(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査体積内に配置された検査されるべき対象のＭＲ画像を生成し、同時に前記検査体積内に配置された器具を位置決めするＭＲ装置の制御方法であって、前記器具が位置決め装置を備え、前記位置決め装置が、前記器具の周囲で位置信号を生成し、中央制御ユニットが、前記位置決め装置を様々な動作状態の間で切り替えるのと同時に、高周波コイルが、前記検査体積からの前記位置信号と一緒にＭＲ信号をＭＲ画像の再構成のために記録し、再構成及び表示ユニットが、前記切り替え処理により生じた画像特性を解析することにより前記器具の位置決めを行う当該制御方法において、前記高周波コイルが、前記検査体積に割り当てられた局所周波数スペクトルの不完全なサンプリングで時間的に連続した複数のＭＲ部分データ記録を記録し、前記再構成及び表示ユニットが、前記複数のＭＲ部分データ記録を完全なＭＲデータ記録に結合し、前記完全なＭＲデータ記録から完全なＭＲ画像を再構成し、前記再構成及び表示ユニットが、前記ＭＲ部分データ記録のそれぞれから、それぞれの時間に対して前記位置決め装置の前記動作状態の１つに割り当てられた第１の位置決めデータ記録及び前記位置決め装置の他の動作状態に割り当てられた第２の位置決めデータを抽出し、前記再構成及び表示ユニットが、それぞれの時間に対して前記第１の位置決めデータ記録及び前記第２の位置決めデータの差分画像を再構成することにより前記器具の位置決めを行うことを特徴とするＭＲ装置の制御方法。
【請求項２】
前記局所周波数スペクトルのサンプリングが、前記ＭＲ信号の記録中に非カーテシアン様式で行われることを特徴とする、請求項１に記載のＭＲ装置の制御方法。
【請求項３】
前記ＭＲ部分データ記録を結合することにより、完全なＭＲ画像データ記録が生成され、前記完全なＭＲ画像データ記録から前記ＭＲ画像が再構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のＭＲ装置の制御方法。
【請求項４】
前記位置決め装置が前記様々な動作状態の間であちこちに切り替えられる切り替え周波数が、前記ＭＲ信号が前記ＭＲ部分データ記録の記録中にサンプリングされるサンプリング周波数の半分であることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のＭＲ装置の制御方法。
【請求項５】
前記局所周波数スペクトルが、前記ＭＲ部分データ記録の記録時に半径方向に又は渦巻状にサンプリングされることを特徴とする、請求項２ないし４のいずれか一項に記載のＭＲ装置の制御方法。
【請求項６】
事前に決定されることができる閾値を超える輝度値を有する前記差分画像内の画素を見つけることにより前記器具の位置決めが実行されることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のＭＲ装置の制御方法。
【請求項７】
検査体積内に一様な静止磁場を生成する主磁場コイルと、前記検査体積内に磁場勾配を生成する複数の勾配コイルと、前記検査体積内に高周波磁場を生成し、前記検査体積からのＭＲ信号を記録する高周波コイルと、位置決め装置を備えた侵襲的器具であって、位置信号が、前記位置決め装置により前記侵襲的器具の周囲に生成され、前記高周波コイルを用いて記録されることができる当該侵襲的器具と、前記勾配コイル、前記高周波コイル及び前記位置決め装置を駆動する中央制御ユニットと、前記ＭＲ信号を処理及び表示する再構成及び表示ユニットとを有するＭＲ装置において、前記制御ユニット並びに／又は前記再構成及び表示ユニットが、プログラム制御ユニットを有し、前記プログラム制御ユニットを用いて請求項１ないし６のいずれか一項に記載のＭＲ装置の制御方法が実施されることを特徴とするＭＲ装置。
【請求項８】
前記位置決め装置が、マイクロコイル及びキャパシタにより形成された共振回路を有し、前記回路が、前記中央制御ユニットからの制御信号を用いて離調されることができることを特徴とする、請求項７に記載のＭＲ装置。
