JP2005270213A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】寝台を移動させて複数回の撮像で得られた各画像を結合して全体画像を生成する場合において、画質の低下等の副作用を回避しつつ各画像の結合部に連続性を持たせてよりスムーズな全体画像をハードウェアの改善をすることなく得ることが可能な磁気共鳴イメージング装置である。
【解決手段】磁気共鳴イメージング装置２０は、寝台駆動機構３５ａを有する寝台３５と、寝台駆動機構３５ａに制御信号を与えて寝台３５の位置を制御する寝台位置制御手段３８と、寝台３５の位置に応じて形成される撮影領域の傾斜磁場の寝台３５の移動方向成分の向きを反転させてデータを収集する手段３２とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、寝台にセットされた被検体の画像を撮像する磁気共鳴イメージング装置に係り、特に寝台を移動して複数回の撮像を行うことにより広い領域の画像データを収集する磁気共鳴イメージング装置に関する。

従来、医療現場におけるモニタリング装置として、図１０に示すような磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置１が利用される。

磁気共鳴イメージング装置１は、静磁場を形成する筒状の静磁場用磁石２内部にセットされた被検体Ｐの撮像領域に傾斜磁場コイルユニット３の各傾斜磁場コイル３ｘ、３ｙ、３ｚでＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の傾斜磁場を形成するとともにＲＦ（Radio Frequency）コイル４からラーモア周波数の高周波（ＲＦ）信号を送信することにより被検体Ｐ内の原子核スピンを磁気的に共鳴させ、励起により生じた核磁気共鳴（ＮＭＲ：Nuclear Magnetic Resonance）信号を利用して被検体Ｐの画像を再構成する装置である。

すなわち、予め静磁場電源５により静磁場用磁石２内部に静磁場が形成される。さらに、入力装置６からの指令によりシーケンスコントローラ制御手段７は、信号の制御情報であるシーケンスをシーケンスコントローラ８に与え、シーケンスコントローラ８はシーケンスに従って各傾斜磁場コイル３ｘ、３ｙ、３ｚに接続された傾斜磁場電源９およびＲＦコイル４に高周波信号を与える送信器１０を制御する。このため、撮像領域に傾斜磁場が形成され、被検体Ｐには高周波信号が送信される。

この際、傾斜磁場コイル３ｘ、３ｙ、３ｚにより形成されたＸ軸傾斜磁場、Ｙ軸傾斜磁場，Ｚ軸傾斜磁場は主として、位相エンコード（PE：phase encoding）用傾斜磁場、読出し（RO:readout）用傾斜磁場、スライスエンコード（SE:slice encoding）用傾斜磁場としてそれぞれ使用される。このため、原子核の位置情報であるＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標はそれぞれ原子核スピンの位相、周波数、スライスの位置に変換され、位相エンコード量を変えながらシーケンスが繰返し実行される。

そして、被検体Ｐ内の原子核スピンの励起に伴って発生したＮＭＲ信号は、ＲＦコイル４で受信されるとともに受信器１１に与えられてデジタル化された生データ（raw data）に変換される。さらに、生データは、シーケンスコントローラ８を介してシーケンスコントローラ制御手段７に取り込まれ、シーケンスコントローラ制御手段７は生データデータベース１２に形成されたＫ空間（フーリエ空間）に生データを配置する。そして、画像再構成手段１３が、Ｋ空間に配置された生データに対してフーリエ変換を実行することにより、被検体Ｐの再構成画像が得られ、画像表示手段１４により適宜表示装置１５に与えられて表示される。

このような磁気共鳴イメージング装置１では、被検体Ｐをセットするための寝台１６に寝台駆動機構１７を設けて寝台位置制御手段１８により制御して移動させながら複数回撮像することにより、より広い領域、例えば被検体Ｐの全身領域における画像データを収集する撮像が実施される。

しかしながら、磁場中心から撮像領域が離れる程、傾斜磁場の非線形性や静磁場の不均一性の影響が増加する。一般に傾斜磁場および静磁場は図１１に示すように特定のパターンを有する。図１１において横軸は寝台１６の移動方向であるＺ軸を示し、縦軸は磁場を示す。図１１に示すように、傾斜磁場分布関数Ｇ（Ｚ）は原点に対して点対称、すなわち奇関数でありＺの絶対値が大きく有効視野限界付近になると急激に不均一（非線形）となる一方、静磁場分布関数ΔＢ（Ｚ）は縦軸Ｂ（Ｚ）に線対称、すなわち偶関数であり傾斜磁場分布関数Ｇ（Ｚ）と同様にＺの絶対値が大きく有効視野限界付近になると急激に不均一となる。

