JP4494742B2 - 磁気共鳴撮影システム - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の穿刺針支持具においては、MR撮影に用いるRFコイル本体に穿刺針支持具を係合させて一体化し、RFコイルの位置決めと穿刺針の位置決めの連携を良くしている。
しかしながら、穿刺針の長手方向に直交する方向において穿刺針の先端を含むスキャン面の位置は、穿刺針の先端位置が変化することもあり、特定が困難であった。
そのため、穿刺針に直交する方向において穿刺針の先端部を精度良く含むスキャン面を容易に得られるような改善が望まれていた。
また、本発明の他の目的は、このような穿刺針ホルダと磁気共鳴撮影装置とを用いて、穿刺針に直交するスキャン面の位置精度を向上させて、穿刺針の先端に位置するスキャン面を容易に得ることを可能にする磁気共鳴撮影システムを提供することにもある。
また、穿刺針がベース部材の通過穴に挿入され、通過穴を一方向に通過して被検体に穿刺される。穿刺針ホルダの計測手段が、通過穴に沿った穿刺針の移動距離を計測する。
撮影制御手段は、位置検出手段から穿刺針ホルダの位置情報を、計測手段から穿刺針の移動距離の情報をそれぞれ受け取り、これらの情報に基づいて被検体における穿刺針の先端部を含む部位の画像の画像データを生成する。
図1は、本発明の一実施の形態に係るMR(Magnetic Resonance)撮影システムの構成を概略的に示す概略構成図である。
MR撮影装置100Aはさらに、マグネット部140と、本体部110と、コンソール部280とを有する。
マグネット5,5は、z軸方向に沿う静磁場を形成する。したがって、作業空間SPにも静磁場が形成される。
勾配磁場コイルは、マグネット5,5と同様に互いに対向してペアを形成する複数のコイルを有する。勾配磁場コイルは、後述するRFコイルが検出する核磁気共鳴信号に3次元の位置情報を持たせるために3系統存在する。したがって、3つの勾配磁場コイルのペアが存在する。
送信用RFコイルによる励起磁場の印加を停止した際には、被検部位のスピンに起因して、共鳴周波数を有する核磁気共鳴(Nuclear Magnetic Resonance:NMR)信号が被検部位から再放射される。受信用RFコイルは、被検部位からのこのNMR信号を検出する。
送受信兼用のRFコイルCLには、被検体1の頭部や腹部や肩等の被検部位に応じた専用のものが存在する。以下では、腹部用のRFコイルCLを例に挙げて述べる。
また、RFコイルCLには開口部が設けられており、この開口部から被検体1にアクセスすることが可能である。
RFコイル駆動部12がRFコイルCLに励起磁場を励起させる信号を与える。これにより、RFコイルCLから所定の共鳴周波数のRF信号が送信されて被検部位に励起磁場、即ち回転磁場が印加され、被検部位の原子のスピンが励起される。
データ収集部14は、RFコイルCLが検出したNMR信号を取り込み、それを磁気共鳴画像生成のためのデータとして収集する。データ収集部14は、収集した磁気共鳴画像生成のためのデータを、後述するコンソール部280の撮影制御部17に送信する。
穿刺針ホルダ50の詳細な構成については後述するが、穿刺針ホルダ50は、赤外線LED(Light Emitting Diode)等の発光素子によりその位置を報知することが可能になっている。本発明における発光位置報知手段の一実施態様が、赤外線LEDに相当する。
本発明における受光手段の一実施態様が、ディテクタ3である。
ディテクタ3は、たとえば、赤外線を検出可能なフォトダイオード等の受光素子を平面的に並べることによって形成される。
本発明における穿刺針ホルダ50の位置検出手段の一実施態様が、赤外線LEDとディテクタ3とを含んで構成される。
詳細には後述するが、穿刺針ホルダ50の赤外線LEDが発する位置検出光としての赤外線をディテクタ3が検出する協働作業により、被検体1に対する穿刺針ホルダ50の位置を特定することができる。
このリニア・エンコーダによって、穿刺針の進行方向に沿った移動距離を計測することが可能になっている。
算出部15は、ディテクタ3によって特定された穿刺針ホルダ50の位置と、リニア・エンコーダから得られる穿刺針の移動距離に関する情報とに基づいて、穿刺針および穿刺針の先端に関する位置情報を算出する。
算出部15は、算出した位置情報を、コンソール部280の撮影制御部17に向けて送信する。
本発明における撮影制御手段の一実施態様が、撮影制御部17である。
記憶部18と操作部19と表示部20とがそれぞれ撮影制御部17に接続される。また、本体部110のRFコイル駆動部12と勾配コイル駆動部13とデータ収集部14と算出部15とも、各々撮影制御部17に接続される。
