JP5773171B2 - Ｍｒｅ用の加振装置、加振システム、および加振方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴エラストグラフィー（ＭＲＥ；Magnetic Resonance Elastography）測定において被検体を加振するＭＲＥ用の加振装置、加振システム、および加振方法に関する。

ＭＲＥ測定において生体等の被検体（被検査対象物）を加振する方法として、圧電素子を用いる方法と音圧を利用する方法とがある。圧電素子を用いる加振方法では、例えば特開２００５−１１８４０６号公報に記載されているように、圧電素子を生体表面に押し当てることによって生体を加振する。また、音圧を利用する加振方法では、例えば特表２００８−５０１４１６号公報に記載されているように、音響スピーカで発生した空気の縦波振動を、チューブを通して伝達し、チューブ先端に取り付けられたプローブを介して生体を加振する。

特開２００５−１１８４０６号公報 特表２００８−５０１４１６号公報

ＭＲＥ測定においては、加振装置を用いて被検体表面を振動させ、その振動を測定対象領域（体内深部）まで伝播させる必要がある。しかし、従来の圧電素子を用いる加振方法では、圧電素子の変位量が数ミクロンと微小であった。また、複数の圧電素子を直列に配置した圧電素子アクチュエータでも変位量は数十ミクロンにとどまり、ＭＲＥ測定に十分な振幅を得ることができなかった。また、音圧を利用した加振方法でも、空気の縦振動がチューブ内を伝播する際に減衰するため、ＭＲＥ測定に十分な振幅を得ることができなかった。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであって、ＭＲＥ測定において十分な加振振幅で被検体を振動することが可能なＭＲＥ用の加振装置、加振システム、および加振方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第一の観点に係るＭＲＥ用の加振装置は、
ＭＲＥ測定において被検体を加振するＭＲＥ用の加振装置であって、
振動を発生する加振部と、
一端部が前記加振部に固定され、前記加振部からの振動が伝達される方向に沿って延び、他端部が前記被検体と接続して前記加振部による縦振動を前記被検体に伝達する、非磁性体から構成された伝達部と、
を備え、
前記振動の周波数が１２５ヘルツ以上であることと、
前記振動の振幅が０．２ｍｍ以上であることと、
前記伝達部の縦振動の１次固有振動数は、前記加振部による振動の周波数帯より高域側にあることを特徴とする。

本発明の第二の観点に係るＭＲＥ用の加振装置は、
ＭＲＥ測定において被検体を加振するＭＲＥ用の加振装置であって、
振動を発生する加振部と、
前記加振部からの振動が伝達される方向に沿って延び、非磁性体から構成された伝達部と、
少なくとも１つの方向変換部と、
前記伝達部が延びる方向とは異なる角度に向かって延び、非磁性体から構成された被検体側伝達部と、
を備え、
前記伝達部の前記一端部は前記加振部に固定され、前記伝達部の前記他端部は前記方向変換部と接続され、前記伝達部は前記加振部による縦振動を前記方向変換部に伝達し、
前記方向変換部は、前記伝達部を介して伝達された前記縦振動の方向を変換して、前記縦振動を前記被検体側伝達部に伝達し、
前記被検体側伝達部は前記被検体と接続し、前記縦振動を前記被検体に伝達し、
前記振動の周波数が１２５ヘルツ以上であることと、
前記振動の振幅が０．２ｍｍ以上であることと、
前記伝達部および前記被検体側伝達部の縦振動の１次固有振動数は、前記加振部による振動の周波数帯より高域側にあることを特徴とする。

前記伝達部は、非金属材料から構成されてもよい。

前記伝達部は、ＧＦＲＰ材料から構成されてもよい。

前記伝達部の前記一端部と前記他端部との間に位置し、前記伝達部を支持する支持部を備えてもよい。

前記支持部は、軟質材料から構成され、前記伝達部を把持する把持部を有してもよい。

本発明の第三の観点に係るＭＲＥ用の加振システムは、
ＭＲＥ測定において被検体を加振するＭＲＥ用の加振システムであって、
振動を発生する加振部と、
前記加振部による縦振動を前記被検体に伝達する伝達部と、
を備え、
前記振動の周波数が１２５ヘルツ以上であることと、
前記振動の振幅が０．２ｍｍ以上であることと、
前記伝達部の縦振動の１次固有振動数は、前記加振部による振動の周波数帯より高域側にあることと、
前記ＭＲＥ測定において、前記被検体の測定領域における弾性率の測定値のばらつきが最小化されるように、前記加振部によって発生される前記縦振動の周波数と振幅とが制御されること、
を特徴とする。

前記振動の周波数と振幅とを自動的に制御する制御部を備えてもよい。

本発明の第四の観点に係るＭＲＥ用の加振方法は、
被検体の測定領域における弾性率の測定値のばらつきが最小化されるように、振動の周波数と振幅とを制御する工程と、
振動を発生する工程と、
前記振動を前記被検体に加振する工程と、
を含み、
前記振動の周波数が１２５ヘルツ以上であることと、
前記振動の振幅が０．２ｍｍ以上であること、
を特徴とする。

