JP3980406B2

JP3980406B2 - 磁気共鳴撮影装置

Info

Publication number: JP3980406B2
Application number: JP2002142385A
Authority: JP
Inventors: 千賀子飯塚; 秀和仲本; 尚子永尾; 和美小村; 滋渡部
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2022-05-17
Also published as: JP2003325478A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、開放型の磁気共鳴撮影装置に係り、特に、任意に設定した断層面を自動的に撮影する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴撮影装置（以下、ＭＲＩ装置と称する）は、連続的に被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴信号（以下、ＮＭＲ信号と称する）を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を映像化するものである。現在、臨床で普及しているＭＲＩ装置の撮影対象は、被検体の主たる構成物質、プロトンである。前記ＭＲＩ装置は、プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和現象の空間分布を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または機能を２次元もしくは３次元的に撮影する。
【０００３】
一般的なＭＲＩ装置は、患者を収容した所定の大きさの空間に静磁場を発生する磁石と、この空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルと、この空間に高周波磁場を発生するＲＦ（Radio Frequency）コイルと、患者が発生するＮＭＲ信号を検出するＲＦ受信コイルを備えている。
【０００４】
前記傾斜磁場コイルは、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向の傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。前記ＲＦコイルは、ＲＦ送信部の信号に応じて高周波磁場を発生する。ＲＦコイルの信号は、信号検出部で検出され、信号処理部で信号処理され、また、計算により画像信号に変換される。
【０００５】
画像信号は、表示部で２次元像又は３次現像として表示される。傾斜磁場電源、ＲＦ送信部、信号検出部などは、制御部で制御され、制御のタイムチャートは、一般にパルスシーケンスと呼ばれている。患者は、ベッドに横たわってＲＦ受信コイル、ＲＦコイル、傾斜磁場コイルなどで囲まれた装置内の空間に搬送され、撮影がされる。
【０００６】
このようなＭＲＩ装置を用いた心臓イメージングや、手術時の穿刺モニタリング、経皮的治療などに使用されるＩ-ＭＲＩ装置（Interventional-ＭＲＩ装置、または、Intraoperative-ＭＲＩ装置の略称）では、リアルタイムで撮影する断層面を任意に設定したいという要望がある。撮影する断層面を任意に選択する手法として、グラフィカルユーザーインターフェース技術を用いて、画面上にボタンを表示し、このボタンをクリックして、次に撮影する断層面をＭＲＩ画像から決定する方法（Magnetic Resonace in Medicine：Real-time interactive ＭＲＩ on a conventional scanner；ＡＢ．Ｋerr他、38巻、pp.355-367(1997))や、３次元マウスなどを使う方法（ＵＳＰ-５５１２８２７）などが提案されている。
【０００７】
これらの方法では、撮影する断層面の位置や向きをマウスなどの入力手段で調整、設定しなければならず煩雑なので、ＭＲＩ装置としては、より簡便に撮影する断層面の位置や向きを調整、設定できることが望ましい。その手法として、ＵＳＰ-５３６５９２７やＵＳＰ-６０２６３１５などの断層面指示デバイス（ポインタなど）を用いて撮影する断層面を決定するＭＲＩ装置が提案されている。
【０００８】
前記ＵＳＰ-５３６５９２７は、断層面指示デバイスであるポインタに発光ダイオードが設けられ、操作者がポインタで指示した位置を赤外線カメラで検出したり、関節にセンサが備えられたアームの先端部にポインタを設け、アームの関節の角度などでポインタの位置を検出し、これに基づいて、断層面を自動的に調整するものである。
【０００９】
また、前記ＵＳＰ-６０２６３１５は、２個の赤外線カメラと３個の反射体を備えたポインタとを使って操作者（技師又は医師）が指示した断層面を自動的に決定して撮影するものである。
【００１０】
