JP5311333B2 - 血流動態解析装置および磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

血流動態解析装置および磁気共鳴イメージング装置 Download PDF

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Description

本発明は、被検体の血流動態を解析する血流動態解析装置、およびその血流動態解析装置を有する磁気共鳴イメージング装置に関する。
脳梗塞を発症した患者に対しては、迅速に適切な処置をする必要がある。迅速な処理をするためには、被検体の脳の血流状態を定量化する重要性が高まっている。そこで、造影剤を使って被検体の脳を断層撮影し、脳の血流状態を定量化する種々の方法が提案されている(特許文献1参照)。
特開2006-326078号公報
脳の血流状態を定量化する場合、動脈入力関数(AIF:Arterial Input Function)および静脈出力関数(VOF:Venous Output Function)を算出する必要がある。動脈入力関数は、被検体の断層像の動脈における造影剤の濃度の時間変化から算出される関数であり、静脈出力関数は、被検体の断層像の静脈における造影剤の濃度の時間変化から算出される関数である。しかし、被検体の脳の動脈の内径が、病巣などが原因で細くなっている場合、動脈における造影剤の濃度の時間変化が、静脈における造影剤の濃度の時間変化に類似した挙動を示すことがある。この場合、従来の方法では、動脈における造影剤の濃度の時間変化に基づいて、静脈出力関数を算出してしまうことがあり、正確な静脈出力関数を算出することが困難となる。
本発明は、上記の事情に鑑み、より正確な静脈出力関数を算出することが可能な血流動態装置、その血流動態解析装置を有する磁気共鳴イメージング装置、および被検体の血流動態を解析する血流動態解析方法を提供することを目的とする。
上記の問題を解決する本発明の血流動態解析装置は、
造影剤が注入された被検体に設定された各スライス内の複数の領域からデータを収集し、上記データに基づいて、上記被検体の血流動態を解析する血流動態解析装置であって、
上記各スライス内の上記領域ごとに、上記造影剤の濃度の時間変化を表すプロファイルを作成する造影剤濃度プロファイル作成手段と、
上記プロファイルから、上記造影剤のボーラスが上記領域を通過した後の上記領域における上記造影剤の濃度を算出する特徴量算出手段と、
上記造影剤のボーラスが上記領域を通過した後の上記領域における上記造影剤の濃度を含むヒストグラムを作成するヒストグラム作成手段と、
上記ヒストグラムに基づいて、上記複数の領域の中から、静脈が存在する領域を決定する領域決定手段と、
上記静脈が存在する領域における上記造影剤の濃度の時間変化に基づいて、静脈出力関数を算出する出力関数算出手段と、
を有している。
本発明では、各スライス内の領域ごとに作成された造影剤濃度プロファイルから、各スライス内の各領域ごとに、造影剤のボーラス(Bolus)が通過した後の造影剤の濃度を算出する。造影剤のボーラスが通過した後の造影剤の濃度は、造影剤のボーラスが動脈を流れるのか、静脈を流れるのかによって、異なる値になる傾向がある。したがって、造影剤のボーラスが通過した後の造影剤の濃度を含むヒストグラムを作成することにより、各スライス内において、静脈を含む領域と、動脈を含む領域とを区別することが可能になり、より正確な静脈出力関数を算出することができる。
以下、図面を参照しながら、発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態の磁気共鳴イメージング装置1の概略図である。
磁気共鳴イメージング装置(以下、MRI(Magnetic
Resonance Imaging)装置と呼ぶ)1は、ガントリ2と、クレードル3と、受信コイル4と、造影剤注入装置5と、制御装置6と、入力装置7とを有している。
ガントリ2は、被検体8が収容されるボア21と、超伝導コイル22と、勾配コイル23と、送信コイル24とを有している。超伝導コイル22は静磁場B0を印加し、勾配コイル23は勾配パルスを印加し、送信コイル24はRFパルスを送信する。
クレードル3は、z方向および−z方向に移動するように構成されている。クレードル3がz方向に移動することによって、被検体8がボア21に搬送される。クレードル3が−z方向に移動することによって、ボア21に搬送された被検体8は、ボア21から搬出される。
造影剤注入装置5は、被検体8に造影剤を注入する。
受信コイル4は、被検体8の頭部8aに取り付けられている。受信コイル4が受信したMR(Magnetic Resonance)信号は、制御装置6に伝送される。
制御装置6は、コイル制御手段61〜関数算出手段70を有している。
コイル制御手段61は、オペレータ9によって入力装置7から入力された被検体8の撮影命令に応答して、被検体8を撮影するためのパルスシーケンスが実行されるように、送信コイル24および勾配コイル23を制御する。
造影剤濃度プロファイル作成手段62は、スライスS1〜Snの領域ごとに、被検体8の頭部8aの造影剤の濃度の時間変化を表す造影剤濃度−時間曲線GaおよびGvを算出する(図5参照)。