前記振動の周波数と振幅とを制御する工程が自動的に制御されてもよい。

本発明によれば、十分な加振振幅で被検体を振動することが可能なＭＲＥ用の加振装置、加振システム、および加振方法を提供できる。

本発明の実施形態１に係るＭＲＥ用の加振装置の使用例を説明するための図である。 本発明の実施形態に係るＭＲＥ用の加振装置の概略構成図である。 ５ガウスラインを説明するための図である。 （ａ）は複数の伝達部長さにおける比弾性率と固有振動数（一次）の関係を表す図、（ｂ）は各種材料の物性及び振動伝達特性を表す図である。 図２の切断線Ａ−Ａにおける伝達部及び支持部の部分断面図である。 本発明の別の実施形態に係るＭＲＥ用の加振装置の使用例を説明するための斜視図である。 本発明の別の実施形態に係る方向変換部の断面図である。 本発明の別の実施形態に係る変換器の他の形状を示す図である。 振動の周波数および振幅の自動制御を示すブロック図である。 振動の周波数および振幅の自動制御を示すフローチャート図である。 ＭＲＥ用の加振方法を説明するフローチャート図である。 （ａ）は検証実験における入力波形及び出力波形を表す図、（ｂ）は検証実験における振幅増幅比の測定結果と、理論値の比較を表す図である。 方向変換部による縦振動の方向変換の実験結果を示す図である。 ＭＲＥ測定の実験結果を示す図である。 ＭＲＥ測定の実験結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るＭＲＥ加振装置１００（ＭＲＥ用の加振装置）の使用例を説明するための図である。本実施形態に係るＭＲＥ加振装置１００は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ；Magnetic Resonance Imaging）によって被検体の組織を非侵襲的に画像化する方法において、被検体に機械的な振動を加え、被検体の組織における弾性率などの力学的特性を定性的、又は定量的に計測するＭＲＥ測定を行うために用いられる。具体的には、図１に示すように、ＭＲＩ装置２００のガントリ２１０内にその一部が入るように寝台２２０が設けられ、被検体の一例である生体３００が寝台２２０上に載置される。生体３００をＭＲＥ加振装置１００により加振し、ＭＲＩ装置２００によって得られた信号をＭＲＥ画像装置４００（ＭＲＥ用の画像装置）において解析し、可視化することにより生体３００の弾性特性を得る。なお、ＭＲＥ測定において、本実施形態に係るＭＲＥ加振装置１００以外の構成については、例えば上述の特開２００５−１１８４０６号公報及び特表２００８−５０１４１６号公報で示される従来の構成と同様のものであり、その詳細な説明を省略する。本明細書中に特開２００５−１１８４０６号および特表２００８−５０１４１６号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

図２は、本実施形態に係るＭＲＥ加振装置１００の概略構成図である。ＭＲＥ加振装置１００は、図２に示すように、たとえば、加振部１１０と、伝達部１２０と、支持部１３０とから構成される。

加振部１１０は、振動を発生するものである。加振部１１０により発生する振動の振動方向（伝播方向）は、例えば図１に示すように水平方向である。また、加振部１１０は、加振周波数帯としての所定の周波数帯（例えば、５０〜２５０Ｈｚ）において、生体３００の加振に十分な所定の振幅（例えば、０．２ｍｍ）以上の振幅の振動を発生することが可能である。このような加振部１１０としては、例えば、永久磁石または励磁コイルにより発生する強磁界内に配置された駆動コイルに交流電流を供給して加振力を得る、周波数範囲を１〜５００Ｈｚ、好ましくは５０〜２５０Ｈｚ、および、振幅範囲を０．２ｍｍ〜２．０ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍ〜１．０ｍｍに自動的に制御することが可能な連続可変型の動電型加振装置を採用することができる。

ここで、加振部１１０の設置位置について説明する。加振部１１０は、ＭＲＩ装置２００による静磁場への影響から、ＭＲＩ装置２００付近に設置することができない。そのため、本実施形態に係るＭＲＥ加振装置１００では、加振部１１０は、ＭＲＩ装置２００から静磁場の影響を受けない程度に離れた位置に設置され、加振部１１０で発生した振動を、伝達部１２０を介してＭＲＩ装置２００内の生体３００まで伝達する。具体的には、加振部１１０の設置位置は、ＭＲＩ装置２００からの漏洩磁場の強度を基に決定する。一般的に、図３に示すように、ＭＲＩ装置２００には、漏洩磁場の強度が５ガウス以上である領域を示す５ガウスラインが規定されている。通常、５ガウスラインの外側であれば心臓ペースメーカーなどの精密機器の動作にも影響を及ぼさないとされる。従って、本実施形態において、加振部１１０は、５ガウスラインより外側に設置されている。

伝達部１２０は、加振部１１０で発生した振動により縦振動し、その縦振動を生体３００に伝達する。なお、伝達部１２０は、生体３００内部へ良好に伝幡させる必要性から、伝幡方向と振動方向とが一致する縦振動を生体３００に伝達する。伝達部１２０は、例えば、円筒状に形成され、図２に示すように、加振部１１０に固定される加振部側端部１２１から加振部１１０の振動方向、すなわち、図１中、水平方向に延びる。ここで、加振部１１０の振動方向は、振動が伝達部１２０を伝播する方向と同じである。加振部側端部１２１の反対側の端部である被検体側端部１２２は、図１に示すように、生体３００に伝達部１２０の縦振動が伝達するように、生体３００の腹部に巻かれたベルト１２３により生体３００と接続されている。また、伝達部１２０の長さは、ＭＲＩ装置２００内の生体３００に対する加振部１１０の設置位置により決まる。すなわち、伝達部１２０の長さは、例えば図３に示す５ガウスラインの外側に設置された加振部１１０とＭＲＩ装置２００内の生体３００との距離に相当する所定の長さ（例えば、３ｍ）を有する。しかし、伝達部１２０の長さはこの値に限られず、ＭＲＩ装置２００による静磁場の強度に合わせて適宜決定してもよい。

次に、伝達部１２０の材質について説明する。伝達部１２０の材質の条件としては、（１）加振部１１０による振動を減衰させることなく生体３００に伝達可能であること、（２）縦振動の１次固有振動数が加振周波数帯から高域側に外れること、（３）非磁性体から構成されていること、の３つが挙げられる。

まず、（１）加振部１１０による振動を減衰させることなく生体３００に伝達可能であること、について説明する。本実施形態に係るＭＲＥ加振装置１００では、伝達部１２０における振幅拡大現象を利用することにより、この条件を満足させる。以下、振幅拡大現象について説明する。

加振部１１０で発生した振動の振幅は伝達部１２０を伝達する際に増幅し、結果として、被検体側端部１２２から生体３００に出力される振動振幅（出力振幅）は、加振部１１０の振動振幅（入力振幅）と比較して大きい。この現象を、ここでは振幅拡大現象と呼ぶ。振幅拡大現象は、縦振動の理論解析から説明される。伝達部１２０を、長さＬ、外径ｄ、内径ｄ_ｉ（０≦ｄ_ｉ＜ｄ）、密度ρ、弾性率Ｅ、断面積Ａ、断面二次モーメントＩの中空円筒としてモデル化すると、伝達部１２０の縦振動は次式で表される。

