(57)【要約】【課題】ＭＲＩを用いた画像ガイド下インターベンションにおいて、リアルタイムで且つ精度よくデバイス位置を検出し、提示する。【解決手段】複数の位置にＭＲＩ装置で検出可能なマーカーを設けたデバイスを用いるとともに、デバイス挿入中に複数のマーカーの１軸投影核磁気共鳴信号を３軸について取得する。３軸の投影像からマーカー位置を検出し、デバイス位置を特定する。検出したマーカー位置或いはデバイス位置を、被検体を撮像した画像上に重畳表示する。【選択図】図８
2019058461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパルスシーケンスを実行し、被検体から発生する核磁気共鳴信号を収集する撮像部と、前記撮像部が収集した核磁気共鳴信号を用いた演算を行う信号処理部と、を備え、
前記撮像部が実行するパルスシーケンスは、前記被検体の内部に挿入されたデバイスを撮像するデバイス用シーケンスを含み、当該デバイス用シーケンスは、互いに直交する３軸について、それぞれ、１軸に投影した核磁気共鳴信号を取得するステップを実行するものであり、
前記信号処理部は、前記デバイス用シーケンスで取得した３軸の投影核磁気共鳴信号を用いて、前記デバイスの位置を検出するデバイス位置検出部を備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記デバイスは、その長手方向に沿った複数の位置に、磁気共鳴イメージング装置で識別可能なマーカーを備え、
前記デバイス位置検出部は前記３軸の投影核磁気共鳴信号から複数の前記マーカーの位置を検出し、当該マーカーの位置をもとに前記デバイスの位置及び挿入方向を算出することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記信号処理部は、前記核磁気共鳴信号を用いて被検体画像を作成する画像再構成部と、前記画像再構成部が作成した被検体画像を、前記デバイス位置検出部が検出したデバイス位置の情報とともに表示装置に表示させる表示制御部と、をさらに備え、
前記表示制御部は、前記デバイス位置検出部が検出したデバイス位置を用いて、前記表示装置に表示させる前記被検体画像の断面を制御することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記表示制御部は、前記被検体画像の断面として、前記デバイスを含む断面を前記表示装置に表示させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項５】
請求項３に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記表示制御部は、前記被検体画像の断面として、前記デバイスの先端を含み且つ挿入方向に交差する断面を前記表示装置に表示させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項６】
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記デバイス位置検出部は、前記核磁気共鳴信号に対する前記デバイスの影響がない状態で前記デバイス用シーケンスにより取得した基準核磁気共鳴信号と、前記核磁気共鳴信号に対する前記デバイスの影響がある状態で前記デバイス用シーケンスにより取得した核磁気共鳴信号との差分を用いて、前記デバイス位置を検出することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項７】
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記デバイス位置検出部は、前記デバイスを前記被検体に挿入する前に前記デバイス用シーケンスにより予め取得した基準核磁気共鳴信号と、前記デバイス挿入時に前記デバイス用シーケンスにより取得した核磁気共鳴信号との差分を用いて、前記デバイス位置を検出することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項８】
請求項７に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記撮像部は、前記被検体の体動の複数の時相に亘って前記デバイス用シーケンスを実行して、複数の基準核磁気共鳴信号を取得し、
前記デバイス位置検出部は、前記複数の基準核磁気共鳴信号のうち、前記デバイス挿入時に取得した核磁気共鳴信号と体動の時相が同じ時相の基準核磁気共鳴信号を選択し、前記差分を求めることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項９】
被検体の内部に挿入されるデバイスであって、
その長手方向に沿った複数の異なる位置に、磁気共鳴イメージング装置で検出可能なマーカーが配置され、前記磁気共鳴イメージング装置が検出する各マーカーに起因する核磁気共鳴信号がマーカー毎に識別可能であるデバイス。
【請求項１０】
請求項９に記載のデバイスであって、
前記マーカーは核磁気共鳴信号を局所的に増加するか減少する材料を含み、マーカー毎に核磁気共鳴信号の増加度合い又は減少度合いが異なることを特徴とするデバイス。
【請求項１１】
請求項９に記載のデバイスであって、
前記マーカーは磁場発生コイルから成り、マーカー毎に前記磁場発生コイルが発生する磁場の大きさが異なることを特徴とするデバイス。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれか一項に記載のデバイスであって、
カテーテル、穿刺針、及び、鉗子のいずれかであるデバイス。
【請求項１３】
被検体内に挿入されたデバイスの位置を検出する方法であって、
前記デバイスは、その長手方向に沿った複数の異なる位置に、磁気共鳴イメージング装置で検出可能なマーカーが配置されものであり、