特徴量算出手段63は、造影剤濃度−時間曲線GaおよびGv(図5(b)および(c)参照)の3つの特徴量(ピーク濃度Cmax、ピーク濃度到達時間TTP、およびボーラス通過後濃度Cp)を算出する。
マップ作成手段64は、各スライスS1〜Snについて、ピーク濃度Cmaxのマップ、ピーク濃度到達時間TTPのマップ、およびボーラス通過後濃度Cpのマップを作成する(図6および図7参照)。
ジョイントヒストグラム作成手段65は、各スライスS1〜Snごとに得られたピーク濃度Cmaxのマップ、ピーク濃度到達時間TTPのマップ、およびボーラス通過後濃度Cpのマップから(図7参照)、ピーク濃度Cmax、ピーク濃度到達時間TTP、およびボーラス通過後濃度Cpのジョイントヒストグラム(図8参照)を作成する。
領域決定手段66は、ジョイントヒストグラム(図8参照)に基づいて、スライスS1〜Snが有する全ての領域Rの中から、静脈が存在する領域と、動脈が存在する領域とを決定する。領域決定手段66は、領域抽出部67と、ノイズ除去部68と、領域選択部69とを有している。
領域抽出部67は、ジョイントヒストグラム(図8参照)に基づいて、スライスS1〜Snが有する全ての領域Rの中から、t1〜t2の範囲内のピーク濃度到達時間(図11参照)を有する複数の領域R1およびR2(図12(c)参照)と、t3〜t4の範囲内のピーク濃度到達時間(図11参照)を有する複数の領域R3およびR4(図12(c)参照)とを抽出する。
ノイズ除去部68は、複数の領域R1およびR2(図12(c)参照)の中から、ノイズとなる領域R2を除去するとともに、複数の領域R3およびR4(図12(c)参照)の中から、ノイズとなる領域R4を除去する。
領域選択部69は、ボーラス通過後濃度Cpに基づいて、複数の領域R1の中から、動脈が存在する領域R11、R12、およびR13(図14(c)参照)を選択する。更に、領域選択部69は、ボーラス通過後濃度Cpに基づいて、複数の領域R3の中から、静脈が存在する領域R21、R22、およびR23(図14(c)参照)を選択する。
関数算出手段70は、選択された3つの領域R11、R12、およびR13における造影剤濃度−時間曲線C11、C12、およびC13を加算平均することにより、動脈入力関数Faを算出する(図16参照)。更に、関数算出手段70は、選択された3つの領域R21、R22、およびR23における造影剤濃度−時間曲線C21、C22、およびC23を加算平均することにより、静脈出力関数Fvを算出する(図16参照)。
入力装置7は、オペレータ9の操作に応じて、種々の命令を制御装置6に入力する。
図2は、磁気共鳴イメージング装置1の処理フローを示す図である。
ステップS1では、被検体8の頭部8aの造影撮影が行われる。オペレータは、入力装置7を操作して、被検体8にスライスを設定する。
図3は、被検体8に設定されたスライスの一例である。
被検体8には、n枚のスライスS1〜Snが設定されている。スライスの枚数は、例えば、n=12である。スライスの枚数は、必要に応じて、任意の枚数を設定することができる。各スライスS1〜Snごとに、被検体8の頭部8aの撮影領域が決定される。
オペレータ9は、スライスS1〜Snを設定した後、造影剤注入装置5に造影剤の注入命令を伝送するとともに、MRI装置のコイル制御手段61(図1参照)に、被検体8を撮影する撮影命令を伝送する。コイル制御手段61は、撮影命令に応答して、被検体8の頭部8aを撮影するためのパルスシーケンスが実行されるように、送信コイル24および勾配コイル23を制御する。
本実施形態では、マルチスライススキャンにより、各スライスから、連続撮影されたm枚のフレーム画像を得るためのパルスシーケンスが実行される。したがって、1枚のスライスにつき、m枚のフレーム画像が得られる。例えば、フレーム画像の枚数m=85枚である。パルスシーケンスを実行することにより、被検体8の頭部8aからデータが収集される。
図4は、スライスS1〜SnのうちのスライスSxから得られるフレーム画像を示す概念図である。
スライスSxの断面からは、m枚のフレーム画像I(x,1)〜I(x,m)が得られる。各フレーム画像I(x,1)〜I(x,m)は、α×β個の画素Pを有している。図4には、各フレーム画像I(x,1)〜I(x,m)の中の2つの画素PiおよびPjの位置が図示されている。
尚、図4では、スライスSxで得られるフレーム画像のみが示されているが、他のスライスでも、スライスSxと同様に、m枚のフレーム画像が得られる。
ステップS1を実行した後、ステップS2に進む。
ステップS2では、造影剤濃度プロファイル作成手段62(図1参照)が、スライスS1〜Snの断面領域において、被検体8の頭部8aの造影剤の濃度の時間変化を算出する。以下に、造影剤濃度プロファイル作成手段62が、造影剤の濃度の時間変化をどのようにして算出するかについて、図5を参照しながら説明する。
図5は、被検体8の頭部8aに設定されたスライスSxの断面領域において、造影剤の濃度の時間変化を算出する方法を説明する図である。
図5(a)には、被検体8のスライスSxの断面(図4参照)と、スライスSxのフレーム画像I(x,1)〜I(x,m)が示されている。各フレーム画像I(x,1)〜I(x,m)は、時刻t1、t2、・・・tm(時間間隔Δt)におけるスライスSxの画像である。