ｕは伝達部１２０の軸方向の変位である。この軸を周波数ｆで加振した際の軸先端における変位振幅の増幅率α（出力振幅／入力振幅）は次式で表される。

数２式に示すように、振幅増幅率αは加振周波数ｆ、長さＬ、及び比弾性率Ｅ／ρの関数で表される。従って、加振部１１０による振動を減衰させることなく生体３００に伝達するためには、伝達部１２０として、加振周波数帯において振幅増幅率αが１．０以上となるような比弾性率を有する材質を選択すればよい。

次に、（２）縦振動の１次固有振動数が加振周波数帯から高域側に外れること、について説明する。ここで、伝達部１２０を、長さＬ、密度ρ、弾性率Ｅ、とすると、伝達部１２０の縦振動のｎ次固有振動数ｆ_ｎｓは次式となる。

数３式に示すように、縦振動の固有振動数は長さＬ、及び比弾性率Ｅ／ρの関数で表される。なお、本実施形態において、加振部１１０の設置位置を決定することにより、伝達部１２０の長さＬが予め決まっているものとすると、伝達部１２０として、縦振動の１次固有振動数が加振周波数帯から高域側に外れるような比弾性率を有する材質を選択すればよい。これにより、伝達部１２０の共振による破損を防止することができる。

図４（ａ）は、Ｌ＝１、２、及び３ｍにおいて、数３式から導かれる比弾性率と１次固有振動数の関係を表す図である。例えば、Ｌ＝３ｍの場合には、比弾性率が９ＭＰａ・ｍ^３／ｋｇ以上の材質を選べば、１次固有振動数が、加振周波数帯を２５０Ｈｚ以下とした際の上限周波数２５０Ｈｚを超えるため、伝達部１２０の共振による破損を防止することができる。

次に、（３）非磁性体から構成されていること、について説明する。これは、伝達部１２０が強磁性体の場合、ＭＲＩ装置２００による静磁場に引き寄せられるためである。また、伝達部１２０の材質としては、さらに非金属材料であることが好ましい。非磁性体の金属であっても静磁場内で振動させると、電磁誘導により金属体内に渦電流が発生する。この渦電流により磁界が生じ、ＭＲＩ装置２００による静磁場に影響を与えるおそれがあるからである。

次に、上記で説明した（１）〜（３）の条件に基づく具体的な伝達部１２０の材質の決定について図４（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。なお、以下の説明では、一例として加振周波数帯が５０〜２５０Ｈｚ、伝達部１２０の長さＬが３ｍである場合について説明する。図４（ａ）に、数３式から導かれる比弾性率と１次固有振動数の関係を表す図、（ｂ）に各種材料の物性及び振動伝達特性を示す。まず、（１）の条件については、図４（ａ）及び（ｂ）中に記載された材料はこの条件を満たしている。また、（２）の条件から、１次固有振動数が加振周波数帯内にあるため、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）及びアクリルは不適である。また、（３）の条件については、ステンレス、チタン、ジュラルミンは、非磁性体のものについては条件を満たす。なお、前述したように、ＭＲＩ装置２００のガントリ２１０内の静磁場に影響を及ぼすおそれがあるため、伝達部１２０は非金属材料から構成されていることが好ましい。従って、本実施形態に係るＭＲＥ加振装置１００では、伝達部１２０としてＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastic；ガラス繊維強化プラスチック）が好ましい。しかし、伝達部１２０として好適な材料は、これに限られず、上述した（１）〜（３）の条件を満たす限り、加振周波数帯、振幅増幅比、伝達部１２０の長さ等に応じて、適宜材質を選択してもよい。

支持部１３０は、伝達部１２０の加振部側端部１２１と被検体側端部１２２との間に位置し、伝達部１２０が縦振動を伝達可能なように伝達部１２０を支持する。また、支持部１３０は、伝達部１２０の自重により発生する横振動を抑制する。

ここで、伝達部１２０の横振動の固有振動数は、上述した縦振動と同様のモデルにおいて、次式で表される。

数４式に示すように、横振動の固有振動数は、長さＬ、比弾性率Ｅ／ρ、外径ｄ、及び内径ｄ_ｉの関数で表される。ここで、本来、伝達部１２０において、この横振動の固有振動数と、上述した縦振動の固有振動数とが加振周波数帯を外すように材質を決定する必要がある。しかし、例えば、伝達部１２０の材質がＧＦＲＰ（弾性率Ｅ＝３１ＧＰａ、密度ρ＝１８００ｋｇ／ｍ^３）であって、外径ｄ＝１０ｍｍ、内径ｄ_ｉ＝８ｍｍの中空円筒としてモデル化される場合、横振動の１次固有振動数は３．６Ｈｚである。このように、横振動の１次固有振動数は極めて低く、加振周波数帯から外すことは困難である。そのため、本実施形態では、支持部１３０により伝達部１２０を支持することにより横振動を吸収・抑制する。

次に、支持部１３０の具体的な構成について説明する。支持部１３０は、例えば図２及び図５に示すように、床から上向きに延びる柱部１３１と、その上端部に設けられた把持部１３２とから構成される。柱部１３１は、例えば、非磁性体であるアクリル樹脂から構成され、その上端部には、断面形状がコの字型であって、その開口部分が上側を向くように凹部１３１ａが形成されている。柱部１３１は、この凹部１３１ａ内に設けられた把持部１３２を介して伝達部１２０を支持する。

把持部１３２は、伝達部１２０を把持するものである。把持部１３２は、例えば、図５に示すように、伝達部１２０の周面の一部にわたって当接する曲面１３２ａを有する。また、把持部１３２は、例えば、ウレタン樹脂といった非磁性体の材料から構成される。

