JP5143007B2 - インターベンショナル磁気共鳴のためのマーカの追尾 - Google Patents

Description

以下のことは、磁気共鳴技術に関する。それは、カテーテル、生検針及びインターベンショナル磁気共鳴撮像を用いた手順において使用される他の介入器具を位置特定又は追尾することに特に応用されることが分かり、これらを特に参照して説明される。より一般的には、磁気共鳴スキャナボリューム内におけるマイクロコイルの位置特定と一緒に応用されることも分かる。

インターベンショナル磁気共鳴撮像は、生検を入手する、小線源療法(brachytherapy)のための放射線源を位置特定する、標的ドラッグデリバリー又は遺伝子治療等のための介入装置を誘導するのに使用される。インターベンショナル磁気共鳴撮像を用いた手順において、基準マーカ又は基準マーカ組立体は、カテーテル、生検プローブ又は他の介入器具の上又は内部に置かれる。この基準マーカは、磁気共鳴スキャナにより検出されるように設計された能動マイクロコイル、又は磁気共鳴画像に現れる磁化率を持つ受動コイル又は他の受動マーカを含む。

前記介入器具の動作先端に配される単一の基準マーカは、先端の位置を供給するが、通例はこの介入器具の向きに関する情報は供給しない。さらに、器具の先端に位置決めされた基準マーカが変形する、またそうでなければ介入地点での正確な撮像を妨害することがある。従って、２つ以上（通常は３つ以上）の基準マーカを含む基準マーカ組立体が前記器具の先端から規定の距離だけ離れて前記器具上に置かれる。これらマーカを位置特定することにより、基準マーカ組立体の位置及び向きが決められる。前記介入器具は基準マーカ組立体に対し一定の向き及び位置を持つので、これが器具の先端の位置及び任意には向きを決める。

このような基準マーカ組立体を使用する場合、この基準マーカ組立体の位置決めにより、磁気共鳴システムのアイソセンター(isocenter)からの距離が複雑になる。幾つかの事例において、基準マーカ組立体は、例えば２００ミリメートルのような視界の縁の近くに又は前記アイソセンターからさらに離れて位置特定されることがある。これらの距離において、追尾精度は、Ｂ_０／Ｂ_１の不均一性、不適切に補正された勾配の非直線性等が原因で減少する。基準マーカ組立体が視界の外に移動する場合、勾配の不明瞭さが完全に間違った追尾情報となる。視界の外側へ完全に移動する可能性は、開口（ボア）を通る移動に関し固有の制限が無いので、ｚ方向において最も大きい。

医療関係者は、介入手順を行っている間、前記基準マーカ組立体により供給される介入器具の追尾を頼りにしている。この追尾精度が疑わしい場合、医療関係者は注意を喚起されるべきである。しかしながら、現在の追尾システムは、追尾の不正確さを検出する又はこのような追尾の不正確さを医療関係者に警告するための信頼できる装置を提供していない。

追尾精度を確かめるための１つの方法において、基準マーカ組立体が視界から又は他の信頼できる追尾範囲から外れるときを判断するために追尾のヒストリーが使用される。しかしながら、この方法は低い又は可変の追尾フレーム率により損なわれ、シングルショット(single-shot)の追尾技術には使用できない。

以下のことは、上述した制限及びその他を克服する改善点を考慮している。

ある態様に従って、追尾方法が開示されている。磁気共鳴スキャナにより生成したＢ_０磁場の局所Ｂ_０磁場不均一性は、基準マーカ組立体の見掛けの位置において測定される。この測定された局所Ｂ_０磁場不均一性が警告基準を満たしている場合、警告が発せられる。

他の態様に従って、追尾システムが開示されている。Ｂ_０均一性追尾検査器は、磁気共鳴スキャナにより基準マーカ組立体の見掛けの位置に生成したＢ_０磁場の局所Ｂ_０磁場不均一性を測定する。ユーザインタフェースは、前記Ｂ_０均一性追尾検出器により測定された前記局所Ｂ_０磁場不均一性が警告基準を満たしている場合、警告を発する。

