JP3501168B2 - Inspection device using spin resonance - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は核スピンあるいは電子ス
ピン共鳴を利用した検査装置（以下、検査装置と略す）
において、受信アンテナ、もしくは送受信アンテナが穿
刺針の一部に配置され、穿刺針の穿刺を超音波断層像撮
影装置で得た超音波断層像のガイドにより行うことによ
り、安全に検査することを可能にしたスピン共鳴を用い
た検査装置及び検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、検査対象、例えば生体の内部構造
を非破壊的に検査する装置として、Ｘ線ＣＴや超音波断
層像撮影装置が広く利用されている。さらに近年、核ス
ピンの共鳴現象を用いた核磁気共鳴撮影装置が広く利用
され始めてきており、また電子スピンの共鳴現象を用い
た電子スピン共鳴撮影装置も利用されつつある。これら
核磁気共鳴撮影装置や電子スピン共鳴撮影装置の特徴の
１つは、Ｘ線ＣＴや超音波断層撮影装置では得られな
い、生体を構成する分子の構造に関する各種情報を取得
することが可能なことである。この方法の原理は、測定
対象とするスピンを強力な磁場の中に置き、スピン固有
の共鳴周波数の高周波磁場をアンテナにより印加して、
スピンを励起する。このスピンが元の状態に戻るときに
発生する信号を受信アンテナで受信し、これに各種の信
号処理を施すことにより、生体を構成する分子の密度や
構造に関する情報を得るものである。電子スピン共鳴で
測定可能な物質は、不対電子対を有する常磁性種、例え
ば鉄、銅、マンガンや各種フリーラジカルである。特
に、フリーラジカルの一種である活性酸素は老化や発ガ
ンあるいは生体防御などの生体現象に深く関係してお
り、生体に関する貴重な情報をもたらすものと期待され
ている。一方、核スピン共鳴で測定可能な物質は、核ス
ピン量子数と核磁気モーメントがゼロでない物質、例え
ば水素、リン、炭素などである。生体中には特に水素が
多いため、一般には水素を対象とした計測が行なわれて
おり、生体の構造に関する情報をもたらしている。
【０００３】このような核スピン共鳴や電子スピン共鳴
を利用した検査装置では、検査物体からの信号を物体各
部に対応させて分離・識別する必要がある。その方法と
しては、サーフェスコイルと呼ばれる小型の信号検出用
コイルを用いる方法がある。これはサーフェスコイルが
感度を有する領域が、サーフェスコイルのごく近傍の狭
い範囲に限定されることを利用して、信号検出部位を限
定する方法である。この方法の基本原理については、
“ジャーナル・オブ・マグネティック・レゾナンス”
誌、第５６巻（１９８４年）、第４０１頁（J. Magn. R
eson., vol.56, 1984, pp.401)”に記載されている。こ
の方法では１つの特定部位からの情報を検出するもので
あり、このままでは部位ごとの信号を同時に取得するこ
とはできない。一方、これとは別に、検査物体に傾斜磁
場を印加することで、物体各部に印加された静磁場を互
いに異ならせ、これにより信号に位置情報を付与する方
法も知られている。例えば核スピン共鳴撮影装置の基本
原理に関しては、“ジャーナル・オブ・マグネティック
・レゾナンス”誌、第１８巻（１９７５年）、第６９頁
（J. Magn. Reson., vol.18, 1975, pp.69)に記載され
ており、また電子スピン共鳴撮影装置の基本原理に関し
ては、“ジャーナル・オブ・マグネティック・レゾナン
ス”誌、第６７巻（１９８５年）、第７３頁（J. Magn.
Reson., vol.67,1986, pp.73)”に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の撮影法で
は、通常、信号検出部を検査対象の表面あるいは周囲に
置くため、深部を検査する場合、Ｓ／Ｎが著しく低下
し、測定が困難になるという共通する特徴的な問題があ
る。このような問題を解決する方法として、検査対象内
部に信号検出部を挿入し、測定部位の近傍で信号を捕捉
する方法が知られている。しかし、検査対象内部にこの
ような信号検出部を挿入し、それを動かすことは測定部
位の近傍の他の臓器を損傷する危険性があり、広く普及
してはいなかった。本発明の目的は、スピン共鳴信号を
検出する信号検出手段、又は、信号検出手段と高周波発
生手段を検査対象内部に挿入し、またそれを検査対象内
部で移動させる場合、超音波断層像撮影装置により常に
スピン共鳴信号を検出する信号検出手段の動きを監視、
参照しながら安全な信号検出手段の移動を可能とし、上
記従来の問題を解決するスピン共鳴を用いた検査装置及
び検査方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記
静磁場内に置かれた検査対象へ印加する高周波磁場を発
生する高周波磁場発生手段と、前記検査対象の体内へ挿
入される穿刺針と、この穿刺針の先端部へ設けられ前記
検査対象から発生するスピン共鳴信号を検出する信号検
出手段と、この信号検出手段で検出されたスピン共鳴信
号に対し信号処理を行う信号処理手段と、この信号処理
手段による信号処理結果を表示する表示手段とを有すス
ピン共鳴を用いた検査装置と、複数の短冊状超音波振動
子が配列されるとともに前記信号検出手段を設けられた
穿刺針が前記振動子の配列面と交差して前記被検体へ穿
刺されるように組み合わせられ、前記検査対象へ超音波
を送信しその反射超音波を受信する超音波探触子と、こ
の超音波探触子で受信された前記反射超音波を超音波断
層像として表示させる超音波断層像撮影装置と、前記ス
ピン共鳴を用いた検査装置の高周波磁場発生手段と信号
検出手段とに対するスピン共鳴信号の検出のための制御
と前記超音波断層像撮影装置の超音波送受信のための制
御とを行う制御手段であって、前記高周波磁場発生手段
によって励起されたスピンの共鳴信号の計測が終了した
後に置かれ、スピンが元の状態に戻るのを待つ時間内に
前記超音波送受信を制御して超音波断層像を撮影する制
御装置とを備えたことを特徴としている。
【０００６】送受信アンテナは、超音波断層像を得るた
めの超音波探触子の位置を基準にして移動させ、超音波
探触子はスピンの振舞に影響を与えないようにするため
非磁性材料から構成する。送受信アンテナは、具体的に
は、フラットアンテナ又はヘリカルアンテナである。ア
ンテナの一部を同軸ケーブルで構成することもできる。
これらのアンテナのいずれかを含む、スピン共鳴信号を
検出するための信号検出手段はさらに、その内部に検査
対象内部に対する開口を持ち、検査対象外部に通じる細
孔を有しており、検査対象の所定の部位に細孔を通し
て、検査あるいは治療のための薬剤を注入投与すること
が可能である。上記の送受信アンテナは、穿刺針の先端
近傍の外面または内部に配置され、穿刺針の少なくとも
の先端近傍が非金属材料により構成され、高周波磁場の
送信とスピン共鳴信号の受信を可能とするように構成さ
れる。
【０００７】穿刺針の一部に、高周波磁場発生手段と信
号検出手段を兼ねる受送信アンテナを配置するかわり
に、スピン共鳴信号を検出する送信アンテナを配置する
