JP7383386B2 - 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。

磁気共鳴イメージングの方法として、ＣＥＳＴ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）法が知られている。ＣＥＳＴ法は、プロトン交換によるコントラストを利用した画像法であり、例えばデータ収集前に高いＢ１強度の飽和パルスを、周波数を変化させながら印加して撮像していくことで、プロトンの化学交換を画像化する方法である。

しかしながら、飽和パルスが印加された後時間が経過すると、縦磁化が時間とともに回復し、ＣＥＳＴ効果が減少してしまう。

特開２０１８－１７５８２９号公報

本発明が解決しようとする課題は、ＣＥＳＴ効果を維持しながら磁気共鳴イメージングを行うことである。

実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、シーケンス制御部を備える。シーケンス制御部は、第１の長さの継続時間中、第１の飽和パルスを印加したのち、複数のデータ収集を実行する。シーケンス制御部は、第２の長さの継続時間中、第２の飽和パルスを印加したのち、複数のデータ収集のうち一つのデータ収集を行う第１の処理と、第２の長さの継続時間とは異なる継続時間である第３の長さの継続時間中、第３の飽和パルスを印加したのち、複数のデータ収集のうち一つのデータ収集を行う第２の処理とを、それぞれ少なくとも１回ずつ実行する。

図１は、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置を示す図である。 図２Ａは、実施形態に係る背景について説明した図である。 図２Ｂは、実施形態に係る背景について説明した図である。 図３Ａは、実施形態に係る背景について説明した図である。 図３Ｂは、実施形態に係る背景について説明した図である。 図４は、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置が行う処理の手順を示したフローチャートである。 図５Ａは、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置が行う処理について説明した図である。 図５Ｂは、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置が行う処理について説明した図である。 図５Ｃは、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置が行う処理について説明した図である。 図６は、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置が行う処理の手順を示したフローチャートである。 図７は、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置により得られる結果の一例を示した図である。 図８Ａは、比較例に係る磁気共鳴イメージング装置が行う処理について説明した図である。 図８Ｂは、比較例に係る磁気共鳴イメージング装置が行う処理について説明した図である。 図８Ｃは、比較例に係る磁気共鳴イメージング装置が行う処理について説明した図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ここで、互いに同じ構成には共通の符号を付して、重複する説明は省略する。

（実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００を示すブロック図である。図１に示すように、磁気共鳴イメージング装置１００は、静磁場磁石１０１と、静磁場電源（図示しない）と、傾斜磁場コイル１０３と、傾斜磁場電源１０４と、寝台１０５と、寝台制御回路１０６と、送信コイル１０７と、送信回路１０８と、受信コイル１０９と、受信回路１１０と、シーケンス制御回路１２０（シーケンス制御部）と、画像処理装置１３０とを備える。なお、磁気共鳴イメージング装置１００に、被検体Ｐ（例えば、人体）は含まれない。また、図１に示す構成は一例に過ぎない。例えば、シーケンス制御回路１２０及び画像処理装置１３０内の各部は、適宜統合若しくは分離して構成されてもよい。

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り、内部の空間に静磁場を発生する。静磁場磁石１０１は、例えば、超伝導磁石等であり、静磁場電源から電流の供給を受けて励磁する。静磁場電源は、静磁場磁石１０１に電流を供給する。別の例として、静磁場磁石１０１は、永久磁石でもよく、この場合、磁気共鳴イメージング装置１００は、静磁場電源を備えなくてもよい。また、静磁場電源は、磁気共鳴イメージング装置１００とは別に備えられてもよい。

傾斜磁場コイル１０３は、中空の略円筒形状に形成されたコイルであり、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、及び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ており、これら３つのコイルは、傾斜磁場電源１０４から個別に電流の供給を受けて、Ｘ、Ｙ、及び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によって発生するＸ、Ｙ、及びＺの各軸の傾斜磁場は、例えば、スライス用傾斜磁場Ｇs、位相エンコード用傾斜磁場Ｇe、及びリードアウト用傾斜磁場Ｇrである。傾斜磁場電源１０４は、傾斜磁場コイル１０３に電流を供給する。

寝台１０５は、被検体Ｐが載置される天板１０５ａを備え、寝台制御回路１０６による制御の下、天板１０５ａを、被検体Ｐが載置された状態で、傾斜磁場コイル１０３の空洞（撮像口）内へ挿入する。通常、寝台１０５は、長手方向が静磁場磁石１０１の中心軸と平行になるように設置される。寝台制御回路１０６は、画像処理装置１３０による制御の下、寝台１０５を駆動して天板１０５ａを長手方向及び上下方向へ移動する。

送信コイル１０７は、傾斜磁場コイル１０３の内側に配置され、送信回路１０８からＲＦパルスの供給を受けて、高周波磁場を発生する。送信回路１０８は、対象とする原子の種類及び磁場強度で定まるラーモア（Larmor）周波数に対応するＲＦパルスを送信コイル１０７に供給する。

