JP2007301153A

JP2007301153A - 医用画像撮影装置

Info

Publication number: JP2007301153A
Application number: JP2006132658A
Authority: JP
Inventors: Masaru Seto; 勝瀬戸; Koichi Hoshino; 耕一星野; Yasushi Sato; 靖佐藤
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2007-11-22

Abstract

【課題】例えば経過観察用の時系列の画像等、同一被検者の同一部位の画像を臓器の位置再現性好く撮影可能な医用画像撮影装置を実現する。
【解決手段】医用画像撮影装置は、被検者について、予め記憶された呼吸パターンに基づき連続的な呼吸を指導する呼吸指導手段と、前記呼吸指導手段に従って呼吸を行っている前記被検者の医用画像を撮影する撮影手段とを具備する。前記撮影手段は、前記呼吸パターンの予め記憶された位相における医用画像を撮影する。前記位相は２つ以上記憶される。前記呼吸指導手段は、映像、音響、接触圧等によって呼吸を指導する。
【選択図】図1

Description

本発明は、医用画像撮影装置に関し、特に、所望の呼吸位相における医用画像を撮影する装置に関する。

Ｘ線ＣＴ(Computed Tomography)装置やＭＲＩ(Magnetic Resonance Imaging)装置等の医用画像撮影装置では、呼吸に伴う内臓の変位の影響を受けないようにするときは、所定の呼吸位相で医用画像を撮影することが行われる。

そのような撮影は、被検者に息止めさせた状態でスキャン(scan)するか（例えば、特許文献１参照）、あるいは、被検者の呼吸を監視し、所望の呼吸位相に合わせてスキャンすることによって行われる（例えば、特許文献２参照）。また、トリガ(trigger)信号を合図として被検者に発声を繰り返させ、そのつどスキャンすることも行われる（例えば、特許文献２参照）。
実公平６−２１４４４号公報特開２００４−２７５３８０号公報

息止めを最大呼気状態または最大吸気状態で行うことは比較的容易であるが、その途中での息止めは必ずしも容易でない。このため、最大呼気状態または最大吸気状態で撮影を行うことに限られてしまうという問題がある。

被検者の呼吸を監視しながらスキャンを行うときは、任意の呼吸位相で撮影することが可能であるが、別途適当な呼吸監視装置を用意しなければならないという問題がある。また、監視している呼吸が必ずしも安定した周期とならない場合もあり、画質が悪化したり、同じ被検者に対する再検査等の場合、臓器の位置再現性が悪いという問題点がある。なお、トリガ信号を合図とする発声に同期したスキャンは、声帯部等の特殊な部位の撮影に限られる。

そこで、本発明の課題は、例えば経過観察用の時系列の画像等、同一被検者の同一部位の画像を臓器の位置再現性好く撮影可能な医用画像撮影装置を実現することである。

上記の課題を解決するための発明は、被検者について、予め記憶された呼吸パターンに基づき連続的な呼吸を指導する呼吸指導手段と、前記呼吸指導手段に従って呼吸を行っている前記被検者の医用画像を撮影する撮影手段とを具備することを特徴とする医用画像撮影装置である。

前記撮影手段は、前記呼吸パターンの予め記憶された位相における医用画像を撮影することが、呼吸監視装置を用いて被検者の呼吸を監視しなくても経過観察用の時系列の画像を同一の呼吸位相で得る点で好ましい。

前記位相は２つ以上記憶されることが、複数の呼吸パターンおよび呼吸位相で撮影することができ、複数位相に対応する複数の臓器位置における画像を得ることができる点で好ましい。

前記呼吸指導手段は、映像によって呼吸を指導することが、視覚を通じて指導する点で好ましい。
前記呼吸指導手段は、音響によって呼吸を指導することが、聴覚を通じて指導する点で好ましい。

前記呼吸指導手段は、接触圧によって呼吸を指導することが、触覚を通じて指導する点で好ましい。
前記撮影手段は、前記被検者をＸ線でスキャンして透過Ｘ線信号を収集し、この透過Ｘ線信号に基づいて画像を再構成することが、Ｘ線吸収係数の分布画像を得る点で好ましい。

前記撮影手段は、前記被検者に静磁場、勾配磁場およびＲＦ磁場を与えて磁器共鳴信号を収集し、この磁器共鳴信号に基づいて画像を再構成することが、磁気スピンの分布画像を得る点で好ましい。

