JP4838131B2 - 磁気共鳴イメージングによりモニタされるインターベンショナル処置用のカテーテル先端部のトラッキング - Google Patents

Description

本発明はインターベンショナル医療技術に関するものである。本発明は，特に，磁気共鳴イメージングと併せて行なわれるインターベンショナル処置のためのカテーテルトラッキングに適用可能であり，以下ではその適用例について記述する。しかしながら，本発明は，磁気共鳴環境下における他種のインターベンショナル処置をモニタするために適用することも可能である。

磁気共鳴イメージングによりモニタされるインターベンショナル処置の間，カテーテル等のインターベンショナル器具は被検者の体内に挿入され，一種又はそれ以上のインターベンショナル処置を施すよう操作される。この種のインターベンショナル処置としては，生体検査，液体注入，生理学的モニタリング，バルーンによる血管形成，カテーテルを使用してのラジオ周波数による切除，一時的な心臓ペースメーカの挿入等が例示される。このようなインターベンショナル処置の間，被検者は，少なくともインターベンショナル処置領域内で，磁気共鳴イメージングスキャナにより撮像される。有利なことに，これらの処置は，被検者に対する侵襲が最小であり，多くの場合には被検者体内における静脈，動脈，胆嚢管，その他の流体通路に対するカテーテルの挿入を含むものである。しかしながら，カテーテル等の器具は，一般的には磁気共鳴イメージングスキャナにより直接的に撮像できるものではない。被検者体内におけるカテーテルの操作をガイドするため，カテーテル先端部のトラッキング機構が必要とされる。先端部トラッキング機構は，好適には，磁気共鳴イメージングと関連して作動させることにより，カテーテル先端部の位置を再構成イメージ内に若しくは当該イメージに重ねて示し，又はカテーテル先端部の座標を測定して，イメージングの行なわれているスライスの位置を，カテーテル先端部が自動的に含まれるようにセットする。

カテーテル先端部のトラッキングを行なうための一つのアプローチにおいては，小型のラジオ周波数アンテナコイルをカテーテル先端部上に配置し，ミニチュア受信コイルとして使用する。この受信コイルは，典型的にはカテーテルの内部に，又はカテーテルと平行に配置された導線により，磁気共鳴イメージングスキャナの受信器の一つと接続されている。受信されたアンテナ信号を処理して，カテーテル先端部の位置座標を決定する。その位置は，被検者の三つの直交投影を取得するだけで決定することができ，これは完全なイメージを取得するよりも，はるかに迅速である。したがって，位置決定はイメージングプロセスと交互に実行することができ，その際に顕著な遅延が生じることはない。しかしながら，このアプローチは，磁気共鳴イメージングのためにスキャナにより伝達されるラジオ周波数の励起パルスが導線と結合し，高電界を発生させて被検者内で発熱を生じ得るという欠点を有するものである。

トラッキングを行なうための他のアプローチにおいては，磁気感度の変化を生じさせる材料をカテーテル先端部上に，又はカテーテル先端部内に配置する。このアプローチでは再構成イメージにおけるコントラストが弱いため，カテーテル先端部のトラッキングが困難である。強いコントラストは，より顕著な磁気感度特性を有する材料を使用することによって達成可能である。しかしながら，このような顕著な磁気感度特性の変化は，正にインターベンショナル処置の行なわれている領域において，再構成イメージにひずみ又は減衰を生じさせる可能性がある。さらに，処置を適正に行なうようにカテーテルを位置決めした後は，カテーテル先端部のコントラストを切り替える方法がない。また，このアプローチは，イメージング対象スライスを，カテーテル先端部が自動的に含まれるようにセットするための座標を提供するものではない。

カテーテル先端部のトラッキングを行なうための更に他のアプローチにおいては，光ダイオードを含む共振回路をカテーテル先端部に配置する。この共振回路の共振周波数は，光ダイオードを照射し，又は照射しないことにより，磁気共鳴周波数と，十分にシフトした周波数との間で変化させる。スイッチング光を，カテーテルの内部に，又はカテーテルと平行に配置された光ファイバを通して光ダイオードに入射させる。共振回路を磁気共鳴周波数に同調させたとき，同調回路は磁気共鳴信号のラジオ周波数励起に応動して共振する。この場合，ＭＲ信号が増幅されてイメージ中に局所的にホットスポットを生じさせる（ＭＲ可視状態）。この信号増幅は，投影測定に際してカテーテル先端部の座標を決定するためにも使用される。更に他の利点として，カテーテル先端部がインターベンショナル処置を行なう位置に達した後，又は先端部の位置をチェックするために高解像度イメージを生成すべき場合に，光強度を切り替えて共振回路を共振状態から外れるように離調させることにより，共振回路が再構成イメージ内で実質的に不可視となる。

このアプローチも，ある種の欠点を有している。共振回路は，少なくとも，光ダイオードと，マイクロコイル・インダクタと，二以上のコンデンサ，すなわちマイクロコイル・インダクタと共に共振回路を形成する第１のコンデンサと，直流電流が光ダイオードに流れるのを阻止する第２のコンデンサとを一般的に含んでおり，かなり大きい。光ダイオードは相当の誘導成分を含むインピーダンスを有し，これにより共振回路の品質係数が制約される。品質係数の低下は，再構成イメージ中におけるカテーテル先端部の解像度を低下させるものであり，また，共振回路を実質的な不可視状態まで離調させるためには共振周波数のより大きなシフトが必要となることを意味している。

一般的に品質係数は，照射の間，光ダイオードの抵抗損失により１近くまで低下する。その結果，同調された共振周波数を非照射条件に対応させて，ＭＲ可視状態における高い品質係数を達成させるのが好適である。共振回路を照射状態におけるＭＲ共鳴周波数と同調させるため，回路は選択された共振周波数と適合するように精密に製造する必要がある。例えば，共振回路の部品の公差，回路の電気的な環境変化による離調，又は磁気共鳴イメージングスキャナに及ぼされる磁界の変化を補償するために，同調された共振周波数を照射によって得る場合には，品質係数が大幅に低下する。

