JP5542591B2 - 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方法 - Google Patents

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方法 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置(Magnetic Resonance Imaging Apparatus:以下適宜、MRI装置と略記する)、および、磁気共鳴イメージング方法に関する。また、本発明の実施形態は、MRI装置によって被検体に照射される高周波パルスエネルギーの制限技術に関する。
MRI(Magnetic Resonance Imaging)は、静磁場中に置かれた被検体の原子核スピンをラーモア周波数の高周波パルス(radio frequency pulse:以下、RFパルスという)で磁気的に励起し、この励起に伴って発生する核磁気共鳴信号(nuclear magnetic resonance signal:以下、NMR信号という)から画像を再構成する撮像法である。
MRIでは、RFコイルを用いて、核磁気共鳴を起こすためのRFパルスを撮像部位に送信する。RFパルスの共鳴周波数は、MRI装置の静磁場強度に比例し、例えば1.5テスラの静磁場の場合、共鳴周波数は63.8MHzである。この周波数領域では被検体の体温上昇が生じるため、送信されるRFパルスのエネルギーについて、安全面から例えばIEC(International Electrotechnical Commission)規格などによって上限値が定められている。
具体的には、生体組織1kgに吸収されるRFパルスのエネルギーをSAR(Specific Absorption Ratio:比吸収率)として、例えば任意の10秒間、6分間のSARがそれぞれ第1または第2の上限値を超えないように定められている。全身、頭部等の部位によっても、SARの上限値は異なる。
SARに係る安全基準を満たすため、特許文献1の従来技術では、直近の1秒、5秒、10秒のそれぞれについて被検体に送信されるRFパルスのエネルギーの積算値を計算している。そして、以下の3つの場合に、RFパルス発生器の動作を停止させている。第1に、直近の1秒について前記積算値が第1の所定値を超えた場合である。第2に、直近の5秒について前記積算値が第2の所定値を超えた場合である。第3に、直近の10秒について前記積算値が第3の所定値を超えた場合である。
米国特許第6426623号明細書
従来の安全対策は、被検体への実際の照射量がSARの上限値を超えることを確実に防止するものであった。このため、実際にはSARの上限値まで余裕があるにも拘らず、より安全な条件で撮像していた場合もあったと考えられる。即ち、SARの上限値までの余裕がある場合には、本来、その余裕の分だけ照射強度を強くする、スライス枚数を増やす等の手段をとることで、より最適化した条件で撮像できたことになる。
従って、より最適化した条件での撮像を行うため、MRIにおいてSARを従来よりも正確に求める技術が要望されていた。
本発明の一実施形態では、MRI装置は、画像生成部と、SAR算出部とを備える。画像生成部は、RFパルスの送信によって生じた磁気共鳴信号を被検体から受信して、前記磁気共鳴信号に基づいて前記被検体の画像データを生成する。SAR算出部は、前記RFパルスのエネルギー制御値に対して、撮像条件に応じた補正演算を施し、前記補正演算後のエネルギー値に基づいてSARを算出する。
本発明の一実施形態では、MRI方法は、以下のステップを有する。1つは、RFパルスの送信によって生じた磁気共鳴信号を被検体から受信して、前記磁気共鳴信号に基づいて前記被検体の画像データを生成するステップである。1つは、前記RFパルスのエネルギー制御値に対して、撮像条件に応じた補正演算を施し、前記補正演算後のエネルギー値に基づいてSARを算出するステップである。
本実施形態に係るMRI装置の全体構成を示すブロック図。 図1のRFコイルの詳細構成の一例を示す説明図。 図2の被検体Pの体表側に設けられるコイル要素の配置例を示す平面模式図。 図2の被検体Pの背面側に設けられるコイル要素の配置例を示す平面模式図。 本実施形態におけるSARの算出過程を示す信号ブロック図。 RFパルスの出力エネルギーと、被検体Pの各部に吸収されるエネルギーの時間変化の一例を示すタイミング図。 撮像条件の修正処理が、MRI装置の全体の動作の中ではどのような流れになるかを示すフローチャート。 従来の手法で算出した場合における、RFパルスの出力エネルギーと、被検体Pの各部に吸収されるエネルギーの時間変化の一例を示すタイミング図。
以下、MRI装置およびMRI方法の実施形態について、添付図面に基づいて説明する。なお、各図において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
(本実施形態の装置構成)
図1は、本実施形態におけるMRI装置20の全体構成を示すブロック図である。MRI装置20は、静磁場を形成する筒状の静磁場用磁石22と、静磁場用磁石22の内側において軸を同じにして設けられた筒状のシムコイル24と、傾斜磁場コイル26と、RFコイル28と、制御系30と、被検体Pが乗せられる寝台32とを備える。
なお、ここでは一例として、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸について、鉛直方向をY軸方向として説明する(図1参照)。また、寝台32は、その天板(table)の載置用の面がY軸に直交するように配置されているものとし、静磁場用磁石22およびシムコイル24の軸方向をZ軸方向とする。また、寝台32の天板の載置用の面に平行であってZ軸に直交する方向をX軸方向とする。
制御系30は、静磁場電源40と、シムコイル電源42と、傾斜磁場電源44と、RF送信器46と、RF出力測定器48と、RF受信器50と、寝台位置制御装置52と、SAR算出器54と、シーケンスコントローラ56と、コンピュータ58とを備える。
