JP4160468B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体中の水素等からの核磁気共鳴信号を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を映像化する磁気共鳴イメージング装置に関する。

磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）は、静磁場中に置かれた被検体に高周波磁場を印加することにより被検体に生じる核磁気共鳴信号（エコー信号）を検出し、これを信号処理して画像化する装置である。

このＭＲＩ装置において、特に、血管障害診断を目的とした場合、Motion-Probing Gradient（MPG）と呼ぶ傾斜磁場を使用して、組織内の水分子の拡散現象を捉え、動脈閉塞によって血流供給のない組織を高信号に抽出する拡散強調画像と、毛細血管もしくは細部組織に流入する血流動態を造影剤の信号変化として捉え、血流の減少した虚血領域を描出する灌流画像を得ることができる。ここで、灌流画像とは、毛細管に流れる血流画像をいう。

なお、拡散強調画像、灌流画像については、非特許文献１に記載されている。

拡散強調画像は、再生困難な不可逆的要素の強い虚血領域を表し、灌流画像は、不可逆的領域に加え、再生可能な可逆的要素の強い虚血領域をも表す。これらの両画像を比較することで、より詳細な病状を診断でき、治療方針を決定することができる。

一般に、ＭＲＩ装置では、必要とするスライス画像の撮像処理に先立って、スライス位置を決める位置決め画像を取得する。

このため、拡散強調画像を撮像する場合には、まず、取得した位置決め画像を表示させ、操作者は手動によって撮像するスライス位置の設定を行ない、撮像を開始する。

続いて、拡散強調画像を用いて、目視により梗塞部位の特定を行う。次に、再び位置決め画像を表示させ、拡散強調画像で梗塞部位を含むスライスに対応するスライス位置に、灌流画像の撮像スライス位置を操作者が設定し、撮像を開始する。

このような一連の動作を操作者が行うことで、血管障害診断に必要な画像を取得することが可能となる。

月刊新医療２０００年６月号、６４頁〜６７頁「脳虚血性疾患のＭＲ拡散画像と灌流画像」

ところで、上述したような、血管障害診断を目的とするような場合の撮影技術は、主に血管障害を急発した救急患者に使用され、病変が発生してから治療を開始するまでの時間が、その治療予後を大きく左右するため、可能な限り時間短縮されることが望まれる。

しかし、灌流画像の撮像するスライス位置は、患者の病変位置毎に異なるため、撮像時間以外に、操作者又は観察者によって毎回位置決め設定を行う時間が必要となる。

さらに、灌流画像は、全脳を短時間で撮影できる拡散強調画像と比べて、スライス枚数が８枚程度に制限されており、特に低磁場装置では少数（４〜６枚）のスライス枚数内に病変領域を含有させる必要がある。

また、拡散強調画像と灌流画像とを比較診断するため、両者のスライス位置が同一となっている必要があるが、スライス枚数だけではなく、スライスの厚さやスライスの間隔も異なる場合、操作者の作業量を増加させ、位置決め設定に多大な時間が費やされることになる。

上述したように、血管障害を急発した救急患者に対しては、病変が発生してから治療を開始するまでの時間を可能な限り短縮することが望まれる。

本発明の目的は、灌流撮影処理における、操作者が行わなければならない作業を支援し、血管障害時の撮影処理全体に要求される時間の短縮が可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
（１）磁気共鳴イメージング装置は、静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、被検体に高周波磁場を照射する送信手段と、核磁気共鳴により放出されるエコー信号を検出する受信手段と、傾斜磁場発生手段、送信手段および受信手段を所定のパルスシーケンスに基づき制御するシーケンサと、受信手段で検出したエコー信号を用いて画像再構成演算を行う信号処理手段と、信号処理手段で得られた画像を表示する表示手段と、送信手段、受信手段、シーケンサ、信号処理手段及び表示手段の動作を制御する動作制御演算手段とを備える。

そして、上記動作制御演算手段は、被検体の少なくとも１以上の第１の断面画像と、この第１の断面画像に対応する複数のスライス位置とを演算して表示手段に表示させ、表示させた第１の断面画像から病変部を認識し、上記複数のスライス位置のうち、認識した病変部を含むスライス位置を選択し、選択したスライス位置における被検体の第２の断面画像を撮像させる。

病変部の認識と、この病変部を含むスライス位置の選択とが、動作制御演算手段により自動的に実行される。

これにより、操作者は、病変部の認識と、この病変部を含むスライス位置の選択とを、マニュアルで行う必要がなく、短時間で正確な処理を行うことが可能となる。

（２）好ましくは、上記（１）において、上記第１の断面画像は、被検体の組織内の水分子の拡散現象を画像化する拡散強調画像である。

（３）また、好ましくは、上記（１）、（２）において、上記第２の断面画像は、灌流を強調する灌流画像である。

本発明によれば、血管障害時の撮影処理全体に要求される時間の短縮が可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。

