JP2005237703A - 磁気共鳴イメージング装置および磁気共鳴イメージング装置のデータ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より短時間で画像種等の撮影条件に依存することなく良好な精度で受信用コイルの感度分布の不均一性による画像データの信号強度ムラを補正することが可能な磁気共鳴イメージング装置および磁気共鳴イメージング装置のデータ処理方法である。
【解決手段】磁気共鳴イメージング装置は、画像撮影における受信用コイル２４の感度補正用データを生成するためのスキャンを前記画像撮影における受信用コイル２４を受信用コイル２４として実行する手段と、前記スキャンにおいて前記画像撮影における受信用コイルにより取得されたデータのみを元データとして前記感度補正用データを生成する手段とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、核磁気共鳴信号を利用して被検体の画像を撮像する磁気共鳴イメージング装置および磁気共鳴イメージング装置のデータ処理方法に係り、特に各受信用コイルの感度分布に起因する画像データの信号値の不均一性を補正する磁気共鳴イメージング装置および磁気共鳴イメージング装置のデータ処理方法に関する。

従来、医療現場におけるモニタリング装置として、図９に示すような磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置１が利用される（例えば特許文献１参照）。

磁気共鳴イメージング装置１は、静磁場を形成する筒状の静磁場用磁石２内部にセットされた被検体Ｐの撮像領域に傾斜磁場コイルユニット３の各傾斜磁場コイル３ｘ、３ｙ、３ｚでＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の傾斜磁場を形成するとともにＲＦ（Radio Frequency）コイル４からラーモア周波数の高周波（ＲＦ）信号を送信することにより被検体Ｐ内の原子核スピンを磁気的に共鳴させ、励起により生じた核磁気共鳴（ＮＭＲ：Nuclear Magnetic Resonance）信号を利用して被検体Ｐの画像を再構成する装置である。

すなわち、予め静磁場電源５により静磁場用磁石２内部に静磁場が形成される。さらに、入力装置６からの指令によりシーケンスコントローラ制御手段７ａは、信号の制御情報であるシーケンスをシーケンスコントローラ８に与え、シーケンスコントローラ８はシーケンスに従って各傾斜磁場コイル３ｘ、３ｙ、３ｚに接続された傾斜磁場電源９およびＲＦコイル４に高周波信号を与える送信器１０を制御する。このため、撮像領域に傾斜磁場が形成され、被検体Ｐには高周波信号が送信される。

この際、傾斜磁場コイル３ｘ、３ｙ、３ｚにより形成されたＸ軸傾斜磁場、Ｙ軸傾斜磁場，Ｚ軸傾斜磁場は主として、位相エンコード（PE：phase encoding）用傾斜磁場、読出し（RO:readout）用傾斜磁場、スライスエンコード（SE:slice encoding）用傾斜磁場としてそれぞれ使用される。このため、原子核の位置情報であるＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標はそれぞれ原子核スピンの位相、周波数、スライスの位置に変換され、位相エンコード量を変えながらシーケンスが繰返し実行される。

そして、被検体Ｐ内の原子核スピンの励起に伴って発生したＮＭＲ信号は、ＲＦコイル４で受信されるとともに受信器１１に与えられてデジタル化された生データ（raw data）に変換される。さらに、生データは、シーケンスコントローラ８を介してシーケンスコントローラ制御手段７ａに取り込まれ、シーケンスコントローラ制御手段７ａは生データデータベース７ｂに形成されたＫ空間（フーリエ空間）に生データを配置する。そして、画像再構成手段７ｃが、Ｋ空間に配置された生データに対してフーリエ変換を実行することにより、被検体Ｐの再構成画像データが得られ、画像データデータベース７ｄに保存される。さらに、画像表示手段７ｅにより画像データが適宜表示装置７ｆに与えられて表示される。

このような磁気共鳴イメージング装置１では、撮影高速化のためにＲＦコイル４が送信用の全身用（ＷＢ：whole-body）コイルと受信用の主コイルとしてのフェーズドアレイコイル（phased-array coil）とから構成される（例えば非特許文献１参照）。フェーズドアレイコイルは、複数の表面コイルを備えるため、各表面コイルで同時にＮＭＲ信号を受信してより多くの生データを短時間で収集することにより、撮像時間を短縮することができる。

しかし、ＲＦコイル４をフェーズドアレイコイルやＷＢコイルで構成すると、フェーズドアレイコイルやＷＢコイルの感度の不均一性に依存してＮＭＲ信号とともに再構成処理により得られる画像データの信号強度にも不均一性が生じる。一般に、ＷＢコイルの感度の不均一性は無視できる程度に十分に小さいが、特に目的別コイルとしてのフェーズドアレイコイルにおける表面コイルの感度の不均一性は大きく、画像データに影響を与える。

このため、フェーズドアレイコイルの感度不均一性に起因する画像データの信号強度における不均一性を補正する必要がある。

そこで、従来、被検体Ｐの画像を生成するための本スキャンに先立って感度プレスキャンが実行される。そして感度プレスキャンによりフェーズドアレイコイルとＷＢコイルとから画像データを取得し、各画像データの信号強度Ｓ_ＰＡＣ、Ｓ_ＷＢの除算値である信号強度比（Ｓ_ＰＡＣ／Ｓ_ＷＢ）に基づいてフェーズドアレイコイルの感度分布が３次元感度マップデータとして推定され、さらに得られたフェーズドアレイコイルの３次元感度マップデータを用いて画像データの信号強度ムラが補正される。