更に，共振回路は光強度の変調により可視状態と不可視状態との間で切り替え可能であるが，光ダイオードは非バイアス状態で作動するものであり，比較的遅い応答時間を有している。したがって，可視状態と不可視状態との間のスイッチング時間は，約０．１ミリ秒以上に制約されている。共振回路による可視性スイッチングの一つの用途は，先端部トラッキングの間，イメージング対象の被検者からの背景磁気共鳴信号を除去することである。この用途においては，共振回路が可視状態と不可視状態との間で交互に切り替わる条件下で，磁気共鳴イメージングデータが自動的に取得され，可視状態及び不可視状態での再構成イメージ又は投影が減算的に組み合わされて背景イメージ信号が実質的に除去される。スイッチング時間が約０．１ミリ秒以上に制約されているため，この自動的なトラッキングは，被検者の体動により，又は被検者体内の磁化状態の変化により，乱れを生じやすい。

本発明は，上述した制約等を克服する改良された装置及び方法を提案するものである。

一つの観点によれば，本発明は，磁気共鳴イメージングによるモニタ下で，関連する被検者に施されるインターベンショナル処置に使用するためのインターベンショナル器具を開示するものである。インターベンショナル処置を行なうため，エレメントが被検者の体内に挿入可能とされている。光ファイバが，エレメントにおける選択された部位まで光を伝達するために配置されている。共振回路が，エレメントにおける前記選択された部位に配置されている。共振回路は，コイルインダクタンスを有するコイルと，前記光ファイバに光学的に結合され，かつ，金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサとを含み，該コンデンサは，これに対して前記光ファイバにより伝達される光の強度により決定される，選択可能なキャパシタンスを有する。共振回路の選択された共振周波数は，前記コイルインダクタンスと，前記選択されたキャパシタンスとにより決定される。この選択された共振周波数は，磁気共鳴イメージングにより検出された，同調された共振周波数に対応するよう，光強度の調整により選択可能である。

別の観点によれば，本発明は，磁気共鳴イメージングによるモニタ下で関連する被検者にインターベンショナル処置を施すためのシステムを開示するものである。本発明に係るシステムは，磁気共鳴イメージングを行なうための磁気共鳴イメージングスキャナと，前の段落に記載したインターベンショナル器具とを含んでいる。

更に別の観点によれば，本発明は，上述した共振回路を含むインターベンショナル器具の使用方法を提案する。エレメント上における前記選択された部位を含む三次元体積内で磁気共鳴を誘起する。空間的に選択性を有する投影データを，投影方向に沿って取得する。投影方向に沿う各空間位置の取得の間，前記金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサに到達する光の強度を強度変調することにより，選択された共振周波数を，前記同調された共振周波数と，前記磁気共鳴イメージングにより検出されない離調された共振周波数との間で変調させる。投影方向に沿う各空間位置につき，選択された共振周波数を同調された共振周波数として取得した投影データと，選択された共振周波数を離調された共振周波数として取得した投影データとを減算的に組み合わせることにより，減算的に組み合わされた空間データセットを生成する。

本発明の一つの利点は，減少されたサイズを有するカテーテル先端部トラッキング装置を提供することである。

他の利点は，高い品質係数を有する共振回路を含むカテーテル先端部トラッキング装置を提供することである。

他の利点は，伝達される光の強度制御により，同調された共振周波数が調整可能なカテーテル先端部トラッキング装置を提供することである。

更に他の利点は，スイッチング応答性が高速であるカテーテル先端部トラッキング装置を提供することである。

更に他の利点は，スイッチング応答性が高速であるカテーテル先端部トラッキング装置を使用するカテーテル先端部トラッキング方法を提供し，そのトラッキング方法において，被検者の動きに対する感度を低下させ，又はデータ中における他の相違源を磁化状態の変化として減算するものである。

多くの追加的な利点及び効能は，好適な実施形態に関する以下の詳細な説明により，当業者において明らかとなるものである。

本発明は各種の構成要素及び構成要素の配置形態や，各種プロセス操作及びプロセス操作の配置形態をもって実施し得るものである。図面は，もっぱら好適な実施形態を描写する目的に資するものであり，本願発明を限定するものと解すべきでないことは勿論である。

図１を参照して，インターベンショナル処置を行なうためのシステムはインターベンショナル器具，例えば関連する被検者１２の体内に挿入されるエレメントとしてのカテーテル１０を含む。カテーテル１０の先端部１４の位置は磁気共鳴イメージングスキャナ１６を使用してモニタし，このスキャナは，カテーテル１０の先端部１４に配置された先端部トラッキング装置２０のイメージングを行なうものである。カテーテル１０は，多くの場合には可撓性を有する管状エレメントであり，流体搬送通路や光ファイバ，電線等の通路として機能するルーメンを有しない構成や，1個又は2個以上有する構成とすることが可能である。カテーテル１０は可撓性を有する単体構造の管状エレメントで構成することができ，また，端部が結合した複数の管状サブエレメントで構成することもできる。後者の場合，カテーテルの全長は結合された管状サブエレメントの数により決定される。剛性を有するインターベンショナル器具も，本発明の適用対象に含まれる。

