JP7353735B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置に関する。

静磁場分布に基づいて静磁場に対するシミング（以下、静磁場シミングと呼ぶ）を実行する磁気共鳴イメージング（以下、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）とも呼ぶ）装置の技術が知られている。例えば、ＭＲＩ装置は、マルチスライス撮像における静磁場シミングにより、スライスごとにプリパルスの中心周波数とＲＦパルスの中心周波数とを最適化する。
しかし、撮像に用いる脂肪抑制パルスの周波数特性によっては、最適化された中心周波数でも脂肪抑制効果が変わり、性能が落ちる場合がある。結果として、磁気共鳴画像の画質が向上しないことがある。

特開平７－３２７９６０号公報

本発明が解決しようとする課題は、磁気共鳴画像の画質を向上させることである。

実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、取得部と、算出部と、収集部とを含む。取得部は、第１組織および前記第１組織とは異なる第２組織について、それぞれの共鳴周波数分布を取得する。算出部は、前記第１組織および前記第２組織のいずれか一方を抑制または強調する周波数選択的パルスの種類と前記共鳴周波数分布とに応じて、前記周波数選択的パルスの中心周波数を算出する。収集部は、算出した前記中心周波数で前記周波数選択的パルスを印加したのち、磁気共鳴信号を収集する。

図１は、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成を示す図である。 図２は、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の動作例を示すフローチャートである。 図３は、本実施形態に係る脂肪抑制パルスの種類と周波数特性とについて説明する図である。 図４は、本実施形態に係る中心周波数の最適化についてペナルティを設ける場合の一例を示す図である。 図５は、本実施形態に係る中心周波数の最適化についてペナルティを設ける場合の別例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置について説明する。以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作をおこなうものとして、重複する説明を適宜省略する。
図１は、本実施形態における磁気共鳴イメージング装置１の構成を示す図である。図１に示すように、磁気共鳴イメージング装置１は、静磁場磁石１００と、シムコイル１０１と、シムコイル電源１０２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１１３と、送信コイル１１５と、受信コイル１１７と、受信回路１１９と、撮像制御回路１２１と、インタフェース１２５と、ディスプレイ１２７と、記憶装置１２９と、処理回路１３１とを備える。寝台制御回路１０９と、撮像制御回路１２１と、インタフェース１２５と、ディスプレイ１２７と、記憶装置１２９と、処理回路１３１とは、無線、有線を問わず、データの伝送のために接続される。なお、被検体Ｐは、磁気共鳴イメージング装置１に含まれない。

静磁場磁石１００は、中空の略円筒状に形成された磁石である。静磁場磁石１００は、内部の空間に略一様な静磁場を発生する。静磁場磁石１００としては、例えば、超伝導磁石等が使用される。図１に示すように、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。

シムコイル１０１は、静磁場磁石１００により発生された静磁場の不均一性の２次以上の複数次成分を補正する補正磁場を発生する。シムコイル１０１は、傾斜磁場コイル１０３の外周面上に、不図示の絶縁層を介して接合される。一般的に、静磁場の不均一性は、０次成分、１次成分Ｘ^１、Ｙ^１、Ｚ^１、および２次成分Ｘ^２、Ｙ^２、Ｚ^２、ＸＹ、ＹＺ、ＺＸなどの各成分に分けて表される。また、静磁場の不均一性には、３次成分以上の高次の成分も存在する。複数次成分は、２次成分以上の高次の成分に対応する。

以下、説明を簡単にするために、高次の成分は、２次成分であるものとする。このとき、シムコイル１０１は、２次シムの構造を有する。このとき、シムコイル１０１は、例えば、静磁場の不均一性の２次成分ＺＸ、ＸＹ、ＹＺ、（Ｚ^２－（Ｘ^２＋Ｙ^２）／２）、（Ｘ^２－Ｙ^２）に対応する５つのコイルパターンの構造を有する。シムコイル１０１における５つのコイルパターンは、シムコイル電源１０２から供給された電流に応じて、静磁場の不均一性の２次成分ＺＸ、ＸＹ、ＹＺ、（Ｚ^２－（Ｘ^２＋Ｙ^２）／２）、（Ｘ^２－Ｙ^２）を補正するための５チャンネルの補正磁場をそれぞれ発生する。なお、静磁場の不均一性の複数次成分を加味した静磁場シミングを実行する場合、シムコイル１０１は、複数次成分に応じたコイルパターンを有する。本実施形態に関する静磁場シミングについては、後程説明する。

シムコイル電源１０２は、撮像制御回路１２１による制御のもとで、シムコイル１０１に電流を供給する電源装置である。具体的には、シムコイル電源１０２は、シムコイル１０１における５つのコイルパターン各々に対して独立に電流を供給する。すなわち、シムコイル電源１０２は、本実施形態に関する静磁場シミングにより決定された２次シミング値に対応する電流を、シムコイル１０１における５つのコイルパターン各々に供給する。

