JP5177379B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を用いて被検体の断層像を得る磁気共鳴イメージング（以下「ＭＲＩ」という）装置に関し、特に、傾斜磁場印加により誘起される渦電流に起因する画質の劣化を抑制する技術に関する。

ＭＲＩ装置は、均一な静磁場中に置かれた被検体に高周波磁場を印加することによって、被検体の任意の領域に存在する原子核（通常プロトン）に核磁気共鳴現象を生じさせ、それによって発生するＮＭＲ信号からその領域の断層像を得るものである。この際、(1)特定の領域を選択する、(2)計測されるＮＭＲ信号へ位置情報を付与する、等のために傾斜磁場が印加される。この傾斜磁場は、領域選択や位置情報付与を正確に行うために、印加時間及び強度を正確に制御する必要がある。

しかしながら、傾斜磁場の印加によって傾斜磁場コイル周辺の様々な構造体に減衰性電流（いわゆる渦電流）が誘起されるという問題がある。渦電流は、空間的かつ時間的に変化する磁場を発生し、この磁場が、傾斜磁場とともに被検体に到達することにより、被検体内の核スピンに印加される傾斜磁場を、所望する印加時間および強度から逸脱させてしまうためである。これにより、正確な領域選択や、ＮＭＲ信号への正確な位置情報付与ができなくなり、画像の歪み、信号強度の低下、ゴーストの発生などの画質の劣化を招く。

そこで、渦電流によって生じる磁場を補償するための手法として、画像を見ながら、傾斜磁場発生コイルに供給する電流波形を調整する方法が知られている。しかしながら、この方法は、渦電流によって生じる磁場の０次成分（均一な磁場成分）と１次成分（線形磁場成分）のみに対応可能であり、高次成分については補償することができない（特許文献１等）。

そこで、特許文献１では、渦電流によって誘起される磁場を測定し、これを打ち消す補償磁場をシムコイルを用いて印加することにより、渦電流に起因する画質劣化を抑制する方法が開示されている。具体的には、極性を異ならせた２つのテスト傾斜磁場を用い、各テスト傾斜磁場を印加した後に、高周波（ＲＦ）パルスおよび位相エンコード傾斜磁場をファントム内に照射して、自由誘導減衰信号（ＦＩＤ信号）を取得する。得られた二つのＦＩＤ信号に含まれる位相情報は、渦電流による磁場、位相エンコード傾斜磁場および静磁場不均一による影響を受けている。二つのＦＩＤ信号をそれぞれフーリエ変換することにより得た位相情報の差分をとることにより、位相エンコード傾斜磁場および静磁場不均一による影響を除去し、テスト傾斜磁場により発生した渦電流による磁場の影響をあらわす位相差画像を得ることができる。この位相差画像をもとに、渦電流による磁場の空間的分布および時間変化を求め、補償磁場の分布及び大きさを決定する。

特許文献２では、信号読み出し傾斜磁場を印加して計測されたＮＭＲ信号と、信号読み出し傾斜磁場を印加せずに計測されたＮＭＲ信号からそれぞれ位相マップを作成し、両位相マップの差を求めることにより、位相差マップを作成する方法が開示されている。この位相差マップに基づき演算により、傾斜磁場波形歪みの分布を求める。傾斜磁場波形歪みの分布に基づき、ｋ空間座標を補正し、画像再構成を行うことにより、画質を向上させる。

特許文献３では、特許文献１に記載の方法において計測されるＦＩＤ信号が、時間により減衰するために、時間経過ととともにＳ／Ｎが低下し、長い時定数の渦電流を精度よく計測できないという問題を解決する計測方法を開示している。すなわち、テスト傾斜磁場とスライス選択性のＲＦ励起を含むシーケンスを短ＴＲで繰り返し行い、定常状態となったスピンのエコー信号を所定時間繰り返し取得するという方法である。

特開平１０−２７２１２０号公報 特開２００３−１１１７４４号公報 ＷＯ２００４／００４５６３

特許文献１〜３に記載のように計測した信号の位相情報から渦電流により発生する磁場を求める方法はいずれも、傾斜磁場を印加した方向について発生した磁場の歪みを計測する方法である。しかしながら、渦電流により生じる磁場の歪みは、実際には、傾斜磁場の印加方向のみならず、それと直交する方向にも誘起される。すなわち、傾斜磁場が印加されると、チャネル相互間においても磁場（いわゆるクロスターム）が発生する。特に、拡散強調撮像に用いるＤＷＥＰＩ(Diffusion Weighted EPI)計測のように、大強度の傾斜磁場（ＭＰＧ：Motion
Probing Gradient)パルスを用いる撮像方法では、クロスタームは顕著に生じる。しかしながら、特許文献１，２に記載の方法では、クロスタームは考慮されておらず、直交するチャネルの磁場歪みを計測することはできない。よって、補償磁場によって打ち消すことや、画像再構成時に補正することもできない。

本発明は、傾斜磁場により発生する渦電流によって生じる磁場歪みを、クロスタームを含めて計測することのできるＭＲＩ装置を提供する。

上記目的を達成するために、本発明によれば、以下のようなＭＲＩ装置を提供する。すなわち、静磁場を発生する静磁場発生手段と、静磁場中の撮像空間に互いに直交する第１、第２および第３の方向の傾斜磁場を印加する傾斜磁場発生手段と、撮像空間に配置された被検体に高周波磁場を照射する高周波磁場発生手段と、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、傾斜磁場発生手段、高周波磁場発生手段および検出手段を制御して所定の撮像パルスシーケンスを実行させ、取得した核磁気共鳴信号から被検体の画像を再構成する制御手段とを有するＭＲＩ装置であって、制御手段は、傾斜磁場により生じた渦電流が発生する磁場を計測する渦電流磁場計測手段を含む。この渦電流磁場計測手段は、第１、第２および第３の方向のうち、傾斜磁場を印加した方向に発生する渦電流磁場のみならず、印加方向と直交する二つの方向に発生する渦電流磁場（いわゆるクロスターム）の少なくとも一方についても計測を行うものである。これにより、渦電流により生じる磁場歪みを、クロスタームを含めて計測することができる。

