JPH03198834A

JPH03198834A - 核磁気共鳴断層撮像装置における呼吸同期撮像方法および呼吸同期撮像用温度センサ

Info

Publication number: JPH03198834A
Application number: JP1339812A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Miura; 嘉章三浦
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1989-12-26
Filing date: 1989-12-26
Publication date: 1991-08-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】Ａ、産業上の利用分野この発明は、核磁気共鳴断層撮像装置において、被検体
内のスピン励起用の高周波パルスの出力タイミングを被
検体の呼吸体動に同期させる核磁気共鳴断層撮像装置に
おける呼吸同期撮像方法および前記方法に使用する温度
センサに関する。

Ｂ、従来技術核磁気共鳴断層撮像装置における呼吸同期撮像方法とは
、静磁場中に置かれた被検体内の原子核スピンを励起さ
せる高周波パルス系列の出力タイミングを被検体の呼吸
体動に同期させるものであり、これによって、被検体の
体動による断層像の“°ぶれ”を補正したり、モーショ
ンアーティファクトを防止したりすることができる。そ
のための呼吸体動信号（以下、体動信号）を得るために
、従来、第６図に示すような圧力式のセンサが用いられ
ている。

即ち、この圧力式センサは、被検体Ｍの腹部に巻きつけ
固定する内側バンド１１と、エアパックで構成された呼
吸センサ１３を取りつけた外側ハンド１２とからなる呼
吸センサ装着帯１４と、呼吸センサＩ３にエアチューブ
１５を介して接続されたロードセルなどの圧電変換器１
６と、前置増幅器１７と、信号値Ｗｉ、調整用の可変抵
抗器１８と、増幅器１９と、比較器２０と、ワンショッ
ト回路で構成された同期信号発生回路２Ｉと、増幅器１
９から出力される体動信号Ｓｏの波形を表示するＣＲＴ
等のデイスプレィ２２等から構成されている。

外側バンド１２の両端部と、これに対応する内側ハンド
１１の部分にテープファスナ（図示せず）が縫い（＝Ｊ
けられており、被検体Ｍの呼吸に伴う体動を呼吸センサ
１３内の圧力変動として検出できる状態でテープファス
ナを介して外側バンド１２を内側ハンド１１に固定する
。

被検体Ｍの呼吸に伴って呼吸センサ１３内の圧力が交番
状に変化する。その圧力変化が圧電変換器１６で電気信
号に変換され、前置増幅器１７．増幅器１９で増幅され
、第７図の（ａ）に示すような交番状の体動信号Ｓ。と
なって比較器２０に入力されるとともに、その波形がデ
イスプレィ２２に表示される。

比較器２０ば、体動信号Ｓ０に対するスレッショルドレ
ベルｖｔｈをもち、体動信号Ｓ０のレベルが上昇してス
レッショルドレベルｖｔｈに達した時点で比較器２０が
“Ｈ”レベルに反転し、同期信号発生回路１１からワン
ショットの呼吸同期信号Ｓｓｙが図示しない高周波発生
回路に出力される。

この呼吸同期信号Ｓｓｙに同期して高周波のパルス系列
をスタートさせることにより、呼吸同期撮像を行ってい
る。

Ｃ０発明が解決しようとする課題しかしながら、従来の呼吸同期撮像方法には、次のよう
な問題がある。

検者（医者）は、呼吸センサ装着帯１４を被検体Ｍに装
着した後、被検体Ｍの呼吸に伴う体動信号Ｓ０の波形が
安定するまでの間（５分程度）、その波形をデイスプレ
ィ２２で観察するが、層間の個人差や呼吸による腹部の
動きの大きさの個人差があるため、呼吸センサ装着帯１
４の装着状態は被検体Ｍに応したものに調整する必要が
ある。

呼吸センサ装着帯１４の装着がきつ過ぎると、第７図（
ｂ）のように体動信号Ｓ。が飽和してしまい（Ｖｓｕｔ
は増幅器９の飽和電圧）、また、ゆる過ぎると、第７図
（Ｃ）のように体動信号Ｓ０のピーク値がスレッショル
ドレベルｖｔｈよりも低くなってしまい、いずれも適正
な呼吸同期信号Ｓｓｙを得ることができない。

呼吸センサ装着帯１４の装着状態を被検体Ｍに応した適
性な状態とするためには、体動信号Ｓ。の波形をデイス
プレィ２２で観察しながら、装着を繰り返して調整を行
う必要がある。この調整は困難で、しかも時間のかかる
ものであった。

