JPWO2004080301A1 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

少ないナビゲーターエコー取得回数で効果的に体動アーチファクト抑制を行う。被検体（１０１）の呼息期、吸息期を区別した体動アーチファクト抑制画像を作成する。時間間隔をおいて計測した２以上のナビゲーターエコー（２０７、２０８）から、ナビゲーターエコー取得時刻における被検体（１０１）の変位及び変位方向を求め、これら変位及び変位方向から本計測エコーを取得するタイミングを決定する。変位方向は変位の一次微分から求めることができる。また、計測に先立って体動周期を近似する体動予測関数を求めておくことにより、フィッティングにより変位及び変位方向を判定できるとともに本計測エコー取得の時間、間隔を推定する。

Description

本発明は、核磁気共鳴を利用して被検体を撮像する磁気共鳴イメージング（以下、ＭＲＩという）装置に関し、特に体動アーチファクトを抑制する技術に関する。

ＭＲＩは、静磁場中に配置された被検体に、撮影対象である原子核スピンの共鳴周波数の高周波磁場を印加し、それによって発生する核磁気共鳴信号を計測することによって被検体の断層像を得る装置である。
このＭＲＩでは、１枚のＭＲ画像を作成する間に被検体が動くと、画像に大きなアーチファクトが生じ、画質を劣化させる。体動アーチファクトの原因として、重要なものが被検体の呼吸による体動アーチファクトである。
呼吸動による体動アーチファクトを除去する方法の一つに、付加的なエコーであるナビゲーターエコーを用いて呼吸動をモニターする方法があり、このようなナビゲーターエコーを用いて呼吸動アーチファクトを除去する技術を心臓撮影に適応した撮影方法が提案されている（文献、”Ｎａｖｉｇａｔｏｒ Ｅｃｈｏｅｓ ｉｎ Ｃａｒｄｉａｃ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ”（３），１８３−１９３（２００１））。
この文献では、ナビゲーターエコーから求めた呼吸による体動位置（変位）が、予め指定された所定の範囲内であるときには、それに続いて実行される撮像シーケンスにおいて取得したデータを画像再構成用のデータとして用いる。しかし、体動の変位方向については考慮されていない。

本発明の目的は、呼吸動の時相に依らずに、被検体の呼吸動による体動アーチファクトを抑制可能なＭＲＩ装置を実現することである。
上記目的を達成するため、本発明は次のように、構成される。
（１）本発明の磁気共鳴イメージング装置は、所定の撮像シーケンスに基づき、画像再構成に必要なエコー信号を取得して被検体の画像を得る手段と、前記被検体の周期的体動情報を含む核磁気共鳴信号をナビゲーターエコーとして取得するナビゲーターエコー計測手段と、前記被検体の周期的体動に基づく所定部位の変位の許容範囲を設定する許容範囲設定手段と、前記ナビゲーターエコーから前記所定部位の変位を算出して該変位が前記許容範囲内にあるか否かを判定する体動判定手段とを備え、前記画像を得る手段は、前記所定部位の変位が前記許容範囲内にあるときに取得されたエコー信号を用いて画像再構成を行う。
そして、この磁気共鳴イメージング装置において、前記体動判定手段は、時間間隔を置いて計測した２以上のナビゲーターエコーから、前記所定部位の変位方向を算出し、前記所定部位の変位及び変位方向に基づいて、前記画像再構成に必要なエコー信号を取得するタイミングを決定する撮像タイミング決定手段を備える。
（２）好ましくは、上記（１）において、前記ナビゲーターエコー計測手段は、前記被検体の一心周期内に前記２以上のナビゲーターエコーを取得する。
（３）また、好ましくは、上記（２）において、前記ナビゲーターエコー計測手段は、前記一心周期内の前記２以上のナビゲーターの内、１以上を画像再構成用エコー信号の取得期間の前に取得し、他の１以上を該画像再構成用エコー信号の取得期間の後に取得する。
（４）また、好ましくは、上記（１）において、前記ナビゲーターエコー計測手段は、一心周期毎に１以上のナビゲーターエコーを取得する。
（５）また、好ましくは、上記（１）において、３以上のナビゲーターエコーを用いて前記周期的体動を表す体動予測関数を作成する体動予測関数作成手段を備え、前記体動判定手段は、前記２以上のナビゲーターエコーから求めた前記所定部位の変位を前記体動予測関数にフィッティングして、所望の時刻における前記所定部位の変位及び変位方向を算出する。
（６）また、好ましくは、上記（１）において、前記体動判定手段は、前記所定部位の変位の変動に対応して前記許容範囲を調整する。
（７）また、好ましくは、上記（１）において、前記許容範囲設定手段は、前記２以上のナビゲーターエコーの取得タイミングと前記許容範囲を設定する手段を備える。
（８）また、好ましくは、上記（１）において、前記撮像タイミング決定手段は、前記体動判定手段によって求められた前記所定部位の変位が前記許容範囲内であって旦つ前記変位方向が同一方向のときに、前記画像再構成用エコー信号の取得を行うように撮像タイミングを決定する。
（９）また、好ましくは、上記（５）において、前記撮像タイミング決定手段は、前記２以上のナビゲーターエコーの取得時刻及び前記体動予測関数から、前記画像再構成用エコー信号の取得開始時刻及び取得期間を決定する。
（１０）また、好ましくは、上記（９）において、前記撮像タイミング決定手段が、前記画像再構成用エコー信号の取得開始時刻及び取得期間を決定できるまで、前記ナビゲーターエコーの計測を繰り返す。
（１１）また、好ましくは、上記（５）において、前記体動予測関数は、少なくとも、被検体の体動の１／４周期に渡るナビゲーターエコーから求めた変位を用いて、被検体毎に作成される。
（１２）また、好ましくは、上記（５）において、前記体動予測関数作成手段は、体動決定のために逐次取得されるナビゲーターエコーを用いて前記体動予測関数を更新する。
（１３）また、好ましくは、上記（１２）において、前記画像再構成用エコー信号の取得期間終了時から次の前記画像再構成用エコー信号の取得開始時までの間に、１以上のナビゲーターエコーを取得し、該ナビゲーターエコーを用いて前記体動予測関数を更新する。
（１４）また、好ましくは、上記（１３）において、前記体動予測関数作成手段は、前記ナビゲーターエコーを取得する期間と、該体動予測関数の更新に使用するナビゲーターエコーの期間をそれぞれ前記体動予測関数上で指定する手段を備える。
