JP2019080788A - 磁気共鳴イメージング装置及びパルス設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｂ１感度マップの不均一性を簡易かつ高精度に改善すること。【解決手段】本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、取得部と、設定部と、推定部と、計算部を含む。取得部は、被検体を含む撮像領域内のＢ１感度マップを取得する。設定部は、前記Ｂ１感度マップにおいて基準値を設定する。推定部は、前記基準値と前記Ｂ１感度マップとを用いて、当該Ｂ１感度マップに基づき設計されるＢ１マップ設計値に生じる誤差を推定する。計算部は、前記誤差に基づきＲＦパルスの振幅及び位相を計算する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置及びパルス設計方法に関する。

磁気共鳴イメージング装置では、ムラのないＭＲ画像を得るために、均一な磁化の分布が得られることが重要である。しかし、測定対象及びコイルの影響により、高周波磁場の空間分布、すなわちＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）コイルの感度マップ（以下、Ｂ_１感度マップ）にムラが生じ、磁場が不均一となる場合がある。
このような磁場の不均一性を解消するため、ＲＦパルスの振幅及び位相が適切に制御されることで、Ｂ_１感度マップに強度分布（以下、Ｂ_１マップ設計値）が重畳される処理が行われる。つまり、Ｂ_１マップ設計値がＢ_１感度マップの逆特性になるようにＲＦパルスが適切に制御されることで、Ｂ_１マップ設計値とＢ_１感度マップとの積で得られる磁化の分布が均一になる。

Ｂ_１マップ設計値の計算方法としては、例えばＳＴＡ（Ｓｍａｌｌ Ｔｉｐ Ａｎｇｌｅ）近似と呼ばれる線形近似に基づく方法と、ＬＴＡ（Ｌａｒｇｅ Ｔｉｐ Ａｎｇｌｅ）近似と呼ばれる非線形近似に基づく方法とがある。
一般に、ＳＴＡ近似は計算量が少ない代わりに近似による誤差が大きく、ＬＴＡ近似の場合は計算量が多い代わりに誤差が小さい傾向がある。ＳＴＡ近似を用いて印加すべきＲＦパルスの設計指針を立てる際には、測定対象である被検体又は被検体の部位によって高周波磁場の不均一性が様々に変化することを考慮し、撮像する対象に最適な設計手法が必要となる。

米国特許出願公開２００２／０１６１７６６号公報 米国特許第７７０１２１１号明細書

本発明が解決しようとする課題は、Ｂ_１感度マップの不均一性を簡易かつ高精度に改善することである。

本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、取得部と、設定部と、推定部と、計算部を含む。取得部は、被検体を含む撮像領域内のＢ_１感度マップを取得する。設定部は、前記Ｂ_１感度マップにおいて基準値を設定する。推定部は、前記基準値と前記Ｂ_１感度マップとを用いて、当該Ｂ_１感度マップに基づき設計されるＢ_１マップ設計値に生じる誤差を推定する。計算部は、前記誤差に基づきＲＦパルスの振幅及び位相を計算する。

図１は、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成を示すブロック図。 図２は、本実施形態で想定するＢ_１感度マップの不均一性の改善手法を示す概念図。 図３は、本実施形態に係るＳＴＡ近似を行う場合の誤差の影響を示す概念図。 図４は、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の撮像処理を示すフローチャート。 図５は、本実施形態に係る誤差の推定に用いる誤差モデルの一例を示す図。 図６は、本実施形態に係る補正処理の一例について説明するための概念図。 図７は、本実施形態に係るｋ空間上のＳｐｏｋｅのトラジェクトリを示す図。

以下、添付図面を用いて、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置及びパルス設計方法を詳細に説明する。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。

図１を用いて、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング（Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ：以下、ＭＲＩと呼ぶ）装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００の構成を示す図である。

同図に示すように、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００は、静磁場磁石１０１と、傾斜磁場コイル１０３と、傾斜磁場電源１０５と、寝台１０７と、寝台制御回路１０９と、送信コイル１１３と、送信回路１１５と、受信コイル１１７と、受信回路１１９と、シーケンス制御回路１２１と、バス１２３と、インタフェース１２５と、ディスプレイ１２７と、記憶装置１２９と、処理回路１３１とを備える。なお、ＭＲＩ装置１００は、静磁場磁石１０１と傾斜磁場コイル１０３との間において中空の円筒形状のシムコイルを有していてもよい。