また、内側バンド１１はかなりきつく巻き付けるもので
あり、上記のように呼吸センサ装着帯１４の装着の繰り
返し行うと、それだけ病人である被検体Ｍに与える肉体
的、精神的苦痛が増し、決して好ましいことではないつこの発明は、このような事情に迄みてなされたものであ
って、被検体の呼吸温度から被検体の体動信号を検出す
ることにより、呼吸センサ装着帯の困難な調整や、被検
体に与える苦痛を解消することができる呼吸同期撮像方
法およびこの方法に使用する温度センサを提供すること
を目的としている。

０１課題を解決するための手段この発明は、上記目的を達成するために次のような構成
を備えている。

即ち、この発明に係る核磁気共鳴断層撮像装置における
呼吸同期撮像方法は、非磁性材料で構成された温度セン
サを被検体の吐息空間内に配置し、被検体の呼吸に応じ
て出力される前記温度センサの検出信号を被検体の呼吸
による体動信号として用い、この体動信号に対して基準
レベルを設定し、前記体動信号と前記基準レベルとが合
致した時点で呼吸同期信号を核磁気共鳴断層撮像装置に
出力することにより、呼吸同期撮像を行うことを特徴と
している。

また、上記方法に使用する温度センサは、熱伝導性の良
好な非磁性材料で形成された温度センサ本体に、温度変
化に応じて発光波長が変化する光ルミネッセンス素子を
内蔵し、温度センサ本体の外から前記光ルミネッセンス
素子への励起光を伝送するとともに、前記励起光によっ
て光ルミネッセンス素子が発生した光を温度センサ本体
の外へ伝送する光ファイバを備えたことを特徴としてい
る。

８０作用この発明に係る呼吸同期撮像方法によれば、非磁性材料
で構成されている温度センサを被検体の吐息空間内に配
置することにより、被検体の周囲に発生した静磁場を乱
すことなく、被検体の呼吸時の温度に応じた検出信号が
得られる。

この検出信号の出力−時間特性は被検体の吐息時と吸息
時とに応じて交番状に変化する特性となり、この検出信
号を被検体の呼吸による体動信号として用いることがで
きる。次に、この体動信号に対して基準レベルを設定し
、この基準レベルと前記体動信号とが合致した時点で、
呼吸同期信号を核磁気共鳴断層撮像装置に出力すること
によって、被検体の呼吸体動に同期した核磁気共鳴断層
描像が行える。

また、この発明に係る呼吸同期撮像用温度センサによれ
ば、センサ本体に吹きつけられる被検体の呼吸に伴って
、センサ本体内の光ルミネンセンス素子の温度が変化す
る。そのため、光ファイバを介して光ルミネッセンス素
子に励起光を伝送すると、光ルミネッセンス素子が発す
る光の波長は被検体の呼吸に伴って変化する。したがっ
て、この光を光ファイバを介して外部へ取り出すことに
より、呼吸の変化が光の波長の変化として検出される。

また、温度センサ本体は非磁性材料であるから被検体の
周囲の静磁場を乱すことがなく、また、光ルミネッセン
スの励起光および発生した光は光ファイバで光伝送され
るので、信号の伝送経路においても、静磁場を乱したり
、雑音を発生したりすることはない。

Ｆ、実施例以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明に係る呼吸同期撮像用温度センサの
概略構成を示した斜視断面図である。

熱伝導性の良好な非磁性材料（この例では、比較的熱伝
導性の良いエポキシ樹脂）で形成された温度センサ本体
２内に球状の空間部４が設けられており、この空間部４
内にＧａＡｓ等の光ルミネッセンス素子３が収容されて
いる。温度センサ本体２の外から光ルミネッセンス素子
へ励起光を伝送するとともに、この励起光によって光ル
ミネッセンス素子３が発生した光を温度センサ本体２の
外へ導く光ファイバ５が温度センサ本体２内に埋設され
て、その先端が空間部４内で光ルミネッセンス素子３と
対向配置されている。

光ルミネッセンス素子３は、光によって励起され、発光
するルミネンセンス現象を示す素子であって、−ｉに発
光波長は、励起光波長よりも長くなり、光ルミネッセン
ス素子３の温度に依存することが知られている。第２図
に光ルミネッセンス素子３の発光波長−強度特性の一例
を示す。この図において、符号Ｔは光ルミネンセンス素
子３の温度を示し、Ｔ　＋　＜　Ｔ　２の関係がある。