（１５）また、好ましくは、上記（２）において、前記被検体の体動が呼吸動の場合に、前記体動判定手段は、一方の前記変位方向を呼息期とし、他方の前記変位方向を吸息期と判定する。
（１６）また、好ましくは、上記（１）乃至（４）において、前記体動判定手段は、前記２以上のナビゲーターエコーから算出した前記所定部位の変位の一次微分又は差分に基づいて、該所定部位の変位方向を算出する。
（１７）また、好ましくは、上記（１）において、前記画像再構成用エコー信号の取得期間以外はエコー信号の取得を行わずに前記撮像シーケンスを継続する。
（１８）また、好ましくは、上記（１）において、２つのナビゲーターエコーの互いの時間間隔は、約１００ｍｓであり、変位の検出精度は、０．７ｍｍ〜０．８ｍｍの分解能である。

図１は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体概要を示す図である。
図２は、本発明の第１の態様による撮像方法の一例を示す図である。
図３は、本発明の第１の態様による撮像方法の効果を説明する図である。
図４は、本発明の第１の態様による撮像方法の他の例を示す図である。
図５は、本発明の第１の態様による撮像方法の他の例を示す図である。
図６は、本発明の第２の態様による撮像方法の手順を示す図である。
図７は、図６に示す撮像方法による体動予測関数の作成を説明する図である。
図８は、図６に示す撮像方法における本計測を説明する図である。
図９は、関数フィッティング（第２のフィッティング）を説明する図である。
図１０は、本発明の第２の態様による撮像方法の一例を示す図である。
図１１は、本発明の第２の態様による撮像方法の他の例を示す図である。
図１２は、本発明の第２の態様が適用される撮像方法を示す図である。
図１３は、図１２に示す撮像方法への本発明の適用を説明する図である。
図１４は、ナビゲーターエコー取得タイミングを指定するためのＵＩの一例を示す図である。

以下、本発明のＭＲＩ装置の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体概略構成図である。このＭＲＩ装置は、被検体１０１が挿入される空間に静磁場を発生する磁石１０２と、この空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル１０３と、被検体１０１の撮像領域に高周波磁場を発生するＲＦコイル１０４と、被検体１０１が発生する核磁気共鳴信号（ＭＲ）信号を検出するＲＦプローブ１０５と、静磁場空間に被検体１０１を挿入するためのベッド１１２とを備えている。
傾斜磁場コイル１０３は、互いに直交する３方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源１０９からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。これら傾斜磁場の印加の仕方によって、被検体の撮像断面を決定し、またＭＲ信号に位置情報を付与することができる。
ＲＦコイル１０４は、ＲＦ送信部１１０の信号に応じて高周波磁場を発生する。ＲＦプローブ１０５の信号は、信号検出部１０６で検出され、信号処理部１０７で信号処理され、画像信号に変換される。また、画像は、表示部１０８で表示される。
傾斜磁場電源１０９、ＲＦ送信部１１０、信号検出部１０６は制御部１１１により制御される。制御動作のタイムチャートは一般にパルスシーケンスと呼ばれ、撮像方法によって決まる種々のパルスシーケンス（撮像シーケンス）が予めプログラムとして、制御部１１１が有する記憶部（図示せず）に格納されている。
制御部１１１には、このような記憶部のほか、撮像シーケンスの選択や撮像パラメータ等の入力のための入力装置（ユーザーインターフェイス：ＵＩ）が備えられている。
本発明のＭＲＩ装置では、体動モニターとしてのナビゲーターエコーを発生し、取得するためのシーケンス（ナビゲーターシーケンス）を、撮像シーケンスとは独立して或いは選択された撮像シーケンスとを組み合わせて実行することができる。
ナビゲーターシーケンスとは、モニターしたい着目部位（例えば横隔膜など）を高周波磁場及び選択傾斜磁場を用いて局所的に励起し、この局所的な励起領域から位相エンコード傾斜磁場を付加しないエコー（ナビゲーターエコー）を取得するシーケンスである。
ナビゲーターシーケンスは、例えば、撮像シーケンスの選択に合わせて、ユーザーが適宜実行することも可能であるが、撮像シーケンスと組み合わせた所定のシーケンスとして制御部１１１により実行される。
信号処理部１０７（制御部１１１）は、上述した画像再構成等の演算のほか、ナビゲーターシーケンスにより取得したナビゲーターエコーをもとに着目部位の変位を算出するとともに、変位方向を判断し、その結果に基づき、撮像シーケンスにおけるデータ取得のタイミングを決定する。
次に、上記構成のＭＲＩ装置を用いた呼吸動アーチファクト抑制を心電同期撮像に適用した例を説明する。
図２、図４及び図５は、それぞれ本発明の第１の態様によるＭＲＩ装置を用いた撮像方法の実施例を示す図で、図中、２０２は心周期、２０３は体動、２０９はシーケンス、２１０はデータを示し、その下にはデータの処理手順を示している。
この第１の態様においては、異なる時刻に取得した複数のナビゲーターエコーをもとに、各時刻における被検体の所定部位の変位を算出すると共に、そのときの呼吸動が呼息期であるか吸息期であるかを判定し、変位が指定された範囲であって且つ呼息期又は吸息期のいずれか一方であるときに画像用データを取得する。
まず、第１の実施例として図２の撮像方法を説明する。
心電波２０１を検出後、ディレイタイム２０６の経過後、本計測２０９に先行して２つのナビゲーターシーケンス２０７、２０８を続けて実行する。ナビゲーターシーケンス２０７、２０８によって取得された２つのナビゲーターエコーを用いて、続く本計測シーケンス２０９において、データを取得するか否かを判断する。
このため、まず、ナビゲーターエコーを周波数エンコード方向に１次元フーリエ変換して投影像を作成し（ステップ２１２、２１６）、この投影像からモニターする着目部位（例えば横隔膜など）の変位２０４、２０５を求める（ステップ２１３、２１７）。変位の検出方法は各投影像自身の信号強度プロファイルからエッジ（横隔膜の場合であれば、肺（低信号）と肝（高信号）で信号強度が急変する部分）を検出する手段などを用いる。