前記磁気共鳴イメージング装置によって、非選択励起ＲＦパルスを照射後、直交する３軸のうち第一の軸に読出し傾斜磁場を印加して、前記第一の軸に投影した核磁気共鳴信号を取得するステップと、
前記３軸のうち前記第一の軸とは異なる第二の軸に読出し傾斜磁場を印加して、前記第二の軸に投影した核磁気共鳴信号を取得するステップと、
前記３軸のうち前記第一及び第二の軸とは異なる第三の軸に読出し傾斜磁場を印加して、前記第三の軸に投影した核磁気共鳴信号を取得するステップと、
第一、第二及び第三の軸についてそれぞれ取得した投影核磁気共鳴信号を用いて、前記複数のマーカーの位置を検出するステップと、を含み、
前記複数のマーカーの位置をもとに前記デバイスの位置を検出することを特徴とするデバイス位置検出方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のデバイス位置検出方法であって、
前記複数のマーカーの位置の検出において、前記磁気共鳴イメージング装置において前記マーカーが非検出の状態で、前記３軸のそれぞれについて取得した投影核磁気共鳴信号を基準核磁気共鳴信号とし、前記デバイス挿入中に前記３軸のそれぞれについて取得した前記投影核磁気共鳴信号と前記基準核磁気共鳴信号との差分を用いることを特徴とするデバイス位置検出方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載のデバイス位置検出方法であって、
検出した前記デバイスの位置を前記被検体の画像とともに表示するステップをさらに含むことを特徴とするデバイス位置検出方法。
【請求項１６】
被検体に挿入されるデバイスと、磁気共鳴イメージング装置とを含む画像ガイド下インターベンション支援装置であって、
前記デバイスは、その長手方向に沿った複数の異なる位置に、磁気共鳴イメージング装置で検出可能なマーカーが配置され、前記磁気共鳴イメージング装置が検出する各マーカーに起因する核磁気共鳴信号がマーカー毎に識別可能であるデバイスであり、
前記磁気共鳴イメージング装置は、所定のパルスシーケンスを実行し、被検体から発生する核磁気共鳴信号を収集する撮像部と、前記撮像部が収集した核磁気共鳴信号を用いた演算を行う信号処理部と、を備え、
前記撮像部が実行するパルスシーケンスは、前記被検体の内部に挿入されたデバイスを撮像するデバイス用シーケンスを含み、当該デバイス用シーケンスは、互いに直交する３軸について、それぞれ、１軸に投影した核磁気共鳴信号を取得するステップを実行するものであり、
前記信号処理部は、前記デバイス用シーケンスで取得した３軸の投影核磁気共鳴信号を用いて、前記デバイスの位置を検出するデバイス位置検出部と、検出した前記デバイスの位置を表示装置に表示させる表示制御部と、を備えることを特徴とする画像ガイド下インターベンション支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気共鳴イメージング（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ：ＭＲＩ）を用いた画像ガイド下インターベンション技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体への侵襲を最小限にして治療を行う低侵襲治療が近年注目されている。具体的には、凍結治療・ラジオ波治療・マイクロ波治療等、ニードル形状の治療デバイスを経皮的に穿刺してがんの治療を行う穿刺治療、組織を採取するバイオプシー（生検）、あるいはカテーテル治療に代表される血管内治療などがあり、これら治療デバイスを用いた治療においては、生体内において対象とする腫瘍組織等の治療ターゲットに治療デバイス（ニードルやカテーテル）を正確に誘導するために、超音波やＸ線を用いてリアルタイムに撮像された生体画像が利用されている。また静磁場とラジオ周波数（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）の電磁波を用いて体内の臓器や組織を詳細に可視化するＭＲＩは生体組織のコントラストや治療領域（組織変性）の可視化に優れるという利点があり、ＭＲＩガイド下治療も有効な治療手段の１つであり、ＭＲＩガイド下インターベンション技術が種々開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、トラッキングすべき対象に磁気センサを取り付け、ＭＲＩ装置の傾斜磁場コイルを活性化して、それにより誘導コイルに誘導される信号を検出し、対象物の位置や向きを推定する技術が開示されている。また特許文献２には、デバイスの、被検体に挿入されない部分に光学マーカー（輝点）を３つ取り付けて、その輝点の位置からデバイス先端の位置と傾きを検出する技術が開示されている。特許文献３には、カテーテル挿入時に用いるガイドワイヤーを、ＲＦ受信コイルを兼ねるものとし、このＲＦ受信コイルが検出したＲＦ信号を用いて三次元画像を作成し、その中心投影画像からカテーテルに設けたマーカーの位置や向きを検出する技術が開示されている。さらに非特許文献１には、カテーテルの先端に磁性体を添付してＭＲ画像上に低信号領域を生成して３次元ＭＲ画像上で治療デバイス位置を検出する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１１−５０９１０９号公報
【特許文献２】特許第４３７７６４５号
