JP5847247B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、被検体における関心のある部位の変化をモニタするためのモニタ画像を繰り返し取得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(magnetic resonance imaging:MRI)法の応用分野のひとつとして血管撮像(magnetic resonance angiography:MRA)が挙げられる。MRIは、TOF(time-of-flight)効果や位相シフト効果など多彩なコントラスト発生原理を用いてMRAを実現できる。なかでも広く用いられる方法のひとつが、縦緩和時間(T1)短縮効果を有する造影剤を急速に体内に注入し、この造影剤が混入した血液を撮像する方法である(以下、造影MRAと呼ぶ)。この造影MRAによって、大動脈および腎動脈のほか、頚部、頭部、足部など全身にわたる血管系の画像が得られる。
造影MRAにおける撮像時間は、一般に数秒から数10秒程度である。このため、一回の造影剤注入につき1回の撮像しか許されない。
一方、造影剤は通常は撮像対象となる部位(以下、対象部位と称する)とは離れた位置にて注入されることから、造影剤が対象部位に到達してコントラストの良い画像を得られるようになるタイミングは、造影剤の注入タイミングに対して遅れる。しかもその遅延時間は、被検体の心拍数や血圧、血流速度などに依存するので、一定ではない。
このような事情から造影MRAでは、撮像タイミングを適切に設定することが重要であり、そのための工夫が以下のように従来よりなされている。
例えば第1に、造影MRA撮像に先立って、対象部位に近い限局されたモニタ領域(例えば、対象部位の上流側の大動脈内)のみから連続的に磁気共鳴信号を取得し、その信号強度の時間変化を操作者に提示するとともに、信号強度が閾値以上に上昇したタイミングに同期して撮像を開始する技術が知られている(特許文献1を参照)。
第2の技術は第1の技術の代案として提案されているもので、2次元撮像法を使用したフルオロスコピーを用いて比較的広範囲をモニタし、造影剤の移動の様子を画像信号の変化として直接提供する(非特許文献1を参照)。
この第2の技術では、広範囲を連続的に観察できるので、被検体の上腕から注入された造影剤が肺や心房、心室、大動脈を通る様子がリアルタイムに表示される。操作者は、その表示に基づいて対象部位への造影剤の到達タイミングを見計らって、造影MRA撮像の開始を指示することになる。通常は、対象部位の上流側に定めた目標部位に造影剤が到達したタイミングで造影MRA撮像が開始される。
第3に、さらに造影剤が移動する様子をより明瞭に表示するために、第2の従来例において得られる画像信号に対してサブトラクション処理やマルチスライスデータの最大値投影処理を行う技術が知られている(特許文献2を参照)。
なお、2次元画像上に信号値を計測するためのROI(region of interest)を設定することが知られている(特許文献3を参照)が、このROIの位置の操作者による指定は、造影剤が対象部位に到達する以前に行われるのではない。
特表2000−511789号公報 特開2003−235827号公報 特開平10−192252号公報
Radiology誌第205巻137ページ(1997)
しかしながら上記の第1の技術では、Radiology誌第203巻275ページ(1997)で述べられているように、信号強度の上昇が十分に捉えられないことがある。これは、モニタ領域では、呼吸や体の動きによって血流信号を十分に観測できないことによると考えられている。またこの第1の技術では、小さなボリュームのモニタ領域を適切に位置決めする必要があり、操作が煩雑であるという不具合もある。
一方、第2および第3の技術では、造影MRA検査の経験の少ない操作者には、対象部位への造影剤の到達を正確に把握することは難しく、適正なタイミングで造影MRA撮像を開始することができない恐れがあった。その要因は、フルオロスコピー画像では、造影剤の入った場所以外では信号値が低いために、対象部位や目標部位の位置がわかりにくいためである。
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、経験の少ない操作者であっても造影MRA撮像の開始タイミングを的確に判断することを可能とする磁気共鳴イメージング装置を提供することにある。