傾斜磁場電源44は、X軸傾斜磁場電源44xと、Y軸傾斜磁場電源44yと、Z軸傾斜磁場電源44zとで構成されている。また、コンピュータ58は、演算装置60と、記憶装置62と、表示装置64と、入力装置66とで構成されている。なお、本実施形態の主な特徴であるSAR算出器54については、後述の図5を用いて詳細を説明する。
静磁場用磁石22は、静磁場電源40に接続され、静磁場電源40から供給された電流により撮像空間に静磁場を形成させる。シムコイル24は、シムコイル電源42に接続され、シムコイル電源42から供給される電流により、この静磁場を均一化する。静磁場用磁石22は、超電導コイルで構成される場合が多く、励磁の際に静磁場電源40に接続されて電流が供給されるが、一旦励磁された後は非接続状態とされるのが一般的である。なお、静磁場電源40を設けずに、静磁場用磁石22を永久磁石で構成してもよい。
傾斜磁場コイル26は、X軸傾斜磁場コイル26xと、Y軸傾斜磁場コイル26yと、Z軸傾斜磁場コイル26zとで構成され、静磁場用磁石22の内側で筒状に形成されている。X軸傾斜磁場コイル26x、Y軸傾斜磁場コイル26y、Z軸傾斜磁場コイル26zはそれぞれ、傾斜磁場電源44のX軸傾斜磁場電源44x、Y軸傾斜磁場電源44y、Z軸傾斜磁場電源44zに接続される。
そして、X軸傾斜磁場電源44x、Y軸傾斜磁場電源44y、Z軸傾斜磁場電源44zからX軸傾斜磁場コイル26x、Y軸傾斜磁場コイル26y、Z軸傾斜磁場コイル26zにそれぞれ供給される電流により、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が撮像空間にそれぞれ形成される。
RF送信器46は、シーケンスコントローラ56から入力される制御情報に基づいて、核磁気共鳴を起こすためのRFパルスを生成し、これを送信用のRFコイル28に向けて出力する。これらRF送信器46と送信用のRFコイル28との間には、RF出力測定器48が直列に挿入される。RF出力測定器48は、RF送信器46から出力されるRFパルスをそのまま送信用のRFコイル28に向けて転送するものであるが、その際、RFパルスのエネルギー値(エネルギー制御値)を測定し、測定値をSAR算出器54に入力する。
RFコイル28には、ガントリに内蔵されたRFパルスの送受信用の全身用コイル(WBC:whole body coil)や、寝台32または被検体Pの近傍に設けられるRFパルスの受信用の局所コイルなどがある。送信用のRFコイル28は、RF送信器46からRF出力測定器48を介してRFパルスを受けて被検体Pに送信する。受信用のRFコイル28は、被検体Pの内部の原子核スピンがRFパルスによって励起されることで発生したNMR信号を受信し、このNMR信号は、RF受信器50により検出される。
RF受信器50は、検出したNMR信号に所定の信号処理およびA/D(analog to digital)変換を施すことで、デジタル化された複素データである生データ(raw data)を生成し、生成したNMR信号の生データをシーケンスコントローラ56に入力する。
演算装置60は、撮像動作に際して、MRI装置20全体のシステム制御を行う。演算装置60は、このシステム制御に際し、操作者によって入力装置66に入力された撮像条件を反映させると共に、撮像条件を表示装置64に表示させる。また、演算装置60は、シーケンスコントローラ56から入力されるNMR信号の生データに公知の2次元フーリエ変換等の処理を施して、被検体Pの各スライスのMR画像の画像データを作成する。演算装置60は、この画像データに基づいて、撮像後のMR画像を表示装置64に表示させる。
シーケンスコントローラ56は、傾斜磁場電源44、RF送信器46、RF受信器50、寝台位置制御装置52、SAR算出器54、演算装置60に接続される。シーケンスコントローラ56は、演算装置60の指令に従って、傾斜磁場電源44、RF送信器46およびRF受信器50を駆動させるために必要な制御情報を記憶する。ここでの制御情報とは、例えば、傾斜磁場電源44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である。
シーケンスコントローラ56は、記憶した所定のシーケンスに従って傾斜磁場電源44、RF送信器46およびRF受信器50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RFパルスを発生させる。また、シーケンスコントローラ56は、RF受信器50から入力されるNMR信号の生データを受けて、これを演算装置60に入力する。
寝台位置制御装置52は、シーケンスコントローラ56を介して演算装置60に接続され、演算装置60の制御によって寝台32の天板を移動させる。これにより、moving−table法やstepping−table法による撮像が行われる。
moving−table法は、撮像時に寝台32の天板を連続移動することで移動方向に大きな撮像視野(FOV:field of view)を得る技術である。
stepping−table法は、station毎に寝台32の天板をステップ移動させて、3D(3−dimensional)撮像をする技術である。これらの技術は、全身撮像のように一度に撮像できないような広領域の撮像を行う場合に用いられる。なお、演算装置60は、寝台32を移動して撮像された複数の画像を合成して互いに繋ぎ合わせることもできる。
図2は、RFコイル28の詳細構成の一例を示す。図に示すようにRFコイル28は、筒状の全身用コイル28a(図では太線の四角枠として示した)と、フェーズドアレイコイル28bとを備える。全身用コイル28aは、RFパルスの送信用のコイルとしても、NMR信号の受信用のコイルとしても用いることができる。
フェーズドアレイコイル28bは、被検体Pの体表側と背面側にそれぞれ配置される多数のコイル要素28c(図では斜線のパターンの長方形で示した)からなる。各コイル要素28cは、NMR信号の受信用のコイルとして用いられる。なお、コイル要素28cの配置例については、後述の図3および図4で説明する。
RF受信器50は、デュプレクサ80と、複数のアンプ82と、切替合成器84と、複数の受信系回路86とを備える。切替合成器84の入力側は、アンプ82を介して各コイル要素28cおよび全身用コイル28aに個別に接続されている。また、各受信系回路86は、切替合成器84の出力側に個別に接続されている。