スライスSxの断面は、α×β個の領域Rに分割されている。図5(a)には、スライスSxの断面の中の2つの領域RaおよびRvの位置が具体的に図示されている。領域Raは動脈を含む領域であり、一方、領域Rvは静脈を含む領域である。フレーム画像I(x,1)〜I(x,m)の各画素Pは、時刻t1、t2、・・・tmにおけるスライスSxの各領域Rを撮影したものである。例えば、フレーム画像I(x,1)〜I(x,m)の画素Paは、時刻t1、t2、・・・tmにおけるスライスSxの領域Raを撮影したものである。また、フレーム画像I(x,1)〜I(x,m)の画素Pvは、時刻t1、t2、・・・tmにおけるスライスSxの領域Rvを撮影したものである。
図5(b)には、スライスSxの領域Raにおける造影剤濃度−時間曲線(造影剤濃度プロファイル)Gaの概略図が示されている。横軸は時間tであり、縦軸はスライスSxの領域Raにおける造影剤の濃度値Cm(t)である。図5(b)では、スライスSxの撮影開始時刻を、t=0に定めている。造影剤濃度−時間曲線Gaは、各フレーム画像I(x,1)〜I(x,m)の画素Paにおける造影剤の濃度値Cm(t)のプロットを線で結ぶことによって作成されている。
図5(c)には、スライスSxの領域Rvにおける造影剤濃度−時間曲線(造影剤濃度プロファイル)Gvの概略図が示されている。横軸は時間tであり、縦軸はスライスSxの領域Rvにおける造影剤の濃度値Cm(t)である。図5(c)でも、図5(b)と同様に、スライスSxの撮影開始時刻を、t=0に定めている。造影剤濃度−時間曲線Gvは、各フレーム画像I(x,1)〜I(x,m)の画素Pvにおける造影剤の濃度値Cm(t)のプロットを線で結ぶことによって作成されている。
動脈を含む領域Raにおける造影剤濃度−時間曲線Ga(図5(b)参照)では、フレーム画像I(x,1)〜I(x,m)のうちのどのフレーム画像であっても、造影剤の濃度Cm(t)は、正の値である。しかし、静脈を含む領域Rvにおける造影剤濃度−時間曲線Gv(図5(c)参照)では、フレーム画像I(x,y)〜I(x,m)において、造影剤の濃度Cm(t)は、負の値になっている。一般的に、MRI装置で取得されたフレーム画像(x,1)〜I(x,m)のデータに基づいて造影剤の濃度Cm(t)を算出すると、動脈を含む領域Raでは、造影剤の濃度Cm(t)は正の値として算出される傾向があるが、静脈を含む領域Rvでは、遅い時刻に取得されたフレーム画像I(x,y)〜I(x,m)における造影剤の濃度Cm(t)は、負の値として算出される傾向があることが、経験的に知られている。
図5には、スライスSxの2つの領域RaおよびRvにおける造影剤濃度−時間曲線が示されているが、スライスSx内の他の領域についても、造影剤濃度−時間曲線が作成される。更に、スライスSx以外の他のスライスについての各領域についても、同様に、造影剤濃度−時間曲線が作成される。
造影剤濃度−時間曲線を作成した後、ステップS3に進む。
ステップS3では、特徴量算出手段63(図1参照)が、造影剤濃度−時間曲線GaおよびGv(図5(b)および(c)参照)の特徴量を算出する。本実施形態では、造影剤濃度−時間曲線GaおよびGvの特徴量として、図5(b)および(c)に示すように、3つの特徴量(ピーク濃度Cmax、ピーク濃度到達時間TTP、およびボーラス通過後濃度Cp)が算出される。
ピーク濃度Cmaxは、造影剤の濃度Cm(t)のピーク値を表している。
ピーク濃度到達時刻TTPは、撮影開始時刻(t=0)からピーク濃度Cmaxに到達するまでの時間を表している。ただし、ピーク濃度到達時間TTPの開始時刻は、他の時刻(例えば、造影剤を投与した時刻)とすることもできる。
ボーラス通過後濃度Cpは、造影剤のボーラスが各スライスの各領域Rを通過した後の造影剤の濃度である。本実施形態では、造影剤のボーラスが各領域Rを通過した時刻を、ピーク濃度Cmaxに到達した時刻から所定時間Tsが経過した時刻に設定している。所定時間Tsは、経験的に決定することができる値であり、例えば、5秒〜10秒程度の値とすることができるが、造影剤の種類やその他の条件に応じて、適宜決定すればよい。また、本実施形態では、ボーラス通過後濃度Cpを、所定時間Tsが経過した後の複数枚(例えば5枚)のフレーム画像Ifにおける造影剤の濃度Cm(t)の平均値としている。しかし、所定時間Tsが経過した直後の1枚のフレーム画像における造影剤の濃度Cm(t)を、ボーラス通過後濃度Cpと定めてもよい。
静脈を含む領域Rvにおけるピーク濃度Cmax(図5(c)参照)は、動脈を含む領域Raにおけるピーク濃度Cmax(図5(b)参照)よりも時間的に遅れて現れる特性がある。また、上記のように、動脈を含む領域Raでは、造影剤の濃度Cm(t)は正の値として算出される傾向があるので、動脈を含む領域Raにおけるボーラス通過後濃度Cpも、正の値として算出される傾向がある(図5(b)参照)。しかし、静脈を含む領域Rvでは、遅い時刻に取得されたフレーム画像I(x,y)〜I(x,m)における造影剤の濃度Cm(t)は、負の値として算出される傾向があるので、静脈を含む領域Rvにおけるボーラス通過後濃度Cpは、負の値になる傾向がある(図5(c)参照)。
尚、図5には、スライスSxの2つの領域Raおよび領域Rvにおけるピーク濃度Cmax、ピーク濃度到達時間TTP、およびボーラス通過後濃度Cpが示されているが、他の領域Rについても、同様に、ピーク濃度Cmax、ピーク濃度到達時間TTP、およびボーラス通過後濃度Cpが算出される。更に、スライスSx以外のほかのスライスの各領域についても、同様に、ピーク濃度Cmax、ピーク濃度到達時間TTP、およびボーラス通過後濃度Cpが算出される。
