JP2015039462A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速シーケンスやリアルタイム性が要求される高機能シーケンスの高信頼性化と再撮像に要する時間の短縮化を図った磁気共鳴イメージング装置を提供する。
【解決手段】従来のリアルタイム性の高いパルス生成の経路とリアルタイム性は問わず信頼性を高くした出力確認用の経路を持つことにより、正しいパルス生成出力が行われたかを出力確認用の経路を用いて適時確認を行う。何らかの要因で不正なパルス生成出力となった場合、直ちにその不正撮像箇所を検出し、不正出力しないようにスキャンを停止させ、その箇所の再撮像を自動で行うかもしくは再撮像を促すことにより、シーケンサ４の高信頼性化と再撮像に要する時間の短縮化を図る。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴（以下、「ＮＭＲ」という）信号を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を画像化する核磁気共鳴イメージング（以下、「ＭＲＩ」という）装置に関する。

ＭＲＩ装置は、被検体、特に人体の組織を構成する原子核スピンが発生するＮＭＲ信号を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を２次元的に或いは３次元的に画像化する装置である。撮影においては、ＮＭＲ信号には、傾斜磁場によって異なる位相エンコードが付与されるとともに周波数エンコードされて、時系列データとして計測される。計測されたＮＭＲ信号は、２次元又は３次元フーリエ変換されることにより画像に再構成される。

このようなＭＲＩ装置において、傾斜磁場パルスと高周波パルスの発生をコントロールするシーケンサが存在する。シーケンサは、ＣＰＵにより格納されたシーケンスパラメータを随時自動的に読み出し、所望の傾斜磁場パルスと高周波パルスを発生させる。シーケンサが自動的に動作するためＣＰＵへの負荷が減少し、これによりＣＰＵはシーケンスパラメータを随時変更することが可能となり、様々なシーケンス生成を行う。

例えば、特許文献１では、複数のＣＰＵを用いることで高速処理が要求される撮像への対応手法が開示されている。ＣＰＵは、撮像のための演算処理を行い、リアルタイム性の高いシーケンサへ必要に応じてシーケンスパラメータを更新することで撮像が可能となる。このシーケンスパラメータの変更には、シーケンサが自動的にシーケンスパラメータを読み出す前にＣＰＵが書き換えなければならない。そのため、ＣＰＵは、自動的に動作するシーケンサの内部動作をリアルタイムに把握しておく必要がある。これは、ＣＰＵがシーケンサのステータスを読み出すことにより行なっている。

特開２０１０−２７３７０６号公報

しかし、上記した従来の技術では、高速シーケンスやリアルタイム性が要求される高機能シーケンスになると、シーケンサは、複雑な動作タイミングかつ短時間で複数回シーケンスパラメータを読み出すことになる。そのため、ＣＰＵは常にシーケンス内部動作を把握することが困難となり、例えばリアルタイムにシーケンスパラメータの変更を行うことができなくなるなど何らかの要因により所望のシーケンスとならなかった場合、傾斜磁場電源や高周波増幅器に意図しない電流変化をさせる可能性があり、その場合には、正しい画像を得ることができない。画像が正しく得られたかの判別は撮像が終了しないと分からないため、正しい動作が行えなかった場合、その撮像に要した時間が無駄になる。

そこで、本発明の目的は、高速シーケンスやリアルタイム性が要求される高機能シーケンスの高信頼性化と再撮像に要する時間の短縮化を図った磁気共鳴イメージング装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明による磁気共鳴イメージング装置の特徴は以下の通りである。

