JP7489949B2 - 磁気共鳴イメージング装置、その制御方法、および、制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴（以下、「ＮＭＲ」という）信号を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を画像化する磁気共鳴イメージング（以下、「ＭＲＩ」という）装置において、被検体の動きを観察する機能を備えた装置に関する。

ＭＲＩ装置は、被検体、特に人体の組織を構成する原子核スピンが発生するＮＭＲ信号を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を２次元的に或いは３次元的に画像化する装置である。撮影においては、ＮＭＲ信号には、傾斜磁場によって異なる位相エンコードが付与されるとともに周波数エンコードされて、時系列データとして計測される。計測されたＮＭＲ信号は、２次元又は３次元フーリエ変換されることにより画像に再構成される。

ＭＲＩ装置の撮影は、数十分から１時間程度を要し、この間に被検体が動いた場合、画像にアーチファクトが生じる。

そのため、特許文献１には、ビデオカメラにより、ＭＲＩ撮影開始前と、ＭＲＩ撮影途中の被検体の静止画像を取得し、両者の相関関数を求めることにより体動の有無を判定する発明が開示されている。体動があった場合、ＭＲＩ撮影を最初からやり直す。

また、特許文献２には、ＭＲＩ撮影中に、被検体の映像をＴＶカメラで撮影し、被検体が許容範囲以上に動いていた場合、動いた時点のＭＲデータを削除するか、撮り直しをするか、または、補正する。もしくは、ＲＦパルスや勾配磁場を最適化して、被検体の動きの影響を打ち消す。

特開２００６－３４６２３５号公報 特開平９－２８６８９号公報

特許文献１の発明において、ＭＲＩ撮影中に被検体の体動を検出して、体動があった場合には、ＭＲＩ撮影を最初からやり直すと、撮影に必要な時間が長くなってしまう。

また、特許文献２において、撮影中の体動があった場合、その間に取得したＭＲデータを削除したり、撮り直しをするためには、体動があった期間に取得したＭＲデータを特定しなければならない。ＭＲＩ撮影では、所定の位相エンコードを印加して取得した１本のエコー信号（ＭＲデータ）を取得する動作を、位相エンコードを変化させながら、２５６回または５１２回繰り返す。１本のエコー信号の取得に要する時間は、１～２ｍｓと非常に短く、体動があった時刻にどのエコー信号を取得したかを正確に特定して、削除したり撮り直しをするのは、ＴＶカメラとＭＲＩ装置とを同期させる必要があり、容易ではない。

本発明の目的は、撮影時間を長引かせず、体動の影響を受けにくいＭＲＩ撮影を行うことにある。

上記課題を解決するために本発明では、以下のＭＲＩ装置を提供する。すなわち、本発明のＭＲＩ装置は、撮影領域に静磁場を印加する静磁場発生装置と、撮影領域に配置された被検体に高周波磁場パルスと傾斜磁場パルスを印加し、被検体から発生される核磁気共鳴信号を取得する撮影部と、予め定められた撮影パルスシーケンスに従って、高周波磁場パルスと傾斜磁場パルスの印加および核磁気共鳴信号の取得を所定のタイミングで繰り返し撮影部に実行させ、画像再構成に必要な数の核磁気共鳴信号を撮影部に取得させる制御部と、撮影部の動作中に、撮影領域に配置された被検体を連続して光学的に撮影するカメラとを有する。

制御部は、カメラの撮影した画像を所定のフレームレートで取り込む。撮影パルスシーケンスは、カメラのフレームレートに対応する時間幅の小シーケンスに分割されている。

制御部は、一つの小シーケンスを撮影部に実行させる前に、直近のフレームの画像から被検体の予め定めた基準位置に対する変位または被検体の動きの速度を検出し、検出結果が予め定めた許容範囲以内である場合、小シーケンスを撮影部に実行させ、検出結果が許容範囲を超えている場合、小シーケンスを実行させず、フレームレートに従って次のフレームの画像が取り込まれるまで待つ、という動作を繰り返すことにより、小シーケンスをフレームレートに対応した時間間隔で撮影部に順次実行させる。

本発明によれば、カメラのフレームレートに対応する時間幅の小シーケンスに撮影パルスシーケンスを分割して、小シーケンスの実行の前に被検体の変位や動きの速度を検出して、検出結果が許容範囲を超えている場合、小シーケンスの実行させずに次のタイミングまで待機するため、撮影後にＮＭＲ信号データを削除したり、撮り直しをしたりする必要がなく、被検体の体動の影響が抑制されたＭＲＩ撮影を、撮影時間を長引かせることなく行うことができる。

本発明の第1の実施形態のＭＲＩ装置の全体構成を示すブロック図。 第1の実施形態のＭＲＩ装置のカメラの配置の一例を示す説明図。 第１の実施形態のＭＲＩ装置の中央処理装置１１０の動作を示すフローチャート。 第１の実施形態の被検体の変位と動き、ＭＲＩ装置の中央処理装置１１０のカメラ画像の取り込みタイミングと、撮影部３００の撮影期間を示すタイムチャート。 第２の実施形態のＭＲＩ装置の中央処理装置１１０の動作を示すフローチャート。 第２の実施形態の被検体の変位と動き、ＭＲＩ装置の中央処理装置１１０のカメラ画像の取り込みタイミングと、撮影部３００の撮影期間を示すタイムチャート。 第２の実施形態のＭＲＩ装置の中央処理装置１１０の動作を示すフローチャート。 第２の実施形態の被検体の変位と動き、ＭＲＩ装置の中央処理装置１１０のカメラ画像の取り込みタイミングと、撮影部３００の撮影期間を示すタイムチャート。

