JP4723814B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、核磁気共鳴信号を利用して被検体の画像を撮像する磁気共鳴イメージング装置に係り、特に受信用コイルの感度分布に起因する画像データの輝度の不均一性を補正する磁気共鳴イメージング装置に関する。

従来、医療現場におけるモニタリング装置として、図１２に示すような磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置１が利用される（例えば特許文献１参照）。

磁気共鳴イメージング装置１は、静磁場を形成する筒状の静磁場用磁石２内部にセットされた被検体Ｐの撮像領域に傾斜磁場コイルユニット３の各傾斜磁場コイル３ｘ、３ｙ、３ｚでＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の傾斜磁場を形成するとともにＲＦ（Radio Frequency）コイル４からラーモア周波数の高周波（ＲＦ）信号を送信することにより被検体Ｐ内の原子核スピンを磁気的に共鳴させ、励起により生じた核磁気共鳴（ＮＭＲ：Nuclear Magnetic Resonance）信号を利用して被検体Ｐの画像を再構成する装置である。

すなわち、予め静磁場電源５により静磁場用磁石２内部に静磁場が形成される。さらに、入力装置６からの指令によりシーケンスコントローラ制御手段７ａは、信号の制御情報であるシーケンスをシーケンスコントローラ８に与え、シーケンスコントローラ８はシーケンスに従って各傾斜磁場コイル３ｘ、３ｙ、３ｚに接続された傾斜磁場電源９およびＲＦコイル４に高周波信号を与える送信器１０を制御する。このため、撮像領域に傾斜磁場が形成され、被検体Ｐには高周波信号が送信される。

この際、傾斜磁場コイル３ｘ、３ｙ、３ｚにより形成されたＸ軸傾斜磁場、Ｙ軸傾斜磁場，Ｚ軸傾斜磁場は主として、位相エンコード（PE：phase encoding）用傾斜磁場、読出し（RO:readout）用傾斜磁場、スライスエンコード（SE:slice encoding）用傾斜磁場としてそれぞれ使用される。このため、原子核の位置情報であるＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標はそれぞれ原子核スピンの位相、周波数、スライスの位置に変換され、位相エンコード量を変えながらシーケンスが繰返し実行される。

そして、被検体Ｐ内の原子核スピンの励起に伴って発生したＮＭＲ信号は、ＲＦコイル４で受信されるとともに受信器１１に与えられてデジタル化された生データ（raw data）に変換される。さらに、生データは、シーケンスコントローラ８を介してシーケンスコントローラ制御手段７ａに取り込まれ、シーケンスコントローラ制御手段７ａは生データデータベース７ｂに形成されたＫ空間（フーリエ空間）に生データを配置する。そして、画像再構成手段７ｃが、Ｋ空間に配置された生データに対してフーリエ変換を実行することにより、被検体Ｐの再構成画像データが得られ、画像データデータベース７ｄに保存される。さらに、画像表示手段７ｅにより画像データが適宜表示装置７ｆに与えられて表示される。

このような磁気共鳴イメージング装置１では、撮影高速化のためにＲＦコイル４が送信用の全身用（ＷＢ：whole-body）コイルと受信用のフェーズドアレイコイル（ＰＡＣ：phased-array coil）とから構成される（例えば非特許文献１参照）。フェーズドアレイコイルは、複数の表面コイルを備えるため、各表面コイルで同時にＮＭＲ信号を受信してより多くの生データを短時間で収集することにより、撮像時間を短縮することができる。

ここで、磁気共鳴イメージング装置１による画像診断では、最終的に得られる画像データに輝度ムラが生じないことが望まれる。しかし、ＲＦコイル４を複数の表面コイルを備えたフェーズドアレイコイルで構成すると、ＲＦコイル４を構成する各表面コイルの感度の不均一性により、ＮＭＲ信号の信号強度とともに単に生データのフーリエ変換による再構成処理で得られた画像データの信号強度にも不均一性が生じるため、画像データには輝度ムラが発生する。

そこで、従来、被検体Ｐの画像を生成するための本スキャンに先立って感度プレスキャンが実行される。そして感度プレスキャンによりフェーズドアレイコイルとＷＢコイルとから画像データを取得し、図１３に示すフローチャートの手順により各画像データの信号強度Ｓ_ＰＡＣ、Ｓ_ＷＢの除算値である信号強度比（Ｓ_ＰＡＣ／Ｓ_ＷＢ）に基づいてフェーズドアレイコイルの感度分布が３次元感度マップデータとして推定され、得られた３次元感度マップデータにより画像データの輝度が補正される。

まず、感度プレスキャン実行手段７ｇにより感度推定用シーケンスがシーケンスコントローラ制御手段７ａに与えられて感度プレスキャンが実行される。そして、ＷＢコイルにより得られたＷＢ再構成画像およびフェーズドアレイコイルにより得られたＰＡＣ再構成画像がそれぞれＷＢ再構成画像データベース７ｈおよびＰＡＣ再構成画像データベース７ｉに保存される。

