JP4793914B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置に係り、特に、断層画像を手術や治療のガイドとして用いる機能を有する磁気共鳴イメージング装置に関する。

磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）は、連続的に被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴信号（ＭＲ信号）を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を映像化するものである。

現在、臨床で普及しているＭＲＩ装置の撮像対象は、被検体の主たる構成物質であるプロトンである。ＭＲＩ装置は、プロトン密度の空間分布や、励起状態、の緩和現象の空間分布を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を２次元もしくは３次元的に撮像する。

このような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、経皮的治療などに使用されるＩ−ＭＲＩ装置（Interventiona1−ＭＲＩ装置、または、Intraoperative−ＭＲＩ装置の略称）では、リアルタイムで撮像する断層面を任意に設定したいという要望がある。

撮像する断層面を任意に選択する手法として、グラフィカルユーザインタフェースにＭＲＩ画像を表示して、画面上のボタンをクリックして、次に撮像する断層面を決定する方法（非特許文献１）や、３次元マウスなどを使う方法（特許文献１）などが提案されている。

これらの方法では、撮像する断層面の位置や向きをマウスなどの入力手段で調整、設定しなければならず煩雑なので、ＭＲＩ装置としては、より簡便に撮像する断層面の位置や向きを調整、設定できることが望ましい。

その手法として、特許文献２や特許文献３などに記載された断層面指示デバイス（ポインタなど）を用いて撮像する断層面を決定するＭＲＩ装置が提案されている。

特許文献２に記載された技術では、断層面指示デバイスであるポインタに発光ダイオードが設けられ、操作者がボインタで指し示した位置を赤外線カメラで検出したり、関節にセンサが備えられたアームの先端部にポインタを設け、アームの関節の角度などでポインタの位置を検出し、これに基づいて、断層面を自動的に調整するものである。

また、特許文献３に記載された技術は、２個の赤外線カメラと３個の反射球を傭えたポインタとを使って指示した断層面を自動的に決定して撮像するものである。

ＭＲＩ装置による撮像のとき、患者は、閉鎖された空間内に閉じ込められるので、閉塞感や圧迫感などにより苦痛を感じる場合がある。

そこで、撮像中の患者に苦痛を与えないようなオープン型のＭＲＩ装置が提案されている。このオープン型のＭＲＩ装置は、開放された部分から患者にアクセスが可能なため、ポインタなどを用いて容易に断層面を指示し、この指示した断層面をリアルタイムで撮像することができることから、Ｉ−ＭＲＩ装置としての開発が進められている。

また、Ｉ−ＭＲＩ装置においては、患者に対する拘束時間を短縮する必要があるが、患者が静磁場均一空間の中心からずれている場合には、患者を静磁場均一空間の中心に再設定した後、撮像を再開しなければならない。これにより、患者に対する拘束時間が長くなる場合がある。、
そこで、特許文献４に記載されているように、患者が静磁場均一空間の中心からずれた場合、それを自動的に検知して、患者が配置されたテーブル（ベッド）を移動して、自動的に静磁場均一空間の中心に合致させる技術がある。

米国特許第５５１２８２７号明細書 米国特許第５３６５９２７号明細書 米国特許第６０２６３１５号明細書 特開平５−２３３２１号公報 Magnetic Resonance in Medicine; Rea1-time interactive MRI on a conventional scanner; AB.Kerr他、３８巻、ｐｐ．３５５−３６７（１９９７）

ところで、Ｉ−ＭＲＩ装置において、術具に追従して撮影する機能（ＩＳＣ機能）を有するものが開発されている。

このＩＳＣ機能を有するＭＲＩ装置においては、患者をＭＲＩのガントリー内に搬入後、術具追随を開始し、術具追随撮像及び画像表示を行う。その画像を用いて必要な治療を行うが、術具が磁場中心領域から離れて画質低下を招いた場合、撮像を停止し、患者をＭＲＩガントリー外に搬出する。

そして、治療位置を確認後、コイルを再配置して、患者を再搬入し治療を行うことになる。

しかしながら、術具が磁場中心領域外となった場合に、上述したように、患者をＭＲＩのガントリー外に搬出し、治療位置を確認後にコイルを再配置とベッドの再搬入することは、手術続行に時間を要し、患者の拘束時間を長期化することとなる。

本発明の目的は、術具追従撮影機能を有する磁気共鳴イメージング装置であって、自動的に術具が静磁場均一空間の中心となるように制御可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することである。

本発明の磁気共鳴イメージング装置は、静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波送信手段と、核磁気共鳴信号受信手段と、断層画像を表示手段と、ベッドと、ベッド移動手段と、動作制御手段とを備える。

