JP2002315732A

JP2002315732A - 磁気共鳴装置及び磁気共鳴装置における信号処理方法

Info

Publication number: JP2002315732A
Application number: JP2001124681A
Authority: JP
Inventors: Hidehiro Watanabe; 英宏渡邉; Kazuya Okamoto; 和也岡本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2002-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】異なる被検体間で比較可能な相対的物理量
と、被検体毎の化合物等の絶対量とを取得可能な磁気共
鳴装置及び磁気共鳴装置における信号処理方法を提供す
ること。【解決手段】複数の受信ＲＦコイル１５から取得され
る水¹Ｈ信号を再構成した結果得られる水スペクトルか
ら水ピークの面積を求める。各チャンネルの水ピーク面
積を各チャンネルの水ピーク面積の二乗和で割った値を
重み関数として用いて、加算スペクトルを算出する。こ
の結果、受信コイルからの水¹Ｈ信号のみで重み関数を
算出することができ、かつ定量的な加算スペクトルを提
供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴スペクト
ロスコピーを定量化可能な磁気共鳴装置或いは磁気共鳴
スペクトロスコピーによって得られる信号の処理方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気共鳴装置は、磁気共鳴現象を利用し
て物質の様々な情報を取得でき、化学分析をはじめとし
て広く用いられている装置である。特に、医学の分野で
用いられているＭＲＩ（ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎ
ｓｎｃｅＩｍａｇｉｎｇ）装置は、生体内の水の分布
を緩和時間等の情報を付与して画像化することにより非
侵襲に形態情報を取得することが可能であり、画像診断
において必須の装置となっている。

【０００３】また、磁気共鳴装置の中には、ＭＲＳ（Ｍ
ａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＳｐｅｃｔｒｏ
ｓｃｏｐｙ）、ＭＲＳＩ（ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏ
ｎａｎｃｅＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃＩｍａｇｉ
ｎｇ）と称される方法によって、生体内の化合物の
¹Ｈ、¹³Ｃあるいは³¹Ｐ等の磁気共鳴信号を検出し、生
体内の代謝情報を非侵襲に取得することが可能なものが
ある。このＭＲＳ或いはＭＲＳＩによれば、化合物の分
子構造の違いから生ずる¹Ｈ等の磁場環境の差、すなわ
ち化学シフトの差が共鳴周波数の若干の差となり、各化
合物ピークを周波数軸上で分離できるようになる。例え
ば、¹ＨＭＲＳでは脳内でＮアセチルアスパラギン酸
（ＮＡＡ）、クレアチン（Ｃｒ）、コリン（Ｃｈｏ）等
の化合物ピークを取得することができる。これらの化合
物は脳内の化学変化、すなわち代謝変化により合成され
る物質であるため、この検出により代謝異常を診断でき
ると期待されている。

【０００４】ところで、磁気共鳴装置で検出する化合物
の濃度は数１０ｍＭ程度と低いため、感度良く信号を取
得することが必須である。Ｂ．Ｒｏｅｍｅｒは、生体内
に豊富に含まれる水のイメージングにおいて、複数個配
置した表面コイルからの磁気共鳴信号を重み付け加算す
ることによって高感度化をはかる方法を特公平４−４２
９３７公報において提案している。この方法では、重み
関数として各々のＲＦコイルの感度分布が必要である。
しかし、この各々のＲＦコイルの感度分布を低濃度の化
合物情報から計測するのは困難であることから、当該方
法は磁気共鳴スペクトロスコピーには直接応用できな
い。

【０００５】これを解決すべく、重み関数を生体内に豊
富に存在する水の信号を用いて計測する方法が、本発明
者より提案されている（特願平８−１８７４５９，特開
平１０−２８６８１公報）。この方法では、均一ＲＦコ
イルで送信し均一ＲＦコイルで受信した水¹Ｈ信号と、
同じく均一ＲＦコイルで送信し複数の受信用ＲＦコイル
で受信した水¹Ｈ信号とを用いて重み関数を求める。す
なわち、受信用ＲＦコイルで受信した水信号を均一ＲＦ
コイルで受信した水信号で割ることにより、受信用ＲＦ
コイルの感度を求めることができる。具体的には、以下
の様である。

【０００６】すなわち、ｉチャンネルに対応するコイル
が受信する磁束密度をＢ_i(x)、水濃度をρ_ｗ(x)、ボク
セル体積をＶ、送信コイルのＱ値をＱ_Ｔ、各チャンネル
ｉの受信コイルのＱ値をＱ_Ｒｉ、比例定数をａとして、
ボクセル内の化合物濃度は均一と近似すれば、均一ＲＦ
コイルによる水¹Ｈ信号強度Ｓ_Ｔ(x)、ｉチャンネルの受
信用ＲＦコイルによる水¹Ｈ信号強度Ｓ_Ｒｉ(x)、及びｉ
チャンネルの受信用ＲＦコイルの感度Ｃ_i(x)は、それ
ぞれ次の様に表現される。

【０００７】

【数１】

【０００８】但し、送信用コイルのＲＦ分布は均一と考
えていないため、感度Ｃ_i(x)は式（１−１）には表現
されない。

【０００９】また、化合物濃度をρ_ｍ(x)としてボクセ
ル内の化合物濃度は均一と近似すると、受信用ＲＦコイ
ルで受信されたｉチャンネルでの化合物信号強度をＳ_mi
(x)、重み関数Ｋ_i(x)は次の様に表現できる。