デュプレクサ80は、RF送信器46からRF出力測定器48を介して送信されるRFパルスを全身用コイル28aに与える。また、デュプレクサ80は、全身用コイル28aで受信されたNMR信号をアンプ82に入力し、このNMR信号は、アンプ82により増幅されて切替合成器84の入力側に与えられる。また、各コイル要素28cで受信されたNMR信号は、それぞれ対応するアンプ82で増幅されて切替合成器84の入力側に与えられる。
切替合成器84は、受信系回路86の数に応じて、各コイル要素28cおよび全身用コイル28aから検出されるNMR信号の合成処理および切換を行い、対応する受信系回路86に出力する。このようにしてMRI装置20は、全身用コイル28aおよび所望の数のコイル要素28cを用いて撮像部位に応じた感度分布を形成し、様々な撮像部位からのNMR信号を受信する。
図3は、被検体Pの体表側に設けられるコイル要素28cの配置例を示す平面模式図である。
図4は、被検体Pの背面側に設けられるコイル要素28cの配置例を示す平面模式図である。
図3においてコイル要素28cは、内部に点を散りばめた略正方形として示し、図4においてコイル要素28cは、内部に点を散りばめた略長方形として示した。
例えば図3に示すように被検体Pの体表側には、広範囲の撮像部位がカバーされるようにX軸方向に4列、Z軸方向に8列の合計32個のコイル要素28cが配置される。また、図4に示すように被検体Pの背面側にも同様に広範囲の撮像部位がカバーされるようにX軸方向に4列、Z軸方向に8列の合計32個のコイル要素28cが配置される。ここでは一例として、背面側では、被検体Pの背骨の存在を考慮した感度向上の観点から、体軸付近に他のコイル要素28cよりも小さいコイル要素28cが配置される。
図3および図4において破線で囲った4個ずつのコイル要素28cは、頭部の撮像時に主に用いられるものであり、図3において一点鎖線で囲った8個のコイル要素28cと、図4において一点鎖線で囲った16個のコイル要素28cは、胴体の撮像時に主に用いられるものである。
図5は、本実施形態の特徴であるSAR算出器54によるSARの算出過程を示す信号ブロック図である。図5において、破線の枠は、SARの算出過程で用いられる係数を示し、実線の枠は、MRI装置20の構成要素を示す。SAR算出器54は、図に示す第1補正部101と、第2補正部102と、第3補正部103と、第1記憶部104と、第2記憶部105と、第3記憶部106と、第1計算部107と、第2計算部108と、第3計算部109とを備える。
第1補正部101と第1記憶部104と第1計算部107とによって全身に対するSARが算出される。また、第2補正部102と第2記憶部105と第2計算部108とによって頭部に対するSARが算出される。また、第3補正部103と第3記憶部106と第3計算部109とによって部分身体に対するSARが算出される。
(本実施形態の動作説明)
図6は、RFパルスのエネルギーと、被検体Pの各部に吸収されるエネルギー値の時間変化の一例を示すタイミング図である。実際のRFパルスの信号レベルは正負の符号が入れ替わるものであるため、図6は、RFパルスの振幅を二乗して、図の縦方向の幅をパルス強度(RFパルスのエネルギー)に見立てたものである。
図6(a)は、RF出力測定器48により測定されるRFパルスの出力強度(エネルギー制御値)を示し、ここでのRFパルスは、90°パルスと180°反転パルスとが交互に出力されるものである。また、図6(b)は被検体Pの身体全体、図6(c)は被検体Pの頭部、図6(d)は被検体Pの部分身体、にそれぞれ吸収されるRFパルスのエネルギーを示す。
なお、本実施形態では一例として、部分身体は胴体であるものとする。また、図6は、時刻t1と時刻t2において寝台32がZ軸方向にガントリの奥側に移動し、時刻t1とt2以外では、寝台32の位置が変わらない場合の例を示す。
以下、図5に示す信号の流れに沿って、適宜図6を参照しながら、本実施形態におけるSARの算出処理と、次のスキャンの撮像条件の修正処理について説明する。なお、ここでは一例として、撮像開始時の寝台32の位置において、被検体Pと各コイル要素28cとは、図3および図4に示す位置関係にあるものとする。また、ここでの「スキャン」とは、静磁場および傾斜磁場を印加すると共にRFパルスを送信し、NMR信号を受信して、NMR信号に所定の処理を施して保存する一連のデータ収集をいう(後述の図7のステップS2を参照)。即ち、「スキャン」は、画像再構成処理を含まないものとする。
まず、スキャンの開始によりRF送信器46からRFパルスが出力され始めると、RF出力測定器48は、このRFパルスのエネルギー値を所定の時間間隔で順次測定し、測定値を第1補正部101、第2補正部102、第3補正部103に順次入力する。ここで、RFパルスのエネルギー値は例えば1マイクロ秒毎に変化するので、その程度の短い時間間隔でRFパルスのエネルギー値を測定することがより正確である。しかし、その場合、データ量が膨大となり、測定の負荷も増大する。従って、RF出力測定器48において、所定の時間間隔(例えば100ミリ秒)におけるエネルギーの時間積分値を計算できるのであれば、その所定の時間間隔でエネルギー値を測定してもよい。
同時に、シーケンスコントローラ56は、演算装置60によって指令される寝台32の位置が変わる毎に、最新の寝台32の位置情報を第1補正部101、第2補正部102、第3補正部103にそれぞれ入力する。
第1補正部101は、所定の時間間隔で順次入力されるRFパルスのエネルギー値に対し、経路係数W1と、コイル係数C1と、部位係数S1と、寝台係数T1とを乗じる補正演算を行い、補正演算後のエネルギー値と寝台32の位置情報とを第1記憶部104に順次入力する。なお、本実施形態で登場する係数は全て、0より大きい1未満の値である。
経路係数W1は、測定部位が全身であることに対応して、RF送信器46から主に全身に対する送信用のRFコイル28までの経路におけるRFパルスのエネルギーの減衰分を反映した値である。経路係数W1については、例えば、撮像前に実測によって予め求めておくか、或いは、MRI装置20の回路構成から計算によって予め算出しておけばよい。
