(57)【要約】      （修正有）【課題】凍結治療時における凍結領域内部の温度分布、あるいは壊死に必要な凍結温度以下の凍結領域をＭＲ画像化することができる凍結治療システムを提供する。【解決手段】凍結治療システムは、生体の病変部に穿刺される凍結プローブ３６により凍結治療される病変部を含む生体のＭＲ画像を撮像する磁気共鳴画像装置１と、ＭＲ画像を表示する表示部１３、３８とを備え、磁気共鳴画像装置１は、凍結プローブ３６により凍結される凍結領域内部のＭＲ画像のコントラストを描出可能なエコー時間ＴＥの撮像シーケンスを繰り返して、凍結プローブ３６による治療開始から時系列のＭＲ画像を撮像して、病変部の凍結領域内部の温度分布画像を表示部１３、３８に表示する。【選択図】図１
2016019586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の病変部に穿刺される凍結プローブにより凍結治療される前記病変部を含む前記生体のＭＲ画像を撮像する撮像部と、前記ＭＲ画像を表示する表示部とを有してなる磁気共鳴画像装置を備え、
前記撮像部は、前記凍結プローブにより凍結される凍結領域内部の前記ＭＲ画像のコントラストを描出可能なエコー時間の撮像シーケンスを繰り返して、前記凍結プローブによる治療開始から時系列の前記ＭＲ画像を撮像して、前記病変部の凍結領域内部の温度分布画像を前記表示部に表示する凍結治療システム。
【請求項２】
さらに、時系列の前記ＭＲ画像に基づいて、予め定めた規定温度以下の規定凍結領域を判別する凍結領域解析部を備え、
前記凍結領域解析部は、時系列の前記ＭＲ画像の画像信号を取得し、前記ＭＲ画像を走査して前記画像信号の強度が前記病変部の凍結領域と未凍結領域の境界でピークが表れる凍結特徴パターンに基づいて前記規定凍結領域を判別し、前記規定凍結領域を示す画像を生成して前記表示部の時系列の前記ＭＲ画像に重ねて表示することを特徴とする請求項１に記載の凍結治療システム。
【請求項３】
前記凍結領域解析部は、前記凍結特徴パターンの極小値の半値幅に対応する画像領域を前記規定凍結領域として判定することを特徴とする請求項２に記載の凍結治療システム。
【請求項４】
前記撮像シーケンスのエコー時間は、１ミリ秒未満であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の凍結治療システム。
【請求項５】
前記凍結領域解析部は、凍結領域および規定凍結領域が予め定めた治療対象領域を覆ったかどうかを画像処理にて判別して追加冷凍治療の可否を判断する機能を備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の凍結治療システム。
【請求項６】
上前記撮像部は、マルチスライス又は3次元撮像により前記病変部を含む前記生体のＭＲ画像を撮像し、
前記凍結領域解析部は、マルチスライス又は3次元撮像されたＭＲ画像に基づいて、前記規定凍結領域画像を３次元で作成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の凍結治療システム。
【請求項７】
生体の病変部に穿刺される凍結プローブにより凍結治療される前記病変部を含む前記生体のＭＲ画像を撮像する撮像部と、前記ＭＲ画像を表示する表示部とを有してなる磁気共鳴画像装置を備え、
前記撮像部は、１ミリ秒未満の第１のエコー時間と数ミリ秒以上の第２のエコー時間に対応する第１のエコー信号と第２のエコー信号をそれぞれ取得する撮像シーケンスを繰り返し実行して、前記凍結プローブによる治療開始から第１のエコー信号に対応する第１のＭＲ画像と第２のエコー信号に対応する第２のＭＲ画像を時系列で生成し、第２のＭＲ画像に第１のＭＲ画像を重ねて前記表示部に表示し、
時系列の第１のＭＲ画像に基づいて、予め定めた規定温度以下の規定凍結領域を判別する凍結領域解析部を備え、
前記凍結領域解析部は、時系列の第１のＭＲ画像を走査して画像信号の強度が前記病変部の凍結領域と未凍結領域の境界でピークが表れる凍結特徴パターンに基づいて前記規定凍結領域を判別し、前記規定凍結領域を示す画像を生成して前記表示部の時系列の前記第１のＭＲ画像に重ねて表示する凍結治療システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凍結治療システムに係り、具体的には、凍結治療される生体の病変部の凍結領域（Ice-ball）内部の温度分布ないし規定温度以下の領域を可視化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体の病変部に穿刺される凍結プローブで病変部を凍結して壊死させて治療する凍結治療装置は、特許文献１等により知られている。このような凍結治療装置を備えた凍結治療システムは、例えば医用画像装置の１つであるＭＲＩ装置により病変部の画像を連続撮像し、撮像した画像に基づいて凍結治療の進行状態を判断可能に構成されている。