JP2001008919A

JP2001008919A - 磁気共鳴撮影装置及びケミカルシフト情報処理方法

Info

Publication number: JP2001008919A
Application number: JP11189275A
Authority: JP
Inventors: Tomotsugu Hirata; 智嗣平田; Yoshitaka Bito; 良孝尾藤; Keiji Tsukada; 啓二塚田
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 1999-07-02
Publication date: 2001-01-16
Anticipated expiration: 2019-07-02
Also published as: JP3928106B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ケミカルシフト情報のスペクトル分解能を向
上させる。【解決手段】磁気共鳴撮影により計測される空間情報
がエンコ−ドされたエコートレイン信号を取り込み（S
1）、該エコートレイン信号をケミカルシフト軸に沿っ
て配列した後（S2）、空間情報に係る軸方向の逆フーリ
エ変換を施し（S3）、これにより得られる時系列データ
を時間軸方向の所定の範囲にわたって外挿により補完し
て拡張時系列データを生成し（S4）、この拡張時系列デ
ータをその拡張時系列データの近似関数で除して正規化
し（S5）、拡張時系列データの始点と終点の信号レベル
を同等にして不連続性を大幅に緩和ないし低減し、その
拡張時系列データにケミカルシフト軸方向の逆フーリエ
変換を施してケミカルシフト情報を得る（S7）ことによ
り、トランケーションアーチファクトを低減して、ケミ
カルシフト情報のスペクトル分解能を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴撮影装置
に係り、特にケミカルシフトに関する情報の空間分布を
測定するケミカルシフト情報処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気共鳴撮影装置は、静磁場中に置かれ
た被検体に対し、特定周波数の高周波磁場を照射して磁
気共鳴現象を引き起こさせ、これにより被検体から発生
する磁気共鳴信号を利用して、被検体を構成する物質の
化学的・物理的な情報を計測し、これに基づいて例えば
画像を作成する。特に、磁気共鳴スペクトロスコピック
イメージング(Magnetic Resonance Spectroscopic Imag
ing 以下、MRSIと略す)は、様々な分子の化学結合の違
いによる磁気共鳴周波数の差異を、ケミカルシフト情報
として測定し、各分子ごとの空間分布像をケミカルシフ
ト画像として得る方法として知られている。

【０００３】磁気共鳴信号からケミカルシフト画像を取
得するための情報処理方法は、一般に、周波数及び位相
にエンコードした空間情報を付加して計測した一連の磁
気共鳴信号（エコートレイン信号）を、ケミカルシフト
軸を含めて計測軸毎に並べかえた後、各軸毎に逆フーリ
エ変換を施す。つまり、例えば計測する空間がケミカル
シフト軸（δ＝時間軸)、X軸、 Y軸及びZ軸の４次元実
空間である場合、フーリエ変換で結ばれる４次元フーリ
エ空間の各軸(kδ軸、kx軸、ky軸及びkz軸)が計測軸に
相当する。そして、ケミカルシフト画像の画質及びスペ
クトルの精度を向上させるために、逆フーリエ変換する
前に、窓関数フィルタリング、ゼロフィリング等の前処
理を施したり、逆フーリエ変換後に位相補正等の後処理
を行うことが適宜なされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、プロトン（
¹H）を含む化合物を測定対象とする¹H−MRSIでは、微量
な代謝物質からの信号を検出するために、代謝物質の信
号レベルに対して極めて大きな信号レベルを有する水信
号や皮下脂肪信号の発生を抑える必要がある。例えば、
水信号は代謝物質信号の数千倍程度、皮下脂肪信号は代
謝物質信号の数百倍程度に達する。特に、水信号の抑圧
は重要であり、通常、励起帯域を制限した3個のガウス
型高周波磁場パルス (帯域を1〜2 ppm程度に制限し、水
信号のみを選択励起する作用をもつ)と、各軸のスポイ
ラー傾斜磁場(励起した磁化の位相をバラバラにさせ信
号の発生を抑える作用をもつ)からなる水信号抑圧シー
ケンスが用いられる。この処理により水信号強度を非抑
圧時信号強度の百分の一程度まで抑圧することができる
が、抑圧しきれなかった水信号が残留水信号として残
り、トランケーションアーチファクトを生じる場合があ
る。

