JP7123767B2 - 磁気共鳴撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴撮像装置に関する。
磁気共鳴撮像（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ：以下、ＭＲＩと呼ぶ）装置による撮像時間は、例えば、数分程度である。このため、心臓や腹部などの動く臓器を撮像する場合、被検体の心電波形や呼吸波形などの生体信号をモニターし、これらの波形と同期させて撮像が実行されることがある。しかしながら、被検体の生体信号を収集するために、生体信号に応じた各種センサーを、被検体に装着させる必要がある。各種センサを被検体に装着させることは、被検体にとって不快なだけでなく、操作者にとっても撮影の事前準備に時間がかかるため、撮像のスループットの低下などに繋がることがある。
以上のことから、被検体に対して非接触および非侵襲で被検体の生体信号をモニターして、ＭＲＩ装置を用いた撮像を実行することが提案されている。たとえば、マイクロ波を使って、被検体と非接触で被検体の呼吸や心電(脈波)をモニターすることが提案されている。この提案において、呼吸や心拍による被検体の体表面の動きは、マイクロ波帯の電磁波（以下、マイクロ波と呼ぶ）を被検体の体表面に当てて戻ってくる反射波の位相変化を検出することで、モニターされる。たとえば、呼吸による被検体の体表面の動きは、数ｍｍから数ｃｍ程度である。また、心拍による被検体の体表面の動きは、たとえば、０．１ｍｍ程度である。
このため、マイクロ波の周波数は、被検体の体表面が動く距離に応じて、変更されることがある。例えば、呼吸をモニタする場合のマイクロ波の周波数は、１乃至１０数ＧＨｚであり、心拍をモニタする場合のマイクロ波の周波数は、１０数乃至２０数ＧＨｚである。マイクロ波を用いた心拍のモニタは、非常に小さい体表面の動きを検出する必要があるため、動きの検出の安定性が低い問題がある。たとえマイクロ波の周波数を上げたとしても、安定的に心拍を非接触で検出することは困難である。
特許第４９６２９４７号公報 米国特許出願公開第２０１５－０３２０３４２号明細書 米国特許出願公開第２０１５－０３３５２６８号明細書 特開昭６１－０２５５４３号公報 特開昭６１－１５４６５６号公報
目的は、いろいろな体型の被検体に対して、被検体の生体信号を感度よく非接触でモニターし、モニターされた生体信号を用いて撮像を実行することである。
実施形態に係る磁気共鳴撮像装置は、周波数決定部と、モニタリングコイルと、計測器と、シーケンス制御部とを有する。
前記周波数決定部は、被検体の体格情報に基づいて高周波磁場の周波数より高いモニタリング周波数を決定する。
前記モニタリングコイルは、前記被検体に対して非接触で、前記モニタリング周波数の電磁波を前記被検体に連続的に送信する。
前記計測器は、前記モニタリングコイルに関するインピーダンスの変化を経時的に計測することにより、前記被検体の生体信号を生成する。
前記シーケンス制御部は、前記生体信号に基づいて、前記撮像に関するシーケンスを制御する。
図１は、本実施形態における磁気共鳴撮像装置の構成の一例を示す図である。 図２は、本実施形態において、モニタリングコイルが天板に搭載された一例を示す図である。 図３は、本実施形態において、モニタリングコイルが受信コイル装置に搭載された一例を示す図である。 図４は、本実施形態において、モニタリングコイルが受信コイル装置上のパッドに搭載された一例を示す図である。 図５は、本実施形態において、モニタリングコイルが搭載された受信コイル装置の一例を示す図である。 図６は、本実施形態において、受信コイルエレメントとモニタリングコイルとの電磁的なカップリングを抑制するための相対的な配置例を示す図である 図７は、本実施形態において、受信コイルエレメントとモニタリングコイルとの電磁的なカップリングを抑制するための相対的な配置例を示す図である 図８は、本実施形態において、電磁波の周波数に対する生体モデルへの侵入深さの一例を示す図である。 図９は、本実施形態において、小柄な被検体とモニタリングコイルとの相対的な位置関係の一例を示す図である。 図１０は、本実施形態において、大柄な被検体とモニタリングコイルとの相対的な位置関係の一例を示す図である。 図１１は、本実施形態において用いられる体格周波数対応表の一例を示す図である。 図１２は、本実施形態において、生体信号撮像処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図１３は、本実施形態に関し、モニタリング周波数に応じたインピーダンス整合後において、周波数に対するＳ１１のデシベルの変化の一例を示す図である。 図１４は、本実施形態において、計測器により生成された撮像前の生体信号の時間的な変化の一例を示す図である。 図１５は、本実施形態において、生体信号の計測時間に亘って、指数計算時間ごとの変動指数の一例を、閾値とともに示す図である。 図１６は、本実施形態において、モニタリング周波数での検波前であって、Ｓ１１の時間変化を示す信号の一例を示す図である。 図１７は、本実施形態における呼吸波形の一例を示す図である。 図１８は、本実施形態における心拍波形の一例を示す図である。 図１９は、本実施形態の変形例に関し、２つのモニタリングコイルが搭載された受信コイル装置において、図３と相違する構成の一例を示す図である。 図２０は、本実施形態の変形例に関し、第１モニタリングコイルと第２モニタリングコイルとが搭載された受信コイル装置の一例を示す図である。 図２１は、本実施形態の応用例に関し、２つのモニタリングコイルが搭載された受信コイル装置において、図１９と相違する構成の一例を示す図である。
以下、図面を参照しながら、磁気共鳴撮像装置（以下、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置と呼ぶ）の実施形態について説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
（実施形態）
図１を用いて、本実施形態におけるＭＲＩ装置１００の全体構成について説明する。図１は、本実施形態におけるＭＲＩ装置１００の構成を示す図である。図１に示すように、ＭＲＩ装置１００は、静磁場磁石１０１と、傾斜磁場コイル１０３と、傾斜磁場電源１０５と、寝台１０７と、寝台制御回路１０９と、送信回路（送信部）１１３と、モニタリングコイル１１５と、送信コイル１１７と、デュプレクサ１１９と、受信コイル装置１２１と、受信回路（受信部）１２３と、シーケンス制御回路（シーケンス制御部）１２５と、インターフェース（入力部）１２７と、ディスプレイ（表示部）１２９と、記憶装置（記憶部）１３０と、処理回路（処理部）１３１と、チューニング回路（整合部）１３３と、フィルタ１３５と、カップラ（Ｃｏｕｐｌｅｒ）１３７と、計測器（計測部）１３９とを有する。なお、ＭＲＩ装置１００は、静磁場磁石１０１と傾斜磁場コイル１０３との間において中空の円筒形状のシムコイルを有していてもよい。
静磁場磁石１０１は、中空の略円筒形状に形成された磁石である。なお、静磁場磁石１０１は、略円筒形状に限らず、開放型の形状で構成されてもよい。静磁場磁石１０１は、内部の空間に一様な静磁場を発生する。静磁場磁石１０１としては、例えば、超伝導磁石等が使用される。
傾斜磁場コイル１０３は、中空の円筒形状に形成されたコイルである。傾斜磁場コイル１０３は、静磁場磁石１０１の内側に配置される。傾斜磁場コイル１０３は、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの各軸に対応する３つのコイルが組み合わされて形成される。Ｚ軸方向は、静磁場の方向と同方向であるとする。また、Ｙ軸方向は、鉛直方向とし、Ｘ軸方向は、Ｚ軸及びＹ軸に垂直な方向とする。傾斜磁場コイル１０３における３つのコイルは、傾斜磁場電源１０５から個別に電流供給を受けて、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸に沿って磁場強度が変化する傾斜磁場を発生させる。
ここで、傾斜磁場コイル１０３によって発生するＸ、Ｙ、Ｚ各軸の傾斜磁場は、例えば、スライス選択用傾斜磁場、位相エンコード用傾斜磁場および周波数エンコード用傾斜磁場（リードアウト傾斜磁場ともいう）にそれぞれ対応している。スライス選択用傾斜磁場は、任意に撮像断面を決めるために利用される。位相エンコード用傾斜磁場は、空間的位置に応じて磁気共鳴（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：以下、ＭＲと呼ぶ）信号の位相を変化させるために利用される。周波数エンコード用傾斜磁場は、空間的位置に応じてＭＲ信号の周波数を変化させるために利用される。
