JPH09122096A - Ｍｒｉ装置における被検体挿入器具先端検出方法及びその方法の実施に使用するｍｒｉ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＭＲＩ装置における被検体挿入器具先端検出
方法において、被検体の外部から診断部位へ挿入した生
検器具の先端部を画像化することなく該先端部の位置を
検出することを可能とする。 【解決手段】 被検体の外部から診断部位へ挿入した生
検器具を含む関心領域について高周波信号の照射と傾斜
磁場の印加を同時に行って該関心領域を選択励起し、上
記生検器具の先端部の移動方向に沿って傾斜磁場を印加
してエコーを発生させ、受信したエコーをフーリエ変換
によって投影信号に変換し、この投影信号の位相分布を
求めて、上記傾斜磁場印加中の生検器具先端部の移動に
よって引き起こされる位相変化の位置及び位相の大きさ
から上記先端部の位置及び速度を求めるものである。こ
れにより、上記生検器具の先端部を画像化することなく
該先端部の位置を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体の生体組織
に生起される核磁気共鳴（以下「ＮＭＲ」と略記する）
現象を利用して診断部位の断層像を得るＭＲＩ装置にお
いて上記被検体の外部から診断部位へ挿入した生検器具
の先端部の位置を検出する被検体挿入器具先端検出方法
に関し、特に上記生検器具の先端部を画像化することな
く該先端部の位置を検出することができる被検体挿入器
具先端検出方法及びその方法の実施に使用するＭＲＩ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＭＲＩ装置においても、単に被検
体の診断部位の断層像を計測して画像診断を行うだけで
なく、生検針やカテーテルなどの生検器具を診断部位へ
直接挿入して各種の治療を行うインターベンショナル・
ラジオロジー（一般に「ＩＶＲ」と略称される）と呼ば
れる治療法が行われるようになってきた。このようなＩ
ＶＲ手技では、計測したＭＲＩ画像において目的の患部
を見つけ、この目的の患部に対して早くカテーテルなど
の生検器具を挿入する必要があるが、そのためには上記
生検器具の先端部の位置を検出して患部へ誘導する必要
がある。これに関し、従来のＭＲＩ装置における被検体
挿入器具先端検出方法は、被検体内に挿入された生検器
具を画像化してその画像上で先端の位置を検出すること
が考えられる。しかし、これでは生検器具の画像化があ
まり早くなく、実用化は難しい。これに対し、“MAGNET
IC RESONANCE IN MEDICINE 10”(1989)のP.227〜240に
掲載の論文“Snapshot Imaging at 0.5T Using Echo-Pl
anar Techniques”で述べられているように、１枚の画
像を100ms以下で計測することが可能なＥＰＩ法が提案
されている。このようなＥＰＩ法による高速計測によれ
ば、上記生検器具の先端部を患部へ誘導するための実時
間モニタリングが可能であると考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のＥＰＩ
法で１枚の画像を100ms以下で高速計測を実現するため
には、ＭＲＩ装置において高い傾斜磁場強度及び速い磁
場立上り時間等を達成するための特別なハードウェアを
必要とし、装置が大形化すると共にコスト高となるもの
であった。また、上記のように計測時間を大幅に短縮す
ると、得られる診断部位の断層像の解像度及びＳ／Ｎな
どを犠牲にすることがあり、画質が劣化するものであっ
た。

【０００４】そこで、本発明は、このような問題点に対
処し、被検体の外部から診断部位へ挿入した生検器具の
先端部を画像化することなく該先端部の位置を検出する
ことができる被検体挿入器具先端検出方法及びその方法
の実施に使用するＭＲＩ装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるＭＲＩ装置における被検体挿入器具先
端検出方法は、被検体に静磁場を与える静磁場発生手段
と、該被検体に傾斜磁場を与える傾斜磁場発生手段と、
この傾斜磁場発生手段を駆動する傾斜磁場電源と、上記
被検体の診断部位に対して高周波信号を照射すると共に
該被検体の生体組織の核磁気共鳴により放出される高周
波信号を受信するプローブと、このプローブを駆動して
上記高周波信号の照射及び受信を行う高周波送受信部
と、上記傾斜磁場電源及び高周波送受信部の制御を撮像
時のパルスシーケンスに従って行うと共に上記プローブ
で受信した高周波信号を用いて画像再構成演算を行う計
算機と、この計算機で生成された画像信号を入力して断
層像として表示する表示器とを有して成るＭＲＩ装置に
おいて、上記被検体の外部から診断部位へ挿入した生検
器具を含む関心領域について高周波信号の照射と傾斜磁
場の印加を同時に行って該関心領域を選択励起し、上記
生検器具の先端部の移動方向に沿って傾斜磁場を印加し
てエコーを発生させ、受信したエコーをフーリエ変換に
よって投影信号に変換し、この投影信号の位相分布を求
めて、上記傾斜磁場印加中の生検器具先端部の移動によ
って引き起こされる位相変化の位置及び位相の大きさか
ら上記先端部の位置及び速度を求めるものである。

【０００６】また、上記被検体の外部から診断部位へ挿
入した生検器具を含む関心領域について高周波信号の照
射と傾斜磁場の印加を同時に行って該関心領域を選択励
起し、上記生検器具の先端部の移動方向に沿って傾斜磁
場を印加して第一のエコーを発生させ、その後再度上記
関心領域を選択励起し、上記第一のエコーを発生させる
ために印加したのと同一方向に傾斜磁場を印加して第二
のエコーを発生させ、受信したそれぞれのエコーをフー
リエ変換によって投影信号に変換し、この投影信号の位
相分布を求めて、第一のエコーより得られた位相分布と
第二のエコーより得られた位相分布との差分をとること
により背景雑音を除去し、上記傾斜磁場印加中の生検器
具先端部の移動によって引き起こされる位相の変化を強
調してその位相変化の位置及び位相の大きさから上記先
端部の位置及び速度を求めるようにしてもよい。