すなわち図１０のフローチャートに示すように、ステップＳ１において、感度プレスキャン実行手段７ｇにより感度推定用シーケンスがシーケンスコントローラ制御手段７ａに与えられてフェーズドアレイコイルおよびＷＢコイルを受信用コイルとして感度プレスキャンが実行される。そして、ＷＢコイルにより得られたＷＢコイル画像データおよびフェーズドアレイコイルにより得られた主コイル画像データが、フェーズドアレイコイルの感度分布推定用の画像データとして取得され、それぞれＷＢコイル画像データベース７ｈおよび主コイル画像データベース７ｉに保存される。このため、三次元の画像データであるボリュームデータの撮影が２回に亘って実施される。

次に、ステップＳ２において、感度分布推定手段７ｊにより、フェーズドアレイコイルの感度分布の推定値が求められる。すなわち図１１（ａ）に示すような主コイル画像データの信号強度Ｓ_ＰＡＣを図１１（ｂ）に示すようなＷＢコイル画像データの信号強度Ｓ_ＷＢで除算処理手段７ｋにより除算することにより、図１１（ｃ）に示すような主コイル画像データとＷＢコイル画像データとの信号強度比（Ｓ_ＰＡＣ／Ｓ_ＷＢ）をフェーズドアレイコイルの感度分布の推定値として求める。

この際、主コイル画像データおよびＷＢコイル画像データの信号強度Ｓ_ＰＡＣ、Ｓ_ＷＢが閾値未満、例えば最大値の１０％未満であるような領域については除算処理が施されないようにするために、必要に応じて除算処理の前処理として各信号強度Ｓ_ＰＡＣ、Ｓ_ＷＢの閾値処理が閾値処理手段７ｌにより実施されて閾値未満の領域における各信号強度Ｓ_ＰＡＣ、Ｓ_ＷＢがマスクされる。

この閾値処理を前処理とした除算処理により、画像コントラスト等のようにフェーズドアレイコイルの感度分布の不均一性以外の要因による画像データの信号強度への影響がキャンセルされるため、良好な精度で感度分布を推定できる。

次に、肺野等の存在により閾値処理により生じたデータ欠落部分である無信号領域に対して補間手段７ｍにより内挿あるいは外挿が実施されて感度分布が推定され、さらにフィッティング処理やスムージング処理が２次元領域全体に亘ってスムージング処理手段７ｎにより実施されて図１１（ｄ）に示す感度分布の推定値曲線が得られる。

そして、同様な画像データの処理が３次元領域全体の各断面に亘って実施され、ボリュームデータとして感度分布の推定値が求められる。

次に、ステップＳ３において、フェーズドアレイコイルの感度分布の推定値が３次元感度マップデータとして感度マップデータベース７ｏに保存される。

次に、ステップＳ４において、本スキャン実行手段７ｐにより画像取得用シーケンスがシーケンスコントローラ制御手段７ａに与えられて、フェーズドアレイコイルを受信用コイルとして本スキャンが実行される。そして、生データが収集されて画像再構成手段７ｃの画像再構成処理により画像データが得られる。

次に、ステップＳ５において、本スキャンにおける撮影断面方向、空間分解能等の撮影条件、データ収集条件、画像再構成条件等の諸条件に応じて、画像データ補正手段７ｑが感度マップデータベース７ｏから対応する３次元感度マップデータを切り出す。

そして、ステップＳ６において、画像データ補正手段７ｑが、切出された３次元感度マップデータを用いて画像データを補正する。このため、画像データの信号強度の不均一性が改善される。

一方、フェーズドアレイコイルで受信されたＮＭＲ信号から得られた画像データ自身から後処理によりフェーズドアレイコイルの感度分布を感度マップデータとして推定し、得られたフェーズドアレイコイルの感度マップデータを用いて画像データの信号強度ムラを補正する方法も利用される。例えば、フェーズドアレイコイルにより得られた画像データにスムージング処理を実行することにより極低周波成分の画像データを作成して感度分布として代用する方法がある。

また、ＷＢコイルから送信される高周波信号の信号強度を参照してフェーズドアレイコイルで受信されたＮＭＲ信号から得られた画像データの信号強度ムラを補正する技術や（例えば特許文献２参照）、予め記憶したフェーズドアレイコイルの感度分布と画像データから推定して得られたフェーズドアレイコイルの位置情報とを用いて画像データの信号強度ムラを補正する技術が提案される（例えば特許文献３参照）。
特許第３１３５５９２号 特開昭６３−１３２６４５号公報 特開平７−５９７５０号公報 Ｒｏｅｍｅｒ ＰＢ， ｅｔ ａｌ． Ｔｈｅ ＮＭＲ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ， ＭＲＭ １６， １９２−２２５ （１９９０）

従来の、感度プレスキャンによりフェーズドアレイコイルとＷＢコイルとからそれぞれ得られた画像データの信号強度値Ｓｉｇ_ＰＡＣ、Ｓｉｇ_ＷＢの除算値（Ｓｉｇ_ＰＡＣ／Ｓｉｇ_ＷＢ）に基づいてフェーズドアレイコイルの感度分布を推定して画像データの信号強度を補正する方法では、感度プレスキャンに要する時間が長くなるという問題がある。このため、例えば被検体Ｐの腹部における画像を撮像する場合には、感度プレスキャンの実行時間に応じて息止め時間が長くなる
また、フェーズドアレイコイルを用いた画像データの収集とＷＢコイルを用いた画像データの収集との間に被検体Ｐの動き等の原因により被検体Ｐに位置ずれ（ミスレジストレーション）が発生する恐れがある。さらに、フェーズドアレイコイルとＷＢコイルの双方から画像データを取得するため、フェーズドアレイコイルとＷＢコイルとの間のデカップリングが完全であることが必要となる。