傾斜磁場電源１０５は、シーケンス制御回路１２５の制御により、傾斜磁場コイル１０３に電流を供給する電源装置である。
寝台１０７は、被検体Ｐが載置される天板１０７１を備えた装置である。寝台１０７は、寝台制御回路１０９による制御のもと、被検体Ｐが載置された天板１０７１を、ボア１１１内へ挿入する。寝台１０７は、例えば、長手方向が静磁場磁石１０１の中心軸と平行になるように、本ＭＲＩ装置１００が設置された検査室内に設置される。
寝台制御回路１０９は、寝台１０７を制御する回路である。寝台制御回路１０９は、インターフェース１２７を介した操作者の指示により寝台１０７を駆動することで、天板１０７１を長手方向および上下方向へ、場合によっては、左右方向へ移動させる。寝台制御回路１０９は、インターフェース１２７とディスプレイ１２９と記憶装置１３０と処理回路１３１とを搭載したコンソール装置や寝台１０７などに搭載される。
送信回路１１３は、発振器１１３１と、ＲＦ変調器１１３３と、ＲＦアンプ１１３５と、計測変調器１１３７とを有する。送信回路１１３は、例えば、静磁場磁石１０１と傾斜磁場コイル１０３と送信コイル１１７とを搭載したガントリーに搭載される。すなわち、送信回路１１３は、シールドルーム外の機械室に設置されることに限定されず、例えば、ガントリーなどに搭載されてもよい。例えば、図１に示す点線の枠内は、本ＭＲＩ装置１００における複数の構成要素のうち、シールドルーム内に配置される構成要素を示している。
送信回路１１３は、シーケンス制御回路１２５の制御により、磁気共鳴周波数（ラーモア周波数とも称される）に変調された高周波パルス（ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）パルス）を、デュプレクサ１１９を介して送信コイル１１７に供給する。磁気共鳴周波数は、磁気共鳴対象の原子に応じた磁気回転比と静磁場の磁束密度とに応じてあらかじめ設定される。静磁場の磁束密度が１．５Ｔである場合、磁気共鳴周波数は、およそ６４ＭＨｚである。また、静磁場の磁束密度が３Ｔである場合、磁気共鳴周波数は、およそ１２８ＭＨｚである。
送信回路１１３は、シーケンス制御回路１２５の制御により、後述の周波数決定機能１３１３により決定された周波数（以下、モニタリング周波数と呼ぶ）に変調された信号（以下、モニタリング信号と呼ぶ）を、カップラ１３７とチューニング回路１３３とを介して、モニタリングコイル１１５に供給する。モニタリング周波数は、被検体の生体信号をモニターするための周波数に相当する。生体信号は、例えば、被検体Ｐにおける少なくとも一つの臓器の運動の尺度を示す波形に相当する。モニタリング周波数については、後程説明する。
具体的には、発振器１１３１は、水晶振動子を用いた発振回路と倍周器などとを用いた水晶発振器に相当する。すなわち、水晶発振器は、水晶振動子の発振周波数を倍周器で整数倍した振動（システムクロック）を源振として構成された発振器である。なお、発振回路は、水晶振動子を用いることに限定されず、他の振動子が用いられてもよい。また、発振器１１３１は、処理回路１３１に設けられてもよいし、コンソール装置に搭載されてもよい。このとき、発振器１１３１は、本ＭＲＩ装置１００の制御全体に関する源振となる。
ＲＦ変調器１１３３は、発振器１１３１から出力された信号の発振周波数を、磁気共鳴周波数に変調する。磁気共鳴周波数を有する信号は、不図示のＲＦパルス波形生成器を介して、ＲＦパルスに成形される。
ＲＦアンプ１１３５は、磁気共鳴周波数を有するＲＦパルスを、所定の振幅に増幅する。例えば、ＲＦアンプ１１３５は、ＲＦパルスを１０数ｋＷ～数１０ｋＷに増幅する。ＲＦアンプ１１３５は、増幅されたＲＦパルスを、デュプレクサ１１９を介して送信コイル１１７に供給する。
計測変調器１１３７は、発振器１１３１から出力された信号の発振周波数を、モニタリング周波数に変調する。計測変調器１１３７は、モニタリング周波数を有するモニタリング信号を、モニタリングコイル１１５に供給する。
モニタリングコイル１１５は、不図示の整合回路を有する。整合回路は、可変コンデンサ（バリアブルコンデンサー：ｖａｒｉａｂｌｅ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）を有する。整合回路は、後述のチューニング機能１３１５による制御の下で、モニタリング周波数に応じて、可変コンデンサにおける静電容量を変更する。すなわち、整合回路は、チューニング機能１３１５による制御により、可変コンデンサにおける静電容量をモニタリング周波数に応じて調整することで、例えば５０Ω終端でのマッチング（整合）を実行する。これにより、モニタリングコイル１１５の感度は、モニタリング周波数に合わせられる。モニタリング周波数に応じたマッチングの実行後、モニタリングコイル１１５は、モニタリング信号に従って、モニタリング周波数を有する電磁波（以下、マイクロ波と呼ぶ）を連続的に発生する。すなわち、モニタリングコイル１１５は、被検体Ｐに対して非接触で、マイクロ波を被検体Ｐに連続的に送信する。
整合回路は、予め所望の何種類かの周波数にチューニングできるように選ばれた固定容量コンデンサをスイッチ素子で切り替えることで構成しても良い。
モニタリングコイル１１５は、被検体Ｐが載置される天板１０７１と、受信コイル装置１２１と、受信コイル装置１２１において被検体Ｐを支持するパッドとのうち少なくとも一つに搭載される。図２は、モニタリングコイル１１５が天板１０７１に搭載された一例を示す図である。図２に示すように、モニタリングコイル１１５は、受信コイル装置１２１より下方に位置する。図３は、モニタリングコイル１１５が受信コイル装置１２１に搭載された一例を示す図である。このとき、モニタリングコイル１１５は、例えば、受信コイル装置１２１におけるＲＦコイルと天板１０７１との間に配置される。図４は、モニタリングコイル１１５が受信コイル装置１２１上のパッド１０７３に搭載された一例を示す図である。図４に示すように、モニタリングコイル１１５は、天板１０７１に載置された受信コイル装置１２１上に位置する。
なお、受信コイル１２１がアレイコイルで構成されている場合はアレイコイルにおけるコイル群の一部あるいは受信コイル１２１がモニタリングコイル１１５に関する機能を兼ねても良い。このとき、モニタリングコイル１１５に関する機能を兼ねた受信コイル１２１またはコイル群の一部は、２重同調コイルとして機能する。さらに、モニタリングコイル１１５を有する受信コイル１２１、あるいはパッド１０７３は被検体Ｐの前側に配置されても良い。
送信コイル１１７は、傾斜磁場コイル１０３の内側に配置されたＲＦコイルである。送信コイル１１７は、送信回路１１３からＲＦパルスの供給を受けて、高周波磁場を発生する。送信コイル１１７は、静磁場中に配置された被検体Ｐに対して高周波磁場を照射する。送信コイル１１７は、１つのコイルにより形成される全身用コイル（ｗｈｏｌｅ ｂｏｄｙ ｃｏｉｌ：ＷＢコイル）である。ＷＢコイル１１７は、送受信コイルとして使用されてもよい。また、送信コイル１１７は、複数のコイルエレメントを有するＷＢコイル１１７であってもよい。以下、送信コイル１１７は、送受信可能なＷＢコイル１１７として説明する。
デュプレクサ１１９は、シーケンス制御回路１２５の制御の下で、送信回路１１３とＷＢコイル１１７との接続と、ＷＢコイル１１７と受信コイル装置１２１との接続とを切り替える。すなわち、デュプレクサ１１９は、ＷＢコイル１１７へのＲＦパルスの送信と高周波磁場によって被検体Ｐから放射されるＭＲ信号の受信とを切り替えるスイッチ（送受信切り替えスイッチ）に相当する。具体的には、デュプレクサ１１９は、被検体Ｐに対する撮像のシーケンスに基づくシーケンス制御回路１２５の制御に従って、ＷＢコイル１１７の接続先を、送信回路１１３または受信回路１２３に切り替える。