そして、上記磁気共鳴イメージング装置は、移動する術具の位置、姿勢を検出する術具検出手段を備え、制御部は、静磁場中心位置と、術具が示す被検体の部位との距離が閾値を越えたときに、上記術具が示す被検体の部位が上記静磁場の中心領域内の位置となるようにベッドを移動させる。

また、本発明の磁気共鳴イメージング装置は、上記核磁気共鳴信号受信手段の移動手段を備え、制御手段は、ベッドの移動に伴い、上記受信手段の移動手段により、上記受信手段を上記静磁場の中心位置に接近させる。

本発明によれば、術具追従撮影機能を有する磁気共鳴イメージング装置であって、自動的に術具が静磁場均一空間の中心となるように制御可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。

したがって、常に良好な画像を提供し最適な治療環境を提供可能となる。つまり、多方向の角度からアクセス可能なＩＳＣにおいて磁場中心領域から外れた場合、ベッド移動前は全体的にＳ／Ｎが低く明瞭な画像が得られていないが、短時間のベッド移動で手術支援可能なことから、治療時間短縮と治療精度の向上両立を可能とし、術者・患者に対する負担も軽減できるという効果がある。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される術具追従撮影機能を有する磁気共鳴イメージング装置の概略構成図である。

図１において、ＭＲＩ装置１は、例えば、垂直磁場方式０．３Ｔ永久磁石ＭＲＩ装置であり、垂直な静磁場を発生させる上部磁石３及び下部磁石５と、これら磁石３及び５を連結するとともに上部磁石３を支持する支柱７とを備える。

また、ＭＲＩ装置１は、位置検出デバイス９と、この位置検出デバイス９を支持すアーム１１と、モニタ１３と、モニタ支持部１５とを備える。

さらに、ＭＲＩ装置１は、術具２７の相対的な位置を判断するための基準ツール１７と、パーソナルコンピュータ１９と、ベッド２１と、制御部２３と、映像記録装置３４とを備えている。

ＭＲＩ装置１の傾斜磁場発生部（図示せず）は、領斜磁場をパルス的に発生させ、最大傾磁場強度１５ｍＴ／ｍで、スルーレート２０ｍＴ／ｍ／ｍｓである。ＭＲＩ装置１は、静磁場中の被検体２４に核磁気共鳴を生じさせるための図示しないＲＦ送信器、被検体２４からの核磁気共鳴信号を受信する図示しないＲＦ受信器を備え、これらは１２．８ＭＨｚの共振型コイルである。

位置検出デバイス９は、２台の赤外線カメラ２５と、赤外線を発光する図示しない発光ダイオードを含んで構成され、断層面指示デバイスであるポインタ２７の位置及び姿勢を検出する。

また、位置検出デバイス９は、アーム１１により移動可能に上部磁石３に連結され、ＭＲＩ装置１に対する位置を適宜変更することができる。

また、モニタ１３は、開口部３２を介して、操作者２９が把持するポインタ２７により指示された被検体２４の断層面の画像を表示するもので、モニタ支持部１５により、赤外線カメラ２５と同様に、上部磁石３に連結されている。

基準ツール１７は、赤外線カメラ２５の座標系とＭＲＩ装置１の座標系とをリンクさせるもので、３つの反射球３５を備え、上部磁石３の側面に設けられている。

パーソナルコンピュータ１９には、赤外線カメラ２５が検出し、算出したポインタ２７の位置が、位置データとして、例えばＲＳ２３２Ｃケーブル３３を介して送信される。

制御部２３は、ワークステーションで構成され、図示しないＲＦ送信器、ＲＦ受信器などを制御する。また、制御部２３は、パーソナルコンピュータ１９と接続されている。

パーソナルコンピュータ１９では赤外線カメラ２５が検出し算出したポインタ２７の位置をＭＲＩ装置１で利用可能な位置データに変換し制御部２３へ送信する。ポインタ２７の位置データは、撮像シーケンスの撮像断面へ反映される。新たな撮像断面で取得された画像は液晶モニター１３に表示される。

例えば、断層面指示デバイスであるポインタ２７を穿刺針などに取り付け、穿刺針のある位置を常に撮像断面とする様に構成した場合、モニター１３には針を常に含む断面が表示される。

図２は、本発明の一実施形態における動作フローチャートである。

図２において、被検体２４をＭＲＩのガントリー内に搬入する（ステップ１０１）。そして、術具追随を開始し（ステップ１０２）、装置座標における術具先端位置・先端・方向をリアルタイムに検出（算出）する（ステップ１０３）。

