(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＲ画像上に生理学的データの視覚的表示が得られるように、ＭＲ画像を生理学的データと相関させるシステムであって、
ａ）受け取った生理学的信号をディジタル化する能力を含む生理学的データ収集制御装置（３００）と、
ｂ）該ディジタル化された生理学的信号に含まれるトリガを識別し、トリガ番号を付与する生理学的信号処理装置（３０４）と、
ｃ）前記生理学的信号処理装置（３０４）から前記トリガ番号を読み込むアプリケーション・ゲートウェイ処理装置（３１８）と、
ｄ）ＭＲ装置の外部装置（１３４）を制御するための走査制御処理装置（３２０）と、
ｅ）収集処理システム（３２８）と、
ｆ）前記収集処理システム（３２８）からタイムスタンプとＭＲ画像を受け取るオペレータ・インターフェース（３３２）と、を含んでおり、
前記走査制御処理装置（３２０）は生理学的波形セグメント（３２２）を記憶する手段を含んでおり、また前記アプリケーション・ゲートウェイ処理装置（３１８）は、所与の波形セグメント（３２２）がトリガ（３１０）として用いられたことを前記走査制御処理装置（３２０）に通知する手段を含んでおり、これにより関連したトリガ番号及び前記タイムスタンプ（３２４）が前記生理学的波形セグメント（３２２）と共にオペレータ・インターフェースへ転送され、
前記オペレータ・インターフェースは、実時間の際、前記ＭＲ画像と前記生理学的波形セグメント（３２２）を正確な同期化を試みることなく別々に同一画面上に表示し、次いで、走査を停止したとき遡及的に、同期した前記ＭＲ画像を前記生理学的波形セグメント（３２２）と共に前記同一画面上に表示する、画像相関システム。
【請求項２】
前記生理学的信号処理装置（３０４）は前記生理学的収集制御装置（３００）から生理学的データ（３０２）を受け取る手段を含んでいる、請求項１に記載の画像相関システム。
【請求項３】
前記生理学的信号処理装置（３０４）は生理学的波形（３０２、２７０）の形で生理学的データを受け取る手段を含んでいる、請求項２に記載の画像相関システム。
【請求項４】
前記生理学的信号処理装置（３０４）は更に、データ収集のためのトリガ（３０８、３１４）を供給する手段を含み、前記トリガはアプリケーション・ゲートウェイ処理装置（３１８）によって読み取り可能である、請求項３に記載の画像相関システム。
【請求項５】
前記アプリケーション・ゲートウェイ処理装置（３１８）は、生理学的波形群とＭＲ画像群との間の時間同期化を行う手段を含んでいる、請求項４に記載の画像相関システム。
【請求項６】
前記生理学的信号は心電図信号であり、前記アプリケーション・ゲートウェイ処理装置（３１８）は、前記走査制御処理装置（３２０）に、最初のトリガ（３１０）に関連したタイムスタンプ（３２４、３３０）を供給する手段を含んでいる、請求項５に記載の画像相関システム。
【請求項７】
前記生理学的データに含まれているデータから算出されたトリガは、ＭＲデータの収集をトリガするために使用される、請求項１乃至６のいずれかに記載の画像相関システム。
【請求項８】
ＭＲデータの収集は前記生理学的波形に対して完全に非同期にして行われ、或る長い生理学的信号期間わたって画像バーストが収集される、請求項３に記載の画像相関システム。
【請求項９】
前記生理学的信号処理装置（３０４）と、前記アプリケーション・ゲートウェイ処理装置（３１８）と、前記収集処理システム（３２８）と、前記走査制御処理装置（３２０）は、前記クロック源にしたがって動作し、
前記生理学的データ収集制御装置（３００）は、前記クロック源とは別のクロック源にしたがって動作する、請求項１乃至８のいずれかに記載の画像相関システム。
【請求項１０】
