JP7405417B2 - Manufacturing method of anisotropic phantom member for MRI imaging device - Google Patents
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Images
Landscapes
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Description
特許法第30条第2項適用 2019年5月29日,https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31144164,https://link.springer.com/article/101007/s10334-019-00761-3Application of Article 30,
本発明は、MRI装置(Magnetic Resonance Imaging装置:磁気共鳴画像装置)で性能の評価や測定時の較正に使用されるファントムや位置の基準として使用されるマーカ等のMRI撮影装置用の異方性ファントム部材の製造方法に関し、特に、MRIの拡散強調画像の撮影時に使用され、特性が方向によって異なる異方性ファントム部材の製造方法に関する。 The present invention provides anisotropy for MRI imaging devices, such as phantoms used for performance evaluation and calibration during measurement in MRI devices, and markers used as position standards. The present invention relates to a method of manufacturing a phantom member , and particularly relates to a method of manufacturing an anisotropic phantom member that is used when taking diffusion-weighted images in MRI and whose characteristics vary depending on the direction.
医療現場において、患者に対して放射線被曝等の影響がないMRI装置(Magnetic Resonance Imaging装置:磁気共鳴画像装置)が使用されている。MRI装置では、人体の各細胞に含まれる水素原子核(プロトン)に対して、プロトンのスピンに応じた高周波磁場を印加して励起し、励起したプロトンが元の状態に戻る(緩和)際に発する電磁波に基づいて、プロトンの密度が異なる部分(例えば、水と脂肪)を濃淡で表した画像を得ることが可能である。ここでのMRI装置とは、撮像対象を人間に限定せず、動物実験に使用されるコンパクトMRIや磁気共鳴技術を応用した装置をさす。 2. Description of the Related Art In medical settings, MRI devices (Magnetic Resonance Imaging devices) are used, which do not affect patients with radiation exposure or the like. In an MRI device, hydrogen nuclei (protons) contained in each cell of the human body are excited by applying a high-frequency magnetic field that corresponds to the spin of the protons, and the excited protons emit light when they return to their original state (relaxation). Based on electromagnetic waves, it is possible to obtain an image in which areas with different proton densities (for example, water and fat) are represented by shading. The MRI apparatus herein refers to an apparatus that applies compact MRI or magnetic resonance technology used in animal experiments, without limiting the imaging target to humans.
従来からのMRI画像には、スピンの縦緩和(T1緩和)に基づくT1強調画像や、スピンの横緩和(T2緩和)に基づくT2強調画像といったものがある。これらの画像はそれぞれ人体組織が持つMRI特有の値に基づき画像のコントラストが得られる。近年、比較的新しい撮影方法に拡散テンソル解析や拡散尖度解析、トラクトグラフィーといった拡散MRIと呼ばれる技術がある。拡散MRIは、MRIのシーケンスの一種であり、水分子の拡散運動を画像化した拡散強調画像を得る技術である。
拡散テンソル解析は、テンソルの概念を応用し、人体内部の水分子の拡散運動の方向を解析することができる。また、拡散尖度解析は、水分子の拡散模様を統計の要素である尖度を用いて解析し、より詳細な人体組織の構造を反映しうる可能性を持っている。
Conventional MRI images include T1-weighted images based on longitudinal relaxation of spins (T1 relaxation) and T2-weighted images based on transverse relaxation of spins (T2 relaxation). The contrast of these images is obtained based on the MRI-specific values of each human tissue. In recent years, relatively new imaging methods include a technology called diffusion MRI, such as diffusion tensor analysis, diffusion kurtosis analysis, and tractography. Diffusion MRI is a type of MRI sequence, and is a technique for obtaining a diffusion-weighted image that visualizes the diffusion motion of water molecules.
Diffusion tensor analysis applies the concept of tensor and can analyze the direction of diffusion motion of water molecules inside the human body. In addition, diffusion kurtosis analysis analyzes the diffusion pattern of water molecules using kurtosis, which is a statistical element, and has the potential to reflect a more detailed structure of human tissue.
ここで、MRI装置の測定では、磁場を利用するため、設置されている環境の影響を受けることがある。また、装置により磁場の分布や強度に個体差があり、測定結果に影響を及ぼす可能性がある。したがって、MRI装置で撮影を行う場合、環境に応じて、較正を行う必要がある。較正を行う場合には、ファントムと呼ばれる予め特性が既知の部材が使用される。
現在T1強調画像やT2強調画像に利用できるファントムとして等方性のファントムはあるが、拡散強調画像を撮影する場合には、較正時に等方性のファントムを使用すると、拡散現象が全方向で同一となって濃淡の観測が困難であるため、異方性のファントムを使用する必要がある。
Here, since the MRI apparatus uses a magnetic field in measurement, it may be affected by the environment in which it is installed. Additionally, there are individual differences in the distribution and strength of the magnetic field depending on the device, which may affect the measurement results. Therefore, when performing imaging with an MRI apparatus, it is necessary to perform calibration depending on the environment. When performing calibration, a member called a phantom whose characteristics are known in advance is used.
Currently, there are isotropic phantoms that can be used for T1-weighted images and T2-weighted images, but when capturing diffusion-weighted images, if an isotropic phantom is used during calibration, the diffusion phenomenon will be the same in all directions. This makes it difficult to observe the shading, so it is necessary to use an anisotropic phantom.
拡散MRIに利用できる異方性のファントムについては、学術的な研究は行われているが、実用的なものは少ない。これは拡散MRIが従来の撮像方法とは異なり、水の拡散を解析して画像とするためであり、水の拡散を制限する有用な異方性ファントム材料が報告されていないためである。
現在、拡散MRIの研究において、異方性ファントムとして、脳神経組織をはじめとした模擬人体に似た組織を持つものとして、低価格で入手が容易な野菜のアスパラガスを利用することがある(非特許文献1参照)。アスパラガスをファントムとして使用する場合には、アスパラガスを水で煮て、アスパラガスに水を含浸させたものを使用している。
他にも、異方性のファントムとして、以下の特許文献1および非特許文献1~4記載の技術が従来公知である。
Although academic research is being conducted on anisotropic phantoms that can be used in diffusion MRI, there are few practical ones. This is because diffusion MRI differs from conventional imaging methods in that it analyzes the diffusion of water to produce an image, and a useful anisotropic phantom material that restricts the diffusion of water has not been reported.
