JPH0919412A - 体内埋め込み型人工管、それを用いた磁気共鳴イメージング装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 人工血管等の体内埋め込み型人工管を埋め込
んだ後に、非侵襲的に人工管の内部構造や血流及び体液
の流量等を計測する手段を提供する。 【解決手段】 人工管２２の内部にＭＲＩ受信コイルと
なるコイル２１を組み込み、この人工管２２を体内に埋
め込んだ後にＭＲＩの受信系と接続し、ＭＲＩ計測を行
なう。即ち人工管の内部の断層像や、管内を流れる血液
や体液の量を計測する。受信コイル２１から外部に信号
を取り出すために、受信コイルに接続された電極等を皮
下に埋め込んでもよい。埋め込まれた人工管内のＭＲＩ
の断層像から、人工管が生体内に生着したか、異物等の
付着が無いか等を非侵襲的に測定できる。管内を流れる
血液や体液の量も計算できるので、人工管の機能計測も
行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、体内埋め込み型人
工管、すなわち人工血管や、胆汁、尿、脳水等の体液を
流す為に人工的に体内に設置される人工管及びそれを用
いた磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、生体工学材料（バイオマテリア
ル）の研究が進み、各種人工臓器の研究が行われてい
る。人工皮膚は既に臨床的に使用され始めており、許認
可、普及も近いものとなってきた。人工血管、その他の
体内の管を人工的に作る研究が進められており、限定さ
れた症例に臨床適用されている。これらの材料は、人工
的に作られており、細胞レベルで考えると異物であり材
料の表面に細胞が付着したり、人工血管の場合では、血
栓を作ったりする場合がある。近年では、人工材料の表
面に、細胞表面のレセプターに対して生体特異的な結合
をするリガンドタンパク質や、そのモデル高分子を、吸
着法や共有結合法で固定することにより、細胞の応答性
を相当程度制御することが可能となっており、このよう
なリガンドタンパク質やモデル高分子は細胞特異性材料
と呼ばれる。

【０００３】このように、細胞から異物であると認識さ
れやすい材料の研究が進んでいるが、完全に異物と認識
されないような材料を作ることは、非常に困難である。
従って、人工血管における血栓のような異物の付着が発
生していないかどうかを、体内埋め込み後もケアしてい
く必要がある。一般に埋め込み型の人工管は死ぬまで使
用することになるので、１０〜３０年程度の長期にわた
って何度もチェックしなければならない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】体内埋め込み後にその
管の状態を検査する方法として、人工血管の場合はＸ線
を用いた血管造影があるが、Ｘ線の被曝、造影剤注入に
よる新たなる血栓等の発生の可能性があり、埋め込み直
後の検査には適用しても、その後何年間もチェックする
には不適当である。

【０００５】従って本発明は、体内に埋め込んだ人工管
の内部状態を、埋め込み者に対して非侵襲的に検査でき
る手段を提供することを目的とする。特に継続的に長期
間検査を行うことにより、機能が低下する前に新しい人
工管と交換できるようにして埋め込み者の安全を確保す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明では、体内に埋め込まれる人工管にＭＲ
Ｉの受信コイルを設けたものである。この人工管の受信
コイルは、人工管の埋め込み後、ＭＲＩ装置の受信器に
接続することにより核磁気共鳴信号（以下、ＮＭＲ信号
という）を検出する受信コイルとして機能する。即ち、
本発明のＭＲＩ装置はＮＭＲ信号を検出する信号検出手
段として受信コイルを組込んだ人工管を用いるものであ
り、本発明のＭＲＩ方法では、埋め込み後の人工管の受
信コイルによりＮＭＲ信号を検出し、このＮＭＲ信号を
受信後、信号処理するとともに画像再構成のための演算
を行い、人工管の内部を画像化し、或いは内部を流れる
液体の流速等の機能計測を行ない、これにより体内埋め
込み後の人工管の内部の状態をモニタリングするもので
ある。

