JP5572294B2 - 核磁気共鳴画像診断システム - Google Patents

Description

本発明は、核磁気共鳴画像診断システムに関する。

核磁気共鳴画像（ＭＲＩ）診断装置は、静磁場中に置かれた被検体に対し高周波パルスを照射することで、被検体中の原子核の核スピンを励起し、核磁気共鳴信号を発生させる。このとき、傾斜磁場を所定のシーケンスで印加することにより、核磁気共鳴信号に位置的な情報を与え、この核磁気共鳴信号を画像に再構成することにより、被検体内の断層像を得ることができる。

近年、静磁場を発生するための磁石(超電導磁石、永久磁石等)を上下に配置したオープン型のＭＲＩ診断装置を手術室内に置き、ＭＲＩ診断を行いながら手術や治療等を行うという、術中ＭＲＩ診断が行われている。

例えば、頭部の手術においては、頭部定位固定具によって頭部を固定し、内視鏡や顕微鏡を使用して腫瘍の摘出手術等を行いながら、手術の進行を確認するために、ＭＲＩ診断が適宜行われる。この時、頭部定位固定具を受信コイルの一部としても兼ねる装置が開発されている(例えば、特許文献１参照)。
特開２００４−９７４３１特許公報

しかし、脳のさらに深部を高解像度で解析するためのオープン型ＭＲＩ装置とその使用方法を開発することが期待されている。
そこで、本発明においては、新規構成を有する、より高機能な核磁気共鳴画像診断システムを提供することを課題とする。

本発明の発明者は、オープン型ＭＲＩ診断装置を用いて脳のさらに深部を高解像度で解析するために、人の頭部に被せるための半球状（ヘルメット型）の送受信用コイルを開発した。この場合、コイルの形成する半球の直径が小さいほど、核磁気共鳴画像の感度や解像度を高めることができる。

一方、ＭＲＩ診断の際、ＭＲＩ診断装置にて画像診断を実施する被検体の撮影領域において、被検体の頭部の位置を特定する必要がある。そのため、ＭＲＩ装置にて検知されるＭＲＩマーカーを設け、頭部の位置特定のための指標としている。

このＭＲＩマーカーは、送受信コイルを用いる場合、コイルの外側に生じる磁場が極めて弱く、コイルの内側に置かれる必要があるため、被検体の頭部の複数個所に貼り付けて使用していた。しかし、核磁気共鳴画像の感度や解像度を高めるためにコイルの半径を小さくすると、コイルと頭部の間にＭＲＩマーカーを貼り付ける隙間が無くなる。そこで、本発明者は、このような場合に有用な、コイルの外側で用いながら、安定した位置情報を提供できる頭部位置特定用マーカーを開発した。

すなわち、本発明の一実施態様は、核磁気共鳴画像診断システムにおいて、被検体の頭部の位置を特定するための頭部位置特定用マーカーであって、核磁気共鳴画像診断装置で検知可能な物質を含んだＭＲＩマーカーと、当該ＭＲＩマーカーを中心にした同心円状のコイルとコンデンサから成る共振回路と、を有することを特徴とする頭部位置特定用マーカーである。前記共振回路は、感度調整機構を有していることが望ましい。前記感度調整機構は、前記コイルの角度を調整することによって、または、前記共振回路のコンデンサ容量調整または前記コイルのインダクタンス調整により前記共振回路の共振周波数を調整することによって、感度を調整してもよい。

本発明のさらなる一実施態様は、核磁気共鳴画像診断システムであって、磁気回路、ベッド、当該ベッド上の被検体の頭部を固定するための頭部定位固定具、当該被検体の頭部に被せるための半球状の送受信用コイル、上記いずれかの頭部位置特定用マーカー、を有するシステムである。ここで、前記頭部位置特定用マーカーが、前記頭部定位固定具に付着されていることが好ましい。また、前記頭部位置特定用マーカーを複数個備えていることが好ましい。

本発明のさらなる一実施態様は、磁気回路、ベッド、当該ベッド上の被検体の頭部を固定するための頭部定位固定具、当該被検体の頭部に被せるための半球状の送受信用コイル、上記いずれかの頭部位置特定用マーカー、を有する核磁気共鳴画像診断システムにおける当該頭部位置特定用マーカーの使用方法であって、前記頭部位置特定用マーカーを前記送受信用コイルの外側に位置させることを特徴とする使用方法である。ここで、前記頭部位置特定用マーカーを、前記頭部定位固定具に付着させることが好ましい。また、前記頭部位置特定用マーカーを複数個設けることが好ましい。

