JP4956170B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置に係り、特に被検者の呼吸動を所定の範囲に調整する手段を備えて検査効率の向上および呼吸動による体動アーチファクトの低減に好適な磁気共鳴イメージング装置に関する。

核磁気共鳴(NMR)現象を利用して被検体を構成する主要物質プロトンの体内における密度分布や、被検体内における核スピンの緩和時間の空間分布から人体の断層画像を得る磁気共鳴イメージング装置(以下、MRI装置と記す場合がある)は広く医療機関で使用されている。

このMRI装置は、コントラスト分解能に優れていること、電離放射線を使用しないため無侵襲と考えられること、得られる画像が骨や空気による影響を受けにくいこと、流体の挙動に敏感であるため血管系疾患や脊髄領域の診断にも有効であること等の特長を有している。

上記の特長を有するMRI装置は、近年のハードウェアの進歩と共に、高速撮像法の開発により、心臓領域においてMRIを用いた診断、すなわち、心臓MRIが臨床現場で普及し始めており、心機能解析、バイアビリティ検査、冠動脈撮影などが行われている。
この心臓MRIでは、心拍動の他に呼吸動による体動アーチファクトが問題で、特に高空間分解能を必要とする冠動脈撮影では、呼吸動の影響が顕著である。

前記体動アーチファクトは、画像化されるべき領域の位置が励起された時と、信号を計測する時とで変化することに起因して発生するもので、前記呼吸動による体動アーチファクトを低減する方法として、呼吸の時相に合わせた同期撮像法(呼吸ゲーティング撮像法)がある。
この方法では、被検体の腹壁や胸壁に取り付けた呼吸センサーによって呼吸動をモニターし、特定の呼吸時相に撮影のトリガーをセットしてデータの収集を行う。これにより、呼吸動の変位の少ない時相にデータが収集され体動アーチファクトが低減される。

このように、外部呼吸センサーを用いて呼吸動をモニターしているが、さらに前記画像化されるべき領域の位置と励起された領域の位置との偏差を小さくして心拍動および呼吸動によるアーチファクトを低減する方法として、付加的なエコーであるナビゲーターエコーを用いて呼吸動をモニターする方法が非特許文献1に開示されている。

これは、心電同期併用でナビゲーターエコーを用いた呼吸ゲーティング撮影法で、心電波を検出後、この心電波の所定の位相から所定の時間のディレイタイムを設定し、このディレイタイムによりナビゲーターシーケンスを実行するものである。このナビゲーターシーケンスとは、モニターしたい着目部位(例えば横隔膜など)を局所的に励起し、位相エンコード傾斜磁場を付加しないで前記局所励起領域からのエコー信号、すなわちナビゲーターエコーを取得して呼吸ゲーティング撮影を実行するシーケンスである。

前記ナビゲーターエコーにより着目部位の呼吸動による変位を取得し、MRI画像用データを計測するための本計測シーケンスを実行する。
この場合、前記取得した呼吸動による変位が予め設定した狭いウインドウ幅内にある場合のMRI信号のみを取得し、該ウインドウ外のMRI信号は破棄する。このような本計測データの取得制御を繰り返し、画像再構成に必要なデータ取得が完了したら終了する。

この手法により、ほぼ同じ変位においてデータを取得することで呼吸動による体動の影響が大きく低減された画像が得られる。しかし、破棄するデータが多いため、撮影時間が延長する。

これは、前記予め設定したウインドウ幅が狭いことによるもので、該ウインドウ幅を広くすれば破棄するデータが少なくなって撮影時間の短縮が可能となり、このためには被検者の呼吸動を極力抑える必要がある。

前記被検者の呼吸動を抑える方法として、胸部や腹部を帯状の布などで固定する手法が非特許文献2に開示されている。
これは、ベルトと呼ばれる腹帯を被検者の腹部や胸部に巻きつけて圧迫し、物理的に呼吸動を抑制する手法である。
Navigator Echoes in Cardiac Magnetic Resonance;David Firmin and Jenny Keegan, Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance, 3(3),183-193(2001) 4D Whole Heart Imagingの初期検討:大田吉則 他6名、日本放射線技術学会 第62回総会学術大会予稿集 375, p.188

前記非特許文献2の手段により、ベルトによって適切な程度に呼吸動を抑制することができれば、MRI信号の取得効率が上がり、撮影時間が短縮されて検査効率も向上する。

しかし、呼吸動の抑制具合を確認しながら巻きつけることは困難であり、また前記ベルトによって呼吸動がどの程度抑制されているか不明確である。
また、人手でベルトを被検者に巻きつけるため、巻きつける強度によって呼吸動の範囲が異なり、画質にもばらつきが生じ、逆に、同じ強度で巻きつけても被検者によって呼吸動による変動を同じレベルで抑制できない。

このように、前記非特許文献2による手段では呼吸動による変位を安定にすることができないので、最適な状態での撮影は困難である。
仮に呼吸動が抑制できないことが判明し、抑制状態を調整するためには、撮影停止中に操作者がベルトを巻きなおす必要があり、検査効率が悪い。

したがって、前記非特許文献2に開示されているベルトを用いて被検者の呼吸による変動を物理的に抑制する手法は、圧迫の強度、圧迫による実際の呼吸動抑制度合いなどが定量的に分からないので、常に最適な呼吸動抑制の状態で撮影することは困難となり、撮影結果にばらつきが生じる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、呼吸動による撮影領域の変位を所定範囲に調整することによってMRI信号の取得効率を上げて撮影時間を短縮し、検査効率の向上を図ることおよび呼吸動によるアーチファクトを低減して高画質のMRI画像を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の磁気共鳴イメージング装置は以下のように構成される。すなわち、ほぼ均一な静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場領域内に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、被検者に核磁気共鳴を起させるための高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、前記被検者からの核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、前記核磁気共鳴信号を処理して画像を生成する信号処理手段と、この信号処理手段により得られた画像を表示する表示手段と、前記被検者を載置するベッドと、このベッドを移動制御するベッド移動制御手段と、前記画像を撮像するための操作を行なう操作手段と、この操作手段の操作信号に対応して上記各手段を制御する制御手段と、前記被検者の呼吸動を抑制する呼吸動抑制手段とを備え、この呼吸動抑制手段で被検者の呼吸動を抑制して撮影する磁気共鳴イメージング装置であって、前記呼吸動抑制手段は、前記被検者の呼吸動による撮影領域の変位を所定の範囲に調整する呼吸動調整手段を備えて構成される。

