JP4017189B2 - 外科処置において使用する装置 - Google Patents

Description

本発明は手術が進行するにつれて外科医師団が像を繰り返し発生させ得るように手術の間周期的に患者の磁気共鳴像形成を可能にする、外科処置において使用する装置に関する。
本装置は外科医師団が手術の進行を検出するために更新した像を得る必要のある、脳あるいは脊柱の神経外科学のために、専用的ではないが、特に設計されたものである。
近代的な神経外科では、例えば一次的頭蓋腫瘍あるいは脊髄腫瘍、頭蓋骨および頭蓋基底の障害、動静脈奇形、海綿性血管腫および頭蓋動脈瘤を含む脳血管障害、および炎症状態のような多様な複雑な状態を外科処置することを包含している。過去３０年に亘り、神経外科の効率と安全性とを大きく改善してきた多数の技術開発がなされてきた。神経麻酔術の改良により、神経外科医は今では止血の改善を必要とする動かせない患者に日常的に対応している。手術用顕微鏡は照射度と倍率とが改善され、精細な血管や神経構造に対する障害を神経外科医が避けうるようにして脳の下面や内部の様相を観察しうるようにしている。手術用顕微鏡と共に手術用器具の精度が上がってきている。
これらの変化と同時に、宇宙探索産業内での努力と姿勢とが大きな起爆剤となって著しい技術革新が行われた。コンピュータ化したＸ線断層撮影法、磁気共鳴、陽電子放射断層撮影法、および磁気波処理は脳の構造および機能面の事象の理解を大いに深めている。データにより術前の構造変更を更に包括的に理解出来るようにし、手術手順の間の安全性と精度とを高めている。像形成データが多数の装置により定位空間中へ組み込まれ、計画および大脳貫通ナビゲーションに対する正確なポイントアクセスおよび容量の理解を可能とし、これら全て手術作業区画サイズを驚異的に低減させる。
手術中の磁気共鳴（ＭＲ）装置はこれらの技術開発を拡大し、手術の危険性の低減、従って患者の病率の低減をもたらせている。そのような改良結果は最終的に、入院期間の長さを含む、病室の必要性を低減する。脳外科に対するコスト低減の技術的適用を示すことは、北米において医療機関を小型化しようとする傾向に対して特に重要である。
手術の間に従来の造影血管写像を得ることが出来る。しかしながら、これは放射性の造影剤を脳動脈に注入する必要があり、危険を伴う。約２０年前に導入されたが、神経外科医はこの方法は危険を伴い、かつ患者と病院のスタッフとの双方に放射線を当てるため、その採用には消極的であった。更に、３次元の像形成が欠如するためその効用が減少する。核医学のコンピュータ化した断層撮影法のようなその他の技術も放射線材料あるいはイオン化した放射線の使用を含むため、患者、医師、および看護婦を危険に曝す。例えば、コンピュータ化した断層撮影法（ＣＴ）や術中の超音波のような像形成モダリティは脳血管に関する十分な情報を提供しない。約０．５テスラ以上の磁界強度での磁気共鳴像形成は血管造影を可能とするが、前述の技術ではこのような能力を提供することができない。
ゼネラルエレクトリック社（The General Electric Company）（GE）は多数の研究者と共に介入術中システムを開発中である。シーメンス社（Siemens）は対話型ＭＲシステムと称するものを開発済みである。双方のシステムは開放磁石の概念にもとづいているが、多数の技術的問題を呈している。前記システムは高価であるので、数種の色々な手術の間に機能しうるＭＲ装置を提供しようと試みられている。
磁界にある本ＧＥシステムは二重ドーナッツ形であり、２個のドーナッツの平面に対して患者が垂直に位置される磁石に基づいている。このシステムでは２人のみの医療スタッフが２個のドーナッツの間に立って近接して立ち会うことが出来るようにしている。磁界強度は０．５テスラであって、患者と手術医師は常に磁界中にある。二重ドーナッツ形磁石が０．５テスラ以上の磁界で作動しうるか疑問であり、このことはＭＲ血管造形がそのようなシステムにより実行可能な検査法としては基本的に排除されることを意味し、神経外科手術の間その効用を著しく低下させる。更に、外科において使用される全ての方法、例えば、顕微鏡や外科用メスが磁界に存在し、そのためこのような環境に適合するように特別設計する必要がある。更に、神経外科は一般に大人数の医師団を必要とし、その殆どが患者に接近することを要し、従って磁石の形状によって接近が制限され、これは本装置を受け入れにくくする。
シーメンス社の開放磁石の概念は人が磁石の中にいる間に手術を行なうように設計されている。従って、この装置ではＧＥの装置と同じ欠点を有している。
磁石が従来のものであり、従って固定されているような装置が現在提案されている。しかしながら、この装置は患者が磁石の中へ入ることを必要としている。患者は殆どの場合、モニタを装着して、挿管しているので患者を不必要な危険を伴って動かすことになるのでこの動きは問題である。
従って、本発明の一目的は、医療スタッフを邪魔したり、制限することなく手術を通して各種の段階において希望に応じて血管造影とか分光のような諸々の技術で、かつ高度の磁界磁気共鳴像形成システムの使用に関する全ての利点を提供して磁気共鳴形像を繰り返し行いうる、外科手順において使用する改良された装置を提供することである。
