JP4920478B2

JP4920478B2 - Ｍｒｉ装置

Info

Publication number: JP4920478B2
Application number: JP2007099243A
Authority: JP
Inventors: 公平安達
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2027-04-05
Also published as: JP2008253546A; US7626387B2; US20080246475A1

Description

本発明はＭＲＩ装置に係り、特に、読み出し傾斜磁場の時間的変化に起因するＭＲ信号周波数の変化の補正を可能とするＭＲＩ装置に関する。

磁気共鳴イメージング法（ＭＲＩ）は、静磁場中に置かれた被検体組織の原子核スピンを、そのラーモア周波数をもつ高周波信号（ＲＦパルス）で励起し、この励起に伴って発生する磁気共鳴信号（ＭＲ信号）から画像データを再構成するイメージング法である。

ＭＲＩ装置は、生体内から検出されるＭＲ信号に基づいて画像データを生成する画像診断装置であり、解剖学的診断情報のみならず生化学的情報や機能診断情報など多くの診断情報を得ることができるため、今日の画像診断の分野では不可欠なものとなっている。

このＭＲＩ装置は、被検体に対して静磁場及び各種傾斜磁場を発生する磁場発生部と、これらの磁場が印加された被検体の撮影対象部位に対してＲＦパルスを照射すると共にこのＲＦパルスが照射された前記撮影対象部位から検出されたＭＲ信号に対して各種信号処理を行なう送受信部と、処理後のＭＲ信号を再構成処理して画像データを生成する画像データ生成部と、この画像データを表示する表示部を備えており、前記送受信部は、被検体に対しＲＦパルスを照射する送信コイル、この送信コイルを駆動する送信部、被検体にて発生するＭＲ信号を検出する受信コイル及び受信コイルによって得られたＭＲ信号に対して周波数変換やＡ／Ｄ変換等の信号処理を行なう受信部を備えている。

そして、前記受信部は、例えば、図９に示すように、受信コイルにて検出されたＭＲ信号の周波数を変換する周波数変換部１０１と、周波数変換されたＭＲ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部１０２と、Ａ／Ｄ変換されたＭＲ信号を直交位相検波してＩ成分及びＱ成分を有した複素形式のＭＲ信号に変換する直交位相検波部１０３と、このＭＲ信号をフィルタリング処理しノイズ等の不要成分を排除するフィルタリング処理部１０４とを備えている。

ところで、ＭＲＩ装置では、撮影対象部位に対して互いに直交するスライスエンコード方向、読み出しエンコード方向及び位相エンコード方向を設定し、これらの方向に対して傾斜磁場を印加することにより、画像スライス断面の設定とこの画像スライス断面から発生したＭＲ信号に対する位置情報の付加を行なっている。そして、送信コイルによるＲＦパルスが被検体に対して照射されてから所定時間後に印加された読み出し傾斜磁場により被検体から発生する時系列的なＭＲ信号が受信コイルによって検出される。

この場合、ＭＲ信号の周波数は印加される磁場の強度に比例するため所定の場所から常に安定した周波数のＭＲ信号を収集するためにはＭＲ信号の収集期間（読み出し期間）において磁場強度は一様であることが望ましいが、矩形状あるいは台形状の磁場特性のように立ち上がり時間が短くしかも読み出し期間において略一様な磁場を得ることは傾斜磁場電源等の制約から実際には困難なため、正弦状の読み出し傾斜磁場が用いられる場合が多い。

このような磁場特性を有した読み出し傾斜磁場を被検体に印加した場合、同一部位から発生するＭＲ信号の周波数は磁場強度の時間的変化に伴なって変化するため、このとき読み出しエンコード方向にて収集されたＭＲ信号をＡ／Ｄ変換した後再構成処理して画像データを生成する場合、等間隔のサンプリングによって得られたＭＲ信号をフーリエ変換して得られた画像データにはＭＲ信号周波数の変化に起因する画像歪みが発生する。

そして、磁場強度の変化に伴なって発生する画像歪みを低減するために、被検体に印加された任意波形の傾斜磁場の時間積分値が一定となるような時間間隔を予め設定し、この時間間隔に基づいた不等間隔のサンプリングによって得られたＭＲ信号を等間隔に再配列した後フィルタリング処理と画像再構成処理を行なう方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第３１１２９２６号明細書

上述の特許文献１に記載された方法によれば、先ず、読み出し傾斜磁場の時間的変化に基づいて設定された不等間隔のサンプリングによりＭＲ信号を抽出し、次いで、得られたＭＲ信号をフィルタリング処理することによって前記ＭＲ信号に混入した不要成分の排除が行なわれている。即ち、ＭＲ信号周波数の補正が行なわれたＭＲ信号に対し不要信号を排除するためのフィルタリング処理が行なわれていたため、これらの処理に多くの期間を要し、画像データのリアルタイム性を劣化させるという問題点を有していた。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、時間的に変化する読み出し傾斜磁場を用いて収集したＭＲ信号に対してフィルタリング処理を行なう際、前記読み出し傾斜磁場の時間的変化に伴なって変化するＭＲ信号周波数の補正と前記ＭＲ信号に混入する不要成分を排除するためのフィルタリング処理を同時に行なうことにより、これらの処理に要する時間を短縮することが可能なＭＲＩ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明のＭＲＩ装置は、静磁場に置かれた被検体に対し傾斜磁場とＲＦパルスを所定のパルスシーケンスに従って印加し、このとき得られたＭＲ信号に基づいて画像データを生成するＭＲＩ装置であって、磁場強度が時間的に変化する読み出し傾斜磁場を用いて得られた前記ＭＲ信号に対しサンプリング処理及びフィルタリング処理を行なうための受信手段を備えたＭＲＩ装置において、前記受信手段は、前記サンプリング処理により第１の周期を有するサンプリング時刻で収集した離散的なＭＲ信号に対し第２の周期を有する第１のリサンプリング時刻を設定し、更に、これら第１のリサンプリング時刻の各々を前記磁場強度の時間的変化に対応した時間シフト量に基づいて補正し第２のリサンプリング時刻を設定するリサンプリング設定手段と、前記第２のリサンプリング時刻にその中心が位置する離散的なフィルタ係数を前記サンプリング時刻の各々に対して設定するフィルタ係数設定手段と、前記フィルタ係数と前記ＭＲ信号との積和演算により前記第２のリサンプリング時刻におけるＭＲ信号の振幅値を算出する積和演算手段とを備え、前記第１のリサンプリング時刻におけるＭＲ信号の振幅値を前記第２のリサンプリング時刻において算出された前記ＭＲ信号の振幅値に更新することにより、前記磁場特性の時間的変化に伴なうＭＲ信号周波数の変化が補正されたフィルタ処理後のＭＲ信号を前記第１のリサンプリング時刻にて収集することを特徴としている。