傾斜磁場コイル１０３は、中空の略円筒状に形成されたコイルである。傾斜磁場コイル１０３は、シムコイル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。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する。

傾斜磁場コイル１０３により発生するＸ、Ｙ、Ｚ各軸の傾斜磁場は、例えば、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）、位相エンコード用傾斜磁場およびスライス選択用傾斜磁場を形成する。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信号（以下、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）信号と呼ぶ）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。加えて、傾斜磁場コイル１０３により発生するＸ、Ｙ、Ｚ各軸の傾斜磁場は、静磁場の１次シミングのオフセットとして用いられる。

傾斜磁場電源１０５は、撮像制御回路１２１による制御のもとで、傾斜磁場コイル１０３に電流を供給する電源装置である。具体的には、Ｘ軸に対応する傾斜磁場コイルは、傾斜磁場電源１０５からの電流の供給により、静磁場の不均一性のＸ^１成分と略同様な磁場方向を有する補正磁場と、周波数エンコード用傾斜磁場とを発生する。また、Ｙ軸に対応する傾斜磁場コイルは、傾斜磁場電源１０５からの電流の供給により、静磁場の不均一性のＹ^１成分と略同様な磁場方向を有する補正磁場と、位相エンコード用傾斜磁場とを発生する。Ｚ軸に対応する傾斜磁場コイルは、傾斜磁場電源１０５からの電流の供給により、静磁場の不均一性のＺ^１成分と略同様な磁場方向を有する補正磁場と、スライス選択用傾斜磁場とを発生する。すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸にそれぞれ対応する３つの傾斜磁場コイルは、撮像に関する傾斜磁場の発生に加えて、静磁場の不均一性の１次成分を補正するためにも用いられる。

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１００の中心軸と平行になるように、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、インタフェース１２５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、場合によっては左右方向へ移動させる。

送信回路１１３は、撮像制御回路１２１による制御のもとで、ラーモア周波数で変調された高周波パルスを送信コイル１１５に供給する。

送信コイル１１５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１１５は、送信回路１１３からの出力に応じて、高周波磁場に相当するＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）パルスを発生する。送信コイル１１５は、例えば、複数のコイルエレメントを有する全身用コイル（以下、ＷＢ（Ｗｈｏｌｅ Ｂｏｄｙ）コイルと呼ぶ）である。ＷＢコイルは、送受信コイルとして使用されてもよい。また、送信コイル１１５は、１つのコイルにより形成されるＷＢコイルであってもよい。

受信コイル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。受信コイル１１７は、高周波磁場によって被検体Ｐから放射されるＭＲ信号を受信する。受信コイル１１７は、受信されたＭＲ信号を受信回路１１９へ出力する。受信コイル１１７は、例えば、１以上、典型的には複数のコイルエレメントを有するコイルアレイである。なお、図１において送信コイル１１５と受信コイル１１７とは別個のＲＦコイルとして記載されているが、送信コイル１１５と受信コイル１１７とは、一体化された送受信コイルとして実施されてもよい。送受信コイルは、被検体Ｐの撮像対象部位に対応し、例えば、頭部コイルのような局所的な送受信ＲＦコイルである。

受信回路１１９は、撮像制御回路１２１による制御のもとで、受信コイル１１７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１１９は、受信コイル１１７から出力された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。受信回路１１９は、Ａ／Ｄ変換されたデータを標本化（サンプリング）する。これにより、受信回路１１９は、ＭＲデータを生成する。受信回路１１９は、生成されたＭＲデータを、撮像制御回路１２１に出力する。

撮像制御回路１２１は、処理回路１３１から出力された撮像プロトコルに従って、シムコイル電源１０２、傾斜磁場電源１０５、送信回路１１３及び受信回路１１９等を制御し、被検体Ｐに対する撮像を行う。撮像プロトコルは、撮像対象部位および検査内容に応じた各種パルスシーケンスを有する。撮像プロトコルには、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により送信コイル１１５に供給される高周波パルスの大きさや時間幅、送信回路１１３により送信コイル１１５に高周波パルスが供給されるタイミング、受信コイル１１７によりＭＲ信号が受信されるタイミング等が定義されている。

インタフェース１２５は、操作者からの各種指示や情報入力を受け付けるための、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。インタフェース１２５は、処理回路１３１等に接続されており、操作者から受け取った入力操作を電気信号へ変換し処理回路１３１へと出力する。なお、本明細書において、インタフェースは、マウス、キーボードなどの物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置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、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路もインタフェース１２５の例に含まれる。