【０００５】ここで、残留水信号によるトランケーショ
ンアーチファクトの発生が問題となる理由について説明
する。核磁化の励起により生じた全ての磁気共鳴信号は
時間とともに減衰する。この過程を緩和と呼び、緩和に
は縦磁化の緩和(T1緩和)と横磁化の緩和がある。横磁化
緩和は、さらに静磁場不均一に起因するT2＊緩和と、核
磁化の内的状態に起因するT2緩和とに分けられる。静磁
場不均一が大きく180°パルスの照射が有る場合は、T2
＊緩和が支配的となって、エコータイム（TE）に最大値
を有する釣り鐘型の包絡線のエコートレイン信号が発生
する。一方、静磁場不均一の無い理想的な状態の場合は
1サンプリング期間中の信号減衰はT2緩和にのみ支配さ
れ、180°パルスの有無にかかわらず常に指数関数的(ex
p(−t／T2)に減衰する。ここで、tはサンプリング時
刻、T2は横緩和時間である。すなわち、包絡線が指数関
数型のエコートレイン信号となる。したがって、通常
は、信号は釣り鐘型と指数関数型を組み合わせた形状と
なる。ただ、一般にMRSI実行時には、スペクトル分解能
を高め代謝物質画像の画質を良くするために、オートシ
ミング等で静磁場均一度を向上させることが多く、この
場合はT2緩和が支配的となって、指数関数型の信号形状
に近づく。

【０００６】指数関数型の信号に対して逆FFTを行う
と、信号の始点と終点の信号レベルが異なるので、不連
続性(ギャップ)に起因するギブス現象(不連続点近傍で
の周期的増減)、すなわちトランケーションアーチファ
クトが発生してしまう。また、このトランケーションア
ーチファクトの信号強度はギャップの大きさに比例する
ため、高信号強度でT2の短い残留水信号(T2≒100 ms)に
よるトランケーションアーチファクトが、低信号強度で
T2の長い代謝物質の信号(T2≒250〜400 ms)に与える影
響が非常に大きな問題となる。

【０００７】このトランケーションアーチファクトを低
減させるためには、前述したように窓関数フィルタリン
グ処理を施し、信号の始点と終点を滑らかに接続する方
法が有効である。しかし、このフィルタリング処理に
は、残留水信号だけではなく、代謝物質信号のピーク幅
も増大させてしまうブロードニング作用があるため、ス
ペクトル分解能を低下させるという問題がある。つま
り、窓関数フィルタリング処理には、指数関数型の信号
形状を釣り鐘型に変形させる作用があり、この作用は静
磁場均一度を低下させた場合と同じ影響をスペクトルに
与えるためである。

【０００８】本発明が解決しようとする課題は、ケミカ
ルシフト情報のスペクトル分解能を向上させることにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題は、磁気共鳴撮
影により計測されるエンコード情報が付加されたエコー
トレイン信号を取り込み、該エコートレイン信号をケミ
カルシフト軸に沿って配列した後、前記エンコード情報
に係る軸方向の逆フーリエ変換を施し、該逆フーリエ変
換して得られる時系列データに基づいて、該時系列デー
タを時間軸方向の所定の範囲にわたって外挿により補完
して拡張時系列データを生成し、該拡張時系列データを
当該拡張時系列データの近似関数で除して正規化し、該
正規化された拡張時系列データに基づいて、前記ケミカ
ルシフト軸方向の逆フーリエ変換を施してケミカルシフ
ト情報を得るケミカルシフト情報処理方法とすることに
より、解決することができる。

【００１０】すなわち、ケミカルシフト軸方向の逆フー
リエ変換によりケミカルシフト情報を得る前に、空間情
報に係る軸方向の逆フーリエ変換を施して得られる時系
列データを外挿法により、計測していない時間帯のデー
タを補完する。これにより得られた拡張時系列データを
正規化処理することにより、拡張時系列データの始点と
終点の信号レベルを同等にして、つまりＴ２緩和による
減衰を補償して、不連続性（ギャップ）を大幅に緩和な
いし低減できる。その結果、ケミカルシフト軸方向の逆
フーリエ変換により発生するトランケーションアーチフ
ァクトを低減して、ケミカルシフト情報のスペクトル分
解能を向上できる。

【００１１】また、上記処理に加えて、正規化された拡
張時系列データを時系列データの時間範囲を含む窓関数
フィルタによりフィルタ処理し、このフィルタ処理され
た拡張時系列データに基づいて、ケミカルシフト軸方向
の逆フーリエ変換を施してケミカルシフト情報を得るこ
とが好ましい。これによれば、一層、ケミカルシフト情
報のスペクトル分解能を向上できる。

