医用画像診断装置
【課題】血流情報を三次元的に画像表示可能な医用画像診断装置を実現する。
【解決手段】被検体に同期計測装置を装着しＭＲＩ装置で４Ｄ高速撮像を開始し生体モニタ情報に同期して造影剤を注入し時系列血流４Ｄ画像を取得する（ステップ１０１〜１０４）。各時相における画像処理を行い画素単位の血流ベクトルを描出しナビゲーションを起動し血流４Ｄ画像情報を読み込み手術開始する（ステップ１０５〜１０９）。生体同期計測装置に同期して４Ｄナビゲーションを表示しその上に血流情報を重畳表示する（ステップ１１０、１１１）。術具の位置を検出し術具の針先端を中心とした三次元血流情報を計算し針に向かって流れてくる血流と離れていく血流とを色分け表示し血流ベクトルと体積から血流量を計算し設定血流値を越える血管に近づいた時は警告する（ステップ１１２、１１３）。ナビゲーションにより目的部位に到達し治療を開始する（ステップ１１４、１１５）。
【解決手段】被検体に同期計測装置を装着しＭＲＩ装置で４Ｄ高速撮像を開始し生体モニタ情報に同期して造影剤を注入し時系列血流４Ｄ画像を取得する（ステップ１０１〜１０４）。各時相における画像処理を行い画素単位の血流ベクトルを描出しナビゲーションを起動し血流４Ｄ画像情報を読み込み手術開始する（ステップ１０５〜１０９）。生体同期計測装置に同期して４Ｄナビゲーションを表示しその上に血流情報を重畳表示する（ステップ１１０、１１１）。術具の位置を検出し術具の針先端を中心とした三次元血流情報を計算し針に向かって流れてくる血流と離れていく血流とを色分け表示し血流ベクトルと体積から血流量を計算し設定血流値を越える血管に近づいた時は警告する（ステップ１１２、１１３）。ナビゲーションにより目的部位に到達し治療を開始する（ステップ１１４、１１５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置等の医用画像診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医用画像診断装置である核磁気共鳴イメージング装置（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（ＭＲ信号）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。
【０００３】
ＭＲＩ装置を用いた心臓イメージングや、手術時の穿刺モニタリング、経皮的治療などに使用されるＩ−ＭＲＩ装置（ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ−ＭＲＩ装置、または、Ｉｎｔｒａｏｐｅｒａｔｉｖｅ−ＭＲＩ装置の略称）では、リアルタイムで撮像する断層面を任意に設定したいという要望がある。撮像する断層面を任意に選択する手法として、グラフィカルユーザインタフェースにＭＲＩ画像を表示して、画面上のボタンをクリックして、次に撮像する断層面を決定する方法（非特許文献１）や、３次元マウスなどを使う方法（特許文献１）などが提案されている。
【０００４】
これらの方法では、撮像する断層面の位置や向きをマウスなどの入力手段で調整、設定しなければならず煩雑なので、ＭＲＩ装置としては、より簡便に撮像する断層面の位置や向きを調整、設定できることが望ましい。その手法として、特許文献２や特許文献３などの断層面指示デバイス（ポインタなど）を用いて撮像する断層面を決定するＭＲＩ装置が提案されている。
【０００５】
特許文献２では、断層面指示デバイスであるポインタに発光ダイオードが設けられ、操作者がポインタで指し示した位置を赤外線カメラで検出したり、関節にセンサが備えられたアームの先端部にポインタを設け、アームの関節の角度などでポインタの位置を検出し、これに基づいて、断層面を自動的に調整するものである。また、特許文献３は、２個の赤外線カメラと３個の反射球を備えたポインタとを使って指示した断層面を自動的に決定して撮像するものである。実際に実用レベルにあるシステムは、学会等においても臨床適用結果についても多数発表されている（特許文献４）。
【０００６】
また、位置検出装置と過去に撮像したボリュームデータを用いた手術ナビゲーションシステムは手術時に患者に対してポインタなどにより指定される位置を、当該位置を含む患者の直交３平面それぞれを断面とする断層画像上に表示することにより手術操作をナビゲーションするシステムであり、脳神経外科手術などの高精度の外科手術に適用されている。
【０００７】
ここで、このような手術ナビゲーションシステムにおける患者の断層画像は、予め、ＭＲＩ装置によって撮像した３次元のデータであるボリュームデータにより生成される。一方、ポインタによる指定位置を定めるために必要とされるポインタの位置検出の方式には、機械式、光学式、磁気式、超音波式などの方式がある。
【０００８】
その他、生体リズム（呼吸、脈波、心拍等）に応じた４Ｄ画像を予め取得しておき、手術時に４Ｄ画像を表示するシステムも提案されている（特許文献５）。
【０００９】
高速撮像シーケンスの応用のひとつとして、フルオロスコピー（透視撮像）と呼ばれるリアルタイム動態画像化法が臨床応用されつつある。フルオロスコピーでは、１秒以下程度の周期で撮像と画像再構成を繰り返すことにより、あたかもＸ線透視撮像のように体内組織の動態抽出や体内に外部から挿入した器具の位置把握に用いることができる動態画像を生成・表示する。
【００１０】
この応用は三次元高速撮像にも応用されている。方法として、Ｒａｗデータを間引いて撮像し、以前のデータを用いて補完・再構成する技術がある（特許文献６）。例えば、ＴＲ＝１、Ｐｈａｓｅ Ｅｎｃｏｄｅ＝２０、Ｓｌｉｃｅ Ｅｎｃｏｄｅ＝２０とすれば、４００ｍｓ毎に１ボリュームの三次元画像を連続取得することができる。
【００１１】
また、医用画像診断装置として、超音波診断装置があるが、被検体内に超音波を送受信し得られた反射エコー信号を用いて診断部位について２次元超音波画像或いは３次元超音波画像を形成して表示するものである。超音波診断装置は、被検体に超音波を照射し受信する振動子素子を備えた超音波探触子と、超音波信号を送受信する超音波送受信部と、受信信号に基づいて２次元超音波画像（Ｂモード画像）或いは３次元超音波画像を構成する超音波画像構成部と、超音波画像構成部により構成された超音波画像を表示する表示部と、これらを制御する制御部と、制御部に指示を与えるコントロールパネルとを有している。
【００１２】
現在、超音波画像処理の技術は進歩しており、探触子に向かう方向の血流を赤色で、遠ざかる方向の血流を青色で表示するカラードップラー法がある（特許文献７）。利点としては、早い血流と遅い血流とを同時に表示できるだけでなく、カラーゲインを調節して速度が早いほど明るく表示することで血流を評価する。
【００１３】
【特許文献１】米国特許第５５１２８２７号明細書
【特許文献２】米国特許第５３６５９２７号明細書
【特許文献３】米国特許第６０２６３１５号明細書
【特許文献４】国際公開第０３／０２６５０５号パンフレット
【特許文献５】特開２００７−１８５２７８号公報
【特許文献６】米国特許第６０４４２９０号明細書
【特許文献７】特許第３０２９７０６号明細書
【非特許文献１】Magnetic Resonance in Medicine:Real-time interactive MRI on a conventional scanner;AB。Kerr他、３８巻、ｐｐ。３５５−３６７（１９９７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記カラードップラー法による画像は超音波二次元画像を用いてリアルタイム血流情報を閲覧することができるので、診断だけでなく手術分野においても重要な役割を果たす機能である。
【００１５】
しかし、表示される血流情報は二次元画像であり、奥行き情報等の三次元的に血流情報を閲覧することは未だ実現していない。また、現状カラードップラー機能は超音波装置に付属する機能なので、超音波が届く範囲でしか描出できないデメリットもある。
【００１６】
本発明の目的は、血流情報を三次元的に画像表示可能な医用画像診断装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