静磁場磁石１０１は、中空の円筒形状に形成された磁石であり、内部の空間に一様な静磁場（Ｂ_０）を発生する。この静磁場磁石１０１としては、例えば、超伝導磁石等が使用される。なお、不図示のシムコイルが、静磁場磁石１０１の内側において中空の円筒形状に形成されてもよい。シムコイルは、不図示のシムコイル電源に接続され、シムコイル電源から供給される電源により、静磁場磁石１０１により発生された静磁場を均一化する。

傾斜磁場コイル１０３は、中空の円筒形状に形成されたコイルであり、静磁場磁石１０１の内側に配置される。傾斜磁場コイル１０３は、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの各軸に対応する３つのコイルが組み合わされて形成される。Ｚ軸方向は、静磁場と同じ方向であるとする。また、Ｙ軸方向は、鉛直方向とし、Ｘ軸方向は、Ｚ軸及びＹ軸に垂直な方向とする。傾斜磁場コイル１０３における３つのコイルは、傾斜磁場電源１０５から個別に電流供給を受けて、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸に沿って磁場強度が変化する傾斜磁場を発生させる。

ここで、傾斜磁場コイル１０３によって発生するＸ、Ｙ、Ｚ各軸の傾斜磁場は、例えば、周波数エンコード用傾斜磁場（リードアウト傾斜磁場ともいう）、位相エンコード用傾斜磁場及びスライス選択用傾斜磁場にそれぞれ対応している。周波数エンコード用傾斜磁場は、空間的位置に応じてＭＲ信号の周波数を変化させるために利用される。位相エンコード用傾斜磁場は、空間的位置に応じて磁気共鳴（Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：以下、ＭＲと呼ぶ）信号の位相を変化させるために利用される。スライス選択用傾斜磁場は、任意に撮像断面を決めるために利用される。

傾斜磁場電源１０５は、シーケンス制御回路１２１の制御により、傾斜磁場コイル１０３に電流を供給する電源装置である。

寝台１０７は、被検体Ｐが載置される天板１０７１を備えた装置である。寝台１０７は、寝台制御回路１０９による制御のもと、被検体Ｐが載置された天板１０７１を、ボア１１１内へ挿入する。通常、寝台１０７は、長手方向が静磁場磁石１０１の中心軸と平行になるように、本ＭＲＩ装置１００が設置された検査室内に設置される。

寝台制御回路１０９は、寝台１０７を制御する回路であり、例えばプロセッサにより実現される。寝台制御回路１０９は、インタフェース１２５を介した操作者の指示により寝台１０７を駆動し、天板１０７１を長手方向及び上下方向へ移動する。

送信コイル１１３は、傾斜磁場コイル１０３の内側に配置されたＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）コイルである。送信コイル１１３は、送信回路１１５から高周波パルス（ＲＦパルス）の供給を受けて、高周波磁場に相当する送信ＲＦ波を発生する。送信コイルは、例えば、全身用コイル（ｗｈｏｌｅ ｂｏｄｙ ｃｏｉｌ：ＷＢコイル）である。ＷＢコイルは、送受信コイルとして使用されてもよい。

送信回路１１５は、シーケンス制御回路１２１の制御により、ラーモア周波数で変調された高周波パルスを送信コイル１１３に供給する。具体的には、送信回路１１５は、発振部、位相選択部、周波数変換部、振幅変調部、高周波電力増幅部等を有する。発振部は、静磁場中における対象原子核に固有の共鳴周波数の高周波信号を発生する。位相選択部は、上記高周波信号の位相を選択する。周波数変換部は、位相選択部から出力された高周波信号の周波数を変換する。振幅変調部は、周波数変調部から出力された高周波信号の振幅を例えばｓｉｎｃ関数に従って変調する。高周波電力増幅部は、振幅変調部から出力された高周波信号を増幅する。これらの各部の動作の結果として、送信回路１１５は、ラーモア周波数に対応する高周波パルスを送信コイル１１３に出力する。

受信コイル１１７は、傾斜磁場コイル１０３の内側に配置されたＲＦコイルであり、高周波磁場によって被検体Ｐから放射されるＭＲ信号を受信する。受信コイル１１７は、受信したＭＲ信号を受信回路１１９へ出力する。受信コイル１１７は、典型的には複数のコイルエレメントを有するコイルアレイである。なお、図１において送信コイル１１３と受信コイル１１７とは別個のＲＦコイルとして記載されているが、送信コイル１１３と受信コイル１１７とは、一体化された送受信コイルとして実施されてもよい。送受信コイルは、例えば、被検体Ｐの撮像対象に対応し、頭部コイルのような局所的な送受信ＲＦコイルである。

