JPH0622937A - 器具の位置を監視するための磁気共鳴追跡システム - Google Patents

器具の位置を監視するための磁気共鳴追跡システム

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JPH0622937A
JPH0622937A JP5071299A JP7129993A JPH0622937A JP H0622937 A JPH0622937 A JP H0622937A JP 5071299 A JP5071299 A JP 5071299A JP 7129993 A JP7129993 A JP 7129993A JP H0622937 A JPH0622937 A JP H0622937A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検体内のカテーテルのような器具の位置を
監視するために磁気共鳴信号を用いた追跡システムを提
供する。 【構成】 器具１５０に受信コイル２００を設けて、こ
の受信コイルにより被検体内に生じる磁気共鳴信号を感
知する。これらの信号は磁界勾配が存在する状態で検出
されるので、それらの信号の周波数は印加される勾配の
方向に沿ったコイルの位置にほぼ比例する。数個の次元
における器具の位置を決定するために、順に印加される
互いに直角な磁界勾配に応動して信号が検出される。追
跡システムによって決定された器具の位置は、独立に取
得される医用診断画像に重ね合わされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は器具を被検体の中に挿入
する医用手順に関するものであり、更に詳しくは磁気共
鳴信号を使用する、このような器具の追跡に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】診断および治療上の医用手順の間に器具
の配置を監視するためにＸ線透視装置が日常的に使用さ
れる。従来のＸ線透視装置はＸ線線量を最小にするよう
に設計されている。それにもかかわらず、いくつかの手
順は非常に長くなることがあり、被検体に対する累積の
Ｘ線線量がかなりの量になることがある。担当の医局員
の長期間の被曝は更に大きな問題である。担当の医局員
はこれらの手順に定期的に参加するからである。したが
って、これらの手順の間のＸ線線量を低減するか、また
は無くすことが望ましい。
【０００３】Ｘ線透視装置の使用のもう一つの限界はこ
の技術が事実上、射影的であり、単一の二次元画像が作
成されるということである。操作員は視野の中の物体の
深さに関する情報を得ることはできない。侵襲的な手順
の間にこの情報を得ることが望ましいことがしばしばあ
る。身体の中の器具を追跡するために無線周波信号を使
用する数個の方法が１９９１年９月３日出願の米国特許
出願第０７／７５３，５６５号、米国特許出願第０７／
７５３，５６３号、米国特許出願第０７／７５３，５６
７号、ならびに米国特許出願第０７／７５３，５６６号
などに開示されている。これらの方法はＸ線の使用を必
要としないが、身体の中の器具を追跡するため無線周波
送信および受信装置を用いる。
【０００４】現在、追跡のため既存システムに対して殆
ど変形を必要とせず、かつＸ線放射を必要としないイメ
ージングシステムで器具を追跡する簡単な方法が必要と
されている。
【０００５】
【発明の概要】Ｘ線を使用しないで被検体の中に配置さ
れたカテーテルや他の侵襲的な器具を追跡するため、磁
石、パルス磁界勾配システム、無線周波送信器、無線周
波受信器、および制御器で構成された磁気共鳴（ＭＲ：
ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）イメージング
システムが使用される。被追跡器具は、その端近くに小
さな無線周波（ｒｆ：ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃ
ｙ）コイルを取り付けることにより、修正される。被検
体は磁石の内腔の中に配置され、被検体の中に器具が入
れられる。ＭＲシステムは一連の無線周波パルスおよび
磁界勾配パルスを発生し、これらのパルスが被検体内に
送り込まれる。これにより、被検体内の選択された核ス
ピンからの共鳴ＭＲ応答信号が誘導される。この応答信
号により、器具に取り付けられた無線周波コイルに電流
が誘導される。無線周波コイルは小さいので、その感知
領域は制限されている。したがって、無線周波コイルの
すぐ近くの核スピンだけが無線周波コイルによって検出
される。受信システムは検出されたＭＲ応答信号を受
け、ＭＲ応答信号の復調、増幅、フィルタリングおよび
ディジタル化を行う。次に、このＭＲ応答信号は制御器
によりデータとして記憶される。互いに直交する三つの