受信コイル１０９は、傾斜磁場コイル１０３の内側に配置され、高周波磁場の影響によって被検体Ｐから発せられる磁気共鳴信号（以下、必要に応じて、「ＭＲ信号」と呼ぶ）を受信する。受信コイル１０９は、磁気共鳴信号を受信すると、受信した磁気共鳴信号を受信回路１１０へ出力する。

なお、上述した送信コイル１０７及び受信コイル１０９は一例に過ぎない。送信機能のみを備えたコイル、受信機能のみを備えたコイル、若しくは送受信機能を備えたコイルのうち、１つ若しくは複数を組み合わせることによって構成されればよい。

受信回路１１０は、受信コイル１０９から出力される磁気共鳴信号を検出し、検出した磁気共鳴信号に基づいて磁気共鳴データを生成する。具体的には、受信回路１１０は、受信コイル１０９から出力される磁気共鳴信号をデジタル変換することによって磁気共鳴データを生成する。また、受信回路１１０は、生成した磁気共鳴データをシーケンス制御回路１２０へ送信する。なお、受信回路１１０は、静磁場磁石１０１や傾斜磁場コイル１０３等を備える架台装置側に備えられてもよい。

シーケンス制御回路１２０は、画像処理装置１３０から送信されるシーケンス情報に基づいて、傾斜磁場電源１０４、送信回路１０８及び受信回路１１０を駆動することによって、被検体Ｐの撮像を行う。ここで、シーケンス情報は、撮像を行うための手順を定義した情報である。シーケンス情報には、傾斜磁場電源１０４が傾斜磁場コイル１０３に供給する電流の強さや電流を供給するタイミング、送信回路１０８が送信コイル１０７に供給するＲＦパルスの強さやＲＦパルスを印加するタイミング、受信回路１１０が磁気共鳴信号を検出するタイミング等が定義される。例えば、シーケンス制御回路１２０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の電子回路である。なお、シーケンス制御回路１２０が実行するパルスシーケンスの詳細については、後述する。

さらに、シーケンス制御回路１２０は、傾斜磁場電源１０４、送信回路１０８及び受信回路１１０を駆動して被検体Ｐを撮像した結果、受信回路１１０から磁気共鳴データを受信すると、受信した磁気共鳴データを画像処理装置１３０へ転送する。

画像処理装置１３０は、磁気共鳴イメージング装置１００の全体制御や、画像の生成等を行う。画像処理装置１３０は、メモリ１３２、入力装置１３４、ディスプレイ１３５、処理回路１５０を備える。処理回路１５０は、インタフェース機能１３１、制御機能１３３、及び画像生成機能１３６を備える。

第１の実施形態では、インタフェース機能１３１、制御機能１３３、画像生成機能１３６にて行われる各処理機能は、コンピューターによって実行可能なプログラムの形態でメモリ１３２へ記憶されている。処理回路１５０はプログラムをメモリ１３２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出した状態の処理回路１５０は、図１の処理回路１５０内に示された各機能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１５０にて、インタフェース機能１３１、制御機能１３３、画像生成機能１３６にて行われる処理機能が実現されるものとして説明するが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路１５０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１５０が各プログラムを実行する場合であってもよい。別の例として、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、図１において、インタフェース機能１３１、制御機能１３３、画像生成機能１３６は、それぞれ受付部、制御部、画像生成部の一例である。また、シーケンス制御回路１２０は、シーケンス制御部の一例である。

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（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）或いは、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。プロセッサはメモリ１３２に保存さ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。

また、メモリ１３２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１０６、送信回路１０８、受信回路１１０等も同様に、上記のプロセッサ等の電子回路により構成される。

処理回路１５０は、インタフェース機能１３１により、シーケンス情報をシーケンス制御回路１２０へ送信し、シーケンス制御回路１２０から磁気共鳴データを受信する。また、磁気共鳴データを受信すると、インタフェース機能１３１を有する処理回路１５０は、受信した磁気共鳴データをメモリ１３２に格納する。

メモリ１３２に格納された磁気共鳴データは、制御機能１３３によってｋ空間に配置される。この結果、メモリ１３２は、ｋ空間データを記憶する。

メモリ１３２は、インタフェース機能１３１を有する処理回路１５０によって受信された磁気共鳴データや、制御機能１３３を有する処理回路１５０によってｋ空間に配置されたｋ空間データ、画像生成機能１３６を有する処理回路１５０によって生成された画像データ等を記憶する。例えば、メモリ１３２は、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、光ディスク等である。

入力装置１３４は、操作者からの各種指示や情報入力を受け付ける。入力装置１３４は、例えば、マウスやトラックボール等のポインティングデバイス、モード切替スイッチ等の選択デバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスである。ディスプレイ１３５は、制御機能１３３を有する処理回路１５０による制御の下、撮像条件の入力を受け付けるためのＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）や、画像生成機能１３６を有する処理回路１５０によって生成された画像等を表示する。ディスプレイ１３５は、例えば、液晶表示器等の表示デバイスである。

