JPH10155766A - 磁気共鳴イメージング・システム内で用いる安全サブシステム及び光学的結合部 - Google Patents

磁気共鳴イメージング・システム内で用いる安全サブシステム及び光学的結合部

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JPH10155766A
JPH10155766A JP9242336A JP24233697A JPH10155766A JP H10155766 A JPH10155766 A JP H10155766A JP 9242336 A JP9242336 A JP 9242336A JP 24233697 A JP24233697 A JP 24233697A JP H10155766 A JPH10155766 A JP H10155766A
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magnetic resonance
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チャールズ・ルシアン・デュモーリン
Ronald Dean Watkins
ロナルド・ディーン・ワトキンス
Robert David Darrow
ロバート・デイビッド・ダロー
Steven Peter Souza
スティーブン・ピーター・ソウザ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気共鳴走査中の侵襲的装置の存在に起因す
る生体内の発熱を監視することのできる磁気共鳴イメー
ジング・システム内で用いる安全サブシステム及び光学
的結合部を提供する。 【解決手段】 温度監視システム９９０は、磁気共鳴手
順中に生体内に配置されることを意図された侵襲的装置
１５０内に組み込まれた温度検出手段を用いている。温
度監視システム９９０は、組織内に電場が発生すること
により生じる組織内の温度上昇を監視するために用いら
れる。これらの電場は、磁気共鳴手順の進行中にＲＦパ
ルスの印加によって発生されて、侵襲的装置１５０内に
電流を誘導する。検出された温度上昇が、選択された閾
値を上回ると、磁気共鳴イメージング・システムは温度
監視システム９９０によって、ＲＦ出力を減少させるか
又は手順を停止させることができる。イメージング用又
は追跡用ＲＦコイルとＭＲ受信器９４０との間に光学的
結合部を用いて、磁気共鳴手順中にＲＦパルスの印加に
よって誘導された発熱を除去することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、装置が体内に挿入され
るような医療手順に関し、より具体的には、生体が磁気
共鳴スキャナ内に配置されているときにこのような装置
が用いられるような医療手順に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気共鳴（ＭＲ）を用いて患者の生体内
にある侵襲的（interventional/invasive）装置を追跡
する様々な方法が、本出願と共通の譲受人に譲渡され、
ここに参照されるべき以下の米国特許に記載されてい
る。Charles L. Dumoulin、Steven P. Souza及びRovert
Darrowによる米国特許第５，３０７，８０８号「磁気
共鳴を用いて装置の位置を監視する追跡システム及びパ
ルス・シーケンス」（Tracking System And Pulse Sequ
ences To Monitor The Position Of A Device Using Ma
gnetic Resonance）、同第５，３１８，２０５号「多重
化された磁気共鳴検出を用いて装置の位置及び配向を監
視する追跡システム」（Tracking System ToMonitor Th
e Position And Orientation Of A Device Using Multi
plexed Magnetic Resonanace Detection）及び同第５，
３５３，７９５号「多重化された磁気共鳴検出を用いて
装置の位置を監視する追跡システム」（Tracking Syste
m ToMonitor The Position Of A Device Using Multipl
