JP2007504852A

JP2007504852A - 能動的または受動的な関節の動作に対する、レトロスペクティブに作動させられるｍｒｉ

Info

Publication number: JP2007504852A
Application number: JP2006525251A
Authority: JP
Inventors: グラーフフリッツエイデ; デンブリンクヨハンエスファン
Original assignee: コニンクリユケフィリップスエレクトロニクスエヌ．ブイ．
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2007-03-08
Also published as: US20070043287A1; EP1664823A1; WO2005024450A1

Abstract

被験者は、関節等の身体構造を磁気共鳴撮影装置（１０）の撮影領域（１２）内に配された状態で、患者支持台（１６）上に置かれる。身体構造は、手動でまたは何らかの力（７０、７２）の下、一連の動作状態の間を行き来するように連続的に動作させられる。エンコードされた磁気共鳴データが、複数の動作状態ウインドウへと分配される（４２）。ｋ空間の中心付近で位相エンコードされたデータは、対応の動作状態ウインドウに精確に分配される一方、ｋ空間の端縁付近で位相エンコードされたデータは、より低い精度で分配され、さらにはいくつかの動作状態ウインドウ間で二重とされ分け合われるかもしれない。各動作状態ウインドウからのデータは、連続的な動作を表すシネモードで再構成（５０）され表示（５６）される。

Description

本発明は、体の動作可能な部分の磁気共鳴撮影に関するものである。本発明は特に、動作中の関節の画像生成に関連した用途を有し、以下、そのような用途に特に言及して説明を行う。しかしながら、本発明は、体の他の動作可能な部分（たとえば目等）や、自律神経により動く体の部分にも、同様に適用可能である点を理解されたい。

今日まで、磁気共鳴撮影中において、予め選択された物理的位置に被験者を固定して保持するため、様々なクッションや関節位置決め装置が用いられてきた。これらの関節位置決め装置は、データ取得時間中に亘って患者が動かないように保持し、患者の動きに起因するぼけその他の画像品質低下を排除するのに有効であった。

患者の関節を撮影する際には、異なる曲がり角度とされた関節の複数の画像を取得することが有利である場合が多い。このような撮影は、典型的には、関節の位置を固定して、第１の画像を生成することによって行われてきた。その後、関節の曲がり角度を異なる角度として被験者が再配置され、その位置が固定され、別の画像が生成される。こうして、異なる曲がり角度を有する任意の数の静止画像を生成することができる。米国特許第５８９９８５９号（Ｖｏｔｒｕｂａ）は、関節を、予め決められた複数の位置の各々に段階的に設定し、１つのＭＲＩ画像が生成される間、関節が動かないようにその各々の位置に保持する装置を開示している。それら一連の静止画像を連続的に表示することによって、動いているように見せることができる。

しかしながら、上記のような一連の画像は、動作、さらには連続的な動作があるような見た目を与えるかもしれないが、実際に動作中の関節の画像ではない。

本願は、上記およびその他の課題を克服するための、新規な改良方法および装置を考案するものである。

本発明の第１の側面によれば、連続的に動作している身体構造のシネ画像を生成するシステムが開示される。磁気共鳴撮影装置は、一連の運動学的な動作解析によって、検査領域内で被験者が動作している間の、その被験者の身体構造の磁気共鳴画像データを生成する。ある手段が、その身体構造が動作している現在の動作状態を示す指標を与える。分配手段が、検出された現在の動作状態に従って、磁気共鳴データを分配する。

本発明の別の１つの側面によれば、連続的に動作している身体構造のシネ画像を生成する方法が提供される。身体構造は、一連の動作状態間を行き来するように連続的に動作する。それらの動作状態の間を身体構造が連続的に動作している間における、その身体構造の磁気共鳴画像データが生成される。また、関節が動作している現在の動作状態が検出される。磁気共鳴データは、検出された現在の動作状態に従って分配される。

本発明の１つの利点は、ダイナミックな動作中において、関節等の身体構造を撮影できる点である。

本発明の別の１つの利点は、一連の高解像度画像のためのデータを効率的に収集できる点にある。

本発明のさらに別の利点としては、様々な磁気共鳴スキャン装置において、広範な関節の筋骨格研究に利用できる点が含まれる。

当業者においては、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を読み、理解することにより、本発明のさらなる利点が明らかとなるであろう。

本発明は、様々な構成要素ならびに構成要素の組合せ、および様々な工程ならびに工程の組合せの形態をとることができる。添付の図面は、単に好ましい実施形態を説明する目的のものであって、本発明を限定するものと捉えられるべきではない。