本発明の第1の態様による磁気共鳴イメージング装置は、被検体に関する位置決め画像を取得する位置決め画像取得手段と、操作者による指定に応じて前記位置決め画像内に判断領域を設定する設定手段と、前記被検体に関するモニタ画像を所定時間間隔で繰り返し取得するモニタ画像取得手段と、前記モニタ画像が取得される毎に、前記モニタ画像に前記判断領域の範囲を表す判断領域画像を合成して表示器に表示する表示制御手段と、前記判断領域として好ましい領域をガイドするガイド情報を前記操作者に対して報知する報知手段とを備え、前記ガイド情報は、前記位置決め画像に類似した画像に当該画像において好ましい判断領域を表した画像を合成した画像とした。
本発明の一実施形態にかかる磁気共鳴イメージング装置の概略構成を示す図。 図1中のホスト計算機による造影MRA撮像のための処理手順を示すフローチャート。 判断領域設定画像の一例を示す図。 判断領域の設定例を示す図。 造影剤が判断領域に到達する以前の表示画像の一例を示す図。 造影剤が判断領域に到達した状態における表示画像の一例を示す図。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図1は本実施形態にかかる磁気共鳴イメージング装置(MRI装置)100の概略構成を示す図である。
このMRI装置100は、寝台部、静磁場発生部、傾斜磁場発生部、送受信部および制御・演算部を備えている。そしてMRI装置100はこれらの各部の構成要素として、磁石1、静磁場電源2、シムコイル3、シムコイル電源4、天板5、傾斜磁場コイルユニット6、傾斜磁場電源7、RFコイルユニット8、送信器9T、受信器9R、シーケンサ(シーケンスコントローラ)10、演算ユニット11、記憶ユニット12、表示器13、入力器14、音声発生器15およびホスト計算機16を有する。またMRI装置100には、被検体200の心時相を表す信号としてのECG信号を計測する心電計測部が接続されている。
静磁場発生部は、磁石1と静磁場電源2とを含む。磁石1としては、例えば超電導磁石や常電導磁石が利用可能である。静磁場電源2は、磁石1に電流を供給する。かくして静磁場発生部は、被検体200が送り込まれる円筒状の空間(診断用空間)の中に静磁場B0を発生させる。この静磁場B0の磁場方向は、診断用空間の軸方向(Z軸方向)にほぼ一致する。静磁場発生部には、さらにシムコイル3が設けられている。このシムコイル3は、ホスト計算機16の制御下でのシムコイル電源4からの電流供給によって静磁場均一化のための補正磁場を発生する。
寝台部は、被検体200を載せた天板5を、診断用空間に送り込んだり、診断用空間から抜き出したりする。
傾斜磁場発生部は、傾斜磁場コイルユニット6および傾斜磁場電源7を含む。傾斜磁場コイルユニット6は、磁石1の内側に配置される。傾斜磁場コイルユニット6は、互いに直交するX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向のそれぞれの傾斜磁場を発生させるための3組のコイル6x,6y,6zを備える。傾斜磁場電源7は、シーケンサ10の制御の下で、コイル6x、コイル6yおよびコイル6zに傾斜磁場を発生させるためのパルス電流を供給する。傾斜磁場発生部は、傾斜磁場電源7からコイル6x,6y,6zに供給するパルス電流を制御することにより、物理軸である3軸(X軸,Y軸,Z軸)方向のそれぞれの傾斜磁場を合成して、互いに直交するスライス方向傾斜磁場GS、位相エンコード方向傾斜磁場GE、および読出し方向(周波数エンコード方向)傾斜磁場GRから成る論理軸方向のそれぞれの傾斜磁場を任意に設定する。スライス方向、位相エンコード方向および読出し方向の各傾斜磁場GS、GE、GRは、静磁場B0に重畳される。
送受信部は、RFコイルユニット8、送信器9Tおよび受信器9Rを含む。RFコイルユニット8は、診断用空間にて被検体200の近傍に配置される。送信器9Tおよび受信器9Rは、RFコイルユニット8に接続さる。送信器9Tおよび受信器9Rは、シーケンサ10の制御の下で動作する。送信器9Tは、核磁気共鳴(NMR)を生じさせるためのラーモア周波数のRF電流パルスをRFコイルユニット8に供給する。受信器9Rは、RFコイルユニット8が受信したエコー信号などのMR信号(高周波信号)を取り込み、これに前置増幅、中間周波変換、位相検波、低周波増幅、あるいはフィルタリングなどの各種の信号処理を施した後、A/D変換してデジタルデータ(生データ)を生成する。