さらに、ＷＢ再構成画像およびＰＡＣ再構成画像に基づいて感度分布推定手段７ｊにより、フェーズドアレイコイルの感度分布の推定値が求められる。

すなわちステップＳ１において、閾値処理手段７ｋによりＷＢ再構成画像およびＰＡＣ再構成画像に対して閾値処理が実行される。すなわち、ＷＢ再構成画像およびＰＡＣ再構成画像の信号強度が閾値以下となる領域がマスクされ、ＷＢ絶対値画像データおよびＰＡＣ絶対値画像データが生成される。

次にステップＳ２において、除算処理手段７ｌがＰＡＣ絶対値画像データの信号強度をＷＢ絶対値画像データの信号強度で除算し、得られた信号強度比をフェーズドアレイコイルの感度分布の推定値として求める。

次にステップＳ３において、ＰＡＣ絶対値画像データとＷＢ絶対値画像データの信号強度比の正規化処理が正規化手段７ｍにより実施される。

次にステップＳ４において、閾値処理により生じたデータ欠落部分である被検体内外の無信号領域における感度分布を推定するために、リジョングローイング処理が補間手段７ｎにより実施されて、無信号領域における感度分布が補間される。

次にステップＳ５において、フィッティング処理やスムージング処理等の種々の処理がスムージング処理手段７ｏにより実施され３次元領域全体におけるボリュームデータとして感度マップが作成されて感度マップデータベース７ｐに保存される。

さらに、本スキャン実行手段７ｑにより画像取得用シーケンスがシーケンスコントローラ制御手段７ａに与えられて、本スキャンが実行される。そして、画像再構成手段７ｃの画像再構成処理により画像データが得られて画像データデータベース７ｄに保存される。さらに、画像データ補正手段７ｒが感度マップデータベース７ｐに保存された感度マップを用いて画像データデータベース７ｄに保存された画像データの輝度を補正し、輝度補正後の画像データが画像表示手段７ｅにより表示装置７ｆに与えられて表示される。
特許第３１３５５９２号 Ｒｏｅｍｅｒ ＰＢ， ｅｔ ａｌ． Ｔｈｅ ＮＭＲ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ， ＭＲＭ １６， １９２−２２５ （１９９０）

一般に、感度プレスキャンや本スキャンにより得られる画像データには、無信号領域が含まれる。これは、撮影領域である被検体に肺等の部位が存在し、ＮＭＲ信号が生成されない無信号領域が存在するためである。ここで、一般に被検体内における無信号領域と信号領域との境界近傍における信号領域では、信号強度が小さくなるという現象が生じる。このため、フェーズドアレイコイルの感度分布の推定値に影響が生じる。

しかし、従来の磁気共鳴イメージング装置１において、フェーズドアレイコイルの感度マップを作成する際の無信号領域の補間方法は、被験体内外に関係なく無信号領域に対してリジョングローイング処理を実施するのみである。

さらに、フェーズドアレイコイルを用いた感度プレスキャンとＷＢコイルを用いた感度プレスキャンとは個別に実施されるため、フェーズドアレイコイルを用いて取得した画像データにおける被検体Ｐの形状とＷＢコイルを用いて取得した画像データにおける被検体Ｐの形状との間にずれが生じる恐れがある。

また、フェーズドアレイコイルの各表面コイルの感度分布のみならず、配置特性に起因しても装置座標系のＺ軸方向に関して信号強度に不均一性が生じる。

しかし、従来の磁気共鳴イメージング装置１では、感度プレスキャンにおける画像データの位置ずれや表面コイルの配置特性に起因する信号強度の不均一性を考慮することなく、単にＷＢ再構成画像データおよびＰＡＣ再構成画像データの各信号強度に対して閾値処理をすることによりそれぞれ得られたＰＡＣ絶対値画像データとＷＢ絶対値画像データの信号強度比に基づいてフェーズドアレイコイルの感度分布が推定されて感度マップが生成される。

この結果、従来の磁気共鳴イメージング装置１では、感度プレスキャンにより推定したるフェーズドアレイコイルの感度分布の精度が十分に得られずに、本スキャンで得られた再構成画像の輝度を十分な精度で補正することができないという問題が生じている。

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、感度プレスキャンの実施により得られた画像データに基づいて、より精度よくＲＦコイルの感度分布を推定し、得られたＲＦコイルの感度分布に基づいて本スキャンの実施により得られた画像データの輝度をより良好に補正す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、フェーズドアレイコイルによる感度マップデータを生成するためのスキャンを実行する手段と、前記スキャンにより得られた画像データの無信号領域近傍の信号領域に対してリジョンリダクションを行う手段と、リジョンリダクション後の信号領域の画像データを用いて前記無信号領域および前記無信号領域近傍を含む感度マップデータを生成する手段とを備えたことを特徴とするものである。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置においては、感度プレスキャンの実施により得られた画像データに基づいて、より精度よくＲＦコイルの感度分布を推定し、得られたＲＦコイルの感度分布に基づいて本スキャンの実施により得られた画像データの輝度をより良好に補正することができる。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

