JP2010075561A - 磁気共鳴診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の核種に対応する高周波磁場や傾斜磁場の発生タイミングとともに、光励起タイミングを高精度に制御できる磁気共鳴診断装置を提供する。
【解決手段】 静磁場を発生する静磁場磁石２、傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル３、複数の核種に対応する高周波磁場を発生するとともに、被検体から核種に対応する磁気共鳴信号を検出する高周波プローブ４及び分子を励起する励起光を前記被検体に照射する光照射ユニット５、６を有し、高周波磁場、傾斜磁場及び励起光のそれぞれの発生タイミングに関するパルスシーケンスデータに基づいて傾斜磁場コイル３、高周波プローブ４及び光照射ユニット５、６を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気共鳴現象を利用して被検体の内部情報を取得する磁気共鳴診断装置に関するものである。

従来、人体などの被検体を静磁場中に置き、この被検体の注目原子の核磁気共鳴周波数と一致する高周波磁場を与え、さらに位置情報を得る傾斜磁場を与えることで被検体の内部情報をスペクトル情報や画像情報として取得する磁気共鳴診断装置（以下、ＭＲＩ装置）が知られている。

ところで、このようなＭＲＩ装置は、生体の大部分を占める水素の原子核を検出することによって生体内の水分布を画像化するものがほとんどである。しかし、このような水分布の画像では、形態的な情報しか得ることができない。

そこで、代謝物の水素、炭素、リン、ナトリウムなどの多核種を検出し、これらの多核種によってもたらされる情報を得ることにより、生体内の代謝情報を取得する多核種使用のＭＲＩ装置が実用化されている（例えば、特許文献１）。

一方、ＭＲＩ装置において、動的極偏極（ＤＮＰ）、化学誘起動的極偏極（ＣＩＤＮＰ）などを使用した撮像では、励起光を用い、この光の励起により生じるＤＮＰ（ＣＩＤＮＰ）の現象を磁気共鳴信号の強度やスペクトラムの変動により捉えて、医学的な診断に活用しようとする考えがある。
特開平９−２６２２２１号公報

ところが、光の励起によって生じるＤＮＰ（ＣＩＤＮＰ）現象による磁気共鳴信号の強度やスペクトラムの変動期間は極めて短く、このため、特に、多核種の情報を取得するＭＲＩ装置では、複数の核種に対応する高周波磁場や傾斜磁場の発生タイミングとともに、光励起のタイミング制御が極めて難しいという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、複数の核種に対応する高周波磁場や傾斜磁場の発生タイミングとともに、光励起タイミングを高精度に制御できる磁気共鳴診断装置を提供することを目的とする。

本発明に係る磁気共鳴診断装置は、
静磁場を発生する静磁場発生手段と、
傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、
複数の核種に対応する高周波磁場を発生するとともに、被検体から前記複数の核種に対応する磁気共鳴信号を検出する磁気共鳴信号検出手段と、
分子を励起する励起光を前記被検体に照射する光照射手段と
前記高周波磁場、傾斜磁場及び励起光のそれぞれの発生タイミングに関するパルスシーケンスデータに基づいて前記傾斜磁場発生手段、磁気共鳴信号検出手段及び光照射手段を制御する制御手段と
を具備したことを特徴としている。

本発明によれば、複数の核種に対応する高周波磁場や傾斜磁場の発生タイミングとともに、光励起タイミングを高精度に制御できる磁気共鳴診断装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る多核種使用の磁気共鳴診断装置の概略構成を示している。この実施の形態では、多核種として、第１及び第２の核種に対応する磁気共鳴診断装置に適用した例を述べている。図１において、１はガントリで、このガントリ１は、被検体が挿入される円筒形状の撮影領域１ａを有している。また、ガントリ１には、静磁場磁石２、傾斜磁場コイル３及び磁気共鳴信号検出手段を構成する高周波プローブ（ＲＦコイル）４が設けられている。静磁場磁石２は、主磁場である静磁場を発生する。傾斜磁場コイル３は、傾斜磁場分布を有する傾斜磁場を発生する。高周波プローブ４は、第１及び第２の核種に対する高周波磁場を発生するとともに、被検体から第１及び第２の核種に対応する磁気共鳴信号を検出する。

