JP4648686B2

JP4648686B2 - 手術用受信コイルおよびこれを用いた磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP4648686B2
Application number: JP2004328339A
Authority: JP
Inventors: 拡樹谷口
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2024-11-12
Also published as: JP2006136493A

Description

本発明は、手術用受信コイル及びこれを用いた磁気共鳴イメージング装置(以下、MRI装置と呼ぶ。)に係り、特に手術用受信コイルに誘起される渦電流に起因するアーチファクトの好適な抑制技術に関する。

MRI装置は、均一な静磁場内に置かれた被検体に電磁波を照射したときに、被検体を構成する原子の原子核に生じる核磁気共鳴現象を利用し、被検体からの核磁気共鳴信号(以下、NMR信号という。)を検出し、このNMR信号を使って画像を再構成することにより、被検体の物理的性質をあらわす磁気共鳴画像(以下、MR画像という。)を得るものである。このイメージングの位置情報を与えるために、静磁場に重畳して傾斜磁場が印加される。

MRI装置はX線等による被曝がなく、また傾斜磁場の印加の仕方により任意の断面像を得ることができ、さらには内臓や脳等の軟部組織の分解能に優れているため、現在様々な用途に用いられている。その一つに、静磁場を発生するための磁石(超電導磁石、永久磁石等)を上下に対向して配置したオープン型のMRI装置において、被検体を配置した空間の側方から手術や治療等を行うI−MR手技がある(例えば、特許文献1参照。)。
特開2003−566号公報

特許文献2では更に、I−MR手技の一つである脳の治療法である定位脳手術に関する技術が開示されている。ここで、定位脳手術とは、開頭器具を用いて頭部を開頭せず、ある特定の領域に対し治療をする手法であり、頭部固定具を装着した状態で、腫瘍の切除、吸引あるいは穿刺等を行うものである。特許文献2では特に、定位脳手術に用いられる手術用受信コイルについて、被検体頭部の周囲に配置され頭部固定用のボルトを介して頭部を固定すると共に導電体で形成されたU字形状の固定部と、上に手術用治具が取り付けられると共に導電体で形成されたフレーム部と、前記固定部と前記フレーム部の端部同士を電気的に接続するコネクタ部とを有したものが提案されている。
特開2003−126056号公報

本発明者は、上記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見い出した。
すなわち、特許文献2に開示されている手術用受信コイルでは定位脳手術を行う際に、組織内分子の微小運動、すなわち拡散を検出するために拡散強調画像を撮像しようとすると、拡散強調画像の撮像は渦電流といった磁場不均一性に影響を及ぼす因子に敏感な撮像方法であるので、手術用受信コイルに傾斜磁場が印加されることにより渦電流が誘起されると、これに起因するアーチファクトが生じるという問題が配慮されていなかった。

本発明の目的は、渦電流に起因するアーチファクトを好適に抑制することが可能な手術用受信コイル及びこれを用いた磁気共鳴イメージング装置を提供することにある。

本発明の第1の特徴によれば、磁気共鳴イメージング装置に用いられる受信コイルであって、被検体の撮像部位の周方向に配置され被検体の撮像部位を固定する固定部と、手術用治具が取り付けられるフレーム部と、前記固定部と前記フレーム部とを電気的に接続するコネクタ部とを有してループ状のコイルを構成する手術用受信コイルにおいて、前記手術用受信コイルの少なくとも一部が、導電体と不導電体の板状部材を重ね合わせた構造になっていて、前記導電体と不導電体の板状部材の面に平行な方向は前記磁気共鳴イメージング装置の発生する静磁場の方向に概ね平行であることを特徴とする手術用受信コイルが提供される。

