JPH0522165Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 この考案は、核磁気共鳴断層撮影装置（NMR
−CT）において、高周波パルスの出力タイミン
グを被検者の体動に同期させる呼吸ゲート装置に
関する。

Ｂ 従来技術 呼吸同期信号は、原子核スピン（磁極双極子）
の回転のための高周波のパルス系列（例えば、
90°−τ−180°パルス系列）のスタート時点を決
定するものである。

この呼吸同期信号を得るための従来の呼吸ゲー
ト装置の例を第５図に示す。

この呼吸ゲート装置は、被検者ｍの腹部に巻き
付け固定したエアチユーブ２１と、このエアチユ
ーブ２１に連通して取り付けられた圧力センサ２
２と、増幅器２３と、同期信号発生回路２４とか
ら構成されている。

被検者ｍの呼吸に伴つてエアチユーブ２１内の
圧力が交番状に変化する。その圧力変化が圧力セ
ンサ２２で検出され、増幅器２３で増幅され、第
６図のＡに示すような交番状の体動信号S₀となつ
て同期信号発生回路２４に入力される。

同期信号発生回路２４は、体動信号S₀に対する
スレツシヨルドレベルVthをもち、体動信号S₀が
スレツシヨルドレベルとクロスした時点で呼吸同
期信号Ssyを出力する。

すなわち、体動の周期変動や振幅変動にかかわ
らず、被検者ｍの同一状態において呼吸同期信号
Ssyを出力させることが期待でき、この呼吸同期
信号Ssy同期して高周波のパルス系列をスタート
させるから、体動による断層像の“ぶれ”を補正
できるというものである。

Ｃ 考案が解決しようとする課題 しかしながら、このような構成を有する従来例
の場合には、次のような問題がある。

すなわち、エアチユーブ２１、圧力センサ２２
からなる体動検出系は、その応答速度が比較的遅
く、また、圧力センサ２２の検出精度が比較的低
いために、体動に正確に同期した呼吸同期信号
Ssyを得ることは実際上むずかしいのである。

さらに、腹囲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り、体動の小さい被検者ｍ
の場合には、第６図のＢのように、より短い周期
で体動信号S₀がスレツシヨルドレベルVthと頻繁
にクロスするために呼吸同期信号Ssyが被検者ｍ
の微妙に違う状態で発生されたり、これとは逆
に、体動信号S₀がスレツシヨルドレベルVthとク
ロスしない期間が長く続くために所定のスキヤン
時間内に所定回数の呼吸同期信号Ssyが発生しな
かつたりし、断層像の画質劣化を招くという問題
があつた。

また、断層像を得るには数分を要するが、この
時間は病人である被検者ｍにとつては長いもので
あり、その間、エアチユーブ２１を巻き付けてい
る被検者ｍに相当な苦痛を与えることも問題であ
る。

前述のように体動の小さい被検者ｍの場合、エ
アチユーブ２１をきつく締め付けると、体動信号
S₀のレベルが第６図のＣのように全体的に高くな
り、体動に同期した呼吸同期信号Ssyが出力され
ることとなつて画質劣化を免れるけれども、エア
チユーブ２１をきつく締め付けるために被検者ｍ
に与える苦痛が一層激しくなる。

この考案は、このような事情に鑑みてなされた
ものであつて、被検者に与える苦痛を無くすとと
もに、体動に正確に同期した呼吸同期信号を発生
させることができるようにすることを目的とす
る。

Ｄ 課題を解決するための手段 この考案は、このような目的を達成するため
に、次のような構成をとる。

すなわち、この考案の核磁気共鳴断層撮影装置
における呼吸ゲート装置は、ボデイコイル内の被
検者にモアレ縞を投影する手段と、そのモアレ縞
を撮像する手段と、このモアレ縞撮像手段によつ
て予め得られた基準パターンと断層像撮像時に検
出したパターンとの一致を判断する手段と、両パ
ターンが一致したときに呼吸同期信号を発生する
手段とを備えたものである。

