JP4315661B2 - 医療器具を位置決めするための磁気共鳴装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療器具、該医療器具に設けられ、共振回路が形成されるように少なくとも１つのマイクロコイルとキャパシタが接続されるＲＦアレンジメント、及びこれを介して光信号がＲＦアレンジメントに印加される光信号リード線を含む磁気共鳴（MR: Magnetic Resonance）装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、ＭＲ装置の検査領域において医療器具を位置決めする方法に関する。該医療器具は、共振回路が形成されるように少なくとも１つのマイクロコイルとキャパシタが接続されるＲＦアレンジメントと、これを介して光信号がＲＦアレンジメントに印加される光信号リード線とを含んでおり、医療器具の位置は、マイクロコイルによりその周辺に発生される磁気共鳴信号から決定される。
【０００３】
また、本発明は、ディスタルエンドに設けられ、共振回路を形成するように少なくとも１つのマイクロコイルとキャパシタとが接続されるＲＦアレンジメント、及びこれを介して変調された光信号がＲＦアレンジメントに印加される光信号リード線を含む医療器具、特に脈管間のカテーテル、ガイドワイヤ又は生検針に関する。
【０００４】
【従来の技術】
医療分野において、介入器具（interventional instruments）の位置決めは、すなわち、診断的方法及び治療的方法の両者において重要である。かかる器具は、たとえば、脈管間のカテーテル、生検針、腹腔鏡手術等の器具である場合がある。介入放射線医学の重要な適用は、患者の脈管系の解剖学的構造の詳細を発見することが意図される血管造影により形成される。
【０００５】
磁気共鳴（ＭＲ）トモグラフィに基づく血管造影方法は、今日益々重要な方法となってきている。これまで慣習的に実施されているＸ線診断と比較して、磁気共鳴は、大幅に向上された組織の選択性という主な利点を提供する。ＭＲ技法は、磁気共鳴信号の検出のためのマイクロコイルが介入器具に設けられることで知られている。このうち、この点における特定の関心は、そのチップがかかるマイクロコイルに設けられる脈管間のカテーテルによる血管の検査のためのＭＲ法である。
【０００６】
かかる磁気共鳴に基づいて作成される血管造影方法において遭遇する初歩的な問題は、脈管間のカテーテルの全体的な長さに沿って延びる電気接続による長いリード線が、カテーテルの先端に設けられるマイクロコイルから使用されるＭＲシステムの電気的な受信回路へのＲＦ ＭＲ信号を伝送するために必要とされることである。
【０００７】
検査領域における強いＲＦ放射線は、かかる接続配線において望まない危険な熱現象を生じる場合がある。この検査領域におけるＲＦ場は、カテーテルに延びるケーブルにおいて定在波を発生することができ、したがって、ケーブルの共振ＲＦの加熱を生じる。
【０００８】
このカテーテルに沿って延びる長いケーブルとの脈菅間のカテーテルの使用は、かかる構成の安全性に関する第２の思考により妨げられる。記載される現象は、困難さのみにより計算することができる。これは、共振ＲＦによる加熱は、電気リード線及びその絶縁環境の幾何学的及び電気的特性と同様に、ＲＦ場の場の分散に依存するためである。実験の間、突然の強度の加熱が発生し、この加熱が検査すべき患者の生命に影響を与える傷害を生じる可能性がある。
【０００９】
共振ＲＦによる加熱の危険性は、ＭＲ信号の伝送について光学的な伝送技術が使用されるときに完全に回避される。
米国特許公報第6236205B1号では、医療器具を有するＭＲ装置、該医療器具を位置決めするための方法を開示している。ここでは、医療器具に設けられる共振回路が、光ファイバを介して共振回路に印加される光制御信号により作用される。
【００１０】
少なくとも１つのマイクロコイルは、該共振回路の一部を形成する。公知の方法に準じて、はじめに、関心のある全体的な検査領域において、慣習的な方法でＲＦ励起が実行される。医療器具の周辺に生成される核磁気は、マイクロコイルに電圧を誘導する。このように連続的にトリガされる共振回路は、ＲＦ信号を放出し、それにより、マイクロコイルの周辺におけるＭＲ信号は、強められ、変更される。
【００１１】
公知の方法によれば、共振回路は、光制御信号の時間的な変動により、光学的に制御可能なインピーダンスによりオン及びオフに交互にスイッチされる。結果として、マイクロコイルにより放出されるＲＦ信号もまた、制御信号に従い時間的に変動し、これにより、該ＲＦ信号をバックグランドの信号から区別することができる。この区別の特徴は、医療機器の位置を決定するために使用される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この公知の方法の主要な問題点は、磁化の励起が検査領域全体において行われなければならないことである。位置を決定するために、共振回路がスイッチオン及びオフされる間に検出されるＭＲ信号の間の差を表す差信号が使用される。この差信号では、共振回路の弱い局部的な信号が検査領域全体の強いバックグランドの信号と競合するものでなければならない。したがって、位置を決定するために利用可能な測定信号の信号対雑音比は、比較的不十分である。