本発明によれば、時間的に変化する読み出し傾斜磁場を用いて収集したＭＲ信号に対してフィルタリング処理を行なう際、前記読み出し傾斜磁場の時間的変化に伴なって変化するＭＲ信号周波数の補正と前記ＭＲ信号に混入する不要成分を排除するためのフィルタリング処理を同時に行なうことが可能となる。従って、これらの処理に要する時間が短縮され、画像データの収集におけるリアルタイム性を改善することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下に述べる本発明の実施例では、所定のサンプリング間隔で収集された直交位相検波後のＭＲ信号に重畳された各種ノイズ成分をデジタルフィルタによって排除する際、所定間隔のサンプリング時刻でサンプリングされた前記ＭＲ信号に対しその信号帯域に対応したリサンプリング時刻を設定し、更に、時間的に変化する読み出し傾斜磁場の磁場特性に基づいて前記リサンプリング時刻を補正する。次いで、前記サンプリング間隔で予め設定された離散的な標準フィルタ係数を補間処理して補正後のリサンプリング時刻にその中心を有するフィルタ係数を前記サンプリング時刻の各々に対して算出し、補間処理後のフィルタ係数と前記サンプリング間隔で収集されたＭＲ信号の振幅値との畳み込み積分により補正後のリサンプリング時刻におけるＭＲ信号の振幅値を算出する。そして、補正前のリサンプリング時刻におけるＭＲ信号の振幅値を補正後のリサンプリング時刻にて得られたＭＲ信号の振幅値に置き替えることにより、読み出し傾斜磁場の時間的変化に伴なうＭＲ信号周波数の変化を補正する。

（装置の構成）
本発明の実施例におけるＭＲＩ装置の構成につき図１乃至図６を用いて説明する。尚、図１は、本実施例におけるＭＲＩ装置の全体構成を示すブロック図であり、図３は、このＭＲＩ装置が備える受信部の構成を示すブロック図である。又、図６は、前記受信部が有するフィルタリング処理部の具体的な構成を示すブロック図である。

図１に示したＭＲＩ装置２００は、被検体１５０に対して磁場を発生する静磁場発生部１及び傾斜磁場発生部２と、被検体１５０に対しＲＦパルスの照射とＭＲ信号の受信を行なう送受信部３と、被検体１５０を載置する天板４と、この天板４を被検体１５０の体軸方向に移動する天板移動機構部５を備えている。

更に、ＭＲＩ装置２００は、送受信部３において受信されたＭＲ信号を再構成処理して画像データを生成する画像データ生成部６と、生成した画像データを表示する表示部７と、ＭＲ信号収集条件の設定や画像データ表示条件の設定、更には、各種コマンド信号の入力等を行なう入力部８と、ＭＲＩ装置２００における上述の各ユニットを制御する制御部９を備えている。

静磁場発生部１は、例えば、常伝導磁石あるいは超電導磁石等によって構成される主磁石１１と、この主磁石１１に電流を供給する静磁場電源１２を備え、図示しないガントリの撮影野に配置された被検体１５０に対して強力な静磁場Ｇ０を形成する。尚、上述の主磁石１１は、永久磁石によって構成されていてもよい。

一方、傾斜磁場発生部２は、互いに直交するｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向に対して傾斜磁場を形成する傾斜磁場コイル２１と、傾斜磁場コイル２１の各々に対してパルス電流を供給する傾斜磁場電源２２を備えている。

傾斜磁場電源２２は、制御部９の後述するシーケンス制御部９２から供給されたシーケンス制御信号に基づいて被検体１５０が置かれた撮影野に対して符号化を行なう。即ち、傾斜磁場電源２２は、制御部９から供給されるシーケンス制御信号に基づいてｘ軸方向，ｙ軸方向及びｚ軸方向の傾斜磁場コイル２１に供給するパルス電流を制御することにより各々の方向に対して傾斜磁場を形成する。そして、ｘ軸方向，ｙ軸方向及びｚ軸方向の傾斜磁場は合成されて互いに直交するスライス選択傾斜磁場Ｇｓ、位相エンコード傾斜磁場Ｇe及び読み出し（周波数エンコード）傾斜磁場Ｇｒが所望の方向に形成され、これらの傾斜磁場は、主磁石１１によって形成された静磁場Ｇ０に重畳されて被検体１５０に印加される。

