JP5237957B2 - 磁気共鳴撮影装置 - Google Patents

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Description

本発明は、磁気共鳴撮影(MRI)装置におけるタギング技術に関する。
プリサチレーションパルスを印加して撮影対象の核磁化を変調し、MRI画像上にストライプ状あるいは格子状のタグ(磁気標識)を付与した後、撮影を行うタギング技術が知られている。撮影対象の核磁化を変調させるためのシーケンスをタギングシーケンスと呼ぶ。このタギングシーケンスを含む画像取得シーケンス(以下、タギング撮影シーケンスと呼ぶ。)を、撮影対象である生体の心電波形や脈波波形に同期させて実行し、同期タイミングから経過時間の異なる複数の画像(シネ画像)を取得し、シネ表示することにより、例えば、心筋の変形挙動を画像化することができる。
タギング撮影シーケンスで取得したデータから画像を再構成する手法には、SPAMM(Spatia Modulation of Magnetization)法(例えば、特許文献1参照。)、HARP法(例えば、特許文献2参照。)等がある。
一方、MRI装置による撮像は高速化が望まれている。高速化技術には、位相エンコード方向のエコー信号の取得数を減らすことにより撮影時間を短縮するパラレル撮影法と呼ばれる手法(例えば、特許文献3参照。)、k空間を放射状に走査し、高周波領域のデータサンプリング数を減少させ、撮影時間を短縮するラディアル撮影法、ハイブリッド・ラディアル撮影法と呼ばれる手法(例えば、特許文献4参照。)等がある。
米国特許第5054489号公報 国際公開第00/09010号公報 特表2005-525185号公報 特開2004-344183号公報
タギング撮影シーケンスを実行して得られる計測データには、計測エコー信号とタギングシーケンスによる擬似エコー信号である高調波に相当する成分が発生する。高調波は、タギングシーケンス中に印加するディフェーズ用の傾斜磁場と同じ方向に発生する。ここで、本明細書では、k空間中心にエコーピークを有するエコー信号をゼロ次成分(ゼロ次のエコー信号)と呼ぶ。それに対し、タギングのプリパルスを印加することにより発生するエコー信号の高調波成分を、そのエコーピークがk空間中心に近い順に、エコー信号の一次成分、二次成分、または、一次のエコー信号、二次のエコー信号と呼ぶ。なお、タギングのプリパルスを印加しない撮影シーケンスでは、計測データとしてゼロ次成分のみを有するエコー信号が発生する。
タギング撮影シーケンスでは、再構成後の画像の分解能を高め、タグを明瞭に保持するために、高調波成分も取得する必要がある。特に、信号強度の大きいエコー信号の一次成分は極めて重要である。また、HAPP法では、エコー信号の一次成分をフーリエ変換して得られる画像データの位相成分で位相画像を作成し、心壁の歪み量を導出し、定量的に評価する。従って、高調波成分の高精度な計測は必須である。このように、タギング撮影シーケンスでは、一次のエコー信号を高精度に計測する必要がある。しかし、パラレル撮影法およびハイブリッド・ラディアル撮影法といった高速化技術では、k空間の所定の領域のデータ取得数を減らす(間引く)ことにより高速化を実現している。取得データを間引く領域には、エコー信号の一次成分のピークが発生するk空間領域が含まれる可能性がある。従って、タギング撮影シーケンスにこれらの高速化技術をそのまま適用しても、エコー信号の一次成分を高精度に計測することができず、明瞭なタグを得ることや定量評価が適切に行うことができない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、エコー信号の一次成分を高精度に計測する必要がある撮影技術に、画質の劣化を招くことなく、高空間周波数領域の計測を間引く高速化技術を適用する技術を提供することを目的とする。
本発明は、撮影条件からエコー信号の一次成分のピークが発生するk空間の座標を推測し、当該座標近傍領域のデータ取得数を減じないで走査するよう制御する。
具体的には、静磁場を発生する静磁場発生手段と、複数の軸方向についての傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、撮像対象に高周波磁場を照射する高周波磁場発生手段と、前記撮像対象から発生する核磁気共鳴信号を検出する信号検出手段と、前記傾斜磁場発生手段と前記高周波磁場発生手段と前記信号検出手段との動作を制御して所定の撮像パルスシーケンスを実行させてk空間データを取得する制御手段と、前記k空間データに対して演算処理を施し、画像再構成を行う演算処理手段と、を有する磁気共鳴撮影装置であって、前記撮像パルスシーケンスは、前記撮像対象の核磁化を変調するタギングシーケンスと、前記k空間データの一部を非計測とする画像化シーケンスとを含むものであり、前記制御手段は、前記変調された核磁化の影響を前記再構成する画像に反映させるために必須となるk空間の計測領域(計測必須領域)を特定する計測必須領域特定手段と、前記計測必須領域特定手段で特定された計測領域を前記画像化シーケンス実行時に計測するよう当該画像化シーケンスを変更するシーケンス変更手段と、を備え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、エコー信号の一次成分を高精度に計測する必要がある撮影技術に、画質の劣化を招くことなく、高空間周波数領域の計測を間引く高速化技術を適用できる。
第一の実施形態のMRI装置の構成図である。 タギング撮像シーケンスによるシネ画像取得を説明するための図である。 第一の実施形態のプリスキャンによる計測必須領域特定の手法を説明するための図である。 第一の実施形態の取得データのk空間配列とエコー信号の高周波成分との関係を説明するための図である。 第一の実施形態の画像再構成処理を説明するための図である。 第一の実施形態の画像再構成処理の別例を説明するための図である。 第一の実施形態の画像取得処理の処理フローである。 第二の実施形態の取得データのk空間配列とエコー信号の高周波成分との関係を説明するための図である。 第三の実施形態の取得データのk空間配列とエコー信号の高周波成分との関係を説明するための図である。
