JP2020523172A - 介入のための開口を備える片側磁気共鳴画像システムおよび当該システムを動作させるための手法 - Google Patents

Abstract

撮像装置および方法は、ＭＲＩを使用して対象を撮像し、前記撮像装置は、前記対象内の構造の撮像片面デバイスのみを含む。

Description

関連出願

本特許出願は、２０１７年６月８日に出願された「介入のための開口を備える片側磁気共鳴画像システム」という名称の米国仮特許出願第６２／５１６，６９８号の優先権を主張するものであり、当該出願の開示は、本明細書の一部を構成するものとしてその全体を本件明細書に援用する。

開示されている実施形態は、生物の臨床画像若しくは治療用、または無生物の検査用の方法および装置を提供する。

従来の磁気共鳴画像（ＭＲＩ）スキャナでは、画像を生成するために使用される磁場は、対象（被験者）の周りに配置されたデバイスによって作られる。本明細書において、用語「対象」は、罹患した又は罹患していない人間又はその他の動物であると理解される。例えば、超電導臨床ＭＲＩは通常、超電導ソレノイドから構成され、超電導ソレノイドのボアが画像の大きさになる。対象または患者は、全ての撮像が行われるボアの中に案内される。しかしながら、ボアの大きさの制限により、これらのＭＲＩシステムでは、患者の可動性が制限され、撮像され得る許容可能な患者の体の大きさが抑制される。

患者の可動性および柔軟性を向上させるため、オープンＭＲＩシステムが開発されてきた。これらは典型的には、二つの平面の間隙内に磁場を作る二平面磁場生成部品から構成されている。患者は、間隙内で同様に撮像される。典型的には、当該システムの間隙距離は、超電導磁石のソレノイド構成よりも大きいが、患者はまだ、ＭＲシステムによって囲われている。

開示されている実施形態により、ＭＲＩを用いて対象を撮像する新しい撮像装置および手法が提供される。撮像装置は、対象内の構造を撮像するための片面デバイスのみを含んでいる。本明細書において、用語「片面デバイス」および「片面のデバイス」は、動作するように対象の周囲３６０度未満に配置されたデバイスを意味すると理解される。例えば、従来の円筒型ＭＲＩボアは、片面のデバイスに含まれない。

少なくとも一実施形態によると、そのような装置および対応する手法は、例えば、対象の骨盤領域を撮像するために使用され得る。

開示された実施形態によると、革新的な撮像装置の非包囲ジオメトリにより、対象の可動性については、従来型のＭＲＩスキャナと比べて制限が少ない。

開示された実施形態によると、対象への介入ができるアクセス開口を含む片面ＭＲＩシステムが、提供される。本明細書において、用語「介入」は、対象の一部への物理的なアクセスを伴う生検または治療方法であると理解される。

詳細な説明では、以下の添付図面を特に参照している。

図１は、開示された発明の実施形態を示しており、磁場生成装置が関心領域の近くに配置されている。 図２は、開示された実施形態による磁石の層から構成されている磁場生成装置の一つの層の構成の例を示す。

従来型の片面ＭＲＩシステムでは、介入ができるアクセス開口が設けられていない。そのような従来型システムの例は、フクシマエイイチによる「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｕｎｉｌａｔｅｒａｌ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ」という名称の米国特許第４，７２１，９１４号（本明細書の一部を構成するものとしてその全体を本件明細書に援用する）、および同じ発明者による「Ｕｎｉｌａｔｅｒａｌ Ｍａｇｎｅｔ Ｈａｖｉｎｇ ａ Ｒｅｍｏｔｅ Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｆｉｅｌｄ Ｒｅｇｉｏｎ ｆｏｒ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ」という名称の米国特許第６，４８９，８７２号（本明細書の一部を構成するものとしてその全体を本件明細書に援用する）を含んでいる。