さらに、把持部１３２は、好適に縦振動の伝達及び横振動の吸収を実現可能な粘弾性体であることが好ましい。この場合、把持部１３２の弾性成分により、把持部１３２自身が変形し、伝達部１２０の軸方向の変位が許容されるため、縦振動の減衰を抑えることができる。従って、通常の接触支持で問題となる摩擦によるびびり振動が発生しないため、これを原因とする縦振動の波形の乱れが生じないという点で優れている。また、把持部１３２の粘弾性成分により、伝達部１２０に発生した横振動を効果的に吸収・抑制することができる。このような材料としては、例えば軟質ウレタンやスポンジといった軟質材料が好ましい。

なお、図１においては、２つの支持部１３０により伝達部１２０が支持されているが、支持部１３０の数はこれに限られない。また、支持部１３０の数が多いほど横振動を吸収・抑制することができる。

以上のように構成されるＭＲＥ加振装置１００について、加振時の動作について説明する。ＭＲＥ測定において、加振部１１０は、加振周波数帯における所定の周波数（例えば、５０〜２５０Ｈｚ）、及び所定の振幅（例えば、０．２５ｍｍ）を有する振動を出力するように制御される。そして、加振部１１０で発生した振動により、振動方向に延びる伝達部１２０の加振部側端部１２１が加振される。加振部側端部１２１が加振されることにより発生した伝達部１２０の縦振動は、被検体側端部１２２を介して生体３００に伝達される。このとき、上述した振幅拡大現象により、被検体側端部１２２を介して生体３００に伝達される縦振動の振幅は減衰することなく伝達される。また、伝達部１２０の１次固有振動数は、加振周波数帯より高域側であるため、共振により伝達部１２０が破損することはない。また、伝達部１２０で発生した横振動は、支持部１３０の把持部１３２により、吸収・抑制される。

このような構成により、本実施形態に係るＭＲＥ加振装置１００は、加振部１１０で発生した振動を、非磁性体から構成され、１次固有振動数が加振周波数帯より高域側にある伝達部１２０を介して、減衰させることなく縦振動として生体３００に伝達することができる。従って、ＭＲＥ測定において十分な加振振幅で被検体を加振することができる。また、支持部１３０では縦振動を許容しつつ、横振動を吸収・抑制することで、ノイズの少ない振動を生体３００に出力することができる。

また、本実施形態に係るＭＲＥ加振装置１００において、伝達部１２０が、非金属材料から構成されることにより、伝達部１２０が振動してもＭＲＩ装置２００により静磁場に影響を与えるおそれがない。

また、本実施形態に係るＭＲＥ加振装置１００において、伝達部１２０が、ＧＦＲＰ材料から構成されることにより、ＭＲＩ装置２００による静磁場に影響を与えず、また好適に振幅が増幅された縦振動を生体３００に伝達することができる。

また、本実施形態に係るＭＲＥ加振装置１００において、支持部１３０が、軟質材料から構成され、伝達部１２０を把持する把持部１３２を有することにより、伝達部１２０における横振動を好適に吸収・抑制できる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。例えば、伝達部１２０の被検体側端部１２２は、図１に示すように、生体３００の腹部に巻かれたベルト１２３により生体３００と接続されている。しかし、接続方法はこれに限られず、伝達部１２０の縦振動を生体３００に伝達可能であるならば、生体３００の測定部位によって適宜接続方法を変えてもよい。例えば、生体３００の頭部の測定を行う場合には、伝達部１２０の他端部を生体３００が装着したヘルメットに固定し、ヘルメットを介して生体３００の頭部に縦振動を伝達してもよい。

また、本実施形態においては、伝達部１２０の一端部と他端部との間に位置し、伝達部１２０を支持する支持部１３０が備えられる形態について説明したが、加振部１１０とベルト１２３とによって伝達部１２０が支持され、支持部１３０が備えられていなくてもよい。

また、本実施形態においては、被検体として生体３００を用いる形態について説明したが、被検体は弾性率の低い物であればよく、以下に限定されるものではないが、臓器などの生体試料、高分子ゲル、コンニャク、寒天などの食品などを挙げることができる。

また、本実施形態においては、図１のように、加振部１１０によって発せられた振動が伝達部１２０を通って、直線的に生体３００に伝達され、生体３００を加振する形態について説明したが、振動の伝達方向は直線方向に限定されるものではなく、振動の伝達方向が途中で変わるなどしてもよい。たとえば、以下に限定されるものではないが、図６に示すように、ＭＲＥ加振装置１５０は、加振部１１０から振動が発生する方向に沿って延び、非磁性体から構成される伝達部１４０と、方向変換部１４４と、伝達部１４０が延びる方向とは異なる角度に向かって延び、非磁性体から構成される被検体側伝達部１４２と、伝達部１４０の一端部と他端部との間に位置し、伝達部１４０を支持する支持部１３０と、を備えてもよい。また、方向変換部１４４を支持する、たとえばアーチ状の形状を有するサポート部１４６が、寝台２２０と方向変換部１４４との間に設けられていてもよい。サポート部１４６は、たとえば、図６に示すように、サポート部１４６の下部が寝台２２０の上面と接し、サポート部１４６のアーチ状の上部が方向変換部１４４の下面と接するように設けられる。被検体側伝達部１４２は、その先端に備えられた被検体加振プローブを含む。サポート部１４６の材質は、たとえば繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などを用いることができる。

図６に示す態様においては、伝達部１４０の一端部は加振部１１０に固定され、伝達部１４０の他端部は方向変換部１４４と接続される。伝達部１４０は加振部１１０による縦振動を方向変換部１４４に伝達する機能を有する。方向変換部１４４は、伝達部１４０を介して伝達された縦振動の方向を略直角方向に変換して、縦振動を被検体側伝達部１４２に伝達する機能を有する。被検体側伝達部１４２は、その先端に備えられた被検体加振プローブが被検体（生体３００）と接続し、縦振動を被検体に伝達する機能を有する。その他の構成およびその機能は図１に示すＭＲＥ加振装置１００の構成およびその機能と同様であり、その詳細な説明を省略する。

伝達部１４０および被検体側伝達部１４２の材質は、上述された伝達部１２０と同様、（１）加振部１１０による振動を減衰させることなく生体３００に伝達可能であること、（２）縦振動の１次固有振動数が加振周波数帯から高域側に外れること、（３）非磁性体から構成されていること、の３条件を満たす範囲で適宜選択される。

