JP7233902B2 - 磁気共鳴イメージング方法及び磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージング方法及び磁気共鳴イメージング装置に関する。

従来、磁気共鳴イメージング装置を用いて血液や脳脊髄液（Cerebrospinal Fluid：ＣＳＦ）、心筋等の動きを可視化する方法として、Ｔｉｍｅ－ＳＬＩＰ（Time-Spatial Labeling inversion pulse）法やＴａｇｇｉｎｇ法が知られている。これらの方法は、いずれも観察対象をラベリングした後にイメージングのための読み出しを行うものであるが、ラベリングの持続時間に限界があるため、ラベルの見え方が一定でなく、観察対象の連続的な動きや不随意な動きを適切に可視化することが難しい場合がある。

特開２００４－２４２９４８号公報 特開昭６３－１１１８４５号公報 特開平０７－１７８０６８号公報 特開２０１０－１３６７８６号公報 米国特許出願公開第２０１５／０２７２４５３号明細書 米国特許第８，１９５，２７４号明細書 米国特許出願公開第２００８／０００９７１０号明細書

本発明が解決しようとする課題は、観察対象の連続的な動きや不随意な動きをより適切に可視化することである。

実施形態に係る磁気共鳴イメージング方法は、被検体に対して、励起用ＲＦパルスを繰り返し時間の間隔で繰り返し印加しながら、各繰り返し時間内で時間積分量がゼロになるようにバランスされた傾斜磁場パルス群を印加するバランスＳＳＦＰシーケンスを、持続的なスピンラベルを生成するためのスピンラベリング用傾斜磁場を各繰り返し時間内でさらに印加しながら実行することを含む。

図１は、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成例を示す図である。 図２は、本実施形態に係るシーケンス実行機能によって実行されるパルスシーケンスの一例を示す図である。 図３は、本実施形態に係るスピンラベリング用傾斜磁場によって生成されるスピンラベルの一例を示す図である。 図４は、本実施形態に係るスピンラベリング用傾斜磁場によって生成されるスピンラベルの変化の一例を示す図である。 図５は、本実施形態に係るスピンラベリング用傾斜磁場によって生成されるスピンラベルの変化の他の一例を示す図である。 図６は、第１実施形態に係るＭＲＩ装置によって実行される処理の処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本願に係る磁気共鳴イメージング方法及び磁気共鳴イメージング装置の実施形態について詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）装置の構成例を示す図である。

例えば、図１に示すように、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００は、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２、傾斜磁場電源３、全身用コイル４、局所用コイル５、寝台６、送信回路７、受信回路８、架台９、インタフェース１０、ディスプレイ１１、記憶回路１２、及び処理回路１３～１６を備える。

静磁場磁石１は、被検体Ｓが配置される撮像空間に静磁場を発生させる。具体的には、静磁場磁石１は、中空の略円筒状（中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む）に形成されており、その内周側にある撮像空間に静磁場を発生させる。例えば、静磁場磁石１は、略円筒状に形成された冷却容器と、当該冷却容器内に充填された冷却材（例えば、液体ヘリウム等）に浸漬された超伝導磁石等の磁石とを有する。なお、静磁場磁石１は、例えば、永久磁石を用いて静磁場を発生させるものであってもよい。

傾斜磁場コイル２は、静磁場磁石１によって発生した静磁場内に置かれた被検体Ｓに傾斜磁場を印加する。具体的には、傾斜磁場コイル２は、中空の略円筒状（中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む）に形成され、静磁場磁石１の内周側に配置されており、傾斜磁場電源３から供給される電流に基づいて、その内周側にある撮像空間に傾斜磁場を発生させる。また、傾斜磁場コイル２は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸それぞれに対応するＸコイル、Ｙコイル及びＺコイルを有しており、傾斜磁場電源３から各コイルに供給される電流に応じて、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸方向に沿った傾斜磁場を撮像空間に発生させる。これにより、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、ＭＲＩ装置１００に固有の装置座標系を構成する。例えば、Ｘ軸は、水平方向に沿うように設定され、Ｙ軸は、鉛直方向に沿うように設定され、Ｚ軸は、傾斜磁場コイル２の軸方向に一致し、静磁場磁石１によって発生する静磁場の磁束に沿うように設定される。

傾斜磁場電源３は、傾斜磁場コイル２が有するＸコイル、Ｙコイル及びＺコイルそれぞれに電流を供給することで、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸方向に沿った傾斜磁場を撮像空間に発生させる。具体的には、傾斜磁場電源３は、Ｘコイル、Ｙコイル及びＺコイルに個別に電流を供給することで、互いに直交するリードアウト方向、フェーズエンコード方向及びスライス方向それぞれに沿って、磁場強度が直線的に変化する傾斜磁場を発生させる。

