JP4127998B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴イメージング（以下、ＭＲＩと称す）装置に関し、特に生体内温度分布画像の計測機能を備えたＭＲＩ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＭＲＩ装置を術中モニタとして使用するインターベンショナルＭＲＩ（Interventional MRI：以下、ＩＶＭＲと称す）が注目されている。ＩＶＭＲで行われる治療法には、レーザ治療、マイクロ波凝固術、エタノールなどの薬物注入、RF照射切除、低温治療などがある。これらの治療において、ＭＲＩは、患部に穿刺針や細管を到達させるためのリアルタイムイメージングによるガイド及び治療中の組織変化の可視化、加熱・冷却治療中の局所温度のモニタなどの役割を果たす。ＩＶＭＲの典型的な応用例としては、レーザ照射治療やマイクロ波凝固術中における体内の温度分布の画像化が挙げられる。
【０００３】
温度分布の画像化手法には、信号強度から求める方法、拡散係数から求める方法、プロトンの位相シフトから求める方法（PPS法：Proton Phase Shift法）等があるが、この中でPPS法が最も測定精度に優れている。
【０００４】
PPS法は、例えば傾斜磁場の反転により得られるエコー信号の位相情報から温度分布を求める。具体的には、エコー信号をフーリエ変換して得られる複素画像の実部Srと虚部Siから、次式（１）により位相分布を求める。
【０００５】
【数１】
【０００６】
そして、得られた位相分布、エコー信号が最大となる時点と90°パルスとの間隔TE（106）、共鳴周波数f、水の温度係数から、次式（２）温度Tを求める。
【０００７】
【数２】
【０００８】
上記手法を用いて、異なる時刻t1〜tn（n：撮影回数）で取得した信号からそれぞれ計算した温度分布の差分をとり、ある時間における被検体の温度変化の分布を取得することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとしている課題】
上述のように、MRIによる温度モニタリングでは、連続した時系列データを取得し、異なる時刻において取得された空間位相分布を差分し、温度変化を求めるため、常に同一の温度変化領域を撮像する必要がある。しかし、撮像断面を空間的に固定した場合、体動、特に腹部では呼吸動の影響があるために、温度変化領域が撮像断面から外れることが多々あり、安定して同一の温度変化領域を計測することは困難である。例えば、撮像断面（スライス）厚は数mm〜10mmのオーダーであるのに対し、呼吸による変動も３秒程度の間隔の間に数十mm以上の範囲で変動する。このため変動のある時相で計測した断面は温度変化領域を含むが、他の時相で計測した断面は含まないということになる。従って、加熱治療を例にとると、計測した時系列データには、加熱部位の温度上昇の情報を含むデータと、含まないデータが混在することになり、後者の場合は加熱による温度上昇の情報が得られないことになる。このため時系列データの差分によって、温度変化をリアルタイムで計測・表示しようとすると、温度が上昇したり、しなかったり、場合によっては突然加熱領域が広がったり、消えたりして、安定した温度モニタリングを行うことができず、信頼性にかける結果となる。
【００１０】
そこで本発明は、ＭＲＩ装置において温度変化分布を計測する場合、体動による影響を回避し、温度モニタリングの正確性、信頼性を向上させることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のＭＲＩ装置は、被検体が置かれる空間に均一な静磁場を発生させる静磁場発生手段と、前記被検体の撮影断面を決定する傾斜磁場を発生させる手段と、前記空間に高周波磁場を印加させる手段と、前記被検体から生じた核磁気共鳴信号を検出する手段と、前記被検体の計測対象部位を含む撮影断面について磁気共鳴撮影を時間間隔をおいて連続的に実行させる制御手段と、前記検出手段により異なる時刻に検出された前記撮影断面にかかる複数組の核磁気共鳴信号を用いて前記計測対象部位に係る診断情報を演算する演算手段と、前記診断情報を表示させる表示手段とを備えた磁気共鳴イメージング装置であって、前記被検体の体動を検出する体動検出手段を備え、前記制御手段は、前記体動検出手段からの情報に基いて前記撮影断面の位置を設定し、前記演算手段は、基準とする第１の核磁気共鳴信号と、体動後の第２の核磁気共鳴信号を検出し、該検出された信号から前記計測対象部位の温度分布の差を演算して温度変化分布を求めることを特徴とするものである。
【００１２】
このようなＭＲＩ装置によれば、所定部位（温度変化領域）の位置が呼吸等の体動に伴い変動しても、その動きに追従した断面を撮像することができ、温度変化分布計算において、空間的には異なる断面であっても、常にその所定部位を含む断面について、温度変化をモニタすることができる。これにより、温度計測の正確性、信頼性を向上することができる。
【００１３】