Currently, in diffusion MRI research, asparagus, a low-priced and easily available vegetable, is sometimes used as an anisotropic phantom that has tissues similar to a simulated human body, including brain nerve tissue. (See Patent Document 1). When using asparagus as a phantom, asparagus is boiled in water to impregnate the asparagus with water.
In addition, the techniques described in
特許文献1(特開2014-223546号公報)には、キャリブレーション用異方性拡散ファントムとして、複数の薄いガラスプレート(1)が積層され、ガラスプレート(1)の間が10μmのH2O層(2)で分離された構成のものが記載されている。特許文献1では、毛細管の束が水、ヒドロゲル、あるいは水素を含む他の物質で満たされた構成についても記載されている。 Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2014-223546) discloses that a plurality of thin glass plates (1) are stacked as an anisotropic diffusion phantom for calibration, and H 2 O of 10 μm between the glass plates (1) is stacked. A structure separated by layer (2) is described. WO 2005/000001 also describes configurations in which the capillary bundle is filled with water, hydrogel, or other substances containing hydrogen.
非特許文献2には、MRIでの拡散強調画像において木材が解析可能であり、木材で拡散MRI用のファントムを開発する可能性について記載されている。
非特許文献3には、木材を材料とした体表マーカが、拡散MRIをはじめとした様々なMRI撮像法において利用可能であることが記載されている。
非特許文献4には、拡散MRI撮像法により取得されるFractional anisotropy map(FA
map)上で木材を材料とした体表マーカが観察可能であることが記載されている。
Non-Patent
Non-Patent
It is stated that body surface markers made of wood can be observed on the map).
(従来技術の問題点)
現在異方性ファントムとして使用されているアスパラガスは、腐りやすく、季節(収穫時期や旬)により入手しにくい場合もある。
特許文献1に記載のような毛細管状のものや10μm単位の隙間の管理が必要な異方性ファントムは、製造に高度な技術が必要であり、コストが高く、気軽に入手しにくい問題もある。また、特許文献1に記載の構成では、磁化率の差に起因する偽像(アーチファクト)を生成しやすい問題もある。さらに、特許文献1に記載の構成では、単一の解析値しか提供できない問題もあり、MRI装置で撮像したい部位に応じた較正をしたい場合に部位に応じた解析値を提供できない問題もある。
また拡散MRIで利用可能なマーカについての報告は少なく、拡散強調画像上で直接位置確認が可能な例は見つけられない。現状では、T1強調画像やT2強調画像と拡散強調画像を比較することで、位置を推定するだけである。
(Problems with conventional technology)
Asparagus, which is currently used as an anisotropic phantom, is easily perishable and may be difficult to obtain depending on the season (harvest time or season).
Anisotropic phantoms such as those described in
Furthermore, there are few reports on markers that can be used in diffusion MRI, and no examples have been found where the position can be directly confirmed on a diffusion-weighted image. Currently, the position can only be estimated by comparing a T1-weighted image, a T2-weighted image, and a diffusion-weighted image.
非特許文献2-4に記載の木材製の異方性ファントムは、MRI装置において撮影可能であり、異方性ファントムとしての可能性が学術的に提示されている。木材製のファントムは、アスパラガスに比べて腐りにくく(長期に渡って特性を維持しやすく)、特許文献1のファントムに比べて低コスト化できるメリットがある。
しかしながら、木材製のファントムは、異方性ファントムとして製法が確立しておらず、性能のばらつきや製造に時間がかかる恐れがある。
The anisotropic phantom made of wood described in Non-Patent Documents 2-4 can be imaged with an MRI apparatus, and the possibility of the anisotropic phantom as an anisotropic phantom has been academically proposed. A phantom made of wood is less likely to rot than asparagus (easily maintains its properties over a long period of time), and has the advantage of being lower in cost than the phantom of
However, there is no established manufacturing method for wood phantoms as anisotropic phantoms, and there is a risk of variations in performance and time-consuming manufacturing.
本発明は、木製の被検知部材の性能の安定性を向上させ,製造時間の短縮を可能にする製造技術を提供することを第1の技術的課題とする。
また、本発明は、偽像の発生を抑制する加工技術を提供することを第2の技術的課題とする。
The first technical problem of the present invention is to provide a manufacturing technique that improves the stability of the performance of a wooden detected member and reduces manufacturing time.
A second technical object of the present invention is to provide a processing technique that suppresses the generation of false images.
前記技術的課題を解決するために、請求項1に記載の発明のMRI撮影装置用の異方性ファントム部材の製造方法は、
プロトンの磁気共鳴条件を利用して拡散強調画像を撮像するMRI撮影装置用の異方性ファントム部材の製造方法であって、
水に浸された木片を煮沸する煮沸工程と、前記煮沸工程を経た木片を大気圧よりも低圧に減圧する減圧工程と、を実行することで、水が含浸された木製の異方性ファントム部材を製造する
ことを特徴とする。
In order to solve the above technical problem, a method for manufacturing an anisotropic phantom member for an MRI imaging apparatus according to the invention according to
A method for manufacturing an anisotropic phantom member for an MRI imaging device that captures a diffusion weighted image using proton magnetic resonance conditions, the method comprising:
A wooden anisotropic phantom member impregnated with water is obtained by performing a boiling process of boiling a piece of wood soaked in water and a depressurization process of reducing the pressure of the wood piece that has undergone the boiling process to a pressure lower than atmospheric pressure. It is characterized by manufacturing.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のMRI撮影装置用の異方性ファントム部材の製造方法において、
水に浸された木片を加圧しながら煮沸する前記煮沸工程、
を実行することを特徴とする。
The invention according to
the boiling step of boiling the wood pieces soaked in water while pressurizing;
It is characterized by carrying out.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載のMRI撮影装置用の異方性ファントム部材の製造方法において、
前記木片の煮沸と減圧とを複数回繰り返す
ことを特徴とする。
The invention according to
The method is characterized in that boiling and depressurizing the wood chips are repeated multiple times.
