WO2010110384A1

WO2010110384A1 - 計測装置および計測方法

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Publication number: WO2010110384A1
Application number: PCT/JP2010/055264
Authority: WO
Inventors: 英雄内海; 和洋市川; 高橋　哲彦
Original assignee: 国立大学法人九州大学
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2010-09-30
Also published as: JP5252444B2; EP2412309A1; JP2010227247A; EP2412309A4; US8896311B2; US20120068705A1

Abstract

　磁気共鳴を利用して計測対象物の機能画像や形態画像などの計測画像を得る計測装置および計測方法において、移動中の計測対象物の移動速度の影響を排除して正確な計測画像を得ることを目的とする。計測対象生体であるマウスＭの磁気共鳴を励起させるための磁場を発生させる第１、第２の外部磁場発生装置５，６と、計測対象物であるマウスＭを回転移動させることにより、マウスＭを第１、第２の外部磁場発生装置５，６の磁場中を移動させる回転テーブル８と、回転テーブル８による移動中に停止することなく、マウスＭの移動方向ｙに傾斜磁場を掛けて位相エンコードにより、マウスＭ中の計測画像信号を得るＯＭＲＩ計測処理部３１およびＭＲＩ計測処理部３２と、計測画像信号Ｓ（ｋ_x，ｋ_y）に対し、ｙ方向の移動の影響を補正した補正画像信号Ｓ'（ｋ_x，ｋ_y）を得る計測信号補正部３３とを有する。

Description

計測装置および計測方法

　本発明は、電子スピン共鳴（ＥＳＲ：Electron Spin Resonance）や核磁気共鳴（ＮＭＲ：Nuclear Magnetic Resonance）など種々の磁気共鳴を利用して計測対象物の機能画像や形態画像などの画像を得るための計測装置および計測方法に関する。

　多くの生理現象や疾患成因・進展に、活性酸素・フリーラジカルを含むレドックス代謝が密接に関与する。したがって、実験小動物でのレドックス動態を個体レベルで可視化できれば、生命現象の解明・疾病の解析とその治療法の確立・医薬品の開発に大きく貢献することは疑いもない。

　レドックス動態を可視化するには、レドックス代謝の中間生成物であるフリーラジカルを特異的に検出する電子スピン共鳴画像法（ＥＳＲＩ：Electron Spin Resonance Imaging）が有効である。しかし、ＥＳＲＩの画像は体内臓器との対応を欠く。そこで、この問題を解決するため、ＥＳＲＩの画像に核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）により得た体内臓器のＭＲＩ画像を重畳するＥＳＲＩ・ＭＲＩ融合型磁気共鳴画像解析装置が開発されている。

　また、オーバーハウザー効果とは、フリーラジカルの電子スピンをＥＳＲ遷移させ、電子スピンと核スピンの双極子相互作用により核スピンが偏極する現象である。ＯＭＲＩとは、フリーラジカルの電子スピンを励起させ、その後、水分子の水素核スピンを偏極させてＭＲＩ測定を行う画像化法である。ＯＭＲＩでは、通常の核スピンのボルツマン分布と比較して、最大（理論値）で３３０倍に核スピン偏極が増強される。すなわち、通常のＭＲＩ測定に較べ、３３０倍（理論値）の高感度化を図ることができる。

　また、本出願人は、特許文献１において、電子スピン共鳴や核磁気共鳴など種々の磁気共鳴を利用して生体の組織画像を得るための生体測定装置を提案している。この生体測定装置は、所定の大きさの磁場を発生させる第１の磁場発生手段と、第１の磁場発生手段の磁場よりも大きい磁場を発生させる第２の磁場発生手段と、計測対象生体をＲＦパルスの照射に同期させて第１、第２の磁場発生手段の間で直線移動させる直線移動手段と、計測対象生体を停止してＲＦパルスに応じて検出される信号に基づいて計測対象生体中の組織画像を計測する計測処理手段とを有する。

　この生体測定装置では、第１の磁場発生手段をＥＳＲＩの外部磁場発生装置およびＰＥＤＲＩ（ＯＭＲＩ）の電子スピン励起装置として用い、第２の磁場発生手段をＭＲＩおよびＯＭＲＩの外部磁場発生装置として用いることができ、ラジカル量の時間変化画像はＯＭＲＩ、質的変化画像はスペクトル・空間４次元ＥＳＲＩ／ＭＲＩで得られることになり、かつ第２の外部磁場発生手段による磁場を大きくできるから、高感度・高分解の画像を得られる。

特開２００６－２０４５５１号公報

　ところで、この生体測定装置では、第１、第２の磁場発生手段の間に設置した直線移動手段により計測対象生体を反復移動し、停止してから計測するようになっており、移動および停止時に大きな加速度を生じる。そのため、この生体測定装置では移動する計測対象生体へ大きな負荷が掛かってしまうという問題がある。

　そこで、本出願人は、複数の磁場発生手段間で移動する計測対象物を無停止で計測することで、計測対象物への負荷をなくすことが可能な計測装置を開発中である。ところが、計測対象物を無停止で計測すると、計測画像が移動速度の影響を受けてしまい、計測画像がずれてしまうという問題が発生している。

　そこで、本発明は、磁気共鳴を利用して計測対象物の機能画像や形態画像などの計測画像を得る計測装置および計測方法において、移動中の計測対象物の移動速度の影響を排除して正確な計測画像を得ることを目的とする。

