(57)【要約】磁気共鳴弾性率計測用の磁気共鳴（ＭＲ）適合変換器は、自由端が運動力の下で往復動するように配置された片持駆動要素と、可撓性非導電性のスリーブ内に摺動可能に配設された可撓性非導電性の連結ロッドとを有する。連結ロッドは、近位端において近位可撓性接続片を介して片持駆動要素に取り付けられ、近位可撓性接続片は、片持駆動要素が固定端を中心に往復動する際に僅かな回転運動を吸収し、さらに片持駆動要素の回転往復動をスリーブ内での連結ロッドの純粋な並進往復運動に変換する。連結ロッドの遠位端は、別の片持被駆動要素に接続された突出部に対して付けられ、その上に、被検体と接触するピストン要素が取り付けられている。連結ロッドの遠位端には、連結ロッドの端部と片持被駆動要素との間の接続を形成する遠位可撓性接続片が設けられており、ロッドの純粋な並進往復運動が、片持被駆動要素の片持枢動点まわりの回転運動に変換される。
2018506389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴弾性率計測のための磁気共鳴（ＭＲ）適合変換器であって：
片持駆動要素であって、自由端が、使用中に運動力の下で往復動するように配置された片持駆動要素と；
可撓性非導電性のスリーブ内に摺動可能に配設された可撓性非導電性の連結ロッドであって、近位端において前記片持駆動要素に取り付けられた可撓性非導電性の連結ロッドと；
使用中に被検体と接触するピストン要素が取り付けられた片持被駆動要素であって、前記連結ロッドの遠位端に取り付けられた片持被駆動要素とを備え；
本構成は、前記運動力の下での前記片持駆動要素の往復動が、前記連結ロッドを介して前記片持被駆動要素に伝達されるような配置である、
ＭＲ適合変換器。
【請求項２】
前記連結ロッドは、近位端において、使用中、近位可撓性接続片を介して前記片持駆動要素に取り付けられ、前記近位可撓性接続片は、前記片持駆動要素が固定端を中心に往復動する際に僅かな回転運動を吸収し、さらに前記片持駆動要素の回転往復動を前記スリーブ内での前記連結ロッドの純粋な並進往復運動に変換する、
請求項１に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項３】
前記連結ロッドの前記遠位端は、前記連結ロッドの前記遠位端と前記片持被駆動要素との間の接続を形成する遠位可撓性接続片が設けられており、片持枢動点を中心とする前記片持被駆動要素の回転運動に変換される前記ロッドの純粋な並進往復運動を吸収する、
請求項１又は請求項２に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項４】
前記ピストン要素は、前記片持被駆動要素の平面に対して実質的に直交して延在するように配置されている、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項５】
前記ピストン要素は、前記片持被駆動要素の平面に対して鋭角に配置されている、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項６】
前記ロッド及び前記スリーブは、前記ロッドが前記スリーブ内で延在しながら、前記片持駆動要素が使用時にＭＲ装置の穴の外側に残ることができるのに十分な長さである、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項７】
前記片持駆動要素は、接触して取り付けられたワイヤのコイルを有し、使用中に前記コイルがＭＲＩスキャナのＢ０場と相互作用して前記片持駆動要素のための運動力を提供するように、使用中に前記コイルを通って交流電流が供給される、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項８】
前記片持駆動要素に前記運動力を提供するように配置された計時機構をさらに備える、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項９】
前記計時機構は、前記片持駆動要素の端部に取り付けられた偏心錘を回転するように配置されている、
請求項８に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項１０】
前記計時機構は、前記片持駆動要素の端部に偏心して取り付けられている、
請求項８に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項１１】
前記計時機構は、ＭＲ適合であるように、例えばプラスチック材料などの非磁性材料から実質的にできている、
請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項１２】
前記片持駆動要素に前記運動力を提供するレーザをさらに備え、本構成は、使用中に前記レーザがレーザパルスを前記駆動要素の前記自由端に向け、前記片持駆動要素上のレーザ光子の衝突により、前記片持駆動要素の動きが生じるように配置されている、
請求項８に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項１３】
磁気共鳴弾性率計測のための磁気共鳴（ＭＲ）適合変換器であって：
使用中に被検体と接触するピストン要素が取り付けられた片持被駆動要素と；
使用中に振動を生じさせるように、使用中に前記片持被駆動要素に運動力を作用させるように配置された結晶質を有するクリスタルベースの駆動編成とを備える；
ＭＲ適合変換器。
【請求項１４】
前記クリスタルベースの駆動編成は、光学機械式クリスタルと、前記光学機械式クリスタルを照明するための手段とを備える、
請求項１３に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項１５】
前記光学機械式クリスタルを照明するための前記手段は、光源と、前記光学機械式クリスタルに入射するように前記光源からの光を案内するように配置された導波路と、を備える、
請求項１４に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項１６】
照明するための前記手段は、使用中、１つ以上のパラメータの第１の設定を有する第１の光と、これに続く、１つ以上のパラメータの第２の設定を有する第２の光とにより、前記光学機械式クリスタルを繰り返し照明するように配置され、前記第２の設定の１つ以上のパラメータは、振動運動を生じるように、前記第１の設定において対応するパラメータとは異なる、
請求項１４又は請求項１５に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項１７】
前記第１の光は、前記第２の光とは異なる波長又は波長の範囲を有する、
請求項１６に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項１８】
前記クリスタルベースの駆動編成は、圧電クリスタルと、電界により前記圧電クリスタルを変形させるための手段とを備える、
請求項１３に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項１９】
前記圧電クリスタルを変形させる前記手段は、電気信号発生器と導電体とを備える、
請求項１８に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項２０】
前記電気信号発生器は、振動運動を生じさせるように前記圧電クリスタルに複数の電気パルスを供給するように編成されている、
請求項１９に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項２１】
流体充填クッションが前記ピストン要素の前記遠位端に配置され、前記流体充填クッションに充填されている流体は非圧縮性である、
請求項１３乃至請求項２０のいずれか１項に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項２２】
前記流体充填クッションは、使用時に被検体と接触する表面に、複数の非圧縮性スタッドが配置されている、
請求項２１に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項２３】
磁気共鳴弾性率計測のための磁気共鳴（ＭＲ）適合変換器であって：
使用中、接触する対象に振動を伝達する少なくとも１つの外面を有するコンテナ内で回転するように配置された、回動可能に取り付けられた偏心質量体と；
前記回動可能に取り付けられた偏心質量体に対して機能するように接続され、前記回動可能に取り付けられた偏心質量体に回動エネルギーを与えるように配置された駆動軸とを備え；
前記質量体、前記コンテナ、及び前記駆動軸は、ＭＲ適合材料からできている、
ＭＲ適合変換器。
【請求項２４】
前記駆動軸は可撓性である、
請求項２３に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項２５】
前記駆動軸は、可撓性非回転シース内に可撓性回転コアを備える、
請求項２４に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項２６】
前記可撓性回転コアはリン青銅からできている、
