JP7487061B2

JP7487061B2 - 磁気共鳴イメージング装置、および、被検体位置合わせ方法

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Publication number: JP7487061B2
Application number: JP2020163586A
Authority: JP
Inventors: 康太濱田; 光花田; 秀之堀尾
Original assignee: 富士フイルムヘルスケア株式会社
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2024-05-20
Anticipated expiration: 2040-09-29
Also published as: US11525877B2; JP2022055893A; US20220099764A1; CN114305385A

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング（以下、「ＭＲＩ」という）装置に関し、特に被検者セッティング時の操作者のワークフロー向上技術に関する。

ＭＲＩ装置は、被検体、特に人体の組織を構成する原子核スピンが発生するＮＭＲ信号を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を２次元的に或いは３次元的に画像化する装置である。撮影においては、ＭＲＩ装置の静磁場磁石が発生する均一な静磁場空間に被検体が配置され、送信コイルから高周波磁場パルスが照射され、傾斜磁場コイルから傾斜磁場パルスが印加される。高周波磁場パルスを照射された被検体組織の原子核は、ＮＭＲ信号を発生し、傾斜磁場パルスは、ＮＭＲ信号に位相エンコードと周波数エンコードを付与する。ＮＭＲ信号は、受信コイルによって時系列データとして計測される。計測されたＮＭＲ信号は、２次元又は３次元フーリエ変換されることにより画像に再構成される。

ＭＲＩ装置の撮像空間は、所定精度以上の均一な静磁場空間を形成可能であり、かつ、所定の傾斜磁場パルスを印加可能な領域であり、予め設計により決まっている。そのため、操作者は、撮像空間内に被検者の撮像対象部位を配置する必要がある。

従来、操作者が被検者を撮像空間にセッティングする手順は以下の通りである。まず、被検者をＭＲＩに備え付けられている寝台に横たわらせ、撮像対象部位近傍が静磁場の中心に配置されるように、寝台を移動させる操作を操作者が行う。つぎに、操作者は、ＭＲＩ装置に備え付けられているレーザーを被検者に照射して、レーザーの照射部位を目視で確認しながら、寝台の移動操作をさらに行うことにより、撮像対象部位が静磁場の中心に配置されるように微調整を行う。

しかしながら、目視で行う寝台の位置合わせ作業は、操作者の負担になる。また、同じ被検者に対して経過観察のために複数回にわたって検査を行う場合、検査のたびに被検者のセッティング位置が微妙に異なるという問題も生じる。また、付随的な問題としては、位置調整に使用されるレーザーが被検者の目に入るリスクがある。また、レーザーを用いて位置合わせする際に、寝台を細かく何度も移動させる必要があり、被検者が不快に感じることがある。そのため、近年、撮像の効率化・撮像の再現性の向上についての要望が高まりつつある。その一つは、被検者のセッティングの自動化である。

特許文献１では、被検者の身長等に応じて、寝台を配置すべき位置を算出し、算出した位置まで寝台を移動させる位置合わせ方法を提案している。具体的には、まず、操作者により選択された検査情報（年齢、性別、撮像対象部位）を基に、撮像対象部位を撮像空間に配置するための寝台位置を学習データから大まかに算出する。次に、センサーを使用して被検者の身長と体重を測定し、測定結果を用いて、寝台位置の補正量を算出する。上記フローで決定した寝台位置に寝台を移動させる。

米国特許出願公開第２０１７／０３１１８４２号明細書

特許文献１には、被検者の身長や体重に基づいて撮像対象部位をＭＲＩ装置の撮像空間に配置するための寝台の移動量を算出する技術が開示されているが、被検者に取り付けられた受信コイルと撮像空間との位置関係に関しては考慮されていない。

すなわち、受信コイルは、その感度領域が実際の撮像対象部位を含むように操作者によって撮像対象部位に近接配置されるため、実際の撮像対象部位は、受信コイルが取り付けられた領域である。例えば身体のAnterior（前部）側に使用する受信コイルであるボディコイルは、寝台の天板上の空間で、身体の所望の位置に搭載することが可能であり、操作者は、撮像対象部位の上にボディコイルを搭載する。

そのため、実際の撮像対象部位が、被検者の身長や体重に基づいて算出される撮像対象部位とは、ずれることがあり得るため、受信コイルの中心を静磁場中心（撮像空間の中心）に配置することが望ましい。しかしながら、従来の技術では、受信コイルの位置は考慮されていないため、受信コイルの感度領域の一部が、撮像空間から外れ、その部分の画像を生成することができないことがあり得る。

また、特許文献１の技術では、被検者の身長や体重を測定するセンサーを用いるため、ＭＲＩ装置に予めセンサーを備えておく必要があり、コストが増加する。

そこで本発明の目的は、追加のハードウェアを用いずに、被検体の撮像対象部位を撮像空間に自動的に位置合わせすることにある。

上記目的を達成するために、本発明の磁気共鳴イメージング装置は、撮像空間に静磁場を発生させる静磁場発生部と、被検体から放出される核磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、被検体を搭載し撮像空間まで移動させる寝台と、寝台の移動を制御して、被検体の撮像対象部位を撮像空間に位置合わせして配置する被検体位置合わせ部とを有する。被検体位置合わせ部は、被検体の撮像対象部位に配置された状態の受信コイルが受信した核磁気共鳴信号を用いて受信コイルの位置を求め、受信コイルの位置を撮像空間に一致させるように寝台を移動させることにより、撮像対象部位を撮像空間に位置合わせする。