処理回路１５０は、制御機能１３３により、磁気共鳴イメージング装置１００の全体制御を行い、撮像や画像の生成、画像の表示等を制御する。例えば、制御機能１３３を有する処理回路１５０は、撮像条件（撮像パラメータ等）の入力をＧＵＩ上で受け付け、受け付けた撮像条件に従ってシーケンス情報を生成する。また、制御機能１３３を有する処理回路１５０は、生成したシーケンス情報をシーケンス制御回路１２０へ送信する。
処理回路１５０は、画像生成機能１３６により、ｋ空間データをメモリ１３２から読み出し、読み出したｋ空間データにフーリエ変換等の再構成処理を施すことで、画像を生成する。

次に、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の背景について簡単に説明する。

磁気共鳴イメージングの方法として、ＣＥＳＴ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）法が知られている。ＣＥＳＴ法は、プロトン交換によるコントラストを利用してデータを収集する方法であり、アミド基（－ＮＨ）、ヒドロキシル基（－ＯＨ）、アミノ基（－ＮＨ_２）などのいわゆる交換可能プロトンから自由水プロトンへの磁化移動に関するデータを収集する。ＣＥＳＴ法によると、アミド基、アミノ基等の存在量を知ることにより、例えば脳腫瘍のグレーディング評価を行うことができる。

図２Ａ及び図２Ｂを用いて、典型的なＣＥＳＴ法のパルスシーケンスについて説明する。

図２Ａ及び図２Ｂは、実施形態に係る背景について説明した図である。図２Ａに、シーケンス制御回路１２０が実行するパルスシーケンスの一例が記載されている。

シーケンス制御回路１２０は、データ収集のためのパルスシーケンス実行を行うデータ収集期間１２に先だつ準備期間１１において、飽和パルス１を印加する。一例として、シーケンス制御回路１２０は、例えば自由水の共鳴周波数から、所定の周波数、例えば＋３．５ｐｐｍだけ周波数シフトを行いながら印加されたパルスであるＣＥＳＴパルスを、飽和パルス１として印加する。

ここで、アミド基プロトンの共鳴周波数は、自由水プロトンの共鳴周波数を基準として＋３．５ｐｐｍであるため、アミド基プロトンは、＋３．５ｐｐｍの周波数のＣＥＳＴパルスにより、励起され信号値が変化する。

ここで、アミド基プロトンなど、高分子に束縛されたプロトンと、自由水プロトンとの間には化学交換(Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｘｃｈａｎｇｅ)が存在するため、化学交換により、励起された周波数に係るプロトンの信号値の変化が、自由水プロトンの信号値の変化に引き継がれる。従って、自由水プロトンの信号値が変化する。かかる自由水プロトンの信号値の変化は、ＣＥＳＴパルスにより励起されるプロトンの濃度が多いほど大きくなるので、自由水プロトンの信号値の測定を通じて、例えばアミド基プロトンなど所定のプロトンの濃度を知ることができる。

シーケンス制御回路１２０は、データ収集期間１２において、データ収集を行う。一例として、シーケンス制御回路１２０は、例えばＥＰＩ（Ｅｃｈｏ Ｐｌａｎａｒ Ｉｍａｇｉｎｇ）法により、ＲＦパルス２の印加後に生成されるエコー生成期間の間、データ収集３を行うことにより、データ収集を行う。なお、ＥＰＩ法はマルチエコーシーケンスであり、データ収集は、複数回のデータ収集にわけて行われる。

このように、例えば、＋３．５ｐｐｍの周波数のＣＥＳＴパルスが飽和パルス１として印加され、データ収集期間１２にデータ収集が行われると、当該ＣＥＳＴパルスの周波数に対応する分子の化学交換の情報を含んだ情報を収集することができる。

なお、図２Ａでは、印加される飽和パルス１の周波数を固定して、準備期間１１とデータ収集期間１２とを含む１セットの収集が行われる場合について説明したが、通常、印加される飽和パルス１の周波数を少しずつ変えながら、これらの収集が合計で複数セット行われる。例えば、シーケンス制御回路１２０は、印加される飽和パルス１の周波数１を、－６．０ｐｐｍから＋６．０ｐｐｍまで、０．５ｐｐｍ刻みで変えながら、合計で２５セットの収集を行う。

図２Ｂに、図２Ａのパルスシーケンスが実行された時の自由水プロトンの縦磁化５の時間変化が示されている。縦磁化５は、準備期間１１の間、飽和パルス１の影響で減少する。一方、データ収集期間１２の間においては、飽和パルス１の印加がなされていないため、縦磁化５はゆるやかに回復する。従って、ＣＥＳＴ効果は減少する。

従って、ＣＥＳＴ効果の減少を防ぐために、データ収集期間１２の間に、シーケンス制御回路１２０が飽和パルスを印加することも考えられる。図３Ａ及び図３Ｂを用いてかかる状況について説明する。

図３Ａ及び図３Ｂは、実施形態に係る背景について説明した図である。図３Ａには、データ収集期間１２に飽和パルスを印加する場合に、シーケンス制御回路１２０が実行するパルスシーケンスの一例が記載されている。