必要に応じて、ユーザが磁場中心領域を任意に設定後（ステップ１０４）、ＩＳＣによる術具追随撮像及び画像表示を行う（ステップ１０５）。その画像を用いて必要な治療を開始し（ステップ１０６）、終了指示があれば、動作を終了し、終了指示が無ければ動作を続行する（ステップ１０７）。

そして、術具が磁場中心領域から閾値以上離れているか否かを判断し（ステップ１０８）、術具の磁場中心領域からの距離が閾値未満であれば、ステップ１０５に戻る。

ステップ１０８で術具が磁場中心領域から閾値以上離れて画質低下を招いた場合は、撮像を一時停止し、患者・術者にベッド移動が必要なことを、画面表示又は音声により訓告する（ステップ１０９）。続いて、治療器具が磁場中心にくるようベッド２１を移動する（ステップ１１０）。そして、受信コイルもベッド２１の移動に伴い、受信コイルの中心が静磁場の中心付近となるように、受信コイルも移動させ、移動後、中心周波数を再度取得する（自動チューニング、ステップ１１１）。

この受信コイルは、ベッド２１に形成されたレール及び移動用モータによりＸＹ方向に移動可能に支持されており、その移動方向及び距離は、制御部２３により、算出され指令される。患者の体軸方向へのレール上に患者の体軸方向に直交する方向のレールが移動可能に支持され、これに受信コイルが支持される。このため、受信コイルの患者の体軸方向に直交する方向への移動量は、体軸方向への移動量より制限される。

受信コイルの自動チューニング後、撮像の一時停止を解除し（ステップ１１２）、撮像の再開を画面表示又は音声により案内する（ステップ１１３）。

そして、ステップ１０５に戻り、連続撮像を再開することで、常に良好な画像と最適な治療環境を提供することが可能となる。

本発明の実施形態について、図３、図４、図５を参照して、さらに、詳細に説明する。

図３の（ａ）に示すように、ＭＲＩ装置４０１のベッド４０２上に患者４０３を寝かせ、図３の（ｂ）に示すように、磁場領域４０４まで移動させ（移動後の状態４０５）、信号受信に用いるための受信コイル４０６を設置する。

次に、図４の（ａ）、図５の（ａ）に示すように、術者４０７は、穿刺針や鉗子・その他の治療器具等４０８によりＩＳＣを併用してターゲットにアクセスする。この状態では磁場中心４０９（図５の（ｂ）、（ｃ））にターゲットがあるため、良好な画像が得られる。

一方、図４の（ｂ）に示すように、術具針先端４１１がＭＲＩ装置４０１の磁場中心４０９から離れている場合、術者４０７が術具４０８による穿刺を行っても、受信コイル４０６及び磁場中心４０９から離れているため、良好な画像を得ることができない。

そこで、図４の（ｃ）に示すように、術者４０７が保持する術具４０８の針先端を常に検出し、磁場中心から一定距離離れた場合には、ＭＲＩ装置４０１の磁場中心に術具の針先端が位置するように、自動的にベッド４０２を移動することで、良好な画像を提供することが可能となる。

また、受信コイル４０６も、ベッド４０２の移動に応じて移動させてＩＳＣ撮像を再開可能とする。

更に、ベッド４０２の移動は一方向に留まらず、上下左右方向に自由に移動できるので、ベッド移動にかかる時間は最小限に抑えることができ、手術再開にかかる時間を短縮することができる。

図６は、本発明の一実施形態におけるＧＵＩ表示例を示す図である。術者及び操作者が閲覧するＧＵＩ５０１の中に画像表示部５０２と操作部５１３〜５１７とがある。ここに示す表示例はベッド移動前後の例であり、ベッド移動前のＩＳＣ画像５０３、ベッド移動後のＩＳＣ画像５０４、ベッド相対移動量５０５が表示されている。

ベッド移動前画像５０３では、穿刺針５０６が磁場中心５０７と離れていることが表示されており、術者・操作者に訓告後に、ベッド移動後のリアルタイム画像５０４を表示している。この画像５０４において、病変５０８、術具５０６の先端部、磁場中心５０７が互いに同位置にあることを示している。

また、ベッド移動前・移動後の変化の様子を可視化した状況もベッド相対移動量５０５に示されている。ＭＲＩガントリー５１２に対して移動前のベッド５０９の相対移動量５１０が表示される。また、コイル位置５１１も描写されており、ベッド５０９上の位置変動があればそれに対応した位置が表示される。

