JP2010172383A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】データサンプリング中の傾斜磁場強度変化に起因する画質劣化を抑制し、より一層の画質向上を図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である。
【解決手段】磁気共鳴イメージング装置は、被検体からの磁気共鳴データのサンプリング中における傾斜磁場の制御値からの変動量による前記磁気共鳴データへの影響を補正するための補正データを取得する補正データ取得手段と、前記磁気共鳴データを収集し、前記補正データを用いて前記磁気共鳴データの補正を行い、さらに補正後の磁気共鳴データに基づいて画像データを生成する画像データ生成手段とを備える。
【選択図】 図７

Description

本発明は、被検体の原子核スピンをラーモア周波数の高周波(RF: radio frequency)信号で磁気的に励起し、この励起に伴って発生する核磁気共鳴(NMR:nuclear magnetic resonance)信号から画像を再構成する磁気共鳴イメージング(MRI: Magnetic Resonance Imaging)装置に係り、特に、エコープラナーイメージング(EPI: Echo Planar Imaging)法によりイメージングを行う磁気共鳴イメージング装置に関する。

磁気共鳴イメージングは、静磁場中に置かれた被検体の原子核スピンをラーモア周波数のRF信号で磁気的に励起し、この励起に伴って発生するＭＲ信号から画像を再構成する撮像法である。

この磁気共鳴イメージングの分野において、エコープラナーイメージング(EPI: echo planar imaging)と呼ばれる撮像法がある。EPIは、MRIにおける高速撮像法の１つであり、１回の核磁気励起に対して傾斜磁場を高速で連続的に反転させ、連続的にエコーを生じさせてスキャンを行うものである。より具体的には、EPIでは、励起パルス(FLIP PULSE)を印加した後、xy平面内の磁化が横緩和(T2緩和)により減衰して消滅する前に位相エンコード(PE: phase encode)のステップにより連続的なグラジエントエコーを発生させて画像再構成に必要な全てのデータが収集される。EPIには、励起パルスおよびリフォーカスパルス(FLOP PULSE)の後に発生するスピンエコー信号を収集するスピンエコー法(SE: spin echo)を用いたSE EPIと励起パルスの印加後に発生するエコー信号を収集するフィールドエコー法(FE: field echo)を用いたFE EPIやFFE (Fast FE)法を用いたFFE EPIがある。また、複数回に亘る励起パルスを印加して得られるエコートレインのデータを合わせて１枚分の画像データを作成するEPIがマルチショットEPIと呼ばれるのに対して、１回の励起パルスの印加のみで画像を再構成するEPIは、シングルショット(SS: single shot) EPIと呼ばれる。この他、Hybrid EPIと呼ばれるEPIがある。

また、EPIの応用技術として、拡散強調画像(DWI: diffusion weighted image)が知られている。DWIは、MPG (motion probing gradient)パルスと呼ばれる強い強度の傾斜磁場を印加することによって撮像対象の動きによる位相シフトを強調し、撮像対象の拡散効果を強調した画像である。

一方、時間的に強度が変化する読出し用の傾斜磁場の印加によってNMR信号を取得できるように、ディジタルフィルタ(DF: digital filter)を設け、NMR信号にディジタルフィルタリングを施す技術が考案されている(例えば特許文献１参照)。

特表平８−５０８６６７号公報

しかしながら、上述したSingle Shot SE EPI, Single Shot FE EPI, Multi Shot SE EPI, Multi Shot FE EPI, Multi Shot FFE EPI, Hybrid EPI等の各種EPIでは、撮像部位の空間的な位置の差、装置間における設計誤差、装置の調整程度差、ハードウェアの個体差等の条件に応じた渦電流の発生や傾斜磁場アンプ出力波形の不完全性による影響を受けて、データサンプリング中に読出し(RO: readout)用の傾斜磁場の強度が変動する場合がある。傾斜磁場の強度がデータサンプリング中に変わると１ポイント当たりのモーメントが変わるため、画質劣化の原因となる。

このため上述したようなNMR信号に対するDFの有無を問わず、様々な撮像法に基づくイメージングにおいて、渦電流や傾斜磁場アンプの出力波形の非線形性等の様々な要因によって生じるデータサンプリング中の傾斜磁場強度変化に起因する画質劣化を抑制し、より一層の画質向上を図ることが望まれる。