一方、ＭＲＩ装置で撮影のとき、患者は閉鎖された空間内に閉じ込められるので、閉塞感や圧迫感などにより苦痛を感じる場合がある。そこで、撮影中の患者に苦痛を与えないような開放型のＭＲＩ装置が提案されている。この開放型のＭＲＩ装置は、開放された部分から患者にアクセスが可能なため、ポインタなどを用いて容易に断層面を操作者（技師又は医師）が指示し、この指示された断層面をリアルタイムで撮像することができることから、Ｉ-ＭＲＩ装置としての開発が進められている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の開放型のＭＲＩ装置では、前記光学センサは、床に三脚などで固定されたり、上方より自在に位置を変更できるアームなどの支持具で固定されているため、前記発光ダイオード（発光体または反射体）からの光が人や術具でさえぎられるという問題があった。
また、開放型のＭＲＩ装置では、関心領域の断層面を撮影の時に容易にリアルタイムで任意に設定できることが望まれている。
本発明の目的は、リアルタイムで撮像する断層面を任意に設定することが可能な技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、前記発光体または反射体からの光が前記光学センサの検出範囲に確実に入るようにすることが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明の概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。第１の発明は、被検体に静磁場とＲＦパルスと傾斜磁場とを印加する撮影シーケンスを実行して、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を受信し、該受信した磁気共鳴信号に基づいて断層像を生成して表示する開放型のＭＲＩ装置（核磁気共鳴撮影装置）において、所定の位置に配置された少なくとも２つの発光体または反射体を有する指示部材と、該指示部材の発光体または反射体からの光を検出する少なくとも２つの光学センサと、該光学センサにより検出された光に基づいて、前記指示部材の発光体または反射体の位置をそれぞれ算出する算出手段と、前記指示部材の発光体または反射体の位置をＭＲＩ装置の座標系に変換する座標変換手段と、該座標変換手段により変換された前記指示部材の発光体または反射体の位置から、断層面を撮影する位置に前記撮影シーケンスを自動的に設定する手段を備え、前記光学センサをＭＲＩ装置の磁気回路を形成する部分の表面に取り付けることを特徴とする。
【００１３】
第２の発明は、前記第１の発明のＭＲＩ装置において、前記光学センサを開放型核磁気共鳴装置の磁気回路を形成する柱部の表面に取り付けることを特徴とする。
【００１４】
第３の発明は、前記第１の発明のＭＲＩ装置において、前記光学センサを開放型ＭＲＩ装置の２本の柱部のそれぞれの表面に取り付けることを特徴とする。
【００１５】
第４の発明は、前記第１の発明のＭＲＩ装置において、前記光学センサを少なくとも３つ取り付けることを特徴とする。
【００１６】
第５の発明は、前記第４の発明のＭＲＩ装置において、前記光学センサの少なくとも３つのうちの任意の複数の光学センサを使用することを特徴とする。
【００１７】
前記第１の発明によれば、ＭＲＩ装置において、撮影する断層面の位置や向きを調整、設定する手段を、指示部材とこの指示部材に設けられた発光体または反射体からの光を検出する光学センサとで構成することにより、指示部材の位置や姿勢を光学センサが検出した光から算出することができる。
【００１８】
また、光学センサをＭＲＩ装置の磁気回路の表面に固定することにより、指示部材との間に患者や操作者などで光をさえぎられること無く、指示部材の位置や姿勢を検出することができる。
【００１９】
第２の発明によれば、光学センサをＭＲＩ装置の磁気回路を形成する柱部の表面に取り付けることにより、指示部材との間に患者や操作者などで光をさえぎられること無く、指示部材の位置や姿勢を検出することができる。
【００２０】
第３の発明によれば、光学センサをＭＲＩ装置の２本の柱部のそれぞれの表面に取り付けることにより、光学センサの間隔が広がり、光学センサが検出する光の位置精度が増すことになり、より正確に指示部材の位置や姿勢を検出することができる。
【００２１】
第４の発明によれば、光学センサを少なくとも３つ取り付けることにより、光検出する光学センサの数が増すことになり、指示部材との間に患者や操作者などで光をさえぎられること無く、より正確に指示部材の位置や姿勢を検出することができる。
【００２２】
第５の発明によれば、光学センサの少なくとも３つのうちの任意の複数の光学センサを使用することにより、指示部材との間に患者や操作者などで光をさえぎられることの少ない光学センサを選択、使用することが可能で、より正確に指示部材の位置や姿勢を検出することができる。
【００２３】
前記本発明のＭＲＩ装置によれば、操作者は、患者の姿勢や指示部材の位置を気にすることなく、任意の断層面を指示することができるので、ＭＲＩ装置の使い勝手を向上することができる。
