JP4889791B2 - 磁気共鳴撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴撮影技術に関する。特に、代謝物質毎の空間的な信号強度分布を画像化するＭＲＳＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ：核磁気共鳴スペクトロスコピックイメージング）技術に関する。

磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置は、静磁場中に置かれた被検体に対し、特定周波数の高周波磁場を照射することにより被検体に含まれる水素等の原子核を励起し、被検体から発生する核磁気共鳴信号を計測して、物理的・化学的情報を取得する。計測される核磁気共鳴信号には、分子構造の違いによって、共鳴周波数が僅かに異なる化学シフト現象が生じる。この現象を利用して、分子（代謝物質）ごとに核磁気共鳴信号を分離し、スペクトルを得るＭＲＳ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）計測や、さらに代謝物質ごとの空間的な信号強度分布を画像化するＭＲＳＩ計測が知られている。

ＭＲＳやＭＲＳＩで検出できる人体の主な代謝物質には、コリン、クレアチン、Ｎ−アセチルアスパラギン酸、乳酸等がある。これら代謝物質の量から、がん等の代謝異常疾患の進行度判定や早期診断が可能となる。また、腫瘍の悪性度診断を非侵襲的に行うことが可能になると考えられる。

人体内にある代謝物質は、体内にある水分子の１／１０００程度の信号強度しかないため、水から発生する巨大なピーク信号の裾野に代謝物質からの微弱な信号が埋もれてしまい検出が困難である。そこで、代謝物質からの信号を計測するため、水等の計測に不要な信号を抑制する手法がある。例えば、計測に不要な信号の周波数帯域と同程度の周波数帯域を有する高周波（ＲＦ）パルスを用い、予め不要信号を抑制し、辺縁にある代謝物質信号を検出する手法がある（例えば、特許文献１参照。）。不要信号の共鳴周波数帯域付近を擬似飽和して信号抑制する方法はＣＨＥＳＳ（ＣＨＥｍｉｃａｌ Ｓｈｉｆｔ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ）法と呼ばれている。

また、ＭＲＳ計測及びＭＲＳＩ計測（ＭＲＳ／ＭＲＳＩ計測）では、計測の際に印加する傾斜磁場によって渦電流が生じ、空間的、時間的に静磁場を不均一にする。静磁場の不均一により計測するスペクトルの形状が歪むため、位相データ（位相値）を用いてスペクトルの位相を補正する渦電流補正が行われる。渦電流補正では、正確な補正値を得るため、例えば、代謝物質よりも信号強度が大きい水信号から空間的、時間的な位相値を算出し、それを用いて行われる（例えば、非特許文献１参照。）。

特開昭６０−１６８０４１号公報 Ｋｌｏｓｅ Ｕ他、Ｉｎ Ｖｉｖｏ ｐｒｏｔｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｉｎ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ｅｄｄｙ ｃｕｒｒｅｎｔｓ． Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、１４巻、２６−３０頁（１９９０年）

ＭＲＳ／ＭＲＳＩ計測では、代謝物質に比べ信号強度の高い水等からの信号は不要信号として抑制する。従って、渦電流の影響を補正するために、水信号データを本計測とは別に取得する必要がある。特にＭＲＳＩでは、渦電流による静磁場不均一の空間的な分布を求めるために、ＭＲＳＩ本計測と同じマトリクス数の水信号データを計測しなければならず、実質的な計測時間が顕著に増大する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、代謝物質からの信号を計測するために不要な信号を除去しつつ、渦電流補正に必要なデータを同時に取得する技術を提供することを目的とする。

本発明は、計測対象としない不要な物質からの信号を除去するとともに、渦電流によるスペクトル歪を補正するための位相データを１の計測で取得する。不要な物質からの信号の、強度の絶対値が同じで極性が逆になるように強度を調整した２種類の周波数選択パルスを、少なくとも１軸の位相エンコードごとに強度を変化させながら印加し、取得した信号をｋ空間に配置する。ｋ空間データをフーリエ変換して得られる画像データにおける不要信号の折り返しを除去することにより不要物質からの信号を除去し、ｋ空間データの一部を用いて渦電流補正用の位相データを算出する。算出した位相データで、画像データを補正し、画像を得る。

具体的には、静磁場空間に置かれた被検体に高周波磁場パルスを照射する高周波磁場パルス照射手段と、空間情報を付与するために傾斜磁場を印加する傾斜磁場印加手段と、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する検出手段と、前記高周波磁場パルス照射手段、傾斜磁場印加手段および前記検出手段の動作を制御する制御手段と、前記検出手段が検出する前記核磁気共鳴信号から画像を再構成する画像再構成手段とを備える磁気共鳴撮影装置であって、前記制御手段は、磁気共鳴スペクトロスコピックイメージング（ＭＲＳＩ）計測を行うよう制御を行うとともに、前記ＭＲＳＩ計測の位相エンコード毎に、不要な物質からの信号である不要信号のみを強度変調させるための周波数選択パルスを前記ＭＲＳＩ計測に先立って印加するプリパルスシーケンスを実行し、前記検出手段が検出した信号を計測データとして計測空間に配置し、前記画像再構成手段は、前記計測空間に配置される計測データの一部を用いて補正用データを算出する補正データ算出手段を備え、前記計測空間に配置された計測データから前記不要信号を除去することにより得た画像データを前記補正データを用いて補正することを特徴とする磁気共鳴撮影装置を提供する。

本発明によれば、代謝物質からの信号を計測するために不要な信号を除去しつつ、渦電流補正に必要なデータを同時に取得できる。

＜＜第一の実施形態＞＞
以下、本発明を適用する第一の実施形態について図面を参照し説明する。以下、本実施形態では、水信号を除去し、かつ、水信号を用いて渦電流補正用の位相データを得る場合を例にあげて説明する。なお、除去または渦電流補正用位相データを取得する対象は、水信号に限られない。脂肪等であってもよい。

