JP2006346235A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体の体動が起きた時点で、自動で再計測を行い撮像時間の短縮化が可能な磁気共鳴イメージング装置を実現する。
【解決手段】被検体１の位置合わせを行い、ビデオカメラ２３の記録を開始する。この時点ｔ_０での撮像部位の静止画を取得し、被検体１の断層画像取得のためのスキャンを開始する撮像の途中の時点ｔ_１で撮像部位の静止画を取得し、位置合わせ後（時点ｔ_０）の静止画との相関係数ｒ_ｘｙを算出し、閾値を上回るか否かを判定する。相関係数ｒ_ｘｙが閾値を上回る場合にはスキャンを継続し、閾値を下回る場合にはその時点で自動的にスキャンを停止し、始めからスキャンし直す。
【選択図】 図２

Description

本発明は、磁気共鳴現象を利用して被検体の所望箇所を画像化する磁気共鳴イメージング装置に関する。

磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）は、磁界中に置かれた被検体中の核スピンの磁気共鳴現象から得られるＮＭＲ信号を計測し、演算処理することで、被検体中の核スピンの密度分布、緩和時間分布等を断層像として画像表示するものであり、人体を被検体として各種の診断等に使用されている。

ところで、ＭＲ画像の撮像は条件により数十分から一時間を要し、被検体が動かずに安静でいることは苦痛を伴い体動が起きる可能性がある。

その結果、ＭＲ画像に位置ずれによるアーチファクトが現れ、初めから撮像し直しとなる。

そこで、特許文献１に記載されているように、操作者は患者監視モニタから被検体の体動を監視し、得られたＭＲ画像のアーチファクトを確認してから再計測の有無を判断している。

特開平２００４-２０８９５４号公報

しかしながら、従来技術にあっては、得られたＭＲ画像のアーチファクトを確認してから、再計測の有無を判断しているため、被検体の体動が起きてから、再計測するまで、無駄な時間を消費しており、撮像時間の長時間化に繋がることとなってしまっていた。

このため、被検体のスキャンの途中で、再計測の判断ができれば撮像時間の長時間化を防止することができる。

本発明の目的は、被検体の体動が起きた時点で、自動で再計測を行い撮像時間の短縮化が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。

本発明による磁気共鳴イメージング装置においては、磁場発生手段と、被検体の核磁気共鳴を起こさせるための高周波磁場を照射する送信手段と、核磁気共鳴信号を検出する受信手段と、この受信手段で検出された核磁気共鳴信号を用いて画像再構成演算を行う信号処理手段と、上記被検体の画像を得るスキャニングを行なうために装置全体の動作を制御する制御手段とを有し、さらに、撮像された複数の画像のうち、基準となる画像と、この基準画像が撮像された後に撮像された他の画像とを比較し、被検体の体動が発生したか否かを判断する体動判断手段とを備える。

被検体の体動が発生したと判断した場合は、制御手段によるスキャニング動作を停止し、初めから、スキャニングのやり直しを行なう。

本発明によれば、被検体の体動が起きた時点で、自動で再計測を行い撮像時間の短縮化が可能な磁気共鳴イメージング装置を実現でき、再計測になった場合、被検体の体動が起きてから再計測までの時間の短縮化が可能である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の概略構成図である。

図１において、ＭＲＩ装置は大別して静磁場発生磁気回路２と、傾斜磁場発生系３と、送信系４と、受信系５と、信号処理系６と、シーケンサ７と、中央処理装置（ＣＰＵ）８とから構成されている。

静磁場発生系２は、被検体１の周りに所定の方向の均一な静磁場を発生させるためのものである。この静磁場発生系２の内部には、送信系４の高周波コイル（照射用コイル）１４と、傾斜磁場発生系３の傾斜磁場コイル９と、受信系５の高周波コイル（受信用コイル）１５とが配置されている。

傾斜磁場発生系３は、シーケンサ７の制御のもとに傾斜磁場電源１０より電流の供給を受けて、それを傾斜磁場コイル９に付与して被検体１の周りに傾斜磁場を発生させる。

また、送信系４は、高周波発振器１１と、変調器１２と、増幅器１３と、照射用コイル１４とを備え、シーケンサ７の指令により、高周波発振器１１からの基準高周波パルスを変調器１２で振幅変調する。そして、この振幅変調された高周波パルスを増幅器１３により増幅して照射用コイル１４に供給し、所定のパルス状の電磁波を被検体１に照射する。

また、受信系５は、受信用コイル１５と、増幅器１６と、直交位相検波器１７と、アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）１８とを備える。そして、被検体１からの核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を受信用コイル１５が検出すると、そのＮＭＲ信号を増幅器１６、直交位相検波器１７、ＡＤＣ１８を介してディジタル量に変換すると共に、シーケンサ７からの指令によるタイミングでＡＤＣ１８によってサンプリングされた収集データに変換して、ＣＰＵ８に送る。

