本発明は、磁気共鳴イメージング(以下、適宜、MRIという。)装置に関し、高コントラストかつ高分解能の磁気共鳴(MR)画像を生成する機能を備えた磁気共鳴イメージング装置に関する。

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核磁気共鳴(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。MR画像の撮像においては、NMR信号は、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信号を2次元又は3次元フーリエ変換してMR画像が再構成される。

MRI装置を用いた画像診断の分野において、例えば、頸動脈に形成された動脈硬化性の粥種(プラーク)のMR画像を解析して、プラークの脆弱性を評価することが提案されている(例えば、非特許文献1、非特許文献2)。それらの文献によれば、脆弱な不安定プラークは脳梗塞等の原因になりうるから、事前にプラーク性状を解析して脳梗塞等の予防に寄与し得ることが期待される。例えばハイブリッドラジアル撮像シーケンスとも称されるラジアル撮像シーケンスで得られる画像は、信号強度の違いによりプラークの性状を高コントラスト画像で識別することができる(特許文献1参照)。

すなわち、プラーク性状の診断は、脂質又は出血性の不安定プラークと、繊維性又は石灰化の安定プラークの識別が重要である。しかし、それらの性状(出血、脂質、繊維等)を明瞭に識別できる高コントラスト画像を取得するMR撮像シーケンスは、撮像条件が極めて限定的であることが知られている。例えば、非特許文献3では、撮像条件の一つである繰り返し時間(TR)の違いによるプラーク画像の比較が報告されている。これによれば、TRが短いほど高コントラストのプラーク画像が得られるので、プラーク性状の識別が明瞭になるとしている。

特開2010−246596号公報

INNERVISION 第28巻第4号、別冊付録「磁遊空間」Vol.26「頸動脈プラークイメージングの臨床評価と展望:日立メディコ×岩手医科大学(小笠原邦昭)」2013年3月25日発行、発行人:花房喜久枝、(株)インナービジョン

「中枢神経MRIの先進アプリケーション開発:高橋哲彦、他」日立評論Vol.93、2011年3月発行

「中枢神経領域における日立メディコ1.5TMRIの先進アプリケーション:板垣博幸」(innavinet)INNERVISION VOL.27 平成24年9月号

一方、臨床の場では、より空間分解能の高い画像(つまり、高画素密度、及び高スライス数)でプラーク画像解析を行うことが要請されている。ラジアル撮像シーケンスによれば、プラーク性状の識別性に優れた高コントラストのMR画像を取得できるが、繰り返し時間TRが短いので高分解能の画像を得ることができない。これに対し、MR画像を高分解能化するためには繰り返し時間TRを長くする必要があり、MR画像を高コントラスト化することができない。つまり、高コントラスト画像と高分解能画像は撮像条件が相反するという問題がある。このように、画像診断においては、高コントラストで、かつ高分解能の画像の要請は、頸動脈等のプラーク画像解析に限られるものではなく、種々の画像診断の分野においても要請される。

本発明が解決しようとする課題は、高コントラストで、かつ画素密度が高い高分解能のMR画像を生成するMRI装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明のMRI装置は、被検体に静磁場と傾斜磁場と高周波磁場を印加して前記被検体から発生される核磁気共鳴信号を検出する撮像シーケンスを実行する計測制御部と、前記検出された核磁気共鳴信号に基づいて画像を生成する画像再構成部と、生成された画像を表示する画像表示部とを備え、前記計測制御部は、高コントラストで低分解能の第1画像の撮像シーケンスを実行する第1撮像部と、低コントラストで高分解能の第2画像の撮像シーケンスを実行する第2撮像部を有し、前記画像再構成部は、前記第1画像の各画素に対応する画像領域の前記第2画像の複数の画素に、前記第1画像の画素情報を割付けて高コントラスト・高分解能画像を生成することを特徴とする。