本発明のＭＲＩ装置において、前記体動検出手段は、好適には、前記計測対象部位に近い体表面に接触させて離散させて配置された光を反射する３つの反射器を有してなる指示器と、該指示器から離れた位置に設けられた発光器と、２つのカメラとを有し、前記３つの反射器で反射される前記発光器の光を前記２つのカメラで受像した２つの像に基づいて、前記指示器の３次元位置と直交座標軸周りの回転角を検出する位置検出手段を含み、前記制御手段は、前記位置検出手段により検出された前記指示器の３次元位置と直交座標軸周りの回転角に基づいて前記計測対象部位の３次元位置と直交座標軸周りの回転角を求めて、前記撮影断面の３次元位置と直交座標軸周りの回転角を設定する。
前記計測対象部位は、前記被検体内に刺し込まれる穿刺デバイスの先端を含む部位であってもよく、その場合、好適には、体動検出手段は、前記穿刺デバイスの体外部に位置される部位に離散させて配置された光を反射する３つの反射器を有してなる指示器と、該指示器から離れた位置に設けられた発光器と、２つのカメラとを有し、前記３つの反射器で反射される前記発光器の光を前記２つのカメラで受像した２つの像に基づいて、前記指示器の３次元位置を検出する位置検出手段を含み、前記制御手段は、前記位置検出手段により検出された前記指示器の３次元位置に基づいて前記穿刺デバイスの３次元位置を求め、前記穿刺デバイスの先端の３次元位置が同一となるように前記撮影断面の３次元位置を設定する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＭＲＩ装置の一実施形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体構成を示す図である。このＭＲＩ装置は、被検体101内部に一様な静磁場Ｈ0を発生させるための電磁石または永久磁石より構成された静磁場発生磁気回路102、互いに直交する３軸方向に強度が線形に変化する傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを発生するための傾斜磁場発生系103、被検体101に高周波磁場を印加する送信系104、被検体101から生じるＮＭＲ信号を検出するための検出系105、傾斜磁場発生系103、送信系104及び検出系105に指令を送り、傾斜磁場、高周波パルスを所定のタイミングで発生させるためのシーケンサ107、シーケンサ107の制御や画像処理、温度計算等の種々の処理を行うコンピュータ108、画像の表示や格納を行う信号処理系106、コンピュータ108に撮影条件等の各種パラメータの設定等の操作を行うキーボード122、マウス123を備えた操作部121及びベッドに寝かされた被検体101の特定位置を検出するための位置検出装置118を有している。
【００１６】
傾斜磁場発生系103は、３軸方向の傾斜磁場コイル109とその電源110とからなり、傾斜磁場の印加の仕方により、被検体101の撮影断面を決定し、また被検体101が発生するＮＭＲ信号に位置情報を付与する。本発明において、撮影断面を決定する傾斜磁場は、コンピュータ108を介して、位置検出装置118からの位置情報に基き制御される。
【００１７】
送信系104は、シンセサイザ111、変調器112、電力増幅器113及び送信コイル114aからなり、シンセサイザ111が発生する高周波をシーケンサ107が指令するタイミングで変調器112で変調し電力増幅器113で増幅し、送信コイル114aに供給する。これにより被検体101の内部に高周波磁場を発生させ、核スピンを励起される。
【００１８】
検出系105は、検出コイル114b、増幅器115、直交位相検波器116、Ａ/Ｄ変換器117からなり、被検体101から放出されるＮＭＲ信号を検出コイル114bで受信し、増幅器115で増幅した後、直交位相検波器116でシンセサイザ111からの参照高周波信号を参照して検波し、Ａ/Ｄ変換器117を介して、二系列のデジタル信号としてコンピュータ108に入力する。
尚、図では送信コイル114aと検出コイル114bを別々に設けているが、送受信両用の単一のコイルを用いることも可能である。
【００１９】
コンピュータ108は、検出系105から入力した信号に所定の信号処理を行った後、核スピン密度分布、緩和時間分布、スペクトル分布、温度分布等を計算し、画像を作成する。本発明においては、後述する位置検出装置118から被検体の温度変化領域に関する位置情報に対応する信号を入力し、この位置情報に基づき計測する断面を決定する傾斜磁場を計算する。
【００２０】
コンピュータ108で作成された画像は、信号処理系106のディスプレイ128に表示されるとともに、必要に応じて磁気ディスク126、光磁気ディスク127等に格納される。尚、信号処理系106のROM124、RAM125は、上記計算の途中のデータや計算に必要な各種パラメータ等を記憶するものである。
【００２１】
位置検出装置118は、被検体101の特定領域、具体的には温度変化領域の、測定空間における位置(座標)を検出し、被検体101の撮影断面を決定するためのものであり、例えば、図２に示すように被検体101の特定領域を指示するためのポインタ118aと、ポインタ118aの位置を検出する検出カメラ118bとからなる。
【００２２】
ポインタ118aとしては、所望の位置についてのＭＲ画像を取得するために開発された公知のポインタを用いることができる。具体的には、少なくとも３個の赤外線発光ダイオード又は反射球を三角の頂点位置に配置したアクティブ型又はパッシブ型のポインタを用いることができる。パッシブ型は電源供給ラインが不要となるため操作性の点で好適である。検出カメラ118bは、ポインタに対し視差のある位置に取り付けた２個以上のカメラからなり、反射球を用いたパッシブ型のポインタを用いた場合には、反射球に光を照射するための発光ダイオードが備えられている。検出カメラ118bは、ＭＲＩ装置の静磁場発生領域の中心から１ｍから1.5ｍは成れた位置に設けられる。
