JP2017140216A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のｂ値に対応する拡散強調画像の撮像時間を短縮すると共に、歪みの少ない拡散強調画像を取得することができる磁気共鳴イメージング装置を提供する。【解決手段】実施形態の磁気共鳴イメージング装置は、ＭＰＧの印加に起因して生じる拡散強調画像の歪みを推定する推定部と、複数の異なるｂ値に対応する複数の拡散強調画像を生成するためのデータであって、位相エンコード方向に所定の高速化率に対応して間引きされた再構成用データと、展開用データとを収集する収集部と、少なくとも前記展開用データと、推定した前記歪みとを用いた展開処理によって、エリアシングが除去され、かつ前記歪みが前記複数の異なるｂ値ごとに補正された前記拡散強調画像を、前記再構成用データから前記ｂ値毎に生成する生成部と、を備える。【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、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装置は、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高周波（ＲＦ：Radio Frequency）信号で励起し、励起に伴って被検体から発生する磁気共鳴信号を再構成して画像を生成する撮像装置である。

磁気共鳴イメージングの分野において、拡散強調イメージング（ＤＷＩ：Diffusion Weighted Imaging）と呼ばれる撮像法がある。拡散強調イメージングで撮像された画像、即ち、拡散強調画像では、組織内の水分子の見かけ上の拡散係数（ＡＤＣ：Apparent Diffusion Coefficient）に応じたコントラストが得られるため、脳梗塞や腫瘍等の診断に多く利用されている。また、ＡＤＣを画素ごとに算出して、拡散強調画像の画素位置に対応して配列したものを、ＡＤＣマップ、或いはＡＤＣ画像と呼んでいる。

拡散強調イメージングでは、ＥＰＩ（Echo Planer Imaging）等のデータ収集用のパルスシーケンスの前に、ＭＰＧ（Motion Probing Gradient）パルスと呼ばれる傾斜磁場パルスが２つ印加されるパルスシーケンスを使用する。また、ＭＰＧパルスの大きさ、パルス長、２つのＭＰＧパルスの間隔で規定される指標は、ｂ値と呼ばれている。

上記のＡＤＣは、拡散強調画像の画素ごとの信号強度とｂ値とから算出することができるが、この際、少なくとも２つの異なるｂ値で撮像した拡散強調画像が必要となる。

一方、ＡＤＣの計測精度を上げるためには、ｂ値の数をさらに増やす必要がある。例えば、ｂ値の数が１０以上必要となる場合もある。しかしながら、ｂ値を変更する都度、拡散強調イメージングを行う必要があるため、ｂ値の数を増やすと、全体の撮像時間が非常に長くなってしまう。また、ｂ値の数を増やした場合、撮像時間が長くなるということに加えて、ｂ値の値に応じて画像に歪みが生じるという問題もある。

一方、撮像時間を短縮するための高速撮像法も、従来から種々検討されてきている。例えば、ｋ-ｔＢＬＡＳＴや、ｋ-ｔＳＥＮＳＥと呼ばれる高速撮像法が提案されている。

US patent 7,005,853 B2

J. Tsao et.al, "k-t BLAST and k-t SENSE: Dynamic MRI With High Frame Rate Exploiting Spatiotemporal Correlations", Mag. Res. In Medicine 50:1031-1042 (2003)

本発明が解決しようとする課題は、複数のｂ値に対応する拡散強調画像の撮像時間を短縮すると共に、歪みの少ない拡散強調画像を取得することができる磁気共鳴イメージング装置を提供することである。

本実施形態の磁気共鳴イメージング装置は、ＭＰＧの印加に起因して生じる拡散強調画像の歪みを推定する推定部と、複数の異なるｂ値に対応する複数の拡散強調画像を生成するためのデータであって、位相エンコード方向に所定の高速化率に対応して間引きされた再構成用データと、展開用データとを収集する収集部と、少なくとも前記展開用データと、推定した前記歪みとを用いた展開処理によって、エリアシングが除去され、かつ前記歪みが前記複数の異なるｂ値ごとに補正された前記拡散強調画像を、前記再構成用データから前記ｂ値毎に生成する生成部と、を備える。

実施形態の磁気共鳴イメージング装置の全体構成例を示す構成図。 第１の実施形態の機能ブロック図。 拡散強調イメージングのパルスシーケンス例を示す図。 Mono-Exponential ModelとBi-Exponential Modelとを対比して示した図。 異なるｂ値に設定されたパルスシーケンスの例を示す図。 間引きなしのスキャンと、間引き有りのスキャンを対比して示す図。 エリアシングが発生する様子を模式的に示した図。 トレーニングスキャンと本スキャンとの関係を示す図。 事前スキャンの処理例を示すフローチャート。 再構成画像から補正データを求める処理の概念を説明する図。 トレーニングスキャンレス型の本スキャンの処理例を示すフローチャート。 本スキャンのデータから展開用データを抽出する処理の概念を説明する図。 展開用データを生成する処理例を示すフローチャート。 展開用データを生成する処理の概念を示す図。 展開処理を含む再構成処理の処理例を示すフローチャート。 展開処理を含む再構成処理の概念を示す第１の図。 展開処理を含む再構成処理の概念を示す第１の図。 第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の機能ブロック図。 展開処理を含む再構成処理の処理例を示すフローチャート。 ｂ値の間隔が不等間隔である例を示す図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作をするものとして、重複する説明を適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１の全体構成を示すブロック図である。磁気共鳴イメージング装置１は、磁石架台１００、寝台５００、制御キャビネット３００、コンソール４００、及びＲＦ（Radio Frequency）コイル２０を備える。

磁石架台１００は、静磁場磁石１０、傾斜磁場コイル１１、及びＷＢ（Whole Body）コイル１２を有しており、これらの構成品は円筒状の筐体に収納されている。寝台５００は、寝台本体５０と天板５１を有している。