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機能ブロック図である。

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、傾斜磁場コイルユニット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。また、コンピュータ３２は、図示しない演算装置および記憶装置を備え、入力装置３３および表示装置３４が設けられる。

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。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。

傾斜磁場コイルユニット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。傾斜磁場コイルユニット２３の内側には寝台３５が設けられて撮像領域とされ、寝台３５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３５や被検体Ｐ近傍に設けられる場合もある。

また、傾斜磁場コイルユニット２３は、傾斜磁場電源２７と接続される。傾斜磁場コイルユニット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から高周波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高周波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および受信器３０の詳細構成図である。

ＲＦコイル２４は、例えば高周波信号送信用のＷＢコイル２４ａとＮＭＲ信号受信用のフェーズドアレイコイル２４ｂとで構成される。フェーズドアレイコイル２４ｂは、複数の表面コイル２４ｃを備える一方、受信器３０は複数の受信系回路３０ａで構成される。さらに、各表面コイル２４ｃは、それぞれ個別に受信器３０の各受信系回路３０ａと接続され、ＷＢコイルは送信器２９および受信系回路３０ａと接続される。

図３は、図２に示すＷＢコイル２４ａとフェーズドアレイコイル２４ｂの配置例を示す断面模式図である。

フェーズドアレイコイル２４ｂの各表面コイル２４ｃは、例えば被検体Ｐの特定関心部位を含む断面Ｌの周囲となるＺ軸周りに対称に配置される。さらにフェーズドアレイコイル２４ｂの外側には、ＷＢコイル２４ａが設けられる。そして、ＲＦコイル２４は、ＷＢコイル２４ａにより被検体Ｐに高周波信号を送信する一方、ＷＢコイル２４ａまたはフェーズドアレイコイル２４ｂの各表面コイル２４ｃにより多チャンネルで特定関心部位を含む断面ＬからのＮＭＲ信号を受信して各受信器３０の各受信系回路３０ａに与えることができるように構成される。

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シーケンス情報を記憶する機能と、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および高周波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からデジタル化されたＮＭＲ信号である生データ（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。

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高周波信号を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信号に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ＮＭＲ信号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には、プログラムが読み込まれて実行されることにより感度プレスキャン実行手段３６、本スキャン実行手段３７、シーケンスコントローラ制御手段３８、生データデータベース３９、画像再構成手段４０、画像データデータベース４１、ＰＡＣ再構成画像データベース４２、ＷＢ再構成画像データベース４３、感度分布推定手段４４、感度マップデータベース４５、画像データ補正手段４６、画像表示手段４７として機能する。ただし、プログラムによらず、特定の回路を設けてコンピュータ３２を構成してもよい。

感度プレスキャン実行手段３６は、フェーズドアレイコイル２４ｂの感度分布である３次元感度マップデータを求めるための感度プレスキャンを実行する際のシーケンス（感度推定用シーケンス）を生成する機能と、生成した感度推定用シーケンスをシーケンスコントローラ制御手段３８に与えることにより感度プレスキャンを実行させる機能を有する。

本スキャン実行手段３７は、画像データを取得するための本スキャンを実行する際における各種シーケンスをシーケンスコントローラ制御手段３８に与えることにより本スキャンを実行させる機能を有する。

シーケンスコントローラ制御手段３６は、入力装置３３またはその他の構成要素からの情報に基づいて、感度プレスキャン実行手段３６および本スキャン実行手段３７から受けたシーケンスのうち所要のシーケンスをシーケンスコントローラ３１に与えることにより感度プレスキャンまたは本スキャンを実行させる機能を有する。また、シーケンスコントローラ制御手段３８は、シーケンスコントローラ３１から感度プレスキャンまたは本スキャンの実行により収集されたＷＢコイル２４ａおよびフェーズドアレイコイル２４ｂの各表面コイル２４ｃの生データを受けて生データデータベース３９に形成されたＫ空間（フーリエ空間）に配置する機能を有する。

このため、生データデータベース３９には、受信器３０において生成されたＷＢコイル２４ａおよび表面コイル２４ｃ毎の各生データが保存される。すなわち、生データデータベース３９に形成されたＫ空間に生データが配置される。

画像再構成手段４０は、本スキャンの実行により生データデータベース３９のＫ空間に配置された生データに対してフーリエ変換（ＦＴ）等の画像再構成処理を施すことにより被検体Ｐの画像データを再構成させる機能と、再構成させた画像データを画像データデータベース４１に書き込む機能とを有する。