受信回路１１９は、シーケンス制御回路１２１の制御により、受信コイル１１７から出力されたＭＲ信号に基づいて、デジタル化された複素数データである磁気共鳴データ（以下、ＭＲデータと呼ぶ）を生成する。具体的には、受信回路１１９は、受信コイル１１７から出力されたＭＲ信号に対して、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施した後、各種信号処理が施されたデータに対してアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ））変換を実行する。受信回路１１９は、ＡＤ変換されたデータに対して標本化（サンプリング）を実行する。これにより、受信回路１１９は、ＭＲデータを生成する。受信回路１１９は、生成したＭＲデータを、シーケンス制御回路１２１に出力する。受信回路１１９により生成されたＭＲデータは、生データとも呼ばれる。

シーケンス制御回路１２１は、処理回路１３１から出力されたパルスシーケンス情報に従って、傾斜磁場電源１０５、送信回路１１５及び受信回路１１９を制御し、被検体Ｐに対する撮像を行う。パルスシーケンス情報には、傾斜磁場電源１０５により傾斜磁場コイル１０３に供給される電流の大きさや時間幅、傾斜磁場電源１０５により電流が傾斜磁場コイル１０３に供給されるタイミング、送信回路１１５により送信コイル１１３に供給されるＲＦパルスの大きさ、送信回路１１５により送信コイル１１３にＲＦパルスが供給されるタイミング、受信回路１１９によりＭＲ信号が受信されるタイミング等が定義される。傾斜磁場電源１０５により傾斜磁場コイル１０３に供給される電流の大きさは、パルスシーケンスに応じた傾斜磁場の波形に対応する。

バス１２３は、インタフェース１２５と、ディスプレイ１２７と、記憶装置１２９と、処理回路１３１との間でデータが伝送する伝送路である。バス１２３には、ネットワーク等を介して、各種生体信号計測器、外部記憶装置等が適宜接続されてもよい。

インタフェース１２５は、操作者からの各種指示や情報入力を受け付ける回路を有する。インタフェース１２５の回路は、例えば、マウス等のポインティングデバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスに関する回路である。なお、インタフェース１２５の回路は、マウス、キーボード等の物理的な操作部品に関する回路を有することに限定されない。例えば、本ＭＲＩ装置１００とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、受け取った電気信号を種々の回路へ出力するような電気信号の処理回路もインタフェース１２５の例に含まれていてもよい。

ディスプレイ１２７は、処理回路１３１におけるシステム制御機能１３１１による制御のもとで、画像生成機能１３１５により再構成されたＭＲ画像等の各種の情報を表示する。ディスプレイ１２７は、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイ、モニタ等の表示デバイスである。

記憶装置１２９は、データ配列機能１３１３を介してｋ空間に配列されたＭＲデータ、画像生成機能１３１５により生成された画像データ等を記憶する。記憶装置１２９は、各種撮像プロトコル、撮像プロトコルを規定する複数の撮像パラメータを含む撮像条件等を記憶する。記憶装置１２９は、処理回路１３１で実行される各種機能に対応するプログラムを記憶する。記憶装置１２９は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスクドライブ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｄｒｉｖｅ）、ソリッドステートドライブ（ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｄｒｉｖｅ）、光ディスク等である。また、記憶装置１２９は、ＣＤ−ＲＯＭドライブやＤＶＤドライブ、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であってもよい。

処理回路１３１は、ハードウェア資源として図示していないプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ等を有し、本ＭＲＩ装置１００を統括的に制御する。処理回路１３１は、システム制御機能１３１１、データ配列機能１３１３、画像生成機能１３１５、基準値設定機能１３１７、誤差推定機能１３１９、補正機能１３２１及びパルス計算機能１３２３を有する。システム制御機能１３１１、データ配列機能１３１３、画像生成機能１３１５、基準値設定機能１３１７、誤差推定機能１３１９、補正機能１３２１及びパルス計算機能１３２３にて行われる各種機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶装置１２９へ記憶されている。処理回路１３１は、これら各種機能に対応するプログラムを記憶装置１２９から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読みだした状態の処理回路１３１は、図１の処理回路１３１内に示された各機能を有する。

なお、図１においては単一の処理回路１３１にてこれら各種機能が実現されるものとして説明したが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路１３１を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。換言すると、上述のそれぞれの機能がプログラムとして構成され、１つの処理回路が各プログラムを実行する場合であってもよいし、特定の機能が専用の独立したプログラム実行回路に実装される場合であってもよい。なお、処理回路１３１が有するシステム制御機能１３１１、データ配列機能１３１３、画像生成機能１３１５、基準値設定機能１３１７、誤差推定機能１３１９、補正機能１３２１及びパルス計算機能１３２３は、それぞれ制御部、データ配列部、画像生成部、設定部、推定部、補正部及び計算部の一例である。

上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）或いは、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。

