(57)【要約】計測時間を延長せずに、例えば、水画像と代謝物画像といった、化学シフトが異なる複数の物質の画像を取得する。例えば、水画像と代謝物画像といった化学シフトが異なる所望の複数の物質の画像を、１回の撮影シーケンスの実行で取得する。このとき、プリパルスを印加し、分離したいそれぞれの物質の信号が画像上でシフトするように計測し、分離する物質の数以上の受信コイルで受信する。シフトさせた信号から再構成した画像を、それぞれの受信コイルの感度分布を用いて、個々の物質の画像に分離する。そして、シフトさせた画像の位置を元に戻す補正を行う。さらに、計測および分離処理の誤差による他物質の残留信号を分離後のスペクトル画像を用いて除去する。
2012057222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体が置かれる空間に静磁場を発生させる静磁場発生手段と、前記被検体に高周波磁場パルスを送信する送信手段と、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、前記各磁気共鳴信号に位置情報を付加するための位相エンコード傾斜磁場を印加する傾斜磁場印加手段と、前記受信手段が受信した前記核磁気共鳴信号から画像を再構成する画像再構成手段と、前記送信手段と、前記受信手段と、前記傾斜磁場印加手段と、前記画像再構成手段との動作を制御して計測画像を取得する計測制御手段と、を備える磁気共鳴撮影装置であって、
前記受信手段は、計測対象とする複数の物質の数以上の受信コイルを備え、受信した前記核磁気共鳴信号を前記受信コイル毎に異なるｋ空間に配置し、
前記計測制御手段は、
前記複数の物質をそれぞれ異なるシフト量だけ画像上で空間的にシフトさせて前記受信コイル毎に計測画像を取得するシフト計測手段と、
前記各受信コイルの感度分布を用い、前記シフト計測手段で取得した計測画像を前記複数の物質毎の計測画像に分離する分離手段と、
前記分離手段で分離後の物質毎の計測画像において、前記シフト量を補正するシフト補正手段と、を備えること
を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気共鳴撮影装置であって、
前記シフト計測手段は、
前記複数の物質それぞれについて、当該物質の縦磁化のみを強度変調する周波数選択パルスを照射するプリパルスシーケンスと本計測シーケンスとを含む撮影シーケンスを実行し、
前記撮影シーケンスは、前記本計測シーケンスの位相エンコード毎に、前記プリパルスシーケンスにおいて、前記周波数選択パルスが、異なる２種のフリップ角で交互に照射されるよう制御すること
を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項３】
請求項２記載の磁気共鳴撮影装置であって、
前記周波数選択パルスの異なる２種のフリップ角は、極性が正負逆であり、かつ、当該周波数選択パルスで強度変調する物質の強度変調後の縦磁化の絶対値を等しくする値であること
を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項４】
請求項１記載の磁気共鳴撮影装置であって、
前記計測制御手段は、１つの物質の計測画像の信号に残留する他の物質の信号を除去する残留信号除去手段をさらに備えること
を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項５】
請求項１記載の磁気共鳴撮影装置であって、
前記シフト計測手段は、各物質を、ＳＮＲが最大となる方向にシフトさせて前記受信コイル毎の計測画像を取得し、
前記シフトさせる方向は、前記各受信コイルの感度分布から算出されたＳＮＲの指標となるｇファクタマップを用いて決定されること
を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項６】
請求項１記載の磁気共鳴撮影装置であって、
前記シフト計測手段は、位相エンコードを間引いて計測し、
前記分離手段は、前記各受信コイルの感度分布を用い、さらに、前記受信コイル毎の計測画像上の折り返しを除去すること
を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項７】
請求項２記載の磁気共鳴撮影装置であって、
前記周波数選択パルスの異なる２種のフリップ角は、０度と、当該周波数選択パルスで強度変調する物質の強度変調後の縦磁化を０とする値と、であること
を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項８】
請求項２記載の磁気共鳴撮影装置であって、
前記周波数選択パルスの異なる２種のフリップ角は、０度と１８０度と、であること
を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項９】
請求項６記載の磁気共鳴撮影装置であって、
前記位相エンコードを間引いて計測する軸は、前記各受信コイルの感度分布から算出される、ＳＮＲの指標となるｇファクタマップを用いて決定されること
を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項１０】
請求項１記載の磁気共鳴撮影装置であって、
前記分離手段は、前記シフト計測手段が取得した前記受信コイル毎の計測画像から前記感度分布を算出すること
を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項１１】
請求項２記載の磁気共鳴撮影装置であって、
前記本計測シーケンスは、磁気共鳴スペクトロスコピックイメージングおよびエコープラナースペクトロスコピックイメージングシーケンスのいずれかであること
を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項１２】
請求項１記載の磁気共鳴撮影装置であって、
前記複数の物質は、水と代謝物であり、
前記代謝物のシフト量は０とすること
を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項１３】
請求項１記載の磁気共鳴撮影装置であって、
前記分離手段が用いる感度分布は、前記計測対象物質それぞれのシフト量に応じて、当該計測対象物質の物質数だけ作成されること
を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項１４】
請求項１記載の磁気共鳴撮影装置であって、
前記分離手段は、分離する際、前記受信コイル毎の計測画像を、各軸方向に倍の大きさを有する倍撮影視野に展開して物質毎の計測画像を算出し、
シフト補正手段は、さらに、展開後の前記物質毎の計測画像から展開前の撮影視野に対応する画像を抽出し、
前記受信手段は、分離する物質毎に展開して分離する領域数の受信コイルを少なくとも備えること
を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の磁気共鳴撮影装置であって、
前記分離手段が用いる感度分布は、計測対象物質の中で予め定めた基準物質の感度分布と、他の計測対象物質の感度分布とを備え、
前記基準物質の感度分布は、予め作成された倍撮影視野の前記受信コイルの感度分布を、当該基準物質のシフト量に応じてシフトさせて作成され、
他の計測対象物質の感度分布は、前記基準物質の感度分布から、撮影視野の感度分布を抽出し、当該抽出した感度分布を、各計測対象物質の、前記基準物質のシフト量に対する相対シフト量に応じてシフトさせた後、０パディングして倍撮影視野の感度分布として、当該他の計測対象物質数だけ作成されること
を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴撮影技術に関する。特に、代謝物毎の空間的な信号強度分布を画像化する核磁気共鳴スペクトロスコピックイメージング(ＭＲＳＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ)技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴撮影装置は、静磁場中に置かれた測定対象に特定周波数の高周波磁場を照射して磁気共鳴現象を誘起し、測定対象の物理的、化学的情報を取得する装置である。現在、広く普及している磁気共鳴イメージング(ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ)は、主として水分子中の水素原子核の磁気共鳴現象を用い、生体組織によって異なる水素原子核密度や緩和時間の差などを画像化する方法である。これにより組織の差異を画像化でき、疾病の診断に高い効果を挙げている。【０００３】
これに対し、磁気共鳴スペクトロスコピー(ＭＲＳ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ)やＭＲＳＩは、分子(代謝物)の化学結合の違いによる共鳴周波数の差異(化学シフト)を元に分子毎に磁気共鳴信号を分離し、分子種毎の濃度や緩和時間などを計測する方法である。ＭＲＳは、ある選択された空間領域の分子種を観測する方法であり、ＭＲＳＩは、分子種毎に画像化する方法である。対象とする原子核としては１Ｈ(プロトン)、３１Ｐ、１３Ｃ、１７Ｆなどがある。【０００４】
プロトンを対象核種としたプロトンＭＲＳやプロトンＭＲＳＩ(以降は単にＭＲＳ／ＭＲＳＩと呼ぶ)で検出できる人体の主な代謝物には、コリン、クレアチン、Ｎ−アセチルアスパラギン酸(ＮＡＡ)、乳酸等がある。これら代謝物の量から、がん等の代謝異常疾患の進行度判定や早期診断、悪性度診断を非侵襲的に行うことが期待されている。【０００５】
人体内にある代謝物は、水分子の１／１０００程度の信号強度しかなく、水の巨大なピーク信号の裾野に埋もれてしまうため、代謝物信号の検出が困難である。そこで、代謝物からの信号を計測するために、水信号を抑制する手法がある。例えば、水信号の周波数帯域と同程度の周波数帯域を有する高周波(ＲＦ)パルスを用い、予め水信号を抑制し、辺縁にある代謝物信号を検出する手法がある(例えば、特許文献１参照)。一般的に不要な信号の共鳴周波数帯域付近を擬似飽和して信号抑制する方法はＣＨＥＳＳ(ＣＨＥｍｉｃａｌ  Ｓｈｉｆｔ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ)法と呼ばれている。【０００６】
上述のとおり、代謝物を計測するためには、水信号を抑制する必要がある。しかし、代謝物だけでなく水信号を計測することにより、以下のメリットがある。
(１)水の位相を用いた渦電流補正：傾斜磁場を印加する際に生じる渦電流によって、代謝物の位相が変化し、代謝物ピークが歪む。この位相変化によるピーク歪みを補正するために、代謝物よりも信号強度が大きい水信号を使って位相を補正する(例えば、非特許文献１参照)。この渦電流補正によって、位相歪みが補正され、良好な代謝物ピークが得られる。
(２)水の共鳴周波数を用いた生体内温度測定：水の共鳴周波数は、温度によって周波数がシフトし、そのシフト量は−０．０１ｐｐｍ／℃の温度係数を持つ。一方、ＮＡＡなどの代謝物の共鳴周波数は、生体環境下の温度範囲では変化しないことが知られている(例えば、非特許文献２参照)。これらの特性を利用して、水と代謝物との周波数差から生体内の温度を測定できることが報告されている(例えば、非特許文献３参照)。生体内の温度を測定することにより、慢性期脳梗塞における虚血部位の特定や急性期脳梗塞における虚血中心部とその周辺域との区別、腫瘍細胞腫の鑑別に対する新たな指標を得られる可能性が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−１６８０４１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｋｌｏｓｅ  Ｕ.  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｉｎ  Ｖｉｖｏ  ｐｒｏｔｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｉｎ  ｐｒｅｓｅｎｃｅ  ｏｆ  ｅｄｄｙ  ｃｕｒｒｅｎｔｓ”  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，  １９９０  ｖｏｌ．１４  ｐ．２６−３０
【非特許文献２】Ｈｉｎｄｍａｎ  Ｊ．  Ｃ．，  ”Ｐｒｏｔｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｓｈｉｆｔ  ｏｆ  Ｗａｔｅｒ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｇａｓ  ａｎｄ  Ｌｉｑｉｕｄ  Ｓｔａｔｅｓ”  Ｔｈｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  Ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、１９９６  ｖｏｌ．４４，  ｐ．４５８２−４５９２
【非特許文献３】Ｃａｄｙ  Ｅ．  Ｂ．ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｔｈｅ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｌｏｃａｌ  Ｂｒａｉｎ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｂｙ  ｉｎ  Ｖｉｖｏ  １Ｈ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ”  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，  １９９５  ｖｏｌ．３３，  ｐ．８６２−８６７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のとおり、ＭＲＳ／ＭＲＳＩ計測では、渦電流補正や、生体内温度測定のために、代謝物だけでなく水信号も取得したいという要求がある。しかし、水信号と代謝物信号とをともに取得するためには、水信号を抑制する代謝物計測と水信号を抑制しない水信号計測とをそれぞれ実施する必要ある。特にＭＲＳＩでは、代謝物画像と同じマトリクス数の水画像を計測しなければならないため、実質的な計測時間が顕著に増大する。【００１０】
これは、水と代謝物に限らず、共鳴周波数が異なる複数の物質間でも同様で、互いの信号の影響を排除し、計測時間を延長せずに複数の物質の画像を、それぞれ別個に取得したいという要望がある。【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたもので、計測時間を延長せずに、例えば、水画像と代謝物画像といった、化学シフトが異なる複数の物質の画像を取得する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、例えば、水画像と代謝物画像といった化学シフトが異なる所望の複数の物質の画像を、１回の撮影シーケンスの実行で取得する。このとき、プリパルスを印加し、分離したいそれぞれの物質の信号が画像上でシフトするように計測し、分離する物質の数以上の受信コイルで受信する。シフトさせた信号から再構成した画像を、それぞれの受信コイルの感度分布を用いて、個々の物質の画像に分離する。そして、シフトさせた画像の位置を元に戻す補正を行う。さらに、計測および分離処理の誤差による他物質の残留信号を分離後のスペクトル画像を用いて除去する。【００１３】
