(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カテーテルと、前記カテーテル内に、互いに電気的に非接続状態で且つ相互結合が実質的にない状態で配置された複数のアンテナと、複数のアンテナをそれぞれ別個の信号検出回路に接続する複数の信号線とを備え、
前記カテーテルは、長手方向に沿って複数の空洞を有するチューブからなり、前記複数のアンテナ及びそれに接続された信号線のうち少なくとも２つは、前記複数の空洞のうち異なる空洞に収納されていることを特徴とするカテーテルRFアンテナ。
【請求項２】
前記複数のアンテナは、前記カテーテルの長手方向に対しずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載のカテーテルＲＦアンテナ。
【請求項３】
前記複数のアンテナは、前記カテーテルの長手方向のほぼ同一位置にＲＦシールド部材を介して並列に配置されていることを特徴とする請求項１記載のカテーテルＲＦアンテナ。
【請求項４】
前記複数のアンテナ間の電気的相互結合を除去するためのデカップリング手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載のカテーテルＲＦアンテナ。
【請求項５】
前記デカップリング手段がインダクティブカップラー法に基く回路であることを特徴とする請求項４記載のカテーテルＲＦアンテナ。
【請求項６】
前記デカップリング手段が低インピーダンス法に基く回路であることを特徴とする請求項４記載のカテーテルＲＦアンテナ。
【請求項７】
前記複数のアンテナは、ダイポールアンテナであることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載のカテーテルＲＦアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、人体等の治療や診断に用いるカテーテルに備えられ、核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を受信するのに好適なカテーテルＲＦアンテナに関し、特に核磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置を利用して、カテーテルの挿入をモニタリングするカテーテルトラッキング技術に好適に用いられるカテーテルＲＦアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＩ装置では、核磁気共鳴によって被検体から発生するＮＭＲ信号を受信するために、各種ＲＦコイルが実用化されている。これらＲＦコイルには、その視野によって全身用コイルや局所用コイルなどがある。また、相対的に高感度な小型ＲＦコイルを複数個並べて、各ＲＦコイルで受信した信号を合成することにより、小型コイルの高い感度を保ったまま視野を拡大したマルチプルＲＦコイル或いはフェイズドアレイコイルも開発されている。
【０００３】
一方、ＭＲＩ装置の臨床応用の一つとして、患者の体内に穿針やカテーテルを挿入して治療や診断を行う際に、ＭＲＩ撮像を行い、カテーテル等の進行状態やカテーテルが挿入された部位の組織を逐次モニターする技術が開発されている。このような技術はインターベンショナルＭＲＩと呼ばれ、撮像中の被検体へのアクセスのための空間を開放したオープン型のＭＲＩ装置の普及に伴い、実用化が進んでいる。
【０００４】
このようなインターベンショナルＭＲＩにおいて、カテーテルの位置をリアルタイムでモニタリングする技術（トラッキング法）として、パッシブトラッキングとアクティブトラッキングの二つの方法がある。パッシブトラッキングでは、カテーテルにＭＲ画像において識別可能なマークを施し、カテーテルの動きをＭＲ画像で識別できるようにしている。またアクティブトラッキングでは、カテーテル自体にＲＦコイルを組み込み、直接カテーテル近傍のＮＭＲ信号を検出して画像化し、これを別途取得したロードマップ（形態画像）上に重ねることにより、カテーテルの位置をロードマップ上に表示させるようにする。
【０００５】
カテーテル自体にＲＦコイルを組み込んだものとして、例えば、特開平6-70902号、特開平7-255694号、特開平11-230705号、”Intravascular magnetic resonance imaging using a loopless catherter antenna”,  Ogan Ocali, Ergin Atalar, Magnetic Resonance in Medicine, 37, pp112-118, (1997)などには、血管カテーテルに組み込むことが可能なＲＦコイルが提案されている。また”Transesophageal magnetic resonance imaging”, K.A. Shunk et al, Magnetic Resonance in Medicine, 41, pp722-726 (1999)には経食道コイルが提案されている。これらのコイルは、いずれもカテーテル内のアンテナ数は1個、出力端子も1組である。
