JPS6125543A - 臓器運動の無接触測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、静止している患者の運動、特に呼吸および心
拍により生ずる臓器の運動の無接触測定装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の装置はたとえば患者モニタリングのために使用
される。それにより患者の呼吸律動または心臓活動が検
出され得る。不規則性または危険性のある事象が、対策
を講するために、適時に検出され得る。さらに、前記種
類の装置は撮像システムにおいて、撮像のトリガ時点を
患者の臓器の運動と同期させるために使用される。

冒頭に記載したＮｉ類の装置は論文「マイクロ波周波数
における生物学的インピーダンスの変化のモニタリング
（Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　
Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｉｎ＋ｐｅｄａｎｃｅｓ　ａｔ
　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ）　Ｊ
、米国電気電子学会論文集住物医用工学編（ＩＥＥＥＴ
ｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ　
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）　Ｓ第ＢＭＢ−３０巻、第９
号、１９８３年、９月に記載されている。この論文には
、漏斗状のアンテナを直接に患者の表面上に載せて、そ
の下に位置する組織のマイクロ波インピーダンスを測定
する装置が紹介されている。マイクロ波インピーダンス
は患者の内部で生ずる運動により変化する。こうして皮
膚のすぐ下の血管の運動が検査される。この装置の欠点
は、主要な機械的部分すなわちアンテナが直接に患者に
装着されなければならないことである。さらに、検査空
間が比較的制限されているという欠点もある。大きな規
模の運動を検出することはこの論文に記載されている装
置では困難である。

前記種類の装置は既に、「テクニケアー・ニュース（Ｔ
ｅｃｈｎｉｃａｒｅ　Ｎｅｗｓ）　Ｊ　、ＲＳ　Ｎ　Ａ
特別版、１９８３年１１月に記載されているように、臨
床検査の際に撮像をトリガするためにも使用された。

この文献には、心臓の運動も肺臓の運動も考慮に入れて
実現された核磁気共鳴（ＮＭＲ）撮像が記載されており
、どのような手段により肺臓運動または心臓運動を記録
したかが開示されている。

ＮＭＲ橋像の際に横隔膜および肺臓の運動を消去するこ
めには既に医学磁気共鳴学会第２回年次会合（２ｎｄ　
Ａｎｎｕａｌ　Ｍｅｅｔｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　５ｏｃ
ｉｅｔｙ　ｏｆ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃ
ｅ　ｉｎ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）、１９８３年、８月、１
６〜１９日、サンフランシスコ、第２８４〜２８５頁に
エフ、ニス、プラト（Ｆ　、　Ｓ、　Ｐｒａ　ｔｏ）他
により、患者に高められた酸素量および麻酔ガスを与え
て、その後の５分間にわたり呼吸活動を停止させること
が報告されている。またそれとは異なり、空気流を吸気
流速針により測定し且つ記録することも上記会合で報告
された。

撮像をトリガするために使用する際に運動を測定するた
めの装置は特に有意義である。ＮＭＲ技術ではたとえば
１回の撮像に何分間もかかる。掻傷時間は４５分までか
かり得る。得られた像データから複雑な計算方法で１つ
の断面像が構成される。患者の運動により惹起される娯
情報は著しい歪みに通じ、ＮＭＲ像を使用不能にし得る
。同様に、心臓、肺臓および他の臓器または隣接身体部
分の運動は、像の質に悪影響を与える反射、陰影形成お
よび不鮮明さに通ずる。従って、常に運動位相の同一（
等価）時点で撮像し、それにより得られた像データのみ
を使用するのが最近の傾向である。たとえば心臓部位の
撮像のためには通常、撮像をトリガする時点を見出すた
めに、心電図（ＥＣＧ）のＲ波形が利用される。肺臓部
位の撮像のためには、撮像を肺臓運動と同期させるのが
最近の傾向である。

