(57)【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する静磁場発生手段と、
前記被検体に高周波磁場パルスを照射する照射手段と、
高周波磁場パルスの照射により前記被検体から生じる核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、
前記核磁気共鳴信号に位置情報を付加するための傾斜磁場を印加する傾斜磁場印加手段と、
前記照射手段、前記傾斜磁場印加手段及び前記受信手段を所定のパルスシーケンスに従って動作させて異なる２つのエコー時間の撮影を実行する制御手段と、
前記異なるエコー時間の核磁気共鳴信号から原画像を再構成する画像再構成手段と、
を備える磁気共鳴撮影装置であって、
前記原画像から、静磁場不均一による位相差マップを算出する位相差マップ算出手段と、
前記位相差マップから前記原画像のうちの１画像を位相補正して位相補正画像を算出する位相補正画像算出手段と、
前記位相補正画像と位相補正を実施しない前記原画像の２画像から水と脂肪を分離した画像を算出する水脂肪分離画像算出手段と、を有し、
前記制御手段は、水と脂肪との位相差が正負逆とならず、かつ、水と脂肪との位相差がπの整数倍とならないよう、前記異なる２つのエコー時間を設定するエコー時間設定手段を有すること
を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項２】
被検体が置かれる空間に静磁場を発生する静磁場発生手段と、
前記被検体に高周波磁場パルスを照射する照射手段と、
高周波磁場パルスの照射により前記被検体から生じる核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、
前記核磁気共鳴信号に位置情報を付加するための傾斜磁場を印加する傾斜磁場印加手段と、
前記照射手段、前記傾斜磁場印加手段及び前記受信手段を所定のパルスシーケンスに従って動作させて異なる２つのエコー時間の撮影を実行する制御手段と、
前記異なるエコー時間の核磁気共鳴信号から原画像を再構成する画像再構成手段と、
を備える磁気共鳴撮影装置であって、
前記原画像から、静磁場不均一による位相差マップを算出する位相差マップ算出手段と、
前記位相差マップから前記原画像のうちの１画像を位相補正して位相補正画像を算出する位相補正画像算出手段と、
前記位相補正画像と位相補正を実施しない前記原画像の２画像から水と脂肪を分離した画像を算出する水脂肪分離画像算出手段と、を有し、
前記制御手段は、水と脂肪との位相差が正負逆とならないよう前記異なる２つのエコー時間を設定するとともに、前記異なる２つのエコー時間のうち、少なくとも一方のエコー時間を、水と脂肪との位相差がπの整数倍とならないよう設定するエコー時間設定手段を有すること
を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の磁気共鳴撮影装置であって、
前記位相差マップ算出手段は、
前記原画像から、水と脂肪の比を算出する水対脂肪比算出手段と、
前記水対脂肪比から、位相マップを算出する位相マップ算出手段と、
前記位相マップの基準点から隣り合う点の位相差が最も小さくなる点を、領域を拡大しながら探索し、最小位相差マップを算出する最小位相差マップ算出手段と、
前記最小位相差マップから、静磁場不均一による位相差マップを判定する位相差マップ判定手段と、を有すること
を特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項４】
前記水対脂肪比算出手段は、水と脂肪との割合の和が一定となる条件を付加して代数的に算出する算出手段を有すること
を特徴とする請求項３記載の磁気共鳴撮影装置。
【請求項５】
前記水対脂肪比算出手段は、水と脂肪の割合の和が一定となる条件を付加して数値解析的に算出する算出手段を有すること
を特徴とする請求項３記載の磁気共鳴撮影装置。
【請求項６】
前記位相差マップ判定手段は、前記最小位相差マップの微分値から、標準偏差が最小となる最小位相差マップを選択する選択手段を有すること
