JP4049869B2

JP4049869B2 - 核磁気共鳴像形成装置

Info

Publication number: JP4049869B2
Application number: JP36304997A
Authority: JP
Inventors: エイコッツグレン; カスボスキーラリー
Original assignee: フィリップスメディカルシステムズ（クリーヴランド）インコーポレイテッド
Priority date: 1996-11-23
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2017-11-25
Also published as: DE69726097D1; GB9624399D0; JPH10179553A; EP0844488A1; US6377837B1; EP0844488B1; DE69726097T2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核磁気共鳴像形成装置（ＭＲＩとして知られている）に使用するための装置に係る。このような装置は、生体組織検査（生検）のような介在的活動を実行するためのものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＩは、患者の症状の診断を助けるために人体の内部構造を簡単に目に見えるようにするのに使用されるが、患者身体の当該部位にアクセスできる場合には生検のような介在的活動を実行することもできる。これは、いわゆるオープンＭＲＩシステムが使用される場合であり、例えば、２つの離間されたコイル又はＣ字型磁石を使用するシステム、或いはフィールド磁石の軸方向長さ、ひいては、患者が入れられるそのボアの軸方向長さがこのようなアクセスを許すに充分な程短いシステムが使用される場合である。このようなシステムは、以下「アクセス可能な」システムと称する。
【０００３】
このようなアクセス可能な磁石システムの組合せは、ＭＲ適合の生検ニードルの入手性とあいまって、病変部位を目に見えるようにして生検を手引きするためにＭＲ像形成の優れた軟組織コントラストを開発する可能性を切り開いた。
生検ニードルを正確に配置するために、患者内の空間点を正確に定義することのできるいわゆる定位装置が使用される。例えば、フレーム定位装置は、物理的な三次元フレームワークを備え、これは、患者、例えば、患者の頭にクランプされ、患者の頭の中のいかなる空間点も、フレームワークに対しｘ、ｙ及びｚ軸上に正確に定義することができる。フレームなしの定位装置も、同じ効果を達成するが、ｘ、ｙ及びｚ座標を定義するのに物理的なフレームワークを使用せずに、光学的又は超音波手段を使用する。
【０００４】
１つの既知の解決策は、小さなＭＲ−可視マーカーを解剖学的表面上に配置しそしてその領域の体積像を収集することである。次いで、患者は、磁石のボアから引き出される。生検ニードルの尖端から固定の距離に２つの超音波放射器を有するハンドヘルド式の生検ニードル装置は、マイクロホンの固定のアレーにより空間内に配置することができ、そして基準マーカーに向けることにより、ＭＲ像情報を患者の現在位置にマップさせることができ、従って、生検ニードルの位置及び向きをＭＲ像に表示することができる。
【０００５】
アクセス可能な磁石システムにおいて、オペレータは、生検ニードル装置を像形成領域において実際に操作することができる。例えば、マシンに適当に取り付けられた光学的なフレームなしの定位システムを使用することにより、装置の現在の位置でＭＲ像形成切片位置を動的に設定することができ、ひいては、生検プロセスを案内することができる。
【０００６】
米国特許第５，３６５，９２７号には、像を収集すべき平面の位置及び向きを指示するポインタ装置を提供することが提案されている。米国特許第５，２７１，４００号に開示されたＭＲ追跡装置は、ポインタの位置を追跡するのに使用することができる。
【０００７】
【発明の構成】
本発明は、ＭＲスキャナの像形成領域に使用されるＭＲ定位システムに用いる装置であって、付加的なハードウェアを必要とせずに、磁石勾配システムを測定システムとして使用して非常に簡単に且つ対話式に案内することのできる装置を提供することに向けられる。ここに示す特定の用途は、胸部生検であるが、この同じ装置を、例えば、肝臓や脳のような他の領域での生検にも使用できる。又、本発明は、生検装置以外の介在的装置、例えば、人体通路に挿入される直腸内像形成コイルのような像形成コイルにも使用できる。
【０００８】