請求項２５に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項２７】
前記偏心質量体は、表面全体に不均一な質量配分を有するディスク状片を備える、
請求項２３乃至請求項２６のいずれか１項に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項２８】
前記偏心質量体は、質量中心のまわりに構造の対称性がないように、１つ以上の取り除かれた部分を有するディスク状片を備える、
請求項２３乃至請求項２７のいずれか１項に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項２９】
前記偏心質量体はディスク状片を備え、前記ディスク状片は、回転軸線が質量中心にないように、回動可能に偏心して取り付けられている、
請求項２３乃至請求項２８のいずれか１項に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項３０】
前記偏心質量体は、回動軸線のまわりに前記質量体の回動位置を示すための手段を有する、
請求項２３乃至請求項２９のいずれか１項に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項３１】
示すための前記手段は、前記質量体の外面上に位置決めされ、回転軸線まわりに前記質量体と共に回転するように配置された反射部分を備え、本構成は、前記反射部分を照らすように配置された光源と、前記質量体の前記回動位置の決定に用いるために前記反射部分からの光を集めるように配置された集光編成とを備える、
請求項３０に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項３２】
前記光源及び前記集光編成は、前記反射部分上に光を向けると共に反射された光を集めるように配置された共通の光導波路を備える、
請求項３１に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項３３】
前記光導波路は光ファイバである、
請求項３２に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項３４】
前記コンテナは、複数の回転可能に取り付けられた偏心質量体を内部に有し、前記複数の回転可能に取り付けられた偏心質量体は、異なる速度で回転することを可能にするように、それぞれの軸を有する、
請求項２３乃至請求項３３のいずれか１項に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項３５】
前記それぞれの軸は、それぞれの軸に取り付けられた異なる大きさのそれぞれの歯車を有し、本構成は、前記それぞれの軸のうちの１つに適用された共通の回転駆動装置の回転によって異なる回転速度を提供するように、前記歯車同士が共に噛合う、
請求項３４に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項３６】
複数のコンテナを備え、前記複数のコンテナは、共通の回転駆動装置からそれぞれの振動エネルギーを生成するように、長さのある回転駆動軸のそれぞれによって連続して連結されている、
請求項２３乃至請求項３５のいずれか１項に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項３７】
前記複数のコンテナは、基板上の所定位置に取り付けられて、互いに対して前記複数のコンテナの相対位置を固定する、
請求項３６に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項３８】
前記基板は、可撓性材料であるのが好ましい材料のシートである、
請求項３７に記載のＭＲ適合変換器。
【請求項３９】
前記基板は、使用中、人の被検体ユーザの頭部に着用されてもよいような帽子状基板である、
請求項３７又は請求項３８に記載のＭＲ適合変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、磁気共鳴に基づく測定中の被検体の生体構造に振動を誘導するための振動誘導装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
手で行う触診による病理組織変質の検出は、単純ではあるが不可欠な診断手段であり、医療の草創期から医師によって施されてきた。近年、組織の仮想「触診」が、ＭＲ弾性率計測（ＭＲＥ）と呼ばれる方法を用いて実現可能となった。癌、心血管疾患、及び、生物力学に影響する神経変性疾患等の多くの病変により、早期診断、病期分類、及び治療追跡調査に対するこの方法の潜在的な可能性は極めて大きい。肝線維症及び多発性硬化症の領域における昨今の臨床及び臨床前結果は、目覚ましい初期成果を実証している。ＭＲＥは、外部誘発剪断波の伝搬を解析することによって、組織の生体内生物力学特性を定量化する。この方法の一般概念が要求するステップは以下の３つである。
１．外部で適用される機械的変換器を介して身体に低周波機械的波動を送る
２．専用のＭＲ運動感作シーケンスを介してそれらの波動を画像化する
３．それらのデータから反転プロセスを介して生物力学特性の画像を生成する
【０００３】
機械的波動の制御可能な生成に対し、そして、必要とされる機械的変換器の設計に対し、従来技術において様々な機構が提案されてきた。図１は、外部から患者に振動応力を加えることに適した変換器１０を開示する米国特許第５９５２８２８号の一つの編成を示している。変換器１０は、ボビン１２に巻回されたワイヤのコイル１１を含み、これはＭＲスキャナの分極磁場Ｂ０に対して垂直に向いているコイル軸１４を有している。コイル１１は、巻数４００の３０ＡＷＧ銅線であり、そのリード線１６は増幅器に直接接続されている。インピーダンスが８オームになるまで巻かれた任意のコイルが用いられ得る。ボビン１２は、支持ブロック２０に取り付けられかつ片持支持された片持可撓性アーム１８に取り付けられている。電流がコイル１１を通るときに形成される磁界は、ＭＲＩシステムの分極場Ｂ０と相互に作用する。そのため、ボビン１２は捩られて、電流フローの向きによって上方又は下方のどちらか一方に可撓性アーム１８を曲げる。電流フローの向きが変わることによって、コイル１１は前後に捩られて、可撓性アーム１８を矢印２２で示すように揺動させる、対応した交互の力を生じる。ストラップ２１は、支持ブロック２０内の開口部を通って延在し、それを患者にしっかり固定する。
【０００４】
アーム１８の振動運動は、アプリケータ２４によって被検体３０に結び付けられる。その最も簡単な形態では、アプリケータ２４は、所望の長さのチューブ２６で構成され、アーム１８の一方の端部に固定される。圧力板２８が、チューブ２６の他方の端部に固定される。圧力板２８は、撮像される被検体３０上に載置され、その振動運動が、所望の同期運動を生じる対応の振動圧縮力を生成する。
【０００５】
米国特許第５９５２８２８号は、したがって、コイル１２を駆動するためにＭＲＩスキャナ自体の磁界Ｂ０を用いることを述べている。しかし、これは、この編成が、撮像される被検体に密接し過ぎて載置された場合に、導電性であるコイル１２が、生成される画像内に人為的な結果を生じる可能性があるという問題を発生する可能性がある。この問題を回避するため、空気圧又は音響で駆動される編成も開発されている。図２は、２００９年１月５日発行、チェ，Ｚ．Ｔ．Ｈ．（Ｔｓｅ，Ｚ．Ｔ．Ｈ．）他、磁気共鳴弾性率計測ハードウェア設計（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｙ  ｈａｒｄｗａｒｅ  ｄｅｓｉｇｎ）：  概説機械工学研究所議事録（ａ  ｓｕｒｖｅｙ  Ｐｒｏｃ  ＩＭｅｃｈＥ）  Ｖｏｌ  ２２３  Ｐａｒｔ  Ｈ：医学の工学ジャーナル（Ｊ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）、４９７〜５１４ページから採った２つのかかる編成を示している。図２（ａ）は、何らかのＥＭ干渉を回避するようにスキャナ室の外側に置かれた振動生成用スピーカと、患者の身体に載置される受動ドライバとから成る肝臓のＭＲＥ検査用システムを示している。スピーカによる機械的振動は、スキャナ室からの磁性部品及び電子機器制御システムの分離を可能にする気送チューブを介してエンドエフェクタ（末端効果器）に伝えられる。しかし、機械的運動における位相遅れ及び同期制御の難しさは空気系固有の問題であり、それは空気が動力伝達に対して容易に圧縮される媒体であり高い帯域幅をシステムにおいて達成することが難しいことによる。スキャンシーケンスへの機械的励起の同期は、安定したＭＲＥ画像を達成するうえで重要なステップであり、また波長も決定する、つまり、目標領域の剪断弾性係数推定の精度を決定するので、機械制御を最適化することが常に望ましい。振動装置を画像シーケンスに同期することの困難さゆえに、空圧アクチュエータのみが、最大１００Ｈｚの低周波をともなう用途に限って適合する。
【０００６】