を特徴とする請求項３記載の磁気共鳴撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴撮影装置（以下、ＭＲＩ装置という）に関し、特に水・脂肪の分離撮影において、水と脂肪との間の位相が、同位相および逆位相となるようなエコー時間で計測しなくても良好な水・脂肪分離を実現する。さらに、得られた２つの分離画像ついて、水画像か脂肪画像かの判別が可能となる装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在のＭＲＩにおいて、臨床で普及している撮影対象核種は、被検体の主たる構成物質である水素原子核（プロトン）である。【０００３】
ＭＲＩは、プロトン密度や核磁気共鳴信号の緩和情報の空間分布を画像化することで人体頭部、腹部、四肢等の形態または機能を、２次元もしくは３次元で撮影する。【０００４】
人体を計測対象とした場合、ＭＲＩで検出できる主なプロトンには水と脂肪がある。人体に存在する脂肪は、被検体の腹部、脊椎、四肢などにおける画像コントラストを低下させる。【０００５】
そのため、臨床において脂肪信号を抑制する方法が提案されている。その一つに水と脂肪の位相差を用いて脂肪を抑制するＤｉｘｏｎ法（非特許文献１）が知られている。【０００６】
以下、Ｄｉｘｏｎ法について説明する。【０００７】
水と脂肪は、分子構造の違いによって共鳴周波数が３．５ｐｐｍだけ異なる「化学シフト」が生じる。この化学シフトによる周波数差は、磁場強度に比例し、磁場強度が１．５テスラのときはおよそ２２４Ｈｚとなる。【０００８】
Ｄｉｘｏｎ法は、水と脂肪の周波数の違いによって生じる位相差を利用している。【０００９】
原子核スピンを励起してから信号を取得するまでの時間（以下、エコー時間という）が異なる複数の画像データを取得する。具体的には、水と脂肪が同位相（ｉｎ  ｐｈａｓｅ）となるエコー時間で取得した画像と、水と脂肪が逆位相（ｏｕｔ  ｏｆ  ｐｈａｓｅ）となるエコー時間で取得した画像を取得する。【００１０】
ここで、水と脂肪の周波数差をｄｆとしたとき、水と脂肪が同位相になる時間ｔｉｎは、ｎ／ｄｆ、水と脂肪が逆位相になる時間ｔｏｕｔは、（ｎ＋１／２）／ｄｆとなる。なお、ｎは整数である。
【００１１】
Ｄｉｘｏｎ法ではエコー時間がｔｉｎの画像Ｉ１と、エコー時間がｔｏｕｔの画像Ｉ２の２枚を取得する。【００１２】
ここで、水信号をＷ、脂肪信号をＦとすると、Ｉ１とＩ２はそれぞれ、以下の式（１）および式（２）で表現できる。
Ｉ１＝Ｗ＋Ｆ      （１）
Ｉ２＝Ｗ−Ｆ      （２）【００１３】
この２枚の画像を加算、減算することにより、以下の式（３）、（４）のように水信号と脂肪信号を分離する。
Ｗ＝（Ｉ１＋Ｉ２）／２      （３）
Ｆ＝（Ｉ１−Ｉ２）／２      （４）
以上より、水信号Ｗと脂肪信号Ｆとがそれぞれ算出でき、水と脂肪が分離した画像を取得できる。【００１４】
ただし、Ｄｉｘｏｎ法では、静磁場空間に被検体を挿入した際に生じる静磁場不均一による位相まわりが考慮されていない。空間的に静磁場不均一が存在すると、位置によって、化学シフトとは異なる位相まわりが生じるため、式（３）、式（４）で示す単純な加算、減算処理で水・脂肪の完全な分離ができないという課題がある。【００１５】
そこで、静磁場不均一を考慮した水・脂肪分離方法として、非特許文献２および非特許文献３に記されている方法が知られている。【００１６】
非特許文献２は、水信号Ｗ、脂肪信号Ｆ、静磁場不均一による周波数差ｆという３つの変数に対して、エコー時間の異なる３つの画像から、最小二乗推定処理を繰り返し行うことで、３変数を確定し、水と脂肪を分離する方法である。【００１７】
非特許文献３は、水と脂肪が同位相になるエコー時間で取得した画像Ｉ１と、水と脂肪が逆位相になるエコー時間で取得した画像Ｉ２の２枚を取得することはＤｉｘｏｎ法と同様である。しかし、非特許文献３の方法は、静磁場不均一による位相まわりを、領域拡大法を用いて推定することで、水と脂肪を分離する。なお、非特許文献３では、水と脂肪が同位相になるエコー時間ｔｉｎで画像Ｉ１を計測したのち、傾斜磁場パルスを反転して、エコー時間ｔｏｕｔで水と脂肪が逆位相となる画像Ｉ２を取得する。つまり１回の計測で同位相と逆位相の画像を取得している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】Ｔｈｏｍａｓ  Ｄｉｘｏｎ，ｅｔ  ａｌ．  ”Ｓｉｍｐｌｅ  Ｐｒｏｔｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ”  Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ、１５３巻、１８９−１９４頁（１９８４年）