方向変換部１４４は、筐体１４４ａと変換器１４４ｂとから構成される。図７に、方向変換部１４４と、縦振動の方向変換の方法を示す断面図を示す。図７中、縦振動が方向変換部に伝達される前の方向変換部の形状（リング状）を破線（１４４ｂ）で示し、縦振動が方向変換部に伝達され、縦振動の方向を変換している際の方向変換部の形状を実線（１４４ｂ’）で示す。

図７に示すように、矢印Ｆ１の方向に進む伝達部１４０から伝達された縦振動によって、変換器１４４ｂが矢印Ｆ１の方向に押される。押された変換器１４４ｂは図７に示すように変形し、変換器１４４ｂと筐体１４４ａとの間の拘束によって、縦振動の方向が矢印Ｆ２の方向に変換され、被検体側伝達部１４２に伝達される。

図７において、変換器１４４ｂの形状が一体物のリング状である態様について説明したが、上述の機能を奏する範囲で、形状は適宜選択され、たとえば、図８に示すようなヒンジ部１４８を含む多角形などであってもよい。また、変換器１４４ｂの剛性などの特性は、上述の機能を奏する範囲で適宜選択される。

図６においては、アーチ形状のサポート部１４６が寝台２２０と方向変換部１４４との間に取り付けられる態様について説明したが、上述の機能を奏する範囲で、サポート部１４６の形状、材質および取り付け位置は適宜選択される。

方向変換部１４４によって、ＭＲＥ加振装置１５０において、加振部１１０によって発せられた縦振動の加振方向を容易に変更することが可能となり、縦振動を伝達する際に生じるロスを低減することが可能となる。そのため、加振部１１０によって発せられ、略水平方向に延びる第一の伝達部１４０を通って伝達された縦振動を、生体３００に対して略鉛直方向に加振する場合においても、生体３００に高精度かつ強い縦振動の加振を与えることが可能となる。したがって、略鉛直方向に加振することが望ましい生体３００の部位に対しても、ＭＲＥ加振装置１５０を用いることによって高精度かつ強い縦振動の加振を与えることが可能となり、より多くの部位に対して、より好適にＭＲＥ測定を行うことができる。

また、図６に示す形態においては、伝達部１４０と被検体側伝達部１４２とが略直角の角度をなす形態について説明したが、上述する効果を奏する範囲であれば、伝達部１４０と被検体側伝達部１４２との角度は略直角以外の角度であってもよい。また、図６に示す形態においては、１つの方向変換部１４４が用いられた形態について説明したが、方向変換部が２つ以上設けられていてもよい。

また、本実施形態においては支持部１３０等の構成が設けられている態様について説明したが、それ以外の態様であっても、振動を発生する加振部と、加振部による縦振動を被検体に伝達する伝達部と、を備える、ＭＲＥ測定において被検体を加振するＭＲＥ加振システムであってもよい。ＭＲＥ加振システムにおいては、被検体の測定領域における弾性率の測定値のばらつきが最小化されるように、加振部によって発生される縦振動の周波数と振幅とが制御される。また、ＭＲＥ加振システムにおいても、ＭＲＥ加振装置１００と同様に、伝達部の縦振動の１次固有振動数は、加振部による振動の周波数帯より高域側にある。

被検体の測定領域における弾性率の測定値のばらつきが最小化されるような縦振動の周波数と振幅としては、好ましくは、周波数が１２５〜５００ヘルツ、振幅が０．２〜２．０ｍｍである縦振動が選択され、より好ましくは、周波数が１２５〜２５０ヘルツ、振幅が０．２〜１．０ｍｍである縦振動が選択され、より一層好ましくは、周波数が１２５〜２５０ヘルツ、振幅が０．２〜０．５ｍｍである縦振動が選択され、さらに好ましくは、周波数が２５０ヘルツ、振幅が０．５ｍｍの縦振動が選択される。そのため、好ましくは、周波数が１２５〜５００ヘルツ、振幅が０．２〜２．０ｍｍである縦振動、より好ましくは、周波数が１２５〜２５０ヘルツ、振幅が０．２〜１．０ｍｍである縦振動、より一層好ましくは、周波数が１２５〜２５０ヘルツ、振幅が０．２〜０．５ｍｍである縦振動、さらに好ましくは、周波数が２５０ヘルツ、振幅が０．５ｍｍである縦振動が選択された場合に、ＭＲＥ測定の精度がより高く、すなわち信頼性がより大きくなり、コンピュータによる特別なデータの加工処理を必要とすることなくＭＲＥ画像装置４００において可視化され、生体３００の弾性特性をより容易に得ることが可能となる。周波数が高すぎると、縦振動の位相とＭＳＧ（Ｍｏｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｚｉｎｇ Ｇｒａｄｉｅｎｔ）の位相とを同期することが困難になるため、縦振動の位相とＭＳＧの位相とを同期することが可能であり、縦振動が遠くまで伝達可能であり、被検体の深部まで測定可能である範囲で、周波数・振幅ともに大きい縦振動を用いることが、さらにより一層好ましい。

上述のように、縦振動の周波数および振幅の好ましい範囲、より好ましい範囲、より一層好ましい範囲、さらに好ましい範囲、および、さらにより一層好ましい範囲を説明したが、縦振動が遠くまで伝達可能であり、被検体の深部まで測定可能であり、かつ、コンピュータによる特別なデータの加工処理を必要とすることなく、ＭＲＥ画像装置４００において可視化され、生体３００の弾性特性を容易に得られる範囲で、加振部１１０によって発せられる縦振動の周波数および振幅は適宜選択される。たとえば、以下に限定されるものではないが、周波数が６２．５ヘルツで振幅が５．０ｍｍの縦振動が選択されてもよいし、周波数が３００ヘルツで振幅が０．３ｍｍの縦振動が選択されてもよい。

