JPWO2010035569A1

JPWO2010035569A1 - 磁気共鳴イメージング装置

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Publication number: JPWO2010035569A1
Application number: JP2010530775A
Authority: JP
Inventors: 陽谷口; 尾藤　良孝; 良孝尾藤; 昇一宮脇; 竹内　博幸; 博幸竹内; 俊横沢
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2012-02-23
Anticipated expiration: 2029-07-22
Also published as: WO2010035569A1; JP5138043B2; US8587310B2; US20110112393A1

Abstract

拡散強調撮影において、拡散強調傾斜磁場パルスの印加に伴う渦電流と振動とによって発生する時間的に変動する不良磁場によるｋ空間データのひずみ量と位相オフセット量を精度よく補正し、画質を向上させる。ｋ空間データのひずみを補正するための特性データを、ＭＰＧパルス印加の有無によるプロジェクションのピークシフトとしてスライス方向の位置毎に算出する。特性データとして、スライス面のリードアウト方向および位相エンコード方向それぞれのひずみ量および位相オフセットを算出する。

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング技術に関する。特に、拡散強調撮影における渦電流や振動に起因する磁場変動の影響を補正する技術に関する。

磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置は、静磁場に置かれた被検体に高周波磁場、傾斜磁場を印加し、核磁気共鳴により被検体から発生する信号を計測し、画像化する医用画像診断装置である。

急性期の脳梗塞や腫瘍を高信号に強調した画像を撮影可能な方法として水分子の拡散を強調して撮影する拡散強調撮影がある。急性期の脳梗塞は細胞浮腫の状態にあるため拡散が抑制される。また、腫瘍は細胞が密になっているため同じく拡散が抑制される。このため、拡散強調撮影では、これらの部位は、拡散係数が他の組織に比べて小さくなり、信号が高く計測される。

拡散強調画像の代表的な撮影法としては拡散強調エコープラナー法がある。この方法は、１ショットで撮影できるエコープラナー法に、拡散を強調するための傾斜磁場パルスであるＭＰＧ（ｍｏｔｉｏｎｐｒｏｂｉｎｇｇｒａｄｉｅｎｔ：拡散強調傾斜磁場）パルスを追加した超高速撮影法である。ＭＰＧパルスは、一般に強度が大きく印加時間も比較的長いため、これによって発生する渦電流や振動に起因する磁場変動が画質を劣化させる。

ＭＰＧを印加した場合に発生する渦電流をスライス方向の傾斜磁場成分として測定し、本撮影時には、その成分をキャンセルするように傾斜磁場を印加することにより、渦電流の影響を抑制する手法がある（例えば、非特許文献１参照）。

ここでは、拡散強調エコープラナー法のパルスシーケンスを用いて、リードアウト用の傾斜磁場パルスと位相エンコード用の傾斜磁場パルスの強度をゼロにして信号を計測する。この計測を、所定のスライス方向の複数のスライスの位置において行い、各スライス位置におけるＭＰＧによる磁場の時間変動を測定する。そして、この磁場変動をスライス方向に一次関数でフィッティングし、静磁場の時間変動とスライス方向の傾斜磁場の時間変動とを求める。得られた一次関数の定数項がＭＰＧによって発生する静磁場成分であり、一次の項がスライス方向の傾斜磁場成分である。拡散強調画像を撮影する際に、この静磁場成分と傾斜磁場成分をキャンセルするように静磁場と当該スライス方向の傾斜磁場を印加し、ＭＰＧによって発生する渦電流を抑制する。

また、撮影時にキャンセルするよう傾斜磁場を印加するのではなく、上記手法で得られたＭＰＧにより発生する渦電流による磁場の時間変動を用いて、後処理でアーチファクトを抑制する方法がある（例えば、非特許文献２参照）。ここでは、上述のようにして測定された静磁場成分と傾斜磁場成分からｋ空間データの位相のずれ（位相オフセット）とひずみを算出し、位相オフセット補正とグリッディングにより画像を補正し、ＭＰＧによる渦電流の影響を除去する。

ＰａｐａｄａｋｉｓＮＧ，ＧｒａｄｉｅｎｔＰｒｅｅｍｐｈａｓｉｓＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎｉｎＤｉｆｆｕｓｉｏｎ−ＷｅｉｇｈｔｅｄＥｃｈｏ−ＰｌａｎａｒＩｍａｇｉｎｇ，Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．ｉｎＭｅｄ．２０００；４４：６１６−６２４．ＳｍｐｏｎｉａｓＴ，ｋ−ｓｐａｃｅＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎｏｆＥｄｄｙＣｕｒｒｅｎｔ−ＩｎｄｕｃｅｄＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎｓｉｎＤＷＥＰＩ，Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔｌ．Ｓｏｃ．Ｍａｇ．Ｒｅｓｏｎ．Ｍｅｄ．２００４；１１：２１８７．

上述の方法では、渦電流の測定時にリードアウト用傾斜磁場パルスと位相エンコード用傾斜磁場パルスの強度をゼロとしているため、スライス面内に分布する磁場変動は、積分されているため測定することができない。例えば、渦電流測定時のスライス方向がｘ方向の場合は、ｙ方向やｚ方向の磁場変動は測定できない。このため、得られるｘ方向の傾斜磁場成分の補正値は、ｙあるいはｚには依存しない定数となる。従って、例えばスライス方向がｚ方向の拡散強調画像を撮影する場合、スライス面内のｘ方向の渦電流の補正には、スライス位置ｚによらず同じ補正値を使用することになる。しかし、渦電流は、一般に空間的に一様ではないため、スライス位置ｚによって最適な補正値も異なる。従って、上記方法では、適切な補正値が得られず、精度のよい補正ができない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、拡散強調撮影において、拡散強調傾斜磁場パルスの印加に伴う渦電流と振動とによって発生する時間的に変動する不良磁場によるｋ空間データのひずみを精度よく補正し、画質を向上させる技術を提供する。