ガントリ１の撮影領域１ａには、光照射手段として複数、図示例では２個の第１の光照射ユニット５及び第２の光照射ユニット６が配置されている。これら第１及び第２の光照射ユニット５、６は、第１及び第２の核種に対してＤＮＰ（ＣＩＤＮＰ）現象を誘起させるための励起光を発生するもので、撮影領域１ａ内の被検体に対して任意の向きで、任意の位置に、任意の範囲に励起光を照射できるようにガントリ１の撮影領域１ａ内に配置されている。この場合、これら第１及び第２の光照射ユニット５、６は、予め装置の一部として撮影領域１ａ内に設けられたもの、或いは装置と別個に用意され、後から撮影領域１ａに取付けられるものが考えられる。また、第１及び第２の光照射ユニット５、６より発生する励起光には、例えばパルスレーザーやフィルタを透過したセキノンランプ等からの光が用いられる。さらに、第１及び第２の光照射ユニット５、６は、第１及び第２の核種に対応する特定波長の励起光を各別に発生するとともに、第１及び第２の核種のうちの一つに対応する特定波長の励起光を発生する。

一方、７は制御手段としてのリアルタイムシステムで、このリアルタイムシステム７は、リアルタイムシーケンサ８、第１の波形発生器９、第２の波形発生器１０、第１のＲＦコントローラ１１、第２のＲＦコントローラ１２、傾斜磁場コントローラ１３、第１の照射コントローラ１４及び第２の照射コントローラ１５を有している。また、このリアルタイムシステム７は、ネットワークを介してホストシステム１６が接続されている。

リアルタイムシステム７は、ホストシステム１６からの情報に従って高周波磁場及び傾斜磁場それぞれの波形及び発生タイミング、磁気共鳴信号のサンプリングタイミング、励起光の発生タイミングなどに関するパルスシーケンスデータを出力する。リアルタイムシーケンサ８は、リアルタイムシステム７からのパルスシーケンスデータにしたがって第１の波形発生器９及び第２の波形発生器１０に対して第１及び第２の核種に対応する高周波磁場の波形信号、傾斜磁場の波形信号、第１のＲＦコントローラ１１に対して第１及び第２の核種に対応する高周波磁場のトリガ信号、第２のＲＦコントローラ１２に対して磁気共鳴信号のサンプリングタイミング信号、傾斜磁場コントローラ１３に傾斜磁場のトリガ信号の発生をそれぞれ指示し、さらに第１及び第２の照射コントローラ１４、１５に対して第１及び第２の核種を含む分子に対する励起光のトリガ信号の出力を指示する。

第１の波形発生器９には、第１のＲＦアンプ１７を介して前記高周波プローブ４が接続されるとともに、傾斜磁場アンプ１８を介して傾斜磁場コイル３が接続されている。第２の波形発生器１０には、第２のＲＦアンプ１９を介して高周波プローブ４が接続されている。第１のＲＦコントローラ１１には、第１のＲＦアンプ１７及び第２のＲＦアンプ１９が接続されている。また、第１のＲＦコントローラ１１には、第１の信号アンプ２０、第２の信号アンプ２１、第３の信号アンプ２２、第４の信号アンプ２３を各別に介して高周波プローブ４が接続されている。第２のＲＦコントローラ１２には、第１のＲＦアンプ１７及び第２のＲＦアンプ１９が接続されている。また、第２のＲＦコントローラ１２には、第１の信号アンプ２０、第２の信号アンプ２１、第３の信号アンプ２２、第４の信号アンプ２３を各別に介して高周波プローブ４が接続されている。さらに、傾斜磁場コントローラ１３には、傾斜磁場アンプ１８が接続されている。さらに、第１の照射コントローラ１４には、第１の光照射ユニット５が、第２の照射コントローラ１５には、第２の光照射ユニット６がそれぞれ接続されている。

