(57)【要約】【課題】磁気共鳴エラストグラフィ（ＭＲＥ）検査を受けている対象物に振動ストレスを加えるのに利用されるドライバを提供する。【解決手段】本発明にかかるドライバは、磁気のボア内に配置されて対象物（１０）に接触する受動アクチュエータ（２２）を含んでいる。遠隔に配置された音響ドライバ（２６）は、印加電流に応じた音響エネルギを生成し、このエネルギは、可撓性チューブ（２４）を介して受動アクチュエータ（２２）へ結合される。受動アクチュエータにおける可動要素は、この音響エネルギに応答して振動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムにおける磁気共鳴エラストグラフィスキャンを実行中に対象物上にストレスを生成するドライバであって、
前記ＭＲＩシステムから離れて配置され、音響エネルギを生成するように作動可能な音響ドライバと、
前記ＭＲＩシステム内に配置され、開口部と前記開口部の全域にわたって張られた可撓膜とを備えた包囲体を有する受動アクチュエータと、
前記離れて配置された音響ドライバによって生成された前記音響エネルギに応答して前記可撓膜が振動するように前記音響ドライバを前記受動アクチュエータに音響的に結合するチューブと
の組み合わせからなるドライバ。
【請求項２】
請求項１に記載のドライバにおいて、前記音響ドライバは包囲体の開口部上に取り付けられた拡声器を含み、前記チューブは第２の開口部を通って前記包囲体の内部と音響的に結合することを特徴とするドライバ。
【請求項３】
請求項１に記載のドライバにおいて、第２の開口部は前記受動アクチュエータ包囲体の中に形成され、前記チューブは前記第２の開口部を通って前記包囲体の内部と音響的に結合することを特徴とするドライバ。
【請求項４】
前記チューブは可撓性であることを特徴とする請求項１に記載のドライバ。
【請求項５】
請求項１に記載のドライバにおいて、前記受動アクチュエータ及び前記チューブは、前記ＭＲＩシステムによって生成された磁場を実質的に混乱させない素材からできていることを特徴とするドライバ。
【請求項６】
請求項５に記載のドライバにおいて、前記受動アクチュエータはポリカーボネイト素材からできていることを特徴とするドライバ。
【請求項７】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム用のドライバであって、
印加された電流に応じて作動して音響エネルギを生成することができる音響ドライバと、
前記ＭＲＩシステムによって生成された磁場を混乱させない素材で構成され、一方の側に加えられた音響エネルギに応答して動く可動要素を有する受動アクチュエータと、
前記音響ドライバに接続され、前記受動アクチュエータに接続するために実質的な距離にわたって延びるチューブと、
の組み合わせからなり、前記チューブは、前記音響ドライバからの音響エネルギを前記受動アクチュエータの可動要素の前記一方の側と結合するように作動可能であることを特徴とするドライバ。
【請求項８】
請求項７に記載のドライバにおいて、前記可動要素は、その内部に結合された音響エネルギに応答して直径が伸張及び収縮する弾性チューブであることを特徴とするドライバ。
【請求項９】
請求項８に記載のドライバにおいて、前記弾性チューブは、前記ＭＲＩシステムに配置された被験者の付属肢のまわりに巻くために構成されることを特徴とするドライバ。
【請求項１０】
請求項７に記載のドライバにおいて、前記音響ドライバは包囲体内の開口部上に取り付けられた拡声器を含み、前記チューブは第２の開口部を通って前記包囲体の内部と音響的に結合することを特徴とするドライバ。
【請求項１１】
請求項７に記載のドライバにおいて、前記受動アクチュエータは開口部をもつ包囲体を含み、前記可動要素は前記開口部の全域にわたって広がる可撓膜であることを特徴とするドライバ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のドライバにおいて、第２の開口部が前記受動アクチュエータの前記包囲体に形成され、前記チューブは前記第２の開口部を通って前記包囲体の内部と音響的に結合されることを特徴とするドライバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、国立衛生研究所によって授与された交付番号ＣＡ９１９５９及びＥＢ００１９８２に基づく政府後援によって完成された。アメリカ合衆国政府は、本発明について一定の権利を有する。