また、コイル係数C1は、測定部位が全身であることに対応して、全身用コイル28aやコイル要素28cでのRFパルスの電力消費量(エネルギー減衰分)を反映した値である。
また、部位係数S1は、測定部位が全身であることに対応するエネルギー減衰分の係数である。即ち、SARは、生体組織が単位質量および単位時間当たりに吸収する電磁エネルギーであるから、組織を構成する物質や、組織に占める水分や蛋白質等の割合によって電磁エネルギーの吸収率が異なることと、その組織の質量とを考慮したものである。
また、寝台係数T1は、寝台32の位置を考慮したRFパルスのエネルギーの減衰分を考慮した値である。即ち、被検体Pが全身用コイル28aやコイル要素28cから離れるほど、RFパルスの電磁波が分散し、被検体Pに到達する(送信される)割合が低くなることを考慮した値である。
第1記憶部104は、各測定時刻に対応してそれぞれ、補正演算後のエネルギー値と、そのときの寝台32の位置とを中間データとして記憶する。ここで、補正演算後のエネルギー値は、例えば、以下のように換算値にしてから、中間データとして記憶することが望ましい。具体的には例えば、安全基準で定められた6分間のSARの上限値を100%(基準)として、補正演算後のエネルギー値が何%にあたるかの換算値である。本実施形態では一例として、このような換算値にしてから中間データとして記憶する。
なお、安全基準で定められている10秒間のSARの上限値は、6分間のSARの上限値の例えば3倍(300%)にあたる。このようにSARの上限値を100%とした換算値で補正演算後のエネルギー値を記憶すれば、SARの上限値そのもののエネルギー値を記憶しなくてもよい。
第1計算部107は、第1記憶部104に記憶された中間データを用いて、現時点(現在基準時)から例えば10秒遡った10秒間におけるSARと、現在基準時から例えば6分遡った6分間におけるSARとを所定の時間間隔で順次算出する。第1計算部107は、算出した値を全身に対する10秒間、6分間のSARとして、演算装置60に順次入力する。
なお、10秒間および6分間のSARを計算する所定の時間間隔については、時間間隔が大きいほど誤差が大きくなる一方、時間間隔が短いほど計算電力が大きくなることを考慮して決める。例えば、SARの算出値として要求される精度を満たす範囲において、なるべく大きい時間間隔とすればよい。
同様に、第2補正部102は、順次入力されるRFパルスのエネルギー値に対し、経路係数W2と、コイル係数C2と、部位係数S2と、寝台係数T2とを乗じる補正演算を行い、補正演算後のエネルギー値と寝台32の位置情報とを第2記憶部105に順次入力する。
経路係数W2は、測定部位が頭部であることに対応して、RF送信器46から送信用のRFコイル28までの経路でのRFパルスのエネルギーの減衰分を反映した値である。コイル係数C2は、測定部位が頭部であることに対応して、全身用コイル28aやコイル要素28cでのRFパルスの電力消費量を反映した値である。
本実施形態では、時刻t1までの期間において寝台32と各コイル要素28cとが図3および図4に示される位置関係にあるので、コイル係数C2は、例えば図3および図4において破線で囲った合計8個の頭部に近いコイル要素28での電力消費量を主に反映した値とすればよい。部位係数S2は、測定部位が頭部であることに対応するエネルギー減衰分の係数である。寝台係数T2は、寝台32の位置を考慮して、頭部へ到達するまでのRFパルスのエネルギー減衰分を考慮した値である。
第2記憶部105は、各測定時刻に対応してそれぞれ、補正演算後のエネルギー値と、そのときの寝台32の位置とを中間データとして記憶する。ここでの補正演算後のエネルギー値も、前述の上限値を基準とした値に換算してから、中間データとして記憶される。
第2計算部108は、第2記憶部105に記憶された中間データを用いて、現在基準時から10秒遡った10秒間におけるSARと、現在基準時から6分遡った6分間におけるSARとを所定の時間間隔で順次算出する。第2計算部108は、算出値を頭部に対する10秒間、6分間のSARとして、演算装置60に順次入力する。
同様に、第3補正部103は、順次入力されるRFパルスのエネルギー値に対し、経路係数W3と、コイル係数C3と、部位係数S3と、寝台係数T3とを乗じる補正演算を行い、補正演算後のエネルギー値と寝台32の位置情報とを第3記憶部106に順次入力する。
経路係数W3は、測定部位が胴体であることに対応して、RF送信器46から送信用のRFコイル28までの経路でのRFパルスのエネルギーの減衰分を反映した値である。コイル係数C3は、測定部位が胴体であることに対応して、全身用コイル28aやコイル要素28cでのRFパルスの電力消費量を反映した値である。
前記同様、時刻t1までの期間でのコイル係数C3は、例えば、図3および図4において一点鎖線で囲った合計24個の胴体に近いコイル要素28cでの電力消費量を主に反映した値とすればよい。部位係数S3は、測定部位が胴体であることに対応するエネルギー減衰分の係数である。寝台係数T3は、寝台32の位置を考慮して、胴体へ到達するまでのRFパルスのエネルギー減衰分を考慮した値である。
第3記憶部106は、各測定時刻に対応してそれぞれ、補正演算後のエネルギー値と、そのときの寝台32の位置とを中間データとして記憶する。ここでの補正演算後のエネルギー値も、前述の上限値を基準とした値に換算してから、中間データとして記憶される。
第3計算部109は、第3記憶部106に記憶された中間データを用いて、現在基準時から10秒遡った10秒間におけるSARと、現在基準時から6分遡った6分間におけるSARとを所定の時間間隔で順次算出する。第3計算部109は、算出値を頭部に対する10秒間、6分間のSARとして、演算装置60に順次入力する。