一方、フェーズドアレイコイルによる画像データ自身から後処理にて推定されたフェーズドアレイコイルの感度分布を用いて画像データの信号強度ムラを補正する方法では、フェーズドアレイコイルの感度分布の推定精度が低いため画像データの信号強度の補正が不十分となり、最終的に得られる補正後の画像データの均一性を十分に得ることができない。

また、種々の画像種に対して常に十分な精度で補正を行うことが困難であるという問題がある。例えば、画像データがＴ１強調やＴ２強調された画像データのように所望のコントラストを持つ画像データである場合には、スムージング処理を施して感度分布を推定しても、感度分布を示す画像データもコントラストを有することとなり、スムージング処理後の画像データを感度分布として代用することには無理がある。

さらに、マルチスライスによる撮像において全スライスにおける画像データの補正を一貫して行うことが困難である。

本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、より短時間で画像種等の撮影条件に依存することなく良好な精度で受信用コイルの感度分布の不均一性による画像データの信号強度ムラを補正することが可能な磁気共鳴イメージング装置および磁気共鳴イメージング装置のデータ処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、画像撮影における受信用コイルの感度補正用データを生成するためのスキャンを前記画像撮影における受信用コイルを受信用コイルとして実行する手段と、前記スキャンにおいて前記画像撮影における受信用コイルにより取得されたデータのみを元データとして前記感度補正用データを生成する手段とを有することを特徴とするものである。

また、本発明に係る磁気共鳴イメージング装置のデータ処理方法は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、画像撮影における受信用コイルの感度補正用データを生成するためのスキャンを前記画像撮影における受信用コイルを受信用コイルとして実行し、前記スキャンにおいて前記画像撮影における受信用コイルにより取得されたデータのみを元データとして前記感度補正用データを生成することを特徴とする方法である。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置および磁気共鳴イメージング装置のデータ処理方法においては、より短時間で画像種等の撮影条件に依存することなく良好な精度で受信用コイルの感度分布の不均一性による画像データの信号強度ムラを補正することができる。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置および磁気共鳴イメージング装置のデータ処理方法の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の第１の実施形態を示す機能ブロック図である。

磁気共鳴イメージング装置２０は、静磁場を形成する筒状の静磁場用磁石２１と、この静磁場用磁石２１の内部に設けられたシムコイル２２、傾斜磁場コイルユニット２３およびＲＦコイル２４とを図示しないガントリに内蔵した構成である。

また、磁気共鳴イメージング装置２０には、制御系２５が備えられる。制御系２５は、静磁場電源２６、傾斜磁場電源２７、シムコイル電源２８、送信器２９、受信器３０、シーケンスコントローラ３１およびコンピュータ３２を具備している。コンピュータ３２には、入力装置３３と表示装置３４とが設けられる。

制御系２５の傾斜磁場電源２７は、Ｘ軸傾斜磁場電源２７ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源２７ｙおよびＺ軸傾斜磁場電源２７ｚで構成される。また、コンピュータ３２は、図示しない演算装置および記憶装置を備え、入力装置３３および表示装置３４が設けられる。

静磁場用磁石２１は静磁場電源２６と接続され、静磁場電源２６から供給された電流により撮像領域に静磁場を形成させる機能を有する。また、静磁場用磁石２１の内側には、同軸上に筒状のシムコイル２２が設けられる。シムコイル２２はシムコイル電源２８と接続され、シムコイル電源２８からシムコイル２２に電流が供給されて静磁場が均一化されるように構成される。

傾斜磁場コイルユニット２３は、Ｘ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙおよびＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚで構成され、静磁場用磁石２１の内部において筒状に形成される。傾斜磁場コイルユニット２３の内側には寝台３５が設けられて撮像領域とされ、寝台３５には被検体Ｐがセットされる。ＲＦコイル２４はガントリに内蔵されず、寝台３５や被検体Ｐ近傍に設けられる場合もある。

また、傾斜磁場コイルユニット２３は、傾斜磁場電源２７と接続される。傾斜磁場コイルユニット２３のＸ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙおよびＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚはそれぞれ、傾斜磁場電源２７のＸ軸傾斜磁場電源２７ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源２７ｙおよびＺ軸傾斜磁場電源２７ｚと接続される。

そして、Ｘ軸傾斜磁場電源２７ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源２７ｙおよびＺ軸傾斜磁場電源２７ｚからそれぞれＸ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙおよびＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚに供給された電流により、撮像領域にそれぞれＸ軸方向の傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸方向の傾斜磁場Ｇｙ、Ｚ軸方向の傾斜磁場Ｇｚを形成することができるように構成される。

ＲＦコイル２４は送信器２９および受信器３０と接続される。ＲＦコイル２４は、送信器２９から高周波信号を受けて被検体Ｐに送信する機能と、被検体Ｐ内部の原子核スピンの高周波信号による励起に伴って発生したＮＭＲ信号を受信して受信器３０に与える機能を有する。

図２は図１に示すＲＦコイル２４および受信器３０の一例を示す詳細構成図である。

ＲＦコイル２４は、高周波信号送信用のＷＢコイル２４ａと本スキャンにおけるＮＭＲ信号受信用のコイルである主コイルとしてのフェーズドアレイコイル２４ｂとで構成される。フェーズドアレイコイル２４ｂは、複数の表面コイル２４ｃを備える。

一方、受信器３０は複数の受信系回路３０ａで構成される。そして、各表面コイル２４ｃは、それぞれ個別に受信器３０の各受信系回路３０ａと接続され、ＷＢコイル２４ａは送信器２９と接続される。ただし、ＷＢコイル２４ａを受信器３０の受信系回路３０ａと接続してもよい。

