JP2011011050A - 磁気共鳴イメージング装置および磁気共鳴イメージング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気共鳴イメージングにおいて、より安定的に所望のRF出力波形を得ることが可能な技術を提供する。
【解決手段】一実施形態によれば、磁気共鳴イメージング装置は、収集部と、生成部とを備える。収集部は、空間非選択的な高周波磁場を生成するための所望の高周波出力波形がアンプから出力されるように、アンプからの補償前における高周波出力波形に基づいて高周波制御波形を補償して、補償後の高周波制御波形を用いて磁気共鳴信号を収集する。生成部は、この磁気共鳴信号に基づいて画像データを生成する。
【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は、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)装置および磁気共鳴イメージング方法に関する。また、本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置および磁気共鳴イメージング方法において、所望のRF出力波形を得るための技術にも関する。

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NMR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、RF送信パルスの波形を制御する技術がある。例えば、FSE(fast spin echo)シーケンスのリフォーカス角度を可変にするVFA(variable flip angle)法という技術がある(例えば特許文献１および特許文献２参照)。VFA法によれば、リフォーカス角度を調整することでブラーを低減し、コントラストを改善できるのみならず、SAR(specific absorption rate)も低減できる。なお、SARは、磁場による被検体内へのエネルギ蓄積量を示す基準値である。

また、RF送信パルスの波形を変形させるVERSE（variable rate selective excitation）法も知られている。さらに、RF送信パルスの波形制御を伴うタグパルス（ラべリングパルス）も知られている。

特開２００５−２１６９０号公報 特許第３４０５８１３号公報

しかし、VFA法、VERSE法或いはタグパルスを利用する場合のように、矩形波等の傾きの急な波形のRF送信パルスを有するパルスシーケンスでイメージングを実行すると、RFアンプが所望のRF波形を生成できずに、オーバーシュートあるいはアンダーシュートすることがある。従って、強度が急激に変化するRF送信パルスの印加を伴うスキャンを実行する場合、所望のRF出力波形を安定的に生成することが課題となる。

そこで本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージングにおいて、より安定的に所望のRF出力波形を得ることが可能な技術の提供を目的とする。

本発明の一実施形態によれば、磁気共鳴イメージング装置は、空間非選択的な高周波磁場を生成するための所望の高周波出力波形がアンプから出力されるように、アンプからの補償前における高周波出力波形に基づいて高周波制御波形を補償して、補償後の高周波制御波形を用いて磁気共鳴信号を収集する収集部と、収集した磁気共鳴信号に基づいて画像データを生成する生成部とを備える。

本発明の一実施形態によれば、磁気共鳴イメージング方法は、空間非選択的な高周波磁場を生成するための所望の高周波出力波形がアンプから出力されるように、アンプからの補償前における高周波出力波形に基づいて高周波制御波形を補償するステップと、補償後の高周波制御波形を用いて磁気共鳴信号を収集するステップと、収集した磁気共鳴信号に基づいて画像データを生成するステップとを有する。

磁気共鳴イメージング装置の一実施形態を示す構成図。 図１に示すコンピュータの機能ブロック図。 RFアンプへのRF入力波形、RFアンプからのRF入力波形に対応するRF出力波形、RFアンプへの補償後のRF入力波形、および、RFアンプからの補償後のRF入力波形に対応するRF出力波形、の一例を示す概念図。 RFアンプからRF出力波形として出力されるオーバーシュート成分に対するRF入力波形の非線形性を示す図。 アンプの応答の非線形性を考慮して補償したRF制御波形と、非線形性を考慮しないで補償したRF制御波形とを比較した例を示す図。 VFA法において、励起用RFパルスを１回送信後に送信される１群のリフォーカスパルスのフリップ角の一例を示す図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置によりRF送信パルスの出力波形の補償を伴ってイメージングを行う際の流れを示すフローチャート。 ハードウェアの制御によってRFアンプへのRF入力波形を補償する場合における送信器の構成例を示す図。

磁気共鳴イメージング装置および磁気共鳴イメージング方法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、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、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を備える。

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を備える。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に接続され、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。なお、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に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に接続され、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にはガントリに内蔵されたRF信号の送受信用の全身用コイル(WBC: whole body coil)や、寝台３７や被検体Ｐ近傍に設けられるRF信号の受信用の局所コイルなどがある。

また、傾斜磁場コイル２３は、傾斜磁場電源２７に接続される。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が形成される。

