JP4763429B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置（ＭＲI装置）に係わり、特に、複数箇所を同時に励起する機能を有するＭＲI装置に関する。

現在、磁気共鳴イメージング装置の撮影対象は、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、励起状態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、機能を２次元もしくは３次元的に撮影する。

次に、ＭＲＩ装置の撮影方法を説明する。

傾斜磁場により異なる位相エンコードを与え、それぞれの位相エンコードで得られるエコー信号を検出する。位相エンコードの数は、通常１枚の画像あたり、１２８、２５６、５１２等の値が選ばれる。各エコー信号は、通常１２８、２５６、５１２、１０２４個のサンブリングデータからなる時系列信号として得られる。そして、これらのデータを２次元フーリエ変換して１枚のＭＲ画像を作成する。

ところで、近年、連続的若しくはステップ的に被検体を乗せたベッドを移動させながら全身を撮影する方法（全身ＭＲＩ）が行なわれつつある。その代表的な方法として、特許文献１、特許文献２、非特許文献１に記載されているマルチステーション撮影と、ムービングテーブル撮影とがある。

これらの撮影方法は、全身スクリーニング検査方法として有効な手法であると非特許文献２に記載されており、これまで、ＣＴ、骨シンチ、ＰＥＴなど複数のモダリティで行なっていたスクリーニング検査を、ＭＲＩ装置のみで行なえる可能性も示されている。

これらの撮影は、図１３の（ａ）に示すように、連続的若しくはステップ的に被検体３０１を乗せたベッド３１２を、静磁場磁石３０２の下部中央領域である撮影領域１２０１に移動させながら、全身を複数のスライスで撮影する。そして、それらの画像を、図１３の（ｂ）に示すように、一画像に繋ぎ合わせる事で全身画像を得ている。

しかし、胸部や腹部を撮影する場合、呼吸に起因する体動がある為に被検体が移動してしまい、繋ぎ合わせた全身画像が不連続な画像となる場合がある。

この様な不連続を抑制する為に、同一の呼吸周期においてデータを収得する、様々な呼吸動ナビゲート方法が提案されている。代表的な公知技術としては、特許文献３、非特許文献３、非特許文献４に記載された技術が挙げられる。

これらの撮影は、横隔膜や、胸部表面などの一箇所を励起し、そこから得られる信号を用いて横隔膜や胸部の位置を追跡し、呼吸動を検出している。この時、受信している信号をナビゲート信号といい、ナビゲートの為に実行するシーケンスをナビゲートシーケンスと言う。

特開平６−３０４１５３号公報 特開２００４−６１１号公報 米国特許第４９３７５２６号明細書 Whole-Body MRI:A Simple Approach using Automatic Table Movement and Dedicated Post-Processing: ISMRM 10,(2002) Who1e Body-MRI imaging with a continuously moving table platform in detection of metastatic disease in cancer patients First Results of a feasibility study : ISMRM 11,P.1333(2003) Journal of Magnetic Resonance imaging,21,576-582(2005) Magnetic Resonance in Medicine、34.11-16(1995)

しかしながら、上述した従来技術における全身ＭＲＩにあっては、撮影領域が連続的又はステップ的に被検体の頭部から下肢まで移動していく為、被検体の胸部領域の励起プロファイルから発する呼吸動ナビゲート信号を受信できない場合がある。

このため、同一呼吸周期において、データを取得できない場合があり、繋ぎ合わせた全身画像が不連続となる可能性がある。

本発明の目的は、被検体の複数部位から、同一呼吸周期で撮影データを取得し、被検体の体動による画像間の不連続性を回避可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することである。

本発明の磁気共鳴イメージング装置は、静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波パルス発生手段と、磁気共鳴信号受信手段と、被検体の断層像を表示する表示手段と、所定のシーケンスに基づいて、傾斜磁場発生手段と、高周波パルス発生手段と、磁気共鳴信号受信手段を制御する制御手段とを有する。