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。
【００１８】
被検体の三次元画像情報を撮像する撮像手段と、術具検出手段と、被検体の断面画像及び術具を表示する画像表示手段とを有する医用画像診断装置において、上記撮像手段、術具検出手段及び画像表示手段を制御する制御演算手段を備え、この制御演算手段は、上記撮像手段によりされた被検体の三次元画像情報から血管の血流ベクトルを算出し、上記術具検出手段により検出された術具の先端位置に対する血管の血流方向を上記血流ベクトルに基づいて算出し、算出した血流方向に対して予め定めた色彩を、上記被検体の断面画像の血管部分に付加し、上記術具と共に上記画像表示手段に三次元画像表示させる。
【発明の効果】
【００１９】
血流情報を三次元的に画像表示可能な医用画像診断装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の位置実施形態における動作フローチャートであり、図２は本発明が適用されるＭＲＩ装置の概略構成図である。
【００２２】
まず、図２に示すＭＲＩ装置１について説明する。ＭＲＩ装置１は、例えば、垂直磁場方式０．３Ｔ永久磁石方式のＭＲＩ装置であり、垂直な静磁場を発生させる上部磁石３と、下部磁石５と、これら磁石を連結するとともに上部磁石３を支持する支柱７と、位置検出デバイス９と、アーム１１と、モニタ１３、１４と、モニタ支持部１５と、基準ツール１７と、パーソナルコンピュータ１９と、ベッド２１と、制御部２３とを備えている。
【００２３】
ＭＲＩ装置１の図示しない傾斜磁場発生部は、領斜磁場をパルス的に発生させ、最大傾磁場強度１５ｍＴ／ｍで、スルーレート２０ｍＴ／ｍ／ｍｓである。さらに、ＭＲＩ装置１は、静磁場中の被検体２４に核磁気共鳴を生じさせるための図示しないＲＦ送信器と、被検体２４からの核磁気共鳴信号を受信する図示しないＲＦ受信器とを備え、これらは１２．８８ＭＨｚの共振型コイルである。
【００２４】
位置検出デバイス（術具検出手段）９は、２台の赤外線カメラ２５と、赤外線を発光する図示しない発光ダイオードを含んで構成され、断層面指示デバイスであるポインタ２７の位置及び姿勢を検出する。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２に示すように、ＭＲＩ装置１に対する配置を適宜変更することができる。
【００２５】
モニタ１３は、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と同様に上部磁石３に連結されている。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。
【００２６】
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、図示しない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る。新たな撮像断面で取得された画像は液晶モニタ１３に表示される。
【００２７】
パーソナルコンピュータ１９及び制御部２３により制御演算手段が構成される。
【００２８】
また、画像は映像記録装置（画像記憶手段）３４に同時記録される。例えば断層面指示デバイスであるポインタ２７を穿刺針３６などに取り付け、穿刺針３６のある位置を常に撮像断面とする様に構成した場合、モニタ１３には針を常に含む断面が表示されることになる。被検体２４には、同期計測装置（生体情報取得手段）３８が取り付けられている。この同期計測装置３８により計測された生体情報（呼吸、脈拍、心拍等）が計測され、４Ｄボリューム画像が取得される。
【００２９】
図３に４Ｄボリューム画像取得例の説明図である。図３において、患者に取り付けられた同期計測装置３８から生体情報（呼吸、脈波、心拍等）を取得する（処理３０１）。ここでは、被検体の呼吸情報をモニタしており、吸気・吸気−呼気中間・呼気の３Ｐｈａｓｅの例を示している。吸気Ｐｈａｓｅ３０２に同期した３Ｄ撮像３０５、吸気−呼気中間Ｐｈａｓｅに同期した３Ｄ撮像３０６、呼気Ｐｈａｓｅに同期した３Ｄ撮像３０７を時系列で行い、メモリ３４上に記録する（処理３０８）。
【００３０】
図４は４Ｄボリューム画像再構成例の説明図である。図４において、被検体４０１に取り付けられた生体同期計測装置４０５で生体情報を取得し、三次元位置検出カメラ４０３にて術具４０２の位置を検出し、撮像断面４０４を計算する。ここで、生体情報（呼吸情報）は吸気４０７、呼気４０９、その中間４０８の３パターンあり、それぞれの３Ｄボリューム画像４１０〜４１２はメモリ上に記録されているので、手術時は呼吸情報に同期した画像４１３をリアルタイムに提供することができる。
【００３１】
図２に示したＭＲＩ装置を用いた本発明の一実施形態の動作について図１を参照して説明する。
【００３２】
図１において、被検体２４にモニタ用の同期計測装置３８を装着し（ステップ１０１）、ＭＲＩ装置１にて４Ｄ高速撮像を開始する（ステップ１０２）。生体モニタ情報に同期させて造影剤を注入し（ステップ１０３）、時系列血流４Ｄ画像を取得する（ステップ１０４）。各時相における画像処理を行い（ステップ１０５）、画素単位の血流ベクトルをそれぞれ描出する（ステップ１０６）。
【００３３】
次に、ナビゲーションを起動し（ステップ１０７）、血流４Ｄ画像情報を読み込み（ステップ１０８）、手術開始する（ステップ１０９）。生体同期計測装置３８はリアルタイムに生体情報を取得可能なことから、それに同期して４Ｄナビゲーションを表示する（ステップ１１０）、その上に血流情報を重畳表示する（ステップ１１１）。
【００３４】
ここで、三次元術具位置検出装置（１７、２５等）にて術具３６の位置を検出し、術具３６の針先端を中心とした三次元血流情報をリアルタイムに計算し、針に向かって流れてくる血流と離れていく血流情報とを色分け表示する（ステップ１１２）。さらに、血流ベクトルと体積から血流量を計算し、予め設定した血流値を越える血管に術具が一定距離以下に接近した時には画像表示手段１３、１４に警告を表示する（ステップ１１３）。そして、各種ナビゲーションを用いて目的部位に到達し（ステップ１１４）、その後、治療を開始する（ステップ１１５）。
【００３５】
図５は、３Ｄ高速撮像法による血流ベクトル描出方法の説明図である。図５において、撮像シーケンスはシングルエコーのグラディエントエコー又はマルチエコーのエコープラナー法（ＥＰＩ）の３Ｄ撮像が一般的である。ＲＦパルス７０１の印加と同時にスライス幅を決定するエンコードパルス７０２とスライス位置を決定するためのエンコードパルス７０４を印加する。さらに、位相エンコードパルス７０５、７０６を制御し、エコーを取得するためのリードアウトパルス７０３によりエコーを取得する。取得したデータ７０７はｋ空間上に再構成されるが、高速撮像をするために中心データ７０８のみを連続的に撮像して、周辺データは過去のデータを用いて補完する。
【００３６】
例えば、呼吸動は約４秒周期なので、時相数を４とすれば１時相に対して１秒間の撮像時間を確保できる。ＴＲ＝１、Ｐｈａｓｅ Ｅｎｃｏｄｅ＝３０、Ｓｌｉｃｅ Ｅｎｃｏｄｅ＝３０とすれば、９００ｍｓで１ボリュームの三次元画像が取得でき、時相に応じてそれぞれ３Ｄ撮像（つまり４Ｄ撮像）が行われる。
【００３７】
ここで、図５には、動脈（又は静脈）に造影剤７１０を注入した時の例を示している。連続撮像中の３Ｄ画像７１１に造影剤７１０が流入することで、次のスキャンでは流入分７１３が３Ｄ画像７１２上に検出される。この撮像を繰り返すことで（画像７１４、７１６）、時系列的な画像と血流情報７１５、７１７が描出される。
【００３８】
図６は、血流ベクトル描出方法の説明図である。図６において、時系列に得られる３Ｄボリューム画像８０１に対して、直前に取得した３Ｄ画像８０２との差分を算出することで、画素単位（１スキャン単位）の血流ベクトルが描出できる（画像８０３に示す）。この演算を複数回繰り返したものを加算することで（複数枚の画像８０４）、ボリュームにおける画素単位の血流ベクトルを求めることができる（画像８０５に示す。
【００３９】