【０００７】ＭＲＩ装置の測定空間に置かれた被検体に
高周波磁場及び傾斜磁場を印加することにより、被検体
内に埋め込まれた人工管内の内壁に形成された内膜や内
部を流れる血液、体液等からＮＭＲ信号を生じる。この
ＮＭＲ信号は、人工管に設けられた受信コイルに検出さ
れる。受信コイルはＭＲＩ装置の受信器に接続され、受
信コイルで検出されたＮＭＲ信号は受信器において受信
された後、画像化される。即ち、人工管の内部の断層画
像を得ることができる。一般にＭＲＩ装置においては、
得られる画像は受信コイルの径が小さい方が磁界に対す
る感度、分解能共に向上する。人工管の径は通常数ミリ
メートルから数センチメートルの範囲にあるので、対応
する径を有する受信コイルは、非常に感度が良く良好な
画像が得られる。またＭＲＩにおいては、所定のパルス
シーケンスでＮＭＲ信号を計測し、演算を施すことによ
り受信コイル内を流れる血管や体液の流量を測定するこ
とも可能なので、人工管の機能計測も可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を人工血管に適応し
た実施例について図面を参照して説明する。図２は、本
発明が適用されるＭＲＩ装置の全体構成を示す図で、こ
のＭＲＩ装置は、ＮＭＲ現象を利用して、被検体１の断
層画像を得るもので、静磁場発生磁石２と、磁場勾配発
生系３と、送信系４と、受信系５と、信号処理系６と、
シーケンサ７と、中央処理装置（以下、ＣＰＵという）
８とを備えている。

【０００９】静磁場発生磁石２は、被検体１の周りに強
く均一な静磁場を発生させるもので、被検体１の周りの
ある広がりを持った空間に永久磁石方式又は常電導方式
あるいは超電導方式の磁場発生手段が配置されている。
シーケンサ７は、ＣＰＵ８の制御で動作し、被検体１の
断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系４及
び磁場勾配発生系３並びに受信系５に送るものである。

【００１０】磁場勾配発生系３は、Ｘ、Ｙ、Ｚの三軸方
向に巻かれた傾斜磁場コイル９と、それぞれのコイルを
駆動する傾斜磁場電源１０とからなり、シーケンサ７か
らの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源１０
を駆動することによりＸ、Ｙ、Ｚの三軸方向の傾斜磁場
Ｇ_X、Ｇ_Y、Ｇ_Zを被検体１に印加する。この傾斜磁場の
加え方により、被検体１に対するスライス面を設定する
ことができ、またＮＭＲ信号に位置情報を付加すること
ができる。

【００１１】送信系４は、高周波発生器１１と変調器１
２と高周波増幅器１３と送信側の高周波コイル１４ａか
らなり、高周波発生器１１から出力された高周波パルス
をシーケンサ７の命令に従って変調器１２で振幅変調
し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器１
３で増幅した後に、被検体１に近接して配置された高周
波コイル１４ａに供給することにより、電磁波が被検体
１に照射される。

【００１２】受信系５は、受信用の高周波コイル（以
下、受信コイルという）２１と、受信回路１５と、直交
位相検波器１６と、Ａ／Ｄ変換器１７とからなり、受信
コイル２１は後に詳述するように被検体１に埋め込まれ
た人工血管内に設けられている。更に受信コイルとし
て、人工血管に設けられた受信コイル２１とともに、従
来より用いられている受信用高周波コイル１４ｂを併用
することができる。

【００１３】送信側の高周波コイル１４ａから照射され
た電磁波による人工血管内の応答電磁波は、人工血管に
組み込まれた受信コイル２１にて検出され、受信回路１
５及び直交位相検波器１６を介してＡ／Ｄ変換器１７に
入力し、ディジタル量に変換され、さらにシーケンサ７
からの命令によるタイミングで直交位相検波器１６によ
りサンプリングされた二系統の収集データとされ、その
信号が信号処理系６に送られるようになっている。

【００１４】この信号処理系６は、ＣＰＵ８と、磁気デ
ィスク１８及び磁気テープ１９等の記録装置と、ＣＲＴ
等のディスプレイ２０とからなり、ＣＰＵ８でフーリエ
変換、補正係数計算、再像再構成等の処理を行い、任意
断面の信号強度分布、あるいは複数の信号に適当な演算
を行って得られた分布を画像化し、ディスプレイ２０に
表示する。なお、送信側及び受信側の高周波コイル１４
ａ、１４ｂ、傾斜磁場コイル９は、被検者１の周りの空
間に配置された静磁場発生磁石２の磁場空間に配置され
ている。

