JP6717844B2 - 磁気共鳴イメージングにおける患者の温度をモニタするシステムおよび関連する方法 - Google Patents

磁気共鳴イメージングにおける患者の温度をモニタするシステムおよび関連する方法 Download PDF

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Description

本発明は、磁気共鳴イメージング処置、特にかかる処置の間、火傷を防止するために患者の温度を測定及び/又はモニタするシステム及び方法に関する。
磁気共鳴イメージング(MRI:Magnetic Residence Imaging)は、患者の内部の臓器、組織、及び場合によっては骨を撮像するために使用される。MRIの間、高周波(RF:Radio Frequency)エネルギーが患者に送信される。患者、植え込まれた医療デバイス若しくはその近く、及び/又はMRIグラウンドループによるRFエネルギーの吸収は、慣例的に、患者の皮膚表面の局所領域又は広範な領域における加熱につながることが分かっている。場合によっては、加熱は、患者のRF熱傷につながる。このような熱傷は、極端な場合、第1度熱傷、第2度熱傷、又は第3度熱傷となる場合もある。
MRIによる熱傷患者の肢又は体の部分は、MRI装置のRF全身コイル又は他のRF送信コイルと直接接触していたことを示す報告がいくつかある。他の場合、患者が外部の導電性要素、例えば、衣料又はMRI装置の他の部分に接触していたことが推測される。さらなるMRI熱傷の場合、患者が親指を大腿、胴体中間部、又はRFエネルギーがMRスキャンの間集中する他の領域に当てていたことによって生じる皮膚間の接触点があったと推測される。
FDAのManufacture and User Facility Device Experienceデータベースを引用したJoint Commission Sentinel Event Alertの別の報告によれば、「MRIによる合併症の70%は熱傷に関連する。ペンシルバニア州のピッツバーグ大学医療センターのMD、FACR、FISMRM、AANGであるエマニュエル カナル(Emanuel Kanal)氏は『FDAに報告されたMRI環境で唯一最も一般的な有害事故はMRI熱傷事故である』と述べている」。Steere,Anna,Battling Burns in the MR、www.healthimaging.com、2014年9月11日。さらにこの報告では、MRI熱傷には複数の原因があることも認識されている。例えば、RFエネルギーは、患者の体全体で均一に貯蔵されないことがある。場合によっては、血流がRFエネルギーを再分配するため、不均一な生体内温度をもたらす可能性がある。ある生体内領域は、他の生体内領域よりも加熱される可能性があり、温度が上昇することによってRF熱傷が引き起こされる。
したがって、依然としてMRI処置を受ける患者の熱傷を低減する分野において改善の余地がある。
患者の皮膚表面における熱傷等の有害事故を防止するためにMRI処置の間患者の温度を測定及びモニタする熱イメージングデバイスを利用するシステム及び方法が提供される。
一実施形態において、システムは、患者のMRI画像を提供するためのMRI装置の円筒部と、MRI画像とは別に患者を撮像する赤外線(IR:Infrared)カメラとを備える。赤外線カメラは、1つ以上の調節可能なパラメータを含む。調節可能なパラメータは、調節可能な撮像視野、調節可能なレンズ傾斜角、及び調節可能な画角の少なくとも一つを含み得る。システムは、赤外線カメラの出力に基づいて患者の表面温度及び/又は皮下温度をモニタするプロセッサをさらに備える。
別の実施形態では、プロセッサは、赤外線カメラレンズの傾斜角を制御する。赤外線カメラレンズの傾斜角を制御することは、カメラレンズの光軸線を傾斜させることを含む。いくらか言い方を変えれば、赤外線カメラレンズの傾斜角を制御することは、像平面に対するレンズ平面の回転を含む。赤外線カメラレンズの傾斜角の制御によって、円筒部内での赤外線画像収集を改善できる。
さらに別の実施形態では、プロセッサは、患者のMRIイメージング中、赤外線カメラの撮像視野及びカメラの画角のうち少なくとも1つを制御する。さらに別の実施形態では、システムは、患者を視覚的に隠蔽する赤外線透過性材料で作製された患者用ガウンを備えることができる。それにより、ガウンは、患者の皮膚表面の熱モニタリングを容易にし、さらには患者にいくらかのプライバシーを与える。赤外線透過性材料としては、ポリマー、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン及びこれらの組み合わせを挙げることができる。赤外線透過性材料は、いくつかの実施形態において通気性を付与するために微細孔を備えることができる。
さらに別の実施形態では、赤外線カメラは、赤外線カメラとの混信を最小限に抑えるためにMRI磁場の外部に配置することができる。このような配置によっても、赤外線カメラにより検出されるノイズを最小限に抑えることができるため、患者の皮膚表面におけるより詳細で正確な温度スキャンを提供する。電磁干渉をさらに最小限に抑えるには、データケーブル及び電源ケーブルがシールドを備えることができる。加えて、データケーブル及び電源ケーブルは、ノイズを減衰させるローパスフィルタを備えることができ、さもなくばMRIイメージングを妨げ得る。赤外線カメラによる干渉又はノイズは、赤外線カメラをファラデーケージ内に入れることによっても低減できる。ファラデーケージは、導電性材料、例えば、アルミニウムの密閉容器を備え、赤外線カメラの電磁放射線によるMRI画像の劣化を最小限に抑えることができる。
さらなる実施形態では、患者に熱傷させることなくMRIを実行する方法が提供される。本方法は、概して、赤外線カメラをMRI円筒部の中心軸線と略平行な平面に配置することを含む。本方法は、MRIイメージングの間、赤外線カメラを使用して患者の皮膚の温度と、所望により皮下温度とをモニタすることと、MRIイメージングの間、カメラの撮像視野、カメラレンズ傾斜角、及びカメラの画角のうち少なくとも1つを変更してMRI円筒部内にいる患者の実質的に頭部からつま先までをスキャンすることとをさらに含む。本方法は、MRIイメージングの間、実質的にリアルタイムで表面温度と体内温度とを関連付けることをさらに含む。