前記心電図信号は、多数の心搏動間（Ｒ／Ｒ）期間にわたって収集され、前記生理学的波形セグメント（３２２）は、平均又は典型的な心電図信号の波形セグメントである請求項６に記載の画像相関システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の分野は磁気共鳴（ＭＲ）撮像（イメージング）方法及びシステムである。より具体的に述べると、本発明はＭＲ画像と収集した生理学的データとを相関させるＭＲシステムに関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
人体組織のような物質が一様な磁場（分極磁場Ｂ0 ）を受けると、該組織内のスピンの個別の磁気モーメントがこの分極磁場と整列しようとするが、その回りをそれぞれの固有のラーモア周波数で不規則に歳差運動する。そこで、物質（すなわち、組織）が、ｘ−ｙ平面内にあってラーモア周波数に近い周波数の磁場（励起磁場Ｂ1 ）を受けると、正味の整列したモーメントＭｚがｘ−ｙ平面へ向かって回転すなわち「傾斜」して、正味の横磁気モーメントＭｔを生じる。励起信号Ｂ1 が終了した後、励起されたスピンによって信号が放出される。この信号は画像を構成するために受信されて処理される。
【０００３】
これらの信号を利用して画像を作成するとき、勾配磁場（Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚ）を用いる。典型的には、これらの勾配磁場が特定の使用する局在化(localization)法にしたがって変えられる一連の測定サイクルで、その画像を作成しようとする領域を走査する。その結果の一組の受信した信号はディジタル化して、多くの周知の再構成手法のうちの１つを使用して画像を再構成するように処理する。
【０００４】
このような信号を処理して再構成する磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムは、様々な分極磁場強度及び形状を持つようにすることができる。ＭＲＩシステムはまた、磁気共鳴血管撮像（ＭＲＡ）、心臓撮像、ファンクショナル磁気共鳴撮像（ｆＭＲＩ）などのような様々な随意選択による機能をもつようにすることもできる。このように様々なものがあるが、全てのＭＲＩシステムは、特定の画像収集法を規定することを可能にするオペレータ・インターフェースと、ＭＲ撮像法を使用して対象物からデータを収集するデータ収集装置と、収集したデータを用いて画像を再構成する画像再構成処理装置と、画像及び関連する患者情報を記憶する記憶装置と、画像表示装置とを含んでいる。これらの機能の各々を実施するハードウエア部品が提供され、各々のハードウエア構成に対してソフトウエアが設計されて書き込まれている。
【０００５】
新しい実時間臨床用途では、機能撮像検査に用いられる心電図信号（ＥＣＧ）、脳波図信号（ＥＥＧ）、誘発電位信号又は感覚励起信号の様な生理学的データをＭＲＩ画像に対して相関させ得ることの重要性が認識されている。心臓撮像検査の分野では、適切な心機能が生じているかどうかを医師が判定できるように、ＭＲＩ画像を、該画像を作成した心搏サイクルの特定の部分に相関させることも必要とされている。現在、この視覚的な相関を提供するハードウエア及びソフトウエアを組み込んだＭＲＩシステムは存在しない。生理学的信号とＭＲ画像との間の視覚的相関はＭＲＩスキャナの臨床的有用性を高めると期待される。
【０００６】
【発明の概要】
本発明の例示の実施形態においては、ＭＲ画像データ及び生理学的データが２つの独立のパイプラインにより収集される。両パイプラインは、アナログ−ディジタル変換から画像又はデータの表示まで含む。これらのパイプラインは、限られた態様でのみ、同期している。すなわち、生理学的データ・パイプラインに含まれているデータから算出されたトリガ（例えば、心搏動）を、ＭＲ画像パイプラインにおけるデータの収集をトリガするために用いることができる。
【０００７】