また本発明によれば、本発明の第1の特徴の手術用受信コイルを用いた磁気共鳴イメージング装置が提供される。

本発明によれば、渦電流に起因するアーチファクトを好適に抑制することが可能な手術用受信コイル及びこれを用いた磁気共鳴イメージング装置が提供される。

以下、一般的なMRI装置のシステム構成を図1により詳細に説明する。
MRI装置は大別して、中央処理装置(以下、CPUと略称する)1と、シーケンサ2と、送信系3と、静磁場発生用磁石4と、受信系5と、傾斜磁場発生系21と、信号処理系6とから構成されている。

CPU1は、予め定められたプログラムに従って、シーケンサ2、送信系3、受信系5、信号処理系6を制御するようになっている。シーケンサ2は、CPU1からの制御指令に基づいて動作し、被検体7の断層面の画像データ収集に必要な種々の命令を送信系3、傾斜磁場発生系21、受信系5に送るようになっている。

送信系3は、高周波発振器8と、変調器9と、照射コイル11とを備え、シーケンサ2の指令により高周波発振器8からの基準高周波パルスを変調器9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10を介して増幅して照射コイル11に供給することにより、所定のパルス状の電磁波を被検体に照射するようになっている。

静磁場発生用磁石4は、被検体7の周りの所定の方向に均一な静磁場を発生させるためのものである。この静磁場発生用磁石4の内部には、照射コイル11と、傾斜磁場コイル13と、受信コイル14とが配置されている。傾斜磁場コイル13は傾斜磁場発生系21に含まれ、傾斜磁場電源12より電流の供給を受け、シーケンサ2の制御のもとに傾斜磁場を発生させる。

受信系5は、被検体の生体組織の原子核の核磁気共鳴により放出される高周波信号(NMR信号)を検出するもので、受信コイル14と増幅器15と直交位相検波器16とA／D変換器17とを有しており、上記照射コイル11から照射された電磁波による被検体の応答の高周波信号(NMR信号)は被検体に近接して配置された受信コイル14で検出され、増幅器15及び直交位相検波器16を介してA／D変換器17に入力され、ディジタル量に変換され、その信号がCPU1に送られるようになっている。

信号処理系6は、磁気ディスク20、光ディスク19などの外部記憶装置と、CRTなどからなるディスプレイ18とを備え、受信系5からのデータがCPU1に入力されると、CPU1が信号処理、画像再構成などの処理を実行し、その結果である被検体7の所望の断層面の画像をディスプレイ18で表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク20などに記憶するようになっている。

図2は、本発明の実施例1に係る手術用受信コイルに被検体の頭部を設置した様子を示した図であり、図2(a)は前記頭部の側面から見た図、図2(b)は図2(a)におけるA−A’断面(導電体の部分を通らない断面)を前記頭部の頭頂から見て図である。ただし、図示してはいないが、本実施例ではMRI装置として、検査室内に静磁場を天井から床の方向または床から天井の方向へ発生させる垂直磁場方式のオープンMRI装置を用いて定位脳手術を行う場合の手術用受信コイルについて、以下に例示する。図2(a)および図2(b)において、31は被検体の頭部の周囲に配置され、頭部固定用のボルト33を介して頭部を固定するU字形状の固定部で、後述するように導電体と不導電体の積層構造になってもの、32はその上に手術用治具が取り付けられるようになっていると共に、31と同様に後述するように導電体と不導電体の積層構造になっているフレーム部、33は固定部31の中を通され、頭部を固定するための頭部固定用のボルト、34は固定部31とフレーム部32の端部同士を機械的に、また導電体部同士は電気的にも繋げるためのコネクタ部、35は固定部31を寝台に固定するための受信コイル土台、36は被検体の頭部である。そして、37は手術用受信コイルを構成する板状部材のうち導電体の部分、38は手術用受信コイルを構成する板状部材のうち不導電体の部分を示している。