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、データサンプリング中の傾斜磁場強度変化に起因する画質劣化を抑制し、より一層の画質向上を図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、被検体からの磁気共鳴データのサンプリング中における傾斜磁場の制御値からの変動量による前記磁気共鳴データへの影響を補正するための補正データを取得する補正データ取得手段と、前記磁気共鳴データを収集し、前記補正データを用いて前記磁気共鳴データの補正を行い、さらに補正後の磁気共鳴データに基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と
を備えるものである。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置においては、データサンプリング中の傾斜磁場強度変化に起因する画質劣化を抑制し、より一層の画質向上を図ることができる。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の実施の形態を示す構成図。 図１に示すRFコイルの詳細構成の一例を示す図。 図２に示す被検体の体表側に設けられるコイル要素の配置例を示す図。 図２に示す被検体の背面側に設けられるコイル要素の配置例を示す図。 図２に示す受信器における受信系回路の詳細回路図。 図１に示すコンピュータの機能ブロック図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置により、信号受信系における傾斜磁場変動の影響を除去する信号の補正を伴ってEPI法によりイメージングを行う場合の流れを示すフローチャート。 図７に示すフローチャートの処理によって得られるデータを示す図。 図６に示す撮影条件設定部において設定されるSS SE EPI DWIシーケンスの一例を示す図。 図９に示すSS SE EPI DWIシーケンスのRO用傾斜磁場の渦補正前における制御波形および変形したRO用傾斜磁場の波形を示す図。 図１０に示す変形した波形のRO用傾斜磁場を印加してRamp Samplingによりサンプリングしたエコーデータ列に対する補正方法を説明する図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置により、コンピュータ内での傾斜磁場変動の影響を除去する信号の補正を伴ってEPI法によりイメージングを行う場合の流れを示すフローチャート。 図１２に示すフローチャートの処理によって得られるデータを示す図。

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。

（構成および機能）
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構成図である。

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。さらに、傾斜磁場電源２７には、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から出力される電流を計測する電流計２７ａが設けられる。

また、コンピュータ３２には、入力装置３３、表示装置３４、演算装置３５および記憶装置３６が備えられる。

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。尚、静磁場用磁石２１は超伝導コイルで構成される場合が多く、励磁の際に静磁場電源２６と接続されて電流が供給されるが、一旦励磁された後は非接続状態とされるのが一般的である。また、静磁場用磁石２１を永久磁石で構成し、静磁場電源２６が設けられない場合もある。

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２３の内側には寝台３７が設けられて撮像領域とされ、寝台３７には被検体Ｐがセットされる。RFコイル２４はガントリに内蔵されず、寝台３７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２３は、傾斜磁場電源２７と接続される。傾斜磁場コイル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RF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RF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。

図２は図１に示すRFコイル２４の詳細構成の一例を示す図であり、図３は図２に示す被検体Ｐの体表側に設けられるコイル要素２４ｃの配置例を示す図、図４は図２に示す被検体Ｐの背面側に設けられるコイル要素２４ｃの配置例を示す図である。

図２に示すようにRFコイル２４は、筒状の全身用(WB:whole-body)コイル２４ａとフェーズドアレイコイル２４ｂを備えている。フェーズドアレイコイル２４ｂは、複数のコイル要素２４ｃを備えており、被検体Ｐの体表側と背面側とにそれぞれ複数のコイル要素２４ｃが配置される。

例えば図３に示すように被検体の体表側には、広範囲の撮影部位がカバーされるようにｘ方向に４列、ｚ方向に８列の合計３２個のコイル要素２４ｃが配置される。また、図４に示すように被検体の背面側にも同様に広範囲の撮影部位がカバーされるようにｘ方向に４列、ｚ方向に８列の合計３２個のコイル要素２４ｃが配置される。背面側では、被検体Ｐの背骨の存在を考慮した感度向上の観点から、体軸付近に他のコイル要素２４ｃよりも小さいコイル要素２４ｃが配置される。

一方、受信器３０は、デュプレクサ３０ａ，アンプ３０ｂ、切換合成器３０ｃおよび受信系回路３０ｄを備えている。デュプレクサ３０ａは、送信器２９、WBコイル２４ａおよびWBコイル２４ａ用のアンプ３０ｂと接続される。アンプ３０ｂは、各コイル要素２４ｃおよびWBコイル２４ａの数だけ設けられ、それぞれ個別に各コイル要素２４ｃおよびWBコイル２４ａと接続される。切換合成器３０ｃは、単一または複数個設けられ、切換合成器３０ｃの入力側は、複数のアンプ３０ｂを介して複数のコイル要素２４またはWBコイル２４ａと接続される。受信系回路３０ｄは、各コイル要素２４ｃおよびWBコイル２４ａの数以下となるように所望の数だけ設けられ、切換合成器３０ｃの出力側に設けられる。

WBコイル２４ａは、RF信号の送信用のコイルとして用いることができる。また、NMR信号の受信用のコイルとして各コイル要素２４ｃを用いることができる。さらに、WBコイル２４ａを受信用のコイルとして用いることもできる。

このため、デュプレクサ３０ａは、送信器２９から出力された送信用のRF信号をWBコイル２４ａに与える一方、WBコイル２４ａにおいて受信されたNMR信号を受信器３０内のアンプ２４ｄを経由して切換合成器３０ｃに与えるように構成されている。また、各コイル要素２４ｃにおいて受信されたNMR信号もそれぞれ対応するアンプ２４ｄを経由して切換合成器３０ｃに出力されるように構成されている。

切換合成器３０ｃは、コイル要素２４ｃやWBコイル２４ａから受けたNMR信号の合成処理および切換を行って、対応する受信系回路３０ｄに出力するように構成されている。換言すれば、受信系回路３０ｄの数に合わせてコイル要素２４ｃやWBコイル２４ａから受けたNMR信号の合成処理および切換が切換合成器３０ｃにおいて行われ、所望の複数のコイル要素２４ｃを用いて撮影部位に応じた感度分布を形成して様々な撮影部位からのNMR信号を受信できるように構成されている。

