| 【発明の名称】 |
磁気共鳴イメージング装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】磯部 正幸
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| 【要約】 |
【課題】計測データの情報分布を考慮した最適な傾斜磁場印加パターンを自動的に設定でき、これにより高速で高画質な撮像を可能とするＭＲＩ装置を提供する。
【解決手段】被検査体を予備計測することにより得られた信号から被検査体に関する情報量分布を求め、この情報量分布から情報量の多い部分の信号を重点的に計測するような傾斜磁場の印加パターンを算出する。この傾斜磁場パターンはメモリに格納され、本計測ではこのパターンに基づき傾斜磁場を発生させて磁気共鳴信号を計測し、この計測データから画像再構成する。これにより渦巻型走査計測等において効率よくデータ取得を行うことができ、補間データの向上を図ることができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 静磁場を発生する静磁場発生手段，前記静磁場中に置かれた被検査体に対して、高周波電磁波を印加する送信手段，前記静磁場に磁場勾配を与える傾斜磁場発生手段，前記被検査体から発生する核磁気共鳴信号を計測する受信手段，これら送信手段，傾斜磁場発生手段及び受信手段を所定のパルスシーケンスに従い制御する制御手段，計測された核磁気共鳴信号に基づいて画像処理を行う画像処理手段を備えた磁気共鳴イメージング装置において、前記制御手段は、前記被検査体を予備計測することにより得られた信号から前記被検査体に関する情報量分布を求め、この情報量分布に対応する計測空間密度となるように傾斜磁場の印加パターンを算出し、前記傾斜磁場発生手段を制御す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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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）に係わり、特に傾斜磁場の印加パターンを自動的に最適化可能なＭＲＩ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＭＲＩ装置は、いわゆるＮＭＲ現象を利用して被検体中の所望の検査部位における原子核スピンの密度分布，緩和時間分布等を計測して、その計測データから被検体の検査部位を画像表示するものである。ＭＲＩ装置では、ＮＭＲ信号を空間情報としてエンコード（符号化）するために、傾斜磁場を印加してＮＭＲ信号を計測し、このＮＭＲ信号を用いて再構成する。これはＮＭＲ周波数が磁場強度と線形関係にあるため、対象領域に線形の傾斜磁場を印加することにより、対象領域おける空間位置と周波数の関係が線形となり、時間情報であるＮＭＲ信号をフーリエ変換し、周波数軸に置き換えるだけで被検体の位置情報が得られることを利用したものである。通常一断面の画像を再構成するために、互いに直交する２方向，位相エンコード方向と周波数エンコード方向の傾斜磁場が用いられる。
【０００３】図７（ａ）は典型的な撮像シーケンスであるグラディエントエコー法のパルスシーケンスを示す図で、このシーケンスではスライス選択の傾斜磁場Ｇｓを印加した状態で高周波磁場を印加し被検査体の一断面を励起した後、位相エンコード方向の傾斜磁場Ｇｐを印加するとともに周波数エンコード方向の傾斜磁場Ｇｆを印加しながらＮＭＲ信号をエコー信号として計測する。このエコー信号は周波数エンコード方向の傾斜磁場Ｇｆの印加時間に対応する時系列データとしてメモリに格納され、位相エンコード方向の傾斜磁場Ｇｐの大きさを離散的に変化させながら同図（ａ）のシーケンスを繰り返すことにより、同図（ｂ）に示すように計測空間（ｋ空間）全体が走査され、一断面の画像再構成に必要な計測生データが収集される。
【０００４】計測されたＮＭＲ信号は、通常直交位相検波（ＱＰＳ）法を用いていることから、実数部と虚数部からなるデータＤｒ＋ｊＤｉ（ｊは虚数）として格納され、これを２次元フーリエ変換により再構成することによって画像を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の計測方法は、計測空間を一定間隔で繰り返し直線的に走査し、空間的に均一に分布したデータを計測し、再構成を行なっており、計測空間における情報の分布状態は考慮されていない。このため急激な信号量の変化のあるところ、即ち情報量の多いところでは細かい情報（空間周波数の高い情報）を確実に把握できないという問題がある。これを防ぐためには、サンプリング数及び／又は位相エンコード数を増加させる必要があり、計測時間の増加を招いていた。