ここで、リードアウト方向の傾斜磁場、フェーズエンコード方向の傾斜磁場、及びスライス方向の傾斜磁場は、静磁場磁石１によって発生する静磁場に重畳されることで、被検体Ｓから発生するＭＲ信号に空間的な位置情報を付与する。具体的には、リードアウト方向の傾斜磁場は、リードアウト方向の位置に応じてＭＲ信号の周波数を変化させることで、リードアウト方向に沿った位置情報をＭＲ信号に付与する。また、フェーズエンコード傾斜磁場は、フェーズエンコード方向に沿ってＭＲ信号の位相を変化させることで、フェーズエンコード方向に沿った位置情報をＭＲ信号に付与する。また、スライス傾斜磁場は、スライス方向に沿った位置情報をＭＲ信号に付与する。例えば、スライス傾斜磁場は、撮像領域がスライス領域の場合には、スライス領域の方向、厚さ及び枚数を決めるために用いられ、撮像領域がボリューム領域である場合には、スライス方向の位置に応じてＭＲ信号の位相を変化させるために用いられる。これにより、リードアウト方向に沿った軸、フェーズエンコード方向に沿った軸、及びスライス方向に沿った軸は、撮像の対象となるスライス領域又はボリューム領域を規定するための論理座標系を構成する。

全身用コイル４は、被検体ＳにＲＦパルス（ＲＦ磁場）を印加し、当該ＲＦパルスの影響によって被検体Ｓから発生するＭＲ信号を受信するＲＦコイルである。具体的には、全身用コイル４は、中空の略円筒状（中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む）に形成され、傾斜磁場コイル２の内周側に配置されており、送信回路７から供給されるＲＦパルス信号に基づいて、その内周側にある撮像空間に配置された被検体ＳにＲＦパルスを印加する。また、全身用コイル４は、ＲＦパルスの影響によって被検体Ｓから発生するＭＲ信号を受信し、受信したＭＲ信号を受信回路８へ出力する。例えば、全身用コイル４は、ＱＤ（quadrature）コイルである。

局所用コイル５は、被検体Ｓから発生したＭＲ信号を受信するＲＦコイルである。具体的には、局所用コイル５は、被検体Ｓの部位ごとに用意されたＲＦコイルであり、被検体Ｓの撮像が行われる際に、撮像対象の部位の近傍に配置される。そして、局所用コイル５は、全身用コイル４によって印加されるＲＦパルスの影響によって被検体Ｓから発生したＭＲ信号を受信し、受信したＭＲ信号を受信回路８へ出力する。なお、局所用コイル５は、被検体ＳにＲＦパルスを印加する送信コイルの機能をさらに有していてもよい。その場合には、局所用コイル５は、送信回路７に接続され、送信回路７から供給されるＲＦパルス信号に基づいて、被検体ＳにＲＦパルスを印加する。例えば、局所用コイル５は、サーフェスコイルや、複数のサーフェスコイルで構成されたアレイコイルである。

寝台６は、被検体Ｓが載置される天板６ａを備え、被検体Ｓの撮像が行われる際に、被検体Ｓが載置された天板６ａを撮像空間に移動する。例えば、寝台６は、天板６ａの長手方向が静磁場磁石１の中心軸と平衡になるように設置されている。

送信回路７は、静磁場中に置かれた対象原子核に固有のラーモア周波数に対応するＲＦパルス信号を全身用コイル４に出力する。具体的には、送信回路７は、パルス発生器、ＲＦ発生器、変調器、及び増幅器を有する。パルス発生器は、ＲＦパルス信号の波形を生成する。ＲＦ発生器は、共鳴周波数のＲＦ信号を発生する。変調器は、ＲＦ発生器によって発生したＲＦ信号の振幅をパルス発生器によって発生した波形で変調することで、ＲＦパルス信号を生成する。増幅器は、変調器によって発生したＲＦパルス信号を増幅して全身用コイル４に出力する。

受信回路８は、全身用コイル４及び局所用コイル５によって受信されたＭＲ信号に基づいてＭＲ信号データを生成し、生成したＭＲ信号データを処理回路１４に出力する。具体的には、受信回路８は、検波器を有しており、当該検波器によって、全身用コイル４及び局所用コイル５によって受信されたＭＲ信号から共鳴周波数の成分を差し引くことでＭＲ信号データを生成し、生成したＭＲ信号データを処理回路１４に出力する。

架台９は、略円筒状（中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む）に形成された中空のボア９ａを有し、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２、及び全身用コイル４を支持している。具体的には、架台９は、静磁場磁石１の内周側に傾斜磁場コイル２を配置し、傾斜磁場コイル２の内周側に全身用コイル４を配置し、全身用コイル４の内周側にボア９ａを配置した状態で、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２、及び全身用コイル４それぞれを支持している。ここで、架台９が有するボア９ａ内の空間が、撮像時に被検体Ｓが配置される撮像空間となる。

なお、ここでは、ＭＲＩ装置１００が、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２及び全身用コイル４それぞれが略円筒状に形成された、いわゆるトンネル型の構成を有する場合の例を説明するが、実施形態はこれに限られない。例えば、ＭＲＩ装置１００は、被検体Ｓが配置される撮像空間を挟んで対向するように一対の静磁場磁石、一対の傾斜磁場コイル及び一対のＲＦコイルを配置した、いわゆるオープン型の構成を有していてもよい。この場合には、一対の静磁場磁石、一対の傾斜磁場コイル及び一対のＲＦコイルによって挟まれた空間が、トンネル型の構成におけるボアに相当する。

