JP2010051335A - 脂肪定量装置、磁気共鳴イメージングシステム、および脂肪定量方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の高い脂肪定量値を算出することが可能な脂肪定量算出装置、その装置が適用されたＭＲＩシステム、その脂肪定量算出方法を提供する。
【解決手段】基準ファントムをスキャンし（ステップＳ１１）、補正係数Ｃを算出する（ステップＳ１２）。算出した補正係数Ｃを、関係式記憶手段に記憶されている関係式に代入し（ステップＳ１３）、被検体をスキャンする（ステップＳ１４）。オペレータは、脂肪定量を実行する場合、脂肪定量実行ボタンをクリックする（ステップＳ１６）。脂肪量算出手段は、被検体の腹部の脂肪信号の強度Ｆと水信号の強度Ｗとを算出し、関係式に代入することにより、被検体の脂肪の定量値Ｈを算出する（ステップＳ１７）。
【選択図】図３

Description

本発明は、脂肪定量を行う脂肪定量装置、その脂肪定量装置を有する磁気共鳴イメージングシステム、および脂肪定量を行う脂肪定量方法に関する。

近年、メタボリック症候群と診断される人が増加しており、脂肪定量の重要性も高まっている。これに伴い、磁気共鳴イメージングシステムに組み込まれる様々な水脂肪分離アプリケーションが開発されている（特許文献１参照）。
特開2006-325834号公報

水脂肪分離アプリケーションを用いて脂肪定量を行う場合、例えば、脂肪画像の信号強度を水脂肪画像の信号強度で割算することによって、被検体の脂肪の割合を算出している。

しかし、水のＴ１値およびＴ２値は、脂肪のＴ１値およびＴ２値とは異なるので、水プロトンと脂肪プロトンの密度が同じであっても、水信号の強度が、脂肪信号の強度と等しくなるわけではない。したがって、脂肪画像の信号強度を水脂肪画像の信号強度で割算して得られる脂肪の定量値は、実際の脂肪量から大きくずれることがあり、算出された脂肪の定量値は、信頼性が高いとは必ずしもいえないことがある。

本発明は、上記の事情に鑑み、信頼性の高い脂肪定量値を算出することが可能な脂肪定量算出装置、その装置を有する磁気共鳴イメージングシステム、その脂肪定量算出方法を提供することを目的とする。

上記の問題を解決する本発明の脂肪定量装置は、
被検体の脂肪定量を行う脂肪定量装置であって、
上記被検体の脂肪信号の強度と、上記被検体の水信号の強度と、上記脂肪信号の強度又は上記水信号の強度を補正する補正係数とを用いて、上記被検体の脂肪の定量値を算出する。

本発明の磁気共鳴イメージングシステムは、本発明の脂肪定量装置を有している。

また、本発明の脂肪定量方法は、
被検体の脂肪定量を行う脂肪定量方法であって、
上記被検体の脂肪信号の強度と、上記被検体の水信号の強度と、上記脂肪信号の強度又は上記水信号の強度を補正する補正係数とを用いて、上記被検体の脂肪の定量値を算出する。

本発明では、脂肪の定量値を算出する場合、被検体から得られた脂肪信号の強度又は水信号の強度を補正する補正係数を用いている。したがって、より正確な脂肪定量を行うことができる。

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。尚、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は、本発明のＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）システム１のブロック図である。このＭＲＩシステム１は発明を実施するための最良の形態の一例である。

ＭＲＩシステム１は、被検体１１から収集したＭＲ信号に基づいて、被検体１１の脂肪定量ができるように構成されている。ＭＲＩシステム１は、被検体１１の脂肪定量を行うために、以下のように構成されている。

ＭＲＩシステム１は、被検体１１が載置されるテーブル２と、コイルアセンブリ３を有している。コイルアセンブリ３は、被検体１１が収容される空間となるボア４を有している。また、コイルアセンブリ３は、超伝導コイル３ａと、勾配コイル３ｂと、送信コイル３ｃとを有している。