ディスプレイ１２７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、画像生成機能１３１３により生成された各種ＭＲ画像、撮像および画像処理に関する各種情報などを表示する。ディスプレイ１２７は、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、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１２９は、画像生成機能１３１３を介してｋ空間に充填されたＭＲデータ、画像生成機能１３１３により生成された画像データ、各種撮像プロトコル、撮像プロトコル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１２９は、処理回路１３１で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１２９は、本実施形態に関する静磁場シミングにより０次シミング値と１次シミング値と２次シミング値とを算出するプログラム（以下、算出プログラムと呼ぶ）を記憶する。

０次シミング値は、マルチスライス収集に関する収集領域における複数のスライス各々において、水の共鳴周波数に相当する。すなわち、０次シミング値は、静磁場の不均一性の０次成分について、収集領域における複数のスライス毎の補正に関連する。１次シミング値は、マルチスライス収集に関する複数のスライス各々において、静磁場の不均一性のＸ^１成分、Ｙ^１成分、Ｚ^１成分を補正するために、傾斜磁場電源１０５から３つの傾斜磁場コイルにそれぞれ供給される電流値に相当する。すなわち、１次シミング値は、静磁場の不均一性の１次成分について、収集領域における複数のスライス毎の補正に関連する。２次シミング値は、マルチスライス収集における収集領域の全体に亘って、静磁場の不均一性のＺＸ成分、ＸＹ成分、ＹＺ成分、（Ｚ^２－（Ｘ^２＋Ｙ^２）／２）成分、および（Ｘ^２－Ｙ^２）成分を補正するために、シムコイル電源１０２からシムコイル１０１における５つのコイルパターンにそれぞれ供給される電流値に相当する。すなわち、２次シミング値は、静磁場の不均一性の２次成分について、収集領域の全体に亘る補正に関連する。

記憶装置１２９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１２９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。

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、本磁気共鳴イメージング装置１を制御する。処理回路１３１は、システム制御機能１３１１、画像生成機能１３１３、静磁場シミング機能１３１５、取得機能１３１７、算出機能１３１９および収集機能１３２１を有する。なお、システム制御機能１３１１、画像生成機能１３１３、静磁場シミング機能１３１５、取得機能１３１７、算出機能１３１９および収集機能１３２１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１２９に記憶されてもよい。この場合、処理回路１３１は、これら各種機能に対応するプログラムを記憶装置１２９から読み出し、読み出したプログラムを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ってもよい。

なお、図１においては単一のプロセッサ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。また、図１においては、単一の記憶装置１２９が各処理機能に対応するプログラムを記憶するものとして説明したが、複数の記憶装置を配置して、処理回路１３１は、個別の記憶装置から、対応するプログラムを読み出す構成としても構わない。

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）もしくはＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、または、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、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１２９に記憶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１２９にプログラムを記憶する代わりに、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かまわない。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１１９、撮像制御回路１２１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る。

処理回路１３１は、システム制御機能１３１１により、磁気共鳴イメージング装置１を制御する。具体的には、処理回路１３１は、記憶装置１２９に記憶された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磁気共鳴イメージング装置１における各種回路および各種電源を制御する。例えば、処理回路１３１は、インタフェース１２５を介して操作者から入力された撮像条件に基づいて、撮像プロトコルを記憶装置１２９から読み出す。なお、処理回路１３１は、撮像条件に基づいて、撮像プロトコルを生成してもよい。処理回路１３１は、撮像プロトコルを撮像制御回路１２１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、画像生成機能１３１３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。処理回路１３１は、生成されたＭＲ画像を、ディスプレイ１２７や記憶装置１２９に出力する。
以上が本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１の全体構成についての概略的な説明である。

次に、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１の動作例について図２のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ２０１では、位置決めスキャンが実行される。具体的には、撮像制御回路１２１が、例えば処理回路１３１からの指示に従って、位置決めスキャンを実行する。処理回路１３１は、位置決めスキャンにより収集されたＭＲ信号を用いて、位置決め画像を生成する。処理回路１３１は、生成された位置決め画像を、ディスプレイ１２７に出力してもよい。

ステップＳ２０２では、静磁場シミング機能１３１５を実行することで処理回路１３１が、静磁場シミング処理を実行する。なお、静磁場シミング処理の詳細については後述する。
ステップＳ２０３では、取得機能１３１７を実行することで処理回路１３１が、被検体の撮像範囲において、第１組織の共鳴周波数分布と、第１組織とは異なる第２組織の共鳴周波数分布とを取得する。以下、本実施形態では、第１組織を水とし、第２組織を脂肪として説明するが、第１組織を水、第２組織をシリコンと設定するなど、共鳴周波数が異なる他の物質に対しても同様に適用できる。