方向で、磁界勾配の順次印加の間にデータが取得され
る。これらの勾配により、検出される信号の周波数は印
加される各勾配に沿った無線周波コイルの位置に正比例
する。次に、ディジタル化されたデータをフーリエ変換
で処理することにより、無線周波コイルの三次元位置が
計算される。次に、この位置情報を関心のある領域のＭ
Ｒ画像上に重畳することができる。あるいは、その他の
方法でこの位置情報をＭＲシステムの操作員が利用でき
るようにすることができる。
【０００６】
【発明の目的】本発明の一つの目的は、Ｘ線を使用しな
いで被検体内の器具を追跡するシステムを提供すること
である。本発明のもう一つの目的は、ＭＲ検査の間に生
体内の器具を追跡する方法を提供することである。
【０００７】本発明のもう一つの目的は器具の画像をも
う一つの画像に重ね合わせた相互作用画像を提供するこ
とである。新規性があると考えられる本発明の特徴は特
許請求の範囲に詳細に示されている。しかし、本発明に
よる構成および動作方法、ならびに本発明の上記以外の
目的および利点は付図による以下の詳細な説明により最
も良く理解することができる。
【０００８】
【詳しい説明】図１に示すように支持台１１０の上の被
検体１００は、磁石ハウジング１２０の中の磁石１２５
が発生する均一磁界の中に配置される。磁石１２５およ
び磁石ハウジング１２０は円筒状に対称になっており、
被検体１００の位置が見えるように半分を切り取って示
してある。カテーテルとして示されている器具１５０が
挿入される被検体１００の領域が、磁石１２５の内腔の
ほぼ中心に配置されている。図１で見えないＭＲ活性サ
ンプルが器具１５０の中に含まれている。被検体１００
は一組の円筒形の磁界勾配コイル１３０によって囲まれ
ている。磁界勾配コイル１３０は所定の時間に所定の強
度の磁界勾配を作成する。勾配コイル１３０は、互いに
直交する三つの方向に磁界勾配を発生する。
【０００９】外部コイル１４０も被検体１００の、関心
のある領域を取り囲んでいる。図示するように、コイル
１４０は円筒形の外部コイルであり、被検体全体を取り
囲むのに充分な直径になっている。代わりに、他の形
状、たとえば頭部または手足のイメージングを行うよう
に特別に設計された小さい円筒を使うこともできる。非
円筒形の外部コイル、たとえば表面コイルを代わりに使
ってもよい。外部コイル１４０は所定の時間に被検体１
００内に無線周波エネルギーを放射する。これは熟練し
た当業者には周知のやり方で、被検体１００の核磁気ス
ピンが章動する所定の周波数で充分な電力で行われる。
スピンの章動により、スピンはラーモア（Ｌａｒｍｏ
ｒ）の周波数で共鳴する。各スピンに対するラーモアの
周波数が、スピンの出会う磁界の強さに正比例する。磁
界の強さは、磁石１２５が発生する静磁界と磁界勾配コ
イル１３０が発生する局部磁界との和である。
【００１０】器具１５０は操作員１６０が被検体１００
内に挿入する。器具１５０はガイドワイヤ、カテーテ
ル、内視鏡、腹腔鏡、生検針、または類似の器具とする
ことができる。この器具には無線周波コイルが含まれて
いる。この無線周波コイルは、外部コイル１４０が作成
する無線周波磁界に応答して被検体内に生じるＭＲ信号
を検出する。無線周波コイルが小さいので、感知領域も
小さい。したがって、検出される信号はコイルのすぐ近
くの磁界の強さからのみ生じるラーモアの周波数をそな
えている。これらの検出された信号はイメージング追跡
ユニット１７０へ送られ、そこで分析される。器具１５
０の位置はイメージング追跡ユニット１７０で判定さ
れ、ディスプレイ手段１８０でディスプレイされる。本
発明の好ましい実施例では、重ね合わせ手段（図示しな
い）によって駆動された通常のＭＲ画像上のグラフ記号
の重ね合わせにより、器具１５０の位置がディスプレイ
手段１８０にディスプレイされる。本発明の代替実施例
では、コンピュータ断層撮影（ＣＴ：ｃｏｍｐｕｔｅｄ
ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）スキャナ、ポジトロン放射形
断層撮影システム、または超音波スキャナのような他の
イメージングシステムで得られる診断画像に、器具１５
０を表すグラフ記号が重ね合わされる。本発明の他の実
施例では、器具の位置が診断画像に関係なく数値的に、
またはグラフ記号としてディスプレイされる。
【００１１】器具１５０の一実施例が図２に更に詳細に
示されている。小さな無線周波コイル２００が導線２１
０および２２０を介してＭＲシステムに電気的に結合さ
れている。この発明の好ましい実施例では、導線２１０
および２２０は同軸対を形成する。導線２１０および２
２０、ならびに無線周波コイル２００は器具１５０の外
側シェル２３０の中に入れられる。器具１５０を取り囲
む組織から生じるＭＲ信号が検出される。次に図３に示