本発明によれば、医用画像撮影装置は、被検者について、予め記憶された呼吸パターンに基づき連続的な呼吸を指導する呼吸指導手段と、前記呼吸指導手段に従って呼吸を行っている前記被検者の医用画像を撮影する撮影手段とを具備するので、被検者が安定した同じ呼吸パターンで呼吸を行うことが可能となることから、任意の呼吸位相において、同じ被検者に対し臓器の位置再現性が良好な撮影が可能な医用画像撮影装置を実現することができる。

以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１に、Ｘ線ＣＴ装置の模式的構成を示す。本装置は発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、医用画像撮影装置に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

Ｘ線ＣＴ装置は、ガントリ(gantry)１００、テーブル(table)２００およびオペレータコンソール(operator console)３００を有する。ガントリ１００は、テーブル２００によって搬入される被検者１０を、Ｘ線照射・検出装置１１０でスキャンして複数ビューのＸ線検出データを収集し、オペレータコンソール３００に入力する。以下、Ｘ線検出データをスキャンデータ(scan data)ともいう。

オペレータコンソール３００は、ガントリ１００から入力されたスキャンデータに基づいて画像再構成を行い、再構成した画像をディスプレイ(display)３０２に表示する。ガントリ１００、テーブル２００およびオペレータコンソール３００からなる部分は、本発明における撮影手段の一例である。

オペレータコンソール３００は、また、ガントリ１００とテーブル２００の動作を制御する。オペレータコンソール３００による制御の下で、ガントリ１００は所定のスキャン条件でスキャンを行い、テーブル２００は所定の部位がスキャンされるように、被検者１０の位置決めを行う。

テーブル２００を連続的に移動させながら複数回のスキャンを連続的に行うことにより、ヘリカルスキャン(helical scan)を行うことができる。テーブル２００を間欠的に移動させながら停止位置ごとにスキャンすることによりクラスタスキャン(cluster scan)を行うことができる。テーブル２００を停止させた状態でスキャンすることにより、アキシャルスキャン(axial scan)を行うことができる。

ガントリ１００の正面の、被検者１０が視認可能な箇所に、呼吸指導用の表示器１０２が設けられる。表示器１０２は、例えばフラットパネル・ディスプレイ(flat panel display)等によって構成され、オペレータコンソール３００による制御の下で、呼吸指導用の映像を表示する。表示器１０２とオペレータコンソール３００からなる部分は、本発明における呼吸指導手段の一例である。呼吸指導については後にあらためて説明する。

図２に、Ｘ線照射・検出装置１１０の構成を模式的に示す。Ｘ線照射・検出装置１１０は、Ｘ線管１３０の焦点１３２から放射されたＸ線１３４をＸ線検出器１５０で検出するようになっている。

Ｘ線１３４は、図示しないコリメータ(collimator)で成形されてコーンビーム(cone beam)のＸ線となっている。Ｘ線検出器１５０は、Ｘ線の広がりに対応して２次元的に広がるＸ線入射面１５２を有する。Ｘ線入射面１５２は円筒の一部を構成するように湾曲している。円筒の中心軸は焦点１３２を通る。

Ｘ線照射・検出装置１１０は、撮影中心すなわちアイソセンタ(isocenter)Ｏを通る中心軸の周りを回転する。中心軸は、Ｘ線検出器１５０が形成する部分円筒の中心軸に平行である。

回転の中心軸の方向をｚ方向とし、アイソセンタＯと焦点１３２を結ぶ方向をｙ方向とし、ｚ方向およびｙ方向に垂直な方向をｘ方向とする。これらｘ，ｙ，ｚ軸は、ｚ軸を中心軸とする回転座標系の３軸となる。

図３に、Ｘ線検出器１５０のＸ線入射面１５２の平面図を模式的に示す。Ｘ線入射面１５２は検出セル(cell)１５４がｘ方向とｚ方向に２次元的に配置されたものとなっている。すなわち、Ｘ線入射面１５２は検出セル１５４の２次元アレイ(array)となっている。なお、コーンビームＸ線の代わりにファンビーム(fan beam)Ｘ線を用いる場合は、Ｘ線入射面１５２は検出セル１５４のｘ方向の１次元アレイとしてよい。

個々の検出セル１５４はＸ線検出器１５０の検出チャンネル(channel)を構成する。これによって、Ｘ線検出器１５０は多チャンネルＸ線検出器となる。検出セル１５４は、例えばシンチレータ(scintillator)とフォトダイオード(photo diode)の組合せによって構成される。