図２は、本実施例において被検体１５０の所定部位に静磁場Ｇ０と共に印加される各種読み出し傾斜磁場の磁場強度特性（図２（ａ））と、正弦状の読み出し傾斜磁場Ｇｒａの時間的変化に伴なうＭＲ信号周波数の変化（図２（ｂ））を示しており、既に述べたように、ＭＲ信号の読み出し期間Ｔｄにおいて一様な磁場強度を有する矩形状の読み出し傾斜磁場Ｇｒｂあるいは台形状の読み出し傾斜磁場Ｇｒｃを印加することが望ましいが、通常は、傾斜磁場電源２２の制約から正弦状の読み出し傾斜磁場Ｇｒａを印加する場合が多い。

当該被検体１５０に対して静磁場Ｇ０と読み出し傾斜磁場Ｇｒａが印加された場合、前記微小領域から発生するＭＲ信号の周波数ｆ０は次式（１）によって示され、読み出し傾斜磁場Ｇｒａの時間的変化に伴なってＭＲ信号周波数ｆ０も図２（ｂ）に示すように変化する。但し、式（１）におけるγは、磁気回転比と呼ばれ核種に固有の定数である。

次に、図１の送受信部３は、被検体１５０に対してＲＦパルスを照射する送信コイル３１及び送信部３２と、被検体１５０にて発生したＭＲ信号を受信する受信コイル３３及び受信部３４を有している。但し、送信コイル３１の機能と受信コイル３３の機能を１つのコイルで兼ね備えた送受信コイルを用いてもよい。

送信部３２は、制御部９のシーケンス制御部９２から供給されたシーケンス制御信号に基づき、主磁石１１の静磁場強度によって決定される磁気共鳴周波数（ラーモア周波数）と同じ周波数の搬送波を有し所定の選択励起波形で変調されたＲＦパルス電流を生成する。又、送信コイル３１は、送信部３２から供給されたＲＦパルス電流によって駆動され被検体１５０の撮影対象部位に対してＲＦパルスを照射する。

一方、受信コイル３３は、被検体１５０が発生したＭＲ信号を高感度で検出するために、小口径のコイルエレメントが複数個配列された所謂マルチチャンネルコイルによって構成されている。そして、主磁石１１、傾斜磁場コイル２１、送信コイル３１及び受信コイル３３は、ＭＲＩ装置２００のガントリに設けられ、このガントリの中央部には撮影野が形成される。即ち、ガントリの中心には天板４と共に被検体１５０が挿入される撮影野が設けられ、この撮影野の周囲には受信コイル３３、送信コイル３１、傾斜磁場コイル２１及び主磁石１１がｚ軸を共軸として同心円状に配置されている。

次に、送受信部３の受信部３４の構成につき図３のブロック図を用いて説明する。図３の受信部３４は、周波数ｆ１、ｆ３、ｆ５及びｆ６の標準信号を発生する標準信号発生部３４１乃至３４４、ＭＲ信号に対して周波数変換を行なう中間周波変換部３４５及び低周波変換部３４６、Ａ／Ｄ変換部３４７、直交位相検波部３４８及びリサンプリング／フィルタリング処理部３４９を備えている。

そして、受信コイル３３によって検出された周波数ｆ０（例えば、ｆ０＝６３．８６ＭＨｚ）のＭＲ信号は、中間周波変換部３４５において標準信号発生部３４１から供給される周波数ｆ１（ｆ１＝６１．３６ＭＨｚ）の標準信号との混合（ミクシング）により周波数ｆ２（ｆ２＝ｆ０−ｆ１＝２．５ＭＨｚ）のＭＲ信号に変換され、更に、低周波変換部３４６において標準信号発生部３４２から供給される周波数ｆ３（ｆ３＝２．０ＭＨｚ）の標準信号との混合により周波数ｆ４（ｆ４＝ｆ２−ｆ３＝０．５ＭＨｚ）のＭＲ信号に変換される。

次いで、低周波変換部３４６から出力されるＭＲ信号はＡ／Ｄ変換部３４７に供給され、Ａ／Ｄ変換部３４７はこのＭＲ信号に対して、例えば、周期Ｔ５（Ｔ５＝１／ｆ５＝０．５μｓｅｃ）のサンプル／ホールドとＡ／Ｄ変換を行なう。更に、デジタル信号に変換され直交位相検波部３４８に供給されたＭＲ信号は、標準信号発生部３４４から供給される周波数ｆ６（ｆ６＝０．５ＭＨｚ）の標準信号により直交位相検波されてＩ成分（実数成分）及びＱ成分（虚数成分）を有するベースバンドのＭＲ信号に変換され、リサンプリング／フィルタリング処理部３４９へ供給される。但し、このベースバンドのＭＲ信号には、上述の直交位相検波において発生した和の周波数成分（ｆ４＋ｆ６）が混入している。この和の周波数成分を以下では不要ＭＲ信号と呼ぶ。

リサンプリング／フィルタリング処理部３４９は、リサンプリング設定部３５及びフィルタリング処理部３６を備えている。リサンプリング設定部３５は、Ａ／Ｄ変換部３４７におけるサンプリング周期Ｔ５に基づいて直交位相検波部３４８から出力されるベースバンドのＭＲ信号に対し、このＭＲ信号が有する信号帯域（例えば、４ＫＨｚ乃至２００ＫＨｚ）を考慮したリサンプリング間隔やリサンプリング時刻（リサンプリング位置）を設定する。

図４は、リサンプリング設定部３５によりサンプリング周期Ｔ５のＭＲ信号に対して設定されるリサンプリング時刻を示したものであり、図４（ａ）は、直交位相検波部３４８からサンプリング周期Ｔ５で供給されるＭＲ信号のデータ列におけるサンプリング時刻、図４（ｂ）は、このＭＲ信号のデータ列に対してリサンプリング設定部３５が設定した周期Ｔ７のリサンプリング時刻を夫々示している。