次に、これら変位２０４、２０５を用いて、変位の方向（二つの変位間の傾き）を求める（ステップ２１４）。具体的には、これら変位２０４、２０５の時間に対する１次微分を求める。或いは単純に、二つの変位２０４、２０５の差分を取ってもよく、これにより、傾きが正か負かを判断する。そして、二つの変位間の傾きが正であれば呼息期、負であれば吸息期と判断する（ステップ２１５）。
２つのナビゲーターエコーから呼息期又は吸息期を判定する場合、２つのナビゲーターシーケンスの時間間隔は変位の検出精度に応じて適宜設定することが望ましい。
実際にナビゲーターエコーを用いて横隔膜の呼吸動をモニターしたところ、１００ｍｓで０．６〜０．７ｍｍの割合で動いていることが分かった。従って、ナビゲーターシーケンス２０７と２０８を１００ｍｓ程度の間隔で実行する場合、検出精度は０．７〜０．８ｍｍの分解能が必要となる。ナビゲーターシーケンス２０７と２０８の間隔を広げれば、分解能もそれに応じて低くしてもよい。
次に、２つの時刻における変位２０４、２０５が、それぞれ予め設定した一定の範囲（ゲートウィンドウ２１１）内にあるか否かを判定する（ステップ２１８）。ゲートウインドウ２１１は、例えばナビゲーターエコーにより得られた着目部位の信号を画像化し、その位置を基準として、適当な範囲を制御部１１１の入力装置から入力することにより設定することができる。
ステップ２１５及びステップ２１８の判定結果より、好ましくは、呼息期で且つ両変位２０４、２０５が２１１内であるとき、または、吸息期で且つ両変位２０４、２０５がゲートウインドウ２１１内であるときの何れか一方の条件でのみ本計測データを取得する。
ただし、変位２０４、２０５がゲートウインドウ２１１内であることを条件に、一周期間で呼息期と吸息期を両方同時、または複数周期間で呼息期と吸息期とを混合して本計測データを取得することにより、全体の撮像時間を短縮することも可能である。
以上のようなナビゲーターシーケンス２０７、２０８と本計測シーケンス２０９を、心周期毎に繰り返し１枚の画像に必要なデータを取得する（ステップ２１９）。
呼吸変動２０３は周期運動をしているので、本計測シーケンス２０９開始直前の変位および呼吸期（呼息期または吸息期）が同じであれば、心周期毎の繰り返しにおいて本計測シーケンス２０９実行時も毎回同変位となり、呼吸動による位置ずれの影響、すなわち、体動アーチファクトの低減された画像を取得することができる。
この様子を図３に示す。図中、図２と同じ要素は同一符号で示した。また、３０１、３０２は異なる一心周期における体動である。一つの心周期で検出した変位２０３と他の心周期で検出した変位がそれぞれ指定範囲にあれば、その向きが同じなので、変位はほぼ同様に変化し（位置変化幅３１０は少なく）、心時相毎にみると位置ずれは一定範囲内に保たれる。
一方、変位の方向を考慮しない場合は、仮に一つの心周期では、変位２０３後にマイナスの方向に位置が変化し（３０１）、他の心周期ではプラスの方向に位置が変化した（３０３）とすると、心周期毎の位置変化幅３１１は図中下方に示したようになる。すなわち、ナビゲーターエコー取得からの経過時間が短い時相では、心周期毎の位置変化幅３１１が小さくてすむが、ナビゲーターエコー取得からの経過時間が長くなると、心周期毎の位置変化幅３１１が増大し、呼吸動アーチファクトの抑制効果を得ることができない。
上記のように変位の方向を考慮した結果、各心時相において、一様に体動アーチファクトの抑制された画像を得ることができる。このような効果に加えて、ナビゲーターシーケンスは一心拍につき２回しか実行されないので、従来技術に比べナビゲーターシーケンスによるデッドタイムが低減し、多くの心時相の画像取得が可能となる。
第２の実施例を図４に示す。図中、４０２、４０３は心周期、４０４は体動、４１５は本計測シーケンス、４１６はデータを示す。図２に示す実施例では各心周期の本計測開始前に２回続けてナビゲーターエコーを取得したが、図４に示す実施例では本計測前後に１回ずつ取得する。心電波４０１を検出後、ディレイタイム４０９が経過した後、本計測シーケンス４１５に先行してナビゲーターシーケンス４１０を実行する。
ナビゲーターシーケンス４１０によって取得されたナビゲーターエコーは周波数エンコード方向に１次元フーリエ変換され投影像が作成され（ステップ４２０）、着目部位の変位４０５が求められる（ステップ４２１）。続いて、本計測シーケンス４１５を実行して本計測データ４１６を取得する（ステップ４２２）。その後、２つ目のナビゲーターシーケンス４１１が実行され、取得されたナビゲーターエコーを再構成し（ステップ４２３）、変位４０６が求められる（ステップ４２４）。
取得されられた２つの変位４０５と４０６の間で一次微分もしくは差分をとり（ステップ４２５）、呼吸動波形４０４の傾きが正か負かを求め、呼息期にあるか吸息期にあるかの判断を行う（ステップ４２６）。
次に、２つのナビゲーターエコーから求めた変位４０５、４０６がゲートウインドウ４１９内にあるか否かを判定する（ステップ４２７）。上記２つの判定ステップ４２６、４２７の判定結果より、呼息期で且つ変位４０５、４０６がいずれもゲートウインドウ４１９内にあるとき、または、吸息期で且つ変位４０５、４０６がいずれもゲートウインドウ４１９内にあるときの何れか一方の条件を満たすときに取得された本計測データを画像再構成に使用する（ステップ４２８）。
図示する例では、呼息期と判定され且つ変位４０５、４０６がいずれもゲートウインドウ４１９内である心周期４０２で本計測データ４１６を画像再構成に使用し、２つの変位４０７と４０８から吸息期であると判定された心周期４０３では本計測データ４１８を画像再構成に使用しない。
しかも、この例では変位４０８がゲートウインドウ４１９の外にある場合を示しているが、ゲートウインドウ内であっても吸息期であるので本計測データ４１８を画像再構成には使用しない。
なお、吸息期と判定され且つ変位４０５、４０６がいずれもゲートウインドウ４１９内である心周期４０２で本計測データ４１６を画像再構成に使用する場合も、変位４０８がゲートウインドウ４１９内であっても呼息期であるときは、本計測データ４１８を画像再構成には使用しない。
また、本実施例においても、変位４０５、４０６がゲートウインドウ４１９内であることを条件に、一周期間で呼息期と吸息期を両方同時、または複数周期間で呼息期と吸息期を混合して本計測データを画像再構成に使用することにより、全体の撮像時間を短縮することも可能である。