本発明は、患者に対する医療器具の位置及び向きを表示する方法であって、その医療器具には、ＭＲアクティブサンプルを各々含む少なくとも２つの位置設定素子と、そのサンプルに支持された各ＲＦ受信コイルとが設けられ、受信コイルは、磁気共鳴処理電子回路の個別の受信チャンネルに接続され、上記方法は、ＲＦ励起パルス及び磁界勾配を付与し、磁気共鳴信号を処理して上記素子の位置を定め、ＲＦ励起パルス及び磁界勾配を付与して、医療器具の所望の部分の位置に基づいて患者の領域を像形成し、その患者の領域をＭＲ像に重畳した医療器具の瞬時位置と共に表示し、そして医療器具を移動するという段階を含むサイクルを実行し、そして更にこのサイクルを繰り返すことより成る。
【０００９】
又、本発明は、患者に対する医療器具の位置と向きを表示する装置であって、その医療器具には、ＭＲアクティブサンプルを含む少なくとも２つの位置設定素子が、そのサンプルに支持された各ＲＦ受信コイルと共に設けられ、受信コイルは、磁気共鳴処理電子回路の個別の受信チャンネルに接続された装置において、共鳴を励起及び検出するためのＲＦ励起パルス及び磁界勾配手段と、磁気共鳴信号を処理して、上記素子の位置を定めると共に、医療器具の所望の部分の位置に基づいて患者の領域を像形成するための手段と、上記患者の領域をそれに重畳された医療器具の瞬時位置と共に表示するための表示手段とを備えた装置も提供する。
【００１０】
本発明の１つの特徴によれば、３つの位置設定素子が設けられ、これらの素子は、その付勢時に装置の位置及び向きをｘ、ｙ及びｚ軸に対して決定でき及び／又は目に見えるようにする信号を発生するように本体部分に対し且つ互いに配置される。
本発明の第２の特徴によれば、液体は、ドープ水である。
本発明の第３の特徴によれば、各位置設定素子は、補助コイルに電気的に接続されたキャパシタを含む。
本発明の第４の特徴によれば、本体部分は、プラスチック材料で形成される。
本発明の第５の特徴によれば、各貯溜部は、ガラスの小瓶より成る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。生検ニードル装置は、基本的に、アセタールホモポリマーＤＥＬＲＩＮ（登録商標）のようなプラスチック材料で作られたハンドヘルド式のワンド１より成り、これは、４で示された生検ニードルを支持する。
プラスチックワンド１は、一体的な取手２及び本体部分３を有し、生検ニードル４は、生検ニードルガイド５により良く知られたやり方で取り外し可能に取り付けられる。
【００１２】
既知の生検ニードル装置１、２、３には、複数（この場合は３つ）の位置設定素子６ａ、６ｂ及び６ｃが設けられ、その各々は、本体部分の外面と平らになるように本体部分３のくぼみに配置される。
これら位置設定素子の１つ６ａが図２に拡大図で示されており、これについて以下に詳細に説明する。
長さが約４ｍｍの実質的に円筒状のガラスの小瓶７は、ＭＲＩ装置の表示スクリーン上に見ることのできるドープ水８である。補助コイル９ａがガラスの小瓶に巻き付けられ、そして小瓶７に支持されるか又はその付近に取り付けられたキャパシタ（図示せず）を経てＭＲ付勢及び制御システムに電気的に接続される。
【００１３】
コイル９ａ、９ｂ及び９ｃを各々有する３つの素子６ａ、６ｂ及び６ｃは、付勢時に装置１をｘ、ｙ及びｚ軸に対して所望の位置に置くことができるように配置される。理想的には、素子６ａ、６ｂ及び６ｃの位置を点で定めねばならないので、これら素子は、できるだけ小さく形成されると同時に、周囲の事柄の信号強度に対して充分に強い信号を発生し、３つの素子の位置がシステムのディスプレイスクリーン上で明確に見えるよう確保される。
【００１４】
水８は、通常の水の弛緩時間では長過ぎるので、３０ｍｓ以下の弛緩時間Ｔ₁を与えるためにドープされる。弛緩時間とは、水の分子がＲＦ磁界によりそれらの中性位置からｚ軸に沿ってｘ、ｙ平面へとフリップされた後にそれらの元の配向に戻るのに要する時間である。
コイル９ａ、９ｂ及び９ｃの各々は、細い同軸ケーブルより成るリード１０を経て前置増幅器（図示せず）に接続され、次いで、ＭＲスキャナ（図示せず）の個別の受信チャンネルに接続される。
【００１５】
生検装置の使い方を以下に説明する。
装置、特に、生検ニードル４は、ＭＲＩ装置のフィールド磁石の像形成領域に保持される。４つの勾配−再現(recall)エコーより成る簡単なＭＲシーケンスがコイル９ａ、９ｂ及び９ｃの各々に対して別々に処理され、従って、磁気勾配システムに対し各小瓶７内の各水サンプル８の位置が決定される。
【００１６】
