JP4110457B2 - 医療画像診断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は医療画像診断装置に係り、特に穿刺針などの処置具による生体内へのアクセス開始位置、目的位置及び方向を術者にアシストする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置と称する）は、核磁気共鳴（ＮＭＲと略記する）現象を利用して被検体中の所望の検査部位における原子核スピンの密度分布や緩和時間分布等を計測し、その計測データから被検体の任意の断面を画像表示するものである。
【０００３】
そして、ＭＲＩ装置における撮像シーケンスは、スピンエコー法やグラジェント法などの基本的な撮像シーケンスの他に、エコープラナー(EPI:Echo Planar Imaging) 法や高速スピンエコー(FSE:Fast Spin Echo)法等の、より高速な撮像シーケンスが知られている。
【０００４】
これらの高速な撮像シーケンスの応用の一つとして、フルオロスコピー（透視撮像）と呼ばれるリアルタイム動態画像化法が臨床に応用されつつある。フルオロスコピーでは、１秒以下程度の周期で撮像と画像再構成とを繰り返すことにより、あたかもＸ線の透視撮影のように体内組織の動態画像を生成、表示する。このようなフルオロスコピーは、最近では特に最低限の侵襲(Minimum Invasive)を目的としたインターベンショナルMRI(以下、「I-MRI 」と記す) と総称される術中撮像への応用が行われつつある。
【０００５】
I-MRI におけるフルオロスコピーの用途として、最も期待されているのが、穿刺針やカテーテルを患部に誘導する際のモニタリングである。このようなI-MRI における医療画像診断装置を用いた手術中の治療開始までの流れを説明すると、図８に示すように医療画像診断装置による撮像（ステップ 401）、画像によるターゲット（腫瘍など）の位置の確認（ステップ 402）、目的に応じた処置（穿刺・切開等）（ステップＳ 403）を行い、適当な処置が行われた（ターゲットへのアクセスに成功）ことを確認するために複数回の撮像を行っていた（ステップＳ 404）。更に、複数の目的による上記の内容を繰り返し行い（ステップＳ 404）、各々の位置関係を把握しながら作業を行っていた。
【０００６】
他方、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などでは、リアルタイムに撮影断面を任意に設定したい要望があり、これに対する技術開発も行われつつある。撮影断面を任意に設定する手法として、ＭＲＩ画像を表示し、画面上のボタンをクリックして次の撮影断面を決定するグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）を使用した例がある。（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)) 。
【０００７】
また、位置決定デバイスを使ってＭＲＩ装置の撮影断面を決定する装置が提案されている。(USP-5365927: 位置センサの情報を使ってＭＲＩ装置の撮影を行う）、(USP-6026315: ２個の赤外線カメラと、３個の反射球からなるポインタを使って撮影断面を決定する）。
【０００８】
手術や穿刺、経皮的治療に使われるI-MRI は、オープンタイプのＭＲＩ装置が使用される。オープンＭＲＩには、ダブルドーナツ型や、Ｃ型、非対称２本支柱型がある。ダブルドーナツ型は、水平磁場を発生するドーナツ型磁石２個、隙間を空けて並べた構造で、隙間の間で被検体の撮影を行う。最もオープン性があるのは、非対称２本支柱型で、被検体の左右方向と頭頂部側の３方向からのアクセスが可能である。
【０００９】
ＭＲＩ装置に患者をセットする際、目的とする部位を静磁場中心に配置するのが一般的であり、静磁場中心の位置を表示する方法は投光器による照射光を用いて指し示す方法がある。照射光は３方向から照射可能であり、３軸方向からの照射光を目視しながら患者の位置を調整可能にしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した撮影断面を任意に選択する方法は、リアルタイムに任意の撮影断面を描出可能な利点があるにもかかわらず、穿刺開始位置と目的位置及び穿刺方向を迅速かつ正確に描出する手段がないため、治療を始めるまでに過大な時間を要し、術者・被検者に負担となっていた。また、穿刺中も正確な方向が分からないため、誤差による目的とする部位からずれた場所を穿刺することもあった（穿刺のやり直しが必要であった）。
【００１１】
また、従来の投光器による照射光は磁場中心の位置等を指し示すためのものであり、投光器の設置場所を任意に移動させることが不可能なことから、任意の位置や方向を指し示す等の目的では使用されていなかった。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、穿刺針などの処置具による生体内へのアクセス時におけるアクセス開始位置、目的位置及び方向を実空間上で表示し、術者をアシストすることができる医療画像診断装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために請求項１に係る発明は、被検体の任意の断面における断面像の撮像及び表示が可能な医療画像診断装置において、被検体を少なくとも異なる２方向から撮像した複数の断面像をそれぞれ表示する表示手段と、前記複数の断面像を利用して同じ部位を示す任意の位置を選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された前記断面像上の任意の位置から該位置の実空間上における座標位置を計算する計算手段と、直交３軸方向から被検体に複数のレーザ光を照射する光表示手段と、前記計算された座標位置に基づいて前記直交３軸方向の複数のレーザ光が前記座標位置を指し示すように前記光表示手段を制御する制御手段であって、前記被検体上の複数のスポット光のうちの１つが前記被検体における穿刺開始位置を指し示すように前記光表示手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。
