JP2003126061A - 顕微鏡付き画像診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】操作性に優れ、画像診断装置による画像と顕微
鏡像との同時観察が可能な顕微鏡付き画像診断装置を提
供する。 【解決手段】 静磁場発生磁石11、傾斜磁場コイル12及
びＲＦコイル13を有し、撮影に必要な均一磁場空間を形
成する単一の磁場発生ユニット10と、前記各コイルを駆
動する駆動系20と、前記ＲＦコイルが検出した信号を用
いて画像を再構成、表示する画像処理系30と、前記磁場
発生ユニットを移動可能に支持する支持部50とを備えた
画像診断装置であって、前記磁場発生ユニットは、その
中心部を貫通して、顕微鏡40を構成する光学ユニットが
設けられている。この顕微鏡40には、光学系42と接眼レ
ンズ44との間に、前記画像処理系において表示された画
像を接眼レンズ44に導入するハーフミラー45が設けられ
ており、表示部に表示された画像と顕微鏡像を同時に観
察することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は磁気共鳴現象や電
子スピン共鳴を利用して撮像を行う画像診断装置に関
し、特に顕微鏡を具備し、画像診断装置で取得した画像
と同時に顕微鏡像を観察することができる画像診断装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、比較的均一な強い磁場を発生する
ことが可能な円筒型磁石を用いた磁気共鳴イメージング
装置（以下、ＭＲＩ装置という）が多用されてきたが、
このような構成のＭＲＩ装置では患者に閉塞感を与える
とともに外部からのアクセスが非常に困難という問題を
生じていた。これに対し、ヘルムホルツコイルの原理を
応用し、２つに分離された磁石を中心軸を一致させて対
向配置し、患者が置かれる空間を開放型にしたＭＲＩ装
置が提案され実用化されるようになってきた。

【０００３】このような開放型のＭＲＩ装置としては、
磁石の配置方向によって垂直磁場のものと水平磁場のも
のがある。このうち垂直磁場のものは、患者への外部か
らのアクセスの容易さから、ＭＲＩ装置をモニターとし
て使用するバイオプシー等の簡単な手術（インターベン
ショナル手技、ＩＶＭＲという）に利用されている。一
方、脳外科等の分野では顕微鏡を利用した手術（マイク
ロサージェリー）が広く行われており、上記ＩＶＭＲに
おいても顕微鏡との併用の要請が生じている。

【０００４】しかしながら、前述した開放型のＭＲＩ装
置は、例えば図６に示すように、測定空間を挟んで一対
の磁石を上下または左右に配置した構造になっているた
め、構造上、患者近傍への顕微鏡の設置に制限がある。
特に図６に示すような垂直磁場方式のＭＲＩ装置では、
測定空間の上方には顕微鏡を設置し操作するための空間
を取ることが困難である。このためマイクロサージェリ
ーにＭＲＩ画像を利用するには、ＭＲＩ装置内で撮影し
た後、患者を移動し、顕微鏡下手術を行うか、その逆の
順番で作業を行うことが必要となる。その結果、ＭＲ画
像と顕微鏡下での実体像とは時間的、空間的にずれるこ
とになり、有効なＭＲ画像の利用を図ることができな
い、ＭＲＩ装置による撮影と手術台間の患者の移動に要
する時間の分、手術時間が長引く等の問題があった。

【０００５】これら問題を解決するものとして、ＭＲＩ
装置の２つの磁石を可動式にするとともに一方の磁石に
顕微鏡(光学手段)を取り付けたＭＲＩ装置が提案されて
いる（特開平10-43159号）。このＭＲＩ装置では、光学
手段の患者へのアプローチに制限がなくなり、しかも常
に光学手段の光学中心線上にＭＲＩ装置のイメージング
領域が存在するので、光学手段及びＭＲＩの手術野が常
に一致するという利点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このＭＲＩ装
置において、光学手段を患者に対し任意の方向に位置付
けるためには、光学手段を備えた一方の磁石と他方の磁
石をそれぞれ移動し、且つそれらを軸が一致するように
位置付ける必要がある。その際、二つの磁石が互いの電
磁吸引力により近づくのを防ぐために、各磁石は強固な
固定保持手段で固定されていなければならず、必ずしも
容易に移動操作を行うことができない。

