(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の第１の周期的な体動についての体動情報を検出する体動検出手段と、
前記体動検出手段により検出された前記体動情報に基づいて、前記被検体の体動による変位を求める演算手段と、
前記被検体の体動による変位が所望の変位範囲内のときの核磁気共鳴信号の計測する計測制御手段と、
を備え、
前記演算手段は、前記被検体の体動方向が変化したときの変位を含む範囲を前記所望の変位範囲とし、前記体動方向が変化した時点より第１の所定の時間間隔をおいた時点における前記変位を、前記所望の変位範囲の一方の閾値とする
ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
前記体動検出手段は、第１の所定の時間間隔より短い第２の所定の時間間隔で前記体動情報を検出することを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
前記被検体は、第２の周期的な体動を含み、 
前記演算手段は、前記被検体の体動方向が変化した時点を挟んで第２の周期の周期以上の時点における前記変位を、前記所望の変位範囲の一方の閾値とすることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項４】
前記所望の変位範囲は、前記一方の閾値と他方の閾値との間の範囲であり、
前記演算手段は、前記被検体の体動方向が変化した時点における変位と前記一方の閾値との差分が、前記被検体の体動方向が変化した時点における変位と前記他方の閾値との差分と等しくなるように、前記他方の閾値を設定することを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項５】
前記第２の周期的な体動の部位は前記被検体の心臓であり、
前記演算手段は、所定期間内に少なくとも２回、前記変位が前記所定の変位範囲より大きいオーバーとなった場合に、前記一方の閾値と前記他方の閾値を再設定することを特徴とする請求項４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項６】
前記第２の周期的な体動の部位は前記被検体の心臓であり、
前記演算手段は、所定回数連続して、前記変位が前記所定の変位範囲より小さいアンダーとなった場合に、前記一方の閾値と前記他方の閾値を再設定することを特徴とする請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項７】
被検体の第１の周期的な体動についての体動情報を検出する体動検出ステップと、
前記体動検出ステップにより検出された前記体動情報に基づいて、前記被検体の体動による変位を求める演算ステップと、
前記被検体の体動による変位が所望の変位範囲内のときの核磁気共鳴信号の計測する計測ステップと、
を備え、
前記演算ステップは、前記被検体の体動方向が変化したときの変位を含む範囲を、前記所望の変位範囲とし、前記体動方向が変化した時点より第１の所定の時間間隔をおいた時点における前記変位を、前記所望の変位範囲の一方の閾値とする
ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴イメージング(以下、「MRI」という)装置に関し、特に呼吸動同期撮影のゲートウィンドウを自動設定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
MRI撮像法において、呼吸動をモニタして呼吸動の影響を抑制する技術に、ナビゲーターエコー法がある。
【０００３】
ナビゲーターエコー法では、予めモニタ計測により、間隔をおいて、例えば500msecおきにナビゲーターエコーシーケンスを実行させて、被検体の呼吸動の態様を把握する。次にモニタ計測により得られた呼吸動の態様から、所望の範囲の横隔膜位置を指定する。本計測では、当該所望の範囲の横隔膜位置にあるときに得られたエコー信号のみを利用して、画像を再構成することにより、呼吸動の影響を抑制する。(例えば、心電同期併用でナビゲーターエコーを用いた呼吸ゲーティング撮影のシーケンス図(従来技術)として、特許文献1図2参照。)
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2008-148806号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術にあっては、ゲートウィンドウを設定する際に、手動で設定する故に、一度モニタ計測を中断する必要があった。また、ユーザが設定したゲートウィンドの範囲によってデータの取得効率や取得画像における体動の影響の低減効果に違いが生じるが、その最適な設定は、ユーザの経験や勘に頼る必要があった。
【０００６】
また、心電同期併用でナビゲーターエコーを用いた呼吸ゲーティング撮影をする場合、心電周期を考慮してゲートウィンドウの設定はしていなかった。その場合、ゲートウィンドウ幅をあまり狭く設定しすぎると、心拍R-R間隔で実行されるナビゲータシーケンスの間に横隔膜位置が所望の範囲となる期間が挟まれてしまうために、本撮像のためのNMR信号を取得しそこねてしまう問題があった。