【特許文献３】特開２００３−２４２９８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｆ．Ｓｅｔｔｅｃａｓｅ  ｅｔ  ａｌ．  ”Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ−Ｇｕｉｄｅｄ  Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｃａｔｈｅｔｅｒ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｅｎｄｏｖａｓｃｕｌａｒ  Ｔｈｅｒａｐｙ“  Ｍａｇｎ  Ｒｅｓｏｎ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｃｌｉｎ  Ｎ  Ａｍ  ２３号  ５９１−６０５頁  （２０１５年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された方法は、磁気センサからの信号を処理するためにＭＲＩ装置とは別に信号処理ユニットを備える必要がある。特許文献２に記載された方法は、体外に位置するマーカーと体内に挿入された治療デバイスとのジオメトリが一定であるという前提で治療デバイス位置を推定するものであるため、体内で形状が変化する治療デバイスには対応できない。また特許文献３や非特許文献１に記載された方法は、三次元画像を作成するため、位置検出のリアルタイム性に限界がある。また上述したいずれの方法も治療デバイスの位置を検出する上で、精度や時間分解能において課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記従来技術の課題を解決するため、複数の位置にＭＲＩ装置で検出可能なマーカーを設けたデバイスを用いるとともに、デバイス挿入中に複数のマーカーの１軸投影核磁気共鳴信号を３軸について取得することで、極めて短時間でマーカー位置を検出する。特にマーカーが核磁気共鳴信号に反映しない場合（例えばデバイスが非存在）と反映する場合との差分を取ることで、位置検出の精度を高めることできる。
【０００８】
すなわち本発明の一つの態様は、デバイス位置検出機能を備えたＭＲＩ装置であり、所定のパルスシーケンスを実行し、被検体から発生する核磁気共鳴信号を収集する撮像部と、前記撮像部が収集した核磁気共鳴信号を用いた演算を行う信号処理部と、を備え、前記撮像部が実行するパルスシーケンスは、前記被検体の内部に挿入されたデバイスを撮像するデバイス用シーケンスを含み、当該デバイス用シーケンスは、互いに直交する３軸について、それぞれ、１軸に投影した核磁気共鳴信号を取得するステップを実行するものであり、前記信号処理部は、前記デバイス用シーケンスで取得した３軸の投影核磁気共鳴信号を用いて、前記デバイスの位置を検出するデバイス位置検出部を備える。
【０００９】
本発明の別の態様は、被検体内に挿入されたデバイスの位置を検出する方法であって、前記磁気共鳴イメージング装置によって、非選択励起ＲＦパルスを照射後、直交する３軸のうち第一の軸に読出し傾斜磁場を印加して、前記第一の軸に投影した核磁気共鳴信号を取得するステップと、前記３軸のうち前記第一の軸とは異なる第二の軸に読出し傾斜磁場を印加して、前記第二の軸に投影した核磁気共鳴信号を取得するステップと、前記３軸のうち前記第一及び第二の軸とは異なる第三の軸に読出し傾斜磁場を印加して、前記第三の軸に投影した核磁気共鳴信号を取得するステップと、第一、第二及び第三の軸についてそれぞれ取得した投影核磁気共鳴信号を用いて、前記複数のマーカーの位置を検出するステップを含む。
【００１０】
本発明のデバイスの位置の検出方法が適用されるデバイスは、その長手方向に沿った複数の異なる位置に、磁気共鳴イメージング装置で検出可能なマーカーが配置されものである。即ち、本発明のデバイスは、被検体の内部に挿入されるデバイスであって、その長手方向に沿った複数の異なる位置に、磁気共鳴イメージング装置で検出可能なマーカーが配置され、前記磁気共鳴イメージング装置が検出する各マーカーに起因する核磁気共鳴信号がマーカー毎に識別可能なデバイスである。
さらに本発明は、上述したデバイスと磁気共鳴イメージング装置とを組み合わせた画像ガイド下インターベンション支援装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、３軸の投影核磁気共鳴信号からデバイス位置を検出することで、リアルタイムで且つ精度よくデバイス位置を提示することができる。これにより、画像ガイド下インターベンションの精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明が適用されるＭＲＩ装置の外観を示す図。
【図２】ＭＲＩ装置の全体構成を示す図。
【図３】信号処理部の機能ブロック図。
【図４】ＭＲＩガイド下治療を説明する図。
【図５】治療デバイスの一例を示す図。
【図６】第一実施形態のＭＲＩガイド下治療の手順を示す図。
【図７】撮像シーケンスの一例を示す図。
【図８】デバイス用シーケンスの一例を示す図。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、図８のパルスシーケンスから得られた各軸の１次元投影像を示す図。
【図１０】ＭＲＩガイド下治療におけるナビゲーション画面の一例を示す図。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ナビゲーション画面の他の例を示す図。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、ナビゲーション画面のさらに別の例を示す図。
【図１３】ナビゲーション画面のさらに別の例を示す図。
【図１４】第二実施形態のＭＲＩガイド下治療の手順を示す図。
【図１５】第二実施形態において、一次元投影像から体動時相を検出する場合を説明する図で、（ａ）は撮像方向を示す図、（ｂ）はｙ方向の１次元投影像に現れる体動を示す図。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は、一次元投影像の差分を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のＭＲＩ装置の実施形態について説明する。