静磁場内の被検体に傾斜磁場パルスおよび高周波磁場パルスを与えて、該被検体より放出される核磁気共鳴信号を検出し、検出された核磁気共鳴信号を用いて画像再構成することで該被検体の撮像画像を得る磁気共鳴イメージング装置において、撮像画像の撮像条件を決定するパラメータを格納し、該パラメータに基づいて傾斜磁場パルスおよび高周波磁場パルスの出力仕様となる第１の出力データをパラメータに設定されたタイミング情報に合わせて生成し出力するシーケンサと、シーケンサが出力する第１の出力データを監視する出力確認装置とを有し、出力確認装置は、パラメータに対応して予め格納された第２の出力データと第１の出力データとが不一致と判定した場合に、シーケンサから第１の出力データを出力するのを停止させることを特徴とする。

本発明によれば、高速シーケンスやリアルタイム性が要求される高機能シーケンスの高信頼性化と再撮像に要する時間の短縮化を図った磁気共鳴イメージング装置を提供することができる。

本発明に係るＭＲＩ装置の一実施例における全体基本構成図。 シーケンサとシーケンサモニタの概略構成図。 パラメータと出力データとの対応関係を示す説明図。 シーケンサとシーケンサモニタの動作フローチャート。

以下、添付図面に従って本発明のＭＲＩ装置の好ましい実施形態について詳説する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

最初に、本発明に係るＭＲＩ装置の一例の全体概要を図１に基づいて説明する。図１は、本発明に係るＭＲＩ装置の一実施例の全体構成を示すブロック図である。このＭＲＩ装置は、ＮＭＲ現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、図１に示すように、ＭＲＩ装置は静磁場発生系2と、傾斜磁場発生系3と、送信系5と、受信系6と、信号処理系7と、シーケンサ4と、中央処理装置（ＣＰＵ）8とを備えて構成される。

静磁場発生系2は、垂直磁場方式であれば、被検体1の周りの空間にその体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば、体軸方向に均一な静磁場を発生させるもので、被検体1の周りに永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源が配置されている。

傾斜磁場発生系3は、ＭＲＩ装置の座標系（静止座標系）であるＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル9と、それぞれの傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源10とから成り、後述のシ−ケンサ4からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源10を駆動することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向に傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚを印加する。撮影時には、スライス面（撮影断面）に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス（Gs）を印加して被検体1に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの２つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス（Gp）と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス（Gf）を印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。

シーケンサ4は、高周波磁場パルス（以下、「ＲＦパルス」という）と傾斜磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加する制御手段で、ＣＰＵ8の制御で動作し、被検体1の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系5、傾斜磁場発生系3、および受信系6に送る。

シーケンサモニタ29は、ＣＰＵ8に格納されているシーケンスパラメータに対応してシーケンサ4から出力される出力データをシーケンサ4が生成する出力データと比較し、一致しているか確認を行う手段を備え、必要に応じてシーケンス4からのデータの出力を停止する命令を出す機能を有する。なお、詳細は後述する。

送信系5は、被検体1の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、被検体１にＲＦパルスを照射するもので、高周波発振器11と変調器12と高周波増幅器13と送信側の高周波コイル（送信コイル）14aとから成る。高周波発振器11から出力された高周波パルスをシーケンサ4からの指令によるタイミングで変調器12により振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器13で増幅した後に被検体1に近接して配置された高周波コイル14aに供給することにより、ＲＦパルスが被検体1に照射される。

受信系6は、被検体1の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号（ＮＭＲ信号）を検出するもので、受信側の高周波コイル（受信コイル）14bと信号増幅器15と直交位相検波器16と、Ａ／Ｄ変換器17とから成る。送信側の高周波コイル14aから照射された電磁波によって誘起された被検体1の応答のＮＭＲ信号が被検体１に近接して配置された高周波コイル14bで検出され、信号増幅器15で増幅された後、シーケンサ4からの指令によるタイミングで直交位相検波器16により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがＡ／Ｄ変換器17でディジタル量に変換されて、信号処理系7に送られる。

信号処理系7は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行うもので、光ディスク19、磁気ディスク18等の外部記憶装置と、ＣＲＴ等からなるディスプレイ20とを有し、受信系6からのデータがＣＰＵ8に入力されると、ＣＰＵ8が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体1の断層画像をディスプレイ20に表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク18、ＲＯＭ21、ＲＡＭ22等に記録する。