符号の説明
100 MRI装置、101 静磁場発生装置、102 撮影対象、103 ベッド、104 RFコイル、105 傾斜磁場発生コイル、106 傾斜磁場発生コイル、107 傾斜磁場発生コイル、108 高周波電源、109 傾斜磁場電源、110 傾斜磁場電源、111 傾斜磁場電源、112 シンセサイザ、113 変調器、114 増幅器、115 受信器、116 シーケンサ、117 記憶媒体、118 計算機、119 ディスプレイ
＜＜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。本実施形態では、タギング撮像シーケンスにパラレル撮影法を組み合わせる。なお、実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図1は、本実施形態の磁気共鳴撮影(以下、MRIという)装置100の構成例を示す図である。本実施形態のMRI装置100は、撮像空間に静磁場を発生する静磁場発生装置101、患者などの撮像対象102を搭載し、撮像空間に配置するためのベッド103、高周波磁場(RF)パルスを撮像対象102に印加し、核磁気共鳴(NMR)信号を検出するためのRFコイル104、ならびに、撮像空間にX方向、Y方向、Z方向の傾斜磁場をそれぞれ発生させる傾斜磁場発生コイル105、106、107を備える。
RFコイル104には、RFパルスを発生させるための高周波電流を供給する高周波電源108と、受信したNMR信号を増幅する増幅器114とが接続される。高周波電源108には、変調器113と、高周波信号を発振する発振器112とが接続される。増幅器114には、増幅後の信号をA/D変換し検波する受信器115が接続される。受信器115が検出したNMR信号は、計算機118に受け渡される。計算機118は、受信器115から受け取ったNMR信号と、接続されている記憶媒体117に格納されている撮像条件などのデータ等とを参照して画像再構成を行う。再構成された画像は、計算機118に接続されているディスプレイ119に表示される。なお、本図では、簡便化のためにRFコイル104を送受信兼用として図示するが、送信用コイルと受信用コイルとをそれぞれ別個に搭載してもよい。また、本実施形態では、パラレル撮影法を適用するため、受信用コイルは、複数のコイルが並列化した構成を有する。
傾斜磁場発生コイル105、106、107には、それぞれ電流を供給するための傾斜磁場電源109、110、111が接続される。傾斜磁場電源109、110、111、シンセサイザ112、高周波電源108、増幅器114および受信器115には、これらの動作を制御するシーケンサ116が接続される。計算機118は、オペレータから受け付けた所望の撮像方法を所望の撮像条件で実現するために、所定のタイミングで各部を動作させる撮像パルスシーケンスを作成し、シーケンサ116に受け渡す。シーケンサ116は、計算機118から受け取った撮像パルスシーケンスに従って、制御信号を出力して各部を動作させる。本実施形態では、計算機118は、タギングシーケンスとシネ画像シーケンスとを併用するシーケンスにパラレル撮影法を組み合わせた撮像パルスシーケンスの実行の指示を受付ける。この撮像シーケンスにより、所定の領域の計測を間引いて高速化を図りながら、撮像対象の変形挙動を画像化する。なお、シーケンサ116には、撮像対象102である患者に取り付けられた心電計120が接続される。シーケンサ116は、心電計120からの出力信号を受け取り、心拍周期に同期させて撮像パルスシーケンスを実行する。
本実施形態の計算機118は、上記画像再構成処理および撮像パルスシーケンス作成を実現するため、エコー信号の一次成分のピークが発生するk空間の座標を算出するピーク位置算出処理部118aと、エコー信号の一次成分の広がりから、間引かずに計測すべき領域(計測必須領域)を決定するピーク範囲算出処理部118bと、計測必須領域を計測するよう予め記憶媒体117等に保持されている撮像パルスシーケンスを調整するシーケンス調整処理部118cと、取得したエコー信号から画像を再構成する画像再構成処理部118dとを備える。これらの処理部は、計算機118内のCPUが記憶媒体117またはメモリ(不図示)等に格納されているプログラムを読み込んで実行することにより実現される。
各機能の処理の詳細を説明する前に、本実施形態のMRI装置100を用い、タギングシーケンスと心拍周期に同期させたシネ画像シーケンスとを併用し、撮像対象である被検体102の心臓の撮影を行う場合の、撮像パルスシーケンスの一例を説明する。
図2(a)は、タギングシーケンスと心拍周期に同期させたシネ画像シーケンスとを併用する場合の撮像パルスシーケンス、図2(b)は、図2(a)の撮像パルスシーケンスで得られるデータ(ローデータ；rawdata)をk空間に配置したもの、図2(c)は、図2(a)の撮像パルスシーケンスで得られる心臓短軸画像である。なお、図2(b)では、データの強度を等高線で示す。図2(c)に示す心臓短軸画像は、2次元平面(XY平面)上の画像であり、位相エンコード方向をp方向、周波数エンコード方向をr方向とする。
図2(a)に示す撮像パルスシーケンスは、心電図Ｒ波200に同期して、画像上にr方向およびp方向のそれぞれ直交するタグを作成するタギングシーケンス201を実施した後、シネ画像シーケンス202により心臓のシネ画像を撮像する。実際には、10秒前後の息止めを4〜6回程度繰り返しながら、息止め期間中に図2(a)に示す撮像パルスシーケンスを繰り返し実行し、心臓全体の撮影を行う。
タギングシーケンス201は、r方向とp方向とにそれぞれタギングを実施するため、r方向のタギング用の2回のRFパルス211およびr方向の傾斜磁場パルスGr212と、p方向のタギング用の2回のRFパルス213およびp方向の傾斜磁場パルスGp214とを備える。さらに核磁化の乱れを低減するためにスライス(s)方向に印加されるスポイラー用の傾斜磁場パルスGs215，216を備える。