【００２３】
ポインタ118aは、被検体101の体表或いは手術部位などの所定位置か、被検体に挿入される器具(例えば、穿刺針やガイド)の後端（体外に残っている部分）に設置され、２個のカメラでポインタの各発光ダイオード又は反射球の位置をリアルタイムで検出し、６次元の位置情報(即ち、ｘ、ｙ、ｚ及び軸に対する回転情報)をコンピュータ108にリアルタイムで送る。このような位置検出装置として、例えば、Northern Digital Instrument 社のPOLARISを用いることができ、この装置により送出速度20〜60Ｈｚ、位置精度0.35ｍｍが実現できる。
【００２４】
尚、図示していないが、ポインタ118aが設置された位置の、磁場中心からの位置（測定空間における座標）を知るために、磁場中心から所定の固定位置に基準ポインタが設置されている。初期操作として、例えばこの基準ポインタの位置を測定空間の座標原点と決めることにより、測定空間における各ポインタの座標を一義的に決めることができる。
【００２５】
次に上記構成におけるＭＲＩ装置による温度計測方法について図３〜図５を参照して説明する。
尚、ＭＲＩ装置を用いた温度計測は、レーザ治療、マイクロ波凝固術、エタノールなどの薬物注入、ＲＦ照射切除、低温治療などの治療や簡易手術をＩＶ−ＭＲにて行う場合に適用され、治療中或いは手術中の、目的部位の局所温度のモニタとして行う。
【００２６】
まず計測空間に置かれた被検体101に、図２に示すように、位置検出装置118のポインタ118aを目的とする温度変化領域201近傍の体表上に設置し、検出カメラ118bによるリアルタイムの位置計測を開始する。次いで、温度変化領域201を含む断面Ｓ1の撮像を開始する。最初の断面Ｓ1の決定は、通常の画像の撮像と同様に、例えば被検体の体軸方向に沿った画像を撮像・表示し、その画像から目的部位を含む断面を決定する。これにより選択された断面Ｓ1に対応する傾斜磁場が決定され、撮像のパラメータとして設定される。
【００２７】
撮像は、例えば図４に示すようなグラディエントエコー（GrE）法のパルスシーケンスによって行われる。即ち、ＲＦパルス401とともに撮影断面を選択する傾斜磁場Ｇｓ402を印加し、次いで位相エンコード傾斜磁場403を印加し、極性の反転するリードアウト傾斜磁場404を印加しながらグラディエントエコー405を計測する。このシーケンスを位相エンコード傾斜磁場403の強度を変化させながら繰り返し、その断面の温度情報を含む信号の組を得る。このエコー信号をフーリエ変換して得られる複素画像の実部と虚部から、前述の式（１）により位相分布φ１(x,y,z)を求める。
【００２８】
こうして得られた位相分布像は、図５（b）に示すように、温度変化領域201を含む断面Ｓ1の温度情報を反映したものである。この位相分布像を得た時刻をｔ１とし、それからΔｔ後の時刻ｔ２に同様の計測を行う。
但し、この場合には、同図（a）に示すように呼吸動に伴い温度変化領域201の位置は時刻ｔ１における位置Ｐ１からＰ２に変化している。コンピュータ108は、位置検出装置118から、このようなＰ２の位置情報を受け取ると（図３：ステップ301）、Ｐ２を含む断面Ｓ2を計算するとともにその断面Ｓ2を選択するための傾斜磁場を決定する（ステップ302）。そして、図４のパルスシーケンスの実行において、断面を選択するための傾斜磁場402として新たに決定された傾斜磁場を用いるようにシーケンサ107に指令を送る。こうして時刻ｔ２において、新たに選択された断面の計測を行なう（ステップ303）。
【００２９】
こうして時刻ｔ１及びｔ２に取得された位相分布φ1、φ2は、測定空間においては異なる断面を選択したものであるが、動きのある被検体については同一温度変化領域を含むほぼ同一断面の位相分布(図５（c）)となる。これら二つの位相分布φ1、φ2について複素差分計算を行い、式（３）により時刻ｔ１、ｔ２間の温度変化分布を計算する（ステップ304）。
【００３０】
【数３】
【００３１】
こうして得られた温度変化分布像（図５（d））は、ディスプレイに表示される（ステップ305）。以後、所定の時間間隔毎に、ポインタの位置に対応した断面を撮影し、この断面について計算された位相分布φiと最初に求めた位相分布φ1とから温度変化分布を求め、順次、ディスプレイに表示する。このディスプレイに表示された温度変化分布象をモニタとして術者は加温等の治療を進めることができる。
【００３２】
尚、ステップ304では、i番目のφiと最初に求めた位相分布φ1との複素差分から温度変化分布を求めているが、i番目のφiとi+1番目のφi+1と複素差分をとることにより温度変化分布ｔiを計算し、これを累積加算（Ti＝Σｔi）して計測開始時からの温度変化分布Tiを求めるようにしてもよい。φ1−φi＞360°の位相変化が生じることがあるので、位相変化が大きいときには、この手法が有効である。
【００３３】
また図５では、矢印で示すように、単純に温度変化領域が上下動する場合を示しているが、目的部位（ポインタ）の動きが、三次元的な平行移動や回転を伴う場合でも、同様に計算によって目的部位の位置を求めることができる。
【００３４】
