(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内での装置の位置を監視すると共に該装置から画像を取得する磁気共鳴システムであって、
（ａ）  実質的に一様な振幅を有する均一磁場を前記被検体にわたって印加する手段と、
（ｂ）  選択された持続期間、振幅及び周波数の無線周波数エネルギを前記被検体内に送信して、該被検体内の選択されたスピンの集合を章動させる無線周波数送信器手段と、
（ｃ）  選択された方向における磁場勾配を形成するように、選択された数の空間的次元において磁場の振幅を変化させる手段と、
（ｄ）  前記装置内に組み込まれており、異なる寸法を有する第１又は第２の容積のうちの選択された一方の容積から磁気共鳴応答信号を受信することが可能な無線周波数コイル手段と、
（ｅ）  該無線周波数コイル手段に取り付けられており、前記第１の容積からの第１の磁気共鳴応答信号及び前記第２の容積からの第２の磁気共鳴応答信号を検出する検出手段と、
（ｆ）  該検出手段に応答して、検出された前記第１の磁気共鳴応答信号から前記装置の位置を算出すると共に複数の前記第２の磁気共鳴応答信号から磁気共鳴画像を算出する算出手段と、
（ｇ）  前記送信手段と、前記検出手段と、前記算出手段と、前記磁場を変化させる手段とに接続されており、所望の磁気共鳴シーケンスに従って、前記送信手段と、前記検出手段と、前記算出手段と、前記磁場を変化させる手段とを動作させるコントローラ手段と、
（ｈ）  前記算出手段に応答して、前記装置の位置と、前記被検体の前記第２の容積からの磁気共鳴画像とをオペレータに対して表示する表示手段とを備えた磁気共鳴システム。
【請求項２】
（ａ）  前記被検体の医療診断画像を収集する手段と、
（ｂ）  前記装置の算出された前記位置を表す前記医療診断画像上の位置に記号を重ね合わせる重ね合わせ手段とを更に含んでいる請求項１に記載の磁気共鳴追跡システム。
【請求項３】
前記装置は、ガイド・ワイヤと、カテーテルと、内視鏡と、腹腔鏡と、生検針とから成っている群のうちの１つを含んでいる請求項１に記載の磁気共鳴追跡システム。
【請求項４】
前記装置は、手術用具を含んでいる請求項１に記載の磁気共鳴追跡システム。
【請求項５】
前記装置は、治療装置を含んでいる請求項１に記載の磁気共鳴追跡システム。
【請求項６】
前記医療診断画像を収集する手段は、磁気共鳴作像システムを含んでいる請求項２に記載の磁気共鳴追跡システム。
【請求項７】
無線周波数コイルを追跡すると共に該無線周波数コイルの付近の選択されたビュー領域の磁気共鳴画像を取得する磁気共鳴作像兼追跡システムであって、前記無線周波数コイルは、
（ａ）  複数の接続された巻き線部と、
（ｂ）  該接続された巻き線部の第１の末端に接続されている第１の導線と、
（ｃ）  前記接続された巻き線部の第２の末端に接続されている第２の導線と、
（ｄ）  前記巻き線部の間に設けられた少なくとも１つの導線と、
（ｅ）  作像モードにおいて動作し、画像の所望のビュー領域に基づいて一対の導線を選択すると共に選択された該一対の導線の間にある巻き線部により感知された磁気共鳴応答信号を受信する導線セレクタであって、該導線セレクタは、追跡モードにおいても動作し、少なくとも一対の導線を選択して、選択された該導線の間にある巻き線部からの磁気共鳴応答信号を受信する導線セレクタとを備えている磁気共鳴作像兼追跡システム。
【請求項８】
無線周波数コイルを追跡すると共に該無線周波数コイルの付近の選択されたビュー領域の磁気共鳴画像を取得する磁気共鳴作像兼追跡システムであって、前記無線周波数コイルは、
（ａ）  複数の接続された巻き線部と、
（ｂ）  該接続された巻き線部の第１の末端に接続されている第１の導線と、
（ｃ）  前記接続された巻き線部の第２の末端に接続されている第２の導線と、
（ｄ）  前記巻き線部の間に設けられた少なくとも１つの導線と、
（ｅ）  作像モードにおいて動作し、所望の励起容積に基づいて一対の導線を選択すると共に選択された該一対の導線の間にある巻き線部を介して無線周波数エネルギを送信する導線セレクタであって、該導線セレクタは、追跡モードにおいても動作し、少なくとも一対の導線を選択して、選択された該導線の間にある巻き線部を介して無線周波数エネルギを送信する導線セレクタとを備えている磁気共鳴作像兼追跡システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、カテーテル又は生検針のような装置が体内に挿入される医療行為に関し、更に具体的には、磁気共鳴（ＭＲ）によるこのような装置の追跡（トラッキング）、及びこの装置を取り巻く組織の高分解能ラジオグラフィ画像の収集に関する。