シネ画像シーケンス202では、核磁化を定常状態にした後、エコー信号を取得する。タギングシーケンス201直後の空打ち期間220と、所定の心時相数の画像再構成に使用するエコー信号の取得期間230とを備える。エコー信号の取得期間230は、例えば、グラディエントエコー法などにより繰り返し時間(TR)毎にエコー信号を取得する。
具体的には、スライス選択のための傾斜磁場パルス234と同時にRFパルス231を印加した後、位相エンコード用の傾斜磁場パルス233をp方向に印加し、読み出し用の傾斜磁場パルス232をr方向に印加しながら発生したエコー信号235を取得する。その後、リワインド用傾斜磁場パルス236をp方向に印加する。これをTR毎に位相エンコード量を変えながら繰り返す。以上を所定の位相エンコード数のエコー信号の取得が完了するまで繰り返し、複数の心時相の画像を得る。
タギングシーケンスを含む撮像パルスシーケンスを実行すると、図2(b)に示すように、RFパルス211とr方向の傾斜磁場パルスGr212とにより発生する擬似エコーがシネ画像シーケンス202によるエコー信号と干渉し、k空間においてkr方向にエコー信号の高調波成分(ゼロ次成分250以外)261、262、261'、262'、・・・が発生する。同様に、RFパルス213とp方向の傾斜磁場パルスGp214とにより発生する擬似エコーとの干渉により、k空間において、kp方向にエコー信号の高調波成分271、271'、・・・が発生する。
なお、エコー信号の高調波成分のうち、一次成分から撮像対象の動きの情報を得ることができる。HAPP法では、これを利用し、タギングシーケンスで得られたkr方向、kp方向それぞれのエコー信号の一次成分を抽出して画像を再構成し、その位相マップからr方向、p方向それぞれの移動量を導出する。2方向の移動量をベクトル合成して面内移動方向を導出し、基準画像(例えば心時相1の画像)との比較により歪量を計算し、歪画像を作成する。
一方、パラレル撮影法ではk空間の位相エンコード方向のデータを間引いて計測し、計測時間を短縮する。本実施形態では、パラレル撮影法の中でも、低周波領域のデータは密に計測し、それを用いて感度分布を算出する手法を適用する。以下、感度分布算出用データを画像用データの計測と同時に行うものをパラレル撮影法と呼ぶ。これは、例えば、撮像パルスシーケンスにおいて、位相エンコード0のエコー信号から所定の位相エンコードまでのエコー信号は位相エンコードステップを1ずつインクリメントさせる大きさの位相エンコード傾斜磁場パルスを印加し、それ以降に計測するエコー信号については位相エンコードステップを複数ずつインクリメントさせる大きさの位相エンコード傾斜磁場を印加することにより実現する。
従って、間引いて計測される領域にエコー信号の高調波成分が発生する場合、分解能が低下し、再構成されるタギング画像の画質やHAPP法により算出される歪量の精度が低下する可能性がある。本実施形態では、ピーク位置算出処理部118a、ピーク範囲算出処理部118b、およびシーケンス調整処理部118cにより、分解能、歪量算出の精度等を維持するために必要なエコー信号の高周波成分の中でも、信号強度が最も高い1次成分が発生する領域のデータが欠落しないよう、パラレル撮影法における計測領域を制御する。そして、画像再構成処理部118dにより、得られたエコー信号から画像を再構成する。以下、各機能を説明する。
ピーク位置算出処理部118aは、k空間上の、エコー信号の一次成分のピークの発生位置を算出する。本実施形態のタギングシーケンスによれば、エコー信号の一次成分は、周波数エンコード方向(kr方向)および位相エンコード方向(kp方向)に発生する。まず、周波数エンコード方向(kr方向)のエコー信号の一次成分のピーク位置の算出手順を説明する。
γを磁気回転比、Gr(tag)をタギングシーケンス201中のkr方向の傾斜磁場Grの強度、Tをタギングシーケンス201中のkr方向の傾斜磁場Grの印加時間とすると、r方向に関し、タギングシーケンス201により画像上に得られる縞模様の輝線間の距離である輝線間隔Δrは、タギングシーケンス201中のkr方向の傾斜磁場Grの印加量(T・Gr(tag))を用いて、(式1)で表される。
Δr＝2π／(γ・T・Gr(tag)) (式1)
エコー信号の高周波成分のエコーピークは、直前のエコーピークからの傾斜磁場の印加量が、タギングシーケンス時の同方向の傾斜磁場の印加量と等しくなった時点となる。すなわち、k空間の原点(0次のエコー信号のピーク位置)からエコー信号の一次成分のエコーピーク発生までのr方向傾斜磁場Grの印加量とタギングシーケンス201中の傾斜磁場Grの印加量(T・Gr(tag))とが等しくなる時に発生する。従って、画像化シーケンス202におけるr方向傾斜磁場Grの強度Gr(img)、k空間の原点から一次成分のエコーピークまでのkr方向の距離Nr、サンプリングレートΔtとの間には、(式2)に示す関係がある。
Δt・Nr・Gr(img)＝T・Gr(tag) (式2)
(式1)および(式2)より、距離Nrは以下の(式3)で表すことができる。
Nr＝2π／(γ・Δr・Δt・Gr(img)) (式3)
ここで、輝線間隔Δr、サンプリングレートΔt、画像化シーケンス202における傾斜磁場Grの強度Gr(img)は、操作者により撮像条件として入力される。ピーク位置算出処理部118aは、操作者から入力されたこれらの撮像条件を用いて、エコー信号の一次成分のkr方向のピーク位置の座標(Nr、0)を算出する。
位相エンコード方向(kp方向)のエコー信号の一次成分のピーク位置も同様に算出できる。Gp(tag)をタギングシーケンス201中のp方向の傾斜磁場Gpの強度、Tをタギングシーケンス201中のp方向の傾斜磁場Gpの印加時間とすると、kp方向に関し、タギングシーケンス201により画像上に得られる縞模様の輝線間の距離である輝線間隔Δpは、タギングシーケンス201中のp方向の傾斜磁場Gpの印加量(T・Gp(tag))を用いて、(式4)で表される。
Δp＝2π／(γ・T・Gp(tag)) (式4)
また、k空間の原点からエコー信号の一次成分のエコーピーク発生までのp方向傾斜磁場Gpの印加量とタギングシーケンス201中の傾斜磁場Gpの印加量とは等しくなる。画像化シーケンスにおけるp方向の傾斜磁場Gpの印加量は、k空間1ラインあたりの強度ステップΔGp(img)、ゼロ・エンコードを基準としたk空間ステップ数Np、kp方向の傾斜磁場Gpの印加時間tの積で表される。従って、(式5)に示す関係がある。