図を参照すると、磁気共鳴スキャナ１０は、撮影領域１２に、時間的に一定（Ｂ_０）である磁場を生成するための主磁石を含んでいる。このスキャナはさらに、撮影領域に磁場勾配を生成するための傾斜磁場コイルと、検査領域内の被験者の関心領域における共鳴を励起および操作して、結果として共鳴信号を受け取るための高周波コイルとを含んでいる。１つの実施形態では、動作中の運動分析のための運動関節装置１４が、被験者支持台１６に取り付けられ、検査領域内に配されている。運動関節装置は、患者の、撮影対象の関節近くの個所に、ストラップその他の方法で接続される。その際、関節が、ＭＲスキャナのアイソセンタに位置決めされることが好ましい。運動関節装置は、関節が曲げられることを許容するように構成されているが、予め選択された軌道に沿った曲げられ方のみを許容する。運動関節装置は、運動動作を１つの平面内に限定したり、予め選択された弧に沿った回転運動に限定したりすることもできる。

図示されている実施形態では、運動関節装置は、被験者の大腿部を、予め選択された固定角度で患者支持台１６に固定するための、第１の部分２０を含んでいる。この第１の部分に枢軸的に接続された第２の部分２２は、患者のふくらはぎを受けるように構成されている。これら２つの部分の間の枢軸的な接続は、被験者が、予め選択された軌道に沿って（たとえば垂直平面内において）、ふくらはぎを上下に動かすことを許容する。当然ながら、当該技術分野において知られている様々な他の装置を用いて、膝その他の関節の動作を制限することもできる。

あるいは、関節その他の動作可能な身体構造は、機械による助けを借りずに、選択された軌道に沿って動作させられる。たとえば眼球は、機械的な装置との相互接続には適しておらず、ほとんどの内部器官もまた、機械的な装置との相互接続には適していない。

シーケンスコントローラ３０は、一連の傾斜コイル増幅器３２と、送信器３４とを制御して、選択された撮影シーケンス、好ましくは三次元の高解像度グラジエントエコーシーケンスを始動させる。そのようなシーケンスは、典型的には、６から１０ミリ秒で、１つのデータラインを生成する。シーケンスコントローラは、選択された軌道に亘って被験者が上記の身体構造を繰返し動かしている間、上記の撮影シーケンスが繰返し適用されるようになす。受信コイルに接続された受信器３６は、共鳴信号を復調して、撮影シーケンスの各繰返しの回ごとにデータラインを生成する。受信コイルは、スキャナ上に取り付けられているか、局所コイルとして関節上に配されている。当該技術分野において典型的なように、ｋ空間を占めるように位相エンコードされたデータラインが生成される。

運動関節装置の実施形態内にある、角度位置解像器等の動作状態インジケータ手段３８は、その瞬間における身体構造の運動状態を検出し、現在の運動状態を示す信号を出力する。線形的な動きを検出する電気機械式の装置、カメラ、レーザー測定器、ＭＲナビゲータエコー等、他の動作状態インジケータ手段も考えられる。運動動作状態回路４０は、各データラインが読み込まれるごとに、動作状態インジケータ手段からの出力を、関節の現在の運動状態を適切に示す指標に変換する。運動状態情報を伴う各データラインは、動作状態に従ってデータラインを選択および分配し、選択されたデータラインを複数のシネ画像データセットに割り当てるための、プロセッサまたはデータ分配手段４２へと受け渡される。選択された軌道に沿っていない動作状態、あるいは分析に適していないと判断された動作状態に関する収集データは、破棄される。これらのｋ空間データセットは、１つまたは複数の画像データメモリのうちの、対応のメモリ部分４４内に記憶される。オプションとして、各データラインがデータメモリ４４内に記憶される前に、一次元逆フーリエ変換が施されてもよい。より具体的に、図示されている膝関節の実施形態について言えば、運動動作の範囲が、複数の円弧セグメント（好ましくは互いに等しい円弧セグメント）に分割される。動作範囲に亘って患者が関節を連続的に曲げている間における、運動データラインが生成される。動作状態インジケータ手段３８は、被験者がその中を動いている現在の円弧セグメントのウインドウを示し、その現在のウインドウおよびデータラインは、データメモリ４４の対応のデータ／ウインドウサブセット内に記憶される。好ましくは、中心側で位相エンコードされたビューに対する円弧セグメントは比較的小さく、周縁側で位相エンコードされたビューに対する円弧セグメントはより大きい。被験者は、動作範囲に亘って、関節を前後に曲げる。分析に合わせて適宜、前後の動作の双方の間においてデータラインが生成されてもよいし、一方向への動作の間のみデータラインが生成されてもよい。