図３は、図２に示すＷＢコイル２４ａとフェーズドアレイコイル２４ｂの配置例を示す断面模式図である。

フェーズドアレイコイル２４ｂの各表面コイル２４ｃは、例えば被検体Ｐの特定関心部位を含む断面Ｌの周囲となるＺ軸周りに対称に配置される。さらにフェーズドアレイコイル２４ｂの外側には、ＷＢコイル２４ａが設けられる。そして、ＲＦコイル２４は、ＷＢコイル２４ａにより被検体Ｐに高周波信号を送信する一方、フェーズドアレイコイル２４ｂの各表面コイル２４ｃにより多チャンネルで特定関心部位を含む断面ＬからのＮＭＲ信号を受信して各受信器３０に与えることができるように構成される。

一方、制御系２５のシーケンスコントローラ３１は、傾斜磁場電源２７、送信器２９および受信器３０と接続される。シーケンスコントローラ３１は傾斜磁場電源２７、送信器２９および受信器３０を駆動させるために必要な制御情報、例えば傾斜磁場電源２７に印加すべきパルス電流の強度や印加時間、印加タイミング等の動作制御情報を記述したシーケンス情報を記憶する機能と、記憶した所定のシーケンスに従って傾斜磁場電源２７、送信器２９および受信器３０を駆動させることによりＸ軸傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ，Ｚ軸傾斜磁場Ｇｚおよび高周波信号を発生させる機能を有する。

また、シーケンスコントローラ３１は、受信器３０からデジタル化されたＮＭＲ信号である生データ（raw data）を受けてコンピュータ３２に与えるように構成される。

このため、送信器２９には、シーケンスコントローラ３１から受けた制御情報に基づいて高周波信号をＲＦコイル２４に与える機能が備えられる一方、受信器３０には、ＲＦコイル２４から受けたＮＭＲ信号に所要の信号処理を実行するとともにＡ／Ｄ変換することにより、デジタル化されたＮＭＲ信号である生データを生成する機能と、生成した生データをシーケンスコントローラ３１に与える機能とが備えられる。

また、コンピュータ３２には、プログラムが読み込まれて実行されることにより感度プレスキャン実行手段３６、感度プレスキャン条件設定手段３７、本スキャン実行手段３８、シーケンスコントローラ制御手段３９、生データデータベース４０、画像再構成手段４１、画像データデータベース４２、主コイル画像データベース４３、感度分布推定手段４４、感度マップデータベース４５、画像データ補正手段４６、画像表示手段４７として機能する。ただし、プログラムによらず、特定の回路を設けてコンピュータ３２を構成してもよい。

感度プレスキャン実行手段３６は、フェーズドアレイコイル２４ｂの感度分布である３次元感度マップデータを求めるための感度プレスキャンを実行する際のシーケンス（感度推定用シーケンス）を感度プレスキャン条件設定手段３７から受けた撮影条件に基づいて生成する機能と、生成した感度推定用シーケンスをシーケンスコントローラ制御手段３９に与えることにより感度プレスキャンを実行させる機能を有する。

感度プレスキャン条件設定手段３７は、感度プレスキャンにおける撮影条件をコントラストが３次元感度マップデータを求めるために十分に低くなるように設定する機能と、設定した感度プレスキャンの撮影条件を感度プレスキャン実行手段３６に与える機能とを有する。

本スキャン実行手段３８は、画像データを取得するための本スキャンを実行する際における各種シーケンスをシーケンスコントローラ制御手段３９に与えることにより本スキャンを実行させる機能を有する。

シーケンスコントローラ制御手段３９は、入力装置３３またはその他の構成要素からの情報に基づいて、感度プレスキャン実行手段３６および本スキャン実行手段３８から受けたシーケンスのうち所要のシーケンスをシーケンスコントローラ３１に与えることにより感度プレスキャンまたは本スキャンを実行させる機能を有する。また、シーケンスコントローラ制御手段３９は、シーケンスコントローラ３１から感度プレスキャンまたは本スキャンの実行により収集されたフェーズドアレイコイル２４ｂの各表面コイル２４ｃの生データを受けて生データデータベース４０に形成されたＫ空間（フーリエ空間）に配置する機能を有する。

このため、生データデータベース４０には、受信器３０において生成された表面コイル２４ｃ毎の各生データが保存される。すなわち、生データデータベース４０に形成されたＫ空間に生データが配置される。

画像再構成手段４１は、本スキャンの実行により生データデータベース４０のＫ空間に配置された生データに対してフーリエ変換（ＦＴ）等の画像再構成処理を施すことにより被検体Ｐの画像データを再構成させる機能と、再構成させた画像データを画像データデータベース４２に書き込む機能とを有する。

また、画像再構成手段４１は、感度プレスキャンの実行により生データデータベース４０のＫ空間に配置された生データに対して、本スキャンの実行により得られる生データに対する再構成処理と同等な手法による再構成処理を施すことにより被検体Ｐの画像データを主コイル画像データとして再構成させる機能と、再構成させた主コイル画像データを主コイル画像データベース４３に書き込む機能とを有する。

感度分布推定手段４４は、主コイル画像データベース４３に保存された主コイル画像データを感度補正用データの元データである感度推定用データとして用いることにより、フェーズドアレイコイル２４ｂの３次元感度マップデータを感度補正用データとして作成する機能と、作成した３次元感度マップデータを感度マップデータベース４５に書き込む機能を有する。このため感度分布推定手段４４は、閾値処理手段４４ａ、領域縮小手段４４ｂ、補間手段４４ｃ、スムージング処理手段４４ｄを備える。

閾値処理手段４４ａは、主コイル画像データに対して閾値処理を施す機能、すなわち主コイル画像データの信号強度が予め設定された閾値以下となる部分のデータをマスクする機能を有する。

