(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に静磁場と高周波パルスと傾斜磁場とを印加する撮影シーケンスを実行して前記被検体から発生する磁気共鳴信号を受信し、該受信した磁気共鳴信号に基づいて断層像を生成して表示する磁気共鳴イメージング装置であって、断面位置出力手段から出力される被検体の断面位置に基づいて前記高周波パルスと前記傾斜磁場との印加を制御し、前記断面位置の断層像を生成して表示する磁気イメージング装置において、
撮影する被検体の断面位置を指示するための指示部材と、
前記指示部材の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段によって検出された前記指示部材の位置に対して任意のオフセット量を設定するための調整手段と、
前記位置検出手段によって検出された前記指示部材の位置と前記調整手段によって設定されたオフセット量とに基づいて前記被検体の断面位置を出力する前記断面位置出力手段と、
を備えたことを特徴する磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
前記指示部材は、穿刺針と、所定の位置関係に配置された少なくとも３つの反射体又は発光体を有するポインタと、前記ポインタを前記穿刺針の先端と一定の位置関係を有するように前記穿刺針に取り付けるための取付具と、を備え、
前記位置検出手段は、前記ポインタの位置及び姿勢に基づいて穿刺針の先端の位置を算出し、前記算出された穿刺針の先端の位置を前記指示部材の位置として検出することを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
撮影断面の幾何学的な３次元表示面と前記撮影断面を１以上の異なる面に投影した場合の断面位置を示す各表示面のうちの少なくとも１つを示す表示画面を表示するモニタを更に備え、
前記表示画面上において断面位置を移動又は回転させると、その移動又は回転結果に基づいて実際に撮影される断面位置を調整する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項４】
前記被検体に穿針された穿刺針を含む前記被検体の断層像を表示するモニタを更に備え、
前記断層像に含まれる前記穿刺針の傾き量又はずれ量を入力すると、その入力された傾き量又はずれ量に基づいて、実際に撮影される断面位置を調整する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項５】
前記実際に撮影される断面位置を調整した場合に、前記調整手段は、その調整に使用した前記移動又は回転結果、若しくは前記傾き量又はずれ量をオフセット量として記憶する、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気共鳴イメージング装置に係り、特に任意に設定した被検体の断面位置の断層像を自動的に撮影する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置と称する）は、連続的に被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴信号（以下、ＭＲ信号と称する）を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を画像化するものである。
【０００３】
現在、臨床で普及しているＭＲＩ装置の撮影対象は、被検体の主たる構成物質のプロトンである。ＭＲＩ装置は、プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和現象の空間分布を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態又は機能を２次元もしくは３次元的に撮影する。
【０００４】
一般的なＭＲＩ装置は、患者の周囲に静磁場を発生する磁石と、この空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルと、この領域に高周波磁場パルス（以下、ＲＦパルスと称する）を発生するＲＦコイルと、患者の生体組織の原子核の核磁気共鳴により放出されるエコー信号（以下、ＭＲ信号と称する）を検出するＲＦ受信コイルとを含み構成されている。
【０００５】
傾斜磁場コイルは、ＸＹＺの直交３軸方向の傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。ＲＦコイルは、ＲＦ送信部の信号に応じてＲＦパルスを発生する。ＲＦコイルの信号は、ＲＦ受信コイルで検出され、信号処理部で信号処理され、また計算により画像信号に変換される。
