JP4699744B2 - Ｍｒｉ装置およびｍｒｉ装置の画質改善方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置に関するものであり、より詳細には、ＭＲＩ装置における画質改善方法に関するものである。

ＭＲＩ装置では、位置情報を付加するために勾配磁場を利用するのが一般的な手法である。この勾配磁場は、理論に基づいて正確に決定され、印加されるべきものである。しかしながら、勾配磁場を印加するグラディエント・コイルの周辺には導体が存在しており、この導体によって、所望の勾配磁場を打ち消すような渦電流が発生する。この渦電流の影響で、実際の勾配磁場波形は、理想波形に比べて立ち上がり、あるいは立ち下がり波形に鈍りが発生する。このため、実際に、病院などの施設に設置されているＭＲＩ装置では、理論的に導き出される勾配磁場に所定の補正をかけた勾配磁場を印加し、渦電流の影響を低減させている。

従来、この種の補正は、渦電流の影響により生ずる勾配磁場波形の鈍りを見込んで、予め波形を強調することで行われていた。

なお、下記特許文献１には、ＭＲＩ装置において、勾配磁場パルスの印加によって誘起される渦電流磁場や残留磁場の不整磁場が持つ勾配磁場パルスへの波形依存性、時間・空間依存性、および、永久磁石装置における勾配磁場パルスの履歴依存性に対応して不整磁場を補正をすることにより、不整磁場が原因で発生する再構成画像上の歪み、信号強度の低下、ゴーストおよび他の画質劣化を防止する技術が開示されている。

特開２００４−２６１５９１号公報

上述のように、現在、医療施設などに設置されている製品では、渦電流の影響を減らし、理想の勾配磁場を出力するような補正が行われている。また、上記特許文献１に示されるＭＲＩ装置では、Ｘ，Ｙ，Ｚの方向ごとの較正データを空間成分ごとに用意しておき、方向ごとに各空間成分の補正電流を算出し、この算出された補正電流をシムコイルと呼ばれる不整磁場補正コイルに流すような制御を行うようにしている。

しかしながら、渦電流の影響を完全に補正することはできず、また、ハードウェア上の伝送遅延とも相まって、理想に近い勾配磁場波形を得ることができないので、出力勾配磁場には少なからぬ遅延が存在していた。このとき、この遅延を無視してエコーデータの取得を行うと、ＲＦ磁場に対して勾配磁場がずれたり、エコーピークがデータ取得の中心からずれたりすることで、画質が劣化するといった問題点があり、従来から、出力される勾配磁場が有する、期待される時刻からの遅延に相当するグループ・ディレイを測定・算出し、ＭＲＩ装置に反映させることで、画質劣化を改善していた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、エコーピークとデータ取得中心とのずれに起因する画質の劣化を改善することができるＭＲＩ装置および、その画質改善方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかるＭＲＩ装置によれば、所定のパルスシーケンスにより収集されたエコー信号に基づいて所定のＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）画像を生成処理するＭＲＩ装置において、理想の勾配磁場波形と所定の位置に配置された磁場測定用供試体からのエコー信号を用いて算出された勾配磁場の観測波形とに基づいて、出力される勾配磁場が有する期待される時刻からの遅延に相当するグループ・ディレイを算出するグループ・ディレイ算出手段を備えたことを特徴とする。

つぎの発明にかかるＭＲＩ装置によれば、上記の発明において、前記グループ・ディレイは、理想の勾配磁場波形の重心時刻と実際に測定された勾配磁場の観測波形の重心時刻とに基づいて算出されることを特徴とする。

つぎの発明にかかるＭＲＩ装置によれば、上記の発明において、前記グループ・ディレイは、理想の勾配磁場波形の重心時刻と実際に測定された勾配磁場の観測波形の重心時刻とに基づいて算出されることを特徴とする。

つぎの発明にかかるＭＲＩ装置によれば、上記の発明において、算出されたグループ・ディレイに基づいて、ＲＦ磁場および／または勾配磁場を印加するタイミングが制御されることを特徴とする。

つぎの発明にかかるＭＲＩ装置によれば、上記の発明において、算出されたグループ・ディレイに基づいて、観測データのエコーピークとデータ取得中心とが略一致するようにエコー信号を取得するタイミングが制御されることを特徴とする。