【０００７】さらに、上記被検体の外部から診断部位へ
挿入した生検器具を含む関心領域について高周波信号の
照射と傾斜磁場の印加を同時に行って該関心領域を選択
励起し、上記生検器具の移動する先端部を含む面の一方
向に沿って傾斜磁場を印加して第一のエコーを発生さ
せ、その後再度上記関心領域を選択励起し、上記第一の
エコーを発生させるために印加したのと直交し上記生検
器具先端部の移動する面の他の一方向に沿って傾斜磁場
を印加して第二のエコーを発生させ、受信したそれぞれ
のエコーをフーリエ変換によって投影信号に変換し、こ
の投影信号の位相分布を求めて、第一のエコーより得ら
れた位相分布と第二のエコーより得られた位相分布とか
ら二次元的に上記先端部の位置及び速度を求めるように
してもよい。

【０００８】さらにまた、上記被検体の外部から診断部
位へ挿入した生検器具を含む関心領域について高周波信
号の照射と傾斜磁場の印加を同時に行って該関心領域を
選択励起し、上記生検器具の移動する先端部を含む体積
の一方向に沿って傾斜磁場を印加して第一のエコーを発
生させ、その後再度上記関心領域を選択励起し、上記第
一のエコーを発生させるために印加したのと直交し上記
生検器具先端部の移動する体積の他の一方向に沿って傾
斜磁場を印加して第二のエコーを発生させ、さらにその
後再度上記関心領域を選択励起し、上記第一及び第二の
エコーを発生させるために印加したいずれとも直交し上
記生検器具先端部の移動する体積の更に他の一方向に沿
って傾斜磁場を印加して第三のエコーを発生させ、受信
したそれぞれのエコーをフーリエ変換によって投影信号
に変換し、この投影信号の位相分布を求めて、第一のエ
コーより求めた第一の位相分布と、第二のエコーより求
め上記第一の位相分布と直交する方向の第二の位相分布
と、第三のエコーより求め上記第一及び第二のいずれの
位相分布とも直交する方向の第三の位相分布とから、三
次元的に上記先端部の位置及び速度を求めるようにして
もよい。

【０００９】なお、上記いずれの手段においても、上記
生検器具は、非磁性物質から成り、かつその先端部に
は、磁場空間中で高周波信号の照射によって核磁気共鳴
を生じる物質が内蔵されている。

【００１０】また、上記被検体挿入器具先端検出方法の
関連発明としてのＭＲＩ装置は、被検体に静磁場を与え
る静磁場発生手段と、該被検体に傾斜磁場を与える傾斜
磁場発生手段と、この傾斜磁場発生手段を駆動する傾斜
磁場電源と、上記被検体の診断部位に対して高周波信号
を照射すると共に該被検体の生体組織の核磁気共鳴によ
り放出される高周波信号を受信するプローブと、このプ
ローブを駆動して上記高周波信号の照射及び受信を行う
高周波送受信部と、上記傾斜磁場電源及び高周波送受信
部の制御を撮像時のパルスシーケンスに従って行うと共
に上記プローブで受信した高周波信号を用いて画像再構
成演算を行う計算機と、この計算機で生成された画像信
号を入力して断層像として表示する表示器とを有して成
るＭＲＩ装置において、上記表示器には、上記被検体の
外部から診断部位へ挿入した生検器具を含む関心領域に
ついて予め計測した断層像を表示すると共に、前記請求
項１〜５のいずれかに記載の被検体挿入器具先端検出方
法で求められた生検器具の先端部の位置の情報を上記断
層像に重ね合わせて表示するようにしたものである。

【００１１】さらに、同じく関連発明としての他のＭＲ
Ｉ装置は、上記の手段と同様のＭＲＩ装置において、傾
斜磁場電源及び高周波送受信部の制御を撮像時のパルス
シーケンスに従って行うと共にプローブで受信した高周
波信号を用いて画像再構成演算を行う計算機に、被検体
の外部から診断部位へ挿入する生検器具を誘導する生検
器具挿入誘導機構を接続し、この生検器具挿入誘導機構
へ前述の各手段のいずれかに記載の被検体挿入器具先端
検出方法で求められた生検器具の先端部の位置及び速度
の情報を送ると共に、該生検器具の先端部の目標位置と
の間でフィードバック制御を行い、上記生検器具を目標
位置まで自動的に誘導するようにしたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による被
検体挿入器具先端検出方法の実施に使用するＭＲＩ装置
を示すブロック図である。このＭＲＩ装置は、被検体の
生体組織に生起される核磁気共鳴（以下「ＮＭＲ」と略
記する）現象を利用して診断部位の断層像を得るもの
で、図１に示すように、静磁場発生手段１と、傾斜磁場
発生手段２と、傾斜磁場電源３と、プローブ４と、高周
波送受信部５と、計算機６と、表示器７とを有して成
る。

【００１３】上記静磁場発生手段１は、テーブル８上に
寝載された被検体９の周りにその体軸方向と直交する方
向に均一な静磁場を発生させるもので、上記被検体９を
寝載するテーブル８の周りのある広がりをもった空間に
配置され、例えば永久磁石又は磁界発生コイルから成
る。傾斜磁場発生手段２は、上記被検体９にＸ，Ｙ，Ｚ
の三軸方向の傾斜磁場Ｇx，Ｇy，Ｇzを与えるもので、
Ｘ，Ｙ，Ｚの三軸方向に巻かれた傾斜磁場コイルから成
り、上記テーブル８の周りのある広がりをもった空間に
配置されている。傾斜磁場電源３は、上記傾斜磁場発生
手段２を駆動するもので、上記三軸方向に巻かれた傾斜
磁場コイルを駆動するようになっている。

