JP2010051615A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 MR画像をリアルタイムに撮像するMRI装置において、特に、取得する断層像の位置によって撮像条件を変更することが可能なMRI装置を提供する。
【解決手段】 被検体の2次元的あるいは3次元的な画像を得る画像取得手段と、
前記画像取得手段により得られた2次元的あるいは3次元的な画像を被検体の3次元ボリュームデータとして記憶する記憶手段と
前記画像を前記画像取得手段によりリアルタイムに取得して表示するリアルタイム表示手段と、を備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記3次元ボリュームデータ上に特定領域の位置を指定する手段と、
前記画像の取得位置と前記特定領域の位置の位置関係に基づいて、前記表示手段に表示する画像を撮像するための撮像条件を変更する撮像条件変更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が提供される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置(以下、MRI装置という。)に係り、特に、MR画像をリアルタイムに撮像しながらIV-MR手技を行うことが好適なMRI装置に係る。

MRI装置は、連続的に被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴信号(以下，MR信号と称する)を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を映像化するものである。現在、臨床で普及しているMRI装置の撮像対象は、被検体の主たる構成物質、プロトンである。MRIは、プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和現象の空間分布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。

MRI装置の応用例の一つとして、手術等が行えるI-MRI装置があり、そのシステムの例として手術ナビゲーションシステムが知られている。特許文献1では特に、MRIを用いた手術ナビゲーションシステムにおいて、手術対象を指示するための指示器の位置に応じてスキャン断面を設定し、該スキャン断面の断層データを計測する技術が開示されている。

特開2007-190117号公報

しかしながら、I-MRI装置において撮影空間内で被検体の手術等を行う場合、手術の対象とする臓器(あるいは手術箇所)が予め決まっている場合がある。その場合、手術中対象臓器を画像化する場合と、対象臓器以外を画像化する場合とで、必要とする画像の種類が異なる場合がある。例えば、対象臓器以外を表示する場合には、高速に撮像すれば良いので、空間分解能の低い画像を表示すれば良く、あるいはマルチスライスで撮像する場合はスライス間隔が広くて良いが、対象臓器を表示する場合には、医者が詳細に臓器の様子を観察したいために空間分解能の高い画像を表示する必要があり、あるいはマルチスライスで撮像する場合はスライス間隔を狭くする必要がある。上記特許文献1記載の従来技術では、そのような要望に対応できない。

本発明の目的は、MR画像をリアルタイムに撮像するMRI装置において、特に、取得する断層像の位置によって撮像条件を変更することが可能なMRI装置を提供することにある。

上記目的は、被検体の2次元的あるいは3次元的な画像を得る画像取得手段と、
前記画像取得手段により得られた2次元的あるいは3次元的な画像を被検体の3次元ボリュームデータとして記憶する記憶手段と
前記画像を前記画像取得手段によりリアルタイムに取得して表示するリアルタイム表示手段と、を備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記3次元ボリュームデータ上に特定領域の位置を指定する手段と、
前記画像の取得位置と前記特定領域の位置の位置関係に基づいて、前記リアルタイム表示手段に表示する画像を撮像するための撮像条件を変更する撮像条件変更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によって達成される。

本発明によれば、MR画像をリアルタイムに撮像するMRI装置において、特に、取得する断層像の位置によって撮像条件を変更することが可能なMRI装置が提供される。

以下，本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
先ず、I-MRI装置の全体構成を図1を用い説明する。

図1に示す被検体の2次元的あるいは3次元的な画像を得る画像取得手段としてのMRI装置1は、例えば、垂直磁場方式0.3T永久磁石MRI装置1であり、垂直な静磁場を発生させる上部磁石3と下部磁石5、これら磁石を連結するとともに上部磁石5を支持する支柱7、位置検出デバイス9、アーム11、前記画像を前記画像取得手段によりリアルタイムに取得して表示するリアルタイム表示手段を含むモニタ13、モニタ支持部15、基準ツール17、前記画像取得手段により得られた2次元的あるいは3次元的な画像を被検体のボリュームデータとして記憶する記憶手段を含むパーソナルコンピュータ19、ベッド21、制御部23などを含み構成されている。MRI装置1には傾斜磁場発生部(図示せず。)が設けられ、傾斜磁場をパルス的に発生させる。例えば、最大傾磁場強度15mT/mで，スルーレート20mT/m/msで傾斜磁場パルスを印加する。更に、MRI装置1には、静磁場中の被検体24に核磁気共鳴現象を生じさせるためにRF送信器(図示せず。)が設けられ、被検体24からの核磁気共鳴信号を受信するためにRF受信器(図示せず。)を備えられ、これらは例えば、12.8MHzの共振型コイルとなっている。

