JP4201803B2 - Ｘ線装置を有する磁気共鳴装置 - Google Patents

Description

本発明は、
a)固定磁界を発生する磁石と、
b)RF（高周波）電磁信号を発生しかつ、位置に依存する態様で磁気共鳴信号を生成するため、一時的な傾斜磁界を発生する手段と、
c)共鳴信号を検出する受信ユニットと、
d)受信した共鳴信号を処理する再生成ユニットと、
e)映像化されるべき被検体を支持する支持体と、
f)RF電磁信号及び一時的な傾斜磁界を発生する手段用の制御信号を生成する制御ユニットとを有する磁気共鳴により被検体の一部を映像化する磁気共鳴装置に関する。

上述の磁気共鳴装置により提供する不明瞭な磁化に関する情報を補うため、傾斜磁界が設けられ、次いで、コイルによる固定磁界中に連続的なRFパルスが発生される。スピン共鳴パルスは、同一のコイルまたは更なるコイルにより捕らえられたRFパルスにより発生され、そして処理ユニットに供給される。この処理ユニットは、解析されるべき被検体の一部の映像を形成するため、受信した信号を処理する。上述の磁気共鳴装置は、例えば、水素原子を多く含有する人間の器官の柔らかな組織の画像の医学的な診断に使用される。

従来の磁気共鳴装置の問題点は、この装置が患者の体の開口を介して、処置されるべき器官に媒体が案内される病院における介在処置の間の映像化のために使用される場合、これらの媒体が十分に映像化されないというものである。これらの媒体を使用する映像化は、器官を処置するＸ線装置で実現されるが、たびたびその映像化がなされない。媒体の位置合わせのため、MR装置及びＸ線装置の画像が合成され、そして、患者は、撮影のためにMR装置とＸ線装置との間を移動される。現在のＸ線システムは、MR装置中の磁石により発生した漏れ磁界に対して敏感で、この結果、MR装置とＸ線装置との間の間隔は、患者の内部に滞在した媒体の画像を構築する際に十分な間隔、例えば数メータでなくてはならない。移動の間、患者の揺れにより、患者内の媒体が動く危険性がある。このような動きは、患者にとって致命的である。さらに、いくつかの場合において、患者がチューブまたは他の手段によって種々の医療機器に結合されており、この結果、移動は負担となる。さらに、２つの座標システムの整合は難しく、この結果、処置すべき器官に対応する媒体の案内及び固定において過ちが発生する。

本発明は、患者に不可欠な移動を削減することを目的とし、その結果、移動の間の揺れに基づく患者の体内の媒体の望ましくない動きが低減され、MR装置及びＸ線装置の座標システムの統合を簡略化する。即ち、処置すべき器官に対応する媒体の案内及び固定における過ちの危険性を低減する。

本発明による磁気共鳴装置は、被検体が支持部材上に位置するときに当該被検体のＸ線画像を形成するＸ線装置を有することを特徴とする。

上述の工程の結果、Ｘ線装置がMR装置の固定磁界中に設けられる間、例えば患者である被検体を位置させるまたは強く固定する必要がない。移動の間の揺れによる患者の体内の媒体が動く危険性は、患者を僅かな期間のみ固定すれば良いため、結果として低減する。例え患者にチューブ及び他の接続機器が接続されていたとしても、患者の移動を簡略化できる。大部分の一致が、MR装置により形成される処理されるべき器官の画像用の座標システムと、Ｘ線装置により形成される患者の体に注入された媒体の画像用の画像システムとの間でも同様に達成される。患者内の媒体の案内及び位置合わせに関する障害の危険性は、これにより低減される。

本発明による磁気共鳴装置の特別な実施例は、MR装置の映像化区域に被検体の一部が設けられる第１の位置と、Ｘ線装置の映像化区域に被検体の一部が設けられる第２の位置との調整が可能なことを特徴とする。