分配技術としては、様々な技術が考えられる。１つの実施形態では、軌道に沿った物理的な動作のセグメントに基づいて、円弧セグメントのウインドウが規定され、各動作状態ウインドウにおいて完全なデータセットが収集されるまで、データの取得が継続される。オプションとして、データラインメモリ４６は、各動作ウインドウにおいてどのデータラインが収集されたかについて、位相エンコード工程の記録を保持してもよい。シーケンスコントローラ３０は、多様な動作セグメントにおいて要求される位相エンコードでデータラインを生成するため、位相エンコードの順番を調整する。別のオプションとして、データ分配手段は、ウインドウ間において、データラインの「ベストフィット」分割を行ってもよい。その場合、フィッティングパラメータは、中心側で位相エンコードされたデータラインに対してはより厳格なパラメータとされ、より高い位相での位相エンコードに対しては徐々に緩やかなパラメータとされる。あるいは、より高い位相で位相エンコードされたデータラインは、隣接する２つ以上の動作状態ウインドウ内に分配されてもよい。さらに、データラインが動作状態に適合させられる際のフィッティングを改善するため、データラインが、新たに取得されたデータに置き換えられてもよい。他の分配技術も、極めて多く考えられる。たとえば、各ウインドウに対応する動作範囲を固定するのではなく、１つのウインドウに対する最低データ量を指定してもよい。最低データ量を超える量のデータが収集された場合には、ウインドウを、より小さな動作範囲に対応する２つ以上のウインドウに分割し、データを再分配してもよい。

各動作セグメントに対するｋ空間のデータラインの組（好ましくは三次元のデータセット）が収集されると、再構成プロセッサ５０が、各データセットを、対応の画像（好ましくは三次元画像）に再構成する。この再構成された画像は、画像メモリ５２の各部分に記憶される。ビデオプロセッサ５４は、三次元画像の選択された部分を、ビデオモニタ５６上への表示のために取り出す。好ましくは、このビデオプロセッサは、各動作状態の画像から対応の画像を連続的に取り出し、関節動作の動きを有する表示すなわちシネ表示を生成する、シネプロセッサ５８を含んだものとされる。表示されるシネ画像は、スライス画像、三次元表現、または当該技術分野において知られている他の画像表現のいずれであってもよい。種々の組織を、異なる彩色で表示してもよいし、その際、一部の組織が省略または見えない状態とされてもよい。たとえば、軟骨、筋肉、膝蓋、半月板液、その他の軟組織を直接観察するために、骨の部分を透明にする等の手法を用いてもよい。骨の中心軸、強調された表面輪郭線、曲面の半径、および寸法等の、参照情報が画像上に重畳されてもよい。

リアルタイム取得モードでは、ｋ空間の中心から徐々に外側へと移動するデータ収集によって、まず中心データラインが収集される。オプションとして、実際のデータが収集されるまで、ｋ空間の周縁部分はゼロ値で満たされていてもよい。再構成プロセッサは、より多くのデータが収集されるに従って連続的にまたは半連続的に、再構成された画像を更新する。より多くのデータが収集されるに従って、表示される画像の解像度および詳細さがリアルタイムで向上させられる。操作者は、現在の診断目的に対して満足な品質の画像が生成されたら、スキャン作業を終了することができる。

オプションとして、実際に収集された各データラインに対して、半フーリエプロセッサが、共役対称を用いて、中心側でエンコードされたデータラインの反対側に、合成データラインを生成してもよい。

別の１つのオプションとして、並列撮影用に複数のアンテナを有する受信コイル６０（たとえばＳＥＮＳＥコイル）を用いて、より少ない繰返し回数で、データを収集することもできる。ＳＥＮＳＥコイルは、関心領域に取り付けられるか関心領域の近傍に配され、関心領域と共に動くようにされてもよいし、スキャナに固定状態で取り付けられてもよい。動作状態に伴うアンテナの感度特性の変化を補償するために、それぞれの動作状態について、低解像度の、中心側ｋ空間参照データが生成され、参照データメモリ６２に記憶される。参照データの組は、各動作状態ウインドウについて、エイリアシングを有する並列画像を、エイリアシングを有さない画像に展開するのに用いられる、逆行列を生成するために利用される。１つの好ましい実施形態では、一連の動作データがアンダーサンプリングされ、参照データが、逆行列の調整を改善するための調整用画像として用いられる。オプションとして、選択された組織を強調するための種々のコントラストを有する関連画像を生成するため、参照用および一連の動作データが、種々の異なるコントラストで生成されてもよい。