請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載のMRI撮影装置用の異方性ファントム部材の製造方法において、
木片に水を含浸させる前に、木片の維管束の延びる方向に対して交差する方向から前記木片を圧縮して、前記維管束の径を、予め定められた径に調整する工程、
を実行することを特徴とする。
The invention according to
Before impregnating the wood piece with water, compressing the wood piece from a direction crossing the direction in which the vascular bundles of the wood piece extend to adjust the diameter of the vascular bundle to a predetermined diameter;
It is characterized by carrying out.
請求項1に記載の発明によれば、切り出された木片に短時間で水を含浸させることができ、木製の異方性ファントム部材の製造時間を短縮できる。請求項1に記載の発明によれば、異方性ファントム部材として目的の性能となるように各工程を実施でき、木製の異方性ファントム部材の性能の安定性を向上させることができる。
請求項2に記載の発明によれば、煮沸工程において木片を加圧しない場合に比べて、木片に水を含浸させやすくすることができる。
請求項3に記載の発明によれば、目的の性能となるまで各工程を繰り返すことで、目的の性能の木製の異方性ファントム部材を安定して供給できる。
請求項4に記載の発明によれば、維管束の径を調整しない場合に比べて、木製の異方性ファントム部材の性能を安定させることができる。
According to the invention described in
According to the invention described in
According to the third aspect of the invention , by repeating each step until the desired performance is achieved, it is possible to stably supply the wooden anisotropic phantom member having the desired performance.
According to the fourth aspect of the invention , the performance of the wooden anisotropic phantom member can be stabilized compared to the case where the diameter of the vascular bundle is not adjusted.
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例(以下、実施例と記載する)を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
Next, specific examples of embodiments of the present invention (hereinafter referred to as examples) will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following examples.
In addition, in the following explanation using the drawings, illustrations of members other than those necessary for the explanation are appropriately omitted for easy understanding.
図1は本発明の実施例1の磁気共鳴撮影装置の説明図である。
図1において、本発明の撮影装置の一例としての実施例1の磁気共鳴撮影装置(MRI装置)1は、磁場発生装置の一例としての磁石部2を有する。磁石部2には、内部を水平方向に貫通する貫通孔3が形成されている。貫通孔3には、寝た状態の被検者4が支持される寝台6が貫通可能である。
磁石部2は、静磁場印加部材の一例としての静磁場発生磁石11を有する。なお、静磁場発生磁石として、超電導電磁石や永久磁石を使用することが可能である。静磁場発生磁石11の内側には、傾斜磁場印加部材の一例としての傾斜磁場発生コイル12が配置されている。傾斜磁場発生コイル12の内側には、励起磁場印加部材の一例としての高周波磁場発生コイル13が配置されている。高周波磁場発生コイル13の内側には、受信部の一例として、電磁波を受信する受信コイル14が配置されている。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a magnetic resonance imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a magnetic resonance imaging apparatus (MRI apparatus) 1 according to a first embodiment as an example of an imaging apparatus of the present invention has a
The
前記磁石部2には、情報処理装置の一例としてのコンピュータ装置21がケーブルCbを介して電気的に接続されている。したがって、コンピュータ装置21は、磁石部2との間で、静磁場発生磁石11等の制御信号や受信コイル14での検知信号等が送受信可能に構成されている。コンピュータ装置21は、コンピュータ本体22と、表示部の一例としてのディスプレイ23と、入力部の一例としてのキーボード24およびマウス25と、を有する。なお、実施例1では、コンピュータ装置21と磁石部2とをケーブルCbで接続する構成を例示したが、これに限定されず、携帯電話回線やBluetooth(登録商標)、無線LAN等、任意の無線通信方式で情報の送受信を行うことも可能である。
A
実施例1のコンピュータ本体22は、外部との信号の入出力および入出力信号レベルの調節等を行うI/O(入出力インターフェース)、必要な起動処理を行うためのプログラムおよびデータ等が記憶されたROM(リードオンリーメモリ)、必要なデータ及びプログラムを一時的に記憶するためのRAM(ランダムアクセスメモリ)、ROM等に記憶された起動プログラムに応じた処理を行うCPU(中央演算処理装置)ならびにクロック発振器等を有するコンピュータ装置により構成されており、前記ROM及びRAM等に記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
コンピュータ本体22には、基本動作を制御する基本ソフト、いわゆる、オペレーティングシステムや、アプリケーションプログラムの一例としてのMRI撮影プログラム、その他の図示しないソフトウェアが記憶されている。
実施例1のMRI撮影プログラムは、傾斜磁場発生コイル12や高周波磁場発生コイル13を制御し、受信コイル14で受信した検知信号に基づいて、拡散強調画像を導出する。なお、拡散強調画像を導出する方法、プログラムについては、従来公知であり、種々の構成を採用可能であるため、詳細な説明は省略する。
The computer
The computer
The MRI imaging program of the first embodiment controls the gradient magnetic
(木材製ファントムの製造方法の説明)
(木片の成形処理の説明)
図2は木片の要部拡大図である。
実施例1のMRI装置1では、拡散強調画像を撮像する場合に、性能の評価や較正のために使用する異方性のファントム(被検知部材の一例)として、木製のファントムを使用する。実施例1では、木製のファントムを作成するために、まず、木から木片を切り出す。木材には代表的な針葉樹を例とすると、仮道管にも早材と呼ばれる径の大きな部位と、晩材と呼ばれる径の小さな部位が存在する。ファントム材料としてこれらを利用する際は、均一な異方性とするために、早材と晩材が混在しないよう早材と晩材を区別して木片を切り出すことが望ましい。
木製のファントムでは維管束の径が小さいほど水の浸透が難しく、かつ異方性が高い。維管束径が大きいと、その特性は逆である。被検知部材の性能を安定させるため、維管束の径を揃えることが望ましい。そのため被検知部材の製作においては、図2における丸で囲われている維管束の径が大きな部分と、四角で囲われている維管束の径が小さな部分を混在させないよう切り分けることが望ましい。
(Description of manufacturing method of wood phantom)
(Explanation of forming process of wood pieces)
FIG. 2 is an enlarged view of the main part of the piece of wood.