即ち、被測定体（例えば患者）が第１の位置の場合、MR画像がＸ線装置により乱されることがない。このような乱れは、例えば、傾斜磁界によるＸ線装置の金属部品に生じる渦電流により発生しかつ、Ｘ線装置の金属部品によりMR装置のRF領域が乱れる。第２位置において、MR装置の傾斜磁界及びRFパルスが非活性化され、そして特に、Ｘ線装置上のMR装置の固定磁界に特別に作用して乱れが相殺される間に、患者のＸ線画像が形成される。

本発明による磁気共鳴装置の次なる実施例は、Ｘ線装置が、磁石の近くに配置されかつ、第１の位置から第２の位置に移動できる案内システムを有することを特徴とする。

この工程が実施されるMR装置において、磁石の遮蔽中にＸ線装置を動かすことは不可能である。支持体、例えば患者台上に位置される、例えば患者である被検体は、MR装置の画像区域からＸ線装置等の画像区域に移動され、患者は、案内システムにより、MR装置の座標システムの或る軸と平行に移動される。この工程の結果、患者が揺れる危険性は低減される。即ち、患者内の媒体が動く危険性が低減される。次いで、座標システムのある軸に沿った移動を含む移動には、MR装置及びＸ線装置の画像を合成することが要求される。この結果、ミリメータ単位の精度が、患者の位置及び両者の等価システムにも対応する媒体において実現される。

本発明による磁気共鳴装置の更なる実施例は、MR装置及びＸ線装置の映像化区域が一致することを特徴とする。

上述の工程により、例えば患者である被検体は、MR装置またはＸ線装置を形成するために位置される必要が無い。Ｘ線画像の配列について、Ｘ線装置が、Ｘ線装置の画像範囲に患者が入るように、MR装置の強力な磁界の範囲に動かされる。MR装置及びＸ線装置の座標システムは、この場合、実質的な効果をあげる。

本発明による磁気共鳴装置の他の実施例は、支持部材の長手軸を中心にＸ線装置を回転する手段を有することを特徴とする。

この工程は、例えば患者である被検体の異なる角度のＸ線画像の配列を実現し、一方で被検体を固定位置に残すことも実現する。

本発明による磁気共鳴装置の更なる実施例は、Ｘ線装置は、発生される電子ビームの方向が磁石によってＸ線管内で発生される固定磁界の磁界線と平行に延在する当該Ｘ線管を有することを特徴とする。

この工程の結果として、Ｘ線管は、MR装置の磁石によって生じる漏れ磁界の存在にも関わらず動作できる。磁界が欠如すると、一般的なＸ線管における電子ビームは、カソードからアノードに向けて実質的に直線で移動し、Ｘ線はこの場合、アノードにおいて発生される。磁界が存在すると、電子は電子ビーム及び磁界の面に垂直に向く力の影響を受ける。この力の強さは、磁界と電子ビームとの間の角度の正弦（sin）に比例する。この力の影響下で、電子ビームの方向は、所望の特性を持つＸ線の発生が不可能になるように、所望の方向から逸らす。アノードとカソードとの間の直線を磁界の方向と平行に延在する方向に選択することにより、電子ビーム上で活性化された力は、アノードとカソードとの間の実質的な直線に沿って移動する電子ビームが発生するように、ゼロになるであろう。