図４に、ＭＲＩ装置の模式的構成を示す。本装置は発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、医用画像撮影装置に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

ＭＲＩ装置は、マグネットシステム(magnet system)６００、テーブル２００およびオペレータコンソール３００を有する。マグネットシステム６００は、テーブル２００によって搬入される被検者１０に、静磁場、勾配磁場およびＲＦ(radio frequency)磁場を与えて磁器共鳴信号を収集し、オペレータコンソール３００に入力する。以下、収集された磁器共鳴信号をスキャンデータともいう。

マグネットシステム６００は、主磁場コイル(coil)部６１０、勾配コイル部６２０およびＲＦコイル部６３０を有する。これら各コイル部は概ね円筒状の形状を有し、互いに同軸的に配置されている。

主磁場コイル部６１０は、マグネットシステム６００の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の方向は概ね被検者１の体軸の方向に平行である。すなわちいわゆる水平磁場を形成する。主磁場コイル部６１０は、例えば超伝導コイルを用いて構成される。なお、超伝導コイルに限らず常伝導コイル等を用いて構成してもよい。

また、マグネットシステム６００は、水平磁場方式のものに代えて、静磁場の方向が被検者１の体軸に垂直な垂直磁場方式のものを用いるようにしてもよい。垂直磁場方式では、主磁場コイル部６１０に相当する部分が例えば永久磁石で構成される。永久磁石は互いに対向する１対のものが用いられる。

勾配コイル部６２０は、互いに垂直な３軸すなわちスライス(slice)軸、位相軸および周波数軸の方向において、それぞれ静磁場強度に勾配を持たせるための３つの勾配磁場を生じる。

スライス軸方向の勾配磁場をスライス勾配磁場ともいう。位相軸方向の勾配磁場を位相エンコード(encode)勾配磁場ともいう。周波数軸方向の勾配磁場をリードアウト(read out)勾配磁場ともいう。リードアウト勾配磁場は周波数エンコード勾配磁場と同義である。このような勾配磁場の発生を可能にするために、勾配コイル部６２０は図示しない３系統の勾配コイルを有する。以下、勾配磁場を単に勾配ともいう。

ＲＦコイル部６３０は静磁場空間に被検者１の体内のスピン(spin)を励起するためのＲＦ磁場を形成する。以下、ＲＦ磁場を形成することをＲＦ励起信号の送信ともいう。また、ＲＦ励起信号をＲＦパルス(pulse)ともいう。

励起されたスピンが生じる電磁波すなわち磁気共鳴信号は、ＲＦコイル部６３０によって受信される。磁気共鳴信号は、周波数ドメイン(domain)すなわちフーリエ(Fourier)空間についてのサンプリング(sampling)信号となる。なお、磁気共鳴信号の受信は、ＲＦコイル部６３０に代えて、別途設けた専用の受信コイルで行うようにしてもよい。

位相軸方向および周波数軸方向の勾配により、磁気共鳴信号のエンコードを２軸で行えば、磁気共鳴信号は２次元フーリエ空間についてのサンプリング信号として得られ、スライス勾配をも利用してエンコードを３軸で行えば３次元フーリエ空間についての信号として得られる。各勾配は、２次元あるいは３次元フーリエ空間における信号のサンプリング位置を決定する。以下、フーリエ空間ｋ−スペース(k-space)ともいう。

オペレータコンソール３００は、マグネットシステム６００から入力されたスキャンデータに基づいて画像再構成を行い、再構成した画像をディスプレイ３０２に表示する。マグネットシステム６００、テーブル２００およびオペレータコンソール３００からなる部分は、本発明における撮影手段の一例である。

オペレータコンソール３００は、また、マグネットシステム６００とテーブル２００の動作を制御する。オペレータコンソール３００による制御の下で、マグネットシステム６００は所定のスキャン条件でスキャンを行い、テーブル２００は所定の部位がスキャンされるように、被検者１０の位置決めを行う。

マグネットシステム６００の正面の、被検者１０が視認可能な箇所に、呼吸指導用の表示器１０２が設けられる。表示器１０２は、例えばフラットパネル・ディスプレイ等によって構成され、オペレータコンソール３００による制御の下で、呼吸指導用の映像を表示する。表示器１０２とオペレータコンソール３００からなる部分は、本発明における呼吸指導手段の一例である。呼吸指導については後にあらためて説明する。