ステップＳ２０４では、算出機能１３１９を実行することで処理回路１３１が、設定された周波数選択的パルスの種類を判定する。周波数選択的パルスは、第１組織または第２組織のいずれか一方を抑制または強調するパルスである。周波数選択的パルスの種類としては、例えば、水と脂肪との共鳴周波数の差を利用した脂肪抑制法として、ＣＨＥＳＳ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｈｉｆｔ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｉｍａｇｉｎｇ）法、ＳＰＩＲ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｐｒｅ－ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）法、ＳＰＡＩＲ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｒｅｃｏｖｅｒｙ）法がある。また、相対的に脂肪抑制が可能な選択的水励起法として、Ｂｉｎｏｍｉａｌ ｐｕｌｓｅ法、ＰＲＯＳＥＴ（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｅｘｉｔａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）法、ＰＡＳＴＡ（Ｐｏｌａｒｉｔｙ Ａｌｔｅｒｅｄ Ｓｐｅｃｒａｌ－ｓｐａｔｉａｌ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）法がある。また、水と脂肪とのＴ１緩和の差を利用した非選択的脂肪抑制法として、ＳＴＩＲ（Ｓｈｏｒｔ ＴＩ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）法がある。さらに、水と脂肪との位相差を利用した３点Ｄｉｘｏｎ法がある。

算出機能１３１９を実行することで処理回路１３１は、例えば検査オーダーに含まれるシーケンス情報から周波数選択的パルスの種類を判定する。なお、ユーザがインタフェース１２５を介して、使用する撮像法（または周波数選択的パルス）を入力することで、当該種類が判定されてもよい。例えば、ディスプレイ１２７に周波数選択的パルスの種類が表示され、ユーザがタッチパネルなどで周波数選択的パルスを選択することで、周波数選択的パルスの種類が決定されてもよい。

ステップＳ２０５では、算出機能１３１９を実行することで処理回路１３１が、ステップＳ２０３で算出した共鳴周波数分布と、ステップＳ２０４で判定された周波数選択的パルスの種類とに応じて、周波数選択的パルスの中心周波数を算出する。
ステップＳ２０６では、収集機能１３２１を実行することで処理回路１３１が、ステップＳ２０５で算出した中心周波数で周波数選択的パルスを印加する。
ステップＳ２０７では、収集機能１３２１を実行することで処理回路１３１が、ステップＳ２０２で算出されるＲＦパルスの中心周波数で撮像用のＲＦパルスを印加し、ＭＲ信号を収集する。以上で本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１の動作例を終了する。

次に、本実施形態のステップＳ２０２で実行される静磁場シミング処理の詳細について説明する。
撮像制御回路１２１は、被検体Ｐに対して、シミング撮像を実行する。撮像制御回路１２１は、例えば、２つの異なるエコー時間間隔を用いたダブルエコー法を用いたマルチスライス撮像により、シミング撮像を実行する。なお、シミング撮像は、例えば、３つの異なるエコー時間間隔を用いたトリプルエコー法を用いたマルチスライス撮像など他の撮像法により実行されてもよい。シミング撮像が実行される領域は、位置決め画像の領域において、複数の断面位置に対応するスライスにより形成される３次元の第１領域に対して実行される。具体的には、撮像制御回路１２１は、ダブルエコー法に従って、傾斜磁場電源１０５、送信回路１１３、受信回路１１９を制御する。撮像制御回路１２１は、シミング撮像により、受信コイル１１７及び受信回路１１９を介して、２つのエコー時間間隔に対応するＭＲ信号を収集する。

処理回路１３１は、静磁場シミング機能１３１５により、シミング撮像により収集されたＭＲ信号に基づいて、第２領域における複数のスライスにそれぞれ対応する複数の静磁場分布を生成する。具体的には、処理回路１３１は、第２領域における複数のスライス各々におけるＭＲ信号に基づいて、２つのエコー時間間隔にそれぞれ対応する２つの複素画像を生成する。処理回路１３１は、２つの複素画像のうち一方の複素画像に対して複素共役演算を実施し、複素共役演算が実施された複素画像と複素共役演算が実施されていない他方の複素画像との積を計算する。処理回路１３１は、計算された積の位相を用いて位相差画像を生成する。

処理回路１３１は、静磁場シミング機能１３１５により、２つの複素画像のうち少なくとも一つを用いて、強度画像を生成する。処理回路１３１は、強度画像に基づいて、位相差画像における背景領域を抽出する。処理回路１３１は、抽出された背景領域を用いて、位相差画像に対して背景を除去する。処理回路１３１は、背景が除去された位相差画像に対して、位相の連続性を考慮した位相アンラップ処理を実行する。処理回路１３１は、位相アンラップ処理が実行された位相差画像における複数のピクセル各々の位相差の値に対して２つのエコー時間間隔の差に相当するエコー間隔と磁気回転比とを用いた線形変換を行うことで、周波数情報としての２次元的な静磁場分布を生成する。処理回路１３１は、複数の２次元的な静磁場分布を結合することで、３次元的な静磁場分布（以下、シミング前分布と呼ぶ）を生成する。また、シミング前分布は、撮像対象部位、性別、年齢等に応じてデフォルトで記憶装置１２９に記憶されていてもよい。このとき、シミング撮像は不要となる。