【非特許文献２】Ｓｃｏｔｔ  Ｂ. Ｒｅｅｄｅｒ，ｅｔ  ａｌ．  ”Ｍｕｌｔｉｃｏｉｌ  Ｄｉｘｏｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｐｅｃｉｅｓ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｗｉｔｈ  ａｎ  Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｌｅａｓｔ−Ｓｑｕａｒｅｓ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ”  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、５１巻、３５−４５頁（２００４年）
【非特許文献３】Ｊｉｎｇｆｅｉ  Ｍａ  “Ｂｒｅａｔｈ−Ｈｏｌｄ  Ｗａｔｅｒ  ａｎｄ  Ｆａｔ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｄｕａｌ−Ｅｃｈｏ  Ｔｗｏ−Ｐｏｉｎｔ  Ｄｉｘｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  Ｗｉｔｈａｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ａｎｄＲｏｂｕｓｔ  Ｐｈａｓｅ−Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ”  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、５２巻、４１５−４１９頁（２００４年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上述した非特許文献２は、３回の計測を実施する必要があるため、計測時間が延長してしまうという課題がある。【００２０】
また、非特許文献３の方法は、傾斜磁場パルスを反転することで、水と脂肪が同位相の画像と逆位相の画像を１回の計測で取得している。しかし、ｔｉｎとｔｏｕｔの時間間隔ｄｔは、磁場強度に反比例する。ｎは整数としたとき、たとえば、磁場強度が３．０テスラのとき、ｄｔは（１．１２＋２．２４×ｎ）ｍｓ、磁場強度が１．５テスラのとき、ｄｔは（２．２４＋４．４８×ｎ）ｍｓ、磁場強度が０．５テスラのとき、ｄｔは（６．７０＋１３．３９×ｎ）ｍｓとなる。【００２１】
磁場強度が３．０テスラや１．５テスラのとき、ｄｔが狭いため、計測帯域を広げたり、計測点数を減少させたりするなど計測上の制限が生じる。計測帯域を広げると、信号対雑音比（以下、ＳＮＲという）が低下し画像が劣化する。また、計測点数を減らすと、画像の空間分解能が低下し、微小な疾患の診断が困難になる。【００２２】
整数ｎの数を調整することで時間間隔ｄｔを広げられるため、計測制限はある程度緩和される。しかし、取得する２枚の画像の両方で任意のコントラストの画像を取得することは困難である。【００２３】
磁場強度が０．５テスラのとき、ｄｔが広いため、１スライスあたりの計測時間が延長してしまう。すなわち、２次元マルチスライス計測においては、所望の繰り返し時間ＴＲあたりのスライス数を減らさなければならないため、取得したいスライス数が減少してしまう。また、３次元計測においては、単に計測時間が延長してしまう。計測時間が延長すると、被検体の体動アーチファクトが増大する。アーチファクトが増大すると、演算処理に対する誤差が大きくなり、水と脂肪の分離が困難となる。【００２４】
また、水と脂肪が混在する人体組織では、水信号と脂肪信号が打ち消しあうため、逆位相の画像のＳＮＲは低下する。そのため、静磁場不均一による位相まわりがノイズによって正確に計算できなくなる。その結果、演算処理に対する誤差が大きくなり、水と脂肪の分離が困難となる。【００２５】
更に、得られた２つの分離画像が水画像、脂肪画像のどちらかであるかの判別ができないという課題がある。【００２６】
