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発明の名称 MR内視鏡装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−7320
公開日 平成6年(1994)1月18日
出願番号 特願平4−169380
出願日 平成4年(1992)6月26日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 進
発明者 清水 宏一 / 藤尾 浩司 / 塚谷 隆志 / 高山 修一 / 松井 孝一 / 檜山 慶一 / 日比野 浩樹 / 五反田 正一 / 山口 達也 / 吉野 謙二 / 林 正明
要約 目的
患部を含む広範囲な検査部位のMRIに基づく映像を最適なマッチング条件で得ることのできるMR内視鏡装置を提供すること。

構成
生体内に導入可能な挿入部における湾曲部17を形成する湾曲チューブ27内に核磁気共鳴映像法によるMRI画像を得るためのアンテナ2を設け、送気チューブ31を介して送気することにより湾曲チューブ27の膨張と共にアンテナ2のループ面積を拡張させる手段と、アンテナ2がマッチング条件を満たす状態にアンテナ2の拡張量を設定するための検出手段とを設けている。
特許請求の範囲
【請求項1】 生体内に導入可能な挿入部を有する内視鏡本体と、該内視鏡本体と一体又は別体で設けられ、核磁気共鳴画像を得るための核磁気共鳴用アンテナと、該核磁気共鳴用アンテナをそのループ状面積を拡張させる拡張手段と、該拡張手段で拡張された核磁気共鳴用アンテナと接続される核磁気共鳴用信号処理系との間に接続され、整合をとるためのマッチング回路と、前記拡張された核磁気共鳴用アンテナのマッチング状態の検出手段と、を備えたことを特徴とするMR内視鏡装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、生体内に導入した核磁気共鳴による画像情報を得るための核磁気共鳴用アンテナを拡張させる手段を備えたMR内視鏡装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、人体の消化器管内表面、特に胃壁上層部等に発生する表皮癌等の検出診断では内視鏡あるいはX線撮影等によって発生部位を検出し、その部位の生体組織を採取して、悪性か否かを診断する方法が一般的であった。しかしながら、このような従来の方法では試料採取部位が比較的広範囲となるので即時診断を下すことができず、また、生体組織を採取する労力が多大となり、更に、人体に損傷を与えてしまうという問題点があった。
【0003】一方、これに対して近年、核磁気共鳴現象を利用した非侵襲的な人体の診断方法が発展してきた。例えば、前記核磁気共鳴現象を利用した核磁気共鳴映像法(以下、MRIと略記する。)では人体を磁場中に置き、所定の周波数の高周波(磁場)を与え、人体内のスピンを持つ核を励起し、この励起した核からの所定の周波数の核磁気共鳴信号を検出してコンピュ−タで処理することにより人体の断層像を得ている。
【0004】このMRIによって得られる断層像は癌等の診断に対して極めて有用である。すなわち、一般に、癌細胞と正常細胞とから得られる核磁気共鳴信号は、互いに緩和時間が異なることが知られており、この緩和時間を計測することにより癌か否かの診断が可能になる。
【0005】しかしながら、前記MRIは断層像を得るために膨大な核磁気共鳴信号を処理しなければならず、そのため高速大容量のコンピュ−タを必要とし、装置全体が大型化し、また、高価になる。
【0006】また、従来より内視鏡観察時において視覚的に異変箇所を発見した際に、この異変箇所が例えば悪性のものであるか否かをある程度判断したいという要望があるが、このような要望に対して、前記MRIを併用した場合には視覚的に異常と認めた箇所と断層像との対応づけが難しいという問題点がある。
【0007】上記の問題点に対処するために例えば特開昭59−88140号公報に示されるように内視鏡挿入部の先端部に高周波磁場を形成すると共に核磁気共鳴信号を検出する高周波アンテナコイルを設けた核磁気共鳴用内視鏡或いはMRI内視鏡(この明細書では単にMR内視鏡と記す)が提案されている。このMR内視鏡によれば前記高周波アンテナコイルを異常部位に押し当て、異常部位の核磁気共鳴信号を検出することによって、この異常部位の生理的変化、例えば癌か否かの検出診断が可能となる。
