| 【発明の名称】 |
連続ＭＲＩ画像再構成方法及び装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】高橋 哲彦
【氏名】瀧澤 将宏
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| 【要約】 |
【課題】マルチプルRFコイルを用いた連続撮影において信号処理時間を短縮し、画像表示、画像転送における待ち時間を削減する。
【解決手段】マルチプルコイルを用いて被検体から発生するＮＭＲ信号を受信し、マルチプルコイルを構成する複数の小型受信コイルで検出した受信信号を合成し、１枚の画像を撮影するステップを繰り返し、時系列的に連続したＭＲＩ画像を形成する。画像の合成は、各小型受信コイルからの受信信号を各小型受信コイルの空間感度分布で重み付けして行う。この合成に用いる各小型受信コイルの空間感度分布は、前記繰り返されるステップのうち、任意のステップにおいて、複数の小型受信コイルでそれぞれ検出した受信信号から求めた空間感度分布を記憶しておき、これを用いる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】静磁場中に置かれた被検体に高周波磁場及び傾斜磁場を印加するとともに前記被検体から生じる核磁気共鳴信号をマルチプルコイルを用いて受信し、受信信号を処理して前記被検体の画像を再構成することからなる撮像ステップを繰り返し、時系列的に連続したＭＲＩ画像を再構成する方法であって、前記繰り返されるステップのうち、任意のステップにおいて、前記マルチプルコイルを構成する複数の小型受信コイルでそれぞれ検出した受信信号に低周波通過フィルタを作用させ、各小型受信コイルの空間感度分布を求め、記憶し、前記各ステップにおいて各小型受信コイルで検出された受信信号を、それぞれ前記空間感度分布を用いて重み付けした後、合成することを特徴とする連続ＭＲＩ画像再構成方法。
【請求項２】被検体の置かれる空間に静磁場、傾斜磁場及び高周波磁場の各磁場を発生する手段と、前記高周波磁場の照射により被検体から発生する核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、前記傾斜磁場及び高周波磁場の印加及び前記核磁気共鳴信号の計測を所定のパルスシーケンスに従って制御する手段と、前記受信手段で受信した信号を処理して前記被検体の画像を再構成する信号処理手段とを備えたＭＲＩ装置において、前記受信手段は、複数の小型受信コイルからなるマルチプルコイルを備え、前記信号処理手段は、時系列的に連続する画像を再構成するに際し、時系列に連続して前記小型受信コイルから検出される信号の組のうち任意の時点における信号の組を選択し、この信号の組に基づき各小型受信コイルの空間感度分布を求め、記憶する手段と、時系列に連続して前記小型受信コイルから検出される各信号の組に、前記空間感度分布群を用いて、重み付けし合成する手段とを備えたことを特徴とするＭＲＩ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、被検体中の水素や隣等からの核磁気共鳴（以下、NMRという）信号を測定し、原子核の密度分布や緩和時間分布等を映像化する核磁気共鳴撮影（ＭＲＩ）装置に関し、特にNMR信号の測定を連続的に行い時系列的に連続する画像を得るための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＭＲＩ装置は、静磁場中に置かれた被検体に高周波磁場を照射し、これによって被検体から生じるNMR信号を受信し、この受信信号を処理することにより画像を再構成するものであり、NMR信号を受信するために高周波コイルが用いられる。
【０００３】受信用高周波コイルとしては、感度範囲が広く且つ感度のよいことが求められる。このような要求を満たすものとして、小型の高感度コイルを複数組合せたマルチプルコイル或いはフェイズドアレイコイルと呼ばれる高感度コイルが近年多用され始めた（特表平2-500175号、「改良された機能MRI用アレイ頭部コイル」Array Head Coil for Improved Functional MRI(Christoph Leussler) 1996 ISMRM abstruct p.249、「脳撮影用ヘルメット型及びシリンダー型CPアレイコイル：SN特性の比較」Helmet and Cylindrical Shaped CP Array Coils for Brain Imaging:A Comparison of Signal-to-Noise Characteristics (H.A. Stark E. M. Haacke) 1996 ISMRM abstruct p.1412、「1.5Ｔにおける体部撮影のための誘導デカップラーを備えた４チャンネルラップアラウンドコイル」Four Channel Wrap-Around Coil with Inductive Decoupler for 1.5 T Body Imaging(T.Takahashiet. al) 1995 ISMRM abstruct p.1418等）。
