JP6113012B2 - 磁気共鳴イメージング装置及び補正用ｂ１マップを計算する方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）においてＲＦパルスを送信するＲＦコイルの送信感度分布を求める技術に関する。

近年、ＳＮＲなどの利点から、３Ｔまたはそれ以上の主磁場（Ｂ０）を用いる超高磁場ＭＲＩ装置が広く用いられる。核磁気共鳴信号（ＭＲ信号）を発生する原子核のラーモア周波数は磁場強度に比例するため、３Ｔを超える磁場強度では、ＲＦパルスの周波数も高くなり、波長が人体のサイズと同程度にまで短くなる。このため定在波などが発生し、人体内でＲＦ波の振幅（Ｂ１）にむらが生じる。ＭＲＩ装置が照射するＲＦ波の振幅の空間分布は送信感度分布とも呼ばれ、その均一性が問題となる。

送信感度分布が均一でない場合、照射範囲内でフリップ角（ＦＡ）が異なることになるため、1つの画像内でＳＮＲの異なる部分が生じる。この画像内の信号むらをなくすために、送信感度分布を画像から求め、送信感度分布が均一になるようなＲＦシミングパラメータを設定したり、画像を補正したり技術が開発されている。

一方、ＭＲ画像では受信コイルの感度分布が画像に与える影響を補正する必要もあり、受信感度分布と送信感度分布を同時に補正する手法も提案されている（特許文献１、非特許文献１）。この技術では、受信感度分布が均一である全身用コイルで計測した画像と、実際の画像計測に用いる受信用コイルで計測した画像に加え、前二者の計測とは異なるＦＡで全身用コイルまたは受信用コイルを用いて計測した画像を用いて、受信感度分布とＲＦ波の振幅分布（Ｂ１マップとも言う）を作成し、受信感度分布及び送信感度分布による信号むらを補正する。非特許文献１には、Ｂ１マップを用いて信号むらを補正する際に、補正対象である画像を計測したときのＲＦシミングパラメータを加味した信号強度式を用いることが記載されている。

特開２００７−２８９３４４号公報

Ｃ．Ｃ．Ｇｕｃｌｅ， ｅｔ ａｌ， "Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｅｆｆｅｃｔ ａｔ ３Ｔ ａｎｄ ａｂｏｖｅ ｕｓｉｎｇ Ｂ１−ｍａｐｐｉｎｇ" ＳＭＲＭ １３（２００５）、Ｐ846

通常のＭＲＩでは、被検体の複数の断面の画像を得るが、各断面について、同じＲＦ印加条件で送信感度分布を計測する場合、全体としての計測時間が延長する。特に特許文献１等に記載されるように受信感度分布と送信感度分布による補正を同時に行うようにした技術では、実際の画像を計測する前に必要なデータ種が多くなり、さらに計測時間が延長する。また取得したＢ１マップから信号強度式を用いて補正係数を計算する場合には、組織のＴ１値及びＴ２値が必要であるが、画像内の各組織についてＴ１値、Ｔ２値を求めるためには、さらに数種類の計測を行う必要があり、さらなる計測時間の延長を伴う。

また送信コイルが複数の小型コイルからなるマルチチャンネルコイルの場合、各小型コイルのＢ１マップを合成したものを送信コイルのＢ１マップとするとき精度が低下するという問題もある。

そこで本発明は、少ない計測時間で、多数の断面の画像の補正に対応することができるＢ１マップを提供することを課題とする。また本発明は高精度な信号むらの補正を可能とするＭＲＩ装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、補正の対象である画像を取得する計測（以下、本計測という）のスライス数より少ない数のスライスについてＢ１マップを取得し、Ｂ１マップを３次元フィッティングし、３次元Ｂ１マップとする。また実部と虚部のそれぞれについてＢ１マップを取得し、この複素Ｂ１マップを３次元フィッティングする。

具体的には、本発明のＭＲＩ装置は、静磁場中に置かれた検査対象にＲＦパルスを照射する送信ＲＦコイルと、前記検査対象からのエコー信号を受信する受信ＲＦコイルと、前記受信ＲＦコイルが受信したエコー信号を用いて前記検査対象に関する画像を作成する画像作成部とを備え、前記画像作成部は、前記送信ＲＦコイルの送信感度分布を計算する送信感度分布計算部を備え、前記送信感度分布計算部は、前記検査対象の複数の断面からそれぞれ得たエコー信号を用いて２次元の複素送信感度分布を計算する２次元Ｂ１マップ計算部と、２次元の複素送信感度分布の実部及び虚部のそれぞれについて前記複数の断面を含むボリュームの３次元の複素送信感度分布を計算する３次元Ｂ１マップ計算部と、前記３次元Ｂ１マップ計算部が計算した実部及び虚部の３次元の複素送信感度分布から補正用Ｂ１マップを計算する補正用Ｂ１マップ計算部とを備える。

また本発明のＭＲＩ装置は、前記送信ＲＦコイルは、複数の小型コイルで構成されるマルチチャンネルコイルであり、前記送信感度分布計算部は、前記複数の小型コイルのそれぞれについて計算した３次元の送信感度分布を、所定のＲＦシムパラメータを用いて合成する合成部を備える。

本発明の補正用Ｂ１マップを計算する方法は、検査対象の複数の断面からそれぞれ得たエコー信号を用いて補正用Ｂ１マップを計算する方法であって、前記エコー信号を用いて２次元の複素送信感度分布を計算し、前記２次元の複素送信感度分布の実部及び虚部のそれぞれについて前記複数の断面を含むボリュームの３次元の複素送信感度分布を計算し、実部の３次元の複素送信感度分布及び虚部の３次元の複素送信感度分布から補正用Ｂ１マップを計算することを特徴とする。

Ｂ１マップを得るための計測を、本計測より少ないスライス数の計測とするので計測時間の延長を防止できる。Ｂ１マップを複素Ｂ１マップとし、それぞれを３次元フィッティングした後、Ｂ１マップ（絶対値）を得るので、フィッティングの精度が高く、精度の高いＢ１マップを得ることができる。

