(57)【要約】【課題】機能的ＭＲＴの実験において患者の協力を監視することを可能にするための簡単で割安の方法を提供する。【解決手段】ａ）グラジエントエコーシーケンスまたはスピンエコーシーケンスに基づいて人間の脳の機能的磁気共鳴断層撮影測定を行い、ｂ）脳の一部または全体の画像ボリュームを動的に撮影し、各画像ボュームの少なくとも１つの画像は一方または両方の目の範囲と交差し、ｃ）患者の目が開かれているかまたは閉じられているかを決定するために、撮影された画像から目の範囲の時間的な強度信号経過を求める。【選択図】図２Ａ
2004160223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）グラジエントエコーシーケンスまたはスピンエコーシーケンスに基づいて人間の脳の機能的磁気共鳴断層撮影測定を行い、
ｂ）脳の一部または全体の画像ボリュームを動的に撮影し、各画像ボュームの少なくとも１つの画像は一方または両方の目の範囲と交差し、
ｃ）患者の目が開かれているかまたは閉じられているかを決定するために、撮影された画像から目の範囲の時間的な強度信号経過を求める
ことを特徴とする人間の脳の機能的磁気共鳴断層撮影測定における被検者の関与の監視方法。
【請求項２】
シーケンスは長いエコー時間を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
シーケンスは高速の画像形成方法であることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
目の範囲の信号強度時間経過に基づいて機能的磁気共鳴断層撮影測定の測定プロトコルが影響を及ぼされることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項５】
目の範囲の信号強度時間経過に基づいて機能的ＭＲＴ測定が中断可能であることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項６】
請求項１乃至５による方法を実施するために適した磁気共鳴断層撮影装置。
【請求項７】
核スピン断層撮影装置に接続されたコンピュータ装置上で動作する際に請求項１乃至５に基づく方法を実行可能にするコンピュータソフトウェア製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、医療分野において患者の検査に適用される核スピン断層撮影法（同義語：磁気共鳴断層撮影法、ＭＲＴ）に関する。しかも、本発明は、とくに機能的磁気共鳴断層撮影法において、被検者のまぶたの開閉状態を簡単に求めることができ、それによってその都度のＭＲ断層撮影検査を監視することができる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＴは核スピン共鳴なる物理現象を基礎とし、画像形成方法として１５年以上前から医学や生物物理学の分野で成功裡に使用されている。この検査方法では、被検体は強力な一定磁場に曝される。それによってそれまで無規則に配列されていた被検体内の原子の核スピンが整列する。その場合、高周波はこの「整列した」核スピンを励起して歳差運動を行わせることができる。この歳差運動は、ＭＲＴにおいて、適当な受信コイルにより受信される本来の測定信号を形成する。傾斜磁場コイルで作られた非均一な磁場を使用することによって、被検体は３つの全空間方向に空間的にコード化される。
【０００３】
ＭＲＴ画像形成のための一つの可能な方法では、まず選択的に例えばｚ方向の一つの断層が励起される。その断層における位置情報のコード化は、ｚ方向に励起された断層の例ではｘ方向とｙ方向の上述の傾斜磁場コイルによって発生させられる２つの直交する傾斜磁場により、位相エンコーディングと周波数エンコーディングとの組み合わせによって行なわれる。得られたデータセットから、考察された断層のＭＲ画像がＮ×Ｎ個のピクセルの分解能で再構成される。
【０００４】
この方法は撮像すべき断層の自由な選択を可能にし、それによって人体の断層画像をすべての方向において撮影することができる。医療診断における断層画像形成法としてのＭＲＴは、第一線では多面的なコントラスト能力よって「非侵襲」の検査法として優れている。軟らかい組織の卓越した表示能力により、ＭＲＴはＸ線コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）に何倍も勝る方法に発展した。今日、ＭＲＴは、秒ないし分の範囲の測定時間で卓越した画質を可能にするスピンエコーシーケンスおよびグラジエントエコーシーケンスの適用を基礎としている。
