(57)【要約】【課題】核磁気共鳴を利用して、被験者が呼吸運動をする状態で、高精度に被験者の断層撮影を行うことが可能な磁気共鳴画像化装置を提供する。【解決手段】ＭＲＩ装置１０００は、核磁気共鳴に起因する検出信号を検知するために、被験者１０に磁場を印加する静磁場コイル１００、傾斜磁場コイル１０２およびＲＦコイル１０４と、振動磁場をＲＦコイル１０４に与え、ＲＦコイル１０６による検出信号から断層画像を生成する断層撮影制御部２００とを備える。断層撮影制御部２００中のトリガ生成部２３０は、磁気共鳴画像化装置の撮像動作の開始タイミングを制御し、かつ、開始タイミングに同期して被験者１０にスピーカ２３２を介して刺激音を与える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者からの核磁気共鳴に起因する検出信号を検知して、前記被験者の断層画像を生成するための磁気共鳴画像化装置であって、
前記被験者に静磁場を印加するための静磁場印加手段と、
前記被験者の選択された断面内において、前記検出信号を発する原子核の位置情報を前記検出信号が有するように変調した磁場を前記被験者に印加するための傾斜磁場印加手段と、
前記被験者に対して変動磁場を印加し、前記被験者からの前記検出信号を検知するための変動磁場送受信手段と、
前記変動磁場を前記変動磁場送受信手段に与え、前記検出信号を受けて前記断層画像を生成するための断層撮影制御手段とを備え、
前記断層撮影制御手段は、
前記磁気共鳴画像化装置の撮像動作の開始タイミングを制御し、かつ、前記開始タイミングに同期して前記被験者に刺激音を与えるための同期制御手段を含む、磁気共鳴画像化装置。
【請求項２】
前記同期制御手段は、前記開始タイミングを所定の周期で繰返し、
前記断層撮影制御手段は、前記開始タイミングから所定の期間、前記撮像動作を行なう、請求項１記載の磁気共鳴画像化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、生体の断層撮影を行なうための核磁気共鳴画像化装置（ＭＲＩ  ：  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）の構成、特に、被験者の呼吸運動に同期した測定のための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体の脳や全身の断面を画像化する方法として、生体中の原子、特に、水素原子の原子核に対する核磁気共鳴現象を利用した磁気共鳴画像法が、人間の臨床画像診断等に使用されている。
【０００３】
磁気共鳴画像法は、それを人体に適用する場合、同様の人体内断層画像法である「Ｘ線ＣＴ」に比較して、たとえば、以下のような特徴がある。
【０００４】
（１）水素原子の分布と、その信号緩和時間（原子の結合の強さを反映）に対応した濃度の画像が得られる。このため、組織の性質の差異に応じた濃淡を呈し、組織の違いを観察しやすい。
【０００５】
（２）磁場は、骨による吸収がない。このため、骨に囲まれた部位（頭蓋内、脊髄など）を観察しやすい。
【０００６】
（３）Ｘ線のように人体に害になるということがないので、広範囲に活用できる。
【０００７】
このような磁気共鳴画像法は、人体の各細胞に最も多く含まれ、かつ最も大きな磁性を有している水素原子核（陽子）の磁気性を利用する。
【０００８】
水素原子核の磁性を担うスピン角運動量の磁場内での運動は、古典的には、コマの歳差運動にたとえられる。上述したような水素原子核のスピン角運動量の方向（コマの自転軸の方向）は、磁場のない環境では、ランダムな方向を向いているものの、静磁場を印加すると、磁力線の方向を向く。
【０００９】
この状態で、さらに振動磁界を重畳すると、この振動磁界の周波数が、静磁界の強さで決まる共鳴周波数ｆ０＝γＢ０／２π（γ：物質に固有の係数）であると、共鳴により原子核側にエネルギーが移動し、磁化ベクトルの方向が変わる（歳差運動が大きくなる）。この状態で、振動磁界を切ると、歳差運動は、傾き角度を戻しながら、静磁界における方向に復帰していく。この過程を外部からアンテナコイルにより検知することで、ＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）信号を得ることができる。
【００１０】
さらに、このような核磁気共鳴を観測する際に、発生するＮＭＲ信号の源の空間的な位置を特定できるように、印加する磁場に変調を加えておき（エンコーディング）、検出されたＮＭＲ信号に対してフーリエ変換を行なって、被測定対象（例えば、人）の２次元断面でのＮＭＲ信号源の位置を特定すれば、組織中に含まれる水分量等を反映した被測定対象の２次元断面画像を得ることができる。このような撮像方法を「磁気共鳴画像法（ＭＲＩ：  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）」と呼ぶ。