RFコイル２４は、送信器２９および／または受信器３０と接続される。送信用のRFコイル２４は、送信器２９からRF信号を受けて被検体Ｐに送信する機能を有し、受信用のRFコイル２４は、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。

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に接続される。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を有する。また、シーケンスコントローラ３１は、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、これをコンピュータ３２に与える。

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RF信号をRFコイル２４に与える機能が備えられる。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共にＡ／Ｄ変換をすることで、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。

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で実行することで、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２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およびデータ処理部４２として機能する。撮像条件設定部４０は、RF出力波形補償部４０Ａおよび補償パラメータテーブル４０Ｂを有する。

撮像条件設定部４０は、入力装置３３からの指示情報に基づいてパルスシーケンスを含む撮像条件を設定し、設定した撮像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。RF出力波形補償部４０Ａは、コンピュータ３２で生成されたRF制御波形を入力波形として、送信器２９内のRFアンプ２９Ａから実際に出力されるRF出力波形に基づいて、撮像条件として設定されるパルスシーケンスのRFパルスの波形を補償する。

図３は、RFアンプ２９ＡへのRF入力波形、RFアンプ２９ＡからのRF入力波形に対応するRF出力波形、RFアンプ２９Ａへの補償後のRF入力波形、および、RFアンプ２９Ａからの補償後のRF入力波形に対応するRF出力波形の一例を示す概念図である。

図３(A)、(B)、(C)、(D)において横軸は時間を示し、縦軸はRFパルスの信号強度（振幅）を示す。また、図３(A)は、RFアンプ２９Ａへの補償前におけるRF入力波形I(t)を示す。図３(B)は、RFアンプ２９ＡからのRF入力波形I(t)に対応するRF出力波形O(t)を示す。図３(C)は、RFアンプ２９Ａへの補償後のRF入力波形I’(t)を示す。図３(D)は、RFアンプ２９Ａからの補償後のRF入力波形I’(t)に対応するRF出力波形O’(t)を示す。

コンピュータ３２において生成されたRF制御波形に対応するRFアンプ２９ＡからのRF出力波形は、プレスキャンによって、イメージングスキャンに先立って事前に収集できる。例えば図３(A)に示すように、撮像条件設定部４０において空間非選択的な矩形波がプレスキャンにおけるRF制御波形として生成され、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を通じて送信器２９内のRFアンプ２９Ａに出力される。RFアンプ２９Ａは、図３(A)に示す矩形波をRF入力波形I(t)として、図３(B)に示すようなRF出力波形O(t)を出力する。このRF出力波形O(t)は、RF出力波形補償部４０Ａにおいてモニターできるように構成される。

実際に観測されるRF出力波形O(t)には、RFアンプ２９ＡへのRF入力波形I(t)の振幅やRFアンプ２９Ａの特性に応じて図３(B)に示すようにオーバーシュートやアンダーシュートが発生する。そこで、RF出力波形補償部４０Ａには、RF入力波形I(t)およびRF出力波形O(t)に基づいてイメージングスキャン用のRF入力波形を補償する機能が備えられる。

ここでRF入力波形の補償方法について説明する。RFアンプ２９Ａへの補償前のRF入力波形I(t)とRF出力波形O(t)とは応答関数h(t)を用いて式(1)の関係にある。
［数１］
h(t)=O(t)/I(t) ・・・(1)
従って、RFアンプ２９ＡのRF出力波形として補償前のRF入力波形I(t)を出力させるためには、式(2)に示すようにI(t)/h(t)を補償後のRF入力波形I’(t)とすればよい。
［数２］
I’(t)=I(t)/h(t) ・・・(2)
式(2)によって求められる補償後のRF入力波形I’(t)は、図３(C)に示すような波形となる。また、図３(C)に示す補償後のRF入力波形I’(t)をRFアンプ２９Ａに入力すると、図３(D)に示すような理想的な矩形波がRF出力波形O’(t)として出力される。

ただし、式(2)で計算した補償後のRF入力波形I’(t)をRFアンプ２９Ａに入力しても、RFアンプ２９Ａの特性や補償後のRF入力波形I’(t)の振幅によっては、補償が不十分なために理想的なRF出力波形が出力されない場合もある。

