JP4021955B2 - 治療用ｍｒｉシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置と、超音波手術装置とを含む治療用ＭＲＩシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
外科手術、特に脳外科の手術においては、手術の方法やアプローチの計画のために手術前の精密な診断が非常に重要である。このため最近では、Ｘ線ＣＴやＭＲＩ装置等が診断装置として多く使われる様になり、この方面における技術の進歩は目ざましい。最近では、手術中でも診断ができるオープンＭＲＩなどが登場している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、手術によく用いられるものとして超音波メス装置がある。この装置で用いられるのは通常２０Ｋ〜３０ＫＨｚの周波数であり、現時点ではＭＲＩで得られた画像に与える影響を無視できるが、超音波メスの技術の進歩により、用いる周波数が４０Ｋ〜１００ＫＨｚのものが出現する可能性があり、この場合はＭＲＩで得られた画像に与えるノイズの影響を無視できなくなる。
【０００４】
本発明の治療用ＭＲＩシステムはこのような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、超音波手術装置によるノイズの影響を受けずにＭＲＩ装置による診断を行なうことができる治療用ＭＲＩシステムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一態様に係る治療用ＭＲＩシステムは、フットスイッチの操作に応じて被検体を治療するための超音波周波数の信号を発生して出力する超音波手術装置と、磁気共鳴装置と、前記磁気共鳴装置に対して磁気共鳴画像を構成するためのＲＦ波を送信するＲＦ波送信部と、前記磁気共鳴装置からのＲＦ波を受信して前記磁気共鳴画像を構成するＲＦ波受信部とを有する磁気共鳴装置制御装置と、を具備し、前記超音波手術装置は、前記フットスイッチの操作により前記超音波周波数の信号を出力すべき指示が出されているときには、前記ＲＦ波の送受信タイミングを示す同期信号の送受信区間において前記超音波周波数信号を低い振幅で出力するとともに、前記ＲＦ波の送受信タイミングを示す同期信号の休止区間において前記超音波周波数信号を高い振幅で出力する。
【０００６】
本発明によれば、ノイズの影響を受けることなしにＭＲＩ装置による診断と、超音波手術装置による治療を同時に行なうことができるので、処置の成果が向上して高度な手術が可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態の説明に先立って、まず本発明を理解するのに役立ついくつかの参考例について説明する。図１乃至図３は、参考例１を説明するための図である。図１は参考例１に係る治療用ＭＲＩシステムの構成を示す図であり、ＭＲ装置１と、このＭＲ装置１に接続された制御装置２と、この制御装置２にＩＦ（インタフェース）ケーブル５ａを介して接続された操作卓３と、前記制御装置２にＩＦケーブル５ｂを介して接続された電気メス装置４とを具備する。
【０００８】
図２は図１に示す治療用ＭＲＩシステムのブロック図である。図２に示すように、制御装置２は第１の信号出力手段としてのＲＦ波送信器６と、ＲＦ波受信器７と、磁場制御ユニット８を具備している。電気メス装置４は、治療用電気メス信号を発生する第２の信号出力手段及び、検出手段、出力制御手段としての発振制御部１２と、電気メス信号を増幅するアンプ１３とを具備し、アンプ１３には電気メスが接続されている。電気メスは、例えばバイポーラ電極９の様なバイポーラ式の電気メスでも良いし、あるいはメス１０と対極板１１を用いるモノポーラ式の電気メスであってもよい。さらに、発振制御部１２には電気メスの出力をＯＮ／ＯＦＦするフットスイッチ（Ｆ．ＳＷ）１４が接続されている。
【０００９】
以下に上記した構成の作用を説明する。操作卓３の操作によって、制御装置２の内部にあるＲＦ波送信器６からＭＲ画像を構成するためのＲＦ波がＭＲ装置１の方に送られて図示せぬ患者に照射される。ＭＲ装置１からの信号をＲＦ波受信器７によって受信してＭＲ画像を構成する。なお磁場制御ユニット８からは傾斜磁場を発生させるための信号がＭＲ装置１に送られる。
【００１０】
一方、電気メス装置４の発振制御部１２は、フットスイッチ１４の操作に応じて３００Ｋ〜５００ＫＨｚの電気メス用高周波信号を発生する。この高周波信号はアンプ１３に送られて各処置具に送られ電気メスとして作用する。このとき、ＭＲ装置１のＲＦ波送信タイミングを示す同期信号をＩＦケーブル５ｂを介して制御装置２のＲＦ波送信器６から電気メス装置４の発振制御部１２に送信するようにする。