本計測の計測条件（スライス数、スライス位置など）が変化しても、３次元Ｂ１マップの所望の位置を切り出せばよく、再計測が不要である。さらに本計測でＲＦシミングのパラメータ（振幅、位相）を変更した場合でも、変更後のＲＦシミングパラメータを用いて補正係数を計算することができるので、再度、Ｂ１計測やフィッティング等を行う必要がない。

本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体構成図 画像作成部の機能ブロック図 本発明のＭＲＩ装置の実施形態の処理手順を示すフロー図 図３のステップＳ２３３の詳細を示すフロー図 （ａ）は、図４の外挿領域確保ステップＳ３０１を説明する図、（ｂ）は図４のフィッティングステップＳ３０５、Ｓ３０６を説明する図である。 フィッティング結果を示す図で、（ａ）はＲＦ送信コイルについて計測した各チャンネルのＢ１マップ（絶対値）を示す図、（ｂ）はフィッティング後の各チャンネルのＢ１マップ（絶対値）を示す図、（ｃ）はフィッティング後の各チャンネルの位相を示す図である。 図３のステップＳ２３５の詳細を示すフロー図 図３のステップＳ２３７の詳細を示すフロー図 実効ＦＡと組織ごとの信号強度との関係を示す図、（ａ）及び（ｂ）は２Ｄシーケンス及び３Ｄシーケンスにおける実効ＦＡと信号強度の関係を示すグラフ、（ｃ）は組織のＴ１値及びＴ２値と、典型的な実効ＦＡ範囲での信号強度の変化幅を示す表である。 第二実施形態の補正係数計算を説明する図 第三実施形態の処理手順を示すフロー図 第三実施形態の処理の概要を説明する図で、（ａ）はフィッティングとマスク領域の関係をグラフ、（ｂ）は実測値によるフィティング結果の更新を示す図、（ｃ）はフィルタリングの必要性を説明する図、（ｄ）距離の概念を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体概要を示す図である。
図１に示すＭＲＩ装置は、図示しない静磁場発生磁石を備えた静磁場発生部２と、静磁場発生磁石が発生する静磁場に磁場勾配を与える傾斜磁場発生部３と、静磁場発生部２が発生する静磁場空間内に置かれた被検体１にＲＦパルスを送信するＲＦ送信部５と、被検体１から発生する磁気共鳴信号（エコー信号）を受信するＲＦ受信部６と、傾斜磁場発生部３、ＲＦ送信部５及びＲＦ受信部６の動作を制御するシーケンサ４と、ＲＦ受信部６が受信した磁気共鳴信号に対し所定の信号処理を行うとともに被検体１の画像を形成する信号処理部７と、上述した各部を制御する制御部８と、操作者が装置の動作に必要な指令やデータを入力するための入力部９と、を備えている。

静磁場発生部２が備える静磁場磁石は、永久磁石、常電導磁石、超電導磁石のいずれでもよく、磁石を被検体が置かれる空間（測定空間）に対し上下に配置したオープン型、円筒状の磁石ボア内に測定空間が設けられた円筒型のいずれでもよい。被検体１は通常ベッドに寝かせられた状態で測定空間に搬入される。

傾斜磁場発生部３は、互いに直交する３軸方向に磁場勾配を形成する３組の傾斜磁場コイル（Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚ）３１からなり、それぞれ、傾斜磁場電源３２に接続され、シーケンサ４に設定された動作のタイミング（撮像シーケンス）に従い動作する。

ＲＦ送信部５は、所定の周波数の高周波を発生する高周波発信器１１、高周波発信器１１が発生する高周波信号をシーケンサ４からの指令に従い変調する変調器１２、高周波増幅器１３及びＲＦ送信コイル１４ａからなる。ＲＦ受信部６は、ＲＦ受信コイル１４ｂ、増幅器１５、ＲＦ受信コイル１４ｂが受信した信号を直交検波し、二系統の信号にする直交位相検波器１６及びＡＤ変換器１７からなる。

ＲＦ送信コイル１４ａ及びＲＦ受信コイル１４ｂは、測定空間内の被検体１近傍に配置され、一つの高周波コイルが送信コイルと受信コイルを兼ねてもよいし、別個の高周波コイルを１乃至複数備えていてもよい。またＲＦ送信コイル及びＲＦ受信コイルは、一方又は両方が、複数の小型コイルからなるマルチチャンネルコイルであってもよい。この場合、ＲＦ送信部５は、マルチチャンネルを切り替えるスイッチング部（図示せず）を備える構成とすることができ、またＲＦ受信部６は、ＲＦ受信コイルのチャンネル数と同じ数のＲＦ受信部６を備える構成とすることができる。以下説明する本実施形態のＭＲＩ装置では、ＲＦ送信コイルが受信コイルを兼ねることができ、且つマルチチャンネルコイルであって、複数のＲＦ受信部６を備えるものとする。

信号処理部７は、ディジタル化された受信信号に対し、補正計算、画像再構成などの信号処理や画像処理を行うもので、制御部８としても機能するＣＰＵと、ＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２などのメモリと、磁気ディスク１８、光ディスク１９などの外部メモリと、処理結果である画像やＧＵＩ等を表示するディスプレイ２０とを備えている。ＣＰＵは、制御部８を兼ねている。信号処理部７が行う処理は、さらに、マルチチャンネルコイルであるＲＦ送信コイル１４ａの送信感度分布の計算、送信感度分布を用いた再構成画像の補正などが含まれる。

制御部８は、入力部９から入力された指令に従い、シーケンサ４を介して、各部の動作を制御する。本実施形態のＭＲＩ装置では、被検体の画像を得るための計測（本計測）と、それとは別に、本計測で得られた画像を補正するための補正情報を得るための計測とを行う。補正情報を得るための計測は、ＲＦ送信コイルの送信感度分布を得る計測であり、Ｂ１マップ計測という。本計測やＢ１マップ計測を行うためのパルスシーケンスは、予めプログラムされたものが制御部８内のメモリに格納されており、これらパルスシーケンスを実際に動作させるために必要なパラメータは、入力部９から入力される。