前記呼吸動調整手段は、空気を出し入れする空気層を有し被検者の撮影領域に密着して該撮影領域を圧迫する圧迫手段と、この圧迫手段の空気層の空気圧を調整する空気圧調整手段とを備えて前記被検者の呼吸動による撮影領域の変位を所定の範囲に調整する。

前記呼吸動調整手段で調整された前記被検者の撮影領域の変位が予め設定した変位になったことを判断する第1の変位判断手段と、この第1の変位判断手段により撮影を開始する第1の撮影開始手段とをさらに前記制御手段に備え、前記撮影開始手段により撮影を開始する。

さらに、前記高周波磁場発生手段で撮影領域を局所的に励起してナビゲータエコーを取得するナビゲータエコー取得手段と、この取得したナビゲーターエコーを基にして前記呼吸動調整手段で調整された呼吸動による撮影領域の変位を算出する変位算出手段とを備え、この変位算出手段で算出した変位を前記第1の変位判断手段に用いる。

前記変位算出手段は、時間と呼吸動による撮影領域の変位との関係である呼吸動変位特性を算出する手段であって、前記第1の変位判断手段は、前記変位算出手段で算出した呼吸動変位特性を用いて前記空気層に空気を入れる前の呼吸動による変位の振幅と空気を入れた後の呼吸動による変位の振幅との比を算出する第1の呼吸動振幅比算出手段と、前記振幅の比の所定値を設定する第1の呼吸動振幅比設定手段と、前記呼吸動振幅比算出手段で算出した振幅比と前記呼吸動振幅比設定手段で設定した振幅比の所定値とを比較する第1の呼吸動振幅比比較手段と、この第1の呼吸動振幅比比較手段での比較結果により前記空気層への空気の注入の継続の可否を判断する第1の空気注入判断手段とを備えた。

前記受信手段による核磁気共鳴信号の取得範囲である前記呼吸動変位特性の変位がほぼ一定となるゲートウインドウ幅を設定する第1のゲートウィンドウ幅設定手段をさらに備え、前記第1の呼吸動振幅比算出手段で算出した振幅比が前記設定した所定の振幅比になったことを検出して前記ナビゲータエコー信号に同期して呼吸ゲーティング撮影を行う。

前記呼吸ゲーティング撮影において、前記ナビケータエコー信号に同期して前記呼吸動による変位が所定値に達したことを検出し、この検出信号により自動で前記第1のゲートウインドウ幅を調整する手段をさらに備えた。

前記呼吸動調整手段は、複数の撮影領域に対応する複数の呼吸動調整手段を備えて、前記ベッドを空間的に異なる前記複数の撮影領域に移動させて撮影するたマルチステーション撮影またはムービング・ベッド撮影を行う。

前記マルチステーション撮影またはムービング・ベッド撮影は、以下の手段を備えて構成される。
(1)前記複数の呼吸動調整手段は、空気を出し入れする空気層を有し被検者の前記複数の撮影領域に密着して該撮影領域を圧迫する複数の圧迫手段と、これらの圧迫手段の空気層の空気圧を調整する空気圧調整手段とを備えた。

(2)前記複数の呼吸動調整手段のうちの最初に撮影を行う撮影領域に対応する呼吸動調整手段で調整された前記被検者の呼吸動による変位が予め設定した変位になったことを判断する第2の変位判断手段と、この第2の変位判断手段により撮影を開始する第2の撮影開始手段とをさらに前記制御手段に備えた。

(3)前記高周波磁場発生手段で前記複数の撮影領域を局所的に励起して複数のナビゲータエコーを取得する複数ナビゲータエコー取得手段と、この取得した複数のナビゲーターエコーを基にして前記複数の撮影領域の変位を算出する複数変位算出手段とをさらに備え、この複数変位算出手段で算出した複数の変位のうちの最初に撮影を行う撮影領域の変位を前記第2の変位判断手段に用いる。

(4)前記複数変位算出手段は、時間と呼吸動による撮影領域の変位との関係である前記複数の撮影領域の呼吸動変位特性を算出する手段であって、前記第2の変位判断手段は、前記複数変位算出手段で算出した呼吸動変位特性を用いて前記空気層に空気を入れる前の呼吸動による変位の振幅と空気を入れた後の呼吸動による変位の振幅との比を算出する第2の呼吸動振幅比算出手段と、前記振幅の比の所定値を設定する第2の呼吸動振幅比設定手段と、前記第2の呼吸動振幅比算出手段で算出した振幅比と前記第2の呼吸動振幅比設定手段で設定した振幅比の所定値とを比較する第2の呼吸動振幅比比較手段と、この第2の呼吸動振幅比比較手段での比較結果により前記空気層への空気の注入の継続の可否を判断する第2の空気注入判断手段とを備えた。

(5)前記複数の受信手段による核磁気共鳴信号の取得範囲である前記呼吸動変位特性の変位がほぼ一定となるゲートウインドウ幅を設定する第2のゲートウィンドウ幅設定手段をさらに備え、前記第2の呼吸動振幅比算出手段で算出した振幅比が前記設定した所定の振幅比になったことを検出して前記ナビゲータエコー信号に同期して呼吸ゲーティング撮影を開始する手段とを備えた。

(6)前記複数のナビケータエコー信号に同期して前記呼吸動による変位が所定値に達したことを検出し、この検出信号により自動で前記第2のゲートウインドウ幅を調整する手段を備えた。
(7)前記複数の呼吸動調整手段は、呼吸動の調整が必要な撮影領域における撮影時のみ該撮影領域に対応する呼吸動調整手段を選択する呼吸動調整選択手段を備え、この選択手段で選択した呼吸動調整手段で被検者の呼吸動を調整する。

