JP2013017710A

JP2013017710A - Ｍｒｉ装置

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Publication number: JP2013017710A
Application number: JP2011154322A
Authority: JP
Inventors: Hirotsugu Kado; 弘諭角; Shigeru Nemoto; 茂根本
Original assignee: Nemoto Kyorindo Co Ltd
Current assignee: Nemoto Kyorindo Co Ltd
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2031-07-12
Also published as: JP5877000B2

Abstract

【課題】従来の灌流検査法によらないダイナミックMRI造影剤検査によって、簡易かつ比較的正確に血液灌流情報を得る。
【解決手段】MRI装置は、磁場発生器と、高周波パルスを照射するパルス送信器３３０と、エコー信号を受診する受信器３４０と、被験者の血流情報を演算する血流情報演算部３６０と、血流情報に基づいて画像を再構成する画像データ生成部３７０と、画像を表示する表示デバイス３９０とを有する。パルス送信器３３０は、造影剤の注入前および注入後に高周波パルスを照射し、受信器３４０は、造影剤の注入前および注入後のそれぞれについて第１エコー信号および第２エコー信号を取得し、血流情報演算部３６０は、造影剤注入前および注入後のエコー信号強度から求められた、造影剤注入後の経過時間tにおける横緩和速度の変化ΔR2*(t)に基づいて、血管内の血液量および血管外への漏出量を算出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、造影MR画像から、血管外腔へ漏れた血漿（血液成分から血球等を排除した液体）量や周辺組織自体の血漿量または血液量などを解析することのできる定量化方法に関する。

髄膜種などの腫瘍の外科的手術や放射線治療の事前評価および鑑別診断には、腫瘍およびその周辺での血液量（BV）や血流量（BF）情報が重要である。現在、これらの血液灌流情報を得るために、ガドリニウム含有造影剤の投与による、MR画像装置を用いた画像診断法や、ヨード含有造影剤の投与による、CT画像装置を用いた画像診断法や、トレーサー（サイクロトロンによって調製された放射性医薬品）の投与による、PET装置を用いた画像診断法などが利用されている。

これらの診断では、病変部を含む所定の断面を一定の時間間隔で繰り返し撮像し、これによって得られた一連の画像データを画素ごとに解析して、まずBVを求め、次にBFマップを作成する灌流検査法が一般的に行なわれている（特許文献１）。

特開２００６−１３０１４１号公報

しかしながら、上述したMRやCT装置を用いた灌流検査法では、正常な脳組織でしかBVやBFを求められないという欠点がある。つまり、血液脳関門（BBB）の破壊がないような正常脳組織の場合だけ、（血漿に溶けている）造影剤の血管外腔への漏れがなく、比較的正確なBVやBFが得られるが、（脳腫瘍や脳卒中のような）BBBが破壊されている場合には、造影剤が血管外腔への漏れ出てしまい、BVとBFが過小評価されてしまう現象がみられる。一方、ＰＥＴ装置を用いた撮像では、比較的サイズの大きなトレーサー（放射性同位元素でラベルした一酸化炭素と結合したヒトの赤血球）を用いているため、BBBが破壊されていても、出血（赤血球が血管外に出ること）がない限りは、血管外腔にトレーサーが漏れ出ることなく、比較的正確なBVとBF評価が可能である。ただし、放射性医薬品を扱うため、被験者および術者の被曝量を厳密に管理する必要があり、また、PET装置はMR画像装置に比べて普及が進んでおらず、利用可能な施設が限られてしまう。

本発明は、従来の灌流検査法によらないダイナミックMR造影剤検査によって、簡易かつ比較的正確に血液灌流情報を得ることのできる装置および方法等を提供することを目的とする。

上記目的は以下に示す発明によって達成される。

（Ａ）被験者が位置する撮像空間に磁場を与える磁場発生器と、
前記撮像空間に高周波パルスを照射するパルス送信器と、
前記パルス送信器による高周波パルスの照射により前記被験者から得られたエコー信号を受信する受信器と、
前記エコー信号を用いて前記被験者の血流情報を演算する血流情報算出部と、
前記血流情報に基づいて画像を再構成する画像データ生成部と、
前記画像データ生成部で再構成された前記画像を表示する表示デバイスと、
を有し、
前記パルス送信器は、造影剤の注入前および注入後に高周波パルスを照射し、前記受信器は、造影剤の注入前および注入後のそれぞれについて第１エコー信号および第２エコー信号を取得し、前記血流情報演算部は、造影剤注入前および注入後の第１エコー信号および第２エコー信号の信号強度から求められた、造影剤注入後の経過時間tにおける横緩和速度の変化ΔR2*(t)に基づいて、前記血流情報として血管内の血液量（BV）および血管外への漏出量（LV）を算出するように構成されたMR画像（MRI）装置。

