JP5376593B2 - 磁気共鳴エラストグラム（ｍｒｅ）の作成方法及び作成装置、並びに磁気共鳴エラストグラム（ｍｒｅ）作成用のボールバイブレータ - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成方法及び作成装置、並びに磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）作成用のボールバイブレータに関する。

病変組織の検出および位置確認を可能にする診断手段として、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｔｏｍｏｇｒｐｈｙ：コンピューター断層撮影法）なる方法が使用されている。この方法は、被験者を横断する一平面に対しいろいろな角度からＸ線を照射し、それをコンピューターで再構築して画像にし、この画像に基づいて病変組織の検出及び位置確認を行うものである。この方法によれば、比較的短時間で目的とする画像を得ることができるが、造影剤の使用や放射線被爆によって被験者への負担が大きく、またコントラスト分解能が十分でない。

このような観点から、近年において、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ：磁気共鳴画像映像法、なお、以下では、“ＭＲＩ”は、磁気共鳴画像装置の略語としても使用する場合がある）なる方法が用いられるようになってきている。この方法は、人体の各細胞に含まれる水素原子核（プロトン＝陽子）の磁気性を利用しており、ＣＴのように造影剤の使用や放射線被爆による被験者への影響が少なく、ＣＴに比較してコントラスト分解能も高い。また、Ｘ線撮影のように骨に邪魔されることがなく、脊椎や脊髄、軟骨などの画像も得ることができ、代謝物質の濃度分布や分子の運動状態などをも反映した画像を得ることができるので、新陳代謝や血流が悪くなった段階、すなわち病変組織に対する早期の診断が可能となる。

しかしながら、ＭＲＩでは、病変組織の硬さ等の評価を行うことができないため、病状の進行に伴って、主として病変組織の硬さが変化するような腫瘍（例えば肝臓の腫瘍）等に対しては、ＭＲＩにおいても十分な診断を行うことができないでいた。

このような問題に鑑み、ＭＲＩにおいて、被験者に対して交番応力を負荷することによって磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）を得ることが試みられている。この場合、交番応力に起因して生じた剪断波が被験者の内部を伝播して病変組織に到達した場合において、病変組織の硬さが周囲の組織の硬さと異なっている場合には、病変組織とその周辺組織とのＮＭＲ信号の位相が異なるようになる。このような位相変化は、ＭＲＥに反映されるので、ＭＲＥを観察することによって、上述したＭＲＩに固有の高いコントラス分解能等に加えて、病変組織の硬軟状態をも知ることができるようになる。

上述のような交番応力を被験者に対して負荷するに際しては、ＭＲＩ内には強力な磁場を発生させていることから、ＭＲＩ内に直接モータなどの機械的な交番応力印加手段を配置することはできない。

このような問題に鑑みて、特許文献１には、ＭＲＩ内の被験者に接触するようにして振動板を配置し、この振動板に対してＭＲＩ外からボイスコイルによって発生した音圧を負荷し、前記振動板を振動させることによって、上述のような交番応力を発生させることが開示されている。しかしながら、この方法では、音圧を用いているために、ボイスコイルと振動板との距離が比較的大きくなると、音圧による振動エネルギーの減衰が著しく、十分な交番応力を発生させることができず、目的とするような磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）を得ることができないでいた。

特開２００６−３１４７８４号

本発明は、十分な交番応力によって、磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ）を使用した磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成を可能にすることを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ）を使用した磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成方法であって、画像形成すべき対象物の所定箇所に接触するようにして、非磁性のボールの、中心点周りの円周方向の回転に伴う遠心力に起因した振動を発生するボールバイブレータを配置するステップと、前記対象物に対して磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）パルスシーケンスを適用するとともに、前記ボールバイブレータからの振動を負荷して磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）を作成するステップと、を具えることを特徴とする、磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成方法に関する。

また、本発明は、
磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ）を使用した磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成装置であって、前記磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ）内の、画像形成すべき対象物の所定箇所に接触するようにして配置され、非磁性のボールの、中心点周りの円周方向の回転に伴う遠心力に起因した振動を前記対象物に負荷するためのボールバイブレータと、前記対象物に対して適用する磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）パルスシーケンスを生成するためのＭＲＥパルスシーケンス生成手段と、を具えることを特徴とする、磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成装置に関する。