　本発明の計測装置は、磁気共鳴を利用して計測対象物の画像を得るための計測装置であって、計測対象物の磁気共鳴を励起させるための磁場を発生させる磁場発生手段と、計測対象物、または、磁場発生手段を移動させることにより、計測対象物を磁場発生手段の磁場中を移動させる移動手段と、移動手段による移動中に停止することなく、計測対象物の磁場発生手段に対する移動方向ｙおよびこの移動方向ｙに対して直交する方向ｘのいずれか一方または両方に傾斜磁場を掛けて位相エンコードおよび周波数エンコードのいずれか一方または両方により、計測対象物中の計測画像信号を得る計測手段と、計測画像信号に対し、ｙ方向の移動の影響を補正した補正画像信号を得る補正手段とを有するものである。

　また、本発明の計測方法は、磁気共鳴を利用して計測対象物の画像を得る計測方法であって、計測対象物、または、計測対象物の磁気共鳴を励起させるための磁場を発生させる磁場発生手段を移動させることにより、計測対象物を磁場発生手段の磁場中を移動させること、計測対象物または磁場発生手段の移動中に停止することなく、計測対象物の磁場発生手段に対する移動方向ｙおよびこの移動方向ｙに対して直交する方向ｘのいずれか一方または両方に傾斜磁場を掛けて位相エンコードおよび周波数エンコードのいずれか一方または両方により、計測対象物中の計測画像信号を得ること、計測画像信号に対し、ｙ方向の移動の影響を補正した補正画像信号を得ることを含む。

　これらの発明によれば、移動手段による計測対象物または磁場発生手段の移動中であっても、計測対象物の磁場発生手段に対する移動方向ｙの移動の影響を補正した補正画像信号が得られるので、ずれのない計測対象物の機能画像や形態画像などの正確な計測画像を得ることができる。

　なお、補正画像信号は、計測画像信号をＳ（ｋ_x，ｋ_y）、補正画像信号をＳ’（ｋ_x，ｋ_y）としたとき、式

（但し、ｋ_x，ｋ_yはｘ方向およびｙ方向の空間周波数、γは磁気回転比、Ｇ_y ⁽ⁿ⁾はｎ回目の計測における位相エンコードまたは周波数エンコードの傾斜磁場強度、ｖ_yはｙ方向の移動速度、Δｔ_yは位相エンコードまたは周波数エンコードの印加時間、ｔ_y0は位相エンコードまたは周波数エンコードの印加までの時間である。）により得るものであることが望ましい。

　これにより、ｙ方向の移動速度、位相エンコードまたは周波数エンコードの印加時間、位相エンコードまたは周波数エンコードの印加までの時間によって決まるｙ方向の移動の影響を補正した補正画像信号Ｓ’（ｋ_x，ｋ_y）が得られるので、ずれのない計測対象物の機能画像や形態画像などの正確な計測画像、特に二次元の正確な計測画像を得ることができる。

　なお、補正画像信号は、計測画像信号をＳ（ｋ_x，ｋ_y，ｋ_z）、補正画像信号をＳ’（ｋ_x，ｋ_y，ｋ_z）としたとき、式

（但し、ｋ_x，ｋ_y，ｋ_zはｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の空間周波数、γは磁気回転比、Ｇ_y ⁽ⁿ⁾はｎ回目の計測における位相エンコードまたは周波数エンコードの傾斜磁場強度、ｖ_yはｙ方向の移動速度、Δｔ_yは位相エンコードまたは周波数エンコードの印加時間、ｔ_y0は位相エンコードまたは周波数エンコードの印加までの時間である。）により得るものであることが望ましい。

　これにより、ｙ方向の移動速度、位相エンコードまたは周波数エンコードの印加時間、位相エンコードまたは周波数エンコードの印加までの時間によって決まるｙ方向の移動の影響を補正した補正画像信号Ｓ’（ｋ_x，ｋ_y，ｋ_z）が得られるので、ずれのない計測対象物の機能画像や形態画像などの正確な計測画像、特に三次元の正確な計測画像を得ることができる。

　ここで、磁場発生手段は、所定の大きさを発生させる第１の磁場発生手段と、この第１の磁場発生手段の磁場とは異なる大きさの磁場を発生させる第２の磁場発生手段とを有するものであり、移動手段は、計測対象物、または、前記第１および第２の磁場発生手段を移動させることにより、計測対象物を第１および第２の磁場発生手段の磁場中を順に移動させるものであることが望ましい。

　これにより、複数の磁場発生手段によりそれぞれ異なる大きさの磁場を発生させて、計測対象物をこれらの複数の磁場発生手段の磁場中を順次通過させながら電子スピン共鳴や核磁気共鳴など種々の磁気共鳴を利用して計測対象物中の機能画像や組織画像などのずれのない正確な計測画像を得ることができる。

　また、移動手段は、計測対象物、または、第１および第２の磁場発生手段を回転移動させることにより、計測対象物を第１および第２の磁場発生手段の磁場中を順に通過させる回転移動手段であることが望ましい。

　これにより、計測対象物、または、第１および第２の磁場発生手段を回転移動させて、計測対象物をこれらの複数の磁場発生手段の磁場中を順次通過させながら電子スピン共鳴や核磁気共鳴など種々の磁気共鳴を利用して計測対象物中の機能画像や組織画像などのずれのない正確な計測画像を得ることができる。

　なお、本発明の計測対象物としては、生物の体（生体）や生物以外の物体（例えば、半導体）などが挙げられる。計測対象物が生体の場合、機能画像としてのレドックス動態画像、代謝画像などの生体機能画像や、形態画像としての組織画像（¹³Ｃ、¹Ｈ、³¹Ｐ核等）などのずれのない正確な計測画像を得ることができる。また、計測対象物が物体の場合、構造や欠陥などの形態画像、構成化合物の分布画像などのずれのない正確な計測画像を得ることができる。