【０００６】
画像信号は、表示部で断層像として表示される。傾斜磁場電源、ＲＦ送信部、信号検出部などは、制御部で制御され、制御のタイムチャートは一般にパルスシーケンスと呼ばれている。患者は、ベッドに横たわってＲＦ受信コイル、ＲＦコイル、傾斜磁場コイルなどで囲まれた装置内の空間に搬送され、断層面の撮影が行われる。
【０００７】
このようなＭＲＩ装置を用いた心臓イメージングや、手術時の穿刺針のモニタリング、経皮的治療などに使用されるＩ−ＭＲＩ装置（Interventional-MRI装置、又はIntraoperative-MRI装置の略称) では、リアルタイムで撮影する断層面を任意に設定したい要望がある。
【０００８】
撮影する断層面を任意に設定する手法として、ＭＲＩ画像をモニタ上に表示し、グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）を利用して画面上のボタンをクリックして、次に撮影する断層像を決定する方法（Magnetic Resonace in Medicine:Real-time interactive MRI on a conventional scanner;AB.Kerr 他、38巻、pp.355-367(1997)) や、３次元マウスなどを使う方法（USP-5512827)などが提案されている。
【０００９】
これらの方法では、撮影する断層面の位置や向きをマウスなどの入力手段で調整、設定しなければならず煩雑なので、ＭＲＩ装置としては、より簡便に撮影する断層面の位置や向きを調整、設定できることが望ましい。その手法として、USP-5365927 やUSP-6026315 などの断層面指示デバイス（ポインタなど）を用いて撮影する断層面を決定するＭＲＩ装置が提案されている。
【００１０】
USP-5365927 は、断層面指示デバイスであるポインタに発光ダイオードが設けられ、操作者がポインタで指し示した位置を赤外線カメラで検出したり、関節にセンサが備えられたアームの先端部にポインタを設け、アームの関節の角度などでポインタの位置を検出し、これに基づいて断層面を自動的に調整するものである。
【００１１】
また、USP-6026315 は、２個の赤外線カメラと、３個の反射球を備えたポインタとを使って指示した断層面を自動的に決定して撮影するものである。
【００１２】
一方、ＭＲＩ装置での撮影時の患者は、閉鎖された空間内に閉じ込められるので、閉塞感や圧迫感などにより苦痛を感じる場合がある。そこで、撮影中の患者に苦痛を与えないようなオープン型のＭＲＩ装置が提案されている。このオープン型のＭＲＩ装置は、開放された部分から患者にアクセスが可能なため、ポインタなどを用いて容易に断層面を指示し、この指示した断層面をリアルタイムで撮影することができることから、Ｉ−ＭＲＩ装置としての開発が進められている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記オープン型のＭＲＩ装置は、患者や操作者の動きや姿勢に対する制約が少なくなり、操作者がポインタなどを使用して断層面を指示し、種々の断層面をリアルタイムで撮影することができるが、従来の断層面の位置や向きを調整、設定する手段では、自由度が低く使い勝手に課題があり、より自由度の高い断層面の位置や向きを調整、設定する手段が望まれる。
【００１４】
また、ポインタなどを使用して指定した断層面を撮影する際には、その断層面を正確に（即ち、指定された断層面と異なる断層面が撮影されないように）撮影することが望まれる。特に、穿刺針などの処置具を用い、その処置具が断層像に表示されるように断層面を指定して撮影する場合には、指定した断層面と撮影した断層面とを一致させる必要がある。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、被検体の断層面をリアルタイムに撮影する際に、その断層面の位置や向きの指定を簡単に行うことができ、かつ指定した断層面を確実に撮影することができる磁気共鳴イメージング装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために請求項１に係る発明は、被検体に静磁場と高周波パルスと傾斜磁場とを印加する撮影シーケンスを実行して前記被検体から発生する磁気共鳴信号を受信し、該受信した磁気共鳴信号に基づいて断層像を生成して表示する磁気共鳴イメージング装置であって、断面位置出力手段から出力される被検体の断面位置に基づいて前記高周波パルスと前記傾斜磁場との印加を制御し、前記断面位置の断層像を生成して表示する磁気イメージング装置において、撮影する被検体の断面位置を指示するための指示部材と、前記指示部材の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段によって検出された前記指示部材の位置に対して任意のオフセット量を設定するための調整手段と、前記位置検出手段によって検出された前記指示部材の位置と前記調整手段によって設定されたオフセット量とに基づいて前記被検体の断面位置を出力する前記断面位置出力手段と、を備えたことを特徴している。