プロセッサは、記憶装置１２９に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、記憶装置１２９にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは、回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、寝台制御回路１０９、送信回路１１５、受信回路１１９、シーケンス制御回路１２１等も同様に、上記プロセッサ等の電子回路により構成される。

処理回路１３１は、システム制御機能１３１１により、ＭＲＩ装置１００を統括的に制御する。具体的には、処理回路１３１は、記憶装置１２９に記憶されているシステム制御プログラムを読み出してメモリ上に展開し、展開されたシステム制御プログラムに従って本ＭＲＩ装置１００の各回路を制御する。

次に、本実施形態で想定するＢ_１感度マップの不均一性の改善手法について図２の概念図を参照して説明する。
一般にＢ_１分布の設計段階では、撮像領域においてＢ_１分布が均一となるように、実空間においてどの場所にどの程度の電力を供給してＲＦパルスを送信するかを示すＢ_１マップ設計値（ａ）が設計される。しかし実際には、グラデーションで示すようなＲＦコイルの感度ムラや人体による磁場への影響（ｂ）がある。よって、実際にＲＦコイルで取得されるＲＦパルスに基づく受信コイルの空間感度を示すＢ_１感度マップとしては、Ｂ_１マップ設計値（ａ）と磁場への各影響（ｂ）とがピクセル毎に重畳され、不均一なＢ_１感度マップ（ｃ）が取得されることになる。

そこで、強度分布が不均一な特性を有するＢ_１分布に逆特性の強度分布を重畳させることで強度分布の不均一性を相殺できる。すなわち、不均一なＢ_１感度マップ（ｃ）の逆特性に対応するＢ_１マップ設計値（ｄ）を生成することができれば、Ｂ_１マップ設計値（ｄ）と磁場への影響（ｂ）とが重畳されることで、磁場への影響（ｂ）が相殺されうる。結果として、ＭＲＩ装置は、均一なＢ_１感度マップ（ｅ）を取得できる。

しかし、Ｂ_１感度マップ（ｃ）の逆特性は理論的に計算できるものの、Ｂ_１感度マップ（ｃ）の逆特性に対応するＢ_１マップ設計値（ｄ）を、実際に送信コイルから発生するＲＦパルスで実現することは難しい。よって、Ｂ_１マップ設計値の計算をなるべく簡略化するため、ＳＴＡ（Ｓｍａｌｌ Ｔｉｐ Ａｎｇｌｅ）近似といった線形近似を用いることが多い。ＳＴＡ近似を用いることで、フリップ角が小さいとき、横磁化は磁化ベクトルの大きさＭ_０を用いて線形近似できる。これにより、ブロッホ方程式を簡易化できるため、ｋ空間と実空間とをフーリエ変換対として考えることができる。但し、ＳＴＡ近似を行うことにより、Ｂ_１マップ設計値の目標値と実際のＢ_１マップ設計値とに誤差が生じうる。

次に、ＳＴＡ近似を行う場合の誤差の影響について図３の概念図を参照して説明する。
図３は、３次元のＢ_１感度マップ及びＢ_１マップ設計値を１次元方向から見た場合を表す。縦軸が正規化された振幅を示し、横軸がｘ軸方向の座標を示す。

各ｘ座標において同一の振幅を有する、均一なＢ_１分布３０１となることが望ましいが、実際にはＢ_１感度マップ３０２のように、座標ｘ_＋１及び座標ｘ_−１における振幅が中心座標ｘ_０の約２倍となるような感度ムラが生じることがある。

ここで、Ｂ_１感度マップ３０２の逆特性となるようなＢ_１マップ設計値の目標値３０３を考えると、ＳＴＡ近似の影響により、実際に設計されるＢ_１マップ設計値３０４は、中心座標ｘ_０での振幅と撮像領域における端部側の座標ｘ_＋１及び座標ｘ_−１での振幅との差がより大きくなってしまう。図３の例では、実際に設計される端部側の座標ｘ_＋１及び座標ｘ_−１におけるＢ_１マップ設計値３０４は、Ｂ_１マップ設計値の目標値３０３よりも振幅が小さくなる。

そのため、実際に設計されるＢ_１マップ設計値３０４に基づいてＲＦパルスが送信されると、実際に設計されるＢ_１マップ設計値３０４とＢ_１感度マップ３０２による感度ムラとが完全に相殺されず、図３の例では端部側の座標ｘ_＋１及び座標ｘ_−１において過度に補正されてしまう。結果として、理想とする均一なＢ_１分布３０１ではなく、感度ムラを有する不均一なＢ_１感度マップ３０５が得られることになる。