そこで、式(2)によって補償されたRF入力波形I’(t)を入力とした場合に出力されるRF出力波形O’(t)を用い、h’(t)=O’(t)/I’(t)として応答関数h’(t)を規定する。そして、応答関数h’(t)を用いて、以下の式(3)のように、補償されたRF入力波形I’’(t)を求めてもよい。
［数３］
I’’(t)=I’(t)/h’(t) ・・・(3)

つまり、１回の補正によってRF入力波形を十分に補正できない場合、応答関数を用いたRF入力波形の補正を２回以上行う。RFアンプ２９ＡへのRF入力波形の補償は、イメージングスキャンごとに事前にプレスキャンを実行してRF出力波形をモニターすることにより行うことができる。なお、RFアンプ２９Ａの受信ゲインを測定するためのプレスキャンにおいてRF出力波形をモニターすることもできる。

ところで、RFアンプ２９Ａにおいて実際にオーバーシュートの原因となる入力信号成分の強度は線形ではなく非線形である。

図４は、RFアンプ２９ＡからRF出力波形として出力されるオーバーシュート成分の一因となる、RF入力波形の非線形性を示す図である。図４において横軸は、RFアンプ２９Ａに入力されるRF送信パルスのパワーIp(Kw)であり、縦軸は、RF送信パルスに対応してRFアンプ２９Ａから出力されるRF送信パルスのパワーのピークOp(kW)を示す。

図４に示すように、RFアンプ２９Ａに入力されるRF送信パルスのパワーIpは、RFアンプ２９Ａから出力されるRF送信パルスのパワーのピークOpに対して非線形性を有する。従って、線形であると仮定した場合におけるRF入力波形の補償量と、非線形性を考慮した場合のRF入力波形の補償量との差分に相当する非線形項を考慮して、RFアンプ２９ＡへのRF入力波形の補償を行うことが精度上望ましい。

具体例としては、RFアンプ２９Ａに入力されるRF送信パルスのパワーIpの非線形性を考慮した補正係数k(I), k’(I’)を用いて、式(2)または式(3)で求められるRF入力波形I’(t), I’’(t)を式(4-1)または式(4-2)のように更に補正すればよい。
［数４］
I’(t)=k{I(t)}・I(t)/h(t) ・・・(4-1)
I’’(t)=k’{I’(t)}・I’(t)/h’(t) ・・・(4-2)
補正係数k(I), k’(I’)は、予め測定したRFアンプ２９Ａに入力されるRF送信パルスのパワーIpごとのRFアンプ２９Ａから出力されるRF送信パルスのパワーのピークOpを示すプロットデータに基づいて算出できる。例えば、各プロットデータを多項式フィッティングすることによって図４に示すような曲線が得られる。そして、図４に示すように、非線形性の影響を受けた実際のRF送信パルスの出力パワーのピークOp（図４の実線の曲線に対応）と、線形であると仮定した場合におけるRF送信パルスの出力パワーのピークとの比を、補正係数k(I), k’(I’)とする。従って、補正係数k(I), k’(I’)は、RF入力波形I(t), I’(t)ごとに異なる値となる。

このようにして求めたオーバーシュートの非線形成分を補正するための補正係数k(I), k’(I’)は、RF入力波形I(t), I’(t)に関連付けたルックアップテーブルとして、補償パラメータテーブル４０Ｂに保存できる。そして、RF出力波形補償部４０Ａは、RFアンプ２９Ａにおけるオーバーシュート成分の一因となるRF入力波形の非線形性を反映して、パルスシーケンス上におけるRF制御波形の補償を行う。この補償において、RF出力波形補償部４０Ａは、補償パラメータテーブル４０Ｂに補償パラメータとして保存されたRF入力波形I(t), I’(t)ごとの補正係数k(I), k’(I’)を参照し、例えばプレスキャンで得られたRF入力波形I(t)に対応する補償パラメータを用いる。

図５は、RFアンプ２９Ａの応答の非線形性を考慮して補償したRF制御波形と、非線形性を考慮しないで補償したRF制御波形とを比較した例を示す。図５において、横軸は時間(ms)を示し、縦軸は、RF送信パルスのパワー(kW)を示す。10kWの矩形波をRFアンプ２９ＡのRF入力波形I(t)とする場合、RF入力波形I(t)の波形補償を行わないと、図５の菱形のプロットに示すようなRF出力波形O(t)がRFアンプ２９Ａから出力され、オーバーシュートが生じる。そこで、式(2)に従って、RFアンプ２９Ａの応答の非線形性を考慮せずにRF入力波形I(t)を補償する場合（逆関数のみを用いて補償した場合）、図５の四角のプロットに示すような補償後のRF入力波形I’_linear(t)が得られる。