このため、急性期脳梗塞治療までの時間短縮を可能とし、治療予後を向上することも可能となる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体概略構成図である。

図１において、ＭＲＩ装置は、静磁場発生磁石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とを備えている。

静磁場発生磁石２は、被検体１の周りにその体軸方向または体軸と直交する方向に均一な静磁場を発生させるもので、被検体１の周りのある広がりをもった空間に永久磁石方式または常電導方式あるいは超電導方式の磁場発生手段が配置されている。

傾斜磁場発生系３は、Ｘ、Ｙ、Ｚの三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とを備え、後述するシーケンサ７からの命令に従って、Ｘ、Ｙ、Ｚの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の三軸方向の傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを被検体１に印加する。傾斜磁場の加え方により被検体１に対するスライス面を設定することができる。

シーケンサ４は、被検体１の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせる高周波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。また、シーケンサ４は、ＣＰＵ８の制御により動作し、被検体１の断層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及び受信系６に送る。

送信系５は、上記シーケンサ４から送り出される高周波パルスにより被検体１の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせる高周波磁場を照射する。そして、送信系５は、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１４ａとを備える。

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７の命令に従って変調器１２で振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器１３で増幅する。そして、増幅された高周波パルスを、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、電磁波が被検体１に照射される。

受信系６は、被検体１の生体組織の原子核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。受信系６は、受信側の高周波コイル１４ｂと、増幅器１５と、直交位相検波器１６と、Ａ／Ｄ変換器１７とを備える。

送信側の高周波コイル１４ａから照射された電磁波による被検体１の応答の電磁波（ＮＭＲ信号）は被検体１に近接して配置された高周波コイル１４ｂで検出され、増幅器１５及び直交位相検波器１６を介してＡ／Ｄ変換器１７に入力されてディジタル量に変換される。さらに、直交位相検波器１６に供給された信号はシーケンサ４からの命令によるタイミングで直交位相検波器１６によりサンプリングされた二系列の収集データとされ、その信号が信号処理系７に送られる。

信号処理系７は、ＣＰＵ（動作制御演算手段）８と、磁気ディスク１８及び磁気テープ１９等の記録装置と、ＣＲＴ等のディスプレイ２０とを備え、ＣＰＵ８でフーリエ変換、補正係数計算、像再構成等の処理を行い、任意断面の信号強度分布あるいは複数の信号に適当な演算を行って得られた分布を画像化してディスプレイ２０に断層像として表示する。

なお、図１において、送信側及び受信側の高周波コイル１４ａ、１４ｂと傾斜磁場コイル９とは、被検体１の周りの空間に配置された静磁場発生磁石２の磁場空間内に設置されている。

図２は、信号処理系７の機能ブロック図である。図２において、信号処理系７は第１のＭＲ画像を記録する記録部２０１と、第１のＭＲ画像を表示する表示部２０２と、表示画像の中から特定の画像を選択する選択部２０３と、選択項目に従って撮影位置を移動する撮影位置制御部２０４（ＣＰＵ８）とを有する。

図３および図４は、脳血管障害診断に用いる撮影手順の一例を示すフローチャートである。

図３は、本発明とは異なる例であり、本発明との比較のためのフローチャートである。そして、この図３の例は、病変に対する画像位置及び、灌流撮影のマルチスライス位置を操作者のマニュアルで指定する場合の例である。

図３において、まず、矢状断面の位置決め撮影を行なう。結果[Ａ］は、直ちにＧＵＩ上で表示される（ステップ３０１）。この矢状断面像を使って、ＧＵＩ上で拡散強調撮影断面を指定する（ステップ３０２）。この拡散強調撮影断面は、通常は、横断面である。

次にステップ３０３において、拡散強調撮影であることを表示手段に表示し、横断面のマルチスライス撮影であって、各スライスの厚さを、例えぱ７ｍｍとし、スライス数２０枚で１４０ｍｍの厚さで撮影を行う。この結果、頭頂部から脳底部、小脳を含む全脳の撮影が可能である。

拡散強調撮影の撮影シーケンスは、典型的には、シングルショット拡散強調エコープラナーシーケンス（ＥＰＩ）である。撮影時間は、２０スライスを２０ｓ程度で撮影可能である。

モーションプロービンググラディエントは、通常、ｂファクターという値で規定され、ｂ＝５００〜１０００程度で拡散コントラストが得られる。拡散強調撮影が終わると、ＧＵＩ上で全スライスの拡散強調画像（ＤＷＩ）が表示される（この拡散強調画像が第１の断面画像に対応する）。