制御・演算部は、シーケンサ10、演算ユニット11、記憶ユニット12、表示器13、入力器14、音声発生器15およびホスト計算機16を含む。
シーケンサ10は、CPUおよびメモリを備えている。シーケンサ10は、ホスト計算機16から送られてきたパルスシーケンス情報をメモリに記憶する。シーケンサ10のCPUは、メモリに記憶したシーケンス情報にしたがって、傾斜磁場電源7、送信器9Tおよび受信器9Rの動作を制御するとともに、受信器9Rが出力した生データを一旦入力し、これを演算ユニット11に転送する。ここで、シーケンス情報とは、一連のパルスシーケンスにしたがって傾斜磁場電源7、送信器9Tおよび受信器9Rを動作させるために必要な全ての情報であり、例えばコイル6x,6y,6zに印加するパルス電流の強度、印加時間および印加タイミングなどに関する情報を含む。
演算ユニット11は、受信器9Rが出力した生データを、シーケンサ10を通して入力する。演算ユニット11は、入力した生データを、内部メモリに設定したk空間(フーリエ空間または周波数空間とも呼ばれる)に配置し、このk空間に配置されたデータを2次元または3次元のフーリエ変換に付して実空間の画像データに再構成する。また演算ユニット11は、画像に関するデータの合成処理や差分演算処理(重付け差分処理も含む)も必要に応じて実行可能である。この合成処理には、ピクセル毎にピクセル値を加算する処理や、最大値投影(MIP)処理、最小値投影(minIP)などが含まれる。また、上記合成処理の別の例として、フーリエ空間上で複数フレームの軸の整合をとった上で、これら複数フレームの生データを合成して1フレームの生データを得てもよい。なお、加算処理には、単純加算処理、加算平均処理、あるいは重み付け加算処理などが含まれる。
本実施形態においては特に、シーケンサ10の制御の下での傾斜磁場電源7、送信器9T、受信器9Rの動作および演算ユニット11での処理によって、被検体200に関して、位置決め画像、モニタ画像および診断用画像の撮像を行うことができる。なお位置決め画像、モニタ画像および診断用画像については後述する。
記憶ユニット12は、再構成された画像データや、上述の合成処理や差分処理が施された画像データを記憶する。
表示器13は、操作者に提示するべき各種の画像をホスト計算機16の制御の下に表示する。表示器13としては、液晶表示器などの表示デバイスを利用可能である。
入力器14は、操作者が希望するスキャン条件、パルスシーケンス、画像合成や差分の演算に関する情報などの各種の情報を入力する。入力器14は、入力した情報をホスト計算機16に送る。入力器14としては、マウスやトラックボールなどのポインティングデバイス、モード切替スイッチ等の選択デバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスを適宜に備える。
音声発生器15は、ホスト計算機16から指令があったときに、息止め開始および息止め終了のメッセージを音声として発する。
ホスト計算機16は、予め定められたソフトウエア手順を実行することにより実現される各種の機能を有している。この機能の1つは、既存のMRI装置で実現されている各種の動作を実現するようにMRI装置100の各部の動作を総括する。上記の機能の1つは、操作者による指定に応じて位置決め画像内に関心領域を設定する。上記の機能の1つは、関心領域を設定するに当たって、関心領域として好ましい領域を表す画像を表示するように表示器13を制御することで、上記の好ましい領域を案内する情報を操作者に対して報知する。上記の機能の1つは、モニタ画像が撮像される毎に、このモニタ画像に関心領域を表す関心領域画像を合成して表示用画像を生成する。上記の機能の1つは、位置決め画像を撮像したのちにモニタ画像の繰り返しの撮像を開始し、こののちに診断用画像の取得が操作者により指示されたことに応じてモニタ画像の撮像を停止して診断用画像を撮像するようにシーケンサ10を制御する。さらに上記の機能の1つは、最も新しく生成された表示用画像を表示するように表示器13を制御する。