本発明は、ｋ空間データのひずみを補正するための特性データを、ＭＰＧパルス印加の有無によるエコーのピークシフトからスライス方向の位置毎に算出する。特性データとして、スライス面のリードアウト方向および位相エンコード方向それぞれのひずみ量および位相オフセットを算出する。そして、画像再構成時に算出した特性データを用いてｋ空間上のデータを補正する。

具体的には、静磁場の中に置かれた被検体に高周波磁場および傾斜磁場を印加して、前記被検体から発生する磁気共鳴信号を検出する撮影手段と、前記撮影手段で検出した磁気共鳴信号を処理する演算手段と、前記撮影手段および前記演算手段を制御する制御手段とを備える磁気共鳴イメージング装置であって、前記撮影手段は拡散強調傾斜磁場パルスの印加を含むパルスシーケンスに従って磁気共鳴信号を検出する拡散強調撮影実行手段と、前記拡散強調傾斜磁場パルスによるｋ空間データのひずみ量をスライス方向の任意の位置において検出するためのリファレンスデータを取得するリファレンスデータ取得手段と、を備え、前記演算手段は、前記リファレンスデータから前記スライス方向の任意の位置のリードアウト方向および位相エンコード方向それぞれのひずみ量と位相オフセット量とを前記ｋ空間データのひずみ量の特性データとして算出する特性データ算出手段と、前記特性データを用いて、前記拡散強調撮影実行手段で得られた磁気共鳴信号により構成されたｋ空間データを補正する補正手段と、前記補正手段による補正後のデータから画像を再構成する画像再構成手段と、を備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置を提供する。

本発明によれば、拡散強調撮影において、拡散強調傾斜磁場パルスの印加に伴う渦電流と振動とによって発生する時間的に変動する不良磁場によるｋ空間データのひずみを精度よく補正でき、画質が向上する。

本発明の実施形態のＭＲＩ装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の実施形態におけるＤＷＥＰＩのシーケンス図であり、（ａ）は、標準的なＭＰＧパルスを用いるもの、（ｂ）は、バイポーラタイプのＭＰＧパルスを用いるものである。本発明の実施形態におけるｋ空間を説明するための図であり、（ａ）は、一般のエコープラナー法によるもの、（ｂ）は、ＤＷＥＰＩによるものを示す。本発明の実施形態におけるリファレンスデータの一例を示す図であり、（ａ）はＭＰＧパルスを印加しない場合のもの、（ｂ）はＭＰＧパルス印加時のものである。本発明の実施形態における特性データ算出処理を説明するための図である。本発明の実施形態における撮影時の処理フローである。本発明の実施形態の特性データを示す図であり、（ａ）はｄｋｒ、（ｂ）はｄｋｐ、（ｃ）はｐ_０をそれぞれ示す。本発明の実施形態による補正の効果を説明するための図であり、（ａ）は補正前の画像、（ｂ）は補正後の画像、（ｃ）はＭＰＧパルスを印加しない場合の画像である。本発明の実施形態による補正の効果を説明するための図であり、（ａ）は従来法による補正結果、（ｂ）は、本実施形態の手法による補正結果を示す。

＜＜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説明する。以下、本発明の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し、その繰り返しの説明は省略する。

まず、本実施形態のＭＲＩ装置について説明する。図１は、本実施形態のＭＲＩ装置１００の概略構成を示すブロック図である。ＭＲＩ装置１００は、静磁場を発生するマグネット１０１と、傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル１０２と、シーケンサ１０４と、傾斜磁場電源１０５と、高周波磁場発生器１０６と、高周波磁場を照射するとともに核磁気共鳴信号を検出するプローブ１０７と、受信器１０８と、計算機１０９と、ディスプレイ１１０と、記憶媒体１１１とを備える。被検体（例えば、生体）１０３はマグネット１０１の発生する静磁場空間内の寝台（テーブル）に載置される。また、シーケンサ１０４は、傾斜磁場電源１０５と高周波磁場発生器１０６に命令を送り、それぞれ傾斜磁場および高周波磁場を発生させる。高周波磁場は、プローブ１０７を通じて被検体１０３に印加される。被検体１０３から発生した核磁気共鳴信号はプローブ１０７によって受波され、受信器１０８で検波が行われる。検波の基準とする核磁気共鳴周波数（検波基準周波数ｆ０）は、シーケンサ１０４によりセットされる。検波された信号は、計算機１０９に送られ、ここで画像再構成などの信号処理が行われる。その結果は、ディスプレイ１１０に表示される。必要に応じて、記憶媒体１１１に検波された信号や測定条件を記憶させることもできる。

本実施形態のＭＲＩ装置１００では、拡散強調傾斜磁場パルスを含む傾斜磁場として、後述するシーケンサ１０４からの命令に従って傾斜磁場電源１０５がｘ、ｙ、ｚの３軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル１０２を駆動することにより、ｘ、ｙ、ｚの３軸方向の傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚが生成され、印加される。より具体的には、ｘ、ｙ、ｚのいずれかの１方向にスライス傾斜磁場パルス（Ｇｓ）を印加して被検体１０３に対するスライス面（位置）を設定し、残り二つの方向に位相エンコード傾斜磁場パルス（Ｇｐ）とリードアウト傾斜磁場パルス（Ｇｒ）とを印加して、核磁気共鳴信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。

シーケンサ１０４は、通常、予めプログラムされたタイミング、強度で各装置が動作するように制御を行う。プログラムのうち、特に、高周波磁場、傾斜磁場、信号受信のタイミングや強度を記述したものはパルスシーケンスと呼ばれる。本実施形態のＭＲＩ装置１００では、拡散強調画像を撮影する。このため、パルスシーケンスとして、ＭＰＧパルスを含む、ＤＷＥＰＩ（ＤｉｆｆｕｓｉｏｎＷｅｉｇｈｔｅｄＥｃｈｏＰｌａｎａｒＩｍａｇｉｎｇ）を備える。