１つの追加のオプションとして、その検査の診断価値を高めるため、異なるＭＲコントラスト（たとえば、Ｔ_１、Ｔ_２、定常状態自由歳差運動、水分のみ（ｗａｔｅｒ−ｏｎｌｙ））を用いた複数回のスキャン結果が取得されてもよい。その場合、関連するすべての動作状態について、別個の特別なスキャンの仕方により、参照データを１回のみ取得することが好ましい。

患者が各動作状態の間で自由に関節を曲げる態様に対して、オプションとして、患者が関節を曲げるために抗しなければならない選択的な力を付与するため、気圧シリンダー７０またはその他の抗力手段が提供されてもよい。

さらに別の１つの実施形態においては、シーケンス制御回路３０が、運動動作装置の動作を制御するための気圧シリンダー７０その他のモータ手段を制御する、気圧コントローラ等のコントローラ７２に接続される。こうすることにより、シーケンス制御手段は、動作状態を動的に制御して、動作範囲に亘って関節を連続的に動かすことができる。シーケンスコントローラは、連続的な動作と位相エンコードとの両方を制御するので、動作範囲の各ウインドウについて位相エンコードデータの生成効率を最適化する。位相エンコードが適用される前に、関節が移動させられるであろう位置を知ることにより、シーケンスコントローラは、データラインが生成される際にその関節が移動させられるであろうウインドウに必要な位相エンコード工程のみを選択すればよいこととなり、余剰または不必要なデータの収集を排除することができる。さらに、より中心側で位相エンコードされるデータラインは、ウインドウの中心に最も近い位置で生成され得る。

さらに別の１つの変更形態では、動作状態インジケータ回路４０が、トリガリング手段７４に接続される。このトリガリング手段７４は、現在の動作状態における運動動作状態ウインドウにおいて必要とされるｋ空間のデータラインを収集するため、適切な位相エンコードを適用するように、シーケンスコントローラ３０を始動または段階動作させるものである。トリガリング手段７４およびシーケンスコントローラ３０は、ビューメモリ４６と相互作用して、各動作状態ウインドウに入る際にまだ必要とされている位相エンコード工程を特定する。

以上、本発明を、好ましい実施形態により説明してきた。上記の詳細な説明を読んで理解した読者は、いくつかの修正形態や変更形態を考えつくことができるであろう。本発明は、特許請求の範囲による本発明の範囲およびそれと均等な範囲に入るものである限り、それらの修正形態や変更形態をすべて包含するように捉えられるべき意図のものである。