また、請求項２に係る発明は、被検体の任意の断面における断面像の撮像及び表示が可能な医療画像診断装置において、被検体を少なくとも異なる２方向から撮像した複数の断面像をそれぞれ表示する表示手段と、前記複数の断面像を利用して同じ部位を示す任意の位置を選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された前記断面像上の任意の位置から該位置の実空間上における座標位置を計算する計算手段と、直交３軸方向から被検体に複数の光ビームを照射する光表示手段であって、方向表示用レーザと、それを３次元移動及び回転させる移動手段とから構成される光表示手段と、前記計算された座標位置に基づいて前記直交３軸方向の複数の光ビームが前記座標位置を指し示すように前記光表示手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。
また、請求項３に係る発明は、前記光表示手段は、方向表示用レーザと、それを３次元移動及び回転させる移動手段とから構成される、ことを特徴としている。
また、請求項４に係る発明は、前記光表示手段は、前記被検体を挟んでその両側に配置され、前記穿刺開始位置を示すスポット光と対向するスポット光の位置により穿刺方向を把握可能にする、ことを特徴としている。
また、請求項５に係る発明は、前記光表示手段は、前記被検体内の所望の部位を挟んで対向する２個のスポット光を前記被検体に照射するように配置される、ことを特徴としている、
また、請求項６に係る発明は、前記医療画像診断装置は、前記被検体を挟んで上及び下に対向して配置された静磁場発生磁石を支える１以上の支柱を有する開放型磁気共鳴イメージング装置である、ことを特徴としている。
また、請求項７に係る発明は、前記光表示手段は、前記開放型磁気共鳴イメージング装置における前記被検体の上に位置する箇所、前記支柱、又は前記開放型磁気共鳴イメージング装置から所定距離離れた空間位置のうちの少なくとも二箇所に配置される、ことを特徴としている。
【００１４】
即ち、被検体を少なくとも異なる２方向から撮像した複数の断面像をそれぞれ表示手段に表示し、これらの複数の断面像を利用して同じ部位（例えば、腫瘍などのターゲット）を示す任意の位置を選択する。このようにして選択された任意の位置から該位置の実空間上における座標位置を計算する。そして、光表示手段から被検体に複数の光ビームを照射する際に、光ビームの照射位置や方向を制御することで、被検体に照射された各光ビームにより前記計算された座標位置を指し示すようにしている。
【００１５】
前記選択手段では、前記複数の断面像の画面内に表示される撮像断面を決定するための目標線（実線又は破線）を移動又は傾斜させることで、任意の位置を選択できるようになっている。このようにして選択された任意の位置の実空間上の座標位置は自動計算され、リアルタイムに制御手段に加えられる。制御手段は、リアルタイムに加えられる座標位置に基づき光表示手段を制御し、光表示手段から発光される複数の光ビームによって指し示す位置を移動させる。
【００１６】
前記光表示手段は、発光ダイオードやHe-Ne レーザなどの人体に無害な光を発光するもので、発光をＯＮ／ＯＦＦする機能を有している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る医療画像診断装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１８】
図１は本発明に係る医療画像診断装置の全体構成を示す概略図であり、特にＭＲＩ装置に関して示している。
【００１９】
ＭＲＩ装置は、ＮＭＲ現象を利用して被検体中の所望の検査部位における原子核スピンの密度分布や緩和時間分布等を計測し、その計測結果から被検体の任意の断面を画像表示するもので、静磁場発生磁石２と、傾斜磁場発生系３と、送信系５と、受信系６と、信号処理系７と、中央処理装置（ＣＰＵ）８と、光表示器２１とから構成されている。
【００２０】
静磁場発生磁石２は、被検体１の周りにその体軸方向又は体軸と直交する方向に均一な静磁場を発生させるもので、永久磁石方式又は常電導方式あるいは超伝導方式の磁場発生手段から成る。この静磁場発生磁石２に囲まれる磁場空間内に後述する傾斜磁場発生系３の傾斜磁場コイル９、送信系５の高周波コイル１４ａ、受信系６の高周波コイル１４ｂが設置される。
【００２１】
傾斜磁場発生系３は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル９と、それぞれの傾斜磁場コイル９を駆動する傾斜磁場電源１０とから成り、後述のシーケンサ４からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源１０を駆動することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向の傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚを被検体１に印加するようになっている。この傾斜磁場の加え方により被検体に対するスライス面を設定することができる。
【００２２】
シーケンサ４は、上記被検体１の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせる高周波磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加するもので、ＣＰＵ８の制御で動作し、被検体１の断層像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系５、傾斜磁場発生系３及び受信系６に送るようになっている。
