(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体が配置される空間に静磁場を発生させる静磁場発生手段と、前記被検体を載置するテーブルを備えて該テーブルを移動させる移動手段と、上記空間に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生手段と、上記被検体の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせる高周波磁場発生手段と、上記核磁気共鳴により放出される信号を検出する受信手段と、上記受信手段で検出した受信信号を処理する信号処理手段と、前記受信信号を用いて再構成された画像を表示する表示手段とを備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記受信手段は、少なくとも前記被検体に挿入されるカテーテルの先端に配置されたカテーテルコイルを備え、
前記信号処理手段は、前記受信手段からの信号に基づいて、前記カテーテルの先端の位置情報を検出し、
前記移動手段は、前記位置情報に基づいて、前記テーブルを移動させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記位置情報に基づいて、前記テーブルの移動が必要である旨を表す情報を発生する手段を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記信号処理手段は、前記カテーテルコイルからの信号に基づいて、前記位置情報を検出することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項４】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記受信手段は、さらに、前記被検体の外部に配置された受信コイルを備え、
前記信号処理手段は、前記受信コイルからの信号を用いて再構成された画像に基づいて、前記位置情報を検出することを特徴とする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、特に微小RFコイルを血管内に挿入するカテーテルトラッキング技術を用いるインターベンショナル磁気共鳴イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の磁気共鳴イメージング装置（以下、MRI装置とする。）の撮影対象は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質、プロトンである。プロトン密度の空間分布や、励起された核スピン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、四肢等の形態または、機能が2次元若しくは3次元的に撮影される。
【０００３】
典型的なMRI装置の構成を図9を用いて説明する。MRI装置は、被検体901の周囲に静磁場を発生する磁石902と、該空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル903と、この領域に高周波磁場を発生するRFコイル904と、被検体901が発生するMR信号を検出するRFコイル905を備えている。傾斜磁場コイル903は、X、Y、Zの3方向の傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源909からの電流に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。RFコイル904は、RF送信部910の信号に応じて高周波磁場を発生する。RFコイル905によって受信されたＮMR信号は、信号検出部906で検出され、信号処理部907で信号処理され、また計算により画像信号に変換される。画像は表示部908で表示される。傾斜磁場電源909、RF送信部910、信号検出部906は制御部911により制御される。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。テーブル912は被検体が横たわるためのものである。テーブル912は、制御部で制御され、位置はエンコーダでモニタされている。
【０００４】