直交位相検波部３４８から供給されるベースバンドのＭＲ信号が有する最大周波数成分が、例えば、上述のように２００ＫＨｚの場合、このＭＲ信号を４００ＫＨｚ以上の周波数でサンプリングすることにより折り返りによるアーチファクトの発生を抑えることができる。一方、図４（ａ）のようにベースバンドのＭＲ信号が必要以上に高い周波数（例えば、ｆ５＝２．０ＭＨｚ）によってサンプリングされている場合、このＭＲ信号に重畳している不要ＭＲ信号の除去を目的とした後述のフィルタリング処理や前記ＭＲ信号に基づく再構成処理に多大な時間を費やすという問題が生ずる。

このため、リサンプリング設定部３５は、Ａ／Ｄ変換部３４７においてｆ５＝２．０ＭＨｚでサンプリングされたサンプリング間隔Ｔ５（Ｔ５＝１／ｆ５＝０．５μｓｅｃ）のＭＲ信号データ列に対し、リサンプリング間隔Ｔ７（例えば、Ｔ７＝１／ｆ７＝２μｓｅｃ）のリサンプリング時刻を設定する。即ち、図４（ａ）に示すように、周期Ｔ５のサンプリング時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・において得られた振幅値ａ１、ａ２、ａ３、・・・を有するＭＲ信号のデータ列に対し、リサンプリング設定部３５は、リサンプリング時刻ｔ４、ｔ８、ｔ１２・・・の設定を行なう。

更に、サンプリング処理部３５は、読み出し傾斜磁場Ｇｒａが当該被検体１５０に印加された場合、磁場強度の時間的変化に伴なうＭＲ信号周波数の変化を補正するために上述のリサンプリング時刻ｔ４、ｔ８、ｔ１２・・・を補正し、リサンプリング時刻ｔｘ４、ｔｘ８、ｔｘ１２・・・を新たに設定する。尚、以下では、リサンプリング時刻ｔｘ４、ｔｘ８、ｔｘ１２・・・を補正後のリサンプリング時刻と呼ぶ。

次に、上述のリサンプリング時刻ｔ４に対し新たに設定される補正後のリサンプリング時刻ｔｘ４を例に、補正後のリサンプリング時刻の設定方法につき図５を用いて説明する。

図５は、磁場強度が時間的に変化しない読み出し傾斜磁場（即ち、矩形状の読み出し傾斜磁場Ｇｒｂあるいは台形状の読み出し傾斜磁場Ｇｒｃ）の印加によって得られるＭＲ信号Ｄ１と磁場強度が時間的に変化する正弦状の読み出し傾斜磁場Ｇｒａの印加によって得られるＭＲ信号Ｄ２を示している。

図２（ａ）に示した矩形状の読み出し傾斜磁場Ｇｒｂあるいは台形状の読み出し傾斜磁場ＧｒｃのようにＭＲ信号の読み出し期間Ｔｄにおいてその磁場強度が時間的に変化しない読み出し傾斜磁場が印加された場合、このとき得られたＭＲ信号Ｄ１をこのＭＲ信号の最大周波数成分に基づいてリサンプリング設定部３５が設定した周期Ｔ５のリサンプリング時刻ｔ４、ｔ８、ｔ１２、・・・にて収集することによりアーチファクトや歪みの無い画像データを生成することができる（図４参照）。

一方、ＭＲ信号読み出し期間Ｔｄにおいて磁場強度が時間的に変化する正弦状の読み出し傾斜磁場Ｇｒａが印加された場合、このとき得られたＭＲ信号Ｄ２の周波数は、図５の破線で示すように磁場強度の時間的変化に伴なって変化する。

リサンプリング設定部３５は、このようなＭＲ信号周波数の変化量（即ち、読み出し傾斜磁場Ｇｒａの磁場特性）に基づいて設定され後述のフィルタリング処理部３６におけるシフト量記憶部３６１に予め保管されている時間シフト量Δτ４を読み出し、この時間シフト量Δτ４に基づいてリサンプリング時刻ｔ４からΔτ４だけ時間シフトした補正後のリサンプリング時刻ｔｘ４を設定する。この場合、リサンプリング時刻ｔ４におけるＭＲ信号Ｄ１の時相と同一の時相を有するＭＲ信号Ｄ２の時刻ｔｘ４が補正後のリサンプリング時刻として設定される。同様の手順によってリサンプリング時刻ｔ８、ｔ１２、ｔ１６、・・・の各々に対する補正後のリサンプリング時刻ｔｘ８、ｔｘ１２、ｔｘ１６、・・・の設定を行なう。

一方、フィルタリング処理部３６は、ベースバンドのＭＲ信号に混入している不要ＭＲ信号等を排除するためのフィルタリング処理を行なうと共に、このフィルタリング処理の過程で読み出し傾斜磁場Ｇｒａに起因したＭＲ信号周波数の時間的変化に対する補正を行なう。即ち、フィルタリング処理部３６により、サンプリング時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・で直交位相検波部３４８から供給されるベースバンドのＭＲ信号に混入していた不要ＭＲ信号は除去され、更に、正弦状の読み出し傾斜磁場Ｇｒａに起因するＭＲ信号周波数の時間的変化が補正されたＭＲ信号が補正後のリサンプリング時刻ｔｘ４、ｔｘ８、ｔｘ１２、・・・にて生成される。尚、サンプリング間隔Ｔ５及びリサンプリング間隔Ｔ７は上述の値に限定されない。

次に、このようなＭＲ信号周波数の補正、不要ＭＲ信号の除去及びリサンプリングを可能にするフィルタリング処理部３６の具体的な構成につき図６を用いて説明する。

図６に示したフィルタリング処理部３６は、データ記憶部３６０、シフト量記憶部３６１、フィルタ係数記憶部３６２、フィルタ係数補間演算部３６３、レジスタ部３６４、積和演算部３６５及びフィルタリング制御部３６６を備えている。