かかる場合、シーケンス制御回路１２０は、データ収集期間１２の前には飽和パルス１を印加しない。シーケンス制御回路１２０は、図２Ａと同様に、データ収集期間１２において、例えばＥＰＩ（Ｅｃｈｏ Ｐｌａｎａｒ Ｉｍａｇｉｎｇ）により、ＲＦパルス２の印加後に生成されるエコー生成期間の間、データ収集３を行うことにより、データ収集を行う。シーケンス制御回路１２０は、データ収集期間１２において、複数回に分けてデータ収集３を行う。

ここで、データ収集期間１２において、シーケンス制御回路１２０は、所定の周波数のＣＥＳＴパルスを、飽和パルス４として、複数回にわけて行われる各データ収集のうち、それぞれのＲＦパルス２の印加及びデータ収集３の前に印加する。ここで、所定の周波数とは、例えば、＋３．５ｐｐｍの周波数であり、当該周波数は、データ収集期間１２の間を通じて固定される。図３Ａに示されているように、飽和パルス４は、データ収集期間１２の間、繰り返し印加され、飽和パルス４とデータ収集３とが入れ子とされる。飽和パルス４の印加期間では、典型的には数十ｍｓ程度である。

なお、図３Ｂには、一つの周波数に対応するデータ収集のみが示されているが、図２Ａの場合と同じように、シーケンス制御回路１２０は、周波数を少しずつ変えながら、複数セットのデータ収集を行う。

図３Ｂに、図３Ａのパルスシーケンスが実行された時の自由水プロトンの縦磁化５の時間変化が示されている。一定の時間に達した後は、縦磁化５は、繰り返し印加される飽和パルス４の印加によって定常状態に達し、縦磁化が維持されるので、ＣＥＳＴ効果の減少は少なくなる。

一方で、縦磁化５が定常状態に達するまでに過渡期６においては、データ収集３の間に縦磁化５の大きな変化が存在するので、画像ボケやゴースト等が生じ画質が低下する場合がある。また、飽和パルス４の存在により、撮像時間が増加する。

実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００は、かかる背景に鑑みたものである。
具体的には、磁気共鳴イメージング装置１００は、シーケンス制御回路１２０を備える。シーケンス制御回路１２０は、第１の長さの継続時間中、第１の飽和パルスを印加したのち、複数のデータ収集を実行する。シーケンス制御回路１２０は、第２の長さの継続時間中、第２の飽和パルスを印加したのち、複数のデータ収集のうち一つのデータ収集を行う第１の処理と、第２の長さの継続時間とは異なる継続時間である第３の長さの継続時間中、第３の飽和パルスを印加したのち、複数のデータ収集のうち一つのデータ収集を行う第２の処理とを、それぞれ少なくとも１回ずつ実行する。かかる構成により、データ収集開始後にＣＥＳＴ効果を維持しながら磁気共鳴イメージングを行うことができる。

かかる処理の詳細について、図４、図５Ａ～図５Ｃ及び図６を用いて説明する。図４は、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置が行う処理の手順を示したフローチャートである。より具体的には、ＣＥＳＴ撮像の対象となる周波数、すなわち飽和パルスの周波数を一つに固定した場合に、当該周波数に係るＣＥＳＴ撮像を行うためにシーケンス制御回路１２０が実行する処理の流れを示している。また、図５Ａは、シーケンス制御回路１２０が実行するパルスシーケンスの一例を示している。

なお、通常、複数の周波数に亘ってＣＥＳＴ撮像が行われるので、シーケンス制御回路１２０は、各周波数について、図４に示されたパルスシーケンスを実行するが、この点については図６を用いて改めて説明する。

はじめに、ステップＳ１００において、図５Ａに示されるように、シーケンス制御回路１２０は、データ収集のためのパルスシーケンス実行を行うデータ収集期間１２に先だつ準備期間１１において、第１の飽和パルス１を印加する。例えば、シーケンス制御回路１２０は、自由水の共鳴周波数から、所定の周波数だけ周波数シフトを行いながら印加されたパルスであるＣＥＳＴパルスを、第１の飽和パルス１として印加する。例えばシーケンス制御回路１２０は、自由水の共鳴周波数から、＋３．５ｐｐｍの周波数のＣＥＳＴパルスを、第１の長さの継続時間中、第１の飽和パルス１として印加する。第１の飽和パルス１は、典型的には、縦磁化を定常状態に移行するための比較的長い時間、例えば１秒程度印加される。

ここで、「第１の長さの継続時間中、第１の飽和パルス１を印加する」とは、第１の長さの継続時間を有する１個の第１の飽和パルス１を印加する場合でもあってもよいし、継続時間が短い複数個の飽和パルスが複数個印加され、全体として、第１の長さの継続時間を有する第１の飽和パルス１が印加されると考えられる場合であってもよい。以下、第２の飽和パルス４ａ、第３の飽和パルス４ｂ等も同様に、飽和パルスが印加される継続時間とは、１個の飽和パルス単独で当該継続時間を構成している場合、複数の飽和パルスが全体として当該継続時間を構成している場合の、いずれの場合であってもよい。