【０００７】また従来の、ＭＲＩ装置を利用したマイク
ロサージェリーでは、ＭＲ画像はＣＲＴや液晶ディスプ
レイ等のモニターに表示されるので、術者はこれらモニ
ターに表示された画像と顕微鏡像とを別々に観察する必
要があり、必ずしも操作性がよくなかった。

【０００８】そこで本発明は、磁石を固定する固定部の
力学的負担を軽減し、操作性に優れた顕微鏡付き画像診
断装置を提供することを目的とする。また本発明は、目
的とする領域について良好な画像を得ることができ、且
つその画像と顕微鏡像とを同時観察可能な顕微鏡付き画
像診断装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の顕微鏡付き画像診断装置は、静磁場発生磁石、傾斜
磁場コイル及びＲＦコイルを有し、撮影に必要な均一磁
場空間を形成する単一の磁場発生ユニットと、前記各コ
イルを駆動する駆動系と、前記ＲＦコイルが検出した信
号を用いて画像を再構成、表示する画像処理系と、前記
磁場発生ユニットを移動可能に支持する支持機構とを備
えた画像診断装置であって、前記磁場発生ユニットは、
その中心部を貫通して、顕微鏡を構成する光学ユニット
が設けられているものである。

【００１０】この顕微鏡付き画像診断装置によれば、磁
場発生ユニットを単一のものとし、それに顕微鏡を設け
たことにより、磁場発生ユニットの支持機構の力学的負
担を軽減するとともに磁場発生ユニットと一体化された
顕微鏡の操作を容易にすることができる。

【００１１】また本発明の顕微鏡付き画像診断装置は、
顕微鏡が対物レンズ、光学系及び接眼レンズを備え、前
記光学系と接眼レンズとの間に、前記画像処理系におい
て表示された画像を接眼レンズに導入する手段を設けた
ものである。この顕微鏡付き画像診断装置によれば、接
眼レンズを通して、対物レンズの向こうに置かれた対象
物の顕微鏡像と、その対象物を画像診断装置で撮影する
ことにより得られた画像とを同時に重畳して観察するこ
とができる。従って、本画像診断装置のマイクロサージ
ェリーへの応用において、術者は手術を続けながら、画
像診断装置による撮像や画像の観察を進めることができ
る。

【００１２】さらに本発明の顕微鏡付き画像診断装置
は、被検体の撮像断面を決定するための傾斜磁場強度
は、顕微鏡の焦点距離と関連して設定される。これによ
り、マイクロサージェリーにおいて顕微鏡で観察してい
る部位を含む断面を画像として取得し、表示させること
ができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の顕微鏡付き画像診
断装置をＭＲＩ装置に適用した実施形態を、図面を参照
して説明する。

【００１４】図１は、本実施形態のＭＲＩ装置の全体構
成を示す図、図２は、その要部を示す図である。図示す
るように、このＭＲＩ装置は、静磁場発生磁石11、傾斜
磁場コイル12及びＲＦコイル13を一体化した磁場発生ユ
ニット10と、これら磁場発生ユニット10の駆動系20とし
て、傾斜磁場電源21、シンセサイザ22、送信系ＲＦアン
プ23、シーケンサ24を備え、ＮＭＲ信号を検出し画像化
する画像処理系30として、受信系ＲＦアンプ31、Ａ/Ｄ
変換器32、画像処理装置33、画像表示装置34などを備え
ている。さらにこのＭＲＩ装置は、磁場発生ユニット10
と一体化された顕微鏡ユニット40が備えられており、こ
れらは図示しない可動機構付の支持棒に支持されてい
る。このような構成において、顕微鏡ユニット40が固定
された磁場ユニット10と画像表示装置34は、磁気シール
ドされたシールドルーム兼手術室内に設置され、それ以
外の要素はケーブルを介してシールドルーム内の要素と
接続され、シールドルーム外に設置されている。