本発明の一局面によれば、外科手術のために患者を受け入れる手術台と、外科医師団が手術の進行をモニタするために外科医師団が分析しうるように手術の過程を通して一連の時間に患者の一部の像を得るための磁気共鳴像形成装置であって、高度の磁界とその勾配とを発生させる磁石と、磁界を制御し、かつ変動させる制御装置と、磁界に応答して患者の一部からの核磁気共鳴信号を引き出し、検出する無線周波数（ＲＦ）伝送および検出装置であって、患者の一部に隣接して位置させるＲＦプローブを含む装置と、検出した信号を復号化し、かつ表示するコンピュータおよびディスプレイモニタ装置とを含み、前記磁石と手術台とが患者が手術台の上に留まっている間患者の一部を磁界中へ位置させるような形状と配置にされており、更に手術台と患者とから離れ外科医師団が手術を実行出来るようにする第１の位置と磁界の一部を患者の一部に付与する第２の位置との間で運動するように磁石を装着する手段とを含む外科手順において使用する装置が提供される。
前記手術台と装着手段とは、該手術台と患者とが概ね静止した状態に留まり、磁石のみが運動するように配置されることが好ましい。
手術台と装着手段とは手術医師団が患者に接近するために手術台の隣接端部の周りで、かつ手術台の各側まで動きうるように手術台の隣接端部から離れた位置まで磁石が動くように配置されることが好ましい。
磁石は、患者の一部がその中心まで入る概ね円筒形の内孔を画成するように形成され、手術台が直立した取り付け基台と、その上に装着された台上面とを含み、該台上面が前記基台から円筒形孔まで延びている片持部分を有することが好ましい。
最短像形成時間を促進するための高速運動に必要な超伝導磁気共鳴像形成磁石の加速や減速は磁石を損傷させる原因となり、あるいは磁石に含まれたエネルギが爆発的に解放されうるようにする危険性がある。更に、磁石が運動するとその磁界を変動させる。そのような変動は２秒続き、あるいは運動が停止した後も数分継続する可能性があり、そのため得られた像を著しく質を落とし、それらを価値のないものとする。このように、磁石は所望の加速や減速に耐えうる必要があり、そのため、磁石には像形成過程に対して必要とされる磁界変動が存在する中で満足に作動するように磁界を安定化させる手段を備えることが好ましい。
患者の上および手術台の上で磁石が運動するようにするために、手術台の設計が重要である。このように、手術台はその台上面に対して横方向の軸心の周りで手術台の台上面を傾斜させ、患者を神経手術をしうるように患者の頭部を十分持ち上げるのに十分な角度まで患者を傾ける手段を含むことが好ましく、手術台の台上面と円筒形の孔とは、患者の頭部が前記孔の中心に位置し、一方傾斜した手術台の台上面が前記孔の一端中へ突出するように配置される。また、手術台の台上面は患者の頭部を支持するために端部でヒンジ接続された部分を含むことが好ましく、前記ヒンジ部分は手術台の台上面に対して横方向の軸心の周りで枢動し、患者の頭部と肩部のみを神経手術しうるのに十分な高さまで持ち上げるように基台から外方に離隔されていることが好ましい。また、片持部分は患者を受け取るために平坦な板と、前記板の下側に取り付けられ、該板より狭幅で該板を支持し、一方手術台の台上面が前記孔の円形断面内に装嵌するようその寸法を最小にすることが好ましい。
更に、手術台は、該台に対して横方向に複数の平行に膨らませ可能なチューブと、マットレスからの患者に対する加圧点を変えるためにチューブを交互に膨らませたり、へこませたりする手段とからなるマットレスを含むことが好ましい。
更に、手術台は、例えば銅のような電気抵抗性の低い材料の層でコーティングすることが好ましい、例えば、チタニウムのような高度に電気抵抗性で非強磁性材料から作られた部分を含むことが好ましい。
効果的な装置を達成するためには、患者の周りに位置されたＲＦプローブを含む、ＲＦ伝送および検出装置の部分は、手術に干渉せず、患者が動く必要のないように配置されるべきである。このために、ＲＦプローブは、磁石において作動し、患者の一部を動かせる必要なく、磁石の外側で手術過程のために患者の一部に近接しうるようにする形状と配置にされている。
ＲＦプローブは患者の一部の一方の側に位置する第１のプローブ要素と、患者の一部の反対側に位置する第２のプローブ要素とを含み、第１の要素は手術の過程に対して患者に近接しうるように取り外し可能である。前記要素は配線された相互接続を外すことなく、第１の要素を取り外せるように配線により相互接続されていないことが好ましい。第１と第２の要素とはそれぞれ、複数の平行の平コイルを含み、プローブを調整し、適合させるために少なくとも１個のコイルを動かすための手段が設けられている。
設置を簡単にするために、ＲＦプローブを周りの変動から遮断するＲＦ遮断層は磁石の外側にくる患者や手術台の部分の周りに巻き付けられた導電性の可撓性織布層からなることが好ましい。
この方法では磁石が動くので、磁石が動いた後、像形成が行われる前に磁界を安定化させる手段を設けることが好ましく、この手段は磁界の変動を検出し、磁石の磁界を制御する手段からなる。
