(57)【要約】【課題】イベントリレーテッド・デザインにより賦活部位の特定とその部位における時間的変化を求めることを可能にする課題装置、および、そのような課題装置を備えた磁気共鳴撮影装置を実現する。【解決手段】被験者（３１）に課題を供給する課題供給手段（１１１）と、課題供給手段にイベントリレーテッド・デザインによる課題を予め定められた休止期間の後に予め定められた時間間隔で予め定められた回数供給させる制御手段（１６１）とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴撮影装置で機能画像を撮影するために被験者に課題を供給する装置であって、
被験者に課題を供給する課題供給手段と、
前記課題供給手段にイベントリレーテッド・デザインによる課題を予め定められた休止期間の後に予め定められた時間間隔で予め定められた回数供給させる制御手段と、
を具備することを特徴とする課題装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記課題供給手段に前記の様式による課題供給を予め定められた回数繰り返させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の課題装置。
【請求項３】
前記課題は被験者への視覚的入力である、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の課題装置。
【請求項４】
前記課題は被験者に筋肉を使用させる作業である、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の課題装置。
【請求項５】
磁気共鳴を利用して被験者の機能画像を撮影する撮影手段、前記被験者に課題を供給する課題供給手段および制御手段を有する磁気共鳴撮影装置であって、
前記制御手段は、
前記課題供給手段にイベントリレーテッド・デザインによる課題を予め定められた休止期間の後に予め定められた時間間隔で予め定められた回数供給させる、ことを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記課題供給手段に前記の様式による課題供給を予め定められた回数繰り返させる、
ことを特徴とする請求項５に記載の磁気共鳴撮影装置。
【請求項７】
前記課題は被験者への視覚的入力である、
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の磁気共鳴撮影装置。
【請求項８】
前記課題は被験者に筋肉を使用させる作業である、
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の磁気共鳴撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、課題装置および磁気共鳴撮影装置に関し、特に、磁気共鳴撮影装置で機能画像を撮影するために被験者に課題を供給する装置、および、磁気共鳴を利用して機能画像を撮影する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
認知科学の分野では磁気共鳴撮影装置を用いてｆＭＲＩ（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）により脳の機能画像が撮影される。機能画像の撮影は被験者に所定の課題を与えながら行われる。課題の与え方は、ブロック・デザイン（ｂｌｏｃｋ  ｄｅｓｉｇｎ）とイベントリレーテッド・デザイン（ｅｖｅｎｔ−ｒｅｌａｔｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ）の二通りあり、実験の目的に応じて使い分けられる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
依岡他、ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ＭＲＩ▲２▼  認知科学への応用、「画像診断」、秀潤社、２００２年、第２２巻、第５号、ｐ．４７５−４８２
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ブロック・デザインは脳の賦活部位を特定する実験に適するが、賦活部位における信号の時間的変化を調べる目的には使用できない。これに対して、イベントリレーテッド・デザインは賦活部位における時間的信号変化を調べる実験に適するが、賦活部位を特定する目的には使用できない。このため、イベントリレーテッド・デザインにより賦活部位における時間的信号変化を調べるためには、予めブロック・デザインにより賦活部位を特定することが必要になる。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、イベントリレーテッド・デザインにより賦活部位の特定とその部位における時間的変化を求めることを可能にする課題装置、および、そのような課題装置を備えた磁気共鳴撮影装置を実現することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決するための１つの観点での発明は、磁気共鳴撮影装置で機能画像を撮影するために被験者に課題を供給する装置であって、被験者に課題を供給する課題供給手段と、前記課題供給手段にイベントリレーテッド・デザインによる課題を予め定められた休止期間の後に予め定められた時間間隔で予め定められた回数供給させる制御手段と、を具備することを特徴とする課題装置である。
【０００７】