別の実施形態では、生理学的データをＭＲ画像データと完全に相関させるハードウエア及びソフトウエアを提供する。これを達成するための重要な構成要素には、最大２００マイクロ秒までの分解能を持つ分散型収集及び処理システムの時間的同期化、この共通の時間基準を用いて生理学的データとＭＲ画像データとを相関させる能力、並びに生理学的データを選択的に記憶する能力が含まれる。この実施形態では、プラットフォームにわたって複数のタイマを同期化する簡単化ネットワーク時間プロトコル（ＳＮＴＰ）を使用し、また生理学的データをデータ記憶プロセスへ送る別個のデータ経路を有する。この方式ではまた、収集と生理学的信号との間で異なるモードの同期化を行う。
【０００８】
本発明の他の重要な特徴及び利点は、添付の図面、以下の説明、並びに特許請求の範囲から当業者には明らかになろう。
【０００９】
【発明の好適な実施の形態】
ここで図面を参照すると、図面全体を通じて同じ要素は同じ参照符号で表す。図１は、本発明を取り入れる好ましいＭＲＩシステムの主要構成要素を示す。このシステムの動作は、キーボード及び制御パネル１０２と表示装置１０４とを含むオペレータ・コンソール１００から制御される。コンソール１００はリンク１１６を介して別個のコンピュータ・システム１２０と連絡しており、該コンピュータ・システム１２０はオペレータが画面１０４上の画像の生成及び表示を制御することを可能にする。コンピュータ・システム１２０は、バックプレーンを介して互いに連絡する複数のモジュールを含む。これらのモジュールには、画像処理装置モジュール１０６、中央処理装置（ＣＰＵ）モジュール１０８、及び画像データ・アレイを記憶するフレーム・バッファとして当該分野で知られているメモリ・モジュール１２４が含まれる。コンピュータ・システム１２０は、画像データ及びプログラムの記憶のためにディスク記憶装置１１４及びテープ駆動装置１１２を含み、且つ高速直列リンク１２６を介して別個のシステム制御装置１２２と連絡する。
【００１０】
システム制御装置１２２はバックプレーンによって一緒に接続された一組のモジュールを含む。これらのモジュールには、ＣＰＵモジュール１４６及びパルス発生器モジュール１３８が含まれ、パルス発生器モジュール１３８は直列リンク１２８を介してオペレータ・コンソール１００に接続される。このリンク１２８を介して、システム制御装置１２２は、実行すべき走査シーケンスを指示するオペレータからの指令（コマンド）を受け取る。パルス発生器モジュール１３８は、所望の走査シーケンスを実行するためにシステムの構成要素を動作させる。パルス発生器モジュールは、生成すべきＲＦパルスのタイミング、大きさ及び形状を指示するデータ、並びにデータ収集窓のタイミング及び長さを指示するデータを生成する。パルス発生器モジュール１３８は、一組の勾配増幅器１３０に接続されて、走査中に生成すべき勾配パルスのタイミング及び形状を指示する。パルス発生器モジュール１３８はまた、生理学的データ収集制御装置１３２から患者データを受け取る。生理学的データ収集制御装置１３２は、患者に接続された複数の異なるセンサからの信号、例えば、電極からのＥＣＧ信号又はベローズからの呼吸信号を受け取る。最後に、パルス発生器モジュール１３８は、患者及び磁石システムの状態に関連した様々なセンサからの信号を受け取る走査室インターフェース回路１３６に接続されている。また、走査室インターフェース回路１３６を介して、患者位置決めシステム１３４が走査のために患者を所望の位置へ動かす指令（コマンド）を受け取る。
【００１１】
パルス発生器モジュール１３８によって発生された勾配波形が、Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚ増幅器よりなる勾配増幅器システム１３０に印加される。各々の勾配増幅器は、全体を１４４で示した組立体内の対応する勾配コイルを励磁して、収集される信号を位置符号化するために使用される磁場勾配を生成させる。この勾配コイル組立体１４４は磁石組立体１４２の一部を構成し、この磁石組立体１４２は分極用磁石１４０及び全身用ＲＦコイル１５２も含んでいる。