急性期梗塞部位は、顕著な高信号を呈するので、病変は比較的容易に見つかる。また、図示してないが、位置決め撮影の後、拡散強調撮影の前にＴ２強調撮影を行なう場合が多く、そこでは、腫瘍および陳急性腫瘍が、高輝度で示されるので、ＤＷＩと、Ｔ２強調画像との比較から、より精度の高い病巣の特定が行なえる。Ｔ２強調撮影と拡散強調撮影とは、同一の位置決め画像で決めた同一の撮影断面情報を使って、同位置にて撮影を行なう場合が多い。

こうして、病変部を特定し、病変に対応する画像を操作者が認識することになる（ステップ３０４）。それは、例えば、直径３０ｍｍ程度の大きさの病変であれば、上述した２０スライス中で、連続する３ないし５スライス程度が選ばれる。

次に、再び、位置決め撮影画像［Ａ]を表示手段に表示する（ステップ３０５）。この画面には、拡散強調撮影時の位置決め線が合せて表示されている場合が多い。この位置決め線と、上記、病変を含むと思われるスライス画像を見比べ、灌流撮影を実施する撮影断面（第２の断面画像）を操作者が決定する。そして、操作者が決定した撮影断面を、この位置決め画像［Ａ１]上にＧＵＩのマニュアル操作により操作者がセットする（ステップ３０６）。そして、灌流撮影を開始する（ステップ３０７）。

典型的なスライス数は、ダイナミック撮影（インターバル１ｓ〜１．５ｓ）中に取得できるスライス数であり、中低磁場オーブンＭＲＩ装置の場合、４〜６枚程度である。

上記拡散画像で得られる病変よりも、灌流撮影で得られる病変部の方が広いことが予想されるので、余裕があれば上記で選んだスライスよりも広めに撮影領域を選択することが望ましい。

灌流撮影のシーケンスは、例えば、ダイナミックシングルショットＳＥ−ＥＰＩで、脂肪抑制を併用することが望ましい、空間分機能は６４×６４程度である。Ｔ２強調をつけるためにＴＥは、１００ｍｓ程度が使われる。

ステップ３０７において、ダイナミック撮影中に、Ｇｄ系の造影剤を急速注入して、そのファーストパスの信号変化を見て診断をする。このため、撮影断面の設定を誤っても、再び撮影することは出来ない。その理由は、１回の撮影で許容される造影剤の人体注入量は、副作用の観点から厳しく制約されているためである。

ダイナミック撮影の緒果は、直ちにＧＵＩ上に表示される（ステップ３０８）。また、より高精度な診断を行なうには、後処理により、平均移動時間、局所ＣＶＢ、局所ＣＢＦなどをマッピングすることもできる。こうして、一連の撮影は終了する。

次に、本発明の実施形態における撮影手順を図４を用いて説明する。
図４において、ステップ３０１〜３０３までは、図３に示したステップ３０１〜３０３と同様である。しかし、図３の３０４〜３０６は、ステップ４００及び４０１に置き換えられている。以下、これを説明する。

ステップ３０３が終了すると、病変部を認識することになるが、ＧＵＩ上で、対象となるスライス画像に操作者がマーキングをすることで、その画像の撮影位置を制御部が認識し、順次記憶する（ステップ４００）。このマーキングは、例えば、画像に付随したボタンをクリックするなど、もしくは、単に画像をクリックするなどである。

また、病変部をある画像上でクリックすると、リージョングローイングにより隣接する画像を含め、病変部を追跡し、病変を含むスライスを自動認識する。自動認識することにより、操作者の負担を軽減し、処理時間を短縮することができる。

さらに、全自動で病変部を抽出し、結果を操作者にＧＵＩ上で表示することでさらに、処理時間を短縮することができる。

ここで、上述した病変部を自動抽出する場合について説明する。図５はその手順を示すフローチャートである。まず、ＤＷＩの画像を図６に示すように、ピクセル７０１毎の信号値としてデータ化し、操作者が設定する。若しくは、各パラメータに対応する、しきい値以上の、病変部が示す信号値を有するピクセル７０２を対象ピクセルとしてカウントする。そして、ピクセル数をスライス毎に合計し（ステップ６０１）、その合計数をスライス間で比較する（ステップ６０２）。合計ピクセル数が最大となるスライスを病変部の中心領域を含有するスライスとして決定する。

図５に示したステップ６０１〜６０３の動作は、ＣＰＵ８により自動的に実行することが可能であり、自動的に病変部とそれを撮像するためのスライス位置（選択された候補スライス）を選択することが全自動でできる。

図４に戻り、こうして、選択された候補スライスは、操作者に提示され、必要に応じて、灌流撮影の許容スライス数まで拡張、修正されて、操作者の確認を経て決定される。この値は、操作者の決定処理により、灌流撮影のマルチスライス位置に自動設定される（ステップ４０１）。つまり、マルチスライス灌流画像撮影の中心スライス位置の座標を上記のようにして決定したスライス位置の座標に自動的に移動する。
次に、灌流撮影を開始し、以下、ステップ３０７〜３０９の処理を行なう。