【００２３】
送信系５は、上記シーケンサ４の制御により被検体１の生体組織を構成する原子の原子核にＮＭＲを起こさせるために高周波磁場を照射するもので、高周波発振器１１と、変調器１２と、高周波増幅器１３と、送信側の高周波コイル１４ａとから成る。高周波発振器１１から出力された高周波パルスをシーケンサ４の命令にしたがって変調器１２で振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器１３で増幅した後に被検体１に近接して配置された高周波コイル１４ａに供給することにより、電磁波が上記被検体１に照射されるようになっている。
【００２４】
受信系６は、被検体１に生体組織の原子核のＮＭＲにより放出されるエコー信号（ＮＭＲ信号）を検出するもので、被検体１に近接して配置された受信側の高周波コイル１４ｂと、増幅器１５と、直交位相検波器１６と、Ａ／Ｄ変換器１７とから成る。受信側の高周波コイル１４ｂが検出したエコー信号は、増幅器１５及び直交位相検波器１６を介してＡ／Ｄ変換器１７に入力してディジタル信号量に変換され、更にシーケンサ４からの命令によるタイミングで直交位相検波器１６によりサンプリングされた二系列の収集データとされ、その信号が信号処理系７に送られる。
【００２５】
信号処理系７は、ＣＰＵ８と、磁気ディスク１８及び磁気テープ１９等の記録装置と、ＣＲＴ等のディスプレイ２０とから成り、受信系６からの信号をＣＰＵ８でフーリエ変換、補正係数計算、画像再構成の処理を行い、任意断面の信号強度分布や複数の信号に適当な演算を行って得られる分布を画像化してディスプレイ２０に表示する。
【００２６】
更にＭＲＩ装置では、信号処理系７はＣＰＵ８の機能として画像データに対し差分処理及び重み付けを行う機能を備えている。これらの処理は、ＭＲＩ装置において計測を行うことにより得られたデータに対してなされる。これらの処理選択及び設定のための手段が、ＣＰＵ８の入力手段として設けられている。また、ディスプレイ２０は、この信号処理系７の機能に対応して、通常の画像に代わって或いは通常の画像に加えて差分画像或いは累積加算画像を表示する機能を備えている。
【００２７】
次に、本発明に係る光表示器２１について説明する。
【００２８】
この光表示器２１は、被検体内の所定の部位（例えば、腫瘍などのターゲット）を複数のレーザ照射光によって指し示し、穿刺針による生体内への穿刺時における穿刺開始位置、目的位置及び方向を実空間上で表示するもので、図２に示すようにHe-Ne レーザなどのｘ方向表示用レーザ２１ｘ、一対のｙ方向表示用レーザ２１ｙ、及び一対のｚ方向表示用レーザ２１ｚと、これらのレーザをそれぞれ３次元移動及び回転させる移動手段とから構成されている。
【００２９】
各レーザは、点線で示したレーザ照射光が、後述するＧＵＩで任意に定義した３軸断面の３軸を表示することができるように前記移動手段によって移動及び回転駆動されるようになっている。尚、各レーザは、通常、基準となる３軸を表示するように定位置に固定されている。
【００３０】
次に、上記構成の医療画像診断装置を用い、表示画面と被検体内の所定の部位をレーザ照射光によって照射させる方法を、図３乃至図７を参照しながら説明する。
【００３１】
図３に示すように、先ず医療画像診断装置による被検体の断層像の撮像を行う（ステップ 101）。続いて、ＭＰＲ（Multi-Planer Reconstruction ）、ＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）、ボリュームレンダリング(Volume Rendering)等による画像処理後、ディスプレイ２０に３軸画像（例えば、被検体の体軸と直交する断面像（アキシャル像）、アキシャル像にそれぞれ直交するコロナル像（冠状断面像）及びサジタル像（矢状断面像））を表示する（ステップ 103）。
【００３２】
図４は上記３軸画像等を表示するディスプレイ２０の表示画面の一例を示しており、４分割された表示部201 〜204 のうちの表示部201 にはアキシャル像が表示され、表示部202 にはコロナル像が表示され、表示部203 にはサジタル像が表示され、表示部204 には、フロロスコピー等のリアルタイムイメージが表示される。また、表示部201 〜203 には、マウスによるドラッグ等によって自由に移動可能な点線206 〜208 が表示される。これらの点線206 〜208 は、任意断面を選択するためのツールとして使用される。
【００３３】
図３に戻って、操作者（ユーザー）は、前記ツールを操作することで、任意断面選択（３軸）を行う（ステップ 104）。この任意断面としては、例えば、穿刺針による穿刺開始位置と生体内の所望の部位（腫瘍など）とを含む断面が選択される。
【００３４】
続いて、ユーザー選択された前記任意断面（ＧＵＩで定義した各断面）に基づいて３軸直交点（所望の部位）の実空間上の座標位置及び３軸方向を自動計算し、その座標位置を３軸方向からレーザ照射光によって指し示すために必要な位置情報として光表示器２１の移動手段に送信する（ステップ 105）。
【００３５】
移動手段は、送られてきた位置情報を基に３軸を表示するための光表示器２１のｘ方向表示用レーザ２１ｘ、ｙ方向表示用レーザ２１ｙ、及びｚ方向表示用レーザ２１ｚを移動させる（ステップ 106）。そして、ユーザーの意志（光表示器２１のＯＮ／ＯＦＦ機能）により、レーザ照射光を照射させると（光表示器２１をＯＮさせると）、図５の実線205 に示すようにレーザ照射光が被検体に照射される（ステップ 107）。
【００３６】