図５に、スキャン用のパルスシーケンス(pulse sequence)の一例を示す。このパルスシーケンスはグラディエントエコー(gradient echo)法によるパルスシーケンスである。なお、パルスシーケンスはこれに限るものではない。

同図において、（１）はＲＦ励起のシーケンスを示す。（２）−（４）はいずれも勾配磁場のシーケンスを示す。（５）は磁気共鳴信号のシーケンスを示す。勾配磁場のシーケンスのうち、（２）はスライス勾配、（３）は周波数エンコード勾配、（４）は位相エンコード勾配である。なお、静磁場は一定の磁場強度で常時印加されている。

先ず、α°パルスによるスピン励起が行われる。α°励起はスライス勾配Ｓｌｉｃｅの下での選択励起である。α°励起後に、周波数エンコード勾配Ｒｅａｄおよび位相エンコード勾配Ｐｈａｓｅが所定のシーケンスで印加され、磁気共鳴信号すなわちエコー(echo)が読み出される。

このようなパルスシーケンスが、繰り返し時間ＴＲで所定回数繰り返され、そのつど、エコーが読み出される。繰り返しのたびにエコーの位相エンコードが変更され、所定回数の繰り返しによって、２次元ｋスペース全体についてのエコー信号収集が行われる。なお、スライス方向にも位相エンコードを行うときは、３次元ｋスペースについてのエコー信号収集が行われる。２次元ｋスペースのエコーデータを２次元逆フーリエ変換することにより２Ｄ画像が再構成される。３次元ｋスペースのエコーデータを３次元逆フーリエ変換することにより３Ｄ画像が再構成される。

呼吸指導について説明する。図６に、呼吸指導に用いられる映像の一例を示す。図６に示すように、呼吸指導用の映像は、人間の横顔とそれが呼吸する空気を略図で示したものとなっている。空気の移動方向は矢印で示される。矢印は双方向の矢印である。

空気を示す略図は、概ね三角形の図形であり、その頂点が顔のほうに向いている。この図形は、短冊状に縦に複数分割されている。各短冊は、表示の色または明るさが変更可能になっている。

色または明るさを変える範囲を、頂点側から底辺側に向かって順次拡大していくことにより、呼気の流れを連続的に表現することができる。また、拡大した範囲を、底辺側から頂点側に向かって順次縮小していくことにより、吸気の流れを連続的に表現することができる。このとき、矢印の一端の色または明るさによって、空気の移動方向が示される。

図７に、呼吸指導用の映像の他の例を示す。図７に示すように、呼吸指導用映像は、水平な短冊状図形を縦に複数個並べたものとなっている。縦方向に矢印も示される。矢印は双方向の矢印である。

各短冊は、表示の色または明るさが変更可能となっている。色または明るさを変える範囲を、下から上に向かって順次拡大していくことにより、呼気の流れが連続的に表現される。拡大した範囲を、上から下に向かって順次縮小していくことにより、吸気の流れが連続的に表現される。このとき、矢印の一端の色または明るさによって、空気の移動方向が示される。

呼吸指導は、図８に示すような呼吸波形を用いて行ってもよい。この呼吸波形は、波形の上昇部分が吸気を表し、下降部分が呼気を表す。呼吸波形を用いるときは、例えば、図９に示すような映像によって呼吸指導が行われる。

図９は、固定の指標に関して呼吸波形をスクロール(scroll)させた状態を示している。スクロールは、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順に連続的に繰り返し行われる。指標は呼吸位相の現在位置を示す。指標を境にして右側と左側で波形の色または明るさが異なる。なお、スクロールは、位置が固定の呼吸波形に関して指標を移動させることにより行うようにしてもよい。

オペレータコンソール３００は、上記映像のいずれかを表示器１０２に表示することにより、被検者１０の呼吸指導を行う。オペレータコンソール３００は呼吸のパターン(pattern)を予め記憶しており、それに基づいて呼吸指導を行う。

呼吸パターンはユーザー(user)が任意に設定可能になっている。これによって、予め被検者の呼吸パターンを測定しておき、呼吸周期、呼気と吸気の時間配分等を、被検者１０に適合するように設定することができる。このため、被検者１０は指導に従って呼吸することが容易になり、その呼吸が安定し、画質を向上させ、検査エラー(error)を削減して監査時間を短縮することができる。