システム制御装置１２２内の送受信器モジュール１５０がパルスを発生し、これらのパルスはＲＦ増幅器１５６によって増幅されて、送受信切換えスイッチ１５４によりＲＦコイル１５２に結合される。その結果として患者内の励起された核によって放射される信号は同じＲＦコイル１５２によって検知して、送受信切換えスイッチ１５４を介して前置増幅器１５８に結合することができる。増幅されたＭＲ信号が送受信器１５０の受信部で復調され、濾波され、ディジタル化される。送受信切換えスイッチ１５４はパルス発生器モジュール１３８からの信号によって制御されて、送信モード中はＲＦ増幅器１５６をコイル１５２に接続し、受信モード中は前置増幅器１５８を接続する。送受信切換えスイッチ１５４はまた、別個のＲＦコイル（例えば、頭部用コイル又は表面コイル）を送信又は受信モードのいずれかで使用することも可能にする。
【００１２】
ＲＦコイル１５２によって検知されたＭＲ信号は送受信器モジュール１５０によってディジタル化されて、システム制御装置１２２内のメモリ・モジュール１６０へ転送される。走査が完了して、データ・アレイ全体がメモリ・モジュール１６０に収集されたとき、アレイ処理装置１６４がデータをフーリエ変換して画像データ・アレイを作成するように動作する。この画像データは直列リンク１２６を介してコンピュータ・システム１２０へ送られ、そこでディスク・メモリ１１４に記憶される。オペレータ・コンソール１００から受け取った指令に応答して、この画像データはテープ駆動装置１１２に保管することができ、或いは画像処理装置１０６によって更に処理して、オペレータ・コンソール１００へ送って表示装置１０４上で表示することもできる。
【００１３】
以後、「伝来の」ＭＲスキャナとは、現在のＭＲスキャナのデータ収集部であるＤＡＱ８８のことを指す。伝来のＭＲスキャナでは、画像データ２１２及び生理学的データ２０２が２つの独立のパイプライン２００及び２１０を介して収集される。第１のパイプライン２００は、それにより生理学的データ２０２が収集（２０４）される生理学的データ・パイプライン２００である。生理学的事象を構成するトリガ２７０が算出（２０６）され、その生理学的データ２０２の表示（１０４及び２０８）がオペレータにより使用するために視覚的になされる。図２及び図５を参照されたい。第２のパイプライン２１０はＭＲデータ・パイプライン２１０であり、それはＭＲデータ２１２の収集（２１４）、その収集されたデータの再構成（２１６）、そのデータの記憶（２１８）、及びＭＲ表示（２２２）を含む。これらの２つのパイプライン２００及び２１０は限られた態様で同期化されるだけである。生理学的データ・パイプライン２００に含まれているデータ２０２から算出（２０６）されたトリガは、画像すなわちＭＲデータ・パイプライン２１０においてデータ２１２の収集（２１４）をトリガする（２２０）ために使用される。しかしながら、後のために、この関係の記録は何ら作成され又は維持されない。
【００１４】
本発明の代替の実施形態では、多世代のＤＡＱ（ＭＧＤ）が２つの独立のパイプライン２３０及び２５０により生理学的データ２３２をＭＲ画像データ２５２と完全に相関させるハードウエア及びソフトウエアを提供する。これを行うための重要な構成要素には、最大２００マイクロ秒までの分解能を持つ分散型収集（２３４及び２５４）及び処理システムの時間的同期化（２４０）、この共通の時間基準（２４０）を用いて生理学的データ２３２とＭＲデータ２５２とを相関させる能力、並びに生理学的データ２３２を選択的に記憶（２５８）する能力が含まれる。ＭＧＤは、プラットフォームにわたって複数のタイマ２４０を同期化するためにＳＮＴＰを使用し、また生理学的データ２３２をデータ記憶（２５８）プロセスへ送る別個のデータ経路２４２を有する。生理学的データ・パイプライン２３０はまた、トリガ算出（２３６）及び視覚的表示（２３８）を含む。ＭＲデータ・パイプライン２５０は、収集したデータ２５２の再構成（２５６）及び組合せＭＲ表示（２６２）を含む。抽象的な用語で、このアーキテクチャが図３に示されていると思われる。
