WO2019087543A1 - 磁気共鳴イメージング装置、撮像パラメータセット生成用演算装置及び撮像パラメータセット生成プログラム - Google Patents

磁気共鳴イメージング装置、撮像パラメータセット生成用演算装置及び撮像パラメータセット生成プログラム Download PDF

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陽 谷口
知樹 雨宮
亨 白猪
久晃 越智
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株式会社日立製作所
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    • G01R33/5613—Generating steady state signals, e.g. low flip angle sequences [FLASH]

Definitions

  • the present invention relates to setting of imaging parameters in quantitative value calculation by a magnetic resonance imaging apparatus.
  • a magnetic resonance imaging (MRI) apparatus is a medical diagnostic imaging apparatus mainly utilizing proton nuclear magnetic resonance phenomena.
  • Signals obtained by the MRI apparatus may be quantitative values to be examined (for example, T1: longitudinal relaxation time, T2: transverse relaxation time or T2 *: apparent transverse relaxation time, PD: proton density, D: diffusion coefficient, etc.) It depends on the imaging conditions.
  • a user selects a pulse sequence that is an imaging condition and a parameter (referred to as an imaging parameter) that determines it, to acquire an enhanced image emphasizing a relative difference between quantitative values of biological tissue.
  • an imaging parameter referred to as an imaging parameter
  • MR images have a trade-off relationship between signal-to-noise ratio, imaging time, and resolution. The imaging parameters related to these are adjusted while looking at the balance between the items that the user wants to prioritize and the acceptable quality.
  • the MR signal also depends on the hardware of the device in addition to the imaging parameters described above.
  • techniques have been developed for generating quantitative value images from which the influence of hardware-dependent parameters (device parameters) has been removed from MR images.
  • the quantitative value image is an image having a quantitative value of a living tissue as a pixel, and in recent years, clinical usefulness in early diagnosis and diagnosis of osteoarthritis of the knee and diagnosis of a necrosis site of the myocardium and the like has been reported. Since quantitative value images do not have to consider device parameters, standardization of MR images, which has conventionally been difficult in clinical research among multiple centers, is facilitated.
  • a method of calculating a quantitative value image for example, a method is proposed in which an image is acquired at two or more different RF phase increment values in a SSFP (Steady State of free precession) sequence to which RF spoiling is added, and T2 is calculated. (Patent Document 1).
  • a method has been proposed in which a plurality of images are acquired while changing imaging parameters using an RF spoiled GRASS sequence, and quantitative values are simultaneously estimated using a luminance function obtained by numerical simulation (Patent Document 2). .
  • the pixel values of a plurality of images captured while changing imaging parameters are converted to luminance functions (relations between imaging parameters and quantitative values) obtained by theoretical formulas or simulations.
  • Estimate the quantitative value by fitting to As described above, in the method of estimating the quantitative value by the fitting process, the accuracy of the quantitative value calculation largely depends on the imaging parameter.
  • the method described in Patent Document 1 refers to the range of values to be set for the phase increment value of the RF pulse which is the imaging parameter to be changed, the imaging parameters other than the phase increment value are fixed, The contribution to the calculation accuracy of T2, which is a quantitative value, is not taken into consideration.
  • the imaging parameters to be changed are the repetition time (TR) and the flip angle (FA), and an example of a set of imaging parameters is presented.
  • TR repetition time
  • FA flip angle
  • this invention makes it a subject to provide an optimal imaging parameter set, ensuring the freedom degree of the imaging parameter setting by a user in MR imaging (called quantitative value imaging) which produces
  • the present invention determines a plurality of imaging parameter sets used for MR imaging (hereinafter referred to as quantitative imaging) generating a quantitative value image, using information specifying an imaging target accepted at the time of imaging and an index related to imaging time .
  • the index related to the imaging time includes, in addition to the imaging time, elements affecting the imaging time, such as the TR of each imaging, its average value or total value, and the number of times of imaging (the number of imaging parameter sets).
  • One aspect of the present invention uses a target reception unit that receives information specifying a target to be imaged from a user, a measurement unit that performs a plurality of measurements and acquires a plurality of images of the imaging target, and a plurality of images acquired by the measurement unit.
  • An MRI apparatus comprising: a quantitative value calculation unit for calculating a quantitative value of an imaging target; and an imaging parameter set generation unit for generating an imaging parameter set used for the plurality of measurements, the imaging parameter set generation unit
  • the error of the quantitative value when changing the value of the imaging parameter is estimated using the information specifying the imaging target accepted by the user, and the combination of the imaging parameter is determined using the estimated value of the error and the index regarding the imaging time Do.
  • the information specifying an imaging target includes, for example, information of a tissue included in the imaging target or a typical value (standard value) of a quantitative value of the tissue.
  • Another aspect of the present invention is a computer having the function of the imaging parameter set generation unit described above, that is, an imaging parameter generation device, and still another aspect is a program that causes the computer to execute the function of the imaging parameter set generation portion It is.
  • the program quantifies the imaging target received in the receiving step from the step of receiving information specifying the imaging target and the standard value of one or more types of quantitative values obtained in advance for a plurality of imaging targets.
  • the imaging parameter setting in quantitative value measurement can be facilitated, and the convenience of the user can be improved.
  • the MRI apparatus of the present embodiment includes an imaging condition reception unit 10, a measurement unit 20, a quantitative value calculation unit 30, and an imaging parameter set generation unit 40.
  • the imaging condition receiving unit 10 receives, from the user, imaging conditions and information specifying an imaging target.
  • the measuring unit executes an imaging sequence having imaging parameters as at least a repetition time TR and a flip angle FA N times (N is 3 or more) by executing different combinations of the repetition time TR and the value of the flip angle FA. N images of the same imaging target are captured.
  • the quantitative value calculation unit calculates one or more types of quantitative values based on the N images captured by the measurement unit.
  • the imaging parameter set generation unit generates N combinations of values of the repetition time TR and the flip angle FA, and sets the repetition time TR and the flip angle FA when the measurement unit executes the imaging sequence N times.
  • the standard value of the quantitative value of the imaging target accepted by the imaging condition receiving unit is selected from the standard values of one or more types of quantitative values obtained in advance for a plurality of imaging targets, and the standard value of this quantitative value is selected.
  • N types of values of the repetition time TR and the flip angle FA such that the error of the physical property value calculated by the quantitative value calculation unit is equal to or less than a predetermined value Generate a combination.
  • the measurement unit measures N times by the same imaging sequence using the N types of imaging parameter sets generated by the imaging parameter set generation unit, and acquires N images.
  • the optimal imaging parameter set is determined according to whether priority is given to shortening imaging time or quantitative value calculation accuracy.
  • the degree of freedom in setting imaging conditions of the user can be increased, and the accuracy of the calculated quantitative value can be enhanced.
  • Which of the shortening of the imaging time and the quantitative value calculation accuracy is to be prioritized may be received by an input from the user, or the imaging parameter set calculation unit may determine it from the imaging conditions set by the user.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the MRI apparatus.
  • the MRI apparatus 100 includes a magnet 101 for generating a static magnetic field, a gradient magnetic field coil 102 for generating a gradient magnetic field, and high frequency magnetic field pulses (hereinafter referred to as RF pulses) to an object 103.
  • RF pulses high frequency magnetic field pulses
  • the gradient magnetic field coil 102 is composed of three sets of gradient magnetic field coils that generate gradient magnetic fields in three axial directions orthogonal to each other, and by combining them appropriately, position information can be given in any direction.
  • the gradient magnetic field power source 105 for driving each of the coils constituting the gradient magnetic field coil 102, the high frequency magnetic field generator 106 for driving the RF coil 107, and the echo signal detected by the RF probe 108.
  • the receiver 109 that receives the signal, the gradient power supply 105, and the high frequency magnetic field generator 106 to generate the gradient magnetic field and the high frequency magnetic field, respectively, and set the nuclear magnetic resonance frequency as the detection reference in the receiver 109
  • a UI user interface
  • the storage device 112 holds various data necessary for processing in the computer 110.
  • the MRI apparatus 100 may further include a shim coil 113 and a shim power supply 114 that drives the shim coil 113 when it is necessary to adjust the static magnetic field uniformity.
  • the shim coil 113 is composed of a plurality of channels, and the current supplied from the shim power supply 114 generates an additional magnetic field that compensates for static magnetic field inhomogeneity.
  • the current supplied to each channel constituting the shim coil 113 at the time of static magnetic field uniformity adjustment is controlled by the sequencer 104.
  • the functions of the measuring unit 20 (FIG. 1) of the MRI apparatus 100 are realized by the above-described units. That is, under the control of the sequencer 104, an RF pulse is applied to the subject 103 through the RF coil 107, and a gradient magnetic field pulse for applying positional information such as slice selection and phase encoding to the echo signal is applied by the gradient coil 102. Be done. A signal generated from the subject 103 is received by the RF probe 108, and the detected signal is sent to the computer 110, where signal processing such as image reconstruction is performed.