exed Magnetic ResonanaceDetection）である。これら
の方法は、侵襲的装置を位置決めすると共に追跡するた
めに、磁気共鳴信号の発生及び検出を採用しており、Ｘ
線による監視に関連する望ましくない性質を有していな
いものである。
【０００３】磁気共鳴追跡方法の一側面として、侵襲的
装置は、生体内で検出された磁気共鳴信号をイメージン
グ及び追跡システムへ取り出すためのケーブル又はワイ
ヤを組み込んでいる。被検体の内部又は表面上にＭＲイ
メージング用又は追跡用コイルが配置されており、この
ＭＲイメージング用又は追跡用コイルは典型的には、同
軸ケーブルによって外部の受信器に接続されている。磁
気共鳴手順中に生体内に導電性物質を配置すると、その
１つの結果として、画像形成及び装置追跡のために用い
られる無線周波数（ＲＦ）パルスが、導体内に電流を誘
導することができる。これらの電流が誘導される結果、
導体の端部に強い電場が発生され得る。導体の端部が、
血液のような導電性の組織によって包囲されているなら
ば、これらの強い電場は、組織内に電流を誘導すると共
に、発熱をもたらす。組織内の発熱量は、ＲＦパルスの
出力とデューティ・サイクルとに関連付けられる。ＲＦ
パルスがより強く、且つより頻繁に印加されると、より
大きな発熱量が生じる。より高い磁場内で核スピンを章
動させるためにはより大きなＲＦ出力が要求されるの
で、発熱量は又、磁気共鳴手順の際に用いられる静磁場
の強度にも間接的に関連付けられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】侵襲的装置の近くの導
電性組織内に発生された熱量によって、約４℃よりも少
ない温度上昇が起こるならば、組織に対する損傷は一切
生じない。しかしながら、発生された熱によって、約４
℃を超える温度上昇が起こるならば、可逆的な又は非可
逆的な組織の損傷が起こり得る。
【０００５】銘記すべきことであるが、磁気共鳴検査中
に生体内にワイヤ又はその他の導電性構造体を配置する
と、装置の追跡以外の理由でも望ましいことがある。例
えば、小型の磁気共鳴受信コイルを用いて、血管壁等の
局在化した解剖学的構造の画像を形成することができ
る。代替的には、内視鏡又はカテーテル・ガイド・ワイ
ヤ等の他の医療装置を配置することが望ましいことがあ
るが、これにより、磁気共鳴検査中に、局在化した組織
が発熱する可能性がある。
【０００６】現在、磁気共鳴イメージング検査中に体内
に配置されている装置に起因する発熱を監視すると共に
減少させる方法が求められている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】磁気共鳴（ＭＲ）手順中
に生体内に配置されることを意図された本発明の装置
は、１つ又はそれ以上の温度センサ（thermal sensor）
で拡張されている。各々のセンサは、装置内に配置され
ており、装置の内部又は近くの選択された領域における
温度上昇を監視する。
【０００８】いくつかの温度監視方法が可能である。例
えば、熱電対を用いて温度上昇を監視することができ
る。但し、熱電対のリードの存在は、望ましくない発熱
に寄与する可能性があるので、注意を払わなければなら
ない。より望ましい方法は、非導電性光ファイバが採用
可能であるので、温度を測定するために光を用いること
を含んでいる。温度を監視する光学的手段の１つでは、
温度の関数である蛍光減衰時間を有している蛍光体を採
用している。この物理的原理を用いている温度監視手段
は、光ファイバの一端に発光体の部分を配置すると同時
に、他端において励起と発光の減衰の監視との両者を行
うことにより、容易に構成され得る。
【０００９】一旦、装置が温度の監視が可能なように改
変されたら、温度の瞬間的な値をいくつかの異なる方法
で利用することができる。例えば、温度を、主治臨床医
に対して表示することができる。代替的には、選択され
た閾値を上回る温度上昇が検出されたときに、磁気共鳴
スキャナがそのＲＦ出力及び／若しくはデューティ・サ
イクルを減少させる又は手順を停止するようにしている
スキャナの安全インタロック手段に対して温度を伝達す
ることもできる。ＲＦ出力を減少させると同時に、磁気
共鳴システムのオペレータのために視覚的警報又は聴覚