上記のプログラムは、たとえば、RAM(Random Access Memory)やハードディスクドライブによって実現される記憶部18に記憶されている。
撮影制御部17は、操作部19を介して入力されたオペレータからの指令信号を受けて、所望の核磁気共鳴信号が得られるようにRFコイル駆動部12、勾配コイル駆動部13、およびデータ収集部14を制御する。
表示部20は、たとえば、液晶表示パネルやCRT(Cathode-Ray Tube)等のモニタによって実現される。
また、表示部20には、MRI装置1を操作するための操作画面も表示される。
以下、穿刺針ホルダ50の構造について詳細に述べる。
図2は、穿刺針ホルダ50と、この穿刺針ホルダ50を介して被検体1に穿刺される穿刺針70と、生成される画像の関係とを表わす斜視図である。
また、図3は、被検体1の体表1T上に配置した穿刺針ホルダ50に穿刺針70を挿入して被検体1に穿刺を行なう状態を表わした図である。
図2における穿刺針ホルダ50は、内部構造を示すために部分切断斜視図として描いている。また、図3において、被検体1および被検部位1Pと穿刺針ホルダ50のベース部材50Bおよびアタッチメント55と穿刺針70とは、側面から模式的に表わしている。
ただし、図2および図3は例示のための図であり、図中の各部の寸法およびその縮尺は実際の通りとは限らない。
各枝部にそれぞれ1個ずつ、計3個の赤外線LED51が、ベース部材50Bに設けられている。各赤外線LED51は、ベース部材50Bのうち、被検体1の体表1T側に向けられる側とは反対側に、赤外線を外部に発光可能に取り付けられる。
各赤外線LED51は、配線53を介して撮影制御部17に接続される。配線53を介して、各赤外線LED51へ電力が供給され、また発光のオン・オフが制御される。
ベース部材50Bに対するアタッチメント55の位置を規定するために、通過穴57は小径部57Aと大径部57Bとを有する。
小径部57Aと大径部57Bとは互いに連通しており、小径部57Aはベース部材50Bの体表1Tに向けられる側に、大径部57Bはそれとは反対側にそれぞれ形成される。
本実施の形態においては、アタッチメント55の向きを規定するための平面部を大径部57Bに設けている。
発光素子61は、通過穴57側へ向けて検出光を発するように、たとえば、ベース部材50Bの内部に取り付けられる。ベース部材50Bは、発光素子61からの検出光が通過穴57へ到達可能なように、検出光の進行方向側が通過穴57に向けてひらけているようにしておく。
発光素子61が発する検出光は、後述する穿刺針70のリフレクタ(reflector)によって反射可能であれば、可視光でも可視光以外の光であってもよい。
受光素子62は、受光した反射光の強度に応じた大きさの信号を出力する。
また、受光素子62が出力する信号は、配線63を介して算出部15へ送信される。
アタッチメント55は、穿刺パイプ部55Aと、装着部55Bと、鍔部55Dとを有する。穿刺パイプ部55Aと装着部55Bと鍔部55Dとは、それぞれ内側が中空になっておりこれらの中空部が互いに連通するように一体となっている。
アタッチメント55の内側の中空部に、穿刺針70を挿入することが可能である。
穿刺パイプ部55Aは、通過穴57の小径部57Aの内周に嵌合する外形形状を有する。
装着部55Bは、通過穴57の大径部57Bの平面部に対応する切欠部55Cを有し、大径部57Bの内周に嵌合する外形形状をしている。
装着部55Bを大径部57Bに装着したときに発光素子61からの検出光が大径部57Bまで到達し、また、大径部57Bからの反射光が受光素子62に到達可能なように、切欠部55Cの部分においては、その外部と内部の中空部とが連通可能になっている。
針部71と把持部75とは、一体となっている。
リフレクタ80は、光の反射率の高い部分と低い部分とを交互に、針部71の長手方向に交差するストライプ状に配置して構成されている。
このようなリフレクタ80は、たとえば、メッキや、表面加工や、異種材料を配列して形成すること等の方法によって形成する。
この構成のリニア・エンコーダによる穿刺針70の移動距離の計測動作については後ほど詳述するが、リフレクタ80により反射され反射光となった発光素子61からの検出光を受光素子62が受光することにより発生するパルス信号をカウントすることによって、穿刺針70の移動距離が計測される。このため、リフレクタ80のストライプの幅およびピッチに依存して、移動距離の計測の分解能が決まる。
移動距離の分解能が、たとえば、1mm程度となるようにリフレクタ80を形成することが、実用上好ましい。
このように、本実施の形態に係るリニア・エンコーダは、発光素子61と受光素子62とを用いて非接触で穿刺針70の移動距離を計測する電気式のリニア・エンコーダとなっている。