  • the storage device 112 may store not only the result of the signal processing but also the detected signal itself, an imaging condition, and the like as needed.
  • the computer 110 includes a CPU and a memory, and functions as an operation unit that processes received signals, and also functions as a control unit that controls the overall operation of the MRI apparatus 100.
  • the calculation unit in addition to the above-described image reconstruction, the processing of the quantitative value calculation unit 30 and the imaging parameter set generation unit 40 shown in FIG. 1 is performed.
  • the functions of the quantitative value calculator 30 and the imaging parameter set generator 40 may be realized by a computer other than the MRI apparatus that performs imaging.
  • control unit instructs the sequencer 104 to operate each unit at a previously programmed timing and intensity, controls the operation of each unit constituting the MRI apparatus 100, and performs measurement.
  • the pulse sequence describes in particular the radio frequency magnetic field, the gradient magnetic field, and the timing and intensity of signal reception in the above program.
  • the pulse sequence has various pulse sequences depending on the imaging method, and the basic pulse sequence is stored in advance in the storage device 112.
  • Imaging parameters include repetition time (TR), echo time (TE), flip angle (FA) for determining the strength of RF pulse, number of frequency encodings, number of phase encodings, number of slices, number of slices, number of slices, interval for receiving, etc. There is.
  • the measurement is performed according to the pulse sequence and the imaging parameters required to control it.
  • measurement is performed by changing each value of a plurality of imaging parameters among the above-described imaging parameters.
  • a combination of imaging parameters whose values are changed is referred to as an imaging parameter set.
  • FIG. 3 An RF-spoiled GRASS sequence is shown in FIG. 3 as an example of a pulse sequence used for imaging a quantitative value image.
  • RF, Gs, Gp, Gr, and Echo respectively represent a high frequency magnetic field, a slice gradient magnetic field, a phase encoding gradient magnetic field, a readout gradient magnetic field, and an echo signal.
  • the RF pulse 302 is irradiated with the application of the slice gradient magnetic field pulse 301 to excite the magnetization of a certain slice in the target object.
  • the slice rephase gradient magnetic field pulse 303, the phase encoding gradient magnetic field pulse 304 for adding positional information in the phase encoding direction to the phase of magnetization, and the readout gradient magnetic field 305 for dephase are applied, and then positional information in the read out direction.
  • the echo signal 307 is measured while applying the readout gradient magnetic field pulse 306 for adding.
  • a phase encoding gradient magnetic field pulse 308 for dephasing is applied.
  • the same pulse sequence (RF-spoiled GRASS sequence) is performed using a plurality of different imaging parameter sets.
  • at least combinations of values of repetition time and flip angle are used as imaging parameter sets.
  • the calculator 110 (imaging parameter set generation unit 40) calculates an optimum combination of imaging parameter sets based on the imaging condition and the information on the inspection target set by the user via the input device 116.
  • the sequencer 4 controls each part of the MRI apparatus to perform a plurality of measurements by the above-described pulse sequence, using a combination of imaging parameter sets calculated by the computer 110.
  • the configuration of the computer 110 of the present embodiment that functions as an operation unit and a control unit is shown in FIG.
  • the computer 110 includes an imaging reception unit 410 for receiving imaging conditions, and an imaging parameter set generation unit 430 for generating at least three imaging parameter sets having different combinations of at least repetition time and flip angle.
  • a measurement control unit 420 that executes the same pulse sequence based on the generated imaging parameter set, a quantitative value calculation unit 440 that calculates quantitative values using a plurality of images with different obtained pixel values, and display on the display device 111
  • a display control unit 450 that controls an image, a GUI, and the like.
  • the imaging condition reception unit 410 receives a condition related to an imaging target such as an imaging region or an imaging target organ, and the target reception unit 411 and either an index related to imaging time or an index related to estimation accuracy of a quantitative value.
  • the restriction condition reception unit 412 is provided.
  • the index accepted by the constraint condition accepting unit 412 is a constraint condition when determining an optimal imaging parameter set in the imaging target specified by the imaging parameter set generation unit 430.
  • the display control unit 450 displays a UI for setting imaging conditions on the display device 111, and receives an imaging target input from the user via the UI and the input device 116 in the target receiving unit 411 (step S501). Further, the constraint condition accepting unit 412 receives the constraint condition regarding the estimation accuracy of the imaging time or the quantitative value input from the user via the UI and the input device 116 (step S502).
  • the imaging parameter set generation unit 430 sets quantitative value information on the imaging target based on the imaging target received in step S501 (step S503). Further, the imaging parameter set generation unit 430 determines whether the constraint condition designated in step S502 relates to time or accuracy (step S504). In step S504, when it is determined that the time-related constraint has been received, the imaging parameter set generation unit 420 determines at least the combination of the repetition time and the flip angle at which the quantitative value estimation error is minimized while satisfying the designated time constraint. Three or more imaging parameter sets are calculated by the error propagation method (step S505).
  • the imaging parameter set generation unit 420 minimizes the imaging time while satisfying the designated accuracy restriction, at least at least three different combinations of repetition time and flip angle.
  • One or more imaging parameter sets are calculated by the error propagation method (step S506).
  • the measurement control unit 420 sets the imaging parameter set calculated in step S505 or step S506 as a measurement condition (step S507).
  • the measurement control unit 420 executes imaging under the set conditions (step S508).
  • the quantitative value calculation unit 440 calculates quantitative values from a plurality of images obtained by imaging (step S509).
  • Steps S501, S502 An example of a UI for receiving imaging conditions, which the display control unit 450 causes the display device 111 to display, is shown in FIG.
  • the reception screen 600 is configured of a target reception block 601 for receiving a condition related to an imaging target, and a restriction condition reception block 602.
  • the target reception block 601 is an imaging target (brain, It is configured in the form that the user selects one item from the spine, heart, liver, etc.).
  • a constraint condition reception block 602 is a UI for receiving an index related to the imaging time or the estimation accuracy of the quantitative value, and a selection unit 603 capable of selecting either time or accuracy, an index related to each of time and accuracy
  • a numerical value input unit 604 that receives numerical value inputs of As an index related to time, for example, a total value of TRs of imaging parameter sets to be generated, the number of imaging parameter sets (specifying 3 or more), and the like are input.
  • As the accuracy index for example, a threshold related to the relative error calculated by the error propagation method is input.
  • a confirmation button 605 is provided to save the input content and to advance to the next step S 503.
  • the imaging parameter set generation unit 430 sets quantitative value information on the imaging target selected in step S501.
  • the quantitative value information is a value of a typical quantitative value obtained empirically for each imaging target (hereinafter referred to as a reference value of the quantitative value), and for calculation of the error propagation method in steps S505 and S506 described later. Used.
  • the quantitative values are, for example, proton density PD, sensitivity Sc of the receiving coil, transmission sensitivity B1, longitudinal relaxation time T1, transverse relaxation time T2, or apparent transverse relaxation time T2 *.
  • the reference value of quantitative values of imaging targets selectable by the user in the target reception unit 411 is stored in advance in the storage device 112 as a table.
  • the imaging parameter set generation unit 430 refers to the imaging target and quantitative value table stored in the storage device 112 according to the user's selection in the target receiving unit 411, and calls up the reference value in the selected imaging target.
  • the values called are called quantitative values such as white matter, gray matter, cerebrospinal fluid, fat, etc., which are the main tissues of the brain.
  • Steps S504, S505> When time priority is selected via the selection unit 603 (FIG. 6) in step S504 and time constraint conditions are input via the time index 504, the constraint condition reception unit 412 receives these conditions, The imaging parameter set generation unit 430 generates an imaging parameter set by the optimization method using the error propagation method under the received constraint condition.
  • FIG. 7A shows the details of step S505.
  • the imaging parameter set targeted for the optimization method may be a brute force method
  • the imaging parameters flip angle FA, repetition time TR, echo time TE, RF pulse phase increment ⁇
  • the imaging parameters flip angle FA, repetition time TR, echo time TE, RF pulse phase increment ⁇
  • candidates for settable values of imaging parameters are stored in advance in the storage device 112, and when the specification of the number N of parameter sets is received as a time index, for example, the value of N is fixed, An imaging parameter set in which the number of parameter sets is N is created as a combination of candidate values.
  • N is set to 3 or more, and the total value of TRs is specified among imaging parameter sets created by combining imaging parameter value candidates Only combinations that match these values may be selected. Also, among the four imaging parameters, both or one of TE and ⁇ may be fixed, and it may be created from a combination in which only FA and TR differ. This can prevent the number of combinations from becoming enormous.
  • the luminance value I of the image acquired by the pulse sequence executed in the present embodiment can be represented by the luminance function of the imaging parameter and the quantitative value of the imaging target as in the following equation (1).