的警報を発すると望ましいかもしれない。
【００１０】加えて、ＭＲイメージング（作像）用又は
追跡用コイルと受信器とを接続している配線を、光ファ
イバと変換器とで置き換えることができる。光ファイバ
及び変換器は、各々の端部に設けられており、電気信号
と光学的信号との間の変換を行う。本発明の１つの目的
は、磁気共鳴走査中の侵襲的装置の存在に起因する生体
内の発熱を監視するシステムを提供することにある。
【００１１】本発明のもう１つの目的は、選択された閾
値を上回る組織の発熱がＭＲ検査中に生体内で検出され
たときにはいつでも、磁気共鳴スキャナによって発生さ
れているＲＦ出力を減少させる又は停止させる方法を提
供することにある。本発明のもう１つの目的は、選択さ
れた閾値を上回る組織の発熱がＭＲ検査中に生体内で検
出されたときにはいつでも、磁気共鳴スキャナによって
発生されているＲＦデューティ・サイクルを減少させる
方法を提供することにある。
【００１２】本発明のもう１つの目的は、イメージング
されている被検体の付近のＲＦ発熱を減少させることに
ある。
【００１３】
【実施例】新規であると考えられる本発明の諸特徴は、
特許請求の範囲に具体性をもって述べてある。しかしな
がら、本発明自体は、その構成及び動作方法の両者に関
して、更なる目的及び利点と併せて、実施例の記載を図
面と共に参照することにより最もよく理解することがで
きる。
【００１４】図１では、支持テーブル１１０上の被検体
１００が、マグネット・ハウジング１２０内のマグネッ
ト１２５によって発生されている均一磁場内に配置され
ている。マグネット１２５及びマグネット・ハウジング
１２０は、円筒対称性を有しており、図面では、被検体
１００の位置を明らかにするためにその半分を切除して
示してある。カテーテルとして示されている装置１５０
が挿入されている被検体１００の領域は、マグネット１
２５のボア（中孔）の近似的な中心に配置されている。
被検体１００は、一組の円筒状磁場勾配コイル１３０に
よって包囲されており、これらのコイルは、所定強度の
磁場勾配を所定回数で発生している。勾配コイル１３０
は、３つの相互に直交する方向に磁場勾配を発生してい
る。
【００１５】外部コイル１４０も又、被検体１００の関
心領域を包囲している。コイル１４０は、被検体全体を
包含するのに十分な直径を有している円筒状外部コイル
として図示されている。頭部又は肢部をイメージングす
るように特別に設計された更に小型の円筒のような他の
形状を代用することもできる。表面コイル等の非円筒状
の外部コイルを代替的に用いてもよい。
【００１６】外部コイル１４０は、被検体１００内に無
線周波数（ＲＦ）エネルギを放射しており、ＲＦエネル
ギは、所定の回数で且つ当業者に周知の方式で被検体１
００の核磁気スピンを章動させるような所定の周波数に
おいて十分な出力を有するようにして放射されている。
スピンの章動によって、スピンは、ラーモア周波数にお
いて共鳴する。各々のスピンのラーモア周波数は、スピ
ンが経験した磁場の強度に正比例している。この磁場強
度は、マグネット１２５によって発生されている静磁場
と、磁場勾配コイル１３０によって発生されている局所
的な磁場との合計である。
【００１７】装置１５０は、オペレータ１６０によって
被検体１００内に挿入されるものであり、ガイド・ワイ
ヤ、カテーテル、内視鏡、腹腔鏡、生検針又は類似の装
置のいずれであってもよい。磁気共鳴を用いて実時間で
装置１５０を追跡することが望ましいならば、装置１５
０は、外部コイル１４０によって発生されている無線周
波数場に応答して被検体内に発生されたＭＲ信号を検出
するＲＦコイルを収納するように作製され得る。ＲＦコ
イルは小型であるので、感度領域も又、小さい。その結
果、検出される信号は、コイルの直近の磁場の強度のみ
を原因として生じているラーモア周波数を有する。これ
らの検出された信号は、イメージング及び追跡ユニット
１７０に伝送されて、ここで分析される。装置１５０の
位置は、イメージング及び追跡ユニット１７０において
決定され、表示手段１８０上に表示される。本発明の好
ましい実施例では、装置１５０の位置は、従来のＭＲ画
像上に図記号を重ね合わせ表示することにより表示手段
１８０上に表示され、この重ね合わせ表示は、画像の上
にアイコンを重ね合わせ表示することの可能なビデオ・
