JP2007222475A - 心電計測装置及びｍｒｉ撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】心電同期撮影において安全に心電が計測でき、電池交換などの保守の手間も掛からない心電計測装置及びＭＲＩ撮像システムを提供する。
【解決手段】心電計測ユニット７から第１の光ファイバ５を使って光が送られ、その光から電力を生成する電源部と、心電同期撮影をするため、前記生成された電力を電源として、ＭＲＩ装置の内部にいる被検者から電極２で検出した心電信号を増幅し光信号に変え光ファイバ６を使って心電計測ユニット７にその心電信号をおくる送信手段を有する関心領域外に設置された心電収集ユニット３と、その光信号を電気信号に変換し、ＭＲＩ装置の撮像のタイミングを生成する手段８に送る心電計測ユニット７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＲＩ装置において心電信号を検出し被検者の心臓の動きに同期して撮像を行う心電同期ＭＲＩのための心電計測装置及びＭＲＩ撮像システムに関するものである。

ＭＲＩ装置による撮像は撮像対象である臓器の動きに弱いため、心臓の撮像を行う場合には心拍や呼吸に伴う心臓の動きにより撮像のブレが生じてしまう。そこで、従来からＭＲＩ画像において明瞭な心臓の画像を撮影するため、ＭＲＩ装置内部で心電を計測し、取得した心電信号を利用しＭＲＩ画像の撮像タイミングを制御することで、心臓の動きによるブレがない明瞭な撮像のために心電同期撮影が行われてきた。

そのため、心電同期をとるための心電図をＭＲＩ装置内部で取得する必要があり、ＭＲＩ装置内部で心電信号を取得する電極と、取得した心電信号を収集する手段が必要であった。

一般に心電同期撮影に使われる心電計測装置は、心電信号を検出するための複数の電極が被検者の心臓周辺に設置され、その複数の電極から心電図を作成する心電計測ユニットまで心電信号を送るため、各々の電極から伸びる１０ｃｍ程度の被覆されたリードワイヤ及びそれらのリードワイヤを一本にまとめた２ｍから３．５ｍ程度の被覆された長いリードワイヤが心電計測ユニットまでつながっており、前記心電計測ユニットで心電図を作成し、ＭＲＩ装置における撮像のタイミングを生成する手段に心電図を送っていた（特許文献１参照）。ただし、後述するように、無線を使用して心電信号を送る心電計測装置も知られている。

この点、心電同期撮影には使用せず、単にＭＲＩ装置の中で心電図を測定するための心電計測装置においては、光学技術を用いているものも存在する（特許文献２参照）。しかし、特許文献２に記載の心電計測装置では、ＭＲＩ装置による撮像のことは考慮されていないため、撮像対象である心臓の上に大きな遮蔽物を配置しており、その遮蔽物が撮像の影となってしまい、心電同期撮影を行うことが不可能なものであった。

特開平５−２３７０６４号公報 段落〔０００７〕 特表平８−５０８８９８号公報

そこで、従来のこの種の心電計測装置では、心電検出用の電極を被検者の心臓部に接触させるため、ＭＲＩ装置で発生する高周波磁場の内部に配置された電極と高周波磁場の外部に配置された心電計測装置の間を導電体であるメタルリードワイヤで接続していた。この点、被検者の火傷を防ぐためにこれらのメタルリードワイヤも非導電性の被覆がなされ、ワイヤと被検者の皮膚との間に熱抵抗を持たせたワイヤが使用されていた。しかし、説明書通りに運用されずに被検者の皮膚に前記メタルリードワイヤが触れることなどがあり、その長いメタルリードワイヤが閉ループを形成してしまっているような場合には渦電流が発生し火花が散ったり、誘導電流が発生し発熱したりすることで、前記ワイヤに接触している被検者の皮膚に火傷を負わす場合があった。

さらに、これからのＭＲＩ装置における高周波磁場の高出力化に伴い、閉ループを形成したメタルリードワイヤにより強い誘導電流が発生する恐れがあるため、よりいっそう前記火傷の危険性が高まることが予想される。