そして、上記磁気共鳴イメージング装置において、上記所定のシーケンスは、上記被検体の体動を示すナビゲート信号を検出するナビゲートシーケンスと、上記被検体の所望の領域を撮影する撮影シーケンスと、を有して成り、上記ナビゲートシーケンスは、上記被検体の第１の領域の体動を示す第１のナビゲート信号と、第２の領域の体動を示す第２のナビゲート信号と、を検出する。制御手段は、上記第１のナビゲート信号と上記第２のナビゲート信号との相関関係を算出し、上記第１の領域の画像と第２の領域の画像とが連続するように、上記撮影シーケンスによる上記第１の領域及び第２の領域の少なくとも一方の領域の撮影を、この一方の領域から発生されたナビゲート信号及び上記相関関係に基づいて制御する。

好ましくは、上記第１のナビゲート信号は、被検体の胸部領域の体動を示す胸部ナビゲート信号であり、上記第２のナビゲート信号は、被検体の腹部領域の体動を示す腹部ナビゲート信号である。

制御手段は、胸部ナビゲート信号と、腹部ナビゲート信号との相関関係に基づいて、上記胸部ナビゲート信号が示す体動が一定のゲートウィンドウ内であるときを判断する。そして、腹部ナビゲート信号のみ検出できる領域では、腹部ナビゲート信号に基づいて、胸部の体動が一定のゲートウィンドウ内であるときを判断して、撮影開始時間を決定する。

好ましくは、上記ナビゲート信号は、２Ｄ励起法により発生される。

本発明によれば、被検体の複数部位から、同一呼吸周期で撮影データを取得し、被検体の体動による画像間の不連続性を回避可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。

つまり、被検体が移動しても、同じ位置からナビゲート信号を受信するのと同様な作用が得られる為、撮影スライス間で不運続が生じず、高精度の撮影が可能になる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。

図1は本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体概略構成図である。

図１において、ＭＲＩ装置は、ベッド３１２に横たわった被検体３０１の周囲に静磁場を発生する磁石３０２と、静磁場空間領域に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル３０３と、この領域に高周波磁場を発生するＲＦコイル３０４と、被検体３０１が発生するＭＲ信号を検出するＲＦブローブ３０５とを備える。

傾斜磁場コイル３０３は、互いに直交する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３０９からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。

ＲＦコイル３０４は、ＲＦ送信部３１０からの信号に応じて高周波磁場を発生する。そして、ＲＦプローブ３０５からの信号は、信号検出部３０６で検出され、信号処理部３０７で信号処理され、画像信号に変換される。

信号処理部３０７からの画像信号は、画像処理部３１３に供給され、この画像処理部３１３で撮影画像に対する演算処理がされ、撮影された画像は、表示部３０８で表示される。

傾斜磁場電源源３０９、ＲＦ送信部３１０、信号検出部３０６は、制御部３１１で制御される。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。

なお、本発明の実施形態においては、空間を２次元的に励起する２Ｄ励起法を用いる。この２Ｄ励起法には、Ｋ空間を螺旋状に埋めていくスパイラル型２Ｄ励起と、櫛形状に埋めていくEPI型２Ｄ励起とがある。

本発明の実施形態においては、カラム型２Ｄ励起を使用する。このカラム型２Ｄ励起は、文献”Two-Dimens1onal Spatia1ly-Selective RF Excitation Pulses in Echo-Planar Imaging: Magnetic Resonance in Medicine,47:1186-1193(2002)”に記載されている。

図２は、本発明の第１の実施形態において、２Ｄ励起に用いるパルスシーケンスを示す図である。また、図３は、図２に示したパルスシーケンスを用いて２Ｄ励起を行った場合の励起プロファイルを示す図である。

図３に示すように、２Ｄ励起方法を用いた場合、ＸＹ平面上で励起サイズをカラム型に制限することができる。また、Ｙ方向に同じ励起プロファイルを持った、折り返し励起１０６が生じる。