　ここで、例えば、レドックス動態画像を得るためには、第１または第２の磁場発生手段の一方は、核磁気共鳴を励起して計測するためのものであり、他方は、電子スピン共鳴を励起して計測するためのものであることが望ましい。これにより、ＯＭＲＩによりずれのない正確な生体レドックス動態画像を得ることができる。

　なお、第１および第２の磁場発生手段は、どちらが大きい磁場を発生させるものであっても良いが、第２の磁場発生手段が第１の磁場発生手段の磁場よりも大きい磁場を発生させるものである場合、低磁場である第１の磁場発生手段をＯＭＲＩの電子スピン励起装置として用い、高磁場である第２の磁場発生手段をＭＲＩおよびＯＭＲＩの外部磁場発生装置として用いることができる。これにより、第２の磁場発生手段ではＭＲＩ画像およびＯＭＲＩ画像が得られる。特に、この計測装置では、低磁場の第１の磁場発生手段により電子スピンが励起された後に、高磁場の第２の磁場発生手段によりＯＭＲＩ測定が行われるので、ＯＭＲＩの外部磁場が非常に大きくなり、高感度・高分解能のずれのない正確なＯＭＲＩ画像を得ることができる。

　一方、第１の磁場発生手段が第２の磁場発生手段の磁場よりも大きい磁場を発生させるものである場合、高磁場である第１の磁場発生手段をＭＲＩの外部磁場発生装置として用い、低磁場である第２の磁場発生手段をＯＭＲＩの外部磁場発生装置として用いることができる。これにより、第１の磁場発生手段ではＭＲＩ画像が得られ、第２の磁場発生手段ではＯＭＲＩ画像が得られる。

　このように本実施形態における計測装置では、第１または第２の磁気発生手段が磁気共鳴を励起して計測するためのものであることによって、電子スピン共鳴や核磁気共鳴など種々の磁気共鳴を利用して計測対象物の機能画像や形態画像などのずれのない正確な計測画像を得ることができる。

（１）計測対象物、または、計測対象物の磁気共鳴を励起させるための磁場を発生させる磁場発生手段を移動させることにより、計測対象物を磁場発生手段の磁場中を移動させ、計測対象物または磁場発生手段の移動中に停止することなく、計測対象物の磁場発生手段に対する移動方向ｙおよびこの移動方向ｙに対して直交する方向ｘのいずれか一方または両方に傾斜磁場を掛けて位相エンコードおよび周波数エンコードのいずれか一方または両方により、計測対象物中の計測画像信号を得て、この計測画像信号に対し、ｙ方向の移動の影響を補正した補正画像信号を得る構成により、移動手段による計測対象物または磁場発生手段の移動中であっても、移動中の計測対象物の移動速度の影響を排除した、ずれのない計測対象物の機能画像や形態画像などの正確な計測画像を得ることが可能となる。

（２）補正画像信号が、式

により得るものであることにより、ｙ方向の移動速度、位相エンコードまたは周波数エンコードの印加時間、位相エンコードまたは周波数エンコードの印加までの時間によって決まるｙ方向の移動の影響を補正した、ずれのない計測対象物の機能画像や形態画像などの正確な計測画像、特に二次元の正確な計測画像を得ることが可能となる。

（３）補正画像信号が、式

により得るものであることにより、ｙ方向の移動速度、位相エンコードまたは周波数エンコードの印加時間、位相エンコードまたは周波数エンコードの印加までの時間によって決まるｙ方向の移動の影響を補正した、ずれのない計測対象物の機能画像や形態画像などの正確な計測画像、特に三次元の正確な計測画像を得ることが可能となる。

（４）磁場発生手段が、所定の大きさを発生させる第１の磁場発生手段と、この第１の磁場発生手段の磁場とは異なる大きさの磁場を発生させる第２の磁場発生手段とを有するものであり、移動手段が、計測対象物、または、前記第１および第２の磁場発生手段を移動させることにより、計測対象物を第１および第２の磁場発生手段の磁場中を順に移動させるものであることにより、無停止で電子スピン共鳴や核磁気共鳴など種々の磁気共鳴を利用して計測対象物中の機能画像や組織画像などのずれのない正確な計測画像を得ることが可能となる。

（５）移動手段が、計測対象物、または、第１および第２の磁場発生手段を回転移動させることにより、計測対象物を第１および第２の磁場発生手段の磁場中を順に通過させる回転移動手段であることにより、計測対象物を反復移動させる必要がなく、計測対象物または第１および第２の磁場発生手段を停止することなく回転移動させながら電子スピン共鳴や核磁気共鳴など種々の磁気共鳴を利用して計測対象物のずれのない正確な機能または形態画像を得ることができる。これにより、従来のように測定時に反復移動時に一旦停止することにより生じていた負荷をなくすことができ、第１および第２の磁場発生手段にも停止することにより生じていた負荷が掛かることがない。

（６）第１または第２の磁場発生手段の一方が、核磁気共鳴を励起するためのものであり、他方は、電子スピン共鳴を励起するためのものであることにより、ＯＭＲＩによりずれのない正確な生体レドックス動態画像を得ることができる。

（７）第２の磁場発生手段が第１の磁場発生手段の磁場よりも大きい磁場を発生させるものである場合、低磁場である第１の磁場発生手段をＯＭＲＩの電子スピン励起装置として用い、高磁場である第２の磁場発生手段をＭＲＩおよびＯＭＲＩの外部磁場発生装置として用いることができるので、ＯＭＲＩの外部磁場が非常に大きくなり、高感度・高分解能のずれのない正確なＯＭＲＩ画像を得ることができる。