また、前記メタルリードワイヤの発熱などによる火傷の危険を回避するため、無線伝送により心電信号を心電計測ユニットに送る心電計測装置もある。しかし、無線伝送方式を用いた心電計測装置の場合には、高周波磁場の内部で動作する必要のある心電信号を送信するユニットに電池を内蔵する必要がある。この場合、高周波磁場が発生するＭＲＩ装置の内部で使用する電池は高価であると共に、液漏れの恐れや電池の劣化のための専門家による電池の交換作業が必要となるので煩雑である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、心電同期撮影を行うためにＭＲＩ装置が発生する高周波磁場の内部でも安全に心電計測を行え、かつ電池交換作業が不要な心電計測装置及びＭＲＩ撮像システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の心電計測装置では、ＭＲＩ装置が発生する高周波磁場の内部に配置され、被検者からの心電信号を検出する検出手段である複数の電極と、前記高周波磁場の内部に配置され、前記高周波磁場の外部からの光を導光する第１の光ファイバからの光を受けて電力を生成する電源部と、電源部から電力の供給を受けて前記電極で検出された前記心電信号を増幅し増幅された前記電気信号を光信号に変換しその光信号を送信する送信手段とを有する心電収集ユニットと、前記光信号を一端で受けて伝達する第２の光ファイバと、前記高周波磁場の外部に配置され、前記光を第１の光ファイバの一端に送る光送信手段と、前記第２の光ファイバの一端から送られる前記光信号を電気信号に変換する信号変換手段とを有する心電計測ユニットとを備えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、高周波磁場中の被検体の所望の関心領域を設定し、該関心領域について心電信号に同期して撮像するＭＲＩ撮像システムであって、前記高周波磁場の内部に配置され、被検者からの心電信号を検出する検出手段である複数の電極と、前記高周波磁場の内部に配置され、第１の光ファイバからの光を受けて電力を生成する電源部と、電源部から電力の供給を受けて前記電極で検出された前記心電信号を増幅し増幅された前記電気信号を光信号に変換しその光信号を送信する送信手段とを有し、前記関心領域外に設置される心電収集ユニットと、前記光信号を一端で受けて伝達する第２の光ファイバと、前記高周波磁場の外部に配置され、前記光を第１の光ファイバの一端に送る光送信手段と、前記第２の光ファイバの一端から受けた前記光信号を電気信号に変換する信号変換手段とを有する心電計測ユニットと前記心電計測ユニットが出力する前記電気信号を基に、前記心電信号に同期した撮像タイミングを作成する撮像タイミング生成手段とを備えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、例えば被験者から１０ｃｍ程度の場所で心電信号を光信号に変換し、前記心電信号を非導電性である光ファイバによってＭＲＩ装置が発生する高周波磁場の外部に配置された心電計測装置に送ることを行うものであるから、高周波磁場の内部で被検者の皮膚に接したとしても閉ループを形成することはなく、渦電流や誘導電流等が発生することがない。したがって、メタルリードワイヤによる被検者の皮膚に対する火傷の危険を回避することが可能である。
また、電源をＭＲＩ装置外部の心電計測ユニットから取得するため、前記高周波磁場の内部で動作する心電収集ユニットに電池を内蔵する必要がない。したがって、高周波磁場に対応した高価な電池を入手する必要がないのでコストが安くなり、さらに前記電池の液漏れや劣化等における専門家による前記電池の交換作業の手間を省くことが可能である。
さらに、メタルリードワイヤの場合に比べ、ファイバの場合にはケーブルが細くてすむ。したがって、前記ケーブルの取り回しを容易にすることが可能である。

次に、請求項２の発明によれば、ＭＲＩ装置内部で使用する心電計測ユニットを非導電性及び非磁性のシールドケースで覆うことにより、心電計測ユニット内部のＥ／Ｏ変換や信号送信のための機構をＭＲＩ装置による高周波磁場から保護することができる。