図１（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の核磁気共鳴撮影（ＭＲＩ）装置の全体構成と外観図の一例を示す図である。図１（ａ）はソレノイドコイルで静磁場を発生するトンネル型磁石を用いた水平磁場方式のＭＲＩ装置である。図１（ｂ）は開放感を高めるために磁石を上下に分離したハンバーガー型（オープン型）の垂直磁場方式のＭＲＩ装置である。また、図１（ｃ）は、図１（ａ）と同じトンネル型のＭＲＩ装置である。しかし、磁石の奥行を短くし且つ斜めに傾けることによって、開放感を高めている。なお、本実施形態では、これらに限定されることなく、形態やタイプを問わず各種のＭＲＩ装置を用いることができる。

図２は、本実施形態のＭＲＩ装置２００の構成図である。本実施形態のＭＲＩ装置２００は、被検体１が置かれる空間に、静磁場を発生する静磁場コイル２と、静磁場に直交する三方向の傾斜磁場を与えるための傾斜磁場コイル３と、被検体１の計測領域に対し高周波磁場を照射する高周波送信コイル５（以下、単に送信コイルという）と、被検体１から発生する核磁気共鳴信号を受信する高周波受信コイル６（以下、単に受信コイルという）とを備える。さらに、静磁場均一度を調整するシムコイル４を備えていてもよい。

静磁場コイル２は、図１に示す装置の構造に応じて、種々の形態のものが採用される。傾斜磁場コイル３及びシムコイル４は、それぞれ傾斜磁場用電源部１２及びシム用電源部１３により駆動される。図２では、送信コイル５と受信コイル６とを別個に示しているが、送信と受信とを兼用する一つの高周波コイルのみを用いてもよい。送信コイル５が照射する高周波磁場は、送信機７により生成される。受信コイル６が検出した核磁気共鳴信号は、受信機８を介して計算機９に送られる。

計算機９は、メモリ等に格納されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、核磁気共鳴信号に対して様々な演算処理を行いスペクトル情報や画像情報を生成する。本実施形態では、これを実現するため、ｋ空間データから画像を再構成し、不要信号を除去する画像再構成処理部と、渦電流の影響を補正するための位相データを算出する補正値算出処理部と、送信機７が生成する周波数選択パルスの２つの強度、すなわち、フリップ角を決定するパルス強度決定処理部と、を備える。周波数選択パルスは、後述するプリパルスシーケンスで印加される高周波磁場パルスである。なお、パルス強度決定処理部の機能は、ＭＲＩ装置２００とは独立した計算機が実現するよう構成してもよい。

計算機９には、ディスプレイ１０、記憶装置１１、入力装置１５などが接続される。計算機９は、上述したスペクトル情報や画像情報を、ディスプレイ１０に表示する、記憶装置１１に記録する等の処理を行う。入力装置１５は、計測条件や演算処理に必要な条件などを入力するためのもので、これらも必要に応じて記憶装置１１に記録される。パルス強度決定処理部により決定された２つの周波数選択パルスのフリップ角も記憶装置１１に記録される。

シーケンス制御装置１４は、傾斜磁場発生コイル３の駆動用電源部１２、シムコイル４のシム用電源部１３、送信機７及び受信機８を制御する。制御のタイムチャート（パルスシーケンス）は撮影方法によって予め設定され、記憶装置１１に格納される。本実施形態では、記憶装置１１には、水信号のみを所定の強度で励起するプリパルスシーケンスと、代謝物質を画像化する領域選択型ＭＲＳＩのパルスシーケンス（以降、ＭＲＳＩパルスシーケンスと呼ぶ）とが格納される。シーケンス制御装置１４は、入力装置１５を介して入力された計測条件およびパルス強度決定処理部により決定された周波数選択パルスの強度を用い、これらの２種のパルスシーケンスを組み合わせて実行する。

ここで、本実施形態で用いられるＭＲＳＩパルスシーケンスの一例を図３に示す。図３において、ＲＦは高周波磁場パルスの印加タイミングを示す。Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚは、それぞれ、ｘ、ｙ、ｚ方向の傾斜磁場パルスの印加タイミングを示す。Ａ／Ｄは信号の計測期間を示す。図３に示すＭＲＳＩパルスシーケンスは、公知のＭＲＳＩパルスシーケンスと同じである。このＭＲＳＩパルスシーケンスでは、１つの励起パルスＲＦ１と２つの反転パルスＲＦ２、ＲＦ３とを用いて、所定の関心領域を選択的に励起し、この関心領域からＦＩＤ信号（自由誘導減衰）ＦＩＤ１を得る。このパルスシーケンスによって励起される領域を図４に示す。

図３のＭＲＳＩパルスシーケンスによる動作を、図４を用いて簡単に説明する。なお、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、位置決め用のトランス像、サジタル像、コロナル像である。まず励起パルスである高周波磁場パルスＲＦ１と傾斜磁場パルスＧｓ１、Ｇｓ１’とを印加して、ｚ方向の断面５０１を励起する。その後、ＴＥ／４（ここで、ＴＥはエコー時間）時間で、反転パルスである高周波磁場パルスＲＦ２と傾斜磁場Ｇｓ２とを印加し、ｚ方向の断面５０１とｙ方向の断面５０２が交差する領域における核磁化の位相のみを戻す。続いて、高周波磁場パルスＲＦ２印加後からＴＥ／２後に反転パルスである高周波磁場パルスＲＦ３と傾斜磁場Ｇｓ３とを印加し、ｚ方向の断面５０１、ｙ方向の断面５０２およびｘ方向の断面５０３が交差する関心領域５０４における核磁化の位相のみを戻し、自由誘導減衰信号ＦＩＤ１を測定する。

なお、傾斜磁場Ｇｄ１〜Ｇｄ３および傾斜磁場Ｇｄ１’〜Ｇｄ３’は高周波磁場パルスＲＦ１で励起された核磁化の位相は乱さず、高周波磁場パルスＲＦ２、ＲＦ３で励起された核磁化の位相をディフェイズするための傾斜磁場である。また、高周波磁場パルスＲＦ３の後には、位相エンコード傾斜磁場Ｇｐ１、Ｇｐ２が印加される。これらの位相エンコード傾斜磁場Ｇｐ１、Ｇｐ２の強度を、１回の励起ごとに変化させ、関心領域５０４から発生する核磁気共鳴信号に位置情報を付与する。本実施形態では、例えば、Ｇｐ１をＮ１回、Ｇｐ２をＮ２回変化させるものとすると、Ｇｐ１を１回変化させる毎にＧｐ２をＮ２回変化させる。したがって、計測全体ではそれぞれＮ１×Ｎ２回変化させる。そして、計測した核磁気共鳴信号ＦＩＤ１に対してフーリエ変換を施すことにより、図４に示す関心領域５０４に含まれる各代謝物質の分布画像を得る。