受信コイル装置１２１は、ボア１１１において、傾斜磁場コイル１０３の内側に配置されたＲＦコイル（受信コイル）を有する。受信コイル装置１２１は、被検体Ｐに対して高周波磁場を照射する撮像（ＭＲ撮像）により、被検体Ｐから放射されるＭＲ信号を受信（取得）する。受信コイル装置１２１は、受信されたＭＲ信号を受信回路１２３へ出力する。受信コイル装置１２１は、例えば、１以上、典型的には複数のコイルエレメント（以下、受信コイルエレメントと呼ぶ）を有するコイルアレイを、受信コイルとして有する。図１に示す受信コイル装置１２１は、被検体Ｐの背面側に配置され、受信コイルエレメントは、被検体Ｐの背面側（背中側）に配置される。このとき、天板１０７１上に受信コイル装置１２１が配置され、被検体Ｐは、図１に示すように、受信コイル装置１２１上に横たわった状態となる。
なお、図１においてＷＢコイル１１７と受信コイル装置１２１とは別個に記載されているが、受信コイル装置１２１は、ＷＢコイル１１７における高周波磁場の送信機能を有する送受信コイル装置として実施されてもよい。特に、静磁場強度が３Ｔより高くなった場合、受信コイル装置１２１が送信機能を有した方が効率がよい。送受信コイル装置は、被検体Ｐの撮像対象に応じて、天板１０７１に設置される。例えば、頭部用の送受信コイルにモニタリングコイル１１５は搭載されないので、送受信コイル装置は、デュプレクサ１１９を介して、送信回路１１３と受信回路１２３とに接続される。
図５は、モニタリングコイル１１５が搭載された受信コイル装置１２１の一例を示す図である。図５に示すように、受信コイル装置１２１は、一例として、２８の受信コイルエレメント１２１１を有する。図５に示す２８の受信コイルエレメント１２１１各々は、磁気共鳴周波数に予めチューニングされている。受信コイルエレメント１２１１で受信されたＭＲ信号は、受信コイル装置１２１における伝送線路１２１３を介して、受信回路１２３へ出力される。
図６と図７とは、受信コイルエレメント１２１１とモニタリングコイル１１５との電磁的なカップリングを抑制するための相対的な配置例を示す図である。図５乃至図７に示すように、モニタリングコイル１１５は、受信コイルとのカップリングを低減する位置関係で、受信コイル装置１２１に搭載される。具体的には、モニタリングコイル１１５は、複数の受信コイルエレメント１２１１各々の一部に重畳するように配置される。これにより、受信コイルエレメント１２１１とモニタリングコイル１１５との電磁的なカップリングは抑制される。
受信回路１２３は、シーケンス制御回路１２５の制御により、伝送線路１２１３を介して受信コイル装置１２１から出力されたＭＲ信号に基づいて、デジタルのＭＲ信号（以下、ＭＲデータと呼ぶ）を生成する。具体的には、受信回路１２３は、受信コイル装置１２１から出力されたＭＲ信号を、不図示の受信アンプを介して増幅する。受信回路１２３は、増幅されたＭＲ信号に対して各種信号処理を施した後、各種信号処理が施されたデータに対してアナログ/デジタル（Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ））変換を実行する。これにより、受信回路１２３は、ＭＲデータを生成する。受信回路１２３は、生成されたＭＲデータを、シーケンス制御回路１２５に出力する。
シーケンス制御回路１２５は、処理回路１３１から出力されたシーケンスおよび後述する計測器１３９により生成された被検体Ｐの生体信号に従って、傾斜磁場電源１０５、送信回路１１３、デュプレクサ１１９、及び受信回路１２３等を制御し、被検体Ｐに対する撮像を実行する。シーケンスは、傾斜磁場電源１０５により傾斜磁場コイル１０３に供給される電流の大きさ、傾斜磁場電源１０５により電流が傾斜磁場コイル１０３に供給されるタイミング、送信回路１１３によりＷＢコイル１１７に供給されるＲＦパルスの大きさや時間幅、送信回路１１３によりＷＢコイル１１７にＲＦパルスが供給されるタイミング、デュプレクサ１１９による送受信の切り替えタイミング、受信コイル装置１２１によりＭＲ信号が受信されるタイミング等が、検査やシーケンスの種別等に応じて規定されている。
例えば、シーケンス制御回路１２５は、生体信号に基づいて、静磁場中に配置された被検体Ｐに対して高周波磁場を照射する撮像に関するシーケンスを制御する。具体的には、シーケンス制御回路１２５は、処理回路１３１におけるトリガパルス生成機能１３１７により生体信号を用いて生成されたトリガパルスを用いて、シーケンスを制御する。トリガパルス生成機能１３１７によるトリガパルスの生成については後程説明する。トリガパルスを用いたシーケンスの制御に従った撮像は、被検体Ｐの生体信号に同期した同期撮像に相当する。
インターフェース１２７は、操作者からの各種指示や情報入力を受け付ける回路を有する。インターフェース１２７は、例えば、マウス等のポインティングデバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスに関する回路を有する。なお、インターフェース１２７が有する回路は、マウス、キーボードなどの物理的な操作部品に関する回路に限定されない。例えば、インターフェース１２７は、本ＭＲＩ装置１００とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、受け取った電気信号を種々の回路へ出力するような電気信号の処理回路を有していてもよい。
また、インターフェース１２７は、処理回路１３１による制御の下で、ネットワーク等を介してまたは直接的に接続された外部記憶装置、各種モダリティ、放射線部門情報管理システム（以下、ＲＩＳ（Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ぶ）などから各種データを取得する。例えば、インターフェース１２７は、本ＭＲＩ装置１００により撮像される被検体Ｐの患者情報を、ＲＩＳから取得する。インターフェースは、取得された患者情報を、処理回路１３１に出力する。患者情報は、被検体Ｐの身長、体重、年齢、氏名などである。以下、説明を簡便にするために、患者情報における身長および体重をまとめて体格情報と呼ぶ。インターフェース１２７は、モニタリング周波数の調整を、操作者の指示により入力してもよい。モニタリング周波数の調整とは、例えば、モニタリング周波数の調整に関する周波数幅である。このとき、インターフェース１２７は、操作者により入力された周波数幅を、処理回路１３１に出力する。
ディスプレイ１２９は、処理回路１３１におけるシステム制御機能１３１１による制御のもとで、再構成機能１３１９により生成されたＭＲ画像、撮像および画像処理に関する各種情報、計測器１３９により取得されたモニタリングコイル１１５に関するインピーダンスの変化、計測器１３９により生成された生体信号などを表示する。ディスプレイ１２９は、例えば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ－Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ディスプレイ、プラズマ（Ｐｌａｓｍａ）ディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイ、モニタ等の表示デバイスである。
記憶装置１３０は、再構成機能１３１９を介してｋ空間に充填されたＭＲデータ、再構成機能１３１９により生成されたＭＲ画像のデータ等を記憶する。記憶装置１３０は、各種撮像シーケンス、撮像シーケンスを規定する複数の撮像パラメータを含む撮像条件等を記憶する。記憶装置１３０は、再構成機能１３１９において用いられる各種再構成手法に関するプログラムを記憶する。
記憶装置１３０は、処理回路１３１において実行される各種機能に対応するプログラムを記憶する。記憶装置１３０は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスクドライブ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｄｒｉｖｅ）、ソリッドステートドライブ（ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｄｒｉｖｅ）、光ディスク等である。また、記憶装置１３０は、ＣＤ－ＲＯＭドライブやＤＶＤドライブ、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であってもよい。
記憶装置１３０は、撮像の対象となる患者に関する複数の体格に対する複数のモニタリング周波数の対応表（以下、体格周波数対応表と呼ぶ）を記憶する。体格周波数対応表は、ルックアップテーブル（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ：ＬＵＴ）に対応する。複数の体格各々は、例えば、所定の身長幅に対応する身長範囲と、所定の体重幅に対応する体重範囲とで規定される。なお、複数の体格各々は、年齢に応じた複数の分類（例えば、乳児、幼児、学童、青年、成人等）各々に対応する統計的な身長範囲と体重幅とで規定されてもよい。