また、画像再構成手段４０は、感度プレスキャンの実行により生データデータベース３９のＫ空間に配置された生データに対して、本スキャンの実行により得られる生データに対する再構成処理と同等な手法による再構成処理を施すことによりフェーズドアレイコイル２４ｂおよびＷＢコイル２４ａによりそれぞれ得られた被検体Ｐの画像データをＰＡＣ再構成画像およびＷＢ再構成画像を生成する機能と、生成したＰＡＣ再構成画像およびＷＢ再構成画像をそれぞれＰＡＣ再構成画像データベース４２およびＷＢ再構成画像データベース４３に書き込む機能とを有する。

感度分布推定手段４４は、ＰＡＣ再構成画像データベース４２およびＷＢ再構成画像データベース４３にそれぞれ保存されたＰＡＣ再構成画像およびＷＢ再構成画像を用いることにより、フェーズドアレイコイル２４ｂの３次元感度マップデータを作成する機能と、作成した３次元感度マップデータを感度マップデータベース４５に書き込む機能を有する。すなわち、感度分布推定手段４４は、ＲＦコイル２４の感度マップデータを生成する手段として機能する。

このため感度分布推定手段４４は、閾値処理手段４４ａ、リジョンリダクション手段４４ｂ、除算処理手段４４ｃ、正規化手段４４ｄ、データ平坦化手段４４ｅ、被検体内領域補間手段４４ｆ、被検体外領域補間手段４４ｇ、スライス方向重み付け手段４４ｈ、スムージング処理手段４４ｉを備える。

閾値処理手段４４ａは、ＰＡＣ再構成画像およびＷＢ再構成画像に対して閾値処理を施す機能、すなわちＰＡＣ再構成画像およびＷＢ再構成画像の各信号強度が予めそれぞれ設定された閾値以下となる部分のデータをマスクする機能を有する。

リジョンリダクション手段４４ｂは、感度分布推定用に用いるＰＡＣ再構成画像およびＷＢ再構成画像の閾値処理後の領域をリジョンリダクション処理により縮小させてマスク領域近傍における信号強度の小さい部分を３次元感度マップデータ作成用のデータから除外する機能を有する。

除算処理手段４４ｃは、閾値処理およびリジョンリダクション処理後のＰＡＣ再構成画像の信号絶対値であるＰＡＣ絶対値画像をＷＢ再構成画像の信号絶対値であるＷＢ絶対値画像で除算することによりＰＡＣ絶対値画像とＷＢ絶対値画像との信号強度比を３次元感度マップデータとして求める機能を有する。

正規化手段４４ｄは、３次元感度マップデータの正規化処理を行う機能を有する。

データ平坦化手段４４ｅは、３次元感度マップデータに対して変換関数を用いてデータ平坦化処理を行う一方、データ平坦化処理後の３次元感度マップデータに対して逆変換関数を用いることによりデータ平坦化処理前の３次元感度マップデータを求める機能を有する。つまり、データ平坦化手段４４ｅは、３次元感度マップデータを一旦、線形補間に適した平坦化された分布に変換し、線形補間処理後の３次元感度マップデータを元の分布に戻す機能を有する。従って、目的に応じて任意の関数を変換関数とすることができる。

被検体内領域補間手段４４ｆは、３次元感度マップデータの被検体Ｐ内部における無信号領域に対して線形補間処理を施す機能を有する。

被検体外領域補間手段４４ｇは、３次元感度マップデータの被検体Ｐ外部における無信号領域に対してリジョングローイング処理を施すことにより補間する機能を有する。

スライス方向重み付け手段４４ｈは、３次元感度マップデータをスライス方向に重み付けする機能を有する。

スムージング処理手段４４ｉは、３次元感度マップデータにスムージングフィルタをかける機能を有する。

画像データ補正手段４６は、感度マップデータベース４５に保存された３次元感度マップデータから本スキャンにおける撮影条件、データ収集条件、画像再構成条件等の画像データ取得条件に応じた３次元感度マップデータを切り出して抽出する機能と、抽出した３次元感度マップデータを用いて本スキャンの実行により画像データデータベース４１に保存された画像データの輝度を補正する機能を有する。

画像表示手段４７は、画像データデータベース４１に保存された画像データを表示装置３４に与えて表示させる機能を有する。

以上のような構成の磁気共鳴イメージング装置２０は、各構成要素により全体として、本スキャンや感度プレスキャン等のスキャンを実行する手段、感度プレスキャンにおいて取得された画像データの無信号領域近傍の信号領域に対してリジョンリダクションを行う手段、感度プレスキャンにおいて取得された画像データを用いて感度マップデータを生成する手段および感度マップデータをスライス方向に重み付けすることにより補正する手段として機能する。

次に、磁気共鳴イメージング装置２０の作用について説明する。

図４は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０により被検体Ｐの断層画像を撮像する際の手順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。