また、操作画面は３Ｄ撮像ボタン（Ｔ１）５１３又は３Ｄ撮像ボタン（Ｔ２）５１４があり、腫瘍の位置や手術計画を練るためのボリューム撮像が行われる。ＩＳＣスタートのＯＮ／ＯＦＦボタン５１５があり、術中に必要に応じて手術支援を行う。

また、本発明のベッド移動機能は必要に応じて、自動／手動選択ボタン５１６により自動と手動とを選択することができる。その他、ＩＳＣで用いる三次元位置検出装置の状態表示部５１７も備えている。

ベッドの移動を手動により行なう場合は、術具の先端が磁場中心となるように、移動させるのではなく、自動で磁場中心から一定距離まで接近させておき、その後、術者が、手術等の手技を優先させて、その範囲内で術具先端が磁場中心に近くなるように、ベッド移動を手動で行なうことも可能である。

以上のように、本発明の一実施形態によれば、多方向の角度からアクセス可能なＩＳＣにおいて、術具先端が、磁場中心領域から外れた場合、ベッド移動前は全体的にＳ／Ｎ比が低く明瞭な画像が得られていないが、自動的に短時間で術具の先端を磁場中心となるようにベッドを移動して手術を支援可能である。

これにより、治療時間短縮と治療精度の向上との両立を可能とし、術者・患者に対する負担も軽減できる効果がある。

なお、図６に示した例において、操作部５１３〜５１７を画像表示部５０２に表示したが、これら操作部５１３〜５１７にうちのいずれかを、術者が操作可能な手元スイッチ又はフットスイッチとすることも可能である。

また、本発明は、術者自身（手技）による治療にも適用できることは勿論であるが、ロボット／マニピュレータを用いた間接的な手術にも適用可能である。

本発明の一実施形態が適用される術具追従撮影機能を有する磁気共鳴イメージング装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態における動作フローチャートである。 本発明の一実施形態の動作説明図である。 本発明の一実施形態の動作説明図である。 本発明の一実施形態の動作説明図である。 本発明の一実施形態におけるＧＵＩ表示例を示す図である。

符号の説明

１ ＭＲＩ装置
３ 上部磁石
５ 下部磁石
７ 支柱
９ 位置検出デバイス
１１ アーム
１３ モニタ
１５ モニタ支持部
１７ 基準ツール
１９ パーソナルコンピュータ
２１ ベッド
２３ 制御部
２４ 被検体（患者）
２５ 赤外線カメラ
２７ ポインタ
２９ 術者（操作者）
３２ 開口部
３４ 映像記録装置
３５ 反射球

Claims (6)

1. 被検体が配置される空間に静磁場を発生する静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波送信手段と、上記被検体からの核磁気共鳴信号を受信する核磁気共鳴信号受信手段と、上記核磁気共鳴信号受信手段が受信した上記核磁気共鳴信号に基づき断層画像を表示する表示手段と、上記被検体が配置されるベッドと、上記ベッドの移動手段と、上記静磁場発生手段、上記傾斜磁場発生手段、上記高周波送信手段、上記核磁気共鳴信号受信手段、上記表示手段及び上記ベッドの移動手段の動作を制御する制御手段と、
   移動する術具の位置、姿勢を検出する術具検出手段を備え、上記制御手段は、上記静磁場の中心位置と、上記術具が示す被検体の部位との距離に対応して、上記術具が示す被検体の部位が上記静磁場の中心領域内の位置となるように、上記ベッドの移動手段により上記ベッドを移動させる磁気共鳴イメージング装置において、
   上記ベッドの移動終了位置を、その上記静磁場の中心からの距離により指定する手段を備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記核磁気共鳴信号受信手段の移動手段を備え、上記制御手段は、上記ベッドの移動手段によるベッドの移動に伴い、上記核磁気共鳴信号受信手段の移動手段により、上記核磁気共鳴信号受信手段を上記静磁場の中心位置に接近させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
3. 請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記制御手段は、上記核磁気共鳴信号受信手段の移動手段により、上記核磁気共鳴信号受信手段を上記静磁場の中心位置に接近させた後、上記核磁気共鳴信号受信手段のチューニングを行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
4. 請求項２又は３記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記制御手段は、上記距離が所定の閾値を越えたとき、それを示す警告を上記表示手段に表示させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
5. 請求項４記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記ベッドの移動を自動で行なうか手動で行なうかを選択する選択スイッチを備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
6. 請求項５記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記選択スイッチは、上記ベッドに配置された手元スイッチ又はフットスイッチであることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

Images