グラフィクス・サブシステム等の重ね合わせ手段（図示
されていない）によって駆動される。
【００１８】本発明の代替的な実施例では、装置１５０
を表す図記号は、計算機式断層写真（ＣＴ）スキャナ、
ポジトロン放射断層写真システムのスキャナ又は超音波
スキャナのような他のイメージング・システムを用いて
取得された診断画像の上に重ね合わせ表示される。本発
明の他の実施例では、診断画像を参照しないで装置の位
置を数値的に又は図記号として表示する。
【００１９】図２には、装置１５０の実施例がより詳細
に示されている。小型のＲＦコイル２００が、導体２１
０及び２２０を介してＭＲシステムに電気的に結合され
ている。本発明の好ましい実施例では、導体２１０及び
２２０は、同軸対を形成している。導体２１０及び２２
０、並びにＲＦコイル２００は、装置１５０の外側シェ
ル２３０に包まれている。装置１５０を包囲している組
織から生じているＭＲ信号が検出される。装置１５０は
又、光ファイバ２７０を組み込んでおり、光ファイバ２
７０は、ファイバの末梢側端部が小型ＲＦコイル２００
の近くに位置するように配置されている。本発明のこの
実施例では、ファイバ２７０の基部末端は、光源／検出
器２０７に取り付けられており、ファイバ２７０の末梢
側端部は、選択された少量の蛍光体２７５を組み込んで
いる。蛍光体２７５は、ファイバ２７０の末梢側端部へ
伝播された光を吸収すると共に、光を再放出する。光の
再放出は、最初の光が吸収された後に、ある減衰定数を
伴ってある時間にわたって起こり、この減衰定数を測定
すると共に利用して、蛍光体２７５の温度を算出するこ
とができる。このことは、Luxtron社（所在地・2775 No
rthwestern Parkway, Santa Clara, CA 95051-0903）
の"Fluoroptic Thermometer Model 790 Operator's Gui
de"（著作権１９９２年１２月）の第４．１頁〜第４．
６頁に記載されている。
【００２０】被検体内の配線を、図３に示すように、Ｒ
Ｆに誘発される発熱を防止する目的で、光ファイバで置
き換えることができる。ＲＦコイル３００が、被検体内
に配置されている。第１の変換器回路３０１が、ＲＦコ
イル３００に接続されている。第１の変換器回路３０１
は光ファイバ３０３に結合されており、電気信号を、典
型的には可視波長又は近赤外波長にある変調された光に
変換する。第１の変換器回路３０１は、単方向式でＲＦ
コイル３００へ信号を伝送してもよいし、単方向式でＲ
Ｆコイル３００から光ファイバ３０３へ信号を伝送して
もよいし、双方向式で伝送してもよい。このことは、Ｒ
Ｆコイル３００が送信、受信又はこれら両者を行うよう
な場合をそれぞれ含んでいる。
【００２１】ＲＦコイル３００は、ＭＲ追跡を行うため
の、又は局在化したＭＲイメージングを行うためのＭＲ
信号を受信することができる。光ファイバ３０３の他端
では、第２の変換器回路３０５が、第１の変換器回路３
０１と反対の方式で動作している。例えば、ＲＦコイル
３００がＭＲ応答信号を受信しているならば、その電気
信号は、第１の変換器回路３０１によって、変調された
光学的信号に変換され、光ファイバ３０３を介して伝送
され、第２の変換器回路３０５によって本来の電気信号
に戻し変換されてから、ＭＲ受信器に伝送されて、被検
体のＭＲ画像及び／又はＲＦコイル位置を提供する。第
１の変換器回路３０１には、小型のエネルギ貯蔵装置３
０１ｂ（電池、太陽電池又はコンデンサ）及びフォトダ
イオード３０１ａによって電力を供給することができ
る。光は、光源３０７から光ファイバ３０３を介して、
第１の変換器回路３０１及びフォトダイオード３０１ａ
へ伝送されることができ、エネルギ貯蔵装置３０１ｂを
充電する電流を発生し、これにより、第１の変換器回路
３０１に電力を供給する。
【００２２】代替的には、第１の変換器回路３０１は、
独立した光学経路３０３ａ及び３０３ｂ又は光ファイバ
を有していてもよく、この場合、信号は一方の経路３０
３ａを介して伝送される一方で、電力は他方の独立した
経路を通って変換器回路３０３ｂへ伝送される。図４
は、イメージング及び装置追跡に適切なＭＲシステムの
ブロック図である。このシステムは、一組の磁場勾配増
幅器９１０に制御信号を供給するコントローラ９００を