【００１４】プローブ４は、上記被検体９の診断部位に
対して高周波信号を照射すると共に該被検体９の生体組
織のＮＭＲ現象により放出される高周波信号を受信する
もので、内部に照射コイルと受信コイルとを備えてい
る。高周波送受信部５は、上記プローブ４を駆動して被
検体９に対して高周波信号の照射及び受信を行うもので
ある。また、計算機６は、上記傾斜磁場電源３及び高周
波送受信部５の制御を撮像時のパルスシーケンスに従っ
て行うと共に上記プローブ４で受信した高周波信号を用
いて画像再構成演算を行うもので、例えばＣＰＵ（中央
処理装置）から成る。さらに、表示器７は、上記計算機
６で生成された画像信号を入力して断層像として表示す
るもので、例えばＣＲＴから成る。

【００１５】次に、このようなＭＲＩ装置を使用して実
施する被検体挿入器具先端検出方法について説明する。
図２は、被検体挿入器具先端検出方法の第一の実施形態
におけるパルスシーケンスを示すタイミング線図であ
る。この実施形態は、被検体の外部から診断部位へ挿入
した生検器具を含む関心領域について高周波信号の照射
と傾斜磁場の印加を同時に行って該関心領域を選択励起
し、上記生検器具の先端部の移動方向に沿って傾斜磁場
を印加してエコーを発生させ、受信したエコーをフーリ
エ変換によって投影信号に変換し、この投影信号の位相
分布を求めて、上記傾斜磁場印加中の生検器具先端部の
移動によって引き起こされる位相変化の位置及び位相の
大きさから上記先端部の位置及び速度を求めるものであ
る。

【００１６】いま、図３において、被検体の外部から診
断部位へ挿入した生検器具を含む関心領域を符号１０で
示すと、この関心領域１０内に生検針やカテーテルなど
の生検器具１１が入っており、その先端部１２が上記関
心領域１０の面内をＸ方向に沿って速度ｖで移動してい
るものとする。なお、上記生検器具１１は、非磁性物質
から成り、かつその先端部１２には、磁場空間中で高周
波信号の照射によってＮＭＲ現象を生じる物質、例えば
水素、炭素等を含む物質が内蔵されている。このような
状態で、図２に示すように、時刻ｔ₀において図２
（ｂ）に示す高周波信号（ＲＦ）１３と、図２（ｃ）に
示すＺ方向に磁場強度が変化する傾斜磁場(Ｇz）１４と
を同時に印加して、上記関心領域１０の断面を選択励起
する。このとき、上記生検器具１１の先端部は、符号１
２の位置にある。次に、図２（ｄ）に示すＸ方向に磁場
強度が変化する傾斜磁場（Ｇx）１５を時間Ｔだけ印加
し、さらにこの傾斜磁場１５の振幅の極性を反転させて
時間２Ｔだけ印加する。このとき、上記Ｘ方向の傾斜磁
場１５を印加してから時間２Ｔ後の時刻ｔ₁において、
この傾斜磁場１５の振幅の時間積分値が“０”となるの
で、図２（ｅ）に示すようにエコー１６が発生する。こ
のエコー１６は図１に示すプローブ４を介して高周波送
受信部５でサンプリングされ、計算機６に格納される。

【００１７】ここで、図２（ａ）に示す時刻ｔ₀からｔ₁
の間に、図３において生検器具１１の先端部が符号１２
の位置から１２′の位置に移動したとすると、上記先端
部１２に内蔵された物質の磁気スピンの位相は、図２
（ｄ）に示すＸ方向の傾斜磁場１５の印加を受けること
により、その移動速度ｖに比例した大きさで回転する。
その大きさは、γを磁気回転比とし、Ｇを傾斜磁場の振
幅とし、θを位相の大きさとすると、式（１）によって
表される。 この式（１）により、図３に示す生検器具１１の先端部
１２の移動は磁気スピンの位相変化に置き換えることが
可能であり、図２（ｅ）に示すように得られたエコー１
６の位相を調べることにより、上記生検器具１１の先端
部１２の位置及び速度を検出することができる。

【００１８】次に、上記計算機６に格納されたエコー１
６をＸ方向に沿ってフーリエ変換し、その実部の値と虚
部の値とを用いて図３下部のグラフに示すように位相分
布を求める。これはＸ方向に沿ったフーリエ変換の結果
であるから、Ｙ方向への投影を表している。生検器具１
１の先端部は、図２（ａ）に示す時刻ｔ₀からｔ₁の間に
符号１２の位置から１２′の位置まで移動し、上述のよ
うにＸ方向の傾斜磁場１５の印加を受けることにより先
端部１２内の物質の磁気スピンの位相が回転するので、
図３下部のグラフで符号１７を付して示すように位相の
変化する場所が見い出される。この場合、関心領域１０
の断面内の生体組織又は物質は総て静止しており、生検
器具１１だけが移動して位相変化を引き起こしていると
仮定している。従って、図３下部のグラフにおいて符号
１７を付して示す位置は生検器具１１の先端部１２′の
位置を示していることがわかる。さらに、前述の式
（１）においてＴ＝ｔ₁として演算することにより、時
刻ｔ₁における生検器具１１の先端部１２の速度ｖが求
まる。なお、図３下部のグラフにおいて、符号１８を付
した部分は、関心領域１０の断面内の生体組織又は物質
による位相分布を示しており、これは背景雑音である。

【００１９】このように、図３に示すように、２次元平
面としての関心領域１０内を一次元的に移動する生検器
具１１の先端部１２の位置は、必ずしも二次元画像を得
ることなく、図２（ｅ）に示すようにただ１個のエコー
１６を計測するだけで知ることができる。従って、被検
体内に挿入した生検器具１１の位置検出のための時間分
解能が向上し、以上の計測を短時間で繰り返すことによ
り、時々刻々変化する生検器具１１の先端部１２の位置
を実時間でモニタすることが可能となる。

