JP2009540882A - 診察及び外科イメージング用の回転式統合型スキャナー - Google Patents

診察及び外科イメージング用の回転式統合型スキャナー Download PDF

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Abstract

患者イメージングシステムは、患者支持台と、円筒形磁石を包含するMRIシステムと、リング内に装着された陽電子検出器を包含するPETシステムとを包含する。磁石は、台上に患者を受け入れるための円筒形ボアを画定しており、磁石は、長手方向の移動が可能なレール上に担持された旋回リング上で、縦軸を中心にして回転するように装着される。PETリングは、長手方向に移動するようにボア内に装着される。磁石用のクエンチ管は、軸線にて回転ユニオンとともに旋回リングを通過する。遮蔽カバーは、固定された上部と、磁石とともに軸線を中心にして回転する下部とを包含する。磁石は、2部屋又は3部屋診察構成で構成されており、保持ベイは、磁石を収容しており、診察患者は、磁石が回転するときに磁石ベイと共働する3つの部屋に入れられる。

Description

本発明は、患者の医療用スキャン画像を得るための移動可能な装置に関する。この装置は、外科的イメージング用途のために、PET及びMRI検出性能の両方を結合し連続化する可能性を提供してもよい。この装置は、システムの実用性及び有効性を最適化するために、並進方向及び回転方向の両方向への移動を提供してもよい。
PET(陽電子放射断層撮影)及びMRI(磁気共鳴イメージング)はどちらも、身体を撮像するために使用できる既知の手法である。PETの場合、陽電子放射原子を有する分子を含有する溶液が、身体に注入されるか又は取り入れられる。それ故に、いったん陽電子検出器の幾何学的配置が患者の周りに適切に位置決めされると、またいったんソフトウェアが使用されて陽電子放射の位置を同定すると、陽電子放射分子の位置及び濃度を検出することができる。使用される主要な分子の1つは、グルコースの誘導体であり、誘導体はグルコースとして細胞に入ることができるがグルコースとして新陳代謝されないので、身体内の主要な活動区域を検出することができる。分子が癌に対して特異的である場合、このイメージング手法は、腫瘍の位置を検出するために利用できる。しかしながら、PETは、陽電子放射分子の位置に関する情報のみを提供し、いかなる解剖学的情報をも提供しない。PET画像は、患者の生体構造に位置合わせする必要があり、この点で、MRIが非常に有用であり得る。
MRIについて、高磁界磁石、典型的には超伝導磁石は(ドーナツのような)トーラス構成で構成され、患者が磁石内に横たわった状態で、パルス化し連続化した磁界及び電磁界は、身体を精査して軟組織の画像を生成し、これによって熟練の放射線専門医は、患者の生体構造を高い確率で決定することが可能になる。異なる軟組織種類の間のさらに良好なコントラストを提供するために、MRIは、時には造影剤を使用して実行される。MRI手法は、多くの腫瘍の解剖学的部位を検出することを非常に得意としているが、すべての腫瘍を得意とするとは限らない。
これら2つのイメージング手法(MRI及びPET)は、磁界による影響を受けない方法でPET検出技術を構築できる点において、また、PET手法による影響を受けないようにMRIシステムを構築できる点において、直交する手法である。このため、統合型PET及びMRI検出器システムを構築できる場合、2つのシステムは、身体内部の腫瘍位置の改善された検出及びより完全な検出を可能にするために、空間及び時間の両方において平行な方式又は殆ど平行な方式で操作することができる。
PET及びMRIは、いずれか単独の手法よりもはるかに多くの情報を臨床医に提供するために、解剖学的画像と組み合わされた機能的画像を得るために使用できる。例えば、脳内の特定のレセプターのみと相互作用する陽電子放射分子を発現することができ、それ故、これらのレセプターをPETにより観察した後、それらの脳内の実際の位置をMRIによって決定することができる。
またPETイメージングは、利用可能な一般知識並びにPET検出器の特定の構成に関する多くの特許を有する周知の確立された手法である。
米国特許第5,998,792号(1999年)は、可変的な検出器の幾何学的配置について論じており、PETイメージングについて以下のように記載している。
核イメージングにおいて、sup.99mTc又は.sup.201T1などの放射性医薬品が患者の身体内に導入される。放射性医薬品が崩壊するとき、ガンマ線が発生する。これらのガンマ線が検出され、臨床的に有用な画像を構築するために使用される。
陽電子放射断層撮影(PET)は、核医学の一分野であり、sup.18F−フルオロデオキシグルコース(FDG)などの陽電子放射の放射性医薬品が患者の身体内に導入される。それぞれの放射された陽電子は、消滅事象として既知の事象の際に電子と反応し、それによって、一対の511keVガンマ線を発生する。ガンマ線は、およそ180度離れた方向に、即ち、反対方向に放射される。
一対の検出器は、それぞれのガンマ線の位置及びエネルギーの位置合わせを行い、それによって、消滅事象、故に陽電子源の位置に関する情報を提供する。ガンマ線が反対方向に進むので、陽電子消滅は、検出されたガンマ線をつなぐ一致線に沿って発生したと言われている。多数のこのような事象が収集され、臨床的に有用な画像を再構築するために使用される。PETイメージングにおいて、様々な検出器システムが使用されている。PETシステムの1つの部類は、非回転システムと呼ぶことができる。最も一般的な非回転システムは、患者の周りの円内に配置された検出器要素の1つ以上のリングを有する。他の非回転システムとしては、円筒形シェル検出器システム及び六角形マルチプレートシステムが挙げられる。これらのシステムのそれぞれにおいて、検出器は、走査されるべき物体を包囲するか又は殆ど完全に包囲する。スライス内部の実質的に全ての横断角で一致事象を検出することができるので、システム感度は、横断スライスの位置間で大幅に異なることがない。