本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

＜＜＜第１の実施形態＞＞＞
第１の実施形態のＭＲＩ装置について図１～図４を用いて説明する。本実施形態のＭＲＩ装置では、撮影領域に配置された被検体を連続して光学的に撮影するカメラを備えている。制御部は、カメラの撮影した画像を所定のフレームレートで取り込む。撮影パルスシーケンスは、フレームレートに対応する時間幅の小シーケンスに分割されている。制御部は、一つの小シーケンスを撮影部に実行させる前に、直近のフレームの画像から被検体の予め定めた基準位置に対する変位または動きの速度を検出する。検出結果が予め定めた許容範囲以内である場合、制御部は、小シーケンスを撮影部に実行させ、検出結果が許容範囲を超えている場合、小シーケンスを実行させず、次のフレームの画像が取り込まれるまで待つ、という動作を繰り返す。

すなわち、制御部は、画像を取り込むフレームレートに同期したタイミングで、被検体に許容範囲を超える位置ずれや体動があるかどうかを判定し、次のフレームの画像取り込みまでの期間に小シーケンスを実行するかどうかを決定する構成である。

これにより、被検体の位置ずれや体動が許容範囲を超えている場合、その直後の期間には小シーケンスが実行されず、次のフレームの画像取り込みまで待機するため、ＮＭＲ信号データは、被検体に位置ずれや体動が生じている期間には取得されない。よって、撮影後にＮＭＲ信号データを削除したり、撮り直しをしたりする必要がなく、被検体の体動の影響が抑制されたＭＲＩ撮影を、撮影時間を長引かせることなく行うことができる。

（ＭＲＩ装置の構成）
次に本実施形態のＭＲＩ装置１００の構成について図１を用いて説明する。

ＭＲＩ装置１００は、静磁場発生装置１３０と、傾斜磁場パルスを被検体１０に印加する傾斜磁場発生装置１３２と、高周波磁場パルス（以下ＲＦパルスと記す）を被検体１０に照射するＲＦ信号照射装置１４０と、被検体１０からＮＭＲ信号であるエコー信号を受信する受信装置１５０と、中央処理装置（以下ＣＰＵと記す）１１０を備える処理装置１６０と、シーケンサ１２０と、データの入力や撮影等に関係する色々な操作を行うための操作装置１７０と、寝台３０と、カメラ２００と、を備えて構成される。

静磁場発生装置１３０は、撮影領域２０にきわめて均一な磁場を印加する。

寝台は、被検体１０を搭載し、撮影領域２０に、被検体１０の少なくとも撮影対象である部位を配置する。

傾斜磁場発生装置１３２と、ＲＦ信号照射装置１４０と、受信装置１５０は、撮影部３００を構成する。撮影部３００は、撮影領域２０に配置された被検体１０にＲＦパルスと傾斜磁場パルスを印加し、被検体から発生されるＮＭＲ信号を取得する。

中央処理装置１１０は、制御部として機能し、予め定められた撮影パルスシーケンスに従って、高周波磁場パルスと傾斜磁場パルスの印加および核磁気共鳴信号の取得を所定のタイミングで繰り返し撮影部３００に実行させるようにシーケンサ１２０を制御する。また、中央処理装置１１０は、画像再構成部としても機能し、撮影部３００が取得した画像再構成に必要な数のＮＭＲ信号を処理して、被検体１０の断層画像を生成する。

カメラ２００は、撮影部３００の動作中に、撮影領域２０に配置された被検体１０を連続して光学的に撮影する。中央処理装置１１０は、カメラが撮影した画像を所定のフレームレートで順次取り込む。

さらに、各部の詳細について説明する。静磁場発生装置１３０は、その具体的な構成の記載を省略するが、垂直磁場方式であれば、被検体１０の周りの空間にその体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば、体軸方向に、極めて均一な静磁場を発生させる。静磁場発生装置１３０は、上記静磁場を発生させるために、被検体１０の周りに配置されて永久磁石、常電導磁石あるいは超電導磁石を静磁場発生源として有している。

傾斜磁場発生装置１３２は、ＭＲＩ装置１００の座標系、例えば静止座標系、であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル１３４と、それぞれの傾斜磁場コイルに傾斜磁場を発生するための駆動電流を供給する傾斜磁場電源１３６を有している。シーケンサ１２０からの命令に従って傾斜磁場電源１３６は動作し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の傾斜磁場コイル１３４に駆動電流を供給する。これにより、傾斜磁場コイル１３４は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを発生する。発生した傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚは、撮影領域２０内の被検体１０に印加される。例えば、撮影時には、撮影パルスシーケンスに従って、撮影断面であるスライス面に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス（Ｇｓ）が印加され、被検体１０に対するスライス面が設定される。そのスライス面に直交し、且つ、互いに直交する残りの２つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス（Ｇｐ）と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス（Ｇｆ）が印加されて、エコー信号であるＮＭＲ信号にそれぞれの方向の位置情報がエンコードされる。

ＲＦ信号照射装置１４０は、被検体１０にＲＦパルスを照射し、被検体１０の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせる。例えば、ＲＦ信号照射装置１４０は、高周波発振器１４２、変調器１４４、高周波増幅器１４６、および、送信コイルとして動作する送信側の高周波コイル１４８を備えている。高周波発振器１４２から出力された高周波パルスは、シーケンサ１２０からの指示されたタイミングで変調器１４４により振幅変調され、この振幅変調された高周波パルスは、高周波増幅器１４６で増幅される。増幅された高周波パルスは、被検体１０に近接して配置された高周波コイル１４８に供給される。これにより、高周波コイル１４８は、ＲＦパルスを被検体１０に照射する。ＲＦパルスを照射された被検体１０の生体組織では、生体組織を構成する原子核スピンが核磁気共鳴を生じ、エコー信号であるＮＭＲ信号を放出する。

受信装置１５０は、放出されたＮＭＲ信号を検出して処理する。受信装置１５０は、受信コイルとして動作する受信側の高周波コイル１５２と、受信したＮＭＲ信号を増幅する信号増幅器１５４と、直交位相検波器１５６と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１５８を有している。高周波コイル１５２は、被検体が放出したＮＭＲ信号を検出し、信号増幅器１５４は、検出されたＮＭＲ信号を増幅する。直交位相検波器１５６は、シーケンサ１２０からの指示されたタイミングで、ＮＭＲ信号を直交する二系統の信号に分割する。分割された二系統の信号は、Ａ／Ｄ変換器１５８においてそれぞれデジタル量に変換されて、中央処理装置１１０に送られる。