【００２０】図４は、被検体挿入器具先端検出方法の第
二の実施形態におけるパルスシーケンスを示すタイミン
グ線図である。この実施形態は、上記被検体の外部から
診断部位へ挿入した生検器具を含む関心領域について高
周波信号の照射と傾斜磁場の印加を同時に行って該関心
領域を選択励起し、上記生検器具の先端部の移動方向に
沿って傾斜磁場を印加して第一のエコーを発生させ、そ
の後再度上記関心領域を選択励起し、上記第一のエコー
を発生させるために印加したのと同一方向に傾斜磁場を
印加して第二のエコーを発生させ、受信したそれぞれの
エコーをフーリエ変換によって投影信号に変換し、この
投影信号の位相分布を求めて、第一のエコーより得られ
た位相分布と第二のエコーより得られた位相分布との差
分をとることにより背景雑音を除去し、上記傾斜磁場印
加中の生検器具先端部の移動によって引き起こされる位
相の変化を強調してその位相変化の位置及び位相の大き
さから上記先端部の位置及び速度を求めるものである。
そして、この実施形態は、図２及び図３に示す第一の実
施形態と異なり、関心領域１０の断面に血流などの磁気
スピンの位相の回転を生じさせる要素を含み、生検器具
１１の先端部１２の識別が困難な場合に適用するもので
ある。

【００２１】いま、図５において、被検体の外部から診
断部位へ挿入した生検器具を含む関心領域を符号１０で
示すと、この関心領域１０内に生検針やカテーテルなど
の生検器具１１が入っており、その先端部１２が上記関
心領域１０の面内をＸ方向に沿って速度ｖで移動してい
るものとする。このような状態で、図４に示すように、
時刻ｔ₀において図４（ｂ）に示す高周波信号（ＲＦ）
１３と、図４（ｃ）に示すＺ方向に磁場強度が変化する
傾斜磁場（Ｇz）１４とを同時に印加して、上記関心領
域１０の断面を選択励起する。次に、図４（ｄ）に示す
Ｘ方向に磁場強度が変化する傾斜磁場（Ｇx）１５を時
間Ｔだけ印加し、さらにこの傾斜磁場１５の振幅の極性
を反転させて時間２Ｔだけ印加する。このとき、上記Ｘ
方向の傾斜磁場１５を印加してから時間２Ｔ後の時刻ｔ
₁において、この傾斜磁場１５の振幅の時間積分値が
“０”となるので、図４（ｅ）に示すようにエコー１６
が発生する。このエコー１６は図１に示すプローブ４を
介して高周波送受信部５でサンプリングされ、計算機６
に格納される。このとき、上記生検器具１１の先端部
は、図５（ａ）に示す符号１２の位置にある。

【００２２】次に、時刻ｔ₂において図４（ｂ）に示す
高周波信号（ＲＦ）１９と、図４（ｃ）に示すＺ方向に
磁場強度が変化する傾斜磁場（Ｇz）２０とを同時に印
加して、上記関心領域１０の断面を再び選択励起する。
次に、図４（ｄ）に示すＸ方向に磁場強度が変化する傾
斜磁場（Ｇx）２１を時間Ｔだけ印加し、さらにこの傾
斜磁場２１の振幅の極性を反転させて時間２Ｔだけ印加
する。このとき、上記Ｘ方向の傾斜磁場２１を印加して
から時間２Ｔ後の時刻ｔ₃において、この傾斜磁場２１
の振幅の時間積分値が“０”となるので、図４（ｅ）に
示すようにエコー２２が発生する。このエコー２２は図
１に示すプローブ４を介して高周波送受信部５でサンプ
リングされ、計算機６に格納される。このとき、上記生
検器具１１の先端部は、図５（ｂ）に示すように符号１
２の位置から１２′の位置に移動している。

【００２３】次に、前記計算機６に格納された時刻ｔ₁
におけるエコー１６をＸ方向に沿ってフーリエ変換し、
その実部の値と虚部の値とを用いて図５（ａ）下部のグ
ラフに示すように位相分布を求める。同様にして、上記
計算機６に格納された時刻ｔ₃におけるエコー２２をＸ
方向に沿ってフーリエ変換し、その実部の値と虚部の値
とを用いて図５（ｂ）下部のグラフに示すように位相分
布を求める。ここで、図５（ａ）において符号２３を付
した部分は、時刻ｔ₁での位相変化部分を示しており、
図５（ｂ）において符号２４を付した部分は、時刻ｔ₃
での位相変化部分を示している。なお、図５（ａ）及び
（ｂ）において符号１８を付した部分は、それぞれ背景
雑音を示している。上記の時刻ｔ₁からｔ₃の間は短時間
であるので、その間は背景雑音１８，１８は定常的であ
ると考えることができ、図５（ａ）下部のグラフに示す
位相分布と図５（ｂ）下部のグラフに示す位相分布との
差分をとることにより、上記背景雑音１８，１８は除去
され、時刻ｔ₁での位相変化部分２３と時刻ｔ₃での位相
変化部分２４だけが強調される。

【００２４】図５（ａ）において位相変化部分２３は、
時刻ｔ₁での生検器具１１の先端部１２の位置を示して
おり、図５（ｂ）において位相変化部分２４は、時刻ｔ
₃での生検器具１１の先端部１２′の位置を示してい
る。従って、前述の位相分布の差分をとることにより、
時々刻々変化する生検器具１１の先端部１２の位置変化
を求めることができ、実時間でモニタすることが可能と
なる。また、その生検器具１１の先端部１２の位置変化
量から、該先端部１２の速度が求まる。