データ記憶部３６０には、受信コイル３３によって検出され、周波数変換、Ａ／Ｄ変換及び直交位相検波等の処理が施されたＭＲ信号が一旦保存され、シフト量記憶部３６１には、読み出し傾斜磁場の各種磁場特性に基づいて設定された時間シフト量が、又、フィルタ係数記憶部３６２には、フィルタ特性に基づいてサンプリング周期Ｔ５と同様の間隔で生成された離散的な標準フィルタ係数が予め保管されている。

一方、フィルタ係数補間演算部３６３は、制御部９の主制御部９１を介し入力部８から供給されるフィルタ特性に対応した離散的な標準フィルタ係数をフィルタ係数記憶部３６２に予め保管された各種標準フィルタ係数の中から選択し、更に、これらの標準フィルタ係数をシフト量記憶部３６１から供給される時間シフト量の情報に基づいて線形補間することによりその中心が補正後のリサンプリング時刻にシフトしたフィルタ係数（以下では、補間処理後のフィルタ係数と呼ぶ。）を各々のサンプリング時刻に対して算出する。

次に、レジスタ部３６４は、Ｎビットのシフトレジスタを有し、データ記憶部３６０からサンプリング間隔Ｔ５で順次入力されたＭＲ信号Ｄ２は、周期Ｔ５のクロックパルスに従って順次シフトする。一方、積和演算部３６５は、乗算器と加算器とで構成されるＮ個の積和演算ユニットがレジスタ部３６４が有するＮ個の出力端子の各々に接続されている。そして、前記積和演算ユニットにおいて離散的なＭＲ信号Ｄ２の振幅値と補間処理後のフィルタ係数との乗算が行なわれ、更に、各々の乗算結果は前記加算器において合成される。即ち、上述の積和演算により補正後のリサンプリング時刻におけるＭＲ信号Ｄ２の振幅値が算出される。

フィルタリング制御部３６６は、フィルタリング処理部３６における上述の各ユニットを制御して離散的なＭＲ信号Ｄ２と補間処理後のフィルタ係数との積和演算によるフィルタリング処理を実行させる。

次に、フィルタリング処理部３６にて行なわれるフィルタリング処理とＭＲ信号周波数の補正の手順につき更に詳しく説明する。但し、以下では、各々のリサンプリング時刻を中心としてサンプリング間隔Ｔ５で収集されたＮ＝７の離散的なＭＲ信号に対してフィルタリング処理を行なう場合について述べるがＭＲ信号のデータ数は７に限定されない。

ＭＲ信号のフィルタリング処理に際し、図６に示したフィルタリング処理部３６のフィルタリング制御部３６６を介して制御部９から読み出し傾斜磁場特性の情報やフィルタ特性の情報、更には、フィルタリング処理のコマンド信号等を受信したフィルタ係数補間演算部３６３は、前記フィルタ特性に対応した標準フィルタ係数ｃ１乃至ｃ７をフィルタ係数記憶部３６２から読み出し、更に、前記読み出し傾斜磁場特性に対応した時間シフト量Δτ４、Δτ８、Δτ１２、・・・をシフト量記憶部３６１から読み出す。

そして、時間シフト量Δτ４、Δτ８、Δτ１２、・・・の各々に基づいて標準フィルタ係数ｃ１乃至ｃ７を補間処理し、上述のリサンプリング設定部３５が設定した補正後のリサンプリング時刻ｔｘ４、ｔｘ８、ｔｘ１２、・・・の各々に対応した補間処理後のフィルタ係数ｃｘ１乃至ｃｘ７を算出する。そして、得られた補間処理後のフィルタ係数ｃｘ１乃至ｃｘ７を積和演算部３６５におけるＮ（Ｎ＝７）個の乗算器に供給する。

次に、フィルタリング制御部３６６は、サンプリング間隔Ｔ５で直交位相検波部３４８から供給されデータ記憶部３６０に一旦保存されたサンプリング間隔Ｔ５のＭＲ信号Ｄ２（図４（ａ）参照）の中から、例えば、リサンプリング時刻ｔ４を中心としたサンプリング時刻ｔ１乃至ｔ７におけるＭＲ信号Ｄ２の振幅値ａ１乃至ａ７を順次読み出してレジスタ部３６４へ入力し、サンプリング時刻ｔ４におけるＭＲ信号がレジスタの中央に到達した時点で積和演算部３６５に対して積和演算の指示信号を供給する。

そして、この指示信号を受信した積和演算部３６５は、レジスタ部３６４の各出力端子から供給されるＭＲ信号Ｄ２の振幅値ａ１乃至ａ７と補正後のリサンプリング時刻ｔｘ４に対応した補間処理後のフィルタ係数ｃｘ１乃至ｃｘ７との積和演算を行なって補正後のリサンプリング時刻ｔｘ４における振幅値ｂ４を算出し、リサンプリング時刻ｔ４における振幅値ａ４を振幅値ｂ４に更新する。

同様の手順により補正後のリサンプリング時刻ｔｘ８、ｔｘ１２、ｔｘ１６、・・・におけるＭＲ信号Ｄ２の振幅値ｂ８、ｂ１２、ｂ１６、・・・を算出し、リサンプリング時刻ｔ８、ｔ１２、ｔ１６、・・・における振幅値ａ８、ａ１２、ａ１６、・・・の各々を振幅値ｂ８、ｂ１２、ｂ１６、・・・に更新する。