制御キャビネット３００は、静磁場用電源３０、傾斜磁場電源３１（Ｘ軸用３１ｘ、Ｙ軸用３１ｙ、Ｚ軸用３１ｚ）、ＲＦ受信器３２、ＲＦ送信器３３、及びシーケンスコントローラ３４を備えている。

コンソール４００は、処理回路４０、記憶回路４１、ディスプレイ４２、及び入力デバイス４３を備えている。コンソール４００は、ホスト計算機として機能する。

磁石架台１００の静磁場磁石１０は、概略円筒形状をなしており、被検体、例えば患者、が搬送されるボア内に静磁場を発生させる。ボアとは、磁石架台１００の円筒内部の空間のことである。静磁場磁石１０は超電導コイルを内蔵し、液体ヘリウムによって超電導コイルが極低温に冷却されている。静磁場磁石１０は、励磁モードにおいて静磁場用電源３０から供給される電流を超電導コイルに印加することで静磁場を発生する。その後、永久電流モードに移行すると、静磁場用電源３０は切り離される。一旦永久電流モードに移行すると、静磁場磁石１０は長時間、例えば１年以上に亘って、大きな静磁場を発生し続ける。被検体の胸部にある黒丸は、磁場中心を示している。

傾斜磁場コイル１１も概略円筒形状をなし、静磁場磁石１０の内側に固定されている。この傾斜磁場コイル１１は、傾斜磁場電源（３１ｘ、３１ｙ、３１ｚ）から供給される電流によりＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の方向に傾斜磁場を被検体に印加する。

寝台５００の寝台本体５０は天板５１を上下方向及び水平方向に移動することができる。撮像前に天板５１に載置された被検体を所定の高さまで移動させる。その後、撮影時には天板５１を水平方向に移動させて被検体をボア内に移動させる。

ＷＢコイル１２は全身用コイルとも呼ばれ、傾斜磁場コイル１１の内側に被検体を取り囲むように概略円筒形状に固定されている。ＷＢコイル１２は、ＲＦ送信器３３から伝送されるＲＦパルスを被検体に向けて送信する一方、また、水素原子核の励起によって被検体から放出される磁気共鳴信号、即ちＭＲ（Magnetic Resonance）信号を受信する。

磁気共鳴イメージング装置１は、ＷＢコイル１２の他、図１に示すようにＲＦコイル２０を備える。ＲＦコイル２０は、被検体の体表面に近接して載置されるコイルである。ＲＦコイル２０は、複数のコイル要素２００を備えている。これら複数のコイル要素２００は、ＲＦコイル２０の内部でアレイ状に配列されるため、ＰＡＣ（Phased Array Coil）と呼ばれることもある。

パラレルイメージングと呼ばれる高速撮像法では、位相エンコード方向に間引いた撮像を行うことで撮像の高速化を図ると共に、間引きによって生じるエリアシングを、各要素コイル２００の感度マップを用いて除去する展開処理が行われている。また、非特許文献１に開示されているｋ−ｔＳＥＮＳＥと呼ばれる撮像法や、後述する第２の実施形態の撮像においても、各要素コイル２００の感度マップを用いてエリアシングを除去する展開処理を行っている。

ＲＦ送信器３３は、シーケンスコントローラ３４からの指示に基づいてＲＦパルスを生成する。生成したＲＦパルスはＷＢコイル１２に伝送され、被検体に印加される。ＲＦパルスの印加によって被検体からＭＲ信号が発生する。このＭＲ信号をＲＦコイル２０又はＷＢコイル１１が受信する。

ＲＦコイル２０で受信したＭＲ信号、より具体的には、ＲＦコイル２０内の各コイル要素で受信したＭＲ信号は、天板５１及び寝台本体５０に設けられたケーブルを介してＲＦ受信器３２に入力される。ＲＦ受信器３２は、ＭＲ信号をＡＤ（Analog to Digital）変換して、シーケンスコントローラ３４に出力する。デジタルに変化されたＭＲ信号は、生データ（Raw Data）と呼ばれることもある。なお、ＡＤ変換は、ＲＦコイル２０の内部やコイル選択回路３６で行ってもよい。

シーケンスコントローラ３４は、コンソール４００による制御のもと、傾斜磁場電源３１、ＲＦ送信器３３及びＲＦ受信器３２をそれぞれ駆動することによって被検体のスキャンを行う。スキャンによってＲＦ受信器３２から生データを受信すると、シーケンスコントローラ３４は、その生データをコンソール４００に送信する。

シーケンスコントローラ３４は、処理回路（図示を省略）を具備している。この処理回路は、例えば所定のプログラムを実行するプロセッサや、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアで構成される。

コンソール４００は、記憶回路４１、ディスプレイ４２、入力デバイス４３、及び処理回路４０を備える。記憶回路４１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）の他、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）や光ディスク装置等の外部記憶装置を含む記憶媒体である。記憶回路４１は、各種の情報やデータを記憶する他、処理回路４０が具備するプロセッサが実行する各種のプログラムを記憶する。

入力デバイス４３は、例えば、マウス、キーボード、トラックボール、タッチパネル等であり、各種の情報やデータを操作者が入力するための種々のデバイスを含む。ディスプレイ４２は、液晶ディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネル、有機ＥＬパネル等の表示デバイスである。

処理回路４０は、例えば、ＣＰＵや、専用又は汎用のプロセッサを備える回路である。プロセッサは、記憶回路４１に記憶した各種のプログラムを実行することによって、後述する各種の機能を実現する。処理回路４０は、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ等のハードウェアで構成してもよい。これらのハードウェアによっても後述する各種の機能を実現することができる。また、処理回路４０は、プロセッサとプリグラムによるソフトウェア処理と、ハードウェア処理とを組わせて、各種の機能を実現することもできる。