【００１１】
図３はこのときの様子を示すタイミングチャートである。図３に示すように、同期信号はＭＲＩ ＳＹＮＣ信号として示されているが、逆受信を行っている出力アクティブ区間と休止している区間とが繰り返されている。図３からわかるように、電気メス装置４に接続されたフットスイッチ１４がＯＦＦの間は電気メス装置４の出力（ＣＵＴ波形）は出力されない。また、フットスイッチ１４がＯＮになっている場合にもしＣＵＴ波形が選択されている時は、ＭＲＩ ＳＹＮＣ信号の休止区間（Ａ−Ａ′及びＢ−Ｂ′の区間）においてだけ出力（ＣＵＴ波形）が出される。送受信の区間はフットスイッチ１４がＯＮであっても、電気メス装置４の出力は出力されない。
【００１２】
同様に、ＣＯＡＧ波形が選択されている場合は、ＭＲＩ ＳＹＮＣ信号の休止区間（Ａ−Ａ′及びＢ−Ｂ′の区間）の間だけＣＯＡＧ波形が出力され、ＭＲＩ画像を構成するためのＲＦ波の送受信が行われている間は、フットスイッチ１４がＯＮになっていても波形は出力されない。
【００１３】
この様に発振制御部１２は、ＲＦ波送信器６からのＭＲＩ ＳＹＮＣ信号のパルスタイミングに応じて、３００Ｋ〜５００ＫＨｚの高周波電流出力の発生タイミングを制御するので、高周波電流出力がＭＲＩの画像を構成するためのＲＦ信号にノイズとなって挿入されるのを防止する事ができる。
【００１４】
電気メスや超音波メスを使用する手術環境においては、基本的に電気信号を用いるが、上記した参考例１によれば、超音波メスや電気メスを用いる外科手術において、ＭＲ装置を用いてもノイズによる悪影響を受けることはない。
【００１５】
以下に図４、図５を参照して参考例２について説明する。図４は参考例２に係る治療用ＭＲＩシステムの構成を示す図である。図４において前記した参考例１と同じ構成要素には同じ番号を付し、その説明は省略する。
【００１６】
参考例２に係る操作卓３は、制御装置２内部に設けられたＲＦ波送信器６、ＲＦ波受信器７、磁場制御ユニット８を制御するためのシーケンス制御手段１６と、このシーケンス制御手段１６を制御するためのコントローラ１７とを具備している。また、このコントローラ１７から電気メス装置４へのフィードバックライン１５が設けられている。
【００１７】
ＲＦ波送信器６から出力される画像構成用のＲＦ波の送信タイミングあるいはＲＦ波受信器７による前記ＲＦ波の受信タイミングは操作卓３の操作に応じて変化し、これらのタイミングはシーケンス制御手段１６によって制御される。このように送受信時のパルスシーケンスは一定の間隔でないので、参考例１のようにＲＦ波送信用の信号をそのまま電気メス装置４へ入力すべき同期信号として用いると、単位時間当たりの高周波電気メスの出力が変化してしまい安定した治療が行えない場合がある。
【００１８】
そこで参考例２ではこれを防ぐためにパルスシーケンスの出力状況をコントローラ１７の内部で所定の演算、例えばパルスのデューティ比を演算する。そして、当該パルスのタイミングとデューティ比に応じた信号をフィードバックライン１５を介して電気メス装置４へフィードバックし、このフィードバック信号に従って一定期間は出力が一定になるように電気メス装置４の出力を制御するようにする。これによって単位時間当たりのパルスシーケンスが刻々と変化しても電気メスの出力を一定に保つことができ、安定した治療が行えるようになる。
【００１９】
なお、上記した図４の説明ではパルスシーケンスの状態を操作卓３側で演算して電気メス装置４へ送信したが、図５に示すように電気メス装置４の内部に同期信号からパルスシーケンスの状態を演算する演算部１８を設け、このときの演算結果に応じて発振部制御部１２の発振タイミングを決めたり、アンプ１３の方にフィードバック信号として与えて出力の大きさを変化させるようにしてもよい。
【００２０】
以下に図６、図７を参照して参考例３について説明する。図６は参考例３に係る治療用ＭＲＩシステムの構成を示す図であり、ＭＲＩ装置２１と、電気メス装置２２と、電気メス装置２２が動作した時のノイズを受信する受信アンテナ２３と、受信アンテナ２３からの信号を受信する受信アンプ２４と、受信アンプ２４からの信号を解析する信号解析部２５ａと、解析された信号を増幅する増幅アンプ２５ｂと、信号解析部２５ａで解析され、増幅アンプ２５ｂで増幅された信号を送信する送信アンテナ２６と、ＭＲＩ装置２１を制御する制御ユニット２７と、ＭＲＩ画像を表示するモニター２８とを具備する。
【００２１】
以下に上記した構成の作用を説明する。ＭＲＩ装置２１で画像を取り込んでいる間、電気メス装置２２によって治療が行われると電気メス装置２２の処置部の信号がノイズとしてＭＲＩ装置２１に悪影響を及ぼす。そこで参考例３では、この電気メス装置２２の処置部で発生した電気的なノイズ信号を受信アンテナ２３で受信して受信アンプ２４によって増幅するようにする。