カテーテル１０は実質的に任意のカテーテルで構成することができ，例えば動脈ライン，静脈ライン，中枢ライン，心臓カテーテル，膀胱カテーテル等が含まれる。カテーテルを使用して行なわれる典型的なインターベンショナル処置としては，生体検査，液体注入，生理学的モニタリング，バルーンによる血管形成，カテーテルによるラジオ周波数を用いた切除，一時的な心臓ペースメーカの挿入等が例示される。先端部トラッキング装置２０は，実質的にいかなる形式のインターベンショナル器具にも容易に適合させることが可能であり，実質的にいかなる種類のインターベンショナル処置にも適用させることが可能である。先端部トラッキング装置２０は，カテーテル１０の先端部１４に，すなわち，典型的には先端部１４から数mm以内の位置に配置する。

磁気共鳴イメージングスキャナ１６は各種の構成部品，すなわち，イメージング対象の被検者１２の少なくとも選択された部位において磁気共鳴を励起し，かつ，空間的にエンコードするための構成部品と，被検者から磁気共鳴信号を受信するための構成部品と，受信した磁気共鳴信号に基づいて再構成イメージを計算する構成部品とを含んでいる。図１において，磁気共鳴イメージングスキャナ１６は，その主磁石アセンブリの斜視断面を示すことにより線図的に表わされており，主磁石アセンブリは磁気共鳴イメージングスキャナ１６における略円筒状の磁石ルーメンを限定する。当業者において理解できるとおり，主磁石アセンブリは，図１に図示されていない各種構成部品，典型的には：磁石ルーメンの中心軸線に対して平行（すなわち，図１に示すｚ方向に対して平行又は反平行）に整列した，ほぼ一様な長手方向磁場を発生するための主磁石コイル；磁石ルーメン内の三次元空間中に傾斜磁場を形成するための傾斜磁場コイル；磁気共鳴を生じさせ，又は検出するための１個又は２個以上のラジオ周波数コイル；等を含んでいる。主磁石コイルは，超電導コイルで構成するのが好適であるが，抵抗コイル又は固定磁石を使用することも可能である。垂直磁場型磁石，開放型磁石及び他の磁石形態も，本発明の適用対象に含まれる。

作動にあたり，ラジオ周波数コイルにより磁気共鳴を生じさせ，その磁気共鳴は，傾斜磁場コイルで発生させた傾斜磁場により空間的にエンコードされる。適切なイメージングパルスシーケンスにおいては，ラジオ周波数励起パルスの間，スライス選択性を有する傾斜磁場を長手方向又はｚ方向に沿って印加して，磁気共鳴励起を，選択された平面的スライス，例えば図１に例示する先端部トラッキング装置２０を含む平面的スライス２４に限定する。磁気共鳴読み出しの間，位相エンコード用の傾斜磁場パルスをｚ軸に対して直角な位相エンコード方向に印加すると共に，読み出し傾斜磁場をｚ軸に対して直角であり，かつ，磁気共鳴読み出しの間の位相エンコード方向に対して直角な読み出し方向に印加する。位相エンコード及び読み出し傾斜によって磁気共鳴読み出しを，選択された平面的スライスの二次元ｋ空間に亘って段階的に行なう。取得した磁気共鳴データを，二次元フーリエ変換プロセッサを用いて再構成し，スライス２４の再構成イメージを生成する。空間的に隣接した一連のスライスについてパルスシーケンスを適切に繰り返して，三次元体積イメージを発生させる。

上述した磁気共鳴イメージングスキャナと，同じく上述したその作動方法は，いずれも例示に過ぎない。当業者であれば，特定の用途に応じて上述した装置，イメージングパルスシーケンス及びイメージ再構成プロセスを容易に修正可能である。先端部トラッキング装置２０に適合する適切なイメージング方法は，例えばエコープレーナイメージング法，感度エンコーディングを用いるイメージング方，シングルスライス型又はマルチスライス型のスピンエコーイメージング法等，実質的に任意の形式の磁気共鳴イメージング法を含んでいる。先端部トラッキング装置２０と，イメージング対象の被検者１２の周辺エリアの双方についてイメージングが行なわれるため，カテーテル１０の先端部１４の位置についての背景状況が提供されることが理解できる。

図１及び図２を参照して，先端部トラッキング装置２０は共振回路２２（図２の等価回路図により表わす。）を含み，この共振回路２２は，磁気共鳴イメージングスキャナ１６により発生させた磁気共鳴励起の同調された共振周波数に対応させるべく光学的に選択された共振周波数を有するように設計されている。共振回路２２は，同調状態ではラジオ周波数励起に応答し，磁気共鳴応答信号を発生させるものであり，この磁気共鳴応答信号は，磁気共鳴イメージングスキャナ１６により検出され，先端部トラッキング装置２０を含むスライス２４の再構成イメージ中にイメージ化されるものである。共振回路２２は，金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０と，誘導コイル３２とを含み，これらは電気的に接続されて共振ＬＣ回路を構成している。コイル３２のインダクタンスL_coilは，典型的には数ナノヘンリーのオーダである。

金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０は光ファイバ３６に光学的に結合されており，この光ファイバ３６は選択された強度（I_lightと表示する。）の光を金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０に伝達するものである。光ファイバ３６はカテーテル１０のルーメン内部に適切に配置され，又はカテーテル１０に平行に適切に取り付けられており，したがって光ファイバ３６は図１に示すようにカテーテル１０と共に被検者１２内に挿入される。選択された光強度は，ランプ，発光ダイオード，レーザ等で構成するのが好適な光源４０により光ファイバ３６に入力する。光は金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０に結合され，光強度I_lightに対応する選択されたキャパシタンスC(I_light)を決定する。インダクタンスL_coilと選択されたキャパシタンスC(I_light)は共振周波数を決定する。図２の共振ＬＣ回路につき，共振周波数f_resは次式（１）で与えられる：