ΔGp(img)・Np・t＝T・Gp(tag) (式5)
(式4)および(式5)より、kp方向のエコーピークのk空間上でのステップ数Npは、以下の(式6)で表すことができる。
Np＝2π／(γ・Δp・t・ΔGp(img)) (式6)
ここで、輝線間隔Δp、画像化シーケンス202におけるk空間の1ラインあたりの強度ステップΔGp(img)、傾斜磁場Gpの印加時間tは、操作者により撮像条件として入力される。ピーク位置算出処理部118aは、操作者から入力されたこれらの撮像条件を用いて、エコー信号の一次成分のkp方向のピーク位置であるステップ数Npを算出する。
以上のように、ピーク位置算出処理部118aは、タギングにおける輝線の間隔と画像化シーケンスの撮像条件を用いて、エコー信号(高調波)の一次成分のピークが発生するk空間の座標およびステップ数を算出する。なお、スライス方向にタギングを実行する場合も、同様に算出できる。
次に、ピーク範囲算出処理部118bの処理を説明する。ピーク範囲算出処理部118bは、タギング画像の画質や歪量の精度を維持するため計測すべき領域を、計測必須領域として決定する。そのために、本実施形態では、計測必須領域を決定するためのデータ計測を行う。なお、このデータ計測を以下、本明細書ではプリスキャンと呼ぶ。プリスキャンにより取得された計測データを配置したk空間上で、ピーク位置算出処理部118aが算出したエコー信号の一次成分のピーク発生位置近傍において、所定の閾値以上の信号強度を有する範囲(領域)を計測必須領域として決定する。図3(a)は、本実施形態のプリスキャンの撮像パルスシーケンスである。また、図3(b)は、図3(a)に示す撮像パルスシーケンスにより取得されたデータを説明するための図である。ここでは、図2に示す本実施形態の撮像パルスシーケンスにおいて、空打ち220時にプリスキャンを実行する場合を例に挙げて説明する。図2と同じ機能を有するものは同じ番号を付与する。
図3(a)に示す撮像パルスシーケンスにおいて、A/D1(411)、A/D2(412)は、それぞれエコーを取得するタイミングを示す。ピーク範囲算出処理部118bは、A/D1(411)、A/D2(412)で取得されるデータを用い、それぞれ、kr方向およびkp方向の計測必須領域を決定する。ここでは、A/D1(411)で取得される計測データで、kr方向の計測必須領域を、A/D2(412)で取得される計測データで、kp方向の計測必須領域を決定するものとして、以下説明する。
プリスキャンでは、画像化シーケンス202におけるr方向の傾斜磁場強度と同じ傾斜磁場強度を有する傾斜磁場404をr方向に印加する。これにより、A/D1(411)において、画像化シーケンス202で得られるkr軸上のデータと一致する計測データを得ることができる。図3(b)は、得られた計測データを横軸をkr、縦軸を信号強度として配置したものである。
まず、kr方向について計測必須領域を決定する。ピーク位置算出処理部118aにより算出された一次成分のkr方向のエコーピーク位置(Nr，0)の近傍の数点を検出し、その中から信号強度が実際に最大となるデータ点Nrdを抽出する。抽出したデータ点Nrdの信号強度SIを用い、予め定められた規則に従って閾値を算出する。ここでは、例えば、Nrd点の信号強度SIの90％を閾値と設定する。そして、データ点Nrの近傍のデータ点において、設定された閾値以上(ここでは、0．9SI以上)の信号強度の絶対値を有するデータ点の集合を抽出する。抽出したデータ点のkr方向の座標の最大値と最小値との差分Wrを求め、(Nrd−Wr/2，0)から(Nrd＋Wr/2，0)をkr方向の計測必須領域とする。
次に、kp方向についても同様に、p方向の傾斜磁場強度と同じ傾斜磁場強度を有する傾斜磁場405をp方向に印加し、A/D2(412)において取得したデータを、横軸をkp、縦軸を信号強度として配置し、一次成分のp方向のエコーピーク位置(Np，0)の近傍の数点から信号強度が実際に最大となるデータ点Npdを求め、その近傍で信号強度の絶対値が予め定めた閾値以上となる点の集合から、kp方向の計測必須領域の幅Wpと、計測必須領域((0、Npd−Wr/2)から(0、Npd＋Wr/2))と、を決定する。
ピーク範囲算出処理部118bが算出したkr方向およびkp方向の計測必須領域の両端部の座標(Nrd−Wr/2，0)、(Nrd＋Wr/2，0)、(0、Npd−Wr/2)、(0、Npd＋Wr/2)は、計算機118内のメモリ等(不図示)に保持される。なお、実際の信号強度が最大となるデータ点NrdおよびNrpと、幅Wr、Wpとを保持するよう構成してもよい。
なお、上記においては、プリスキャンを空打ち220時に行う場合を例にあげて説明したが、プリスキャンを行うのはこの期間に限られない。たとえば、画像化シーケンス202の実行の1心拍前に実行するよう構成してもよい。
また、計測必須領域は、点Nrdを含む閾値以上の点の集合において、kr方向の最も原点に近い点(Wrmin、0)から、最も原点から遠い点(Wrmax、0)の範囲(幅：Wrmax-Wrmin)、および、点Npdを含む閾値以上の点の集合において、kp方向の最も原点に近い点(Wpmin、0)から、最も原点から遠い点(Wpmax、0)の範囲(幅：Wpmax-Wpmin)としてもよい。
次に、シーケンス調整処理部118cによる撮像パルスシーケンスの調整について説明する。シーケンス調整処理部118cは、パラレル撮影法を基本とし、ピーク範囲算出処理部118bが算出した計測必須領域を間引かずに計測するよう撮像パルスシーケンスを変更(調整)する。具体的には、本実施形態では、計測必須領域走査時は位相エンコード数のインクリメントが1(最小)となるよう調整する。
図4は、エコー信号の0次成分および1次成分と、パラレル撮影法による取得データのk空間データ配列との関係を説明するための図である。図4(a)は、従来のパラレル撮影法の場合のもので、図4(b)は本実施形態の場合のものである。
