JP5064721B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体中の水素や燐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）にあっては、近年、連続的若しくはステップ的に被検体を乗せたベッドを移動させながら全身を撮影する方法（全身ＭＲＩ）が臨床現場において行なわれつつある。

これは、全身スクリーニング検査方法として有効な手法であると報告されており、これまでＣＴ、骨シンチ、ＰＥＴなど複数のモダリティで行なっていたスクリーニング検査を、ＭＲＩ装置のみで行なえる可能性も示されている。

ステップ的にベッド移動をしながら撮影する例（マルチステーション撮影）は非特許文献１に示されている。例えば、頭部から下肢までを６つのステップ（６ステーション）で撮影し、各ステーションにおいて、撮影面が設定される（例えば、ＣＯＲ断面）。ベッドは撮影と撮影の間に移動し、撮影中は各位置でベッドは静止している。ステーションの順に撮影するなかで、撮影断面が被検体の呼吸動の影響のある部位（胸部や腹部）であるときは、呼吸動によるアーチファクトを抑制するために息止め撮影を行う。

このようにして、頭部から下肢までの６ステーションの画像が取得されたら、全てを繋ぎ合わせて一画像を作成する。必要に応じてＡ−Ｐ方向に撮影位置を移動してから、再び６ステーションの画像を取得する。例えば、ある断面位置で６ステーション分の画像が取得されたら、他の断面、さらに他の断面と順次断面位置を変えて撮影を繰り返し、必要な領域分の画像を取得する。そして、各断面位置で取得された６ステーションの画像を繋ぎ合わされて一画像にする。

ここで、間題となるのが、被検体の呼吸動のある胸部や腹部を撮影する場合である。前述のように、胸部や腹部を撮影する場合、呼吸動アーチファクトを抑制するために、息止め撮影を行う。つまり、胸部の撮影断面と腹部の撮影断面それぞれで息止めで画像取得し、両画像を数ｃｍ程度オーバーラップさせて、繋ぎ合わせ、１つの画像を作成している。

マルチステーション撮影における全身画像は、ある程度大きなＦＯＶ（Field of View、撮影視野）で撮影するため、ＦＯＶの端では磁場不均一の影響により画像の歪みが生じる。そのため、完全に画像に写っていない部位がなくても、ステーションの境界部分が歪んだ不正確な結合画像となりうる。そのような状態を回避するために、通常ステーション間でＦＯＶをある程度オーバーラップさせて撮影し、最後に繋ぎ合わせている。

なお、ＭＲＩ装置におけるモーションアーチファクトを低減するため、ナビゲータ信号を用いて、位相補正、周波数補正を決定し、補正を行なう技術が特許文献１記載されている。

特表平９−５０８０５０号公報 Whole-Body MRI:A Simple Approach using Automatic Tab1e Movement and Dedicated、Post-processing、ISMRM10(2002)、M Bock et al

しかしながら、全身ＭＲＩにおいて、被検体の胸部と腹部との画像間で、呼吸レベルが互いに合っていれば、正しい結合画像を取得できるが、息止めレベルが互いに大きく異なっていると、画像を繋ぎ合わせてもステーションの境界部分でスライス位置のずれ（ミスレジストレーション）が生じ、画像に写らない欠損部位があるなど、不正確な結合画像となる。

上記特許文献１には、全身ＭＲＩにおける、隣接する画像間で被検体の息止めレベルが異なる場合の画像境界部分の画像歪等の発生については認識されておらず、適正な画像を取得する技術は考慮されていない。

本発明の目的は、被検体の連続する複数部位のそれぞれの画像を正確に結合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。

本発明の磁気共鳴イメージング装置は、被検体の影手段と、被検体を移動させる移動手段と、被検体の複数の撮影領域の画像を再構成する手段と、上記移動手段の移動、停止を制御して、上記撮影手段により上記被検体の互いに隣接する複数の領域を撮影する制御手段とを有し、被検体の隣接領域間で被検体の体動を検出した場合には、被検体の体動量に従って被検体の対象部位が、予め定めた撮影視野の中心となるように上記移動手段を移動させて、撮影を行なう。