このように本実施形態によれば、空間的には異なる断面であっても常に同一の温度領域を含む位相分布像を得ることができるので、目的とする温度変化領域の温度変化を確実にモニタリングでき、加温治療等の正確性を向上することができる。
【００３５】
尚、以上説明した実施形態において、位置検出装置118が検出するポインタ118aの設置位置は、温度変化領域201の位置と同じではないが、温度変化領域がポインタ118aの動きと連動しているとみなすことができる部位の場合には、ポインタ118aの動きをそのまま温度変化領域の動きとみなし、断面の位置の計算を行うことができる。一方、図６に示すように温度変化領域の変動601が呼吸動602と連動するが、その移動量が異なるような場合には、予め異なる時相について複数の形態画像を取得し、図６に示すような移動量の関係（変位）を求めておく。このように予め求めた関係と検出されたポインタ118aの位置とを用いることにより、温度変化領域の位置をより正確に計算することが可能である。また温度変化領域である臓器が切開等によって表れている場合には、直接その近傍にポインタ118aを設置することにより、温度変化領域の動きをじかにモニタリングすることも可能である。
【００３６】
また例えば、穿針したガイドにレーザファイバを通して加熱する場合や、穿刺した電極針からマイクロ波を照射する場合には、図７に示すように、ポインタ118aを穿刺針701の後端に設置することも可能である。この方法では、穿刺針701の後端と先端との位置関係が固定しているので、後端位置を検出すれば先端位置を知ることができるので、直接穿刺針701先端の温度変化領域の空間位置を計算し、その断面を選択することができる。
【００３７】
以上、本発明のＭＲＩ装置を図面に示す実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変更を加えることができる。例えば、温度計測のためのパルスシーケンスとして、図４にはグラディエントエコー法によるシーケンスを例示したが、位相成分に温度依存成分（共鳴周波数×静磁場強度）を含むエコー信号が得られるGrE系のシーケンスであれば、図４のシーケンスに限らず採用できる。具体的には、SARGE、TRASARGE、RFSARGEなどの高速GrEシーケンス、SSFP（Steady State Free Precession）などのシーケンス、GrE型のEPIシーケンスなどの公知のパルスシーケンスを採用することができる。
【００３８】
また上記実施形態としては、温度分布像を表示する場合を説明したが、表示する温度情報としては、温度分布像のみならず温度或いは温度差等の数値表示が可能である。
さらに上記実施形態では、位置検出装置として、光学カメラと光学カメラによって撮像されるポインタ等の光学デバイスを例示したが、電磁波を使う方法や超音波を使う方法等も、適宜使用することが可能である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、温度変化をモニタリングすべき領域に体動等による位置変動がある場合でも、正確にその領域の温度計測を行なうことができ、温度計測の正確性、信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体構成を示す図
【図２】位置検出装置の要部を示す図
【図３】本発明のＭＲＩ装置による温度計測の一実施形態を示すフロー図
【図４】温度計測において採用されるパルスシーケンスの一例を示す図
【図５】本発明による温度計測を説明する図
【図６】体動に伴う温度変化領域の変動を模式的に示すグラフ
【図７】本発明による温度計測の他の実施形態を示す図
【符号の説明】
101…被検体、102…静磁場発生磁石、103…傾斜磁場発生系、104…送信系、105…検出系、108…コンピュータ、118…位置検出装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴イメージング（以下、ＭＲＩと称す）装置に関し、特に生体内温度分布画像の計測機能を備えたＭＲＩ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＭＲＩ装置を術中モニタとして使用するインターベンショナルＭＲＩ（Interventional MRI：以下、ＩＶＭＲと称す）が注目されている。ＩＶＭＲで行われる治療法には、レーザ治療、マイクロ波凝固術、エタノールなどの薬物注入、RF照射切除、低温治療などがある。これらの治療において、ＭＲＩは、患部に穿刺針や細管を到達させるためのリアルタイムイメージングによるガイド及び治療中の組織変化の可視化、加熱・冷却治療中の局所温度のモニタなどの役割を果たす。ＩＶＭＲの典型的な応用例としては、レーザ照射治療やマイクロ波凝固術中における体内の温度分布の画像化が挙げられる。
【０００３】
温度分布の画像化手法には、信号強度から求める方法、拡散係数から求める方法、プロトンの位相シフトから求める方法（PPS法：Proton Phase Shift法）等があるが、この中でPPS法が最も測定精度に優れている。
【０００４】
PPS法は、例えば傾斜磁場の反転により得られるエコー信号の位相情報から温度分布を求める。具体的には、エコー信号をフーリエ変換して得られる複素画像の実部Srと虚部Siから、次式（１）により位相分布を求める。
【０００５】
【数１】
