JP2019122554A - 撮影装置 - Google Patents
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Abstract
Description
MRE(Magnetic Resonance Elastography:磁気共鳴エラストグラフィ)は、対象物に振動(体幹部の場合には、50Hz程度)を加えながら、MRI装置で撮像することで、対象部内部の「硬さ」の違いによる振動波の伝播の違いを利用し、硬さを画像化する撮像法である(特許文献1,2参照)。
ものの硬さが変化すると、その内部を伝播する波(伝播波)の音速及び波長が変化する。そこで、MREでは撮像対象にMRI装置との同期がとれた振動を加えながら撮像する。これにより撮像対象内部の伝播波を可視化することができる。この時に得られる伝播波の画像はWave Imageと呼ばれる。Wave Imageは局所の伝播波の波長を画像化しているので、局所の硬さを反映した画像を算出することができる。算出によって得られた画像はElastogramと呼ばれる。
非特許文献1には、DWIを撮影する際に使用される拡散検出傾斜磁場(motion proving gradient:MPG)を、MREを撮影する際に印加される振動検出傾斜磁場(motion encoding gradient:MEG)として使用することで、MRE画像とDWI画像の両方を同時に撮影する技術が記載されている。
一般的なMREでは、振動を検出するための振動傾斜磁場(motion encoding gradient:MEG)と外部からの振動を同期させて撮像している。このとき、MEGの強度が強力過ぎる場合、強度画像(通常の診断で用いる画像。DWIもこの強度画像を利用する)上に偽像(アーチファクト)が発生する。MREでは強度画像を利用せずに、MR位相画像を利用するのでこのアーチファクトの影響は受けにくい。
しかし、非特許文献1の方法では、DWIの撮像法(パルスシーケンス)をそのまま流用しているため、拡散検出傾斜磁場(motion proving gradient:MPG)が振動検出傾斜磁場(motion encoding gradient:MEG)の役割も担っている。
一般的なDWIにおいて、拡散現象を画像に反映させるために、MPGは比較的強力に印加している。そのため、非特許文献1記載の方法では、MPGをMEGとして流用しているので、MEGとしての印加強度としては強力な印加となってしまう。DWIは強度画像を利用するため、非特許文献1の方法では、拡散強調画像にアーチファクトが容易に発生する問題がある。
静磁場と、位置に応じて磁場が変化する傾斜磁場と、プロトンの磁気共鳴条件に基づいて予め設定された交番磁場と、を被検者の被検査部に対して発生させる磁場発生装置と、
前記交番磁場を予め設定された繰り返し時間をあけて印加する交番磁場の印加手段と、
前記交番磁場で励起された被検査部のプロトンが緩和する際に放出される電磁波を受信する時間であるエコー時間に基づいて、前記電磁波を受信する受信手段と、
被検査部に対して設定された交差する3軸であるスライス方向、リードアウト方向、位相エンコーディング方向のいずれかあるいは複数に対して、MRE用の第1の傾斜磁場を印加する第1の傾斜磁場の印加手段と、
被検査部に振動を付与する振動付与部材であって、位相の異なる複数の振動を付与可能な振動付与部材と、
前記エコー時間に応じて取得された電磁波に基づいて、電磁波信号の位相に応じたMR位相画像を、前記振動付与部材で付与される振動の位相毎に、取得するMR位相画像の取得手段と、
前記被検者に拡散強調用の第2の傾斜磁場を印加する第2の傾斜磁場の印加手段であって、前記振動の周期に応じた間隔で、大きさが等しく逆向きの対をなす波形の前記第2の傾斜磁場を印加する前記第2の傾斜磁場の印加手段と、
前記第2の傾斜磁場に応じて移動した分子の位相分散に基づいた拡散強調画像を取得する拡散強調画像の取得手段と、
を備えたことを特徴とする。
前記第1の傾斜磁場が印加される方向とは異なる方向に印加される前記第2の傾斜磁場、
を備えたことを特徴とする。
目的の拡散強調効果に応じて前記第2の傾斜磁場の強度を変更可能であることを特徴とする。
目的の拡散強調効果に応じて前記第2の傾斜磁場を印加する継続時間を変更可能であることを特徴とする。
請求項2に記載の発明によれば、第2の傾斜磁場を第1の傾斜磁場と異なる方向に印加することで、MREとは異なる方向の拡散強調画像を得ることができる。
請求項3に記載の発明によれば、第2の傾斜磁場の強度を変更することで、MRE及びDWIの測定に対する悪影響を及ぼすことなくb値を変更することができる。
