JP2022038174A - 磁気共鳴イメージング装置、磁気共鳴イメージング方法及びプログラム - Google Patents

磁気共鳴イメージング装置、磁気共鳴イメージング方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】血流を描出することのできる磁気共鳴イメージング装置を提供する。【解決手段】磁気共鳴イメージング装置100は、シーケンス制御部と、生成部とを備える。シーケンス制御部は、第1の方向にFOVを重複させながら複数の撮像を実行する。生成部は、シーケンス制御部が実行した前記複数の撮像に基づいて、流体の流れの第1の方向の成分に関するデータを生成する。【選択図】図1

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置、磁気共鳴イメージング方法及びプログラムに関する。
血管を描出する方法として、造影剤を用いる撮像がある。また、ECG(Electocardiogram)を用いて撮像を異なるタイミングで行い、それら異なるタイミングで得られた撮像より得られたデータを差分することにより、血管を描出する方法もある。
しかしながら、造影剤を用いる撮像は侵襲的である。また、ECGを用いて撮像を行う方法では、ECGが必要となり、また動く臓器を撮像する場合には、息止めも必要となる。
従って、動く臓器に対しても、造影剤、特別なハードウェアや息止めなしで撮像できる方法が開発されるのが望ましい。また、流速を求めることができる方法が開発されるのも望ましい。
特開2006-116299号公報
本明細書及び図面の開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、血流を描出することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。
実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、シーケンス制御部と、生成部とを備える。シーケンス制御部は、第1の方向にFOVを重複させながら複数の撮像を実行する。生成部は、シーケンス制御部が実行した前記複数の撮像に基づいて、流体の流れの第1の方向の成分に関するデータを生成する。
図1は、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成を示す図である。 図2は、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置が行う処理の流れについて説明したフローチャートである。 図3は、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置が行う処理について説明した図である。 図4は、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置が行う処理について説明した図である。 図5は、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置が行う処理について説明した図である。
以下、図面を参照しながら、磁気共鳴イメージング装置、磁気共鳴イメージング方法及びプログラムの実施形態について詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置100を示すブロック図である。図1に示すように、磁気共鳴イメージング装置100は、静磁場磁石101と、静磁場電源(図示しない)と、傾斜磁場コイル103と、傾斜磁場電源104と、寝台105と、寝台制御回路106と、送信コイル107と、送信回路108と、受信コイル109と、受信回路110と、シーケンス制御回路120(シーケンス制御部)と、画像処理装置130とを備える。なお、磁気共鳴イメージング装置100に、被検体P(例えば、人体)は含まれない。また、図1に示す構成は一例に過ぎない。例えば、シーケンス制御回路120及び画像処理装置130内の各部は、適宜統合若しくは分離して構成されてもよい。
静磁場磁石101は、中空の略円筒形状に形成された磁石であり、内部の空間に静磁場を発生する。静磁場磁石101は、例えば、超伝導磁石等であり、静磁場電源から電流の供給を受けて励磁する。静磁場電源は、静磁場磁石101に電流を供給する。別の例として、静磁場磁石101は、永久磁石でもよく、この場合、磁気共鳴イメージング装置100は、静磁場電源を備えなくてもよい。また、静磁場電源は、磁気共鳴イメージング装置100とは別に備えられてもよい。
傾斜磁場コイル103は、中空の略円筒形状に形成されたコイルであり、静磁場磁石101の内側に配置される。傾斜磁場コイル103は、互いに直交するX、Y、及びZの各軸に対応する3つのコイルが組み合わされて形成されており、これら3つのコイルは、傾斜磁場電源104から個別に電流の供給を受けて、X、Y、及びZの各軸に沿って磁場強度が変化する傾斜磁場を発生する。傾斜磁場コイル103によって発生するX、Y、及びZの各軸の傾斜磁場は、例えば、スライス用傾斜磁場Gs、位相エンコード用傾斜磁場Ge、及びリードアウト用傾斜磁場Grである。傾斜磁場電源104は、傾斜磁場コイル103に電流を供給する。