前記検出手段は磁石の内孔内に装着され、該内孔と共軸線関係のコイルと、前記孔と共軸線関係で、該孔に沿って、コイルの大きさより大きい距離だけ延びており、導電層はコイルと電気的に容量接続され、非強磁性材料から形成され、磁界の変動を検出するのに十分な帯域を有する電流がコイルを流れうるようにし、かつ像形成技術に必要な磁界の変動に干渉しないように選択した電気抵抗値と厚さとを有している。
ＲＦプローブを周りの変動から遮断するＲＦ遮断層は導電性層を含むことが好ましい。
本発明の一実施例を添付図面を参照して以下説明する。
第１図は本発明による装置を含む手術室の上面図、
第２図は休止位置にある、第１図に示す磁石とその支持装置との側面図、
第３図は第１図に示す磁石と支持装置との後面図、
第４図は像形成位置にある磁石を示す、第１図に示す手術台の側面図、
第５図は長手方向軸線の周りで傾動した位置において手術台を示す、第４図に示す手術台と磁石との端面図、
第６図は第４図と第５図とに示す手術台の上面図、
第７図は第６図の線７−７に沿って見た拡大した断面図、
第８図は調整された位置にある手術台と磁石遮断装置の詳細を示す、第４図と類似の図面、
第９図は第１図に示す手術台上で横臥するためのマットレスの上面図、
第１０図は第９図の線１０−１０に沿って見た断面図である。
第１図に示す手術室（ＯＲ）は、その上で手術を行い、一般的に手術室の中央に位置し、蛍光灯１１と天井に装着の照明装置１２とにより適当に照明された手術台１０を含む。磁気共鳴像形成磁石１４が天井にある支持軌条１５、１６において手術室内で長手方向に運動するように手術室内に装着され、磁石の休止位置１７を提供し、磁石が手術台１０と協働する手術位置まで運動しうるようにする。
像形成装置は更に、手術室内で殺菌状態を保つために個別のコンピュータ室３２に装着された制御装置と共に、手術台１０上の患者に位置したＲＦ検出プローブ組み立て体１８を含む。制御装置は磁石１４の制御と、ＲＦ検出器１８によって検出された信号を分析すると共にＲＦプローブに供給された信号を制御し、像形成装置を制御し、外科医師団が観察するために手術台１０の上方に位置した１個以上の一連のモニタ上で像の出力を提供する。外科医師団が近接しうるように入力端子１９が手術室に位置している。制御装置はまた、従来の仕方で血管造影あるいは分光を制御する。
モニタ２０は磁石によって発生した磁界に対して抵抗性があるようにＬＣＤディスプレイシステムを使用したタイプである。ディスプレイはＭＲＩシステムからの最新の像のディスプレイと、外科医師団に対して適当なその他のディスプレイと共に従来の外科顕微鏡からのディスプレイを含みうる。
コンピュータ室はプローブに対する電磁干渉を低減するために手術室から遮断されることが好ましい。
磁石１４は磁石を動かすことに伴う加速や減速による応力を許容するように配置されたタイプの市販され、遮断されたＭＲＩ磁石である。磁石は、該磁石内で、円筒形で、直径が６５センチ程度である利用可能な空間を提供する、８０センチ程度の径の円筒形内孔２１を画成する。磁石は孔の中心において１．５テスラの磁界強度を提供しうる。磁石は１．５メートル程度の長さであり、形像すべき患者の部分が長手方向と横方向の双方において中心の位置あるいは概ね中心にくるように磁石を動かしうるに十分な短さである。このように、磁石は手術台上の患者を完全に囲み、患者が前記孔中へ端部のみから入り、そのため孔内で動くための空間の量は極めて制限されている。効果的な像形成並びに血管造影あるいは分光を行なうに必要な、通常１．５テスラ程度である磁界強度を提供するために、磁石は像形成すべき患者の部分を完全に囲み、かつ患者のその部分を囲み、その部分の両側まで延びる完全な円筒体を画成する必要がある。
そのような磁石の詳細は当該技術分野の専門家には周知であるので、ここには含めていない。磁石１４は該磁石が端板から懸垂されうるようにする仕方で磁石の端面にボルト止めされた一対の端板２２、２３に担持されている。前記端板は各端板の各端に向かって離隔され、水平および長手方向の梁２６によって形成された長方形のフレーム構造体まで各端板から延びている、各端板に対して２個の垂直の支持柱２４に溶接されている。
フレーム２５はローラ２７によって軌条１５および１６に支持されている。このように、各軌条はフレームの長さに亘って２対のローラが係合している。各軌条はＩビームからなり、ローラがＩビームの底フランジの上を走行し磁石の運動を、側方への運動が極めて規制されている長手方向の運動において精密に制御する。前記構造体は補強支柱２８、２９を含み、該支柱は、磁石が軌条に沿って運動する際に、磁石が傾いたり、捩じれるのを阻止するために端板２２、２３を支持するフレーム構造体をしっかりと、かつ長方形に保持する。ローラ２７はフレーム２５の頂部に装着された適当なブラケット３０に支承されている。各Ｉビーム１５、１６は該ビームの上側フランジに取り付けられ、手術室の端部の壁にある適当な支持構造体から跨るように配置されている各トラス３１に溶接されている。このように、手術室は軌条１５および１６のための垂直の支持柱に邪魔されず磁石が手術室の全長に亘り、かつ手術室の一方の端壁近傍の休止位置から手術台と作業関連する手術室の中央まで運動出来るようにする。磁石はまた、手術台の諸々の位置を可能とするためにブラケット３０を調整することにより垂直方向に運動することも可能である。