【０００２】
【従来の技術】
体内に配置された装置を追跡することは、多くの診断分野及び治療分野の重要な側面である。しばしば、装置に極く近い周囲の画像を作成するのに用いることのできる装置を選択することが望ましい。これらの画像は、可視光、超音波又は磁気共鳴を用いて収集され得る。このような作像装置の医療における１つの用途は、様々な種類の組織及びプラークを視覚化すると共に識別するために、血管壁の高分解能磁気共鳴画像を収集することである。この用途では、作像装置は、選択された血管内に配置されたカテーテル内に組み込まれる。磁気共鳴作像は、組織の識別に適切であるが、小型の受信コイルを用いて小さなビュー領域（field-of-view）にわたる画像を取得するときには、受信コイルの位置を正確に知って、所望の解剖学的領域が確実にビュー領域内にあるようにする必要がある。
【０００３】
現在、既存のシステムの改変を殆ど必要とせずに、ＭＲ作像システム内のＭＲ作像装置を追跡する簡単な方法が必要とされている。作像システムの改変を最小限にしか必要としないＭＲ追跡法は、以前に、１９９４年５月３日に付与されたDumoulin等の米国特許第５，３０７，８０８号「磁気共鳴を用いて装置の位置を監視するための追跡システム及びパルス・シーケンス」、並びに１９９４年６月７日に付与されたDumoulin等の米国特許第５，３１８，０２５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ための追跡システム」によって開示されている。これらの方法は、検出されたＭＲ応答信号を用いて、体内での装置の位置を決定している。位置情報は、３つの直交する方向において、直交する各々の方向についてデータを連続的に測定することにより取得される。
【０００４】
上で参照した特許によって開示されたＭＲ追跡システムの制限は、位置を決定するのに用いられている受信コイルが、位置誤差を最小限に抑えるために制限された感度領域を有していることである。その結果、追跡コイルを取り巻いている組織のＭＲ画像は、画像が追跡コイルを用いて作成されているときに、制限されたビュー領域を有する。現在、ＭＲを用いて追跡され得ると共に装置の周囲の高分解能ＭＲ画像を作成するのに用いられ得る侵入型（invasive）装置が必要とされている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
カテーテルのような侵入型装置が、被検体内に位置決めされていると共に、マグネットと、パルス状磁場勾配システムと、無線周波数送信器と、無線周波数受信器と、コントローラとを備えた磁気共鳴（ＭＲ）作像システムを用いて実時間で追跡される。追跡されるべき装置は、新規な設計の小型の無線周波数（ＲＦ）コイルをその装置の末端に組み込んでおり、このコイルは、追跡及び作像の両方に用いられ得る。このＭＲシステムは、一連のＲＦパルス及び磁場勾配パルスを発生し、これらのＲＦパルス及び磁場勾配パルスは、被検体内の選択された核スピンからの共鳴ＭＲ応答信号を誘起する。この応答信号は、装置に取り付けられたＲＦコイル内に電流を誘起する。装置の追跡中には、ＲＦコイルの空間的感度は小さく、ＲＦコイルの極く近傍にある核スピンのみがＲＦコイルによって検出される。しかしながら、作像中には、ＲＦコイルの空間的感度は大きくされて、画像のビュー領域を収容することができる。コイルの感度空間の切り換えは、コントローラからの信号に対する応答として実行される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、磁気共鳴を用いて体内のＭＲ作像コイルを追跡するシステムを提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、ＭＲ検査中に生体内の装置を追跡する方法を提供することにある。
【０００７】
本発明のもう１つの目的は、ＭＲに誘導されて配置されたカテーテルを取り巻いている組織の高分解能ＭＲ画像を提供することにある。
新規であると考えられる本発明の諸特徴は、特許請求の範囲に詳述してある。しかしながら、本発明そのものは、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れば最もよく理解することができる。
【０００８】
【実施例】