処理回路１３１は、静磁場シミング機能１３１５により、第１領域における複数の断面位置とシミング前分布とを用いて、第１領域における複数の断面位置にそれぞれ対応する複数のスライス各々に対して、スライス毎静磁場シミングを実行する。具体的には、処理回路１３１は、静磁場シミング機能１３１５により、記憶装置１２９から算出プログラムを読み出し、自身のメモリに展開する。処理回路１３１は、算出プログラムにより、第１領域における複数のスライス各々に対して、０次シミング値、１次シミング値および２次シミング値を計算する。処理回路１３１は、計算された０次シミング値、１次シミング値および２次シミング値を、表示断面の位置に対応するスライスに対応付ける。以下、静磁場シミングの基本式について説明し、次いでスライス毎静磁場シミングについて説明する。
静磁場シミングに関する基本式の一例を以下の式（１）に示す。

式（１）におけるｘ、ｙ、ｚは、空間中の３次元位置である。具体的には、ｘは、水平方向（Ｘ軸）における静磁場の中心（以下、磁場中心と呼ぶ）を原点とした位置を表す。ｙは、鉛直方向（Ｙ軸）における磁場中心を原点とした位置を表す。ｚは、軸長方向（Ｚ軸）における磁場中心を原点とした位置を表す。ｘ、ｙ、ｚの単位は［ｍ］とする。式（１）におけるａ_０は、０次シミング値である。ａ_０は、ＲＦパルスの中心周波数にマイナスを付与した値を表す。ａ_０の単位は［ｐｐｍ］とする。式（１）におけるａ_１、ａ_２、ａ_３は、１次シミング値である。

具体的には、ａ_１、ａ_２、ａ_３は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のそれぞれについて単位長さあたりの共鳴周波数の変化量を表す。単位長さあたりの共鳴周波数の変化量は、傾斜磁場の傾き、すなわち傾斜磁場コイル１０３へ印加される電流値に相当する。ａ_１、ａ_２、ａ_３の単位は［ｐｐｍ／ｍ］とする。式（１）におけるｂ_０（ｘ、ｙ、ｚ）は位置（ｘ、ｙ、ｚ）における静磁場シミング前の共鳴周波数である。換言すれば、ｂ_０（ｘ、ｙ、ｚ）は、上述のシミング前分布に相当する３次元的な静磁場分布を共鳴周波数に変換したもの、すなわち静磁場の不均一性を共鳴周波数の分布として表したものに相当する。ｂ_０（ｘ、ｙ、ｚ）の単位は［ｐｐｍ］とする。ｂ_０’（ｘ、ｙ、ｚ）は位置（ｘ、ｙ、ｚ）におけるシミング後の共鳴周波数とＲＦパルスの中心周波数ａ_０との差分値である。ｂ_０’（ｘ、ｙ、ｚ）の単位は［ｐｐｍ］とする。

式（１）の左辺、すなわちシミングの後の共鳴周波数とＲＦパルスの中心周波数との差分値は、小さければ小さいほど理想的な静磁場シミングの条件となる。シミング前分布を示す画像について、非背景領域に対応する前景領域における複数の画素（以下、前景画素と呼ぶ）全ての位置の集合（以下、位置集合Ｓと呼ぶ）を考えると、位置集合Ｓは、例えば、以下の式（２）で表される。

式（２）において、ｉは、前景画素の通し番号を表す。Ｎは、前景画素の総数を表す。
この時、式（１）は、シミング前分布の画像における全前景画素に亘ってＮ本分立てることができる。全前景画素に亘るＮ本の式をまとめると、以下の式（３）で表すことができる。

式（３）において、ベクトルｂ’、行列Ｘ、ベクトルａ、ベクトルｂを、

として定義すると、式（３）は、以下の式（４）のように表される。

上述のように、式（１）の左辺、すなわち式（３）または式（４）の左辺のベクトルの各要素は、小さいほど理想的な静磁場シミングとなる。そこで、静磁場の均一性をベクトルｂ’の大きさとして定義し、０次シミング値と１シミング値とをまとめたベクトルａに関するコスト関数Ｅを式（５）として定義する。

式（５）における行列Ωは、ベクトルｂ’の各要素の重要度や相関によって正規化するための行列である。例えば、行列Ωを単位行列とすると、コスト関数は単純なベクトル要素の二乗和となる。また、行列Ωをベクトルｂ’に関する共分散行列とすれば、コスト関数は、マハラノビス距離の二乗となる。式（５）のコスト関数を最小化する０次シミング値と１次シミング値との組み合わせであるベクトルａは、最小二乗法により以下の式（６）として求めることができる。