本発明では、被検体の息止めのレベルがずれた場合でも、スライス間のずれ（ミスレジストレーション）が生じることが無く、ＦＯＶの端に撮影対象部位がずれることも無い磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。

以下、本発明の実施形態を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装置の概略構成図である。図１において、ＭＲＩ装置は、被検体４０１の周囲に静磁場を発生する磁石４０２と、傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル４０３と、高周波磁場を発生するＲＦコイル４０４と、被検体４０１が発生するＭＲ信号を検出するＲＦプローブ４０５とを備えている。

傾斜磁場コイル４０３は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向の傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源４０９からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。ＲＦコイル４０４は、ＲＦ送信部４１０の信号に応じて高周波磁場を発生する。ＲＦプローブ４０５の信号は、信号検出部４０６で検出され、信号処理部４０７で信号処理されて画像信号に変換されて表示部４０８で表示される。

傾斜磁場電源４０９、ＲＦ送信部４１０、信号検出部４０６は、制御部４１１で制御され、制御のタイムチャートは一般にパルスシーケンスと呼ばれている。ベッド４１２は被検体が横たわるためのものであり、ベッド駆動部４１３で駆動される。

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、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る。これらのデータを２次元フーリエ変換して１枚のＭＲ画像を作成する。

次に、全身ＭＲＩについて説明する。図２に示すように、被検体の頭部から下肢までを６つのステップ（６ステーション）で撮影し、各ステーションにおいて、撮影面１０１〜１０６が設定される（図２に示した例は、ＣＯＲ断面）。ベッド４１２は撮影と撮影の間に移動し、撮影中は各位置でベッド４１２は静止している。撮影面１０１〜１０６の順に撮影するなかで、撮影断面が被検体の呼吸動の影響のある部位（胸部１０２や腹部１０３）であるときは、呼吸動によるアーチファクトを抑制するために息止め撮影を行う。

頭部から下肢までの６ステーションの画像が取得されたら、全てを繋ぎ合わせて一画像を作成する。必要に応じてＡ−Ｐ方向に撮影位置を移動してから、再び６ステーションの画像を取得する。

例えば、図３に示すように、ある断面位置２０１で６ステーション分の画像が取得されたら、他の断面位置２０２、さらに他の断面位置２０３と順次断面位置を変えて撮影を繰り返し、必要な領域分の画像を取得する。そして、各断面位置２０１、２０２、２３０で取得された６ステーションの画像を繋ぎ合わされて一画像にする。

ここで、上述したように、例えば、被検体の胸部と腹部との画像間で、呼吸レベルが互いに異なっている場合であっても、本発明においては、正確な結合画像が得られるが、その原理につき、説明する。

図４は、本発明の第１の実施形態の説明図である。図４に示した例は、マルチステーション撮影において、被検体の呼吸動の影響がある胸部に撮影スライスがある場合で、心臓がＦＯＶの中心になるよう撮影する場合であり、撮影断面はＣＯＲ断面である。

初めに位置決め撮影を行う（７０１、図４の（Ａ））。この位置決め撮影の際、画像のみを取得するのではなく、画像取得の直前、または、直後など、出来るだけ近いタイミングでナビゲーターエコーも取得する。７０２は撮影スライス位置であり、７０３はナビ取得位置である。破線は磁場中心を示している。

ここで取得したナビゲーターエコーは、本計測時の息止めレベル（呼吸変位）を検出する際の基準として用いる。全ステーション分の位置決め画像が取得できたら、本撮影を行う。

撮影開始前に、被検者は息止めを行うのだが（７１０、図４の（Ｂ））、被検者の息止めレベルによって、撮影対象部位が位置決め画像取得時と大きくずれる場合がある。図４に示した例では、撮影スライス７１２に対して、心臓や横隔膜が被検体の足方向に大きくずれている（吸息期に相当）。