超伝導コイル３ａはボア４内に静磁場Ｂ0を印加する。勾配コイル３ｂは、ボア４内に勾配パルスを印加する。送信コイル３ｃはボア４内にＲＦパルスを送信する。

また、ＭＲＩシステム１は、ベローズ５および受信コイル６を有している。ベローズ５は、被検体１１の呼吸を検出し、呼吸信号Ｓreを生成する。受信コイル６は、被検体１１からのＭＲ信号Ｓmrや、後述する基準ファントム１３からのＭＲ信号Ｓpf（後述する図４参照）を受信する。

また、ＭＲＩシステム１は、制御装置７を有している。

制御装置７は、呼吸信号Ｓreに基づいて、勾配コイル３ｂを制御する勾配コイル制御信号Ｓgと、送信コイル３ｃを制御する送信コイル制御信号Ｓrfを生成する。また、制御装置７は、受信コイル６からのＭＲ信号Ｓmrに基づいて画像を再構成する。更に、制御装置７は、受信コイル６からのＭＲ信号Ｓmrを解析することにより、被検体１１の脂肪定量値を算出する。制御装置７がどのように脂肪定量を行っているかについては後述する。制御装置７は、上記の動作を実行するために、コイル制御手段７１〜表示制御手段７５を有している。コイル制御手段７１〜表示制御手段７５の各々の構成については、後述する。

更に、ＭＲＩシステム１は表示モニタ８および操作部９を有している。表示モニタ８は、制御装置７からの表示信号Ｓdiに応じた画面を表示する。操作部９は、オペレータ１２が入力した情報を、制御装置７に伝送する。

上記のＭＲＩシステム１を用いることにより、従来のやり方で算出される脂肪の定量値よりも、信頼性の高い値を得ることができる。以下に、この理由を説明するために、先に、従来のやり方で算出される脂肪の定量値について考察する。

従来では、以下の式（１）を用いて、脂肪の定量値を算出している。
Ｈ（％）＝｛Ｆ／（Ｆ＋Ｗ）｝×１００ ・・・（１）
ここで、Ｈ：脂肪の定量値、Ｆ：脂肪信号の強度、Ｗ：水信号の強度

したがって、脂肪信号の強度Ｆと水信号の強度Ｗが求められれば、脂肪の定量値Ｈが算出される。脂肪信号の強度Ｆと水信号の強度Ｗを求めるためには、被検体１１に対して、例えば、脂肪プロトンと水プロトンの共鳴周波数やＴ１値の違いを利用したシーケンスを実行すればよい。このシーケンスを実行することにより被検体１１から発生するＭＲ信号には、脂肪信号や水信号が含まれているので、得られたＭＲ信号を解析することによって、脂肪信号の強度Ｆと水信号の強度Ｗを求めることができる。例えば、脂肪信号の強度Ｆと水信号の強度Ｗが、Ｆ＝Ｗの場合、脂肪の定量値Ｈは、式（１）から、以下のようになる。
Ｈ＝｛Ｆ／（Ｆ＋Ｗ）｝×１００
＝｛Ｗ／（Ｗ＋Ｗ）｝×１００
＝５０（％） ・・・（１）’

つまり、式（１）を用いた場合、Ｆ＝Ｗのときに、Ｈ＝５０％と算出される。H＝５０％は、水プロトンと脂肪プロトンとが１：１の割合で含まれていることを意味する。

しかし、脂肪プロトンと水プロトンとを比較すると、Ｔ１値は互いに異なっており、Ｔ２値も互いに異なっている。したがって、水プロトンと脂肪プロトンとが１：１の割合で含まれている部位から脂肪信号および水信号を収集しても、脂肪信号の強度Ｆと水信号の強度Ｗは、Ｆ＝Ｗにはならない。水プロトンと脂肪プロトンとが１：１の割合で含まれている部位から脂肪信号と水信号を収集した場合、脂肪信号の強度と水信号の強度との間には、以下の関係が成り立つ。
Ｆa＝α・Ｗa ・・・（２）
ただし、
Ｆa：水プロトンと脂肪プロトンとが１：１の割合で含まれている部位から収集された脂肪信号の強度、
Ｗa：水プロトンと脂肪プロトンとが１：１の割合で含まれている部位から収集された水信号の強度、
α：１以外の定数