このため、静磁場分布関数ΔＢ（Ｚ）と傾斜磁場分布関数Ｇ（Ｚ）とを加算して得られた磁場分布関数Ｂ（Ｚ）は、図１２に示すような曲線となり、縦軸Ｂ（Ｚ）にＺの絶対値が大きく有効視野限界付近において非対称でありかつ非線形となる。

この結果、図１３に示すように、Ｚ軸方向の幅がａでＸ軸方向の幅がｂの２枚の画像を寝台１６を移動させて撮像して結合する場合、図１１に示すように傾斜磁場分布関数Ｇ（Ｚ）が正の傾きを有する関数で静磁場分布関数ΔＢ（Ｚ）がゼロまたは負値をとる関数とすると、各画像にそれぞれ設けられた座標軸Ｚ１、Ｚ２のＺ１、Ｚ２座標が小さい側の端部Ｚ１＝−ａ／２、Ｚ２＝−ａ／２における磁場Ｂ（−ａ／２）は図１２に示すように本来負値である傾斜磁場Ｇ（−ａ／２）となるところがさらに静磁場ΔＢ（−ａ／２）分だけマイナス側にシフトする。

一方、各画像のＺ１、Ｚ２座標がそれぞれ大きい側の端部Ｚ１＝ａ／２、Ｚ２＝ａ／２における磁場Ｂ（ａ／２）は図１２に示すように本来正値である傾斜磁場Ｇ（ａ／２）となるところがさらに静磁場ΔＢ（ａ／２）分だけマイナス側にシフトする。

このため、図１３に示すように、各画像のＺ１、Ｚ２座標がそれぞれ大きい側では、傾斜磁場分布関数Ｇ（Ｚ）と静磁場分布関数ΔＢ（Ｚ）の符号が異符号で負側にシフトするためＺ座標が小さい側に縮んだ画像となる一方、各画像のＺ１、Ｚ２座標がそれぞれ小さい側では、傾斜磁場分布関数Ｇ（Ｚ）と静磁場分布関数ΔＢ（Ｚ）の符号が同符号で負側にシフトするためＺ座標が小さい側に伸びた画像となる。

この結果、オーバーサンプリングして有効視野外の生データを収集して２枚の画像を再構成させて結合すれば、位置的には連続した全体画像が得られるものの、図１３に示すように２枚の画像の結合部付近では一方の画像が伸長した状態となるのに対して他方の画像は縮小した状態となるため、不連続な歪みのある全体画像となる。すなわち、Ｂ（Ｚ）の微分値（ｄＢ／ｄＺ）は甚だしく不連続となる。

このため、４枚の画像を結合させて全体画像を生成する場合、図１４（ａ）に示すような理想的な全体画像とならずに（ｂ）に示すような各画像間の結合部に不連続部を有する全体画像となる。このような不連続部を有する全体画像は、静磁場分布関数ΔＢ（Ｚ）が負値をとる場合のみならず、正値をとる場合にも同様に生成される。

そこで、従来、全体画像の歪による画像診断への影響を回避させるために、各画像端部の歪が補正されてスムーズな画像が生成される。

従来の寝台を移動させて複数回撮像する技術を用いた磁気共鳴イメージング装置１では、傾斜磁場の非線形性や静磁場の不均一性に起因する各画像端の歪の補正を実行すると、画像がぼやける等の好ましくない副作用が生ずる場合が多い。

一方、傾斜磁場の線形性や静磁場の均一性を向上させるために根本的にハードウエアの性能を改善させようとすると、他の機能の性能の低下に繋がり、かつハードウェアの製造コストが増加するという問題があるため現実的ではない。

本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、寝台を移動させて複数回の撮像で得られた各画像を結合して全体画像を生成する場合において、画質の低下等の副作用を回避しつつ各画像の結合部に連続性を持たせてよりスムーズな全体画像をハードウェアの改善をすることなく得ることが可能な磁気共鳴イメージング装置を提供することを目的とする。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、寝台駆動機構を有する寝台と、前記寝台駆動機構に制御信号を与えて前記寝台の位置を制御する寝台位置制御手段と、前記寝台の位置に応じて形成される撮影領域の傾斜磁場の前記寝台の移動方向成分の向きを反転させてデータを収集する手段とを備えたことを特徴とするものである。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置においては、寝台を移動させて複数回の撮像で得られた各画像を結合して全体画像を生成する場合において、画質の低下等の副作用を回避しつつ各画像の結合部に連続性を持たせてよりスムーズな全体画像をハードウェアの改善をすることなく得ることができる。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の実施の形態を示す機能ブロック図である。