また、請求項５の発明によれば、心電同期撮影を行う場合に前記心電収集ユニットが撮像のために設定された関心領域外に設置されるため、前記心電収集ユニットが撮像の影となることなく、明瞭な心臓の撮像を行うことができる。

本発明に係る心電計測装置の実施形態の１例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は本発明に係る心電計測装置の第１の実施形態の構成を示す外観図であり、図２は前記心電計測装置における心電収集ユニットの構成を示しており、図４は前記心電計測装置における心電計測ユニットの構成を示している。

以下、本実施形態の心電計測装置における心電収集ユニットの構成を説明し、続いて心電計測ユニットの構成について説明する。

〔心電収集ユニットの構成〕
まず、図１に示すように、システム全体の構成としては、まず、ＭＲＩ装置による高周波磁場が発生するＭＲＩ装置内部１の内部で被検者の心電信号が検出される。次に、心電信号検出のための複数の電極２が被検者の皮膚に設置される。例えば図２では２チャンネル分の心電信号を検出している。
そして、図２に示すように、心電収集ユニット３は電極２とリードワイヤ４で接続されている。電極２で検出された前記心電信号は心電収集ユニット３にこのリードワイヤ４で送られる。このリードワイヤ４の長さはループを形成しない程度に短く（例えば約１０ｃｍ程度の長さ）、被検者の皮膚から浮いた状態で設置されるため火傷の危険はない。ここで心電収集ユニット３は、内部の機構を保護するためアルミの削り出しなどの高周波磁場を遮断する材質のシールドケースで覆われた上で、ＭＲＩ装置の撮像における関心領域外に設置されている。前記リードワイヤ４の長さは、関心領域外に設定可能な長さにされている。このように関心領域外に前記心電収集ユニット３を配置することにより、心電同期撮影時に前記心電収集ユニット３がＭＲＩ装置の撮像の影になることを回避し、明瞭な心臓の撮像を可能にしている。
なお、前記関心領域はＭＲＩ装置で撮像したい被検体の領域として、操作手段及び表示手段で設定可能とされている。

さらに、心電収集ユニット３と心電計測ユニット７とは、非導電性である光受信用の第１の光ファイバ５と、同じく非導電性である光送信用の第２の光ファイバ６で接続されている。このように心電信号を送るための長いリードワイヤ部分に、非導電性である光ファイバを使うことにより、被検者の皮膚を火傷させることを回避している。

また、心電収集ユニット３では、光ファイバ５で送られてきた心電計測ユニット７の発電用光源１４からの光を使用してＯ／Ｅ変換部９（電源部）で電力を生成する。このＯ／Ｅ変換部９は例えばソーラーセルなどを用いた構成を採用することができる。このように電源を外部から取ることにより、心電収集ユニット３の内部に電池を持つ必要をなくしている。

次に、電極２で検出されリードワイヤ４を通じて送られてきた心電信号は微弱なため、心電図として使えるように前述の生成された電力を電源として増幅装置１０で増幅する。その増幅された信号をＥ／Ｏ変換部１１により光信号に変換する。このＥ／Ｏ変換部は例えばＬＥＤなどを用いた構成を採用することができる。そして、光信号の送信手段であるこれら増幅装置１０やＥ／Ｏ変換部１１により、光信号が第２の光ファイバ６を通じて心電計測ユニットに送信される。ここで、第２の光ファイバ６は各々の電極から検出された心電信号を各別に送信するため、検出した心電信号のチャンネル数と同数の本数が必要である。例えば実施例では第２の光ファイバ６を２本使用している。

ここで、心電信号の増幅、Ｅ／Ｏ変換及び送信に必要な電力はおよそ５００ｍｍワット程度と認められ、Ｅ／Ｏ変換部の変換効率や必要な電力等の制限から、前記第１の光ファイバ５は１本以上とする必要がある。