また、図４では、４２５→４２６→４２７の順で処理が行われる例を示したが、呼息期と吸息期の判定処理と変位がゲートウィンドウ内に有るか否かの判定の順序を交換しても良い。即ち、４２７→４２５→４２６の順序で処理を進めても良い。
このように、第２の実施例においても、第１の実施例と同様に、呼吸動アーチファクトが無く多くの心時相の画像取得が可能となる。また、呼吸動４０４は周期運動をしていることから、本計測前後で測定した変位および呼吸期が分かれば本計測シーケンスの間の呼吸動変位も推測でき、毎回同変位でデータ取得可能である。
さらに、本実施例では、本計測シーケンスの前後の変位を計測しているので、ゲートウインドウ内での本計測データの取得をより確実にできる。
第３の実施例を図５に示す。５０２、５０３は心周期、５０４は体動、５１２、５１４はシーケンス、５１３、５１５はデータを示す。第１及び第２の実施例では各心周期に２回ナビゲーダーエコーを取得したが、図５に示す例では本計測前に１回のみ取得する。最初の心周期５０２で心電波５０１を検出後、ディレイタイム５０８が経過した後、本計測に先行してナビゲーターシーケンス５０９を実行する。
ナビゲーターシーケンス５０９によって取得されたナビゲーターエコーから、その時点における着目部位の変位５０５が求められることは第１及び第２の実施例と同様である（ステップ５１６、５１７）。ナビゲーターシーケンス５０９に続いて本計測シーケンス５１２が実行された後、本計測データ５１３が取得され（ステップ５１８）、次の心周期５０３に進む。次の心周期５０３においても同様にディレイタイム５０８の後、ナビゲーターシーケンス５１０が実行され、エコーは再構成され（ステップ５１９）、変位５０６が得られる（ステップ５２０）。
心周期５０２で得られた変位５０５と心周期５０３で得られた変位５０６を用いて両者の間で一次微分もしくは差分をとり、呼吸動波形５０４の傾きが正か負かを求め（ステップ５２１）、呼息期にあるか吸息期にあるかの判断を行う（ステップ５２２）。
次に、変位５０５、５０６がゲートウインドウ５１６内にあるか否かを判定し（ステップ５２３）、これらステップ５２２、５２３の判定結果より、呼息期で且つ変位５０５、５０６がゲートウインドウ５１６内にあるとき、又は、吸息期で且つ変位５０５、５０６がゲートウインドウ５１６内にあるときの何れか一方の条件で本計測データ５１３を画像再構成に使用する（ステップ５２４）。
以降、同様に、第２心周期５０３で検出した変位５０６と次の心周期のナビゲーターシーケンスにより得られた変位５０７を用いて、呼息期か吸息期かの判定、ゲートウインドウ内か否かの判定を行い、本計測データの取得を画像再構成に使用するか否かを判断する。
ここで、変位５０６と５０７のような場合は、呼吸波形５０４の傾きが逆で尚且つ変位５０７がゲートウインドウ５１６の外にあることから第２心周期５０３の本計測シーケンス５１４の本計測データ５１５は画像再構成に使用しない。図示する場合とは異なり、吸息期であり、かつ、変位がゲートウインドウ内にあるときのみ、データを取得する場合も同様に、傾きが逆でかつ、一方の変位がゲートウインドウ外にあるときは、その間の本計測シーケンスデータを画像再構成に使用しない。
なお、この実施例でも、変位５０５、５０６がゲートウインドウ５１６内であることを条件に、一周期間で呼息期と吸息期を両方同時、又は複数周期間で呼息期と吸息期とを混合して本計測データを画像再構成に使用することにより、全体の撮像時間を短縮することも可能である。また、図４の場合と同様に、呼息期と吸息期の判定処理と変位がゲートウインドウ内に有るか否かの判定の順序を交換しても良い。即ち、５２３→５２１→５２２の順序で処理を進めても良い。
この実施例においても、前述の実施例の場合と同様に、呼吸動５０４は周期運動をしていることから、変位及び呼吸期が分かれば、本計測シーケンス５１２の間の呼吸動変位も推測でき、毎回同変位でデータ取得可能である。また、実施例１、２と同様に、呼吸動アーチファクトが無く、多くの心時相の画像取得が可能となる。
以上、説明したように、本発明の第１の態様によれば、本計測シーケンスの前或いは前後にナビゲーターシーケンスを実行し、それによって得たナビゲーターエコーから変位と変位の方向を算出し、その結果によって本計測データを取得するか否か又は画像再構成に使用するか否かを判定する。これにより、単に変位のみを用いる場合に比べ本計測データ間の位置ずれを低減し、体動アーチファクトの抑制された画像を得ることができる。
また、変位の方向を検出することにより、呼吸周期の呼息期であるか吸息期であるかを判定できるので、これらの一方のみのデータであって且つ指定された範囲内の変位にある本計測データを用いて画像を再構成することができる。
さらに、一心周期内で複数の心時相の画像データを取得する場合、心時相毎にナビゲーターシーケンスを実行する必要がないので、計測できる心時相数を多くすることができる。
次に、本発明の第２の態様によるＭＲＩ装置を用いた撮像方法を説明する。この第２の態様においても、ＭＲＩ装置の構成は、第１の態様によるＭＲＩ装置と同様であるが、第２の態様では信号処理系及び制御部が、問題とする体動を近似する関数（体動予測関数）を予め格納することが特徴である。
体動予測関数は、例えば本計測に先立って、少なくとも体動の一周期にわたってナビゲーターシーケンスを実行し、ナビゲーターシーケンスによって得られたナビゲーターエコーから求めた変位を用いて被検体毎に作成することができる（第１のフィッティング）。
本計測に際しては、ナビゲーターエコーを取得すると共に、ナビゲーターエコーから求めた変位を体動予測関数でフィッティングし（第２のフィッティング）、本計測データを取得するか否かを判定する。このため、信号処理系及び制御部は、前計測としてのナビゲーターシーケンスを備え、ナビゲーターエコーを用いた関数フィッティング機能を備えている。
第２の態様によるＭＲＩ装置を用いた撮像方法の一実施例を図６〜図８に示す。図６は撮像方法の手順を示すフローチャートである。この撮像方法は、被検体毎に体動予測関数を作成し、本計測データを取得する時間と間隔を求めるまでの手順（ステップ６０１〜６０５）と、本計測のための手順（ステップ６０６〜６１６）とを含み、図７はステップ６０１〜６０５を説明する図、図８はステップ６０６〜６１６を説明する図である。