本発明によれば、空気圧による圧迫手段で被検者の呼吸動による撮影領域の変位を調整し、この調整した変位をナビゲーターエコーでモニタして前記撮影領域の変位が予め設定した変位になった時に撮影を開始するようにしたので、MRI信号の取得効率を上がり、これによって撮影時間は短縮されて検査効率は向上する。また、呼吸動による撮影領域の変位が小さく、安定して呼吸動を抑制することができるので、呼吸動による体動アーチファクトが低減した高画質の画像を取得できる。
さらに、本発明は、ナビゲーターエコーによる呼吸ゲーティング撮影、広範囲の撮影領域を撮影するマルチステーション撮影およびムービング・ベッド撮影等にも適用することによって上記と同様の効果を得ることができる。

以下、添付図面に従って本発明の磁気共鳴イメージィング装置(MRI装置)の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
なお、本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合を付け、その繰り返しの説明は省略する。

図1は、ナビゲーターエコーを用いて被検者の呼吸動をモニターしながら空気圧で被検者の呼吸動を抑制する手段を備えたMRI装置の全体構成を示す図である。

図1において、MRI装置は、被検者101のまわりの体軸方向に均一な静磁場を発生する静磁場磁石102と、前記被検者101に傾斜磁場を与える傾斜磁場コイル103と、この傾斜磁場コイル103に傾斜磁場電流を供給するための傾斜磁場電源104と、前記被検者101の生態組織を構成する原子の原子核にNMR(核磁気共鳴)現象を起こさせるための高周波磁場を発生するRF照射コイル105と、このRF照射コイル105に前記高周波磁場を発生させるための高周波パルスを送信する送信部106と、前記NMR現象によって放出されるエコー信号を検出するRFプローブ107及び信号検出部108と、この信号検出部108で検出したエコー信号を用いて画像再構成演算等の画像処理及び各種の信号を処理する信号処理部109と、この信号処理部109で処理された再構成画像等を表示する表示部110と、前記被検者101を載置して該被検者の体軸方向(図中矢印111)に移動可能なベッド112と、このベッド112の移動を制御するベッド制御部113と、撮影シーケンス、撮影に必要なパラメータ及び撮影断面等を設定して撮影操作を行なう図示省略の操作コンソールと、この操作コンソールで設定した操作信号に基づいてシステム全体を制御する制御部114と、空気圧で前記被検者の呼吸動による撮影領域の変位量を調整するための呼吸動調整装置115とを備えて構成される。

前記呼吸動調整装置115(呼吸動調整手段)は、被検者に装着された呼吸動調整用ベルト115a(圧迫手段)と、この呼吸動調整用ベルト115aに所要の空気を出し入れするためのポンプ115b(空気圧調整手段)と、このポンプ115bと前記呼吸動調整用ベルト115aとの間で前記空気を供給又は排出する空気給排用チューブ115cとから成る。

前記傾斜磁場コイル103は、X、Y、Zの3方向の傾斜磁場コイルで構成され、前記傾斜磁場電源104からの傾斜磁場電流が供給されて、スライス選択傾斜磁場、位相エンコード傾斜磁場及び読み出し傾斜磁場を発生する。

前記傾斜磁場電源104、送信部106、信号検出部108および呼吸動調整装置115の空気圧は前記制御部114で制御される。

前記ベッド112は、被検者101の頭頂⇔足方向に移動可能で、ベッド制御部113により撮影シーケンスの実行と整合を取りつつ、被検者101を撮影部位の位置に移動させる。

上記のように構成されたMRI装置において、現在、臨床で普及している撮影対象は被検者の主たる構成物質であるプロトンである。
このプロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和現象の空間分布を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、血管(血液、血流)などの機能を2次元もしくは3次元的に撮影する。

前記構成のMRI装置を用いて、位相エンコード傾斜磁場により異なる位相エンコードを与え、それぞれの位相エンコードで得られるエコー信号を検出する。
位相エンコードの数は通常1枚の画像あたり128、256、512等の値が選ばれる。各エコー信号は通常128、256、512、1024個のサンプリングデータからなる時系列信号として得られ、これらのデータを2次元フーリエ変換して1枚のMR画像が作成される。

次に、前記構成のMRI装置において、前記呼吸動調整装置115により被検者の呼吸動による撮影領域の変位量を調整しない場合の心臓撮影におけるナビゲーターエコーを用いた呼吸動アーチファクトの低減法について説明する。

図2は、心電同期併用でナビゲーターエコーを用いた呼吸ゲーティング撮影のシーケンス図である。
このシーケンスによる撮影は、前記呼吸動調整装置115により被検者の呼吸動による撮影領域(着目部位)の変位量を調整しない場合、被検者の着目部位は呼吸動により202のように変位しており(呼吸動による着目部分の変位)、この呼吸動によるアーチファクトを低減するために、前記呼吸動信号202に所定の変位幅203を設定し、この変位幅内におけるNMR信号のみを取得して画像を再構成するものである。

具体的には、図示省略の生体のモニタ機器で被検者101の心電波の特定時相、例えばR波201を検出後、設定したディレイタイム207の後にナビゲーターシーケンス208を実行する。このナビゲーターシーケンスとは、モニターしたい着目部位(例えば横隔膜など)を局所的に励起し、位相エンコード傾斜磁場を印加しないで前記局所励起領域からのエコー信号、すなわちナビゲーターエコーを取得するシーケンスである。

前記ナビゲーターシーケンスによって取得したナビゲーターエコーにより着目部位の呼吸動による変位204を得て、前記ナビゲーターシーケンス208に続いて画像用の本計測シーケンス209を実行する。

ここで、前記ナビゲーターシーケンス208によって得られた変位204のように、前記予め設定した狭い変位幅203から外れている場合、本計測シーケンス209によって得られたデータ214は破棄する。
同様に、次のナビゲータシーケンス210の場合の呼吸動による変位205も変位幅203から外れているので、これによる検出データ211も破棄する。
そして、次のナビゲータシーケンス212の場合の呼吸動による変位206は、変位幅203内にあるので、本計測シーケンス213によりデータ216は取得する。
このような本計測データの取得制御を繰り返し、画像再構成に必要なデータ取得が完了したら計測は終了する。