【０００６】一方、計測空間の走査法として、図８（ｂ）に示すように、計測空間を円状に走査し、かつその半径を順次変化させ渦巻状に走査する手法（スパイラルスキャン）も提案されている。この方法では、位相エンコード方向及び周波数エンコード方向の傾斜磁場パターンとして、同図（ａ）に示すようなｓｉｎ型の傾斜磁場波形を印加する。このｓｉｎ型の傾斜磁場波形はそれぞれ次式（１）及び（２）で表わされる。
【数１】
ここでＲｆ（ｔ）及びＲｐ（ｔ）は計測空間軌跡の半径方向の距離を示し、この関数として時間的に一定の割合で増加する１次関数を採用することにより、計測データは等間隔な渦巻状に走査して計測される。この渦巻型走査の場合にも、本来の被検体の空間的な情報分布は考慮されておらず、一定の間隔で渦巻状に走査しているため、時間的，画質的に効率の悪い計測となっている。
【０００７】本発明はこのような従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、計測データの情報分布を考慮して最適な傾斜磁場印加パターンを設定することができ、これにより高速で高画質な撮像を可能とするＭＲＩ装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成するために本発明では、基本的には、画像を再構成するためのデータを取得する本計測の前に、あらかじめ、被検体の空間的な分布を得、この分布に基づき、最適な傾斜磁場パルス印加パターンを生成し、この印加パターンを用いて計測を行なったデータを用いて再構成を行なう。
【０００９】即ち、本発明のＭＲＩ装置は、静磁場を発生する静磁場発生手段，静磁場中に置かれた被検査体に対して、高周波電磁波を印加する送信手段，静磁場に磁場勾配を与える傾斜磁場発生手段，被検査体から発生する核磁気共鳴信号を計測する受信手段，これら送信手段，傾斜磁場発生手段及び受信手段を所定のパルスシーケンスに従い制御する制御手段，計測された核磁気共鳴信号に基づいて画像処理を行う画像処理手段を備えた磁気共鳴イメージング装置において、制御手段は、被検査体を予備計測することにより得られた信号から被検査体に関する情報量分布を求め、この情報量分布に対応する計測空間密度となるように傾斜磁場の印加パターンを算出し、傾斜磁場発生手段を制御する。
【００１０】このように構成したＭＲＩ装置は、従来のＭＲＩ装置に比べて、被検査体の情報量の多い部分を重点的に計測するため、高速に高画質の画像を得ることを可能とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を説明する。図６は本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体構成を示すブロック説明図であり、このＭＲＩ装置は、大別すると、中央処理装置（ＣＰＵ）１とシーケンサ２と送信系３と静磁場発生磁石４と受信系５と信号処理系６とから構成され、ＣＰＵ１は、本発明に基づくプログラムに従ってシーケンサ２，送信系３，受信系５，信号処理系６の各々を制御するものである。
【００１２】シーケンサ２は、ＣＰＵ１からの制御指令に基づいて動作し、被検体７の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系３，静磁場発生磁石４の傾斜磁場発生系２１，受信系５に送るようにしている。送信系３は、高周波発信器８と変調器９と高周波コイルとしての照射コイル１１を有し、シーケンサ２の指令により高周波発信器８からの高周波パルスを変調器９で振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器１０を介し増幅して照射コイル１１に供給する。これにより、所定のパルス状の電磁波が被検体７に照射される。
【００１３】静磁場発生磁石４は、被検体７の回りに任意の方向に均一な静磁場を発生させるためのものであり、この静磁場発生磁石４の内部には、照射コイル１１の他、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル１３と，受信系５の受信コイル１４が設置されている。
【００１４】傾斜磁場発生系２１は、互いに直交するデカルト座標軸方向にそれぞれ独立に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル１３と，傾斜磁場コイルに電流を供給する傾斜磁場電源１２と，傾斜磁場電源１２を制御するシーケンサ２により構成される。シーケンサ２内にはＣＰＵ１を用いて算出される傾斜磁場パターンを含むシーケンステーブルが組み込まれ、この傾斜磁場パターンに比例した電流を各傾斜磁場コイルに流すようになっている。