ただし、コイル要素２４ｃを設けずに、WBコイル２４ａのみでNMR信号を受信するようにしてもよい。また、切換合成器３０ｃを設けずに、コイル要素２４ｃやWBコイル２４ａにおいて受信されたNMR信号を直接受信系回路３０ｄに出力するようにしてもよい。さらに、より多くのコイル要素２４ｃを広範囲に亘って配置することもできる。

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パルスシーケンス情報を記憶する機能と、記憶した所定のパルス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RF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には、渦補正回路３１ａが設けられる。渦補正回路３１ａは、コンピュータ３２から取得したパルスシーケンスに従って傾斜磁場電源２７にパルス電流を出力した場合に、傾斜磁場により生じる渦電流が低減されるようにパルス電流の出力波形を調整する回路である。そして渦補正回路３１ａにおいて補正された出力波形を有するパルス電流が実際に傾斜磁場電源２７に印加される。つまり、渦補正回路３１ａは、渦電流が発生しないように傾斜磁場電源２７に印加されるパルス電流の渦電流補正を行う回路である。

さらに、シーケンスコントローラ３１は、受信器３０におけるNMR信号の検波およびA/D (analog to digital)変換により得られた複素データである生データ(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。

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RF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信号を検波して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、デジタル化された複素データ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。

図５は、図２に示す受信器３０における受信系回路３０ｄの詳細回路図である。

図５に示すように受信系回路３０ｄには、周波数変換器３０ｅ、A/D変換器(ADC: A/D converter)３０ｆ、検波回路３０ｇ、ディジタルフィルタ(DF: digital filter)３０ｆ、DF制御系３０ｉが備えられる。そして周波数変換器３０ｅにおいて、切換合成器３０ｃから出力されたNMR信号の周波数がラーモア周波数からディジタル信号に変換可能な周波数に変換され、A/D変換器３０ｆにおいてNMR信号がディジタル信号に変換される。ディジタル信号となったNMR信号は、検波回路３０ｇにおいて実数成分であるＩ成分および虚数成分であるＱ成分を有するベースバンドのNMR信号に変換されてDF３０ｈに出力される。DF３０ｈは、NMR信号に所望のフィルタ係数でディジタルフィルタリングを掛けてシーケンスコントローラ３１を通じてコンピュータ３２に出力する機能を備えている。

DF制御系３０ｉは、回路またはプログラムを読み込ませた演算装置により構成することができる。DF制御系３０ｉは、電流計２７ａから取得した傾斜磁場電源２７の出力電流波形、渦補正回路３１ａから取得した傾斜磁場電源２７に印加されるパルス電流の出力波形および/またはコンピュータ３２からシーケンスコントローラ３１を通じて与えられた情報に基づいて、サンプリング中のRO用傾斜磁場変動に起因するエコーデータのシフトが補正されるようなDF３０ｈにおけるディジタルフィルタリングのフィルタ係数を補正データとして算出し、算出したフィルタ係数にてDF３０ｈを制御する機能を有する。さらに、コンピュータ３２からシーケンスコントローラ３１を通じてDF３０ｈにフィルタ係数を制御する制御信号を与えることによってもDF３０ｈを制御できるように構成されている。

また、コンピュータ３２の記憶装置３６に保存されたプログラムを演算装置３５で実行することにより、コンピュータ３２には各種機能が備えられる。ただし、プログラムによらず、各種機能を有する特定の回路を磁気共鳴イメージング装置２０に設けてもよい。

図６は、図１に示すコンピュータ３２の機能ブロック図である。

コンピュータ３２は、プログラムにより撮像条件設定部４０、シーケンスコントローラ制御部４１、ｋ空間データベース４２、画像再構成部４３、画像データベース４４、画像処理部４５、データ補正部４６、シミュレーション部４７、シミュレーションパラメータ保存部４８として機能する。また、撮像条件設定部４０はDF制御部４０ａを有する。

撮影条件設定部４０は、入力装置３３からの指示情報に基づいてEPIシーケンスやPROPELLER （Periodically Rotated Overlapping ParallEL Lines with Enhanced Reconstruction）シーケンス等のパルスシーケンスを含む撮影条件を設定し、設定した撮影条件をシーケンスコントローラ制御部４１に与える機能を有する。特に、撮影条件設定部４０では、パラレルイメージング(PI: parallel imaging)を行うための撮影条件を設定することができる。

PIは、複数のコイル要素２４ｃを用いてエコーデータを受信し、かつ位相エンコードをスキップさせることによって画像再構成に必要な位相エンコード数を減らす撮像法である。原理的には、位相エンコード数を、最大で画像再構成に必要な位相エンコード数のコイル要素２４ｃの数分の１に減らすことができる。複数のエコー信号を連続的に収集するEPI法によるスキャンは、多くの場合、PIによって実行される。PIが行われる場合には、エコーデータの収集に用いるコイル要素２４ｃの数や各コイル要素２４ｃと撮影部位を関連付けた情報を始めとしてPIに必要な情報が撮影条件として設定される。