次に、プリパルスシーケンスについて説明する。本実施形態のプリパルスシーケンスの一例を図５に示す。プリパルスシーケンスは、ＭＲＳＩパルスシーケンスに先立って実行されるシーケンスであり、後続のＭＲＳＩパルスシーケンスにおいて、位相エンコードの１ステップ毎に水信号の極性を変え、水信号をｋ空間上の最高空間周波数で変調するためのシーケンスである。本実施形態では、水に含まれる核磁化のみを励起する高周波磁場パルスＲＦＣを、周波数選択パルスとして照射する。高周波磁場パルスＲＦＣとして、後続のＭＲＳＩパルスシーケンスの位相エンコード１ステップ毎に、水信号の極性を正とする周波数選択パルスＲＦＣ（＋）と、水信号の極性を負とする周波数選択パルスＲＦＣ（−）とのいずれか一方が照射される。なお、このとき、水信号の強度の絶対値は、両者とも同じとする。

水に含まれる核磁化のみを励起する周波数選択パルスＲＦＣ（＋）、ＲＦＣ（−）として、水共鳴周波数を中心周波数とし、励起帯域を狭めた（１．０ｐｐｍ程度）ガウス型の高周波磁場パルスを用いる。なお、高周波磁場パルスＲＦＣ照射の後にｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向のいずれか、または全てのスポイラー傾斜磁場Ｇｓｐ１〜Ｇｓｐ３を印加する。

また、照射する周波数選択パルスＲＦＣ（＋）、ＲＦＣ（−）それぞれのフリップ角は、パルス強度決定処理部により決定される。パルス強度決定処理部は、水に含まれる核磁化のみが所定の強度で励起されるよう周波数選択パルスの一方のフリップ角を決定する。さらに、他の周波数選択パルスのフリップ角は、それによって得られる水信号の強度の絶対値が、先に決定されたフリップ角の周波数選択パルスによって得られる強度の絶対値に等しく、かつ、極性が正負逆となるよう決定される。なお、本実施形態では、周波数選択パルスの照射が１回の場合を例にあげて説明しているが、上述の方法で調整して２回以上照射するよう構成してもよい。

上述のようにフリップ角が定められた２つの周波数選択パルスＲＦＣ（＋）、ＲＦＣ（−）により水信号は位相エンコード毎に強度変調される。このような周波数選択パルスＲＦＣ（＋）、ＲＦＣ（−）により励起された水信号は、計測データをフーリエ変換した実空間上の再構成画像において、補正領域の両端に折り返しとして生じる。本実施形態では、実空間上の画像の両端に折り返された不要信号を除去することにより、水信号を抑制する。一方、得られた計測データには水信号が含まれる。従って、本実施形態では、この計測データから位相値を算出し、渦電流補正に用いる。以下、このような計測データを得る本実施形態のプリパルスシーケンスとＭＲＳＩパルスシーケンスとを組み合わせた計測を代謝物質計測と呼び、その詳細を説明する。

図６は、本実施形態の代謝物質計測の処理フローである。以下、本実施形態では、直後のＭＲＳＩパルスシーケンスの位相エンコード傾斜磁場Ｇｐ１およびＧＰ２として、それぞれ、ｎ１番目およびｎ２番目の強度の傾斜磁場が印加されているとき（位相エンコードＧｐ１、Ｇｐ２がそれぞれ、ｎ１番目およびｎ２番目のステップを実行しているとき）、それらがともに偶数、または、ともに奇数であれば、プリパルスシーケンスにおいて周波数選択パルスＲＦＣ（＋）を照射し、それ以外の場合は、プリパルスシーケンスにおいて周波数選択パルスＲＦＣ（−）を照射する場合を例にあげて説明する。すなわち、（ｎ１、ｎ２）＝（偶数、偶数）、または、（奇数、奇数）の場合、ＲＦＣ（＋）を、それ以外の場合、ＲＦＣ（−）を照射する。なお、位相エンコードＧｐ１とＧＰ２とが実行する全ステップ数を、それぞれ、Ｎ１ステップ、Ｎ２ステップとする。ｎ１、ｎ２、Ｎ１、Ｎ２は自然数であり、ｎ１≦Ｎ１、ｎ２≦Ｎ２である。また、周波数選択パルスＲＦＣ(＋）、ＲＦＣ（−）を照射する組み合わせは上記のものに限られない。また、上述のように、ｋ空間上の計測点毎に水信号の極性が正負変わればよく、ｋ空間上の全ての計測点が上述の組み合わせで計測できれば，位相エンコードのステップの順序は問わない。

まず、シーケンス制御装置１４は、ｎ１およびｎ２を初期化（ｎ１＝１、ｎ２＝１）する（ステップ８００）。次に、シーケンス制御装置１４は、位相エンコードＧｐ１のステップ数ｎ１および位相エンコードＧｐ２のステップ数ｎ２の組（ｎ１、ｎ２）が（偶数、偶数）、または、（奇数、奇数）であるか否か判断する（ステップ８０１）。（偶数、偶数）、または、（奇数、奇数）である場合、周波数選択パルスＲＦＣ（＋）を高周波磁場パルスＲＦＣとしてプリパルスシーケンスを実行し、続いて、ＭＲＳＩパルスシーケンスを実行する（ステップ８０２）。それ以外の場合、周波数選択パルスＲＦＣ（−）を高周波磁場パルスＲＦＣとしてプリパルスシーケンスを実行し、続いて、ＭＲＳＩパルスシーケンスを実行する（ステップ８０３）。