【0008】
【発明が解決しようとする問題点】上記従来技術のアンテナコイルは挿入部の先端部に収納されているため、非常に狭い範囲の場所に対してのMRI画像にしか得ることができなかった。一方、特開平3ー212262号公報では高周波アンテナコイルをバルーンに設けて目的とする部位に高周波アンテナコイルを固定できるようにしたものを開示している。この固定の際に高周波アンテナコイルは広げられるが、固定の際のバルーンの膨らみ形は固定される場所の形状とか内径等に応じて変化するため、実際に広げられた高周波アンテナコイルに対して最適となるようなマッチング条件は予め設定されたマッチング条件から変化してしまう。
【0009】従って、予め最適なマッチング条件にとなるようにマッチング回路のマッチング条件を設定しても、実際の使用状態では最適なマッチング条件とは異なる状態で使用しなければならなかった。
【0010】本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、核磁気共鳴用アンテナを体内に経内視鏡的に挿入可能で、且つ、患部を含む広範囲な検査部位のMRIに基づく映像を最適なマッチング条件で得ることのできるMR内視鏡装置を提供することを目的とする。
【0011】
【問題点を解決するための手段及び作用】上記の目的を達成するために本発明のMR内視鏡装置では、生体内に導入可能な挿入部を有する内視鏡本体と、該内視鏡本体と一体又は別体で設けられ、核磁気共鳴画像を得るための核磁気共鳴用アンテナと、該核磁気共鳴用アンテナをそのループ状面積を拡張させる拡張手段と、該拡張手段で拡張された核磁気共鳴用アンテナと接続される核磁気共鳴用信号処理系との間に接続され、整合をとるためのマッチング回路と、前記拡張された核磁気共鳴用アンテナのマッチング状態の検出手段と、を備えている。そして、核磁気共鳴画像を得るために生体内に挿入部が導入された状態で、拡張手段を動作させて核磁気共鳴用アンテナを拡張させ、その際検出手段により核磁気共鳴用アンテナがマッチング条件を満たす状態になったか否かをモニタし、マッチング条件を満たす状態になった時、拡張を停止することにより、核磁気共鳴用アンテナをマッチング条件を満たす状態に設定することができる。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を具体的に説明する。図1ないし図5は本発明の第1実施例に係り、図1はMR内視鏡装置の全体構成図、図2はMR内視鏡の挿入部の先端側の湾曲部の構成を示す説明図、図3は湾曲チューブを膨張させない通常の状態(a)と、送気して湾曲チューブを膨張させた状態(b)とを示し、図4は制御装置の構成を示し、図5は切換弁の設定状態を示す断面図である。
【0013】図1に示すように第1実施例のMR内視鏡装置1は核磁気共鳴を利用したMRI画像を得るためのMRIアンテナ(以下、単にアンテナと記す)2を有するMR内視鏡3と、このMR内視鏡3に照明光を供給する光源装置4と、MR内視鏡3の撮像手段に対する信号処理を行うビデオプロセッサ(図ではVPと略記する)5と、このビデオプロセッサ5の出力信号を表示するモニタ6と、MR内視鏡3に設けたアンテナ2を用いてMRI画像を生成する信号処理等を行うMRI制御装置(単に制御装置と記す)7とから構成される。
【0014】上記MR内視鏡3は細長で例えば可撓性の挿入部11を備え、この挿入部11の後端には太幅の操作部12が連設されている。この操作部12の側部からは可撓性のユニバ−サルコ−ド13が延設され、このユニバ−サルコ−ド13は第1のコード13aと、第2のコード13bとに分岐され、第1のコード13aの先端のコネクタ14aは制御装置7に接続され、第2のコード13bの先端のコネクタ14bは光源装置4に接続される。コネクタ14bはさらに信号ケーブル15を介してビデオプロセッサ5に接続される。