本発明によれば、被検体の撮像対象部位に配置された状態の受信コイルが受信した核磁気共鳴信号を用いて受信コイルの位置を求め、受信コイルの位置を撮像空間に一致させることにより、追加のハードウェアを用いずに、被検体の撮像対象部位を撮像空間に自動的に位置合わせすることができる。

本発明の実施形態のＭＲＩ装置の全体構成を説明するための図実施形態１の被検体位置合わせ部８１の処理を示すフローチャート実施形態１の被検体位置合わせ部８１の処理の変形例を示すフローチャート実施形態１、２、３、４における撮像対象部位の選択用の画面および推奨受信コイルの表示画面を示す画面例実施形態１における人体の基準位置から対象検査部位までの距離を示す説明図実施形態１におけるアレイ状の受信コイルの（ａ）エレメントの配置を示す説明図、（ｂ）エレメントの相対位置を示す表実施形態１において予め定めておいた性別と年齢と身長との関係を示す表実施形態１において、予め定めておいた基準位置（頚椎屈曲部）から対象検査部位までの距離を身長別に示す一覧表（ａ）実施形態１、２、３、４における被検体位置合わせに用いるパルスシーケンス、（ｂ）取得したＮＭＲ信号の処理を示すフロー図（ａ）実施形態１におけるアレイ状の受信コイルのエレメントの配置を示す説明図、（ｂ－１）図（ａ）の受信コイルを用いて一様なファントムのＮＭＲ信号からエレメントごとに得た絶対値画像の信号強度のプロファイルを示すグラフ、（ｂ－２）図（ａ）の受信コイルを用いて被検体のＮＭＲ信号からエレメントごとに得た絶対値画像の信号強度のプロファイルを示すグラフ（ａ）実施形態１におけるアレイ状の受信コイルのエレメントの配置と、中心のエレメントを示す説明図、（ｂ）図（ａ）の受信コイルを用いて得た絶対値画像の信号強度のプロファイルから、エレメントの境界位置を求めた説明図実施形態２の被検体位置合わせ部８１の処理を示すフローチャート実施形態２における一つのエレメントからなる受信コイルの構成と、受信コイルを用いて一様なファントムのＮＭＲ信号から得た絶対値画像の信号強度のプロファイルを示す説明図実施形態２における一つのエレメントからなる受信コイルと、静磁場中心と、絶対値画像の信号強度のプロファイルの重心を示す説明図実施形態３の被検体位置合わせ部８１の処理を示すフローチャート実施形態３におけるアレイ状の受信コイルの構成と、受信コイルを用いて一様なファントムのＮＭＲ信号から得た絶対値画像の信号強度のＸ軸方向のプロファイルを示す説明図実施形態３におけるアレイ状の受信コイルのエレメントの配置と、中心のエレメントと、得た絶対値画像の信号強度のプロファイルから求めたエレメントの境界位置を示す説明図実施形態４の被検体位置合わせ部８１の処理を示すフローチャート実施形態４における寝台の移動と、実補正移動量を示す説明図

以下、添付図面に従って本発明のＭＲＩ装置の実施形態について詳説する。なお、以下の説明において、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。

最初に、本実施形態に係るＭＲＩ装置の一例の全体概要を図１に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係るＭＲＩ装置の全体構成を示すブロック図である。

ＭＲＩ装置は、ＮＭＲ現象を利用して被検体の断層画像を得るものであり、図１に示すように、静磁場発生系２と、傾斜磁場発生系３と、送信系５と、受信系６と、信号処理系７と、シーケンサ４と、中央処理装置（ＣＰＵ）８とを備えて構成される。

静磁場発生系２は、被検体１の周りに永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源を配置した構成である。静磁場発生源は、垂直磁場方式の場合、被検体１の周りの空間にその体軸と直交する方向に、水平磁場方式の場合、体軸方向に、均一な静磁場を発生させる。

傾斜磁場発生系３は、ＭＲＩ装置の座標系（静止座標系）であるＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向に傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚを印加する傾斜磁場コイル９と、それぞれの傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源１０とを備えて構成される。傾斜磁場電源１０は、後述のシ－ケンサ４からの命令に従って、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の傾斜磁場コイルに選択的に駆動電流を供給することにより、傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚのうちの１以上を印加する。例えば、撮影時には、スライス面（撮影断面）に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス（Ｇｓ）を印加して被検体１に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの２つの方向に位相エンコード方向の傾斜磁場パルス（Ｇｐ）と周波数エンコード方向の傾斜磁場パルス（Ｇｆ）をそれぞれ印加して、エコー信号にそれぞれの方向における位置情報をエンコードすることができる。

送信系５は、高周波発振器１１と変調器１２と高周波増幅器１３と送信側の高周波コイル（送信コイル）１４ａとを備えて構成され、被検体１の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、被検体１に高周波磁場パルス（以下、「ＲＦパルス」という）を照射する。具体的には、高周波発振器１１から出力されたＲＦパルスを、シーケンサ４からの指令によるタイミングで変調器１２により振幅変調し、この振幅変調されたＲＦパルスを高周波増幅器１３で増幅した後に被検体１に近接して配置された高周波コイル１４ａに供給することにより、ＲＦパルスが被検体１に照射される。これにより、被検体１の組織の原子核スピンに核磁気共鳴が生じ、エコー信号（ＮＭＲ信号）が放出される。