他の共振回路，例えば単一のコイル３２に代えて複数の誘導コイル３２’を含む共振回路（例えば，後述する図７を参照。）や，幾つかの金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサが対応する幾つかの光ファイバにより制御される複数の回路に対しても，共振回路部品と選択されたキャパシタンスC(I_light)との間の同様な関係を計算することが可能である。式（１）の適用例として，プロトンの磁気回転比γ=42 MHz/T，磁場B=1.5Tの場合，磁気共鳴周波数f_mr=γBは約63MHzである。コイルインダクタンスL_coil=150ナノヘンリーの場合，磁気共鳴周波数f_mrに対応する同調された共振周波数f_resは，式（１）から計算された，選択されたキャパシタンスがC(I_light)=42.5ピコファラドである場合に達成される。

図１を参照して，磁気共鳴イメージングスキャナ１６は，磁気共鳴イメージングコントローラ４４により制御される。先端部のトラッキングが所望される場合，磁気共鳴イメージングコントローラ４４が光源コントローラ４６を制御して光源４０の光強度を所定の値にセットし，その値では選択されたキャパシタンスC(I_light)が同調回路２２を同調された共振周波数まで同調させる。この同調状態において，先端部トラッキング装置２０がイメージングの行なわれるスライス又は体積内に存在する場合に，先端部トラッキング装置２０は再構成イメージ中で可視である。他方，イメージングの間には先端部トラッキング装置２０をイメージから除去するのが望ましい場合もあり得る。その場合には，磁気共鳴イメージングコントローラ４４が光源コントローラ４６を制御して光源４０の光強度を所定の値にセットし，その値では選択されたキャパシタンスC(I_light)が同調回路２２を離調された共振周波数まで離調させる。この離調状態においては，先端部トラッキング装置２０がイメージングの行なわれるスライス又は体積内に存在する場合でも，先端部トラッキング装置２０は再構成イメージ中で実質的に不可視である。実質的な不可視性を達成するための離調量は，共振回路の品質係数に依存する。

図３及び図４を参照して，金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０の好適な実施例は，ｐ^＋シリコン基板５０と，基板５０上に配置された，より軽くドープされたｐ型シリコン層５２と有する金属‐酸化物‐半導体（ＭＯＳ）型コンデンサを含む。より軽くドープされたｐ型シリコン層５２はエピタキシャルシリコン堆積により形成され，そのドーピング濃度は好適には10¹⁶ cm^-3と10¹⁷ cm^-3との間，更に好適には5×10¹⁶ cm^-3である。より軽くドープされたｐ型シリコン層５２のドーピングは，エピタキシャル成長の間，又は引き続く処理の間に，例えばイオンインプランテーションにより導入することができる。このｐ^＋／ｐシリコン構造は，例えば軽くドープされた基板から出発して，適当なドーパントのドーパント拡散又はイオンインプランテーションによりｐ^＋／ｐドーピング構造を形成する等，他の方法により形成することも可能である。

より軽くドープされたｐ型シリコン層５２上に配置された絶縁層５４は，厚いフィールド酸化膜５４と，金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０におけるアパーチャ６０の領域内に配置された，より薄いアパーチャ酸化膜５６とを含む。酸化物層５４，５６は，より軽くドープされたｐ型シリコン層５２における選択された部分の酸化により形成された酸化物層で構成するのが好適である。別のアプローチでは，酸化物層５４，５６は，プラズマ堆積法又は他の堆積法で堆積させる。より薄いアパーチャ酸化膜５６は，好適には約10 nm及び20 nmの間の厚さ，更に好適には17.5 nmの厚さを有する。酸化物層５４，５６の横方向寸法は，リソグラフィにより適切に限定する。

アパーチャ６０を含むデバイス上には，フィールド電極６２が延在している。フィールド電極６２は，透明で薄い導電性酸化物，例えばインジウム・錫酸化物層で構成するのが好適である。別の配置では，フィールド電極６２は多結晶シリコン層である。一実施例において，フィールド電極６２は，好適には約200 nm及び約500 nmの間の厚さ，更に好適には約380 nmの厚さを有する多結晶シリコン層である。フィールド電極６２は，光強度I_lightの大部分がより軽くｐドープされた半導体層５２に浸透できるように，十分な透光性を有するべきものである。フィールド電極６２上には，アパーチャ６０の外側に位置する少なくとも１つの領域において接点電極６４を配置する。接点電極６４は，ｐ^＋シリコン基板５０の裏面上に配置された裏面側接点電極６５と共に，金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０に対する電気的接点を構成する。適切な実施例において，接点電極６４，６５は，好適には厚さが約1μmのアルミニウム層である。

より軽くドープされたｐ型シリコン層５２の厚さは，より軽くドープされたｐ型シリコン層５２のゼロ電位における空間電荷領域の深さとほぼ一致するように選択するのが好適である。より軽くドープされたｐ型シリコン層５２の好適なドーピングレベルである約5×10¹⁶ cm^-3について，より軽くドープされたｐ型シリコン層５２の厚さは，好適には約200 nm及び約500 nmの間，更に好適には約300 nmである。厚さの選択は，共振回路２２の品質係数が最大となるように設計するものである。

図３，図４及び図５を参照して，金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０は，図５に示すキャパシタンスC(I_light)対電圧特性を有する。暗い条件下（すなわち，照明のない場合，又は換言すればI_light =0である場合）では，図５に示す最小キャパシタンスC_minが得られる。照明強度I_lightが増加すると，キャパシタンスは最大値C_maxまで増加する。最小キャパシタンスC_min及び最大キャパシタンスC_maxの絶対値は，アパーチャ６０の面積に対する従属性を含んでいる。図４に示す略矩形アパーチャ６０の面積は，アパーチャ６０の直線辺の寸法により適切に特徴付けられる。表１は，ｐ^＋／ｐドープされたシリコン構造５０，５２を含み，アパーチャ６０が各種直線辺寸法長さを有する上記の金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサについての最小キャパシタンスC_min及び最大キャパシタンスC_maxの値を例示するものである。