上述の渦電流磁場計測手段の計測手法としては、例えば、被検体に対して第１、第２および第３の方向のうち所定の方向にテスト傾斜磁場を印加した後、核磁気共鳴信号を取得するパルスシーケンスを行う手法を用いることができる。取得した核磁気共鳴信号に基づき、テスト傾斜磁場により被検体により生じた位相変化を示す位相画像を再構成する。位相画像上の第１、第２および第３の方向の位相変化量をそれぞれ取得することにより、渦電流磁場を計測する。

渦電流磁場計測手段が求める位相変化量は、第１、第２および第３の方向をｘ、ｙおよびｚ方向とし、位相変化量をΦｊｉ（ただし、ｉ：テスト傾斜磁場の印加方向、ｊ：渦電流磁場の方向）と表した場合、Φｘｘ、Φｙｙ、Φｚｚ、Φｘｙ、Φｙｘ、Φｙｚ、Φｚｙ、Φｚｘ、Φｘｚの９種類とすることができる。

上述の制御手段は、渦電流磁場計測手段が取得した９種類の位相変化量を記憶するための記憶部をさらに有する構成とすることができる。そして、制御手段は、所定の撮像パルスシーケンスを実行した後、画像再構成を行う際に、記憶部から９つの位相変化量のうちの１以上を読み出し、読み出した位相変化量に応じてｋ空間における核磁気共鳴信号データを補正する。補正後の核磁気共鳴信号データを用いて画像再構成を行うことにより、渦電流に起因する歪みやアーチファクトを除去した良好な画像を提供することができる。

また、制御手段は、所定の撮像パルスシーケンスを実行する前に、記憶部から９つの位相変化量のうちの１以上を読み出し、撮像パルスシーケンスで印加する所望の傾斜磁場を発生させるために傾斜磁場コイルに供給する電流波形を読み出した位相変化量に応じて補正し、補正後の電流波形により傾斜磁場を発生させてパルスシーケンスを実行する構成にすることができる。これにより、渦電流による位相変化量を補償した傾斜磁場を撮像時に印加することができるため、渦電流による歪みやアーチファクトを除去した良好な画像を提供することができる。

本発明のＭＲＩ装置では、上述のように傾斜磁場により発生する渦電流による磁場を、傾斜磁場印加方向のみならずクロスタームも含めて前もって計測することができる。ＭＰＧパルスを用いる拡散強調画像撮像等、大きな傾斜磁場を印加する撮像方法においても、この計測結果を用いて渦電流による位相変化量に見合う補正を撮像時、もしくは、画像再構成時に行うことができ、渦電流による歪みやアーチファクトを除去した良好な画像を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
まず、本実施の形態のＭＲＩ装置の全体構成を、図１のブロック図を用いて説明する。このＭＲＩ装置は、磁気共鳴現象を利用して被検体の断層像を得るためのもので、静磁場発生手段７０１、傾斜磁場発生手段７０２、送信系７０３、受信系７０４、信号処理系７０５、シーケンサ７０６、中央処理装置（ＣＰＵ）７０７および操作部（不図示）を備えている。

静磁場発生手段７０１は、図示していない磁石を含み、被検体７０８の周りのある広がりを持った空間に被検体７０８の体軸方向または被検体の体軸と直交する方向に均一な静磁場を発生させる。磁石としては、永久磁石、常伝導磁石および超伝導磁石のいずれを用いることができる。

傾斜磁場発生手段７０２は、予め定められたＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル７０９と、これらの各々のコイルに駆動電流を供給する傾斜磁場電源７１０とを含む。シーケンサ７０６からの命令に従って、傾斜磁場電源７１０は、各々のコイルに所定の波形の電流を供給することによりＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向の傾斜磁場Ｇｓ、Ｇｐ、Ｇｆを被検体７０８に印加する。この傾斜磁場の加え方により、被検体７０８を撮影して表示する断面が設定される。

送信系７０３は、高周波発振器７１１、変調器７１２、高周波増幅器７１３および高周波照射コイル７１４を含む。高周波発振器７１１から出力された高周波パルスを高周波増幅器７１３で増幅した後に、被検体７０８に近接して設置された高周波照射コイル７１４に供給し、高周波照射コイル７１４から高周波磁場パルス（ＲＦパルス）を被検体７０８に照射する。これにより、被検体７０８の撮影断面の生体組織を構成する原子の原子核が励起され、核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を生じる。

受信系７０４は、高周波受信コイル７１５、受信回路７１６およびアナログ／ディジタル（以下「Ａ／Ｄ」という）変換器７１７とを含む。核磁気共鳴を生じた被検体７０８の生体組織の原子核が発生したＮＭＲ信号は、被検体７０８に近接して配置された高周波受信コイル７１５により検出され、受信回路７１６を介してＡ／Ｄ変換器７１７に受け渡され、ディジタル信号に変換されるとともに、シーケンサ７０６からの命令によるタイミングでサンプリングされる。サンプリングされた一連の信号は、収集データとして信号処理系７０５に送られる。