インタフェース１０は、操作者から各種指示及び各種情報の入力操作を受け付ける。具体的には、インタフェース１０は、処理回路１６に接続されており、操作者から受け取った入力操作を電気信号へ変換して処理回路１６に出力する。例えば、インタフェース１０は、撮像条件や関心領域（Region Of Interest：ＲＯＩ）の設定等を行うためのトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。なお、本明細書において、インタフェース１０は、マウス、キーボード等の物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路もインタフェース１０の例に含まれる。

ディスプレイ１１は、各種情報及び各種画像を表示する。具体的には、ディスプレイ１１は、処理回路１６に接続されており、処理回路１６から送られる各種情報及び各種画像のデータを表示用の電気信号に変換して出力する。例えば、ディスプレイ１１は、液晶モニタやＣＲＴモニタ、タッチパネル等によって実現される。

記憶回路１２は、各種データを記憶する。具体的には、記憶回路１２は、ＭＲ信号データや画像データを記憶する。例えば、記憶回路１２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子やハードディスク、光ディスク等によって実現される。

処理回路１３は、寝台制御機能１３ａを有する。寝台制御機能１３ａは、制御用の電気信号を寝台６へ出力することで、寝台６の動作を制御する。例えば、寝台制御機能１３ａは、インタフェース１０を介して、天板６ａを長手方向、上下方向又は左右方向へ移動させる指示を操作者から受け付け、受け付けた指示に従って天板６ａを移動するように、寝台６が有する天板６ａの移動機構を動作させる。

処理回路１４は、シーケンス実行機能１４ａを有する。シーケンス実行機能１４ａは、傾斜磁場電源３、送信回路７及び受信回路８を介して、傾斜磁場コイル２、全身用コイル４及び局所用コイル５を制御することで、各種のパルスシーケンスを実行する。

具体的には、シーケンス実行機能１４ａは、処理回路１６から出力されるシーケンス実行データに従って、傾斜磁場電源３、送信回路７及び受信回路８を駆動することで、各種のパルスシーケンスを実行する。ここで、シーケンス実行データは、パルスシーケンスを表すデータであり、傾斜磁場電源３が傾斜磁場コイル２に電流を供給するタイミング及び供給する電流の強さ、送信回路７が全身用コイル４にＲＦパルス信号を供給するタイミング及び供給するＲＦパルスの強さ、受信回路８がＭＲ信号をサンプリングするタイミング等を規定した情報である。

そして、シーケンス実行機能１４ａは、各種のパルスシーケンスを実行した結果、受信回路８から出力されるＭＲ信号データを収集し、収集したＭＲ信号データを記憶回路１２に記憶させる。このとき、シーケンス実行機能１４ａによって受信されたＭＲ信号データの集合は、前述したリードアウト方向の傾斜磁場、フェーズエンコード方向の傾斜磁場、及びスライス方向の傾斜磁場によって付与された位置情報に応じて２次元又は３次元のｋ空間に配列されたｋ空間データとして記憶回路１２に記憶される。

処理回路１５は、画像生成機能１５ａを有する。画像生成機能１５ａは、記憶回路１２に記憶されたＭＲ信号データに基づいて画像を生成する。具体的には、画像生成機能１５ａは、シーケンス実行機能１４ａによって収集されたＭＲ信号データを記憶回路１２から読み出し、読み出したＭＲ信号データにフーリエ変換等の再構成処理を施すことで、２次元又は３次元の画像を生成する。また、画像生成機能１５ａは、生成した画像を記憶回路１２に記憶させ、操作者からの要求に応じて、記憶回路１２から画像データを読み出してディスプレイ１１に出力する。

処理回路１６は、撮像制御機能１６ａを有する。撮像制御機能１６ａは、ＭＲＩ装置１００が有する各構成要素を制御することで、ＭＲＩ装置１００の全体制御を行う。具体的には、撮像制御機能１６ａは、操作者から各種指示及び各種情報の入力操作を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）をディスプレイ１１に表示し、インタフェース１０を介して受け付けられた入力操作に応じて、ＭＲＩ装置１００が有する各構成要素を制御する。例えば、撮像制御機能１６ａは、操作者によって入力された撮像条件に基づいて、各種パルスシーケンスを設定し、設定したパルスシーケンスを表すシーケンス実行データを処理回路１４に送信することで、各種のパルスシーケンスを実行する。

ここで、上述した処理回路１３～１６は、例えば、プロセッサによって実現される。この場合に、各処理回路が有する処理機能は、例えば、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路１２に記憶される。各処理回路は、記憶回路１２から各プログラムを読み出して実行することで、各プログラムに対応する機能を実現する。ここで、各処理回路は、複数のプロセッサによって構成され、各プロセッサがプログラムを実行することによって各処理機能を実現するものとしてもよい。また、各処理回路が有する処理機能は、単一又は複数の処理回路に適宜に分散又は統合されて実現されてもよい。また、ここでは、単一の記憶回路１２が各処理機能に対応するプログラムを記憶するものとして説明したが、複数の記憶回路を分散して配置して、処理回路が個別の記憶回路から対応するプログラムを読み出す構成としても構わない。

以上、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００の全体的な構成について説明した。このような構成のもと、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００は、観察対象の動きを可視化するための機能を有している。