図５Ｂに、シーケンス制御回路１２０が図５Ａのパルスシーケンスを実行した時の自由水プロトンの縦磁化５の時間変化が示されている。縦磁化５は、準備期間１１の間、第１の飽和パルス１の影響を受けて減少する。換言すると、第１の飽和パルス１は、縦磁化を定常状態に移行するために印加されるパルスである。

図４及び図５Ａに戻り、ステップＳ１００においてシーケンス制御回路１２０が第１の飽和パルス１を印加したのち、シーケンス制御回路１２０は、ステップＳ１１０において、データ収集期間１２において、複数のデータ収集を実行する。シーケンス制御回路１２０は、例えばＥＰＩ（Ｅｃｈｏ Ｐｌａｎａｒ Ｉｍａｇｉｎｇ）法による３次元撮像を用いて、複数のデータ収集を実行する。例えば、シーケンス制御回路１２０は、データ収集期間１２において、ＲＦパルス２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを印加し、それぞれのＲＦパルスの印加後に生成されるエコー生成期間に、データ収集３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄをそれぞれ実行することにより複数のデータ収集を実行する。

ここで、シーケンス制御回路１２０は、２種類以上の飽和パルスを組み合わせながら複数のデータ収集をデータ収集期間１２において実行する。例えば、シーケンス制御回路１２０は、第２の長さの継続時間７ａ中、第２の飽和パルス４ａを印加したのち、複数のデータ収集のうち一つのデータ収集３ｃを行う第１の処理８と、第２の長さの継続時間７ａとは異なる継続時間である継続時間７ｂ中、第３の飽和パルス４ｂを印加したのち、複数のデータ収集のうち一つのデータ収集３ｂを行う第２の処理９とを、それぞれ少なくとも１回ずつ実行する。ここで、これら２種類以上の飽和パルス、すなわち第２の飽和パルス４ａ及び第３の飽和パルス４ｂは、第１の飽和パルス１と同じ周波数を励起するＣＥＳＴパルスである。

図５Ｂに示されているように、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００においては、自由水プロトンの縦磁化５の値は、データ収集期間１２中は、図５Ｃからもわかるように、概ね一定となる。なお、図５Ｃは、図５Ｂにおける自由水プロトンの縦磁化５の時間範囲２０における拡大図である。すなわち、データ収集期間１２中においては、第２の飽和パルス４ａ及び第３の飽和パルス４ｂにより、縦磁化の定常状態が維持される。すなわち、第２の飽和パルス４ａ及び第３の飽和パルス４ｂは、縦磁化の定常状態を維持するためにシーケンス制御回路１２０によって印加されるパルスである。

このように、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００によると、第２の飽和パルス４ａ及び第３の飽和パルス４ｂにより、図５Ｃに示されるように縦磁化５の定常状態が維持されるので、図２Ｂとは異なり、ＣＥＳＴ効果の減少が抑制される。従って、データ収集期間１２中においてもＣＥＳＴ効果が低下せず、良好な磁気共鳴イメージングを行うことができる。換言すると、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００は、縦磁化を定常状態に移行するための比較的長い時間、例えば１秒程度の時間印加される飽和パルスである第１の飽和パルス１と、定常状態になった縦磁化５の回復を最小限にするために、組み合わされて印加される複数の飽和パルスにより、撮像時間の延長を最小限にしつつＣＥＳＴ効果の高い状態を維持することができる。

実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００によれば、このように、例えば、３次元収集など、高いＣＥＳＴ効果を長時間維持する必要性が高い収集などにおいても、ＣＥＳＴ効果を維持しながら磁気共鳴イメージングを行うことができる。

以上、飽和パルスの周波数を一つに固定した場合に、当該周波数に係るＣＥＳＴ撮像を行うためにシーケンス制御回路１２０が実行する処理について説明した。続いて、複数の周波数に亘ってＣＥＳＴ撮像を行う場合にシーケンス制御回路１２０が行う処理について、図６を用いて説明する。

はじめに、ステップＳ２００において、シーケンス制御回路１２０は、第１の飽和パルス１の周波数を変化させながら、当該周波数に対応する、図４のステップＳ１００～Ｓ１１０で説明したパルスシーケンスを実行する。例えば、シーケンス制御回路１２０は、自由水の共鳴周波数を基準として、例えば-６．０ｐｐｍから＋６．０ｐｐｍの範囲の所定の周波数で、ＣＥＳＴパルスの周波数を０．５ｐｐｍ刻みで変化させながら、ステップＳ１００～ステップＳ１１０のパルスシーケンスをそれぞれ実行する。この場合、シーケンス制御回路１２０は、第１の飽和パルス１の周波数が-６．０ｐｐｍの図５Ａのパルスシーケンスを実行して、-６．０ｐｐｍの周波数に対応するデータを収集し、続いて第１の飽和パルス１の周波数が-５．５ｐｐｍの図５Ａのパルスシーケンスを実行して、-５．５ｐｐｍの周波数に対応するデータを収集し、以下同様のパルスシーケンスを順次実行し、＋６．０ｐｐｍの周波数に対応するデータを収集する。これによりシーケンス制御回路１２０は、－６．０ｐｐｍ、－５．５ｐｐｍ、…、＋５．５ｐｐｍ、＋６．０ｐｐｍの周波数に対応するデータを収集する。続いて、処理回路１５０は、画像生成機能１３６により、シーケンス制御回路１２０が収集したこれらのデータに基づいて、Ｚスペクトルを－６．０ｐｐｍから＋６．０ｐｐｍの範囲で生成する。ここで、Ｚスペクトルとは、ＣＥＳＴパルス印加後にデータ収集を行った時の信号強度を、印加したＣＥＳＴパルスの周波数の関数として表したスペクトルのことを指す。