信号を受信し（ステップ８０４）、ｋ空間に配置すると、シーケンス制御装置１４は、計測が終了したか否か判別する（ステップ８０５）。具体的には、ｎ１＝Ｎ１、かつ、ｎ２＝Ｎ２であるか否かを判別する。その結果、否である場合は、ステップ８０１に戻り、パルスシーケンスに従って位相エンコード傾斜磁場Ｇｐ１またはＧｐ２の印加量を変化させ、代謝物質計測を続ける。一方、判別結果がｎ１＝Ｎ１、かつ、ｎ２＝Ｎ２である場合は、代謝物質計測を終了する。

上述の代謝物質計測により得られる計測データをｋ空間に配置した様子を図７にｋ空間データ９０１として示す。なお、図７は、本実施形態の、計測データから水信号を除去した代謝物質の画像を得るとともに、補正用の位相値を算出する手法を説明するための図である。代謝物質計測の結果得られたｋ空間データ９０１では、横軸を位相エンコードＧｐ１のステップＮ１、縦軸を位相エンコードＧｐ２のステップＮ２とするｋ空間に、周波数選択パルスＲＦＣ（＋）が照射された時に得られた計測データと周波数選択パルスＲＦＣ（―）が照射された時に得られた計測データとが交互に配置される。ここでは、１例として１６×１６マトリクス計測の場合を示す。このように、ｋ空間上の隣り合う計測点の水信号の極性は逆転したものとなる

本実施形態では、補正値算出処理部は、ｋ空間データ９０１から渦電流補正用の位相値９０７を算出する。一方、画像再構成処理部は、ｋ空間データ９０１から、水信号を除去した代謝物質画像データ９０３を生成し、位相値９０７を用いて代謝物質画像データ９０３における渦電流の影響を補正し、代謝物質画像９０９を得る。

まず、補正値算出処理部による、渦電流補正のための位相値の算出処理について、図７を用いて説明する。補正値算出処理部は、ｋ空間データ９０１から、補正領域を構成可能な数のデータであって、水信号が同じ極性で強度変調されているデータを均等に取り出す。本実施形態では、後述のように、補正領域は計測領域の１／４であるため、ｋ空間データ９０１から位相エンコードＧｐ１およびＧｐ２がともに偶数番目のステップで得られた計測点、すなわち、（ｎ１、ｎ２）＝（偶数、偶数）の計測点のみを取り出し、新たなｋ空間に順番を変えずに配置し、取り出しデータ９０５を作成する。そして、取り出しデータ９０５にフーリエ変換を施し、実空間データ９０６に変換する。この実空間データ９０６は、補正領域とサイズが一致し、水信号も含まれる。このため、渦電流による静磁場歪みを含んだ位相情報を持つ。補正値算出処理部は、この実空間データ９０６を用い、各計測点の時間方向の位相値９０７を算出する。

なお、上記においては、ｋ空間データ９０１から位相エンコードＧｐ１およびＧｐ２がともに偶数番目のステップで得られた計測点、すなわち、（ｎ１、ｎ２）＝（偶数、偶数）の計測点のみを取り出しているが、取り出すデータはこれらに限られない。例えば、ともに奇数番目のステップで得られた計測点のみを取り出すよう構成してもよい。

次に、画像再構成処理部による、上記代謝物質計測で得られたｋ空間データから代謝物質画像データを取得し、渦電流の影響を補正して画像を得る処理について、同じく図７を用いて説明する。

画像再構成処理部は、ｋ空間データ９０１にフーリエ変換を施し、実空間上の画像データ９０２を得る。ｋ空間データ９０１において、水信号は、上述のように異なるフリップ角の周波数選択パルスＲＦＣ（＋）およびＲＦＣ（−）により位相エンコード毎に強度変調されている。このような周波数選択パルスにより励起された水信号は、ｋ空間データ９０１をフーリエ変換した結果である実空間上の画像データ９０２において、計測領域Ｂの両端に折り返しとして生じる。本実施形態では、実空間の画像データ９０２において、折り返しとして両端の領域９０２ａ、９０２ｂ、９０２ｃ、９０２ｄに現れる。一方、代謝物質による信号は、強度変調されていないため、計測領域Ｂ内の通常の位置に現れる。

従って、水信号が現れる両端の領域９０２ａ、９０２ｂ、９０２ｃ、９０２ｄを除去することにより、水信号を実質的に除去することができる。本実施形態では、画像再構成処理部は、実空間の画像データ９０２から予め水信号が現れる領域が入らないように定められている補正領域Ａを切り出し、両端の領域９０２ａ、９０２ｂ、９０２ｃ、９０２ｄを除去する。その結果、補正領域Ａ内の代謝物質画像データ９０３を得る。なお、水信号が補正領域Ａに入らないよう計測領域Ｂおよび補正領域Ａを定める手法については後述する。

最後に、画像再構成処理部は、得られた代謝物質画像データ９０３を位相値９０７を用いて補正して代謝物質画像９０９を得る。具体的には、補正領域Ａの範囲の代謝物質画像データ９０３に対し、位相値９０７を複素乗算することにより渦電流補正９０８を行い、補正後の代謝物質画像９０９を得る。

ここで、ｋ空間データ９０１をフーリエ変換したデータ９０２から、折り返し９０２ａ、９０２ｂ、９０２ｃ、９０２ｄを除去することにより水信号を除去する場合の補正領域Ａ、計測領域Ｂの定め方について図８を用いて説明する。図８は、補正領域と計測領域との定め方を説明するための図である。図８（ａ）、（ｂ）は、計測領域と撮影視野とが一致している場合、図８（ｃ）は、計測領域を撮影視野の２倍以上に再設定した場合を説明するための図である。

従来のＭＲＳＩ計測の場合、図８（ａ）に示すように、計測領域１３０２と補正領域１３０３とは一致する。このとき、関心領域１３０１が計測領域１３０２（すなわち、補正領域１３０３）以上である場合、画像に折り返しが発生する。折り返しを防ぐために、図８（ａ）に示すように、計測領域１３０２（補正領域１３０３）は、関心領域１３０１に対して広く設定する。