【００２４】
更に、本発明のＭＲＩ装置の光学センサはＭＲＩ装置の磁気回路の表面に固定されているために、従来の技術では、支持部材を介して床面に配置されたり、上部から釣り下げられた光学センサでは操作中の操作者の接触などによる光学センサの移動、転倒という心配があるが、ＭＲＩ装置の表面に配置することで、光学センサの移動や転倒することが無く、安全かつ精度良く実施できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、発明の実施の形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。
なお、発明の実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２６】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の開放型のＭＲＩ装置の要部の概略構成を示す模式図である。図２は、図１で示すＡ−Ａ断面（ＭＲＩ装置の対向する磁石の間隙）から下方向をみた図である。
【００２７】
本実施例１のＭＲＩ装置は、図１に示すように、例えば、垂直磁場方式０．３Ｔ永久磁石ＭＲＩ装置１であり、垂直な静磁場を発生させる上部磁石３と下部磁石５、これら磁石を連結するとともに上部磁石３を支持する支柱６，７、光学センサ２５、モニタ１３、モニタ支持部１５、パーソナルコンピュータ１９、ベッド２１、及び制御部２３などで構成されている。
【００２８】
前記ＭＲＩ装置１の図示しない傾斜磁場発生部は、傾斜磁場をパルス的に発生させ、その最大傾磁場強度は１５ｍＴ／ｍで、スルーレートは２０ｍＴ／ｍ／ｍｓである。更に、本実施例１のＭＲＩ装置１は、静磁場中の被検体２４に核磁気共鳴を生じさせるための図示しないＲＦ送信器、被検体２４からのＮＭＲ信号を受信する図示しないＲＦ受信器を備え、これらは１２．８ＭＨｚの共振型コイルである。
【００２９】
前記光学センサ２５は、３次元的な位置を検出するために、例えば、赤外線を発光する図示しない発光ダイオードと２台の赤外線カメラから構成され、断層面指示デバイスであるポインタ２７の位置及び姿勢を検出するものである。
【００３０】
前記モニタ１３は、図１に示すように、操作者２９が把持するポインタ２７により指示された被検体２４の断層面の画像を表示するもので、モニタ支持部１５により、上部磁石３に移動可能に連結されている。
【００３１】
前記パーソナルコンピュータ１９には、光学センサ２５が検出したポインタ２７の位置データが、例えば、ＲＳ２３２Ｃケーブルなどのケーブル３３を介して送信される。制御部２３は、ワークステーションで構成され、図示しないＲＦ（Ｒadio Ｆrequency）送信器、ＲＦ（Ｒadio Ｆrequency）受信器などを制御する。また、制御部２３は、パーソナルコンピュータ１９と接続されている。
【００３２】
ここで、本実施例１のＭＲ画像の撮影断面を決定するためポインタ２７及び光学センサ２５について説明する。
【００３３】
本実施例１のＭＲＩ装置１は、位置検出デバイスである２台の光学センサ２５で、ポインタ２７を検出し、ポインタ２７の６次元の動き、つまり、位置と方向をリアルタイムで認識し、ポインタ２７により指示された被検体２４の断層面を撮影して断層像を表示するものである。
【００３４】
前記ポインタ２７は、図示してないが、任意に配置された約直径１０ｍｍの３つの反射体が設けられている。このポインタ２７を操作者２９が把持して、被検体２４を指示、又は穿刺などして断層面を決定する。一方、２台の赤外線カメラと発光ダイオードとで構成される光学センサ２５は、発光ダイオードから赤外線を発光し、発光された赤外線は、ポインタ２７の反射体により反射され、この反射された赤外線を２台の赤外線カメラが検出する。
【００３５】
ＭＲＩ装置１の支柱７は、磁石の両側に設けられている。ベッド２１は、支柱６，７を結ぶ線に対して、また上部磁石３に対し、ほぼ直角に設けられ、長手方向に摺動して上部磁石３の下方に患者を搬送できるようになっている。
【００３６】
このように構成されたＭＲＩ装置１を用いて、被検体２４の磁気共鳴画像（ＭＲ画像）を撮影する方法について説明する。
被検体２４をポインタ２７で指示して、撮影する断層面を決定する以外は、一般的なＭＲＩ装置１の断層面の撮影技術を使うことができる。
【００３７】
まず、ポインタ２７の位置をＭＲＩ装置１の座標で認識するため、ＭＲＩ装置１の座標系と光学センサ２５の座標系とをリンクさせる必要があり、そのために初期化が行われる。
【００３８】
リアルタイムでポインタ２７の位置を光学センサ２５で検出し、ポインタ２７により指示された被検体２４の断層像を撮影している処理中に、光学センサ２５が支持台またはアームなどの移動によっても処理を継続可能とする場合、前記のＭＲＩ装置１の座標系と光学センサ２５の座標系とをリンクさせるための基準となる基準ポインタが必要である。