【００１０】

【数２】

【００１１】従って、重み関数Ｋ_i(x)の下での加算化
合物信号強度Ｓ_add(x)＝Σ_iＫ_i（ｘ）Ｓ_mi(x)は、以下
の様に求められる。

【００１２】

【数３】

【００１３】ここで、式（３−２）から式（３−３）へ
の変形において、式（１−３）を利用した。

【００１４】式（３−４）によれば、Ｖは実験条件であ
るから、重み関数Ｋｉ（ｘ）＝Ｃ_i(x)／Σ_ｊＣ_ｊ ²(x)
を用いることにより化合物濃度ρ_m(x)を求めることが
できる。

【００１５】この様な方法に基づく従来の装置において
は、例えば、ある被検体から得られた図９（ａ）に示す
スペクトルと、他の被検体から得られた図９（ｂ）に示
すスペクトルとを比較する場合、同一のスペクトル上で
求められたＮＡＡとＣｒの強度比（すなわち、図９
（ａ）に示すスペクトルでのＮＡＡ／Ｃｒと、図９
（ｂ）に示すスペクトルでのＮＡＡ／Ｃｒ）を比較する
手法がとられていた。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法に於
いては、次の様な課題が存在する。

【００１７】上記方法では、均一ＲＦコイルによっても
水¹Ｈ信号受信する構成を採用している。しかし、均一
ＲＦコイルは送信専用コイルとして用いるのが一般的で
あり、当該均一ＲＦコイルを受信コイルとして使用する
ことは、装置の構成を煩雑にするという問題がある。

【００１８】また、従来の手法では、異なる被検体間で
比較可能な化合物相対定量を把握可能なスペクトルを取
得することはできない。一般に、信号強度に影響するＲ
Ｆコイルの特性を示すＱ値は被検体毎に変化し、従来の
装置によって得られるスペクトルの強度は式（３−４）
に示すようにＱ値に依存してしまい、各被検体毎に比較
することはできないからである。従って、例えば各被検
体の所定の化合物ピークの強度を比較することは意味を
なさない。

【００１９】また、例えば所定の化合物に含まれる所定
の核種の濃度といった、絶対的な定量（以下、「絶対
量」）を取得することはできない。従来の手法によれ
ば、Ｑ値に依存した強度比等しか得られないからであ
る。

【００２０】さらに、上述した強度比ＮＡＡ／Ｃｒを利
用する場合は、Ｓ／Ｎが低いそれぞれの化合物のピーク
強度を利用して演算されるため、精度が劣化するという
欠点がある。

【００２１】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、異なる被検体間で比較可能な相対的物理量と、被検
体毎の化合物等の絶対量とを取得可能な磁気共鳴装置及
び磁気共鳴装置における信号処理方法を提供することを
目的としている。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下に述べる手段を講じている。

【００２３】本発明の第１の視点は、被検体内の所定の
領域に発生する水¹Ｈ磁気共鳴信号及び化合物¹Ｈ磁気共
鳴信号を静磁場中に存在する被検体に近接して配置さ
れ、高周波を受信するための複数チャンネルの高周波磁
場コイルを介して受信する受信手段と、前記水¹磁気共
鳴信号の再構成により得られる水¹Ｈスペクトルの水ピ
ークの面積を算出し、当該水ピークの面積を用いて重み
関数を算出する重み関数算出手段と、前記重み関数に従
って前記複数のチャンネルで得られた化合物¹Ｈ磁気共
鳴信号に基づいた重み付け加算によって、化合物¹Ｈス
ペクトルに基づいた物理量を演算する演算手段とを具備
することを特徴とする磁気共鳴装置である。

【００２４】本発明の第２の視点は、複数のチャンネル
の高周波を受信する高周波磁場コイルを介して、静磁場
内に存在する被検体内の所定の領域に発生する水¹Ｈ磁
気共鳴信号及び化合物¹Ｈ磁気共鳴信号を受信し、信号
処理手段により信号処理を行う磁気共鳴装置において実
行される信号処理方法であって、前記信号処理手段を用
いて、前記水¹磁気共鳴信号の再構成により得られる水¹
Ｈスペクトルの水ピークの面積を算出し、当該水ピーク
の面積を用いて重み関数を算出するステップと、前記信
号処理手段を用いて、前記重み関数に従って前記化合物
¹Ｈ磁気共鳴信号に基づいた重み付け加算によって、化
合物¹Ｈスペクトルに基づいた物理量を演算するステッ
プとを具備することを特徴とする磁気共鳴装置における
信号処理方法である。

【００２５】このような構成によれば、本発明は、上記
課題に鑑みてなされたもので、複数の受信コイルからの
水¹Ｈ信号のみを用いて重み関数を算出し、得られた重
み関数を用いて重み付け加算した化合物¹Ｈスペクトル
を収集することによって高感度のスペクトルを算出する
ことで、異なる被検体間で比較可能な相対的物理量と、
被検体毎の化合物等の絶対量とを取得可能な磁気共鳴装
置及び磁気共鳴装置における信号処理方法を提供するこ
とができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の
機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を
付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

【００２７】図１（ａ）は、本実施形態に係る磁気共鳴
装置の構成を示すブロック図である。同図において、磁
気共鳴装置１０は、静磁場磁石１１、勾配コイル１３、
シムコイル１２、送信用ＲＦコイル１４、受信用ＲＦコ
イル１５、勾配コイル電源１６、シムコイル電源１７、
送信部１８、受信部１９、データ収集部２０、シーケン
ス制御部２１、計算機システム２２、コンソール２３、
ディスプレイ２４を具備している。