【０００２】
本発明の技術分野は、核磁気共鳴イメージング方法及びシステムに関する。より詳細には、本発明は、ＭＲエラストグラフィ法を実施するためのデバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
医師は、彼ら自身で使用できる、疾患組織の検知及び局所限定が可能な多くの診断ツールを有している。これらには、その組織によるＸ線減衰を示すイメージを測定し、生成するＸ線システム、及び、組織のエコー発生性と、音響的特性が異なる構造間の境界とを示すイメージを検知し、生成する超音波システムが含まれる。ＰＥＴスキャナやＳＰＥＣＴスキャナのように、核医学は、患者に注入されたトレーサを吸収する組織を示すイメージを生成する。そして、最終的に、磁気共鳴イメージング（「ＭＲＩ」）システムが組織の磁気的な特性を示すイメージを生成する。偶然にも、多くの疾患の組織が、これらのイメージング物理療法により測定された物理的な特性によって検知されていることは好運であるが、多くの疾患が未検知であることは驚くべきことではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
歴史的に、医師にとって最も有益な診断ツールの一つは触診である。患者を触診することにより、医師は組織の弾力性の相違を感じることができ、腫瘍その他の組織異常の存在を感じることができる。不幸にも、この有益な診断ツールは、医師が感じることができる組織や器官に制限されてしまい、上記のイメージング物理療法の一つによって疾患が検知できないようなことになれば、疾患のある多くの内部器官が未診断となってしまう。既存のイメージング物理療法によっては検知できない、患者の肌及び筋肉組織を通しての触診では行き届かない腫瘍（例えば、肝臓の）は、外科手術時に、露出した器官の外科医による直接の触診によってしばしば検知される。触診は、前立腺及び胸の腫瘍を検知する最も一般的な手段であるが、不幸にも、これらの組織のより深部には、かかる評価では到達できない。患者の体全体の組織弾力性における相違を検知するために医師の能力を拡張するイメージングシステムは、この価値のある診断ツールを拡張することとなる。
【０００５】
ＭＲエラストグラフィ（ＭＲＥ）と呼ばれる手法でイメージ化された物体に振動ストレスが加えられた時、ＭＲイメージングが増強されることが見いだされている。この方法は、振動ストレスにより、剪断波を生成させ、この剪断波がイメージ化される器官又は組織を通して伝搬するように要求するものである。これら剪断波は、ＮＭＲ信号の位相を変え、これによって物体の機械的な特性を判断することができる。多くの適用例において、組織に剪断波を生成することは、上記において引用された米国特許第５，５９２，０８５号明細書に開示された電気機械的デバイスにより、対象物の表面を物理的に振動させることに過ぎない。例えば、剪断波は、振動デバイスとの直接接触によって胸及び前立腺の中で生成される。また、肝臓にような器官では、その器官の中に挿入されるアプリケータ手段によって振動力が直接的に加えられる。
【０００６】
ＭＲＥの実施に必要な振動力を生成するために、多くのドライバデバイスが開発されている。米国特許第５，９７７，７７０号明細書、同第５，９５２，８２８号明細書、同第６，０３７，７７４号明細書、及び同第６，４８６，６６９号明細書に開示されたように、これらは、典型的には、振動電流が流れる、ワイヤコイルを含む。
【０００７】
このコイルは、ＭＲＩシステムの分極場内において、該コイルが分極場と相互作用して振動力を生成するように方位付けされる。この力は、幾つかの異なる機械的装置によってイメージ化されている対象物に伝えられる。かかるＭＲＥドライバは、広い範囲にわたり大きな力を生成することができるが、これらは、コイルを分極磁場に関して適切に位置決めすることの必要性のために制約がある。加えて、ドライバコイルを流れる電流により生成される磁場が、磁気共鳴パルスシーケンス中の磁場を変化させ、望ましくないイメージ歪みを生じることがある。