【0015】上記挿入部11は、硬質の先端部16と、この先端部16の後端に隣接して形成された湾曲可能な湾曲部17と、この湾曲部17の後端から操作部12まで形成された長尺の可撓管部18とから構成され、湾曲部16は操作部12に設けられた湾曲操作ノブ19を回動することによって上下、左右方向に湾曲できるようになっている。
【0016】又、操作部12の基端近くには処置具を挿入するチャンネル挿入口20が設けてあり、このチャンネル挿入口20は挿入部11内の図示しないチャンネルに連通しており、先端部16で開口するチャンネル出口から処置具を突出することができる。
【0017】挿入部11内には図2に示すように照明光を伝送するライトガイド21が挿通され、このライトガイド21は操作部12から延出されたユニバ−サルコ−ド13及び第2のコード13bを経て光源装置4に着脱自在で接続される。光源装置4から供給された照明光はこのライトガイド21で伝送され、先端部16の照明窓に固定された出射端面から前方に出射される。
【0018】この照明窓から出射された照明光によって患部等の被写体は観察窓に取り付けられた対物レンズ22によってその焦点面に配置固定されたCCD23の撮像面に結像され、このCCD23によって光電変換される。このCCD23に接続された信号線24は挿入部11、操作部12、ユニバ−サルコ−ド13、第2のコード13b及び信号ケーブル15を経てビデオプロセッサ5に接続され、このビデオプロセッサ5内部のドライブ回路からのドライブ信号の印加により光電変換された撮像信号が読み出され、ビデオプロセッサ5内部の映像信号処理回路に入力され、標準的な映像信号が生成され、モニタ6に表示される。
【0019】上記先端部16の後端には第1の湾曲駒26の先端側が固定され、この第1の湾曲駒26の後端には第2の湾曲駒26の先端側が回動自在に接続され、この第2の湾曲駒26の後端には第3の湾曲駒26の先端側が回動自在に接続されるという具合で多数の湾曲駒26,26,…が互いに回動自在に(挿入部11の長手方向に)縦列接続されて湾曲部17が構成されている。
【0020】この湾曲部17を構成する多数の湾曲駒26,26,…は湾曲し易い柔らかい特性を有し、且つ膨張及び収縮し易いゴム等の弾性が大きく、絶縁性を有する湾曲チューブ27で覆われ、この湾曲チューブ27の前後の端部は糸巻き等の固定部材28で固定されている。
【0021】この湾曲部17の後端は可撓管部18を構成する可撓性チューブ29に接続され、この可撓性チューブ29の内側には例えばフレックスが収納されている。この湾曲部17の後端には送気チューブ31の先端が固定部材32で固定されており、この送気チューブ31の先端は湾曲部17の内部で開口している。このため、この送気チューブ31によって送気されると、湾曲部17を形成する湾曲チューブ27は膨らむようになる。この場合、可撓管部18側は固定部材32によって仕切られているので、可撓管部18を構成する可撓性チューブ29は膨らまない。
【0022】この湾曲チューブ27の肉厚部の内部にはアンテナ2が例えば図3(a)に示すように屈曲させた収縮状態で埋設されている。そして、送気チューブ31を介して送気することによって、湾曲チューブ27の膨張と共に、屈曲された収縮状態で収納されたアンテナ2を膨らませる(拡張させる)ことができるようになっていて、アンテナ2の拡張された状態を図3(b)に示すようにほぼ平面内に4角形状のループを配置したものに近い形状に設定できる。
【0023】尚、MR内視鏡3はアンテナ2とか先端部16とか湾曲駒26等の少なくとも挿入部11を形成する挿入部構成部材が少なくとも強磁性体でない材料を用いて形成され、MRI画像を得るために強い静磁場中に配置された状態における磁場の影響を小さくなるようにしている。
【0024】上記アンテナ2のループの端部は信号線34,34と接続され、信号線34,34は挿入部11の可撓管部18、操作部12、ユニバ−サルコ−ド13、第1のコード13aを経て制御装置7に接続される。この制御装置7の構成を図4に示す。
【0025】送気チューブ31はコネクタ14a内で口金35と接続され、この口金35は制御装置7側の口金受けが設けられたパイプ36に接続される。このパイプ36には切換弁37を経て送気ポンプ38と吸引ポンプ39と接続される。この送気ポンプ38と吸引ポンプ39は制御回路41によりドライバ42、43をそれぞれ介してその動作が制御される。又、切換弁37も制御回路41によりドライバ44を介してその切換動作が制御される。