【００１５】静磁場発生磁石11としては、一般のＭＲＩ
装置で採用されている永久磁石、常電導方式、超電導方
式の静磁場発生磁石11を採用することが可能であるが、
軽量で、操作性に優れ、比較的狭い領域において高い磁
場均一性を達成できる常電導方式の静磁場発生磁石が好
適である。本実施形態では、傾斜磁場コイル12及びＲＦ
コイル13との積層方向に平行な磁場を発生するソレノイ
ドコイルが採用されている。尚、図１には図示していな
いが、常電導コイルを用いる場合には、その駆動電源が
設けられる。

【００１６】傾斜磁場コイル12は、互いに直交する３軸
方向にそれぞれ傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを発生する３
つのコイルからなり、それぞれ傾斜磁場電源21に接続さ
れている。３つのコイルはそれぞれ平板状に形成され、
互いに絶縁積層され一体化されている。これら傾斜磁場
の与え方により、被検体の撮像断面を任意に選択するこ
とができる。本実施形態のＭＲＩ装置では、この断面
（スライス）選択のための傾斜磁場は、顕微鏡の焦点距
離と関連つけて設定される。これについては後述する。

【００１７】ＲＦコイル13は、被検体に共鳴周波数の電
磁波であるＲＦパルスを照射するととともに核磁気共鳴
によって被検体が発するＮＭＲ信号を受信するための送
受信兼用のＲＦコイルで、シンセサイザ22からのＲＦパ
ルスを増幅する送信系ＲＦアンプ23に接続されるととも
に、ＲＦコイル13が受信したＮＭＲ信号を増幅する受信
系ＲＦアンプ31に接続されている。

【００１８】これら静磁場発生磁石11、傾斜磁場コイル
12及びＲＦコイル13は、静磁場発生磁石11が発生する静
磁場空間内に傾斜磁場コイル12及びＲＦコイル13が収納
されるように、この順に重ねて機械的に一体化されてお
り、その中心部を貫通して、顕微鏡40が固定されてい
る。これら磁場発生ユニット10の構成については後述す
る。

【００１９】駆動系20は、シーケンサ24からの命令に従
い、傾斜磁場電源21及びシンセサイザ22を駆動し、傾斜
磁場コイル12及びＲＦコイル13を介して、所定の傾斜磁
場とＲＦパルスを被検体に印加する。シーケンサ24が制
御する磁場印加のタイミングは、パルスシーケンスと呼
ばれ、撮像法によって決まる種々のパルスシーケンスが
予め画像処理装置33内にプログラムとして組み込まれて
いる。シーケンサ24は、画像処理装置33からの指令によ
って駆動される。

【００２０】画像処理系30は、ＲＦコイル13が受信した
ＮＭＲ信号をＲＦアンプ31で増幅した後、Ａ/Ｄ変換器3
2でデジタル信号に変換し、画像処理装置33に送る。画
像処理装置33は、このデジタル信号に補正係数、画像再
構成等の種々の演算を施し、被検体の断面を示す画像等
の演算結果を画像表示装置34に表示させる。画像処理装
置33には、撮像の条件等を入力するためのキーボード、
マウス等の入力装置35、入力時のユーザーインターフェ
ース画像や演算結果を表示するためのモニタ36、図示し
ない外部記憶装置等が備えられている。

【００２１】次に図２を参照して磁場発生ユニットの詳
細を説明する。図示するように、静磁場発生磁石11は、
静磁場発生コイル11aと磁気補正リング11ｂからなる。
磁気補正リング11ｂは、静磁場発生コイル11aが発生す
る図中上下方向（矢印方向）の静磁場を補正し均一度を
向上するための部材で、鉄などの強磁性体からなり、円
板の外周に、円板面に垂直な方向に突出した外周リング
が形成された形状を有している。円板の中央には顕微鏡
40が貫通する孔が設けられている。静磁場発生コイル11
aは、例えば、このような磁気補正リング11ｂの外周リ
ングの外側或いは円板の外周に沿って設けられる。