磁気共鳴イメージング装置２０は、静磁場を形成する筒状の静磁場用磁石２１と、この静磁場用磁石２１の内部に設けられたシムコイル２２、傾斜磁場コイルユニット２３およびＲＦコイル２４とを図示しないガントリに内蔵した構成である。

また、磁気共鳴イメージング装置２０には、制御系２５が備えられる。制御系２５は、静磁場電源２６、傾斜磁場電源２７、シムコイル電源２８、送信器２９、受信器３０、シーケンスコントローラ３１およびコンピュータ３２を具備している。制御系２５の傾斜磁場電源２７は、Ｘ軸傾斜磁場電源２７ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源２７ｙおよびＺ軸傾斜磁場電源２７ｚで構成される。また、コンピュータ３２は、図示しない演算装置および記憶装置を備え、入力装置３３および表示装置３４が設けられる。

静磁場用磁石２１は静磁場電源２６と接続され、静磁場電源２６から供給された電流により撮像領域に静磁場を形成させる機能を有する。また、静磁場用磁石２１の内側には、同軸上に筒状のシムコイル２２が設けられる。シムコイル２２はシムコイル電源２８と接続され、シムコイル電源２８からシムコイル２２に電流が供給されて静磁場が均一化されるように構成される。

傾斜磁場コイルユニット２３は、Ｘ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙおよびＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚで構成され、静磁場用磁石２１の内部において筒状に形成される。傾斜磁場コイルユニット２３の内側には寝台３５が設けられて撮像領域とされ、寝台３５には被検体Ｐがセットされる。さらに、寝台３５には寝台駆動機構３５ａが設けられて移動可能に構成される。ＲＦコイル２４はガントリに内蔵されず、寝台３５や被検体Ｐ近傍に設けられる場合もある。

また、傾斜磁場コイルユニット２３は、傾斜磁場電源２７と接続される。傾斜磁場コイルユニット２３のＸ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙおよびＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚはそれぞれ、傾斜磁場電源２７のＸ軸傾斜磁場電源２７ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源２７ｙおよびＺ軸傾斜磁場電源２７ｚと接続される。

そして、Ｘ軸傾斜磁場電源２７ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源２７ｙおよびＺ軸傾斜磁場電源２７ｚからそれぞれＸ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙおよびＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚに供給された電流により、撮像領域にそれぞれＸ軸方向の傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸方向の傾斜磁場Ｇｙ、Ｚ軸方向の傾斜磁場Ｇｚを形成することができるように構成される。

ＲＦコイル２４は送信器２９および受信器３０と接続される。ＲＦコイル２４は、送信器２９から高周波信号を受けて被検体Ｐに送信する機能と、被検体Ｐ内部の原子核スピンの高周波信号による励起に伴って発生したＮＭＲ信号を受信して受信器３０に与える機能を有する。

一方、制御系２５のシーケンスコントローラ３１は、傾斜磁場電源２７、送信器２９および受信器３０と接続される。シーケンスコントローラ３１は傾斜磁場電源２７、送信器２９および受信器３０を駆動させるために必要な制御情報、例えば傾斜磁場電源２７に印加すべきパルス電流の強度や印加時間、印加タイミング等の動作制御情報を記述したシーケンス情報を記憶する機能と、記憶した所定のシーケンスに従って傾斜磁場電源２７、送信器２９および受信器３０を駆動させることによりＸ軸傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ，Ｚ軸傾斜磁場Ｇｚおよび高周波信号を発生させる機能を有する。

また、シーケンスコントローラ３１は、受信器３０からデジタル化されたＮＭＲ信号である生データ（raw data）を受けてコンピュータ３２に与えるように構成される。

このため、送信器２９には、シーケンスコントローラ３１から受けた制御情報に基づいて高周波信号をＲＦコイル２４に与える機能が備えられる一方、受信器３０には、ＲＦコイル２４から受けたＮＭＲ信号に所要の信号処理を実行するとともにＡ／Ｄ変換することにより、デジタル化されたＮＭＲ信号である生データを生成する機能と、生成した生データをシーケンスコントローラ３１に与える機能とが備えられる。

また、コンピュータ３２には、プログラムが読み込まれて実行されることにより撮像領域設定手段３６、傾斜磁場反転手段３７、寝台位置制御手段３８、シーケンスコントローラ制御手段３９、生データデータベース４０、画像再構成手段４１、反転画像再構成手段４２、画像結合手段４３および画像表示手段４４として機能する。ただし、プログラムによらず、特定の回路を設けてコンピュータ３２を構成してもよい。