寝台105は、被検体Pが載置される天板105aを備え、寝台制御回路106による制御の下、天板105aを、被検体Pが載置された状態で、傾斜磁場コイル103の空洞(撮像口)内へ挿入する。通常、寝台105は、長手方向が静磁場磁石101の中心軸と平行になるように設置される。寝台制御回路106は、画像処理装置130による制御の下、寝台105を駆動して天板105aを長手方向及び上下方向へ移動する。
送信コイル107は、傾斜磁場コイル103の内側に配置され、送信回路108からRFパルスの供給を受けて、高周波磁場を発生する。送信回路108は、対象とする原子の種類及び磁場強度で定まるラーモア(Larmor)周波数に対応するRFパルスを送信コイル107に供給する。
受信コイル109は、傾斜磁場コイル103の内側に配置され、高周波磁場の影響によって被検体Pから発せられる磁気共鳴信号(以下、必要に応じて、「MR信号」と呼ぶ)を受信する。受信コイル109は、磁気共鳴信号を受信すると、受信した磁気共鳴信号を受信回路110へ出力する。
なお、上述した送信コイル107及び受信コイル109は一例に過ぎない。送信機能のみを備えたコイル、受信機能のみを備えたコイル、若しくは送受信機能を備えたコイルのうち、1つ若しくは複数を組み合わせることによって構成されればよい。
受信回路110は、受信コイル109から出力される磁気共鳴信号を検出し、検出した磁気共鳴信号に基づいて磁気共鳴データを生成する。具体的には、受信回路110は、受信コイル109から出力される磁気共鳴信号をデジタル変換することによって磁気共鳴データを生成する。また、受信回路110は、生成した磁気共鳴データをシーケンス制御回路120へ送信する。なお、受信回路110は、静磁場磁石101や傾斜磁場コイル103等を備える架台装置側に備えられてもよい。
シーケンス制御回路120は、画像処理装置130から送信されるシーケンス情報に基づいて、傾斜磁場電源104、送信回路108及び受信回路110を駆動することによって、被検体Pの撮像を行う。ここで、シーケンス情報は、撮像を行うための手順を定義した情報である。シーケンス情報には、傾斜磁場電源104が傾斜磁場コイル103に供給する電流の強さや電流を供給するタイミング、送信回路108が送信コイル107に供給するRFパルスの強さやRFパルスを印加するタイミング、受信回路110が磁気共鳴信号を検出するタイミング等が定義される。例えば、シーケンス制御回路120は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等の集積回路、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)等の電子回路である。なお、シーケンス制御回路120が実行するパルスシーケンスの詳細については、後述する。
さらに、シーケンス制御回路120は、傾斜磁場電源104、送信回路108及び受信回路110を駆動して被検体Pを撮像した結果、受信回路110から磁気共鳴データを受信すると、受信した磁気共鳴データを画像処理装置130へ転送する。画像処理装置130は、磁気共鳴イメージング装置100の全体制御や、画像の生成等を行う。画像処理装置130は、メモリ132、入力装置134、ディスプレイ135、処理回路150を備える。処理回路150は、インタフェース機能131、制御機能133、生成機能136を備える。
第1の実施形態では、インタフェース機能131、制御機能133、生成機能136にて行われる各処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態でメモリ132へ記憶されている。処理回路150はプログラムをメモリ132から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路150は、図1の処理回路150内に示された各機能を有することになる。なお、図1においては単一の処理回路150にて、インタフェース機能131、制御機能133、生成機能136、にて行われる処理機能が実現されるものとして説明するが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路150を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。換言すると、上述のそれぞれの機能がプログラムとして構成され、1つの処理回路150が各プログラムを実行する場合であってもよい。別の例として、特定の機能が専用の独立したプログラム実行回路に実装される場合であってもよい。なお、図1において、インタフェース機能131、制御機能133、生成機能136は、それぞれ受付部、制御部、生成部、解析部の一例である。また、シーケンス制御回路120は、シーケンス制御部の一例である。