また、体格周波数対応表は、年齢に応じた複数の分類（例えば、乳児、幼児、学童、青年、成人等）各々に対応する代表的な被検体の体厚に応じて、年齢に対するモニタリング周波数を示すＬＵＴであってもよい。
体格周波数対応表における体格に応じたモニタリング周波数について説明する。図８は、電磁波の周波数に対する生体への侵入深さの一例を示す図である。図８に示す侵入深さは、体表面からの皮膚の厚みを２ｍｍとし、皮膚に続く脂肪の厚みを１０ｍｍとし、体表面から１２ｍｍ以降の深さを筋肉として設定した生体モデルに対して電磁波を照射した場合、生体モデルに侵入した電磁波の電力が５０％消費される深さに相当する。図８に示すように、生体モデルに照射される電磁波の周波数が１ＧＨｚを超えると、侵入深さは数ｍｍとなる。このとき、生体信号は、主として被検体Ｐの体表面の変動しか捉えられない。一方、生体モデルに照射される電磁波の周波数が数百ＭＨｚである場合、侵入深さは数ｃｍとなるため、生体内の動きの影響をより鋭敏に捉えることができる。
図９および図１０は、異なる体格を有する被検体とモニタリングコイル１１５との相対的な位置関係の一例を示す図である。図９および図１０に示すように、モニタリングコイル１１５は受信コイル装置１２１に搭載されている。図９において、小柄な被検体ＳＰは、受信コイル装置１２１に載置されている。また、図１０において、大柄な被検体ＬＰは、受信コイル装置１２１に載置されている。呼吸では肺野が動くため、被検体の体表面からある程度浅い位置でも、すなわち被検体に照射された電磁波による侵入深さが浅くても、呼吸に伴う被検体の動きを反映した信号を取得することができる。一方、心拍では心臓が動くため、被検体に照射される電磁波は、呼吸を計測対象とした場合に比べてより深く被検体に侵入する必要がある。加えて、図１０に示す大柄な被検体ＬＰに対して生体信号を取得する場合、図９に示す小柄な被検体ＳＰに比べてより深い領域まで電磁波が侵入するようにマイクロ波のモニタリング周波数を下げる必要がある。
これらのことを踏まえて、体格周波数対応表について説明する。図１１は、体格周波数対応表の一例を示す図である。図１１において、ＨＲは身長範囲を示し、ＷＲは体重範囲を示している。以下、説明の便宜上、図１１における身長範囲ＨＲおよび体重範囲ＷＲは、昇順に並んでいるものとする。図１１におけるＨＲの添え字ｎは、身長範囲の要素数を示している。図１１におけるＷＲの添え字ｍは、体重範囲の要素数を示している。例えば、図１１において、要素ｉ（ｉは、１≦ｉ≦ｎを満たす自然数）の身長範囲ＨＲｉの上限（ｓｕｐｒｅｍｕｍ）は、身長範囲ＨＲ（ｉ＋１）の最小値に相当する。なお、身長範囲ＨＲ（ｉ＋１）の下限（ｉｎｆｉｍｕｍ）は、身長範囲ＨＲｉの最大値に相当してもよい。また、例えば、図１１において、要素ｊ（ｊは、１≦ｊ≦ｍを満たす自然数）の体重範囲ＷＲｊの上限（ｓｕｐｒｅｍｕｍ）は、体重範囲ＷＲ（ｊ＋１）の最小値に相当する。なお、体重範囲ＷＲ（ｊ＋１）の下限（ｉｎｆｉｍｕｍ）は、体重範囲ＷＲｊの最大値に相当してもよい。
図１１において、身長範囲と体重範囲とが（ＨＲ１、ＷＲ１）である場合モニタリング周波数はＦ１１に対応付けられ、身長範囲と体重範囲とが（ＨＲｎ、ＷＲｍ）である場合モニタリング周波数はＦｎｍに対応付けられている。被検体Ｐの体格情報が（身長範囲ＨＲ１、体重範囲ＷＲ１）に該当する場合、図８を参照すると、モニタリング周波数Ｆ１１は、例えば、１ＧＨｚ程度に設定される。また、被検体Ｐの体格情報が（身長範囲ＨＲｎ、体重範囲ＷＲｍ）に該当する場合、すなわち被検体Ｐが最大の体厚を有する場合、図８を参照すると、モニタリング周波数Ｆｎｍは、例えば、２００ＭＨｚ程度に設定される。このとき、マイクロ波の侵入深さは、被検体Ｐの体表面から３０ｃｍ弱となる。
図１１において、モニタリング周波数は、生体信号の元となる臓器に依存せず、被検体Ｐの体格に依存している。なお、体格周波数対応表は、被検体Ｐの体格に加えて、同期撮像に関する生体信号の種別に応じた複数のモニタリング周波数の対応表であってもよい。同期撮像に関する生体信号の種別とは、例えば、呼吸同期撮像、心拍同期撮像などであって、モニターされる生体信号に関連する臓器に対応付けられる。例えば、心臓など被検体Ｐの深部の動きに起因する生体信号をモニターする場合、図８に示すように、肺野の動きに起因する生体信号をモニターする場合のモニタリング周波数に比べて周波数を下げることで、マイクロ波の波長が長くなる。このとき、計測器１３９は、より深部の動きを反映した信号変化（モニタリングコイル１１５に関するインピーダンス（Ｓ１１））を計測することができる。
図１１において、隣接する２つの体格それぞれ対応する２つのモニタリング周波数の差（Ｆｉｊ－Ｆ（ｉ＋１）（ｊ＋１））は、例えば、１０ＭＨｚ程度に設定される。なお、隣接する２つの体格それぞれ対応する２つのモニタリング周波数の差は、１０ＭＨｚに限定されず、隣接する２つの体格における体厚の差と図８に示すグラフとに基づいて、適宜設定されてもよい。
処理回路１３１は、ハードウェア資源として図示していないプロセッサ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ等のメモリ等を有し、本ＭＲＩ装置１００を統括的に制御する。処理回路１３１は、システム制御機能１３１１、周波数決定機能１３１３、チューニング機能１３１５、トリガパルス生成機能１３１７、再構成機能１３１９を有する。システム制御機能１３１１、周波数決定機能１３１３、チューニング機能１３１５、トリガパルス生成機能１３１７、再構成機能１３１９にて行われる機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶装置１３０に記憶されている。処理回路１３１は、これら機能に対応するプログラムを記憶装置１３０から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読みだした状態の処理回路１３１は、図１の処理回路１３１内に示された複数の機能等を有することになる。
なお、図１においては単一の処理回路１３１にてこれら各種機能が実現されるものとして説明したが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路１３１を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。換言すると、上述のそれぞれの機能がプログラムとして構成され、１つの処理回路が各プログラムを実行する場合であってもよいし、特定の機能が専用の独立したプログラム実行回路に実装される場合であってもよい。なお、処理回路１３１が有するシステム制御機能１３１１、周波数決定機能１３１３、チューニング機能１３１５、トリガパルス生成機能１３１７、再構成機能１３１９は、それぞれシステム制御部、周波数決定部、チューニング部、トリガパルス生成部、再構成部の一例である。
上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、或いはプログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。
プロセッサは、記憶装置１３０に保存されたプログラムを読み出し実行することで各種機能を実現する。なお、記憶装置１３０にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、寝台制御回路１０９、送信回路１１３、受信回路１２３、シーケンス制御回路１２５、計測器１３９等も同様に、上記プロセッサなどの電子回路により構成されてもよい。
処理回路１３１は、システム制御機能１３１１により、ＭＲＩ装置１００を統括的に制御する。具体的には、処理回路１３１は、記憶装置１３０に記憶されているシステム制御プログラムを読み出してメモリ上に展開し、展開されたシステム制御プログラムに従って本ＭＲＩ装置１００の各種回路等を制御する。例えば、処理回路１３１は、システム制御機能１３１１により、インターフェース１２７を介して操作者から入力された撮像条件に基づいて、撮像シーケンスを記憶装置１３０から読み出す。なお、処理回路１３１は、撮像条件に基づいて、撮像シーケンスを生成してもよい。処理回路１３１は、撮像シーケンスをシーケンス制御回路１２５に送信し、被検体Ｐに対する撮像を制御する。
