JP4021955B2 - 治療用mriシステム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気共鳴イメージング(MRI)装置と、超音波手術装置とを含む治療用MRIシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
外科手術、特に脳外科の手術においては、手術の方法やアプローチの計画のために手術前の精密な診断が非常に重要である。このため最近では、X線CTやMRI装置等が診断装置として多く使われる様になり、この方面における技術の進歩は目ざましい。最近では、手術中でも診断ができるオープンMRIなどが登場している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、手術によく用いられるものとして超音波メス装置がある。この装置で用いられるのは通常20K〜30KHzの周波数であり、現時点ではMRIで得られた画像に与える影響を無視できるが、超音波メスの技術の進歩により、用いる周波数が40K〜100KHzのものが出現する可能性があり、この場合はMRIで得られた画像に与えるノイズの影響を無視できなくなる。
【0004】
本発明の治療用MRIシステムはこのような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、超音波手術装置によるノイズの影響を受けずにMRI装置による診断を行なうことができる治療用MRIシステムを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一態様に係る治療用MRIシステムは、フットスイッチの操作に応じて被検体を治療するための超音波周波数の信号を発生して出力する超音波手術装置と、磁気共鳴装置と、前記磁気共鳴装置に対して磁気共鳴画像を構成するためのRF波を送信するRF波送信部と、前記磁気共鳴装置からのRF波を受信して前記磁気共鳴画像を構成するRF波受信部とを有する磁気共鳴装置制御装置と、を具備し、前記超音波手術装置は、前記フットスイッチの操作により前記超音波周波数の信号を出力すべき指示が出されているときには、前記RF波の送受信タイミングを示す同期信号の送受信区間において前記超音波周波数信号を低い振幅で出力するとともに、前記RF波の送受信タイミングを示す同期信号の休止区間において前記超音波周波数信号を高い振幅で出力する。
【0006】
本発明によれば、ノイズの影響を受けることなしにMRI装置による診断と、超音波手術装置による治療を同時に行なうことができるので、処置の成果が向上して高度な手術が可能となる。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態の説明に先立って、まず本発明を理解するのに役立ついくつかの参考例について説明する。図1乃至図3は、参考例1を説明するための図である。図1は参考例1に係る治療用MRIシステムの構成を示す図であり、MR装置1と、このMR装置1に接続された制御装置2と、この制御装置2にIF(インタフェース)ケーブル5aを介して接続された操作卓3と、前記制御装置2にIFケーブル5bを介して接続された電気メス装置4とを具備する。
【0008】
図2は図1に示す治療用MRIシステムのブロック図である。図2に示すように、制御装置2は第1の信号出力手段としてのRF波送信器6と、RF波受信器7と、磁場制御ユニット8を具備している。電気メス装置4は、治療用電気メス信号を発生する第2の信号出力手段及び、検出手段、出力制御手段としての発振制御部12と、電気メス信号を増幅するアンプ13とを具備し、アンプ13には電気メスが接続されている。電気メスは、例えばバイポーラ電極9の様なバイポーラ式の電気メスでも良いし、あるいはメス10と対極板11を用いるモノポーラ式の電気メスであってもよい。さらに、発振制御部12には電気メスの出力をON/OFFするフットスイッチ(F.SW)14が接続されている。
【0009】
以下に上記した構成の作用を説明する。操作卓3の操作によって、制御装置2の内部にあるRF波送信器6からMR画像を構成するためのRF波がMR装置1の方に送られて図示せぬ患者に照射される。MR装置1からの信号をRF波受信器7によって受信してMR画像を構成する。なお磁場制御ユニット8からは傾斜磁場を発生させるための信号がMR装置1に送られる。
【0010】
一方、電気メス装置4の発振制御部12は、フットスイッチ14の操作に応じて300K〜500KHzの電気メス用高周波信号を発生する。この高周波信号はアンプ13に送られて各処置具に送られ電気メスとして作用する。このとき、MR装置1のRF波送信タイミングを示す同期信号をIFケーブル5bを介して制御装置2のRF波送信器6から電気メス装置4の発振制御部12に送信するようにする。