【請求項９】
前記位置決め装置が、前記侵襲的器具の周囲で不均一な磁場を生成する電気導体構成を有することを特徴とする、請求項７に記載のＭＲ装置。
【請求項１０】
請求項７に記載のＭＲ装置用コンピュータプログラムにおいて、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法が、前記ＭＲ装置の前記制御ユニット並びに／又は前記再構成及び表示ユニット上で前記コンピュータプログラムにより実施されることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＲ装置を用いて検査体積内に配置された検査されるべき対象のＭＲ画像を生成し、同時に前記検査体積内に同様に配置された器具を位置決め（locating）するＭＲ方法であって、前記器具は位置決め装置を備え、前記位置決め装置を用いて位置信号が前記器具の周囲に生成されることができ、前記位置決め装置が動作状態間をあちこちに（to and fro）切り替えられると同時に、前記検査体積からの前記位置信号と一緒にＭＲ信号がＭＲ画像の再構成のために記録され、前記器具の位置決めは、前記切り替え処理により生じた画像特性が評価されることにより行われる当該方法に関する。
【０００２】
本発明は、このような方法を実行するＭＲ装置及びこのような方法をＭＲ装置上で実施するコンピュータプログラムにも関する。
【背景技術】
【０００３】
磁気共鳴法（ＭＲ）に基づく方法は、最近インターベンショナルラジオロジの分野で増加的に重要度を増している。磁気共鳴がこの分野で一般的に普及しているＸ線診断に対して持っている利点は、患者又は侵襲（intervention）を実行する医者の何れも電離放射線を受けないことである。磁気共鳴法は、明らかにより良い柔らかい部分のコントラストの利点をも有する。
【０００４】
磁気共鳴法を用いて監視される侵襲の効率的な実行に対する重要な要件は、関心のある検査体積のＭＲ画像が、十分に高い画像レートで生成されるべきであり、前記検査体積内の前記侵襲に使用された器具の位置を十分に速く正確に決定することが可能でなければならないことである。
【０００５】
初めに述べられたタイプのＭＲ方法は、例えば欧州特許公開公報ＥＰ０９３０５０９Ａ２から既知である。既知の方法において、侵襲的器具（interventional instrument）の位置決めは、前記侵襲的器具に配置された位置決め装置を用いて行われる。この位置決め装置は、コイル構成及び変調ユニットを有し、前記コイル構成に関連付けられた高周波信号を変調ユニットを用いて変調することが可能である。ＭＲ画像を生成する目的で検査体積からのＭＲ信号を記録する間に、前記信号は、前記侵襲的器具の前記位置決め装置により生じた前記コイル構成の変調された高周波信号を位置信号として含み、前記変調された高周波信号から前記器具の位置が決定されることができる。既知である前記方法によると、画像記録中のＭＲ信号のサンプリングは、前記位置決め装置により放射された信号が変調される周波数の２倍のサンプリング周波数で行われる。前記ＭＲ信号の記録時における局所周波数スペクトル（local frequency spectrum）のカーテシアンサンプリング（Cartesian sampling）のため、この対策は、再構成されたＭＲ画像の画像領域内の前記位置決め装置内で生成された信号の出現を達成し、前記領域内に実際の検査されるべき対象の画像信号は表れない。したがって前記位置決め装置を識別することが可能であり、これにより前記侵襲的器具の位置を決定することが可能である。
【０００６】