【００１２】本発明に係る磁気共鳴撮影装置は、静磁場
発生手段と、互いに異なる3方向の傾斜磁場を発生する
傾斜磁場発生手段と、高周波磁場発生手段と、磁気共鳴
信号を検出する信号検出手段と、該信号検出手段により
得られた磁気共鳴信号に基づいて処理演算を行う演算手
段と、記憶手段と、前記各手段の動作を制御するシーケ
ンス制御手段とを含んで構成され、前記演算手段に、上
記のケミカルシフト情報処理機能を組み込むことにより
実現できる。

【００１３】また、本発明に係るケミカルシフト情報処
理は、磁気共鳴撮影装置により計測された一連の磁気共
鳴信号（エコートレイン信号）を、信号伝送路又は記録
媒体を介して別途設けられたコンピュータに取り込み、
そのコンピュータで処理することができる。

【００１４】なお、計測していない時系列データの外挿
を行う際、線型予測法を用いることができる。また、時
系列データを近似する関数を指数関数とし、この近似指
数関数を求める際に、最小二乗法を用いることができ
る。また、制御手段は、互いに異なる3方向の傾斜磁場
のうち少なくとも1方向の傾斜磁場の勾配極性を周期的
に反転させて印加しながら磁気共鳴信号を検出させる制
御をするのが好ましい。

【００１５】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を用いて
説明する。図１に本発明のケミカルシフト情報処理方法
の手順を示し、図２に本発明のケミカルシフト情報処理
法を適用してなる一実施形態の磁気共鳴撮影装置の全体
構成を示す。図３に本発明を適用可能な計測シーケンス
の一例を示す。

【００１６】図２の磁気共鳴撮影装置において、被検体
1は、静磁場発生マグネット2により生成される静磁場及
び傾斜磁場発生コイル3により生成される異なる3方向の
傾斜磁場が印加される空間に置かれる。シムコイル１１
は複数のコイルを備え、各コイルに流す電流を変化させ
ることにより、該静磁場の均一度を調整することができ
る。しかし、シムコイル１１は必ずしも備える必要はな
い。プロ−ブ4は被検体１に照射する高周波磁場を発生
して被検体１に磁気共鳴現象を起こさせるとともに、被
検体1から発生する磁気共鳴信号をプロ−ブ4により検出
する。計算機5は、磁気共鳴信号を処理して必要な情
報、例えばケミカルシフトのスペクトル、ケミカルシフ
ト画像を生成し、ディスプレイ6に表示させる。シムコ
イル１１の駆動用電源部１２、傾斜磁場発生コイル３の
駆動用電源部７、送信器８及び受信器９は、シーケンス
制御装置１０により制御される。また必要に応じて、記
憶媒体１３に計測信号及び測定条件等を記憶させるよう
になっている。

【００１７】図３のパルスシーケンスは、高速に磁気共
鳴スペクトル画像が得られる高速MRSIの一手法であるエ
コープラナースペクトロスコピックイメージングであ
り、これは特開昭61-13143等に記載された松井等による
提案の一例である。同図において、上から順に、励起用
高周波磁場パルスRF、Z軸方向の傾斜磁場Gz、X軸方向の
傾斜磁場Gｘ、Y軸方向の傾斜磁場Gy、磁気共鳴信号Sig
のタイミングを示している。このパルスシーケンスで
は、初めに励起用高周波磁場パルスRF1 (90°パルス)
とZ軸方向のスライス (ボリューム) 選択用傾斜磁場Gs1
を同時に印加する。これにより、測定対象とする領域内
に含まれる核スピンを選択的に励起する。次に、励起に
より生じる磁化に対して、Y軸及びZ軸方向の位相エンコ
ード用傾斜磁場Ge1及びGe2を印加することにより、各磁
化の位相にY軸及びZ軸方向の空間情報を付与する。さら
に、励起パルスRF1の印加からTE / 2後に (TE : エコー
タイム) 、反転用高周波磁場パルスRF2 (180°パルス)
とZ軸方向のスライス(ボリューム)選択用傾斜磁場Gs2を
同時に印加する。これにより、静磁場不均一により位相
が互いにずれていた核スピンを再び収束させ、RF2の印
加からTE / 2後にスピンエコー信号を発生させる。そし
て、このスピンエコー信号を計測する際に、X軸方向の
リードアウト用傾斜磁場Grの勾配を周期的に反転させて
印加することにより、ケミカルシフトとX軸方向の空間
情報を含んだエコートレイン信号を発生させることがで
きる。Grの波形としては、台形波もしくは正弦波（ｓｉ
ｎ波）を用いる。図示例は、Grに台形波を用いた例であ
り、極性切り替え部が滑らかになっていないが、連続的
に移行するように切り替えてもよい。