（Ｂ）上記本発明のMRI装置と、
前記MRI装置により被験者からエコー信号を得るために前記被験者に造影剤を注入する薬液注入装置と、
を有するMRIシステム。

（Ｃ）被験者が位置する撮像空間に磁場を与える磁場発生器と、前記撮像空間に高周波パルスを照射するパルス送信器と、前記パルス送信器による高周波パルスの照射により前記被験者から得られたエコー信号を受信する受信器と、前記エコー信号を用いて前記被験者の血流情報を演算する血流情報算出部と、前記血流情報に基づいて画像を再構成する画像データ生成部と、前記画像データ生成部で再構成された前記画像を表示する表示デバイスと、を有するMRI装置の作動方法であって、
前記パルス送信器が、造影剤の注入前および注入後に高周波パルスを照射することと、
前記受信器が、造影剤の注入前および注入後のそれぞれについて第１エコー信号および第２エコー信号を取得することと、
前記血流情報演算部が、造影剤注入前および注入後の第１エコー信号および第２エコー信号の信号強度から求められた、造影剤注入後の経過時間tにおける横緩和速度の変化ΔR2*(t)に基づいて、前記血流情報として血管内の血液量および血管外への漏出量を算出することと、
を含む、MRI装置の作動方法。

（Ｄ）被験者が位置する撮像空間に磁場を与える磁場発生器と、前記撮像空間に高周波パルスを照射するパルス送信器と、前記パルス送信器による高周波パルスの照射により前記被験者から得られたエコー信号を受信する受信器と、前記エコー信号を用いて前記被験者の血流情報を演算する血流情報算出部と、前記血流情報に基づいて画像を再構成する画像データ生成部と、前記画像データ生成部で再構成された前記画像を表示する表示デバイスと、を有するMRI装置のためのコンピュータプログラムであって、
前記パルス送信器に、造影剤の注入前および注入後に高周波パルスを照射させることと、
前記受信器に、造影剤の注入前および注入後のそれぞれについて第１エコー信号および第２エコー信号を取得させることと、
前記血流情報演算部に、造影剤注入前および注入後の第１エコー信号および第２エコー信号の信号強度から求められた、造影剤注入後の経過時間tにおける横緩和速度の変化ΔR2*(t)に基づいて、前記血流情報として血管内の血液量（BV）および血管外への漏出量（LV）を算出させることと、
を含む、MRI装置のためのコンピュータプログラム。

（Ｅ）上記本発明のコンピュータプログラムが格納されている情報記憶媒体。

MRI装置による、従来の灌流検査法ではないダイナミック造影剤検査によって、PET検査で得られる画像との相関性が極めて高いBVマップ画像およびLVマップ画像を得ることができる。また、PET検査によらずにこれらのマップ画像を作成できることにより、放射線の照射による被曝のような、被験者の身体的負担を最小限にすることができる。

本発明の一実施形態によるMRIシステムの概略図である。図１に示すMRIシステムの注入ヘッドを、それに装着されるシリンジとともに示す斜視図である。図１に示すMRIシステムの機能ブロック図である。 PET装置で計測したBV値をゴールド・スタンダード（全てのなかで基準となる正確な値）と仮定して、本発明法を用いてMR装置で計測したBV値と、従来の灌流検査法を用いてMR装置で計測したBV値とを比較したグラフである。

図１を参照すると、MRI装置３００と薬液注入装置１００とを有する、本発明の一実施形態によるMRIシステム１０００が示される。MRI装置３００は、撮像動作を実行する撮像ユニット３０１と、撮像ユニット３０１の動作を制御するとともに、撮像ユニット３０１から得られた磁気共鳴信号に基づいて画像データを再構成して断層画像として表示する撮像制御ユニット３０２とを有している。

薬液注入装置１００は、注入ヘッド１１０と、ケーブル（不図示）によって注入ヘッド１１０と電気的に接続された注入制御ユニット１０１とを有している。注入制御ユニット１０１は、メイン操作パネルおよびタッチパネル等を有している。注入ヘッド１１０は、図２に示すように、それぞれシリンダ２２１およびピストン２２２を備えた２つのシリンジ２００Ｃ、２００Ｐを着脱自在に装着することができる。

シリンジ２００Ｃ、２００Ｐにはそれぞれ被験者に注入される薬液が充填される。シリンジ２００Ｃ、２００Ｐの先端のノズル部２２１ｂには、末端側が２つに分岐し、かつ先端に注入針（不図示）が連結された延長チューブ２３０が接続され、注入針を被験者の血管内に穿刺することによって、シリンジ２００Ｃ、２００Ｐに充填された薬液を被験者に注入可能な状態となる。シリンジ２００Ｃ、２００Ｐに充填される薬液は、どちらも同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。通常は、シリンジ２００ＣにはMRI用の造影剤（ガドリニウム製剤）が充填され、もう一方のシリンジ２００Ｐには生理食塩水が充填される。