伝達用の長尺の炭素繊維ロッドを有するスピーカに基づく設計が、２００８年発行、サック（Ｓａｃｋ）他、磁気共鳴弾性率計測を用いた脳粘弾性の非侵襲的測定（Ｎｏｎ−ｉｎｖａｓｉｖｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｂｒａｉｎ  ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ  ｕｓｉｎｇ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｅｌａｓｔｏｇｒａｏｈｙ）  生物医学におけるＮＭＲ（ＮＭＲ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅ），  Ｖｏｌ．  ２１、２６５〜２７１ページ、で実証された。図２（ｂ）及び図４は、その編成を示している。ここで、スピーカからの機械的振動は、同期に関する課題を支援する２．８ｍの炭素繊維剛性ロッドにより頭部揺動ユニットに伝達される。頭部揺動ユニットは、脳組織を刺激するよう頭部皮膚に取り付けられ、図２（ｂ）及び図４に示すような標準的ＭＲＩヘッドコイルに適合するように設計されている。作動媒体向けに炭素繊維ロッドを用いることにより、空圧系の一貫性のない位相遅れ問題を解消するが、頭部揺動ユニットが繊維ロッドに堅く取り付けられるので、異なる配向に対するその可撓性を犠牲にしてしまう。スピーカ及び制御電子機器は（アイソセンター（治療中心）から離れているが）スキャナ室内に配置する必要があり、これは、ある特定量のＳＮＲ劣化を招き、吸引力又はトルク及びＥＭ干渉を潜在的に誘発する。
【０００７】
マリアッパン（Ｍａｒｉａｐｐａｎ）他も、磁気共鳴弾性率計測（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｙ）：  臨床解剖学批評（Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ａｎａｔｏｍｙ）  ｖｏｌ．  ２３：４９７〜５１１ページ（２０１０）で、ＭＲＥのための機械的アクチュエータ技術を考察し、図３（ｂ）乃至（ｄ）に示すような、最も一般的に用いられる駆動機構を特定した。図３（ａ）は当該技術において公知のすべてのＭＲＥドライバの基本機能ブロックを示しており、その内容は、ＭＲパルスシーケンスと同期する関数発生器（ファンクションジェネレータ）が、通常、任意の増幅器を介して、機械的ドライバを制御するために一般に用いられているというものである。図３（ｂ）は、ローレンツ力を介して作動し、メインＭＲＩ磁石の磁界を用いる電気機械式ドライバを示しており、同じ編成が上で検討した米国特許第５９５２８２８号にも開示されている。圧電スタックドライバシステムが図３（ｃ）に示されており、ここで生じた運動は、ある特定の材料の圧電特性に基づいている。集束超音波ベース（ＦＵＳベース）の放射力が、ＭＲＥを含む様々な弾性撮像戦略のための機械的運動を生じる手段として研究されてきており、ここで、剪断波が、外部に配置した超音波振動子により（生体）組織で直接生成される。
【０００８】
さらにマリアッパン（Ｍａｒｉａｐｐａｎ）に従い、チェ（Ｔｓｅ）他の前記箇所の知見を反映すると、ＭＲＥに必要とされる振動を生成する別の広く用いられる方法は、音響スピーカシステムで用いられるボイスコイルの運動を利用する。必要な振動は、再びローレンツ力によって生成されるが、静磁場は、音響スピーカ内に存在する専用の永久磁石から生成される。これらのスピーカは、それら自体の永久磁石と共に、メインＭＲＩ磁石から離間して配置されなければならないので、このシステムは、スピーカによって生成された振動を組織に結び付ける追加のコンポーネントを必要とする。一つのアプローチは、スピーカコーン又はその均等物の周囲の領域を囲み、スキャナ内への空気の高調波圧力変動を空気圧により行うために長い接続チューブを用い、組織と絶えず接触するドラム状受動ドライバ（図３ｄに略図で示す圧力作動ドライバ）のところをチューブの末端とすることである。このドライバは容易に操作でき、実際に患者近傍のドライバシステムの一部は、ＭＲ画像アーチファクト（虚像）を生成しない材料でできている。実際の振動は、組織と接触する受動コンポーネントとは異なる能動コンポーネントによって生成されるため、受動コンポーネントは、胸部又は脳などの対象の任意の器官に適合するようになされてもよい。組織内で誘起された振動の振幅は、極めて低く、振動安全限界内に維持される。
【０００９】
したがって、上記から明らかなように、従来技術の編成は、典型的には、３つの主要なカテゴリに分類される。米国特許第５９５２８２８号のＢ０被駆動編成が存在し、その機械的接続性及び振動再現性は良好であるものの、典型的には、ＭＲＩスキャナに近接し過ぎる駆動コイルを必要とするので、画像アーチファクトを誘導する。次に、典型的には、振動ドライバとしてスピーカコーンなどを用いる空気圧被駆動編成が存在し、それは、ドライバがスキャナから十分離間して位置することを可能にするが、振動の空気圧条件に左右される。上記で説明したように、かかる編成は、撮像される被検体に伝達される振動の分解能及び周波数が、空気圧振動条件のために低いという問題に悩まされる。
【００１０】
第３のカテゴリは、ＭＲＩスキャナ自体から十分に離れて位置する音響ドライバ（スピーカ）を用いることでＭＲ適合性を向上させ、よって、これらの問題の両方を回避しようと試みており、患者に振動を伝達するように剛体振動伝達ロッドを用いることにより、空圧系の問題を克服している。上で検討したサック（Ｓａｃｋｓ）他の編成は、このアプローチを反映している。しかし、上で検討し、チェ（Ｔｓｅ）他によって正しく認識されたように、（図４に示す）この編成の短所は、それには可撓性がなく、身体のいずれの部分にも要望通りに、振動を印加できるようにならない点である。代わりに、編成は、図４に示すように、被検体の身体の長さに及ぶ剛体ロッドにより頭部クレードル（置台）の使用に制限されている。多くの被検体は、かかる編成に威圧感を覚えるだろう。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の実施の形態には、使用中に自由端が往復動する片持駆動要素と、可撓性の非導電性スリーブ内に摺動可能に配設された可撓性の非導電性連結ロッドとを有する、磁気共鳴弾性率計測用途のための磁気共鳴適合変換器を提供するものがある。ロッド及びスリーブは、ロッドがスリーブ内で延在しながら、片持駆動要素がＭＲＩ装置の穴の外側に残ることができるのに十分な長さである（典型的には０．５０ｍを超える）。連結ロッドは、近位端において、使用中、近位可撓性接続片を介して片持駆動要素に取り付けられ、近位可撓性接続片は、片持駆動要素が固定端を中心に往復動する際に僅かな回転運動を吸収し、さらに片持駆動要素の回転往復動をスリーブ内での連結ロッドの純粋な並進往復運動に変換する。連結ロッドの遠位端は、別の片持被駆動要素に接続された突出部に対して付けられ、その上に、使用中、被検体と接触するピストン要素が取り付けられている。ある実施の形態では、ピストン要素が片持被駆動要素の平面に対して実質的に直交して延在するように配置されており、他の実施の形態では、ピストン要素が片持被駆動要素の平面に対して異なる角度、例えば鋭角に配置されていてもよい。連結ロッドの遠位端には、連結ロッドの端部と片持被駆動要素との間の接続を形成する遠位可撓性接続片が設けられており、ロッドの純粋な並進往復運動が、片持被駆動要素の片持枢動点まわりの回転運動に変換される。
【００１２】
一つの実施の形態では、片持駆動要素は、接触して取り付けられたワイヤのコイルを有し、使用中にコイルを通って交流電流が供給される。この電流は、次いで、ＭＲＩスキャナのＢ０場と相互作用して、コイルを前後に往復動させるので、コイルが付いた片持駆動要素を往復動させる。機械的アクチュエータのための運動力を提供するためにスキャナのＢ０場を用いることは、上述した米国特許第５９５２８２８号から公知である。
【００１３】
他の実施の形態において、ワイヤのコイルとＢ０場とを用いる代わりに、他の運動機構を用いてもよい。例えば、一つの実施の形態では、偏心錘を回転するように配置された計時機構が、片持駆動要素の端部に取り付けられていてもよい。このような計時機構は、ＭＲＩ適合であるように完全にプラスチック材料製にしてもよく、そうすることにより、変換器全体を、必要に応じて、画像アーチファクトを生じることなく、ＭＲＩ穴内に載置することができる。
【００１４】
別の実施の形態において、片持駆動要素は、代わりに、駆動要素の自由端にレーザパルスを発射する高出力レーザの標的にされてもよい。片持駆動要素上への高エネルギー光子の衝突（特に、その上に黒い目標を備える場合）は、変換器を駆動するために片持駆動要素の十分な運動を生じさせるに十分であるべきである。
【００１５】
さらなる実施の形態において、片持被駆動要素は単独で用いられ、圧電クリスタルなどの電磁的に活性化されるクリスタル又はフォトメカニカルクリスタルによって直接駆動される。このような駆動クリスタルを用いることにより、ＭＲ穴の外側に位置する駆動機構に対して連結ロッドを必要としないＭＲ安全編成の提供が可能となり、よってコンパクトな編成が得られる。
【００１６】
上記を考慮して、一つの実施の形態は、磁気共鳴弾性率計測のための磁気共鳴（ＭＲ）適合変換器を提供し、その構成は、片持駆動要素であって、自由端が、使用中に運動力の下で往復動するように配置された片持駆動要素と；可撓性非導電性のスリーブ内に摺動可能に配設された可撓性非導電性の連結ロッドであって、近位端において片持駆動要素に取り付けられた可撓性非導電性の連結ロッドと；使用中に被検体と接触するピストン要素が取り付けられた片持被駆動要素であって、連結ロッドの遠位端に取り付けられた片持被駆動要素とを備え；本構成は、運動力の下での片持駆動要素の往復動が、連結ロッドを介して片持被駆動要素に伝達されるような配置である。