非カウント部71Aの長さをmとして表わす。
3つの断層像を得るための3つのスキャン面のうちの2つは、針部71が通過する点Ctを含み穿刺針70の進行方向に沿って、互いに90°直交して存在する。したがって、この2つのスキャン面を、図2に示すようにイン・プレーン(in-plane)0およびイン・プレーン90と呼ぶ。
たとえば、穿刺針70の進行方向をy軸方向に沿った方向とした場合に、yz平面に平行な面をイン・プレーン0、xy平面に平行な面をイン・プレーン90とする。
針部71の位置を正確に知るために、この直交面180は、針部71の移動とともに移動して針部71の先端73の位置P73またはその可能な限り近傍を含んでいることが、穿刺しながらのインターベンショナルな撮影においては好ましい。
以下、穿刺針70を用いたインターベンショナルな撮影において、針部71を含むイン・プレーン0、イン・プレーン90、および直交面180に関する断層像を得るための手順について、図3を参照しながら述べる。
穿刺針ホルダ50の3個の赤外線LED51からは、それぞれ位置検出光としての赤外線が発せられる。
マグネット5,5をそれぞれ収容するマグネットケース間の上部等の、穿刺針ホルダ50のベース部材50Bとは離れた領域に配置されているディテクタ3は、赤外線LED51からの赤外線を検出する。これにより、被検体1に対する3個の赤外線LED51の位置が分かる。ディテクタ3は、入手した赤外線LED51の位置情報を、算出部15に送信する。
算出部15は、算出した重心の位置の情報を撮影制御部17に送信する。撮影制御部17は、算出部15によって得られた重心の位置を、図2に示すイン・プレーン0およびイン・プレーン90の基準となる点Ctとする。
受光素子62から出力されるパルス信号のパルスの数と穿刺針70の移動距離との間には対応関係がある。算出部15は、受け取ったパルス信号のパルスの数をカウントして、発光素子61および受光素子62が設置されている計測開始位置PSからの穿刺針70の移動距離を算出する。
この長さvは、穿刺針70の移動に応じて大きさが変化する可変な長さである。
撮影制御部17は、たとえば、記憶部18に記憶されている長さfと算出部15から入手した長さvとを用いて長さdを計算して入手する。
以上により、撮影制御部17は、被検体1に対する針部71の先端73の位置を入手することができる。
イン・プレーン0とイン・プレーン90とに関する断層像には、針部71の像が含まれる。針部71の像に基づいてイン・プレーン0とイン・プレーン90とを設定するようにしてもよい。
図3には、一例として、以上のようにして設定されるイン・プレーン0が示されている。便宜上、イン・プレーン0にy,z軸を描き込んでいる。
たとえば、xz平面に平行な断面が円形の被検部位1Pを対象として撮像した場合には、断層像Im1に示すように、断面円形の被検部位1Pの像と、その中の針部71の先端73の像を得ることができる。
断層像Im2には、断層像Im1とは断面積が異なる被検部位1Pの像と、針部71の断面の像とが含まれる。
この場合には、断層像Im2と断層像Im1とに示すように被検部位1Pの断面積は異なるが、常に先端73の像が含まれる断層像が得られることになる。
リニア・エンコーダを用いることにより、先端73の位置をリアルタイムで入手することができ、穿刺針70の動きに応じて直交面180における断層像を自動的に、またほぼリアルタイムで入手することができる。このため、穿刺がより容易になる。先端73の位置を自動的にリアルタイムに入手することができることから、たとえば、ロボットを用いて穿刺針70を目的の位置まで自動的に穿刺することも可能になる。
本実施の形態においては、光を利用して非接触で穿刺針70の移動距離を計測する電気式のリニア・エンコーダを用いている。このため、穿刺において穿刺針ホルダ50から穿刺針70に及ぶ外力等の外乱の影響を抑制することができる。これは、上記の穿刺の自動化においては特に有利である。
また、インターベンショナルな撮影においては、目標位置を決定するため、また穿刺による被検部位の影響を調べるために、穿刺針70の先端73の近傍における断層像から被検部位の温度分布を求めることがある。このような場合に、本実施の形態においては先端73の位置を可能な限り正確に検出することができるため、直交面180においてより正確な温度分布を求めることができる。したがって、より正確な穿刺が可能になる。その結果、目標位置を誤ることを防止して、被検部位の組織を不要に傷付けることを防止することができる。
これまでは、非接触の電気式リニア・エンコーダを用いて穿刺針70の移動距離を計測する場合について述べてきた。以下では、本発明の実施の形態の変形形態として、機械式のエンコーダを用いる場合について述べる。