図７は、以上の説明を別の観点から模式的に示した図である。この図７においては、拡散強調画像は、１６スライスで取得されており、その中の６スライス目から１０スライス目までに梗塞部位が描出されている例を示している（拡散強調撮影位置５０１、拡散強調撮影画像５０２）。

従来技術においては、まず、位置決め画像５０１を呼び出し、マルチスライス数を例えば４に設定すると、画像中心（もしくは、拡散撮影を行なった際のスライス中心）に灌流撮影用の４スライスの位置決め線が操作者によりセットされる。操作者によりセットされる場合には、４スライスの位置決め線５０７は、図７の５０３に示すように、病変部位５０６と一致しないときがある。

そのため、従来技術においては、ＧＵＩ上でこのスライスセット用の線５０７を移動させ、病変部５０８を覆うように再セットしなければいけなかった（図７の画面５０４）。しかし、この作業は煩わしく、そのための時間が必要となってしまう。

また、画面５０４には、病変部５０６が描出されていないことがしばしばあった。その理由は、位置決め画像はＤＷＩではなく、病変（急性期脳梗塞）はＤＷＩでしか見えないからである。

したがって、従来技術においては、操作者の誤りを導く可能性が極めて高い操作手順であった。さらに、正しくスライス位置をセットしたとしても、その移動はマニュアルで行われるため、ＤＷＩの対応するスライスと１対１で対応するものではなく、数ミリずれる可能性もある。
このため、スライス用の位置決めに長時間が必要であるばかりでなく、位置決めしたスライス位置がずれて、病変部を正確に撮影することができない場合も生じていた。

これに対して、本発明の実施形態においては、ＤＷＩ画像から直接、灌流撮影のスライス位置を自動的に設定可能なので、従来技術における誤設定や、設定誤差を完全に排除して灌流撮影５０５を開始することができるというメリットがある。

以上のように、本発明の一実施形態によれば、灌流撮影処理における、操作者が行わなければならない作業を支援し、血管障害時の撮影処理全体に要求される時間の短縮が可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。

つまり、拡散強調撮影から灌流撮影に移る際における、手順が少なく、かつ、正確に拡散画像と同じ撮影断面を選択でき、必要十分な灌流撮影用のマルチスライス位置をすばやく、短時間で設定することができる。

なお、上述した実施形態において、操作者とＭＲＩ装置との対話型の準自動認識を併用すると、その使い勝手はさらに向上し、血管障害時の撮影処理全体に要求される時間をさらに短縮することが可能となる。

本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体概略構成図である。 図１に示した信号処理系の機能ブロック図である。 脳血管障害診断に用いる撮影手順の一例を示すフローチャートであり、本発明とは異なる例のフローチャートである。 本発明の実施形態における脳血管障害診断に用いる撮影手順の一例を示すフローチャートである。 病変を自動抽出する場合の手順を示すフローチャートである。 拡散強調画像（ＤＷＩ）の一例を示す図である。 本発明の実施形態における撮影位置を示す模式図である。

符号の説明

１ 被検体
２ 静磁場発生磁石
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 ＣＰＵ
９ 傾斜磁場コイル
１０ 傾斜磁場電源
１１ 高周波発振器
１２ 変調器
１３ 高周波増幅器
１４ａ、１４ｂ 高周波コイル
１８ 磁気ディスク
１９ 磁気テープ
２０ ディスプレイ

Claims (3)

1. 静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、被検体に高周波磁場を照射する送信手段と、核磁気共鳴により放出されるエコー信号を検出する受信手段と、傾斜磁場発生手段、送信手段および受信手段を所定のパルスシーケンスに基づき制御するシーケンサと、受信手段で検出したエコー信号を用いて画像再構成演算を行う信号処理手段と、信号処理手段で得られた画像を表示する表示手段と、送信手段、受信手段、シーケンサ、信号処理手段及び表示手段の動作を制御する動作制御演算手段とを備える磁気共鳴イメージング装置において、
   上記動作制御演算手段は、被検体の少なくとも１以上の第１の断面画像とこの第１の断面画像に対応する複数のスライス位置とを演算して表示手段に表示させ、表示させた第１の断面画像から病変部を認識し、上記複数のスライス位置のうち、認識した病変部を含むスライス位置を選択し、選択したスライス位置における被検体の第２の断面画像を撮像させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記第１の断面画像は、被検体の組織内の水分子の拡散現象を画像化する拡散強調画像であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
3. 請求項１又は２記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記第２の断面画像は、灌流を強調する灌流画像であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
   

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