  • a is a proportional coefficient including the proton density and the sensitivity and reception gain of the receiving coil, etc.
  • B1 is the transmission sensitivity
  • T1 is the longitudinal relaxation time
  • T2 * is the apparent transverse relaxation time
  • FA is the flip angle
  • TR is the repetition time
  • TE is an echo time
  • ⁇ is a phase increment value of RF (radio frequency magnetic field).
  • B1, T1 and T2 * are quantitative values
  • FA, TR, TE and ⁇ are imaging parameters.
  • the luminance function is known in general pulse sequences, and can also be determined as a numerical interpolation function by solving Bloch's equation.
  • ⁇ f is a gradient vector
  • ⁇ 2 f is a Hessian matrix, which are respectively expressed by Expression (3) and Expression (4).
  • the standard value of the imaging target set in step S503 is used as the quantitative value.
  • a threshold value is set to the condition number, and if smaller than the threshold value as in the following equation (5) Also good.
  • the calculated perturbation is normalized, and the relative error E is calculated by the following equation (6).
  • M is the number of target tissues (tissues to be subjected to quantitative value calculation among tissues included in the imaging target), and w is a weighting coefficient.
  • the subscript j is an integer of 1 to M and means that it is a quantitative value of each tissue and its perturbation.
  • the quantitative value (reference value) of the target tissue is known in advance
  • the relative error E can be used to evaluate what degree of error B1, T1, T2 * includes.
  • FIG. 7B shows the details of step S506.
  • the imaging parameter set generation unit 430 selects imaging parameters From the combination of sets (S5061), an imaging parameter set whose relative error E is smaller than the value specified as the accuracy constraint is extracted (S5062, S5063), and an imaging parameter set with the shortest imaging time among them Are extracted (S5064). Since the imaging time can be estimated by TR, here, an imaging parameter set that minimizes the total value of TR is extracted.
  • the measurement control unit 420 performs N measurements using the same pulse sequence and the N types of imaging parameters generated by the imaging parameter set generation unit 430, and acquires N images. That is, each time of measurement, the imaging parameters FA, TR, TE, and ⁇ are set to the respective values of the imaging parameter set generated by the imaging parameter set generation unit, and the measurement is repeated N times.
  • the display control unit 450 causes the display device 111 to display the calculated quantitative value as necessary.
  • the form of display is the same as that in conventional quantitative value imaging.
  • a quantitative value image having quantitative values as pixels may be displayed, or quantitative values can be displayed as numerical values.
  • imaging parameters that are optimal for quantitative value estimation are provided under conditions input by the user.
  • the user designates the number of images to be imaged or designates the total TR of the imaging parameter set, so that the imaging parameter whose imaging time is shorter than the present condition You can easily create a set.
  • the relative error it is possible to easily make an imaging parameter set with the shortest imaging time while maintaining the image quality.
  • ⁇ Modification 1> As an imaging sequence for quantitative value imaging, a pulse sequence for measuring one echo signal in one repetition time TR is exemplified, but a plurality of echo signals are measured in the TR, and a plurality of TEs are measured. It is also possible to employ a multi-echo measurement sequence that acquires an image of. As a result, the number of images acquired in each imaging is increased, so that the estimation accuracy of the quantitative value can be improved.
  • ⁇ Modification 2> In the second embodiment, it has been described that at least a combination of TR and FA extracts different parameters, but in this modification, the phase increment ⁇ of the RF pulse is a fixed value and the value is an angle different from 117 degrees. adjust.
  • phase increment is adjusted based on the relationship between the error of the quantitative value calculation and the phase increment.
  • FIG. 8 is a diagram in which the value of the relative error E is plotted when the value of ⁇ , which is a fixed value, is changed.
  • the relative error E is a value calculated by substituting various ⁇ s into the above-mentioned equations (2) and (6), and the graph plots cases where the total values of TR are different from each other. As can be seen from the figure, in any TR, when the phase increment value ⁇ exceeds 10 degrees, the relative error E tends to be higher as the phase increment becomes larger.
  • the imaging parameter set setting unit 430 sets the phase increment to a fixed value of 10 degrees or less (0 degrees or more and 10 degrees or less), and then combines other imaging parameter value candidates to obtain imaging parameters.
  • Generate a set Second Embodiment The relative error E is calculated and the combination of the imaging parameter set that minimizes the relative error E is determined for the plurality of generated imaging parameter sets under the restriction on time or the restriction on error accuracy according to the second embodiment. Is the same as
  • the error accuracy can be enhanced by adjusting the phase increment value.
  • an imaging parameter set may be calculated such that ⁇ is changed for each imaging parameter set without fixing the value of the phase increment value ⁇ . This has the advantage that the quantitative value accuracy can be further improved.
  • the imaging parameter set generation unit 430 calculates the imaging parameter set based on the user's specification. However, the imaging parameter set is calculated in advance under a plurality of conditions and is listed and stored in the storage device 112. You may make it the structure preserve
  • the computer in the MRI apparatus executes the function related to the imaging parameter set generation of the present invention, but the function related to the imaging parameter set generation is performed by a computer different from the MRI apparatus It is possible.
  • Another computer may be an independent CPU or one built on a cloud, and is included in the present invention as an imaging parameter set generation device.
  • the imaging parameter set generation device 900 includes a reception unit 910 that receives the imaging condition received by the imaging condition reception unit 10 of the MRI apparatus 100, and an imaging parameter set generation unit 930. If the imaging parameter set generation device 900 is a device connectable to the MRI apparatus 100 via a network, the reception unit 910 performs imaging on a predetermined imaging target via a network or via communication means, a portable medium, etc. The imaging condition accepting unit 10 of the MRI apparatus to be conducted accepts the imaging condition accepted.
  • the imaging parameter set generation unit 930 may include an input device for the user to input imaging conditions.
  • the procedure for generating the imaging parameter set by the imaging parameter set generation unit 930 is the same as the procedure (FIG. 5) performed by the imaging parameter set generation unit 430 in the above-described MRI apparatus.
  • the following processing procedure is described Executed according to the program.
  • step S505 includes, as shown in FIG. 7A, step S5051 of creating a combination candidate of a plurality of imaging parameter sets, for example, under time constraints, that is, using time indices. Can.
  • a combination candidate may be made into a database in advance, and in that case, in step S501, for example, a combination of imaging parameter sets to be targets of the optimization method may be selected from the candidates made into the database.
  • a determination step S5053
  • step S5061 of creating combination candidates step S5062 of calculating relative error
  • step S5063 of selecting a combination whose relative error is equal to or less than the specified error accuracy it may include step S5064 of selecting a combination with the shortest imaging time from the combination selected in step S5063.
  • the imaging parameter set is generated by a computer independent of the MRI apparatus, the load on the operation unit (CPU) of the MRI apparatus can be reduced.
  • the parameter set generation device 900 of the present embodiment may include a quantitative value calculation unit 940 (indicated by a dotted line).
  • the quantitative value calculation unit 940 takes in a plurality of images captured by the MRI apparatus 100 and calculates a quantitative value.
  • the calculated quantitative value is returned to the MRI apparatus side, and displayed on the MRI apparatus 100 together with other images (for example, the image used for quantitative value calculation).
  • the form of the display is arbitrary.