信号処理系７０５は、ＣＰＵ７０７、信号処理装置７１８、メモリ７１９、磁気ディスク７２０・光ディスク７２１およびディスプレイ７２２を含んでいる。ＣＰＵ７０７は、収集データに対するフーリエ変換およびシーケンサ７０６の制御を行う。信号処理装置７１８は、補正計算や収集データを断層像に再構成するために必要な処理を行う。メモリ７１９は、経時的な画像解析処理および指定された計測のシーケンスのプログラムや、その実行の際に用いられるパラメータ等を記憶する。また、メモリ７１９は、被検体に対して行った事前の計測で得た計測パラメータの記憶や、受信系７０４で検出したＮＭＲ信号からの収集データおよび関心領域設定に用いる画像の一時保管や、その関心領域を設定するためのパラメータ等の記憶も行う。磁気ディスク７２０・光ディスク７２１は、再構成された画像データを記憶するデータ格納部となる。ディスプレイ７２２は、磁気ディスク７２０・光ディスク７２１およびこれらのディスクから読み出した画像データを映像化して断層像として表示する。これらの構成により、信号処理系７０５は、シーケンサ７０６の制御の他、受信系７０４で検出したＮＭＲ信号を用いて画像再構成するとともに画像表示を行う。

シーケンサ７０６は、ＣＰＵ７０７の制御で動作し、傾斜磁場発生手段７０２、送信系７０３および受信系７０４に被検体７０８の断層像のデータ取得に必要な種々の命令を出力する。これにより、スライスエンコード、位相エンコード、周波数エンコードのための各傾斜磁場の印加、高周波磁場パルスの照射、ならびに、ＮＭＲ信号の収集等の各動作を所定のパルスシーケンスにしたがって実行させる。

操作部は、図示していないが、トラックボールまたはマウス、キーボード等を含み、信号処理系７０５で行う処理に必要な制御情報の入力を操作者から受け付ける。

なお、本実施の形態のＭＲＩ装置では、パルスシーケンスとして、通常の撮像シーケンスの他に、傾斜磁場に起因する渦電流を計測するための較正パルスシーケンスが含まれている。撮像シーケンスおよび較正パルスシーケンスは、プログラムとしてメモリ７１９内に予め格納されている。ＣＰＵ７０７は、これらのパルスシーケンスのプログラムを読み込んでシーケンサ７０６に指令を出力し、パルスシーケンスを実行させる。

次に、このような構成のＭＲＩ装置が実行する渦電流の計測とそれに基づく磁場変化の特性を用いて補正を行う方法について説明する。

操作者は、静磁場中にファントムを配置し、不図示の操作部を介して、ＣＰＵ７０７に較正パルスシーケンスの実行を指示する。操作者からの指示に従い、ＣＰＵ７０７は、較正パルスシーケンスをメモリ７１９から読み込んでシーケンサ７０６に実行させる。この較正パルスシーケンスは、所定の印加時間と強度を有したテスト傾斜磁場を所定の軸方向（ｉ方向）に印加した後、所定のリードアウト方向についてＮＭＲ信号を読み出すことにより、そのテスト傾斜磁場により生じた渦電流に起因して所定のｊ方向に発生した磁場歪みによる位相変化（Φｊｉ）を検出できるシーケンスであればどのようなシーケンスであってもよい。

ただし、本実施の形態では、従来のように、テスト傾斜磁場の印加方向（ｉ方向）と同じリードアウト方向（ｊ方向）に生じた磁場歪みの位相変化量（Φｘｘ、Φｙｙ、Φｚｚ）のみならず、直交する方向に生じるクロスターム（Φｘｙ、Φｙｘ、Φｙｚ、Φｚｙ、Φｚｘ、Φｘｚ）についても計測を行う。このため、テスト傾斜磁場の印加方向およびリードアウト方向をＸＹＺ軸のそれぞれに設定可能なシーケンスを用いる必要がある。

例えば、図２に示した較正パルスシーケンスを用いることができる。このシーケンスは、グラディエントエコー法による短ＴＲパルスシーケンスを繰り返し行うものであり、テスト傾斜磁場１０５１を印加するユニット（図２のグループ１）と、テスト傾斜磁場を印加しないユニット（グループ２）から構成される。図２のグループ１およびグループ２ではいずれも、ＲＦパルス１１０１を照射すると同時に、Ｇｓ方向にスライス選択傾斜磁場１１０２を印加して、ファントムの任意断面を励起し、Ｇｐ方向の位相エンコード傾斜磁場１１０３を印加して位相エンコードした後、Ｇｆ方向のリードアウト傾斜磁場１１０４を印加し、エコー信号１１０６を発生させる。これを所定の時間ＴＲで所定回数繰り返し行う。

このとき、グループ１では、所定のｉ方向（図２ではｉ方向＝Ｇｆ方向）に所定の強度および時間のテスト傾斜磁場１０５１〜１０５ｎをＴＲごとに印加する。グループ１では、発生したエコー信号１１０６は取得せず、グループ２では、時間１１０７でエコー信号１１０６を取得する。これにより、テスト傾斜磁場１０５１〜１０５ｎによって発生した渦電流１２０２に起因する磁場の変化をエコー信号１１０６によって計測することができる。位相エンコード量は、グループ１とグループ２とで同じ値とし、位相エンコード量を変化させながら、グループ１とグループ２とを繰り返し行い、グループ２の各ＴＲ時点において、それぞれ画像再構成に必要な数のエコー信号が取得されるまで継続する。つぎに、テスト傾斜磁場１０５１〜１０５ｎを反転させて同様に、グループ２の各ＴＲ時点において、それぞれ画像再構成に必要な数のエコー信号を取得する。