まず、本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体構成について説明する。図１はＭＲＩ装置の外観図である。図示するＭＲＩ装置は、鉛直方向に静磁場を発生する磁石１１を備えたＭＲＩ装置で、テーブル１２に寝かせられた被検体は静磁場発生磁石１１のボア内の撮像空間に挿入され撮像される。このＭＲＩ装置は、オープン型と呼ばれ、手術や治療、検査等の手技を行う医者が撮像空間に置かれた被検体１に対し直接アクセスできるように被検体１の周囲が撮像空間の外側に開放されている。このためオープン型ＭＲＩ装置は、撮像と平行して手技を行うインターベンションＭＲＩに好適である。但し、本発明はオープン型ＭＲＩに限定されるものではない。
【００１４】
次に、本実施形態のＭＲＩ装置の全体概要を、図２を参照して説明する。このＭＲＩ装置１００は、大きく分けて、撮像部１０と信号処理部（演算部）５０とを備える。撮像部１０は、静磁場発生磁石１１、傾斜磁場発生部（２１、２２）、ＲＦ送信部（３１〜３４）、受信部（４１〜４４）、及びシーケンサ１５を備えている。信号処理部５０は、制御系を兼ねたＣＰＵ５１及びそれに付随する入出力装置や記憶装置を備える。
【００１５】
静磁場発生磁石１１は、被検体１の周りの空間に均一な静磁場を発生させるもので、発生する静磁場の方向により、図１に示す鉛直磁場方式と、被検体の体軸にほぼ平行な方向の磁場を発生する水平磁場方式とがある。また静磁場発生源によって永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式がある。本実施形態では、静磁場発生磁石１１の方式は特に限定されない。
【００１６】
傾斜磁場発生部は、ＭＲＩ装置の座標系（静止座標系）であるＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に傾斜磁場を発生する３組の傾斜磁場コイル２１と、傾斜磁場コイル２１をそれぞれ駆動する傾斜磁場電源２２とを備え、シーケンサ１５からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源２２を駆動することにより、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向に傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを印加する。撮影時には、スライス面（撮影断面）に直交する方向にスライス方向傾斜磁場（Ｇｓ）を印加して被検体１に対するスライス面を設定し、そのスライス面に実質的に直交してかつ互いに直交する残りの２つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場（Ｇｐ）と周波数エンコード方向傾斜磁場（Ｇｆ）を印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。
【００１７】
ＲＦ送信部は、被検体１の生体組織を構成する原子の核スピンの核磁気共鳴を起こさせるＲＦ磁場を被検体１に照射するためのもので、ＲＦ発振器３１と変調器３２とＲＦ増幅器３３と送信側のＲＦ送信コイル３４とから成る。ＲＦ発振器３１から出力されたＲＦ磁場をシーケンサ１５からの指令によるタイミングで変調器３２により振幅変調し、この振幅変調されたＲＦ磁場をＲＦ増幅器３３で増幅した後に被検体に近接して配置されたＲＦ送信コイル３４に供給することにより、ＲＦ磁場が被検体１に照射される。
【００１８】
なお、送信系のＲＦ送信コイル３４と傾斜磁場コイル２１は、静磁場発生磁石１１が発生する静磁場空間内に、鉛直磁場方式であれば被検体１に対向して、水平磁場方式であれば被検体１を取り囲むようにして設置されている。
【００１９】
シーケンサ１５は、ＲＦ磁場と傾斜磁場をある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加する制御手段で、ＣＰＵ５１の制御で動作し、被検体の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令をＲＦ送信部３０及び傾斜磁場発生部２０に送る。
【００２０】
受信部４０は、被検体１の生体組織を構成する原子の核スピンの核磁気共鳴により放出される核磁気共鳴信号をエコー信号として受信するもので、ＲＦ受信コイル４１と、信号増幅器４２と、位相検波器４３と、Ａ／Ｄ変換器４４とを備える。送信系のＲＦ送信コイル３４から照射されたＲＦ磁場によって誘起された被検体１の応答のＮＭＲ信号が被検体１に近接して配置されたＲＦ受信コイル４１で検出され、信号増幅器４２で増幅された後、シーケンサ１５からの指令によるタイミングで位相検波器４３により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがＡ／Ｄ変換器４４でデジタル信号に変換され、信号処理部５０に送られる。
【００２１】
信号処理部５０は、装置を制御するとともに各種データの処理を行うＣＰＵ５１と内部メモリで構成され、さらに付随する装置として、磁気ディスク６１、光ディスク６２等の外部記憶装置、液晶ディスプレイ等からなる表示装置６３、及び操作部６４を備える。受信部４０からのデータがＣＰＵ５１に入力されると、ＣＰＵ５１が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体１の断層画像をディスプレイ６３に表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク６１等に記録する。
【００２２】
操作部６４は、ＭＲＩ装置の各種制御情報や信号処理部５０で行う処理の制御情報を入力するもので、例えばマウスやキーボード等から成る。操作部６４はディスプレイ６３に近接して配置され、操作者がディスプレイ６３を見ながら操作部６４を通してインタラクティブにＭＲＩ装置の各種処理を制御する。
