JPWO2016021440A1 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

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Abstract

MRI装置により、血流をラベルして血流描出撮像を行う際に取得された血行動態描出画像の不正確性を低減するために、血流速度を用いて、血流をラベルする高周波パルスの印加と、それに続く血流を撮像するシーケンスとを含むパルスシーケンス又は血流描出撮像の表示を制御する。例えば、血流速度を用いてラベル用の複数の高周波パルスのうちの1つ以上の高周波パルスの印加位置を制御する。血流をラベルしてから撮像の開始までの時間及び/又は血流をラベルするための高周波パルスの印加位置を制御する。血流描出画像のカラー表示の閾値を制御する。

Description

磁気共鳴イメージング装置(以下、「MRI」という)、特に血流撮像を行うMRI装置に関する。
MRI装置を用いて、血液をラベルした画像(ラベル画像)とラベルしない画像(コントロール画像)の差分により血行動態を描出する撮像が行われる。このような撮像では、撮像するタイミングによって血管画像や灌流画像を得ることができる。このようにして得られた灌流画像は磁気共鳴(以下、「MR」という)灌流画像と呼ばれている。灌流(perfusion)とは、ある器官や組織領域の毛細血管循環を通る血流をいう。
MR灌流画像の撮像方法のひとつに動脈スピン標識法(Arterial Spin Labeling以下、「ASL」という)がある。ASLでは非造影で撮像してMR灌流画像を作成することができる。
ASLの例として、特許文献1から3に記載の方法があげられる。
特許文献1は、ラベル画像を取得するために1発の360°断熱性(adiabatic)ラベリングパルスを、コントロール画像を取得するために2発の180°断熱性(adiabatic)コントロールパルスを印加することを記載している。特許文献2は、ラベル又はコントロール画像を取得するために数百発という高周波磁場(以下、「RF」という)パルスを印加することを記載している。特許文献3は、ラベル又はコントロール画像を取得するために2発又は3発のRFパルスを印加することを開示している。
米国特許5846197号明細書 米国特許7545142号明細書 米国特許6285900号明細書
ASLは、造影剤を用いないので、非侵襲的という利点があるが、ASLから取得された血行動態描出画像は、灌流が不正確に評価されてしまう場合がある。
このように不正確に評価される原因として、次のことが考えられる。
1)血液プロトンを複数のパルスを用いてラベル及びコントロール処理する時、血液プロトンが移動するので、2発目以降のRFパルスの印加位置がずれ、ラベル及びコントロールが不完全になる。
2)関心領域を撮像する時、ラベル及びコントロール処理された血液プロトンが、関心領域にいきわたる前または関心領域から流出後に関心領域を撮像してしまう。
3)ラベル処理をしてから関心領域にいきわたるまでに、ラベル処理したプロトンの縦緩和が進行してしまい、ラベル効果が低減する。
4)関心領域の血流をカラー表示する際に、信号値のダイナミックレンジを予め固定していると、取得された関心領域の信号値の大小により、血行動態画像のカラー表示の正確性にかける。
特許文献1、2、3は、上記問題についても、その解決についても開示はない。
本発明の目的は、上述した問題点を解決して、ASLから取得された血行動態描出画像の不正確性を低減することである。これにより、SNR(Signal-to-Noise Ratio)が改善された血行動態画像を取得し、あるいはカラー表示された血行動態画像の信頼性を向上することである。
上記目的を達成するために、本発明は、血流速度を用いて、血流ラベル処理を伴う血行動態撮像パルスシーケンスや血行動態画像のカラー表示の閾値を制御する。
具体的には、本発明のMRI装置は、静磁場発生用磁石と、高周波磁場発生部と、傾斜磁場発生部と、核磁気共鳴信号を受信する受信部と、所定のパルスシーケンスに従い前記高周波磁場発生部、前記傾斜磁場発生部、及び前記受信部を制御する制御部と、を備え、前記パルスシーケンスは、血流(流れている血液)をラベルする複数の高周波パルスの印加と、それに続く血流を撮像するシーケンスとを含み、前記制御部は、血流速度を用いて、前記複数の高周波パルスのうちの1つ以上の高周波パルスの印加位置を制御することを特徴とする。
また、本発明のMRI装置は、静磁場発生用磁石と、高周波磁場発生部と、傾斜磁場発生部と、核磁気共鳴信号を受信する受信部と、所定のパルスシーケンスに従い前記高周波磁場発生部、前記傾斜磁場発生部、及び前記受信部を制御する制御部と、を備え、前記パルスシーケンスは、血流をラベルする高周波パルスの印加と、それに続く血流を撮像するシーケンスとを含み、前記制御部は、血流速度を用いて、前記血流をラベルしてから前記撮像の開始までの時間及び/又は前記血流をラベルするための高周波パルスの印加位置を制御することを特徴とする。
また、本発明のMRI装置は、静磁場発生用磁石と、高周波磁場発生部と、傾斜磁場発生部と、核磁気共鳴信号を受信する受信部と、所定のパルスシーケンスに従い前記高周波磁場発生部、前記傾斜磁場発生部、及び前記受信部を制御する制御部と、血流描出画像を表示する表示・操作部と、を備え、前記パルスシーケンスは、血流をラベルする高周波パルスの印加と、それに続く血流を撮像するシーケンスとを含み、前記表示・操作部は、血流描出画像の信号強度の閾値に基づいてカラー表示する機能を備え、血流速度を用いて前記閾値を変更することを特徴とする。
本発明により、ASLから取得された血行動態描出画像の不正確性を低減できる。それにより、SNRが改善された血行動態画像を取得でき、あるいはカラー表示された血行動態画像の信頼性を向上することができる。
本発明が適用されるMRI装置の全体概要を示すブロック図 血行動態画像をカラー表示するまでの手順の概略を示す図 フェーズ・コントラスト法で用いるシーケンスの一例を示す説明図 血流速度グラフ ラベル又はコントロールパルスの一例を説明する図 血行動態画像を取得するための本計測の一例を説明する図 ユーザーインターフェースの一例を示す図 実施形態1の全体制御部を主としたブロック図 RFパルス印加位置の一例を説明する図 血液プロトンの移動によって生じるRFパルス印加位置のずれを説明する図 実施形態1の手順を示す図 実施形態2、3、5の全体制御部を主としたブロック図 血流速度とPLDとの関係を説明する図 実施形態2の手順を示す図 血流速度とラベル又はコントロールパルス印加位置との関係を説明する図 実施形態3の手順を示す図 実施形態4の表示・操作部を主としたブロック図 血流速度とカラーバーとの一例を示す図 実施形態4の手順を示す図 データベースの一例を示す図 実施形態5の手順を示す図