受信系６は、受信側の高周波コイル（受信コイル）１４ｂと信号増幅器１５と直交位相検波器１６とＡ／Ｄ変換器１７とを備えて構成され、被検体１の放出するエコー信号（ＮＭＲ信号）を検出する。具体的には、受信コイル１４ｂは、被検体１に近接して配置され、被検体１が放出するエコー信号を受信して電気信号に変換する。信号増幅器１５は、エコー信号を増幅し、直交位相検波器１６は、シーケンサ４からの指令によるタイミングで、エコー信号を直交する二系統の信号に分割する。二系統の信号は、それぞれがＡ／Ｄ変換器１７でディジタル量に変換されて、信号処理系７に送られる。

信号処理系７は、光ディスク１９、磁気ディスク１８、ＲＯＭ２１およびＲＡＭ２２等の記憶装置と、ＣＲＴ等からなるディスプレイ２０とを有する。ＣＰＵ８は、信号処理系７の一部を構成し、予め光ディスク１９等に格納されたプログラムを読み込んで実行することにより、被検体１を撮像空間４０に自動位置合わせを行う被検体位置合わせ部８１と、画像再構成を行う画像再構成部８２と、各種データ処理を行うデータ処理部（不図示）等の機能を実現する。

具体的には、被検体位置合わせ部８１は、寝台３０に搭載された被検体１の撮像対象部位を撮像空間４０の中心（静磁場中心）に自動的に位置合わせする。

画像再構成部８２は、受信系６からのデータがＣＰＵ８に入力されると、ＣＰＵ８が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体１の断層画像をディスプレイ２０に表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク１８等に記録する。

シーケンサ４は、送信系６および傾斜磁場発生系３にそれぞれ所定のタイミングでＲＦパルスと傾斜磁場パルスを照射および印加させ、所定のタイミングで受信系６に被検体１からのエコー信号を検出させるパルスシーケンスを実行させる制御手段である。シーケンサ４は、ＣＰＵ８の制御で動作し、各部にパルスシーケンスを実行させる命令を送ることにより、被検体１の断層画像の再構成のために必要なデータ（エコー信号）を収集させる。

操作部２５は、ＭＲＩ装置の各種制御情報や上記信号処理系７で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス２３、及び、キーボード２４を含む。この操作部２５は、ディスプレイ２０に近接して配置され、操作者がディスプレイ２０を見ながら操作部２５を通してインタラクティブにＭＲＩ装置の各種処理を制御できるように構成されている。

ＭＲＩ装置の撮像対象核種は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質である水素原子核（プロトン）である。プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を２次元もしくは３次元的に撮像する。

なお、上述の受信コイル１４ｂは、操作者によって、被検体１の撮像対象部位に対向するように、或いは、取り囲むように設置される。

以下、被検体位置合わせ部８１が、寝台３０に搭載された被検体１の撮像対象部位を撮像空間４０の中心（静磁場中心）に自動的に位置合わせする処理について、実施形態１～４により説明する。

＜＜実施形態１＞＞
次に、本発明の実施形態１の被検体位置合わせ部８１の処理について図２のフローを用いて説明する。

（ステップ１０１）
操作部２５を通して、操作者は、被検者情報の入力を実行し、被検者位置合わせ部８１は、入力された被検者情報を受け付ける。被検者情報としては、「撮像対象部位」「体位」「性別」「年齢」は入力必須項目とする。図４に選択可能な種々の撮像対象部位が表示された表示画面例を示す。操作者は、図４の表示画面において、撮像対象部位を選択することにより、撮像対象部位を入力することができる。図４の表示画面には、選択された撮像対象部位に応じて、推奨する受信コイル１４ｂの種類が表示される構成としてもよい。

（ステップ１０２）
操作者は、被検体１の人体基準位置（例えば頚部屈曲部）が図５のように、寝台３０の所定の位置（寝台３０に設けた目印である矢印の位置）に一致するように寝台３０に搭載する。

さらに、操作者は、被検体１の撮像対象部位に、受信コイル１４ｂを設置する。また、受信コイル１４ｂのケーブルを寝台３０に設けられたコネクタに接続することにより、信号増幅器１５と接続する。ここでは、一例として、図６（ａ）に示すように、被検体１のＨＦ（Head Foot）方向（体軸方向）に複数個のコイルが配列されたアレイコイルを受信コイル１４ｂとして用いる。図６の受信コイル１４ｂは、被検体１の幅方向にも複数個のコイルが配列されている。

その後、操作者が寝台移動開始ボタンを押下すると、被検体位置合わせ部８１は、それを受け付け、ステップ１０３に進む。

（ステップ１０３、１０４）
ステップ１０３において、被検体位置合わせ部８１は、ステップ１０１で被検者情報の「身長」が未入力であるかどうか判定し、未入力の場合は、ステップ１０４に進み、ステップ１０１で入力された「性別」、「年齢」の情報に基づいて、性別と年齢と身長との関係を示すテーブルを参照して、身長を推定する。性別と年齢と身長との関係を示すテーブルは、例えば図７に示すように、年齢別身長統計データに基づいて予め作成し、ＲＯＭ２１等に格納したおいたものである。

なお、年齢別・人種別の身長データを用いて、ステップ１０４の身長推定の精度を向上させることも可能である。

ステップ１０３において、被検体位置合わせ部８１は、ステップ１０１で被検者情報の「身長」が入力済みである場合には、そのままステップ１０５に進む。

（ステップ１０５）
ステップ１０５において、被検体位置合わせ部８１は、撮像対象部位と身長から、撮像対象部位を静磁場中心に配置するための寝台移動量を算出する。

まず、被検体位置合わせ部８１は、ステップ１０１で受け付けた撮像対象部位と身長に基づき、図８に示すような予め定められたテーブルを参照する等して、頚部屈曲部から撮像部位までの距離を求める。図８のテーブルは、身長別統計データ等を基に、図５に示すように頚部屈曲部から各撮像部位までの距離を身長ごとに予め定め、テーブルにしたものであり、ＲＯＭ２１等に格納されている。

