JP3856821B2 - X線装置を有する磁気共鳴装置 - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、
a)固定磁界を発生する磁石と、
b)RF(高周波)電磁信号を発生しかつ、位置に依存する態様で磁気共鳴信号を生成するため、一時的な傾斜磁界を発生する手段と、
c)共鳴信号を検出する受信ユニットと、
d)受信した共鳴信号を処理する再生成ユニットと、
e)映像化されるべき被検体を支持する支持体と、
f)RF電磁信号及び一時的な傾斜磁界を発生する手段用の制御信号を生成する制御ユニットとを有する磁気共鳴により被検体の一部を映像化する磁気共鳴装置に関する。
【背景技術】
【0002】
上述の磁気共鳴装置により提供する不明瞭な磁化に関する情報を補うため、傾斜磁界が設けられ、次いで、コイルによる固定磁界中に連続的なRFパルスが発生される。スピン共鳴パルスは、同一のコイルまたは更なるコイルにより捕らえられたRFパルスにより発生され、そして処理ユニットに供給される。この処理ユニットは、解析されるべき被検体の一部の映像を形成するため、受信した信号を処理する。上述の磁気共鳴装置は、例えば、水素原子を多く含有する人間の器官の柔らかな組織の画像の医学的な診断に使用される。
【0003】
従来の磁気共鳴装置の問題点は、この装置が患者の体の開口を介して、処置されるべき器官に媒体が案内される病院における介在処置の間の映像化のために使用される場合、これらの媒体が十分に映像化されないというものである。これらの媒体を使用する映像化は、器官を処置するX線装置で実現されるが、たびたびその映像化がなされない。媒体の位置合わせのため、MR装置及びX線装置の画像が合成され、そして、患者は、撮影のためにMR装置とX線装置との間を移動される。現在のX線システムは、MR装置中の磁石により発生した漏れ磁界に対して敏感で、この結果、MR装置とX線装置との間の間隔は、患者の内部に滞在した媒体の画像を構築する際に十分な間隔、例えば数メータでなくてはならない。移動の間、患者の揺れにより、患者内の媒体が動く危険性がある。このような動きは、患者にとって致命的である。さらに、いくつかの場合において、患者がチューブまたは他の手段によって種々の医療機器に結合されており、この結果、移動は負担となる。さらに、2つの座標システムの整合は難しく、この結果、処置すべき器官に対応する媒体の案内及び固定において過ちが発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、患者に不可欠な移動を削減することを目的とし、その結果、移動の間の揺れに基づく患者の体内の媒体の望ましくない動きが低減され、MR装置及びX線装置の座標システムの統合を簡略化する。即ち、処置すべき器官に対応する媒体の案内及び固定における過ちの危険性を低減する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明による磁気共鳴装置は、被検体が支持部材上に位置するときに当該被検体のX線画像を形成するX線装置を有することを特徴とする。
【0006】
上述の工程の結果、X線装置がMR装置の固定磁界中に設けられる間、例えば患者である被検体を位置させるまたは強く固定する必要がない。移動の間の揺れによる患者の体内の媒体が動く危険性は、患者を僅かな期間のみ固定すれば良いため、結果として低減する。例え患者にチューブ及び他の接続機器が接続されていたとしても、患者の移動を簡略化できる。大部分の一致が、MR装置により形成される処理されるべき器官の画像用の座標システムと、X線装置により形成される患者の体に注入された媒体の画像用の画像システムとの間でも同様に達成される。患者内の媒体の案内及び位置合せに関する障害の危険性は、これにより低減される。
【0007】
本発明による磁気共鳴装置の特別な実施例は、MR装置の映像化区域に被検体の一部が設けられる第1の位置と、X線装置の映像化区域に被検体の一部が設けられる第2の位置との調整が可能なことを特徴とする。
【0008】
即ち、被測定体(例えば患者)が第1の位置の場合、MR画像がX線装置により乱されることがない。このような乱れは、例えば、傾斜磁界によるX線装置の金属部品に生じる渦電流により発生しかつ、X線装置の金属部品によりMR装置のRF領域が乱れる。第2位置において、MR装置の傾斜磁界及びRFパルスが非活性化され、そして特に、X線装置上のMR装置の固定磁界に特別に作用して乱れが相殺される間に、患者のX線画像が形成される。
【0009】
本発明による磁気共鳴装置の次なる実施例は、X線装置が、磁石の近くに配置されかつ、第1の位置から第2の位置に移動できる案内システムを有することを特徴とする。