患者の運動活動を検出するための従来の装置は通常、患
者における操作が必要である。たとえば肺臓の運動検出
のためには患者の鼻に、呼気の温度または圧力を測定す
る温度または圧力検出器が取付けられる。記録された値
から肺臓の運動が推定される。他の公知の装置は呼吸の
際の腹壁の運動を利用する。接着テープにより空気枕が
腹壁に固定される。呼吸運動に基づいて、空気枕内に封
入されている空気の体積が多かれ少なかれ圧縮される。

その結果得られる圧力信号が呼吸運動に関する情報を導
き出すために用いられる。もう１つの公知の装置では心
臓運動を検出するために、ＥＣＧ電極が患者の胸の上に
取付けられる。

これらの装置の欠点は、部品または導線が患者に取付け
られなければならないことである。さらに、患者を拘束
し、また撮像にも影響を及ぼす導線が存在する。さらに
、単一の装置により多数の臓器運動を検出することがで
きず、各臓器運動に対して別々の装置を設けなければな
らないという欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、冒頭に記載した種類の装置を、患者に
導線を取付ける必要なしに便利に使用可能にすることで
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的は、本発明によれば、１つの高周波測定送信器
と接続されている１つの高周波測定コイルが１つの高周
波振動回路の構成部分であり、前記高周波測定コイルに
患者を収容するための空間が設けられており、また１つ
の測定装置が前記高周波振動回路に接続されており、前
記測定装置の信号出力端から、患者が前記空間内に収容
されている時に患者の質量移動に基づ（前記高周波振動
回路の減衰の変化を示す１つの測定信号が取り出され得
ることを特徴とする臓器運動の無接触測定装置により達
成される。高周波送信器の電力を最適に利用するために
は、高周波測定コイルのインピーダンスは高周波測定送
信器に電力整合されているべきである。

本発明による装置の利点は、患者への接続およびそのた
めの導線が必要とされないことである。

加えて、たとえば肺臓、心臓、横隔膜または血管のよう
な多くの臓器の運動が検出され得る。種々の臓器が運動
する周波数および振幅の相違に基づいて多くの臓器の運
動が同時に評価され得る。前記のように、これらの検出
はすべて、患者に装置を取付ける必要なしに行われ得る
。従って、患者への検出器取付け、その清浄化、感染防
止および殺菌の問題は生じない。

本発明による装置が１つの高周波送受信コイルおよび１
つの高周波送信器を有する核磁気共鳴装置に対応付けら
れているならば、特に有利な特性が得られる。この場合
、高周波測定送信器および高周波測定コイルがＮＭＲ装
置の高周波送信器または高周波コイルにより形成される
ことは特に有利である。

ＮＭＲ装置と組み合わせて使用する際の特別な利点は、
大部分の構成要素が既に存在しており、顕著な費用節減
が可能なことである。核スピントモグラフィでは、前記
のように、患者の呼吸信号によりＮＭＲ像データの取得
または処理を制御し得る。他の利点は、患者のインピー
ダンスまたはその変化の検出のために単一の高周波コイ
ルを設けるのではなく、複数個の高周波コイルを空間的
に並べて配置することにより得られる。すなわち、検出
対象である臓器の運動を最も明白に示すコイルを選択し
て、たとえば撮像をトリガするために利用し得る。また
、２つのコイルを同時に利用して、一方により心臓運動
との同期化のために心臓運動により惹起される運動を検
出し、他方により横隔膜運動との同期化のために横隔膜
により惹起される運動を検出することもできる。

本発明の他の実施態様および利点は以下の図面による説
明から明らかになろう。

（実施例〕 第１図および第２図には、２つの部分巻線Ｗ＋およびＷ
２を有するインダクタンスＬの１つのコイル２と、１つ
の抵抗Ｒと、可変のキャパシタンスを有する２つのコン
デンサＣ１、Ｃ２とから成る１つの振動回路ｌが示され
ている。抵抗Ｒは部分抵抗Ｒｓ　　（コイルのオーム抵
抗、一定）およびＲｐ（患者による減衰）から成ってい
る。コイル２および抵抗Ｒは等価回路で互いに直列に接
続されている。この直列回路に対して並列に、可変のキ
ャパシタンスを有するコンデンサＣ１が接続されている
。この並列回路に対して直列に、同じく可変のキャパシ
タンスを有するコンデンサＣ２が接続されている。この
装置の出力端子Ｋｌおよびに２に１つの測定装置９が接
続されている。コイル２は患者寝台５を収容する空間３
を形成するような寸法にされている。患者寝台５の上に
、静止している患者７が位置している。