送信側の高周波コイル１４８と傾斜磁場コイル１３４は、被検体１０が配置される静磁場発生装置１３０の静磁場空間内に配置される。その向きは、垂直磁場方式であれば被検体１０に対向して配置され、水平磁場方式であれば被検体１０を取り囲むようにして設置されている。また、受信側の高周波コイル１５２は、被検体１０に対向して、或いは取り囲むように設置されている。

シーケンサ１２０は、中央処理装置１１０の制御下で、ＲＦ信号照射装置１４０、傾斜磁場発生装置１３２、および、受信装置１５０に制御信号（指令）を所定のタイミングで出力する。これにより、予め定められた撮影パルスシーケンスに従ったタイミングで、ＲＦパルスと傾斜磁場パルスを被検体に印加させ、ＮＭＲ信号の取得を位相エンコード量を変化させながら撮影部３００に繰り返し実行させる。

処理装置１６０は、中央処理装置１１０の他に、情報を記憶するための光ディスク１６２や磁気ディスク１６４等の外部記憶装置と、必要なデータや処理のためのプログラムを記憶するＲＯＭ１６６と、処理のための一時記憶を行うＲＡＭ１６８と、ＣＲＴ等などのディスプレイ１６９を有する。これにより、処理装置１６０は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行う。例えば、受信装置１５０で受信されて処理された処理結果が、受信装置１５０から処理装置１６０に入力されると、処理装置１６０の中央処理装置１１０で信号処理や画像再構成等の処理が行われる。その結果である被検体１０の断層画像は、ディスプレイ１６９に表示されると共に、必要に応じて外部記憶装置の光ディスク１６２や磁気ディスク１６４等に記録される。また図示しないが、印刷されたり他のシステムに送信したりすることも可能である。

操作装置１７０は、トラックボール又はマウスなどのポインティングデバイス１７４やキーボード１７６を有する。操作者は、ＭＲＩ装置１００の各種制御情報や、処理装置１６０で行う処理の制御情報を操作装置１７０を介して入力する。操作装置１７０は、ディスプレイ１６９に近接して配置され、操作者は、ディスプレイ１６９の表示を見ながら操作装置１７０を通してインタラクティブに操作を行うことができる。なお、操作装置１７０はこれに限られるものではなく、例えはディスプレイ１６９の表示面に設けられたタッチパネルを含んでいても良い。操作装置１７０は、ＭＲＩ装置１００の本体から離れた操作室に設けられている。操作装置１７０の一部は、さらにＭＲＩ装置１００の本体や寝台３０にも設けられている。これにより、被検体１０の近くで操作者が必要な操作を行えるように構成されている。

ＭＲＩ装置１００の被検体１０の撮影対象核種は、例えば臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質である水素原子核すなわちプロトンである。ＭＲＩ装置１００は、プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報を画像化する。これにより、ＭＲＩ装置１００は、被検体１０の、例えば頭部、あるいは腹部、あるいは四肢等の形態または、機能を、２次元もしくは３次元的に撮影し、再構成した画像をディスプレイ１６９に表示することができる。再構成した画像は、必要に応じで光ディスク１６２や磁気ディスク１６４に記憶される。また、画像は、操作に基づいて印刷され、あるいは他の必要なシステムへ送信される。

（カメラ２００の構成）
図２に、ＭＲＩ装置１００のカメラ２００の配置を図示する。カメラ２００は、寝台３０に載せられて、撮影領域２０に配置された被検体１０を撮影することが可能な位置に備えられている。

カメラ２００は、ＭＲＩ装置１００の撮影部３００を内蔵するガントリー３１０の一部として配置されても良いし、ガントリー３１０の外から被検体１０を撮影するように配置されていてもよい。

カメラ２００は、予め定めたフレームレート以上のフレームレートで連続した画像を光学的に撮影するものを用いる。例えば、毎秒３０枚以上の画像を撮影することができることが望ましい。中央処理装置１１０は、予め定めたフレームレートでカメラ２００から画像を取り込む。カメラ２００が撮影するフレームレートは、中央処理装置１１０が画像を取り込むフレームレートと同期していてもよいし、カメラのフレームレートの方が中央処理装置１１０が画像を取り込むフレームレートより大きければ同期していなくてもよい。操作者は、操作装置１７０を介して、中央処理装置１１０が画像を取り込むフレームレートを設定する。カメラ２００が撮影するフレームレートと、中央処理装置１１０が画像を取り込むフレームレートとを同期させる場合、操作者が設定したフレームレートを、中央処理装置１１０がカメラ２００に対して設定する。

また、カメラ２００が発生する電磁ノイズにより、撮影部３００がノイズを発生しないように、カメラ２００には電磁ノイズを遮蔽する構造を備えている。

さらには、カメラ２００は、静磁場発生装置１３０が発生する強い磁界や、傾斜磁場コイル１３４によって印加される時間的変化の大きい磁場、さらには、高周波コイル１４８から照射されるＲＦパルスを受けた場合でも、カメラ２００として機能するように、外部からの大きな磁場や時間変化の大きい磁場や高周波を遮蔽する構造を備えている。

なお、ＭＲＩ装置１００に配置されるカメラ２００は一つに限られない。被検体１０のあらゆる配置に対して、その位置や動きを撮影するためには、被検体１０の前方と後方に２つのカメラ２００を配置することがより望ましい。

また、ＭＲＩ装置のガントリー３１０は、円筒形状または平行平板形状をしているため、撮影領域２０に光が差し込みにくい。そのため、光学的なカメラ２００の画像のＳＮ比を向上させるために、撮影領域２０に光を照射する照明装置を配置することが望ましい。

