(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴イメージング・システム内で用いられ、磁気共鳴手順中に侵襲的装置及び隣接した被検体の組織の温度を監視すると共に、前記被検体に印加されている出力を調節する安全サブシステムであって、（ａ） 前記侵襲的装置の選択された部分の内部に設けられている温度を検出する手段と、（ｂ） 検出された前記温度が選択された閾値を上回っているかを決定する手段と、（ｃ） 前記磁気共鳴手順中に、前記装置内の検出された前記温度に応答して無線周波数出力を変化させる手段とを備えた磁気共鳴イメージング・システム内で用いる安全サブシステム。
【請求項２】
前記温度を検出する手段は、温度を測定するために光を用いている請求項１に記載の安全サブシステム。
【請求項３】
前記温度を検出する手段は、温度を測定するために光学的蛍光の減衰時間を測定している請求項２に記載の安全サブシステム。
【請求項４】
前記温度を検出する手段は、温度を測定するために熱電対を用いている請求項１に記載の安全サブシステム。
【請求項５】
前記磁気共鳴システムのオペレータに、前記検出された温度を示す表示装置を更に含んでいる請求項１に記載の安全サブシステム。
【請求項６】
前記決定する手段に結合されており、いつ閾値が超過されたかを示す音響装置を更に含んでいる請求項１に記載の安全サブシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、装置が体内に挿入されるような医療手順に関し、より具体的には、生体が磁気共鳴スキャナ内に配置されているときにこのような装置が用いられるような医療手順に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴（ＭＲ）を用いて患者の生体内にある侵襲的（interventional/invasive）装置を追跡する様々な方法が、本出願と共通の譲受人に譲渡され、ここに参照されるべき以下の米国特許に記載されている。Charles L. Dumoulin、Steven P. Souza及びRovert Darrowによる米国特許第５，３０７，８０８号「磁気共鳴を用いて装置の位置を監視する追跡システム及びパルス・シーケンス」（Tracking System And Pulse Sequences To Monitor The Position Of A Device Using Magnetic Resonance）、同第５，３１８，２０５号「多重化された磁気共鳴検出を用いて装置の位置及び配向を監視する追跡システム」（Tracking System To Monitor The Position And Orientation Of A Device Using Multiplexed Magnetic Resonanace Detection）及び同第５，３５３，７９５号「多重化された磁気共鳴検出を用いて装置の位置を監視する追跡システム」（Tracking System To Monitor The Position Of A Device Using Multiplexed Magnetic Resonanace Detection）である。これらの方法は、侵襲的装置を位置決めすると共に追跡するために、磁気共鳴信号の発生及び検出を採用しており、Ｘ線による監視に関連する望ましくない性質を有していないものである。
【０００３】
磁気共鳴追跡方法の一側面として、侵襲的装置は、生体内で検出された磁気共鳴信号をイメージング及び追跡システムへ取り出すためのケーブル又はワイヤを組み込んでいる。被検体の内部又は表面上にＭＲイメージング用又は追跡用コイルが配置されており、このＭＲイメージング用又は追跡用コイルは典型的には、同軸ケーブルによって外部の受信器に接続されている。磁気共鳴手順中に生体内に導電性物質を配置すると、その１つの結果として、画像形成及び装置追跡のために用いられる無線周波数（ＲＦ）パルスが、導体内に電流を誘導することができる。これらの電流が誘導される結果、導体の端部に強い電場が発生され得る。