【００１３】
更なる問題点は、この公知の方法がかなりの量の追加の測定時間を必要とすることである。医療器具の位置を差により発見可能にするために、はじめに、完全な画像を生成するか、３つの空間方向のそれぞれにおいて繰返し投影するかのいずれかが必要とされる。投影する場合における繰返しは、平均化することにより測定信号の信号対雑音比を増加させるために必要である。
【００１４】
さらに、公知の方法は、動きによるアーチファクトを受け易いという欠点がある。医療器具の位置が測定の過程で変化されるとき、画像データにおいて誤りが生じ、信頼性のある位置決定が大きく妨げられる。
本発明の目的は、特に上述した問題点を回避することができる、改善された磁気共鳴装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
先に述べたタイプのＭＲ装置に基づいて、ＲＦ装置の印加される光信号を変調するための変調器により、及び該変調された光信号を電気信号に変換し、ＲＦ場を発生するために光電気コンバータからの電気信号により共振回路がトリガされるように該共振回路に接続される光電気コンバータにより、上記目的が達成される。
【００１６】
本発明による装置では、光電気コンバータにより、該変調された光信号は電気信号に変換される。これにより、共振回路はトリガされて、ＲＦ信号が出力される。出力されたＲＦ信号の作用の元で、マイクロコイルに隣接した物理的な周辺において核磁化が発生される。この局部的な核磁化は、複雑な計算なしに、すなわち、簡単なケースにおける周波数分析により、医療器具の位置決めのために使用するために、ＭＲ装置の外部にあるレシーバコイルによりＭＲ信号として容易に検出することができる。
【００１７】
公知の装置とは対照的に、本発明による装置は、光学的に制御されるインピーダンスの代わりに光−電気間のコンバータを使用する。このコンバータは、共振回路の電流源としての役割を果たし、したがって、局部的な核磁化の能動的な発生を可能にすることができる。この結果、光信号は、使用されるＭＲ装置の共振周波数により変調されなければならない。
【００１８】
公知の方法と比較して、本発明による装置による位置決めは、全体的なＲＦの励起によるものではなく、局部的なＲＦ励起により実行される。記載される複雑かつ誤りを生じ易い、共振回路のオン及びオフの間に検出されるＭＲ信号の間の差に基づいた方法が医療器具の位置決めのために完全に廃止されるという利点を提供する。本発明による装置による位置決めは、最小の測定時間のみを必要とする。結果として、動きのアーチファクトは問題を形成しない。
【００１９】
請求項２に従えば、本発明による装置の光電気コンバータは、簡単なフォトダイオードであることが好ましい。次いで、共振回路の励起は、変調された光信号によりフォトダイオードにおいて発生される光電流により実現される。適切なフォトダイオードは、低コストで簡単な構成要素として商業的に入手可能であることが好ましい。
【００２０】
特に簡単な装置は、請求項３に従い得ることができる。ここでは、共振回路におけるマイクロコイル、キャパシタ及びフォトダイオードが並列接続される。この結果、マイクロコイル及びキャパシタから構成され、同様に並列接続されるフォトダイオードの光電流が並列共振回路に直接的に供給される並列共振回路となる。
【００２１】
本発明による装置は、請求項４に開示される医療器具を位置決めするための方法向けに使用することができる。局部的な磁化、すなわち検出可能なＭＲ信号を発生するために、請求項５によれば、パルス方式により変調された光信号を結合することが好ましい。この光信号は、ＭＲ装置の共振周波数と同時に変調されている光信号に光パルスとして結合される。
【００２２】
光電気コンバータは、かかる光パルスからＲＦパルスを発生する。このＲＦパルスは、核磁化を発生するために使用される慣習的なＲＦパルスに対応する。パルスの周期及び形状は、最適な励起が達成されるようなやり方で適合することができる。関連するパラメータの選択は、検出のために必要とされるＭＲ信号の振幅と同様に、位置決めの間の所望の空間解像度に依存する。
【００２３】
代替的に、請求項６に開示されるように、光は連続的に結合される。この場合、ＭＲ装置の共振周波数との変調は、パルス方式により行うことができる。これは、たとえば、そのインピーダンスが結合される光に依存するフォトダイオードが光電気コンバータとして使用されるときに有効な場合がある。
【００２４】
このフォトダイオードのインピーダンスは、共振回路の共振特性に直接作用する。共振回路は、フォトダイオードが露光されたとき、すなわち、光電流が流れるときに共振条件が満足されるようなやり方で簡単に調整することができる。また、共振回路が検出段階の間にも共振状態にあり、これにより、医療器具の周辺からのＭＲ信号が追加的に強化されるという効果が提供される。