以下、スライス毎静磁場シミングについて説明する。スライス毎静磁場シミングを実行する第１領域について、第１領域のスライスごとの複数の前景画素の位置集合Ｓ_ｊを考えると、位置集合Ｓ_ｊは、例えば、以下の式（７）で表される。

式（７）において、ｊは、第１領域におけるスライスの通し番号を表す。また、式（７）におけるＭは、第１領域におけるスライス数を表す。式（７）におけるｉは、前景画素の通し番号を表す。Ｎ_ｊは、スライスｊにおける前景画素の総数を表す。

スライス毎静磁場シミングにおいて、式（１）は、第１領域における各スライスｊに対して前景画素Ｎ_ｊ本分立てることができる。スライスｊにおいて、ベクトルｂ_ｊ’、行列Ｘ_ｊ、ベクトルａ_ｊ、ベクトルｂ_ｊを、

として定義する。ベクトルｂ_ｊは、上述のシミング前分布に関する複数の静磁場分布のうち、スライスｊに対応する静磁場分布における全前景画素に相当する。スライスｊにおいて、全前景画素に亘るＮ_ｊ本の式をまとめると、以下の式（８）で表すことができる。

処理回路１３１は、静磁場シミング機能１３１５により、式（８）について、式（５）と同様にコスト関数を定義して解く。これにより、０次シミング値と１次シミング値との組み合わせであるベクトルａ_ｊが、Ｍ通り算出される。すなわち、マルチスライスのスライスｊごとに、ベクトルａ_ｊの値を用いてシミングすることで、スライス毎静磁場シミングによる検査画像収集を実現できる。

次に、空間的に２次の補正磁場分布を印加可能なシムコイルを用いた２次シミングに関する基本式を式（９）に示す。

式（９）におけるｘ、ｙ、ｚ、ａ_０、ａ_１、ａ_２、ａ_３、ｂ_０、ｂ_０’については式（１）と同様に定義される。ａ_４、ａ_５、ａ_６、ａ_７、ａ_８は、２次シミング値である。具体的には、ａ_４、ａ_５、ａ_６、ａ_７、ａ_８は、空間的に非線形な共鳴周波数の変化量を表す。空間的に非線形な共鳴周波数の変化量は、シムコイル１０１へ印加される電流値に相当する。ａ_４、ａ_５、ａ_６、ａ_７、ａ_８の単位は［ｐｐｍ／ｍ^２］とする。

このとき、式（９）は、３次元の静磁場分布画像中の全前景画素についてＮ本分立てることができ、まとめると以下の式（１０）となる。

式（１０）において、ベクトルｂ’、ベクトルａ、ベクトルｂ、行列Ｘ、行列Ｘ’、行列Ｘ’’を、

として定義すると、式（１０）は、以下の式（１１）のように表される。

式（１１）は、式（４）に対して行列Ｘ’’と、ベクトルａ’のサイズが異なるだけで同じ形式であるため、式（５）、式（６）と同じ考えで０次シミング値、１次シミング値および２次シミング値の組み合わせであるベクトルａ’を求めることができる。

上述した０次、１次および２次のシミング値を用いた本実施形態に関する静磁場シミングについて定式化する。０次のシミングおよび１次のシミングと異なり、２次のシミングはシムコイル１０１に電流を流してから磁場が安定するまでに時間がかかるため、マルチスライス収集時に、スライス単位で高速に補正磁場を切り替えることが難しい。そこで、本実施形態に関する静磁場シミングは、収集領域における全スライス共通で２次シミングを実施することを前提で、０次のシミングおよび１次のシミングについてスライス毎に最適な補正量を算出することを目的とする。上記内容をまとめると、本実施形態に関する静磁場シミングの基本式は、以下の式（１２）となる。

ここで、式（１２）におけるベクトルｂ’、行列Ｘ’’’、ベクトルａ’’、ベクトルｂは、

と表せる。

式（１２）は、式（４）と同じ形をしている。このため、処理回路１３１は、静磁場シミング機能１３１５により、式（５）、式（６）と同じ考えで収集領域におけるスライス毎の０次シミング値および１次のシミング値と、収集領域全体での２次シミング値との組み合わせであるベクトルａ’’を求めることができる。具体的には、処理回路１３１は、式（１２）について、式（５）と同様にコスト関数を定義する。処理回路１３１は、式（１２）に関するコスト関数を最小化する最小二乗法により、０次シミング値と１次シミング値と２次シミング値との組み合わせであるベクトルａ’’を計算すればよい。