領域縮小手段４４ｂは、感度分布推定用に用いる主コイル画像データの領域を縮小させてマスク領域近傍における信号強度の小さい部分を３次元感度マップデータ作成用のデータから除外する機能を有する。

補間手段４４ｃは、主コイル画像データの領域縮小処理後のマスクされた無信号領域における３次元感度マップデータを推定して外挿あるいは内挿することにより感度分布推定用の主コイル画像データを補間する機能を有する。

スムージング処理手段４４ｄは、感度分布推定用の主コイル画像データに対してスムージング処理を施すことにより最終的な３次元感度マップデータを作成する機能を有する。

画像データ補正手段４６は、感度マップデータベース４５に保存された３次元感度マップデータから本スキャンにおける撮影条件、データ収集条件、画像再構成条件等の画像データ取得条件に応じた３次元感度マップデータを切り出して抽出する機能と、抽出した３次元感度マップデータを用いて本スキャンの実行により画像データデータベース４２に保存された画像データの信号強度を補正する機能を有する。

画像表示手段４７は、画像データデータベース４２に保存された画像データを表示装置３４に与えて表示させる機能を有する。

以上のような構成の磁気共鳴イメージング装置２０は、各構成要素により全体として、本スキャンの画像撮影における受信用コイルの感度補正用データを生成するための感度プレスキャンを画像撮影における受信用コイルを受信用コイルとして実行する手段および感度プレスキャンにおいて画像撮影における受信用コイルにより取得されたデータのみを元データとして感度補正用データを生成する手段として機能する。

図４は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０により被検体Ｐの断層画像を撮像する際の手順を示すフローチャートであり、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。

まず、ステップＳ１０において、感度プレスキャンが実行される。そこで、感度プレスキャン条件設定手段３７が、感度プレスキャンにおける撮影条件を設定して感度推定用シーケンスを感度プレスキャン実行手段３６に与える。ここで、感度プレスキャンにおける撮影条件は、３次元感度マップデータを作成するために再構成されて得られる画像が十分に低コントラストとなるように設定される。

低コントラストとなる撮影条件としては、例えば、繰り返し時間（ＴＲ：repetition time）を長くしてエコー時間（ＴＥ：echo time）を短くすることによりＴ１（縦緩和時間）およびＴ２（横緩和時間）のいずれの影響も少ないプロトン密度強調画像を撮影する際における条件あるいはこの条件に近い撮影条件を設定することができる。

感度プレスキャン実行のための感度推定用シーケンスとしては、例えば、高速フィールドエコー（ＦＦＥ）系シーケンスでＴＥを１−５ｍｓ程度と短めに設定し、フリップ角を５〜１０度程度まで小さくしたものを用いるとよい。さらに、ＴＲを２００ｍｓ程度にすれば、２０枚以上のスライスにおける主コイル画像データを収集することが可能となり、３次元感度マップデータを作成するために必要な表面コイル２４ｃの感度が反映されたボリューム全体の主コイル画像データを取得することができる。

一方、感度プレスキャンにおける撮影は２Ｄのマルチスライスでなく３Ｄ撮影としてもよい。３Ｄ撮像の感度推定用シーケンスとしては、例えばＦＦＥ系シーケンスでＴＥを１−５ｍｓ程度と短めに設定しフリップ角を５度以下程度まで小さくしたものを用いることができる。さらに、ＴＲを１０ｍｓ程度とすることで、２Ｄ撮像と同等の撮影時間で必要な主コイル画像データを取得することができる。

そして、感度プレスキャン実行手段３６により感度推定用シーケンスがシーケンスコントローラ制御手段３９に与えられて本スキャンにおける受信用コイル（主コイル）であるフェーズドアレイコイル２４ｂのみを受信用コイルとして感度プレスキャンが実行される。つまり、画像データを取得するための本スキャンに先立って、フェーズドアレイコイル２４ｂの感度マップデータを得るための感度プレスキャンが実行される。

すなわち、予め寝台３５には被検体Ｐがセットされるとともに、静磁場電源２６から静磁場用磁石２１に電流が供給されて撮像領域に静磁場が形成される。また、シムコイル電源２８からシムコイル２２に電流が供給されて撮像領域に形成された静磁場が均一化される。

次に、入力装置３３からシーケンスコントローラ制御手段３９に動作指令が与えられる。このため、シーケンスコントローラ制御手段３９は感度推定用シーケンスをシーケンスコントローラ３１に与える。シーケンスコントローラ３１は、感度推定用シーケンスに従って傾斜磁場電源２７、送信器２９および受信器３０を駆動させることにより被検体Ｐがセットされた撮像領域にＸ軸傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ，Ｚ軸傾斜磁場Ｇｚを形成させるとともに、高周波信号を発生させる。

この際、傾斜磁場コイルにより形成されたＸ軸傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ，Ｚ軸傾斜磁場Ｇｚは主として、位相エンコード（PE）用傾斜磁場、読出し（RO）用傾斜磁場、スライスエンコード(SE)用傾斜磁場としてそれぞれ使用される。このため、被検体Ｐ内部における原子核のスピンの回転方向に規則性が現れ、SE用傾斜磁場によりＺ軸方向に形成されたスライスにおける二次元的な位置情報であるＸ座標およびＹ座標は、PE用傾斜磁場およびRO用傾斜磁場によりそれぞれ被検体Ｐ内部における原子核のスピンの位相変化量および周波数変化量に変換される。