例えば、ＦaがＷaの２倍の強度を有している場合、α＝２となるので、式（２）は、以下のようになる。
Ｆa＝２Ｗa ・・・（２）’

式（２）’が成り立つ場合、水プロトンと脂肪プロトンとが１：１の割合で含まれている部位における脂肪の定量値Ｈは、以下のように求められる。
Ｈ＝｛Ｆ／（Ｆ＋Ｗ）｝×１００
＝｛Ｆa／（Ｆa＋Ｗa）｝×１００
＝｛２Ｗa／（２Ｗa＋Ｗa）｝×１００
＝６７（％） ・・・（１）”

したがって、水プロトンと脂肪プロトンが１：１の割合で含まれている部位では脂肪の定量値はＨ＝５０％のはずなのに、式（１）を用いると、Ｈ＝６７％となってしまう。このため、式（１）を用いて算出された脂肪の定量値Ｈは、信頼性が必ずしも高いとはいえない。

そこで、本実施形態では、式（１）の代わりに、以下の式（３）を用いて、脂肪の定量値を計算する。
Ｈ＝｛Ｆ／（Ｆ＋Ｗ・Ｃ）｝×１００・・・（３）
ただし、Ｃ＝Ｆa／Ｗa ・・・（４）

式（１）と式（３）とを比較すると、式（３）では水信号の強度ＷがＣ＝Ｆa／Ｗaによって補正されていることが分かる。

補正係数Ｃは、例えば、以下の手順で得ることができる。先ず、脂肪プロトンと水プロトンが１：１の割合で含まれていることが予め分かっている基準ファントムを用意する。次に、この基準ファントムをＭＲＩシステム１のボア４に設置し、基準ファントムの脂肪信号と水信号を収集するためのパルスシーケンスを実行する。このパルスシーケンスを実行することにより、基準ファントムの脂肪信号と水信号を収集することができるので、脂肪信号の強度Ｆaと、水信号の強度Ｗaとを算出することができる。したがって、式（４）より、補正係数Ｃを算出することができる。ＦaとＷaとの間には式（２）の関係が成り立つので、式（２）を式（４）に代入すると、式（４）は、以下のようになる。
Ｃ＝Ｆa／Ｗa
＝αＷa／Ｗa
＝α ・・・（４）’

式（４）’を式（３）に代入すると、式（３）は、以下の式（５）で表される。
Ｈ＝｛Ｆ／（Ｆ＋αＷ）｝×１００・・・（５）

したがって、式（５）を用いる場合、脂肪プロトンと水プロトンが１：１の割合で含まれている部位の脂肪の定量値Ｈは、以下の式で表される。
Ｈ＝｛Ｆ／（Ｆ＋αＷ）｝×１００
＝｛Ｆa／（Ｆa＋αＷa）｝×１００ ・・・（６）

ＦaとＷaとの間には、式（２）が成り立つので、式（２）を式（６）に代入すると、式（３）”は、以下のようになる。
Ｈ＝｛Ｆa／（Ｆa＋αＷa）｝×１００
＝｛αＷa／（αＷa＋αＷa）｝×１００
＝｛αＷa／２αＷa｝×１００
＝５０（％） ・・・（６）’

式（６）’から、水プロトンと脂肪プロトンが１：１の割合で含まれている部位において、脂肪の定量値Ｈの計算値は、Ｈ＝５０％になることがわかる。したがって、式（３）および（４）を用いることによって、信頼性の高い脂肪定量を行えることがわかる。

上記の説明では、水プロトンと脂肪プロトンが１：１の割合で含まれている部位における脂肪の定量値Ｈについて説明されている。しかし、式（３）および（４）を用いることによって、水プロトンと脂肪プロトンとの割合にかかわらず、信頼性の高い脂肪定量を行うことができる。

図２は、式（１）を用いて算出された脂肪の定量値と、式（３）および（４）を用いて算出された脂肪の定量値とを比較するグラフである。尚、式（４）の補正係数Ｃの値は、Ｃ＝２である。