図１において、支持テーブル１１０上の被検体１００は、マグネット・ハウジング１２０内のマグネット１２５によって発生された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、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図示してある。カテーテルとして示す装置１５０が挿入される被検体１００の領域は、マグネット１２５のボア（中孔）の近似的な中心に位置付けられている。被検体１００は、一組の円筒状磁場勾配コイル１３０によって取り巻かれており、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する。勾配コイル１３０は、磁場勾配を３つの相互に直交する方向に発生する。
【０００９】
外部コイル１４０も又、被検体１００の関心領域を取り巻いている。コイル１４０は、被検体全体を取り囲む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。頭部又は肢部を作像するために特別に設計されたより小型の円筒のような他の形状を代用することもできる。表面コイルのような非円筒状の外部コイルを代用してもよい。外部コイル１４０は、被検体１００内に無線周波数エネルギを、所定の回数で、且つ当業者に周知の方式で被検体１００の一群の核磁気スピンを章動させる所定の周波数において十分な電力を用いて放射する。スピンは、章動する結果、ラーモア周波数で共鳴する。各々のスピンのラーモア周波数は、スピンが経た磁場の強度に正比例する。この磁場強度は、マグネット１２５によって発生された静磁場と、磁場勾配コイル１３０によって発生された局所的な磁場との合計となる。
【００１０】
装置１５０は、オペレータ１６０によって被検体１００内に挿入され、ガイド・ワイヤ、カテーテル、内視鏡、腹腔鏡、生検針、手術用具、治療提供用具又は類似装置のいずれであってもよい。装置１５０は、上で参照したDumoulin等の米国特許第５，３０７，８０８号に開示された方法に従って追跡され得る。この装置は、外部コイル１４０によって作り出された無線周波数の場に応答して被検体に発生されたＭＲ信号を検出するＲＦコイルを収納している。ＲＦコイルは小型なので、感度領域も小さい。その結果、検出される信号は、コイルの極く近傍にある磁場の強度によってのみ発生したラーモア周波数を有する。これらの検出信号は、作像兼追跡ユニット１７０に送られて、ここで分析される。装置１５０の位置は、作像兼追跡ユニット１７０において決定され、表示手段１８０上に表示される。本発明の好適な実施例では、装置１５０の位置は、重ね合わせ手段（図示されていない）によって駆動される従来のＭＲ画像上へのグラフィック記号の重ね合わせによって表示手段１８０上に表示される。本発明の代替的な実施例では、装置１５０を表すグラフィック記号は、計算機式断層画像（ＣＴ）スキャナ、陽電子放出式断層画像（Positron Emitting Tomography）システム又は超音波スキャナのような他の作像システムを用いて取得された診断画像の上に重ね合わされる。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グラフィック記号として表示する。
【００１１】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に、装置１５０の実施例を更に詳細に示す。小型のＲＦコイル２００は、第１の導線２１０、第２の導線２１５及び第３の導線２２０を介してＭＲシステムと電気的に接続されており、第１の巻き線部２０１が導線２１５及び２２０に直接取り付けられていると共に、第２の巻き線部２０２が導線２２０及び２１０に直接取り付けられている。本発明の好適な実施例では、導線２１０及び２１５は、導線２２０で取り巻かれていると共に分離されており、共有された外側シールドを備えた一対の同軸ケーブルを形成している。導線２１０及び２１５が第３の導線２２０で取り巻かれているが分離はされていないような他の実施例も可能である。図２（Ｂ）に示すように、導線２１０、２１５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。
【００１２】
本発明の好適な実施例では、第１の導線２１０、第２の導線２１５及び第３の導線２２０からのＭＲ応答信号は、追跡目的又は作像目的のいずれかに用いられる。追跡信号を検出したいならば、信号は、第３の導線２２０を電流復路として用いながら、第１の導線２１０から検出される。感知されたＭＲ応答信号を用いて、第１の追跡位置を算出する。第２の追跡位置を算出するためには、第３の導線２２０を電流復路として用いながら、第２の導線２１５からのＭＲ応答信号を用いる。第１の追跡位置及び第２の追跡位置は、装置１５０上の２つの異なる位置に対応しており、所望があれば、これらの位置を用いて装置１５０の配向を決定することもできる。