上記のように、ピーク濃度Cmax、ピーク濃度到達時間TTP、およびボーラス通過後濃度Cpを算出した後、ステップS4に進む。
ステップS4では、マップ作成手段64(図1参照)が、各スライスS1〜Snについて、ピーク濃度Cmaxのマップ、ピーク濃度到達時間TTPのマップ、およびボーラス通過後濃度Cpのマップを作成する(図6および図7参照)。
図6は、スライスSxについてのピーク濃度Cmaxのマップ、ピーク濃度到達時間TTPのマップ、およびボーラス通過後濃度Cpのマップを概略的に示す図である。
図6(a)は、スライスSxについてのピーク濃度Cmaxのマップ、図6(b)は、スライスSxについてのピーク濃度到達時間TTPのマップ、および図6(c)は、スライスSxについてのボーラス通過後濃度Cpのマップである。
図6(a)には、スライスSxの中の領域Rによるピーク濃度Cmaxの大きさの違いが、領域Rの濃淡で示されている。ピーク濃度Cmaxが大きければ大きいほど、領域Rの色は白に近くなり、ピーク濃度Cmaxが小さければ小さいほど、領域Rの色は黒に近くなる。図6(a)では、説明の便宜上、領域Rの濃度の違いを3段階(白、灰色、黒)でしか示していないが、実際は、領域Rの濃度の違いは、もっと細かい多段階で示されている。
図6(b)には、スライスSxの中の領域Rによるピーク濃度到達時間TTPの大きさの違いが、領域Rの濃淡で示されている。ピーク濃度到達時間TTPが大きければ大きいほど、領域Rの色は白に近くなり、ピーク濃度到達時間TTPが小さければ小さいほど、領域Rの色は黒に近くなる。図6(b)では、説明の便宜上、図6(a)と同様に、領域Rの濃度の違いを3段階(白、灰色、黒)で示してある。
図6(c)には、スライスSxの中の領域Rによるボーラス通過後濃度Cpの大きさの違いが、領域Rの濃淡で示されている。ボーラス通過後濃度Cpが大きければ大きいほど、領域Rの色は白に近くなり、ボーラス通過後濃度Cpが小さければ小さいほど、領域Rの色は黒に近くなる。図6(c)では、説明の便宜上、図6(a)および(b)と同様に、領域Rの濃度の違いを3段階(白、灰色、黒)で示してある。
図6に示すようなマップを作成することにより、スライスSxの中の領域Rによるピーク濃度Cmaxの違い、ピーク濃度到達時間TTPの違い、およびボーラス通過後濃度Cpの違いを理解することができる。例えば、領域Reの色は、図6(a)〜(c)のどのマップであっても白色であるので、Cmax、TTP、およびCpの値は大きいことがわかる。一方、領域Rfの色は、図6(a)〜(c)のどのマップであっても灰色であるので、領域ReにおけるCmax、TTP、およびCpの値よりも小さいことがわかる。尚、図6のマップには、被検体の頭部の外側にも、濃度の違う領域Rが示されているが、これらは、マップを作成するときに現れるノイズである。
図6には、スライスSxについての3つのマップ(ピーク濃度Cmaxのマップ、ピーク濃度到達時間TTPのマップ、およびボーラス通過後濃度Cpのマップ)が示されているが、他のスライスについても、スライスSxと同様に、3つのマップ(ピーク濃度Cmaxのマップ、ピーク濃度到達時間TTPのマップ、およびボーラス通過後濃度Cpのマップ)が作成される(図7参照)。
図7は、各スライスS1〜Snの3つのマップ(ピーク濃度Cmaxのマップ、ピーク濃度到達時間TTPのマップ、およびボーラス通過後濃度Cpのマップ)を概略的に示す図である。
図7に示すように、ステップS4において、スライスS1〜Snごとに、ピーク濃度Cmaxのマップ、ピーク濃度到達時間TTPのマップ、およびボーラス通過後濃度Cpのマップが作成される。これらのマップを作成した後、ステップS5に進む。
ステップS5では、ジョイントヒストグラム作成手段65(図1参照)が、スライスS1〜Snごとに得られたピーク濃度Cmaxのマップ、ピーク濃度到達時間TTPのマップ、およびボーラス通過後濃度Cpのマップから(図7参照)、ピーク濃度Cmax、ピーク濃度到達時間TTP、およびボーラス通過後濃度Cpのジョイントヒストグラムを作成する。
図8は、ジョイントヒストグラムの一例を概略的に示す図である。
ジョイントヒストグラムの中には、多数のドット(白丸)が示されている。各ドットが、スライスS1〜Snの中の各領域Rにおける3つの特徴量(Cmax、TTP、Cp)の関係を表している。例えば、ドットDeは、スライスSxの中の領域Re(図6参照)における3つの特徴量(Cmax、TTP、Cp)の関係を表しており、ドットDfは、スライスSxの中の領域Rf(図6参照)における3つの特徴量(Cmax、TTP、Cp)の関係を表している。また、ドットD1は、スライスS8の中の領域Rmにおける3つの特徴量(Cmax、TTP、Cp)の関係を表しており、ドットD2は、スライスS3の中の領域Rnにおける3つの特徴量(Cmax、TTP、Cp)の関係を表している。