すように、スピンのラーモア周波数は磁界勾配が印加さ
れたときのスピンの位置にほぼ比例する。勾配コイル１
３０（図１）の中心点にあるスピンはラーモア周波数ｆ
0 で歳差運動を行う。点３００でのラーモア周波数ｆ0
は磁石１２５（図１）が発生する静磁界だけで決まる。
位置３１０でのスピンはラーモア周波数ｆ1 をそなえて
いる。このラーモア周波数ｆ1 は、静磁界と磁界勾配コ
イル１３０（図１）がその位置に作る付加的な磁界との
和で定められる。勾配コイル応答３２０はほぼ線形であ
るので、スピンのラーモア周波数は位置にほぼ比例す
る。
【００１２】図２に示すように器具１５０に入れられた
無線周波コイル２００が検出するＭＲ応答信号は、ＭＲ
システムの無線周波および磁界勾配パルスに応答して作
成される。パルスタイミングの現在好ましい実施例が図
４に示されている。このタイミング図では、第一の広帯
域無線周波パルス４００ｘが図１の外部コイル１４０の
中の被検体のすべてのスピンを励起する。第一の広帯域
無線周波パルス４００ｘのすぐ後に、所定の方向に第一
の磁界勾配パルス４１０ｘが印加される。勾配パルス４
１０ｘにより、スピンの磁化が位相外しされるが、その
程度は印加磁界勾配（ここではＸ方向にあるものとして
示されている）に沿ったスピンの位置に比例する。勾配
パルス４１０の後に、２ローブ形（すなわち２つのパル
ス部分を持つ）磁界勾配パルスを形成するために逆極性
をそなえた第二の磁界勾配パルス４２０ｘが続く。磁界
勾配の大きさと勾配パルスの継続時間との積（すなわ
ち、灰色で示された領域の面積）は第一および第二の勾
配パルスに対してほぼ同一となるように選定される。第
二の磁界勾配パルス４２０ｘが維持され、面積が第二の
パルス４２０ｘの面積にほぼ等しい第三のパルス４３０
ｘが事実上作られる。注意すべきことは、第二の勾配パ
ルス４２０ｘと第三の勾配パルス４３０ｘは実際には単
一のパルスを形成するということである。この単一のパ
ルスは識別のみの目的で二つのパルスに分割されてい
る。第二の勾配パルスの終わりに、被検体１００の中の
すべてのスピンはほぼ同相になっている。第三の勾配パ
ルス４３０ｘにより、ＭＲ信号の付加的な位相外しが行
われる。
【００１３】第二の勾配パルス４２０ｘと第三の勾配パ
ルス４３０ｘの間に、データ取得信号４４０ｘにより、
第一のＭＲ応答信号４５０ｘを無線周波コイル２００
（図２）が受ける。ＭＲ応答信号４５０ｘはイメージン
グ追跡ユニット１７０（図１）でディジタル化され、記
憶される。ＭＲ応答信号４５０ｘは第二の勾配パルス４
２０ｘのほぼ終わりに最大振幅をそなえ、またそのラー
モア周波数は印加される磁界勾配の方向に沿った器具１
５０（図１）の位置にほぼ比例している。ＭＲ応答信号
４５０ｘの周波数を使用することにより、印加磁界勾配
Ｇｘの方向に平行な第一の方向で器具１５０（図１）の
位置が測定される。
【００１４】第二の広帯域無線周波パルス４００ｙが第
一のＭＲ応答信号４５０ｘの取得の直後に印加される。
第一の方向で図１の器具１５０の位置を決めるために使
用されるやり方と同様のやり方で、第一の方向に対して
ほぼ垂直な第二の方向（ここではＹ方向として示されて
いる）に、第四の勾配パルス４１０ｙ、第五の勾配パル
ス４２０ｙ、および第六の勾配パルス４３０ｙが印加さ
れる。第五の勾配パルス４２０ｙと第六の勾配パルス４
３０ｙの期間の間に、データ取得信号４４０ｙが作成さ
れる。これにより、第二のＭＲ応答信号４５０ｙが図１
のイメージング追跡ユニット１７０でディジタル化さ
れ、記憶される。ＭＲ応答信号４５０ｙの検出後、第三
の広帯域無線周波パルス４００ｚが印加され、第一の方
向および第二の方向に対してほぼ垂直な第三の方向（こ
こではＺ方向として示されている）に、第七の勾配パル
ス４１０ｚ、第八の勾配パルス４２０ｚ、および第九の
勾配パルス４３０ｚが印加される。第八の勾配パルス４
２０ｚと第九の勾配パルス４３０ｚの期間の間に、デー
タ取得信号４４０ｚが作成される。これにより、第三の
ＭＲ応答信号４５０ｚが図１のイメージング追跡ユニッ
ト１７０でディジタル化され、記憶される。
【００１５】第三のＭＲ応答信号４５０ｚの検出後、器
具の追跡が不要となるまで図４に示されるパルス系列全
体が繰り返される。代案では、図４に示されたパルス系
列全体に周期的に、通常のイメージング無線周波コイル
からＭＲ応答信号を取得するイメージングパルス系列を
はさむことにより、被検体のイメージングと器具の追跡
をほぼ同時に行う。
【００１６】本発明のもう一つの実施例では、第三の勾
配パルス４３０ｘ、第六の勾配パルス４３０ｙ、および
第九の勾配パルス４３０ｚの継続時間を長くすることに
より、次の広帯域無線周波パルスの印加前に信号の位相
外しが完全に行われる。これにより、多重無線周波パル
スからのスピン位相の干渉性によって生じるアーチファ