注入ヘッド１１０の先端部には、２つのシリンジ２００Ｃ、２００Ｐを保持するためのシリンジ受け１２０が備えられている。シリンジ受け１２０は、各シリンジ２００Ｃ、２００Ｐのシリンダ２２１を受け入れる２つの凹部１２０ａと、各凹部１２０ａに受け入れられたシリンダ２２１の末端のフランジを保持する２つのシリンダ保持部材１２１、１２２とを有する。

注入ヘッド１１０に保持されたシリンジ２００Ｃ、２００Ｐのピストン２２２を前進および後退させるために、互いに独立して駆動される２つのピストン駆動機構１３０が、各シリンジ２００Ｃ、２００Ｐに対応して設けられている。ピストン駆動機構１３０は、駆動モータ（不図示）および駆動モータの回転出力を直線運動に変換する運動変換機構（不図示）を有する。このようなピストン駆動機構１３０としては、薬液注入装置で一般に用いられる公知の機構を用いることができるので、ここではその詳細な説明は省略する。

注入ヘッド１１０の、シリンジ２００Ｃ、２００Ｐをヘッド本体１１３に保持するための機構、およびピストン駆動機構１３０については、この種の注入装置に一般に用いられる公知の機構を採用することができる。

図３に、図１に示したMRIシステムの機能ブロック図を示す。

図３に示すように、薬液注入装置１００の注入制御ユニット１０１は、制御部１４１、入力デバイス１４２、表示デバイス１４３、注入条件演算部１４６、およびMRI装置３００との間のインターフェース（Ｉ／Ｆ）１４７を有する。

入力デバイス１４２は、前述したメイン操作パネルおよびタッチパネルに相当し、薬液注入装置１００の様々な設定および薬液注入条件決定のためのデータの入力を受け付ける。表示デバイス１４３は、前述したタッチパネルに相当し、薬液注入装置１００の設定用の画面、データ入力用の画面、および動作状態を表す画面などを表示する。このように、本形態では、タッチパネルは、入力デバイス１４２の機能および表示デバイス１４３の機能を併せ持っている。注入条件演算部１４６は、入力デバイス１４２から入力さえたデータ等に基づいて薬液の注入条件を演算する。制御部１４１は、注入条件演算部１４６によって求められた注入条件に従って薬液が注入されるように注入ヘッド１１０のピストン駆動機構１３０の動作を制御したり、表示デバイス１４３に所定の画像を表示させたりするなど、この薬液注入装置１００の動作全般を制御する。

制御部１４１および注入条件演算部１４６は、コンピュータユニットで構成することができる。コンピュータユニットは、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを含んでおり、例えばＲＡＭに実装されたコンピュータプログラムに従ってＣＰＵが各種処理を実行することによって、制御部１４１および注入条件演算部１４６の機能を果たす。

一方、MRI装置３００は、前述したように、撮像ユニット３０１と撮像制御ユニット３０２とを有している。

撮像ユニット３０１は、被験者が位置する撮像空間に所定の磁場を与える磁場発生器と、上記空間に高周波パルスを照射するパルス送信器３３０と、パルス送信器３３０による高周波パルスの照射により被験者から放出された核磁気共鳴信号（エコー信号）を受信する受信器３４０と、を有する。

磁場発生器は、上記撮像空間に静磁場を与える静磁場発生器３１０と、静磁場発生器３１０によって与えられる静磁場に傾斜磁場を与える傾斜磁場発生器３２０と、を有する。静磁場発生器３１０としては、永久磁石や超伝導磁石などを用いることができる。静磁場発生器３１０が発生する磁場強度は、臨床で使用される通常のMRI装置における磁場強度と同様でよく、例えば、０．２〜３．０Ｔ（テスラ）程度とすることができる。傾斜磁場発生器３２０は、例えば、電力が供給されることで傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルとすることができる。

撮像制御ユニット３０２は、制御部３５０、血流情報演算部３６０、画像データ生成部３７０、入力デバイス３８０、表示デバイス３９０、および薬液注入装置１００との間のインターフェース（Ｉ／Ｆ）４００を有している。