図に示すように、本例で使用する光ルミネッセンス素子
３の発光波長特性は、光ルミネッセンス素子３の温度上
昇に伴い、発光波長が長くなる特性となっている（Ｌｌ
＜Ｌ２であり、Ｌ、は温度Ｔ、時の発光波長、Ｌ２は温
度１２時の発光波長である）。

このような特性をもつ温度センサ１を第３図に示すよう
に、被検体Ｍの鼻部近傍にテープ等で固定する。被検体
Ｍの吐息時の光ルミネッセンス素子３の温度は、吸息時
の温度（周囲温度で略２０゜６位）よりも、体温によっ
て温められて高くなる（略３５°Ｃ位になる）ので、発
光波長は吐息時の方が長くなる。即ち、前記の例におい
て、Ｔ、を吸息時の温度、ＬＬを吸４色時の発光波長、
Ｔ２を吐息時の温度５　Ｌ２を吐息時の発光波長とする
と、光ルミネッセンス素子３の発光波長をプリズムや回
折格子等の分光器を用いて、Ｌ、、Ｌ、とで異なる光路
に振り分け、各々の光強度信号を取り出すことによって
、被検体Ｍの呼吸に応じた体動信号を検出することがで
きる。

次に、その体動信号の検出方法を呼吸同期撮像方法と合
わせて、第３図ないし第５図を参照して説明する。

第３図は体動信号検出回路の一例図、第４図および第５
図はその回路中における信号波形図である。

第３図に示すように、核磁気共鳴断層撮像装置のガント
リ３０内に収容された被検体Ｍの鼻部近傍（吐息空間内
）温度センサ１を固定し、この温度センサｌから導出さ
れた光ファイバ５を分波器６で分岐して、発光ダイオー
ド（以下、Ｌ　Ｅ　Ｄ　）と、プリズム７とに導く。Ｌ
ＥＤは、光ルミネッセンス素子３（第１図参照）の励起
用光源として用いられ、１分間に約８０回繰り返される
被検体Ｍの呼吸による温度差を精度よくサンプリングで
きるように、パルス状の励起信号によって、数１０ｍ５
ｅｃ間隔で発光が繰り返される。ＬＥＤの発光によって
、励起された光ルミネッセンス素子３からの光は、光フ
ァイバ５および分波器６を介してプリズム７に与えられ
る。プリズム７は、呼吸による温度差に伴って波長が変
化する光のうち、Ｌ、の波長をもつ光を第１のフォトダ
イオード（以下、ＰＤ、）に、Ｌ、の波長をもつ光を第
２のフォトダイオード（以下、ｐＤｔ）にそれぞれ送出
する。

ＰＤ、は、被検体Ｍの吸息時の発光波長Ｌ１をもつ光の
強度に応じて変化する端子電圧ｖｐ＋を差動増幅器Ａ、
のマイナス側入力端子に与える。同様に、ＰＤ、は被検
体Ｍの吐息時の発光波長Ｌ２の光強度に応じた端子電圧
■、２を差動増幅器Ａ１のプラス側入力端子に与える。

差動増幅器Ａ、は、Ｖ９２とｖｐ＋との差電圧値を増幅
して出力するが、被検体Ｍが息を吐いたときには、光ル
ミネッセンス素子３の発光波長はＬ２となるため、ＰＤ
、の端子電圧Ｖｐ２を増幅した電圧■２を出力する。ま
た、被検体Ｍが息を吸うときには、ＰＤ、の端子電圧ｖ
ｐ＋の符号を反転し増幅した電圧■１を出力する。この
ように、差動増幅器Ａ、の出力電圧は、発光波長、即ち
、温度に応じて変化する特性となり、第４図にその一例
を図示する。また、第５図（ａ）は差動増幅器Ａ、の出
力−時間特性図であり、この図に示すように、０ポルト
を中心にして、交番状に変化する出力信号が得られる。

差動増幅器Ａ、の出力電圧の負の最大値■１を抵抗Ｒに
よって、ある一定の基準値（０ポルト以上）にクランプ
アップすると、第５図（ｂ）に示すような体動信号Ｓ０
が得られる。この体動信号Ｓ０は、比較器８の一方の入
力端子に与えられる。比較器８の他方入力端子には、可
変抵抗Ｒｖによって調整された定電圧電源■。の電圧値
ｖｔｈ　　が体動信号Ｓ０に対するスレッショルドレベ
ルとして与えられており、比較器８は体動信号Ｓ０とｖ
ｔｈとが一致した時点で、ｒＨ，ルベル信号を同期信号
発生回路９に送出する。