すなわち、本発明は、低分解能であっても例えばプラーク性状の識別に優れた高コントラストの第1画像を取得し、同一のスライス面について低コントラストであっても画素密度が高い高分解能の第2画像を取得する。そして、高コントラストの第1画像の各画素に対応する第2画像の画像領域を構成する複数の画素に高コントラスト画像の画素情報(輝度値など)を割付けることにより、高コントラストで高分解能の画像を生成する。これにより、実質的に高コントラスト画像の画素密度を高くできるから、例えばプラーク性状の違いを識別できる高コントラストで、かつ画素密度が高い高分解能のプラーク画像が得られる。その結果、例えば頸動脈等を、高コントラストかつ高分解能のプラーク画像により解析ないし診断することが可能となり、プラーク性状を詳細に確認できる。

なお、高コントラストで低分解能の第1画像を任意のスライス位置で取得し、低コントラストで高分解能の第2画像を第1画像のスライス位置を含む複数のスライス位置で取得し、第1画像で得られるプラーク性状等の画素情報を、複数のスライス位置で得られる複数枚の第2画像に反映させることができる。これにより、スライス方向の厚みを有する3次元的なプラーク画像解析を行うことができるので、例えばプラーク性状の解析診断の信頼性を一層向上することができる。

高コントラストで、かつ画素密度が高い高分解能のMR画像を生成するMRI装置を提供することができる。

本発明の一実施形態の磁気共鳴イメージング装置の全体構成図である。

本発明の高コントラスト・高分解能のプラーク画像を生成する一実施例の画像処理手順を示すフローチャートである。

本発明の一実施例の画像処理において生成される高コントラストのプラーク画像の表示例を示す図である。

一実施例における高分解能画像の複数の画素に高コントラスト画像の各画素のプラーク性状を割付けて、高コントラスト・高分解能のプラーク画像を生成する具体例を説明する図である。

本発明の高コントラスト画像と高分解能画像の画素数を対比して説明する模式図である。

以下、添付図面に従って、本発明のMRI装置の好ましい実施形態について詳説する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

まず、 図1を参照して、本発明に係る磁気共鳴イメージング装置(MRI装置)の全体構成を説明する。本実施形態のMRI装置は、核磁気共鳴(NMR)現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、図に示すように、MRI装置は静磁場発生系2と、傾斜磁場発生系3とからなる磁場発生部と、送信系5と、受信系6と、信号処理系7と、計測制御部4と、演算処理部(CPU)8とを備えて構成される。

静磁場発生系2は、垂直磁場方式であれば、被検体1の周りの空間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均一な静磁場を発生させるもので、被検体1の周りに永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源が配置されている。傾斜磁場発生系3は、MRI装置の座標系であるX,Y,Zの3軸方向に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル9と、それぞれの傾斜磁場コイル9を駆動する傾斜磁場電源10とから成る。これらの静磁場発生系2と傾斜磁場発生系3により、本発明の磁場発生部が構成されている。

傾斜磁場電源10は、計測制御部4から出力される命令に従って傾斜磁場コイル9を駆動して、X,Y,Zの3軸方向に傾斜磁場Gx,Gy,Gzを被検体1に印加する。撮像時には、スライス面(撮像断面)に直交する方向にスライス方向の傾斜磁場パルス(Gs)を印加して被検体1に対するスライス面を設定する。さらに、スライス面に直交して且つ互いに直交する残りの2軸方向に位相エンコード方向の傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード方向の傾斜磁場パルス(Gf)を印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードするようになっている。

計測制御部4は、高周波磁場パルス(以下、RFパルスという。)と傾斜磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加するシーケンサである。計測制御部4は演算処理部8の制御により動作され、被検体1の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系5、傾斜磁場発生系3及び受信系6を駆動制御するようになっている。

送信系5は、被検体1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ために、被検体1にRFパルスを照射するようになっている。つまり、送信系5は、高周波発振器11と変調器12と高周波増幅器13と送信側の高周波コイル(送信コイル)14aとから構成される。高周波発振器11から出力されたRFパルスを計測制御部4の指令によるタイミングで変調器12により振幅変調し、振幅変調されたRFパルスを高周波増幅器13で増幅した後、被検体1に近接して配置された高周波コイル14aに供給することにより、RFパルスが被検体1に照射される。