【００２８】静磁場磁石１１は、静磁場を発生する磁石
であり、一様な静磁場を発生する。この静磁場磁石１１
には、例えば永久磁石、超伝導磁石等が使用される。

【００２９】勾配コイル１３は、静磁場磁石１１の内側
に設けられており、勾配コイル電源１６から供給される
パルス電流を勾配磁場に変換する。この勾配コイル１３
が発生する勾配磁場によって、信号発生部位（位置）が
特定される。

【００３０】シムコイル１２は、静磁場磁石１１の内側
に設けられており、能動的に磁場の均一性を高めるため
のコイルである。このシムコイル１２は、シムコイル電
源１７により駆動される。

【００３１】こシムコイル１２及び勾配コイル１３によ
り、図示しない被検体に一様な静磁場と、互いに直交す
るｘ，ｙ，ｚ三方向に線形勾配磁場分布を持つ勾配磁場
が印加される。なお、ｚ軸方向は、便宜上静磁場の方向
と同方向にとるものとする。

【００３２】送信用ＲＦコイル１４は、勾配コイル１３
の内側に設けられており、送信部１８からの高周波信号
供給に応じて被検体に高周波（ＲＦ波）を印加する。

【００３３】受信用ＲＦコイル１５は、被検体からの核
磁気共鳴によって生じる信号を受信するＲＦコイルであ
り、被検体の近傍に複数設置される。当該受信用ＲＦコ
イル１５は、部位別に専用の受信コイルを使用する場合
もある。なお、単に「ＲＦコイル」と言う場合には、送
信用ＲＦコイル１４と受信用ＲＦコイル１５との双方を
指す。

【００３４】図１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に受信用ＲＦ
コイル１５の設置形態の例を示す。しかし、受信用ＲＦ
コイル１５の配置方法に限定はなく、本磁気共鳴装置に
よれば何れの形態によって受信された信号に対しても同
様の信号処理等が可能である。

【００３５】送信部１８は、発振部、位相選択部、周波
数変換部、振幅変調部、高周波電力増幅部（それぞれ図
示せず）を有しており、ラーモア周波数に対応する高周
波パルスをＲＦコイル１４に送信する。当該送信によっ
て送信用ＲＦコイル１４から発生した高周波によって、
被検体の所定の原子核（例えば、¹Ｈ）の磁化は、励起
状態となる。

【００３６】受信部１９は、増幅部、中間周波数変換
部、位相検波部、フィルタ、Ａ／Ｄ変換器（それぞれ図
示せず）を有する。受信部１９は、ＲＦコイル１４、１
５から受信した、核の磁化が励起状態から基底状態に緩
和するとき放出する磁気共鳴信号（高周波信号）に対し
て、増幅処理、発信周波数を利用した中間周波数変換処
理、位相検波処理、フィルタ処理、Ａ／Ｄ変換処理を施
す。

【００３７】データ収集部２０は、受信部１９によって
生成されたディジタル信号を収集する。シーケンス制
御部２１は、勾配コイル電源１６、シムコイル電源１
７、送信部１８、受信部１９およびデータ収集部２０を
制御する。

【００３８】計算機システム２２は、計算機システム２
２はコンソール２３から入力される指令に基づいて、シ
ーケンス制御部２１を制御する。また、計算機システム
２２は、データ収集部２０から入力した磁気共鳴信号に
対して後処理、すなわちフーリエ変換等の再構成等を実
行し、被検体内の所望核スピンのスペクトルデータある
いは画像データを求める。

【００３９】計算機システム２２は、後述する内容によ
って水¹Ｈ信号に基づく重み関数を算出する重み関数の
取得処理と、当該重み関数を使用して、異なる被検体間
で比較可能な相対的物理量及び被検体毎の化合物等の絶
対的物理量とを取得可能する定量的スペクトルの算出処
理とを実行する。

【００４０】コンソール２３は、オペレータからの各種
指示・命令・情報をにとりこむため入力装置（マウスや
トラックボール、モード切替スイッチ、キーボード等）
を有している。

【００４１】ディスプレイ２４は、計算機システム２２
から入力したスペクトルデータあるいは画像データ等を
表示する出力手段である。

【００４２】（定量的な磁気共鳴スペクトル取得）次
に、本磁気共鳴装置において実現される、複数個のＲＦ
コイルを用いて収集した磁気共鳴信号から定量的な磁気
共鳴スペクトルの取得処理について説明する。本磁気共
鳴スペクトル取得処理は、重み関数の取得処理と、定量
的スペクトルの算出処理とから構成される。¹Ｈ信号に
よる重み関数の取得処理は、被検体の水¹Ｈと化合物¹Ｈ
とから（すなわち異なる分子に存在する同種の核種¹Ｈ
から）の磁気共鳴信号を同一の受信ＲＦコイル１５によ
って受信し、重み関数を算出するものである。一方、定
量的スペクトルの算出処理は、当該重み関数を使用して
定量性のある加算スペクトルを算出するものである。以
下、スペクトルの例として周波数方向に１次元のスペク
トルの例を示すが、当該磁気共鳴スペクトル取得処理
は、多次元スペクトルの場合にも適用可能である。例え
ばＦ₁軸，Ｆ₂軸を有する２次元スペクトルの場合でも
同様の手順により定量性のあるスペクトルを取得するこ
とができる。

