(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速スピンエコー法にハーフフーリエ法を適用した非対称高速スピンエコー法に従って組まれており、被検体内の特定物質を高輝度で画像化するために前記特定物質からの磁気共鳴信号を前記特定物質以外の物質からの磁気共鳴信号より高信号化するようにエコー時間が設定されている所定のパルスシーケンスに従って、一様な静磁場中に置かれた被検体に高周波磁場と勾配磁場を印加し、前記被検体からの磁気共鳴信号を検出する手段と、
前記磁気共鳴信号から画像を再構成する手段と、
前記画像から画像輝度に基づいて前記特定物質が分布している領域を抽出するために、特定の画像輝度をしきい値として指定する手段と、前記領域を抽出するための探索範囲を指定する手段と、探索開始位置を指定する手段との少なくとも１つを有する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された前記領域おける前記特定物質の定量的情報を算出するものであって、前記領域内に含まれる複数のボクセルを対象として、ボクセルの単位体積を各ボクセルの画像輝度が高いほど１．０に近く、画像輝度が低いほど０に近い重み係数により重み付け加算することにより前記領域の体積を算出する算出手段とを具備したことを特徴とする磁気共鳴映像装置。
【請求項２】
前記抽出手段により抽出された前記領域を色付けし前記画像に合成して表示する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴映像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定物質の面積、表面積、体積等の定量的情報を算出する機能を有する磁気共鳴映像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴映像法はよく知られているように、固有の磁気モーメントを持つ核スピンの集団が一様な静磁場中に置かれたときに、特定の周波数で回転する高周波磁場のエネルギーを共鳴的に吸収する現象を利用して、物質の化学的および物理的な微視的情報を映像化する手法である。
【０００３】
この磁気共鳴映像法では、高周波磁場、勾配磁場、データ収集等の印加順序や時間、及び画像再構成の方法等により、核スピンの縦緩和時間Ｔ1 を強調したコントラストの画像（以下Ｔ1 強調画像）、核スピンの横緩和時間Ｔ2 を強調したコントラストの画像（以下Ｔ2 強調画像）、核スピンの密度分布を強調したコントラストの画像（以下密度強調画像）、核スピンの横緩和時間Ｔ2 とボクセル内での微視的な磁場不均一性による核スピンの急激な位相変化を反映したパラメータＴ2 * を強調した輝度の画像（以下Ｔ2 * 強調画像）といった種々のコントラストの画像を得る事ができる。そして、これらの画像はそれぞれに生体の状態や疾病に応じた様々な情報を提供する事ができる。
【０００４】
図７はフィールドエコー法（ＦＥ）、図８はスピンエコー法（ＳＥ）のパルスシーケンスの一例を示す図である。ここで、ＲＦは高周波磁場、Ｇｓ、Ｇｒ、Ｇｅはそれぞれスライス方向、読み出し方向、位相エンコード方向の勾配磁場、ＡＤＣはデータ収集期間、ｅｃｈｏはＮＭＲ信号をそれぞれ表している。これらのパルスシーケンスのエコー時間（ＴＥ）や繰り返し時間（ＴＲ）を適当に調整することにより、上述の種々のコントラストの画像を得る事ができる。例えば、ＴＥを１０〜３０ミリ秒、ＴＲを０．１〜０．５秒程度に設定するとＴ1 強調画像、ＴＥを８０ミリ秒程度以上、ＴＲを２秒程度以上に設定するとＴ2 強調画像を得ることができる。また、図９に示すエコープラナー法や図１０に示す高速スピンエコー法といった高速撮像法により種々のコントラストの３次元画像の撮影も実用的になってきている。
【０００５】
ところで、生体内の体液の量や病変組織の大きさといった定量的情報は、臨床的に重要な情報となる事は周知の事実である。例えば、アルツハイマー病や水頭症等の脳神経系疾患では、脳室内の脳脊髄液（ＣＳＦ）量が増加することが知られている。