端子Ｋｌ、に２から導線が測定袋Ｗ９内に通じている。

測定装置９は、振動回路１のインビーダンスおよびその
変化を検出するのに適している。

１つの測定送信器１１が測定装置９を介して高周波信号
を測定コイル２に供給する。この高周波信号は好ましく
は２０ＭＨｚたとえば２１ＭＨｚの範囲内の持続信号で
ある。振動回路ｌが外部または内部影響により乱されな
ければ、減衰、従ってまた振動回路１のインピーダンス
は一定に留まり、また測定装置９から一定の測定信号Ｓ
が出力されるであろう。

しかし、患者７の臓器運動により、コイル２の減衰を変
化させる影響が振動回路１に与えられる。臓器運動に伴
う質量移動に基づいて、コイル２の周囲磁場、すなわち
図示されている例ではコイル空間３内のインピーダンス
分布が変化し、それによりコイル２の減衰が変化する。

この変化が測定装置９により検出される。測定装置９は
患者７内の臓器運動および（または）その身体運動の尺
度である測定信号Ｓを生ずる。

振動回路１の感度に応じて、わずかな質量移動も検出可
能である。検討の結果、振動回路１のインピーダンスを
たとえば５０Ωに設定した場合には、患者の臓器運動に
基づいて３Ωまでの変化が生ずることが判明している。

測定信号Ｓは種々の臓器の運動により惹起される１つの
和信号である。これらの運動が種々の周波数成分を含ん
でいるならば、個々の臓器運動が測定信号Ｓから決定さ
れ得る。呼吸運動はたとえば比較的周波数が低く、また
振幅が比較的大きい。それに対して、心臓運動は周波数
は明らかに高いが、振幅は小さい。

従って、周波数に感するモジュールにより識別が行われ
得る。

本発明の装置によれば、単一の測定信号Ｓから多数の臓
器運動を検出し得るという利点が得られる。この利点は
、患者７自体においてなんらの操作も必要としないとい
う別の重要な利点と結びついている。追加的な部品、電
極、端子、ケーブルまたは腹帯のように毎回新たに患者
への取付けまたは殺菌をしなければならないものは必要
とされない。

装置全体を患者寝台なしに可動に構成するならば、最も
簡単な仕方で患者モニタリングに使用し得る。このよう
な装置は当該の患者寝台のところに運ばれ、患者と共に
寝台全体をコイル２の影響範囲内へ入れるように置かれ
る。１つの実施態様では、寝台の脚部および頭部をコイ
ル２として使用し得る。

第３図には、本発明による装置がＮＭＲ装置１３と結び
つけて示されている。ＮＭＲ装置１３は制御装置１５、
高周波送信器１７、高周波受信器１９、切換スイッチ２
１および高周波コイル２３により単に原理的に示されて
いる。高周波送信器１７は切換スイッチ２１を介してパ
ルスを高周波受信器２３に送る。続いて、高周波コイル
２３により検出された患者７内のスピン位置変化を受信
して制御装置１５に伝達するため、切換スイッチ２１が
高周波受信器１９側に切換えられる。ＮＭＲ装ｆｔ　ｌ
　３の機能および構成は公知であり、これ以上詳細に説
明する必要はない。重要なことは、ＮＭＲ装置１３が制
御装置１５、高周波送信器１７、高周波受信器１９およ
び高周波コイル２３を含んでいることだけである。