図２のグループ１では、発生したエコー信号１１０６は取得せず、グループ２では、時間１１０７でエコー信号１１０６を取得している。これは、上述した特許文献３にも記載されているように、グループ１において、ＲＦパルス１１０１を繰り返し印加することにより、核スピンを定常歳差運動状態にし、グループ２において信号強度レベルを維持しながらエコー信号１１０６の繰り返し取得するためである。また、テスト傾斜磁場１０５１〜１０５ｎについても、短時間パルス磁場を繰り返し印加することにより、大きな磁場を長時間印加するのと同じ効果が得られ、傾斜磁場コイルの負担が小さいためである。また、図２のシーケンスの場合、傾斜磁場の立ち上がり時に発生する渦電流１２０１が継続している間、グループ１を継続して行うことにより、グループ２において立ち下がり時に発生する渦電流１２０２の変化をエコー信号１１０６により選択的に計測することができるという作用も得られる。逆に、立ち上がり時に発生する渦電流１２０１の変化を計測する場合には、グループ２においてエコー信号１１０６を計測せず、グループ１においてエコー信号を計測する。

本実施形態では、上述した図２のパルスシーケンスで示しているように、テスト傾斜磁場１０５１等の印加方向（ｉ方向）をリードアウト（Ｇｆ）方向（ｊ方向）に一致させて位相画像を取得する例を示す。ただし、これは一例であり、Ｇｓ、Ｇｐ、ＧｆとＸ、Ｙ、Ｚ軸との対応関係、および、テスト傾斜磁場１０５１等の印加軸を変化させて位相画像を取得することもできる。

以下図３を用いて具体的な計測手順について説明する。まず、図２のシーケンスにおいてスライス方向（Ｇｓ）をＺ軸、位相方向（Ｇｐ）をＹ軸、リードアウト方向（Ｇｆ）をＸ軸に設定し、Ｘ軸の正極性にテスト傾斜磁場１０５１等を印加してエコー信号を得る（ステップ１０１）。次に、テスト傾斜磁場１０５１等を負極性に印加して同様にエコー信号を得る（ステップ１０２）。次に、Ｇｓ、Ｇｐ、Ｇｆの方向をＸ，Ｚ、Ｙ軸に変更するとともに、テスト傾斜磁場１０５１等の印加軸をＹ軸に変更して、ステップ１０１，１０２と同様にそれぞれエコー信号を得る（ステップ１０３、１０４）。さらに、Ｇｓ、Ｇｐ、Ｇｆの方向をＹ、Ｘ、Ｚ軸に変更するとともに、テスト傾斜磁場１０５１等の印加軸をＺ軸に変更して、同様にエコー信号を得る（ステップ１０５、１０６）。

次に、スライス方向（Ｇｓ）の軸を上述した状態に保ったまま、位相方向（Ｇｐ）、リードアウト方向（Ｇｆ）の軸方向を変更して、ステップ１０１〜１０６と同じ計測を行う。つまり、ステップ１０１、１０２では、Ｇｓ、Ｇｐ、ＧｆがＺ、Ｘ、Ｙ軸、ステップ１０３、１０４では、Ｇｓ、Ｇｐ、ＧｆがＸ、Ｙ、Ｚ軸、ステップ１０５、１０６では、Ｇｓ、Ｇｐ、ＧｆがＹ、Ｚ、Ｘ軸となるようにする。

このようにして、図３のステップ１０１〜１０６のように各軸の正および負極性にテスト傾斜磁場を印加した画像再構成用データ６セットを、軸を変えて２回分、つまり１２セットのデータセットを得る。

次に、得られたデータを図４のように処理する。図２の較正パルスシーケンスにより、ステップ１０１〜１０６において取得したデータセット（エコー信号１１０６）は、テスト傾斜磁場１０５１等により生じた渦電流に起因する磁場変化による位相情報の他に、静磁場不均一による影響や位相エンコード傾斜磁場１１０３やリードアウト傾斜磁場１１０４による渦電流による影響も受けている。よって、これらを図４のように、差分処理することにより、テスト傾斜磁場により生じた渦電流の影響のみを含んだ位相画像データセットを得る。

まず、図３のフローにおいて１回目のステップ１０１で得たエコー信号１１０６のデータセットを各時間点ごとに２次元フーリエ変換して、時間分解された２次元複素画像（実数画像および虚数画像）データを再構成する。このエコー信号は、スライス方向（Ｇｓ）をＺ軸、位相方向（Ｇｐ）をＹ軸、リードアウト方向（Ｇｆ）をＸ軸に設定し、Ｘ軸方向に正極性のテスト傾斜磁場１０５１等を印加して得たものであるので、再構成された２次元複素画像は、ＸＹ平面のファントムの画像である。ここではファントムとして、円柱状のものを用いている。

つぎに、複素画像の各点の実部と虚部との比のアークタンジェントから位相を求め、図５（ａ）に示したようにＸＹ平面の位相画像を得る（ステップ２０３）。同様に、負極性のテスト傾斜磁場１０５１等を印加して得たエコー信号１１０６のデータセットから、時間分解された２次元複素画像を求め、ＸＹ平面の位相画像を得る（ステップ２０２、２０４）。ステップ２０３で得た位相画像と、ステップ２０４で得た位相画像とについて、各点の位相量の差分を求め、一つの位相画像データ（図５（ａ））を得る（ステップ２０５）。

得られた位相画像データは、図５（ａ）のようにＸＹ平面のファントムの画像であるが、静磁場不均一による影響や位相エンコード傾斜磁場１１０３やリードアウト傾斜磁場１１０４による渦電流による影響が除去され、テスト傾斜磁場１０５１等により生じた渦電流の影響のみを含んだ位相画像を示している。ステップ１０１，１０２におけるテスト傾斜磁場１０５１の印加方向（ｉ方向）は、Ｘ軸である。よって、図５（ａ）の位相画像のＸ軸上の領域４０１における位相データおよび領域４０２における位相データはそれぞれ、Ｘ軸（ｉ方向）に印加したテスト傾斜磁場１０５１による渦電流によりＸ軸方向（ｊ方向）に生じた位相成分をそれぞれ示している。ただし、領域４０１および４０２の位置は、Ｘ軸上で所定の距離だけ離れた予め定めた位置である。よって、領域４０１の位相データと領域４０２の位相データとの差分を取ることによって、Ｘ軸方向にテスト傾斜磁場を印加したときのＸ軸方向の位相変化量Φｘｘを得ることができる。なお、以下の説明において、位相変化量（Φｊｉ）を位相差データ（Φｊｉ）とも呼ぶ。