カメラ２００にて撮影されたデジタル画像は、中央処理装置１１０に所定のフレームレートで取り込まれる。中央処理装置１１０は、カメラ２００が撮影した画像を用いて下記のように撮影部３００を制御することにより、操作者が選択した撮影方法を実現する撮影パルスシーケンスを撮影部３００に実行させる。撮影パルスシーケンスにしたがって、撮影部３００は、画像再構成に必要な２５６本または５１２本のエコー信号を位相エンコード量を変更しながら取得する。

撮影パルスシーケンスは、中央処理装置１１０に内蔵されたメモリまたは磁気ディスク１６４やＲＯＭ１６６等に予め複数の撮影方法ごとに格納されている。操作者は、操作装置１７０を介して撮影方法を選択し、さらに撮影条件（繰り返し時間ＴＲ等）を入力する。これにより、中央処理装置１１０は、設定された撮影条件に応じた撮影パルスシーケンスを生成する。

ここでは、中央処理装置１１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサー（コンピュータ）であり、予めＲＯＭ１６６に格納されているプログラムを読み込んで実行することにより、ソフトウエアにより図３にフローで示す処理を実現する。なお、図３の処理の一部または全部をハードウエアにより実現することも可能である。例えば、中央処理装置１１０の一部または全部を、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）のようなカスタムＩＣや、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）のようなプログラマブルＩＣを用いて構成し、プログラマブルＩＣを図３の処理を行うように回路設計すればよい。

図３のフローを以下詳しく説明する。

被検体１０は、寝台３０に搭載され、撮影領域２０に予め配置されているものとする。

（ステップ３０１）
中央処理装置１１０は、操作装置１７０を介して操作者から、カメラ２００から画像を取り込むフレームレート、および、撮影パルスシーケンスの撮影条件（撮影方法、繰り返し時間ＴＲ、ＴＥ等）を受け付ける。ここで設定する画像取り込みのフレームレートは、カメラ２００が撮影可能な最大フレームレート以内であればよい。ここでは、一例として、フレームレート３３枚／秒、すなわち、３０ｍｓの時間間隔で、中央処理装置１１０が画像をカメラ２００から取り込む例について説明する。なお、カメラ２００から画像を取り込むフレームレートは、操作者から受け付けず、予め定めておいた値を用いてもよい。

（ステップ３０２）
中央処理装置１１０は、ステップ３０１で操作者から受け付けた撮影条件を用いて、予めＲＯＭ１６６等に格納されている撮影方法ごとの基準の撮影パルスシーケンスを調整し、撮影条件で、画像再構成に必要な２５６または５１２本のＮＭＲ信号（エコー信号）を取得するための撮影パルスシーケンスを生成する。

中央処理装置１１０は、生成した撮影パルスシーケンスをステップ３０１で設定されたフレームレートに対応する時間幅の小シーケンスに分割する。ここでは、設定されたフレームレートが３３枚／秒であるので、中央処理装置１１０は、３０ｍｓごとに撮影パルスシーケンスを分割する。一般的に、１本のＮＭＲ信号の取得に必要な時間（ＴＲ）は、１～２ｍｓであるので、１つの小シーケンス（３０ｍｓ）は、１５～３０本のエコー信号が取得されるシーケンスになる。

（ステップ３０３）
中央処理装置１１０は、操作装置１７０を介して操作者から撮影開始を指示された場合、ステップ３０４に進む。

（ステップ３０４）
中央処理装置１１０は、カメラ２００に被検体１０の撮影の開始を指示し、ステップ３０１で設定されたフレームレートでフレームｎ（ｎ＝１）の画像を取り込む。

（ステップ３０５）
中央処理装置１１０は、ステップ３０４で取り込んだフレームｎ（ｎ＝１）の画像から被検体の位置を検出する。

または、フレームｎの画像と、そのひとつ前のフレーム（ｎ－１）の画像との差分を算出し、速度（変位ベクトル）を算出する。これにより、被検体１０の動きを算出することができる。

なお、中央処理装置１１０は、基準とするフレーム（ｎ＝０）の画像を選択し、その基準フレーム（ｎ＝０）の画像と、ステップ３０４で取り込んだフレームｎの画像との差分を、基準位置に対する変位として算出してもよい。

もしくは、撮影開始からこれまでの速度（変位ベクトル）の積算したものを変位として算出してもよい。

基準フレーム（ｎ＝０）は、どのようなタイミングの画像であってもよいが、例えば、ステップ３０４よりも前の予め定めたタイミングのフレームや、最初のステップ３０４で取得したフレームｎ（ｎ＝１）の画像を用いることができる。ステップ３０４よりも前の予め定めたタイミングのフレームとしては、具体的には、被検体１０が撮影領域２０に配置された時点のフレームも良いし、被検体１０が撮影領域２０に配置された後、撮影室の扉が閉められた時点のフレームでもよい。もしくは、操作装置１７０によって撮影開始が指示された時点のフレームでもよい。

位置や基準位置に対する変位や動き（速度）の検出精度を上げるために、被検体１０や高周波コイル（受信コイル）１５２にマーカーを取り付けておいてもよい。例えば、格子状に並べられた四角形の非磁性物体をマーカーとして被検体１０の衣服や受信コイル等に貼り付けることができる。非磁性物体は、角のエッジが立っているものが好ましい。

（ステップ３０６、３０７、３０８）
中央処理装置１１０は、ステップ３０５で算出した位置（変位）、または、動き（速度）が、予め定めておいたそれぞれの許容範囲以内かどうかを判定する。

位置（変位）または動き（速度）が、許容範囲以内の場合、中央処理装置１１０は、撮影可能と判定し、ステップ３０８に進み、撮影パルスシーケンスの最初の小シーケンスｍ（ｍ＝１）をシーケンサ１２０に受け渡し、実行を指示する。これにより、シーケンサ１２０は、小シーケンスｍ（ｍ＝１）を撮影部３００の各部に実行させ、エコー信号ｍ（ｍ＝１）を取得する。なお、小シーケンスのシーケンサ１２０への受け渡しは、一つずつでなくてもよく、いくつかの小シーケンスをまとめて受け渡してもよい。