他の態様に従って、磁気共鳴スキャナ、基準マーカ組立体、前記磁気共鳴スキャナを用いて前記基準マーカ組立体の見掛けの位置を少なくとも追尾するための追尾処理を行う追尾プロセッサ、並びに先行する段落に述べられたような前記Ｂ_０均一性追尾検査器及びユーザインタフェースを含むインターベンショナル磁気共鳴システムが開示されている。

ある利点は、さらに信頼できるインターベンショナル磁気共鳴追尾にある。

他の利点は、不正確な追尾により引き起こされる医療ミスの可能性を減少させることにある。

他の利点は、追尾の不正確さに関する情報を簡単な形式で医療関係者に供給することにある。

この好ましい実施例の以下の詳細な記述を読んだ際、多数の追加の利点及び恩恵が当業者に明らかとなるであろう。

本発明は、様々な構成要素及び構成要素からなる配列、並びに様々な処理動作及び処理動作からなる配列の形式をとることがある。図面は、好ましい実施例を説明することだけを目的とし、本発明を制限するとは考えない。

図１を参照すると、磁気共鳴撮像スキャナ１０は、関心領域１２において磁気共鳴撮像を行う。説明される実施例において、この磁気共鳴撮像スキャナ１０は、フィリップスメディカルシステムズネザーランドＢ．Ｖ．から入手可能であるフィリップスパノラマ０．２３Ｔスキャナである。このスキャナは医療介入手順を容易にするオープンボアを持つ。スキャナ１０は、単なる例であり、ここで説明される追尾精度の監視を含む器具追尾方法及び装置は一般的に、オープンボア型スキャナ、クローズドボア型スキャナ、垂直ボア型スキャナ等を含むが、これらに限定されない実質的に如何なる形式の磁気共鳴撮像スキャナとも共に利用可能である。例えば人間の医療患者のような撮像被写体（図示せず）は、被写体サポート１４の上に置かれ、スキャナ１０の関心領域１２内に位置決めされる。

医療介入手順において、介入器具２０、例えば生検針、カテーテル又はポインタ等は、生検、熱焼灼療法(thermal ablation treatment)、小線源療法、スライス選択又は標的ドラッグデリバリー等を行うのに用いられる。磁気共鳴撮像スキャナ１０は、介入医療手順中、この手順の領域を撮像して、外科医又は他の医療の療法士に視線誘導を提供する。幾つかの介入手順において、拘束されない介入器具が外科医又は他の医療の療法士により直接操作される。しかしながら、この介入器具２０の高い精度での操作を必要とするデリケート又はセンシティブな手順に対し、機械器具マニピュレータ２２は、介入器具２０を支持及び操作する、又は前記外科医若しくは他の医療の療法士の指導の下、この介入器具２０の位置決めを支援する。説明される実施例において、前記機械器具マニピュレータ２２は、介入器具２０を操作することに対する多自由度を供給する多関節の機械式組立体であり、前記被写体サポート１４に取り付けられている。他の考えられる実施例において、アームがスキャナ１０又は他の関連する構造物上に支持又は取り付けられていてもよい。

前記介入手順中、前記器具２０を位置特定又は追尾するために、基準マーカ組立体３０は、少なくとも前記器具の先端又は他の動作要素が目標位置にあるとき、磁気共鳴撮像スキャナ１０の視界内にあると予想される、前記介入器具２０の上の位置に置かれる。前記基準組立体は１つ以上の基準マーカを含み、介入器具２０に関する見掛けの位置の情報を提供する。より一般的には、前記基準マーカ組立体３０は、介入器具２０に関する位置及び向きの両方の情報を提供するように、３つ以上の基準マーカを含む。互いに且つ介入器具２０に対して定位置にあり、三次元において十分な空間分布を持つ３つの基準マーカは一般的に、介入器具２０の空間的位置及び向きを正確に決めるのに十分である。追加のマーカは、冗長性及び改善された追尾ロバスト性(robustness)を提供するために任意に含まれる。