構成として送信アンテナを上記で説明した送受信アンテ
ナと同様の構成としてもよい。
【０００８】
【作用】超音波断層像撮影装置の発生する超音波は生体
に無害であり、かつ生体の構造をほぼリアルタイムで観
察することが可能である。これによりスピン共鳴を用い
た検出装置のスピン共鳴信号を検出する信号検出手段の
位置と臓器との位置関係を常に監視することができる。
そのため、動静脈や重要な組織を損傷することなく、安
全に信号検出手段を移動させることが可能になる。
【０００９】
【実施例】図２に本発明が適用される核スピン共鳴装置
の構成図を示す。図２において、１は制御装置、２は高
周波パルス発生器、３は電力増幅器、４は検査物体１２
に高周波磁場を印加する高周波磁場発生手段であると共
に、検査部位から生ずる信号を検出する信号検出部であ
る。これは、超音波を送信及び受信するための超音波探
触子と組み合わせて使用されるか、一体化したものであ
る。５は核スピンからの共鳴信号を増幅・検波する信号
検出系、６はＡ／Ｄ変換器、７は信号処理装置、８は表
示装置を示している。９は高周波送信パルスと受信信号
を分離する分離装置である。通常ダイオードの組合せか
らなっており、その電圧−電流特性の非直線性を利用す
る。１１は検査物体１２に均一な静磁場を発生する磁石
である。１５は超音波断層像撮影装置である。制御装置
１は各装置に種々の命令を一定のタイミングで出力する
機能を有するものである。高周波送信パルス発生器２の
出力は、電力増幅器３で増幅され、信号検出部４に含ま
れる送信コイルを励振する。該コイルで受信された信号
は、信号検出系５を通り、Ａ／Ｄ変換器６でＡ／Ｄ変換
された後、信号処理装置７で信号処理を受け、結果が表
示装置８上に表示される。検査物体である人体１２は、
ベッド１３上に載置され、前記ベッド１３は支持台１４
上を移動可能なように構成されている。なお、以上は核
スピン信号を検出する装置の場合であるが、電子スピン
共鳴信号を検出する場合には、一般に共鳴周波数が高
く、また信号検出法として連続法が用いられることが多
いため、分離装置９としてはサーキュレータを用いるこ
とが多い。しかし、低磁場の電子スピン共鳴装置では、
核スピン共鳴装置と同様の構成をとることも可能であ
る。
【００１０】次に、信号検出部４について更に詳しく述
べる。従来装置の信号検出部は図３（ａ）に示すよう
な、直径１５ｃｍ程度のループ状のコイル４−１か、あ
るいは図３（ｂ）に示すような、全身を囲う大きさのコ
イル４−２であった。前記のループ状コイル４−１には
共振用のコンデンサ２１が取付けられており、核スピン
の共鳴周波数で共振するようになっている。また、全身
用コイル４−２には、スロッテド・チューブ・レゾネー
タやマルチプルエレメント・レゾネータが用いられてお
り、４−１と同様な共振周波数を有する。コイル４−１
により体内深部に位置する部位２２を検査する場合、部
位２２と検出コイル４−１が離れざるを得ないため、検
査部位の深度に応じてＳ／Ｎが低下する。一方、コイル
４−２を用いた場合、検査部位の深度によりＳ／Ｎが変
化する程度は小さいが、コイルが大型化するために基本
的に信号検出効率、すなわちＳ／Ｎが低下する。そのた
め、全身用コイル４−２のＳ／Ｎは、小型コイル４−１
のＳ／Ｎに比べ、小型コイルの直径以内の深部を検査対
象にする場合においては低い。
【００１１】次に、図１を用いて本発明の実施例の１つ
を説明する。図１は核スピン信号の検出部３１と超音波
探触子３２が組合せられて構成された穿刺可能な構造を
示す。超音波探触子３２はリニア型、アレー型などの電
子走査型あるいはメカニカル走査型であり、前２者の場
合、周知のようにその表面には短冊状の圧電素子３３が
多数並んでいる。これらの圧電素子の各々には、信号の
伝送時間を異ならせる回路が接続されている。この回路
は、超音波の送波の時間を異ならせたり、あるいは音響
インピーダンスが異なる組織の境界面からの反射超音波
を受信し、発生した電圧を超音波断層像撮影装置１５内
の受信部に伝送する時間を、実質的に異ならせるような
処理を行う。これにより、特定の領域を高速で走査で
き、検査対象の構造をほぼリアルタイムで画像化でき
る。圧電素子は通常ＰｂＴｉＯ3（チタン酸鉛）、ＰＺ
Ｔ（チタン酸ジルコン酸鉛）などのセラミックスに代表
される非磁性材料からなっており、核スピンの振舞に影
響を与えない。また、近年開発された有機圧電素子ある
いはセラミックスと有機圧電素子の複合素子は、核スピ
ンの振舞に影響を与えない点において、セラミックスよ
りも一層優れている。有機圧電素子としては、ポリフッ
化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が代表的な物質として知られ
ている。特に、有機圧電素子の場合には、表面の電極を
除いて金属をも全く含まないため、核スピンの振舞に影
響を与えないので、特に好ましい性質を有しており、本
実施例に使用し得る好適な圧電素子である。核スピン信
号の検出部３１は、その先端部に送受信アンテナとし
て、ダイポールアンテナ３５が組み込まれた構造になっ
ており、探触子の空隙３４を通して検査対象内に穿刺さ
れる。なお、核スピン信号検出部３１は、超音波断層装
置と組み合わせて用いられる穿刺針（図示せず）の内部
に配置するか、穿刺針の一部として構成する。上記の送
受信アンテナは、穿刺針の先端近傍の外面または内部に
配置され、穿刺針の少なくとも先端近傍が非金属材料に
より構成され、高周波磁場の送信とスピン共鳴信号の受
信を可能とする。穿刺の時、動静脈や重要な臓器を誤っ
て損傷しないように、超音波断層像撮影装置１５の探触
子３２で検査対象内部を常に監視しながら、この送受信
アンテナを検査対象に穿刺あるいは移動する。探触子を
構成する圧電素子以外の他の部品も、スピン共鳴信号を
乱さないように可能な限り非磁性体かつ非金属からなる
ことが望ましい。送受信アンテナとしては、先に述べた
ダイポールアンテナに限らず、図４（ａ）に示すフラッ
トアンテナや（ｂ）に示すヘリカルアンテナを用いるこ
とができる。このような送受信アンテナは測定部位のす
ぐ近傍まで近付けられるため、高いＳ／Ｎで信号を検出
できる。検出可能な領域は、アンテナの形状により決ま
るが、一般的に、アンテナの大きさのオーダの領域であ
る。
【００１２】以上は高周波磁場を発生する高周波送信ア
ンテナと、スピンからの信号を受信する受信アンテナと
が同一の場合について説明した。しかし、高周波送信ア
ンテナが小型であるために、検査する場所により高周波
磁場の強度が大きく変化し、好ましくない場合がある。
この場合には、スピンを励起する高周波磁場を、穿刺針
の内部に配置するか穿刺針の一部として構成されている
受信アンテナとは分離された別の、穿刺針の外部に配置
されるより大きな送信アンテナを用いて発生すれば良
い。この送信アンテナは超音波探触子に固定されていて
も良いし、磁石１１に固定されていても良い。
【００１３】図５は別な実施例として、核スピン信号の
検出部３１の内部を通して薬剤の注入が可能な例を示
す。ここで用いる検出部３１は同軸ケーブルと送受信ア
ンテナ３５からなっており、心線５１とそれを取り囲む
誘電体５２、シールド線５３、外被５４が同軸ケーブル