【００１７】
他の実施の形態は、磁気共鳴弾性率計測のための磁気共鳴（ＭＲ）適合変換器を提供し、その構成は、使用中に被検体と接触するピストン要素が取り付けられた片持被駆動要素と；使用中に振動を生じさせるように、使用中に前記片持被駆動要素に運動力を作用させるように配置された駆動クリスタルを有するクリスタルベースの駆動編成とを備える。
【００１８】
この実施の形態では、クリスタルベースの駆動編成は、光学機械式クリスタルと、光学機械式クリスタルを照明するための手段とを備えてもよい。任意に、光学機械式クリスタルを照明するための手段は、光源と、光学機械式クリスタルに入射するように光源からの光を案内するように配置された導波路とを備える。一つの実施の形態では、照明するための手段は、振動運動を生じるように、使用中、光学機械式クリスタルを繰り返し照明するように配置されている。光源は、異なる波長の光を生じることができるとよく、入射光の波長の変化は、クリスタルの振動運動を生じる原因となる。
【００１９】
別の実施の形態では、クリスタルベースの駆動編成は、圧電クリスタルと、圧電クリスタルに電界を適用するための手段とを備える。この実施の形態では、圧電クリスタルに電界を適用するための手段は、電気信号発生器と導電体とを備えていてもよい。さらに電気信号発生器は、振動運動を生じさせるように圧電クリスタルに複数の電気パルスを供給するように編成されていてもよい。
【００２０】
さらなる実施の形態において、異なる編成が用いられ、この編成は、ＭＲＥに必要な振動を生成するように偏心質量体の回転に依拠するものである。質量体は、モータからのＭＲ適合回転駆動軸、例えば、リン青銅製の駆動軸によって駆動される。駆動軸は、撮像される被検体に対する偏心質量体を含む振動機箱を位置決めし易くするように可撓性であるのが好ましい。実施の形態によっては、単一の回転駆動入力から、例えば、複数の歯車の一の編成を介して復数の偏心質量体が異なる速度で駆動され、同時に複数の振動周波数を提供するようにしてもよい。その上、実施の形態によっては、複数の振動機箱は、臨床上の撮像の必要性に応じて、複数の振動機箱の正確な相対的位置決めを確実にするために、撮像される被検体に対して配置された基板上にあらかじめ位置決めされていてもよい。
【００２１】
このさらなる実施の形態を考慮して、本発明の一つの態様は、磁気共鳴弾性率計測のための磁気共鳴（ＭＲ）適合変換器をさらに提供し、その構成は、使用中、接触する対象に振動を伝達する少なくとも１つの外面を有するコンテナ内で回転するように配置された、回動可能に取り付けられた偏心質量体と；回動可能に取り付けられた偏心質量体に対して機能するように接続され、回動可能に取り付けられた偏心質量体に回動エネルギーを与えるように配置された駆動軸とを備え；質量体、コンテナ、及び駆動軸は、ＭＲ適合材料からできている。
【００２２】
さらなる特長及び利点は付帯する特許請求の範囲から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明するが、図面中の同様の符号は同様の部品を示す。
【００２４】
【図１】関連する従来技術の編成の様々な従来技術の１つの画像図である。
【図２】関連する従来技術の編成の様々な従来技術の１つの画像図である。
【図３】関連する従来技術の編成の様々な従来技術の画像図である。
【図４】関連する従来技術の編成の様々な従来技術の１つの画像図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の概略図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の様々な要素の写真である。
【図７】本発明の実施の形態の作動環境を示す概略図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の様々な要素の写真である。
【図９】本発明の第１の実施の形態の様々な要素の写真である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の様々な要素の写真である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の概略図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態の概略図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態の要素の写真である。
【図１４】本発明の実施の形態を用いて得られる結果を示す健康な被検体の様々な脳スキャンである。
【図１５】本発明のいずれかの実施の形態で任意に用いてもよい水充填クッションの概略図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態の概略図である。
【図１７】本発明の第５の実施の形態の概略図である。
【図１８】本発明の第６の実施の形態の概略図である。
【図１９】本発明の第７の実施の形態の概略図である。
【図２０】第６の実施の形態及び第７の実施の形態で用いられる要素の概略図である。
【図２１】第６の実施の形態及び第７の実施の形態で用いられる要素の概略図である。
【図２２】第６の実施の形態及び第７の実施の形態で用いられる作動要素の線図である。
【図２３】図２２の作動要素の、破線に沿う矢視方向断面図である。
【図２４】図２２の作動要素の、破線に沿う矢視方向断面図である。
【図２６】本発明の実施の形態のいくつかで用いられる回転重錘の線図である。
【図２７】本発明の実施の形態における、図２２の作動要素の、破線に沿う矢視方向断面図である。
【図２８】本発明の別の実施の形態における、図２２の作動要素の、破線に沿う矢視方向断面図である。
【図２９】ヒトの組織におけるスティフネス（剛性）と振動周波数との間の関係を示すグラフである。
【図３０】本発明の様々なさらなる実施の形態を示す図である。
【図３１】本発明の様々なさらなる実施の形態を示す図である。
【図３２】本発明の様々なさらなる実施の形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態の狙いは、ＭＲＥ評価がなされる被検体に対して、制御されかつ歪みのない振動応力を提供することである。本発明の実施の形態によっては、被検体に対し離間して位置決めされた通電コイルをドライバとして利用する一方、ドライバによって生成される機械的波動は、被検体に直接接触する前端変換器へ案内された半可撓性ロッドを介して伝達される。
【００２６】
図６は、本発明のいくつかの実施の形態の作動原理の概要を示す。全体の組み立て（配置）を図６Ａに示す。標準的なＭＲＩ脳撮像と同じ様に、患者は、頭部を市販のヘッドコイル内に置いてＭＲＩテーブルに仰臥位で位置決めされる。さらなるＭＲＥ組み立ては、２つの部品、すなわちＭＲテーブルの上端に位置決めされた一つの能動部品と、ヘッドコイルの表面に取り付けられた一つの受動部品とから構成される。すべての要素はＭＲに適合しており、ゆえに非磁性である。さらに、患者近傍の受動要素は、何らかのＢ１誘導局所加熱の影響を回避するために非導電性である。両部品は、可撓性のナイロン及びカーボン充填のプッシュプルロッドを介して接続されている。この実施の形態における能動要素は、第１の片持要素（図６Ｂ）上に位置決めされた非磁性コイルから成る。コイルは、ＭＲＩシステムの静磁場Ｂ０下で印加される振動電流（１Ａ、６ＶＰＰ、６ワット）により、脚部から頭部への方向（すなわち、患者軸方向）で機械的に振動する。この機械的振動は、可撓性のナイロン及びカーボン充填のプッシュプルロッドを介して受動部品に伝達される。ロッドの外側部分、すなわち外側カーボンシースは動かないが、被覆されて保護される内側のナイロンのみが動く。脚部から頭部への方向の機械的振動は、受動部品において、第２の片持要素を介して、左右方向の振動に変換される（図６Ｃ及びＤ）。この振動は、ドーム型ピストンを介して頭骨に結び付けられる。回転自在な調整ノブにより、患者固有の距離に対するピストンの位置決めを可能にする。
【００２７】
このような編成により、ＭＲ弾性率計測のためのＭＲ適合変換器が得られ、それは、使用が簡単で容易になる一方、繰り返し可能で正確な振動を提供し、撮像される被検体にとってそれほど目立たない。特に、可撓性連接ロッドは、変換器のアクチュエータ端部を被検体上に配置するという点でオペレータに大きな自由度を提供する一方、その連接ロッド機構自体は長手方向に十分な剛性を持つので、駆動要素からアクチュエータ端部への良好で正確な振動の伝達が維持される。
【００２８】
他の実施の形態において、異なる駆動機構を、上で説明した実施の形態の片持能動要素の代わりに用いてもよい。特に、一つの実施の形態において、患者の近傍に位置決めされて振動ピストンを担持する受動要素は、圧電クリスタルによって駆動され、これによって振動を生じるように適切な駆動信号が提供される。この点において、圧電クリスタルは、受動要素を直接駆動してもよく、これにより、第１の実施の形態の能動片持要素及び連結ロッドがその後不要となる。