グラフの横軸は、ファントム内の脂肪量であり、縦軸は脂肪の定量値である。実線は、脂肪の定量値がファントム内の脂肪量に一致するラインを示す。破線は、式（１）を用いて計算された脂肪の定量値Ｈであり、一点鎖線は、式（３）および（４）を用いて計算された脂肪の定量値Ｈである。破線と一点鎖線とを比較すると、式（３）および（４）を用いて計算された脂肪の定量値Ｈが、式（１）を用いて計算された脂肪の定量値Ｈよりも、ファントム内の脂肪量に近い値になっており、信頼性が高いことが分かる。

ＭＲＩシステムは、式（３）および（４）を用いて脂肪の定量値Ｈを算出するように、構成されている。

次に、制御装置７の構成について、図１を参照しながら説明する。

制御装置７は、コイル制御手段７１〜表示制御手段７５有している。

コイル制御手段７１は、ベローズ５が検出した呼吸信号Ｓreに基づいて、勾配コイル３ｂを制御する制御信号Ｓgと、送信コイル３ｃを制御する制御信号Ｓcを生成する。

関係式記憶手段７２は、上記の式（３）および（４）を記憶する。

信号処理手段７３は、受信コイル６からのＭＲ信号Ｓmrを処理し、式（３）の脂肪信号の強度Ｆと水信号の強度Ｗとを計算したり、画像を再構成する。また、信号処理手段７３は、後述する基準ファントム１３（図４参照）から得られたＭＲ信号Ｓpfを解析して、脂肪信号の強度Ｆaと水信号の強度Ｗaとを算出し、補正係数Ｃ（＝Ｆa／Ｗa）を算出する。信号処理手段７３は、算出した補正係数Ｃを、関係式記憶手段７２に記憶された式（３）に代入する。

脂肪量算出手段７４は、信号処理手段７３が算出した脂肪信号の強度Ｆと水信号の強度Ｗとを、式（３）に代入し、脂肪の定量値Ｈを算出する。

表示制御手段７５は、信号処理手段７３によって再構成された画像や、脂肪量算出手段７４が算出した脂肪の定量値Ｈが表示されるように、表示モニタ８を制御する。

次に、ＭＲＩシステムの処理フローについて説明する。

図３は、ＭＲＩシステム１の処理フローを示す図である。

ステップＳ１１では、基準ファントムからＭＲ信号を収集する。このため、オペレータは、ＭＲＩシステム１のボア４に基準ファントムを設置する。

図４は、ボア４に基準ファントム１３が設置されたＭＲＩシステム１を示す図である。

基準ファントム１３は、脂肪プロトンと水プロトンが１：１の割合で含まれたファントムである。オペレータ１２は、基準ファントム１３からのＭＲ信号を収集するために、基準ファントム１３に接触するように受信コイル６を設置する。図４に示すように、基準ファントム１３および受信コイル６を設置した後、オペレータ１２は、操作部９を操作して、基準ファントム１３から脂肪信号と水信号を収集するためのパルスシーケンスを実行するシーケンス実行命令を制御装置７に入力する。

制御装置７にシーケンス実行命令が入力されると、コイル制御手段７１は、シーケンス実行命令に応答して、送信コイル３ｃを制御する制御信号Ｓrfと、勾配コイル３ｂを制御する制御信号Ｓgを生成する。送信コイル３ｃは、制御信号Ｓrfに従ってＲＦパルスを送信し、勾配コイル３ｂは、制御信号Ｓgに従って勾配パルスを印加する。この結果、基準ファントム１３からＭＲ信号Ｓphが発生する。発生したＭＲ信号Ｓphは、受信コイル６によって収集され、制御装置７に伝送される。ＭＲ信号Ｓphが収集された後、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、制御装置７に伝送されたＭＲ信号Ｓphが、信号処理手段７３（図４参照）によって処理される。信号処理手段７３は、ＭＲ信号Ｓphを処理し、脂肪信号の強度Ｆaと水信号の強度Ｗaとを算出し、補正係数Ｃ（＝Ｆa／Ｗa）を算出する。補正係数Ｃが算出されると、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、信号処理手段７３は、算出した補正係数Ｃを、関係式記憶手段７２に記憶された式（３）に代入する。算出した補正係数Ｃが、例えばＣ＝２の場合、式（３）の補正係数Ｃに、Ｃ＝２が代入されるので、関係式記憶手段７２に記憶される式は、Ｃ＝２が代入された以下の式（７）になる。
Ｈ＝｛Ｆ／（Ｆ＋２Ｗ）｝×１００・・・（７）