しかし、本実施形態では、図８（ｂ）に示すように、計測領域１３１２（補正領域１３１３）を関心領域１３１１より広く設定したとしても、計測領域１３１２の端部において、水信号１３１４が折り返しとして生じる。計測領域１３１２（補正領域１３１３）が関心領域１３１１に対して十分大きくないと、計測領域１３１２の両端から折り返される水信号１３１４は関心領域１３１１内に混入する。本実施形態では、図８（ｃ）に示すように、関心領域１３２１に水信号１３２４が混入しないように計測領域１３２２を決める。

なお、実際の計測では、関心領域１３２１の大きさは既に確定しているため、パルスシーケンス実行時のパラメータにより変更できるのは計測領域１３２２および補正領域１３２３である。本実施形態では、ｋ空間上の計測点を１つおきに取り出して渦電流補正用データを取得するため、計測領域１３２２の一辺の大きさは、補正領域１３２３の一辺の大きさの２倍となる。また、補正領域１３２３は関心領域１３２１内に含まれるように設定する必要がある。ここで、関心領域１３２１の一辺の大きさをＡ、計測領域１３２２の一辺の大きさをＢ、補正領域１３２３の一辺の大きさをＣとすると、Ａ、Ｂ、Ｃは、以下の式（１）、（２）および（３）の関係となる。
Ｂ＝２×Ｃ （１）
Ｃ＞Ａ （２）
すなわち、
Ｂ＞２×Ａ （３）
以上より、補正領域１３２３に水信号１３２４が折り返されないためには、計測領域１３２２の一辺を、関心領域１３２１の一辺の２倍以上に設定すればよい。

以下、上記の計測領域１３２２を得るためのＭＲＳＩパルスシーケンスにおけるパラメータの設定方法を、１軸方向に関して説明する。ここでは、計測領域１３２２の１軸方向の辺の長さを、補正領域１３２３の同長さのｍ（ｍは２以上の自然数）倍として説明する。

計測領域１３０２と補正領域１３０３とが一致する場合、位相エンコードＧｐの変化量をΔＧｐ、位相エンコードステップ数をｎとすると、計測空間全体の位相エンコード変化量ΔＧＧＰは、以下の式（４）で表される。
ΔＧＧＰ＝ΔＧｐ×ｎ （４）
このとき、補正領域１３０３すなわち計測領域１３０２の１軸方向の辺の長さＸＸは、比例定数をｋとすると、以下の式（５）で表される。
ＸＸ＝ｋ／ΔＧｐ （５）
また、計測領域１３０２の空間分解能ｘは、比例定数をｋ’とすると、以下の式（６）で表される。
ｘ＝ｋ’／ΔＧＧＰ （６）

本実施形態では、上述したように、空間分解能を変えずに、１軸方向の辺の長さが補正領域１３２３のそれのｍ倍である計測領域１３２２で計測する。ここで、計測領域１３２２と補正領域１３３３とがこのような関係にある場合の位相エンコード変化量をΔＧｐ’、位相エンコードステップをｎ’、計測空間全体の位相エンコード変化量ΔＧＧＰ’、計測領域１３２２の１軸方向の大きさをＸＸ’、計測領域１３２２の空間分解能ｘ’とすると、これらの関係は、以下の式（７）、（８）、および（９）で表される。
ΔＧＧＰ’＝ΔＧｐ’×ｎ’ （７）
ＸＸ’＝ｋ／ΔＧｐ’ （８）
ｘ’＝ｋ’／ΔＧＧＰ’ （９）
さらに、空間分解能を変えずに計測領域１３２３の辺の長さをｍ倍にするためには以下の式（１０）、（１１）を満たす必要がある。
ＸＸ’＝ｍ×ＸＸ （１０）
ｘ’＝ｘ （１１）
以上の条件より、ΔＧｐ’及びｎ’は以下の式（１２）および（１３）で規定される条件を満たす必要がある。
ΔＧｐ’＝ ΔＧｐ／ｍ （１２）
ｎ’＝ｍ×ｎ （１３）

すなわち、位相エンコード変化量ΔＧｐ’を従来の大きさの１／ｍにし、ステップ数ｎ’をｍ倍にオーバーサンプリングするよう、ＭＲＳＩパルスシーケンスのパラメータを設定する。なお、パラメータは予め設定しておいてもよいし、撮影開始直前に操作者が入力するよう構成してもよい。

以上のようにＭＲＳＩパルスシーケンスにおいて位相エンコード傾斜磁場を印加し、サンプリングすることによって、計測領域１３２２の一辺の長さが補正領域１３２２のｍ倍になり、水信号の折り返しが補正領域１３２２内、すなわち、関心領域１３２１内に混入せず、画像から水信号を容易に除去できる。

以上の各機能により実現される、本実施形態のＭＲＩ装置２００による撮影処理について説明する。図９は、本実施形態の撮影処理の処理フローである。以下、本実施形態では、周波数選択パルスのフリップ角を、撮影時に計測直前に決定する場合を例にあげて説明する。周波数選択パルスのフリップ角の決定は、計測以前であれば、計測直前でなくてもよく、予め決定しておいてもよい。

パルス強度決定処理部は、２つの周波数選択パルスのフリップ角を調整し、決定する（ステップ７０１）。そして、シーケンス制御装置１４に結果を通知する。ここでは、上述のように水信号の強度の絶対値が同じで、極性が正負逆になるように周波数選択パルスのフリップ角を調整し、決定する。

シーケンス制御装置１４は、パルス強度決定処理部から受け取った周波数選択パルスのフリップ角を用い、代謝物質計測を実施し、ｋ空間にデータを配置する（ステップ７０２）。画像再構成処理部は、水信号を除去した代謝物質画像データをｋ空間データから算出する（ステップ７０３）。補正値算出処理部は、ｋ空間データから渦電流補正のための位相値を算出する（ステップ７０４）。なお、ステップ７０３とステップ７０４との処理順は問わない。