反対に、開示された実施形態によると、対象への介入ができるアクセス開口を含む片面ＭＲＩシステムが、提供される。図１は、磁場生成装置１００が関心領域１１０の近くに配置されている、発明の実施形態を示す。図１に示されているように、関心領域１１０の近くにある磁石アセンブリ１００の面に垂直なアクセス開口１２０が存在している。

開示された実施形態では、磁場生成装置１００、および当該デバイスの一面に配置された高周波生成および記録デバイス１３０を利用する。磁場生成装置１００は、関心領域１１０の単一の面のみの近くに配置されてもよい。装置１００の幾何学的形状は、一つ以上の開口またはアクセス孔１２０を含んでもよい。当該形状により、対象への介入が可能となり、例えば、人間または動物の患者／対象は、容易に位置を変えることができる。加えて、一つ以上の開口またはアクセス孔１２０により、撮像される対象の一つ以上の構造へのアクセスを増やすことができる。

磁場生成装置１００は、磁石の層から構成されてもよく、その一つの層は、図２で示されているように構成されている。図２で示されているように、層２００は、磁石２１０、２２０を含んでおり、磁石２１０、２２０は、同一または他の層の磁石によってもたらされた磁場に向かい合う磁場をもたらすような方向に向けられている。例えば、図２で示されているように、磁石２１０は、同一層の磁石２２０によって作られた磁場に向かい合う磁場をもたらすような位置に向けられてもよい。開口は、図２で開口２３０として示されている。

開示された実施形態によると、磁場生成デバイス１００は、磁性部品の一つ以上のアレイを含んでもよい。その例が、一つ以上の層（その例が２００である）での２１０および２２０である。

当該層は、磁場強度が特定の均質度で均一であるか、空間で線形に変化するビルトイン磁場傾斜を有するか、または領域１１０全体を撮像するのに適した別の十分に特徴付けられた磁場断面形状を有する、所望の磁気断面を生成することができる。少なくとも一実施形態によると、領域１１０での磁気断面は、均一であってもよい。代替的に、少なくとも一実施形態によると、領域１１０での磁気断面は、均一でなくてもよく、この場合、再構成用の適切なアルゴリズムが画像を生成するために使用されてもよい。そのようなアルゴリズムの例は、Ｄｏｍｉｎｉｃ Ｈｏｌｌａｎｄらにより、２０１０年に雑誌Ｎｅｕｒｏｉｍａｇｅの５０巻、１７５〜１８３ページに、「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｓｔａｔｉｃ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｉｎ Ｅｃｈｏ Ｐｌａｎａｒ Ｉｍａｇｉｎｇ」という名称で公開されている（本明細書の一部を構成するものとしてその全体を本件明細書に援用する）。他の補正方法が利用されてもよく、例えば最尤再構成を使用する。同様に、生体組織の撮像に関する特許された革新技術によって磁気断面の生成が行われてもよい。

より具体的には、撮像システム１３０は、電気コイルおよび／または電子式永久磁石を含んでもよい。電子式永久磁石は、電気コイルを流れる過渡電流によって磁化され、電気コイルを流れる他の過渡電流によって磁化が取り除かれるまで活性化されたままである。画像を形成するために必要な高周波、傾斜、事前分極および／またはシミングコイルはまた、含まれてもよい。

選択的に、アービング・ワインバーグによる、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＤＥＣＲＥＡＳＩＮＧ ＢＩＯ−ＥＦＦＥＣＴＳ ＯＦ ＭＡＧＮＥＴＩＣ ＦＩＥＬＤＳ」という名称の米国特許第８１５４２８６号、並びに（優先権主張によって関連している）関連特許および関連出願（全て、本明細書の一部を構成するものとしてその全体を本件明細書に援用する）で記載されているような超高速および高強度傾斜パルスを、不快な神経刺激を生じさせることなく、高い空間分解能および信号対ノイズ比を実現するためにデータ点の多くのセットを収集するために使用してもよい。そのような高傾斜磁場強度は、１０マイクロ秒以下の立ち上がり時間を備え、４００ｍＴ以上であってもよい。傾斜パルスはとても早く、非常に短い時間、例えば１０秒以下、で取得できるため、取得の間、胸部の動きがほとんどなく、そのため「動きの不鮮明」による分解能の損失が減少する。