具体的には、被検体が置かれる空間に静磁場を発生させる静磁場発生手段と、前記被検体に高周波磁場パルスを送信する送信手段と、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、前記各磁気共鳴信号に位置情報を付加するための位相エンコード傾斜磁場を印加する傾斜磁場印加手段と、前記受信手段が受信した前記核磁気共鳴信号から画像を再構成する画像再構成手段と、前記送信手段と、前記受信手段と、前記傾斜磁場印加手段と、前記画像再構成手段との動作を制御して計測画像を取得する計測制御手段と、を備える磁気共鳴撮影装置であって、前記受信手段は、計測対象とする複数の物質の数以上の受信コイルを備え、受信した前記核磁気共鳴信号を受信コイル毎に異なるｋ空間に配置し、前記計測制御手段は、前記複数の計測対象物質をそれぞれ異なるシフト量だけ画像上で空間的にシフトさせて前記受信コイル毎に計測画像を取得するシフト計測手段と、前記各受信コイルの感度分布を用い、前記シフト計測手段で取得した計測画像を前記複数の物質毎の計測画像に分離する分離手段と、前記分離手段で分離後の物質毎の計測画像において、前記シフト量を補正するシフト補正手段と、を備えることを特徴とする磁気共鳴撮影装置を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、計測時間を延長せずに、例えば、水画像と代謝物画像といった、化学シフトが異なる複数の物質の画像を取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】(ａ)〜(ｃ)は、第一の実施形態の磁気共鳴装置の外観図である。
【図２】第一の実施形態の磁気共鳴撮影装置(ＭＲＩ装置)の概略構成図である。
【図３】第一の実施形態のＭＲＩ装置の機能ブロック図である。
【図４】第一の実施形態の高周波磁場コイル系の構成図である。
【図５】第一の実施形態の本計測パルスシーケンスのシーケンス図である。
【図６】(ａ)〜(ｃ)は、第一の実施形態の本計測パルスシーケンスで励起される領域の一例を説明するための説明図である。
【図７】第一の実施形態のプリパルスシーケンスの一例を説明するための説明図である。
【図８】第一の実施形態の水シフト計測処理のフローチャートである。
【図９】第一の実施形態の水シフト計測処理により得られるｋ−ｔデータを説明するための説明図である。
【図１０】(ａ)および(ｂ)は、第一の実施形態で計測されるスペクトル画像を説明するための説明図である。
【図１１】第一の実施形態で計測されるスペクトル画像の他の解釈を説明するための説明図である。
【図１２】第一の実施形態で計測される代謝スペクトル画像に残留する水信号を説明するための説明図であり、(ａ)は代謝物スペクトル画像、(ｂ)は、水シフトスペクトル画像、(ｃ)は水スペクトル画像である。
【図１３】第一の実施形態の残留信号除去処理のフローチャートである。
【図１４】第一の実施形態の各受信コイル、関心領域および測定対象の位置関係を説明するための説明図である。
【図１５】第一の実施形態の計測処理のフローチャートである。
【図１６】第一の実施形態の受信コイルの他の形状を説明するための説明図である。
【図１７】第一の実施形態においてｘｙ方向に水信号をシフトさせる場合の水シフト計測処理のフローチャートである。
【図１８】第一の実施形態においてｘｙ方向に水信号をシフトさせる場合の水シフト計測処理により得られるｋ−ｔデータを説明するための説明図である。
【図１９】第一の実施形態においてｘｙ方向に水信号をシフトさせる場合の水スペクトル画像を説明するための説明図であり、(ａ)は水スペクトル画像、(ｂ)は水シフトスペクトル画像、(ｃ)は代謝物感度分布、(ｄ)は水感度分布を示す。
【図２０】第二の実施形態の計測制御部の機能ブロック図である。
【図２１】(ａ)は第一の実施形態の水シフト計測処理により得られるｋ−ｔデータを、(ｂ)は第二の実施形態の水シフト計測により得られるｋ−ｔデータを、それぞれ説明するための説明図である。
【図２２】第二の実施形態で計測されるスペクトル画像および分離処理を説明するための説明図である。
【図２３】第二の実施形態で計測される代謝スペクトル画像に残留する水信号を説明するための説明図であり、(ａ)は、代謝物スペクトル画像、(ｂ)は、水シフトスペクトル画像、(ｃ)は、水スペクトル画像である。
【図２４】第二の実施形態の計測制御部の機能ブロック図である。
【図２５】(ａ)は第一の実施形態の水シフト計測処理により得られるｋ−ｔデータを、(ｂ)は第三の実施形態の水シフト計測により得られるｋ−ｔデータを、それぞれ説明するための説明図である。
【図２６】第三の実施形態で計測されるスペクトル画像および分離処理を説明するための説明図である。
【図２７】本発明の各実施形態で用いる他の本計測パルスシーケンス例のシーケンス図である。
【図２８】(ａ)および(ｂ)は、折り返し現象を説明するための説明図である。
【図２９】第四の実施形態の計測制御部の機能ブロック図である。
【図３０】第四の実施形態のシフト計測部が取得するスペクトル画像の構成を説明するための説明図である。
【図３１】第四の実施形態の受信コイルの構成を説明するための説明図である。
【図３２】第四の実施形態の感度分布算出処理のフローチャートである。
【図３３】第四の実施形態の感度分布算出処理を説明するための説明図であり、(ａ)は、倍撮影視野の代謝物感度分布、(ｂ)は、切取後の代謝物感度分布、(ｃ)は、シフト後の水感度分布、(ｄ)は、倍撮影視野の水感度分布である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜＜第一の実施形態＞＞
以下、本発明を適用する第一の実施形態について図面を参照し説明する。以下、本実施形態では、二次元の水画像と代謝物画像を同時に取得する場合を例に挙げて説明する。
【００１７】
まず、本実施形態の磁気共鳴撮影装置(ＭＲＩ装置)について説明する。図１は、本実施形態のＭＲＩ装置の外観図である。図１(ａ)は、ソレノイドコイルで静磁場を生成するトンネル型磁石を用いた水平磁場方式のＭＲＩ装置１００である。図１(ｂ)は、開放感を高めるために磁石を上下に分離したハンバーガー型(オープン型)の垂直磁場方式のＭＲＩ装置１０１である。また、図１(ｃ)は、図１(ａ)と同じトンネル型磁石を用い、磁石の奥行を短くし且つ斜めに傾けることによって、開放感を高めたＭＲＩ装置１０２である。本実施形態では、これらの外観を有するＭＲＩ装置のいずれを用いることもできる。なお、これらは一例であり、本実施形態のＭＲＩ装置はこれらの形態に限定されるものではない。本実施形態では、装置の形態やタイプを問わず、公知の各種のＭＲＩ装置を用いることができる。
【００１８】
以下、本実施形態では、水平磁場方式のＭＲＩ装置１００を用いる場合を例にあげて説明する。また、静磁場方向をｚ方向、それに垂直な２方向のうち、測定対称の被検体を載置するベッド面に平行な方向をｘ方向、他方向をｙ方向とする座標系を用いる。
【００１９】
まず、本実施形態のＭＲＩ装置の装置構成を説明する。図２は、本実施形態のＭＲＩ装置１００の機能構成図である。本図に示すように本実施形態のＭＲＩ装置１００は、静磁場発生磁石１１と、傾斜磁場発生コイル１２と、高周波磁場コイル系１３と、制御装置１４と、傾斜磁場電源１５と、シンセサイザ１６と、変調装置１７と、増幅器１８と、ＡＤ変換器１９と、計算機２０と、を備える。
【００２０】
シンセサイザ１６は高周波を発生し、変調装置１７は、シンセサイザ１６が発生させた高周波を波形整形、電力増幅し、高周波磁場コイル系１３に電流を供給する。高周波磁場コイル系１３は、供給された電流により測定対象(被検体)１０の核スピンを励起する高周波磁場(励起パルス：ＲＦパルス)を発生させ、測定対象１０に照射する。
【００２１】
傾斜磁場電源１５は、傾斜磁場発生コイル１２に電流を供給し、電流を供給された傾斜磁場発生コイル１２は傾斜磁場を発生し、測定対象１０からの磁気共鳴信号である高周波信号を空間的な位置に応じて変調する。
【００２２】
高周波磁場コイル系１３は、変調された高周波信号を受信(検出)する。増幅器１８は、高周波磁場コイル系３が受信した高周波信号を増幅する。ＡＤ変換器１９は、増幅された高周波信号をＡ／Ｄ変換し、計算機２０に入力する。
【００２３】
制御装置１４は、計算機２０からの指示に従って、各装置を動作させる。
【００２４】
計算機２０は、入力された信号をデータ処理し保存するとともに、予め保持されるタイムチャートに従って各装置が動作するように制御を行う。計算機２０は、ＣＰＵとメモリと記憶装置とを備え、記憶装置に予め保持されたプログラムをメモリにロードして実行することにより、各種の演算処理、制御処理を実現する。
【００２５】
本実施形態のＭＲＩ装置１００は、以上の装置により、図３に示すように、測定対象１０がおかれる空間に静磁場を発生させる静磁場発生部１１０と、測定対象に高周波磁場を照射(送信)するＲＦパルス送信部１２０と、ＲＦパルス送信部１２０が送信した高周波磁場に起因する高周波信号を検出(受信)する信号受信部１３０と、高周波信号に空間情報を付与する傾斜磁場を印加する傾斜磁場印加部１４０と、信号受信部１３０が受信した高周波信号から画像を再構成する画像再構成部１５０と、ＲＦパルス送信部１２０と傾斜磁場印加部１４０と信号受信部１３０と画像再構成部１５０との動作を制御する計測制御部１６０と、の各機能を実現する。
【００２６】
静磁場発生部１１０は、静磁場発生磁石１１により実現される。
【００２７】
ＲＦパルス送信部１２０は、高周波磁場コイル系１３のうち高周波磁場の照射に係る部分と、シンセサイザ１６と、変調装置１７と、制御装置１４のうち高周波磁場を印加するハードウェアおよび制御ソフトウェアとにより実現される。
【００２８】
信号受信部１３０は、高周波磁場コイル系１３のうち高周波磁場の検出に係る部分と、増幅器１８と、ＡＤ変換器１９と、制御装置１４のうち高周波磁場を検出するハードウェアおよび制御ソフトウェアとにより実現される。
【００２９】
傾斜磁場印加部１４０は、傾斜磁場発生コイル１２と、傾斜磁場電源１５と、制御装置１４のうち傾斜磁場を印加するハードウェアおよび制御ソフトウェアにより実現される。
【００３０】
計測制御部１６０は、制御装置１４および計算機２０の計測制御に係るハードウェアおよび制御ソフトウェアにより実現される。
【００３１】
画像再構成部１５０は、計算機２０のデータ処理に係るハードウェアおよび制御ソフトウェアにより実現される。
【００３２】
なお、構成によっては、これらＲＦパルス送信部１２０、信号受信部１３０、傾斜磁場印加部１４０、計測制御部１６０、画像再構成部１５０は、ハードウェアやソフトウェアを共用し分離できない場合もある。例えば、高周波磁場コイル系１３が高周波磁場の送信コイルと受信コイルを兼用する送受兼用コイルの高周波磁場コイルで構成される場合、この高周波磁場コイルはＲＦパルス印加部にも信号受信部１３０にも属する。また、高周波磁場の印加や検出、傾斜磁場による変調などは、それぞれ独立に動作するものではないため、各部に属する制御ソフトウェアには、それら動作を統合する部分が含まれる。なお、本構成は典型的な構成を示したもので、これに限るものでない。
【００３３】
次に、高周波磁場コイル系１３について詳述する。本実施形態では、異なる共鳴周波数の複数の物質の信号を同時に計測し、再構成画像において分離する。分離において、測定対象１０から発生する磁気共鳴信号を受信するアンテナ(以下、受信コイルと呼ぶ。)の感度分布を用いる。このため、本実施形態では、高周波磁場コイル系１３において、受信コイルを複数備える。その数は、少なくとも、分離する物質の数以上とする。以下、本実施形態では、分離する物質を、水と任意の代謝物との２つとし、受信コイルを２つ備える場合を例にあげて説明する。
【００３４】
図４は、本実施形態の高周波磁場コイル系１３の構成を説明するための図である。本実施形態の高周波磁場コイル系１３は、ＲＦコイル２１、２２、２３と、デチューニング回路２４、２５、２６とを備える。
【００３５】
ＲＦコイル２１はＲＦパルス印加部に属し、測定対象１０に励起パルスを送信するアンテナとして機能する。以後、送信ＲＦコイル２１と呼ぶ。送信ＲＦコイル２１は、コイルとコンデンサとを備え、コイルのインダクタンス(Ｌ)とコンデンサの容量(Ｃ)とは、磁気共鳴信号の共振周波数に合致するよう調整される。
【００３６】
ＲＦコイル２２およびＲＦコイル２３は信号受信部１３０に属し、受信コイルとして機能する。受信コイル２２および受信コイル２３は、コイルとコンデンサとを備え、コイルインダクタンス(Ｌ)とコンデンサ容量(Ｃ)とは、送信ＲＦコイル２１と同様に、磁気共鳴信号の共振周波数に合致するよう調整される。受信コイル２２および２３はそれぞれ別の増幅器１８に接続され、取得される高周波信号(磁気共鳴信号)は別個に計算機２０に渡される。なお、本実施形態では、受信コイル２２および受信コイル２３は、それぞれループコイルであり、その感度分布から算出する後述の感度行列Ｃが逆行列を持つように配置される。例えば、本図に示すように、ｘｚ平面にそのループ面が平行になるよう配置される。
【００３７】
デチューニング回路２４、２５、２６は、高周波磁場の送信時と受信時とに、それぞれ受信コイル２２、２３と送信ＲＦコイル２１とのＬＣ共振周波数を磁気共鳴信号の周波数からずらし、コイル間の干渉を防ぐ。すなわち、励起パルス印加時には、制御装置１４からの制御信号に基づき、デチューニング回路２５、２６を動作させて、受信コイル２２、２３がアンテナとして機能しないようにこれらのＬＣ共振周波数を磁気共鳴信号の周波数からずらす。また、信号検出時には、制御装置１４からの制御信号に基づき、デチューニング回路２４を動作させて、送信ＲＦコイル２１がアンテナとして機能しないように送信ＲＦコイル２１のＬＣ共振周波数を磁気共鳴信号の周波数からずらす。
【００３８】
なお、本構成は典型的な例を示したもので、ＲＦコイルの個数や形状、デチューニング回路などはこれに限られない。例えば、信号検出に使用する受信コイルの個数は３つ以上であってもよい。また、測定対象１０の周囲を囲むよう配置されていてもよい。また、複数のＲＦコイルが送受信兼用であっても構わない。また、それぞれのＲＦコイルは、円形、四角形、鳥かご形、蝶型、鞍型など様々な形状でよく、コンデンサの配置も特に制限はない。また、図では簡単のため、デチューニング回路２４、２５、２６はそれぞれ１箇所しか記されていないが、デチューニングの効果を高めるために複数箇所に設置してもよい。
【００３９】
次に、計測制御部１６０の処理について詳述する。本実施形態の計測制御部１６０は、上述のように、ＲＦパルス送信部１２０、信号受信部１３０、傾斜磁場印加部１４０、画像再構成部１５０の動作を制御し、ＭＲＩ装置１００で撮影を実行する。このとき、本実施形態の計測制御部１６０は、１回の画像取得シーケンスの実行により、水と代謝物質との画像を取得するよう各部を制御する。具体的には、水信号のみを画像上でシフトするように計測し、得られたエコー信号(磁気共鳴信号)からスペクトル画像を再構成する。そして、複数の受信コイルの感度分布を用い、このスペクトル画像を、水信号がシフトしたスペクトル画像(水シフトスペクトル画像)と代謝物スペクトル画像と、に分離する。分離後、水シフトスペクトル画像のシフトを補正して正しい位置に戻した水スペクトル画像を得る。さらに、代謝物スペクトル画像に残留した水信号を分離した水シフトスペクトル画像と水スペクトル画像とを用いて除去する。