本発明によって、より高機能な核磁気共鳴画像診断システムを提供することができるようになった。

本発明の目的、特徴、利点、及びそのアイデアは、本明細書の記載により、当業者には明らかであり、本明細書の記載から、当業者であれば、容易に本発明を再現できる。以下に記載された発明の実施の形態は、本発明の好ましい実施態様を示すものであり、例示又は説明のために示されているのであって、本発明をそれらに限定するものではない。本明細書で開示されている本発明の意図並びに範囲内で、本明細書の記載に基づき、様々な改変並びに修飾ができることは、当業者にとって明らかである。

＝＝核磁気共鳴画像診断システム＝＝
図１に核磁気共鳴画像診断システム１の全体構成を示す。この核磁気共鳴画像診断システム１は、磁気回路２、ベッドを備えた手術台３、手術台上の被検体の頭部を固定するための頭部定位固定具４、被検体の頭部に被せるための半球状の送受信用コイル５、被検体の頭部の位置を特定するための頭部位置特定用マーカー６、を有する。

磁気回路２は、特に限定されないが、永久磁石を用いたオープン型であることが好ましい。手術台３その他の部品に関しては、特に限定されず、従来のＭＲＩ診断装置で用いられているものを使用できる。

図２に頭部定位固定具４の模式図を示す。頭部定位固定具４は、被検体を手術台３に寝載させた状態で、被検体頭部を固定する装置である。この頭部定位固定具４は、被検体頭部の形状に沿うような半円状のベース部７と、ベース部を円周方向の任意の角度で保持する保持部８と、保持部を被検体体軸方向に平行移動可能に保持すると共に手術台へ固定する固定部９で構成される。ベース部７には所定の間隔を置いて複数個のねじ穴が設けられており、ねじ穴には被検体頭部と接触して固定するボルト１０を備える。手術の内容や被検体頭部の位置、向きに応じて保持部８、ベース部７の位置を調整し、またボルト１０で固定する位置や個数を適宜調整する。

図３に脱着時の送受信用コイル５の模式図を示す。送受信用コイル５は、ＲＦ電波を発信し、高周波信号を受信するアンテナの機能を有し、半球状の基板１１と、その上に半球渦巻き状に形成された導線１２を含んで構成される。送受信用コイル５には、導線１２やコンデンサなどの電気回路の保護や頭部定位固定具４の構造に関係ない部分に通気孔があることが好ましく、例えば、頭頂部に、円形の通気孔を設けてもよい。この通気性により、送受信用コイル５から発生される高周波励起磁場による被検体温度の上昇、すなわちＳＡＲをできる限り低減し、なおかつ被検体の感じる圧迫感を低減することができる。基板１１の材料は、ポリプロピレン樹脂やアクリル樹脂が例示されるが、特に限定されない。この送受信用コイル５を被検体の頭部２０に被せた時、頭部定位固定具４を超えて、目や鼻が隠れるくらいに送受信用コイル５が深く被るように、ボルト１０に対応した切り込み１３を基板１１に設ける。この切り込み１３部分では、導線１２は、切り込み１３を逃げるように、切り込み１３にそって走らせる。この際、基板１１の末端（すなわち、半球の遊離端）近傍で、導線間隔を狭くしたり、導線を２重巻きにしたりすることにより、送受信用コイル５が送受信する高周波磁場均一領域を、送受信用コイル５内側から外側に広げることができる。なお、導線１２の材料は、無酸素銅やタフピッチ銅からなる線材や平板が例示されるが、特に限定されない。

図４に頭部位置特定用マーカー６の拡大図を示す。頭部位置特定用マーカー６は、ＭＲＩ診断装置で検知可能な物質を含んだＭＲＩマーカー１４、そのＭＲＩマーカー１４を中心にした同心円状のコイル１８とコンデンサ１６、及び感度の調整を行うための感度調整機構であるヒンジ１７やコイル拡張装置１９を有する。ＭＲＩ診断装置で検知可能な物質とは、例えば、塩化ニッケル水溶液、硫酸銅水溶液、ベビーオイルなどである。そして、それらの物質を注入したポリエチレン球や、肝油球等をＭＲＩマーカー１４とすることができる。なお、ＭＲＩマーカー１４のＮＭＲ緩和時間は０．５秒以内に調整されていることが好ましい。同心円状のコイル１８は、銅線などが直径５mm〜１０mm程度の渦巻き状に形成され、コンデンサ１６とともにＬＣ共振回路を構成する。感度調整機構としては、例えば、図４Ａのように、コイル１８を内部に収容したコイル収容部１５とコンデンサ１６の成す角度を調整するために、コイル収容部１５とコンデンサ１６の間にコイル収容部１５を傾けることができるヒンジ１７を設けてもよい。また、図４Ｂのように、コイル１８を平面状から立体的に広げるためのコイル拡張装置１９を付加してもよい。