【０００６】
さらにカテーテルの位置検出用に特化した例として、図８に示すように、３個のマイクロコイルを相互結合（誘導結合もしくは容量結合）して、侵襲デバイスの先端に組み込んだものも提案されている（Magnetic Resonance in Medicine 44, pp556-65(2000)。このカテーテルＲＦコイルは、感度領域が離れて点在しており、これによってデバイスの位置と侵入方向を検出可能にしたものである。このコイルを使用することにより、侵襲デバイスの進入方向と目的組織の位置から、ＭＲスキャン断面を自動的に決定することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に血管カテーテルの長さは1〜1.5m程度あり、例えば大腿動脈から心臓まで血管内を挿入して、冠状動脈までカテーテル先端を到達させるというようなことが行われる。このような状況において、カテーテルの先端を高感度で或いは広視野の画像でモニターしたいという要望がある。また血管壁のプラークの描出にも、高感度、広視野の画像でモニターしたいという要望がある。
【０００８】
しかし従来のカテーテル用ＲＦコイルは、単一のアンテナを用いており、感度を高めるために視野を5〜10cm程度の局所領域に限定しているため、広視野の描出ができない。ＲＦコイルの視野を広げた場合には感度が低下するという問題がある。またアクティブトラッキング用に開発されたＲＦコイルでは、感度領域が点在しているため、視野拡大とはなっていない。またこのＲＦコイルでは、スイッチで切り替えて2箇所からのアナログ信号を交互に取り出すようにしているため、両方からの信号を得るためには従来の2倍の時間を必要とする。仮に両方からの信号を同時に取り出したとしても、1組の信号線で取り出すので、ノイズの合成が起き合成画像のＳＮが1/√２に低下してしまう。
【０００９】
そこで本発明は、アクティブトラッキング用として用いることができ、しかもカテーテル近傍の組織を高感度、広視野で描出することが可能なカテーテルＲＦアンテナを提供することを目的とする。また本発明は、カテーテル内への組み込みが容易なカテーテルＲＦアンテナを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のカテーテルＲＦアンテナは、カテーテルと、前記カテーテル内に、互いに電気的に非接続状態で且つ相互結合が実質的にない状態で配置された複数のアンテナと、複数のアンテナをそれぞれ別個の信号検出回路に接続する複数の信号線とを備え、前記複数のアンテナはそれぞれ異なる空間からの信号を検出することを特徴とする。
【００１１】
相互結合が実質的にない状態で配置された複数のアンテナを備えたことにより、これらのアンテナが検出した信号を合成することにより、各アンテナの高感度を維持しながら、各アンテナが検出可能な空間全体の画像を得ることができる。これによりカテーテルが挿入された領域近傍を広視野、高感度で描出でき、カテーテルの挿入作業を容易ならしめるとともに、診断上有効な情報を得ることができる。
【００１２】
相互結合が実質的にない状態の配置として、例えば、複数のアンテナを、カテーテルの長手方向に対しずれた位置に配置することができる。或いは、複数のアンテナを、カテーテルの長手方向のほぼ同一位置にＲＦシールド部材を介して並列に配置することができる。またこれら配置を組み合わせても良い。
【００１３】
また電気的に非接続状態にする手段として、例えば、カテーテルを長手方向に沿って複数の空洞を有するチューブで構成し、これら空洞内にアンテナ及びそれに接続された信号線を収納する。別な空洞を通しての医療行為を妨げることなく、カテーテルにＲＦアンテナとしての機能を持たせることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のカテーテルＲＦアンテナの実施形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明のカテーテルＲＦアンテナの一実施形態を示す全体図である。このカテーテルＲＦアンテナは、樹脂等で構成されるチューブ状のカテーテル108と、その内部にカテーテル108の長手方向に沿って並列に配置された2本の信号線101、102と、これら信号線101、102の先端に接続された２つのアンテナ1051、1052と、信号線101、102の後端に接続されたチューニング・マッチング回路（Ｔ/Ｍ回路）1061、1062とからなる。Ｔ/Ｍ回路1061、1062は、同軸ケーブル1111、1112を介して、信号検出回路に接続される。患者の体腔内には、Ｔ/Ｍ回路より前側のカテーテル部分が挿入される。
【００１６】