続いて、ステップＳ２１０において、処理回路１５０は、ステップＳ２００において生成されたＺスペクトルに基づいて、ＣＥＳＴ効果の大きさを表すデータを生成する。一例として、処理回路１５０は、Ｚスペクトルに基づいて、ＭＴＲａｓｙｍ（Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｒａｔｉｏ Ａｓｙｍｍｅｔｒｙ）スペクトルを、ＣＥＳＴ効果の大きさを表すデータとして作成する。ＭＴＲａｓｙｍスペクトルは、Ｚスペクトルの、自由水の共鳴周波数に対する非対称性を表す量である。Ｚスペクトルの非対称性、例えば、周波数が＋ｘのときの信号値と周波数が-ｘのときの信号値との差は、周波数が＋ｘまたは周波数が－ｘの周波数に交換プロトンが存在する場合に大きくなることから、ＣＥＳＴ効果の大きさを表すデータとなる。なお、周波数が「ｘ ｐｐｍ」の時のＭＴＲａｓｙｍスペクトルは、周波数「－ｘ ｐｐｍ」のＣＥＳＴパルスを印加した時の信号強度が「Ｓ_－」であり、それとは対称な位置にある周波数「＋ｘ ｐｐｍ」のＣＥＳＴパルスを印加した時の信号強度が「Ｓ_＋」であり、ＣＥＳＴパルスを何も印加しなかった時の信号強度が「Ｓ_０」とすると、例えば、「（Ｓ_＋－Ｓ_－）／Ｓ_０」の式により算出できる。

続いて、図７を用いて、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置により得られる結果の例について説明する。図７は、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００及び、比較例に係る磁気共鳴イメージング装置により得られた、白質（Ｗｈｉｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）及び灰白質（Ｇｒａｙ Ｍａｔｔｅｒ）における＋３．５ｐｐｍにおけるＭＴＲａｓｙｍスペクトルを表している。具体的には、点３２は、実施形態に係る方法における灰白質のＭＴＲａｓｙｍスペクトル、点３０は、比較例に係る方法における灰白質のＭＴＲａｓｙｍスペクトル、点３３は、実施形態に係る方法における白質のＭＴＲａｓｙｍスペクトル、点３１は、比較例に係る方法における白質のＭＴＲａｓｙｍスペクトルを表す。

図８Ａ～図８Ｃは、比較例に係る磁気共鳴イメージング装置が行う処理について説明した図である。図８Ａは、比較例に係るパルスシーケンスが示されている。比較例においては、シーケンス制御回路１２０は、準備期間１１中、第１の飽和パルス１を印加し、データ収集期間中１２にも更に飽和パルスを印加するが、データ収集期間中１２に印加する飽和パルスの種類は１種類である。図８Ｂに、シーケンス制御回路１２０が図８Ａのパルスシーケンスを実行した時の自由水プロトンの縦磁化５の時間変化が示されている。縦磁化５は、準備期間１１の間、第１の飽和パルス１の影響を受けて減少し、定常状態が生成されるが、図８Ｃに示されているように、比較例に係る磁気共鳴イメージング装置においては、自由水プロトンの縦磁化５の値は、データ収集期間１２中、緩やかに回復してしまい、従ってＣＥＳＴ効果が、データ収集期間１２中に複数の飽和パルスを組み合わせる場合と比較して小さくなる。ここで、図８Ｃは、図８Ｂにおける自由水プロトンの縦磁化５の時間範囲３０における拡大図である。

図７に戻り、灰白質、白質いずれにおいても、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００は、比較例に係る磁気共鳴イメージング装置と比較して、周波数が＋３．５ｐｐｍにおけるＭＴＲａｓｙｍスペクトルの値が大きくなっている。ＣＥＳＴ効果が高いほどＭＴＲａｓｙｍスペクトルの値は高くなる傾向があるため、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００は、比較例と比較して、高いＣＥＳＴ効果を維持できることがわかる。

以上述べたように、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１００によれば、例えば、３次元収集など、高いＣＥＳＴ効果を長時間維持する必要性が高い収集などにおいても、ＣＥＳＴ効果を維持しながら磁気共鳴イメージングを行うことができる。

（実施形態の変形例）
実施形態は、上述の例に限られない。

シーケンス制御回路１２０がステップＳ１１０において実行する複数のデータ収集を実行するパルスシーケンスは、ＥＰＩ法によるものに限られず、例えばグラジエントエコー系の他のパルスシーケンスであってもよい。また、当該パルスシーケンスは、３次元撮像に係るパルスシーケンスに限られない。一例として、シーケンス制御回路１２０は、ステップＳ１１０において、当該複数のデータ収集を、２次元マルチスライス撮像により実行してもよい。