In the
In a wooden phantom, the smaller the diameter of the vascular bundle, the more difficult it is for water to penetrate, and the more anisotropic it is. When the vascular bundle diameter is large, the characteristics are opposite. In order to stabilize the performance of the detected member, it is desirable to make the diameters of the vascular bundles the same. Therefore, in manufacturing the detected member, it is desirable to separate the portions of the vascular bundles surrounded by circles in FIG. 2 with large diameters and the portions of vascular bundles with small diameters surrounded by squares so that they do not coexist.
図3は木片の成形装置の概略説明図である。
なお、木材の個体差や木材の種類等により、維管束の径のばらつきが大きい、あるいは径が大きいため十分な異方性が得られない場合もある。この場合は、木片を成形することも可能である。図3において、切り出された木片31を、維管束等が延びる方向(木材を縦割りにする方向)が水平方向になるように、型32に収容する。この状態から、木片31を、維管束等が延びる方向に交差する方向(木材を輪切りにする方向)から押し型33で押して圧縮することで、維管束等の径を縮小させて維管束等の径や密度を、実験等で予め定められた目的の値に調整することが可能である。なお、木材は、引っ張りには弱くすぐに破断するが圧縮には強い性質があり、圧縮加工は比較的容易である。
FIG. 3 is a schematic explanatory diagram of a wood piece forming apparatus.
Note that due to individual differences in wood, the type of wood, etc., the diameter of the vascular bundle may vary widely, or the diameter may be so large that sufficient anisotropy may not be obtained. In this case, it is also possible to mold a piece of wood. In FIG. 3, a cut piece of
なお、維管束等の径が小さいほど異方性が高まる。異方性が高いほど、拡散MRI画像上で信号強度が高くなる。人体組織には異方性の高い組織から低い組織まで様々な種類がある。木片31を成形して木材の異方性を調整することで、より人体等価のファントムが作成可能である。すなわち、測定対象の部位に応じて、維管束等の径を調整して、異方性を調整することが可能である。
また自然物である木材の個体差(維管束等の径のばらつき、異方性のばらつき)を、この成形工程で排除して一定の品質を持ったファントムを作成することも可能である。
Note that the smaller the diameter of the vascular bundle, the higher the anisotropy. The higher the anisotropy, the higher the signal strength on the diffusion MRI image. There are various types of human tissues, ranging from tissues with high anisotropy to tissues with low anisotropy. By shaping the
It is also possible to create a phantom with a certain quality by eliminating individual differences in natural wood (variations in the diameter of vascular bundles, variations in anisotropy, etc.) through this molding process.
また、維管束には壁孔と呼ばれる扉構造が一定間隔ごとにある。壁孔が閉じているとそれより先に水分は浸透することが困難である。後述する加圧減圧により壁孔が開くことが期待できるが、成形時の圧縮に伴う外力により物理的に壁孔が開くことも期待でき、後の工程で水の浸透がより容易になることが期待できる。
木片の形状は、円柱状や四角柱状等、曲げ加工も含め任意の形状とすることが可能である。なお、木材の形状は、木材から木片を切り出す際に目的の形状とすることも可能であるし、成形装置32~33での成形工程後に目的の形状に加工することも可能である。
In addition, the vascular bundle has door structures called wall holes at regular intervals. When the wall holes are closed, it is difficult for moisture to penetrate beyond them. Although it is expected that the wall holes will open due to the pressure and depressurization described later, it is also expected that the wall holes will physically open due to the external force associated with compression during molding, which may make it easier for water to penetrate in the later process. You can expect it.
The shape of the piece of wood can be any shape, such as a cylinder or a square prism, including bending. Note that the shape of the wood can be made into a desired shape when cutting a piece of wood from the wood, or it can be processed into the desired shape after the forming process in the forming
(水含浸工程の説明)
水含浸工程では、まず、成形処理がされた木片31が水に浸された状態で煮沸する煮沸工程を実行する。実施例1の煮沸工程では、水に浸された木片を加圧しながら煮沸する。
なお、発明者らの研究の結果、木片31が浸される水は蒸留水や純水を利用すると木材表面に木材腐朽菌の発生が確認されることがあったが、水道水を使用することで発生した木材腐朽菌の除去、さらなる木材腐朽菌の発生を抑制できることが確認された。そのため水道水と同等か、それ以上の塩素消毒等の防腐処理を施した水を使うことが好ましい。したがって、水道水を使用することで、木製のファントムの長期保存、すなわち、長期間経過後もファントムとして使用することが可能である。
次に、煮沸工程を経た木片31に対して、木片31を大気圧よりも減圧した環境下に保持する減圧工程を実行する。
前記煮沸工程と減圧工程とからなる水含浸工程を経て、木片31に水が含浸された木製のファントムを作成した。
(Explanation of water impregnation process)
In the water impregnation step, first, a boiling step is performed in which the shaped
As a result of the inventors' research, it was found that when distilled water or pure water was used as the water in which the piece of
Next, the
A wooden phantom was created in which the
木製のファントムは、木材の仮道管(裸子植物等)や道管や師管といった維管束(被子植物)に沿った方向(木を縦割りする方向)に水や空気が流れやすい構造となっており、維管束等の延びる方向とは交差する方向(木を輪切りする方向)には水等が流れにくい。この方向によって水の流れやすさが異なることが異方性となる。
しかし、維管束等の内部に水ではなく空気が存在すると、プロトン(水素イオン)の磁気共鳴現象を利用するMRI装置では測定が困難である。したがって、維管束等の内部を水で充填する必要がある。
Wooden phantoms have a structure that allows water and air to easily flow in the direction (in the direction in which the tree is split vertically) along the wood's tracheids (gymnosperms, etc.) and vascular bundles (angiosperms) such as vessels and phloem. Therefore, it is difficult for water to flow in the direction that intersects the direction in which the vascular bundles, etc. extend (the direction in which the tree is sliced into rings). The fact that the ease with which water flows differs depending on the direction is called anisotropy.