血流情報演算部３６０は、受信器３４０で受信した核磁気共鳴信号に基づいて、被験者の高周波パルスが照射された部位での、血流量および血管から周辺組織への血液の漏れといった血流情報を演算する。画像データ生成部３７０は、受信器３４０で受信した核磁気共鳴信号および血流情報演算部３６０で得られた血流情報データに基づいて画像データを再構成する。入力デバイス３８０は、MRI装置３００の様々な設定および撮像条件に関するデータ等の入力を受け付ける。表示デバイス３９０は、MRI装置３００の設定用の画面、撮像に関する種々の情報、および画像データ生成部３７０で再構成された画像データなどを表示する。制御部３５０は、入力デバイス３８０から入力されたデータに基づく静磁場発生器３１０、傾斜磁場発生器３２０およびパルス送信器３３０の動作の制御、画像データで再構成された画像データに基づく表示デバイス３９０の表示制御など、MRI装置３００の動作全般を制御する。

血流情報演算部３６０、画像データ生成部３７０および制御部３５０は、コンピュータユニットで構成することができる。コンピュータユニットは、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを含んでおり、例えばＲＡＭに実装されたコンピュータプログラムに従ってＣＰＵが各種処理を実行することにより、血流情報演算部３６０、画像データ生成部３７０および制御部３５０の機能を果たす。

本発明では、MRI装置３００は、１回の励起でダブルエコー（第１エコーおよび第２エコー）を収集するGRE（Gradient Echo）シーケンスであるダブルエコーSPGR（Spoiled
GRASS）パルスシーケンス法による撮像動作を、造影剤の注入前および注入後に実行する。血流情報演算部３６０は、造影剤の注入前および注入後における第１エコーおよび第２エコーから取得された信号に基づいて、血流情報として、血管内腔の血液量（BV）および血管からの血液の漏出量（LV）を算出する。

以下に、血流情報演算部３６０による血流情報の算出について、脳腫瘍を診断する場合を例に挙げて説明する。

SPGRパルスシーケンス法に基づいたスキャンパラメータと信号強度Ｓとの間には以下の関係式が成り立つことが知られている。

式（１）において、
ｋ＝スケーリングファクタ
ｐ＝プロトン密度
TR＝繰り返し時間
TE＝エコー時間
T1＝組織のT1値（縦緩和時間）
T2*＝組織のT2*値（見かけの横緩和時間）
α＝フリップ角
を意味する。

１回のエコー（シングルエコー）を用いて、造影剤の注入前および注入後にMRI（あるいはエコー信号）を取得した場合を考える。造影剤の注入前（T=0）の組織のT1値をT1(0)とし、造影剤の注入開始から時間t（実際の単位としてはmsec）経過後の組織のT1値をT1(t)とすると、組織のT2*値も、造影剤の注入前と注入後で、T2*(0)からT2*(t)へ変化する。一方、式（１）において、TR、TEおよびαは、MRI装置３００で設定される固定の値であるので造影剤の注入前後では変化しない。また、ｋおよびｐは、組織特有の値であり、やはりこれらも造影剤の注入前後で変化しない。

よって、造影剤の注入によって信号強度SがS(0)からS(t)へ変化したとすると、この信号強度S変化は、T1及びT2*によるものであるといえる。しかし、T1血管内空間、BBB透過性および血管外空間の情報を反映しており、真の腫瘍の血液量を求めるためには血管内のみの情報が得られるようにする必要がある。

シングルエコー（つまり、繰り返し時間TRのエコー信号の取得回数が１回）の場合、式（１）より、S(0)及びS(t) は、

と表される。式（２）および（３）から、造影剤の注入前後でのエコー信号強度の変化率S(t)/S(0) が計算できる。

いま、以下の式（４）〜（６）を考え、

これら式（４）〜（６）を、式（２）および（３）から得られるエコー信号強度の変化率 S(T)/S(0) に代入すると、

となる。

横緩和速度 R2*=1/T2* であるので、これを式（７）に代入し、得られた式を変形すると、

となる。

造影剤の注入開始から時間t経過後の、造影剤の注入前後でのR2*の変化は、
ΔR2*(t) = R2*(t)−R2*(0)
で与えられるので、これを式（８）に代入することにより、

が得られる。

ここで、注入された造影剤が血管外へ漏出しなかったとする。組織の縦緩和時間（T1）は、血管の外に存在する第３の空間あるいは間質等に造影剤が漏出してはじめて変化が生じると考えられている。従って、造影剤が血管外へ漏出しなければT1(t)には変化が見られないはずであり、T1(t)=T1(0)である。この場合、式（５）および（６）よりＢ＝Ｃ＝１であるので、式（９）は右辺の第２項および第３項がゼロとなり、よって式（９）は、