導体の端部が、血液のような導電性の組織によって包囲されているならば、これらの強い電場は、組織内に電流を誘導すると共に、発熱をもたらす。組織内の発熱量は、ＲＦパルスの出力とデューティ・サイクルとに関連付けられる。ＲＦパルスがより強く、且つより頻繁に印加されると、より大きな発熱量が生じる。より高い磁場内で核スピンを章動させるためにはより大きなＲＦ出力が要求されるので、発熱量は又、磁気共鳴手順の際に用いられる静磁場の強度にも間接的に関連付けられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
侵襲的装置の近くの導電性組織内に発生された熱量によって、約４℃よりも少ない温度上昇が起こるならば、組織に対する損傷は一切生じない。しかしながら、発生された熱によって、約４℃を超える温度上昇が起こるならば、可逆的な又は非可逆的な組織の損傷が起こり得る。
【０００５】
銘記すべきことであるが、磁気共鳴検査中に生体内にワイヤ又はその他の導電性構造体を配置すると、装置の追跡以外の理由でも望ましいことがある。例えば、小型の磁気共鳴受信コイルを用いて、血管壁等の局在化した解剖学的構造の画像を形成することができる。代替的には、内視鏡又はカテーテル・ガイド・ワイヤ等の他の医療装置を配置することが望ましいことがあるが、これにより、磁気共鳴検査中に、局在化した組織が発熱する可能性がある。
【０００６】
現在、磁気共鳴イメージング検査中に体内に配置されている装置に起因する発熱を監視すると共に減少させる方法が求められている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
磁気共鳴（ＭＲ）手順中に生体内に配置されることを意図された本発明の装置は、１つ又はそれ以上の温度センサ（thermal sensor）で拡張されている。各々のセンサは、装置内に配置されており、装置の内部又は近くの選択された領域における温度上昇を監視する。
【０００８】
いくつかの温度監視方法が可能である。例えば、熱電対を用いて温度上昇を監視することができる。但し、熱電対のリードの存在は、望ましくない発熱に寄与する可能性があるので、注意を払わなければならない。より望ましい方法は、非導電性光ファイバが採用可能であるので、温度を測定するために光を用いることを含んでいる。温度を監視する光学的手段の１つでは、温度の関数である蛍光減衰時間を有している蛍光体を採用している。この物理的原理を用いている温度監視手段は、光ファイバの一端に発光体の部分を配置すると同時に、他端において励起と発光の減衰の監視との両者を行うことにより、容易に構成され得る。
【０００９】
一旦、装置が温度の監視が可能なように改変されたら、温度の瞬間的な値をいくつかの異なる方法で利用することができる。例えば、温度を、主治臨床医に対して表示することができる。代替的には、選択された閾値を上回る温度上昇が検出されたときに、磁気共鳴スキャナがそのＲＦ出力及び／若しくはデューティ・サイクルを減少させる又は手順を停止するようにしているスキャナの安全インタロック手段に対して温度を伝達することもできる。ＲＦ出力を減少させると同時に、磁気共鳴システムのオペレータのために視覚的警報又は聴覚的警報を発すると望ましいかもしれない。
【００１０】
加えて、ＭＲイメージング（作像）用又は追跡用コイルと受信器とを接続している配線を、光ファイバと変換器とで置き換えることができる。光ファイバ及び変換器は、各々の端部に設けられており、電気信号と光学的信号との間の変換を行う。
本発明の１つの目的は、磁気共鳴走査中の侵襲的装置の存在に起因する生体内の発熱を監視するシステムを提供することにある。
【００１１】
本発明のもう１つの目的は、選択された閾値を上回る組織の発熱がＭＲ検査中に生体内で検出されたときにはいつでも、磁気共鳴スキャナによって発生されているＲＦ出力を減少させる又は停止させる方法を提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、選択された閾値を上回る組織の発熱がＭＲ検査中に生体内で検出されたときにはいつでも、磁気共鳴スキャナによって発生されているＲＦデューティ・サイクルを減少させる方法を提供することにある。