【００１５】受信系５は、高周波コイルとしての受信コイル１４と該受信コイル１４に接続された増幅器１５と直交位相検波器１６とＡ／Ｄ変換器１７とを備え、被検体７からのＮＭＲ信号を受信コイル１４が検出すると、その信号を増幅器１５，直交位相検波器１６，Ａ／Ｄ変換器１７を介しデジタル量に変換するとともに、シーケンサ２からの指令によるタイミングで直交位相検波器１６によってサンプリングされた二系列の収集データに変換してＣＰＵ１に送るようにしている。
【００１６】信号処理系６は、磁気ディスク２０，光ディスク１９等の外部記憶装置と，ＣＲＴ等からなるディスプレイ１８とを備え、受信系５からのデータがＣＰＵ１に入力されると、ＣＰＵ１が信号処理，画像再構成等の処理を実行し、その結果の被検体７の所望の断面像をディスプレイ１８に表示するとともに、外部記憶装置の磁気ディスク２０等に記録する。
【００１７】次にこのような構成におけるＭＲＩ装置における傾斜磁場パターンの設定と画像取得までの動作について説明する。実施例として、ｓｉｎ型傾斜磁場波形を印加して図１に示すような渦巻型計測を行う場合を説明する。
【００１８】本発明によるＭＲＩ装置では、傾斜磁場パターンを被検体の空間的な分布に基づき決定するために、まず被検体の空間的な情報分布をあらかじめ計測する。
【００１９】この分布を計測するには、図２（ａ）に示すような従来のパルスシーケンスを応用したパルスシーケンスを実行する。このパルスシーケンスは、図７（ａ）に示す従来のパルスシーケンスにおいて、位相エンコードを印加しないで計測を行なった場合と同じで、その計測データ列（図２（ｂ））は被検体の空間的な分布がフーリエ変換されたデータを位相エンコード方向に足し合わせたものとなる。この計測データで信号が高い部分は、被検体中にその位置に対応する空間周波数をもった構造物が存在していることを意味する。またデータ列の変化量が大きい部分はその情報量が多いことになる。従ってこの部分を重点的に計測すれば効率が良く必要な情報が得られることがわかる。
【００２０】ＣＰＵは、図２のパルスシーケンスを実行することにより得られた計測データＰＥ［ｉ］をもとに、データ列の変化量が大きい部分の計測密度が大きくなるように傾斜磁場パターンを算出する。尚、図２では周波数エンコード方向の傾斜磁場Ｇｆを読み出し傾斜磁場とした場合のみを示しているが、読み出し傾斜磁場として周波数エンコード方向の傾斜磁場Ｇｆを用いた計測と、読み出し傾斜磁場として位相エンコード方向の傾斜磁場Ｇｐを用いた計測とを行うことにより、それぞれの方向について空間的な分布を反映した計測データＰＥ［ｉ］を得ることができる。
【００２１】ＣＰＵが行う、計測データＰＥ［ｉ］に基づき傾斜磁場パターンを算出する方法について図３を参照して説明する。まず計測データ系列ＰＥ［ｉ］の信号量変化率の大きな場所に着目するため、前方差分ＰＰＥ［ｉ］を行なう。
【数２】
このＰＰＥ［ｉ］が大きいほど変化量が大きいため、この部分ほど細い間隔で計測を行なうことで、より高精度での撮像が可能となる。逆にＰＰＥ［ｉ］が小さいほど変化が少ないため、この部分は計測の精度をあげる必要がないことがわかる。従って、計測の間隔を求めるためにＰＰＥ［ｉ］の逆数をとる。
【００２２】
【数３】
このＱＱＥ［ｉ］が渦巻の間隔であると想定すると、ＱＱＥ［ｉ］の小さいほど、即ちＰＰＥ［ｉ］が大きく、信号の変化率が大きいほど細かくデータを計測することができることになる。このためＱＱＥ［ｉ］の分布を実際のエンコード分布に換算する。まずＱＱＥ［ｉ］の絶対値の合計Ｓｑｑを算出する。
【００２３】
【数４】
このＳｑｑが周波数エンコード数（計測サンプル数）ＮｆとなるようにＱＱＥ［ｉ］を規格化（ＲＲＥ［ｉ］）する。
【数５】
【００２４】一方、信号は周波数エンコード方向の視野の両端で位相がＮｆ×πだけずれている必要がある。即ち、視野直径をＤとするとき、傾斜磁場パルスの強度Ｇｆと計測サンプル数Ｎｆは次式（７）を満たす必要がある。
【数６】
式中γは対象核（例えばプロトン）の磁気回転比である。
【００２５】従って式（７）より、上記式（６）のような周波数エンコード分布を得るために必要な傾斜磁場Ｇ［ｉ］は次式（８）となる。ここでＲＲＥ［ｉ］は、すでに前方差分（＝離散微分）された形である。
【数７】
【００２６】このようにして図３に示すような周波数エンコード数の傾斜磁場変化Ｇｆ［ｉ］を表わすエンコードマップが得られる。位相エンコード方向についても、図２のパルスシーケンスにおいて読み出し傾斜磁場として位相エンコード方向の傾斜磁場Ｇｐを用いた計測を行うことにより、計測データＰＥ［ｉ］を収集し、この計測データＰＥ［ｉ］について同様の処理を行うことにより、位相エンコード方向の傾斜磁場変化Ｇｐ［ｉ］を得ることができる。