また、本実施形態の計算機１０９は、ＤＷＥＰＩシーケンスに従って核磁気共鳴信号（エコー）を計測することをシーケンサ１０４に指示し、計測されたエコーをｋ空間に配置する拡散強調計測部と、ｋ空間に配置されたエコーから画像を再構成する画像再構成部と、ｋ空間に配置されたエコーからＭＰＧパルスによる渦電流と振動とに起因する磁場変動（以後、不良磁場と呼ぶ。）による影響を取り除く補正を行う補正処理部を備える。さらに、補正に用いる特性データを算出する基礎となるリファレンスデータを取得するための計測（リファレンス計測）を本撮影に先立ってシーケンサ１０４を通じて行うリファレンスデータ取得部と、リファレンスデータ取得部が取得したリファレンスデータから上記補正処理部が補正に用いる特性データを算出する特性データ算出部とを備える。これらの各機能は、記憶媒体１１１に格納されたプログラムを、計算機１０９のＣＰＵがメモリにロードして実行することにより実現される。

まず、本実施形態のＭＲＩ装置１００で、拡散強調計測部が拡散強調撮影（本撮影）を行う際に用いる、ＤＷＥＰＩ法を実現するパルスシーケンス（以下、ＤＷＥＰＩシーケンスと呼ぶ。）について説明する。図２（ａ）および（ｂ）は、ＤＷＥＰＩシーケンスのシーケンス図である。本図において、ＲＦ、Ｇｓ、Ｇｐ、Ｇｒはそれぞれ、高周波磁場、スライス傾斜磁場、位相エンコード傾斜磁場、リードアウト傾斜磁場の軸を表す。以下、本実施形態では、一例として、上記スライス傾斜磁場パルスＧｓを印加してスライス位置を決定するスライス方向をｚ方向、リードアウト傾斜磁場パルスＧｒを印加するリードアウト方向をｘ方向、位相エンコード傾斜磁場パルスＧｐを印加する位相エンコード方向をｙ方向とする場合を例にあげて説明する。

図２（ａ）および（ｂ）に示すように、ＤＷＥＰＩでは、まず、ｚ方向のスライス方向傾斜磁場パルス２０１の印加とともにプロトン共鳴周波数ｆｈの高周波磁場（ＲＦ）パルス２０２を照射し、対象物体内の、所定のスライスのプロトンを励起する。そして、スライスリフェーズ傾斜磁場パルス２０３と磁化に位相エンコード方向（ｙ方向）の位置情報を付加するためのディフェーズ用位相エンコード傾斜磁場パルス２０４を印加した後、１８０度パルス２０８を照射し、リードアウト方向（ｘ方向）の位置情報を付加するためにディフェーズ用リードアウト傾斜磁場２０５と正負交互のリードアウト傾斜磁場パルス２０６を印加しながら複数の磁気共鳴信号（エコー）２０７を計測する。このとき、位相エンコード方向（ｙ方向）の位置情報を付加するために、エコー２０７を計測する毎にブリップ状の傾斜磁場２１０を印加する。

ＭＰＧパルス２１１、２１２は１８０度パルス２０８の前後に印加される。ここでは、一例としてリードアウト方向（ｘ方向）に印加する場合を示す。ＭＰＧパルスの印加は、スライス方向、リードアウト方向、位相エンコード方向のいずれであってもよい。十分な拡散強調を行うためには、強度が大きく印加時間の長いＭＰＧパルスが必要である。このため、拡散強調撮影を行う場合、ＭＰＧパルスにより発生する渦電流や、ＭＰＧパルスの印加に伴う振動を無視できない。なお、ＭＰＧパルスの形状には、図２（ａ）に示す、正負いずれか一方向のみに印加する標準的なＭＰＧパルス２１１、図２（ｂ）に示す、バイポーラタイプのＭＰＧパルス２１２があり、いずれであってもよい。バイポーラタイプのＭＰＧパルス２１２は正負のパルスを組み合わせるものであるため、標準的なＭＰＧパルス２１１よりは渦電流の発生を抑制することが可能である。ただし、完全に抑制することはできない。なお、本実施形態では、渦電流による影響を実際の計測結果を用いて補正するため、ＭＰＧパルスの形状には依存しない。従って、ＤＷＥＰＩシーケンスに用いるＭＰＧパルスは、ＭＰＧパルス２１１およびＭＰＧパルス２１２のいずれの形状であってもよい。以下、本実施形態では、ＭＰＧパルス２１１を用いる場合を例にあげて説明する。

なお、一般にエコープラナー法により計測されたエコーは、図３（ａ）に示すようにｋ空間上のリードアウト方向（ｋｒ）に沿って配置される。ここでは、一例として、各エコーの位相エンコード量が−８から６３（エコー数が７２個）、リードアウト方向のサンプリング点数が１２８である場合を示す。エコープラナー法を用いるため、位相エンコード方向（ｋｐ）のエコー数を抑えている。画像再構成部は、ハーフフーリエ法を用い、位相エンコード方向のデータを計算により充填し、１２８×１２８画素の画像を再構成する。

上述のように、ＤＷＥＰＩシーケンスを実行すると、ＭＰＧパルス印加に伴う渦電流と振動とによって時間的に変動する不良磁場が発生する。不良磁場の空間的な主成分は線形成分であるため、不良磁場によって図３（ｂ）に示すようにｋ空間データにひずみが生じる。従って、このまま通常の画像再構成処理を施すと、得られる画像にアーチファクト（ひずみとぶれ）が発生する。

そこで、本実施形態では、リファレンスデータ取得部により本撮影に先立ちリファレンス計測を行ってリファレンスデータを取得し、特性データ算出部によりｋ空間データにひずみを発生させる要因となる不良磁場の特性データをリファレンスデータから算出する。その後、本撮影を行い、補正処理部により、本撮影で得られたｋ空間データのひずみを特性データを用いて取り除く。ここで、特性データとは、ＭＰＧパルスの単位傾斜磁場強度当たりのｋ空間データのひずみ量（リードアウト方向のひずみ量：ｄｋｒ，位相エンコード方向のひずみ量：ｄｋｐ）および位相オフセット量（ｐ_０）である。以下、各処理部による処理の詳細について説明する。