を構成している。誘電体の一部には細孔５５が空いてお
り、先端近傍で内部から外側に抜けている。この細い穴
を通して、薬剤を注入することが可能である。この実施
例の送受信アンテナは、外被５４を含めて穿刺針（図示
せず）の内部に配置される。もちろん高周波磁場の送波
または受波を行う送受信アンテナ部分３５の近傍部分で
は、穿刺針（図示せず）を構成する材質は、高周波磁場
の送波または受波が可能となるように、セラミック、有
機高分子等の非金属材料とすることは言うまでもない。
【００１４】これまで述べた例では、コイル近傍領域内
のスピンからの信号は同じ共鳴周波数を有するため、こ
の領域内ではスピン共鳴信号をことなる場所毎に分離し
て計測することはできない。しかし、スピンの共鳴周波
数は、それが置かれた磁場強度に比例するため、信号計
測時にコイル近傍領域に傾斜磁場を重畳することによ
り、この領域内の場所に応じて共鳴周波数を異ならせる
ことができる。そのため、検出信号を周波数分析するこ
とにより、領域内の場所に対応させてスピン共鳴信号を
ことなる場所毎に分離して計測することができる。
【００１５】別な実施例として、図６に振動傾斜磁場を
用いた信号検出領域を限定する方法を示す。信号検出ア
ンテナで限定できる領域は、ほぼアンテナの大きさ程度
であるため、それ以下に信号検出領域を狭めたい場合に
は、他の手段を併用する必要がある。図６はこの一つの
例を示すものであり、ｘ方向に印加した傾斜磁場の大き
さを正弦波状に変化させる場合を表す。すなわち、傾斜
磁場の大きさG(t)を、G(t)＝G0sin(ωt)で与えるとす
る。ここで、G0は傾斜磁場の最大値、ωは角速度、tは
時間である。この時、傾斜磁場の原点を通り、その印加
方向に垂直な平面内の領域４１では磁場の変化は小さい
が、原点から離れるに従い磁場の変化は大きくなる。こ
れにより、信号はωで変調を受けるので、多数の信号を
加算すると、領域４１からの信号だけは位相がそろって
いるため加算されて大きくなるが、それ以外の領域から
の信号は位相が乱れているため互いに相殺し、減少す
る。これにより、領域４１からの信号だけを選択するこ
とができる。従って、アンテナにより限定される領域が
領域４２であるとき、これに振動傾斜磁場を印加し、発
生した信号を加算することにより、測定領域を領域４１
と領域４２の交差する斜線領域４３に限定することがで
きる。同様に、振動磁場をｘ方向だけではなく、異なる
複数方向から印加することにより、それぞれの傾斜磁場
の印加方向に垂直で、かつ原点を通る平面が互いに交差
する領域からの信号だけを選択的に取りだすことができ
る。ただし、この場合には振動の周波数あるいは位相は
互いに異ならせることが必要である。周波数が同一であ
れば、合成された傾斜磁場は単に合成された方向を常に
向くだけで、その方向は変化しないからである。
【００１６】図７はスピン共鳴信号を計測する期間６１
と、超音波断層像撮影装置が動作する期間６２のタイミ
ングを示す。超音波断層像撮影装置は１秒間に３０枚程
度の画像を連続して作成することが可能であるが、動作
中は種々の雑音を発生するため、スピン共鳴信号を計測
することはできない。しかし、スピン共鳴信号の計測で
は、スピンを励起して信号を計測した後、再びスピンが
元の状態に戻るのに時間を要する。この待ち時間は信号
計測においては無駄な時間なので、その時間を利用して
超音波断層像の撮影を行なえば、信号計測に影響を与え
ずに超音波断層像を撮影できる。また、超音波断層像撮
影装置の雑音は主にディジタル回路から発生する雑音な
ので、装置全体の動作を停止させなくても、クロックを
停止させるだけでも雑音の発生を防止することができ
る。
【００１７】以上説明した本発明を要約すると、本発明
は、スピン共鳴信号を検出する受信アンテナが一部に配
置された穿刺針の穿刺を超音波断層像を参照して行な
い、安全に検査ができるスピン共鳴を用いた検査装置を
提供するものである。スピン信号の検出部が配置された
穿刺針は超音波探触子と組み合わせられ使用される。短
冊状の圧電素子を制御し、検査対象の特定領域を超音波
ビーム走査して、検査対象の構造をほぼリアルタイムで
画像化する。スピン信号の検出部の先端部は探触子の空
隙を通して検査対象内に穿刺される。超音波断層像撮影
装置の探触子を動かして、超音波断層像を参照し検査対
象内部を監視しながら、受信アンテナを検査対象に穿刺
して、検査対象内で移動する。受信アンテナとしては、
ダイポールアンテナ、フラットアンテナ、ヘリカルアン
テナが好適である。さらに受信アンテナが、高周波磁場
を発生する送信アンテナを兼ねるものであってもよい。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、超音波断層像撮影装置
を用いて、スピンからの信号を検出するアンテナを穿刺
あるいは移動させるため、アンテナを測定、検査部位の
すぐ近傍まで、動静脈や重要な組織を損傷することなく
安全に近接させ、高いＳ／Ｎでスピン共鳴信号を検出で
き、検査対象を効率良くより正確に検査することが可能
になるという効果がある。さらに、検査部位のすぐ近傍
に薬剤を投与できるので、より効果的な治療を行うため
の手段を提供することができる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inspection apparatus using nuclear spin or electron spin resonance (hereinafter abbreviated as inspection apparatus).
, The receiving antenna or the transmitting / receiving antenna is arranged on a part of the puncture needle, and the puncture of the puncture needle is performed by the guide of the ultrasonic tomographic image obtained by the ultrasonic tomographic imaging apparatus, so that the inspection can be performed safely. The present invention relates to an inspection apparatus and an inspection method using spin resonance. 