本実施例によれば、定位脳手術において用いる頭部用の手術用受信コイルは、従来特許文献2に記載されているように被検体の頭部の頭軸を囲うようなループを持つU字形状の固定部とフレーム部とコネクタ部を組み合わせた形状になっているが、特許文献2に記載されているようにループを持つ受信コイルのすべてが導電体で構成されていない。本実施例の受信コイルでは、被検体の頭部の頭軸と垂直な方向に平行な面を持つ1枚の板状不導電体38を2枚の板状導電体37で挟んで重ねた層状構造になっている。そのような構成とすることにより受信コイルに発生する渦電流を低減できる。なぜならば、本実施例ではMRI装置として垂直磁場方式のMRI装置を用いているので、X方向，Y方向およびZ方向に傾斜磁場パルスを印加する傾斜磁場パルスは静磁場と同方向の天井から床または床から天井に向かって印加されるが、その傾斜磁場とともに発生する渦電流は傾斜磁場パルスの印加方向(静磁場の印加方向)に垂直な平面(水平方向)に流れるが、本実施例の頭部用の受信コイルは導電体が垂直方向に薄い板となっているために、水平方向に渦電流が流れないためである。従って、本実施例で例示した手術用受信コイルではMRIにおける拡散強調画像のように渦電流といった磁場不均一性に影響を及ぼす因子に敏感な撮像方法で撮像をする場合に、発生する渦電流を低減できるために渦電流に起因するアーチファクトを低減できる。

このような構成の手術用受信コイルを用いてMRIの撮像をする場合、被検体の頭部に発生するNMR信号を検出する際には、手術用受信コイルを構成する部材のうち導電体の部材に流れる電流を検出して画像再構成のためのデータとする。従って、導電体を構成する部材の層の厚さは、前記NMR信号を検出するのに十分な程電気抵抗が少なければ良いので薄くても良い。一方、導電体の間に挟まれる不導電体は、当該手術用受信コイルの上に手術用治具が取り付けられ重力がかかるので頑丈でなければならず、穿刺システム等の手術用治具がその上に取り付けられ重力がかかっても、たわまないように、十分硬さが硬く、また十分厚さが厚ければ良い。また、平行に配置した2枚の導電体は、適度に間隔を空けて不導電体を挟む必要があり、不導電体の厚さが薄くてあまり導電体間の距離が短くなると、2枚の導電体の薄い厚さの中で微小な渦電流が流れる影響が大きくなりアーチファクトが発生するので好ましくない。

図3は、本発明の実施例2に係る手術用受信コイルに被検体の頭部を設置した様子を示した図であり、図3(a)は前記頭部の側面から見た図、図3(b)は図3(a)におけるB−B’断面(導電体の部分を通らない断面)を前記頭部の頭頂から見て図であるが、一部手術用受信コイルの構造が実施例と異なっている。実施例2では、フレーム部32は実施例1と同じ構成であるが、手術用受信コイルの下側半分を構成している固定部31は、すべてが導電体で比較的硬いものよりなっている。このようにすることにより、下側から頭部を取り付けるために差し込むボルトを取り付けるための穴を取り付けやすくなるという利点がある。

図4は、本発明の実施例3に係る手術用受信コイルに被検体の頭部を設置した様子を示した図であり、図4(a)は前記頭部の側面から見た図、図4(b)は図4(a)におけるC−C’断面(一部導電体の部分を通る断面)を前記頭部の頭頂から見た図、図4(c)は図4(b)におけるD−D’断面を図4(b)の向かって上側から見た図、図4(d)は図4(b)におけるE−E’断面を図4(b)の向かって上側から見た図である。本実施例では、図4(c)のD−D’断面では間に挟まれた不導電体を水平方向周りから囲う構造になっているが、図4(d)で示したE−E’断面では不導電体を導電体で挟んだ層状構造のうち導電体で挟んでいない1辺のみ導電体で覆っていて、もう1辺は不導電体になっていて、四角い断面の辺に沿ったループを描くように渦電流が流れることがないようにしている。本実施例でも渦電流に起因してアーチファクトが発生することを低減することができる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形できる。上記実施例では導電体が2層から成り、これを不導電体1層で挟む場合で例示したが、本発明はこれに限定されず、導電体は3層以上であってもよいし、それらで挟む不導電体は2層以上であっても良い。最も外側の層が導電体である必要はなく不導電体であっても良い。ただし、不導電体を挟んで隣合う導電体間の距離があまり短くなると、導電体内に流れる微小な量の渦電流によってでも相乗効果によりアーチファクトの要因となるので、なるべく距離は長くとった方が良い。