〔心電計測ユニット〕
まず、図１に示すように、心電計測ユニット７はＭＲＩ装置が発生する前記高周波磁場の外部に置かれている。
そして、図４に示すように、心電計測ユニット７では、前記光ファイバ６で送られてきた光信号をＯ／Ｅ変換部１２により電気信号に変換する。このＯ／Ｅ変換部１２は例えばフォトダイオードなどを用いた構成を採用することができる。次に、その電気信号をＡ／Ｄ変換部１３によりデジタル信号に変換し、ＭＲＩ装置の撮像タイミング生成手段８に送信する。
ＭＲＩ装置の撮像タイミング生成手段８は、Ａ／Ｄ変換部１３からのデジタル信号を受けて、例えば、そのＲ波のピーク値のタイミングを検出して、そのピーク値のタイミングに同期して、上記説明した関心領域についての撮像を行う。

ここで、第１のファイバ５を通じて心電収集ユニット３に電源となる前記光を送るための発電用光源１４は、例えばＬＥＤなどを用いた構成を採用することができる。

また、この心電計測ユニット７は心電以外の同期を取るための呼吸や脈波を検出する装置が接続されている構成を採用してもよい。

〔第２の実施形態〕
本発明に係る心電計測装置の第２の実施形態について説明する。本実施形態の心電計測装置は、第１の実施形態の心電計測装置とほぼ同様の構成を備えている。第１の実施形態との相違点は心電信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部の位置である。本実施形態の心電測定装置は、Ａ／Ｄ変換を早い時期に行うために心電収集ユニットにＡ／Ｄ変換部を備えている。

図３は、本実施形態の心電収集ユニットの構成である。まず、電極２で検出された心電信号がワイヤ４を通じて心電収集ユニット３に送られる（図１参照）。この心電信号を増幅装置１０で増幅する。その増幅されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換部１３によりデジタル信号に変換する。そして、このデジタル信号をＥ／Ｏ変換部１１により光信号に変換する。そして、この光に変換された信号を高周波数磁場の影響を受けない第２の光ファイバ６を通じて心電計測ユニット７に送信する（図１参照）。

図５は、本実施形態の心電計測ユニットの構成である。本実施形態ではすでにデジタル信号に変換されているため、心電計測ユニット７では第２のファイバ６から送られてきた光信号（図１参照）をＯ／Ｅ変換部１２で電気信号に変換して、ＭＲＩ装置の撮像タイミング生成手段８に送信する。

この結果、早い時期にデジタル信号に変換してしまうため、ノイズ等の影響を受けやすいアナログデータを取り扱う時間が短くすみ、安定した心電図の作成が行える。

〔第３の実施形態〕
本発明に係るＭＲＩ撮像システムの実施形態について説明する。本実施形態のＭＲＩ撮像システムにおける心電計測装置は第１の実施形態の心電計測装置と同様の構成を備えている。そして、本実施例においては、心電同期撮影を行うためにＭＲＩ装置により設定された関心領域外に心電収集ユニットが設置されている。

図６は、本実施形態のＭＲＩ撮像システムの構成を示す概略図である。本実施形態では心電信号と同期を取って心臓の撮像を行うために、まずＭＲＩ装置の操作手段及び表示手段１７により被検体の心臓周辺に所望の関心領域１５を設定する。このとき、心電収集ユニット３は撮像のため設定された関心領域１５の外に設置される。次に、心電信号と同期を取るため、複数の電極２で収集された心電信号がリードワイヤ４を通じて心電収集ユニット３に送られ、心電収集ユニット３で前記心電信号が増幅され光信号に変換された後に第２の光ファイバ６を通じて心電計測ユニット７に送られる。その光信号は心電計測ユニット７で電気信号に変換されさらにデジタル信号に変換された後に、ＭＲＩ装置の撮像タイミング生成手段８に送られる。次に、この撮像タイミング生成手段８で心電信号に同期した撮像タイミングを作成し、その撮像タイミングがＭＲＩ装置の撮像手段１６に通知され、その撮像タイミングで関心領域１５に対する心電同期撮影が行われる。なお、関心領域１５はＭＲＩ装置で撮像したい被検体の領域として、操作手段及び表示手段１７で設定可能とされている。