図２は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１のうち、特にコンソール４００で実現される機能を示すブロック図である。図２に示すように、コンソール４００の処理回路４０は、歪推定データ収集機能４０２、間引きデータ収集機能４０３、展開用データ収集機能４０４、歪み推定機能４０５、補正付き展開処理機能４０６、表示制御機能４０７を実現する。これらの各機能は、例えば、処理回路４０が具備するプロセッサが、記憶回路４１に記憶される所定のプログラムを実行することによって実現される。

歪推定データ収集機能４０２は、ＭＰＧ（Motion Probing Gradient）の印加に起因して生じる拡散強調画像の歪みを推定するための歪み推定用データを収集する。歪み推定用データは、例えば、装置の据え付け時等に行われる事前スキャンによって収集される。事前スキャンは、患者以外の撮像対象物、例えば、所定の形状を有するファントムに対して行われる。歪推定データ収集機能４０２は、事前スキャンのための撮像条件をシーケンスコントローラ４０２に対して設定し、事前スキャンを実行する。そして、歪推定データ収集機能４０２は、事前スキャンによって収集されたＭＲ信号を収集し、収集されたＭＲ信号を歪み推定用データとして歪み推定機能４０５に送る。

歪み推定機能４０５は、歪み推定用データからＭＰＧの印加に起因する拡散強調画像の歪みを推定し、推定した歪みに関する情報を歪データとして記憶回路４１に保存する。

間引きデータ収集機能４０３は、被検体（例えば患者）に対して、本スキャンとトレーニングスキャンを行って、複数の異なるｂ値に対応する複数の拡散強調画像を生成するためのデータを収集する。本スキャンで収集されたデータは、間引きデータとして補正付き展開処理機能４０６に送られる。

展開用データ収集機能４０４は、間引きデータ収集機能４０３で収集されたデータの中からトレーニングスキャンで収集されたデータを抽出し、展開用データとして展開処理機能４０６に送る。なお、後述するように、トレーニングスキャンで収集すべきデータを本スキャンの中で収集するように本スキャンを構成することもできる。このような本スキャンを、トレーニングスキャンレス型の本スキャンと呼ぶ。

補正付き展開処理機能４０６は、前述した展開用データと、歪みデータとを用いた展開処理によって、エリアシングが除去され、かつ歪みが補正された拡散強調画像を、間引きデータからｂ値毎に生成する。

表示制御機能４０７は、補正付き展開処理機能４０６で生成された拡散強調画像をディスプレイ４２に表示させるための制御や処理を行う。

上述した各機能の詳細な説明をする前に、第１の実施形態で使用するパルスシーケンスや撮像方法について説明しておく。なお、他の実施形態においても同様のパルスシーケンスと撮像方法を使用する。

図３は、各実施形態で共通して使用される拡散強調イメージングのパルスシーケンスの一例として、ＳＥ（spin echo）型のＥＰＩ（echo planer imaging）シーケンスに拡散強調用のＭＰＧパルスを組み込んだシーケンスを例示する図である。このシーケンスでは、９０°のフリップ角を有する励起パルスからＴＥ／２後に１８０°のフリップ角を有するリフォーカスパルスが印加され、リフォーカスパルスから概ねＴＥ／２後にＥＰＩシーケンスのデータの収集が開始される。ここで、ＴＥは実効エコー時間を表わしており、厳密には、励起パルスから、ＥＰＩシーケンスのｋ空間中心（位相エンコード方向）のデータを収集するまでの時間を実効エコー時間ＴＥとしている。

ＭＰＧパルスは拡散を強調するために印加される傾斜磁場パルスであり、励起パルスからリフォーカスパルスの間、及びリフォーカスパルスからデータ収集までの間に、それぞれ１つずつＭＰＧパルスが印加される。

ＭＰＧパルスが、組織のＡＤＣ（見かけの拡散係数）に与える影響の大きさを表す指標として、通常ｂ値（b-factor）が用いられる。ｂ値の値は次の（式１）で表される。
ｂ＝γＧ^２τ^２（Ｔ−（τ/３）） （式１）
ここで、γは磁気回転比（magnetogyric ratio）、ＧはＭＰＧパルスの傾斜磁場の大きさ、τはＭＰＧパルスのパルス長、Ｔは最初のＭＰＧパルスの前縁から後のＭＰＧパルスの前縁までの間隔である。

シングルショットのＳＥ−ＥＰＩでは、１つの励起パルスに伴う１つのデータ収集で、１スライス分の総てのｋ空間データを収集する。これに対して、マルチショットのＳＥ−ＥＰＩシーケンスでは、１スライス分のｋ空間データを複数回に分けて収集する。図２のパルスシーケンスによって収集されるＭＲ信号の信号強度Ｓ（ｋ空間中心の信号強度Ｓ）は、次の（式２）で表される。
Ｓ（ｂ）＝Ｓ_０*exp[−b*ADC] （式２）
ここで、Ｓ_０は定数、ｂは（式１）のｂ値、ＡＤＣは拡散係数ＡＤＣを表わしている。

（式２）は、信号強度が１つの指数関数で表現できるモデル（Mono-Exponential Model）である。このモデルでは、信号強度の対数は、次の（式３）のように、ｂ値に対して線形に変化する。
ln(S/S0)＝−b*ADC （式３）
（式３）から判るように、最低２つのｂ値と、夫々のｂ値に対応する信号強度が得られれば、拡散係数ＡＤＣを算出することができるが、ｂ値の数を増やすことによって、拡散係数ＡＤＣの算出精度を上げることができる。

他方、ｂ値が高い場合や低い場合には、ｂ値に応じた信号強度の変化が、Mono-Exponential Modelから逸脱し、Bi-Exponential Modelに近くなることが知られている。