図１２は、本発明の一実施形態における造影剤注入時の４Ｄ撮像タイミング（４時相）の一例を示す図である。この図１２に示した例では、呼気１５０２、中間（１）１５０３、吸気１５０４、中間（２）１５０５の４時相例である。最初に呼気のタイミングで造影剤を注入し（時点１５３０、呼気（時点１５０２））、中間（１）（１５０３、データ１５１２）、吸気１５０４（データ１５１８）、中間（２）（１５０５、データ１５２４）のタイミングでデータを取得する。
【００４０】
取得したデータはＲａｗデータとして、ｋ空間上に再構成される（データ１５０９、１５１５、１５２１、１５２７）。さらに、必要に応じてマルチスライス撮像もでき、異なるスライス位置のデータを次のタイミングで撮像し（データ１５０７、１５０８）、Ｒａｗデータとして蓄えておくこともできる（データ１５１０、１５１１）。
【００４１】
同様に、中間（１）についても、取得データ１５１３、１５１４とＲａｗデータ１５１６、１５１７、吸気についても取得データ１５１９、１５２０とＲａｗデータ１５２２、１５２３、中間（２）についても取得データ１５２５、１５２６とＲａｗデータ１５２８、１５２９の関係が成り立ち、メモリ上に記録される。
【００４２】
図１３は、本発明の一実施形態における４Ｄ画像再配置例を示す図である。ここでは、呼吸波形に対して呼気１６０１、中間１６０２、吸気１６０３の３時相例である。図１３において、呼気のタイミングで造影剤を注入し（時点１６０４）、呼気（時点１６０１）、中間（時点１６０２）、吸気（時点１６０３）のタイミングでボリューム画像を取得する（画像１６０５〜１６０７）。
【００４３】
ただし、画像再構成（再配置）では、呼気画像１６０８、中間画像１６０９、吸気画像１６１０がメモリ上で保存される。次の造影タイミングは呼気−吸気の中間タイミングで造影剤が注入され、ボリューム画像が取得される（画像１６１２〜１６１４）。上記と同様に、画像再構成（再配置）では、呼気画像１６１５、中間画像１６１６、吸気画像１６１７がメモリ上で保存される。
【００４４】
ここで、前のボリュームデータから差分処理をすることで、血流ベクトルを算出し、画素単位のベクトル成分を抽出しておく。３回目の造影（時点１６２１）では呼気のタイミングで造影し、ボリューム画像１６２２〜１６２４を取得した後、画像再構成（再配置）することで呼気画像１６２５、中間画像１６２６、吸気画像１６２７をメモリ上に保存する。上記と同様に、前のボリュームデータから差分処理をすることで、血流ベクトルを算出し、画素単位のベクトル成分を抽出する。これらの情報をそれぞれ加算することで、時相数に応じた４Ｄ画像が得られることになる（画像１６３１〜１６３３）。
【００４５】
図７は、本発明の一実施形態における臨床時のＧＵＩ表示例およびカラードップラー表示方法の説明図である。
【００４６】
図７において、被検体９０１に対して術者９０２は右側からアプローチしている。術者９０２は術具９０３を被検体９０１の右側からアプローチしているので、ＧＵＩ９０４上には３軸断面上の画像９０５〜９０７とＶｏｌｕｍｅ Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ画像９０８上に術具９０９が表示される。ここで、術具９０９の先端を基準として血流方向の関係を画素単位でリアルタイムに計算し、先端に向かう方向の血流を赤色表示部９１１で、遠ざかる血流を青色表示部９１０で示している。
【００４７】
つまり、術具９０９の方向ベクトル（術具９０９の長さ方向に沿ってこの術具グ９０９の先端に向かうベクトル）と、血流のベクトルから血流が術具９０９の先端に向かうか遠ざかるかを判断する。なお、血流方向と、術具９０９の長さ方向とが直交し、術具９０９の先端に向かうか遠ざかるかを判定することが困難な場合は、その血管部位を黄色表示することが可能である。
【００４８】
図８は、被検体１００１に対して術者１００２が左側からアプローチしている様子を示している。上記と同様に、術者１００２は術具１００３を被検体１００１の右側からアプローチしているので、ＧＵＩ １００４上には３軸断面上の画像１００５〜１００７とＶｏｌｕｍｅ Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ画像１００８上に術具１００９が表示される。
【００４９】
ここで、術具１００２の先端を基準として血流方向の関係を画素単位でリアルタイムに計算し、術具１００２の先端に向かう方向の血流を赤色表示部１０１０で、遠ざかる血流を青色表示部１０１１で示している。
【００５０】
図８に示した例と図７に示した例と異なるのは、術具方向が逆方向に起因した血流情報の逆転、つまり、赤色表示部と青色表示部とが互いに反転することである。これは、術具１００２の位置に追随して血流情報を表示しているからである。
【００５１】
術者は、断層画像及び血流の方向に基いて、その血管が動脈か静脈かの判断が容易となる。
【００５２】
図９は、本発明の一実施形態における術前のＧＵＩ表示例を示す図である。図９において、全体画面上１１００には装置情報、患者情報、各機能情報、術具情報の状態を示す画面部１１３０の他、患者モニタ情報を示す画面部１１２７がある。また、時相数設定ボタン１１０１で、時相数を設定することで、患者モニタ情報上に１周期分１１２６における分割情報が表示される（時点１１２１〜１１２５）。
【００５３】
また、４Ｄ撮像ボタン１１０２、１１０３及び造影剤注入ボタン１１０４を押下することで、モニタ上に各時相に応じたボリューム撮像が自動的に行われ、一覧表示される（表示部１１１１〜１１１９）。さらに、４Ｄ血流解析ボタン１１０５を押下することで、血流情報と合わせて表示することもできる。
【００５４】
また、４Ｄナビゲーションボタン１１０６、４Ｄカラードップラーボタン１１０７、２Ｄナビゲーションボタン１１０８、三次元位置情報ボタン１１０９も表示されている。
【００５５】
図１０は、術中のＧＵＩ表示例１２０１を示す図である。図１０において、４Ｄナビゲーションボタン１１０６を押下することで、ＧＵＩ１２０１上には３軸断面上の画像１２０３〜１２０５とＶｏｌｕｍｅ Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ画像１２０６が表示され、術具１２０９が表示される。
【００５６】
さらに、４Ｄカラードップラーボタン１１０７を押下することで、生体情報モニタ１２１１に現在の状況１２１３とリアルタイム波形１２１２が表示され、それに同期して術具先端に向かう方向の血流を赤色表示部１２０８で表示し、遠ざかる血流を青色表示部１２０７で表示する。
【００５７】
必要に応じて、２Ｄナビゲーションボタン１１０８を押下することで、画面１２２１上に術具１２２２を含むリアルタイム撮像断面が表示され、三次元位置情報ボタン１１０９を押下することで三次元立体画面１２３１が表示され、術具情報１２３２、１２３３およびセグメンテーション情報１２３４〜１２３６が表示され、三次元立体位置構成が一目で分かるように画面構成されている。
【００５８】
図１１は、本発明の一実施形態における手術時のタイムチャートを示す図である。図１１において、被検体に生体モニタを装着し（ステップ１３０１）、その後、造影剤を注入し（ステップ１３０２）、４Ｄ撮像を行う（ステップ１３０３）。差分画像から血流ベクトルを算出し（ステップ１３０４）、手術を開始し（ステップ１３０５）、その後、術具位置の検出を行う（ステップ１３０６）。
【００５９】
一方、生体モニタに同期して４Ｄナビゲーションを表示し（ステップ１３０７）、そのモニタ上に、術具位置情報によるリアルタイム血流ベクトルを算出することで、血流情報を重畳表示することが可能となる（ステップ１３０８）。具体的には術具先端位置を中心として、血流方向を色分け表示し（ステップ１３０９）、必要に応じて警告機能を働かせることもできる（ステップ１３１０）。この機能は治療が開始（ステップ１３１１）されるまで繰り返される。
【００６０】
以上のように、本発明の一実施形態は、ＭＲＩ装置において、得られた生体情報（各時相）に同期して造影剤を注入して４Ｄ撮像を行い、画像処理にて血流ベクトルを算出し、手術ナビゲーション時に血流情報を重畳表示するものである。また、手術ナビゲーションは生体情報を同期させて４Ｄ画像を表示し、術具先端位置から見て血流方向を色分け表示する構成となっている。