【０００６】
しかしながら、従来では、画像の中から生体内の体液や病変組織を特定するのに、Ｔ1 、Ｔ2 、密度、Ｔ2 * の中の少なくとも２種類のパラメータを使って総合的に判断しているが、誤差が大きいという問題があった。さらに、撮影条件を変えたパルスシーケンスで少なくとも２回の撮影を行うので撮影時間が長期化するという問題や、処理時間がかかるといった問題もあった。このため医師が磁気共鳴映像装置などから得られる画像を見てその形態学的な情報をもとに医学的専門知識を駆使して定量的情報を類推しているにすぎなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように磁気共鳴映像装置は撮影条件によって種々の異なるコントラストの画像を得ることができ、それぞれの画像は生体の状態や疾病に応じた様々な情報を提供する。しかしながら、従来の磁気共鳴映像装置ではその大部分が形態学的な画像情報を提供するのみであるか、形態情報以外の情報を得る手段は使用法が繁雑、撮影と処理に要する時間が長い、誤差が大きいといった問題を有している。また、診断に際してはこれらの画像から前記生体の状態や疾病の状況を判断するために熟練された医学的知識が必要であるといった問題も有している。
【０００８】
本発明の目的は、撮影時間を短縮し、且つ少ない処理量にして、診断上有益な特定物質の量や大きさなどの定量的情報を高精度で算出することのできる磁気共鳴映像装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（構成）
本発明に係る磁気共鳴映像装置は、高速スピンエコー法にハーフフーリエ法を適用した非対称高速スピンエコー法に従って組まれており、被検体内の特定物質を高輝度で画像化するために前記特定物質からの磁気共鳴信号を前記特定物質以外の物質からの磁気共鳴信号より高信号化するようにエコー時間が設定されている所定のパルスシーケンスに従って、一様な静磁場中に置かれた被検体に高周波磁場と勾配磁場を印加し、前記被検体からの磁気共鳴信号を検出する手段と、前記磁気共鳴信号から画像を再構成する手段と、前記画像から画像輝度に基づいて前記特定物質が分布している領域を抽出するために、特定の画像輝度をしきい値として指定する手段と、前記領域を抽出するための探索範囲を指定する手段と、探索開始位置を指定する手段との少なくとも１つを有する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された前記領域おける前記特定物質の定量的情報を算出するものであって、前記領域内に含まれる複数のボクセルを対象として、ボクセルの単位体積を各ボクセルの画像輝度が高いほど１．０に近く、画像輝度が低いほど０に近い重み係数により重み付け加算することにより前記領域の体積を算出する算出手段とを具備したことを特徴とする。
【００１２】
また、被検体内の特定物質が高信号化されているので、特定物質の抽出精度が向上する。さらに、１種類のパラメータだけに基づいて特定物質の領域を抽出できるので、複数のパラメータに基づいて総合的に特定物質を判断し領域を抽出する従来に比べて処理量を著しく低減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る磁気共鳴映像装置を好ましい実施形態により詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る磁気共鳴映像装置の構成を示すブロック図である。同図において、静磁場磁石１、磁場均一性調整コイル３および勾配磁場生成コイル５は、磁石アセンブリやガントリと呼ばれる例えば円筒形の構造体に装備され、それぞれ励磁用電源２、磁場均一性調整コイル用電源４および勾配磁場生成コイル用電源６にて駆動される。これらにより被検体７には一様な静磁場とそれと同一方向で互いに直交する３方向に線形勾配磁場分布を持つ勾配磁場が印加される。
【００１４】