PETシステムの別の部類は、回転システムと呼ぶことができる。一致検出性能を有する部分リングシステム、及び2連又は3連ヘッドガンマカメラシステムは、このカテゴリに該当する。1つのタイプの部分リングシステムとしては、概ね円形の回転するガントリーに配置された、放射線感受性検出器の2つの円弧が挙げられる。放射線検出器の円弧は、それらの中心が僅かな角度でオフセットした状態で概ね正反対であるように、互いに対して固定される。回転システムは、部分的な横角度範囲を有しており、完全な断層撮影画像を再構築するのに必要な横角度のサンプルを取るために、検出器を患者の周りで回転させる(又は逆もまた同様)必要がある。したがって、これらのシステムの感度は、検出器の視野にわたって変化する。一致データの処理中に、この感度の変化を考慮に入れる。
このPETの回転及び幾何学的配置の説明は、PET/MRIを使用した統合型スキャナーではなく、PET検出器自体を指すものである。米国特許第6,674,083号(タナカ(Tanaka)、2004年1月6日発行)は、陽電子放射断層撮影装置について論じている。
論文「脳のPETイメージング技術の新たな課題」(カレント・メディカル・イメージング・レビューズ(Current Medical Imaging Reviews)に記載、2006、2、3〜13、ハビブ・ザイディ(Habib Zaidi)及びマリールイズ・モンタンドン(MarieLouise Montandon)著)は、複合型PET/MRIスキャナーが可能なプロトタイプ構造について論証している。「PET/MRIを用いた全身イメージング」(欧州医学研究ジャーナル、2004年6月30日、309〜312ページ)は、PET及びMRIを組合わせて単一のスキャナーとすることに関して、
「これら2つの優れた画像診断モダリティを組み合わせて単一スキャナーとすることは、単独のPET及びMRIと比較して幾つかの利点を提供する」と述べている。
「同時的PET及びNMR」(英国放射線医学ジャーナル、75(2002)、S53〜S59)には、MR互換性である小型プロトタイプPETスキャナーが記載されている。この場合、4メートルの光ファイバーの断片を使用して、ボアの高磁界領域から除去されたシンチレーション信号を光電子増倍管に移送する。時間的及び空間的相関関係の両方に関する潜在的利点が論じられている。この文書に示されているように、「この特別号(参考文献2、3)の他の箇所に記載された複合型PET及びCTシステムに関して採用される手法と同様に、単一のガントリーにPET及びMRスキャナーを組み込むことにより、PET及びMRを取得する間の対象の動き及び組織の変形を絶対最小値にとどめる」。
サイモン・チェリー(Simon Cherry)を著者として含むその他の論文は、「同時的PET及びMRイメージング」(Yシャオ(Y. Shao)ら、Phys. Med. Biol.、1997年10月、42(10)、1965〜70);「1.5Tの同時的陽電子放射断層撮影及びMRイメージング)」(K.ファラハニ(K. Farahani)ら、J. Magn. Res.Imaging、1999年3月、9(3):497〜500)、「プロトタイプMR互換性PETスキャナーを使用した同時的PET及びMRイメージングにおけるアーチファクトの研究」(RBスレーツ(RB Slates)ら、Phys. Med. Biol.、1999年8月;44(8):2015〜27)である。
その他の刊行物は、「MR−PET:結合機能、生体構造など」(M.シュヴァイガー(M. Schwaiger)ら、2005年9月、メディカルソリューションズ(Medical Solutions)、pp25〜30)である。この刊行物は、改質されたボアライナーアセンブリを有するマグネトム・エスプリ(Magnetom Espree)を示す簡単な図を提供している。このボアライナーアセンブリでは、RFボディコイルが示されており、その上にPETカメラ要素がある。図は、磁石内に挿入したリングを用いてPETが取得され、同時取得が可能であることを示している。
米国特許第4,939,464号(ハマー(Hammer))(1990年7月3日発行)では、シンチレーション事象を磁石外部に伝達するためにライトパイプを使用した、NMR/PETスキャナーの組み合わせが開示されている。PETスキャナーリングは、磁石ボア内に装着され、磁石ボアに対して移動可能である。
米国特許第6,946,841号(ルバショフ(Rubashov)、2005年9月20日発行)では、乳房組織用のNMR/PETスキャナーの組み合わせが開示されており、この場合、PETスキャナーリングは、磁石ボアの外側に装着され、患者は、2箇所の走査位置の間を移動する。
米国特許第5,719,400号(チェリー(Cherry))、1998年2月17日発行)では、複合型PET/MRIシステムに使用するのに好適なPET走査用の高解像度検出器が開示されている。
更に、先の刊行物及び特許は、高磁界超伝導MRIシステムを並進運動で移動できることを示している。
米国特許第5,735,278号(ホウルトら、1998年4月7日発行)では、医療処置が開示されており、この場合、磁石は、患者に対して及びシステムの他の構成要素に対して移動可能である。移動する磁石システムにより、神経外科患者の手術時のMRIイメージングがより容易となり、肝臓、胸部、脊椎、及び心臓外科患者のためのさらなる用途を有する。このシステムは、以下のように使用される。
磁石は、最初は操作台からいくらか離れており、外科部屋の側部若しくは後部、又は場合によっては保持ベイ領域内部にあり、
イメージングが必要なときは、MRI磁石はその保持領域から前進し、台上のイメージング位置に配置され、
画像が撮られ、磁石はその保持領域に引き込まれる。したがって、MRIシステムは、
磁石と、
その場に設置されたレールと、
磁石キャリッジ、ケーブルキャリア、及び移動手段制御システムからなる磁石移動手段システムとからなる。
米国特許第5,998,792号 米国特許第6,674,083号 米国特許第4,939,464号 米国特許第6,946,841号 米国特許第5,719,400号 米国特許第5,735,278号 ハビブ・ザイディ及びマリールイズ・モンタンドン著、「脳のPETイメージング技術の新たな課題」(カレント・メディカル・イメージング・レビューズ) 「PET/MRIを用いた全身イメージング」(欧州医学研究ジャーナル)、2004年6月30日、309312ページ) 「同時的PET及びNMR」(英国放射線医学ジャーナル)、75(2002)、S53S59) 「同時的PET及びMRイメージング」(Yシャオら)Phys.Med.Biol.、1997年10月、42(10)、196570) 「1.5Tの同時的陽電子放射断層撮影及びMRイメージング)」(K.ファラハニら、J.Magn.Res.イメージング、1999年3月、9(3):497500) 「プロトタイプMR互換性PETスキャナーを使用した同時的PET及びMRイメージングにおけるアーチファクトの研究」(RBスレーツら、Phys.Med. Biol.、1999年8月;44(8):201527) 「MR−PET:結合機能、生体構造など」(M.シュヴァイガー)ら、2005年9月、メディカルソリューションズ(Medical Solutions)、pp2530)