本発明による磁気共鳴装置の更なる実施例は、Ｘ線装置が、固体撮像素子を含むＸ線検出器を有することを特徴とする。

固体撮像素子を持つＸ線検出器を設けることにより、漏れ磁界の存在にも関わらず、Ｘ線検出器に入射するＸ線影像において乱れの無い画像の電気信号を生成できる。Ｘ線画像強調器を持つ多くの一般的なＸ線検出器は、Ｘ線検出器に入射するＸ線影像の乱れの無い電気信号を生成できない。Ｘ線画像強調器は、光カソード材料が設けられた入射窓を有する。この光カソード材料は、入射窓に入射するＸ線影像を電子画像に変換し、そして、電子光システムが、燐光出力スクリーン上に電子画像を映し出す。漏れ磁界は、Ｘ線画像強調器における電子ビームに作用し、この結果、ゆがんだ画像が燐光出力スクリーン上に形成される。Ｘ線検出器は、電子ビームを映像化のために使用しない固体撮像素子を有し、この結果、ゆがみが生じない。適切なＸ線検出器は、直接的にまたは幾何学的な光学システムを介して固体撮像素子に結合される、例えば、蛍光スクリーンを有する。この蛍光スクリーンは、Ｘ線影像を直接的に光の像に変換する。固体撮像素子は次いで、固体撮像素子において描かれる光の像から、電気信号を生成する。

本発明による磁気共鳴装置の更なる実施例は、
ａ）MR装置による画像を構築し、
ｂ）Ｘ線装置による画像を構築し、
ｃ）これら画像の位置情報を合成する、
工程を実施するために配置された画像処理ユニットを有することを特徴とする。

この工程によると、MR装置及びＸ線装置からの情報は、繰り返し処理され、そしてこの情報から作られた画像が、例えば例えばモニタである表示装置用に、或る基準として構築されたシステムにおいて、例えばある画像を形成するために組合わされる。

第１図は本発明によるＸ線装置２０を有する磁気共鳴装置１を示す図である。このMR装置は、固定磁界を発生する第１の磁石システム２と、傾斜磁界を発生する第２の磁石システム３と、第１および第２の磁石システム２，３用の電源ユニット４とを有する。磁石システム２，３は、遮蔽材１６により遮蔽されている。等価システムのＺ方向は、磁石システム２の固定磁界の方向に対応する。RF送信コイル５は、RF磁界を生成するために提供され、RF変調源６に結合されている。受信コイル８は、検査されるべき被検体７（例えば患者）におけるRF領域により発生される共鳴信号を受信するために使用される。このコイルは、RF送信コイル５と同一のコイルであっても良い。このコイルは、送受信回路９を介して信号増幅／復調ユニット１０に結合される。この回路から供給された移動及び振幅は、処理ユニット１１に供給される。この処理ユニット１１は、患者の一部の画像を形成するために設けられた信号を処理する。この画像は、例えばモニタ１２上に映し出される。このコイルユニット１３は、RF送信機用の変調器６、及び傾斜磁界用の電源ユニットを制御する。RF送信コイル５は、磁石システム２内に配置されかつ、医療処置目的で患者を検査するために十分大きな検査空間を取り囲む。即ち、固定磁界、傾斜磁界（とりわけ、被検体の部位情報を生成する）と、発生されるべき特別な形態のRF領域が、MR画像を形成するための検査空間中に設けられる。

Ｘ線装置２０は、MR装置１に合わせて配置される。Ｘ線装置は、この結果、MR装置の磁石によって生じる漏れ磁界中に設けられる。MR装置１とＸ線装置２０との間隔は、例えば１０cｍである。Ｘ線装置２０には、例えば、電源ユニット２３、Ｘ線源２１及びＸ線検出器２２が設けられる。Ｘ線画像を構築する間、検査区画中の患者が覆われるＸ線装置２０中のＸ線源２１はＸ線ビームを発生する。Ｘ線影像は、患者７におけるＸ線ビームの共鳴により、Ｘ線検出器２２の入射窓に形成される。Ｘ線源２２は、処理ユニット１１に供給される電気画像信号を発生する。これら画像の情報は、例えばモニタ１２に格納及び表示されるように、処理ユニット１１において、MR装置の画像の情報と組合わされる。MR装置１の検査区域及びＸ線装置２０の検査区域は、他の延長部分に配置される。案内システム１５は、これら区域に配置される。案内システム１５上には、例えば患者用テーブルである支持部材１４が配置される。この患者用テーブル１４上の患者７は、MR装置１からＸ線装置２０に向けて、この案内システム１５を介して搬送される。