【００４０】
これを実現するため、本実施形態の計測制御部１６０は、図３に示すように、シフト計測部２１０と、分離処理部２２０と、シフト補正部２３０と、残留信号除去部２４０と、を備える。以下、各部の機能の詳細について説明する。
【００４１】
シフト計測部２１０は、計測対象の複数の物質の信号を、それぞれ異なるシフト量でシフトさせてスペクトル画像を取得する、シフト計測処理を行う。本実施形態では、水と任意の代謝物との２つを計測対象としているため、水信号のみが計測画像上でシフトするように計測する。計測画像は、受信コイル２２、２３毎に取得したｋ空間二次元、時間一次元の三次元データを、それぞれ再構成し、受信コイル２２、２３毎に得る。以後、受信コイル２２、２３毎に取得したｋ空間二次元、時間一次元の三次元データを、単にｋ−ｔデータと呼ぶ。
【００４２】
まず、本実施形態のシフト計測部２１０が上記ｋ−ｔデータを収集するために実行するパルスシーケンスについて説明する。なお、このパルスシーケンスは、予め計算機２０の記憶装置に保持される。シフト計測部２１０は、このパルスシーケンスに従って、ＲＦパルス送信部１２０、信号受信部１３０、傾斜磁場印加部１４０を制御する。
【００４３】
シフト計測部２１０が実行するパルスシーケンスは、水信号の縦磁化のみを所定の強度に変調するプリパルスシーケンスと、所望の領域からの信号を画像化する領域選択型ＭＲＳＩパルスシーケンス(以降、本計測パルスシーケンスと呼ぶ)とから構成される。
【００４４】
まず、本計測パルスシーケンスについて説明する。この本計測パルスシーケンス３００の一例を図５に示す。図５において、横軸に時間(ｔ)、縦軸に高周波磁場ＲＦ、ｘ、ｙ、ｚ方向の傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚをとり、それぞれの動作タイミングと強度とを表す。また、ＡＤは信号取得期間を表す。以下、本明細書の各パルスシーケンスにおいて、同様とする。
【００４５】
図５に示す本計測パルスシーケンス３００は、公知のＭＲＳＩパルスシーケンスである。本実施形態の本計測パルスシーケンス３００では、１つの励起パルスＲＦ１と、２つの反転パルスＲＦ２、ＲＦ３と、傾斜磁場パルスＧｓ１、Ｇｓ１’、Ｇｓ２、Ｇｓ３とを用いて、所定の関心領域を選択的に励起し、この関心領域からのＦＩＤ信号(自由誘導減衰)ＦＩＤ１を得る。なお、励起パルスＲＦ１および、反転パルスＲＦ２、ＲＦ３の各パルスの時間積分が１／２になるタイミングを、それぞれパルス中心３０１、３０２、３０３と呼ぶ。
【００４６】
図５の本計測パルスシーケンス３００による動作を、図６を用いて簡単に説明する。図６は、この本計測パルスシーケンス３００によって励起される領域を説明するための図である。なお、図６(ａ)、(ｂ)、(ｃ)は、それぞれ、位置決め用のトランス像４１０、サジタル像４２０、コロナル像４３０である。
【００４７】
まず励起パルスＲＦ１と傾斜磁場パルスＧｓ１、Ｇｓ１’とを印加して、ｚ方向の断面４０１を励起する。その後、反転パルスＲＦ２と傾斜磁場Ｇｓ２とを印加し、ｚ方向の断面４０１とｙ方向の断面４０２が交差する領域における核磁化のみを反転する。このとき、パルス中心３０１と３０２との時間差がＴＥ／４(ＴＥはエコー時間)となるように反転パルスＲＦ２と傾斜磁場Ｇｓ２の印加タイミングを制御する。続いて、反転パルスＲＦ３と傾斜磁場Ｇｓ３とを印加し、ｚ方向の断面４０１、ｙ方向の断面４０２およびｘ方向の断面４０３が交差する関心領域４０４における核磁化のみを反転する。このとき、パルス中心３０２と３０３との時間差がＴＥ／２となるように反転パルスＲＦ３と傾斜磁場Ｇｓ３の印加タイミングを制御する。その後ＡＤを開始し、自由誘導減衰信号ＦＩＤ１を取得する。自由誘導減衰信号ＦＩＤ１の信号取得期間Ｔｐ１は、所望のスペクトル帯域とサンプリング点数を設定することにより決定する。
【００４８】
傾斜磁場Ｇｄ１〜Ｇｄ６および傾斜磁場Ｇｄ１’〜Ｇｄ６’は励起パルスＲＦ１で励起される核磁化の位相をリフェイズし、反転パルスＲＦ２、ＲＦ３で励起される核磁化の位相をディフェイズするための傾斜磁場である。また、励起パルスＲＦ１の後には、位相エンコード傾斜磁場Ｇｐ１、Ｇｐ２が印加される。位相エンコード傾斜磁場Ｇｐ１、Ｇｐ２は、その強度を１回の励起ごとに変化させて、関心領域４０４から発生する核磁気共鳴信号に位置情報を付与する。本実施形態では、例えば、Ｇｐ１をＮ１回、Ｇｐ２をＮ２回変化させるものとすると、Ｇｐ１を１変化させる毎にＧｐ２をＮ２回変化させる。したがって、計測全体ではＮ１×Ｎ２回の組み合わせでＧｐ１およびＧｐ２を変化させる。このようにして得られたＮ１×Ｎ２の核磁気共鳴信号ＦＩＤ１をｋ空間上に配置することによって関心領域４０４からのｋ−ｔデータを得る。
【００４９】
次に、本計測パルスシーケンス３００に先立って実行されるプリパルスシーケンスについて説明する。本実施形態のプリパルスシーケンス３１０の一例を図７に示す。本実施形態のプリパルスシーケンス３１０は、水に含まれる核磁化のみを選択的に励起する高周波磁場パルス(以降は水選択パルスと呼ぶ)ＲＦＣと、水の横磁化をスポイルするための傾斜磁場Ｇｓｐ１〜Ｇｓｐ３とから構成される。
【００５０】
本実施形態の水選択パルスＲＦＣは、例えば、水共鳴周波数を中心周波数とし、励起帯域を狭めた(１．０ｐｐｍ程度)ガウス型の高周波磁場パルスを用いる。また、水選択パルスＲＦＣ照射後にｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向のいずれか、または全てのスポイラー傾斜磁場Ｇｓｐ１〜Ｇｓｐ３を印加する。
【００５１】
本実施形態では、水に含まれる核磁化のみ選択的に励起するため、水選択パルスＲＦＣとして２種の異なるパルス強度(フリップ角)を持つＲＦパルスを用いる。これらをそれぞれ、水選択パルスＲＦＣ１、ＲＦＣ２と呼ぶ。
【００５２】
水選択パルスＲＦＣ１、ＲＦＣ２は、代謝物の縦磁化をＭｍ、水選択パルスＲＦＣ１によって強度変調された水の縦磁化をＭｗ１、水の縦磁化Ｍｗ１を励起することによって得られる信号をＳ１、水選択パルスＲＦＣ２によって強度変調された水の縦磁化をＭｗ２、水の縦磁化Ｍｗ２を励起することによって得られる信号をＳ２とすると、ＭｍとＭｗ１とが平行、ＭｍとＭｗ２とが反平行、Ｓ２＝Ｓ１×ｅｘｐ(ｉπ)という条件を満たすよう調整する。各水選択パルスＲＦＣ１、ＲＦＣ２のパルス強度は、予め算出され、計算機２０に記憶される。
【００５３】
なお、図７には、水選択パルスＲＦＣの照射回数が１回のプリパルスシーケンス３１０を例示しているが、プリパルスシーケンス３１０内での水選択パルスＲＦＣの照射回数はこれに限られない。２回以上の照射で上記条件を実現してもよい。
【００５４】
本実施形態のシフト計測部２１０は、パルスシーケンスとして、本計測パルスシーケンス３００の位相エンコード１ステップ毎に、水選択パルスＲＦＣ１およびＲＦＣ２が交互に照射されるよう、プリパルスシーケンス３１０を実行し、受信コイル毎のｋ−ｔデータを取得する。以下において、水信号の縦磁化のみを所定の強度に変調するプリパルスシーケンス３１０と本計測パルスシーケンス３００とから成るパルスシーケンスを、水シフトシーケンスと呼び、水シフトシーケンスを用いてｋ−ｔデータを取得する計測を水シフト計測と呼ぶ。
【００５５】
ここで、水シフトシーケンスによる水シフト計測の詳細を、図８および図９を用いて説明する。ここでは、水信号を画像上のｘ方向にシフトさせる場合を説明する。これらの図において、ｘ、ｙ方向の位相エンコード傾斜磁場をそれぞれＧｐ１、Ｇｐ２とし、ｋ空間上のｋｘ方向、ｋｙ方向の座標をそれぞれｋｘｎ１、ｋｙｎ２、これらに対応する位相エンコード傾斜磁場強度をそれぞれＧｐｘｎ１、Ｇｐｙｎ２、各位相エンコードステップの総数をそれぞれＮ１、Ｎ２とする。なお、ｎ１、ｎ２、Ｎ１、Ｎ２は自然数であり、ｎ１≦Ｎ１、ｎ２≦Ｎ２とする。さらに、位相エンコード傾斜磁場Ｇｐｘｎ１、Ｇｐｙｎ２がそれぞれ０となるｎ１、ｎ２をそれぞれｖ１、ｖ２とした場合、ｋ空間座標(ｋｘｖ１、ｋｙｖ２)をｋ空間の中心(ｋ０)と定義する。
【００５６】
本実施形態のシフト計測部２１０は、ｎ１が奇数であれば水選択パルスＲＦＣ１を、ｎ１が偶数であれば水選択パルスＲＦＣ２を、それぞれプリパルスシーケンス３１０において照射するよう制御する。
【００５７】
図８は、シフト計測部２１０による水シフト計測処理の処理フローである。
【００５８】
シフト計測処理開始の指示を受け付けると、シフト計測部２１０は、位相エンコードステップのカウンタとしてｎ２およびｎ１を１とする(ステップＳ１１０１、Ｓ１１０２)。そして、ｎ１の偶奇を判別し(ステップＳ１１０３)、奇数であれば、プリパルスシーケンス３１０において水選択パルスＲＦＣ１を照射する(ステップＳ１１０４)。一方、偶数であれば、プリパルスシーケンス３１０において水選択パルスＲＦＣ２を照射する(ステップＳ１１０５)。
【００５９】
そして、シフト計測部２１０は、プリパルスシーケンス３１０の実行後、本計測パルスシーケンス３００を実行し、それぞれの受信コイル２２、２３で信号を受信し(ステップＳ１１０６)、それぞれのｋ空間に配置する。
【００６０】
これを、全てのｎ１および全てのｎ２に関して繰り返す(ステップＳ１１０７、Ｓ１１０８、Ｓ１１０９、Ｓ１１１０)。
【００６１】
なお、本実施形態の水シフト計測では、ｋ空間上の全ての計測点が上述の条件で計測できればよく、位相エンコードのステップの順序は問わない。また、水信号のみが画像上でシフトするように計測できれば、水選択パルスＲＦＣ１、ＲＦＣ２を照射する組み合わせは上記のものに限られない。
【００６２】
図９は、図８に示す手順で水シフトシーケンスを実行した場合に計測されるｋ−ｔデータの任意時間におけるｋ空間を表す。本図において、Ｓ１およびＳ２は、それぞれ、水選択パルスＲＦＣ１、ＲＦＣ２によって強度変調された水の信号を示す。ここでは、ｋｘ、ｋｙ方向の座標ｋｘｎ１、ｋｙｎ２それぞれに対応して印加する位相エンコード傾斜磁場強度Ｇｐｘｎ１、Ｇｐｙｎ２を座標軸に示す。以上の水シフトシーケンスにより得られる任意時間のｋ−ｔデータは、本図に示すように、ｋｘ方向にはＳ１とＳ２とが交互に並び、ｋｙ方向には同じ信号強度の信号が並んだものとなる。
【００６３】
本実施形態のシフト計測部２１０は、上記の水シフトシーケンスに従って水シフト計測を実行し、各位相エンコード傾斜磁場によって変調された信号Ｓ１、Ｓ２を受信コイル２２、２３でそれぞれ受信する。そして、各信号Ｓ１、Ｓ２を、受信コイル２２、２３毎に設けられたｋ−ｔ空間上に、図９に示すように配置し、ｋ−ｔデータを得る。ここで、受信コイル２２で取得したｋーｔデータをｋｔ２２、受信コイル２３で取得したｋ−ｔデータをｋｔ２３と呼ぶ。
【００６４】
さらに、シフト計測部２１０は、水シフト計測で得られたｋ−ｔデータｋｔ２２、ｋｔ２３をそれぞれフーリエ変換(ＦＦＴ)し、空間二次元、スペクトル１次元の三次元画像Ｉ２２、Ｉ２３をそれぞれ算出する。ここで得られた三次元画像Ｉ２２、Ｉ２３を単にスペクトル画像と呼ぶ。得られたスペクトル画像は、水信号のみがシフトしたものとなる。
【００６５】
ここで、上記水シフトシーケンスによって得られたスペクトル画像Ｉ２２、Ｉ２３において、水信号のみが画像上でシフトすることを説明する。ここでは、ＦＦＴ処理に離散的フーリエ変換(ＤＦＴ)を使用し、簡単のため、水信号を強度変調したｘ方向一次元のみを考える。
【００６６】
ｘ方向のデータ点数をＮ１、ｋ空間データをＫ(ｋ)、Ｋ(ｋ)をＤＦＴした後の実空間データをＩ(ｘ)としたとき、ＤＦＴの原理より、以下の式(１)に示す関係式が成り立つ。
【数１】
2012057222.tif 000003
なお、ｉは虚数単位、Ｆ［］はＤＦＴ処理を表す演算子、Δｄは画像シフト量である。
【００６７】
本実施形態の水シフトシーケンスによって、ｋ空間の各点で乗算される位相をφとしたとき、フーリエ変換後の画像における水のシフト量Δｄは、以下の式(２)により算出できる。
【数２】
2012057222.tif 000004
【００６８】
本実施形態では、水の信号Ｓ１、Ｓ２は、Ｓ２＝Ｓ１×ｅｘｐ(ｉπ)という条件を満たすように計測するため、ｋ空間の各点で乗算される位相φはπとなる。従って、式(２)より、水スペクトル画像のシフト量はＮ１／２となり、画像のｘ方向のデータ点数Ｎ１の１／２だけｘ方向にシフトする。なお、撮影視野外に移動した信号は反対側へ折り返される。以下、単に、画像の１／２だけｘ方向にシフトするという。一方、代謝物信号は水選択パルスＲＦＣ１、ＲＦＣ２に影響されないため、代謝物のスペクトル画像はシフトしない。
【００６９】
次に、本実施形態の分離処理部２２０について説明する。本実施形態の分離処理部２２０は、シフト計測部２１０で取得した計測画像を、各受信コイルの感度分布を用いて各計測対象物質の画像に分離する、分離処理を行う。分離処理は、受信コイル毎の感度分布から、コイル感度行例を算出し、コイル感度行列の逆行列を用い、スペクトル画像を、各計測対象物質のスペクトル画像(ここでは、水スペクトル画像および代謝物スペクトル画像)に分離する。
【００７０】
まず、受信コイル２２、２３で計測した各スペクトル画像Ｉ２２、Ｉ２３と各受信コイル２２、２３の感度分布との関係について、図１０を用いて説明する。図１０(ａ)は、スペクトル画像Ｉ２２を、図１０(ｂ)は、スペクトル画像Ｉ２３を説明するための図である。また、図１０(ａ)および(ｂ)に示す水・代謝物信号分布５０１は、関心領域４０４に実際に存在する水および代謝物信号の分布を模したものであり、水および代謝物は、関心領域４０４内に一様に分布しているものとする。
【００７１】
図１０(ａ)に示す受信コイル２２で取得する代謝物スペクトル画像５２２は、水・代謝物信号分布５０１に受信コイル２２の感度分布５２０が乗算されたものとして計測される。また、水シフトスペクトル画像５２３は、水・代謝物信号分布５０１に感度分布５２０が乗算されたあと、水シフトシーケンスによって画像の１／２だけｘ方向にシフトされたものとして計測される。実際に計測されるスペクトル画像５２４(Ｉ２２)は、水シフトスペクトル画像５２３と代謝物スペクトル画像５２２との和として計測される。
【００７２】
図１０(ｂ)も同様で、受信コイル２３で取得する代謝物スペクトル画像５３２は、水・代謝物信号分布５０１に受信コイル２３の感度分布５３０が乗算されたものとして計測される。また、水シフトスペクトル画像５３３は、水・代謝物信号分布５０１に感度分布５３０が乗算されたあと、水シフトシーケンスによって画像の１／２だけｘ方向にシフトされたものとして計測される。実際に計測されるスペクトル画像５３４(Ｉ２３)は、水シフトスペクトル画像５３３と代謝物スペクトル画像５３２との和として計測される。
【００７３】
ここで、受信コイル２２で計測される水シフトスペクトル画像５２３は、図１１に示す手順で得たものとしても解釈できる。すなわち、受信コイル２２で計測された水シフトスペクトル画像５２３は、関心領域４０４の位置に実在する水・代謝物信号分布５０１の中の水信号分布のみをｘ方向にシフトさせた水信号シフト分布５４１に、感度分布５２０をｘ方向にシフトさせたシフト感度分布５４０を乗算したものと解釈できる。
【００７４】
従って、スペクトル画像５２４(Ｉ２２)は、水・代謝物信号分布５０１に感度分布５２０を乗算したものと、水信号シフト分布５４１にシフト感度分布５４０を乗算したものとの和と解釈できる。
【００７５】