診察及び外科イメージング用の回転式統合型スキャナーを提供する。
本発明の第1態様によると、患者の一部のスキャン画像を得るためのものが提供され、
患者支持台と、
患者の一部の画像を得るための磁気共鳴イメージングシステムとを含み、磁気共鳴イメージングシステムは、
磁界を制御し変化させるための制御システムと共に使用するための磁石と、患者の一部に隣接して位置付けられるように構成されたRFプローブを包含する、磁界に反応して、患者の一部から核磁気共鳴信号を導き出し検出するための無線周波数伝送及び検出システムと、検出した信号を復号化し表示するためのコンピュータ及びディスプレイモニタとを含み、
磁石は、患者が台上で適所に位置付けられた状態で磁石の磁界内に横たわるように患者の一部がボア内に配置されるように構成された円筒形ボアを画定しており、
磁石は、台に対して台の長手方向に水平に移動するように装着され、装着は、患者が引き続き台上にとどまった状態で患者の一部が磁石の磁界内に配置される磁石の第1位置を提供し、
陽電子放射断層撮影走査システム(PET)は、磁気共鳴イメージングシステムと連動して使用するために磁石上に装着される。
好ましくは、PETシステムは移動可能である。
好ましくは、PETシステムは、磁石と共に共同で移動するために磁石上に装着される。
好ましくは、磁石は、その軸線に沿って長手方向に移動可能である。
好ましくは、磁石は、縦方向に移動可能である。
好ましくは、磁石は、縦軸を中心に180度回転可能である。
好ましくは、PETシステムは、磁石と共に共同で移動するために磁石のボア内に装着される。
好ましくは、PETシステムは、磁石の視野がPETの視野と一致するように装着される。
好ましくは、PETシステムは、ボア内部で移動可能である。
好ましくは、PETシステムは、一方の端部にて磁石上に装着され、磁石の移動によって、PETが患者の一部と位置合わせされた位置に向って担持されるようになっている。
好ましくは、磁石は、PETを患者に隣接した位置に向って移動するために、縦軸を中心に回転可能である。
好ましくは、PETは、光信号をシンチレーション検出器から外部制御システムへ運ぶために、ボアに沿って延びる光ファイバーを包含する。
好ましくは、PETは、光信号をシンチレーション検出器から外部制御システムへ運ぶために、無線通信システムを包含する。
好ましくは、磁石は、レールシステム上に装着され、PETシステムは、PETシステムが磁石に対して別々に移動するように同一のレールシステム上に装着される。
本発明の第2態様によると、患者の一部のスキャン画像を得るための装置が提供され、
患者支持台と、
患者の一部の画像を得るための磁気共鳴イメージングシステムとを含み、磁気共鳴イメージングシステムは、
磁界を制御し変化させるための制御システムと共に使用するための磁石と、患者の一部に隣接して位置付けられるように構成されたRFプローブを包含する、磁界に反応して、患者の一部から核磁気共鳴信号を導き出し検出するための無線周波数伝送及び検出システムと、検出した信号を復号化し表示するためのコンピュータ及びディスプレイモニタとを含み、
磁石は、患者が台上で適所に位置付けられた状態で磁石の磁界内に横たわるように患者の一部がボア内に配置されるように構成された円筒形ボアを画定しており、
磁石は、縦軸を中心にして回転するように装着されている。
好ましくは、磁石は、その軸線に沿って長手方向に移動可能である。
好ましくは、磁石は、縦方向に移動可能である。
好ましくは、磁石は、縦軸を中心に180度回転可能である。
好ましくは、磁石は、磁石の前端を患者に隣接した位置に向って移動させるために、縦軸を中心に回転可能である。
好ましくは、磁石は、レール上に担持された支持体上で長手方向に移動可能であり、磁石の前面の向きを変えて、レールに沿って一方向又は他方向に面することができるように、磁石を支持体に接続する回転台が提供される。
台は、磁石により担持された診察台であってもよく、これは、患者が診察台に横たわるとともにイメージングが実行される部屋内に延びることができる。
台は、磁石の相対運動のために部屋内の適所にとどまる外科用台であってもよく、これは、患者が外科用台に横たわるとともにイメージングが実行される部屋内に延びることができる。磁石は、一方の端部にて診察台を担持するとともに、他方の端部にて外科用台と協働するように構成されてもよい。
このシステムは、修繕した病院の建物又は新築の建物に設置される。このシステムは、1部屋又は2部屋構成で設置することができる。2部屋構成では、磁石及びMRIシステムが、病院スタッフの必要に応じて2つの部屋の間で共有され、事業において費用対効果の増大をもたらす。
この考え方により、多くの部屋構成について論じることができる。操作部屋の台の寸法及び拡張、並びにMRIスキャナーの制約によって制限された、多くの用途について論じることもできる。
一部の区域及び国では、患者の安全性を重視しており、外科処置が開始した後の患者の移動を禁じている。それ故に、統合型PET/MRIスキャナーのいかなる設計も、患者を移動する代わりに、スキャナーを移動すべきである。このスキャナーの移動は、患者が移動しない限りにおいて、全部又は一部であり得る。使用法に関するこの同じ制限は、一部の介入技術が、相当数の身体の透過又は位置合わせされた設備機器を必要とする点で、介入方法に最終的に当てはまってもよく、これは、患者の移動を行うべきでないこと暗示している。
更に、MRIシステムは、全方向に同等ではない磁界を有しており、軸線に沿った磁界強度は、2つの直交方向において異なる。これは、システムのPETイメージング部分が、軸外の配向に最適に位置してもよいことを意味しており、これは、統合型スキャナーの回転が重要であり得ることを示唆している。