図４は、Mono-Exponential ModelとBi-Exponential Modelとを対比して示した図である。肝臓検査などでは、ＩＶＩＭ（Intra Voxel Incoherent Motion）と呼ばれる解析が行われている。ＩＶＩＭでは、組織の灌流（perfusion）成分と拡散（diffusion）成分の両方を解析するために、灌流（perfusion）による拡散係数（ＡＤＣ）_Ｐと、拡散（diffusion）による拡散係数（ＡＤＣ）_Ｄを、例えば、次の（式４）で表されるBi-Exponential Modelに基づいて算出する。
Ｓ（ｂ）＝Ｓ_０*[f*exp(−b*(ADC)_P)＋(1-f)*exp(−b*(ADC)_D] （式４）
（式４）におけるｆは、全体に占める灌流（perfusion）成分の比率を表わしている。

図４に示すBi-Exponential Modelのグラフから判るように、対数で表した信号強度の変化は、ｂ値が大きい領域では直線的に変化するものの、ｂ値が小さい領域では、曲線的に大きな変化率で変化する。ＩＶＩＭでは、複数の種類のｂ値を用いた複数回の撮像で得られる信号値を、Bi-Exponential Modelでカーブフィッティングすることによって、拡散係数（ＡＤＣ）_Ｐと、拡散（diffusion）による拡散係数（ＡＤＣ）_Ｄを求めている。拡散係数（ＡＤＣ）_Ｐと、拡散（diffusion）による拡散係数（ＡＤＣ）_Ｄを高精度で求めようとすると、多数種類、例えば、１０種類以上のｂ値で撮像するのが望ましく、撮像時間が長くなる。
また、複数の方向の拡散係数を求める場合、方向の数に応じて撮像時間はさらに長くなる。そこで、以下に説明する各実施形態では、複数のｂ値で撮像する場合でも、撮像時間を短縮することができる技術を提供する。

複数のｂ値で撮像する場合、撮像時間が長くなることに加えて、渦電流磁場等に起因する画像歪の問題を考慮する必要がある。図５は、ｂ値を異なる種類、即ち、異なる値に設定する拡散強調イメージングのパルスシーケンスの例を示している。図５に示す例では、τはＭＰＧパルスのパルス長τとパルス間隔Ｔを異なる値に設定して、異なるｂ値を得ている。ＭＰＧパルスの印加によって渦電流磁場が発生し、渦電流磁場によってＭＲ信号に位相誤差が発生する。そしてこの位相誤差が、再構成画像における位置誤差の原因となる。複数のｂ値で撮像する場合、図５に示すように、夫々のｂ値でＭＰＧパルスの位置や形状が異なるため、夫々のｂ値で渦電流磁場の発生状況も異なる。その結果、夫々のｂ値で、再構成画像における位置誤差も異なる値を示すことになる。そこで、以下に説明する各実施形態では、撮像時間を短縮する技術に加えて、複数のｂ値で撮像する場合でも位置誤差を補正することができる技術を提供する。

図６（ａ）、（ｂ）は、ｂ値を横軸とし、ｋ空間上の位相エンコードの位置を縦軸として示した図である。位相エンコード方向とリードアウト方向は、互いに直交する任意の２方向に取り得るが、以下の説明では、位相エンコード方向をｙ方向（ｋ空間ではｋｙ方向）とし、リードアウト方向をｘ方向として説明する。図６（ａ）、（ｂ）では、リードアウト方向は、紙面に垂直な方向となる。

図６（ａ）は、間引きなしの従来のスキャン方法を示す図であり、位相エンコードの間隔は、夫々のｂ値においてナイキスト間隔となっている。ナイキスト間隔とは、位相エンコード方向にエリアシングが生じない間隔、即ち、ナイキスト定理を満たす間隔の意味である。また、位相エンコード方向の幅は、所望の解像度が得られる幅となっている。一方、図６（ｂ）は、位相エンコードを所定の高速化率で間引いたスキャン方法を示す図である。図６（ｂ）の例では、高速化率を４としており、位相エンコードの間隔はナイキスト間隔の４倍となっている。なお、ｂ値の数に関しては、図６（ａ）及び（ｂ）では、同じ数の１０としている。

図６（ｂ）に示すスキャン方法は、位相エンコードの数が図６（ａ）のスキャン方法に対して１／４となっているため、撮像時間も１／４に短縮される。しかしながら、図６（ｂ）に示すスキャン方法では、ナイキスト定理を満たしていないため、位相エンコード方向にエリアシングが発生する。

図７は、エリアシングが発生する様子を模式的に示した図である。図７の２つの図は、いずれも縦軸が実空間ｙであり、ｋｙ空間を逆フーリエ変換したものである。また、２つの図の横軸は、ｂ値の空間を同じく逆フーリエ変換したものであり、以下、この空間をＦｂ空間と呼ぶ。また、ｙ空間とＦｂ空間で表される２次元空間を、ｙ−Ｆｂ空間と呼ぶものとする。

図７の左側の図は、間引きなしのスキャンに対応する信号を示す図であり、エリアシングは生じていない。これに対して、図７の右側の図は、間引き有りのスキャンに対応する信号を示す図である。左側の図の中央近傍にあるハッチングされた信号領域が複数折り重なり、エリアシングが生じていることを示している。例えば、左側の図の４つの画素位置にある４つの画素値ρ_１〜ρ_４が、右側の図では、ρ_aliasの位置に重なっている。なお、ここでの画素位置、或いは画素値とは、ｙ−Ｆｂ空間での位置、或いは信号値を意味している。

後述する展開処理は、右側の図のある１つの画素位置にある画素値ρ_aliasから４つの画素値ρ_１〜ρ_４を求め、左側の図の対応する各画素位値に配置する処理、即ち、図７の４つの矢印の逆向きの処理を、右側の図の各画素に対して行ってエリアシングを除去する処理である。

この展開処理では、本スキャンとは別にトレーニングスキャンと呼ばれるスキャンを行い、トレーニングスキャンで収集した展開用データを用いて上記のエリアシング除去処理を行う。