なお別の実施形態において、カメラの撮像視野、カメラレンズ傾斜角、及び/又はカメラの画角は、患者の局所的ホットスポットの検出に応じてさらに変更される。MRIは、患者の体温が閾値温度を超えて、RF熱傷が考えられるに場合、一時停止又は終了される。本方法は、患者の体は視覚的に隠蔽しながらも赤外波長が透過可能なプライバシー用ガウンを患者に着用させることをさらに含むことができる。プライバシー用ガウンは、ポリエチレン又はポリプロピレン等の、所望により内部に微細孔が形成されているポリマーで作製することができる。
したがって、現在の実施形態のシステム及び方法は、成人患者、青年患者、及び小児患者の広域スキャン及び小領域スキャンを含むMRIイメージング中のRF熱傷の改善された検出を提供する。熱イメージングを用いて患者の皮表温度及び/又は皮下温度の上昇を検出することにより、現在の実施形態は、患者のプライバシーを維持し、また、MRI処置を妨げることなく、RF熱傷の発生を低減することができる。
本発明のこれら及びその他の目的、利点、及び特徴は、現在の実施形態及び図面の説明を参照することによってより完全に理解され、認識されるであろう。
本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、操作の詳細又は構成の詳細及び以下の記述に規定される若しくは図面に示される構成要素の配置に限定されるものではないと理解すべきである。本発明はさまざまな他の実施形態で実施でき、また本明細書に明示的に開示されていない代替的方法で実践又は実施することができる。また、本明細書で用いられている表現及び用語は、説明のためのものであり、限定としてみなすべきではないと理解すべきである。「含む、備える(including)」及び「含む、備える(comprising)」並びにこれらの変形の使用は、以後挙げる項目及びその等価物並びに追加の項目及びその等価物を包含することを意味する。さらに、数え上げが種々の実施形態の説明で使用されてよい。別途明記されない限り、数え上げの使用は、構成要素のいかなる特定の順序にも数にも本発明が限定されると解釈すべきでない。また、数え上げの使用は、数え上げがなされたステップ若しくは構成要素と組み合わされる又はこれらの中に組み込まれ得る追加のいかなるステップも構成要素も、本発明の範囲から除外するものとして解釈すべきではない。
現在の実施形態に従ってMRIを受ける患者をモニタするシステムを備えたMRI処置室のレイアウトの側面図である。 現在の実施形態によるシステムを備えたMRI処置室のレイアウトの上面図である。 MRIを受ける患者をモニタするとき、複数の赤外線カメラと関連する複数の画角をさらに示す、MRI処置室のレイアウトの側面図である。 現在の実施形態に従ってMRIを受ける患者をモニタする方法のフローチャートを示す図である。 患者がMRIを受ける間の赤外線カメラにより撮像された患者のサーモグラフィ画像を示す図である。 チルトレンズのない赤外線カメラを示す、MRI処置室のレイアウトの側面図である。 図6の赤外線カメラのレイトレーシングモデルを示す図である。 図7のレイトレーシングモデルの詳細図である。 図7のレイトレーシングモデルの幾何学的スポットダイアグラム示す図であり、焦点を合わせた撮像視野の中央部及び焦点の合っていない撮像視野の周辺部を示す。 図7のレイトレーシングモデルの変調伝達関数のグラフを示す図であり、撮像視野において不良なコントラストを示す。 チルトレンズを備えた赤外線カメラのレイトレーシングモデルの幾何学的スポットダイアグラムを示す図であり、焦点を合わせた撮像視野の中央部及び周辺部を示す。 チルトレンズを含むレイトレーシングモデルの変調伝達関数のグラフを示す図であり、撮像視野全体で良好なコントラストを示す。 本発明の実施例による赤外線カメラを示す図である。 図13の赤外線カメラのチルトレンズのレイトレーシングモデルを示す図である。 MRI円筒部に向けられた図13の赤外線カメラを示す、MRI処置室のレイアウトの側面図である。 MRI円筒部に向けられた図13の赤外線カメラを示す、MRI処置室のレイアウトの上面図である。 図15〜図16のMRI処置室における、図13の赤外線カメラの変調伝達関数のグラフを示す図である。 関心領域(ROI)の連続自動モニタリングを示す第1のフローチャートを示す図である。 ROIの連続自動モニタリングを示す第2のフローチャートを示す図である。 ROIの連続自動モニタリングを示す第3フローチャートを示す図である。 ROIの連続自動モニタリングを示す第4のフローチャートを示す図である。 ファラデーケージを備えたサーマルカメラの斜視図である。 図22のファラデーケージの斜視図である。
現在の実施形態は、概して、有害事故を防止するためにMRI処置の間患者の温度及び/又はその他熱に関連する特徴を測定およびモニタする熱イメージングデバイスを利用するシステムおよび方法に関する。モニタされる温度は、患者の皮膚、皮下組織、及び/若しくは内臓、又はその他構造の温度であってよい。
ここで図1を参照すると、患者の温度を測定及びモニタするシステムが示され、全体を10と示されている。システム10は、概して、患者100のMRI画像を提供するためのMRIマシン12を備え、MRIマシン12は長手軸線16を規定する円筒部14を備える。システム10は加えて、調節可能な撮像視野を有し、且つ/又は長手軸線16に対して、示されているように複数の画角で配置可能な熱イメージングデバイス18を備えることができる。システム10は、熱イメージングデバイス18の出力に基づいて患者の皮膚表面及び/又は皮下温度をモニタするように構成されたプロセッサ20を備えることができる。MRIマシン12と同じ室内に配置されるものとして示されているが、プロセッサ20は、MRIマシン12とプロセッサ20との間の干渉を低減するために別の室内に配置することができる。以下で説明されるように、プロセッサ20は、熱イメージングデバイス18の撮像視野、熱イメージングデバイス18の画角、熱イメージングデバイス18のレンズ傾斜角、及び/又はその他パラメータを制御して、MRIマシン12の円筒部内のさまざまな位置における改善された観察を提供できる。
さらに詳細には、熱イメージングデバイス18は、所望によりMRIイメージングルームの壁22に設置された赤外線カメラを備えることができる。赤外線カメラは、予想される患者の皮表温度を含む熱検出範囲を含むように選択できる。1つの好適な赤外線カメラは、オレゴン州、ウィルソンヴィルのFLIR Systems,Inc.社製の−40℃〜160℃の検出範囲を有するA65熱イメージングカメラである。所望の場合、他の赤外線カメラが他の実施形態で使用できる。