まず、リファレンスデータ取得部によるリファレンスデータ取得処理について説明する。リファレンスデータ取得処理では、基本的に本撮影と同じ撮影パラメータを用いて本撮影と同じＤＷＥＰＩシーケンスをリファレンス計測として実行し、特性データを算出するためのリファレンスデータを取得する。一般に振動や渦電流による不良磁場は空間的に一様ではなく、特性データは、スライスの方向や位置に依存する。このため、スライス方向毎に複数のスライス位置の特性データが必要である。本撮影で取得したｋ空間データを補正するためには、少なくとも、本撮影のスライス方向と同一のスライス方向の特性データが必要である。本実施形態では、リファレンス計測のスライス方向を、本撮影のスライス方向と同一方向に設定し、複数のスライス位置で撮影を実行し、得られたリファレンスデータから、本撮影のスライス方向と同一方向の特性データを算出する場合を例にあげて説明する。ここでは、一例として、本撮影のスライス方向をｚ方向として以下説明する。

特性データのうち、リードアウト方向のひずみ量ｄｋｒは、図２（ａ）に示すＤＷＥＰＩシーケンスにおいて、位相エンコード方向の傾斜磁場パルス（２０４および２１０）を全てゼロにして計測したエコー（第一のリファレンスデータ）の、ＭＰＧパルスの有無によるピーク位置の変化(ピークシフト）として観測できる。図４にＤＷＥＰＩシーケンスにおいて、位相エンコード方向の傾斜磁場パルスを全てゼロにして得た第一のリファレンスデータの例を示す。図４（ａ）は、ＭＰＧパルスを印加しない場合の例であり、図４（ｂ）は、ＭＰＧパルスをｘ、ｙ、ｚのいずれか１軸方向に印加した場合の例である。本図に示すように、ＭＰＧパルスを印加しない場合は、エコーピーク位置２８１（輝度の高い部分）がエコー番号によらずリードアウト方向（ｋｒ方向）の中心（原点）に位置している。しかし、ＭＰＧパルス２１１を印加した場合は、エコーピーク位置２８１’は、後半のエコーほどリードアウト方向（ｋｒ方向）にシフトする。このように、ＭＰＧパルス２１１によって発生する渦電流によるｋ空間データのひずみは、エコーピーク位置２８１のシフトとして現れる。従って、ＭＰＧパルス２１１を印加した場合のエコーピーク位置２８１’の、ＭＰＧパルスを印加しない場合のエコーピーク位置２８１からのずれ量を検出することにより、ｋ空間データのひずみを測定することができる。

本実施形態では、リードアウト方向のｋ空間データひずみ量ｄｋｒは、上述のように取得した第一のリファレンスデータのＭＰＧパルスの有無によるピークシフト量から算出する。エコーのピークシフト量は、フーリエ変換の原理から、エコーを逆フーリエ変換して得られるプロジェクションデータの位相の一次成分に等しい。すなわち、ピーク位置がｋｒ方向へ１点シフトすると、プロジェクションデータの両端の点の位相差が２π変化する。そのため、リードアウト方向のｋ空間データひずみ量ｄｋｒは、ＭＰＧパルスを印加して得た第一のリファレンスデータをリードアウト方向に逆フーリエ変換して得られたプロジェクションデータと、ＭＰＧパルスの印加無しに得た第一のリファレンスデータから得たプロジェクションデータとの位相差の１次成分として得られる。また、位相エンコード方向のひずみｄｋｐは、第一のリファレンスデータ取得時とリードアウト方向および位相エンコード方向を入れ替えて計測した第二のリファレンスデータから同様に算出する。また、位相オフセット量ｐ_０は、第一のＭＰＧパルスの有無によるリファレンスデータの各エコーのピーク位相の差である。エコーピークの位相は、フーリエ変換の原理から、エコーを逆フーリエ変換して得られるプロジェクションデータの位相のゼロ次成分に等しい。そのため、位相オフセット量ｐ_０は、第一のリファレンスデータのＭＰＧ有無のプロジェクション間の位相差の０次成分として得られる。

以上を踏まえ、リファレンスデータ取得部は、リファレンス計測として、リードアウト方向および位相エンコード方向の第一の組について、ＭＰＧパルスをそれぞれｘ、ｙ、ｚ軸に印加するものと、いずれの方向にも印加しないものとの計４種類のシーケンスを、位相エンコード傾斜磁場パルスのパルス強度を全て０にして複数のスライス位置で実行し、第一のリファレンスデータを取得する。さらに、リードアウト方向および位相エンコード方向を入れ替え、同じく４種類のシーケンスを同じ複数のスライス位置で実行し、第二のリファレンスデータを取得する。実行するパルスシーケンスは、上記条件以外は、基本的には図２（ａ）に示すＤＷＥＰＩシーケンスに沿ったものである。

本実施形態では本撮影のスライス方向をｚ方向としているため、上記８種類（８セット）のマルチスライス撮影を行うリファレンス計測の計測パラメータは、例えば以下のとおりとすることができる。
スライス方向：ｚ方向、
リードアウト方向および位相エンコード方向：ｘ方向およびｙ方向とするもの（以下、ＡＰと呼ぶ。）とｙ方向およびｘ方向とするもの（以下、ＲＬと呼ぶ。）の２種類、
ＭＰＧパルス：ｘ軸方向に印加するもの、ｙ軸方向に印加するもの、ｚ軸方向に印加するもの、いずれにも印加しないものの４種類、
位相エンコード傾斜磁場パルス強度：０、
スライス数：２０枚、
スライス間隔：１ｃｍ、
エコー間隔（ＩＥＴ）：１ｍｓ、
マルチエコー数：１００