前記既知の方法の不利点は、ＭＲ画像の完全なセットが記録された後、及びＭＲ画像が前記ＭＲ画像の完全なセットから構成された後まで、前記侵襲的器具の位置決めが行われることができないことである。したがって前記既知の方法により前記位置決めが行われる周波数は、達成される画像レートと正確に一致する。前記侵襲的器具の位置決め及び追跡でこのように達成されることができる時間依存解像度は、多くの応用において十分ではない。前記侵襲的器具が画像記録中に移動される場合に、前記既知の方法による前記侵襲的器具の位置の決定が比較的不正確であることは特に不利である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの理由から、本発明の目的は、検査体積内に存在する器具の大幅に迅速化された位置決めを可能にするＭＲ撮像方法を提供することである。この際に、前記器具の位置が決定される速度は、実際のＭＲ画像画生成される速度と独立であるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
冒頭の段落で述べられた種類のＭＲ方法に基づき、この提示された目的は、ＭＲ信号及び位置信号の記録が、複数のＭＲ部分データ記録を連続して記録することにより行われ、それぞれのＭＲ部分データ記録が、検査体積に割り当てられた局所周波数スペクトルの不完全な非カーテシアンサンプリングで記録され、位置決めデータ記録が前記ＭＲ部分データ記録のそれぞれから抽出され、この結果、前記位置決めデータ記録のそれぞれが位置決め装置の様々な動作状態の１つに割り当てられ、器具の位置決めが前記位置決めデータ記録から差分画像を再構成することにより行われることにより達成される。
【０００９】
本発明によると、前記器具の位置がただ１つのＭＲ部分データ記録を評価することにより既に得られることができるので、既存の現状技術と比較して大幅な迅速化が、前記器具の位置決めに関して達成される。本発明によると実際の画像再構成に要する画像データのできる限り最小部分のみを有する前記ＭＲ部分データ記録から、まず位置決めデータ記録がこの目的で抽出され、ここで前記位置決めデータ記録のそれぞれは、前記位置決め装置の動作状態の１つにおいて記録されたＭＲ信号及び位置信号を排他的に有する。次いで、それぞれの画像は、前記位置決めデータ記録のそれぞれから再構成され、前記局所周波数スペクトルの不完全なサンプリングのためにアンダーサンプリング・アーチファクトを有する。前記アンダーサンプリング・アーチファクトを含む検査されるべき対象から生じる画像信号は、これらの画像の減算の結果として生じる差分画像においてほとんど完全に相殺される。本質的に、前記位置決め装置の切り替えシーケンスにより決定される差分信号が残る。これらの差分信号は、一意的に前記器具の位置に割り当てられることができる画像領域に表れる。
【００１０】
位置決めされるべき前記器具は、本発明に表されるように、血管内カテーテル若しくは生検針のような侵襲的器具、又は前記検査体積内の患者自身の位置及び向きを決定する前記患者に作成されたマーカであることができる。
【００１１】
前記差分画像を用いて一意的に前記検査体積内の前記器具の位置を決定するためには、本発明によると、前記局所周波数スペクトル（ｋ空間とも称される）のサンプリングが、非カーテシアン様式で効果的に行われなければならない。前記サンプリングがカーテシアン様式で行われる場合、前記ｋ空間のサブサンプリングのため、前記差分画像においてクリアな位置を際立って妨げるゴーストと称されるアーチファクトが存在する。通例、前記器具の位置に関する追加情報は、カーテシアンサンプリングが前記器具の位置決めの目的で前記差分画像の画像情報の評価において明確な割り当て（assignment）を行うことができるために必要である。しかしながら、このような情報は、それぞれ前記ＭＲ信号の記録に対して異なる空間感度プロファイルを有する並列の複数の受信コイルを使用することにより与えられ、この結果、前記器具の位置が、前記位置信号のそれぞれの振幅を用いて推測されることができる。
【００１２】