各レーザから出射されるレーザ照射光にアシストされて、被検体に対して目的に応じた処理／手術（穿刺・切開等）が行われる（ステップ 108）。尚、各レーザから出射されるレーザ照射光は、被検体上のスポット光のみが目視でき、この実施の形態では５つのスポット光が目視できるようになっており、いずれか１つのスポット光は、穿刺針による穿刺開始位置を示す。また、穿刺開始位置を示すスポット光と対向するスポット光の位置により穿刺方向を把握することができる。更に、ユーザは、これらのスポット光の位置からレーザ光が被検体内を透過した場合に交叉する交点の位置（穿刺すべき深さ）を予測することができる。 また、この医療画像診断装置は、前記選択された選択断面（特に穿刺開始位置を含む断面）をリアルタイムに撮像／表示する機能を備えており、例えば、ＭＲＩフロロスコピー画像等のリアルタイム画像を、図４のディスプレイの表示画面の表示部204 に表示する。この場合の撮影シーケンスは、ＧｒＥシーケンスやマルチショットＥＰＩなどのフロロスコピー用シーケンスである。これらのシーケンスでは、0.5 秒〜４秒ごとに画像が更新でき、このリアルタイム画像により穿刺針のモニタリングを行うことができる。
【００３７】
一方、表示断面を変更する場合には、ステップ104 に戻り、ここで新たな任意断面の選択が行われ、対象部位を変更する場合には、ステップ101 に戻り、その対象部位を含む断層像の撮像を行い、上記処理を繰り返し行う。手術支援による目標達成により本機能は終了となる。
【００３８】
図４に示した実施の形態では、基準の３軸をそれぞれ平行移動させることで任意断面を選択できるようにしたが、これに限らず、図６に示すディスプレイ２０の表示部301 〜303 上で、実線306 〜308 を自由に回転操作できるようにし、これらの実線306 〜308 によって任意断面の傾斜を選択できるようにしてもよい。このようにして選択された任意断面に基づいて所望の部位の実空間上の座標位置及び３軸方向を自動計算することで、図７の実線305 に示すようにレーザ照射光を被検体に照射することができる。
【００３９】
尚、光表示器は、He-Ne レーザを用いたものに限らず、人体に無害な光を発光する他の発光手段（発光ダイオードなど）を用いたものでもよい。この実施の形態では、計測シーケンスを予め選択するよう指示しているが、連続的にデータを取得する際、目的部位や条件により測定中であっても操作者がシーケンスや設定を自由に変化する仕組みも兼ね備えている。その他、以上の説明では基礎となる計測データとして２次元計測データの場合について説明したが、３次元計測データであっても同様に任意の多種のデータ取得が可能であり、同様の効果が得られる。
【００４０】
また、この実施の形態では、３軸画像を用いて所定の部位を含む任意断面を選択するようにしたが、２軸画像を用いて任意断面を選択するようにしてもよい。更に、本発明に係る医療画像診断装置は、この実施の形態のＭＲＩ装置に限らず、Ｘ線ＣＴ装置や超音波診断装置などでもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、穿刺針などの処置具による生体内へのアクセス時におけるアクセス開始位置、目的位置及び方向を実空間上で光ビームによって表示することができ、術者をアシストすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る医療画像診断装置の全体構成を示す概略図
【図２】図１に示した光表示器の配置及び構成等を説明するために用いた図
【図３】本発明の手術中における目的部位を表示するための手順を示すフローチャート
【図４】図１に示したディスプレイの表示画面の一例を示す図
【図５】図４の表示画面で選択した任意断面に基づいて照射位置が制御されたレーザ照射光を示す図
【図６】図１に示したディスプレイの表示画面の他の例を示す図
【図７】図６の表示画面で選択した任意断面に基づいて照射位置及び照射方向が制御されたレーザ照射光を示す図
【図８】従来の手術中における目的部位を表示する方法を説明するために用いたフローチャート
【符号の説明】
１…被検体、２…静磁場発生磁石、３…傾斜磁場発生系、４…シーケンサ、５…送信系、６…受信系、７…信号処理系、８…ＣＰＵ、９…傾斜磁場コイル、１０…傾斜磁場電源、１４ａ…送信側の高周波コイル、１４ｂ…受信側の高周波コイル、１６…直交位相検波器、２０…ディスプレイ、２１…光表示器、２１ｘ…ｘ方向表示用レーザ、２１ｙ…ｙ方向表示用レーザ、２１ｚ…ｚ方向表示用レーザ
【発明の属する技術分野】
本発明は医療画像診断装置に係り、特に穿刺針などの処置具による生体内へのアクセス開始位置、目的位置及び方向を術者にアシストする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置と称する）は、核磁気共鳴（ＮＭＲと略記する）現象を利用して被検体中の所望の検査部位における原子核スピンの密度分布や緩和時間分布等を計測し、その計測データから被検体の任意の断面を画像表示するものである。
【０００３】
そして、ＭＲＩ装置における撮像シーケンスは、スピンエコー法やグラジェント法などの基本的な撮像シーケンスの他に、エコープラナー(EPI:Echo Planar Imaging) 法や高速スピンエコー(FSE:Fast Spin Echo)法等の、より高速な撮像シーケンスが知られている。
【０００４】
これらの高速な撮像シーケンスの応用の一つとして、フルオロスコピー（透視撮像）と呼ばれるリアルタイム動態画像化法が臨床に応用されつつある。フルオロスコピーでは、１秒以下程度の周期で撮像と画像再構成とを繰り返すことにより、あたかもＸ線の透視撮影のように体内組織の動態画像を生成、表示する。このようなフルオロスコピーは、最近では特に最低限の侵襲(Minimum Invasive)を目的としたインターベンショナルMRI(以下、「I-MRI 」と記す) と総称される術中撮像への応用が行われつつある。
【０００５】