【００６１】
これより、立体表示（四次元）化して、４Ｄ流体情報を可視化できるようになり、一般的に行われている４Ｄナビゲーション機能に加えて、手術情報量を増加することができ、手術精度向上の支援を行うことができる。
【００６２】
また、本発明は血流情報の重畳表示だけでなく、超音波装置では補えない軟部組織も同時描出可能なことから、ターゲット疾患を見つけられるメリットもあり、術者・患者に対するストレス低減と手術時間短縮による低侵襲が期待できる。
【００６３】
なお、上述した例は、血管の血流方向を３次元的に画像表示する例であるが、血管等の流体情報を画像化できることから、血管だけでなくリンパ液や脳脊髄液の流れ方向を可視化することも可能である。
【００６４】
また、上述した例は、本発明をＭＲＩ装置に適用した場合の例であるが、本発明は、ＭＲＩ装置のみならず、ＣＴ装置等の三次元撮像が可能な他の医用画像診断装置にも適用可能である。
【００６５】
ここで、４Ｄ撮像タイミングについて、本発明とは異なる例について説明する。これは、本発明と比較するために行うものである。
【００６６】
図１４は、本発明とは異なる方法による４Ｄ撮像タイミングを示す図である。図１４に示した例は、被検体の呼吸波形１４０１と同期させた例であり、呼気１４０２、中間（１）１４０３、吸気１４０４、中間（２）１４０５の４つに分かれている。ここで、高速撮像を行うが、データ取得方法は呼気のタイミングでデータ１４０６を取得し、次のデータは中間（１）用のデータ１４０７、吸気用データ１４０８、中間（２）用データ１４０９と順番にデータ取得を行い、最初の呼気のデータ１４１０の取得に戻る。
【００６７】
ただし、取得するデータは位相エンコードパルスを制御することで前回とは異なる部分のデータをそれぞれ取得する（データ１４１０〜１４１３）。これを所定回数繰り返すことで、４時相の二次元データが取得できる（データ１４１０〜１４２１）。さらに、スライスエンコードをｋｚ方向に印加して、再度二次元データの取得を行う（データ１４３０〜１４３２）。これを所定回数繰り返す処理１４４０を行うことで、最終的に４時相分の３Ｄボリューム画像が得られ（データ１４５０〜１４５３）、その結果４Ｄデータ１４４１が得られる。
【００６８】
図１４に示した例では、中心データのみならず、周辺データも取得しているが、図１２に示した本願発明の一実施形態においては、中心データのみ取得している。つまり、本発明の一実施形態においては、図１２に示したように、高速撮像法を実行するため、中心データのみ取得している。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施形態の動作フローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態が適用されるＭＲＩ装置の概略構式図である。
【図３】４Ｄボリューム画像取得例の説明図である。
【図４】４Ｄボリューム画像再構成例の説明図である。
【図５】本発明の一実施形態における高速３Ｄ撮像法による血流ベクトル抽出方法の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態における高速３Ｄ撮像法による血流ベクトル抽出方法の説明図である。
【図７】本発明の一実施形態における臨床時のＧＵＩ表示例およびカラードップラー表示方法の説明図である。
【図８】本発明の一実施形態における臨床時のＧＵＩ表示例およびカラードップラー表示方法の説明図である。
【図９】本発明の一実施形態におけるＧＵＩ（術前）模式図である。
【図１０】本発明の一実施形態におけるＧＵＩ（術中）模式図である。
【図１１】本発明の一実施形態における手術時の動作タイムチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態における造影剤注入時の４Ｄ撮像タイミングの一例を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態における４Ｄ画像再配置例を示す図である。
【図１４】本発明とは異なる方法による４Ｄ撮像タイミングを示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１・・・ＭＲＩ装置、３・・・上部磁石、５・・・下部磁石、７・・・支柱、９・・・位置検出デバイス、１１・・・アーム、１３、１４・・・モニタ、１５・・・モニタ支持部、１７・・・基準ツール、１９・・・パーソナルコンピュータ、２１・・・ベッド、２３・・・制御部、２４・・・被検体、２５・・・赤外線カメラ、２７・・・ポインタ、２９・・・操作者、３４・・・映像記録装置、３５・・・反射球、３６・・・術具、３８・・・同期計測装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置等の医用画像診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医用画像診断装置である核磁気共鳴イメージング装置（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（ＭＲ信号）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。
【０００３】
ＭＲＩ装置を用いた心臓イメージングや、手術時の穿刺モニタリング、経皮的治療などに使用されるＩ−ＭＲＩ装置（ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ−ＭＲＩ装置、または、Ｉｎｔｒａｏｐｅｒａｔｉｖｅ−ＭＲＩ装置の略称）では、リアルタイムで撮像する断層面を任意に設定したいという要望がある。撮像する断層面を任意に選択する手法として、グラフィカルユーザインタフェースにＭＲＩ画像を表示して、画面上のボタンをクリックして、次に撮像する断層面を決定する方法（非特許文献１）や、３次元マウスなどを使う方法（特許文献１）などが提案されている。
【０００４】
これらの方法では、撮像する断層面の位置や向きをマウスなどの入力手段で調整、設定しなければならず煩雑なので、ＭＲＩ装置としては、より簡便に撮像する断層面の位置や向きを調整、設定できることが望ましい。その手法として、特許文献２や特許文献３などの断層面指示デバイス（ポインタなど）を用いて撮像する断層面を決定するＭＲＩ装置が提案されている。
【０００５】
特許文献２では、断層面指示デバイスであるポインタに発光ダイオードが設けられ、操作者がポインタで指し示した位置を赤外線カメラで検出したり、関節にセンサが備えられたアームの先端部にポインタを設け、アームの関節の角度などでポインタの位置を検出し、これに基づいて、断層面を自動的に調整するものである。また、特許文献３は、２個の赤外線カメラと３個の反射球を備えたポインタとを使って指示した断層面を自動的に決定して撮像するものである。実際に実用レベルにあるシステムは、学会等においても臨床適用結果についても多数発表されている（特許文献４）。
【０００６】
また、位置検出装置と過去に撮像したボリュームデータを用いた手術ナビゲーションシステムは手術時に患者に対してポインタなどにより指定される位置を、当該位置を含む患者の直交３平面それぞれを断面とする断層画像上に表示することにより手術操作をナビゲーションするシステムであり、脳神経外科手術などの高精度の外科手術に適用されている。
【０００７】
ここで、このような手術ナビゲーションシステムにおける患者の断層画像は、予め、ＭＲＩ装置によって撮像した３次元のデータであるボリュームデータにより生成される。一方、ポインタによる指定位置を定めるために必要とされるポインタの位置検出の方式には、機械式、光学式、磁気式、超音波式などの方式がある。
【０００８】
その他、生体リズム（呼吸、脈波、心拍等）に応じた４Ｄ画像を予め取得しておき、手術時に４Ｄ画像を表示するシステムも提案されている（特許文献５）。
【０００９】
高速撮像シーケンスの応用のひとつとして、フルオロスコピー（透視撮像）と呼ばれるリアルタイム動態画像化法が臨床応用されつつある。フルオロスコピーでは、１秒以下程度の周期で撮像と画像再構成を繰り返すことにより、あたかもＸ線透視撮像のように体内組織の動態抽出や体内に外部から挿入した器具の位置把握に用いることができる動態画像を生成・表示する。