【００１５】次に人工血管に組み込まれた受信コイル２
１について説明する。図１（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ受
信コイル２１を備えた人工血管２２を示す図で、人工血
管２２としては従来から使用されている、細胞に対して
影響を与えにくく、長期間安定な生体適合性高分子材料
から成る管（以下チューブ）２２が使用される。このよ
うな高分子材料としてはテフロン、シリコン等の樹脂
で、予め内膜が形成しやすいように加工されたものが用
いられる。さらにチューブ１は他の臓器等によって押し
つぶされないようにするための補強材を備えていてもよ
い。

【００１６】受信コイル２１は、例えば金、プラチナ、
銅等の導線にテフロン等の高分子材料で被覆したものを
チューブ１の外側に巻き付けるか、チューブ１を内側の
層と外側の層とから成る二層構造とし、内層に導線を巻
き付けた後、その上に外層を形成することにより、チュ
ーブ１内部に導線の層があるようにしてもよい。いずれ
も場合にもチューブの外部に引き出された導線２１ａの
部分には、チューブ等同様の高分子材料、例えばテフロ
ン等でコーティングする。

【００１７】受信コイル２１の形状は、人口血管が埋め
込まれる部位に応じて、また適用されるＭＲＩ装置の静
磁場の方向に応じて種々の変更が可能である。即ち、Ｍ
ＲＩにおいては、静磁場の方向とコイルの巻き線方向が
平行であるとＮＭＲ信号を検出することができないの
で、コイルの巻線方向が静磁場方向と交叉する必要があ
る。例えば図２のＭＲＩ装置において静磁場の方向が上
下方向、即ち被検体の体軸に対し直交する方向である場
合には、多くの血管は静磁場に直交する方向に走行して
いるので、コイルの巻線方向は図１（ａ）に示すように
血管の走行する方向（人工血管の長手方向）であればよ
い。但し、体軸に直交するように流れる特定の血管につ
いての人工血管では、図１（ｂ）又は（ｃ）に示すよう
に人工血管の長手方向に対し直交するような巻線とする
必要がある。また、静磁場の方向が被検体の体軸と平行
である場合にも、体軸と平行に設置される人工血管では
コイルの巻線方向を図１（ｂ）又は（ｃ）に示すように
人工血管の長手方向に対し直交するような巻線方向とす
る必要がある。このようにＭＲＩ装置の静磁場の方向及
び人工血管が設置される部位に応じて、図１（ａ）〜
（ｃ）の人工血管を使いわければよい。尚、図１（ｃ）
の受信コイルはコイルの巻数を多くして、高感度化を図
ったものである。

【００１８】また受信コイル２１は１つの人工血管に対
し１つのみならずチューブの長さや形状に応じてチュー
ブ２２の複数箇所に設けることができる。例えば図２
（ａ）に示すように人工血管のチューブ２２が長い場合
や、同図（ｂ）に示すように分岐している場合には、複
数の導線２１、２１’に分けて設置してもよく、また長
い人工血管のうち、臓器や骨等により圧迫される部分
や、曲げられる部分等に選択的に導線２１、２１’を配
置してもよい。これにより、特に血流に変化の生じやす
い部分や血栓の生じやすい部分を確実にモニターするこ
とができる。

【００１９】以上のように構成される人工血管は被検体
の代用血管として埋め込まれた後、受信コイル２１を図
２に示すようなＭＲＩ装置の受信回路１５と接続し、人
工血管内の血流描出や血流速測定のための計測を行な
う。次に受信コイル２１から得られたＮＭＲ信号を体外
に取り出しＭＲＩ装置の受信回路１５に接続するため
の、信号取り出し手段について説明する。図３はこのよ
うな手段の一例を示すもので、この例ではテフロン等で
コーティングされた導線２１ａを皮膚４０の一部より体
外まで伸ばして、受信回路と接続するためのコネクタ２
５を接続したものである。コネクタ２５は受信回路と接
続するための端子（図示せず）を備えるとともに、外部
から内部に電流が流れないようなプロテクト機能を有す
る。このプロテクト機能は、送信用高周波コイル１４ａ
からの高周波磁場印加時に受信コイル２１に電流が誘起
されないように高周波コイル１４ａと受信コイルとをデ
カップリングする。尚、図示する例においてコネクタ２
５は、ケーブル２６を介して皮膚４０から離れた位置に
設けられているが、コネクタ２５を皮膚４０に直接取り
付けることも可能である。この場合には、皮膚４０の切
断面が大きくなる可能性があるが、ケーブルを無くすこ
とができるので生活においてケーブル２６やコネクタ２
５が支障になることが少ない。