図4(a)に示すように、従来のパラレル撮影法では、(0，Npd−Wp/2)から(0，Npd＋Wp/2)間は、間引いて計測される。従って、シーケンス調整処理部118cは、図4(b)に示すように、この間を間引かないよう位相エンコード量を調整する。具体的には、ゼロ次成分近傍のデータ(低周波数領域)を位相エンコードステップを1ずつインクリメントさせる位相エンコード傾斜磁場の印加により取得し、次いで、kp方向の計測必須領域(Npd−Wp/2，0)から(Npd＋Wp/2，0)間のデータを位相エンコードステップを同じく1ずつインクリメントさせる傾斜磁場により取得し、その後、未取得の領域のデータを位相エンコードステップを所定数インクリメントさせて取得するよう撮像パルスシーケンスを変更する。なお、k空間の走査は、位相エンコード数、矩形視野の割合、データを間引く間隔、など、種々の要因により最適な手順が異なるため、この手順に限られない。
次に、画像再構成処理部118dによる上記撮像パルスシーケンスにより取得したデータからの画像再構成について説明する。図5は、本実施形態の画像再構成処理の手順を説明するための図である。
従来のパラレル撮影法における画像再構成は、低周波領域のデータと間引いて取得したデータとを抽出する工程(ステップ711、721)、低周波領域のデータを用いて感度分布図を求める工程(ステップ714)、間引いて取得されたデータを用いて画像再構成を行う工程(ステップ723)、前記感度分布図を用いて再構成画像に生じる折り返しを除去する工程(ステップ715)を備える。
本実施形態では、上記従来の画像再構成工程に加え、計測必須領域を抽出する工程(ス
テップ731)、折り返し除去後の画像をフーリエ逆変換してk空間データを求める工程(ステップ717)、計測必須領域を間引かずに計測したデータを用いて前記逆変換で求められたk空間データの計測必須領域のデータを上書きする工程(ステップ718)、上書き後のk空間データをフーリエ変換する工程(ステップ719)を備える。以下、本実施形態の画像再構成処理を手順を追って説明する。
まず、画像再構成処理部118dは、取得したデータから、低周波領域のデータ711と間引いて取得した全領域のデータ721とエコー信号の1次成分を含むデータ(ここでは計測必須領域のデータを含むエコー信号)731とをそれぞれ抽出し、それぞれk空間に配置する(ステップ712、722、732)。
次に、画像再構成処理部118dは、低周波領域のデータ711をフーリエ変換し(ステップ713)、感度分布を計算(感度分布図を作成)する(ステップ714)。また、間引いて取得したデータ721から、折り返しを有する画像を再構成する(ステップ723)。
画像再構成処理部118dは、計算した感度分布を用い、折り返しを有する画像から折り返しを除去する(ステップ715)。そして、その結果をフーリエ逆変換し(ステップ716)、k空間に再度配置する(ステップ717)。
画像再構成処理部118dは、ステップ717で得られたk空間データ上のステップ732で得られたエコー信号の一次成分が配置された領域について、当該ステップ732で得られたエコー信号が配置されたk空間データで上書きし(ステップ718)、その結果をフーリエ変換し(ステップ719)、画像を再構成する(ステップ720)。
なお、一般にパラレル撮影法の画像再構成において、感度分布図の作成に使用する領域は、リードアウト方向(r方向)の高周波成分を含む。本実施形態においても、タギングの条件によってr方向にエコー信号の一次成分が生じる場合がある。従って、例えば、r方向についても感度分布作成に使用する領域を低周波領域に限定してもよい。この場合の処理の概要を図6に示す。以下、図5と同じ処理については同じ番号を付与する。
画像再構成処理部118dは、取得したエコーから、低周波領域のデータ811と間引いて取得した全領域のデータ721とエコー信号の1次成分を含むデータ(ここではピーク範囲算出機能により算出された範囲のデータを含むエコー信号)731とをそれぞれ抽出し、それぞれk空間に配置する(ステップ812、722、732)。ここでは、低周波領域のデータ811を抽出する際、r方向も低周波領域のみとする。本実施形態では、例えばピーク範囲算出処理部118bが算出した、r方向のエコー信号の1次成分のピークを含む範囲((Nrd−Wr/2，0)から(Nrd＋Wr/2，0)、および、r方向について原点に対称な領域を含まないよう制限する。すなわち、r方向の座標が-(Nrd−Wr/2)から(Nrd−Wr/2)の範囲のデータを抽出するよう制限する。
そして、画像再構成処理部118cは、ステップ812で得られた結果をフーリエ変換し(ステップ813)、感度分布を計算(感度分布図を作成)する(ステップ814)。以後、この感度分布を用いる以外は、図5の処理と同様である。
以上のように感度分布を算出するにあたり、r方向のデータも制限することにより、感度分布図の作成にr方向に直交するタグが付与されたデータが用いられないため、高精度に折り返しを除去できる。
次に、本実施形態の計算機118による画像取得処理の処理フローを説明する。図7は、本実施形態の画像取得処理の処理フローである。まず、オペレータから撮像条件の入力を受け付けると、ピーク位置算出処理部118aは、撮像条件を用い、kp方向のエコー信号の一次成分のピークの発生位置を算出する(ステップ301)。次に、ピーク範囲算出処理部118bは、プリスキャンを実行し、計測必須領域を特定する(ステップ302)。そして、シーケンス調整処理部118cは、計測必須領域を間引かずに計測するよう撮像パルスシーケンスの位相エンコード量を変更する(ステップ303)。計算機118は、変更後の撮像パルスシーケンスをシーケンサ116に受け渡し、シーケンサ116は、それに従って各部を動作させて計測を行う(ステップ304)。画像再構成処理部118dは、得られたエコー信号から画像を再構成する(ステップ305)。
以上説明したように、本実施形態によれば、エコー信号の一次成分を高精度に計測する必要があるタギングシーケンスを含む画像取得シーケンスにおいて、画質の劣化を招くことなくパラレル撮影法を組み合わせることができる。従って、タギングシーケンスを含む画像取得シーケンスを高速に実施することができ、タグ付きのシネ画像を短時間で得ることができる。