図７は、フィルタリング処理部３６にて行なわれる上述のフィルタリング処理とＭＲ信号周波数の補正を示したものであり、図７（ａ）のＤ１は、磁場強度が時間的に変化しない読み出し傾斜磁場の印加によって得られるＭＲ信号、Ｄ２は、磁場強度が時間的に変化する正弦状の読み出し傾斜磁場Ｇｒａの印加によって得られるＭＲ信号である。尚、以下では、データ数が７のＭＲ信号データ列に対してフィルタリング処理を行なう場合について述べるが、フィルタリング処理に用いられるデータ数は７に限定されない。

上述のようにフィルタリング処理部３６は、間隔Ｔ５で直交位相検波部３４８から供給されデータ記憶部３６０に一旦保存されたＭＲ信号Ｄ２の中から、リサンプリング時刻ｔ４を中心としたサンプリング時刻ｔ１乃至ｔ７におけるＭＲ信号Ｄ２の振幅ａ１乃至ａ７を読み出す。次いで、この振幅ａ１乃至ａ７とフィルタ係数補間演算部３６３によって生成された補正後のリサンプリング時刻ｔｘ４にその中心を有する補間処理後のフィルタ係数ｃｘ１乃至ｃｘ７との積和演算により補正後のリサンプリング時刻ｔｘ４におけるＭＲ信号２の振幅値ｂ４を算出する。そして、リサンプリング時刻ｔ４の振幅値ａ４を振幅値ｂ４に更新する。

同様にして、リサンプリング時刻ｔ８、ｔ１２、ｔ１６・・・におけるＭＲ信号Ｄ２の振幅値ａ８、ａ１２、ａ１６、・・・についても補正後のリサンプリング時刻ｔｘ８、ｔｘ１２、ｔｘ１６、・・・において算出された振幅値ｂ８、ｂ１２、ｂ１６、・・・に更新する。このような手順によりリサンプリング時刻ｔ４、ｔ８、ｔ１２、・・・におけるＭＲ信号Ｄ２の振幅値ａ４、ａ８、ａ１２、・・・を補正後のリサンプリング時刻ｔｘ４、ｔｘ８、ｔ１ｘ２、ｔｘ１６・・・において算出された振幅値ｂ４、ｂ８、ｂ１２、ｂ１６・・・に更新することにより、周波数補正されたＭＲ信号（即ち、図５に示した磁場強度の時間的変化が無い場合のＭＲ信号Ｄ１）を得ることができる。

一方、図７（ｂ）は、サンプリング時刻ｔ１乃至ｔ７にて得られたＭＲ信号Ｄ２の振幅ａ１乃至ａ７に基づいて補正後のリサンプリング時刻ｔｘ４におけるＭＲ信号Ｄ２の振幅ｂ４の算出方法を示したものであり、図中の曲線Ｄ３は、補間処理後のフィルタ係数を決定するフィルタ関数を示している。

この場合、ＭＲ信号Ｄ２の振幅ｂ４は、ベースバンドのＭＲ信号に混入した不要ＭＲ信号や各種ノイズの除去を目的としてフィルタリング処理部３６のフィルタ係数補間演算部３６３が生成した補間処理後のフィルタ係数ｃｘ１乃至ｃｘ７とＭＲ信号Ｄ２の振幅値ａ１乃至ａ７との畳み込み積分（コンボリューション）によって求めることができる。

このフィルタ関数Ｄ３は、周波数領域にて設定された帯域関数をフーリエ変換することによって得られ、例えば、帯域関数が矩形の場合のフィルタ関数Ｄ３は図５（ｂ）のＤ３で示すような標本関数（sinc関数）となる。

そして、補正後のリサンプリング時刻ｔｘ４におけるＭＲ信号Ｄ２の振幅値ｂ４を算出する場合、サンプリング周期Ｔ５と同様の間隔で予め設定された離散的な標準フィルタ係数ｃ１乃至ｃ７に対して補間処理を行なうことにより、補正後のリサンプリング時刻ｔｘ４にその中心を有したフィルタ関数Ｄ３のサンプリング時刻ｔ１乃至ｔ７において補間処理後のフィルタ係数ｃｘ１乃至ｃｘ７を算出する。

以上述べた方法により補正後のリサンプリング時刻ｔｘ４におけるＭＲ信号Ｄ２の振幅値ｂ４が算出され、同様の手順により補正後のリサンプリング時刻ｔｘ８、ｔｘ１２、ｔｘ１６・・・におけるＭＲ信号Ｄ２の振幅値ｂ８、ｂ１２、ｂ１６、・・・の算出が行なわれる。

図８は、リサンプリング時刻ｔｘ８、ｔｘ１２及びｔｘ１６におけるＭＲ信号Ｄ２の振幅値ｂ８、ｂ１６及びｂ２０の算出方法を示したものであり、図８（ａ）は、サンプリング時刻ｔ１乃至ｔ２３において得られたＭＲ信号Ｄ２の振幅値ａ１乃至ａ２２と、リサンプリング時刻（補正前のリサンプリング時刻）ｔ４、ｔ８、ｔ１２、ｔ１６及びｔ２０を示している。

一方、図８（ｂ）は、サンプリング時刻ｔ５乃至ｔ１１におけるＭＲ信号Ｄ２の振幅値ａ５乃至ａ１１と補正後のリサンプリング時刻ｔ８に対応した補間処理後のフィルタ係数ｃｘ１乃至ｃｘ７との積和演算により補正後のリサンプリング時刻ｔｘ８におけるＭＲ信号Ｄ２の振幅値ｂ８を算出する場合である。同様にして、図８（ｃ）は、サンプリング時刻ｔ９乃至ｔ１５におけるＭＲ信号Ｄ２の振幅値ａ９乃至ａ１５と補正後のリサンプリング時刻ｔ１２に対応した補間処理後のフィルタ係数ｃｘ１乃至ｃｘ７との積和演算により補正後のリサンプリング時刻ｔｘ１２におけるＭＲ信号Ｄ２の振幅値ｂ１２を算出する場合を、又、図８（ｄ）は、サンプリング時刻ｔ１３乃至ｔ１９におけるＭＲ信号Ｄ２の振幅値ａ１３乃至ａ１９と補正後のリサンプリング時刻ｔｘ１６に対応した補間処理後のフィルタ係数ｃｘ１乃至ｃｘ７との積和演算により補正後のリサンプリング時刻ｔｘ１６におけるＭＲ信号Ｄ２の振幅値ｂ１６を算出する場合を夫々示している。