しかし、図４のRFアンプ２９Ａの応答の非線形性を示すデータによると、10kWの矩形波をRFアンプ２９Ａから出力するには、図４の縦軸の10kWに対応する横軸の6kWのRF送信パルスがRFアンプ２９Ａに入力する場合の応答関数を用いてRF入力波形I(t)の波形補償を行うことが精度上望ましいことが分かる。

そこで、式(4-1)に示すように補正係数k(I)を用いてRFアンプ２９Ａの応答の非線形性を考慮してRF入力波形I(t)を補償すると、図５の三角のプロットに示すような補償後のRF入力波形I’_nonlinear(t)が得られる。このときの補正係数k(I)は、補償パラメータテーブル４０Ｂを参照することで取得する。

さらに、補正係数k(I), k’(I’)を用いて、RF入力波形I(t), I’(t)を補正して得られるRF入力波形k(I)・I(t)、k’(I’)・I’(t)で再度プレスキャンを実施して得られるRF出力波形および応答関数に基づいて、RF制御波形を補償することもできる。

ところで、補正係数k(I), k’(I’)のみならず、RF入力波形I(t), I’(t)ごとに関連付けられた応答関数、補正量または過去に取得した適切な補償後のRF入力波形I’(t), I’’(t)自体を補償パラメータとして、補償パラメータテーブル４０Ｂに保存することもできる。

例えば、入力波形I(t), I’(t)の傾斜（振幅/ms）に対応するオーバーシュート量または入力波形I(t), I’(t)の補正量を補償パラメータテーブル４０Ｂに保存し、プレスキャンを実行せずに入力波形I(t), I’(t)の振幅や傾斜に応じたRF制御波形の補償量を算出できる。また、補償後のRF入力波形I’(t), I’’(t)自体を補償パラメータテーブル４０Ｂに保存することによっても、上述のプレスキャンを実行せずに、イメージングスキャン用の撮像条件の設定時においてRF制御波形を補償できる。

このようなRF制御波形の補償は、位相変調を伴う波形のように矩形波以外の所望の波形を有するRF送信パルスに対して行うことができる。従って、傾きの急な所望の波形を有する補償済みのRF送信パルスの印加を伴うパルスシーケンスを撮像条件設定部４０において設定できる。つまり、パルスシーケンスの制御によってパルスシーケンス上のRF送信パルスの波形を補正できる。

図６は、VFA法において、励起用RFパルスを１回送信後に送信される１群の再収束用RFパルス（リフォーカスパルス）のフリップ角の一例を示す。図６において、縦軸は各リフォーカスパルスのフリップ角（flip angle）を示し、横軸はリフォーカスパルス（refocusing RF pulse）の数（即ち、エコー数）を示す。

図６を参照しながら、「RFアンプ２９Ａに入力されるRF送信パルスのパワー」と、「RFアンプ２９Ａから出力されるRF送信パルスのパワーのピーク」との非線形性を規定するカーブ（図４の実線に対応）を、実測データを用いて決定する方法について説明する。

本実施形態では一例として、プレスキャンにおいて図６に示すようにフリップ角を変えて各リフォーカスパルスが矩形波として送信され、各リフォーカスパルスの送信前後に測定が行われる。即ち、「RFアンプ２９Ａに入力されるRF送信パルスのパワー」と、「RFアンプ２９Ａから出力されるRF送信パルスのパワーのピーク」とが測定される。

リフォーカスパルスの数だけ、上記測定データが得られるので、全測定データを用いて、前記「非線形性を規定するカーブ」を求めてもよい。しかし、例えば以下の手順で全データからサンプリングして、非線形性を規定するカーブを求めることで、計算時間を短縮できる。

具体的には、フリップ角の最大値と最小値を含むように、縦軸を均等に間引いた測定値を用いる。図６で、例えば５つのデータを用いる場合、フリップ角30°、65°、100°、135°、170°を与えるリフォーカスパルスの矩形波が送信された場合の電力測定値を用いる。フリップ角が170°から30°まで下がる段階において（リフォーカスパルス２０番目まで）、フリップ角30°、65°、100°、135°、170°を与えるリフォーカスパルスが送信されていれば、それらの測定値を用いればよい（あくまで一例である）。