信号処理部７の機能のうち画像作成部７０の機能ブロック図を図２に示す。図示するように、画像作成部７０は、画像再構成部７１、受信感度分布計算部７２、送信感度分布計算部７３、画像補正部７４、各部７１〜７４の計算に必要な関数、係数や計算結果などを記憶するメモリ部７５を備えている。メモリ部７５は、図１に示すＲＯＭ、ＲＡM、光ディスク、磁気ディスクなどのメモリにより実現できる。

送信感度分布計算部７３は、２次元Ｂ１マップ計算部７３１、フィッティング部７３２、３次元Ｂ１マップ計算部７３３、補正係数計算部７３４などを備えている。

以上説明したＭＲＩ装置の概要を踏まえ、本実施形態のＭＲＩ装置の動作、主として画像作成部における処理の実施形態を説明する。

＜第一実施形態＞
本実施形態のＭＲＩ装置の動作フローを図３に示す。図３に示すように、動作は大きく分けて、被検体の画像（補正前）２０１を得るステップＳ２１０と、受信感度補正ステップＳ２２０と、送信感度補正ステップＳ２３０とからなる。ステップＳ２１０は、本計測を行うステップＳ２１１と、本計測で計測した受信ＲＦ信号を用いて画像再構成するステップＳ２１２とを含む。受信感度補正ステップＳ２２０は、感度画像を取得する計測を行うステップＳ２２１、ステップＳ２２１で計測した受信ＲＦ信号を用いて感度画像を得るステップＳ２２２、感度画像から受信感度補正係数２０２を計算するステップＳ２２３、受信感度補正係数２０２のサイズを補正前画像に合わせるステップＳ２２４、及び受信感度補正係数２０２を適用して受信感度補正を行うステップＳ２２５を含んでいる。

送信感度補正ステップＳ２３０は、ＲＦ送信コイルのチャンネル毎に２次元送信感度分布２０３を得るための計測を行うステップＳ２３１と、計測した信号を用いて複素２次元Ｂ１マップを計算するステップＳ２３２と、２次元Ｂ１マップからフィッティングにより３次元Ｂ１マップを計算するステップＳ２３３と、３次元Ｂ１マップ２０５から、補正前画像２０１と同じスライス位置の送信感度分布を切り出し各チャンネルのＢ１マップを合成し補正用Ｂ１マップを作成するステップＳ２３４と、補正用Ｂ１マップから送信感度補正係数２０３を計算するステップＳ２３５と、送信感度補正係数２０３のサイズを補正前画像に合わせるステップＳ２３６と、さらに送信感度補正係数２０３を用いて送信感度補正を行うステップＳ２３７とを含む。

図３では、受信感度補正ステップＳ２２０の最後のステップＳ２２５と送信感度補正ステップＳ２３０の最後のＳ２３７は、画像補正ステップとしてまとめて記載している。
ステップＳ２２０とステップＳ２３０は、どちらが先でもよく、また本計測ステップＳ２１０は、ステップＳ２２０の最後の補正ステップＳ２２４及びステップＳ２３０のステップＳ２３３の前に行われていればよい。

以下、各ステップの具体的な処理内容を説明する。
＜本計測ステップＳ２１０＞
本計測は、所定の撮像条件（撮像パラメータ、撮像断面、スライス数など）で計測の目的に応じた撮像シーケンスを実行することにより行う（Ｓ２１１）。本計測の撮像シーケンスにおけるＲＦシミングパラメータ（ＲＦの振幅、位相）は後のステップＳ２３０の計算で使用するためにメモリに記憶される。撮像シーケンスの実行により得たエコー信号は、フーリエ変換等の演算により画像再構成され、補正前画像としてメモリに記憶される（Ｓ２１２）。

＜受信感度補正ステップＳ２２０＞
受信感度補正は、例えばＭａｇｍｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｏｆ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ５３（２００５），ｐ６６６などに記載された公知の手法を用いて行う。まず本計測で用いるＲＦ受信用コイルと同じＲＦ受信用コイルを用いて感度画像を計測する（Ｓ２２１）。感度画像の計測は、本計測と同じ断面について本計測よりも低空間分解能で行う。

次に計測した感度画像にローパスフィルタなどを適用し、組織の構造などを取り除いて受信感度分布のみを抽出し、受信感度マップとする（Ｓ２２２）。この受信感度マップに対し、およそ逆数を取るなど補正係数へ変換する処理を適用することで受信感度補正係数２０２が作成できる（Ｓ２２３）。

この補正係数２０２を補正前画像２０１と同じサイズまで補間拡大する（Ｓ２２４）。この処理は、マトリクスサイズが異なる感度画像と補正前画像２０１とのサイズを合わせる処理であり、感度画像の隣接する画素間を周囲の画像値で補間してサイズを拡大する。最後にステップＳ２２４で得たサイズ調整後の補正係数を補正前画像２０１に乗算する（Ｓ２２５）。この処理により、受信感度分布による信号むらが補正される。受信感度補正Ｓ２２０を送信感度補正Ｓ２３０の後に行う場合には、ステップＳ２２３で得た補正係数２０２をメモリに記憶し、その後のステップＳ２３０で送信感度分布補正を行う際に、メモリから読み出し、受信感度補正を合わせて行う。

＜送信感度補正ステップＳ２３０＞
＜＜ステップＳ２３１、Ｓ２３２＞＞
まずＲＦ送信コイルの各チャンネルについて、Ｂ１マップ計測のためのパルスシーケンスを実行する（Ｓ２３１）。Ｂ１マップ計測は、公知の手法を用いることができる。例えば、任意のフリップ角のＲＦパルスを用いて撮像した画像と、その２倍のフリップ角のＲＦパルスとを用いて撮像した画像との演算によりＢ１を計測するＤｏｕｂｌｅ Ａｎｇｌｅ法（ＤＡＭ）、プリパルス印加直後に取得した画像と、プリパルスを印加せずに取得した画像の比をとることでＢ１分布を計算する手法、同じフリップ角のＲＦパルスで、ＴＲの異なる一組のパルスシーケンスを用いて画像データを得、これら画像データの信号の比とＴＲの比を用いて、２次元Ｂ１分布を算出する手法（Ａｃｔｕａｌ Ｆｌｉｐ Ａｎｇｌｅ 法：ＡＦＩ）などを採用することができる。