信号線101、102は絶縁体103に被覆され、電気的に接触しないようにカテーテル内に配置されている。尚、図１では、信号線101及び102が同一の絶縁体103内に電気的に非接触で被覆されている例を示したが、図２に示すように、カテーテル108を複数の空洞1081、1082を形成したダブルルーメン構造とし、小径の空洞1081に信号線101、102及びアンテナ1051、1052を埋め込み、大径の空洞1082をガイドワイヤやチューブを通すための穴として使用しても良い。或いは図３に示すように、複数の小径の空洞1083〜1085と大径の空洞1086を有するマルチルーメン構造とし、各信号線及びアンテナをそれぞれ別個に小径の空洞に収納するようにしてもよい。このようなダブルルーメン或いはマルチルーメン構造とすることにより、空洞を通しての医療行為を円滑にすることができる。
【００１７】
空洞1081〜1086の直径は、カテーテル内に形成できるサイズであれば特に限定されないが、典型的には、カテーテルの直径は約3mmであり、図２に示すような２本の信号線及びアンテナ用の空洞1081の直径は約0.8mm、図３に示すような１本の信号線及びアンテナ用の空洞1083〜1085の直径は約0.5mmである。また作業用の大径の空洞1082、1086の直径は約0.9mmである。
【００１８】
２つのアンテナ1051、1052は、それぞれ異なる空間について局所的な高周波磁場を検知するもので、その検出周波数における電気的相互結合が十分除去されていることが重要である。具体的には14ｄＢ以上、好ましくは20ｄＢ以上とする。図示する実施形態では、２つのアンテナ1051、1052は、互いにカテーテルの長手方向に異なる位置に配置されており、これにより相互結合（誘導結合もしくは容量結合）を生じないようになっている。必要に応じて、さらに公知のデカップリング手段、例えば低入力インピーダンス法やインダクティブデカップラー法を採用することも可能である。これらアンテナの形状としては、非ループアンテナ、特にダイポールが好適である。ループアンテナの感度が距離ｒに対し、１/ｒ2で減衰するのに対し、ダイポールアンテナの感度は１/ｒで減衰するため、広い有感度範囲とすることができる。さらに２つのアンテナ1051、1052の長手方向の間隔は、その感度領域1071、1072が長手方向に隣接するか、わずかにオーバーラップするものとする。
【００１９】
Ｔ/Ｍ回路1061、1062は、それぞれ同軸ケーブル1111、1112及びプリアンプ104（1041、1042）を介して、図示しない信号検出器（具体的にはＭＲＩ装置のＲＦ受信部）に接続されている。
【００２０】
図４に、信号検出回路410と信号処理回路420の一例を示す。図示する信号検出回路410及び信号処理回路420は、ＭＲＩ装置400に備えられたもので、ＭＲＩ装置400のＲＦ受信コイル430からの信号を処理する処理系統のほかに、２つのアンテナ1051、1052からの信号をそれぞれ処理する処理系統を有している。尚、図ではＭＲＩ装置のＲＦ受信コイル430は１個のみを記載しているが、例えば小型ＲＦコイルから成るマルチプルコイルの場合には、複数の小型ＲＦコイルからの信号をそれぞれ処理する信号処理系統を備えている。
【００２１】
信号検出回路410は、直交検波する直交検波回路4１1と、ＡＤ変換器4１2とからなり、ＮＭＲ信号を参照周波数の信号で直交検波して二系列のデジタル信号に変換する。信号処理回路420は、信号検出回路410が検出した信号を元にＭＲ画像を形成するもので、デジタル信号にフーリエ変換等の演算を施すとともに、フーリエ変換後の画像データの合成を行い、１枚の画像を作成する。
【００２２】
２つのアンテナ1051、1052からの信号は、入力ポートを介して、信号検出回路410に入力される。カテーテルＲＦアンテナ1051、1052からの信号が入力される場合には、これを通常のＲＦ受信コイル430からの信号と合成してＭＲ画像を再構成する。
【００２３】
図５及び図６に、このような構成のカテーテルＲＦコイルを用いてＭＲＩ装置による撮像を行う様子を示す。図５は、オープン型ＭＲＩ装置の全体図を示す図であり、このＭＲＩ装置500は、患者506が寝かせられた空間505を挟んで上下に静磁場磁石、傾斜磁場発生磁石及びＲＦ照射コイルを組み込んだ磁場発生装置が配置され、図示しないＲＦ受信コイルが患者506の近傍に設置される。さらに磁場発生装置の近傍には、ＲＦ受信コイルからの信号をもとに再構成したＭＲ画像を映し出すモニター501が設けられている。
【００２４】
このようなＭＲＩ装置500を用いて、術者504は、例えば患者506の大腿動脈からカテーテル502を挿入しながら、連続撮像を行う。この場合の撮像方法は、例えばグラディエントエコー型のマルチショットエコープレナーイメージング法による撮像シーケンスや、これに改良を加えた部分位相エンコーディング法による撮像シーケンスを採用することができ、これによって例えば画像更新時間約0.2秒のリアルタイムで連続ＭＲ画像を取得することができる。こうしてモニター501に表示された連続ＭＲ画像を見ながら、術者504は、カテーテル502の挿入位置を把握しながら挿入動作を行うことができる。