Ｅ 作用 この考案の構成による作用は、次のとおりであ
る。

すなわち、モアレ縞のパターン認識という手法
を採用しているから体動検出の応答速度が速く、
かつ、検出精度が高いので、腹囲の個人差や呼吸
による腹部の動きの大きさの個人差があるとか、
体動の小さい被検者を対象とするとかのために、
被検者の体動の周期変動や振幅変動等の条件変化
が生じたとしても、被検者の体動中での実質的に
同一の状態において呼吸同期信号が出力される。
そして、被検者は、従来例のようにエアチユーブ
を巻き付ける必要もない。

Ｆ 実施例 以下、この考案の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

第１図は核磁気共鳴断層撮影装置における呼吸
ゲート装置の概略構成図である。

被検者ｍを挿入するための空間を内部に有する
ボデイコイル１の内部の上側部分に反射鏡２を配
置してある。ボデイコイル１の外部には、ボデイ
コイル１の軸方向に沿つて反射鏡２に向けてモア
レ縞の光束を投射するモアレ縞発生光源３が配置
されている。

被検者ｍの腹部から胸部にかけて反射率の高い
白布４が取り付けられている。この白布４は、従
来のエアチユーブ２１のように被検者ｍにきつく
巻き付けるのとは異なり、例えば、粘着テープ等
でソフトタツチに取り付けるだけのもので、被検
者ｍに苦痛を与えることはない。

反射鏡２で反射されたモアレ縞光束は、白布４
上にモアレ縞のパターンmpを投影する。このモ
アレ縞パターンmpの白布４からの反射光が前記
とは逆の経路を通つて反射鏡２からボデイコイル
１の外部の到達する。その経路上でモアレ縞発生
光源３の直近に撮像装置５が配置され、白布４上
のモアレ縞パターンmpを撮像する。

被検者ｍの呼吸に伴う体動によつて白布４上の
モアレ縞パターンmpが変化するが、その変化が
撮像装置５によつてとらえられる。撮像装置５と
しては、CCD（電荷結合素子）のカメラなどが使
用される。

撮像装置５から出力された画像データは、信号
処理部６に入力され、この信号処理部６において
各種の処理を経て呼吸同期信号Ssyを出力する。

第２図に信号処理部６のブロツク構成を示す。

撮像装置５の出力端子に切換器７およびＡ／Ｄ
変換回路８を介して基準のモアレ縞パターンmp₀
を格納するフレームメモリ９が接続されていると
ともに、切換器７を介して基準パターンmp₀と現
在のパターンmp(t)との各画素データの差分をと
る差分回路１０が接続されている。

撮像装置５の１画素転送クロツクと同期してア
ドレス信号を順次更新するアドレス発生回路１１
がフレームメモリ９のアドレスを指定すると、そ
のアドレスからＤ／Ａ変換回路１２を介して差分
回路１０に対応画素のデータが出力されるように
構成されている。

差分回路１０の次段に絶対値回路１３が接続さ
れ、絶対値回路１３の次段に加算回路１４が接続
されている。加算回路１４の出力端子は比較回路
１５の負入力端子に接続され、その正入力端子に
はスレツシヨルドレベルVthが入力されている。
そして、比較回路１５の次段にワンシヨツト回路
で構成された同期信号発生回路１６が接続され、
その出力端子が高周波発生回路１７に接続されて
いる。

次に、この実施例の呼吸ゲート装置の動作を説
明する。

まず、準備操作として、切換器７をフレームメ
モリ９側に切り換えておく。白布４を取り付けた
被検者ｍをボデイコイル１内に挿入し、モアレ縞
発生光源３を駆動してモアレ縞光束を反射鏡２を
介して白布４上に投影し、その反射光束を再び反
射鏡２を介して撮像装置５によつて撮像する。こ
の撮像されたモアレ縞パターンの各画素のデータ
E_ij（ｉ＝１，２……256，ｊ＝１，２……256）は
順次的にＡ／Ｄ変換回路８によつてＡ／Ｄ変換さ
れ、被検者ｍの呼吸に伴う体動中のある瞬間にお
けるモアレ縞パターンが基準パターンmp₀として
フレームメモリ９に格納される。

この場合、撮像装置５の１画素転送クロツクに
同期してアドレス発生回路１１から順次更新され
たアドレス信号A_ijがフレームメモリ９に出力さ
れ、各画素のデータは対応するアドレスに格納さ
れる。