【００２９】
加えて、さらなる実施の形態において、用いられる圧電（ＰＥ）クリスタルの代わりに、フォトメカニカルクリスタルが用いられる。フォトメカニカルクリスタルは、アクチュエータとして当該技術分野において公知であり、光、特にはレーザ光に照らされると形状を変化させるように作動する。その形状変化は、通常、恒久的ではないがゆえに、圧電クリスタルと同様に、フォトメカニカルクリスタルは、一般に、照らされなくなるとその形状を極めて素早く取り戻す。このクリスタルは、一般に、照明下で曲がり、次いで照明がなくなると真っ直ぐになるので、こうした挙動は、例えばレーザによってクリスタルがパルス照明を受けると、振動運動を導く。この振動をさらなる実施の形態で用いて受動要素の振動運動を駆動することにより、フォトメカニカルクリスタル振動が、撮像される患者に伝達させられるようにすることができる。圧電編成と比較した場合のフォトメカニカルクリスタル編成のさらなる利点は、クリスタルは、典型的には非導電性である光ファイバを介してクリスタルを駆動するように光を供給することができ、それゆえにＭＲアーチファクトが低減されるという点にある。対照的に、ＰＥクリスタルは、駆動信号を提供するために導電ワイヤを必要とする
【００３０】
本発明の別の実施の形態は、振動を前端モジュールに伝達して患者の位置で機械的振動を生成する軸に取り付けられたモータから成る。このモータ（１８０８、１９０８）は、ＭＲ適合であるようならＭＲ室内に置いてもよい。そうではなくＭＲ不適合であるようならＭＲ制御室内に置いてもよい（図１８及び図１９参照）。軸（１９１２）は、可撓性であっても非可撓性であってもよく、モータの運動を回転によって、又は、他の実施の形態では押し引き（プッシュプル）によって伝達する（図１８及び図１９参照）。いずれにしても、軸は、当該運動を患者に伝達し、ここで、それは、身体のそれぞれ特定の領域向けに特に設計された特殊前端部を用いて機械的振動に変換される（図１８及び図１９参照）。軸は、先に検討した実施の形態の説明及び以下の説明のように、直接的な結び付きにより、又は、積層要素の使用により、当該運動を前端部に伝達する。
【００３１】
前端部において、軸の運動は、機械的振動運動を発生させるために、カム及び／又はカム軸機構を動かすことに用いられてもよい（例えば、図２１参照）。代替として、前端部において、軸の運動は、機械的振動運動を発生させるために、偏心回動質量体を運動させることに用いられてもよい（例えば、図２０参照）。どちらの場合も、前端部を患者に固定してもしなくてもよい。
【００３２】
［実施の形態の詳細な説明］
図５乃至図１０を参照して、発明の第１の実施の形態を説明する。
【００３３】
図５は第１の実施の形態の概略図である。ここで、片持要素５４が提供され、片持要素５４は、往復枢動するように一端部５４２で固定され、自由端に電導コイル５４２が取り付けられている。片持要素５４は、ＰＥＥＫ等の可撓性高密度塑性材料からできている。図６（ｂ）、図８、及び図１０で詳細に示すコイル５２は、非磁性導線で形成され、コイルの軸線が片持要素５４の主平面と整列し、かつ、それに沿って延在しながら、コイルの平面が片持要素５４の平面に対して横断するように、片持要素５４に取り付けられている。コイル及び片持要素５４の編成は、コイル５２がＭＲＩスキャナのＢ０場内に置かれ、交流電流がそこを通って供給される場合、Ｂ０場の影響を受けてコイルが往復動する。コイルは片持要素５４に添えられているので、片持要素は、コイルにより枢動点５４２を中心として前後に往復して回動させられる。したがって、集合的には、コイル５４２及び片持要素５４は片持ドライバを形成する。
【００３４】
片持要素５４は、その上に、コイルに隣接して、ブロック部が取り付けられており、ブック部は短い円筒状の可撓性要素６４が固着される当接面を提供する。可撓性要素６４は、その長手軸線に沿って実質的に非圧縮性であるが、それが長手軸線に対して直交する方向に僅かに湾曲するように、すなわち、その一端が長手軸線から離間して撓むのに十分な可撓性を有する。言及したように、可撓性要素６４の近位端は、片持要素５４に接続されたブロック部に、例えば接着剤によって固着され、可撓性要素６４の遠位端は、可撓性連接ロッド６２に接続されている。可撓性連接ロッドは、その長手軸線に沿って実質的に非圧縮性であるが、それがその長さに沿う静止長手軸線から離間して湾曲できるように、長手軸線に対して直交する方向に可撓性がある。可撓性連接ロッド６２は、可撓性接続チューブ６０内を摺動し、低い滑り摩擦を有して片持ドライバからの振動の容易な伝達を可能にするようになされている。連接ロッド６２及び接続チューブ６０を作成できるコンポーネントの例は、例えば、メリーランド州ボルティモアのサリバンプロダクツ（Ｓｕｌｌｉｖａｎ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）から市販されているサリバンゴールドＮロッドプッシュ・プル及びプル・プルコントロールロッド（Ｓｕｌｌｉｖａｎ  Ｇｏｌｄ−Ｎ−Ｒｏｄ  Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ  ａｎｄ  Ｐｕｌｌ−Ｐｕｌｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｒｏｄｓ）がある。
【００３５】
接続チューブの遠位端に固着されるのは、図５及び９に示すような被駆動カンチレバー５６形態の第２の片持要素である。再度、被駆動カンチレバー５６は、ＰＥＥＫ等の高密度可塑性タイプの材料から形成され、カンチレバーは、その固定端部に配置された固定枢動点５６２を中心に枢動するように編成され、接続チューブ６０の外面に固着されている。カンチレバーの自由端には調整可能なピストン５８が設けられ、ピストン５８は被駆動カンチレバー５６の平面に対して直交して延在するねじ付き軸を備え、その遠位端に例えばゴム又はゴム状材料でできたドーム構造を有し、ドーム構造は、使用中、被検体の身体に接触し、接触点で身体に振動を伝える。ピストン５８は、個々の被検体に対する調整を容易に行えるよう、カンチレバーに対するドーム構造の高さを、ねじ山を調整して変えることができる。
【００３６】
連接ロッド６２の遠位端は、短い円筒状の可撓性要素６４も備える。先の説明と同様に、可撓性要素６４は、その長手軸線に沿って実質的に非圧縮性であるが、それが長手軸線に対して直交する方向に僅かに湾曲するように、すなわち、その一端が長手軸線から離間して撓むのに十分な可撓性を有する。要素６４の近位端が、連接ロッドの遠位端に固着されるのに対して、要素６４の遠位端は、例えば接着剤によって、被駆動片持要素５６に添えた第２のブロック部に固着される。
【００３７】
上記編成の作動は以下の通りである。先ず、本編成を、撮像される被検体に対して配置するが、この場合、調整可能なピストン５８を有する被駆動片持要素が被検体の近位に配置されるようにし、被検体に接触しているピストンのドーム構造は、振動を発生させたい部分、すなわち、ＭＲＥ技術を用いて撮像されることになる被検体の生体構造の部分に接触する。被駆動片持要素は、次に、例えば、頭部クランプなどに固着することによって、被検体に対し所定位置に固定される。次に、片持ドライバを有する編成の近位端を、試行と画像アーチファクトの最小化のために、ＭＲ穴から離して、ＭＲテーブルの上端に位置決めする。
【００３８】
被検体が所定位置につき、ＭＲＥ撮像が開始されると、ＡＣ電流が、所望の振動周波数と同じ周波数でコイル５４２に供給される。ＭＲスキャナを起動すると、先に検討したように、例えば米国特許第５９５２８２８号で公知なように、スキャナのＢ０場により、コイルが往復振動する。片持ドライバ構造５４の端部へのコイルの取付けにより、片持ドライバ構造５４は、振動させるやり方で、その固着点を中心に前後に往復回動させられる。この往復回動振動は、片持ドライバ及び連接ロッド６２の近位端に接続された短い可撓性要素６４を介して、接続チューブ６０内での連接ロッド６２の往復線形振動に変換される。連接ロッドの長手方向には剛性を、横方向には曲げ性を組み合わせた、片持ドライバ及び連接ロッドに強固に接続されたこの近位の可撓性継手は、連接ロッドを介する被駆動片持編成への片持ドライバ振動の極めて低い伝達損失に寄与する。ここで、接続チューブ内での連接ロッドの往復直線運動は、次に、連接ロッド６２の遠位端における遠位可撓性継手６４を介して、軸線５６２を中心とする被駆動カンチレバー５６の往復回動振動に変換されて戻る。これにより、ドーム構造５８を有する調整可能ピストン５８２は撮像被検体の身体に対し上下に振動し、よって、ＭＲ弾性率計測の撮像目的のために、制御可能で繰り返し可能な振動を被検体に伝達する。
【００３９】
本実施の形態は、従来技術の編成に勝る極めて多くの利点を提供する。最初に、ドライバとしての電気増感コイルの使用は、安定した「クリーン」な機械的振動を提供し、したがって、画像品質を向上させる。加えて、患者の近傍には何らの電磁コンポーネントもないので、電磁コンポーネントをＭＲ穴の頂部又は底部のどちらか一方に（頭部の後ろ又は脚部に）位置決めできるため、患者の安全が向上する。加えて、非遮蔽型電磁コンポーネントがあると、通常は、ＭＲ信号の著しい歪みを招くので、本実施の形態のように、走査領域から電磁増感コンポーネントを除去することにより信号品質の著しい改善が得られる。