また、撮影条件設定部４０のDF制御部４０ａは、電流計２７ａから取得した傾斜磁場電源２７の出力電流波形、渦補正回路３１ａから取得した傾斜磁場電源２７に印加されるパルス電流の出力波形および/またはシミュレーション部４７から取得したシミュレーション結果に基づいて、サンプリング中のRO用傾斜磁場変動に起因するエコーデータのシフトが補正されるようなDF３０ｈにおけるディジタルフィルタリングのフィルタ係数を補正データとして算出する機能と、算出したフィルタ係数をシーケンスコントローラ制御部４１およびシーケンスコントローラ３１を通じて受信器２９のDF３０ｈに与えることによりDF３０ｈを制御する機能とを有する。

シーケンスコントローラ制御部４１は、入力装置３３からのスキャン開始指示情報を受けた場合に、撮影条件設定部４０から取得したパルスシーケンスを含む撮影条件をシーケンスコントローラ３１に与えることにより駆動制御させる機能を有する。また、シーケンスコントローラ制御部４１は、シーケンスコントローラ３１から生データを受けてｋ空間データベース４２に形成されたｋ空間に配置する機能を有する。このため、ｋ空間データベース４２には、受信器３０において生成された各生データがｋ空間データとして保存される。

画像再構成部４３は、ｋ空間データベース４２からｋ空間データを取り込んでフーリエ変換(FT: Fourier transform)を含む画像再構成処理を施すことにより画像データを再構成する機能と、再構成して得られた画像データを画像データベース４４に書き込む機能を有する。このため、画像データベース４４には、画像再構成部４３において再構成された画像データが保存される。

画像処理部４５は、画像データベース４４から画像データを取り込んで必要な画像処理を行って表示用の画像データを生成する機能と、生成した表示用の画像データを表示装置３４に表示させる機能を有する。例えば画像処理部４５は、PIによりエコー信号が収集された場合に、各コイル要素２４ｃに対応する画像データに対してPIの条件に基づいてPIにおける後処理であるunfolding処理を行うことにより、展開された画像データを生成する機能を有する。unfolding処理には、各コイル要素２４ｃの感度分布が用いられる。このため、各コイル要素２４ｃの感度分布が画像処理部４５に保存される。

データ補正部４６は、電流計２７ａから取得した傾斜磁場電源２７の出力電流波形、渦補正回路３１ａから取得した傾斜磁場電源２７に印加されるパルス電流の出力波形および/またはシミュレーション部４７から取得したシミュレーション結果に基づいて、サンプリング中のRO用傾斜磁場変動に起因するエコーデータのシフトを補正するための補正データを作成する機能、ｋ空間データベース４２から読み込んだエコーデータに対して補正データに基づくRegrid処理を施すことにより渦電流や傾斜磁場電源２７からの出力パルス電流の非線形性や不完全性の影響によるエコーデータのｋ空間におけるシフトを補正する機能および補正後のエコーデータをｋ空間データベース４２に書き込む機能を有する。

シミュレーション部４７は、傾斜磁場電源２７や磁気共鳴イメージング装置２０の特性値をシミュレーションパラメータとして用いたシミュレーションを実行することによって、傾斜磁場電源２７からの出力パルス電流の波形や渦電流の強度をシミュレーション結果として算出する機能と、算出したシミュレーション結果とパルスシーケンスにおけるRO用の傾斜磁場の制御値とからRO用の傾斜磁場モーメントの制御値からの変動量を求める機能を有する。

シミュレーションパラメータ保存部４８には、シミュレーション部４７におけるシミュレーションに必要な渦電流の時定数等のシミュレーションパラメータが予め計測されて保存される。

（動作および作用）
次に磁気共鳴イメージング装置２０の動作および作用について説明する。

初めに磁気共鳴イメージング装置２０のハードウェア、例えば信号受信系のDF３０ｈによりNMRエコー信号の補正を行う場合について説明する。

図７は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０により、信号受信系における傾斜磁場変動の影響を除去する信号の補正を伴ってEPI法によりイメージングを行う場合の流れ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。また、図８は、図７に示すフローチャートの処理によって得られるデータを示す図である。

まず、ステップＳ１において、撮影条件設定部４０によりEPIシーケンスを用いた撮影条件が設定される。

図９は、図６に示す撮影条件設定部４０において設定されるSS SE EPI DWIシーケンスの一例を示す図である。

図９においてRFは、RF励起パルスを、ECHOは、エコー信号を、Gssは、スライス選択(SS: slice selection)用の傾斜磁場を、Groは、リードアウト用の傾斜磁場を、Gpeは、位相エンコード用の傾斜磁場を、それぞれ示す。

図９に示すように、SS SE EPI DWIシーケンスでは、励起パルスに続いてリフォーカスパルスがスライス選択用傾斜磁場パルスとともに印加される。また、励起パルスとリフォーカスパルスとの間には、傾斜磁場のモーメントの調整を行うためのTUNEと呼ばれる傾斜磁場パルスがRO方向およびPE方向にそれぞれ印加される。さらに、リフォーカスパルスの印加後には、SS方向にMPGパルスが印加される。

次に、BLIPパルスと呼ばれるPE方向の傾斜磁場パルスが繰り返し印加され、BLIPパルスの強度に応じた位相エンコード量が順次加算される。一方で、極性が交互に反転するRO用傾斜磁場が繰り返し印加される。これにより、１枚分の画像データの生成に必要なエコー信号がデータ収集部分において連続的に発生し、発生したエコー信号が収集される。すなわち１回の核磁気の励起により１枚分の画像データを生成するためのエコー信号を収集することができる。