【００１８】この一連のパルスシーケンスを、Ge1及びG
e2の印加強度を図中に破線で示すように段階的に変化さ
せ、Y軸及びZ軸方向のピクセル数に相当する回数分、TR
の間隔で繰り返す。例えば、空間マトリクス数mx×my×
mz の画像を得るためには、現在、最も広範に用いられ
ている従来法(4D-CSI)では励起・計測をmx×my×mz回繰
り返す必要がある。しかし、図３の高速MRSIではmy×mz
回の励起・計測で済むため、計測時間を1 / mxに短縮す
ることが可能となる。

【００１９】次に、この高速MRSIにおけるデータ処理方
法について述べる。上記計測で得られるエコートレイン
信号は、リードアウト用傾斜磁場Grによる外的磁気相互
作用と、ケミカルシフトに相当する内的磁気相互作用の
双方により周波数変調されている。すなわち、各エコー
信号1つ1つに注目した場合、現在MRIにおいて広範に用
いられている超高速撮影法EPI(Echo Planar Imaging)で
得られる各エコー信号と同様に、リードアウト軸方向の
空間情報が周波数エンコードされていることがわかる。
また、各エコー信号の中心点に注目した場合、これらの
点ではGrの傾斜磁場の勾配極性を周期的に反転させて印
加していることから、Grの影響がキャンセルされてい
る。そのため、各エコー信号の中心点を結んだエコート
レイン信号の包絡線（envelope）は、ケミカルシフトに
のみ変調されていることになる。したがって、以下に述
べるデータ処理を行うことにより、エコートレイン信号
からケミカルシフト情報とX軸方向の空間情報を抽出す
ることができる。

【００２０】すなわち、図４に示すように、位相変調さ
れた1つのエコートレイン信号E1、E2、E３、E4、E５、E
6、…をエコー毎に分割し、奇数番目のエコーと偶数番
目のエコーにグループ分けした後、時間軸kδ軸に沿っ
て2次元的な再配列を行う。奇数番目と偶数番目ごとに
グループ分けする理由は、Grの勾配極性が同じエコーご
とに分けて処理することにより、アーチファクトを低減
するためである。再配列した２次元データ配列におい
て、新しく定義した時間軸kδ軸に沿った信号の時間変
化は、純粋にケミカルシフトに相当する内的磁気相互作
用によって決まる。これはGrの反転が周期的であること
により、Grによる外的磁気相互作用がkδ軸に沿って消
失してしまうためである。一方、kx軸に沿った個々のエ
コー信号の形状はGrによる外的磁気相互作用により支配
される。Y軸及びZ軸方向の空間情報は、Ge₁及びGe₂によ
り、kx軸に垂直なky及びkz軸に沿って位相エンコードさ
れる。このようにして一連のエコー信号を取得すること
により、4次元実空間(ケミカルシフトδ軸、X軸、 Y軸
及びZ軸)とフーリエ変換で結ばれる4次元フーリエ空間
(kδ軸、kx軸、ky軸及びkz軸)を計測することができ
る。

【００２１】ここで、各軸のマトリクス数は、リードア
ウト軸（X）方向では、EPIと同様に1エコー当たりのサ
ンプリング点数で決まり、ケミカルシフト軸方向でのス
ペクトル点数は、1つのエコートレインに含まれるエコ
ー数の1 / 2で定まり、位相エンコード軸方向のピクセ
ル数は、Ge₁及びGe₂のステップ数で決まる。そして、こ
れらの4次元データ配列に4次元逆フーリエ変換を施すこ
とにより、ケミカルシフト画像を得ることが可能とな
る。奇数番目及び偶数番目のエコーグループから作成さ
れる2枚のケミカルシフト画像は、位相補正後、足し合
わされる。なお、Grにサイン波駆動を用いた場合には、
フーリエ空間を走査する軌跡がサイン波状となるので、
サイン補正を含んだ4次元逆フーリエ変換を施す必要が
ある。