本発明の構成は、統合型スキャナーを確実に最適化するためにも、MRIを回転方向及び縦方向に移動させる。
本発明の構成は、MRI及びPET性能の両方を統合したスキャナーシステムの存在を想定しており、外科、介入及び画像診断環境のための6度の運動の自由度の各々における統合型スキャナーの移動の特許を受ける。
回転式MRIシステムが設計されるとき、付加的な独自の多部屋レイアウト、構成、及び用途が可能である。この場合、以下の多部屋構成が、種々の可能な用途を例示するための例として使用され、これらの用途の全ては、ヘルスケア産業にとって財務的に有利である。
これらの超伝導磁石システムについて、クエンチ管、傾斜ケーブル、水及びヘリウムの冷却ケーブル、及び回転される必要のある様々な制御ケーブルも存在する。加えて、回転は、回転が一方向に180度、また全360度の回転が必要とされる場合、潜在的には他方向に180度であるように管理する必要がある。
磁石システムは、部屋内に1分以内に移動し、扉が数秒以内に開くので、磁石システムの使用法の有効性の制限因子は、患者を部屋に出入りさせ、必要に応じて患者に準備をさせ、イメージングについて患者と話し合いを行わせる。1回のイメージング事象ごとの程よい時間の長さは60分であり、またそれ故に、部屋に出入りするMRIスキャナーの移動は、時間値を制限するものではないことが分かる。同様に、診察及び介入手順の両方の必要性が発生するとき、多部屋システムの効率は、予定計画がより困難になる。現在、以下の構成が可能である。
中央磁石保持ベイが磁石及び診察患者を収容する3部屋診察構成は、3つの部屋に組織化されている。部屋1への扉が開き、磁石保持ベイが部屋1の一部になり、磁石は移動しないがその診察台に延びてもよく、患者が診察台に横たわり、イメージングが実行され、介入を行う必要が見出されず、患者が診察台を出て、磁石が保持ベイに戻って行き、他の部屋の1つで使える状態になる。次いで、磁石は、その台に引き込まれ、その部屋の扉まで回転し、他の部屋のプロセスが開始する。この場合、磁石は、レール上などで並進運動方向に移動せず、単に回転するだけである。
病院の隅にある2部屋システム。この場合、磁石は、回転運動及び並進運動の両方を行う。2つの90度方向の各々において扉を有する中央磁石保持部屋が存在し、磁石は、その診察台をどちらの必要な方向にも回転させることができ、又は磁石の反対端が最初に部屋に入るように回転することもできる。この手法によって、いかなる有意な変化も磁石制御手段及びモニタリングに加えずに、既存の診察機能及び用途をいずれかの部屋で使用することができ、又は両方の部屋を手術時の部屋として役立でることができる。この2部屋コーナーシステムは、回転する磁石なしに実行することはできない。
同様に、非インライン種類のいかなる部屋構成も、回転する磁石を有する必要性がある。
加えて、インライン構成は、回転が可能な場合と同様に、増大した柔軟性を有し得る。例えば、磁石保持部屋と2つの診察部屋を中央で接合することができる。この場合、MRIシステムは、診察台が常に最初に部屋に入るように回転する。これにより、診察部屋を出来る限り小さくすることが可能になり、診察部屋の平方フィート数の点で、MRIシステムの最大密度及び最小コストが可能になる。
医療構造及びイメージングシステムの当業者であれば、多くの他の部屋構成を明白に想定することができる。
MRI及びPET法が単一デバイスに一体で統合される場合、直交イメージング技術を使用する統合型スキャナーを有する。以前の作業は、MR/PETスキャナーが静止していることを想定していたのに対して、並進運動及び回転運動が可能なスキャナーは、本特許の請求項に組み込まれる独自の属性を有する。
以下の改良点が生じる。
患者及び外科チームの必要性に基づいて、1つの部屋でPETイメージングを、続いて、隣接した部屋でMRIイメージングを行うことができ、その結果、医療設備の財務的な見返りが増大する。この場合、これら2部屋の中に2人の異なる患者が存在してもよく、一人の患者がPETイメージングを必要としており、もう一人がMRIを必要としている。
外科処置中に弱い腺を撮像するとき、身体の多部位のイメージングを実行するために患者の移動を必要としないという理由で、より柔軟性のあるPET及びMRの統合を考慮することができる。
PETイメージング設備がMRIの視野からオフセットしている場合、同時の又は略同時のイメージングにより、磁石を移動せずに、身体内の1を超える箇所に関する情報を提供することができる。
PETイメージング設備がMRIの視野からオフセットしている場合、まずMRI性能を使用して撮像し、磁石を移動して同一の身体部分のPETイメージング性能を実現することにより、外科チームは同一の身体部分を撮像することができ、その結果、磁石の視野の中心に対してPETシンチレータを位置決めするための設計の柔軟性が可能になる。
PET及びMRI検出器の両方が別個のサブシステムとして設計されているが同一のレールシステム上に配置されている場合、1日の異なる時間において、一定の操作部屋に単独のPET及びMRI検出用途をもたせることが可能である。
PET及びMRI検出器の両方が利用可能である場合、またシーリング吊下げシステムが回転性能を有する場合、MRI及びPET検出器は、スキャナーシステムの回転運動及び並進運動によって、移動しない患者に別個に使用することができる。この場合、患者がMRI走査を受けてもよく、何かが観察され、その後に患者から磁石が取り除かれ、次いでPETシステムが患者の方を指すように磁石が回転され、その後にPETシステムが患者の上に移動され、PETイメージングが実行される。軸方向及び非軸方向に配向された設備要素のためのMRIシステムの磁界の幾つかの相違があり、これにより、スキャナーシステムの回転能力が重要となる。
PET及びMRI検出器の両方が利用可能である場合、またシーリング吊下げシステムが×座標及びy座標の両方に並進運動する性能を有する場合、PET及びMRI構成に関して、回転及び縦方向上昇、その次の様々な付加的設計が可能であってもよい。
付加的な移動の可能性について、均質な環境を有する磁気システムを提供するのに必要とされるシミング作業が大幅に低減される。現在、フロア内の鉄筋は、ステンレス鋼でない限り、磁気イメージングシステムに影響を及ぼす。MRIシステムが多数の方式で移動できる場合、部屋内でイメージングを提供する最適な位置を見出すことが可能である。