【０００７】
またモニタ計測後の本計測中もナビゲーターシーケンスによって得られる検出位置がゲートウィンド内に入らなくなるとユーザが手動でゲートウィンドを再設定する必要がある問題があった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、呼吸動同期撮影のゲートウィンドウを自動設定することを可能としたMRI装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、被検体の周期的な体動についての体動情報を検出し、体動情報に基づいて被検体の体動による変位を求め、被検体の体動による変位が所望の変位範囲内のときの核磁気共鳴信号の計測行う。その際、被検体の体動方向が変化したときの変位を含む範囲を所望の変位範囲とし、前記体動方向が変化した時点より第1の所定の時間間隔をおいた時点における前記変位を、前記所望の変位範囲の一方の閾値とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、呼吸動同期撮影のゲートウィンドウを自動設定することを可能としたMRI装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るMRI装置の一例の全体概要を示すブロック図
【図２】ナビゲーターエコー法の概念を説明するための図
【図３】ナビゲーター計測のモニタ計測の従来技術
【図４】本発明の実施例1におけるナビゲーター計測のモニタ計測時におけるゲートウィドウ自動設定を説明するためのフローチャート
【図５】本発明の実施例1におけるナビゲーター計測のモニタ計測時におけるゲートウィドウ自動設定を説明するための図
【図６】本発明の実施例1における本計測時におけるゲートウィドウ自動設定を説明するためのフローチャート
【図７】本計測における安定呼吸時を説明するための図。
【図８】本発明による本計測時に呼吸振幅が増加した時のゲートウィンド自動調整を説明するための図
【図９】本発明による本計測時に呼吸振幅が減少した時のゲートウィンド自動調整を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面に従って本発明のMRI装置の好ましい実施形態について詳説する。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。
【００２１】
最初に、本発明に係るMRI装置の一例の全体概要を図1に基づいて説明する。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、NMR現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、図1に示すように、MRI装置は静磁場発生系2と、傾斜磁場発生系3と、送信系5と、受信系6と、信号処理系7と、シーケンサ4と、中央処理装置(CPU)8とを備えて構成される。
【００２２】
静磁場発生系2は、垂直磁場方式であれば、被検体1の周りの空間にその体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば、体軸方向に均一な静磁場を発生させるもので、被検体1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。
【００２３】
傾斜磁場発生系3は、MRI装置の座標系(静止座標系)であるX，Y，Zの3軸方向に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル9と、それぞれの傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源10とから成り、後述のシ-ケンサ4からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源10を駆動することにより、X，Y，Zの3軸方向に傾斜磁場Gx，Gy，Gzを印加する。撮影時には、スライス面(撮影断面)に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス(Gs)を印加して被検体1に対するスライス面を設定し、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方向傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス(Gf)を印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。
【００２４】
シーケンサ4は、高周波磁場パルス(以下、「RFパルス」という)と傾斜磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加する制御手段で、CPU8の制御で動作し、被検体1の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系5、傾斜磁場発生系3、および受信系6に送る。
【００２５】