なお、上記変更する計測パラメータ（変更パラメータ：リードアウト方向と位相エンコード方向との組み、ＭＰＧパルスの印加の有無、ＭＰＧパルス印加軸）以外の計測パラメータの値は、８セットの各リファレンス計測において一致させる。また、変更パラメータおよび位相エンコード傾斜磁場パルス強度以外の計測パラメータの値は、本撮影の撮影条件に合わせることが望ましい。特に、リファレンスデータから算出する特性データは、スライス方向やＭＰＧパルスのオン／オフ時刻に依存するため、スライス方向とＭＰＧパルスの印加時間および印加間隔は、可能な限り本撮影の撮影パラメータに合わせる。一方、リファレンス計測におけるＭＰＧパルスの強度は、最後のエコーまでピーク位置が検出できるよう調整する。一般に不良磁場はＭＰＧパルス強度に比例する。このため、リファレンス計測において、本撮影時と同等のＭＰＧパルスの強度を用いると、強度が大きすぎて不良磁場によってエコーが短時間に減衰し、最後のエコーまでピーク位置が検出できないことがある。従って、リファレンス計測におけるＭＰＧパルス強度は、本撮影の同パルス強度より小さく設定されることが多い。

次に、特性データ算出部による特性データ算出処理について説明する。特性データ算出部は、リファレンスデータ取得部が取得した８セットのリファレンス撮影で得たリファレンスデータｓ_０を用い、ｋ空間データひずみ量（ｄｋｒ、ｄｋｐ）および位相オフセット量ｐ_０を、それぞれ、リファレンスデータ取得時の各エコーの中心時刻およびスライス位置の関数として算出する。

すなわち、特性データ算出部は、各ＭＰＧパルス印加軸ｍ（ｍはｘ、ｙ、ｚのいずれか）毎のリードアウト方向のひずみ量ｄｋｒ_ｍ、位相エンコード方向のひずみ量ｄｋｐ_ｍ、および位相オフセット量ｐ_０ｍを、以下の式群（１）に従って算出する。なお、式群（１）内の各値は、ＭＰＧパルス強度と視野とで規格化されている。

式群（１）において、リファレンスデータ（エコー）ｓ_０＊は、上記８セットのリファレンス計測の中の添え字＊の条件（リードアウト方向および位相エンコード方向、ＭＰＧパルスの印加軸）で計測されたリファレンスデータ（エコー）であることを意味する。ＡＰ、ＲＬはリードアウト方向および位相エンコード方向の組を示し、ｍ、ｂ_１はｍ軸方向にＭＰＧパルスを印加したものであることを示し、ｂ_０はＭＰＧパルスを印加しないものであることを示す。なお、ｂ_１は、ＭＰＧパルスのパルス強度も表す。また、ｔ’はリファレンス計測における各エコーの中心時刻、ｎ_ｅ０はリファレンス計測におけるエコー数、Ｔ_ｅ０はリファレンス計測におけるエコー間隔、Ｔ_００はリファレンス計測における最後のＭＰＧパルスのオフ時刻から最初のエコーの中心時刻までの時間、ｚ’（＝Ｓ_０ｊ）はリファレンス計測におけるスライス位置、ｎ_ｓ０はリファレンス計測におけるスライス数、ＦＴ^−１［＊］は１次元逆フーリエ変換、Ａｒｇ［＊］は変数＊の各点の位相を返す関数、Ｆ_１，１［＊］、Ｆ_１，０［＊］はそれぞれ「信号がある領域」のみのデータを用い、一次関数フィッティングした結果の１次の係数と定数項とを返す関数、ｗ_ｒ０、ｗ_ｐ０はそれぞれＡＰとＲＬのリードアウト方向の視野、ｎ_ｒ、ｎ_ｐはそれぞれＡＰとＲＬのリードアウト方向のサンプリング点数である。なお、フィッティングの際の定義域（サンプリング点の座標範囲）はＡＰとＲＬのそれぞれについて［−ｎ_ｒ／２，ｎ_ｒ／２−１］、［−ｎ_ｐ／２，ｎ_ｐ／２−１］とする。

なお、「信号がある領域」は、例えば、最初に計測したエコー（第一エコー）のプロジェクションにおける、所定の値以上の輝度値を有するピクセルの領域である。具体的には、例えば、第一エコーのプロジェクションの輝度値の最大値×０．７をしきい値とし、第一エコーのプロジェクションの各ピクセルのうち、このしきい値以上となる領域を「信号がある領域」とする。以後、すべてのエコーで同じ領域を「信号がある領域」とする。なお、しきい値を求める際の係数（０．７）は、データのＳ／Ｎなどの条件によって変化する。

ここで、特性データ算出部が、式群（１）を用いて特性データを算出する特性データ算出処理を説明する。図５は、本実施形態の特性データ算出処理の流れを説明するための図である。各ＭＰＧパルス印加軸ｍ＝｛ｘ，ｙ，ｚ｝毎に以下の処理は実行される。ここでは、ｍで代表して説明する。本図に示すように、特性データ算出部は、ＡＰとＲＬそれぞれについて、ＭＰＧパルスをｍ軸に印加するシーケンスにより得られたリファレンスデータ（５０１、５０３）と印加しないシーケンスにより得られるリファレンスデータ（５０２、５０４）とを、それぞれ１次元逆フーリエ変換し（ステップ５０５、５０６、５０７、５０８）、プロジェクションデータを得る。ＡＰとＲＬそれぞれについて、ＭＰＧパルスを印加して得られたリファレンスデータから算出したプロジェクションデータを、ＭＰＧパルスを印加せずに得たリファレンスデータから算出したプロジェクションデータで除算する（ステップ５０９、５１０）。この処理は、複素データの除算であるため、プロジェクション同士の位相の差分を求めていることに等しい。それぞれの結果（複素データ）から位相値を計算し（ステップ５１１、５１２）、一次関数でフィッティングする。ＡＰについてはその一次関数の１次の項の係数と定数項とを、ＲＬについてはその１次の係数を、それぞれ算出する（ステップ５１３、５１４，５１５）。この結果に対して、ＭＰＧパルスのパルス強度およびリードアウト方向の視野（５１６、５１７、５１８）を用いて規格化を行い（ステップ５１９、５２０、５２１）、特性データ（５２２、５２３、５２４）を得る。