一方、ステップ３０６において、位置（変位）または動き（速度）が許容範囲を超えている場合、中央処理装置１１０は、撮影不可と判定し、小シーケンスを撮影部３００に実行させず、ステップ３０４に戻って、フレームレートに従って次のフレーム（ｎ＋１）の画像をカメラ２００から取り込むまで待つ。

中央処理装置１１０は、フレーム（ｎ＋１）で得られた画像について、ステップ３０４～３０６を繰り返す。具体的には、中央処理装置１１０は、フレーム（ｎ＋１）の画像について、被検体１０の位置を検出するか、または、フレームｎとの差を求めて動き（速度）を算出するか、もしくは、基準フレーム（ｎ＝０）の画像との差を求めて変位を算出する。中央処理装置１１０は、算出した位置（変位）または動き（速度））が、許容範囲以内であった場合、小シーケンスｍをシーケンサ１２０に実行させる。
（ステップ３０８）。

（ステップ３０９、３１０）
上記ステップ３０７においてエコー信号ｍ（ｍ＝１）を取得した後、中央処理装置１１０は、ステップ３０９に進み、画像再構成に必要な予め定めた数（ｍ＝２５６または５１２）のエコー信号ｍがすべて取得されたかどうかを判定する。すべてのエコー信号ｍが取得されていない場合、中央処理装置１１０は、ステップ３０４に戻り、ステップ３０４～３０７を繰り返す。

このように、本実施形態のＭＲＩ装置は、所定のフレームレートでカメラ２００から画像を取得し、その画像から被検体１０の位置（変位）または動き（速度）を求め、位置（変位）または動き（速度）が許容範囲以内であった場合には、小シーケンスｍを実行してエコー信号ｍを取得し、位置（変位）または動き（速度）が許容範囲を超えている場合は、小シーケンスｍを実行せず、次の画像取得まで待機する、という動作を繰り返すことができる。これにより、小シーケンスｍ（ｍ＝１～２５６または５１２）を順次実行して、すべてのエコー信号ｍ（ｍ＝１～２５６または５１２）を取得することができる。

（ステップ３１１）
中央処理装置１１０は、得られたすべてのエコー信号ｍ（ｍ＝１～２５６または５１２）を用いて、予め定めた画像再構成処理を行うことにより、被検体１０の断層画像等を再構成し、ディスプレイ１６９に表示する。また、必要に応じて、磁気ディスク１６４等に再構成した画像を格納する。

上述してきたように、本実施の形態では、被検体１０の位置（変位）または動き（速度）が許容範囲以内の場合のみ、直後に小シーケンスを実行してエコー信号を取得しているため、取得されたエコー信号は被検体１０の動きまたは変位の影響を受けにくい。よって、突発的な人の動きが生じていない、つまりは被検体が安定している状態の被検体１０の断層画像を生成することが可能である。

したがって、ＭＲＩ撮影中に被検体の体動があっても、ＭＲＩ撮影を最初からやり直したり、体動の期間に取得したエコー信号を削除したり、撮影しなおしたりする必要がなく、撮影を長引かせずに終わらせることができる。これにより、本実施形態のＭＲＩ装置は、撮影時間を長引かせず、体動の影響を受けにくいＭＲＩ撮影を行うことができる。

＜＜＜第２の実施形態＞＞＞
第２の実施形態のＭＲＩ装置について説明する。

被検体１０の動きは、ａ）背景ノイズとして捉えられる常に存在しているランダムな動き、ｂ）ヒトの呼吸動、心拍に同期している周期的な動き、ｃ）突発的なヒトの動き、の３種に分類される。

第１の実施形態では、ｃ）の突発的なヒトの動きを避けて小パルスシーケンスを実行する構成であったが、第２の実施形態では、ｂ）の周期的な動きを用いて撮影の制御を実施する。例えば、被検体１０の呼吸動による変位に同期させて小パルスシーケンスを実行し、ＮＭＲデータを取得する。これにより、従来、被検体１０に呼吸動センサーを装着して、呼吸同期撮影をしたのと同様の効果を呼吸動センサー無しで実行することができる。

第２の実施形態のＭＲＩ装置を図５のフローおよび図６を用いて具体的に説明する。第２の実施形態のＭＲＩ装置のハードウエア構成は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

（ステップ３０１～３０６）
第２の実施形態のＭＲＩ装置の中央処理装置１１０は、ステップ３０１～３０５を第１の実施形態と同様に行って、撮影パルスシーケンスをフレームレートに対応した小シーケンスに分割し、カメラ２００の画像から被検体の動きおよび変位を算出する。

第１の実施形態と異なる点は、中央処理装置１１０が、ステップ３０５において被検体１０の変位と動きの両方を算出し、ステップ３０６において、ステップ３０５で算出した動きに基づいて、被検体１０の突発的な動きの有無を判定する。動きが許容範囲以内である場合、ステップ５０１に進む。動きが許容範囲を超えている場合、第１の実施形態と同様にステップ３０４に戻る。

（ステップ５０１、３０７）
中央処理装置１１０は、ステップ３０５において算出した被検体１０の変位が、予め呼吸の周期の所定の位置に達したかどうかを判定する。

具体的には、呼吸動の所定の同期位置が、例えば、吸気の途中の所定の変位位置である場合、中央処理装置１１０は、ステップ３０５において算出した動きが正で、かつ、変位が予め定めておいた同期位置に達している場合、ステップ３０７に進み、小シーケンスの実行をシーケンサ１２０に指示する。

（ステップ３０７～３１１）
中央処理装置１１０は、ステップ３０７～３１１を第１の実施形態と同様に行うことにより、小シーケンスｍ（ｍ＝１～２５６または５１２）を順次実行して、すべてのエコー信号ｍ（ｍ＝１～２５６または５１２）を取得する。中央処理装置１１０は、得られたすべてのエコー信号を用いて画像再構成処理を行い、断層画像等を再構成する。