含んでいる。これらの増幅器は、マグネット・ハウジン
グ１２０（図１）内に配置された磁場勾配コイル１３０
を駆動している。勾配コイル１３０は、３つの互いに直
交する方向に磁場勾配を発生することが可能である。コ
ントローラ９００は又、送信器手段９３０へ伝送される
信号を発生している。コントローラ９００からのこれら
の信号によって、送信器手段９３０は、マグネット１２
５のボア内に配置されている外部コイル１４０、更にそ
の外部コイル１４０内に配置されている被検体の領域の
選択されたスピンを章動させるのに適切な出力を有して
いる選択された周波数のＲＦパルスを発生する。ＭＲ信
号が、受信器手段９４０に接続されているＲＦコイル２
００（図２）に誘導される。受信器手段９４０は、図３
の光学的結合部を介して接続されていてもよい。受信器
手段９４０は、ＭＲ信号を増幅し、復調し、濾波すると
共にディジタル化することにより、ＭＲ信号を処理す
る。コントローラ９００は又、受信器手段９４０からの
信号を収集して、計算手段９５０へこの信号を伝送し、
信号は計算手段９５０において処理される。計算手段９
５０は、コントローラ９００から受信された信号にフー
リエ変換を施して、コイル２００の位置に到達する。計
算手段９５０によって算出された結果は、画像表示手段
１８０に表示される。
【００２３】図４のＭＲシステムは又、安全監視サブシ
ステム９９０を組み込んでおり、安全監視サブシステム
９９０は、温度監視手段９９２と、安全インタロック手
段９９４とを含んでいる。本発明の好ましい実施例で
は、図２の光源／検出器２０７は、光パルスを発生して
おり、この光パルスは、装置１５０内に配置されている
光ファイバ２７０の末梢側端部に配置されている蛍光体
２７５に伝播される。図４の温度監視手段９９２は、蛍
光減衰を検出し、減衰速度を測定すると共に、蛍光体２
７５の温度を算出する。本発明の主旨は、蛍光減衰に基
づく温度検出に限定されているのではなく、サーミスタ
又は熱電対等のすべての温度監視手段を含んでいること
を銘記されたい。
【００２４】この実施例では、安全インタロック手段９
９４は、コントローラ９００に接続されている。温度監
視手段９９２が、選択された閾値を上回る温度上昇を検
出すると、信号は、安全インタロック手段９９４からコ
ントローラ手段９００へ伝送されて、その結果、コント
ローラ手段は、ＲＦ出力を減少させるか、ＲＦデューテ
ィ・サイクルを減少させるか、又は現在の磁気共鳴ＲＦ
パルス・シーケンス及び勾配パルス・シーケンスを停止
させるかのいずれかを行う。
【００２５】温度監視手段９９２は又、閾値を上回った
ときに聴覚的警報（オーディオ・アラーム）９９３にト
リガを与えて、オペレータに温度上昇を知らせるために
も用いられ得る。磁気共鳴手順のための新規な温度監視
サブシステムに関する現状で好適ないくつかの実施例に
ついて本明細書で詳細に述べたが、当業者には今や、多
くの改変及び変形が明らかとなることであろう。従っ
て、特許請求の範囲は、本発明の要旨の範囲内にあるこ
のようなすべての改変及び変形を網羅するものと理解さ
れたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】被検体内の装置の位置を追跡している動作状態
にある本発明の一実施例の遠近図である。
【図２】被検体の生体内に挿入されることを意図されて
いる医療装置に組み込まれているＲＦコイル及び光ファ
イバ温度センサを示す説明図である。
【図３】ＭＲイメージング用又は追跡用コイルとＭＲ受
信器電子回路との間の配線を置き換えた光学的結合部の
説明図である。
【図４】磁気共鳴スキャナに組み込むのに適切な温度安
全サブシステムの一実施例を示すシステム・ブロック図
である。
【符号の説明】