例えば、特許文献１によれば、ＭＲＩ装置により病変部の治療前画像と、連続撮像される治療中画像との差分画像を求め、その差分画像から治療領域外縁と病変部外縁との距離を算出し、その距離が所定値になった時点を治療の終了時点と判断してユーザに知らせるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５１４４３８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、凍結治療では、悪性腫瘍などの病変部を凍結（例えば、−２０℃以下）して壊死させることにより治療する。しかし、凍結治療の進行状態をＭＲ画像により観察しようとしても、通常のＭＲＩ装置では凍結領域を適切な画像コントラスト（輝度コントラスト）で画像化することは難しい。つまり、ＭＲＩ装置では、０℃以下の低温になるとプロトンのＮＭＲ信号の強度が極端に低下するから、通常のＭＲ画像では凍結領域の輝度コントラストが低下して、温度の違いを認識できない。つまり、凍結領域（アイスボール）は、外周が０℃で、内部に向かうにつれて極低温に凍結されるが、画像コントラストが低下するので壊死の規定温度（例えば、−２０℃）以下の凍結領域をＭＲ画像で認識できない。したがって、特許文献１に記載の差分画像法では、凍結領域が病変部をどの程度覆えば治療終了と判断できる客観的な指標について配慮されていないから、医師の経験及び勘に頼って凍結治療を行っているのが現状である。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、凍結治療時における凍結領域内部の温度分布、あるいは壊死に必要な凍結温度以下の凍結領域をＭＲ画像化することができる凍結治療システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明の凍結治療システムは、生体の病変部に穿刺される凍結プローブにより凍結治療される前記病変部を含む前記生体のＭＲ画像を撮像する撮像部と、前記ＭＲ画像を表示する表示部とを有してなる磁気共鳴画像装置を備え、前記撮像部は、前記凍結プローブにより凍結される凍結領域内部の前記ＭＲ画像のコントラストを描出可能なエコー時間の撮像シーケンスを繰り返して、前記凍結プローブによる治療開始から時系列の前記ＭＲ画像を撮像して、前記病変部の凍結領域内部の温度分布画像を前記表示部に表示することを特徴とする。
【０００７】
すなわち、通常のＭＲＩ撮像で用いられているエコー時間（ＴＥ）が数ミリ秒以上の撮像シーケンス(以下、本願明細書では、通常ＴＥシーケンスという。)では、凍結治療域（アイスボール）の境界及び内部では縦緩和時間であるＴ１値が短いので、十分な輝度コントラストのＭＲ画像が得られない。これに対し、エコー時間が１ミリ秒未満の撮像シーケンス(以下、本願明細書では、超短ＴＥシーケンス又はマイクロＴＥシーケンスと称する。)によれば、Ｔ１値が短い凍結領域でも輝度コントラストが得られる。例えば、ＴＥを数百ミクロン秒に短縮した超短ＴＥシーケンスでは、アイスボールの境界及び内部であっても、輝度コントラストが適度に表れる。その輝度コントラストは、温度に応じたプロトンの特性に依存するものであるから、凍結領域内部の温度分布を識別できる。
【０００８】
すなわち、凍結領域内部のＭＲ画像の輝度コントラストを描出可能なエコー時間の撮像シーケンスを用いれば、凍結治療時における凍結領域内部の温度分布を可視化することができる。しかし、本発明の撮像シーケンスは、超短ＴＥシーケンス又はマイクロＴＥシーケンスに限られるものではなく、Ｔ１値が短い凍結領域でも一定の輝度コントラストが得られるのであれば、凍結領域内部の温度分布を一定の範囲で識別できる。
【０００９】
さらに、凍結領域内部のＭＲ画像の輝度コントラストを描出可能なエコー時間の撮像シーケンスにより撮像された時系列の前記ＭＲ画像の画像信号を取得し、前記ＭＲ画像を走査して前記画像信号の強度が前記病変部の凍結領域と未凍結領域の境界でピークが表れる凍結特徴パターンに基づいて、予め定めた規定温度以下の規定凍結領域を時系列の前記ＭＲ画像ごとに判別する凍結領域解析部を備え、前記凍結領域解析部は、前記規定凍結領域を示す画像を生成して、前記表示部の時系列の前記ＭＲ画像に重ねて表示するようにすることができる。これによれば、病変部が壊死する凍結温度として予め定めた規定温度(例えば、−２０℃）以下の凍結領域を画像により可視化できるから、治療終了の判断を医師の経験と勘によらずに客観的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、凍結治療時における凍結領域内部の温度分布、あるいは壊死に必要な凍結温度以下に凍結された領域を可視化することができる凍結治療システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態の凍結治療システムの全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態の凍結治療システムのナビゲーションガイド表示機能を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態の凍結治療装置の主要部の構成を示す図である。