さらに、本発明は、
磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ）を使用した磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成方法において、画像形成すべき対象物の所定箇所に接触するようにして、非磁性のボールの、中心点周りの円周方向の回転に伴う遠心力に起因した振動を発生する、磁気共鳴エラストグラム作成用のボールバイブレータに関する。

本発明によれば、非磁性のボールの、中心点周りの円周方向の回転に伴う遠心力に起因した振動を発生するボールバイブレータを、被験者に接触させるようにして配置している。この場合、被験者には、ボールバイブレータの振動が直接負荷されるようになるので、前記被験者に対して十分な交番応力を負荷することができるようになる。したがって、交番応力に起因して生じた剪断波を被験者の内部を伝播させて病変組織に到達することができるようになるので、病変組織の硬軟状態を反映した磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）を得ることができる。

このため、病状の進行に伴って、主として病変組織の硬さが変化するような腫瘍（例えば肝臓の腫瘍）等に対しても、上記磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）を観察することによって容易にその状態を知ることができ、当該病変組織の診断を行うことができるようになる。

なお、磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）は、磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ）を使用するものであるため、ＭＲＩに固有の作用効果、すなわち造影剤の使用や放射線被爆による被験者への影響が少なく、高いコントラスト分解能をも得ることができる。また、Ｘ線撮影のように骨に邪魔されることがなく、脊椎や脊髄、軟骨などの画像も得ることができ、代謝物質の濃度分布や分子の運動状態などをも反映した画像を得ることができるので、新陳代謝や血流が悪くなった段階の病変組織をも診断することができる。

本発明の一態様においては、前記ボールバイブレータにおける前記ボールの円周方向の回転は、空気圧によって生ぜしめることができる。これによって、例えば上記特許文献１に記載のような音圧に比較して、前記ボールに対して大きな負荷を掛けることができ、これによって高速の回転を生ぜしめることができるようになる。結果として、これに伴う大きな遠心力によってより大きな振動を形成することができ、上述した本発明の作用効果をより顕著に奏することができるようになる。

また、本発明の一態様においては、前記ボールバイブレータは光センサを含み、前記ボールの円周方向における回転数を、前記光センサのオンオフ周期に基づいてモニタリングすることができる。これによって、ボールバイブレータ内のボールの円周方向における回転数を常にモニタリングすることができるので、例えば上記空気圧を適宜に制御することによって、上記回転数を調整し、常に一定の回転数とすることができる。したがって、被験者に対して常に一定の振動、すなわち交番応力を負荷することができ、目的とする硬軟の病変組織を反映した磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）を簡易に得ることができる。

一方、ボールバイブレータ内のボールの円周方向における回転数を常にモニタリングすることができるので、前記回転数を自在に調整することができ、病変組織の硬軟の度合いを考慮して、当該病変組織に対応した振動、すなわち交番応力を自在に形成することができるようになる。したがって、当該病変組織の硬さに応じた最適な磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）を得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、十分な交番応力によって、磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ）を使用した磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成が可能になる。

本発明の磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成装置の一例を示す概略構成図である。 図１に示す磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）に使用するボールバイブレータの構成を示す平面図である。 図１に示す磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）に使用するボールバイブレータの構成を示す側面図である。

以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、実施形態に基づいて説明する。

図１は、本発明の磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ、以後、“ＭＲＥ”と略す場合がある）の作成装置の一例を示す概略構成図であり、図２及び図３は、図１に示す磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）に使用するボールバイブレータの構成を示す図である。図２は、ボールバイブレータの平面図であり、図３は、ボールバイブレータの側面図である。

図１に示すＭＲＥ作成装置１０は、磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ、以後、“ＭＲＩ”と略す場合がる）１１を含んでおり、その外周壁内には、超伝導性マグネットとして機能する静磁場コイル１２が、ＭＲＩ１１の長さ方向における中心軸Ｉ−Ｉの周りに巻回するようにして埋設されている。また、ＭＲＩ１１の空洞部１１Ａには、ＭＲＩ１１の外壁面に沿って傾斜磁場コイル１３が配置されている。さらに、ＭＲＩ１１内には円筒状のＲＦコイル１４が配置されている。