そして、得られた位相分布、エコー信号が最大となる時点と90°パルスとの間隔TE（106）、共鳴周波数f、水の温度係数から、次式（２）温度Tを求める。
【０００７】
【数２】
上記手法を用いて、異なる時刻t1〜tn（n：撮影回数）で取得した信号からそれぞれ計算した温度分布の差分をとり、ある時間における被検体の温度変化の分布を取得することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとしている課題】
上述のように、MRIによる温度モニタリングでは、連続した時系列データを取得し、異なる時刻において取得された空間位相分布を差分し、温度変化を求めるため、常に同一の温度変化領域を撮像する必要がある。しかし、撮像断面を空間的に固定した場合、体動、特に腹部では呼吸動の影響があるために、温度変化領域が撮像断面から外れることが多々あり、安定して同一の温度変化領域を計測することは困難である。例えば、撮像断面（スライス）厚は数mm〜10mmのオーダーであるのに対し、呼吸による変動も３秒程度の間隔の間に数十mm以上の範囲で変動する。このため変動のある時相で計測した断面は温度変化領域を含むが、他の時相で計測した断面は含まないということになる。従って、加熱治療を例にとると、計測した時系列データには、加熱部位の温度上昇の情報を含むデータと、含まないデータが混在することになり、後者の場合は加熱による温度上昇の情報が得られないことになる。このため時系列データの差分によって、温度変化をリアルタイムで計測・表示しようとすると、温度が上昇したり、しなかったり、場合によっては突然加熱領域が広がったり、消えたりして、安定した温度モニタリングを行うことができず、信頼性にかける結果となる。
【００１０】
そこで本発明は、ＭＲＩ装置において温度変化分布を計測する場合、体動による影響を回避し、温度モニタリングの正確性、信頼性を向上させることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のＭＲＩ装置は、被検体が置かれる空間に均一な静磁場を発生させる静磁場発生手段と、前記被検体の撮影断面を決定する傾斜磁場を発生させる手段と、前記空間に高周波磁場を印加させる手段と、前記被検体から生じた核磁気共鳴信号を検出する手段と、前記被検体の計測対象部位を含む撮影断面について磁気共鳴撮影を時間間隔をおいて連続的に実行させる制御手段と、前記検出手段により異なる時刻に検出された前記撮影断面にかかる複数組の核磁気共鳴信号を用いて前記計測対象部位に係る診断情報を演算する演算手段と、前記診断情報を表示させる表示手段とを備えた磁気共鳴イメージング装置であって、前記被検体の体動を検出する体動検出手段を備え、前記制御手段は、前記体動検出手段からの情報に基いて前記撮影断面の位置を設定し、前記演算手段は、基準とする第１の核磁気共鳴信号と、体動後の第２の核磁気共鳴信号を検出し、該検出された信号から前記計測対象部位の温度分布の差を演算して温度変化分布を求めることを特徴とするものである。
【００１２】
このようなＭＲＩ装置によれば、所定部位（温度変化領域）の位置が呼吸等の体動に伴い変動しても、その動きに追従した断面を撮像することができ、温度変化分布計算において、空間的には異なる断面であっても、常にその所定部位を含む断面について、温度変化をモニタすることができる。これにより、温度計測の正確性、信頼性を向上することができる。
【００１３】
本発明のＭＲＩ装置において、前記体動検出手段は、好適には、前記計測対象部位に近い体表面に接触させて離散させて配置された光を反射する３つの反射器を有してなる指示器と、該指示器から離れた位置に設けられた発光器と、２つのカメラとを有し、前記３つの反射器で反射される前記発光器の光を前記２つのカメラで受像した２つの像に基づいて、前記指示器の３次元位置と直交座標軸周りの回転角を検出する位置検出手段を含み、前記制御手段は、前記位置検出手段により検出された前記指示器の３次元位置と直交座標軸周りの回転角に基づいて前記計測対象部位の３次元位置と直交座標軸周りの回転角を求めて、前記撮影断面の３次元位置と直交座標軸周りの回転角を設定する。
前記計測対象部位は、前記被検体内に刺し込まれる穿刺デバイスの先端を含む部位であってもよく、その場合、好適には、体動検出手段は、前記穿刺デバイスの体外部に位置される部位に離散させて配置された光を反射する３つの反射器を有してなる指示器と、該指示器から離れた位置に設けられた発光器と、２つのカメラとを有し、前記３つの反射器で反射される前記発光器の光を前記２つのカメラで受像した２つの像に基づいて、前記指示器の３次元位置を検出する位置検出手段を含み、前記制御手段は、前記位置検出手段により検出された前記指示器の３次元位置に基づいて前記穿刺デバイスの３次元位置を求め、前記穿刺デバイスの先端の３次元位置が同一となるように前記撮影断面の３次元位置を設定する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＭＲＩ装置の一実施形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体構成を示す図である。このＭＲＩ装置は、被検体101内部に一様な静磁場Ｈ0を発生させるための電磁石または永久磁石より構成された静磁場発生磁気回路102、互いに直交する３軸方向に強度が線形に変化する傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを発生するための傾斜磁場発生系103、被検体101に高周波磁場を印加する送信系104、被検体101から生じるＮＭＲ信号を検出するための検出系105、傾斜磁場発生系103、送信系104及び検出系105に指令を送り、傾斜磁場、高周波パルスを所定のタイミングで発生させるためのシーケンサ107、シーケンサ107の制御や画像処理、温度計算等の種々の処理を行うコンピュータ108、画像の表示や格納を行う信号処理系106、コンピュータ108に撮影条件等の各種パラメータの設定等の操作を行うキーボード122、マウス123を備えた操作部121及びベッドに寝かされた被検体101の特定位置を検出するための位置検出装置118を有している。