請求項4に記載の発明によれば、第2の傾斜磁場の継続時間を変更することで、MRE及びDWIの測定に対する悪影響を及ぼすことなくb値を変更することができる。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
図1において、本発明の撮影装置の一例としての実施例1の磁気共鳴撮影装置1は、磁場発生装置の一例としての磁石部2を有する。磁石部2には、内部を水平方向に貫通する貫通孔3が形成されている。貫通孔3には、寝た状態の被検者4が支持される寝台6が貫通可能である。
磁石部2は、静磁場印加部材の一例としての静磁場発生磁石11を有する。なお、静磁場発生磁石として、超電導電磁石や永久磁石を使用することが可能である。静磁場発生磁石11の内側には、傾斜磁場印加部材の一例としての傾斜磁場発生コイル12が配置されている。傾斜磁場発生コイル12の内側には、励起磁場印加部材の一例としての高周波磁場発生コイル13が配置されている。高周波磁場発生コイル13の内側には、受信部の一例として、電磁波を受信する受信コイル14が配置されている。
図2は実施例1の磁気共鳴撮影装置におけるコンピュータ本体の機能ブロック図である。
図2において、実施例1のコンピュータ本体22の制御部41は、外部との信号の入出力および入出力信号レベルの調節等を行うI/O(入出力インターフェース)、必要な起動処理を行うためのプログラムおよびデータ等が記憶されたROM(リードオンリーメモリ)、必要なデータ及びプログラムを一時的に記憶するためのRAM(ランダムアクセスメモリ)、ROM等に記憶された起動プログラムに応じた処理を行うCPU(中央演算処理装置)ならびにクロック発振器等を有するコンピュータ装置により構成されており、前記ROM及びRAM等に記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
制御部41には、基本動作を制御する基本ソフト、いわゆる、オペレーティングシステムOS、アプリケーションプログラムの一例としての撮影装置制御プログラムAP1、その他の図示しないソフトウェアが記憶されている。
制御部41には、キーボード24やマウス25、受信コイル14等の信号出力要素からの出力信号が入力されている。
また、実施例1の制御部41は、ディスプレイ23、静磁場発生磁石11、傾斜磁場発生コイル12、高周波磁場発生コイル13等の被制御要素へ制御信号を出力している。
実施例1の制御部41の撮影装置制御プログラムAP1は、下記の機能手段(プログラムモジュール)51〜58を有する。
繰り返し時間記憶手段51aは、被検者4の被検査部に含まれるプロトンを励起するために印加される交番磁場の一例としての高周波磁場を印加する間隔である繰り返し時間TRを記憶する。
なお、実施例1では、繰り返し時間TRおよびエコー時間TEは、予め設定されているが、磁気共鳴撮影装置1の利用者が手動で入力して、設定、変更が可能に構成することも可能である。
MREの実施には、振動板16から付与される位相の異なる振動に同期した、複数の撮像が必要である。実施例1では、振動板16から、位相が90°ずつずれた4種類の振動が付与され、その振動位相を4つに分けた場合、各々の撮像は振動位相1(0°)、振動位相2(90°)、振動位相3(180°)、振動位相4(270°)と定義できる。
第1の傾斜磁場印加手段51dは、傾斜磁場発生コイル12を制御して、位置に応じて磁場が変化するMRE用の第1の傾斜磁場(勾配磁場)61を発生させる。従って、第1の傾斜磁場61が振動検出傾斜磁場MEG(motion encoding gradient)と呼ばれる磁場である。実施例1の第1の傾斜磁場印加手段51dは、図3に示すように、互いに直交するスライス(slice)方向、リードアウト(read out)方向およびフェーズ(phase)方向の3軸方向において、スライス方向(スライス軸)に第1の傾斜磁場61を発生させる。
b=γ2G2δ2(Δ−δ/3) …式(1)
ここで、γは変えられない値であり、Δは後述する振動66により決まる値であるが、Gとδは可変の値である。実施例では、Gの値を変化させることでMPG62のb値を変化させる。したがって、4つの振動位相(0°、90°、180°、270°)によってbの値を変化させながら観測を行って、4つのb値に対する観測結果から、拡散係数を導出することが可能である。なお、b値を変化させる際に、δを変化させることも可能である。また、振動周波数を変化させることも可能である。