【０００４】このようなマルチプルコイルを用いたMRI装置の信号検出部の一例を図５に示す。図示するように、マルチプルコイル601は、例えば４個の小型RF受信コイル602とそれぞれに接続されたプリアンプ603とから構成される。各プリアンプ603からの出力は、4個のAD変換・直交検波回路604を並列してなる信号検出部406で、直交検波されA/D変換された後、信号処理部407においてそれぞれ画像再構成のための演算605、例えばフーリエ変換、バックプロジェクション法、ウェーブレット変換が施され、最後に各信号毎に再構成された画像信号を合成する（606）。
【０００５】この場合、マルチプルコイルを構成する各小型受信コイルの空間感度分布は、それぞれ異なるため、各小型受信コイルで得られた信号に、その空間感度分布に応じた重み付けを行った後、合成する。各小型受信コイルの空間感度分布は、ファントム等を用いて予め求めることもできるが、各小型受信コイルからの受信信号を演算することによって求めることができる。後者の場合には、各受信信号の画像再構成演算の際に、各受信信号に逆フーリエ変換等の演算やローパスフィルタ処理等を行って空間感度分布を求め、これを各小型受信コイルの信号の重み付け合成に用いる。
【０００６】ところで、ＭＲＩ装置による計測として、近年、脳の活動状況を画像化する手法(脳機能計測)が開発された。脳機能計測では、一定時間間隔で200枚から1000枚のMRI画像を連続的に取得し、脳の刺激に連動したMRI信号のわずかな変化（0.5％〜5％）を検出し、脳の活性化部位を画像化する。
【０００７】このように時系列に連続する画像を計測するＭＲＩ（ダイナミックMRI）では、検出すべき信号変化が小さいので受信の高感度化が求められ、例えば上述したマルチプルコイルが用いられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしマルチプルコイル及びそのための信号処理部を備えた従来のMRI装置にダイナミックMRIを適用した場合、信号の取得、上述の感度分布計算及び信号合成の一連の処理を、時系列に連続する各画像毎に繰り返すことになるので（図６）、画像再構成のための処理時間が増大する。
【０００９】典型的なマルチスライス脳機能計測では、同一スライスの画像撮影間隔（ダイナミックインターバル）が２秒で、スライス数が16スライス程度が要求されている。これは、2/16=0.125秒毎に一枚の画像を再構成する処理を意味し、高速の演算器が必要になり装置コストの増大を招く。また、処理時間が延長し演算が次の撮影開始までに間に合わない場合、撮影が完了しているにも関わらず、画像が表示されなかったり、画像がデータベースに転送されず、その後の画像処理（例えば画像間統計処理）を速やかに開始できないなどの実用上の不都合を生じる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決するためになされたもので、本発明による連続MRI画像形成方法では、静磁場中に置かれた被検体に高周波磁場及び傾斜磁場を印加するとともに被検体から生じるNMR信号をマルチプルコイルを用いて受信し、受信信号を処理して被検体の画像を再構成することからなる撮像ステップを繰り返し、時系列的に連続したＭＲＩ画像を形成（以下、ダイナミック撮影という）する方法であって、繰り返されるステップのうち、任意のステップにおいて、マルチプルコイルを構成する複数の小型受信コイルでそれぞれ検出した受信信号に低周波通過フィルタを作用させ、各小型受信コイルの空間感度分布を求め、記憶し、各ステップにおいて各小型受信コイルで検出された受信信号を、それぞれ記憶された空間感度分布を用いて重み付けした後、合成する。
【００１１】また本発明のMRI装置は、被検体の置かれる空間に静磁場、傾斜磁場及び高周波磁場の各磁場を発生する手段と、高周波磁場の照射により被検体から発生するNMR信号を受信する受信手段と、傾斜磁場及び高周波磁場の印加及びNMR信号の計測を所定のパルスシーケンスに従って制御する手段と、受信手段で受信した信号を処理して被検体の画像を再構成する信号処理手段とを備えたＭＲＩ装置において、受信手段は、複数の小型受信コイルからなるマルチプルコイルを備え、信号処理手段は、時系列的に連続する画像を再構成するに際し、時系列に連続して小型受信コイルから検出される信号の組のうち任意の時点における信号の組を選択し、この信号の組に基づき各小型受信コイルの空間感度分布を求め、記憶する手段と、時系列に連続して小型受信コイルから検出される各信号の組に、記憶された空間感度分布群を用いて、重み付けし合成する手段とを備える。
【００１２】各小型受信コイルの空間感度分布は、その配置が変わらない限り変化しない。一方、ダイナミック撮影中には一般にRFコイルの位置は固定されている。従って、ダイナミック撮影中の空間感度分布は、時系列の複数の画像について同一と見なすことができる。本発明のＭＲＩ装置はこのような前提に基づき、少なくともダイナミック撮影の任意の一ステップで得られた信号の組から、各小型受信コイルの空間感度分布を求め、これら空間感度分布を用いて、各小型受信コイルで受信した信号の重み付け合成を繰り返し行うようにしたので、時系列の複数の画像毎に空間感度分布を計算する必要がなく、感度分布計算処理に掛る演算量・演算時間を大幅に削減できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１４】図４は本発明が適用される典型的なMRI装置の構成を示す図で、このMRI装置は、磁場発生手段として、被検体401の周囲に静磁場を発生する磁石402と、この空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル403と、この領域に高周波磁場を発生するRFコイル404と、被検体401が発生するMR信号を検出するRFコイル405とを備えている。