【００２５】
図６は、モニターに表示されたＭＲ画像601の一例を示す図で、ここでは、例えば腹部大動脈のコロナル（冠状）面が表示され、血管カテーテル603が大腿動脈から心臓に向かって挿入される場合を示している。画像の中心600はＭＲＩ装置の磁場中心とほぼ等しくなるようにセットされている。この画像は、ＭＲＩ装置の受信コイル(図４、430)からの信号と、カテーテル603に備えられた２つのアンテナからの信号の合成画像であり、受信コイルによって描出された腹部大動脈像上に、カテーテルＲＦアンテナによってカテーテル長手方向に沿った近傍組織604が高感度で描出された画像が得られる。
【００２６】
従ってカテーテルが挿入されている血管のプラークや狭窄などの診断上有用な情報を得ることができ、またカテーテル先端が分岐部に達したときにも円滑に挿入動作を行なうことができる。さらにカテーテル先端は、他の部分に比べ高輝度で描出されるので、例えば輝度が所定の値以上である画素を抽出することにより、先端の位置を検出することができ、この位置情報をもとにカテーテルトラッキングを行なうことが可能である。
【００２７】
以上、２つのアンテナを備えたカテーテルＲＦアンテナの構成と、その使用例を説明したが、本発明のカテーテルＲＦアンテナは上記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、アンテナの配置は、カテーテルの長手方向にずらして配置するのではなく、長手方向のほぼ同一位置に並列に配置することも可能である。このような実施形態を図７に示す。
【００２８】
図７に示す実施形態でも、２つのアンテナ1051、1052が、それぞれカテーテル108内に電気的に非接触で相互結合が除去された状態で配置されること、及び各々Ｔ/Ｍ回路1061、1062に接続され、同軸ケーブルを介して信号検出回路に接続されることは図１の実施形態と同様である。
【００２９】
但し、この実施形態では、２つのアンテナ1051、1052との間にＲＦシールド板701を介在させて、相互結合（誘導結合もしくは容量結合）を防止するとともに、２つのアンテナ101、1052によってカテーテルの左右或いは上下を分担して検出するように構成されている。この場合には、長手方向については広視野化を図ることはできないが、カテーテル先端の全周囲を高感度で描出できるので、スキャン断面としてどのような断面が選択されていても、カテーテル先端を高感度で描出することができる。
【００３０】
また以上の実施形態では、一つのカテーテル内に設けるアンテナの数が２つの場合を説明したが、アンテナ数は、カテーテルに許容される直径の範囲内で３以上に増やすことも可能である。また図１に示す長手方向にずらした配置と、図７に示す並列配置とを組み合わせて、例えば４つのアンテナを設けることも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、カテーテルトラッキングに好適なカテーテルＲＦアンテナであって、広視野、高感度なＭＲ画像を描出できるカテーテルＲＦアンテナが提供される。これにより、カテーテル挿入作業を確実且つ容易にできるとともにカテーテルが挿入された組織近傍について診断上有用な情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のカテーテルＲＦアンテナの一実施形態を示す図
【図２】  本発明のカテーテルＲＦアンテナの他の実施形態を示す図
【図３】  本発明のカテーテルＲＦアンテナの他の実施形態を示す図
【図４】  カテーテルＲＦアンテナ用信号検出回路の一例を示す図
【図５】  本発明のカテーテルＲＦアンテナを用いたＭＲＩを説明する図
【図６】  本発明のカテーテルＲＦアンテナを用いて撮像した画像の一例を示す図
【図７】  本発明のカテーテルＲＦアンテナの他の実施形態を示す図ンテナ
【図８】  従来のカテーテルＲＦアンテナを示す図
【符号の説明】
101、102・・・信号線
103・・・絶縁材
1051、1052・・・アンテナ
1061、1062・・・Ｔ/Ｍ回路
108・・・カテーテル
1081〜1086・・・空隙
【図１】
0003996438.tif 000002
【図２】
0003996438.tif 000003
【図３】
0003996438.tif 000004
【図４】
0003996438.tif 000005
【図５】
0003996438.tif 000006
【図６】
0003996438.tif 000007
【図７】
0003996438.tif 000008
【図８】
0003996438.tif 000009