なお、超伝導性マグネットとしての静磁場コイル１２、傾斜磁場コイル１３及びＲＦコイル１４は汎用のものから構成することができる。

被験者Ｓは、ＭＲＩ１１の空洞部１１Ａ内においてＲＦコイル１４内に配置され、その上には本発明のボールバイブレータ１５が接触するようにして配置されている。ボールバイブレータ１５は、非常に大きな振動を発生することができるため、被験者Ｓの任意の箇所に接触するようにして設けることにより、以下に説明するＭＲＥを得ることができるが、好ましくは、被験者Ｓの病変組織の近傍に配置することによって、より確実かつ正確にＭＲＥを得ることができる。

図２及び図３に示すように、ボールバイブレータ１５は、例えばプラスチックなどからなるケース部材１５１を含み、その内部には例えばプラスチックなどからなる円形状の環状部材１５２が形成されている。環状部材１５２の中心部には例えばビスなどを厚さ方向に貫通されてなる中心部材１５３が形成されている。また、環状部材１５２と中心部材１５３との間に形成される空隙部には、非磁性の球形のボール１５４が設けられている。

さらに、ケース部材１５１には配管１５６及びレギュレータ１７を介してコンプレッサ１８が接続されている。これによって、コンプレッサ１８で生成される圧縮空気が、レギュレータ１７において圧力の調整を経た後に、配管１５８を介してケース部材１５１、すなわちボールバイブレータ１５内に導入され、導入された圧縮空気による空気圧によって、ボール１５４は、中心部材１５３を中心として、環状部材１５２の内面に沿って回転、すなわち円周方向に回転するようになる。この結果、ボール１５４の円周方向の回転に伴う遠心力に起因して振動が発生するようになる。

ケース部材１５１、すなわちボールバイブレータ１５内に導入された圧縮空気は配管１５９を介して適宜外部へ放出される。

なお、ボールバイブレータ１５は、上述したようにＭＲＩ１１内に配置され、実際の使用においては数テスラの強力な磁場の存在下で使用するようになるので、ボール１５４が磁性を有すると、上述のような円周方向の回転が妨げられ、目的とする振動を発生することができない。

ボール１５４は、環状部材１５２の内面に沿って滑らかに回転、すなわち円周方向の運動を行うことが求められるので、例えばＰＴＦＥなどの表面滑性の材料から構成することが好ましい。

また、ケース部材１５１には、先端部が環状部材１５２と中心部材１５３とで形成される空隙部に突出するようにして光センサ１５５Ａ及び１５５Ｂが設けられており、環状部材１５２によって円周方向に回転するボール１５４の回転速度を常にモニタリングしている。具体的には、光センサ１５５Ａに対して図示しない制御系から光ファイバ１５６を介して常に所定の波長の光が送られ、ケース部材１５１において常に下方に向けて放射される。一方、光センサ１５５Ａと対抗するようにして配置されている光センサ１５５Ｂは、光センサ１５５Ａが放射した光を受け、これを光ファイバ１５７を介して図示しない制御系にフィードバックする。

なお、上述した説明から明らかなように、光センサ１５５Ａ及び１５５Ｂは、それぞれ光を放射及び受光する役割を果たすのみであって、所定の電圧印加によって上記光を生成するための光生成手段としての発光素子、及び受光した光を電気信号に変換するための光受光手段としての受光素子は、上述した制御系内に配置されている。

このような状態で、ボール１５４を環状部材１５２の内面に沿って円周方向運動を行うようにすると、ボール１５４が光センサ１５５Ａ及び１５５Ｂ間を通った際に、光センサ１５５Ｂにおける受光が遮られるので、光センサ１５５Ｂから図示しない制御系を送信されるべき電気信号が途絶えることになる。一方、ボール１５４の円周方向運動は、ＭＲＥを得る際には時間的に連続して行うことになるので、上述した制御系で受信すべき電気信号も所定の時間間隔で途絶えるようになる。したがって、制御系における電気信号の非受信の時間を計測し、その間隔、すなわち周期を算出することによって、ボール１５４の円周方向の回転速度をモニタリングすることができる。