【００２３】
信号処理部５０には、撮像方法によって異なる種々のパルスシーケンスが予めプログラムとして格納されている。本実施形態では、被検体を撮像するためのパルスシーケンスのほかに、被検体の体内にデバイスを挿入しながら撮像を行うインターベンション手技の際に、被検体内に挿入されたデバイスの位置を検出するためのパルスシーケンス（デバイス用シーケンス）が格納されている。デバイス用シーケンスの詳細は後述する。
【００２４】
信号処理部５０（ＣＰＵ５１）は、操作部６４を介してパルスシーケンスとそのパラメータが設定されると、シーケンサ１５を介して撮像部１０の各部を制御し、撮像を行い画像再構成する。またインターベンション手技の際には、デバイス用シーケンスを実行し、デバイス用シーケンスの実行により得た信号を用いたデバイス位置の計算或いは表示を行う。即ち、後述するデバイスとともにＭＲＩ装置の信号処理部５０は、画像ガイド下インターベンション支援装置として機能する。
【００２５】
このような機能を実現する信号処理部５０の機能の一例を図３に示す。信号処理部５０は、図３に示すように、撮像パルスシーケンス及び必要に応じてデバイス用シーケンスの実行を制御するシーケンス制御部５１、パルスシーケンスの実行によって収集された核磁気共鳴信号に対しフーリエ変換等の演算を行い画像を作成する画像再構成部５２、デバイス用シーケンスの実行により収集された信号を用いてデバイス位置を検出するデバイス位置検出部５４、及び表示装置６３に表示する表示画像を生成し、表示を制御する表示制御部５５を備える。これら信号処理部５０の機能は、ＣＰＵ５１が実行するソフトウェアとして実現することも可能であるが、その一部又は全部をＡＳＩＣやＦＰＧＡ等のハードウェアで実現するようにしてもよい。
【００２６】
上述した構成を踏まえ、ＭＲＩガイド下治療における、本実施形態のＭＲＩ装置の動作の実施形態を説明する。
【００２７】
＜第一実施形態＞
まず、図４を参照して、ＭＲＩガイド下治療について説明する。
図４は、ＭＲＩ装置１００の撮像空間に置かれた人体４０１の内部に存在する腫瘍などの治療ターゲット４０２にニードルなどの治療デバイス４０３を誘導する様子を示す。ＭＲＩガイド下治療は、表示装置６３に表示されたＭＲＩ画像上に、治療ターゲット４０２および治療デバイス４０３あるいは治療デバースに付された各マーカー４０４〜４０６を同時に表示させることによって、治療デバイス４０３を治療ターゲット４０２に誘導させる。
【００２８】
治療デバイス４０３としては、（１）生検に用いるバイオプシーニードル、（２）凍結治療、ラジオ波治療、マイクロ波治療などに用いられる治療用ニードル、（３）血管内治療に用いられるカテーテルやガイドワイヤー等の血管内治療用デバイス、（４）消化器内視鏡、腹腔鏡、気管支内視鏡、神経内視鏡などの内視鏡など、生体内で機能する各種のデバイスがある。
【００２９】
本実施形態はいずれの治療デバイスにも適用することができるが、ここでは、ニードル形状のデバイスを経皮的に穿刺してがんの治療を行う穿刺治療を例にして説明する。穿刺治療には、がん組織を凍結して治療する凍結治療、あるいは加熱させて治療するラジオ波治療やマイクロ波治療、レーザー治療などがある。穿刺治療においては、治療デバイスの先端を正確に治療ターゲットとなる腫瘍に誘導させることが重要である。そのために、ＭＲＩで治療デバイスの位置と治療ターゲットの位置をモニタリングする必要がある。
【００３０】
治療デバイス４０３には、長手方向に沿った複数の位置に、治療デバイス４０３の目印となる第１のマーカー（Ｍ１）４０４、第２のマーカー（Ｍ２）４０５、第３のマーカー（Ｍ３）４０６が固定されている。各マーカーは、ＭＲＩにおいて局所的に信号強度の減少を誘発する磁性体または磁場発生コイル、あるいはＭＲＩにおいて局所的に信号強度の増加を誘発する材料、例えばビタミン剤によって構成される。このような材料から構成される塗料をデバイスに塗付したり、部材を固定したりすることでマーカーを構成することができる。各マーカーは、信号強度の変化、減少度合い或いは増加度合いがマーカーによって異なるなど、互いに識別可能であることが好ましい。信号強度の変化を識別可能にする手法として、例えば、マーカーが磁性体塗料や磁性体からなる部材の場合はその大きさ或いは形状を異ならせる、磁場発生コイルの場合は発生する磁場の大きさを異ならせる、などが採りえる。
【００３１】
磁場発生コイルをマーカーとして用いたデバイスの一例を図５に示す。このマーカーを備えた治療デバイス５０１は、従来の治療デバイス５０２に第１のマーカー（Ｍ１）５０３、第２のマーカー（Ｍ２）５０４、第３のマーカー（Ｍ３）５０５を備えた構成である。これらマーカーは治療デバイス５０２の長手方向に沿って所定の間隔ｄで、デバイスに巻かれたコイルからなる。間隔ｄは特に限定されるものではないが、各マーカーを識別可能な距離例えば１０ｍｍ以上であることが好ましい。またデバイスが屈曲するものであっても、それらの間隔からデバイスの方向が推定可能な距離例えば１００ｍｍ以下であることが好ましい。ここで第１のマーカー５０３は１ターンのコイル、第２のマーカー５０４は２ターンのコイル、第３のマーカー５０５は３ターンのコイルであり、それぞれが直列に接続されている。これらのコイルはそれぞれ自己インダクタンスが異なるため、これらのコイルに電流が印加された場合に各コイルが生じる磁場はそれぞれ異なる。すなわち、各マーカーはＭＲＩにおいて局所的に信号強度の減少を誘発し、その度合いがマーカー毎に異なるので、各マーカーの位置を特定することができる。
【００３２】
このようなデバイスを用いたＭＲＩガイド下治療の手順の一例を、図６を参照して説明する。
【００３３】