次に、ステップＳ２において、EPIシーケンスによるハードウェアの制御が行われる。

そのために予め寝台３７に被検体Ｐがセットされ、静磁場電源２６により励磁された静磁場用磁石２１(超伝導磁石)の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。

そして、入力装置３３からシーケンスコントローラ制御部４１にスキャン開始指示が与えられると、シーケンスコントローラ制御部４１は撮影条件設定部４０から取得したEPIシーケンスを含む撮影条件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、シーケンスコントローラ制御部４１から受けたEPI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傾斜磁場を形成させるとともに、RFコイル２４からRF信号を発生させる。

このとき、渦補正回路３１ａは、傾斜磁場の印加によって渦電流が低減されるように傾斜磁場電源２７に印加されるパルス電流波形の渦電流補正を行う。さらに、傾斜磁場電源２７の非線形性や不完全性によっても傾斜磁場電源２７の出力パルス電流波形が制御上の波形から変化する場合がある。さらに、実際に撮像領域に形成されるRO用傾斜磁場の波形は、渦電流の発生により誘起される空間的に非線形な磁場や装置ごとの特性等の影響によって更に変形することとなる。このため、実際に撮影領域に形成される傾斜磁場の波形は、EPIシーケンスにおいて設定されているRO用傾斜磁場の波形が変形した波形となる。

図１０は、図９に示すSS SE EPI DWIシーケンスのRO用傾斜磁場の渦補正前における制御波形および変形したRO用傾斜磁場の波形を示す図である。

図１０においてECHOはエコー信号を、Groは渦補正前におけるRO用傾斜磁場の制御波形を、Gro’は渦補正、傾斜磁場電源２７の出力パルスの非線形性、渦電流により誘起される磁場等の影響により変形したRO用傾斜磁場の波形を示す。

図１０に示すように渦補正前におけるRO用傾斜磁場の制御波形Groは、直線的に立ち上がった後、一定の値となり直線的に立ち下がる波形である。そして、ｋ空間の１列分のデータに相当するサンプリング位置が等間隔で設定される。尚、図１０に示すサンプリング位置は、傾斜磁場の立ち上がり中からエコー信号のサンプリングを行うRamp Samplingの場合の例を示している。

しかし、実際に撮影領域に形成される傾斜磁場の波形Gro’は渦補正、傾斜磁場電源２７の出力パルスの非線形性、渦電流により誘起される磁場等の影響により図１０に示すように変形する。従って、変形した波形Gro’の傾斜磁場が撮影部位に生成された状態で被検体Ｐの内部における核磁気共鳴によりNMR信号が発生する。

次に、ステップＳ３において、EPIシーケンスに従ってNMR信号列が連続的に順次RFコイル２４により受信されて受信器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、周波数変換器３０ｅによる周波数変換、A/D変換器３０ｆによるA/D変換、検波回路３０ｇによる検波を行うことにより、デジタルデータのNMR信号列である生データを生成する。すなわち、図８(a)に示すような１つのエコーデータが生成される。

しかしながら、エコーデータは、図１０に示すような変形した波形Gro’のRO用傾斜磁場を印加してRamp Samplingによりサンプリングされているためサンプリング位置ごとに傾斜磁場モーメント（面積）が異なることとなる。このため、エコーデータのサンプリングポイントが不等間隔となっている。そこで、エコーデータが等間隔となるように補正する必要がある。この補正に用いる補正データを求めるためには、RO用傾斜磁場モーメントの制御値からの変動量を求める必要がある。

RO用傾斜磁場モーメントの制御値からの変動量は、傾斜磁場制御系から取得した傾斜磁場の測定値またはソフトウェアによるシミュレーション結果に基づいて求めることができる。

シミュレーションによってRO用傾斜磁場モーメントの制御値からの変動量を求める場合には、ステップＳ４において、撮像条件設定部４０において設定されたEPIシーケンスを含む撮影条件に基づいてコンピュータ３２のシミュレーション部４７によりRO用傾斜磁場モーメントの制御値からの変動量を求めるための装置や傾斜磁場制御系を模擬したシミュレーションが行われ、シミュレーション結果に基づいてRO用傾斜磁場モーメントの変動量が算出される。シミュレーション部４７におけるシミュレーションに必要な渦電流の減衰の時定数、スケーリング係数および近似式の係数等のパラメータは、シミュレーションパラメータ保存部４８から取得することができる。

例えば、傾斜磁場電源２７ごとの特性値をシミュレーションパラメータとして用いたシミュレーションによって、傾斜磁場電源２７からの渦補正処理後の非線形性を有する出力パルス電流の波形を算出することができる。そして、算出された傾斜磁場電源２７からの出力パルス電流の波形に基づいてRO用傾斜磁場モーメントの制御値からの変動量を求めることができる。具体的には、EPIシーケンスにおけるRO用傾斜磁場の制御値とシミュレーションとして算出された出力パルス電流に対応するRO用傾斜磁場の波形との差分を計算すればよい。これにより傾斜磁場電源２７からの出力パルス電流の非線形性によって変動するRO用傾斜磁場に起因するエコーデータの誤差を補正することが可能となる。