  • 10 imaging condition reception unit, 20: measurement unit, 30: imaging parameter set generation unit, 40: quantitative value calculation unit, 100: MRI apparatus, 101: magnet, 102: gradient magnetic field coil, 103: subject (living body), 104: sequencer, 105: gradient magnetic field power source, 106: high frequency magnetic field generator, 107: RF coil, 108: RF probe, 109: receiver, 110: computer, 111: display device, 112: storage device, 113: shim coil, 114: shim power supply, 115: bed (table), 116: input device, 410: imaging condition reception unit, 411: target reception unit, 412: restriction condition reception unit, 420: measurement control unit, 430: imaging parameter set generation unit , 440: quantitative value calculation unit, 450: display control unit, 900: imaging parameter set generation device, 910: reception unit, 930: Image parameter set generating section, 940: Quantitative value calculation unit, 100: MRI apparatus, 101: magnet, 102: gradient magnetic field coil, 103: subject (

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Abstract

同じ撮像シーケンスにおいて、少なくとも繰返し時間およびフリップ角の組合せが異なる撮像を、少なくとも３回以上実行するＭＲＩ装置であって、撮像対象を特定する情報及び撮像の時間又は定量値精度に関する制約条件を受け付ける受付部と、前記制約条件に基づき、少なくとも繰返し時間およびフリップ角の組合せが異なる少なくとも３つ以上の撮像パラメータセットを算出する撮像パラメータセット生成部とを備える。ＭＲＩ装置は、前記最適撮像パラメータセット生成部が生成した３つ以上の撮像パラメータセットを用いて複数回の撮像を行い、当該撮像で得た複数の画像から撮像対象の定量値（Ｔ１，Ｔ２等）を計算する。これにより、定量値計測における撮像パラメータ設定が容易となる。

Description

磁気共鳴イメージング装置、撮像パラメータセット生成用演算装置及び撮像パラメータセット生成プログラム
　本発明は、磁気共鳴イメージング装置による定量値算出における撮像パラメータの設定に関する。
　磁気共鳴イメージング（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　Ｉｍａｇｉｎｇ、以下、ＭＲＩ）装置は、主にプロトンの核磁気共鳴現象を利用した医用画像診断装置である。ＭＲＩ装置で得られる信号は、検査対象の定量値（例えば、Ｔ１：縦緩和時間、Ｔ２：横緩和時間或いはＴ２＊：みかけの横緩和時間、ＰＤ：プロトン密度、Ｄ：拡散係数、など）や撮像条件によって決まる。ＭＲ検査では、ユーザーが撮像条件であるパルスシーケンスやそれを決定するパラメータ（撮像パラメータという）を選択することで、生体組織の定量値の相対的な違いを強調させた強調画像を取得する。強調度合いや、対象となる組織の定量値を変更する際は、別のパルスシーケンスを選択するか、あるいは撮像パラメータを変更する必要がある。一般的に、ＭＲ画像は、信号対雑音比と撮像時間、分解能がそれぞれトレードオフの関係にある。これらに関わる撮像パラメータは、ユーザーが優先したい項目と許容される品質とのバランスを見ながら調整する。
　ＭＲ信号は、上述した撮像パラメータの他に、装置のハードウェアにも依存する。これに対し、ＭＲ画像からハードウェアに依存するパラメータ（装置パラメータ）の影響を取り除いた定量値画像を生成する技術が開発されている。定量値画像は生体組織の定量値を画素とする画像であり、近年、変形性膝関節症の早期診断診や心筋の壊死部位の診断等における臨床有用性が報告されている。定量値画像は、装置パラメータを考慮する必要がないため、多施設間で臨床研究する際、従来困難であったＭＲ画像の標準化が容易となる。
　定量値画像の算出方法として、例えば、ＲＦ ｓｐｏｉｌｉｎｇを加えたＳＳＦＰ（Ｓｔｅａｄｙ　Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｆｒｅｅ ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ）シーケンスにおいて２つ以上の異なるＲＦ位相増分値にて画像を取得し、Ｔ２を算出する方法が提案されている（特許文献１）。また、ＲＦ ｓｐｏｉｌｅｄ ＧＲＡＳＳシーケンスを用いて撮像パラメータを変更しながら複数の画像を取得し、数値シミュレーションで求めた輝度関数を用いて、定量値を同時に推定する方法が提案されている（特許文献２）。
米国特許第８３１４６１８号明細書 特開２０１１－２４９２６号公報
　特許文献１および特許文献２に記載の方法は、撮像パラメータを変更しながら撮像した複数枚の画像の画素値を、理論式やシミュレーションなどで得られた輝度関数（撮像パラメータと定量値の関係式）にフィッティング処理することで定量値を推定する。このように、フィッティング処理にて定量値を推定する手法において、定量値算出の精度は撮像パラメータに大きく依存する。特許文献１に記載の方法は、変更する撮像パラメータであるＲＦパルスの位相増分値について、設定する値の範囲に言及しているが、位相増分値以外の撮像パラメータは固定されており、これらの、定量値であるＴ２の算出精度への寄与は考慮されていない。
　一方、特許文献２に記載の方法は、変更する撮像パラメータは繰り返し時間(ＴＲ)とフリップ角（ＦＡ）であり、撮像パラメータのセットの一例が提示されている。ここで、ユーザーがＴＲを変更して撮像時間を調整したい場合は、撮像パラメータのセットを作成し直す必要がある。このとき、単純にＴＲのみを短く調整した撮像パラメータセットでは十分な精度が保証されないため、ＴＲとフリップ角の組合せを変えた多数の撮像パラメータのセットの候補の中から最適なものを抽出する必要がある。したがって、当該手法においては、ユーザーが撮像パラメータを調整するのが容易でないという課題がある。
　そこで本発明は、定量値画像を生成するＭＲ撮像（定量値撮像という）において、ユーザーによる撮像パラメータ設定の自由度を確保しながら、最適な撮像パラメータセットを提供することを課題とする。
　本発明は、定量値画像を生成するＭＲ撮像（以下、定量値撮像という）に用いる複数の撮像パラメータセットを、撮像に際し受け付けた撮像対象を特定する情報と撮像時間に関する指標とを用いて決定する。撮像時間に関する指標とは、撮像の時間の他、各撮像のＴＲ、その平均値や合計値、撮像回数（撮像パラメータセット数）など、撮像時間を左右する要素を含む。
　本発明の一態様は、撮像対象を特定する情報をユーザーから受け付ける対象受付部と、複数の計測を行い撮像対象の複数の画像を取得する計測部と、計測部が取得した複数の画像を用いて撮像対象の定量値を算出する定量値算出部と、前記複数の計測に用いる撮像パラメータセットを生成する撮像パラメータセット生成部とを備えるＭＲＩ装置であり、撮像パラメータセット生成部は、対象受付部が受け付けた撮像対象を特定する情報を用いて、撮像パラメータの値を変化させた場合の定量値の誤差を推定し、当該誤差の推定値と撮像時間に関する指標を用いて撮像パラメータの組み合わせを決定する。撮像対象を特定する情報は、例えば、撮像対象に含まれる組織の情報或いは当該組織の定量値の典型的な値（標準値）を含む。
　また本発明の別の態様は、上述した撮像パラメータセット生成部の機能を持つ計算機、即ち、撮像パラメータ生成装置であり、さらに別の態様は、撮像パラメータセット生成部の機能を計算機に実行させるプログラムである。プログラムは、具体的には、撮像対象を特定する情報を受け付けるステップと、複数の撮像対象について予め求めておいた１種以上の定量値の標準値から、前記受け付けるステップで受け付けた撮像対象の定量値の標準値を選択するステップと、選択した定量値の標準値を用いて、複数の撮像パラメータセットについて、それぞれ、当該撮像パラメータセットを用いて撮像した画像から求めた定量値の誤差の推定値を算出するステップと、前記定量値の誤差の推定値及び撮像時間に関する指標を制約として、最適撮像パラメータを決定するステップと、を計算機に実行させるプログラムである。
　本発明によれば、ユーザーの指定する条件に応じて、最適なパラメータセットを提供することにより、定量値計測における撮像パラメータ設定を容易にし、ユーザーの利便性を向上できる。
第一の実施形態のＭＲＩ装置の機能ブロック図である。 第二の実施形態のＭＲＩ装置の典型的な構成を示すブロック図である。 第二の実施形態で実行可能なパルスシーケンスのタイムチャートである。 第二の実施形態の計算機の機能ブロック図である。 第二の実施形態の計算機のフローの一例である。 第二の実施形態のユーザーインターフェイスの一例を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、図５のフローのステップＳ５０５、Ｓ５０６の詳細を示す図である。 相対誤差と撮像パラメータとの関係を示すグラフである。 第三の実施形態の撮像パラメータセット生成装置の機能ブロック図である。