送信系5は、被検体1の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、被検体1にRFパルスを照射するもので、高周波発振器11と変調器12と高周波増幅器13と送信側の高周波コイル(送信コイル)14aとから成る。高周波発振器11から出力されたRFパルスをシーケンサ4からの指令によるタイミングで変調器12により振幅変調し、この振幅変調されたRFパルスを高周波増幅器13で増幅した後に被検体1に近接して配置された高周波コイル14aに供給することにより、RFパルスが被検体1に照射される。
【００２６】
受信系6は、被検体1の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号(NMR信号)を検出するもので、受信側の高周波コイル(受信コイル)14bと信号増幅器15と直交位相検波器16と、A/D変換器17とから成る。送信側の高周波コイル14aから照射された電磁波によって誘起された被検体1の応答のNMR信号が被検体1に近接して配置された高周波コイル14bで検出され、信号増幅器15で増幅された後、シーケンサ4からの指令によるタイミングで直交位相検波器16により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA／D変換器17でディジタル量に変換されて、信号処理系7に送られる。
【００２７】
信号処理系7は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行うもので、光ディスク19、磁気ディスク18等の外部記憶装置と、CRT等からなるディスプレイ20とを有する。受信系6からのデータがCPU8に入力されると、CPU8が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体1の断層画像をディスプレイ20に表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク18等に記録する。
【００２８】
操作部25は、MRI装置の各種制御情報や上記信号処理系7で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス23、及び、キーボード24から成る。この操作部25はディスプレイ20に近接して配置され、操作者がディスプレイ20を見ながら操作部25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。
【００２９】
なお、図1において、送信側の高周波コイル14aと傾斜磁場コイル9は、被検体1が挿入される静磁場発生系2の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体1に対向して、水平磁場方式であれば被検体1を取り囲むようにして設置されている。また、受信側の高周波コイル14bは、被検体1に対向して、或いは取り囲むように設置されている。
【００３０】
現在MRI装置の撮像対象核種は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質である水素原子核(プロトン)である。プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を2次元もしくは3次元的に撮像する。
【００３１】
ここで、呼吸動をモニタして呼吸動の影響を抑制する技術である、ナビゲーターエコー法の概念を、図2を用いて説明する。図2では、被検体の上半身の模式図が描かれているが、呼吸動により心臓や横隔膜が移動する。ナビゲーターエコー法では、エコー信号取得のためのスライス選択面を横隔膜に垂直に設定して、エコー信号を取得する。そのエコー信号を解析することにより、呼吸動により被検体が空気を吸った状態か、空気を吐いた状態かの移り変わりを観測できる。
【００３２】
次に図3は、ナビゲーター計測のモニタ計測の従来技術である。例えば、500msecおきにナビゲーターシーケンスを実行させて、横隔膜位置を検出して、ゲートウィンドを手動設定していた。
【実施例１】
【００３３】
次に、本発明の実施例1における被検体を収容する空間に均一な静磁場を発生させる静磁場発生手段と、前記静磁場へ重畳して傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生手段と、前記被検体へ照射する高周波磁場を発生する高周波コイルと、前記被検体から発生するNMR信号を検出する手段と、前記検出された信号を画像化する手段と、を備え、前記被検体の第1の周期的に動く部位が所望の変位の範囲内にある時に、前記画像化のためのNMR信号の検出を行うMRI装置のナビゲーター計測のモニタ計測時におけるゲートウィドウ自動設定を、図4のフローチャート及び図5を用い説明する。以下、図4のフローチャートに沿って説明する。
【００３４】
(ステップ31)
CPU8は、横隔膜位置をリアルタイムに例えば、500msec間隔で検出し、モニタ計測を行なう。同時にCPU8は、心電波形もリアルタイムに検出する。
【００３５】
(ステップ32)
CPU8は、モニタ計測において、ゲートウィンドウを自動設定すると設定されているかを判断する。自動設定する場合はステップ33へ、自動設定しない場合はステップ40へ移行する。
【００３６】
(ステップ33)