本発明に従う磁気共鳴撮影システムの図

Claims

連続的に動作している身体構造のシネ画像を生成するシステムであって、
検査領域内にある被験者の身体構造が、一連の連続した動作状態の間を連続的に動作している間における、該被験者の該身体構造の磁気共鳴画像データを生成する磁気共鳴撮影装置と、
前記身体構造が動作している現在の動作状態を示す指標を付与する手段と、
検出された前記現在の動作状態に従って、前記磁気共鳴データを分配する分配手段とを含んでいることを特徴とするシステム。
前記分配手段が、複数の動作状態ウインドウ間で前記磁気共鳴データを分配するものであり、
前記身体構造が複数の前記動作状態の間を連続的に行き来するように動作している間において、それぞれの前記動作状態ウインドウ内について、予め選択された複数の位相エンコード工程の各々により位相エンコードされたデータを、前記磁気共鳴撮影装置に生成させるシーケンスコントローラをさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載のシステム。
各動作状態ウインドウに対応する前記磁気共鳴データを、画像表現に再構成する再構成手段と、
前記身体構造の連続的な動作を示す画像がモニタ上に表示されるシネモードで、前記画像表現を提示するシネ手段とをさらに含んでいることを特徴とする請求項２記載のシステム。
前記身体構造が次の動作状態ウインドウ内へと移動するたびに、前記シーケンスコントローラに信号を送る手段をさらに含んでいることを特徴とする請求項３記載のシステム。
各動作状態ウインドウに対応する当該工程に関するデータが既に収集された位相エンコード工程を示す指標を、前記シーケンスコントローラに供給するための手段をさらに含んでいることを特徴とする請求項３記載のシステム。
前記分配手段が、中心付近で位相エンコードされたデータを、単一の動作状態ウインドウ内に分配し、高位相で位相エンコードされたデータを、複数の動作状態ウインドウ内に分配するものであることを特徴とする請求項３記載のシステム。
前記分配手段が、中心付近で位相エンコードされたデータを、より高位相で位相エンコードされたデータよりも、狭い動作状態ウインドウ内に分配するものであることを特徴とする請求項３記載のシステム。
前記身体構造が関節であり、
前記関節の動作を、選択された軌道に制限する運動関節装置をさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載のシステム。
前記運動関節装置を、前記軌道に沿って連続的に動作させる手段をさらに含んでいることを特徴とする請求項８記載のシステム。
前記シーケンスコントローラが、前記運動関節装置を動作させる前記手段を制御することを特徴とする請求項９記載のシステム。
連続的に動作している身体構造のシネ画像を生成する方法であって、
前記身体構造を、一連の動作状態の間を行き来するように連続的に動作させる工程と、
前記身体構造が前記動作状態の間を連続的に動作している間における、該身体構造の磁気共鳴画像データを生成する工程と、
前記身体構造が動作している現在の動作状態を検出する工程と、
検出された前記現在の動作状態に従って、前記磁気共鳴データを分配する工程とを含んでいることを特徴とする方法。
前記データが、複数の動作状態ウインドウ間で分配されるものであり、
それぞれの前記動作状態ウインドウ内において、予め選択された複数の位相エンコードの各々により位相エンコードされたデータを生成する工程をさらに含んでいることを特徴とする請求項１１記載の方法。
各動作状態ウインドウに対応する前記磁気共鳴データを、画像表現に再構成する工程と、
前記身体構造の連続的な動作を示す画像が表示されるシネモードで、前記画像表現を表示する工程とをさらに含んでいることを特徴とする請求項１２記載の方法。
前記現在の動作状態を検出する工程が、
ナビゲータエコーの生成と、
連続的に動作している前記身体構造の光学撮影と、
前記身体構造に接続された運動装置の一部分の位置のモニタリングとのうち、１つを含んでいることを特徴とする請求項１２記載の方法。
各動作状態ウインドウに対応する、データが収集済である位相エンコードの記録を、更新する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
複数のアンテナを用いて、各動作状態ウインドウに対して、低解像度参照データを生成する工程と、
前記参照データを調整用画像として用いて、複数の前記動作状態の各々について、前記動作状態間の連続的な動作の間に前記複数のアンテナから並列的に収集されたエイリアシングを有する画像を、展開するための逆行列の調整を改善する工程と、
前記参照データを、連続的に動作する前記身体構造からのデータと共に用いて、前記シネモードの画像表現を再構成する工程とをさらに含んでいることを特徴とする請求項１３記載の方法。
ｋ空間の中心から、徐々に外側へと向かって画像データを生成する工程と、
より多くのデータが収集されるに従ってシネモードの画像表示が改善されるように、前記画像データを繰返し再構成する工程と、
前記シネモードの画像表示が満足なものとなった後に、前記画像データの生成を終了する工程とをさらに含んでいることを特徴とする請求項１３記載の方法。
前記データの分配が、
中心付近で位相エンコードされたデータを、単一の動作状態ウインドウ内に分配し、高位相で位相エンコードされたデータを、複数の位相エンコードウインドウの間で二重にし分け合う形態と、
より中心付近で位相エンコードされたデータが、より高い位相で位相エンコードされたデータよりも、狭い動作状態ウインドウ間で仕分けされる形態と、
追加の画像データが生成されるに従って、徐々に狭くなる動作状態ウインドウ内に分配される形態との、少なくとも１つにより行われることを特徴とする請求項１２記載の方法。
前記身体構造が関節であり、
前記関節を機械的に束縛して、選択された軌道に沿って前後に動作するようになす工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
各動作状態ウインドウが、前記軌道の互いに等しい分割分に対応することを特徴とする請求項１９記載の方法。
磁気共鳴撮影装置をプログラミングして、一連の動作状態の間を行き来するように連続的に動作している身体構造のシネ画像を生成するためのコンピュータプログラムであって、
前記身体構造が前記動作状態の間を連続的に動作している間における、該身体構造の磁気共鳴画像データを生成する工程と、
前記身体構造が動作している現在の動作状態を検出する工程と、
検出された前記現在の動作状態に従って、前記磁気共鳴データを分配する工程とを実行することにより、前記シネ画像を生成することを特徴とするコンピュータプログラム。