そこで、Ｂ１感度マップの不均一性を改善する本実施形態に係るＭＲＩ装置１００による撮像手順について、図４のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ４０１では、撮像条件が設定される。例えば、インタフェース１２５を介して入力された操作者の指示に基づき、処理回路１３１が、記憶装置１２９に記憶される撮像条件を読み出して撮像条件を設定すればよい。撮像条件としては、例えば、被検体の撮像部位、撮像時間及びコントラスト等が設定されればよい。

ステップＳ４０２では、位置決めスキャンが実行される。位置決めスキャンは、本撮像の位置決めのために用いられる位置決め画像を生成するために実行される撮像プロトコルによるスキャンである。具体的には、シーケンス制御回路１２１は、位置決めスキャン用の撮像プロトコルに従って、撮像対象に対して位置決め撮像を実行する。処理回路１３１の画像生成機能１３１５は、位置決め撮像によるＭＲデータに基づいて位置決め画像を生成する。

ステップＳ４０３では、位置決めスキャンにより発生した位置決め画像上に撮像領域が設定される。具体的には、例えば、インタフェース１２５を介した操作者の指示により、本撮像における撮像位置が入力される。撮像位置の入力により撮像領域が決定される。

ステップＳ４０４では、撮像領域に対してＢ_１感度マップを取得するためのプリスキャンが実行され、Ｂ_１感度マップが取得される。具体的には、シーケンス制御回路１２１は、Ｂ_１感度マップを取得するためのプリスキャン用のパルスシーケンスと撮像領域とに従って、傾斜磁場電源１０５及び各種回路を制御し、被検体Ｐに対して撮像を行う。なお、Ｂ_１感度マップの取得は、２種類のフリップ角のＲＦパルスを送信しそれぞれ収集した信号間の演算によりＢ_１感度マップを取得するなど、公知の手法により撮像すればよい。処理回路１３１は、画像生成機能１３１５により、収集されたＭＲデータに基づいて、撮像領域におけるＢ_１感度マップを生成する。Ｂ_１感度マップは、２次元座標空間（ｘｙ平面）で表現され、各ピクセルにおいて画素値を有する。
なお、同一の被検体Ｐに対して連続して撮像する等、Ｂ_１感度マップの変化が少ないと考えられる場合は、以前に１度撮像したＢ_１感度マップを用いることにより、ステップＳ４０４が省略されてもよい。

ステップＳ４０５では、処理回路１３１の基準値設定機能１３１７が、撮像領域内のＢ_１感度マップの座標値に基づき基準値を設定する。基準値の設定方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。
基準値設定機能１３１７は、撮像領域内のＢ_１感度マップの最小値を基準値とする。これにより、Ｂ_１感度マップにおける誤差が残りやすくなるが信号電力を最も大きくすることができる。または、基準値設定機能１３１７は、撮像領域内のＢ_１感度マップの平均値を基準値とする。これにより、信号電力は少し減るが誤差を減らすことができる。または、基準値設定機能１３１７は、撮像領域内のＢ_１感度マップの最大値を基準値とする。これにより、信号電力が更に減るが誤差を大きく減らすことができる。

なお、基準値設定機能１３１７は、撮像領域内のＢ_１感度マップの平均値と最大値との間の値（第１値ともいう）を基準値としてもよいし、撮像領域内のＢ_１感度マップの平均値と最大値との間の値（第１値）の平均値を基準値としてもよい。
さらには、基準値設定機能１３１７は、撮像領域内で注目度が高い領域（注目領域）の値を基準値としてもよい。これにより、注目領域での誤差を減らすことができる。

ステップＳ４０６では、処理回路１３１の誤差推定機能１３１９が、基準値とＢ_１感度マップとを用いて誤差を推定する。具体的には、誤差推定機能１３１９が、Ｂ_１感度マップの基準値に対するＢ_１感度の比と振幅の減少率との関係を示す誤差モデルに基づいて誤差を推定する。誤差の推定方法の詳細については、図５を参照して後述する。

ステップＳ４０７では、処理回路１３１のパルス計算機能１３２３が、誤差を用いてＲＦパルスの振幅及び位相を計算する。具体的には、パルス計算機能１３２３が、誤差をＢ_１感度マップに乗算し、補正されたＢ_１感度マップを生成する。パルス計算機能１３２３が、補正されたＢ_１感度マップを用いて、Ｂ_１感度マップの逆数を計算してＢ_１マップ設計値を算出する。パルス計算機能１３２３が、当該Ｂ_１マップ設計値からＲＦパルスの振幅及び位相を計算することで、最適な高周波磁場分布（Ｂ_１分布）でスキャンを実行することができる。
なお、パルス計算機能１３２３は、Ｂ_１感度マップを補正するのではなく、誤差の逆数をＢ_１マップ設計値に乗算することにより、Ｂ_１マップ設計値を補正してもよい。補正されたＢ_１マップ設計値を用いてＲＦパルスの振幅及び位相を計算することでも、補正されたＢ_１感度マップを用いてＲＦパルスの振幅及び位相を計算する場合と同様に、最適な高周波磁場分布（Ｂ_１分布）でスキャンを実行することができる。