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
まず、図1に基づいて、本発明を適用したMRI装置の一例の全体概要を説明する。
図1は、本発明に係るMRI装置の一実施例の全体構成を示すブロック図である。このMRI装置は、核磁気共鳴(以下、「NMR」という)現象を利用して被検体101の断層画像を得るものである。図1に示すように、MRI装置は、静磁場発生磁石102と、傾斜磁場コイル103及び傾斜磁場電源109と、送信RFコイル104及びRF送信部110と、受信RFコイル105及び信号検出部106と、信号処理部107と、計測制御部111と、全体制御部108と、表示・操作部113と、被検体101を搭載してその被検体101を静磁場発生磁石102の内部に出し入れするベッド112と、を備えている。
静磁場発生磁石102は、垂直磁場方式であれば被検体101の体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば体軸方向に、それぞれ均一な静磁場を発生させるもので、被検体101の周りに永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源が配置されている。
傾斜磁場コイル103は、X，Y，Zの3軸方向の傾斜磁場コイルで構成され、それぞれの傾斜磁場コイルは、それを駆動する傾斜磁場電源109に接続され電流が供給される。具体的には、各傾斜磁場コイルの傾斜磁場電源109は、それぞれ後述の計測制御部111からの命令に従って駆動されて、それぞれの傾斜磁場コイルに電流を供給する。これにより、X，Y，Zの3軸方向に傾斜磁場Gx，Gy，Gzが発生する。これらの傾斜磁場の加え方によって、被検体の撮像断面が決定され、信号に対し位相エンコード及び周波数エンコードを付与する。
2次元スライス面の撮像時には、スライス面(撮像断面)に直交する方向にスライス傾斜磁場パルス(Gs)が印加されて被検体101に対するスライス面が設定され、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの2つの方向に位相エンコード傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード(リードアウト)傾斜磁場パルス(Gf)が印加されて、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報がエンコードされる。
送信RFコイル104は、被検体101にRFパルスを照射するコイルであり、RF送信部110に接続され高周波パルス電流が供給される。これにより、被検体101の生体組織を構成する原子の原子核スピンにNMR現象が誘起される。具体的には、RF送信部110が、後述の計測制御部111からの命令に従って駆動されて、高周波パルスが振幅変調され、増幅された後に被検体101に近接して配置された送信RFコイル104に供給されることにより、RFパルスが被検体101に照射される。
受信RFコイル105は、被検体101の生体組織を構成する原子核スピンのNMR現象により放出されるNMR信号(エコー信号)を受信するコイルであり、信号検出部106に接続されている。信号検出部106は、受信RFコイル105で受信されたエコー信号の検出処理を行う。具体的には、送信RFコイル104から照射されたRFパルスによって誘起された被検体101の応答のエコー信号が被検体101に近接して配置された受信RFコイル105で受信され、後述の計測制御部111からの命令に従って、信号検出部106が、受信されたエコー信号を増幅し、直交位相検波により直交する二系統の信号に分割し、それぞれを所定数(例えば128，256，512等)サンプリングし、各サンプリング信号をA/D変換してディジタル量に変換し、後述の信号処理部107に送る。従って、エコー信号は所定数のサンプリングデータからなる時系列のデジタルデータ(以下、エコーデータという)として得られる。
信号処理部107は、エコーデータに対して各種処理を行い、処理されたエコーデータを計測制御部111に送る。
計測制御部111は、被検体101の断層画像の再構成に必要なデータ収集のための種々の命令を、主に、傾斜磁場電源109と、RF送信部110と、信号検出部106に送信してこれらを制御する制御部である。具体的には、計測制御部111は、後述する全体制御部108の制御で動作し、所定のパルスシーケンスに基づいて、傾斜磁場電源109、RF送信部110及び信号検出部106を制御して、被検体101へのRFパルスと傾斜磁場パルスの印加及び被検体101からのエコー信号の検出を繰り返し実行し、被検体101の撮像領域についての画像の再構成に必要なエコーデータを収集する。
所定のパルスシーケンスの例として、例えば、血流速度を取得するためのパルスシーケンスやMR灌流画像を取得するためパルスシーケンスがあげられる。
全体制御部108は、計測制御部111の制御、及び、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等の制御を行うものであって、CPU及びメモリを内部に有する演算処理部114と、光ディスク、磁気ディスク等の記憶部115とを有する。具体的には、計測制御部111を制御してエコーデータの収集を実行させる。計測制御部111からのエコーデータが入力されると、演算処理部114がそのエコーデータに印加されたエンコード情報に基づいて、メモリのk空間に相当する領域に記憶させる。メモリのk空間に相当する領域に記憶されたエコーデータ群をk空間データともいう。そして演算処理部114はこのk空間データに対して信号処理やフーリエ変換による画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体101の画像を、後述の表示・操作部113に表示させると共に記憶部115に記録する。
本明細書では、計測制御部111と全体制御部108をあわせて制御部ともいう。
表示・操作部113は、再構成された被検体101の画像を表示する表示部と、MRI装置の各種制御情報や上記全体制御部108で行う処理の制御情報を入力するトラックボール、マウス、キーボード等の操作部を含む。この操作部は表示部に近接して配置され、操作者が表示部を見ながら操作部を通してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御する。表示部は、血流のカラー表示機能を有し、カラー表示する際にその閾値を変更した画像を表示することができる。