選択的に、少なくとも一実施形態によると、ワインバーグによる「ＲＡＤＩＯＭＥＴＡＬ−ＬＡＢＥＬＥＤ ＡＭＩＮＯ ＡＣＩＤ ＡＮＡＬＯＧＳ， ＩＭＡＧＩＮＧ ＡＮＤ ＴＨＥＲＡＰＥＵＴＩＣ ＡＧＥＮＴＳ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ， ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＵＳＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ」という名称の米国特許出願第１２／４８８，１０５号（本明細書の一部を構成するものとしてその全体を本件明細書に援用する）で教示されているように、信号対ノイズ比を改善するために、事前分極コイルを活性化してもよい。

少なくとも一実施形態によると、ＭＲＩシステム内の一つ以上のコイルまたは電子式永久磁石は、Ｕｒｄａｎｅｔａらによって、２０１１年のＩＥＥＥ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓにおいて「Ｇｏｏｄ−ｂｙｅ Ｗｉｒｅｓ ａｎｄ Ｆｏｒｍｅｒｓ： ３−Ｄ Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ａｎｄ Ｆｒａｃｔａｌ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｃｏｉｌｓ」という名称で教示されているような、積層造形を用いて作られてもよい。

装置の片側での所望の磁気断面の領域１１０は、装置に隣接していなくてもよい。例えば、装置１００から１〜１００センチメートル離れていてもよい。磁性部品２１０は、永久磁石であってもよく、電磁石であってもよく、電子式永久磁石であってもよい。磁性部品２１０は、個別の磁石であってもよく、積層造形によって置かれ、かつ配置中または配置後に磁化された磁化可能な材料の一部であってもよい。

本開示において、電子式永久磁石は、一つ以上の通電コイルを備えた硬質磁性材料と軟質磁性材料との組み合わせとして定められてもよい。一つ以上のコイルを通じて流れた電流は、ワインバーグおよびＮａｃｅｖによる「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＭＡＮＩＰＵＬＡＴＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯ−ＰＥＲＭＡＮＥＮＴ ＭＡＧＮＥＴＳ ＦＯＲ ＭＡＧＮＥＴＩＣ ＲＥＳＯＮＡＮＣＥ ＩＭＡＧＩＮＧ ＡＮＤ ＩＭＡＧＥ ＧＵＩＤＥＤ ＴＨＥＲＡＰＹ」という名称の米国特許出願第１５／４２７，４２６号（本明細書の一部を構成するものとしてその全体を本件明細書に援用する）で開示されているように、軟質磁性部品を磁化する。本明細書において、用語「硬質磁性材料」と「軟質磁性材料」は、様々なレベルの磁気保磁力を有する材料を記載するために使用されている。硬質磁性材料は、軟質磁性材料よりも高い磁気保磁力を有する。本明細書において用語「軟質磁性材料」（例えば、アルニコ）と称しているものは、ある文献によって、いくつかの他の材料（例えば、パーマロイ）と比較すると「硬質磁性材料」として考えられ得ることが理解される。したがって、用語「硬質磁性材料」と「軟質磁性材料」とは、多くの異なる材料を概して説明するために使用され、「硬質」または「軟質」であると一様に考えられるかどうかについては特定の限定はしない。

本開示において、用語「向かい合う方向」は、ある方向に対して平行ではない方向を意味する。本発明は、例えば高周波電磁場の生成器など、その他の部品とともに使用して、関心領域１１０内の対象または構造の磁気共鳴画像を作成することができると理解される。それらの対象または構造のいくらか又は全ては、生きている動物若しくは人間、または無生物の一部または全てであってもよいと理解される。生検または治療などの介入は、開口１２０を使用することで部分的にまたは全体的に実行され得ると理解される。