例えば、磁気共鳴イメージング装置を用いて血液や脳脊髄液（cerebrospinal fluid：ＣＳＦ）、心筋等の動きを可視化する方法として、Ｔｉｍｅ－ＳＬＩＰ（time-spatial labeling inversion pulse）法やＴａｇｇｉｎｇ法が知られている。ここで、Ｔｉｍｅ－ＳＬＩＰ法は、血液やＣＳＦ等をスライス状にラベリングすることで、そのスライス内又はスライス外への血液やＣＳＦ等の流れや移動を可視化する方法である。また、Ｔａｇｇｉｎｇ法は、心筋等を格子状にラベリングすることで、心筋等の動きを可視化及び定量化する方法である。

これらの方法は、いずれも観察対象をラベリングした後にイメージングのための読み出しを行うものであるが、ラベリングの持続時間に限界があるため（Ｔｉｍｅ－ＳＬＩＰでは５～６秒程度、Tagging法では１心拍程度）、ラベルの見え方が一定でなく、観察対象の連続的な動きや不随意な動きを適切に可視化することが難しい場合がある。

このようなことから、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００は、観察対象の連続的な動きや不随意な動きをより適切に可視化することができるように構成されている。以下、このようなＭＲＩ装置１００の構成について、詳細に説明する。

まず、本実施形態では、処理回路１４のシーケンス実行機能１４ａが、被検体に対して、励起用ＲＦパルスを繰り返し時間の間隔で繰り返し印加しながら、各繰り返し時間内で時間積分量がゼロになるようにバランスされた傾斜磁場パルス群を印加するバランスＳＳＦＰ（Steady-State Free Precession）シーケンスを、持続的なスピンラベルを生成するためのスピンラベリング用傾斜磁場を各繰り返し時間内でさらに印加しながら実行する。なお、シーケンス実行機能１４ａは、実行部の一例である。

ここで、バランスＳＳＦＰシーケンス（ｂａｌａｎｃｅｄ ＳＳＦＰシーケンスや、ｔｒｕｅ ＳＳＦＰとも呼ばれる）は、横緩和が十分に行われないような短い繰り返し時間（Repetition Time：ＴＲ）の間隔で原子核スピンの励起を繰り返し、かつ、ＴＲ内で印加される傾斜磁場の時間積分量をゼロにすることで、組織の縦磁化及び横磁化を定常状態にしながらＭＲ信号を収集するパルスシーケンスである。

図２は、本実施形態に係るシーケンス実行機能１４ａによって実行されるパルスシーケンスの一例を示す図である。ここで、図２は、２次元の画像を収集するためのパルスシーケンスを示している。また、図２において、「ＲＦ」は励起用ＲＦパルスを示し、「ＤＡＱ」はエコー信号のサンプリング期間を示し、「Ｓｌｉｃｅ」はスライス方向の傾斜磁場の印加タイミングを示し、「Ｒｅａｄ」はリードアウト方向の傾斜磁場を示し、「Ｐｈａｓｅ」はフェーズエンコード方向の傾斜磁場を示している。

例えば、図２に示すように、バランスＳＳＦＰシーケンスでは、静磁場中に置かれた被検体に対して、撮像条件として予め設定されたＴＲの間隔で、スライス方向のスライス選択用傾斜磁場パルス２０１及び励起用ＲＦパルス２０２が印加される。ここで、各ＴＲ内では、スライス選択用傾斜磁場パルス２０１及び励起用ＲＦパルス２０２が印加された後に、スライス方向のリフェーズ用傾斜磁場パルス２０３、リードアウト方向のディフェーズ用傾斜磁場パルス２０４、及び、ＴＲごとに大きさを変えたフェーズエンコード方向のフェーズエンコード用傾斜磁場パルス２０５が印加され、その後、リードアウト方向の読み出し用傾斜磁場パルス２０６が印加されている状態で、サンプリング期間２０７の間にエコー信号がサンプリングされる。また、エコー信号がサンプリングされた後には、ＴＲ内で印加される傾斜磁場の時間積分量がゼロに戻されるように、スライス方向のリワインド用傾斜磁場パルス２０８、リードアウト方向のリワインド用傾斜磁場パルス２０９、及びフェーズエンコード方向のリワインド用傾斜磁場パルス２１０が印加される。

そして、本実施形態では、シーケンス実行機能１４ａは、このようなバランスＳＳＦＰシーケンスを実行する際に、各ＴＲ内で、リードアウト方向及びフェーズエンコード方向それぞれに沿って、持続的なスピンラベルを生成するためのスピンラベリング用傾斜磁場をさらに印加する。

例えば、シーケンス実行機能１４ａは、図２において矢印で示すように、各ＴＲ内で、リードアウト方向のディフェーズ用傾斜磁場パルス２０４及びリワインド用傾斜磁場パルス２０９それぞれに重畳させて、一定の大きさのスピンラベリング用傾斜磁場２１１を印加する。また、シーケンス実行機能１４ａは、フェーズエンコード方向のフェーズエンコード用傾斜磁場パルス２０５及びリワインド用傾斜磁場パルス２１０それぞれに重畳させて、一定の大きさのスピンラベリング用傾斜磁場２１２を印加する。なお、図２では、説明の都合上、リードアウト方向及びフェーズエンコード方向それぞれに沿って印加される傾斜磁場パルスとスピンラベリング用傾斜磁場とを別々に図示しているが、実際には、各方向に沿って、傾斜磁場パルスとスピンラベリング用傾斜磁場とを足し合わせた大きさの磁場が印加される。