2. Description of the Related Art Conventionally, as a device for nondestructively inspecting an object to be inspected, for example, an internal structure of a living body, an X-ray CT or an ultrasonic tomographic imaging device has been widely used. In recent years, a nuclear magnetic resonance imaging apparatus using a nuclear spin resonance phenomenon has begun to be widely used, and an electron spin resonance imaging apparatus using an electron spin resonance phenomenon has also been used. One of the features of these nuclear magnetic resonance imaging apparatuses and electron spin resonance imaging apparatuses is that it is possible to acquire various kinds of information on the structure of molecules constituting a living body, which cannot be obtained by X-ray CT or ultrasonic tomography apparatus. That is. The principle of this method is that a spin to be measured is placed in a strong magnetic field, and a high-frequency magnetic field having a resonance frequency specific to the spin is applied by an antenna,
Excite the spin. A signal generated when the spin returns to its original state is received by a receiving antenna, and various signal processing is performed on the signal to obtain information on the density and structure of molecules constituting the living body. Substances that can be measured by electron spin resonance are paramagnetic species having unpaired electron pairs, such as iron, copper, manganese, and various free radicals. In particular, active oxygen, a kind of free radical, is closely related to biological phenomena such as aging, carcinogenesis, and biological defense, and is expected to provide valuable information on living organisms. On the other hand, substances that can be measured by nuclear spin resonance are substances whose nuclear spin quantum number and nuclear magnetic moment are not zero, such as hydrogen, phosphorus, and carbon. Since there is a particularly large amount of hydrogen in a living body, measurement is generally performed on hydrogen, and information on the structure of the living body is provided. In an inspection apparatus utilizing such nuclear spin resonance or electron spin resonance, it is necessary to separate and identify a signal from an inspection object corresponding to each part of the object. As a method therefor, there is a method using a small coil for signal detection called a surface coil. This is a method of limiting a signal detection site by utilizing the fact that the area where the surface coil has sensitivity is limited to a narrow range very close to the surface coil. For the basic principle of this method,
“Journal of Magnetic Resonance”
Vol. 56 (1984), p. 401 (J. Magn. R
eson., vol. 56, 1984, pp. 401) ". In this method, information from one specific site is detected, and it is not possible to simultaneously acquire signals for each site as it is. On the other hand, there is another known method in which a gradient magnetic field is applied to an inspection object so that static magnetic fields applied to respective parts of the object are different from each other, thereby giving positional information to a signal. Regarding the basic principle of the spin resonance imaging apparatus, "Journal of Magnetic Resonance", Vol. 18, (1975), p. 69 (J. Magn. Reson., Vol. 18, 1975, pp. 69) And the basic principle of electron spin resonance imaging apparatus is described in "Journal of Magnetic Resonance", Vol. 67 (1985), p. 73 (J. Magn.