図８（ａ）は、トレーニングスキャンと本スキャンとの関係を示す図である。トレーニングスキャンも本スキャンと同様に複数のｂ値に対して行われ、トレーニングスキャンの各ｂ値は、本スキャンの各ｂ値に対応する。しかしながら、位相エンコード方向に関しては、トレーニングスキャンと本スキャンとで異なる。トレーニングスキャンでの位相エンコード間隔はナイキスト間隔であり、トレーニングスキャンで収集されたデータから生成される画像にはエリアシングが発生しない。

一方、トレーニングスキャンでの位相エンコードの全体の範囲は、本スキャンの全体の範囲よりも狭い。具体的には、トレーニングスキャンでは、ｋｙ空間の低周波領域のみが収集され、高周波領域は収集されない。このため、トレーニングスキャンから生成される画像は、本スキャンから生成される画像に比べて解像度が低くなる。

しかしながら、トレーニングスキャンから生成される展開用データは、あくまでも展開処理に利用されるだけであり、最終的に生成される画像は、本スキャンから生成される画像の解像度に依存する。したがって、トレーニングスキャンから生成される画像の解像度が低くてもそれ程問題とはならない。

トレーニングスキャンは、本スキャンの前に実行してもよいし、本スキャンの後に実行してもよい。但し、トレーニングスキャンと本スキャンは、同じ被検体に対して行う必要がある。

本スキャンとトレーニングスキャンとの合計の撮像時間は、本スキャン単独（図６（ｂ））に比べると少し長くなるものの、従来の間引きなしのスキャン（図６（ａ））の撮像時間に比べると、大幅に短縮される。

図８（ｂ）は、撮像時間をさらに短縮することができるスキャン方法を示す図である。図８（ｂ）に示すスキャンでは、展開用データを本スキャンの中で収集する。このため、トレーニングスキャンを本スキャンと別に行う必要がない。つまり、図８（ｂ）に示すスキャンは、トレーニングスキャンレス型の本スキャンと呼ぶことができる。トレーニングスキャンレス型の本スキャンでは、位相エンコード間隔を、ｋｙ空間の低周波領域のみナイキスト間隔にし、それ以外の領域では間引きした間隔でデータを収集する。つまり、ｋｙ空間の低周波領域では、本スキャンとトレーニングスキャンとを兼用したスキャンとなっている。

次に、事前スキャン、トレーニングスキャンレス型の本スキャン、及び、展開処理の、より具体的な方法について、順次説明する。

図９は、事前スキャンの処理例を示すフローチャートである。前述したように、事前スキャンは、ＭＰＧパルスの印加に起因して生じる拡散強調画像の歪みを推定するための歪み推定用データを収集するためのスキャンである。事前スキャンは、例えば装置の据え付け時等に行われる。また、事前スキャンの撮像対象は、例えば、所定の形状を有するファントムである。

ステップＳＴ１００〜ステップＳＴ１０４は、歪推定データ収集機能４０２に対応するステップである。また、ステップＳＴ１０５〜ステップＳＴ１０８は、歪み推定機能４０５に対応するステップである。

ステップＳＴ１００では、拡散強調イメージングに基づく事前スキャンの撮像条件が、シーケンスコントローラ３４に対して設定される。事前スキャンにおけるｂ値は、必ずしも本スキャンで使用するｂ値と同じである必要はない。ただし、本スキャンで使用されると想定されるｂ値の範囲をカバーしているのが好ましく、その範囲の中で複数のｂ値に対して事前スキャンを行うのが好ましい。

ステップＳＴ１０１で、ｂ値の初期値を設定し、その後、設定された撮像条件に従って、ファントムに対する拡散強調イメージングが実行される（ステップＳＴ１０２）。１つのｂ値に対する撮像が終了すると、ｂ値が異なる値に更新され、全てのｂ値に対する拡散強調イメージングが終了するまで同じ撮像を繰り返される（ステップＳＴ１０３、１０４）。事前スキャンで収集されたＭＲ信号は歪み推定機能４０５に送られる。

歪み推定機能４０５はｂ値毎の再構成画像を生成する（ステップＳＴ１０５）。その後、歪み推定機能４０５は、再構成画像状のファントム形状と、実際のファントムの形状、即ち、歪みのない形状とを比較して、ｂ値毎の歪みを算出する（ステップＳＴ１０６）。そして、歪みから補正データを算出し（ステップＳＴ１０７）、算出した補正データ、即ち、歪み推定用データを記憶回路４１に保存する（ステップＳＴ１０８）。

図１０は、再構成画像から補正データを求める処理の概念を説明する図である。今、実際のファントムの形状が、ｘ−ｙ面で図１０の破線で示す長方形であると仮定する。そして、再構成画像上のファントムの形状が図１０の実線で示す形状であったとする。このような場合において、ステップＳＴ１０６では、歪み推定機能４０５は、ファントム形状の所定の複数個所において、実際のファントムの位置（図１０において小さな破線の円で示す位置）と、これに対応する再構成画像上のファントムの位置（図１０において小さな実線の円で示す位置）とを比較し、両者の差を、各位置（x, y）におけるy方向の歪みΔｙ_{x, y}として求める。

図１０では、歪みΔｙ_{x, y}をファントムの端部の６カ所で求めているが、歪みを求める位置や数はこれに限定されるものではなく、より広い範囲で、より多くの位置で歪みを求めても良い。また、歪みΔｙ_{x, y}は、各ｂ値に対応する再構成画像から、ｂ値毎に求められる。

歪みΔｙ_{x, y}をそのまま補正データとして保存してもよいが、ｂ値の関数として求めておく方法も考えられる。例えば、歪みΔｙ_{x, y}を次の（式５）のような２次関数で表し、その各次数の係数（α_{x, y}, β_{x, y},γ_{x, y}）を補正データとして算出する方法が考えられる。
Δｙ_{x, y}＝α_{x, y}*ｂ^２＋β_{x, y}*ｂ＋γ_{x, y} （式５）
係数（α_{x, y}, β_{x, y},γ_{x, y}）は、歪みΔｙ_{x, y}を求めた各位置（x, y）における歪みΔｙ_{x, y}と、事前スキャンで用いた複数のｂ値のプロット点を２次関数でカーブフィッティングする等の手法によって算出することができる。