術具の3次元的な位置を検出する術具位置検出手段としての位置検出デバイス9は、2台の赤外線カメラ25と、赤外線を発光する発光ダイオード(図示せず。)を含み構成され、断層面指示デバイスであるポインタ27(術具36に取り付けられている。)の位置及び姿勢を検出するものである。また、位置検出デバイス9は、アーム11により移動可能に上部磁石3に連結され、図1に示すように、MRI装置1に相対する配置を適宜変更することができる。

モニタ13は、図1に示すように、操作者29が把持するポインタ27により指示された被検体24の断層面の画像を表示するもので、モニタ支持部15により、赤外線カメラ25同様に上部磁石3に連結されている。すなわち、リアルタイム表示手段としてのモニタ13は、術具位置検出手段としての位置検出デバイスにより得られた位置に応じた画像を画像取得手段としてのI-MRI装置によりリアルタイムに取得して表示する。基準ツール17は，赤外線カメラ25の座標系とMRI装置1の座標系をリンクさせるもので、3つの反射球35を備え、上部磁石3の側面に設けられている。

パーソナルコンピュータ19には、赤外線カメラ25が検出し算出したポインタ27の位置が、位置データとして、例えば、RS232Cケーブル33を介して送信される。制御部23は、ワークステーションで構成され、RF送信器、RF受信器などを制御する。また、制御部23は、パーソナルコンピュータ19と接続されている。

パーソナルコンピュータ19では赤外線カメラ25が検出し算出したポインタ27の位置をMRI装置1で利用可能な位置データに変換し制御部23へ送信する。

位置データは，撮像シーケンスの撮像断面へ反映され、新たな撮像断面で取得された画像は液晶モニターに表示される。

例えば断層面指示デバイスであるポインタを穿刺針などにとりつけ，穿刺針のある位置を常に撮像断面とするように構成した場合、モニターには針を常に含む断面が表示されることになる。

図2に本発明の機能とISC機能を併用した場合の様子を示す。術具36に取り付けられたポインタ27は術具先端を中心に初期断面201、第一直交断面202、第二直交断面203が定義され、それらを含むマルチスライス断面が自動的に204〜206のように定義される。

上述のような全体構成を持つI-MRI装置において、本発明の機能(以下、マルチシックマルチスライス法と呼ぶ。)のフローを図3により説明する。

(ステップ301)
先ず、3Dボリュームデータが撮像される。例えば、マルチスライスの撮像により、被検体の3Dボリュームデータが撮像される。

(ステップ302)
ステップ301で撮像した3Dボリュームデータ内に、所定の特定領域の位置が指定される。すなわち当該I-MRI装置には、3次元ボリュームデータ上に特定領域を指定する手段が備えられている。特定領域とは、例えば手術の対象とする特定領域のことであり、例えば図4に示すようにマルチスライス撮像方法で得られた画像上に、特定領域420が設定されることにより指定される。より具体的には、例えば図4の例では、Slice2〜4の表示画面上に410〜412で示す領域を入力することにより、特定領域420を指定する。

(ステップ303)
撮像条件を設定する。例えば、MRIにおける各種パラメータ(TR、TE、マルチスライスのスライス間隔)を設定する。その際、リアルタイムのマルチスライス撮像において、ステップ302で指定した特定領域420を含む断面像を撮像する場合の特定領域用パラメータと、リアルタイムのマルチスライス撮像において、ステップ302で指定した特定領域420を含まない断面像を撮像する場合の通常パラメータとそれぞれについて、撮像条件を設定する。すなわち、当該I-MRI装置には、前記画像の取得位置と前記特定領域の位置の位置関係に基づいて、前記表示手段に表示する画像を撮像するための撮像条件を変更する撮像条件変更手段が備えられている。より具体的には、前記撮像条件変更手段は、リアルタイム表示手段により表示する画像が、前記特定領域を含むか含まないかに基づいて、前記撮像条件を変更している。