Reson., Vol. 67, 1986, pp. 73) ”. In the above-mentioned conventional imaging method, the signal detection unit is usually provided with a surface or a surface to be inspected. When inspecting a deep part because it is placed around, there is a common characteristic problem that the S / N is remarkably reduced and measurement becomes difficult. It is known to insert a part and capture a signal in the vicinity of the measurement site, but to insert such a signal detection part inside the test object and move it to move other organs near the measurement part The object of the present invention is to insert a signal detecting means for detecting a spin resonance signal or a signal detecting means and a high frequency generating means inside a test object, When moving it inside the inspection target Constantly monitors the movement of the signal detecting means for detecting the spin resonance signals by the ultrasound tomography device,
An object of the present invention is to provide an inspection apparatus and an inspection method using spin resonance that enable safe movement of signal detection means while referring to the above and solve the above-described conventional problems. In order to solve the above problems, the present invention provides a static magnetic field generating means for generating a static magnetic field, and a high frequency magnetic field applied to a test object placed in the static magnetic field. Generating high-frequency magnetic field generating means, a puncture needle inserted into the body of the test object, signal detecting means provided at the tip of the puncture needle to detect a spin resonance signal generated from the test object, and signal detection Signal processing means for performing signal processing on the spin resonance signal detected by the means, and the signal processing means
Scan for having a display means for displaying the result of signal processing by means
Inspection device using pin resonance and multiple rectangular ultrasonic vibrations
The puncture needle provided with the signal detection means is arranged on the subject while intersecting with the array surface of the transducer.
An ultrasonic probe that is combined so as to be stabbed and transmits ultrasonic waves to the inspection object and receives its reflected ultrasonic waves, and the reflected ultrasonic waves received by this ultrasonic probe as an ultrasonic tomographic image ultrasonic tomography apparatus to be displayed, the scan
High-frequency magnetic field generation means and signals for inspection equipment using pin resonance
Control for detection of spin resonance signal with detection means
For controlling transmission and reception of ultrasonic waves by the ultrasonic tomographic imaging apparatus
Control means for controlling the high-frequency magnetic field generating means
Measurement of resonance signals of spins excited by
Later and wait for the spin to return to its original state
A system for controlling the transmission and reception of the ultrasonic wave to capture an ultrasonic tomographic image.
And a control device . The transmitting / receiving antenna is moved with reference to the position of the ultrasonic probe for obtaining an ultrasonic tomographic image, and the ultrasonic probe is made of a non-magnetic material so as not to affect the spin behavior. It consists of. The transmission / reception antenna is specifically a flat antenna or a helical antenna. A part of the antenna may be constituted by a coaxial cable.
The signal detecting means for detecting the spin resonance signal, including any of these antennas, further has an opening inside the test object inside, has a pore communicating with the outside of the test object, and has It is possible to inject and administer a drug for examination or treatment through a pore at a predetermined site. The transmitting and receiving antenna is arranged on the outer surface or inside near the tip of the puncture needle, and at least the vicinity of the tip of the puncture needle is made of a non-metallic material so as to enable transmission of a high-frequency magnetic field and reception of a spin resonance signal. Be composed. [0007] Instead of arranging a transmitting / receiving antenna serving also as a high-frequency magnetic field generating means and a signal detecting means in a part of the puncture needle, the transmitting / receiving antenna described above has a structure in which a transmitting antenna for detecting a spin resonance signal is provided. The configuration may be the same as that of the antenna. The ultrasonic waves generated by the ultrasonic tomographic imaging apparatus are harmless to the living body and can observe the structure of the living body almost in real time. This makes it possible to constantly monitor the positional relationship between the position of the signal detection means for detecting the spin resonance signal of the detection device using spin resonance and the organ.
Therefore, the signal detecting means can be safely moved without damaging the arteries and veins and important tissues. FIG. 2 shows a configuration diagram of a nuclear spin resonance apparatus to which the present invention is applied. In FIG. 2, 1 is a control device, 2 is a high-frequency pulse generator, 3 is a power amplifier, and 4 is a test object 12.
And a signal detection unit that detects a signal generated from the inspection site. It is used in combination with or integrated with an ultrasound probe for transmitting and receiving ultrasound. Reference numeral 5 denotes a signal detection system for amplifying and detecting a resonance signal from nuclear spins, 6 an A / D converter, 7 a signal processing device, and 8 a display device. Reference numeral 9 denotes a separation device for separating a high-frequency transmission pulse and a reception signal. It is usually composed of a combination of diodes and utilizes the non-linearity of its voltage-current characteristics. A magnet 11 generates a uniform static magnetic field on the inspection object 12. Reference numeral 15 denotes an ultrasonic tomographic imaging apparatus. The control device 1 has a function of outputting various commands to each device at a fixed timing. The output of the high-frequency transmission pulse generator 2 is amplified by the power amplifier 3 and excites the transmission coil included in the signal detector 4. The signal received by the coil passes through a signal detection system 5, is subjected to A / D conversion by an A / D converter 6, is subjected to signal processing by a signal processing device 7, and the result is displayed on a display device 8. You. The human body 12, which is the inspection object,
The bed 13 is placed on a bed 13, and the bed 13 is
It is configured to be movable on the top. The above is the case of a device for detecting a nuclear spin signal, but when detecting an electron spin resonance signal, the resonance frequency is generally high and a continuous method is often used as a signal detection method. A circulator is often used as the device 9. However, in a low-field electron spin resonance apparatus,
It is also possible to adopt a configuration similar to that of the nuclear spin resonance apparatus. Next, the signal detecting section 4 will be described in more detail. The signal detection unit of the conventional device is a loop-shaped coil 4-1 having a diameter of about 15 cm as shown in FIG. 3A, or a coil 4 having a size surrounding the whole body as shown in FIG. It was 2. A resonance capacitor 21 is attached to the loop-shaped coil 4-1 so as to resonate at a resonance frequency of nuclear spin. A slotted tube resonator or a multiple element resonator is used for the whole-body coil 4-2, and has a resonance frequency similar to that of 4-1. Coil 4-1
When the part 22 located deep in the body is inspected, the part 22 and the detection coil 4-1 must be separated, so that the S / N decreases according to the depth of the part to be inspected. On the other hand, when the coil 4-2 is used, the degree to which the S / N changes depending on the depth of the examination site is small, but the coil is enlarged, so that the signal detection efficiency, that is, the S / N is basically lowered. Therefore, the S / N of the whole body coil 4-2 is smaller than that of the small coil 4-1.