加えて、シーリング吊下げシステムを設置する別の複雑性は、台システムはフロアと共に移動するが、シーリングシステムはシーリングと共に移動することである。シーリングに何らかのたわみがあり、フロアにこのたわみがない場合、システムは互いに対して移動し、正確な高さ距離を変化させる。磁石を縦方向に移動させることにより、台と磁石との間で同一の距離を維持することができる。この手法は、その操作中に単に台を移動する代わりに、また、患者の僅かな移動でさえイメージングを変化させるか又は患者の安全性に影響を及ぼす情況の代わりに、使用される。例えば、特定の器官及び前立腺などの腺が、非常に弱いか又は非常に変性しているため、台の動作が許可されない場合がある。加えて、介入作業が行われるとき、介在する管、針又は他の装置の特定の位置が非常に敏感であるため、台の動作は推奨されない。
加えて、システム内に介入性能を提供することについて論じる。現在、シーメンス(Siemens)のミヤビ(Miyabi)台と呼ばれる技術が存在しており、これは、シーメンスの診察台上への連結を提供する。磁石が回転できる場合、これは、部屋レイアウトのワークフローの新たな自由を提供する。
回転システムの利点は、シーリング装着システムに関するものだけではない。フロア装着システムに関して、MRIに回転性能を提供することにより、同じ利点が可能である。
同様に、PETシステムとMRIシステムとの間に相対運動を有することが可能である。PETシステムは、MRIのボアシステムの一部であってもよく、MRIの視野に対して移動することができる。このMRI視野に対する移動によって、より良好な又は改善されたイメージング性能が可能になる場合がある。
更に、いったん統合型スキャナーを回転すること、並進すること、又は縦方向に移動することが可能になると、付加的なスキャナー設計が可能となる。同時走査が望ましい場合、PETの焦点領域及びMRIの視野は、システムの設計及び構成により、同一場所に配置することができる。
統合型PET/MRIシステムは、いずれかのシステムが磁石の回転を提供する状態で、シーリングから吊るすか、又はフロアに装着した軸受上に装着することができる。MRIシステムはまた、レールシステムを使用した空間内で並進することもできるように、レール上でシーリングから吊るされてもよい。回転機構は、磁石とレールとの間、又はレール上方のいずれかに位置付けることができる。下方トラック及び上方トラックの回転子は、異なる構成に関する異なる特性を有する。下方トラックの回転子は、既存部位の最も簡単な性能向上を可能にさせるのに対して、上方トラックの回転子は、レール、MRIシステム及び全ての関連システムが回転するという点で、鉄道操車場における円形機関車庫のように作動する。
図1は、回転能力を有する統合型PET/MRIスキャナーを示す。シーリングレール1は、レールクランプ17を使用して構築物の構造用鋼の上にボルト留めされている。2つのシーリングレールが、磁石の幅とおおよそ同じ幅だけ離間して使用されているが、他の幅が可能である。
磁石移動システム2を使用して、磁石3がレール上に装着されている。磁石移動システムの上部は、レールを横に移動するが、回転はしない。磁石移動システムの下部は、上部に関して回転できるように、旋回リング11に接続されている。旋回リング11は、モータ駆動式であり、導入される部屋レイアウトの種類に応じて、90度、180度、又は270度などの一定の角度にわたって磁石システムを慎重に回転させる。並進運動及び回転運動のどちらの場合も、モータ駆動システムは、磁石システムの要件に合わせて緩やかな加速及び減速を包含し得る。磁石移動システムの下部は、磁石システム12に対する回転子を使用して、磁石にボルト留めされている。
旋回リング11を使用した回転式磁石システムに関して、クエンチ管システムの回転を可能にする必要があるので、レール1上に装着された固定式クエンチ管14と、磁石に取り付けられた回転式クエンチ管部分13とが提供される。これらのクエンチ管は、磁石の真上及び旋回リングの中央で、磁石システムの等角点に装着された回転ユニオンを用いて互いに接合されるので、回転によってクエンチシステムに過度の応力がかかることはない。正確な等角点を確実に実現するのは困難なので、回転中に発生する応力の一部を吸収する、撓曲連結部を使用することが実践的である。
回転式MRIシステムに関して、回転円弧を通してケーブル布線を確実に適切に案内できるようにする必要もある。これを実行する1つの方法は、多数の管ガイドを有するケーブル管理システム19を使用するものであり、異なるガイドが、通信ケーブル布線、電力ケーブル布線、低電圧ケーブル布線、モニタリングケーブル布線、及びヘリウム線に使用される。回転運動中のこれらのケーブル分離及びこれらのケーブル案内によって、結束及び最終的な破断が発生しないことを確実にする。またこれらの構成要素は、旋回リングを通過し、ケーブルキャリアシステム9による磁石の移動と共に、レール上に担持された構成要素に繋がる。
磁石移動システムは、ベルト駆動並進運動システム18を介して移動される。このシステムは、重量を支えるためのレールの上にある輪、及びレールと接触して移動を生じさせるレール下方の駆動輪20を使用している。重量の均等な分配及びシステムの直線的なトラッキング性能を確実にするために、駆動輪及び重量支持輪が両方のレール上に配置される。左右のベルト駆動並進運動システムが確実に調和して移動するように、それらの間には駆動軸が使用されてもよい。この場合、両方の駆動輪のセットを駆動させるために、単一のモータが使用されてもよい。安全性のために、電源異常の場合には、この動作が必要とされる場合、操作者が患者から磁石を取り除くことができるようにする手動クランク15を有することが有用である。手動クランクの操作は、この設計の場合に限り、クラッチの係合離脱を必要とする。
レールによって提供される並進運動及び旋回リングによって提供される回転運動に加えて、支持体12上での旋回リングの高さの調節により、磁石のボアの縦方向調節移動が可能である。
磁石は、円形の磁石ボア8を有しており、その中に台及び患者を配置してイメージングを行うことができる。シーメンス・エスプリ(Siemens Espree)(商標)磁石のような磁石に関して、MRIボアは、直径70cm及び長さおよそ125cmである。磁石は、30cm×45cm×45cmの視野を有する。視界は、システム内部の、高品質イメージングを発生させるボリュームであり、適切な直線性の範囲内で磁界を維持することのできるボリュームと一致する。患者の当該生体構造を視野内に配置して、イメージングを行う。