好適には，共振回路が磁気共鳴イメージ中で可視となる同調された共振周波数は，最小キャパシタンスC_min及び最大キャパシタンスC_maxの間の中間的キャパシタンスに対応する。この配置においては，同調された共振周波数を，照明強度I_lightの適切な精密調整により，磁気共鳴イメージングスキャナ１６により測定される磁気共鳴周波数と対応するように精密に調整することが可能である。更に，共振回路２２を，中間的キャパシタンスが，同調された共振周波数に対応するように設計することにより，同調された共振周波数を上向き又は下向きに調整することが可能である。これにより，例えば，磁気共鳴イメージングスキャナ１６の及ぼす磁場の変化により誘発される磁気共鳴周波数のシフトに適応させることが可能である。しかし，先端部トラッキング装置２０を，最小キャパシタンスC_minが可視化のための同調された共振周波数に対応するように設計し，又は，先端部トラッキング装置２０を，最大キャパシタンスC_maxが可視化のための同調された共振周波数に対応するように設計することも可能である。

上述した金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサは，例示に過ぎない。当業者であれば，特定の用途に適切なキャパシタンス特性を有する他の金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサを採択することも可能である。例えば，酸化物層５４，５６の少なくとも一方を，プラズマ堆積法又は他の堆積法で堆積させた酸窒化シリコン層，窒化シリコン層等で置換することが可能である。同様に，ｐ^＋／ｐドープされた半導体構造５０，５２をｎ^＋／ｎドープされた半導体構造と置換することが可能である。また，上述したシリコン系金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサは，ＩＩＩ族‐ＩＶ族化合物半導体系の金属‐絶縁体‐半導体型感光性コンデンサ，例えばガリウム砒素系の金属‐絶縁体‐半導体型感光性コンデンサで置換することが可能である。

例示したシリコン系金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサにつき，光源４０は，可視領域又は近赤外領域で発光する発光ダイオード又はレーザで構成するのが好適である。好適な一実施例においては，約650 nm及び900 nmの間の波長帯域で発光するレーザダイオードを適切に使用する。金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサがシリコンよりも大きなバンドギャップを有する半導体材料を含む場合，当該半導体材料のバンドギャップよりも大きい波長で発光する，より短波長の光源を使用するのが好適である。

図１及び図６を参照して，カテーテル１０の先端部１４に設けられる先端部トラッキング装置２０の好適な一実施例について説明する。図６の実施例において，金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０はカテーテル１０の先端部１４に接着されている。誘導コイル３２もカテーテル１０の先端部１４に接着されている。これら別個の部品３０，３２は，透明エポキシ系樹脂，アクリル系接着剤等により接着することが可能である。好適には，先端部トラッキング装置２０は，収縮スリーブ７０，カプセル封入用エポキシ樹脂，容器材料等により封入して，先端部トラッキング装置２０を気密にシールすると共に電気的に絶縁する。

好適には，先端部トラッキング装置２０の寸法を十分に小さくすることにより，先端部トラッキング装置２０が，再構成された磁気共鳴イメージの解像度下で単一の点として現れるようにする。典型的には，カテーテルの直径を約2 mm以下とする。例えば，一実施例ではカテーテルの外径を1.6 mmとする。先端部トラッキング装置２０の長さは，イメージングを行なうスライスの厚さd_slice未満とするのが好適である。典型的には，スライスの厚さd_sliceは，先端部トラッキングの間に行なわれるイメージングのため，約6 mm及び約10 mmの間である。好適な一実施例では，先端部トラッキング装置２０の長さは約3 mmである。

図６の実施例は，金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０及びコイル３２がカテーテル１０の先端部１４に直接的に接着するものであるが，ある種の難点を有している。例えば，長いカテーテル１０の先端部１４に回路部品３０，３２を接着し，電気的に接続するのが困難となる場合がある。更に，このアプローチの場合には，装置故障時や，カテーテル１０を主磁場強度の異なる別の磁気共鳴装置と組み合わせて使用する際に，先端部トラッキング装置２０を交換するのが困難である。（言うまでもなく，照明依存型のキャパシタンスレンジ，及び対応する選択可能な共振周波数レンジに応じて，ＬＣ回路は照明強度の調整により，異なるスキャナに対して適応させることができる。）さらに，カテーテル１０の先端部１４は，金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０及びコイル３２の接着及び接続の間に損傷しかねない脆弱な，又は熱的に敏感な部品を含むことがあり得る。

図７を参照して，別の実施例に係る先端部トラッキング装置２０’をについて説明する。先端部トラッキング装置２０’は，プラスチック製又は他の電気的絶縁材料で構成された中空円筒状絶縁スリーブ７４上に形成したハイブリッド回路である。金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０は前述したとおり離散型の構成要素であり，中空円筒状絶縁スリーブ７４の外面に接着されている。コイル３２は，中空円筒状絶縁スリーブ７４の外面上に堆積され，互いに電気接続された複数の印刷回路コイル３２’で置換されている。一実施例においては，数個の完全な共振回路が堆積され，その各々が１個の金属‐絶縁体‐半導体型コンデンサ３０と，電気的に接続された複数の印刷回路コイル３２’とを含んでいる。これらのコンデンサ３０に対して１本の光ファイバ３６を割り当てることができ，又は各回路に別個の光ファイバ３６を割り当てることができる。印刷回路コイル３２’は，好適にはリソグラフィを用いて円筒状スリーブ７４上に形成された銅又は他の導電性材料の薄膜であり，リソグラフィは電気的なトレースを印刷回路基板や，平面状のマイクロウェーブ回路配置等の上に形成するために慣用されているものである。金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０は印刷回路コイル３２’に対して適切な方法により電気的に接続し，その接続方法としては，ワイヤボンディングや，接点電極６４を接続するためのワイヤボンディングと，裏面接点電極６６を接続するための直接表面ボンディングとの組み合わせ等が挙げられる。