The S / N ratio is lower when a deep portion within the diameter of the small coil is to be inspected. Next, one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a puncturable structure formed by combining a nuclear spin signal detection unit 31 and an ultrasonic probe 32. The ultrasonic probe 32 is of an electronic scanning type such as a linear type or an array type or a mechanical scanning type. In the former two cases, a large number of strip-shaped piezoelectric elements 33 are arranged on the surface as is well known. Each of these piezoelectric elements is connected to a circuit that varies the signal transmission time. This circuit changes the transmission time of the ultrasonic wave, or receives the reflected ultrasonic wave from the boundary surface of the tissue with different acoustic impedance, and sends the generated voltage to the receiving unit in the ultrasonic tomographic imaging apparatus 15. Processing for making transmission times substantially different is performed. As a result, a specific area can be scanned at a high speed, and the structure to be inspected can be imaged almost in real time. Piezoelectric elements are usually PbTiO 3 (lead titanate), PZ
It is made of a non-magnetic material typified by ceramics such as T (lead zirconate titanate) and does not affect the behavior of nuclear spin. An organic piezoelectric element or a composite element of a ceramic and an organic piezoelectric element, which has been developed recently, is superior to ceramics in that it does not affect the behavior of nuclear spin. Polyvinylidene fluoride (PVDF) is known as a typical organic piezoelectric element. In particular, in the case of an organic piezoelectric element, since it does not contain any metal except for the electrode on the surface, it does not affect the behavior of nuclear spin, and thus has particularly preferable properties, and is used in this example. It is a preferred piezoelectric element to obtain. The nuclear spin signal detection unit 31 has a structure in which a dipole antenna 35 is incorporated as a transmission / reception antenna at the tip thereof, and is punctured into the inspection target through the gap 34 of the probe. The nuclear spin signal detector 31 is arranged inside a puncture needle (not shown) used in combination with the ultrasonic tomography apparatus, or is configured as a part of the puncture needle. The transmitting / receiving antenna is arranged on the outer surface or inside near the tip of the puncture needle, and at least the vicinity of the tip of the puncture needle is made of a nonmetallic material, and enables transmission of a high-frequency magnetic field and reception of a spin resonance signal. At the time of puncturing, the transmitting / receiving antenna is punctured or moved to the object to be inspected while always monitoring the inside of the object to be inspected by the probe 32 of the ultrasonic tomography apparatus 15 so as not to inadvertently damage the arteries and veins and important organs. I do. It is desirable that components other than the piezoelectric element constituting the probe be made of a non-magnetic material and a non-metal as much as possible so as not to disturb the spin resonance signal. The transmitting and receiving antennas are not limited to the dipole antennas described above, and a flat antenna shown in FIG. 4A and a helical antenna shown in FIG. 4B can be used. Since such a transmitting and receiving antenna can be brought close to the vicinity of the measurement site, a signal can be detected with a high S / N. The detectable area is determined by the shape of the antenna, but is generally an area on the order of the size of the antenna. The case where the high-frequency transmitting antenna for generating the high-frequency magnetic field and the receiving antenna for receiving the signal from the spin are the same has been described above. However, since the high-frequency transmitting antenna is small, the intensity of the high-frequency magnetic field greatly changes depending on the inspection location, which may not be preferable.