【００２０】図４は、受信コイル２１からＮＭＲ信号を
取り出す他の手段を示すもので、皮膚４０のすぐ下に薄
い電極２７を埋め込み、この電極２７に受信コイル２１
の導線を接続したものである。この電極２７は、検査時
にはＭＲＩ装置の受信回路と電気的に接続された細い針
２８を体表面より刺すことにより受信回路とを接続する
ことができる。このような手段による信号取り出しは、
被検体に生活上の不便を与えることが無く、また検査時
に針を皮下まで刺すだけでよいので、簡単な麻酔下で行
なうことができる。但し、この場合には高周波コイル１
４ａとのデカップリング回路を受信回路側に設ける必要
がある。

【００２１】また人工血管が皮下の浅い部分い設置され
た場合には、体表近傍にコイルを設置することにより、
人工血管の受信コイルが検出したＮＭＲ信号を体表近傍
のコイルで検出することも可能である。以上のような構
成における人工血管及び信号取り出し手段が設置された
被検体についてＭＲＩ撮影を行うには、被検体を寝台に
寝かせた状態で、被検体の皮下に埋め込まれた電極２７
或いはコネクタ２６を介して体内の受信コイル２１とＭ
ＲＩ装置の受信回路１５とを接続し、寝台を移動して人
工血管の埋め込まれた部位が計測空間のほぼ中心にある
ように位置させる。次いで、所定の撮像条件で断層像を
得るためのパルスシーケンス或いは血流速計測等の計測
シーケンスを起動する。

【００２２】人工血管内壁の断層像を得るためのパルス
シーケンスとしては、例えばスピンエコー法、グラジエ
ントエコー法やＥＰＩ（エコープラナー）法等の高速イ
メージング方法など一般にＭＲＩ装置によるイメージン
グ方法を採用することができ、例えば高周波磁場及びス
ライス選択傾斜磁場を印加することによって人工血管の
存在する領域を選択励起するとともに、所定の傾斜磁場
を印加する所定のシーケンスを繰返しながら、受信コイ
ル２１が検出したＮＭＲ信号を受信する。また血流速計
測のパルスシーケンスとしても、一般にＭＲＩ装置によ
る血流計測シーケンスをすべて採用することができ、例
えば血液の流れと交叉する面を選択励起した後、その選
択励起面と平行或いは直交する方向に２回の選択励起を
行ない、２度の励起を受けた流体からエコー信号を計測
するタイム・オブ・フライト法等が採用される。

【００２３】人工血管の位置を予め特定して選択励起す
るパルスシーケンスを起動させる場合には、これら人工
血管内を画像化或いは機能計測するパルスシーケンスに
先立って、予め人工血管の位置を確定するために受信用
高周波コイル１４ｂにより人工血管が存在すると思われ
る領域からの信号を受信し、その領域について画像化し
ておいてもよい。

【００２４】画像計測のためのパルスシーケンスに基づ
き高周波コイル１４ａ及び傾斜磁場コイル９を駆動し
て、複数の高周波磁場及び傾斜磁場を印加した場合、受
信コイル２１で検出されるＮＭＲ信号は受信コイル内、
即ち人工血管内部に存在する核スピンからの信号であ
り、撮像領域に新たに流入してくる血液からの信号は無
信号化できる。この信号は受信回路１５で受信された後
所定のサンプリング時間でサンプリングされた後、信号
処理系６のＣＰＵ８においてフーリエ変換、補正係数計
算、再像再構成等の処理を行い、任意断面を画像化する
ことができる。

【００２５】図６は、このように取得された人工血管内
のＭＲＩ画像を示すもので、血流の部分３０とは明確に
区別された人工血管内に形成された内膜３１や血栓３２
を鮮明な画像とすることができる。同図（ａ）では正常
な状態における人工血管の内側に形成された内膜３１
と、血液３０を示すものであり、同図（ｂ）は内膜３１
の内側に血栓３２が発生した断面像を示すものである。
このように人工血管を埋め込んだ被検体に対し定期的に
ＭＲＩ撮影を行なうことにより、容易に人工血管内の状
態を観察することができる。