【図４】一実施形態の凍結プローブによる凍結領域の時間変化を示す図である。
【図５】本発明の凍結治療システムを用いた凍結治療手順の一実施形態のフロー図である。
【図６】図５のフロー図のステップＳ１１１における詳細な手順を示すフロー図である。
【図７】アイスボールの内部をモニタリングするためのＭＲＩの撮像シーケンスの一実施形態を示す図である。
【図８】図７の撮像シーケンスを繰り返して実行して得られる時系列の通常ＴＥ画像とマイクロＴＥ画像を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態の他の特徴である凍結領域解析部について説明する図である。
【図１０】本発明による凍結治療時のグラフィックユーザインターフェイス（ＧＵＩ）の表示例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施形態に基づいて説明する。
【００１３】
図１に、本発明の一実施形態の凍結治療システムの全体構成を示す。図示のように、凍結治療システムを構成するＭＲＩ装置１は、例えば、垂直磁場方式の永久磁石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、１４、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、ＭＲ制御部２３などを含んで構成されている。
【００１４】
ＭＲＩ装置１の図示しない傾斜磁場発生部は、領斜磁場をパルス的に発生させる。更に、ＭＲＩ装置１は、静磁場中の患者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、患者２４からの核磁気共鳴信号を受信する図示しないＲＦ受信器を備える。
【００１５】
位置検出デバイス９は、２個の赤外線カメラ２５と、赤外線を発光する図示しない発光ダイオードを含んで構成され、断層面指示デバイスであるポインタ２７の位置及び姿勢を検出するものである。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に対する配置を適宜変更するものである。モニタ１３は、術者２９が把持するポインタ２７により指示された患者２４の断層面のＭＲ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。
【００１６】
パーソナルコンピュータ１９には、赤外線カメラ２５が検出し算出したポインタ２７の情報が、凍結プローブ３６の位置データとして、例えば、ＲＳ２３２Ｃケーブル３３を介して送信される。ここで、凍結プローブ３６の位置又は位置データは、凍結プローブ３６の傾き又は傾きデータを含むが、以下では、単に位置又は位置データと称して説明する。ＭＲ制御部２３は、ワークステーションで構成され、図示しないＲＦ送信器、ＲＦ受信器などを制御する。また、ＭＲ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。パーソナルコンピュータ１９では、赤外線カメラ２５が検出し算出したポインタ２７の位置をＭＲＩ装置１での撮像範囲の位置データに変換し、ＭＲ制御部２３へ送信する。位置データは、撮像シーケンスの撮像断面へ反映される。新たな撮像断面で取得されたＭＲ画像はモニタ１３に表示される。また、ＭＲ画像は映像記録装置３４に同時記録される。例えば断層面指示デバイスであるポインタ２７を凍結プローブ３６にとりつけ、凍結プローブ３６のある位置を常に撮像断面とする様に構成した場合、モニタ１３には凍結プローブ３６を常に含む断面が表示されることになる。
【００１７】
その他、凍結治療装置４０がパーソナルコンピュータ１９に接続されている。凍結治療装置４０には、凍結用ガス配線を介して凍結プローブ３６が連結されている。これにより、治療開始と同時に凍結ガスが凍結プローブ３６に充填され、また治療開始信号がパーソナルコンピュータ１９に送信されるため、治療と同時にＭＲ画像の同期撮像が開始される。ただし、ＭＲ画像の撮像条件は事前に登録されている。凍結治療中は、治療情報や凍結機器状況が凍結治療装置モニタ３８に表示され、予めセットした治療プロトコルに従って治療を行われる。
【００１８】
図２を参照して、ナビゲーションガイド表示機能について説明する。患者２４に対して術者２９は凍結プローブ３６を用いて病変部である治療対象（ターゲット）に対してアプローチをする。ＭＲ画像情報はモニタ１３に表示される。ここで、凍結プローブ３６には位置を検出するためのポインタ２７が取り付けられており、位置検出デバイス９を用いてターゲットの位置に追従する。位置検出デバイス９に取り付けられた赤外線カメラ２５にてポインタ２７の位置から凍結プローブ３６の位置を検出し、ナビゲーション画像３１３〜３１６にそれぞれ表示される。モニタ１３の画面の構成は、３軸断面（Axial、 Sagittal、 Coronal）のナビゲーション画像３１３〜３１５の他に、ボリュームレンダリング（Volume Rendering）画像３１６を自由に選択できる。術者２９は、治療前に治療予定領域３２０及び警告領域とマージン領域３２１をそれぞれ設定しておく。