【００４０】
その上、本実施の形態では、振動運動は、可撓性要素を介して単一軸線運動に変換される。これにより、運動を変換するために機械的可動部を何ら必要としないため、振動の確実な安定性及び精度が得られる。さらに、ドライバから（患者）前端部へ運動を変換するために半可撓性ロッドを用いることにより、患者個別の位置決めが可能となる。加えて、可撓性要素による横方向運動への長手方向運動の変換は、ドライバから患者への信号の損失のない変換を提供する。これらすべての利点の結果として、様々な異なるＭＲＥ撮像用途（胸部、心臓、肝臓、腎臓・・・）に対して患者に優しいシステムを設計する場合に広範な柔軟性が得られる。
【００４１】
図１４は、使用する場合の第１の実施の形態の編成の効果を示す脳スキャン（脳の断層写真）のいくつかの画像を示している。ここで、第１の実施の形態の磁気共鳴アクチュエータが、多数の健康な被検体に関して試験された。ここで、脳組織（Ａに示す高解像度生体構造スキャン）は、低周波（２８Ｈｚ）、低振幅振動（Ｂに図示）を用いて摂動を与えられる一方、全波速度マップ（Ｄ、組織のスティフネス（剛性）に直接関係）に沿う空間粘性情報（Ｃ）を提供している。
【００４２】
さらなる実施の形態を提供するために、上で説明した実施の形態に対して様々な改変がなされてもよい。例えば、ピストン５８２は、被駆動片持構造から直交して延在する必要は無く、他の実施の形態において、そこから任意の角度、特には鋭角で延在していてもよい。図１３は、ピストン５８２が片持構造から、実質的に４５度の角度で延在する編成を示している。加えて、図１３の編成において、被駆動片持構造自体は、片持構造の主平面が連接ロッドの方向に対して実質的に直交して延在し、可撓性要素６４が片持構造の主平面上に直接作用するように、再編成されている。かかる編成は、撮像される被検体の異なる部分へのアクセスに用いるための代替の被駆動ツールを提供することに役立つ。
【００４３】
図１１及び図１２は、コイル及びＢ０場以外の片持ドライバ要素のための異なる運動編成を利用した、代替の実施の形態を示している。例えば、図１１の実施の形態において、片持ドライバ要素５４の端部に取り付けられるコイルを有する代わりに、それよりも、要素は、レーザパルス１１１０のための目標領域として用いられる暗色にされた目標領域５４４で、接続要素６４と接触する面とその反対側の面に提供される。レーザパルス１１１０は、パルス内の光子のエネルギーを吸収する暗色にされた目標領域５４４に当たり、光子の運動量を片持ドライバ要素の動きに変換する（かつ、目標領域を加熱する）。パルスは、カンチレバーの端部を所望の振動振幅位置まで押圧するように高周波で繰り返されてもよく、次いで、カンチレバーが他の方向に跳ね返ることができるようにある期間停止されてもよい。カンチレバーが、反対方向に至るまで跳ね返ると、高周波パルスは、次いで、所望の振動振幅位置に再度到達するまで、第１の方向に再度カンチレバーを押し戻し始めてもよい。このサイクルは、次いで、カンチレバーの振動を維持するように必要に応じて何度も繰り返されてもよい。
【００４４】
レーザを用いる利点は、離れた安全な距離から小さい目標に正確に向けられることができるという点であり、ゆえに、レーザは、ＭＲ穴から十分離間して維持されてもよく、したがって、穴の近傍には、画像アーチファクトの原因となるかもしれない導体要素が何も存在しないことを意味する。
【００４５】
図１２は、片持ドライバ５４用の運動要素として計時機構１２１０を利用する代替の実施の形態を示している。ここで、図示するように、計時機構は、好ましくは完全にプラスチック部品から形成され、又は、非磁性巻回ばねを有する大部分がプラスチック部品から形成され、駆動カンチレバー５４の端部に取り付けられて備えられている。計時機構は、偏心して取り付けられた錘を駆動してもよく、あるいは、計時機構自体がカンチレバー５４の端部に偏心して取り付けられていてもよく（図示の通り）、いずれの場合においても、それが左右に往復回動振動を行うように、往復曲げ力がカンチレバー５４の頂部に印加される。したがって、使用中、計時機構１２１０は、ハンドル１２２０によって巻かれ、次いで、振動を開始するように開放され、それは、順に、第１の実施の形態に関して先に説明したものと同じ方法で、機構の残りを駆動する。
【００４６】
なお、計時機構を使用することの利点は、ＭＲスキャナの穴近傍に載置される導電材料の量がさらに低減できるという点で、ＭＲ安全性及び画像アーチファクトの低減にある。
【００４７】
図１６及び１７は、片持ドライバ要素又は連接ロッドを含まず、代わりに、振動運動力を提供するクリスタルによって直接駆動される片持被駆動要素を有するさらなる実施の形態を示している。クリスタルは、レーザ等の光源によって駆動されるフォトメカニカル（光学機械式）クリスタル、又は、印加電界によって駆動される圧電クリスタルのどちらか一方であってもよい。
【００４８】
図１６を最初に参照すると、被駆動片持要素５６は、それが枢動点５６２を中心として振動するように、一端が固定され、他方が自由に延在して提供されている。また、前述のように、使用中に被検体に接触するようにドーム構造５８を取り付けているピストン５８２が提供され、それは、被駆動片持要素５６の自由端から延在している。
【００４９】
片持要素を振動させるように駆動するために、光学機械式クリスタル１６０２が、冷却箱１６０４と共に提供される。光学機械式クリスタル１６０２は、被駆動カンチレバー５６と固定面との間に取り付けられており、使用中、クリスタルがカンチレバー５６上に運動力を作用させるように固定面に対して動き、したがって、カンチレバーを動かす。図示の通り、クリスタルは、カンチレバー５６に沿った実質的に中間に取り付けられており、クリスタルの小さな動きが、カンチレバーの長さによって増幅されてカンチレバーの自由端での大きな動きを提供する。
【００５０】
当該編成を駆動するために、光ファイバ１６０６が提供され、高出力レーザランプなどの光源１６０８に結合されている。光ファイバ１６０６は、自身に沿って、光源１６０８から光を案内し、案内した光が光学機械式クリスタルに入射するように、使用中に光を出力する。光源１６０８は、ＵＶ光から可視スペクトルを介してＩＲ光までの異なる波長の光を生成することができ、さらに、同時に複数の光の波長の範囲を生成することができ、すなわち、それは、広帯域並びに狭帯域であってもよい。かかる性能は、共に混合される異なる波長のレーザを有することによって、又は、ランプなどの広帯域光源を有して必要なフィルタを適用することによって、得られてもよい。照明用の光の異なる波長を生成するための他の編成は、意図する読者に対して明らかとなり、発明の実施の形態は、任意のかかる編成を用いてもよい。
【００５１】
細長いストリップ又は糸の形態などの、全体として細長い形状である光学機械式クリスタルは、その端部を固定面とカンチレバーとの間に固定されている。第１の波長又は波長範囲、例えば、光源１６０８によって生成されるＵＶ光等のより短い波長の光によって照明される場合、クリスタルは、曲がるか、さもなければ変形し、したがって、固定面とカンチレバーとの間の距離を効果的に短くし、カンチレバーを固定面に向かって上方に動かすよう試みる。しかし、例えば、照明波長をさらに可視光スペクトルに、又は、赤外線に向かって長くするように照明波長が変更される場合、クリスタルは正常形状に戻り、したがって、カンチレバーが原位置に戻ることを可能にしている。ゆえに、光源によりクリスタルの照明を繰り返し制御することによって、そして特に、照明波長及び／又は輝度を制御することによって、クリスタルは、２つの位置の間で繰り返し振動することができ、したがって、被駆動片持要素５６も振動させることができる。
【００５２】
上で述べたように、上記編成の１つの利点は、クリスタルは光ファイバを介して照明光が供給されることであり、それにより、何らの導体も被検体近傍に必要とされないので、ＭＲ安全性及び画像品質は向上する。
【００５３】
図１７は代替の実施の形態を示しており、それは、図１６の実施の形態と実質的に同一だが、光学機械式クリスタルを用いる代わりに、圧電クリスタル１７０２が用いられ、固定面１６１０と被駆動カンチレバー５６との間に固定されている。圧電クリスタルは、典型的には、静止時に細長い形状であり、次いで、電界を印加されているときにその端部間の距離を効果的に短くするように変形する。したがって、それが付けられるカンチレバーを固定面１６１０に向けて動かしている。圧電クリスタル１７０２は、関数発生器１７０６からの振動電気信号を受信する電気ケーブル１７０４によってクリスタル全体に電界を生成するように電流が供給される。したがって、使用中、振動電気信号は、圧電クリスタルに、カンチレバー５６を固定面１６１０に向けて上方に引き上げさせ、次いで、カンチレバーを繰り返し解放させ、それによってカンチレバーを振動させる。振動は、次に、先に説明したように、ドーム構造５９を介して撮像される被検体に伝達される。
【００５４】