この手法により、ほぼ同じ変位においてデータを取得することで呼吸動による体動の影響が大きく低減された画像が得られるが、破棄するデータが多いため、撮影に多くの時間を要するものとなる。
これは、前記取得した呼吸動による変位が予め設定した変位幅が狭いことによるもので、該変位幅を広くすれば破棄するデータが少なくなって撮影時間の短縮が可能となるが、このためには被検者の呼吸動による変位量を小さくする必要がある。

本発明は、呼吸動による変位量を小さくして撮影時間の短縮を図るために、前記呼吸動調整装置115を設けたもので、以下に、前記呼吸動調整装置115により呼吸動による変位量を小さくして撮影する第1の実施形態、この第1の実施形態にナビゲータエコーによる呼吸ゲーティング撮影法を適用した第2の実施形態、前記第1の実施形態または第2の実施形態にマルチステーション撮影やムービング・ベッド撮影による全身撮影を適用した場合の第3の実施形態および第4の実施形態について具体的に説明する。

《第1の実施形態》
第1の実施形態は、前記呼吸動調整装置115によって被検者の呼吸動による撮影部分の変位を小さくした状態での自由呼吸下の撮影や、息止め撮影を行う例である。

図3は、前記呼吸動調整装置115(呼吸動調整手段)の全体図である。図3(a)において、前記呼吸動調整装置115は、被検者に装着された呼吸動調整用ベルト115aとしての空気圧で内径を調整可能な円筒形状の呼吸動調整ベルト(圧迫手段)と、このベルトに所要の空気を出し入れするためのポンプ115b(空気圧調整手段)と、このポンプ115bと前記呼吸動調整用ベルト115aとの間で前記空気を給排する空気給排用チューブ115cとで構成される。

前記呼吸動調整用ベルト115aは、外壁301と内壁302の間に空気を出し入れするための所要の厚さを有し、かつその厚さが可変可能な層303(以下、空気層と記す)を備えて構成され、前記円筒部に被検者を挿入して該被検者の撮影部に装着する。

前記空気層303には、前記空気給排用チューブ115cが接続され、前記ポンプ115bから空気を前記呼吸動調整用ベルト115aに送り込むと、図3(a)のように薄かったベルト内の空気層303は、図3(b)の304のように厚くなる。

このような、空気圧で円筒形状の内径を調整可能な呼吸動調整用ベルト115aの円筒部には、被検者が挿入されて該被検者の撮影部に位置決めされているので、前記ポンプ115bから空気を前記空気層に入れると、被検者の撮影部は圧迫されて該被検者の呼吸動による変位を小さくすることができる。すなわち、呼吸動調整用ベルト115aをセットする部位に被検者の撮影部である胸部や腹部を選択することで、呼吸動による撮影部の変位の変動は強制的に抑えられ小さくなる。

前記図3に示した呼吸動調整用ベルト115aの形状は一例であって、例えば、図4に示すような形状でも良い。これは、シャツ、チョッキや救命胴衣のような形状で、後述のスリット部402を開けた状態で被検者が身に着け、同図の円形部分から被検者の腕を出して装着する。
このような構造のベルトの空気層401にポンプ115bから空気を送り込んで被検者の胸腹部を圧迫する。
なお、被検者が装着しやすいようにするために、空気層の一部を区切って前記スリット402を入れ、面ファスナ403などで前記スリット部402のみを固定することも可能である。

前記図3、図4に示した呼吸動調整装置115の呼吸動調整用ベルト115aは、受信コイルが被検者から離れたガントリー内壁に一体化して全身を撮影するような場合に有用である。

MR信号受信用コイルを被検者の撮影部位に直接取り付ける場合は、呼吸動調整用ベルト115aを被検者に密接する受信コイルと一体化させることも可能である。例えば胸腹部の撮影では、受信コイル501，502と一体化した図5の呼吸動調整用ベルトを２つのベルト503と504とで構成し、これらのベルトで被検者を上下から挟み込み、それぞれのベルトへ空気の入る層をそれぞれのコイルの内側に設けることで、撮影部位を的確に圧迫することが可能となる。

次に、被検者に呼吸動調整用ベルトを装着して撮影を行う例について図6、図7を用いて説明する。この例は、呼吸動調整用ベルト115aとして図3に示したベルトを用いた場合である。

図6は、呼吸動調整用ベルト115aを被検者101の胸部から腹部に亘る領域に取り付けて心臓付近のCORONAL(冠状断像)603を撮影する例で、同図(a)は呼吸動調整用ベルト115aに空気を入れる前、(b)は空気を入れて胸部から腹部に亘る領域の呼吸動による変位を小さくした場合である。

図6(a)において、呼吸動調整用ベルト115aを被検者の撮影領域(胸部から腹部に亘る領域)に装着して該撮影領域を前記静磁場中心にセッティングの後、前記呼吸動調整用ベルト115aの空気層に空気を入れると、図6(b)に示すように、呼吸動調整用ベルト115aが膨らんだ分だけ被検者の胸部、腹部は圧迫され、呼吸による胸部、腹部の変位量は小さくなる。

このようにして呼吸動による撮影領域の変位を小さくし、この変位が予め設定した所定の値になった時(第1の変位判断手段)に撮影を開始(第1の撮影開始手段)するものであるが、そのためには被検者の呼吸動モニターが必要となる。このモニターに機械的な呼吸センサーを用いることも可能であるが、被検者の動きを直接的にモニターできるナビゲーターエコーの方がより正確に呼吸動をモニターすることができる。

前記ナビケーターエコーは、前にも述べたように、モニターしたい着目部位を局所的に励起し、位相エンコード傾斜磁場を印加しないで前記局所励起領域から得られる信号である(ナビゲータエコー取得手段)。
図6の例では、前記局所励起領域が601に示す棒状領域に相当し、この棒状領域の長軸方向がエコー信号の読み出し方向(周波数エンコード方向)で、前記601の領域のみを励起することによってナビゲーターエコー信号を取得することができる。

前記図6は、ナビゲーターエコーの取得位置601を腹部に設定し、A-P(Anterior-Posterior)方向の呼吸動をモニターしている例で、呼吸動調整用ベルト115aの空気層に空気を入れながらナビゲーターエコーを一定間隔で取得して呼吸動による撮影領域の変位を算出し(変位算出手段)、この算出した変位を基にして時間と呼吸動による撮影領域の変位との関係(以下、これを呼吸動変位特性と記す)602を算出することができる。