縦振動の周波数と振幅は手動で制御されてもよいし、自動で制御されてもよい。手動で制御する場合は、ユーザがＭＲＥ画像装置４００の画像に現れる弾性率のばらつき具合を随時確認しながら、加振部１１０に供給される交流電流の振動の周波数と振幅とを調整する。
また、縦振動の周波数と振幅を自動で制御する場合には、例えば、以下のように制御される。

図９に示すように、加振部１１０及びＭＲＩ装置２００の動作パラメータを設定する制御部１６０を配置する。
制御部１６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit)、メモリ、入出力部などを備え、ユーザの指示に応答して、加振部１１０とＭＲＩ装置２００の動作パラメータを設定する。
次に、制御部１６０が縦振動の周波数および振幅を制御する処理を、図１０を参照して説明する。

例えば、ユーザからの最適周波数及び振幅探査処理の開始の指示に応答して、制御部１６０は、加振部１１０が発生する振動の周波数ｆを、可変範囲の下限値ｆ_０、例えば、１２５Ｈｚに設定する（ステップＳ０１）。次に、制御部１６０は、振動の振幅Ａ_ｍを最小値Ａ_０、例えば、０．２ｍｍに設定する（ステップＳ０２）。

次に、制御部１６０は、設定された周波数ｆ及び振幅Ａ_ｍを、加振部１１０に送信し、加振を開始させる（ステップＳ０３）。

次に、制御部１６０は、加振部１１０の発生する縦振動とＭＲＩ装置２００の励磁動作及び撮像動作とが同期するように、ＭＲＩ装置２００に動作パラメータを設定し、励磁動作及び撮像動作を起動する（ステップＳ０４）。また、制御部１６０は、取得する画像の解像度を、最終的に取得する画像の解像度よりも低解像度に設定する。

ＭＲＩ装置２００及びＭＲＥ画像装置４００が画像を取得すると、制御部１６０はこの画像データ（ボクセルデータ）を取り込み、記憶部１７０に保存する（ステップＳ０５）。

次に、制御部１６０は、記憶部１７０に格納した画像データの全画素の値（被検体の対応する位置の弾性率に対応する値）を読み込み、そのばらつき（分散σ^２又は標準偏差σ）を求める。即ち、制御部１６０は、ばらつき算出手段として、被検体の測定対象領域における弾性率のばらつきを算出する。制御部１６０は、算出されたばらつきを、周波数ｆ及び振幅Ａ_ｍと共に記憶部１７０に保存する（ステップＳ０６）。

次に、制御部１６０は、振幅Ａ_ｍが上限値、例えば、１．５ｍｍに達したか否かを判別し（ステップＳ０７）、達していないと判別した場合（ステップＳ０７；Ｎｏ）には、振幅Ａ_ｍに微小値ΔＡ_ｍ、例えば、０．１ｍｍを加算する（ステップＳ０８）。その後、ステップＳ０３〜ステップＳ０７の処理を繰り返す。

振幅Ａ_ｍが上限に達したと判別すると（ステップＳ０７；Ｙｅｓ）、次に、制御部１６０は、振幅ｆが上限値、例えば、２５０Ｈｚに達したか否かを判別し（ステップＳ０９）、達していないと判別した場合（ステップＳ０９；Ｎｏ）には、周波数ｆに微小値Δｆ、例えば、２．５Ｈｚを加算する（ステップＳ１０）。その後、ステップＳ０２〜ステップＳ０９の処理を繰り返す。

周波数ｆが上限に達したと判別すると（ステップＳ０９；Ｙｅｓ）、次に、制御部１６０は、ステップＳ０６で記憶部１７０に保存された弾性率のばらつき、周波数ｆおよび振幅Ａ_ｍの中から、最小のばらつきとなる周波数および振幅（最適な周波数および振幅）を選択する（ステップＳ１１）。上述のステップによって、縦振動の周波数および振幅が自動的に制御される。
次に、ステップＳ０１〜ステップＳ１１において最適な周波数および振幅を選択するために用いられた被検体をそのまま寝台に載置したまま、上記最適な周波数および振幅を加振部１１０に送信し、加振を開始させる。ついで、加振部１１０の発生する縦振動とＭＲＩ装置２００の励磁動作及び撮像動作とを同期させる。続いて、ＭＲＩ装置２００及びＭＲＥ画像装置４００が最終的な画像を取得するＭＲＥ測定を行う。
また、最適な周波数および振幅を選択するために用いられた被検体とは異なる被検体を寝台に載置し、上記最適な周波数および振幅を加振部１１０に送信し、加振を開始させ、加振部１１０の発生する縦振動とＭＲＩ装置２００の励磁動作及び撮像動作とを同期させ、ＭＲＩ装置２００及びＭＲＥ画像装置４００が最終的な画像を取得するＭＲＥ測定を行ってもよい。

また、ＭＲＥ用加振装置１００を用いたＭＲＥ用の加振方法は、たとえば、以下のように行われる（図１１）。

上述のステップＳ０１〜ステップＳ１１によって、制御部１６０が、縦振動の周波数および振幅を自動的に制御する（ステップＳ１０１）。

加振部１１０が、ステップＳ１０１によって自動的に周波数および振幅が制御された振動を発し（ステップＳ１０２）、伝達部１２０およびベルト１２３を用いて縦振動を被検体（生体３００）に伝達し、生体３００に対してＭＲＥ用の加振を行う（ステップＳ１０３）。ここで、ステップＳ１０２とＳ１０３は同時に行われてもよい。また、加振部１１０が発する縦振動の周波数および振幅は手動で制御されたものであってもよい。

ここではＭＲＥ用加振装置１００を用いてＭＲＥ用の加振を行うプロセスについて説明したが、ＭＲＥ用加振装置１５０を用いてＭＲＥ用の加振を行ってもよいし、ＭＲＥ加振システムを用いてＭＲＥ用の加振を行ってもよい。

以下、本発明を実施例により、具体的に説明する。

（実施例１）
以下、上述のＭＲＥ加振装置１００による入出力波形を比較する検証実験を行った結果について説明する。

本実験において、加振周波数帯を５０〜２５０Ｈｚとし、伝達部１２０としてＧＦＲＰ製のパイプを用いた。このパイプは、長さＬ＝３ｍ、外径ｄ＝１０ｍｍ、内径ｄ_ｉ＝８ｍｍであり、数３式から算出される縦振動の１次固有振動数は、３４６Ｈｚである。この値は、加振周波数帯の上限である２５０Ｈｚよりも大きかった。