静磁場中心を原点とした場合、寝台上の撮像対象部位の位置（目的寝台位置）は式（１）のように表現できる。

ただし、TargetTablePositionは目的寝台位置、DefaultTablePositionは、頚椎屈曲部の寝台位置、Shift Positionは、頚椎屈曲部から入力された撮像対象部位までの距離、を表す。

被検体位置合わせ部８１は、求めた頚部屈曲部から撮像部位までの距離と、現在の頚椎屈曲部の寝台位置と、式（１）を用いて、撮像対象部位の位置（目的寝台位置）を算出する。これにより、撮像対象部位の位置（目的寝台位置）を静磁場中心（原点）まで移動させるための寝台移動量を算出することができる。

その後、被検体位置合わせ部８１は、算出した寝台移動量分だけ寝台３０を移動させ、撮像対象部位を静磁場中心に配置する。

（ステップ１０６）
ＲＦパルスの照射可能条件を満たしたこと（例えば、ＭＲＩ装置が配置されたシールドルームの扉が閉じられて一定時間待機後）をＣＰＵ８（被検体位置合わせ部８１）が認識すると、ＣＰＵ８（被検体位置合わせ部８１）は、シーケンサ４を起動し、シーケンサ４の制御により、予め定めた受信コイル１４ｂの位置合わせ用のパルスシーケンスを実行する。

パルスシーケンスおよびパルスシーケンスによりＮＭＲ信号受信後の一連の処理の流れを図９（ａ），（ｂ）に示す。

この位置合わせ用のパルスシーケンスは、図９（ａ）に示すように、被検体１のＨＦ方向（体軸方向）を含むスライス（サジタルまたはコロナル面）を選択してそのスピンを励起し、放出されるＮＭＲ信号を、ＨＦ方向を読み出し方向として受信コイル１４ｂにより受信するシーケンスである。

具体的には、ＨＦ方向（体軸方向）を含むスライスを選択するスライス選択傾斜磁場パルス８０３，８０４を印加しながらＲＦパルス８０１，８０２を照射してスピンを励起し、ＨＦ方向に周波数エンコード傾斜磁場パルス８０５を印加しながら、エコー信号８０６を受信コイル１４ｂであるアレイコイルの個々のエレメントによりそれぞれ受信する（リードアウト方向はＨＦ方向）。

受信系６は、受信コイル１４ｂを構成する個々のエレメントによりそれぞれ受信されたＮＭＲ信号をそれぞれ信号処理系７に送信する。

信号処理系７の被検体位置合わせ部８１は、図９（ｂ）に示すように、個々のアレイコイルが受信したＮＭＲ信号（ｋ空間の信号）をそれぞれ実信号と虚信号に分け、それぞれフーリエ変換を施して、実信号画像と虚信号画像を生成し、両画像を足し合わせることにより絶対値（強度）画像を、アレイコイルのエレメントごとに生成する。

（ステップ１０７）
被検体位置合わせ部８１は、「撮像対象部位」から静磁場中心に配置すべき受信コイル１４ｂのエレメントを特定する。例えば、図６（ａ）の受信コイルの例では、ＨＦ方向の中心エレメントＥＬ５～ＥＬ８のいずれかを、静磁場中心に配置すべきエレメントであるとする。なお、図６（ａ）の受信コイルの例では、被検体の左右方向にもエレメントが並んでいるため、ＨＦ方向（体軸）に最も近い中心エレメントＥＬ６またはＥＬ７をＨＦ方向について静磁場中心に配置すべきエレメントであるとすることが望ましい。ここでは、図１０（ａ）に示すように、ＥＬ６をＨＦ方向（体軸）について静磁場中心に配置する。

なお、受信コイルのＨＦ方向の中心エレメントを定義するために、図６（ｂ）に示すような受信コイルごとに受信コイルの中心位置から各エレメントの相対位置情報を予め定義し、ＲＯＭ２１等に格納しておく。
（ステップ１０８）
ステップ１０８において、被検体位置合わせ部８１は、ステップ１０６で得た受信コイル１４ｂのエレメントごと絶対値（強度）画像の信号強度データから、ＨＦ方向の中心エレメントＥＬ５～ＥＬ８（ここでは、ＥＬ６）の中心位置を算出する。

具体的には、図１０（ｂ－１）、（ｂ－２）に示すようなＺ軸（ＨＦ）方向に並ぶエレメント列（ＥＬ２、ＥＬ６、ＥＬ１０）についてエレメントごとの絶対値（強度）画像の信号強度プロファイルを作成し、このプロファイルからエレメントＥＬ６のＨＦ方向の中心位置を算出する。

このとき、人体のように一様の形状および同一組成ではない被検体１の場合、図１０（ｂ－１）に示すような理想的な信号強度プロファイルにはならず、図１０（ｂ－２）に示すような信号強度プロファイルが得られる。そのため、信号強度プロファイルのピーク位置からエレメントＥＬ６の中心位置を算出することは困難である。そこで、本実施形態では、作成したエレメントごとの絶対値画像の信号強度プロファイルを基に、ＨＦ方向に隣接したエレメント（ＥＬ２とＥＬ６とＥＬ１０）の信号を比較し、エレメント間で信号強度プロファイルの値が等しくなる（すなわちプロファイルが交差する）ＨＦ方向（Ｚ方向）の位置Ｚ１，Ｚ２を図１１（ａ），（ｂ）のように求める。これにより、エレメント間の境界位置（位置Ｚ１，Ｚ２）を検出することができる。