【0010】
この工程が実施されるMR装置において、磁石の遮蔽中にX線装置を動かすことは不可能である。支持体、例えば患者台上に位置される、例えば患者である被検体は、MR装置の画像区域からX線装置等の画像区域に移動され、患者は、案内システムにより、MR装置の座標システムの或る軸と平行に移動される。この工程の結果、患者が揺れる危険性は低減される。即ち、患者内の媒体が動く危険性が低減される。次いで、座標システムのある軸に沿った移動を含む移動には、MR装置及びX線装置の画像を合成することが要求される。この結果、ミリメータ単位の精度が、患者の位置及び両者の等価システムにも対応する媒体において実現される。
【0011】
本発明による磁気共鳴装置の更なる実施例は、MR装置及びX線装置の映像化区域が一致することを特徴とする。
【0012】
上述の工程により、例えば患者である被検体は、MR装置またはX線装置を形成するために位置される必要が無い。X線画像の配列について、X線装置が、X線装置の画像範囲に患者が入るように、MR装置の強力な磁界の範囲に動かされる。MR装置及びX線装置の座標システムは、この場合、実質的な効果をあげる。
【0013】
本発明による磁気共鳴装置の他の実施例は、支持部材の長手軸を中心にX線装置を回転する手段を有することを特徴とする。
【0014】
この工程は、例えば患者である被検体の異なる角度のX線画像の配列を実現し、一方で被検体を固定位置に残すことも実現する。
【0015】
本発明による磁気共鳴装置の更なる実施例は、X線装置は、発生される電子ビームの方向が磁石によってX線管内で発生される固定磁界の磁界線と平行に延在する当該X線管を有することを特徴とする。
【0016】
この工程の結果として、X線管は、MR装置の磁石によって生じる漏れ磁界の存在にも関わらず動作できる。磁界が欠如すると、一般的なX線管における電子ビームは、カソードからアノードに向けて実質的に直線で移動し、X線はこの場合、アノードにおいて発生される。磁界が存在すると、電子は電子ビーム及び磁界の面に垂直に向く力の影響を受ける。この力の強さは、磁界と電子ビームとの間の角度の正弦(sin)に比例する。この力の影響下で、電子ビームの方向は、所望の特性を持つX線の発生が不可能になるように、所望の方向から逸らす。アノードとカソードとの間の直線を磁界の方向と平行に延在する方向に選択することにより、電子ビーム上で活性化された力は、アノードとカソードとの間の実質的な直線に沿って移動する電子ビームが発生するように、ゼロになるであろう。
【0017】
本発明による磁気共鳴装置の更なる実施例は、X線装置が、固体撮像素子を含むX線検出器を有することを特徴とする。
【0018】
固体撮像素子を持つX線検出器を設けることにより、漏れ磁界の存在にも関わらず、X線検出器に入射するX線影像において乱れの無い画像の電気信号を生成できる。X線画像強調器を持つ多くの一般的なX線検出器は、X線検出器に入射するX線影像の乱れの無い電気信号を生成できない。X線画像強調器は、光カソード材料が設けられた入射窓を有する。この光カソード材料は、入射窓に入射するX線影像を電子画像に変換し、そして、電子光システムが、燐光出力スクリーン上に電子画像を映し出す。漏れ磁界は、X線画像強調器における電子ビームに作用し、この結果、ゆがんだ画像が燐光出力スクリーン上に形成される。X線検出器は、電子ビームを映像化のために使用しない固体撮像素子を有し、この結果、ゆがみが生じない。適切なX線検出器は、直接的にまたは幾何学的な光学システムを介して固体撮像素子に結合される、例えば、蛍光スクリーンを有する。この蛍光スクリーンは、X線影像を直接的に光の像に変換する。固体撮像素子は次いで、固体撮像素子において描かれる光の像から、電気信号を生成する。
【0019】
本発明による磁気共鳴装置の更なる実施例は、
a)MR装置による画像を構築し、
b)X線装置による画像を構築し、
c)これら画像の位置情報を合成する、
工程を実施するために配置された画像処理ユニットを有することを特徴とする。
【0020】
この工程によると、MR装置及びX線装置からの情報は、繰り返し処理され、そしてこの情報から作られた画像が、例えば例えばモニタである表示装置用に、或る基準として構築されたシステムにおいて、例えばある画像を形成するために組合わされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