撮像領域設定手段３６は、撮影領域を設定する機能と設定した撮影領域を傾斜磁場反転手段３７に与える機能とを有する。この際、全体の撮影領域は、寝台３５の位置ごとの撮影領域に分割されて設定される。さらに、各撮影領域の境界部分には必要に応じてオーバーラップが設けられる。

傾斜磁場反転手段３７は、撮像領域設定手段３６から寝台３５の位置ごとの撮影領域を受けて、隣接する撮影領域の傾斜磁場の寝台３５の移動方向成分の向きが互いに逆方向となるように所定の撮影領域の傾斜磁場を反転させるようなシーケンスを設定する機能と、設定したシーケンスをシーケンスコントローラ制御手段３９および寝台位置制御手段３８に与える機能とを有する。つまり傾斜磁場反転手段３７は、寝台３５の位置ごとの各撮影領域において寝台３５の移動方向（一般にはＺ軸方向）成分の傾斜磁場が正方向と逆方向に交互に形成されるようなシーケンスを生成する。

寝台位置制御手段３８は、傾斜磁場反転手段３７から受けたシーケンスに従って撮影領域のスキャンを実行するために寝台駆動機構３５ａから位置情報を受ける一方、制御信号を与えることにより寝台３５の位置を調節する機能を有する。

シーケンスコントローラ制御手段３９は、入力装置３３またはその他の構成要素からの情報に基づいて、所要のシーケンスをシーケンスコントローラ３１に与えることによりスキャンを実行させる機能を有する。また、シーケンスコントローラ制御手段３９は、シーケンスコントローラ３１からスキャン実行により収集された生データを受けて生データデータベース４０に形成されたＫ空間（フーリエ空間）に配置する機能を有する。

このため、生データデータベース４０には、受信器３０において生成された生データが保存される。すなわち、生データデータベース４０に形成されたＫ空間に生データが配置される。

画像再構成手段４１は、Ｚ軸方向成分が正方向の傾斜磁場を形成させることにより収集されて生データデータベース４０のＫ空間に配置された生データに対してフーリエ変換（ＦＴ）等の画像再構成処理を施すことにより被検体Ｐの画像データを再構成させる機能を有する。

反転画像再構成手段４２は、Ｚ軸方向成分が逆方向の傾斜磁場を形成させることにより収集されて生データデータベース４０のＫ空間に配置された生データに対してフーリエ変換（ＦＴ）等の画像再構成処理および寝台３５の移動方向に対して画像の向きを反転する画像反転処理を施すことにより被検体Ｐの画像データを寝台３５の移動方向に反転させて再構成させる機能を有する。

画像結合手段４３は、各撮影領域における画像データの収集が完了した場合には、画像再構成手段４１および反転画像再構成手段４２から寝台３５の位置ごとの各撮影領域において撮影されて得られた画像データを受けて、結合させることにより撮影領域全体の全体画像データを生成する機能を有する。この際、画像結合手段４３には、寝台３５の位置ごとの撮影領域にオーバーラップが設けられている場合には、各撮影領域で得られた画像データのオーバーラップ部分をシフトさせて結合させることにより全体画像データを生成する機能が備えられる。

画像表示手段４４は、画像結合手段４３により生成された全体画像データを表示装置３４に与えて表示させる機能を有する。

以上のような各構成要素により、磁気共鳴イメージング装置２０には、寝台３５の位置に応じて形成される撮影領域の傾斜磁場のうち、寝台３５の移動方向成分の向きを反転させてデータを収集する手段としての機能が備えられる。

次に磁気共鳴イメージング装置２０の作用について説明する。

図２は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０により被検体Ｐの断層画像を撮像する際の手順を示すフローチャートであり、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。

まずステップＳ１において、撮像領域設定手段３６により撮影領域全体を寝台３５の位置ごとに分割した撮影領域が設定される。さらに、各撮影領域の境界部分には必要に応じてオーバーラップが設けられる。

撮像領域設定手段３６は、設定した撮影領域を傾斜磁場反転手段３７に与え、傾斜磁場反転手段３７は、隣接する撮影領域の傾斜磁場のＺ軸方向方向成分の向きが互いに逆方向となるように、寝台３５の位置ごとの各撮影領域においてＺ軸方向成分の傾斜磁場が正方向と逆方向に交互に形成されるようなシーケンスを生成する。