このように、バランスＳＳＦＰシーケンスにおいて、各ＴＲ内で一定の大きさのスピンラベリング用傾斜磁場をオフセットとして印加することによって、その結果として収集される画像内で、縞状の持続的なスピンラベルが生成されるようになる。

具体的には、上述したように、各ＴＲ内で一定の大きさのスピンラベリング用傾斜磁場をオフセットとして印加した場合には、各ＴＲにおいて、スピンラベリング用傾斜磁場を印加した方向に磁場の不均一が生じた状態で、ＭＲ信号がサンプリングされることになる。これにより、各ＴＲでサンプリングされるＭＲ信号には、スピンラベリング用傾斜磁場の時間積分量に応じた大きさの位相ズレが発生することになる。この位相ズレは、ＴＲごとに累積してゆき、位相ズレの大きさがπ（１８０°）となったタイミングで、正負反対の位相の信号が打ち消し合う結果、ＭＲ信号が無信号となる。すなわち、ＭＲ信号の位相ズレが２π、４π、６π・・・２ｎπ（ｎは自然数）となるごとに、それぞれの間で１回ずつＭＲ信号が無信号となる。この結果、収集される画像内で、黒い縞状のスピンラベルが生成されるようになる。これは、通常のバランスＳＳＦＰシーケンスに見られるダークバンドアーチファクトと同等なものであるが、これを意図的にコントロールすることによりスピンラベルとして利用する。

なお、スピンラベリング用傾斜磁場を印加するタイミングは、必ずしも、図２に示されるものに限られない。例えば、リードアウト方向のディフェーズ用傾斜磁場パルス２０４からリワインド用傾斜磁場パルス２０９までの期間の全体にわたって、スピンラベリング用傾斜磁場２１１を印加するようにしてもよい。同様に、フェーズエンコード方向のフェーズエンコード用傾斜磁場パルス２０５からリワインド用傾斜磁場パルス２１０までの期間の全体にわたって、スピンラベリング用傾斜磁場２１２を印加するようにしてもよい。

図３は、本実施形態に係るスピンラベリング用傾斜磁場によって生成されるスピンラベルの一例を示す図である。ここで、図３は、被検体の頭部を撮像した画像を示しており、被検体の脳内の側脳室３０１や第三脳室３０２、中脳水道３０３、第四脳室３０４等が撮像範囲に含まれている。

例えば、図３に示すように、スピンラベリング用傾斜磁場によって生成されるスピンラベルは、画像内で、複数の交差しない黒い線で構成された縞状に生成される。ここで、例えば、図２に示したように、リードアウト方向及びフェーズエンコード方向それぞれに沿ってスピンラベリング用傾斜磁場が印加された場合には、画像の面内で斜めの方向に縞状のスピンラベルが生成されることになる。なお、スピンラベルの形状は、原理的には平行な縞になるはずであるが、実際は磁場の不均一等の影響によって完全な平行にはならず、波状の縞になる。

そして、本実施形態では、処理回路１５の画像生成機能１５ａが、シーケンス実行機能１４ａによって連続的に収集されたＭＲ信号データに基づいて、時系列に連続する複数の画像を生成する。例えば、画像生成機能１５ａは、１つの画像を生成するために必要なデータが収集されるごとに、当該データに基づいて画像を生成する。また、画像生成機能１５ａは、生成した画像を時系列順に連続してディスプレイ１１２に表示する。

このように、画像生成機能１５ａによって時系列に連続する画像が生成された場合に、上述した縞状のスピンラベルは、各画像に含まれる液体や器官の動きに応じて形状が変化する。

図４は、本実施形態に係るスピンラベリング用傾斜磁場によって生成されるスピンラベルの変化の一例を示す図である。ここで、図４は、図３に示した画像において一点鎖線で示した範囲におけるスピンラベルの変化を示している。

例えば、撮像中に、被検体の脳内でＣＳＦが中脳水道３０３を通って第四脳室３０４から第三脳室３０２へ流れた場合には、図４の（ａ）～（ｂ）に示すように、時系列に連続する脳の画像において、スピンラベルにおける第三脳室３０２、中脳水道３０３及び第四脳室３０４の上に生成された部分が、それぞれＣＳＦが流れる方向へ突出するように変形する。

このとき、例えば、ＣＳＦの流れがある一定の速度より遅い定常流となっている場合には、スピンラベルの突出した部分が、偏移した状態で固定されて表示される。また、例えば、ＣＳＦの流れが突発的に速くなった場合には、スピンラベルの突出した部分が、他の部分から切り離されて、ＣＳＦが流れる方向に飛び出すように表示される場合がある。

図５は、本実施形態に係るスピンラベリング用傾斜磁場によって生成されるスピンラベルの変化の他の一例を示す図である。ここで、図５は、被検体の腕を撮像した画像を示しており、被検体の前腕部が撮像範囲に含まれている。