全体制御部108の各部及び表示・操作部113の各部は、CPUとメモリで構成することができる。メモリには、各機能を実行するためのプログラムが予め格納されており、CPUはメモリのプログラムを読み込んで実行する。その結果、各部の動作の実現が可能になる。後述する全体制御部108及び表示・操作部113の処理手順の説明は、ソフトウェアとして実現するものとして説明するが、本実施形態では、ソフトウェアに限られるものではなく、全体制御部108及び表示・操作部113の処理をASICやFPGA等のハードウェアによって実現することも可能である。
また、本発明に係るMRI装置は、外部装置として被検体の体動・心電情報を検出する体動・心電情報検出部を備えることができる。この体動・心電情報検出部は、被検体101に装着されて被検体の体動・心電情報を検出するセンサー部116と、センサー部116からの信号を処理して、その処理した体動・心電情報を計測制御部111に送る体動・心電情報処理部117とを有する。体動・心電情報検出部が被検体の呼吸波形を検出するものであれば、センサー部116は呼吸波形を検出するセンサーであり、体動・心電情報検出部が被検体の心電情報を検出するものであれば、センサー部116は、心電計、心拍計などである。計測制御部111は、体動・心電情報検出部で検出された被検体の体動・心電情報に同期させて、パルスシーケンスを実行する(同期撮像)。
なお、図1において、送信側の送信RFコイル104と傾斜磁場コイル103は、例えば、被検体101が挿入される静磁場発生磁石102の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体101に対向して、水平磁場方式であれば被検体101を取り囲むようにして設置されている。また、受信側の受信RFコイル105は、被検体101に対向して、或いは取り囲むように設置されている。
次に、上述した実施形態の全体構成を踏まえて、主として制御部における動作の手順を説明する。
図2は、本実施形態の動作手順の概略を示す。
制御部は、血流速度を得るための血流速度計測(リファレンススキャン)201の制御を行う。リファレンススキャン201より取得した血流速度は、全体制御部108において本計測202のシーケンスの制御や表示・操作部113においてカラー表示207のために使用される。
血流速度を取得するリファレンススキャン201は、例えば、血流速度描出に優れたPC法(Phase Contrast)のパルスシーケンスを用いることができる。図3に、血流速度に比例した位相ずれを与えるフローエンコードパルスを用いるPC法のシーケンス図の一例を示す。また、図4にPC法で得られる血流速度グラフの一例を示す。得られた血流速度グラフから各被検体の平均血流速度を求めることができる。あるいは、同期撮像を行う場合は平均血流速度ではなく、所望するDelay Time(R波からの遅れ時間)における血流速度を求めてもよい。
血流速度計測はMRI装置を用いた計測のみならず他の機器を用いた計測でもよい。また、血流速度計測の代わりに、被検体の身長、年齢、体重、性別などの被検体情報と血流速度の一般的な関係をデータベースに持っておき、ユーザーが被検体情報を入力した時点でデータベースにアクセスして血流速度を取得してもよい。
次いで、制御部は、血行動態画像を取得するための本計測202を制御する。本計測202は、ラベル処理2021及びコントロール処理2024と、それら処理の後に行われる血行動態撮像2022及び血行動態撮像2025とを含む。なお、血行動態画像には、灌流画像と血管画像のいずれも含まれるが、以下の説明では、主として灌流画像を例に説明する。
本計測202は、非造影で血行動態画像を取得することができる公知の方法でよい。このような公知の方法として、ASL(Arterial Spin Labeling)法があげられる。さらに、ASL法の具体例として、PASL(Pulsed Arterial Spin Labeling)、CASL(Continuous Arterial Spin Labeling)、pCASL(Pseudo-Continuous Arterial Spin Labeling)などがあげられる。
ラベル処理2021は、選択した部位のスピンを反転させる処理、コントロール処理2024は、選択した部位のスピンの縦磁化を0度にする処理である。 ラベル処理2021又はコントロール処理2024では、一発以上の高周波パルスを印加する。ラベル処理2021又はコントロール処理2024は、公知の方法でよい。公知の方法として、上述した非造影で灌流画像を取得できる公知の方法で使用されるラベル/コントロールRFパルス処理方法があげられる。
ラベル処理2021用RFパルスと、コントロール処理2024用RFパルスの例を図5に示す。図5の(a)は、ラベル用RFパルスとして2発の90度パルスを用いるとともにコントロールとして90度パルスと-90度パルスを用いた例を示し、図5の(b)は、ラベル用RFパルスとして90度パルス、180度パルス、90度パルスを用い、コントロールとして90度パルス、180度パルス、-90度パルスを用いた例である。ここで、180度パルスは90度パルスで横磁化となったプロトンが静磁場(B0)不均一により位相分散したものを再集束させるためのパルス(リフォーカシングパルス)である。なお、RFパルスのフリップアングルおよび印加数はこれらに限ったものではない。
血行動態撮像2022又は2025は、血管画像又は灌流画像を取得することができる公知の撮像方法を採用できる。公知の撮像方法は、スピンエコー型エコープラナー法(SE-EPI)、高速スピンエコー法(FSE)、グラジエントエコー型エコープラナー法(GE-EPI)法などがあげられる。
図6を参照して、図2のラベル処理2021及びコントロール処理2024の部位と、血行動態撮像2022及び2025の部位との関係を説明する。なお、ラベル処理とコントロール処理は異なる処理であるが、図では説明を簡単にするためにまとめて示している。
ラベル処理2021又はコントロール処理2024を行う部位は、その部位から血行動態撮像2022又は2025を行う目的部位に向かって流れる血流の速度と、ラベル処理2021又はコントロール処理2024を行ってから血行動態撮像2022又は2025を行うまでの時間距離602/空間距離603を考慮して、血行動態撮像2022又は2025を行う目的部位に対し血流の上流側の所定の位置に設定される。
ここで、時間距離602は、ラベル処理2021又はコントロール処理2024してから血行動態撮像2022又は2025の開始までの時間をいう。また、空間距離603は、血行動態撮像2022又は2025の位置からラベル又はコントロール処理RFパルス印加位置までの距離をいう。
複数のRFパルスで血流にラベル又はコントロール処理する場合は、時間距離602は、最初に又は最後に処理をしてから撮像開始するまでの時間でよく、空間距離603は、血行動態撮像の位置から最初の又は最終のRFパルス印加位置までの距離でよい。