更に、ドットD3は、スライスS7の中の一つの領域Roにおける3つの特徴量(Cmax、TTP、Cp)の関係と、スライスS3の中の一つの領域Rpにおける3つの特徴量(Cmax、TTP、Cp)の関係とを表している。異なる領域Rであっても、3つの特徴量(Cmax、TTP、Cp)の関係が同じになる場合は、ドットD3のように、一つのドットが、異なる領域Rにおける3つの特徴量(Cmax、TTP、Cp)の関係を表すことになる。
図8に示すように、ジョイントヒストグラムを作成した後、ステップS6に進む。
ステップS6では、領域抽出部67(図1参照)が、スライスS1〜Snが有する全ての領域Rの中から、動脈を含む領域Rと、静脈を含む領域Rを抽出する。動脈を含む領域Rは、後述する動脈入力関数を算出するために抽出され、静脈を含む領域Rは、後述する静脈出力関数を算出するために抽出される。しかし、スライスS1〜Snには、動脈を含む領域Rと、静脈を含む領域Rが混在しており、更に、脳組織を含む領域Rや、被検体8の頭部8aの外側に位置する領域Rなど、様々な領域Rが存在している。そこで、領域抽出部67は、動脈を含む領域Rと、静脈を含む領域Rを抽出できるように、図8に示すジョイントヒストグラムを使用している。以下に、ジョイントヒストグラムを使用して、スライスS1〜Snの全領域Rの中から、どのようにして、動脈を含む領域Rと静脈を含む領域Rを抽出しているかについて説明する。
領域抽出部67は、ジョイントヒストグラムをCmax−TTP面に投影する。
図9は、ジョイントヒストグラムをCmax−TTP面に投影することにより得られた2次元プロファイルである。図9では、プロットD1、D2、およびD3の位置が具体的に示されている。
図9のような2次元プロファイルを得た後、領域抽出部67は、2次元プロファイルの輪郭線を求める。
図10は、図9に示す2次元プロファイルの輪郭線の一例を示す図である。
輪郭線Loには、2つのピークαおよびβが現れる。ピークαのピーク濃度到達時間tαは、ピークβのピーク濃度到達時間tβよりも短くなっている。動脈を含む領域Rのピーク濃度到達時間TTPは、tαを中心として、ピーク到達時間t1〜t2の範囲内に現れる可能性が高いことがわかっている(t1〜t2の時間間隔は、例えば、5秒程度)。そこで、領域抽出部67は、動脈を含む領域Rを抽出するため、ジョイントヒストグラムに対して、ピーク到達時間t1〜t2の範囲(以下、「動脈範囲」と呼ぶ)Aαを決定する。また、静脈を含む領域Rのピーク濃度到達時間TTPは、tβを中心として、ピーク到達時間t3〜t4の範囲内に現れる可能性が高いこともわかっている(t3〜t4の時間間隔は、例えば、十秒程度)。そこで、領域抽出部67は、静脈を含む領域Rを抽出するため、ジョイントヒストグラムに対して、ピーク到達時間t3〜t4の範囲(以下、「静脈範囲」と呼ぶ)Aβを決定する。
図11は、ジョイントヒストグラムに対して決定された動脈範囲Aαおよび静脈範囲Aβを示す図である。
ジョイントヒストグラムの動脈範囲Aαに含まれている各ドットは、t1〜t2のピーク到達時間TTPを有する領域Rの3つの特徴量(Cmax、TTP、Cp)の関係を表している。一方、ジョイントヒストグラムの静脈範囲Aβに含まれている各ドットは、t3〜t4のピーク到達時間TTPを有する領域Rの3つの特徴量(Cmax、TTP、Cp)の関係を表している。
次に、ジョイントヒストグラムの動脈範囲Aαおよび静脈範囲Aβに含まれている各ドットが、スライスS1〜Snの中のどの領域Rに対応しているかについて、図12を参照しながら説明する。
図12(a)は、図11に示すジョイントヒストグラムの動脈範囲AαのCmax−Cp面への投影図、図12(b)は、図11に示すジョイントヒストグラムの静脈範囲AβのCmax−Cp面への投影図、図12(c)は、ジョイントヒストグラムの動脈範囲Aαおよび静脈範囲Aβに含まれている各ドットが、スライスS1〜Snの中のどの領域Rの特徴量(Cmax、TTP、Cp)を表しているかを説明する図である。
図12(c)には、説明の便宜上、スライスS1〜Snのうちの4枚のスライスS1、S3、Sn-4、Sn-1の断面のみが示されている。ジョイントヒストグラムの動脈範囲Aα(図12(a)参照)に含まれる各ドットは、スライスS1、S3、Sn-4、Sn-1の中の黒丸で示されている領域R1又はR2の特徴量(Cmax、TTP、Cp)を表している。領域R1は、被検体の頭部8aの内側の領域であり、領域R2は、被検体の頭部8aの外側の領域である。一方、ジョイントヒストグラムの静脈範囲Aβ(図12(b)参照)に含まれるドットは、スライスS1、S3、Sn-4、Sn-1の「×」で示されている領域R3又はR4の特徴量(Cmax、TTP、Cp)を表している。領域R3は、被検体の頭部8aの内側の領域であり、領域R4は、被検体の頭部8aの外側の領域である。
図12(c)には、スライスS1〜Snのうちの4枚のスライスS1、S3、Sn-4、Sn-1についてのみ、領域R1〜R4が示されているが、他のスライスについても、スライスS1、S3、Sn-4、Sn-1と同様に、領域R1〜R4を有している。
領域抽出部67は、スライスS1〜Snの全ての領域Rの中から、領域R1〜R4を抽出する。
しかし、図12(c)のスライスS1、S3、Sn-4、Sn-1を参照すると、被検体8の頭部8aの外側にも、領域R2および領域R4が存在していることがわかる。領域R2およびR4は、被検体8の頭部8aの外側の領域であるので、明らかに、動脈を含む領域R1でもなければ、静脈を含む領域R3でもない。したがって、領域R2およびR4は、動脈入力関数および静脈出力関数の算出には使用することができないノイズである。そこで、ノイズとなる領域R2およびR4を除去するために、ステップS7に進む。