この呼吸動変位特性は、前記RFプローブ107および信号検出部108で検出したナビゲーターエコー信号を信号処理部109で1次元フーリエ変換し、この変換した値を時系列に並べる処理を行うことによって、時間とナビゲーターエコーを取得した位置(腹部、A-P方向)の呼吸動による変位との関係より作成することができる(呼吸動変位特性を算出する手段)。

このようにして作成した呼吸動変位特性を図1の表示部110のユーザインターフェイス上に表示すれば、図6(b)の呼吸動変位特性604に示すように、呼吸動調整用ベルト115aの圧迫による呼吸動変位の減少も視覚により確認できる。

前記呼吸動変位特性をモニターする呼吸動モニターの時間分解能は、一般的にナビゲーターエコーの取得時間は20〜30ms程度であり、取得したナビゲーターエコーから呼吸動変位を算出するまでの計算時間を含めても100msで可能である。
したがって、ナビゲーターエコーで呼吸動変位を数十秒モニターすることで、図7の701に示すような呼吸動変位特性が得られる。

この図7に示すように、前記呼吸動調整用ベルト115aの空気層の空気圧を前記ポンプ115bで徐々に上げると、706のように空気圧は増大し、呼吸動による変位は、702→703→704→705のように小さくなる。

ここで、空気を入れる前の呼吸動による変位の振幅702と空気を入れた後の呼吸動による変位の振幅703、704、705との比を前記信号処理部109で算出し(第1の呼吸動振幅比算出手段)、その比が予め設定した値(第1の呼吸動振幅比設定手段)が、例えば1/2になったら(第1の呼吸動振幅比比較手段)自動的にポンプ115bが停止(第1の空気注入判断手段)して撮影を開始するように前記制御部114により制御する。

すなわち、所定時間間隔τ₀毎に前記比を算出して呼吸動調整用ベルト115aの空気層への空気の注入を継続するか、あるいは停止するかを判断するもので、図7の例では、a点で振幅702と703との比を算出(707)した結果、該比が所定の1/2以上であるのでポンプ115bを継続稼動させ、次のb点で振幅702と704との比を算出(708)した結果も前記比が所定の1/2以上であるのでポンプ115bの稼動を継続させ、そしてc点で振幅702と705との比を算出(709)した結果、該比が所定の1/2になったのでポンプ115bを停止(710)して自動的に撮影を開始(711)する。

前記撮影開始時点は、空気の注入前後での呼吸動による変位の振幅の比率により任意に設定可能で、この比の設定は前記表示部110のユーザインターフェイス上で他の撮影パラメータの設定と同様に行う。なお、空気の注入の途中で被検者が苦痛を感じることも十分考えられるので、設定値に達する前に、操作者が任意のタイミングでポンプ115bを停止して撮影を開始すること、もしくは停止後に減圧してから撮影を開始することなども可能である。
なお、呼吸動調整ベルトの内圧を減少させることは、空気給排用チューブに手動弁又は電磁弁を設けることで対応が可能である。

このように、前記第1の実施形態によれば、空気圧の調整による呼吸動調整用ベルトにより呼吸動による撮影領域の変位を小さくし、この変位をナビゲーターエコーでモニタして前記呼吸動による撮影領域の変位が予め設定した所定の値になった時に撮影を開始するようにしたので、MRI信号の取得効率を上がり、これによって撮影時間は短縮されて検査効率は向上する。
また、呼吸動による撮影領域の変位が小さく、安定して呼吸動を抑制することができるので、呼吸動による体動アーチファクトが低減して高画質のMRI画像を得ることができる。

《第2の実施形態》
第2の実施形態は、前記呼吸動調整装置115により呼吸動による変位を小さくして撮影する第1の実施形態にナビゲータエコーによる呼吸ゲーティング撮影法を適用したもので、図8に示すように、撮影を自動で開始するところまでは第1の実施形態と同じであるが、撮影開始後はナビゲーターエコーによる呼吸ゲーティングを行う撮影法(呼吸動変位によるデータのアクセプト／リジェクト判定を行ってゲーティングする撮影法)により撮影を行う。

図8において、同図(a)は呼吸動変位特性801(時間と呼吸動による変位との関係)、(b)は呼吸動調整用ベルト115aの空気層の空気圧をポンプ115bで徐々に上げた場合の空気圧809の増大の様子を示す図で、これらの動作特性は前記図7と同様である。

本発明の第2の実施形態は、前記図8(a)のように変化する呼吸動変位特性を解析して呼吸ゲーティングを行うもので、これについて具体的に説明する。

図8(a)において、画像データを取得するデータの取得範囲となるゲートウインドウ802、804の幅803は、通常5mm程度が用いられ、このウィンドウ幅の設定は前記表示部110のユーザインターフェイス上で他の撮影パラメータの設定と同様に行う(第1のゲートウィンドウ幅設定手段)。
そして、前記第1の実施形態と同様に、前記第1の呼吸動振幅比算出手段で算出した振幅比が前記設定した所定の振幅比になったことを検出して前記ナビゲータエコー信号に同期して呼吸ゲーティング撮影を行う(呼吸ゲーティング撮影手段)。

ここで、空気を入れる前(圧迫前)の呼吸動変位805に対し、空気を入れた後(圧迫後)の呼吸動変位806が1/2の場合、圧迫前の呼吸動変位の静止時間807に対し、圧迫後の呼吸動変位の静止時間808は約2倍となるので、同じゲートウインドウ幅803の場合、画像データの取得効率は約2倍に向上する。

したがって、圧迫によって呼吸動による変位の静止時間が延びていることから、同じゲートウインドウ幅803で圧迫無しで撮影した場合に比べて取得した画像データの割合が多くなるので、データ取得効率は向上し、撮影時間の短縮が可能となる。

これは、例えば、図8(c)に示すように、圧迫無しの場合に、50％のデータが非静止状態のものであれば(821に対する822と823の合計の割合)、圧迫時に占める非静止状態のデータの割合は25％程度となり(824に対する825と826の合計の割合)、これによって25％程度静止時間を広げることが可能となる。