となる。この式（１０）は、ΔR2*情報が、造影剤の注入前後でのエコー信号強度の変化率S(t)/S(0) のみで決まることを意味する。

また、式（１０）より、エコー信号強度の変化率は、

と表すことができる。エコー時間TEが一定であることを考慮すれば、式（１１）より、エコー信号強度の変化率S(t)/S(0)は、ΔR2*(t) のみに依存することがわかる。この場合、造影剤は血管外へ漏出していないので、エコー信号強度S(t)に変化を与える物理的な要因、あるいは造影効果を与える要因があるとすれば、それは血管内の造影剤しかないと考えることができる。つまり、ΔR2*(t) は、血管内の造影剤が関与したパラメータであるといえる。

また、S(0) も定数値であることを考慮すれば、ΔR2*(t) が、（血管内の造影剤の広がる空間の大きさに密接に関与する）血管内の磁化率、すなわち血管内空間に関与する情報を与えているということができる。

次に、造影剤の一部が血管外に漏出する場合について考える。

式（９）を、

と変形する。ΔR2*(t) は、上述したとおり血管内空間の情報を扱っているといえるので、式（１２）の右辺第１項は血管内空間に関する情報を扱っていると考えられる。従って、残りの第２項および第３項が全体として、BBBおよび血管外空間の両方に関する情報、すなわち血管外への漏出に関する情報を扱っていると考えられる。

ここで、第１エコーのように、エコー時間が極めて短い場合のエコー信号強度S (TE1)考える。

この場合、TE→０とみなすと、式（１２）は、

となる。式（１３）は、ΔR2*(t) の項が存在しないので、第１エコーから得られるエコー信号の変化率は S(t)/S(0) は、血管内空間よりも、主にBBBおよび血管外空間に関する情報、すなわち血管外への漏出に関する情報を反映していることが分かる。

次に、第１エコー（エコー時間TE=5msec）によるエコー信号強度S(TE1)と、第２エコー（エコー時間TE=22msec）によるエコー信号強度S(TE2)とを考える。

まず、造影剤の注入前後でのエコー信号強度 S (TE1) および S (TE2) からΔR2*(t) を求めることについて検討する。造影剤の注入前（t=0msec）に、第１エコー時間 TE1 でのベースライン信号強度S0(TE1)および第２エコー時間 TE2 でのベースライン信号強度S0(TE2)を取得したとする。S0(TE1) および S0(TE2) は、式（１）より、

で表すことができる。

次に、造影剤の注入開始から時間 t(msec) 経過後に、第１エコー時間 TE1 での信号強度 St(TE1) および第２エコー時間 TE2 での信号強度 St(TE2) を取得したとする。 St(TE1) および St(TE2) は、式（１）より、

で表すことができる。

ここで、以下の信号比rを考える。

式（１４）〜（１７）を式（１８）に代入して簡単にまとめると、

となる。
1/T2*(t)−1/T2*(0) =Δ1/T2*(t) =ΔR2*(t)、
ΔR2*(t) = R2*(t)−R2*(0)、
であるので、式（１９）は、

となる。式（２０）より、信号比rは、T1 に関する情報を全く含まず、また、 (TE2-TE1)が固定値であることを考慮すれば、R2*(0) とR2*(t) のみに依存していることがわかる。

式（２０）において、両辺の対数をとると、

となる。信号比ｒは式（１８）で定義されることから、これを式（２１）に代入すると、

となる。

式（２２）より、造影剤注入前に２つのエコー時間TE1およびTE2からそれぞれ取得できる信号強度 S0(TE1) および S0(TE2)、ならびに造影剤注入後に２つのエコー時間 TE1 および TE2 からそれぞれ取得できる信号強度
St(TE1) および St(TE2) から、造影剤が血管外へ漏出した場合の ΔR2*(t) を求めることができることが分かる。

前述したとおり、ΔR2*(t) は血管内空間の情報を反映しているので、ΔR2*(t) を積分することにより、血管内空間の容量を求めることができる。血管内空間の容量は、理論上は、そこを流れる血液量と同じであると考えてよい。よって、血液量をBV (Blood Volume)とすると、

で表される。なお、脳の血液量について考える場合は、BVの代わりに脳血液量CBV（Cerebral Blood Volume）を用いる。

式（２３）において、積分範囲は理想的には０（ゼロ）→無限大であるが、実際は撮影時間tsである。また、式（２３）は血管内空間の情報のみを反映していることから、ダイナミックT1効果（血管外への漏出）が修正（correct）されていると物理的解釈できる。式（２２）の ΔR2*(t) を、ΔR2*(t)(T1c) と表すこととすれば、式（２３）は、