受信コイル２３で計測される水シフトスペクトル画像５３３も同様に、水信号シフト分布に、感度分布５３０をｘ方向にシフトさせたシフト感度分布を乗算したものと解釈できる。そして、スペクトル画像５３４(Ｉ２３)は、水・代謝物信号分布５０１に感度分布５３０を乗算したものと、水信号シフト分布にシフト感度分布を乗算したものとの和と解釈できる。
【００７６】
従って、感度分布５２０、５３０を代謝物感度分布Ｃｍ、代謝物感度分布Ｃｍをｘ方向にシフトさせた感度分布を水感度分布Ｃｗと定義し、代謝物スペクトル画像をｍ、画像上でｘ方向に１／２だけシフトした水シフトスペクトル画像をｗｓとし、計測したスペクトル画像(Ｉ２２)５２４、(Ｉ２３)５３４の任意のボクセル(ｘ、ｙ)における、受信コイル２２、２３の代謝物感度分布Ｃｍを、それぞれＣｍ(ａ、ｘ、ｙ)、Ｃｍ(ｂ、ｘ、ｙ)、水感度分布Ｃｗを、それぞれＣｗ(ａ、ｘ、ｙ)、Ｃｗ(ｂ、ｘ、ｙ)、代謝物信号をｍ(ｘ、ｙ)、画像上でｘ方向に１／２だけシフトした水シフト信号をｗｓ(ｘ、ｙ)とすると、スペクトル画像Ｉ２２、Ｉ２３における任意のボクセル(ｘ、ｙ)の信号強度I２２(ｘ、ｙ)、Ｉ２３(ｘ、ｙ)は、以下の式(３)で表される。
【数３】
2012057222.tif 000005
ここで、式(３)において、感度分布Ｃｍ、Ｃｗからなる行列を感度行列Ｃと呼ぶ。
【００７７】
本実施形態の分離処理部２２０は、各受信コイルにおける任意ボクセルの水感度分布と代謝物感度分布との感度比の違いを利用し、代謝物の信号と水の信号とを分離する。従って、代謝物スペクトル画像ｍ、水シフトスペクトル画像ｗｓの各座標点(ｘ、ｙ)における代謝物信号ｍ(ｘ、ｙ)、水シフト信号ｗｓ(ｘ、ｙ)は、感度行列Ｃの行列式が０でない場合、その逆行列Ｃ−１を用い、以下の式(４)により算出される。
【数４】
2012057222.tif 000006
【００７８】
本実施形態の分離処理部２２０は、上記式(４)を用い、各受信コイル２２、２３で得た各スペクトル画像Ｉ２２、Ｉ２３を、任意のボクセル(ｘ、ｙ)の信号値がそれぞれ、ｍ(ｘ、ｙ)の代謝物スペクトル画像と、ｗｓ(ｘ、ｙ)の水シフトスペクトル画像とに分離する。
【００７９】
なお、分離処理に用いる感度分布(代謝物感度分布Ｃｍ)は、一般的に知られる感度分布算出法と同様の手法で算出する。例えば、ＲＦパルス送信部１２０に属する送信ＲＦコイル２１が空間的に均一な感度分布を持つ場合、送信ＲＦコイル２１で送受信して得た画像と、送信ＲＦコイル２１を送信、受信コイル２２、２３を受信に使用して得た画像との強度比から、受信コイル２２、２３それぞれの感度分布を計算する。また、送信ＲＦコイル２１を送信、受信コイル２２、２３を受信に使用して得た画像の二乗和画像と各々の画像との強度比から、受信コイル２２、２３それぞれの感度分布を計算してもよい。
【００８０】
これらの方法で感度分布を算出する場合、受信コイル２２、２３の感度は空間的に滑らかに変化することが多いので、低周波領域のみ取得することで計測時間を短縮し、体動アーティファクトを抑えることができる。
【００８１】
また、感度分布は、測定対象の構造や組成に依存するため、感度分布算出のための計測は、実際の測定対象１０を用いて行うことが望ましい。この場合、前述のシフト計測を実行する前に、感度分布算出用の撮影シーケンスを実行し、得られたＭＲＩ画像から算出するよう構成してもよい。
【００８２】
しかしながら、模擬試料を用いた予備計測結果から算出した感度分布を用いてもよい。この場合、算出した感度分布は、計算機２０の記憶装置に保存しておく。
【００８３】
また、本実施形態における水感度分布Ｃｗは、水シフト計測によってシフトさせる水のシフト量だけ代謝物感度分布Ｃｍをシフトさせることにより得る。
【００８４】
次に、本実施形態のシフト補正部２３０について説明する。本実施形態のシフト補正部２３０は、分離処理部２２０が分離した計測画像の中の、シフト計測部２１０がシフトさせて取得した計測画像の各信号を、もとの位置に戻すシフト補正処理を行う。
【００８５】
上記式(４)によって算出された水シフトスペクトル画像ｗｓは、当該スペクトル画像を構成する各信号がｘ方向にシフトした状態であるため、本実施形態のシフト補正部２３０は、各信号を、水シフトシーケンスでシフトしたシフト量分逆方向に移動させ、もとの画像位置に戻すシフト補正を行い、水スペクトル画像ｗを得る。
【００８６】
シフト補正は、水シフトスペクトル画像ｗｓ上で行ってもよいし水シフトスペクトル画像ｗｓをフーリエ変換し、式(１)を用いてｋ空間上で行ってもよい。画像上でシフト補正処理を行う場合、シフト量分、シフト方向と逆方向に各画素を移動させる。このとき、水シフト計測において、ｋ空間中心ｋ０で水選択パルスＲＦＣ２を照射した場合は、シフト量分、シフト方向と逆方向に各画素を移動させた後、−１を乗算する。一方、ｋ空間上で行う場合、式(１)を用いてｋｘ方向の各点で位相−φを乗算する。このようにして算出した水スペクトル画像をｗとする。
【００８７】
次に、本実施形態の残留信号除去部２４０について説明する。本実施形態の残留信号除去部２４０は、計測および分離処理の誤差により残留した、他物質の信号を除去する残留信号除去処理を行う。
【００８８】
算出された代謝物スペクトル画像ｍには、計測および分離処理が包含する誤差によって水信号が残留する。この残留水信号が生じる主な要因は、(第１)水シフトシーケンスにおける水強度変調による誤差、(第２)感度行列を用いた分離処理による誤差の二つがある。
【００８９】
まず、上記(第１)の要因による誤差について図１２(ａ)〜(ｃ)を用いて説明する。なお、図１２(ａ)は代謝物スペクトル画像ｍ、(ｂ)は分離処理によって算出した水シフトスペクトル画像ｗｓ、(ｃ)は水シフトスペクトル画像ｗｓをシフト補正した水スペクトル画像ｗであり、各画像における所定のボクセルＶＡ(ｘ、ｙ)の水の信号強度を、それぞれｍＶＡ(ｘ、ｙ)、ｗｓＶＡ(ｘ、ｙ)、ｗＶＡ(ｘ、ｙ)とする。
【００９０】
上述したように、水選択パルスＲＦＣ１のみで水信号を強度変調して計測したときのボクセルＶＡの水信号はＳ１、水選択パルスＲＦＣ２のみで水信号を強度変調して計測したときのボクセルＶＡの水信号はＳ２であるため、代謝物スペクトル画像ｍにおける残留水信号ｍＶＡおよび、水スペクトル画像ｗにおける水信号ｗＶＡは、以下の式(５)、式(６)でそれぞれ表される。
ｍＶＡ＝(Ｓ１＋Ｓ２)／２      (５)
ｗＶＡ＝(Ｓ１−Ｓ２)／２      (６)
【００９１】
水信号Ｓ１と水信号Ｓ２とが上記Ｓ２＝Ｓ１×ｅｘｐ(ｉπ)＝−Ｓ１の条件を満たす理想的な状態では、式(５)および式(６)は、それぞれ、以下の式(７)、式(８)で表される。
ｍＶＡ＝０      (７)
ｗＶＡ＝Ｓ１      (８)
すなわち、代謝物スペクトル画像ｍにおいて、残留水信号ｍＶＡは０となり、水信号は残留しない。
【００９２】
しかし、実際には、静磁場不均一や送信ＲＦの不均一に起因して、水選択パルスＲＦＣ１、ＲＦＣ２による水強度変調に空間的なムラが生じ、上記の条件は必ずしも満たされない。実際の水信号Ｓ１と水信号Ｓ２との強度比をｐ’とすると、Ｓ２＝ｐ’×Ｓ１×ｅｘｐ(ｉπ)＝−ｐ’×Ｓ１となるため、式(５)および式(６)は、それぞれ式(９)および式(１０)で表される。
ｍＶＡ＝(Ｓ１＋Ｓ２)／２＝(１−ｐ’)×Ｓ１／２      (９)
ｗＶＡ＝(Ｓ１−Ｓ２)／２＝(１＋ｐ’)×Ｓ１／２      (１０)
さらに、(１−ｐ’)／(１＋ｐ’)＝ｐとすると、式(９)、(１０)を用いて以下の式(１１)を導出できる。
ｍＶＡ＝ｐ×ｗＶＡ      (１１)
以上より、代謝物スペクトル画像ｍのボクセルＶＡにおける残留水信号ｍＶＡは、水スペクトル画像ｗのボクセルＶＡにおける水信号ｗＶＡに比例することがわかる。
【００９３】
次に上記(第２)の要件について、図１２(ａ)、(ｂ)を用いて説明する。理想的には、式(４)による分離処理によって算出される代謝物スペクトル画像ｍの、ボクセルＶＡにおける残留水信号ｍＶＡは０である。しかし、感度分布に含まれるノイズ成分や、測定対象(被検体)１０の無い位置における感度分布に含まれる誤差によって、水信号ｍＶＡが残留する場合がある。この分離処理の誤差によって残留する水信号の割合をｑとする場合、代謝物スペクトル画像ｍのボクセルＶＡにおける残留水信号ｍＶＡは、式(１２)で表される。
ｍＶＡ＝ｑ×ｗｓＶＡ      (１２)
【００９４】
以上より、(第１)水シフトシーケンスにおける水信号の強度変調による誤差、(第２)感度行列を用いた分離処理による誤差、の両者が生じる場合、代謝物スペクトル画像ｍのボクセルＶＡにおける残留水信号ｍＶＡは、式(１１)および式(１２)を用いて以下の式(１３)で表される。
ｍＶＡ＝ｐ×ｗＶＡ＋ｑ×ｗｓＶＡ      (１３)
従って、式(１３)における比例定数ｐおよびｑを求めれば、代謝物スペクトル画像ｍに含まれる残留水信号ｍＶＡの値がわかり、これを除去できる。
【００９５】
図１３を用い、上記原理を用いた、本実施形態の残留信号除去部２４０による残留水信号除去処理の流れを説明する。
【００９６】
まず、残留信号除去部２４０は、代謝物スペクトル画像ｍ、水スペクトル画像ｗ、水シフトスペクトル画像ｗｓそれぞれをスペクトル方向にフーリエ変換(ＦＦＴ)し、実空間二次元、時間一次元の三次元画像ｍｔ、ｗｔ、ｗｓｔ(以降、単にＦＩＤ画像と呼ぶ)を、それぞれ算出する(ＦＩＤ画像算出処理：ステップ１２０１)。
【００９７】
次に、残留信号除去部２４０は、各ＦＩＤ画像ｍｔ、ｗｔ、ｗｓｔの各ボクセルの、比例定数ｐおよびｑを、それぞれ最小二乗法で算出する(比例定数算出処理：ステップＳ１２０２)。
【００９８】
ここで、時間方向の計測点数をＴとしたとき、式(１３)より、各ボクセル(ｘ、ｙ)のＦＩＤ画像ｍｔ、ｗｔ、ｗｓｔの関係は連立１次方程式(１４)で表される。
【数１４】
2012057222.tif 000007
よって、残留信号除去部２４０は、式(１４)から導出される式(１５)を用いて、ｗｔ、ｗｓｔを基底関数とした最小二乗法によって比例定数ｐ、ｑを算出する。なお、Ｈは転置複素共役を表す記号である。
【数１５】
2012057222.tif 000008
【００９９】
次に、残留信号除去部２４０は、算出した比例定数ｐおよびｑを用いて各ボクセルＶＡ(ｘ、ｙ)における残留水信号ｍＶＡを算出し、式(１４)から得たＦＩＤ画像ｍｔ(ｘ、ｙ)からｍＶＡ(ｘ、ｙ)を差し引いて、残留信号除去後のＦＩＤ画像ｍｃｔ(ｘ、ｙ)を算出する(除去処理：ステップ１２０３)。
【０１００】
残留信号除去部２４０は、残留信号除去後のＦＩＤ画像ｍｃｔに対しフーリエ変換(ＦＦＴ)を行うことで、残留水信号ｍＶＡを除去した代謝物スペクトル画像を得る(除去後画像へのＦＦＴ処理：ステップ１２０４)。
【０１０１】
なお、(第1)の要因および(第２)の要因によって発生した残留水信号が代謝物ピークに重畳し、代謝物スペクトル画像に影響を及ぼさないほど小さい時、残留信号除去処理は、行わなくても良い。この場合は、残留信号除去部２４０は備えなくてもよい。
【０１０２】
以上、本実施形態の計測制御部１６０の各機能の処理の詳細を説明した。なお、本実施形態では、分離処理部２２０、シフト補正部２３０、残留信号除去部２４０を、計測制御部１６０が備える場合を例にあげて説明しているが、これに限られない。例えば、画像再構成部１５０がこれらの各部を備えてもよい。
【０１０３】
次に、本実施形態の各受信コイル２２、２３の配置と水シフト計測におけるシフト方向とについて説明する。本実施形態の計測制御部１６０が計測処理を行う際の、測定対象１０、本計測パルスシーケンス３００によって領域選択される関心領域４０４、受信コイル２２、２３の位置関係の一例を図１４に示す。
【０１０４】
上述したように、本実施形態の分離処理部２２０は、代謝物の信号と水の信号とを分離するために、各受信コイル２２、２３における任意ボクセルの水感度分布と代謝物感度分布との感度比の違いを利用する。従って、受信コイル２２および受信コイル２３の配置と水シフト計測におけるシフト方向とは、式(４)において、感度行列Ｃの行列式｜Ｃ｜≠０を満たすよう設定する必要がある。
【０１０５】
一般にループコイルの感度分布は、ループ面に水平な方向に関しては、ループの中心からの距離に応じて単調に減少、ループ面に垂直な方向に関しては、ループ面からの距離に応じて単調に減少する。従って、本実施形態のように水信号をｘ方向にシフトさせる水シフトシーケンスで水シフト計測を行う場合、受信コイル２２、２３は、図１４に示すように、ループ面をスライス面に対して直交し、かつ、ｘ方向にアレイ状に並ぶよう配置する。逆に、受信コイル２２、２３を、ループ面をスライス面に対して直交し、かつ、ｘ方向にアレイ状に並ぶよう配置する場合、水シフトシーケンスおける水のシフト方向をｘ方向に設定する。
【０１０６】
なお、両受信コイル２２、２３の配置およびシフト方向はこれに限られない。行列式｜Ｃ｜≠０を満たすよう設定すればよい。
【０１０７】
次に、以上の各部を備える本実施形態の計測制御部１６０による、計測処理の流れを説明する。図１５は、本実施形態の計測処理の処理フローである。
【０１０８】
計測開始の指示を受け付けると、シフト計測部２１０は、水シフト計測を実行し、受信コイル毎のｋ−ｔデータを得る(ステップＳ１３０１)。そして、シフト計測部２１０は、得られたｋ−ｔデータにＦＦＴを施し、受信コイル毎のスペクトル画像を得る(ステップＳ１３０２)。
【０１０９】
次に、分離処理部２２０は、各受信コイルの感度分布から、受信コイル毎のコイル感度行列を算出する(ステップＳ１３０３)。そして、コイル感度行列を用い、スペクトル画像を水シフトスペクトル画像と代謝物スペクトル画像とに分離する(ステップＳ１３０４)。
【０１１０】
シフト補正部２３０は、分離後との水シフトスペクトル画像に対し、シフト補正処理を行い、水スペクトル画像を得る(ステップＳ１３０５)。
【０１１１】
必要に応じて、残留信号除去部２４０は、残留信号除去処理を行う(ステップＳ１３０６)。
【０１１２】
以上説明したように、本実施形態によれば、１の画像取得シーケンスの実行により、水画像と代謝物画像とを取得できる。すなわち、計測時間の延長無しに水画像と代謝物画像とを取得できる。
【０１１３】
なお、本実施形態では、受信コイル数を２つとした場合を例にあげて説明しているが、受信コイルは２つに限られない。３つ以上であってもよい。例えば、受信コイルの数を３つにした場合、感度行列Ｃは２行３列の行列となる。この場合、一般的な行列の解法である行列の正規化を経て、２行２列の正則行列に変換し、その逆行列を求めるといった手法で解くことができる。また、各受信コイルのノイズ成分を計測し、各受信コイルのノイズの分散共分散行列(以降はこれをノイズ相関行列と呼ぶ)を用いて重み付けした逆行列を求めてもよい。
【０１１４】
また、本実施形態では、受信コイルとして、ｘｙ平面に対して垂直かつｘ方向にアレイ状に並べた二つの受信コイル２２、２３を用いる場合を例にあげて説明したが、用いる受信コイルはこれに限られない。例えば、測定対象１０を中心に円筒径に並べた２つ以上の受信コイルを用いてもよい。
【０１１５】
この場合の一例を図１６に示す。本例では、４つの受信コイル３１、３２、３３、３４は、ｘｙ平面上の断面において、それぞれ略１／４の円弧形状を有し、全体で円筒形を成すように構成される。それぞれの受信コイル３１、３２、３３、３４は増幅器１８に別個に接続され、計測された高周波信号は別個に取得される。
【０１１６】
なお、本図では、簡単のため、送信用のＲＦコイルやデチューニング回路を省略する。また、この例では４つの受信コイル３１、３２、３３、３４が重ならないように表示されているが、実際には円筒形の側面において、隣り合う受信コイルの一部が重なるよう配置される。