１００ 被検体 １１０ 支持テーブル １２０ マグネット・ハウジング １２５ マグネット １３０ 磁場勾配コイル １４０ 外部コイル １５０ カテーテル １６０ オペレータ １７０ イメージング及び追跡ユニット １８０ 表示手段 ２００、３００ ＲＦコイル ２０７ 光源／検出器 ２１０、２２０ 導体 ２３０ 外側シェル ２７０、３０３ 光ファイバ ２７５ 蛍光体 ３０１ 第１の変換器回路 ３０１ａ フォトダイオード ３０１ｂ エネルギ貯蔵装置 ３０３ａ、３０３ｂ 光学的経路 ３０５ 第２の変換器回路 ３０７ 光源 ９００ コントローラ ９１０ 磁場勾配増幅器 ９３０ 送信器 ９４０ 受信器 ９５０ 計算手段 ９９０ 安全監視サブシステム ９９２ 温度監視手段 ９９３ 聴覚的警報 ９９４ 安全インタロック手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロナルド・ディーン・ワトキンス アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ニスカ ユナ、クリフトン・パーク・ロード、1584 番 (72)発明者 ロバート・デイビッド・ダロー 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 (72)発明者 スティーブン・ピーター・ソウザ アメリカ合衆国、マサチューセッツ州、ウ ィリアムスタウン、リンドレイ・テラス、 136番

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 磁気共鳴イメージング・システム内で用
    いられ、磁気共鳴手順中に侵襲的装置及び隣接した被検
    体の組織の温度を監視すると共に、前記被検体に印加さ
    れている出力を調節する安全サブシステムであって、 （ａ） 前記侵襲的装置の選択された部分の内部に設け
    られている温度を検出する手段と、 （ｂ） 検出された前記温度が選択された閾値を上回っ
    ているかを決定する手段と、 （ｃ） 前記磁気共鳴手順中に、前記装置内の検出され
    た前記温度に応答して無線周波数出力を変化させる手段
    とを備えた磁気共鳴イメージング・システム内で用いる
    安全サブシステム。
  2. 【請求項２】 前記温度を検出する手段は、温度を測定
    するために光を用いている請求項１に記載の安全サブシ
    ステム。
  3. 【請求項３】 前記温度を検出する手段は、温度を測定
    するために光学的蛍光の減衰時間を測定している請求項
    ２に記載の安全サブシステム。
  4. 【請求項４】 前記温度を検出する手段は、温度を測定
    するために熱電対を用いている請求項１に記載の安全サ
    ブシステム。
  5. 【請求項５】 前記磁気共鳴システムのオペレータに、
    前記検出された温度を示す表示装置を更に含んでいる請
    求項１に記載の安全サブシステム。
  6. 【請求項６】 前記決定する手段に結合されており、い
    つ閾値が超過されたかを示す音響装置を更に含んでいる
    請求項１に記載の安全サブシステム。
  7. 【請求項７】 無線周波数コイルと、イメージング用電
    子回路とを有している磁気共鳴イメージング・システム
    内で用いる光学的結合部であって、 （ａ） 前記無線周波数コイルに結合されており、電気
    信号と、対応する変調された光学的信号との間の変換を
    行う第１の変換器回路と、 （ｂ） 前記イメージング用電子回路に結合されてお
    り、前記第１の変換器回路と反対の方式で、電気信号
    と、変調された光学的信号との間の変換を行う第２の変
    換器回路と、 （ｃ） 前記第１の変換器回路に結合された第１の端部
    と、前記第２の変換器回路に結合された第２の端部とを
    有しており、前記変換器の間で光学的信号を通過させる
    少なくとも１つの光ファイバとを備えた磁気共鳴イメー
    ジング・システム内で用いる光学的結合部。
  8. 【請求項８】 （ａ） 前記第１の変換器回路と、前記
    光ファイバの前記第１の端部とに結合されており、光エ
    ネルギを受け取ると共に光エネルギを電気エネルギに変
    換することが可能なフォトダイオードと、 （ｂ） 前記光ファイバの前記第２の端部に結合されて
    おり、光エネルギを発生すると共に、前記第１の変換器
    に電力を供給する太陽電池に前記光ファイバを介して光
    エネルギを伝送する光源とを更に含んでいる請求項７に
    記載の光学的結合部。
  9. 【請求項９】 前記第１の変換器回路に電力を供給する
    エネルギ貯蔵装置を更に含んでいる請求項７に記載の光
    学的結合部。
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