【００１０】
この応用は三次元高速撮像にも応用されている。方法として、Ｒａｗデータを間引いて撮像し、以前のデータを用いて補完・再構成する技術がある（特許文献６）。例えば、ＴＲ＝１、Ｐｈａｓｅ Ｅｎｃｏｄｅ＝２０、Ｓｌｉｃｅ Ｅｎｃｏｄｅ＝２０とすれば、４００ｍｓ毎に１ボリュームの三次元画像を連続取得することができる。
【００１１】
また、医用画像診断装置として、超音波診断装置があるが、被検体内に超音波を送受信し得られた反射エコー信号を用いて診断部位について２次元超音波画像或いは３次元超音波画像を形成して表示するものである。超音波診断装置は、被検体に超音波を照射し受信する振動子素子を備えた超音波探触子と、超音波信号を送受信する超音波送受信部と、受信信号に基づいて２次元超音波画像（Ｂモード画像）或いは３次元超音波画像を構成する超音波画像構成部と、超音波画像構成部により構成された超音波画像を表示する表示部と、これらを制御する制御部と、制御部に指示を与えるコントロールパネルとを有している。
【００１２】
現在、超音波画像処理の技術は進歩しており、探触子に向かう方向の血流を赤色で、遠ざかる方向の血流を青色で表示するカラードップラー法がある（特許文献７）。利点としては、早い血流と遅い血流とを同時に表示できるだけでなく、カラーゲインを調節して速度が早いほど明るく表示することで血流を評価する。
【００１３】
【特許文献１】米国特許第５５１２８２７号明細書
【特許文献２】米国特許第５３６５９２７号明細書
【特許文献３】米国特許第６０２６３１５号明細書
【特許文献４】国際公開第０３／０２６５０５号パンフレット
【特許文献５】特開２００７−１８５２７８号公報
【特許文献６】米国特許第６０４４２９０号明細書
【特許文献７】特許第３０２９７０６号明細書
【非特許文献１】Magnetic Resonance in Medicine:Real-time interactive MRI on a conventional scanner;AB。Kerr他、３８巻、ｐｐ。３５５−３６７（１９９７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記カラードップラー法による画像は超音波二次元画像を用いてリアルタイム血流情報を閲覧することができるので、診断だけでなく手術分野においても重要な役割を果たす機能である。
【００１５】
しかし、表示される血流情報は二次元画像であり、奥行き情報等の三次元的に血流情報を閲覧することは未だ実現していない。また、現状カラードップラー機能は超音波装置に付属する機能なので、超音波が届く範囲でしか描出できないデメリットもある。
【００１６】
本発明の目的は、血流情報を三次元的に画像表示可能な医用画像診断装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
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。
【００１８】
被検体の三次元画像情報を撮像する撮像手段と、術具検出手段と、被検体の断面画像及び術具を表示する画像表示手段とを有する医用画像診断装置において、上記撮像手段、術具検出手段及び画像表示手段を制御する制御演算手段を備え、この制御演算手段は、上記撮像手段によりされた被検体の三次元画像情報から血管の血流ベクトルを算出し、上記術具検出手段により検出された術具の先端位置に対する血管の血流方向を上記血流ベクトルに基づいて算出し、算出した血流方向に対して予め定めた色彩を、上記被検体の断面画像の血管部分に付加し、上記術具と共に上記画像表示手段に三次元画像表示させる。
【発明の効果】
【００１９】
血流情報を三次元的に画像表示可能な医用画像診断装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の位置実施形態における動作フローチャートであり、図２は本発明が適用されるＭＲＩ装置の概略構成図である。
【００２２】
まず、図２に示すＭＲＩ装置１について説明する。ＭＲＩ装置１は、例えば、垂直磁場方式０．３Ｔ永久磁石方式のＭＲＩ装置であり、垂直な静磁場を発生させる上部磁石３と、下部磁石５と、これら磁石を連結するとともに上部磁石３を支持する支柱７と、位置検出デバイス９と、アーム１１と、モニタ１３、１４と、モニタ支持部１５と、基準ツール１７と、パーソナルコンピュータ１９と、ベッド２１と、制御部２３とを備えている。
【００２３】
ＭＲＩ装置１の図示しない傾斜磁場発生部は、領斜磁場をパルス的に発生させ、最大傾磁場強度１５ｍＴ／ｍで、スルーレート２０ｍＴ／ｍ／ｍｓである。さらに、ＭＲＩ装置１は、静磁場中の被検体２４に核磁気共鳴を生じさせるための図示しないＲＦ送信器と、被検体２４からの核磁気共鳴信号を受信する図示しないＲＦ受信器とを備え、これらは１２．８８ＭＨｚの共振型コイルである。
【００２４】
位置検出デバイス（術具検出手段）９は、２台の赤外線カメラ２５と、赤外線を発光する図示しない発光ダイオードを含んで構成され、断層面指示デバイスであるポインタ２７の位置及び姿勢を検出する。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２に示すように、ＭＲＩ装置１に対する配置を適宜変更することができる。
【００２５】
モニタ１３は、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と同様に上部磁石３に連結されている。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。
【００２６】
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、図示しない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る。新たな撮像断面で取得された画像は液晶モニタ１３に表示される。
【００２７】
パーソナルコンピュータ１９及び制御部２３により制御演算手段が構成される。
【００２８】
また、画像は映像記録装置（画像記憶手段）３４に同時記録される。例えば断層面指示デバイスであるポインタ２７を穿刺針３６などに取り付け、穿刺針３６のある位置を常に撮像断面とする様に構成した場合、モニタ１３には針を常に含む断面が表示されることになる。被検体２４には、同期計測装置（生体情報取得手段）３８が取り付けられている。この同期計測装置３８により計測された生体情報（呼吸、脈拍、心拍等）が計測され、４Ｄボリューム画像が取得される。
【００２９】
図３に４Ｄボリューム画像取得例の説明図である。図３において、患者に取り付けられた同期計測装置３８から生体情報（呼吸、脈波、心拍等）を取得する（処理３０１）。ここでは、被検体の呼吸情報をモニタしており、吸気・吸気−呼気中間・呼気の３Ｐｈａｓｅの例を示している。吸気Ｐｈａｓｅ３０２に同期した３Ｄ撮像３０５、吸気−呼気中間Ｐｈａｓｅに同期した３Ｄ撮像３０６、呼気Ｐｈａｓｅに同期した３Ｄ撮像３０７を時系列で行い、メモリ３４上に記録する（処理３０８）。
【００３０】
図４は４Ｄボリューム画像再構成例の説明図である。図４において、被検体４０１に取り付けられた生体同期計測装置４０５で生体情報を取得し、三次元位置検出カメラ４０３にて術具４０２の位置を検出し、撮像断面４０４を計算する。ここで、生体情報（呼吸情報）は吸気４０７、呼気４０９、その中間４０８の３パターンあり、それぞれの３Ｄボリューム画像４１０〜４１２はメモリ上に記録されているので、手術時は呼吸情報に同期した画像４１３をリアルタイムに提供することができる。
【００３１】
図２に示したＭＲＩ装置を用いた本発明の一実施形態の動作について図１を参照して説明する。
【００３２】
図１において、被検体２４にモニタ用の同期計測装置３８を装着し（ステップ１０１）、ＭＲＩ装置１にて４Ｄ高速撮像を開始する（ステップ１０２）。生体モニタ情報に同期させて造影剤を注入し（ステップ１０３）、時系列血流４Ｄ画像を取得する（ステップ１０４）。各時相における画像処理を行い（ステップ１０５）、画素単位の血流ベクトルをそれぞれ描出する（ステップ１０６）。