図３は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０により傾斜磁場を反転させるために生成されるシーケンスの一例を示す図である。

図３に示すように、シーケンスはＲＦコイル２４から被検体Ｐに送信される高周波信号を規定するＲＦパルス、ＳＥ方向、ＰＥ方向、ＲＯ方向の各傾斜磁場を規定する制御信号で構成される。図３は、スピンエコー（ＳＥ）法によるシーケンスとした例であり、撮影領域ａの次に撮影領域ｂのスキャンを実行する場合を示す。この場合、シーケンスは撮影領域ｂにおけるＰＥ方向およびＲＯ方向の制御信号の符号がそれぞれ反転され、傾斜磁場のＺ軸方向方向成分の向きが撮影領域ａにおける傾斜磁場のＺ軸方向方向成分の向きと逆向きとなるように設定される。

ただし、シーケンスは、ＳＥ法によるものの他、スキャン目的に応じて任意のシーケンスを用いることができる。

そして、このように傾斜磁場反転手段３７により生成されたシーケンスは、シーケンスコントローラ制御手段３９および寝台位置制御手段３８に与えられる。

次にステップＳ２において、寝台３５に被検体Ｐがセットされ、寝台位置制御手段３８により寝台３５の位置決めが実施される。すなわち、傾斜磁場反転手段３７から受けたシーケンスに従って撮影領域のスキャンが実行されるように寝台位置制御手段３８が寝台駆動機構３５ａから位置情報を受ける一方、制御信号を与えることにより寝台３５の位置を調節する。

一方、ステップＳ３において、傾斜磁場反転手段３７により生成されたシーケンスに従って傾斜磁場が形成される。すなわち、入力装置３３からシーケンスコントローラ制御手段３８に動作指令が与えられ、シーケンスコントローラ制御手段３９はシーケンスをシーケンスコントローラ３１に与える。シーケンスコントローラ３１は、シーケンスに従って傾斜磁場電源２７、送信器２９および受信器３０を駆動させることにより被検体Ｐがセットされた撮像領域にＸ軸傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ，Ｚ軸傾斜磁場Ｇｚを形成させるとともに、高周波信号を発生させる。

一方、静磁場電源２６から静磁場用磁石２１に電流が供給されて撮像領域に静磁場が形成される。また、シムコイル電源２８からシムコイル２２に電流が供給されて撮像領域に形成された静磁場が均一化される。

図４は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０により撮像領域に形成される傾斜磁場の分布関数および静磁場の分布関数の一例を示す図であり、図５は、図４に示す傾斜磁場分布関数と静磁場分布関数を加算して得られた磁場分布関数の一例を示す図である。

図４および図５において縦軸は磁場の強度を示し、横軸は寝台１６の移動方向であるＺ軸方向の位置を示す。

始めの撮影領域に形成される傾斜磁場のＺ軸成分Ｇ（Ｚ）は、例えば図４の実線で示すように通常の撮影における向きである正方向とされる。尚、傾斜磁場のＺ軸成分Ｇ（Ｚ）は、原点に対して点対称、すなわち奇関数でありＺの絶対値が大きく有効視野限界付近になると急激に不均一（非線形）となる傾向を有する。

また、静磁場のＺ軸成分ΔＢ（Ｚ）は、図４の２点鎖線に示すように負値となるように撮影領域に形成される。尚、静磁場のＺ軸成分ΔＢ（Ｚ）は、縦軸Ｂに線対称、すなわち偶関数であり傾斜磁場のＺ軸成分Ｇ（Ｚ）と同様にＺの絶対値が大きく有効視野限界付近になると急激に不均一となる傾向を有する。

この結果、式（１）に示すように、傾斜磁場のＺ軸成分Ｇ（Ｚ）と静磁場のＺ軸成分ΔＢ（Ｚ）とが加算されて図５の実線で示すようにＺの絶対値が大きい有効視野限界付近において非対称でありかつ非線形な磁場Ｂ（Ｚ）が撮影領域に形成される。
［数１］
Ｂ（Ｚ）＝Ｇ（Ｚ）＋ΔＢ（Ｚ） ……（１）

次にステップＳ４において、傾斜磁場のＺ軸方向成分を正方向として生データが収集される。すなわち、送信器２９からシーケンスに応じてＲＦコイル２４にそれぞれに高周波信号が与えられ、被検体Ｐに高周波信号が送信される。このため、被検体Ｐの内部において原子核の核磁気共鳴により生じたＮＭＲ信号が、ＲＦコイル２４によりそれぞれ受信されて受信器３０に与えられる。