Ｂ１マップ計測は、補正前画像に比べて少ないスライス数でよく、また計測位置も補正前画像と一致していなくてよい。

ステップＳ２３１の計測で得られる送信感度分布画像は、画像を構成する各画素における磁場強度（ベクトル）を表すものとなる。本実施形態では、この複素数である磁場強度を実部と虚部に分けてそれぞれについて２次元Ｂ１マップ（複素数Ｂ１マップ）を計算する（Ｓ２３２）。

＜＜３次元Ｂ１マップ計算Ｓ２３３＞＞
次に、各送信チャンネルの２次元Ｂ１マップに対し、多項式による３次元フィッティングを適用することで、各スライス間のデータを埋めるとともにＢ１マップを被検体の外側まで外挿して、３次元Ｂ１マップを作成する。３次元Ｂ１マップ計算Ｓ２３３の詳細を図４を参照して説明する。

［外挿領域確保Ｓ３０１］
本処理では、各送信チャンネルの複素Ｂ１マップを３次元に外挿するため、はじめに外挿領域としてＸ×Ｙ×Ｚ×２（実部・虚部）×［送信チャンネル数］のメモリ領域を確保する（Ｓ３０１）。このとき、Ｘ、Ｙ、Ｚの各サイズは、複素Ｂ１マップのＦＯＶ、マトリクス数および外挿する体積から決定する。例えば、Ｂ１マップがＸＹ面においてＦＯＶ：５００ｍｍ、６４×６４マトリクス、外挿する体積を５００×５００×５００ｍｍ^３と設定した場合、Ｚ方向を1マトリクスあたり１０ｍｍと設定すれば、外挿領域は６４×６４×５０×２マトリクスとなる。Ｚ方向の１マトリクスは、補正精度を保つ点から、Ｘ／Ｙ方向のマトリクスと同程度の分解能とするのが好ましい。なお外挿する体積は、装置の有効視野をカバーする必要がある。

［データ配置Ｓ３０２］
次に、各送信チャンネルの複素Ｂ１マップを外挿領域内の正しい位置に配置する（Ｓ３０２）。例えば、図５（ａ）に示すように、Ｚ方向の外挿領域が５０マトリクス、外挿する長さが−２５０〜２５０ｍｍ、複素Ｂ１マップのＺ座標がＺ＝−２５０、−２００、−１５０、・・・、２００［ｍｍ］のとき、Ｚ方向のメモリ位置ｋ＝０、５、１０、・・・、４５に複素Ｂ１マップを配置する。複素Ｂ１マップが配置されない外挿領域のメモリ位置が次のフィッティング処理によって外挿される。なお図５は、一つのチャンネルの実部又は虚部の一方のデータのみを示している。

［位相補正Ｓ３０３］
次に、フィッティング処理に先立ち、複素Ｂ１マップの位相補正を実施する（Ｓ３０３）。フィッティング処理の前にＢ１マップの位相補正処理を行うことにより、フィッティング精度をより高めることができる。

各送信チャンネル複素Ｂ１マップの位相を補正するため、はじめに基準位相分布を作成する。基準位相分布は、各送信チャンネル複素Ｂ１マップをＱＤ合成した基準分布から求める。具体的には、式（１）、式（２）に示すように、各送信チャンネルのＢ１マップからチャンネルの配置に応じたオフセット位相（例えば０、−９０、−１８０、 ９０[deg.]）をそれぞれ減算した後、全チャンネルのデータを合成する。

式中、ｒは画像内の位置ベクトル、ｎは送信チャンネル番号（１≦ｎ≦Ｎ、Ｎは送信チャンネル数）、ＯｒｇＲｅａｌ_ｎとＯｒｇＩｍａｇ_ｎとはｎチャンネル目の実部及び虚部のＢ１マップデータ、Ｒｅａｌ_ｎとＯｒｇＩｍａｇ_ｎはｎチャンネル目のオフセット位相減算後の実部と虚部のＢ１マップデータ、θｎはｎチャンネル目のオフセット位相、ＳｔａｎｄａｒｄＲｅａｌとＳｔａｎｄａｒｄＩｍａｇとは全チャンネル合成後の基準分布（実部と虚部）をそれぞれ示す（以下、同じ）。なお、オフセット位相θｎは、ＲＦシムパラメータを用いても良い。

次に、この基準分布から式（３）により位相を求め、これを基準位相ＳｔａｎｄａｒｄＰｈａｓｅとする。

以上のように求めた基準位相を、式（４）に示すように、全チャンネルの複素Ｂ１マップから減算する。

式中、ＲｅａｌＣｏｒｒｅｃｔｅｄ_ｎとＩｍａｇｅＣｏｒｒｅｃｔｅｄ_ｎとは位相補正後の各送信チャンネル複素Ｂ１マップ（実部と虚部）をそれぞれ示す。

［マスク処理Ｓ３０４］
次に、フィッティングのためのマスクを作成する（Ｓ３０４）。フィッティングのためのマスクとは、被検体領域と、被検体以外の領域とを区別し、ノイズが多い被検体以外の領域はフィッティングに使用しないようにするものである。具体的には、信号値が所定の閾値以上の領域をマスク内領域とし、マスク内領域を用いてフィッティング処理を行い、その他の領域の値を外挿する。閾値は、例えば、前述した基準分布の絶対値から、最大値の例えば１０％などとし、マスクを作成する。なお閾値は、判別分析法など別の方式で決めてもよい。
［３次元多項式フィッティングＳ３０５、Ｓ３０６］