【００１１】
例えば、ＭＲＩは発話器官の内部構造を含めた立体形状を計測するのにも適している。ただし、ＭＲＩを撮像するには数秒〜数分の撮像時間を要する。特に、音源の生成に関係する喉頭はサイズが小さく、画像分解能やＳ／Ｎ比が十分に得られない。したがって、高画質の画像を得るためめには撮像時間が長くなる傾向がある。以上のような状況であるにもかかわらず、声帯の開閉運動や呼吸に伴い、喉頭は上下動をするため、このような動きにより、本来、測定したい断面画像に対して動きによる画像の劣化（アーチファクト）が生じやすい。
【００１２】
一方で、磁気共鳴画像において外部トリガを用いることでトリガに同期した動画像を撮像する方法が提案されている（たとえば、非特許文献１を参照）。この方法を静止画撮影に応用することで、上述したようなアーチファクトを抑制して、呼吸運動による問題を回避するために、従来、腹部に装着したベローズによって呼吸による体動をモニターし、呼気安定時にＭＲＩを駆動する方法である「呼吸同期撮像法」が用いられてきた。
【００１３】
図６は、従来のＭＲＩ撮像のシーケンスを示す図である。
図６（ａ）は、たとえば、被験者に「ア〜」の発声を自発的に繰り返してもらい、その被験者の動作中連続して、ＭＲＩ装置を駆動して撮像する場合のシーケンスを示す。このような撮像シーケンスを用いると、上述したとおり被験者の呼吸に伴うアーチファクトにより鮮明な断面画像は得られない。
【００１４】
一方、図６（ｂ）は、「呼吸同期撮像法」による撮像シーケンスを示す。
上述したベローズからの信号をモニターし、この信号が所定のしきい値より大きい状態から小さい値に変動する際に、このしきい値を横切る時点をトリガーとして、所定の時間だけＭＲＩを駆動するものである。
【００１５】
【非特許文献１】
Ｍａｓａｋｉ，  Ｓ．，Ｔｉｅｄｅ，Ｍ．，  Ｈｏｎｄａ，  Ｋ．著  「同期サンプリング法用いたＭＲＩによる発声の研究（ＭＲＩ−ｂａｓｅｄ  ｓｐｅｅｃｈ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｓｔｕｄｙ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ  ｓａｍｐｌｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ）」Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．（Ｅ）．，  ２０（５）．  ｐ．３７５−３７９．
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この呼吸の安定時を検出するには、呼吸運動に伴う腹部の上下運動よりしきい値を設定するため、（１）検査者の経験により、しきい値を設定しなければならない、（２）呼吸運動には被験者の個人差が大きい  、（３）同一被験者内でも呼吸運動は変化する、（４）しきい値による設定のため、吸気開始時も撮像に含まれる、などの欠点がある。また、（５）しきい値を狭めると鮮明な画像を撮像できるが撮像時間が延長し、逆にしきい値を広げると画像が乱れる、などの問題があった。
【００１７】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、被験者の呼吸運動がある場合でも、核磁気共鳴を利用して高精度に被験者の断層撮影を行うことが可能な磁気共鳴画像化装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の磁気共鳴画像化装置は、被験者からの核磁気共鳴に起因する検出信号を検知して、被験者の断層画像を生成するための磁気共鳴画像化装置であって、被験者に静磁場を印加するための静磁場印加手段と、被験者の選択された断面内において、検出信号を発する原子核の位置情報を検出信号が有するように変調した磁場を被験者に印加するための傾斜磁場印加手段と、被験者に対して変動磁場を印加し、被験者からの検出信号を検知するための変動磁場送受信手段と、変動磁場を変動磁場送受信手段に与え、検出信号を受けて断層画像を生成するための断層撮影制御手段とを備え、断層撮影制御手段は、磁気共鳴画像化装置の撮像動作の開始タイミングを制御し、かつ、開始タイミングに同期して被験者に刺激音を与えるための同期制御手段を含む。
【００１９】
好ましくは、同期制御手段は、開始タイミングを所定の周期で繰返し、断層撮影制御手段は、開始タイミングから所定の期間、撮像動作を行なう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
［磁気共鳴画像化装置の構成および動作］