【００２２】このような構造の静磁場発生磁石11は、静
磁場発生コイル11aによって形成される磁束がコイルの
外側に広がるのを防止し、外周リングが形成された側
に、均一な静磁場を発生することができる。具体的に
は、静磁場発生コイル11aの直径を数10cmとするとき、
磁場発生ユニット10下側に5〜10cmの撮影領域ＦＯＶを
提供する均一磁場を形成することができる。本発明のＭ
ＲＩ装置は、被検体の撮像部位に磁場発生ユニット10を
近接させて撮像するものであるので、このような範囲に
均一な静磁場領域が形成されることにより、実用的な高
画質のＭＲ画像を得ることができる。尚、図では、一つ
の静磁場発生コイル11aのみを示しているが、静磁場発
生コイル11aはシムコイルも含め複数設けることがで
き、これにより更に磁場の均一性、画質の向上を図るこ
とが可能である。

【００２３】傾斜磁場コイル12及びＲＦコイル13は、静
磁場発生磁石11の外周リング内の空間に、中心軸が一致
するように配置され、図示しない固定手段によって固定
されている。傾斜磁場コイル12及びＲＦコイル13にも、
中央に顕微鏡40が貫通する孔が設けられている。

【００２４】顕微鏡40は、一般に医療用に用いられる顕
微鏡と同様に対物レンズ41、光学系42、プリズム43、接
眼レンズ44が備えられ、さらに本発明においては、プリ
ズム43と接眼レンズ44との間にハーフミラー45が介挿さ
れている。対物レンズ41及び光学系42は、光軸が一致す
るように、磁場発生ユニット10の中心部を貫通する孔内
に固定されている。プリズム43は、対物レンズ41からの
光線を接眼レンズ44に導く光路変換手段である。

【００２５】ハーフミラー45は、プリズム43と接眼レン
ズ44との間の光路上に、光路に対し45度の角度で設置さ
れ、光路に直交して入射される光を、接眼レンズ44側へ
導く。ハーフミラー45の近傍には、図２に示すように、
顕微鏡の光路に対し直交する向きで、画像表示装置34の
表示面が設置されている。これにより、接眼レンズ44を
通して、画像表示装置34に表示されたＭＲ画像と対物レ
ンズ41からの光、即ち患者の手術部位の顕微鏡像を同時
に観察することができるようになっている。

【００２６】また顕微鏡40の焦点距離は、対物レンズ41
及び光学系42の位置関係を調整することにより調整可能
であり、この焦点距離と撮像するスライス位置が一致す
るようになっている。例えば、顕微鏡の光軸に直交する
面をスライス面とするとき、撮像中心を含むスライス面
を選択する傾斜磁場強度をデフォルトとし、そのスライ
ス位置が焦点距離となるように、顕微鏡の焦点距離の初
期位置を設定しておく。そして焦点位置の調整によって
焦点距離が変化すると、この変化に対応して傾斜磁場Ｇ
ｚの強度も変更する。

【００２７】この傾斜磁場強度の変更は、焦点距離を調
整する機構から焦点距離移動量を得て、この移動量を傾
斜磁場電源を駆動する画像処理装置33に入力することに
より行なうことができる。傾斜磁場強度の変更は、焦点
距離と完全に連動させてもよいが、段階的であってもよ
い。例えば焦点距離がスライス厚さの範囲で移動する場
合には、スライス傾斜磁場は変更せず、スライス厚さを
超える大きさの焦点距離移動があった場合に、スライス
傾斜磁場を変更するようにしてもよい。これにより、顕
微鏡で観察している部位を含む断面をＭＲ画像として表
示させることができる。なお、スライス面を決定する傾
斜磁場は、焦点距離に連動した変更のほかに、画像処理
装置33の入力装置35を介して任意に設定することが可能
である。