【００１５】
ＭＧＤアーキテクチャは、収集と生理学的信号との間の３つの異なるモードの同期化を支える。３つの異なる状態を図４に示されるように表すことができる。心搏動のような生理学的信号２７０がトリガとして働く。「ゲート式」同期化モード２７２はこの生理学的信号又は事象２７０と同期する。この代わりに、「ゲート／非ゲート」モード２７４又は「分割化バースト」モード２７６を生理学的事象２７０によって開始し、その後、自由動作させて同期させないようにすることができる。このモードでは、生理学的データを収集し続ける。本発明の方法及びシステムは、生理学的信号２３２と一組のＭＲ画像２５２とを同時に収集する（２３４及び２５４）ことを含む。図３を参照されたい。これらの収集（２３４及び２５４）は生理学的波形内の或る点に対してゲート制御することができ、或いは生理学的波形に対して完全に非同期にして行うことができる。また、或る長い生理学的信号期間わたって収集した画像バーストを考慮し得ることも可能である。同様に、幾分反復的な生理学的信号２７０の相異なるセグメントに画像を関連させることができる。
【００１６】
ＭＧＤスキャナにおける本発明の詳しい実施形態を図６に例示する。本発明のＭＲＩシステム及び方法での処理は次の通りである。信号処理装置（ＳＰＵ）３０４、すなわちディジタル信号処理装置（ＤＳＰ）は、生理学的データ収集制御装置（ＰＡＣ）３００からフィルタ処理していない生理学的データ３０２を受け取る。
【００１７】
ゲート式走査では、ＳＰＵ３０４はトリガ３１０を識別して、トリガ３１０が判定基準を満足している場合に、シーケンサ３１２をトリガする。シーケンサ３１２はＲＦ及び勾配波形を順次実行させる処理装置である。ＳＰＵ３０４はまた、（心搏動のような）トリガ３１０を或る特定のハードウエア状態においてのみ受け入れるブロックアウト処理をトリガする。アプリケーション・ゲートウェイ処理装置（ＡＧＰ）３１８で一つのシーケンス（ＲＦ及び勾配波形）の順次実行を開始させる事象であるスタート・シーケンス割り込み（ＳＳＩ）３１６が、必要なときに作成される。ここで、アプリケーション・ゲートウェイ処理装置（ＡＧＰ）３１８は、ＭＲシーケンスを制御するための主処理装置である。ＳＰＵ３０４からのトリガ番号３１４がＡＧＰ３１８によって読み込まれ、且つＳＳＩ通知３１６の一部として、外部の装置を制御する処理装置である走査制御処理装置（ＳＣＰ）３２０へ送られる（３０６、３０８）。この方策は、ＳＰＵ３０４がＳＮＴＰ可能な処理装置でないので、必要とされる。一方、ＳＣＰ３２０は、二重バッファ内にトリガ番号３０８及び３１４と共に、心電波形セグメントのような（トリガ−トリガ間の）波形セグメント３２２を記憶する。これらのセグメント３２２はオペレータ・インターフェース・ワークステーション又はホスト３３２へ規則的な間隔で、例えば２５０ミリ秒毎に、送られる。ＳＣＰ３２０は、ＡＧＰ３１８によって、所与のセグメントが使用されたことを通知された場合、トリガ番号及び関連したタイムスタンプ情報３２４がホスト３３２へ転送される（３３０）。ホスト３３２は、再構成装置（すなわち、ＡＧＰ３１８を介しての生のデータからＭＲ画像を算出することを担当する処理システム）からのタイムスタンプに基づいて受け取った画像の時間順序を知って、その関連付けを、トリガ遅延及びシーケンス遅延が既知のシステム特性及びパルス・シーケンス特性であるので、完成させることができる。
【００１８】
ゲート式ではない走査では、ＡＧＰ３１８は、ＳＣＰ３２０に、走査の開始時の最初のトリガに関連したタイムスタンプ３２４を供給する。共通のクロックによって、ＭＲデータと生理学的データとの間の時間関連性がドリフト（浮動）しないように保証する。この関係は、ホスト上のデータ記憶によって正確に回復させることができる。
【００１９】