I-MRI におけるフルオロスコピーの用途として、最も期待されているのが、穿刺針やカテーテルを患部に誘導する際のモニタリングである。このようなI-MRI における医療画像診断装置を用いた手術中の治療開始までの流れを説明すると、図８に示すように医療画像診断装置による撮像（ステップ 401）、画像によるターゲット（腫瘍など）の位置の確認（ステップ 402）、目的に応じた処置（穿刺・切開等）（ステップＳ 403）を行い、適当な処置が行われた（ターゲットへのアクセスに成功）ことを確認するために複数回の撮像を行っていた（ステップＳ 404）。更に、複数の目的による上記の内容を繰り返し行い（ステップＳ 404）、各々の位置関係を把握しながら作業を行っていた。
【０００６】
他方、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などでは、リアルタイムに撮影断面を任意に設定したい要望があり、これに対する技術開発も行われつつある。撮影断面を任意に設定する手法として、ＭＲＩ画像を表示し、画面上のボタンをクリックして次の撮影断面を決定するグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）を使用した例がある。（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)) 。
【０００７】
また、位置決定デバイスを使ってＭＲＩ装置の撮影断面を決定する装置が提案されている。(USP-5365927: 位置センサの情報を使ってＭＲＩ装置の撮影を行う）、(USP-6026315: ２個の赤外線カメラと、３個の反射球からなるポインタを使って撮影断面を決定する）。
【０００８】
手術や穿刺、経皮的治療に使われるI-MRI は、オープンタイプのＭＲＩ装置が使用される。オープンＭＲＩには、ダブルドーナツ型や、Ｃ型、非対称２本支柱型がある。ダブルドーナツ型は、水平磁場を発生するドーナツ型磁石２個、隙間を空けて並べた構造で、隙間の間で被検体の撮影を行う。最もオープン性があるのは、非対称２本支柱型で、被検体の左右方向と頭頂部側の３方向からのアクセスが可能である。
【０００９】
ＭＲＩ装置に患者をセットする際、目的とする部位を静磁場中心に配置するのが一般的であり、静磁場中心の位置を表示する方法は投光器による照射光を用いて指し示す方法がある。照射光は３方向から照射可能であり、３軸方向からの照射光を目視しながら患者の位置を調整可能にしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した撮影断面を任意に選択する方法は、リアルタイムに任意の撮影断面を描出可能な利点があるにもかかわらず、穿刺開始位置と目的位置及び穿刺方向を迅速かつ正確に描出する手段がないため、治療を始めるまでに過大な時間を要し、術者・被検者に負担となっていた。また、穿刺中も正確な方向が分からないため、誤差による目的とする部位からずれた場所を穿刺することもあった（穿刺のやり直しが必要であった）。
【００１１】
また、従来の投光器による照射光は磁場中心の位置等を指し示すためのものであり、投光器の設置場所を任意に移動させることが不可能なことから、任意の位置や方向を指し示す等の目的では使用されていなかった。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、穿刺針などの処置具による生体内へのアクセス時におけるアクセス開始位置、目的位置及び方向を実空間上で表示し、術者をアシストすることができる医療画像診断装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために請求項１に係る発明は、被検体の任意の断面における断面像の撮像及び表示が可能な医療画像診断装置において、被検体を少なくとも異なる２方向から撮像した複数の断面像をそれぞれ表示する表示手段と、前記複数の断面像を利用して同じ部位を示す任意の位置を選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された前記断面像上の任意の位置から該位置の実空間上における座標位置を計算する計算手段と、直交３軸方向から被検体に複数のレーザ光を照射する光表示手段と、前記計算された座標位置に基づいて前記直交３軸方向の複数のレーザ光が前記座標位置を指し示すように前記光表示手段を制御する制御手段であって、前記被検体上の複数のスポット光のうちの１つが前記被検体における穿刺開始位置を指し示すように前記光表示手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。
また、請求項２に係る発明は、被検体の任意の断面における断面像の撮像及び表示が可能な医療画像診断装置において、被検体を少なくとも異なる２方向から撮像した複数の断面像をそれぞれ表示する表示手段と、前記複数の断面像を利用して同じ部位を示す任意の位置を選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された前記断面像上の任意の位置から該位置の実空間上における座標位置を計算する計算手段と、直交３軸方向から被検体に複数の光ビームを照射する光表示手段であって、方向表示用レーザと、それを３次元移動及び回転させる移動手段とから構成される光表示手段と、前記計算された座標位置に基づいて前記直交３軸方向の複数の光ビームが前記座標位置を指し示すように前記光表示手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。
また、請求項３に係る発明は、前記光表示手段は、方向表示用レーザと、それを３次元移動及び回転させる移動手段とから構成される、ことを特徴としている。
また、請求項４に係る発明は、前記光表示手段は、前記被検体を挟んでその両側に配置され、前記穿刺開始位置を示すスポット光と対向するスポット光の位置により穿刺方向を把握可能にする、ことを特徴としている。
また、請求項５に係る発明は、前記光表示手段は、前記被検体内の所望の部位を挟んで対向する２個のスポット光を前記被検体に照射するように配置される、ことを特徴としている、