図１へ戻って、天板４は、ガントリの近傍に設置された図示しない寝台の上面においてｚ軸方向にスライド自在に取り付けられ、天板４に載置された被検体１５０を体軸方向（ｚ軸方向）に移動することにより被検体１５０の撮影対象部位を撮影野の所望位置に設定する。この場合、前記撮影対象部位が撮影野の近傍に設けられた受信コイル３３に対向するように天板４の移動が制御される。

一方、天板移動機構部５は、例えば、上述の寝台に取り付けられ、制御部９の後述する天板移動制御部９３から供給された天板移動トリガ信号（即ち、移動開始トリガ信号と移動停止トリガ信号）に基づいて天板移動用駆動信号を生成し、この天板移動用駆動信号によって天板４をｚ軸方向に所定速度で移動する。

次に、画像データ生成部６は、データ記憶部６１と高速演算部６２を備え、データ記憶部６１は、ＭＲ信号を記憶するＭＲ信号記憶部６１１と、画像データを記憶する画像データ記憶部６１２を備えている。そして、ＭＲ信号記憶部６１１には、受信部３４によって周波数変換、Ａ／Ｄ変換、直交位相検波、更には、リサンプリングとフィルタリング処理によって周波数補正されたＭＲ信号が位相エンコード方向に順次保存される。又、画像データ記憶部６１２には、上述のＭＲ信号を再構成処理して得られた画像データが保存される。

一方、画像データ生成部６の高速演算部６２は、ＭＲ信号記憶部６１１に保存されたＭＲ信号を読み出し、２次元フーリエ変換による画像再構成処理を行なって画像データを生成する。

表示部７は、図示しない表示データ生成回路と変換回路とモニタを備え、前記表示データ生成回路は、画像データ生成部６の画像データ記憶部６１２から供給された画像データと入力部８から制御部９を介して供給された被検体情報等の付帯情報を合成して表示データを生成する。そして、前記変換回路は、前記表示データを所定の表示フォーマットに変換し、更に、Ｄ／Ａ変換とテレビフォーマット変換により映像信号を生成してＣＲＴあるいは液晶パネルからなる前記モニタに表示する。

次に、入力部８は、操作卓上にスイッチやキーボード、マウスなどの各種入力デバイスや表示パネルを備え、被検体情報の入力、ＭＲ信号の収集条件や画像データの表示条件の設定、フィルタ特性の設定、読み出し傾斜磁場特性の設定、天板４の移動速度の設定、各種コマンド信号の入力等を行なう。

制御部９は、主制御部９１、シーケンス制御部９２及び天板移動制御部９３を備えている。主制御部９１は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、ＭＲＩ装置２００を統括して制御する機能を有している。そして、主制御部９１の記憶回路には、入力部８にて入力あるいは設定された被検体情報、ＭＲ信号の収集条件、画像データの表示条件、フィルタ特性、読み出し傾斜磁場特性、天板移動速度等の情報が保存される。

一方、主制御部９１のＣＰＵは、入力部８から入力された上述の情報に基づくパルスシーケンス条件（例えば傾斜磁場コイル２１や送信コイル３１に供給するパルス電流の大きさ、供給時間、供給タイミング等）を設定しシーケンス制御部９２に供給する。

制御部９のシーケンス制御部９２は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、主制御部９１から供給されたパルスシーケンス条件を前記記憶回路に一旦記憶した後、このパルスシーケンス条件に従ってシーケンス制御信号を生成し傾斜磁場発生部２の傾斜磁場電源２２や送受信部３の送信部３２を制御する。

又、制御部９の天板移動制御部９３は、主制御部９１から供給されたパルスシーケンス情報あるいはシーケンス制御部９２から供給されたシーケンス制御信号に基づき、天板４の移動に対する移動開始トリガ信号及び移動停止トリガ信号を生成し天板移動機構部５に供給する。

以上述べた本発明の実施例によれば、時間的に変化する正弦状の読み出し傾斜磁場を用いて収集したＭＲ信号に対してフィルタリング処理を行なう際、前記読み出し傾斜磁場の時間的変化に伴なって変化するＭＲ信号周波数の補正と前記ＭＲ信号に混入する不要成分を排除するためのフィルタリング処理を同時に行なうことが可能となる。このため、これらの処理に要する時間が短縮され、画像データの収集におけるリアルタイム性を改善することができる。

更に、前記読み出し傾斜磁場を用いて収集したＭＲ信号の周波数帯域に対応したリサンプリングによって抽出されたＭＲ信号に対して上述のＭＲ信号周波数の補正とフィルタリング処理が行なわれるため、これらの処理に要する時間を更に短縮することが可能となる。

一方、補正後のリサンプリング時刻におけるＭＲ信号の振幅値を算出する際に使用される前記補正後のリサンプリング時刻にその中心を有する補間処理後のフィルタ係数は、所定間隔で予め設定された標準フィルタ係数の補間処理によって算出されるため時間シフト量の大きさに依存することなく常に正確なフィルタ係数（補間処理後のフィルタ係数）を得ることができ、従って、正確なフィルタリング処理が可能となる。