まず被検体を撮像空間に設置し、必要に応じてＭＲＩ装置による撮像を行いながら、被検体に対し、生検針、カテーテル等のデバイスを挿入する。撮像に必要な条件やパラメータは、被検体を撮像空間に位置決めする際に低空間分解能の位置決め画像を取得した後、設定しておく。
【００３４】
例えば、デバイスの挿入或いは進行に先立って、操作部６４を介して撮像開始の指示を受け付けると、シーケンス制御部５１は予め設定された撮像シーケンスを実行して、撮像を開始する（Ｓ１０１、Ｓ１０２）。撮像シーケンスは特に限定されないが、インターベンションＭＲＩのように、複数回の撮像を繰り返すことが予想される場合には、計測時間が短いパルスシーケンス、図７に示すようなグラディエントエコー（ＧｒＥ）系のパルスシーケンスが選択される。即ち、ＲＦパルス７０１とスライス選択傾斜磁場７０２とを印加して、被検体の所定の領域（スライス）を励起した後、位相エンコード傾斜磁場７０３を印加するとともに読出し傾斜磁場７０４を印加し、ＲＦパルス７０１印加から所定のエコー時間ＴＥ後にエコー信号７０５を計測する。所定の繰り返し時間ＴＲで上述した一連のシーケンスを繰り返し、画像再構成に必要な数のエコー信号を計測する。なお図７では２次元のＧｒＥ系パルスシーケンスを示しているが、３次元でもよい。
【００３５】
画像再構成部５２は、収集したエコー信号に対しフーリエ変換等の演算を施して画像再構成し、画像データを生成する。画像データは、必要に応じて、記憶装置内に格納され、また表示装置６３に表示される。
【００３６】
デバイスの挿入を開始した後、操作部６４を介してデバイス位置検出の指示を受け付けると（Ｓ１０３）、シーケンス制御部５１はデバイス用シーケンスを実行する（Ｓ１０４）。デバイス用シーケンスは、図８に示すように、非選択ＲＦパルス８０１の印加と１軸の読出し傾斜磁場８０２によるエコー信号８０３計測とを、直交する３軸について、それぞれに行うものであり、一つのエコー信号計測までが数十ミリ秒の極めて短時間のシーケンスである。即ち、ＲＦパルス８０１aを照射してマーカーを含む体内の注目領域全体を励起し、ｘ方向のリードアウト傾斜磁場８０２aによってエコー信号８０３aを計測する。画像再構成部５２が、このエコー信号８０３aをフーリエ変換することで、ｘ軸上に投影された１次元磁気共鳴信号分布（１次元投影像）が得られる。同様に、ＲＦパルス８０１ｂを照射して注目領域全体を励起し、ｙ方向のリードアウト傾斜磁場８０２ｂによってエコー信号８０３ｂを計測し、フーリエ変換して、ｙ軸上に投影された１次元磁気共鳴信号分布を得る。さらに、ＲＦパルス８０１ｃを照射して注目領域全体を励起し、ｚ方向のリードアウト傾斜磁場８０２ｃによってエコー信号８０３ｃを計測し、フーリエ変換し、ｚ軸上に投影された１次元の磁気共鳴信号分布を得る。
【００３７】
各軸の磁気共鳴信号分布では、デバイスのマーカーが存在する各軸上の位置が、高信号或いは低信号となって現れる。図８のパルスシーケンスから得られた１次元投影像を、図９に模式的に示す。図中、横軸が位置、縦軸が信号強度である。この例では、マーカーは信号強度を局所的に減少させるマーカーＭ１、Ｍ２を２つ設けた場合を示しており、信号低下の度合いはマーカーＭ１よりもマーカーＭ２が大きいものとしている。図９（ａ）はｘ軸上に投影された１次元の磁気共鳴信号分布９０１であり、ここで、マーカーＭ１が存在する座標ｘ１およびマーカーＭ２が存在する座標ｘ２において、ｘ軸上に投影された１次元の磁気共鳴信号が局所的に低下している。さらに、信号低下の度合いはｘ１に比べてｘ２の方が大きい。したがって、ｘ軸上に投影された１次元の磁気共鳴信号の分布から、マーカーＭ１のｘ座標がｘ１、マーカーＭ２のｘ座標がｘ２であると判別することができる。またｙ軸上に投影された１次元の磁気共鳴信号分布９０２（図９（ｂ））及び図９（ｃ）に示すｚ軸上に投影された１次元の磁気共鳴信号分布９０３（図９（ｃ））から、図９（ａ）の場合と同様にして、マーカーＭ１のｙ座標がｙ１、マーカーＭ２のｙ座標がｙ２であり、マーカーＭ１のｚ座標がｚ１、マーカーＭ２のｚ座標がｚ２であると判別することができる。すなわち、マーカーＭ１の座標が（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、マーカーＭ２の座標が（ｘ２、ｙ２、ｚ２）であると検出することができる。またマーカーＭ１及びＭ２の座標からこれらを結ぶ線の角度を算出することができ、この線の角度は擬似的にデバイスの進行方向と見做すことができる。
【００３８】
なお、図９の例では、ＭＲＩにおいて局所的に信号強度の減少を誘発するマーカーを用いた場合を示したが、局所的に信号強度の増加を誘発するマーカーの場合には、信号の局所的な増加からマーカーの位置を検出することができる。
【００３９】
デバイス位置検出部５４は、これら３軸の一次元投影像に現れるマーカーの位置を検出するとともに、複数のマーカーの位置を用いてデバイスの向き（進行方向）を計算する（Ｓ１０５）。デバイスが変形しないか、殆ど変形しない材料から構成されている場合には、デバイス自体のジオメトリから、デバイス先端位置と方向を計算することができる。またデバイスが曲がって変形可能なものである場合には、各マーカーをそれぞれ識別可能な（信号強度の変化度合いがマーカーによって異なる）マーカーとしておくことにより、投影データ上でそれぞれを識別することで、位置や方向を算出することができる。
【００４０】
表示制御部５５は、デバイス位置計算部５４からデバイス位置を受け取り、画像再構成部５２が再構成した被検体の画像上にデバイス位置を重畳して表示する（Ｓ１０６）。デバイス位置を表示する被検体画像としては、断層像や三次元画像データをＭＩＰ（最大値投影）或いはＭｉｎＩＰ（最小値投影）処理した投影像等の種々の態様がある。ナビゲーション画面の一例を図１０に示す。この例では、ステップＳ１０５で算出した各マーカー（Ｍ１〜Ｍ３）４０４〜４０６（図４）の位置から、これらマーカーを含む断面の画像１０００を予め取得した三次元の被検体画像から切り出し、その断面画像上にマーカー位置を黒丸１００４〜１００６で重畳表示する。