クトが最小になる。位相の干渉性を最小にする第二の方
法は、各無線周波パルスに対してＭＲシステムの無線周
波受信器および送信器でランダムな位相を使用するもの
である。
【００１７】本発明の更にもう一つの実施例では、残り
の勾配パルスを変えることなく第一の勾配パルス４１０
ｘ、第四の勾配パルス４１０ｙ、および第七の勾配パル
ス４１０ｚの振幅や継続時間を小さくする。これによ
り、データ取得期間の前に各信号が出会う位相外しの量
が小さくなるので、最大信号の時点はシフトするが、そ
の周波数はシフトしない。第一の勾配パルス４１０ｘ、
第四の勾配パルス４１０ｙ、および第七の勾配パルス４
１０ｚの継続時間を短くすることにより、無線周波パル
ス期間を短くできる利点がある。
【００１８】図４に示されるパルス系列は、図５に示さ
れるパルス系列となるように変形することができる。本
発明のこの実施例では、単一の広帯域無線周波パルス４
６０だけが使用される。互いに直交する三つの軸に沿っ
てスピンの位相外しをするために、三つの位相外し磁界
勾配パルス４７０ｘ、４７０ｙ、４７０ｚが使用され
る。各位相外し勾配パルスの後に、読出し磁界勾配パル
ス４８０ｘ、４８０ｙ、４８０ｚが印加される。図４の
パルス系列のようにデータ取得信号４４０ｘ、４４０
ｙ、４４０ｚが印加されることにより、信号４５０ｘ、
４５０ｙ、４５０ｚがＭＲシステムにより収集される。
読出し位相外し勾配パルス４７０ｘ、４７０ｙ、４７０
ｚおよび読出し勾配パルス４８０ｘ、４８０ｙ、４８０
ｚによって生じる位相変化を相殺するために、位相戻し
磁界勾配パルス４９０ｘ、４９０ｙ、４９０ｚがそれぞ
れ用いられる。これは、三つの勾配パルスの面積（すな
わち、パルスの継続時間と振幅の積）の和を零に等しく
することにより行われる。読出し位相外しパルス、読出
しパルス、および読出し位相戻し勾配パルスの各組は３
ローブ形（すなわち３つのパルス部分を持つ）勾配パル
スを形成することがわかる。一つの軸の位相外しパルス
はもう一つの軸の位相戻しパルスと同じ期間に印加する
ことができることがわかる。
【００１９】図６には、検出された信号から図１の器具
１５０の位置を決めるために図１のイメージング追跡ユ
ニット１７０が実行するステップが示されている。図４
または図５に示されるパルス系列に応答して、三つの信
号５００ｘ、５００ｙ、５００ｚがＭＲシステムにより
検出される。信号５００ｘ、５００ｙ、５００ｚには、
Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向の器具の位置についての
情報がそれぞれ含まれている。この周波数情報は、デー
タの時間依存性を周波数依存性に変換するフーリエ変換
（ＦＴ：Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏ
ｎ）を各信号に対して施すことにより抽出される。周波
数に依存するデータ組５１０ｘ、５１０ｙ、５１０ｚの
各々には単一の最大値が含まれており、これは互いに直
交する三つの方向の各方向に於ける図２の無線周波コイ
ル２００の位置に対応する。各データ組の最大値の位置
が抽出され、ディスプレイ手段１８０（図１）に送られ
て、操作員に提示される。
【００２０】本発明の一実施例では、図４または図５の
系列の繰り返し毎に、すべての勾配パルスの極性が逆転
される。取得されたデータは図６に要約されたやり方で
処理されるが、正および負の勾配極性で得られた平均位
置が計算され、ディスプレイされる。このようにして得
られた図１の器具１５０の位置は、器具が異なる種別の
組織を通過するときに生じ得る化学シフトの差に感動し
ない。
【００２１】図７は本発明の代替実施例に対するＭＲパ
ルス系列の振幅対時間の図である。勾配読出しスピンワ
ープ（ｗａｒｐ）パルス系列を使用して、通常のＭＲ画
像が得られる。代わりに、他のイメージングパルス系
列、たとえばスピンエコースピンワープ、投影再構成、
エコープラナ（ｅｃｈｏ ｐｌａｎｅｒ）技術等を使う
ことができる。本実施例では、スライス選択磁界勾配パ
ルス７１０の印加と同時にスライス選択無線周波パルス
７００が印加され、被検体の選択された体積でスピンが
励起される。この体積はほぼ、所定の厚さの平板であ
る。スライス選択無線周波パルス７００の印加後、励起
されたスピンは位相外れとなる。スピンは、スライス選
択勾配パルス７１０と極性が逆の再集束勾配パルス７２
０で再集束される。勾配の大きさと再集束パルス７２０
のパルス継続時間との積はほぼ、勾配の大きさとスライ
ス選択勾配パルス７１０の積の半分に等しい。
【００２２】スライス選択勾配パルス７１０の完了後、
スライス選択勾配軸に垂直な軸上に位相符号化磁界勾配
パルス７３０が印加される。位相符号化勾配パルス７３
０は、印加される位相符号化勾配パルス７３０の軸に沿