患者がMR装置の一部を形成する案内システム１５による座標システムのＺ軸に沿って配置されることにより、患者が揺れる危険性を低減できる。従って、介在措置の間に、患者の体内に存在する媒体が動く危険性は、低減される。移動は、MR装置及びＸ線装置の画像を構築するシステムを組合わせるために提供され、この結果、例えば患者内の媒体の位置に関する過ちを犯す危険性を低減する。

第２図は、固定磁界を発生する二重ドーナッツ磁石と本発明によるＸ線装置２０とを有するMR装置３０を示す図である。遮蔽材１７が第１の磁石システム２のコイルの間を寸断することにより、この設定においては、Ｘ線源２０を、磁石システム２の二つのコイルの間に配置できる。MR装置１及びＸ線装置２０の動作は、第１図を参照して説明したものと同じである。Ｘ線装置２０は、MR装置１の再配置可能なホルダ２４上に装着され、この結果、Ｘ線装置２０を配置でき、そして、Ｘ線装置２０の画像区域が、MR装置１の画像区域と一致し、Ｘ線画像は、例えば患者である被検体７を形成できる。Ｘ線画像を構築した後、Ｘ線装置２０は、MR装置から再び取り除かれる。この装置においては、MR装置及びＸ線装置の画像は、実質的に一致し、そして、患者を配置する必要がない。なお、MR装置の固定磁界を生成する上述の磁石システムにおいて、同様に、例えば２つの磁石の足の間に患者が配置されるＣコア磁石で構築可能である。

第３図は、例えば、本発明による装置において使用可能な回転型Ｘ線装置３６の実施例を示す図である。この回転型Ｘ線装置３６において、Ｘ線源２１及びＸ線検出器２２は、例えば患者台である支持部材１４の長手方向軸について回転可能なように配置される。Ｘ線装置３６は、Ｃアーム３１、駆動システム３２、そしてスタンド３３とを有する。Ｘ線源２１は、Ｃアーム３１の内側に装着され、Ｘ線検出器２２はＣアーム３１の内側のＸ線源２１とは逆側に装着される。Ｃアーム３１は、駆動システム３２と共にスタンド３３上に装着される。駆動システムは、例えば、Ｘ線ビームの方向と患者台との間の角度αが調整される制御システム３４に結合される。

Ｃアーム３１は、例えば患者の体内の媒体の位置を高速に搬送できるような二極Ｘ線装置を含むような構造であっても良い。

第４図は、例えば、本発明による装置中のＸ線装置２０の位置及びそのＸ線管４０の位置とともに、Ｙ−Ｚ座標システムを示す図である。この位置において、MR装置１の遮蔽材１６を調整すると、Ｘ線管４０はＸ線を発生する。図において、MR装置１の固定磁界の境界線４４は、Ｘ線管４０中の電子ビーム４５の方向と平行に示されている。アノードの方向においてカソードから放出される電子は、角度ｒ（r=mv/qB）の磁界により螺旋状に放出される。角度ｒについては、ｍは電子の質量で、ｖが速度で、qが電荷である。電子が、アノードとカソードとの間の３０kVの電界で最大限加速することに向けられる。この速度は、10^８m/sで、この速度は、相対的には規定されない。磁界は1.5Tの強さを持ち、電子ビームと直交する方向に延在し、螺旋電子ビームの最大直径は、0.389mmである。従って、アノード４２とカソード４１との間の電界により、カソード４１からアノード４２に向けての実質的な直線を形成するであろう電子ビーム４５の方向を意味する。アノード４２に電子ビーム４５が衝突することにより、例えば患者である被検体の影像をＸ線検出器２２において生成するＸ線ビーム４６を発生する。Ｘ線管４０は、MR装置中の固定磁界のひずみの無い遮蔽には十分な弱い固定磁界の領域である、MR装置から十分に離れた位置に配置できる。Ｘ線管４０において発生されたＸ線は、例えば国際特許出願公開WO92/08235から既知の"Kumakhov レンズ"により、患者に向けられる。