例えば、撮像中に、被検体の前腕部に含まれる指を動かす骨格筋４０１が収縮した場合には、図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、時系列に連続する前腕部の画像において、スピンラベルにおける骨格筋４０１の上に生成された部分が、指の動きに連動して、骨格筋４０１が収縮する方向へ突出するように変形する（図５の（ｂ）において矢印で示す箇所を参照）。

このように、本実施形態では、上述した縞状のスピンラベルによって、ＣＳＦや骨格筋の動きを可視化することができる。これにより、操作者が、縞状のスピンラベルの移動の様子から、観察対象となる液体や器官の動きを把握できるようになる。ここで、上述したスピンラベルは、時間が経過しても消失することがないので、操作者が観察対象を連続的に観察することができる。また、上述したスピンラベルによれば、画像の面内の異なる位置の動きや同期性、同調性を連続的に可視化することができる。

なお、ここでは、ＣＳＦ及び骨格筋の例を説明したが、上述したスピンラベルの適用例は、これらに限られない。

例えば、上述したスピンラベルは、水や血液、尿、胆汁、膵液、リンパ液、内耳リンパ液、唾液、眼房液等の他の液体の流れを可視化する場合にも同様に適用することができる。例えば、水に適用した場合の例として、浮腫内の水の流れの把握や、流入出の箇所の特定等を行えるようになる。また、例えば、血液に適用した場合の例として、大動脈解離の真腔及び偽腔の把握や、解離箇所の把握等を行えるようになる。また、例えば、尿に適用した場合の例として、腎臓、尿路又は膀胱内の尿の動きを把握できるようになる。また、例えば、胆汁や膵液の分布を把握できるようになる。また、例えば、腹水や胸水など病的状態で生じる液体の動きを把握できるようになる。

また、例えば、上述したスピンラベルは、前腕部以外の筋肉や臓器、脳の実質部、腸、眼球等の他の器官の動きを可視化する場合にも同様に適用することができる。例えば、眼球を観察対象とした場合に、眼球の不随意な動きも含めて、動きの検出や動きの角度等の定量化を行うことができるようになる。

そして、本実施形態では、さらに、処理回路１６の撮像制御機能１６ａが、スピンラベリング用傾斜磁場及び励起用ＲＦパルスの少なくとも一方を変更することで、縞状に生成されるスピンラベルの状態を変更する。

具体的には、撮像制御機能１６ａは、リードアウト方向とフェーズエンコード方向との間のスピンラベリング用傾斜磁場の配分を変更することで、スピンラベルの方向を制御する。

例えば、図３～５に例示したような２次元の画像において、左右方向がリードアウト方向に対応し、上下方向がフェーズエンコード方向に対応していたとする。その場合に、例えば、図２に示したように、リードアウト方向及びフェーズエンコード方向それぞれに沿ってスピンラベリング用傾斜磁場が印加されていた場合には、画像の面内で、上下方向及び左右方向に対して斜めの方向に縞状のスピンラベルが生成されることになる。

ここで、例えば、撮像制御機能１６ａが、リードアウト方向のスピンラベリング用傾斜磁場の配分をフェーズエンコード方向のスピンラベリング用傾斜磁場より大きくした場合には、縞状のダークバンドはフェーズエンコード方向に対してより平行に近づくように生成される、すなわち、スピンラベルの方向は、上下方向に近い角度に傾けられる。そして、例えば、撮像制御機能１６ａが、フェーズエンコード方向のスピンラベリング用傾斜磁場の配分をゼロにし、リードアウト方向のスピンラベリング用傾斜磁場の配分をゼロ以外にした場合には、縞状のダークバンドはフェーズエンコード方向と平行をなすように生成される、すなわち、スピンラベルの方向は上下方向になる。

一方、撮像制御機能１６ａが、フェーズエンコード方向のスピンラベリング用傾斜磁場の配分をリードアウト方向のスピンラベリング用傾斜磁場より大きくした場合には、スピンラベルの方向は、左右方向に近い角度に傾けられる。そして、例えば、撮像制御機能１６ａが、リードアウト方向のスピンラベリング用傾斜磁場の配分をゼロにし、フェーズエンコード方向のスピンラベリング用傾斜磁場の配分をゼロ以外にした場合には、スピンラベルの方向は左右方向になる。

また、撮像制御機能１６ａは、スピンラベリング用傾斜磁場のＴＲ内の時間積分量を変更することで、スピンラベルのピッチを制御する。例えば、撮像制御機能１６ａは、スピンラベリング用傾斜磁場のＴＲ内の時間積分量を大きくすることで、スピンラベルのピッチを細かくする（間隔を狭くする）。また、例えば、撮像制御機能１６ａは、スピンラベリング用傾斜磁場のＴＲ内の時間積分量を小さくすることで、スピンラベルのピッチを粗くする（間隔を広くする）。

また、撮像制御機能１６ａは、励起用ＲＦパルスの送信位相を変更することで、スピンラベルの位置を制御する。例えば、撮像制御機能１６ａは、連続する励起用ＲＦパルスの送信位相を一定量インクリメントすること（位相サイクリング）で、スピンラベルを平行移動させる。