ステップS7では、ノイズ除去部68(図1参照)が、ジョイントヒストグラムの動脈範囲Aαから、領域R2に対応するドットを除去するとともに、ジョイントヒストグラムの静脈範囲Aβから、領域R4に対応するドットを除去する。ノイズ除去部68は、領域R2およびR4に対応するドットを除去するために、先ず、ジョイントヒストグラムの動脈範囲AαおよびAβの中から、領域R2およびR4の特徴量(Cmax、TTP、Cp)を表しているドットを検出する。本実施形態では、ノイズ除去部68は、ジョイントヒストグラムの動脈範囲Aαの中の一部の範囲N1〜N4に含まれているドット(図12(a)参照)を、領域R2の特徴量(Cmax、TTP、Cp)を表しているドットとして検出する。更に、ノイズ除去部68は、ジョイントヒストグラムの静脈範囲Aβの中の一部の範囲N5〜N7に含まれているドット(図12(b)参照)を、領域R4の特徴量(Cmax、TTP、Cp)を表しているドットとして検出する。
上記のように、ジョイントヒストグラムの範囲N1〜N7に含まれているドットを検出した後、ノイズ除去部68は、ジョイントヒストグラムの範囲N1〜N7に含まれているドットを除去する。
図13は、ジョイントヒストグラムの範囲N1〜N7からドットを除去した後の様子を説明する図である。
図13(a)は、ドット除去後にのジョイントヒストグラムの動脈範囲Aαに残ったドットのCmax−Cp面への投影図、図13(b)は、ドット除去後にジョイントヒストグラムの静脈範囲Aβに残ったドットのCmax−Cp面への投影図、図13(c)は、ジョイントヒストグラムの動脈範囲Aαおよび静脈範囲Aβに残ったドットが、スライスS1〜Snの中のどの領域Rの特徴量(Cmax、TTP、Cp)を表しているかを説明する図である。
図13(a)を参照すると、ジョイントヒストグラムの範囲N1〜N4に存在していたドットが除去されていることがわかる。ジョイントヒストグラムの範囲N1〜N4に存在していたドットが除去されることにより、ステップS6において抽出された領域R(図12参照)は、被検体8の頭部8aの内側にしか残っていないことがわかる。
ノイズとなるドットを除去した後、ステップS8に進む。
ステップS8では、領域選択部69(図1参照)が、各スライスS1〜Snの被検体8の頭部8a内に残った領域R1およびR3の中から、動脈入力関数および静脈出力関数を決定するために使用される領域R1およびR3を絞り込む。動脈入力関数を決定するために使用される領域R1は、Cmaxができるだけ大きいことが望ましく、静脈出力関数を決定するために使用される領域R3も、Cmaxができるだけ大きいことが望ましい。そこで、領域選択部69は、各スライスS1〜Snの被検体8の頭部8a内に残った領域R1およびR3の中から、Cmaxの大きい領域を選択する。
図14は、各スライスS1〜Snの被検体8の頭部8a内に残った領域Rの中から、どの領域Rが選択されるかを説明する図である。
本実施形態では、領域選択部69は、図14(a)に示すように、ジョイントヒストグラムの動脈範囲Aαから、ピーク濃度Cmaxの大きい順に3個のドットD11、D12、およびD13を選択する。ジョイントヒストグラムの動脈範囲Aαからドットを選択する場合は、ボーラス通過後濃度Cpが正の値であるか負の値であるかとは無関係に、ピーク濃度Cmaxの大きい順に3個のドットD11、D12、およびD13が選択される。ドットD11、D12、およびD13は、それぞれ、スライスS3の領域R11、スライスSn-4の領域R12、およびスライスSn-1の領域R13の特徴量(Cmax、TTP、Cp)を表している。図14(c)には、各領域R11、R12、およびR13の造影剤濃度−時間曲線C11、C12、およびC13が概略的に示されている。
上記のように、ジョイントヒストグラムの動脈範囲Aαからドットを選択する場合は、ボーラス通過後濃度Cpが正の値であるか負の値であるかとは無関係に、ピーク濃度Cmaxの大きい順に3個のドットD11、D12、およびD13が選択される。しかし、ジョイントヒストグラムの静脈範囲Aβからは、ボーラス通過後濃度Cpが正の値を有するドットDnは選択せずに、ボーラス通過後濃度Cpが負の値を有するドットの中から、Cmaxの大きい順に3個のドットD21、D22、およびD23を選択する。以下に、この理由について説明する。
図15は、ジョイントヒストグラムの静脈範囲Aβからは、ボーラス通過後濃度Cpが正の値を有するドットを選択しない理由を説明する図である。
図15(a)は、スライスSn-4の頭部8a中の一部の部位TAを示す図であり、図15(b)は、一部の部位TAの拡大図である。
部位TAの中には、動脈ARと静脈VEが示されている。の領域Ra1には、動脈血Bfが流入する。通常、動脈血Bfが流入する領域Ra1は、静脈血Bvが流入する領域Rv1よりも、ピーク濃度Cmaxが先に現れる特性がある(図5(b)および(c)参照)。