図示のように、休止位置はコンピュータ室３２と垂直壁３３との間に位置しており、そのため磁石は手術室のそれ以外のところから離れた領域において駐留する。壁３３にはハンドル３４が設けられ、磁石を休止位置から像形成位置まで、そしてそこから休止位置まで運動させるためにチェイン駆動装置と協働する。ハンドルは必要に応じ、適当な駆動モータに代えてもよい。
手術台が第４図と、第５図と、第６図とに示されており、床に取り付けられ、そこから直立しているペデスタル台座を含む。ペデスタル台座は、ハンドクランクによって駆動されるウオームとホイールの形態の調整装置３６によって昇降しうる垂直に調整可能のポスト３５を受け入れるスリーブ部分３４を上端において提供している。前記ポスト３５の頂部において、突起３８において円筒形スリーブ３７を担持している横方向の支持ピン３６が設けられている。スリーブ３７はピン３６に対して直角に延び、スリーブの前端３９からスリーブの後端４０まで延びている。突起はスリーブがピン３６の周りで、従って手術台の長さ方向に対して横方向で、かつ水平のピンの軸心の周りを枢動しうるようにし、スリーブの角度の調整は支持ピン機構３６に類似の調整機構３６Ａによって実行される。
スリーブ３７の内部には、スリーブ３７の長手方向軸線の周りを回転可能なビーム４１が設けられており、ビームはスリーブ３７の各端部３９、４０を越えて突出している。スリーブ内部でのビームの角度は調整装置３６と類似のハンドル調整装置３６Ｂによって調整される。ビーム４１はその前端においてプレート４２に、後端においてプレート４３に装着されており、前記プレート４２、４３は手術台の長さに対して平行で、かつ横方向である。プレート４２、４３の頂部には長手方向に延びる平坦な金属製台上面が装着されている。第６図に示すように、台上面を形成しているプレートは端部４４Ｂと４４Ｃとを備えた第１の全体的に長方形の部分４４Ａを含み、前記端部４４Ｃから突出した別の狭幅の部分４４Ｄを備えている。主要な長方形部分と、狭幅の部分とは１枚のプレートから形成され、平坦で頑丈な状態にある。主要なプレート部分は横方向の支持板４２、４３によって、かつ後端でプレート４２に溶接され、側縁部４４Ｅおよび４４Ｆから内方に離隔されている狭幅部分に沿って突出しているビーム４５によって平坦な状態で支持されている。第７図において断面図で示すビーム４５は垂直の側部４５Ａと４５Ｂ並びに凸形の基部４５Ｃとを備えたチャンネルによって画成されている。チャンネルとプレートとが、支柱３５とピン３６とから前方に突出した手術台の部分が片持ちされるように十分な強度を提供する構造ビームを画成されるように側部４５Ａと４５Ｂとの上縁部はプレートに溶接されている。内孔２１の直径の円弧がプレートの縁部を通り、かつチャンネルの中間において該チャンネルの最下方点を通るのでチャンネルがプレートより狭幅であるビームの形状によって前記構造体が磁石の芯に嵌合するようにしうる。
ビーム４５はプレート４２のしっかりと接続された第１の部分と、枢動ピン４６において第１の部分に枢着された第２のヒンジ接続の部分４５Ｄとに分割されている。プレート４４も同様に平坦であり、ピン４６まで剛性であり、前記ピンにおいて、ビームのヒンジ接続の部分４５Ｄの頂部に位置する第２のヒンジ接続部分４４Ｇに分割されている。前記ヒンジ接続部分４４Ｇの前縁部４４Ｈにおいて、患者の肩を支え、プローブ近傍の金属の量を減らすためにテフロンのシートあるいは類似の材料で形成されている別のプレート４７が取り付けられている。前記プレート４７の下において、ビーム４５Ｄは傾斜部分４５Ｅを含み、該傾斜部分は下方へ延び、ビームの主要部分に対して平行であるが、そこから下方に離隔されている別の部分４５Ｆに接続されている。
ビームの主要部分に対するビームの前記部分４５Ｆの角度は、第４図と第８図とを比較すれば分かるように、４８で指示し、前記部分４５Ｆを調整し、次いで所定位置に緊締しうるようにする手動クランプ装置を作動させることにより調整することが出来る。
第５図に示すように、支柱３５は磁石の位置を許容したり、外科医師団の要求に応じて高さを高くするように上昇させることが可能である。この調整はクランク装置３６によって行われる。更に、手術台の長手方向軸線の周りのプレート４４の角度はクランク３６Ｂを作動させ、台上面を図示のように一方の側に、あるいは必要に応じて、手術の間外科医師団の要求に応じるように患者の角度を変えるために調整することが出来る。患者を傾ける場合、患者は台上面あるいはプレート４４の上で所定位置に革ひもでしばっておく。
本発明の装置は、神経外科用に専用的ではないが、特に設計されたものであり、神経外科においては、手術現場での頭部の静水圧を、患者の心臓が指示する所定必要限度内に保つように患者の心臓の上方所定垂直距離だけ頭部を持ち上げる必要のあることは周知である。