操作部25は、ＭＲＩ装置の各種制御情報や上記信号処理系7で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス23、及び、キーボード24から成る。この操作部25はディスプレイ20に近接して配置され、操作者がディスプレイ20を見ながら操作部25を通してインタラクティブにＭＲＩ装置の各種処理を制御する。

なお、送信側の高周波コイル14aと傾斜磁場コイル9は、被検体1が挿入される静磁場発生系2の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体1に対向して、水平磁場方式であれば被検体1を取り囲むようにして設置されている。また、受信側の高周波コイル14bは、被検体1に対向して、或いは取り囲むように設置されている。

現在ＭＲＩ装置の撮像対象核種は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質である水素原子核（プロトン）である。プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を２次元もしくは３次元的に撮像する。

次に、本発明の実施形態について図２を用いて説明する。
図２Ａは、リアルタイム性の高いパルス生成経路であるシーケンサ4とリアルタイム性を問わない信頼性の高い経路により構成されたシーケンサモニタ29の概略構成図である。

図２Ａにおいて、シーケンサ4は、傾斜磁場パルスやＲＦパルスを生成するためのパラメータを格納するパラメータテーブル26とそのパラメータを用いてパルス生成を行う制御コントローラ27とパルス出力を行う出力部28とを備えている。

ここで、パラメータテーブル26に格納されているパラメータは、クロックカウンタおよびそれに対応して出力される出力データで構成される。図中では、例えば、１番目のパラメータ１に対しては、パラメータ１（Ｃ１，Ｖ１）と表記され、Ｃ１はクロックカウンタを示し、Ｖ１は出力データを示す。パラメータ２、・・・Ｎも同様に表記する。

なお、ここでは、簡単のために、パラメータ１は、（Ｃ１，Ｖ１）の１組で構成されている場合を説明したが、複数の組み合わせでも構わない。

シーケンサモニタ29は、所望の出力データを確認用に格納しておく出力データテーブル30と制御コントローラ27から出力される出力データを確認する出力確認用ＣＰＵ31とを備えている。

ＣＰＵ8は、シーケンスに応じて必要となるパラメータをパラメータテーブル26に用意しておく。また、ＣＰＵ8は、所望の傾斜磁場パルスやＲＦパルスの出力データを、予め出力データテーブル30にＣＰＵ8から出力される順番に格納しておく。

制御コントローラ27は、パラメータテーブル26に格納されたパラメータを随時読み出し、パラメータで設定された時刻に出力パルス生成を行い、出力部28と出力確認用ＣＰＵ31へ傾斜磁場パルスやＲＦパルスを構成する出力データを送信する。ここで、出力パルスを生成する時刻は、上記クロックカウンタ（例えば、Ｃ１）で決定される。
また、出力確認用ＣＰＵ31は、制御コントローラ27から出力される出力データを受信すると、出力データテーブル30から順番に出力データを読み出す。

図２Ｂは、パラメータと出力データテーブルに格納された出力データとの対応関係を示す説明図である。
本図の上段には、各パラメータに対応して制御コントローラ27から出力される出力データ（本図では傾斜磁場強度を例示している）を時系列的に例示したものである。
本図の下段には、各パラメータに対応する出力データが出力順に出力データテーブル３０に格納された状態を示す。パラメータ１では、出力データは、０，１，２の順に出力され、パラメータ２の場合には、正常な出力動作の場合には、出力データは２，１，０となるところ、本図に示すように、出力が０の時に、−２の出力となり、パラメータと出力データとの不一致が生じている。なお、パラメータと出力データとが一致する正常な場合を、参考のために点線で図示している。