時間距離602は、PLD(Post Label Delay)として呼ばれる場合がある。関心領域の撮像は、ラベル又はコントロール処理された血液プロトンが関心領域に達する時間が望ましいので、PLDはラベル又はコントロール処理された血液が関心領域の全体に行きわる時間が望ましい。一方、PLDが長すぎると、縦緩和が進行するので、縦緩和が進まないようになるべく短く設定した方がよい。最適なPLDは、被検体により異なるため、臨床的には複数の時間距離(PLD)で撮像することが望ましいとされる。
本計測202では、ラベル処理2021を行う部位を選択して、血流をラベルするためのRFパルスを印加することにより血流をラベルした後、所定の時間距離602/空間距離603を隔てた位置で、目的部位を選択して血行動態撮像2022を行うパルスシーケンスを実行し、画像再構成に必要な信号を取得する(図2の2023)。
次いで、コントロール処理2024を行う部位を選択してコントロール処理用のRFパルスを印加した後、所定の時間距離602/空間距離603を隔てた位置で同じ目的部位を選択して同じ血行動態撮像2025のパルスシーケンスを実行し、信号を取得する(2026)。ラベル処理後に取得した信号から再構成した画像(204)とコントロール処理後に取得した信号から再構成した画像(205)との差分を取ることにより、血行動態を描出する画像を得る(206)。
なお、ラベル処理2021とコントロール処理2024はいずれが先でもよいし、ラベル処理から信号取得まで(2021-2023)とコントロール処理から信号取得まで(2024-2026)を交互に行い最終的に画像再構成に必要な信号を取得してもよい。
得られた画像、即ち、灌流画像をカラー表示する(207)。カラー表示は信号の強度に、所定の閾値に従って色を割り当てることにより行われる。カラー画像表示の閾値を示すカラーバーも併せて表示する。
なお、本計測に必要な撮影条件やスキャンパラメータは、図7に示すようなユーザーインタフェース(UI)からユーザーが入力することができる。この際、血流速度、PLD、空間距離(図示せず)、ラベル/コントロールのための高周波パルス印加位置(図示せず)などの情報も適宜入力する。
以上、図2等を参照して、本実施形態のMRI装置の動作の概略を説明したが、本実施形態は、血流速度計測201で得られた結果を、その後の本計測202及び/又はカラー表示207に反映させて、灌流描出の精度を上げるものであり、血流速度の利用形態としていくつかの形態を取り得る。以下、利用形態の異なる各実施形態を説明する。
＜実施形態1＞
実施形態1のMRI装置は、制御部が、血流速度を用いて、複数の高周波パルスの2発目以降の高周波パルスの印加位置を制御することが特徴である。また実施形態1では、血流速度計測(リファレンススキャン)201でラベル又はコントロール領域の血流速度を取得する。取得した血流速度を用いて本計測202のシーケンスを制御して、ラベル処理2021又はコントロール処理2024において、RFパルス印加位置を血流に追従させる。具体的には、血流速度を用いて、血流をラベルするRFパルスの2発目以降のRFパルスの印加位置を制御する。
本実施形態の全体制御部108を主とした機能ブロック図を図8に示す。図中、図1と同じ要素は同じ符号で示し、説明を省略する。
図示するように、全体制御部108はラベル又はコントロールパルス追従量計算部1081、シーケンス調整部1082を備えている。
ラベル又はコントロールパルス追従量計算部1081は、後で説明するように、ラベル又はコントロール処理領域の血流速度を用いてラベル位置及びコントロール位置の変化量(追従量)を算出する。
シーケンス調整部1082は、ラベル又はコントロールパルス追従量計算部1081で得られた計算結果に基づき、本計測のシーケンスを調整する。具体的には、シーケンス調整部1082は、得られた追従量に基づき、RFパルスの周波数および傾斜磁場印加量の少なくとも一方を調整して、RFパルスの印加位置を調整する。
スキャン制御部1083は、スキャンの開始、中止等の動作を制御する。
ラベル又はコントロールパルス追従量計算部1081が行う計算を説明する。
まず、図9及び図10を参照して、血流速度に依存してRFパルスの印加位置がずれることを説明する。ここでは、一例として、ラベル/コントロール用RFパルスとして、2発のRFパルスを用いる場合を例に説明する。
ラベル用RFパルスとコントロール処理用RFパルスは、複数であって同数のRFパルスからなり、パルス間の間隔は、B0不均一の影響を受けにくくするためできるだけ短く設定される(図5参照)。
しかしパルス間の間隔が短いとしても、その間にも血流は移動しているため、図9(a)に示す従来技術のように、同じ部位901を選択してラベル/コントロール処理を行った場合、正確には同じ血流がラベルあるいはコントロール処理されるわけではなく、ラベル又はコントロールが不完全になる。
図10を用いて、具体的にラベル処理の不完全性を説明する。図10は、RFパルスとして2発の90°パルスを用いた例を示している。まず、図10の(a)は、一発目の90°RFパルスの印加を示す。図の1001は90°RFパルスの印加により選択された領域である。
次に、図10の(b)は、Δt時間後に二発目の90°RFパルスの印加を示す。このとき、領域1001中の血液プロトンは、血流速度に応じて移動しているので、2発目の90°のRFパルスによりスピンが反転した(ラベル処理された)領域は領域1003だけである。なお、領域1004は、1発目のRFパルスの処理を受け2発目のRFパルスの処理を受けていない領域であり、一方、領域1002は、1発目のRFパルスの処理を受けず2発目のRFパルスの処理を受けた領域である。
本実施形態では、ラベル/コントロール処理を行う部位を血流速度に追従して移動させることにより、血流速度に依存するラベル/コントロール処理の不完全性を低減する。
図9(b)に本実施形態のラベル又はコントロール処理をするためのRFパルスの印加位置を示す。図9は、ラベル又はコントロール処理をするRFパルスとして2発の90°パルスを用いた例を示す。図中、HはHead、FはFootを意味する。本実施形態では、位置902でラベル又はコントロール処理のRFパルス印加後、各被検体の血流速度に応じて2発目のRFパルス印加位置903を血流に追従させる。
このために、ラベル又はコントロールパルス追従量計算部1081は、次のように、ラベル又はコントロールパルスの追従量を計算する。
リファレンススキャンで求めた血流速度の平均値をVave、RFパルスの間隔をIntervalとすると、追従量Δdは、
Figure 2016021440
として算出される。
ラベル/コントロールRFパルスが3発以上(n発とする)で構成される場合は、1つ前のRFパルス印加位置に対しΔdで印加位置追従量を算出してもよいし、1発目のRFパルス印加位置に対して、
