し、磁性体フィルタ29を十分な強度の静磁場が存在しながら撮影の障害にならない箇所に配置して、回収(ステップ109)と撮影(ステップ110)を同時又は交互に行ってもよい。
Then, the magnetic filter 29 collects the magnetic fine particles bound to the specific cell, that is, the cancer cell (step 109). Subsequently, the form of the affected part is photographed (step 110), and it is determined whether specific cells have been collected based on the photographed image (step 111). If it is determined in step 111 that the specific cell has not been collected, the process returns to step 110.
The magnetic filter 29 and the subject 1 are placed on the same top plate, for example, and when collecting the magnetic fine particles (step 109), the magnetic filter 29 is moved to the center of the static magnetic field, During imaging (step 110), the affected area of the subject is moved to the center of the static magnetic field. Alternatively, the affected part of the subject is always placed in the center of the static magnetic field, and the magnetic filter 29 is placed in a place where there is a sufficiently strong static magnetic field and does not hinder imaging, and recovery (step 109) and imaging (step 110) are performed. ) May be performed simultaneously or alternately.

ステップ111において、特定細胞が回収されたと判断した場合は、ステップ112において、被検体1に設置したバイパス手段を外し、処理を終了する。   If it is determined in step 111 that the specific cell has been collected, in step 112, the bypass means installed in the subject 1 is removed, and the process ends.

なお、上記実施形態のステップ105〜107において、ハイパーサーミアによる処置前後のガン患部の撮影情報や患部機能情報を比較し、この比較結果に基づいて、高周波による加熱条件を変更することも可能である。   In steps 105 to 107 of the above-described embodiment, it is also possible to compare the imaging information and affected area function information of the cancer affected part before and after the treatment by hyperthermia, and change the heating condition by high frequency based on the comparison result.

また、医師がMRで撮影した画像をコンピュータ画面で確認しながら、処置対象の腫瘍部分を選択クリックし、ロボットが針(磁性体細線)の挿入角度と深さを計算し、挿入するように構成することも可能である。   In addition, while checking the image taken by MR by the computer on the computer screen, select and click the tumor part to be treated, and the robot calculates and inserts the insertion angle and depth of the needle (magnetic thin wire) It is also possible to do.

また、治療部位に挿入する磁性体細線の集合体26の形状や寸法は、対象部位の寸法によって任意に選択すれば良く、磁性体細線の直径が同じであれば、薬剤に作用する磁気力は同じであり、細線の単位長さ当たりの磁気応答物質22の滞留効果も同一である。   The shape and size of the magnetic thin wire assembly 26 to be inserted into the treatment site may be arbitrarily selected according to the size of the target portion. If the diameter of the magnetic thin wire is the same, the magnetic force acting on the drug is The retention effect of the magnetic response material 22 per unit length of the thin wire is the same.

また、この細線を、特定部位の細胞集合組織に挿入することにより、数万から数千の単位の小さな部位の組織の治療も可能である。   In addition, by inserting this thin line into a cell texture at a specific site, it is possible to treat a tissue at a small site of tens of thousands to thousands.

本発明の一実施形態では、磁性体細線の集合体26を用いたが、磁気力を大きくするには、その線径が小さいものが好ましい。このため、細線でなく、例えば基板上の蒸着された直径が非常に小さい棒状のパターンであっても、細線と同様な効果を発揮することができる。   In one embodiment of the present invention, the magnetic thin wire assembly 26 is used. However, in order to increase the magnetic force, it is preferable that the wire diameter is small. For this reason, even if it is not a fine wire but a rod-like pattern with a very small diameter deposited on the substrate, for example, the same effect as that of the fine wire can be exhibited.

なお、ハイパーサーミアによる高周波加熱において、微粒子を高周波加熱する照射コイルは、MRイメージング撮影に使用するRF照射コイルと兼用とすることが、装置構造上、簡略となり好ましいが、高周波加熱用の照射コイルを別個設置することも可能である。   In the high-frequency heating by hyperthermia, it is preferable that the irradiation coil for high-frequency heating of the fine particles is also used as the RF irradiation coil used for MR imaging. It is also possible to install.