上記構造体には高周波コイル（ＲＦコイル）と呼ばれるプローブ９も装備される。送信部１０から高周波信号がこのプローブ９に送られると、被検体７に高周波磁場が印加される。ここでプローブ９は送受信両用でも、あるいは送受信別々に設けてもよい。プローブ９で受信された磁気共鳴信号は受信部１１で直交位相検波された後、データ収集部１３に転送されＡ／Ｄ変換され。そして電子計算機１４に送られる。
【００１５】
以上、励磁用電源２、磁場均一性調整コイル用電源４、勾配磁場生成コイル用電源６、送信部１０、受信部１１、データ収集部１３はすべてシステムコントローラ１２によって所定のパルスシーケンスを実行するために制御されている。システムコントローラ１２は電子計算機１４を介してコンソール１５により制御される。電子計算機１４および寝台８はコンソール１５により制御される。
【００１６】
電子計算機１４ではデータ収集部１３から送られた磁気共鳴信号に基づいて画像再構成処理が行われ、画像データが再構成される。再構成された画像データは、画像表示装置１６に送られ表示される。また、画像データは、画像処理プロセッサ１７にも送られる。画像処理プロセッサ１７は、画像の中の特定の診断に寄与する特定物質が分布している領域を抽出し、抽出された領域の面積、表面積、体積等の定量的情報を算出し、また特定物質の分布を可視化するために必要な処理を実行する。
【００１７】
この特定物質としては、体液、脳、肝臓、腎臓、心筋、脂肪組織若しくは組織病変部を構成する物質、または体外より投与した薬物が想定され、また上記体液としては血液、脳脊髄液、膵液等が想定される。また薬物としては、造影剤等が想定されている。ここでは特定物質として、アルツハイマー病や水頭症等の脳神経系疾患の診断に有益な情報を提供する脳脊髄液を一例に説明するものとする。
【００１８】
上述した所定のパルスシーケンスは、被検体内の脳脊髄液（詳細には脳脊髄液の自由水）を高信号化することにより脳脊髄液を特徴化することができるように組まれている。この高信号化のためのパルスシーケンスとしては、エコー時間（ＴＥ）が脳脊髄液に固有の横緩和時間に従って設定され、また繰り返し時間（ＴＲ）が脳脊髄液に固有の縦緩和時間に従って設定されている高速スピンエコー法が一例として上げられる。この高速スピンエコー法によるパルスシーケンスを図２に示している。
【００１９】
周知の通り高速スピンエコー法は、フリップ角が９０°の励起用の高周波磁場パルスに続いて、フリップ角が１８０°のリフォーカス用（再集束用）の複数、ここでは５個の高周波磁場パルスを一定の周期（ＴＥ１）で印加することにより磁化スピン群の分散と集束とを交互に生じさせることにより、１回の励起用高周波磁場パルスから複数のスピンエコーを繰り返し発生させるというものである。
【００２０】
本実施形態では、この高速スピンエコー法のパルスシーケンスのエコー時間（ＴＥ）と繰り返し時間（ＴＲ）をそれぞれ、２００ミリ秒程度以上、３秒程度以上に設定している。このような設定により、生体の中で最もＴ2 及びＴ1 が長いものの１つである脳脊髄液からの磁気共鳴信号の振幅が、脳脊髄液以外の例えば脳実質部等の軟部組織からの磁気共鳴信号の振幅よりも大きく信号化されるので、脳脊髄液が分布している領域が画像上で選択的に強調、特徴化される。
【００２１】
なお、ＭＲＩデータの複素共役性を利用して約半分のデータで画像を再構成するハーフフーリエ法を適用した高速スピンエコー法、いわゆるＦＡＳＥ（Fast Advanced Spin Echo ）法を採用しても良く、この場合、ハーフフーリエ法を適用しない高速スピンエコー法の約半分の撮影時間に短縮される。脳脊髄液の体積等の定量的情報を得るには、頭部全体の３次元画像が必要になるので、撮影時間を考慮してＦＡＳＥ法が好ましいと言える。
【００２２】
図３（ａ）にＦＡＳＥ法に従って得られた頭部の矢状断面像の一例を示し、同図（ｂ）に投影法等による疑似３次元画像を示している。頭部には脳脊髄液だけでなく、眼球内の硝子体にも自由水が含まれているので、脳脊髄液と共に硝子体も高輝度で表現されている。一方、脳実質部などの軟部組織は低輝度で表現される。
【００２３】