フレームメモリ９に対する基準パターンmp₀の
１フレーム分の格納が完了すると、その完了信号
STによつて切換器７が差分回路１０側に切り換
えられるとともに、アドレス発生回路１１がクリ
アされる。

次いで、撮像段階に入る。

被検者ｍの体動に伴つて白布４上のモアレ縞パ
ターンmpは変化する。撮像装置５は、ある瞬間
のモアレ縞パターンmp(t)の各画素のデータD_ijを
順次的に差分回路１０に出力する。

一方、撮像装置５の１画素転送クロツクに同期
してアドレス発生回路１１から順次更新されたア
ドレス信号A_ijがフレームメモリ９に出力され、
フレームメモリ９から基準パターンmp₀のうちの
対応する画素のデータE_ijが差分回路１０に入力
される。

差分回路１０は、撮像装置５から入力した現在
のモアレ縞パターンmp(t)における各画素データ
D_ijと、フレームメモリ９から入力した基準パタ
ーンmp₀における各画素データE_ijとの差分ΔS_ij＝
D_ij−E_ijを演算して出力する。例えば、第１走査
ラインの第１画素について差分は、ΔS₁₁＝D₁₁−
E₁₁、第１走査ラインの第２画素についての差分
はΔS₁₂＝D₁₂−E₁₂、第２走査ラインの第１画素
についての差分はΔS₂₁＝D₂₁−E₂₁となる。

絶対値回路１３は、差分ΔS_ijの絶対値ΔZ_ij＝―
D_ij−E_ij―を算出する。この差分ΔS_ijおよび絶対
値ΔZ_ijの算出は、各画素ごとに順次的に行われ
る。

加算回路１４は、各画素データの入力毎に絶対
値ΔZ_ijを順次的に加算していく。撮像装置５から
の１フレーム分の画素データD_ij（ｉ＝１〜256，
ｊ＝１〜256）の転送が完了すると、その完了信
号STによつて加算回路１４から比較回路１５に
１フレーム分の全画素についての絶対値ΔZ_ijの加
算結果Ｔが出力される。

その加算結果は、Ｔ＝ΣΔZ_ij＝Σ―D_ij−E_ij―と
なつている。

比較回路１５は、加算値Ｔとスレツシヨルドレ
ベルVthとを比較し、Ｔ＞Vthのときは、比較回
路１５の出力端子は”Ｌ”レベルを維持し、同期
信号発生回路１６からは呼吸同期信号Ssyの出力
はない。なお、完了信号STの出力によつてアド
レス発生回路１１がクリアされ、加算回路１４か
らの加算値Ｔの出力の後、一定時間遅延して加算
回路１４がクリアされる。

１フレーム分のサンプリング周期は比較的短い
から、Ｔ＞Vthの状態は何フレーム分にもわたつ
て続き、この間、呼吸同期信号Ssyの出力はな
い。

しかし、やがて、被検者ｍの体動の状態が基準
パターンmp₀を登録したときの状態に近づき、そ
のときのフレームで処理した加算値Ｔは、Ｔ≦
Vthとなる。

スレツシヨルドレベルVthの値については、理
想的にはゼロであり、Ｔ＝０となつたときは、そ
のフレームでのモアレ縞パターンmp(t)と基準パ
ターンmp₀とが全画素について完全に一致する。
しかし、実際問題として、加算値Ｔがゼロになる
ことはほとんどないので、スレツシヨルドレベル
Vthをできるだけゼロに近い小さな値に設定して
ある。

さて、加算値Ｔが、Ｔ≦Vthとなつたとき、比
較回路１５の出力端子が反転して“Ｈ”レベルを
出力するため、同期信号発生回路１６からワンシ
ヨツトパルスとして呼吸同期信号Ssyが高周波発
生回路１７に出力され、高周波発生回路１７はパ
ルス系列（例えば、90°−τ−180°パルス系列）
の出力を開始する。