次に、以上の手順で特性データ算出部が算出した式群（１）に示す特性データ（ｄｋｒ、ｄｋｐ、ｐ_０）を用い、補正処理部が本撮影で得られたｋ空間データに対して行う補正処理について説明する。本撮影は、拡散強調計測部によりＤＷＥＰＩシーケンスに従って行われる。ここでは、スライス方向は上述のようにｚ方向であり、リードアウト方向をｘ方向、位相エンコード方向をｙ方向として撮影を行う場合を例にあげて説明する。得られた撮影データｓ’_*は、本撮影時の各エコーの中心時刻ｔとスライス位置ｚとの関数として、以下の（２）のように表される。

であり、ｓ’_＊は、本撮影時において添え字＊の条件で得られた撮影データであることを示す。ｇ_ｘ，ｇ_ｙ，ｇ_ｚは本撮影時の各軸のＭＰＧパルスの強度、ｎ_ｅは本撮影時のエコー数、Ｔ_ｅは本撮影時のエコー間隔、Ｔ_０は本撮影時の最後のＭＰＧパルスのオフ時刻から最初のエコーの中心時刻までの時間、Ｓ_ｊ（＝ｚ）は本撮影時のスライス位置、ｎ_ｓは本撮影時のスライス数である。

補正処理部は、まず、位相オフセット量ｐ_０を用い、位相オフセット補正を行う。撮影データｓ’_*の位相オフセット補正量は、各ＭＰＧパルス印加軸毎の特性データｐ_０ｍのＭＰＧパルス強度ｇ_ｍの比例加算として求められる。従って、位相オフセット補正後の撮影データｓ’’_*は以下の式（３）により求められる。

なお、Ｉは虚数単位である。

位相オフセット補正に続き、リードアウト方向ひずみ量ｄｋｒおよび位相エンコード方向ひずみ量ｄｋｐを用い、ｋ空間データひずみを補正するｋ空間データひずみ補正を行う。ｋ空間データのひずみ補正は、撮影データｓ’’
_*の各エコーのｋ空間上の実際の位置（ｋｒ’、ｋｐ’）と、格子状のサンプリング点（ｋｒ、ｋｐ）とが、以下の式群（４）の関係にあることを用いてグリッディングすることにより、格子状のサンプリング点（ｋｒ、ｋｐ）の信号値を求める。

ここで、ｗ_ｒ、ｗ_ｐはそれぞれ、本撮影のリードアウト方向と位相エンコード方向の視野である。

なお、リファレンス撮影時の各エコーの中心時刻ｔ’およびスライス位置ｙ’と、本撮影時の同ｔおよびｙとが異なる場合、上記式（３）および式（４）における、ｐ_０ｍ（ｔ、ｚ）、ｄｋｒ_ｍ（ｔ、ｚ）およびｄｋｐ_ｍ（ｔ、ｚ）は、ｐ_０ｍ（ｔ’、ｚ’）、ｄｋｒ_ｍ（ｔ’、ｚ’）およびｄｋｐ_ｍ（ｔ’、ｚ’）それぞれを、ｔ’とｚ’の方向に線形補間することにより求める。

次に、拡散強調撮影時の本実施形態の各処理部による処理の流れを説明する。ここでは、本撮影の撮影パラメータが決定した時点で、本撮影のスライス方向の特性データを取得するものとする。図６は、本実施形態の撮影時の処理フローである。本撮影に用いる各撮影パラメータが決定すると（ステップ６０１）、リファレンスデータ取得部は、スライス方向を本撮影と同方向に設定してリファレンス計測を行い（ステップ６０２）、リファレンスデータ（６０３）を得る。特性データ算出部は、リファレンスデータを用い、特性データ算出処理を行い（ステップ６０４）、特性データ（６０５）を算出する。

拡散強調計測部は、ステップ６０１で決定した撮影パラメータを用い、拡散強調撮影を行い（ステップ６０６）、撮影データを得る（６０７）。補正処理部は、撮影データに対し、特性データの中の位相オフセット量ｐ_０を用い、位相オフセット補正を行う（ステップ６０８）。その後、補正処理部は、位相オフセット補正処理後のデータに対し、グリッディングにより、ｋ空間データひずみ量（ｄｋｒ、ｄｋｐ）を用いてｋ空間データひずみ量補正を行い（ステップ６０９）、補正後のデータ（６１０）を得る。画像再構成部は、ｋ空間データひずみ量補正後のｋ空間データに対し、２次元逆ハーフフーリエ変換（２ＤハーフＦＴ^−１）を施し（ステップ６１１）、画像（６１２）を得る。

上記実施形態の手法で、特性データ算出部が求めたｋ空間データひずみ量（ｄｋｒ，ｄｋｐ）および位相オフセット量ｐ_０の例を、それぞれ図７（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）に示す。各グラフは、上述の２０枚のスライスのうち３枚の値である。本図に示すように、特性データは、スライスによって値が大きく異なる。本実施形態では、スライス毎にリファレンスデータを計測して上記特性データを算出しているため、スライス毎、すなわち、スライス方向の位置に応じて最適な補正値での補正が可能になる。

また、以上の手順による補正を行った例を図８に示す。図８は２０枚のマルチスライス撮影を行った場合の１枚である。図８（ａ）は補正前の画像、図８（ｂ）は補正後の画像、図８（ｃ）はＭＰＧパルスのパルス強度をゼロとした場合の画像であり、それぞれ補正の効果が明確になるように画像コントラストを強調して表示している。図８（ａ）に示す画像は、図８（ｃ）に示す画像と比較するとＭＰＧパルスによってひずみやぶれが発生していることがわかる。これに対して、図８（ｂ）に示すように、本実施形態の補正処理を行うことにより、ひずみとぶれが抑制され、図８（ｃ）に示す画像と同等の画像が得られることが確認できる。なお、図８（ｂ）のノイズが大きいのは、拡散強調の効果のためである。

以上説明したように、本実施形態によれば、スライス位置毎に、そのスライス面内の、拡散強調傾斜磁場パルスによるリードアウト方向および位相エンコード方向それぞれのｋ空間データひずみ量、位相オフセット量を、特性データとして算出し、その特性データを用いて、本撮影で得たｋ空間データを補正する。従って、スライス毎に、精度の高い補正値を得ることができる。このため、補正の精度も高まり、拡散強調撮影により得られる画像の画質が向上する。すなわち、本実施形態によれば、拡散強調傾斜磁場パルスによる渦電流と振動とに起因する不良磁場の影響を精度よく補正し、拡散強調画像のぶれとひずみを抑制可能な磁気共鳴イメージング装置を提供できる。