【００２２】
次に、信号解析部２５ａでこのノイズ信号を解析して増幅アンプ２５ｂによって増幅する。例えば受信したノイズ信号の位相から１８０°位相をずらした信号を信号解析部２５ａで発生させ、次に増幅アンプ２５ｂで増幅した後、送信アンテナ２６から処置部近傍に向けて送出する。これによって、電気メスの処置部で発生した電気ノイズを送信アンテナ２６から送出される位相を反転した信号によってキャンセルする事ができ、結果的にＭＲＩ画像にノイズが表れないことになる。
【００２３】
この様にしてＭＲＩ装置２１にノイズによる悪影響を与えることなしに、ＭＲ診断と電気メスによる処置を同時に行なうことができる。図７は上記した参考例３の変形例を示す図である。図７において、図６と同一の番号を有するものは同一の要素なのでその説明を省略する。
【００２４】
この変形例では、電気メス装置２２の処置部におけるノイズ信号を受信アンテナ２３で受信して受信アンプ２４を介して波形処理ユニット２９に送る。波形処理ユニット２９は波形処理した信号をＭＲＩ装置２１に接続された制御ユニット２７を介してモニター２８に送信する。そして、このモニター２８の画像上でノイズ信号をキャンセルようにする。
【００２５】
これによってモニター２８上には電気メス装置２２のノイズがキャンセルされて本来必要な画像だけが映し出される事になり、ノイズ信号の影響を受けることなしにＭＲＩによる診断と電気メスによる処置を同時に行なうことができる。
【００２６】
なお、上記した参考例３において、電気メス装置２２のＯＮ／ＯＦＦの信号あるいは波形の種類、例えばＣＵＴ波形あるいはＣＯＡＧ波形に関する情報を受信アンプ２４や信号解析処理部２５ａ、波形処理ユニット２９に供給して最適な波形処理を行なうようにしてもよく、これをノイズ信号をキャンセルするのに最適な信号として用いてもよい。
【００２７】
以下に図８、図９を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図８は本発明の一実施形態に係る治療用ＭＲＩシステムの構成を示す図であり、その基本的な部分の構成は図２と同一であるが、図８に示す構成ではアンプ３１と超音波周波数の信号を発生する発振制御回路３２とを含む超音波手術装置３０を具備している点が異なる。この超音波手術装置３０には内部に超音波振動子を含むハンドピース３３が接続されている。３４はアンプ３１から発振制御回路３２へのフィードバックラインである。
【００２８】
以下に上記した構成の作用を説明する。ハンドピース３３は圧電式の超音波振動子を含んでおり、２０Ｋ〜３０ＫＨｚの周波数の電圧を与える事によってその周波数の機械的振動を発生する。これをハンドピース３３の先端まで伝えてその振動を処置部に当てると処置部が乳化・破砕されて処置が可能になる。この振動子は共振点で駆動するために信号をフィードバックしながら周波数を制御させることが必要であり、そのためにハンドピース３３へ入力されるアンプ３１の出力信号を発振制御回路３２に戻すためのフィードバックライン３４を設けている。
【００２９】
ハンドピース３３内部の超音波振動子は機械振動しているので慣性をもち、発振をＯＮからＯＦＦあるいはＯＦＦからＯＮさせるには多少の時間を要する。そのため、超音波振動をＯＮ／ＯＦＦさせる動作は電気メスを用いた場合と比較してあまり高速にはできない。そこで超音波をＯＮ、ＯＦＦするにあたって、低い出力で振動する状態をＯＦＦ状態とし、ある設定した高振幅の状態をＯＮ状態として位置づけて高振幅と低振幅との間で繰り返して振動するように制御を行なうことが必要である。
【００３０】
ＭＲＩ装置と超音波メスを用いた超音波手術装置を組み合わせる場合、２０Ｋ〜３０ＫＨｚで振動する超音波振動子から発せられるノイズはＭＲＩ装置に対してノイズとしての影響が余りなく、ＭＲＩ画像にはあまりノイズが現れないが、超音波振動子が高振幅で振動しているときは無視できないノイズが現れてしまう。
【００３１】
そこで上記した参考例１で説明した様に、ＭＲＩ画像を構成するためのＲＦ波の送受信タイミングを表す振幅信号をＭＲ装置１から取り出して超音波手術装置３０に入力する。そして、図９のタイミングチャートに示す様に、ＭＲＩ ＳＹＮＣ信号の休止区間（Ａ−Ａ′及びＢ−Ｂ′区間）では超音波出力（図９のＵＳ出力）を設定値の大きな振幅とし、このＭＲＩ ＳＹＮＣ信号の送受信区間では、振動を維持するためのフィードバック信号が返ってくる程度の低い振幅で超音波出力を動作させておく。こうすることによって、ＭＲＩの画像に対するノイズの影響が非常に少なくなり、画像診断と超音波手術装置による処置とを同時に行なうことができる。
【００３２】