　以下、本発明が適用されるＭＲＩ装置の実施形態について説明する。
＜＜第一の実施形態＞＞
　本実施形態のＭＲＩ装置は、図１に示すように、撮像条件受付部１０と、計測部２０と、定量値演算部３０と、撮像パラメータセット生成部４０と、を備える。
　撮像条件受付部１０は、撮像条件や撮像対象を特定する情報をユーザーから受け付ける。計測部は、少なくとも繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡを撮像パラメータとする撮像シーケンスを、前記繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡの値の組み合わせを異ならせてＮ回（Ｎは３以上）実行することにより、同一の撮像対象のＮ個の画像を撮像する。定量値算出部は、計測部が撮像したＮ個の画像に基づいて、１種以上の定量値を算出する。撮像パラメータセット生成部は、繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡの値の組み合わせをＮ種類生成し、計測部が撮像シーケンスをＮ回実行する際の前記繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡとして設定する。その際、複数の撮像対象について予め求めておいた１種以上の定量値の標準値から、前記撮像条件受付部が受け付けた撮像対象の定量値の標準値を選択し、この定量値の標準値を用いて、前記撮像シーケンスの撮像時間が所定値以下、または、前記定量値算出部が算出する物性値の誤差が所定値以下、となる前記繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡの値のＮ種類の組み合わせを生成する。
　計測部は、撮像パラメータセット生成部が生成したＮ種類の撮像パラメータセットを用いて同一撮像シーケンスによりＮ回の計測を行い、Ｎ個の画像を取得する。
　本実施形態のＭＲＩ装置によれば、撮像時間の短縮を優先するか、定量値算出精度を優先するかに応じて、最適な撮像パラメータセットが決定される。それによりユーザーの撮像条件設定の自由度が増し、且つ算出される定量値の精度を高めることができる。撮像時間の短縮と定量値算出精度のいずれを優先するかは、ユーザーからの入力によって受け付けるようにしてもよいし、ユーザーが設定する撮像条件から撮像パラメータセット算出部が決定してもよい。
　以下、本実施形態を基本として、さらに詳細な実施形態を説明する。
＜＜第二の実施形態＞＞
　まずＭＲＩ装置の典型的な構成を説明する。図２にＭＲＩ装置の一実施形態を示すブロック図を示す。図２に示すように、本実施形態の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、被検体１０３に高周波磁場パルス（以下、ＲＦパルス）を照射するＲＦコイル１０７と、被検体１０３から発生するエコー信号を検出するＲＦプローブ１０８と、マグネット１０１の発生する静磁場空間内で被検体（例えば、生体）１０３を載置する寝台（テーブル）１１５と、を備える。
　傾斜磁場コイル１０２は、互いに直交する３軸方向について傾斜磁場発生する３組の傾斜磁場コイルからなり、それらを適宜組み合わせることによって、任意の方向について位置情報を与えることができる。
　さらに、本実施形態のＭＲＩ装置１００は、傾斜磁場コイル１０２を構成する各コイルを駆動する傾斜磁場電源１０５と、ＲＦコイル１０７を駆動する高周波磁場発生器１０６と、ＲＦプローブ１０８で検出したエコー信号を受信する受信器１０９と、傾斜磁場電源１０５と高周波磁場発生器１０６とに命令を送り、それぞれ傾斜磁場および高周波磁場を発生させるとともに、検波の基準とする核磁気共鳴周波数を受信器１０９にセットするシーケンサ１０４と、検波された信号に対して信号処理を施す計算機１１０と、計算機１１０での処理結果を表示する表示装置１１１と、処理結果を保持する記憶装置１１２と、ユーザーからの指示を受け付ける入力装置１１６と、を備える。表示装置１１１と入力装置１１２とが近接して配置される場合には、表示装置１１１にＵＩ（ユーザーインターフェイス）を表示し、ユーザーと装置とがインタラクティブに動作する構成とすることができる。また、記憶装置１１２には、計算機１１０における処理に必要な各種のデータが保持される。
　また、ＭＲＩ装置１００は、静磁場均一度を調節する必要があるときには、シムコイル１１３と、シムコイル１１３を駆動するシム電源１１４をさらに備えてもよい。シムコイル１１３は、複数のチャネルからなり、シム電源１１４から供給される電流によりにより静磁場不均一を補正する付加的な磁場を発生する。静磁場均一度調整時にシムコイル１１３を構成する各チャネルに流す電流は、シーケンサ１０４により制御される。
　以上の各部によりＭＲＩ装置１００の計測部２０（図１）の機能が実現される。即ち、シーケンサ１０４の制御により、ＲＦパルスがＲＦコイル１０７を通じて被検体１０３に印加されるとともに、スライス選択や位相エンコードなどの位置情報をエコー信号に与えるための傾斜磁場パルスが傾斜磁場コイル１０２によって印加される。また、被検体１０３から発生した信号はＲＦプローブ１０８によって受波され、検波された信号は計算機１１０に送られ、ここで画像再構成などの信号処理が行われる。なお、記憶装置１１２には、信号処理の結果だけでなく、必要に応じて、検波された信号自体、撮像条件等を記憶させてもよい。
　計算機１１０は、ＣＰＵとメモリとを備え、受信した信号を処理する演算部として機能するとともに、ＭＲＩ装置１００全体の動作の制御等を行う制御部としても機能する。本実施形態では、演算部として、上述した画像再構成の他に、図１に示す定量値演算部３０及び撮像パラメータセット生成部４０の処理を行う。但し、定量値演算部３０及び撮像パラメータセット生成部４０の機能を、撮像を行うＭＲＩ装置とは別の計算機が実現する場合もある。
　制御部は、例えば、予めプログラムされたタイミング、強度で各部が動作するようシーケンサ１０４に指示を出し、ＭＲＩ装置１００を構成する各部の動作を制御し、計測を行う。パルスシーケンスは、上記プログラムのうち、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である。パルスシーケンスは、撮像方法によって種々のパルスシーケンスがあり、それらの基本のパルスシーケンスが予め記憶装置１１２に保持されている。
　実際の撮像においては、撮像部位や撮像目的などに合わせて基本のパルスシーケンスを調整する。この調整のパラメータは撮像パラメータと呼ばれ、ユーザーにより入力装置１１６を介して入力される。撮像パラメータは、繰り返し時間（ＴＲ）、エコー時間（ＴＥ）、ＲＦパルスの強度を決定するフリップ角（ＦＡ）、周波数エンコード数、位相エンコード数、スライス厚、スライス枚数、スライス間隔、受信バンド幅などがある。計測は、パルスシーケンスとこれを制御するために必要な撮像パラメータとに従って行われる。定量値撮像では、上述した撮像パラメータのうち複数の撮像パラメータの各値を変化させて計測を行う。値を変化させる撮像パラメータの組み合わせをここでは撮像パラメータセットという。
　定量値画像の撮像に用いられるパルスシーケンスの一例として、ＲＦ―ｓｐｏｉｌｅｄ ＧＲＡＳＳシーケンスを図３に示す。本図において、ＲＦ、Ｇｓ、Ｇｐ、Ｇｒ、Ｅｃｈｏ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、エコー信号を表す。スライス傾斜磁場パルス３０１の印加とともにＲＦパルス３０２を照射し、対象物体内のあるスライスの磁化を励起する。次いでスライスリフェーズ傾斜磁場パルス３０３と磁化の位相に位相エンコード方向の位置情報を付加するための位相エンコード傾斜磁場パルス３０４、ディフェーズ用リードアウト傾斜磁場３０５を印加した後、リードアウト方向の位置情報を付加するためのリードアウト傾斜磁場パルス３０６を印加しながらエコー信号３０７を計測する。そして最後にディフェーズ用位相エンコード傾斜磁場パルス３０８を印加する。以上の手順を位相エンコード傾斜磁場パルス３０４と３０８の強度（位相エンコード量ｋｐ）を変化させるとともにＲＦパルスの位相を増分値θ（例えば１１７度）ずつ変化させながら（ｎ番目のＲＦパルスの位相はφ(n) = φ(n-1) + 117nとなる）繰り返し時間ＴＲで繰り返し、1枚の画像を得るのに必要なエコーを計測する。各エコーはｋ空間上に配置され、２次元逆フーリエ変換によって画像が再構成される。このパルスシーケンスは、Ｔ１（縦緩和時間）を強調した画像が得られる特徴をもつ。
　定量値撮像では、複数の異なる撮像パラメータセットを用いて同一のパルスシーケンス（ＲＦ―ｓｐｏｉｌｅｄ ＧＲＡＳＳシーケンス）を実行する。本実施形態のＭＲＩ装置では、撮像パラメータセットとして、少なくとも繰り返し時間およびフリップ角の値の組み合わせが異なるものを用いる。計算機１１０（撮像パラメータセット生成部４０）は、入力装置１１６を介してユーザーが設定した撮像条件や検査対象に関する情報をもとに、最適な撮像パラメータセットの組み合わせを計算する。シーケンサ４は計算機１１０が算出した撮像パラメータセットの組み合わせを用いて、上述したパルスシーケンスによる複数の計測を行うよう、ＭＲＩ装置の各部を制御する。
　演算部及び制御部として機能する本実施形態の計算機１１０の構成を図４に示す。計算機１１０は、図４に示すように、撮像条件を受け付ける撮像受付部４１０と、少なくとも繰返し時間およびフリップ角の組合せが異なる少なくとも３つ以上の撮像パラメータセットを生成する撮像パラメータセット生成部４３０と、生成した撮像パラメータセットに基づき同一のパルスシーケンスを実行する計測制御部４２０と、得られた画素値の異なる複数の画像を用いて定量値を演算する定量値演算部４４０と、表示装置１１１に表示させる画像やＧＵＩ等を制御する表示制御部４５０と、を備える。