PET検出器リング5は、磁石視野と同一場所に配置されており、リング上の個々の各検出器は、繊維束6の光ファイバーを介して、磁石の上方又は周囲に位置付けられた乗算器7へ接続される。乗算器は、磁石の上に示されているが、それらは、磁石内部の代替位置に配置することができる。光ファイバーは、典型的には磁石及び関連ケーブル10を担持するケーブルキャリア9に巻きとられ、関連ケーブル10には、クエンチ管、ヘリウム線、水冷却材線、傾斜ケーブル、RFケーブル、制御線、及び様々な用途に必要な種々の追加のモニタリング線及び検出線が挙げられ、これらはボア、カバーセット、及び他のMRI要素に取り付けられる。ケーブルキャリア及び関連ケーブル布線は、これらがシステムと共に移動するときにケーブルの適正な形状を維持するために、ケーブルキャリアガイド16を使用している。
図1は、PET検出器リングの内側のPETイメージングボリュームがMRIの視野と重なり合うために同時走査に好適な、統合型PET/MRIスキャナーを示す。
代替設計もまた可能である。例えば、PET検出器リングがMRIボアの末端部に移動する場合、2つのイメージングシステムのイメージングボリュームは一致しておらず、このことにより2つの異なる身体部分の同時イメージングが可能になる。このスキャナー構成において同一の身体部分を非同時走査するには、患者とスキャナーとの間の相対運動が伴わなければならない。一般に、これは、1つの方法又は3つの方法の組合わせにより達成できる。
患者ではなく統合型PET/MRIスキャナーを移動すること。
患者を移動せずに、MRIのボア内部でPETスキャナーを移動すること。
患者を何らかの方法で移動すること。しかしながら、走査中は患者を決して移動しないことが好ましく、それ故、方法1及び2が好ましい。
図1は、回転式PET/MRIスキャナーを示しているものの、純粋にMRI走査の必要性のために、回転式MRIスキャナーを構築することが可能であり、PETスキャナーを省略したものと同一の構造を使用することができる。
図3は、同時走査に好適な移動式PETスキャナーの更なる詳細を示しており、図1及び2のPET/MRI構成と同等である。したがって、PET検出器リングは、ボア内部で移動するように装着される。磁石ボア8は、PET検出器リング5が嵌合する、5つの空隙部及び駆動レール32を有する。このPET検出器リングは、駆動レール32を使用してボアを通って前後に駆動されるが、診察又は操作台34は、これらの要素がボア内部で移動するときに衝突が生じないようにサイズ設定される。PET検出器リング5は、その内周に多数の個々のPET検出器55を有し、これは、典型的にはシンチレーションを通じてその出力を発生し、この出力は、シンチレータ検出器から乗算器7への伝送を可能にする光ファイバー6内に通される。
光ファイバーの配置方法に関する2つの変形が可能であり、この場合、いずれかの光ファイバーがボアの側壁を通り抜けるので、この方法は、PET検出器リングがボア内部で移動しない場合、又は光ファイバーがボアを直接的に通り抜けず、その代わりにボアの端部に導かれる場合のみに対して適切であり、この場合、光ファイバー管理システムは、たるみを収容することができる。この設計では、患者は、ボア8の反対端部のみから入るが、それは他方の端部が光ファイバー管理に使用されているからである。あるいは、PET/MRI統合型スキャナーの両端を使用できるように、より精巧な光ファイバー管理を提供することができる。
上記のものに対する代替設計は、光信号の無線伝送を使用することができ、その設計において、ボアは、光の通過を可能にさせるクリア領域を有する。この構成では、PET検出器リングは、光ファイバー内に及び乗算器に直接的に伝送するために、光ファイバーに好適なEM波長を発生させる。
あるいは、PETスキャナー及び磁石視野が互いに関して適所に固定されたシステムを提供することができ、その代わりに統合型スキャナー全体が移動する。この場合、統合型スキャナーは、シーリングレール上で移動し、既に説明した方式で縦方向に回転又は移動する。
図2は、回転式MRI遮蔽カバーセットを示す。MRIに使用される磁石用のこのようなカバーの従来の設計は、当業者に周知である。このカバーセットは、回転しない上部21と回転する下部22とを備えて設計されており、2つの部分は、回転シーム23にて分離された状態である。
図2はまた、磁石の左側から延出する診察台24を使用する構成を示す。シーメンス・エスプリ(Siemens Espree)(商標)磁石特定の場合に関して、診察台は、磁石に取り付けられ、画像診断のために磁石の内外に移動することができる。図はシステムの制御盤25も示す。この場合、ケーブルにより磁石に接続されたペンダント制御手段26を包含する、磁石に設置された一組の制御手段が存在する。
図4は、成人及び子供の両方に役立つ2部屋構成で、並進運動、回転運動及び縦移動するスキャナーが使用されたフロアレイアウトを示す。図7aは、第1部屋41が引き戸23を介して第2部屋42から分離された2部屋レイアウトを示しており、ここで患者及び医療チームは、患者入口44を介して部屋に接近する。統合型スキャナーは、これら2部屋の間で移動することができる。
図4は、この統合型スキャナーに関する2つの位置を示す。レール1により、スキャナーは部屋間を移動できるようになる。外科用イメージング位置に向かって移動するときの部屋41内のスキャナー位置が示されており、スキャナー3は台50上を移動し、シーメンス(Siemens)診察台24は、例えばシーメンス・エスプリ(Siemens Espree)(商標)の慣例に従って、スキャナーの後側に取り付けられる。この同じスキャナーは、必要な場合、部屋42内の第2位置へ移動することができ、スキャナー3を回転させて、介入作業のために診察台24を配置することができる。この回転は、第2部屋42内で必要とされる空間及びアクセスの量を最小限に抑えることにより、システムの実用性を増大させる。
イメージングシステムの2部屋間の移動は、MRIシステムのシミング要件の複雑さ、即ち、MRI実験に必要な信号及び磁界の遮蔽を提供することの困難さを増大することになる。また、たとえ様々な部屋内部の特定位置がMRI用としてシームすることが困難であっても、それでも尚、それら特定位置は、PETイメージング用として使用することができ、様々な部屋構成におけるシステムの実用性の増大をもたらす。