本発明では、水・脂肪の分離撮影において、水と脂肪との間の位相が同位相および逆位相となるようなエコー時間で計測しなくても良好な水・脂肪分離を実現することを課題とする。さらに、得られた２つの分離画像ついて、水画像か脂肪画像かの判別が可能となる装置および方法を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明は、水と脂肪の位相差が、正負逆とならず、かつ、πの整数倍とならない２つのエコー時間で２つの原画像を計測する。例えば、あるエコー時間ｔ１における水と脂肪の位相差をＰ１、エコー時間ｔ１からｄｔ後のエコー時間ｔ１＋ｄｔ＝ｔ２における水と脂肪の位相差をＰ２としたとき、
Ｐ１≠ｎ１π（ｎ１は整数）      （５）
かつ
Ｐ２≠ｍ１π（ｍ１は整数）      （６）
かつ
２ｎ２πＰ１≠−２ｍ２πＰ２（ｎ２およびｍ２は整数）      （７）
を満たすようなエコー時間ｔ１およびｔ２で計測し２つの原画像を得る。【００２８】
前記条件で取得した２つの原画像から、代数的あるいは数値解析的に２つの水対脂肪比マップを算出する。算出された２つの水対脂肪比マップから、２つの位相マップを算出する。算出された２つの位相マップを組み合わせて、空間的な位相差分がそれぞれ最小になるような２つの最小位相差マップを算出する。最小位相差マップを空間的に微分した微分マップのばらつきから、正しい最小位相差マップかどうかを判別する。判別された位相差マップを用いて、原画像を位相補正する。補正された原画像から水・脂肪分離演算処理を行う。【００２９】
具体的には、被検体が置かれる空間に静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記被検体に高周波磁場パルスを照射する照射手段と、高周波磁場パルスの照射により前記被検体から生じる核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、前記核磁気共鳴信号に位置情報を付加するための傾斜磁場を印加する傾斜磁場印加手段と、前記照射手段、前記傾斜磁場印加手段及び前記受信手段を所定のパルスシーケンスに従って動作させて異なる２つのエコー時間の撮影を実行する制御手段と、前記異なるエコー時間の核磁気共鳴信号から原画像を再構成する画像再構成手段と、を備える磁気共鳴撮影装置であって、前記原画像から、静磁場不均一による位相差マップを算出する位相差マップ算出手段と、前記位相差マップから前記原画像のうちの１画像を位相補正して位相補正画像を算出する位相補正画像算出手段と、前記位相補正画像と位相補正を実施しない前記原画像の２画像から水と脂肪を分離した画像を算出する水脂肪分離画像算出手段とを有することを特徴とする磁気共鳴撮影装置を提供する。
【００３０】
上記磁気共鳴撮影装置は、例えば、前記式（５）、式（６）、式（７）を満たす２つのエコー時間で原画像を計測する。また、上記位相差マップ算出手段は、例えば、前記２つの原画像から、代数的あるいは数値解析的に２つの水対脂肪比マップを算出する水対脂肪比マップ算出手段と、前記２つの水対脂肪比マップから、２つの位相マップを算出する位相マップ算出手段と、前記２つの位相マップの各点の組み合わせから、空間的な位相差分がそれぞれ最小となるように２つの最小位相差マップを算出する最小位相差マップ算出手段と、前記最小位相差マップを空間的に微分した微分マップのばらつきからから、正しい最小位相差マップかどうかを判定する位相差マップ判定手段と、を有する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、水・脂肪分離のために異なるエコー時間に画像を取得する手法において計測上の制限が緩和され、かつ良好な水・脂肪分離が実現できる。さらに、得られた２つの分離画像ついて、水画像か脂肪画像かの判別が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態の磁気共鳴撮影装置の外観図であり、（ａ）は、水平磁場方式のＭＲＩ装置の外観図、（ｂ）は、垂直磁場方式のＭＲＩ装置の外観図、（ｃ）は、垂直磁場方式の他のＭＲＩ装置の外観図。
【図２】本発明の実施形態の磁気共鳴撮影装置の構成例を示す図。
【図３】本発明の実施形態の磁気共鳴撮影装置で使用するグラディエントエコー型パルスシーケンスの一例を示す図。
【図４】本発明の実施形態の磁気共鳴撮影装置で使用するスピンエコー型パルスシーケンスの一例を示す図。