しかし、部位TAの動脈ARに病巣FOがあり、動脈ARの内径が狭くなっている場合、病巣FOを流れる動脈血Bsは、動脈血Bfよりも血流が遅くなり、この血流の遅い動脈血Bsが、領域Ra2内に流入する。したがって、領域Ra2におけるピーク濃度Cmaxの現れる時刻が、領域Ra1におけるピーク濃度Cmaxの現れる時刻よりも遅くなり、その結果、領域Ra2におけるピーク濃度Cmaxの現れる時刻が、静脈を含む領域Rv1のCmaxの現れる時刻に近くなる。したがって、領域Ra2のピーク濃度Cmaxだけを調べても、領域Ra2が、動脈を含む領域であるのか、静脈を含む領域であるのか、区別をすることができない。
しかし、動脈を含む領域Ra1およびRa2では、ボーラス通過後濃度Cpは正の値として算出される傾向があるが、一方、静脈を含む領域Rv1では、ボーラス通過後濃度Cpは負の値として算出される傾向があることが一般に知られている(図5(b)および(c)参照)。したがって、図14(b)を参照すると、ジョイントヒストグラムの静脈範囲Aβに、ボーラス通過後濃度Cpが正の値を有するドットDnが含まれているが、このドットDnは、動脈を含む画素Ra2(図15参照)の可能性がある。そこで、領域選択部69は、ジョイントヒストグラムの静脈範囲Aβにおいて、ボーラス通過後濃度Cpが負の値を有するドットの中から、ピーク濃度Cmaxの大きい順に3個のドットD21、D22、およびD23を選択する。ドットD21、D22、およびD23は、それぞれ、スライスS1の領域R21、スライスS3の領域R22、およびスライスSn-4の領域R23の特徴量(Cmax、TTP、Cp)を表している。図14(c)には、各領域R21、R22、およびR23の造影剤濃度−時間曲線C21、C22、およびC23が概略的に示されている。
このようにして、各スライスS1〜Snの被検体8の頭部8a内に残った領域R1およびR3の中から、領域R11、R12、R13、R21、R22、およびR23が選択される。
領域R11、R12、R13、R21、R22、およびR23を選択した後、ステップS9に進む。
ステップS9では、関数算出手段70(図1参照)が、選択された3つの領域R11、R12、およびR13における造影剤濃度−時間曲線C11、C12、およびC13を加算平均することにより、動脈入力関数を算出する。更に、関数算出手段70は、選択された3つの領域R21、R22、およびR23における造影剤濃度−時間曲線C21、C22、およびC23を加算平均することにより、静脈出力関数を算出する。
図16は、算出された動脈入力関数と、静脈出力関数を示す図である。
動脈入力関数Faおよび静脈出力関数Fvを算出したら、プログラムを終了する。
本実施形態では、ピーク濃度Cpが負の値を有するドットの中から、Cmaxの大きい順に3個のドットを選択することによって、スライスS1〜Snの中から、静脈出力関数Fvを算出するために使用される領域R21、R22、およびR23を選択している。したがって、領域R21、R22、およびR23の中に、動脈を含む領域Ra2(図15参照)が含まれないようにすることができ、より正確な静脈出力関数Fvを算出することができる。
尚、本実施形態では、3つの領域R21、R22、およびR23における造影剤濃度−時間曲線C21、C22、およびC23(図14(c)参照)を加算平均することにより、動脈入力関数Faおよび静脈出力関数Fvを算出しているが、1つの領域、2つの領域、又は4つ以上の領域における造影剤濃度−曲線を用いて、動脈入力関数Faおよび静脈出力関数Fvを算出してもよい。また、本実施形態では、造影剤濃度−曲線を加算平均することにより動脈入力関数Faおよび静脈出力関数Fvを算出しているが、造影剤濃度−曲線を加算平均する以外の方法で動脈入力関数Faおよび静脈出力関数Fvを算出してもよい。
本実施形態では、造影剤濃度−時間曲線GaおよびGv(図5(b)および(c)参照)の特徴量として、3つの特徴量(ピーク濃度Cmax、ピーク濃度到達時間TTP、およびボーラス通過後濃度Cp)を算出している。しかし、算出される特徴量は、動脈を含む領域と、静脈を含む領域とを区別するのに有用な特徴量であれば、他の特徴量を使用することもできる。
本実施形態では、ノイズ除去部68は、領域抽出部67でスライスS1〜Snから領域が抽出された後に、ノイズとなる領域を除去している。しかし、領域抽出部67でスライスS1〜Snから領域を抽出する前に、除去してもよい。
また、本実施形態では、MRI装置1(図1参照)が、被検体8から収集したフレーム画像のデータに基づいて、動脈入力関数Faおよび静脈出力関数Fvを算出している。しかし、動脈入力関数Faおよび静脈出力関数Fvの算出は、MRI装置1ではなく、動脈入力関数Faおよび静脈出力関数Fvを算出する別の装置で行ってもよい。
更に、本実施形態では、被検体8の頭部8aの血流動態を解析しているが、本発明は、頭部8a以外の他の部位の血流動態を解析するのにも適用可能である。