図5は、3部屋診察構成を示しており、ここで中央磁石保持ベイ60は磁石61を収容しており、診察患者は、3つの部屋62、63及び64内に入れられる。3つの部屋から選択される1つの部屋62への扉65は、磁石保持ベイが部屋62の一部になるように、例えば、片側に引き込むことにより開くことができ、磁石は移動しないがその診察台66に延びてもよく、患者は、診察台に横たわり、イメージングが実行され、介入を行う必要がないことが見出され、患者は診察台を出て、磁石は保持ベイに戻り、他の部屋の1つで使える状態にする。次いで、磁石は、その台66に引き寄せられてもよく、その部屋の扉まで回転し、他の部屋のプロセスが開始する。この場合、磁石は、レール上などで並進運動方向に移動せず、単に回転のみである。
必要に応じて、PETが所定の位置に移動できるように、前面はPET走査システムを担持している。PETシステムが使用されない場合、前面は、磁石が対称的ではなく、患者の位置に前面が移動する必要があるように構成されてもよい。
代替の構成では、磁石は、レールシステム上に装着されており、これに沿って支持体が転がることができ、この上に旋回リングが担持されるので、磁石をその縦軸を中心にして回転させることが可能になる。この方法では、磁石の前面は、部屋に面するように移動することができる。この実施形態では、患者台は、磁石が台まで移動するとともに台に関して移動するように、それぞれの部屋に位置付けられる。
加えて、回転可能な場合と同様、インライン構成は、増大した柔軟性を有し得る。例えば、磁石保持部屋と2つの診察部屋を中央で接合することができる。この場合、MRIシステムは、診察台が常に最初に部屋に入るように回転する。これにより、診察部屋を出来る限り小さくすることが可能になり、診察部屋の平方フィート数の点で、MRIシステムの最大密度及び最小コストが可能になる。
単にシーリングからMRI磁石を吊るすことには利点がある。フロア装着の代わりに、磁石を吊るしたとき、振動の影響を低減することが可能であり、低減された振動及び改善された信号対雑音性能をもたらす。
診察部屋への入室時又はその診察部屋と協働する磁石の回転時、その部屋内で患者が台を利用できるように、磁石は、一方の端部に診察台を担持するように構成されてもよいことが理解されるであろう。外科的状況では、磁石は、外科処置を継続可能とするために磁石を移動させるときには部屋内にとどまる、部屋に存在する台と協働するように構成される。ハイブリッド状況では、磁石は、一方の端部にて台を担持し、他方の端部にて外科台と協働するように構成されてもよく、台がその縦軸を中心として回転することが必要となる。
壁面遮蔽の必要性があるが、それは、磁石が回転するとき、磁界が壁面の他方の側に通り抜け、通路又は他の領域に衝突する可能性があるためである。この影響を制限するのに使用できる方法としては、追加の金属を壁面に使用して遮蔽を提供する標準的な手法、壁面に埋め込んだ、回転動作が発生する時に限りオンになる有効コイルの使用、MRI有効コイルの動力循環が挙げられ、ここで磁界がそれほど遠くまで延びないよう、磁石上の有効コイルの電流が増大するか又は低下する。
クエンチ管の設計において、クエンチ管は、回転質量の等角点を通過するように設計されなければならない。
ケーブル取り回し設計において、ケーブル布線は、180度回転するように設計される。ケーブルの取り回しを行う1つの方法は、ケーブル布線を90度に事前に経路設定した後、最大ケーブル曲げが+/90度であり、180度の全回転を達成することである。この場合、ケーブルは通常、その耐用期間の間、90度の曲げ半径である。あるいは、磁石上のケーブルを、固定された壁面装着位置へと後方に延びるケーブルに連結するための、180度回転結合を可能にする回転プレートを設計することが可能である。
本明細書に記載の構成は、以下の特徴及び利点を提供する。
円形の旋回リングを使用することによってリングの磁石効果が回転中に均質であるようになっており、これによって、磁石のシミングソフトウェアへの影響を最小限に抑えることが可能である。
エスプリ(Espree)磁石に関して、回転前に診察台を引き込んで、最小回転半径、回転するモータの最小ひずみ、及び操作者の安全性に対する最大値を可能にすることが有用である。診察台が磁石の外に更に延出する場合、操作者と回転するシステムとの間の衝突、又は回転するシステムと部屋内部の設備機器との間の衝突の確率が増大するであろう。
回転を可能にするため、磁石のカバーセットは、カバーセットを磁石上に保持するブラケットと共に、回転しないカバーセットの上部と、磁石と共に回転するカバーセットの下部とを提供する。
回転性能を最適化するために、プログラム化した方法及びプログラム可能な方法で緩やかに加速及び減速するモータシステムが提供される。磁石上に加わる始動力及び停止力が過度である場合、振動が発生する可能性があり、耐用期間が潜在的により短くなる可能性がある。
回転するシステムの安全性を最適化するために、制御システムは、適切な配向、位置、扉の状態、又は他の特定の状態が環境に適合しない限り回転が起きないようにする「ロックアウト」を含む。このロックアウト性能は、環境が回転を受ける準備が整っていない場合に、磁石が回転できないようにする。
縦軸を中心にした回転を可能にする能力を有するとともにPET検出システムの追加を提供する、MRI磁石の側面図である。 説明の都合上、図1から省略されたカバー及び診察台の更なる詳細を示す、図1の磁石の側面図である。 ボア内部のPET検出器リングを示す図1の磁石のボアの断面図である。 2部屋構成で装着された図1の磁石システムの概略平面図である。 3部屋構成で装着された図1の磁石システムの概略平面図である。

Claims (27)

  1. 患者の一部のスキャン画像を取得する装置であって、
    患者支持台と、
    患者の一部の画像を得るための磁気共鳴イメージングシステムと、を含み、
    該磁気共鳴イメージングシステムは、
    磁界を制御及び変化させるための制御システムと共に使用するための磁石と、
    前記患者の一部に隣接して位置付けられるように構成されたRFプローブを包含する、磁界に反応して、患者の一部から核磁気共鳴信号を導き出し検出するための無線周波数伝送及び検出システムと、
    検出した信号を復号化及び表示するためのコンピュータ及びディスプレイモニタと、