また、磁性細線をカテーテルに付けて、患部等の撮影部位へ挿入した後に、ガドリニウム等の造影剤を注射し、撮影部位領域に造影剤を集中させることも可能である。   It is also possible to attach a magnetic thin wire to a catheter and insert it into an imaging site such as an affected area, and then inject a contrast medium such as gadolinium to concentrate the contrast medium in the imaging site area.

以上のように、本発明の一実施形態によれば、MRI装置の均一磁場を利用しているため、大きな磁気勾配を得て、磁性体粒子を特定部位に長時間にわたって滞留させて、高周波加熱治療を行うことができるとともに、MR原理を利用して治療部位の断層画像を表示することができる。   As described above, according to one embodiment of the present invention, since the uniform magnetic field of the MRI apparatus is used, a large magnetic gradient is obtained, and the magnetic particles are retained in a specific part for a long time. Treatment can be performed and a tomographic image of the treatment site can be displayed using the MR principle.

したがって、有効な効果が得られるに十分な時間だけ、被検体の体内部における特定部位領域に磁性粒子を滞留させることが可能で、患部の治療又は診断経過を確認可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。   Therefore, a magnetic resonance imaging device that can retain magnetic particles in a specific region within the body of a subject for a sufficient time to obtain an effective effect and can confirm the treatment or diagnosis progress of the affected area is realized. can do.

次に、本発明によるMRI装置を用いた治療方法例について説明する。
磁気細胞分離技術は、磁性体粒子からなるビーズを分離対象の細胞と免疫反応で結合させた後に、外部からの磁気力で分離する手法である。この手法は磁性体粒子を目的とする分離細胞と選択的に結合させることができる特徴を有している。
Next, an example of a treatment method using the MRI apparatus according to the present invention will be described.
The magnetic cell separation technique is a technique in which beads made of magnetic particles are combined with cells to be separated by an immune reaction and then separated by an external magnetic force. This technique has a feature that magnetic particles can be selectively combined with a target separated cell.

直径1μm以下の酸化鉄微粒子の表面に白血病細胞分離するレクチンを担持させた磁性体ビーズを用意し、被検体1の体内に注入して数時間を経過させる。これにより、体内に磁性ビーズを循環させて白血病細胞と磁性体ビーズとが結合させる処置を施す。   Magnetic beads carrying a lectin that separates leukemia cells on the surface of iron oxide fine particles having a diameter of 1 μm or less are prepared and injected into the body of the subject 1 to allow several hours to elapse. Thereby, the magnetic beads are circulated in the body to treat the leukemia cells and the magnetic beads.

その後、バイパス手段を患者に設ける手術を施し、血液をフィルタ内ヘバイパスさせる。なお、磁性体細線は直径φ0.01〜0.05mmの強磁性のステンレス線である。   Thereafter, an operation for providing bypass means to the patient is performed, and blood is bypassed into the filter. The magnetic thin wire is a ferromagnetic stainless steel wire having a diameter of 0.01 to 0.05 mm.

その後に、MRI装置の内部に被検体1と磁性体フィルタとを含むバイパス回路を入れる。MRI装置の撮影空間における磁場強度は0.7Tである。スポンジ状フィルタには、MR1装置の静磁場が印加され、その内部に配置されたステンレス細線の周囲において磁場が急激に変化し、1x1010A/mの磁場勾配が生じている。 Thereafter, a bypass circuit including the subject 1 and the magnetic filter is placed inside the MRI apparatus. The magnetic field strength in the imaging space of the MRI apparatus is 0.7T. The sponge-like filter is applied with the static magnetic field of the MR1 device, and the magnetic field rapidly changes around the stainless steel wire arranged therein, thereby generating a magnetic field gradient of 1 × 10 10 A / m 2 .