Figure 2016021440
として算出してもよい。n発で構成される場合は、血流速度やラベル厚に応じてm発(n≧m)まで追従し、1〜m発目までの追従を繰り返す構成とする。
また、同期撮像の場合は所望するDelay Time(R波からの遅れ時間)における血流速度から追従量を算出してもよい。
図11を用いて本実施形態のMRI装置及び制御部の手順を説明する。
撮像位置を設定するための位置決め画像を撮像する(ステップ1101)。
ステップ1101で撮像した位置決め画像を用いて、操作者が指定した領域について血流速度計測(リファレンススキャン)を行う(ステップ1102)。
リファレンススキャンで得たデータをもとに流速解析により血流速度グラフを求め、血流速度を算出する(ステップ1103)。
表示・操作部113を介して入力された本計測用のスキャンパラメータを設定する。この時、ステップ1103で求めた血流速度もスキャンパラメータとして入力される(ステップ1104)。
ラベル/コントロールパルス追従量計算部1081は、入力された血流速度を用いて式(1)又は式(2)に従いラベル又はコントロールパルスの追従量を計算する。シーケンス調整部1082は計算結果をもとにシーケンスを調整する(ステップ1105)。
スタートボタンの入力により、本計測のスキャンを開始する(ステップ1106)。すなわち、図2のラベル処理2021、血行動態撮像2022、コントロール処理2024、血行動態撮像2025等を行う。
計測制御部111はデータを収集する(ステップ1107)。
計測制御部111は、ステップ1104で操作者が設定したパラメータで決まる所定のデータ量の取得完了の可否を判断し、完了していなければステップ1107へ、完了していればステップ1109に進む(ステップ1108)。
演算処理部114は、k空間データをフーリエ変換して2次元又は3次元画像を再構成する(ステップ1109)。
変形例として、図11の点線矢印で示すように、ステップ1103で血流速度を算出した時点で、自動的に追従量をシーケンスに反映させ、ステップ1106の本計測を開始するような構成としてもよい(ステップ1110)。
本実施形態は、血流速度を本計測のシーケンスに反映し、ラベル又はコントロール処理をするRFパルス印加位置を血流に追従させることにより、従来法よりも効率良く血流にラベル又はコントロール処理をすることができる。結果として、SNRが改善された、信頼性の高い血行動態画像を取得することができる。
＜実施形態2＞
実施形態2のMRI装置は、制御部が、血流速度を用いて、血流をラベルしてから撮像の開始までの時間を制御することが特徴である。すなわち、実施形態1では、ラベル又はコントロール処理をするRFパルス印加位置を血流に追従させたが、実施形態2では、血流速度を、本計測における、ラベル又はコントロール処理してから撮像の開始までの時間(PLD)の調整に利用する点が異なる。なお、血流速度は、ラベル又はコントロール処理領域から撮像領域までの血流速度を含むが、これに限定されない。
撮像位置からラベル又はコントロールRFパルスを印加する位置までの距離が固定されている場合、例えば、血流速度が遅い場合は、血流速度が速い場合より関心領域に達するまでに時間を要する。
ラベル又はコントロールされた血液プロトンが関心領域に達するまでの時間は被検体により異なるため、臨床的には複数の時間距離(PLD)で撮像することが望ましい。一方で、複数のPLDで撮像することは撮像時間の延長を招くため、検査時間の観点で許容されないケースがある。
本実施形態は、リファレンススキャンにより取得した血流速度を利用し、被検体に最適なPLDで撮像することで、1回の撮像で信頼性の高い血行動態画像を取得するものである。すなわち、血流速度を用いて、PLDを調整することにより、血流の撮像の開始を制御する。なお、本実施形態では、PLDを複数のラベル又はコントロールRFパルスのうち最後のRFパルスの印加から撮像の開始までの時間とする。
本実施形態の全体制御部108を主とした機能ブロック図を図12に示す。図中、図1と同じ要素は同じ符号で示し、説明を省略する。全体制御部108は、データベース1084と、シーケンス調整部1082を有することが特徴である。
全体制御部108は、データベース1084にアクセスし、リファレンススキャンで取得した血流速度に最適なPLDを取得する。
データベース1084は、ヒトの標準的なモデルに基づいた、脳内の血流速度とPLDとの関係のデータを持っている。脳内の血流速度とPLDとの関係の一例を式(3)に示す。
Figure 2016021440
図13に示すように、式(3)は、撮像スライス内Aの地点にラベル又はコントロールした血液が到達するまでの時間を表す。ただし、図13は簡単のため脳内の血管走行を簡略化している。ここで、Vave1は血管の分岐点に至るまでの平均血流速度であり、Vave2は、血管の分岐点から撮像スライス内Aまでの平均血流速度であり、d1は、ラベル又はコントロールRFパルス印加位置から分岐点までの距離であり、d2は、分岐点から撮像スライス内Aまでの距離である。θは分岐の角度である。また、αはラベルした血液が灌流領域に達した後、灌流信号を呈するまでの生体個々の揺らぎを示すものとする。式(3)と図13より、最適なPLDと血流速度は密接に関係していることがわかる。
データベース1084には、このような最適なPLDと血流速度の関係が格納されている。
シーケンス調整部1082は、上述したPLDと血流速度との関係式から取得した最適PLDをシーケンスに反映する。
スキャン制御部1083は、スキャンの開始、中止等の動作を制御する。
図14を用いて本実施形態のMRI装置及び制御部の手順を説明する。
撮像位置を設定するための位置決め画像を撮像する(ステップ1401)。
ステップ1401で撮像した位置決め画像を用いて、操作者が指定した領域について血流速度計測(リファレンススキャン)を行う(ステップ1402)。
リファレンススキャンで得たデータをもとに流速解析により血流速度グラフを求め、血流速度を算出する(ステップ1403)。
表示・操作部113を介して入力された本計測用のスキャンパラメータを設定する。この時、ステップ1403で求めた血流速度もスキャンパラメータとして入力される(ステップ1404)。
全体制御部108は、データベース1084にアクセスし、入力された血流速度に最適なPLDを取得する。シーケンス調整部1082は、最適なPLDをシーケンスに反映する(ステップ1405)。
スタートボタンの入力により本計測のスキャンを開始する(ステップ1406)。すなわち、図2のラベル処理2021、血行動態撮像2022、コントロール処理2024、血行動態撮像2025等を行う。
計測制御部111はデータを収集する(ステップ1407)。