赤外線カメラ18は、MRI円筒部14の中心軸線16に対して事前に選択した角度でずらされる。事前に選択した角度、すなわち画角は、図3に示され、MRI円筒部の中心軸線16とカメラの視線17との間の角度により規定されるα又はβと示される。画角は、患者の寸法に基づいて選択することができ、成人患者、青年患者、及び小児患者の間で異なり得る。赤外線カメラ18は、所望により、図2の上面図で見た中心軸線16により規定された平面と位置合わせされる。このようにして、赤外線カメラ18は、成人の体であれ、幼児の体であれ患者がMRIマシン12の円筒部内にいる間、患者の体100の画像を収集できる。2つの赤外線カメラが利用される場合、第2の赤外線カメラ19は、MRIマシン12の反対側から円筒部14を見るように配置できる。第1及び/又は第2のカメラ18、19は、中心軸線16から横方向に、MRIマシン12を二分する平面の外にずれていてもよい。加えて、第1のカメラ18は、MRIマシン12と関係する磁場21の実質的に外部にあるものとして図示されるが、第2のカメラ19は、MRIマシン12と関係する磁場21の内部又は部分的に内部にあるものとして図示される。カメラ18、19は、所望により、ファラデーケージ(以下で述べられる)等の電磁シールドを備え、MRIイメージング中、カメラ18、19とMRIマシン12との間の干渉を低減する。
赤外線カメラ18は、傾斜角レンズ23を備えることができ、この傾斜角レンズ23は円筒部14内における赤外線カメラ18の焦点合わせを改善するように制御され得る。レンズ23の傾斜角を制御することは、レンズ23の光軸線を傾斜させることを含む。いくらか言い方を変えれば、レンズ23の傾斜角を制御することは、像平面に対するレンズ平面の回転を含む。傾斜角を制御することによって、カメラの画角は固定されたままであってもよい。しかしながら、その他の実施形態では、レンズ傾斜角及びカメラの画角の両方を変更して、MRIイメージング中に患者100に対する改善された焦点合わせを提供する。加えて、カメラレンズ23は、単独で、又は像平面に対するカメラレンズ23の傾斜と組み合わせて、像平面に対して移動できる。
赤外線カメラ18の傾斜角レンズ23によって、より大きな焦点深度並びに改善された熱精度及びイメージングも提供され得る。図1に示されるように、赤外線カメラ18は、さまざまな撮像視野で5°、8°、及び10°操作できる。当然ながら、所望であれば他の角度も選択できる。これによって、赤外線カメラ18がMRI円筒部14内の患者の全身を実質的に頭部からつま先まで見る又はスキャンできるようになる。上で述べたように、赤外線カメラ18は、代替的に又は追加で、多様な画角を利用することで全身100の画像を収集できる。画角を変化させることにより、赤外線カメラ18は、IRカメラ18が中心軸線16と位置合わせされていなくても患者の画像を収集できる。
図6〜図8は、赤外線カメラの撮像視野内にあるMRI円筒部14を示し、赤外線カメラ18はチルトレンズを欠いている。以下で論じるように、チルトレンズの不在により、患者の頭部及び患者の足においては熱画像が焦点から外れたままとなり得る。図6を再度参照すると、赤外線カメラ18は、患者トレイ26から縦方向に86.2cmの距離ずれ、横方向に足から66.5cmずれ、横方向に胴体から166cmずれ、横方向に頭部から262.5cmずれている。図7〜図8は、患者の頭部、患者の胴体、及び患者の足からカメラレンズを通って最終的に光センサ像平面27に当たるレイトレーシングを図示している。幾何学的スポットダイアグラム(図9)は、撮像視野の中央部、すなわち胴体のみしっかりと焦点が合っており、頭部及び足は焦点が外れたままであることを示す。同様に、図10は、患者の頭部及び患者の足に対して不良なコントラストを示す変調伝達関数(MTF)を示す。しかしながら、図6のカメラ23がチルトレンズを備えるように変更された場合、熱画像の焦点は患者の足及び患者の頭部において改善する。例えば、図11に示されるように、幾何学的スポットダイアグラムは、赤外線カメラ23の撮像視野全体で均一であることを示す。図12もまた、患者の頭部、胴体、及び足のMTFを示し、撮像視野内の各位置における良好なコントラストを示す。
概して図3に示されるように、システムはさらに、MRI処置を受ける前に患者100が着用する赤外線透過性プライバシー用ガウン24を備えることができる。プライバシー用ガウン24は、可視光線は通さないが、例えば、8〜14ミクロンの長波長赤外線スペクトル及び/又は2〜5ミクロンの中波長赤外線スペクトルが透過する。プライバシー用ガウン24は、赤外波長はプライバシー用ガウン24を透過できるが、患者が他者から見えないように隠蔽する糸目幅の粗い織物構造又は布地により透過性であることができる。あるいは、プライバシー用ガウン24は、赤外波長透過が可能なプラスチック又はフィルム製のガウン24を構成することにより、赤外光透過性であることができる。例えば、プライバシー用ガウンは、所望により、ポリエチレン又はポリプロピレン等のポリマーフィルム又はポリマー織物で作製することができる。ポリマー織物は、所望により編まれ、さらに所望により織られた開放構造を有することができる。さらに、例として、プライバシー用ガウン24は微細孔又はスリットを備え、改善された通気性及び/又は赤外線イメージングを提供することができるが、その他の実施形態では、プライバシー用ガウン24は実質的に多孔性でない。
電磁干渉をさらに最小限に抑えるために、カメラ18、19に及びから延びるデータケーブル及び電源ケーブルがシールドを備えることができる。例えば、赤外線カメラ18、19まで延びるデータケーブル25は、内部のデータ信号への電磁ノイズの影響を低減するためにシールドを備えことができ、赤外線カメラまで延びる電源ケーブル25は、MRIマシン12と干渉しないように電磁放射線を低減させるシールドを備えることができる。加えて、ケーブル25は、MRIイメージングを妨げ得るノイズを減衰させるローパスフィルタを備えることができる。ローパスフィルタは、所望により、電源ケーブル及び/又はデータケーブルで高周波信号を遮断するインダクタであり、そうでなければ高周波信号は、MRIマシン12の動作を妨げ得る。