【０１１７】
これらの受信コイル３１、３２、３３、３４の形状や配置は、これら４つの受信コイル３１、３２、３３、３４に基づいて算出される感度行列Ｃに逆行列が存在すればよく、図１６に示すものに限られず、様々な変形が可能である。
【０１１８】
なお、図１６に示す受信コイル３１、３２、３３、３４を用いる計測では、各受信コイル３１、３２、３３、３４の感度分布から得られる感度行列Ｃは２行４列の行列となる。このため、逆行列演算には、ＬＵ分解やＳｉｎｇｕｌａｒ  Ｖａｌｕｅ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎなどの高次行列の逆行列演算に使用する解法を用いる。
【０１１９】
また、本実施形態におけるシフト計測部２１０による水シフト計測では、水信号をｘ方向にシフトさせる場合を例にあげて説明したが、シフト方向はこれに限られない。上記感度行列の行列式が０とならなければよく、ｙ方向へのシフト、ｘｙ方向へのシフトなど、位相エンコード傾斜磁場を印加する任意の軸に対して実現可能である。
【０１２０】
ここで、シフト方向をｘｙ方向とした場合の水シフト計測の詳細を図１７、図１８を用いて説明する。これらの図において、ｘ、ｙ方向の位相エンコード傾斜磁場をそれぞれＧｐ１、Ｇｐ２とし、ｋ空間上のｋｘ方向、ｋｙ方向の座標をそれぞれｋｘｎ１、ｋｙｎ２、これらに対応する位相エンコード傾斜磁場強度をそれぞれＧｐｘｎ１、Ｇｐｙｎ２、各位相エンコードステップの総数をそれぞれＮ１、Ｎ２とする。なお、ｎ１、ｎ２、Ｎ１、Ｎ２は自然数であり、ｎ１≦Ｎ１、ｎ２≦Ｎ２とする。さらに、位相エンコード傾斜磁場Ｇｐｘｎ１、Ｇｐｙｎ２がそれぞれ０となるｎ１、ｎ２をそれぞれｖ１、ｖ２とした場合、ｋ空間座標(ｋｘｖ１、ｋｙｖ２)をｋ空間の中心(ｋ０)と定義する。
【０１２１】
本変形例においても、シフト計測部２１０は、ｎ１、ｎ２がともに偶数、または、ｎ１、ｎ２がともに奇数のときに水選択パルスＲＦＣ１を照射し、それ以外の場合は、水選択パルスＲＦＣ２を照射するよう制御し、水シフトシーケンスを実行する。
【０１２２】
図１７は、シフト計測部２１０による計測処理の処理フローである。
【０１２３】
シフト計測処理開始の指示を受け付けると、シフト計測部２１０は、位相エンコードステップのカウンタとしてｎ２およびｎ１を１とする(ステップＳ１４０１、Ｓ１４０２)。そして、ｎ１およびｎ２の偶奇を判別し(ステップＳ１４０３)、ともに奇数またはともに偶数であれば、プリパルスシーケンス３１０において水選択パルスＲＦＣ１を照射する(ステップＳ１４０４)。また、いずれか一方が奇数で他方が偶数であれば、プリパルスシーケンス３１０において水選択パルスＲＦＣ２を照射する(ステップＳ１２０５)。
【０１２４】
そして、シフト計測部２１０は、プリパルスシーケンス３１０の実行後、本計測パルスシーケンス３００を実行し、複数の受信コイルそれぞれで信号を受信し(ステップＳ１４０６)、それぞれ、受信コイル毎のｋ空間に配置する。
【０１２５】
これを、全てのｎ１および全てのｎ２に関して繰り返す(ステップＳ１４０７、Ｓ１４０８、Ｓ１４０９、Ｓ１４１０)。
【０１２６】
なお、本変形例の水シフト計測では、ｋ空間上の全ての計測点が上述の条件で計測できれば、位相エンコードのステップの順序は問わない。
【０１２７】
図１８は、水シフトシーケンスを図１７に示す手順で実行した場合に計測される、受信コイル毎のｋ−ｔデータの任意時間におけるｋ空間を表す。本図において、Ｓ１およびＳ２は、それぞれ、水選択パルスＲＦＣ１、ＲＦＣ２によって強度変調された水の信号を示す。ここでは、ｋｘ、ｋｙ方向の座標ｋｘｎ１、ｋｙｎ２それぞれに対応して印加する位相エンコード傾斜磁場強度Ｇｐｘｎ１、Ｇｐｙｎ２を座標軸に示す。以上の水シフトシーケンスにより得られる任意時間のｋ−ｔデータは、本図に示すように、ｋｘ方向およびｋｙ方向にＳ１とＳ２とが交互に並んだものとなる。
【０１２８】
そして、このｋ−ｔデータをフーリエ変換して得たスペクトル画像において、水信号は、画像の１／２だけｘ方向およびｙ方向にシフトする。このときの水信号のシフトの様子を図１９(ａ)、(ｂ)に示す。図１９(ａ)は、撮像視野６００上の、シフトのない場合の水信号分布(水スペクトル画像)６１０、図１９(ｂ)は上記水シフトシーケンスによって取得される、撮像視野６００上でｘ方向に１／２、ｙ方向に１／２だけシフトした水シフトスペクトル画像６２０である。水信号がシフトすることによって、水信号分布(水スペクトル画像)６１０上のボクセルＶＢ、ＶＣ、ＶＤ、ＶＥは、水シフトスペクトル画像６２０上のＶＢｓ、ＶＣｓ、ＶＤｓ、ＶＥｓにそれぞれシフトする。
【０１２９】
また、シフト方向をｘｙ方向とした場合、水感度分布Ｃｗも代謝感度分布(受信コイルの感度分布)Ｃｍをｘｙ方向にそれぞれ１／２シフトさせて算出する。このときの代謝物感度分布Ｃｍを図１９(ｃ)に、水感度分布Ｃｗを図１９(ｄ)に示す。
【０１３０】
また、水信号のシフト方向を、ｇファクタ分布(ｇファクタマップ)を用いて代謝物スペクトル画像のＳＮＲが最大となる方向に決定してもよい。ｇファクタ分布とは、水・代謝物分離処理によって算出される水および代謝物スペクトル画像のＳＮＲを評価するための指標であり、感度行列Ｃを用い、以下の式(１６)により定義される。
【数１６】
2012057222.tif 000009
ここで、ｄｉａｇ［］は、［］内の行列の対角成分を表す。ｎは自然数であり、ｎ＝１のとき代謝物スペクトル画像のｇファクタ分布(以降は単に代謝物ｇファクタ分布と呼ぶ。)ｇｍ、ｎ＝２のときは、水シフトスペクトル画像のｇファクタ分布(以降は単に水シフトｇファクタ分布と呼ぶ。)ｇｗｓを表す。また、ｇｗｓをシフト補正することによって水スペクトル画像におけるｇファクタ分布(以降は単に水ｇファクタ分布と呼ぶ。)ｇｗが算出できる。なお、代謝物ｇファクタ分布ｇｍと水シフトｇファクタ分布ｇｗｓとは等価である。このｇファクタは１以上の値を持ち、算出される代謝物および水スペクトル画像の各ボクセルにおけるＳＮＲは、ｇファクタ値に反比例する。
【０１３１】
このｇファクタ分布を用いてシフト方向を決定する場合、例えば、ｘ方向、ｙ方向、ｘｙ方向の３パターンの水感度分布を用いた場合のｇファクタ分布をそれぞれ算出し、最大ｇファクタ値がもっとも小さくなるシフト方向を水シフト計測を実施する。
【０１３２】
なお、上述したように、式(１６)におけるＣＨＣの代わりに感度行列Ｃの逆行列を求める際と同様、各ＲＦコイルのノイズ相関行列Ψを用いて重み付けした正則化行列ＣＨΨ−１Ｃを用いてもよい。
【０１３３】
また、本実施形態では、水シフトシーケンスの本計測パルスシーケンス３００として位相エンコードがｘ、ｙ方向の二次元のパルスシーケンスを用いる場合を例にあげて説明したが、用いる本計測パルスシーケンス３００は、位相エンコードがｘ、ｙ、ｚ方向の三次元のパルスシーケンスであってもよい。このとき選択できる水信号のシフト方向は、ｘ、ｙ、ｚ、ｘｙ、ｙｚ、ｚｘ、ｘｙｚ方向の７パターンとなる。この場合も、ｇファクタ分布からＳＮＲが最大となるシフト方向を決定してもよい。
【０１３４】
また、上記実施形態では、各受信コイルの感度分布を予め撮影したＭＲＩ画像から算出しているが、これに限られない。例えば、シフト計測部２１０が水シフトシーケンスによって取得した、水信号のみがシフトしたＦＩＤ画像そのものから算出するよう構成してもよい。この場合、このＦＩＤ画像の時間方向の任意の点から、水感度分布Ｃｗを算出し、その後、水感度分布Ｃｗをシフトさせて代謝物感度分布Ｃｍを算出する。
【０１３５】
また、上記実施形態では、水と任意の代謝物との画像を分離する場合を例にあげて説明したが、計測対象物質はこれに限られない。脂肪と代謝物、異なる代謝物など、化学シフトが異なる複数の物質であってもよい。また、分離する物質は２種に限られない。３以上であってもよい。本実施形態は、化学シフトが異なる所定の物質を、画像上で選択的にシフトすることができる場合に適用可能である。
【０１３６】
＜＜第二の実施形態＞＞
次に、本発明を適用する第二の実施形態について説明する。本実施形態で用いるＭＲＩ装置１００は、基本的に第一の実施形態と同様の構成を有する。第一の実施形態では、所望の画像マトリクスと等しい点数の信号を計測し、ｋ−ｔデータを得る。一方、本実施形態では、水シフト方向と異なる位相エンコード軸の計測点を間引いて計測し、ｋ−ｔデータを得る。そして、ＲＦコイル感度を用いて、スペクトル画像上で折り返される信号を戻すとともに水・代謝物の信号を分離する。したがって、第二の実施形態は、第一の実施形態に比べて計測時間をより短縮できる。以下、本実施形態について、第一の実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。
【０１３７】
本実施形態の計測制御部１６２は、図２０に示すように基本的に第一の実施形態と同様の構成を備える。ただし、本実施形態では、上述のようにｋ−ｔデータを取得するにあたり位相エンコード軸の計測点を間引いて計測するため、シフト計測部２１２、分離処理部２２２および残留信号除去部２４２の機能が異なる。以下、本実施形態の計測制御部１６２の各部の詳細を説明する。
【０１３８】
ここでは、第一の実施形態同様、計測対象物質を水と代謝物とする。また、本実施形態の高周波磁場コイル系１３のＲＦコイルの構成は、図１６に示す４つの受信コイル３１〜３４とする。
【０１３９】
まず、本実施形態のシフト計測部２１２によるシフト計測処理について説明する。第一の実施形態同様、本実施形態のシフト計測部２１２は、予め保持するパルスシーケンスに従って、ＲＦパルス送信部１２０、信号受信部１３０、傾斜磁場印加部１４０を動作させ、画像再構成部１５０に画像再構成処理を行わせることにより、このシフト計測処理を実現する。
【０１４０】
本実施形態のシフト計測処理で実行されるパルスシーケンスは、基本的に第一の実施形態と同様であり、水信号の縦磁化のみを所定の強度に変調するプリパルスシーケンス３１０と、所望の領域からの信号を画像化する領域選択型ＭＲＳＩパルスシーケンスによる本計測パルスシーケンス３００とから構成される水シフトシーケンスである。
【０１４１】
本実施形態のシフト計測部２１２は、この水シフトシーケンスを、第一の実施形態同様、本計測パルスシーケンス３００の位相エンコードのステップ毎に、プリパルスシーケンス３１０の水選択励起パルスＲＦＣとして、ＲＦＣ１とＲＦＣ２とを交互に照射するよう制御し、水シフト計測を実行する。
【０１４２】
例えば、ｘ、ｙ方向の位相エンコード傾斜磁場をそれぞれＧｐ１、Ｇｐ２とし、ｋ空間上のｋｘ方向、ｋｙ方向の座標をそれぞれｋｘｎ１、ｋｙｎ２、これらに対応する位相エンコード傾斜磁場強度をそれぞれＧｐｘｎ１、Ｇｐｙｎ２、第一の実施形態における各位相エンコードステップの総数をそれぞれＮ１、Ｎ２とする。ここで、ｎ１、ｎ２、Ｎ１、Ｎ２は自然数であり、ｎ１≦Ｎ１、ｎ２≦Ｎ２とする。さらに、位相エンコード傾斜磁場Ｇｐｘｎ１、Ｇｐｙｎ２がそれぞれ０となるｎ１、ｎ２をそれぞれｖ１、ｖ２とした場合、ｋ空間座標(ｋｘｖ１、ｋｙｖ２)をｋ空間の中心(ｋ０)と定義する。
【０１４３】
第一の実施形態では、シフト計測部２１０は、ｋｘ方向については、ｎ１が奇数のときに水選択パルスＲＦＣ１を照射し、ｎ１が偶数のときに水選択パルスＲＦＣ２を照射するよう制御する。また、ｋｙ方向については特に変化を加えずに計測し、受信コイル３１〜３４毎にｋ−ｔデータを得る。このとき得られるｋ−ｔデータの、任意時間におけるｋ空間を図２１(ａ)に示す。ここで、Ｓ１およびＳ２は、水選択パルスＲＦＣ１、ＲＦＣ２によって強度変調された水の信号をそれぞれ表す。
【０１４４】
一方、本実施形態では、シフト計測部２１２は、ｋｘ方向については、ｎ１が奇数のときに水選択パルスＲＦＣ１を照射し、ｎ１が偶数のときに水選択パルスＲＦＣ２を照射するよう制御する。また、ｋｙ方向については、例えばｎ２が偶数番目の計測点を間引いて計測する。そして、受信コイル３１〜３４毎にｋ−ｔデータを得る。このとき得られるｋ−ｔデータの、任意時間におけるｋ空間を図２１(ｂ)に示す。ここで、Ｓ１およびＳ２は、水選択パルスＲＦＣ１、ＲＦＣ２によって強度変調された水の信号をそれぞれ表す。また、印加する位相エンコード傾斜磁場強度Ｇｐｘｎ１、Ｇｐｙｎ２を座標軸に示す。
【０１４５】
このように、本実施形態の水シフトシーケンスにより得られる任意時間のｋ−ｔデータは、図２１(ｂ)に示すようにｋｘ方向にはＳ１とＳ２とが交互に並び、ｋｙ方向には同じ信号強度の信号が１ステップおきに間引かれて並んだものとなる。
【０１４６】
なお、本実施形態においても、シフト計測部２１２は、水シフト計測により得られたｋ−ｔデータにそれぞれＦＦＴを施し、受信コイル３１〜３４毎のスペクトル画像を得る。
【０１４７】
次に、本実施形態の分離処理部２２２の分離処理について説明する。分離処理の説明に先立ち、本実施形態のシフト計測部２１２が取得する本実施形態のスペクトル画像について図２２を用いて説明する。図２２において、画像７１１および画像７１２は代謝物スペクトル画像７１０の上部および下部、画像７２１および画像７２２は水シフトスペクトル画像７２０の上部および下部をそれぞれ表す。計測されるスペクトル画像７３０は、画像７１１、７１２、７２１、７２２の和として算出される。
【０１４８】
つまり、本実施形態のシフト計測部２１２により計測されるスペクトル画像７３０は、水シフト計測によって水信号がｘ方向にシフトされ、さらにｋｙ方向を間引いて計測することによってｙ方向に画像が折り返される。したがって、スペクトル画像７３０上のボクセルＶＪは、各画像７１１、７１２、７２１、７２２における同一位置のボクセルＶＦ、ＶＧ、ＶＨ、ＶＩの和となる。
【０１４９】
本実施形態の分離処理部２２２は、分離処理として、第一の実施形態と同様の、水と代謝物質との信号の分離とともに、折り返された信号間の分離も行う。これにより、ボクセルＶＪからボクセルＶＭ、ＶＮ、ＶＯ、ＶＰの各信号を分離し、最終的には、代謝物スペクトル画像７１０および水シフトスペクトル画像７２０を算出する。
【０１５０】
算出は、水感度分布Ｃｗと代謝物感度分布Ｃｍとを用いて行う。この水感度分布Ｃｗは、第一の実施形態と同様、各受信コイル３１〜３４の感度分布(代謝物感度分布Ｃｍ)をｘ方向に１／２だけシフトさせることで算出される。
【０１５１】
代謝物スペクトル画像をｍ、画像上でｘ方向に１／２だけシフトした水シフトスペクトル画像をｗｓとし、受信コイル３１〜３４で計測して得た各スペクトル画像上の任意のボクセル(ｘ、ｙ)における代謝物感度分布をそれぞれＣｍ(ａ、ｘ、ｙ)、Ｃｍ(ｂ、ｘ、ｙ)、Ｃｍ(ｃ、ｘ、ｙ)、Ｃｍ(ｄ、ｘ、ｙ)、水感度分布をそれぞれＣｗ(ａ、ｘ、ｙ)、Ｃｗ(ｂ、ｘ、ｙ)、Ｃｗ(ｃ、ｘ、ｙ)、Ｃｗ(ｄ、ｘ、ｙ)、代謝物信号をｍ(ｘ、ｙ)、水シフト信号をｗｓ(ｘ、ｙ)、ｙ方向の画像点数をＮ２とすると、各受信コイル３１〜３４で計測したエコー信号から再構成されるスペクトル画像におけるボクセル(ｘ、ｙ)の信号強度Ｉ(ａ、ｘ、ｙ)、Ｉ(ｂ、ｘ、ｙ)、Ｉ(ｃ、ｘ、ｙ)、Ｉ(ｄ、ｘ、ｙ)は、以下の式(１７)で表される。
【数１７】
2012057222.tif 000010
【０１５２】
従って、代謝物スペクトル画像ｍ、水シフトスペクトル画像ｗｓの、各座標点(ｘ、ｙ)における代謝物信号ｍ(ｘ、ｙ)、水シフト信号ｗｓ(ｘ、ｙ)は、感度行列Ｃの行列式が０でない場合、その逆行列Ｃ−１を用い、以下の式(１８)により算出される。
【数１８】
2012057222.tif 000011