【０００５】
ＭＲＴ装置の構成要素の絶え間のない技術的発展と高速の画像形成シーケンスの導入が
ＭＲＴに医学においてますます多くの用途を開いた。しかしながら、最小侵襲外科の支援のためのリアルタイム画像形成、心臓学におけるパフージョン測定、とりわけ神経医学における機能的ＭＲＴ画像形成（ニューロン画像形成とも呼ばれる）は、ほんのニ・三しかない例である。
【０００６】
本発明は機能的磁気共鳴断層撮影法の簡単化された構成に関する。
【０００７】
基本的に、ＭＲＴにおいて、用語「機能的画像形成」もしくは「機能的磁気共鳴断層法（機能的ＭＲＴ、ファンクショナルＭＲＴ、ｆＭＲＴ、ｆＭＲＩ）」とは、定められた運動、知覚あるいは認識に関する任務に関与する脳領域を識別して撮像することを可能にする測定方法である。
【０００８】
ＭＲＴにおける人体の脳機能のこの種の検査は、実験における被験者の積極的な関与を要求する。患者が所定の刺激に命令どおり反応し、精神集中不能になったり麻痺したりしないことを保証するために、被験者の関与は監視されなければならない。
【０００９】
目（まぶた）の動きに関して患者の状態を検出する間接的な方法は、赤外線カメラにより人間の瞳に焦点を合わせることである。瞳は非常にコントラスト豊かな赤外線信号を供給するので、それによって目（まぶた）の動きを感じ取ることができる。
【００１０】
英語で「Ｅｙｅ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ（アイ・トラッキング）」と呼ばれているこの方法は、とくにニューロン画像形成のために大いに発展し、視覚的刺激の際に被検者の注視方向の経過を感じ取ることができるようになった。この方法はとりわけ複雑な技術的構成のために労力がかかり高価である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の課題は、機能的ＭＲＴの実験において患者の協力を監視することを可能にする簡単で割安の方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題は、本発明によれば、独立の請求項の特徴によって解決される。従属の請求項は本発明の中心思想を特別に有利に展開する。
【００１３】
従って、本発明によれば、
ａ）グラジエントエコーシーケンスまたはスピンエコーシーケンスに基づいて人間の脳の機能的磁気共鳴断層撮影測定を行い、
ｂ）脳の一部または全体の画像ボリュームを動的に撮影し、各画像ボュームの少なくとも１つの画像は一方または両方の目の範囲と交差しと、
ｃ）患者の目が開かれているかまたは閉じられているかを決定するために、撮影された画像から目の範囲の時間的な強度信号経過を求める
ことを特徴とする人間の脳の機能的磁気共鳴断層撮影測定時における被検者の関与の監視方法が提案される。
【００１４】
グラジエントエコーシーケンスが横緩和時間Ｔ2*≒５０ｍｓ（基本磁場磁石の磁場強さ１〜１．５Ｔに依存）の程度の長いエコー時間を有すると好ましい。
【００１５】
特に、本発明による方法では、シーケンスが高速の画像形成方法（シングルショットＥＰＩ、Ｓｉｎｇｌｅ-Ｓｈｏｔ-ＥＰＩ、ＳＳスパイラルなど）であると好ましい。
【００１６】
目（まぶた）の状態の本発明による測定は、目の範囲の信号強度時間経過に基づいて機能的ＭＲＴ測定の測定プロトコルが変更されることを可能にする。
【００１７】
目の範囲の信号強度時間経過に基づいて機能的ＭＲＴ測定が中断可能であると好ましい。
【００１８】
さらに、本発明によれば、請求項１乃至７による方法を実施するために適した磁気共鳴断層撮影装置が請求されている。
【００１９】
さらに、核スピン断層撮影装置に接続されたコンピュータ装置上で動作する際に本発明による方法を可能にするコンピュータソフトウェア製品が請求されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下において、添付図面に関連する実施例に基づいて本発明の他の利点、特徴および特性を更に詳細に説明する。
図１は核スピン断層撮影装置の概略図、
図２Ａおよび図２Ｂはまぶたを交互に開閉した際の目の範囲のＭＲ信号の信号強度時間経過を示す。
【００２１】