（８）第１の磁場発生手段が第２の磁場発生手段の磁場よりも大きい磁場を発生させるものである場合、高磁場である第１の磁場発生手段をＭＲＩの外部磁場発生装置として用い、低磁場である第２の磁場発生手段をＯＭＲＩの外部磁場発生装置として用いることができるので、高感度のずれのない正確なＯＭＲＩ画像を得ることができる。

本発明の実施の形態における計測装置の概略構成図である。図１の計測装置の本体部の斜視図である。図１の計測装置の本体部の平面図である。計測シーケンスの例を示す図である。図４の計測シーケンスにより測定を行った場合に計測対象生体に印加される位相エンコードの傾斜磁場強度Ｇ_y ⁽ⁿ⁾を模式的に表した図である。計測シーケンスの別の例を示す図である。図６の計測シーケンスにより測定を行った場合に計測対象生体に印加される位相エンコードの傾斜磁場強度Ｇ_y ⁽ⁿ⁾を模式的に表した図である。

　１　計測装置
　２　本体部
　３　制御部
　４　表示部
　５，６　外部磁場発生装置
　７　ＲＦコイル
　８　回転テーブル
　９　回転駆動機構
　１０，１１　静磁場発生ドライバ
　１２　ＲＦコイルドライバ
　１３　検出信号受信部
　１４　回転駆動機構ドライバ
　３０　計測シーケンス処理部
　３１　ＯＭＲＩ計測処理部
　３２　ＭＲＩ計測処理部
　３３　計測信号補正部

　図１は本発明の実施の形態における計測装置の概略構成図、図２は図１の計測装置の本体部の斜視図、図３は平面図である。
　図１において、本発明の実施の形態における計測装置１は、計測対象物としての生体を計測するものであって、計測対象生体（図示例ではマウスＭ）を載置して計測を行う本体部２と、本体部２の各部の動作制御を行う制御部３と、制御部３の処理結果などを表示する表示部４とから構成される。

　本体部２は、第１の磁場発生手段としての低磁場用の第１の外部磁場発生装置５と、第２の磁場発生手段としての高磁場用の第２の外部磁場発生装置６と、円筒状のＲＦコイル（共振器）７と、鉛直軸周りに回転する回転移動手段としての回転テーブル８とを有する。回転テーブル８は、モータ、プーリやベルトなどにより構成される回転駆動機構９（図３参照。）により回転駆動される。

　ＲＦコイル７は、回転テーブル８の周縁部上に固定されている。計測対象生体は、ＲＦコイル７内に保持され、回転テーブル８とともに回転移動することにより、第１の外部磁場発生装置５および第２の外部磁場発生装置６の磁場中を順に通過するようになっている。図３の例では、回転テーブル８は時計回りに回転する。ＲＦコイル７は、第１の外部磁場発生装置５および第２の外部磁場発生装置６の静磁場に直交する方向に電磁波磁界を形成するものである。

　第１の外部磁場発生装置５は、本実施形態においては３つの外部磁場発生装置５ａ，５ｂ，５ｃから構成されており、それぞれ永久磁石５０と、傾斜磁場コイル５１と、磁場掃引コイル５２とを有する。この第１の外部磁場発生装置５は、回転テーブル８上のＲＦコイル７が通過する空間内にＯＭＲＩにおける励起磁場を提供するものである。この第１の外部磁場発生装置５では、第２の外部磁場発生装置６におけるＯＭＲＩ測定のためにＲＦコイル７内に保持された計測対象生体のフリーラジカルの電子スピンを励起する。

　第２の外部磁場発生装置６は、回転テーブル８上のＲＦコイル７が通過する空間内に静磁場を発生させるための永久磁石６０を有する。また、傾斜磁場コイル６１が設置されており、永久磁石６０により発生された静磁場に所定のＭＲパルスシーケンスに応じた所定規模の傾斜磁場を所定の回数で生成するようになっている。この第２の外部磁場発生装置６は、ＭＲＩ／ＯＭＲＩ用に外部静磁場を提供するものである。この第２の外部磁場発生装置６では、ＭＲＩ測定およびＯＭＲＩ測定を行う。

　そして、第１の外部磁場発生装置５は、第１の静磁場発生ドライバ１０を介して制御部３に接続されている。この第１の静磁場発生ドライバ１０には、傾斜磁場コイル５１と、磁場掃引コイル５２とに給電するための図示しない電源が接続されている。第１の静磁場発生ドライバ１０は、制御部３からの指令によって傾斜磁場コイル５１と、磁場掃引コイル５２とを制御する。なお、本実施形態における第１の外部磁場発生装置５の磁場強度は２０ｍＴであるが、この磁場強度は、ＯＭＲＩでは０超５０ｍＴ以下、ＭＲＩでは０超１１Ｔ以下の範囲で任意に設定することが可能である。また、永久磁石６０に代えて電磁石を用いることも可能である。

　第２の外部磁場発生装置６は、第２の静磁場発生ドライバ１１を介して制御部３に接続されている。この第２の静磁場発生ドライバ１１には、傾斜磁場コイル６１に給電するための図示しない電源が接続されている。第２静磁場発生ドライバ１１は、制御部３からの指令によって傾斜磁場コイル６１を駆動する。なお、本実施形態における第２の外部磁場発生装置６の磁場強度は１．５Ｔであるが、この磁場強度は０超１１Ｔ以下で任意に設定することが可能であり、大きい方が好ましい。なお、本実施形態においては永久磁石６０を用いているが、永久磁石６０の場合、磁場強度は２Ｔ程度まで大きくすることが可能である。また、永久磁石６０に代えて超伝導磁石を用いることも可能である。永久磁石６０に代えて超伝導磁石を用いた場合には１１Ｔ程度まで大きくすることが可能である。