【００１３】
しかしながら、作像信号を検出したいならば、第２の導線２１５を電流復路として用いながら第１の導線２１０からの信号を検出する。この方式で収集されたＭＲ応答信号は、ＭＲ追跡中に収集された信号よりも、装置１５０の周りのより広い領域から収集されている。本発明の一実施例では、コイル２００において第１の導線２１０と第３の導線２２０との間にある部分の巻き方向は、コイル２００において第３の導線２２０と第２の導線２１５との間にある部分の巻き方向と反対になるように選択される。これにより、装置１５０からの感度距離が増大する。
【００１４】
ここで図３（Ａ）を参照すると、磁場勾配が印加されたときに、スピンのラーモア周波数がスピンの位置に実質的に比例していることが示されている。勾配コイル１３０（図１）の中心点３００に位置しているスピンは、ラーモア周波数ｆ0 で歳差運動している。点３００におけるラーモア周波数ｆ0 は、マグネット１２５（図１）によって発生された静磁場によってのみ決定される。位置３１０にあるスピンは、静磁場と、磁場勾配コイル１３０（図１）によってこの位置で作り出された追加の磁場との合計によって決定されるラーモア周波数ｆ1 を有している。勾配コイル応答３２０は実質的に直線的なので、スピンのラーモア周波数は位置と実質的に比例している。
【００１５】
図３（Ａ）に示す磁場勾配にさらされたＭＲ活性物体からのＭＲ信号応答は、磁場勾配と、ＭＲ信号を検出するのに用いられているＲＦコイルの空間的感度との両者の関数である。
図３（Ｂ）は、ＭＲ信号が第３の導線２２０を電流復路として用いながら第１の導線２１０から検出されるときのコイル２００の典型的な空間感度曲線を示している。
【００１６】
図３（Ｃ）は、ＭＲ信号が第２の導線２１５を電流復路として用いながら第１の導線２１０から検出されるときのコイル２００の典型的な空間感度曲線を示している。図３（Ｃ）の空間的応答曲線は、図３（Ｂ）の空間的応答曲線よりも大きいことを銘記されたい。図３（Ｃ）のより大きな曲線は、作像用途に有利であり、他方、図３（Ｂ）のより小さな曲線は、追跡用途に有利である。
【００１７】
図２（Ａ）のＲＦコイルは、２つの連結された巻き線部２０１及び２０２を示している。第１の導線２１０は、巻き線部２０２の１つの末端に連結されている。第２の導線２１５は、巻き線部２０１の反対側の末端に連結されている。少なくとも１つの導線２２０が、巻き線部の間でＲＦコイルに連結されている。ここに開示した実施例では、ＲＦコイル２００は２つの巻き線部を有している。コイル２００が更に多数の巻き線部を有しているような他の実施例も可能であって、この実施例を用いて、更なる追跡情報を提供すると共に作像のために更に大きな感度空間を提供することができる。
【００１８】
図４において、導線セレクタ２５０は、２つのモード、即ち作像モード又は追跡モードのいずれにおいても動作する。その作像モードで動作するときには、導線セレクタ２５０は、所望のビュー領域に基づいて一対の導線を選択するが、より大きな物理的分離を有しているコイル巻き線に取り付けられた導線を選択することにより、より大きなビュー領域が取得される。被検体１００からのＭＲ応答信号は、選択された導線の対の間にある巻き線部によって感知される。
【００１９】
導線セレクタ２５０は又、追跡モードで動作し、少なくとも一対の導線を選択すると共に、選択された導線の間にある巻き線部からのＭＲ応答信号を受信する。典型的には、単一の点の位置を知ることが望ましく、従って、少数の巻き線部、可能ならば１つの巻き線部からのＭＲ応答信号を受信して位置を決定することが有利である。又、上で参照した１９９４年６月７日に付与されたDumoulin等の米国特許第５，３１８，０２５号に開示されたように、複数の巻き線部の位置を決定して装置１５０の配向を決定するために、いくつかの位置を追跡することもできる。
【００２０】
所望があれば、相互関係があるので、ＲＦコイルの送信機能及び受信機能を反転させることもできる。送信機能及び受信機能の両方について各々のＭＲ応答信号を時間的に多重化して用いることも可能である。