ったスピンの位置に比例した量だけ被検体内のスピンの
位相を変える。スライス選択勾配パルス７１０の完了
後、読出し位相外し磁界勾配パルス７４０が印加される
ことにより、印加された読出し勾配パルス７４０の軸に
沿ったスピンの位置に比例した量だけ被検体内のスピン
の位相が変化する。スライス選択再集束パルス７２０、
位相符号化パルス７３０、および読出し位相外しパルス
７４０は同時に、または重ならない期間の間に印加する
ことができる。
【００２３】スライス選択再集束パルス７２０、位相符
号化パルス７３０、および読出し位相外しパルス７４０
が印加された後に、読出し位相外しパルス７４０と同じ
軸に沿って読出し磁界勾配パルス７５０が印加される。
読出しパルス７５０の極性は読出し位相外し勾配パルス
７４０と逆の極性になっている。読出しパルス７５０の
印加と同時に、データ取得信号７６０によりＭＲシステ
ムはデータを取得する。
【００２４】図７に示されるパルス系列が繰り返される
ことにより、行および列を持つ二次元のなまデータ行列
が収集される。単一の繰り返しの間の読出し勾配パルス
に応答して、行のデータが取得される。列には、パルス
系列の連続した繰り返しに応じて取得されたデータが含
まれる。パルス系列の各繰り返しは、位相符号化勾配７
３０を除けば、ほぼ同じ磁界勾配パルスで行われる。位
相符号化勾配７３０は繰り返し毎に一様に増大する。
【００２５】二次元のなまデータ行列に対して二次元フ
ーリエ変換が行われることにより、画像が得られる。こ
の画像には読出し次元および位相符号化次元での強さの
空間分布が含まれている。図２の器具１５０の中に含ま
れる無線周波コイル２００から受ける信号はコイルのす
ぐ近くに限られる。したがって、無線周波コイルからの
信号は画像の中の明るいスポットとして表現される。器
具１５０の追跡は、逐次画像を得て、明るいスポットの
位置を監視することにより達成することができる。
【００２６】図８は、イメージングおよび器具の追跡に
適したＭＲシステムのブロック図である。システムには
制御器９００が含まれており、制御器９００は磁界勾配
増幅器の組９１０に制御信号を供給する。これらの増幅
器は磁石エンクロージャ１２０（図１）の中に配置され
た磁界勾配コイル１３０を駆動する。勾配コイル１３０
は、互いに直交する三つの方向に磁界勾配を発生するこ
とができる。制御器９００は送信手段９３０に送られる
信号も発生する。制御器９００からのこれらの信号によ
り、送信手段９３０は選択された周波数および適当な電
力で無線周波パルスを発生する。これにより、磁石１２
５の内腔の中に配置された外部コイル１４０内にある被
検体の領域の選択されたスピンが章動する。受信手段９
４０に接続された無線周波コイル２００（図２）の中に
ＭＲ信号が誘導される。受信手段９４０はＭＲ信号の増
幅、復調、フィルタリング、およびディジタル化を行う
ことにより、ＭＲ信号を処理する。制御器９００はま
た、受信手段９４０からの信号を収集し、これが計算手
段９５０に伝えられ、そこで処理される。計算手段９５
０は、制御器９００から受けた信号にフーリエ変換を施
すことにより、コイル２００の位置に到達する。計算手
段９５０の計算した結果が画像ディスプレイ手段１８０
にディスプレイされる。
【００２７】ＭＲイメージングおよび器具の追跡は、希
望する場合には、ほぼ同じハードウェアシステムで行う
ことができる。画像取得に追跡をはさみ込んで、両方を
ほぼ同時に行うようにすることもできる。代案として、
イメージング手順の勾配波形および器具１５０の中の無
線周波コイル２００が検出するＭＲ応答信号を分析して
器具１５０の位置を決めることにより、はさみ込み（イ
ンターリーブ）無しで、追跡とイメージングを同時に行
うことができる。
【００２８】本発明の好ましい実施例では、器具１５０
の中に配置された無線周波コイル２００が受信機能を行
う。しかし、送信コイルと受信コイルとの間には相反性
が存在し、器具１５０の中の無線周波コイル２００が無
線周波エネルギーを送るために使用され、外部コイル１
４０がＭＲ応答信号を受けるために使用される追跡シス
テムが可能である。
【００２９】本発明のもう一つの実施例では、図９に示
されるように無線周波コイル２００を用いて無線周波エ
ネルギーを交互に送信、受信してもよい。制御器９００
はコイル２００を送信器９３０に接続するように線９０
１を介してスイッチ９０３を動作させることにより、Ｒ
Ｆエネルギーを被検体内に送り込む。逆に、制御器９０
０はコイル２００を受信器９４０に接続するようにスイ
ッチ９０３を動作させることにより、被検体からのＲＦ
エネルギーを受ける。
【００３０】新しいＭＲ追跡システムのいくつかの現在
好ましい実施例を詳細に説明してきたが、熟練した当業
者は多数の変形および変更を考え得る。したがって、本