式（７）が求められた後、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、オペレータ１２は、ステップＳ１１でボア４に設置した基準ファントム１３をボア４から取り出し、図１に示すように、被検体１１にベローズ５を取り付けるとともに、被検体１１の腹部１１ａに受信コイル６を設置し、被検体１１をボア４に搬入する。被検体１１をボア４に搬入した後、オペレータ１２は、被検体１１から脂肪信号と水信号を収集するためのパルスシーケンスを実行する。被検体１１から脂肪信号と水信号を収集するには、例えば、脂肪プロトンと水プロトンの共鳴周波数やＴ１値の違いを利用したシーケンスを実行すればよい。このようなシーケンスを実行することにより被検体１１から脂肪信号と水信号を収集することができる。オペレータ１２は、被検体１１から脂肪信号と水信号を収集するためのパルスシーケンスが実行されるように、操作部９を介して制御装置７にシーケンス実行命令を入力する。

制御装置７にシーケンス実行命令が入力されると、コイル制御手段７１は、シーケンス実行命令に応答して、送信コイル３ｃを制御する制御信号Ｓrfと、勾配コイル３ｂを制御する制御信号Ｓgを生成する。送信コイル３ｃは、制御信号Ｓrfに従ってＲＦパルスを送信し、勾配コイル３ｂは、制御信号Ｓgに従って勾配パルスを印加する。この結果、被検体１１からＭＲ信号Ｓmrが発生する。発生したＭＲ信号Ｓmrは、受信コイル６によって収集され、制御装置７に伝送される。ＭＲ信号Ｓmrが収集された後、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５では、信号処理手段７３が、被検体１１から収集されたＭＲ信号Ｓmrを処理し、画像を再構成する。表示制御手段７５は、再構成された画像が表示されるように、表示モニタ８を制御する。この結果、表示モニタ８は、以下のような表示画面を表示する。

図５は、表示モニタ８の表示画面の一例である。

表示モニタ８の表示画面８０には、被検体１１の腹部１１ａの断面画像８１が表示されている。また、断面画像８１の左側には、脂肪定量実行ボタン８２とキャンセルボタン８３が表示されている。脂肪定量実行ボタン８２は、被検体１１の腹部１１ａの脂肪の定量値を算出するボタンである。キャンセルボタン８３は、プログラムを終了するボタンである。図５に示すような表示画面７１が表示された後、ステップＳ１６に進む。

オペレータ１２は、脂肪定量を行うかプログラムを終了するかを決定する。オペレータ１２は、プログラムを終了すると決定した場合、キャンセルボタン８３をクリックする。キャンセルボタン８３がクリックされると、プログラムが終了する。

一方、オペレータ１２は、脂肪定量を行うと決定した場合、脂肪定量実行ボタン８２をクリックする。脂肪定量ボタン８２がクリックされると、信号処理手段７３は、水脂肪分離アプリケーションを用いて、ステップＳ１４で収集された被検体１１の腹部１１ａの脂肪信号と水信号とを分離し、脂肪信号の強度Ｆと水信号の強度Ｗとを算出する。信号処理手段７３は、算出した脂肪信号の強度Ｆと水信号の強度Ｗとを脂肪量算出手段７４に伝送する。脂肪量算出手段７４は、算出された脂肪信号の強度Ｆと水信号の強度Ｗを式（７）に代入する。これにより、被検体１１の脂肪の定量値Ｈが算出される。被検体１１の脂肪の定量値Ｈが算出された後、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、表示制御手段７５が、算出された脂肪の定量値Ｈが表示されるように、表示モニタ８を制御する。

図６は、脂肪の定量値Ｈを表示する表示モニタ８の表示画面の一例を示す図である。
図６には、脂肪の定量値Ｈが２０％と表示されている。

以上のようにして、脂肪の定量値Ｈが算出される。

本実施形態では、式（３）および（４）を用いて脂肪の定量値Ｈを補正している。したがって、より信頼性の高い脂肪定量を行うことができる。

尚、本実施形態では、被検体１１のスキャンをする前に、基準ファントム１３のスキャンを行っている。しかし、被検体１１をテーブル２に載置するときに、基準ファントム１３も一緒にテーブル２に載置し、被検体１１と基準ファントム１３のＭＲ信号を同時に収集してもよい。