【0026】この制御回路41はマニュアル送気ボタン45a,マニュアル吸引ボタン45b,マッチング送気/吸引ボタン45cの操作に応じて、送気ポンプ38、吸引ポンプ39、切換弁37の動作を制御する。例えば、マニュアル送気ボタン45aが操作された場合には、送気ポンプ38を動作状態に設定すると共に、送気ポンプ38による空気を送気できるように切換弁37を切り換える。この場合には図4又は図5(a)に示す状態にする。
【0027】又、マニュアル吸引ボタン45bが操作された場合には、吸引ポンプ39を動作状態に設定すると共に、吸引ポンプ39による空気の吸引を行うことができるように切換弁37を切り換える。この場合には図5(b)に示す状態にする。このマニュアル吸引ボタン45bは湾曲チューブ27を膨張させてアンテナ2でMRI画像を得た後に生体から挿入部11を引き出す場合等に使用される。
【0028】又、マニュアル送気ボタン45a及びマニュアル吸引ボタン45bが操作された後、さらにマニュアル送気ボタン45a及びマニュアル吸引ボタン45bが操作されると、送気と吸引とがストップされた状態となり、この場合には図5(c)に示す状態になる。
【0029】尚、マッチング送気/吸引ボタン45cが操作された場合には予め設定されたアンテナ2のインピーダンス状態に一致するように送気動作(膨張動作の場合)が制御される。所定のマッチング状態より膨張させた状態でマッチング送気/吸引ボタン45cが操作された場合には吸引動作を行いながら予め設定されたアンテナ2のインピーダンス状態に一致する状態で吸引動作が停止するように制御される。
【0030】アンテナ2に接続された信号線34,34はコネクタ14aの接点を介してマッチングさせるためのマッチング回路46と接続される。このマッチング回路46はMRI情報を得るために高周波信号をアンテナ2に送信したり、アンテナ2で受信した信号に対する信号処理を行う機能を備えた送信&受信処理回路47と接続されている。この送信&受信処理回路47はさらにマッチング検出の機能も備えている。
【0031】上記マッチング回路46はこのマッチング回路46が間に介装して接続されたアンテナ2と送信&受信処理回路47とが整合するようにインピーダンスマッチング或いはインピーダンス変換を行うためのものである。
【0032】つまり、送信&受信処理回路47(の送信回路部)で発生した高周波信号を(殆ど)反射させることなく(或いは定在波を発生させることなく)アンテナ2に伝送したり、アンテナ2で受信(検出)した信号を反射させることなく送信&受信処理回路47(の受信処理回路部)に導くことができるようにこのマッチング回路46におけるアンテナ2接続側及び送信&受信処理回路47接続側の端子間の各インピーダンスはそれぞれアンテナ2及び送信&受信処理回路47の各インピーダンスに一致するように設定(調整)してある。
【0033】この調整はアンテナ2が例えば図3(b)のように広げた状態に設定された状態でのアンテナ2のインピーダンスに対して、アンテナ2と送信&受信処理回路47とのマッチング条件が満たされるように予め行われる。
【0034】この送信&受信処理回路47は制御回路41と接続され、マッチング送気/吸引ボタン45cが操作された場合には、制御回路41は(送気動作を開始し、収縮された状態のアンテナ2を伸張(拡張)させる動作を行うと共に)、送信&受信処理回路47にマッチング状態の検出を行うようにコマンドを出力し、送信&受信処理回路47はマッチング状態に設定されたか否かの判別信号を制御回路41に出力する。
【0035】制御回路41は送信&受信処理回路47からマッチング状態に設定されたとの判別信号を受けると、送気動作を中止し、マッチング状態に保持する。送信&受信処理回路47は例えばインピーダンス検出回路を備え、制御回路41からマッチング検出のコマンドを受けると短い時間間隔でマッチング回路46の送信&受信処理回路47に接続される端子間のインピーダンス検出を順次行い、マッチング状態での設定インピーダンスに一致するか否かの比較を行うことにより、マッチング状態に設定されたか否かの判別信号を出力する。