上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphical Processing Unit)或いは、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA))等の回路を意味する。プロセッサはメモリ132に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。
また、メモリ132にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、寝台制御回路106、送信回路108、受信回路110等も同様に、上記のプロセッサ等の電子回路により構成される。
処理回路150は、インタフェース機能131により、シーケンス情報をシーケンス制御回路120へ送信し、シーケンス制御回路120から磁気共鳴データを受信する。また、磁気共鳴データを受信すると、インタフェース機能131を有する処理回路150は、受信した磁気共鳴データをメモリ132に格納する。
メモリ132に格納された磁気共鳴データは、制御機能133によってk空間に配置される。この結果、メモリ132は、k空間データを記憶する。
メモリ132は、インタフェース機能131を有する処理回路150によって受信された磁気共鳴データや、制御機能133を有する処理回路150によってk空間に配置されたk空間データ、生成機能136を有する処理回路150によって生成された画像データ等を記憶する。例えば、メモリ132は、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等である。
入力装置134は、操作者からの各種指示や情報入力を受け付ける。入力装置134は、例えば、マウスやトラックボール等のポインティングデバイス、モード切替スイッチ等の選択デバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスである。ディスプレイ135は、制御機能133を有する処理回路150による制御の下、撮像条件の入力を受け付けるためのGUI(Graphical User Interface)や、生成機能136を有する処理回路150によって生成された画像等を表示する。ディスプレイ135は、例えば、液晶表示器等の表示デバイスである。
処理回路150は、制御機能133により、磁気共鳴イメージング装置100の全体制御を行い、撮像や画像の生成、画像の表示等を制御する。例えば、制御機能133を有する処理回路150は、撮像条件(撮像パラメータ等)の入力をGUI上で受け付け、受け付けた撮像条件に従ってシーケンス情報を生成する。また、制御機能133を有する処理回路150は、生成したシーケンス情報をシーケンス制御回路120へ送信する。
処理回路150は、生成機能136により、k空間データをメモリ132から読み出し、読み出したk空間データにフーリエ変換等の再構成処理を施すことで、画像を生成する。
続いて、図2~5を用いて、実施形態の構成について説明する。
図2は、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置が行う処理の流れを示したフローチャートである。
まず、ステップS100において、シーケンス制御回路120は、血流を測定したい方向にFOV(Field Of View)をずらしながら複数の撮像を行う。
かかる背景について、図3を用いて説明する。まず、シーケンス制御回路120が、FOVをずらしながら複数の撮像を行うのではなく、一つの撮像を行う場合について説明する。
はじめに、図3(a)のように、血流5aの方向が、図3(a)に示すように、図面で上から下方向の向きである場合について説明する。シーケンス制御回路120は、例えばSPGR(Spoiled Gradient Recalled Echo)等のGradient Echo系のパルスシーケンス法を用いて、FOV10に関する撮像を行う。実行されるパルスシーケンスのパラメータとしては、典型的には、フリップ角(FA:Flip Angle)は5度から10度程度、また繰り返し時間(TR:Repetition Time)は4ミリ秒程度である。
この時、FOV10のうち、血流との関係で上流に近い方の端である領域11xでは、FOV10の外から流れてきた水素原子に係る信号、すなわち、非定常信号が多く含まれ、結果としてその他の領域である領域12xと比較して、強い信号強度が得られる。一方、領域12xでは、FOV10の中にもともとあった水素原子に係る信号、すなわち定常的な信号が中心となるため、領域11xと比較して、信号強度が弱くなる。
一方、図3(b)のように、血流5bの方向が、図面で下から上方向の向きである場合について説明すると、この場合、血流との関係で上流に近い方の端である領域11yでは、FOV10の外から流れてきた水素原子に係る信号、すなわち、非定常信号が多く含まれ、結果としてその他の領域である領域12yと比較して、強い信号強度が得られる。一方、領域12xでは、定常的な信号が中心となるため、領域11yと比較して、信号強度が弱くなる。