そして、当該撮像条件は、リアルタイムのマルチスライス撮像において、特定領域を含む断面像を撮像する場合の特定領域用パラメータと、リアルタイムのマルチスライス撮像において、特定領域を含まない断面像を撮像する場合の通常パラメータとに分類され、それぞれを記憶するためのパラメータ記憶手段が備えられている。

(ステップ304)
手術を開始する。

(ステップ305)
各種ナビゲーション機能を開始する。すなわち、術具の位置に応じて撮影位置を変える等のナビゲーション機能を開始する。

(ステップ306)
術具位置が三次元位置検出位置装置によって検出される。

(ステップ307)
リアルタイムのマルチスライス撮像において、ステップ302で指定した特定領域420を含む断面像を撮像するか等がリアルタイムに計算される。

(ステップ308)
リアルタイムのマルチスライス撮像において、特定領域を含まない断面像を撮像する場合には、通常パラメータが設定される。

(ステップ309)
リアルタイムのマルチスライス撮像において、特定領域を含む断面像を撮像する場合には、特定領域用パラメータが設定される。

(ステップ310)
ステップ308あるいは309で設定したパラメータに応じて、マルチスライスの撮像が行われる。

(ステップ311)
画面上に、術具の位置情報が表示される。

(ステップ312)
画面上に、現在術具が特定領域にあるか、どのような撮像パラメータで撮像しているか等の情報が表示される。

(ステップ313)
ユーザ指示に応じて画像処理が施され、MIPやMPR画像が術具位置情報とともに画面に表示される。

(ステップ314)
手術が終わっているかを判断する。終わっていなければ、ステップ306へ移行する。終われば、本機能を終了する。

次に本実施例に係るマルチシックマルチスライス法の概念を図5を用い説明する。
任意の領域をスライス撮像する場合にスライス最初502から最後のスライス503まで撮像するのに特定領域508を含む領域505、506とそれ以外のスライス504，507は異なるスライス間隔になるようにパラメータを変更している。ここで、パラメータはスライス情報だけでなく、撮像シーケンス情報に関係する条件の何れでもよく、パラメータ変更は術前でも術中でもリアルタイムに変更することができる。

図6に本発明の機能とISC機能を併用した時にパラメータを変更する場合の実施例2を示す。図6(a)で示した撮像条件600は、ISCによる術具追随する場合で、マルチスライス数：5枚，スライス間隔が特定領域内で5mm、特定領域外で10mmの場合であり、実空間601上にポインタ27が取り付けられた術具36を用いて手術を行う場合を示している。

先ず図6(b)を用い、腫瘍(ターゲット)を含んだ場合について撮像パラメータがどのように変更されるかを説明する。
術具602を含む断面604、605は三次元位置検出装置から得られる情報を用いてリアルタイムに計算され，ターゲット603を含んでいることを算出する。よって、特定領域内に術具がある場合の撮像パラメータが適用され，スライス間隔5mmで撮像が行われる。それにより画像のセット621およびターゲットを含む詳細画像606が得られる。

次に図6(c)を用い，腫瘍(ターゲット)を含まない場合について撮像パラメータがどのように変更されるかを説明する。
撮像例では、術具607を含む撮像断面609、610がターゲット608を含まないことを計算し，通常の撮像パラメータで撮像され、623のように広いマルチスライスの間隔(10mm)の画像が得られる。

すなわち、上記実施例では、前記術具の位置と前記特定領域の位置の位置関係に基づいて、前記表示手段に表示する画像を撮像するための撮像条件を変更する撮像条件変更手段が備えられ、前記リアルタイム表示手段により表示される画像はマルチスライス撮像により得られる画像であり、前記術具の位置によって、マルチスライス撮像のスライス間隔が変更される。より具体的には、前記撮像条件変更手段は、前記術具の先端位置が、前記特定領域を含む断面に含まれる場合と含まれない場合に基づいて前記撮像条件を変更している。