このようにしてSARが算出されるため、時刻t1までにおける各部への吸収エネルギーは図6(b)〜(d)に示すようになる。1未満である経路係数W1、コイル係数C1、部位係数S1、寝台係数T1が乗じられるため、図6(b)に示す身体全体への吸収エネルギーは、図6(a)に示すRFパルスの出力エネルギーよりも低くなる。また、図6(d)に示す胴体(部分身体)への吸収エネルギーは、図6(b)に示す身体全体への吸収エネルギーよりも低くなり、図6(c)に示す頭部への吸収エネルギーは、胴体への吸収エネルギーよりもさらに低くなる。
なお、第1記憶部104、第2記憶部105、第3記憶部106に記憶される中間データについては、スキャン開始から全スキャン終了までの全ての中間データを記憶することが最も望ましいが、記憶容量の観点から、全てのデータを残す必要はない。中間データについては、少なくともSARの算出対象の最大期間よりも長い所定期間だけ、現在基準時よりも遡った測定時刻から、記憶させることが望ましい。即ち、本実施形態の例では、SARの算出対象の期間の最大は6分間であるから、現在基準時よりも6分前以降の中間データを記憶しておくことが望ましい。これにより、6分間のSARの算出に支障をきたすことはないからである。
次に、時刻t1において寝台32がZ軸方向にガントリの奥側に移動し、これにより頭部は全身用コイル28aから離れる。これに同期して、シーケンスコントローラ56は、第1補正部101、第2補正部102、第3補正部103に入力する寝台32の位置情報を更新する。ここでは、寝台32がガントリの奥側に移動することで、RFパルスのエネルギーが頭部、胴体、身体全体に到達する割合が低くなる。
そこで、第1補正部101、第2補正部102、第3補正部103はそれぞれ、寝台係数T1、T2、T3を時刻t1までの値よりも低く設定する。以下、上記同様にSARが算出され、算出値が演算装置60に入力される。従って、図6(a)に示すようにRFパルスの出力エネルギーが時刻t1以前と変わらなくとも、時刻t1以降の全身、頭部、胴体への吸収エネルギーは、図6(b)、(c)、(d)に示すように、寝台係数T1、T2、T3が低くなったことにより、時刻t1以前よりも低くなる。
次に、時刻t2において寝台32がZ軸方向にさらにガントリの奥側に移動する。これに同期して、シーケンスコントローラ56は、第1補正部101、第2補正部102、第3補正部103に入力する寝台32の位置情報を更新する。ここでは、RFパルスのエネルギーが頭部、胴体、身体全体に到達する割合がさらに低くなるので、第1補正部101、第2補正部102、第3補正部103はそれぞれ、寝台係数T1、T2、T3を時刻t2までの値よりもさらに低く設定する。
以下、上記同様にSARが算出され、算出値が演算装置60に入力される。従って、図6(a)に示すようにRFパルスの出力エネルギーが時刻t2以前と変わらなくとも、時刻t2以降の全身、頭部、胴体への吸収エネルギーは、図6(b)、(c)、(d)に示すように、時刻t2以前よりも低くなる。
以上がSARの算出方法の説明であり、このようにしてSARがリアルタイムで順次算出されながらスキャンが行われる。
一方、演算装置60は、次のスキャンを行う前に、次のスキャンを実施した場合における10秒間のSAR推定値と、6分間のSAR推定値とを算出する。具体的には、演算装置60は、SAR算出器54の第1記憶部104、第2記憶部105、第3記憶部106から前のスキャンの期間の中間データをそれぞれ取得する。
演算装置60は、取得した中間データと、次のスキャンの撮像条件とに基づいて、身体全体、頭部、部分身体のそれぞれに対して、10秒間のSAR推定値と、6分間のSAR推定値とを次のスキャンの全期間に亘って算出する。
演算装置60は、算出したSAR推定値の中に、安全基準で定められた上限値を超えるものがあるか否かを判定する。上限値を超えるものがある場合、演算装置60は、SARが上限値を超えないように、撮像条件の修正候補を求める。ここでの修正候補は、例えば、スキャン開始時刻を先に延ばす、RFパルス強度を弱くする、スキャン時間を短くする、スライス枚数を少なくするといったものである。演算装置60は、求めた修正候補を表示装置64に表示させると共に、次のスキャンの実施の指令を保留状態にする。
さらに演算装置60は、上記判定において、安全基準で定められた上限値を超えるものがなかった場合、次のスキャンを最適化するための撮像条件を求める。具体的には、演算装置60は、次のスキャンの全期間に亘って算出した10秒間のSAR推定値の最大値と、6分間のSAR推定値の最大値とを、安全基準で定められた上限値と比較し、上限値を100%として例えば20%以上の余裕があるか否かを判定する。
20%以上の余裕がない場合、次のスキャンの撮像条件はそのままとし、20%以上の余裕がある場合、SARの最大値が上限値の例えば約95%となるような撮像条件の修正候補を求める。ここでの修正候補は、例えば、RFパルス強度を強くする、スキャン開始時刻を早くする、スキャン時間を長くする、スライス枚数を多くするといったものである。このとき、補正演算後のエネルギー値は、6分間のSARの上限値を100%とした換算値にしてから中間データとして記憶されているので、上記の上限値に対して20%以上の余裕があるか否かの判定は容易になる。
演算装置60は、求めた撮像条件の修正候補を表示装置64に表示させる。このとき、演算装置60が次のスキャンの実施の指令を保留状態にするものとしてもよい。そして、修正候補が表示装置64に表示されない場合、そのまま次のスキャンが開始され、修正候補が表示装置64に表示された場合、操作者が入力装置66を介して次のスキャンの撮像条件を選択後に次のスキャンが開始される。
図7は、上述した演算装置60による撮像条件の修正処理が、MRI装置20の全体の動作の中では、どのような流れになるかを示すフローチャートである。以下、図7に示すステップ番号に従って、MRI装置20の動作の流れを説明する。
[ステップS1]MRI装置20に対して、入力装置66(図1参照)を介して初期設定が行われ、各スキャンの撮像条件等が設定される。この後、ステップS2に進む。
[ステップS2]1スキャンのデータ収集(NMR信号の受信および後処理)が行われる。このデータ収集処理に並行して、SAR算出器54は、各測定時刻にそれぞれ対応する補正演算後のエネルギー値と、そのときの寝台32の位置とを中間データとして記憶すると共に、SARをリアルタイムで順次算出し、演算装置60に入力する。