第５図は、例えば、本発明の装置で使用可能であるＸ線検出器２２の実施例を示す図である。この検出器は、例えば、ヨーロッパ特許出願0440282号から既知の固体Ｘ線検出器に係るものである。この固体Ｘ線検出器は、例えば、セシウムヨウ化物（CsI）の蛍光スクリーン５１を有する。このスクリーンでは、アモルファスシリコンフォトダイオードと薄膜トランジスタのマトリクス５２が結合されている。マトリクスは、例えば、1024×1024のピクセルを有する。各ピクセルは、フォトダイオードと薄膜トランジスタを有する。蛍光スクリーン５１上に形成されるＸ線影像は、フォトダイオードによるピクセルにおいて、電荷画像に変換される光画像へと変換される。ピクセルは、列選択抵抗５３および電荷走査事前増幅器５４によって列毎に読出される。列選択抵抗５３は、アナログ−ディジタル変換器を有する検出器制御ユニット５５により制御される。このアナログ−ディジタル変換器において、アナログ画像信号は、後に出力５６において実現可能な画像補正用のディジタル情報に変換される。即ち、例えば、毎秒２５個の画像が形成される。

本発明による装置に使用に適し、固定磁界に感応しないＸ線検出器の他の実施例は、幾何学的な光学システムを介して固体撮像素子に結合されるＸ線変換スクリーンが設けられたＸ線検出器により形成される。このようなＸ線検出器の動作は、第６図を参照して説明される。Ｘ線検出器600には、アルミニウム入射窓603及び蛍光スクリーン601が設けられる。この蛍光スクリーン601は、例えば、CsI,Tlを有する。この蛍光スクリーン601は、入射スクリーン603に向けられるＸ線画像を可視光に変換する。多層干渉フィルタ604は、発生した光を蛍光スクリーン601の後面605に移動する。幾何学的光学システム606は、２つの固体撮像素子602上の蛍光スクリーン601の後面605上に光の画像を実質的に映像化する。適切な幾何学的光学システム606は、例えば、大口径のレンズを有する光学システムである。

複数のテーパ形状ファイバの光学システムを有する幾何学的な光学システムも、同様に使用することができる。テーパ形状ファイバの光学システムは、光学ファイバの束を有する。この束において各ファイバは、第１の直径の第１端部と、第２の直径の第２端部とを有する。テーパ形状ファイバの光学システムの拡大係数は、第１から第２の直径の比により規定される。各テーパ形状ファイバの光学システムは、固体撮像素子602上に蛍光スクリーン601の後面605の画像の一部を映像化する。

適切な固体撮像素子602は、例えば、フィリップス製、形式FT14のようなフレーム転送形式の素子である。この固体撮像素子602は、第１の電気的ビデオ信号607及び第２の電気的ビデオ信号608に、光学画像の種々の部分を変換する。ビデオ合成回路609は、固体撮像素子602の第１のビデオ信号607及び第２のビデオ信号608を、単一のビデオ信号610に変換する。この合成されたビデオ信号は、モニタ１２により表示される。

解像度を上げる目的で、Ｘ線を可視光に変換する蛍光スクリーン601の代わりに、Ｘ線を赤外光に変換する蛍光スクリーン601を使用する。赤外光は、800nm〜1200nmの波長を有する。赤外光に対して固体撮像素子602の解像度がより高いことにより、Ｘ線検出器の解像度は上がる。

Ｘ線検出器によるＸ線画像を生成する可能性は、例えば、MR装置の漏れ磁界を相殺する目的で、Ｘ線検出器の領域で磁界を相殺するために使用することである。通常の実質的にひずみのない動作について、Ｘ線検出器の領域の磁界が約４ガウスに達しないということが必要である。例えば、大きな補正コイルが検査区域の壁に対して配置され、そして、許容可能な電流がこれら補正コイルの導体を流れると、例えば５０ガウスの漏れ磁界がＸ線検出器用に特徴付けた最大の許容する磁界値以下の磁界値までの削減できる。付加的な乱れは、MRシステムのコア内の主磁界の乱れがあったとしても、他の原因をもたらす主磁界の異質物の補正において、基本的な処理として磁石を取り除くことにより、補正コイルにより容易に補正できる。このＸ線システムは、例えば２メータの間隔で臨床使用できる。この設備を設けられない場合、この間隔は４メータでなくてはならない。より狭い間隔は、MR装置とＸ線装置との間の患者の移動が容易になる。