第４図に示すように、患者の身体を手術台の上でうつ伏せにして、頭部の必要な高さは１０度程度ピン３６の周りで傾けることにより得られる。この位置において、ビーム部分４５Ｆはビームの主要部分に対して平行に保たれる。第４図において、磁石の外形は点線で示されており、従って、手術台の角度によってビームの部分４５Ｆを僅かに上方に持ち上げ、磁石の孔内へ丁度入りうるようにすることが認められる。この位置において、かつ支柱３５の必要な高さにおいて、ビームの底部は、磁石が概ね支柱３５に達すると、磁石の口において孔の縁部から丁度離れる。このため、患者が動かない状態にあり、磁石を所定位置まで動かす前に手術台が固定位置に留まっている間に患者が磁石の中央の位置まで入り込むようにしうる。
第８図においては、患者は仰向けになった状態で示されている。患者の心臓より上方の患者の頭部の必要な高さを得るために、台上面はその主要部分が水平となるようにピン３６に対して調整される。しかしながら、この位置において、ビームの部分４５Ｆがピン４６の周りで調整され、１０度程度の角度だけ上方に傾動されビームに支持された患者の頭部を、水平方向の台上面に位置した状態の患者の胸部に対して、後述のように持ち上げる。このために、ピン４６は心臓が位置している胸部の部分の前方あるいは下方に位置するようにビームの長さの概ね中間に位置している。前記部分４５Ｆの角度を調整することによりビーム部分４５Ｅおよび４５Ｆの間の接続部をビームの主要部分に概ね等しい高さまで上方に持ち上げることによりビームを磁石の最下面から丁度離れている間に磁石の中へ送入することが可能で、再び、患者の頭部を磁石の中央へ持ってくる。
さて、第６図と第７図とを参照すれば、ビーム部分４５Ｄで患者の頭部Ｈを支持する装置と、頭部Ｈを囲むＲＦプローブ１８の構造も示されている。
頭部の固定には、周知であり、市販されているため、極く概略的に示している従来の頭部クランプ５０が含まれる。クランプ５０はビーム部分４５Ｄに装着されたクランプマウント５２にボルト止めされた底側プレート５１を含む。クランプマウントはビーム部分４５Ｄの上板５６の孔５５を通して突出する支柱５４に担持された上側取り付け板５３からなる。前記支柱５４の下端は前記板５６の下側に取り付けられた支持部材５７に取り付けられ、支持部材５７は支柱５４が垂直方向に摺動出来るようにし、また支持部材５７内で球形ベアリング５８の周りで２度旋回出来るようにしている。このように、支柱５４は垂直方向に運動することが可能で、また、必要に応じて、クランプ５０の側板５１を患者の頭部を外科医師団が決める方向に保持するように位置づけるために側方および前後に傾動することが可能である。クランプ支持装置のプレート５３はまた該プレート５３を、従って頭部クランプ装置を傾動させ得る球形ベアリング５９を含んでいる。このように、患者の頭部はビームの部分４５Ｄの上方において支持されているが、支柱５４の長さだけそこから離隔されている。
図示の便宜上、頭部固定装置およびＲＦプローブ支持装置の詳細は第４図、第５図および第８図においては省略している。
手術の過程の間頭部に外科医師団が近接しうるようにするために、ＲＦプローブは、上側部分１８Ａと下側部分１８Ｂとを含む２個の部分に分割されている。
上側部分１８Ａは、像形成時必要に応じて頭部の上方に位置される、２個の平行の、円形で調和したコイル１８Ｃと１８Ｄとからなり、前記コイルは像形成に必要な時は頭部の上方に位置する。下方部分１８Ｂは３個のコイル１８Ｅ，１８Ｆおよび１８Ｇを含む。コイルは図示のように直径が異なる。このように、コイル１８Ｄと１８Ｅとは概ね同じ直径であり、コイル１８Ｄおよび１８Ｅよりも小さい。コイル１８Ｆはコイル１８Ｅおよび１８Ｇの双方よりも小さく、かつこれらのコイルの間に位置している。
前記上側部分１８Ａのコイル１８Ｃと１８Ｄとはブラケット６０にしっかりと取り付けられ、該ブラケットはコイルの直径の周りの離隔位置においてコイルと係合し、これらのコイルを相互に対して固定関係に保持する。ブラケットの数は変更可能なことは勿論であるが、図示のように１８０度の間隔で２個のブラケットが配置されている。実際には、そのようなブラケットは３個が安定性を最大にするために使用される。
各ブラケットは、各ブラケットから下方へ延び、プレート５６に担持された急速開放固定機構６２に係合している接続脚６１を含む。このように、上側検出部材１８Ａはベースプレートの脚と係合することにより適所に直ちに係合することが可能で、単に上側コイルと脚とを垂直方向上方に持ち上げることにより直ちに取り外すことが可能で、患者の上方に持ち上げられ、必要でないとき収容すべく取り外すことが可能である。
患者が磁石に位置されると、上側コイルは必要な検出過程のために必要位置へ極めて迅速に位置させることが可能で、上側コイルは、像形成過程が完了し、外科医師団が手術に復帰すると患者から極めて迅速に取り外すことが可能である。
コイル１８Ｅはブラケット６３に装着され、該ブラケットはこれらのコイルを個定位置に保持し、ブラケットはベースプレート５６に直接取り付けられている。このように、下側検出部分は手術の間適所に留まっており、外科医師が手術個所へ近接するのに干渉しない。しかしながら、それは必要に応じて取り外すことが出来る。