However, if air instead of water is present inside a vascular bundle or the like, it is difficult to measure with an MRI apparatus that utilizes the magnetic resonance phenomenon of protons (hydrogen ions). Therefore, it is necessary to fill the inside of the vascular bundle etc. with water.
実施例1では、煮沸工程において、加熱することで、空気を膨張させて維管束等の内部の空気を外部に排気されやすくしている。
また、実施例1では、煮沸工程において、加圧することで、加圧されない場合に比べて、加圧された水を維管束等の内部に進入しやすくしている。
さらに、減圧工程において、減圧することで、維管束等に残っている空気が気圧差で膨張して維管束から外部に排気されやすくしている。
このように、実施例1の水含浸工程では、煮沸工程と減圧工程とを実行することで、これらの工程を実行しない場合に比べて、より水が含浸されたファントムを安定して製造、供給することが可能である。また、水が多く含浸されることで、ファントムとしての性能も向上する。
In Example 1, the air is expanded by heating in the boiling step, so that the air inside the vascular bundle and the like is easily exhausted to the outside.
Further, in Example 1, pressurization is applied in the boiling process, thereby making it easier for the pressurized water to enter the inside of the vascular bundle, etc., than when no pressure is applied.
Further, in the pressure reduction step, by reducing the pressure, the air remaining in the vascular bundle or the like expands due to the pressure difference and is easily exhausted from the vascular bundle to the outside.
As described above, in the water impregnation process of Example 1, by performing the boiling process and the depressurization process, it is possible to stably manufacture and supply a phantom impregnated with more water than when these processes are not performed. It is possible to do so. Furthermore, by impregnating with a large amount of water, the performance as a phantom is also improved.
なお、煮沸工程と減圧工程とを複数回繰り返し実行することで、木片31に、より水を含浸させることも可能である。すなわち、木材の材質や目的の異方性の程度、木片31の形状、大きさに、切り出した部位によっては、煮沸工程と減圧工程が1回ずつでは水の含浸が十分でない場合もある。このような場合は、目的の異方性が得られるまで煮沸工程と減圧工程を繰り返し実行することが可能である。逆に、煮沸工程と減圧工程が1回ずつで目的の異方性が得られる場合は、1回ずつで十分である。
また、実施例1では、煮沸工程において加圧する場合を例示したがこれに限定されない。木材の材質や目的の異方性の程度等によっては、加圧しなくても加熱(煮沸)だけでも十分に維管束等の内部に水が進入して、目的の異方性を達成できる場合もある。このような場合は、煮沸工程において加圧を行わないようにすることも可能である。
Note that it is also possible to impregnate the
Further, in Example 1, the case where pressurization is applied in the boiling process is illustrated, but the present invention is not limited to this. Depending on the material of the wood and the desired degree of anisotropy, heating (boiling) alone may be enough to allow water to enter the vascular bundles and achieve the desired anisotropy without applying pressure. be. In such a case, it is also possible not to apply pressure during the boiling process.
さらに、実施例1では、後述する実験結果の説明でも示されるが、減圧工程のみを実行しても木片31に水をある程度含浸させることが可能である。したがって、木材の材質等によって、煮沸工程を実行しなくても目的の異方性を達成できる場合には、煮沸工程(加圧および煮沸)を行わずに減圧工程のみを実行する構成とすることも可能である。逆に、煮沸工程のみで十分に目的の異方性を達成できる場合には、減圧工程を行わずに煮沸工程のみを実行する構成とすることも可能である。
また、実施例1では、煮沸工程を実行後に、減圧工程を実行したが、これに限定されない。後述する実験結果の説明でも示されるが、最初に減圧工程を行った後に、煮沸工程を実行する構成とすることも可能である。
Furthermore, in Example 1, it is possible to impregnate the
Further, in Example 1, the decompression step was performed after the boiling step, but the method is not limited to this. As will be shown in the explanation of the experimental results to be described later, it is also possible to adopt a configuration in which the pressure reduction step is performed first, and then the boiling step is performed.
(実験例1)
次に、水含浸工程について実験を行った。
木片31として「杉」の木材を使用した。
煮沸工程では、一例として、市販の圧力鍋(料理用)を使用して、木片31が完全に浸った状態で、2気圧程度に加圧した状態で30分煮沸した。
また、減圧工程では、一例として、木片31を水中に沈めた容器をデシケータに収容して、デシケータ内を真空ポンプで真空状態(アズワン株式会社製真空メータ 62-2986-21で「-0.1MPa」と表示される程度の低圧状態)に減圧した状態を24時間保持した後、大気圧に開放した。より具体的には、まず、デシケータ内を-0.1MPaの状態まで減圧して、真空ポンプを停止し、2~3時間程度静置すると、減圧で木片31及び水から発生する空気のため真空度が低下する。真空度が低下すると真空ポンプを稼働して再度-0.1MPaの状態まで減圧して静置する。この減圧と静置を3回程度繰り返した。そして、減圧してから24時間経過後、大気圧に開放した。
煮沸工程や減圧工程した後、1週間、木片31を水に浸けた状態で静置し、重量を測定した。この処理を、6週間分行った。
実験では、加圧しないで煮沸した場合(比較例)と、煮沸工程のみで減圧をしない場合(実験例)と、減圧工程のみを3週間行った場合と、減圧工程後に煮沸工程も行った場合と、を行った。
実験結果を図4に示す。
(Experiment example 1)
Next, an experiment was conducted regarding the water impregnation process.