SARの算出では、寝台位置の変化に基づいて寝台係数T1、T2、T3を更新しつつ、補正演算後のエネルギー値は、6分間のSARの上限値を基準とした値に換算してから中間データとして記憶される。詳細は前述の通りである。
また、データ収集では、以下のように各部が動作する。静磁場用磁石22によって撮像空間に静磁場が形成され、シムコイル24によって静磁場が均一化される。シーケンスコントローラ56は、演算装置60から入力されるパルスシーケンスに従って傾斜磁場電源44、RF送信器46およびRF受信器50等を駆動させることで、撮像空間に傾斜磁場を形成させると共に、RFコイル28からRF信号を発生させる。
これにより、被検体PからのNMR信号がRFコイル28により受信され、RF受信器50により検出される。RF受信器50は、検出したNMR信号に所定の信号処理を施した後、これをA/D変換することで生データを生成し、これをシーケンスコントローラ56に入力する。シーケンスコントローラ56は、生データを演算装置60に入力し、演算装置60は、生データをk空間データとして記録する。
このようにして1スキャンのデータ収集が終了後、ステップS3に進む。
[ステップS3]演算装置60は、全スキャンのデータ収集が終了したか否かを判定する。全スキャンのデータ収集が終了した場合、ステップS10に進み、そうでない場合、ステップS4に進む。
[ステップS4]演算装置60は、SAR算出器54の第1記憶部104、第2記憶部105、第3記憶部106から前のスキャンの期間の中間データをそれぞれ取得する。そして、演算装置60は、次のスキャンを実施した場合における10秒間のSAR推定値と、6分間のSAR推定値とを算出する。この計算は、中間データと、次のスキャンの撮像条件とに基づいて、身体全体、頭部、部分身体のそれぞれに対して行われる。この後、ステップS5に進む。
[ステップS5]演算装置60は、算出した次のスキャンのSAR推定値の中に、安全基準で定められた上限値を超えるものがあるか否かを判定する。上限値を超えるものがある場合、ステップS6に進み、そうでない場合、ステップS7に進む。
[ステップS6]演算装置60は、SARが上限値を超えないように撮像条件の修正候補を求め、これを表示装置64に表示させる。ここでの修正候補は、前述した通りである。
この後、入力装置66を介して撮像条件の修正候補のいずれかが選択された場合、ステップS2に戻り、選択された撮像条件に従って次のスキャンのデータ収集が行われる。
修正候補が選択されない場合、演算装置60は待機する。待機期間が所定時間を超えると、スキャン開始時刻が先に延ばされて、次のスキャンのSARは上限値を超えなくなる。従って、待機期間がこの所定時間を超えた場合、ステップS2に戻り、スキャン開始時刻を除いて撮像条件を修正せずに、次のスキャンのデータ収集が行われる。
[ステップS7]演算装置60は、次のスキャンの全期間に亘って算出した10秒間のSAR推定値の最大値と、6分間のSAR推定値の最大値とを、安全基準で定められた上限値と比較し、上限値を100%として例えば20%以上の余裕があるか否かを判定する。20%以上の余裕がない場合、ステップS8に進み、20%以上の余裕がある場合、ステップS9に進む。
[ステップS8]演算装置60は、次のスキャンの撮像条件を変更しない。撮像条件の修正候補が表示されることなく、ステップS2に戻り、次のスキャンのデータ収集が行われる。
[ステップS9]演算装置60は、SAR推定値の最大値が上限値の例えば約95%となるような撮像条件の修正候補を求め、表示装置64に表示させる。ここでの修正候補は、前述した通りである。
この後、入力装置66を介して撮像条件の修正候補のいずれかが選択されれば、ステップS2に戻り、選択された撮像条件に従って、次のスキャンのデータ収集が行われる。
修正候補の表示から所定時間が経過しても、選択入力がない場合、演算装置60が修正候補のいずれかを自動選択し、ステップS2に戻り、自動選択された撮像条件に従って次のスキャンのデータ収集が行われる。
なお、撮像条件の修正候補を表示せずに、演算装置60が修正候補のいずれかを優先順位に従って自動選択して、ステップS2に戻る構成でもよい。ここでの自動選択の優先順位は、例えば、スライス枚数を増やす修正候補を最優先とするものであり、ステップS1において予め設定しておけばよい。
[ステップS10]演算装置60は、全スキャンで得られたk空間データに2次元フーリエ変換を含む画像再構成処理を施すことで、画像データを再構成する。演算装置60は、生成した画像データに所定の画像処理を施すことで2次元の表示用画像データを生成し、表示用画像データを記憶装置62に保存する。この後、表示用画像データに基づいて、撮像画像が表示装置64のモニタ上に表示される。
以上が本実施形態の動作説明である。
(本実施形態と従来技術との違い)
図8は、RFパルスの出力エネルギーが図6(a)と同じであり、寝台32が上記同様に時刻t1と時刻t2で移動したものとして、従来手法により被検体Pの身体全体、頭部、部分身体に吸収されるエネルギーの時間変化を図6と同じ形式で示したものである。
従来は、測定期間中の寝台32の位置は固定されているという前提で、送信用のRFコイル28までの減衰分や、全身用コイル28aおよびコイル要素28cでのエネルギー消費分を考慮せずにSARを算出していた。即ち、従来は、本実施形態の部位係数S1、S2、S3に相当するものしか考慮していなかった。このため、従来は、RFパルスの出力エネルギーそのものを身体全体への吸収エネルギーとして取り扱うことになり、RFパルスの出力エネルギーが変わらない限り、寝台の位置が移動しても身体全体や各部への吸収エネルギーの算出値は変わらなかった(図8(b)、(c)、(d)参照)。
一方、本実施形態では、測定部位による違いを部位係数S1、S2、S3として考慮するだけではなく、以下の3つの要素も考慮してSARを求める。即ち、RF送信器46から送信用のRFコイル28までの減衰分を経路係数W1、W2、W3として、全身用コイル28aおよびコイル要素28cでのエネルギー消費分をコイル係数C1、C2、C3として、寝台の位置に応じた減衰分を寝台係数T1、T2、T3として考慮する。このため、従来よりもSARを高い精度で算出できる。このような本実施形態の算出方法によれば、寝台32を移動させながら頭部から足までを6分以内にて撮像するスクリーニング撮像の場合にも、SARをリアルタイムで正確に算出できる。