（２）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、磁気共鳴を利用して被験者の機能画像を撮影する撮影手段、前記被験者に課題を供給する課題供給手段および制御手段を有する磁気共鳴撮影装置であって、前記制御手段は、前記課題供給手段にイベントリレーテッド・デザインによる課題を予め定められた休止期間の後に予め定められた時間間隔で予め定められた回数供給させる、ことを特徴とする磁気共鳴撮影装置である。
【０００８】
上記各観点での発明では、制御手段により、課題供給手段にイベントリレーテッド・デザインによる課題を予め定められた休止期間の後に予め定められた時間間隔で予め定められた回数供給させるので、イベントリレーテッド・デザインでありながらブロック・デザインと同様な効果をも得ることができ、これによって脳の賦活部位を特定するとともに、この特定された部位において信号の時間的変化を求めることが可能になる。
【０００９】
前記制御手段は、前記課題供給手段に前記の様式による課題供給を予め定められた回数繰り返させることが、実験の精度を高める点で好ましい。前記課題は被験者への視覚的入力であることが、視覚に関係する賦活部位を調べる点で好ましい。前記課題は被験者に筋肉を使用させる作業であることが、筋肉に関係する賦活部位を調べる点で好ましい。
【００１０】
【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を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１に磁気共鳴撮影装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の磁気共鳴撮影装置に関する実施の形態の一例が示される。
【００１１】
図１に示すように、本装置はマグネットシステム（ｍａｇｎｅｔ  ｓｙｓｔｅｍ）１１を有する。マグネットシステム１１は主磁場コイル部１０１および勾配コイル部１０５を有する。これら各コイル部は概ね円筒状の形状を有し、互いに同軸的に配置されている。マグネットシステム１１のボア（ｂｏｒｅ）の方向は垂直方向となっている。そこで、これを縦型ボアマグネットシステムという。
【００１２】
マグネットシステム１１の概ね円柱状の内部空間に、撮影対象である被験者３１が座席４３に着座して搬入される。概ね円柱状の内部空間の中心軸の方向は垂直方向となる。なお、内部空間の形状は円柱状に限るものではなく、適宜の形状の横断面を持つ柱状空間であって良い。座席４３に着座することにより被験者３１は上体を立てた状態となる。被験者３１が着座した座席４３は座席駆動部１１１で駆動され垂直方向に進退する。
【００１３】
被験者３１には課題供給部１２１により所定の課題が供給される。機能画像の撮影は被験者３１に課題を与えながら遂行される。課題としては例えば視覚的入力が与えられる。なお、視覚的入力に限らず、聴覚、嗅覚、味覚、触覚等適宜の感覚器官に対する入力であって良い。これによって、それぞれの感覚に関係する賦活部位を調べることができる。また、例えば手足による所定の器具の操作等、筋肉運動を必要とする課題であって良い。これによって、それぞれの筋肉運動に関係する賦活部位を調べることができる。
【００１４】
被験者３１の頭部は、座席４３の背もたれ部分の上部に取り付けられたＲＦコイル（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｃｏｉｌ）部３３の中に収容されている。ＲＦコイル部３３は、例えばＴＥＭレゾネータ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｍｏｄｅ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）型のＲＦコイルを用いて構成される。ＲＦコイル部３３も概ね円筒状の形状を有し、マグネットシステム１１の内部空間に主磁場コイル部１０１および勾配コイル部１０５と同軸的に配置される。
【００１５】
主磁場コイル部１０１はマグネットシステム１１の内部空間に静磁場を形成する。主磁場コイル部１０１は例えば超伝導コイルを用いて構成される。なお、超伝導コイルに限らず常伝導コイル等を用いて構成してもよいのはもちろんである。
【００１６】
勾配コイル部１０５は静磁場強度に勾配を持たせるための勾配磁場を生じる。発生する勾配磁場は、スライス（ｓｌｉｃｅ）勾配磁場、リードアウト（ｒｅａｄ  ｏｕｔ）勾配磁場およびフェーズエンコード（ｐｈａｓｅ  ｅｎｃｏｄｅ）勾配磁場の３種であり、これら３種類の勾配磁場に対応して勾配コイル部１０５は図示しない３系統の勾配コイルを有する。
【００１７】
ＲＦコイル部３３は静磁場空間に被験者３１の体内のスピン（ｓｐｉｎ）を励起するための高周波磁場を形成する。以下、高周波磁場を形成することをＲＦ励起信号の送信ともいう。ＲＦ励起信号の送信は、ＲＦコイル部３３とは別の送信専用のＲＦコイルで行うようにしてもよい。ＲＦコイル部３３は、また、励起されたスピンが生じる電磁波すなわち磁気共鳴信号を受信する。
【００１８】
勾配駆動部１３１は勾配コイル部１０５に駆動信号を与えて勾配磁場を発生させる。勾配駆動部１３１は、勾配コイル部１０５における３系統の勾配コイルに対応する図示しない３系統の駆動回路を有する。
【００１９】
ＲＦ駆動部１４１はＲＦコイル部３３に駆動信号を与えてＲＦ励起信号を送信し、被験者３１の体内のスピンを励起する。データ収集部１５１はＲＦコイル部３３が受信した受信信号を取り込み、それをディジタルデータ（ｄｉｇｉｔａｌ
ｄａｔａ）として収集する。
【００２０】
座席駆動部１１１、課題供給部１２１、勾配駆動部１３１、ＲＦ駆動部１４１、データ収集部１５１には制御部１６１が接続されている。制御部１６１は、座席駆動部１１１ないしデータ収集部１５１をそれぞれ制御して撮影を遂行する。