As the
In the boiling step, as an example, a commercially available pressure cooker (for cooking) was used, and the
In addition, in the depressurization process, for example, a container in which the
After the boiling process and the depressurization process, the
In the experiment, boiling was performed without pressurization (comparative example), case where only the boiling process was performed without depressurization (experimental example), case where only the depressurization process was performed for 3 weeks, and case where the boiling process was also performed after the depressurization process. And so I did.
The experimental results are shown in Figure 4.
図4は実験例の説明図であり、縦軸に木片の重量を取り横軸に時間を取ったグラフである。
図4において、煮沸のみ(非特許文献2~4の作成方法)では、木片31の重量の増加が最も少なかった。すなわち、木片31への水の含浸量が少ないことが確認された。よって、煮沸のみでは、維管束等への水の含浸に限界があるか、十分に水を含浸させるには長時間がかかることが確認された。
これに比べて、煮沸工程のみでも水の含浸を多くすることができることが確認され、減圧工程(3週目まで)のみでは煮沸工程のみよりもさらに水の含浸が多くなることが確認された。また、加熱煮沸工程と減圧工程とが実行された場合(3週目以降)は、水の含浸量が最も多くなり、最も効果的であることが確認された。
FIG. 4 is an explanatory diagram of an experimental example, and is a graph in which the vertical axis represents the weight of the wood piece and the horizontal axis represents time.
In FIG. 4, the increase in weight of the
In comparison, it was confirmed that the boiling process alone can increase water impregnation, and it was confirmed that the depressurization process (until the third week) alone resulted in even more water impregnation than the boiling process alone. Furthermore, it was confirmed that when the heating and boiling process and the depressurizing process were performed (after the third week), the amount of water impregnated was the largest and was the most effective.
なお、理論的には、木片31を水中に静置して、長期に時間をかければ完全に木片31に水を含浸させることは可能である。本発明者らの実験で、1000年以上前の遺跡から発掘された地下水中の木片31はほぼ完全に水が含浸されていて、MRI装置で計測すると良好な計測結果が得られることが確認できた。しかしながら、このような木片31は、木片31の製造に長時間がかかると共に安定供給が困難であり、木片31の考古学的価値の観点からも、医療用の異方性ファントムとするのは困難である。
したがって、実施例1のように、異方性ファントムを作成する場合に、煮沸工程や減圧工程の一方または両方を実行することで、木片31への水の含浸を短時間で行うことが可能であり、少なくとも1000年単位から数週間~数か月単位に短縮することが可能である。よって、切り出してきた木材から木製のファントムを安定的に供給することが可能である。特に、間伐材等を使用すれば、環境保護にも貢献が期待される。
Note that, theoretically, it is possible to completely impregnate the
Therefore, when creating an anisotropic phantom as in Example 1, it is possible to impregnate the
また、実施例1では、木製のファントムで要求されている性能、仕様に応じて、目的の性能となるまで加熱煮沸工程と減圧工程の組み合わせや繰り返しの回数を選択可能である。したがって、性能の安定した木製のファントムを提供することが可能である。
さらに、前述のように、実施例1において水道水を使用した場合は数か月に渡って使用可能である。ここで、煮たアスパラガスを使用する従来技術では、アスパラガスが数日で腐ってしまう(1週間持たない)ため、性能評価や較正を行う場合には、アスパラガスを繰り返し購入する必要があった。これに対して、実施例1では長期に渡って繰り返し使用することが可能であり、費用面でも有利である。特に、実施例1の製造方法で作成された木片31は、発明者の実験の結果、1年間が経過したものでも、信号値の変化が測定誤差の範囲であり、利用可能であった。
Furthermore, in the first embodiment, it is possible to select the combination of the heating and boiling process and the decompression process and the number of repetitions until the desired performance is achieved, depending on the performance and specifications required of the wooden phantom. Therefore, it is possible to provide a wooden phantom with stable performance.
Furthermore, as mentioned above, when tap water is used in Example 1, it can be used for several months. However, with the conventional technology that uses boiled asparagus, the asparagus spoils in a few days (doesn't last a week), so when performing performance evaluation or calibration, it is necessary to repeatedly purchase asparagus. Ta. In contrast, Example 1 can be used repeatedly over a long period of time and is advantageous in terms of cost. In particular, as a result of the inventor's experiment, the
なお、木の材質によっては、水の含浸しやすさ/含浸し難さが異なるため、含浸しにくい材質であれば、煮沸工程と減圧工程とを繰り返す回数を多くすることで含浸を進め、含浸しやすい材質であれば静置期間を短くすることで製造期間を短縮することも可能である。また、加圧時や減圧時の圧力は例示した圧力に限定されず、変更可能である。すなわち、加圧装置として圧力鍋でなく、高圧を実現可能な工業用の加圧装置を使用することで高い効果が期待できる。
図4の結果から、効率的な処理としては、乾燥木材を完全に水中に沈めて、可能な限り低圧下で、可能な限り長期間静置する。その後可能な限り加圧することが望ましい。このようにすることで、煮沸しなくても、減圧により脱気された木片31内部の空隙に圧力をかけて水を浸透させることが可能である。
逆に、煮沸工程を先に行う場合は、水には空気が溶け込むことが可能であるため、初めに沸騰させた水を木片31に浸透させた方が、木片31内部に水をより浸透させやすいとも考えられる。
Note that depending on the material of the wood, the ease/difficulty of water impregnation differs, so if the material is difficult to impregnate, the impregnation can be progressed by repeating the boiling process and depressurization process more times. If the material is easy to clean, it is possible to shorten the manufacturing period by shortening the standing period. Moreover, the pressure at the time of pressurization and depressurization is not limited to the illustrated pressure, but can be changed. That is, a high effect can be expected by using an industrial pressure device capable of achieving high pressure instead of a pressure cooker as the pressure device.