次に、取得機能１３１７による共鳴周波数分布の取得方法について説明する。
水と脂肪との共鳴周波数分布は、３点Ｄｉｘｏｎ法により収集すればよい。３点Ｄｉｘｏｎ法は、水と脂肪との位相差を利用して、脂肪の信号と水の信号との位相関係がそれぞれ異なる、３パターンの画像を収集する。具体的には、脂肪の信号と水の信号とが同位相の関係にあるときの第１画像と、脂肪の信号と水の信号とが逆位相の関係にあるときの第２画像と、脂肪の信号と水の信号とが逆位相かつ第２画像の位相関係とは異なる位相関係にあるときの第３画像とが収集される。第１画像、第２画像および第３画像を用いることで、磁場の不均一の影響が補正された、水の共鳴周波数分布と脂肪の共鳴周波数分布とが取得される。
また、取得機能１３１７を実行することで処理回路１３１が、ステップＳ２０２の静磁場シミング処理により得られる位相差に基づく強度画像に対し画像処理を実行することで、水と脂肪との共鳴周波数分布を取得してもよい。つまり、静磁場シミング処理で得られる２つの位相差画像から、３点Ｄｉｘｏｎ法と同様に、水の共鳴周波数分布と脂肪の共鳴周波数分布を得ることができる。

なお、脂肪抑制パルス（プリパルス）の有無によって、静磁場シミングの共鳴周波数の収集法を変更してもよい。すなわち、ＳＴＡＩＲ法やＳＴＩＲ法により脂肪抑制した画像と脂肪抑制しない画像とから、水の共鳴周波数分布と脂肪の共鳴周波数分布とが取得されればよい。

次に、周波数選択的パルスの一例となる脂肪抑制パルスの種類と周波数特性とについて、図３を参照して説明する。
図３には、水の共鳴周波数分布３０１と、脂肪の共鳴周波数分布３０２とが示される。周波数選択的パルスの一例として、脂肪抑制型の脂肪抑制法であるＳＰＡＩＲ法の周波数特性３０３を破線で示す。

ＳＰＡＩＲ法では、脂肪の共鳴周波数が選択されないように、脂肪の共鳴周波数に応じた脂肪抑制パルス（プリパルスともいう）を印加する。続いて、脂肪の縦磁化がヌルポイントとなる反転回復時間（ＴＩ：inversion time）の後に、励起パルスを印加してＭＲ信号を収集する。よって、図３の周波数特性３０３のように、収集されるＭＲ信号としては水の信号のみを取り出すように周波数を選択できる。
算出機能１３１９を実行することで処理回路１３１が、脂肪の共鳴周波数分布３０２に基づき脂肪抑制パルスの中心周波数を算出する。例えば、算出機能１３１９を実行することで処理回路１３１が、脂肪の共鳴周波数分布３０２のピーク値を脂肪抑制パルスの中心周波数に設定すればよい。これにより、適切に脂肪からのＭＲ信号を抑制することができる。

また、周波数選択的パルスの別例として、水励起型の脂肪抑制法であるＰＡＳＴＡ法の周波数特性３０４を一点鎖線で示す。ＰＡＳＴＡ法では、周波数選択的な励起パルスの印加により水の信号を励起させて強調することで、相対的に脂肪を抑制する手法である。
励起パルスを印加する場合、算出機能１３１９を実行することで処理回路１３１は、水の共鳴周波数分布３０１のピーク値を、励起パルスの中心周波数に設定すればよい。これにより、適切に水からの信号を強調し、相対的に脂肪からの信号を抑制することができる。

例えば、画像生成機能１３１３を実行することで処理回路１３１は、図３から図５に示すような、水および脂肪の共鳴周波数分布と、周波数選択的パルスの周波数特性と、これらの組合せ表示から推定される脂肪抑制結果とを、ディスプレイ１２７等にグラフ表示してもよい。これにより、操作者に上述の情報を可視化して提示できる。

また、算出機能１３１９を実行することで処理回路１３１は、撮像範囲における対象領域を優先的に考慮し、周波数選択的パルスの中心周波数を最適化してもよい。撮像範囲は、例えば、位置決め画像に対し、ユーザの手動での範囲指定により決定されてもよい。また、撮像範囲は、磁場中心、撮像中心、検査部位に応じた一般的な自動検出結果などでもよい。

なお、算出された中心周波数に調整された脂肪抑制パルスを印加する際に、水の共鳴周波数分布を抑制してしまう範囲の大きさ、または水励起型の励起パルスによって脂肪を励起してしまう範囲の大きさに応じたペナルティを計算してもよい。
中心周波数の最適化についてペナルティを設ける場合について図４および図５を参照して説明する。
図４は、図３と同様に水と脂肪との共鳴周波数分布を示す。また、併せてＳＰＡＩＲ法の周波数特性４０１も示される。