まず、体動の少なくとも一周期７０２にわたって連続してナビゲーターシーケンス７０１を実行し、複数のナビゲーターエコーを取得する（ステップ６０１）。ナビゲーターエコーを周波数エンコード方向に１次元フーリエ変換して投影像を作成し、この投影像からモニターする着目部位（例えば横隔膜など）の変位７０４、７０５、７０６・・・を、ナビゲーターエコーの取得時刻毎に求める（ステップ６０２）。
位置の検出方法は、各投影像の信号強度プロファイルからエッジを検出するなどの手法を用いることができる。ステップ６０２で求めた変位の時間変位、即ち呼吸周期を多項関数で近似する（第１のフィッティング、ステップ６０３）。呼吸周期を近似する関数（体動予測関数）は、例えば最小二乗法などの手法を用いて算出することができる。例えば、ｓｉｎ、ｃｏｓなどの周期関数を含む多項式である。また、ドリフト成分を反映した１次項または体動周期より長い周期を持つ周期関数を含むことが望ましい。具体的には、次式（１）或いは、次式（２）或いは、次式（３）に示すような関数ｆを用いることができる。
ｆ＝Σｆｎ（ｔ）＝ａ＊ｓｉｎ（ｂｔ＋ｃ）＋ｄ −−−（１）
ｆ＝ａ＊ｓｉｎ（ｂｔ＋ｃ）＋ｄｔ＋ｅ −−−（２）
ｆ＝ａ＊ｓｉｎ（ｂｔ＋ｃ）＋ｄ＊ｓｉｎ（ｅｔ＋ｆ）−−−（３）
ここで、ｎは１から始まる整数、ｔは所望の基準時間からの経過時間、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆは係数である。
図７に上記ステップ６０１〜６０３で検出された体動変位７０４、７０５・・・７１１と体動予測関数７２０とを示す。呼吸の一周期７０２が約４秒で、ナビゲーターシーケンス７０１を２００ｍｓ毎に実行すると、一周期に２０個のナビゲーターエコーを取得することができる。
このように、体動予測関数が決定したならば、体動予測関数で予測される体動変位が指定範囲７０３である時間及びその間隔を求める（ステップ６０４）。時間は、例えば、第１回目のナビゲーターシーケンス取得時を０としてカウントしてもよいし、１回目のナビゲーターシーケンスを心電（或いは脈波）のＲ波に同期して開始し、Ｒ波検知のときを０としてカウントしてもよい。
次に、指定範囲７０３内にある体動予測関数の一次微分を求め、その値が正であるか負であるかを判定する（ステップ６０５）。これにより、呼吸の呼息期と吸息期とを判定する。
図７の例では、期間７１４は微分値が負の吸息期、期間７１５は微分値が正の呼息期である。これら呼息期と吸息期とについて、それぞれ、期間の開始時７１２、７１３及び期間の間隔７１４、７１５が記憶される。この場合の時間のカウントは前述の通り、１回目のナビゲーターエコー取得時或いはＲ波検知時を基準とする。期間７１４又は期間７１５が本計測データの取得時となる。
次に、本計測を開始する（ステップ６０６）。本計測は、図８（ｂ）に示すように、ナビゲーターシーケンス８０１、８０３・・・と本計測シーケンス８１１、８１３・・・とを含み、まず少なくとも２回のナビゲーターシーケンス８０１、８０３・・・を実行し、２以上のナビゲーターエコーを取得する（ステップ６０７）。
これらナビゲーターエコーを再構成し、取得時における目的部位の変位８０２、８０４・・・を検出する（ステップ６０８）。この変位８０２、８０４・・・を予め求めた体動予測関数７２０（図８（ａ））にフィッティングする（第２のフィッティング、ステップ６０９）。
体動予測関数７２０が、例えば、図９に示すような関数である場合、本計測中に第２のフィッティングを行う方法は次のようになる。
ナビゲーターシーケンスを実行して得られた目的部位の変位Ｐ１を関数７２０に代入する。そこで求まる時間はＴ１、Ｔ１’であり、一意に決定できないが、次のナビゲーターシーケンスを実行して得られた目的部位の変位Ｐ２を関数に代入して時間Ｔ２、Ｔ２’を求め、Ｐ１に対応する時間がＰ２に対応する時間より遅くなるという条件を与える。これにより、時間Ｔ２’の変位にフィットしていると判断する。
このように、第２のフィッティングは、２つの変位を用いることができるが、現実には呼吸振幅は、周期毎に全く同一にはならないので、ある程度幅をもたせるために、図示するように、数回ナビゲーターシーケンスを実行し、第２のフィッティングを行うことが好ましい。
第２のフィッティングによって、ナビゲーターエコー取得時の呼吸周期における位置が確定したならば、それをもとに本計測データ取得の開始時刻及び取得時間を推定する（ステップ６１０）。図８に示す例では、４回のナビゲーターシーケンス８０１、８０３、８０５、８０７の実行によって得られた変位８０２、８０４、８０６、８０７を体動予測関数７２０にフィッティングすることによって、最後のナビゲーターエコー８０７取得時（Ｐｔ）から本計測シーケンスを開始するまでの時間ｄＴとデータ取得時間を推定することができる。
ナビゲーターエコー数が少ない或いは呼吸周期の不規則な乱れなどによって時間ｄＴとデータ取得時間が推定できない場合には、ナビゲーターエコーの取得（ステップ６０７）から推定までを繰り返す（ステップ６１１）。本計測データ取得を開始するまでの時間ｄＴとデータ取得時間が推定できたならば、その時間が経過するまで本計測シーケンスは実行するがデータは取得しない空打ち期間８１２とし（ステップ６１２）、その後、予め推定された取得時間の間、本計測データを取得する（ステップ６１３）。そして、予め推定された取得時間内であるかを判定し（ステップ６１４）、推定取得時間内であれば、ステップ６１３に戻る。ステップ６１４で推定取得時間外になっていれば、ステップ６１５に進み、データ取得終了とし、ステップ６１６にて撮像終了か否かを判断し、終了でなければ、ステップ６１２に戻る。
呼吸周期の変動がなく、ほぼ一定であるとすると、それ以降、呼吸周期Ｔ毎に本計測データの取得を所定時間繰り返すことにより、常に体動が指定範囲７０３内であるときに本計測データを取得することができる。
本計測データ取得と次の本計測データ取得との間は本計測シーケンスは実行するがデータは取得しない空打ちをすることにより、例えば自由歳差運動定常状態の計測において画質を向上することができる。
このように、本実施例によれば、ナビゲーターエコーから得た変位を、予め求めた呼吸周期の近似関数に第２のフィッティングを行うことにより本計測データの取得開始時及び取得時間を推定するようにしたので、呼息期及び吸息期のそれぞれについて体動が指定範囲内であるときの画像を取得することができる。
また、ナビゲーターシーケンスを本計測シーケンス中に実行する必要がないので撮像時間の短縮を図ることができ、心電同期撮影の場合には、より多くの心時相のデータを取得することができる。