もし、上記の例の様に、何らかの要因により制御コントローラ27から不正な値が出力され、出力データテーブル30との値が一致しない場合、出力確認用ＣＰＵ31は出力部28へその不正データを使用しないように出力停止命令を出し、不正な値が外部に出力されないようにする。

あるいは、出力確認用ＣＰＵ31は、制御コントローラ27から出力される値と出力データテーブル30の値との不一致を生じせしめるエラー内容に応じて、再撮像開始の要否を決定する。

また、出力停止、再撮像命令をＣＰＵ8とシーケンサ4に送信することで停止させ、必要な箇所だけ自動で再撮像を行うか操作者に対して再撮像を行うことを即座に促すことで、再撮像時の時間短縮化が可能となる。

ここで、必要な箇所とは、例えば、出力停止命令が出た時点が撮像完了までに近い時点である場合、撮像停止した時点から撮像完了までを指し、自動で再撮像を行う。出力停止命令が出た時点が撮像開始時点に近い場合は、再撮像を始めからやり直す。

なお、上記の再撮像を行っても、再度、出力停止命令が出た場合は、再撮像を再度行わないなどのアルゴリズムを適用しても良い。

次に、上記実施形態の動作について図３を用いて説明する。
図３は、シーケンサモニタ29による出力確認動作のフローチャートである。

ステップ301：スキャンがスタートすると、ＣＰＵ8はシーケンスに必要となるパラメータをシーケンサ4内のパラメータテーブル26へセットする。

ステップ302：ＣＰＵ8は、所望の傾斜磁場パルスやＲＦパルスを含む出力データを、確認する順番に出力データテーブル26にセットする。

ステップ303：出力データテーブル26にセットするとき、変更すべきパラメータがあるかの判別をする。変更が必要であれば、ステップ308の処理を行う。変更なければ、ステップ304へ進む。

ステップ304：制御コントローラ27は、セットされたパラメータに従い、それぞれ要求された時刻に応じて、出力データを生成し出力する。

ステップ305：生成された出力データが出力確認用ＣＰＵ31へ入力されたとき、出力確認用ＣＰＵ31は、出力データテーブル30から出力データを読み出し、生成された出力データが読み出された出力データと合っているか確認を行う。合っていれば、ステップ306の処理を行う。合っていなければ、ステップ311へ進む。

ステップ306：出力すべきデータがまだ残っているか判定する。まだ残っていれば、ステップ303へ戻る。残っていなければステップ307へ進む。
ステップ307：スキャンを終了する。

以下に、上述した出力確認動作のフローチャートにおける各分岐について説明する。
≪ステップ303の分岐≫
ステップ303：変更が必要であれば、ステップ308の処理を行う。変更がなければ、ステップ304の処理を行う。

ステップ308：ＣＰＵ8が変更したいパラメータをシーケンス内のパラメータテーブル26に再セットする。

ステップ309：ＣＰＵ8が変更したパラメータ部分に応じた所望の出力データを確認する順番に、出力データテーブルへ再セットする。その後、ステップ303へ戻る。

≪ステップ305の分岐≫
ステップ305: 合ってあれば、ステップ306の処理を行う。合っていなければ、ステップ311へ進む。

ステップ311：ここで、何らかの要因により生成された出力データ値が不正となり不一致となったとき、出力確認用ＣＰＵ31は、出力部28に出力データを使用しないように命令し、ＣＰＵ8とシーケンサ4へ停止、再撮像命令を送ることで、ＣＰＵ8とシーケンサ4を停止させる。

≪ステップ312の分岐≫
ステップ312：自動で再撮像しないで、計測終了するか判定する。計測終了する場合は、ステップ313の処理を行う。計測終了しない場合は、ステップ310の処理を行う。

ステップ310：ＣＰＵ8が必要な再撮像のためのパラメータをパラメータテーブル26へ、確認用の出力データを確認する順番に出力データテーブル30へ再セットし、再度撮像を開始する。その後、ステップ303へ戻る。