【００２２】次に、本発明の特徴に係るケミカルシフト
情報の処理法について詳しく説明する。計算機５は、磁
気共鳴撮影により計測される空間情報がエンコ−ドされ
たエコートレイン信号Sigを取り込み、エコートレイン
信号をケミカルシフト軸δに沿って配列した後、空間情
報に係る軸方向（Ｘ,Ｙ,Ｚ）とケミカルシフト軸方向に
逆フーリエ変換を施して、ケミカルシフト情報を得る。
この際に、逆フーリエ変換して得られる時系列データ
（元データ）に、窓関数フィルタリング処理を直接施し
た場合、前述したように、代謝物質信号に与えるブロー
ドニング効果が大きすぎる。

【００２３】そこで、本発明は、図１に示すように、ケ
ミカルシフト軸方向の逆フーリエ変換を行う前に、周波
数と位相にエンコードした空間情報に係る軸方向（Ｘ,
Ｙ,Ｚ）に逆フーリエ変換して得られる時系列データ
を、時間軸方向の所定の範囲にわたって外挿により補完
して拡張時系列データを生成し、これにより得られた拡
張時系列データをその近似関数で除して正規化し、正規
化された拡張時系列データにケミカルシフト軸方向の逆
フーリエ変換を施してケミカルシフト情報を得ることを
特徴とする。

【００２４】（ステップＳ１）図３のパルスシーケンス
を実施して４次元ＭＲＳＩの計測を行い、周波数エンコ
ードおよび位相エンコードした空間情報が付加されたエ
コートレイン信号Sig（磁気共鳴信号）を収集する。

【００２５】（ステップＳ２）エコートレイン信号をケ
ミカルシフト軸δに沿って配列し、４次元データ配列に
並べかえる。

【００２６】（ステップＳ３）それぞれの空間情報に係
る軸方向（Ｘ,Ｙ,Ｚ）の逆フーリエ変換を施して時系列
データを得る。

【００２７】（ステップＳ４）ステップＳ３により得ら
れる各ボクセル（voxel）の時系列データに対して、線
形予測を用いた外挿処理を行う。例えば、図５（a）に
示す１次元データ（１voxel）の時系列データ（元デー
タ）に対し、元データ取得時刻よりも早い時刻のデータ
と元データ取得時刻よりも遅い時刻のデータを、元デー
タから外挿して予測することにより、図５(b)に示す拡
張した時系列データを生成する。

【００２８】（ステップＳ５）ステップＳ４により得ら
れた各ボクセルの拡張時系列データに対して、指数関数
へのフィッティング処理を行う。すなわち、拡張時系列
データの減衰を近似する近似関数を求める。これにより
得られる近似関数（フィティング間数）は、例えば、図
５(d)に示す指数関数となる。

【００２９】（ステップＳ６）拡張時系列データと、近
似関数である指数関数の逆数を乗算して正規化処理をす
る。つまり、拡張時系列データを近似関数で除算して、
Ｔ２緩和の減衰を補償(正規化)する処理を行う。これに
より、例えば、図５(c)に示す正規化された拡張時系列
データが得られる。

【００３０】（ステップＳ７）正規化された各ボクセル
の拡張時系列データに対して、窓関数フィルタリング処
理を施す。窓関数フィルタリング処理に用いるフィルタ
リング関数は、図６に一例を示したように、サンプリン
グ時間軸の始点及び終点の近傍の信号強度を選択的に減
衰するパターンのものである。

【００３１】（ステップＳ８）フィルタリング処理され
た各ボクセルの拡張時系列データに対して、δ軸方向の
逆フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を施す。これにより、ケ
ミカルシフト情報のスペクトルデータが得られる。

【００３２】図１のケミカルシフト情報処理を施して得
られるケミカルシフト情報のスペクトルデータを、従来
法により得られるものと比較しながら、図７を参照して
説明する。図７は、図５と同様に、1次元データ(1 voxe
lのスペクトル)に対する適用結果を示している。

【００３３】図７(a)は、従来例を示すもので、人体頭
部のある部分を計測してなる1 ボクセルの時系列データ
に対して、ゼロフィリング、1次元逆ＦＦＴ、位相補正
を施して得られた1次元スペクトルを、リアル（real）
成分表示したものであり、窓関数フィルタリング処理は
施していない。ゼロフィリングは、図５(a)のサンプリ
ング時間帯域がエコータイムＴＥを中心として６４点の
時系列データであることから、これを２５６点の時系列
データに拡張するための処理であり、６４点の時系列デ
ータの時間軸の両側にゼロを付加して、つまりゼロ詰め
を行うことである。この従来例により得られたスペクト
ルによれば、図７(a)に示すように、残留水信号による
トランケーションアーチファクトが、コリン(Cho)、ク
レアチン(Cr)の信号付近まで及んでいることがわかる。