ここに使用する手順は、磁界Ｂ₀の不均一性を補正する。勾配システムの非直線性は、信号処理において考慮することができる。適当な空間解像度を得るのに適度なスキャナ仕様以上のものは必要とされない。
各受信チャンネルの信号は、主として、各小瓶７に収容されたドープされた水サンプル８からのものである。この構成により、各補助コイル９ａ、９ｂ及び９ｃの位置は、水サンプルのサイズにより決定される位置精度で１００ｍｓの時間内に得ることができる。
【００１７】
補助コイル９ａ、９ｂ及び９ｃの位置から、磁気勾配システムに対する生検ニードル４の尖端の位置及び整列を計算することができる。これは、既知のソフトウェアルーチンを用いて行われる。
例えば、胸部の生検を行うために、ＭＲスキャナの第３チャンネルに設置された適当な表面受信コイルに胸部を固定して、患者を側臥位置に配することができる。
【００１８】
最初のコントラスト増強のＴ₁重み付け走査は、病変部位を目に見えるようにし、次いで、ターゲット位置をスキャナのソフトウェアへ通すことができる。次いで、スキャナを連続ループモードで動作し、その際に、予めの走査で第１及び第２チャンネルからのデータを処理してニードル４を位置決めし、その後、第３チャンネルを経て単一走査高速Ｔ₁重み付け勾配エコー像を現在ニードル位置により決定された位置及び向きで得る。オペレータは、ニードルの位置を調整し、ループを繰り返す。
【００１９】
簡単なソフトウェアルーチンで全て実施される目標とする戦略の構成を思い描くことができる。１つの考えられる戦略は、切片の向きを軸方向にニードル方向にセットし、ニードル方向の線に沿ってセンタリングし、ターゲット位置を通るようにすることである。１０ｍＴ．ｍ^-1の振幅及び１０ｍＴ．ｍ^-1．ｍｓ^-1のスルーレートという勾配性能をもつＭＲシステムは、このような単一切片走査を数秒で得ることができる。
【００２０】
予めの走査及び像形成走査の全体にわたりワンド装置を保持するよう確保するために、機械的なホルダを使用することができる。
現在像は、スキャナディスプレイコンソールに対して更新され、そしてフィルタラインを経て、オペレータが見るための便利な位置にあるＲＦシールドボックスに取り付けられたＬＣＤディスプレイへ中継される。このプロセスは、胸部の表面におけるニードル方向の初期整列から、病変部位内のニードル尖端の位置まで続けられ、その全てがＭＲ像において見ることができる。
【００２１】
図３を参照すれば、位置設定素子の位置決めと患者の像形成との間をできるだけ迅速に交換するのが望ましい。各々の場合の励起に同じ本体コイルが使用される。従って、像形成の選択肢を妥協しないように、位置設定素子（又は基準）の励起中に走査領域の体積磁化の回転を最小にする必要があるために、競合状態が生じる。この必要性は、当然、基準コイルにより達成できるＳＮＲを低減する。この問題は、同調されるべき基準コイル９ａとして、ＲＦ励起の周波数で共振する共振コイルを配置することにより解決される。従って、基準コイルは、ローカル磁束増幅器として作用する。これは、本体コイルが１°のＲＦ励起パルスを発生する一方、本体磁化が１°の回転しか受けないときに、基準サンプルは、この数字の数倍の回転を経験し、ＳＮＲが対応的に増大することを意味する。
【００２２】
基準を探索する際に体積磁化が著しく妨げられないので、本体磁化を回復するのに著しい時間を許す必要がない（大きなフリップ角度の場合は、１／４秒程度の長さでよい）。それ故、基準を像形成しそして患者を像形成する２つのブロックを迅速に交換することができ、これは、医療器具の位置に対して一定の変化を作ることが所望される場合には非常に重要なことである。
【００２３】
本質的に、このシーケンスは、連続的に繰り返される２つのブロックで構成される。第１のブロックは、勾配プロファイルが３つの全ての軸に４つの異なる極性の組合せで付与される４つの勾配再現エコーより成る位置追跡データ収集である。このような方法が米国特許第５，２７１，４００号に開示されている。各エコーに対して、スキャナの像形成体積をカバーするために４０ｃｍに設定された視野で２５０個のサンプルが収集される。位置追跡データ収集全体が６０ｍｓで完了する。
【００２４】