また、請求項６に係る発明は、前記医療画像診断装置は、前記被検体を挟んで上及び下に対向して配置された静磁場発生磁石を支える１以上の支柱を有する開放型磁気共鳴イメージング装置である、ことを特徴としている。
また、請求項７に係る発明は、前記光表示手段は、前記開放型磁気共鳴イメージング装置における前記被検体の上に位置する箇所、前記支柱、又は前記開放型磁気共鳴イメージング装置から所定距離離れた空間位置のうちの少なくとも二箇所に配置される、ことを特徴としている。
【００１４】
即ち、被検体を少なくとも異なる２方向から撮像した複数の断面像をそれぞれ表示手段に表示し、これらの複数の断面像を利用して同じ部位（例えば、腫瘍などのターゲット）を示す任意の位置を選択する。このようにして選択された任意の位置から該位置の実空間上における座標位置を計算する。そして、光表示手段から被検体に複数の光ビームを照射する際に、光ビームの照射位置や方向を制御することで、被検体に照射された各光ビームにより前記計算された座標位置を指し示すようにしている。
【００１５】
前記選択手段では、前記複数の断面像の画面内に表示される撮像断面を決定するための目標線（実線又は破線）を移動又は傾斜させることで、任意の位置を選択できるようになっている。このようにして選択された任意の位置の実空間上の座標位置は自動計算され、リアルタイムに制御手段に加えられる。制御手段は、リアルタイムに加えられる座標位置に基づき光表示手段を制御し、光表示手段から発光される複数の光ビームによって指し示す位置を移動させる。
【００１６】
前記光表示手段は、発光ダイオードやHe-Ne レーザなどの人体に無害な光を発光するもので、発光をＯＮ／ＯＦＦする機能を有している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る医療画像診断装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１８】
図１は本発明に係る医療画像診断装置の全体構成を示す概略図であり、特にＭＲＩ装置に関して示している。
【００１９】
ＭＲＩ装置は、ＮＭＲ現象を利用して被検体中の所望の検査部位における原子核スピンの密度分布や緩和時間分布等を計測し、その計測結果から被検体の任意の断面を画像表示するもので、静磁場発生磁石２と、傾斜磁場発生系３と、送信系５と、受信系６と、信号処理系７と、中央処理装置（ＣＰＵ）８と、光表示器２１とから構成されている。
【００２０】
静磁場発生磁石２は、被検体１の周りにその体軸方向又は体軸と直交する方向に均一な静磁場を発生させるもので、永久磁石方式又は常電導方式あるいは超伝導方式の磁場発生手段から成る。この静磁場発生磁石２に囲まれる磁場空間内に後述する傾斜磁場発生系３の傾斜磁場コイル９、送信系５の高周波コイル１４ａ、受信系６の高周波コイル１４ｂが設置される。
【００２１】
傾斜磁場発生系３は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル９と、それぞれの傾斜磁場コイル９を駆動する傾斜磁場電源１０とから成り、後述のシーケンサ４からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源１０を駆動することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向の傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚを被検体１に印加するようになっている。この傾斜磁場の加え方により被検体に対するスライス面を設定することができる。
【００２２】
シーケンサ４は、上記被検体１の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせる高周波磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加するもので、ＣＰＵ８の制御で動作し、被検体１の断層像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系５、傾斜磁場発生系３及び受信系６に送るようになっている。
【００２３】
送信系５は、上記シーケンサ４の制御により被検体１の生体組織を構成する原子の原子核にＮＭＲを起こさせるために高周波磁場を照射するもので、高周波発振器１１と、変調器１２と、高周波増幅器１３と、送信側の高周波コイル１４ａとから成る。高周波発振器１１から出力された高周波パルスをシーケンサ４の命令にしたがって変調器１２で振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器１３で増幅した後に被検体１に近接して配置された高周波コイル１４ａに供給することにより、電磁波が上記被検体１に照射されるようになっている。
【００２４】
受信系６は、被検体１に生体組織の原子核のＮＭＲにより放出されるエコー信号（ＮＭＲ信号）を検出するもので、被検体１に近接して配置された受信側の高周波コイル１４ｂと、増幅器１５と、直交位相検波器１６と、Ａ／Ｄ変換器１７とから成る。受信側の高周波コイル１４ｂが検出したエコー信号は、増幅器１５及び直交位相検波器１６を介してＡ／Ｄ変換器１７に入力してディジタル信号量に変換され、更にシーケンサ４からの命令によるタイミングで直交位相検波器１６によりサンプリングされた二系列の収集データとされ、その信号が信号処理系７に送られる。
【００２５】
信号処理系７は、ＣＰＵ８と、磁気ディスク１８及び磁気テープ１９等の記録装置と、ＣＲＴ等のディスプレイ２０とから成り、受信系６からの信号をＣＰＵ８でフーリエ変換、補正係数計算、画像再構成の処理を行い、任意断面の信号強度分布や複数の信号に適当な演算を行って得られる分布を画像化してディスプレイ２０に表示する。
【００２６】