本発明による前記ＭＲ方法において、前記ＭＲ部分データ記録は、有利に完全なＭＲ画像データ記録に結合されることができ、この場合、この完全なＭＲ画像データ記録から最終的なＭＲ画像が再構成される。このように、速い時間シーケンスで記録された前記ＭＲ部分データ記録は、前記器具を素早く正確に位置決めするために使用されることができ、同時に、前記記録されたＭＲ信号は、前記ＭＲ画像の再構成に使用される。したがって、発明された前記ＭＲ方法は、全体的な画像生成の速度に負の影響を持たない。本発明によると、前記完全なＭＲ画像データ記録の一部のみが特に早く正確な位置決めに対して評価される。
【００１３】
適切には、前記位置決め装置が本発明による前記ＭＲ方法の異なる動作状態間をあちこち切り替えられる切り替え周波数は、前記ＭＲ部分データ記録の記録中に前記ＭＲ信号がサンプリングされるサンプリング周波数の半分の値である。このように、前記位置決めデータ記録は、時間に関して連続してデータ点を記録することにより前記ＭＲ部分データ記録から抽出されることができ、交互に２つの前記位置決めデータ記録の１つに割り当てられる。これは、同時に、前記検査されるべき対称から生じる前記位置決めデータ記録から再構成された前記画像の画像信号が、前記差分画像においてほとんど正確に相殺され、この結果、前記器具の位置が容易に決定されることができることを達成する。前記ＭＲ部分データ記録に含まれる前記データ点は、前述のように前記位置決めデータ記録にそれぞれ半分に分割されるので、前記ＭＲ信号が記録されるサンプリング周波数が前記検査体積のサイズの少なくとも２倍に適合することは有用である。前記サンプリング周波数の増加は、可能な限り前記差分画像内のサブサンプリング・アーチファクトの減少を達成し、この結果、位置決め精度は著しく譲歩されることはない。単に前記サンプリング周波数の増加が測定時間を増加するわけではないことに注意しなければならない。
【００１４】
本発明による前記ＭＲ部分データ記録が記録される場合に前記局所周波数スペクトルが半径方向に（radially）又は渦巻状に（spirally）サンプリングされるならば有利であると分かる。前記局所周波数スペクトルのサブサンプリングのために前記差分画像に残る画像アーチファクトは、−カーテシアンサンプリングとは異なり−前記局所周波数スペクトルの半径方向の又は渦巻状のサンプリングの間に大きな画像領域にわたり分布し、この結果、“ゴースト”は生じることができず、前記器具の位置は前記サブサンプリングにもかかわらず前記差分画像を用いて問題無く明らかに決定されることができる。前記器具の位置決めは、例えば、事前に決定されることができる閾値を超える画素輝度値を有する前記差分画像内の画素を見つけることにより行われることができる。この閾値は、この場合、前記差分画像内の前記局所周波数スペクトルのサブサンプリングにより条件付けられたアーチファクトより大きくなくてはならない。
【００１５】
本発明による前記方法を実行するのに適しているのは、検査体積内に一様な静止磁場を生成する主磁場コイルと、前記検査体積内に磁場勾配を生成する複数の勾配コイルと、前記検査体積内に高周波磁場を生成し、前記検査体積からのＭＲ信号を記録する高周波コイルと、位置決め装置を備えた器具であって、前記位置決め装置を用いて装置位置信号が前記器具の周囲で生成されることができる当該器具と、前記勾配コイル、前記高周波コイル及び前記位置決め装置を制御する中央制御ユニットと、前記ＭＲ信号を処理及び表示する再構成及び表示ユニットとを有するＭＲ装置である。
【００１６】
上述の方法は、前記中央制御ユニット並びに／又は前記再構成及び表示ユニットの適切なプログラム制御の手段によりこのようなＭＲ装置で実施されることができる。
【００１７】