CPU8は、リアルタイムに横隔膜位置を検出しているモニタ計測において、現在の検出位置が、横隔膜の変位の方向が移り変わる頂点位置であるかどうかを検出する。具体的には次のような条件を満たす位置を頂点とする。現在の検出位置が頂点の位置であると判断した場合には、フラグ＝1とする。
[現在の検出位置]-[前回の検出位置]≧0かつ[現在の検出位置]-[次回の検出位置]＞0
(ステップ34)
CPU8は、フラグが1であるかを判断する。1であればステップ35へ、1でなければステップ39へ移行する。
【００３７】
(ステップ35)
CPU8は、心電波形よりR-R間隔を計算し、頂点を検出してからR-R時間経過したかを判断する。R-R時間経過していれば、ステップ36へR-R時間経過していなければステップ39へ移行する。
【００３８】
(ステップ36)
CPU8は、2回目の頂点を検出したかを判断する。検出していればステップ37へ、検出していなければステップ38へ移行する。
【００３９】
(ステップ37)
CPU8は、1回目に頂点を検出したタイミングと、2回目に頂点を検出したタイミングより、その差分を計算し、それに基づいて呼吸周期を算出する。
【００４０】
(ステップ38)
CPU8は、ゲートウィンドウを自動設定する。具体的には、本ステップでは頂点を検出してからR-R間隔時間経過しているので、検出した頂点の前後の横隔膜位置を参照し、参照している2点の時間間隔(T1)がR-R間隔以上ならば、2点の内、位置が低い方(吸気側に近い位置)の高さをゲートウィンド下線に設定する。
【００４１】
R-R間隔以上とるのは、安定呼吸下において検出位置がゲートウィンド内に入る期間をR-R間隔以上とするためである。本計測ではナビゲーターシーケンスは心電周期で実行されるため同様の安定呼吸下では呼吸1周期内で必ず1回は検出位置がゲートウィンド内に入る。
【００４２】
参照している2点の時間間隔(T1)がR-R間隔未満ならば、2点の内、位置が高い方(呼気側に近い位置)を参照している検出位置点を頂点から更に一つ離れた検出点に更新し、同様に参照している2点の時間間隔(T1)の算出を行なう。参照している2点の時間間隔(T1)がR-R間隔以上になるまで同様の処理を繰り返し、参照している2点の時間間隔(T1)がR-R間隔以上になったら、2点の内、位置が低い方(吸気側に近い位置)の高さをゲートウィンド下線に設定する。
【００４３】
下線に設定した位置と頂点との距離(D)を算出する。そして、ゲートウィンド上線を頂点から算出した距離(D)分上に設定する。求めたゲートウィンドをNavi Monitor画面に表示する(図5参照。)また、フラグ＝0にする。
【００４４】
(ステップ39)
CPU8は、モニタ計測を終了すると設定されているかを判断する。終了しないと設定されている場合はステップ31へ移行し、横隔膜位置をリアルタイムに計測し始める。終了すると設定されている場合は、本計測へ移行する。
【００４５】
(ステップ40)
操作者は、モニタ計測を終了するかを判断する。終了する場合はステップ41へ、終了しない場合はステップ31へ移行する。
【００４６】
(ステップ41)
操作者は、Pauseボタンを押す。Pauseボタンを押すことにより、モニタ計測が終了する。
【００４７】
(ステップ42)
操作者は、モニタ上で横隔膜位置の波形を観察して、波形を見ながらゲートウィンド手動設定を行なう。
【００４８】
(ステップ43)
操作者は、本計測開始のためのSTARTボタンを押す。
以上までが、実施例1におけるナビゲーター計測のモニタ計測時におけるゲートウィドウ自動設定である。
【００４９】
なお、自動設定ON/OFFはモニタ計測中でも変更可能とする。また、本モニタ計測は、被検体に心電(脈波)センサを装着し、計測を開始される。モニタ計測ではリアルタイムでナビゲーターシーケンスより取得した検出位置をディスプレイに表示していく。このとき、検出位置情報および検出時間をそれぞれ保持しておく。
【００５０】
また心電(脈波)センサより得られた心電(脈波)波形および心拍(脈拍)数もディスプレイに表示される。
【００５１】
モニタ計測時間終了後自動で本計測に移行する。本計測におけるゲートウィンドウ自動設定を、図6のフローチャート及び図7〜図9を用い説明する。
【００５２】
(ステップ44)
CPU8は、心電波形において、R波検出直後のタイミングの心臓拡張期において、 ナビゲーターエコーシーケンスを実行して、横隔膜位置を検出する。
【００５３】
(ステップ45)
CPU8は、ステップ44で検出した横隔膜位置が、所望の範囲内、すなわち設定されたゲートウィンドウの範囲内にあるかを判断する。範囲内にあれば、ACCEPTとして、ステップ46へ移行する。範囲内になければ、REJECTとして、ステップ48へ移行する。
【００５４】
(ステップ46)
CPU8は、本計測を実行する。
【００５５】
(ステップ47)
CPU8は、本計測を終了すると設定されているかを判断する。終了すると設定されていた場合は、本計測を終了し、終了しないと設定されていた場合はステップ44へ移行する。
【００５６】
(ステップ48)
CPU8は、本計測においてゲートウィンドウ自動設定すると設定されているかを判断する。自動設定すると設定されていた場合はステップ49へ、自動設定しないと設定されていた場合は、ステップ44へ移行する。