【００３９】
ところが、本実施例１の光学センサ２５は、ＭＲＩ装置１の磁気回路の表面に固定されるので、前記のリアルタイムで被検体２４の断層像を撮影をするための基準となるポインタが不要である。
【００４０】
初期化は、初期化ファントムなどによりＭＲＩ装置１の座標系を設定して、光学センサ２５の座標系とＭＲＩ装置１の座標系とをリンクするための初期化データを作成したり、また、光学センサ２５の位置を予め決めておいて、それに伴う初期化データを準備しておくなどの方法がある。
【００４１】
初期化が終了したＭＲＩ装置で頭部を撮影する場合、患者である被検体２４は、図１に示すように、ベッド２１に乗せられ、オープン型（開放型）のＭＲＩ装置１の開口部に頭部を挿入する。ポインタ２７は、技師もしくは医師等の操作者２９の手に保持されている。操作者２９は、被検体２４の所望の位置をポインタ２７で指示して撮影する断層面を決定する。前記ポインタ２７は光学センサ２５で常にその位置が検出される。このとき、位置検出のデータ更新レートは、２〜２０セット／ｓ程度が良い。
【００４２】
ポインタ２７の位置データは、パーソナルコンピュータ１９に、例えば、ＲＳ２３２Ｃケーブル３３を介して送られ、ＭＲＩ装置の座標系におけるポインタ２７の位置（位置と方向）が計算される。この計算された位置データは、ＭＲＩフロロスコピィシーケンスの撮影断面へ、例えば、０．５秒（ｓｅｃ）以内に反映される。撮影シーケンスは、ＴＲＳＧシーケンスや、ＳＧシーケンス、マルチショットＥＰＩなどのフロロスコピィ用シーケンスである。これらのシーケンスでは、０．５秒（ｓｅｃ）〜４秒（ｓｅｃ）ごとに画像が更新できる。これによりポインタ２７で指示された新たな撮影断面で取得された画像は液晶モニタ１３に表示される。
【００４３】
光学式のポインタ２７及び光学センサ２５の最大の難点は、手術時に術者や手術機器によって光路が遮断されることである。しかし、本実施例１のＭＲＩ装置１によれば、図２に示すように、光学センサ２５をＭＲＩ装置の磁気回路の被検体の撮影空間側表面に固定しているので、操作者２９や被検体２４によって光路がふさがれることなく、治療又は手術などに使用する器具類などを配置して光路をふさぐこともないため、容易にポインタ２７を検出できる。
【００４４】
また、基準となるポインタを使用する必要が無いので、光学センサ２５はポインタ２７のみを確実に検出すればよく、ポインタ２７で任意の位置を容易に指示して所望の断層像を得ることができる。
【００４５】
リアルタイムで撮像する断層面を任意に設定する処理をする際に、光学センサ２５の準備や片づけをする必要がなく、簡便に使用することができる。
【００４６】
（実施例２）
図３は、本発明の実施例２のＭＲＩ装置の概略構成を示す平面図である。
【００４７】
本発明の実施例２のＭＲＩ装置は、図３に示す光学センサ２５を上部磁石３の下方、つまり、ＭＲＩ装置１の対向する磁石の間隙側の表面に配置してある。この場合、図示していないが撮影断面を指示するポインタを被検体の上部で撮影断面を指示する場合には、特に有効である。また、操作者によって光路をさえぎることもなく、容易に所望の断層像を得ることができる。
【００４８】
（実施例３）
図４は、本発明の実施例３のＭＲＩ装置の概略構成を示す平面図である。
本実施例３のＭＲＩ装置は、図４に示す光学センサ２５をＭＲＩ装置の磁気回路を形成する支柱６、７のそれぞれに固定する。光学センサ２５を左右に距離を離すことにより、反射光をより正確に検出することができる。
【００４９】
また、図４では、光学センサ２５を床面からの高さを同じにして、水平に位置させているが、この２つの光学センサ２５の高さを変えて、高さ方向の検出精度を高めることも可能である。
【００５０】
（実施例４）
図５は、本発明の実施例４のＭＲＩ装置の概略構成を示す平面図である。
本実施例４のＭＲＩ装置は、図５に示すように、光学センサ２５を支柱６に３個、支柱７に３個で合計６個の光学センサ２５を固定したものである。
前記６個の光学センサ２５のうち、ポインタで指示する撮像断面の位置を検出するのに適した任意の光学センサ２５を選択して使用する。また、前記６個の光学センサ２５全てを使用して、容易に所望の断層像を得ることができる。更に、各支柱に固定された光学センサ２５の３個の高さ、左右方向の位置はそれぞれ異なる方が、より反射光の検出精度を高めることになるので、望ましい位置関係である。
【００５１】
（実施例５）
図６は、本発明の実施例５のＭＲＩ装置の概略構成を示す平面図である。
本実施例５のＭＲＩ装置は、図６に示すＭＲＩ装置１の支柱は１本であり、その支柱７に光学センサ２５を固定する。
【００５２】
（その他の実施例）
前記の実施例以外のその他の実施例のポインタ２７及び光学センサ２５は、パッシブ型であるが、アクティブ型を用いることもできる。パッシブ型とは、発光ダイオードが光学センサ２５側についており、ポインタ２７に設けられた３つの反射体の反射光をカメラで検出するものである。
【００５３】