なお、本実施形態において、ピーク範囲算出処理部118bは、ピーク位置算出処理部118aが算出したエコー信号の一次成分のピーク位置を用い、プリスキャンの結果のピーク位置近傍を探索し、計測必須領域を算出する。しかし、ピーク位置算出処理部118aの処理はなくてもよい。この場合、ピーク範囲算出処理部118bは、r方向、p方向ともに原点から、原点から遠ざかる方向にデータ点を調査し、原点以外で信号強度が極大となるデータ点(Nrd、0)、(0、Npd)を抽出してもよい。
また、予めエコー信号強度の広がりがわかっている場合、ピーク範囲算出処理部118bによる処理は行わなくてもよい。
また、上記実施形態では、シーケンス調整処理部118cが、算出された計測必須領域を撮像シーケンスに反映させるよう構成しているが、これに限られない。計測必須領域のデータをディスプレイ119等に出力し、ユーザが、計測必須領域が上述のように計測されるよう撮像シーケンスの撮像パラメータを変更するよう構成してもよい。
さらに、上記実施形態では、画像取得シーケンスを、シネ撮像シーケンスとする場合を例に挙げて説明しているが、画像取得シーケンスはこれに限られない。
また、本実施形態では、パラレル撮影法の中でも、画像用データの計測と同時に感度分布算出用データの計測を行うものを例に挙げて説明しているが、これに限られない。感度分布算出用データの計測を画像用データの計測に先立ってプリスキャン時に取得する方式のものであってもよい。
＜＜第二の実施形態＞＞
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。本実施形態のMRI装置は基本的に第一の実施形態と同様である。第一の実施形態では、タギングシーケンスを含む画像取得シーケンスにパラレル撮影法を組み合わせているが、本実施形態では、高速化技術の中で、ハイブリッド・ラディアル撮影法を組み合わせる。
本実施形態においても、ピーク位置算出処理部118aおよびピーク範囲算出処理部118bにより計測必須領域を決定する手法は、第一の実施形態と同じである。また、画像再構成処理部118dによる画像再構成処理は、従来のハイブリッド・ラディアル撮影法の処理と同様であるため、ここでは、説明しない。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。
本実施形態では、上述のように、ハイブリッド・ラディアル撮影法を組み合わせる。従って、予めタギングシーケンスを含む画像取得シーケンスにハイブリッド・ラディアル撮影法を組み合わせた撮像パルスシーケンスが用意される。ハイブリッド・ラディアル撮影法は、図8(a)に示すように、k空間の放射状走査を含み、高周波領域の取得データ数を低減して高速化を実現する。一般にハイブリッド・ラディアル撮影法では、計測空間をサンプリング方向の異なる複数のブロック(ブレードと呼ぶ。)に分けてサンプリングし、ブレード内で位相エンコードを行う。サンプリング方向は、kr軸となす角をブレード角と呼び、例えば、図8(a)に示すように、0度、30度、60度、90度と30度ずつ増加させ、変化させる。ブレード角の変更回数をブレード数と呼び、1ブレード内で位相エンコードを行う回数、すなわち、1ブレード内で取得するエコー数をエコーファクタ(Echo Factor)と呼ぶ。図8(a)に示す例では、ブレード数は4、エコーファクタは5である。なお、本図においては、等高線の同心楕円で、エコー信号の0次成分および1次成分を示す。
本実施形態においても、シーケンス調整処理部118cは、計測必須領域を間引かずに計測するよう撮像パルスシーケンスを調整する。ここでは、ブレード角とエコーファクタとにより調整する。
図8(a)に示すように、計測必須領域は、k空間において、kr軸方向とkp軸方向とに存在する。従って、シーケンス調整処理部118cは、ブレード角については、0度と90度との走査を実施するよう撮影パルスシーケンスを設定する。また、エコーファクタについては、kr方向の一次成分に対しては計測必須領域のkp方向の幅(Wp)を、kp方向の一次成分に対しては計測必須領域のkr方向の幅(Wr)を、それぞれ考慮する必要がある。シーケンス調整処理部118cは、WpとWrとを比較し、大きいほうを選択する。例えば、図8(b)に示すように、Wr≧Wpの場合、Wrを選択する。そして、選択した方の幅(ここではWr)を傾斜磁場印加量に変換し、取得エコー間での位相エンコードステップ量で割り、計測必須領域のk空間データを取得するために必要なエコーファクタを算出する。そして、算出したエコーファクタを1心時相で取得するエコー数で割り、1ブレード内の分割数を決定する。
例えば、計測必須領域内のk空間データを取得する上で必要なエコーファクタが16、1心時相で取得するエコー数が5の場合、分割数は4と決定される。すなわち、1心時相の取得数5、分割数4とすることにより、1ブレードあたり20のエコーを取得することができ、算出したエコーファクタの条件を満足できる。
以上のように決定したブレード数、エコーファクタ、1ブレード内の分割数に従って、k空間走査が決定される。シーケンス調整処理部118cは、決定したこれらの条件を満たすよう、撮像パルスシーケンスを調整する。
本実施形態の計算機118による画像取得処理の処理フローは、第一の実施形態と基本的に同様である。ただし、ピーク位置算出処理部118bは、kr方向およびkp方向のエコー信号の一次成分のピーク位置を算出し、シーケンス調整処理部118cは、上記手法で撮像パルスシーケンスを調整する。