【００４３】図２は、水信号を用いて重み関数を求める
手順を示したフローチャートである。同図を参照しなが
ら、水¹Ｈ信号による重み関数の取得処理について説明
する。

【００４４】まず、シーケンス制御部２１は、所定のパ
ルスシーケンスによって被検体内の水¹Ｈを励起し、化
合物信号を取得すべき所望の領域より、受信ＲＦコイル
の各チャンネルｉからの水¹Ｈの磁気共鳴信号を取得す
る（ステップＳ２１）。

【００４５】上記所定のパルスシーケンスとしては、例
えば３次元空間の局所励起シーケンスの１つであるＰＲ
ＥＳＳシーケンスを用いることができる。

【００４６】図５は、ＰＲＥＳＳシーケンスを説明する
ための図である。ＰＲＥＳＳシーケンスとは、図５に示
したシーケンスにおいて、水信号抑圧パルスを非印加と
するものである。なお、図５にはデータ収集の直前に空
間分布情報を取得するためにエンコード勾配磁場パルス
を印加する例を採用している。

【００４７】次に、計算機システム２２は、取得した水
¹Ｈ信号を再構成して水スペクトルを求め、水ピークの
ピーク強度Ａ_wi(x)と位相φ_wi(x)を求める（ステップＳ
２２）。ここで、ピーク強度とは水¹Ｈスペクトルのピ
ーク面積を示し、ｘは水¹Ｈ信号を収集したボクセル位
置を示している。

【００４８】なお、ピーク面積（すなわち、ピーク強
度）を求める方法は、例えば以下のような方法が挙げら
れる。例えばピーク高さと吸収スペクトルの半値幅との
積により、或いは、カーブフィッティングによりピーク
面積を求める構成であってもよい。また、例えば、水¹
Ｈスペクトルの位相補正により求める。或いは、水¹Ｈ
磁気共鳴信号（ＭＲ信号）Ｓ_ω(ｘ，ｔ)より位相φ
_ω(ｘ，ｔ)を求め、この位相を用いて位相補正を施す。
すなわち、Ｓ_ω(ｘ，ｔ)ｅｘｐ［−ｉφ_ω(ｘ，ｔ)］を
施した後、再構成を行って水¹吸収スペクトルを求め、
吸収スペクトルの積分によりピーク面積を求める方法で
もよい。さらに、吸収スペクトル或いは時間領域デー
タ、すなわち磁気共鳴信号のＲＦ印加直後の信号強度が
ピーク面積に相当することを利用する方法によりピーク
面積を求める構成であってもよい。

【００４９】次に、計算機システム２２は、ステップＳ
２において求めた水ピークのピーク強度Ａ_wi(x)と位相
φ_wi(x)とに基づいて、重み関数Ｋ_i(x)＝Ａ_wi(x)／Σ_i
（Ａ_w _i(x)）²を算出する（ステップＳ２３）。

【００５０】なお、以上の各処理を経て得られた重み関
数Ｋ_i(x)は、ＲＦコイルのＱ値に依存している。ピー
ク面積Ａ_wi(x)がＱ値に依存するからである。また、水¹
Ｈ信号による重み関数の取得処理は、定量的スペクトル
の算出処理前に、患者毎に予め実行される。

【００５１】次に、上記重み関数を用いた定量的スペク
トルの算出処理について説明する。

【００５２】図３は、定量的スペクトルの算出手順を示
したフローチャートである。

【００５３】まず、シーケンス制御部２１は、所定のパ
ルスシーケンスによって送信ＲＦコイルからＲＦを発生
させることで被検体内の化合物¹Ｈを励起し、各受信Ｒ
Ｆコイル１５から化合物の¹Ｈ磁気共鳴信号Ｓ_mi(ｘ，
ｔ)を同時に収集する。あるいは、化学シフトイメージ
ングシーケンスを用いてＳ_mi(ｋ_x,ｔ)を収集してもよ
く、この場合は、ｋ方向の再構成を行い、Ｓ_mi(ｘ,ｔ)
を求める（ステップＳ３１）。ここで重要な点は、重み
関数の取得処理にて水¹Ｈ信号を受信した受信ＲＦコイ
ル１５と同一のコイルを使用することである。これは、
定量的スペクトルのＱ値依存性を排除するためである。

【００５４】なお、パルスシーケンスには既述のＰＲＥ
ＳＳシーケンスを用いる。この場合、水信号抑圧パルス
を非印加としてもよい。或いは、一般に化合物信号と比
較して巨大な水信号を除去するために、重み関数の取得
処理の場合と異なり、水信号抑圧パルスを印加して化合
物信号を取得できる様にする。

【００５５】次に、計算機システム２２は、取得した化
合物¹Ｈ信号を再構成して各チャンネルｉのスペクトル
Ｆ_mi(ｘ，ω)を求める（ステップＳ３２）。

【００５６】次に、重み関数の取得処理において水¹Ｈ
スペクトルより求めた水ピークの位相φ_wi(x)を用いて
各スペクトルＦ_mi(ｘ,ω)の０次位相補正を実施する
（ステップＳ３３）。このとき、０次位相補正後の各ス
ペクトルＦ_pmi(ｘ，ω)は、式（４）で表すことができ
る。

【００５７】

【数４】

【００５８】当該０次位相補正により、取得された化合
物スペクトルの受信ＲＦコイル間の位相差が除去され
る。

【００５９】次に、水¹Ｈスペクトルより求めた重み関
数Ｋ_i(x)を用いて各チャンネルのスペクトルの重み付
け加算を行う（ステップＳ３４）。結果、チャンネルｉ
の重み付け加算スペクトルＦ_ａｄｄ(ｘ，ω)は、式
（５）で表される。