次に頭部全体の３次元画像から脳脊髄液が分布している領域を抽出して脳全体又は脳室部における脳脊髄液の体積（液量）を算出し、また脳脊髄液の分布を可視化する処理について説明する。この処理は上述したように画像処理プロセッサ１７により図４に示す手順で実行される。
【００２４】
電子計算機１３で再構成された頭部の３次元画像データが画像処理プロセッサ１７に取り込まれる。この３次元画像データは信号処理上２系統に分配される。その一方を被処理画像と呼称し、他方を参照画像と呼称して区別する。被処理画像と参照画像それぞれに対して同様の雑音低減処理などの前処理が施される。
【００２５】
次に、コンソール１５を介してオペレータにより設定されたしきい値、または特定物質の種類と撮影条件等に応じた所定のしきい値より画像輝度の高い、あるいは画像輝度が特定の範囲内のボクセル群が脳脊髄液の分布領域として被処理画像から抽出される（しきい値処理）。または、領域拡大法やエッジ検出法等の領域抽出法により、所定のしきい値より画像輝度の高い連続的なボクセル群を脳脊髄液の分布領域として被処理画像から抽出される。この抽出は繰り返され、これにより全ての分布領域が抽出される。ただし、領域抽出法には、脳脊髄液の連続分布性の特徴を有効に活用でき、しかも比較的処理スピードが速く精度の良い領域拡大法を採用することが好ましい。
【００２６】
この領域拡大法は、抽出対象領域（脳脊髄液の分布領域）の内部の点から、同一の領域に属すると思われる連続領域を順次取り込みながら領域拡張を行い、必要な領域全体を抽出する方法である。領域の連続性は、対象領域全体と隣接点との濃度差、あるいは隣接点同士の濃度差をもとに判定する。３次元への拡張が容易であり、単純なしきい値処理に比べ領域の連続性も考慮しているため、より高い信頼性をもって領域の抽出が可能である。ただし、領域拡大法は、拡張条件が緩いと拡張過程において領域外部へのあふれが生じたり、逆に拡張条件が厳しいと抽出不足が生じるといった問題が起こる。しかしながら、領域抽出の対象となるＦＡＳＥ画像は脳脊髄液を選択的に高輝度に特徴化しているため、このような特性を生かして制約条件を最適化し、構造的境界が不明瞭な部分に対して領域拡張を制限するためにＲＯＩ（関心領域）を設定することで、安定した領域抽出を実現することができる。
【００２７】
例えばＲＯＩは、脳脊髄液と同様に高輝度の硝子体の領域が抽出されてしまうことを回避するために、図５（ａ）に示すように、画像表示装置１６の断面像上で、領域の探索範囲を制限するための破線で示したが硝子体を含まない範囲にコンソール１５を介して設定される。もちろんこの様な探索領域の設定は、同図（ｂ）に示すように疑似３次元画像上に３次元的に設定することも可能である。このＲＯＩを脳全体に設定すれば脳全体の中の脳脊髄液の体積（液量）を算出することができるし、ＲＯＩを脳室部だけに設定すれば脳室部の中だけの脳脊髄液の体積を算出することができる。
【００２８】
また、ＲＯＩ内には領域が１つだけ存在しているわけではなく、通常、複数に分散している。したがって、領域探索の開始点をコンソール１５を介してマニュアルで指定しまたは自動的に移動しながら複数の領域全てを抽出することができるようになっている。
【００２９】
次に、抽出した領域により脳脊髄液の体積（液量）を算出するのであるが、この算出方法には簡易な方法と、誤差の少ない高精度の方法とのいずれかを選択可能になっている。前者の簡易な方法では、抽出した領域に含まれるボクセルの数にボクセルの単位体積（空間分解能）を乗算することにより、脳脊髄液の体積（液量）が算出される。
【００３０】
この簡易な方法は高速な処理が可能であるが、しきい値以上の画像輝度を有する全てのボクセルの隅々まで脳脊髄液が充満しているとは限らないいわゆる部分容積効果(partial volume effect) により、誤差を含んでいる可能性が強い。つまり、１つのボクセル内に脳脊髄液と脳実質部などの軟部組織とが混在しているとき、軟部組織の輝度は脳脊髄液より低いので、当該ボクセルの輝度は、軟部組織だけのボクセルより高く、脳脊髄液だけのボクセルより低くなる。このように画像輝度は、ボクセル内における脳脊髄液の存在率を反映しており、これを利用して後者の高精度の方法では、領域内の複数のボクセルを対象として、ボクセルの単位体積を各ボクセルの画像輝度に応じて重み付け加算すること、画像輝度が高いほど“１．０”に近い重み係数を乗算し、画像輝度が低いほど“０”に近い重み係数を乗算して加算することにより、高精度で体積を算出することができる。