なお、Ｚ軸方向は静磁場と同方向、かつ寝台の長手方向である。

図１１（ａ）のエレメント配置を例とすると、信号強度プロファイルの値が等しくなる位置Ｚは、式（２）のように表現できる。

エレメントＥＬ６の中心位置Correction Positionは、エレメント間の境界位置（位置Ｚ１，Ｚ２）を用いて、式（３）により算出できる。

Ｚ_１，Ｚ_２：境界となったＺ方向の２点の座標位置を示す。

式（３）により得られるエレメントＥＬ６の中心位置は、境界位置である２点（位置Ｚ１，Ｚ２）の座標位置の中心値であり、静磁場中心（Ｚ＝０．０）からの距離を表すので、被検体位置合わせ部８１は、この値を寝台移動量として寝台３０を移動させることにより、受信コイル１４ｂのエレメントＥＬ６の中心をＺ軸方向について静磁場中心に配置することができる。

このように、操作者が撮像対象部位に取り付けた受信コイル１４ｂをＨＦ方向について静磁場中心に配置することができるため、受信コイル１４ｂおよび撮像対象部位を撮像空間４０内に自動で配置できる。よって、撮像対象部位の全体を撮像することができる。

また、本実施形態では、追加的なセンサーを用いることなく、入力された被検者情報を基に人体の基準位置から対象撮像部位までの距離を求め、大凡の寝台移動位置の確定と寝台移動を行う。その後、ＨＦ方向にリードアウトを設定し、スライス選択傾斜磁場、周波数エンコード傾斜磁場を印加して取得したＮＭＲ信号から、Ｚ軸（ＨＦ）方向のエレメント別の絶対値画像の信号強度プロファイルを得る。エレメント間の境界を検出し、境界位置からエレメントの中心位置を求めることができる。エレメントの中心位置を静磁場中心からの距離として取り扱い、算出された中心値を寝台移動量として寝台を移動させ、所望のエレメントを静磁場中心へ配置することが可能である。

なお、被検体位置合わせ部８１は、より高精度に所望のエレメントが静磁場中心に配置されるように、図３に示すように、上述のステップ１０１～１０８により所望の受信コイル１４ｂのエレメントの中心が静磁場中心に配置されるよう寝台３０を移動させた後に、ステップ１０９を実行してもよい。ステップ１０９では、被検体位置合わせ部８１は、所望の受信コイル１４ｂのエレメントの位置が静磁場中心から所定の範囲（例えば、１．５ｃｍ未満の範囲）に配置されているかどうかを判定し、受信コイル１４ｂのエレメントの位置が静磁場中心から所定の範囲内に配置されていれば、被検体の自動位置合わせを完了とし、所定の範囲内に配置されていない場合は、ステップ１０６に戻って、被検体の自動位置合わせを再実施する。

なお、実施形態１においては、頚部屈曲部を人体の基準位置とし、寝台に頚部屈曲部の目安位置を示す目印を備えた寝台を用いて説明したが、他の部位を人体の基準位置とすることももちろん可能である。

実施形態１のＭＲＩ装置の効果としては、以下を挙げることができる。
１．テーブル位置のセッティング作業によるユーザー（装置の操作者）の負担を低減することができる。
２．従来技術のようにレーザーを用いないため、レーザーが目に入るというリスクを回避できる。
３．従来技術においてレーザー位置合わせ時の寝台移動による被検者に与えていた不快感を低減することができる。
４．所望の受信コイルの感度領域を自動で静磁場中心に移動させることができる。
５．付加的なハードウェアが不要であるため、製造原価を抑制することができる。

＜＜実施形態２＞＞
次に、本発明の実施形態２の被検体位置合わせ部８１の処理について図１２のフローを用いて説明する。

実施形態２では、受信コイル１４ｂのエレメント数が１つの場合について説明する。以下、実施形態１と異なる処理のみを説明し、同じ処理の説明は省略する。
（ステップ２０１～２０５）
実施形態１のステップ１０１～１０５と同一であるため、説明を省略する。

（ステップ２０６）
ＲＦパルスの照射可能条件を満たしたこと（例えば、シールドルームの扉が閉じられて一定時間待機後）をＣＰＵ８（被検体位置合わせ部８１）が認識すると、ＣＰＵ８（被検体位置合わせ部８１）は、シーケンサ４を起動し、シーケンサ４の制御により、予め定めた受信コイル１４ｂの位置合わせ用のパルスシーケンスを実行する。

このパルスシーケンスは、実施形態１の図９（ａ）のパルスシーケンスと同様であるが、シーケンサ４は、スライス選択傾斜磁場８０３、８０４は印加せず、周波数エンコード傾斜磁場８０５を印加しながらエコー信号８０６を受信コイル１４ｂの一つのエレメントにより受信する（リードアウト方向はＨＦ方向）。

エコー信号の受信後の処理は、実施形態１のステップ１０６と同様であり、受信コイル１４ｂを構成する一つのエレメントについての絶対値画像を生成する。

（ステップ２０７）
「被検体位置合わせ部８１は、「撮像対象部位」から静磁場中心に配置するエレメントを特定する。例えば、図４に示すように撮像部位に応じて推奨受信コイルを操作者に提示し、提示した推奨受信コイルのエレメントが静磁場中心に配置されるよう設定する。

（ステップ２０８）
被検体位置合わせ部８１は、ステップ２０６で生成した受信コイル１４ｂの一つのエレメントの絶対値画像から、Ｚ軸（ＨＦ）方向についての絶対値画像の信号強度プロファイルを図１３のように作成する（ここでのＺ軸方向は静磁場と同方向、かつ寝台の長手方向である）。