一方、アクティブ型は、例えば、赤外線発光ダイオードなどの発光体を少なくとも３つポインタに設け、これらを２個のカメラで検出するものである。
本発明のＭＲＩ装置は、パッシブ型とアクティブ型、どちらを用いることもできるが、要するに、ポインタ２７の６次元の動き、つまり、位置及び方向を認識するため、反射体または発光体が３個、これらの光を検出する光学センサ２５が２台あればよい。
【００５４】
なお、前記本実施例では、ポインタ２７に設けた反射体を３個で説明したが、４個以上設けるようにしてもよい。位置の検出には、最低３個の反射体または発光体からの情報が必要となるため、４個以上設けることにより、光学センサ２５の位置や角度、反射体または発光体の位置や角度により、反射体または発光体が重なったり、隠れたりしても、最低３個は検出できるため、より精度が向上する。
【００５５】
また、前記本実施例では、操作者２９がポインタ２７を把持して断層面を指示するため、ポインタ２７は、非磁性の支持部材とそれに取付けられた反射体とで構成すると良い。
【００５６】
また、前記本実施例のＭＲＩ装置１は、パーソナルコンピュータ１９の送信用のケーブルに、ＲＳ２３２Ｃケーブル３３を用いたが、ＭＲ画像へのノイズ混入を防ぐには、光ファイバーケーブルが好ましい。
【００５７】
また、前記本実施例では、ＭＲＩ装置１の磁気回路の表面に光学センサ２５を固定していたが、要するに、ポインタ２７の位置を検出可能である表面位置に固定すればよく、例えば、ＭＲＩ装置カバーに埋め込んだり、光学センサ２５の一部分を表面に固定したり、光学センサ２５を固定するための部材を介してＭＲＩ装置の磁気回路に固定するのも可能である。
【００５８】
以上、本発明を前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００５９】
【発明の効果】
本願において開示される発明によって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、指示部材との間に患者や操作者などで光をさえぎられること無く、指示部材の位置や姿勢を検出することができる。
また、操作者は、患者の姿勢や指示部材の位置を気にすることなく、リアルタイムで撮像する断層面を任意に示すことができる。
また、光学センサの移動や転倒することが無く、安全かつ精度良くに実施できる。
これらにより、ＭＲＩ装置の使い勝手を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の開放型のＭＲＩ装置の要部の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ断面（ＭＲＩ装置の対向する磁石の間隙）から下方向を見た図である。
【図３】本発明の実施例２のＭＲＩ装置の概略構成を示す模式図である。
【図４】本発明の実施例３のＭＲＩ装置の概略構成を示す模式図である。
【図５】本発明の実施例４のＭＲＩ装置の概略構成を示す模式図である。
【図６】本発明の実施例５のＭＲＩ装置の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１…ＭＲＩ装置３…上部磁石
５…下部磁石６、７…支柱
１３…モニタ１５…モニタ支持部
１９…パーソナルコンピュータ２１…ベッド
２３…制御部２４…被検体
２５…光学センサ２７…ポインタ
２９…操作者

Claims

被検体に静磁場とＲＦパルスと傾斜磁場とを印加する撮影シーケンスを実行して、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を受信し、該受信した核磁気共鳴信号に基づいて断層像を生成して表示する磁気共鳴撮影装置において、
所定の位置に配置された少なくとも２つの発光体または反射体を有する指示部材と、
該指示部材の発光体または反射体からの光を検出する少なくとも２つの光学センサと、
該光学センサにより検出された光に基づいて、前記指示部材の発光体または反射体の位置をそれぞれ算出する算出手段と、
前記指示部材の発光体または反射体の位置を磁気共鳴撮影装置の座標系に変換する座標変換手段と、
該座標変換手段により変換された前記指示部材の発光体または反射体の位置から、断層面を撮影する位置に前記撮影シーケンスを自動的に設定する手段と、
１以上の柱部を有する磁気回路を備えた開放型であって、
前記光学センサのうち少なくとも１つを前記柱部の少なくとも１つの表面に取り付けたことを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
請求項１に記載の磁気共鳴撮影装置において、前記光学センサを前記柱部の少なくとも１つの表面に取り付けることを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
請求項１または２に記載の磁気共鳴撮影装置において、前記光学センサを少なくとも３つ取り付け、そのうちの任意の複数の光学センサを使用することを特徴とする磁気共鳴撮影装置。