と表すことができる。

一方、第２エコー時間 TE2 のみから取得されるエコー信号強度 S(TE2) は、血管内空間、BBB透過性および血管外空間（漏出）の全ての要素を含んでいる。この場合のΔR2*(t) を、ダイナミックT1効果（血管外への漏出）が修正されていない（uncorrect）と物理的解釈できることから、ΔR2*(t)(T1u) と表すこととする。第１エコー時間 TE1 で取得されるエコー信号強度 S(TE1) からは、主にBBB透過性および血管外空間（漏出）の情報が得られる。この場合の ΔR2*(t) を、ΔR2*(t)(1^st echo) と表すこととする。

ここで、式（１２）を変形して

と表すと、ΔR2*(t)(T1u) およびΔR2*(t)(1^st echo) は、式（２５）においてD=S(t)/S(0)と置き換えて、

と表すことができる。

なお、ΔR2*(t)(1^st echo) は、主にBBB透過性および血管外空間の情報が得られるというだけであり、血管内空間の情報が全くないわけではないので、ΔR2*(t)(T1c) は、単純にΔR2*(t)(T1u) からΔR2*(t)(1^st echo) を減算することによって求められるわけではないことに注意すべきである。

「血管内から血管外へ造影剤が漏出する」ということは、「血管内の造影剤濃度および造影剤量が減少する」ことを意味する。このことをMRの信号強度で表現すると、造影剤が血管外へ漏出して血管内の造影剤濃度が薄まった場合のΔR2*(t)(T1u) は、造影剤が血管外へ漏出していない場合のΔR2*(t)(T1c) に比べて低下する。つまり、両者の間に

の関係が成り立つ。

低下した分は、血管外へ漏出した造影剤量の情報を反映していると考えられる。よって、単位時間当りに漏出した量をLeak(t) とすれば、Leak(t)は、

で求めることができる。式（２９）において、ΔR2*(t)(T1c) およびΔR2*(t)(T1u) は、それぞれ式（２２）および式（２６）で与えられるとおりである。また、式（２６）においては、前述したように D=S(t)/S(0) であり、ＢおよびＣはそれぞれ式（５）および（６）で置き換えたとおりであるので、これらを式（２９）に代入すれば、Leak(t) は、

で表すこともできる。

また、漏出した総量を LV とすれば、LVは、Leak(t) を時間で積分すればよいので、

で求めることができる。

上記では造影剤の漏出を考えたが、造影剤は血液とともに移動し、血液の流れを反映しているので、上記の造影剤についての検討はそのまま血液に当てはめることができ、よって、式（２９）〜（３１）は、血液についての式として考えてよい。

以上、高周波パルスの照射により放出されるエコー信号に基づく血流情報の算出について説明した。血流情報演算部３６０は、式（２４）および式（３１）を用いて、それぞれ血管内の血液量BVおよび血管外への血液の漏出量LVを算出する。

血流情報演算部３６０は、全ての画素に対してこの処理を実行し、全ての画素について得られた血管内の血液量BVおよび血管からの血液の漏出量LVのデータが画像データ生成部３７０に送られる。

次に、上述したMRIシステムの動作について説明する。

MRI装置３００は、薬液注入装置１００による造影剤の注入に先立って、ダブルエコーSPGRパルスシーケンス法に従って撮像動作を実行する。この撮像動作では、パルス送信器３３０によって高周波パルスが照射され、受信器３４０によって、第１エコーおよび第２エコーに基づくエコー信号が取得される。撮像条件は、例えば、第１エコー時間 TE1 が5msec、第２エコー時間 TE2 が22msec、繰り返し時間が3000msecとすることができる。

次いで、薬液注入装置１００による被験者への造影剤の注入が実行される。造影剤の注入に際しては、予め、シリンジ２００Ｃ、２００Ｐの先端に延長チューブ延長チューブ２３０が接続され、かつ、延長チューブ２３０の先端の注入針が被験者に穿刺されている。

薬液注入装置１００による造影剤の注入条件は、通常のMRI検査と同様であってよく、例えば、造影剤の注入量を被験者の体重1kg当り0.2ml、注入速度を1〜2ml/sec とすることができる。造影剤の注入速度は、一定であってもよいし、経時的に変化させてもよい。さらに、造影剤のみを注入してもよいし、造影剤の注入後に生理食塩水を注入して造影剤を生理食塩水で後押ししてもよいし、造影剤を生理食塩水で希釈して注入してもよい。

注入量および注入速度は、薬液注入装置１００に予めプログラムされていてもよいし、オペレータがその都度設定してもよい。また、ＩＤタグ付きのシリンジが使用される場合は、造影剤情報の一部として注入条件がＩＤタグに付与されており、このＩＤタグを、薬液注入装置１００の附属装置であることができるタグリーダ（不図示）で読み出すことによって注入条件が薬液注入装置１００に設定されるようにすることもできる。