　ＲＦコイル７は、ＲＦコイルドライバ１２、検出信号受信部１３を介して制御部３に接続されている。また、図３に示す回転駆動機構９は、図１に示す回転駆動機構ドライバ１４を介して制御部３に接続されている。ＲＦコイルドライバ１２および回転駆動機構ドライバ１４には、それぞれＲＦコイル７および回転駆動機構９に給電するための図示しない電源が接続されている。

　ＲＦコイルドライバ１２および回転駆動機構ドライバ１４は、制御部３から指令されるシーケンスに従い、それぞれＲＦコイル７および回転駆動機構９を駆動する。このとき、ＲＦコイルドライバ１２は、回転駆動ドライバ１０と同期して、ＲＦコイル７が回転テーブル８とともに回転移動して第１の外部磁場発生装置５および第２の外部磁場発生装置６の磁場中を通過するタイミングでＲＦコイル７を駆動する。ＲＦコイル７に高周波パルスが印加されると、ＲＦコイル７に高周波磁場が発生し、内部の計測対象生体が高周波磁場にさらされる。

　そして、第１の外部磁場発生装置５内においてＲＦコイル７で受信された電子スピン共鳴信号および第２の外部磁場発生装置６内においてＲＦコイル７で受信された磁気共鳴信号は、それぞれ検出信号受信部１３で受け取られ、制御部３に渡される。なお、第１の外部磁場発生装置５から第２の外部磁場発生装置６までの駆動時間は１秒以内であることが好ましく、さらに好ましくは０．７秒以内であり、本実施形態においては０．５秒に設定される。

　また、制御部３には、計測シーケンスに従って計測対象生体の電子スピン共鳴信号および磁気共鳴信号を得る計測シーケンス処理部３０と、ＯＭＲＩ計測処理部３１と、ＭＲＩ計測処理部３２と、計測信号補正部３３とが設けられている。計測シーケンス制御部３０は、第１の外部磁場発生装置５、第２の外部磁場発生装置６、ＲＦコイル７および回転駆動機構９に対する給電シーケンスと、ＲＦコイル７における計測シーケンスとを有し、第１の外部磁場発生装置５、第２の外部磁場発生装置６、ＲＦコイル７および回転駆動機構９を制御するものである。制御部３は、実際にはコンピュータシステムからなり、ハードディスクなどの記録媒体に格納されたコンピュータプログラムを実行することによって上述のように機能する。

　ＯＭＲＩ計測処理部３１およびＭＲＩ計測処理部３２は、計測シーケンスに従って得られた電子スピン共鳴信号および磁気共鳴信号に基づいて画像処理を行い、計測画像信号を得る計測手段である。計測信号補正部３３は、ＯＭＲＩ計測処理部３１およびＭＲＩ計測処理部３２により得られた計測画像信号を補正して移動の影響を補正した補正画像信号を得る補正手段である。この計測信号補正部３３により得られた補正画像信号が表示装置４上に表示される。

　ここで、計測信号補正部３３による計測画像信号の補正処理について詳細に説明する。
　まず、ＯＭＲＩ計測処理部３１およびＭＲＩ計測処理部３２では、回転テーブル８による移動中に停止することなく、計測対象生体の第１、第２の外部磁場発生装置５，６に対する移動方向ｙおよびこの移動方向ｙに対して直交する方向ｘのいずれか一方または両方に傾斜磁場を掛けて位相エンコードおよび周波数エンコードのいずれか一方または両方により、計測対象生体中の計測画像信号を得ている。

　なお、以下の説明では、簡単のために移動方向ｙに対して直交する方向ｘに傾斜磁場を掛けて位相エンコードにより計測対象生体中の計測画像信号を得る場合を例にとっているが、位相エンコードを周波数エンコードに代えたり、併用したりする場合も同様に行うことが可能である。傾斜磁場を掛ける方向についても同様である。

　図４は移動方向ｙに対して直交する方向ｘに傾斜磁場を掛けて位相エンコードにより計測対象生体中の計測画像信号を得る場合の計測シーケンスを示している。図４に示すように、この計測シーケンスでは、ＲＦパルスの印加と同時（ｔ₀）に傾斜磁場Ｇ_sを掛け、その後、ｔ_y0～ｔ_y1の間に位相エンコードパルスＧ_pを印加して計測画像信号を得ている。図５は、この計測シーケンスにより測定を行った場合に計測対象生体に印加される位相エンコードの傾斜磁場強度Ｇ_y ⁽ⁿ⁾を模式的に表した図である。ｖ_yは計測対象生体の移動方向ｙの移動速度である。なお、計測対象生体はｘ方向に移動しないので、ｖ_xは０である。上付きの（ｎ）は、１測定（スキャン）ごとにＧ_yの値が増加していくことを示している。

　このとき、傾斜磁場によりエンコードされた磁化の信号Ｓ（ｋ_x、ｋ_y）は、

となる。ここで、ｋ_x，ｋ_yは空間周波数、ρ（ｘ，ｙ）は磁化密度である。

　また、計測対象生体が移動しているときの位置は、

である。ここで、γは磁気回転比、τは時間である。

　ここで、移動方向はｙ方向のみであり、Ｇｙ（ｎ）は時刻ｔ_y0～ｔ_y1までの間のみ印加されるので、上式（２－２）は、

となる。

　これにより、上式（１）は、

となる。

　ここで、次式（４）によりｙ’を導入し、座標変換を行う。

　この座標変換により、ｙは次式（５）のように表される。

　上式（３）に式（５）を適用して座標変換を行うと、次式（６）が得られる。

　さらに、フーリエ変換により、式（６）は、

となる。

　この式（８）は計測対象生体のｙ方向の移動が計測画像のｙ方向の移動として現れることを示している。式（８）から実際の計測画像上のシフト量を計算した例を表１に示す。この計算に必要なパラメータは、ｙ方向の移動速度ｖ_y、位相エンコードの印加時間Δｔ_y、位相エンコード印加までの時間ｔ_y0である。表１から分かるように、式（８）により算出されるシフト量（計算値）が実測値とほぼ一致する。