なお、前記したように、撮影時は常に呼吸動による変位の振幅が圧迫前の1/2の状態ではない。そのため、圧迫前後の呼吸動による変位の振幅の比(圧迫後に振幅が1/2になれば、比は0.5)に応じたゲートウインドウ幅の拡張比率を予め図9に示すように、ゲートウインドウ幅の拡張比と圧迫前後の呼吸動変位の比との関係をテーブル化しておいて、撮影時に自動でゲートウインドウ幅を調整することも可能である(第1のゲートウインドウ幅調整手段)。

このためには、ナビケータエコー信号に同期して前記呼吸動による変位が所定値に達したことを検出し、この検出信号により自動でゲートウインドウ幅を調整する必要があり、これらは図1の信号処理部407で行うように構成すれば良い。

このように、上記第2の実施形態によれば、ナビゲーターエコーによる呼吸ゲーティング撮影においても前記第1の実施形態と同様に、MRI信号の取得効率が上がり、これによって撮影時間は短縮されて検査効率は向上する。
また、呼吸動による撮影領域の変位が小さく、安定して呼吸動を抑制することができるので、呼吸動による体動アーチファクトが低減して高画質のMRI画像を得ることができる。
さらに、撮影時に自動でゲートウインドウ幅を調整できるようにしたので、圧迫前後の呼吸動による変位の振幅の比が変化しても、これに容易に対応した呼吸ゲーティング撮影が可能となり、前記振幅比に余裕のある呼吸ゲーティング撮影を安定して行うことができる。

《第3の実施形態》
MRI装置で全身のような広範囲の撮影を行う手法として、被検者を載せたベッド(図1の112)を動かしながら撮影するマルチステーション撮影法とムービング・ベッド撮影法と呼ばれる手法が知られている。

前記マルチステーション撮影とは、あるベッド位置において所定の撮影領域に対する1回目の撮影を行うと、次にベッド(被検者)をその撮影領域分の距離だけステップ移動させた後、次の撮影領域に対する2回目の撮影を行う。
この撮影およびベッド移動を順番に繰り返し、広範囲の撮影領域を撮影する手法である。また、ムービング・ベッド撮影法はベッド移動と撮影とを同時に行う撮影法である。
本発明は、前記呼吸動調整調整装置115に複数の撮影領域に対応する複数の呼吸動調整装置(複数の呼吸動調整手段)と、前記ベッドを空間的に異なる前記複数の撮影領域に移動させて撮影するマルチステーション撮影またはムービング・ベッド撮影を行う手段を備えてマルチステーション撮影またはムービング・ベッド撮影を行うものである。

図10は、呼吸動調整装置115により呼吸動による変位量を小さくして撮影する手法を前記マルチステーション撮影に適用して全身撮影を行う例である。

このマルチステーション撮影では、COR断面(CORONAL;冠状断像)での撮影が主流であるので、図10に示す撮影スライス断面(1003、1005、1007)もCOR断面の場合であって、呼吸動調整用ベルト115aは、胸部用ベルト1001と腹部用ベルト1002の2つのベルトを用い、これらのベルトを胸部のステーションと腹部のステーションに合わせてセットする。
すなわち、前記複数の呼吸動調整装置115は、空気を出し入れする空気層を有し被検者の前記複数の撮影領域に密着して該撮影領域を圧迫する複数の呼吸動調整用ベルト(複数の圧迫手段)と、これらのベルトの空気層の空気圧を調整するポンプ115b(空気圧調整手段)とを備えて構成される。

先ず、胸部のステーション1003を撮影する場合、図10(a)に示すように、胸部用ベルト1001の空気層に空気を入れて胸部を圧迫し、該胸部の呼吸動による変位が所定値になったところで撮影を行う。
前記呼吸動による胸部の変位は、前記第1の実施形態、第2の実施形態と同様に、ナビゲーターエコーにて撮影スライス位置に近いナビゲータエコー取得領域1004でモニターする。この例におけるナビゲータエコーの取得位置1004は胸壁としているが、横隔膜でも勿論可能である。

前記呼吸動による胸部の変位が設定した割合まで小さくなったならば自動的に撮影を開始する手法および呼吸ゲーティングの手法などは、第1の実施形態、第2の実施形態と同様である。

前記胸部のステーションの撮影が終了したらベッド112を移動し、図10(b)に示すように、次の腹部ステーション1005が静磁場中心になるように前記ベッド112を位置決めする。
このとき、胸部用ベルト1001からは空気を抜き、腹部用ベルト1002に空気を入れて腹部を圧迫し(呼吸動調整選択手段)、前記撮影位置の移動と共に、ナビゲーターエコー取得位置1006も腹壁に移動して、呼吸動による腹部の変位が設定した割合まで小さくなったら自動的に撮影を開始する。

前記腹部領域の撮影終了後、さらにベッド112を移動して、図10(c)に示すように、脚側のステーション1007が静磁場の中心になるように前記ベッド112を位置決めする。

この脚側のステーション1007は、呼吸動の影響のないステーションであるので、前記胸部用ベルト1001と腹部用ベルト1002の空気を抜いて被検者を圧迫から開放して撮影する(呼吸動調整選択手段)。

このようなマルチステーション撮影において、呼吸動による胸部、腹部の変位が設定した割合まで小さくなって自動的に撮影を開始する制御や呼吸動の影響のない脚側のステーションでの撮影前に胸部用ベルト1001と腹部用ベルト1002の空気を抜いて自動的に撮影を開始する制御は、図1の制御部114がステーションの切り替わりを認識して該ステーションの切り替わりの際に前記制御部114がポンプ115b(図1参照)の空気の出し入れを制御する構成とすることにより為される。