【００１９】
ナビゲーション画像上には、凍結プローブ３６の模擬画像３１７の他に、治療前プラニング（治療シミュレーション）による凍結プローブ３６の模擬画像３２２も画像上に重畳表示することもできる。また、ボリュームレンダリング画像等３１６には、凍結プローブ３６に応じた治療予定領域３２０を立体的に表示することができる。さらに、凍結プローブ３６がナビゲーション画像３１３−３１６上の治療予定領域３２０や警告領域３２１内に入った場合に警告を発する機能も有している。その他、上記条件を治療環境に応じて変更することができる。例えば、治療予定領域３２０が警告領域３２１内に入った場合にナビゲーション画像や治療パラメータを自動的に変更する機能も有している。この情報をＭＲＩ装置１に対して連続かつリアルタイムにフィードバックすることで、治療予定領域における凍結プローブ３６を含むＭＲ画像３０４を得ることが可能になる。つまり、術者はＭＲ画像による２次元リアルタイム画像とナビゲーションによる３次元画像情報を必要に応じて治療に適用することができる。
【００２０】
ＭＲＩ装置１の高速撮像シーケンスの応用のひとつとして、フルオロスコピー（透視撮像）と呼ばれるリアルタイム動態画像化法が臨床応用されつつある。フルオロスコピーでは、１秒以下程度の周期で撮像と画像再構成を繰り返すことにより、あたかもＸ線透視撮像のように体内組織の動態抽出や体内に外部から挿入した器具の位置把握に用いることができる動態画像を生成・表示する。この応用は三次元高速撮像にも応用されている。
【００２１】
図３に、本発明の一実施形態の凍結治療装置４０の主要部の構成を示す。凍結治療装置４０は、主に凍結制御部４１と凍結プローブ３６から構成される。凍結治療装置４０は「ジュール・トムソン(Joule-Thomsos)効果」を利用したものであり、凍結と解凍ができるＭＲ対応の凍結治療器である。本実施形態では、凍結ガスとしてアルゴンガスＡｒがガスシリンダー４０３に充填され、解凍ガスとしてヘリウムガスＨｒがガスシリンダー４０４に充填されている。ガスシリンダー４０３，４０４は、それぞれのバルブ４０８、４０９を介して凍結プローブ３６に接続され、バルブ４０８、４０９の開度制御により、凍結プローブ３６に供給する凍結ガス（例えば、アルゴンガスＡｒ）と解凍ガス（例えば、ヘリウムガスＨｒ）が制御される。
【００２２】
凍結プローブ３６は２腔構造に形成されている。すなわち、針状外郭３６ａの中心部に細管３６ｂが配置され、針状外郭３６ａの先端部に細管３６ｂの先端を開口したノズル３６ｃが形成されている。また、針状外郭３６ａ内に配置される細管３６ｂの一部に熱交換器部３６ｄが形成されている。針状外郭３６ａの基端はホース４２を介して凍結制御部４１のバルブ４０８，４０９に連結されている。このように形成されることから、バルブ４０８を開いて凍結ガスを凍結プローブ３６の細管３６ｂ内に供給すると、先端のノズル３６ｃから高圧の凍結ガスが針状外郭３６ａの先端内部に噴出し、ジュール・トムソン効果で凍結ガスが冷却される。つまり、高圧（２４〜２７Ｍｐａ）の凍結ガス（アルゴンガスＡｒ）が大気圧の凍結プローブ３６の先端の小室に噴出すると、凍結プローブ３６の先端で−１８５℃の極低温になる。極低温の凍結ガスは、熱交換器３６ｄの外側を通って細管３６ｂ内の往路の凍結ガスを冷却し、針状外郭３６ａの基端からホース４２を通って大気中に放出される。このようにして凍結プローブ３６の先端部が穿刺されている病変部が凍結される。
【００２３】
一方、バルブ４０９を開いて高圧（１７〜２７ＭＰａ）の解凍ガス（ヘリウムガス）を凍結プローブ３６の細管３６ｂ内に供給すると、先端のノズル３６ｃから高圧の凍結ガスが噴出し、凍結プローブ３６の先端の温度が上昇する。これにより、凍結された病変部の凍結領域が解凍される。なお、実際の病変部の凍結部は、図３の下部の（ｂ）に示すように、凍結プローブ３６の先端部の例えば２ｃｍ程度である。したがって、治療対象の病変部である治療予定領域３２０の大きさに応じて、凍結プローブ３６の本数を増減することにより、例えば同図（ｃ）に示すように３本の凍結プローブ３６を穿刺することにより、大きな凍結領域（アイスボール）４１２を作成することができる。そして、凍結領域４１２が病変部４１０を覆えば治療終了となる。図中の符号４１３は、病変部の凍結領域である。
【００２４】
なお、上述したジュールトムソン効果を併用して、高圧ガスによる凍結にアルゴンガス、解凍にヘリウムガスなどを用いてＭＲＩ対応の医療用凍結治療器が開発され、主に肝臓癌、腎臓癌、子宮筋腫などの治療に利用されている。また、凍結治療器の温度測定範囲は−１９０℃〜＋８０℃であり、凍結解凍の変換は容易で、１０秒間に−１６５℃と＋５４℃の温度変化を得ることができる。極低温が得られる範囲は、プローブ先端部の２ｃｍであり、それ以外の部分は室温に保たれる。また、プローブはＭＲＩ対応や直角に曲がったタイプもある。医療用凍結治療器については特許文献（ＵＳＰ−５５２２８７０）に記載されている。また、凍結領域の画像化はＸ線、ＣＴ、ＵＳ、ＭＲＩなどの医用画像装置により可能である。特にＭＲＩ装置は凍結治療においてシャープな表面線が得られ、氷の描出能がきわめて優れていることから好んで使用されている。