この状態で、血流閉止ピンによって、被検体1の血液をバイパス回路31に流し、フィルタ29の内部を通過させる。この結果として、被検体1の体内を血液と共に循環している白血病細胞と結合した微粒子(磁性ビーズ)が磁気力によって磁性体細線21の周囲に集中する。   In this state, the blood of the subject 1 is caused to flow through the bypass circuit 31 and pass through the inside of the filter 29 by the blood flow closing pin. As a result, fine particles (magnetic beads) combined with leukemia cells circulating in the body of the subject 1 with blood are concentrated around the magnetic thin wire 21 by magnetic force.

そこで、被検体1をMRI装置から出した後に、血流閉止ピン30を外して、被検体1の血液を通常の状態とした後に、磁性ビーズが集中しているフィルタ29をバイパス回路31と共に除去する。   Therefore, after removing the subject 1 from the MRI apparatus, the blood flow closing pin 30 is removed to bring the blood of the subject 1 into a normal state, and then the filter 29 in which magnetic beads are concentrated is removed together with the bypass circuit 31. To do.

これにより、被検体1体内の白血病細胞が効率良く、体外へ抽出して除去することができる。実験によれば、当初注入した磁性体粒子の98%が、白血病細胞と共に被検体1の体内から回収することができる。   Thereby, leukemia cells in the subject 1 can be efficiently extracted and removed outside the body. According to experiments, 98% of the initially injected magnetic particles can be recovered from the body of the subject 1 together with leukemia cells.

上述と同様な手法で血液中の赤血球を分離・抽出することも可能である。また、磁性酸化鉄微粒子の表面に環境ホルモン等が吸着しやすくなるように、直鎖アルキル基を固定して疎水化処理することにより、液体中から環境ホルモンを分離することもできる。   It is also possible to separate and extract red blood cells in blood by the same method as described above. In addition, the environmental hormone can be separated from the liquid by immobilizing a linear alkyl group and hydrophobizing it so that the environmental hormone and the like are easily adsorbed on the surface of the magnetic iron oxide fine particles.

また、本発明により、磁気的応答を示す細菌やバクテリアを直接的に分離、抽出することも可能である。   In addition, according to the present invention, it is also possible to directly isolate and extract bacteria and bacteria exhibiting a magnetic response.

また、上述した例では、白血病細胞分離するレクチンを担持させた磁性体ビーズを用いて、被検体体内に直接注入する構成としたが、被検体1から予め血液を取り出しておき、磁性体フィルタをMRI装置の静磁場空間に配置して、磁気勾配を利用した細胞分離を行うことも可能である。   In the above-described example, the magnetic beads carrying lectins for separating leukemia cells are used to inject directly into the subject. However, blood is taken out from the subject 1 in advance, and the magnetic filter is used. It is also possible to perform cell separation using a magnetic gradient by placing it in a static magnetic field space of an MRI apparatus.

また、上述のガイド機構25でなく、カテーテルの先端部に磁性体細線の集合体を保持できる機構を設けて、患者の血管を経由して治療対象部位にアクセスさせる方法も有効である。   It is also effective to provide a mechanism that can hold the aggregate of magnetic thin wires at the distal end of the catheter instead of the guide mechanism 25 described above, and to access the treatment target site via the patient's blood vessel.

本発明が適用される磁気共鳴イメージング装置(MRI装置)の全体概略構成図である。1 is an overall schematic configuration diagram of a magnetic resonance imaging apparatus (MRI apparatus) to which the present invention is applied. 本発明の原理説明図である。It is a principle explanatory view of the present invention. 本発明の原理説明図である。It is a principle explanatory view of the present invention. 本発明の原理説明図である。It is a principle explanatory view of the present invention. 本発明の一実施形態であるMRI装置の概観斜視図である。1 is a schematic perspective view of an MRI apparatus according to an embodiment of the present invention. ガイド機構の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a guide mechanism. バイパス手段の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a bypass means. 本発明の動作フローチャートである。It is an operation | movement flowchart of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 被検体
2 静磁場発生装置
3 傾斜磁場発生系
4 シーケンサ
5 送信系
6 受信系
7 信号処理系
8 CPU
9 傾斜磁場コイル
10 傾斜磁場電源
11 高周波発信器
12 変調器
13、15 増幅器
14 高周波コイル
16 直交位相検波器
17 A/D変換器
21 磁性体細線
22 磁気応答物質
24 テーブル(ベッド)
25 ガイド機構
26 磁性体細線の集合体
27 つかみ機構
28 貫通孔
29 磁性体フィルタ
30 血流閉止ピン
31 血管バイパス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Subject 2 Static magnetic field generator 3 Gradient magnetic field generation system 4 Sequencer 5 Transmission system 6 Reception system 7 Signal processing system 8 CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Gradient magnetic field coil 10 Gradient magnetic field power supply 11 High frequency transmitter 12 Modulator 13, 15 Amplifier 14 High frequency coil 16 Quadrature phase detector 17 A / D converter 21 Magnetic substance wire 22 Magnetic response substance 24 Table (bed)
25 Guide mechanism 26 Aggregation of magnetic thin wires 27 Grasp mechanism 28 Through hole 29 Magnetic filter 30 Blood flow closing pin 31 Blood vessel bypass