また請求項２に係る発明は、撮影断面の幾何学的な３次元表示面と前記撮影断面を１以上の異なる面に投影した場合の断面位置を示す各表示面のうちの少なくとも１つを示す表示画面を表示するモニタを更に備え、前記表示画面上において断面位置を移動又は回転させると、その移動又は回転結果に基づいて実際に撮影される断面位置を調整する、ことを特徴としている。
また請求項３に係る発明は、前記被検体に穿針された穿刺針を含む前記被検体の断面位置の断層像を表示するモニタを更に備え、前記断層像に含まれる前記穿刺針の傾き量又はずれ量を入力すると、その入力された傾き量又はずれ量に基づいて、実際に撮影される断面位置を調整する、ことを特徴としている。
また請求項４に係る発明は、前記実際に撮影される断面位置を調整した場合に、前記調整手段は、その調整に使用された前記移動又は回転結果、若しくは前記傾き量又はずれ量をオフセット量として記憶する、ことを特徴としている。
【００１７】
即ち、前記指示部材により撮影する被検体の断面位置を指示し、この指示部材の位置を位置検出手段によって検出する。指示部材としては、例えば、所定の位置関係に配置された少なくとも３つの反射体又は発光体を有し、位置検出手段としては、３つの反射体又は発光体を撮影する撮像手段を含み、３つの反射体又は発光体の撮像面上の位置に基づいて、所定の３次元座標系における指示部材の位置（各座標軸回りの回転位置も含む）を検出する。
【００１８】
前記指示部材の位置が検出されると、この指示部材の位置と該指示部材によって指示される被検体の断面位置とは一定の関係にあるため、前記断面位置出力手段は、前記指示部材の位置に基づいて撮影する被検体の断面位置を出力する。
【００１９】
ところで、前記指示部材を所定の取付具によって穿刺針や冷凍治療プローブなどの処置具に取り付けることにより、処置具を含む断層像を撮影することができる。しかしながら、指示部材と処置具との位置関係が正確でない場合（例えば、取付具による指示部材の取付誤差などがある場合）には、処置具を含む断層像と、実際に撮影される断層像とがずれることになる。
【００２０】
そこで、前記調整手段は、両者の断層像のずれを補正するために、前記位置検出手段によって検出された前記指示部材の位置に対して任意のオフセット量を設定できるようになっている。
【００２１】
前記オフセット量の設定方法としては、例えば、現在表示されている断層像を見ながら所望の断層像が表示されるように手動で各座標軸方向の移動量や各座標軸回りの回転量を示すオフセット量を設定する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２３】
図１は本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の実施の形態を示す全体構成を示す模式図である。
【００２４】
図１に示すＭＲＩ装置１は、例えば、垂直磁場方式０．３Ｔ永久磁石ＭＲＩ装置であり、垂直な静磁場を発生させる上部磁石３と下部磁石５、これらの磁石を連結するとともに上部磁石３を支持する支柱７、位置検出デバイス９、アーム１１、モニタ１３、モニタ支持部１５、基準ツール１７、パーソナルコンピュータ１９、ベッド２１、制御部２３などを含んで構成されている。
【００２５】
ＭＲＩ装置１の図示しない傾斜磁場発生部は、傾斜磁場をパルス的に発生させ、最大傾磁場強度15ｍＴ／ｍで、スルーレート20ｍＴ／ｍ／ｍｓである。
【００２６】
更に、ＭＲＩ装置１は、静磁場中の被検体２４に核磁気共鳴を生じさせるための図示しないＲＦ送信器、被検体２４からの核磁気共鳴信号を受信する図示しないＲＦ受信器を備え、これらは12.8ＭＨｚの共振型コイルで構成されている。
【００２７】
位置検出デバイス９は、赤外線を発光する図示しない発光ダイオードを含む２台の赤外線カメラ２５と、２台の赤外線カメラ２５によって取得された画像を処理し、断層面指示デバイスであるポインタ２６の位置及び姿勢を測定する図示しない測定部とから構成されている。尚、パーソナルコンピュータ１９が前記測定部における処理を行うようにしてもよい。また、位置検出デバイス９は、アーム１１により移動可能に上部磁石３に連結され、ＭＲＩ装置１本体に対する配置を適宜変更することができるようになっている。
【００２８】