発明の趣旨に合致するこのような変形および変更をすべ
て包含するように特許請求の範囲を記載してあることが
理解される筈である。
【図面の簡単な説明】
【図１】被検体内の器具の位置を追跡するための本発明
の一実施例の斜視図である。
【図２】被検体内に挿入されるように考えられた医用器
具に組み入れられる無線周波コイルを示す概略図であ
る。
【図３】磁界勾配が印加されている状態でＭＲ共鳴周波
数と単一軸に沿った位置との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第一の実施例に於ける、無線周波パル
ス、磁界勾配パルス、データ取得、および検出された信
号の間の関係を示すタイミング図である。
【図５】本発明の第二の実施例に於ける、無線周波パル
ス、磁界勾配パルス、データ取得、および検出された信
号の間の関係を示すタイミング図である。
【図６】無線周波コイルの位置を判定するために必要な
ステップを示す図である。
【図７】ＭＲ画像情報のための、無線周波パルス、磁界
勾配パルス、およびデータ取得の間の関係を示すタイミ
ング図である。
【図８】本発明を使用する器具追跡に適したＭＲイメー
ジングシステムのブロック図である。
【図９】本発明による追跡システムのもう一つの実施例
の部分ブロック図である。
【符号の説明】
１００ 被検体 １２５ 磁石 １３０ 磁界勾配コイル １５０ 器具 １６０ 操作員 １７０ イメージング追跡ユニット ２００ 無線周波コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 9118−2Ｊ Ｇ０１Ｎ 24/04 Ａ (72)発明者 スティーブン・ピーター・サウザ アメリカ合衆国、マサチューセッツ州、ウ ィリアムズタウン、リンドリー・テラス、 136番 (72)発明者 ロバート・ディビッド・ダロウ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スコテ ィア、スプリング・ロード、71番

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被検体内の器具の位置を監視するための
    磁気共鳴追跡システムに於いて、 （ａ） 上記被検体にほぼ一様な振幅の均一磁界を印加
    する手段、 （ｂ） 選択された継続時間、振幅および周波数の無線
    周波エネルギーを上記被検体内に送り込むことにより、
    上記被検体内の選択されたスピンの集合の章動を生じさ
    せる無線周波送信手段、 （ｃ） 時間とともに少なくとも一つの空間次元で磁界
    の振幅を変える磁界変化手段、 （ｄ） 上記器具に取り付けられ、選択されたスピンの
    集合からのＭＲ応答信号を検出する検出手段、 （ｅ） 上記検出手段に応動して、検出されたＭＲ応答
    信号から上記器具の位置を計算する計算手段、 （ｆ） 上記の送信手段、検出手段、計算手段および磁
    界変化手段に結合され、上記の送信手段、検出手段、計
    算手段および磁界変化手段を所望の磁気共鳴系列に従っ
    て動作させる制御手段、および （ｇ） 上記計算手段に応動して上記器具の位置を操作
    員に対して表示するためのディスプレイ手段を含むこと
    を特徴とする磁気共鳴追跡システム。
  2. 【請求項２】 更に、上記被検体の医用診断画像を取得
    する手段、および上記器具の計算された位置を表す位置
    で医用診断画像の上に記号を重ね合わせる重ね合わせ手
    段が含まれる請求項１記載の磁気共鳴追跡システム。
  3. 【請求項３】 検出手段が、 ＭＲ応答信号を受ける無線周波コイル、および無線周波
    コイルに結合され、受信されたＭＲ応答信号を処理する
    受信手段を含んでいる請求項１記載の磁気共鳴追跡シス
    テム。
  4. 【請求項４】 上記器具が、ガイドワイヤ、カテーテ
    ル、内視鏡、腹腔鏡、および生検針で構成される群の中
    の一つである請求項１記載の磁気共鳴追跡システム。
  5. 【請求項５】 上記器具が、外科用具である請求項１記
    載の磁気共鳴追跡システム。
  6. 【請求項６】 上記器具が、治療器具である請求項１記
    載の磁気共鳴追跡システム。
  7. 【請求項７】 上記の医用診断画像を取得する手段が、
    Ｘ線システムである請求項２記載の磁気共鳴追跡システ
    ム。
  8. 【請求項８】 上記の医用診断画像を取得する手段が、
    磁気共鳴イメージングシステムである請求項２記載の磁
    気共鳴追跡システム。
  9. 【請求項９】 上記の医用診断画像を取得する手段が、
    超音波イメージングシステムである請求項２記載の磁気
    共鳴追跡システム。
  10. 【請求項１０】 磁気共鳴を用いて被検体内の器具の位