ここで、ｍ(ｘ、ｙ＋Ｎ２／２)、ｍ(ｘ、ｙ)は代謝物スペクトル画像ｍの上部、下部をそれぞれ表す。また、ｗｓ(ｘ、ｙ＋Ｎ２／２)、ｗｓ(ｘ、ｙ)は水シフトスペクトル画像ｗｓの上部、下部をそれぞれ表す。
【０１５３】
得られた代謝物スペクトル画像ｍの上部と下部とをｙ方向に結合することで、代謝物スペクトル画像ｍを、水シフトスペクトル画像ｗｓの上部と下部とをｙ方向に結合することで、水シフトスペクトル画像ｗｓを算出する。
【０１５４】
なお、本実施形態では、分離処理部２２２は、以下の式(１９)のように、ノイズ相関行列Ψを用いた重み付け演算によって、それぞれ、代謝物スペクトル画像ｍおよび水シフトスペクトル画像ｗｓを算出してもよい。
【数１９】
2012057222.tif 000012
【０１５５】
本実施形態のシフト補正部２３０は、第一の実施形態同様、算出した水シフトスペクトル画像ｗｓに対し、水シフト計測によってシフトした移動量分だけ位置を補正するシフト補正を実施し、水信号分布(水スペクトル画像)ｗを算出する。本実施形態では、画像のｘ方向に１／２だけシフトすることで、算出する。
【０１５６】
次に、本実施形態の残留信号除去部２４２の残留水信号除去処理について説明する。本実施形態においても、残留信号除去部２４２は、第一の実施形態と同様、残留信号除去処理を実施する。本実施形態の残留信号除去部２４２による残留信号除去処理の手順は、基本的に図１３に示す第一の実施形態の残留信号除去処理と同様である。ただし、除去処理ステップＳ１２０３で用いる連立方程式が異なる。
【０１５７】
まず、本実施形態における残留水信号について、図２３を用いて説明する。図２３(ａ)は代謝物スペクトル画像ｍ、図２３(ｂ)は分離処理によって算出した水シフトスペクトル画像ｗｓ、図２３(ｃ)は水シフトスペクトル画像ｗｓをシフト補正した水スペクトル画像ｗである。また、各スペクトル画像におけるボクセルＶＫ(ｘ、ｙ)の水の信号強度をそれぞれｍＶＫ、ｗＶＫ、ｗｓＶＫ、水シフトスペクトル画像ｗｓおよび水スペクトル画像ｗにおけるボクセルＶＬ(ｘ、ｙ＋Ｎ２／２)の水の信号強度をそれぞれｗＶＬ、ｗｓＶＬとする。
【０１５８】
第一の実施形態で説明したように、代謝物スペクトル画像ｍのボクセルＶＫにおける残留水信号ｍＶＫには、計測および分離処理の誤差によって水信号が残留する。特に本実施形態では、分離処理部２２３は、水信号と代謝物信号との分離だけでなくｙ方向に折り返された信号の分離も行うため、代謝物スペクトル画像ｍのボクセルＶＫにおける残留水信号ｍＶＫには、ボクセルＶＫだけでなく、折り返されたボクセルＶＬの水信号も混入する。
【０１５９】
従って、代謝物スペクトル画像ｍのボクセルＶＫにおける残留水信号ｍＶＫは、比例定数をｐ、ｑ、ｒ、ｓとして、以下の式(２０)で表わされる。
ｍＶＫ＝ｐ×ｗＶＫ＋ｑ×ｗｓＶＫ＋ｒ×ｗＶＬ＋ｓ×ｗｓＶＬ  (２０)
従って、式(２０)における比例定数ｐ、ｑ、ｒ、ｓを求めれば、代謝物スペクトル画像６３１の残留水信号ｍＶＫの大きさがわかり、それを除去できる。
【０１６０】
これらの比例定数ｐ、ｑ、ｒ、ｓは、第一の実施形態同様、代謝物スペクトル画像ｍ、水スペクトル画像ｗ、水シフトスペクトル画像ｗｓをスペクトル方向にＦＦＴすることにより得たＦＩＤ画像ｍｔ、ｗｔ、ｗｓｔから、ボクセル毎に、最小二乗法で算出する。
【０１６１】
ここで、時間方向の計測点数をＴとしたとき、各ボクセル(ｘ、ｙ)のＦＩＤ画像ｍｔ、ｗｔ、ｗｓｔの関係は、連立１次方程式(２１)で表される。
【数２１】
2012057222.tif 000013
なお、ｙｉ≦Ｎ２／２のとき、ｙｊ＝ｙｉ＋Ｎ２／２、ｙｉ＞Ｎ２／２のとき、ｙｊ＝ｙｉ−Ｎ２／２である。
【０１６２】
本実施形態の残留信号除去部２４２は、以上のように比例定数ｐ、ｑ、ｒ、ｓを算出する。そして、算出した比例定数ｐ、ｑ、ｒ、ｓを用いて、ボクセルＶＫ(ｘ、ｙ)における残留水信号ｍＶＫを算出し、式(２１)から得たＦＩＤ画像ｍｔから算出した残留水信号ｍＶＫを差し引いて、残留信号除去後のＦＩＤ画像ｍｃｔを算出する。
【０１６３】
そして、残留信号除去部２４２は、残留信号除去後のＦＩＤ画像ｍｃｔに対しフーリエ変換(ＦＦＴ)を行うことで、残留水信号ｍＶＫを除去した代謝物スペクトル画像を得る。
【０１６４】
なお、本実施形態においても、この残留信号除去部２４２は備えなくてもよい。
【０１６５】
また、本実施形態の上記計測制御部１６２の各部による計測制御処理の処理の流れは、第一の実施形態と同様である。
【０１６６】
以上説明したように、本実施形態によれば、第一の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態では、水シフト方向と異なる位相エンコード軸の計測点を間引いて計測し、ｋ−ｔデータを得る。このため、計測時間が、第一の実施形態に比べ、１／２に短縮される。従って、より高速に、化学シフトが異なる複数の物質の画像を取得することができる。
【０１６７】
第一の実施形態の変形例は、本実施形態にも適用できる。例えば、受信コイル数は４以上であればよい。また、受信コイルの形状、配置は、受信コイルに基づいて算出される感度行列に逆行列が存在する限り、問わない。また、水信号のシフト方向も、第一の実施形態同様、上記感度行列に逆行列が存在する限り、問わない。このとき、シフト方向は、ｇファクタ分布を用いて決定してもよい。また、各計測対象物質のシフト量もこれに限られない。また、パルスシーケンスは、位相エンコードが三次元のパルスシーケンスであってもよい。各受信コイルの感度分布は、予め撮影したＭＲＩ画像からだけでなく、水信号のみがシフトしたＦＩＤ画像から算出してもよい。計測対象物質の種類、数も、それぞれ、化学シフトが異なる限り、制約はない。
【０１６８】
＜＜第三の実施形態＞＞
次に、本発明を適用する第三の実施形態について説明する。本実施形態で用いるＭＲＩ装置１００は、基本的に第二の実施形態と同様の構成を有する。第二の実施形態では、水シフト方向と異なる位相エンコード軸の計測点を間引いて計測し、ｋ−ｔデータを得る。一方、本実施形態では、水シフト方向と同じ方向の位相エンコード軸の計測点を間引いて計測し、ｋ−ｔデータを得る。そして、ＲＦコイル感度を用いて、スペクトル画像上で折り返される信号をもどすとともに水・代謝物の信号を分離する。以下、第二の実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。
【０１６９】
本実施形態の計測制御部１６３は、図２４に示すように基本的に第二の実施形態と同様の構成を備える。ただし、本実施形態では、上述のようにｋ−ｔデータを取得するにあたり、計測点を間引いて計測する位相エンコード軸の方向が異なるため、シフト計測部２１３、分離処理部２２３、およびシフト補正部２３３の機能が異なる。以下、各部の詳細を説明する。
【０１７０】
ここでは、第二の実施形態同様、計測対象物質を水と代謝物とする。また、本実施形態の高周波磁場コイル系１３のＲＦコイルの構成は、図１６に示す４つの受信コイル３１〜３４とする。
【０１７１】
まず、本実施形態のシフト計測部２１３によるシフト計測処理について説明する。第二の実施形態同様、本実施形態のシフト計測部２１３は、予め保持する撮影パルスシーケンスに従って、ＲＦパルス送信部１２０、信号受信部１３０、傾斜磁場印加部１４０を動作させ、画像再構成部１５０に画像再構成処理を行わせることにより、このシフト計測処理を実現する。
【０１７２】
なお、本実施形態のシフト計測処理で実行されるパルスシーケンスは、基本的に第二の実施形態と同様であり、水信号の縦磁化のみを所定の強度に変調するプリパルスシーケンス３１０と、所望の領域からの信号を画像化する領域選択型ＭＲＳＩパルスシーケンスによる本計測パルスシーケンス３００とから構成される水シフトシーケンスである。
【０１７３】
本実施形態のシフト計測部２１３は、この水シフトシーケンスを、第一の実施形態同様、本計測パルスシーケンス３００の位相エンコードのステップ毎に、プリパルスシーケンス３１０の水選択励起パルスＲＦＣとして、ＲＦＣ１とＲＦＣ２とを交互に照射するよう制御し、水シフト計測を実行する。
【０１７４】
例えば、ｘ、ｙ方向の位相エンコード傾斜磁場をそれぞれＧｐ１、Ｇｐ２とし、ｋ空間上のｋｘ方向、ｋｙ方向の座標をそれぞれｋｘｎ１、ｋｙｎ２、これらに対応する位相エンコード傾斜磁場強度をそれぞれＧｐｘｎ１、Ｇｐｙｎ２、第一の実施形態における各位相エンコードステップの総数をそれぞれＮ１、Ｎ２とする。ｎ１、ｎ２、Ｎ１、Ｎ２は自然数であり、ｎ１≦Ｎ１、ｎ２≦Ｎ２とする。さらに、位相エンコード傾斜磁場Ｇｐｘｎ１、Ｇｐｙｎ２がそれぞれ０となるｎ１、ｎ２をそれぞれｖ１、ｖ２とした場合、ｋ空間座標(ｋｘｖ１、ｋｙｖ２)をｋ空間の中心(ｋ０)と定義する。
【０１７５】
第一の実施形態では、シフト計測部２１０は、ｋｘ方向については、ｎ１が奇数のときに水選択パルスＲＦＣ１を照射し、ｎ１が偶数のときに水選択パルスＲＦＣ２を照射するよう制御する。また、ｋｙ方向については特に変化を加えずに計測し、受信コイル３１〜３４毎にｋ−ｔデータを得る。このとき得られるｋ−ｔデータの、任意時間におけるｋ空間を図２５(ａ)に示す。ここで、Ｓ１およびＳ２は、水選択パルスＲＦＣ１、ＲＦＣ２によって強度変調された水の信号をそれぞれ表す。
【０１７６】
一方、本実施形態では、シフト計測部２１３は、ｋｘ方向については、特に変化を加えずに計測し、ｋｙ方向に関して、例えば、ｎ２が偶数となる計測点を間引いた上で、ｎ２が１、５、９、・・・、４ｎ２−３、・・・のときに水選択パルスＲＦＣ１を照射し、ｎ２が３、７、１１、・・・、４ｎ２−１、・・・のときに水選択パルスＲＦＣ２を照射して計測し、受信コイル３１〜３４毎のｋ−ｔデータを得る。このとき得られるｋ−ｔデータの、任意時間におけるｋ空間を図２５(ｂ)に示す。ここで、Ｓ１およびＳ２は、水選択パルスＲＦＣ１、ＲＦＣ２によって強度変調された水の信号をそれぞれ表す。また、印加する位相エンコード傾斜磁場強度Ｇｐｘｎ１、Ｇｐｙｎ２を座標軸に示す。
【０１７７】
このように、本実施形態の水シフトシーケンスにより得られる任意時間のｋ−ｔデータは、図２５(ｂ)に示すようにｋｙ方向には１ステップおきに間引かれてＳ１とＳ２とが交互に並び、ｋｘ方向には同じ信号強度の信号が並んだものとなる。
【０１７８】
なお、本実施形態においても、シフト計測部２１３は、水シフト計測により得られたｋ−ｔデータにそれぞれＦＦＴを施し、受信コイル３１〜３４毎のスペクトル画像を得る。
【０１７９】
次に、本実施形態の分離処理部２２３の分離処理について説明する。分離処理の説明に先立ち、本実施形態のシフト計測部２１３が上記手順で取得した本実施形態のスペクトル画像について図２６を用いて説明する。図２６において、画像８１１および画像８１２は代謝物スペクトル画像８１０の上部および下部、画像８２１および画像８２２は水シフトスペクトル画像８２０の上部および下部をそれぞれ表す。計測されるスペクトル画像８３０は、画像８１１、８１２、８２１、８２２の和として算出される。
【０１８０】
つまり、本実施形態のシフト計測部２１３により計測されるスペクトル画像８３０は、ｋｙ方向を間引いて計測することによってｙ方向で画像が折り返され、さらに水シフト計測によって水信号がｙ方向にシフトする。したがって、スペクトル画像８３０上のボクセルＶＱは、各画像８１１、８１２、８２１、８２２における同一位置のボクセルＶＭ、ＶＮ、ＶＯ、ＶＰの和となる。
【０１８１】
本実施形態の分離処理部２２３は、第二の実施形態同様、分離処理として、水と代謝物質との信号の分離とともに、折り返された信号間の分離も行う。これにより、ボクセルＶＱからボクセルＶＭ、ＶＮ、ＶＯ、ＶＰの各信号を分離し、最終的には、代謝物スペクトル画像８１０および水シフトスペクトル画像８２０を算出する。
【０１８２】
算出は、水感度分布Ｃｗと代謝物感度分布Ｃｍとを用いて行う。この水感度分布Ｃｗは、各受信コイル３１〜３４の感度分布(代謝物感度分布Ｃｍ)をｙ方向に−１／４だけシフトさせることで算出される。
【０１８３】
代謝物スペクトル画像をｍ、画像上でｙ方向に−１／４だけシフトした水シフトスペクトル画像をｗｓとし、受信コイル３１〜３４で計測して得た各スペクトル画像上の任意のボクセル(ｘ、ｙ)における代謝物感度分布をそれぞれＣｍ(ａ、ｘ、ｙ)、Ｃｍ(ｂ、ｘ、ｙ)、Ｃｍ(ｃ、ｘ、ｙ)、Ｃｍ(ｄ、ｘ、ｙ)、水感度分布をそれぞれＣｗ(ａ、ｘ、ｙ)、Ｃｗ(ｂ、ｘ、ｙ)、Ｃｗ(ｃ、ｘ、ｙ)、Ｃｗ(ｄ、ｘ、ｙ)、代謝物信号をｍ(ｘ、ｙ)、水シフト信号をｗｓ(ｘ、ｙ)、ｙ方向の画像点数をＮ２とすると、代謝物スペクトル画像ｍ、画像上でｙ方向に−１／４だけシフトした水シフトスペクトル画像ｗｓの各座標点(ｘ、ｙ)における代謝物信号ｍ(ｘ、ｙ)、水シフト信号ｗｓ(ｘ、ｙ)は、感度行列Ｃの行列式が０でない場合、その逆行列Ｃ−１を用い、各受信コイル３１〜３４で計測したエコー信号から再構成されるスペクトル画像におけるボクセル(ｘ、ｙ)の信号強度Ｉ(ａ、ｘ、ｙ)、Ｉ(ｂ、ｘ、ｙ)、Ｉ(ｃ、ｘ、ｙ)、Ｉ(ｄ、ｘ、ｙ)から、第二の実施形態と同様、式(１８)または式(１９)より算出できる。
【０１８４】
本実施形態のシフト補正部２３３は、第一の実施形態同様、算出した水シフトスペクトル画像ｗｓに対し、水シフト計測によってシフトした移動量分だけ位置を補正するシフト補正を実施し、水信号分布(水スペクトル画像)ｗを算出する。ただし、本実施形態のシフト補正は、画像上でシフト補正処理を行う場合、画像のｙ方向に＋１／４だけシフトさせる。このとき、水シフト計測において、ｋ空間中心ｋ０で水選択パルスＲＦＣ２を照射した場合は、画像のｙ方向に＋１／４だけシフトさせた後、−１を乗算する。一方、ｋ空間上でシフト補正処理を行う場合、式(１)を用いてｋｙ方向の各点で位相＋π／２を乗算する。
【０１８５】
また、本実施形態の残留信号除去部２４３による残留信号除去処理は、第二の実施形態と同様である。また、上記各実施形態と同様に、残留信号除去部は備えなくてもよい。
【０１８６】
また、本実施形態の上記計測制御部１６３の各部による計測制御処理の処理の流れも上記各実施形態と同様である。
【０１８７】
以上説明したように、本実施形態によれば、第二の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態は、例えば、本計測パルスシーケンス３００に、ＥＰＳＩ(Ｅｃｈｏ−  Ｐｌａｎａｒ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ)といった位相エンコード方向が限られるパルスシーケンスを用いる場合であっても適用できる。従って、本実施形態は、本計測に用いるパルスシーケンスによらず、第二の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１８８】
第一の実施形態の変形例は、本実施形態にも適用できる。例えば、受信コイル数は４以上であればよい。また、受信コイルの形状、配置は、受信コイルに基づいて算出される感度行列に逆行列が存在する限り、問わない。また、水信号のシフト方向も、第一の実施形態同様、上記感度行列に逆行列が存在する限り、問わない。このとき、シフト方向は、ｇファクタ分布を用いて決定してもよい。また、各計測対象物質のシフト量もこれに限られない。また、パルスシーケンスは、位相エンコードが三次元のパルスシーケンスであってもよい。各受信コイルの感度分布は、予め撮影したＭＲＩ画像からだけでなく、水信号のみがシフトしたＦＩＤ画像から算出してもよい。計測対象物質の種類、数も、それぞれ、化学シフトが異なる限り、制約はない。
【０１８９】