また、図５（ａ）の位相画像のＹ軸上の領域４０３における位相データおよび４０４における位相データは、Ｘ軸（ｉ方向）に印加したテスト傾斜磁場１０５１による渦電流によりＹ軸方向（ｊ方向）に生じた位相成分をそれぞれ示している。よって、領域４０３の位相データと領域４０４の位相データの差分を取ることにより、Φｊｉ＝Φｙｘを得ることができる。領域４０３および４０４の位置も予め定めた位置であり、両者は、Ｙ軸上で所定の距離だけ離れている。同様に、この後の説明で用いる領域４０５〜４２４の位置についても、予め定めたものであり、それぞれの軸上で予め定めた距離だけ離れている。

同様に、ステップ１０３、１０４において取得したデータセットは、スライス方向がＸ軸、位相エンコード方向がＺ軸、リードアウト方向がＹ軸であり、テスト傾斜磁場の印加方向はＹ軸であるので、図４の処理を行うことにより、図５（ｂ）のように、ＹＺ平面のファントムの位相画像が得られる。図５（ｂ）の位相画像上のＹ軸上の領域４０５の位相と領域４０６の位相との差分を求めることによって、Ｙ軸（ｉ方向）に印加したテスト傾斜磁場１０５１による渦電流によりＹ軸方向（ｊ方向）に生じた位相差データΦｊｉ＝Φｙｙを得ることができる。また、図５（ｂ）の位相画像上のＺ軸上の領域４０７、４０８における位相データの差を求めることによって、Ｙ軸（ｉ方向）に印加したテスト傾斜磁場１０５１による渦電流によりＺ軸方向（ｊ方向）に生じた位相差データΦｊｉ＝Φｚｙを得ることができる。

更に同様にステップ１０５、１０６は、スライスエンコード方向がＹ軸、位相エンコード方向がＸ軸、リードアウト方向がＺ軸であり、テスト傾斜磁場の印加方向はＺ軸であるので、図４の処理を行うことにより、図５（ｃ）のように、ＺＸ平面のファントムの位相画像が得られる。図５（ｃ）の位相画像上のＺ軸上の領域４０９、４１０における位相データの差を求めることによって、Ｚ軸（ｉ方向）に印加したテスト傾斜磁場１０５１による渦電流によりＺ軸方向（ｊ方向）に生じた位相差データΦｊｉ＝Φｚｚを得ることができる。また、図５（ｃ）の位相画像上のＸ軸上の領域４１１、４１２における位相データの差を求めることによって、Ｚ軸（ｉ方向）に印加したテスト傾斜磁場１０５１による渦電流によりＸ軸方向（ｊ方向）に生じた位相差データΦｊｉ＝Φｘｚを得ることができる。

つぎに、図３のフローにおいて、ステップ１０８で位相エンコード方向（Ｇｐ）、リードアウト方向（Ｇｆ）の軸を変更して同様に行ったステップ１０１〜１０６で得たデータセットから同様に位相画像を得る。図５（ｄ）は、図３の軸変更後のステップ１０１，１０２によりＹ軸方向にテスト傾斜磁場１０５１を印加した位相画像であり、領域４１３と領域４１４の位相データの差からＸ軸方向の位相差データΦｘｙを、領域４１５と領域４１６の位相データの差からＹ軸方向の位相差データΦｙｙを得ることができる。

図５（ｅ）は、軸変更後のステップ１０３，１０４によりＺ軸方向にテスト傾斜磁場１０５１を印加した位相画像であり、領域４１７、４１８の位相データの差からＹ軸方向に生じた位相差データΦｙｚを、領域４１９，４２０の位相データの差からＺ軸方向の位相差データΦｚｚを得ることができる。図５（ｆ）は、軸変更後のステップ１０５，１０６によりＸ軸方向にテスト傾斜磁場１０５１を印加した位相画像であり、領域４２１、４２２の位相差データからＺ軸方向の位相差データΦｚｘを、領域４２３，４２４の位相差データからＸ軸方向に生じた位相差データΦｘｘを得ることができる。

以上により、クロスタームを含め渦電流に起因する位相変化量（位相差データ）Φｘｘ，Φｙｘ，Φｚｘ，Φｘｙ，Φｙｙ，Φｚｙ，Φｘｚ，Φｙｚ，Φｚｚを得ることができる。この９つの位相差データは、時間点ごと（繰り返し時間ＴＲの時点ごと）に求められる。なお、Φｙｘ，Φｙｙ，Φｙｚは、図３のステップ１０８の軸変更前後の計測で重複して得られるため、いずれか一方のみの値を用いることも可能であるし、両者の平均を求め、それをΦｙｘ，Φｙｙ，Φｙｚとして用いることも可能である。また、１回目と２回目の計測方法を変更してもよい。例えば、１回目のデータ取得が終わった後、図４のステップ２０１〜２０５を演算して位相データを得ることにより渦電流の特性を測定し、その結果を用いて、後述する図８の処理により渦電流を補償するための電流を流した状態で２回目のデータを得ることも可能である。

９つの位相変化量（Φｘｘ，Φｙｘ，Φｚｘ，Φｘｙ，Φｙｙ，Φｚｙ，Φｘｚ，Φｙｚ，Φｚｚ）は、ディスプレイ７２２に表示する。それとともに、操作者の指示に従って、画像再構成時の位相補正処理、または撮像時の傾斜磁場パルス波形の補償処理のいずれを行う。９つの位相差データの表示方法は、例えば、横軸を時間軸、縦軸を位相差値として、時間点ごとの位相差値をプロットしたグラフとして表示することが可能である。また、図５（ａ）〜（ｆ）の位相画像と領域４０１〜４２４を、９つの位相変化量とともに表示する構成にすることもできる。