【0036】上記送信&受信処理回路47で信号処理されたMRI情報はビデオプロセッサ5側に出力され、このビデオプロセッサ5によって内視鏡撮像画像に重畳してモニタ6にMRI情報を表示したり、図示しない切換スイッチで選択的に表示できるようになっている。
【0037】この第1実施例によれば、生体内に挿入してMRI情報を得るために湾曲チューブ27を膨張させてアンテナ2のループ面積を広げるようにマッチング送気/吸引ボタン45cを操作した場合には、アンテナ2が予め設定されたインピーダンス状態になると、自動的にその膨張動作が停止し、その状態を保持するので、使用する環境が変化しても、望ましいマッチング状態を常時維持できる。このため、S/Nの良いMRI情報が得られることになり、癌等の検査に有効な検出手段を実現できる。又、生体内に挿入部11を挿入した後に、アンテナ2をそのループ面積を拡張できるようにしてあるので、挿入部に固定的に設けた場合よりも大きなループ面積に設定でき、S/Nの良いMRI情報が得られる。
【0038】図6は本発明の第2実施例を示す。この実施例のMR内視鏡装置51では内視鏡52のチャンネル53内に挿通されるチューブ54の先端にバルーン55を固定部材56でその開口する端部を固定し、このバルーン55の肉厚部内にアンテナ57を埋設している。このチューブ54の基端は第1実施例と同じ制御装置7に接続される。
【0039】アンテナ57の両端は信号線58,58に接続され、この信号線58,58はチューブ54の中空部を通り、チューブ54の基端のコネクタ59で電気接点(図示せず)に接続されており、第1実施例と同様にコネクタ59を制御装置7に接続することにより、チューブ54は切換弁37と接続され、信号線58,58はマッチング回路46に接続されるようになっている。
【0040】この制御装置7に設けられているマッチング送気/吸引ボタン45cを操作した場合には、図6に示すようにバルーン55が膨張し、アンテナ57も拡張状態となる。所定のインピーダンス状態になると、第1実施例と同様に送気が停止され、マッチング状態に保持される。
【0041】上記内視鏡52はチャンネル53を備えた通常の電子内視鏡(図1のMR内視鏡3からアンテナ2を除去した構成に近い)であり、この内視鏡52自体にはアンテナを有しない。この内視鏡52の操作部12から延出されたユニバーサルコード13は(図1のように2本に分岐されないで)その先端に取り付けたコネクタ14bが光源装置4に接続され、このコネクタ14bに接続された信号ケーブル15はビデオプロセッサ5に接続される。
【0042】この実施例では内視鏡本体にはアンテナを設けないで、別体の処置具にアンテナ57を設けた構成となっている。その他は第1実施例で説明したものと同一であり、同一の構成要素には同じ符号を付けてその説明を省略する。この実施例によれば、通常の内視鏡(既存の内視鏡)を用いて構成することができる利点がある。但し、少なくとも挿入部11の構成部材は非磁性体材料を用いることが望ましい。
【0043】図7は本発明の第3実施例における一部を示す。この実施例はマッチング回路46におけるコンデンサC1及びC2とそれぞれ並列に設けたコンデンサC3及びC4をスイッチS1及びS2でON/OFFできるようにしている。このスイッチS1及びS2は例えばアナログスイッチで構成され、送信&受信処理回路47からの選択信号によって同時にON/OFF(又は一方がON、他方がOFF)される。この選択信号はユーザの図示しない選択ボタンを操作した場合に制御回路41から送信&受信処理回路47を介して(或いは制御回路41から直接)発生する。
【0044】この実施例では、広げられたアンテナ2の状態を例えば2つのインピーダンス状態に対し、マッチング回路46をマッチングできるようになっている。例えばスイッチS1及びS2が共にOFFである場合は、スイッチS1及びS2が共にONである場合よりも大きいインピーダンス状態のアンテナ2に対してマッチング状態になるようにコンデンサC3及びC4の値が選択設定されている。つまり、アンテナ2を広げた場合、そのループ面積が異なる2つの状態に対して、スイッチ切換でマッチング回路46をマッチングできるようになっている。