赤外線カメラ18、19の一方又は両方は、ファラデーケージ33を備えることができる。ファラデーケージ33は、導電性材料の密閉容器を備えることができ、密閉容器は、完全な密閉容器又は部分的な密閉容器である。導電性材料の密閉容器は、赤外線カメラ18、19からの電磁放射線によるMRI画像の劣化を低減でき、MRIマシン12からの電磁放射線による赤外線カメラ出力の劣化を低減できる。密閉容器は、赤外線カメラ18、19のすべて又は一部の内部容積を画定する。図23に示すように、五角形密閉容器120は、カメラレンズ29と位置合わせされた一次開口部122を備え、赤外線カメラ18、19のための光路を提供する。密閉容器120は、内部に熱イメージングアレイ、例えば、FLIR Systems,Inc.によるTau640用の640×512熱イメージングアレイを備えることができる。熱イメージングアレイ31(図13に示す)は、密閉容器120の内部容積内へと全体的に凹んでおり、レンズ29は一次開口部122から突き出るか又はその外部で支持される。密閉容器120は、伝送線が通ることができる二次開口部124を備え、伝送線は電力、データ、又は電力及びデータの両方の伝送のために赤外線カメラ18と電気的に接続している。本実施形態では、密閉容器120は、アルミニウムで作製され、その他の実施形態では、密閉容器は銅で作製される。密閉容器120は、いくつかの実施形態では導電性メッシュであり、その他の実施形態では、密閉容器120は穿孔されていない。電磁干渉(EMI)ガスケット及び重なり合う接合部によって、さらに密閉容器120内で熱イメージングアレイアレイ31を封止する。
上で述べたように、赤外線カメラ18はプロセッサ20と関連する。プロセッサ20は、実行されたときに、プロセッサ20にIRカメラ18の出力に基づいて特定の方法ステップを実行させるコンピュータ可読命令を含む。大まかに言えば、本方法のステップは、MRIオペレータに表示するために患者の表面温度若しくは皮下温度のサーモグラフィ画像若しくは関連データを取り込むこと、患者の表面温度のコンピュータモデルを生成すること、患者の表面温度若しくは皮下温度のコンピュータモデルを、危険な皮膚の状態(例えば、刺激、又は第1度火傷、第2度火傷、若しくは第3度火傷)を示す1つ以上の閾値と比較すること、危険な皮膚の状態をMRIオペレータに知らせること、MRIマシンにMRIイメージングを一時停止若しくは停止させること、赤外線カメラ18の画角を調節すること、赤外線カメラ18の撮像視野を調節することと、赤外線カメラ18のレンズ傾斜角を調節すること、赤外線カメラ18のスキャン周波数を調節すること、及び/又はコンピュータモデルの種々の熱条件を識別して、ガウン24下のエアポケットを特定することを含むことができる。
上記の処理ステップは、図4のフローチャートと関連してより詳細に説明される。より詳細には、図4のフローチャートは、関連するRFエネルギーによって患者に熱傷を起こさずにMRIイメージングを実行する方法を含み、当該方法は、(a)MRI円筒部の中心軸線に略平行な平面に赤外線カメラを配置することと、(b)患者に赤外線透過性プライバシー用ガウンを着用させることと、(c)MRIイメージングの間患者の皮表温度をモニタすることと、(d)MRIイメージングの間赤外線カメラの撮像視野、赤外線カメラのレンズ傾斜角、及び/又は赤外線カメラの画角を変更して、危険な皮表温度に関して評価することと、(e)危険な皮表温度又は皮下温度に応じてMRIイメージングを制御することとを含む。
MRI円筒部の中心軸線に略平行な平面に赤外線カメラを配置することは、図4のステップ30として図示される。図1及び図3に示されるように、赤外線カメラ18はMRIマシン12から横方向にずらされ、円筒部の中心軸線16から縦方向にずらされている。2つの赤外線カメラが利用される場合、第2の赤外線カメラ19は、MRIマシン12の反対側から円筒部14を見るように配置できる。追加の赤外線カメラがMRI円筒部に対してさまざまな位置に配置されてよい。図示した実施形態では、平面はMRI円筒部の中心軸線16を包含し、縦方向にMRIマシンを二分するように延びる。
患者に赤外線透過性プライバシー用ガウンを着用させることは図4のステップ32として図示される。このステップは、概して、赤外光透過性のプライバシー用ガウン24を提供することを含む。プライバシー用ガウン24は、予め選択された空孔率又は開放度及び厚さを有する布地で作製することができる。例えば、プライバシー用ガウン24は、糸目幅の粗い織り構造を有する布地、例えば、単層アクリル、ポリエステル、及び/又は綿布地で作製することができる。プライバシー用ガウン24は、概して、例えば、8ミクロン〜14ミクロンの長波長赤外線スペクトル及び/又は例えば、2ミクロン〜5ミクロンの中波長赤外線スペクトルのRFエネルギー透過性である。しかしながら、プライバシー用ガウンはさらに、近くに立つ観察者から患者の皮膚を隠す。
MRIイメージングの間皮表温度及び/又は皮下温度をモニタすることは、図4のステップ34として図示される。ステップは、概して、患者がMRIイメージングを受けるときに赤外線カメラ18(又はカメラ18、19)の出力を評価することを含む。MRIイメージングの間、患者は通常、患者トレイ26上で仰臥位にある。MRIマシン12は、電波及び磁場を使用して、コンピュータ、所望によりプロセッサ20により処理するための画像を生成する。MRIイメージング中、プロセッサ20は、赤外線カメラ18(又はカメラ18、19)の出力を評価して、プライバシー用ガウン24を通して患者の表面温度を決定する。例えば、プロセッサ20は、患者の表面温度及び/又は皮下温度の閾値と比較するために患者の表面温度及び/又は皮下温度の2次元又は3次元コンピュータモデルを生成することができる。さらに例として、プロセッサ20は、実質的にリアルタイムで表面温度と体内温度とを関連付けることができる。患者の表面、皮下、又は体内温度がコンピュータモデルのいずれかのポイントで閾値を超えている場合、プロセッサ20はMRIマシン12に患者100へのRFエネルギーの印加を低減又は停止させることができる。プライバシー用ガウン24が赤外波長非透過性である場合、プロセッサ20は、代わりに、ガウンの温度の閾値と比較するためにガウンの温度の2次元又は3次元コンピュータモデルを生成することができ、場合によっては、下にある皮膚領域の温度を明らかにする。