さらに、磁気共鳴イメージング装置２０の特性値をシミュレーションパラメータとして用いたシミュレーションによって、渦電流の強度を算出することができる。そして、算出された渦電流の強度に基づいてRO用傾斜磁場モーメントの変動量を求めることもできる。具体的には、EPIシーケンスにおけるRO用傾斜磁場の制御値とシミュレーションとして算出された渦電流によって誘起される傾斜磁場との差分を計算すればよい。この場合、渦電流によるRO用傾斜磁場の変動に起因するエコーデータの誤差を補正することが可能となる。

また、算出された傾斜磁場電源２７からの出力パルス電流の波形および渦電流の強度の双方を用いてRO用傾斜磁場モーメントの変動量を求めることもできる。この場合には、傾斜磁場電源２７からの出力パルス電流の非線形性および渦電流の双方に起因するRO用傾斜磁場の変動によるエコーデータの誤差を補正することが可能となる。

一方、傾斜磁場制御系から取得した傾斜磁場の測定値に基づいてRO用傾斜磁場モーメントの制御値からの変動量を求める場合には、ステップＳ５において、RO用傾斜磁場の変動量が計測される。

例えば、傾斜磁場電源２７の電流計２７ａにおいて計測された出力パルス電流の波形に基づいて実際に撮像領域に印加される傾斜磁場パルスの波形を推定することができる。そしてEPIシーケンスにおけるRO用傾斜磁場の制御値と電流計２７ａの測定値に基づく傾斜磁場パルスの波形の推定値との差分を求めることにより、RO用傾斜磁場モーメントの制御値からの変動量を求めることができる。これにより傾斜磁場電源２７からの出力パルス電流の非線形性によって変動するRO用傾斜磁場に起因するエコーデータの誤差を補正することが可能となる。

さらに、渦補正回路３１ａからデータ収集位置ごとの出力パルス波形の履歴に基づいて渦電流の強度を計算することもできる。すなわち、渦補正回路３１ａでは、EPIシーケンスにおけるRO用傾斜磁場の制御値に対して傾斜磁場の制御に応じた渦電流が低減されるように補正が行われるため、渦電流補正の補正量から渦電流の強度を計算することができる。この渦電流の強度の計算に必要な時定数等のパラメータは予め計測することによる取得することができる。そして、EPIシーケンスにおけるRO用傾斜磁場の制御値と渦補正回路３１ａからの出力パルス波形に基づいて算出された渦電流によって誘起される傾斜磁場との差分を求めることにより、RO用傾斜磁場モーメントの制御値からの変動量を求めることができる。この場合、渦電流によるRO用傾斜磁場の変動に起因するエコーデータの誤差を補正することが可能となる。

また、シミュレーションの場合と同様に、傾斜磁場電源２７からの出力パルス電流の波形および渦電流の強度の双方を用いてRO用傾斜磁場モーメントの変動量を求めることもできる。

このような傾斜磁場制御系から取得した測定値に基づくRO用傾斜磁場モーメントの変動量の計算は、受信器３０のDF制御系３０ｉまたはコンピュータ３２のDF制御部４０ａにて行うことができる。また、シミュレーションによってRO用傾斜磁場モーメントの変動量が計算された場合には、シミュレーション部４７からRO用傾斜磁場モーメントの変動量がコンピュータ３２のDF制御部４０ａまたはシーケンスコントローラ３１を介して受信器３０のDF制御系３０ｉに与えられる。

次に、ステップＳ６において、受信器３０のDF制御系３０ｉまたはコンピュータ３２のDF制御部４０ａにおいてRO用傾斜磁場モーメントの変動量に応じたエコーデータの補正データが作成される。すなわち、RO用傾斜磁場モーメントの変動量に起因する各エコーデータのそれぞれのシフト量が求められ、求めたエコーデータ別のシフト量が補正データとされる。この結果、エコーデータ別の補正データ間の比率は、サンプリング位置間における傾斜磁場モーメント間の比率となる。

次に、ステップＳ７において、受信器３０のDF制御系３０ｉまたはコンピュータ３２のDF制御部４０ａにおいて作成された補正データによってエコーデータが補正されるようにDF３０ｈのフィルタ係数が算出され、算出されたフィルタ係数がDF３０ｈに与えられることによってDF３０ｈが制御される。

これにより、RO用傾斜磁場モーメントの変動に起因してシフトした検波後のエコーデータ列はDF３０ｈにおいてエコーデータ列ごとに順次補正される。この結果、図８(b)に示すようなシフト補正後のエコーデータ列がDF３０ｈにおいて順次得られる。

図１１は、図１０に示す変形した波形Gro’のRO用傾斜磁場を印加してRamp Samplingによりサンプリングしたエコーデータ列に対する補正方法を説明する図である。