同期信号発生回路９は、そのｒＨ，レベル信号に応じて
第５図（Ｃ）に示すようなワンショットの呼吸同期信号
Ｓｓｙを図示しない高周波パルス発生回路に与える。

この呼吸同期信号Ｓｓｙに同期して、同図（ｄ）に示す
ような高周波パルス系列をスタートさせることにより、
呼吸同期撮像が行われる。

なお、上述した実施例では、温度上昇に伴って、発光波
長が長くなる光ルミネッセンス素子３を用いたが、逆に
、温度上昇に伴って発光波長が短くなる特性をもつ光ル
ミネッセンス素子も製造可能であるため、このような素
子を用いてもよい。その場合は、吐息時におけるＰＤ、
の端子電圧Ｖａｔを差動増幅器Ａ、のマイナス側入力端
子に人力し、吸息時におけるＰＤ、の端子電圧ｖｐ＋を
プラス側入力端子に接続することで、上述した実施例と
同様の体動信号を検出することができる。

また、上述した実施例では、１本の光ファイバ５を用い
て、光ルミネッセンス素子３への励起光と光ルミネッセ
ンス素子３が発する光とを伝送しているが、これは、２
本の光ファイバを用いて、前記励起光と光ルミネッセン
ス素子３が発する光とを別々に伝送するようにしてもよ
い。

Ｇ１発明の効果以上の説明から明らかなように、この発明に係る核磁気
共鳴断層撮像装置における呼吸同期撮像方法によると、
非磁性材料で構成された温度センサを被検体の吐息空間
内に配置し、前記温度センサの検出信号から被検体の呼
吸による体動信号を求めるようにしたため、被検体の周
囲に発生した静磁場を乱すことなく、被検体の呼吸体動
信号を検出することができる。さらに、従来のように、
被検体の腹部に圧力式のセンサを取りつける必要がなく
なるので、被検体に不快感および圧迫感を与えることも
ない。

また、前記温度センサとして、熱伝導性の良好な非磁性
材料で形成された本体に、温度変化に応じて発光波長が
変化する光ルミネンセンス素子を内蔵したものを使用す
るようにしたので、前述のように静磁場を乱さず、また
、雑音を発生ずることなく被検体の呼吸に伴う温度変化
を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は、この発明の一実施例に係り、第
１図は温度センサの概略構成を示した斜視断面図、第２
図は温度センサの出力波長−強度特性図、第３図は被検
体の体動信号を検出する検出回路図、第４図は差動増幅
器の出力と温度センサの温度との関係を示す特性図、第
５図（ａ）は差動増幅器の出力−時間特性図、同図（ｂ
）はその特性波形をクランプアップした体動信号波形図
、同図（Ｃ）は呼吸同期信号波形図、同図（ｄ）は高周
波パルス系列の概略波形図である。また、第６図および第７図は従来例に係り、第６図は圧
力式センサを使用した概略体動信号検出回路図、第７図
は第６図の動作説明用の波形図である。 ■・・・温度センサ２・・・温度センサ本体３・・・光ルミネッセンス素子５・・・光ファイバ６・・・分波器７・・・プリズム８・・・比較器９・・・同期信号発生回路第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非磁性材料で構成された温度センサを被検体の吐
息空間内に配置し、被検体の呼吸に応じて出力される前
記温度センサの検出信号を被検体の呼吸による体動信号
として用い、この体動信号に対して基準レベルを設定し
、前記体動信号と前記基準レベルとが合致した時点で呼
吸同期信号を核磁気共鳴断層撮像装置に出力することに
より、呼吸同期撮像を行うことを特徴とする核磁気共鳴
断層撮像装置における呼吸同期撮像方法。
（２）請求項（１）に記載の呼吸同期撮像方法に使用さ
れる温度センサであって、熱伝導性の良好な非磁性材料
で形成された温度センサ本体に、温度変化に応じて発光
波長が変化する光ルミネッセンス素子を内蔵し、温度セ
ンサ本体の外から前記光ルミネッセンス素子への励起光
を伝送するとともに、前記励起光によって光ルミネッセ
ンス素子が発生した光を温度センサ本体の外へ伝送する
光ファイバを備えたことを特徴とする呼吸同期撮像用温
度センサ。