MRIイメージングの間皮表温度及び/又は皮下温度をモニタすることはさらに、患者について検出される熱イメージングの種々の状態を識別することを含むことができる。例えば、エアポケット又はその他の領域が患者の体の隣に形成され得、布地のしわ及び折り目が時として、下にある患者の皮膚に対して危険な加熱状態を隠す「冷たいスポット」を形成する可能性があり、また皮膚の接触点が時として、熱イメージングから隠れ得るため、これらの皮膚の接触点(例えば、いくつかの場合において、大腿に置かれた親指)間の熱傷をなおも引き起こし得る。プロセッサ20は、これらの状態を識別して、下の体温を決定する。プロセッサ20はさらに、患者の体に隣接するエアポケットへの入射角並びに布地のしわ及び折り目への入射角を決定できる。プライバシー用ガウン24を構成し得る種々の材料に対する減衰の変化を明らかにするために、患者の体動もまたプロセッサ20によって追跡される。減衰は、複数の利用可能なプライバシー用ガウン24それぞれを構成する複数の材料それぞれについてのルックアップテーブルを参照して分布を明らかにできる。減衰はさらに、複数回洗濯されるうちに変化し得、これもまた、皮表温度及び/又は皮下温度をモニタする際にプロセッサ20により明らかにされ得る。
サーモグラフィ画像は所望により、MRIマシンのオペレータに提示される。例えば、図5に示されるように、サーモグラフィ画像は、すみれ色から白色のスケールに従って患者の相対的な温度を示す。サーモグラフィ画像の表示と同時に、プロセッサ20は、潜在的に危険な皮膚の状態の改善された検出のために1つ以上のカメラ操作パラメータを変更できる。カメラ操作パラメータとしては、所望により、カメラの画角、カメラレンズ傾斜角、スキャン周波数、及び/又はカメラの撮像視野を挙げることができる。操作パラメータの変更は、潜在的に危険な状態、例えば患者の局所的なホットスポットにより促され得る。操作パラメータの変更は、所望により、潜在的に危険な皮膚の状態の検出を改善するために前もってプログラムされる。例えば、カメラレンズ傾斜角は、円筒部14内にいる患者100からの赤外線エネルギーのスペクトル収集を改善するために様々であることができる。さらに、例として、カメラの画角は、中心軸線16により規定される平面内の垂直掃引において増減できる。さらに例として、カメラ操作パラメータを調節して、スキャン中に検出された異常に対処できる。さらに例として、カメラの画角は、患者の局所的ホットスポットとカメラを位置合わせするように増加又は減少できる。局所的ホットスポットとのカメラの位置合わせには、所望により、撮像視野を狭めること、レンズ傾斜角の調節、カメラの画角の調節、及び/又はリフレッシュレートの増加が伴い、改善された解像度及びホットスポットの検出を提供する。したがって、カメラ操作パラメータは、特定の患者それぞれの全身スキャンのために調整でき、さらに、任意の局所的ホットスポット又はホットスポットになりやすい領域、例えば、腋窩、手首、及び手のより詳細なスキャンのために構成されている。カメラ操作パラメータはさらに、MRI円筒部14内に、小児患者、青年患者、及び成人患者を含む種々の体格の患者に対応する。
さらに、例として、図18〜図21は、1つ以上の関心領域(ROI)をモニタするアルゴリズムを示すフローチャートを含み、当該アルゴリズムはデジタル論理でプロセッサ20により実行される。熱ビデオストリームの各画像フレームは1つ以上のROIを含む。ROIは、画像フレーム全体よりも小さな任意の形状、例えば、矩形又は円形であることができる。各ROIについて、プロセッサ20は、警告状態を検出するために所与の時間でROI境界内のすべての点の平均温度を決定する。
ここで図18を参照すると、後のn時点(現在の時点)におけるROI内の平均温度から0時点(REF.AVGが測定される時点)における基準値REF.AVGが減じられている第1のループアルゴリズムが図示される。この操作はステップ40として示される。ステップ42では、熱ビデオ画像がオペレータに表示される。熱ビデオ画像は、調節可能なカラーマップ及び調節可能な閾値を含むことができる。3段階の警告が決定ステップ44、決定ステップ46、及び決定ステップ48で提供される。決定ステップ44では、操作ステップ40の出力は、TR1(メモリに格納される第1の閾値、例えば、50℃)と比較される。決定ステップ44の出力がTR1よりも大きい場合、第1の警告がステップ50で、所望により、可聴警告及び/又は視覚警告の形態でオペレータに出力される。操作ステップ40の出力がTR1以下の場合、アルゴリズムが決定ステップ46に進む。決定ステップ46では、操作ステップ40の出力は、TR2(メモリに格納される第2の閾値、例えば、40℃)と比較される。決定ステップ46の出力がTR2よりも大きい場合、第2の警告がステップ52でオペレータに出力される。決定ステップ46の出力がTR2以下の場合、アルゴリズムが決定ステップ48に進む。決定ステップ48では、操作ステップ40の出力は、TR3(メモリに格納される第3の閾値、例えば、30℃)と比較される。操作ステップ40の出力がTR3よりも大きい場合、第3の警告がステップ54でオペレータに出力される。その後、ループアルゴリズムは操作ステップ40で再開され、REF.AVGは、アルゴリズム実行中ずっと一定である。
ここで図19を参照すると、基準値が定期的に更新される第2のループアルゴリズムが図示される。より詳細には、この第2のループアルゴリズムの基準値ROI(n−ti)は、n−ti時点での平均温度であり、tiは固定時間間隔、例えば、4秒、40秒、又は4分間であり、nは現在の時点である。その結果、基準値ROI(n−ti)は、図18の不変な基準値REF.AVGではなくむしろ、変化する基準値であると言うことができる。ステップ60にて、基準値ROI(n−ti)が測定値ROI(n)から減じられる。ステップ62では、熱ビデオ画像がオペレータに表示される。3段階の警告が決定ステップ64、決定ステップ66、及び決定ステップ68で提供される。決定ステップ64では、操作ステップ60の出力は、TR1(メモリに格納される第1の閾値、例えば、50℃)と比較される。決定ステップ64の出力がTR1よりも大きい場合、第1の警告がステップ70でオペレータに出力される。操作ステップ60の出力がTR1以下の場合、アルゴリズムが決定ステップ66に進む。決定ステップ66では、操作ステップ60の出力は、TR2(メモリに格納される第2の閾値、例えば、40℃)と比較される。決定ステップ66の出力がTR2よりも大きい場合、第2の警告がステップ72でオペレータに出力される。決定ステップ66の出力がTR2以下の場合、アルゴリズムが決定ステップ68に進む。決定ステップ68では、操作ステップ60の出力は、TR3(メモリに格納される第3の閾値、例えば、30℃)と比較される。操作ステップ60の出力がTR3よりも大きい場合、第3の警告がステップ74でオペレータに出力される。その後、ループアルゴリズムは操作ステップ60で再開され、基準値ROI(n−ti)は、アルゴリズムを反復する毎に更新される。