    を含み、
    前記磁石は、患者が台上で適所に位置付けられた状態で磁石の磁界内に横たわるように、患者の一部がボア内に配置されるように構成された円筒形であり、
    該磁石は、縦軸を中心にして回転するように装着されている、装置。
  2. 請求項1に記載の装置であって、前記磁石が、その軸線に沿って長手方向に移動可能である装置。
  3. 請求項1又は2に記載の装置であって、前記磁石が、縦方向に移動可能である装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の装置であって、前記磁石が、縦軸を中心に180度回転可能である装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の装置であって、前記磁石が、該磁石の前端を患者に隣接した位置に向って移動させるために、縦軸を中心に回転可能である装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の装置であって、前記磁石が、レール上に担持された支持体上で長手方向に移動可能であり、該磁石の前面の向きを変えて、レールに沿って一方向又は他方向に面することができるように、該磁石を支持体に接続する装着リングが設けられた装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の装置であって、前記台が、患者が診察台に横たわる及びイメージングが実行される部屋内に延伸し得る前記磁石により担持された診察台である装置。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の装置であって、前記台が、患者が診察台に横たわる及びイメージングが実行される部屋内に延伸し得る前記磁石の相対運動のために部屋内の適所にとどまる外科用台である装置。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の装置であって、前記磁石が、3部屋診察構成で構成されており、中央磁石保持ベイが前記磁石を収容し、診察患者が、前記磁石のローテーションにより該磁石のベイとそれぞれ共働する前記3つの部屋で、準備するものである装置。
  10. 請求項9に記載の装置であって、前記部屋が、部屋への扉が開くときに、前記磁石保持ベイが該部屋の一部となるように構成されている装置。
  11. 請求項9又は10に記載の装置であって、前記磁石が長手方向に移動せず、回転運動のみを行う装置。
  12. 請求項9、10又は11に記載の装置であって、前記磁石が、イメージングを実行するために患者が診察台に横たわっている部屋内に延伸し得る診察台を包含する装置。
  13. 請求項1〜12のいずれか一項に記載の装置であって、磁石が、PETイメージングシステムを担持している装置。
  14. 請求項1〜13のいずれか一項に記載の装置であって、磁石が、リングの磁石効果が回転中に均質であるように、円形の旋回リング上に装着されている装置。
  15. 請求項1〜14のいずれか一項に記載の装置であって、磁石が、回転前に格納位置に引き込まれるように構成された診察台を担持している装置。
  16. 請求項1〜15のいずれか一項に記載の装置であって、磁石が、回転しないカバーセットの上部と、磁石と共に回転するカバーセットの下部とを包含する、遮蔽カバーセットを包含する装置。
  17. 請求項1〜16のいずれか一項に記載の装置であって、液化ガスがオフの場合に冷却液を放出するためのクエンチ管が提供され、クエンチ管は、静止した部分と、磁石と共に回転する部分とを包含する装置。
  18. 請求項17に記載の装置であって、磁石の回転軸線上にクエンチ管の回転ユニオンが提供される装置。
  19. 患者の一部のスキャン画像を得るための装置であって、
    患者支持台と、
    患者の一部の画像を得るための磁気共鳴イメージングシステムとを含み、磁気共鳴イメージングシステムは、
    磁界を制御及び変化させるための制御システムと共に使用するための磁石と、患者の一部に隣接して位置付けられるように構成されたRFプローブを包含する、磁界に反応して、患者の一部から核磁気共鳴信号を導き出し検出するための無線周波数伝送及び検出システムと、検出した信号を復号化及び表示するためのコンピュータ及びディスプレイモニタとを含み、
    磁石は、患者が台上で適所に位置付けられた状態で患者の一部が磁石の磁界内に横たわるように、患者の一部がボア内に配置されるように構成された円筒形ボアを画定しており、
    磁石は、台に対して台の長手方向に水平に移動するように装着され、装着は、患者が台上で適所にとどまった状態で患者の一部が磁石の磁界内に配置される、磁石の第1位置を提供し、
    陽電子放射断層撮影走査システム(PET)は、磁気共鳴イメージングシステムと連動して使用するために磁石上に装着される、装置。
  20. 請求項19に記載の装置であって、PETシステムが、磁石に対して移動可能である装置。
  21. 請求項19又20に記載の装置であって、PETシステムが、磁石とともに共同で移動するために磁石上に装着される装置。
  22. 請求項19〜21のいずれか一項に記載の装置であって、磁石が縦方向に移動可能である装置。
  23. 請求項19〜22のいずれか一項に記載の装置であって、磁石が、縦軸を中心に180度回転可能である装置。
  24. 請求項19〜23のいずれか一項に記載の装置であって、PETシステムが、磁石の視界がPETの視界と一致するように装着される装置。
  25. 請求項19〜24のいずれか一項に記載の装置であって、PETシステムが、一方の端部にて磁石上に装着され、磁石の移動によって、PETが患者の一部と位置合わせされた位置に向って担持されるようになっている装置。
  26. 請求項19〜25のいずれか一項に記載の装置であって、PETが、光信号をそのシンチレーション検出器から外部制御システムへ運ぶために、ボアに沿って延びる光ファイバーを包含する装置。
  27. 請求項19〜26のいずれか一項に記載の装置であって、PETが、光信号をそのシンチレーション検出器から外部制御システムへ運ぶために、無線通信システムを包含する装置。
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