【００２６】また高周波磁場及び傾斜磁場を印加するパ
ルスシーケンスとしてタイム・オブ・フライト法のよう
な血流速計測のシーケンスを選択した場合には、人工血
管の存在する領域を直交する面について２回選択励起し
て、人工血管内の血流ボクセルを励起し、この血流ボク
セルからの信号を追跡することにより人工血管中を流れ
る血流速度を求めることができるので、その血流の経時
的変化から、例えば図６（ｂ）の血栓３２や図７に示す
ような臓器、骨等により人工血管が圧迫されている状態
を予測することが可能であり、更に血栓３２等が存在し
た時に実際にどの程度血流が保たれているかを知ること
ができる。

【００２７】このように人工血管内の内膜の形成状態、
血栓の形成、血流の状況を設置後長期間にわたって非侵
襲的にモニターすることができる。以上、本発明を人工
血管に適用した実施例について説明したが、本発明は人
工血管のみならず尿管、胆汁管等体液を流すために人工
的に体内に設置される人工管であればすべて適用でき、
その場合にも人工管内の狭窄や体液の流速等を随時モニ
ターすることが可能である。特に尿管の場合、尿管結石
が発生すると、尿管の場合は激しいぜん動運動を引き起
こし、激痛があるので自覚できるが、人工管の場合は、
尿の通過が悪くなるだけで軽度の場合は、自覚できず、
このまま放置しておくと結石がそこで成長して、どんど
ん通過しなくなる場合が考えられる。本発明による人工
管を設置することにより、定期的に人工尿管の内部を観
察できるので、安全である。

【００２８】また人工管の形状としては、円筒状のもの
のみならず、断面が長方形のものやテーパ状のものなど
適用する血管や尿管などの形状に合せて適宜変更できる
のは言うまでもない。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、人工管にＭＲＩ装置の
受信コイルを備えたことにより、人工管を体内に埋め込
んだ後に、定期的に管内の状態、機能を非侵襲的に計測
できる。従って、埋め込み後に人工管の機能が低下した
り、何らかの障害を早期発見し、新しい人工管と交換す
ることができるので、埋め込み者の安全性を向上でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の受信コイルを人工血管に適用した一
実施例を示す図で、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞ
れ形状の異なる受信コイルを備えた人工血管を表す図。

【図２】本発明による人工血管の内部像を撮影するＭＲ
Ｉシステムの構成を示す図。

【図３】 本発明による人工血管の他の実施例を示す図
で、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ複数の受信コ
イルを備えた人工血管を表す図。

【図４】 人工血管に備えられた受信コイルから信号を
取り出す手段の一例を示す図。

【図５】 人工血管に備えられた受信コイルから信号を
取り出す手段の他の例を示す図。

【図６】 本発明のＭＲＩ方法により取得された人工血
管内の画像を示す図で、（ａ）は正常な状態を、（ｂ）
は血栓の形成された状態を示す図。

【図７】 本発明のＭＲＩ方法により取得された人工血
管内の画像を示す図で、変形した人工血管を示す図。

【符号の説明】

１・・・・・・被検体 ２・・・・・・静磁場発生磁石 ３・・・・・・傾斜磁場発生系 ４・・・・・・送信系 ５・・・・・・受信系 ６・・・・・・信号処理系 ７・・・・・・シーケンサ ８・・・・・・中央処理装置（ＣＰＵ） ２１、２１’・・・・・・受信コイル ２１ａ・・・・・・導線 ２２・・・・・・人工血管（チューブ） ２５・・・・・・コネクタ ２７・・・・・・電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】人体の機能を代行する人工管であって、核
   磁気共鳴信号を受信する受信コイルが組込まれているこ
   とを特徴とする体内埋め込み型人工管。
2. 【請求項２】静磁場、傾斜磁場及び高周波磁場の各磁場
   を発生する各磁場発生手段と、検査対象からの核磁気共
   鳴信号を検出する信号検出手段と、前記核磁気共鳴信号
   を受信する受信手段と、前記受信手段からの信号に基づ
   き画像再構成のための信号処理、演算を行なう信号処理
   手段と、演算結果を出力する出力手段とを備えた磁気共
   鳴イメージング装置において、前記信号検出手段として
   受信コイルを組込んだ請求項１記載の人工管を用いたこ
   とを特徴とした磁気共鳴イメージング装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の人工管の受信コイルにより
   核磁気共鳴信号を検出し、前記核磁気共鳴信号を信号処
   理するとともに画像再構成のための演算を行い、前記人
   工管の内部を画像化するか又は内部を流れる液体の流速
   等の機能計測を行なうことを特徴とする磁気共鳴イメー
   ジング方法。