装置１００は、意味のある画像の所望の結果を得るために、例えば、コンピュータと、電源と、磁場および／または電磁場生成用コイルとのいずれか又はその組み合わせなど、その他の部品とともに使用されてもよいと理解される。画像は、プロトン磁気共鳴画像法、若しくは他の粒子（例えば、電子またはナトリウム原子）の磁気共鳴画像法の原理、または他の画像法の原理（例えば磁気粒子イメージング、またはインピーダンスイメージング）を使用できると理解される。装置は、デバイスによって生成された磁場で磁化可能な材料を操作することで治療を提供するように使用され得ると理解される。前述の操作を誘導するために、前述の操作は一度に実行されてもよく、撮像は別の時に実行されてもよいと理解される。

開示された実施形態において、用語「撮像、画像法、イメージング」は、部品を利用して磁気共鳴または磁気粒子イメージングを用いた画像を形成する撮像技術を含む。そのような部品には、撮像される一つ以上の構造内の陽子若しくはその他の原子核または電子を分極させるコイルまたは磁石（または電子式永久磁石）が含まれ、傾斜および／または高周波コイルが画像を形成すると理解されるべきである。したがって、本明細書では詳細は示されていないが、開示された実施形態は、画像システムを保持できる支持構造とともに使用されてもよく、画像システムを動作させる又は動かすために必要なその他の部品、例えば車輪および／またはバッテリ、を含んでもよいと理解されるべきである。

さらに、関連表示システムは、示されていないが、画像システムによって生成された画像を表示するために存在していると理解されるべきである。

その上、開示された実施形態は、片面ＭＲＩでは撮像される構造全体にわたって非常に良好な均一性を得ることが困難かもしれないため、一度に一つ以上の構造の断片について一つ以上の構造を撮像してもよいと理解されるべきある。撮像される一つ以上の構造の特定部分、例えば乳房組織、の空間分解能は、画像取得の際に利用される傾斜によって、他の部分とは異なってもよく、組織の特定領域をよりよく特徴付けるために有益であると理解されるべきである。

本明細書において説明された動作は、一つ以上の汎用コンピュータであって、ソフトウェアアルゴリズムを実行して現在開示されている機能を提供し、これらのコンピュータを特定の目的のコンピュータに調整する一つ以上の汎用コンピュータとともに、または当該コンピュータの制御のもと実行されてもよいと理解されるべきである。

さらに、当業者は、上記開示を考慮したとき、上記の例示的な実施形態は、適切なコンピュータプログラムをプログラムされた一つ以上のプログラム式プロセッサの使用に基づいてもよいことを理解するだろう。しかしながら、開示された実施形態は、特殊用途ハードウェアおよび／または専用プロセッサなどのハードウェア部品同等物を使用して実行できる。同様に、汎用コンピュータ、マイクロプロセッサベースのコンピュータ、マイクロコントローラ、光コンピュータ、アナログコンピュータ、専用プロセッサ、特定用途向け回路および／または専用ハードワイヤード論理回路が、代替的な同等の実施形態を構築するために使用されてもよい。

さらに、上記された部品の制御および協働は、ソフトウェア命令を使用して提供されてもよいと理解されるべきである。ソフトウェア命令は、命令を格納している、非一時的コンピュータ読み取り可能記憶デバイスなどの有形の非一時的な記憶デバイスに格納でき、当該命令は、一つ以上のプログラム式プロセッサで実行されたとき、上記された方法の動作および結果として生じる機能を実行する。この場合、用語「非一時的」は、伝達された信号および伝搬された波形を排除することを意味するが、消去可能な又は情報を保持するために電源に依存する記憶デバイスは意味していない。