計測制御部111は、ステップ1404で操作者が設定したパラメータで決まる所定のデータ量の取得完了の可否を判断し、完了していなければステップ1407へ、完了していればステップ1409に進む(ステップ1408)。
演算処理部114は、k空間データをフーリエ変換して2次元又は3次元画像を再構成する(ステップ1409)。
変形例として、図14の点線矢印で示すように、ステップ1403で血流速度を算出した時点で最適なPLDをシーケンスに自動で反映させて、ステップ1406の本計測のスキャンを開始するような構成としてもよい(ステップ1410)。
本実施形態は、被検体の血流速度を利用し、各被検体に最適なPLDで撮像することで、1回の撮像で、血流速度に影響されず、信頼性の高い血行動態画像を取得することができる。
＜実施形態3＞
実施形態3のMRI装置は、制御部が、血流速度を用いて、血流をラベルするための高周波パルスの印加位置を制御することが特徴である。すなわち、実施形態2は、血流速度に応じてPLDを変更する例であったが、実施形態3は、血流速度を、ラベル又はコントロール処理RFパルス印加位置(図6の空間距離603)の調整に利用する点が異なる。
なお、血流速度は、ラベル又はコントロール処理領域から撮像領域までの血流速度を含むが、これに限定されない。
PLDが長すぎると、ラベル処理した血液プロトンの縦緩和が進行して、ラベル効果が低減してしまう。一方、縦緩和を考慮してPLDを短く設定した場合、流速の遅い血液プロトンは、関心領域に到達していない場合がある。
本実施形態は、リファレンススキャンにより取得した血流速度を利用し、最適な空間距離で撮像することで、PLDを長引かせずに(縦緩和によるラベル効果の低下を防止して)SNRが改善された信頼性の高い血行動態画像を取得するものである。
具体的には、リファレンススキャンから取得した血流速度を用いて、ラベル又はコントロールRFパルスを印加する位置(以下、「ラベル又はコントロール位置」という)を制御する。
本実施形態の全体制御部108を主とした機能ブロック図を図12に示す。図中、図1と同じ要素は同じ符号で示し、説明を省略する。全体制御部108は、データベース1084と、シーケンス調整部1082を有することが特徴である。
データベース1084は、ヒトの標準的なモデルに基づいた、血流速度と最適なラベル又はコントロール位置の関係に関するデータを持っている。血流速度と最適なラベル又はコントロール位置の関係の一例を式(4)及び式(5)に示す。なお、式(4)と(5)に記載のαは、式(3)で説明したαと同様である。
Figure 2016021440
Figure 2016021440

式(4)及び式(5)は、ともに、予め設定されたPLD1000msで撮像する場合の、血流速度と最適なラベル又はコントロール位置の関係を表しているが、被検体が異なり、血管分岐点までの平均血流速度Vave1とVave1´が異なる。それによって、図15(a)、(b)(簡単のため脳内の血管走行を簡略化している)に示すように、設定されたPLDに最適なラベル又はコントロールRFパルス印加位置から分岐点までの距離d1とd1´が異なってくる。また分岐点から撮像スライス内Aの地点までの距離d2とd2´や分岐の角度θが異なる場合もありえる。図16(a)は式(4)、図16(b)は式(5)となる。
言い換えると、ユーザーが設定したあるPLDで撮像する場合において被検体毎に最適なラベル又はコントロール位置は異なる(ラベル位置A及びB参照)。データベース1084には、このような血流速度と最適なラベル又はコントロール位置の関係が格納されている。
シーケンス調整部1082は、データベース1084から取得した最適なラベル又はコントロール位置に基づいて、RFパルスの印加位置を調整する。
スキャン制御部1083は、実施形態2の説明と同様の制御を行う。
図16に、本実施形態のMRI装置及び制御部の動作を示す。
ステップ1601からステップ1604は、実施形態2のステップ1401からステップ1404と同様である。
ステップ1605では、全体制御部108が、データベース1084にアクセスし、入力された血流速度に最適なラベル又はコントロール位置を取得し、シーケンス調整部1082が、最適なラベル又はコントロール位置をシーケンスに反映する。
ステップ1606からステップ1609は、実施形態2のステップ1406からステップ1409と同様である。
図16の点線矢印の変形例のように、ステップ1603で血流速度を算出した時点で最適なラベル又はコントロール位置をシーケンスに自動で反映するような構成としてもよい(ステップ1610)。
本実施形態により、血流速度を用いて、ラベル又はコントロールパルス印加位置を調整することにより、ユーザーが設定したPLDに対し、血流速度に影響されず、SNRが改善された信頼性の高い血行動態画像を取得できる。
なお、実施形態2及び3では、時間距離か空間距離の一方を調整する場合を説明したが、実施形態2と実施形態3とを組み合わせてもよい。すなわち、ラベル又はコントロール処理された血液プロトンを関心領域全体にいきわたらせ、かつラベル又はコントロール処理された血液プロトンの縦緩和の進行を極力押さえるように、PLD及びラベル又はコントロールパルス印加位置を制御してもよい。
＜実施形態4＞
実施形態4のMRI装置は、表示・操作部が、血流描出画像の信号強度の閾値に基づいてカラー表示する機能を備え、血流速度を用いて閾値を変更することが特徴である。すなわち、実施形態4は、関心領域の画像を表示する時(図2のカラー表示207参照)、血流速度をカラー画像表示の閾値として利用する。なお、血流速度は、ラベル又はコントロール処理領域から撮像領域までの血流速度を含むが、これに限定されない。
ラベル又はコントロール処理された血液が関心領域に達するまでの時間は被検体毎に異なる。このため、同じPLDで撮像した場合、結果画像の信号値は各被検体毎に異なる。
このような結果画像をカラー表示する場合、一般に、カラー表示は、信号値とカラー(例えば赤から青に変化する)との対応表(LUT)に基づき行われ、カラーが割り当てられた画像とともに、信号値と色との対応を示すカラーバーを表示する。例えば、信号値が高いほど赤く、信号値が低いほど青く表示する。
上述のように、信号値は血流速度に依存して変化するので、カラーが割り当てられるダイナミックレンジ(信号値の閾値)が固定されている場合、例えば信号値の低い部分(青色表示)が多い時に、虚血状態の部分が多いのか、血流速度が原因で青色表示が多くなっているのかを判別することができず、灌流の描出能が低下する。
本実施形態は、血流速度に応じて、信号値の閾値を変更して、血流速度に依存することなく灌流の描出能を高める。具体的には、血流速度を用いて各被検体毎に結果画像のカラー画像表示を最適化する。例えば、血流速度が遅い(信号値が比較的低い)場合には、閾値を低くし、血流速度が速い(信号値が比較的高い)場合には、閾値を高くする。