    置を追跡するための方法に於いて、 （ａ） 上記被検体にほぼ一様な振幅の均一磁界を印加
    するステップ、 （ｂ） 選択された継続時間、振幅および周波数の無線
    周波エネルギーを上記被検体内に送り込むことにより、
    選択されたスピンの集合の章動を生じさせるステップ、 （ｃ） 時間とともに少なくとも一つの空間次元で磁界
    の振幅を変えるステップ、 （ｄ） 上記器具に取り付けられたコイルを介して、ス
    ピンの選択された集合からのＭＲ応答信号を検出するス
    テップ、 （ｅ） 検出されたＭＲ応答信号を処理するステップ、 （ｆ） 処理されたＭＲ応答信号から上記器具の位置を
    計算するステップ、および （ｇ） 上記器具の位置を操作員に対して表示するステ
    ップを含むことを特徴とする磁気共鳴追跡方法。
  11. 【請求項１１】 更に、上記被検体の医用診断画像を取
    得するステップ、および上記器具の計算された位置を表
    す位置で医用診断画像の上に記号を重ね合わせるステッ
    プが含まれる請求項１０記載の磁気共鳴追跡方法。
  12. 【請求項１２】 上記のＭＲ応答信号を検出するステッ
    プが上記の磁界の振幅を変えるステップと同時に行われ
    る請求項１０記載の磁気共鳴追跡方法。
  13. 【請求項１３】 上記器具の位置を計算するステップが
    更に、ＭＲ応答信号をフーリエ変換することにより時間
    依存性から周波数依存性に変換し、そして周波数依存性
    を位置に変換するステップを含む請求項１０記載の磁気
    共鳴追跡方法。
  14. 【請求項１４】 上記の均一磁界を印加し、無線周波エ
    ネルギーを送り、そして磁界の振幅を変えるステップ
    が、上記被検体に通常のＭＲイメージング系列を印加す
    るステップで構成される請求項１０記載の磁気共鳴追跡
    方法。
  15. 【請求項１５】 上記の無線周波エネルギーを送るステ
    ップが、上記被検体に非選択的な無線周波パルスを印加
    するステップを含み、 上記の磁界の振幅を変えるステップが、第一の選択され
    た方向で上記被検体に第一の２ローブ形読出し磁界勾配
    パルスを印加するステップを含み、 上記のＭＲ応答信号を検出するステップが、第一の選択
    された方向で位置決めを行えるように第一の２ローブ形
    読出し磁界勾配パルスの印加と同時にＭＲ応答信号を検
    出するステップを含む請求項１０記載の磁気共鳴追跡方
    法。
  16. 【請求項１６】 更に、上記被検体に第二の非選択的な
    無線周波パルスを印加するステップ、 第一の選択された方向にほぼ直角な第二の選択された方
    向で上記被検体に第二の２ローブ形読出し磁界勾配パル
    スを印加するステップ、ならびに第一および第二の選択
    された方向で位置決めを行えるように第二の２ローブ形
    読出し磁界勾配パルスの印加と同時に第二のＭＲ応答信
    号を検出するステップを含む請求項１５記載の磁気共鳴
    追跡方法。
  17. 【請求項１７】 更に、上記被検体に第三の非選択的な
    無線周波パルスを印加するステップ、 第一および第二の選択された方向にほぼ直角な第三の選
    択された方向で上記被検体に第三の２ローブ形読出し磁
    界勾配パルスを印加するステップ、ならびに第一、第二
    および第三の選択された方向で位置決めを行えるように
    第三の２ローブ形読出し磁界勾配パルスの印加と同時に
    第三のＭＲ応答信号を検出するステップを含む請求項１
    ６記載の磁気共鳴追跡方法。
  18. 【請求項１８】 上記の無線周波エネルギーを送るステ
    ップが、上記被検体に非選択的な無線周波パルスを印加
    するステップを含み、 上記の磁界の振幅を変えるステップが、第一の選択され
    た方向で上記被検体に３ローブ形読出し磁界勾配パルス
    を印加するステップを含み、 上記のＭＲ応答信号を検出するステップが、第一の選択
    された方向で位置決めを行えるように３ローブ形読出し
    磁界勾配パルスの印加と同時にＭＲ応答信号を検出する
    ステップを含む請求項１０記載の磁気共鳴追跡方法。
  19. 【請求項１９】 更に、第一の選択された方向にほぼ直
    角な第二の選択された方向で上記被検体に第二の３ロー
    ブ形読出し磁界勾配パルスを印加するステップ、ならび
    に第一および第二の両方の選択された方向で位置決めを
    行えるように第二の３ローブ形読出し磁界勾配パルスの
    印加と同時に第二のＭＲ応答信号を検出するステップを
    含む請求項１８記載の磁気共鳴追跡方法。
  20. 【請求項２０】 更に、第一および第二の選択された方