処理回路１３１は、周波数決定機能１３１３により、被検体Ｐの体格情報に基づいて高周波磁場の周波数である磁気共鳴周波数より高いモニタリング周波数を決定する。具体的には、処理回路１３１は、インターフェース１２７を介してＲＩＳ等から受け付けた被検体Ｐの患者情報における体格情報を図１１に示すような体格周波数対応表と照合することにより、モニタリング周波数を決定する。処理回路１３１は、決定されたモニタリング周波数を送信回路１１３における計測変調器１１３７に出力する。
インターフェース１２７を介してモニタリング周波数の調整が入力された場合、処理回路１３１は、周波数決定機能１３１３により、操作者により入力された調整に従って、決定されたモニタリング周波数を変更する。なお、モニタリング周波数は、インターフェース１２７を介した操作者による調整に限定されず、被検体Ｐに対する撮像の実行前において、自動的に調整されてもよい。モニタリング周波数の自動調整については、後程説明する。処理回路１３１は、変更されたモニタリング周波数を、計測変調器１１３７に出力する。
処理回路１３１は、チューニング機能１３１５により、モニタリングコイル１１５とカップラ１３７との間のインピーダンス整合（インピーダンスマッチング）を実行するように、チューニング回路１３３を制御する。具体的には、処理回路１３１は、決定されたモニタリング周波数でインピーダンス整合がとれるように、チューニング回路１３３を制御する。なお、インピーダンス整合を実行するための制御は、被検体Ｐに対する撮像の実行前において、被検体Ｐが天板に載置される前に予め実行されてもよいし、被検体Ｐが天板１０７１に載置された状態で実行されてもよい。処理回路１３１は、モニタリング周波数に応じて５０Ω終端でマッチング（整合）がとれるように、モニタリングコイル１１５に搭載された整合回路における可変コンデンサを制御する。
モニタリング周波数が変更されると、処理回路１３１は、チューニング機能１３１５により、変更されたモニタリング周波数でインピーダンス整合がとれるように、再度チューニング回路１３３を制御する。加えて、モニタリング周波数が変更されると、処理回路１３１は、５０Ω終端でマッチング（整合）がとれるように、モニタリングコイル１１５に関する整合回路の可変コンデンサを制御する。
処理回路１３１は、トリガパルス生成機能１３１７により、計測器１３９により生成された被検体Ｐの生体信号に基づいて、トリガパルスを生成する。処理回路１３１は、生成されたトリガパルスを、シーケンス制御回路１２５に出力する。トリガパルスの生成については、後程説明する。
処理回路１３１は、再構成機能１３１９により、例えば、リードアウト傾斜磁場の強度に従って、ｋ空間にのリードアウト方向に沿ってＭＲデータを充填する。処理回路１３１は、ｋ空間に充填されたＭＲデータに対してフーリエ変換を行うことにより、ＭＲ画像を生成する。なお、ＭＲ画像の生成は、上述の手順に限定されず、パラレルイメージングおよび圧縮センシングなどのような欠落データを伴うＭＲデータを用いた正則化によりＭＲ画像を再構成する手法、または欠落データを伴うＭＲデータを用いて学習された学習済みのディープニューラルネットワークなどを用いて実行されてもよい。処理回路１３１は、ＭＲ画像を、ディスプレイ１２９や記憶装置１３０に出力する。
チューニング回路１３３は、モニタリングコイル１１５とフィルタ１３５との間に設けられる。チューニング回路１３３は、処理回路１３１におけるチューニング機能１３１５による制御のもとで、モニタリングコイル１１５とカップラ１３７との間のインピーダンス整合を実行する。すなわち、チューニング回路１３３は、モニタリングコイル１１５に対してモニタリング周波数でのインピーダンス整合を実行する。また、チューニング回路１３３は、モニタリング周波数が変更された場合、変更されたモニタリング周波数でのインピーダンス整合をさらに実行する。
なお、チューニング回路１３３は、複数のモニタリング周波数に応じてモニタリングコイル１１５とのインピーダンスが整合された複数の回路により構成されてもよい。このとき、チューニング回路１３３は、チューニング機能１３１５による制御の下で、複数の回路のうち、モニタリング周波数でインピーダンス整合がとれた回路と、モニタリングコイル１１５とを接続するスイッチとして機能する。
フィルタ１３５は、チューニング回路１３３とカップラ１３７との間に設けられる。フィルタ１３５は、磁気共鳴周波数を有するＲＦパルスに関する信号が計測器１３９に混入することを抑制する。フィルタ１３５は、磁気共鳴周波数を中心とする所定の帯域幅の信号を遮断するフィルタである。フィルタ１３５は、例えば、モニタリング周波数の最低値（Ｆ１１）以上の周波数帯域を通過させる高域通過フィルタ（ハイパスフィルタ）に相当する。
カップラ１３７は、フィルタ１３５と計測器１３９との間に設けられる。カップラ１３７は、モニタリングコイル１１５からの反射信号に相当するＳ１１の信号を計測器１３９に伝送する。カップラ１３７は、方向性結合器とも称される。
計測器１３９は、モニタリングコイル１１５に関するインピーダンス（Ｓ１１）の変動をモニタし、必要に応じてＳ１１の信号に対して増幅、デジタル化、さらにはフィルタ処理や加算処理を実行することで、被検体Ｐに関する生体信号を計測する。すなわち、計測器１３９は、モニタリングコイル１１５に関するインピーダンスの変化を経時的に計測することにより、被検体Ｐの生体信号を生成する。計測器１３９は、例えば、スペクトラムアナライザ（ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎａｌｙｚｅｒ）により実現される。このため、計測器の詳細な説明は省略する。計測器１３９は、生成された生体信号を処理回路１３１に出力する。
以上が本実施形態に係るＭＲＩ装置１００の全体構成についての説明である。以下、本実施形態において、生体信号を取得し、取得された生体信号を用いて撮像を実行する処理（以下、生体信号撮像処理と呼ぶ）の手順について説明する。図１２は、生体信号撮像処理の手順の一例を示すフローチャートである。
（生体信号撮像処理）
（ステップＳａ１）
処理回路１３１は、周波数決定機能１３１３により、被検体Ｐの体格情報と体格周波数対応表とに基づいて、モニタリング周波数を決定する。具体的には、被検体Ｐに対する撮像に先立って、インターフェース１２７は、ネットワークを介して、被検体Ｐの患者情報を取得する。インターフェース１２７は、取得された患者情報を、処理回路１３１に出力する。処理回路１３１は、記憶装置１３０から体格周波数対応表を読み出す。処理回路１３１は、患者情報における体格情報を体格周波数対応表と照合することにより、モニタリング周波数を決定する。処理回路１３１は、決定されたモニタリング周波数を計測変調器１１３７に出力する。
なお、体格周波数対応表が被検体Ｐの体格に加えて同期撮像に関する生体信号の種別に応じた複数のモニタリング周波数の対応表である場合、処理回路１３１は、周波数決定機能１３１３により、被検体Ｐの体格情報と撮像条件における同期撮像の種別と体格周波数対応表とに基づいて、被検体Ｐの体格とモニタリング対象の臓器とに最適化されたモニタリング周波数を決定する。
（ステップＳａ２）
チューニング回路１３３は、チューニング機能１３１５による制御のもとで、モニタリング周波数を中心周波数として、インピーダンス整合を実行する。具体的には、処理回路１３１は、チューニング機能１３１５により、モニタリング周波数を中心周波数としたインピーダンス整合を実行するために、チューニング回路１３３を制御する。例えば、チューニング回路１３３は、モニタリング周波数に対応するＳ１１（デシベル）が所定のデシベル以下となるように、インピーダンス整合を実行する。
図１３は、モニタリング周波数に応じたインピーダンス整合後において、周波数に対するＳ１１のデシベルの変化の一例を示す図である。図１３に示すように、インピーダンス整合は、モニタリング周波数ＭＦにおいて、所定のデシベルＰＤＢ以下となるように実行される。すなわち、処理回路１３１は、チューニング機能１３１５によるインピーダンス整合として、モニタリング周波数に対応するＳ１１（デシベル）が所定のデシベルＰＤＢ以下となるように、チューニング回路１３３を制御する。
（ステップＳａ３）