つぎに、被検体位置合わせ部８１は、作成したエレメントの信号強度プロファイルに基づいて、Ｚ方向の重心Ｚ_Ｇを図１４のように算出する。図１３および図１４のエレメント配置を例とすると、重心Ｚ_Ｇは、式（４）により算出することができる。

静磁場中心位置をＺ＝０．０とした場合、重心Ｚ_Ｇの座標位置は、静磁場中心からの距離を表すので、被検体位置合わせ部８１は、算出された重心Ｚ_Ｇの座標を寝台移動量として、寝台３０を移動させることにより、エレメントの重心Ｚ_Ｇを静磁場中心へ配置することができる。

実施形態２により、エレメントが一つのみの受信コイル１４ｂであっても、エレメントの重心を自動で静磁場中心に配置することができる。

＜＜実施形態３＞＞
次に、実施形態３の被検体位置合わせ部８１の処理について図１５のフローを用いて説明する。

実施形態３の処理は、実施形態１と同様の処理であるが、寝台３０をＸ方向（短手方向＝被検体のＲＬ（体幅）方向）に移動させる点が異なっている。以下、実施形態１と異なる処理のみ説明し、同じ処理の説明は省略する。

また、寝台３０をＸ方向に移動可能な構造のＭＲＩ装置は、一般的に垂直磁場のＭＲＩ装置に限定される。

（ステップ３０１～３０５）
実施形態１のステップ１０１～１０５と同一であるため、説明を省略する。

（ステップ３０６）
ＲＦパルスの照射可能条件を満たしたこと（例えば、シールドルームの扉が閉じられて一定時間待機後）をＣＰＵ８（被検体位置合わせ部８１）が認識すると、ＣＰＵ８（被検体位置合わせ部８１）は、シーケンサ４を起動し、シーケンサ４の制御により、予め定めた受信コイル１４ｂの位置合わせ用のパルスシーケンスを実行する。このパルスシーケンスは、実施形態１の図９（ａ）のパルスシーケンスと同様であるが、スライスは、被検体１のＲＬ方向に沿って設定され、リードアウト方向もＲＬ方向である点が実施形態１とは異なる。すなわち、被検体１のＲＬ方向に沿ったスライスを選択するスライス選択傾斜磁場８０３，８０４を印加しながら、ＲＦパルス８０１，８０２を照射し、周波数エンコード傾斜磁場８０５を印加しながら、エコー信号８０６を受信コイル１４ｂにより受信する（リードアウト方向はＲＬ方向）。

エコー信号の受信後の処理は、実施形態１のステップ１０６と同様であり、受信コイル１４ｂを構成する複数のエレメントについてそれぞれ絶対値画像を生成する。

（ステップ３０７）
被検体位置合わせ部８１は、「撮像部位」から静磁場中心に配置すべきエレメントを特定する。例えば、図４に示すように撮像部位に応じて推奨受信コイルを操作者に提示し、提示した推奨受信コイルのＲＬ方向の中心エレメントＥＬ６（またはＥＬ７）が静磁場中心に配置されるよう設定する。

（ステップ３０８）
被検体位置合わせ部８１は、ステップ３０６で生成した受信コイル１４ｂの複数のエレメントの絶対値画像から、Ｘ軸（ＲＬ）方向についての絶対値画像の信号強度プロファイルを図１６のようにＸ軸（ＲＬ）方向に並んだ複数のエレメントＥＬ５～ＥＬ８について作成する（ここでのＸ軸方向は静磁場と垂直方向、かつ寝台の短手方向である）。

作成したエレメントＥＬ５～ＥＬ８ごとの信号強度プロファイルを基に、ＲＬ方向に隣接したエレメントＥＬ５～ＥＬ８の信号強度を比較し、エレメント間で信号値が等しくなるＸ方向の位置を求め、エレメント間の境界Ｘ１、Ｘ２を検出する。

図１７のエレメント配置を例にすると、エレメント間で信号値が等しくなるＸ方向の位置は、式（５）により求めることができる。

エレメントＥＬ６の中心位置Correction Positionは、エレメント間の境界位置（位置Ｘ１，Ｘ２）を用いて、式（６）により算出できる。

Ｘ_１，Ｘ_２：境界となったＸ方向の２点の座標位置を示す。

式（６）により得られるエレメントＥＬ６の中心位置は、境界位置である２点（位置Ｘ_１，Ｘ_２）の座標位置の中心値であり、静磁場中心（Ｘ＝０．０）からの距離を表すので、被検体位置合わせ部８１は、この値を寝台移動量として寝台３０を移動させることにより、図１７のように、受信コイル１４ｂの中心のエレメントEL６をＸ軸方向について静磁場中心に配置することができる。

上述した実施形態３は、Ｘ（ＲＬ）方向について、受信コイル１４ｂの中心のエレメントを静磁場中心に配置する処理であるので、実施形態１、２のＺ（ＨＦ）方向について、受信コイル１４ｂの中心のエレメントを静磁場中心に配置する処理と組み合わせることにより、受信コイル１４のＸ（ＲＬ）方向とＺ（ＨＦ）方向の中心を静磁場中心と一致させることができる。

例えば、実施形態１、２の処理を行って、Ｚ方向の寝台移動量の算出およびＺ方向への寝台移動を実行後に、実施形態３によるＸ方向の寝台移動量の算出およびＸ方向への寝台移動実行を行うことにより、被検体の撮像対象部位に設置された受信コイルの中心を、静磁場中心に位置合わせする寝台制御が可能である。