なお、上記各実施形態では、本計測パルスシーケンス３００として、図５に示す基本的なＭＲＳＩパルスシーケンスを用いる場合を例にあげて説明した。しかし、本計測パルスシーケンス３００に用いるパルスシーケンスはこれに限られない。例えば、ＦＳＥ系の高速ＭＲＳＩ、振動傾斜磁場系高速ＭＲＳＩなどのパルスシーケンスであってもよい。
【０１９０】
図２７に、この振動傾斜磁場系高速ＭＲＳＩパルスシーケンス３２０の例を示す。本図に示す振動傾斜磁場系高速ＭＲＳＩパルスシーケンス３２０では、図５に示すＭＲＳＩパルスシーケンス３００の位相エンコード傾斜磁場Ｇｐ２の代わりに、振動傾斜磁場Ｇｒ１を印加する。振動傾斜磁場Ｇｒ１を印加しながら信号を受信することで、印加軸方向に周波数エンコードされた信号ＳＥ１を、時系列に取得する。
【０１９１】
ただし、本計測パルスシーケンス３００として振動傾斜磁場系高速ＭＲＳＩパルスシーケンス３２０を用いる場合、位相エンコード傾斜磁場の印加軸が一軸であるため、水信号をシフトする方向はｘまたはｙ方向の２方向に制限される。例えば、第一の実施形態で説明したように、ｇファクタ分布を算出し、ｘ方向またはｙ方向のうち、ＳＮＲが最大となる方向を位相エンコードと設定し計測する。
【０１９２】
なお、図２７に示す振動傾斜磁場系高速ＭＲＳＩパルスシーケンス３２０は、位相エンコード方向がｘ方向の二次元のパルスシーケンスの例であるが、位相エンコードがｘ、ｙ、ｚ方向のいずれか二方向の三次元計測の振動傾斜磁場系高速ＭＲＳＩパルスシーケンスを本計測に用いてもよい。この場合、選択できる水信号のシフト方向は、ｘ、ｙ、ｚ、ｘｙ、ｙｚ、ｚｘ方向の６パターンとなる。この場合も、ｇファクタ分布からＳＮＲが最大となるシフト方向を決定してもよい。
【０１９３】
また、第一から第三の実施形態では、シフトさせる計測対象物質のシフト量を、画像の各方向のデータ点数の半分とする場合を例にあげて説明したが、各計測対象物質のシフト量はこれに限られない。分離可能とするため、それぞれのシフト量が異なっていればよい。
【０１９４】
以上説明したように、上記第一から第三の実施形態では、信号受信部は、少なくとも分離する物質の数以上の受信コイルを備え、受信した前記核磁気共鳴信号を受信コイル毎に異なるｋ空間に配置し、計測制御部は、複数の計測対象物質をそれぞれ異なるシフト量だけ画像上で空間的にシフトさせて受信コイル毎に計測画像を取得するシフト計測部と、各受信コイルの感度分布を用い、シフト計測部で取得した計測画像を複数の物質毎の計測画像に分離する分離処理部と、分離処理部で分離後の物質毎の計測画像において、シフト量を補正するシフト補正部と、を備える。
【０１９５】
例えば、シフト計測部は、複数の物質の縦磁化をそれぞれ、当該物質の縦磁化のみを強度変調する周波数選択パルスを照射するプリパルスシーケンスを含む撮影シーケンスを実行し、撮影シーケンスにおいて、本計測シーケンスの位相エンコード毎に、前記周波数選択パルスを、異なる２種のフリップ角で交互に照射するよう制御してもよい。
【０１９６】
例えば、周波数選択パルスの異なる２種のフリップ角は、極性が正負逆であり、かつ、当該周波数選択パルスで強度変調する物質の強度変調後の縦磁化の絶対値を等しくする値としてもよい。
【０１９７】
例えば、計測制御部は、１つの物質の計測画像の信号に残留する他の物質の信号を除去する残留信号除去部をさらに備えてもよい。
【０１９８】
例えば、シフト計測部は、各物質を、ＳＮＲが最大となる方向にシフトさせて受信コイル毎の計測画像を取得し、シフトさせる方向は、前記各受信コイルの感度分布から算出される、ＳＮＲの指標となるｇファクタマップを用いて決定してもよい。
【０１９９】
また、例えば、周波数選択パルスの異なる２種のフリップ角は、０度と、当該周波数選択パルスで強度変調する物質の強度変調後の縦磁化を０とする値としてもよい。
【０２００】
また、例えば、分離処理部が用いる感度分布は、計測対象物質それぞれのシフト量に応じて、計測対象物質の物質数だけ作成されてもよい。
【０２０１】
＜＜第四の実施形態＞＞
次に、本発明を適用する第四の実施形態について説明する。第一の実施形態では、水シフト計測によって得たスペクトル画像の撮影視野と同じ撮影視野の水スペクトル画像および代謝物スペクトル画像を算出する。一方、本実施形態では、第一の実施形態と同様の水シフト計測によって得たスペクトル画像の撮影視野に対して、撮影視野を各軸方向に倍（以後、単に倍と呼ぶ）に展開するとともに水と代謝物の信号を分離し、倍の撮影視野の水スペクトル画像および代謝物スペクトル画像を算出する。
【０２０２】
例えば、水と代謝物を分離するにあたり、皮下脂肪のような大きな信号を有する物質が在る場合、分離後の代謝物スペクトル画像に、水シフト計測の撮影視野外に存在する皮下脂肪の信号が折り返されて混入することがある。折り返されて混入する撮影視野外の信号は、撮影視野を倍に展開することにより除去できる。このため、本実施形態は、水シフト計測の撮影視野の外に存在する信号が折り返されて混入するとき、この折り返された信号を除去しつつ水と代謝物の信号を分離することができる。
【０２０３】
本実施形態の説明に先立ち、水シフト計測の撮影視野の外に存在する信号が折り返されて混入する現象(折返し現象)について、図２８を用いて説明する。図２８における破線９０１は皮下脂肪を、点線９０２は関心領域を、実線９０３は撮影視野を、それぞれ表す。また、ボクセルＶＡＡは関心領域９０２内に位置するボクセルを、ボクセルＶＡＢは皮下脂肪９０１に位置するボクセルを、それぞれ表す。なお、ここでは簡単のため、この折り返し現象を、本実施形態の水シフト計測ではなく、水を十分に抑制して計測する通常の領域選択型ＭＲＳI計測を例として説明する。
【０２０４】
領域選択型ＭＲＳI計測において関心領域９０２を励起する際、ＲＦパルスの照射時間が有限のため、励起プロファイルは完全な矩形とはならず、立ち上がりが緩やかかつサイドローブが生じた励起プロファイルとなる。このサイドローブによってボクセルＶＡＢに位置する皮下脂肪９０１もわずかに励起される。
【０２０５】
図２８(ｂ)は、撮影視野９０３で領域選択型ＭＲＳI計測を実施した時の模式図である。図２８(ｂ)に示すように、ボクセルＶＡＢの信号が折り返されてボクセルＶＡＡに混入する。通常、代謝物の信号強度に対して、皮下脂肪の信号強度は数１００〜数１０００倍高いため、励起プロファイルのサイドローブが小さくても混入する皮下脂肪信号の信号強度は代謝物の信号に影響を及ぼすほど大きくなる。従って、励起プロファイルが完全な矩形でない場合、大きな信号強度の皮下脂肪信号が混入し、診断能を低下させる。
【０２０６】
本実施形態では、撮影視野内に折り返された脂肪信号を倍の撮影視野に展開して水と代謝物とに分離する。従って、このような励起プロファイルの不正確性によって、撮影視野外の皮下脂肪信号が励起され混入する場合であっても、診断に不要な皮下脂肪信号の混入を防ぐことができ、診断能が向上する。
【０２０７】
以下、本実施形態について、第一の実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。本実施形態で用いるＭＲＩ装置１００は、基本的に第一の実施形態と同様の構成を有する。また、図２９に示すように、本実施形態の計測制御部１６４の構成も第一の実施形態と基本的に同様である。
【０２０８】
ただし、本実施形態では、上述のように、計測対象物質を分離する際、倍の視野への展開も行う。従って、分離処理部２２４の処理が第一の実施形態と異なる。また、これに伴い、シフト補正部２３４の処理も、第一の実施形態と異なる。
【０２０９】
また、本実施形態の高周波磁場コイル系１３は、基本的に第一の実施形態同様、異なる共鳴周波数の複数の物質の信号を同時に計測し、再構成画像において分離する。さらに、本実施形態では、折り返されて重なる領域も分離する。本実施形態においても、これらの分離において、受信コイルの感度分布を用いる。このため、本実施形態では、少なくとも、分離する物質毎に、分離する領域数(「分離する物質数」×「分離する領域数」)分の受信コイルを必要とする。
【０２１０】
以下、本実施形態の計測制御部１６４の各部の詳細を説明する。ここでは、第一の実施形態同様、計測対象物質を水と代謝物とする。
【０２１１】
まず、本実施形態のシフト計測部２１０によるシフト計測処理について説明する。本実施形態のシフト計測部２１０は、複数の計測対象物質をそれぞれ異なるシフト量だけ画像上で空間的にシフトさせて受信コイル毎に計測画像を取得する。第一の実施形態同様、本実施形態のシフト計測部２１０は、予め保持するパルスシーケンスに従って、ＲＦパルス送信部１２０、信号受信部１３０、傾斜磁場印加部１４０を動作させ、画像再構成部１５０に画像再構成処理を行わせることにより、このシフト計測処理を実現する。
【０２１２】
本実施形態のシフト計測処理で実行されるパルスシーケンスは、第一の実施形態と同様であり、水信号の縦磁化のみを所定の強度に変調するプリパルスシーケンス３１０と、所望の領域からの信号を画像化する領域選択型ＭＲＳＩパルスシーケンスによる本計測パルスシーケンス３００とから構成される水シフトシーケンスである。
【０２１３】
本実施形態のシフト計測部２１０は、この水シフトシーケンスを、第一の実施形態同様、本計測パルスシーケンス３００の位相エンコードのステップ毎に、プリパルスシーケンス３１０の水選択励起パルスＲＦＣとして、ＲＦＣ１とＲＦＣ２とを交互に照射するよう制御し、水シフト計測を実行する。
【０２１４】
以下、本実施形態では、シフト計測部２１０が、図１７、図１８に示すシフト方向をｘｙ方向とした水シフト計測を行う場合を例にあげて説明する。
【０２１５】
なお、本実施形態においても、シフト計測部２１０は、水シフト計測により得られたｋ−ｔデータにそれぞれＦＦＴを施し、複数備える受信コイル毎のスペクトル画像を得る。
【０２１６】
次に、本実施形態のシフト計測部２１０が取得するスペクトル画像について図３０を用いて説明する。図３０において、画像３０１１、３０１２、３０１３、３０１４は、水シフト計測の撮影視野の倍の撮影視野を持つ代謝物スペクトル画像３０１０の、右上の領域(右上部)、右下の領域(右下部)、左上の領域(左上部)、左下の領域(左下部)をそれぞれ表す。また、画像３０２１、３０２２、３０２３、３０２４は、水シフト計測の撮影視野の倍の撮影視野を持つ水シフトスペクトル画像３０２０の右上部、右下部、左上部、左下部をそれぞれ表す。以下、水シフト計測の撮影視野を単に撮影視野、水シフト計測の撮影視野の倍の撮影視野を倍撮影視野と呼ぶ。
【０２１７】
計測されるスペクトル画像３０３０は、図３０に示すように、画像３０１１、３０１２、３０１３、３０１４、３０２１、３０２２、３０２３、３０２４の和である。
【０２１８】
つまり、本実施形態のシフト計測部２１０により計測されるスペクトル画像３０３０上のボクセルＶＣＣは、各画像３０１１、３０１２、３０１３、３０１４、３０２１、３０２２、３０２３、３０２４における同一位置のボクセルＶＡＣ、ＶＡＤ、ＶＡＥ、ＶＡＦ、ＶＢＣ、ＶＢＤ、ＶＢＥ、ＶＢＦの和となる。
【０２１９】
本実施形態の分離処理部２２４は、後述する分離処理として、折り返された信号間の分離を行うとともに、第一の実施形態と同様の水と代謝物質との信号の分離も行う。これにより、本実施形態の分離処理部２２４は、ボクセルＶＣＣからボクセルＶＡＣ、ＶＡＤ、ＶＡＥ、ＶＡＦ、ＶＢＣ、ＶＢＤ、ＶＢＥ、ＶＢＦの各信号を分離し、最終的には、倍撮影視野を持つ代謝物スペクトル画像３０１０および水シフトスペクトル画像３０２０を算出する。
【０２２０】
このように、本実施形態では、４つの領域を分離する。また、水と代謝物という２種の物質を分離する。従って、本実施形態の高周波磁場コイル系１３では、少なくとも、４×２の８個の受信コイルを備える。
【０２２１】
ここで、本実施形態の高周波磁場コイル系１３の受信コイルの構成を説明する。ここでは、高周波磁場コイル系１３は、図３１に示す８つの受信コイル４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８を備えるものとする。
【０２２２】
これらの８つの受信コイル４１〜４８は、ｘｙ平面上の断面において、それぞれ略１／８の円弧形状を有し、全体で円筒形を成すよう配置される。それぞれの受信コイル４１〜４８は、増幅器１８に別個に接続され、計測された高周波信号は別個に取得される。
【０２２３】
なお、本図では、簡単のため、送信用のＲＦコイルやデチューニング回路を省略する。また、この例では８つの受信コイル４１〜４８の隣り合う受信コイルにおいて、構成する導体が一致または接するよう構成されているが、本構成に限られない。例えば、受信コイル４１〜４８が構成する円筒形の側面において、隣り合う受信コイルの一部が重なるよう配置されていてもよい。
【０２２４】
これらの受信コイル４１〜４８の形状や配置は、図３１に示すものに限られない。これら８つの受信コイル４１〜４８に基づいて算出される感度行列Ｃに逆行列が存在すればよく、様々な変形が可能である。
【０２２５】
次に、本実施形態の分離処理部２２４による分離処理について説明する。本実施形態の分離処理部２２４は、第一の実施形態同様、各受信コイルの感度分布を用い、前記シフト計測部２１０で取得した計測画像を複数の物質毎の計測画像に分離する。そして、本実施形態では、分離する際、前記受信コイル毎の計測画像を、撮影視野の、各軸方向に倍のサイズの撮影視野(倍撮影視野）を有する画像に展開して物質毎の計測画像を算出する。また、用いる感度分布を、計測対象物質の物質数だけ作成する。そして、計測対象物質の中から基準物質を決定する。この基準物質の感度分布である基準物質感度分布は、予め作成された、受信コイル毎の倍撮影視野の感度分布を、当該基準物質のシフト量に応じてシフトさせて作成する。他の計測対象物質の感度分布は、基準物質感度分布から、撮影視野のサイズの感度分布を抽出し、当該抽出した感度分布を、各計測対象物質の、基準物質のシフト量に対する相対シフト量に応じてシフトさせ、抽出した領域以外を０パディングすることにより、倍撮影視野の感度分布として作成される。基準物質感度分布から撮影視野サイズの感度分布を抽出する際は、同心かつ各辺が平行になるよう抽出する。なお、本実施形態では、信号受信部１３０は、分離する物質の数毎に、展開して分離する領域数の受信コイルを少なくとも備える。
【０２２６】
すなわち、本実施形態でも分離処理は、計測対象物質毎の感度分布を作成し、それを用いて行う。本実施形態では、分離対象物質が、水と代謝物であるため、分離処理部２２４は、予め得た各受信コイルの倍撮影視野を持つ感度分布から倍撮影視野を持つ水感度分布Ｃｗと代謝物感度分布Ｃｍとを作成する。そして、作成したこれらの感度分布用い、倍撮影視野を持つ代謝物スペクトル画像３０１０および水シフトスペクトル画像３０２０を算出する。なお、本実施形態では、上記基準計測物質をこの代謝物とする。代謝物はシフトさせていないため、代謝物感度分布Ｃｍには、予め取得した受信コイルの倍撮影視野を持つ感度分布をそのまま用いる。
【０２２７】
まず、本実施形態の分離処理部２２４による水感度分布Ｃｗと代謝物感度分布Ｃｍの算出手順を、図３２および図３３を用いて説明する。ここでは、受信コイル４１の水感度分布Ｃｗと代謝物感度分布Ｃｍの算出方法を例として説明する。図３２は、本実施形態の分離処理部２２４による、各感度分布を作成する処理フローである。また、図３３では、撮影視野を３１０１、倍撮影視野を３１０２とする。
【０２２８】
まず、倍撮影視野３１０２を有する代謝物感度分布Ｃｍを算出する(Ｓ１５０１)。この代謝物感度分布Ｃｍは、上述のように、第一の実施形態と同様、一般的に知られる感度分布算出法と同様の手法で算出する。この代謝物感度分布Ｃｍを、図３３(ａ)に示す。