図４は、本発明の第１の実施形態における被検体移動に伴う撮影部位の移動の説明図であり、図５は本発明の一実施形態における操作手順とデータ処理手順とを示すフローチャートである。この図５に示す処理は、制御部３１１からの指令信号により実行される。

図４、図５において、ステップＳ１で撮影を開始し、撮影部位１０１に移動させる（ステップＳ２）。呼吸動のある部位１０１に撮影部位が来ると、ステップＳ３〜Ｓ５で、ナビゲートシーケンスを実行する。ナビゲートシーケンスにおいては、上述したカラム型２Ｄ励起法を用いる。

励起プロファイル１０４が発するナビゲート信号は、胸部用コイル１０５を用いて受信する。そして、ナビゲートシーケンスにより、呼吸動の同一周期において、撮影シーケンスを実行する。なお、同期計測方法の詳細については後述するものとする。

続いて、ステップＳ６で、撮影領域１０２に移動し、ステップＳ１０７において、撮影領域が１０２のとき、胸部と腹部のＡ−Ｐ方向プロファイルを参照する。撮影画像は、胸部用コイル１０５と腹部用コイル１０７との２つのコイルからの信号から合成して作成する。

撮影部位１０２の範囲には、胸部励起ｌ０４と腹部励起１０６との２つのナビ用励起プロファイルが入っているが、呼吸動のナビゲートは、胸部励起１０４が発する信号だけを用いて、ステップＳ８、Ｓ９で、ステップＳ４、Ｓ５と同様にして行なう。

それと同時に、腹部用コイル１０７を用いて腹部励起１０６が発する信号を受信し、胸部と腹部との間の同期を計測する（ステップＳ１０）。胸部と腹部との同期計測方法の詳細については後述する。

続いて、ステップＳ１１で、撮影領域１０３に移動する。この撮影領域１０３は、胸部励起１０４の信号が入らない領域であるので、腹部励起１０６が発する信号を受信し、ステップＳ１０で求めた時間を同期信号出力時間として、ステップＳ４、Ｓ５と同様に撮影を行なう（ステップＳ１２）。

本発明の第１の実施形態におけるナビゲートシーケンスと撮影シーケンスのタイミングチャートとを図６に示し、撮影シーケンスの説明図を図７に示す。

なお、図６に示す腹部位置のプロファイルと撮影タイミングとの関係は後述する。

続いて、ステップＳ１３で、呼吸動に影響されることがない撮影領域１０８に移動する。この撮影領域１０８では、被検体の呼吸動に影響されることがない領域であるので、ナビゲートシーケンスを停止し、通常の撮影を実行する（ステップＳ１４）。

次に、上述した呼吸同期計測方法について説明する。図８は、呼吸同期計測におけるナビゲートシーケンスと撮影シーケンスとのタイミングチャートを示す図であり、図９は、呼吸同期計測方法における撮影シーケンスの説明図である。

図８、図９において、まず、ナビゲートシーケンスを実行して、胸部のＡ−Ｐ方向プロファイル５０１をモニターする。次に、胸部のプロファイル５０１から、ゲートウインドウを設定する。

胸部のプロファイル５０１がゲートウインドウ内に含まれたと判断された場合に、同期信号を出力して撮影シーケンスを実行する。

次に、上述した胸部、腹部同期計測方法について説明する。図１０は、胸部、腹部同期計測におけるナビゲートシーケンスと撮影シーケンスとのタイミングチャートを示す図であり、図１１は、胸部、腹部同期計測方法における撮影シーケンスの説明図である。

図１０、図１１において、胸部のＡ−Ｐ方向プロファイル６０１をモニターする。これと同時に、腹部のＡ−Ｐ方向プロファイル７０１についてもモニターする。

次に、胸部と同様にして、腹部についてもゲートウインドウを設定しておき、腹部プロファイル６０１が、ゲートウインドウ内に含まれたと判断された時間から、胸部位置がゲートウインドウ内に含まれたと判断されるまでの時間をＴ１とする。