【００１２】
本発明のもう１つの目的は、イメージングされている被検体の付近のＲＦ発熱を減少させることにある。
【００１３】
【実施例】
新規であると考えられる本発明の諸特徴は、特許請求の範囲に具体性をもって述べてある。しかしながら、本発明自体は、その構成及び動作方法の両者に関して、更なる目的及び利点と併せて、実施例の記載を図面と共に参照することにより最もよく理解することができる。
【００１４】
図１では、支持テーブル１１０上の被検体１００が、マグネット・ハウジング１２０内のマグネット１２５によって発生されている均一磁場内に配置されている。マグネット１２５及びマグネット・ハウジング１２０は、円筒対称性を有しており、図面では、被検体１００の位置を明らかにするためにその半分を切除して示してある。カテーテルとして示されている装置１５０が挿入されている被検体１００の領域は、マグネット１２５のボア（中孔）の近似的な中心に配置されている。被検体１００は、一組の円筒状磁場勾配コイル１３０によって包囲されており、これらのコイルは、所定強度の磁場勾配を所定回数で発生している。勾配コイル１３０は、３つの相互に直交する方向に磁場勾配を発生している。
【００１５】
外部コイル１４０も又、被検体１００の関心領域を包囲している。コイル１４０は、被検体全体を包含するのに十分な直径を有している円筒状外部コイルとして図示されている。頭部又は肢部をイメージングするように特別に設計された更に小型の円筒のような他の形状を代用することもできる。表面コイル等の非円筒状の外部コイルを代替的に用いてもよい。
【００１６】
外部コイル１４０は、被検体１００内に無線周波数（ＲＦ）エネルギを放射しており、ＲＦエネルギは、所定の回数で且つ当業者に周知の方式で被検体１００の核磁気スピンを章動させるような所定の周波数において十分な出力を有するようにして放射されている。スピンの章動によって、スピンは、ラーモア周波数において共鳴する。各々のスピンのラーモア周波数は、スピンが経験した磁場の強度に正比例している。この磁場強度は、マグネット１２５によって発生されている静磁場と、磁場勾配コイル１３０によって発生されている局所的な磁場との合計である。
【００１７】
装置１５０は、オペレータ１６０によって被検体１００内に挿入されるものであり、ガイド・ワイヤ、カテーテル、内視鏡、腹腔鏡、生検針又は類似の装置のいずれであってもよい。磁気共鳴を用いて実時間で装置１５０を追跡することが望ましいならば、装置１５０は、外部コイル１４０によって発生されている無線周波数場に応答して被検体内に発生されたＭＲ信号を検出するＲＦコイルを収納するように作製され得る。ＲＦコイルは小型であるので、感度領域も又、小さい。その結果、検出される信号は、コイルの直近の磁場の強度のみを原因として生じているラーモア周波数を有する。これらの検出された信号は、イメージング及び追跡ユニット１７０に伝送されて、ここで分析される。装置１５０の位置は、イメージング及び追跡ユニット１７０において決定され、表示手段１８０上に表示される。本発明の好ましい実施例では、装置１５０の位置は、従来のＭＲ画像上に図記号を重ね合わせ表示することにより表示手段１８０上に表示され、この重ね合わせ表示は、画像の上にアイコンを重ね合わせ表示することの可能なビデオ・グラフィクス・サブシステム等の重ね合わせ手段（図示されていない）によって駆動される。
【００１８】
本発明の代替的な実施例では、装置１５０を表す図記号は、計算機式断層写真（ＣＴ）スキャナ、ポジトロン放射断層写真システムのスキャナ又は超音波スキャナのような他のイメージング・システムを用いて取得された診断画像の上に重ね合わせ表示される。本発明の他の実施例では、診断画像を参照しないで装置の位置を数値的に又は図記号として表示する。
【００１９】