図7に他の応用例を示す。図6同様実空間701上に術具36とポインタ27があり、ターゲット703に対して穿刺を行う。ここで術具先端702はターゲット703を含んでいるので、特定領域用パラメータによる撮像が行われ，画像704が得られる。一方，707のようにオブリーク断面の場合においても同様にターゲット710を含む特定領域内にあるかリアルタイムに判断が行われ、特定領域用パラメータに応じたマルチスライス画像が得られる。また、711のようなオブリーク断面の場合においても、同様にターゲット714を含む特定領域内にあるかリアルタイムに判断が行われ、特定のパラメータに応じたマルチスライス画像が得られる。すなわち、上記実施例によれば、前記撮像条件変更手段は、前記術具の先端位置が、リアルタイム撮影において、前記特定領域を含む断面に含まれる場合と含まれない場合で前記撮像条件を変更する。

図8に本発明によるマルチスライス撮像とISC併用時の違いを説明する。本発明のマルチシックマルチスライス撮像は患者801に対してターゲット領域802を含む断面を予め求めることで、通常画像803、805、806、808と特定画像804、807を自動的に分けることができる。また、必要に応じて、それぞれMIPやMPR画像を作成することができ、ディスプレイ上に表示して術者に提示する機能を有している(810〜812)。

一方，ISCを併用することで術具の位置に応じて任意の撮像断面を得ることができることから813〜815，予め設定した条件に応じた画像が得られる816〜818.同様にそれぞれMIPやMPR画像を作成することができ，ディスプレイ上に表示して術者に提示する機能を有している(820〜822)。

図9に術前の特定領域描出時のGUI構成を示す.901の3D Scanボタンを押下することで、911〜914のようにボリュームデータが表示される。902の特定領域抽出ボタンを押下することで、画面上でマウスやペンを用いて領域を特定する。その他，915のように画面上には装置情報，患者情報，各種機能情報，術具情報の詳細情報が表示されており、手術に必要な情報が一目で分かるようになっている.また，MPR画像921に対してスライス断面位置情報が922〜925のように表示され、926にターゲット情報や927に特定領域(ターゲット)・パラメータ情報が表示される。

図10に手術適用時のGUIを示す。903のISCボタンを押下することで、術具1002を含む断面が表示され1001、予め求めたターゲット1003に向かって術具を動かすための補助を行う。また、3Dナビゲーションボタンを押下することで904、Axial断面1004、Sagital断面1005、Colonal断面1006上にターゲット1007と術具位置情報1008が重畳表示されている。また、術具36位置に合わせて三次元的画像1020も表示される。ここで、マルチスライスボタン905を押下することで、ISC断面から等間隔に前後画像を撮像し始め，撮像画像がディスプレイ上に表示される1010〜1014、更にマルチシックボタン906を押下することで，術具位置が特定領域内にある場合は特定領域用のパラメータが1021に表示され、撮像が行われる。

図11にタイムチャートを示す。MRI装置にてステップ1101で3Dボリューム撮像を行い、画像処理機器に転送後，ステップ1102で特定領域描出を行う。ステップ1103で手術開始と同時にステップ1105術具位置情報を検出し、MRI装置および画像処理機器にその情報を転送する.画像処理機器は、ステップ1107では3Dナビゲーション画像上に重畳表示されている術具位置情報をリアルタイムに更新し、MRIシステムは術具位置に基づいたISC撮像を行う。この画像を術者にフィードバックすることで、術者は次の術具操作を行うこととなり、手術が継続される。