なお、Ｘ方向への寝台移動後にＺ方向への寝台移動を実行する順序でも寝台制御を行うことももちろん可能である。

さらにコロナル面で励起することでＺ方向、Ｘ方向の寝台移動量を同時に算出することができ、Ｚ方向、Ｘ方向の寝台移動を同時に制御するような効率的な移動も可能である。

また、実施形態１、２、３に共通するが、撮像部位や体位に応じて励起するスライス断面、スライス厚を最適化してもよい。例えば、四肢などの末端の撮像部位においては、対象物が撮像空間４０内に含まれない場合も発生し得るため、スライス選択傾斜磁場を印加せずに全励起してＮＭＲ信号を取得してもよい。

＜＜実施形態４＞＞
次に、実施形態４について図１８、図１９を用いて説明する。実施形態１、実施形態２及び実施形態３は、それぞれステップ１０１～１０５、ステップ２０１～２０５、ステップ３０１～３０５において、撮像対象部位と身長に基づいて、予め定めたテーブル等を参照して予め定めた寝台移動量（プリセット量）により、寝台を移動させる処理を行う構成であったが、実施形態４では、これらの処理を行わない。実施形態４では、寝台３０を一定速度でＨＦ方向に移動させ、一定間隔でＮＭＲ信号を取得して、所望の受信コイルエレメントを静磁場中心へと移動させる。以下、図１８のフローを用いて具体的に説明する。

（ステップ４０１）
操作部２５を通して、操作者は、被検者情報の入力が実行し、被検者位置合わせ部８１は、入力された被検者情報を受け付ける。被検者情報としては、「撮像部位」は入力必須項目とする。図４に選択可能な種々の撮像対象部位が表示された表示画面例を示す。

（ステップ４０２）
被検体位置合わせ部８１は、「撮像対象部位」から静磁場中心に配置すべき受信コイル１４ｂのエレメントを特定する。例えば、図６（ａ）の受信コイルの例では、ＨＦ方向の中心エレメントＥＬ５～ＥＬ８のいずれか（例えばＥＬ６）を、静磁場中心に配置すべきエレメントであるとする。

（ステップ４０３）
操作者は、被検体１を寝台に横たわらせ、被検体１の撮像対象部位に、受信コイル１４ｂを設置する。また、受信コイル１４ｂのケーブルを寝台３０に設けられたコネクタに接続することにより、信号増幅器１５と接続する。

操作者が寝台移動開始ボタンを押下すると、被検体位置合わせ部８１は、シーケンサ４を起動し、シーケンサ４の制御により、寝台３０をＭＲＩ装置内へ向かって移動開始させる。移動速度は、一定速度（例えば、ｖ［ｍｍ／ｓ］と置く）し、連続的に移動させる（図１９参照）。

（ステップ４０４）
被検体位置合わせ部８１は、寝台３０が一定速度で移動している最中に、実施形態１のステップ１０６と同様に、パルスシーケンスを実行し、受信コイル１４ｂは、全てのエレメントによりＮＭＲ信号（エコー信号）を受信する。被検体位置合わせ部８１は、受信コイル１４ｂのエレメントごとに、絶対値画像を生成し、図１０（ｂ－２）のような絶対値画像の信号強度プロファイルを生成する。

（ステップ４０５、４０６）
被検体位置合わせ部８１は、実施形態１のステップ１０８の前半を実行し、信号強度プロファイルの境界値Ｚ_１，Ｚ_２から受信コイル１４ｂのエレメントの位置を検出する（ステップ４０５）。ステップ４０５において、受信コイル１４ｂのエレメントの位置を検出可能であったか判定し、検出可能であった場合には、ステップ４０７に進む。エレメント位置の検出可否の判断は、例えばエレメント位置の算出に用いる境界値Ｚ_１，Ｚ_２となった２点の座標の信号強度を、予め定めた閾値と比較し、閾値を超えていた場合に、検出可能と判断することができる。

検出不能であった場合は、被検体位置合わせ部８１は、ステップ４０４に戻り再びパルスシーケンスを実行する。

（ステップ４０７）
被検体位置合わせ部８１は、寝台３０の移動を停止させ、ステップ４０５において検出した受信コイル１４ｂのエレメントEL６の位置から、静磁場中心までの距離を算出する。このとき、ステップ４０４でパルスシーケンスを実行している間も、実行後も連続的に寝台が移動していたことを考慮して、現時点のエレメントの位置から、静磁場中心までの距離を算出する。具体的には、図９（ａ）のパルスシーケンスにおいてＲＦパルス８０１の照射タイミングを例えば時刻０［ｓ］とし、受信コイル１４ｂがＮＭＲ信号を受信して、被検体位置合わせ部８１がエレメント位置の解析を実行するまでの経過時刻をｔ［ｓ］と置くと、経過時間ｔ［ｓ］の間に寝台３０がｖｔ［ｍｍ］移動している（図１９参照）。ステップ４０５で検出されたエレメントの位置（境界値Ｚ_１，Ｚ_２の中心値）は、時刻０［ｓ］における位置であるので、経過時間ｔ［ｓ］の間の寝台移動量ｖｔ［ｍｍ］を考慮して、受信コイル１４ｂのエレメントEL６を静磁場中心に一致させるための寝台移動量(実補正移動量）Correction Positionは、式（７）により算出できる（図１９）。

被検体位置合わせ部８１は、式（７）により得られた寝台移動量(実補正移動量）Correction Positionだけ寝台３０を移動させることにより、受信コイル１４ｂのエレメントEL６の中心をＺ軸方向について静磁場中心に配置することができる。