【００４１】
画像１０００として、図１１（ａ）に示すような、デバイスの挿入位置（穿刺点）Ｓと例えば第一のマーカーＭ１９０４を含む断面の画像や三次元画像をＭＩＰ処理等した画像でもよい。またマーカー位置の表示と併せて、マーカーをつなぐ線をデバイス形状１００３として表示したり、図１１（ｂ）に示すように、デバイスを示す線１００３の延長線を示し、デバイスの進行方向を表示してもよい。これにより術者は、デバイスが治療ターゲット１００２に向かっているのか、ずれているのかを直観的に把握することができる。なお図１０の断面画像の場合、全てのマーカー位置は必ずしも断面内に含まれないが、マーカー位置を画像１０００の断面に投影して表示し、マーカー位置の断面からの距離に応じて表示する黒丸１００４〜１００６に輝度差を設けてもよい。
【００４２】
表示の別の態様として、図１２に示すように、穿刺点Ｓと治療ターゲット１００２とを含む三断面（Ａｘｉａｌ、Ｃｏｌｏｎａｌ、Ｓａｔｔｉｔｔａｌ）上にマーカー位置及びデバイス形状を表示してもよい。この場合、術者はデバイスの３次元の進行方向を直観的に把握することができる。また図１３に示すように、デバイス先端に設けたマーカーＭ１を通り且つデバイス進行方向に直交する面の断層像或いはＭＩＰ像を表示し、その面に治療ターゲット１００２を投影した画像とデバイス先端の位置を重畳表示してもよい。デバイス進行方向は、例えば２つのマーカーＭ１とＭ２を結ぶ線の方向をデバイス進行方向とする。上述した種々の態様の画像は、単独で表示してもよいし、適宜組み合わせて並列に表示してもよい。
【００４３】
術者は、このようなナビゲーション画面（画像９００）を確認しながら、さらにデバイスを進めるかどうかを判断し（Ｓ１０７）、目的位置に達するまで撮像（Ｓ１０２）とデバイス位置検出（Ｓ１０４〜Ｓ１０６）を繰り返す。
【００４４】
なお上記説明では、ステップＳ１０３は、操作部６４を介した指示によって位置検出を行うか否かを判断しているが、例えば、デバイス先端位置が目的部位に近づいた時点で、自動的に所定の間隔で繰り返し、表示画像に重畳するデバイス位置を、新たに取得した位置情報で更新するようにしてもよい。
【００４５】
また図６では示していないが、デバイスが目的位置に到達した後、例えば、デバイスを用いた生検、凍結或いは温熱治療などを行う場合には、その開始前後において撮像を行い、治療効果を確認することも可能である。
【００４６】
本実施形態によれば、デバイスとして長手方向の複数の位置にＭＲＩで識別可能なマーカーを付したものを用いるとともに、被検体内部に挿入されたデバイス位置を検出するに際し、撮像部が１軸に投影した核磁気共鳴信号を取得するステップを、互いに直交する３軸について実行するデバイス用シーケンスによる撮像を行い、演算部が、デバイス用シーケンスで取得した３軸の投影核磁気共鳴信号を用いて、デバイスの位置を検出する。デバイス用シーケンスは、位相エンコード傾斜磁場の印加を伴わないため極めて短時間でデバイス位置検出に必要な情報を得ることができる。例えば、３次元のＭＲＩ画像をリアルタイム（０．１秒以下）で撮像することは困難であるが、本実施形態によれば１軸に投影された磁気共鳴信号を３回（３軸分）検出すればよく、高速に（０．１秒以下で）マーカーの位置から生体内でのデバイスの位置や形状を特定することができる。さらに、各マーカーを含むＭＲＩ画像を表示し、さらに各マーカーの位置からデバイスの形状を推定して重畳表示することによって、術者は直観的に治療デバイス位置や進行方向を確認することができ、治療デバイスを操作して治療ターゲット４０２（図４）に誘導することができる。またデバイスとして、それぞれの信号変化度合いが異なる複数のマーカーを付したデバイスを用いるとともに、そのようなデバイスを含む被検体の３軸の投影核磁気共鳴信号を用いることで、精度よくデバイスの位置を検出することができる。
【００４７】
＜第二実施形態＞
第一実施形態では、撮像部がデバイス用シーケンスにより取得した３軸方向の１次元の磁気共鳴信号分布（投影像）から直接マーカー位置を検出したが、本実施形態では、マーカーが非アクティブの投影像を基準画像とし、マーカーがアクティブの投影像と基準画像との差分からマーカー位置を検出する。「マーカーが非アクティブ」とは、マーカーの影響が画像に現れない状態を意味し、例えば、デバイスを被検体に挿入する前の画像はマーカーが非アクティブの画像であり、デバイスを被検体に挿入した状態で撮像した当該デバイスを含む画像はマーカーがアクティブの画像である。また図５に示すような磁場発生コイルをマーカーとして用いた場合には、コイルに通電せず磁場を発生しない状態が非アクティブ、コイルに通電し磁場を発生する状態がアクティブである。
【００４８】
本実施形態における、ＭＲＩガイド下治療の手順を、図１４を参照して説明する。図１４において、図６と同じ手順は同じ符号で示し、重複する説明は省略する。本実施形態の手順も図６に示す手順とほぼ同様であるが、デバイス用シーケンス（Ｓ１０４）に先立って、マーカーが非アクティブである場合の１次元投影像（基準画像）を取得するステップＳ１１１が加えられること、デバイス位置計算（Ｓ１０５）に先立って、基準画像からマーカーがアクティブである場合の１次元投影像を差し引いて得られる信号の分布を取得するステップＳ１１２が含まれることが異なる。
【００４９】
ステップＳ１１１では、Ｓ１０４と同じデバイス用シーケンスを実行する。この際、治療ターゲット近傍が体動の影響を受ける部位である場合には、差分する画像（Ｓ１０４で取得する一次元投影像）との間で体動の影響を最小限にすることが必要である。ステップＳ１１１は、点線で囲った撮像ステップＳ１０１、Ｓ１０２の前後のいずれに実行してもよい。マーカーが磁場発生コイルの場合には、磁場発生コイルのオンオフを切り替えるだけで、アクティブと非アクティブを切り替えることができるので、ステップＳ１１１とステップＳ１０４を連続して行うことにより、体動の影響を最小限にすることができる。