【００１６】
傾斜磁場発生系103は、３軸方向の傾斜磁場コイル109とその電源110とからなり、傾斜磁場の印加の仕方により、被検体101の撮影断面を決定し、また被検体101が発生するＮＭＲ信号に位置情報を付与する。本発明において、撮影断面を決定する傾斜磁場は、コンピュータ108を介して、位置検出装置118からの位置情報に基き制御される。
【００１７】
送信系104は、シンセサイザ111、変調器112、電力増幅器113及び送信コイル114aからなり、シンセサイザ111が発生する高周波をシーケンサ107が指令するタイミングで変調器112で変調し電力増幅器113で増幅し、送信コイル114aに供給する。これにより被検体101の内部に高周波磁場を発生させ、核スピンを励起される。
【００１８】
検出系105は、検出コイル114b、増幅器115、直交位相検波器116、Ａ/Ｄ変換器117からなり、被検体101から放出されるＮＭＲ信号を検出コイル114bで受信し、増幅器115で増幅した後、直交位相検波器116でシンセサイザ111からの参照高周波信号を参照して検波し、Ａ/Ｄ変換器117を介して、二系列のデジタル信号としてコンピュータ108に入力する。
尚、図では送信コイル114aと検出コイル114bを別々に設けているが、送受信両用の単一のコイルを用いることも可能である。
【００１９】
コンピュータ108は、検出系105から入力した信号に所定の信号処理を行った後、核スピン密度分布、緩和時間分布、スペクトル分布、温度分布等を計算し、画像を作成する。本発明においては、後述する位置検出装置118から被検体の温度変化領域に関する位置情報に対応する信号を入力し、この位置情報に基づき計測する断面を決定する傾斜磁場を計算する。
【００２０】
コンピュータ108で作成された画像は、信号処理系106のディスプレイ128に表示されるとともに、必要に応じて磁気ディスク126、光磁気ディスク127等に格納される。尚、信号処理系106のROM124、RAM125は、上記計算の途中のデータや計算に必要な各種パラメータ等を記憶するものである。
【００２１】
位置検出装置118は、被検体101の特定領域、具体的には温度変化領域の、測定空間における位置(座標)を検出し、被検体101の撮影断面を決定するためのものであり、例えば、図２に示すように被検体101の特定領域を指示するためのポインタ118aと、ポインタ118aの位置を検出する検出カメラ118bとからなる。
【００２２】
ポインタ118aとしては、所望の位置についてのＭＲ画像を取得するために開発された公知のポインタを用いることができる。具体的には、少なくとも３個の赤外線発光ダイオード又は反射球を三角の頂点位置に配置したアクティブ型又はパッシブ型のポインタを用いることができる。パッシブ型は電源供給ラインが不要となるため操作性の点で好適である。検出カメラ118bは、ポインタに対し視差のある位置に取り付けた２個以上のカメラからなり、反射球を用いたパッシブ型のポインタを用いた場合には、反射球に光を照射するための発光ダイオードが備えられている。検出カメラ118bは、ＭＲＩ装置の静磁場発生領域の中心から１ｍから1.5ｍは成れた位置に設けられる。
【００２３】
ポインタ118aは、被検体101の体表或いは手術部位などの所定位置か、被検体に挿入される器具(例えば、穿刺針やガイド)の後端（体外に残っている部分）に設置され、２個のカメラでポインタの各発光ダイオード又は反射球の位置をリアルタイムで検出し、６次元の位置情報(即ち、ｘ、ｙ、ｚ及び軸に対する回転情報)をコンピュータ108にリアルタイムで送る。このような位置検出装置として、例えば、Northern Digital Instrument 社のPOLARISを用いることができ、この装置により送出速度20〜60Ｈｚ、位置精度0.35ｍｍが実現できる。
【００２４】
尚、図示していないが、ポインタ118aが設置された位置の、磁場中心からの位置（測定空間における座標）を知るために、磁場中心から所定の固定位置に基準ポインタが設置されている。初期操作として、例えばこの基準ポインタの位置を測定空間の座標原点と決めることにより、測定空間における各ポインタの座標を一義的に決めることができる。
【００２５】
次に上記構成におけるＭＲＩ装置による温度計測方法について図３〜図５を参照して説明する。
尚、ＭＲＩ装置を用いた温度計測は、レーザ治療、マイクロ波凝固術、エタノールなどの薬物注入、ＲＦ照射切除、低温治療などの治療や簡易手術をＩＶ−ＭＲにて行う場合に適用され、治療中或いは手術中の、目的部位の局所温度のモニタとして行う。
【００２６】