受信器３０は、ＲＦコイル２４からＮＭＲ信号を受けて、前置増幅、中間周波変換、位相検波、低周波増幅、フィルタリング等の各種信号処理を実行する。さらに受信器３０は、ＮＭＲ信号をＡ／Ｄ変換することにより、デジタルデータのＮＭＲ信号である生データを生成する。受信器３０は、生成した生データをシーケンスコントローラ３１に与える。

シーケンスコントローラ３１は、受信器３０から受けた生データをシーケンスコントローラ制御手段３８に与え、シーケンスコントローラ制御手段３８は生データデータベース３９に形成されたＫ空間に生データを配置する。

次にステップＳ５において、画像再構成手段４１は、生データデータベース４０のＫ空間に配置された生データに対してフーリエ変換（ＦＴ）等の画像再構成処理を施すことにより被検体Ｐの画像データを再構成させる。

図６は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０により寝台３５を移動させて画像を再構成させる方法を説明する概念図である。

図６に示すように、寝台３５の位置に応じて形成された隣接する２つの撮影領域のＺ軸方向の幅をａ、Ｘ軸方向の幅をｂとし、Ｚ軸の正側からＸ１軸、Ｚ１軸およびＸ２軸、Ｚ２軸とを設定する。そして、始めにＸ１軸とＺ１軸とで表される撮影領域においてスキャンが実施されるとすると、図４に示すように撮影領域のＺ１軸方向の負側端部Ｚ１＝−ａ／２における傾斜磁場のＺ１軸成分Ｇ（−ａ／２）および静磁場のＺ１軸成分ΔＢ（−ａ／２）はいずれも負値となる。このため、磁場のＺ１軸成分Ｂ（−ａ／２）は、図５に示すように傾斜磁場のＺ１軸成分Ｇ（−ａ／２）からさらに静磁場のＺ１軸成分ΔＢ（−ａ／２）分だけマイナス側にシフトした値となる。

一方、Ｚ１軸方向の正側端部Ｚ１＝ａ／２における傾斜磁場のＺ１軸成分Ｇ（ａ／２）が正値であるのに対し、静磁場のＺ１軸成分ΔＢ（ａ／２）は負値である。このため、磁場のＺ１軸成分Ｂ（ａ／２）は、図５に示すように傾斜磁場のＺ１軸成分Ｇ（ａ／２）から静磁場のＺ１軸成分ΔＢ（ａ／２）分だけマイナス側にシフトした値となる。

従ってＸ１軸とＺ１軸とで表される撮影領域における画像データは、図６に示すようにＺ１軸方向の負側端部Ｚ１＝−ａ／２近傍では画像が伸長する一方、Ｚ１軸方向の正側端部Ｚ１＝ａ／２近傍では画像が短縮した画像データとなる。

次にステップＳ６において、撮像が完了したか否か、すなわち未撮像の撮像領域が存在するか否かが画像結合手段４３により判定される。

そして、未撮像の撮像領域が存在する場合には再びステップＳ２において、寝台３５の位置決めが実施される。すなわち、傾斜磁場反転手段３７から受けたシーケンスに従って、例えば隣接する撮影領域におけるスキャンが実行されるように寝台位置制御手段３８が寝台駆動機構３５ａから位置情報を受ける一方、制御信号を与えることにより寝台３５の位置を調節する。

次にステップＳ３において、傾斜磁場反転手段３７により生成されたシーケンスに従って傾斜磁場が形成される。前回の通常の向きで傾斜磁場を形成した撮影領域に隣接する撮影領域では、傾斜磁場のＺ軸成分Ｇ’（Ｚ）が、例えば図４の一点鎖線で示すように通常の撮影における向きに対して逆向きの負方向となるように反転される。

この結果、式（２）に示すように、傾斜磁場のＺ軸成分Ｇ’（Ｚ）と静磁場のＺ軸成分ΔＢ（Ｚ）とが加算されて図５の一点鎖線で示すようにＺの絶対値が大きい有効視野限界付近において非対称でありかつ非線形な磁場Ｂ’（Ｚ）が撮影領域に形成される。
［数２］
Ｂ’（Ｚ）＝Ｇ’（Ｚ）＋ΔＢ（Ｚ） ……（２）