【図５】（ａ）は、本発明の実施形態の磁気共鳴装置による水と脂肪とを分離した画像を算出する方法のフローチャート、（ｂ）は、本発明の実施形態の磁気共鳴撮影装置に適用される位相差マップ算出方法のフローチャート。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の磁気共鳴撮影装置に適用される計測条件で得られる２つの位相マップを説明する図。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、従来の計測条件で得られる２つの位相マップを説明する図。
【図８】本発明の実施形態の磁気共鳴撮影装置に適用される２つの最小位相差マップを説明する図。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、本発明による効果を、計算機シミュレーション結果を用いて説明する図。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、本発明による効果を、ファントム実験結果を用いて説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明のＭＲＩ装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）に、本発明が適用される磁気共鳴撮影装置の全体構成と外観図を例示する。図１（ａ）はソレノイドコイルで静磁場を発生するトンネル型磁石を用いた水平磁場方式のＭＲＩ装置である。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装置である。また、図１（ｃ）は、図１（ａ）と同じトンネル型のＭＲＩ装置である。しかし、磁石の奥行を短くし且つ斜めに傾けることによって、開放感を高めている。本発明は、これらの形態のＭＲＩ装置を含む公知の構造のＭＲＩ装置に適用することができるが、これに限定されるものではなく、ＭＲＩ装置の形態やタイプを問わず適用可能である。
【００３４】
本実施形態のＭＲＩ装置の構成の一例を図２に示す。このＭＲＩ装置は、被検体１が置かれる空間に、静磁場を発生する静磁場コイル２と、静磁場に直交する三方向の傾斜磁場を与えるための傾斜磁場コイル３と、静磁場均一度を調整できるシムコイル４と、被検体１の計測領域に対し高周波磁場を照射する計測用高周波コイル５（以下、単に送信コイルという）と、被検体１から発生する核磁気共鳴信号を受信する受信用高周波コイル６（以下、単に受信コイルという）とを備えている。
【００３５】
静磁場コイル２は、図１に示した装置の構造に応じて、種々の形態のものが採用される。傾斜磁場コイル３およびシムコイル４は、それぞれ傾斜磁場用電源部１２およびシム用電源部１３により駆動される。図２では、送信コイル５と受信コイル６とを別個に示しているが、送信用と受信用を兼用する一つの高周波コイルのみを用いる構成もある。送信コイル５が照射する高周波磁場は、送信機７により生成される。受信コイル６が検出した核磁気共鳴信号は、受信機８を通して計算機９に送られる。
【００３６】
計算機９は、核磁気共鳴信号に対して様々な演算処理を行い、画像情報などを生成する。上記演算処理には、水と脂肪の分離画像を算出するための各種演算処理が含まれる。
【００３７】
計算機９には、ディスプレイ１０、記憶装置１１、入力装置１５などが接続されている。上述した画像情報や、撮影領域の情報は、ディスプレイ１０に表示したり記憶装置１１に記録されたりする。入力装置１５は、測定条件や、撮影領域情報の設定、演算処理に必要な条件などを入力するためのもので、これら測定条件等も必要に応じて記憶装置１１に記録される。
【００３８】
シーケンス制御装置１４は、傾斜磁場コイル３を駆動する傾斜磁場用電源部１２、シムコイル４を駆動するシム用電源部１３、送信機７および受信機８を制御する。制御のタイムチャート（パルスシーケンス）は撮影方法によって予め設定されており、記憶装置１１に格納されている。
【００３９】