本実施形態の表示・操作部113を主とした機能ブロック図を図17に示す。表示・操作部113は、操作部1131と、カラー表示閾値変更部1133と、表示部1132とを含む。操作部1131より、計測された血流速度が入力される。カラー表示閾値変更部1133は、入力された血流速度に基づき、カラーバーの閾値を最適化し、設定する。
図18に、血流速度に応じて閾値を変更する例を示す。図18(a)は、血流速度30cm/s場合及び図18(b)はｌｋ50cm/s場合のカラーバーを示しており、カラーバーに表示される目盛は信号値で、上側に赤色、下側に青色が割り当てられている。
例えば、血流速度が遅く(30cm/s)信号値が低いために青色表示が多い場合に、図中(a)では、信号値の上限値を8000及び下限値を1500に設定する。このようにダイナミックレンジを狭くすることにより、信号強度が小さくても、灌流画像を青色だけでなく赤色まで表示できる。いいかえると、信号強度変化をより良好に視覚化できる。
一方、例えば、血流速度が速くて(50cm/s)信号値が高いためにカラーバーから信号値が振り切れてしまう場合に、信号値の上限値を11000及び下限値を1500設定する。このようにダイナミックレンジを広くすることにより、カラーバーの表示内に灌流画像をより正確に描出することができる。
表示部1132は、設定されたカラーバーの閾値に基づき、血行動態画像を表示する。
図19を用いて本実施形態のMRI装置、制御部、表示・操作部の処理手順を説明する。
撮像位置を設定するための位置決め画像を撮像する(ステップ1901)。
ステップ1901で撮像した位置決め画像を用いて、操作者が指定した領域について血流速度計測(リファレンススキャン)を行う(ステップ1902)。
リファレンススキャンで得たデータに基づき流速解析により血流速度グラフを求め、血流速度を算出する(ステップ1903)。
表示・操作部113を介して入力された本計測のスキャンパラメータを設定する。この時、ステップ1903で求めた血流速度もスキャンパラメータとして入力される(ステップ1904)。
スタートボタンの入力により本計測のスキャンを開始する(ステップ1905)。すなわち、図2のラベル処理2021、血行動態撮像2022、コントロール処理2024、血行動態撮像2025等を行う。
計測制御部111はデータを収集する(ステップ1906)。
計測制御部111は、ステップ1904で操作者が設定したデータ量の取得完了の可否を判断し、完了していなければステップ1906へ、完了していればステップ1908に進む(ステップ1907)。
演算処理部114は、k空間データをフーリエ変換して2次元又は3次元画像を再構成する(ステップ1908)。
表示・操作部113は再構成された画像をカラー表示する際に、まず、カラー表示閾値変更部1133はステップ1903で算出した血流速度に応じて最適閾値を設定する(ステップ1910)。その後、表示部1132は設定された閾値を用いてカラー表示する(ステップ1909)。
ステップ1903で血流速度を算出した時点でカラー表示の最適閾値を自動で反映するような構成としてもよい(図に示さず)。
本実施形態は、血流速度を用いてカラー表示の閾値を変更することにより、カラー表示された血行動態画像の信頼性を向上することができる。
上述した実施形態1から4は、単独で実施してもよく、あるいは、実施形態1から4から選択される実施形態の一以上を組み合わせて実施してもよい。特に、実施形態2及び3を実施しない場合は、実施形態1と実施形態4を組み合わせて行うことが好ましい。
＜実施形態5＞
実施形態1から4では、血流速度をリファレンススキャンから取得したが(図2の201を参照)、実施形態5では、血流速度をデータベースから取得する場合にも適用できることを説明する。
すなわち、実施形態5のMRI装置は、制御部が、血流速度を、標準的な血流速度情報を保持したデータベースにアクセスすることにより、得ることが特徴である。実施形態5では、リファレンススキャンのステップが不要であるが、血行動態画像を取得するための本計測は実施形態1から4と同様である。
本実施形態の全体制御部108を主とした機能ブロック図を図12に示す。図中、図1と同じ要素は同じ符号で示し、説明を省略する。全体制御部108は、データベース1084と、シーケンス調整部1082を有することが特徴である。
データベース1084には、データベースには被検体の身長、年齢、体重、性別、脈拍数と血流速度の一般的な関係を保持しておく。データベースの一例を図20に示す。図20に示した場合分けはあくまで一例であり、もっと細かく場合分けしてもよい。
全体制御部108は、データベース1084にアクセスして、表示・操作部113で入力された被検体情報に対応する血流速度を取得する。シーケンス調整部1082は、取得した血流速度を用いて、実施形態1から3で説明したようにシーケンスを調整する。なお、図には示していないが、取得した血流速度を実施形態4のカラー表示閾値の変更に用いてよい。
図21を用いて本実施形態のMRI装置、全体制御部、表示・操作部の処理手順を説明する。
撮像位置を設定するための位置決め画像を撮像する(ステップ2101)。
本計測用のスキャンパラメータを設定する(ステップ2102)。
全体制御部108は、データベース1084にアクセスし、入力された被検体情報に対応する血流速度を取得する。シーケンス調整部1082は、取得した血流速度をもとに、実施形態1から3で説明したようにシーケンスを調整する(ステップ2103)。
ステップ2104からステップ2107までは実施形態1から4のものと同様である。
ステップ2108のカラー表示は、カラー表示207と同様であり、実施形態4と同様に処理できる。
本実施形態により、血流速度をデータベースから取得する場合にも実施形態1から4と同じ効果が得られる。
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、非造影のMR灌流画像を取得する方法であれば、二次元撮像方法、三次元撮像方法のいずれにも適用でき、また、用いるパルスシーケンスは、スピンエコー型エコープラナー法(SE-EPI)、高速スピンエコー法(FSE)、グラジエントエコー型エコープラナー法(GE-EPI)法等、公知のパルスシーケンスを採用できる。
また、本発明は、頭部だけでなく、心臓、腎臓、肝臓、上肢、下肢など、体幹部全般にわたって適用することも可能である。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したように、本発明により、非造影灌流画像の不正確性を低減することができ、安定的にSNRが高い血行動態画像を取得できる。また、カラー表示された血行動態画像の信頼性を向上することができる。