【００６０】

【数５】

【００６１】以上の処理により、定量性のある重み付け
加算スペクトルが求められる。ここで重要な点は、式
（５）はＲＦコイルのＱ値に依存していないことであ
る。この点は、後述する式（１４）において証明され
る。

【００６２】なお、図３に示した例では、各チャンネル
の信号を再構成して化合物¹Ｈスペクトルを求め（ステ
ップＳ３２）、その後位相補正（ステップＳ３３）及び
重み付け加算（ステップＳ３４）を施しているが、図４
に示すように、各チャンネルの化合物¹Ｈ磁気共鳴信号
Ｓ_mi(ｘ，ｔ)の０次位相補正（ステップＳ４２）、重み
付け加算（ステップＳ４３）の後、再構成して化合物¹
Ｈ重み付け加算スペクトルを求めても良い。

【００６３】また、上記ステップＳ１１〜Ｓ１４に示し
た定量的スペクトルの算出処理において、渦電流磁場等
の時間的に変化する磁場に対する補正も可能である。

【００６４】図６、図７は、渦電流磁場等の時間依存す
る磁場に対する補正を含む場合の定量的スペクトルの算
出処理の手順を示したフローチャートである。以下、係
る場合について説明する。

【００６５】図６において、まずステップ２１と同様に
水¹Ｈ磁気共鳴信号を取得する（ステップＳ６１）。

【００６６】次に、各チャンネルｉの受信ＲＦコイルの
水¹Ｈ磁気共鳴信号から位相φ_wi(ｘ，ｔ)を求め、再構
成の結果得られる水スペクトルからピーク強度Ａ_wi(x)
を求め（ステップＳ６２）、ステップ２３と同様重み関
数Ｋ_i(x)＝Ａ_wi(x)／Σ_i（Ａ_w _i(x)）²を算出する（ス
テップＳ６３）。

【００６７】次に、各チャンネルｉの受信ＲＦコイルの
化合物¹Ｈ磁気共鳴信号Ｓ_mi(ｘ，ｔ)を同時に収集す
る。あるいは、化学シフトイメージングシーケンスを用
いてＳ_m _i(ｋ_x,ｔ)を収集する。

【００６８】すなわち、図７において、Ｓ_mi(ｋ_x,ｔ)の
場合には、ｋ方向の再構成によりＳ _mi(ｘ，ｔ)を求める
（ステップ７１）。つづくステップ７２では、水信号位
相φ _wi(ｘ，ｔ)を用いてＳ_mi(ｘ，ｔ)に位相補正を施
す。すなわち、

【数６】を求める。これにより、時間変動する磁場の補正が可能
となる。これに続くステップ７３にて、Ｓ_pmi(ｘ，ｔ)
を再構成してＦ_pmi(ｘ，ω)を求める。次に、ステップ
６４にて、水¹Ｈスペクトルより求めた重み関数Ｋ_i(x)
を用いて各チャンネルｉのスペクトルの重み付け加算を
行い、式（５）が得られる。すなわち、定量性のある重
み付け加算スペクトルが求められる。

【００６９】次に、定量的スペクトルの算出処理によっ
て得られた重み付け加算スペクトルＦ_ａｄｄ(ｘ，ω)
が、磁気スペクトル上の化合物ピークの面積を異なる被
検体間で比較可能である物理量であること、及び絶対的
定量としての化合物濃度を導出可能な物理量であること
を示す。なお、本実施形態では周波数方向に１次元のス
ペクトルについて考察するためピーク面積という言葉を
用いている。しかし、１次元のスペクトルに限定され
ず、多次元スペクトルでも可能である。例えば、Ｆ ₁，
Ｆ₂軸を有する２次元スペクトルでは化合物ピーク体積
となる。

【００７０】一般に、例えばＤ．Ｉ．Ｈｏｕｌｔ等がＪ
ｏｕｒｎａｌｏｆｍａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａ
ｎｃｅｖｏｌ．２４，ｐｐ．７４−８５（１９７６）
にて示している様に、単位体積当たりの磁化の大きさＭ
₀および増幅器を介して受信される磁気共鳴信号の強度
ψ_ｒｍｓは以下の式で表すことができる。

【００７１】

【数７】

【００７２】ここで、Ｎは単位体積当たりの¹Ｈスピン
数、γは¹Ｈの磁気回転比、エイチバーはプランク定数
ｈを２πで割ったもの、Ｉはスピン量子数で¹Ｈの場合
は１／２であり、Ｂ₀は静磁場強度、ｋはボルツマン定
数、Ｔ_sは被検体の所望領域の温度、ＱはＲＦコイルの
Ｑ値、ａは比例定数、Ｖはボクセル体積である。