つぎの発明にかかるＭＲＩ装置の画質改善方法によれば、所定のパルスシーケンスにより収集されたエコー信号に基づいて所定のＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）画像を生成処理するＭＲＩ装置に適用され、該ＭＲ画像の画質を改善するＭＲＩ装置の画質改善方法において、理想の勾配磁場波形と所定の位置に配置された磁場測定用供試体からのエコー信号を用いて算出された勾配磁場の観測波形とに基づいて、出力される勾配磁場が有する期待される時刻からの遅延に相当するグループ・ディレイを算出するグループ・ディレイ算出ステップを含むことを特徴とする。

つぎの発明にかかるＭＲＩ装置の画質改善方法によれば、上記の発明において、前記グループ・ディレイが、理想の勾配磁場波形の重心時刻と実際に測定された勾配磁場の観測波形の重心時刻とに基づいて算出されることを特徴とする。

つぎの発明にかかるＭＲＩ装置の画質改善方法によれば、上記の発明において、前記グループ・ディレイが、理想の勾配磁場波形の重心時刻と実際に測定された勾配磁場の観測波形の重心時刻とに基づいて算出されることを特徴とする。

本発明にかかるＭＲＩ装置によれば、理想の勾配磁場波形と所定の位置に配置された磁場測定用供試体からのエコー信号を用いて算出されたグループ・ディレイをＭＲＩ装置に反映するようにしているので、ＲＦ磁場と勾配磁場を印加するタイミングや、エコーピークとデータ取得中心とを略一致させることができ、表示画質の劣化を防止することができるという効果を奏する。

以下に、本発明のＭＲＩ装置およびＭＲＩ装置の画質改善方法にかかる実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明にかかるＭＲＩ装置の構成を示すブロック図である。同図に示す各構成部は、ＭＲＩ装置の一般的構成を示すものであるが、本発明に特に関係の深い構成部は、計算機２に具備されるグループ・ディレイ算出部１５である。なお、マグネットアッセンブリ５に具備されるファントム２１およびコイル２２は、後述するグループ・ディレイを算出するための測定用ツールである。したがって、測定用ツールであるファントム２１およびコイル２２は、マグネットアッセンブリ５に常時備えておく必要はなく、測定の際に準備されるものであってもよい。また、コイル２２は、受信機能に加えて、ＲＦ送信の機能を有していてもよい。

つぎに、図１を用いて、本発明にかかるＭＲＩ装置１の動作について説明する。同図において、計算機２は、操作卓１３からの指示に基づき、全体の作動を制御する。シーケンスコントローラ３は、記憶しているシーケンスに基づいて、勾配磁場駆動回路４を作動させ、マグネットアッセンブリ５の勾配磁場コイルで、勾配磁場を発生させる。また、シーケンスコントローラ３は、ゲート変調回路７を制御する。この制御によって、ＲＦ発振回路６で発生したＲＦパルスが所定の波形に変調され、ＲＦ電力増幅器８を介してマグネットアッセンブリ５の送信コイル（図示省略）、もしくはコイル２２に印加される。

送信コイルから出力されたＲＦパルス信号は、マグネットアッセンブリ５に接続されたファントム２１に照射される。また、ファントム２１に照射されて再放射されるエネルギー（ＦＩＤ信号）は、コイル２２によって受信される。コイル２２で得られたＦＩＤ信号は、前置増幅器９を介して位相検波器１０に入力され、さらにＡＤ変換器１１を介して計算機２に入力される。計算機２に具備されるグループ・ディレイ算出部１５は、ＡＤ変換器１１から出力されたＦＩＤ信号のデータに基づき、出力される勾配磁場が有する、期待される時刻からの遅延に相当するグループ・ディレイを算出する。このとき算出されたグループ・ディレイは、計算機２内に記憶されるとともに、例えば、表示装置１２に表示される。また、算出されたグループ・ディレイは、例えば、操作卓１３の制御によりＭＲＩ装置１に反映される。なお、以上の動作は、ＭＲＩ装置の運用前に行われる補正処理であり、現地における実際の運用（計測処理）は、当該グループ・ディレイが反映されたパルスシーケンスに基づいて行われる。