さらに本実施形態では、どういう条件(スキャン開始からの経過時間、寝台32の位置)のときの各部への吸収エネルギー値であるかという情報を、中間データとして記憶しておく。このため、過去に遡及して積算して、次のスキャンの実施中にSARが安全基準で定められた上限値を超えるか否かを正確に予測できる。
このようにして次のスキャンに対して算出したSARが、前記上限値を超える場合、SARが上限値以下となるように、撮像条件の修正候補を求めて表示装置64に表示する。従って、操作者は、修正候補から選択するだけで安全基準を満たすことができるので、MRI装置20の利便性は向上する。反対に、前記上限値と、次のスキャンに対し算出されたSARの最大値との差に余裕がある場合、その余裕の分だけ照射強度を強くする等、撮像条件の修正候補を表示する。この場合、操作者は、より最適化した条件での撮像を選択できる。
従来は、強いRFパルスを送信するスキャンを次々に流すと、前記上限値を超えてしまうために次のスキャンを実行できず、次のスキャン開始まで必要以上に長い時間待つといった場合があった。一方、本実施形態では、中間データに基づいて修正候補を求めて表示するので、操作者は、例えばあと2分待てば同じ強度のRFパルスを送信するスキャンを実施できる等の判断ができる。即ち、MRI装置20自体の運転を止める必要はなく、待ち時間を最小限にすることができる。
また、例えば送信用のRFコイル28を寝台32の前方と後方とに分割し、一方のRFコイル28のみを用いてRFパルスを送信することで、被検体Pに吸収されるRFパルスのエネルギーを減らすことも考えられる。この場合、使用するRFコイル28が撮像部位によって変わり、RFパルスの出力エネルギーおよび被検体Pの各部への吸収の度合いも変わってくる。このような場合でも、本実施形態では、コイル係数C1、C2、C3や部位係数S1、S2、S3を適切に設定することで、SARを正確に算出できる。
(本実施形態の補足事項)
[1]本実施形態では、身体の各部への吸収エネルギーを算出する補正演算として、RFパルスの出力エネルギー値に対し、1未満の経路係数(W1、W2、W3)、コイル係数(C1、C2、C3)、部位係数(S1、S2、S3)、寝台係数(T1、T2、T3)を乗じる例を述べた。本発明の実施形態は、かかる態様に限定されるものではない。
1より大きい係数で割り算をする補正演算としてもよい。また、例えば経路係数(W1、W2、W3)を乗じる代わりに、所定のエネルギー値をRFパルスの出力エネルギー値から差し引いてもよい。即ち、予めテーブルデータを記憶させておき、RFパルスのエネルギー値の大きさに応じてそれぞれ、経路係数、コイル係数、部位係数、寝台係数に相当する所定の値を差し引くようにしてもよい。
[2]補正演算後のエネルギー値について、6分間のSARの上限値を基準とした値に換算してから中間データとして記憶する例を述べた。本発明の実施形態は、かかる態様に限定されるものではない。例えば、換算処理を省略して、補正演算後のエネルギー値そのもの(単位は例えばジュール)を中間データとして記憶してもよい。
[3]請求項の用語と実施形態との対応関係を説明する。なお、以下に示す対応関係は、参考のために示した一解釈であり、本発明を限定するものではない。
NMR信号を検出すると共にその生データをシーケンスコントローラ56に入力するRF受信器50と、シーケンスコントローラ56と、シーケンスコントローラ56を介して入力されるNMR信号の生データに所定の処理を施してMR画像の画像データを作成する演算装置60は、請求項記載の画像生成部の一例である。
前のスキャンの期間の中間データを取得し、中間データを用いて次のスキャンに対するSARを算出(推定)し、算出したSARが安全基準で定められた上限値を超える場合、SARが上限値を超えないように撮像条件の修正候補を求める演算装置60の機能は、請求項記載の撮像条件修正部の一例である。
中間データを用いて次のスキャンに対するSARを算出し、算出したSARが上限値に対して例えば20%以上の余裕がある場合、SARが上限値に近づくように撮像条件の修正候補を求める演算装置60の機能も、請求項記載の撮像条件修正部の一例である。
[4]本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
20 MRI装置
22 静磁場用磁石
24 シムコイル
26 傾斜磁場コイル
28 RFコイル
28a 全身用コイル
28b フェーズドアレイコイル
28c コイル要素
30 制御系
32 寝台
40 静磁場電源
42 シムコイル電源
44 傾斜磁場電源
46 RF送信器
48 RF出力測定器
50 RF受信器
52 寝台位置制御装置
54 SAR算出器
56 シーケンスコントローラ
58 コンピュータ
60 演算装置
62 記憶装置
64 表示装置
66 入力装置
80 デュプレクサ
82 アンプ
84 切替合成器
86 受信系回路
101 第1補正部
102 第2補正部
103 第3補正部
104 第1記憶部
105 第2記憶部
106 第3記憶部
107 第1計算部
108 第2計算部
109 第3計算部
P 被検体

Claims (15)

  1. RFパルスの送信によって生じた磁気共鳴信号を被検体から受信して、前記磁気共鳴信号に基づいて前記被検体の画像データを生成する画像生成部と、
    前記RFパルスのエネルギー制御値に対して、撮像条件に応じた補正演算を施し、前記補正演算後のエネルギー値に基づいてSARを算出するSAR算出部と