From the results in Figure 4, an efficient treatment would be to completely submerge the dried wood in water and leave it there for as long as possible under as low a pressure as possible. It is desirable to pressurize as much as possible after that. By doing so, it is possible to apply pressure to the voids inside the
On the other hand, if the boiling process is performed first, air can dissolve in the water, so it is better to let the boiled water penetrate into the
なお、発明者は、例示した実験例以外にも、75種類の木材を同様に含浸処理して、拡散強調画像の撮像を行ったところ、全ての木材が利用可能であることを確認した。このとき、異方性が高かったのは、水が浸透しにくかった木材が多かった。
また、木片31の大きさには制限がないが、木材の繊維方向(維管束等の延びる方向)に厚い木片31は、維管束等が長くなり、水が浸透しにくくなるため、繊維方向に薄い木片31を使用することが好ましい。
さらに、維管束植物では、管構造と管構造の間に壁孔があるものがあり、水が浸透しにくいものがある。したがって、木材として、壁孔がないものあるいは壁孔が閉じていないものを利用すれば、効率的に含浸処理が可能になると考えられる。
また、実施例1では、MRI装置の拡散強調画像の撮像において、性能評価や較正で使用される異方性ファントムの例を説明したが、これに限定されない。例えば、水が含浸された木片31がMRI装置で検知可能であることを利用して、被検者4の体表に固定して位置の基準を観測するためのマーカー(被検知部材の一例)として実施例1の木片31を使用することも可能である。
In addition, in addition to the experimental examples shown, the inventor similarly impregnated 75 types of wood and captured diffusion weighted images, and confirmed that all of the wood could be used. At this time, many of the woods with high anisotropy were those that were difficult for water to penetrate.
Although there is no limit to the size of the
Furthermore, some vascular plants have wall holes between their tube structures, making it difficult for water to penetrate. Therefore, it is thought that impregnation treatment can be carried out efficiently by using wood that does not have wall holes or whose wall holes are not closed.
Furthermore, in the first embodiment, an example of an anisotropic phantom used for performance evaluation and calibration in capturing diffusion weighted images of an MRI apparatus has been described, but the present invention is not limited thereto. For example, by utilizing the fact that a piece of
(シリコン包埋工程の説明)
実施例1では、作成された木製ファントムをシリコン中に包埋して、木製ファントムの表面をシリコンで覆った状態で保存した。
木製のファントムは、木材と空気との境界で磁化率が急激に変化する。急激な磁化率の変化があると、偽像(アーチファクト)が発生する問題がある。これに対して、実施例1では、木製ファントムの表面がシリコンで覆われている。したがって、木製ファントムの外縁の空気との境界で磁化率の急激な変化がシリコンで緩和される。したがって、偽像の発生しにくい高性能の木製ファントムを提供することが可能である。
(Explanation of silicon embedding process)
In Example 1, the prepared wooden phantom was embedded in silicone and stored with the surface of the wooden phantom covered with silicone.
In a wooden phantom, the magnetic susceptibility changes rapidly at the boundary between wood and air. If there is a sudden change in magnetic susceptibility, there is a problem in that artifacts occur. In contrast, in Example 1, the surface of the wooden phantom is covered with silicone. Therefore, the sudden change in magnetic susceptibility at the boundary with air at the outer edge of the wooden phantom is alleviated by silicon. Therefore, it is possible to provide a high-performance wooden phantom that is less likely to generate false images.
(実験例2)
次に、シリコン包埋の効果を確認する実験を行った。
実験例2では、シリコンとして、株式会社GSIクレオス製の「VM001 Mr.シリコーン」を使用した。
実験例2では、まず、木片31(木製ファントム)が完全に隠れる深さのタッパー(容器)に、10mm程度の厚さになるようにシリコンを入れ固めた。次に、固まったシリコンをベースとして、その上に木片31を置き、上から木片31が完全に隠れるまで(包埋されるまで)シリコンを注入した。そして、このシリコンで木片31が封入された状態で保管した。そして、シリコン樹脂に封入して取り出さずにそのままMRI装置撮影した。
比較例2として、シリコンに替えて水を包埋物質としたファントムを準備した。
実験結果を図5に示す。
(Experiment example 2)
Next, we conducted an experiment to confirm the effect of silicon embedding.
In Experimental Example 2, "VM001 Mr. Silicone" manufactured by GSI Creos Co., Ltd. was used as the silicon.
In Experimental Example 2, first, silicone was poured into a Tupperware (container) deep enough to completely hide the piece of wood 31 (wooden phantom) to a thickness of about 10 mm and hardened. Next, using the solidified silicon as a base, a piece of
As Comparative Example 2, a phantom was prepared in which water was used as the embedding material instead of silicon.
The experimental results are shown in Figure 5.
図5は実験例2の実験結果の説明図であり、図5Aは比較例2の説明図、図5Bは実験例2の結果の説明図である。
図5Aにおいて、水を包埋物質とした木製ファントムでは、撮影された画像が、ファントムの側面が倒れこむように歪み、上部も変形と信号値の異常(偽像、アーチファクト)が見られた。MRIによる撮像、特に拡散MRIの撮像では、人体組織などの撮像対象と、周りの空気との境界において偽像が形成される。これは境界面で急激に磁化率が変化するためである。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the experimental results of Experimental Example 2, FIG. 5A is an explanatory diagram of Comparative Example 2, and FIG. 5B is an explanatory diagram of the results of Experimental Example 2.