しかし、図６では、フリップ角が30°まで下がる段階で、フリップ角135°を与えるリフォーカスパルスがない。この場合、フリップ角が30°から上昇する段階で送信されるリフォーカスパルスとして、フリップ角135°を与えるものがあれば、その測定値を用いればよい。即ち、図６において一例としては、フリップ角の大きい順に、１番目、４４番目、８番目、１２番目、２０番目のリフォーカスパルスの測定値を用いればよい。

理解を補足するため、図６の右側に数値の一例を示した。リフォーカスパルスとして、フリップ角を170°傾ける矩形波が送信される場合、出力電力のピーク値（即ち、オーバーシュート部分の最大電力値）は、例えば20 KW（kilo-watt）となる。リフォーカスパルスとして、フリップ角を30°傾ける矩形波が送信される場合、出力電力のピーク値は、例えば5 KW（kilo-watt）となる。そして、上記５つの測定値を適切に補間およびフィッティングすることで、図４の実線に示すような非線形性を規定するカーブをプレスキャンにおいて予め決定できる。

次に、コンピュータ３２の他の機能について説明する。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、撮像条件設定部４０から取得したパルスシーケンスを含む撮像条件をシーケンスコントローラ３１に与えることで、シーケンスコントローラ３１を駆動制御する。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データ処理部４２に形成されたｋ空間に配置する。

データ処理部４２は、ｋ空間に配置されたｋ空間データに対してフーリエ変換(FT: Fourier transform)を含む画像再構成処理を施すことで、画像データを再構成する。また、データ処理部４２は、再構成して得られた画像データに必要な画像処理を行って表示用の2次元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。

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。ここでは、プレスキャンによってRF出力波形をモニタリングし、RF出力波形に基づいてRFアンプ２９Ａの応答の非線形性を考慮してRF制御波形を補償する場合について説明する。なお、プレスキャンを実行せずに補償パラメータテーブル４０Ｂを参照してRF制御波形を補償することも、RFアンプ２９Ａの応答の非線形性を考慮せずにRF制御波形を補償することも可能である。

図７は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０によりRF送信パルスの出力波形の補償を伴ってイメージングを行う際の流れを示すフローチャートである。

まずステップＳ１において、プレスキャンの実行によりRFアンプ２９ＡからのRF出力波形がモニタリングされる。すなわち、撮像条件設定部４０は、プレスキャン用の撮像条件として、空間非選択的な矩形波等の所望の波形をRF制御波形として有するパルスシーケンスを設定する。設定されたプレスキャン用のパルスシーケンスは、撮像条件設定部４０から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を通じて送信器２９内のRFアンプ２９Ａに出力される。RFアンプ２９Ａは、例えば図３(A)に示すような空間非選択的な矩形波をRF入力波形I(t)として、図３(B)に示すようなRF出力波形O(t)を出力する。RF出力波形O(t)は、RF出力波形補償部４０Ａによって取得され、RF出力波形補償部４０ＡにおいてRF出力波形O(t)がモニタリングされる。

本実施形態では一例として、VFA法のプレスキャンが実行される。励起用RFパルスの１回の送信の都度、それぞれフリップ角を変えた１群の再収束用RFパルスが矩形波として送信される。そして、各リフォーカスパルスの送信前後に、「RFアンプ２９Ａに入力されるＲＦ送信パルスのパワー」と、「RFアンプ２９Ａから出力されるＲＦ送信パルスのパワーのピーク」とが測定される。

次に、ステップＳ２において、撮像条件設定部４０においてRF出力波形O(t)に基づくRF制御波形の補償を含むイメージングスキャン用の撮像条件が設定される。すなわち、RF出力波形補償部４０Ａは、RF出力波形O(t)に基づいて式(4-1)または式(4-2)により、RFアンプ２９Ａの応答の非線形性を考慮した補償後のRF入力波形I’(t), I’’(t)を求める。

具体的には例えば、プレスキャンで得られた測定値に基づき、RFアンプ２９Ａにおける入出力比の非線形性を規定するカーブが、図６で説明した手順で決定される。このとき、RF出力波形補償部４０Ａは、補償パラメータテーブル４０Ｂを参照して補償に必要な補正係数k(I), k’(I’)を取得する。そして、撮像条件設定部４０は、補償後のRF入力波形I’(t), I’’(t)をRF制御波形とするパルスシーケンスをイメージングスキャン用の撮像条件として設定する。