【００２７】次に上述のようにして求められた傾斜磁場変化Ｇｆ［ｉ］，Ｇｐ［ｉ］を用いて渦巻型計測における傾斜磁場パターンを設定する手法について説明する。既に述べたように一般的な渦巻型計測においては、位相エンコード方向および周波数エンコード方向の傾斜磁場は式（１）及び（２）で表わされる。
【００２８】
【数８】
これらの傾斜磁場を印加することにより、計測空間軌跡は周期２π／ωの渦巻状となり、渦巻きの間隔は半径方向の距離変化を表わすＲ（ｔ）で決まる。ここで情報分布を考慮した最適な間隔で渦巻状に走査するためには、半径方向の距離の変化Ｒ（ｔ）を式（８）で求められたＧｆ［ｉ］およびＧｐ［ｉ］に示すように変化させればよいことになる。
【００２９】この場合、Ｇｆ［ｉ］及びＧｐ［ｉ］は離散的なデータであるため、内挿し連続量（ｉｉ）に変換する。内挿法としては公知の方法を採用できるが、ここでは簡素化のため直線近似を行なう場合を説明する。即ち、図４に示すようにエンコード数ｉにおける傾斜磁場Ｇ（ｉ）とそれに隣接するエンコード数（ｉ−１）における傾斜磁場Ｇ（ｉ−１）との間（ｉｉ）を直線で近似する。
【００３０】
【数９】
ここでｉは１，２，３，・・・・Ｎ（Ｎ：各エンコード数）を表わし、ｉｉは隣接するエンコード数（ｉ−１）とｉの間の連続量である。また、渦巻きが一周した時にその渦巻きの間隔が（ｉ−１）とｉの離散間隔に一致するように、（ｉ−１）とｉの間隔を上記の式（１）及び（２）のωの周期２π／ωに一致させる。よって最終的にＲｐ（ｔ），Ｒｆ（ｔ）は、【数１０】
となる。ここで、ｉはｉ＞ｔ／（２π／ω）をみたす整数とする。
【００３１】このＲｐ（ｔ），Ｒｆ（ｔ）を式（１），（２）に代入して求まる式（１３），（１４）が、渦巻型計測時の周波数エンコード方向，および位相エンコード方向傾斜磁場印加パターンとなる。
【数１１】
式中、ｄＲｆ（ｔ）／ｄｔ及びｄＲｐ（ｔ）／ｄｔは、Ｒｆ（ｔ）及びＲｐ（ｔ）が直線近似されているので、その傾きに等しくなり、【数１２】
となる。
【００３２】このように設定された周波数エンコード方向及び位相エンコード方向の傾斜磁場パターンは、図６に示すＭＲＩ装置のシーケンサ２内のメモリに保存される。以上の準備計測及びその計測データに基づく傾斜磁場パターンの算出の後、被検体の本計測を開始する。図５にパターン生成から画像取得までの流れを示す。
【００３３】本計測では、傾斜磁場パターン生成によってパルスシーケンスが設定されると、図８に示すような渦巻型計測に基づくパルスシーケンスが実行される。ここでは、スライス選択励起に続く期間Ｍで上式（１３），（１４），（１５），（１６）で示される傾斜磁場パターンに従って傾斜磁場コイルに電流を流して傾斜磁場を印加する。この期間に計測されたデータは図１に示すような走査パターンに従って計測空間に配置される。この走査パターンは、空間的分布に基づき算出されたエンコードマップ（図３）に従って変化し、情報量の多い部分では高い密度の分布となっている。
【００３４】次にこれら計測データから二次元フーリエ変換法を用いて再構成を行う。この場合、生の計測データは不均一に分布したデータであるので、均一分布データを生成する必要がある。これには、最近接補間法やｓｉｎｃ関数による補間など一般的な手法を用いることができる。本発明のＭＲＩ装置により計測された計測データは、信号変化量の大きな部分での計測精度が向上しているため、補間の精度も向上し、画質の向上につながる。
【００３５】尚、以上の実施例では渦巻型計測の場合を説明したが、本発明は図７に示すような直線型走査の計測にも適用できる。この場合には、式（８）で算出された傾斜磁場変化（エンコードステップ）Ｇｐ［ｉ］をそのまま用いて計測することにより、情報量が多い部分を重点的に計測することができる。
【００３６】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発明によるＭＲＩ装置によれば、被検体の情報分布に対応した最適な傾斜磁場パターンを自動的に算出し計測するため、高画質な画像を高速に撮像することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１５３４９８
【氏名又は名称】株式会社日立メディコ
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）２月２６日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２４４２５８ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）９月１４日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−６０３５５ |
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