次に本実施形態のＭＲＩ装置で実行されるパルスシーケンスについて説明する。図３に、本実施形態において採用されるパルスシーケンスのタイムチャートを示す。このパルスシーケンスでは、まずＲＦパルス３０１を照射し、被検体のスピンを励起する。この際、被検体の特定のスライスを選択するためにスライス選択傾斜磁場ＧｓをＲＦパルス３０１と同時に印加する。続いて核磁気共鳴信号に位相エンコードするための位相エンコード傾斜磁場Ｇｐを印加し、その後、読み出し傾斜磁場Ｇｒ３０２を印加して、最初のＲＦパルス３０１照射から時間ＴＥ１後にエコー信号（第１エコー）３０３を計測する。更に極性の反転した読み出し傾斜磁場Ｇｒ３０４を印加して、第１エコー３０３計測から時間ｄｔ後にエコー信号（第２エコー）３０５を計測する。このときのエコー時間ＴＥ２は、ＴＥ２＝ＴＥ１＋ｄｔとなる。
【００４０】
第１エコー３０３を計測する際のエコー時間ＴＥ１および、第２エコー３０５を計測する際のエコー時間ＴＥ２は、以下の式（５）、式（６）、および式（７）の条件を満たすよう選択される。すなわち、エコー時間ＴＥ１における水と脂肪の位相差をＰ１、エコー時間ＴＥ１からｄｔ後のエコー時間ＴＥ１＋ｄｔ＝ＴＥ２における水と脂肪の位相差をＰ２としたとき、
Ｐ１≠ｎ１π（ｎ１は整数）      （５）
かつ
Ｐ２≠ｍ１π（ｍ１は整数）      （６）
かつ
２ｎ２πＰ１≠−２ｍ２πＰ２（ｎ２およびｍ２は整数）      （７）
を満たすエコー時間ＴＥ１およびエコー時間ＴＥ２が選択される。
【００４１】
このように、本実施形態では、エコー時間ＴＥ１とエコー時間ＴＥ２とを、式（７）に示すように、水と脂肪の位相差が正負逆とならないように設定する。また、式（５）および式（６）に示すように、水と脂肪との位相差Ｐ１およびＰ２が、それぞれ、πの整数倍とならないよう各エコー時間ＴＥ１とエコー時間ＴＥ２を設定する。
【００４２】
このシーケンスを位相エンコード傾斜磁場Ｇｐの強度を変化させながら所定回数繰り返す。例えば１２８回、２５６回等、画像再構成に必要な数のエコー信号を繰り返し取得する。そして、繰り返し回数分の第１エコー３０３から１つの画像（第１エコー画像）が再構成され、繰り返し回数分の第２エコー３０５からもう１つの画像（第２エコー画像）が再構成される。これらは後述する水画像および脂肪画像を算出するための演算用の画像として使用される。
【００４３】
なお、図３では、グラディエントエコー型のパルスシーケンスを示したが、図４に示すようなスピンエコー型パルスシーケンスでもよい。
【００４４】
図４に、スピンエコー型パルスシーケンスを示す。このパルスシーケンスでは、まずＲＦパルス４０１を照射し、被検体のスピンを励起する。この際、被検体の特定のスライスを選択するためにスライス選択傾斜磁場ＧｓをＲＦパルス４０１と同時に印加する。続いて核磁気共鳴信号に位相エンコードするための位相エンコード傾斜磁場Ｇｐを印加し、更にスピンを反転させるためのＲＦパルス４０２をスライス選択傾斜磁場Ｇｓとともに照射する。その後、読み出し傾斜磁場Ｇｒ４０３を印加して、最初のＲＦパルス４０１照射から時間ＴＥ１後にエコー信号（第１エコー）４０４を計測する。更に極性の反転した読み出し傾斜磁場Ｇｒ４０５を印加して、第１エコー４０４計測から時間ｄｔ後にエコー信号（第２エコー）４０６を計測する。
【００４５】
第１エコー４０４を計測する際のエコー時間ＴＥ１および、第２エコー４０６を計測する際のエコー時間ＴＥ２は、グラディエント型パルスシーケンスと同様、式（５）および式（６）、式（７）の条件を満たすように選択される。
【００４６】
グラディエントエコー型の場合にもスピンエコー型の場合にも、図３および図４に示すように１回の繰り返し時間内でエコー時間の異なる２つの信号を計測してもよいし、２回の計測でエコー時間の異なる信号を計測するようにしてもよい。
【００４７】
本実施形態では、図５（ａ）に示すように、水と脂肪とを分離した画像を算出する。すなわち、シーケンス制御装置１４により各部を制御し、上記図３または図４に示すパルスシーケンスを実行し、異なる時間ＴＥ１およびＴＥ２でそれぞれエコー信号を得る（撮影；ステップ５１１）。そして、計算機９では、異なる時間ＴＥ１およびＴＥ２で得たエコー信号から、それぞれ原画像を再構成する（画像再構成；ステップ５１２）。
【００４８】
次に、計算機９では、ステップ５１２で得た２つの原画像から、静磁場不均一による位相差マップを算出し（位相差マップ算出；ステップ５１３）、得られた位相差マップを用いて、ステップ５１２で得た２つの原画像のうちの一方を補正し(位相補正画像算出；ステップ５１４）、補正後の画像と、ステップ５１４で補正しなかった原画像とから、水と脂肪とを分離した画像を算出する（水脂肪分離画像算出；ステップ５１５）。
【００４９】