次に、ステップＳ３において、イメージングスキャンが実行される。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、撮像条件設定部４０から取得したパルスシーケンスを含む撮像条件をシーケンスコントローラ３１に入力する。シーケンスコントローラ３１は、入力された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を駆動させることで、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共に、RFコイル２４からRF信号を発生させる。

このとき、RFコイル２４から送信されるRF送信パルスは、所望の波形を有するRF送信パルスとなっている。このRF送信パルスは、補償後のRF入力波形I’(t), I’’(t)がRFアンプ２９Ａに入力され、RFアンプ２９ＡからRFコイル２４に出力されたRF出力波形O’(t), O’’(t)に従って生成されているためである。

そして、被検体Ｐの内部における核磁気共鳴により生じたNMR信号が、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、所要の信号処理を実行後、A/D変換をすることにより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、生データをシーケンスコントローラ制御部４１に与え、シーケンスコントローラ制御部４１は、データ処理部４２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Ｓ４において、データ処理部４２において画像データが生成され、生成された画像データは、表示装置３４に表示される。すなわち、データ処理部４２は、ｋ空間に配置されたｋ空間データに対して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、再構成して得られた画像データに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。さらに、生成された表示用の画像データは、表示装置３４に表示される。

このようにして表示された画像は、所望の波形で送信されるように補償されたRF制御波形を有するパルスシーケンスに従って収集されているため、より良好なコントラストを有する画像となる。

つまり、以上のような磁気共鳴イメージング装置２０は、RFアンプ２９Ａから実際に出力されるRF出力波形に基づいてRF制御波形をポイントごとに補償し、補償したRF制御波形を用いてイメージングスキャンを実行する。そのため、磁気共鳴イメージング装置２０は、プレスキャンを実行することでRFアンプ２９Ａから出力されるRF出力波形をモニターしたり、ルックアップテーブルにRFアンプ２９Ａから出力されるRF出力波形や補償後のRF制御波形を保存することができる。

このため、磁気共鳴イメージング装置２０によれば、RF送信波形が矩形波や位相変調を伴う波形のように傾きの急な波形であっても、RFアンプ２９Ａにおけるオーバーシュートあるいはアンダーシュートを補償し、所望の波形を有するRF送信パルスを設計通りに安定的に生成して送信できる。また、過剰な振幅を有するRF送信パルスの印加を防止できる。 以上説明した一実施形態によれば、磁気共鳴イメージングにおいて、より安定的に所望のRF出力波形を得ることができる。以下、上記実施形態の変形例について説明する。

上述した実施形態では、ソフトウェアであるパルスシーケンスの制御によってRF送信パルスの波形を補償する例を述べた。本発明の実施形態は、かかる態様に限定されるものではない。RFアンプ２９Ａよりも前段にある送信系のハードウェアを制御することによっても、RF送信パルスの波形を補償できる。

図８は、ハードウェアの制御によってRFアンプ２９ＡへのRF入力波形を補償する場合における送信器２９の構成例を示す図である。図８に示すように、送信器２９内のRFアンプ２９Ａの前段には、RF入力波形補償回路２９Ｂが設けられる。さらに、RF入力波形補償回路２９Ｂには、図２に示す補償パラメータテーブル４０Ｂと同様の補償パラメータを記憶する補償パラメータテーブル２９Ｃが接続される。

RF入力波形補償回路２９Ｂは、RFアンプ２９Ａから補償前におけるRF出力波形をモニターし、RF出力波形に基づいて補償後のRF入力波形を求める。また、RF入力波形補償回路２９Ｂは、求めた補償後のRF入力波形がRFアンプ２９Ａに入力されるように、シーケンスコントローラ３１から入力した補償前のRF入力波形を補正する。さらに、RF入力波形補償回路２９Ｂは、補償パラメータテーブル２９Ｃに保存された補償パラメータを参照して対応する補償パラメータを必要に応じて用いることで、RFアンプ２９Ａのオーバーシュート成分に対するRF入力波形の非線形性を考慮してRF入力波形を補償する。

このようにRF入力波形補償回路２９ＢをRFアンプ２９Ａの前段に設けることによっても、上述した実施形態と同様に所望のRF出力波形を有するRF送信パルスを出力できる。なお、図８に示すRF入力波形補償回路２９Ｂの一部の機能および／または補償パラメータテーブル２９Ｃをコンピュータ３２内に設けてもよい。