そして、腹部プロファイル７０１がゲートウインドウ内に含まれた時間からＴ１時間後を、撮影領域１０２における撮影開始時間とする。

図１１に示すように、胸部、腹部同期計測には、以下のような手段を必要とする。

第１に、撮影領域に２つのコイル１０５、１０７が含まれるとき、２つのコイルから信号を受信し、合成して画像を作成する手段である。

そして、第２に、１０４と１０６との２箇所励起する場合、それぞれを別のコイル１０５、１０７を用いて受信し、ナビゲート信号として片方だけを用いる手段である。

第３に、別のコイルを用いて受信した６０１と７０１の信号の同期をとる手段である。

以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、胸部からのナビゲート信号が受信可能な撮影領域では、胸部からのナビゲート信号に基づいて、撮影を開始し、胸部からのナビゲート信号が受信困難な撮影領域であって、胸部動作に応じて動作する撮影領域では、この撮影領域からのナビゲート信号と、胸部からのナビゲート信号との相関関係に基づいて、撮影を開始する。

したがって、全身ＭＲＩにおいて、同一呼吸周期で被検体からデータを取得し、被検体の体動による画像間の不連続性を回避することが可能となる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

この第２の実施形態は、第１の実施形態における図５のステップＳ６〜Ｓ１０に示した胸部プロファイルと腹部プロファイルとの同期計測方法とは異なり、ゲートウインドウを再設定して、次に説明するよう方法で同期させる。

設定方法を図１２に示す。この場合、ゲートウインドウには、呼息期と吸息期の両方が含まれるゲートウインドウが設定されている。

そこで、腹部プロファイル７０１がゲートウインドウ内に含まれたと判断された腹部位置１１０１と、その直前の腹部位置１１０２との差をとり、その値が正の場合に吸息期、負の場合に呼息期と判断する。

そして、胸部プロファイル５０１がゲートウインドウ内に含まれた場合と一致すると判断される方だけ、つまり、呼息期の場合のみを同期信号の出力時間として採用する。

この第２の実施形態のように、腹部プロファイルの傾斜方向をも判断して、腹部プロファイル７０１がゲートウインドウ内に含まれた場合に撮影を開始する方法でも、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

上述した例は、被検体を移動させて、全身を撮影する場合の例であるが、被検体の全身ではなく、複数の局所的なコイルを用いて、被検体の複数領域を撮影する場合にも、本発明を適用することができる。

この場合、カラム型２Ｄ励起を用いて、腹部と心臓など、複数箇所を同時に励起して、複数箇所でナビゲート信号を取得して、上述したような方法で同期をとることにより、高精度の位置補正を行うことができる。

なお、上述した例は、２Ｄ励起法を適用した場合の例であるが、被検体の複数の箇所からナビゲート信号を取得し、これらの信号の相関関係が判断可能であれば、必ずしも２Ｄ励起法を用いる必要はなく、他の励起法を用いることも可能である。

本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体概略構成図である。 本発明の第１の実施形態において、２Ｄ励起に用いるパルスシーケンスを示す図である。 図２に示したパルスシーケンスを用いて２Ｄ励起を行った場合の励起プロファイルを示す図である。 本発明の第１の実施形態における被検体移動に伴う撮影部位の移動の説明図である。 本発明の一実施形態における操作手順とデータ処理手順とを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態におけるナビゲートシーケンスと撮影シーケンスのタイミングチャートである。 図６に示したナビゲートシーケンスの説明図である。 本発明の第１の実施形態におけるナビゲートシーケンスと撮影シーケンスのタイミングチャートである。 図８に示したナビゲートシーケンスの説明図である。 本発明の第１の実施形態における、胸部、腹部同期計測のナビゲートシーケンスと撮影シーケンスのタイミングチャートである。 図１０に示したナビゲートシーケンスの説明図である。 本発明の第２の実施形態における胸部プロファイルと腹部プロファイルとの同期計測方法を説明する図である。 全身ＭＲＩの説明図である。