【００２５】
本発明に従い使用することができる医療器具は、請求項７乃至９に開示されている。請求項９によれば、マイクロコイル、キャパシタ及びフォトダイオードから構成される並列接続において追加のブロッキングキャパシタを含んでいることが好ましい。このブロッキングキャパシタは、フォトダイオードのＤＣ成分を阻止し、該ＤＣ成分を共振回路から分離する。
【００２６】
ブロッキングキャパシタがない場合、マイクロコイルが加熱する危険性がある。また、ブロッキングキャパシタは、フォトダイオードの動作ポイント、したがってそのインピーダンスは、光信号においてＤＣ成分を変化させることにより、変更可能であるという利点がある。この態様は、絶縁環境、温度ドリフト又はマイクロコイルの幾何学的な変形といった変化により生じる、共振回路の共振周波数の変化のために必要な場合がある共振回路のファインチューニング向けに使用することができる。
請求項１０によれば、慣習的なＭＲ装置には、本発明によるＭＲ装置を簡単に装備することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、添付図面を参照して例示を介し、以下により詳細に説明される。
図１は、本発明に従い、ＲＦ装置を統合することを可能にすることを明らかに示しており、マイクロコイル１及びキャパシタ２が接続されて、脈管間のカテーテル３の先端に共振回路を形成している。ＲＦ装置は、信号リード線４を介して光信号を受信する。信号リード線４は、たとえば、一般的なグラスファイバである場合がある。
【００２８】
図１に示される実施の形態では、フォトダイオード５が光電気コンバータとして使用されている。変調された光信号は、光ファイバである信号リード線４を介してフォトダイオード５に印加され、フォトダイオード５において光電流を発生する。光信号は、共振回路の周波数で変調され、これにより、共振回路は、共振ＲＦ光電流により共振するためにトリガされる。
【００２９】
ＡＣ電流が共振回路を流れるために、マイクロコイル１は、カテーテル３の先端の周辺にＲＦ場を発生する。図１に示される装置はまた、ブロッキングキャパシタ６を含んでおり、ブロッキングキャパシタ６は、フォトダイオード５において発生される光電流のＤＣ成分を共振回路から分離する。
【００３０】
フォトダイオード５のインピーダンス及びブロッキングキャパシタ６は、ＲＦ装置の共振の振る舞いに作用する。フォトダイオードがアクティブ状態、すなわち光照射された状態であるとき、共振周波数が所望の値を有するようなやり方で、共振回路を調整することが好ましい。結合される光信号の強度を変動させることは、たとえば、回路の絶縁環境における変化、温度作用によるドリフト又はマイクロコイルの幾何学的な変形を補償するように、所与の制限において共振回路のファインチューニングを可能にする。
【００３１】
図２は、本発明による装置が設けられたＭＲ装置のブロック図を示している。システムは、安定した一様な磁場を発生するためのメインフィールドコイル７、Ｘ，Ｙ及びＺ方向において磁場勾配を発生するためのグラディエントコイル８，９及び１０、ＭＲ装置の検査領域におけるＭＲ信号の検出のためのレシーバコイル１１から構成されている。
【００３２】
磁場勾配の時間的な変動は、コントロールユニット１２により制御され、該コントロールユニット１２は、勾配増幅器１３を介して、グラディエントコイル８，９及び１０に接続されている。システムはまた、たとえば、グラフィックモニタの構成による視覚化ユニット１５と同様に、マイクロコンピュータの構成による再構成ユニット１４を含んでいる。
【００３３】
レシーバコイル１１は、レシーバユニット１６を介して、再構成ユニット１４に接続されており、再構成ユニット１４は、検出されたＭＲ信号を処理して、視覚化ユニット１５による適切なやり方でこれら検出されたＭＲ信号を再生する。レシーバユニット１６は、慣習的なやり方で動作し、ＭＲ信号を復調して、できるだけ狭帯域の低雑音ＲＦ測定信号に変換する。
【００３４】
ＲＦ装置のカテーテル３は、図２において参照符号１７により、その全体において示されている。カテーテル３は、患者１８に導入される。ＲＦ装置１７は、カテーテル３において伸びる光ファイバである信号リード線４を介して、光源１９及び該光源１９の光を変調するための変調器２０に接続される。光源１９及び変調器２０は、コントロールユニット１２により制御され、コントロールユニット１２は、結合される光信号の時間的な変動を制御する。
【００３５】
変調器２０は、たとえば、電気−光材料の結晶が２つの交差する偏光子の間に配置されるポッケルス・セルである場合がある。カテーテル３の光信号リード線４に結合される光強度は、ＲＦ ＡＣ電圧に比例する。このＡＣ電圧は、変調器２０に印加され、その時間的な変動は、コントロールユニット１２により制限される。
【００３６】