心電計測部は、ECGセンサ17およびECGユニット18を含む。ECGセンサ17は、被検体200の体表に付着されており、被検体200のECG信号を電気信号(以下、センサ信号と称する)として検出する。ECGユニット18は、センサ信号にデジタル化処理を含む各種の処理を施した上で、ホスト計算機16およびシーケンサ10に出力する。この心電計測部としては、例えばベクトル心電計を用いることができる。この心電計測部によるセンサ信号は、被検体200の心時相に同期したスキャンを実行するときにシーケンサ10にて必要に応じて用いられる。
次に以下のように構成されたMRI装置100の動作について説明する。
図2はホスト計算機16による造影MRA撮像のための処理手順を示すフローチャートである。
ステップSa1においてホスト計算機16は、シーケンサ10および演算ユニット11に指示して、位置決め画像を撮像させる。位置決め画像は、造影MRI撮像の対象となる対象部位や、その周辺の部位の位置を識別可能な程度の範囲および解像度で得られる。ただし、診断に用いる診断用画像ほどの解像度は位置決め画像には必要とされない。そこで位置決め画像の撮像には、例えばSSFP(steady state free precession)法やインバージョンパルスを併用した高速スピンエコー法などのような短時間で撮像可能な手法が好適である。なお、前者の手法は、血管が高輝度に描出されるホワイトブラッド撮像法であり、後者の手法は血管が低輝度に描出されるブラックブラッド撮像法である。位置決め画像は、後述する判断領域の設定のためだけに撮像しても良いし、本撮像の撮像範囲を設定するための位置決め画像を後述する判断領域の設定に流用しても良い。
ステップSa2においてホスト計算機16は、判断領域設定画像を作成して、これを表示器13に表示させる。図3は判断領域設定画像Im1の一例を示す図である。判断領域設定画像Im1は、位置決め画像Im11およびガイド画像Im12,Im13を含む。位置決め画像Im11は、ステップSa1にて得られた画像である。ガイド画像Im12は、判断領域の設定例を表すように予め準備された画像である。ガイド画像Im13は、判断領域に含まれるべき部位の名称を文字で表すように予め準備された画像である。例えば、対象部位が肺動脈である場合、上大静脈から右心房に入るポイントに造影剤が到達した時点で診断画像の撮像(以下、本撮像と称する)を開始することが好適であることが経験的に知られている。判断領域は、このように本撮像の開始タイミングを判断するために目標とする目標部位を含むように設定されることが望ましい。そこで、ガイド画像Im12としては、例えば上大静脈を含むように設定された判断領域を表した画像を予め準備しておくのである。このガイド画像Im12は、あくまでも参考用として操作者に提示するものであるので、被検体200とは異なる被検体について撮像された画像やイラストがベースであって構わない。ガイド画像Im13は、目標部位の名称などを文字により表した画像である。これらガイド画像Im12,Im13のデータは、例えば記憶ユニット12に記憶させておく。なお、ガイド画像Im12,Im13は必ずしも両方を含む必要は無く、いずれか一方のみであっても良い。また、造影MRA撮像に熟練した操作者であればガイド画像Im12,Im13は不要である場合もあるので、双方共に省略しても良い。なお、様々なスキルの操作者に適応するために、ガイド画像Im12,Im13のそれぞれの表示の要否を操作者の要求に応じて決定し、必要とされるガイド画像のみを判断領域設定画像Im1に含めても良い。
ステップSa3においてホスト計算機16は、操作者による指示に応じて位置決め画像上に判断領域を設定する。判断領域の設定には例えば、多角形のマークや点または線分をマウスなどのポインティングデバイスを使用して画像上に任意の領域を設定する周知の画像ROI設定機能を使用できる。図4は判断領域の設定例を示す図であり、位置決め画像Im11上に判断領域を示す画像Im21を合成した判断領域設定画像Im2の一例を示している。
ステップSa4においてホスト計算機16は、モニタ撮像の開始をシーケンサ10および演算ユニット11に指示する。これに応じてシーケンサ10および演算ユニット11は、モニタ画像を繰り返し得るモニタ撮像を開始する。モニタ画像は、造影剤の移動の様子を認識可能な程度に短い周期(例えば1秒)で得る必要がある。そこで、解像度などを低く設定して、短時間のうちに1枚のモニタ画像を得るようにする。モニタ撮像には例えば、グラディエント・エコー系のパルスシーケンスが利用可能である。