しかし、スライス位置７１２は磁場中心にあるため、この状態のまま撮影すると、心臓がＦＯＶの端の方へ寄った画像が取得される。

そこで、本発明では、撮影開始前の息止め時にもナビゲーターエコーを取得し（ナビ取得位置７１３）、このナビ取得位置７１３で取得したナビゲーターエコーと、位置決め時のナビ取得位置７０３で取得したナビゲーターエコーとを比較することで、息止め時の位置ずれ量７１１をモニターする。

モニター結果より、撮影開始前に、位置ずれ量７１１に相当する分だけベッド４１２を移動し（撮影時７２０、図４の（Ｃ）、ベッド移動量７２１、撮影スライス７２２）、撮影を行う。

本撮影７１０、７２０の手順フローを図５に示す。図５において、操作者が行うことは、息止めの指示（ステップ８０１）と撮影開始（ステップ８０２）のみで、他は通常の撮影と同等である。息止めの指示を受けた被検者は任意の呼吸レベルで息止めを開始する（ステップ８０３）。

息止めが確認できたら撮影を開始する（ステップ８０２）。撮影開始後、すぐにナビゲーターシーケンスが実行され、ナビゲーターエコーが敢得される（ステップ８０４）。取得されたナビゲーターエコーは、位置決め画像撮影時に取得されていたナビゲーターエコーを基準にして、位置ずれ量の算出が行われる（ステップ８０５）。ナビゲーターシーケンスの開始から、位置ずれ量の算出までの所要時間は５０−６０ｍｓ程度と短時間である。続いて、得られた位置ずれ量に相当する分、ベッド位置を調整する（ステップ８０６）。

ここで、ベッド位置の制御は図６に示すように行う。つまり、図６において、画像再構成部４０７にて、ナビゲーターエコーにより算出された位置ずれ量１４０２は、ベッド制御用のＣＰＵ４１３に送信される。ＣＰＵ４１３は、位置ずれ量１４０２を受け取ると、ベッド４１２を駆動するためのモーター１４０７に対して駆動開始信号１４０４を送信し、ベッド４１２が移動開始する。

ベッド４１２の移動距離は、ベッド４１２と繋がったロータリーエンコーダー１４０８でカウントされ、パルス信号１４０５としてＣＰＵ４１３に送信される。例えば、ベッド４１２が１ｍｍ動くと、ロータリーエンコーダー１４０８は３００パルスをＣＰＵ４１３に送信するといった高精度の制御を行う。

ＣＰＵ４１３は、初めに、画像再構成処理部４０７から送られてきた位置ずれ量１４０２にパルス信号１４０５が相当するパルスの回数に達したら、モータ始動（停止）信号１４０４と同じ系統でベッド４１２のモーター１４０７に停止信号を送信する。このような制御により、ナビゲーターエコーで検出した呼吸動による位置ずれ量をベッド移動量に反映することが可能である。

ベッド移動量は、大きく呼吸レベルが異なるケースで５〜６ｃｍであり、所要時間は２〜３秒程度である。ベッド４１２が停止し次第、本撮影を開始する（ステップ８０７）。

上述のような制御により、被検者が任意の呼吸レベルで息止めを行ったとしても、ＦＯＶ内で撮影対象部位がずれることがなく、隣接するステーションで取得した画像と繋ぎ合わせた場合に、ミスレジストレーションが生じることもない。

また、画像歪みが大きく生じるＦＯＶの端に、撮影部位が入ってしまう状況も防ぐことができる。加えて、被検者が任意の呼吸レベルで息止めできるため、通常検査開始前に行う息止めレベルを合わせるためのトレーニングも不要である。

本発明が適用されない場合、通常、隣接する画像間のオーバラップ量は、ＦＯＶの１０%程度である。しかし、呼吸動による位置ずれまで考慮すると、ＦＯＶの１０%に、呼吸動変位まで加える必要がある。呼吸動変位は、安静時の呼吸で１０〜２０ｍｍ、深呼吸だと５０ｍｍ以上となる。