【００２８】次にこのような構成における顕微鏡付きＭ
ＲＩ装置を用いたマイクロサージェリー用手術台の具体
例を図３及び図４を参照して説明する。

【００２９】図３に示すように、手術室（シールドルー
ム）内に設置された手術台60の近傍に、顕微鏡40が固定
された磁場発生ユニット10を支持するための支持棒50が
設置されている。支持棒50は、床に固定された固定部51
と、固定部51にユニバーサルジョイント等で連結された
可動式の支持アーム52とを備え、磁場発生ユニット10は
支持アーム52の先端にユニバーサルジョイント等を介し
て固定されている。尚、図示していないが磁場発生ユニ
ット10を支持アーム52の長手方向にスライスさせる機構
を設けても良い。磁場発生ユニット10を構成する各コイ
ルを駆動系や画像処理系と接続するケーブル及び画像表
示装置34を画像処理装置33と接続するビデオケーブル
は、支持棒50内部の空間に収納されている。

【００３０】このような構成において、マイクロサージ
ェリーを進めるには、まず手術台に患者を寝かせた状態
で手術部位を切開し、該当部位が露出したならば、顕微
鏡付き磁場発生ユニット10を該当部位上部に移動し、顕
微鏡40の対物レンズ41を近づけて焦点を合わせる。この
際、焦点合わせのための光学系の調整に連動して、スラ
イス面が決まり、焦点位置を含むＭＲ画像の取得が可能
な状態となる。この状態で、顕微鏡像を見ながら手術を
進め、必要に応じて、ＭＲ撮像を行なう。撮像法は、特
に限定されないが、表示画像のリアルタイム性を高める
ためにＥＰＩ法、高速スピンエコー法などの高速撮像法
を採用することが好ましい。

【００３１】こうして撮像されたＭＲ画像は、リアルタ
イムで画像表示装置34に表示され、顕微鏡40のハーフミ
ラー45から接眼レンズ44を通して、見ることができる。
表示される画像の例を図５に示す。図５（a）は、顕微
鏡40の光軸に対し垂直なスライス面を撮像し、このＭＲ
画像Ａに重ねて顕微鏡象を観察可能にした例である。ま
た図５（ｂ）は、顕微鏡像Ｂの視野の周囲に或いは図５
（a）と同じＭＲ画像Ａの周囲に、観察部位（焦点距
離）を含む他の断面像Ｃや、スライスの深さ方向の異な
る画像Ｄなどを表示した例である。このようにＭＲ画像
の表示の仕方によって、手術の助けとなる任意のＭＲ画
像を撮像し表示させることができる。

【００３２】こうして術者は、手術部位から目を離すこ
となく、マイクロサージェリーによる術式を続けたま
ま、ＭＲ画像を参照して、手術を進めることができる。
また撮像中心が顕微鏡40の焦点と一致しているので、ま
さに手術の対象としている部位のＭＲ画像を得ることが
できる。

【００３３】また本実施形態の顕微鏡付きＭＲＩ装置で
は、撮像のための均一磁場を形成する静磁場発生手段
は、単独の磁場発生ユニットに収められているので、支
持棒50としては磁場発生ユニット10の重量に耐える程度
の機構であればよく、また支持アーム51による磁場発生
ユニット10の操作も容易に行なうことができる。

【００３４】以上、本発明の一実施形態を説明したが、
本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更
が可能である。例えば、画像表示装置34は、顕微鏡40の
ハーフミラー45に対し固定位置に設けられていても良い
が、ＭＲ画像と顕微鏡像の重畳観察とは別に、ＭＲ画像
のみの観察を可能にするために、画像表示装置34の表示
面を可動式としてもよい。

【００３５】また本発明において、ＭＲ画像と顕微鏡像
とを重畳観察可能にした構成のＭＲＩ装置は、静磁場発
生手段として、単独で撮影に必要な均一磁場空間を形成
する磁場発生ユニット10を備えたもののみならず、他の
静磁場発生手段と組み合わせて磁場空間を形成するよう
にしたＭＲＩ装置にも適用することが可能である。