【００２５】
図４に、凍結プローブ３６による凍結領域の時間変化を示す。同図(ａ)は、凍結開始前の凍結プローブ３６の先端を含む模擬画像を示している。凍結開始時のアイスボール５０５の径は、治療開始からｔ１秒経過、ｔ２秒経過するにつれて同図(ｂ)から(ｃ)、(ｄ)の符号５０７，５０８のように拡大する。図示例では、分かり易く二次元で説明しているが、実際のアイスボールは三次元的に成長するから、三次元解析を行う。
【００２６】
図５に、本発明の凍結治療システムを用いた凍結治療手順の一実施形態のフロー図を示す。本実施形態では、医用画像装置としてＭＲＩ装置を用いた凍結治療システムについて説明する。ＭＲＩ装置を用いて複数の三次元ボリューム撮像及び三次元画像の三次元再構成を行い（Ｓ１０１）、この三次元画像から画像処理にて特定領域描出（治療必須領域：セグメンテーション）を描出する（Ｓ１０２）。治療計画実施後（Ｓ１０３）、治療機器に必要なパラメータを入力して（Ｓ１０４）、ナビゲーション等の手術支援誘導機能を起動して（Ｓ１０５）、治療を開始する（Ｓ１０６）。
【００２７】
治療時は、術者の行動や画像情報を全てモニタリングし、凍結プローブ３６を追随してナビゲーション画像上に模擬画像３１７を重畳表示し、数値情報を用いて凍結プローブ３６をターゲット位置（治療予定領域３２０）へ誘導する（Ｓ１０７）。必要に応じてＭＲＩ、超音波画像（血流画像、エラストグラフィ等）にてターゲット位置を確認する（Ｓ１０８）。治療位置に問題なければ凍結治療を開始する（Ｓ１０９）。凍結治療の開始とともに、ＭＲ画像による凍結領域（アイスボール）モニタリングを行う（Ｓ１１０。同時に、信号解析をリアルタイムに行う（Ｓ１１１）。このステップＳ１１１における詳細な手順を図６に示す。
【００２８】
図６に示すように、ＭＲ画像の撮像は、マイクロＴＥシーケンス及び通常ＴＥシーケンスの複合撮像シーケンスを用い、マルチスライスにより行う。具体的には、マイクロＴＥシーケンス撮像により得られたマイクロＴＥ画像の１つの走査線（ライン）を選択して（Ｓ１２１）、画像信号プロファイルを取得する（Ｓ１２２）。画像信号プロファイルの信号強度をグラフ化して（Ｓ１２３）、画像信号プロファイルの半値幅を設定し（Ｓ１２４）、半値幅内の領域を規定凍結ラインとして描出する（Ｓ１２５）。マイクロＴＥ画像の全ラインを解析して（Ｓ１２６）、取得した半値幅領域の規定凍結ラインを２次元配置し（Ｓ１２７）、規定凍結ラインで満たした領域を規定凍結領域として登録するとともに認識させる（Ｓ１２８）。
【００２９】
必要に応じてスライス断面を変えて（Ｓ１３０）三次元分布解析を行い（Ｓ１２９）、規定凍結領域を登録する（Ｓ１３１）。この規定凍結領域の情報を用いてアイスボール内部に規定凍結領域画像を、通常ＴＥシーケンスで撮像した通常ＭＲＩ画像に重畳表示し（Ｓ１１２）する。次いで、その重畳画像により、病変部（腫瘍領域）がアイスボール内部の規定凍結領域内にあるかどうかを判別する（Ｓ１１３）。そして、規定凍結領域が腫瘍領域を覆っていれば治療停止、治療効果確認（Ｓ１１４）のうえ、追加治療がなければ治療終了となる（Ｓ１１５）。
【００３０】
以下、本発明の凍結治療システムの一実施形態の特徴部の構成について、動作とともに説明する。まず、本実施形態の特徴部の基本的な技術について説明する。一般に、ＭＲＩ装置では、被検体である生体の原子核スピンを励起して核磁気共鳴信号（ＮＭＲ信号）を発生させる。その際に、生体の特定の領域を選択して励起するために、高周波磁場パルスとともにスライス選択傾斜磁場を印加する。高周波磁場パルスとしては、通常、対称sinc関数などのエンベロープで変調された高周波が用いられる。sinc関数で変調された高周波磁場を周波数方向にフーリエ変換したプロファイルは矩形であり、スライス傾斜磁場で決まる所定の矩形の領域が励起されることになる。
【００３１】
対称関数をエンベロープとする所定の波形の高周波磁場パルスをフルＲＦパルスと称する。これに対し、フルＲＦパルスの半分の波形、つまりフルＲＦパルスの一部分の波形をハーフＲＦパルスと称し、その高周波磁場パルスを用いてＭＲ撮像する方法が提案されている（米国特許５０２５２１６号、米国特許５１５００５３号等）。ハーフＲＦパルスは、例えば対称sincパルスをそのピークを中心として時間方向の前後に分けたとき、その前半の波形のみを用いたパルスである。このハーフＲＦパルスを適用し、位相エンコード傾斜磁場を用いず、またエコー信号を計測する際の読み出し傾斜磁場としてディフェイズ傾斜磁場を用いずに、読み出し傾斜磁場の立ち上がりから信号を計測することにより、スピン励起から極めて短いエコー時間（ＴＥ）で信号を計測できる。この撮像方法は、超短ＴＥ撮像（ＵＴＥ撮像）と呼ばれている。超短ＴＥ撮像は、このようにＴＥを更に短縮することができるため、従来ＭＲＩでは画像化が困難であった縦緩和時間Ｔ１の短い組織の撮像への応用が期待されている。