そして、送信器２９から感度推定用シーケンスに応じてＲＦコイル２４のＷＢコイル２４ａに高周波信号が与えられ、ＷＢコイル２４ａから被検体Ｐに高周波信号が送信される。さらに、被検体Ｐの内部において高周波信号の周波数に応じたスライスに含まれる原子核の核磁気共鳴により生じたＮＭＲ信号が、ＲＦコイル２４の主コイルであるフェーズドアレイコイル２４ｂの各表面コイル２４ｃにより多チャンネルで受信されてそれぞれの受信器３０に与えられる。

尚、ＷＢコイル２４ａは高周波信号の送信用としてのみ用いられ、受信用としては用いられない。

各受信器３０は、フェーズドアレイコイル２４ｂの各表面コイル２４ｃからＮＭＲ信号を受けて、前置増幅、中間周波変換、位相検波、低周波増幅、フィルタリング等の各種信号処理を実行する。さらに各受信器３０は、ＮＭＲ信号をＡ／Ｄ変換することにより、デジタルデータのＮＭＲ信号である生データを生成する。受信器３０は、生成した生データをシーケンスコントローラ３１に与える。

シーケンスコントローラ３１は、受信器３０から受けた生データをシーケンスコントローラ制御手段３９に与え、シーケンスコントローラ制御手段３９は生データデータベース４０に形成されたＫ空間に生データを配置する。さらに画像再構成手段４１は、生データデータベース４０のＫ空間に配置された生データに対してフーリエ変換（ＦＴ）を実行することにより被検体Ｐの３次元の画像データであるボリュームデータを主コイル画像データとして再構成させて、フェーズドアレイコイル２４ｂの３次元感度マップデータを得るための感度推定用データとして主コイル画像データベース４３に書き込む。

この際、感度プレスキャンにより収集された生データの再構成処理方法は、本スキャンにおける再構成処理方法と同様な方法とされる。本スキャンにおいてフェーズドアレイコイル２４ｂを用いた再構成処理方法としては、各表面コイル２４ｃにより得られた画像データの２乗和の平方根をとるＳｕｍ ｏｆ Ｓｑｕａｒｅ処理（ＳｏＳ処理）や、各表面コイル２４ｃにより得られた画像データの信号強度絶対値の和をとる再構成処理方法が挙げられる。

次に、ステップＳ１１において、感度分布推定手段４４は、主コイル画像データベース４３に保存されたボリュームデータである主コイル画像データを感度推定用データとして用いることにより、感度分布を推定する。

図５は、図４に示すフローチャートにおいて、フェーズドアレイコイル２４ｂの感度分布を推定する際の詳細手順の一例を示すフローチャートであり、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。

まずステップＳ２０において、主コイル画像データベース４３から主コイル画像データが感度分布推定手段４４に読み込まれる。

図６は、低コントラストとなる撮影条件で得られた主コイル画像データの信号強度分布と一般的なコントラストとなる撮影条件で得られた主コイル画像データの信号強度分布とを比較した図である。

図６（ａ）（ｂ）において、縦軸は主コイル画像データの信号値を示し、横軸は、図３における関心領域（ＲＯＩ： region of interest）を含む断面Ｌ方向の位置を示す。また、図６（ａ）は低コントラストとなる撮影条件で得られた主コイル画像データの信号強度分布を示し、図６（ｂ）は一般的なコントラストとなる撮影条件で得られた主コイル画像データの信号強度分布を示す。

図６（ｂ）のように、一般的なコントラストとなる撮影条件で得られた主コイル画像データでは、コントラストの違いによる影響が十分に小さくなく、そのままフェーズドアレイコイル２４ｂの感度推定用データとして用いることが困難である。

一方、図６（ａ）のように、低コントラストとなる撮影条件で得られた主コイル画像データでは、コントラストの違いによる影響が十分に小さく、そのままフェーズドアレイコイル２４ｂの感度推定用データとして用いたとしても誤差を小さくすることができる。

尚、ここでは、主コイル画像データをＲＯＩを含む直線Ｌ上における１次元データとして示したが、実際には２次元あるいは３次元の撮影を実施して２次元または３次元の主コイル画像データが感度推定用データとして用いられて３次元感度マップデータを作成のための各種処理の対象とされる。

そこで、低コントラストとなる撮影条件で得られた主コイル画像データが感度推定用データとして用いられ、３次元感度マップデータを作成のための各種処理が実施される。

図７は、磁気共鳴イメージング装置２０により３次元感度マップデータ作成の際に生成されるデータを従来の磁気共鳴イメージング装置１により３次元感度マップデータ作成の際に生成されるデータと比較して説明する図である。

図７（ａ）は、従来の磁気共鳴イメージング装置１により３次元感度マップデータ作成の際に生成されるデータを示す図である。従来の磁気共鳴イメージング装置１では、フェーズドアレイコイル２４ｂとＷＢコイル２４ａの双方を受信用コイルとして感度プレスキャンが実行されるため、（ａ−１）に示すフェーズドアレイコイル２４ｂで得られた主コイル画像データと（ａ−２）に示すＷＢコイル２４ａで得られたＷＢコイル画像データが取得されて双方のデータが感度推定用データとして用いられる。そして、主コイル画像データおよびＷＢコイル画像データの双方に対して予め設定された閾値ε、ε’との比較により閾値処理が施されて無信号領域の部分が感度推定用データから除外される。

さらに、閾値処理後の感度推定用データ領域Ｄ１において、主コイル画像データをＷＢコイル画像データで除算することにより（ａ−３）に示す無次元化された３次元感度マップデータが作成される。そして、領域全体に亘って外挿や内挿等の補間処理により３次元感度マップデータが推定され、（ａ−４）に示す３次元感度マップデータが作成される。

一方、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０では、フェーズドアレイコイル２４ｂのみを受信用コイルとして感度プレスキャンが実行される。