    向にほぼ直角な第三の選択された方向で上記被検体に第
    三の３ローブ形読出し磁界勾配パルスを印加するステッ
    プ、ならびに第一、第二および第三の選択された方向で
    位置決めを行えるように第三の３ローブ形読出し磁界勾
    配パルスの印加と同時に第三のＭＲ応答信号を検出する
    ステップを含む請求項１９記載の磁気共鳴追跡方法。
  21. 【請求項２１】 更に、上記被検体に第四の非選択的な
    無線周波パルスを印加するステップ、 第一の選択された方向で第一の２ローブ形読出し磁界勾
    配パルスと逆極性の第四の２ローブ形読出し磁界勾配パ
    ルスを上記被検体に印加するステップ、 第一の選択された方向で位置決めを行えるように第四の
    ２ローブ形読出し磁界勾配パルスの印加と同時に第四の
    ＭＲ応答信号を検出するステップ、 検出された第四のＭＲ応答信号から、第一の選択された
    方向の上記器具の第二の位置を計算するステップ、 上記被検体に第五の非選択的な無線周波パルスを印加す
    るステップ、 第一の選択された方向に対してほぼ直角な第二の選択さ
    れた方向で第二の２ローブ形読出し磁界勾配パルスに対
    して逆極性の第五の２ローブ形読出し磁界勾配パルスを
    上記被検体に印加するステップ、 第一および第二の選択された方向で位置決めを行えるよ
    うに上記の第五の２ローブ形読出し磁界勾配を印加する
    ステップと同時に第五のＭＲ応答信号を検出するステッ
    プ、 検出された第五のＭＲ応答信号から、第二の選択された
    方向の上記器具の第二の位置を計算するステップ、 上記被検体に第六の非選択的な無線周波パルスを印加す
    るステップ、 第一および第二の選択された方向に対してほぼ直角な第
    三の選択された方向で第三の２ローブ形読出し磁界勾配
    パルスに対して逆極性の第六の２ローブ形読出し磁界勾
    配パルスを上記被検体に印加するステップ、 第一、第二、および第三の選択された方向で位置決めを
    行えるように上記の第六の２ローブ形読出し磁界勾配パ
    ルスを印加するステップと同時に第六のＭＲ応答信号を
    検出するステップ、 検出された第六のＭＲ応答信号から、第三の選択された
    方向の上記器具の第二の位置を計算するステップ、なら
    びに第一、第二および第三の選択された方向での上記器
    具の第一および第二の位置を平均することにより、上記
    被検体内の化学シフトの差に比較的不感動な平均位置を
    求めるステップを含む請求項１７記載の磁気共鳴追跡方
    法。
  22. 【請求項２２】 追跡のための上記の列挙したステップ
    が医用診断画像の取得ステップと時間多重化されている
    請求項１１記載の磁気共鳴追跡方法。
  23. 【請求項２３】 更に、外部コイルからのスピンの選択
    された集合からＭＲ応答信号を検出するステップ、およ
    び外部コイルによって検出されたＭＲ応答信号から上記
    被検体の画像を計算するステップを含む請求項１０記載
    の磁気共鳴追跡方法。
  24. 【請求項２４】 被検体内の器具の位置を監視するため
    の磁気共鳴追跡システムに於いて、 （ａ） 上記被検体にほぼ一様な振幅の均一磁界を印加
    する手段、 （ｂ） 選択された継続時間、振幅および周波数の無線
    周波エネルギーを上記被検体内に送り込むことにより、
    上記被検体内に選択されたスピンの集合の章動を生じさ
    せる無線周波送信手段、 （ｃ） 時間とともに少なくとも一つの空間次元で磁界
    の振幅を変える磁界変化手段、 （ｄ） スピンの選択された集合からＭＲ応答信号を検
    出する検出手段、 （ｅ） 上記検出手段に応動して、検出されたＭＲ応答
    信号から上記器具の位置を計算する計算手段、 （ｆ） 上記の送信手段、検出手段、計算手段および磁
    界変化手段に結合され、上記の送信手段、検出手段、計
    算手段および磁界変化手段を所望の磁気共鳴系列に従っ
    て動作させる制御手段、および （ｇ） 上記計算手段に応動して上記器具の位置を操作
    員に対して表示するディスプレイ手段を含むことを特徴
    とする磁気共鳴追跡システム。
  25. 【請求項２５】 上記検出手段が、ＭＲ応答信号を受け
    るために上記器具に固着された無線周波コイルを含む請
    求項２４記載の磁気共鳴追跡システム。
JP07129993A 1992-04-01 1993-03-30 器具の位置を監視するための磁気共鳴追跡システム Expired - Lifetime JP3440112B2 (ja)

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