造影剤の注入開始後、所定時間が経過したら、再度、MRI装置３００による、ダブルエコーSPGRパルスシーケンス法に従った撮像動作が実行される。撮像条件は、造影剤の注入前の撮像条件と同じであることができ、この撮像によって、再度、第１エコーおよび第２エコーに基づくエコー信号が取得される。

ここまでの造影剤注入前の撮像動作、その後の造影剤注入動作、および造影剤注入開始から所定時間経過後の再度の撮像動作といった一連の動作は、一人または複数のオペレータがMRI装置３００および薬液注入装置１００を個々に操作することによって実行することができるが、MRI装置３００および薬液注入装置１００が相互に信号の送受信可能に接続されていれば、自動的に行なうこともできる。

造影剤の注入前および注入後の撮像動作によって取得されたエコー信号は、受信器３４０から血流情報演算部３６０に送られる。血流情報演算部３６０は、送られたエコー信号および撮像条件の一部などを用い、前述した数式に基づいて、血管内の血液量および血管外への血液の漏出量のデータを、撮像した画素ごとに算出する。

血流情報演算部３６０で算出された全てのデータは、画像データ生成部３７０に送られる。画像データ生成部３７０は、血流情報演算部３６０から送られたデータを再構成して血液量マップおよび漏出量マップを作成し、画像データ生成部３７０で得られた画像が表示デバイス３９０に表示される。

図４に、PET装置で計測したBV値をゴールド・スタンダード（全てのなかで基準となる正確な値）と仮定して、本発明法を用いてMR装置で計測したBV値と、従来の灌流検査法を用いてMR装置で計測したBV値とを比較したグラフを示す。

図４より、従来の灌流検査法より（本発明による）double echo法を用いた方が、MRI装置で求めたCBVはPET装置で求めたCBVにより近づくことがいえる。

以上のように、本実施形態によれば、MRI装置を使ってもPET検査で得られる画像との相関性が極めて高いCBVマップ画像およびLVマップ画像を得ることが可能となる。その結果、例えば腫瘍患者に対する外科的処置の前に、CBVマップおよびLVマップを作成し、腫瘍の血液含有量および腫瘍の周辺部位への血液の漏出を予測することができる。術者は、腫瘍の血液含有量および周辺部位への血液漏出量の予測結果に基づいて、リスクを最小限とするような適切な処置を事前に検討ことができる。また、放射線治療が予定されている場合は、治療予定部位の血液量が多いと放射線治療の成功率が低下し代替医療をしないといけないケースもあることから、これらのマップにより、放射線治療の効果を処置前に把握することもできる。そして、PET検査によらずにこれらのマップを作成できるということは、被験者の被曝量を管理する必要がなくなるため、被験者の身体的負担を最小限にできるという点で、非常に大きなメリットである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、上述した実施形態では脳腫瘍の診断を例に挙げて説明したが、本発明は、脳に限らず全身のあらゆる部位を診断の対象とすることができる。また、診断の対象とする病変の種類についても、血流に異常が生じ得る病変であれば、腫瘍に限らず、感染症、膿瘍および血腫など種々の病変も本発明を用いて診断することができる。

また、上述したMRI装置３００の動作はコンピュータプログラムに従って制御することができ、そのようなMRI装置３００のためのコンピュータプログラムは、パルス送信器３３０に、造影剤の注入前および注入後に高周波パルスを照射させることと、受信器３４０に、造影剤の注入前および注入後のそれぞれについて第１エコー信号および第２エコー信号を取得させることと、血流情報演算部３６０に、造影剤注入前および注入後の第１エコー信号および第２エコー信号の信号強度から求められた、造影剤注入後の経過時間tにおける横緩和速度の変化ΔR2*(t)に基づいて、血流情報として血管内の血液量および血管外への漏出量を算出させることと、を含む。

MRI装置３００は、ＲＯＭあるいはＨＤＤなどの情報記憶媒体を有し、コンピュータプログラムはそれらの情報記憶媒体に格納されることができる。また、コンピュータプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤあるいはＵＳＢメモリなどの情報記憶媒体に格納された形態で提供され、MRI装置３００が有する情報記憶媒体に更新可能にインストールすることもできる。

１００薬液注入装置
１０１注入制御ユニット
１１０注入ヘッド
１３０ピストン駆動機構
１４１制御部
１４２入力デバイス
１４３表示デバイス
１４６注入条件演算部
１４７インターフェース
２００Ｃ、２００Ｐシリンジ
３００ MRI装置
３０１撮像ユニット
３０２撮像制御ユニット
３１０静磁場発生器
３３０パルス送信器
３４０受信器
３５０制御部
３６０血流情報演算部
３７０画像データ生成部
３８０入力デバイス
３９０表示デバイス
４００インターフェース
１０００ MRIシステム