第１のＲＦアンプ１７及び第２のＲＦアンプ１９は、送信系アンプであり、観測する核種により切換えて用いられる。第１のＲＦアンプ１７は、第１のＲＦコントローラ１１（又は第２のＲＦコントローラ１２）からの高周波磁場のトリガ信号と第１の波形発生器９からの高周波磁場の波形信号により高周波プローブ４より第１の核種（又は第２の核種）に対応する高周波磁場を発生させる。第２のＲＦアンプ１９は、第２のＲＦコントローラ１２（又は第２のＲＦコントローラ１１）からの高周波磁場のトリガ信号と第２の波形発生器１０からの高周波磁場の波形信号により高周波プローブ４より第２の核種（又は第１の核種）に対応する高周波磁場を発生させる。傾斜磁場アンプ１８は、傾斜磁場コントローラ１３からの傾斜磁場のトリガ信号と第１の波形発生器９からの傾斜磁場の波形信号により傾斜磁場コイル３より傾斜磁場を発生させる。第１乃至第４の信号アンプ２０〜２３は、受信系アンプであり、観測する核種により切換えて用いられる。これら第１乃至第４の信号アンプ２０〜２３は、第１のＲＦコントローラ１１（又は第２のＲＦコントローラ１２）の磁気共鳴信号のサンプリングタイミング信号により高周波プローブ４より検出される第１の核種又は第２の核種に対応する磁気共鳴信号を収集する。

第１の光照射ユニット５は、第１の照射コントローラ１４からのトリガ信号により第１の核種を含む分子に対する励起光を発生し、第２の光照射ユニット６は、第２の照射コントローラ１５からのトリガ信号により第２の核種を含む分子に対する励起光を発生する。この場合、第１及び第２の光照射ユニット５、６は、上述のパルスシーケンスデータに基づいて励起光の発生タイミング、発生時間などを任意に選択可能にしている。

次に、以上のように構成された実施の形態の作用を説明する。

この場合、リアルタイムシステム７からのパルスシーケンスデータに基づいて図２に示すパルスシーケンスが実行される。まず、第２のＲＦコントローラ１２からのトリガ信号により高周波プローブ４より図２（ｂ）に示す第２の核種に対応するの９０°高周波磁場パルスＲＦ２を印加して第２の核種を励起し、次いで、第１のＲＦコントローラ１１からのトリガ信号により高周波プローブ４より図２（ａ）に示す第１の核種に対応する９０°高周波磁場パルスＲＦ１を印加して第１の核種を励起する。この場合、高周波磁場パルスＲＦ１に同期させて傾斜磁場コイル３より図２（ｇ）に示すスライス選択用の傾斜磁場Ｇｓが発生している。

次に、傾斜磁場コイル３より図２（ｈ）に示すエンコード方向の傾斜磁場Ｇｅを発生する。これにより高周波磁場パルスＲＦ１、ＲＦ２は、傾斜磁場Ｇｅによる位相エンコードを受ける。

次に、高周波プローブ４より図２（ａ）に示す第１の核種に対して１８０°高周波磁場パルスＲＦ１を印加し、この１８０°高周波磁場パルスＲＦ１により、スピンの位相を１８０°反転させて第１の核種に対応する図２（ｅ）に示すエコー信号（磁気共鳴信号）ＥＣを発生させる。そして、このエコー信号ＥＣを図２（ｆ）に示す読出し（リード）用の傾斜磁場Ｇｒに同期させて読み出し、高周波プローブ４より検出する。このときのエコー信号（磁気共鳴信号）ＥＣは、第１の核種に対応するものであり、第１のＲＦコントローラ１１（又は第２のＲＦコントローラ１２）のサンプリングタイミング信号により第１乃至第４の信号アンプ２０〜２３（観測する核種に対応したもの）を介して収集される。このエコー信号ＥＣにより第２の核種の情報を抑制した第１の核種の画像が生成される。