第1図は本発明によるX線装置20を有する磁気共鳴装置1を示す図である。このMR装置は、固定磁界を発生する第1の磁石システム2と、傾斜磁界を発生する第2の磁石システム3と、第1および第2の磁石システム2,3用の電源ユニット4とを有する。磁石システム2,3は、遮蔽材16により遮蔽されている。等価システムのZ方向は、磁石システム2の固定磁界の方向に対応する。RF送信コイル5は、RF磁界を生成するために提供され、RF変調源6に結合されている。受信コイル8は、検査されるべき被検体7(例えば患者)におけるRF領域により発生される共鳴信号を受信するために使用される。このコイルは、RF送信コイル5と同一のコイルであっても良い。このコイルは、送受信回路9を介して信号増幅/復調ユニット10に結合される。この回路から供給された移動及び振幅は、処理ユニット11に供給される。この処理ユニット11は、患者の一部の画像を形成するために設けられた信号を処理する。この画像は、例えばモニタ12上に映し出される。このコイルユニット13は、RF送信機用の変調器6、及び傾斜磁界用の電源ユニットを制御する。RF送信コイル5は、磁石システム2内に配置されかつ、医療処置目的で患者を検査するために十分大きな検査空間を取り囲む。即ち、固定磁界、傾斜磁界(とりわけ、被検体の部位情報を生成する)と、発生されるべき特別な形態のRF領域が、MR画像を形成するための検査空間中に設けられる。
【0022】
X線装置20は、MR装置1に合わせて配置される。X線装置は、この結果、MR装置の磁石によって生じる漏れ磁界中に設けられる。MR装置1とX線装置20との間隔は、例えば10cmである。X線装置20には、例えば、電源ユニット23、X線源21及びX線検出器22が設けられる。X線画像を構築する間、検査区画中の患者が覆われるX線装置20中のX線源21はX線ビームを発生する。X線影像は、患者7におけるX線ビームの共鳴により、X線検出器22の入射窓に形成される。X線源22は、処理ユニット11に供給される電気画像信号を発生する。これら画像の情報は、例えばモニタ12に格納及び表示されるように、処理ユニット11において、MR装置の画像の情報と組合わされる。MR装置1の検査区域及びX線装置20の検査区域は、他の延長部分に配置される。案内システム15は、これら区域に配置される。案内システム15上には、例えば患者用テーブルである支持部材14が配置される。この患者用テーブル14上の患者7は、MR装置1からX線装置20に向けて、この案内システム15を介して搬送される。
【0023】
患者がMR装置の一部を形成する案内システム15による座標システムのZ軸に沿って配置されることにより、患者が揺れる危険性を低減できる。従って、介在措置の間に、患者の体内に存在する媒体が動く危険性は、低減される。移動は、MR装置及びX線装置の画像を構築するシステムを組合わせるために提供され、この結果、例えば患者内の媒体の位置に関する過ちを犯す危険性を低減する。
【0024】
第2図は、固定磁界を発生する二重ドーナッツ磁石と本発明によるX線装置20とを有するMR装置30を示す図である。遮蔽材17が第1の磁石システム2のコイルの間を寸断することにより、この設定においては、X線源20を、磁石システム2の二つのコイルの間に配置できる。MR装置1及びX線装置20の動作は、第1図を参照して説明したものと同じである。X線装置20は、MR装置1の再配置可能なホルダ24上に装着され、この結果、X線装置20を配置でき、そして、X線装置20の画像区域が、MR装置1の画像区域と一致し、X線画像は、例えば患者である被検体7を形成できる。X線画像を構築した後、X線装置20は、MR装置から再び取り除かれる。この装置においては、MR装置及びX線装置の画像は、実質的に一致し、そして、患者を配置する必要がない。なお、MR装置の固定磁界を生成する上述の磁石システムにおいて、同様に、例えば2つの磁石の足の間に患者が配置されるCコア磁石で構築可能である。
【0025】
第3図は、例えば、本発明による装置において使用可能な回転型X線装置36の実施例を示す図である。この回転型X線装置36において、X線源21及びX線検出器22は、例えば患者台である支持部材14の長手方向軸について回転可能なように配置される。X線装置36は、Cアーム31、駆動システム32、そしてスタンド33とを有する。X線源21は、Cアーム31の内側に装着され、X線検出器22はCアーム31の内側のX線源21とは逆側に装着される。Cアーム31は、駆動システム32と共にスタンド33上に装着される。駆動システムは、例えば、X線ビームの方向と患者台との間の角度αが調整される制御システム34に結合される。
【0026】
Cアーム31は、例えば患者の体内の媒体の位置を高速に搬送できるような二極X線装置を含むような構造であっても良い。
【0027】