また、本発明の実施形態は、空間非選択的な高周波磁場を生成する矩形波用の高周波制御信号の補償に限定されるものではない。空間非選択的、空間選択的に拘らず、高周波磁場を生成するための所望の高周波出力波形に対する高周波制御信号の補償にも適用可能である。

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
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
２９Ａ RFアンプ
２９Ｂ RF入力波形補償回路
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
４０Ａ RF出力波形補償部
４０Ｂ 補償パラメータテーブル
４１ シーケンスコントローラ制御部
４２ データ処理部
Ｐ 被検体

Claims (18)

1. 空間非選択的な高周波磁場を生成するための所望の高周波出力波形がアンプから出力されるように、前記アンプからの補償前における高周波出力波形に基づいて高周波制御波形を補償して、補償後の前記高周波制御波形を用いて磁気共鳴信号を収集する収集部と、
   前記磁気共鳴信号に基づいて画像データを生成する生成部と
   を備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記収集部は、前記補償前における高周波出力波形を得るために前記アンプに入力された入力波形、および、前記補償前における高周波出力波形と前記入力波形とから得られる応答関数に基づいて、前記高周波制御波形を補償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。
3. 前記収集部は、前記アンプの応答の非線形性の影響を補正するための係数を保存する保存部を有し、前記係数を用いて前記高周波制御波形を補償することを特徴とする請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記収集部は、矩形波としての高周波出力波形におけるオーバーシュート成分を低減するように、前記高周波制御波形を補償することを特徴とする請求項３記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記収集部は、前記アンプに入力される入力波形と、前記入力波形に応じて前記アンプから出力される出力波形に基づいて得られる応答関数とを用いた前記高周波制御波形の補償を、複数回行う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。
6. 前記収集部は、前記アンプの応答の非線形性にも基づいて、前記高周波制御波形を補償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。
7. 前記収集部は、前記アンプの応答の非線形性の影響を補正するための係数を保存する保存部を有し、前記係数を用いて前記高周波制御波形を補償することを特徴とする請求項６記載の磁気共鳴イメージング装置。
8. 前記収集部は、プレスキャンを実行することにより、前記補償前における高周波出力波形を取得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。
9. 前記プレスキャンは、前記磁気共鳴信号を受信するための受信ゲインを測定するためのプレスキャンであることを特徴とする請求項８記載の磁気共鳴イメージング装置。
10. 前記収集部は、VFA(variable flip angle)法における高周波磁場を生成する所望の高周波出力波形が前記アンプから出力されるように、前記高周波制御波形を補償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。
11. 前記収集部は、フリップ角が互いに異なる複数のリフォーカスパルスを送信するプレスキャンを実行し、前記複数のリフォーカスパルスからサンプリングした一部のリフォーカスパルスの送信の際の前記アンプの応答の非線形性を測定し、この測定結果に基づいて前記非線形性の影響を補正するように前記高周波制御波形を補償することを特徴とする請求項１０記載の磁気共鳴イメージング装置。
12. 前記収集部は、矩形波の高周波出力波形が前記アンプから出力されるように、前記高周波制御波形を補償することを特徴とする請求項１１記載の磁気共鳴イメージング装置。
13. 前記収集部は、補償前における高周波制御波形ごとの補償前における高周波出力波形、補償前における高周波制御波形に対する補償量、および、補償後の高周波制御波形、の少なくとも１つを補償パラメータとして保存し、前記補償パラメータを参照することで前記高周波制御波形を補償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。
14. 前記収集部は、矩形波の高周波出力波形が前記アンプから出力されるように、前記高周波制御波形を補償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。
15. 前記収集部は、矩形波としての高周波出力波形におけるオーバーシュート成分を低減するように、前記高周波制御波形を補償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。
16. 前記収集部は、パルスシーケンスの制御によって前記高周波制御波形を補償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。
17. 前記収集部は、前記アンプの前段に設けられるハードウェアの制御によって前記高周波制御波形を補償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。
18. 空間非選択的な高周波磁場を生成するための所望の高周波出力波形がアンプから出力されるように、前記アンプからの補償前における高周波出力波形に基づいて高周波制御波形を補償するステップと、
    補償後の前記高周波制御波形を用いて磁気共鳴信号を収集するステップと、
    前記磁気共鳴信号に基づいて画像データを生成するステップと
    を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング方法。

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