【００３１】
次に抽出された領域は、参照画像に合成されて表示される。この領域を濃淡表現されている参照画像と識別できるように、領域はカラーリング（色付け処理）が施される。この合成は断面像上で行ってもよいし、疑似３次元画像上で行ってもよい。また、例えば、図６（ａ），（ｂ）に示すように、領域の輪郭像を赤色で着色し、図３（ａ），（ｂ）の参照画像に合成して表示してもよいし、また、領域全体を黄色で着色し、図３（ａ），（ｂ）の参照画像に合成して表示してもよい。
【００３２】
このように本実施形態によると、診断上有益な特定物質の量や大きさを定量化するのに、特定物質を高輝度で画像化するパルスシーケンスで１回だけ撮影すればよいので、パラメータの異なるパルスシーケンスで少なくとも２回の撮影が必要な従来より、撮影時間を短縮できる。
【００３３】
また、被検体内の特定物質が高信号化されているので、特定物質の抽出精度が向上する。さらに、１種類のパラメータだけに基づいて特定物質の領域を抽出できるので、複数のパラメータに基づいて総合的に特定物質を判断し領域を抽出する従来に比べて処理量を著しく低減することができる。
【００３４】
本発明は、上記以外にも主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施する事が可能である。例えば、膵臓より腸管へ分泌される膵液は脳脊髄液と同様に長いＴ2 値を持つため、上述したＴ2 の長い成分を選択的に高輝度で画像化するＦＡＳＥ法により特徴化することができる。また、高速スピンエコー法やＦＡＳＥ以外の撮影法により収集した特定物質を選択的に強調する画像データに対して適用する事も可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、撮影時間を短縮し、且つ少ない処理量にして、診断上有益な特定物質の量や大きさを高精度で定量化することのできる磁気共鳴映像装置を提供するものができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る磁気共鳴映像装置の構成を示すブロック図。
【図２】本実施形態で用いられるＦＡＳＥ法によるパルスシーケンスを示す図。
【図３】本実施形態で再構成された頭部画像の一例を示す図。
【図４】本実施形態の画像処理手順を示す図。
【図５】本実施形態で用いられる特定物質の探索範囲を限定するためのＲＯＩを示す図。
【図６】本実施形態で得られる特定物質の分布領域の輪郭像を示す図。
【図７】従来のフィールドエコー法のパルスシーケンスを示す図。
【図８】従来のスピンエコー法のパルスシーケンスを示す図。
【図９】従来のエコープラナー法のパルスシーケンスを示す図。
【図１０】従来の高速スピンエコー法のパルスシーケンスを示す図。
【符号の説明】
１…静磁場磁石、
２…励磁用電源、
３…静磁場均一性調整コイル。
４…静磁場均一性調整コイル用電源、
５…勾配磁場生成コイル、。
６…勾配磁場生成コイル用電源、
７…被検体、
８…寝台、
９…プローブ、
１０…送信部、
１１…受信部、
１２…システムコントローラ、
１３…データ収集部、
１４…電子計算機、
１５…コンソール、
１６…画像表示装置、
１７…画像処理プロセッサ。
【図１】
0003702054.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003702054.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003702054.tif 000008
【図８】
0003702054.tif 000009
【図９】
0003702054.tif 000010
【図１０】
0003702054.tif 000011