検査の間、カテーテル３は、患者１８の血管に位置される。マイクロコイルにより発生されるＲＦ場は、カテーテルの先端を直接囲み、その核磁化がＭＲ装置の外部のレシーバコイル１１によりＭＲ信号として検出される組織において核磁化を発生する。
【００３７】
磁場勾配がメインフィールドコイル７により発生される磁場に適切に制限されるとき、所望の位置情報がカテーテルの先端の周辺から発生されているＭＲ信号の周波数で符号化される。次いで、患者におけるカテーテル３の先端の位置は、検出されたＭＲ信号の周波数を決定することにより簡単に導出される。ＭＲ信号の周波数分析は、再構成ユニット１４により実行され、該再構成ユニット１４は、モニタ１５にカテーテルの先端の位置を表示する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による脈管間のカテーテルを示す図である。
【図２】本発明によるＭＲ装置を示す図である。
【符号の説明】
１：マイクロコイル
２：キャパシタ
３，１７：カテーテル
４：信号リード線
５：フォトダイオード
６：ブロッキングキャパシタ
７：メインフィールドコイル
８，９，１０：グラディエントコイル
１１：レシーバコイル
１２：コントロールユニット
１３：勾配増幅器
１４：再構成ユニット
１５：視覚化ユニット
１６：レシーバユニット
１９：光源
２０：変調器

Claims (7)

1. 磁気共鳴装置の作動方法であって、前記磁気共鳴装置は
   前記磁気共鳴装置の検査領域に位置される医療器具と、
   前記医療器具に設けられ、共振回路が形成されるように少なくとも１つのマイクロコイルとキャパシタが接続されるＲＦアレンジメントと、
   これを介して光信号が前記ＲＦアレンジメントに印加される光信号リード線とを含み、
   当該方法は：
   前記磁気共鳴装置の共振周波数で変調される光信号を前記光信号リード線に結合し、前記光信号を前記共振回路に接続される光電気コンバータにより電気信号に変換し、それにより前記共振回路を前記磁気共鳴装置の前記共振周波数でＲＦ場を発生するようトリガし、
   前記ＲＦ場に応答して前記マイクロコイルの周辺において局部的に生成された磁気共鳴信号を受信し、
   前記磁気共鳴装置の人間の操作者が前記医療器具の位置を決定できるよう前記検査領域から受信された前記磁気共鳴信号を評価するステップを有する、
   方法。
2. 前記変調された光信号は、パルス方式により前記光信号リード線に結合され、前記マイクロコイルの周辺で発生される磁気共鳴信号は、前記位置の決定について評価するために、光パルスに続いて検出される、
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記光信号リード線に結合される前記光信号は、パルス方式により前記磁気共鳴装置の前記共振周波数で変調され、前記マイクロコイルの周辺で発生される前記磁気共鳴信号は、前記光信号が変調されない時間周期のたびに検出される、
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. ディスタルエンドに設けられ、共振回路を形成するように少なくとも１つのマイクロコイルとキャパシタとが接続されるＲＦアレンジメント、及びこれを介して変調された光信号が前記ＲＦアレンジメントに印加される光信号リード線を含む、脈管間のカテーテル、ガイドワイヤ又は生検針である医療器具であって、
   前記共振回路はフォトダイオードに接続され、磁気共鳴装置の共振周波数に等しい前記共振回路の共振周波数で変調された光信号は、前記共振回路が光電流によりトリガされて、前記マイクロコイルの周辺に磁気共鳴信号を生成するＲＦ場を発生するように光電流を発生する、
   ことを特徴とする医療器具。
5. 前記マイクロコイル、前記キャパシタ及び前記フォトダイオードは、前記共振回路において並列接続される、
   ことを特徴とする請求項４記載の医療器具。
6. 前記フォトダイオードと直列接続される追加のブロッキングキャパシタが設けられる、
   ことを特徴とする請求項４記載の医療器具。
7. 少なくとも１つのメインフィールドコイルと、複数のグラディエントコイルと、少なくとも１つのコントロールユニットと、レシーバユニットに接続される少なくとも１つのレシーバコイルと、データ処理ユニットと、共振回路を形成するように少なくとも１つのマイクロコイルとキャパシタとが接続され、光信号リード線を介して光信号が供給されるＲＦアレンジメントを含む医療器具とを含む磁気共鳴装置であって、
   光源の光は、前記光信号リード線に接続される前に変調器により変調され、当該磁気共鳴装置の共振周波数で変調された光信号は、光電気コンバータからの電気信号により前記共振回路がトリガされて前記マイクロコイルの周辺に磁気共鳴信号を局部的に生成するＲＦ場を発生するように、前記共振回路に接続される光電気コンバータにより電気信号に変換される、
   ことを特徴とする磁気共鳴装置。

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