図3、図4において、実施例1では、第1の傾斜磁場61は、1周期分の波形に相当する勾配磁場を、180°RFパルス信号63bを挟んで、前後に印加する。このとき、180°RFパルス信号63bよりも前側(早い時期)のMEG61aと、180°RFパルス信号63bよりも後側(遅い時期)のMEG61bは振動66の振動位相に対して強め合う波形で印加する。例えば、前側MEG61aと後側MEG61bが振動周波数の1周期(T) 位相がずれたタイミングで印加される場合には、前側MEG61aと後側MEG61bとで波形の正負を反転させる(前側MEG61aの山が振動66の山と一致する場合、後側MEG61bの山が振動66の谷に一致するように、第1の傾斜磁場61が印加される)。
なお、180°RFパルス信号63bは、効果としては、磁場61,62の波形の正負を逆転、反転させるものである。したがって、2つの同じMPG62a,62bが、180°RFパルス信号63bの前(反転前)と後(反転後)に印加されるということは、大きさが等しい傾斜磁場が、互いに逆向きに印加されていることに相当する。
MR画像取得手段54は、信号処理手段54aと、MR強度画像の作成手段54bと、MR位相画像の作成手段54cと、拡散強調画像の作成手段54dと、を有し、信号取得手段53が取得した電磁波信号に基づいて、MR画像を作成する。
信号処理手段54aは、受信した電磁波信号において信号処理をする。実施例1の信号処理手段54aは、信号取得手段53が取得した信号を実数部r(real part)とし、信号取得手段53が取得した信号をπ/2位相を遅らせた信号を虚数部i(imaginary part)とする。すなわち、受信した電磁波信号に基づいた複素数、いわゆる、MRIの技術分野におけるk空間(周波数空間)の信号を生成する。そして、実数部rと虚数部iに対して、フーリエ逆変換(実施例では高速フーリエ逆変換)を行って、実空間の信号R,Iに変換する。そして、実空間における実数部Rと虚数部Iとに基づいて、複素平面における強度M=(R2+I2)1/2と、位相φ=tan-1(I/R)とを演算する。
MRE画像作成手段57は、MR現象を利用して硬さを画像化したMR Elastogram画像(MRE画像)を作成する。実施例1のMRE画像作成手段57は、局所領域(画素)毎に計算された硬さμに応じて色分けされたMRE画像を作成する。一例として、硬い部分(硬さμの値の大きな画素)を赤く表示し、軟らかくなる(硬さμの値が小さくなる)に連れて、黄、緑、青、紫と変化するように表示することが可能である。
前記構成を備えた実施例1の磁気共鳴撮影装置1では、1回の繰り返し時間TRの間に、MRE用の第1の傾斜磁場61と、第2の傾斜磁場62とが別々に印加される。ここで、第1の傾斜磁場(MEG)61は、1周期分の波形が2回印加されることになるが、波形が1周期分であり、印加する時間も極めて短い時間なので、結果として、プラスの領域とマイナスの領域が打ち消しあうこととなり、DWIにとっては影響が少ないこととなる。また、第2の傾斜磁場(MPG)62は、前述のように、強度が同一の磁場が逆向きに印加されるが、振動66の振動位相に対して打ち消しあう形となっており、MREには影響が少ないこととなる。
したがって、実施例1の磁気共鳴撮影装置1では、第1の傾斜磁場61を使用したMRE画像と、第2の傾斜磁場62を使用した拡散強調画像とを、一度の測定で得ることができる。
図7は非特許文献1に記載された従来技術の問題点の説明図である。
図6において、非特許文献1に記載されたMPGにMEGを兼用させる構成、すなわち、MPGとMEGが一体化された技術では、異なるb値の測定を行うために、図6に示すように、MPG(MEG)の強度(G)が異なる撮影を行う必要がある。DWIにおいては、MPGの強度(G)を変えることは必須であるが、MREにとっては、MPGの強度(G)が小さくなると、MEGの効果が弱くなる。これにより、MREで必要とする振動位相を変化させた数回の撮影で、振動の増強効果が統一できない問題が発生する。従って、図7に示すように、b値が低い場合(位相0°の場合)に、振動の増強効果が十分に得られず、MRE画像が得られない恐れがある。
なお、MREでは、傾斜磁場(MEG)の効果を最大とするためには、MEGを振動に同期させる必要があるため、非特許文献1に記載の技術では、δの値は振動に対して固定値(δ=T/2)となっていまい、δの値を変化させることでb値を変化させることができない。また、fも変化させることができない。
したがって、非特許文献1に記載の技術は、傾斜磁場の強度が弱いとMRE画像における、振動に対する感度が十分に得られず、傾斜磁場が強すぎるとDWIにアーチファクトを生じさせる問題があって、MREとDWI共に十分な精度が得られにくく、実用性に大きな課題がある。
図9は実施例1の構成と非特許文献1記載の構成と一般的なMRE技術とで得られたMRE画像(Wave ImageとElastogram)の一例である。
図10は非特許文献1に記載の構成と実施例1とで得られる拡散強調画像の説明図である。