以上のように、この考案の場合には、モアレ縞
のパターン認識という手法を採用することによ
り、撮像装置５、信号処理部６による体動検出系
の応答速度を速く、かつ、検出感度を高くしてあ
る。したがつて、腹囲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とか、体動の小さ
い被検者ｍを対象とするとかのために被検者ｍの
体動の周期変動や振幅変動等の条件変化が生じた
としても、常に、体動に正確に同期して被検者ｍ
の実質的に同一の状態において呼吸同期信号Ssy
を出力させることがきる。

そして、高周波発生回路１７はこの呼吸同期信
号Ssyに同期して高周波のパルス系列をスタート
させるから、体動による断層像の“ぶれ”を良好
に補正して高品質の断層像を得ることができる。

また、前述のとおり、被検者ｍに対しては白布
４をソフトタツチで取り付けるだけでよく、被検
者ｍに、エアチユーブ２１の場合のような苦痛を
与えないですむ。

なお、上記実施例では、撮像装置５から入力さ
れてくる１フレームのすべての現在の画素データ
D_ijと、フレームメモリ９からのすべての画素デ
ータE_ijとを比較したが、これに代えて間引き処
理によつて基準のモアレ縞パターンと現在のモア
レ縞パターンとを比較することにより、処理動作
の高速化を図るように構成してもよい。

例えば、第３図に示すように、モアレ縞パター
ンmpの中心付近を通る横方向１画素列y_iと縦方
向１画素列x_jとについて現在の画素データと基準
の画素データとを比較したり、第４図に示すよう
に、横方向１画素y_i（あるいは縦方向１画素列x_i）
のみの比較であつてもよい。なお、この場合に
は、精度を確保するために、モアレ縞のピツチを
より小さくしておくことが望ましい。

また、上記実施例では、モアレ縞発生光源３と
撮像装置５とをボデイコイル１の外部に配置した
が、これらをコンパクトに構成できる場合には、
反射鏡２の箇所にモアレ縞発生光源３と撮像装置
５とを接近させて配置してもよい。この場合、反
射鏡２は省略できる。

Ｇ 考案の効果 この考案によれば、次の効果が発揮される。

すなわち、被検者にモアレ縞を投影し、撮像手
段によつて予め得られた基準のモアレ縞パターン
と断層像撮像時に検出したモアレ縞パターンとが
一致したときに呼吸同期信号を発生するように構
成してあるから、体動検出の応答速度が速く、か
つ、検出精度が高くなり、腹囲の個人差や呼吸に
よる腹部の動きの大きさの個人差があるとか、体
動の小さい被検者を対象とするとかのために体動
の周期変動や振幅変動等の条件変化が生じたとし
ても、常に、体動に正確に同期して被検者の実質
的に同一の状態において呼吸同期信号を出力させ
ることができ、この呼吸同期信号に同期して高周
波のパルス系列をスタートさせるから、体動によ
る断層像の“ぶれ”を良好に補正して高品質の断
層像を得ることができる。

加えて、従来例のようにエアチユーブを被検者
に巻き付け固定するのでなく、モアレ縞を映し出
す布のようなものを取り付けるだけでよいから、
被検者に苦痛を与えないですむ。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの考案の実施例に係
り、第１図は核磁気共鳴断層撮影装置における呼
吸ゲート装置の概略構成図、第２図は信号処理部
のブロツク構成図である。第３図および第４図は
それぞれ別の実施例に係るパターン認識の方法の
説明図である。第５図および第６図は従来例に係
り、第５図は呼吸ゲート装置の概略説明図、第６
図は体動信号および呼吸同期信号の波形図であ
る。 １……ボデイコイル、２……反射鏡、３……モ
アレ縞発生光源、５……撮像装置、６……信号処
理部、９……フレームメモリ、１５……比較回
路、１６……同期信号発生回路、１７……高周波
発生回路、ｍ……被検者、mp(t)……現在のモア
レ縞パターン、mp₀……基準のモアレ縞パター
ン、Ssy……呼吸同期信号。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ボデイコイル内の被検者にモアレ縞を投影する
   手段と、そのモアレ縞を撮像する手段と、このモ
   アレ縞撮像手段によつて予め得られた基準パター
   ンと断層像撮像時に検出したパターンとの一致を
   判断する手段と、両パターンが一致したときに呼
   吸同期信号を発生する手段とを備えた核磁気共鳴
   断層撮影装置における呼吸ゲート装置。