【００５０】
一方、マーカーが磁性体や高濃度物質である場合、マーカーが非アクティブである場合の基準像はデバイスを体内に挿入する前に取得する必要があるので、ステップＳ１１１とステップＳ１０４を連続して行うことはできない。ここで体動が呼吸に起因する体動の場合、呼吸動は周期的であるため、１周期内の呼吸変動に対応する複数の基準画像を事前に取得し記憶装置（外部記憶装置６１等）内に格納しておく。そして、ステップＳ１１２では、予め取得した基準画像のうち、体動の位相（時相）がステップＳ１０４で取得した一次元投影像と一致する画像を選択し、差分する。これにより体動の影響を最小限にすることができる。デバイス位置検出ステップＳ１０５では、この差分をもとにマーカー位置を検出する。
【００５１】
ステップＳ１１１及びＳ１０４において、呼吸に起因する変動（時相）を計測する手法として、横隔膜の変動をモニタリングする手法がある。具体的には、横隔膜に直交する領域にペンシルビーム形状のＲＦパルスを照射し、ナビゲーターエコーと呼ばれる付加的なエコーを取得して横隔膜の変動をモニタリングし、呼吸に起因する変動を計測する。また、１次元投影像を用いて呼吸変動をモニタリングすることもできる。呼吸変動の影響が大きい腹部撮像を例にとると、図１５（ａ）に示すように、体の前後方向（Ａｎｔｅｒｉｏｒ−Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ：ＡＰ方向）をｙ方向とすれば、図１５（ｂ）の１次元投影像の両端はそれぞれ腹部表面ｂと背部表面ａに対応する。周期的な呼吸変動においては、図１５（ｂ）に点線と実線とで示すように、腹部表面の位置（ｙｂ２〜ｙｂ１）も周期的に変動するため、１次元投影像の形状或いは端部の座標ｙから呼吸変動の時相を特定することができる。したがって、ＡＰ方向の１次元投影像から呼吸変動の時相を特定し、対応する時相の基準画像を用いることで、体動の影響を最小限にすることができる。なおマーカーが磁場発生コイルの場合には、マーカーが非アクティブである基準画像を取得するステップＳ１１１と、マーカーがアクティブである一次元投影像を取得するステップＳ１０４とを殆ど時間差なく実行することにより体動の影響を最小限にできることは前述のとおりであるが、この場合にも、１周期内の呼吸変動に対応する複数の基準画像を事前に求めておいてもよいことは言うまでもない。
【００５２】
図１６はマーカーが非アクティブである場合の投影像（基準画像）からマーカーがアクティブである場合の一次元投影像を差し引いて得られる信号の分布（図１４のステップＳ１１２で求めた差分）を示す図であり、（ａ）はｘ軸投影像１６０１、（ｂ）はｙ軸投影像１６０２、（ｃ）はｚ軸投影像１６０３を示している。このように、マーカーが非アクティブである場合の一次元投影像からマーカーがアクティブである場合の一次元投影像を差し引くことによって、マーカーによる信号強度変化を明瞭に捉えることができる。またピークの高さによってマーカーの種類を正確に判別することができる。図１６（ａ）においては、ｘ＝ｘ１とｘ＝ｘ２において２つのピークが存在し、ｘ＝ｘ１におけるピークよりもｘ＝ｘ２におけるピークの方が大きい。したがって、マーカーＭ１のｘ座標がｘ１、マーカーＭ２のｘ座標がｘ２であると判別することができる。同様に、図１６（ｂ）からマーカーＭ１のｙ座標がｙ１、マーカーＭ２のｙ座標がｙ２であると判別することができ、図１６（ｃ）からマーカーＭ１のｚ座標がｚ１、マーカーＭ２のｚ座標がｚ２であると判別することができる。すなわち、マーカーＭ１の座標が（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、マーカーＭ２の座標が（ｘ２、ｙ２、ｚ２）であると判別することができる。
【００５３】
マーカー位置の検出（Ｓ１０５）後に、図１０〜図１３に示したように、その位置を治療ターゲットや穿刺点を含む被検体断層像に重畳表示（Ｓ１０６）することは第一実施形態と同様であり、表示の形態も種々の形態を取りえる。
【００５４】
本実施形態によれば、マーカーが非アクティブな状態の画像とアクティブな状態の画像との差分を取ることで、マーカーによる信号変化がより明確に検出することができ、マーカー位置即ちデバイス位置の検出精度を高めることができる。また非アクティブな状態の投影像（基準画像）として、被検体の周期的体動の時相毎の投影像を取得しておくことにより、差分を取る際に体動の影響を最小限にすることができ、デバイス位置検出の精度を高めることができる。またデバイスのマーカーとして、磁場発生コイルを用いた場合には、基準画像の取得とマーカーがアクティブな状態の投影像取得とをほぼ同時に（０．１秒程度の時間差で）行うことができるので、周期的な体動のみならず不用意に起こる体動についてもその影響を最小限にすることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０：撮像部、１１：静磁場発生磁石、１５：シーケンサ、２０：傾斜磁場発生部、３０：ＲＦ送信部、３４：ＲＦ送信コイル、４０：受信部、４１：ＲＦ受信コイル、５０：信号処理部、５１：ＣＰＵ、５１：シーケンス制御部、５２：画像再構成部、５４：デバイス位置検出部、５５：表示制御部、６３：表示装置、６４：操作部、１００：ＭＲＩ装置、４０３：治療デバイス、４０４〜４０６：マーカー、５０１：治療デバイス、５０４〜５０６：マーカー、１００：ＭＲＩ装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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