図１は機能的磁気共鳴断層撮影測定の枠内で被検体の画像シリーズを発生させるための磁気共鳴断層撮影装置つまり核スピン断層撮影装置の概略図を示す。核スピン断層撮影装置の構成は従来の断層撮影装置の構成に一致する。基本磁場磁石１は、機能的ＭＲＴ画像形成において表示されるべき例えば人体の脳もしくは脳部位のような被検体の検査範囲における核スピンの分極もしくは整列のための時間的に一定の強さの磁場を発生する。核スピン共鳴測定に必要な基本磁場の高い均一性は、例えば球形の測定ボリュームＭ内に規定され、この測定ボリューム内にｆＭＲＴの場合には頭部が挿入される。均一性要求を援助するためには、とりわけ時間的に変化しない影響を除去するためには、適当な個所に強磁性材料からなる所謂シム板を取り付けるとよい。時間的に変化する影響はシム電源１５によって制御されるシムコイル２によって除去される。
【００２２】
基本磁場磁石１の中には、３つの部分巻線からなる円筒状の傾斜磁場コイルシステム３が挿入されている。各部分巻線は、直交座標系のそれぞれの方向に線形の傾斜磁場を発生するための電流を増幅器１４から供給される。傾斜磁場コイルシステム３の第１の部分巻線はｘ方向の傾斜磁場Ｇxを発生し、第２の部分巻線はｙ方向の傾斜磁場Ｇyを発生し、第３の部分巻線はｚ方向の傾斜磁場Ｇzを発生する。直交する傾斜磁場の組み合わせによって任意の空間方向の線形の傾斜磁場も発生させることができる。各増幅器１４は、傾斜磁場パルスを時間正しく発生させるためにシーケンス制御部１８によって制御されるディジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）からなる。
【００２３】
傾斜磁場コイルシステム３内には、高周波電力増幅器から送出される高周波パルスを被検体つまり被検体の検査すべき範囲の核の励起および核スピンの整列のための交番磁場に変換する高周波アンテナ４がある。高周波アンテナ４は１つまたは複数のＨＦ送信コイルと１つまたは複数のＨＦ受信コイルとからなり、できればコンポーネントコイル装置（一般には「コイルアレイ」または「フェーズドアレイコイル」と呼ばれている。）からなるとよい。高周波アンテナ４のＨＦ受信コイルによって、歳差運動をする核スピンから出る交番磁場、すなわち一般には１つまたは複数の高周波パルスと１つまたは複数の傾斜磁場パルスとからなるパルスシーケンスによって惹き起こされる核スピンエコー信号が電圧に変換され、この電圧は増幅器７を介して高周波システム２２の高周波受信チャネル８に供給される。さらに、高周波システム２２は送信チャネル９を含み、この送信チャネルにおいて核磁気共鳴の励起のための高周波パルスが生じさせられる。それぞれの高周波パルスは装置コンピュータ２０からシーケンス制御部１８へ予め与えられるパルスシーケンスに基づいてディジタルにて複素数列として表示される。この複素数列は実数部および虚数部としてそれぞれ入力端１２を介して高周波システム２２内のディジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）に供給され、ディジタル・アナログ変換器から送信チャネル９に供給される。送信チャネル９において、パルスシーケンスが高周波キャリア信号に変調される。高周波キャリア信号は、測定ボリューム内の核スピンの共鳴周波数に相当する基本周波数を有する。
【００２４】
送信作動から受信作動への切換は送受信切換器６を介して行なわれる。高周波アンテナ４のＨＦ送信コイルが、核スピンの励起のための高周波パルスを測定ボリュームＭへ投射し、ＨＦ受信コイルが、生じたエコー信号を走査する。このようにして得られた核共鳴信号は高周波システム２２の高周波受信チャネル８において位相敏感に復調され、それぞれのアナログ・ディジタル変換器を介して測定信号の実数部および虚数部に変換される。画像コンピュータ１７によって、そのようにして得られた測定データから画像が再構成される。測定データ、画像データおよび制御プログラムの管理は装置コンピュータ２０を介して行なわれる。制御プログラムを予め与えられることにより、シーケンス制御部１８はその都度の所望のパルスシーケンスの発生およびｋ空間の相応の走査を制御する。その場合に、シーケンス制御部１８は、とくに、傾斜磁場の時間正しい開閉、定められた位相および振幅を持つ高周波パルスの送出、核共鳴信号の受信を制御する。高周波システム２２およびシーケンス制御部１８の時間基礎にシンセサイザ１９が使用される。核スピン画像の作成および作成した核スピン画像の表示のための相応の制御プログラムの選択は、キーボードおよび１つまたは複数の画面を含む端末機２１を介して行なわれる。