圧電クリスタル技術は順調に開発が進み、丈夫で、繰り返し可能な振動を得ることができるように、強い力を生成するＰＥクリスタルが市販されている。しかし、図示の圧電クリスタル編成を用いることの１つの短所は、電導ケーブルでクリスタルに電流を供給する必要がある点にあり、故に、ケーブルが画像アーチファクトの原因となるおそれがある。しかし、これらは軽微であると予想される。ＭＲ検査においてＰＥアクチュエータを用いる１つの従来技術の実施例は、２００５年発行、ガイゼウスキー（Ｇｉｚｅｗｓｋｉ）他の、調節可能な振動数及び生体内波動伝搬制御付きＭＲ適合性圧電アクチュエータを利用した脳の活性化（Ｃｅｒｂｒａｌ  ａｃｔｏｖａｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ＭＲ−ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ  ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ａｃｔｕａｔｏｒ  ｗｉｔｈ  ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ  ａｎｄ  ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｗａｖｅ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｃｏｎｔｒｏｌ）  ニューロイメージ（ＮｅｕｒｏＩｍａｇｅ）  ｖｏｌ  ２４．７２３〜７３０ページである。
【００５５】
図１６の実施の形態に用いられる光学機械式（フォトメカニカル）クリスタルに関しては、液晶エラストマ、液晶ポリマー、及びジアリールエテン誘導体クリスタルなどの極めて多数の光照射被駆動材料が当該技術において公知である。テラオ（Ｔｅｒａｏ）他は、２０１２年発行、光駆動分子結晶アクチュエータ：ジアリールエテン誘導体のロッド状混晶の迅速かつ可逆的な曲げ加工（Ｌｉｇｈｔ−Ｄｒｉｖｅｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ−Ｃｒｙｓｔａｌ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ：Ｒａｐｉｄ  ａｎｄ  Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ  Ｂｅｎｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｒｏｄｌｉｋｅ  Ｍｉｘｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ  ｏｆ  Ｄｉａｒｙｌｅｔｈｅｎｅ  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ）  アンゲヴァンテ・ケミー（Ａｎｇｅｗ．  Ｃｈｅｍ．）  ｖｏｌ  １２４、９２５〜９２８ページで、全方向における繰り返し曲げに耐えることができ、同様の力を圧電クリスタルに作用できる、ジアリールエテン誘導体ロッド状クリスタルについて述べている。また、用いてもよい液晶ポリマー材料に関する追加情報は、ホワイト（Ｗｈｉｔｅ）他の、高振動数光駆動ポリマー発振器（Ａ  ｈｉｇｈ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｐｈｏｔｏｄｒｉｖｅｎ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）  ソフトマター（Ｓｏｆｔ  Ｍａｔｔｅｒ），  ｖｏｌ  ４、１７９６〜１７９８ページ（２００８）、並びに、２００８年７月発行、ケルナー（Ｋｏｅｒｎｅｒ）他のポリマー材料からの光生成研究（Ｐｈｏｔｏｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  ｗｏｒｋ  ｆｒｏｍ  ｐｏｌｙｍｅｒｓ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）  トゥデイ（Ｔｏｄａｙ），  ｖｏｌ  １１，  ｎｏ  ７９、３４〜４２ページ及びオーム（Ｏｈｍ）他の液晶エラストマの適用（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｇ  Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ），  アドバンス  ポリマー  サイエンス（Ａｄｖ  Ｐｏｌｙｍ  Ｓｃｉ）  ｖ．  ２５０、４９〜９４ページ（２０１２）で与えられている。本発明の図１６の実施の形態のフォトメカニカルクリスタルの構造、編成、及び作動を理解するために必要とされる上記引用文献のいずれかからの任意の情報は、ここで、本明細書中に引用して組み込む。
【００５６】
ここで図１５に転じると、図１５は、上で説明した実施の形態のうちのいずれかの内部で用いられてもよい、ドーム構造５８の代替例を示している。ここで、ドーム構造５８は、水充填クッション１５２で置き換えられている。水充填クッション１５２は、（流体力学原理及び非圧縮性流体における波動伝播により）所望の機械的波動を失うことなく、患者の快適性を向上させる。水充填クッションは、被検体と接触する外面に複数の非圧縮性スタッドを任意に備える。複数のスタッドは、表面全体にわたって等間隔に編成されるのが好ましいが、他の編成も可能である。スタッドは、平滑面と比べてより多くの剪断波を誘導するが、大部分は、圧縮波が観測されてもよい。他の実施の形態において、生成された振動を被検体に伝達するように非圧縮性であるならば、水以外の液体又は流体を用いてもよい。
【００５７】
図１８及び図１９に関して、さらなる実施の形態を説明する。特に、さらなる実施の形態は、図１９に示す編成に基づいており、ここで、前端部回動アクチュエータ箱は、ＭＲ室の外に位置するモータに前端部箱を連結する可撓性の回転軸の制御下で、制御された振動を提供する。
【００５８】
しかし、図１８を参照すると、図１８は一つの実施の形態を示しており、前端部箱１８０６は、前端部箱が振動により刺激する患者などの対象１８１０と物理的に接触して、ＭＲ画像装置１８０４の穴内に位置する。前端部箱１８０６は、撮像される対象１８１０に伝えられる制御された振動を生じる振動要素を備えている。前端部箱１８０６は、磁気共鳴画像装置の穴内に含まれるＭＲ適合モータ１８０８の動力により任意の振動を生じる。このような場合では、モータ及び前端部振動機箱１８０６は、ＭＲ室１８０２内に含まれており、磁気共鳴画像化装置１８０４の穴内に示されている。
【００５９】
しかし、より興味深いのは、図１９に示す実施の形態である。ここで、前端部振動機箱１９０６は、画像の対象１９１０と物理的に接触して、ＭＲ画像装置１９０４の穴内に位置している。前端部振動機箱１９０６は、可撓性回転軸１９１２を介してモータ１９０８に取り付けられており、可撓性回転軸１９１２は、ＭＲ技術室、すなわち、ＭＲ室自体の外に位置するモータ１９０８に前端部振動機箱１９０６を接続する。この編成は、回転駆動装置として用いられるＭＲ適合モータを必要としない。可撓性回転軸１９１２は、その内部に可撓性ＭＲ適合回動軸を含む可撓チューブからできている固定外層を有する既製品コンポーネントであってもよい。例えば、可撓性ＭＲ適合回動軸は、ＭＲ適合材料であるリン青銅からできている。リン青銅可撓軸はその一端で接続されてモータ１９０８によって駆動され、その他端は、図２０に関して説明するように、前端部振動機箱１９０６内の要素に接続される。
【００６０】
したがって図２０は、前端部振動機箱１８０６、１９０６の例を示している。それは、その車軸が、任意にいくつかの歯車を介して、可撓性回転軸１９１２によって駆動されるように、回動自在に取り付けられた偏心質量体２００２を含む。回動自在に取り付けられた偏心質量体を駆動するための可撓性軸１９１２の回転は、質量体の回転を生じ、それは質量体全体にわたる偏心重量配分により、前端部振動機箱１８０６、１９０６の振動を引き起こす。前端部振動機箱が対象１８１０、１９１０と接触しているので、振動は前端部振動機箱から対象１８１０、１９１０に伝達される。
【００６１】
図２１は代替の実施例を示しており、軸方向の中心に取り付けられて偏心した重量配分を有する偏心質量体の代わりに、カム形状などのような偏心して取り付けられる質量体が、回動自在に取り付けられる質量体として用いられ、可撓性回動軸１９１２によって駆動されるその回転により、前端部箱の振動が生じ、それは対象１８１０、１９１０に伝達される。したがって、図２１は、図２０に示す前端部箱の代替の実施の形態を示している。
【００６２】
図２２乃至図２４は、前端部振動機箱１８０６、１９０６をより詳細に示している。これらの図から、前端部振動機箱は、回動自在に取り付けられる錘を内部に含む箱を備え、錘の重量配分は、図２３の実施の形態で示すように、錘全体わたり偏心している。ここで、偏心重量配分は、回動軸１９１２、又は少なくとも回動軸１９１２内の回動要素に接続された車軸２３０２に回動自在に取り付けられた錘２３０４に切欠部を設けることによって得られる。図２４は、代替の実施の形態を示し、偏心して取り付けられた錘２４０４が提供され、可撓性駆動軸１９１２内の回動要素に回動自在に機能するように接続された回動軸２４０２に取り付けられている。どちらの場合にも、可撓性駆動軸１９１２の回転により、車軸２３０２又は２４０２の回転が生じ、錘２３０４又は２４０４を回転させ、前端部振動機箱１８０６、１９０６を振動させる。
【００６３】