最後に、送信チャンネルごとにマスク内の実部データのみ、虚部データのみでそれぞれ３次元多項式フィッティングする（Ｓ３０５、Ｓ３０６）。各送信チャンネルＢ１マップの実部および虚部をそれぞれ３次元フィッティングすることで、フィッティング精度を高めることができ、最終的な補正係数を高精度にできる。３次元フィッティングとは、実計測データがない領域（スライス）の各画素値を、その画素のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に隣接或いは近接する画素の情報を用いて最適なフィッティング関数を設定する処理であり、一例として、式（５）に示すような二次関数を用いることができる。

式中、ａ〜ｊは各項の係数を示す。
係数は最小二乗法などの公知の手法で最適化する。

なお、３次元各方向のフィッティング次数は、Ｂ１マップがＺ方向（Ｂ０方向）には大きく分布しない特性を用いて、Ｘ方向およびＹ方向に比べて、Ｚ方向の次数を小さく設定してもよい。またＸ方向、Ｙ方向の次数についてもそれぞれ独立にしてもよい。

上述したような３次元多項式フィッティングを行うことにより、図５（ｂ）に示すように、３次元のＢ１マップデータが得られる。この３次元Ｂ１マップは、実際のＢ１マップ間隔を反映したデータ配置をしているため、Ｂ１マップを取得していないスライス位置についても、精度良くＢ１マップが求められる。

［実データによる更新Ｓ３０７］
得られた３次元のＢ１マップデータのうち、マスク内の領域（所定の閾値よりも値が高い領域）については、フィッティング結果を用いるのではなく、実際の値を用いるようにメモリを上書きして更新する（Ｓ３０７）。

［Ｓ３０８］
上述したＳ３０４〜Ｓ３０７の処理を、すべてのチャンネルの実部及び虚部のＢ１マップについて行う（Ｓ３０８）。４チャンネルのＲＦ送信コイルについて、上述したフィッティングを行った結果であるＢ１マップを図６に示す。図６の（ａ）は、ステップＳ２３１で計測した各チャンネルのＢ１マップ（絶対値）６０１であり、（ｂ）及び（ｃ）は、Ｂ１マップ６０１をチャンネルごとにフィッティングし、フィッティング後のマスク内の領域を実際の値で更新したＢ１マップの絶対値６０２及び位相値６０３である。図６（ａ）のＢ１マップから、送信チャンネルの配置による分布の変化があることがわかる。これをチャンネルごとにフィッティングした場合には、（ｂ）、（ｃ）に示されるように、分布が正しく再現でき、また実部と虚部のフィッティングを行っているため位相も正しく再現できた。

＜＜補正用Ｂ１マップ作成Ｓ２３４＞＞
図３に戻り、Ｂ１マップ作成ステップＳ２３４を説明する。まず、上記フィッティングステップで得た３次元のＢ１マップから、補正前画像２０１の計測位置に対応する２次元Ｂ１マップを切り出し、補正前画像２０１のＦＯＶおよびスライス数に一致した、各送信チャンネルの複素Ｂ１マップを作成する。次に、この各送信チャンネルの複素Ｂ１マップをＲＦシミングパラメータで複素合成し、補正用Ｂ１マップを作成する。合成処理（Ｓ２３４）の詳細を、図７を参照して説明する。

［ＲＦシムパラメータの設定Ｓ７０１］
ステップＳ２３１で計測したＢ１マップは、Ｂ１マップ計測の際のＲＦシムパラメータを前提とするものであり、本計測の画像２０１を補正するためには、本計測時のＲＦシムパラメータで計測されたものに変換する必要がある。そこでまず、Ｂ１マップ計測時（Ｓ２３１）に使用したパラメータと、本計測（Ｓ２１１）で使用したパラメータの振幅比Ａ_ｎおよび位相差Φ_ｎを式（６）のように定義する（Ｓ７０１）。

式中、Ａｍｐ_０［ｎ］、φ_０［ｎ］は、それぞれ、Ｂ１マップ計測時に使用したｎチャンネル目のＲＦシムパラメータ（絶対値、位相）、Ａｍｐ［ｎ］、φ［ｎ］は、本計測で使用したｎチャンネル目のＲＦシムパラメータ（絶対値、位相）をそれぞれ示す。

［合成Ｓ７０２〜Ｓ７０４］
次に、式（６）で定義した振幅比Ａ_ｎおよび位相差Φ_ｎを各チャンネルＢ１マップ（３次元Ｂ１マップから切り出したもの）に乗算し、全チャンネルについて加算し、各チャンネルＢ１マップを合成する（Ｓ７０２〜Ｓ７０４）。

式中、ＦＯｒｇＲｅａｌ_ｎとＦＯｒｇＩｍａｇ_ｎとはｎチャンネル目のＢ１マップデータ（実部と虚部、３次元Ｂ１マップから切り出したもの）、ＲｅａｌＳｙ_ｎとＩｍａｇＳｙ_ｎとは合成後の補正用Ｂ１マップデータ（実部と虚部）をそれぞれ示す。

［絶対値化Ｓ７０５］
最後に、実部及び虚部のＢ１マップデータを、式（８）により絶対値化して補正用Ｂ１マップとする（Ｓ７０５）。

式中、ＡｂｓＳｙｎは、補正用Ｂ１マップ（絶対値）を示す。

＜＜送信感度分布補正Ｓ２３５〜Ｓ２３６＞＞
チャンネル合成後の補正用Ｂ１マップ（絶対値）を用いて、本計測画像２０１を補正する（図３、Ｓ２３５〜Ｓ２３７）。このステップの詳細を、図８を参照して詳述する。

［実効ＦＡ分布計算Ｓ８０１］
はじめに、式（９）を用いて、補正用Ｂ１マップと設定ＦＡ値から実効ＦＡ分布を作成する（Ｓ８０１）。補正用Ｂ１マップは、上記ステップＳ２３４で式（８）により計算した「ＡｂｓＳｙｎ（ｒ）」である。設定ＦＡ値とは、本計測においてシーケンサ４（図１）がＲＦ送信部５に与えたＲＦ送信コイル１４ａのフリップ角である。