【００２５】
このようなＭＲＴ装置を用いて、脳のニューロンの活性部位を非侵襲にて表示することを可能にする機能的ＭＲＴ測定を行なうことができる。機能的画像形成の診療用途においては、例えば脳における重要な部位を脳手術の前に識別することができる。それによって、危険構造の境界を定めることにより良好な手術計画が可能となる。
【００２６】
ＭＲＴにおける人間の脳機能のこの種の検査は、動的な画像取得を必要とする。動的な画像取得とは、（一般に数分を越える）長時間に亘って同じ断層案内（画像シリーズ）でのＭＲＴ画像の連続取得である。一般に機能的核スピン断層撮影法においては数分の時間にわたって約０．１〜３秒の繰り返し時間ＴRで同じ断層の画像が撮影される。このように動的な（時間的な）情報を持つ画像セットが得られる。
【００２７】
機能的ＭＲＴの基礎は次の文献の「Ｏｇａｗａ」によって発見されたＢＯＬＤ効果（英名：Ｂｌｏｏｄ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｌｅｖｅｌ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）に詳しく記載されている。すなわち、「Ｏｇａｗａ，Ｓ．，Ｌｅｅ，Ｔ．Ｍ．，Ｎａｙａｋ，Ａ．Ｓ．，Ｇｉｙｎｎ，Ｐ．：Ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｉｎ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｍａｇｅ  ｏｆ  ｒｏｄｅｎｔ  ｂｒａｉｎ  ａｔ  ｈｉｇｈ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄｓ．Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，１９９０；１４：６８−７８」である。ＢＯＬＤ効果はＭＲＴ画像内に血液の流れている組織の輝度変化を酸素含有量に応じて生ぜしめる。脳におけるニューロンの活動性は局部的に高められた血流によって惹き起こされることから、例えば手の運動または視覚的認知に関与している脳部位を識別することができる。
【００２８】
典型的なｆＭＲＴ実験においては被験者が積極的に実験に関与しなければならない。すなわち、被験者は適当な活動性範例によって与えられているいわゆる指令系列（タスク）を実行するかもしくは処理しなければならない。検査すべき活動性の種類に応じて刺激に適した刺激提示が行なわれなければならない。例えば音響的刺激がヘッドホンまたはスピーカを介して行なわれる。視覚的刺激については被験者が測定期間中画像を観察できることが必要である。例えば、グレー画像（単色画像）の形で碁盤縞模様および監視画像の交互表示が可能である。
【００２９】
指令系列の綿密な実施は成果の訴える力にとって決定的である。成果からは、撮影された画像シリーズの形では、被験者がＭＲＴ装置の内部で関与したかあるいは関与しなかったかどうかは判断することができない。ｆＭＲＴ検査の独立の品質管理は、例えば実験中にまぶたの運動が検出されて観察されることによって行なうことができる。
【００３０】
既に述べたように、今日では、赤外線カメラで人間の瞳に焦点を合わせることによって目（まぶた）の運動を検出するための、非常に労力がかかり従って高価な間接的な方法しか存在していない。
【００３１】
そこで、本発明によれば、機能的ＭＲＴ測定の枠内で患者の関与を監視するために、ＢＯＬＤ撮影方法との組み合わせで生じる効果を利用することが提案される。すなわち、ＢＯＬＤ撮影技術により形成される目の範囲の画像がまぶたの状態（開いているのか又は閉じているのかどうか）に応じて明確に異なる信号強度を有することが確認された。ＢＯＬＤ画像において、開かれた目は低い信号強度を有するのに対して、閉じられた目は２００％までの信号上昇を有する。
【００３２】