【００２５】図６は、被検体挿入器具先端検出方法の第
三の実施形態におけるパルスシーケンスを示すタイミン
グ線図である。この実施形態は、上記被検体の外部から
診断部位へ挿入した生検器具を含む関心領域について高
周波信号の照射と傾斜磁場の印加を同時に行って該関心
領域を選択励起し、上記生検器具の移動する先端部を含
む面の一方向に沿って傾斜磁場を印加して第一のエコー
を発生させ、その後再度上記関心領域を選択励起し、上
記第一のエコーを発生させるために印加したのと直交し
上記生検器具先端部の移動する面の他の一方向に沿って
傾斜磁場を印加して第二のエコーを発生させ、受信した
それぞれのエコーをフーリエ変換によって投影信号に変
換し、この投影信号の位相分布を求めて、第一のエコー
より得られた位相分布と第二のエコーより得られた位相
分布とから二次元的に上記先端部の位置及び速度を求め
るものである。そして、この実施形態は、前述の第一の
実施形態及び第二の実施形態と異なり、生検器具１１が
二次元平面内を例えばＸ，Ｙ方向に二次元的に移動する
場合に適用するものである。

【００２６】いま、図７において、被検体の外部から診
断部位へ挿入した生検器具を含む関心領域を符号１０で
示すと、この関心領域１０内に生検針やカテーテルなど
の生検器具１１が入っており、その先端部１２が上記関
心領域１０の面内をＸ方向に沿って速度ｖxで、Ｙ方向
に沿って速度ｖyで移動しているものとする。このよう
な状態で、図６に示すように、時刻ｔ₀において図６
（ｂ）に示す高周波信号（ＲＦ）１３と、図６（ｃ）に
示すＺ方向に磁場強度が変化する傾斜磁場（Ｇz）１４
とを同時に印加して、上記関心領域１０の断面を選択励
起する。次に、図６（ｄ）に示すＸ方向に磁場強度が変
化する傾斜磁場（Ｇx）１５を時間Ｔだけ印加し、さら
にこの傾斜磁場１５の振幅の極性を反転させて時間２Ｔ
だけ印加する。このとき、上記Ｘ方向の傾斜磁場１５を
印加してから時間２Ｔ後の時刻ｔ₁において、この傾斜
磁場１５の振幅の時間積分値が“０”となるので、図６
（ｆ）に示すようにエコー１６が発生する。このエコー
１６は図１に示すプローブ４を介して高周波送受信部５
でサンプリングされ、計算機６に格納される。このと
き、上記生検器具１１の先端部は、図７に示す符号１２
の位置にある。

【００２７】次に、時刻ｔ₂において図６（ｂ）に示す
高周波信号（ＲＦ）１９と、図６（ｃ）に示すＺ方向に
磁場強度が変化する傾斜磁場（Ｇz）２０とを同時に印
加して、上記関心領域１０の断面を再び選択励起する。
次に、図６（ｅ）に示すＹ方向に磁場強度が変化する傾
斜磁場（Ｇy）２５を時間Ｔだけ印加し、さらにこの傾
斜磁場２５の振幅の極性を反転させて時間２Ｔだけ印加
する。このとき、上記Ｙ方向の傾斜磁場２５を印加して
から時間２Ｔ後の時刻ｔ₃において、この傾斜磁場２５
の振幅の時間積分値が“０”となるので、図６（ｆ）に
示すようにエコー２６が発生する。このエコー２６は図
１に示すプローブ４を介して高周波送受信部５でサンプ
リングされ、計算機６に格納される。このとき、上記生
検器具１１の先端部は、図７に示すように符号１２の位
置から１２′の位置に移動している。

【００２８】次に、前記計算機６に格納された時刻ｔ₁
におけるエコー１６をＸ方向に沿ってフーリエ変換し、
その実部の値と虚部の値とを用いて図７下部のＸ方向の
グラフに示すように位相分布を求める。同様にして、上
記計算機６に格納された時刻ｔ₃におけるエコー２６を
Ｙ方向に沿ってフーリエ変換し、その実部の値と虚部の
値とを用いて図７左側部のＹ方向のグラフに示すように
位相分布を求める。ここで、図７において、符号２７を
付した位相変化部分は、時刻ｔ₁における生検器具１１
の先端部１２の位置ｘと速度ｖxとを示し、符号２８を
付した位相変化部分は、時刻ｔ₃における生検器具１１
の先端部１２′の位置ｙと速度ｖyとを示している。な
お、図７の二つのグラフにおいて符号１８を付した部分
は、それぞれの位相分布における背景雑音を示してい
る。

【００２９】上記の時刻ｔ₁からｔ₃の間は短時間である
ので、その間は背景雑音１８，１８は定常的であり、且
つ生検器具１１は等速度で移動していると考えることが
できるので、時刻ｔ₁及びｔ₃のそれぞれにおける位置と
速度は、以下の式によって得られる。すなわち、時刻ｔ
₁においては、 となり、時刻ｔ₃においては、 となる。このように、二次元的に移動する生検器具１１
の先端部１２の位置は、わざわざ二次元画像を計測する
ことなく、直交する二方向の位相分布を求めるだけで知
ることができる。

【００３０】上述の図６及び図７で説明した第三の実施
形態は、生検器具１１が二次元平面内を例えばＸ，Ｙ方
向に二次元的に移動する場合に、その先端部１２の位置
及び速度を求めるものであるが、この考え方を三次元に
拡張すれば、上記生検器具１１が例えばＸ，Ｙ，Ｚ方向
に三次元的に移動する場合に、その先端部１２の位置及
び速度を求めることができる。すなわち、上記被検体の
外部から診断部位へ挿入した生検器具を含む関心領域に
ついて高周波信号の照射と傾斜磁場の印加を同時に行っ
て該関心領域を選択励起し、上記生検器具の移動する先
端部を含む体積の一方向に沿って傾斜磁場を印加して第
一のエコーを発生させ、その後再度上記関心領域を選択
励起し、上記第一のエコーを発生させるために印加した
のと直交し上記生検器具先端部の移動する体積の他の一
方向に沿って傾斜磁場を印加して第二のエコーを発生さ
せ、さらにその後再度上記関心領域を選択励起し、上記
第一及び第二のエコーを発生させるために印加したいず
れとも直交し上記生検器具先端部の移動する体積の更に
他の一方向に沿って傾斜磁場を印加して第三のエコーを
発生させ、受信したそれぞれのエコーをフーリエ変換に
よって投影信号に変換し、この投影信号の位相分布を求
めて、第一のエコーより求めた第一の位相分布と、第二
のエコーより求め上記第一の位相分布と直交する方向の
第二の位相分布と、第三のエコーより求め上記第一及び
第二のいずれの位相分布とも直交する方向の第三の位相
分布とから、三次元的に上記先端部の位置及び速度を求
めるようにすればよい。