【００２１】
制御部１６１は、例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等を用いて構成される。制御部１６１は図示しないメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）を有する。メモリは制御部１６１用のプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）および各種のデータを記憶している。制御部１６１の機能は、コンピュータがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現される。なお、課題供給部１２１は制御部１６１と連携する別系統の制御装置で制御するようにしてもよい。
【００２２】
データ収集部１５１の出力側はデータ処理部１７１に接続されている。データ収集部１５１が収集したデータがデータ処理部１７１に入力される。データ処理部１７１は、データ収集部１５１が収集したデータをメモリに記憶する。メモリ内にはデータ空間が形成される。このデータ空間はｋスペース（ｋ−ｓｐａｃｅ）に対応する。データ処理部１７１は、ｋスペースのデータを２次元逆フ−リエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）変換することにより画像を再構成する。
【００２３】
データ処理部１７１は、例えばコンピュータ等を用いて構成される。データ処理部１７１のメモリにデータ処理部１７１用のプログラムおよび各種のデータが記憶されている。
【００２４】
データ処理部１７１は制御部１６１に接続されている。データ処理部１７１は制御部１６１の上位にあってそれを統括する。本装置の機能は、データ処理部１７１がメモリに記憶されたプログラムを実行することによりを実現される。
【００２５】
データ処理部１７１には表示部１８１および操作部１９１が接続されている。表示部１８１は、グラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ  ｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。操作部１９１はポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅ）を備えたキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）等で構成される。
【００２６】
表示部１８１は、データ処理部１７１から出力される再構成画像および各種の情報を表示する。操作部１９１は、使用者によって操作され、各種の指令や情報等をデータ処理部１７１に入力する。使用者は表示部１８１および操作部１９１を通じてインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作する。
【００２７】
マグネットシステム１１、座席駆動部１１１、勾配駆動部１３１、ＲＦ駆動部１４１、データ収集部１５１、制御部１６１、データ処理部１７１、表示部１８１および操作部１９１からなる部分は、本発明における撮影手段の実施の形態の一例である。課題供給部１２１は、本発明における課題供給手段の実施の形態の一例である。制御部１６１およびデータ処理部１７１からなる部分は、本発明における制御手段の実施の形態の一例である。
【００２８】
課題供給部１２１、制御部１６１およびデータ処理部１７１からなる部分は、本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の課題装置に関する実施の形態の一例が示される。
【００２９】
図２に、本装置の動作のフロー（ｆｌｏｗ）図を示す。同図に示すように、ステージ（ｓｔａｇｅ）２０１で、課題装置の準備およびＭＲＩによるスキャン（ｓｃａｎ）の準備を行う。これらは使用者により表示部１８１および操作部１９１を通じて行われる。
【００３０】
課題装置の準備の一環として、被験者３１に与える課題およびその与え方が設定される。課題としては、例えば特定の映像等を用いた視覚的入力が用いられる。この課題の与え方としてイベントリレーテッド・デザインが設定される。イベントリレーテッド・デザインによる課題の与え方については後述する。
【００３１】
ＭＲＩによるスキャンの準備の一環としてスキャン条件が設定される。スキャン条件設定により、パルスシーケンス（ｐｕｌｓｅ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ）およびそのパラメータ（ｐａｒａｍｅｔｅｒ）等が設定される。パルスシーケンスとしては、例えばＥＰＩ（ｅｃｈｏ  ｐｌａｎａｒ  ｉｍａｇｉｎｇ）等、高速スキャン用のパルスシーケンスが選択される。
【００３２】
次に、ステージ２０３で、課題装置とＭＲＩを同期させたスキャンを実行する。すなわち、制御部１６１による制御の下で、課題供給部１２１から被験者３１に課題を与えるとともにマグネットシステム１１を動作させてスキャンを行う。スキャンは所定時間連続して行われる。連続スキャンによって得られたデータに基づいて画像が逐次再構成される。ＥＰＩ等により高速スキャンを行うことにより、時間分解能が高い頭部断層像が連続的に得られる。
【００３３】
図３に、課題の与え方のタイムチャート（ｔｉｍｅ  ｃｈａｒｔ）を示す。同図の（１）に示すように、最初は課題を与えないレスト（ｒｅｓｔ）期間とし、次は課題を与えるタスク（ｔａｓｋ）期間とし、以下、レストとタスクを交互に繰り返す。レスト期間の長さおよびタスク期間の長さはそれぞれ所定の長さとされる。
【００３４】