近年、循環器系の検査や治療のためにカテーテルが用いられる。体内の所望の部位へのカテーテルを挿入するためには、その位置を監視する追跡装置が必要である。カテーテルの追跡のために磁気共鳴信号に敏感な受信コイルをカテーテルへ設け、この信号を磁界勾配の存在下で検出するものがある。この信号の検出によって、被検体内のカテーテルの位置が決定される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平7-255691号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、血管カテーテルの長さは、1mから1.5mであり、例えば大腿動脈から心臓まで血管内を挿入し、冠状動脈までカテーテルの先端を到達させる。この間、カテーテルの先端を常に画像でモニタしたいという要望がある。しかしながら、MRI装置の静磁場均一空間は高々直径40cmの球状の範囲にとどまっている。それゆえ、術者は、カテーテル挿入の途中で、患者を移動し、MRI装置が撮影できる領域に常にカテーテルの先端があるように、患者を移動する必要がある。この移動は、術中に行うため煩わしく手術の効率を下げるものである。また、テーブル移動を伴うカテーテルトラッキングの制御について、これまで好適な手法は提案されていなかった。
【０００７】
本発明の目的は、カテーテルが撮影視野から外れた場合、テーブルをカテーテルに追従するように移動させ、MRIカテーテルトラッキングを高速に広い領域で連続的に行えるMRI装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、被検体が配置される空間に静磁場を発生させる静磁場発生手段と、前記被検体を載置するテーブルを備えて該テーブルを移動させる移動手段と、上記空間に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生手段と、上記被検体の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせる高周波磁場発生手段と、上記核磁気共鳴により放出される信号を検出する受信手段と、上記受信手段で検出した受信信号を処理する信号処理手段と、前記受信信号を用いて再構成された画像を表示する表示手段とを備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記受信手段は、少なくとも前記被検体に挿入されるカテーテルの先端に配置されたカテーテルコイルを備え、前記信号処理手段は、前記受信手段からの信号に基づいて、前記カテーテルの先端の位置情報を検出し、前記移動手段は、前記位置情報に基づいて、前記テーブルを移動させる。
【０００９】
［作用］
本発明によれば、術者の所望のタイミングで、もしくは全自動でカテーテルの先端を常にモニタでき、術者は、カテーテル挿入の途中で患者を移動しMRI装置が撮影できる領域に患者を移動する作業が不要となる。また、カテーテルのアクティブトラッキングをマルチプルRFコイルと併用可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面を用いて具体的に説明する。
図1は、本実施例のMRI装置100を使って、術者104がカテーテル102を患者106の大腿動脈から挿入する様子を模式的に示している。術者は、表示部101を見ながらカテーテルの位置を把握し、カテーテルを挿入する。
【００１１】
MRI装置100の静磁場強度は例えば0.3T、磁気共鳴周波数は12.8MHzである。核磁気共鳴周波数に対応する高周波磁場は、4つの表面型小型RFコイルからなる胸部マルチプルRFコイルで受信する。撮影シーケンスはGrE（Gradient Echo）型マルチショットEPI（Echo Planar Imaging；エコープラナーイメージング法）である。128×128画素サイズの1枚の画像に必要な信号は約200msで取得する。この画像の撮影視野は30cmであり、スライス厚さは10mmである。実行ＴＥは、35ms、撮影の繰り返し時間TRは0.2sであり、スライス数は1枚である。撮影断面は冠状断面であり、撮影は連続的に行うフロロスコピィである。したがって、全撮影枚数は、例えば300s連続で撮影した場合で、1500枚になる。MR透視下の300sの間に、大腿動脈から血管カテーテルは心臓方向に挿入される。血管カテーテルのシース内には銅線で作られた細いガイドワイヤが挿入される。ガイドワイヤの一端は、チューニング・マッチング回路に接続され、RF受信アンプに接続されている。これは、非ループ型のRFコイルとして動作しMR信号を受信する。
【００１２】