中空円筒状絶縁スリーブ７４は，ハイブリッド回路形式の先端部トラッキング装置２０’の長さを限定するものであり，好適には約3.0 mm以下とする。ハイブリッド回路形式の先端部トラッキング装置２０’をイメージング解像度に近接し，又はイメージング解像度よりも小さく維持することに加え，円筒状スリーブを短く維持してカテーテル１０の可撓性に及ぼす影響を低減すべきである。中空円筒状絶縁スリーブ７４は，カテーテル１０の先端部１４にフィットする内径を有する。中空円筒状絶縁スリーブ７４は，カテーテル１０の先端部１４上に摩擦で保持するのが好適である。好適には，図６に示す収縮スリーブ７０に類似した収縮スリーブや，エポキシ系又はアクリル系の封入手段を適用して，先端部トラッキング装置２０’の少なくとも共振回路を気密にシールする。更に好適には，収縮スリーブ又は封入手段を円筒状スリーブ７４上に亘り，及びこれを超えて追加的に延在させることにより，トラッキング装置２０’をカテーテル１０の先端部１４に対して取り付け，又はその取り付けに寄与させる。

少なくとも１個の共振回路を形成する複数の印刷回路コイル３２’を中空円筒状の絶縁スリーブ７４の周囲に配置することにより，磁気共鳴イメージングスキャナにより生じるラジオ周波数励起パルスとの共振回路の結合強度の方向性が低減され，励起パルスに応答してコイル３２’により出力されるラジオ周波数共振信号の方向性が低減される。更に，印刷回路を使用することにより低い断面形状の先端部トラッキング装置２０’を製造することができ，これは被検者１２内への挿入のために有利である。また，金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０の円筒状スリーブ７４への接着に先立って，金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０のｐ^＋シリコン基板５０を薄くすることにより，円筒状スリーブから遠ざかる方向への金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０の外向き投影寸法を任意的に減少させることができる。先端部トラッキング装置２０’の断面形状を任意的に減少させるために，光ファイバ３６をスリーブ７４と平行に延在させると共に，側部光学結合手段を設けて光ファイバ３６を金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０と結合させることができ，そのために，例えば，金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０のアパーチャ６０内に向けて光を側方に再指向させるように４５°の角度で劈開させたファイバ先端部を用いる。

図７においては，電気的に接続した複数の印刷回路コイル３２’をスリーブ７４上に堆積させた例を示しているが，印刷回路コイルをカテーテル１０における先端部１４の表面上に直接堆積させてカテーテル１０の先端部１４上に印刷回路コイルを直接形成することも可能である。このように，ハイブリッド共振回路はスリーブ７４上でなく，カテーテル１０の先端部１４上に直接的に配置することも可能である。

再び図１を参照して，カテーテル１０の挿入の間，好適には，磁気共鳴イメージングスキャナ１６は被検者１２内における先端部１４の位置を示す急速スキャンシーケンスを高速で繰り返す。この目的のため，一連の隣接するイメージング対象スライスについてイメージングデータを取得することによる三次元的な体積イメージングではリアルタイムでの有効な先端部トラッキングを達成するには遅すぎる場合がある。好適な一実施例では，先端部トラッキングを以下の要領で行なう。先ず，関心体積（volume of interest）を非空間選択的に励起する。これは，スライス選択傾斜を持たないラジオ周波数励起パルス，又はワイドスラブを有するラジオ周波数励起パルス，又はスライス選択パルスを印加することにより達成可能である。次に，磁気共鳴読み出しの間，スライス方向に対して直角な投影方向に沿って磁場傾斜を与えて投影データを取得する。磁気共鳴読み出しの間に与えられる磁場傾斜は，好適には図１のｚ方向に沿うものである。このようにして，一次元投影がスライスに対して直角に生成される。

図８は，上述した方法で取得した投影データを示すものである。背景信号８０は，投影に沿う各空間位置における被検者１２からの磁気共鳴の強度に対応する。軸線方向を指向する投影に関し，投影の各空間位置は軸線方向のスライスに対応する。図１に示すように先端部トラッキング装置２０を含む軸線方向スライス２４に対応する空間位置においては，先端部トラッキング装置２０による追加的な磁気共鳴信号に基づいて，僅かに大きい，又は増強された磁気共鳴投影信号８２が観察される。その信号８２に基づいて，先端部トラッキング装置２０を含むスライスが特定される。好適には，次にスライス選択傾斜磁場を使用してスライスイメージングシーケンスを適用することにより，イメージングを行なうスライスを選択する。スライス２４の再構成イメージは先端部トラッキング装置２０のイメージを含んでおり，したがって先端部トラッキング装置２０は三次元空間内で位置が確定される。任意的に，数個の隣接するスライス，例えば選択されたスライス２４の何れかの側に隣接するスライスについてもイメージングを行なって，薄い体積イメージを形成することができる。投影測定と，単一又は複数のスライスについてのイメージングとを含む上記のトラッキングシーケンスを反復することにより，カテーテル１０の先端部１４のリアルタイムトラッキングを行なう。代替的に，一次元投影ではなく，ｘ軸及びｙ軸に沿う二次元投影イメージを形成することも可能である。ｘ軸及びｙ軸に沿う投影イメージによりトラッキング装置のｘ座標，ｙ座標及びｚ座標が与えられ，これにより，イメージングの間にトラッキング装置を離調させて診断イメージに対するアーチファクトを回避することが可能である。好適には，投影イメージにより決定された位置で診断イメージにマーカーを重ね合わせる。