図２は、ＭＲＩ装置のグループ・ディレイを算出するための測定系の一例を示す図である。同図に示す例では、磁場中心からＺ軸の正方向および負方向の略等距離の各位置に、ファントム２１ａ，２１ｂと、これらのファントム２１ａ，２１ｂをそれぞれ取り囲むように備えられたコイル２２ａ，２２ｂとのそれぞれからなる磁場測定用供試体２３ａ，２３ｂが設置されている。

なお、図２において、磁場測定用供試体をＺ軸の正方向および負方向の略等距離の位置に設置しているが、必ずしも、これらの位置に限定されるものではない。なお、同図に示す例では、磁場測定用供試体をＺ軸に設置する例について説明したが、Ｘ軸あるいはＹ軸方向のグループ・ディレイを算出する場合には、図２と同様に、各磁場測定用供試体をＸ軸あるいはＹ軸方向の同様な位置にそれぞれ設置すればよい。

図３−１は、例えば、ある位置に配置された磁場測定用供試体に印加された勾配磁場の大きさ（以下「勾配磁場」と呼称）の理想波形を示す図である。この図に示されるような台形波形は、励起領域選択のためにスライス軸に印加される勾配磁場や、周波数エンコードのために読み出し軸に印加される勾配磁場に、一般的に用いられている。

一方、図３−２は、図３−１に示した理想の勾配磁場波形上と勾配磁場として現実に観測される観測波形とを示した図である。同図において、波線部は図３−１に示した理想波形であり、実線部は渦電流などの影響によって鈍った波形として観測された観測波形である。なお、この実施の形態では、図３−２に示すように、理想波形の面積中心、すなわち重心であるポイントＰ１と観測波形の重心であるポイントＰ２との間の遅延時間をグループ・ディレイとして定義する。

図３−３は、勾配磁場として観測された観測波形の重心の算出概念を示す図である。同図において、Ｇ［ｎ］、Ｇ［ｎ＋１］は、それぞれ時刻Ｔ［ｎ］、Ｔ［ｎ＋１］のときに、コイル２２ａ，２２ｂの各観測出力に基づいて算出される勾配磁場の出力値を示している。詳細な処理手順については後述するが、同図の斜線部で示される部分（台形形状）の面積を時間軸方向に加算し、加算された面積の平均値に基づいて観測波形の重心（Ｐ２）を算出することができる。

つぎに、図２および図４を用いて、任意の時刻における勾配磁場を算出するための算出原理について説明する。なお、図４は、本発明にかかるパルスシーケンスと算出原理とを示す図である。まず、勾配磁場コイルにより同図（Ａ）に示すような入力グラディエント（勾配磁場）が印加されるとともに、マグネットアッセンブリ５の送信コイル（図示省略）もしくはコイル２２から同図（Ｂ）に示すような所定のＲＦパルス信号が、磁場測定用供試体２３ａ，２３ｂに照射され、コイル２２ａ，２２ｂでは同図（Ｃ）に示すようなＦＩＤ信号が受信される。計算機２は、このＦＩＤ信号に基づいて勾配磁場の波形を算出する。

いま、磁場測定用供試体２３ａ，２３ｂの各設置位置をｚ１，ｚ２とし、時刻Ｔ［ｎ］（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ（Ｎは測定ポイント数））において、ｚ１，ｚ２の位置における位相変化量Δφ(ｚ１,Ｔ[ｎ])，Δφ(ｚ２,Ｔ[ｎ])をコイル２２ａ，２２ｂの各出力に基づいて算出する。なお、これらの位相変化量Δφ(ｚ１,Ｔ[ｎ])，Δφ(ｚ２,Ｔ[ｎ])は、スピンが感じる磁場によって生ずる位相変化量であることから、次式の関係が成立する。

ΔＢ(ｚ１，Ｔ[ｎ])＝１／(２πγ)＊Δφ(ｚ１,Ｔ[ｎ])／Δｔ
＝Ｇ[ｎ]＊ｚ１＋ΔＢ₀(Ｔ[ｎ]) ・・・（１）
ΔＢ(ｚ２，Ｔ[ｎ])＝１／(２πγ)＊Δφ(ｚ２,Ｔ[ｎ])／Δｔ
＝Ｇ[ｎ]＊ｚ２＋ΔＢ₀(Ｔ[ｎ]) ・・・（２）
上式において、γは磁気回転比、ΔＢ(ｚ,Ｔ[ｎ])は磁場の変化量、ΔＢ₀(Ｔ[ｎ])は定数項であり、Ｇ[ｎ]は算出対象である勾配磁場である。