図2は、上記カテーテルモニタのコイル信号処理部の実施例を説明する図である。図2に示すように、本実施例では、胸部撮影用の4コイルに加え、第5のコイルすなわちカテーテルコイル202が設置されている。カテーテルコイル202からの受信信号をフーリエ変換すると、カテーテルコイルは一般に局所的な受信感度しか持たないため、カテーテルコイル202の近傍のみの信号が得られる。カテーテルコイルの画像からカテーテルの位置計算203を行うことにより、カテーテルの先端の位置がわかる。その位置計算法として用いる画像処理は、例えばもっとも画素値の高い画素の位置を血管カテーテルの先端とみなす。または、ある閾値以上の画素を抽出し、その重心から先端位置を判定する。このような画像処理による判定のためには、カテーテルの先端が高感度であるため、小型ループコイルを先端に有したカテーテルコイルが適する。この計算された位置情報は、MRI装置の制御部に送られ、テーブル移動量の計算に用いられる。テーブル移動は、X方向とY方向の直交方向が望ましいが、Y方向（体軸方向）Y方向に比べて小さいためである。
【００１３】
図3は、移動しない小型RF受信コイル（胸部コイル）の信号合成に関する詳細図である。信号取得（ステップ301）では、4つの小型RF受信コイル205の信号をAD変換・検波20し、4つの部分画像en（i，j）（ここにn=1，2，3，4）（すなわち図6のフーリエ変換209の結果）を作成する処理を行う（ステップ401）。信号取得（ステップ301）に引き続き、小型コイル4個の部分画像を用いて、それぞれの小型RFコイルの感度分布計算（ステップ302）を行う。感度分布計算の一例は図4に示してある。
【００１４】
すなわち原画像en（i，j）を2次元逆フーリエ変換し（ステップ402）、計測K空間のデータpn（i'，j'）、（n=1，2，3，4：ここでi'，j'はＫ空間上のデータ配列を表わす）に戻し、pn（i'，j'）にK空間上の2次元のローパスフィルタを作用させ（ステップ404）、2次元フーリエ変換（ステップ405）することにより感度分布wn（i，j）（n=1，2，3，4）（ステップ407）を得る。感度分布計算が終了後、感度分布に基づいて信号合成（ステップ303）を行う。
【００１５】
信号合成処理の詳細は、上記信号取得（ステップ301）と（ステップ感度分布計算302）をブロック化して図5に示す。信号合成（ステップ303）は、en（i，j）とwn（i，j）を用いて合成画像s（i，j）（ステップ304）を求める演算であり、例えば図5中に示す式で示される。この結果得られる合成画像（ステップ304）をMRI装置の表示部101に表示する。また、計算機のハードディスクに転送し画像データとして格納する。
【００１６】
感度分布wn（i，j）（n=1，2，3，4）は、信号処理部の所定のメモリー上に保存しておき、0.2秒後に撮影される2枚目の画像の信号処理及び（n-1）枚目までの信号処理では、信号処理（ステップ301）後、感度分布計算を行わずに、1枚目で計算した感度分布の結果wn（i，j）（n=1，2，3，4）を用いて信号合成（ステップ303）を行う。
【００１７】
そして、結果を表示もしくは転送（ステップ304）し、この処理は、テーブル移動が行われるまで継続する。途中のn回目の撮影でテーブルが移動される場合のみ、テーブル移動に伴いRFコイルも位置が移動するため感度分布計算を再度行う。その後は、更新された感度分布データを使って、2枚目〜（n-1）枚目と同様の処理が繰り返される。このような処理を行うことでカテーテルトラッキングの間、高速でマルチプルRFコイルの合成が連続的に行われ、かつテーブル移動後に小型RF受信コイル（胸部コイル）の位置が変わっても適切な感度分布計算がなされ、画質劣化無く再びカテーテルトラッキングが行われる。図3では、1スライスのみの説明としたが、同様の処理をマルチスライスの撮影について拡張することも可能である。
【００１８】
図7は、本発明の画像表示例を示す図である。撮影の原点700は、MRI装置の磁場中心にほぼ等しくセットされた状態であり、撮影視野701は、典型的には30cm×30cmである。撮影断面はコロナル（冠状面）であり、腹部大動脈を含み、血管カテーテル703は、大腿部（下側）から心臓（上側）に向かって進む。カテーテルの先端P（x1,y1）704は、磁場中心近傍の第２の視野702内にはいっている。第2の視野は、磁場中心近傍であり、原点700を中心に例えば20cm×20cmの領域である。大腿部から術者がカテーテルを送り出すとカテーテルの先端は、腹部大動脈内を通って、心臓方面のP'（x2,y2）705に到達する。ここで、カテーテルの位置は、スライス方向（z）にはあまり大きな移動が無いので本説明では省く。
【００１９】