また、上記実施例1ではループを持つ手術用受信コイルの上側のフレーム部、下側の固定部、フレーム部と固定部を接続するコネクタ部の全てを導電体と不導電体からなる層状構造とした場合、実施例2では上側のフレーム部のみを層乗状構造として、下側の固定部を導電体のみの構造とし、それらをコネクタで接続した場合、実施例3では実施例2に比して上側フレーム部の層状構造の片方の辺のみを導電体で覆った場合(図4参照)を示しているが、どの部分までを不導電体と導電体の板で交互に重ね合わせる層状構造として、どの部分までを導電体のみとするかは、上記実施例で示した実施例に限られず、いろいろな割合が考えられる。

また、上記実施例では静磁場の方向が垂直方向(天井から床の方向または床から天井の方向)である垂直磁場方式のオープンMRI装置を用いた場合の手術用受信を示したが、手術用受信コイルは垂直磁場方式のオープンMRI装置のみに用いられるとは限らず、水平磁場方式のMRI装置にも用いられる。そのような場合には本発明の手術用受信コイルは、水平に印加されるX，Y，Zの傾斜磁場の方向に合わせて、層状に重なる導電体あるいは不導電体の板の向きを水平にするのが、渦電流を抑制するために良いと考えられる。また、上記実施例では手術用受信コイルに被検体の頭部を固定して撮像部位あるいは手術部位とする場合について例示したが、本発明はこれに限定されず、頭部以外の部分(例えば腹、足)を固定するような場合にも、本発明が適用できることは言うまでもない。また、上記実施例において導電体の材質の例としては銅やアルミが考えられ、不導電体の材質の例としては、アクリルが考えられる。また、本発明の手術用受信コイルは拡散強調画像の撮像のみならず、通常の撮像方法においても、渦電流による影響があることがあるので、その場合にも本発明による効果(渦電流によるアーチファクトを低減する効果)があることは言うまでもない。

一般的なMRI装置のシステム構成を示す図。本発明の実施例1に係る手術用受信コイルに被検体の頭部を設置した様子を示した図。本発明の実施例2に係る手術用受信コイルに被検体の頭部を設置した様子を示した図。本発明の実施例3に係る手術用受信コイルに被検体の頭部を設置した様子を示した図。

符号の説明

３１固定部、３２フレーム部、３３ボルト、３４コネクタ部、３５受信コイル土台、３６被検体の頭部、３７導電体の部分、３８不導電体の部分

Claims

磁気共鳴イメージング装置に用いられる受信コイルであって、被検体の撮像部位の周方向に配置され被検体の撮像部位を固定する固定部と、手術用治具が取り付けられるフレーム部と、前記固定部と前記フレーム部とを電気的に接続するコネクタ部とを有してループ状のコイルを構成する手術用受信コイルにおいて、前記手術用受信コイルの少なくとも一部が、導電体と不導電体の板状部材を重ね合わせた構造になっていて、前記導電体と不導電体の板状部材の面に平行な方向は前記磁気共鳴イメージング装置の発生する静磁場の方向に概ね平行であることを特徴とする手術用受信コイル。
請求項１記載の手術用受信コイルにおいて、前記固定部と前記フレーム部の全てが導電体と不導電体の板状部材を重ね合わせた構造であることを特徴とする手術用受信コイル。
請求項１及び２記載の手術用受信コイルを用いた磁気共鳴イメージング装置。