【００３３】
次に、ナビゲーションを起動し（ステップ１０７）、血流４Ｄ画像情報を読み込み（ステップ１０８）、手術開始する（ステップ１０９）。生体同期計測装置３８はリアルタイムに生体情報を取得可能なことから、それに同期して４Ｄナビゲーションを表示する（ステップ１１０）、その上に血流情報を重畳表示する（ステップ１１１）。
【００３４】
ここで、三次元術具位置検出装置（１７、２５等）にて術具３６の位置を検出し、術具３６の針先端を中心とした三次元血流情報をリアルタイムに計算し、針に向かって流れてくる血流と離れていく血流情報とを色分け表示する（ステップ１１２）。さらに、血流ベクトルと体積から血流量を計算し、予め設定した血流値を越える血管に術具が一定距離以下に接近した時には画像表示手段１３、１４に警告を表示する（ステップ１１３）。そして、各種ナビゲーションを用いて目的部位に到達し（ステップ１１４）、その後、治療を開始する（ステップ１１５）。
【００３５】
図５は、３Ｄ高速撮像法による血流ベクトル描出方法の説明図である。図５において、撮像シーケンスはシングルエコーのグラディエントエコー又はマルチエコーのエコープラナー法（ＥＰＩ）の３Ｄ撮像が一般的である。ＲＦパルス７０１の印加と同時にスライス幅を決定するエンコードパルス７０２とスライス位置を決定するためのエンコードパルス７０４を印加する。さらに、位相エンコードパルス７０５、７０６を制御し、エコーを取得するためのリードアウトパルス７０３によりエコーを取得する。取得したデータ７０７はｋ空間上に再構成されるが、高速撮像をするために中心データ７０８のみを連続的に撮像して、周辺データは過去のデータを用いて補完する。
【００３６】
例えば、呼吸動は約４秒周期なので、時相数を４とすれば１時相に対して１秒間の撮像時間を確保できる。ＴＲ＝１、Ｐｈａｓｅ Ｅｎｃｏｄｅ＝３０、Ｓｌｉｃｅ Ｅｎｃｏｄｅ＝３０とすれば、９００ｍｓで１ボリュームの三次元画像が取得でき、時相に応じてそれぞれ３Ｄ撮像（つまり４Ｄ撮像）が行われる。
【００３７】
ここで、図５には、動脈（又は静脈）に造影剤７１０を注入した時の例を示している。連続撮像中の３Ｄ画像７１１に造影剤７１０が流入することで、次のスキャンでは流入分７１３が３Ｄ画像７１２上に検出される。この撮像を繰り返すことで（画像７１４、７１６）、時系列的な画像と血流情報７１５、７１７が描出される。
【００３８】
図６は、血流ベクトル描出方法の説明図である。図６において、時系列に得られる３Ｄボリューム画像８０１に対して、直前に取得した３Ｄ画像８０２との差分を算出することで、画素単位（１スキャン単位）の血流ベクトルが描出できる（画像８０３に示す）。この演算を複数回繰り返したものを加算することで（複数枚の画像８０４）、ボリュームにおける画素単位の血流ベクトルを求めることができる（画像８０５に示す。
【００３９】
図１２は、本発明の一実施形態における造影剤注入時の４Ｄ撮像タイミング（４時相）の一例を示す図である。この図１２に示した例では、呼気１５０２、中間（１）１５０３、吸気１５０４、中間（２）１５０５の４時相例である。最初に呼気のタイミングで造影剤を注入し（時点１５３０、呼気（時点１５０２））、中間（１）（１５０３、データ１５１２）、吸気１５０４（データ１５１８）、中間（２）（１５０５、データ１５２４）のタイミングでデータを取得する。
【００４０】
取得したデータはＲａｗデータとして、ｋ空間上に再構成される（データ１５０９、１５１５、１５２１、１５２７）。さらに、必要に応じてマルチスライス撮像もでき、異なるスライス位置のデータを次のタイミングで撮像し（データ１５０７、１５０８）、Ｒａｗデータとして蓄えておくこともできる（データ１５１０、１５１１）。
【００４１】
同様に、中間（１）についても、取得データ１５１３、１５１４とＲａｗデータ１５１６、１５１７、吸気についても取得データ１５１９、１５２０とＲａｗデータ１５２２、１５２３、中間（２）についても取得データ１５２５、１５２６とＲａｗデータ１５２８、１５２９の関係が成り立ち、メモリ上に記録される。
【００４２】
図１３は、本発明の一実施形態における４Ｄ画像再配置例を示す図である。ここでは、呼吸波形に対して呼気１６０１、中間１６０２、吸気１６０３の３時相例である。図１３において、呼気のタイミングで造影剤を注入し（時点１６０４）、呼気（時点１６０１）、中間（時点１６０２）、吸気（時点１６０３）のタイミングでボリューム画像を取得する（画像１６０５〜１６０７）。
【００４３】
ただし、画像再構成（再配置）では、呼気画像１６０８、中間画像１６０９、吸気画像１６１０がメモリ上で保存される。次の造影タイミングは呼気−吸気の中間タイミングで造影剤が注入され、ボリューム画像が取得される（画像１６１２〜１６１４）。上記と同様に、画像再構成（再配置）では、呼気画像１６１５、中間画像１６１６、吸気画像１６１７がメモリ上で保存される。
【００４４】
ここで、前のボリュームデータから差分処理をすることで、血流ベクトルを算出し、画素単位のベクトル成分を抽出しておく。３回目の造影（時点１６２１）では呼気のタイミングで造影し、ボリューム画像１６２２〜１６２４を取得した後、画像再構成（再配置）することで呼気画像１６２５、中間画像１６２６、吸気画像１６２７をメモリ上に保存する。上記と同様に、前のボリュームデータから差分処理をすることで、血流ベクトルを算出し、画素単位のベクトル成分を抽出する。これらの情報をそれぞれ加算することで、時相数に応じた４Ｄ画像が得られることになる（画像１６３１〜１６３３）。
【００４５】
図７は、本発明の一実施形態における臨床時のＧＵＩ表示例およびカラードップラー表示方法の説明図である。
【００４６】
図７において、被検体９０１に対して術者９０２は右側からアプローチしている。術者９０２は術具９０３を被検体９０１の右側からアプローチしているので、ＧＵＩ９０４上には３軸断面上の画像９０５〜９０７とＶｏｌｕｍｅ Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ画像９０８上に術具９０９が表示される。ここで、術具９０９の先端を基準として血流方向の関係を画素単位でリアルタイムに計算し、先端に向かう方向の血流を赤色表示部９１１で、遠ざかる血流を青色表示部９１０で示している。
【００４７】
つまり、術具９０９の方向ベクトル（術具９０９の長さ方向に沿ってこの術具グ９０９の先端に向かうベクトル）と、血流のベクトルから血流が術具９０９の先端に向かうか遠ざかるかを判断する。なお、血流方向と、術具９０９の長さ方向とが直交し、術具９０９の先端に向かうか遠ざかるかを判定することが困難な場合は、その血管部位を黄色表示することが可能である。
【００４８】
図８は、被検体１００１に対して術者１００２が左側からアプローチしている様子を示している。上記と同様に、術者１００２は術具１００３を被検体１００１の右側からアプローチしているので、ＧＵＩ １００４上には３軸断面上の画像１００５〜１００７とＶｏｌｕｍｅ Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ画像１００８上に術具１００９が表示される。
【００４９】
ここで、術具１００２の先端を基準として血流方向の関係を画素単位でリアルタイムに計算し、術具１００２の先端に向かう方向の血流を赤色表示部１０１０で、遠ざかる血流を青色表示部１０１１で示している。
【００５０】
図８に示した例と図７に示した例と異なるのは、術具方向が逆方向に起因した血流情報の逆転、つまり、赤色表示部と青色表示部とが互いに反転することである。これは、術具１００２の位置に追随して血流情報を表示しているからである。
【００５１】
術者は、断層画像及び血流の方向に基いて、その血管が動脈か静脈かの判断が容易となる。
【００５２】
図９は、本発明の一実施形態における術前のＧＵＩ表示例を示す図である。図９において、全体画面上１１００には装置情報、患者情報、各機能情報、術具情報の状態を示す画面部１１３０の他、患者モニタ情報を示す画面部１１２７がある。また、時相数設定ボタン１１０１で、時相数を設定することで、患者モニタ情報上に１周期分１１２６における分割情報が表示される（時点１１２１〜１１２５）。
【００５３】