図１は、本発明に係る磁気共鳴画像化装置（以下、「ＭＲＩ装置」と呼ぶ）１０００の構成を示す機能ブロック図である。
【００２２】
図１を参照して、ＭＲＩ装置１０００は、被験者１０を支持するための台部１２と、静磁界を生成するための静磁場コイル１００と、後に説明するように被験者における観測断面（スライス）の位置およびスライス内の位置の情報を観測信号に付与するための傾斜磁場コイル１０２と、観測対象となる原子核に変動磁場を印加するために電磁波を出力するＲＦコイル１０４と、観測対象となる原子核からの信号を受信するためのＲＦコイル１０６と、コイル１００〜１０４を制御し、かつ、ＲＦコイル１０６で受信された信号を基に、断層画像を生成するための断層撮影制御部２００とを備える。
【００２３】
さらに、断層撮影制御部２００は、使用者からの指示等の入力を行うための入力部２１０と、測定動作の制御を行うための制御部２２０と、被験者１０の発声のタイミングの基準となるトリガ信号を制御部２２０に与えるとともに、被験者１０に発声のタイミングを知らせるためにスピーカ２３２を介して所定のリズムの刺激音を出力するトリガ生成部２３０と、制御部２２０に制御されてＲＦコイル１０４に対してＲＦパルスを与えるためのＲＦパルス送信部２４０と、ＲＦコイル１０６からの信号を増幅するための信号増幅部２５０と、信号増幅部２５０からの検出信号に基づいて、フーリエ変換処理を行なうことにより、観測する断面画像を再構成するための画像再構成部２６０と、画像再構成部２６０からの情報をもとに再構成された断面画像を表示するための表示部２７０とを備える。
【００２４】
なお、トリガ生成部２３０は、ＭＲＩ装置１０００の外部のコンピュータであって、所定のインタフェースを介して制御部２２０にトリガ信号を与えるとともに、スピーカ２３２に刺激音を与える構成であってもよい。
【００２５】
また、スピーカ２３２は、被験者に上述した発声のタイミングを知らせるために所定のリズムの音を出力させることができるものであればよく、たとえば、ヘッドフォンでもよい。
【００２６】
ここで、静磁場コイル１００は、より詳しくは、たとえば、４個の空芯コイルから構成され、その組み合わせで内部に均一な磁界を作り、被験者１０の体内の水素原子核のスピンに配向性を与える。
【００２７】
ＲＦコイル１０４は、高周波を発して被験者１０の体内の原子核を励起し、ＲＦコイル１０６は、生じた核磁気共鳴を起因とする検出信号（エコー信号）を検知する。
【００２８】
傾斜磁場コイル１０２は、図示しないＸ，  Ｙ，  Ｚの３組の傾斜コイルを備え、Ｚコイルは励起時に、磁界強度をＺ方向に傾斜させて共鳴面を限定し、Ｙコイルは、Ｚ方向の磁界印加の直後に短時間の傾斜を加えて検出信号にＹ座標に比例した位相変調を加え（位相エンコーディング）、Ｘコイルは、続いてデータ採取時に傾斜を加えて、検出信号にＸ座標に比例した周波数変調を与える（周波数エンコーディング）。
【００２９】
すなわち、静磁界にＺ軸傾斜磁界を加えた状態にある被験者１０に、共鳴周波数の高周波電磁界を、ＲＦコイル１０４を通じて印加すると、磁界の強さが共鳴条件になっている部分の水素原子核が、選択的に励起されて共鳴し始める。共鳴条件に合致した部分（たとえば、被験者１０の所定の厚さの断層）にある水素原子核が励起され、スピンがいっせいに回転する。励起パルスを止めると、ＲＦコイル１０６には、今度は、回転しているスピンが放射する電磁波が信号を誘起し、しばらくの間、この信号が検出される。この信号によって、被験者１０の体内の、水を含んだ組織を観察する。そして、信号の発信位置を知るために、ＸとＹの傾斜磁界を加えて信号を検知する、という構成になっている。
【００３０】
制御部２２０は、励起信号を繰り返し与えつつ検出信号を測定し、画像再構成部２６０は、１回目のフーリエ変換計算により、共鳴の周波数をＸ座標に還元し、２回目のフーリエ変換でＹ座標を復元して画像を得て、表示部２７０に対応する画像を表示する。
【００３１】
図２は、図１に示したＲＦコイル１０６の構成を詳しく説明するための図である。
【００３２】
図２（ａ）は、ＲＦコイル１０６の側面図であり、図２（ｂ）は、ＲＦコイル１０６の上面図である。
【００３３】
ＲＦコイル１０６は、仰向位の被験者１０の喉頭上に置くことで、喉頭部からのＮＭＲ信号を検出するためのものである。図２に示すとおり、ＲＦコイル１０６では、円形表面コイルのアンテナを楕円形（長軸１４０ｍｍ、短軸７５ｍｍ）に変形した楕円形アンテナ１０６．２を、測定された誘起電流を信号に変換するための回路が収められた筐体１０６．４にとりつけたものである。
【００３４】
測定信号は、筐体１０６．４からケーブル１０６．６を介して、信号増幅部２５０に送られる。
【００３５】
ここで、図２（ａ）に示すように、楕円形アンテナ１０６．２は、側面から見ると屈曲した形状となっており、被験者１０の喉頭上に設置しやすい形状となっている。