【００３２】
ハーフＲＦパルスによる励起で得られるエコー信号は、k空間のスライス軸を考えたときに、その原点から片側からの計測データである。このため、超短ＴＥ撮像では、ハーフＲＦパルスとともに印加するスライス傾斜磁場の極性を異ならせた２回の計測を行ない、これら２回の計測で得られた信号（生データ）を複素加算することにより、フルＲＦパルスを用いたときと等価な信号を得るようにしている。
【００３３】
図７に、アイスボール（凍結領域）の内部をモニタリングするためのＭＲＩの撮像シーケンスの一実施形態を示す。図示のように、本実施形態の撮像シーケンスは、アイスボール内部をモニタリングするのに好適なマイクロＴＥシーケンスと通常ＴＥシーケンスとの複合撮像シーケンスである。マイクロＴＥシーケンスは、励起ＲＦパルス９０１の片側半分のみを使用するハーフＲＦ、スライス傾斜磁場９０２、エコー信号９０５の片側半分を取得するハーフエコー計測、リードアウト傾斜磁場パルスの立ち上がり領域でエコー信号を計測するノンリニア計測が特徴である（９０３、９０４）。これにより、例えば２５０μｓという極めて短いエコー時間ＴＥ１を実現できる。また、エコー時間ＴＥ１のマイクロ計測に続いて、マルチエコー計測として位相エンコード傾斜磁場９１１９１２と読み取り傾斜磁場９１３を印加して、通常ＴＥ２のエコー信号９１４も同時に取得する。
【００３４】
図７に示すように、マイクロＴＥシーケンスにより取得されるエコー信号９０５のデータはｋ空間９０７に配置され、放射状にサンプリングするラディアルサンプリング技術を用いて画像化される。これにより、モーションアーチファクトの低減効果もあるマイクロＴＥのＭＲ画像(以下、マイクロＴＥ画像という。)９０８が得られる。一方、通常ＴＥシーケンスのエコー信号９１４は、位相エンコード傾斜磁場９１１、９１２を印加し、読み取り傾斜磁場９１３を用いて取得され、ｋ空間９１６には通常の方法で配置されて、通常ＴＥのＭＲ画像(以下、通常ＴＥ画像という。)９１７が得られる。
【００３５】
図８に、図７の複合撮像シーケンスを繰り返して実行して得られる、時系列の通常ＴＥ画像とマイクロＴＥ画像を示す。同図は、左から右に時間が経過し、（ａ）は時系列の通常ＴＥ画像６０１、６０４，６０７，６０９，６１１であり、（ｂ）は時系列のマイクロＴＥ画像６０２，６０６，６０８，６１０，６１２である。通常ＴＥ画像６０１とマイクロＴＥ画像６０２は、凍結治療開始直前のＴ１強調画像であり、凍結治療開始から経過時間に応じて図において通常ＴＥ画像とマイクロＴＥ画像が順次描出される。マイクロＴＥ画像６０２，６０６，６０８，６１０，６１２により、図示のように、アイスボール６３１〜６３４が順次拡大される様子が観察できる。この撮像は、凍結治療が終了するまで連続的に撮像される。ここで、通常ＴＥ画像６０４，６０７，６０９，６１１で描出されるアイスボール６０５は、ＭＲＩ信号成分が無信号に近いため、黒く描出される。これに対し、マイクロＴＥ画像６０６，６０８，６１０，６１２は、エコー取得までの時間が極端に短いため、ＭＲＩ信号成分を検出して中程度の信号強度として画像化できる。なお、同図において、アイスボール６３１〜６３４の内部は、本来的に連続してコントラストが変化するが、図示の便宜上、段階的なコントラストで示している。
【００３６】
ところで、凍結治療は一定時間の凍結治療を２サイクル実施するのが一般的である。すなわち、凍結治療は、病変部を凍結し、続いて凍結領域を解凍する凍結治療サイクルを２サイクル実施する。凍結治療サイクルのポイントは、急速に凍結させて、ゆっくり解凍することであり、これにより最も組織障害、細胞障害が大きくなるとされている。また、凍結治療サイクルの時間は、一般的に２分が目安とされている。これによれば、アイスボールが完全に溶けず一部残ってしまうが、−４０℃以下の凍結領域はすでに細胞が壊死していると考えられるため、−４０℃以上の部分だけを２回凍結させればよいという考えである。
【００３７】
図９を参照して、本発明の一実施形態の他の特徴である凍結領域解析部について説明する。凍結領域解析部は、時系列のマイクロＴＥ画像に基づいて、予め定めた規定温度以下の規定凍結領域を判別することを特徴とする。つまり、凍結領域解析部は、時系列のマイクロＴＥ画像の画像信号を取得する。そして、マイクロＴＥ画像を走査して画像信号強度が病変部の凍結領域と未凍結領域の境界でピークが表れる凍結特徴パターンを取得する。その凍結特徴パターンに基づいて、規定凍結領域を判別するとともに、規定凍結領域を示す画像である規定凍結領域画像を生成する。生成した規定凍結領域画像を表示部であるモニタ１３又は凍結治療装置モニタ３８の時系列のマイクロＴＥ画像に重ねて表示する。
【００３８】