第２の像形成ブロックが開始する前に、位置設定の計算が実行される。３つの基準コイル９ａがあって、その各々が処理電子回路の個別のチャンネルに接続され、そして処理電子回路の第４のチャンネルが患者の像形成に使用される主受信コイルに接続されることを想起されたい。像形成コイルのデータは、位置追跡シーケンスの後に破棄され、基準コイルに接続された残りの３つのチャンネルは、別々に処理され、これは、各エコーからのフーリエ変換における最大信号の位置をアダマール変換することより成る。Ｂ₀不均一性の作用は、この方法において除去され、スキャナ勾配システムの中心に対する各基準点の位置が、基準サンプルのサイズ、データ収集の解像度及び勾配システムの直線性により決定された精度で与えられる。単純な計算により、現在基準位置は、像形成勾配プロファイル及び切片位置設定情報に適用されるべき１組の傾斜係数に変換される。
【００２５】
第２のブロックは、像データの収集である。上記のように計算された新たな像配向パラメータをロードするのに２０ｍｓが許される。ここに示す用途においては、磁化準備反転パルスの追加と共に、単一切片の１２８ｘ１２８ターボフラッシュデータ収集が使用され、全収集時間は、約１秒となる。像は、スキャナワークステーションにおいて直接的に再構成され、表示される。この表示は、７５オームのフィルタラインを経て磁石面に配置されたＬＣＤへ中継される。適当な遅延によりオペレータは現在像を検討し、そしてサイクルを繰り返す前に装置を再配置することができる。
【００２６】
現在のプローブ位置からサーチできるようにするために、プローブ位置により決定されたデフォールト切片位置をワークステーションのコンソールからオフセットしそして回転することができる。例えば、生検の用途では、走査平面をニードルの軸方向となるように回転し、そして走査平面を現在のニードル尖端位置から前方に、目標とする解剖学的部位を識別できるまで増加するよう選択できる。
【００２７】
本発明は、前立腺を像形成するような生検装置や、人体通路に挿入される例えば直腸内像形成コイルのような像形成コイルにも適用できる。
ＭＲアクティブサンプルは、０．２５ｍｍ外径の銀線を使用した内径約１．９ｍｍ及び長さ３ｍｍの８巻回のソレノイドコイル内に配置された液体又はポリマーの皮膚パッド材料（英国、スペンコ・ヘルスケア・インターナショナル・リミテッド）でよい。この組立体は、４ｘ１０ｍｍのＰＣＢに取り付けられ、２１．３４ＭＨｚに同調され、そして低ロス信号送信のために５０オームに分路マッチングされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施形態の概略斜視図である。
【図２】図１の拡大部分図である。
【図３】タイミングシーケンスを示す図である。

Claims

患者に対する医療器具の位置及び向きを表示する装置であって、その医療器具には、ＭＲアクティブサンプルを含む少なくとも２つの位置設定素子が、そのサンプルに支持された各ＲＦ受信コイルと共に設けられ、これら受信コイルは、磁気共鳴処理電子回路の個別の受信チャンネルに接続された装置において、共鳴を励起及び検出するためのＲＦ励起パルス及び磁界勾配手段を備えたことを特徴とする装置。
患者に対する医療器具の位置及び向きを表示する装置であって、その医療器具には、ＭＲアクティブサンプルを含む少なくとも２つの位置設定素子が、そのサンプルに支持された各ＲＦ受信コイルと共に設けられ、これらの受信コイルは、磁気共鳴処理電子回路の個別の受信チャンネルに接続された装置において、共鳴を励起及び検出するためのＲＦ励起パルス及び磁界勾配手段と、磁気共鳴信号を処理して、上記素子の位置を決めると共に、上記素子の位置に基づいて患者の領域を像形成するための手段と、上記患者の領域をそれに重畳された医療器具の瞬時位置を表す像と共に表示するための表示手段とを備えたことを特徴とする装置。
上記受信コイルは、ＲＦ励起周波数に同調される請求項２に記載の装置。
上記位置設定素子の位置を決めるためにＲＦ励起パルスにより与えられるフリップ角度を合計１５°未満に制限するための手段を備えた請求項２又は３に記載の装置。
全フリップ角度は、２°未満である請求項４に記載の装置。
３つの位置設定素子が設けられ、これら素子は、その付勢時に器具の位置及び向きをｘ、ｙ及びｚ軸に対して決定でき及び／又は目に見えるようにする信号を発生するように医療器具に対し且つ互いに配置される請求項２ないし５のいずれかに記載の装置。
ＭＲアクティブサンプルは、貯溜器に含まれた液体である請求項２ないし６のいずれかに記載の装置。
液体は、ドープ水である請求項７に記載の装置。
各位置設定素子は、補助コイルに電気的に接続されたキャパシタを含む請求項２ないし８のいずれかに記載の装置。
上記医療器具は、プラスチック材料で作られた細長い本体部分を有する請求項２ないし９のいずれかに記載の装置。
各貯溜器は、ガラスの小瓶より成る請求項２ないし１０のいずれかに記載の装置。