以下に図１０を参照して参考例４について説明する。図１０は、参考例４に係る超音波手術装置の構成を示す図であり、ハンドピース４０はシールドケーブル４６を介して超音波信号を発生する制御装置４７に接続されている。ハンドピース４０は圧電式の振動子４１と、この振動子４１にエネルギーを与えるための能動側の電極４２及びアース側の電極４３と、振動子４１による振動を増幅するホーン４４と、振動を処置部に伝えるためのプローブ４５と、上記の各部を収納するハンドピースケース５０とを具備している。ハンドピースケース５０は導電性非磁性体、例えばアルミニウム合金、あるいはチタニウム合金で形成されている。
【００３３】
また、制御装置４７は、信号を発生する発振装置４８と、発生された信号を増幅昇圧し、かつ分離する出力トランス４９とを具備している。ＭＲＩ装置は強力な磁場を発生し、強力な磁場の中で画像を構成するので磁性体で処置具を作ると、その磁気に引かれたりあるいは画像を歪ませたりする原因になる。そのため非磁性体で作らなければならない。
【００３４】
上記した構成において、超音波手術装置は発振装置４８で発生した２０Ｋ〜３０ＫＨｚの超音波周波数の信号を出力トランス４９によって絶縁昇圧して、シールドケーブル４６を介してハンドピース４０内部の振動子４１に送信する。振動子４１は電極４２および４３を介してその電気信号を受けて微少な振動を発生する。この微少な機械的振動はホーン４４によって増幅される。
【００３５】
増幅された信号はプローブ４５によって遠端部の方に伝えられ、処置具に超音波振動、機械的振動を与える。これによって、処置部の乳化・破砕処置を行なうことができる。
【００３６】
この時、電極４２の方は能動側の電位であり、電極４３の方は非能動側のアース電位となっている。シールドケーブル４６のシールドはこの非能動側の電位ラインと接続されているが、ハンドピースケース５０は金属で構成されているので、このハンドピースケース５０と非能動側の電位とを接触させる事によって、振動子４１全体も非能動電位側によってシールドされる事になる。この様にする事で、能動電位側、電極４２側の電位は完全に非能動電位側に囲まれて外部には漏れ出されない構造とする事ができる。
【００３７】
上記した参考例４によれば、ＭＲＩ装置の近傍で超音波手術装置を用いても、ＭＲＩ画像に超音波の信号がノイズとして表れる可能性は非常に小さくなる。よってＭＲＩによる診断と超音波手術装置による処置とを同時に行なうことが可能となる。
【００３８】
なおＭＲＩの受信信号の基準となるグランド電位とこのハンドピースケースとを導電的に接触させる事によって、より一層シールド効果が向上し、ＭＲＩの画像にノイズが出にくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例１に係る治療用ＭＲＩシステムの構成を示す図である。
【図２】 図１に示す治療用ＭＲＩシステムのブロック図である。
【図３】 参考例１の作用を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】 参考例２に係る治療用ＭＲＩシステムの構成を示す図である。
【図５】 参考例２の変形例を示す図である。
【図６】 参考例３に係る治療用ＭＲＩシステムの構成を示す図である。
【図７】 参考例３の変形例を示す図である。
【図８】 本発明の一実施形態に係る治療用ＭＲＩシステムの構成を示す図である。
【図９】 本発明の一実施形態の作用を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】 参考例４に係る超音波手術装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ ＭＲ装置、
２ 制御装置、
３ 操作卓、
４ 電気メス装置、
５ａ、５ｂ ＩＦケーブル、
６ ＲＦ波送信器、
７ ＲＦ波受信器、
８ 磁場制御ユニット、
１２ 発振制御部、
１３ アンプ。

Claims (1)

1. フットスイッチの操作に応じて被検体を治療するための超音波周波数の信号を発生して出力する超音波手術装置と、
   磁気共鳴装置と、
   前記磁気共鳴装置に対して磁気共鳴画像を構成するためのＲＦ波を送信するＲＦ波送信部と、前記磁気共鳴装置からのＲＦ波を受信して前記磁気共鳴画像を構成するＲＦ波受信部とを有する磁気共鳴装置制御装置と、を具備し、
   前記超音波手術装置は、前記フットスイッチの操作により前記超音波周波数の信号を出力すべき指示が出されているときには、前記ＲＦ波の送受信タイミングを示す同期信号の送受信区間において前記超音波周波数信号を低い振幅で出力するとともに、前記ＲＦ波の送受信タイミングを示す同期信号の休止区間において前記超音波周波数信号を高い振幅で出力することを特徴とする治療用ＭＲＩシステム。

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