また、４Ｄ撮像ボタン１１０２、１１０３及び造影剤注入ボタン１１０４を押下することで、モニタ上に各時相に応じたボリューム撮像が自動的に行われ、一覧表示される（表示部１１１１〜１１１９）。さらに、４Ｄ血流解析ボタン１１０５を押下することで、血流情報と合わせて表示することもできる。
【００５４】
また、４Ｄナビゲーションボタン１１０６、４Ｄカラードップラーボタン１１０７、２Ｄナビゲーションボタン１１０８、三次元位置情報ボタン１１０９も表示されている。
【００５５】
図１０は、術中のＧＵＩ表示例１２０１を示す図である。図１０において、４Ｄナビゲーションボタン１１０６を押下することで、ＧＵＩ１２０１上には３軸断面上の画像１２０３〜１２０５とＶｏｌｕｍｅ Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ画像１２０６が表示され、術具１２０９が表示される。
【００５６】
さらに、４Ｄカラードップラーボタン１１０７を押下することで、生体情報モニタ１２１１に現在の状況１２１３とリアルタイム波形１２１２が表示され、それに同期して術具先端に向かう方向の血流を赤色表示部１２０８で表示し、遠ざかる血流を青色表示部１２０７で表示する。
【００５７】
必要に応じて、２Ｄナビゲーションボタン１１０８を押下することで、画面１２２１上に術具１２２２を含むリアルタイム撮像断面が表示され、三次元位置情報ボタン１１０９を押下することで三次元立体画面１２３１が表示され、術具情報１２３２、１２３３およびセグメンテーション情報１２３４〜１２３６が表示され、三次元立体位置構成が一目で分かるように画面構成されている。
【００５８】
図１１は、本発明の一実施形態における手術時のタイムチャートを示す図である。図１１において、被検体に生体モニタを装着し（ステップ１３０１）、その後、造影剤を注入し（ステップ１３０２）、４Ｄ撮像を行う（ステップ１３０３）。差分画像から血流ベクトルを算出し（ステップ１３０４）、手術を開始し（ステップ１３０５）、その後、術具位置の検出を行う（ステップ１３０６）。
【００５９】
一方、生体モニタに同期して４Ｄナビゲーションを表示し（ステップ１３０７）、そのモニタ上に、術具位置情報によるリアルタイム血流ベクトルを算出することで、血流情報を重畳表示することが可能となる（ステップ１３０８）。具体的には術具先端位置を中心として、血流方向を色分け表示し（ステップ１３０９）、必要に応じて警告機能を働かせることもできる（ステップ１３１０）。この機能は治療が開始（ステップ１３１１）されるまで繰り返される。
【００６０】
以上のように、本発明の一実施形態は、ＭＲＩ装置において、得られた生体情報（各時相）に同期して造影剤を注入して４Ｄ撮像を行い、画像処理にて血流ベクトルを算出し、手術ナビゲーション時に血流情報を重畳表示するものである。また、手術ナビゲーションは生体情報を同期させて４Ｄ画像を表示し、術具先端位置から見て血流方向を色分け表示する構成となっている。
【００６１】
これより、立体表示（四次元）化して、４Ｄ流体情報を可視化できるようになり、一般的に行われている４Ｄナビゲーション機能に加えて、手術情報量を増加することができ、手術精度向上の支援を行うことができる。
【００６２】
また、本発明は血流情報の重畳表示だけでなく、超音波装置では補えない軟部組織も同時描出可能なことから、ターゲット疾患を見つけられるメリットもあり、術者・患者に対するストレス低減と手術時間短縮による低侵襲が期待できる。
【００６３】
なお、上述した例は、血管の血流方向を３次元的に画像表示する例であるが、血管等の流体情報を画像化できることから、血管だけでなくリンパ液や脳脊髄液の流れ方向を可視化することも可能である。
【００６４】
また、上述した例は、本発明をＭＲＩ装置に適用した場合の例であるが、本発明は、ＭＲＩ装置のみならず、ＣＴ装置等の三次元撮像が可能な他の医用画像診断装置にも適用可能である。
【００６５】
ここで、４Ｄ撮像タイミングについて、本発明とは異なる例について説明する。これは、本発明と比較するために行うものである。
【００６６】
図１４は、本発明とは異なる方法による４Ｄ撮像タイミングを示す図である。図１４に示した例は、被検体の呼吸波形１４０１と同期させた例であり、呼気１４０２、中間（１）１４０３、吸気１４０４、中間（２）１４０５の４つに分かれている。ここで、高速撮像を行うが、データ取得方法は呼気のタイミングでデータ１４０６を取得し、次のデータは中間（１）用のデータ１４０７、吸気用データ１４０８、中間（２）用データ１４０９と順番にデータ取得を行い、最初の呼気のデータ１４１０の取得に戻る。
【００６７】
ただし、取得するデータは位相エンコードパルスを制御することで前回とは異なる部分のデータをそれぞれ取得する（データ１４１０〜１４１３）。これを所定回数繰り返すことで、４時相の二次元データが取得できる（データ１４１０〜１４２１）。さらに、スライスエンコードをｋｚ方向に印加して、再度二次元データの取得を行う（データ１４３０〜１４３２）。これを所定回数繰り返す処理１４４０を行うことで、最終的に４時相分の３Ｄボリューム画像が得られ（データ１４５０〜１４５３）、その結果４Ｄデータ１４４１が得られる。
【００６８】
図１４に示した例では、中心データのみならず、周辺データも取得しているが、図１２に示した本願発明の一実施形態においては、中心データのみ取得している。つまり、本発明の一実施形態においては、図１２に示したように、高速撮像法を実行するため、中心データのみ取得している。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施形態の動作フローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態が適用されるＭＲＩ装置の概略構式図である。
【図３】４Ｄボリューム画像取得例の説明図である。
【図４】４Ｄボリューム画像再構成例の説明図である。
【図５】本発明の一実施形態における高速３Ｄ撮像法による血流ベクトル抽出方法の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態における高速３Ｄ撮像法による血流ベクトル抽出方法の説明図である。
【図７】本発明の一実施形態における臨床時のＧＵＩ表示例およびカラードップラー表示方法の説明図である。
【図８】本発明の一実施形態における臨床時のＧＵＩ表示例およびカラードップラー表示方法の説明図である。
【図９】本発明の一実施形態におけるＧＵＩ（術前）模式図である。
【図１０】本発明の一実施形態におけるＧＵＩ（術中）模式図である。
【図１１】本発明の一実施形態における手術時の動作タイムチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態における造影剤注入時の４Ｄ撮像タイミングの一例を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態における４Ｄ画像再配置例を示す図である。
【図１４】本発明とは異なる方法による４Ｄ撮像タイミングを示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１・・・ＭＲＩ装置、３・・・上部磁石、５・・・下部磁石、７・・・支柱、９・・・位置検出デバイス、１１・・・アーム、１３、１４・・・モニタ、１５・・・モニタ支持部、１７・・・基準ツール、１９・・・パーソナルコンピュータ、２１・・・ベッド、２３・・・制御部、２４・・・被検体、２５・・・赤外線カメラ、２７・・・ポインタ、２９・・・操作者、３４・・・映像記録装置、３５・・・反射球、３６・・・術具、３８・・・同期計測装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の三次元画像情報を撮像する撮像手段と、術具検出手段と、被検体の断面画像及び術具を表示する画像表示手段とを有する医用画像診断装置において、