第２の実施形態では、図６から明らかなように、被検体１０の動きが許容範囲以内で、かつ、被検体の呼吸動による変位が所定の同期位置に到達した場合のみ、直後に小シーケンスを実行してエコー信号を取得する。よって、取得されたエコー信号は、被検体１０の突発的な動きの影響を受けず、かつ、呼吸動による変位が所定の同期位置にある状態の被検体１０の断層画像を生成することが可能である。

なお、上述してきた第２の実施形態では、被検体に突発的な動きがあるかどうかを、中央処理装置１１０は、被検体の動き（速度）に基づいて判定しているが、第１の実施形態でも説明したように、被検体の変位に基づいて判定してもよい。

また、第２の実施形態では、突発的な動きの有無の判定と、呼吸動同期とを両方行っているが、呼吸動同期のみを行って撮影することももちろん可能である。その場合、図５のステップ３０６を実施せず、他のステップのみを行うことにより、呼吸動同期の撮影を実現することができる。

上述してきた第２の実施形態では、呼吸動による変位が所定の同期位置にあるかどうかを判定したが、呼吸動に限らず、被検体の周期的な変位であれば、同様に本実施の形態を適用することができる。例えば、心拍による胸の周期的な変位や、脈動による頸部等の周期的な変位に同期させて撮影を行うことができる。

＜＜＜第３の実施形態＞＞＞
第３の実施形態のＭＲＩ装置について説明する。

第３の実施形態は、第２の実施形態と同様に、呼吸動の周期により、被検体１０の変位が所定の呼吸動位置に達した場合、撮影を行う実施形態である。第2の実施形態では、１呼吸周期において一つの小シーケンスを撮影する構成であったが、第3の実施形態では、被検体１０の呼吸動の周期を検出し、その周期に応じて、小シーケンスをいくつかまとめた中シーケンスを設定するか、もしくは、操作者に提案し、１呼吸周期ごとに中シーケンスを撮影可能にする。これにより、1周期に中シーケンス分のＮＭＲデータを取得することができる。

以下、図７のフローおよび図８を用いて説明する。図７のフローにおいて、第２の実施形態の図５のフローと同じステップについては同じ符号を付している。

（ステップ３０１，３０２）
中央処理装置１１０は、ステップ３０１、３０２を行って、撮影パルスシーケンスをフレームレートに対応した小シーケンスに分割する。

（ステップ７０１、７０２）
つぎに、中央処理装置１１０は、カメラ２００の画像を取り込んで、画像から基準位置に対する被検体の変位を算出する。

（ステップ７０３）
中央処理装置１１０は、算出した変位から被検体１０の周期的動きを検知し、その周期を求め、適切な撮影を実行することができる時間の長さtを決定する。

例えば、図８のように吸気の所定の期間を撮影を実行できる期間として、その長さｔを求める。

（ステップ７０４）
中央処理装置１１０は、この長さｔ内に収まるように、ステップ３０２で分割した小パルスシーケンスを複数個まとめ、中パルスシーケンスを設定する。もしくは、中パルスシーケンスを操作者に提案する。また、中央処理装置１１０は、他の撮影パラメータを変更したり、変更を操作者に提案してもよい。

（ステップ３０３～３０５、５０１）
その後、撮影開始の指示が操作者からあったならば、中央処理装置１１０は、第１および第２の実施形態と同様にカメラ画像を取り込んで、取り込んだフレームｎ（ｎ＝１）の画像から被検体の変位を算出する（ステップ３０３～３０５）。中央処理装置１１０は、ステップ３０５において算出した被検体１０の変位が、予め定めた呼吸の周期の所定の位置に達したかどうかを判定する（ステップ５０１）。

中央処理装置１１０は、算出した変位が予め定めた呼吸の周期の所定の位置に達した場合、ステップ７０５に進み、中シーケンスの実行をシーケンサ１２０に指示する。ステップ７０５の実行中は一連の中シーケンスが実行されるのみなので、ステップ３０４、３０５、５０１の処理は中断してもよい。中断することにより中央処理装置の負荷を低減することが出来る。もしくは、ステップ３０４，３０５，５０１を連続して実施して、ステップ７０５の実行中に起こる被検体１０の突発的な動きを検出してもよい。

（ステップ３０９）
中央処理装置１１０は、ステップ３０４、３０５、５０１、７０５を繰り返すことにより、中シーケンスを順次実行して、すべてのエコー信号を取得する。中央処理装置１１０は、得られたすべてのエコー信号を用いて画像再構成処理を行い、断層画像等を再構成する。

このように、第３の実施形態のＭＲＩ装置では、被検体１０の呼吸の周期に合わせて小シーケンスを纏めて、中シーケンスを設定し、これを呼吸に同期して実行する構成であるため、第２の実施形態では途切れることなく逐次画像処理をしないとデータを取得出来なかったが、この第３の実施形態ではリアルタイムな画像処理が必要なのは中シーケンスの実行開始のトリガーを取得するまでのみなので、撮影シーケンスを実行している間は逐次画像処理を省略することが出来、演算処理装置の計算能力が不足する場合でも処理が可能である。

なお、第３の実施形態においても、ステップ３０５において、変位のみならず被検体１０の動きを算出し、動きが閾値を超えた場合には、中シーケンスで得たＮＭＲデータのうち、動きが閾値を超えた時間帯のデータのみ、または、中シーケンスで得たデータ全体を破棄し、その後、再度その中パルスシーケンスを実行してＮＭＲ信号を取得しても良い。