心臓部位、横隔膜部位または運動により影響される他の
範囲内で断層像を撮像する際に像質を改善するためには
、当該の身体臓器が同一のく等価な）運動位相にあると
きに常に高周波パルスが高周波コイル２３に与えられる
ようにされる。

第３図に示されているように、このことは第１図による
装Ｗ２．９．１１の助けにより行われる。測定信号Ｓは
撮像のための制御装置１５に供給される。トリガ論理ま
たはトリガ回路２４を介して制御装置１５において測定
信号Ｓにより、撮像のためにＮＭＲ測定シーケンスが開
始され得る時点が確認される。

第３図には、振動回路１内のコイル２ａ、２ｂまたは２
Ｃの１つを選択的に切換え得るもう１つの切換スイッチ
２４が示されている。コイル対はたとえば患者の身体に
対して平行に延びている１つの共通の軸線に沿って配置
されている。こうして運動の測定のために必要な身体範
囲を選び出すことができる。

高周波測定コイルはＮＭＲ信号受信のための分離して存
在する表面コイルによって構成することもできる。

第４図には、高周波コイル２３が同時に測定コイル２の
役割をもし得ることが示されている。インピーダンス測
定装置９は単に１つの導線２５を介し゛Ｃ高周波コイル
２３に接続されている。高周波持続信号の周波数（また
は振幅）をＮＭＲ高周波パルスの相応の値と異なる値に
選定することは目的にかなっている。また、導線２７を
測定装置９から切換スイッチ２１に直接に導き、それに
より、像データを求めるためのＮＭＲ信号が送り出され
る時に、臓器運動を求めるための持続信号が中断される
ようにすることも可能である。

第５図には、いかにして像レリーズ時点のトリガリング
が臓器運動に関係して行われ得るかが示されている。測
定信号Ｓはたとえば周波数の異なる２つの振動Ｓ１およ
びＳ２から合成されており、それらは帯域通過フィルタ
のような従来の手段により選択され得る。測定信号Ｓ２
はたとえば肺臓の運動を表し、また測定信号Ｓｌは心臓
の運動を表す。肺臓運動に相応する測定信号Ｓ２に対し
て、たとえば、肺臓が膨張する運動位相を示す１つの上
側値Ｓｏおよび１つの下側値Ｓ、が決定される。Ｓｏお
よびＳｕの値は１つの運動帯２８を挟んでいる。Ｓｏお
よびＳｕの値は２つの矢印２９．３１の方向の選択に応
して上方および（または）下方にずらされ得る。こうし
てレリーズ時点に対する範囲が決定される。運動帯２８
はたとえば、運動の変化ができるかぎりゆっくり行われ
る全運動内の１つの位相に設定され得る。測定信号Ｓｏ
とＳｕとの間の範囲２８は、測定シーケンスが経過する
それぞれ１つのレリーズ時間ｔａｌ、ｔａ２、ｔａ３・
・・などに対応付けられている。

同様のことが、心筋運動を示す測定信号Ｓｌに対しても
あてはまる。すなわち、いかに測定信号Ｓを利用すべき
かのバリエーションにもう１つのフィールドが提供され
る。さらに、ＮＭＲ装置１３内の撮像をトリガするため
に利用され得るようなもう１つの応用範囲がある。