つぎに、画像再構成時の位相補正処理について図６および図７を用いて説明する。ここでは、大強度の傾斜磁場（ＭＰＧ)パルスを用いる拡散強調撮像（ＤＷＥＰＩ）を行う場合について説明する。まず、図６のように、公知のＤＷＥＰＩ撮像シーケンスにより、画像再構成に必要な数のエコー信号を計測する（ステップ６０１）。つぎに、予め較正パルスシーケンスおよび図３、図４の処理により取得しておいた位相変化量（Φｘｘ，Φｙｘ，Φｚｘ，Φｘｙ，Φｙｙ，Φｚｙ，Φｘｚ，Φｙｚ，Φｚｚ）を用いて、計測した信号データをｋ空間において補正する（ステップ６０２）。補正したｋ空間データを用いてフーリエ変換を行い、画像再構成をする。

ステップ６０２において、渦電流に起因する位相変化量を用いて、位相補正を行う手法としては、公知の手法を採用することができる。例えば、N.G.Papadakis et.Magn.Reson.Med.53:l103(2005)に示されている一般的な手法を用いることができる。これを図７を用いて簡単に説明する。計測データ（エコー信号データ）は、理論的には、ｋ空間の格子上のｋｘとｋｙが交差する位置に存在するが、拡散強調撮像のように大きな強度の傾斜磁場（ＭＰＧパルス）を印加し、渦電流が発生した場合、渦電流に起因して核スピンに位相変化が生じるため、ｋ空間上の配置が乱れる。そこで、ＭＰＧパルスの印加方向および信号取得方向に対応して、取得済みの渦電流に起因する９つの位相差データの中から補正に必要な位相変化量を選択し（ステップ３０１）、計測データのｋ空間のｋｘ−ｋｙ座標位置を算出する（ステップ３０２）。その座標位置の信号データを用いてｋ空間の格子上のデータを補間演算により求め（ステップ３０３）、求めたデータをフーリエ変換する（ステップ３０４）。これにより、傾斜磁場の印加方向に生じた位相変化のみならず、クロスタームによる位相変化も含めて補正を行うことができる。よって、ＭＰＧパルス等により生じる渦電流に起因するアーチファクトや歪みを抑制した画像を得ることができる。

つぎに、取得した位相変化量を用いて、撮像時の傾斜磁場パルス波形の補償処理を行う方法について図８を用いて簡単に説明する。まず、予め取得したおいた上記位相差データを用いて、撮像時の傾斜磁場コイルに供給する駆動電流波形を決定する（ステップ６０４）。傾斜磁場コイルに供給する駆動電流波形の決定方法としては、上述の特許文献２等に記載されている公知の方法を用いることができる。一例を挙げると、複数回繰り返して得た前記渦電流特性の時間による変化から、１回の繰り返し時間ＴＲあたりの平均変化曲線を求める。その曲線を用いて、例えばＭＰＧパルスや、オフセット傾斜磁場を発生させる駆動電流の波形を決定する。撮像シーケンス実行中の傾斜磁場駆動電流として、上記波形の駆動電流を流すことにより、渦電流を補償する（ステップ６０５）。これにより、渦電流の影響を補正して、所望の傾斜磁場を印加することが可能であり、再構成画像に生じるアーチファクトや歪みを抑制することができる。なお、平均変化曲線のみでならず、高次の渦電流の影響を除去する公知の方法を採用することも可能であり、これにより渦電流に起因するアーチファクトや画像歪みのさらに少ない画像を得ることができる。

較正パルスシーケンスは、ＭＲＩ装置設置時に実行し、得られた９つの位相差データをメモリ７１９内に格納しておき、撮像時にこれを読み出して、上記補正を行うことができる。また、必要に応じて、撮像パルスシーケンスの前に較正パルスシーケンスを実行し、位相差データを更新することも可能である。

上述してきたように、本実施の形態では、渦電流に起因する位相差データをクロスタームについても取得することができ、これを用いて、再構成画像を精度良く補正することができる。よって、操作者が装置据付時等に画像を見ながら試行錯誤で調整パラメータを決定する必要が無くなり、その労力を大幅に省力化することができ、しかも、操作者の個人差に依存することなく、安定した画像を得ることができる。

なお、図３の処理におけるＸＹＺ軸とＧｓ，Ｇｐ，Ｇｆ方向との対応関係および、ステップ１０８における軸の変更方法は、上記実施の形態に限定されるものではない。ＸＹＺ軸とＧｓ，Ｇｐ，Ｇｆ方向との対応関係により、例えば図９（ａ）〜（ｆ）のように位相画像を得ることができるため、これらを任意に選択してクロスタームを含めて９つの位相差データを取得できるように軸方向を設定することができる。

例えば、図３のフローにおいて、以下のように軸方向を設定することが可能である。まず、スライス方向（Ｇｓ）をＺ軸、位相方向（Ｇｐ）をＹ軸、リードアウト方向（Ｇｆ）をＸ軸に設定し、Ｘ軸の正極性にテスト傾斜磁場１０５１等を印加してエコー信号を得る（ステップ１０１）。次に、テスト傾斜磁場１０５１等を負極性に印加して同様にエコー信号を得る（ステップ１０２）。次に、Ｇｓ、Ｇｐ、Ｇｆの方向はＺ、Ｙ、Ｘ軸のままで、テスト傾斜磁場１０５１等の印加軸をＹ軸に変更して、ステップ１０１，１０２と同様にそれぞれエコー信号を得る（ステップ１０３、１０４）。さらに、テスト傾斜磁場１０５１等の印加軸をＺ軸に変更して、同様にエコー信号を得る（ステップ１０５、１０６）。