次にステップＳ４において、傾斜磁場のＺ軸方向成分を逆方向（反転方向）として生データが収集されでＫ空間に配置される。

次にステップＳ５において、反転画像再構成手段４２は、傾斜磁場のＺ軸方向成分を逆方向として収集された生データに対してフーリエ変換（ＦＴ）等の画像再構成処理および寝台３５の移動方向であるＺ軸方向に対して画像の向きを反転する画像反転処理を施すことにより被検体Ｐの画像データの向き反転させて再構成させる。

すなわち、傾斜磁場のＺ軸方向成分を逆方向として通常の手法で単に画像データを再構成すると、Ｚ軸方向に反転した画像となるため、Ｚ軸方向に反転するような処理が反転画像再構成手段４２により施される。

図６は、Ｚ軸方向に反転した後の画像データを示したものである。図６に示すように、傾斜磁場のＺ軸方向成分を逆方向としてＸ２軸とＺ２軸とで表される撮影領域においてスキャンが実施されたとすると、図４に示すように撮影領域のＺ２軸方向の負側端部Ｚ２＝−ａ／２における傾斜磁場のＺ２軸成分Ｇ’（−ａ／２）は正値であるのに対し、静磁場のＺ２軸成分ΔＢ（−ａ／２）は負値である。このため、磁場のＺ２軸成分Ｂ’（−ａ／２）は、図５に示すように傾斜磁場のＺ２軸成分Ｇ’（−ａ／２）から静磁場のＺ２軸成分ΔＢ（−ａ／２）分だけマイナス側にシフトした値となる。

一方、Ｚ２軸方向の正側端部Ｚ２＝ａ／２における傾斜磁場のＺ２軸成分Ｇ’（ａ／２）および静磁場のＺ２軸成分ΔＢ（ａ／２）はいずれも負値である。このため、磁場のＺ２軸成分Ｂ’（ａ／２）は、図５に示すように傾斜磁場のＺ２軸成分Ｇ’（ａ／２）からさらに静磁場のＺ２軸成分ΔＢ（ａ／２）分だけマイナス側にシフトした値となる。

従ってＸ２軸とＺ２軸とで表される撮影領域における画像データは、図６に示すようにＺ２軸方向の正側端部Ｚ２＝ａ／２近傍では画像が伸長する一方、Ｚ２軸方向の負側端部Ｚ２＝−ａ／２近傍では画像が短縮した画像データとなる。

このため、隣接する画像データの結合部近傍の伸長あるいは短縮の度合いは同程度となり、より連続性を持たせてよりスムーズな全体画像を形成することができる。

次にステップＳ６において、撮像が完了したか否かが画像結合手段４３により判定され、全ての撮影領域における撮像が完了するまで、繰り返し傾斜磁場のＺ軸成分が隣接する撮影領域で交互に反転されつつスキャンが実行される。

そして、全ての撮影領域における撮像が完了すると、ステップＳ７において、画像結合手段４３により各撮影領域で得られた画像データが結合されて全体画像が生成される。

図７は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０により撮像された各画像をそのまま結合させた場合における結合部の状態を示す図である。

図７（ａ）は、各撮影領域における画像データを結合させて生成された理想的な全体画像を示す図である。しかし、実際には各撮影領域において得られた画像データの密度は不均一であるため、画像データの伸長部あるいは短縮部が隣接する画像データ間で同じ側となるように傾斜磁場のＺ軸方向の正負が調整されるが、短縮部では理想状態における有効視野よりも広い領域が有効視野に含まれる一方、伸長部では理想状態における有効視野よりも狭い領域しか有効視野に含まれずに、本来必要な部分が有効視野外となってしまうこととなる。

この結果、図７（ｂ）に示すように２枚の画像データの短縮部同士を結合すると、短縮部には同じ部分が２箇所に表示される一方、図７（ｃ）に示すように２枚の画像データの伸長部同士を結合すると、伸長部端部の部分が欠落して表示される。

そこで、寝台３５の位置ごとにおける各撮影領域の境界部分には、予め適宜オーバーラップ部分が設けられて画像データがオーバーサンプリングされる。例えば、画像データの伸長部同士が結合されて一部が欠落する恐れがある撮影領域には、オーバーラップ部分が設けられる。尚、逆に画像データの短縮部同士が結合されて同一部が２箇所表示される恐れがある撮影領域を縮小してもよい。

そして、画像データを結合する際に、オーバーラップ部分が画像結合手段４３によりシフトされる。

図８は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０により撮像された各画像をシフトして結合する方法を説明する図である。

オーバーサンプリングして得られた画像データを並べると図８（ａ）に示すように、各画像データの結合部には、同一の部分が隣接する２枚の画像データのそれぞれに表示される。