モニタ撮像が行われている状態においてホスト計算機16は、ステップSa5およびステップSa6において1枚のモニタ画像の撮像が完了するか、あるいは本撮像の開始指示が操作者により指示されるのを待ち受ける。
1枚のモニタ画像の撮像が完了したならば、ホスト計算機16はステップSa5からステップSa6へ移行する。ステップSa6においてホスト計算機16は、ステップSa3で設定した判断領域を表す判断領域画像を新たに撮像されたモニタ画像に対して重ね合わせて表す表示画像を生成し、これを表示器13に表示させる。図5は造影剤が判断領域に到達する以前の表示画像Im3の一例を示す図である。この表示画像Im3は、モニタ画像Im31に判断領域画像Im32を重ね合わせて表している。こののちにホスト計算機16は、ステップSa5およびステップSa6の待ち受け状態に戻る。かくして、本撮像の開始が指示されるまでは、新たなモニタ画像が得られる毎に、その新たなモニタ画像に判断領域画像を重ねて表す表示画像が生成され、その表示画像が表示器13にて表示される。
なお、モニタ画像の撮像スライスは、位置決め画像の撮像スライスと同じであっても、異なっていても良い。モニタ画像と位置決め画像とで撮像スライスが異なる場合には、ステップSa3で設定した判断領域の中心点をモニタ画像に射影した点を中心とし、大きさおよび形状が同じ領域を表す画像を判断領域画像とする。
表示画像においては、判断領域画像はステップSa3にて設定された判断領域を表しつづけるが、モニタ画像は逐次更新される。かくして、モニタ画像の撮像領域内を造影剤が移動する様子は、表示画像に表される。図6は造影剤が判断領域に到達した状態における表示画像Im4の一例を示す図である。この表示画像Im4では、判断領域画像Im32が表す判断領域内に造影剤が高信号値で表されたモニタ画像Im41に重ね合わせて表わされている。
この表示画像Im4を目視することにより、操作者は造影剤が目標部位に到達したことを認識することができる。そしてこれに基づいて操作者は、本撮像の開始タイミングを判断し、本撮像の開始を指示する。この指示を受けるとホスト計算機16は、ステップSa6からステップSa8へ進む。ステップSa8においてホスト計算機16は、モニタ撮像の終了をシーケンサ10および演算ユニット11に指示する。これに応じてシーケンサ10および演算ユニット11は、モニタ撮像を終了する。続いてステップSa9においてホスト計算機16は、造影MRAの本撮像を行うように各部を制御する。本撮像のための各部の動作は、周知の動作であって良い。そして本撮像が終了したならば、ホスト計算機16はこの処理を終了する。
以上のように本実施形態によれば、操作者はモニタ画像から目標部位の位置を把握することができないとしても、表示画像に基づいて目標部位への造影剤の到達を容易に把握することができ、適切なタイミングで本撮像の開始を指示することができる。
この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。
判断領域の設定時には、位置決め画像のみを表示しても良い。
表示画像の表示は、MRI装置100に外付けされた表示装置により表示しても良い。
ガイド情報の報知は、ガイド画像の表示に限らず、音声メッセージの出力などのように別の形態で行っても良い。
造影剤を用いないMRA撮像や血液以外の流体を対象とした撮像に対しても本発明を適用可能である。造影剤を用いないMRA撮像には、arterial spin labeling法など、血液などをラベリングして造影剤と同様なコントラスト変化を生じさせる方法が知られている。あるいは、MTC(magnetization transfer contrast)パルスやインバージョンパルスなどによって信号強度の初期値を変化させ、その時間変化を観察する方法が知られている。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
1…磁石、2…静磁場電源、3…シムコイル、4…シムコイル電源、5…天板、6…傾斜磁場コイルユニット、7…傾斜磁場電源、8…RFコイルユニット、9R…受信器、9T…送信器、10…シーケンサ、11…演算ユニット、12…記憶ユニット、13…表示器、14…入力器、15…音声発生器、16…ホスト計算機、100…磁気共鳴イメージング装置(MRI装置)。

Claims (8)

  1. 被検体に関する位置決め画像を取得する位置決め画像取得手段と、
    操作者による指定に応じて前記位置決め画像内に判断領域を設定する設定手段と、