次に、Ｇｓ、Ｇｐ、Ｇｆの軸方向を変更する（ステップ１０７、１０８）。スライス方向（Ｇｓ）をＸ軸、位相エンコード方向（Ｇｐ）をＺ軸、リードアウト方向（Ｇｆ）をＹ軸とし、ステップ１０１〜１０６と同じ計測を行う。

このようにして、図３のステップ１０１〜１０６のように各軸の正および負極性にテスト傾斜磁場を印加した画像再構成用データ６セットを、軸を変えて２回分、つまり１２セットのデータセットを得る。得られたデータを図４のフローのように、２次元フーリエ変換し、位相画像データを得て、これを差分処理することにより、テスト傾斜磁場により生じた渦電流の影響のみを含んだ位相画像データを得る。

ステップ１０１、１０２のデータセットから得た位相画像は、図９（ａ）に示すように、スライス方向（Ｇｓ）をＺ軸、位相方向（Ｇｐ）をＹ軸、リードアウト方向（Ｇｆ）をＸ軸に設定し、Ｘ軸方向に正極性のテスト傾斜磁場１０５１等を印加して得たものであるので、ＸＹ平面のファントムの画像である。図９（ａ）の位相画像のＸ軸上の予め定めた位置の領域１４０１と１４０２の位相データの差分を求めることにより、Ｘ軸（ｉ方向）に印加したテスト傾斜磁場１０５１による渦電流によりＸ軸方向（ｊ方向）に生じた位相差データΦｊｉ＝Φｘｘを求めることができる。また、図９（ａ）の位相画像のＹ軸上の予め定めた領域１４０３と１４０４の位相データの差分を求めることによりΦｙｘを求めることができる。

同様に、ステップ１０３、１０４のデータセットから得た位相画像は、図９（ｂ）に示したように、リードアウト方向がＸ軸、位相エンコード方向がＹ軸であり、テスト傾斜磁場の印加方向はＹ軸であるので、Ｘ軸上の予め定めた領域１４０５と領域１４０６における位相データの差分を求めることにより、位相差データΦｘｙを得ることができる。また、図９（ｂ）の位相画像上のＹ軸上の領域１４０７と領域１４０８における位相データの差分を求めることによって、Φｙｙを得ることができる。

更に同様にステップ１０５、１０６のデータセットから得た位相画像は、図９（ｃ）に示したように、リードアウト方向がＸ軸、位相エンコード方向がＹ軸であり、テスト傾斜磁場の印加方向はＺ軸であるので、Ｘ軸上の領域１４０９と領域１４１０における位相データの差分を求めることによって、位相差データΦｘｚを得ることができる。また、図９（ｃ）の位相画像上のＹ軸上の領域１４１１と１４１２の位相データの差分を求めることによって、Φｙｚを得ることができる。

つぎに、図３のステップ１０８における軸変更後の２回目のステップ１０１〜１０６の計測で、スライス方向（Ｇｓ）をＸ軸、位相エンコード方向（Ｇｐ）をＺ軸、リードアウト方向（Ｇｆ）をＹ軸として計測を行っているので、図９（ｄ）〜（ｆ）のようにＹＺ平面のファントムの位相画像が得られる。図９（ｄ）は、図３のステップ１０１，１０２によりＸ軸方向にテスト傾斜磁場１０５１を印加した位相画像であり、領域１４１３と１４１４の位相データの差分を求めることにより位相差データΦｙｘを、領域１４１５，１４１６の位相データの差分を求めることによりΦｚｘを得ることができる。

図９（ｅ）は、軸変更後のステップ１０３，１０４によりＹ軸方向にテスト傾斜磁場１０５１を印加した位相画像であり、領域１４１７と領域１４１８の位相データの差分を求めることにより位相差データΦｙｙを、領域１４１９と１４２０の位相データの差分を求めることにより位相差データΦｚｙを得ることができる。図９（ｆ）は、軸変更後のステップ１０５，１０６によりＺ軸方向にテスト傾斜磁場１０５１を印加した位相画像であり、領域１４２１と領域１４２２の位相データの差分を求めることにより位相差データΦｙｚを、領域１４２３と領域１４２４の位相データの差分を求めることによりΦｚｚを得ることができる。

以上により、クロスタームを含め渦電流に起因する位相変化量（位相差データ）Φｘｘ，Φｙｘ，Φｚｘ，Φｘｙ，Φｙｙ，Φｚｙ，Φｘｚ，Φｙｚ，Φｚｚを得ることができる。この９つの位相変化量（位相差データ）は、時間点ごとに求められる。

また、上述した図２の較正パルスーケンスでは２次元画像を取得する構成について説明したが、３次元画像を取得する構成にすることも可能である。例えば、テスト傾斜磁場をＸ、Ｙ、Ｚ軸に順に印加し、それぞれ３次元画像を取得することにより、撮像時の軸方向を変更することなく図５（ａ）〜（ｆ）のような位相画像を得ることができる。