なお、本実施形態では、撮像パルスシーケンスの調整に、計測必須領域の幅のみが必要である。従って、エコー信号の1次成分の所定の閾値以上の範囲を抽出するのではなく、プリスキャンで得られたエコー信号の0次成分について、所定の閾値以上の範囲を抽出し、そのkr方向の幅、Wr0、kp方向の幅Wp0を、それぞれ、Wr，Wpの代わりに用いてもよい。抽出は、ピーク範囲算出処理部118bが、第一の実施形態と同様の手法で行う。ただし、探索領域は原点近傍である。もちろん、エコー信号の0次成分または1次成分以外の高次の成分の近傍で計測必須領域の範囲を決定してもよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、エコー信号の一次成分を高精度に計測する必要があるタギングシーケンスを含む画像取得シーケンスにおいて、画質の劣化を招くことなくハイブリッド・ラディアル撮影法を組み合わせることができる。従って、タギングシーケンスを含む画像取得シーケンスを高速に実施することができ、画質の劣化なくタグ付きのシネ画像を短時間で得ることができる。
また、ハイブリッド・ラディアル撮影法を組み合わせているため、撮影中に被検体が動いた場合でも、位相エンコード方向に画像が流れたようなアーチファクトが発生しにくい。
また、本実施形態においても、計測必須領域のデータをディスプレイ119等に出力し、ユーザが、計測必須領域が上述のように計測されるよう撮像パルスシーケンスの撮像パラメータを変更するよう構成してもよい。
＜＜第三の実施形態＞＞
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。本実施形態のMRI装置は基本的に第一の実施形態と同様である。第一の実施形態では、タギングシーケンスを含む画像取得シーケンスにパラレル撮影法を組み合わせているが、本実施形態では、高速化技術の中で、ラディアル撮影法を組み合わせる。
本実施形態においても、ピーク位置算出処理部118aおよびピーク範囲算出処理部118bにより計測必須領域を決定する手法は、第一の実施形態と同じである。また、画像再構成処理部118dによる画像再構成処理は、従来のラディアル撮影法の処理と同様であるため、ここでは、説明しない。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。
本実施形態では、上述のように、ラディアル撮影法を組み合わせる。従って、予めタギングシーケンスを含む画像取得シーケンスにラディアル撮影法を組み合わせた撮像シーケンスが用意される。ラディアル撮影法は、図9(a)に示すように、k空間を放射状に走査し、高周波領域の取得データ数を低減して高速化を実現する。一般にラディアル撮影法では、一つのエコー信号の計測毎に位相エンコード傾斜磁場及びリードアウト傾斜磁場をともに変化させて計測を行い、計測空間を放射状にサンプリングする。サンプリング方向は、k空間においてkr軸と成す角であり、θで示す。
本実施形態では、シーケンス調整処理部118cは、図9(b)に示すように、計測必須領域では、密に走査するよう傾斜磁場印加量を決定する。まず、第二の実施形態と同様に、シーケンス調整処理部118cは、WpとWrとを比較し、大きいほうを選択する。例えば、Wr≧Wpの場合、Wrを選択する。そして、−arctan((Wr／2)／Npd)≦θ≦arctan((Wr／2)／Npd)と、−arctan((Wr／2)／Npd)+π/2≦θ≦arctan((Wr／2)／Npd)+π/2の間は、密に走査し、その他の領域では、適宜走査するよう撮像パラメータ等の条件を決定し、決定した条件を満たすよう、撮像パルスシーケンスを調整する。
k空間の走査順序は、例えば、まず、上記条件で、kr軸近傍のエコー信号を取得し、次いでkp軸近傍のエコー信号を取得する。その後、両座標軸から離れた領域のエコー信号を、通常のサンプリング角度θ0およびインクリメント角度θiで取得する。もちろん、走査順はこれに限られない。
なお、本実施形態の画像取得処理は、第二の実施形態の画像取得処理と基本的に同様である。ただし、図7のステップ303において、シーケンス調整処理部118cが、撮像パルスシーケンスを調整する内容が異なる。
以上説明したように、本実施形態によれば、エコー信号の一次成分を高精度に計測する必要があるタギングシーケンスを含む画像取得シーケンスにおいて、画質の劣化を招くことなくラディアル撮影法を組み合わせることができる。従って、タギングシーケンスを含む画像取得シーケンスを高速に実施することができ、タグ付きのシネ画像を短時間で得ることができる。
また、ラディアル撮影法を組み合わせているため、撮影中に被検体が動いた場合でも、位相エンコード方向に画像が流れたようなアーチファクトが発生しにくい。
また、本実施形態においても、計測必須領域のデータをディスプレイ119等に出力し、ユーザが、計測必須領域が上述のように計測されるよう撮像シーケンスの撮像パラメータを変更するよう構成してもよい。
＜＜第四の実施形態＞＞
次に、本発明の第四の実施形態について説明する。本実施形態のMRI装置は基本的に第一の実施形態と同様である。第一の実施形態では、タギングシーケンスを含む画像取得シーケンスにパラレル撮影法を組み合わせているが、本実施形態では、高速化技術の中で、スパイラル撮影法を組み合わせる。
本実施形態においても、ピーク位置算出処理部118aおよびピーク範囲算出処理部118bにより計測必須領域を決定する手法は、第一の実施形態と同じである。また、画像再構成処理部118dによる画像再構成処理は、従来のスパイラル撮影法の処理と同様であるため、ここでは、説明しない。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。
本実施形態では、上述のように、スパイラル撮影法を適用する。従って、予めタギングシーケンスを含む画像取得シーケンスにスパイラル撮影法を組み合わせた撮像パルスシーケンスが用意される。スパイラル撮影法では、k空間の中心部から端部へと螺旋状に広がる軌跡を形成するように位相エンコード傾斜磁場とリードアウト傾斜磁場とを印加しながらエコーをサンプリングしてデータを収集する。
本実施形態では、シーケンス調整処理部118cは、計測必須領域では、密に走査するよう、位相エンコード傾斜磁場およびリードアウト傾斜磁場の印加量を変化させる。