なお、血流の速度が大きいほど、領域11xの信号強度と領域12xの信号強度との差、領域11yの信号強度と領域12yの信号強度との差は大きくなる。従って、これらの領域の信号強度の差を測定することにより、処理回路150は、生成機能136により、血流の大きさを推定できる。
図4に進み、シーケンス制御回路120は、血流を測定したい方向(第1の方向)にFOVを重複させながら複数の撮像を行う。図4の場合では、血流を測定したい方向を、図面の上から下方向とすると、シーケンス制御回路120は、FOV10a、10b、10c、10d、10eと、FOVを図の上から下方向にずらしながら、時間を変えて複数の撮像を行う。なお、FOV10a、10b、10c、10d、10eは、互いに異なった時刻に撮像されるものであるが、撮像場所としては、それらのFOVは、後述する擬似的な時系列データを作成するため、互いに一定の割合でオーバーラップしている。
換言すると、シーケンス制御回路120は、所望の撮像領域を共通に含みながら複数の撮像を実行する。典型的には、シーケンス制御回路120は、隣接する時刻において撮像領域を全体の50%以上オーバーラップさせながら複数の撮像を実行する。なお、血流の方向が、図4で上から下方向である場合には、図3においてすでに説明した通り、FOVにおいて血流の上流側の端である領域11a、11b、11c、11d、11eに非定常信号が多く表れるため、これらの領域での信号値は、その他の領域の信号値と比較して大きくなる。
図2に戻り、ステップS110において、処理回路150は、生成機能136により、固定したスライス位置に係る複数の撮像データを統合して、時系列データを生成する。
具体的には、図4で説明すると、処理回路150は、生成機能136により、固定したスライス位置であるスライス20に係る、FOV10aの撮像のうちスライス20に係るデータであるデータ13a、FOV10bの撮像のうちスライス20に係るデータであるデータ13b、FOV10cの撮像のうちスライス20に係るデータであるデータ13c、FOV10dの撮像のうちスライス20に係るデータであるデータ13d、FOV10eの撮像のうちスライス20に係るデータ13eとを統合して、時系列データを生成する。、すなわち、処理回路150は、生成機能136により、シーケンス制御回路120が実行した複数の撮像に基づいて、擬似的な時系列データを生成する。なお、図4においては、FOV10a、10b、10c、10d、10eは、互いに重複しない形で書かれているが、これらは撮像時刻が異なるのみであり、空間的な撮像場所としては、これらは互いに重複する。
ここで、このように生成された擬似的な時系列データの信号値は、複数の流速成分による寄与の和として考えることができる。従って、生成された時系列データを、複数の曲線の和としてフィッティングすることにより、異なる流速成分のデータを抽出することができる。
なお、かかる擬似的な時系列データは、定常信号の部分については、TR間隔でフリップ角がFAのパルスが定常的に印加されることによる信号値の減衰が見えており、非定常信号の部分においては、1撮像当たり、流速[m/s]×TR[s]だけ距離移動する流体に関する信号値が見えていると考えられ、それらの信号値の和が、当該擬似的な時系列データとして観測されると考えられる。なお、TRが短いほど、またはFAが大きいほど、時系列データの信号カーブは急激に減少する信号カーブとなる。
図2に戻り、ステップS120において、処理回路150は、ステップS110において生成された時系列データを、異なる流速成分に分解する。図5に、かかる処理により分解された流速成分の例が示されている。ここで、グラフ30aが速い流速成分のグラフであり、グラフ30bが遅い流速成分のグラフであり、グラフ30cは静止成分のグラフである。これらのカーブ形状は、パルスシーケンスのFA(フリップ角)やTR(繰り返し時間)等のパラメータとともに、流速に依存するので、ステップS110で得られた時系列データに対してカーブフィッティングを行うことにより、処理回路150は、生成機能136により、各流速成分を抽出することができる。
このようにして、処理回路150は、生成機能136により、ステップS110において生成された擬似的な時系列データに基づいて、流体の流速を推定する。換言すると、処理回路150は、生成機能136により、シーケンス制御回路120が実行した複数の撮像に基づいて、流体の流れの第1の方向の成分に関するデータを生成する。なお、FOVをずらすことにより、同一位置における信号強度の変化が生じることがあるが、この場合は強度を補正した信号に対して上述の例を適用しても良い。
実施形態は、上述の例に限られない。