設定された呼吸パターンは、撮影条件の一環として記憶される。呼吸パターンは、撮影の目的に応じて、複数のパターンを設定するようにしてもよい。ユーザーは、そのように設定された呼吸パターン上で、撮影位相を任意に設定する。撮影位相も撮影条件の一環としてオペレータコンソール３００に記憶される。撮影位相は、複数の位相を設定するようにしてもよい。複数位相の画像を得ることにより、手術時などの臓器の位置特定に有用となる。

オペレータコンソール３００は、設定された呼吸パターンに基づき表示器１０２を通じて呼吸指導を行うとともに、ガントリ１００（またはマグネットシステム６００)およびテーブル２００を制御し、設定された呼吸位相において、所定の撮影条件で撮影を行う。

呼吸指導は、映像の代わりに音響を利用して行うようにしてもよい。音響による場合は、図８に示した呼吸波形に対応して、強弱や音色が変化する音響を被検者１０に聴かせればよい。

また、映像や音響の代わりに接触圧を利用してもよい。接触圧を利用する場合は、図８に示した呼吸波形に対応して、強弱が変化する圧力を被検者１０の身体の適宜の箇所に印加すればよい。

このような呼吸指導により、呼吸監視を行うことなく任意の呼吸位相で撮影を行うことができる。また、呼吸パターンと撮影位相を撮影条件の一環として記憶しているので、この記憶条件に基づいて撮影することにより、経過観察用の同一部位の時系列の画像を常に同一の呼吸位相で得ることができる。

また、連続的な呼吸指導を行うので、被検者に安心感を与えることができ、それにより呼吸が安定するので、品質の良い撮影を行うことができる。また、呼吸監視を不要とすることも可能であり、コスト削減を実現することができる。なお、被検者が呼吸指導通りに呼吸しているかを監視するために、呼吸監視装置を備えてもよい。また、呼吸と撮影の同期の失敗が少ないので能率の良い撮影を行うことができ、それによって、Ｘ線ＣＴ装置においてはＸ線の被曝量を少なくすることができる。

また、複数の位相で撮影したときは、それらの３Ｄ再生画像を位相順に表示することにより、呼吸に伴って変位する関心領域の追跡が容易になる。したがって、そのような３Ｄ再生画像は、患部に対する穿刺等の手術や放射線照射等の治療を行うときの参照画像として効果的に利用することができる。

発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置の構成を示す図である。Ｘ線照射・検出装置の構成を示す図である。Ｘ線検出器のＸ線入射面の構成を示す図である。発明を実施するための最良の形態の一例のＭＲＩ装置の構成を示す図である。パルスシーケンスの一例を示す図である。呼吸指導用の映像の一例を示す図である。呼吸指導用の映像の一例を示す図である。呼吸波形を示す図である。呼吸指導用の映像の一例を示す図である。

符号の説明

１０：被検者
１００：ガントリ
１０２：表示器
１１０：検出装置
１３０：Ｘ線管
１３２：焦点
１３４：Ｘ線
１５０：Ｘ線検出器
１５２：Ｘ線入射面
１５４：検出セル
２００：テーブル
３００：オペレータコンソール
３０２：ディスプレイ
６００：マグネットシステム
６１０：主磁場コイル部
６２０：勾配コイル部
６３０：ＲＦコイル部

Claims

被検者について、予め記憶された呼吸パターンに基づき連続的な呼吸を指導する呼吸指導手段と、
前記呼吸指導手段に従って呼吸を行っている前記被検者の医用画像を撮影する撮影手段と
を具備することを特徴とする医用画像撮影装置。
前記撮影手段は、前記呼吸パターンの予め記憶された位相における医用画像を撮影する
ことを特徴とする請求項１に記載の医用画像撮影装置。
前記位相は２つ以上記憶される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の医用画像撮影装置。
前記呼吸指導手段は、映像によって呼吸を指導する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の医用画像撮影装置。
前記呼吸指導手段は、音響によって呼吸を指導する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の医用画像撮影装置。
前記呼吸指導手段は、接触圧によって呼吸を指導する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の医用画像撮影装置。
前記撮影手段は、前記被検者をＸ線でスキャンして透過Ｘ線信号を収集し、この透過Ｘ線信号に基づいて画像を再構成する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載の医用画像撮影装置。
前記撮影手段は、前記被検者に静磁場、勾配磁場およびＲＦ磁場を与えて磁器共鳴信号を収集し、この磁器共鳴信号に基づいて画像を再構成する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載の医用画像撮影装置。