【００７３】上記重み関数の取得処理において、重み関
数のために用いる¹Ｈと化合物¹Ｈとは核種が¹Ｈで同じ
であり、また同一の受信ＲＦコイルにて¹Ｈと化合物¹Ｈ
とからの磁気共鳴信号を受信している。従って、式
（７）、式（８）において、水ピーク面積と化合物ピー
ク面積で異なる因子は単位体積当たりの¹Ｈスピン数Ｎ
のみである。また、一分子当たりの¹Ｈスピン数Ｎは物
質によって決まっている物理量である。ここでは簡単の
ため、水に関するスピン数と化合物に関する一分子当た
りのスピン数とは等しいとして説明する。この場合、単
位体積当たりの¹Ｈスピン数Ｎは、対象物質の濃度ρに
比例する。従って、ボクセル体積Ｖ以外の比例定数をｓ
とおき磁気共鳴信号強度をψ_ｒｍｓとすれば、ψ_ｒｍｓ
は次の式（９）によって表すことができる。但し、ｓは
比例定数であり、この場合ＲＦコイルのＱ値は、係数ｓ
に含まれる。

【００７４】

【数８】

【００７５】ところで、磁気共鳴信号の強度ψ
_ｒｍｓは、スペクトル上ではピーク面積と同等である。
このため、所望のボクセルの体積をＶ、水および化合物
の濃度をそれぞれρ_w(x)，ρ_m(x)，水¹Ｈ信号および
化合物¹Ｈ信号の緩和による信号減衰をそれぞれｆ
_w(x)，ｆ_m(x)とすると、水¹Ｈスペクトルの水ピーク
のピーク面積Ａ_ｗi(x)は、次の式（１０）によって表さ
れる。

【００７６】

【数９】

【００７７】一方、化合物水¹Ｈスペクトルの化合物の
ピーク面積Ａ_mi(x)は、次の式（１１）で与えられる。

【００７８】

【数１０】

【００７９】ここで、各チャンネルｉの受信コイルのボ
クセル位置ｘでの上記比例定数、すなわちボクセル体積
Ｖ以外の比例定数をｓ_i(x)としている。

【００８０】式（１０）を、重み関数取得処理で求めた
重み関数Ｋ_i(x)＝Ａ_wi(x)／Σ_i（Ａ_wi(x)）²に代入す
ると、重み関数Ｋ_i(x)は式（１２）で表すことができ
る。

【００８１】

【数１１】

【００８２】さらに、式（１１）、式（１２）より重み
付け加算した化合物スペクトルＦ_ad _d（ｘ，ω）上の化
合物ピークのピーク面積Ａ_madd(x)は、次の式（１３）
で表すことができる。

【００８３】

【数１２】

【００８４】式（１３）より、化合物スペクトルのピー
ク面積は、緩和項のみが含まれる水の濃度で規格化され
た化合物濃度であることがわかる。

【００８５】なお、ピーク面積を求める方法は、上記方
法に限定されない。例えばピーク高さと吸収スペクトル
の半値幅との積により、或いは、カーブフィッティング
によりピーク面積を求める構成であってもよい。また、
例えば、スペクトル位相補正後、吸収スペクトルの積分
によりピーク面積を求める構成であってもよい。

【００８６】また、緩和項ｆ_w(x)は、被検体内の水の
緩和時間を計測することにより算出することができる。
また、繰り返し時間ＴＲを長くとって水信号を計測する
方法によっても、緩和項ｆ_w(x)〜１とすることができ
る。化合物に関しても、緩和項ｆ_m(x)は緩和時間を計
測することにより算出することができる。また、繰り返
し時間ＴＲを長くとって化合物信号を計測する方法によ
っても、緩和項ｆ_m(x)〜１とすることができる。

【００８７】以上の緩和時間を考慮する方法を用いる
と、本磁気共鳴装置によって得られる化合物スペクトル
のピーク面積Ａ_madd(x)は、式（１４）に示すように水
濃度で規格化された化合物濃度によって表すことができ
る。

【００８８】

【数１３】

【００８９】上記式（１４）から、次のことがわかる。
まず、ＲＦコイルの特性を示すＱ値に依存していない。
従って、本磁気共鳴装置によって得られた化合物スペク
トルのピーク面積Ａ_madd(x)は、いわば同等の物理的条
件によって計測されるものとなるから、その値は異なる
患者間で化合物濃度を比較するための指標とすることが
できる。式（１４）に示すように、化合物スペクトルの
ピーク面積Ａ_madd(x)は比の値であり、無次元量となっ
ている。この式（１４）で表される無次元量を相対定量
と呼ぶことにすれば、当該相対定量は、式（１４）より
化合物濃度ρ_m(x)に比例することから、当該相対定量
の比較によって例えば患者間で化合物濃度等を相対的に
比較することができる。なお、この様にピーク面積Ａ
_madd(x)が係数ｓ、すなわちＱ値に依存しないのは、本
磁気共鳴装置は、式（１２）で表された重み関数にて加
算処理を行う構成をとるからである。

【００９０】また、式（１４）において、ρ_w(x)と化
合物スペクトルのピーク面積Ａ_madd(x)とに適当な値を
代入することにより、化合物濃度ρ_m(x)の絶対量を求
めることができる。なお、ここでは、上記相対量（無次
元量）に対して、次元をもつ物理量を絶対量と呼ぶこと
とした。

【００９１】ρ_w(x)の値を求める方法は、例えば水の
絶対量化を行う方法、浮腫等の場合を除き生体内の水の
量は安定している性質を利用して既知水濃度を用いる方
法等が挙げられる。

【００９２】なお、以上述べた説明においては、説明の
簡単のため、水と化合物とで¹Ｈスピン数を等しいとし
た。しかし、当然ながら¹Ｈスピン数の考慮（すなわち
水分子の場合は１分子辺りの¹Ｈ数は２であること）及
び化合物¹Ｈ数の考慮は行う必要がある。物質によって
決まる値であるからである。前述の通り、例えば水分子
の場合一分子当たりの¹Ｈ数は２である。また、グルタ
ミン酸等の¹Ｈ−¹Ｈ同核種カップリングＪ_HHを有するス
ピン系では、Ｊ_HHによるピーク面積への影響を別途考慮
する必要がある。このＪ_HHの影響は、例えばＪ_HHを有す
るスピン系の密度演算子展開を計算することにより推定
することが可能である。