【０００８】
他の手法は、米国特許第５，６０６，９７１号明細書及び同第５，８１０，７３１号明細書に開示されたように、圧電性のドライバを用いることである。かかるドライバは、作動時に厄介なスキャナ磁場妨害を生成することはないが、特に大きな変位に対しては、生成可能な力の範囲に制限がある。圧電性ドライバは、正しい作動にとって分極磁場方向依存性がないので、何れの方向にも配置することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ＭＲＩシステムと干渉することなく大きな変位のために大きな力を生成することができ、対象物に関して何れの方向にも配置できるＭＲＥドライバである。さらに詳細に述べると、このＭＲＥドライバは、ＭＲＩシステムから離れて配置され、印加された電流に応じて振動するように作動可能な音響ドライバを含み、受動アクチュエータがＭＲＩシステム内の対象物上に位置決めされ、該アクチュエ−タは、室を規定するハウジングとこの室への開口部を覆う可撓膜とを有し、チューブが音響ドライバと一端で音響的に結合し、他端で受動アクチュエータの室と音響的に結合する。音響ドライバの振動は、チューブを通って受動アクチュエータの室に結合されて可撓膜を振動させる。膜は、関連する対象物に対面して載置され、ＭＲＥ検査の間、対象物に対して対応する振動力を与える。
【００１０】
本発明の一般的な目的は、ＭＲＩシステムの作動に干渉することなしに、ＭＲＥスキャン中に、対象物に対する大きな振動力を生成することである。振動力は、ＭＲＩシステムの磁場から離れて配置された音響ドライバによって生成される。それゆえ、この音響ドライバによって生成される何れの磁場もスキャナの作動に干渉することはない。受動アクチュエータは、臨床適用に依存する多様な形状及び大きさを有することができ、対象物上の何れの方向にも配置可能である。
【００１１】
本発明の上述の目的及び他の目的並びに利点は、以下の記載により明らかになる。本記載において、この文書の一部をなす添付図面への参照が行なわれ、ここでは、本発明の好適な実施形態は、実例として示される。しかしながら、かかる実施形態は必ずしも本発明の全範囲を表わすものではない。したがって、本発明の範囲を解釈するために特許請求の範囲及びこの記載の参照が行なわれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
組織の物理的特性は、ストレス（例えば、張力、圧力、又は剪断力）を与え、結果として生じる歪み（例えば、伸び、圧縮、回転）を観察することによるＭＲエラストグラフィを使用して測定される。この結果として生じる歪みを測定することによって、ヤング係数（率）、ポアソン比、剪断係数、そしてバルク係数といった、組織の弾性特性を計算することができる。三次元の全方向にストレスを加え、結果として生じる歪みを計測することによって、その組織の弾性特性を完全に定義することができる。
【００１３】
ストレス生成源からの距離の関数として減少する歪みの比率を観測することによって、その歪み波の減衰を評価することができる。このことから、磁気回転媒体の粘性特性が評価可能となる。この媒体の分散特性は、その歪み波の速度及び減衰を周波数の関数として観察することによって評価することができる。分散は、潜在的に、医療イメージング用途において組織の特性を定めるために非常に重要なパラメータである。
【００１４】
本発明は、ＮＭＲ法及び装置を使用して組織のような磁気回転物質における歪みを測定する手段を与える上記引用された米国特許第５，５９２，０８５号明細書に記載されているようなシステムにおいて用いられる。図１を詳細に参照すると、検査される対象物１０は、ＭＲＩシステムマグネット１４のボア１２内に位置させられ、対象物１０の関心領域からＮＭＲデータを取得する間、分極コイル１６と勾配コイル１８とＲＦコイル２０とによって生成される磁場にさらされる。これら磁場の均質性は重要であり、ボア１２内に配置される何れの物体も、これらを混乱させないような素材で慎重に構成する必要がある。