　撮像条件受付部４１０は、撮像部位や撮像対象臓器などの撮像対象に関連する条件を受け付ける対象受付部４１１と、撮像時間に関連する指標かあるいは定量値の推定精度に関連する指標のいずれかを受け付ける制約条件受付部４１２を備える。制約条件受付部４１２が受け付けた指標は、撮像パラメータセット生成部４３０が特定された撮像対象において最適な撮像パラメータセットを決定する際の制約条件となる。
　これら計算機１００の機能は、主としてＣＰＵに組み込まれたプログラムにより達成される。また定量値演算の一部或いは全部は、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどのハードウェアによって実現する場合もある。
　次に本実施形態の計算機１１０における処理の流れを説明する。図５に処理の流れの概要を示す。はじめに、表示制御部４５０が表示装置１１１に撮像条件設定のためのＵＩを表示し、ユーザーからＵＩ及び入力装置１１６を介して入力される撮像対象を対象受付部４１１にて受け付ける（ステップＳ５０１）。また、ユーザーからＵＩ及び入力装置１１６を介して入力された撮像時間または定量値の推定精度に関する制約条件を、制約条件受付部４１２にて受け付ける（ステップＳ５０２）。
　次に、撮像パラメータセット生成部４３０において、ステップＳ５０１で受け付けた撮像対象に基づき、撮像対象における定量値情報を設定する（ステップＳ５０３）。さらに、撮像パラメータセット生成部４３０において、ステップＳ５０２で指定した制約条件が時間に関するものか精度に関するものかを判別する（ステップＳ５０４）。ステップＳ５０４において、時間に関する制約を受け付けたと判断した場合、撮像パラメータセット生成部４２０は、指定された時間制約を満たしながら定量値推定誤差が最小となる、少なくとも繰返し時間およびフリップ角の組合せが異なる少なくとも３つ以上の撮像パラメータセットを誤差伝播法にて算出する（ステップＳ５０５）。あるいは、ステップＳ５０４において精度に関する制約を受け付けたと判断した場合、撮像パラメータセット生成部４２０は、指定された精度制約を満たしながら撮像時間が最小となる、少なくとも繰返し時間およびフリップ角の組合せが異なる少なくとも３つ以上の撮像パラメータセットを誤差伝播法にて算出する（ステップＳ５０６）。
　その後、計測制御部４２０において、ステップＳ５０５あるいはステップＳ５０６で算出された撮像パラメータセットを計測の条件に設定する（ステップＳ５０７）。計測制御部４２０において、設定された条件で撮像を実行する（ステップＳ５０８）。次に、定量値演算部４４０において、撮像で得た複数の画像から定量値を算出する（ステップＳ５０９）。
　以下、各部の処理の詳細を説明する。
＜ステップＳ５０１、Ｓ５０２＞
　表示制御部４５０が表示装置１１１に表示させる、撮像条件受付のためのＵＩの一例を図６に示す。図示する例では、受付画面６００は、撮像対象に関連する条件を受け付ける対象受付ブロック６０１と、制約条件受付ブロック６０２とで構成され、対象受付ブロック６０１は、予めリスト化された撮像対象（脳、脊椎、心臓、肝臓など）から一項目をユーザーが選択する形式で構成される。制約条件受付ブロック６０２は、撮像時間かあるいは定量値の推定精度に関連する指標を受け付けるためのＵＩで、時間か精度のいずれかを選択可能な選択部６０３と、時間と精度それぞれに関連する指標の数値入力を受け付ける数値入力部６０４が備えられる。時間に関する指標としては、例えば、生成する撮像パラメータセットのＴＲの合計値や、撮像パラメータセットの数（３以上を指定）などを入力する。精度指標としては、例えば、誤差伝播法にて算出される相対誤差に関する閾値を入力する。さらに、入力内容を保存して次のステップＳ５０３に進むための、確認ボタン６０５が備えられる。
＜ステップＳ５０３＞
　撮像パラメータセット生成部４３０は、まず、ステップＳ５０１で選択された撮像対象における定量値情報を設定する。定量値情報とは、撮像対象ごとに経験的に求められている典型的な定量値の値（以下、定量値の基準値という）であり、後述のステップＳ５０５、Ｓ５０６における誤差伝搬法の演算に用いられる。定量値は、例えば、プロトン密度ＰＤ、受信コイルの感度Ｓｃ、送信感度Ｂ１、縦緩和時間Ｔ１、横緩和時間Ｔ２或いは見かけの横緩和時間Ｔ２＊、などである。
　本実施形態では、対象受付部４１１にてユーザーが選択可能な撮像対象の定量値の基準値をテーブルとして予め記憶装置１１２に保存しておく。撮像パラメータセット生成部４３０は、対象受付部４１１におけるユーザーの選択に応じて、記憶装置１１２に保存された撮像対象と定量値のテーブルを参照し、選択された撮像対象における基準値を呼び出す。例えば、対象が脳であった場合、呼び出される値は脳の主な組織である白質、灰白質、脳脊髄液、脂肪などの定量値が呼び出される。
＜ステップＳ５０４、Ｓ５０５＞
　ステップＳ５０４で選択部６０３（図６）を介して時間優先であることが選択され、時間指標５０４を介して時間の制約条件が入力されると、制約条件受付部４１２が、これら条件を受け付け、撮像パラメータセット生成部４３０は受け付けた制約条件のもとで、誤差伝搬法を用いた最適化手法により撮像パラメータセットを生成する。図７（Ａ）にステップＳ５０５の詳細を示す。
　最適化手法の対象となる撮像パラメータセットは、総当たり法でもよいが、演算時間を短縮するため、撮像パラメータ（フリップ角ＦＡ、繰り返し時間ＴＲ、エコー時間ＴＥ、ＲＦパルスの位相増分θ）の設定可能な値をもとに、対象とする撮像パラメータセットの組み合わせの数を絞っておくことが好ましい（Ｓ５０５１）。具体的には、撮像パラメータの設定可能な値の候補を予め記憶装置１１２に保存しておき、時間指標として、例えばパラメータセットの数Ｎの指定を受けた場合は、Ｎの値を固定し、パラメータセットの数がＮ個となる撮像パラメータセットを各々の値の候補の組合せにて作成する。或いは時間指標として、撮像パラメータセットのＴＲの合計値を受け付けた場合は、Ｎを３以上に設定し、撮像パラメータ値の候補を組合せて作成した撮像パラメータセットのうち、ＴＲの合計値が指定された値に一致する組合せのみを選択してもよい。また４つの撮像パラメータのうち、ＴＥ、θの両方或いは一方は固定し、ＦＡ、ＴＲのみを異ならせた組み合わせから作成してもよい。これにより組み合わせ数が膨大になるのを防止できる。
　こうして対象となる撮像パラメータセットの組み合わせ（組み合わせ候補）が決まったならば、組み合わせ候補のそれぞれについて、各撮像パラメータセットを用いた場合に取得される画像の輝度値から定量値の摂動を計算し、誤差を推定する（Ｓ５０５２）。
　本実施形態において実行されるパルスシーケンスにて取得される画像の輝度値Ｉは、次式（１）のように撮像パラメータと撮像対象の定量値の輝度関数で表わすことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、ａはプロトン密度と受信コイルの感度および受信ゲインなどを含む比例係数、Ｂ１は送信感度、Ｔ１は縦緩和時間、Ｔ２＊は見かけの横緩和時間、ＦＡはフリップ角、ＴＲは繰り返し時間、ＴＥはエコー時間、θはＲＦ（高周波磁場）の位相増分値である。ａ、Ｂ１、Ｔ１、Ｔ２＊は定量値、ＦＡ、ＴＲ、ＴＥ、θは撮像パラメータである。輝度関数は、一般的なパルスシーケンスでは公知であり、またＢｌｏｃｈの方程式を解くことで数値的な補間関数として求めることも可能である。
　定量値の摂動（Δａ、ΔＢ１、ΔＴ１、ΔＴ２＊）は、撮像パラメータセット数をＮ、ｉ回目の撮像パラメータセットを
ｘｉ＝（ＦＡｉ、ＴＲｉ、ＴＥｉ、θｉ）、但し、ｉは１～Ｎの整数
としたとき、式（１）の関数ｆの２次関数近似からの導出により次式（２）で表わされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　ここで、▽ｆは勾配ベクトル、▽２ｆはヘシアン行列であり、それぞれ、式（３）、式（４）で表わされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　この定量値の摂動の演算において、定量値として、ステップＳ５０３で設定した撮像対象の標準値を用いる。
　なお、悪条件による解の導出時の誤差を過大評価するため、条件数に閾値を設定し、次式（５）のように、閾値より小さい場合に、摂動が大きくなる条件判定を設定しても良い。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　次に算出した摂動を規格化し、相対誤差Ｅを次式（６）で計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 　ここで、Ｍはターゲット組織（撮像対象に含まれる組織のうち定量値算出の対象とする組織）の数、ｗは重み付けの係数である。下付ｊは１～Ｍの整数で各組織の定量値とその摂動であることを意味する。
　このように、対象組織の定量値（基準値）が予め分かっている場合、ある撮像パラメータセット「ｘｉ＝（ＦＡｉ、ＴＲｉ、ＴＥｉ、θｉ）」で計測された画素値から推定される定量値ａ、Ｂ１、Ｔ１、Ｔ２＊がどの程度の誤差を含むかを相対誤差Ｅにて評価することができる。
　撮像パラメータセット生成部４３０は、組み合わせ候補すべてについて上述した相対誤差の計算を行い、相対誤差Ｅが最小となる撮像パラメータセット「ｘｉ＝（ＦＡｉ、ＴＲｉ、ＴＥｉ、θｉ）」の組み合わせを最適撮像パラメータセットとして、計測制御部４２０に渡す（Ｓ５０５３）。
＜ステップＳ５０４、Ｓ５０６＞
　図７（Ｂ）にステップＳ５０６の詳細を示す。
　ステップＳ５０４で選択部６０３（図６）を介して精度優先が選択され、精度の指標として、例えば、相対誤差Ｅの値がユーザーから指定された場合は、撮像パラメータセット生成部４３０は、撮像パラメータセットの組み合わせ（Ｓ５０６１）の中から、精度の制約として指定された値よりも相対誤差Ｅが小さくなる撮像パラメータセットを抽出し（Ｓ５０６２、Ｓ５０６３）、その中から撮像時間が最短となる撮像パラメータセットを抽出する（Ｓ５０６４）。撮像時間はＴＲで見積もることできるので、ここではＴＲの合計値が最小となる撮像パラメータセットを抽出する。