以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく変形して実施してもよい。例えば、上述の実施例では、正弦状の読み出し傾斜磁場の時間的に伴なうＭＲ信号周波数の変化を補正する場合について述べたが、ＭＲ信号の読み出し期間において時間的に変化する他の形状を有した読み出し傾斜磁場であっても構わない。

又、標本関数（sinc関数）Ｄ３に基づくフィルタ係数によりＭＲ信号をフィルタリング処理する場合について述べたが、他の関数に基づくフィルタ係数を用いてもよい。

更に、読み出し傾斜磁場の磁場特性に基づいて予め設定された時間シフト量を保存するシフト量記憶部３６１はリサンプリング／フィルタリング処理部３４９のフィルタリング処理部３６に設けられている場合について述べたが、リサンプリング設定部３５において設けられていてもよい。

本発明の実施例におけるＭＲＩ装置の全体構成を示すブロック図。読み出し傾斜磁場の磁場強度特性と正弦状の読み出し傾斜磁場の時間的変化に伴なうＭＲ信号周波数の変化を説明するための図。本発明の実施例におけるＭＲＩ装置が備えた受信部の構成を示すブロック図。同実施例のＭＲ信号に対して設定されるリサンプリング時刻を示す図。同実施例における補正後のリサンプリング時刻の設定方法を示す図。同実施例の受信部が備えるフィルタリング処理部の具体的な構成を示すブロック図。同実施例におけるフィルタリング処理とＭＲ信号周波数の補正を示す図。同実施例において設定された補正後のリサンプリング時刻におけるＭＲ信号振幅値の算出方法を説明するための図。従来のＭＲＩ装置が備える受信部の基本構成を示すブロック図。

符号の説明

１…静磁場発生部
１１…主磁石
１２…静磁場電源
２…傾斜磁場発生部
２１…傾斜磁場コイル
２２…傾斜磁場電源
３…送受信部
３１…送信コイル
３２…送信部
３３…受信コイル
３４…受信部
３４１〜３４４…標準信号発生部
３４５…中間周波変換部
３４６…低周波変換部
３４７…Ａ／Ｄ変換部
３４８…直交位相検波部
３４９…リサンプリング／フィルタリング処理部
３５…リサンプリング設定部
３６…フィルタリング処理部
３６０…データ記憶部
３６１…シフト量記憶部
３６２…フィルタ係数記憶部
３６３…フィルタ係数補間演算部
３６４…レジスタ部
３６５…積和演算部
３６６…フィルタリング制御部
４…天板
５…天板移動機構部
６…画像データ生成部
６１…データ記憶部
６１１…ＭＲ信号記憶部
６１２…画像データ記憶部
６２…高速演算部
７…表示部
８…入力部
９…制御部
９１…主制御部
９２…シーケンス制御部
９３…天板移動制御部
２００…ＭＲＩ装置

Claims

静磁場に置かれた被検体に対し傾斜磁場とＲＦパルスを所定のパルスシーケンスに従って印加し、このとき得られたＭＲ信号に基づいて画像データを生成するＭＲＩ装置であって、磁場強度が時間的に変化する読み出し傾斜磁場を用いて得られた前記ＭＲ信号に対しサンプリング処理及びフィルタリング処理を行なうための受信手段を備えたＭＲＩ装置において、
前記受信手段は、前記サンプリング処理により第１の周期を有するサンプリング時刻で収集した離散的なＭＲ信号に対し第２の周期を有する第１のリサンプリング時刻を設定し、更に、これら第１のリサンプリング時刻の各々を前記磁場強度の時間的変化に対応した時間シフト量に基づいて補正し第２のリサンプリング時刻を設定するリサンプリング設定手段と、
前記第２のリサンプリング時刻にその中心が位置する離散的なフィルタ係数を前記サンプリング時刻の各々に対して設定するフィルタ係数設定手段と、
前記フィルタ係数と前記ＭＲ信号との積和演算により前記第２のリサンプリング時刻におけるＭＲ信号の振幅値を算出する積和演算手段とを備え、
前記第１のリサンプリング時刻におけるＭＲ信号の振幅値を前記第２のリサンプリング時刻において算出された前記ＭＲ信号の振幅値に更新することにより、前記磁場特性の時間的変化に伴なうＭＲ信号周波数の変化が補正されたフィルタ処理後のＭＲ信号を前記第１のリサンプリング時刻にて収集することを特徴とするＭＲＩ装置。
前記リサンプリング設定手段は、前記ＭＲ信号の信号帯域に基づいて前記第１のリサンプリング時刻を設定することを特徴とする請求項１記載のＭＲＩ装置。
前記フィルタ係数設定手段はフィルタ係数補間演算手段を備え、前記フィルタ係数補間演算手段は、前記サンプリング時刻あるいは前記第１のリサンプリング時刻にその中心が位置し前記サンプリング時刻の各々に対して予め設定された標準フィルタ係数を前記時間シフト量に基づいて補間処理することにより前記第２のリサンプリング時刻にその中心を有する前記フィルタ係数を算出することを特徴とする請求項１記載のＭＲＩ装置。
各種読み出し傾斜磁場に対応した時間シフト量が予め保管されているシフト量記憶手段と各種フィルタ特性に対応した標準フィルタ係数が予め保管されているフィルタ係数記憶手段を備え、前記フィルタ係数補間演算手段は、前記フィルタリング処理のフィルタ特性に基づいて前記フィルタ係数記憶手段から読み出した前記標準フィルタ係数を、前記読み出し傾斜磁場の磁場強度特性に基づいて前記シフト量記憶手段から読み出した前記時間シフト量を用いて補間処理し前記フィルタ係数を算出することを特徴とする請求項３記載のＭＲＩ装置。
前記読み出し傾斜磁場は、その磁場強度の時間的変化が正弦状であることを特徴とする請求項１記載のＭＲＩ装置。