【００１５】
本発明は、対象物１０上に配置することができ、励起されて振動ストレスを生成するエネルギを与えるＭＲＥドライバである。そして、対象物１０の関心領域上に位置させられ、遠隔配置された音響ドライバアセンブリ２６にチューブ手段２４によって接続された受動アクチュエータ２２が含まれる。音響ドライバアセンブリ２６は、その作動が場によって妨害されず、その作動がＭＲＩシステム磁場を混乱させない場所であって、マグネット１４によって生成された強い磁場から離れているという程度まで、マグネット１４のボア１２から離れている。音響ドライバアセンブリ２６は、ＭＲＩシステム制御３０内のパルスシーケンサによって順次制御される波形生成器及び増幅器２８によって電気的に駆動される。ＭＲＩシステム制御３０は、ＭＲＩシステムを指示してＲＦコイル２０を駆動することによってＭＲＥスキャンを実行し、マグネットアセンブリ１４内の勾配コイル１８を指示して一連のパルスシーケンスを実行し、同時に、各パルスシーケンスの間、適性モーメントで波形生成器２８を作動させ、上記引用の特許第５，５９２，０８５号明細書に記載のように対象物１０に振動ストレスを加える。
【００１６】
図２を詳細に参照すると、音響ドライバアセンブリ２６は、薄い包囲体３４の一方の側に取り付けられた拡声器３２を含む。この拡声器３２は、例えば、レゾナントエンジニアリング社によって製造され、モデルＳＥ１５として販売されている１５インチスピーカである。これは、３０Ｈｚの共振周波数を有し、１０００ワットピークパワー又は６００ワットｒｍｓで取り扱うことができる。包囲体３４は、ポリカーボネイトのような硬い素材で構成され、好適な実施形態においては１８”×１８”×１．５”の寸法を持った矩形の包囲体である。大きな開口部３６は包囲体３４の一方の壁３８に形成され、拡声器３２上のフランジ４０は、拡声器３２が音響エネルギを直接包囲体３４内に誘導するようにこの壁に固定している。
【００１７】
チューブ２４の一端は、包囲体３４の反対側の壁４２に接続され、出力開口部４４によってその内部に音響的に連結されている。結果として、拡声器３２によって生成された音響エネルギは、薄い包囲体３４を通ってチューブ２４の一端に直接連結される。
【００１８】
チューブ２４は、可撓性であるが弾力性はない素材で作られている。この柔軟性によって、マグネットの中の対象物と、音響ドライバアセンブリ２６の遠隔サイトとの間の曲がりくねった経路に沿って送り込むことが可能となる。好適な実施形態において、このチューブ２４は２０フィートの長さであり、１．０インチの内径を有している。「ＴＹＧＯＮ」の登録商標のもと販売されている透明なビニール素材でできており、略８分の１インチの壁厚を有している。これは、伝搬される音響エネルギによって生じる空気圧の変動に応じて伸縮しないよう非弾性である。結果として、音響エネルギはドライバアセンブリ２６から受動アクチュエータ２２へ充分に伝搬される。
【００１９】
図３を詳細に参照すると、受動アクチュエータ２２は、チューブ２４の終端に接続された円筒形状の包囲体５０から成っている。この包囲体５０の大きさは、特定の臨床適用に依存して変化し、本出願人は、１から１０インチ径までの範囲の実施形態を有している。この包囲体は、硬い円筒形の外壁５２と、外壁５２の一端に結合した硬い円筒形の端壁５４とによって形成される。入力孔５６は、外壁５２又は端壁５４の中に形成されて、チューブ２４を包囲体５０の内部の室に音響的に連結する。硬質な壁５２及び５４は、ポリカーボネイト又は他の非鉄金属、非電気的な導電材料でできており、硬く、マグネット１４のボア１２において生じた磁場に対して比較的「不可視」である。
【００２０】
円筒形の外壁５２の他端部全域にわたって張られているのは、可撓膜６０である。膜６０は、ゴム又は十分に弾力性のある何れかの材料で構成されうるが、好適な実施形態においては、ポリカーボネイト素材の非常に薄いシート（１０−２０ミクロンの厚さ）である。この可撓膜６０は、対象物１０の表面に載置されて、チューブ２４を通って受け取られる音響エネルギに応じて振動する。変形は、対象物の肌に振動ストレスを加え、関心のある領域に伝搬される。チューブ２４の内部及び包囲体３４、５０の内部を含む空間は、厳密に規定され、完全に密閉される。結果として、ドライバアセンブリ２６の拡声器コーンの振動は、受動アクチュエータ２２の可撓膜６０へ音響的に充分に伝搬される。