＝＝送受信コイルの使用方法＝＝
上記のような送受信用コイル５は、頭部、すなわち脳のＭＲＩ診断を行うのに利用できる。特に、形状が半球型であるため、脳深部の解析を行うのに好適である。この形状により頭頂部も感度落ちがなく、コイル内の全域にわたって均一な磁場分布が得られるため、均一な画素強度の画像が取得できる。

また、この送受信用コイル５は、術中ＭＲＩにも好適に使用できる。なぜなら、基板１１には、ボルト１０に対応した切り込み１３が存在するため、頭部を頭部定位固定具４に保持したまま、容易に送受信用コイル５を患者に装着／脱着することができるからである。

＝＝頭部位置特定用マーカーの使用方法＝＝
上記のような構成を有する核磁気共鳴画像診断システム１を用い、被検体の脳のＭＲＩ診断を行うとき、頭部位置特定用マーカー６を、送受信用コイル５の外側に、配置する。従来は、ＭＲＩマーカー１４を送受信用コイルの内部にある被検体の頭部の複数個所に貼り付けて使用していたが、このように本発明の頭部位置特定用マーカー６を用いることにより、ＭＲＩマーカー１４を送受信用コイル５の外側に置くことができるようになった。

頭部位置特定用マーカー６を配置する際、コイル１８の軸は、磁気回路２における磁石の静磁場方向（例えば、図１においては、天地方向）に直交し、送受信コイル５がその外側に発生する高周波磁場の方向に平行になるように調整すると最大感度が得られるが、被写体の撮像に適切に調整された送受信コイル５の励起磁場強度が、送受信コイル５外部に設置された頭部位置特定用マーカー６に照射された時、多くの場合、マーカーに取り付けられた共振回路によって、頭部位置特定用マーカー６付近の磁場は過剰な励起強度まで増幅される。従って、送受信コイル５の発生する磁場が、ＭＲＩマーカー１４に適切に印加し、頭部位置特定用マーカー６から適切なＭＲＩ信号を得られるように、感度調整機構を用いて、実際に使用するごとに最適条件を見つけるのが好ましい。すなわち、頭部位置特定用マーカー６は、感度調整機構を有していれば、どの方向を向けて配置してもかまわないが、初期状態として、最大感度が得られるように、コイル１８の軸が磁気回路２における磁石の静磁場方向に直交し、送受信コイル５がその外側に発生する高周波磁場の方向に平行になるように配置し、その後、感度調整機構によって感度を調節することが好ましい。

ここで、感度調整機構は、例えば、コイル１８の角度を調整し、頭部位置特定用マーカー６のコイル１８の軸を、磁気回路２における磁石の静磁場方向に平行に近づけることによって感度を調整してもよい。

あるいは、前記感度調整機構は、共振回路のコンデンサ１６の容量調整またはコイル１８のインダクタンス調整により共振周波数を調整することによって感度を調整してもよい。例えば、コンデンサ１６の容量を調整するため、コンデンサ１６を可変型として、共振周波数を調整してもよい。また、コイル１８のインダクタンスを調整するため、コイル１８のピッチを機械的に変更して、共振周波数を調整してもよい。このように、頭部位置特定用マーカー６の共振周波数をＭＲＩ撮像で用いられているＮＭＲ周波数からずらすことにより、感度を調整することができる。

頭部位置特定用マーカー６は、３次元的に位置を特定できるように、複数個、好ましくは３個以上を用いることが好ましい。付着場所は特に限定されないが、各々が直線を形成せず、お互いに面を形成するように配置することが好ましいので、例えば、頭部定位固定具４の同一面に付着させるのが好ましい。頭部定位固定具４において、付着場所は特に限定されないが、直線距離でお互いに距離を５ｃｍ離して配置することが好ましい。従って、例えば、半円状の両端に２個と、その中間近くに２個を設置するような配置が考えられる。なお、送受信用コイル５の内側にある他のＭＲＩマーカーと組み合わせて用いてもかまわない。