ここで図20を参照すると、プロセッサ20がROI内の平均温度の変化速度を測定する第3のループアルゴリズムが図示される。ステップ80にて、プロセッサ20は温度変化の時間微分を求め、温度変化はROI(n)−ROI(n−ti)として測定される。時間微分は、時間間隔dtに対してn時点で求められる。ステップ82では、熱ビデオ画像がオペレータに表示される。3段階の警告が決定ステップ84、決定ステップ86、及び決定ステップ88で提供される。決定ステップ84では、操作ステップ80の出力(時間微分)は、TR1(秒あたりのセ氏温度単位でメモリに格納される第1の閾値)と比較される。決定ステップ84の出力がTR1よりも大きい場合、第1の警告がステップ90でオペレータに出力される。操作ステップ80の出力がTR1以下の場合、アルゴリズムが決定ステップ86に進む。決定ステップ86では、操作ステップ80の出力は、TR2(秒あたりのセ氏温度単位でメモリに格納される第2の閾値)と比較される。決定ステップ86の出力がTR2よりも大きい場合、第2の警告がステップ92でオペレータに出力される。決定ステップ86の出力がTR2以下の場合、アルゴリズムが決定ステップ88に進む。決定ステップ88では、操作ステップ80の出力は、TR3(秒あたりのセ氏温度単位でメモリに格納される第3の閾値)と比較される。操作ステップ80の出力がTR3よりも大きい場合、第3の警告がステップ94でオペレータに出力される。その後、ループアルゴリズムは、新しい値のnに対して操作ステップ80で再開される。
ここで図21を参照すると、プロセッサ20がステップ100で短期温度変化(ROI(n)−ROI(n−ti))を長期温度変化(ROI(n−ti)−REF.AVG)で除した商を求める第4のループアルゴリズムが図示される。この操作は、体がtiの時点において一様な温度を有していると仮定することによって、布地の減衰を補うことができる。しかしながら、現実には、体はほとんどのROIにおいて均一な温度を有することはなく、これにより、いくつかのROI内では冷たい領域を過大評価する結果となり得る。ステップ102では、熱ビデオ画像がオペレータに表示される。3段階の警告が決定ステップ104、決定ステップ106、及び決定ステップ108で提供される。決定ステップ104では、操作ステップ100の出力は、TR1(メモリに格納される第1の閾値、無次元)と比較される。決定ステップ104の出力がTR1よりも大きい場合、第1の警告がステップ110でオペレータに出力される。操作ステップ100の出力がTR1以下の場合、アルゴリズムが決定ステップ106に進む。決定ステップ106では、操作ステップ100の出力は、TR2(メモリに格納される第2の閾値、無次元)と比較される。決定ステップ106の出力がTR2よりも大きい場合、第2の警告がステップ112でオペレータに出力される。決定ステップ106の出力がTR2以下の場合、アルゴリズムが決定ステップ108に進む。決定ステップ108では、操作ステップ100の出力は、TR3(メモリに格納される第3の閾値、無次元)と比較される。操作ステップ100の出力がTR3よりも大きい場合、第3の警告がステップ114でオペレータに出力される。その後、ループアルゴリズムは、操作ステップ100で再開される。
上記のアルゴリズムは、論理演算子を使用して同時に実行され、特定の警告状態についてさらに評価できる。例えば、決定ステップ68が、ROI温度が最後の62秒間で30℃超上昇したと判断し、且つ決定ステップ88が、ROI温度が1℃/秒超の速度で上昇したと判断した場合に、プロセッサ20は、AND演算子を使用して警告を生成できる。さらに、例として、決定ステップ68が、ROI温度が最後の62秒間で30℃超上昇したと判断するか、又は決定ステップ86が、ROI温度が2℃/秒超の速度で上昇したと判断する場合に、プロセッサ20は、OR演算子を使用して警告を生成できる。加えて、1つのアルゴリズムにおける警告状態は、プロセッサ20が1つ以上の残りのアルゴリズムを実行するように促すことができる。例えば、決定ステップ44が、ROI温度が50℃超上昇したと判断した場合、プロセッサ20は第3のアルゴリズムを実行し、ROI温度の変化速度をモニタできる。さらに、例として、決定ステップ44が、ROI温度が40℃超50℃未満上昇したと判断した場合、プロセッサ20は第2のアルゴリズムを実行し、短期ROI温度変化(ROI(n)−ROI(n−ti))をモニタできる。その他の組み合わせも所望に応じてその他の実施形態に使用できる。
危険な皮表温度に応じてMRIイメージングを制御することが、図4のステップ38として図示される。このステップは、概して、閾値温度を超える表面温度に応じて患者に印加されるRFエネルギーを低減することを含む。いくつかの実施形態では、このステップは、所望により、プロセッサ20により自動で実行される。その他の実施形態では、MRIオペレータは、潜在的に危険な皮表温度及び/又は皮下温度について警告を受け、手動で患者に印加されるRFエネルギーを低減する。警告は、視覚警告、可聴警告、振動警告、又は任意のこれらの組み合わせの形態であることができる。
MRIイメージング中の潜在的な患者の熱傷に関連する温度上昇に関連するものとして上で記述されたが、現在の実施形態は、温度低下をモニタするのにも同様に適している。例えば、皮表温度の低下は、全身の温度の低下を示し、これは、1種以上の薬剤の有効性にマイナスの影響を与え得る。例えば、小児患者の麻酔の有効性は、体温の低下に応じて損なわれ得る。許容不可能な又は危険な水準まで体温が低下することを防ぐために、現在の実施形態のシステム及び方法は、上述の赤外線カメラ18、19及びプロセッサ20を使用して温度低下について患者を遠隔でモニタできる。実施形態によっては、温度低下について患者をモニタすることはMRIと併用され、実施形態によっては、MRIとは別である。
現在の実施形態は、非限定的であることが意図される以下の実施例によってさらに示される。