まず、ステップＳ１０において、感度プレスキャン実行手段３６により感度推定用シーケンスがシーケンスコントローラ制御手段７ａに与えられて、画像データを取得するための本スキャンに先立って、フェーズドアレイコイル２４ｂの感度マップデータを得るための感度プレスキャンが実行される。

すなわち、予め寝台３５には被検体Ｐがセットされるとともに、静磁場電源２６から静磁場用磁石２１に電流が供給されて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。

次に、入力装置３３からシーケンスコントローラ制御手段３８に動作指令が与えられる。このため、シーケンスコントローラ制御手段３８は感度推定用シーケンス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、感度推定用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Ｘ軸傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ，Ｚ軸傾斜磁場Ｇｚを形成させるとともに、高周波信号を発生させる。

この際、傾斜磁場コイルにより形成されたＸ軸傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ，Ｚ軸傾斜磁場Ｇｚは主として、位相エンコード（PE）用傾斜磁場、読出し（RO）用傾斜磁場、スライスエンコード(SE)用傾斜磁場としてそれぞれ使用される。このため、被検体Ｐ内部における原子核のスピンの回転方向に規則性が現れ、SE用傾斜磁場によりＺ軸方向に形成されたスライスにおける二次元的な位置情報であるＸ座標およびＹ座標は、PE用傾斜磁場およびRO用傾斜磁場によりそれぞれ被検体Ｐ内部における原子核のスピンの位相変化量および周波数変化量に変換される。

そして、送信器２９から感度推定用シーケンスに応じてＲＦコイル２４のＷＢコイル２４ａに高周波信号が与えられ、ＷＢコイル２４ａから被検体Ｐに高周波信号が送信される。さらに、被検体Ｐの内部において高周波信号の周波数に応じたスライスに含まれる原子核の核磁気共鳴により生じたＮＭＲ信号が、ＲＦコイル２４のＷＢコイル２４ａおよびフェーズドアレイコイル２４ｂの各表面コイル２４ｃにより多チャンネルで受信されてそれぞれの受信器３０に与えられる。

各受信器３０は、ＷＢコイル２４ａおよびフェーズドアレイコイル２４ｂの各表面コイル２４ｃからＮＭＲ信号を受けて、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実行する。さらに各受信器３０は、ＮＭＲ信号をＡ／Ｄ変換することにより、デジタルデータのＮＭＲ信号である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、受信器３０から受けた生データをシーケンスコントローラ制御手段３８に与え、シーケンスコントローラ制御手段３８は生データデータベース３９に形成されたＫ空間に生データを配置する。さらに画像再構成手段４０は、ＷＢコイル２４ａおよびフェーズドアレイコイル２４ｂを用いて得られた生データに対してそれぞれフーリエ変換（ＦＴ）を実行することにより被検体Ｐの３次元画像データであるＷＢ再構成画像およびＰＡＣ再構成画像を生成し、それぞれＷＢ再構成画像データベース４３およびＰＡＣ再構成画像データベース４２に書き込む。

この際、感度プレスキャンにより収集された生データの再構成処理方法は、本スキャンにおける再構成処理方法と同様な方法とされる。本スキャンにおいてフェーズドアレイコイル２４ｂを用いた再構成処理方法としては、各表面コイル２４ｃにより得られた画像データの２乗和の平方根をとるＳｕｍ ｏｆ Ｓｑｕａｒｅ処理（ＳｏＳ処理）や、各表面コイル２４ｃにより得られた画像データの信号強度絶対値の和をとる再構成処理方法が挙げられる。

次に、ステップＳ１１において、感度分布推定手段４４は、ＷＢ再構成画像データベース４３およびＰＡＣ再構成画像データベース４２に保存された各スライスにおけるＷＢ再構成画像およびＰＡＣ再構成画像を用いることにより、３次元感度マップデータを生成する。

図５は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０により感度マップデータを生成する際の詳細手順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。

まずステップＳ２０において、閾値処理手段４４ａが、ＰＡＣ再構成画像およびＷＢ再構成画像に対して閾値処理を施し、ＰＡＣ再構成画像およびＷＢ再構成画像の各信号強度が予めそれぞれ設定された閾値以下となる部分のデータをマスクする。このため、肺野や被検体外部領域のように信号強度が閾値以下であり、無信号領域とみせる領域のＰＡＣ再構成画像およびＷＢ再構成画像が３次元感度マップデータ作成用のデータから除外される。

次にステップＳ２１において、リジョンリダクション手段４４ｂが、感度分布推定用に用いるＰＡＣ再構成画像およびＷＢ再構成画像の閾値処理後の領域をリジョンリダクション処理により縮小させてマスク領域近傍における信号強度の小さい部分を３次元感度マップデータ作成用のデータから除外する。

図６は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０によるリジョンリダクション処理の実施例を示す図である。