図７（ｂ）は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０により３次元感度マップデータ作成の際の問題点を説明する図であり、（ｃ）は、（ｂ）に示す問題点を回避した手順で磁気共鳴イメージング装置２０により３次元感度マップデータ作成の際に生成されるデータを示す図である。

すなわち、図５のステップＳ２１において、閾値処理手段４４ａにより主コイル画像データに対して閾値処理が施される。つまり、図７（ｂ−１）（ｃ−１）に示すように主コイル画像データの信号強度が予め設定された閾値ε以下となる部分のデータをマスクして被検体Ｐの領域外や肺野からの無信号領域の部分が感度推定用データから除外される。

そして、プロトン密度強調像等の低コントラストの主コイル画像データは、閾値処理後の感度推定用データ領域Ｄ１においてＷＢコイル画像データで除算することなくそのまま感度推定用データとして用いることができるが、閾値処理のみでは、（ｂ−２）に示すように被検体Ｐの領域外や肺野からの無信号領域近傍の信号強度の低い部分の影響がキャンセルされずに、感度推定用データの値も小さくなりより正確な３次元感度マップデータを作成することが困難となる。

そこで、ステップＳ２２において、感度推定用データとして用いる領域の縮小処理が領域縮小手段４４ｂにより実施される。すなわち、図７（ｃ−２）に示すように感度推定用データ領域Ｄ１のマスク領域との境界部近傍では、一般に信号強度が他の部分に比べて小さくなる現象が起こるため、感度推定用データ領域Ｄ１の縮小処理により、信号強度が小さくなるエッジ部分の領域が除外される。

そして、ステップＳ２３において、図７（ｃ−３）に示すように領域縮小処理後の新たな感度推定用データ領域Ｄ２における主コイル画像データの信号強度が３次元感度マップデータとみなされる。さらに、領域縮小処理後のマスクされた無信号領域における３次元感度マップデータが補間手段４４ｃにより外挿あるいは内挿等の補間処理により推定されて、図７（ｃ−４）に示すような領域全体に亘る３次元感度マップデータが作成される。

次にステップＳ２４において、補間後の領域全体に亘る３次元感度マップデータに対して直交関数展開等のフィッティングを行うことによりスムージング処理を施す。この結果、より連続性のある最終的な３次元感度マップデータが作成される。

そして、図４のステップＳ１２において、フェーズドアレイコイル２４ｂの３次元感度マップデータが感度マップデータベース４５に保存される。

次に、ステップＳ１３において、本スキャン実行手段３８により画像取得用シーケンスがシーケンスコントローラ制御手段３９に与えられて、フェーズドアレイコイル２４ｂを受信用コイルとして本スキャンが実行される。そして、生データが収集されて画像再構成手段４１の画像再構成処理により画像データが得られる。

次に、ステップＳ１４において、本スキャンにおける撮影断面方向、空間分解能等の撮影条件、データ収集条件、画像再構成条件等の諸条件に応じて、画像データ補正手段４６が感度マップデータベース４５から対応する３次元感度マップデータを切り出す。

そして、ステップＳ１５において、画像データ補正手段４６が、切り出された３次元感度マップデータを用いて画像データを補正する。すなわち、３次元感度マップデータの逆数を画像データの各信号強度に乗じる補正処理が実行される。この際、３次元感度マップデータを非ゼロにする処理または３次元感度マップデータがゼロの場合における場合分け処理等の画像データを補正に対する一般的なエラー処理が適宜行われる。

この結果、フェーズドアレイコイル２４ｂの感度のばらつきによる信号強度の不均一性の影響が抑制され、画質が改善された画像データを得ることができる。

以上のような、磁気共鳴イメージング装置２０によれば、複数の表面コイルで構成されるフェーズドアレイコイル２４ｂを用いて画像を撮像する場合のように、受信用コイルの感度にばらつきがあっても、ＷＢコイル２４ａを感度プレスキャンにおける受信用コイルとして使用しないため、より短時間で画像種等の撮影条件に依存することなく画像データの信号強度ムラを補正することができる。そして、十分な精度で撮影視野全体に亘って診断能の高い画像を従来よりも容易に得ることができる。

また、例えば前述のＴＲ２００ｍｓの撮影条件で、４８×４８マトリクスに対する撮影では、従来、感度プレスキャンにおいてＷＢコイル２４ａとフェーズドアレイコイル２４ｂの両者のデータを取得するために１９．２秒の撮影時間が必要であったものが、磁気共鳴イメージング装置２０によれば、半分の９．６秒の息止め撮影で３次元感度マップデータを作成するために必要な全ての主コイル画像データを取得できるため、撮影時間の半減により患者の負担を低減させることができる。

さらに、本法ではＷＢコイル２４ａによる撮影が不要であるため、ＷＢコイル２４ａとフェーズドアレイコイル２４ｂとのデカップリングが不十分であっても実行でき、またＷＢコイル２４ａとフェーズドアレイコイル２４ｂ間のデータの位置ズレ等のエラーの発生を防止することもできる。

図８は本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の第２の実施形態を示す機能ブロック図である。

図８に示された、磁気共鳴イメージング装置２０Ａでは、コンピュータ３２をシミング用撮影条件設定手段５０としても機能させた点が図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０と相違する。他の構成および作用については図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０と実質的に異ならないため同一の構成については同符号を付して説明を省略する。

磁気共鳴イメージング装置２０Ａのコンピュータ３２は、シミング用撮影条件設定手段５０としても機能する。シミング用撮影条件設定手段５０は、静磁場の空間的な不均一を補正するために実施されるシミングの際の撮影条件を設定して感度プレスキャン実行手段３６に与える機能を有する。このため、感度プレスキャン実行手段３６は、感度プレスキャンとシミングを同時に実施する撮影条件によるシーケンスを生成してシーケンスコントローラ制御手段３９に与えるように構成される。