ステップ313：操作者に再撮像を行うことを即座に促す。その後、ステップ307へ進む。

本発明では、上記処理を行うことで、不正な値が出力されたときに、直ちに自動で再撮像を行うか、もしくは操作者に再撮像を促すことにより、再撮像に要する時間を短縮することができる。

また、リアルタイム性を問わない高信頼性の経路を別に設けているので、ＣＰＵは、自動的に動作するシーケンサの内部動作をリアルタイムに把握する必要がない。

従って、高速シーケンスやリアルタイム性が要求される高機能シーケンスに対して高信頼性化を確保することができる。

１…被検体、２…静磁場発生系、３…傾斜磁場発生系、４…シーケンサ、５…送信系、６…受信系、７…信号処理系、８…中央処理装置（ＣＰＵ）、９…傾斜磁場コイル、１０…傾斜磁場電源、１１…高周波発信器、１２…変調器、１３…高周波増幅器、１４ａ…高周波コイル（送信コイル）、１４ｂ…高周波コイル（受信コイル）、１５…信号増幅器、１６…直交位相検波器、１７…Ａ／Ｄ変換器、１８…磁気ディスク、１９…光ディスク、２０…ディスプレイ、２１…ＲＯＭ、２２…ＲＡＭ、２３…トラックボール又はマウス、２４…キーボード、２５…操作部、２６…パラメータテーブル、２７…制御コントローラ、２８…出力部、２９…シーケンサモニタ、３０…出力データテーブル、３１…出力確認用ＣＰＵ。

Claims (7)

1. 静磁場内の被検体に傾斜磁場パルスおよび高周波磁場パルスを与えて、該被検体より放出される核磁気共鳴信号を検出し、検出された核磁気共鳴信号を用いて画像再構成することで該被検体の撮像画像を得る磁気共鳴イメージング装置において、
   前記撮像画像の撮像条件を決定するパラメータを格納し、該パラメータに基づいて傾斜磁場パルスおよび高周波磁場パルスの出力仕様となる第１の出力データを前記パラメータに設定されたタイミング情報に合わせて生成し出力するシーケンサと、
   前記シーケンサが出力する前記第１の出力データを監視する出力確認装置と、を有し、
   前記出力確認装置は、前記パラメータに対応して予め格納された第２の出力データと前記第１の出力データとが不一致と判定した場合に、前記シーケンサから前記第１の出力データを出力するのを停止させる
   ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記シーケンサは、前記パラメータを順番に格納したパラメータテーブルと、
   前記順番に従って、前記パラメータで設定されたタイミング情報に合わせて前記第１の出力データを生成し出力する制御コントローラと、を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記出力確認装置は、所望の傾斜磁場パルスや高周波磁場パルスの出力仕様となる第２の出力データを、前記パラメータの順番に従って予め格納しておく出力データテーブルと、前記第１の出力データと前記第２の出力データとの一致を確認する出力確認用演算部と、を有し、
   前記出力確認装置は、前記第１の出力データが、前記第２の出力データと一致するか否かを確認し、前記確認の結果、前記第１の出力データが前記第２の出力データと一致しない場合、前記制御コントローラに出力停止命令を送信する手段を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記出力確認装置は、前記出力停止命令の送信時点で、前記シーケンサ及び前記出力確認装置を制御する中央処理装置及び前記シーケンサの動作を停止させる
   ことを特徴とする請求項３に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記出力確認装置は、前記出力停止命令の送信時点に応じて、前記シーケンサを該停止時点から再開させて再撮像を継続するか、もしくは再撮像を操作者に促す
   ことを特徴とする請求項３に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記再撮像を操作者に促す警告表示を表示する表示装置をさらに有する
   ことを特徴とする請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記出力確認装置は、前記第１の出力データと前記第２の出力データとの不一致を生じせしめるエラー内容に応じて、再撮像開始の要否を決定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の磁気共鳴イメージング装置。

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