【０２２９】
次に、代謝物感度分布Ｃｍを水シフト計測の撮影視野３１０１に切り取り、撮影視野３１０１を有する感度分布Ｃｍ１を算出する(Ｓ１５０２)。得られた感度分布Ｃｍ１を図３３(ｂ)に示す。
【０２３０】
次に、感度分布Ｃｍ１を水シフト計測によってシフトさせる水のシフト量だけ感度分布Ｃｍ１をシフトさせることにより、水シフト計測のシフト量に合わせてシフトした、シフト後の感度分布Ｃｗ１を算出する(Ｓ１５０３)。本実施形態の例では、感度分布Ｃｍ１を、ｘ方向、ｙ方向にそれぞれ水シフト計測の撮影視野３１０１の１／２だけシフトさせる。得られた感度分布Ｃｗ１を図３３(ｃ)に示す。
【０２３１】
最後に、倍撮像視野３１０２の、感度分布Ｃｗ１の撮影視野３１０１外の領域をゼロ詰めし、倍撮影視野３１０２を有する水感度分布Ｃｗを算出する(Ｓ１５０４)。得られた倍撮影視野の水感度分布Ｃｗを図３３(ｄ)に示す。
【０２３２】
同様の計算を他の受信コイル４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８でも行い、受信コイル毎に、倍撮像視野３１０２を有する、代謝物感度分布と水感度分布とを得る。
【０２３３】
次に、分離処理部２２４による水感度分布Ｃｗと代謝物感度分布Ｃｍとを用いた分離処理について説明する。上述のように、各受信コイル４１〜４８で計測したエコー信号から再構成されるスペクトル画像における任意のボクセルの信号強度は、各分離対象物質それぞれの倍撮影視野に展開後の４領域の信号に各受信コイル４１〜４８の感度による重みを乗算したものを加算したものである。
【０２３４】
すなわち、それぞれ倍撮影視野を持つ代謝物スペクトル画像をＭ、水シフトスペクトル画像をＷｓとし、各受信コイル４１〜４８で計測して得た各スペクトル画像上の任意のボクセルｒ1(ｘ、ｙ)における代謝物感度分布を、それぞれＣｍ(ｃ１、ｘ、ｙ)、Ｃｍ(ｃ２、ｘ、ｙ)、Ｃｍ(ｃ３、ｘ、ｙ)、Ｃｍ(ｃ４、ｘ、ｙ)、Ｃｍ(ｃ５、ｘ、ｙ)、Ｃｍ(ｃ６、ｘ、ｙ)、Ｃｍ(ｃ７、ｘ、ｙ)、Ｃｍ(ｃ８、ｘ、ｙ)、水感度分布をそれぞれＣｗ(ｃ１、ｘ、ｙ)、Ｃｗ(ｃ２、ｘ、ｙ)、Ｃｗ(ｃ３、ｘ、ｙ)、Ｃｗ(ｃ４、ｘ、ｙ)、Ｃｗ(ｃ５、ｘ、ｙ)、Ｃｗ(ｃ６、ｘ、ｙ)、Ｃｗ(ｃ７、ｘ、ｙ)、Ｃｗ(ｃ８、ｘ、ｙ)、代謝物信号をＭ(ｘ、ｙ)、水シフト信号をＷｓ(ｘ、ｙ)とし、水シフト計測のｘ方向、ｙ方向の画像点数をそれぞれＮ１、Ｎ２とする。各受信コイル４１〜４８で計測したエコー信号から再構成されるスペクトル画像におけるボクセルｒ1(ｘ、ｙ)の信号強度Ｉ(ｃ１、ｘ、ｙ)、Ｉ(ｃ２、ｘ、ｙ)、Ｉ(ｃ３、ｘ、ｙ)、Ｉ(ｃ４、ｘ、ｙ)、Ｉ(ｃ５、ｘ、ｙ)、(ｃ６、ｘ、ｙ)、Ｉ(ｃ７、ｘ、ｙ)、Ｉ(ｃ８、ｘ、ｙ)は、以下の式(２２)で表される。
【数２２】
2012057222.tif 000014
【０２３５】
従って、倍撮影視野を持つ代謝物スペクトル画像Ｍ、水シフトスペクトル画像Ｗｓの、各座標点(ｘ、ｙ)における代謝物信号Ｍ(ｘ、ｙ)、水シフト信号Ｗｓ(ｘ、ｙ)は、感度行列Ｃの行列式が０でない場合、その逆行列Ｃ−１を用い、以下の式(２３)により算出される。
【数２３】
2012057222.tif 000015
【０２３６】
ここで、Ｍ(ｘ、ｙ＋Ｎ２)、Ｍ(ｘ、ｙ)、Ｍ(ｘ＋Ｎ１、ｙ＋Ｎ２)、Ｍ(ｘ＋Ｎ１、ｙ)は、それぞれ、倍撮影視野を持つ代謝物スペクトル画像Ｍの左上部、左下部、右上部、右下部を表す。また、Ｗｓ(ｘ、ｙ＋Ｎ２)、Ｗｓ(ｘ、ｙ)、Ｗｓ(ｘ＋Ｎ１、ｙ＋Ｎ２)、Ｗｓ(ｘ＋Ｎ１、ｙ)は、それぞれ、倍撮影視野を持つ水シフトスペクトル画像Ｗｓの左上部、左下部、右上部、右下部を表す。
【０２３７】
得られた代謝物スペクトル画像Ｍの左上部と左下部と右上部と右下部とをｘ方向、ｙ方向にそれぞれ結合することで、倍撮影視野を持つ代謝物スペクトル画像Ｍを、水シフトスペクトル画像Ｗｓの左上部と左下部と右上部と右下部とをｘ方向、ｙ方向にそれぞれ結合することで、倍撮影視野を持つ水シフトスペクトル画像Ｗｓを算出する。
【０２３８】
なお、倍撮影視野を持つ代謝物スペクトル画像Ｍおよび水シフトスペクトル画像Ｗｓの算出は、上記手法に限られない。例えば、以下の式(２４)に示すノイズ相関行列Ψを用いた重み付け演算により算出してもよい。
【数２４】
2012057222.tif 000016
【０２３９】
次に本実施形態のシフト補正部２３４によるシフト補正処理ついて説明する。本実施形態のシフト補正部２３４は、第一の実施形態同様、分離処理部２２４で分離後の物質毎の計測画像において、シフト量を補正する。このとき、本実施形態では、さらに、前記展開後の計測画像から展開前の撮影視野に対応する画像を抽出する。
【０２４０】
すなわち、本実施形態のシフト補正部２３４は、まず、得られた倍撮影視野を持つ代謝物スペクトル画像Ｍおよび水シフトスペクトル画像Ｗｓを、撮影視野で切り出す(抽出する)撮影視野切り出し処理を実施する。この撮影視野切り出し処理を実施することで、本実施形態のシフト補正部２３４は、代謝物スペクトル画像ｍおよび水シフトスペクトル画像ｗｓを算出する。
【０２４１】
その後、第一の実施形態同様、算出した水シフトスペクトル画像ｗｓに対し、水シフト計測によってシフトした移動量分だけ位置を補正するシフト補正を実施し、水信号分布(水スペクトル画像)ｗを算出する。本実施形態では、画像のｘ方向、ｙ方向にそれぞれ１／２だけシフトする。
【０２４２】
なお、本実施形態のシフト補正部２３４の撮影視野切り出し処理を分離処理部２２４で実施してもよい。このとき、シフト補正部２３４は、第一の実施形態のシフト補正部２３０と同様に、シフト量の補正のみを行う。
【０２４３】
なお、本実施形態においても、第一の実施形態同様、残留信号除去部２４０を備え、残留水信号を除去するよう構成してもよい。また、同様に、この残留信号除去部２４０は備えなくてもよい。
【０２４４】
本実施形態の計測制御部１６４の他の構成は、第一の実施形態と同様である。従って、本実施形態の計測制御部１６４の各部による計測制御処理の処理の流れは、第一の実施形態と同様である。
【０２４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、信号受信部１３０は、少なくとも分離する物質の数以上の受信コイルを備え、受信した前記核磁気共鳴信号を受信コイル毎に異なるｋ空間に配置し、計測制御部１６４は、複数の計測対象物質をそれぞれ異なるシフト量だけ画像上で空間的にシフトさせて受信コイル毎に計測画像を取得するシフト計測部２１０と、各受信コイルの感度分布を用い、シフト計測部２１０で取得した計測画像を複数の物質毎の計測画像に分離する分離処理部２２４と、分離処理部２２０で分離後の物質毎の計測画像において、シフト量を補正するシフト補正部２３４と、を備える。
【０２４６】
従って、第一の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態では、分離処理部２２４は、分離する際、前記受信コイル毎の計測画像を撮影視野の倍の視野に展開して物質毎の計測画像を算出し、シフト計測部２３４は、さらに、前記展開後の計測画像から展開前の撮影視野に対応する画像を抽出し、信号受信部１３０は、分離する物質の数毎に、展開して分離する領域数の受信コイルを少なくとも備える。
【０２４７】
従って、本実施形態では、領域選択型ＭＲＳＩにおいて、励起プロファイルの不正確性によって、撮影視野外の信号であって、計測対象物質の信号に影響を及ぼすほど大きな信号を有する物質の信号が励起されるとき、撮影視野内に折り返された、その大きな信号を、倍撮影視野に展開することで除去することができ、得られる画像の質を向上させ、診断能を高めることができる。撮影視野外の信号であって、計測対象物質の信号に影響を及ぼすほど大きな信号を有する物質の信号は、例えば、計測対象が代謝物の場合、皮下脂肪信号である。この場合、撮影視野内に折り返された脂肪信号を倍撮影視野に展開することで診断に不要な皮下脂肪信号の混入を防ぎ、診断能を向上させることができる。
【０２４８】
第一の実施形態の変形例は、本実施形態にも適用できる。例えば、水信号のシフト方向は、第一の実施形態同様、上記感度行列に逆行列が存在する限り、問わない。シフト方向を、ｇファクタ分布を用いて決定してもよい。また、パルスシーケンスは、位相エンコードが三次元のパルスシーケンスであってもよい。各受信コイルの感度分布は、予め撮影したＭＲＩ画像からだけでなく、水信号のみがシフトしたＦＩＤ画像から算出してもよい。また、本実施形態においても、計測対象物質が水と代謝物質である場合を例にあげて説明したが、計測対象物質はこれに限られない。また、計測対象物質数もこれに限られない。さらに、本実施形態では、代謝物質のシフト量を０、水のシフト量を、画像の各方向のデータ点数の半分とする場合を例にあげて説明したが、各計測対象物質のシフト量もこれに限られない。
【０２４９】
なお、計測対象物質数が３以上の場合、基準とする計測物質を１つ特定し、基準とする計測物質の感度分布に、図３３(ａ)で示すように、公知の手法で作成した倍撮影視野の感度分布を用いる。ただし、基準とする計測物質がシフトされている場合、公知の手法で作成した倍撮影視野の感度分布を、同シフト量、シフトさせる。また、他の計測物質については、基準とする計測物質の感度分布を、図３３(ａ)の感度分布とし、そこから、それぞれ、図３３で説明した手法で作成する。このとき、シフト量は、基準とする計測物質のシフト量に対する相対的なシフト量を用いる。
【０２５０】
すなわち、分離処理部２２４が用いる感度分布は、計測対象物質の物質数だけ作成される。そして、計測対象物質の中から基準物質を決定する。この基準物質の感度分布である基準物質感度分布は、予め作成された倍撮影視野の感度分布を、当該基準物質のシフト量に応じてシフトさせて作成する。他の計測対象物質の感度分布は、基準物質感度分布から、撮影視野の感度分布を抽出し、当該抽出した感度分布を、各計測対象物質の、前記基準物質のシフト量に対する相対シフト量に応じてシフトさせた後、０パディングすることにより倍撮影視野の感度分布として作成される。
【符号の説明】
【０２５１】
１０：測定対象、１１：静磁場発生磁石、１２：傾斜磁場発生コイル、１３：高周波磁場コイル系、１４：制御装置、１５：傾斜磁場電源、１６：シンセサイザ、１７：変調装置、１８：増幅器、１９：ＡＤ変換器、２０：計算機、２１：送信ＲＦコイル、２２：受信コイル、２３：受信コイル、２４：デチューニング回路、２５：デチューニング回路、２６：デチューニング回路、３１：受信コイル、３２：受信コイル、３３：受信コイル、３４：受信コイル、４１：受信コイル、４２：受信コイル、４３：受信コイル、４４：受信コイル、４５：受信コイル、４６：受信コイル、４７：受信コイル、４８：受信コイル、１００：ＭＲＩ装置、１０１：ＭＲＩ装置、１０２：ＭＲＩ装置、１１０：静磁場発生部、１２０：ＲＦパルス照射部、１３０：信号検出部、１４０：傾斜磁場印加部、１５０：画像再構成部、１６０：計測制御部、１６２：計測制御部、１６３：計測制御部、１６４：計測制御部、２１０：シフト計測部、２１２：シフト計測部、２１３：シフト計測部、２２０：分離処理部、２２２：分離処理部、２２３：分離処理部、２２４：分離処理部、２３０：シフト補正部、２３３：シフト補正部、２３４：シフト補正部、２４０：残留信号除去部、２４２：残留信号除去部、３００：本計測パルスシーケンス、３０１：振動傾斜磁場系高速ＭＲＳＩパルスシーケンス、３０２：パルス中心、３０３：パルス中心、３１０：プリパルスシーケンス、３２０：パルス中心、４０１：断面、４０２：断面、４０３：断面、４０４：関心領域、４１０：トランス像、４２０：サジタル像、４３０：コロナル像、５０１：水・代謝信号分布、５２０：感度分布、５２２：代謝物スペクトル画像、５２３：水スペクトル画像、５２４：スペクトル画像、５３０：感度分布、５３２：代謝物スペクトル画像、５３３：水スペクトル画像、５３４：スペクトル画像、５４０：シフト感度分布、５４１：水信号シフト分布、６００：撮像視野、６１０：水信号分布、６２０：水信号シフト分布、６３０：スペクトル画像、７１０：代謝物スペクトル画像、７１１：代謝物スペクトル画像上部、７１２：代謝物スペクトル画像下部、７２０：水シフトスペクトル画像、７２１：水シフトスペクトル画像上部、７２２：水シフトスペクトル画像下部、８１０：代謝物スペクトル画像、８１１：代謝物スペクトル画像上部、８１２：代謝物スペクトル画像下部、８２０：水シフトスペクトル画像、８２１：水シフトスペクトル画像上部、８２２：水シフトスペクトル画像下部、８３０：スペクトル画像、９０１：皮下脂肪、９０２：関心領域、９０３：撮影視野、３０１０：代謝物スペクトル画像、３０１１：代謝物スペクトル画像右上部、３０１２：代謝物スペクトル画像右下部、３０１３：代謝物スペクトル画像左上部、３０１４：代謝物スペクトル画像左下部、３０２０：水シフトスペクトル画像、３０２１：水シフトスペクトル画像右上部、３０２２：水シフトスペクトル画像右下部、３０２３：水シフトスペクトル画像左上部、３０２４：水シフトスペクトル画像左下部、３０３０：計測スペクトル画像、３１０１：撮影視野、３１０２：倍撮影視野
【図１】
2012057222.tif 000017
【図２】
2012057222.tif 000018
【図３】
2012057222.tif 000019
【図４】
2012057222.tif 000020
【図５】
2012057222.tif 000021
【図６】
2012057222.tif 000022
【図７】
2012057222.tif 000023
【図８】
2012057222.tif 000024
【図９】
2012057222.tif 000025
【図１０】
2012057222.tif 000026
【図１１】
2012057222.tif 000027
【図１２】
2012057222.tif 000028
【図１３】
2012057222.tif 000029
【図１４】
2012057222.tif 000030
【図１５】
2012057222.tif 000031
【図１６】
2012057222.tif 000032
【図１７】
2012057222.tif 000033
【図１８】
2012057222.tif 000034
【図１９】
2012057222.tif 000035
【図２０】
2012057222.tif 000036
【図２１】
2012057222.tif 000037
【図２２】
2012057222.tif 000038
【図２３】
2012057222.tif 000039
【図２４】
2012057222.tif 000040
【図２５】
2012057222.tif 000041
【図２６】
2012057222.tif 000042
【図２７】
2012057222.tif 000043
【図２８】
2012057222.tif 000044
【図２９】
2012057222.tif 000045
【図３０】
2012057222.tif 000046
【図３１】
2012057222.tif 000047
【図３２】
2012057222.tif 000048
【図３３】
2012057222.tif 000049
【国際調査報告】
2012057222.tif 000050
2012057222.tif 000051
2012057222.tif 000052
2012057222.tif 000053