更にＭＲＩ装置では、信号処理系７はＣＰＵ８の機能として画像データに対し差分処理及び重み付けを行う機能を備えている。これらの処理は、ＭＲＩ装置において計測を行うことにより得られたデータに対してなされる。これらの処理選択及び設定のための手段が、ＣＰＵ８の入力手段として設けられている。また、ディスプレイ２０は、この信号処理系７の機能に対応して、通常の画像に代わって或いは通常の画像に加えて差分画像或いは累積加算画像を表示する機能を備えている。
【００２７】
次に、本発明に係る光表示器２１について説明する。
【００２８】
この光表示器２１は、被検体内の所定の部位（例えば、腫瘍などのターゲット）を複数のレーザ照射光によって指し示し、穿刺針による生体内への穿刺時における穿刺開始位置、目的位置及び方向を実空間上で表示するもので、図２に示すようにHe-Ne レーザなどのｘ方向表示用レーザ２１ｘ、一対のｙ方向表示用レーザ２１ｙ、及び一対のｚ方向表示用レーザ２１ｚと、これらのレーザをそれぞれ３次元移動及び回転させる移動手段とから構成されている。
【００２９】
各レーザは、点線で示したレーザ照射光が、後述するＧＵＩで任意に定義した３軸断面の３軸を表示することができるように前記移動手段によって移動及び回転駆動されるようになっている。尚、各レーザは、通常、基準となる３軸を表示するように定位置に固定されている。
【００３０】
次に、上記構成の医療画像診断装置を用い、表示画面と被検体内の所定の部位をレーザ照射光によって照射させる方法を、図３乃至図７を参照しながら説明する。
【００３１】
図３に示すように、先ず医療画像診断装置による被検体の断層像の撮像を行う（ステップ 101）。続いて、ＭＰＲ（Multi-Planer Reconstruction ）、ＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）、ボリュームレンダリング(Volume Rendering)等による画像処理後、ディスプレイ２０に３軸画像（例えば、被検体の体軸と直交する断面像（アキシャル像）、アキシャル像にそれぞれ直交するコロナル像（冠状断面像）及びサジタル像（矢状断面像））を表示する（ステップ 103）。
【００３２】
図４は上記３軸画像等を表示するディスプレイ２０の表示画面の一例を示しており、４分割された表示部201 〜204 のうちの表示部201 にはアキシャル像が表示され、表示部202 にはコロナル像が表示され、表示部203 にはサジタル像が表示され、表示部204 には、フロロスコピー等のリアルタイムイメージが表示される。また、表示部201 〜203 には、マウスによるドラッグ等によって自由に移動可能な点線206 〜208 が表示される。これらの点線206 〜208 は、任意断面を選択するためのツールとして使用される。
【００３３】
図３に戻って、操作者（ユーザー）は、前記ツールを操作することで、任意断面選択（３軸）を行う（ステップ 104）。この任意断面としては、例えば、穿刺針による穿刺開始位置と生体内の所望の部位（腫瘍など）とを含む断面が選択される。
【００３４】
続いて、ユーザー選択された前記任意断面（ＧＵＩで定義した各断面）に基づいて３軸直交点（所望の部位）の実空間上の座標位置及び３軸方向を自動計算し、その座標位置を３軸方向からレーザ照射光によって指し示すために必要な位置情報として光表示器２１の移動手段に送信する（ステップ 105）。
【００３５】
移動手段は、送られてきた位置情報を基に３軸を表示するための光表示器２１のｘ方向表示用レーザ２１ｘ、ｙ方向表示用レーザ２１ｙ、及びｚ方向表示用レーザ２１ｚを移動させる（ステップ 106）。そして、ユーザーの意志（光表示器２１のＯＮ／ＯＦＦ機能）により、レーザ照射光を照射させると（光表示器２１をＯＮさせると）、図５の実線205 に示すようにレーザ照射光が被検体に照射される（ステップ 107）。
【００３６】
各レーザから出射されるレーザ照射光にアシストされて、被検体に対して目的に応じた処理／手術（穿刺・切開等）が行われる（ステップ 108）。尚、各レーザから出射されるレーザ照射光は、被検体上のスポット光のみが目視でき、この実施の形態では５つのスポット光が目視できるようになっており、いずれか１つのスポット光は、穿刺針による穿刺開始位置を示す。また、穿刺開始位置を示すスポット光と対向するスポット光の位置により穿刺方向を把握することができる。更に、ユーザは、これらのスポット光の位置からレーザ光が被検体内を透過した場合に交叉する交点の位置（穿刺すべき深さ）を予測することができる。 また、この医療画像診断装置は、前記選択された選択断面（特に穿刺開始位置を含む断面）をリアルタイムに撮像／表示する機能を備えており、例えば、ＭＲＩフロロスコピー画像等のリアルタイム画像を、図４のディスプレイの表示画面の表示部204 に表示する。この場合の撮影シーケンスは、ＧｒＥシーケンスやマルチショットＥＰＩなどのフロロスコピー用シーケンスである。これらのシーケンスでは、0.5 秒〜４秒ごとに画像が更新でき、このリアルタイム画像により穿刺針のモニタリングを行うことができる。
【００３７】
一方、表示断面を変更する場合には、ステップ104 に戻り、ここで新たな任意断面の選択が行われ、対象部位を変更する場合には、ステップ101 に戻り、その対象部位を含む断層像の撮像を行い、上記処理を繰り返し行う。手術支援による目標達成により本機能は終了となる。
【００３８】
図４に示した実施の形態では、基準の３軸をそれぞれ平行移動させることで任意断面を選択できるようにしたが、これに限らず、図６に示すディスプレイ２０の表示部301 〜303 上で、実線306 〜308 を自由に回転操作できるようにし、これらの実線306 〜308 によって任意断面の傾斜を選択できるようにしてもよい。このようにして選択された任意断面に基づいて所望の部位の実空間上の座標位置及び３軸方向を自動計算することで、図７の実線305 に示すようにレーザ照射光を被検体に照射することができる。