まず計測空間に置かれた被検体101に、図２に示すように、位置検出装置118のポインタ118aを目的とする温度変化領域201近傍の体表上に設置し、検出カメラ118bによるリアルタイムの位置計測を開始する。次いで、温度変化領域201を含む断面Ｓ1の撮像を開始する。最初の断面Ｓ1の決定は、通常の画像の撮像と同様に、例えば被検体の体軸方向に沿った画像を撮像・表示し、その画像から目的部位を含む断面を決定する。これにより選択された断面Ｓ1に対応する傾斜磁場が決定され、撮像のパラメータとして設定される。
【００２７】
撮像は、例えば図４に示すようなグラディエントエコー（GrE）法のパルスシーケンスによって行われる。即ち、ＲＦパルス401とともに撮影断面を選択する傾斜磁場Ｇｓ402を印加し、次いで位相エンコード傾斜磁場403を印加し、極性の反転するリードアウト傾斜磁場404を印加しながらグラディエントエコー405を計測する。このシーケンスを位相エンコード傾斜磁場403の強度を変化させながら繰り返し、その断面の温度情報を含む信号の組を得る。このエコー信号をフーリエ変換して得られる複素画像の実部と虚部から、前述の式（１）により位相分布φ１(x,y,z)を求める。
【００２８】
こうして得られた位相分布像は、図５（b）に示すように、温度変化領域201を含む断面Ｓ1の温度情報を反映したものである。この位相分布像を得た時刻をｔ１とし、それからΔｔ後の時刻ｔ２に同様の計測を行う。
但し、この場合には、同図（a）に示すように呼吸動に伴い温度変化領域201の位置は時刻ｔ１における位置Ｐ１からＰ２に変化している。コンピュータ108は、位置検出装置118から、このようなＰ２の位置情報を受け取ると（図３：ステップ301）、Ｐ２を含む断面Ｓ2を計算するとともにその断面Ｓ2を選択するための傾斜磁場を決定する（ステップ302）。そして、図４のパルスシーケンスの実行において、断面を選択するための傾斜磁場402として新たに決定された傾斜磁場を用いるようにシーケンサ107に指令を送る。こうして時刻ｔ２において、新たに選択された断面の計測を行なう（ステップ303）。
【００２９】
こうして時刻ｔ１及びｔ２に取得された位相分布φ1、φ2は、測定空間においては異なる断面を選択したものであるが、動きのある被検体については同一温度変化領域を含むほぼ同一断面の位相分布(図５（c）)となる。これら二つの位相分布φ1、φ2について複素差分計算を行い、式（３）により時刻ｔ１、ｔ２間の温度変化分布を計算する（ステップ304）。
【００３０】
【数３】
こうして得られた温度変化分布像（図５（d））は、ディスプレイに表示される（ステップ305）。以後、所定の時間間隔毎に、ポインタの位置に対応した断面を撮影し、この断面について計算された位相分布φiと最初に求めた位相分布φ1とから温度変化分布を求め、順次、ディスプレイに表示する。このディスプレイに表示された温度変化分布象をモニタとして術者は加温等の治療を進めることができる。
【００３２】
尚、ステップ304では、i番目のφiと最初に求めた位相分布φ1との複素差分から温度変化分布を求めているが、i番目のφiとi+1番目のφi+1と複素差分をとることにより温度変化分布ｔiを計算し、これを累積加算（Ti＝Σｔi）して計測開始時からの温度変化分布Tiを求めるようにしてもよい。φ1−φi＞360°の位相変化が生じることがあるので、位相変化が大きいときには、この手法が有効である。
【００３３】
また図５では、矢印で示すように、単純に温度変化領域が上下動する場合を示しているが、目的部位（ポインタ）の動きが、三次元的な平行移動や回転を伴う場合でも、同様に計算によって目的部位の位置を求めることができる。
【００３４】
このように本実施形態によれば、空間的には異なる断面であっても常に同一の温度領域を含む位相分布像を得ることができるので、目的とする温度変化領域の温度変化を確実にモニタリングでき、加温治療等の正確性を向上することができる。
【００３５】
尚、以上説明した実施形態において、位置検出装置118が検出するポインタ118aの設置位置は、温度変化領域201の位置と同じではないが、温度変化領域がポインタ118aの動きと連動しているとみなすことができる部位の場合には、ポインタ118aの動きをそのまま温度変化領域の動きとみなし、断面の位置の計算を行うことができる。一方、図６に示すように温度変化領域の変動601が呼吸動602と連動するが、その移動量が異なるような場合には、予め異なる時相について複数の形態画像を取得し、図６に示すような移動量の関係（変位）を求めておく。このように予め求めた関係と検出されたポインタ118aの位置とを用いることにより、温度変化領域の位置をより正確に計算することが可能である。また温度変化領域である臓器が切開等によって表れている場合には、直接その近傍にポインタ118aを設置することにより、温度変化領域の動きをじかにモニタリングすることも可能である。
【００３６】
また例えば、穿針したガイドにレーザファイバを通して加熱する場合や、穿刺した電極針からマイクロ波を照射する場合には、図７に示すように、ポインタ118aを穿刺針701の後端に設置することも可能である。この方法では、穿刺針701の後端と先端との位置関係が固定しているので、後端位置を検出すれば先端位置を知ることができるので、直接穿刺針701先端の温度変化領域の空間位置を計算し、その断面を選択することができる。
【００３７】