磁気共鳴イメージング装置２０Ａでは、感度プレスキャンの実行とともにシミングが実施される場合がある。この際の撮像シーケンスとしては、例えば、ＦＦＥでＴＥを４．５ｍｓ／９．０ｍｓの２エコーとし、フリップ角を５〜１０度程度とすることができる。そして、２エコー間の信号位相差から磁場分布を求めてシミングを行い、４．６ｍｓのデータを感度データ推定用に用いることができる。

このため、磁気共鳴イメージング装置２０Ａによれば、磁気共鳴イメージング装置２０の効果に加え、より効率的な撮影を実施することができる。

尚、磁気共鳴イメージング装置２０、２０Ａにおいて、フェーズドアレイコイル２４ｂのみならず頭部用コイル、各種アレイコイル、表面コイル等の目的別の各種コイルを本スキャンにおける受信用コイル、すなわちＲＦコイル２４の主コイルとすることができる。また、ＲＦコイル２４ないし主コイルは、単一のコイルで構成してもよい。

このため、ＷＢコイル２４ａそのものを用いてＷＢコイル２４ａの感度マップデータを作成することもできる。ＷＢコイル２４ａの感度ムラはフェーズドアレイコイル２４ｂよりも小さいが、今後、装置のコンパクト化が行なわれた場合にＷＢコイル２４ａでも感度ムラが無視できなくなる可能性が高い。そこで、ＷＢコイル２４ａのみを感度プレスキャンにおける受信用コイルとして用い、ＷＢコイル２４ａの感度マップデータを作成すれば、装置のコンパクト化を容易とすることができる。

一方、感度マップデータを本スキャンにおける受信用コイルで得られた画像データのみを元データとして生成する構成であれば、感度プレスキャンにおいて、本スキャンにおける受信用コイル以外のコイルを受信用コイルとして用いてもよい。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の第１の実施形態を示す機能ブロック図。 図１に示すＲＦコイルおよび受信器の一例を示す詳細構成図。 図２に示すＷＢコイルとフェーズドアレイコイルの配置例を示す断面模式図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置により被検体の断層画像を撮像する際の手順を示すフローチャート。 図４に示すフローチャートにおいて、フェーズドアレイコイルの感度分布を推定する際の詳細手順の一例を示すフローチャート。 低コントラストとなる撮影条件で得られた主コイル画像データの信号強度分布と一般的なコントラストとなる撮影条件で得られた主コイル画像データの信号強度分布とを比較した図。 磁気共鳴イメージング装置により３次元感度マップデータ作成の際に生成されるデータを従来の磁気共鳴イメージング装置により３次元感度マップデータ作成の際に生成されるデータと比較して説明する図。 本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の第２の実施形態を示す機能ブロック図。 従来の磁気共鳴イメージング装置の機能ブロック図。 図９に示す磁気共鳴イメージング装置による画像データの信号強度ムラの補正手順を示すフローチャート。 図９に示す磁気共鳴イメージング装置による感度分布の推定手順を示す説明図。

符号の説明

２０ 磁気共鳴イメージング装置
２１ 静磁場用磁石
２２ シムコイル
２３ 傾斜磁場コイルユニット
２３ｘ Ｘ軸傾斜磁場コイル
２３ｙ Ｙ軸傾斜磁場コイル
２３ｚ Ｚ軸傾斜磁場コイル
２４ ＲＦコイル
２４ａ ＷＢコイル
２４ｂ フェーズドアレイコイル
２４ｃ 表面コイル
２５ 制御系
２６ 静磁場電源
２７ 傾斜磁場電源
２７ｘ Ｘ軸傾斜磁場電源
２７ｙ Ｙ軸傾斜磁場電源
２７ｚ Ｚ軸傾斜磁場電源
２８ シムコイル電源
２９ 送信器
３０ 受信器
３１ シーケンスコントローラ
３２ コンピュータ
３３ 入力装置
３４ 表示装置
３５ 寝台
３６ 感度プレスキャン実行手段
３７ 感度プレスキャン条件設定手段
３８ 本スキャン実行手段
３９ シーケンスコントローラ制御手段
４０ 生データデータベース
４１ 画像再構成手段
４２ 画像データデータベース
４３ 主コイル画像データベース
４４ 感度分布推定手段
４４ａ 閾値処理手段
４４ｂ 領域縮小手段
４４ｃ 補間手段
４４ｄ スムージング処理手段
４５ 感度マップデータベース
４６ 画像データ補正手段
４７ 画像表示手段
５０ シミング用撮影条件設定手段

Claims (4)

1. 画像撮影における受信用コイルの感度補正用データを生成するためのスキャンを前記画像撮影における受信用コイルを受信用コイルとして実行する手段と、前記スキャンにおいて前記画像撮影における受信用コイルにより取得されたデータのみを元データとして前記感度補正用データを生成する手段とを有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記感度補正用データを生成するためのスキャンにおける撮影条件を、前記画像撮影における受信用コイルにより取得されたデータのみを前記感度補正用データの元データとするために十分に低いコントラストとしたことを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記感度補正用データの元データに対して閾値処理を施して抽出したデータの領域縮小処理後のデータを用いて前記感度補正用データを生成するようにしたことを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 画像撮影における受信用コイルの感度補正用データを生成するためのスキャンを前記画像撮影における受信用コイルを受信用コイルとして実行し、前記スキャンにおいて前記画像撮影における受信用コイルにより取得されたデータのみを元データとして前記感度補正用データ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のデータ処理方法。

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