受信系6は、被検体1の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号であるNMR信号を受信処理するもので、受信側の高周波コイル(受信コイル)14bと信号増幅器15と直交位相検波器16と、A/D変換器17とから成る。送信側の高周波コイル14aから照射された電磁波によって誘起された被検体1の応答のNMR信号が被検体1に近接して配置された高周波コイル14bで検出され、信号増幅器15で増幅された後、計測制御部4からの制御指令によるタイミングで、直交位相検波器16により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA/D変換器17でディジタル信号に変換されて、演算処理部8に送られる。

信号処理系7は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行うもので、光ディスク19、磁気ディスク18等の外部記憶装置と、CRT等からなるディスプレイ20とを有する。受信系6からのデータが演算処理部(CPU)8に入力される。演算処理部8は、信号処理系7を構成する信号処理部と、画像再構成部等の処理を実行する機能を備えている。例えば、演算処理部8の画像再構成部の処理結果である被検体1の断層画像は、ディスプレイ(画像表示部)20に表示され、あるいは外部記憶装置の磁気ディスク18等に記憶される。

操作部25は、MRI装置の各種制御情報や信号処理系7で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス23、及び、キーボード24から成る。操作部25はディスプレイ20に近接して配置され、操作者がディスプレイ20を見ながら操作部25を通してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御する。

なお、送信側の高周波コイル14aと傾斜磁場コイル9は、被検体1が横臥される静磁場発生系2の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体1に対向して、水平磁場方式であれば被検体1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14bは、被検体1に対向して、或いは取り囲むように設置されている。MRI装置の撮像対象の核種は、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(プロトン)である。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とで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を2次元もしくは3次元的に撮像する。

このように構成される1実施形態のMRI装置を用いて、高コントラストで高分解能のプラーク画像を取得する本発明の特徴部について、実施例に基づいて図2〜図5を参照して説明する。

図2(a)、(b)は、本発明の特徴部である一実施例の高コントラストで高分解能のプラーク画像を生成するフローチャートである。図示のように、計測制御部4は、図2(a)のステップS1において、被検体1の同一スライス位置で、高コントラスト・低分解能(以下、高コントラストと略す。)の撮像シーケンス(第1撮像シーケンス)と高分解能撮像・低コントラスト(以下、高分解能と略す。)の撮像シーケンス(第2撮像シーケンス)の2つの撮像シーケンスを、時間をずらして実行する。

本実施例では、高コントラストの撮像シーケンスとして、特許文献1や非特許文献2に記載されているラジアル撮像シーケンスを適用し、高分解能撮像シーケンスとしては同文献に記載されている通常の撮像シーケンスを適用した。これらの撮像シーケンスは、演算処理部8等に格納されている撮像シーケンスプログラムに従って動作する計測制御部4の第1撮像部と第2撮像部により実行される。

すなわち、計測制御部4は、演算処理部8の信号処理部から出力される指令に従って、静磁場発生系2の静磁場磁石と傾斜磁場発生系3の傾斜地場電源10と高周波コイル14aを駆動する。さらに、計測制御部4は、高周波コイル(受信コイル)14bで受信される被検体1から発生するNMR信号を、演算処理部8の画像再構成部に入力する。つまり、計測制御部4は、被検体1に静磁場と傾斜磁場を印加するとともに高周波コイル14aにより高周波磁場を印加して、被検体から発生されるNMR信号を検出する撮像シーケンスを実行するようになっている。

演算処理部8は、ステップS1で計測制御部4が実行した撮像シーケンスにより高コントラスト画像と高分解能画像を再構成して、ディスプレイ20に表示する(S2)。このときの高コントラスト画像と高分解能画像の撮像断面(スライス位置)は同一とする。次いで、高コントラスト画像を用いてプラーク性状を識別して、プラーク画像を生成する(S3)。なお、高コントラスト画像は、T1強調画像が好ましい。