また、本実施形態では、基準ファントム１３をスキャンすることによって、式（４）の補正係数Ｃ（＝Ｆa／Ｗa）を算出している。しかし、水プロトンおよび脂肪プロトンのＴ１値およびＴ２値は既知であるので、シミュレーションによって補正係数Ｃを算出することも可能である。

更に、本実施形態では、水信号の強度Ｗを補正する補正係数Ｃを用いて脂肪の定量値Ｈを算出している（式（３）参照）。しかし、水信号の強度Ｗを補正する代わりに、脂肪信号の強度Ｆを補正する補正係数Ｃ’を用いて脂肪の定量値Ｈを算出してもよい。

ＭＲＩシステム１のブロック図である。 式（１）を用いて算出された脂肪の定量値と、式（３）および（４）を用いて算出された脂肪の定量値とを比較するグラフである。 ＭＲＩシステム１の処理フローを示す図である。 ボア４に基準ファントム１３が設置されたＭＲＩシステム１を示す図である。 表示モニタ８の表示画面の一例である。 脂肪の定量値Ｈを表示する表示モニタ８の表示画面の一例を示す図である。

符号の説明

１ ＭＲＩシステム
２ テーブル
３ コイルアセンブリ
３ａ 超伝導コイル
３ｂ 勾配コイル
３ｃ 送信コイル
４ ボア
５ ベローズ
６ 受信コイル
７ 制御装置
８ 表示モニタ
９ 操作部
１１ 被検体
１１ａ 腹部
１２ オペレータ
７１ コイル制御手段
７２ 関係式記憶手段
７３ 信号処理手段
７４ 脂肪量算出手段
７５ 表示制御手段

Claims (9)

1. 被検体の脂肪定量を行う脂肪定量装置であって、
   前記被検体の脂肪信号の強度と、前記被検体の水信号の強度と、前記脂肪信号の強度又は前記水信号の強度を補正する補正係数とを用いて、前記被検体の脂肪の定量値を算出する脂肪定量装置。
2. 前記補正係数と、前記被検体の脂肪信号の強度と、前記被検体の水信号の強度との関係式を記憶する関係式記憶手段を有する、請求項１に記載の脂肪定量装置。
3. 前記被検体から収集された脂肪信号の強度と、前記被検体から収集された水信号の強度とを前記関係式に代入することにより、前記被検体の脂肪の定量値を算出する脂肪量算出手段、を有する請求項２又は３に記載の脂肪定量装置。
4. 前記関係式は、
   
   Ｈ＝｛Ｆ／（Ｆ＋Ｗ・Ｃ）｝×１００
   
   ここで、Ｈ：脂肪の定量値、Ｆ：被検体から収集された脂肪信号の強度、Ｗ：被検体から収集された水信号の強度、Ｃ：補正係数
   
   である、請求項２又は３に記載の脂肪定量装置。
5. 前記補正係数は、脂肪プロトンと水プロトンとが１：１の割合で含まれたファントムから収集された脂肪信号の強度と、前記ファントムから収集された水信号の強度との比である、請求項４に記載の脂肪定量装置。
6. 前記被検体から収集された脂肪信号の強度と、前記被検体から収集された水信号の強度は、前記被検体の脂肪と水の共鳴周波数の違いを利用して得られる、請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の脂肪定量装置。
7. 前記被検体から収集された脂肪信号の強度と、前記被検体から収集された水信号の強度は、前記被検体の脂肪と水の縦緩和時間の違いを利用して得られる、請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の脂肪定量装置。
8. 請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の脂肪定量装置を有する磁気共鳴イメージングシステム。
9. 被検体の脂肪定量を行う脂肪定量方法であって、
   前記被検体の脂肪信号の強度と、前記被検体の水信号の強度と、前記脂肪信号の強度又は前記水信号の強度を補正する補正係数とを用いて、前記被検体の脂肪の定量値を算出する脂肪定量方法。

Images