符号の説明

１０1〜１０３、１０８ 被検体の撮影領域
１０４ 胸部ナビ用励起
１０５ 胸部用コイル
１０６ 腹部ナビ用励起
１０７ 腹部用コイル
３０１ 被検体
３０２ 静磁場磁石
３０３ 傾斜磁場コイル
３０４ ＲＦコイル
３０５ ＲＦプローブ
３０６ 信号検出部
３０７ 信号処理部
３０８ 表示部
３０９ 傾斜磁場電源
３１０ ＲＦ送信部
３１１ 制御部
３１２ ベッド
３１３ 画像処理部
５０１ 胸部位置のプロファイル
７０１ 腹部位置のプロファイル

Claims (6)

1. 被検体の撮影領域が配置される空間に静磁場を印加する静磁場発生手段と、
   上記空間に傾斜磁場を印加する傾斜磁場発生手段と、
   高周波パルス発生手段と、
   上記被検体から磁気共鳴信号を受信する磁気共鳴信号受信手段と、
   上記磁気共鳴信号受信手段により受信された磁気共鳴信号に基づく断層像を表示する表示手段と、
   所定のシーケンスに基づいて、上記傾斜磁場発生手段、上記高周波パルス発生手段、上記磁気共鳴信号受信手段を制御する制御手段と
   を有する磁気共鳴イメージング装置において、
   上記所定のシーケンスは、上記被検体の体動を示すナビゲート信号を検出するナビゲートシーケンスと、上記被検体の所望の領域を撮影する撮影シーケンスと、を有して成り、
   上記ナビゲートシーケンスは、上記被検体の第１の領域の体動を示す第１のナビゲート信号と、第２の領域の体動を示す第２のナビゲート信号と、を検出し、
   上記制御手段は、上記第１のナビゲート信号と第２のナビゲート信号との相関関係を算出し、上記第１の領域の画像と第２の領域の画像とが連続するように、上記撮影シーケンスによる上記第１の領域及び第２の領域の少なくとも一方の領域の撮影を、この一方の領域から検出されたナビゲート信号及び上記相関関係に基づいて制御することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記第１のナビゲート信号は、上記被検体の胸部領域の体動を示す胸部ナビゲート信号であり、
   上記第２のナビゲート信号は、上記被検体の腹部領域の体動を示す腹部ナビゲート信号であり、
   上記制御手段は、上記胸部ナビゲート信号と上記腹部ナビゲート信号との相関関係に基づいて、上記胸部ナビゲート信号を検出できる領域では、該胸部ナビゲート信号が示す体動が一定のゲートウィンドウ内であるときを判断し、該胸部ナビゲート信号に従って撮影を制御し、上記胸部ナビゲート信号は検出できないが、上記腹部ナビゲート信号を検出できる領域では、該腹部ナビゲート信号に基づいて、胸部の体動が一定のゲートウィンドウ内であるときを判断し、撮影を制御することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
3. 請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記制御手段は、上記腹部ナビゲート信号が一定の値となった時点から、上記胸部ナビゲート信号が上記一定のゲートウィンドウ内となる予測時間を計測し、上記胸部ナビゲート信号は検出できないが、上記腹部ナビゲート信号を検出できる領域では、上記腹部ナビゲート信号が一定の値となった時点から上記予測時間後に撮影を開始することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
4. 請求項２又は３記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記被検体が配置され、該被検体の複数の撮影領域を上記空間に順次移動させる移動手段を備え、
   上記制御手段は、上記移動手段を制御して上記被検体の広範囲を撮像することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
5. 請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記制御手段は、上記腹部ナビゲート信号の値が、一定の腹部ゲートウィンドウ内に入り、かつ、上記腹部ゲートウィンドウ内に入る直前に計測された上記腹部ナビゲート信号の値との差が正か負かに従って撮影開始時間を決定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記制御手段は、上記ナビゲート信号を、２Ｄ励起法により発生させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

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