なお、図２では示していないが、９０°高周波磁場パルスＲＦ１、ＲＦ２により第１及び第２の核種をほぼ同時に励起し、この状態で、第２の核種に対して１８０°高周波磁場パルスＲＦ２を印加すれば、第２の核種に対応するエコー信号ＥＣが収集され、このエコー信号ＥＣにより第１の核種の情報を抑制した第２の核種の画像が生成される。 このようにした図２に示すパルスシーケンスにおいて、第２の核種に対する高周波磁場パルスＲＦ２の印加直後で、第１の核種に対する高周波磁場パルスＲＦ１の印加直前に、プリパルスとして第２の光照射ユニット６より図２（ｃ）に示す励起光Ｌ２を発生し、続けて僅かな時間的ずれをもって第１の光照射ユニット５より図２（ｄ）に示す励起光Ｌ１を発生する。この場合、第２の光照射ユニット６より発生する励起光Ｌ２を第２の核種を含む分子に対応する特定波長、第１の光照射ユニット５より発生する励起光Ｌ１を第１の核種を含む分子に対応する特定波長とすると、これら励起光Ｌ１、Ｌ２により、第１及び第２の核種は、それぞれＤＮＰ（ＣＩＤＮＰ）現象が誘起され、これらの現象が図２（ｅ）に示すエコー信号ＥＣ（磁気共鳴信号）の強度やスペクトラムの変動として捉えられる。これにより、例えば第１及び第２の核種を含む分子に対して励起光Ｌ１、Ｌ２を照射し、ＤＮＰ（ＣＩＤＮＰ）現象を誘起させた状態で収集した強度やスペクトラムの変動を伴う磁気共鳴信号について、第１及び第２の核種を含む分子に対して励起光Ｌ１、Ｌ２を照射しない状態で収集した磁気共鳴信号と比較検討することにより、医学的診断に有効な情報を収集することができる。

したがって、このようにすれば、静磁場を発生する静磁場磁石２、傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル３、複数の核種に対応する高周波磁場を発生するとともに、被検体から核種に対応する磁気共鳴信号を検出する高周波プローブ４及び分子を励起する励起光を前記被検体に照射する光照射ユニット５、６を有し、これら傾斜磁場コイル３、高周波プローブ４及び光照射ユニット５、６を高周波磁場、傾斜磁場及び励起光のそれぞれの発生タイミングに関するパルスシーケンスデータに基づいて制御するようにした。これにより、複数の核種に対応する高周波磁場や傾斜磁場の発生タイミングとともに、光励起タイミングを高精度に制御できるので、多核種の情報を取得するＭＲＩ装置において、磁気共鳴信号の強度やスペクトラムの変動期間が極めて短いとされる光励起によって生じるＤＮＰ（ＣＩＤＮＰ）現象に対しても、複数の核種に対応する高周波磁場や傾斜磁場の発生タイミングと光励起タイミングの制御を容易に設定できるようになり、常に安定して多核種にかかる情報を取得することができる。

なお、上述では、第２の核種に対する高周波磁場パルスＲＦ２の印加直後で、第１の核種に対する高周波磁場パルスＲＦ１の印加直前に第１及び第２の核種を含む分子に対して励起光Ｌ２と励起光Ｌ１を僅かな時間的ずれをもたせて発生させるようにしたが、パルスシーケンスデータを変更することで、例えば励起光Ｌ２と励起光Ｌ１を同時に発生させたり、発生時間を変えたり、対象となる核種を含む分子に対する励起光の波長を変えたり、発生タイミングを任意に変更させるようにもできる。また、励起光Ｌ１と励起光Ｌ２は、第１の核種に対する高周波磁場パルスＲＦ１と第２の核種に対する高周波磁場パルスＲＦ２のそれぞれの印加直前に発生させてもよく、これら励起光Ｌ１及び励起光Ｌ２についても、パルスシーケンスデータを変更することで、例えば、励起光Ｌ２と励起光Ｌ１を同時に発生させたり、発生時間を変えたり、発生タイミングを任意に変更させるようにもできる。さらに励起光Ｌ１及び励起光Ｌ２に第１及び第２の核種を含む分子のいずれか一方に対応する同一の特定波長のものを使用してもよく、この場合も、パルスシーケンスデータを変更することで、例えば、励起光Ｌ１及び励起光Ｌ２を同時に発生させたり、発生時間を変えたり、発生タイミングを任意に変更させるようにできる。このようにすれば励起光Ｌ１及び励起光Ｌ２による第１及び第２の核種に対する励起状態を任意に得られ、様々な励起状態を設定できるので、これらの励起状態を設定することにより、様々な励起状態に対応したＤＮＰ（ＣＩＤＮＰ）現象を磁気共鳴信号の強度やスペクトラムの変動として得ることができる。