タスク期間における課題の与え方は、（２）に示すように、所定の時間間隔で課題を繰り返し与えるようになっている。すなわち、例えば特定映像による視覚的入力等が所定の時間間隔で瞬間的に与えられる。課題を与える時間間隔は、予想される脳のヘモダイナミック・レスポンス（Ｈｅｍｏｄｙｎａｍｉｃ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）より長くしてある。これによって、課題の与え方はイベントリレーテッド・デザインとなる。以下、課題供給をイベントともいう。
【００３５】
このような課題供給により、脳内の賦活部位では、例えば（３）に示すように、課題供給に対応した磁気共鳴信号の強度変化が生じる。これに対して、賦活しない部位では、例えば（４）に示すように、課題供給に対応した信号強度の変化はない。
【００３６】
次に、ステージ２０５で、画像データ抽出を行う。画像データ抽出はデータ処理部１７１によって行われる。画像データ抽出は、撮影期間中に得られた連続画像について、画素値がピクセル（ｐｉｘｅｌ）座標ごとに抽出される。これによって、画素値による時系列データがピクセル座標ごとに得られる。
【００３７】
次に、ステージ２０７で、ブロック型による画像統計解析を行う。ブロック型による画像統計解析はデータ処理部１７１によって行われる。ブロック型による画像統計解析はブロック・デザインにより課題を与えて撮影した画像の解析手法であり、この技術分野においてよく知られている。
【００３８】
本装置における課題の与え方はイベントリレーテッド・デザインであるが、タスク期間中に複数回繰り返されることにより、その結果についてはブロック型の画像統計解析が可能である。
【００３９】
ブロック型の画像統計解析により、時系列データについて、タスク期間中のデータがレスト期間中のデータに対して有意に大きいかどうかが調べられ、有意に大きいときは脳細胞の賦活があると判定される。
【００４０】
有意差の有無の判定は、例えば、タスク期間中のデータの平均値がレスト期間中のデータの平均値に対してレスト期間中のデータの分散よりも大きいか否か基づいて行われる。その場合、所定回数交互に繰り返されたレスト期間とタスク期間のデータを使用することにより、データの有意性の有無を精度良く判定することができる。なお、必ずしも複数回繰り返す必要ななく、レスト期間とタスク期間を１回ずつあるいはタスク期間の前後にレスト期間を設けたものであってよい。
【００４１】
このように、イベントリレーテッド・デザインによる課題供給でありながら、ブロック・デザインによる課題供給を行った場合と同様な画像統計解析を行うことができ、それによって賦活部位の有無を調べることができる。
【００４２】
次に、ステージ２０９で、賦活部位の座標を特定する。座標特定はデータ処理部１７１によって行われる。データ処理部１７１は、ステージ２０７での解析に基づいて行われる。特定した座標は、例えば図４に示すように、断層像上に例えば十字マーク（ｍａｒｋ）等適宜の印によって表示される。あるいは、赤やオレンジ（ｏｒａｎｇｅ）等明色系の色で表示するようにしてもよい。これによって、実験者は課題に対応した賦活部位を確認することができる。
【００４３】
次に、ステージ２１１で、特定した座標におけるＴＩＣ（ｔｉｍｅ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｃｕｒｖｅ）の表示を行う。ＴＩＣの表示は、データ処理部１７１により表示部１８１を通じて行われる。データ処理部１７１は、特定した座標の画素値について、タスク期間中の経時的な変化をグラフ（ｇｒａｐｈ）として表示する。
【００４４】
これによって、例えば図５に示すようなＴＩＣがイベント発生時点とともに表示される。イベント発生時点とともに表示することにより、賦活部位の応答性（ヘモダイナミック・レスポンス）の把握が容易になる。賦活部位が複数あるときは部位ごとにそれぞれＴＩＣが表示される。表示は断層像と同一の画面または別画面に表示される。
【００４５】
表示するＴＩＣとしては、例えば、タスク開始後の最初のイベントに対応するＴＩＣを表示する。これによってイベントの繰り返しによる慣れの影響がないＴＩＣを観察することができる。
【００４６】
慣れによる信号変化がないと予想されるときは、表示するＴＩＣは、複数回のイベントのＴＩＣを時間軸を合わせて加算したもの、あるいは平均したものとしてもよい。これによってノイズ（ｎｏｉｓｅ）の影響が少ないＴＩＣを観察することができる。慣れによる信号変化を観察する場合は、複数回のイベントの繰り返しに対応したＴＩＣを連続的に表示する。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、イベントリレーテッド・デザインにより賦活部位の特定とその部位における時間的変化を求めることを可能にする課題装置、および、そのような課題装置を備えた磁気共鳴撮影装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例の装置の動作のフロー図である。
【図３】課題の与え方の一例を示す図である。
【図４】画像表示の一例を示す図である。
【図５】ＴＩＣ表示の一例を示す図である。
【符号の説明】
１１  マグネットシステム
１１１  座席駆動部
１２１  課題供給部
１３１  勾配駆動部
１４１  ＲＦ駆動部
１７１  データ収集部
１６１  制御部
１７１  データ処理部
１８１  表示部
１９１  操作部
３１  撮影対象
【図１】
2004267586.tif 000003
【図２】
2004267586.tif 000004
【図３】
2004267586.tif 000005
【図４】
2004267586.tif 000006
【図５】
2004267586.tif 000007