プラーク性状の識別は、図2(b)に示した手順に従って行う。まず、ディスプレイ20に表示された高コントラスト画像上で、同図に示すように筋肉部分に参照関心領域(参照ROI)201を設定する(S31)。次いで、参照ROI201内の信号強度の平均値を算出する(S32)。そして、同図に示すようにプラークを含む病変部に解析関心領域(解析ROI)202を設定する(S33)。次に、解析ROI202内の各画素の信号強度を参照ROI201内の信号強度の平均値との比(信号強度比T)を算出する(S34)。算出した各画素の信号強度比Tに応じて、後述するように、各画素のプラーク性状を識別し、図3に例示する高コントラストのプラーク画像を生成する(S35)。すなわち、参照ROI201内の筋肉の信号強度の平均値を基準として、病変部(例えば、内頸動脈)の信号強度を筋肉の信号強度で除算することで規格化し、その規格化した信号(信号強度比T)に応じてプラーク性状を決定する。

図3は、規格化した信号(信号強度比T)に応じて決定したプラーク性状を表現する画像表示法の一例を示すものである。解析ROI202内の画素の信号強度比Tが、予め設定された繊維性状として識別するT1未満の画素は右下がり斜線パターンで表示する。同様に、脂質として識別するT1以上、T2未満の画素は縦線パターン、出血として識別するT2以上の画素は横線パターンで表現する。これにより、プラーク画像により視覚的にプラーク性状を識別できる。なお、同図では、白黒の図で判るように画素の表示形態を線のパターンで示したが、異なるプラーク性状を異なる色又は色相で表示することが一般的である。

次に、高コントラストのプラーク画像に基づいて、高コントラスト・高分解能のプラーク画像を生成する図2(a)のステップS4〜S6の処理を説明する。基本的には、高コントラストのプラーク画像の各画素に対応する画像領域の高分解能画像の複数の画素に、高コントラストのプラーク画像の各画素の画素情報(プラーク性状)を割付けて高コントラスト・高分解能のプラーク画像を生成する。本実施例では、高コントラスト画像の解析ROI202内における異なるプラーク性状の面積比を基準として、同一の面積比で高分解能画像上の画素にプラーク性状を割り付ける。

具体的には、高コントラストのプラーク画像の解析ROI202内のプラーク性状(出血、脂肪、繊維)別の画素数を算出する(S4)。例えば、前述したように、プラーク性状は信号強度比Tの値で識別する。つまり、例えば、 繊維性:0.8≦T<1.2 脂肪 :1.2≦T<1.5 出血 :1.5≦T として、予め設定しておく。これにより、病変部の関心領域内の各画素の信号強度比Tが分かれば、プラーク性状別の画素数は算出可能である。

次に、高分解能画像に、高コントラスト画像の病変部に設定した解析ROI202と同一サイズの解析ROI202を同一の画像位置に設定する(S5)。続いて、高分解能画像の解析ROI202内の画素に、高コントラストのプラーク画像の各画素のプラーク性状を割付けて高コントラスト・高分解能のプラーク画像を生成する(S6)。そして、高コントラストのプラーク画像と、ステップS6で生成した高コントラスト・高分解能のプラーク画像を、ディスプレイ20の画面に対比観察可能に表示する。