次に、上記ステップ５１３の、本実施形態の磁気共鳴撮影装置における静磁場不均一による位相差マップを算出する手順について、図５（ｂ）を用いて説明する。
【００５０】
ステップ（５０１）において、２つの水対脂肪比マップを算出する。まず、水対脂肪比マップを算出するための算出式を求める。第１エコーを計測する際のエコー時間ｔ１における水の位相をσｗ１、脂肪の位相をσＦ１、静磁場不均一による位相まわりをδ１、第２エコーを計測する際のエコー時間ｔ２における水の位相をσｗ２、脂肪の位相をσＦ２、静磁場不均一による位相まわりをδ２、初期位相をφ、第１エコーとして得られた信号の絶対値をｒ１、偏角をθ１、第２エコーとして得られた信号の絶対値をｒ２、偏角をθ２、ボクセルに含まれる水信号の割合をＲＷ、脂肪信号の割合をＲＦ、比例定数をｋとすると、得られた第１エコーと第２エコーはそれぞれ式（８）、式（９）で表現できる。
【００５１】
【数８】
0005506911.tif 000002
【数９】
0005506911.tif 000003
【００５２】
次に、式（９）を式（８）で除算し、式（１０）を得る。
【数１０】
0005506911.tif 000004
ただし、δ＝δ２−δ１、ｒ＝ｒ２／ｒ１、θ＝θ２−θ１である。
【００５３】
次に、式（１０）について両辺の絶対値の２乗をとる。
【数１１】
0005506911.tif 000005
【００５４】
ここで、ボクセルに含まれる水信号の割合ＲＷ、と脂肪信号の割合ＲＦとに、両者の和が一定となる条件を付加する。例えば、ＲＷとＲＦとには、式（１２）の関係があると仮定する。
ＲＷ＋ＲＦ＝１      （１２）
【００５５】
式（１１）および式（１２）から、以下の式（１３）および式（１４）を得る。を得る。
【数１３】
0005506911.tif 000006
【数１４】
0005506911.tif 000007
【００５６】
ここで、ＡおよびＢは、以下の式（１５）および式（１６）で表される。
【数１５】
0005506911.tif 000008
【数１６】
0005506911.tif 000009
【００５７】
σｗ１、σＦ１、σｗ２、σＦ２、は全て既知の値であり、ｒは計測された２つの原画像から算出できる。このため、式（１３）〜式（１６）より２つの水対脂肪比マップＲＷ＋：ＲＦ＋、ＲＷ−：ＲＦ−を、以下の式（１７）および式（１８）のように算出できる。ここで、ＲＷの符号が正のときの水信号の割合をＲＷ＋と定義したときに式（１２）から求まるＲＦをＲＦ＋と定義する。また、ＲＷの符号が負のときの水信号の割合をＲＷ−と定義したときに式（１２）から求まるＲＦをＲＦ−と定義する。
【００５８】
【数１７】
0005506911.tif 000010
【数１８】
0005506911.tif 000011
【００５９】
ここで、式（１１）および式（１２）から数値解析的にＲＷ＋、ＲＦ＋、ＲＷ−、ＲＦ−を求めてもよい。すなわち、式（１２）の関係を保ちつつ、式（１１）の左辺のＲＷを０から１まで変化させたとき（ＲＦを１から０まで変化させたとき）、複素除算後の絶対値ｒとの差が最も小さくなる組み合わせを探索することによってＲＷ＋、ＲＦ＋、ＲＷ−、ＲＦ−を求めてもよい。
【００６０】
次にステップ（５０２）において、ステップ（５０１）で算出した２つの水対脂肪比マップから２つの位相マップδ＋、δ−を算出する。ここで、ＲＷ＋とＲＦ＋から算出した位相マップをδ＋と定義する。また、ＲＷ−とＲＦ−から算出した位相マップをδ−と定義する。
【００６１】
以下のように、σＦ１が０〜πの範囲にあるとき、δ＋は水信号が主成分の領域で正しい静磁場マップを表し、δ−は、脂肪信号が主成分の領域で正しい静磁場マップを表している。一方、σＦ１が−π〜０の範囲にあるとき、δ＋は脂肪信号が主成分の領域で正しい静磁場マップを表しており、δ−は、水信号が主成分の領域で正しい静磁場マップを表す。
【００６２】
式（１０）にσｗ１、σＦ１、σｗ２、σＦ２、ＲＷ＋、ＲＦ＋をそれぞれ代入し、式（１９）〜式（２１）を得る。
【００６３】
【数１９】
0005506911.tif 000012
【数２０】
0005506911.tif 000013
【数２１】
0005506911.tif 000014
【００６４】
また、式（１０）にσｗ１、σＦ１、σｗ２、σＦ２、ＲＷ−、ＲＦ−をそれぞれ代入し、式（２２）〜式（２４）を得る。