上記撮像手段、術具検出手段及び画像表示手段を制御する制御演算手段であり、上記撮像手段によりされた被検体の三次元画像情報から血管の血流ベクトルを算出し、上記術具検出手段により検出された術具の先端位置に対する血管の血流方向を上記血流ベクトルに基づいて算出し、算出した血流方向に対して予め定めた色彩を、上記被検体の断面画像の血管部分に付加し、上記術具と共に上記画像表示手段に三次元画像表示させる制御演算手段を備えることを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の医用画像診断装置において、被検体の生体情報を取得する生体情報取得手段を備え、上記制御演算手段は、上記生体情報取得手段により取得された生体情報に同期した被検体の断面画像を、上記色彩が付加された血管部分及び上記術具とともに上記画像表示手段に表示させることを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項３】
請求項２記載の医用画像診断装置において、上記制御演算手段は、上記生体情報から得られる生体リズムの周期を分割し、分割した時点における上記被検体の断面画像を撮像させ、上記画像表示手段に表示させることを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項４】
請求項３記載の医用画像診断装置において、画像記憶手段を備え、上記生体情報は、呼吸情報であり、呼吸情報の一周期における吸気、吸気−呼気間、呼気時点を分割時点とし、各分割時点毎の上記被検体の断面画像を上記画像記憶手段に格納することを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項５】
請求項１記載の医用画像診断装置において、上記制御演算手段は、時系列で上記被検体の複数の三次元画像を撮像し、時間的に前後する画像を互いに減算することにより血管の血流方向ベクトルを算出することを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項６】
請求項２記載の医用画像診断装置において、上記制御演算手段は、上記生体情報取得手段により取得された生体情報及び上記被検体の三次元画像を上記画像表示手段に表示させることを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項７】
請求項１記載の医用画像診断装置において、上記制御演算手段は、上記被検体の三次元画像情報から、血管の体積と上記血流ベクトルから血流量を算出し、予め定められた一定の血流値を血管に上記術具が一定距離に接近したとき、上記表示手段に警告を表示させることを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項８】
静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波信号送受信手段と、画像表示手段と、上記静磁場発生手段、傾斜磁場発生手段、高周波信号送受信手段及び画像表示手段を制御し、上記高周波信号送受信手段が受信した核磁気共鳴信号に基づいて被検体の三次元画像情報を取得し、被検体の画像を再構成して上記画像表示手段に表示させる制御演算手段と、術具検出手段とを有する磁気共鳴イメージング装置において、
上記制御演算手段は、上記被検体の三次元画像情報から血管の血流ベクトルを算出し、上記術具検出手段により検出された術具の先端位置に対する血管の血流方向を上記血流ベクトルに基づいて算出し、算出した血流方向に対して予め定めた色彩を、上記被検体の断面画像の血管部分に付加し、上記術具と共に上記画像表示手段に三次元画像表示させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１】
被検体の三次元画像情報を撮像する撮像手段と、術具検出手段と、被検体の断面画像及び術具を表示する画像表示手段とを有する医用画像診断装置において、
上記撮像手段、術具検出手段及び画像表示手段を制御する制御演算手段であり、上記撮像手段によりされた被検体の三次元画像情報から血管の血流ベクトルを算出し、上記術具検出手段により検出された術具の先端位置に対する血管の血流方向を上記血流ベクトルに基づいて算出し、算出した血流方向に対して予め定めた色彩を、上記被検体の断面画像の血管部分に付加し、上記術具と共に上記画像表示手段に三次元画像表示させる制御演算手段を備えることを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の医用画像診断装置において、被検体の生体情報を取得する生体情報取得手段を備え、上記制御演算手段は、上記生体情報取得手段により取得された生体情報に同期した被検体の断面画像を、上記色彩が付加された血管部分及び上記術具とともに上記画像表示手段に表示させることを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項３】
請求項２記載の医用画像診断装置において、上記制御演算手段は、上記生体情報から得られる生体リズムの周期を分割し、分割した時点における上記被検体の断面画像を撮像させ、上記画像表示手段に表示させることを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項４】
請求項３記載の医用画像診断装置において、画像記憶手段を備え、上記生体情報は、呼吸情報であり、呼吸情報の一周期における吸気、吸気−呼気間、呼気時点を分割時点とし、各分割時点毎の上記被検体の断面画像を上記画像記憶手段に格納することを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項５】
請求項１記載の医用画像診断装置において、上記制御演算手段は、時系列で上記被検体の複数の三次元画像を撮像し、時間的に前後する画像を互いに減算することにより血管の血流方向ベクトルを算出することを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項６】
請求項２記載の医用画像診断装置において、上記制御演算手段は、上記生体情報取得手段により取得された生体情報及び上記被検体の三次元画像を上記画像表示手段に表示させることを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項７】
請求項１記載の医用画像診断装置において、上記制御演算手段は、上記被検体の三次元画像情報から、血管の体積と上記血流ベクトルから血流量を算出し、予め定められた一定の血流値を血管に上記術具が一定距離に接近したとき、上記表示手段に警告を表示させることを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項８】
静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波信号送受信手段と、画像表示手段と、上記静磁場発生手段、傾斜磁場発生手段、高周波信号送受信手段及び画像表示手段を制御し、上記高周波信号送受信手段が受信した核磁気共鳴信号に基づいて被検体の三次元画像情報を取得し、被検体の画像を再構成して上記画像表示手段に表示させる制御演算手段と、術具検出手段とを有する磁気共鳴イメージング装置において、
上記制御演算手段は、上記被検体の三次元画像情報から血管の血流ベクトルを算出し、上記術具検出手段により検出された術具の先端位置に対する血管の血流方向を上記血流ベクトルに基づいて算出し、算出した血流方向に対して予め定めた色彩を、上記被検体の断面画像の血管部分に付加し、上記術具と共に上記画像表示手段に三次元画像表示させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−２７９２９０（Ｐ２００９−２７９２９０Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３６１９８（Ｐ２００８−１３６１９８）
【出願日】平成２０年５月２６日（２００８．５．２６）
【出願人】（０００１５３４９８）株式会社日立メディコ (1,613)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２６日（２００８．５．２６）
【出願人】（０００１５３４９８）株式会社日立メディコ (1,613)
【Ｆターム（参考）】
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