したがって、図8に示すように、b値が低い場合でも、第1の傾斜磁場61の振動増強効果は確保されるため、画像が得られると共に、b値が高い場合でも、第2の傾斜磁場62は振動の増感に寄与しないので、強度画像(拡散強調画像)上にアーチファクトが生じない。
また、図9において、実施例1のように第1の傾斜磁場61と第2の傾斜磁場62を個別(Separate)に印加しても、MRE画像は一般的なMRE法の場合と同様の画像が得られており、問題はない。さらに、図10において、b値が高くなると、非特許文献1に記載の技術のようにMEGとMPGを一体化(Unit)した構成では、図10の破線で囲んだ領域で示すように、アーチファクトが見られるが、実施例1(Separate)では見られない。なお、図10に示すADCmapは、測定結果から、見かけの拡散係数(apparent diffusion coefficient:ADC)を求めて画像化したもので、見かけの拡散(係数)画像(ADC map)と呼ばれる。そして、非特許文献1に記載の技術では、ADCマップにも、アーチファクトが見られるが、実施例1では見られない。
これらに対して、実施例1では、第2の傾斜磁場62は第1の傾斜磁場61とは異なる方向(軸)に印加することができる。よって、MREで撮影したい方向とは異なる方向の拡散強調画像を見たい場合に、DWI法で撮影したい任意の方向から被検査部を撮影することが可能である。
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例(H01)〜(H03)を下記に例示する。
(H01)前記実施例において、磁石部2がリング状、いわゆる、トンネル型の磁気共鳴撮影装置を例示したが、これに限定されない。例えば、磁石部2がコの字型、いわゆる、オープン型の磁気共鳴撮影装置にも適用可能である。
(H02)前記実施例において、例示した具体的な数値は、設計や使用等に応じて、任意に変更可能である。例えば、共鳴周波数は静磁場の強さによって変わるため、静磁場の強さを変化させた場合には、エコー時間や振動板16の周波数等も連動して変更されることとなる。
2…磁場発生装置、
16…振動付与部材、
51d…第1の傾斜磁場の印加手段、
51e…交番磁場の印加手段、
51f…第2の傾斜磁場の印加手段、
53…受信手段(信号取得手段)、
54b…強度画像の取得手段、
54c…MR位相画像の取得手段、
54d…拡散強調画像の取得手段、
61…第1の傾斜磁場、
62…第2の傾斜磁場、
G…第2の傾斜磁場の強度、
T…振動の周期、
TE…エコー時間、
TR…繰り返し時間、
δ…第2の傾斜磁場を印加する継続時間、
Δ…間隔。
Claims (4)
- 静磁場と、位置に応じて磁場が変化する傾斜磁場と、プロトンの磁気共鳴条件に基づいて予め設定された交番磁場と、を被検者の被検査部に対して発生させる磁場発生装置と、
前記交番磁場を予め設定された繰り返し時間をあけて印加する交番磁場の印加手段と、
前記交番磁場で励起された被検査部のプロトンが緩和する際に放出される電磁波を受信する時間であるエコー時間に基づいて、前記電磁波を受信する受信手段と、
被検査部に対して設定された交差する3軸であるスライス方向、リードアウト方向、位相エンコーディング方向のいずれかあるいは複数に対して、MRE用の第1の傾斜磁場を印加する第1の傾斜磁場の印加手段と、
被検査部に振動を付与する振動付与部材であって、位相の異なる複数の振動を付与可能な振動付与部材と、
前記エコー時間に応じて取得された電磁波に基づいて、電磁波信号の位相に応じたMR位相画像を、前記振動付与部材で付与される振動の位相毎に、取得するMR位相画像の取得手段と、
前記被検者に拡散強調用の第2の傾斜磁場を印加する第2の傾斜磁場の印加手段であって、前記振動の周期に応じた間隔で、大きさが等しく逆向きの対をなす波形の前記第2の傾斜磁場を印加する前記第2の傾斜磁場の印加手段と、
前記第2の傾斜磁場に応じて移動した分子の位相分散に基づいた拡散強調画像を取得する拡散強調画像の取得手段と、
を備えたことを特徴とする撮影装置。 - 前記第1の傾斜磁場が印加される方向とは異なる方向に印加される前記第2の傾斜磁場、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の撮影装置。 - 目的の拡散強調効果に応じて前記第2の傾斜磁場の強度を変更可能であることを特徴とする請求項1または2に記載の撮影装置。
- 目的の拡散強調効果に応じて前記第2の傾斜磁場を印加する継続時間を変更可能であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の撮影装置。
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