In FIG. 5A, in the case of the wooden phantom with water as the embedding material, the captured image was distorted as if the sides of the phantom were falling down, and the upper part was also deformed and signal value abnormalities (false images, artifacts) were observed. In MRI imaging, particularly diffusion MRI imaging, false images are formed at the boundary between an imaging target such as human tissue and the surrounding air. This is because the magnetic susceptibility changes rapidly at the interface.
一方で、シリコンを包埋物質とした木製ファントムでは、図5Bに示すように、図5Aのような歪みは見られなかった。なお、図5Bにおいて、中心の白い台形が木片でその周りのグレーがシリコン樹脂、さらにその周りの黒い枠が空気である。
よって、シリコン樹脂による包埋をすることで、木片31の表面がシリコンで覆われ、木材と空気との境界で磁化率が急激に変化することが抑制される。特に、シリコン樹脂は、NMR(Nuclear Magnetic Resonance:核磁気共鳴)信号が極端に低く、画像に写りにくく、画質に悪影響を与えにくい。
On the other hand, in the wooden phantom in which silicon was used as the embedding material, as shown in FIG. 5B, no distortion as shown in FIG. 5A was observed. In FIG. 5B, the white trapezoid in the center is a piece of wood, the gray around it is silicone resin, and the black frame around it is air.
Therefore, by embedding with silicone resin, the surface of the piece of
図6は実験例2の木製ファントムの重量変化の説明図である。
図6において、実験例2のシリコン樹脂で包埋された木製ファントムの重量を9か月間測定したが、その間の重量変化は最大で1.5gであり、試料作製時の重量125.5gの1.2%に過ぎない。また、その重量変化も一定の変化ではなく上下動であったため、測定誤差と考えられる。
したがって、実験例2では、木製ファントムをシリコンで包埋することで、ファントムの性能が低下することなく長期に渡って性能が安定した状態で保管可能であることが確認された。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the weight change of the wooden phantom of Experimental Example 2.
In Figure 6, the weight of the wooden phantom embedded in the silicone resin of Experimental Example 2 was measured for 9 months, and the weight change during that period was 1.5 g at most, which was 125.5 g of the weight at the time of sample preparation. .2%. Furthermore, the weight change was not a constant change but a vertical movement, which is considered to be a measurement error.
Therefore, in Experimental Example 2, it was confirmed that by embedding a wooden phantom in silicone, it was possible to store the phantom in a stable state over a long period of time without deteriorating its performance.
(変更例)
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例(H01)~(H03)を下記に例示する。
(H01)前記実施例において、磁石部2がリング状、いわゆる、トンネル型の磁気共鳴撮影装置を例示したが、これに限定されない。例えば、磁石部2がコの字型、いわゆる、オープン型の磁気共鳴撮影装置にも適用可能である。
(H02)前記実施例や実験例において、例示した具体的な数値や商品名等は、設計や仕様等に応じて、任意に変更可能である。
(H03)前記実施例において、ファントムの形状は、円柱状や四角柱状等の単純な形状に限定されず、形状を自由に変形させ、加工(削り出し等)したり等も可能である。例えば、人体の脳の形状に近づけたり、測定したい臓器の形状に近づけたり、現在商用化されているMRI用の性能評価ファントムと同形状にしたり等が可能である。また、木材の幹から枝が分岐する部分を使用して、神経線維の分岐を模したファントムの作成も期待できる。
(Example of change)
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made within the scope of the gist of the present invention as described in the claims. Is possible. Modifications (H01) to (H03) of the present invention are illustrated below.
(H01) In the embodiment described above, a magnetic resonance imaging apparatus in which the
(H02) In the above embodiments and experimental examples, the specific numerical values, product names, etc. illustrated can be arbitrarily changed depending on the design, specifications, etc.
(H03) In the above embodiments, the shape of the phantom is not limited to a simple shape such as a cylinder or a quadrangular prism, but the shape can be freely deformed and processed (cut out, etc.). For example, it is possible to make it close to the shape of a human brain, to make it close to the shape of an organ to be measured, or to make it the same shape as a performance evaluation phantom for MRI that is currently commercially available. It is also possible to create a phantom that mimics the branching of nerve fibers by using the parts where branches branch from the trunk of a tree.
1…MRI装置
31…木片、被検知部材。
1...
Claims (4)
水に浸された木片を煮沸する煮沸工程と、前記煮沸工程を経た木片を大気圧よりも低圧に減圧する減圧工程と、を実行することで、水が含浸された木製の異方性ファントム部材を製造する
ことを特徴とするMRI撮影装置用の異方性ファントム部材の製造方法。 A method for manufacturing an anisotropic phantom member for an MRI imaging device that captures a diffusion weighted image using proton magnetic resonance conditions, the method comprising:
A wooden anisotropic phantom member impregnated with water is obtained by performing a boiling process of boiling a piece of wood soaked in water and a depressurization process of reducing the pressure of the wood piece that has undergone the boiling process to a pressure lower than atmospheric pressure. A method for manufacturing an anisotropic phantom member for an MRI imaging device, comprising: manufacturing an anisotropic phantom member for an MRI imaging device.
を実行することを特徴とする請求項1に記載のMRI撮影装置用の異方性ファントム部材の製造方法。 the boiling step of boiling the wood pieces soaked in water while pressurizing;
2. The method of manufacturing an anisotropic phantom member for an MRI imaging apparatus according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1または2に記載のMRI撮影装置用の異方性ファントム部材の製造方法。 The method for manufacturing an anisotropic phantom member for an MRI imaging apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that boiling and depressurizing the wood piece are repeated multiple times.
を実行することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のMRI撮影装置用の異方性ファントム部材の製造方法。 Before impregnating the wood piece with water, compressing the wood piece from a direction crossing the direction in which the vascular bundles of the wood piece extend to adjust the diameter of the vascular bundle to a predetermined diameter;
4. The method of manufacturing an anisotropic phantom member for an MRI imaging apparatus according to claim 1 , wherein:
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