図１１(a), (b)において横軸はRO方向を示す。図１１(a)に示すように、検波後のエコーデータ列はRO用傾斜磁場モーメントの変動の影響を受けており、かつRamp SamplingによりRO傾斜磁場の立ち上がりおよび立ち下がり中においてもエコーデータのサンプリングを行っているため、不等間隔となっている。通常、Ramp Samplingによりエコーデータが収集された場合には、RO傾斜磁場の立ち上がり部分および立ち下がり部分の制御波形に応じた傾斜磁場モーメントの線形の変化量に基づいて、エコーデータが格子点上となるように位相ソフト補正がDF３０ｈにおけるフィルタリングによって行われる。

しかしながら、Ramp Samplingによるエコーデータの位相シフトが補正されたとしても渦電流や傾斜磁場電源２７からの出力パルス電流の非線形性や不完全性の影響によってエコーデータがシフトしているため、依然としてエコーデータ列が不等間隔となる。このような不等間隔のエコーデータ列をそのまま用いて画像データを再構成すると、画像データの画質が劣化する。

そこで、DF３０ｈにおいて、Ramp Samplingによるエコーデータの位相シフト成分に加えて、渦電流や傾斜磁場電源２７からの出力パルス電流の非線形性の影響によるエコーデータの非対称の位相シフト成分がキャンセルされるようにエコーデータの位相シフト補正が行われる。これにより、傾斜磁場モーメントの制御値からの変動量に対応するシフト分だけRO方向にエコーデータが平行移動し、図１１(b)に示すような格子点上の等間隔のエコーデータ列が得られる。

尚、Ramp Samplingによるエコーデータの位相シフト成分に対する位相シフト補正とは別に渦電流や傾斜磁場電源２７からの出力パルス電流の非線形性の影響によるエコーデータの位相シフト成分に対する位相シフト補正をDF３０ｈにおいて行ってもよい。また、Ramp Samplingを行わない場合には、Ramp Samplingによるエコーデータの位相シフト成分に対する位相シフト補正を行う必要はない。

また、PIを行う場合には、複数の受信チャネルにてそれぞれエコーデータ列が収集されるため、受信チャネルごとにこのようなエコーデータ列の位相シフト補正が順次行われる。

次に、ステップＳ８において、DF３０ｈにおいて順次得られたシフト補正後のエコーデータ列は、受信器３０からシーケンスコントローラ３１およびシーケンスコントローラ制御部４１を経由して図８(c)に示すようにｋ空間データベース４２に形成されたｋ空間に順次配置される。

そして、全てのエコーデータ列がｋ空間に配置されると、ステップＳ９において、ｋ空間データから図８(d)に示すような画像データが生成され、生成された画像データが表示される。すなわち、画像再構成部４３は、ｋ空間データベース４２からｋ空間データを取り込んで画像再構成処理を施すことにより画像データを再構成し、得られた画像データを画像データベース４４に書き込む。また、画像処理部４５は、画像データベース４４から画像データを取り込んでPIのunfolding処理等の必要な画像処理を行って表示用の画像データを生成し、生成した表示用の画像データを表示装置３４に表示させる。これにより診断用の画像を得ることができる。

尚、上述した例では、信号受信系のDF３０ｈにおいてエコーデータ列の補正を行う場合について説明したが、磁気共鳴イメージング装置２０のDF３０ｈ以外のハードウェアやファームウェアの制御によってエコーデータ列の補正を行ってもよい。

次に、磁気共鳴イメージング装置２０のコンピュータ３２における画像再構成処理の前処理としてソフトウェアによりエコーデータの補正を行う場合について説明する。

図１２は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０により、コンピュータ３２内での傾斜磁場変動の影響を除去する信号の補正を伴ってEPI法によりイメージングを行う場合の流れ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。尚、図７と同様のステップには同符号を付して説明を省略する。また、図１３は、図１２に示すフローチャートの処理によって得られるデータを示す図である。

コンピュータ３２においてエコーデータの補正を行う場合には、ステップＳ６において、受信器３０のDF制御系３０ｉまたはコンピュータ３２のDF制御部４０ａにおいてエコーデータの補正データを求める方法と同様な方法でデータ補正部４６によりエコーデータの補正データが求められる。

また、ステップＳ１０において、図１３(a)に示すようなシフト補正前におけるエコーデータ列が図１３(b)に示すように順次ｋ空間に配置される。このため、シフト補正前におけるエコーデータがｋ空間データベース４２に配置される。

次に、ステップＳ１１において、データ補正部４６は、ｋ空間データベース４２に配置されたエコーデータに対して、補正データに基づくRegrid処理を施すことにより、渦電流や傾斜磁場電源２７からの出力パルス電流の非線形性の影響によるエコーデータのｋ空間におけるシフトを補正する。

Regrid処理は、エコーデータごとに行われる公知の処理であり、エコーデータ列のシフトに対しては、cubic spline関数等のn次スプライン関数を用いた内挿による補間処理によって移動補正する一方、エコーデータのシフトについては、それぞれ位相シフト処理によってエコーデータを平行移動させる処理である。

尚、DF３０ｈにおいてエコーデータ列の補正を行う場合と同様に、Ramp Samplingによるエコーデータのシフト成分が存在する場合には、Ramp Samplingによるエコーデータのシフト成分に対する補正と同時または別に、渦電流や傾斜磁場電源２７からの出力パルス電流の非線形性の影響によるエコーデータのシフト成分に対する補正を行うことができる。