本発明の一実施形態の磁気共鳴イメージング装置1の概略図である。 磁気共鳴イメージング装置1の処理フローを示す図である。 被検体8に設定されたスライスの一例である。 スライスS1〜SnのうちのスライスSxから得られるフレーム画像を示す概念図である。 被検体8の頭部8aに設定されたスライスSxの断面領域において、造影剤の濃度の時間変化を算出する方法を説明する図である。 スライスSxについてのピーク濃度Cmaxのマップ、ピーク濃度到達時間TTPのマップ、およびボーラス通過後濃度Cpのマップを概略的に示す図である。 各スライスS1〜Snの3つのマップ(ピーク濃度Cmaxのマップ、ピーク濃度到達時間TTPのマップ、およびボーラス通過後濃度Cpのマップ)を概略的に示す図である。 ジョイントヒストグラムの一例を概略的に示す図である。 ジョイントヒストグラムをCmax−TTP面に投影することにより得られた2次元プロファイルである。 図9に示す2次元プロファイルの輪郭線の一例を示す図である。 ジョイントヒストグラムに対して決定された動脈範囲Aαおよび静脈範囲Aβを示す図である。 Cmax−Cp面への投影図を示す図である。 ジョイントヒストグラムの範囲N1〜N7からドットを除去した後の様子を説明する図である。 各スライスS1〜Snの被検体8の頭部8a内に残った領域Rの中から、どの領域Rが選択されるかを説明する図である。 ジョイントヒストグラムの静脈範囲Aβからは、ボーラス通過後濃度Cpが正の値を有するドットを選択しない理由を説明する図である。 算出された動脈入力関数と、静脈出力関数を示す図である。
符号の説明
1 MRI装置
2 ガントリ
3 クレードル
4 受信コイル
5 造影剤注入装置
6 制御装置
7 入力装置
8 被検体
8a 頭部
9 オペレータ
21 ボア
22 超伝導コイル
23 勾配コイル
24 送信コイル
61 コイル制御手段
62 造影剤濃度プロファイル作成手段
63 特徴量算出手段
64 マップ作成手段
65 ジョイントヒストグラム作成手段
66 領域決定手段
67 領域抽出部
68 ノイズ除去部
69 領域選択部
70 関数算出手段

Claims (10)

  1. 造影剤が注入された被検体に設定された各スライス内の複数の領域からデータを収集し、前記データに基づいて、前記被検体の血流動態を解析する血流動態解析装置であって、
    前記各スライス内の前記領域ごとに、前記造影剤の濃度の時間変化を表すプロファイルを作成する造影剤濃度プロファイル作成手段と、
    前記プロファイルから、前記造影剤のボーラスが前記領域を通過した後の前記領域における前記造影剤の濃度を算出する特徴量算出手段と、
    前記造影剤のボーラスが前記領域を通過した後の前記領域における前記造影剤の濃度を含むヒストグラムを作成するヒストグラム作成手段と、
    前記ヒストグラムに基づいて、前記複数の領域の中から、静脈が存在する領域を決定する領域決定手段と、
    前記静脈が存在する領域における前記造影剤の濃度の時間変化に基づいて、静脈出力関数を算出する関数算出手段と、
    を有する、血流動態解析装置。
  2. 前記特徴量算出手段は、
    前記造影剤濃度プロファイルから、前記造影剤の濃度がピークになるときのピーク濃度と、前記造影剤の濃度が前記ピーク濃度に到達するまでに掛かるピーク濃度到達時間とを算出する、請求項1に記載の血流動態解析装置。
  3. 前記ヒストグラム作成手段は、
    前記造影剤のボーラスが前記領域を通過した後の前記領域における前記造影剤の濃度と、前記ピーク濃度と、前記ピーク濃度到達時間とを含むヒストグラムを作成する、請求項2に記載の血流動態解析装置。
  4. 前記領域決定手段は、
    前記ヒストグラムに基づいて、前記複数の領域の中から、第1の範囲内のピーク濃度到達時間を有する複数の第1の領域を抽出する領域抽出部と、
    前記複数の第1の領域の中から、ノイズとなる領域を除去するノイズ除去部と、
    前記造影剤のボーラスが前記領域を通過した後の前記領域における前記造影剤の濃度に基づいて、前記ノイズとなる領域が除去された前記複数の第1の領域の中から、静脈が存在する領域を選択する領域選択部と、
    を有する請求項3に記載の血流動態解析装置。
  5. 前記領域選択部は、
    前記造影剤のボーラスが前記領域を通過した後の前記領域における前記造影剤の濃度と、前記ピーク濃度とに基づいて、前記ノイズとなる領域が除去された前記複数の第1の領域の中から、静脈が存在する領域を選択する、請求項4に記載の血流動態解析装置。
  6. 前記領域抽出部は、前記ヒストグラムに基づいて、前記複数の領域の中から、第2の範囲内のピーク濃度到達時間を有する複数の第2の領域を抽出し、
    前記ノイズ除去部は、前記複数の第2の領域の中から、ノイズとなる領域を除去し、
    前記領域選択部は、前記ピーク濃度に基づいて、前記ノイズとなる領域が除去された前記複数の第2の領域の中から、動脈が存在する領域を選択する、請求項4又は5に記載の血流動態解析装置。
  7. 前記特徴量算出手段は、
    前記造影剤のボーラスが前記領域を通過した後の前記領域における前記造影剤の濃度を、前記造影剤の濃度がピークになった時刻から、所定時間が経過した後の造影剤の濃度に基づいて算出する、請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載の血流動態解析装置。
  8. 前記所定時間は、5秒〜10秒の時間である、請求項7に記載の血流動態解析装置。
  9. 前記データは、磁気共鳴イメージング装置によって収集されたデータである、請求項1〜8のうちのいずれか一項に記載の血流動態解析装置。
  10. 請求項1〜9のうちのいずれか一項に記載の血流動態解析装置を有する磁気共鳴イメージング装置。
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