画像再構成処理部は、ステップ７０４で補正値算出処理部が算出した位相値を用い、代謝物質画像データを補正し、代謝物質画像を得る（ステップ７０５）。

以上説明したように、本実施形態によれば、水信号はフリップ角の異なる２つの周波数選択パルスにより位相エンコード毎に強度変調されｋ空間に配置される。この水信号を含むｋ空間データをフーリエ変換し、実空間上で両端に生じる折り返しを除去することにより、水信号を除去する。一方、水信号を含むｋ空間データから必要数のデータを抽出して、渦電流補正用の位相データを算出する。従って、本実施形態によれば、１の計測結果から、代謝物質を検出するために不要な信号を効率よく除去し、渦電流の補正も行うことができる。

すなわち、本実施形態では、ＭＲＳＩ計測において、代謝物質を検出するために不要な水信号を容易に除去可能なデータと、渦電流によるスペクトル歪を補正するための位相データとを同時に取得することができる。従って、高精度な代謝物質画像を高速に得ることができる。

本実施形態によれば、渦電流補正のための位相データを取得する計測を別途行う必要がないため、従来法に比べ、計測時間を短縮することができる。また、同一の計測時間であれば、渦電流補正のための位相データを取得する計測に相当する時間で受信回数を増やすことで、画像のＳＮＲを向上させることができる。

なお、本実施形態では、２軸の位相エンコード毎に周波数選択パルスを変調したが、変調は１軸のみでもよい。また、取得する画像が３次元の場合、３軸ごとに周波数選択パルスを変調してもよいし、２軸のみの変調、１軸のみの変調でもよい。

＜＜実施例＞＞
上記実施形態による水抑制効果と渦電流補正効果とを、Ｎ−アセチルアラニンファントムを用いた計測実験で示す。結果を図１０及び図１１にそれぞれ示す。

プリパルスシーケンスにおいて、高周波磁場パルスＲＦＣとして周波数選択パルスＲＦＣ（＋）のみを照射して取得した代謝物質画像データの特定の計測点１００１のスペクトルを図１０（ａ）に示す。また、周波数選択パルスＲＦＣ（＋）およびＲＦＣ（−）を上記実施形態の手法で照射して取得した代謝物質画像データの、特定の計測点１００１のスペクトルを図１０（ｂ）に示す。

図１０（ａ）では、Ｎ−アセチルアラニン信号が大きな水信号によって埋もれているが、上記実施形態の手法によれば、図１０（ｂ）に示すように、関心領域における水信号が顕著に減少し、Ｎ−アセチルアラニン信号が明確に現れていることがわかる。

上記実施形態の手法で取得した代謝物質画像であって、上記実施形態の手法で渦電流補正をしていない代謝物質画像のスペクトルを図１１（ａ）に示す。また、上記実施形態の手法により取得データの一部を用いて渦電流補正を実施した代謝物質画像のスペクトルを図１１（ｂ）に示す。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に比べ、空間方向のスペクトルずれが改善していることがわかる。

以上より、上記実施形態の手法により、関心領域における水信号が十分除去でき、かつ、渦電流補正も良好に行われていることがわかる。

次に、ＳＮＲが同一の条件で上記実施形態の手法と従来法との計測時間を比較する。得られる画像の空間分解能を同一とする場合、ＳＮＲを同一にするためには、従来法と上記実施形態の手法とにおいて、受信回数を等しくする。

今回の比較では、従来法における信号積算回数を調整し、全受信回数を上記実施形態の手法によるものと等しくする。以下、補正領域を８×８マトリクスとする。

上記実施形態では、位相エンコード２軸について変調を実施する場合、水信号の画像折り返しを除去するため、最低でも２倍のオーバーサンプリングが必要である。オーバーサンプリングを２倍とすると、８×８マトリクスの倍の１６×１６マトリクスをＭＲＳＩ計測する。このとき、信号受信回数は２５６回である。

一方、従来法では、８×８マトリクスのＭＲＳＩ計測を４回実施、すなわち、信号積算回数を４回とすることで、受信回数が２５６回となり、上記実施形態と同じＳＮＲを得ることができる。このとき、従来法では、渦電流補正用の位相データを取得するため、さらに８×８マトリクスの水信号データを取得する必要がある。つまり、受信回数が６４回増加する。なお、この水信号計測は、ＭＲＳＩ本計測のＳＮＲに寄与しないため、全体の計測時間が単に増加するだけである。

以上のことから、従来の計測時間を１とすると、上記実施形態の計測時間は、位相エンコード２軸の変調の場合、２５６／（２５６＋６４）＝０．８０となり、２０％短縮できる。

次に、上記実施形態において、位相エンコード１軸の変調の場合の効果を説明する。上述した位相エンコード２軸の変調と同様に、補正領域は、８×８マトリクスとする。ここでは、変調は位相エンコード１軸とし、水信号の画像折り返しを除去するために２倍のオーバーサンプリングを行うものとする。

上記実施形態では、上述したように、水信号の画像折り返しを除去するため、変調する位相エンコード方向に関してオーバーサンプリングをする。従って、本条件では、例えば、８×１６マトリクスのＭＲＳＩ計測を行う。このとき、信号受信回数は１２８回である。

一方、従来法では、８×８マトリクスのＭＲＳＩ計測を２回実施、すなわち、信号積算回数を２回とすることで、信号受信回数が１２８回となり、上記実施形態と同じＳＮＲを得ることができる。このとき、従来法では、渦電流補正用の位相データを取得するため、さらに８×８マトリクスの水信号データを取得する必要がある。つまり、受信回数が６４回増加する。以上より、従来の計測時間を１とすると、上記実施形態の手法による計測時間は、位相エンコード１軸の変調の場合、１２８／（１２８＋６４）＝０．６７となり、約３３％短縮できる。

以上のように、上記実施形態によれば、ＭＲＳＩ計測において、代謝物質を検出するために不要な水信号を十分除去しながら、渦電流補正用の位相データを同時に取得することが可能となり、高精度かつ高速な代謝物質画像が得られる。

＜＜第二の実施形態＞＞
次に、本発明を適用する第二の実施形態について説明する。第一の実施形態では、本計測に基本的なＭＲＳＩパルスシーケンスを用いる場合を例にあげて説明した。しかし、本計測に用いるパルスシーケンスはこれに限られない。例えば、ＦＳＥ系の高速ＭＲＳＩ、振動傾斜磁場系高速ＭＲＳＩなどのパルスシーケンスも適用できる。以下、本実施形態では、本計測に振動傾斜磁場系高速ＭＲＳＩパルスシーケンスを用いる場合を例にあげて説明する。本実施形態で用いるＭＲＩ装置は、基本的に第一の実施形態と同様である。以下、第一の実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。