１０ 被検体
２０ 撮影領域
３０ 寝台
１００ ＭＲＩ装置
１１０ 中央処理装置
１２０ シーケンサ
１３０ 静磁場発生装置
１３２ 傾斜磁場発生装置
１３４ 傾斜磁場コイル
１３６ 傾斜磁場電源
１４０ ＲＦ信号照射装置
１４２ 高周波発振器
１４４ 変調器
１４６ 高周波増幅器
１４８ 高周波コイル
１５０ 受信装置
１５２ 高周波コイル
１５４ 信号増幅器
１５６ 直交位相検波器
１５８ 変換器
１６０ 処理装置
１６２ 光ディスク
１６４ 磁気ディスク
１６９ ディスプレイ
１７０ 操作装置
１７４ ポインティングデバイス
１７６ キーボード
２００ カメラ
３００ 撮影部
３１０ ガントリー

Claims (8)

1. 撮影領域に静磁場を印加する静磁場発生装置と、
   前記撮影領域に配置された被検体に高周波磁場パルスと傾斜磁場パルスを印加し、前記被検体から発生される核磁気共鳴信号を取得する撮影部と、
   撮影パルスシーケンスに従って、前記高周波磁場パルスと前記傾斜磁場パルスの印加および核磁気共鳴信号の取得を所定のタイミングで繰り返し前記撮影部に実行させ、画像再構成に必要な数の核磁気共鳴信号を前記撮影部に取得させる制御部と、
   前記撮影部が前記撮影パルスシーケンスを実行している間、前記撮影領域に配置された被検体を連続して光学的に撮影するカメラとを有し、
   前記制御部は、
   操作者が設定した撮像条件を受け付け、前記撮像条件を用いて前記画像再構成に必要な数の核磁気共鳴信号を前記撮影部に取得させる前記撮影パルスシーケンスを生成し、
   前記撮影パルスシーケンスを予め定められたフレームレートに対応する時間幅の小シーケンスに分割し、
   前記カメラの撮影した画像を前記フレームレートで取り込み、
   一つの前記小シーケンスを前記撮影部に実行させる前に、前記フレームレートで取り込んだ直近のフレームの前記画像から前記被検体の予め定めた基準位置に対する変位または前記被検体の動きの速度を検出し、前記検出結果が予め定めた許容範囲以内である場合、前記小シーケンスを前記撮影部に受け渡して実行させ、前記検出結果が許容範囲を超えている場合、前記小シーケンスを実行させず、前記フレームレートに従って次のフレームが取り込まれるまで待つ、という動作を繰り返すことにより、すべての前記小シーケンスを前記撮影部に実行させ、前記画像再構成に必要な数の核磁気共鳴信号を前記撮影部に取得させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、操作者から操作を受け付ける操作部をさらに有し、
   前記制御部は、前記フレームレートを前記操作部を介して操作者から受け付けることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
3. 撮影領域に静磁場を印加する静磁場発生装置と、
   前記撮影領域に配置された被検体に高周波磁場パルスと傾斜磁場パルスを印加し、前記被検体から発生される核磁気共鳴信号を取得する撮影部と、
   予め定められた撮影パルスシーケンスに従って、前記高周波磁場パルスと前記傾斜磁場パルスの印加および核磁気共鳴信号の取得を所定のタイミングで繰り返し前記撮影部に実行させ、画像再構成に必要な数の核磁気共鳴信号を前記撮影部に取得させる制御部と、
   前記撮影部が前記撮影パルスシーケンスを実行している間、前記撮影領域に配置された被検体を連続して光学的に撮影するカメラとを有し、
   前記制御部は、前記カメラの撮影した画像を予め定められたフレームレートで取り込み、
   前記撮影パルスシーケンスは、前記フレームレートに対応する時間幅の小シーケンスに分割されており、
   前記制御部は、一つの前記小シーケンスを前記撮影部に実行させる前に、前記フレームレートで取り込んだ直近のフレームの前記画像から前記被検体の予め定めた基準位置に対する変位を少なくとも検出し、検出した前記変位が、予め定めた被検体の周期的な移動による所定の変位に到達しているかどうか判定し、前記検出結果が予め定めた許容範囲以内であって、かつ、前記被検体の変位が前記予め定めた周期的な移動による所定の変位に到達している場合、前記小シーケンスを撮影部に実行させ、前記検出結果が許容範囲を超えている場合、または、前記被検体の変位が前記予め定めた周期的な移動による所定の変位に到達していない場合、前記小シーケンスを実行させず、前記フレームレートに従って次のフレームが取り込まれるまで待つ、という動作を繰り返すことを特徴とすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
4. 撮影領域に静磁場を印加する静磁場発生装置と、
   前記撮影領域に配置された被検体に高周波磁場パルスと傾斜磁場パルスを印加し、前記被検体から発生される核磁気共鳴信号を取得する撮影部と、
   予め定められた撮影パルスシーケンスに従って、前記高周波磁場パルスと前記傾斜磁場パルスの印加および核磁気共鳴信号の取得を所定のタイミングで繰り返し前記撮影部に実行させ、画像再構成に必要な数の核磁気共鳴信号を前記撮影部に取得させる制御部と、
   前記撮影部が前記撮影パルスシーケンスを実行している間、前記撮影領域に配置された被検体を連続して光学的に撮影するカメラとを有し、
   前記制御部は、前記カメラの撮影した画像を予め定められたフレームレートで取り込み、
   前記撮影パルスシーケンスは、前記フレームレートに対応する時間幅の小シーケンスに分割されており、
   前記制御部は、前記フレームレートで取り込んだ複数のフレームの前記画像から前記被検体の周期的な変位を検出し、検出した変位の周期に基づいて核磁気共鳴信号を取得可能な時間幅を求め、前記時間幅以内に収まるように、複数の前記小シーケンスを纏めて中シーケンスを生成し、
   その後、前記制御部は、前記フレームレートで取り込んだ直近のフレームの前記画像から前記被検体の予め定めた基準位置に対する変位を検出し、検出した前記変位が、前記被検体の前記周期的な変位における予め定めた所定の変位に到達しているかどうか判定し、前記所定の変位に到達している場合、前記中シーケンスを撮影部に実行させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
5. 撮影領域に静磁場を印加する静磁場発生装置と、