図４は作像及び装置追跡に適したＭＲシステムのブロック図である。このシステムは、制御信号を一組の磁場勾配増幅器９１０に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、マグネット容器１２０（図１）の内側に配置された磁場勾配コイル１３０を駆動する。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に送られる信号を発生する。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、選択された周波数において、外部コイル１４０内にそしてマグネット１２５のボア内に配置された被検体の領域内にある選択されたスピンを章動させるのに適切な出力を有するＲＦパルスを発生する。ＭＲ信号は、受信器手段９４０に接続されたＲＦコイル２００（図２）内に誘起される。受信器手段９４０は、追跡用途のためには、第３の導線２２０を電流復路として用いながら第１の導線２１０からのＭＲ信号を受け取ることが可能である。代替的には、受信器手段９４０は、作像用途のためには、第２の導線２１５を電流復路として用いながら第１の導線２１０からのＭＲ信号を受け取ることができる。受信器９４０がどちらの導線を用いるかの選択は、コントローラ９００によって決定される。
【００２１】
受信器手段９４０は、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、これを計算手段９５０に伝送し、ここで信号は処理される。追跡に用いられるときには、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。作像に用いられるときには、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を取り巻いている組織の画像を取得する。計算手段９５０によって算出された結果は、画像表示手段１８０上に表示される。
【００２２】
所望があれば、ＭＲ作像及び装置追跡は、殆ど同一のハードウェア・システムを用いて実行され得る。画像収集を追跡の間にインタリーブして、近似的に同時に両者が実行されるようにすることも可能である。代替的には、インタリーブを行わないで、作像手続における勾配波形、及び装置１５０内のＲＦコイル２００によって検出されるＭＲ応答信号を分析して装置１５０の位置を決定することにより、同時的な追跡及び作像を行うこともできる。
【００２３】
本発明の好適な実施例では、装置１５０内に配置されたＲＦコイル２００は、受信機能を実行している。しかしながら、送信コイルと受信コイルとの間に相互関係が存在しているので、装置１５０内のＲＦコイル２００を用いてＲＦエネルギを送信すると共に外部コイル１４０を用いてＭＲ応答信号を受信するような追跡システムも可能である。
【００２４】
新規なＭＲ追跡システムに関する現状で好適な様々な実施例をここで詳細に述べたが、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】図２（Ａ）は追跡及び作像の両方に適したＲＦコイルを示す模式図であり、図２（Ｂ）は合体型追跡兼作像コイルのカテーテル内への組み込みを示す遠近図である。
【図３】図３（Ａ）は印加される磁場勾配の存在下でのＭＲ共鳴周波数対１つの軸に沿った位置のグラフであり、図３（Ｂ）は合体型追跡兼作像コイルがカテーテルを追跡するのに用いられるときに、この合体型追跡兼作像コイルについてのコイル感度対位置のグラフであり、図３（Ｃ）は合体型追跡兼作像ＲＦコイルがカテーテルを取り巻いている組織からの磁気共鳴画像の取得に用いられているときに、この合体型追跡兼作像ＲＦコイルについてのコイル感度対位置のグラフである。
【図４】本発明を用いての装置追跡に適したＭＲ作像システムのブロック図である。
【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  円筒状磁場勾配コイル
１４０  外部コイル
１５０  カテーテル
１６０  オペレータ
１７０  作像兼追跡ユニット
１８０  表示手段
２００  小型のＲＦコイル
２０１、２０２  巻き線部
２１０、２１５、２２０  導線
２３０  外側シェル
２５０  導線セレクタ
３００  勾配コイル１３０の中心点（共鳴周波数がｆ0 である位置）
３１０  共鳴周波数がｆ1 である位置
３２０  勾配コイル応答
９００  コントローラ
９１０  磁場勾配増幅器
９３０  送信器手段
９４０  受信器手段
９５０  計算手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003854667.tif 000005