図１２は、本実施形態に適用する振動傾斜磁場系高速ＭＲＳＩシーケンスの一例である。本図に示す傾斜磁場系高速ＭＲＳＩパルスシーケンスは、公知の振動傾斜磁場系高速ＭＲＳＩシーケンスと同じである。この振動傾斜磁場系高速ＭＲＳＩパルスシーケンスでは、図３に示すＭＲＳＩパルスシーケンスの位相エンコード傾斜磁場Ｇｐ２の代わりに、振動傾斜磁場Ｇｒ１を印加する。振動傾斜磁場Ｇｒ１を印加しながら信号を受信することで、印加軸方向に周波数エンコードされた信号ＳＥ１を、時系列に取得する。

本実施形態の撮影処理の処理フローは、基本的に図９に示すものと同様である。ただし、位相エンコードの変調が１軸であるため、ステップ７０２〜ステップ７０５の処理が異なる。以下、図１３を用いて、本実施形態の図９のステップ７０２〜ステップ７０５を詳細に説明する。

まず、ステップ７０２の代謝物質計測について、第一の実施形態と異なる処理を説明する。図１２に示す振動傾斜磁場系高速ＭＲＳＩパルスシーケンスにおいて、位相エンコードＧｐ１の全ステップ数をＮ１とする。ここでは、プリパルスシーケンスに続いてｎ１番目（ｎ１≦Ｎ１）の位相エンコードを実行するものとする。

ｎ１が偶数のとき、ＭＲＳＩパルスシーケンスの実行に先立って周波数選択パルスＲＦＣ（＋）を高周波磁場パルスＲＦＣとして照射する。そうでない場合はＲＦＣ（−）を照射する。その後振動傾斜磁場Ｇｒ１を印加しながら信号を受信し、計測が終了するまで、すなわち、ｎ１＝Ｎ１となるまで繰り返す。ここで、ｎ１が奇数のとき、ＭＲＳＩパルスシーケンスの実行に先立って周波数選択パルスＲＦＣ（−）を照射し、そうでない場合はＲＦＣ（＋）を照射してもよい。

これらの計測により得られる計測データをｋ空間に配置した様子を図１３のｋ空間データ１２０１として示す。本図に示すように、なお、図１３は、本実施形態の、計測データから水信号を除去した代謝物質の画像を得るとともに、補正用の位相値を算出する手法を説明するための図である。代謝物質計測の結果得られたｋ空間データ１２０１では、横軸を位相エンコードＧｐ１のステップＮ１、縦軸を位相エンコードＧｐ２のステップＮ２とするｋ空間に、周波数選択パルスＲＦＣ（＋）が照射された時に得られた計測データとＲＦＣ（―）が照射された時に得られた計測データとが１列毎に交互に配置される。ここでは、１例として１６×１６マトリクス計測の場合を示す。

次に、本実施形態の、図９のステップ７０３の画像再構成処理部による代謝物質画像データ算出の処理について図１３を用いて説明する。本実施形態では、代謝物質計測で取得したｋ空間データ１２０１に対して、フーリエ変換を行い、実空間上の画像データ１２０２を得る。このとき、ｋ空間データ１２０１上における水信号は、異なるフリップ角の周波数選択パルスＲＦＣ（＋）およびＲＦＣ（−）によって、１軸方向の位相エンコードごとに強度変調されている。このため、実空間の画像データ１２０２において、折り返しとして水信号が変調された軸の両端の１２０２ａ、１２０２ｂに現れる。一方、代謝物質による信号は、強度変調されていないため、計測領域Ｄ内の通常の位置に現れる。

従って、水信号が表れる両端の領域１２０２ａ、１２０２ｂを除去することにより、水信号を実質的に除去することができる。本実施形態でも、画像再構成処理部は、実空間の画像データ１２０２から水信号が現れる領域が入らないよう定められている補正領域Ｃを切り出し、両端の領域１２０２ａ、１２０２ｂを除去する。その結果補正領域Ｃ内の代謝物質画像データ１２０３を得る。本実施形態の補正領域Ｃ、計測領域Ｄの定め方は、基本的に第一の実施形態と同様で、水信号が変調される軸方向について、計測領域Ｄの一辺を補正領域Ｃの一辺の２倍以上に設定する。

次に、本実施形態の、図９のステップ７０４の、補正値算出処理部による渦電流補正用位相値の算出処理について、同じく図１３を用いて説明する。

本実施形態においても、第一の実施形態と同様に、補正値算出処理部は、ｋ空間データ１２０２から、補正領域を構成可能な数のデータであって、水信号が同じ極性で位相変調されているデータを均等に取り出す。ここでは、補正領域は計測領域の１／２であるため、ｋ空間データ１２０１から位相エンコードＧｐ１が偶数番目のステップで得られた計測点、すなわち、ｎ１＝偶の計測点のみを取り出し、新たなｋ空間に順番を変えずに配置し、取り出しデータ１２０５を作成する。そして、取り出しデータ１２０５にフーリエ変換を施し、実空間データ１２０６に変換する。この実空間データ１２０６は、補正領域Ｃとサイズが一致し、水信号も含まれる。このため、渦電流による静磁場歪みを含んだ位相情報を持つ。補正値算出処理部は、この実空間データ１２０６を用い、各計測点の時間方向の位相値１２０７を算出する。

そして、図９のステップ７０５において、本実施形態においても第一の実施形態と同様に、画像再構成処理部は、補正領域Ｃの範囲の代謝物質画像データ１２０３に対し、位相値１２０７を複素乗算し、渦電流補正１２０８を行い、補正後の代謝物質画像１２０９を得る。

以上説明したように、本実施形態においても、ＭＲＳＩにおいて、代謝物質を検出するために不要な水信号を容易に除去可能なデータと、渦電流によるスペクトル歪を補正するための位相データとを同時に取得することができる。従って、高精度な代謝物質画像を高速に得ることができる。本実施形態によれば、位相エンコード１軸の変調と同じ形態となるため、上述したように、従来法に比べ、計測時間を６６％短縮することができる。