式中、ＦＡは実効ＦＡ分布、Ｂ１Ｍａｐは補正用Ｂ１マップ（＝式（８）のＡｂｓＳｙｎ（ｒ））、ＦＡ_０は設定ＦＡ値をそれぞれ示す。

［信号強度分布計算］
次に、式（９）で計算した実効ＦＡ分布と、本計測の撮像パルスシーケンスによって決まる信号強度式を用いて、信号強度分布を計算する（Ｓ８０２）。信号強度式は、例えば、ＧｒＥ（グラディエントエコー）系シーケンスでは式（１０）、ＳＥ（スピンエコー）系シーケンスでは式（１１）を用いることができる。

式中、ＦＡは実効ＦＡ、ＴＲは設定ＴＲ値、ＴＥは設定ＴＥ値、Ｔ１は縦緩和時間、Ｔ２は横緩和時間である（以下、同じ）。

式中、ＦＡは実効ＦＡ（励起パルスのフリップ角）分布、ＲＦＡは再収束パルスの実効フリップ角分布をそれぞれ示す。

なお上述した信号強度式を使用する場合、断面毎にＴ１値やＴ２値は求める必要があるが、本実施形態では実効ＦＡと各組織の信号強度変化の相似性を利用して、断面における代表的な組織のＴ１、Ｔ２を用いる。実効ＦＡと各組織の信号強度変化の相似性について、図９を参照して説明する。図９の（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、典型的なＴＲ、ＴＥを用いた２Ｄ−ＧｒＥ系シーケンス及び３Ｄ−ＧｒＥ系シーケンスにおける、肝臓、脾臓、膵臓、傍脊柱筋、皮下脂肪の信号強度と実効ＦＡとの関係を示す図である。

図中、３本の縦線のうち両側の縦線で囲まれる範囲（矢印で示す範囲）は、設定ＦＡ±２０％の範囲を示し、実際の計測において実効ＦＡになると予測される範囲（以下、実効ＦＡ範囲という）である。（ａ）、（ｂ）のグラフから、この実効ＦＡ範囲における各組織の信号強度の変化幅（設定ＦＡ時の強度に対する変化の割合）を読み取ったものを、Ｔ１値及びＴ２値とともに（ｃ）の表に示す。表に示すように、組織によってＴ１及びＴ２は異なるが、実効ＦＡ範囲における信号強度の変化幅はほぼ同一であることが分かる。このため、信号強度の変化（信号むら）を代表的な組織のＴ１値、Ｔ２値から推定し、全組織に適用しても大きな誤差にならないことがわかる。そこで本実施形態では、式（１０）、式（１１）のような信号強度式のＴ１値、Ｔ２値として、代表的なＴ１値およびＴ２値を用いることとする。代表的な組織は、頭部であれば白質、腹部であれば肝臓や筋肉、関節であれば筋肉などが挙げられる。これにより、信号強度式の計算精度が担保される上、各組織のＴ１値およびＴ２値を測定する必要が無くなるため、計測時間の短縮が可能になる。

信号強度分布の計算（Ｓ８０２）は、上述した信号強度式を用いて、式（１２）より行うことができる。

式中、ＳＩは信号強度分布、ＦＡは実効ＦＡ分布、Ｓｉｇｎａｌは信号強度式をそれぞれ示す。

［補正係数計算Ｓ８０３（Ｓ２３５）］
最後に、式（１３）を用いて、信号強度分布ＳＩの逆数を取り、送信感度補正係数とする（Ｓ８０３）。

式中、Ｃｏｅｆは送信補正係数を示す。

＜＜Ｓ２３６、Ｓ２３７＞＞
この補正係数Ｃｏｅｆを補正前画像２０１と同じサイズまで補間拡大し（Ｓ２３６）、受信感度補正を適用した画像に乗算する（Ｓ２３７）。補正係数のサイズの拡大は、受信感度補正の補正係数のサイズの拡大と同じである。

以上の処理により受信感度分布による信号むら補正と、送信感度分布による信号むら補正を施した感度補正画像２０５が得られる。感度補正画像２０５は、式（１４）に示すように、そのスライス位置における受信感度補正係数２０２と送信感度補正係数２０３を補正前画像２０１に乗算したものであり、受信感度分布補正Ｓ２２０と送信感度分布補正Ｓ２３０のいずれの処理を先に実施しても得られる感度補正画像は同一になることがわかる。

式中、Corrected Iは感度補正画像、OrgIは補正前画像、ＲCoefは受信感度補正係数、TCoeは送信感度補正係数を示す。

本実施形態のＭＲＩ装置によれば、本計測の画像よりも少ないスライス数でＢ１マップ計測を行うことができるので、Ｂ１マップ計測のための時間を短縮することができる。また３次元のＢ１マップを得ているので、本計測のスライス枚数やスライス位置が変化しても、Ｂ１マップの再計測が不要である。さらに各チャンネルのＢ１マップを実部及び虚部に分けて３次元多項式フィッティングすることにより、高精度なＢ１マップを得ることができる。特にフィッティングに先立って位相補正を行うことにより、フィッティングの精度を向上することができる。

さらに本実施形態のＭＲＩ装置によれば、本計測でＲＦシミングパラメータを変更した場合でも、変更後のＲＦシミングパラメータを用いてＢ１マップの合成を実施すればよく、フィティング処理を再度実施する必要がない。

＜第二実施形態＞
本実施形態は、第一実施形態のＭＲＩ装置を基本として、さらに信号処理部の機能として、送信感度分布補正における補正係数に実効ＦＡに基く条件を追加したことが特徴である。その他の構成及び処理手順は第一実施形態と同様であり、以下、異なる点を中心に説明する。

本実施形態においても、信号処理部（画像作成部７０）の構成は図２に示す機能ブロック図と同様であり、また画像作成部の処理手順は図３に示すフローと同様である。ただし図３に示すステップＳ２３５（図８のステップＳ８０３）が異なる。以下、図３及び図８を援用して本実施形態の処理を詳述する。