　次に、式（３）からｙ方向移動の影響を補正する場合、式（３）は次式（９）のように表されるので、

補正後の計測画像信号は、

となる。

　計測信号補正部３３は、この式（１０）により、計測画像信号Ｓ（ｋ_x、ｋ_y）から補正画像信号Ｓ’（ｋ_x、ｋ_y）を得るものである。この演算は位相回転をすることに相当する。

　そして、この補正画像信号Ｓ’（ｋ_x、ｋ_y）をフーリエ変換すると、

となり、補正画像信号Ｓ’（ｋ_x、ｋ_y）をフーリエ変換することで、ｙ方向の移動の影響を排除した正確な計測画像が得られることが分かる。

　次に、上記構成の計測装置１の動作について説明する。
　まず、回転テーブル８上のＲＦコイル７内に計測対象生体の小動物、例えばマウスＭを設置する。この例では、計測対象生体における酸化ストレス疾患でのレドックス代謝異常、あるいは統合失調症等での脳機能を空間画像解析する。

　ついで、回転駆動機構９を駆動して回転テーブル８を回転し、マウスＭを第１の外部磁場発生装置５および第２の外部磁場発生装置６の磁場中を順に通過させる。このとき、第１の外部磁場発生装置５では、ＲＦコイル７から高周波を照射するとともに、磁場掃引コイル５２を駆動することで、静磁場を高速掃引する。これにより、マウスＭ中の不対電子が高周波を吸収し、電子スピンが共鳴励起される。

　第１の外部磁場発生装置５を通過したマウスＭは、次に第２の外部磁場発生装置６内に入り、１Ｔ以上、本実施形態においては１．５Ｔという非常に強い静磁場に置かれる。これにより、第１の外部磁場発生装置５において共鳴励起された電子スピンが核スピンへエネルギー遷移が生じさせられることになる。ついで、ＲＦコイル７を用い、高周波照射によりマウスＭから得られる信号を検出信号受信部１３で受信する。

　このようにして検出信号受信部１３で受信された信号は、制御部３で受け取られ、ＯＭＲＩ計測処理部３１およびＭＲＩ計測処理部３２で処理される。ＭＲＩ計測処理部３２は、第２の外部磁場発生装置５においてＲＦコイル７から得られた信号を処理することでＭＲＩ画像を合成する。また、ＯＭＲＩ計測処理部３１は、第２の外部磁場発生装置５から得られた信号を処理することで、核スピン分布を示す画像を合成する。

　そして、これらのＭＲＩ計測処理部３２およびＯＭＲＩ計測処理部３１により得られた計測画像信号は、上述の計測信号補正部３３により補正され、この計測信号補正部３３により得られた補正画像信号が表示装置４上に表示される。

　以上のように、本実施形態における計測装置１では、ＭＲＩ計測処理部３２およびＯＭＲＩ計測処理部３１により得られた計測画像信号Ｓ（ｋ_x，ｋ_y）に対し、ｙ方向の移動の影響を補正した補正画像信号Ｓ’（ｋ_x，ｋ_y）を得るので、回転テーブル８によるマウスＭの移動中であっても、移動中のマウスＭの移動速度の影響を排除した、ずれのない正確なマウスＭのＭＲＩ画像およびＯＭＲＩ画像を得ることができる。

　また、本実施形態における計測装置１では、第１の外部磁場発生装置５および第２の外部磁場発生装置６によりそれぞれ異なる大きさの磁場を発生させ、マウスＭを回転テーブル８により回転移動させて、マウスＭを第１および第２の外部磁場発生装置５，６の磁場中を順次通過させながらずれのない正確なＭＲＩ画像およびＯＭＲＩ画像を得ることが可能である。したがって、従来のようにマウスＭを反復移動させることがなく、移動および停止時に負荷が掛かることがない。

　また、この計測装置１では、低磁場である第１の外部磁場発生装置５をＯＭＲＩの電子スピン励起装置として用い、高磁場である第２の外部磁場発生装置５をＭＲＩおよびＯＭＲＩの外部磁場発生装置として用いている。したがって、この計測装置１では、低磁場の第１の外部磁場発生装置５により電子スピンが励起された後に、高磁場の第２の外部磁場発生装置６によりＯＭＲＩ測定が行われるので、ＯＭＲＩの外部磁場が非常に大きくなり、高感度・高分解能のずれのない正確なＯＭＲＩ画像を得ることが可能である。

　なお、この計測装置１において、回転テーブル８を逆回転させて、マウスＭを第２の外部磁場発生装置６、第１の外部磁場発生装置５の順に通過させて計測することも可能である。この場合、高磁場である第２の外部磁場発生装置６をＭＲＩの外部磁場発生装置として用い、低磁場である第１の外部磁場発生装置をＯＭＲＩの外部磁場発生装置として用いることができる。