【００１５】傾斜磁場コイル403は、X、Y、Zの3方向の傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源409からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。RFコイル404はRF送信部410の信号に応じて高周波磁場を発生する。
【００１６】RFコイル405は、複数の小型受信コイルからなるマルチプルコイルで、各受信コイルで受信された受信信号は、それぞれ信号検出部406で直交検波、ＡＤ変換された後、信号処理部407でフーリエ変換、バックプロジェクション法、ウェーブレット変換等の演算が施される。各小型受信コイル毎に再構成された画像は、後述する各小型受信コイルの空間感度分布に応じた重み付けして合成され、１枚の統合画像に再構成される。画像は表示部408で表示される。
【００１７】マルチプルコイル405、信号検出部406及び信号処理部407の構造は図５に示すものと同様であるが、信号処理部407はダイナミイック撮影において任意の時点においてのみ小型受信コイルの感度分布計算を行うように設定されている。
【００１８】傾斜磁場電源409、RF送信部410及び信号検出部406は、制御部411で、パルスシーケンスと呼ばれるタイムチャートに従い制御される。ベッド412は被検体が横たわるためのものである。
【００１９】次に上記構成のMRI装置を用いた撮影方法を、脳機能計測に適用した実施例について説明する。
【００２０】脳機能計測は、例えば被検体が定期的に手指の運動（tapping）を行っている状態と安静状態とを繰り返しながら、脳の横断面を連続して撮影する。受信コイルとしては、例えば４つの表面型小型コイル（以下、小型受信コイルという）からなる頭部マルチプルRFコイルを採用する。撮影法としては、１秒以内の短時間で１枚の画像に必要な信号を得ることが可能な高速シーケンスであれば任意の撮影法が採用でき、本実施例では100ミリ秒程度で１枚の画像を撮影できるシングルショットＥＰＩ法を採用し、繰り返し時間ＴＲ内に異なる複数のスライスを順次撮影するマルチスライス撮影を行う場合を説明する。
【００２１】このマルチスライス撮影では、例えば頭部の8cmの厚さを、スライス厚5mm、スライス数16で撮影する。この場合、撮影の繰り返し時間ＴＲを２秒とし、この繰り返し時間内で各スライスの撮影を等間隔で行うとすると、２秒÷１６スライス＝０．１２５秒でシグルショットＥＰＩシーケンスが実行される。この１回のＥＰＩシーケンス（ステップ）毎に１枚の画像に必要な信号例えば128或いは256個のエコー信号が各小型受信コイル毎に計測される。脳機能計測では、このような計測を１０００回程度繰り返し、この２０００秒の間に、被検体は例えば「40秒間安静にし10秒間左手の手指の運動を行う」動作を40回繰り返す。
【００２２】次にこのような連続撮影において、４つの小型受信コイルで受信した信号から画像を再構成する方法を図１を参照して詳述する。
【００２３】まず１回目のＥＰＩシーケンスの実行によって４つの小型受信コイルでそれぞれ計測された信号を、図１（ａ）に示すように、AD変換・検波し、フーリエ変換等の演算を行い、４つの部分画像201を作成する（301）。次いで、この４枚の部分画像201を用いて、それぞれの小型受信コイルの感度分布計算を行う（206）。図中、en(i,j)は小型受信コイルn（n=1、2、3又は4。以下同じ）で受信した信号から再構成した画像であることを示し、wn(i,j)は小型受信コイルnについて求められた感度分布を表わす。
【００２４】感度分布計算は、例えば図２に示すような処理を施すことにより行う。即ちまず原画像201を２次元逆フーリエ変換し(202)、計測(k)空間のデータpn(i',j')（i'、j'は、k空間上のデータ配列を表わす）に戻す。このデータpn(i',j')にk空間上の２次元のローパスフィルタを作用させ(204)、2次元フーリエ変換(205)することにより感度分布wn(i,j)(207)を得る。このように求められた感度分布wn(i,j)は、ダイナミック撮影が終了するまで、信号処理部の所定のメモリ上に保存しておく。
【００２５】次に信号処理部はこの感度分布を用いて４つの部分画像en(i,j)の合成（303）を行う。この演算は、例えば次式で示すような、en(i,j)とwn(i,j)を用いて合成画像s(i,j)(304)を求める演算である。
【００２６】
【数１】
この結果得られる合成画像304をMRI装置の表示部408に表示し、或いは計算機のハードディスクに転送し画像データとして格納する(501)。
【００２７】このように１枚目の画像を撮影した後、その後の繰り返し時間で計測した信号についても、部分画像en(i,j)(n=1、2、3、4)の作成までは１枚目の画像と同様に処理する。即ち、各小型受信コイルで計測した受信信号を信号検出部406でAD変換・検波し、信号処理部407でフーリエ変換等の演算を行い４つの部分画像を作成する（301）。次に２枚目以降では、図１（ｂ）及び図３に示すように、感度分布計算を行わずに、１枚目で計算し、メモリに保存された感度分布の結果wn(i,j)を用いて信号合成（303）を行う。こうして合成された画像を、１枚目の画像と同様に表示し、もしくは計算機に転送（501）する。このような撮影を1000枚になるまで続ける。