ステップＳ２３５では、まず、チャンネル合成後の補正用Ｂ１マップ（絶対値）を用いて、本計測画像２０１を補正するために、補正用Ｂ１マップと設定ＦＡ値から実効ＦＡ分布を算出する（図８：Ｓ８０１）。次に実効ＦＡ分布と、本計測の撮像パルスシーケンスによって決まる信号強度式を用いて、信号強度分布を計算する（Ｓ８０２）。最後に式(１３)により、信号強度分布の逆数を取り、送信感度補正係数とする（Ｓ８０３）。

この逆数化のステップＳ８０３において、実効ＦＡ分布が０に近づく場合、得られる結果は不正になると可能性が高い。実効ＦＡが極めて小さくなる場合は、２つ考えられ、一つは補正用Ｂ１マップが極めて小さい場合、もう一つは設定ＦＡ自体が極めて小さい場合である。このうち設定ＦＡが極めて小さい場合は、得られる画像のＳＮＲが低くなることから、実際に使用されることは無いと考えてよい。一方、補正用Ｂ１マップが極めて小さい場合は、Ｂ１不均一が極めて大きい場合やＢ１マップ計測に誤差が含まれた場合など、実際に起こり得る。

一般にＧｒＥ系シーケンスでは、式（１０）の信号強度式から、実効ＦＡが極めて小さくなると信号強度は０に近づく。実効ＦＡと信号強度の関係を示すグラフを図１０に示す。図中、グラフ１００１は信号強度式から計算した信号強度である。逆数化ステップＳ８０３において、この信号強度を用いて送信感度補正係数を計算した場合、信号強度分布の逆数である補正係数が発散し、不正な結果をもたらす。

そこで本実施形態では、信号強度が最大となる実効ＦＡを境界値とし、実効ＦＡが境界値以下になる位置では信号強度を境界値における信号強度に置き換えて補正係数を計算する。図１０のグラフ１００２は、実効ＦＡが境界値以下となる位置で信号強度を境界値の信号強度に置き換えたものを示している。

この境界となるＦＡは、エルンスト角として知られるＦＡであり、式（１５）で計算されるため、ＴＲとＴ１値から一意に求まる。

本実施形態のＭＲＩ装置では、送信感度分布補正において補正係数を計算する際に、エルンスト角以下の実効ＦＡをエルンスト角として取り扱うことで、ＦＡに対する信号強度の極性を右肩下がりにすることができ、実効ＦＡに誤差が含まれた場合でも、補正係数に大きな誤差を招くことが無い。

＜第三実施形態＞
本実施形態は、第一実施形態のＭＲＩ装置を基本として、さらに画像作成部の機能として、フィッティング後の３次元Ｂ１マップに対するフィルタリング機能を追加したことが特徴である。その他の構成は第一実施形態と同様であり、以下、異なる点を中心に説明する。

本実施形態による画像作成部の処理フローを図１１に示す。図４と同じ処理は同じ符号で示す。図４に示す第一実施形態の処理フローとの比較からわかるように、本実施形態でも、位相補正後の各チャンネルの２次元Ｂ１マップについて、マスク後にフィッティングし、フィッティング結果のマスク内更新を行う（Ｓ３０１〜Ｓ３０７）ことは第一実施形態と同じであるが、本実施形態ではマスク内更新の後に、マスク内領域とそれ以外の領域（外挿領域）との間に生じ得る不連続な段差をなくす処理（Ｓ９０１、Ｓ９０２）を行う。

胸部や腹部などで特にＢ１マップが高次の分布となったとき、上述した処理Ｓ３０７において、マスク内で更新した領域と外挿領域との間に境界ができ、不連続な分布となるおそれがある。この様子を図１２に示す。図１２（ａ）は、閾値以上の領域（マスク内領域）１２０１を対象にフィッティングし、それ以外の領域（外挿領域）１２０２を外挿した結果１２１１を示し、（ｂ）はフィッティング結果１２１１のうちマスク内領域１２０１の実測データが存在する位置は実測データで置換した結果１２１２を示している。図１２（ｂ）中に点線で囲った部分は、一点鎖線で示すマスク内領域１２０１と外挿領域１２０２との境界を含むフィッティング結果１２１２の一部で、その部分だけを（ｃ）に示している。（ｃ）にはマスク内領域１２０１と外挿領域１２０２とに不連続が生じている様子が示されている。

本実施形態では、この不連続を解消し、精度の高い補正を実現するため、マスク内領域からの距離に応じたフィルタリングを適用する。まずＢ１マップ全体の画素にマスク領域からの距離を設定する（Ｓ９０１）。具体的には、図１２（ｄ）に示すように、マスク内領域にあるピクセルに距離１を設定し、次に距離１のピクセルに隣接するピクセルに距離２を設定する。距離を３、４・・・とインクリメントしながらこの操作を繰り返していくことで、外挿領域内のすべてのピクセルに距離が設定される。

次に設定された距離によって異なる半径の平滑化フィルタを用いてフィルタリング処理を行う（Ｓ９０２）。平滑化フィルタとしては、マスク内外の境界での不連続を抑制するため、ガウシアンフィルタなどを用いる。フィルタは３次元で作成し、Ｘ／Ｙ／Ｚ方向のフィルタ半径は独立に設定してもよい。このとき、ステップＳ９０１で計算したマスク内領域からの距離を利用して、距離に応じたフィルタ半径を用いる。例えば、マスク領域からの距離が小さく、不連続の影響を受ける位置ではフィルタ半径を大きくし、反対にマスク領域からの距離が大きく、不連続の影響をほとんど受けない位置ではフィルタ半径を小さくする。距離によりフィルタ半径制御を式（１６）に示す。

式中、Filter Radiusはフィルタ半径、Ｄは距離、Ｄ_０は距離上限、ａとｂはフィルタ半径の最大値と最小値をそれぞれ示す。このような３次元フィルタを用いて不連続を抑制することができ、Ｂ１マップを実測していない位置においても、精度の高いＢ１マップを作成できる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明のＭＲＩ装置において、各実施形態の特徴は適宜組み合わせることが可能であり、また必須ではない処理を適宜省くことも可能である。例えば、本発明において本計測画像の送信感度分布補正は、受信感度分布補正とともに行うことが好ましいが、送信感度分布補正のみを行う場合も本発明に含まれる。また上記実施形態では、ＲＦ送信コイルが複数の小型ＲＦ受信コイルからなるマルチチャンネルコイルである場合を説明したが、単一コイルからなるＲＦ送信コイルについても本発明を適用することが可能である。