信号処理系６は、光ディスク２０ａ、磁気ディスク２０ｂなどを含む外部記億装置２０と、ＣＲＴなどのディスプレイ２１と、キーボード２２とを備える。そして、受信系５の受信用コイル１５からのデータがＣＰＵ８に入力されると、ＣＰＵ８が信号処理、画像再構成などの処理を実行し、その結果である被検体１の所望の断層面の画像をディスプレイ２１に表示すると共に、外部記憶装置２０の磁気ディスク２０ｂなどに記憶する。

また、ＣＰＵ８は、予め定められたプログラムに従って、シーケンサ７、送信系４、受信系５、信号処理系６を制御する。

シーケンサ７は、ＣＰＵ８からの制御指令に基づいて動作し、被検体１の断層面の画像のデータ収集に必要な種々の命令を、送信系４、傾斜磁場発生系３、受信系５に送る。

このようなＭＲＩ装置において撮像をおこなう場合は、受信用コイル１５を被検体１の関心領域を中心にして装着する。その後、被検体１は撮像用の寝台１９に、横たわった状態で関心領域が静磁場発生磁気系２の中心に来るように送り込まれる。

送り込まれた被検体１に対して任意のシーケンスに従い傾斜磁場発生系３、送信系４から電磁波を照射し、受信系５で信号を受信してＣＰＵ８、信号処理系６によって得られた信号を画像化する。

図２は、本発明の一実施形態であるＭＲＩ装置における被検体１の体動を判定するためのシステムの概略説明図である。

図２において、ＭＲＩ装置が配置されるシールドルーム２６内にビデオカメラ（撮像手段）２３を設置し、ＭＲＩ画像撮像開始前から撮像終了までの被検体１の動画を撮影し、操作卓の患者モニタ及びＰＣ２４（体動判断手段）にデータを送信する。ＰＣ２４は、後述する被検体１の体動を判定し、ＣＰＵ１に再スキャン等の情報を伝達する。なお、２５はガントリである。

ここで、図２には、ビデオカメラ２３は、1台のみ示したが、被検体１の３次元的な動きを監視するに必要な、少なくとも２台のビデオカメラを設置することもできる。

図３は、図２に示したビデオカメラ２３で撮影された被検体１の動画から、体動を判定する方法の説明図である。

図３の（ａ）に示すように、ＰＣ２４は、得られた動画から、被検体１の位置合わせ後の時相ｔ_０の静止画と、撮像開始から終了までの時相ｔ_１〜ｔ_ｎまでの一定の時間幅で静止画を自動的に抜き出し、それら二枚の画像（時相ｔ_０の静止画と、時相ｔ_１〜ｔ_ｎまでの画像のうちの抜き出した画像）の二次元配列の相関係数（ｒ_１〜ｒ_ｎ）を求めることで、被検体１の体動の有無を判別し、図３の（ｂ）に示すようにグラフ化する。なお、図３の（ｂ）の縦軸は、相関係数ｒ（最大１）を示し、横軸は、時相ｔを示す。

相関係数の算出及びグラフ化は、ＰＣ２４のソフトウェア上で自動的に行う。そして、静止画の画像データは、図４に示すように、Ｍ×Ｎの各画素の値を要素とする二次元配列で構成される。

Ｍ×Ｎの各画素の値は、その点の画像の明るさ（輝度）であって、その値は整数値で表される。例えば、８ビットの分解能のビデオカメラを使用した場合、画素の値は０〜２５５の間の整数値で表せられる。

そして、得られた画像の二次元配列を次式（１）式に代入することで相関係数ｒ_ｘｙが算出される。

上記（１）式において、ｘ_ｉ、ｙ_ｉは各二次元配列の要素、ｘバー、ｙバーは平均値、ｎは要素数である。

なお、相関係数とは二つの変量の関係を示し、二つの変量がどれだけ似ているかを表す係数である。本発明においては二つの静止画がどれだけ似ているかを表す。

相関係数ｒ_ｘｙの計算結果は、絶対値で０〜１の間の値が得られ、１という結果が得られれば位置ずれは全く起きていないということになり、０に近いほど大きく位置ずれが大きく起きていることになる。

図５は、被検体１の体動を自動的に検知して、体動を検知した時点で再スキャンを自動的に行なう動作フローチャートである。

図５において、まず、被検体１の位置合わせを行い（ステップ１００）、ビデオカメラ２３の記録を開始する（ステップ１０１）。この時点（時相ｔ_０）での撮像部位の静止画を取得する（ステップ１０２）。そして、被検体１の断層画像取得のためのスキャンを開始する（ステップ１０３、１０４）。

撮像の途中（時相ｔ_１）で撮像部位の静止画を取得し、位置合わせ後（時相ｔ_０）の静止画との相関係数ｒ_ｘｙを算出する（ステップ１０５）。相関係数ｒ_ｘｙには閾値を設け、相関係数ｒ_ｘｙが閾値を上回るか否かを判定する（ステップ１０６）。

そして、相関係数ｒ_ｘｙが閾値を上回る場合にはスキャンを継続する（ステップ１０７）。ステップ１０６において、被検体１に体動が起きて閾値を下回る場合にはその時点で自動的に実行中のスキャニング動作を停止し、初めから又は体動発生の直前に戻ってスキャンし直しとなる（ステップ１０４に戻る）。