図６は、第１実施形態に係るＭＲＩ装置１００によって実行される処理の処理手順を示すフローチャートである。

例えば、図６に示すように、本実施形態では、撮像制御機能１６ａが、ＴＲ内でスピンラベリング用傾斜磁場を印加するバランスＳＳＦＰシーケンスを設定し（ステップＳ１０１）、操作者から撮像を開始する指示を受け付けた場合に（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、設定したバランスＳＳＦＰシーケンスを表すシーケンス実行データを処理回路１４に送信することで、撮像を開始する。

続いて、シーケンス実行機能１４ａが、送信されたシーケンス実行データに基づいて、撮像制御機能１６ａによって設定されたバランスＳＳＦＰシーケンスを実行する（ステップＳ１０３）。そして、画像生成機能１５ａが、バランスＳＳＦＰシーケンスによって収集されたＭＲ信号に基づいて画像を生成し（ステップＳ１０４）、生成した画像をディスプレイ１１に表示する（ステップＳ１０５）。

ここで、撮像制御機能１６ａが、操作者からスピンラベルの状態を変更する指示を受け付けた場合には（ステップＳ１０６，Ｙｅｓ）、受け付けた指示に応じて、スピンラベリング用傾斜磁場及び励起用ＲＦパルスの少なくとも一方を変更する。

具体的には、撮像制御機能１６ａは、スピンラベルの方向を変更する指示を受け付けた場合には（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、受け付けた指示に応じて、リードアウト方向とフェーズエンコード方向との間のスピンラベリング用傾斜磁場の配分を変更する（ステップＳ１０８）。

また、撮像制御機能１６ａは、スピンラベルのピッチを変更する指示を受け付けた場合には（ステップＳ１０９，Ｙｅｓ）、受け付けた指示に応じて、スピンラベリング用傾斜磁場のＴＲ内の時間積分量を変更する（ステップＳ１１０）。

また、撮像制御機能１６ａは、スピンラベルの位置を変更する指示を受け付けた場合には（ステップＳ１１１，Ｙｅｓ）、受け付けた指示に応じて、励起用ＲＦパルスの送信位相を変更する（ステップＳ１１２）。

その後、撮像制御機能１６ａは、操作者から撮像を継続する指示を受け付けた場合に（ステップＳ１１３，Ｙｅｓ）、変更後のスピンラベルの条件で、撮像を継続する（ステップＳ１０３へ戻る）。一方、操作者から撮像を継続しない（終了する）指示を受け付けた場合には（ステップＳ１１３，Ｎｏ）、撮像制御機能１６ａは、撮像を終了する。

ここで、上述したステップＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０６～Ｓ１１３の処理は、例えば、処理回路１６が、撮像制御機能１６ａに対応する所定のプログラムを記憶回路１２から読み出して実行することにより実現される。また、ステップＳ１０３の処理は、例えば、処理回路１４が、シーケンス実行機能１４ａに対応する所定のプログラムを記憶回路１２から読み出して実行することにより実現される。また、ステップＳ１０４及びＳ１０５の処理は、例えば、処理回路１５が、画像生成機能１５ａに対応する所定のプログラムを記憶回路１２から読み出して実行することにより実現される。

このように、本実施形態では、撮像制御機能１６ａが、画像の連続収集の途中で、スピンラベルを変化させる。

なお、ここでは、撮像制御機能１６ａが、１つの画像の撮像と次の画像の撮像との間でラベルを変更する場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、撮像制御機能１６ａは、１つのＴＲのデータ収集と次のＴＲのデータ収集との間で、ラベルを変更してもよい。また、撮像制御機能１６ａは、ラベルを変更するタイミングの前後に、バランスＳＳＦＰシーケンスの中断又は開始用のシーケンスを挿入して実行してもよい。ここでいう中断又は開始用のシーケンスは、例えば、フリップバック用のＲＦパルスを印加するシーケンスや、スタートアップ用のＲＦパルスを印加するシーケンス等である。

また、ここでは、撮像制御機能１６ａが、操作者からの指示に基づいて、スピンラベルの状態を変更する場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、撮像制御機能１６ａは、被検体から取得された生体信号、又は、時系列に連続して収集された画像を解析することで、被検体の周期的な状態変化（動き）を検出し、検出した状態変化（動き）に基づいて、スピンラベルの状態を変更してもよい。例えば、撮像制御機能１６ａは、心拍の周期を示す心電信号や、脈拍の周期を示す脈波信号、呼吸の周期を示す呼吸信号等を入力信号として用いて、被検体の周期的な状態変化（動き）を検出する。また、例えば、撮像制御機能１６ａは、連続して収集された各画像を比較することによって、画像間の変化を検出し、検出した変化に基づいて、被検体の周期的な状態変化（動き）を検出する。例えば、被検体の呼吸周期に基づいてスピンラベルの状態を変更することで、通常呼吸から強制深呼吸に切り替えた場合の指の動きの変化を連続的に観察することができる。スピンラベルの状態を変更する代表例としては、励起用ＲＦパルスの送信位相のインクリメント量を周期的に変化させたり、スピンラベリング用傾斜磁場のＴＲ内の時間積分量を周期的に変化させることが挙げられる。