第4図は、例えば、本発明による装置中のX線装置20の位置及びそのX線管40の位置とともに、Y−Z座標システムを示す図である。この位置において、MR装置1の遮蔽材16を調整すると、X線管40はX線を発生する。図において、MR装置1の固定磁界の境界線44は、X線管40中の電子ビーム45の方向と平行に示されている。アノードの方向においてカソードから放出される電子は、角度r(r=mv/qB)の磁界により螺旋状に放出される。角度rについては、mは電子の質量で、vが速度で、qが電荷である。電子が、アノードとカソードとの間の30kVの電界で最大限加速することに向けられる。この速度は、108m/sで、この速度は、相対的には規定されない。磁界は1.5Tの強さを持ち、電子ビームと直交する方向に延在し、螺旋電子ビームの最大直径は、0.389mmである。従って、アノード42とカソード41との間の電界により、カソード41からアノード42に向けての実質的な直線を形成するであろう電子ビーム45の方向を意味する。アノード42に電子ビーム45が衝突することにより、例えば患者である被検体の影像をX線検出器22において生成するX線ビーム46を発生する。X線管40は、MR装置中の固定磁界のひずみの無い遮蔽には十分な弱い固定磁界の領域である、MR装置から十分に離れた位置に配置できる。X線管40において発生されたX線は、例えば国際特許出願公開WO92/08235から既知の"Kumakhovレンズ"により、患者に向けられる。
【0028】
第5図は、例えば、本発明の装置で使用可能であるX線検出器22の実施例を示す図である。この検出器は、例えば、ヨーロッパ特許出願0440282号から既知の固体X線検出器に係るものである。この固体X線検出器は、例えば、セシウムヨウ化物(CsI)の蛍光スクリーン51を有する。このスクリーンでは、アモルファスシリコンフォトダイオードと薄膜トランジスタのマトリクス52が結合されている。マトリクスは、例えば、1024×1024のピクセルを有する。各ピクセルは、フォトダイオードと薄膜トランジスタを有する。蛍光スクリーン51上に形成されるX線影像は、フォトダイオードによるピクセルにおいて、電荷画像に変換される光画像へと変換される。ピクセルは、列選択抵抗53および電荷走査事前増幅器54によって列毎に読出される。列選択抵抗53は、アナログ−ディジタル変換器を有する検出器制御ユニット55により制御される。このアナログ−ディジタル変換器において、アナログ画像信号は、後に出力56において実現可能な画像補正用のディジタル情報に変換される。即ち、例えば、毎秒25個の画像が形成される。
【0029】
本発明による装置に使用に適し、固定磁界に感応しないX線検出器の他の実施例は、幾何学的な光学システムを介して固体撮像素子に結合されるX線変換スクリーンが設けられたX線検出器により形成される。このようなX線検出器の動作は、第6図を参照して説明される。X線検出器600には、アルミニウム入射窓603及び蛍光スクリーン601が設けられる。この蛍光スクリーン601は、例えば、CsI,Tlを有する。この蛍光スクリーン601は、入射スクリーン603に向けられるX線画像を可視光に変換する。多層干渉フィルタ604は、発生した光を蛍光スクリーン601の後面605に移動する。幾何学的光学システム606は、2つの固体撮像素子602上の蛍光スクリーン601の後面605上に光の画像を実質的に映像化する。適切な幾何学的光学システム606は、例えば、大口径のレンズを有する光学システムである。
【0030】
複数のテーパ形状ファイバの光学システムを有する幾何学的な光学システムも、同様に使用することができる。テーパ形状ファイバの光学システムは、光学ファイバの束を有する。この束において各ファイバは、第1の直径の第1端部と、第2の直径の第2端部とを有する。テーパ形状ファイバの光学システムの拡大係数は、第1から第2の直径の比により規定される。各テーパ形状ファイバの光学システムは、固体撮像素子602上に蛍光スクリーン601の後面605の画像の一部を映像化する。
【0031】
適切な固体撮像素子602は、例えば、フィリップス製、形式FT14のようなフレーム転送形式の素子である。この固体撮像素子602は、第1の電気的ビデオ信号607及び第2の電気的ビデオ信号608に、光学画像の種々の部分を変換する。ビデオ合成回路609は、固体撮像素子602の第1のビデオ信号607及び第2のビデオ信号608を、単一のビデオ信号610に変換する。この合成されたビデオ信号は、モニタ12により表示される。
【0032】
解像度を上げる目的で、X線を可視光に変換する蛍光スクリーン601の代わりに、X線を赤外光に変換する蛍光スクリーン601を使用する。赤外光は、800nm〜1200nmの波長を有する。赤外光に対して固体撮像素子602の解像度がより高いことにより、X線検出器の解像度は上がる。