【００３６】さらに上記実施形態では、画像診断装置と
してＭＲＩ装置を説明したが、電子スピン共鳴を利用し
て被検体を画像化する装置（ＥＳＲ装置）についても同
様に適用できる。ＥＳＲ装置は、ＭＲＩ装置に比べ、静
磁場強度が低くてもよいので容易に実現できる。またＥ
ＳＲは表面状態の描出に優れているので、マイクロサー
ジェリーの目的に応じてＭＲＩかＥＳＲを選択すること
が可能である。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、画像診断装置の磁場発
生手段である単一の磁場発生ユニットに顕微鏡を組み込
むとともに可動式にしたことにより、可動部の力学的負
担を最小限にして、操作性に優れ、マイクロサージェリ
ーに好適な顕微鏡付き画像診断装置を提供することがで
きる。また本発明によれば、顕微鏡付き画像診断装置の
顕微鏡の光路上に、画像診断装置の画像表示部からの光
を導入する手段を設けたことにより、画像診断装置によ
る画像と顕微鏡像を重畳或いは並列して同時に観察する
ことができる。これにより手術時間の延長を伴うことな
く、画像診断装置の情報を有効に利用したマイクロサー
ジェリーが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の顕微鏡付きＭＲＩ装置の一実施形態を
示す全体構成図。

【図２】本発明の顕微鏡付きＭＲＩ装置の一実施形態の
要部を示す図。

【図３】本発明の顕微鏡付きＭＲＩ装置の手術室におけ
る設置状態を示す図。

【図４】本発明の顕微鏡付きＭＲＩ装置を用いたマイク
ロサージェリーを説明する図。

【図５】本発明の顕微鏡付きＭＲＩ装置において観察さ
れる像を例示した図。

【図６】従来のＭＲＩ装置の静磁場磁石の構造を示す
図。

【符号の説明】

10・・・磁場発生ユニット 11・・・静磁場発生磁石 12・・・傾斜磁場コイル 13・・・ＲＦコイル 20・・・駆動系 30・・・画像処理系 34・・・画像表示装置 40・・・顕微鏡 41・・・対物レンズ 42・・・光学系 44・・・接眼レンズ 45・・・ハーフミラー 50・・・支持棒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H052 AB26 AD04 AD06 AF01 AF14 AF22 4C096 AA18 AA20 AB41 AB50 AC01 AD19 AD23 BA41 BA42 CA05 CA16 CA23 CA33 CA43 DB13 DB20 DC18 DD20 FC20

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静磁場発生磁石、傾斜磁場コイル及びＲ
   Ｆコイルを有し、撮影に必要な均一磁場空間を形成する
   単一の磁場発生ユニットと、前記各コイルを駆動する駆
   動系と、前記ＲＦコイルが検出した信号を用いて画像を
   再構成、表示する画像処理系と、前記磁場発生ユニット
   を移動可能に支持する支持部とを備えた画像診断装置で
   あって、前記磁場発生ユニットは、その中心部を貫通し
   て、顕微鏡を構成する光学ユニットが設けられているこ
   とを特徴とする顕微鏡付き画像診断装置。
2. 【請求項２】 前記顕微鏡は、対物レンズ、光学系及び
   接眼レンズを備え、前記光学系と接眼レンズとの間に、
   前記画像処理系において表示された画像を接眼レンズに
   導入する手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載
   の顕微鏡付き画像診断装置。
3. 【請求項３】 静磁場発生磁石、傾斜磁場コイル及びＲ
   Ｆコイルを備えた磁場発生ユニットと、前記各コイルを
   駆動する駆動系と、前記ＲＦコイルが検出した信号を用
   いて画像を再構成、表示する画像処理系と、前記磁場発
   生ユニットを移動可能に支持する支持部とを備えた画像
   診断装置であって、前記磁場発生ユニットは、その中心
   部を貫通して、顕微鏡を構成する光学ユニットが設けら
   れ、前記顕微鏡は前記画像処理系において表示された画
   像を接眼レンズに導入する手段を有することを特徴とす
   る顕微鏡付き画像診断装置。
4. 【請求項４】 被検体の撮像断面を決定するための傾斜
   磁場強度は、前記顕微鏡の焦点距離と関連して設定され
   ることを特徴とする請求項１〜３いずれか1項記載の顕
   微鏡付き画像診断装置。