【００３６】
このようなＲＦコイル１０６を用いることで、コイル装着後も被験者１０は仰向位で自然に発声を行なうことができる。
【００３７】
図３は、測定の対象となる喉頭の軟骨器官を説明するための図である。図３（ａ）は、人体の矢状断面図であり、図３（ｂ）は喉頭の軟骨器官を抜き出して示す図である。
【００３８】
以下の説明では、一例として、喉頭の軟骨器官のうち、輪状軟骨を観察する例について説明する。
【００３９】
図３を参照して、甲状軟骨３００は舌骨の下部にあり、２枚の板からなる楯状の軟骨である。甲状軟骨内側面には声帯が付着している。後方上部および下部には特徴的な上角３０２および下角３０４がある。
【００４０】
輪状軟骨３０６は甲状軟骨３００の直下に位置し、後方が高く前方は短い指輪形の軟骨である。甲状軟骨３００の下角内側と輪状軟骨後部の外側で輪状甲状関節をなしている。
【００４１】
図４は、図１に示したＭＲＩ装置１０００により、被験者１０が発声する際の喉頭部の断面撮像を行なうためのシーケンスを示す図である。図４中において、横軸は時間を表し、縦軸は、各信号の強度を表す。
【００４２】
図４を参照して、トリガ生成部２３０は、所定のタイミングごとに、制御部２２０に与えるトリガ信号と被験者１０に与える適切な刺激音とを同期して出力する。トリガ信号は、ＭＲＩ装置１０００の撮像動作を駆動するための電気パルスである。
【００４３】
一方、刺激音は繰り返しの間隔内において、２拍子、３拍子、４拍子などのリズムを持つ音で、被験者１０はこれに合わせて発声などの撮像タスクを周期的に繰り返す。
【００４４】
「撮像タスク」とは、被験者１０が、刺激音に合わせて繰り返す周期的な動作（発声、呼気、吸気）である。
【００４５】
ここで、被験者１０が発声のタイミングをとりやすくするためには、開始タイミングを規定する刺激音またはリズムを、一定の時間間隔で繰返すことが望ましい。
【００４６】
トリガ信号に基づく刺激音に合わせて患者が発声を繰り返すことにより、短時間で安定した静止画像を撮像することができる。すなわち、ＭＲＩ装置１０００は、トリガ信号を制御部２２０が受けてから所定の期間のみ撮像動作を行なうので、被験者１０の動作の安定部のみ撮像することになり、上述したアーチファクトの少ない画像を得ることができることになる。
【００４７】
図５は、ＭＲＩにより撮像された図３中のＩ−Ｉ´断面の断面画像を示す図である。
【００４８】
図５（ａ）は、図６（ａ）に示したシーケンスで撮像した場合の画像を示し、図５（ｂ）は図４で説明したシーケンスで撮影した場合を示す。
【００４９】
図５（ａ）では、アーチファクトによる明らかな画像の劣化が見られるのに対し、図５（ｂ）に示した本発明のシーケンスでは、画像の乱れが大幅に改善されている。
【００５０】
なお、以上の説明では、喉頭部の断面を撮像する場合を例にとって説明したが、本発明は、ＭＲＩの撮像において、呼吸による運動が生じやすい他の部位、特に、胸部、腹部等の撮像において効果がある。
【００５１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の磁気共鳴画像化装置に従えば、被験者の呼吸運動がある場合でも、呼吸運動の安定した期間で選択的に核磁気共鳴画像を撮像できるので、安定かつ高精度な磁気共鳴画像の測定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＭＲＩ装置１０００の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１に示したＲＦコイル１０６の構成を詳しく説明するための図である。
【図３】測定の対象となる喉頭の軟骨器官を説明するための図である。
【図４】図１に示したＭＲＩ装置１０００により、被験者１０が発声する際の喉頭部の断面撮像を行なうためのシーケンスを示す図である。
【図５】ＭＲＩにより撮像された図３中のＩ−Ｉ´断面の断面画像を示す図である。
【図６】従来のＭＲＩ撮像のシーケンスを示す図である。
【符号の説明】
１０  被験者、１２  台部、１００  静磁場コイル、１０２  傾斜磁場コイル、１０４，１０６  ＲＦコイル、２００  断層撮影制御部、２１０  入力部、２２０  制御部、２３０  トリガ生成部、２４０  ＲＦパルス送信部、２５０  信号増幅部、２６０  画像再構成部、２７０  表示部、１０００  ＭＲＩ装置。
【図１】
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【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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