【００３１】図８は、被検体挿入器具先端検出方法の第
四の実施形態におけるパルスシーケンスを示すタイミン
グ線図である。前述の図２〜図７の実施形態において
は、生検器具１１の先端部１２に内蔵された高周波信号
の照射によってＮＭＲ現象を生じる物質による位相変化
から上記先端部１２の位置を検出する場合を示したが、
この第四の実施形態は、生検器具１１そのものと被検体
の生体組織との間の境界部分に生じる磁化率の差異によ
って引き起こされる位相変化から、生検器具１１の先端
部１２の位置を検出するものである。

【００３２】いま、図９において、被検体の外部から診
断部位へ挿入した生検器具を含む関心領域を符号１０で
示すと、この関心領域１０内に生検針やカテーテルなど
の生検器具１１が入っており、その先端部１２が上記関
心領域１０の面内をＸ方向に沿って速度ｖで移動してい
るものとする。このような状態で、図８に示すように、
時刻ｔ₀において図８（ｂ）に示す高周波信号（ＲＦ）
１３と、図８（ｃ）に示すＺ方向に磁場強度が変化する
傾斜磁場（Ｇz）１４とを同時に印加して、上記関心領
域１０の断面を選択励起する。次に、図８（ｄ）に示す
Ｘ方向に磁場強度が変化する傾斜磁場（Ｇx）１５を時
間Ｔだけ印加し、さらにこの傾斜磁場１５の振幅の極性
を反転させて時間２Ｔだけ印加する。このとき、上記Ｘ
方向の傾斜磁場１５を印加してから時間２Ｔ後の時刻ｔ
₁において、この傾斜磁場１５の振幅の時間積分値が
“０”となるので、図８（ｅ）に示すようにエコー１６
が発生する。このエコー１６は図１に示すプローブ４を
介して高周波送受信部５でサンプリングされ、計算機６
に格納される。

【００３３】次に、上記計算機６に格納された時刻ｔ₁
におけるエコー１６をＸ方向に沿ってフーリエ変換し、
その実部の値と虚部の値とを用いて図９下部のグラフに
示すように位相分布を求める。ここで、“Radiology”
(May 1990）のP.561〜565に掲載の論文“Evaluation of
the Susceptibility Effect on the Phase Images ofa
Simple Gradient Echo”で述べられているように、磁
化率の異なる物質の境界においてはその磁化率の差異が
位相変化をもたらすことが知られている。従って、この
実施形態において、Ｘ方向に配置された生検器具１１を
含む断面（１０）のＸ方向に沿った位相分布では、図９
に示すように、生検器具１１の先端部１２を境界として
符号２９を付した部分と符号３０を付した部分とに示す
ような位相段差のある位置が、求める生検器具１１の先
端部１２の位置を示すことがわかる。なお、この実施形
態は、前述の図２〜図７の実施形態で説明した方法及び
三次元計測の方法がそれぞれ適用可能である。

【００３４】以上のように構成されたそれぞれの実施形
態による被検体挿入器具先端検出方法の実施に使用する
ＭＲＩ装置は、前述の図１に示すように構成されてい
る。そして、このＭＲＩ装置においては、その表示器７
に、被検体９の外部から診断部位へ挿入した生検器具１
１を含む関心領域１０について予め計測した断層像を表
示すると共に、前述のいずれかの実施形態による被検体
挿入器具先端検出方法で求められた生検器具１１の先端
部１２の位置情報を上記断層像に重ね合わせて表示する
ようになっている。すなわち、図１０に示すように、表
示器７の画面には、関心領域１０について計測した断層
像３１が表示されると共に、検出した生検器具１１の先
端部１２の位置情報３２が上記断層像３１に重ね合わせ
て表示される。これにより、被検体９の外部から診断部
位へ挿入した生検器具１１の先端部１２の位置と、診断
部位の生体組織との関係を明確に知ることができる。

【００３５】図１２は、本発明によるＭＲＩ装置の他の
実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図
１に示す計算機６に対し生検器具挿入誘導機構３３を接
続したものである。この生検器具挿入誘導機構３３は、
被検体９の外部から内部の診断部位へ挿入する生検針や
カテーテルなどの生検器具１１を自動誘導するもので、
その内部構成は、図１１（ａ）に示すように、生検器具
１１の目標位置ｒ₀及び目標速度ｖ₀を入力すると共に現
在位置ｒ及び現在速度ｖを入力してフィードバック制御
する制御装置３４と、この制御装置３４のフィードバッ
ク制御により出力される制御信号を入力して上記生検器
具１１を挿入駆動する駆動機構３５とから成る。そし
て、上記制御装置３４へ入力する現在の情報（ｒ，ｖ）
の信号としては、前述のいずれかの実施形態による被検
体挿入器具先端検出方法で求められた生検器具１１の先
端部１２の現在位置及び速度の情報を送ればよい。これ
により、生検器具挿入誘導機構３３の全体としては、予
め設定された生検器具１１の先端部１２の目標とする情
報（ｒ₀，ｖ₀）との間でフィードバック制御を行い、上
記生検器具１１を目標位置まで自動的に誘導するように
なっている。

【００３６】上記生検器具１１の挿入のフィードバック
制御における画像表示は、図１１(ｂ）に示すように、
被検体９の診断部位の関心領域１０について予め計測し
た断層像を表示すると共に、この断層像３１に対し生検
器具１１の先端部１２の目標位置３６及び時々刻々検出
する現在位置３７を表示する。そして、上述のフィード
バック制御により、目標位置３６に対して現在位置３７
が順次接近して行き、一致したところで生検器具１１の
挿入誘導が停止する。なお、図１１（ｂ）においては生
検器具１１を破線で示したが、実際の画像においては生
検器具１１は表示されない。