補正データを上記のような係数（α_{x, y}, β_{x, y},γ_{x, y}）として記憶回路４１に保存しておけば、本スキャンで使用する任意のｂ値に対して歪みΔｙ_{x, y}を求めることができる。また、歪みΔｙ_{x, y}求めた位置、即ち、歪みΔｙ_{x, y}の測定位置と、本スキャンで補正すべき位置が異なっている場合には、複数の測定位置における歪みΔｙ_{x, y}から、補正すべき位置における歪みを補間処理等で求めればよい。

また、上述した歪みΔｙ_{x, y}は実空間での歪みであるが、これに換えて、ｋ空間での位相歪みとして算出してもよい。

なお、歪みは主に位相エンコード方向（今の例ではｙ方向）に発生するため、リードアウト方向（ｘ方向）の歪みはそれ程気にする必要はない。

事前スキャンでは、位相エンコード方向を間引きなしでスキャンするため、次に説明する本スキャンよりも撮像時間が長くなる場合がある。しかしながら、事前スキャンは、据え付け時等に行えばよく、撮像時間が多少長くとも問題にならない。また、事前スキャンは、例えばファントムに対して行われるため、患者への肉体的、精神的な負担を考慮する必要もない。

次に、トレーニングスキャンレス型の本スキャンについて具体的に説明する。本スキャンは、被検体、例えば患者に対して行われるスキャンである。

図１１は、トレーニングスキャンレス型の本スキャンの処理例を示すフローチャートである。ステップＳＴ２００〜ステップＳＴ２０５は、間引きデータ収集機能４０３に対応するステップであり、ステップＳＴ２０６は、展開用データ収集機能４０４に対応するステップである。

ステップＳＴ２００では、拡散強調イメージングに基づく本スキャンの撮像条件が、シーケンスコントローラ３４に対して設定される。本スキャンでは、図８（ｂ）に示すように、位相エンコード間隔を、ｋｙ空間の低周波領域のみナイキスト間隔にし、それ以外の領域では間引きした間隔でデータを収集するための撮像条件が設定される。

ステップＳＴ２０１で、ｂ値の初期値を設定し、その後、設定された撮像条件に従って、被検体に対する拡散強調イメージングが実行される（ステップＳＴ２０２）。１つのｂ値に対する撮像が終了すると、ｂ値が異なる値に更新され、全てのｂ値に対する拡散強調イメージングが終了するまで同じ撮像を繰り返される（ステップＳＴ２０３、２０４）。

図１２は、ステップＳＴ２０５、ステップＳＴ２０６の処理の概念を示す図である。ステップＳＴ２０５では、収集されたデータ（図１２の左側に示す）から、ｋ空間全領域の間引きデータを抽出し、再構成画像の生成のためのｋ空間データとして、ｂ値毎に記憶回路４１に保存する。ここでの再構成画像とは、例えば、被検体を診断するための再構成画像という意味である。

一方、ステップＳＴ２０６では、収集されたデータから、ｋ空間低周波領域の非間引きデータを抽出し、展開用データ生成のためのｋ空間データとして、ｂ値毎に記憶回路４１に保存する。

次に、展開処理の具体的な手順について説明する。展開処理は、展開用データを生成するフェーズと、展開処理を含む再構成処理のフェーズの２つのフェーズからなる。

図１３は、展開用データを生成するフェーズの処理例を示すフローチャートである。また、図１４は、展開用データを生成するフェーズの処理の概念を示す図である。

ステップＳＴ３００〜ステップＳＴ３０５は、補正付き展開処理機能４０６に対応するステップである。

ステップＳＴ３００で、補正付き展開処理機能４０６は、全てのｂ値に対応する展開用データ生成のためのｋ空間データ（間引き無し）を、記憶回路４１から取得する。このデータは、図１４（ａ）に示すように、ｋｘ−ｋｙ空間のデータである。但し、ｋｙ方向は低周波領域のみのデータとなっている（図１２の右下の図参照）。

ステップＳＴ３０１で、ｋ空間で逆フーリエを行って、図１４（ｂ）に例示するように、ｂ値毎の実空間データ（ｘ−ｙ空間データ）を生成する。図１４（ｂ）では、被検体の形状を円で模擬している。展開用データ生成のためのｋ空間データは、位相エンコード方向に間引きされていないため、エリアシングは発生していない。

次に、補正付き展開処理機能４０６は、記憶回路４１に保存されている補正データ（α_{x, y}, β_{x, y},γ_{x, y}）を読み出し、（式５）に基づいて、ｂ値ごとに実空間データ（ｘ−ｙ空間データ）の歪みを補正する。補正データ（α_{x, y}, β_{x, y},γ_{x, y}）は、実空間データの全ての位置に対応しているわけではないので、必要に応じて補正データの補間処理を行って、歪み補正を行う。

ステップＳＴ３０３では、ｙ方向データとｂ方向データを２次元配列して、図１４（ｃ）に例示するようなｙ−ｂ空間データを生成する。具体的には、各ｘ−ｙ空間データの特定のｘ位置に対応するｙ方向データをｘ−ｙ空間データから抽出し、ｂ方向に配列する。したがって、ｙ−ｂ空間データは、実際には、各ｘ位置に対応して複数生成されることになるが、図１４（ｃ）では、煩雑さを避けるため、１つのｘ位置に対応するｙ−ｂ空間データのみを示している。