上記実施例は、さらに呼吸周期の不規則な変動や段階的な変化などに対応した変更が可能である。そのような変更例として、本計測と本計測との間の期間（図８の実施例では空打ち期間）を利用してナビゲーターシーケンスを行う実施例を図１０及び図１１に示す。
これらの実施例でも、本計測に先立って、ナビゲーターシーケンスで取得したナビゲーターエコーから呼吸周期を近似する体動予測関数を求めることは上記実施例と同じである。また、本計測において、本計測データ取得開始時を決定するために複数のナビゲーターエコーを取得することも同様である。
しかし、図１０に示す実施例では、本計測データ取得から次の本計測データ取得までの間の待ち時間を利用して、ナビゲーターシーケンス９０１、９０３を複数回、実行する。このナビゲーターシーケンスで得られたナビゲーターエコー９０２、９０４はその時点における体動位置の検出に用いられるとともに、前計測によって作成された体動予測関数の更新に利用される。
即ち、まずこれらナビゲーターエコー９０１から検出した変位９０２をその際存在する体動予測関数９００にフィッティング（第２のフィッティング）して（ステップ９１５）、本計測データの取得開始時とデータ取得時間間隔を推定する（ステップ９１６）。必要に応じて本計測データ取得９１１に先立って空打ち期間９１２を設定する。一方、検出した変位９０２を用いて新たな体動予測関数を算出する（ステップ９１７）。ナビゲーターシーケンス９０１により得られる変位９０２は呼吸周期の一部であるので、従前の体動予測関数とこの一部の変位とを用いて新たな体動予測関数を算出する。新たな体動予測関数で従前の体動予測関数を更新し、これを次の回の本計測９１３のデータ取得開始時と取得時間の推定に用いる。
本計測９１１後に実行されたナビゲーターシーケンス９０３のナビゲーターエコーから検出された変位９０４を、変位９０２によって更新された体動予測関数にフィッティングし（第２のフィッティング、ステップ９１８）、本計測９１３のデータ取得開始時と取得時間を推定し、実行する（ステップ９１９）。
以後、同様に本計測前に取得したナビゲーターエコーでその本計測のデータ取得開始時とデータ取得時間を推定するとともに、それ以後に用いる体動予測関数を更新しながら計測を行う。
このように、本実施例では、本計測データ取得を待つ時間を利用してナビゲーターシーケンスを実行し、逐次体動予測関数を更新するので、一時的に呼吸周期が乱れた場合や呼吸周期が変化した場合にも、データ取得時間のずれを補正することができる。
図１１に示す実施例でも、本計測データの取得と次の本計測データ取得との間でナビゲーターシーケンスを実行することは図１０の実施例と同じである。但し、この実施例では、一定の第２のフィッティング区間をあらかじめ設定しておき、第２のフィッティングを行うナビゲーターエコーの数を逐次追加或いは更新する。
第２のフィッティングを行う一定の区間を設定することで、定期的に本計測時間推定のための第２のフィッティングを行うことが可能となり、より実際に近い本計測時間推定ができる。
また、先に実行された本計測時間の推定によって、本計測以外の時間を予測できれば、その時間に第２のフィッティング区間をあらかじめ設定しておくことも可能である。
即ち、区間１０１１で検出された変位に基づき第２のフィッティングを行って本計測１０２１のデータ取得時を推定し、次の区間１０１２では区間１０１１に含まれるナビゲーターエコーと新たに得られたナビゲーターエコーを用いて、第２のフィッティングを行って本計測１０２２のデータ取得時を推定する。
以下、同様に、順次、前の区間に含まれるナビゲーターエコーの一部と新たに得られたナビゲーターエコーとを用いて第２のフィッティングを行う。
この場合、第２のフィッティング区間の間隔は、呼吸周期よりも短く、しかも第２のフィッティング区間は、それぞれオーバーラップしているため、時間の経過に伴い、例えば、第２のフィッティング区間１０１３で本計測１０２３のデータ取得時間を推定した後に、次の第２のフィッティング区間１０１４でも同じ本計測１０２３のデータ取得時間が推定されることになる。この場合には、本計測１０２３に近い時間に実行されたフィッティング結果に基づき本計測１０２３おけるデータ取得を行う。
このように、本実施例によれば、第２のフィッティングに用いるナビゲーターエコーを逐次更新していくことにより、本計測データの取得時間の推定結果をより正確にすることができる。
なお、本実施例においても、図１０の実施例と同様に、フィッティングに用いるナビゲーターエコーを用いて体動予測関数を更新（第１のフィッティング）していくことが好ましい。
即ち、本計測と本計測との間に計測したナビゲーターエコーを用いて第２のフィッティングを行うとともに、体動予測関数を逐次更新（第１のフィッティング）する。これにより、呼吸周期が変化した場合にも、データ取得時間のずれを補正することができる。
以上説明したように、本発明の第２の態様によるＭＲＩ装置によれば、本計測に先立って体動周期を近似する体動予測関数を作成し、この体動予測関数と本計測に付随して取得したナビゲーターエコーとから本計測データを取得する時刻及びデータ取得時間を推測するようにしたので、本計測時における実際の変位と予測した変位とのずれを小さくすることができ、体動のアーチファクトを確実に予測することができる。
特に、呼息期と吸息期とを確実に識別して、それぞれの画像を取得することができる。また、心電同期撮像のように、一心周期内の複数の心時相について画像を得る場合に、各時相の計測毎にナビゲーターシーケンスを実行する必要がないので、実質的な計測時間を増加することができ、これにより計測時間の短縮或いは心時相数の増加を図ることができる。
さらに、本計測と本計測との間の待ち時間を利用してナビゲーターシーケンスを実行することにより、フィッティング結果をより確実にすることができ、またそのナビゲーターシーケンス結果を用いて体動予測関数を更新することにより、体動周期が変化した場合でも、ずれが発生することなく常に変位が指定範囲にあるときに本計測データを取得することができる。
また、各実施例において、体動予測関数として式（２）のような一次項を含む体動予測関数を用いた場合には、一時的な被検***置の変化にも対応することができる。
図１２は、被検体の位置が動いた場合の体動波形を表した図である。図示するように、時刻ｔ１からｔ２で被検体が動いたために、波形が変形し、計測部位は本来計測しようとする体動範囲１２０１から外れてしまっていて、初期の指定範囲のまま撮像したのでは、有効なデータを得ることができない。