そこで、図８（ｂ）に示すように、同一の部分が２箇所に表示されるような場合には、当該部分が除去され、シフトした状態で各画像データが結合される。

図９は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０により寝台を移動させて得られた画像を結合して構成される全体画像の概念図である。

この結果、図９（ａ）に示す４枚の画像データを結合して生成される理想的な全体画像を撮影する場合に、図９（ｂ）に示すようにオーバーサンプリングして得られた各画像データの伸長部同士あるいは短縮部同士が互いに向かい合うようにシフトして結合され、とり連続性を有し、スムーズな全体画像を得ることができる。そして、生成された全体画像は、適宜画像表示手段４４により表示装置３４に与えられて表示される。

すなわち、磁気共鳴イメージング装置２０は、隣接する撮影領域において傾斜磁場のＺ方向成分の向きを互いに逆方向として形成することにより、各撮影領域で得られた画像の結合部における伸長量や短縮量等の密度が同程度となるようにしたものである。

このため、磁気共鳴イメージング装置２０によれば、新たなハードウェアや複雑な処理を行うソフトウエアを追加することなく、簡易な処理で画像の結合部に連続性を持たせたスムーズな広領域の全体画像を得ることができる。このため、より早期かつ安価に磁気共鳴イメージング装置２０を製品化することが可能となる。

尚、磁気共鳴イメージング装置２０において、傾斜磁場の寝台３５の移動方向成分の反転は、シーケンスによらず回路やスイッチ等の手段により信号を反転させる方法で行うこともできる。また画像データの反転は、再構成後の画像データそのものではなく、再構成前のデータに対して所要の処理を施すことにより再構成後の画像データが反転するようにしてもよい。

また、磁気共鳴イメージング装置２０の一部の構成要素を省略してもよい。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の実施の形態を示す機能ブロック図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置により被検体Ｐの断層画像を撮像する際の手順を示すフローチャート。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置により傾斜磁場を反転させるために生成されるシーケンスの一例を示す図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置により撮像領域に形成される傾斜磁場の分布関数および静磁場の分布関数の一例を示す図。 図４に示す傾斜磁場分布関数と静磁場分布関数を加算して得られた磁場分布関数の一例を示す図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置により寝台を移動させて画像を再構成させる方法を説明する概念図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置により撮像された各画像の結合部の状態を示す図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置により撮像された各画像をシフトして結合する方法説明する図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置により寝台を移動させて得られた画像を結合して構成される全体画像の概念図。 従来の磁気共鳴イメージング装置の機能ブロック図。 図１０に示す従来の磁気共鳴イメージング装置により撮像領域に形成される傾斜磁場の分布関数および静磁場の分布関数の一例を示す図。 図１１に示す傾斜磁場分布関数と静磁場分布関数を加算して得られた磁場分布関数の一例を示す図。 図１０に示す従来の磁気共鳴イメージング装置により寝台を移動させて画像を再構成させる方法を説明する概念図。 図１１に示す従来の磁気共鳴イメージング装置により寝台を移動させて得られた画像を結合して構成される全体画像の概念図。

符号の説明

２０ 磁気共鳴イメージング装置
２１ 静磁場用磁石
２３ 傾斜磁場コイルユニット
２４ ＲＦコイル
２６ 静磁場電源
２７ 傾斜磁場電源
２９ 送信器
３０ 受信器
３１ シーケンスコントローラ
３３ 入力装置
３４ 表示装置
３５ 寝台
３５ａ 寝台駆動機構
３６ 撮像領域設定手段
３７ 傾斜磁場反転手段
３８ 寝台位置制御手段
３９ シーケンスコントローラ制御手段
４０ 生データデータベース
４１ 画像再構成手段
４２ 反転画像再構成手段
４３ 画像結合手段
４４ 画像表示手段

Claims (4)

1. 寝台駆動機構を有する寝台と、前記寝台駆動機構に制御信号を与えて前記寝台の位置を制御する寝台位置制御手段と、前記寝台の位置に応じて形成される撮影領域の傾斜磁場の前記寝台の移動方向成分の向きを反転させてデータを収集する手段とを備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記寝台の位置に応じて形成される撮影領域にオーバーラップを設け、複数の撮影領域でデータをオーバーサンプリングするようにしたことを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 傾斜磁場の前記寝台の移動方向成分の向きを反転させて収集された前記データから、向きを反転させて画像データを再構成する手段を有することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記寝台の位置に応じて形成される撮影領域において撮像された画像データをシフトさせて他の撮影領域において撮像された画像データと結合させる手段を有することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。

Images