【００２１】
受動アクチュエータ２２は、磁場を混乱させない素材のみで構成されており、作動するために電流の利用を必要としないので、マグネット１４のボア１２内の何処にでも自由に配置することができる。作動するために、何れの特定方向においても調整の必要がなく、イメージ歪みを発生することなしに関心のある領域に非常に接近して配置することができる。
【００２２】
本発明は、電気磁気的に作動するドライバによって生成されるものと類似のストレスレベルを生成することができる。好適な実施形態においては、クラウンモデルＣＨ１増幅器が使用され、４〜８オームの拡声器負荷に４５０〜９００ワットを調達する。電気磁気的に作動する多くのドライバと異なり、本発明の好適な実施形態では、長軸方向に振動ストレスが加えられる。この縦軸のストレスは、組織によって、関心の組織内において剪断波を生じさせる横軸のストレスへと変換される。
【００２３】
図４を詳細に参照すると、腕や脚といった付属肢のイメージング時には、受動アクチュエータ２２の代替的な実施形態を用いることができる。この臨床適用において示された受動アクチュエータ２２は、患者の脚７０に取り付けられている。受動アクチュエータは、チューブ２４に接続され、そこにおける音響エネルギを弾性ホース７４に結合する集合管７２を含む。チューブ２４は、集合管７２の一端の開口部７６と結合しており、弾性ホース７４の一方の端部は集合管の上部の出力開口部７８と結合している。弾性ホース７４は、第１のループ８０において対象物の脚７０の周りに巻きつき、集合管７２内に形成された経路８２を通って送り込まれ、再び脚７０の周りに巻きついて第２のループ８４を形成している。弾性ホース７４の末端部は、集合管７２に形成された２つのスロット８６及び８８を通って絡められ、終端部を締めつけている。弾性ホース７４は、経路８２を通ってスロット８６及び８８に送り込まれ、ループ８０及び８４の大きさを調整し、異なった位置での対象物の脚７０の周りに快適にフィットさせることができ、あるいは、対象物の腕の周りにフィットさせることができる。
【００２４】
弾性ホース７４は、対象物の付属肢の周囲に、可撓性チューブ２４を通って受け取られる音響エネルギに応じて付属肢に振動収縮力を与える気密バンドを形成する。この弾性ホース７４は、加えられた音響エネルギに応じて径が拡張及び収縮するシリコンチューブでできている。このホース径の膨張は、対象物の脚７０の周りを緊迫又は収縮させ、径の収縮は、脚７０の周りの握りを弛緩させる。この付属肢の周りに加えられる振動収縮力が、その付属肢の構造の非常に良好なＭＲＥイメージを生成することが見出だされたのである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の好適な実施形態を用いたＭＲＩシステムの説明図である。
【図２】図１のシステムにおいて使用される音響ドライバの図である。
【図３】図１のシステムの一部を形成する受動アクチュエータの横断面図である。
【図４】図１のシステムの一部を形成する受動アクチュエータの代替的実施形態の図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  対象物
１２  ボア
１４  ＭＲＩシステムマグネット
１６  分極コイル
１８  勾配コイル
２０  ＲＦコイル
２２  受動アクチュエータ
２４  可撓性チューブ
２６  音響ドライバ
２８  波形生成器及び増幅器
３０  ＭＲＩシステム制御器
３４  包囲体
３６  開口部
４０  フランジ
５６  入力孔
６０  可撓膜
７０  患者の脚
７２  集合管
７４  弾性ホース（チューブ）
【図１】
2008501416.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2008501416.tif 000007
2008501416.tif 000008
2008501416.tif 000009