　これにより、第２の外部磁場発生装置６ではＭＲＩ画像が得られ、第１の外部磁場発生装置５ではＯＭＲＩ画像が得られる。

　また、本実施形態における計測装置１では、回転テーブル８によりマウスＭを回転移動させる構成であるが、マウスＭを反復移動させるなど逆にマウスＭを回転移動させないで、第１および第２の外部磁場発生装置５，６を回転移動させる構成とすることも可能である。この場合、マウスＭの第１、第２の外部磁場発生装置５，６に対する移動方向ｙは変わらないので、前述と同様に計測信号補正部３３による補正を行うことが可能である。

　また、この場合には、マウスＭが静止したままであるので、計測時に不快に感じることがなく、生体に優しい計測装置を実現できる。また、本実施形態における計測装置１では、第１および第２の外部磁場発生装置５，６を反復移動させなくて良いため、移動時および停止時に第１および第２の外部磁場発生装置５，６に移動による負荷が掛かることがない。

　また、本実施形態における計測装置１は、ＭＲＩ／ＯＭＲＩであるが、異なる大きさの磁界を発生させる２以上の複数の外部磁場発生装置間で計測対象生体を移動させる装置であれば適用可能である。また、本実施形態における計測装置１の計測信号補正部３３による補正は、１つの外部磁場発生装置内で計測対象生体を移動させる場合にも適用可能である。

　また、本実施形態における計測装置１では、回転テーブル８上の計測対象生体の回転移動経路上にＸ線ＣＴ（Computed Tomography：コンピュータ断層撮影）装置、超音波画像化装置やポジトロン断層撮影（ＰＥＴ：Positron Emission Tomography）装置などの他の計測装置を配置して連続的に複数の測定項目の測定を行うことも可能である。

　また、この計測装置１では、生体の機能画像としてのレドックス動態画像の他、形態画像としての組織画像を得ることも可能である。さらに、生物以外の物体、例えば半導体などの構造や欠陥などの形態画像を得ることも可能であり、電子スピン共鳴や核磁気共鳴など種々の磁気共鳴を利用して計測対象物の機能画像や形態画像などの画像を得ることが可能である。

　また、本実施形態における計測装置１の計測信号補正部３３による補正は、ＭＲＩ／ＯＭＲＩなどの二次元の計測画像について補正するものであるが、この補正方法は、三次元以上の計測画像に対しても応用可能である。

　図６は移動方向ｙに対して直交する方向ｘ，ｚに傾斜磁場を掛けて位相エンコードにより計測対象生体中の計測画像信号を得る場合の計測シーケンスを示している。図６に示すように、この計測シーケンスでは、ＲＦパルスの印加と同時（ｔ₀）に傾斜磁場Ｇ_sを掛け、その後、ｔ_y0～ｔ_y1の間に位相エンコードパルスＧ_p，Ｇ_p2を印加して計測画像信号を得る。図７は、この計測シーケンスにより測定を行った場合に計測対象生体に印加される位相エンコードの傾斜磁場強度Ｇ_y ⁽ⁿ⁾を模式的に表した図である。ｖ_yは計測対象生体の移動方向ｙの移動速度である。

　この場合、前述の式（１）～（１１）は、それぞれ対応する下記式（１２）～（２２）により表される。

　したがって、三次元以上の計測画像信号Ｓ（ｋ_x，ｋ_y，ｋ_z）に対しても、同様に式（２１）により、補正画像信号Ｓ’（ｋ_x，ｋ_y，ｋ_z）を得ることが可能であり、補正画像信号Ｓ’（ｋ_x，ｋ_y，ｋ_z）をフーリエ変換することで、ｙ方向の移動の影響を排除した正確な計測画像が得られる。

　本発明の計測装置および計測方法は、電子スピン共鳴や核磁気共鳴など種々の磁気共鳴を利用して計測対象物の画像を得るための装置および方法として有用である。特に、本発明は、磁気共鳴を利用して計測対象物の機能画像や形態画像などの計測画像を得る計測装置および計測方法において、移動中の計測対象物の移動速度の影響を排除して正確な計測画像を得るものとして好適である。

Claims

　磁気共鳴を利用して計測対象物の画像を得るための計測装置であって、
　前記計測対象物の磁気共鳴を励起させるための磁場を発生させる磁場発生手段と、
　前記計測対象物、または、前記磁場発生手段を移動させることにより、前記計測対象物を前記磁場発生手段の磁場中を移動させる移動手段と、
　前記移動手段による移動中に停止することなく、前記計測対象物の前記磁場発生手段に対する移動方向ｙおよびこの移動方向ｙに対して直交する方向ｘのいずれか一方または両方に傾斜磁場を掛けて位相エンコードおよび周波数エンコードのいずれか一方または両方により、前記計測対象物中の計測画像信号を得る計測手段と、
　前記計測画像信号に対し、前記ｙ方向の移動の影響を補正した補正画像信号を得る補正手段と
を有する計測装置。
　前記補正手段は、前記計測画像信号をＳ（ｋ_x，ｋ_y）、前記補正画像信号をＳ’（ｋ_x，ｋ_y）としたとき、式

（但し、ｋ_x，ｋ_yは前記ｘ方向およびｙ方向の空間周波数、γは磁気回転比、Ｇ_y ⁽ⁿ⁾はｎ回目の計測における前記位相エンコードまたは周波数エンコードの傾斜磁場強度、ｖ_yはｙ方向の移動速度、Δｔ_yは前記位相エンコードまたは周波数エンコードの印加時間、ｔ_y0は前記位相エンコードまたは周波数エンコードの印加までの時間である。）
により前記補正画像信号を得るものである請求項１記載の計測装置。
　前記補正手段は、前記計測画像信号をＳ（ｋ_x，ｋ_y，ｋ_z）、前記補正画像信号をＳ’（ｋ_x，ｋ_y，ｋ_z）としたとき、式