   前記撮影領域に配置された被検体に高周波磁場パルスと傾斜磁場パルスを印加し、前記被検体から発生される核磁気共鳴信号を取得する撮影部と、
   予め定められた撮影パルスシーケンスに従って、前記高周波磁場パルスと前記傾斜磁場パルスの印加および核磁気共鳴信号の取得を所定のタイミングで繰り返し前記撮影部に実行させ、画像再構成に必要な数の核磁気共鳴信号を前記撮影部に取得させる制御部と、
   前記撮影部が前記撮影パルスシーケンスを実行している間、前記撮影領域に配置された被検体を連続して光学的に撮影するカメラとを有し、
   前記制御部は、前記カメラの撮影した画像を予め定められたフレームレートで取り込み、
   前記撮影パルスシーケンスは、前記フレームレートに対応する時間幅の小シーケンスに分割されており、
   前記制御部は、一つの前記小シーケンスを前記撮影部に実行させる前に、前記フレームレートで取り込んだ直近のフレームの前記画像から前記被検体の変位を検出し、検出した変位が、予め定めた前記被検体の周期的な移動による所定の変位に到達しているかどうか判定し、前記小シーケンスを撮影部に実行させ、前記所定の変位に到達していない場合、小シーケンスを実行させず、前記フレームレートに従って次のフレームが取り込まれるまで待つ、という動作を繰り返すことにより、前記小シーケンスを順次前記撮影部に実行させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
6. 撮影領域に静磁場を印加する静磁場発生装置と、
   前記撮影領域に配置された被検体に高周波磁場パルスと傾斜磁場パルスを印加し、前記被検体から発生される核磁気共鳴信号を取得する撮影部と、
   撮影パルスシーケンスに従って、前記高周波磁場パルスと前記傾斜磁場パルスの印加および核磁気共鳴信号の取得を所定のタイミングで繰り返し前記撮影部に実行させ、画像再構成に必要な数の核磁気共鳴信号を前記撮影部に取得させる制御部と、
   前記制御部は、
   操作者が設定した撮像条件を受け付け、前記撮像条件を用いて前記画像再構成に必要な数の核磁気共鳴信号を前記撮影部に取得させる前記撮影パルスシーケンスを生成し、
   前記撮影パルスシーケンスを予め定められたフレームレートに対応する時間幅の小シーケンスに分割し、
   接続されているカメラから、前記撮影パルスシーケンスを実行している間、前記フレームレートで前記被検体の画像を取り込み、
   一つの前記小シーケンスを前記撮影部に実行させる前に、前記フレームレートで取り込んだ直近のフレームの前記画像から前記被検体の予め定めた基準位置に対する変位または前記被検体の動きの速度を検出し、前記検出結果が予め定めた許容範囲以内である場合、前記小シーケンスを前記撮影部に受け渡して実行させ、前記検出結果が許容範囲を超えている場合、前記小シーケンスを実行させず、前記フレームレートに従って次のフレームが取り込まれるまで待つ、という動作を繰り返すことにより、すべての前記小シーケンスを前記撮影部に実行させ、前記画像再構成に必要な数の核磁気共鳴信号を前記撮影部に取得させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
7. 撮影領域に配置された被検体に高周波磁場パルスと傾斜磁場パルスを撮影パルスシーケンスにしたがったタイミングで印加し、前記被検体から発生される核磁気共鳴信号を取得する磁気共鳴イメージング装置の制御方法であって、
   操作者が設定した撮像条件を受け付け、前記撮像条件を用いて画像再構成に必要な数の核磁気共鳴信号を前記磁気共鳴イメージング装置に取得させる前記撮影パルスシーケンスを生成し、
   前記撮影パルスシーケンスを予め定められたフレームレートに対応する時間幅の小シーケンスに分割し、
   接続されているカメラから、前記撮影パルスシーケンスを実行している間、前記被検体の画像を前記フレームレートで取り込み、
   前記フレームレートで取り込んだ直近のフレームの前記画像から前記被検体の予め定めた基準位置に対する変位または前記被検体の動きの速度を検出し、
   前記検出結果が予め定めた許容範囲以内である場合、前記小シーケンスを、前記磁気共鳴イメージング装置に実行させ、前記検出結果が許容範囲を超えている場合、前記小シーケンスを実行させず、前記フレームレートに従って次のフレームが取り込まれるまで待つ、という動作を繰り返すことにより、すべての前記小シーケンスを前記磁気共鳴イメージング装置に実行させ、前記画像再構成に必要な数の核磁気共鳴信号を前記磁気共鳴イメージング装置に取得させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の制御方法。
8. 撮影領域に配置された被検体に高周波磁場パルスと傾斜磁場パルスを撮影パルスシーケンスにしたがったタイミングで印加し、前記被検体から発生される核磁気共鳴信号を取得する磁気共鳴イメージング装置の制御プログラムであって、
   操作者が設定した撮像条件を受け付け、前記撮像条件を用いて画像再構成に必要な数の核磁気共鳴信号を前記磁気共鳴イメージング装置に取得させる前記撮影パルスシーケンスを生成するステップと、
   前記撮影パルスシーケンスを予め定められたフレームレートに対応する時間幅の小シーケンスに分割するステップと、
   接続されているカメラから前記撮影パルスシーケンスを実行している間、前記被検体の画像を前記フレームレートで取り込むステップと、
   前記フレームレートで取り込んだ直近のフレームの前記画像から前記被検体の予め定めた基準位置に対する変位または前記被検体の動きの速度を検出するステップと、
   前記検出結果が予め定めた許容範囲以内である場合、前記小シーケンスを、前記磁気共鳴イメージング装置に実行させ、前記検出結果が許容範囲を超えている場合、前記小シーケンスを実行させず、前記フレームレートに従って次のフレームが取り込まれるまで待つ、という動作を繰り返すことにより、すべての前記小シーケンスを前記磁気共鳴イメージング装置に実行させ、前記画像再構成に必要な数の核磁気共鳴信号を前記磁気共鳴イメージング装置に取得させるステップとを、コンピュータに実行させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の制御プログラム。

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