In this case, the high-frequency magnetic field that excites the spin is arranged inside the puncture needle or separate from the receiving antenna configured as a part of the puncture needle, and is arranged outside the puncture needle. What is necessary is just to generate | occur | produce using a large transmitting antenna. This transmitting antenna may be fixed to the ultrasonic probe, or may be fixed to the magnet 11. FIG. 5 shows another embodiment in which a drug can be injected through the inside of a nuclear spin signal detecting section 31. The detecting unit 31 used here comprises a coaxial cable and a transmitting / receiving antenna 35, and a core 51, a dielectric 52 surrounding the core 51, a shielded wire 53, and a jacket 54 constitute a coaxial cable. Pores 55 are vacant in a part of the dielectric material, and pass through from the inside to the outside in the vicinity of the tip. It is possible to inject the drug through this small hole. The transmitting / receiving antenna of this embodiment is disposed inside a puncture needle (not shown) including the outer cover 54. Of course, in the vicinity of the transmitting / receiving antenna portion 35 for transmitting or receiving a high-frequency magnetic field, the material constituting the puncture needle (not shown) is made of ceramic, so that the high-frequency magnetic field can be transmitted or received. Needless to say, a non-metallic material such as an organic polymer is used. In the examples described so far, since signals from spins in the region near the coil have the same resonance frequency, it is not possible to separately measure the spin resonance signals in different regions in this region. However, since the spin resonance frequency is proportional to the magnetic field strength at which it is placed, it is possible to vary the resonance frequency according to the location in this area by superimposing a gradient magnetic field in the area near the coil during signal measurement. it can. Therefore, by performing frequency analysis on the detection signal, it is possible to separate and measure the spin resonance signal for each different location in accordance with the location in the region. As another embodiment, FIG. 6 shows a method for limiting a signal detection area using an oscillating gradient magnetic field. Since the area that can be limited by the signal detection antenna is almost the size of the antenna, if it is desired to narrow the signal detection area below that, other means must be used together. FIG. 6 shows one example of this, in which the magnitude of the gradient magnetic field applied in the x direction is changed in a sinusoidal manner. That is, it is assumed that the magnitude G (t) of the gradient magnetic field is given by G (t) = G 0 sin (ωt). Here, G 0 is the maximum value of the gradient magnetic field, ω is the angular velocity, and t is time. At this time, the change in the magnetic field is small in a region 41 passing through the origin of the gradient magnetic field and in a plane perpendicular to the application direction, but the change in the magnetic field increases as the distance from the origin increases. As a result, since the signal is modulated by ω, if a large number of signals are added, only the signal from the region 41 is added because the phase is aligned, but the signal from the other region is out of phase. Because they offset each other and decrease. Thereby, only the signal from the area 41 can be selected. Therefore, when the area limited by the antenna is the area 42, an oscillating gradient magnetic field is applied to the area 42, and the generated signal is added.
And the region 42 intersecting with the shaded region 43. Similarly, by applying the oscillating magnetic field not only in the x direction but also in a plurality of different directions, only signals from a region perpendicular to the application direction of each gradient magnetic field and intersecting planes passing through the origin are selectively selected. You can take it out. However, in this case, it is necessary to make the frequency or phase of the vibration different from each other. This is because if the frequencies are the same, the synthesized gradient magnetic field is always directed only in the synthesized direction, and the direction does not change. FIG. 7 shows a period 61 for measuring a spin resonance signal.
And the timing of a period 62 during which the ultrasonic tomographic imaging apparatus operates. Although the ultrasonic tomographic imaging apparatus can continuously produce about 30 images per second, various noises are generated during operation, and therefore, the spin resonance signal cannot be measured. However, in the measurement of the spin resonance signal, it takes time for the spin to return to the original state again after the signal is measured by exciting the spin. Since this waiting time is a useless time in signal measurement, if an ultrasonic tomographic image is taken using this time, an ultrasonic tomographic image can be taken without affecting signal measurement. Further, since the noise of the ultrasonic tomographic imaging apparatus is mainly generated from a digital circuit, it is possible to prevent the generation of the noise by merely stopping the clock without stopping the operation of the entire apparatus. In summary of the present invention described above, the present invention performs a puncture of a puncture needle, in which a receiving antenna for detecting a spin resonance signal is partially disposed, with reference to an ultrasonic tomographic image, thereby enabling safe inspection. An object of the present invention is to provide an inspection apparatus using spin resonance. The puncture needle on which the spin signal detection unit is arranged is used in combination with an ultrasonic probe. A strip-shaped piezoelectric element is controlled, and a specific region of the inspection target is scanned with an ultrasonic beam to image the structure of the inspection target in almost real time. The tip of the spin signal detection unit is punctured into the inspection target through the gap of the probe. By moving the probe of the ultrasonic tomographic imaging apparatus and monitoring the inside of the inspection target with reference to the ultrasonic tomographic image, the receiving antenna is punctured into the inspection target and moves within the inspection target. As a receiving antenna,
Dipole antennas, flat antennas, and helical antennas are preferred. Further, the receiving antenna may double as a transmitting antenna for generating a high-frequency magnetic field. According to the present invention, an antenna for detecting a signal from a spin is punctured or moved by using an ultrasonic tomographic imaging apparatus. There is an effect that a spin resonance signal can be detected at a high S / N with a safe approach without damaging arteries and veins and important tissues, and an examination target can be inspected efficiently and accurately. Further, since the drug can be administered to the immediate vicinity of the examination site, a means for performing more effective treatment can be provided.
【図面の簡単な説明】
【図１】超音波探触子とスピン信号検出部を組合せた本
発明の一実施例を示す斜視図。
【図２】本発明が適用される核スピン共鳴吸収装置の一
構成を示すブロック図。
【図３】従来の信号検出部を構成する、（ａ）ループ状
コイル、（ｂ）全身用コイルを示す斜視図。
【図４】本発明の一実施例で使用する、（ａ）フラット
アンテナ、（ｂ）ヘリカルアンテナを示す図。
【図５】薬剤の注入を可能とする、本発明の一実施例で
あるアンテナの構造を示す断面図。
【図６】本発明によるアンテナと振動傾斜磁場を用いた
信号検出領域の限定法を説明するための図。
【図７】本発明における、スピン共鳴信号計測と超音波
断層撮影のタイミング図。
【符号の説明】
１…装置各部に命令を出力する制御装置、２…高周波パ
ルス発生器、３…電力増幅器、４…高周波磁場を印加お
よび核スピン信号を検出する信号検出部、５…共鳴信号
を増幅・検波する信号検出系、６…Ａ／Ｄ変換器、７…
信号処理装置、８…表示装置、９…高周波送信パルスと
受信信号を分離する分離装置、１１…静磁場を発生する
磁石、１２…検査対象、１３…ベッド、１４…支持台、
１５…超音波断層像撮影装置、２１…共振用コンデン
サ、２２…コイルより体内深部の部位、３１…スピン信
号検出部、３２…超音波探触子、３３…短冊状圧電素
子、３４…探触子に設けられた空隙、３５…ダイポール
アンテナ、４１…傾斜磁場の原点を通り印加方向に垂直
な平面内の領域、４２…アンテナにより限定された領
域、４−１…ループ状コイル、４−２…全身用コイル、
５１…心線、５２…誘電体、５３…シールド線、５４…
外被、５５…誘電体の一部に設けられた細孔、６１…ス
ピン共鳴信号を計測する期間、６２…超音波断層像撮影
装置が動作する期間。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention in which an ultrasonic probe and a spin signal detecting unit are combined. FIG. 2 is a block diagram showing one configuration of a nuclear spin resonance absorption apparatus to which the present invention is applied. FIG. 3 is a perspective view showing (a) a loop-shaped coil and (b) a whole-body coil constituting a conventional signal detection unit. FIG. 4 is a view showing (a) a flat antenna and (b) a helical antenna used in one embodiment of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a structure of an antenna according to an embodiment of the present invention, which enables injection of a medicine. FIG. 6 is a diagram illustrating a method for limiting a signal detection area using an antenna and an oscillating gradient magnetic field according to the present invention. FIG. 7 is a timing chart of spin resonance signal measurement and ultrasonic tomography according to the present invention. [Description of Signs] 1 ... Control device for outputting an instruction to each section of the device, 2 ... High frequency pulse generator, 3 ... Power amplifier, 4 ... Signal detection unit for applying high frequency magnetic field and detecting nuclear spin signal, 5 ... Resonance signal Signal detection system for amplifying and detecting the signal, 6 ... A / D converter, 7 ...