なお、取得する画像が３次元の場合、２軸ごとに周波数選択パルスを変調してもよいし、１軸のみの変調でもよい。

（ａ）は、第一の実施形態の水平磁場方式のＭＲＩ装置の外観図である。（ｂ）は、第一の実施形態の垂直磁場方式のＭＲＩ装置の外観図である。（ｃ）は、第一の実施形態のトンネル型のＭＲＩ装置である。 第一の実施形態のＭＲＩ装置の構成図である。 第一の実施形態で用いられるＭＲＳＩパルスシーケンスの一例を示す図である。 第一の実施形態で用いられるＭＲＳＩパルスシーケンスにより励起される領域を説明するための図である。 第一の実施形態のプリパルスシーケンスの一例を示す図である。 第一の実施形態の代謝物質計測の処理フローである。 第一の実施形態の代謝物質画像を取得する処理を説明するための図である。 第一の実施形態の補正領域と計測領域との定め方を説明するための図である。 第一の実施形態の撮影処理の処理フローである。 第一の実施形態の水信号抑制効果を説明するための図であり、（ａ）は、ＲＦＣ（＋）のみを照射した場合のスペクトルを示す図、（ｂ）は、ＲＦＣ（＋）およびＲＦＣ（−）を照射した場合のスペクトルを示す図である。 第一の実施形態の渦電流補正効果を説明するための図であり、（ａ）は、渦電流補正をしない場合のスペクトルを示す図、（ｂ）は、渦電流補正を施した場合のスペクトルを示す図である。 第二の実施形態で用いられる振動傾斜磁場系高速ＭＲＳＩパルスシーケンスの一例を示す図である。 第二の実施形態の代謝物質画像を取得する処理を説明するための図である。

符号の説明

２：静磁場コイル、３：傾斜磁場コイル、４：シムコイル、５：送信コイル、６：受信コイル、７：送信機、８：受信機、９：計算機、１０：ディスプレイ、１１：記憶装置、１２：傾斜磁場用電源部、１３：シム用電源部１４：シーケンス制御装置、１５：入力装置

Claims (10)

1. 静磁場空間に置かれた被検体に高周波磁場パルスを照射する高周波磁場パルス照射手段と、空間情報を付与するために傾斜磁場を印加する傾斜磁場印加手段と、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する検出手段と、前記高周波磁場パルス照射手段、傾斜磁場印加手段および前記検出手段の動作を制御する制御手段と、前記検出手段が検出する前記核磁気共鳴信号から画像を再構成する画像再構成手段とを備える磁気共鳴撮影装置であって、
   前記制御手段は、磁気共鳴スペクトロスコピックイメージング（ＭＲＳＩ）計測を行うよう制御を行うとともに、前記ＭＲＳＩ計測の位相エンコード毎に、不要な物質からの信号である不要信号を強度変調させるための周波数選択パルスを前記ＭＲＳＩ計測に先立って印加するプリパルスシーケンスを実行し、前記検出手段が検出した信号を計測データとして計測空間に配置し、
   前記画像再構成手段は、
   前記計測空間に配置される計測データの一部を用いて補正用データを算出する補正データ算出手段を備え、
   前記計測空間に配置された計測データから前記不要信号を除去することにより得た画像データを前記補正データを用いて補正することを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
2. 請求項１記載の磁気共鳴撮影装置であって、
   前記周波数選択パルスのフリップ角として、前記不要信号の信号強度の絶対値は等しく、極性は正負逆とする２種類のフリップ角を決定するパルス強度決定手段をさらに備えること
   を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
3. 請求項２記載の磁気共鳴撮影装置であって、
   前記制御手段は、前記ＭＲＳＩ計測の少なくとも１軸の位相エンコードについて、位相エンコード毎に前記２種類の周波数選択パルスを交互に印加するよう制御すること
   を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
4. 請求項１から３いずれか１項記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記制御手段は、前記傾斜磁場を印加する少なくとも１方向について、同一の空間分解能で補正領域のｍ倍（ｍは２以上の自然数）の領域を計測するよう傾斜磁場印加手段を制御し、
   前記画像再構成手段は、前記計測点をｍ倍にした方向について、両端からｍ/２ずつデータを除去することにより、前記画像データを得ること
   を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
5. 請求項４記載の磁気共鳴撮影装置であって、
   前記制御手段は、前記傾斜磁場を印加する少なくとも１方向について、位相エンコードの変化量を、補正領域と同一の領域を計測する場合の１／ｍ倍にし、位相エンコードステップ数をｍ倍にして計測するよう傾斜磁場印加手段を制御すること
   を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
6. 請求項２から５いずれか１項記載の磁気共鳴撮影装置であって、
   前記補正データ算出手段は、同じフリップ角の前記周波数選択パルスが印加されて得られた計測データから、前記画像データと同一サイズの補正領域を構成するために必要な数の計測データを抽出し、当該抽出した計測データを用いて前記補正用データを算出すること
   を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
7. 請求項６記載の磁気共鳴撮影装置であって、
   前記補正用データは、渦電流による影響を補正するための位相データであること
   を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
8. 請求項１から７いずれか１項記載の磁気共鳴撮影装置であって、
   前記ＭＲＳＩ計測は、少なくとも１軸の位相エンコード傾斜磁場の印加を含むこと
   を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
9. 請求項１から７いずれか１項記載の磁気共鳴撮影装置であって、
   前記ＭＲＳＩ計測は、少なくとも１軸の位相エンコード傾斜磁場の印加と、当該軸に直交する振動傾斜磁場の印加とを含むこと
   を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
10. 請求項１から９いずれか１項記載の磁気共鳴撮影装置であって、
    前記画像再構成手段は、前記計測空間に配置した計測データをフーリエ変換して得られる実空間上の画像データにおいて前記不要信号を両端に折り返させ、当該折り返し部分を除去することにより、前記不要信号を除去すること
    を特徴とする磁気共鳴撮影装置。

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