ステップＳ４０８では、計算されたＲＦパルスの振幅及び位相により本スキャンが実行される。例えば、Ｓｐｏｋｅ技術によるデータ収集である場合は、Ｓｐｏｋｅのトラジェクトリに沿った順序でＲＦパルスが印加される送信パルスが生成されて、本スキャンであるデータ収集シーケンスに組み込まれてデータ収集が実行される。具体的には、処理回路１３１のシステム制御機能１３１１が、Ｓｐｏｋｅを用いた本スキャン用の撮像プロトコルと撮像領域とに従い、後述するＳｐｏｋｅのトラジェクトリに沿ってＲＦパルスが印加されるようにシーケンス制御回路１２１を制御することで、本スキャンが実行される。なお、Ｓｐｏｋｅに基づくＲＦパルスの印加方法の詳細については図７を参照して後述する。

または、複数の送信コイルを用いたパラレル送信（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ、ＰＴｘとも呼ぶ）によるデータ収集である場合は、各ＲＦコイルから送信される信号の振幅及び位相が決定されればよい。
なお、複数の送信コイルを用いたパラレル送信においてＳｐｏｋｅ技術を用いたデータ収集（ＰＴｘ Ｓｐｏｋｅとも呼ぶ）が行われてもよく、各ＲＦコイルにおいてＳｐｏｋｅのトラジェクトリに沿ってＲＦパルスが印加され、送信パルスが生成される。

また、本スキャンであるデータ収集シーケンスは、ＦＥ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｃｈｏ）法（または、ＧＲＥ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｅｃｈｏ）法とも呼ぶ）やＳＥ（Ｓｐｉｎ Ｅｃｈｏ）法、ＦＳＥ（Ｆａｓｔ Ｓｐｉｎ Ｅｃｈｏ）法といったＭＲＩで用いられる様々な撮像パルスシーケンスを示し、Ｓｐｏｋｅ技術で設計された送信パルスは、少なくともこのデータ収集シーケンスの一部の送信パルスとして用いられ、当該送信パルスに基づき得られたデータより画像生成がなされることになる。

ステップＳ４０９では、本スキャンであるデータ収集シーケンスで生じたＭＲ信号が、ＭＲデータとして収集され、ＭＲ画像が生成される。具体的には、処理回路１３１の画像生成機能１３１５が、収集されたＭＲデータに基づいてＭＲ画像を生成する。以上で本実施形態に係るＭＲＩ装置１００による撮像手順を終了する。

次に、ステップＳ４０６における誤差の推定方法の一例について図５を参照して説明する。
図５は、Ｂ_１感度マップの基準値に対するＢ_１感度の比と振幅の減少率との関係を示す誤差モデルであり、ここでは、Ｓｐｏｋｅ技術を用いて送信パルスを設計する場合を想定する。

縦軸が信号振幅の減少の割合を示す減少率であり、横軸がＢ_１感度マップの基準値に対するＢ_１感度の比である。

図５は、複数のＳｐｏｋｅのうち、中心Ｓｐｏｋｅの振幅の比率毎に予め決定した誤差モデルを４つ示す。誤差モデル５０１から誤差モデル５０４まで順に、中心Ｓｐｏｋｅの振幅の比率が高くなる。また、各誤差モデルでは、Ｂ_１感度の基準値に対するＢ_１感度の比が高いほど、減少率が高くなる（振幅が減少する）。

誤差推定機能１３１９は、Ｂ_１感度マップの基準値に対するＢ_１感度の比を決定した誤差モデルに当てはめることで誤差を推定すればよい。なお、４本の誤差モデル５０１〜５０４のうちのどのモデルを誤差の推定に用いるかは、感度ムラを有するＢ１感度マップにおける磁場強度の最小値と最大値との差（深さともいう）を考慮して決定されればよい。また、誤差モデル５０１はＢ_１感度の基準値に対するＢ_１感度の比の適用範囲が広いので、誤差推定機能１３１９は、誤差モデル５０１を適用すべき誤差モデルとして予め決定してもよい。さらには、誤差推定機能１３１９は、４本の誤差モデルの平均モデルを計算し、当該平均モデルを用いて誤差を推定してもよい。