このような体動波形は、例えば前記（２）式の様な一次項を含む体動予測関数又は前記（３）式の様な体動周期とそれより長い周期を持つ周期関数の重み付け和によって表される体動予測関数によって近似することができ、図１３に示すように、この一次項又は長周期項による波形の変化に合わせて撮像位置及び指定範囲（ゲートウインドウ）を更新する（１２０１→１２０２→１２０３と変更）ことにより、計測部位が指定範囲内にあるときに本計測データの取得を行うことができる。また、ゲートウインドウの更新は、体動予測関数を用いずに行なうことも可能である。例えば、１呼吸周期毎（図４の例の場合４０５、４０６、４０７、４０８・・・）に位置の平均値を計測し、平均値の変化からゲートウインドウを図１３のように変化させる。あるいは、後述する図１４の様なＵＩを持つ画面上で直接ゲートウインドウを設定してもよい。
なお、撮像位置の更新は、リアルタイムで撮像位置を変化させるインタラクティブスキャンコントロール（ＩＳＣ）技術により実現できる。
本発明のＭＲＩ装置において、ナビゲーターエコーを取得するタイミング指定するためのＵＩの実施形態を図１４に示す。図１４はＵＩとして表示される画面の一例を示すものであり、心電計から得られたＲ波１４０１、１４０２、体動予測関数１４０３、ゲートウィンドウゲートウィンドウ１４０４が表示されるとともに、ナビゲーターエコーの取得タイミングを指定するためのメニュー１４０５が表示される。
メニュー１４０５では、例えば、本計測の前か、本計測の前後かを指定することができるとともに、ナビゲーターエコーの数を指定することができる。例えば、メニューで「Ｈｅａｄ１」を選択すると本計測シーケンスの前で１つのナビゲーターエコーを取得し、「Ｈｅａｄ２」を選択すると、本計測シーケンスの前で２つのナビゲーターエコーを取得することが選択される。
また、「Ｈｅａｄ＆Ｔａｉｌ」を選択すると本計測シーケンスの前後でそれぞれ１つのナビゲーターエコーを取得することが選択される。
また、ナビゲーターシーケンスの実行タイミングの指定は、例えば、体動予測関数１４０３上に表示された点を指定する。指定の内容は、模式的な図形として表示される。図示する例では、本計測シーケンス１４０７の前に２回のナビゲーターシーケンス１４０６の実行が指定されたことが表示されている。
ＵＩは図示するものに限定されないが、このように、Ｒ波、体動予測関数、ナビゲーターシーケンス及び本計測シーケンスを表示すると共に、ナビゲーターシーケンスの数、実行のタイミングを画面上で指定可能にすることにより、本発明の実行を容易にすることができる。

本発明のＭＲＩ装置によれば、時間間隔を置いて計測した２以上のナビゲーターエコー信号を用いて求めた被検体の変位及び変位方向から、画像再構成用のエコー信号を取得するタイミングを決定するので、少ないナビゲーターエコー信号で指定する体動範囲内での画像再構成用エコー信号の取得を実現できる。
これにより、確実に体動アーチファクトを抑制することができる。また、ナビゲーターシーケンスに要する時間を低減することができるので、心電同期撮像などにおいて本計測時間が圧縮されるのを防止するとともに、より多くの心時相数の画像を取得することができる。
また、本発明によれば、変位方向を求め、変位方向が正又は負であるかに応じて撮像タイミングを決定することにより、呼吸周期における呼息期及び吸息期を識別することができ、これらの画像をそれぞれ撮像することができる。
さらに、本発明によれば、体動周期を近似する体動予測関数を予め求めておくことができ、この体動予測関数を用いることにより、より確実に本計測データを取得することができる。また、体動予測関数の周期性を利用して、本計測データを取得すべき時刻、取得する間隔を推定することができる。
また、本計測データを取得すべき時刻、取得する間隔の推定に基づき、それ以外の時間をナビゲーターシーケンスの実行やデータは取得しない撮像シーケンス（空打ち）の実行に当てることができ、ナビゲーターシーケンスを実行した場合は、それで得られたナビゲーターエコーを用いて、変位算出に用いるナビゲーターエコー信号の更新や体動予測関数の更新を行うことができる。これにより、体動予測関数を用いた撮像タイミングの推定をより正確にすることができ、また体動の変化があった場合のずれを最小にすることができる。

Claims (18)

1. 所定の撮像シーケンスに基づき、画像再構成に必要なエコー信号を取得して被検体（１０１）の画像を得る手段と、
   前記被検体の周期的体動情報を含む核磁気共鳴信号をナビゲーターエコー（２０７、２０８、４１０、５０９）として取得するナビゲーターエコー計測手段（１０５、１０６）と、
   前記被検体の周期的体動に基づく所定部位の変位の許容範囲を設定する許容範囲設定手段（１０８、１１１）と、
   前記ナビゲーターエコーから前記所定部位の変位を算出して該変位が前記許容範囲内にあるか否かを判定する体動判定手段（１０７）とを備え、
   前記画像を得る手段は、前記所定部位の変位が前記許容範囲内にあるときに取得されたエコー信号を用いて画像再構成を行う磁気共鳴イメージング装置において、
   前記体動判定手段は、時間間隔を置いて計測した２以上のナビゲーターエコーから、前記所定部位の変位方向を算出し、
   前記所定部位の変位及び変位方向に基づいて、前記画像再構成に必要なエコー信号を取得するタイミングを決定する撮像タイミング決定手段（１１１）を備えた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記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記ナビゲーターエコー計測手段は、前記被検体の一心周期内に前記２以上のナビゲーターエコーを取得することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
3. 請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記ナビゲーターエコー計測手段は、前記一心周期内の前記２以上のナビゲーターの内、１以上を画像再構成用エコー信号の取得期間の前に取得し、他の１以上を該画像再構成用エコー信号の取得期間の後に取得することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
4. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記ナビゲーターエコー計測手段は、一心周期毎に１以上のナビゲーターエコーを取得することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
5. 請求項１項記載の磁気共鳴イメージング装置において、３以上のナビゲーターエコーを用いて前記周期的体動を表す体動予測関数を作成する体動予測関数作成手段（１０７、１１１）を備え、前記体動判定手段は、前記２以上のナビゲーターエコーから求めた前記所定部位の変位を前記体動予測関数にフィッティングして、所望の時刻における前記所定部位の変位及び変位方向を算出することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
6. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記体動判定手段は、前記所定部位の変位の変動に対応して前記許容範囲を調整することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
7. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記許容範囲設定手段は、前記２以上のナビゲーターエコーの取得タイミングと前記許容範囲を設定する手段を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
8. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記撮像タイミング決定手段は、前記体動判定手段によって求められた前記所定部位の変位が前記許容範囲内であって旦つ前記変位方向が同一方向のときに、前記画像再構成用エコー信号の取得を行うように撮像タイミングを決定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
9. 請求項５記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記撮像タイミング決定手段は、前記２以上のナビゲーターエコーの取得時刻及び前記体動予測関数から、前記画像再構成用エコー信号の取得開始時刻及び取得期間を決定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
10. 請求項９記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記撮像タイミング決定手段が、前記画像再構成用エコー信号の取得開始時刻及び取得期間を決定できるまで、前記ナビゲーターエコーの計測を繰り返すことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
11. 請求項５記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記体動予測関数は、少なくとも、被検体の体動の１／４周期に渡るナビゲーターエコーから求めた変位を用いて、被検体毎に作成されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
12. 請求項５記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記体動予測関数作成手段は、体動決定のために逐次取得されるナビゲーターエコーを用いて前記体動予測関数を更新することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
13. 請求項１２記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記画像再構成用エコー信号の取得期間終了時から次の前記画像再構成用エコー信号の取得開始時までの間に、１以上のナビゲーターエコーを取得し、該ナビゲーターエコーを用いて前記体動予測関数を更新することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
14. 請求項１３記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記体動予測関数作成手段は、前記ナビゲーターエコーを取得する期間と、該体動予測関数の更新に使用するナビゲーターエコーの期間をそれぞれ前記体動予測関数上で指定する手段を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
15. 請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記被検体の体動が呼吸動の場合に、前記体動判定手段は、一方の前記変位方向を呼息期とし、他方の前記変位方向を吸息期と判定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
16. 請求項１乃至４の内いずれか一項記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記体動判定手段は、前記２以上のナビゲーターエコーから算出した前記所定部位の変位の一次微分又は差分に基づいて、該所定部位の変位方向を算出することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
17. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記画像再構成用エコー信号の取得期間以外はエコー信号の取得を行わずに前記撮像シーケンスを継続することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
18. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、２つのナビゲーターエコーの互いの時間間隔は、約１００ｍｓであり、変位の検出精度は、０．７ｍｍ〜０．８ｍｍの分解能であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

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