図９に、同条件で撮影したデータを、従来法により補正した結果と本実施形態の手法により補正した結果と示す。ここで、図９（ａ）は、従来法、すなわち、全スライスを同じ補正値で補正した結果であり、図９（ｂ）は、上記本実施形態の手法、すなわち、スライス毎の補正値を用いて補正した結果である。ここでは、効果の違いを明確にするために、被検体の本来の輪郭位置に円を表示し、各図において下段の図は、画像コントラストを強調して表示している。図９（ａ）において、円形のファントムの上部付近に見られるぼけが図９（ｂ）では抑制され、全体に均一な画像が得られていることが確認できる。

なお、特性データは、スライス方向毎に算出する必要がある。このため、上記実施形態では、特性データを算出する基礎となるリファレンス計測を行うスライス方向を、本撮影時のスライス方向（一例としてｚ方向）に合致させ、必要最小限の特性データを算出し、補正を行う場合を例にあげて説明した。しかし、特性データの算出はこれに限られない。

不良磁場は装置（磁石と傾斜磁場コイル）に依存し、撮影対象には依存しない。すなわち、装置の特性データは、装置ごとに固有のデータであるため、一度測定しておけば、以後の撮影では共通に利用することができる。従って、撮影時間を短縮するため、予め、その後の本撮影で必要となる全スライス方向のデータを取得しておき、記憶媒体１１１に保持するよう構成してもよい。この場合、上記図６に示す処理フローにおいて、ステップ６０２およびステップ６０４を各スライス方向について繰り返し、各方向の特性データを取得する。

また、上記実施形態では、リファレンス計測におけるスライス方向、リードアウト方向、および位相エンコード方向は、それぞれ、本撮影の各方向に合致させる場合を例にあげて説明しているが、これに限られない。例えば、リードアウト方向と位相エンコード方向とは逆であってもよい。また、それぞれの軸の方向についても、所定範囲（２０〜３０度程度）であれば、ずれがあってもよい。

また、上記実施形態では、リファレンス計測時のスライス位置ｚ’およびエコーピーク時間ｔ’が、本撮影時のスライス位置ｚおよびエコーピーク時間ｔと必ずしも同じとならない場合を例にあげて説明しているが、合致するようリファレンス撮影の撮影パラメータを設定してもよい。この場合、上記式（３）および式（４）において、線形補間が不要となり、補正の精度が高まる。

上記実施形態では、ｍをｘ、ｙ、ｚの３通りに切り替えてリファレンスデータを取得し、本撮影でどの方向にＭＰＧパルスを印加しても補正できるよう特性データを算出する。しかし、リファレンスデータの取得および特性データの算出は、必ずしもｘ、ｙ、ｚの３軸について行う必要はない。本撮影時のＭＰＧパルスの印加方向と同じ方向にＭＰＧパルスを印加するリファレンス計測のみを行うよう構成してもよい。例えば、本撮影のＭＰＧパルスの各軸の印加強度が（ｇ_ｘ，ｇ_ｙ，ｇ_ｚ）であり、印加方向がｍ_１（ｍ_１＝（ｇ_ｘ，ｇ_ｙ，ｇ_ｚ）／｜（ｇ_ｘ，ｇ_ｙ，ｇ_ｚ）｜）の場合、リファレンス計測のＭＰＧパルスの印加方向をｍ_１、そのパルス強度を（ｇ_ｘ’，ｇ_ｙ’，ｇ_ｚ’）とし、式群（１）においてｍ＝｛ｘ，ｙ，ｚ｝の３通りを計算する代わりに、ｍ＝ｍ_１、ｂ_１＝√（ｇ_ｘ’^２＋ｇ_ｙ’^２＋ｇ_ｚ’^２）として特性データを算出する。これにより、上記実施形態と同様に補正することができる。また、リファレンス計測と本撮影とでＭＰＧパルスの方向を同じにできるため、より補正精度が向上する。また、リファレンス計測の回数を減らして計測時間を短縮することができる。特に、本撮影のＭＰＧパルスの印加方向が２とおり以下である場合には、リファレンス計測の回数を減らせるため、計測時間を短縮することができる。なお、この場合も、リファレンス計測時のスライス位置ｚ’およびエコーピーク時間ｔ’と、本撮影時のスライス位置ｚおよびエコーピーク時間ｔとが合致するようリファレンス計測の撮影パラメータを設定すると、線形補間が不要となり、補正精度が向上する。また、この場合、リファレンス計測のスライス枚数も本撮影と同じで良い。例えば、本撮影のスライス枚数が１枚の場合はリファレンス計測のスライス枚数も１枚で良い。

また、上記実施形態で説明した手順により求めたｋ空間データひずみ量（ｄｋｒ，ｄｋｐ）および位相オフセット量ｐ_０は、奇数番目の値と偶数番目の値で系統的にわずかな差が発生することがある。その場合は、以下の式群（５）に従って、時間的に隣り合う値の平均をとり、補正精度の向上を図るよう構成してもよい。

また、上記実施形態では、拡散強調傾斜磁場パルスによる不良磁場の影響の補正を対象としているが、これに限られない。他の、渦電流や振動を発生させる傾斜磁場パルスによる無視できない不良磁場の影響の補正に用いることもできる。

１０１：静磁場を発生するマグネット、１０２：傾斜磁場コイル、１０３：被検体、１０４：シーケンサ、１０５：傾斜磁場電源、１０６：高周波磁場発生器、１０７：プローブ、１０８：受信器、１０９：計算機、１１０：ディスプレイ、１１１：記憶媒体