さらに上記実施形態では、送信感度分布計算部が計算した３次元Ｂ１マップを用いて本計測の画像を補正するための補正係数を求める場合を説明したが、ＲＦシミングパラメータの最適な技術に応用することも可能である。

本発明によれば計測時間の延長を招くことなく、高精度の送信感度分布補正が可能である。特にまた本計測において撮像条件の変更やＲＦシミングパラメータの変更があった場合にも再度、送信感度分布補正のための計測を不要とすることができ、被検体と操作者双方への負担を大幅に低減できる。

２・・・静磁場発生部、３・・・傾斜磁場発生部、４・・・シーケンサ、５・・・ＲＦ送信部、６・・・ＲＦ受信部、７・・・信号処理部、８・・・ＣＰＵ（制御部）、９・・・入力部、７０・・・画像作成部、７１・・・画像再構成部、７２・・・受信感度分布計算部、７３・・・送信感度分布計算部、７４・・・画像補正部。

Claims (15)

1. 静磁場中に置かれた検査対象にＲＦパルスを照射する送信ＲＦコイルと、前記検査対象からのエコー信号を受信する受信ＲＦコイルと、前記受信ＲＦコイルが受信したエコー信号を用いて前記検査対象に関する画像を作成する画像作成部とを備え、
   前記画像作成部は、前記送信ＲＦコイルの送信感度分布を計算する送信感度分布計算部を備え、前記送信感度分布計算部は、前記検査対象の複数の断面からそれぞれ得たエコー信号を用いて２次元の複素送信感度分布を計算する２次元Ｂ１マップ計算部と、２次元の複素送信感度分布の実部及び虚部のそれぞれについて前記複数の断面を含むボリュームの３次元の複素送信感度分布を計算する３次元Ｂ１マップ計算部と、前記３次元Ｂ１マップ計算部が計算した実部及び虚部の３次元の複素送信感度分布から補正用Ｂ１マップを計算する補正用Ｂ１マップ計算部とを備えた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、
   前記送信ＲＦコイルは、複数の小型コイルで構成されるマルチチャンネルコイルであり、
   前記送信感度分布計算部は、前記複数の小型コイルのそれぞれについて計算した３次元の送信感度分布を、所定のＲＦシムパラメータを用いて合成する合成部を備えた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または２に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記画像作成部は、作成した画像を、前記補正用Ｂ１マップ計算部が計算した補正用Ｂ１マップを用いて補正する画像補正部を備えた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に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記送信感度分布計算部は、前記補正用Ｂ１マップ計算部が計算した補正用Ｂ１マップと、補正対象画像の計測で設定されたＲＦ印加条件における信号強度式とを用いて送信感度補正係数を計算する補正係数計算部を備え、
   前記画像補正部は、前記補正係数計算部が計算した送信感度補正係数を用いて、前記画像を補正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４に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記補正係数計算部が用いる信号強度式は、前記検査対象のＴ１値及びＴ２値を含み、前記補正係数計算部は、前記検査対象の各組織の信号強度変化とＲＦシムパラメータとの相似性を利用して前記信号強度式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。
6. 請求項４に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記補正係数計算部は、前記ＲＦ印加条件のＲＦフリップ角がエルンスト角より小さい条件では、ＲＦフリップ角としてエルンスト角を用いて送信感度補正係数を計算す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３次元Ｂ１マップ計算部は、前記２次元複素送信感度分布の実部及び虚部に対し、それぞれ３次元フィッティングを行うフィッティング部を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
8. 請求項７に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記３次元Ｂ１マップ計算部は、前記断面毎の２次元複素送信感度分布の位相を補正する位相補正部を備え、前記フィッティング部は、前記位相補正部により位相補正された後の２次元複素送信感度分布の実部及び虚部に対しフィッティングを行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
9. 請求項７または８に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記フィッティング部は、前記２次元複素送信感度分布のうち、フィッティング処理に用いない領域を除外し、除外されない領域をフィッティングして、除外された領域はフィッティング結果を外挿し、３次元の複素送信感度分布を得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７ないし９いずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    前記フィッティング部は、フィッティング結果のうち、前記２次元複素送信感度分布に対応する位置の値は、当該２次元複素送信感度分布の値を代入して、３次元の複素送信感度分布とす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１０に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    前記フィッティング部は、３次元の複素送信感度分布を平滑化する平滑部をさらに備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
12. 請求項３に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    前記画像作成部は、前記受信コイルの感度分布を計算する受信感度分布計算部をさらに備え、
    前記画像補正部は、前記３次元の送信感度分布と、前記受信感度分布計算部が計算した受信感度分布とを用いて前記画像を補正することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
13. 検査対象の複数の断面からそれぞれ得たエコー信号を用いて補正用Ｂ１マップを計算する方法であって、
    前記エコー信号を用いて２次元の複素送信感度分布を計算し、
    前記２次元の複素送信感度分布の実部及び虚部のそれぞれについて前記複数の断面を含むボリュームの３次元の複素送信感度分布を計算し、
    実部の３次元の複素送信感度分布及び虚部の３次元の複素送信感度分布から補正用Ｂ１マップを計算することを特徴とする方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記送信ＲＦコイルは、複数の小型コイルで構成されるマルチチャンネルコイルであり、
    前記複数の小型コイルのそれぞれについて、前記３次元の複素送信感度分布を計算し、各小型コイルの３次元の複素送信感度分布をＲＦシムパラメータを用いて合成し、合成後の３次元の複素送信感度分布から補正用Ｂ１マップを計算することを特徴とする方法。
15. 請求項１３又は１４に記載の方法であって、
    さらに、前記補正用Ｂ１マップと、補正対象画像の計測で設定されたＲＦ印加条件における信号強度式とを用いて送信感度補正係数を計算することを特徴とする方法。
    
    

Images