そして、ステップ１０８において、撮像終了か否かを判断し、終了していなければ、ステップ１０５に戻る。ステップ１０８において、撮像が終了ならば、被検体１の体動判定フローも終了となる。

以上のように、本発明の一実施形態によれば、被検体１の体動により位置ずれが起きた場合、それを自動的に認識し、操作者がＭＲ画像を確認する前に、自動的にスキャンし直しとなるので、再計測になった場合、被検体１の体動が起きてから再計測までの時間の短縮化が可能である。

ここで、被検体１の体動の方向によっては、ＭＲＩ画像のアーチファクトが異なることがある。例えば、被検体１の上下左右方向への動きに対して、垂直方向（高さ方向）の動きは、ＭＲＩ画像への影響は比較的に少ないとか考えられる。

このため、被検体１の体動の方向により、再スキャンするか否かを判断する閾値を変更することも可能である。

図６は、被検体１の体動の方向により、再スキャンするか否かを判断する閾値を変更する場合の、再スキャンを自動的に行なう動作フローチャートである。

この図６のフローチャートは、図５に示したフローチャートのステップ１０５と１０６との間に、ステップ１０５Ａと１０５Ｂとが追加されており、他のステップは、図５のフローチャートと同様となっている。

図６のステップ１０５Ａで、被検体１の体動の動き方向を判断し、その判断した動き方向に応じて、予め定めた閾値に変更又は維持する（ステップ１０５Ｂ）。そして、ステップ１０６に進む。

この図６に示したように、被検体１の体動の方向により、再スキャンするか否かを判断する閾値を変更するように構成すれば、動き方向によっては、再計測が不要となるので、被検体１の体動が起きてから再計測までの時間のさらなる短縮化が可能である。

なお、被検体１の断層画像取得スキャン開始は、操作者の手動操作により行なうこともできるが、ビデオカメラ２３により撮影された被検体１の静止画像取得時点ｔ_０又はｔ_１から開始するように、ＰＣ２４からＣＰＵ８に信号を出力することも可能である。

また、多数のビデオカメラをシールドルーム２６内に配置しておき、被検体１のＭＲ画像取得位置に応じて、被検体１の体動監視位置を選択するようにしてもよい。さらに、被検体１の体動監視部位に応じて、ビデオカメラのフォーカシングを調整することも可能である。この場合、ＰＣ２４の画面を操作者等がタッチすることによりズームアップ、フォーカシングを行なうように構成することもできる。

被検体１の体動の監視については、被検体１に体動監視用のマーキングを行ってもよい。

本発明が適用されるＭＲＩ装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態において被検体の体動を判定するためのシステムの概略説明図である。 図２に示したビデオカメラで撮影された被検体の動画から体動を判定する方法の説明図である。 静止画像の二次元配列図である。 被検体の体動を自動的に検知して体動を検知した時点で再スキャンを自動的に行なう一例の動作フローチャートである。 被検体の体動を自動的に検知して体動を検知した時点で再スキャンを自動的に行なう他の例の動作フローチャートである。

符号の説明

１ 被検体
２ 静磁場発生系
３ 傾斜磁場発生系
４ 送信系
５ 受信系
６ 信号処理系
７ シーケンサ
８ ＣＰＵ
９ 傾斜磁場コイル
１０ 傾斜磁場電源
１１ 高周波発信器
１２ 変調器
１３ 増幅器
１４ 照射用コイル
１５ 受信コイル
１６ 増幅器
１７ 直交位相検波器
１８ ＡＤＣ
１９ 寝台
２０ａ 光ディスク
２０ｂ 磁気ディスク
２１ ディスプレイ
２２ キーボード
２３ ビデオカメラ
２４ 患者監視モニタＰＣ
２５ ガントリ
２６ シールドルーム

Claims (4)

1. 被検体に静磁場および傾斜磁場を与える磁場発生手段と、上記被検体の生体組織を構成する原子核に核磁気共鳴を起こさせるための高周波磁場を照射する送信手段と、上記被検体から放出される核磁気共鳴信号を検出する受信手段と、この受信手段で検出された核磁気共鳴信号を用いて画像再構成演算を行う信号処理手段と、上記被検体の画像を得るスキャニングを行なうために装置全体の動作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、
   撮像された複数の画像のうち、基準となる静止画像と、この基準画像が撮像された後に撮像された他の画像とを比較し、上記被検体の体動が発生したか否かを判断する体動判断手段と、
   を備え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、上記体動判断手段は、上記基準画像と上記他の画像との相関係数を算出し、算出した相関係数が所定の閾値より以下か否かにより被検体の体動の発生を判断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１又は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、上記体動判断手段が被検体の体動発生を判断したとき、実行中のスキャニング動作を停止させ、再度、初めから又は体動が発生する直前に戻ってスキャニングのやり直しを行なわせ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記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記体動判断手段は、上記撮像手段が撮像した被検体の画像から被検体の体動の方向を判断し、判断した体動の方向に応じて、上記閾値を変更す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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