一例として、シーケンス制御回路120は、ステップS100において、Stack-of-Stars収集あるいはStack-of-Spirals収集を行いながら複数の撮像を実行してもよい。これらの収集を行う場合、息止めが不要となり、自由呼吸下で撮像を実行することができる。
また、シーケンス制御回路120は、ステップS100において、各種のk-t撮像法、例えば、k-t PCA法により複数の撮像を実行してもよい。k-t PCA法などを用い、k空間データを適宜間引きながら撮像を行うことで、ステップS100でシーケンス制御回路120は、当該複数の撮像を高速で実行することができる。
このように、実施形態によれば、造影剤なしで血管造影が可能になり、また流速も取得可能となる。また、例えばStack-Of-Stars収集を行う実施形態においては、ECGを用いることなく、また自由呼吸下で撮像を行うことができる。また、シーケンス制御回路120が実行するパルスシーケンスのFA(フリップ角)やTR(繰り返し時間)を変えることで、様々な範囲の流速の血流を、描出可能となる。
また、シーケンス制御回路120がステップS100で実行するパルスシーケンスは、上述のパルスシーケンスに限られず、例えばスポイラーパルス付きでCartesianサンプリングを行いながらグラディエントエコーを生成するパルスシーケンスや、SSFP(Steady State Free Precession)シーケンスを用いてもよい。
また、シーケンス制御回路120は、ステップS100において、複数スラブの同時撮像をおこなったり、パラレルイメージングの手法を使いエイリアシングを除去したりすることで、撮像を高速化することができる。
また、シーケンス制御回路120は、複数の方向に対して、ステップS100の処理を行って複数の撮像を実行してもよい。処理回路150は、生成機能136により、複数の方向について得られたそれぞれのデータを合成する。このことにより、処理回路150は、生成機能136により、血流方向についてより精度の高い推定をすることができる。
また、シーケンス制御回路120は、撮像対象の流体の流速に応じて、ステップS100で実行するパルスシーケンスのパラメータ、例えばFA(フリップ角)やTR(繰り返し時間)等が当該流体の流速に適した値となるように調整を行っても良い。
以上説明した少なくとも1つの実施形態によれば、血流を描出することができる。
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
150 処理回路
151 インタフェース機能
133 制御機能
136 生成機能

Claims (9)

  1. 第1の方向にFOVを重複させながら複数の撮像を実行するシーケンス制御部と、
    前記シーケンス制御部が実行した前記複数の撮像に基づいて、流体の流れの前記第1の方向の成分に関するデータを生成する生成部とを
    備える、磁気共鳴イメージング装置。
  2. 前記シーケンス制御部は、隣接する時刻において撮像領域を全体の50%以上オーバーラップさせながら前記複数の撮像を実行する、請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  3. 前記シーケンス制御部は、所望の撮像領域を共通に含みながら前記複数の撮像を実行する、請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  4. 前記生成部は、前記シーケンス制御部が実行した前記複数の撮像に基づいて、擬似的な時系列データを生成する、請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  5. 前記生成部は、前記擬似的な時系列データに基づいて、前記流体の流速を推定する、請求項4に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  6. 前記シーケンス制御部は、k-t PCA法により前記複数の撮像を実行する、請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  7. 前記シーケンス制御部は、Stack-of-Stars収集を行いながら前記複数の撮像を実行する、請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  8. 磁気共鳴イメージング装置によって実行される磁気共鳴イメージング方法であって、
    第1の方向にFOVを重複させながら複数の撮像を実行し、
    実行した前記複数の撮像に基づいて、流体の流れの前記第1の方向の成分に関するデータを生成する、磁気共鳴イメージング方法。
  9. 第1の方向にFOVを重複させながら複数の撮像を実行するステップと、
    実行した前記複数の撮像に基づいて、流体の流れの前記第1の方向の成分に関するデータを生成するするステップとを、コンピュータに実行させる、プログラム。
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