【0011】
図3はこのときの様子を示すタイミングチャートである。図3に示すように、同期信号はMRI SYNC信号として示されているが、逆受信を行っている出力アクティブ区間と休止している区間とが繰り返されている。図3からわかるように、電気メス装置4に接続されたフットスイッチ14がOFFの間は電気メス装置4の出力(CUT波形)は出力されない。また、フットスイッチ14がONになっている場合にもしCUT波形が選択されている時は、MRI SYNC信号の休止区間(A−A′及びB−B′の区間)においてだけ出力(CUT波形)が出される。送受信の区間はフットスイッチ14がONであっても、電気メス装置4の出力は出力されない。
【0012】
同様に、COAG波形が選択されている場合は、MRI SYNC信号の休止区間(A−A′及びB−B′の区間)の間だけCOAG波形が出力され、MRI画像を構成するためのRF波の送受信が行われている間は、フットスイッチ14がONになっていても波形は出力されない。
【0013】
この様に発振制御部12は、RF波送信器6からのMRI SYNC信号のパルスタイミングに応じて、300K〜500KHzの高周波電流出力の発生タイミングを制御するので、高周波電流出力がMRIの画像を構成するためのRF信号にノイズとなって挿入されるのを防止する事ができる。
【0014】
電気メスや超音波メスを使用する手術環境においては、基本的に電気信号を用いるが、上記した参考例1によれば、超音波メスや電気メスを用いる外科手術において、MR装置を用いてもノイズによる悪影響を受けることはない。
【0015】
以下に図4、図5を参照して参考例2について説明する。図4は参考例2に係る治療用MRIシステムの構成を示す図である。図4において前記した参考例1と同じ構成要素には同じ番号を付し、その説明は省略する。
【0016】
参考例2に係る操作卓3は、制御装置2内部に設けられたRF波送信器6、RF波受信器7、磁場制御ユニット8を制御するためのシーケンス制御手段16と、このシーケンス制御手段16を制御するためのコントローラ17とを具備している。また、このコントローラ17から電気メス装置4へのフィードバックライン15が設けられている。
【0017】
RF波送信器6から出力される画像構成用のRF波の送信タイミングあるいはRF波受信器7による前記RF波の受信タイミングは操作卓3の操作に応じて変化し、これらのタイミングはシーケンス制御手段16によって制御される。このように送受信時のパルスシーケンスは一定の間隔でないので、参考例1のようにRF波送信用の信号をそのまま電気メス装置4へ入力すべき同期信号として用いると、単位時間当たりの高周波電気メスの出力が変化してしまい安定した治療が行えない場合がある。
【0018】
そこで参考例2ではこれを防ぐためにパルスシーケンスの出力状況をコントローラ17の内部で所定の演算、例えばパルスのデューティ比を演算する。そして、当該パルスのタイミングとデューティ比に応じた信号をフィードバックライン15を介して電気メス装置4へフィードバックし、このフィードバック信号に従って一定期間は出力が一定になるように電気メス装置4の出力を制御するようにする。これによって単位時間当たりのパルスシーケンスが刻々と変化しても電気メスの出力を一定に保つことができ、安定した治療が行えるようになる。
【0019】
なお、上記した図4の説明ではパルスシーケンスの状態を操作卓3側で演算して電気メス装置4へ送信したが、図5に示すように電気メス装置4の内部に同期信号からパルスシーケンスの状態を演算する演算部18を設け、このときの演算結果に応じて発振部制御部12の発振タイミングを決めたり、アンプ13の方にフィードバック信号として与えて出力の大きさを変化させるようにしてもよい。
【0020】
以下に図6、図7を参照して参考例3について説明する。図6は参考例3に係る治療用MRIシステムの構成を示す図であり、MRI装置21と、電気メス装置22と、電気メス装置22が動作した時のノイズを受信する受信アンテナ23と、受信アンテナ23からの信号を受信する受信アンプ24と、受信アンプ24からの信号を解析する信号解析部25aと、解析された信号を増幅する増幅アンプ25bと、信号解析部25aで解析され、増幅アンプ25bで増幅された信号を送信する送信アンテナ26と、MRI装置21を制御する制御ユニット27と、MRI画像を表示するモニター28とを具備する。
【0021】
以下に上記した構成の作用を説明する。MRI装置21で画像を取り込んでいる間、電気メス装置22によって治療が行われると電気メス装置22の処置部の信号がノイズとしてMRI装置21に悪影響を及ぼす。そこで参考例3では、この電気メス装置22の処置部で発生した電気的なノイズ信号を受信アンテナ23で受信して受信アンプ24によって増幅するようにする。