図９は、リアルタイムで得られる図８（ｂ）で得られるマイクロＴＥ画像６０６、６０８、６１０、６１２を、全ての走査線（走査ライン）について走査線ごとに画像信号強度のプロファイルを取得し、画像信号強度のプロファイルを解析して、規定凍結領域の画像を生成して表示する凍結領域解析部の機能を説明する図である。すなわち、図９（ａ）は、マイクロＴＥ画像の１つの走査ライン７００の画像信号強度のプロファイル７１１を示す。（ｂ）は、走査ライン７００のプロファイル７１１について、次に述べる規定凍結温度に対応する規定凍結ライン７４１を解析により抽出する。そして、図９（ｃ）に示すように、図９（ａ），（ｂ）の処理を全ての走査ラインについて行い、凍結領域の全ての規定凍結ライン７５１を取得する。図９（ｄ）は、取得した規定凍結ライン７５１を画像化して、例えば規定凍結領域の周縁（境界）を点線で示す規定凍結領域画像７６１を作成し、マイクロＴＥ画像６０６〜６１２に重ねて表示する。
【００３９】
ここで、規定凍結領域を判別する一実施例を説明する。例えば、１枚目のマイクロＴＥ画像６０６に対して、ある１走査ライン７００について画像信号強度７１１を解析する。つまり、画像信号強度７１１が病変部の凍結領域と未凍結領域の境界でピークが表れる凍結特徴パターンの画像信号プロファイルを取得する。凍結特徴パターンは、凍結領域と未凍結領域の境界付近に２つの極大値７０１があり、その間に極小値７０２がある。その極小値７０１の半値（＝極大値７０１−極小値７０２）における画像信号強度７１１の幅を半値幅７３１と定義する。そして、半値幅７３１内の画像領域を規定温度（−２０℃）以下の規定凍結領域として判定する。
【００４０】
ここで、凍結特徴パターンの半値幅７３１は、規定温度（−２０℃）以下に対応する一つの温度指標である。したがって、半値幅７３１を指標として、一定の許容幅または範囲を規定温度として設定することができる。例えば、熱電対などの温度計測手段を利用して実際の凍結領域の温度を計測し、凍結特徴パターンの位置（例えば、半値幅の位置）との関係データを事前に集積して、規定温度の温度指標を設定することができる。
【００４１】
このようにして、時系列的に得られるマイクロＴＥ画像６０８，６１０，６１２について、凍結領域解析部により画像信号強度のプロファイル７１２，７１３、７１４を解析して、規定凍結ライン７４１〜７４４をメモリに記憶する。そして、規定凍結ライン７４１〜７４４の集合である規定凍結ライン７５１〜７５４を取得してメモリに記憶する。このようにして記憶された規定凍結ライン７５１〜７５４を２次元配置することで、規定凍結領域の周縁（境界）を点線で示す規定凍結領域画像７６１を作成し、マイクロＴＥ画像６０６〜６１２に重ねて表示する。そして、規定凍結領域画像７６１を図示していない通常ＭＲ画像の病変部に重ねて表示し、規定凍結領域画像７６１が病変部を覆えば、術者は治療が完了したことを客観的に判断することができる。
【００４２】
実際、マイクロＴＥ画像６０６〜６１２上にアイスボール画像６３１と規定凍結領域画像７６１が表示されるから、術者は規定凍結領域画像７６１内に治療対象領域が入るように凍結治療を行うことができる。つまり、アイスボールの成長に合わせて、上述した凍結治療を繰り返し行い、最終的に規定領域が治療領域を覆ったら治療終了となる。
【００４３】
図１０に、本発明による凍結治療時のグラフィックユーザインターフェイス（ＧＵＩ）表示例を示す。３Ｄ撮像ボタン８０１を用いて３Ｄボリューム撮像を行う。撮像した画像は３軸画像８３１〜８３３およびボリュームレンダリング画像８３４が表示される。次に、特定領域描出ボタン８０２を押下し、３Ｄ画像からターゲットとなる特定領域（セグメンテーション）８１３をボリューム検出する。また、必要に応じて特定領域を含む警告領域を設定しても良い。その他、治療計画機能を用いて凍結プローブ３６のアプローチ方向を算出してもよい。このとき、肺や骨等の経路の妨げとなる経路を予め考慮しておく。このようにナビゲーションソフトには、手術シミュレーション機能も併用されている。治療パラメータボタン８０３を押下することで、治療機器設定情報を入力し、パラメータ８１７などの詳細情報を設定する。ここでは、凍結治療機器の例であり、使用する針の種類、アイスボール径、氷内部描出方法、規定温度、絶対画像閾値、マイクロＴＥ画像閾値、マージン等の情報が入力・表示され、ナビゲーション起動ボタン８０４を押下して関連ソフトが起動および手術開始となる。また、ナビゲーションボタン８０４を押下することにより、画面８１１内に凍結プローブ３６の模擬画像３１７を含むリアルタイムの映像が表示される。さらに凍結プローブ３６の模擬画像３１７と特定領域・ターゲット８１３も色分けされて表示される。同時に手術に必要な患者情報や手術情報も表示され、視覚的に状況を把握できるようになっている。また、患者情報や治療装置等の情報詳細も表示されており、凍結プローブの深度や各種パラメータも表示されている。さらに、事前に設定した治療パラメータ８１７が表示される。これらの情報値は、治療中でも変更可能であり、パラメータボタン８０３を押下することで、いつでも自由に設定変更可能である。