より線形または高密度の補正コイルを使用する他の実施例では、異質の漏れ磁界がＸ線検出器の領域で削減される。検査区域の以外の壁、例えばＸ線検出器を取り囲むように補正コイルを装着することも可能である。検出器は、漏れ磁界を著しく無効化する区画に移動されると、位置に依存した方法で制御される。局所的に磁石の漏れ磁界を削減するこの方法は、Ｘ線装置の構造のみで使用されるのではなく、例えば、漏れ磁界が影響するMR装置の内部に搭載される麻酔機器のような他の機器でも使用できる。

閉磁石システムを持つMR装置とＸ線装置の第１の実施例を示す図である。 二重ドーナッツ型磁石を持つMR装置とＸ線装置の更なる実施例を示す図である。 回転Ｘ線システムを示す図である。 X,Y,Z方向システムにおけるＸ線管の位置の実施例を示す図である。 固体撮像素子が設けられたＸ線検出器の第１の実施例を示す図である。 ２つの固体撮像素子及び幾何学的光学システムとが設けられたＸ線検出器の第２の実施例を示す図である。

Claims (5)

1. ａ）固定磁界を発生する磁石と、
   ｂ）RF電磁信号を発生しかつ、位置に依存する態様で磁気共鳴信号を発生する目的で一時的な傾斜磁界を発生する手段と、
   ｃ）前記共鳴信号を検出する受信ユニットと、
   ｄ）受信した前記共鳴信号を処理する再生ユニットと、
   ｅ）映像化されるべき被検体を支持する支持部材と、
   ｆ）前記RF電磁信号と前記一時的傾斜磁界とを発生する前記手段のための制御信号を生成する制御ユニットと、
   ｇ）前記被検体が前記支持部材上に位置するとき、当該被検体の一つ以上のＸ線画像を形成するＸ線装置とを有する磁気共鳴によって被検体の一部を映像化する磁気共鳴装置において、
   前記固定磁界を発生する磁石が、二つ以上のコイル又は二つの磁石の足を含み、
   前記Ｘ線装置は、前記ＲＦ電磁信号及び前記一時的な傾斜磁界が非活性化される期間中、前記磁気共鳴装置及び前記Ｘ線装置の映像化区域が実質的に一致するように、前記コイルの間の位置、又は前記磁石の足の間の位置に動かされて、前記Ｘ線画像を作成し、前記ＲＦ電磁信号及び前記一時的な傾斜磁界が活性化される期間中、前記磁気共鳴装置から取り除かれることを特徴とする磁気共鳴装置。
2. 請求項１に記載の磁気共鳴装置において、
   前記磁気共鳴装置に、Ｘ線影像を受け取るＸ線検出器の領域において相殺する磁界を発生する補正コイルが設けられることを特徴とする磁気共鳴装置。
3. 請求項１又は２に記載の磁気共鳴装置において、
   前記二つの磁石の足を含むＣコア磁石システムを有することを特徴とする磁気共鳴装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の磁気共鳴装置において、
   前記Ｘ線装置に固体Ｘ線検出器が設けられることを特徴とする磁気共鳴装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の磁気共鳴装置において、
   ａ）前記磁気共鳴装置による画像を構築する工程と、
   ｂ）前記Ｘ線装置による画像を構築する工程と、
   ｃ）工程ａ）及びｂ）で構築された画像の位置情報を合成する工程とを実施するために配置された画像処理ユニットを有することを特徴とする磁気共鳴装置。

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