このように、心電同期撮影のために設定した所望の関心領域１５の外に心電収集ユニット３を設置することで、心電収集ユニット３が撮像の影になることを防ぎ、明瞭な心臓の撮像を可能にしている。

本発明に係る心電計測装置の外観構成の一例の概略を示す図である。 本発明に係る心電計測装置の第１の実施形態が備える心電収集ユニットの構成の一例を示す概略ブロック図である。 本発明に係る心電計測装置の第２の実施形態が備える心電収集ユニットの構成の一例を示す概略ブロック図である。 本発明に係る心電計測装置の第１の実施形態が備える心電計測ユニットの構成の一例を示す概略ブロック図である。 本発明に係る心電計測装置の第２の実施形態が備える心電計測ユニットの構成の一例を示す概略ブロック図である。 本発明に係るＭＲＩ撮像システムの構成の一例を示す概略ブロック図である。

符号の説明

１ ＭＲＩ装置内部
２ 電極
３ 心電収集ユニット
４ リードワイヤ
５ 第１の光ファイバ
６ 第２の光ファイバ
７ 心電計測ユニット
８ ＭＲＩ装置の撮像タイミング生成手段
９ Ｏ／Ｅ変換部
１０ 増幅装置
１１ Ｅ／Ｏ変換部
１２ Ｏ／Ｅ変換部
１３ Ａ／Ｄ変換部
１４ 発電用光源
１５ 関心領域
１６ 撮像手段
１７操作手段及び表示手段

Claims (5)

1. ＭＲＩ装置が発生する高周波磁場の内部に配置され、被検者からの心電信号を検出する検出手段である複数の電極と、
   前記高周波磁場の内部に配置され、前記高周波磁場の外部からの光を導光する第１の光ファイバからの光を受けて電力を生成する電源部と、電源部から電力の供給を受けて前記電極で検出された前記心電信号を増幅し増幅された前記電気信号を光信号に変換しその光信号を送信する送信手段とを有する心電収集ユニットと、
   前記光信号を一端で受けて伝達する第２の光ファイバと、
   前記高周波磁場の外部に配置され、前記光を第１の光ファイバの一端に送る光送信手段と、前記第２の光ファイバの一端から受けた前記光信号を電気信号に変換する信号変換手段とを有する心電計測ユニットと
   を備えることを特徴とする心電計測装置。
2. 前記心電収集ユニットは高周波磁場から保護するためのシールドケースで覆われていることを特徴とする請求項１記載の心電計測装置。
3. 前記心電収集ユニットは前記複数の電極からの心電信号を各々別に前記心電計測ユニットに送信する送信手段を備えることを特徴とする請求項１記載の心電計測装置。
4. 前記心電計測ユニット内部で光信号から変換された前記電気信号を基に心電図を作成する心電図作成手段と、作成した前記心電図をＭＲＩの撮像のタイミングを生成する手段に送る送信手段とを備えることを特徴とする前記請求項１記載の心電計測装置。
5. 高周波磁場中の被検体の所望の関心領域を設定し、該関心領域について心電信号に同期して撮像するＭＲＩ撮像システムであって、
   前記高周波磁場の内部に配置され、被検者からの心電信号を検出する検出手段である複数の電極と、
   前記高周波磁場の内部に配置され、第１の光ファイバからの光を受けて電力を生成する電源部と、電源部から電力の供給を受けて前記電極で検出された前記心電信号を増幅し増幅された前記電気信号を光信号に変換しその光信号を送信する送信手段とを有し、前記関心領域外に設置される心電収集ユニットと、
   前記光信号を一端で受けて伝達する第２の光ファイバと、
   前記高周波磁場の外部に配置され、前記光を第１の光ファイバの一端に送る光送信手段と、前記第２の光ファイバの一端から受けた前記光信号に変換する信号変換手段とを有する心電計測ユニットと、
   前記心電計測ユニットが出力する前記電気信号を基に前記心電信号に同期した撮像タイミングを作成する撮像タイミング生成手段と
   を備えることを特徴とするＭＲＩ撮像システム。
   
   

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