【００５７】
(ステップ49)
CPU8は、ステップ44で検出した横隔膜位置が、現在設定されているゲートウィンドウの範囲内よりOver(吸気側に遠い位置)かUnder(吸気側に近い位置)かを判断する。Overの場合、ステップ50へ、Underの場合、ステップ52へ移行する。
【００５８】
(ステップ50)
CPU8は、図7のように安定呼吸時でなく、被検者の呼吸振幅が増加した場合など、呼吸2周期の間に少なくとも2回(例えば3回、4回等も含む)、設定したゲートウィンドウの範囲内より検出した検出位置が上(呼気側に近い)側に来たかを判断する。少なくとも2回上側に来た場合にはステップ51へ、少なくとも2回上側へ来ていない場合は、ステップ44へ移行する。呼吸2周期の間見るのはくしゃみなどによって不意に一回のみゲートウィンドより検出した検出位置が上に来た場合を想定し、この場合はゲートウィンドの自動調整を行なわないようにするためである。
【００５９】
(ステップ51)
CPU8は、ステップ50において少なくとも2回上側に来た場合、その間の最大検出点が中心となるようにゲートウィンド幅を変ないで、ゲートウィンド位置を再設定する(ゲートウィンド位置を上にスライドさせる)(図8)。
【００６０】
(ステップ52)
CPU8は、図7のように安定呼吸時でなく、呼吸1周期分((呼吸1周期/R-R間隔)回分)の間で、設定したゲートウィンドより検出した検出位置が全て連続して下側に来たかを判断する。すべて下側に来た場合は、ステップ53へ、すべて下側に来た場合でない場合は、ステップ44へ移行する。
【００６１】
(ステップ53)
CPU8は、すべて下側に来た場合、その呼吸1周期内で検出した一番高い点が中心となるようにゲートウィンド幅を変ないで、ゲートウィンド位置を再設定する(ゲートウィンド位置を下にスライドさせる)(図9)。
【００６２】
画像再構成に必要なデータ取得が完了したら計測を終了する。
実施例1により、ユーザの勘や経験に頼ることなく自動で画質および計測効率のよいゲートウィンドの設定を可能とし、またモニタ計測から本計測を連続で行うことが可能となるため検査時間の短縮につながる。
【００６３】
また、本計測中に被検体に呼吸変動があった場合は、ゲートウィンドを自動で調整することが可能とする。
【実施例２】
【００６４】
次に、実施例2について説明する。実施例1と異なる点は、本計測中のゲートウィンド自動調整である。
【００６５】
以下、異なる箇所のみ説明し、同じ箇所の説明は省略する。
実施例1では本計測中においてゲートウィンドの自動調整を可能としたが、本計測中では横隔膜位置検出間隔がR-R間隔となってしまうため精度が低く、撮像効率が低下する可能性がある。
【００６６】
そこで、本計測中に検出位置が呼吸1周期の期間中連続してゲートウィンド内に入らない、または呼吸2周期の間に少なくとも2回設定したゲートウィンドより検出した検出位置が上に来るような現象が生じた場合、本計測を中断して再度モニタ計測を行い、ゲートウィンドを再設定する。ゲートウィンド再設定後は自動で本計測を再開する。
【００６７】
実施例2により、被検体の体動があった場合でも、呼吸1周期内で心電に同期した検出位置が必ず1回はゲートウィンド内に入るようなゲートウィンドを維持することを可能とする。
【実施例３】
【００６８】
次に、実施例3について説明する。実施例1及び実施例2と異なる点は、心電同期を併用しないナビゲーターシーケンスを用いた撮影におけるゲートウィンドの自動設定である。以下、異なる箇所のみ説明し、同じ箇所の説明は省略する。
【００６９】
実施例1におけるR-R間隔をナビゲーターシーケンス実行間隔、つまりTR間隔と置き換えることでゲートウィンド自動設定を可能とする。
【００７０】
実施例3により、心電同期を併用しないナビゲーターシーケンスを用いた撮影におけるゲートウィンドの自動設定を可能とする。
【００７１】
以上、本発明の実施例を述べたが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、実施例1において、ステップ40で操作者がモニタ計測を終了するかを判断し、終了する場合ステップ41でPauseボタンを押すようにしたが、自動で終了するようにしても良いし、所定の時間を経た後終了するようにしても良い。
【符号の説明】
【００７２】
1  被検体、2  静磁場発生系、3  傾斜磁場発生系、4  シーケンサ、5  送信系、6  受信系、7  信号処理系、8  中央処理装置(CPU)、9  傾斜磁場コイル、10  傾斜磁場電源、11  高周波発信器、12  変調器、13  高周波増幅器、14a  高周波コイル(送信コイル)、14b  高周波コイル(受信コイル)、15  信号増幅器、16  直交位相検波器、17  A/D変換器、18  磁気ディスク、19  光ディスク、20  ディスプレイ、21  ROM、22  RAM、23  トラックボール又はマウス、24  キーボード
【図１】
0005623149.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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