すなわち、前記複数の呼吸動調整装置115のうちの最初に撮影を行う撮影領域に対応する呼吸動調整装置で調整された前記被検者の呼吸動による変位が予め設定した変位になったことを判断(第2の変位判断手段)し、前記変位が予め設定した変位になった時に前記制御部114により撮影を開始する(第2の撮影開始手段)。また、前記高周波磁場発生部で前記複数の撮影領域を局所的に励起して複数のナビゲータエコーを取得(複数ナビゲータエコー取得手段)し、この取得した複数のナビゲーターエコーを基にして前記複数の撮影領域の変位を算出(複数変位算出手段)して、これらの算出した複数の変位のうちの最初に撮影を行う撮影領域の変位を前記第2の変位判断手段に用いる。

前記複数変位算出手段は、時間と呼吸動による撮影領域の変位との関係である前記複数の撮影領域の呼吸動変位特性を算出する手段であって、前記第2の変位判断手段は、前記複数変位算出手段で算出した呼吸動変位特性を用いて前記空気層に空気を入れる前の呼吸動による変位の振幅と空気を入れた後の呼吸動による変位の振幅との比を算出(第2の呼吸動振幅比算出手段)し、この算出した比と予め設定した振幅の比の所定値(第2の呼吸動振幅比設定手段)とを比較(第2の呼吸動振幅比比較手段)して、この第2の呼吸動振幅比比較手段での比較結果により前記空気層への空気の注入の継続の可否を判断(第2の空気注入判断手段)する。

そして、前記RF受信コイル107(受信手段)による核磁気共鳴信号の取得範囲である前記呼吸動変位特性の変位がほぼ一定となるゲートウインドウ幅を設定(第2のゲートウィンドー幅設定手段)し、前記第2の呼吸動振幅比算出手段で算出した振幅比が前記設定した所定の振幅比になったことを検出して前記ナビゲータエコー信号に同期して呼吸ゲーティング撮影を開始する(呼吸ゲーティング撮影開始手段)。

さらに、前記複数のナビケータエコー信号に同期して前記呼吸動による変位が所定値に達したことを検出し、この検出信号により自動で前記第2のゲートウインドウ幅を調整する(第2のゲートウインドウ幅調整手段)。

また、前記複数の呼吸動調整手段は、呼吸動の調整が必要な撮影領域における撮影時のみ該撮影領域に対応する呼吸動調整装置を選択(呼吸動調整選択手段)し、この選択した呼吸動調整装置で被検者の呼吸動を調整する。

以上のように制御することによって、撮影時間は短縮され、呼吸動によるアーチファクトが低減されたマルチステーション撮影画像を取得することができる。加えて、呼吸動の調整に必要なステーションの撮影時のみに呼吸動調整用ベルト115aで被検者の撮影領域を圧迫するようにしたので、被検者の圧迫による負担も必要最小限に止めることができる。

《第4の実施形態》
図11は、呼吸動調整装置115により呼吸動による変位量を小さくして撮影する手法をムービング・ベッド撮影に適用して全身撮影を行う例である。
このムービング・ベッド撮影では、AX断面(AXIAL;被検者の体軸と垂直な断面)での撮影が主流であるので、図11に示す撮影スライス断面(1103、1105、1107)もAX断面の場合であって、呼吸動調整用ベルト115aは、胸部用ベルト1101と腹部用ベルト1102の2つのベルトを用い、これらのベルトを胸部の撮影領域1103と腹部の撮影領域1105に合わせてセットする(複数の呼吸動調整手段、複数の圧迫手段、空気圧調整手段)。

先ず、胸部の撮影領域1103を撮影する場合は、図11(a)に示すように、胸部用ベルト1101に空気を入れて胸部を圧迫し、該胸部の呼吸動による変位が所定値になったところで撮影を行う。
前記呼吸動による胸部の変位は、前記第1の実施形態、第2の実施形態および第3の実施形態と同様に、ナビゲーターエコーにて撮影スライス位置に近いナビゲータエコー取得領域1104でモニターする(複数ナビゲータエコー取得手段)。

前記呼吸動による胸部の変位が設定した割合まで小さくなったならば自動的に撮影を開始する手法および呼吸ゲーティングの手法などは、前記第3の実施形態と同様である(第2の変位判断手段、第2の撮影開始手段)。

前記胸部撮影領域の撮影が終了してベッド112が次の撮影領域である腹部の撮影領域に達したならば、図11(b)に示すように、前記腹部撮影領域1105が静磁場中心になる位置にセットされる。
このとき、胸部用ベルト1101からは空気を抜き、腹部用ベルト1102に空気を入れて腹部を圧迫し(呼吸動調整選択手段)、前記撮影位置の移動と共に、ナビゲーターエコー取得位置1106も腹壁に移動して、呼吸動による腹部の変位が設定した割合まで小さくなったならば自動的に撮影を開始する。

前記腹部領域の撮影終了後、さらにベッド112は移動して、図11(c)に示すように、脚側の撮影領域1107が静磁場の中心になる位置にセットされる。
この脚側の撮影領域1107は、呼吸動の影響がない領域であるので、前記胸部用ベルト1101と腹部用ベルト1102の空気を抜いて被検者を圧迫から開放して撮影する(呼吸動調整選択手段)。

このようなムービング・ベッド撮影において、呼吸動による胸部、腹部の変位が設定した割合まで小さくなって自動的に撮影を開始する制御や呼吸動の影響のない脚側のステーションでの撮影前に胸部用ベルト1001と腹部用ベルト1002の空気を抜いて自動的に撮影を開始する制御は、前記第3の実施形態と同様、図1の制御部114が撮影領域の切り替わりを認識して該撮影領域の切り替わりの際に前記制御部114がポンプ115b(図1参照)の空気の出し入れを制御する構成とすることにより為される(複数変位算出手段、複数の撮影領域の呼吸動変位特性算出手段、第2の呼吸動振幅比算出手段、第2の呼吸動振幅比設定手段、第2の呼吸動振幅比比較手段、第2の空気注入判断手段、第2のゲートウィンドウ幅設定手段、呼吸ゲーティング撮影開始手段、第2のゲートウインドウ幅調整手段)。

以上のように制御することによって、ムービング・ベッド撮影においてもマルチステーション撮影と同様、撮影時間は短縮され、呼吸動によるアーチファクトが低減されたMRI画像を取得することができる。
加えて、呼吸動の調整に必要な撮影領域の撮影時のみに呼吸動調整用ベルト115aで被検者の撮影領域を圧迫するようにしたので、被検者の圧迫による負担も必要最小限に止めることができる。