例えば、ＦＯＶ=４００ｍｍでのオーバーラップ量は、４００ｍｍの１０%の４０ｍｍに呼吸動変位を加えた、５０ｍm〜９０mmということになり、大幅に撮影効率が低下する。

これに対して、本発明によれば、呼吸動による付加的なオーバーラップが不要なため、撮影効率を向上することが可能となる。

図７〜図１０は、本発明を適用しない場合の例であって、本発明との比較例である。

図７、図８は、マルチステーション撮影で、ＣＯＲ断面を撮影する場合を示し、胸部の撮影断面５０１、６０１と腹部の撮影断面５０２、６０２の、それぞれで息止めで画像取得し（図７の（Ａ）、図８の（Ａ））、両画像を数ｃｍ程度オーバーラップさせて繋ぎ合わせ５０３、６０３（図７の（Ｂ）、図８の（Ｂ））、１つの画像を作成している５０４、６０４（図７の（Ｃ）、図８の（Ｃ））。

図７に示すように、胸部と腹部との画像間で、呼吸レベルが合っていれば、正しい結合後の画像５０４を取得できる。しかし、図８の（Ａ）に示すように、腹部６０２に比べて胸部６０２が大きく息を吸った状態であり、互いの呼吸レベルが異なっていると、画像を繋ぎ合わせると、ステーションの境界部分でスライス位置のずれ（ミスレジストレーション）が生じる。この結果、画像に写らない部位があるなど、不正確な結合画像となる（図８の（Ｃ））。

また、本発明を適用しない場合、マルチステーション撮影における全身画像は、ある程度大きなＦＯＶで撮影するため、ＦＯＶの端では磁場不均一の影響により画像の歪みが生じる。そのため、完全に画像に写っていない部位がなくても、ステーションの境界部分が歪んだ不正確な結合画像となりうる。

図９、図１０は、胸部のステーション１２０１と腹部のステーション１２１１をそれぞれ息止め撮影し、繋ぎ合わせる例である。図９において、胸部のステーション１２０１と腹部のステーション１２１１とは同じ呼吸レベルとする。ここで、オーバラップさせる領域を１２０２、１２１２のように設定して撮影したとする（図９の（Ａ））。このとき、ＦＯＶの端の領域１２０４、１２１４で画像歪が大きく生じたとしても、オーバーラップ領域１２０２、１２１２に画像歪みが生じない領域１２０３、１２１３が含まれている。尚且つ、領域１２０４の分を領域１２１３が補い、領域１２１４の分を領域１２０３が補っているため、繋ぎ合わせた後の画像１２２１の領域１２２２において、画像歪みが生じることはない（図９の（Ｂ））。

一方、図１０に示すように、胸部のステーション１３０１を撮影したときの息止めレベルが腹部ステーション１３１１の撮影時と大きく異なっていたとする（図１０の（Ａ））。この場合、オーバーラップ領域を１３０２、１３１２のように設定していても、両画像を繋ぎ合わせに用いることが出来るのは、画像歪みの大きな領域１３０４、１３１４となる。結果として、繋ぎ合わせた後の画像１３２１は、ステーションの境界部分１３２２が歪んだ画像となる（図１０の（Ｂ））。

これに対して、本発明の実施形態のように、ナビゲータエコーを用いて、息止め時の位置ずれ量をモニターし、モニターした位置ずれ量に相当する距離だけ、ベッド４１２を移動させて、撮影を行なえば、繋ぎ合わせた腹部と胸部との画像の境界部分は歪んだ画像とならず、正確な結合画像を得ることができる。

次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
本発明の第１の実施形態は、ＣＯＲ断面で撮影する例であったが、他の断面でも同様な制御が可能である。本発明の第２の実施形態においては、ＴＲＳ断面で撮影する場合の例である。