モニタリング周波数ＭＦを有する電磁波（マイクロ波）が、モニタリングコイル１１５を介して被検体Ｐに連続的に送信される。具体的には、送信回路１１３における計測変調器１１３７が、発振器１１３１から出力された信号の発振周波数を、モニタリング周波数ＭＦに変調する。計測変調器１１３７は、モニタリング周波数ＭＦを有するモニタリング信号を、モニタリングコイル１１５に供給する。モニタリングコイル１１５は、モニタリング信号に従って、マイクロ波を被検体Ｐに連続的に送信する。
（ステップＳａ４）
計測器１３９は、モニタリングコイル１１５に関するインピーダンスの変化（Ｓ１１）を経時的に計測することにより、被検体Ｐの生体信号を生成する。図１３のＴＦに示すように、モニタリング周波数ＭＦに対応するＳ１１（ｔ）は、例えば、呼吸および心拍に応じた被検体Ｐの体動に伴って、経時的に変化する。計測器１３９は、生成された生体信号を処理回路１３１に出力する。なお、計測器１３９は、生成された生体信号をディスプレイ１２９に出力してもよい。このとき、ディスプレイ１２９は、システム制御機能１３１１による制御の下で、生体信号を表示する。
図１４は、本ステップにおける処理において計測器１３９により生成された撮像前の生体信号ｐｒｅＳ１１（ｔ）の時間的な変化の一例を示す図である。図１４に示すように、生体信号ｐｒｅＳ１１（ｔ）は、時間に対して略周期的に変動する。
（ステップＳａ５）
処理回路１３１は、周波数決定機能１３１３により、生体信号の変動の程度を示す変動指数を、所定の時間間隔（以下、指数計算時間と呼ぶ）ごとに計算する。指数計算時間は、被検体Ｐの生体信号の周期に比べて短い時間間隔であって、例えば、１０ｍｓ（ミリ秒）程度である。なお、指数計算時間は１０ｍｓに限定されず、任意に設定可能である。図１４において、指数計算時間は、ＪＴで示されている。変動指数は、例えば、生体信号に対するノイズの影響を反映した指数に相当する。具体的には、変動指数は、指数計算時間ＪＴに含まれる生体信号の複数のサンプル点（時刻）に対する複数のＳ１１の平均値に対する複数のＳ１１の分散値の比に相当する。換言すれば、変動指数は、複数の指数計算時間ＪＴ各々において、モニタリングコイル１１５に関するインピーダンスの平均値に対するモニタリングコイル１１５に関するインピーダンスの分散値の割合に相当する。なお、変動指数は、平均値に対する分散値に限定されず、例えば、平均値を標準偏差で割った変動係数であってもよいし、生体信号に対するノイズの影響を反映した他の統計指数などであってもよい。
（ステップＳａ６）
処理回路１３１は、周波数決定機能１３１３により、変動指数に関する閾値と比較する。変動指数に関する閾値は、例えば、記憶装置１３０に記憶される。当該閾値は、例えば、生体信号に対するノイズの影響を低減できるような値として、予め人体モデルを用いた実験などにより設定される。変動指数が閾値を超える場合（ステップＳａ６のＹｅｓ）、ステップＳａ７の処理が実行される。また、変動指数が閾値以下である場合（ステップＳａ６のＮｏ）、ステップＳａ８の処理が実行される。
図１５は、生体信号の計測時間に亘って、指数計算時間ＪＴごとの変動指数の一例を、閾値とともに示す図である。図１５において、変動指数ＶＩは、閾値を超過しているため、ステップＳａ７の処理が実行される。ステップＳａ５の処理とステップＳａ６の処理とが実行されている期間は、生体信号に関する複数の体動にそれぞれ対応する複数の周期のうち、最も短い周期に相当する。例えば、被検体Ｐの生体信号として呼吸と心拍とが計測される場合、ステップＳａ５の処理とステップＳａ６の処理とが実行される期間は、１心拍に対応する時間となる。具体的には、被検体Ｐの１心拍の時間が１秒であって、指数計算時間が１０ｍｓ（０．０１秒）である場合、１００個の変動指数すべてが閾値以下であれば、ステップＳａ８の処理が実行される。なお、ステップＳａ５の処理とステップＳａ６の処理とが実行される期間は、１心拍に対応する時間に限定されず、例えば、１呼吸などに対応する時間であってもよい。
（ステップＳａ７）
処理回路１３１は、周波数決定機能１３１３により、モニタリング周波数を調整する。具体的には、処理回路１３１は、ステップＳａ１で決定されたモニタリング周波数を、高くもしくは低く変更する。モニタリング周波数の調整幅は、例えば、１０ＭＨｚ程度である。なお、調整幅は、１０ＭＨｚに限定されず任意に設定可能である。また、変更されたモニタリング周波数は、図１１に示す体格周波数対応表において、被検体Ｐの体格に応じて決定されたモニタリング周波数の隣に位置する周波数であってもよい。ステップＳａ６とステップＳａ７の処理をまとめると、処理回路１３１は、所定の時間間隔において、インピーダンスの平均値に対するインピーダンスの分散値の割合と、閾値とを比較することにより、決定されたモニタリング周波数を変更する。本ステップにおいて変更されたモニタリング周波数で、ステップＳａ２乃至ステップＳａ６の処理が繰り返される。ステップＳａ２乃至ステップＳａ６の処理の繰り返しにより、被検体の体格に応じた最適なモニタリング周波数が決定される。
なお、ステップＳａ５乃至ステップＳａ７の処理は、例えば、以下のような処理手順として実行されてもよい。まず、ステップＳａ４の処理により生成された生体信号、すなわちインピーダンスの変化がディスプレイ１２９に表示される。次いで、インターフェース１２７を介した操作者の指示により、モニタリング周波数の調整が入力される。処理回路１３１は、周波数決定機能１３１３により、入力された調整（すなわち調整された周波数幅）に従ってモニタリング周波数を変更する。周波数幅は、例えば、１０ＭＨｚである。なお、操作者により調整される周波数幅は１０ＭＨｚに限定されず、任意に設定可能である。モニタリング周波数が変更されると、ステップＳａ２乃至ステップＳａ４の処理が再度実行される。インターフェース１２７を介してモニタリング周波数の調整が入力されなければ、例えば、インターフェース１２７を介した操作者の指示によりモニタリング周波数の決定指示が入力されれば、ステップＳａ８の処理が実行される。
（ステップＳａ８）
処理回路１３１は、トリガパルス生成機能１３１７により、生体信号に基づいて、トリガパルスを生成する。以下、説明を具体的にするために、生体信号は、呼吸による被検体Ｐの動きに対応する波形（以下、呼吸波形と呼ぶ）と、心拍による被検体Ｐの動きに対応する波形（以下、心拍波形と呼ぶ）であるものとする。本ステップにおける処理に先立って、計測器１３９は、呼吸波形と心拍波形とを生成する。計測器１３９は、インピーダンスの時間変化、すなわちＳ１１の時間変化を示す信号をモニタリング周波数で検波し、次いでフィルタ処理を実行する。このフィルタ処理により、計測器１３９は、Ｓ１１の時間変化を示す信号から呼吸波形と心拍波形とを抽出する。当該フィルタ処理は、処理回路１３１において実行されてもよい。当該フィルタ処理に関するフィルタは、呼吸波形を抽出するフィルタ（以下、呼吸抽出フィルタと呼ぶ）と、心拍波形を抽出するフィルタ（以下、心拍抽出フィルタと呼ぶ）との２種類のフィルタであるものとする。呼吸抽出フィルタと心拍抽出フィルタとは、計測器１３９に搭載される。呼吸抽出フィルタにおける通過帯域は、例えば、０．２乃至０．５Ｈｚである。また、心拍抽出フィルタにおける通過帯域は、例えば、０．５乃至３Ｈｚである。
図１６は、モニタリング周波数での検波前であって、Ｓ１１の時間変化を示す信号の一例を示す図である。図１７は、呼吸波形の一例を示す図である。図１６に示す波形をモニタリング周波数で検波し、検波された信号に対して呼吸抽出フィルタを適用することで、図１７に示す呼吸波形が生成される。図１８は、心拍波形の一例を示す図である。図１６に示す波形をモニタリング周波数で検波し、検波された信号に対して心拍抽出フィルタを適用することで、図１８に示す心拍波形が生成される。
被検体Ｐに対して呼吸同期撮像が設定されている場合、処理回路１３１は、トリガパルス生成機能１３１７により、呼吸波形に基づいて、トリガパルスを生成する。また、被検体Ｐに対して心拍同期撮像が設定されている場合、処理回路１３１は、心拍波形に基づいて、トリガパルスを生成する。トリガパルスは、例えば、呼吸波形または心拍波形においける周期と最大波高の時刻とに基づいて生成される。処理回路１３１は、生成されたトリガパルスをシーケンス制御回路１２５に出力する。
（ステップＳａ９）
シーケンス制御回路１２５は、トリガパルスを用いて、生体信号に同期するようにシーケンスを制御し、被検体Ｐに対して撮像（以下、同期撮像と呼ぶ）を実行する。シーケンス制御回路１２５は、同期撮像により取得されたＭＲデータを、処理回路１３１に出力する。