幾つかの実施例において、基準マーカ組立体３０に２つの基準マーカだけを用いることが考えられ、これは、例えば介入器具２０の回転位置が重要ではない場合、見掛けの位置及び向きの両方の情報を提供するのに十分である。説明される実施例において、基準マーカ組立体３０は、介入器具２０の動作先端３２から離間している。この配列は、基準マーカ組立体３０により潜在的に引き起こされる画像の歪みが前記動作先端３２の付近における撮像に悪影響を及ぼす可能性を有利に減少させる。しかしながら、幾つかの考えられる実施例において、基準マーカ組立体が介入器具の先端に位置決めされているのもある。このような実施例において、基準マーカ組立体が向きの情報を提供せずに、前記先端の見掛けの位置を示す単一の基準マーカだけを含むことが考えられる。

基準マーカ組立体３０の基準マーカ又は複数の基準マーカは、様々な形式をとることができる。幾つかの実施例において、能動マイクロコイルがマーカとして役立つ。これら能動マイクロコイルは、スキャナ１０により追尾される信号を放出するように、磁気共鳴シーケンスの一部を追尾中に選択的に通電される。幾つかの実施例において、受動基準マーカ、例えば受動コイル、磁性材料のバイアル(vial)、磁気感受性要素等が使用される。この受動マーカは、このマーカが磁気共鳴撮像中に検出される磁気感受性を持つ。前記基準マーカ組立体３０に能動及び受動マーカの組み合わせを用いることも考えられる。

介入手順中、スキャナの電子機器４０は、磁気共鳴撮像スキャナ１０を制御して、撮像データを収集、再構成画像を生成するために撮像データを再構成及びこの再構成画像を表示して、さらに前記スキャナ１０を制御して、基準マーカ組立体３０を用いた前記介入器具２０の追尾を行う。説明される実施例において、スキャナの電子機器４０は、ディスプレイ４４及び少なくとも１つの入力装置、例えばキーボード４６、マウス、トラックボール等を持つユーザインタフェースコンピュータ４２、前記基準マーカ組立体３０を用いて前記介入器具２０を追尾するための追尾処理を行う追尾モジュール５０、局所Ｂ_０磁場不均一性の測定に基づいて前記追尾の精度を検証するＢ_０磁場均一性追尾検査器、並びに信号対ノイズ比（ＳＮＲ）又は追尾の他のノイズ指数に基づいて前記追尾の精度を検証する追尾ノイズ検査器５６を含んでいる。

説明される実施例において、ユーザインタフェースコンピュータ４２は、前記スキャナを制御して、磁気共鳴データを収集、空間的に符合化された磁気共鳴データから再構成画像を生成、及び前記ディスプレイ４４に表示される前記再構成画像の図形表現を生成するハードウェア及び／又はソフトウェアの構成要素（図示せず）を含む。説明されるスキャナの電子機器４０は一例であり、他の実施例において、前記追尾及び／又は追尾の監視がハードウェア及び／又はソフトウェアの構成要素としてコンピュータに組み込まれる、又逆に言えば、データ収集、再構成及び／又は画像レンダリング機能が前記コンピュータとは異なる電子機器として具現化されてもよいことが分かっている。幾つかの考えられる実施例において、前記スキャナの電子機器はコンピュータを含まず、逆にコンピュータとは異なる電子機器により、データ収集、再構成、画像レンダリング及び追尾機能全てが行われる。