Claims

被験者が位置する撮像空間に磁場を与える磁場発生器と、
前記撮像空間に高周波パルスを照射するパルス送信器と、
前記パルス送信器による高周波パルスの照射により前記被験者から得られたエコー信号を受信する受信器と、
前記エコー信号を用いて前記被験者の血流情報を演算する血流情報演算部と、
前記血流情報に基づいて画像を再構成する画像データ生成部と、
前記画像データ生成部で再構成された前記画像を表示する表示デバイスと、
を有し、
前記パルス送信器は、造影剤の注入前および注入後に高周波パルスを照射し、前記受信器は、造影剤の注入前および注入後のそれぞれについて第１エコー信号および第２エコー信号を取得し、前記血流情報演算部は、造影剤注入前および注入後の第１エコー信号および第２エコー信号の信号強度から求められた、造影剤注入後の経過時間ｔにおける横緩和速度の変化ΔR2*(t)に基づいて、前記血流情報として血管内の血液量および血管外への漏出量を算出するように構成されたMRI装置。
前記血流情報演算部は、前記第１エコー信号のエコー時間をTE1、前記第２エコー信号のエコー時間をTE2、造影剤注入前における前記エコー時間TE1のベースライン信号強度をS0(TE1)、造影剤注入前における前記エコー時間TE2のベースライン信号強度をS0(TE2)、造影剤注入後の経過時間tにおけるの前記エコー時間TE1の信号強度をSt(TE1)、造影剤注入後の経過時間tにおける前記エコー時間TE2の信号強度をSt(TE2)とするとき、血管内の情報のみが反映された前記横緩和速度の変化ΔR2*(t)であるΔR2*(t)(T1c)を、以下の計算式

によって求める請求項１に記載のMRI装置。
前記血流情報演算部は、前記計算式で求められた横緩和速度の変化ΔR2*(t)(T1c)を積分することによって、前記血管内の血液量を算出する請求項２に記載のMRI装置。
前記血流情報演算部は、第２エコーのみから取得されるエコー信号に基づく前記横緩和速度の変化ΔR2*(t)をΔR2*(t)(T1u)とするとき、前記血管外への漏出量LVを、以下の計算式

によって算出する請求項３に記載のMRI装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載のMRI装置と、
前記MRI装置により被験者からエコー信号を得るために前記被験者に造影剤を注入する薬液注入装置と、
を有するMRIシステム。
被験者が位置する撮像空間に磁場を与える磁場発生器と、前記撮像空間に高周波パルスを照射するパルス送信器と、前記パルス送信器による高周波パルスの照射により前記被験者から得られたエコー信号を受信する受信器と、前記エコー信号を用いて前記被験者の血流情報を演算する血流情報算出部と、前記血流情報に基づいて画像を再構成する画像データ生成部と、前記画像データ生成部で再構成された前記画像を表示する表示デバイスと、を有するMRI装置の作動方法であって、
前記パルス送信器が、造影剤の注入前および注入後に高周波パルスを照射することと、
前記受信器が、造影剤の注入前および注入後のそれぞれについて第１エコー信号および第２エコー信号を取得することと、
前記血流情報演算部が、造影剤注入前および注入後の第１エコー信号および第２エコー信号の信号強度から求められた、造影剤注入後の経過時間tにおける横緩和速度の変化ΔR2*(t)に基づいて、前記血流情報として血管内の血液量および血管外への漏出量を算出することと、
を含む、MRI装置の作動方法。
被験者が位置する撮像空間に磁場を与える磁場発生器と、前記撮像空間に高周波パルスを照射するパルス送信器と、前記パルス送信器による高周波パルスの照射により前記被験者から得られたエコー信号を受信する受信器と、前記エコー信号を用いて前記被験者の血流情報を演算する血流情報算出部と、前記血流情報に基づいて画像を再構成する画像データ生成部と、前記画像データ生成部で再構成された前記画像を表示する表示デバイスと、を有するMRI装置のためのコンピュータプログラムであって、
前記パルス送信器に、造影剤の注入前および注入後に高周波パルスを照射させることと、
前記受信器に、造影剤の注入前および注入後のそれぞれについて第１エコー信号および第２エコー信号を取得させることと、
前記血流情報演算部に、造影剤注入前および注入後の第１エコー信号および第２エコー信号の信号強度から求められた、造影剤注入後の経過時間tにおける横緩和速度の変化ΔR2*(t)に基づいて、前記血流情報として血管内の血液量および血管外への漏出量を算出させることと、
を含む、MRI装置のためのコンピュータプログラム。
請求項７に記載のコンピュータプログラムが格納されている情報記憶媒体。