モニタ１３は、操作者２９が把持するポインタ２６により指示された被検体２４の断層面の画像を表示するもので、モニタ支持部１５により、赤外線カメラ２５と同様に上部磁石３に連結されている。基準ツール１７は、赤外線カメラ２５の座標系とＭＲＩ装置１の座標系とをリンクさせるもので、３つの反射球３５を備え、上部磁石３の側面に設けられている。
【００２９】
パーソナルコンピュータ１９には、位置検出デバイス９によって測定されたポインタ２６の位置が、位置データとして、例えばＲＳ２３２Ｃケーブル３３を介して送信される。
【００３０】
制御部２３は、ワークステーションで構成され、傾斜磁場発生部、ＲＦ送信器、ＲＦ受信器などを制御する。また、制御部２３は、パーソナルコンピュータ１９と接続されている。
【００３１】
パーソナルコンピュータ１９では、位置検出デバイス９から入力したポインタ２６の位置を、ＭＲＩ装置１で利用可能な断面位置を示す位置データに変換して制御部２３へ送信する。制御部２３は、パーソナルコンピュータ１９から入力する位置データに基づいて傾斜磁場への印加を制御し、前記位置データを撮影シーケンスの撮影断面へ反映させる。新たな撮影断面で取得された断層像は、モニタ１３に表示される。
【００３２】
次に、断層面指示デバイスであるポインタ２６について説明する。
【００３３】
図２に示すようにポインタ２６には、ポインタ２６の位置及び姿勢が特定可能なようにポインタ本体２６ｅに対して４つの反射球２６ａ〜２６ｄが配置されている。尚、反射球は少なくとも３つ必要であるが、この実施の形態では４つ設けることで、高い位置検出精度が得られるようになっている。
【００３４】
また、ポインタ２６には取付具２６ｆが設けられており、ポインタ２６はこの取付具２６ｆにより穿刺針２７に取り付けられる。このポインタ２６は、穿刺針２７の先端２７ａから一定距離だけ離間した所定の位置に取り付けられ、これによりポインタ２６の位置と、穿刺針２７の先端２７ａの位置とは一定の位置関係になっている。パーソナルコンピュータ１９は、位置検出デバイス９から入力するポインタ２６の位置及び姿勢に基づいて穿刺針２７の先端２７ａの位置を算出し、この先端２７ａの位置を、撮影断面の中心位置を示す位置（即ち、被検体の断面位置）として制御部２３に出力する。
【００３５】
上記のようにポインタ２６を穿刺針２７の所定の位置に取り付け、穿刺針２７の先端２７ａの位置を常に撮影断面の中心位置となるように構成した場合、モニタ１３には、穿刺針２７の画像（穿刺針２７の部分だけ黒い線となる画像）を常に含み、画像の中心に穿刺針２７の先端が位置する断層像が表示されることになる。
【００３６】
ところで、ポインタ２６の取付具２６ｆの個体差、取付誤差などに起因して、ポインタ２６と穿刺針２７とがずれ、穿刺針２７が撮影できない（穿刺針２７と断層像とずれる）ことがある。
【００３７】
次に、上記ポインタ２６と穿刺針２７とのずれを補正する方法について説明する。
【００３８】
まず、ポインタ２６が指示する断層面を撮影する穿刺モニタリング時のモードにおいて、撮影断面の位置及び向きを調整するための調整モードにする。前述したように穿刺モニタリング時には、位置検出デバイス９によって検出されるポインタ２６の位置及び姿勢に基づいて穿刺針２７の先端２７ａの位置が、撮影断面の中心位置となるように自動的に被検体の断面位置を決定して撮影するが、前記調整モード時には、前記決定した被検体の断面位置や向きを、マウスなどの入力手段により調整することができるようになっている。即ち、調整モード時には、入力手段によって適宜指示された移動量及び回転量がオフセット量として与えられ、ポインタ２６の位置及び姿勢に基づいて決定した被検体の断面位置及び向きを、前記オフセット量により補正するようにしている。
【００３９】
図３は上記調整モード時に実際に撮影される断面位置を調整する方法の一例を説明するために用いた図である。
【００４０】
図３に示すように調整モード時のモニタ１３には、撮影断面の幾何学的な３次元表示面(1) 、及び撮影断面をｘｙ面、ｙｚ面、ｚｘ面に投影した場合の断面位置を示す各表示面(2) 〜(4) が表示される。尚、実際に撮影されている断層像も表示されるが、図３上では省略されている。
【００４１】
また、モニタ１３には、マウスによって操作可能な移動ボタン４０、回転ボタン４２、ｘｙｚの数値をアップダウンさせるアップダウンボタン４４等が表示される。
【００４２】
ここで、移動ボタン４０が押されている場合には、ある表示画面上でマウス操作により断面位置を移動させることができる。即ち、マウス・ポインタを断面位置に合わせ、ボタンを押したままマウス・ポインタを移動させること（ドラッグすること）によって、断面位置を移動させることができる。ある一面での移動結果は、他の３面にも反映される。
【００４３】