なお、図５に示すような誤差モデルに限らず、誤差推定機能１３１９は、Ｂ_１感度の基準値に対するＢ_１感度の比と減少率とを対応付けたルックアップテーブルを用意し、当該ルックアップテーブルを参照して誤差を推定してもよい。また、誤差モデルとして、予め複数のシミュレーションによって得られた値に対してフィッティング関数でフィッティング処理（回帰分析）した関数を用いてもよい。このように、誤差は、１次または２次といった低次の関数で誤差をモデル化されることができる。

次に、ステップＳ４０７に示す補正処理の一例について図６を参照して説明する。
図６は、図３と同様のＢ_１感度マップ及びＢ_１マップ設計値を表す。

上述のステップＳ４０６により誤差推定機能１３１９は誤差ｒを推定し、誤差ｒをＢ_１感度マップ３０２に乗算することにより補正されたＢ_１感度マップ６０１が得られる。誤差推定機能１３１９は、補正されたＢ_１感度マップ６０１から逆特性となるＢ_１マップ設計値６０２を設計する。パルス計算機能１３２３は、設計されたＢ_１マップ設計値６０２に基づいてＲＦパルスの振幅及び位相を設計しＲＦパルスを送信する。これによって、過度な補正がなされず、理想とする均一なＢ_１分布３０１に近いＢ_１分布６０３を得ることができる。

なお、パルス計算機能１３２３は、補正前のＢ_１感度マップ３０２の逆特性としてＢ_１マップ設計値の目標値３０３を計算し、誤差ｒの逆数、すなわちｒ^−１をＢ_１マップ設計値の目標値３０３に乗算してＢ_１マップ設計値６０２を計算しても、同様の効果を得ることができる。

次に、Ｓｐｏｋｅ技術を用いる場合のＲＦパルスの印加方法の一例について図７を参照して説明する。
Ｓｐｏｋｅ技術は、ｋ空間上に分散配置されたスライス選択パルスによって生成可能なＢ_１分布により、Ｂ_１分布の不均一性を抑制する技術である。

図７は、ｋ空間上のＳｐｏｋｅのトラジェクトリを示す。Ｓｐｏｋｅ技術では、ｋ空間上にｋ_ｚ軸に平行なインパルス（デルタ関数）の線（ｋ_ｘ−k_ｙ平面で見れば点）があり、この線をＳｐｏｋｅとも呼ぶ。図７の例では、５本のＳｐｏｋｅ７０１があり、「開始」の位置から「終了」の位置まで、トラジェクトリ７０２に沿って各Ｓｐｏｋｅ７０１が結ばれる（選択される）。トラジェクトリ７０２は、ｋ_ｘ軸、ｋ_ｙ軸及びｋ_ｚ軸により表現されるｋ空間上のＳｐｏｋｅ７０１の位置、及びＳｐｏｋｅ７０１に対応するＲＦパルスの印加順序を示す軌跡である。

各Ｓｐｏｋｅ７０１には、各Ｓｐｏｋｅ７０１のｋ空間上の位置に対応するＲＦパルスのパラメータ（振幅及び位相）が対応付けられる。なお、「終了」の位置となる原点におけるＳｐｏｋｅ７０１は中心Ｓｐｏｋｅと呼ばれ、ＲＦパルスにおける中心Ｓｐｏｋｅの振幅が占める割合がＳｐｏｋｅ技術で送信パルスを設計する際の誤差モデルの決定に用いられる。

各Ｓｐｏｋｅ７０１に対応する振幅及び位相を有するＲＦパルスは、サブパルスとして印加される。すなわち、複数個のサブパルス全体として１つの励起パルスとなるようにＲＦパルスが設計される。なお、Ｓｐｏｋｅ技術を単にＳｐｏｋｅと呼ぶこともある。

なお、図７の例では、５本のＳｐｏｋｅを用いる例を示すが、これに限らず、オフセットに用いるｋ空間上の原点のＳｐｏｋｅを含む、３本以上のＳｐｏｋｅ７０１であってもよい。また、Ｓｐｏｋｅ７０１の本数が多ければ、その分印加すべきサブパルスの数が増加し、励起パルスとなるまでに時間がかかるため、撮像時間を考慮して適宜Ｓｐｏｋｅ７０１の本数が設定されればよい。

以上に示した本実施形態によれば、Ｂ_１感度マップの基準値とＢ_１感度との比に基づいて誤差を推定し、誤差を用いてＲＦパルスの振幅及び位相を決定することで、線形近似による誤差の影響を低減し、ＲＦパルスにより生成されるＢ_１マップ設計値の目標値を、Ｂ_１感度マップの逆特性に高精度に近づけることができる。結果として、Ｂ_１感度マップの不均一性を簡易かつ高精度に改善することができる。