コイル１８Ｇは油圧昇降装置６４に装着されており、該装置はコイルを垂直方向に運動させてＲＦプローブの同調を実行する。コイル１８Ｆは同様に油圧昇降装置６４Ｃに装着されＲＦプローブを適合させる。油圧アクチュエータ６４と６４Ｃとはプラスチック材から形成され、それぞれ、ベースプレートに装着されたシリンダと適当なカラーによりピストンをコイルの装着したピストンとを含む。従って、シリンダへ適当な流体を供給することによりコイル１８Ｇおよび１８Ｆの垂直運動あるいは捩れ運動を、ポンプ６４Ａおよび６４Ｂを制御することにより上方および下方に行なわせる。ポンプはＲＦ検出装置を自動的に同調させるために別の電子回路（図示せず）を備えたコンピュータ１９によって制御される。
コイルへの唯一の電気的接続はコイル１８Ｆまで延び、該コイルからＲＦ検出装置の受入部分まで、そこからコンピュータまで延び検出装置の出力を検出する接続である。配線された接続は何ら無いという意味ではコイル間には何ら電気的接続はないが、ＲＦプローブが作動するようにさせ誘導効果があることは勿論である。
このＲＦ検出装置の更に詳細は、１９９０年に発行され、本発明の発明者の一人の共著である、ラーンドジャーナル誌の［医学における磁気共鳴］（Learned Journal“Magnetic Resonance in Medicine”）において［高感度、高Ｂ１、代謝産物の定量化のための均質プローブ］（“A High Sesitivity, High B1、Homogeneity Probe for Quantitation of Metabolites”）という名称の論文に開示されている。
本明細書に図示し、かつ説明しているように、一組のコイルが頭部の下方に、かつ頭部の上方に一組のコイルが装着されている。しかしながら、２個の部分に分割され一部が手術の間に直ちに近接しうるように取り外し可能にするプローブにおいて種々の装置を使用しうることが認められる。例えば、コイルは、各々頭部の各側に位置させて垂直方向に装着することが出来る。
手術台が、極めて強い磁石の磁界が近づいてきたとき、その磁界の侵入に適したものとするために、手術台はこの要求に合致した材料で作ることが必要である。このように、手術台は非強磁性である必要がある。更に、手術台は高度の電気抵抗を有している必要がある。最後に、手術台は負荷される力を吸収するのに十分な構造的安定性と強度とを有している必要がある。これらの要件に対して特に選択された材料はチタニウムである。磁石が近づくにつれて、手術台に強い電流が発生するのを阻止するために高度の電気抵抗が必要である。そのような電流の方は、潜在的に手術台の危険な動きをもたらせ得る大きな力を発生させうる。
しかしながら、チタニウムは高度の電気抵抗性を備えているがＰＦプローブの効率的な作動とは相容れない。この矛盾を克服するために、ベースプレート５６の構造要素を形成するチタニウムと、ベースプレート近傍のビーム４５Ｄの部分とは１０ミクロン以下の厚さの銅の層７０で被覆している。この銅の層は、磁石が近づくにつれて強い電流が形成するようにするには不十分であって、プローブによる信号検出効率の低下を排除するに十分厚い（ＲＦの表皮深さの５倍以上）。
さて、第８図を参照すれば、磁石用のＲＦ遮断は、磁石が位置している室に銅のライニングを設けるという従来使用されてきた技術ではなくて、磁石の領域に対して局所的であるタイプのものである。このような装置においては、遮蔽は３個の要素から構成される。第１の要素は適当な厚さで、磁石１４の孔２１の内部に抵抗性が付与されている層７１からなる。導電性層７１は円筒形であって、孔の内面全体を網羅している。これはプラスチックの被覆層（図示せず）によって保護されている。前記遮蔽の第２の要素は患者の下側部分の周りに巻き付けられる導電性の織布袋からなる。前記袋は、該袋が患者の周りにかつ、手術台の下部分の上を巻き付けられるように開放している前記袋の開放した口７３を含む。前記袋は基本的には口７３から離れたところで閉鎖されている。しかしながら、支柱３５のある領域におけるスリットが、袋が支柱の周りで巻き付けられ、適当な閉鎖体によって閉鎖されうるように設けられている。このタイプの導電性織布は現在市販されており、適当なそのような織布は平方当たり１オーム程度の電気表面抵抗が必要である。
手術過程の間前記袋は患者の上の適所に留まっており、該袋から延び、その周りの離隔位置において磁石１４の適当なフレーム要素に接続する一連の電気接続ストラップ７４を含む。前記ストラップは磁石が適所に持ってこられると接続され、磁石が取り外されると外されることによって磁石は移動させても袋は患者の上に留まることが出来る。
遮蔽の第３の要素は患者とは反対側の端部において磁石の開放した口の上に懸垂した、導電性織布のカーテン７５である。このように、袋、フォイル層、およびカーテンが局部的に遮蔽して浮遊信号がＲＦ検出装置１８による検出に干渉しないようにする。
磁石が休止位置から像形成工程のために手術台まで動くにつれて、磁石は、その後磁石内の磁界に影響を与える種々の強磁性成分の領域を通過する。加速や減速も磁界に影響を与えうる。周知のように、従来のＭＲＩ方法においては、磁界は極めて繊細に変動し、制御されない外部の変動がＭＲＩ装置の正確な像を発生させる能力に深刻な影響を与えている。従って、所望の変動を与える前に、迅速に磁界を所望の値まで安定させておき、そして所望の変動の後も磁界がその値に対して安定した状態に留まることが重要である。