例えば、マイクロコイル及びキャパシタからなり、前記装置に取り付けられる共振回路は、位置決め装置と見なされることができ、前記共振回路は、前記中央制御ユニットの制御信号により離調される（detuned）ことができる。このような位置決め装置の位置信号は、前記共振回路内に結合され、且つ前記共振回路により増幅される高周波信号である。動作状態において、前記共振回路は、前記位置信号が前記ＭＲ信号と一緒に記録され、前記器具の位置決めのために評価されることができるように、前記ＭＲ装置の共振周波数に調整される。他の動作状態において、前記共振回路は、この動作状態において高周波位置信号が前記位置決め装置により生成されないように、前記ＭＲ装置の共振周波数から離れた周波数に調整される。前記２つの動作状態間の切り替えにおける前記共振回路の離調は、例えば上述の欧州特許出願公開公報ＥＰ０９３０５０９Ａ２に記載されたように、光学的方法により特に有利に行われることができる。
【００１８】
代わりに、前記位置決め装置は、前記器具の周囲に不均一な磁場を生成する電気導体構成を持つことができる。前記不均一な磁場は、特に前記器具の周囲のコア磁化（core magnetization）のコヒーレンスを崩壊させる。位置信号がこの場合に使用されるので、前記ＭＲ信号は、前記器具の周囲から記録され、前記位置決め装置の動作状態に依存する。
【００１９】
本発明による前記方法は、適切なコンピュータプログラムの形式で前記ＭＲ装置のユーザに利用可能にされることができる。前記コンピュータプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ若しくはディスケットのような適切なデータ担体に記憶されることができるか、又はインターネットから前記ＭＲ装置の制御ユニットにダウンロードされることができる。
【００２０】
本発明は、図面に示される実施例を参照してより詳細に説明されるが、しかしながら本発明は前記実施例に制限されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、ＭＲ装置をブロック図として示す。前記装置は、患者２が存在する検査体積内に一様な静止磁場を生成する主磁場コイル１を有する。例えば血管内カテーテルであってもよい侵襲的器具３は、患者２に挿入される。共振回路の一部であるマイクロコイルは、侵襲的器具３内の位置決め装置４として設けられる。高周波位置信号は、上述のように前記マイクロコイルを用いて侵襲的器具３の周囲に生成されることができる。更に、前記ＭＲ装置は、前記検査体積内の異なる空間的方向に磁場勾配を生成する勾配コイル５、６及び７を有する。勾配増幅器９を介して勾配コイル５、６及び７に接続された中央制御ユニット８を用いて、前記検査体積内の前記磁場勾配の時間依存経路が制御される。更に、ここに示された前記ＭＲ装置は、前記検査体積内に高周波磁場を生成し、前記検査体積からのＭＲ信号を記録する高周波コイル１０をも有する。高周波コイル１０は、トランシーバユニット１１を介して中央制御ユニット８又は再構成及び表示ユニット１２と接続される。再構成及び表示ユニット１２により処理されたＭＲ信号は、スクリーン１３を用いて表示されることができる。図に示された前記ＭＲ装置の位置決め装置４の共振回路は、光学信号を用いて離調されることができる。位置決め装置４は、光源１４からの光の変調のために侵襲的器具３内を通る光ファイバを介して光源１４及び変調器１５に接続される。光源１４及び変調器１５は、上述の方法により記憶された光信号の時間依存経路を制御し、これにより位置決め装置４の切り替えを制御する中央制御ユニット８により制御される。
【００２２】
本発明による前記方法は、制御ユニット８の適切なプログラミングの手段により図１に示される前記装置において実行される。再構成及び表示ユニット１２は、侵襲的器具３を位置決めする目的で前記差分画像の再構成及び評価に関与する。
【００２３】