（ステップＳａ１０）
処理回路１３１は、再構成機能１３１９により、ステップＳａ９における撮像により収集されたＭＲデータに基づいて、ＭＲ画像を再構成する。ディスプレイ１２９は、再構成されたＭＲ画像を表示する。
以上に述べた構成および生体信号撮像処理によれば、以下に示す効果を得ることができる。
本実施形態におけるＭＲＩ装置１００によれば、被検体Ｐの体格情報に基づいて高周波磁場の周波数より高いモニタリング周波数を決定し、被検体Ｐに対して非接触で、モニタリング周波数の電磁波を被検体Ｐに連続的に送信し、モニタリングコイル１１５に関するインピーダンスの変化（Ｓ１１）を経時的に計測することにより、被検体Ｐの生体信号を生成し、生体信号に基づいて、撮像に関するシーケンスを制御することができる。また、本ＭＲＩ装置１００によれば、モニタリングコイル１１５を、被検体Ｐが載置される天板１０７１と、磁気共鳴信号を受信する受信コイルを有する受信コイル装置１２１と、受信コイル装置１２１において被検体Ｐを支持するパッド１０７３とのうち少なくとも一つに搭載することができる。
また、本実施形態に関する本ＭＲＩ装置１００によれば、モニタリングコイル１１５を、受信コイルとのカップリングを低減する位置関係で、受信コイル装置１２１に搭載することができる。また、本ＭＲＩ装置１００によれば、撮像の対象となる患者に関する複数の体格に対する複数の周波数の対応表を記憶し、体格情報を対応表と照合することにより、モニタリング周波数を決定することができる。また、本ＭＲＩ装置１００によれば、インピーダンスの変化（Ｓ１１）を表示し、モニタリング周波数の調整を入力し、入力された調整に従ってモニタリング周波数を変更することができる。また、本ＭＲＩ装置１００によれば、所定の時間間隔において、インピーダンスの平均値に対するインピーダンスの分散値の割合と、閾値とを比較することにより、決定されたモニタリング周波数を変更することができる。
また、本実施形態に関する本ＭＲＩ装置１００によれば、計測器１３９とモニタリングコイル１１５との間に設けられ、モニタリングコイル１１５に対してモニタリング周波数でのインピーダンス整合を実行し、モニタリング周波数が変更された場合、変更されたモニタリング周波数でのインピーダンス整合をさらに実行することができる。また、本ＭＲＩ装置１００によれば、モニタリングコイル１１５により、被検体Ｐに対する撮像において、静磁場の大きさに基づく磁気共鳴周波数を有する高周波磁場を被検体Ｐに照射することができる。
これらのことから、本ＭＲＩ装置１００によれば、被検体Ｐにより体の大きさが異なったとしても、被検体の体格（体型）に応じて最適なモニタリング周波数を決定・変更・調整することができ、心臓や呼吸などの動きに起因する生体信号を、非接触で感度よくモニターすることができる。これにより、生体信号を用いた同期撮像において、被検体および操作者に対する負担を軽減することができ、検査のスループットおよび同期撮像の精度を向上させることができる。
（変形例）
本変形例と実施形態との相違は、複数のモニタリングコイルがＭＲＩ装置１００に搭載されることにある。以下、説明を具体的にするために、複数のモニタリングは２つであるものとする。また、２つのモニタリングコイルは、受信コイル装置１２１に搭載されるものとする。なお、２つのモニタリングコイルは、天板１０７１やパッド１０７３に搭載されてもよい。
図１９は、２つのモニタリングコイルが搭載された受信コイル装置１２１において、図３と相違する構成の一例を示す図である。図１９に示すように、受信コイル装置１２１は、第１モニタリングコイル１１５１と、第２モニタリングコイル１１５２とを有する。また、チューニング回路、フィルタ、カップラは、第１モニタリングコイル１１５１と、第２モニタリングコイル１１５２とにそれぞれ対応づけられて、２つずつＭＲＩ装置１００に搭載される。
図２０は、第１モニタリングコイル１１５１と第２モニタリングコイル１１５２とが搭載された受信コイル装置１２１の一例を示す図である。図２０に示すように、第１モニタリングコイル１１５１と第２モニタリングコイル１１５２とは、重複することなく、受信コイルエレメント１２１１の背面（天板側）に配置される。また、第１モニタリングコイル１１５１と第２モニタリングコイル１１５２とは、受信コイルエレメントとのカップリングを低減する位置関係で、受信コイル装置１２１に搭載される。
第１モニタリングコイル１１５１および第２モニタリングコイル１１５２には、送信回路１１３からモニタリング信号がそれぞれ出力される。第１モニタリングコイル１１５１および第２モニタリングコイル１１５２は、モニタリング周波数を有するマイクロ波をそれぞれ被検体Ｐに、連続的に照射する。
第１チューニング回路１３３１は、第１モニタリングコイル１１５１と第１フィルタ１３５１との間に設けられる。第２チューニング回路１３３２は、第２モニタリングコイル１１５２と第２フィルタ１３５２との間に設けられる。第１フィルタ１３５１は、第１チューニング回路１３３１と第１カップラ１３７１との間に設けられる。第２フィルタ１３５２は、第２チューニング回路１３３２と第２カップラ１３７２との間に設けられる。第１カップラ１３７１は、第１フィルタ１３５１と計測器１３９との間に設けられる。第２カップラ１３７２は、第２フィルタ１３５２と計測器１３９との間に設けられる。
第１チューニング回路１３３１と、第２チューニング回路１３３２と、第１フィルタ１３５１と、第２フィルタ１３５２と、第１カップラ１３７１と、第２カップラ１３７２とに関する機能は、実施形態で説明した内容と同様なため、説明は省略する。
計測器１３９は、第１モニタリングコイル１１５１および第２モニタリングコイル１１５２にそれぞれ対応する複数のインピーダンスの変化に基づいて生体信号を生成する。具体的には、計測器１３９は、第１モニタリングコイル１１５１に関するＳ１１の値（以下、第１Ｓ１１と呼ぶ）と、第２モニタリングコイル１１５２に関するＳ１１の値（以下、第２Ｓ１１と呼ぶ）とに対して所定の統計処理を実行することにより、Ｓ／Ｎを向上させた生体信号を生成する。所定の統計処理とは、例えば、相関処理、積算処理、または平均処理などである。
本変形例によれば、実施形態における効果に加えて、以下に示す効果を得ることができる。
本変形例におけるＭＲＩ装置１００によれば、複数のモニタリングコイルにそれぞれ対応する複数のインピーダンスの変化に対して統計処理を実行することにより、生体信号を生成することができる。これにより、本ＭＲＩ装置１００によれば、生体信号の精度、すなわち生体信号の検出感度を向上させることができる。
（応用例）
本応用例は、上述の変形例における計測器１３９において、複数のインピーダンスの変化各々に対して直交位相検波を実行し、直交位相検波が実行された複数のインピーダンスの変化に基づいて、生体信号を生成することにある。図２１は、２つのモニタリングコイルが搭載された受信コイル装置１２１において、図１９と相違する構成の一例を示す図である。
図２１に示すように、計測器１３９は、第１分配器１３９１と、第１乗算器１３９２と、第２乗算器１３９３と、第１検波器１３９４と、第２分配器１３９５と、第３乗算器１３９６と、第４乗算器１３９７と、第２検波器１３９８とをさらに有する。送信回路１１３は、計測変調器１１３７から、モニタリング信号のサイン成分ｓｉｎ（以下、サイン信号と呼ぶ）を、第１乗算器１３９２と第３乗算器１３９６とに出力する。送信回路１１３は、計測変調器１１３７から、モニタリング信号のコサイン成分ｃｏｓ（以下、コサイン信号と呼ぶ）を、第２乗算器１３９３と、第４乗算器１３９７とに出力する。
第１分配器１３９１は、第１Ｓ１１を、第１乗算器１３９２と第２乗算器１３９３とに分配する。第２分配器１３９５は、第２Ｓ１１を、第３乗算器１３９６と第４乗算器１３９７と各々に分配する。
第１乗算器１３９２は、第１Ｓ１１にサイン信号を乗算し、サイン信号が乗算された第１Ｓ１１（以下、第１サインＳ１１と呼ぶ）を第１検波器１３９４に出力する。第２乗算器１３９３は、第１Ｓ１１にコサイン信号を乗算し、コサイン信号が乗算された第１Ｓ１１（以下、第１コサインＳ１１と呼ぶ）を第１検波器１３９４に出力する。
第３乗算器１３９６は、第２Ｓ１１にサイン信号を乗算し、サイン信号が乗算された第２Ｓ１１（以下、第２サインＳ１１と呼ぶ）を第２検波器１３９８に出力する。第４乗算器１３９７は、第２Ｓ１１にコサイン信号を乗算し、コサイン信号が乗算された第２Ｓ１１（以下、第２コサインＳ１１と呼ぶ）を第２検波器１３９８に出力する。