本発明による方法における、この効果の適用可能性に関するこの効果の研究の枠内で、さまざまの測定が行なわれた。実例として、例えばＴR,Bildserie≒２．０ｓｅｃの高い時間分解能を持ったエコープレーナーシーケンス（ＥＰＩシーケンス）の使用が好ましいことが明らかになった。横断面のシリーズ毎に１６スライスのスライス数、スライス毎にＴＥ＝５０ｍｓのエコー時間、ＴR,Schicht＝１３３ｍｓの繰り返し時間および全部で６０画像シリーズ（ボリュームデータセット）において、開かれた目と閉じられた目との画像シリーズが交互にそれぞれ１０個撮影された。開かれた目および閉じられた目の目の範囲のコントラスト特性が図２Ａおよび図２Ｂに示されている。横軸には画像番号が取られている。上記測定では全部で１６×６０＝９３６個の画像が撮影された。その場合に、各１６番目の画像は少なくとも一方の目の範囲を含む。目の範囲は、使用者によってマークされ評価される領域（英名：Ｒｅｇｉｏｎ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ，ＲＯＩ、関心領域）である。全部で６４×６４もしくは１２８×１２８個のピクセルからなる画像マトリックスの通常のピクセル数において、眼球全体を横切られる目の範囲（ＲＯＩ）は、通常のように約１０×１０個のピクセルの範囲である。通常のようにＲＯＩのピクセル間で算術平均が行なわれ、この算術平均によって各画像シリーズ毎に平均ＭＲ信号が供給される。図２Ａおよび図２Ｂには、上述のｆＭＲＴ実験に関して、被検者が目を開いているときおよび閉じているときに生じた信号の時間的経過が記入されている。図２Ａおよび図２Ｂの両経過は、それぞれ異なる基礎となるＲＯＩおよび異なるＭＲ測定信号に基づいて、それらの振幅が相違している。
【００３３】
従って、本発明は、とりわけ視覚上の活動性範例における患者の関与の監視メカニズムとしてｆＭＲＴでのＢＯＬＤ撮影方法における開かれた目と閉じられた目との異なるコントラスト特性を利用することにある。本発明による方法は両状態間の極端に高い（２００％になるまで）信号差に基づいて格別に信頼性がある。ハードウェアに関する付加的な費用は全く要しない。そのためには、各画像シリーズの少なくとも１つの断層が少なくとも一方の目領域と交差するよう配慮するだけでよく、このことはｆＭＲＴ撮影の場合いずれにしても行われることである。「目が閉じられている」もしくは「目が開かれている」という情報は、評価されるＲＯＩから直接に読み取られる。ＲＯＩは、使用者によって、本来の測定の前に（例えばテスト測定による目の範囲と交差するテスト画像に基いて）モニタにおいて目の範囲にマーク（例えばマウスによる円の形で）を付けることによって確定される。システム制御もしくは装置コンピュータにおける適当なソフトウェアは、決定されたＲＯＩ内のピクセルが全ての強度に関する平均値を求められ、この平均値が同様に使用者によって前もって決定された閾値と比較されるようにする。目の範囲の強度平均値と閾値との比較に基づいて、目が開かれているか又は閉じられているかが自動的に決定される。評価および読み取りは、本発明により磁気共鳴断層撮影装置のソフトウェア内に組み込まれたアルゴリズムを用いて行なわれる。評価は、本発明の特別な実施形態においては、測定に時間的に平行に行なわれる（英名：オンライン−フィードバック制御）。これは、（例えば発生した疲労または病気に起因する意識障害による）被検者の精神集中力の低下に迅速に反応して、場合によって好ましくは、ｆＭＲＴ測定を（必要な場合には自動的に）中断させることすらできるという利点を有する。時間的に平行に行なわれる目の範囲の強度測定の際、開いている又は閉じている目と本来の機能的ＭＲＴ測定との間の自動的な結合が行なわれると好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】核スピン断層撮影装置の概略図
【図２Ａ】まぶた交互開閉時の目の範囲のＭＲ信号の一例を示す信号強度時間経過図
【図２Ｂ】まぶた交互開閉時の目の範囲のＭＲ信号の他の例を示す信号強度時間経過図
【符号の説明】
【００３５】
１        基本磁場磁石
２        シムコイル
３        傾斜磁場コイルシステム
４        高周波アンテナ
５        被検体テーブル
６        送受信切換器
７        増幅器
８        高周波受信チャネル
９        送信チャネル
１１        出力端
１２        入力端
１４        増幅器
１７        画像コンピュータ
１８        シーケンス制御部
１９        シンセサイザ
２０        装置コンピュータ
２１        端末機
２２        高周波システム
【図１】
2004160223.tif 000003
【図２Ａ】
2004160223.tif 000004
【図２Ｂ】
2004160223.tif 000005