したがって、勾配磁場Ｇ[ｎ]は、式（１）、式（２）に基づいて、次式のように算出することができる。
Ｇ[ｎ]＝[ΔＢ(ｚ１,Ｔ[ｎ])−ΔＢ(ｚ２,Ｔ[ｎ])]／(ｚ１−ｚ２)・・・（３）

なお、実際の測定においては、１度のＲＦパルスの印加によって勾配磁場波形の全体を算出することができない場合もある。そのような場合には、図４に示すように、ＲＦパルスの印加時刻を変化させつつ、同じ勾配磁場波形を何度か出力し、その結果を重ね合わせて勾配磁場波形全体を算出するようにすればよい。

なお、図２において、磁場測定用供試体２３ａおよび磁場測定用供試体２３ｂの配置位置は任意である。また、各磁場測定用供試体は、ファントムの大きさや特性によって、適宜好適な位置に配置すればよい。

また、磁場測定用供試体２３ａおよび磁場測定用供試体２３ｂの配置位置の座標は、予め既知であってもよいし、未知であってもよい。なお、配置位置の座標が未知の場合であっても、コイル２２ａ，２２ｂの各出力に基づいて磁場測定用供試体２３ａおよび磁場測定用供試体２３ｂの配置位置を算出することができる。また、印加されるＲＦパルスとしては、矩形パルス、Ｓｉｎｃ波形パルスなどの任意形状のパルスを用いることができる。

つぎに、グループ・ディレイを算出する２つの処理手順について図１および図５を用いて説明する。なお、図５は、グループ・ディレイを算出する第１の処理手順を示すフローチャートである。

図５に示すフローにおいて、以下の処理が計算機２のグループ・ディレイ算出部１５において実行される。時刻Ｔ[ｎ］における勾配磁場Ｇ［ｎ］が上記の式（３）に基づいて算出され（ステップＳ１０１）、算出されたＧ［ｎ］の集合体である観測波形上の面積Ｓ［Ｎ］を次式に基づいて算出される（ステップＳ１０２）。

また、Ｓ［ｋ−１］＜Ｓ［Ｎ］／２＜Ｓ［ｋ］を満たす“ｋ”が算出され（ステップＳ１０３）、このとき算出された“ｋ”に基づいて、面積の和が１／２（すなわちＳ［Ｎ］／２）となる時刻Ｔ_mが次式に基づいて算出される（ステップＳ１０４）。

ａ＝Ｓ［ｋ］−Ｓ［Ｎ］／２
ｂ＝Ｓ［Ｎ］／２−Ｓ［ｋ−１］
Ｔ_m＝（Ｔ［ｋ−１］＊ａ＋Ｔ［ｋ］＊ｂ）／（ａ＋ｂ） ・・・（５）

さらに、ステップＳ１０４において算出されたＴ_mと理想波形における重心（Ｔ_ideal）との差分であるグループ・ディレイ（Ｔ_d）が次式に基づいて算出される（ステップＳ１０５）。

Ｔ_d＝Ｔ_m−Ｔ_ideal ・・・（６）

上記のステップＳ１０１〜Ｓ１０５の各処理によって得られたグループ・ディレイは、例えば計算機２内の所定の領域に記憶され、例えば操作卓１３の制御によりＭＲＩ装置１に反映される。

つぎに、第２の処理手順について説明する。図６は、グループ・ディレイを算出する第２の処理手順を示すフローチャートである。

図６に示すフローにおいて、以下の処理が計算機２のグループ・ディレイ算出部１５において実行される。第１の処理手順と同様に、時刻Ｔ[ｎ］における勾配磁場Ｇ［ｎ］が上記の式（３）に基づいて算出され（ステップＳ２０１）、算出されたＧ［ｎ］の０次モーメント（ΣＧ［ｎ］）と１次モーメント（ΣＧ［ｎ］＊Ｔ［ｎ］）とから次式に基づいて重心時刻Ｔ_gが算出される（ステップＳ２０２）。