次に、パイプの一端部を動電型加振装置により入力振幅２５０μｍ、加振周波数２５０Ｈｚで加振した場合の、入力波形及びパイプの他端部における出力波形を図１２（ａ）に示す。図１２（ａ）に示すように、出力波形として、入力波形と同位相で、かつノイズの少ない正弦波が確認された。また、図１２（ｂ）に、加振周波数５０〜２５０Ｈｚにおける振幅増幅比の測定結果を示す。図１２（ｂ）に示すように、振幅増幅比は、加振周波数帯の全域にわたって理論値とよく一致する傾向を示した。

以上の検証実験により、本実施形態における伝達部１２０の加振部側端部１２１が加振された場合の被検体側端部１２２の縦振動において、その出力振幅は入力振幅と比較して増大しており、ＭＲＥ測定において十分な出力振幅を得られることが確認された。

（実施例２）
以下、方向変換部１４４による振動の方向変換を示す実験結果について説明する。

図１３は、方向変換前および方向変換後の、１２５ヘルツおよび２５０ヘルツそれぞれの振動の波形を示す図である。方向変換前と方向変換後の応答計測用に２個の加速度計を用い、計測ソフトウェアＬａｂＶＩＥＷ（ナショナルインスツルメンツ社製）によってデータ処理を行った。図１３において、加振部１１０から発せられ、伝達部１４０を通って変換器１４４ｂまで伝達された入力側の振動（方向変換前）は濃い色の線（線Ａ）で表され、変換器１４４ｂで方向変換された出力側の振動（方向変換後）は淡い色の線（線Ｂ）で表される。図１３に示すように、線Ａ（入力側）と線Ｂ（出力側）は同位相であり、かつ、入力側の振幅よりも出力側の振幅が増幅されている。そのため、方向変換部１４４を用いた場合にも、その出力振幅は入力振幅と比較して増大しており、ＭＲＥ測定において十分な出力振幅を得られることがわかった。

（実施例３）
以下、ＭＲＥ測定の実験について説明する。

図１４および図１５はＭＲＥ測定の実験結果を示す図である。

図１４および図１５におけるＭＲＥ測定は、以下に示す加振機を用いて、以下の実験条件で行われた。なお、本実験においては、生体３００の代わりにアガロースゲルが用いられた。

（１）加振機
型式：Ｃ−５０１５ Ｄ−ＭＡＳＴＥＲ（旭製作所社製）
振動源：動電型
振動方向：縦方向
周波数範囲：１〜５００ヘルツ（Ｈｚ）
変位：０〜１５（ｍｍ ｐ−ｐ）
最大荷重：２（ｋｇ）
加速度：４９０（ｍ／ｓ^２）
（２）実験条件
（被測定物）
材料：アガロースゲル（１．２重量％、５０ｍｍ×１３０ｍｍ×４０ｍｍ）
境界条件：底面（固定）、他面（自由）
（伝達部）
材質：ＧＦＲＰ
長さ：２メートル
（振動波）
波パターン：正弦波
方向：Ｙ方向（縦方向）
周波数：６２．５ヘルツ、１２５ヘルツ、２５０ヘルツ
振幅：０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ
（マイクロＭＲＩ装置）
型式：コンパクトＭＲＩ（エム・アール・テクノロジー社製）
静磁場：０．３テスラ
磁石タイプ：永久磁石
ＲＦコイルのサイズ：１２５ｍｍ×２８０ｍｍ×６５ｍｍ（測定ゾーン）
磁場均一性空間：ＳＲ５０ｍｍ
勾配磁場：（Ｇ_ｘ，Ｇ_ｙ，Ｇ_ｚ）＝（１８，１８，２８）ｍＴ／ｍ
（磁気共鳴画像）
シーケンス：スピンエコー
画像サイズ：１２８ピクセル×２５６ピクセル
解像度：１．２（ｍｍ／ピクセル）
ＭＳＧタイミング：振動との位相差が、０、π／２、π、３π／２

ＭＲＥ測定における各測定点の貯蔵弾性率と、全測定点の貯蔵弾性率の数値の平均値と、貯蔵弾性率の各測定点におけるばらつきとの間の関係を以下の式に表す。

図１４、図１５において、ｕ_ｙはｙ方向の変位を表す。図１４は、ノイズ除去処理がなされていない画像を示し、図１５は、ノイズ除去処理がなされた画像を示す。

本実施例においては、被測定物は均一なものを仮定しているため、もし全ての測定点のＧの値が同じであれば平均値との差がゼロとなり、全ての測定点のＧ’が１００％となり、図１４および図１５の画像において、白色のエリアのみとなる。図１４および図１５のＧ’の画像は、色の淡いエリアの面積が大きいほどデータのばらつきが小さく、色の濃いエリアの面積が大きいほどデータのばらつきが大きいことを示している。ここで、データのばらつきが小さいほど、ＭＲＥ測定の精度が高く、信頼性が大きいため、色の淡いエリアの面積が大きくなる周波数・振幅ほど、ＭＲＥ測定の精度が高く、信頼性が大きいと言える。

図１４および図１５における各条件のＧ’の画像における色の薄いエリアの分布状況から、周波数が１２５〜２５０ヘルツ、振幅が０．２〜０．５ｍｍである縦振動に制御されたときに、データのばらつきを一層小さくすることができることがわかった。そのため、図１４および図１５から、周波数が１２５〜２５０ヘルツ、振幅が０．２〜０．５ｍｍである縦振動に制御された場合に、ＭＲＥ測定において十分な加振振幅で被検体が加振され、ＭＲＥ測定の精度が一層高く、すなわち信頼性が一層大きくなり、コンピュータによる特別なデータの加工処理を必要とすることなく、ＭＲＥ画像装置４００において可視化され、生体３００の弾性特性を一層容易に得ることが可能となる。