第１検波器１３９４は、第１サインＳ１１と第１コサインＳ１１とを用いて、第１Ｓ１１の振幅成分（以下、第1振幅と呼ぶ）と第１Ｓ１１の位相成分（以下、第１位相と呼ぶ）とを生成する。第２検波器１３９８は、第２サインＳ１１と第２コサインＳ１１とを用いて、第２Ｓ１１の振幅成分（以下、第２振幅と呼ぶ）と第２Ｓ１１の位相成分（以下、第２位相と呼ぶ）とを生成する。
計測器１３９は、第１振幅と第２振幅とに対して所定の統計処理を実行することにより、Ｓ／Ｎを向上させた生体信号の振幅を生成する。また、計測器１３９は、第１位相と第２位相とに対して所定の統計処理を実行することにより、Ｓ／Ｎを向上させた生体信号の位相を生成する。以上の処理をまとめると、計測器１３９は、複数のインピーダンスの変化各々に対して直交位相検波を実行することにより、生体信号の振幅の変化と生体信号の位相の変化とを計測する。計測器１３９は、生体信号の振幅の変化と生体信号の位相の変化とをを、処理回路１３１に出力する。
処理回路１３１は、トリガパルス生成機能１３１７により、生体信号の振幅の変化と生体信号の位相の変化とに基づいて、トリガパルスを生成する。例えば、処理回路１３１は、生体信号の振幅の変化における波高に基づいて、第１トリガパルスを生成する。次いで、処理回路１３１は、生体信号の位相の変化に基づいて、第１トリガパルスの繰り返し周波数（または周期）を補正することで、撮像に用いられる第２トリガパルスを生成する。処理回路１３１は、第２トリガパルスをシーケンス制御回路１２５に出力する。
本応用例によれば、実施形態および変形例における効果に加えて、以下に示す効果を得ることができる。
本応用例におけるＭＲＩ装置１００によれば、複数のモニタリングコイルにそれぞれ対応する複数のインピーダンスの変化に対して直交位相検波を実行することにより、生体信号の振幅の変動と生体信号の位相の変動とを検出し、検出された振幅の変動と位相の変動とに基づいてトリガパルスを生成することができる。これにより、本ＭＲＩ装置１００によれば、生体信号の精度、すなわち生体信号の検出感度をさらに向上させることができ、生体信号に対してより精度の高いトリガパルスを生成することができる。これらのことから、本応用例におけるＭＲＩ装置１００によれば、生体信号に対してより同期精度の高い撮像を実行することができる。
以上説明した実施形態、変形例、応用例等によれば、いろいろな体型の被検体Ｐに対して、被検体Ｐの生体信号を感度よく非接触でモニターし、モニターされた生体信号を用いて撮像を実行することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１００…ＭＲＩ装置
１０１…静磁場磁石
１０３…傾斜磁場コイル
１０５…傾斜磁場電源
１０７…寝台
１０９…寝台制御回路
１１１…ボア
１１３…送信回路
１１５…モニタリングコイル
１１７…送信コイル、ＷＢコイル
１１９…デュプレクサ
１２１…受信コイル装置
１２３…受信回路
１２５…シーケンス制御回路
１２７…インターフェース
１２９…ディスプレイ
１３０…記憶装置
１３１…処理回路
１３３…チューニング回路
１３５…フィルタ
１３７…カップラ
１３９…計測器
１０７１…天板
１０７３…パッド
１１３１…発振器
１１３３…ＲＦ変調器
１１３５…ＲＦアンプ
１１３７…計測変調器
１１５１…第１モニタリングコイル
１１５２…第２モニタリングコイル
１２１１…受信コイルエレメント
１２１３…伝送線路
１３１１…システム制御機能
１３１３…周波数決定機能
１３１５…チューニング機能
１３１７…トリガパルス生成機能
１３１９…再構成機能
１３３１…第１チューニング回路
１３３２…第２チューニング回路
１３５１…第１フィルタ
１３５２…第２フィルタ
１３７１…第１カップラ
１３７２…第２カップラ
１３９１…第１分配器
１３９２…第１乗算器
１３９３…第２乗算器
１３９４…第１検波器
１３９５…第２分配器
１３９６…第３乗算器
１３９７…第４乗算器
１３９８…第２検波器
ｐｒｅＳ１１…撮像前の生体信号

Claims (10)

  1. 静磁場中に配置された被検体に対して高周波磁場を照射する撮像により取得された磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成する磁気共鳴撮像装置において、
    前記被検体の体格情報に基づいて前記高周波磁場の周波数より高いモニタリング周波数を決定する周波数決定部と、
    前記被検体に対して非接触で、前記モニタリング周波数の電磁波を前記被検体に連続的に送信するモニタリングコイルと、
    前記モニタリングコイルに関するインピーダンスの変化を経時的に計測することにより、前記被検体の生体信号を生成する計測器と、
    前記生体信号に基づいて、前記撮像に関するシーケンスを制御するシーケンス制御部と、
    を具備する磁気共鳴撮像装置。
  2. 前記磁気共鳴信号を受信する受信コイルを有する受信コイル装置をさらに具備し、
    前記モニタリングコイルは、前記被検体が載置される天板と、前記受信コイル装置と、前記受信コイル装置において前記被検体を支持するパッドとのうち少なくとも一つに搭載される、
    請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置。
  3. 前記モニタリングコイルは、前記受信コイルとのカップリングを低減する位置関係で、前記受信コイル装置に搭載される、
    請求項２に記載の磁気共鳴撮像装置。
  4. 前記モニタリングコイルは複数搭載され、
    前記計測器は、前記複数のモニタリングコイルにそれぞれ対応する複数のインピーダンスの変化に対して統計処理を実行することにより、前記生体信号を生成する、
    請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の磁気共鳴撮像装置。
  5. 前記計測器は、前記複数のインピーダンスの変化各々に対して直交位相検波を実行することにより、前記生体信号の振幅の変化と生体信号の位相の変化とを計測し、
    前記振幅の変動と前記位相の変動とに基づいて、トリガパルスを生成するトリガパルス生成部をさらに具備し、
    前記シーケンス制御部は、前記トリガパルスを用いて、前記シーケンスを制御する、
    請求項４に記載の磁気共鳴撮像装置。
  6. 前記撮像の対象となる患者に関する複数の体格に対する複数の周波数の対応表を記憶する記憶部をさらに具備し、
    前記周波数決定部は、前記体格情報を前記対応表と照合することにより、前記モニタリング周波数を決定する、
    請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の磁気共鳴撮像装置。
  7. 前記インピーダンスの変化を表示する表示部と、
    前記モニタリング周波数の調整を入力する入力部と、
    をさらに具備し
    前記周波数決定部は、前記入力された調整に従って、前記モニタリング周波数を変更する、
    請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の磁気共鳴撮像装置。
  8. 前記周波数決定部は、所定の時間間隔において、前記インピーダンスの平均値に対する前記インピーダンスの分散値の割合と、閾値とを比較することにより、前記決定されたモニタリング周波数を変更する、
    請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の磁気共鳴撮像装置。
  9. 前記計測器と前記モニタリングコイルとの間に設けられ、前記モニタリングコイルに対して前記モニタリング周波数でのインピーダンス整合を実行する整合部をさらに具備し、
    前記整合部は、前記モニタリング周波数が変更された場合、前記変更されたモニタリング周波数でのインピーダンス整合をさらに実行する、
    請求項７または請求項８に記載の磁気共鳴撮像装置。
  10. 前記モニタリングコイルは、前記撮像において、前記静磁場の大きさに基づく磁気共鳴周波数を有する前記高周波磁場を前記被検体に照射する、
    請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載の磁気共鳴撮像装置。
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