【0033】
X線検出器によるX線画像を生成する可能性は、例えば、MR装置の漏れ磁界を相殺する目的で、X線検出器の領域で磁界を相殺するために使用することである。通常の実質的にひずみのない動作について、X線検出器の領域の磁界が約4ガウスに達しないということが必要である。例えば、大きな補正コイルが検査区域の壁に対して配置され、そして、許容可能な電流がこれら補正コイルの導体を流れると、例えば50ガウスの漏れ磁界がX線検出器用に特徴付けた最大の許容する磁界値以下の磁界値までの削減できる。付加的な乱れは、MRシステムのコア内の主磁界の乱れがあったとしても、他の原因をもたらす主磁界の異質物の補正において、基本的な処理として磁石を取り除くことにより、補正コイルにより容易に補正できる。このX線システムは、例えば2メータの間隔で臨床使用できる。この設備を設けられない場合、この間隔は4メータでなくてはならない。より狭い間隔は、MR装置とX線装置との間の患者の移動が容易になる。
【0034】
より線形または高密度の補正コイルを使用する他の実施例では、異質の漏れ磁界がX線検出器の領域で削減される。検査区域の以外の壁、例えばX線検出器を取り囲むように補正コイルを装着することも可能である。検出器は、漏れ磁界を著しく無効化する区画に移動されると、位置に依存した方法で制御される。局所的に磁石の漏れ磁界を削減するこの方法は、X線装置の構造のみで使用されるのではなく、例えば、漏れ磁界が影響するMR装置の内部に搭載される麻酔機器のような他の機器でも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】閉磁石システムを持つMR装置とX線装置の第1の実施例を示す図である。
【図2】二重ドーナッツ型磁石を持つMR装置とX線装置の更なる実施例を示す図である。
【図3】回転X線システムを示す図である。
【図4】X,Y,Z方向システムにおけるX線管の位置の実施例を示す図である。
【図5】固体撮像素子が設けられたX線検出器の第1の実施例を示す図である。
【図6】2つの固体撮像素子及び幾何学的光学システムとが設けられたX線検出器の第2の実施例を示す図である。
Claims (7)
- a)固定磁界を発生する磁石と、
b)RF電磁信号を発生しかつ、位置に依存する態様で磁気共鳴信号を発生する目的で一時的な傾斜磁界を発生する手段と、
c)前記共鳴信号を検出する受信ユニットと、
d)受信した前記共鳴信号を処理する再生ユニットと、
e)映像化されるべき被検体を支持する支持部材と、
f)前記RF電磁信号と前記一時的傾斜磁界とを発生する前記手段及び、前記被検体が前記支持部材上に位置するとき、当該被検体の一つ以上のX線画像を形成するX線装置のための制御信号を生成する制御ユニットとを有する磁気共鳴によって被検体の一部を映像化する磁気共鳴装置において、
前記X線装置が、X線管内に発生される電子ビームの方向が前記磁石によって前記X線管内に発生される固定磁界の磁界線と平行に延在する当該X線管を有し、前記RF電磁信号及び前記一時的な傾斜磁界が非活性化される期間中にX線画像を作成するよう構成されることを特徴とする磁気共鳴装置。 - 請求項1に記載の磁気共鳴装置において、
前記固定磁界を発生する磁石が二つ以上のコイルを含み、前記X線装置が前記コイルの間の位置に再配置可能であることを特徴とする磁気共鳴装置。 - 請求項1に記載の磁気共鳴装置において、
前記磁気共鳴装置に、X線影像を受け取るX線検出器の領域において相殺する磁界を発生する補正コイルが設けられることを特徴とする磁気共鳴装置。 - 請求項2に記載の磁気共鳴装置において、
前記X線装置が前記コイルの間の位置に再配置される場合に、当該磁気共鳴装置及び前記X線装置の映像化区域が実質的に一致することを特徴とする磁気共鳴装置。 - 請求項1に記載の磁気共鳴装置において、
Cコア磁石システムを有することを特徴とする磁気共鳴装置。 - 請求項1乃至5の何れか一項に記載の磁気共鳴装置において、
前記X線装置に固体X線検出器が設けられることを特徴とする磁気共鳴装置。 - 請求項1乃至6の何れか一項に記載の磁気共鳴装置において、
a)前記磁気共鳴装置による画像を構築する工程と、
b)前記X線装置による画像を構築する工程と、
c)工程a)及びb)で構築された画像の位置情報を合成する工程とを実施するために配置された画像処理ユニットを有することを特徴とする磁気共鳴装置。
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