【００９３】ところで、上記式（１４）は、本磁気共鳴
装置によって計測された化合物スペクトルのピーク面積
Ａ_madd(x)から、水¹Ｈのみの情報に基づいて化合物濃度
ρ_m(x)を求める立場である。これに対し、本磁気共鳴装
置によって計測された化合物スペクトルのピーク面積Ａ
_madd(x)から、既知濃度の試薬に関する情報と水¹Ｈに関
する情報とを用いて化合物濃度ρ_m(x)を求める立場も
とることができる。この方法は、例えば¹Ｈスペクトル
のピークが複数現れる分子構造を有する化合物の濃度ρ
_m(x)を求める場合に実益がある。以下、この方法を、
グルタミン酸を例にとり説明する。

【００９４】まず、グルタミン酸試薬ファントムを用
い、上述した定量的スペクトルの算出処理を実施する。
このとき、試薬ファントムの場合均一分布と考えて良い
ため、位置情報ｘには依存しない。従って、当該定量的
スペクトルの算出処理の結果、加算ファントムスペクト
ル上のグルタミン酸ピーク面積は、式（１３）を用いて
次の式（１５）として表すことができる。

【００９５】

【数１４】

【００９６】ここで、グルタミン酸試薬ファントムにお
けるグルタミン酸の対象とする¹Ｈの緩和項ｆ_phm，水¹
Ｈの緩和項をｆ_phw，グルタミン酸及び水濃度をそれぞ
れρ_phm，ρ_phwとしている。

【００９７】式（１５）は、試薬ファントムの場合も緩
和時間を考慮する方法を用いることにより、次の式（１
６）の様に表すことができる。

【００９８】

【数１５】

【００９９】従って、式（１４）、式（１６）を用いる
ことにより、式（１７）に示す様に、ピーク面積Ａ_madd
(x)から、既知濃度の試薬に関する情報と水¹Ｈに関する
情報とを用いて化合物濃度ρ_m(x)を絶対量化すること
ができる。

【０１００】

【数１６】

【０１０１】従って、式（１７）によれば、例えば別途
求めた生体内の水濃度、或いは既知の生体内の水濃度を
用いることにより、生体内のグルタミン酸の濃度を上述
の密度演算子展開を用いること無く求めることができ
る。

【０１０２】図８は、以上述べたファントムを用いた絶
対量化手順を示したフローチャートである。図８におい
て、ステップ３４或いはステップ７４で求めた重み付け
加算スペクトルＦ_add（ｘ，ω）より、化合物ピークの
カーブフィッティング等を行い、ピーク面積Ａ_madd(x)
を求める（ステップＳ８１）。結果、式（１３）で示し
たようにＡ_madd(x)＝ｆ_ｍ(x) ρ_ｍ(x)／ｆ_ｗ(x) ρ
_ｗ(x)の関係式で表すことができる。

【０１０３】次に、既述の緩和項の考慮から式（１
４）、すなわちＡ_madd(x)＝ρ_ｍ(x)／ρ _ｗ(x)の関係式
を得る（ステップＳ８２）。

【０１０４】最後に、上述の様に別途求めておいたファ
ントムを用いた値に基づいて、式（１７）を用いて化合
物濃度を求める（ステップＳ８３）。

【０１０５】なお、例えばファントムを用いて求めた値
は、予め計算機システムに記憶させておくことができ
る。

【０１０６】以上述べた構成によれば、以下の効果を得
ることができる。

【０１０７】本磁気共鳴装置では、送信ＲＦコイル１４
と受信ＲＦコイル１５とを別体としている。従って、同
一のコイルによって送受信を行う必要がなく、装置の構
成が煩雑にならない。

【０１０８】また、本磁気共鳴装置によって取得された
化合物スペクトルに関する物理量はＱ値に依存しないか
ら、異なる患者間で化合物濃度を比較するための相対的
な指標とすることができる。さらに、本磁気共鳴装置に
よって取得された化合物スペクトルに関する物理量か
ら、化合物濃度ρ_m(x)の絶対量を求めることができ
る。従って、精度が低い信号強度比ＮＡＡ／Ｃｒ等を利
用する必要がない。

【０１０９】以上、本発明を実施形態に基づき説明した
が、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各
種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら
変形例及び修正例についても本発明の範囲に属するもの
と了解され、その要旨を変更しない範囲で種々変形可能
である。

【０１１０】また、各実施形態は可能な限り適宜組み合
わせて実施してもよく、その場合組合わせた効果が得ら
れる。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含
まれており、開示される複数の構成要件における適宜な
組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実
施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削
除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた
課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果
の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が
削除された構成が発明として抽出され得る。

【０１１１】

【発明の効果】以上本発明によれば、異なる被検体間で
比較可能な相対的物理量と、被検体毎の化合物等の絶対
量とを取得可能な磁気共鳴装置及び磁気共鳴装置におけ
る信号処理方法を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は、本実施形態に係る磁気共鳴装置
の構成を示すブロック図である。図１（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）は、受信用ＲＦコイル１５の設置形態の例を示し
た図である。