また、シーケンス制御回路１２０は、例えば狙いとする蛋白質の種類や、撮像対象の組織等に応じて、第２の飽和パルス４ａを印加する処理を含む第１の処理８と、第３の飽和パルス４ｂを印加する処理を含む第２の処理９との組み合わせのパターンを選択してもよい。すなわち、処理回路１５０が、制御機能１３３により、撮像対象の組織に応じて、例えば撮像対象の組織のＴ１緩和時間やＴ_２緩和時間に応じて、シーケンス制御回路１２０が第１の処理８と第２の処理９とを実行するパターンを算出する。また、処理回路１５０が制御機能１３３により算出したパターンに基づいて、シーケンス制御回路１２０がパルスシーケンスを実行してもよい。例えば、処理回路１５０は、制御機能１３３により、撮像対象の組織に応じて、ＣＥＳＴ効果の大きさが所定の基準値以上になるような第１の処理８と第２の処理９とのパターンであって、撮像時間が最も短くなるようなパターンを、シーケンス制御回路１２０が実行するパターンとして算出してもよい。

また、シーケンス制御回路１２０は、縦磁化の緩和をリアルタイムでモニタリングし、それに基づいて、第２の飽和パルス４ａを印加する処理を含む第１の処理８と、第３の飽和パルス４ｂを印加する処理を含む第２の処理９との組み合わせのパターンを選択してもよい。ここで、縦磁化のモニタリングの方法としては、収集するデータそのものを利用して縦磁化をモニタリングしても良いし、また、別途パルスシーケンスを実行することにより、縦磁化をモニタリングしてもよい。

前者の場合、シーケンス制御回路１２０は、データ収集期間１２中に実行されるパルスシーケンスにより得られたデータから、例えば１ライン分のｋ空間データを抽出し、当該ｋ空間データを用いて、縦磁化の緩和を大まかに推定する。処理回路１５０は、制御機能１３３により、このようにして推定した縦磁化の値、すなわちデータ収集期間１２中に実行された複数のデータ収集により得られた縦磁化の回復度合いに応じて、第１の処理８と、第２の処理９との組み合わせのパターンをパルスシーケンスの実行中に変更する。シーケンス制御回路１２０は、処理回路１５０が制御機能１３３により変更した当該パターンに基づいて、パルスシーケンスを実行する。

また、後者の場合、シーケンス制御回路１２０は、例えばデータ収集期間１２中に実行される複数のデータ収集とは別に更にデータ収集を実行する。処理回路１５０は、制御機能１３３により、更に実行されたデータ収集により得られた縦磁化の回復度合いに応じて、第１の処理８と、第２の処理９との組み合わせのパターンをパルスシーケンスの実行中に変更する。シーケンス制御回路１２０は、処理回路１５０が制御機能１３３により変更した当該パターンに基づいて、パルスシーケンスを実行する。

また、シーケンス制御回路１２０は、データ収集期間１２中に実行するパルスシーケンスの種類に応じて、データ収集期間１２中に実行する、第２の飽和パルス４ａを印加する処理を含む第１の処理８と、第３の飽和パルス４ｂを印加する処理を含む第２の処理９との組み合わせのパターンを選択してもよい。

例えば、シーケンス制御回路１２０は、ｋ空間中心を含むデータ収集と、ｋ空間中心を含むデータ収集以外のデータ収集とで、印加する飽和パルスの継続時間を変化させてもよい。例えば、第２の飽和パルス４ａを印加する処理を含む第１の処理８が、ｋ空間中心のデータ収集を含み、第３の飽和パルス４ｂを印加する処理を含む第２の処理９が、ｋ空間中心以外のデータ収集を含む場合を考える。このような場合、第２の飽和パルス４ａの印加時間である第２の継続時間７ａが、第３の飽和パルス４ｂの印加時間である第３の継続時間７ｂより長い継続時間となるようなパルスシーケンスを、シーケンス制御回路１２０は実行する。これにより、画質の寄与が大きいｋ空間中心のデータ収集が行われている時に、より大きなＣＥＳＴ効果を維持することができ、トータルの撮像時間を短く保ちながら、画質を維持することができる。

このような第１の処理８と第２の処理９との組み合わせのパターンが有効だと考えられるパルスシーケンスの例としては、例えば、シーケンス制御回路１２０がＦＦＥ（Ｆａｓｔ Ｆｉｅｌｄ Ｅｃｈｏ）シーケンスを用いて複数のデータ収集を行う場合等が挙げられる。

また、別の例として、第２の飽和パルス４ａを印加する処理を含む第１の処理８と、第３の飽和パルス４ｂを印加する処理を含む第２の処理９が、いずれもｋ空間中心のデータ収集を含むものである場合を考える。このような場合、シーケンス制御回路１２０は、第１の処理及び第２の処理を交互に行って複数のデータ収集を行う。これにより、シーケンス制御回路１２０が収集する複数のデータ収集のそれぞれが、いずれも均等にＣＥＳＴ効果を維持した収集となり、画質が安定する。