第６図には、ＮＭＲ装置１３内にいずれにせよ存在する
要素を大幅に利用する１つの変形例が示されている。高
周波コイル２３が測定コイル２として、また高周波送信
器１７が測定送信器１１として使用される。唯一の変更
点は、高周波送信器１７と切換スイッチ２１との間およ
び高周波受信器１９と切換スイッチ２１との間に、測定
装置９が接続されるそれぞれ１つの節点３３が形成され
ることである。測定信号Ｓは１つの装置２６を介して再
び撮像制御装置１５に与えられる。この装置では第７図
に相応して臓器の運動曲線は連続的に１つの高周波持続
信号を介して検出されるのではなく、離散的にＮＭＲ装
置１７の反復時間に相応して検出される。高周波パルス
の各送信および受信の際に同時に患者７を含む振動回路
１のインピーダンスが測定される。こうして臓器運動を
構成する多数の測定信号Ｓが得られる。すなわち、ＩＩ
器運動が測定装置９により無接触で検出されるこの場合
、常に後から、すなわち既に行われた１つの像点の撮像
の後に、振動回路１のインピーダンスが決定されるので
、ＮＭＲ装置１３の撮像を臓器運動により制御すること
は可能でない。それどころか、撮像された像点が値Ｓｏ
とＳｕとの間の範囲２８内のあるか否かが後から判定さ
れる。この判定の結果が肯定であれば、撮像された像点
は全断層像の構成のために使用される。しかし、判定の
結果が否定であれば、撮像された像点は使用されない。

第６図による装置の利点は、ＮＭＲ装置１３の主要な構
成要素が同時に臓器運動の測定にも使用され得ることで
ある。追加を必要とするのは、振動回路１および測定袋
Ｗ９を構成する要素のみである。

高周波振動回路の信号変化は、前記のように、撮像を臓
器運動と同期化するため呼吸曲線を得るために利用され
る。

他方において、高周波振動回路への高周波測定送信器の
誤整合によるインピーダンス変化はＮＭＲ測定における
信号対雑音比の悪化に通ずる。この悪化は高周波振動コ
イルの相応の事後調節により回避され得る。

この事後調節は一方ではＮＭＲ像の一層良好な質に通ず
る。他方では調節電圧は測定フィールド内の臓器運動の
尺度であり、また前記のように再び像データ取得の制御
のために利用され得る。

本明細書において“高周波”の定義は下記のとおりであ
る。ＮＭＲ装置では送信周波数は磁場の強さに関係する
。現在使用されている磁場の強さは０．１〜２．５Ｔの
範囲内にある。このような磁場の強さは水素陽子の検出
のために３ないし１０６Ｍ）Ｉｚ（約４２．５　ＭＨｚ
／　Ｔ）の範囲内の周波数の高周波を生ずる。市販され
ているＮＭＲ装置は０．３〜１．５Ｔの磁場の強さで作
動する。このような磁場の強さは水素陽子の検出のため
に１２ないし６４ＭＨｚの範囲内の周波数の高周波を生
ずる。他の元素の検出のためにはそれよりも相応に低い
周波数または高い周波数の高周波を使用すべきである。