場合によっては，増強された信号８２が背景信号８０に近接することがある。一つのアプローチでは，背景信号が実質的に除去される。二種類の投影測定を高速かつ連続的に行い，その際，一方の投影測定は先端部トラッキング装置２０を，先端部が磁気共鳴イメージ中で可視となる同調された共振周波数まで同調させた状態で行い，他方の投影測定は先端部を離調させて不可視とした状態で行なう。二種類の投影データを減算的に組み合わせて背景信号８０を実質的に除去し，増強された信号８２を残す。しかし，連続的にイメージングを行なうアプローチは，被検者１２の体動により，又は二種類の連続的な投影測定の間に磁化状態が変化する場合に，乱れを生じやすいことがある。

体動による乱れの影響を受けにくい，改良された背景除去アプローチでは，単一の投影データを取得する。投影ｋ空間データの読み出し取得の間，光源４０を変調して先端部トラッキング装置２０の共振周波数を可視状態と不可視状態との間で変調する。好適には，ｋ空間を２倍オーバーサンプリングしてトラッキング装置の可視データ点と不可視データ点とを交互に集める。再攻勢のため，何れかの状態に属するｋ空間データ点を別々に空間領域にフーリエ変換し，減算的に組み合わせることにより当該空間位置におけるノイズ信号を実質的に除去する。このようにして，各空間位置における減算的に組み合わされた同調投影測定及び離調投影測定の間での一時的な分離は，同調（可視）状態と離調（不可視）状態との間のスイッチング時間まで減少される。金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ３０を含む先端部トラッキング装置２０は，可視状態と不可視状態との間で約２マイクロ秒と約４マイクロ秒との間のサイクル周期で切り替えるのが有利であり，このサイクル周期は，体動による乱れや，他の不所望の相違源を実質的に除去するに十分に速いものである。

先端部トラッキング装置２０について各種の先端部トラッキング方法を記載したが，これらはハイブリッド回路型の先端部トラッキング装置２０’や，少なくとも1個の金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ素子を含む他の先端部トラッキング装置を使用しても適切に実行可能である。実際，ハイブリッド回路型の先端部トラッキング装置２０’を図１のインターベンショナルシステムにおける先端部トラッキング装置と適切に置換して，磁気共鳴イメージングスキャナ１６によるモニタ下で被検者１２に対してインターベンショナル処置を施すことができる。更に，先端部トラッキング装置２０，２０’をカテーテル１０の先端部１４に配置されるものとして記載したが，トラッキング装置２０，２０’と同様な少なくとも１個のトラッキング装置をカテーテル１０に沿う他の位置に配置してカテーテルに沿う座標点を取得することも可能である。

以上，本発明を好適な実施例について記載した。言うまでもなく，これまでの詳細説明に基づいて当業者においては各種の修正や変更が想起されよう。本発明は，そのような修正や変更の全てを，請求項の記載範囲内又はその均等範囲内に該当する限りにおいて包含すると解すべきである。

図１は，磁気共鳴イメージングスキャナによりモニタされる先端部トラッキング装置を有するカテーテルを使用してインターベンショナル処置を施すためのシステムを線図的に示す説明図である。 図２は，先端部トラッキング装置の共振回路を示す略図である。 図３は，先端部トラッキング装置における金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ部品の好適例における層構造を示す説明図である。 図４は，図３に示した金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ部品の好適例の平面図である。 図５は，先端部トラッキング装置における，金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ部品のキャパシタンス‐電圧‐光強度特性を線図的に示すグラフである。 図６は，先端部トラッキング装置の一実施例を線図的に示す説明図である。 図７は，先端部トラッキング装置の好適な実施例を示す斜視図である。 図８は，イメージング対象スライスに対して直角なｚ方向に沿って取得した磁気共鳴投影データを線図的にプロットしたグラフである。

Claims (15)