＜ステップＳ５０７、Ｓ５０８＞
　計測制御部４２０は、同一パルスシーケンスを用い、撮像パラメータセット生成部４３０にて生成したＮ種類の撮像パラメータにて、Ｎ回の計測を行い、Ｎ個の画像を取得する。即ち、計測の度に、撮像パラメータＦＡ、ＴＲ、ＴＥ、及びθを撮像パラメータセット生成部が生成した撮像パラメータセットの各値にセットして、Ｎ回の計測を繰り返す。
＜ステップＳ５０９＞
　定量値演算部４４０は、撮像パラメータセット「ｘｉ＝（ＦＡｉ、ＴＲｉ、ＴＥｉ、θｉ）」と計測制御部４２０にて取得した画像の各ボクセルの画素値Ｉｉを輝度関数ｆでフィッティングすることにより定量値ａ、Ｂ１、Ｔ１、Ｔ２＊を推定する。フィッティングは，次式（７）で表わされる最小二乗問題を解く。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　算出した定量値は、必要に応じて表示制御部４５０が表示装置１１１に表示する。表示の形態は従来の定量値撮像における表示形態と同様であり、例えば、定量値を画素とする定量値画像を表示してもよいし、定量値を数値として表示することも可能である。さらに複数の定量値を用いて、他の診断用の諸量を算出し、それを表示することも可能である。
　以上に説明したように、本実施の形態においては、ユーザーの入力する条件において、定量値推定に最適な撮像パラメータを提供する。これにより、分解能を維持したまま撮像時間を短くしたい場合、例えば、ユーザーは撮像する画像の枚数を指定するか、あるいは撮像パラメータセットの合計ＴＲを指定することにより、現状より撮像時間の短い撮像パラメータセットを容易に作成できる。また、画像の質にこだわりたい場合においては、相対誤差を指定することにより、画質を維持した上で最短の撮像時間となる撮像パラメータセットを容易にできる。
＜変形例１＞
　第二の実施形態では、定量値撮像の撮像シーケンスとして、１回の繰り返し時間ＴＲで一つのエコー信号を計測するパルスシーケンスを例示したが、ＴＲ内で複数のエコー信号を計測し、複数のＴＥの画像を取得するマルチエコー計測シーケンスを採用することも可能である。これにより各回の撮像で取得する画像数が増えるため定量値の推定精度を向上できる。
＜変形例２＞
　第二の実施形態では、少なくともＴＲとＦＡの組合せが異なるパラメータを抽出することを説明したが、本変形では、ＲＦパルスの位相増分θを固定値とし且つその値を１１７度とは異なる角度に調整する。
　一般に、ＲＦ－ｓｐｏｉｌｅｄ　ＧＲＡＳＳシーケンスのように、Ｔ１（縦緩和時間）を強調した画像を取得するシーケンスでは、Ｔ２（横緩和）の影響を排除するためにＲＦパルスの位相をＴＲごとに変化させる。この際、位相増分を１１７度に設定したときにＴ２の影響を効果的に排除することが知られているが、定量値撮像において定量値算出の誤差を低減するために好適な位相増分は検討されていない。そこで本変形例では、定量値算出の誤差と位相増分との関係に基づき、位相増分を調整する。
　図８に、固定値であるθの値を変化させたときの相対誤差Ｅの値をプロットした図を示す。相対誤差Ｅは、上述した式（２）、（６）に種々のθを代入して算出した値であり、グラフにはＴＲの合計値がそれぞれ異なる場合をプロットしている。図からわかるように、いずれのＴＲにおいても、位相増分値θが１０度を超えると、位相増分が大きくなるにつれ、相対誤差Ｅは高くなる傾向がある。
　そこで本変形例では、撮像パラメータセット設定部４３０は、位相増分を１０度以下（０度以上１０度以下）の固定値に設定した上で、他の撮像パラメータ値の候補を組合せて、撮像パラメータセットを生成する。生成した複数の撮像パラメータセットについて、時間に関する制約或いは誤差精度に関する制約のもと、相対誤差Ｅを算出し、相対誤差Ｅを最小にする撮像パラメータセットの組み合わせを決定することは第二の実施形態と同様である。
　本変形例によれば、位相増分値を調整することにより、誤差精度を高めることができる。
　なお位相増分値θを１０度以下の固定値とするのではなく、位相増分値θの値を固定せず、各撮像パラメータセットでθを変えるような撮像パラメータセットを算出しても良い。これにより、定量値精度をさらに向上できる利点がある。
＜変形例３＞
　第二の実施形態では、ユーザーの指定に基づき、撮像パラメータセット生成部４３０にて算出する構成としていたが、予め複数の条件にて最適な撮像パラメータセットを演算してリスト化して記憶装置１１２に保存する構成にしても良い。その場合、撮像パラメータセット生成部４３０は、指定する条件に一致する撮像パラメータセットを記憶装置１１２に保存された情報を参照して抽出し、最適パラメータセットとして提示する。これにより、設定から最適パラメータの提示を受けるまでの処理時間を大幅に短縮することができ、利便性が向上する。
＜＜第三の実施形態＞＞
　以上の実施形態では、本発明の撮像パラメータセット生成に関わる機能をＭＲＩ装置内の計算機が実行する場合を説明したが、撮像パラメータセット生成に関わる機能は、ＭＲＩ装置とは別の計算機で実行することが可能である。別の計算機は、独立したＣＰＵであってもよいし、クラウド上に構築されたものであってもよく、撮像パラメータセット生成装置として本発明に包含される。
　この場合、撮像パラメータセット生成装置９００は、図９に示すように、ＭＲＩ装置１００の撮像条件受付部１０が受け付けた撮像条件を受け付ける受付部９１０と、撮像パラメータセット生成部９３０とを備える。受付部９１０は、撮像パラメータセット生成装置９００がＭＲＩ装置１００とネットワークで接続可能な装置であれば、ネットワークを介して、或いは通信手段や可搬媒体等を介して、所定の撮像対象について撮像を行うＭＲＩ装置の撮像条件受付部１０が受け付けた撮像条件を受け付ける。撮像パラメータセット生成部９３０は、撮像条件をユーザーが入力する入力装置を備えていてもよい。
　撮像パラメータセット生成部９３０が、撮像パラメータセットを生成する手順は、上述したＭＲＩ装置内の撮像パラメータセット生成部４３０で行う手順（図５）と同じであり、例えば、以下の処理手順を記述したプログラムに従って実行される。
　撮像対象を受け付けるステップ（Ｓ５０１）、撮像時間または定量値の推定精度に関する制約条件を受け付けるステップステップ（Ｓ５０２）、受け付けた撮像対象に基づき、撮像対象における定量値情報（定量値の標準値）を設定するステップ（Ｓ５０３）、指定した制約条件が時間に関するものか精度に関するものかを判定するステップ（Ｓ５０４）、時間に関する制約を受け付けたと判定した場合、定量値の標準値を用いて、指定された時間制約を満たしながら定量値推定誤差が最小となる、少なくとも繰返し時間およびフリップ角の組合せが異なる少なくとも３つ以上の撮像パラメータセットを誤差伝播法にて算出するステップ（Ｓ５０５）、精度に関する制約を受け付けたと判定した場合、指定された精度制約を満たしながら撮像時間が最小となる、少なくとも繰返し時間およびフリップ角の組合せが異なる少なくとも３つ以上の撮像パラメータセットを誤差伝播法にて算出するステップ（Ｓ５０６）。
　ステップＳ５０５の処理は、図７（Ａ）に示すように、例えば、時間に関する制約のもとで、即ち時間に関する指標を用いて、複数の撮像パラメータセットの組み合わせ候補を作成するステップＳ５０５１を含むことができる。或いは、予め組み合わせ候補をデータベース化しておくことも可能であり、その場合には、ステップＳ５０１ではデータベース化した候補から、例えば最適化手法の対象となる撮像パラメータセットの組み合わせを選択してもよい。またステップＳ５０５の処理は、Ｓ５０５１で作成した組み合わせ候補について、定量値の標準値を用いて相対誤差を計算するステップ（Ｓ５０５２）、及び、誤差伝搬法により誤差が最小となる撮像パラメータセットの組み合わせを決定するステップ（Ｓ５０５３）を含むことができる。
　ステップＳ５０６の処理は、図７（Ｂ）に示すように、組み合わせ候補を作成するステップＳ５０６１、相対誤差を計算するステップＳ５０６２、相対誤差が指定された誤差精度以下となる組み合わせを選択するステップＳ５０６３、及び、ステップＳ５０６３で選択された組み合わせから撮像時間が最短となる組み合わせを選択するステップＳ５０６４を含むことができる。
　本実施形態によれば、ＭＲＩ装置から独立した計算機で撮像パラメータセットの生成を行うので、ＭＲＩ装置の演算部（ＣＰＵ）の負荷を軽減することができる。
　なお本実施形態のパラメータセット生成装置９００は、撮像パラメータセット生成部９３０に加えて、定量値演算部９４０（点線で示す）を備えていてもよい。この場合には、撮像パラメータセット生成装置９００が生成した撮像パラメータセットを用いて、ＭＲＩ装置１００が撮像した複数の画像を定量値演算部９４０が取込み、定量値を算出する。算出した定量値を、ＭＲＩ装置側に戻し、ＭＲＩ装置１００において、その他の画像（例えば定量値計算に用いた画像）とともに表示する。表示の形態は任意である。
１０：撮像条件受付部、２０：計測部、３０：撮像パラメータセット生成部、４０：定量値演算部、１００：ＭＲＩ装置、１０１：マグネット、１０２：傾斜磁場コイル、１０３：被検体（生体）、１０４：シーケンサ、１０５：傾斜磁場電源、１０６：高周波磁場発生器、１０７：ＲＦコイル、１０８：ＲＦプローブ、１０９：受信器、１１０：計算機、１１１：表示装置、１１２：記憶装置、１１３：シムコイル、１１４：シム電源、１１５：寝台（テーブル）、１１６：入力装置、４１０：撮像条件受付部、４１１：対象受付部、４１２：制約条件受付部、４２０：計測制御部、４３０：撮像パラメータセット生成部、４４０：定量値演算部、４５０：表示制御部、９００：撮像パラメータセット生成装置、９１０：受付部、９３０：撮像パラメータセット生成部、９４０：定量値演算部