図２は、本発明による前記方法による前記ＭＲ信号の処理を描く。ＭＲ部分データ記録１６、１７及び１８は、それぞれ前記検査体積に割り当てられた前記局所周波数スペクトルの、束（truss）である、不完全な非カーテシアンサンプリングで時間的に連続して記録される。この場合、ＭＲ部分データ記憶１６、１７及び１８は、完全なＭＲ画像データ記録１９に結合され、完全なＭＲ画像データ記録１９からＭＲ画像２０が再構成される。星形の実線は、ＭＲ部分データ記録１６、１７及び１８の記録が、描かれた応用例において前記局所周波数スペクトルの半径方向のサンプリングを用いて実行されることを示す。前記サンプリングは、全体で局所周波数スペクトルの完全なサンプリングが、ＭＲ画像データ記録１９に対して利用可能であるように、毎回異なる半径方向に行われる。本発明によると、２つの位置決めデータ記録２１及び２２又は場合によってはそれぞれ２３及び２４若しくは２５及び２６は、ＭＲ部分データ記録１６、１７及び１８のそれぞれから抽出される。これは、例えば２つの位置決めデータ記録２１及び２２のそれぞれが、前記位置決め装置の２つの動作状態の１つに割り当てられ、即ち、例えば、ＭＲ部分データ記録２１が、前記位置決め装置の前記共振回路が前記ＭＲ装置の共振周波数に調整される間に記録されるＭＲ信号を排他的に含むように行われる。ＭＲ部分データ記録２２は、したがって、離調された共振回路で記録されたＭＲ信号を排他的に有する。これは、前記位置決め装置が前記２つの動作状態間をあちこち切り替えられる切り替え周波数が、前記ＭＲ信号がＭＲ部分データ記録１６、１７及び１８の記録中にサンプリングされるサンプリング周波数の半分であることにより達成されることができる。位置決めデータ記録２１及び２２は、この場合、ＭＲ部分データ記録１６内の１つおきのデータ点が位置決めデータ記録２１又は位置決めデータ記録２２のいずれかに含まれることにより生成されることができる。同時に、サブサンプリング・アーチファクトを最小化するために、前記ＭＲ信号がＭＲ部分データ記録１６の記録中に記録されるサンプリング周波数は、前記検査体積に割り当てられた前記局所周波数スペクトルをサンプリングするのに実際に必要とされる周波数の２倍でなくてはならない。これは、半径方向のサンプリング方向が関係している限り、位置決めデータ記録２１及び２２が、いずれの速度においても完全なデータを含むことを保証する。このように、前記位置決めデータ記録から再構成された画像内のサブサンプリング・アーチファクトは最小化されることができ、これは前記器具の位置決めにおける精度及び明確性に正の影響を持つ。個々の中間画像２７及び２８、２９及び３０又は３１及び３２は、位置決めデータ記録２１及び２２、２３及び２４、並びに２５及び２６から再構成される。例えば、中間画像２７及び２８は、前記２つの異なる動作状態における前記位置決め装置により生成された異なる位置信号において排他的に互いに異なる。２つのＭＲ部分データ記録２１及び２２内の前記局所周波数スペクトルのサンプリングの半径方向は、本質的に同一であり、図２に星形に構成された点線から見られることができる。これは、２つの中間画���２７及び２８が、実質的に同一の様式で前記局所周波数スペクトルの不完全な半径方向のサンプリングにより生じた特定の画像アーチファクトを持つという結果となる。差分画像３３、３４又は３５は、この場合、中間画像２７及び２８、２９及び３０並びに３１及び３２から計算される。それぞれの中間画像に含まれる画像信号は、差分画像３３、３４及び３５において相殺され、画像輝度は、画像領域３６、３７及び３８内に排他的に保持される。この画像輝度は、前記位置決め装置の２つの動作状態における異なる位置信号の結果であると考えられることができ、この結果、前記侵襲的器具の位置は前記画像輝度から決定されることができる。
【００２４】
前記侵襲的器具の位置決めが、完全なＭＲ画像２０の記録中に複数回−示された応用例においては３回−行われることができることは、図２から明らかである。この目的のために、ＭＲ部分データ記録１６、１７及び１８が使用され、同時に前記ＭＲ部分データ記録から完全なＭＲ画像データ記録１９がＭＲ画像２０のために構成される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明によるＭＲ装置を示す。
【図２】本発明によるＭＲ方法の概略的な表現を示す。
【図１】
0004583367.tif 000002
【図２】
0004583367.tif 000003