次に、ステップＳＴ３０４では、ｙ−ｂ空間データをｂ方向に逆フーリエ変換して、図１４（ｄ）に例示するようなｙ−Ｆｂ空間データを生成する。

ステップＳＴ３０５では、生成されたｙ−Ｆｂ空間データから、ｙ−Ｆｂ空間で規定される展開用データを生成する。ここで生成される展開用データは、例えば、非特許文献１で定義されている共分散行列Ｍに相当するデータである。

なお、上述の説明では、補正データを用いた歪み補正を、ｂ値毎にｘ−ｙ空間データに対して行うものとしている（ステップＳＴ３０２）。これに換えて、補正データを用いた歪み補正を、ステップＳＴ３０３でｙ−ｂ空間を生成した後に行っても良い。

次に、展開処理を含む再構成処理のフェーズについて説明する。図１５は、展開処理を含む再構成処理のフェーズの処理例を示すフローチャートである。また、図１６及び図１７は、展開処理を含む再構成処理のフェーズの処理の概念を示す図である。

図１５のステップＳＴ４００〜ステップＳＴ４０５は、補正付き展開処理機能４０６に対応するステップである。

ステップＳＴ４００で、補正付き展開処理機能４０６は、全てのｂ値に対応する再構成画像生成のためのｋ空間データ（間引き有り）を、記憶回路４１から取得する。このデータは、図１６（ａ）に示すように、ｋｘ−ｋｙ空間のデータである。このｋｘ−ｋｙ空間のデータは、ｋｙ方向の全領域を含むものである（図１２の右上の図参照）。

ステップＳＴ４０１で、ｋ空間で逆フーリエを行って、図１６（ｂ）に例示するように、ｂ値毎の実空間データ（ｘ−ｙ空間データ）を生成する。図１６（ｂ）でも、被検体の形状を円で模擬している。しかしながら、再構成画像生成のためのｋ空間データは、位相エンコード方向に間引きされているため、ｙ方向にエリアシングが発生し、ｙ方向に円が折り重なっている。

ステップＳＴ４０２では、ｙ方向データとｂ方向データを２次元配列して、図１６（ｃ）に例示するようなｙ−ｂ空間データを生成する。具体的には、ステップＳＴ３０３と同様に、各ｘ−ｙ空間データの特定のｘ位置に対応するｙ方向データをｘ−ｙ空間データから抽出し、ｂ方向に配列する。したがって、ｙ−ｂ空間データは、実際には、各ｘ位置に対応して複数生成されることになるが、図１６（ｃ）では、煩雑さを避けるため、１つのｘ位置に対応するｙ−ｂ空間データのみを示している。

次に、ステップＳＴ４０３では、ｙ−ｂ空間データをｂ方向に逆フーリエ変換して、図１６（ｄ）及び図１７（ａ）に例示するようなｙ−Ｆｂ空間データを生成する。図１６（ｄ）及び図１７（ａ）は同じ図である。このｙ−Ｆｂ空間データも、各ｘ位置に対応して複数存在する。

ステップＳＴ４０４では、ｙ−Ｆｂ空間データに展開用データを適用して展開演算を実施し、エリアシングが除去されたｙ−Ｆｂ空間データを生成する。図１７（ｂ）は、エリアシングが除去されたｙ−Ｆｂ空間データを例示するものである。ここでの展開演算は、例えば、非特許文献１の式[５]等に相当する演算である。

次に、ステップＳＴ４０５では、ｙ−Ｆｂ空間データをｂ方向にフーリエ変換して、ｙ−ｂ空間データを生成する。図１７（ｃ）は、ステップＳＴ４０５で生成されたｙ−ｂ空間データを例示する図である。

ステップＳＴ４０６で、記憶回路４１に保存されている補正データ（α_{x, y}, β_{x, y},γ_{x, y}）を読み出し、（式５）に基づいて、ｙ−ｂ空間データにおけるｙ方向の歪を補正する。ステップＳＴ３０２と同様に、必要に応じて補正データの補間処理を行って、歪み補正を行う。

なお、図１７（ａ）、（ｂ）に例示するｙ−Ｆｂ空間データや、図１７（ｃ）に例示するｙ−ｂ空間データも、各ｘ位置に対応して複数存在する。

最後に、ステップＳＴ４０７で、ｂ値毎にｘ方向データを合成し、図１７（ｄ）に例示するような、ｂ値毎のｘ−ｙ空間データを生成する。これらのｂ値毎のｘ−ｙ空間データが、エリアシングが除去されたｂ値毎の再構成画像である。

なお、上記では、歪み補正をｙ−ｂ空間データに対して行うものとしている（ステップＳＴ４０６）。これに換えて、ステップＳＴ４０７の後に、ｂ値毎のｘ−ｙ空間データに対して、歪み補正を行ってもよい。

上述したように、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１では、多数のｂ値を用いて拡散強調イメージングを行う場合であっても、各本スキャンの位相エンコード方向を間引きすることによって撮像時間を短縮することができ、被検体に対する肉体的な負担や精神的な負担を軽減することができる。また、間引きによって生じるエリアシングは、展開処理によって適切に除去することができる。展開処理は撮像後に行えばよく、被検体の撮像時間に影響を与えない。

また、ＭＰＧパルスの印加によって生じる画像歪は、ｂ値の値によって異なってくる。これに対して、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１では、異なる複数のｂ値に対しても画像歪を適切に補正することができるため、画質の劣化を抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１について説明する。第２の実施形態では、複数のＲＦコイル或いは複数の要素コイルで収集した複数チャネルのデータを、第１の実施形態で用いた展開用データに加えて、複数のＲＦコイル或いは複数の要素コイルに対応する複数の感度マップを用いて展開処理する。

図１８は、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１の機能ブロック図である。第１の実施形態（図２）との主な相違は、感度マップ収集機能４０８を備えている点である。