以上、本発明のＭＲＩ装置を図面に示す実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変更を加えることができる。例えば、温度計測のためのパルスシーケンスとして、図４にはグラディエントエコー法によるシーケンスを例示したが、位相成分に温度依存成分（共鳴周波数×静磁場強度）を含むエコー信号が得られるGrE系のシーケンスであれば、図４のシーケンスに限らず採用できる。具体的には、SARGE、TRASARGE、RFSARGEなどの高速GrEシーケンス、SSFP（Steady State Free Precession）などのシーケンス、GrE型のEPIシーケンスなどの公知のパルスシーケンスを採用することができる。
【００３８】
また上記実施形態としては、温度分布像を表示する場合を説明したが、表示する温度情報としては、温度分布像のみならず温度或いは温度差等の数値表示が可能である。
さらに上記実施形態では、位置検出装置として、光学カメラと光学カメラによって撮像されるポインタ等の光学デバイスを例示したが、電磁波を使う方法や超音波を使う方法等も、適宜使用することが可能である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、温度変化をモニタリングすべき領域に体動等による位置変動がある場合でも、正確にその領域の温度計測を行なうことができ、温度計測の正確性、信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体構成を示す図
【図２】位置検出装置の要部を示す図
【図３】本発明のＭＲＩ装置による温度計測の一実施形態を示すフロー図
【図４】温度計測において採用されるパルスシーケンスの一例を示す図
【図５】本発明による温度計測を説明する図
【図６】体動に伴う温度変化領域の変動を模式的に示すグラフ
【図７】本発明による温度計測の他の実施形態を示す図
【符号の説明】
101…被検体、102…静磁場発生磁石、103…傾斜磁場発生系、104…送信系、105…検出系、108…コンピュータ、118…位置検出装置
Claims (5)
- 被検体が置かれる空間に均一な静磁場を発生させる静磁場発生手段と、前記被検体の撮影断面を決定する傾斜磁場を発生させる手段と、前記空間に高周波磁場を印加させる手段と、前記被検体から生じた核磁気共鳴信号を検出する手段と、前記被検体の計測対象部位を含む撮影断面について磁気共鳴撮影を時間間隔をおいて連続的に実行させる制御手段と、前記検出手段により異なる時刻に検出された前記撮影断面にかかる複数組の核磁気共鳴信号を用いて前記計測対象部位に係る診断情報を演算する演算手段と、前記診断情報を表示させる表示手段とを備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
前記被検体の体動を検出する体動検出手段を備え、
前記制御手段は、前記体動検出手段からの情報に基いて前記撮影断面の位置を設定し、
前記演算手段は、基準とする第１の核磁気共鳴信号と、体動後の第２の核磁気共鳴信号を検出し、該検出された信号から前記計測対象部位の温度分布の差を演算して温度変化分布を求めることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 前記体動検出手段は、前記計測対象部位に近い体表面に接触させて離散させて配置された光を反射する３つの反射器を有してなる指示器と、該指示器から離れた位置に設けられた発光器と、２つのカメラとを有し、前記３つの反射器で反射される前記発光器の光を前記２つのカメラで受像した２つの像に基づいて、前記指示器の３次元位置と直交座標軸周りの回転角を検出する位置検出手段を含み、
前記制御手段は、前記位置検出手段により検出された前記指示器の３次元位置と直交座標軸周りの回転角に基づいて前記計測対象部位の３次元位置と直交座標軸周りの回転角を求めて、前記撮影断面の３次元位置と直交座標軸周りの回転角を設定することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。 - 前記計測対象部位は、前記被検体内に刺し込まれる穿刺デバイスの先端を含む部位であることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記体動検出手段は、前記穿刺デバイスの体外部に位置される部位に離散させて配置された光を反射する３つの反射器を有してなる指示器と、該指示器から離れた位置に設けられた発光器と、２つのカメラとを有し、前記３つの反射器で反射される前記発光器の光を前記２つのカメラで受像した２つの像に基づいて、前記指示器の３次元位置を検出する位置検出手段を含み、
前記制御手段は、前記位置検出手段により検出された前記指示器の３次元位置に基づいて前記穿刺デバイスの３次元位置を求め、前記穿刺デバイスの先端の３次元位置が同一となるように前記撮影断面の３次元位置を設定することを特徴とする請求項３記載の磁気共鳴イメージング装置。 - 前記演算手段は、前記計測対象部位の前記温度変化分布を画像化して表示画面に表示させる機能を備えて成ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
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