従来の送受信分離コイルの場合は、頭部位置特定用マーカー６のような共振回路を有するマーカーを使う必要が存在しないが、本発明のように、被検体の頭部２０に被せるための半球状の送受信用コイル５を用いる核磁気共鳴画像診断システム１においては、ＭＲＩマーカー１４を送受信用コイル５の内側に置くことが容易ではないため、頭部位置特定用マーカー６は特に有利に機能する。

また、従来のＭＲＩマーカーは、頭部と送受信用コイル５の間に隙間が無い場合、場合によっては、頭部に貼り付けるのではなく、頭部に穴を開け、侵襲的に定位させる場合もあった。しかし、本発明の頭部位置特定用マーカー６は、非侵襲的に用いられるという点で、有利な効果を生じる。

さらに、送受信用コイル５内部にある撮像部位は、手術などによって変形する可能性が高く、被写体に直接取り付けると、送受信用コイル５の超近傍では、送受信用コイル５から発生する送信磁場強度が極端に強く、マーカーがＮＭＲ信号を適切に発生できないことがある。従って、送受信用コイル５の外側のように撮像部位から離れた場所では、より良好なマーカー画像が取得できるという点でも、本発明の頭部位置特定マーカー６は有利な効果を生じる。

本発明の一実施態様において、核磁気共鳴画像診断システムの全体構成を示す図である。 本発明の一実施態様において、送受信用コイル５を装着した場合の頭部上方から観察した模式図である。 本発明の一実施態様において、脱着時（Ａ：脱時、Ｂ：着時）の送受信用コイル５を示す模式図である。 本発明の一実施態様において、頭部位置特定用マーカー６を示す模式図である。

符号の説明

１ 核磁気共鳴画像診断システム
２ 磁気回路
３ 手術台
４ 頭部定位固定具
５ 送受信用コイル
６ 頭部位置特定用マーカー
７ ベース部
８ 保持部
９ 固定部
１０ ボルト
１１ 基板
１２ 導線
１３ 切り込み
１４ ＭＲＩマーカー
１５ コイル収容部
１６ コンデンサ
１７ ヒンジ
１８ コイル
１９ コイル拡張装置
２０ 被検体の頭部

Claims (10)

1. 核磁気共鳴画像診断システムであって、
   磁気回路、
   ベッド、
   当該ベッド上の被検体の頭部を固定するための頭部定位固定具、
   当該被検体の頭部に被せるための半球状の送受信用コイル、
   核磁気共鳴画像診断装置で検知可能な物質を含んだＭＲＩマーカーと、当該ＭＲＩマーカーを中心にした同心円状のコイルとコンデンサから成る共振回路と、を有する頭部位置特定用マーカー、
   を有し、前記頭部位置特定用マーカーが前記送受信用コイルの外側に配置されていることを特徴とするシステム。
2. 前記共振回路が感度調整機構を有する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記感度調整機構は、前記コイルの角度を調整することによって、または、前記共振回路のコンデンサ容量調整または前記コイルのインダクタンス調整により前記共振回路の共振周波数を調整することによって、感度を調整する、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記頭部位置特定用マーカーが、前記頭部定位固定具に付着されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記頭部位置特定用マーカーを複数個備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 磁気回路、
   ベッド、
   当該ベッド上の被検体の頭部を固定するための頭部定位固定具、
   当該被検体の頭部に被せるための半球状の送受信用コイル、および、
   核磁気共鳴画像診断装置で検知可能な物質を含んだＭＲＩマーカーと、当該ＭＲＩマーカーを中心にした同心円状のコイルとコンデンサから成る共振回路とを有する頭部位置特定用マーカー、
   を有する核磁気共鳴画像診断システムにおける、前記頭部位置特定用マーカーの使用方法であって、
   前記頭部位置特定用マーカーを前記送受信用コイルの外側に配置することを特徴とする使用方法。
7. 前記共振回路が感度調整機構を有する、請求項６に記載の頭部位置特定用マーカーの使用方法。
8. 前記感度調整機構は、前記コイルの角度を調整することによって、または、前記共振回路のコンデンサ容量調整または前記コイルのインダクタンス調整により前記共振回路の共振周波数を調整することによって、感度を調整する、請求項６または７に記載の頭部位置特定用マーカーの使用方法。
9. 前記頭部位置特定用マーカーを、前記頭部定位固定具に付着させる、請求項６〜８のいずれか１項に記載の使用方法。
10. 前記頭部位置特定用マーカーを複数個設ける、請求項６〜９のいずれか１項に記載の使用方法。

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