【００３４】図７(b)も従来例を示すもので、同図(a)と
同じ1 voxelの時系列データに対して、窓関数フィルタ
リング処理、ゼロフィリング(64点 → 256点)、1次元逆
ＦＦＴ、位相補正を施して得られた1次元スペクトルを
リアル成分表示したものである。フィルタリング処理の
窓関数は、図６に示した関数であり、時間軸方向に余弦
フィルタ関数及び線形フィルタ関数を乗算して得られる
関数である。この窓関数フィルタリング処理により、ト
ランケーションアーチファクトが低減されているが、ピ
ークの幅が広がりChoとCrのピークが重畳してしまうこ
とが解る。

【００３５】図７(c)は、図１の本発明の処理を施して
得られるスペクトルであり、同図(a)と同じ1ボクセルの
時系列データに対して、線型予測による外挿処理、指
数関数フィッティングによる正規化処理、窓関数フィル
タリング処理、1次元逆FFT、位相補正を施して得られた
1次元スペクトルを、リアル成分表示したものである。
同図(a),(b)と比較して明らかなように、時系列データ
の外挿による拡張及び正規化により、トランケーション
アーチファクトが低減され、かつスペクトル分解能の低
下が生じていない。つまり、ChoとCrのピークが分離さ
れていることが解る。

【００３６】図８に、本発明のケミカルシフト情報処理
法を4次元データに適用して得られるスペクトルを示
す。すなわち、４次元MRSIで計測した4次元時系列デー
タに３次元(X、Y、Z方向の3軸)の逆FFTを施した後、全v
oxelの時系列データに対し、図７(c)作成の際と同等の
新規再構成処理を追加、つまり全ボクセルのＮ−アセチ
ルアスパラギン酸（NAA）ピーク位置検索及びNAAピーク
位置揃え処理を追加して行った。計測した8スライスエ
ンコード分の4次元データから中央のスライスを抽出
し、抽出した画像の脳内に位置する一ボクセルのスペク
トルを重ね書きしたものが図８のスペクトルである。こ
のスペクトルにおいても、ChoとCrピークがよく分離で
きていることがわかる。

【００３７】上述したように、図１の実施形態によれ
ば、代謝物質信号のスペクトル分解能を低下させること
なく、残留水信号によるリンギングアーチファクトを低
減させることができるため、近接した複数のピークの分
離が容易となり、データの定量性を向上させることが可
能となる。

【００３８】なお、本発明の処理によりトランケーショ
ンアーチファクトの大部分を抑えることが可能となる
が、位相補正後のリアル（real）成分に小さなトランケ
ーションアーチファクトが残留する場合がある。これ
は、時系列データのアブソリュート（absolute）成分で
は始点と終点を滑らかに接続できていても、そのリアル
成分及びイマジナリ−（imaginary）成分だけをみた場
合、始点と終点にギャップが残留していることがあるた
めである。この小さなトランケーションアーチファクト
を無くすためには、正規化後データのリアル成分及び
イマジナリ−成分毎に、両端の数点のデータに対して線
形（linear）フィルタを施すことが有効である。

【００３９】ここで、図１のステップＳ４、Ｓ５の線型
予測による外挿処理及び指数関数フィッティングによる
正規化処理の具体例について説明する。まず、1次元の
線型予測法について説明する。測定データをS(n), (n =
1, 2, 3, ... , M)と表す。ここでMはデータ点数であ
る。これに対してN > Mなる整数Nをとってデータ外挿を
行うことにより、s(n), (n = 1, 2, 3, ..., N)を作成
する。この際、次の漸化式により外挿を行う。

【００４０】

【数１】

【００４１】ここで、pは予測次数、xｋ (1≦k≦p)は予
測係数と呼ばれるものである。こ式は、あるデータが前
p個のデータの線型結合で表されることを意味してい
る。予測係数xｋは、シンギュラーヴァリューデコ
ンポジション（Singular ValueDecomposition (SVD)）
を使う方法により求める。SVDの概要を以下に説明す
る。

【００４２】Bを(M - ｐ)行ｐ列の行列で、要素Bijが

【００４３】

【数２】 Bij＝ s (M - I- j + 1), (1≦j≦M - p, 1≦j≦p) (式2) で与えられるものとし、bを(M - p)次ベクトルで、要素
biが