【0045】この実施例では送信&受信処理回路47は2つのインピーダンス値の記憶手段を有し、インピーダンス検出の場合に一方の選択されたインピーダンス値を参照してマッチング状態の検出を行う。
【0046】この実施例によれば、異なるループ面積のアンテナ2の状態でマッチングできるようになっているので、患部の大きさに応じてアンテナ2のループ面積を選択使用することにより、患部の大きさに応じてその患部に対するS/Nの良いMRI画像を得られる。この実施例では2つのループ面積に対してマッチングできるように説明したが、さらに多くのループ面積に対してマッチングできるようにすることも可能である。
【0047】図8は本発明の第4実施例における制御装置60の構成を示す。この実施例は図4の制御装置7において、マッチング送気/吸引ボタン45cを省いた構成になっている。又、送信&受信処理回路47にはインピーダンス検出した際のインピーダンス値を表示器61に表示すると共に、マッチング状態でのインピーダンス値も表示するようになっている。そして、ユーザは表示器61に表示されたインピーダンス値がマッチング状態でのインピーダンス値に一致するまで送気ボタン45aを操作すれば良い。
【0048】この実施例では送気ボタン45aを操作すると、制御回路41は送信&受信処理回路47にインピーダンス検出を行うコマンドを送出し、送信&受信処理回路47は表示器61にマッチング状態でのインピーダンス値と共に、検出されたインピーダンス値を表示する。この実施例ではユーザがマニュアルでマッチング状態でのインピーダンス値になるまで送気を行う。
【0049】尚、使用される環境があまり変化しないとか、同じ場所を繰り返し検査する場合等においては、マッチング状態にあるか否かの判断手段は必要ではなく、この場合には図8において表示器61を省いて、さらに送信&受信処理回路47におけるインピーダンス検出の機能を削除したものでも良い。この場合にはアンテナ2を拡張させる手段を有する構成となる。
【0050】ところで、側視とか斜視のスコープにおいて、アンテナプローブを用いて断層像を得る場合、アンテナプローブは観察部位近傍に設けられるが、スコープとアンテナプローブとは独立しているため、安定な位置決めが困難であったので、図9に示すような構成にして観察とアンテナを安定して位置決めができるようにしても良い。
【0051】例えば側視のスコープ71において観察部72を覆うように透明なバルーン73を設け、このバルーン73の例えば肉厚部内にMRI用のアンテナ74を設け、このバルーン73の開口する端部に送気チューブ75を接続し、手元側から送気チューブ75を介してバルーン73を膨張できるようにして、このバルーン73の膨張により、観察部72を位置決めし、且つバルーン73に設けたアンテナ74の方位も観察部72の観察方向に設定できるようにしている。
【0052】つまり、アンテナ74はバルーン73が膨張された場合、側視方向と垂直な平面内にループ状アンテナが形成されるようにバルーン73内部に埋設されている。尚、アンテナ74の基端は例えば送気チューブ75内部に設けた信号線76と接続されている。又、観察部72には照明光を出射する照明窓77と観察するための対物レンズが取り付けられた観察窓78とが隣接して設けてある。
【0053】尚、アンテナ74をバルーン73の内部に限らず、バルーン73とスコープ71の間に設けても良い。尚、上述した各実施例を部分的に組み合わせるなどして異なる実施例を構成しても良い。又、各実施例においてCCD等の固体撮像素子を有する電子内視鏡の代わりにイメ−ジガイドを備えた光学式内視鏡に適用しても良い。
【0054】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、アンテナを拡張する手段と、拡張されたアンテナがマッチング状態のインピーダンスに達したか否かを検出する検出手段とを設けてあるので、検出手段の出力に基づいて拡張されたアンテナをマッチング状態に設定できる。




 

 


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