ＳＰＡＩＲ法の周波数特性４０１と水の共鳴周波数分布３０１とに囲まれる範囲４０２は、脂肪抑制パルスが水の周波数成分を部分的に抑制してしまう部分である。ペナルティの値は、当該範囲４０２が大きいほどペナルティが大きくなると設定される。算出機能１３１９を実行することにより処理回路１３１は、範囲４０２の面積の大きさに基づきペナルティの値を計算する。算出機能１３１９を実行することで処理回路１３１は、計算されたペナルティの値が閾値以上となれば、周波数選択的パルスのパルス幅を変えればよい。
図４の例では、ＳＰＡＩＲ法の脂肪抑制パルスのパルス幅が広く、水の周波数成分まで抑制している。よって、算出機能１３１９を実行することで処理回路１３１は、水の周波数成分を抑制しないよう脂肪抑制パルスのパルス幅を狭くすればよい。

図５は、図３および図４と同様に水と脂肪との共鳴周波数分布を示す。また、併せてＰＡＳＴＡ法の周波数特性４０３も示される。
ＰＡＳＴＡ法の周波数特性４０３と脂肪の共鳴周波数分布３０２とに囲まれる範囲４０４は、励起パルスが脂肪の周波数成分を励起してしまう部分である。この場合も同様に、算出機能１３１９を実行することで処理回路１３１が、範囲４０４の面積の大きさに基づくペナルティの値が閾値以上となれば、周波数選択的パルスのパルス幅を変えればよい。
図５の例では、ＰＡＳＴＡ法の周波数特性４０３のパルス幅が広く、脂肪の周波数成分まで励起している。よって、算出機能１３１９を実行することで処理回路１３１は、脂肪の周波数成分を励起しないように周波数選択的パルスのパルス幅を狭くすればよい。

以上に示した本実施形態によれば、水および脂肪といった組織ごとに共鳴周波数分布を算出し、周波数選択的パルスを印加する場合に、抑制対象または励起対象の組織の共鳴周波数分布から、周波数選択的パルスの中心周波数を決定する。決定された中心周波数により周波数選択的パルスを印加することで、的確に抑制したい組織の周波数成分を抑制でき、または、的確に励起したい組織の周波数成分を励起することができる。結果として、例えば脂肪抑制パルスによる脂肪抑制効果を改善することができ、収集されるＭＲ信号に基づくＭＲ画像の画質も向上する。

なお、本実施形態では、静磁場の不均一性に関し、２次以上の高次成分も考慮しているが、静磁場の強度が小さい場合（例えば、１．５Ｔ）などは、０（ゼロ）次成分および１次成分を補正する一方、高次成分は補正しなくともよい。この場合、磁気共鳴イメージング装置１は、シムコイル１０１及びシムコイル電源１０２を含まなくともよい。

加えて、実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）ディスクなど）、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することも可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これら実施形態は、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。

１・・・ＭＲＩ装置
１００・・・静磁場磁石
１０１・・・シムコイル
１０２・・・シムコイル電源
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・・・送信コイル
１１７・・・受信コイル
１１９・・・受信回路
１２１・・・撮像制御回路
１２５・・・インタフェース
１２７・・・ディスプレイ
１２９・・・記憶装置
１３１・・・処理回路
１０７１・・・天板
１３１１・・・システム制御機能
１３１３・・・画像生成機能
１３１５・・・静磁場シミング機能
１３１７・・・取得機能
１３１９・・・算出機能
１３２１・・・収集機能

Claims (7)

1. 第１組織および前記第１組織とは異なる第２組織について、それぞれの共鳴周波数分布を取得する取得部と、
   前記第１組織および前記第２組織のいずれか一方を抑制または強調する周波数選択的パルスの種類と前記共鳴周波数分布とに応じて、前記周波数選択的パルスの中心周波数を算出する算出部と、
   算出した前記中心周波数で前記周波数選択的パルスを印加したのち、磁気共鳴信号を収集する収集部と、を具備し、
   前記算出部は、前記周波数選択的パルスが収集対象となる組織からの信号を抑制する周波数帯域範囲と前記共鳴周波数分布とから計算される面積の大きさに基づく値、または前記周波数選択的パルスが抑制対象となる組織からの信号を励起する周波数帯域範囲と前記共鳴周波数分布とから計算される面積の大きさに基づく値が閾値以上である場合、前記周波数選択的パルスのパルス幅を調整する磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記取得部は、３点Ｄｉｘｏｎ法を用いて前記共鳴周波数分布を取得する請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記取得部は、前記共鳴周波数分布を、静磁場シミング処理で得られる強度画像に基づいて取得する請求項１または請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記周波数選択的パルスは、脂肪抑制のためのパルスである請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記周波数選択的パルスは、水励起のためのパルスである請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記共鳴周波数分布と、前記周波数選択的パルスの周波数特性と、推定される脂肪抑制結果とを表示する表示部を、さらに具備する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記算出部は、撮像範囲における対象領域に基づいて、中心周波数を最適化する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。