Claims (13)

  1. 　少なくとも繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡを撮像パラメータとする撮像シーケンスを、前記繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡの値の組み合わせを異ならせてＮ回（Ｎは３以上）実行することにより、同一の撮像対象のＮ個の画像を撮像する計測部と、
    　前記計測部が撮像したＮ個の前記画像に基づいて、１種以上の定量値を算出する定量値演算部と、
    　前記繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡの値の組み合わせをＮ種類生成し、前記計測部が前記撮像シーケンスをＮ回実行する際の前記繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡとして設定する撮像パラメータセット生成部と、
    　前記撮像対象を特定する情報をユーザーから受け付ける対象受付部とを有し、
    　前記撮像パラメータセット生成部は、複数の撮像対象について予め求めておいた１種以上の定量値の標準値から、前記対象受付部が受け付けた撮像対象の定量値の標準値を選択し、この定量値の標準値を用いて、前記撮像シーケンスの撮像時間が所定値以下、または、前記定量値演算部が算出する定量値の誤差が所定値以下、となる前記繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡの値のＮ種類の組み合わせを生成することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  2. 　請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    　前記撮像パラメータセット生成部は、予め定めておいた、前記繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡの値のＮ種類の組み合わせ、の複数の候補について、前記定量値の標準値を用いて前記定量値の誤差の推定値を算出し、前記撮像シーケンスの撮像時間が所定値以下、または、前記定量値演算部が算出する定量値の誤差の推定値が所定値以下、となる候補を選択することにより、前記繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡの値のＮ種類の組み合わせを生成することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  3. 　請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    　前記撮像パラメータセット生成部は、前記複数の候補として、前記撮像シーケンスの撮像時間が所定値以下である複数の候補を選択し、選択された複数の候補から、前記定量値演算部が算出する定量値の誤差の推定値が最小となる候補を選択することにより、前記繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡの値のＮ種類の組み合わせを生成することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  4. 　請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    　前記撮像パラメータセット生成部は、前記複数の候補について、前記定量値の標準値を用いて前記定量値の誤差の推定値を算出し、算出した誤差の推定値が所定値以下となる複数の候補から、前記撮像シーケンスの撮像時間が最短となる候補を選択することにより、前記繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡの値のＮ種類の組み合わせを生成することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  5. 　請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    　「撮像時間」および「定量値の誤差」のうちのいずれか一方のユーザーによる選択を受け付ける制約条件受付部をさらに有し、
    　前記撮像パラメータセット生成部は、前記制約条件受付部が受け付けた選択が、「撮像時間」である場合、前記撮像シーケンスの撮像時間が所定値以下となる前記繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡの値のＮ種類の組み合わせを生成し、「定量値の誤差」である場合、前記定量値演算部が算出する定量値の誤差が所定値以下、となる前記繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡの値のＮ種類の組み合わせを生成することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  6. 　請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    　前記制約条件受付部は、さらに、前記撮像時間に関する値及び定量値の誤差に関する値のうちいずれか一方のユーザーによる選択を受け付けることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  7. 　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１種以上の定量値は、撮像対象の１種以上の物性値を含み、１種以上の物性値は、プロトン密度、縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２又は見かけの横緩和時間Ｔ２＊のいずれかを含むことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  8. 　請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    　前記撮像パラメータセット生成部は、生成する繰返し時間およびフリップ角の組合せが異なる撮像パラメータセットにおいて、ＲＦ位相増分値を所定の範囲の固定値に設定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  9. 　請求項８記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    　前記ＲＦ位相増分値は０度以下１０度以上を満たす値に調整されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  10. 　磁気共鳴イメージング装置により定量値画像を得るための撮像シーケンスを用いて撮像する対象を特定する情報をユーザーから受け付ける対象受付部と、
    　前記撮像シーケンスにおける繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡの値の組み合わせをＮ種類生成する撮像パラメータセット生成部と、
    を有し、
    　前記撮像パラメータセット生成部は、複数の撮像対象について予め求めておいた１種以上の定量値の標準値から、前記対象受付部が受け付けた撮像対象の定量値の標準値を選択し、この定量値の標準値を用いて、前記撮像により得られる定量値の誤差を算出し、前記撮像シーケンスの撮像時間が所定値以下、または、前記定量値の誤差が所定値以下、となる前記繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡの値のＮ種類の組み合わせを生成することを特徴とする撮像パラメータセット生成用演算装置。
  11. 　請求項１０に記載の撮像パラメータセット生成用演算装置であって、
    　前記撮像パラメータセット生成部が生成した前記繰り返し時間ＴＲとフリップ角ＦＡの値のＮ種類の組み合わせを用いて、磁気共鳴イメージング装置で撮像したＮ個の画像を取得し、前記Ｎ個の画像と前記繰り返し時間ＴＲ及びフリップ角ＦＡの値とを用いて、定量値画像を作成する定量値演算部をさらに備えたことを特徴とする撮像パラメータセット生成用演算装置。
  12. 　計算機に、
    　撮像対象を特定する情報を受け付けるステップと、
    　複数の撮像対象について予め求めておいた１種以上の定量値の標準値から、前記受け付けるステップで受け付けた撮像対象の定量値の標準値を選択するステップと、
    　選択した定量値の標準値を用いて、複数の撮像パラメータセットの組み合わせについて、それぞれ、各撮像パラメータセットの組み合わせを用いて撮像した画像から求めた定量値の誤差の推定値を算出するステップと、
    　前記定量値の誤差の推定値及び撮像時間に関する指標を制約として、Ｎ（Ｎは３以上の整数）種類の最適撮像パラメータセットの組み合わせを決定するステップと、を実行させる撮像パラメータセット生成プログラム。
  13. 　撮像対象を特定する情報をユーザーから受け付ける対象受付部と、複数の計測を行い撮像対象の複数の画像を取得する計測部と、計測部が取得した複数の画像を用いて撮像対象の定量値を算出する定量値算出部と、前記複数の計測に用いる撮像パラメータセットを生成する撮像パラメータセット生成部とを備える磁気共鳴イメージング装置であって、前記撮像パラメータセット生成部は、前記対象受付部が受け付けた撮像対象を特定する情報を用いて、撮像パラメータの値を変化させた場合の定量値の誤差を推定し、当該誤差の推定値と撮像時間に関する指標を用いて撮像パラメータの組み合わせを決定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
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