図２には、装置１５０の実施例がより詳細に示されている。小型のＲＦコイル２００が、導体２１０及び２２０を介してＭＲシステムに電気的に結合されている。本発明の好ましい実施例では、導体２１０及び２２０は、同軸対を形成している。導体２１０及び２２０、並びにＲＦコイル２００は、装置１５０の外側シェル２３０に包まれている。装置１５０を包囲している組織から生じているＭＲ信号が検出される。装置１５０は又、光ファイバ２７０を組み込んでおり、光ファイバ２７０は、ファイバの末梢側端部が小型ＲＦコイル２００の近くに位置するように配置されている。本発明のこの実施例では、ファイバ２７０の基部末端は、光源／検出器２０７に取り付けられており、ファイバ２７０の末梢側端部は、選択された少量の蛍光体２７５を組み込んでいる。蛍光体２７５は、ファイバ２７０の末梢側端部へ伝播された光を吸収すると共に、光を再放出する。光の再放出は、最初の光が吸収された後に、ある減衰定数を伴ってある時間にわたって起こり、この減衰定数を測定すると共に利用して、蛍光体２７５の温度を算出することができる。このことは、Luxtron社（所在地・2775 Northwestern Parkway, Santa Clara, CA 95051-0903）の"Fluoroptic Thermometer Model 790 Operator's Guide"（著作権１９９２年１２月）の第４．１頁〜第４．６頁に記載されている。
【００２０】
被検体内の配線を、図３に示すように、ＲＦに誘発される発熱を防止する目的で、光ファイバで置き換えることができる。ＲＦコイル３００が、被検体内に配置されている。第１の変換器回路３０１が、ＲＦコイル３００に接続されている。第１の変換器回路３０１は光ファイバ３０３に結合されており、電気信号を、典型的には可視波長又は近赤外波長にある変調された光に変換する。第１の変換器回路３０１は、単方向式でＲＦコイル３００へ信号を伝送してもよいし、単方向式でＲＦコイル３００から光ファイバ３０３へ信号を伝送してもよいし、双方向式で伝送してもよい。このことは、ＲＦコイル３００が送信、受信又はこれら両者を行うような場合をそれぞれ含んでいる。
【００２１】
ＲＦコイル３００は、ＭＲ追跡を行うための、又は局在化したＭＲイメージングを行うためのＭＲ信号を受信することができる。
光ファイバ３０３の他端では、第２の変換器回路３０５が、第１の変換器回路３０１と反対の方式で動作している。例えば、ＲＦコイル３００がＭＲ応答信号を受信しているならば、その電気信号は、第１の変換器回路３０１によって、変調された光学的信号に変換され、光ファイバ３０３を介して伝送され、第２の変換器回路３０５によって本来の電気信号に戻し変換されてから、ＭＲ受信器に伝送されて、被検体のＭＲ画像及び／又はＲＦコイル位置を提供する。第１の変換器回路３０１には、小型のエネルギ貯蔵装置３０１ｂ（電池、太陽電池又はコンデンサ）及びフォトダイオード３０１ａによって電力を供給することができる。光は、光源３０７から光ファイバ３０３を介して、第１の変換器回路３０１及びフォトダイオード３０１ａへ伝送されることができ、エネルギ貯蔵装置３０１ｂを充電する電流を発生し、これにより、第１の変換器回路３０１に電力を供給する。
【００２２】
代替的には、第１の変換器回路３０１は、独立した光学経路３０３ａ及び３０３ｂ又は光ファイバを有していてもよく、この場合、信号は一方の経路３０３ａを介して伝送される一方で、電力は他方の独立した経路を通って変換器回路３０３ｂへ伝送される。
図４は、イメージング及び装置追跡に適切なＭＲシステムのブロック図である。このシステムは、一組の磁場勾配増幅器９１０に制御信号を供給するコントローラ９００を含んでいる。これらの増幅器は、マグネット・ハウジング１２０（図１）内に配置された磁場勾配コイル１３０を駆動している。勾配コイル１３０は、３つの互いに直交する方向に磁場勾配を発生することが可能である。コントローラ９００は又、送信器手段９３０へ伝送される信号を発生している。コントローラ９００からのこれらの信号によって、送信器手段９３０は、マグネット１２５のボア内に配置されている外部コイル１４０、更にその外部コイル１４０内に配置されている被検体の領域の選択されたスピンを章動させるのに適切な出力を有している選択された周波数のＲＦパルスを発生する。