【００４４】
一方、ナビゲーション画像はナビゲーション画像ボタン８０４を押下することで、３軸断面８３１〜８３３の他にボリュームレンダリング画像８３４が表示され、凍結プローブ３６の模擬画像３１７を画像上に重畳表示することもでき、さらに凍結プローブ３６に応じた治療予定領域３２０も表示することができる。また、特定領域（治療領域等）・ターゲット８１３および警告領域をそれぞれ設定しておくことで、３軸断面画像８３１〜８３３の他にボリュームレンダリング画像８３４上に重畳表示することができ、実空間と画像情報を用いて凍結治療をすることができる。３軸断面の中心は一般的に治療予定領域に設定されているが、凍結プローブ３６凍結プローブ３６や治療予定領域３２０を常に表示させることも可能である。
【００４５】
また、３Ｄ画像は画像情報変更ボタン８０５を押下することで、リアルタイムに変更することができ術者の希望により自由に表示ができる。これらの画像は事前に取り込んでおいたＭＲＩ、ＣＴ、ＵＳ画像を用いることもできるが、その場で撮像したリアルタイム画像を用いることもできる。治療経過によって得られた画像上には治療済み領域８３７を重畳表示することもでき、残治療領域が一目で分かるようになっている。
【００４６】
ここで、ＭＲ装置Ｉにおいて、マイクロＴＥ撮像Ice-Ballモニタリングボタン８０６を押下すると、ＭＲ撮像が開始され、マイクロＴＥ画像８１８および通常ＭＲ画像８２０が表示される。治療開始ボタン８０８とIce-ball解析ボタン８０７を押下することで、アイスボール８２１の形状認識と内部規定領域が自動的に処理８１９、計算されてＧＵＩ上に表示される。また、ターゲットとなる特定領域８１９が規定領域８２２内にあるかどうかを判別して音や色の情報を使って術者に提示する機能も有している。術者はこれらの情報を用いて治療の進捗を監視することができる。また、ヒューマンエラーを防ぐだけでなく術者に依存しない冷凍治療精度を確立でき、かつ冷凍治療の短時間化を図ることができる。
【００４７】
また、本発明の冷凍治療システムは、凍結領域解析部により凍結領域および規定凍結領域が予め定めた治療対象領域を覆ったかどうかを画像処理にて判別して追加冷凍治療の可否を判断する機能を備えることができる。
【００４８】
また、本発明の撮像部は、マルチスライス又は３次元撮像により病変部を含む生体のＭＲ画像を撮像し、凍結領域解析部は、マルチスライス又は３次元撮像されたＭＲ画像に基づいて、規定凍結領域画像を３次元で作成することができる。
【００４９】
また、本発明の冷凍治療システムは、生体の病変部に穿刺される凍結プローブにより凍結治療される前記病変部を含む生体のＭＲ画像を撮像する撮像部と、ＭＲ画像を表示する表示部とを有してなる磁気共鳴画像装置を備え、撮像部は、１ミリ秒未満の第１のエコー時間と数ミリ秒以上の第２のエコー時間に対応する第１のエコー信号と第２のエコー信号をそれぞれ取得する撮像シーケンスを繰り返し実行して、凍結プローブによる治療開始から第１のエコー信号に対応する第１のＭＲ画像と第２のエコー信号に対応する第２のＭＲ画像を時系列で生成し、第２のＭＲ画像に第１のＭＲ画像を重ねて前記表示部に表示することができる。
また、時系列の第１のＭＲ画像に基づいて、予め定めた規定温度以下の規定凍結領域を判別する凍結領域解析部を備え、凍結領域解析部は、時系列の第１のＭＲ画像を走査して画像信号の強度が病変部の凍結領域と未凍結領域の境界でピークが表れる凍結特徴パターンに基づいて規定凍結領域を判別し、規定凍結領域を示す画像を生成して表示部の時系列の前記第１のＭＲ画像に重ねて表示することができる。
【００５０】
以上、本発明を一実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲で変形又は変更された形態で実施することが可能であることは、当業者にあっては明白なことであり、そのような変形又は変更された形態が本発明に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【００５１】
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、１１…アーム、１３、１４…モニタ、１５…モニタ支持部、１７…基準ツール、１９…パーソナルコンピュータ、２１…ベッド、２３…制御部、２４…患者、２５…赤外線カメラ（位置検出デバイス）、２７…ポインタ、２９…術者、３３…ＲＳ２３２Ｃケーブル、３４…映像記録装置、３５…反射球、３６…凍結プローブ、３８…凍結治療装置用モニタ、４０…凍結治療装置
【図１】
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【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】
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