追尾プロセッサ５０は、実質的に如何なる適切な追尾技術を用いる。幾つかの実施例において、前記追尾プロセッサ５０は、追尾フレームを開始する医療関係者に対し応答する介入器具２０の追尾される位置及び向きが示されるシングルショットの追尾方法を用いる。幾つかの実施例において、追尾プロセッサ５０は、介入器具２０の追尾される位置及び向きが、低い更新率で自動的に更新される低フレーム率の反復追尾方法を用いる。幾つかの実施例において、追尾プロセッサ５０は、介入器具２０の追尾される位置及び向きが、高い更新率で自動的に更新される高フレーム率の反復追尾方法を用いる。幾つかの実施例において、追尾プロセッサ５０は、介入器具２０の追尾される位置及び向きが、例えば基準マーカ組立体３０の最新の追尾される位置、又は現在行われている介入手順の一部等に依存する可変の更新率で自動的に更新される可変フレーム率の反復追尾方法を用いる。

追尾プロセッサ５０は、基準マーカ組立体３０に対する、故に介入器具２０にも対する見掛けの位置の情報を供給し、さらに任意で見掛けの向きの情報も供給する。この「見掛けの」という修飾語は、追尾プロセッサ５０により行われる追尾が磁場不均一性、不適切に補正された勾配の非直線性等が原因で所望するよりも低い精度であることを認める。Ｂ_０磁場均一性追尾検査器５４は、局所Ｂ_０磁場不均一性の測定に基づいて追尾精度を検証し、追尾ノイズ検査器５６は、ＳＮＲ又は追尾の他のノイズ指数に基づいて追尾精度を検証する。Ｂ_０磁場均一性追尾検査器５４は、磁場不均一性、不適切に補正された勾配の非直線性等が原因の追尾に関する不正確さの表示を提供する。他方では、基準マーカ組立体３０が視界の外側に移動する場合、勾配の不明瞭さは、追尾プロセッサ５０により示される見掛けの位置が介入器具２０の実際の物理的位置と全く異なっている完全に間違った追尾情報となる。この間違った追尾状態は、追尾ノイズ検査器５６により検出される。

図１を引き続き参照すると共に、さらに図２も参照すると、Ｂ_０磁場均一性追尾検査器５４は、局所Ｂ_０磁場不均一性の係数（ΔＢ_０）の測定６０を適切に決める。加えて、局所ｄＢ_０／ｄｘの測定６２、局所ｄＢ_０／ｄｙの測定６４及び局所ｄＢ_０／ｄｚの測定６６、又は他の空間微分若しくは空間微分の組み合わせは、複数のマイクロコイルが利用可能である場合、任意に決められる。より一般的には、Ｂ_０磁場不均一性の微分は互いに平行ではない３つの方向に沿って適切に測定される。局所Ｂ_０磁場均一性の測定は、基準マーカ組立体３０の追尾される位置に対し局所的である。説明される実施例において、しきい値処理器７０、７２、７４、７６は、測定されたΔＢ_０不均一性６０、測定されたｄＢ_０／ｄｘ微分６２、測定されたｄＢ_０／ｄｙ微分６４、及び測定されたｄＢ_０／ｄｚ微分６６を夫々適切な警告しきい値と比較する。測定されたΔＢ_０不均一性６０、測定されたｄＢ_０／ｄｘ微分６２、測定されたｄＢ_０／ｄｙ微分６４又は測定されたｄＢ_０／ｄｚ微分６６の何れかが前記警告しきい値を越える場合、ユーザインタフェースコンピュータ４２のディスプレイ４４に例えば"警告：不正確な追尾が検出されました！"のような文章を表示することにより警告が発せられる。図１に戻り簡潔に参照すると、幾つかの実施例において、前記警告を発するためのユーザインタフェースは、音響アラーム７７、スキャナ１０に取り付けられる閃光ライト７８又は介入手順を行っている医療関係者が気付きそうな他の警告表示若しくは警告表示の組み合わせを含む。

追尾ノイズ検査器５６は、追尾ピークの信号対ノイズ比を決める追尾ピークＳＮＲプロセッサ８０を含む。しきい値処理器８２は、前記決められたＳＮＲをノイズしきい値と比較する。ＳＮＲが前記ノイズしきい値よりも小さい（小さいＳＮＲは、信号に対しノイズが多いことを意味している）場合、不正確な追尾の警告が発せられる。より一般的には、追尾ノイズ検査器５６は、追尾のノイズ性能指数を決め、このノイズ性能指数が警告基準を満たしている場合、警告が発せられる。