たとえば燐の検出のためには、それよりも低い周波数の
高周波を使用すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は患者を撮像するための振動回路およびそれに対
応付けられている空間の配置を原理的に示す構成図、第
２図は第１図による配置の等価回路図、第３図はＮＭＲ
装置に対応付けられている第１図による装置の概要図、
第４図は高周波コイルとＮＭＲ送信コイルとが同一であ
るＮＭＲ装置用の第１［！Ｉによる装置の概要図、第５
図は第３図および第４図の装置による像レリーズを説明
するための線図、第６図は高周波送信器と測定送信器と
が、また高周波コイルと測定コイルとが共通に使用され
るＮＭＲ装置用の第１図による装置の概要図、第７図は
第６図による装置によって行われる像レリーズを説明す
るための線図である。 １・・・振動回路、２・・・コイル、３・・・空間、５
・・・患者寝台、７・・・患者、９・・・測定装置、１
１・・・測定送信器、１３・・・ＮＭＲ装置、１５・・
・制御装置、１７・・・高周波送信器、１９・・・高周
波受信器、２１・・・切換スイッチ、２３・・・高周波
コイル、２４・・・トリガ回路、２８・・・運動帯。 ＩＧ　５ Ｉ ＩＧ　７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）静止している患者の運動、特に呼吸および心拍によ
   り生ずる臓器の運動の無接触測定装置において、１つの
   高周波測定送信器（１１；１７）と接続されている１つ
   の高周波測定コイル（２）が１つの高周波振動回路（１
   ）の構成部分であり、前記高周波測定コイル（２）に患
   者（７）を収容するための空間（３）が設けられており
   、また１つの測定装置（９）が前記高周波振動回路（１
   ）に接続されており、前記測定装置（９）の信号出力端
   から、患者（７）が前記空間（３）内に収容されている
   時に患者（７）の質量移動に基づく前記高周波振動回路
   （１）の減衰の変化を示す１つの測定信号（Ｓ）が取り
   出され得るようになつていることを特徴とする臓器運動
   の無接触測定装置。 ２）１つの高周波送受信コイル（２３）および１つの高
   周波送信器（１７）を有する核磁気共鳴装置（１３）に
   対応付けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の装置。 ３）高周波送受信コイル（２３）が同時に高周波測定コ
   イル（２）であることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の装置。 ４）分離された高周波送信コイルおよび高周波受信コイ
   ルを有する核磁気共鳴装置（１３）に対応付けられてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ５）高周波受信コイルが同時に高周波測定コイル（２）
   であることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の装
   置。 ６）高周波測定送信器（１１）が同時に核磁気共鳴装置
   （１３）の高周波送信器（１７）であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項または第３項記載の装置。 ７）選択的に高周波振動回路（１）内に接続可能である
   複数個の高周波測定コイル（２ａ、２ｂ、２ｃ）が空間
   的に並べて１つの共通軸線に沿って配置されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の装置。 ８）高周波送受信コイル（２３）の送受信の反復時間が
   検査すべき運動の反復時間に比較して短く選定されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項または第６項
   記載の装置。 ９）高周波測定送信器（１１）から高周波測定コイル（
   ２）に１つの高周波持続信号が与えられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか
   に記載の装置。 １０）核磁気共鳴装置（１３）内に使用される際、高周
   波持続信号が高周波送受信コイル（２３）の送受信時間
   の間は中断されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第９項記載の装置。 １１）高周波測定コイル（２）が高周波測定送信器（１
   １）から１つの送信信号を与えられており、その周波数
   が核磁気共鳴装置（１３）の高周波送信器（１３）の周
   波数と異なっていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項ないし第５項および第７項ないし第１０項のいずれ
   かに記載の装置。 １２）撮像用の制御装置を有する核磁気共鳴装置内に使
   用される際、測定装置（９）から出力された測定信号（
   Ｓ）が１つのトリガ回路（２４）を介して撮像用の制御
   装置（１５）に導かれ、またそこで撮像をトリガするた
   めに用いられていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項ないし第１１項のいずれかに記載の装置。 １３）測定装置（９）から出力された測定信号（Ｓ）が
   、既に得られた像データをレリーズまたはロックするた
   めに用いられる１つの論理回路（２６）に導かれている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項ないし第１１項
   のいずれかに記載の装置。 １４）測定信号（Ｓ）が非律動的な運動アーティファク
   トを検出するための１つの装置に導かれており、またこ
   の装置の出力信号が１つのアーティファクトの検出の際
   に像データをロックするために用いられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項ないし第１３項のいずれ
   かに記載の装置。 １５）論理回路（２６）が同一の運動位相を検出するた
   めの装置であり、この装置に所与の運動帯（２８）が設
   定されており、またこの装置の出力信号が同一の運動位
   相の像データをレリーズするために用いられていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の装置。 １６）高周波測定送信器（１１）が約２０ＭＨｚの送信
   周波数を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第１５項のいずれかに記載の装置。 １７）高周波振動回路（１）が高周波測定送信器（１１
   ）と電力整合するように約５０Ωのインピーダンスに設
   定されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第１５項のいずれかに記載の装置。 １８）高周波振動回路（１）のインピーダンスが１つの
   調節回路により一定に保たれていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第１７項のいずれかに記載の
   装置。 １９）患者の運動の１つの尺度である調節回路の出力信
   号が核磁気共鳴装置をトリガするために用いられている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１８項記載の装置。