チルトレンズを備えた赤外線カメラは、MRI円筒部の熱イメージング用に選択された。赤外線カメラはTau640熱イメージングカメラ(FLIR Systems,Inc.製)を備えていた。Tau640は、640×512素子の2次元アレイ31を備えていた。等価焦点距離が50mmである12.4°×9.9°の撮像視野でのさらなるカメラパラメータが図13に示されている。カメラは、1.2の焦点比及び50mmの焦点距離を有する60mmのLWIRチルトレンズ23を備え、これは図14に示されている。
赤外線カメラは、円筒部の中心軸線から縦方向に2.97フィート(90.52cm)の距離ずれ、頭部から横方向に9.17フィート(279.50cm)の距離ずれ、肩から横方向に10.68フィート(325.52cm)の距離ずれ、鼠径部から横方向に12.47フィート(380.08cm)の距離ずれ、膝部から横方向に14.43フィート(439.82cm)の距離ずれていた。これらの視野点(field point)は図15〜図16に示される。さらなる3つの視野点のセットは、円筒部の中心軸線から横方向にずれており、患者の上肢の位置をシミュレートしている。赤外線カメラは、開口絞りから検出面へと後端を3°(時計回り)傾斜させた状態で最高の焦点合わせを提供した。結果は図17に示される。赤外線カメラは、図17のMTFグラフで優れた性能(コントラスト)を示し、図15〜図16の7つの視野点それぞれでの優れた焦点合わせに対応する。
したがって、現在の実施形態のシステム及び方法は、MRIイメージング中の、予防(preventative)広域スキャン及び局所的ホットスポットの反応(reactive)小領域スキャンを含むRF熱傷の改善された検出を提供する。現在の実施形態のシステム及び方法は、成人患者、青年患者、及び小児患者に適している。MRIイメージング中の皮表温度及び/又は皮下温度の改善された検出により、現在の実施形態は、MRI処置を中断することなく、RF熱傷の発生を低減することができる。
上記は本発明の現在の実施形態の説明である。添付の特許請求の範囲に規定される本発明の趣旨及び広い態様を逸脱することなくさまざまな変更及び変化が可能であり、これは、均等論を含む特許法の原則に従って解釈されるべきである。本開示は、説明の目的のために提示されたものであり、本発明のすべての実施形態を網羅して説明するものとしても、これらの実施形態に関連して図示又は説明された特定の要素に特許請求の範囲を限定するものとしても、解釈されるべきでない。例えば、限定するわけではないが、説明した発明の個々の要素は、実質的に同様の機能をもたらす又は充分な動作をもたらす代替の要素によって、置き換えられ得る。このことは、例えば、当業者に現在既知であり得るもの等の現在既知の代替の要素を含み、当業者が開発時に代替のものとして認識するかもしれないもの等の将来的に開発され得る代替の要素を含む。さらに、開示した実施形態は、共に記載され、協働して利益をまとめてもたらし得る複数の特徴を含む。本発明は、特許請求の範囲に別途明記される場合を除いて、これらの特徴をすべて含む実施形態又は記載した利益のすべてをもたらす実施形態のみに限定されるものではない。例えば、冠詞「a」、「an」、「the」又は「said」を使用した単数形での特許請求の範囲の要素へのいかなる言及も、これら要素を単数に限定するものとして解釈されるべきでない。「X、Y及びZの少なくとも1つ」という特許請求の範囲の要素への言及は、X、Y又はZのいずれか1つ、及びX、Y及びZの任意の組み合わせ、例えば、X、Y、Z;X、Y;X、Z;及びY、Zを含むことを意味する。

Claims (30)

  1. 関連する高周波エネルギーで患者に熱傷させることなくMRIを実行する方法であって、
    MRI円筒部を有するMRIデバイスを準備することと、
    前記MRI円筒部の中心軸線に略平行な平面内であるが、ある角度で前記中心軸線からずらして撮像視野を有する赤外線カメラを配置することと、
    RFエネルギーを前記MRI円筒部内にいる前記患者に印加することと、
    前記赤外線カメラを用いて、前記MRIの間、画像フレーム内の複数の関心領域のそれぞれでの前記患者の体の平均表面温度をモニタすることと、
    前記複数の関心領域それぞれでの前記平均表面温度の変化を閾値と比較することと、
    前記平均表面温度の変化が前記複数の関心領域のいずれか1つにおいて前記閾値を超えた場合にアラートを発生させることと、
    前記MRIの間、前記赤外線カメラの前記撮像視野を変更して前記患者の体の表面温度を頭部からつま先までスキャンすることと
    を含む方法。
  2. 赤外波長が透過可能な赤外線透過性ガウンを前記患者に着用させるが、前記患者の体を視覚的に隠蔽することを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記赤外線カメラで画角を規定することと、
    前記画角を調節して、前記MRI円筒部内の前記患者の体を撮像することと
    を含む、請求項1に記載の方法。
  4. 前記赤外線カメラでレンズ傾斜角を規定することと、
    前記レンズ傾斜角を調節して、前記MRI円筒部内の前記患者の体を撮像することと
    を含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記赤外線カメラを前記中心軸線に平行な平面内に配置することは、前記中心軸線から上方に一定の距離を空けて前記赤外線カメラを配置することを含む、請求項1に記載の方法。
  6. 前記患者の体の平均表面温度が閾値温度を超えたことに応じて前記MRIを停止させることをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  7. MRIを受ける患者をモニタするシステムであって、
    患者の体を取り囲み、前記患者の体のMRI画像を提供するように構成され、長手軸線を規定する円筒部と、
    前記MRI画像とは別に前記患者の体を撮像し、出力及び調節可能な撮像視野を含み、前記円筒部の前記長手軸線に対して複数の画角で配置可能な赤外線カメラと、
    前記赤外線カメラの前記出力に基づいて、画像フレーム内の複数の関心領域のそれぞれでの前記患者の体の平均表面温度をモニタするように構成されたプロセッサであって
    前記複数の関心領域それぞれでの前記平均表面温度の変化を閾値と比較し、
    前記平均表面温度の変化が前記複数の関心領域のいずれか1つにおいて前記閾値を超えた場合にアラートを発生し、