1. 磁気共鳴イメージングによるモニタ下で被検者に施されるインターベンショナル処置に使用するためのインターベンショナル器具であって，該インターベンショナル器具が：
   前記インターベンショナル処置を行なうために前記被検者内に挿入可能としたエレメントと；
   該エレメントにおける選択された部位まで光を伝達するための光ファイバと；
   前記エレメントにおける前記選択された部位に配置された共振回路とを具え，該共振回路が，コイルインダクタンスを有するコイルと，前記光ファイバに光学的に結合された金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサとを含み，該コンデンサが，これに対して前記光ファイバにより伝達される光の強度により決定される，選択可能なキャパシタンスを有し，さらに，前記共振回路の選択された共振周波数が，前記コイルインダクタンスと，前記選択されたキャパシタンスとにより決定され，かつ，該選択された共振周波数が，前記磁気共鳴イメージングで検出された，同調された共振周波数に対応するよう，前記光の強度調整により選択可能であり、
   前記同調された共振周波数が，前記光ファイバにより伝達される光強度に対応し，該光強度が，前記光ファイバにより伝達可能な最大強度と最小強度との間の中間的な光強度である，
   ことを特徴とするインターベンショナル器具。
2. 請求項１記載のインターベンショナル器具であって，前記共振回路（２２）が，前記コイルインダクタンスに対応するインダクタンスと，前記選択されたキャパシタンスに対応するキャパシタンスとを有するＬＣ回路であり，前記共振回路（２２）の前記選択された共振周波数が，前記ＬＣ回路のインダクタンス及びキャパシタンスの積の平方根の逆数に比例することを特徴とするインターベンショナル器具。
3. 請求項１記載のインターベンショナル器具であって，
   前記共振回路（２２）が配置されたスリーブ（７４）を更に具え，該スリーブ（７４）が前記エレメント（１０）の先端部（１４）上に配置されていることを特徴とするインターベンショナル器具。
4. 請求項１記載のインターベンショナル器具であって，
   前記共振回路（２２）上に配置された収縮スリーブ（７０）を更に具え，該収縮スリーブ（７０）が前記共振回路（２２）を密封することを特徴とするインターベンショナル器具。
5. 請求項１記載のインターベンショナル器具であって，前記共振回路（２２）が次の構成のハイブリッド回路，すなわち：
   前記コイルを具現した印刷回路（３２’）と；
   前記金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ（３０）を具現した離散型の半導体装置（３０）とを含み，該離散型の半導体装置（３０）が前記印刷回路（３２’）に電気接続されているハイブリッド回路であることを特徴とするインターベンショナル器具。
6. 請求項１記載のインターベンショナル器具であって：
   前記エレメント（１０）における他の選択された部位に配置される少なくとも１個の追加的な共振回路を更に具えることを特徴とするインターベンショナル器具。
7. 請求項１記載のインターベンショナル器具であって，前記金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ（３０）が，シリコン系の金属‐酸化物‐半導体（ＭＯＳ）装置であることを特徴とするインターベンショナル器具。
8. 請求項１記載のインターベンショナル器具であって，前記感光性を有する金属‐絶縁体‐半導体型のコンデンサ（３０）が：
   重くドープされた半導体基板（５０）と；
   重くドープされた前記半導体基板（５０）上に配置された，より軽くドープされた半導体層（５２）と；
   より軽くドープされた前記半導体層（５２）上に配置された絶縁層（５６）と；
   該絶縁層（５６）上に配置された導体層（６２，６４）と；
   を含むことを特徴とするインターベンショナル器具。
9. 請求項８記載のインターベンショナル器具であって，より軽くドープされた前記半導体層（５２）のドーピングは，ゼロ電位におけるより軽くドープされた前記半導体層（５２）の空間電荷領域の深さが，より軽くドープされた前記半導体層（５２）の厚さとほぼ一致するように選択されていることを特徴とするインターベンショナル器具。
10. 請求項１記載のインターベンショナル器具であって，前記感光性を有する金属‐絶縁体‐半導体型のコンデンサ（３０）が：
    前記同調された共振周波数における前記共振回路（２２）の品質係数を最大化するように構成された，ｎ‐ｎ^＋ドープされた半導体層構造，及びｐ‐ｐ^＋ドープされた半導体層構造の一方を含むことを特徴とするインターベンショナル器具。
11. 請求項１記載のインターベンショナル器具であって：
    前記エレメント（１０）が管状であって可撓性を有し；
    前記光ファイバ（３６）が，可撓性を有する該管状エレメント（１０）のルーメン内に配置されている；
    ことを特徴とするインターベンショナル器具。
12. 磁気共鳴イメージングによるモニタ下で被検者（１２）にインターベンショナル処置を施すためのシステムであって，該システムが：
    磁気共鳴イメージングを行なうための磁気共鳴イメージングスキャナ（１６）と；
    請求項１記載のインターベンショナル器具と；
    を具えることを特徴とするシステム。
13. 請求項１２記載のシステムであって，該システムが次の工程，すなわち：
    前記エレメント（１０）上の前記選択された部位（１４）を含む三次元的体積内で，磁気共鳴を励起する工程と；
    イメージング対象スライス（２４）に対して直角な投影方向に沿って磁気共鳴データを取得する工程と；
    磁気共鳴データの取得の間，前記光ファイバ（３６）により伝達される光の強度を変調することにより前記選択された共振周波数を，前記同調された共振周波数と，前記磁気共鳴イメージングスキャナにより検出されない離調された共振周波数との間で変調させる工程と；
    該磁気共鳴データを処理して，前記共振回路（２２）により生成される磁気共鳴信号（８２）を実質的に表示する投影データを生成する工程と；
    を含むトラッキングプロセスを実行するように前記システムを制御するためのコントローラ（４４，４６）を更に具えることを特徴とするシステム。
14. 請求項１記載のインターベンショナル器具の製造方法であって，該方法が次の工程のうちの何れか一工程，すなわち：
    前記共振回路（２２）が配置されたスリーブ（７４）を前記エレメント（１０）における前記選択された部位（１４）上に摺動させる工程；又は
    リソグラフィでパターンが設けられ，かつ，スリーブ（７４）上に前記コイル（３２，３２‘）を限定するフィルム（３２’）を形成し，前記金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ（３０）を前記スリーブ（７４）に接着し，リソグラフィでパターンが設けられた前記フィルム（３２’）と，前記金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ（３０）とを電気接続して前記共振回路（２２）を形成し，前記スリーブ（７４）を前記エレメント（１０）における前記選択された部位（１４）上に摺動させて，前記共振回路（２２）を前記スリーブ（７４）上に位置させる工程；又は
    前記コイル（３２，３２’）を限定する別個のインダクタンス素子（３２）を，前記エレメント（１０）上における前記選択された部位（１４）に接着し，前記金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ（３０）を，前記エレメント（１０）上における前記選択された部位（１４）に接着し，前記別個のインダクタンス素子（３２）と前記金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ（３０）とを電気接続する工程；
    を含むことを特徴とする製造方法。
15. 請求項１２記載のシステムの動作方法であって，該方法が：
    前記磁気共鳴イメージングスキャナによって磁場を生成する工程と；
    生成された磁場に応答するｋ空間データを取得する工程と；
    ｋ空間データを取得するため，前記金属‐絶縁体‐半導体型の感光性コンデンサ（３０）に到達した光の強度を強度変調することにより，前記同調された共振周波数と，前記磁気共鳴イメージングにより検出されない離調された共振周波数との間で選択された共振周波数を変調する工程と；
    前記同調された共振周波数に対して同調された，前記選択された共振周波数をもって取得したｋ空間データをフーリエ変換して第１の空間データセットを得る工程と；
    離調された前記選択された共振周波数をもって取得したｋ空間データをフーリエ変換して第２の空間データセットを得る工程と；
    前記第１及び第２の空間データセットを減算的に組み合わせることにより，減算的に組み合わされた空間データセットを得る工程と；
    を含むことを特徴とする方法。

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