以上、第1の実施形態、第2の実施形態、第3の実施形態および第4の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定するものではなく、“被検者の呼吸動の変位を安定して小さくできる空気圧による呼吸動抑制手段によって、MRI信号の取得効率を上げて撮影時間を短縮し、検査効率の向上を図ることおよび呼吸動によるアーチファクトの低減可能な高画質のMRI画像を得る”という本発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々のMRI撮影法に適用できる。

ナビゲーターエコーで被検者の呼吸動をモニターしながら空気圧で被検者の呼吸動を抑制する手段を備えた本発明のMRI装置の全体構成を示す図。 心電同期併用でナビゲーターエコーを用いた呼吸ゲーティング撮影のシーケンス図。 呼吸動調整装置の全体図とこれに用いる呼吸動調整用ベルトの形状の一例を示す図。 呼吸動調整用ベルトの他の例を示す図。 呼吸動調整用ベルトの他の例を示す図。 呼吸動調整用ベルトを胸部から腹部に亘る領域に取り付けて心臓付近のCORONAL(冠状断像)断面を撮影する例。 時間と呼吸動調整用ベルトの空気層の空気圧との関係およびを時間と呼吸動による撮影領域の変位との関係を示す図。 呼吸動調整装置による呼吸動抑制手段をナビゲータエコーによる呼吸ゲーティング撮影法を適用した例。 ゲートウインドウ幅の拡張比と圧迫前後の呼吸動変位の比との関係を示す図。 呼吸動調整装置による呼吸動抑制手段をマルチステーション撮影に適用した例。 呼吸動調整装置による呼吸動抑制手段をムービング・ベッド撮影に適用した例。

符号の説明

101 被検者、102 静磁場磁石、103 傾斜磁場コイル、105 RF照射コイル、107 RF受信コイル、106 高周波パルス送信部、108 信号検出部、109 信号処理部、110 表示部、112 ベッド、113 ベッド制御部、114 制御部、115 呼吸動調整装置、115a 呼吸動調整用ベルト、115b ポンプ、115c 空気給排用チューブ、303、304 空気層、601 ナビゲーターエコーの取得位置、602、604 呼吸動変位特性、603 CORONAL断面、701 呼吸動変位特性、702〜705 呼吸動変位特性の変位高さ、706 時間と空気圧の関係、801 呼吸動変位特性、805、806 呼吸動変位特性の変位高さ、809 時間と空気圧の関係、1001 胸部用ベルト、1002 腹部用ベルト、1003、1005、1007 撮影スライス断面、1004、1006 ナビゲータエコー取得領域、1101 胸部用ベルト、1102 腹部用ベルト、1103、1105、1107 撮影スライス断面、1104、1106 ナビゲータエコー取得領域

Claims (7)

1. ほぼ均一な静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場の領域内に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、被検者に核磁気共鳴を起させるための高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、前記被検者からの核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、前記核磁気共鳴信号を処理して画像を生成する信号処理手段と、この信号処理手段により得られた画像を表示する表示手段と、前記被検者を載置するベッドと、このベッドを移動制御するベッド移動制御手段と、前記画像を撮像するための操作を行なう操作手段と、この操作手段の操作信号に対応して上記各手段を制御する制御手段と、前記被検者の呼吸動を抑制する呼吸動抑制手段とを備え、この呼吸動抑制手段で被検者の呼吸動を抑制して撮影する磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記被検者の呼吸動情報を検出する呼吸動検出手段をさらに備え、
   前記呼吸動抑制手段は、前記被検者の呼吸動による撮影領域の変位を所定の範囲に調整する呼吸動調整手段を備え、
   前記呼吸動調整手段は、前記呼吸動の抑制の前後の前記呼吸動情報に基づいて、前記被検者の呼吸動による撮影領域の変位を所定の範囲に調整することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記呼吸動調整手段は、空気を出し入れする空気層を有し被検者の撮影領域に密着して該撮影領域を圧迫する圧迫手段と、この圧迫手段の空気層の空気圧を調整する空気圧調整手段とを備えた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. 前記呼吸動調整手段で調整された前記被検者の撮影領域の変位が予め設定した変位になったことを判断する第１の変位判断手段と、この第１の変位判断手段により撮影を開始する第１の撮影開始手段とをさらに前記制御手段に備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記呼吸動検出手段は、前記高周波磁場発生手段で撮影領域を局所的に励起してナビゲータエコーを取得するナビゲータエコー取得手段と、この取得したナビゲーターエコーを基にして前記撮影領域の変位を算出する変位算出手段とを備え、この変位算出手段で算出した変位を前記第１の変位判断手段に用い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. 前記変位算出手段は、時間と呼吸動による撮影領域の変位との関係である呼吸動変位特性を算出する手段であって、前記第１の変位判断手段は、前記変位算出手段で算出した呼吸動変位特性を用いて前記空気層に空気を入れる前の呼吸動による変位の振幅と空気を入れた後の呼吸動による変位の振幅との比を算出する第１の呼吸動振幅比算出手段と、前記振幅の比の所定値を設定する第１の呼吸動振幅比設定手段と、前記呼吸動振幅比算出手段で算出した振幅比と前記呼吸動振幅比設定手段で設定した振幅比の所定値とを比較する第１の呼吸動振幅比比較手段と、この第１の呼吸動振幅比比較手段での比較結果により前記空気層への空気の注入の継続の可否を判断する第１の空気注入判断手段とを備えたことを特徴とする請求項４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記受信手段による核磁気共鳴信号の取得範囲である前記呼吸動変位特性の変位がほぼ一定となるゲートウインドウ幅を設定する第１のゲートウィンドウ幅設定手段をさらに備え、前記第１の呼吸動振幅比算出手段で算出した振幅比が前記設定した所定の振幅比になったことを検出して前記ナビゲータエコー信号に同期して呼吸ゲーティング撮影を行う手段とを備えた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. 前記ナビケータエコー信号に同期して前記呼吸動による変位が所定値に達したことを検出し、この検出信号により自動で前記第１のゲートウインドウ幅を調整する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の磁気共鳴イメージング装置。

Images