    を備えてい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記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記SAR算出部は、前記被検体の撮像部位に応じて、異なる前記補正演算を行うように構成され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1記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記SAR算出部は、前記補正演算を所定の時間間隔で行い、現在基準時から所定期間遡った期間における前記補正演算後のエネルギー値を中間データとして記憶しておくことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  4. 請求項3記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記SAR算出部から前記中間データを取得して、前記中間データと次のスキャンの撮像条件とに基づいて次のスキャンを実施する場合のSARの値を推定し、SARの推定値が上限値を超える場合には、SARの値が前記上限値を超えない次のスキャンの撮像条件を求める撮像条件修正部をさらに備えてい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3記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記SAR算出部から前記中間データを取得して、前記中間データと次のスキャンの撮像条件とに基づいて次のスキャンを実施する場合のSARの値を推定し、SARの推定値が上限値より低く、かつ、SARの推定値と前記上限値との差が所定値以上である場合には、SARの値が前記上限値に近づくように次のスキャンの撮像条件を求める撮像条件修正部をさらに備えてい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1記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記RFパルスのエネルギー制御値に対して、前記RFパルスの生成源から、前記被検体に前記RFパルスを送信するRFコイルまでの経路での前記RFパルスのエネルギーの減衰分が減少するように、前記補正演算が施され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6記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記SAR算出部は、前記被検体の撮像部位に応じて、異なる前記補正演算を行うように構成されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  8. 請求項6記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記SAR算出部は、前記補正演算を所定の時間間隔で行い、現在基準時から所定期間遡った期間における前記補正演算後のエネルギー値を中間データとして記憶しておくことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  9. 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RFパルスのエネルギー制御値に対して、前記被検体に前記RFパルスを送信するRFコイルでの前記RFパルスのエネルギーの消費分が減少するように、前記補正演算が施されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  10. 請求項9記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記SAR算出部は、前記被検体の撮像部位に応じて、異なる前記補正演算を行うように構成されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  11. 請求項9記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記SAR算出部は、前記補正演算を所定の時間間隔で行い、現在基準時から所定期間遡った期間における前記補正演算後のエネルギー値を中間データとして記憶しておくことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  12. 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RFパルスを寝台上の前記被検体に送信するRFコイルをさらに備え、
    前記SAR算出部は、前記寝台の位置情報を取得して、前記RFパルスのエネルギー制御値に対して、前記寝台の位置に応じたエネルギーの減衰分を減少させる前記補正演算を施すように構成されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  13. 請求項12記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記SAR算出部は、前記被検体の撮像部位に応じて、異なる前記補正演算を行うように構成されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  14. 請求項12記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記SAR算出部は、前記補正演算を所定の時間間隔で行い、現在基準時から所定期間遡った期間における前記補正演算後のエネルギー値を中間データとして記憶しておくことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  15. RFパルスの送信によって生じた磁気共鳴信号を被検体から受信して、前記磁気共鳴信号に基づいて前記被検体の画像データを生成するステップと、
    前記RFパルスのエネルギー制御値に対して、撮像条件に応じた補正演算を施し、前記補正演算後のエネルギー値に基づいてSARを算出するステップと
    を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング方法。
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