このような第１の処理８と第２の処理９との組み合わせのパターンが有効だと考えられるパルスシーケンスの例としては、例えば、ＥＰＩ法に係るパルスシーケンス等が挙げられる。

（プログラム）
また、上述した実施形態の中で示した処理手順に示された指示は、ソフトウェアであるプログラムに基づいて実行されることが可能である。汎用コンピューターが、このプログラムを予め記憶しておき、このプログラムを読み込むことにより、上述した実施形態の磁気共鳴イメージング装置１００による効果と同様の効果を得ることも可能である。上述した実施形態で記述された指示は、コンピューターに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フレキシブルディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－ＲＷ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ±Ｒ、ＤＶＤ±ＲＷなど）、半導体メモリ、又はこれに類する記録媒体に記録される。コンピューター又は組み込みシステムが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であってもよい。コンピューターは、この記録媒体からプログラムを読み込み、このプログラムに基づいてプログラムに記述されている指示をＣＰＵで実行させれば、上述した実施形態の磁気共鳴イメージング装置１００と同様の動作を実現することができる。また、コンピューターがプログラムを取得する場合又は読み込む場合は、ネットワークを通じて取得又は読み込んでもよい。

また、記憶媒体からコンピューターや組み込みシステムにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピューター上で稼働しているＯＳ（Operating System）や、データベース管理ソフト、ネットワーク等のＭＷ（Middleware）等が、上述した実施形態を実現するための各処理の一部を実行してもよい。更に、記憶媒体は、コンピューターあるいは組み込みシステムと独立した媒体に限らず、ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット等により伝達されたプログラムをダウンロードして記憶又は一時記憶した記憶媒体も含まれる。また、記憶媒体は１つに限られず、複数の媒体から、上述した実施形態における処理が実行される場合も、実施形態における記憶媒体に含まれ、媒体の構成は何れの構成であってもよい。

以上述べた少なくとも一つの実施形態の磁気共鳴イメージング装置によれば、データ収集開始後にＣＥＳＴ効果を維持しながら磁気共鳴イメージングを行うことができる。

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、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。

１２０ シーケンス制御回路
１５０ 処理回路
１３１ インタフェース機能
１３３ 制御機能
１３６ 画像生成機能

Claims (10)

1. 第１の長さの継続時間中、第１の飽和パルスを印加したのち、複数のデータ収集を実行するシーケンス制御部を備え、
   前記シーケンス制御部は、第２の長さの継続時間中、第２の飽和パルスを印加したのち、前記複数のデータ収集のうち一つのデータ収集を行う第１の処理と、前記第２の長さの継続時間とは異なる継続時間である第３の長さの継続時間中、第３の飽和パルスを印加したのち、前記複数のデータ収集のうち一つのデータ収集を行う第２の処理とを、それぞれ少なくとも１回ずつ実行し、
   撮像対象の組織に応じて、前記シーケンス制御部が前記第１の処理と前記第２の処理とを実行するパターンを算出する制御部を更に備え、
   前記シーケンス制御部は、前記制御部が算出した前記パターンに基づいて、前記第１の処理と前記第２の処理とを実行し、
   前記制御部は、前記パターンをパルスシーケンスの実行中に変更し、
   前記シーケンス制御部は、前記制御部が変更した前記パターンに基づいて、前記パルスシーケンスを実行する、磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記シーケンス制御部は、前記複数のデータ収集とは別に更にデータ収集を実行し、
   前記制御部は、更に実行された前記データ収集により得られた縦磁化の回復度合いに応じて、前記パターンをパルスシーケンスの実行中に変更する、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記制御部は、前記複数のデータ収集により得られた縦磁化の回復度合いに応じて、前記パターンをパルスシーケンスの実行中に変更する、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記第１の長さは、前記第２の長さ及び前記第３の長さより長い、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記第１の飽和パルス、前記第２の飽和パルス及び前記第３の飽和パルスは、ＣＥＳＴ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）パルスである、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記第１の処理及び前記第２の処理は、いずれもｋ空間中心のデータ収集を含むものであり、
   前記シーケンス制御部は、前記第１の処理及び前記第２の処理を交互に行って前記複数のデータ収集を実行する、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記第１の飽和パルスは、縦磁化を定常状態に移行するために印加されるパルスであり、
   前記第２の飽和パルス及び前記第３の飽和パルスは、前記定常状態を維持するために印加されるパルスである、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
8. 前記第１の処理は、ｋ空間中心のデータ収集を含み、
   前記第２の処理は、前記ｋ空間中心以外のデータ収集を含み、
   前記第２の長さの継続時間は、前記第３の長さの継続時間より長い継続時間である、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
9. 前記シーケンス制御部は、前記複数のデータ収集を、ＥＰＩ（Ｅｃｈｏ Ｐｌａｎａｒ Ｉｍａｇｉｎｇ）法による３次元撮像を用いて実行する、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
10. 前記シーケンス制御部は、前記複数のデータ収集を、２次元マルチスライス撮像により実行する、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
    

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