リジョンリダクション前のＰＡＣ再構成画像およびＷＢ再構成画像は、図６（ａ）に示すように閾値処理によりマスクされた無信号領域Ｄ１と信号領域Ｄ２とを有する。しかし、一般に無信号領域Ｄ１近傍の信号領域Ｄ２は、信号強度が小さくなるという現象が生じる。また、フェーズドアレイコイル２４ｂを用いた感度プレスキャンとＷＢコイル２４ａを用いた感度プレスキャンとは個別に実施されるため、被検体Ｐの内臓等の位置にずれが生じた場合にそのままＰＡＣ再構成画像とＷＢ再構成画像との信号強度比をとると、無信号領域Ｄ１近傍の信号領域Ｄ２における信号強度が不連続となる。

そこで、図６（ｂ）に示すように信号領域Ｄ２のうち無信号領域Ｄ１近傍の部分Ｄ２’を無信号領域に置換して信号領域Ｄ２が縮小される。この結果、ＰＡＣ再構成画像およびＷＢ再構成画像のそれぞれにおける無信号領域Ｄ１近傍の信号強度が小さくなっている信号領域Ｄ２が３次元感度マップデータ作成用のデータから除外される。

次にステップＳ２２において、除算処理手段４４ｃは、閾値処理およびリジョンリダクション処理後の各スライスにおけるＰＡＣ再構成画像の信号絶対値であるＰＡＣ絶対値画像をＷＢ再構成画像の信号絶対値であるＷＢ絶対値画像で除算することによりＰＡＣ絶対値画像とＷＢ絶対値画像との信号強度比を３次元感度マップデータとして求める。

次にステップＳ２３において、ＰＡＣ絶対値画像とＷＢ絶対値画像との信号強度比として求められた３次元感度マップデータの正規化処理がスライスごとに正規化手段４４ｄにより実施される。

次にステップＳ２４において、正規化処理後の３次元感度マップデータに対して変換関数を用いたデータ平坦化処理がデータ平坦化手段４４ｅにより実施され、３次元感度マップデータが線形補間に適した平坦なデータに変換される。例えば、ｎ次関数や指数関数、対数関数等の任意の関数により、３次元感度マップデータのフィッティングが実施され、線形補間に影響を与える局所的なデータの起伏を低減させるような処理が実施される。

次にステップＳ２５において、被検体内領域補間手段４４ｆが、データ平坦化処理後の３次元感度マップデータのうち、被検体Ｐ内部における無信号領域に対して線形補間処理を施す。

図７は図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０による３次元感度マップデータの被検体Ｐ内部における無信号領域に対する線形補間の実施例を示す図である。

図７（ａ）は、３次元感度マップデータをスライス方向からみた例を示す図であり、図７（ｂ）は、３次元感度マップデータをＰＥ方向からみた例を示す図である。正規化処理およびデータ平坦化処理後の３次元感度マップデータは、無信号領域Ｄ１と信号領域Ｄ２とを有する。無信号領域Ｄ１は、被検体Ｐ内部における無信号領域Ｄ１ａおよび被検体Ｐ外部における無信号領域Ｄ１ｂとからなる。

そして、被検体内領域補間手段４４ｆは、図７（ｂ）の矢印で示すように被検体Ｐ内部における無信号領域Ｄ１ａについて例えばＲＯ方向断面の信号領域Ｄ２における信号強度値を直線的に結ぶことにより線形補間する。この結果、被検体Ｐ内部の無信号領域Ｄ１ａが信号領域Ｄ２に置き換えられる。

尚、線形補間は、ＲＯ方向のみならず、ＰＥ方向、ＳＬ方向等の任意の方向に行うことができる。

次にステップＳ２６において、データ平坦化手段４４ｅが、線形補間後の３次元感度マップデータに対して、逆変換関数によりデータ平坦化前の状態に再び変換する。

次にステップＳ２７において、被検体外領域補間手段４４ｇが、３次元感度マップデータの被検体Ｐ外部における無信号領域に対してリジョングローイング処理を施すことにより補間する。

図８は図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０による３次元感度マップデータの被検体Ｐ外部における無信号領域に対するリジョングローイングの方法例を示す説明図である。

図８（ａ）は、２６点法によるリジョングローイングの方法を説明する図であり、図８（ｂ）は、６点法によるリジョングローイングの方法を説明する図である。

リジョングローイングは、無信号領域を信号領域の値でそのまま置換する処理である。例えば、２６点法によるリジョングローイングは、図８（ａ）に示すように、格子の中点Ａの信号強度が閾値以上であり信号領域である一方、中点Ａと隣接する２６個の格子点の各信号強度が閾値以下であり無信号領域である場合には、無信号領域の２６個の格子点を中点Ａの信号強度で置き換える処理である。