上述した実施形態の中で説明した処理回路１３１の各機能は、ソフトウェアであるプログラムに基づいて実行されることが可能である。処理回路１３１の各機能は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フレキシブルディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ±Ｒ、ＤＶＤ±ＲＷ等）、半導体メモリ、又はこれに類する記録媒体に記録される。コンピュータ又は組み込みシステムが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であってもよい。このとき、コンピュータは、この記録媒体からプログラムを読み込み、このプログラムに基づいてプログラムに記述されている指示をＣＰＵで実行させれば、上述した処理回路１３１の各機能を実現することができる。また、記憶媒体は、コンピュータあるいは組み込みシステムと独立した媒体に限らず、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やインターネット等により伝達されたプログラムをダウンロードして記憶又は一時記憶した記憶媒体も含まれる。また、記憶媒体は１つに限られず、複数の媒体から、処理回路１３１の各機能が実行される場合も、実施形態における記憶媒体に含まれ、媒体の構成は何れの構成であってもよい。

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。

１００・・・磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置、１０１・・・静磁場磁石、１０３・・・傾斜磁場コイル、１０５・・・傾斜磁場電源、１０７・・・寝台、１０９・・・寝台制御回路、１１１・・・ボア、１１３・・・送信コイル、１１５・・・送信回路、１１７・・・受信コイル、１１９・・・受信回路、１２１・・・シーケンス制御回路、１２３・・・バス、１２５・・・インタフェース、１２７・・・ディスプレイ、１２９・・・記憶装置、１３１・・・処理回路、３０１，６０３・・・Ｂ_１分布、３０２，３０５，６０１・・・Ｂ_１感度マップ、３０３・・・Ｂ_１マップ設計値の目標値、３０４，６０２・・・Ｂ_１マップ設計値、５０１，５０２，５０３，５０４・・・誤差モデル、７０１・・・Ｓｐｏｋｅ、７０２・・・トラジェクトリ、１０７１・・・天板、１３１１・・・システム制御機能、１３１３・・・データ配列機能、１３１５・・・画像生成機能、１３１７・・・基準値設定機能、１３１９・・・誤差推定機能、１３２１・・・補正機能、１３２３・・・パルス計算機能。

Claims (11)

1. 被検体を含む撮像領域内のＢ_１感度マップを取得する取得部と、
   前記Ｂ_１感度マップにおいて基準値を設定する設定部と、
   前記基準値と前記Ｂ_１感度マップとを用いて、当該Ｂ_１感度マップに基づき設計されるＢ_１マップ設計値に生じる誤差を推定する推定部と、
   前記誤差に基づきＲＦパルスの振幅及び位相を計算する計算部と、を具備する磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記推定部は、前記Ｂ_１マップ設計値として前記Ｂ_１感度マップの逆特性を算出する請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記誤差を用いて前記Ｂ_１感度マップを補正する補正部をさらに具備し、
   前記計算部は、補正された前記Ｂ_１感度マップを用いて前記ＲＦパルスの振幅及び位相を計算する請求項１または請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記誤差を用いて前記Ｂ_１マップ設計値を補正する補正部をさらに具備し、
   前記計算部は、補正された前記Ｂ_１マップ設計値を用いて前記ＲＦパルスの振幅及び位相を計算する請求項１または請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記補正部は、前記Ｂ_１感度マップ及び前記Ｂ_１マップ設計値のどちらか一方に前記誤差を乗算することにより補正を行う請求項３または請求項４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記誤差は、線形近似による誤差である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記基準値は、前記Ｂ_１感度マップの最小値、最大値、平均値、当該平均値と最大値との間の第１値、及び当該第１値の平均値のいずれか１つである請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
8. 前記推定部は、前記基準値と前記Ｂ_１感度マップとの比に対応する信号振幅の減少率を前記誤差として推定する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
9. 前記推定部は、信号振幅の減少率に関する関数である誤差モデルを用いて前記誤差を推定する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
10. 前記誤差モデルは、予め複数のシミュレーションによって得られた値に対してフィッティング処理したフィッティング関数である請求項９に記載の磁気共鳴イメージング装置。
11. 被検体を含む撮像領域内のＢ_１感度マップを取得し、
    前記Ｂ_１感度マップにおいて基準値を設定し、
    前記基準値と前記Ｂ_１感度マップとを用いて、当該Ｂ_１感度マップに基づき設計されるＢ_１マップ設計値に生じる誤差を推定し、
    前記誤差に基づきＲＦパルスの振幅及び位相を計算する、パルス設計方法。