【0022】
次に、信号解析部25aでこのノイズ信号を解析して増幅アンプ25bによって増幅する。例えば受信したノイズ信号の位相から180°位相をずらした信号を信号解析部25aで発生させ、次に増幅アンプ25bで増幅した後、送信アンテナ26から処置部近傍に向けて送出する。これによって、電気メスの処置部で発生した電気ノイズを送信アンテナ26から送出される位相を反転した信号によってキャンセルする事ができ、結果的にMRI画像にノイズが表れないことになる。
【0023】
この様にしてMRI装置21にノイズによる悪影響を与えることなしに、MR診断と電気メスによる処置を同時に行なうことができる。図7は上記した参考例3の変形例を示す図である。図7において、図6と同一の番号を有するものは同一の要素なのでその説明を省略する。
【0024】
この変形例では、電気メス装置22の処置部におけるノイズ信号を受信アンテナ23で受信して受信アンプ24を介して波形処理ユニット29に送る。波形処理ユニット29は波形処理した信号をMRI装置21に接続された制御ユニット27を介してモニター28に送信する。そして、このモニター28の画像上でノイズ信号をキャンセルようにする。
【0025】
これによってモニター28上には電気メス装置22のノイズがキャンセルされて本来必要な画像だけが映し出される事になり、ノイズ信号の影響を受けることなしにMRIによる診断と電気メスによる処置を同時に行なうことができる。
【0026】
なお、上記した参考例3において、電気メス装置22のON/OFFの信号あるいは波形の種類、例えばCUT波形あるいはCOAG波形に関する情報を受信アンプ24や信号解析処理部25a、波形処理ユニット29に供給して最適な波形処理を行なうようにしてもよく、これをノイズ信号をキャンセルするのに最適な信号として用いてもよい。
【0027】
以下に図8、図9を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図8は本発明の一実施形態に係る治療用MRIシステムの構成を示す図であり、その基本的な部分の構成は図2と同一であるが、図8に示す構成ではアンプ31と超音波周波数の信号を発生する発振制御回路32とを含む超音波手術装置30を具備している点が異なる。この超音波手術装置30には内部に超音波振動子を含むハンドピース33が接続されている。34はアンプ31から発振制御回路32へのフィードバックラインである。
【0028】
以下に上記した構成の作用を説明する。ハンドピース33は圧電式の超音波振動子を含んでおり、20K〜30KHzの周波数の電圧を与える事によってその周波数の機械的振動を発生する。これをハンドピース33の先端まで伝えてその振動を処置部に当てると処置部が乳化・破砕されて処置が可能になる。この振動子は共振点で駆動するために信号をフィードバックしながら周波数を制御させることが必要であり、そのためにハンドピース33へ入力されるアンプ31の出力信号を発振制御回路32に戻すためのフィードバックライン34を設けている。
【0029】
ハンドピース33内部の超音波振動子は機械振動しているので慣性をもち、発振をONからOFFあるいはOFFからONさせるには多少の時間を要する。そのため、超音波振動をON/OFFさせる動作は電気メスを用いた場合と比較してあまり高速にはできない。そこで超音波をON、OFFするにあたって、低い出力で振動する状態をOFF状態とし、ある設定した高振幅の状態をON状態として位置づけて高振幅と低振幅との間で繰り返して振動するように制御を行なうことが必要である。
【0030】
MRI装置と超音波メスを用いた超音波手術装置を組み合わせる場合、20K〜30KHzで振動する超音波振動子から発せられるノイズはMRI装置に対してノイズとしての影響が余りなく、MRI画像にはあまりノイズが現れないが、超音波振動子が高振幅で振動しているときは無視できないノイズが現れてしまう。
【0031】
そこで上記した参考例1で説明した様に、MRI画像を構成するためのRF波の送受信タイミングを表す振幅信号をMR装置1から取り出して超音波手術装置30に入力する。そして、図9のタイミングチャートに示す様に、MRI SYNC信号の休止区間(A−A′及びB−B′区間)では超音波出力(図9のUS出力)を設定値の大きな振幅とし、このMRI SYNC信号の送受信区間では、振動を維持するためのフィードバック信号が返ってくる程度の低い振幅で超音波出力を動作させておく。こうすることによって、MRIの画像に対するノイズの影響が非常に少なくなり、画像診断と超音波手術装置による処置とを同時に行なうことができる。
【0032】