感度マップ収集機能４０８も処理回路４０によって実現される機能である。感度マップ収集機能４０８によって、感度マップ収集用のスキャンが実行され、そのスキャンで収集されたデータから、複数のＲＦコイル或いは複数の要素コイルに対応する複数の感度マップが生成される。感度マップ収集用のスキャンは、本スキャンと同じ被検体に対して行われる。感度マップ収集用のスキャンは、本スキャンの前に行ってもよいし、本スキャンの後に行ってもよい。生成された感度マップのデータは、補正機能付き展開処理機能４０６に送られる。

図１９は、第２の実施形態における、感度マップを用いた展開処理を含む再構成画像の生成処理例を示すフローチャートである。

ステップＳＴ５００〜ステップＳＴ５０３の処理は、基本的には第１の実施形態におけるステップＳＴ４００〜ステップＳＴ４０３の処理と同じである。但し、第２の実施形態では、複数のＲＦコイル或いは複数の要素コイルで収集した複数チャネルのデータに対して、ステップＳＴ５００〜ステップＳＴ５０３の処理が行われる点が異なる。

したがって、ステップＳＴ５０３で生成されるｙ−Ｆｂ空間データは、複数チャネル分のデータとなる。

ステップＳＴ５０４では、複数チャネル分のｙ−Ｆｂ空間データに対して、展開用データと感度マップとを適用して展開演算を実施して、エリアシングが除去されたｙ−Ｆｂ空間データを生成する。ここでの展開演算は、例えば、非特許文献１の式[７]等に相当する演算である。

ステップＳＴ５０５〜ステップＳＴ５０７の処理は第１の実施形態におけるステップＳＴ４０５〜ステップＳＴ４０７の処理と実質的に同じであり、説明を省略する。

第２の実施形態では、複数ＲＦコイル或いは複数の要素コイルで収集したデータを利用している。つまり、最終的に得られる画像の数は同じであっても、この画像を生成するために、より多くのデータを利用している。このため、第１の実施形態で得られる効果に加えて、より高いＳＮＲや、より大きな高速化率を実現できることが期待される。

（その他の実施形態）
ここまでの実施形態では、図４等に例示したように、ｂ値の間隔が等間隔であるものとした。しかしながら、ｂ値の間隔が不等間隔であっても、再構成画像を生成することができる。例えば、図２０に示すように、信号強度の変化が急峻な領域ではｂ値の間隔を短く設定し、信号強度の変化が少ない領域では、ｂ値の間隔を長くするといったことが考えられる。また、画質の観点からは、ｂ値の対数が等間隔になるようにｂ値を設定した方が良い。

また、前述した実施形態では、歪み補正を実空間（例えば、ｙ空間）で行うものとしていたが、これに限定されない。事前スキャンの収集データから生成した実空間での歪みの補正データを、位相歪みの補正データに変換し、本スキャンの画像再構成処理において、ｋ空間で位相歪みを補正するようにしてもよい。

上述した少なくとも１つの実施形態の磁気共鳴イメージング装置によれば、複数のｂ値に対応する拡散強調画像の撮像時間を短縮すると共に、歪みの少ない拡散強調画像を取得することができる。

（特許請求の範囲の記載との対応）
実施形態の記載における歪み推定データ収集機能、及び歪み推定機能は、特許請求の範囲の記載における推定部の一例である。実施形態の記載における間引きデータ収集機能、及び展開用データ収集機能は、特許請求の範囲の記載における収集部の一例である。実施形態の記載における補正付き展開処理機能は、特許請求の範囲の記載における生成部の一例である。実施形態の記載における間引きデータは、特許請求の範囲の記載における再構成用データの一例である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 磁気共鳴イメージング装置
２０ ＲＦコイル
４０ 処理回路
４１ 記憶回路
４２ ディスプレイ
４３ 入力デバイス
４００ コンソール
４０２ 歪推定データ収集機能
４０３ 間引きデータ収集機能
４０４ 展開用データ収集機能
４０５ 歪み推定機能
４０６ 補正付き展開処理機能

Claims (8)

1. ＭＰＧ（Motion Probing Gradient）の印加に起因して生じる拡散強調画像の歪みを推定する推定部と、
   複数の異なるｂ値に対応する複数の拡散強調画像を生成するためのデータであって、位相エンコード方向に所定の高速化率に対応して間引きされた再構成用データと、展開用データとを収集する収集部と、
   少なくとも前記展開用データと、推定した前記歪みとを用いた展開処理によって、エリアシングが除去され、かつ前記歪みが前記複数の異なるｂ値ごとに補正された前記拡散強調画像を、前記再構成用データから前記ｂ値毎に生成する生成部と、
   を備える磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記展開用データは、前記間引きされた再構成用データを展開処理するためのデータである、
   請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 複数のＲＦコイルをさらに備え、
   前記生成部は、前記展開用データと、前記複数のＲＦコイルに対応する複数の感度マップとを用いた展開処理によって、エリアシングが除去された前記拡散強調画像を、前記再構成用データから前記ｂ値毎に生成する、
   請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記推定部は、前記歪みを、前記ＭＰＧの印加に起因して生じる位相エンコード方向の実空間での歪みとして算出し、
   前記生成部は、前記展開処理後に前記実空間での歪みを用いた補正を行って、前記歪みが補正された前記拡散強調画像を生成する、
   請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記歪みは、少なくとも前記ｂ値を含む撮像条件毎に算出される、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記収集部は、ｋ空間での前記位相エンコード方向の範囲が、前記再構成用データの位相エンコード方向の範囲よりも小さくなるようにして前記展開用データを収集する、
   請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記収集部は、前記再構成用データを収集するスキャンを本スキャンとするとき、前記本スキャンの前に行われるトレーニングスキャンによって、前記展開用データを収集する、
   請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
8. 前記収集部は、本スキャンによって前記再構成用データ及び前記展開用データを収集し、前記本スキャンは、位相エンコード方向のデータが、ｋ空間の低周波領域では間引きされていない一方、前記低周波領域以外の領域は間引きされているスキャンである、
   請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。