上述したように、本実施形態によれば、スピンラベルを生成するためのスピンラベリング用傾斜磁場を各繰り返し時間内でさらに印加しながらバランスＳＳＦＰシーケンスを実行することで、縞状のスピンラベルを同時かつ持続的に生成することができ、かつ、ラベリングされた画像を連続収集することができる。これにより、画像の面内の異なる位置での動きを同時に可視化できる等の効果を得ることができる。したがって、本実施形態によれば、観察対象の連続的な動きや不随意な動きをより適切に可視化することができる。

なお、上述した実施形態では、２次元の画像を収集する場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、上述したスピンラベリング用傾斜磁場を用いたラベリングの方法は、３次元の画像（ボリュームデータ）をバランスＳＳＦＰシーケンスで収集する場合にも、同様に適用することができる。

また、上述した実施形態では、本明細書における実行部及び制御部を、それぞれ、処理回路の実行機能及び制御機能によって実現する場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、本明細書における実行部及び制御部は、実施形態で述べた実行機能及び制御機能によって実現する他にも、ハードウェアのみ、又は、ハードウェアとソフトウェアとの混合によって同機能を実現するものであっても構わない。

また、上述した説明で用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサは、記憶回路に保存されたプログラムを読み出して実行することで、機能を実現する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成しても構わない。この場合は、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出して実行することで機能を実現する。また、本実施形態のプロセッサは、単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて一つのプロセッサとして構成され、その機能を実現するようにしてもよい。

ここで、プロセッサによって実行されるプログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）や記憶回路等に予め組み込まれて提供される。なお、このプログラムは、これらの装置にインストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ（Compact Disk）－ＲＯＭ、ＦＤ（Flexible Disk）、ＣＤ－Ｒ（Recordable）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記録されて提供されてもよい。また、このプログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納され、ネットワーク経由でダウンロードされることにより提供又は配布されてもよい。例えば、このプログラムは、上述した各機能部を含むモジュールで構成される。実際のハードウェアとしては、ＣＰＵが、ＲＯＭ等の記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、各モジュールが主記憶装置上にロードされて、主記憶装置上に生成される。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、観察対象の連続的な動きや不随意な動きをより適切に可視化することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００ ＭＲＩ装置
１４ 処理回路
１４ａ シーケンス実行機能
１６ 処理回路
１６ａ 撮像制御機能

Claims (9)

1. 被検体に対して、励起用ＲＦパルスを繰り返し時間の間隔で繰り返し印加しながら、各繰り返し時間内で時間積分量がゼロになるようにバランスされた傾斜磁場パルス群を印加するバランスＳＳＦＰシーケンスを、持続的なスピンラベルを生成するためのスピンラベリング用傾斜磁場を前記傾斜磁場パルス群が印加される各繰り返し時間内でさらに印加しながら実行することを含む、
   磁気共鳴イメージング方法。
2. 前記持続的なスピンラベルは、前記バランスＳＳＦＰシーケンスによって収集される画像内で縞状に生成される、
   請求項１に記載の磁気共鳴イメージング方法。
3. 前記スピンラベリング用傾斜磁場及び前記励起用ＲＦパルスの少なくとも一方を変更することで、前記スピンラベルの状態を変更する、
   ことをさらに含む、請求項２に記載の磁気共鳴イメージング方法。
4. リードアウト方向及びフェーズエンコード方向それぞれに沿って前記スピンラベリング用傾斜磁場を印加し、前記リードアウト方向と前記フェーズエンコード方向との間のスピンラベリング用傾斜磁場の配分を変更することで、前記スピンラベルの方向を制御する、
   請求項３に記載の磁気共鳴イメージング方法。
5. 前記スピンラベリング用傾斜磁場の時間積分量を変更することで、前記スピンラベルのピッチを制御する、
   請求項３に記載の磁気共鳴イメージング方法。
6. 前記励起用ＲＦパルスの送信位相を変更することで、前記スピンラベルの位置を制御する、
   請求項３に記載の磁気共鳴イメージング方法。
7. 操作者からの指示に基づいて、前記スピンラベルの状態を変更する、
   請求項３～６のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング方法。
8. 前記被検体から取得された生体信号、又は、時系列に連続して収集された画像を解析することで、被検体の周期的な状態変化を検出し、検出した状態変化に基づいて、前記スピンラベルの状態を変更する、
   請求項３～６のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング方法。
9. 静磁場内に置かれた被検体に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイルと、
   前記被検体にＲＦパルスを印加するＲＦコイルと、
   前記傾斜磁場コイル及び前記ＲＦコイルを制御することで、前記被検体に対して、励起用ＲＦパルスを繰り返し時間の間隔で繰り返し印加しながら、各繰り返し時間内で時間積分量がゼロになるようにバランスされた傾斜磁場パルス群を印加するバランスＳＳＦＰシーケンスを、持続的なスピンラベルを生成するためのスピンラベリング用傾斜磁場を前記傾斜磁場パルス群が印加される各繰り返し時間内でさらに印加しながら実行する実行部と
   を備える、磁気共鳴イメージング装置。

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