    前記患者の体のMRIイメージング中、前記赤外線カメラの前記撮像視野及び前記赤外線カメラの前記画角のうち少なくとも1つを制御するようにさらに構成されている、プロセッサと
    を備える、システム。
  8. 前記プロセッサは、前記平均表面温度が前記閾値を超えたことに応じて前記患者の体のMRIイメージングを終了するようにさらに構成された、請求項7に記載のシステム。
  9. 前記プロセッサは、前記患者の表面温度のコンピュータモデルを生成するようにさらに構成された、請求項7に記載のシステム。
  10. 前記赤外線カメラは、前記赤外線カメラとの混信を最小限に抑えるためにMRI磁場の外部に配置される、請求項7に記載のシステム。
  11. 8ミクロン〜14ミクロン(境界値を含む)の波長に対して赤外線透過性材料で作製された患者用ガウンを備える、請求項7に記載のシステム。
  12. 前記患者用ガウンは、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びこれらの組み合わせのうち少なくとも1つで作製される、請求項11に記載のシステム。
  13. 少なくとも部分的に前記赤外線カメラを内部に収容する導電性密閉容器をさらに備える、請求項7に記載のシステム。
  14. 前記調節可能な撮像視野は、4°〜12°(境界値を含む)の撮像視野を含む、請求項7に記載のシステム。
  15. 前記赤外線カメラは、調節可能なスキャン周波数を含み、前記プロセッサは、前記患者の表面温度の局所的上昇に応じて前記スキャン周波数を増加させるようにさらに構成される、請求項7に記載のシステム。
  16. 前記赤外線カメラは、調節可能なレンズ傾斜角を含み、前記プロセッサは、MRIイメージング中前記レンズ傾斜角を調節するようにさらに構成される、請求項7に記載のシステム。
  17. 関連する高周波エネルギーで患者に熱傷させることなく磁気共鳴イメージング(MRI)を実行する方法であって、
    MRI円筒部を有するMRIデバイスを準備することと、
    前記MRI円筒部内である範囲の画角で前記患者を撮像するようにIRカメラを配置して、前記患者の皮表温度をスキャンすることと、
    IR波長が透過可能なIR透過性ガウンを前記患者に着用させるが、前記患者の体を視覚的に隠蔽することと、
    前記MRIの間、前記IRカメラの撮像視野を変更して前記患者の皮表温度をおよそ頭部からつま先までモニタすることと、
    前記患者の皮膚表面に沿った局所的領域における前記皮表温度の上昇を検出すると、前記IRカメラのスキャン周波数を増加させることと、
    IRカメラスキャンデータを補正して、前記スキャン中に検出された異常に対処することと、
    危険な皮表温度を検出すると、前記MRIの操作を調整することと
    を含む方法。
  18. 前記MRIの動作を調整することは、危険な皮表温度を検出すると前記MRIを停止することを含む、請求項17に記載の方法。
  19. 前記患者の皮表温度のコンピュータモデルを生成することを含む、請求項17に記載の方法。
  20. IRカメラスキャンデータを補正することは、前記IR透過性ガウンに起因する温度データを減算することを含む、請求項17に記載の方法。
  21. 前記IRカメラの前記撮像視野を変更することは、前記撮像視野を4°〜12°(境界値を含む)の複数の角度で変更することを含む、請求項17に記載の方法。
  22. 前記IR透過性ガウンは、8ミクロン〜14ミクロンの波長を有する長波長赤外線スペクトルのRFエネルギー透過性である、請求項17に記載の方法。
  23. 前記IR透過性ガウンは、糸目幅の粗い織りの布地を備える、請求項22に記載の方法。
  24. 前記IRカメラを配置することは、前記IRカメラとの混信を最小限に抑えるためにMRI磁場の外部に前記IRカメラを位置決めすることを含む、請求項17に記載の方法。
  25. 関連する高周波エネルギーで患者に熱傷させることなくMRIを実行する方法であって、
    中心軸線を規定するMRI円筒部を有するMRIデバイスを準備することと、
    撮像視野を含む赤外線カメラを準備することと、
    前記MRI円筒部の内部が前記赤外線カメラの撮像視野内に来るように、前記赤外線カメラを前記MRI円筒部の前記中心軸線の上方に配置することと、
    前記赤外線カメラの前記撮像視野を調節して、前記MRI円筒部の長さに沿って患者の焦点の合った熱画像を提供することと、
    RFエネルギーを前記MRI円筒部内にいる前記患者に印加することと、
    前記赤外線カメラを用いて、前記MRIの間、画像フレーム内の複数の関心領域のそれぞれでの前記患者の体の平均表面温度をモニタすることと
    前記複数の関心領域それぞれでの前記平均表面温度の変化を閾値と比較することと、
    前記平均表面温度の変化が前記複数の関心領域のいずれか1つにおいて前記閾値を超えた場合にアラートを発生させることと
    を含む方法。
  26. 前記MRI中の前記患者の体の平均表面温度に基づいて、前記MRIの間、RFエネルギーの印加を制御することをさらに含む、請求項25に記載の方法。
  27. 前記撮像視野を再調節して、前記MRI円筒部内の局所的ホットスポットの収集を改善することをさらに含む、請求項25に記載の方法。
  28. MRIイメージング中患者の温度をモニタするシステムであって、
    MRI円筒部内にいる患者を撮像し、複数の画像フレームを含む出力を提供するサーマルカメラと、
    前記サーマルカメラの出力に接続されたプロセッサであって、
    前記複数の画像フレームそれぞれに関して、前記画像フレーム全体よりも小さい複数の関心領域それぞれを規定すること、
    前記関心領域それぞれに関して、前記関心領域内の平均表面温度に基づく温度値を決定すること、
    前記関心領域それぞれの前記温度値と閾値を比較すること、及び
    前記温度値が、前記プロセッサにより決定される前もっての温度値に基づく前記閾値よりも大きい場合に警告を開始すること
    という命令を実行するように構成されたプロセッサと
    を備えるシステム。
  29. 前記温度値は、前記関心領域内の前記平均表面温度の変化の時間速度を含む、請求項28に記載のシステム。
  30. 前記温度値は、短期温度変化を長期温度変化で除した商を含む、請求項28に記載のシステム。
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