【００４４】

【数３】 bi= s (M i +1) (式3) で与えられるものとする。予測係数x(p次ベクトル)を求
めるため次の方程式をたてる。

【００４５】

【数４】 Bx≒- b (式４) ここで≒は最小二乗ノルムの意味で、‖Bx + b‖を最小
にするxを求めることになる。ただしm次ベクトルvに対
して、‖v‖とは

【００４６】

【数５】

【００４７】で定義されるものである。

【００４８】正規方程式にするために、Bのエルミート
共益B＊を両辺に前から掛けて、

【００４９】

【数６】 B＊Bx＝−B＊ｂ (式6) を得る。B＊BをA、 B＊bをaと書くと、

【００５０】

【数７】 Ax=−a (式7) となる。ここでAはp行p列エルミート行列、aはp次ベク
トルである。このAに対してSVDを用いれば、あるp行p列
ユニタリ行列Vと、p行p列対角行列Lが存在して、

【００５１】

【数８】 A = V L V＊ (式8) が成立する。よって、

【００５２】

【数９】 x = −V L~¹V＊a (式9) が成立する。ただしL~¹はp行p列対角行列で、

【００５３】

【数１０】 Λ~¹ii＝１／Λ~¹ii，但し、Λii≠０又は＝０，但し、Λii＝０、（１≦ｉ≦ｐ） (式10) で定義されるものである。ここで，Ｌ、Vはエルミート
行列Aの個有値、固有ベクトルに対応するものである。

【００５４】次に、指数関数フィッティングによる正規
化処理について説明する。外挿処理を施したデータのア
ブソリュート（absolute）成分の平方根をS(n), (n =
1, 2,3, ... , N) )と表す。ここでNは外挿後のデータ
点数である。S(n)の近似関数が次の式１１となる場合を
考える。

【００５５】

【数１１】 F(n) = a×exp(−b×n) (式11) 式１１の両辺の自然対数をとり、式１２とおく。

【００５６】

【数１２】 log F(n) = log a − b×n (式12) 更に次の式１３に示す変換を行うことにより、

【００５７】

【数１３】 a ₀ = log a, a ₁ = b, f(n) = log F(n) (式13) 式１４の１次式に当てはめることができる。

【００５８】

【数１４】 f(n) = a ₀ − a ₁×n (式14) 式１４に対して最小二乗法を用いてフィッティングを行
い、指数をとってF(n)を求める。そして、S(n)のリアル
成分Re(n)と、イマジナリ−成分Im(n)に、F(n)の逆数を
乗じることにより、始点と終点を滑らかに接続すること
が可能になる。また更に、逆FFT時の中心データとなるF
(N / 2)の逆数を両成分に乗じておくことにより、代謝
物質信号(T2の長い物質)のピーク面積の処理前後におけ
る変化を抑えることができる。これらの処理により最終
的な両成分の式は、次の式１５、１６となる。

【００５９】

【数１５】

【００６０】

【数１６】

【００６１】以上説明した実施形態では、MRSI測定手法
としてエコープラナースペクトロスコピックイメージン
グを用いた。しかし、本発明はこれに限らず、一般的な
MRSIの一手法であるジャーナルオブマグネティック
レゾナンス(Journal of Magnetic Resonance)第61巻、
第188-191頁 (1985年) 等に記載された4-Dimensional C
hemical Shift Imaging (4D-CSI)法や、エコープラナー
スペクトロスコピックイメージングとは異なる高速MRSI
の一手法であるマグネティックレゾナンスインメ
ディスン(Magnetic Resonance in Medicine)第1巻、第3
70-386頁(1984年)等に記載されたマンスフィールド(Man
sfield)による提案のEPSM法及びPREP法を用いた場合
も、同様の効果が得られる。

【００６２】また、上述した実施形態では、¹H(プロト
ン)を含む化合物を測定対象とする¹H−MRSIの場合につ
いて述べたが、水素原子以外の原子核を含む化合物から
の磁気共鳴信号を観測する場合にも同様の効果が得られ
る。

【００６３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ケ
ミカルシフト情報のスペクトル分解能を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るケミカルシフト情報処理方法の一
実施形態の処理手順を説明する図である。