ＭＧＤ処理装置、すなわち、ＳＰＵ３０４、ＳＣＰ３２０、ＡＧＰ３１８、収集処理システム（ＡＰＳ）３２８及びＳＥＱ３１２は、同じクリスタル発信器で動作しており、したがって同期している。しかしながら、ＰＡＣ３００は非同期であり、それ自身の時間基準を有する。ＰＡＣ３００とＳＰＵ３０４との間のインターフェースは、ＳＰＵ３０４の時間基準が強化されて、累積的な時間基準誤差が１ミリ秒を超えることがないように、実現される。したがって、１つの最初のトリガを利用し、次いで心臓トリガに関して自由に実行されるバースト・シーケンスは、実行時間に関係なく、１ミリ秒より長い時間誤差を累積することはない。
【００２０】
図６の下部の時間軸を参照して説明すると、時点Ｔ（０）に、ＰＡＣ３００が生理学的トリガを検出する。時点Ｔ（１）に、ＳＰＵ３０４がシーケンサ３１２をトリガして、ＲＦ及び勾配波形を順次実行させる。所与の画像を再構成するためのＭＲデータが時点Ｔ（２）及びＴ（３）の間に収集される。時点Ｔ（２）及びＴ（３）の間の生理学的波形はＭＲ画像上に注釈のために付記される。
【００２１】
結果の画像２４２及び２４４は、収集後、図５に示されるようにモニタ１０４によりオペレータに対して提示することができる。この関連付けは必ずしも実時間で行われないことに注意されたい。例えば、実時間の際、ＭＲ画像２４４及び心電図波形２４６はまた、正確な同期化を試みることなく別々に表示することもできる。次いで、走査を停止したとき遡及的に、オペレータは、画像収集事象及びＥＣＧ波形２４２の同期化を表す以前に収集した画像２４４を表示することができる。例えば、多数の心搏動間（Ｒ／Ｒ）期間にわたって所与の心搏時相についてデータを収集した場合、これをより実用的な実施のために平均の又は典型的な生理学的データのいずれかと共に表示することができる。
【００２２】
本発明から幾つかの利益及び利点が得られる。新しい実時間臨床用途では、機能撮像検査に用いられるＥＣＧ、ＥＥＧ、誘発電位信号又は感覚励起信号の様な生理学的データをＭＲＩ画像に対して相関させ得ることの重要性が認識される。心臓撮像の分野では、適切な心機能が生じているかどうかを医師が判定できるように、ＭＲＩ画像を、該画像を作成した心搏サイクルの特定の部分に相関させることも必要とされる。生理学的信号とＭＲ画像との間の視覚的相関はＭＲＩスキャナの臨床的有用性を高めると期待される。
【００２３】
本発明の実施形態についての上記の説明は例示の目的でなされたものである。構成の細部、構成部品の配列及び組合せ、並びに使用材料の種類についての変更を、特許請求の範囲の記載によって定まる発明の精神及び範囲から逸脱することなく行いうることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いるＭＲイメージング・システムのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態における生理学的データ及びＭＲデータの収集を抽象的に表すブロック図である。
【図３】本発明の別の実施形態における生理学的データ及びＭＲデータの収集を抽象的に表すブロック図である。
【図４】収集と生理学的信号との間の３つの異なるモードの同期化を表すグラフである。
【図５】ＭＲＩオペレータによって観察される典型的な収集後の画像の表示を示す略図である。
【図６】ＭＲスキャナのデータ収集部における本発明の詳しい実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００  オペレータ・コンソール
１０２  キーボード及び制御パネル
１０４  表示装置
１１２  テープ駆動装置
１１４  ディスク記憶装置
１２０  コンピュータ・システム
１４０  分極用磁石
１４２  磁石組立体
１４４  勾配コイル組立体
１５２  全身用ＲＦコイル
【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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