図１１は、本発明の第２の実施形態の説明図である。撮影後のデータは、通常、ＣＯＲ断面の全身像にリフォーマットされる。基本的な手順は、第１の実施形態と同様である。

図１１の（Ａ）は、位置決め時９０１を示し、位置決め画像及び画像取得と出来るだけ近いタイミングでナビゲーターエコーを取得する（撮影スライス９０２、ナビ取得位置９０３）。なお、図１１に示したの位置決め画像はＴＲＳ断面になっているが、ＣＯＲ断面など、他の断面でも構わない。

位置決め時９０１で取得したナビゲーターエコーは、第１の実施形態と同様に、本計測時の息止めレベル（呼吸変位）を検出する際の基準として用いる。全ステーション分の位置決め画像が取得できたら、息止めをしてから、本撮影を行う（図１１の（Ｂ）、息止め開始時９１０）。その際、撮影開始直前にナビゲーターエコーを取得し（ナビ取得位置９１３）、この位置９１３で取得したナビゲーターエコーと、取得位置９０３で取得したナビゲーターエコーとを比較することで、息止め時の位置ずれ量９１１（撮影スライス９１２）をモニターする。

位置ずれ量９１１のモニター結果より、撮影開始前に、位置ずれ量９１１に相当する分だけベッドを移動し（図１１の（Ｃ）、移動量９２１、撮影スライス９２２）、撮影を行う（撮影時９２０）。

ここで、第１、第２の実施形態において、撮影時にベッド移動を行なった場合には、ベッド移動量や移動方向を表示部４０８又は別個に設けたモニタに表示することも可能である。つまり、図１２の（Ａ）に示すように撮影前に設定した位置を表示し、図１２の（Ｂ）に示すように、移動後のベッド移動量、移動方向を画面に表示する。

図１２において、ウインドウ１５０１内には、磁場中心を示す線１５０２、撮影スライス位置１５０３、ベッドおよび被検者１５０４、ベッドの移動量と移動方向を示す部分１５０５が表示されている。計測中に、被検者１５０４の呼吸動を検知して、ベッドを移動してから撮影する場合には、図１２の（Ｂ）に示すように各表示内容が更新される。具体的には、磁場中心と磁場中心に固定されている撮影スライスはそのままで、ベッド、被検者、移動量の数値、移動方向がそれぞれ適切な量に更新される。

以上説明した、本発明の第１、第２の実施形態を用いて、Ｔ１、Ｔ２など複数のコントラストの全身画像を取得することで、スクリーニング検査用の画像として用いることが可能である。また、腫瘍の検出、良性悪性の鑑別などの検査に近年急速に広まりつつある全身の拡散強調画像（ＤＷＩ）撮影の場合、ミスレジストレーションに加え、体動（呼吸動）が非常に大きく画質に影響する。このような撮影の場合にも、本発明は有効である。

ここで、上述した第１、第２の実施形態では、図５に示したように、操作者が、被検者の呼吸停止を確認してから撮影を開始したが、自動で息止め状態を認識し、撮影を開始することも可能である。

本発明の第３の実施形態は、自動で息止め状態を認識し、撮影を開始する例である。なお、その他の構成、動作は、第１の実施形態、第２の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図１３は、本発明の第３の実施形態の動作フローチャートである。図１３において、操作者は被検者に対し、息止めの指示を出すと同時に撮影を開始する（ステップ１００１）。撮影が開始されると呼吸動変位をモニターするためのナビゲーターシーケンスのみが一定間隔（２００〜３００ｍｓ間隔）で実行される（ステップ１００２）。呼吸動変位が数点得られた段階で（ステップ１００３）、呼吸中か、息止め状態であるかの確認を行う（ステップ１００４）。