更に、像形成を行ないうる時間は極めて制限されているので、そのような安定化は短時間で行われることが重要である。手術過程においては、外科医師団は１０分から１５分程度の休憩を定期的にとるが、外科医師の通常の手順をわずらわせることがないようにその時間内に磁石を動かせて像形成要素を適用する段階を全て含んで像形成を完了しておくことが必須である。
従って、磁石を適正に安定化させて従来の仕方で像形成を進行させうるように最初の数秒以内に磁石が安定化することが重要である。
このためには、磁界と、磁界内の特に何らかの変動を検出するために孔２１内の電気コイル７６が設けられている。これらのコイルは該コイルからの出力を統合して磁界の変動に対するデータを取得する必要があるため、磁界の変動速度を検出する。このようにして、コイルからの出力は配線７７に沿ってコンピュータに伝送され、計算を行なうか、あるいは当該技術分野の専門家には熟知のアナログで統合される。磁石の磁界はコンピュータからの配線７８に沿って磁界シフトコイルを含みうる磁界要素に電流を供給することにより制御される。制御の詳細については当該技術分野の専門家には周知なのでここでは詳細には説明していない。
コイル７６による検出帯域を高めるために、導電層７１が容量的にコイルに結合され伝送ラインを提供し、導電特性抵抗を備えたコイル端に電気的に接続され、コイルがコイル端の間の代表的な電圧発生による磁界の変動に迅速に応答するに必要な状態を提供する。しかしながら、例えばフォイルでよい導電性層は像形成工程を始めるのに必要な磁界の必然的な変動には干渉し得ない。前記層は磁界の均質性にも干渉し得ない。後者の理由から前記層は非強磁性であることが必要である。
更に、前述の必要な特性を得るためには、厚さおよび抵抗性は以下の公式に従って選択する必要がある。もしも、τが像形成工程に関わる磁界の変動定数であるとすれば、ａはフォイルが位置している半径であり、ρはフォイルの抵抗であり、τはその厚さであるとすれば下式が示されうる。
ρ／τ≫４Ｘ１０^-7ａ／τ
このように、もしもａ＝０．３メータであるとすれば、τ＝５００マイクロ秒であり、ρ／τ≫２．４Ｘ１０^-4である。この条件は種々の方法で満足させることが可能である。例えば、銅のような良好な導電体は１マクロメータの厚さで孔に付与することが可能である。取り扱いを容易にするための好適な方法は厚さが２５マイクロメータのステンレス鋼、あるいはその他の高度の抵抗性のフォイルを使用することである。
そのよな伝送配線を使用することにより、磁気共鳴の過程によって発生する磁界の必然的な一時的変動に続いて、例えば５０マイクロ秒の間に数秒間磁界を安定させることが出来る。磁石の運動による変動は基本的にはこの時間内に除去される。患者からは離れているが、患者の領域内にある小型のサンプルおよびプローブから得た補助的なパルス化した核磁気共鳴信号によってより長い安定化を図ることが出来る。そのような［パルス化したフィールド周波数ロック］（“pulsed field frequency lock”）は磁気共鳴技術分野の専門家には熟知であるのでそれ以上は検討しないこととする。代替的に、フィールド周波数ロックを使用することは過去のものであり、磁気共鳴信号によってフィールド周波数がゆっくりと変動することの影響はコンピュータによって修正することが可能である。
磁石内での患者および手術台のために利用しうる空間の大きさは極めて制限されているので、手術台で使用する形式の従来のパッデイングは収容不可能である。第９図と第１０図とは、２５ミリ程度の厚さの比較的薄いが、患者の臥床姿勢による潰瘍形成に対する必要な保護を与える修正されたマットレスを示している。
手術台のプレート４４の上で使用するマットレスは８０で指示され、並置され、マットレス全体の上面と底面とがビニールシート８２、８３で被覆されている一連のゴムチューブ８１からなる。チューブはマットレスの長さに対して横方向に延び、マットレスの全長に亘り、平行に並置されている。前記チューブは交互に２つのグループに相互に関連している。マットレスの各側に沿って導管８４、８５が設けられている。導管８４は２本の平行の供給パイプ８５、８６を含む。導管８５も同様に２本の供給パイプ（図示せず）を含んでいる。一方のパイプは一方のグループのチューブに関連し、他方のパイプは他のグループのチューブと関連している。導管８５のパイプはチューブを膨らませるように作用し、導管８４のパイプはチューブをへこませるよう作用する。このように、交互のチューブが３−５分程度の時間にわたり交互にふくまされたり、へこまされたりする。このように、患者への加圧点は周期的に修正され、血液の供給の低下を発生させる加圧点を防止する。
磁石および像形成装置は、複数の種々の手術個所で磁石の周りの種々の点においても使用することが可能で、磁石は手術場所での像形成手順と、その場所での外科医師に必要とされるといつでも中央位置から各々の位置まで動かせることが可能である。このようにすれば像形成装置のコスト効率を上げることは勿論である。

Claims (11)

1. 第１端部及び第２端部を有していて手術のために患者を受ける手術台（１０）と、
   外科医師団が分析のために手術の進行をモニタし得るように手術の過程の一連の時間において患者の頭の像を取得する磁気共鳴像形成装置とを含み、