図３を参照すると、局所ΔＢ_０測定６０の適切な実施例が説明されている。プラス勾配の測定９０において、例えばｘ方向においてプラスに印加される磁場勾配（Ｇ_ｘ ^＋）に対する磁気共鳴信号が収集される。マイナス勾配の測定９２において、ｘ方向においてマイナスに印加される磁場勾配（Ｇ_ｘ ⁻）に対する磁気共鳴信号が収集される。対向する磁場勾配を持つ２つの測定９０、９２から推定されるΔＢ_０の適切な値は以下の計算９４

により与えられる。ここでｘ^＋は、ｘ方向において前記プラスに印加される磁場勾配（Ｇ_ｘ ^＋）を用いて測定された磁気共鳴信号９０から計算される見かけの位置であり、ｘ⁻は、ｘ方向において前記マイナスに印加される磁場勾配（Ｇ_ｘ ⁻）を用いて測定された磁気共鳴信号９２から計算される見かけの位置である。前記等式（１）の計算９４は、図２のしきい値処理器７０に入力される推定されるΔＢ_０値９６を出力する。任意として、ΔＢ_０の値は、ｙ及び／又はｘ方向における勾配を用いて同じように推定されることができる。このような測定は一般的にマイクロコイルアレイの三次元位置を決めるために行われ、例えばｘ、ｙ及びｚ方向における勾配を用いて推定されるΔＢ_０の値を平均することにより、ΔＢ_０の推定の精度を高めるのに使用される。局所ｄＢ_０／ｄｘ６２、ｄＢ_０／ｄｙ６４及び局所ｄＢ_０／ｄｚの測定６６は、複数のマーカ（例えば空間において３つの対の垂線に沿うような適切な形態の４つ以上のマーカ）に前記計算９４を適用し、数値微分を用いることにより得られる。ｘ、ｙ及びｚ磁場不均一性の微分を測定する代わりに又はそれに加え、他の非平行磁場不均一性の微分が測定される。幾つかの実施例において、例えば患者に平行な軸又はｚ方向における不均一性の微分のような、１つの磁場不均一性の微分だけが測定される。

本発明は、好ましい実施例を参照して説明されている。明らかことに、上記詳細な説明を読み、理解する際に、他の者に修正及び代替案が思い浮かぶであろう。本発明は、添付される特許請求の範囲又はそれに同等なものの範囲内にある限り、このような修正及び代替案を全て含んでいると考えられることを意図する。

追尾精度の監視を含むインターベンショナル磁気共鳴システムを図示する。 ＳＮＲ及びＢ_０磁場均一性に基づく追尾の監視を含む、追尾用の電子機器を図示する。 局所ｄＢ_０／ｄｘ磁場不均一性を測定するための適当なプロセッサを図示する。

Claims (16)