また、較正パルスシーケンスは、図２に示したシーケンスに限られるものではなく、クロスタームを含む位相差データ（Φｘｘ、Φｙｙ、Φｚｚ、Φｘｙ、Φｙｘ、Φｙｚ、Φｚｙ、Φｚｘ、Φｘｚ）を計測することができるシーケンスであればよい。例えば、テスト傾斜磁場の印加方向およびリードアウト方向をＸＹＺ軸のそれぞれに設定可能な他のシーケンスを用いることができる。具体的には、上記特許文献１（特開平１０−２７２１２０号公報）記載のように、テスト傾斜磁場を印加した後、所定のスライスについて、位相エンコードを行いながら、所定のリードアウト方向についてのＦＩＤ信号を取得し、位相画像を得た後、極性を反転させたテスト傾斜磁場を印加して、ＦＩＤ信号を取得することにより、同様に位相画像を得るシーケンスを用いることができる。両位相画像を差分した位相画像を求めることにより、傾斜磁場により生じた渦電流に起因するリードアウト方向の位相情報を取得できる。このとき、特許文献１とは異なり、テスト傾斜磁場の印加方向とリードアウト方向をＸＹＺのそれぞれに設定することにより、クロスタームについても計測することができる。

また、上記特許文献２（特開２００３−１１１７４４号公報）に記載のように画像撮影シーケンスで傾斜磁場を印加し、読み出し傾斜磁場を印加しながら計測したエコー信号の位相マップ（位相画像）と、読み出し傾斜磁場を印加しないで計測したエコー信号の位相マップの差をとり位相差マップを取得するシーケンスを用いることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態の構成に限定されるものではなく、さらに種々の形態に変形可能なことは勿論である。

本実施の形態のＭＲＩ装置の概略構成を示すブロック図。 本実施の形態で用いる較正パルスシーケンスの説明図。 本実施の形態において、クロスタームの位相差データを取得するために、較正パルスシーケンスを実行する手順を示すフローチャート 図３のフローチャートで取得したデータセットから位相画像データセットを求める処理を示すフローチャート。 （ａ）〜（ｆ）図４のステップ２０５で求めた位相画像から得られる位相差データΦｊｉを示す説明図。 本実施の形態において取得した位相差データを用いて画像再構成時に補正処理を行う手順を示すフローチャート。 図６のステップ６０２の処理をさらに説明するフローチャート。 本実施の形態において取得した位相差データを用いて、撮像時の傾斜磁場コイルの駆動電流波形を制御して渦電流を補償する手順を示すフローチャート。 （ａ）〜（ｆ）位相画像の他の例と、得られる位相差データΦｊｉを示す説明図。

符号の説明

７０１………静磁場発生手段
７０２………傾斜磁場発生手段
７０３………送信系
７０４………受信系
７０５………信号処理系
７０６………シーケンサ
７０７………ＣＰＵ
７０８‥‥…被検体

Claims (5)

1. 静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場中の撮像空間に互いに直交する第１、第２および第３の方向の傾斜磁場を印加する傾斜磁場発生手段と、前記撮像空間に配置された被検体に高周波磁場を照射する高周波磁場発生手段と、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、前記傾斜磁場発生手段、高周波磁場発生手段および検出手段を制御して所定の撮像パルスシーケンスを実行させ、取得した前記核磁気共鳴信号から前記被検体の画像を再構成する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記傾斜磁場により生じた渦電流が発生する磁場を計測する渦電流磁場計測手段を含み、
   該渦電流磁場計測手段は、
   前記第１、第２および第３の方向をスライス方向、位相エンコード方向およびリードアウト方向に割り当て、そのうちの所定の一方向にテスト傾斜磁場を印加した後、位相エンコード方向に位相エンコード傾斜磁場およびリードアウト方向にリードアウト磁場傾斜を印加して、前記核磁気共鳴信号としてエコー信号を取得するパルスシーケンスを行い、前記エコー信号から前記テスト傾斜磁場により前記被検体に生じた位相変化を示す位相画像を再構成する動作を、前記第１、第２および第３の方向と前記スライス方向、位相エンコード方向およびリードアウト方向と前記テスト傾斜磁場の印加方向との組み合わせ全６種類について行うことにより、前記位相画像を前記６種類の組み合わせごとに再構成し、
   前記第１、第２および第３の方向をｘ、ｙおよびｚ方向とし、前記位相変化量をΦｊｉ（ただし、ｉ：前記テスト傾斜磁場の印加方向、ｊ：渦電流磁場の方向）と表した場合、Φｘｘ、Φｙｙ、Φｚｚ、Φｘｙ、Φｙｘ、Φｙｚ、Φｚｙ、Φｚｘ、Φｘｚの９種類の位相変化量を、前記６種類の位相画像上で取得することにより、前記渦電流磁場を計測する
   ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記制御手段は、前記渦電流磁場計測手段が取得した９種類の前記位相変化量を記憶するための記憶部をさらに有し、
   前記制御手段は、所定の撮像パルスシーケンスを実行したのち、画像再構成を行う際に、前記記憶部から９種類の前記位相変化量のうちの１以上を読み出し、該位相変化量に応じてｋ空間における前記核磁気共鳴信号データを補正することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
3. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記傾斜磁場発生手段は、前記第１、第２および第３の方向の傾斜磁場を発生するコイルを含み、前記制御手段は、前記渦電流磁場計測手段が取得した９種類の前記位相変化量を記憶するための記憶部をさらに有し、
   前記制御手段は、所定の撮像パルスシーケンスを実行する前に、前記記憶部から９種類の前記位相変化量のうちの１以上を読み出し、前記撮像パルスシーケンスで印加する所望の傾斜磁場を発生させるために前記傾斜磁場コイルに供給する電流波形を前記読み出した位相変化量に応じて補正し、補正後の前記電流波形により傾斜磁場を発生させて前記パルスシーケンスを実行させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記渦電流磁場計測手段は、前記６種類の位相画像上の前記第１、第２および第３の方向についてそれぞれ所定の距離だけ離れた２領域の位相データの差分を求めることにより、前記９種類の前記位相変化量を求めることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記位相画像は、前記テスト傾斜磁場を正極性で印加して得た前記エコー信号から再構成した位相画像と、前記テスト傾斜磁場を負極性で印加して得た前記エコー信号から再構成した位相画像との差分画像であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

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