このようなエコーデータの補正処理によって図１３(c)に示すような補正後のエコーデータが得られる。そして、ステップＳ９において、補正後のｋ空間データから図１３(d)に示すような画像データが生成され、生成された画像データが表示される。

つまり以上のような磁気共鳴イメージング装置２０は、サンプリング中におけるRO用の傾斜磁場モーメントの変動に起因して生じるエコーデータのシフトをRO用の傾斜磁場の制御波形からの変動量に基づいて求めた補正データを用いて補正するように構成したものである。

（効果）
このため、磁気共鳴イメージング装置２０によれば、サンプリングデータの読出し時に、渦電流補正や傾斜磁場電源の出力波形の非線形性等の傾斜磁場変動要因に起因して生データに位相シフトやポイントシフトが生じても補正することができる。このため、従来、サンプリングデータの読出し時における渦電流補正や傾斜磁場電源の出力波形の非線形性等の傾斜磁場強度を変動させる要因によって発生していたボケ、ピクセルずれ、ゴースト等のアーチファクトを低減させて、画質を向上させることができる。

また、DWIを行う場合にもDWIデータの画質が向上するため、DWIデータの後処理によって生成されるIsotropic 画像や拡散係数(ADC: apparent diffusion coefficient)画像の画質も向上させることができる。

さらに、DF３０ｈ等のハードウェアやファームウェアを用いて前処理としてNMR信号の補正を行うようにすれば、画像データの生成処理に要する時間を延長させることなくNMR信号の補正を行うことができる。一方、コンピュータ３２におけるシミュレーションにより得られたシミュレーション情報に基づいてコンピュータ３２内においてNMR信号の補正を行うようにすれば、従来のMRI装置のハードウェアを変更することなく、渦電流補正や傾斜磁場電源の出力波形の非線形性等の影響による傾斜磁場モーメントのずれにより生じるNMR信号の位相シフトを補正することが可能となる。

２０ 磁気共鳴イメージング装置
２１ 静磁場用磁石
２２ シムコイル
２３ 傾斜磁場コイル
２４ RFコイル
２４ａ WBコイル
２４ｂ フェーズドアレイコイル
２４ｃ コイル要素
２５ 制御系
２６ 静磁場電源
２７ 傾斜磁場電源
２８ シムコイル電源
２９ 送信器
３０ 受信器
３１ シーケンスコントローラ
３２ コンピュータ
３３ 入力装置
３４ 表示装置
３５ 演算装置
３６ 記憶装置
３７ 寝台
４０ 撮像条件設定部
４１ シーケンスコントローラ制御部
４２ ｋ空間データベース
４３ 画像再構成部
４４ 画像データベース
４５ 画像処理部
Ｐ 被検体

Claims (12)

1. 被検体からの磁気共鳴データのサンプリング中における傾斜磁場の制御値からの変動量による前記磁気共鳴データへの影響を補正するための補正データを取得する補正データ取得手段と、
   前記磁気共鳴データを収集し、前記補正データを用いて前記磁気共鳴データの補正を行い、さらに補正後の磁気共鳴データに基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、
   を備える磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記補正データ取得手段は、渦電流に起因する前記傾斜磁場の制御値からの変動量による前記磁気共鳴データへの影響を補正するための補正データを取得するように構成される請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記補正データ取得手段は、傾斜磁場電源の出力波形の非線形性または不完全性に起因する前記傾斜磁場の制御値からの変動量による前記磁気共鳴データへの影響を補正するための補正データを取得するように構成される請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記補正データ取得手段は、傾斜磁場制御系において計測された計測値を用いて前記傾斜磁場の制御値からの変動量を求めるように構成される請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記補正データ取得手段は、傾斜磁場電源に備えられる電流計において計測された前記傾斜磁場電源からの出力電流波形を用いて前記傾斜磁場の制御値からの変動量を求めるように構成される請求項４記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記補正データ取得手段は、渦補正回路から傾斜磁場電源に出力される出力パルス波形を用いて前記傾斜磁場の制御値からの変動量を求めるように構成される請求項４記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記補正データ取得手段は、シミュレーションを行なうことによって前記傾斜磁場の制御値からの変動量を推定するように構成される請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
8. 前記画像データ生成手段は、ｋ空間に配置された磁気共鳴データに対して前記補正データを用いた補正を行うように構成される請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
9. 前記画像データ生成手段は、前記補正データを用いた前記磁気共鳴データの補正をハードウェアまたはファームウェアを用いて行うように構成される請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
10. 前記画像データ生成手段は、前記補正データを用いた前記磁気共鳴データの補正を受信器におけるA/D変換後にディジタルフィルタを用いて行うように構成される請求項９記載の磁気共鳴イメージング装置。
11. 前記画像データ生成手段は、前記磁気共鳴データに対して前記補正データに基づくRegrid処理を施すように構成される請求項９記載の磁気共鳴イメージング装置。
12. 前記画像データ生成手段は、複数のコイル要素を用いて複数の受信チャネルで前記磁気共鳴データを収集し、受信チャネルごとに補正データを用いて前記磁気共鳴データの補正を行うように構成される請求項９記載の磁気共鳴イメージング装置。

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