オープン型MRI装置では、被検体へのアクセス性を高めるために静磁場磁石の形状を工夫しており、その結果、一般に撮影視野周辺部の静磁場均一度は低下する傾向がある。従って、P'（x2,y2）705に到達したカテーテルを撮影するには、撮影視野を移動するよりは、被検体を速やかに移動させ、P'（x2,y2）が原点700の近くに来るように再セットすることが重要である。そこで本実施例では、MRI装置は上記の感度分布情報に基づいた信号より、カテーテルの先端を画像情報から抽出し、カテーテルの先端が視野702の外に出たら、術者にアラームで知らせ、若しくは画像上で警告を発する機構を有する。若しくは術者の意図的な操作（制御ボタンを押す、マウスをクリックする等）から、感度分布情報に基づいた信号より、カテーテルの先端を感度分布情報に基づいて、テーブルを移動しカテーテルの先端を原点近くに移動させる機能を備えている。
【００２０】
具体的に、カテーテルの先端を原点近くに移動させるには、第1の撮影視野で感度分布情報からカテーテルの先端を検出する。そして、カテーテルの先端が画面中央にくるように制御部はテーブル駆動部に原点700をカテーテルの先端の移動に相当する距離及び方向を設定した制御信号を送り、その制御信号に基づいてモータを駆動させて、テーブルを移動させている。
【００２１】
移動後の画像を図8に示す。カテーテル102の位置が画像上の隅にくると、自動的にテーブルが動き、カテーテルが画像中心（すなわち磁場中心105）にくる。テーブルの停止後、カテーテルモニタリングは自動的に再スタートする。あるいは、術者がスイッチ103を押すと、テーブルがゆっくりと移動開始し、カテーテルの先端が磁場中心105にくれば、感度分布情報によりテーブルは自動的に停止する。
【００２２】
ここで、テーブルを移動するように術者に知らせる警告メッセージは、表示部101に例えばアラームランプが画面上に点灯させて表示される。また、視野2（図7：702）の枠が画像上にオーバーライトされ、カテーテルの先端が視野中心から外れていることを術者に知らせる。いずれの場合も、テーブル移動後、自動的にカテーテルトラッキング（フロロスコピィ）が再開される。必要に応じて、テーブル移動中もフロロスコピィを連続しても良い。但しこの場合は、テーブル移動中は電気的ノイズや被検体が動いていることにより画質が劣化することもある。
【００２３】
上記実施例では、カテーテルはアクティブカテーテルであったが、本発明はパッシブカテーテルにも適用可能である。この場合、カテーテルは信号を受信しないが、わずかな磁性を有する材質で作られたカテーテルは、局所磁場不均一を引き起こし、画像上で信号欠損となる。したがって、MR画像上でカテーテルの先端部分では、周囲に比べ暗い点として示される。この点を画像認識により自動抽出し、上記実施例と同様に視野との関係を認識し必要に応じてテーブルを移動する。また、テーブル移動後は、マルチプルRFコイルの感度分布計算を再実施し自動的にカテーテルトラッキングを再開する。なお、カテーテルの先端部は、画像上の位置をクリックすることで入力しても良く、この場合、自動ではなくなるが、画像処理は簡便である。
【００２４】
本実施例では、撮影シーケンスとしてマルチショットEPIを例にしたが他の撮影シーケンス、例えば通常のGrシーケンスでも良い。
【００２５】
【発明の効果】
本発明では、カテーテルが撮影視野から外れた場合、テーブルをカテーテルに追従するように移動させ、MRIカテーテルトラッキングを高速に広い領域で連続的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概要を示すMRI装置の図である。
【図２】本発明の全体構成を示す図である。
【図３】本発明に係る信号処理の模式図である。
【図４】本発明に係る感度分布計算を示す図である。
【図５】本発明に係る信号処理の詳細図である。
【図６】本発明に係る信号処理の模式図である。
【図７】本発明を用いて撮った画像である。
【図８】本発明を用いて撮った画像である。
【図９】従来のMRI装置の図である。
【符号の説明】
１００  ガントリ、１０１  表示部、１０２  カテーテル、１０４  検者、１０５  磁場中心、１０６  被検体
【図１】
0004112998.tif 000002
【図２】
0004112998.tif 000003
【図３】
0004112998.tif 000004
【図４】
0004112998.tif 000005
【図５】
0004112998.tif 000006
【図６】
0004112998.tif 000007
【図７】
0004112998.tif 000008
【図８】
0004112998.tif 000009
【図９】
0004112998.tif 000010