   前記磁気共鳴像形成装置が、
   強い磁界を発生させる磁石（１４）と、
   前記磁界を制御し、変動させる制御装置と、
   磁界に応答して患者の頭から核磁気共鳴信号を引き出しかつ検出するように構成され、患者の頭の近傍に配置されるＲＦプローブ（１８）を含んでいる無線周波数伝送および検出装置と、
   検出された信号を復号化し、表示するためのコンピュータおよびディスプレイモニタ装置（２０）と、
   前記磁石を前記手術台に対して移動させ得るように装着し、患者が手術台上の適所に留まっている間に患者の頭を前記磁界中に位置させる第１位置へ前記磁石を位置させることができるようになっている装着装置（１５，１６、２２−３１）とを含んでいる、外科処置において使用する装置において、
   前記装着装置（１５，１６、２２−３１）が、前記第１位置から第２位置まで前記磁石を、前記手術台の長手方向へ水平に、かつ前記手術台の前記第１端部から離れるように移動させ得るように構成されており、前記第２位置は、外科医師団が患者に接近するために前記手術台の前記第１端部の周りを動きかつ手術台の各側へ動いて外科処置を行うことを可能にするのに十分な水平方向距離だけ前記手術台の前記第１端部から離隔した位置であり、
   前記ＲＦプローブ（１８）は、磁石内で作動可能で、患者の頭を動かす必要なく磁石の外での外科処置のための患者の頭への近接を可能にする形状と配置にされており、また該ＲＦプローブは、患者の頭の一方の側に位置決めされる第１のプローブ要素（１８Ａ）と、頭の反対側に位置決めされる第２のプローブ要素（１８Ｂ）とを含み、前記第１のプローブ要素が外科処置のための患者への近接を可能にするように取り外し可能であることを特徴とする、外科処置において使用する装置。
2. 前記手術台の上にマットレス（８０）が設けられ、そのマットレス（８０）が、該手術台に対して横方向の複数の平行で膨らませ可能なチューブ（８１）と、マットレスからの患者に対する加圧点を変動させるためにチューブを交互に膨らませたりへこませたりする手段（８５）とを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記手術台が、高い電気抵抗性があって非強磁性の材料から作られた部分を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. ＲＦプローブに隣接した手術台（１０）の部材の少なくとも１個は、前記高い電気抵抗性より低い電気抵抗性の材料の層（７０）でコーティングされていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記第１および第２のプローブ要素（１８Ａ、１８Ｂ）が配線した電気接続がないため前記第１のプローブ要素が配線した電気接続を外すことなく取り外し可能であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の装置。
6. 前記第１および第２のプローブ要素（１８Ａ、１８Ｂ）の各々が、複数の平行の平坦なコイルを含んでおり、また、前記ＲＦプローブを同調させ、適合させるために前記コイルの少なくとも一つを動かすための手段が設けられていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載の装置。
7. 磁石を前記第２位置から前記第１位置まで動かせた後で像形成を行なう前に磁石の磁界を安定させる安定化手段が設けられていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の装置。
8. 前記安定化手段が、磁界の変動を検出する検出手段（７６）と、磁石の磁界を制御する手段とを含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記磁石が円筒形の内孔を有し、前記検出手段が、前記磁石の内孔内に装着されて該内孔と共軸関係の少なくとも１つのコイル（７６）と、前記内孔と共軸で該内孔に沿ってコイルよりも大きい距離に亘って延び、前記コイルと容量的に電気接続され、非強磁性材料から形成されている導電性層（７１）とを含み、前記導電性層（７１）が、像形成技術に対して必要な磁界の変動と干渉しないように磁界の変動を検出するのに十分な帯域を有している電流をコイルに流しうるように選択された電気抵抗と厚さとを有していることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 導電性層（７１）を含んでいてＲＦプローブを周りの電気的変動から遮断するＲＦ遮断層が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 患者や手術台の磁石の外側にある部分の周りに巻き付けられるようになっている導電性で可撓性の織布層（７２）を含んでいてＲＦプローブを周りの電気的変動から遮断するＲＦ遮断層が設けられていることを特徴とする請求項１から第１０までのいずれか一項に記載の装置。

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