1. 基準マーカ組立体の見掛けの位置において、磁気共鳴スキャナにより生成したＢ_０磁場の局所Ｂ_０磁場不均一性を測定するＢ_０均一性追尾検査器、及び
   前記Ｂ_０ 均一性追尾検査器により測定される前記局所Ｂ_０磁場不均一性が警告基準を満たしている場合、警告を発するユーザインタフェース
   を有する追尾システム。
2. 前記磁気共鳴スキャナを用いて、前記基準マーカ組立体の前記見掛けの位置を少なくとも追尾するための追尾処理を行う追尾プロセッサ
   をさらに含む請求項１に記載の追尾システム。
3. 介入器具と接続される１つ以上の基準マーカを含んでいる前記基準マーカ組立体の前記見掛けの位置に基づいて、前記介入器具の動作先端を位置特定する、請求項２に記載の追尾システム。
4. 請求項２に記載の追尾システムにおいて、前記基準マーカ組立体は複数の基準マーカを有し、前記追尾システムは、
   前記磁気共鳴スキャナを使用して、前記基準マーカ組立体の見掛けの向きを決め、
   前記基準マーカ組立体を追尾するために、前記見掛けの位置及び前記見掛けの向きの決定を繰り返し、及び
   前記基準マーカ組立体の前記追尾に基づいて、前記基準マーカ組立体と接続される介入器具を追尾する、追尾システム。
5. 前記基準マーカ組立体の複数の基準マーカは、少なくとも３つの能動マイクロコイル基準マーカを有する請求項４に記載の追尾システム。
6. 前記見掛けの位置の決定中に入力される磁気共鳴信号の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を計算し、及び
   前記ＳＮＲがノイズに基づく警告しきい値よりも小さい場合、警告を発する、請求項２に記載の追尾システム。
7. 前記追尾プロセッサにより行われる前記追尾のノイズを測定するノイズ検査器をさらに含む請求項２に記載の追尾システムにおいて、前記ユーザインタフェースはさらに前記ノイズがノイズに基づく警告基準を満たしている場合、前記警告を発する追尾システム。
8. 前記警告を発することは、
   前記測定される局所Ｂ_０磁場不均一性が警告しきい値よりも大きい場合、前記警告を発する
   ことを含む請求項１に記載の追尾システム。
9. 前記局所Ｂ_０磁場不均一性の前記測定は、
   異符号の磁場勾配に対する磁気共鳴信号を測定し、及び
   印加される異符号の磁場勾配に対する前記測定される磁気共鳴信号に基づいて、前記局所Ｂ_０磁場不均一性を決める
   ことを含む請求項１に記載の追尾システム。
10. 前記異符号の磁場勾配に対する前記測定される磁気共鳴信号に基づく前記局所Ｂ_０磁場不均一性の前記決定は、
    前記異符号の磁場勾配に対する磁気共鳴信号から得られる前記測定される見掛けの位置の間における差を計算し、前記印加される勾配から前記局所ΔＢ_０を得る
    ことを含む請求項９に記載の追尾システム。
11. 前記局所Ｂ_０磁場不均一性の前記測定は、
    ３つの互いに非平行な方向における局所Ｂ_０磁場不均一成分を、前記３つの互いに非平行な方向の各々に沿った印加される異符号の磁場勾配に対する磁気共鳴信号に基づいて決定する、
    ことを含む請求項１に記載の追尾システム。
12. 前記警告を発することは、
    前記３つの決められた局所Ｂ_０磁場不均一成分の何れかが警告しきい値を超える場合、前記警告を発する
    ことを含む請求項１１に記載の追尾システム。
13. 前記ノイズ検査器は、
    前記追尾中に測定される磁気共鳴ピークのＳＮＲを決めるピークＳＮＲプロセッサ、及び
    前記ＳＮＲが前記ノイズに基づく警告基準を満たしているかを判断するために、前記決められたＳＮＲをしきい値処理するしきい値処理器
    を有する請求項７に記載の追尾システム。
14. 前記Ｂ_０均一性追尾検査器は、
    前記磁場不均一性の測定を決めるための測定プロセッサ、及び
    前記磁場不均一性の測定が前記警告基準を満たしているかを判断するために、前記磁場不均一性の測定をしきい値処理するための前記測定プロセッサに対応するしきい値処理器
    を含む請求項１に記載の追尾システム。
15. 磁気共鳴スキャナ、
    基準マーカ組立体、
    前記磁気共鳴スキャナを用いて、前記基準マーカ組立体の前記見掛けの位置を少なくと
    も追尾するための追尾処理を行う追尾プロセッサ、及び
    請求項１に記載の追尾システム
    を有するインターベンショナル磁気共鳴システム。
16. 基準マーカ組立体と接続される介入器具をさらに含む請求項１５に記載のインターベンショナル磁気共鳴システムにおいて、前記追尾プロセッサは前記接続された基準マーカ組立体の前記追尾に基づいて前記介入器具の位置及び向きを追尾する
    インターベンショナル磁気共鳴システム。

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