したがって、光センサ１５５Ａ及び１５５Ｂのモニタリングに結果に基づいて、レギュレータ１７を調節し、ボールバイブレータ１５内に導入する空気圧を適宜に制御すれば、上記回転数を調整することができ、常に一定の回転数とすることができる。この結果、以下に説明するように、被験者Ｓに対して常に一定の振動、すなわち交番応力を負荷することができ、目的とする硬軟の病変組織を反映したＭＲＥを簡易に得ることができる。

一方、ボールバイブレータ１５内のボール１５４の円周方向における回転数を常にモニタリングすることができるので、前記回転数を自在に調整することができ、病変組織の硬軟の度合いを考慮して、当該病変組織に対応した振動、すなわち交番応力を自在に形成することができるようになる。したがって、当該病変組織の硬さに応じた最適なＭＲＥを得ることができる。

次に、図１に示すＭＲＥ作成装置を用いた、本発明のＭＲＥ作成方法について説明する。
上述のようにＭＲＩ１１のＲＦコイル１４内に被験者Ｓを配置し、その病変組織近傍に図２及び図３に示すボールバイブレータ１５を接触するようにして取り付ける。次いで、静磁場コイル１１から数テスラの巨大な静磁場を被験者Ｓに印加してプロトンの核磁気共鳴を生ぜしめる。次いで、被験者Ｓに対してＭＲＥパルスシーケンスを適用する。具体的には、ＲＦコイル１４から、被験者Ｓの病変組織のＭＲＥを得るための高周波パルスを印加する。この高周波パルスの周波数は、プロトンの歳差運動のラーモア周波数と略同一とする。

次いで、傾斜磁場コイル１３より被験者Ｓに対して傾斜磁場を印加する。傾斜磁場の印加は例えば以下のようにして行うことができる。

被験者Ｓの足から頭の方向がＺ軸の方向だとした場合に、この方向に向かって磁場が次第に強くなるように傾斜磁場Ｇｚをかける。これによって被験者Ｓの各横断スライス（に属するプロトン）は異なるラーモア周波数により共鳴することになる。そのためＲＦコイル１４からの高周波パルスの周波数を調整することで、特定のスライス（に属するプロトン）にのみエネルギーを吸収させることが可能となる。

なお、ＲＦコイル１４からの高周波パルスの印加は、例えば傾斜磁場Ｇｚの存在下で行う。

傾斜磁場Ｇｚにより選択されたスライスは２次元であるので、実際の断層画像を得るためには、得られた信号成分をこの平面上の位置に対応させなければならない。そのため選択された２次元のスライスをＸＹ平面とすると、Ｘ方向に傾斜磁場Ｇｘをかけて周波数エンコーディングを行い、Ｙ方向に傾斜磁場Ｇｙをかける位相エンコーディングを行う。

具体的には、Ｙ軸方向に傾斜磁場Ｇｙを短時間かけると、わずかな時間に強い磁場を受けたところのスピンは速く、弱い磁場を受けたところのスピンは遅く回転するために、傾斜磁場Ｇｙ消失後は、Ｙ軸方向に沿って異なる位相のスピンが生じる。次いで、Ｘ軸方向に傾斜磁場Ｇｘをかけると、Ｘ軸に沿って、異なる周波数の、前記高周波パルスの印加に起因したエコー信号が得られるようになる。以上の操作によりスライス選択（Ｚ軸）と空間エンコーディング（ＸＹ軸）が完了する。

前記エコー信号を２次元フーリエ変換すると、周波数の違いからＸ、Ｙ方向に展開され画像が復元される。

本発明においては、上述したＭＲＥパルスシーケンスを適用する際に、ボールバイブレータ１５からの振動を被験者Ｓに対して負荷する。すると、被験者Ｓには、ボールバイブレータ１５の振動が直接負荷されるようになるので、被験者Ｓに対して十分な交番応力を負荷することができるようになる。したがって、交番応力に起因して生じた剪断波を被験者Ｓの内部を伝播させて病変組織に到達することができるようになるので、病変組織の硬軟状態を反映したＭＲＥを得ることができる。

このため、病状の進行に伴って、主として病変組織の硬さが変化するような腫瘍（例えば肝臓の腫瘍）等に対しても、上記ＭＲＥを観察することによって容易にその状態を知ることができ、当該病変組織の診断を行うことができるようになる。