【図２】図２は、水信号を用いて重み関数を求める手順
を示したフローチャートである。

【図３】図３は、定量的スペクトルの算出手順を示した
フローチャートである。

【図４】図４は、定量的スペクトルの別の算出手段を示
したフローチャートである。

【図５】図５は、ＲＥＳＳシーケンスを説明するための
図である。

【図６】図６は、渦電流磁場等の時間依存する磁場に対
する補正を含む場合の定量的スペクトルの算出処理の手
順を示したフローチャートである。

【図７】図７は、渦電流磁場等の時間依存する磁場に対
する補正を含む場合の定量的スペクトルの算出処理の手
順を示したフローチャートである。

【図８】図８は、以上述べたファントムを用いた絶対量
化手順を示したフローチャートである。

【図９】図９は、被検体の頭部から得られる¹Ｈスペク
トルの模式図である。

【符号の説明】

１０…磁気共鳴装置１１…静磁場磁石１２…シムコイル１３…勾配コイル１６…勾配コイル電源１７…シムコイル電源１８…送信部１９…受信部２０…データ収集部２１…シーケンス制御部２２…計算機システム２３…コンソール２４…ディスプレイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体内の所定の領域に発生する水¹Ｈ磁
気共鳴信号及び化合物¹Ｈ磁気共鳴信号を静磁場中に存
在する被検体に近接して配置され、高周波を受信するた
めの複数チャンネルの高周波磁場コイルを介して受信す
る受信手段と、前記水¹磁気共鳴信号の再構成により得られる水¹Ｈスペ
クトルの水ピークの面積を算出し、当該水ピークの面積
を用いて重み関数を算出する重み関数算出手段と、前記重み関数に従って前記複数のチャンネルで得られた
化合物¹Ｈ磁気共鳴信号に基づいた重み付け加算によっ
て、化合物¹Ｈスペクトルに基づいた物理量を演算する
演算手段と、を具備することを特徴とする磁気共鳴装置。
【請求項２】前記演算手段は、前記重み関数に従って前
記複数のチャンネルで得られた化合物¹Ｈ磁気共鳴信号
或いは当該化合物¹Ｈ磁気共鳴信号を再構成することで
得られる化合物スペクトル或いはＭＲ信号を重み付け加
算することで、化合物¹Ｈスペクトルに基づいた物理量
を演算することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴装
置。
【請求項３】前記重み関数算出手段は、前記複数のチャ
ンネルの全てに関して和をとった場合に１となるように
規格化された前記チャンネル毎の水ピークの面積を重み
関数として演算することを特徴とする請求項１又は２に
記載の磁気共鳴装置。
【請求項４】前記演算手段は、予め計測された前記被検
体内の水濃度情報と前記化合物¹Ｈスペクトルに基づい
て前記化合物の濃度を算出すること、を特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の
磁気共鳴装置。
【請求項５】前記演算手段は、予め計測された前記被検
体内の水濃度情報、予め当該磁気共鳴装置によって取得
された所定の試薬に関する¹Ｈスペクトル、前記化合物¹
Ｈスペクトルに基づいて前記化合物の濃度を演算するこ
と、を特徴とする請求項１又は２記載の磁気共鳴装置。
【請求項６】前記磁気共鳴装置によって予め取得された
所定の試薬の¹Ｈスペクトルに関する情報を記憶する記
憶手段をさらに具備し、前記演算手段は、予め計測された前記被検体内の水濃度
情報、前記記憶手段に記憶された前記所定の試薬に関す
る¹Ｈスペクトル、前記化合物¹Ｈスペクトルに基づいて
前記化合物の濃度を演算すること、を特徴とする請求項１又は２記載の磁気共鳴装置。
【請求項７】複数のチャンネルの高周波を受信する高周
波磁場コイルを介して、静磁場内に存在する被検体内の
所定の領域に発生する水¹Ｈ磁気共鳴信号及び化合物¹Ｈ
磁気共鳴信号を受信し、信号処理手段により信号処理を
行う磁気共鳴装置において実行される信号処理方法であ
って、前記信号処理手段を用いて、前記水¹磁気共鳴信号の再
構成により得られる水¹Ｈスペクトルの水ピークの面積
を算出し、当該水ピークの面積を用いて重み関数を算出
するステップと、前記信号処理手段を用いて、前記重み関数に従って前記
化合物¹Ｈ磁気共鳴信号に基づいた重み付け加算によっ
て、化合物¹Ｈスペクトルに基づいた物理量を演算する
ステップと、を具備することを特徴とする磁気共鳴装置における信号
処理方法。
【請求項８】前記重み関数は、前記複数のチャンネルの
全てに関して和をとった場合に１となるように規格化さ
れた前記チャンネル毎の水ピークの面積であることを特
徴とする請求項７記載の磁気共鳴装置における信号処理
方法。
【請求項９】前記化合物¹Ｈスペクトルと予め算出され
た前記被検体内の水濃度情報とから前記化合物の濃度を
算出するステップをさらに具備することを特徴とする請
求項７又は８記載の磁気共鳴装置における信号処理方
法。
【請求項１０】前記化合物¹Ｈスペクトルと、予め計測
された前記被検体内の水濃度情報と、予め前記磁気共鳴
装置によって取得された所定の試薬に関する¹Ｈスペク
トルと、に基づいて前記化合物の濃度を演算するステッ
プをさらに具備することを特徴とする請求項７又は８記
載の磁気共鳴装置における信号処理方法。