当業者は、上記開示を考慮したとき、上記実施形態のいずれかを実行するために使用されたプログラム動作および処理および関連データは、ディスク記憶装置、および、例えば読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）デバイス、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）デバイス、ネットワークメモリデバイス、光学式記憶素子、磁気記憶素子、光磁気記憶素子、フラッシュメモリ、コアメモリおよび／またはその他の同等の揮発性および不揮発性記憶技術などの、非一時的な記憶メディア（ここで、非一時的は、伝搬信号を除外することのみを目的としており、電力の除去または消去の明示的な行為によって消去される一時的な信号は、含まない）を含むがそれらに限定するものではない記憶デバイスの他の形態を使用することで、特定の実施形態から逸脱することなく、実行され得ると、理解するだろう。そのような代替的な記憶デバイスは、同等物が考慮されるべきである。

特定の例示的な実施形態が記載されたが、多くの代替、改良、変形および変更が明白となることは、上述の記載を考慮すれば当業者には明らかである。したがって、上記された様々な実施形態は、限定ではなく、例示を目的としている。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更をすることができる。

Claims (18)

1. 対象内に含まれた一つ以上の構造を撮像する装置であって、前記装置は、
   磁性材料の一つ以上のアレイであって、材料の前記アレイの少なくともいくつかは、前記一つ以上のアレイ内の他の材料と向かい合う磁場を生成する、磁性材料の一つ以上のアレイと、
   前記磁性材料によって提供された、前記撮像対象への介入を可能とするアクセス開口と、を備え、
   磁場は、前記対象を撮像する前記装置の片側に提供される、装置。
2. 前記装置は、一つ以上の構造を撮像する片面デバイスである、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記装置は、対象の骨盤領域を撮像するように使用される、請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記対象は、生きている動物または人間である、請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記磁気共鳴画像システムは、片面である、請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記ＭＲＩシステムは、電子式永久磁石を含む、請求項１に記載の撮像装置。
7. 前記装置の前記片側での前記磁場は、前記装置から離れている前記対象を撮像するように使用される、請求項１に記載の撮像装置。
8. 前記アクセス開口の軸は、前記撮像装置の面に垂直である、請求項１に記載の撮像装置。
9. 磁性材料の前記一つ以上のアレイは、少なくとも一部は硬質磁性材料である、少なくとも一つの磁化可能な部品と、少なくとも一部は軟質磁性材料である、少なくとも一つの磁化可能な部品とを含む、請求項１に記載の撮像装置。
10. 対象の少なくとも一部である一つ以上の構造の撮像の方法であって、
    磁性材料のアレイであって、前記アレイは前記構造または複数の構造にアクセスするためのアクセス開口を有する、磁性材料のアレイを前記一つ以上の構造の片側に配置し、
    前記一つ以上の構造の前記片側に配置された磁性材料の前記アレイを使用して磁気共鳴画像を使用して前記一つ以上の構造を撮像する、ことを含む、方法。
11. 前記撮像装置は、一つ以上の構造を撮像する片面デバイスである、請求項１０に記載の撮像方法。
12. 前記撮像装置は、対象の骨盤領域を撮像するように使用される、請求項１０に記載の撮像方法。
13. 前記対象は、生きている動物または人間である、請求項１０に記載の撮像方法。
14. 前記磁場共鳴画像システムは、片面である、請求項１０に記載の撮像方法。
15. 前記ＭＲＩシステムは、電子式永久磁石を含む、請求項１０に記載の撮像方法。
16. 前記装置の前記片側での前記磁場は、前記装置から離れている前記対象を撮像するように使用される、請求項１０に記載の撮像方法。
17. 前記アクセス開口の軸は、前記撮像装置の面に垂直である、請求項１０に記載の撮像方法。
18. 磁性材料の前記一つ以上のアレイは、少なくとも一部は硬質磁性材料である、少なくとも一つの磁化可能な部品と、少なくとも一部は軟質磁性材料である、少なくとも一つの磁化可能な部品とを含む、請求項１０に記載の撮像方法。

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