通常のスパイラル撮影法は、位相エンコード方向およびリードアウト方向にそれぞれ振幅が漸増する振動傾斜磁場を用いてk空間をスパイラル状にスキャンするものであり、振幅が増加する度合い(増加度)は通常一定である。本実施形態では、計測必須領域をスキャンする際に、この傾斜磁場振幅の増加度を基準の増加度より小さくするように調整し、計測必須領域を密に計測する。具体的には、r方向の計測必須領域については、漸増するリードアウト傾斜磁場の強度が、r方向の計測必須領域の一端部(原点に近い側の端部)に相当する強度に達する時点から計測必須領域の他端部(原点から遠い側の端部)に相当する強度に達する時点まで、増加度を基準の増加度より小さく設定するとともに、位相エンコード傾斜磁場についても同様に強度の増加度を変化させる。これにより、計測必須領域を含むスパイラル状の領域では半径方向のスキャンの幅が狭くなり、データ計測密度が細かくなる。p方向の計測必須領域についても、同様に位相エンコード傾斜磁場が、p方向の計測必須領域に相当する強度範囲はその増加度を基準の増加度より小さく設定するとともにリードアウト方向の傾斜磁場も同様に強度の増加度を変化させる。
なお、スパイラルの形状或いはr方向およびp方向の計測必須領域の座標によっては、両方向の計測必須領域を含むようにスキャンすることが可能である。例えば、r方向の計測必須領域の両端の座標を(Nrd−Wr／2，0)、(Nrd＋Wr／2、0)、p方向の計測必須領域の両端の座標を(Npd−Wp／2，0)、(Npd＋Wp／2、0)、Nrd−Wr／2とNpd−Wp／2との値の小さい方をWmin、Nrd＋Wr／2とNpd＋Wp／2との値の大きい方をWmaxとすると、WminからWmaxまでの間、r方向およびp方向の傾斜磁場の強度の増加度を小さく設定するよう構成してもよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、エコー信号の一次成分を高精度に計測する必要があるタギングシーケンスを含む画像取得シーケンスにおいて、画質の劣化を招くことなくスパイラル撮影法を組み合わせることができる。従って、タギングシーケンスを含む画像取得シーケンスを高速に実施することができ、画質の劣化なくタグ付きのシネ画像を短時間で得ることができる。
また、スパイラル撮影法を組み合わせているため、撮影中に被検体が動いた場合でも、位相エンコード方向に画像が流れたようなアーチファクトが発生しにくい。
また、本実施形態においても、計測必須領域のデータをディスプレイ119等に出力し、ユーザが、計測必須領域が上述のように計測されるよう撮像パルスシーケンスの撮像パラメータを変更するよう構成してもよい。

Claims (6)

  1. 静磁場を発生する静磁場発生手段と、
    複数の軸方向についての傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、
    撮像対象に高周波磁場を照射する高周波磁場発生手段と、
    前記撮像対象から発生する核磁気共鳴信号を検出する信号検出手段と、
    前記傾斜磁場発生手段と前記高周波磁場発生手段と前記信号検出手段との動作を制御して所定の撮像パルスシーケンスを実行させてk空間データを取得する制御手段と、
    前記k空間データに対して演算処理を施し、画像の再構成を行う演算処理手段と、
    を有する磁気共鳴撮影装置であって、
    前記撮像パルスシーケンスは、前記撮像対象の核磁化を変調するタギングシーケンスと、前記k空間データの一部を非計測とする画像化シーケンスとを含むものであり、
    前記制御手段は、
    前記変調された核磁化の影響を前記再構成する画像に反映させるために必須となるk空間の計測領域(計測必須領域)を、前記画像化シーケンスとは別に行われるデータ計測で得られた結果に基づいて、特定する計測必須領域特定手段と、
    前記計測必須領域特定手段で指定された計測領域を前記画像化シーケンス実行時に計測するよう当該画像化シーケンスを変更するシーケンス変更手段と、を備え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、
    前記計測必須領域は、前記k空間において原点以外でkr方向およびkp方向の信号強度が極大値をとる位置であって最も原点に近い位置(エコーピーク)を含み、
    前記計測必須領域特定手段は、前記画像化シーケンスの撮影パラメータから前記エコーピーク発生位置を計算するエコーピークの位置計算手段を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、
    前記計測必須領域特定手段は、前記エコーピークの位置計算手段が計算したエコーピーク発生位置近傍において、前記計測必須領域を特定することを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
  4. 請求項1乃至3いずれか1項に記載の磁気共鳴撮影装置であって、
    前記画像化シーケンスは、パラレル撮影法、ラディアル撮影法、ハイブリッド・ラディアル撮影法、スパイラル撮影法のいずれか1つにより、前記画像の再構成に必要な計測データの一部を非計測にすることを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
  5. 請求項1乃至4いずれか1項に記載の磁気共鳴撮影装置であって、
    前記タギングシーケンスは、前記撮像対象から取得した生体信号に同期して、核磁気共鳴信号強度の空間分布を変調し、
    前記画像化シーケンスは、前記生体信号からの時間経過の異なる複数の画像を撮像するシネ撮像シーケンスを、複数心拍の期間実行するものであることを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
  6. 請求項1乃至5いずれか1項に記載の磁気共鳴撮影装置であって、
    前記画像化シーケンスとは別に行われるデータ計測は、前記画像化シーケンスと印加する前記傾斜磁場の条件を同じにして実行されることを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
JP2009538101A 2007-10-18 2008-10-15 磁気共鳴撮影装置 Active JP5237957B2 (ja)

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