102 静磁場発生磁石、103 傾斜磁場コイル、109 傾斜磁場電源、104 送信RFコイル、110 RF送信部、105 受信RFコイル、106 信号検出部、111 計測制御部(制御部)、108 全体制御部(制御部)、113 表示・操作部

Claims (12)

  1. 静磁場発生用磁石と、高周波磁場発生部と、傾斜磁場発生部と、核磁気共鳴信号を受信する受信部と、所定のパルスシーケンスに従い前記高周波磁場発生部、前記傾斜磁場発生部、及び前記受信部を制御する制御部と、を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、 前記パルスシーケンスは、血流をラベルする複数の高周波パルスの印加と、血流を撮像するシーケンスとを含み、
    前記制御部は、血流速度を用いて、前記複数の高周波パルスのうちの1つ以上の高周波パルスの印加位置を制御することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  2. 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    前記制御部は、1発目の高周波パルスの印加位置に対する2発目以降の高周波パルスの印加位置の補正量を算出するラベル/コントロールパルス追従量計算部を備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  3. 請求項2に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    前記制御部は、高周波パルスの周波数及び傾斜磁場印加量の少なくとも一方を調整することにより前記2発目以降の高周波パルスの印加位置を制御することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  4. 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    さらに、前記制御部は、血流速度を用いて、前記血流をラベルしてから前記撮像の開始までの時間及び/又は前記血流をラベルするための高周波パルスの印加位置を制御することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  5. 請求項4に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    前記時間が、前記複数の高周波パルスのうち最後の高周波パルスの印加から前記撮像の開始までの時間であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  6. 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    血流描出画像を、その信号強度の閾値に基づいてカラー表示する表示・操作部をさらに備え、前記表示・操作部は、血流速度を用いて前記閾値を変更することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  7. 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    前記制御部は、前記血流速度を、フェーズ・コントラスト法を用いて計測することにより、または標準的な血流速度情報を保持したデータベースにアクセスすることにより、得ることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  8. 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    血流描出画像を表示する表示・操作部をさらに備え、前記表示・操作部は、前記血流速度、前記血流をラベルしてから前記撮像の開始までの時間、及び前記血流をラベルするための高周波パルスの印加位置の少なくとも一つを表示することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  9. 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    前記パルスシーケンスは、PASL(Pulsed Arterial Spin Labeling)、CASL(Continuous Arterial Spin Labeling)、及びpCASL(Pseudo-Continuous Arterial Spin Labeling)からなる群から選択されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  10. 静磁場発生用磁石と、高周波磁場発生部と、傾斜磁場発生部と、核磁気共鳴信号を受信する受信部と、所定のパルスシーケンスに従い前記高周波磁場発生部、前記傾斜磁場発生部、及び前記受信部を制御する制御部と、を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、前記パルスシーケンスは、血流をラベルする高周波パルスの印加と、血流を撮像するシーケンスとを含み、
    前記制御部は、血流速度を用いて、前記血流をラベルしてから前記撮像の開始までの時間及び/又は前記血流をラベルするための高周波パルスの印加位置を制御することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  11. 静磁場発生用磁石と、高周波磁場発生部と、傾斜磁場発生部と、核磁気共鳴信号を受信する受信部と、所定のパルスシーケンスに従い前記高周波磁場発生部、前記傾斜磁場発生部、及び前記受信部を制御する制御部と、血流描出画像を表示する表示・操作部と、を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
    前記パルスシーケンスは、血流をラベルする高周波パルスの印加と、血流を撮像するシーケンスとを含み、
    前記表示・操作部は、血流描出画像の信号強度の閾値に基づいてカラー表示する機能を備え、血流速度を用いて前記閾値を変更することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  12. 請求項11に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    前記表示・操作部が、血流速度、前記血流をラベルしてから前記撮像の開始までの時間、及び前記血流をラベルするための高周波パルスの印加位置の少なくとも一つをさら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。
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