【００３７】

【発明の効果】本発明によるＭＲＩ装置における被検体
挿入器具先端検出方法は以上のように構成されたので、
被検体の外部から診断部位へ挿入した生検器具を含む関
心領域について高周波信号の照射と傾斜磁場の印加を同
時に行って該関心領域を選択励起し、上記生検器具の先
端部の移動方向に沿って傾斜磁場を印加してエコーを発
生させ、受信したエコーをフーリエ変換によって投影信
号に変換し、この投影信号の位相分布を求めて、上記傾
斜磁場印加中の生検器具先端部の移動によって引き起こ
される位相変化の位置及び位相の大きさから上記先端部
の位置及び速度を求めることにより、上記生検器具の先
端部を画像化することなく該先端部の位置を検出するこ
とができる。このことから、例えばＥＰＩ法を適用する
ための高い傾斜磁場強度及び速い磁場立上り時間等を達
成する特別なハードウェアを必要とせず、従来の装置構
成のままでも実現することができ、装置が大形化すると
共にコスト高となるのを防ぐことができる。また、計測
時間を大幅に短縮することもないので、得られる診断部
位の断層像の解像度及びＳ／Ｎなどを犠牲にすることな
く、画質が劣化するのを防止することができる。

【００３８】また、本発明によるＭＲＩ装置によれば、
その表示器に、被検体の外部から診断部位へ挿入した生
検器具を含む関心領域について予め計測した断層像を表
示すると共に、上述の被検体挿入器具先端検出方法で求
められた生検器具の先端部の位置情報を上記断層像に重
ね合わせて表示することができる。従って、被検体の外
部から診断部位へ挿入した生検器具の先端部の位置と、
診断部位の生体組織との関係を明確に知ることができ
る。

【００３９】さらに、上記ＭＲＩ装置の計算機に生検器
具挿入誘導機構を接続したものにおいては、その生検器
具挿入誘導機構に対し上述の被検体挿入器具先端検出方
法で求められた生検器具の先端部の位置及び速度の情報
を送ると共に、予め設定された生検器具の先端部の目標
位置との間でフィードバック制御をすることにより、上
記生検器具を目標位置まで自動的に誘導することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による被検体挿入器具先端検出方法の実
施に使用するＭＲＩ装置を示すブロック図である。

【図２】本発明による方法の第一の実施形態におけるパ
ルスシーケンスを示すタイミング線図である。

【図３】上記第一の実施形態における生検器具先端部に
よる位相分布の変化を示す説明図である。

【図４】本発明による方法の第二の実施形態におけるパ
ルスシーケンスを示すタイミング線図である。

【図５】上記第二の実施形態における生検器具先端部に
よる位相分布の変化を示す説明図である。

【図６】本発明による方法の第三の実施形態におけるパ
ルスシーケンスを示すタイミング線図である。

【図７】上記第三の実施形態における生検器具先端部に
よる位相分布の変化を示す説明図である。

【図８】本発明による方法の第四の実施形態におけるパ
ルスシーケンスを示すタイミング線図である。

【図９】上記第四の実施形態における生検器具先端部に
よる位相分布の変化を示す説明図である。

【図１０】図１に示すＭＲＩ装置における表示器への画
面表示の例を示す説明図である。

【図１１】図１２に示すＭＲＩ装置における生検器具挿
入誘導機構の内部構成を示すブロック図及びこの生検器
具挿入誘導機構の動作による表示器への画面表示の例を
示す説明図である。

【図１２】本発明によるＭＲＩ装置の他の実施形態を示
すブロック図である。

【符号の説明】

１…静磁場発生手段 ２…傾斜磁場発生手段 ３…傾斜磁場電源 ４…プローブ ５…高周波送受信部 ６…計算機 ７…表示器 ８…テーブル ９…被検体 １０…関心領域 １１…生検器具 １２，１２′…先端部 ３１…断層像 ３２…先端部の位置情報 ３３…生検器具挿入誘導機構 ３６…目標位置 ３７…現在位置