また、６点法によるリジョングローイングは、図８（ｂ）に示すように、格子の中点Ａの信号強度が閾値以上であり信号領域である一方、中点Ａと隣接する６個の格子点の各信号強度が閾値以下であり無信号領域である場合には、無信号領域の６個の格子点を中点Ａの信号強度で置き換える処理である。

図９は図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０による３次元感度マップデータの被検体Ｐ外部における無信号領域に対するリジョングローイングの実施例を示す図である。

線形補間後における３次元感度マップデータは図９（ａ）に示すように、被検体Ｐ外部の無信号領域Ｄ１と被検体Ｐ内部の信号領域Ｄ２とを有する。そして、被検体Ｐ外部の無信号領域Ｄ１に対してリジョングローイングが施された結果、図９（ｂ）に示すように被検体Ｐ外部の無信号領域Ｄ１が信号領域Ｄ２に置換されて補間され、全ての領域が信号領域Ｄ２となる。そして、３次元感度マップデータが各スライスの全領域に亘って作成される。

一方、フェーズドアレイコイル２４ｂのチャネルの配置によっては、フェーズドアレイコイル２４ｂの感度分布が装置座標系のＺ軸方向（スライス方向）に関して一様とならなくなる場合がある。

そこで、ステップＳ２８において、スライス方向重み付け手段４４ｈは、３次元感度マップデータをスライス方向に重み付けすることにより補正する。スライス方向重み付け手段４４ｈは、例えば式（１）により補正係数の逆数Ｙを求め、補正係数１／Ｙを３次元感度マップデータに乗じることによりスライス方向への重み付けを実施することができる。

［数１］
Ｙ＝１ ｉｆ Ｚ＜Ｂ （１）
Ｙ＝Ａ×（Ｚ−Ｂ）^２＋１ ｉｆ Ｚ≧Ｂ
但し、
Ｚ：Ｚ方向のスライスポジション
Ａ：係数
Ｂ：オフセット量
である。

図１０は図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０により３次元感度マップデータのスライス方向への重み付けを実施する際の補正係数１／Ｙをプロットした図である。

図１０において縦軸は、補正係数１／Ｙを示し、横軸はＺ方向のスライスポジションＺを示す。また図１０中の実線は、式（１）において、係数Ａ＝−２０、 オフセット量Ｂ＝０としたときの補正係数１／Ｙを示す曲線である。

すなわち、Ｚ方向のスライスポジションＺが予め定められたオフセット量Ｂ＝０よりも小さい場合には、補正係数１／Ｙを１として３次元感度マップデータの補正を行わない。

一方、Ｚ方向のスライスポジションＺが予め定められたオフセット量Ｂ＝０以上である場合には、二次式を用いて関数化した計算式により補正係数１／Ｙが計算され、得られた補正係数１／Ｙを３次元感度マップデータに乗じることにより補正が実施される。

但し、補正係数の逆数Ｙの計算式は二次式によらず、任意の関数を用いて近似することができる。

次にステップＳ２９において、スムージング処理手段４４ｉが、３次元感度マップデータに適宜、所要の強度の３Ｄスムージングフィルタをかける。この結果、局所的に値が極端に大きい部位がなくＲＯ方向、ＰＥ方向、ＳＬ方向のどの方向に関しても連続性を向上させた最終的な３次元感度マップデータを精度よく生成することができる。

そしてステップＳ３０において、感度分布推定手段４４により生成された３次元感度マップデータが感度マップデータベース４５に書き込まれて保存される。

次に図４のステップＳ１２において、本スキャン実行手段３７により画像取得用シーケンスがシーケンスコントローラ制御手段３８に与えられて、本スキャンが実行される。そして、生データが収集されて画像再構成手段４０の画像再構成処理により画像データが得られる。

次に、ステップＳ１３において、本スキャンにおいて得られた画像データの輝度が３次元感度マップデータにより補正される。そのため、本スキャンにおける撮影断面方向、空間分解能等の撮影条件、データ収集条件、画像再構成条件等の諸条件に応じて、画像データ補正手段４６が感度マップデータベース４５から対応する３次元感度マップデータを切り出す。

そして、画像データ補正手段４６が、切り出した３次元感度マップデータを用いて画像データの輝度を補正する。この際、必要に応じて切り出された３次元感度マップデータを正規化してもよい。

この結果、フェーズドアレイコイル２４ｂの感度のばらつきによる信号強度の不均一性の影響が抑制され、輝度が改善された画像データを得ることができる。

以上のような磁気共鳴イメージング装置２０によれば、感度プレスキャンの実施により得られた画像データに基づいて、より精度よくフェーズドアレイコイル２４ｂの感度分布を推定し、得られたフェーズドアレイコイル２４ｂの感度分布に基づいて本スキャンの実施により得られた画像データの輝度をより良好に補正することができる。