Claims

静磁場の中に置かれた被検体に高周波磁場および傾斜磁場を印加して、前記被検体から発生する磁気共鳴信号を検出する撮影手段と、前記撮影手段で検出した磁気共鳴信号を処理する演算手段と、前記撮影手段および前記演算手段を制御する制御手段とを備える磁気共鳴イメージング装置であって、
前記撮影手段は
拡散強調傾斜磁場パルスの印加を含むパルスシーケンスに従って磁気共鳴信号を検出する拡散強調撮影実行手段と、
前記拡散強調傾斜磁場パルスによるｋ空間データのひずみ量をスライス方向の任意の位置において検出するためのリファレンスデータを取得するリファレンスデータ取得手段と、を備え、
前記演算手段は、
前記リファレンスデータから前記スライス方向の任意の位置のリードアウト方向および位相エンコード方向それぞれのひずみ量と位相オフセット量とを前記ｋ空間データのひずみ量の特性データとして算出する特性データ算出手段と、
前記特性データを用いて、前記拡散強調撮影実行手段で得られた磁気共鳴信号により構成されたｋ空間データを補正する補正手段と、
前記補正手段による補正後のデータから画像を再構成する画像再構成手段と、を備えること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記リファレンスデータ取得手段は、
前記拡散強調撮影実行手段が実行するパルスシーケンスにおいて位相エンコード傾斜磁場パルスのパルス強度を０とし、前記拡散強調傾斜磁場パルスを印加するシーケンスと、
当該パルスシーケンスにおいて位相エンコード傾斜磁場パルスのパルス強度を０とし、前記拡散強調傾斜磁場パルスをいずれの軸にも印加しないシーケンスと、
当該パルスシーケンスのリードアウト方向および位相エンコード方向を互いに入れ替えて、位相エンコード傾斜磁場パルスのパルス強度を０とし、前記拡散強調傾斜磁場パルスを印加するシーケンスと、
当該パルスシーケンスのリードアウト方向および位相エンコード方向を互いに入れ替えて、位相エンコード傾斜磁場パルスのパルス強度を０とし、前記拡散強調傾斜磁場パルスをいずれの軸にも印加しないシーケンスと、をそれぞれ実行し、前記リファレンスデータを取得すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記特性データ算出手段は、
前記ｋ空間データのリードアウト方向のひずみ量および前記位相オフセット量を、前記リードアウト方向および位相エンコード方向を当該パルスシーケンスと同方向に設定して前記拡散強調傾斜磁場パルスを印加するシーケンスから得たリファレンスデータの、前記リードアウト方向および位相エンコード方向を当該方向に設定して前記拡散強調傾斜磁場パルスを印加しないシーケンスから得たリファレンスデータからの、リードアウト方向のシフト量を用いて算出し、
前記ｋ空間データの位相エンコード方向のひずみ量を、前記リードアウト方向および位相エンコード方向を当該パルスシーケンスと互いに入れ替えて前記拡散強調傾斜磁場パルスを印加するシーケンスから得たリファレンスデータの、前記リードアウト方向および位相エンコード方向を互いに入れ替えて前記拡散強調傾斜磁場パルスを印加しないシーケンスから得たリファレンスデータからの、リードアウト方向のシフト量を用いて算出すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項３に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記特性データ算出手段は、
前記前記ｋ空間データのリードアウト方向のひずみ量および位相エンコード方向のひずみ量の前記リードアウト方向のシフト量を、前記拡散強調傾斜磁場パルスを印加して得たリファレンスデータをリードアウト方向に逆フーリエ変換して得られたプロジェクションデータと、当該拡散強調傾斜磁場パルスを印加せずに得たリファレンスデータをリードアウト方向に逆フーリエ変換して得たプロジェクションデータとの、位相差の一次成分として算出し、
前記位相オフセット量の前記シフト量を、前記拡散強調傾斜磁場パルスを印加して得たリファレンスデータをリードアウト方向に逆フーリエ変換して得られたプロジェクションデータと、当該拡散強調傾斜磁場パルスを印加せずに得たリファレンスデータをリードアウト方向に逆フーリエ変換して得たプロジェクションデータとの、位相差の０次成分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記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
スライス位置は複数あり、
前記補正手段は、前記補正の対象となるｋ空間データのスライス位置の前記位相オフセット量と前記リードアウト方向および位相エンコード方向それぞれのひずみ量とを、前記リファレンスデータを取得した複数のスライス位置毎の特性データから算出し前記補正を行うこと
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項５記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記補正の対象となるｋ空間データのスライス位置の前記位相オフセット量と前記リードアウト方向および位相エンコード方向それぞれのひずみ量とは、前記リファレンスデータを取得した複数のスライス位置毎の特性データを、前記スライス方向に線形補間することにより算出されること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記補正手段は、前記位相オフセット量を用い、前記ｋ空間データに対し位相オフセット補正を行い、当該位相オフセット補正後の前記ｋ空間データに対し、前記特性データ算出手段で算出したリードアウト方向および位相エンコード方向のひずみ量を用いてグリッディングにより補正を行うこと
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記リファレンスデータを取得時のリードアウト方向は、前記拡散強調撮影実行手段が実行する前記パルスシーケンスのリードアウト方向および位相エンコード方向のいずれか一方に略一致すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記リファレンスデータ取得時に印加する拡散強調傾斜磁場パルスの強度は、前記拡散強調撮影実行手段が前記パルスシーケンスにおいて印加する拡散強調傾斜磁場パルスの強度より小さいこと
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記リファレンスデータ取得手段が前記リファレンスデータを取得するために実行するパルスシーケンスの撮影パラメータは、前記位相エンコード傾斜磁場パルスの強度と、前記拡散強調傾斜磁場パルスの強度以外は、前記拡散強調撮影実行手段が実行するパルスシーケンスの撮影パラメータと同一であること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記特性データ算出手段は、前記特性データを、前記リファレンスデータ取得手段が前記リファレンスデータを取得するために実行するパルスシーケンスにおけるリードアウト方向および位相エンコード方向の視野と、前記拡散強調傾斜磁場パルスの印加強度とにより規格化すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記拡散強調傾斜磁場パルスを印加するシーケンスでは、当該拡散強調傾斜磁場パルスを、ｘ、ｙ、ｚの各軸にそれぞれ印加すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。