また、ボールバイブレータ１５におけるボール１５４の円周方向の回転は、空気圧によって発生させているので、従来のような音圧に比較して、ボール１５４に対して大きな負荷をかけることができ、これによって高速の回転を生ぜしめることができるようになる。結果として、これに伴う大きな遠心力によってより大きな振動を形成することができ、上述した作用効果をより顕著に奏することができるようになる。

なお、本発明では、ＭＲＥを、ＭＲＩ１１を使用して得るものであるため、ＭＲＩに固有の作用効果、すなわち造影剤の使用や放射線被爆による被験者への影響が少なく、高いコントラスト分解能をも得ることができる。また、Ｘ線撮影のように骨に邪魔されることがなく、脊椎や脊髄、軟骨などの画像も得ることができ、代謝物質の濃度分布や分子の運動状態などをも反映した画像を得ることができるので、新陳代謝や血流が悪くなった段階の病変組織をも診断することができる。

以上、本発明の一実施例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。

１０ 磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）作成装置
１１ 磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ）
１２ 静磁場コイル
１３ 傾斜磁場コイル
１４ ＲＦコイル
１５ ボールバイブレータ
１５５Ａ，Ｂ 光センサ
１７ レギュレータ
１８ コンプレッサ

Claims (12)

1. 磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ）を使用した磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成方法であって、
   画像形成すべき対象物の所定箇所に接触するようにして、非磁性のボールの、中心点周りの円周方向の回転に伴う遠心力に起因した振動を発生するボールバイブレータを配置するステップと、
   前記対象物に対して磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）パルスシーケンスを適用するとともに、前記ボールバイブレータからの振動を負荷して磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）を作成するステップと、
   を具えることを特徴とする、磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成方法。
2. 前記ボールバイブレータにおける前記ボールの円周方向の回転は、空気圧によって生ぜしめることを特徴とする、請求項１に記載の磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成方法。
3. 前記ボールバイブレータは光センサを含み、前記ボールの円周方向における回転数を、前記光センサのオンオフ周期に基づいてモニタリングすることを特徴とする、請求項１又は２に記載の磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成方法。
4. 前記空気圧を制御することによって、前記ボールバイブレータにおける前記ボールの円周方向における回転数を調整することを特徴とする、請求項３に記載の磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成方法。
5. 磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ）を使用した磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成装置であって、
   前記磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ）内の、画像形成すべき対象物の所定箇所に接触するようにして配置され、非磁性のボールの、中心点周りの円周方向の回転に伴う遠心力に起因した振動を前記対象物に負荷するためのボールバイブレータと、
   前記対象物に対して適用する磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）パルスシーケンスを生成するためのＭＲＥパルスシーケンス生成手段と、
   を具えることを特徴とする、磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成装置。
6. 前記ボールバイブレータは、前記ボールの円周方向の回転が空気圧によって生ぜしめるように構成したことを特徴とする、請求項５に記載の磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成装置。
7. 前記ボールバイブレータは、前記ボールの円周方向における回転数を、オンオフ周期に基づいてモニタリングするための光センサを含むことを特徴とする、請求項５又は６に記載の磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成装置。
8. 前記ボールバイブレータは、前記ボールの円周方向における回転数を、前記空気圧を制御することによって調整するように構成したことを特徴とする、請求項７に記載の磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成装置。
9. 磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ）を使用した磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）の作成方法において、
   画像形成すべき対象物の所定箇所に接触するようにして、非磁性のボールの、中心点周りの円周方向の回転に伴う遠心力に起因した振動を発生する、磁気共鳴エラストグラム作成用のボールバイブレータ。
10. 前記ボールバイブレータにおける前記ボールの円周方向の回転は、空気圧によって生ぜしめることを特徴とする、請求項９に記載の磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）作成用のボールバイブレータ。
11. 前記ボールバイブレータは光センサを含み、前記ボールの円周方向における回転数を、前記光センサのオンオフ周期に基づいてモニタリングするように構成したことを特徴とする、請求項９又は１０に記載の磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）作成用のボールバイブレータ。
12. 前記空気圧を制御することによって、前記ボールバイブレータにおける前記ボールの円周方向における回転数を調整するように構成したことを特徴とする、請求項１１に記載の磁気共鳴エラストグラム（ＭＲＥ）作成用のボールバイブレータ。

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