Signal processing device, 8 display device, 9 separation device for separating high-frequency transmission pulses and reception signals, 11 magnets for generating a static magnetic field, 12 subject for inspection, 13 bed, 14 support base,
Reference numeral 15: ultrasonic tomographic imaging apparatus, 21: resonance capacitor, 22: a part deeper in the body than the coil, 31: spin signal detector, 32: ultrasonic probe, 33: rectangular piezoelectric element, 34: probe Air gap provided in the child, 35: dipole antenna, 41: area in a plane passing through the origin of the gradient magnetic field and perpendicular to the application direction, 42: area limited by the antenna, 4-1: loop coil, 4-2 ... Coil for whole body,
51 ... core wire, 52 ... dielectric, 53 ... shield wire, 54 ...
A jacket, 55: a pore provided in a part of the dielectric, 61: a period during which a spin resonance signal is measured, 62: a period during which the ultrasonic tomographic imaging apparatus operates.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二味 覚 東京都文京区本郷７−３−１ 東京大学 医学部付属病院 救急部集中治療部内 (56)参考文献 特開 平４−67855（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−13974（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 5/055 A61B 8/00 - 8/15 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Satoshi Nimi 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo Hospital, University of Tokyo Hospital Attached to the Emergency Department Intensive Care Unit (56) References JP-A-4-67855 (JP, A JP-A-61-13974 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) A61B 5/055 A61B 8/00-8/15
Claims (1)
記静磁場内に置かれた検査対象へ印加する高周波磁場を
発生する高周波磁場発生手段と、前記検査対象の体内へ
挿入される穿刺針と、この穿刺針の先端部へ設けられ前
記検査対象から発生するスピン共鳴信号を検出する信号
検出手段と、この信号検出手段で検出されたスピン共鳴
信号に対し信号処理を行う信号処理手段と、この信号処
理手段による信号処理結果を表示する表示手段とを有す
スピン共鳴を用いた検査装置と、複数の短冊状超音波振
動子が配列されるとともに前記信号検出手段を設けられ
た穿刺針が前記振動子の配列面と交差して前記被検体へ
穿刺されるように組み合わせられ、前記検査対象へ超音
波を送信しその反射超音波を受信する超音波探触子と、
この超音波探触子で受信された前記反射超音波を超音波
断層像として表示させる超音波断層像撮影装置と、前記
スピン共鳴を用いた検査装置の高周波磁場発生手段と信
号検出手段とに対するスピン共鳴信号の検出のための制
御と前記超音波断層像撮影装置の超音波送受信のための
制御とを行う制御手段であって、前記高周波磁場発生手
段によって励起されたスピンの共鳴信号の計測が終了し
た後に置かれ、スピンが元の状態に戻るのを待つ時間内
に前記超音波送受信を制御して超音波断層像を撮影する
制御装置とを備えたことを特徴とするスピン共鳴を用い
た検査装置。(57) [Claims] 1. A static magnetic field generating means for generating a static magnetic field, a high frequency magnetic field generating means for generating a high frequency magnetic field to be applied to an inspection object placed in the static magnetic field, A puncture needle inserted into the body of the test object, signal detection means provided at the tip of the puncture needle for detecting a spin resonance signal generated from the test object, and a spin resonance signal detected by the signal detection means. Yusuke signal processing means for performing signal processing against, and display means for displaying the result of signal processing by the signal processing means
Inspection device using spin resonance and multiple strip-shaped ultrasonic
A puncture needle provided with the signal detection means and arranged with a moving element intersects with the arrangement surface of the transducers and moves to the subject.
Combined to be punctured, an ultrasonic probe that transmits ultrasonic waves to the inspection object and receives the reflected ultrasonic waves,
Ultrasonic tomography device for displaying the reflected ultrasonic wave received as an ultrasonic tomographic image in the ultrasonic probe, wherein
High-frequency magnetic field generating means and signal for inspection equipment using spin resonance
For detecting the spin resonance signal with the signal detection means
For transmitting and receiving ultrasonic waves of the ultrasonic tomographic imaging apparatus
Control means for controlling the high-frequency magnetic field generating means.
The measurement of the resonance signal of the spin excited by the step is completed.
After waiting for the spin to return to its original state
Controlling the ultrasonic transmission and reception to take an ultrasonic tomographic image
Inspection apparatus using the spin resonance which is characterized in that a control device.
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