ＭＲ信号が、受信器手段９４０に接続されているＲＦコイル２００（図２）に誘導される。受信器手段９４０は、図３の光学的結合部を介して接続されていてもよい。受信器手段９４０は、ＭＲ信号を増幅し、復調し、濾波すると共にディジタル化することにより、ＭＲ信号を処理する。コントローラ９００は又、受信器手段９４０からの信号を収集して、計算手段９５０へこの信号を伝送し、信号は計算手段９５０において処理される。計算手段９５０は、コントローラ９００から受信された信号にフーリエ変換を施して、コイル２００の位置に到達する。計算手段９５０によって算出された結果は、画像表示手段１８０に表示される。
【００２３】
図４のＭＲシステムは又、安全監視サブシステム９９０を組み込んでおり、安全監視サブシステム９９０は、温度監視手段９９２と、安全インタロック手段９９４とを含んでいる。
本発明の好ましい実施例では、図２の光源／検出器２０７は、光パルスを発生しており、この光パルスは、装置１５０内に配置されている光ファイバ２７０の末梢側端部に配置されている蛍光体２７５に伝播される。図４の温度監視手段９９２は、蛍光減衰を検出し、減衰速度を測定すると共に、蛍光体２７５の温度を算出する。本発明の主旨は、蛍光減衰に基づく温度検出に限定されているのではなく、サーミスタ又は熱電対等のすべての温度監視手段を含んでいることを銘記されたい。
【００２４】
この実施例では、安全インタロック手段９９４は、コントローラ９００に接続されている。温度監視手段９９２が、選択された閾値を上回る温度上昇を検出すると、信号は、安全インタロック手段９９４からコントローラ手段９００へ伝送されて、その結果、コントローラ手段は、ＲＦ出力を減少させるか、ＲＦデューティ・サイクルを減少させるか、又は現在の磁気共鳴ＲＦパルス・シーケンス及び勾配パルス・シーケンスを停止させるかのいずれかを行う。
【００２５】
温度監視手段９９２は又、閾値を上回ったときに聴覚的警報（オーディオ・アラーム）９９３にトリガを与えて、オペレータに温度上昇を知らせるためにも用いられ得る。
磁気共鳴手順のための新規な温度監視サブシステムに関する現状で好適ないくつかの実施例について本明細書で詳細に述べたが、当業者には今や、多くの改変及び変形が明らかとなることであろう。従って、特許請求の範囲は、本発明の要旨の範囲内にあるこのようなすべての改変及び変形を網羅するものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】被検体内の装置の位置を追跡している動作状態にある本発明の一実施例の遠近図である。
【図２】被検体の生体内に挿入されることを意図されている医療装置に組み込まれているＲＦコイル及び光ファイバ温度センサを示す説明図である。
【図３】ＭＲイメージング用又は追跡用コイルとＭＲ受信器電子回路との間の配線を置き換えた光学的結合部の説明図である。
【図４】磁気共鳴スキャナに組み込むのに適切な温度安全サブシステムの一実施例を示すシステム・ブロック図である。
【符号の説明】
１００  被検体
１１０  支持テーブル
１２０  マグネット・ハウジング
１２５  マグネット
１３０  磁場勾配コイル
１４０  外部コイル
１５０  カテーテル
１６０  オペレータ
１７０  イメージング及び追跡ユニット
１８０  表示手段
２００、３００  ＲＦコイル
２０７  光源／検出器
２１０、２２０  導体
２３０  外側シェル
２７０、３０３  光ファイバ
２７５  蛍光体
３０１  第１の変換器回路
３０１ａ  フォトダイオード
３０１ｂ  エネルギ貯蔵装置
３０３ａ、３０３ｂ  光学的経路
３０５  第２の変換器回路
３０７  光源
９００  コントローラ
９１０  磁場勾配増幅器
９３０  送信器
９４０  受信器
９５０  計算手段
９９０  安全監視サブシステム
９９２  温度監視手段
９９３  聴覚的警報
９９４  安全インタロック手段
【図１】
0003978264.tif 000002
【図２】
0003978264.tif 000003
【図３】
0003978264.tif 000004
【図４】
0003978264.tif 000005