同様に、回転ボタン４２が押されている場合には、ある表示画面上でマウス操作により断面の向きを変更（回転）させることができる。ある一面での回転結果は、他の３面にも反映される。
【００４４】
変更結果は、１）変更される毎に送信、２）確定ボタンを押すことで送信の２パターンから選択できる。回転の際の回転中心軸は、ｘ，ｙ，ｚ軸であるが、必要に応じて任意の直線を回転中心軸としてもよい。
【００４５】
また、マウスでアップダウンボタン４４を操作してｘｙｚの数値を入力したり、キーボードでｘｙｚの数値を入力してもよい。
【００４６】
尚、変更処理はリセットボタンによって変更を加える前の状態に戻したり、取消ボタンで直前の処理を取り消して前の状態に戻すこともできる。
【００４７】
ところで、上記撮影断面の位置や向きを調整するためのマウス操作等は、実際に撮影された断層像を見ながら、穿刺針２７が断層像の所定の位置（例えば、穿刺針２７の先端２７ａが断層像の中心に位置し、かつ穿刺針２７が画面上で水平となる位置）に撮影されるように行われる。そして、調整モードを終了させると、その調整モードで調整された数値がオフセット量として記憶され、その後の穿刺モニタリング時にポインタ２６（即ち、穿刺針２７）を移動させた場合には、常に穿刺針２７が断層像に撮影され、かつその先端２７ａが断層像の中心に位置するように断面位置及び向きが決定されて撮影される。
【００４８】
図４は調整モード時に実際に撮影される断面位置を調整する方法の他の例を説明するために用いた図である。
【００４９】
この方法は、撮影断面が表示されている画面から、本来撮影されるべき位置と実際に撮影されている位置の変位を求め、それを入力することで補正を行う。
【００５０】
例えば、図４(1)に示すようにモニタ１３には、穿刺針２７が水平で、先端２７ａが断層像の中心Ｏにくるようになっているにもかかわらず、図４(2)に示すように穿刺針２７が傾いている場合、その傾き量θを入力することで、そのずれ量θを補正する。同様に、図４(3)に示すように穿刺針２７が平行にずれている場合は、そのずれ量ｄを入力することで、ずれ量ｄを補正する。
【００５１】
前記ずれ量θやｄは、実際に撮影されている穿刺針２７をマウス・ポインタがトレースするようにマウス操作することで、自動的に算出するようにしてもよい。また、撮影断面が表示されている画面上で、図４に示したようにマウス操作、数値入力によって調整することも可能である。更に、他の方法としては、例えば、ジョイスティック等の３次元位置入力装置を用いて、ジョイスティックの３次元の動きを直接断面の位置と連動させて補正してもよい。
【００５２】
尚、この実施の形態では、赤外線カメラ２５の座標系とＭＲＩ装置１の座標系とをリンクさせるための基準ツール１７を設けるようにしているが、ＭＲＩ装置１と赤外線カメラ２５との位置関係が固定されている場合や、ポインタ２６がある位置にある時のＭＲＩ装置１との位置関係が明確な場合は特に必要としない場合もある。
【００５３】
また、この実施の形態では、ポインタ２６を穿刺針２７に取り付けた場合について説明したが、これに限らず、冷凍治療プローブなどの他の処置具に取り付けた場合にも適用できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、被検体の断層面を指示部材によって指示し、その指示された断層面をリアルタイムに撮影する際に、前記指示部材の位置を検出する位置検出手段の検出出力に基づいて撮影する断面位置を決定して撮影するようにしたため、被検体の断層面の位置や向きの指定を簡単に行うことができる。特に、前記指示部材によって指示された本来撮影されるべき断層面の位置と、実際に撮影されている断層面の位置とがずれている場合には、その位置ずれを補正できるようにしたため、指示部材によって指示した断層面を確実に撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の実施の形態を示す全体構成を示す模式図
【図２】図１中のポインタの構造の詳細を説明するために用いた斜視図
【図３】調整モード時に実際に撮影される断面位置を調整する方法の一例を説明するために用いた図
【図４】調整モード時に実際に撮影される断面位置を調整する方法の他の例を説明するために用いた図
【符号の説明】
１…ＭＲＩ装置、３…上部磁石、５…下部磁石、７…支柱、９…位置検出デバイス、１３…モニタ、１９…パーソナルコンピュータ、２３…制御部、２４…被検体、２５…赤外線カメラ、２６…ポインタ、２７…穿刺針
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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