本発明におけるパラメータはマルチスライスの条件だけでなく、撮像シーケンス(TR，TE，FA)やT₁，T₂画像を瞬時に変更する機能も有している。また、本発明は術者自信(手技)による治療、ロボット/マニピュレータを用いた間接的な手術の何れにも適用可能とすることができる。また、特定領域は、3次元ボクセルデータとして指定されても良い。
上記実施例によれば、画像処理機能を有するMRI装置と三次元位置検出装置による術具位置の検出機能を用いて、MRIにて撮像した3Dボリューム画像から特定領域を登録し，三次元位置検出装置にて検出した術具位置が特定領域内にあるかを判別し、術具位置が特定領域内にある場合には特別に設定したパラメータを用いてマルチスライス撮像する手段を備える核磁気共鳴撮像装置に関するものである。

つまり、特定領域だけを異なる条件で撮像することで，部位毎の鮮明な診断が可能になり，アーチファクトによる誤診を防ぎ治療効果を向上することもできる。また，ISCや3Dナビゲーション等の治療支援装置と併用することで、術具方向に追随したMIP画像等の画像処理機能を併用することで，術前と術中画像の差を明確化することができ、手術成績向上が期待できる。

I-MRI装置の全体構成を示す図。 本発明の本発明の機能とISC機能を併用した場合の様子を示す図。 本発明のマルチシックマルチスライス法のフローを示す図。 特定領域の設定を示す図。 マルチシックマルチスライス法の概念図。 本発明の機能とISC機能を併用した時にパラメータを変更する実施例2を示す図。 実施例3を説明する図。 本発明によるマルチスライス撮像とISC併用時の違いを説明する図。 本発明のGUI表示例(術前)。 本発明のGUI表示例(術中)。 本発明のタイムチャートを示す模式図。

符号の説明

502 スライス最初、503 最後のスライス、504、505、506、507 特定領域を含まない領域、508 特定領域

Claims (8)

1. 被検体の２次元的あるいは３次元的な画像を得る画像取得手段と、
   前記画像取得手段により得られた２次元的あるいは３次元的な画像を被検体の３次元ボリュームデータとして記憶する記憶手段と
   前記画像を前記画像取得手段によりリアルタイムに取得して表示するリアルタイム表示手段と、を備えた磁気共鳴イメージング装置において、
   前記３次元ボリュームデータ上に特定領域の位置を指定する手段と、
   前記画像の取得位置と前記特定領域の位置関係に基づいて、前記リアルタイム表示手段に表示する画像を撮像するための撮像条件を変更する撮像条件変更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。
2. 被検体の２次元的あるいは３次元的な画像を得る画像取得手段と、
   前記画像取得手段により得られた２次元的あるいは３次元的な画像を被検体の３次元ボリュームデータとして記憶する記憶手段と、
   術具の３次元的な位置を検出する術具位置検出手段と、
   前記術具位置検出手段により得られた位置に応じた前記画像を前記画像取得手段によりリアルタイムに取得して表示するリアルタイム表示手段を備えた磁気共鳴イメージング装置において、
   前記３次元ボリュームデータ上に特定領域の位置を指定する手段と、
   前記術具の位置と前記特定領域の位置関係に基づいて、前記リアルタイム表示手段に表示する画像を撮像するための撮像条件を変更する撮像条件変更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。
3. 前記特定領域は、３次元ボクセルデータとして指定されることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記撮像条件は、前記術具の位置と前記特定領域の位置の位置関係が近接する場合に用いられる特定領域用撮像パラメータと、前記術具の位置と前記特定領域の位置の位置関係が近接していない場合に用いられる通常パラメータとに分類され、それぞれを記憶するためのパラメータ記憶手段が備えられていることを特徴とする請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記リアルタイム表示手段により表示される画像はマルチスライス撮像により得られる画像であり、前記術具の位置によって、マルチスライス撮像のスライス間隔が変更されることを特徴とする請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記撮像条件変更手段は、リアルタイム表示手段により表示する画像が、前記特定領域を含むか含まないかに基づいて、前記撮像条件を変更することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記撮像条件変更手段は、前記術具の位置が、前記特定領域を含むか含まないかに基づいて、前記撮像条件を変更することを特徴とする請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置。
8. 前記撮像条件変更手段は、前記術具の先端位置が、前記特定領域を含む断面に含まれる場合と含まれない場合で前記撮像条件を変更することを特徴とする請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置。

Images