ここで、ステップS6の処理内容について、詳細に説明する。まず、高分解能画像の解析ROI202内の全画素数をNo、高コントラスト画像の解析ROI202内の全画素数をNrとする。仮に、高コントラスト画像の解析ROI202内の出血状態の画素数がαrであったとすると、高分解能画像上での出血状態の画素数αoは、全画素数の比=No/Nrに相関することから、下式から算出できる。 αo=αr×No/Nr (1) 次に、高分解能画像の解析ROI202内の画素を、信号強度の大きい順に並べる。この画素の信号強度の順列をDn(n は、自然数で最大値はNo)とすると、出血状態の画素数がαoであることから、1番目からαo番目までのDn値を有する画素が出血状態に対応する。同様に、脂質の画素数をβ、繊維の画素数をγとすると、高分解能画像の脂質の画素数βoと繊維の画素数γoはそれぞれ次式で算出できる。 βo=βr×No/Nr (2) γo=γr×No/Nr (3) これにより、順列Dnにおけるαo+1番目からαo+βo番目の画素が脂質に対応し、順列Dnにおけるαo+βo+1からαo+βo+γo番目の画素が繊維に対応する。順列Dnにおける出血/脂肪/繊維の画素数(αo、βo、γo)の関係図を図4に示す。

すなわち、図4の関係図は、異なるプラーク性状に対応させて信号強度又は信号強度比の大きさに応じて、複数の異なる性状(例えば、出血、脂質、繊維等)に複数の段階に分類している。その分類に基づいて、高コントラスト画像の各画素の信号強度又は信号強度比である画素情報により、各画素のプラーク性状(出血、脂質、繊維等の別)を分類している。

図4に示す関係図に従って、高分解能画像の各画素の信号強度が高い画素から順に、出血/脂肪/繊維の画素を割付けることにより、高コントラストで高分解能のプラーク画像を生成して表示することができる。つまり、ラジアル撮像シーケンスで撮像される高コントラストの画像は、図5(a)に示すように、画像の同一面積あたりの画素数が少ないから分解能が低い。一方、通常の直交2軸スキャン撮像シーケンスで撮像される高分解能の画像は、同図(b)に示すように、画像の同一面積あたりの画素数が多いから分解能が高いが、コントラストが低い。つまり、高分解能画像は、高コントラスト画像と比較して、撮像断面内の画素数が多く、撮像対象範囲において撮像間隔が狭い(撮像枚数が多い)という特徴がある。

したがって、本実施形態によれば、高コントラスト画像で識別したプラーク性状を有する画素に対応する位置の高分解能画像の複数の画素に同一のプラーク性状を割付けているので、高コントラストで、かつ高分解能のプラーク画像を生成して表示することができる。その結果、例えば頸動脈等を、高コントラストかつ高分解能のプラーク画像により解析ないし診断することが可能となり、プラーク性状を詳細に確認できる。

上記実施例では、同一のスライス位置における1枚の高コントラスト画像に対して、高分解能画像を1枚撮像して高コントラスト・高分解能のプラーク画像を生成する例を説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、1枚の高コントラスト画像に対して、図5で説明したように、スライス位置が異なる複数の高分解能画像を撮像し、それらの高空間分解能画像のそれぞれの複数の画素に高コントラスト画像の画素のプラーク性状を割付けることにより、スライス方向に厚みを持つ高コントラスト・高空間分解能の3次元的なプラーク画像を生成することができる。つまり、図4で説明したように、同一スライス位置の高分解能画像の画素の信号強度と、プラーク性状との対応関係が識別できる。言い換えれば、高分解能画像のどの信号強度が出血/脂質/繊維に相当するかが識別されているため、異なるスライス位置の高分解能画像の画素の信号強度に合わせてプラーク性状を識別できる。

以上、本発明を一実施形態及び一実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲で変形又は変更された形態で実施することが可能であることは、当業者にあっては明白なことであり、そのような変形又は変更された形態が本願の特許請求の範囲に属することは当然のことである。

1:被検体、2:静磁場発生系、3:傾斜磁場発生系、4:計測制御部、5:送信系、6:受信系、7:信号処理系、8:演算処理部(CPU)、9:傾斜磁場コイル、10:傾斜磁場電源、11:高周波発信器、12:変調器、13:高周波増幅器、14a:高周波コイル(送信コイル)、14b:高周波コイル(受信コイル)、15:信号増幅器、16:直交位相検波器、17:A/D変換器、18:磁気ディスク、19:光ディスク、20:ディスプレイ、21:ROM、22:RAM、23:トラックボール又はマウス、24:キーボード