従来の磁気共鳴イメージング装置１による画像データの輝度補正方法では、十分に画像データの輝度を補正することができなかったケース、例えば、感度プレスキャンの撮影領域に肺等の無信号領域が含まれる場合、被検体Ｐの意思に関係なく内臓の形状が変わり得るように、感度プレスキャンの撮影時にフェーズドアレイコイル２４ｂで撮影した被検体Ｐの形状とＷＢコイル２４ａで撮影した被検体Ｐの形状とにずれが生じた場合、フェーズドアレイコイル２４ｂの各チャネルの配置特性よって装置座標系のＺ軸方向に関して信号強度の不均一性が生じたような場合であっても磁気共鳴イメージング装置２０によれば、画像データの輝度を良好に補正することができる。

図１１は図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０により得られた輝度補正後における被検体Ｐの断層画像と従来の磁気共鳴イメージング装置１により得られた輝度補正後における被検体Ｐの断層画像とを比較した図である。

図１１（ａ）は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０により得られた輝度補正後における被検体Ｐの断層画像であり、図１１（ｂ）は、従来の磁気共鳴イメージング装置２０により得られた輝度補正後における被検体Ｐの断層画像である。

図１１（ｂ）によれば、感度プレスキャンの撮影時にフェーズドアレイコイル２４ｂで撮影した被検体Ｐの形状とＷＢコイル２４ａで撮影した被検体Ｐの形状とにずれが生じた結果、画像データの輝度が十分に補正されていないことが分かる。

一方、図１１（ａ）によれば、ＷＢ再構成画像とＰＡＣ再構成画像のリジョンリダクションにより、フェーズドアレイコイル２４ｂで撮影した被検体Ｐの形状とＷＢコイル２４ａで撮影した被検体Ｐの形状とにずれが生じても連続性を向上させた３次元感度マップデータを精度よく生成することができるため、画像データの輝度を十分に補正できることが確認できる。

尚、以上の磁気共鳴イメージング装置２０において、データ処理の一部を省略してもよく、これに伴って構成要素の一部を省略してもよい。また、フェーズドアレイコイル２４ｂの代わりに単一のコイルで構成してもよい。

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機能ブロック図。 図１に示すＲＦコイルおよび受信器の詳細構成図。 図２に示すＷＢコイルとフェーズドアレイコイルの配置例を示す断面模式図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置により被検体の断層画像を撮像する際の手順を示すフローチャート。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置により感度マップデータを生成する際の詳細手順を示すフローチャート。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置によるリジョンリダクション処理の実施例を示す図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置による３次元感度マップデータの被検体内部における無信号領域に対する線形補間の実施例を示す図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置による３次元感度マップデータの被検体外部における無信号領域に対するリジョングローイングの方法例を示す説明図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置による３次元感度マップデータの被検体外部における無信号領域に対するリジョングローイングの実施例を示す図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置により３次元感度マップデータのスライス方向への重み付けを実施する際の補正係数をプロットした図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置により得られた輝度補正後における被検体の断層画像と従来の磁気共鳴イメージング装置により得られた輝度補正後における被検体の断層画像とを比較した図。 従来の磁気共鳴イメージング装置の機能ブロック図。 図９に示す磁気共鳴イメージング装置による感度マップの作成手順を示すフローチャート。

符号の説明

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 傾斜磁場コイルユニット
２４ ＲＦコイル
２４ａ ＷＢコイル
２４ｂ フェーズドアレイコイル
２４ｃ 表面コイル
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
３０ 受信器
３０ａ 受信系回路
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 寝台
３６ 感度プレスキャン実行手段
３７ 本スキャン実行手段
３８ シーケンスコントローラ制御手段
３９ 生データデータベース
４０ 画像再構成手段
４１ 画像データデータベース
４２ ＰＡＣ再構成画像データベース
４３ ＷＢ再構成画像データベース
４４ 感度分布推定手段
４４ａ 閾値処理手段
４４ｂ リジョンリダクション手段
４４ｃ 除算処理手段
４４ｄ 正規化手段
４４ｅ データ平坦化手段
４４ｆ 被検体内領域補間手段
４４ｇ 被検体外領域補間手段
４４ｈ スライス方向重み付け手段
４４ｉ スムージング処理手段
４５ 感度マップデータベース
４６ 画像データ補正手段
４７ 画像表示手段

Claims (4)

1. フェーズドアレイコイルによる感度マップデータを生成するためのスキャンを実行する手段と、
   前記スキャンにより得られた画像データの無信号領域近傍の信号領域に対してリジョンリダクションを行う手段と、
   リジョンリダクション後の信号領域の画像データを用いて前記無信号領域および前記無信号領域近傍を含む感度マップデータを生成する手段と
   を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記感度マップデータの被検体内の前記無信号領域を線形補間することを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記感度マップデータの被検体外の前記無信号領域をリジョングローイングすることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記感度マップデータにスムージングフィルタをかけることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。

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