図２６及び図２７はさらなる実施の形態を示し、この場合、その表面全体に偏心重量配分を与えるように切欠部２７０８を有する、回動自在に取り付けられた錘２７０４が、その外面に反射部分２７０６を備えている。錘２７０４は、振動機箱１８０６、１９０６の範囲内で車軸２３０２に回動自在に取り付けられ、すでに説明したように、可撓性回動軸１９１２によって回転するよう駆動される。しかし、この形態では、光ファイバ２７０２も前端部振動機箱１８０６、１９０６に供給されており、その中の開口を介して、錘２７０４の側面に光を照射するようになっている。光ファイバ２７０２は、ドット、方形などであってもよい反射部分が光ファイバ２７０２の真正面にある場合に、光ファイバからの光線が、錘２７０４の側面の反射部分２７０６によって光ファイバに反射されることが可能なように、錘２７０４に対してそれぞれ位置決めされている。光ファイバ２７０２の反対側の端部に位置決めされた適切な光検出器は、反射部分２７０６が光を光ファイバまで反射する場合を検出してもよい。この編成の目的は、反射部分２７０６が光ファイバ２７０２の真正面にあり、それに沿って光を反射する場合に、車軸２３０２の回転軸線上の錘２７０４の正確な回動位置がわかるという点で、錘２７０４の回動位置を判断することを可能にすることにある。それは、状況が変わっても、実験間の再現性を可能にするように、回転錘２７０４の位置を知ることが重要であるといえる。効果的には、反射部分２７０６は、回動位置がわかり、設定でき、ひいては、振動の位相が使用間で維持され、一致することを可能にするように、錘２７０４の回動位置を回転符号化する。これは、異なる検査及び実験を互いに比較できるために重要である。
【００６４】
図２８は、回動可撓性駆動軸１９１２の所定の回転率に対して、２つ以上の周波数の振動を生成するさらなる実施の形態を示している。ここで、図２８は、３つの回動車軸２８１０、２８１４、２８１８を有する前端部振動箱２８０６を示している。回動車軸２８１０は、可撓性回動軸１９１２に接続され、それによって駆動される。車軸２８１０上に取り付けられるのは、例えば、２から３ｃｍの範囲の大径Ｄ１を有する第１の歯車２８０１である。回動車軸２８１４は、小径Ｄ２を有する第２の歯車２８０２を有し、車軸２８１４は、２つの歯車２８０１、２８０２が噛合するように、車軸２８１０に対して位置決めされている。直径Ｄ２は、例えば、０．７５ｃｍから１．２５ｃｍの範囲であってもよい。第３の回動車軸２８１８も、それに取り付けられた歯車２８０３を備えており、歯車２８０３は、直径Ｄ２よりも大きいが、直径Ｄ１より小さい直径Ｄ３を有する。例えば、Ｄ３は、１．２５ｃｍから２ｃｍの範囲であってもよい。回動車軸２８１８は、それぞれの歯車２８０２、２８０３が噛合するように、回動車軸２８１４に対して位置決めされている。歯車から車軸２８１０、２８１４、２８１８の遠位端にそれぞれ取り付けられるのは、偏心して取り付けられる各錘２８０８、２８１２、２８１６である。これらは、各回動車軸２８１０、２８１４、２８１８上で回動される場合に各振動運動を生じる原因となる。
【００６５】
使用中、回動車軸２８１０は、可撓性回動軸１９１２によって回動され、これが、第１の周波数で、偏心して取り付けられた錘２８０８の回動を生じる原因となる。各車軸２８１０、２８１４上での２つの歯車２８０１、２８０２の噛合もまた、車軸２８１０よりも速い回転速度での第２の回転軸２８１４の回転を生じる原因となる。したがって、これは、偏心して取り付けた錘２８１２を、第１の回動軸２８１０に取り付けた錘２８０８よりも速い回転速度で回転させることになる。
【００６６】
加えて、第２の回動車軸及び第３の回動車軸間の歯車２８０２、２８０３の噛合は、第２の回動車軸２８１４と共に第３の回動車軸２８１８を回転させる。しかし、２つの歯車２８０２、２８０３の相対直径により、回動車軸２８１８は、回動車軸２８１４よりも遅い速度で回転する。偏心して取り付けられた錘２８１６は、第３の回動車軸２８１８と共に回転するので、第３の周波数で振動を生成する。総合すれば、それぞれ回動自在に取り付けられた錘２８０８、２８１２、２８１６によって生成された振動は、結果として、全体で出力箱の複合合成振動を与えるように合成される３つの異なる周波数の振動を生じる。しかし、対象に伝達されるこの複合合成振動は、検出され、ＭＲＩ出力信号においてフーリエ変換等の信号処理を受けて、個々の振動周波数を分解することができる。
【００６７】
多数の周波数を有することが重要である理由は、この実施の形態では人間の組織である材料のスティフネス（剛性）に対する振動周波数をマッピングしている、それぞれの軸が対数目盛のグラフを示す図２９から明らかとなろう。ここから、組織において、対数−対数のスティフネス（剛性）対周波数グラフが直線であることが見て取れる。したがって、仮にある者が、異なる周波数で観察し、それらの異なる周波数のスティフネス（剛性）を判断する可能性があれば、組織の良好な特性化が得られる。
【００６８】
図３０から図３２は、可撓性回動軸１９１２のそれぞれの長さによって共に直列に接続された多数の振動機箱１８０６、１９０６、又は２８０６を備える本発明のさらなる実施の形態を示している。長さのある可撓性回動軸１９１２のそれぞれは、駆動車軸のすべて及び長さのある可撓性回動軸のそれぞれが同時に回転駆動されるように、各振動機箱の駆動車軸の各端部に連続して接続されている。すなわち、第１の長さの可撓性回動軸は、駆動モータ（不図示）と、連続する振動機箱１８０６、１９０６、２８０６のうちの第１のものとの間に接続され、箱の駆動車軸の第１の端部に接続している。駆動車軸の他端は、第２の長さの可撓性回動軸に接続され、順に、第２の振動機箱１８０６、１９０６、２８０６の駆動車軸の第１の端部などに接続される。このように、複数の振動機箱は、連続して共に接続され、同じモータから同時に駆動されてもよい。
【００６９】
加えて、振動機箱は、それぞれ図３１及び図３２に示すように、可撓性であってもよいシート状材料などの基板、又は、ヘルメット又は柔軟な帽子などのヘッドマウント上に取り付けられてもよい。複数の振動機箱を基板上に取り付け、次いで、被検体上に位置決めされることの利点は、互いに対する箱の相対位置決めが、基板上でのそれらの事前位置決めによって保証できることである。これは、振動を印加すべき生体構造上の特異点に関する有意義な事前位置を設定することを可能にする。
【００７０】
追加、削除、又は置換によるかどうかの様々なさらなる改変が、さらなる実施の形態を提供するために上で述べた実施の形態に対して行われてもよく、そのうちのいずれか及びすべては、付帯する特許請求の範囲によって包含されることを意図している。
【符号の説明】
【００７１】
５２  コイル
５４  片持要素
５６  被駆動カンチレバー
６０  接続チューブ
６２  連接ロッド
６４  可撓性要素
５６２  枢動点
５８２  ピストン
１１１０  レーザパルス
１２１０  計時機構
１６０２  光学機械式クリスタル
１６０６  光ファイバ
１６０８  光源
１７０２  圧電クリスタル
１８０２  ＭＲ室
１８０４、１９０４  ＭＲ画像装置
１９０６  前端部振動機箱
１９１２  可撓性回転軸
２００２  偏心質量体
２４０２  回動軸
２４０４  錘
２７０２  光ファイバ
２７０４  錘
２７０６  反射部分
２７０８  切欠部
２８０１−２８０３  歯車
２８０６  前端部振動機箱
２８０８、２８１２  錘
２８１０、２８１４、２８１８  回動車軸
【図１】
2018506389.tif 000003
【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】
2018506389.tif 000012
【図１１】
2018506389.tif 000013
【図１２】
2018506389.tif 000014
【図１３】
2018506389.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2018506389.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2018506389.tif 000020
【図１９】
2018506389.tif 000021
【図２０】
2018506389.tif 000022
【図２１】
2018506389.tif 000023
【図２２】
2018506389.tif 000024
【図２３】
2018506389.tif 000025
【図２４】
2018506389.tif 000026
【図２６】
2018506389.tif 000027
【図２７】
2018506389.tif 000028
【図２８】
2018506389.tif 000029
【図２９】
2018506389.tif 000030
【図３０】
2018506389.tif 000031
【図３１】
2018506389.tif 000032
【図３２】
2018506389.tif 000033
【国際調査報告】
2018506389.tif 000034
2018506389.tif 000035
2018506389.tif 000036
2018506389.tif 000037
2018506389.tif 000038
2018506389.tif 000039