なお、本発明は上記実施例に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。

上記の実施形態および実施例の一部および全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）
ＭＲＥ測定において被検体を加振するＭＲＥ加振装置であって、
振動を発生する加振部と、
一端部が前記加振部に固定され、前記加振部の振動方向に沿って延び、他端部が前記被検体と接続して前記加振部による縦振動を前記被検体に伝達する、非磁性体から構成される伝達部と、
前記伝達部の前記一端部と前記他端部との間に位置し、前記伝達部を支持する支持部と、
を備え、
前記伝達部の縦振動の１次固有振動数は、前記加振部による振動の周波数帯の外側にある、
ことを特徴とするＭＲＥ加振装置。

（付記２）
前記伝達部は、非金属材料から構成される、
ことを特徴とする付記１に記載のＭＲＥ加振装置。

（付記３）
前記伝達部は、ＧＦＲＰ材料から構成される、
ことを特徴とする付記１または２に記載のＭＲＥ加振装置。

（付記４）
前記支持部は、軟質材料から構成され、前記伝達部を把持する把持部を有する、
ことを特徴とする付記１乃至３のいずれか１つに記載のＭＲＥ加振装置。

本出願は、２０１０年８月２５日に出願された日本国特許出願特願２０１０−１８８５１４号に基づく。本明細書中にそれらの明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

１００ ＭＲＥ加振装置
１１０ 加振部
１２０ 伝達部
１２１ 加振部側端部
１２２ 被検体側端部
１２３ ベルト
１３０ 支持部
１３１ 柱部
１３１ａ 凹部
１３２ 把持部
１３２ａ 曲面
１４０ 伝達部
１４２ 被検体側伝達部
１４４ 方向変換部
１４４ａ 筐体
１４４ｂ 変換器
１４６ サポート部
１４８ ヒンジ部
１５０ ＭＲＥ加振装置
１６０ 制御部
１７０ 記憶部
２００ ＭＲＩ装置
２１０ ガントリ
２２０ 寝台
３００ 生体
４００ ＭＲＥ画像装置

Claims (9)

1. ＭＲＥ測定において被検体を加振するＭＲＥ用の加振装置であって、
   振動を発生する加振部と、
   一端部が前記加振部に固定され、前記加振部からの振動が伝達される方向に沿って延び、他端部が前記被検体と接続して前記加振部による縦振動を前記被検体に伝達する、非磁性体から構成された伝達部と、
   を備え、
   前記振動の周波数が１２５ヘルツ以上であることと、
   前記振動の振幅が０．２ｍｍ以上であることと、
   前記伝達部の縦振動の１次固有振動数は、前記加振部による振動の周波数帯より高域側にあることと、
   前記伝達部の前記一端部と前記他端部との間に位置し、前記伝達部を支持する支持部を備えること、
   を特徴とするＭＲＥ用の加振装置。
2. ＭＲＥ測定において被検体を加振するＭＲＥ用の加振装置であって、
   振動を発生する加振部と、
   前記加振部からの振動が伝達される方向に沿って延び、非磁性体から構成される伝達部と、
   少なくとも１つの方向変換部と、
   前記伝達部が延びる方向とは異なる角度に向かって延び、非磁性体から構成される被検体側伝達部と、
   を備え、
   前記伝達部の前記一端部は前記加振部に固定され、前記伝達部の前記他端部は前記方向変換部と接続され、前記伝達部は前記加振部による縦振動を前記方向変換部に伝達し、
   前記方向変換部は、前記伝達部を介して伝達された前記縦振動の方向を変換して、前記縦振動を前記被検体側伝達部に伝達し、
   前記被検体側伝達部は前記被検体と接続し、前記縦振動を前記被検体に伝達し、
   前記振動の周波数が１２５ヘルツ以上であることと、
   前記振動の振幅が０．２ｍｍ以上であることと、
   前記伝達部および前記被検体側伝達部の縦振動の１次固有振動数は、前記加振部による振動の周波数帯より高域側にあることと、
   前記伝達部の前記一端部と前記他端部との間に位置し、前記伝達部を支持する支持部を備えること、
   を特徴とするＭＲＥ用の加振装置。
3. 前記伝達部は、非金属材料から構成される、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のＭＲＥ用の加振装置。
4. 前記伝達部は、ＧＦＲＰ材料から構成される、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＭＲＥ用の加振装置。
5. 前記支持部は、軟質材料から構成され、前記伝達部を把持する把持部を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＭＲＥ用の加振装置。
6. ＭＲＥ測定において被検体を加振するＭＲＥ用の加振システムであって、
   振動を発生する加振部と、
   前記加振部による縦振動を前記被検体に伝達する伝達部と、
   を備え、
   前記振動の周波数が１２５ヘルツ以上であることと、
   前記振動の振幅が０．２ｍｍ以上であることと、
   前記伝達部の縦振動の１次固有振動数は、前記加振部による振動の周波数帯より高域側にあることと、
   前記ＭＲＥ測定において、前記被検体の測定領域における弾性率の測定値のばらつきが最小化されるように、前記加振部によって発生される前記縦振動の周波数と振幅とが制御されることと、
   前記伝達部の前記一端部と前記他端部との間に位置し、前記伝達部を支持する支持部を備えること、
   を特徴とするＭＲＥ用の加振システム。
7. 前記振動の周波数と振幅とを自動的に制御する制御部を備える、
   ことを特徴とする請求項７に記載のＭＲＥ用の加振システム。
8. 被検体の測定領域における弾性率の測定値のばらつきが最小化されるように、縦振動の周波数と振幅とを制御する工程と、
   振動を発生する工程と、
   前記縦振動を、支持部によって支持された伝達部を介して前記被検体に加振する工程と、
   を含み、
   前記振動の周波数が１２５ヘルツ以上であることと、
   前記振動の振幅が０．２ｍｍ以上であること、
   を特徴とするＭＲＥ用の加振方法。
9. 前記振動の周波数と振幅とを制御する工程が自動的に制御される、
   ことを特徴とする請求項９に記載のＭＲＥ用の加振方法。