【００２８】説明を簡単にするために１つのスライスについて説明したが、マルチスライス撮影の場合には、以上の処理を各スライスについて行う。従って１６スライスのマルチスライスの場合、以上の処理により合計１６０００枚の画像を得る。
【００２９】これら画像形成における感度分布計算206は、従来では4(コイル)×16(スライス)×1000(回)=64000回の演算が必要だったところを、本実施例では最初の画像再構成時に行うだけでよいので、4(コイル)×16(スライス)×1(回)=64回の演算量で済み、従来の1/1000に削減している。即ち、本実施例での感度分布計算における演算の削減率は99.9％である。これにより演算器の負担を軽減し、リアルタイムで画像を表示できる。
【００３０】尚、以上の実施例では、１枚目の画像再構成の際に各受信コイルの感度分布を求めることとしたが、感度分布を求める受信信号の計測時点は必ずしも最初の計測時に限らない。但し、表示をリアルタイムで行う場合には、計測開始から早い時点で感度分布を求めておくことが好適であり、これにより感度分布計算のための処理を待つことなく画像合成演算を行うことができる。
【００３１】また以上の実施例では、マルチスライス撮影の場合、スライス毎に感度分布を求めるとして説明した。これは一般には受信コイルの感度分布はスライス方向について均一でなく、異なるスライス間で感度分布の共有はできないためであるが、スライス方向に感度分布の変化が少ない受信コイルでは、スライス間で感度分布の共有が可能である。ここで、スライス方向に感度分布の変化が少ない場合とは、例えば、筒状の表面に径方向に矩形コイルを並べた頭部マルチプルコイルを使って、体軸方向にマルチスライス撮影をする場合などが挙げられる。特に矩形コイルの寸法が筒状の軸方向に20cm〜30cmと長い場合、スライス間隔が10mm、スライス数が10枚程度までは感度分布の変化が少ない。この場合、上述の実施例でスライス毎に感度分布を求めているのに対し、例えば数スライス置きに感度分布を求めることができ、更に感度分布計算の演算量を低減できる。
【００３２】更に前述の実施例では、RFコイルの位置が変化しない限り、感度分布は変化しないことを前提に、一度求めた感度分布を、連続撮影された１０００枚の画像の合成に共通して用いる場合を説明したが、必要に応じて或いは定期的に新たに計測された受信信号をもとに感度分布を求める処理を行ってもよい。このような感度分布の更新は、ダイナミック撮影中、被検体の検査部位に対し受信コイルの位置が移動する可能性がある場合に好適である。
【００３３】例えば運動機能計測のように受信コイルの動きが予測できるような場合には、複数枚（例えば３枚）の画像の撮影毎に感度分布を求める演算を行うように設定する。この場合でも、画像形成における感度分布計算206は、従来の１／３に削減できる。
【００３４】尚、被検体が仮に動いてもRFコイル自体の位置が変化しない限り、感度分布は変化しないので、画像の合成には一度求めた感度分布を用いることができ、またナビゲーションエコー法等の公知の体動補正技術と組み合わせることも可能である。
【００３５】本発明は上述した脳機能計測や運動機能計測以外の連続撮影にも有用である。たとえば、IVMR(Interventional MR)の術中モニター画像をマルチプルRFコイルを搭載したMRI装置で連続撮影する場合、レーザ治療時に体内の温度分布の時間変化を連続して撮影する場合等にも本発明は利用できる。これらの場合にも、公知の体動補正技術を組合せてもよく、また必要に応じ感度分布計算の更新を行ってもよい。
【００３６】
【発明の効果】このように本発明のＭＲＩ装置および方法によれば、マルチプルコイルを用いたMRI連続撮影において、マルチプルコイルを構成する各受信コイルの感度分布を用いて画像を合成する際に、任意の時点で計測された受信信号の組をもとに感度分布を求め、この感度分布を用いて画像を合成することにより、感度分布計算のための信号処理を大幅に削減できる。これにより高速連続撮影の画像表示もしくは画像転送の待ち時間を短縮できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９０００２４０４
【氏名又は名称】技術研究組合医療福祉機器研究所
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）３月１８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】多田 公子 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２６２４７９ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）９月２８日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−６８０７９ |
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