（但し、ｋ_x，ｋ_y，ｋ_zは前記ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の空間周波数、γは磁気回転比、Ｇ_y ⁽ⁿ⁾はｎ回目の計測における前記位相エンコードまたは周波数エンコードの傾斜磁場強度、ｖ_yはｙ方向の移動速度、Δｔ_yは前記位相エンコードまたは周波数エンコードの印加時間、ｔ_y0は前記位相エンコードまたは周波数エンコードの印加までの時間である。）
により前記補正画像信号を得るものである請求項２記載の計測装置。
　前記磁場発生手段は、所定の大きさを発生させる第１の磁場発生手段と、この第１の磁場発生手段の磁場とは異なる大きさの磁場を発生させる第２の磁場発生手段とを有するものであり、
　前記移動手段は、計測対象物、または、前記第１および第２の磁場発生手段を移動させることにより、前記計測対象物を前記第１および第２の磁場発生手段の磁場中を順に移動させるものである
請求項１記載の計測装置。
　前記移動手段は、前記計測対象物、または、前記第１および第２の磁場発生手段を回転移動させることにより、前記計測対象物を前記第１および第２の磁場発生手段の磁場中を順に通過させる回転移動手段である請求項４記載の計測装置。
　前記第１または第２の磁場発生手段の一方は、核磁気共鳴を励起して計測するためのものであり、他方は、電子スピン共鳴を励起して計測するためのものである請求項４または５に記載の計測装置。
　前記磁場発生手段は、所定の大きさを発生させる第１の磁場発生手段と、この第１の磁場発生手段の磁場とは異なる大きさの磁場を発生させる第２の磁場発生手段とを有するものであり、
　前記移動手段は、計測対象物、または、前記第１および第２の磁場発生手段を移動させることにより、前記計測対象物を前記第１および第２の磁場発生手段の磁場中を順に移動させるものである
請求項２記載の計測装置。
　前記移動手段は、前記計測対象物、または、前記第１および第２の磁場発生手段を回転移動させることにより、前記計測対象物を前記第１および第２の磁場発生手段の磁場中を順に通過させる回転移動手段である請求項７記載の計測装置。
　前記第１または第２の磁場発生手段の一方は、核磁気共鳴を励起して計測するためのものであり、他方は、電子スピン共鳴を励起して計測するためのものである請求項７または８に記載の計測装置。
　前記磁場発生手段は、所定の大きさを発生させる第１の磁場発生手段と、この第１の磁場発生手段の磁場とは異なる大きさの磁場を発生させる第２の磁場発生手段とを有するものであり、
　前記移動手段は、計測対象物、または、前記第１および第２の磁場発生手段を移動させることにより、前記計測対象物を前記第１および第２の磁場発生手段の磁場中を順に移動させるものである
請求項３記載の計測装置。
　前記移動手段は、前記計測対象物、または、前記第１および第２の磁場発生手段を回転移動させることにより、前記計測対象物を前記第１および第２の磁場発生手段の磁場中を順に通過させる回転移動手段である請求項１０記載の計測装置。
　前記第１または第２の磁場発生手段の一方は、核磁気共鳴を励起して計測するためのものであり、他方は、電子スピン共鳴を励起して計測するためのものである請求項１０または１１に記載の計測装置。
　磁気共鳴を利用して計測対象物の画像を得る計測方法であって、
　計測対象物、または、前記計測対象物の磁気共鳴を励起させるための磁場を発生させる磁場発生手段を移動させることにより、前記計測対象物を前記磁場発生手段の磁場中を移動させること、
　前記計測対象物または前記磁場発生手段の移動中に停止することなく、前記計測対象物の前記磁場発生手段に対する移動方向ｙおよびこの移動方向ｙに対して直交する方向ｘのいずれか一方または両方に傾斜磁場を掛けて位相エンコードおよび周波数エンコードのいずれか一方または両方により、前記計測対象物中の計測画像信号を得ること、
　前記計測画像信号に対し、前記ｙ方向の移動の影響を補正した補正画像信号を得ること
を含む計測方法。
　前記補正画像信号は、前記計測画像信号をＳ（ｋ_x，ｋ_y）、前記補正画像信号をＳ’（ｋ_x，ｋ_y）としたとき、式

（但し、ｋ_x，ｋ_yは前記ｘ方向およびｙ方向の空間周波数、γは磁気回転比、Ｇ_y ⁽ⁿ⁾はｎ回目の計測における前記位相エンコードまたは周波数エンコードの傾斜磁場強度、ｖ_yはｙ方向の移動速度、Δｔ_yは前記位相エンコードまたは周波数エンコードの印加時間、ｔ_y0は前記位相エンコードまたは周波数エンコードの印加までの時間である。）
により得ることを特徴とする請求項１３記載の計測方法。
　前記前記補正画像信号は、前記計測画像信号をＳ（ｋ_x，ｋ_y，ｋ_z）、前記補正画像信号をＳ’（ｋ_x，ｋ_y，ｋ_z）としたとき、式

（但し、ｋ_x，ｋ_y，ｋ_zは前記ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の空間周波数、γは磁気回転比、Ｇ_y ⁽ⁿ⁾はｎ回目の計測における前記位相エンコードまたは周波数エンコードの傾斜磁場強度、ｖ_yはｙ方向の移動速度、Δｔ_yは前記位相エンコードまたは周波数エンコードの印加時間、ｔ_y0は前記位相エンコードまたは周波数エンコードの印加までの時間である。）
により得ることを特徴とする請求項１３記載の計測方法。