【図２】本発明のケミカルシフト情報処理方法を適用し
てなる磁気共鳴撮影装置の全体構成図である。

【図３】本発明の説明に用いたエコープラナースペクト
ロスコピックイメージングの一例のパルスシーケンスを
示す図である。

【図４】エコープナラースペクトロスコピックイメージ
ングにおける信号処理方法を説明する図である。

【図５】本発明のケミカルシフト情報処理方法を説明す
る図であり、（ａ）は計測で得られる元時系列データの
例、（ｂ）は元時系列データの時間軸の両側のデータを
外挿で補完してなる拡張時系列データの例、（ｃ）は拡
張時系列データを近似関数で正規化した結果の拡張時系
列データの例、（ｄ）は正規化に用いた近似関数の例を
それぞれ示す。

【図６】窓関数フィルタリング処理に用いたフィルタリ
ング関数の例を示す。

【図７】ケミカル情報処理により得られるスペクトルの
例を示すものであり、（ａ）は従来法によりフィルタリ
ング処理をしない場合の例、（ｂ）は従来法によりフィ
ルタリング処理を行った場合の例、（ｃ）は本発明方法
により得られるスペクトルの例である。

【図８】本発明方法により得られる4次元データのスペ
クトルの例である。

【符号の説明】

RF 高周波磁場Ｇｚ Z軸方向の傾斜磁場Ｇｘ X軸方向の傾斜磁場 Gｙ Y軸方向の傾斜磁場 RF１ 90°パルス RF２ 180°パルスＧｓ１スライス磁場Ｇｓ２スライス磁場 Gｒリードアウト磁場 Gｅ、Ge1、Ge2 エンコード磁場 Sig エコートレイン信号（磁気共鳴エコー信号） TR 繰返し時間 TE エコー時間２静磁場発生マグネット３傾斜磁場発生コイル４プローブ５計算機６ディスプレイ７、１２駆動用電源部８送信器９受信器１０シーケンス制御装置１１シムコイル１３記憶媒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塚田啓二東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内Ｆターム(参考） 4C096 AA06 AB02 AB19 AD12 AD13 BA10 DA04 DA08 DA12 DA14 DA30 DB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静磁場発生手段と、互いに異なる3方向
の傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、高周波磁場
発生手段と、磁気共鳴信号を検出する信号検出手段と、
該信号検出手段により得られた磁気共鳴信号に基づいて
処理演算を行う演算手段と、記憶手段と、前記各手段の
動作を制御するシーケンス制御手段とを含む磁気共鳴撮
影装置において、前記演算手段は、磁気共鳴撮影により計測される位置情
報がエンコ−ドされたエコートレイン信号を取り込み、
該エコートレイン信号をケミカルシフト軸に沿って配列
した後、前記位置情報に係る軸方向の逆フーリエ変換を
施し、該逆フーリエ変換して得られる時系列データに基
づいて、該時系列データを時間軸方向の所定の範囲にわ
たって外挿により補完して拡張時系列データを生成し、
該拡張時系列データを当該拡張時系列データの近似関数
で除して正規化し、該正規化された拡張時系列データに
基づいて前記ケミカルシフト軸方向の逆フーリエ変換を
施してケミカルシフト情報を得ることを特徴とする磁気
共鳴撮影装置。
【請求項２】請求項１に記載の磁気共鳴撮影装置にお
いて、前記演算処理手段は、前記正規化された拡張時系
列データを前記時系列データの時間範囲を含む窓関数フ
ィルタによりフィルタ処理し、該フィルタ処理された拡
張時系列データを前記ケミカルシフト軸方向の逆フーリ
エ変換を施すことを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項３】磁気共鳴撮影により計測される位置情報
がエンコ−ドされたエコートレイン信号を取り込み、該
エコートレイン信号をケミカルシフト軸に沿って配列し
た後、前記位置情報に係る軸方向の逆フーリエ変換を施
し、該逆フーリエ変換して得られる時系列データに基づ
いて、該時系列データを時間軸方向の所定の範囲にわた
って外挿により補完して拡張時系列データを生成し、該
拡張時系列データを当該拡張時系列データの近似関数で
除して正規化し、該正規化された拡張時系列データに基
づいて前記ケミカルシフト軸方向の逆フーリエ変換を施
してケミカルシフト情報を得ることを特徴とするケミカ
ルシフト情報処理方法。
【請求項４】請求項３に記載のケミカルシフト情報処
理方法において、前記正規化された拡張時系列データを
前記時系列データの時間範囲を含む窓関数フィルタによ
りフィルタ処理し、該フィルタ処理された拡張時系列デ
ータを前記ケミカルシフト軸方向の逆フーリエ変換を施
すことを特徴とするケミカルシフト情報処理方法。