本変形形態は、機械式リニア・エンコーダを用いる点以外は、MR撮影システムの構造とイン・プレーン0、イン・プレーン90、および直交面180の設定の方法とは、上記実施の形態とほぼ同じであるため、詳細な記載は省略する。
本発明における変換手段の一実施態様がギヤ付ローラ900に相当する。
また、ギヤ付ローラ900は、ローラ910と、ギヤ920とを有する。
回転計950は、ギヤ920に噛合するギヤ960を介してギヤ付ローラ900に連結される。回転計950には、市販の回転計を用いることができる。
以上のような機械式リニア・エンコーダ500が、ベース部材50Bの内部に設置される。
ローラ910に接触した穿刺針700が矢印Dr方向に沿って移動した場合に、ギヤ付ローラ900は、矢印Dr方向に沿った穿刺針700の直線運動を、回転軸920A回りの矢印Rrに示す回転運動に変換する。
ギヤ付ローラ900が回転することにより、ギヤ960が回転する。回転計950は、このギヤ960の回転数を計測する。この回転数は、穿刺針700の移動距離に応じた値となっている。
以上により、機械式リニア・エンコーダ500を用いて、穿刺針700の移動距離を求めることができる。
このとき、図4に示す穿刺針700のように、上述の穿刺針70のリフレクタ80に相当する中途部がより太くなっている穿刺針を用いることが好ましい。この穿刺針700を用いることにより、非カウント部71Aにおいてはローラ910に接触しない。言い換えれば、ギヤ付ローラ900のローラ910の大きさは、穿刺針700の太くなっている大径部800に接触する大きさとなっている。これにより、穿刺針70と同様に非カウント部71Aにおいては移動距離が計測されず、大径部800の部分まで穿刺針700が穿刺されたときに大径部800がローラ910に接触して計測が可能になる。その結果、穿刺針70の場合と同様に、回転計950の計測値を用いて、穿刺パイプ部55Aから出た穿刺針700の長さvを直接的に得ることができる。
Claims (8)
- 静磁場中に配置された被検体の被検部位への回転磁場および勾配磁場の印加によって前記被検部位から発生するNMR信号に基づいて前記被検部位の画像データを生成して画像を表示する磁気共鳴撮影システムであって、
前記被検体に対する所望の位置に配置され、前記被検体に穿刺される穿刺針が一方向に通過する通過穴を備え当該通過穴に挿入された前記穿刺針の支持のためのベースとなるベース部材と、前記通過穴に挿入された前記穿刺針の移動距離を計測する計測手段とを有する穿刺針ホルダと、
前記被検体に対する前記穿刺針ホルダの位置を検出し、検出した位置情報を出力する位置検出手段と、
前記NMR信号に基づいて前記画像データを生成する撮影制御手段とを有し、
前記撮影制御手段は、前記被検体に向けて前記穿刺針が前記ベース部材の通過穴を通過する直線を含む断面の画像データ及び前記直線と垂直に交わる断面の画像データを生成するとともに、前記位置検出手段からの前記位置情報と、前記計測手段からの前記移動距離の情報とに基づいて、前記被検体における前記穿刺針の先端部を含む部位の画像の前記画像データを生成する
磁気共鳴撮影システム。 - 前記穿刺針ホルダは非磁性体からなる
請求項1に記載の磁気共鳴撮影システム。 - 前記計測手段は電気式リニア・エンコーダである
請求項1または請求項2に記載の磁気共鳴撮影システム。 - 前記電気式リニア・エンコーダは、
前記穿刺針に設けられ、当該穿刺針の進行方向に交差して連なるストライプ状のリフレクタと、
前記リフレクタに検出光を発する発光素子と、
前記リフレクタからの前記検出光の反射光を受光する受光素子とを有する
請求項3に記載の磁気共鳴撮影システム。 - 前記計測手段は機械式リニア・エンコーダである
請求項1または請求項2に記載の磁気共鳴撮影システム。 - 前記機械式リニア・エンコーダは、
前記通過穴中の前記穿刺針に接触し、当該穿刺針の直進運動を所定の軸まわりの回転運動に変換する変換手段と、
前記変換手段に連結され、当該変換手段の前記軸まわりの回転運動に基づいて前記穿刺針の移動距離に応じた出力値を出力する回転計と
を有する請求項5に記載の磁気共鳴撮影システム。 - 前記変換手段は、長手方向の中途部がより太い前記穿刺針の当該中途部に接触する大きさを有する
請求項6に記載の磁気共鳴撮影システム。 - 前記位置検出手段は、
前記ベース部材に設けられ、当該ベース部材の位置を検出するための位置検出光を発する発光位置報知手段と、
前記ベース部材とは離れた領域に設置され、前記発光位置報知手段からの前記位置検出光を受光する受光手段とを有する
請求項1〜7のいずれかに記載の磁気共鳴撮影システム。
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