また、ステップＳ２０２において算出されたＴ_gと理想波形における重心（Ｔ_ideal）との差分であるグループ・ディレイ（Ｔ_d）が次式に基づいて算出される（ステップＳ２０３）。

Ｔ_d＝Ｔ_g−Ｔ_ideal ・・・（８）

上記ステップＳ２０１〜Ｓ２０３の各処理によって得られたグループ・ディレイは、例えば計算機２内の所定の領域に記憶され、例えば操作卓１３の制御によりＭＲＩ装置１に反映される。

以上説明したように、この実施の形態のＭＲＩ装置によれば、上記２つの処理手順に基づいてグループ・ディレイを算出するとともに、算出されたグループ・ディレイをＭＲＩ装置に反映するようにしているので、ＲＦ磁場や、勾配磁場を印加するタイミングなどが制御され、あるいはエコー信号取得の際に、観測データのエコーピークとデータ取得中心とを略一致させるようにタイミングを制御することができ、表示画質の劣化を防止することができる。

本発明にかかるＭＲＩ装置の構成を示すブロック図である。 ＭＲＩ装置のグループ・ディレイを算出するための測定系の一例を示す図である。 ある位置に配置された磁場測定用供試体に印加された理想の勾配磁場波形を示す図である。 図３−１に示した理想の勾配磁場波形と勾配磁場として現実に観測される観測波形とを示した図である。 勾配磁場として観測された観測波形の重心の算出概念を示す図である。 本発明にかかるパルスシーケンスと算出原理とを示す図である。 グループ・ディレイを算出する第１の処理手順を示すフローチャートである。 グループ・ディレイを算出する第２の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ＭＲＩ装置
２ 計算機
３ シーケンスコントローラ
４ 勾配磁場駆動回路
５ マグネットアッセンブリ
６ ＲＦ発振回路
７ ゲート変調回路
８ ＲＦ電力増幅器
９ 前置増幅器
１０ 位相検波器
１１ ＡＤ変換器
１２ 表示装置
１３ 操作卓
１５ グループ・ディレイ算出部
２１，２１ａ，２１ｂ ファントム
２２，２２ａ，２２ｂ コイル
２３，２３ａ，２３ｂ 磁場測定用供試体

Claims (4)

1. 所定のパルスシーケンスにより収集されたエコー信号に基づいて所定のＭＲ画像を生成処理するＭＲＩ装置において、
   理想の勾配磁場波形と所定の位置に配置された磁場測定用供試体からのエコー信号を用いて算出された勾配磁場の観測波形とに基づいて、出力される勾配磁場が有する期待される時刻からの遅延に相当するグループ・ディレイを算出するグループ・ディレイ算出手段を備え、
   前記グループ・ディレイは、理想の勾配磁場波形の重心時刻と実際に測定された勾配磁場の観測波形の重心時刻とに基づいて算出されることを特徴とするＭＲＩ装置。
2. 算出されたグループ・ディレイに基づいて、ＲＦ磁場および／または勾配磁場を印加するタイミングが制御されることを特徴とする請求項１に記載のＭＲＩ装置。
3. 算出されたグループ・ディレイに基づいて、観測データのエコーピークとデータ取得中心とが略一致するようにエコー信号を取得するタイミングが制御されることを特徴とする請求項１に記載のＭＲＩ装置。
4. 所定のパルスシーケンスにより収集されたエコー信号に基づいて所定のＭＲ画像を生成処理するＭＲＩ装置に適用され、該ＭＲ画像の画質を改善するＭＲＩ装置の画質改善方法において、
   理想の勾配磁場波形と所定の位置に配置された磁場測定用供試体からのエコー信号を用いて算出された勾配磁場の観測波形とに基づいて、出力される勾配磁場が有する期待される時刻からの遅延に相当するグループ・ディレイを算出するグループ・ディレイ算出ステップを含み、
   前記グループ・ディレイは、理想の勾配磁場波形の重心時刻と実際に測定された勾配磁場の観測波形の重心時刻とに基づいて算出されることを特徴とするＭＲＩ装置の画質改善方法。

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