ところで、ＭＲＩ装置は、組織特異性が高くないため様々な分子特性を有する造影剤を用いることがあり、例えば、肝臓を造影するための造影剤として超常磁性磁化鉄などが知られている。このような場合に、造影剤に対応する特定波長の励起光Ｌ１（励起光Ｌ２）を発生させ、造影剤を光励起させるようにすれば、造影剤による造影効果を任意に制御することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、複数の核種として第１の核種と第２の核種の例を述べたが、２種類以上の核種についても同様にして実施することができる。この場合、波形発生器、ＲＦコントローラ、ＲＦアンプ、照射コントローラ、照射ユニットなどは核種の数だけ用意される。

さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。

本発明の第１の実施の形態に係る多核種使用の磁気共鳴診断装置の概略構成を示す図。 第１の実施の形態のパルスシーケンスを示す図。

符号の説明

１…ガントリ、１ａ…撮影領域
２…静磁場磁石、３…傾斜磁場コイル
４…高周波プローブ、５…第１の光照射ユニット
６…第２の光照射ユニット、７…リアルタイムシステム
８…リアルタイムシーケンサ、９…第１の波形発生器
１０…第２の波形発生器、１１…第１のＲＦコントローラ
１２…第２のＲＦコントローラ、１３…傾斜磁場コントローラ
１４…第１の照射コントローラ、１５…第２の照射コントローラ
１６…ホストシステム、１７…第１のＲＦアンプ
１８…傾斜磁場アンプ、１９…第２のＲＦアンプ
２０〜２３…第１の信号アンプ〜第４の信号アンプ

Claims (7)

1. 静磁場を発生する静磁場発生手段と、
   傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、
   複数の核種に対応する高周波磁場を発生するとともに、被検体から前記複数の核種に対応する磁気共鳴信号を検出する磁気共鳴信号検出手段と、
   分子を励起する励起光を前記被検体に照射する光照射手段と
   前記高周波磁場、傾斜磁場及び励起光のそれぞれの発生タイミングに関するパルスシーケンスデータに基づいて前記傾斜磁場発生手段、磁気共鳴信号検出手段及び光照射手段を制御する制御手段と
   を具備したことを特徴とする磁気共鳴診断装置。
2. 前記パルスシーケンスデータは、さらに前記高周波磁場及び傾斜磁場それぞれの波形及び前記磁気共鳴信号のサンプリングタイミングに関する情報を有し、
   該パルスシーケンスデータに基づいて、前記制御手段は、前記傾斜磁場発生手段、磁気共鳴信号検出手段及び光照射手段を制御することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴診断装置。
3. 前記光照射手段は、前記複数の核種を含む分子に対応する特定波長の励起光を発生することを特徴とする請求項１又は２記載の磁気共鳴診断装置。
4. 前記光照射手段は、前記複数の核種を含む分子の少なくとも一つに対応する特定波長の励起光を発生することを特徴とする請求項１又は２記載の磁気共鳴診断装置。
5. 前記制御手段は、前記パルスシーケンスデータに基づいて前記光照射手段の励起光による前記複数の核種を含む分子に対する励起状態を任意に制御可能にしたことを特徴とする請求項３又は４記載の磁気共鳴診断装置。
6. 前記光照射手段は、造影剤に対応する特定波長の励起光を前記被検体に照射することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴診断装置。
7. 光照射手段は、装置と別個に用意され前記被検体の撮影領域に配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一記載の磁気共鳴診断装置。

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