また、本実施形態４では、実施形態１等のステップ１０１～１０５の処理により、予め定めたテーブル等を参照して予め定めた寝台移動量（プリセット量）により、寝台を移動させる処理を行わない構成であるため、予めテーブル等を用意する必要がなく、操作者は身長を入力する必要がないという利点がある。

また、パルスシーケンスを実行している最中も、寝台３０を静磁場中心へ向かって移動させ続けているため、ステップ４０７において寝台を移動させる量が少なく、素早く被検体を静磁場中心に配置できる。

以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は実施形態の構成や処理に限定
されるものではない。

１：被検体、２：静磁場発生系、３：傾斜磁場発生系、４：シーケンサ、５：送信系、６：受信系、７：信号処理系、８：中央処理装置（ＣＰＵ）、９：傾斜磁場コイル、１０：傾斜磁場電源、１１：高周波発信器、１２：変調器、１３：高周波増幅器、１４ａ：高周波コイル（送信コイル）、１４ｂ：高周波コイル（受信コイル）、１５：信号増幅器、１６：直交位相検波器、１７：Ａ／Ｄ変換器、１８：磁気ディスク、１９：光ディスク、２０：ディスプレイ、２１：ＲＯＭ、２２：ＲＡＭ、２３：トラックボール又はマウス、２４：キーボード、８１：位置合わせ部、８２：画像再構成部

Claims

撮像空間に静磁場を発生させる静磁場発生部と、前記静磁場へ重畳させて傾斜磁場を印加する傾斜磁場発生部と、前記撮像空間に配置された被検体へ高周波磁場を照射する送信コイルと、被検体から放出される核磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、前記被検体を搭載し前記撮像空間まで移動させる寝台と、前記寝台の移動を制御して、前記被検体の撮像対象部位を前記撮像空間に位置合わせして配置する被検体位置合わせ部と、を有し、
前記受信コイルは、複数のエレメントが少なくとも所定の方向に配列された構成であり、
前記被検体位置合わせ部は、
所定のパルスシーケンスにしたがって、前記撮像空間の前記被検体に高周波磁場を照射し、前記被検体の撮像対象部位に配置された状態の前記受信コイルの前記エレメントによって、前記被検体から放出される前記核磁気共鳴信号を所定の方向に前記傾斜磁場を印加しながら受信させ、
前記エレメントが受信した前記核磁気共鳴信号をフーリエ変換して前記エレメントごとに絶対値画像を再構成し、前記エレメントごとの前記絶対値画像の信号強度のプロファイルを算出し、
前記エレメントごとの前記信号強度のプロファイルが前記所定の方向において交差する位置から、前記複数のエレメントのうち特定のエレメントの位置を算出し、
前記受信コイルの位置として、前記特定のエレメントの位置を用いて、前記受信コイルを前記撮像空間に一致させるように前記寝台を移動させることにより、前記撮像対象部位を前記撮像空間に位置合わせすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記特定のエレメントの前記プロファイルと、前記所定の方向について前記特定のエレメントと両隣のエレメントのそれぞれの前記プロファイルとが交差する２つの位置の間の点を前記特定のエレメントの位置として算出することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記被検体位置合わせ部は、前記所定の方向に対して交差する方向についても、前記プロファイルを算出し、前記所定の方向に交差する方向についても、前記受信コイルの位置を算出し、前記受信コイルの位置を前記撮像空間に一致させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記被検体位置合わせ部は、前記受信コイルの位置を求める前に、前記被検体の身長および／または操作者が入力した撮像対象部位を用いて、前記撮像対象部位を前記撮像空間まで移動させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記被検体位置合わせ部は、前記寝台を連続的に前記撮像空間に向かって移動させながら、前記パルスシーケンスを実行させることにより前記受信コイルの位置を算出することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記被検体位置合わせ部は、前記パルスシーケンスを実行している間および／または前記受信コイルの位置を算出している間の前記寝台の移動量を差し引いて、前記受信コイルの位置を前記撮像空間に一致させるための前記寝台の移動量を算出することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
被検体位置合わせ部が、被検体の撮像対象部位に配置された状態の受信コイルが受信した核磁気共鳴信号を受け取って、前記受信コイルの位置を算出し、前記受信コイルの位置を磁気共鳴イメージング装置の撮像空間に一致させるように前記被検体を搭載した寝台を移動させることにより、前記撮像対象部位を前記撮像空間に位置合わせする被検体位置合わせ部を備えた磁気共鳴イメージング装置の被検体位置合わせ方法であって、
前記受信コイルは、複数のエレメントが少なくとも所定の方向に配列された構成であり、
前記受信コイルの前記エレメントが受信した前記核磁気共鳴信号は、所定のパルスシーケンスにしたがって、前記撮像空間の前記被検体に高周波磁場が照射されることによって前記被検体から放出された核磁気共鳴信号を所定の方向について傾斜磁場を印加しながら受信したものであり、
被検体位置合わせ部は、
前記エレメントが受信した前記核磁気共鳴信号をフーリエ変換して前記エレメントごとに絶対値画像を再構成し、前記エレメントごとの前記絶対値画像の信号強度のプロファイルを算出し、
前記エレメントごとの前記信号強度のプロファイルが前記所定の方向において交差する位置から、前記複数のエレメントのうち特定のエレメントの位置を算出し、
前記受信コイルの位置として、前記特定のエレメントの位置を用いて、前記受信コイルを前記撮像空間に一致させるように前記寝台を移動させることにより、前記撮像対象部位を前記撮像空間に位置合わせする
ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の被検体位置合わせ方法。