    前記被検体に関するモニタ画像を所定時間間隔で繰り返し取得するモニタ画像取得手段と、
    前記モニタ画像が取得される毎に、前記モニタ画像に前記判断領域の範囲を表す判断領域画像を合成して表示器に表示する表示制御手段と、
    前記判断領域として好ましい領域をガイドするガイド情報を前記操作者に対して報知する報知手段と
    を具備し
    前記ガイド情報は、前記位置決め画像に類似した画像に当該画像において好ましい判断領域を表した画像を合成した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。
  2. 被検体に関する位置決め画像を取得する位置決め画像取得手段と、
    操作者による指定に応じて前記位置決め画像内に判断領域を設定する設定手段と、
    前記被検体に関するモニタ画像を所定時間間隔で繰り返し取得するモニタ画像取得手段と、
    前記モニタ画像が取得される毎に、前記モニタ画像に前記判断領域の範囲を表す判断領域画像を合成して表示器に表示する表示制御手段と、
    前記判断領域として好ましい領域をガイドするガイド情報を前記操作者に対して報知する報知手段と
    を具備し、
    前記ガイド情報は、前記判断領域に含まれるべき前記被検体の部位を文字により表した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. 被検体に関する位置決め画像を取得する位置決め画像取得手段と、
    操作者による指定に応じて前記位置決め画像内に判断領域を設定する設定手段と、
    前記被検体に関するモニタ画像を所定時間間隔で繰り返し取得するモニタ画像取得手段と、
    前記モニタ画像が取得される毎に、前記モニタ画像に前記判断領域の範囲を表す判断領域画像を合成して表示器に表示する表示制御手段と、
    前記判断領域として好ましい領域をガイドするガイド情報を前記操作者に対して報知する報知手段と
    を具備し、
    前記ガイド情報は、前記位置決め画像に類似した画像に前記判断領域の設定例を表した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。
  4. 被検体に関する位置決め画像を取得する位置決め撮像を実行する第1の撮像手段と、
    操作者による指定に応じて前記位置決め画像内に判断領域を設定する設定手段と、
    前記被検体に関するモニタ画像を所定時間間隔で繰り返し取得するモニタ画像撮像を実行するとともに、前記モニタ画像撮像の実行後に、本撮像を実行する第2の撮像手段と、
    前記モニタ画像が取得される毎に、前記モニタ画像に前記判断領域の範囲を合成して表示器に表示する表示制御手段とを備え、
    前記判断領域の設定が行われる位置決め画像は、前記第2の撮像手段により実行される撮像の撮像範囲を設定するために前記第1の撮像手段により取得される位置決め画像であり、
    前記表示制御手段は、さらに、前記位置決め画像に類似した画像に前記判断領域の設定例を表した画像を前記表示器に表示することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  5. 前記判断領域は、造影MRI撮像の撮像タイミングを判断するための領域であり、
    前記モニタ画像は、前記被検体に関する造影剤の流入を観察するための画像であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
  6. 前記位置決め画像に類似した画像は、前記被検体と異なる被検体の画像であることを特徴とする、請求項1又は3に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  7. 前記位置決め画像に類似した画像は、イラストベースの画像であることを特徴とする、請求項1又は3に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  8. 前記報知手段は、前記ガイド情報を、前記位置決め画像とともに前記表示器に表示することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
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