Claims (4)

静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波送信コイルと、高周波受信コイルと、この高周波受信コイルにより受信した核磁気共鳴信号に基づき、被検体の断層画像を再構成する画像再構成手段と、上記傾斜磁場発生手段、高周波送信コイル、高周波受信コイル及び画像再構成手段の動作を制御する動作制御手段とを備える磁気共鳴イメージング装置において、
被検体の体内に挿入される磁性体要素と、温熱治療用の薬剤を注入する貫通孔を有するガイド機構を備え、
上記動作制御手段は、上記磁性体要素が被検体に挿入され、温熱治療用の薬剤が注入された後に、上記高周波送信コイルにより高周波を被検体に送信して上記磁性体要素が挿入された部位を加熱させる手段を備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
Static magnetic field generation means, gradient magnetic field generation means, high-frequency transmission coil, high-frequency reception coil, and image reconstruction means for reconstructing a tomographic image of a subject based on a nuclear magnetic resonance signal received by the high-frequency reception coil In the magnetic resonance imaging apparatus comprising the gradient magnetic field generation means, the high frequency transmission coil, the high frequency reception coil, and the operation control means for controlling the operation of the image reconstruction means,
A magnetic body element inserted into the body of a subject, and a guide mechanism having a through hole for injecting a drug for thermal treatment,
The operation control means includes a portion where the magnetic element is inserted after the magnetic element is inserted into the subject and a high-temperature therapeutic agent is injected, and then the high-frequency transmission coil transmits a high frequency to the subject. A magnetic resonance imaging apparatus comprising: means for heating
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記動作制御手段は、上記磁性体要素が挿入された部位の加熱前における上記部位の断層画像を撮像させるとともに、上記部位の加熱後における上記部位の断層画像を撮像させて、上記加熱処理前後の画像を比較し、上記部位のうちの所定部分の変化に対応して上記加熱手段を制御することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。   The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1, wherein the operation control unit picks up a tomographic image of the part before heating the part where the magnetic body element is inserted, and also detects the tomographic part of the part after heating the part. A magnetic resonance imaging apparatus characterized in that an image is picked up, images before and after the heat treatment are compared, and the heating means is controlled in response to a change in a predetermined portion of the part. 請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記被検体と上記静磁場発生手段が発生する静磁場を利用して上記被検体から上記薬剤を回収する薬剤回収手段とを交互に上記静磁場に配置して、薬剤回収と上記被検体の断層画像の撮像を交互に行う手段と、この断層画像から薬剤が回収されたか否かを判断する手段を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。   2. The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1, wherein said subject and a drug recovery means for recovering said drug from said subject using said static magnetic field generated by said static magnetic field generating means are alternately arranged in said static magnetic field. A magnetic resonance imaging apparatus comprising: means for alternately performing drug collection and tomographic imaging of the subject; and means for determining whether the drug has been collected from the tomographic image. 請求項1、2、3のうちのいずれか一項記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記磁性体要素は、強磁性体からなる細線であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1, wherein the magnetic element is a thin line made of a ferromagnetic material.
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