以下に図10を参照して参考例4について説明する。図10は、参考例4に係る超音波手術装置の構成を示す図であり、ハンドピース40はシールドケーブル46を介して超音波信号を発生する制御装置47に接続されている。ハンドピース40は圧電式の振動子41と、この振動子41にエネルギーを与えるための能動側の電極42及びアース側の電極43と、振動子41による振動を増幅するホーン44と、振動を処置部に伝えるためのプローブ45と、上記の各部を収納するハンドピースケース50とを具備している。ハンドピースケース50は導電性非磁性体、例えばアルミニウム合金、あるいはチタニウム合金で形成されている。
【0033】
また、制御装置47は、信号を発生する発振装置48と、発生された信号を増幅昇圧し、かつ分離する出力トランス49とを具備している。MRI装置は強力な磁場を発生し、強力な磁場の中で画像を構成するので磁性体で処置具を作ると、その磁気に引かれたりあるいは画像を歪ませたりする原因になる。そのため非磁性体で作らなければならない。
【0034】
上記した構成において、超音波手術装置は発振装置48で発生した20K〜30KHzの超音波周波数の信号を出力トランス49によって絶縁昇圧して、シールドケーブル46を介してハンドピース40内部の振動子41に送信する。振動子41は電極42および43を介してその電気信号を受けて微少な振動を発生する。この微少な機械的振動はホーン44によって増幅される。
【0035】
増幅された信号はプローブ45によって遠端部の方に伝えられ、処置具に超音波振動、機械的振動を与える。これによって、処置部の乳化・破砕処置を行なうことができる。
【0036】
この時、電極42の方は能動側の電位であり、電極43の方は非能動側のアース電位となっている。シールドケーブル46のシールドはこの非能動側の電位ラインと接続されているが、ハンドピースケース50は金属で構成されているので、このハンドピースケース50と非能動側の電位とを接触させる事によって、振動子41全体も非能動電位側によってシールドされる事になる。この様にする事で、能動電位側、電極42側の電位は完全に非能動電位側に囲まれて外部には漏れ出されない構造とする事ができる。
【0037】
上記した参考例4によれば、MRI装置の近傍で超音波手術装置を用いても、MRI画像に超音波の信号がノイズとして表れる可能性は非常に小さくなる。よってMRIによる診断と超音波手術装置による処置とを同時に行なうことが可能となる。
【0038】
なおMRIの受信信号の基準となるグランド電位とこのハンドピースケースとを導電的に接触させる事によって、より一層シールド効果が向上し、MRIの画像にノイズが出にくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例1に係る治療用MRIシステムの構成を示す図である。
【図2】 図1に示す治療用MRIシステムのブロック図である。
【図3】 参考例1の作用を説明するためのタイミングチャートである。
【図4】 参考例2に係る治療用MRIシステムの構成を示す図である。
【図5】 参考例2の変形例を示す図である。
【図6】 参考例3に係る治療用MRIシステムの構成を示す図である。
【図7】 参考例3の変形例を示す図である。
【図8】 本発明の一実施形態に係る治療用MRIシステムの構成を示す図である。
【図9】 本発明の一実施形態の作用を説明するためのタイミングチャートである。
【図10】 参考例4に係る超音波手術装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 MR装置、
2 制御装置、
3 操作卓、
4 電気メス装置、
5a、5b IFケーブル、
6 RF波送信器、
7 RF波受信器、
8 磁場制御ユニット、
12 発振制御部、
13 アンプ。
Claims (1)
- フットスイッチの操作に応じて被検体を治療するための超音波周波数の信号を発生して出力する超音波手術装置と、
磁気共鳴装置と、
前記磁気共鳴装置に対して磁気共鳴画像を構成するためのRF波を送信するRF波送信部と、前記磁気共鳴装置からのRF波を受信して前記磁気共鳴画像を構成するRF波受信部とを有する磁気共鳴装置制御装置と、を具備し、
前記超音波手術装置は、前記フットスイッチの操作により前記超音波周波数の信号を出力すべき指示が出されているときには、前記RF波の送受信タイミングを示す同期信号の送受信区間において前記超音波周波数信号を低い振幅で出力するとともに、前記RF波の送受信タイミングを示す同期信号の休止区間において前記超音波周波数信号を高い振幅で出力することを特徴とする治療用MRIシステム。
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