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体に静磁場を与える静磁場発生手段
   と、該被検体に傾斜磁場を与える傾斜磁場発生手段と、
   この傾斜磁場発生手段を駆動する傾斜磁場電源と、上記
   被検体の診断部位に対して高周波信号を照射すると共に
   該被検体の生体組織の核磁気共鳴により放出される高周
   波信号を受信するプローブと、このプローブを駆動して
   上記高周波信号の照射及び受信を行う高周波送受信部
   と、上記傾斜磁場電源及び高周波送受信部の制御を撮像
   時のパルスシーケンスに従って行うと共に上記プローブ
   で受信した高周波信号を用いて画像再構成演算を行う計
   算機と、この計算機で生成された画像信号を入力して断
   層像として表示する表示器とを有して成るＭＲＩ装置に
   おいて、上記被検体の外部から診断部位へ挿入した生検
   器具を含む関心領域について高周波信号の照射と傾斜磁
   場の印加を同時に行って該関心領域を選択励起し、上記
   生検器具の先端部の移動方向に沿って傾斜磁場を印加し
   てエコーを発生させ、受信したエコーをフーリエ変換に
   よって投影信号に変換し、この投影信号の位相分布を求
   めて、上記傾斜磁場印加中の生検器具先端部の移動によ
   って引き起こされる位相変化の位置及び位相の大きさか
   ら上記先端部の位置及び速度を求めることを特徴とする
   被検体挿入器具先端検出方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のＭＲＩ装置において、
   上記被検体の外部から診断部位へ挿入した生検器具を含
   む関心領域について高周波信号の照射と傾斜磁場の印加
   を同時に行って該関心領域を選択励起し、上記生検器具
   の先端部の移動方向に沿って傾斜磁場を印加して第一の
   エコーを発生させ、その後再度上記関心領域を選択励起
   し、上記第一のエコーを発生させるために印加したのと
   同一方向に傾斜磁場を印加して第二のエコーを発生さ
   せ、受信したそれぞれのエコーをフーリエ変換によって
   投影信号に変換し、この投影信号の位相分布を求めて、
   第一のエコーより得られた位相分布と第二のエコーより
   得られた位相分布との差分をとることにより背景雑音を
   除去し、上記傾斜磁場印加中の生検器具先端部の移動に
   よって引き起こされる位相の変化を強調してその位相変
   化の位置及び位相の大きさから上記先端部の位置及び速
   度を求めることを特徴とする被検体挿入器具先端検出方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のＭＲＩ装置において、
   上記被検体の外部から診断部位へ挿入した生検器具を含
   む関心領域について高周波信号の照射と傾斜磁場の印加
   を同時に行って該関心領域を選択励起し、上記生検器具
   の移動する先端部を含む面の一方向に沿って傾斜磁場を
   印加して第一のエコーを発生させ、その後再度上記関心
   領域を選択励起し、上記第一のエコーを発生させるため
   に印加したのと直交し上記生検器具先端部の移動する面
   の他の一方向に沿って傾斜磁場を印加して第二のエコー
   を発生させ、受信したそれぞれのエコーをフーリエ変換
   によって投影信号に変換し、この投影信号の位相分布を
   求めて、第一のエコーより得られた位相分布と第二のエ
   コーより得られた位相分布とから二次元的に上記先端部
   の位置及び速度を求めることを特徴とする被検体挿入器
   具先端検出方法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のＭＲＩ装置において、
   上記被検体の外部から診断部位へ挿入した生検器具を含
   む関心領域について高周波信号の照射と傾斜磁場の印加
   を同時に行って該関心領域を選択励起し、上記生検器具
   の移動する先端部を含む体積の一方向に沿って傾斜磁場
   を印加して第一のエコーを発生させ、その後再度上記関
   心領域を選択励起し、上記第一のエコーを発生させるた
   めに印加したのと直交し上記生検器具先端部の移動する
   体積の他の一方向に沿って傾斜磁場を印加して第二のエ
   コーを発生させ、さらにその後再度上記関心領域を選択
   励起し、上記第一及び第二のエコーを発生させるために
   印加したいずれとも直交し上記生検器具先端部の移動す
   る体積の更に他の一方向に沿って傾斜磁場を印加して第
   三のエコーを発生させ、受信したそれぞれのエコーをフ
   ーリエ変換によって投影信号に変換し、この投影信号の
   位相分布を求めて、第一のエコーより求めた第一の位相
   分布と、第二のエコーより求め上記第一の位相分布と直
   交する方向の第二の位相分布と、第三のエコーより求め
   上記第一及び第二のいずれの位相分布とも直交する方向
   の第三の位相分布とから、三次元的に上記先端部の位置
   及び速度を求めることを特徴とする被検体挿入器具先端
   検出方法。
5. 【請求項５】 上記生検器具は、非磁性物質から成り、
   かつその先端部には、磁場空間中で高周波信号の照射に
   よって核磁気共鳴を生じる物質が内蔵されていることを
   特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の被検体挿入
   器具先端検出方法。
6. 【請求項６】 被検体に静磁場を与える静磁場発生手段
   と、該被検体に傾斜磁場を与える傾斜磁場発生手段と、
   この傾斜磁場発生手段を駆動する傾斜磁場電源と、上記
   被検体の診断部位に対して高周波信号を照射すると共に
   該被検体の生体組織の核磁気共鳴により放出される高周
   波信号を受信するプローブと、このプローブを駆動して
   上記高周波信号の照射及び受信を行う高周波送受信部
   と、上記傾斜磁場電源及び高周波送受信部の制御を撮像
   時のパルスシーケンスに従って行うと共に上記プローブ
   で受信した高周波信号を用いて画像再構成演算を行う計
   算機と、この計算機で生成された画像信号を入力して断
   層像として表示する表示器とを有して成るＭＲＩ装置に
   おいて、上記表示器には、上記被検体の外部から診断部
   位へ挿入した生検器具を含む関心領域について予め計測
   した断層像を表示すると共に、前記請求項１〜５のいず
   れかに記載の被検体挿入器具先端検出方法で求められた
   生検器具の先端部の位置の情報を上記断層像に重ね合わ
   せて表示するようにしたことを特徴とするＭＲＩ装置。
7. 【請求項７】 被検体に静磁場を与える静磁場発生手段
   と、該被検体に傾斜磁場を与える傾斜磁場発生手段と、
   この傾斜磁場発生手段を駆動する傾斜磁場電源と、上記
   被検体の診断部位に対して高周波信号を照射すると共に
   該被検体の生体組織の核磁気共鳴により放出される高周
   波信号を受信するプローブと、このプローブを駆動して
   上記高周波信号の照射及び受信を行う高周波送受信部
   と、上記傾斜磁場電源及び高周波送受信部の制御を撮像
   時のパルスシーケンスに従って行うと共に上記プローブ
   で受信した高周波信号を用いて画像再構成演算を行う計
   算機と、この計算機で生成された画像信号を入力して断
   層像として表示する表示器とを有して成るＭＲＩ装置に
   おいて、上記計算機に、上記被検体の外部から診断部位
   へ挿入する生検器具を誘導する生検器具挿入誘導機構を
   接続し、この生検器具挿入誘導機構へ前記請求項１〜５
   のいずれかに記載の被検体挿入器具先端検出方法で求め
   られた生検器具の先端部の位置及び速度の情報を送ると
   共に、該生検器具の先端部の目標位置との間でフィード
   バック制御を行い、上記生検器具を目標位置まで自動的
   に誘導するようにしたことを特徴とするＭＲＩ装置。