【００３９】
尚、光表示器は、He-Ne レーザを用いたものに限らず、人体に無害な光を発光する他の発光手段（発光ダイオードなど）を用いたものでもよい。この実施の形態では、計測シーケンスを予め選択するよう指示しているが、連続的にデータを取得する際、目的部位や条件により測定中であっても操作者がシーケンスや設定を自由に変化する仕組みも兼ね備えている。その他、以上の説明では基礎となる計測データとして２次元計測データの場合について説明したが、３次元計測データであっても同様に任意の多種のデータ取得が可能であり、同様の効果が得られる。
【００４０】
また、この実施の形態では、３軸画像を用いて所定の部位を含む任意断面を選択するようにしたが、２軸画像を用いて任意断面を選択するようにしてもよい。更に、本発明に係る医療画像診断装置は、この実施の形態のＭＲＩ装置に限らず、Ｘ線ＣＴ装置や超音波診断装置などでもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、穿刺針などの処置具による生体内へのアクセス時におけるアクセス開始位置、目的位置及び方向を実空間上で光ビームによって表示することができ、術者をアシストすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る医療画像診断装置の全体構成を示す概略図
【図２】図１に示した光表示器の配置及び構成等を説明するために用いた図
【図３】本発明の手術中における目的部位を表示するための手順を示すフローチャート
【図４】図１に示したディスプレイの表示画面の一例を示す図
【図５】図４の表示画面で選択した任意断面に基づいて照射位置が制御されたレーザ照射光を示す図
【図６】図１に示したディスプレイの表示画面の他の例を示す図
【図７】図６の表示画面で選択した任意断面に基づいて照射位置及び照射方向が制御されたレーザ照射光を示す図
【図８】従来の手術中における目的部位を表示する方法を説明するために用いたフローチャート
【符号の説明】
１…被検体、２…静磁場発生磁石、３…傾斜磁場発生系、４…シーケンサ、５…送信系、６…受信系、７…信号処理系、８…ＣＰＵ、９…傾斜磁場コイル、１０…傾斜磁場電源、１４ａ…送信側の高周波コイル、１４ｂ…受信側の高周波コイル、１６…直交位相検波器、２０…ディスプレイ、２１…光表示器、２１ｘ…ｘ方向表示用レーザ、２１ｙ…ｙ方向表示用レーザ、２１ｚ…ｚ方向表示用レーザ
Claims (7)
- 被検体の任意の断面における断面像の撮像及び表示が可能な医療画像診断装置において、
被検体を少なくとも異なる２方向から撮像した複数の断面像をそれぞれ表示する表示手段と、
前記複数の断面像を利用して同じ部位を示す任意の位置を選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された前記断面像上の任意の位置から該位置の実空間上における座標位置を計算する計算手段と、
直交３軸方向から被検体に複数のレーザ光を照射する光表示手段と、
前記計算された座標位置に基づいて前記直交３軸方向の複数のレーザ光が前記座標位置を指し示すように前記光表示手段を制御する制御手段であって、前記被検体上の複数のスポット光のうちの１つが前記被検体における穿刺開始位置を指し示すように前記光表示手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする医療画像診断装置。 - 被検体の任意の断面における断面像の撮像及び表示が可能な医療画像診断装置において、
被検体を少なくとも異なる２方向から撮像した複数の断面像をそれぞれ表示する表示手段と、
前記複数の断面像を利用して同じ部位を示す任意の位置を選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された前記断面像上の任意の位置から該位置の実空間上における座標位置を計算する計算手段と、
直交３軸方向から被検体に複数の光ビームを照射する光表示手段であって、方向表示用レーザと、それを３次元移動及び回転させる移動手段とから構成される光表示手段と、
前記計算された座標位置に基づいて前記直交３軸方向の複数の光ビームが前記座標位置を指し示すように前記光表示手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする医療画像診断装置。 - 前記光表示手段は、方向表示用レーザと、それを３次元移動及び回転させる移動手段とから構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の医療画像診断装置。 - 前記光表示手段は、前記被検体を挟んでその両側に配置され、前記穿刺開始位置を示すスポット光と対向するスポット光の位置により穿刺方向を把握可能にする、
ことを特徴とする請求項１に記載の医療画像診断装置。 - 前記光表示手段は、前記被検体内の所望の部位を挟んで対向する２個のスポット光を前記被検体に照射するように配置される、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の医療画像診断装置。 - 前記医療画像診断装置は、前記被検体を挟んで上及び下に対向して配置された静磁場発生磁石を支える１以上の支柱を有する開放型磁気共鳴イメージング装置である、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の医療画像診断装置。 - 前記光表示手段は、前記開放型磁気共鳴イメージング装置における前記被検体の上に位置する箇所、前記支柱、又は前記開放型磁気共鳴イメージング装置から所定距離離れた空間位置のうちの少なくとも二箇所に配置される、
ことを特徴とする請求項６に記載の医療画像診断装置。
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