呼吸中か、息止め状態であるかの確認方法は、図１４に示すように、呼吸同変位数点分（図１４の例では３点）の変化量を、予め設定した閾値（５ｍｍ程度）と比較することで行う。例えば、変位位置１１０１のように変位量が閾値を越えていれば、呼吸中と判定し（ステップ１１０２）、変位位置１１０３のように変位量が閾値以内であれば、息止めが開始されたと判定する（ステップ１１０４）。

息止め中と判定されたら、息止めレベルに応じてベッド位置を調整し（ステップ１００５）、本撮影を実行する（ステップ１００６）。

このような制御により、操作者が行う操作は、撮影開始前の１回のみと簡略化され上、第１の実施形態と同様な効果が得られる。

なお、被検体の息止め検知は、被検体の呼吸動を検知する別個のセンサーを用いることも可能である。

本発明が適用されるＭＲＩ装置の概略構成図である。 全身ＭＲＩの説明図である。 全身ＭＲＩの説明図である。 本発明の第１の実施形態の説明図である。 本発明の第１の実施形態における本撮影の手順フローチャートである。 本発明の第１の実施形態におけるベッド位置の制御の説明図である。 本発明を適用しない場合の例の説明図である。 本発明を適用しない場合の例の説明図である。 本発明を適用しない場合の例の説明図である。 本発明を適用しない場合の例の説明図である。 本発明の第２の実施形態の説明図である。 撮影時にベッド移動を行なった場合のベッド移動量及び移動方向の表示例を示す図である。 本発明の第３の実施形態の動作フローチャートである。 本発明の第３の実施形態の説明図である。

符号の説明

１０１〜１０６ 撮影面
４０１ 被検体
４０２ 静磁場磁石
４０３ 傾斜磁場コイル
４０４ ＲＦコイル
４０５ ＲＦプローブ
４０６ 信号検出部
４０７ 信号処理部
４０８ 表示部
４０９ 傾斜磁場電源
４１０ ＲＦ送信部
４１１ 制御部
４１２ ベッド
４１３ ベッド制御部

Claims (5)

1. 被検体を核磁気共鳴により撮影する撮影手段と、
   上記被検体を移動して撮影対象領域を移動させる移動手段と、
   上記撮影手段により撮影された上記被検体の複数の領域の画像をそれぞれ再構成する手段と、
   上記移動手段の移動、停止を制御して、上記撮影手段により上記被検体の複数の領域をそれぞれ撮影する制御手段と、
   上記被検体の体動を検出する体動検出手段と、
   を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
   上記移動手段の移動量と移動方向とを表示する表示手段を備え、
   上記制御手段は、上記体動検出手段により検出された上記被検体の体動量に基づいて、
   被検体の対象部位が、予め定めた撮影視野の中心又はその近傍となるように、上記移動手段を移動させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 被検体を核磁気共鳴により撮影する撮影手段と、
   上記被検体を移動して撮影対象領域を移動させる移動手段と、
   上記撮影手段により撮影された上記被検体の複数の領域の画像をそれぞれ再構成する手段と、
   上記移動手段の移動、停止を制御して、上記撮影手段により上記被検体の複数の領域をそれぞれ撮影する制御手段と、
   上記被検体の体動を検出する体動検出手段と、
   を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
   上記体動検出手段は、
   上記撮影手段により取得されるナビゲーターエコーを用いて上記体動を検出し、
   上記被検体の領域の位置決め時に取得したナビゲーターエコーを基準ナビゲーターエコーとし、この基準ナビゲーターエコーと上記被検体の息止め時に取得したナビゲーターエコーとを用いて、上記被検体の体動量を算出し、
   上記制御手段は、上記算出した体動量に基づいて、上記移動手段を移動させ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記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記体動検出手段は、上記撮影手段により取得されるナビゲーターエコーを用いて上記体動を検出することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記被検体の互いに隣接する撮影領域は、互いに重複する部分を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記制御手段は、上記体動検出手段により検出された上記被検体の体動量に基づいて、互いに隣接する領域間で撮影した画像が連続するように、上記移動手段を移動させ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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