【００６５】
【数２２】
0005506911.tif 000015
【数２３】
0005506911.tif 000016
【数２４】
0005506911.tif 000017
【００６６】
ここで、ｓ＋＝ｓ−＝ｒであるため、求める位相マップδ＋、δ−は、以下の式（２５）および式（２６）のようにそれぞれ算出できる。
δ＋＝θ−ω＋      （２５）
δ−＝θ−ω−      （２６）
【００６７】
続いて、ステップ（５０３）において、２つの位相マップの各点において、空間的な位相変化が最小となる２つの最小位相差マップを算出する。その手順を、モデルを用いて説明する。
【００６８】
まず、水の化学シフトｆＷを０Ｈｚ、脂肪の化学シフトｆＦを２２４Ｈｚとし、簡便のため静磁場不均一は無いものとする。そして、水と脂肪の割合が０：１００、２５：７５、５０：５０、７５：２５、１００：０となる領域が連続的に並んだ１次元モデルを考える。
【００６９】
ここで、第１エコーのエコー時間ｔ１と、第２エコーのエコー時間ｔ２の条件を以下の（Ａ）〜（Ｄ）の４つのパターンで比較する。
【００７０】
（Ａ）ｔ１を４．５ｍｓ（同位相）、ｔ２を６．０ｍｓ
（Ｂ）ｔ１を６．７ｍｓ（逆位相）、ｔ２を８．２ｍｓ
（Ｃ）ｔ１を４．５ｍｓ（同位相）、ｔ２を６．７ｍｓ（逆位相）
（Ｄ）ｔ１を６．７ｍｓ（逆位相）、ｔ２を８．９ｍｓ（同位相）
【００７１】
上記各条件において、同位相とは、そのエコー時間において、水・脂肪位相差が０であることを意味し、逆位相とは、そのエコー時間において、水・脂肪位相差がπであることを示す。条件（Ａ）および（Ｂ）は本実施形態の条件であり、条件（Ｃ）および（Ｄ）は従来用いられている条件である。
【００７２】
なお、条件（Ａ）のエコー時間がｔ１の水・脂肪位相差は０であるが、式（５）〜式（７）の条件を満たせば位相差は０でなくてもよい。また、条件（Ｂ）のエコー時間がｔ１の水・脂肪位相差はπであるが、式（５）〜式（７）の条件を満たせば位相差はπでなくてもよい。
【００７３】
ここで、条件（Ａ）における位相マップδ＋、δ−を図６（ａ）に、条件（Ｂ）における位相マップδ＋、δ−を図６（ｂ）に、それぞれ示す。
【００７４】
また、条件（Ｃ）における位相マップδ＋、δ−を図７（ａ）に、条件（Ｄ）における位相マップδ＋、δ−を図７（ｂ）に、それぞれ示す。
【００７５】
図６（ａ）（６０１）〜（６０５）および図７（ａ）（７０１）〜（７０５）は、水と脂肪の割合が０：１００、２５：７５、５０：５０、７５：２５、１００：０の領域をそれぞれ示している。また、図６（６０６：黒丸）および図７（７０６：黒丸）は、各条件におけるδ＋のグラフ、図６（６０７：白枠）および図７（７０７：白枠）は、各条件におけるδ−のグラフをそれぞれ示している。
【００７６】
図６（ａ）に示すように、本実施形態における条件では、水と脂肪の割合によってδ＋とδ−の位相差（６０８）が変化していることがわかる。水と脂肪の割合によりδ＋とδ−の位相差（６０８）が急激に変化することを位相とびと呼ぶ。
【００７７】
静磁場不均一による位相まわりは、金属等の磁性体が近傍にない限り、空間的になだらかに変化する。このため、プロトンが連続的に存在している領域では、図６（ａ）に示す位相差（６０８）のような位相とびは生じない。したがって、脂肪が主要な成分を占めている（６０１）および（６０２）の領域ではδ−が静磁場不均一による位相まわりを表し、水が主要な成分を占めている（６０４）および（６０５）の領域では、δ＋が静磁場不均一による位相まわりを表していることになる。なお（６０３）の領域では、水と脂肪の割合が同じであるため、δ＋、δ−ともに静磁場不均一による位相まわりを表している。
【００７８】
なお、図６（ｂ）に示すように、位相差（６０９）は、第１エコーのエコー時間ｔ１が逆位相のときは、図６（ａ）に示す位相差（６０８）と逆の関係になる。すなわち、脂肪が主要な成分を占めている（６０１）および（６０２）の領域ではδ＋が静磁場不均一による位相まわりを表し、水が主要な成分を占めている（６０４）および（６０５）の領域では、δ−が静磁場不均一による位相まわりを表している。
【００７９】
一方、図７（ａ）に示すように、従来の計測条件では、水と脂肪の割合によらずδ＋とδ−の位相差（７０８）は、πあるいは−πとなる。そのため、δ＋とδ−のどの領域が正しい位相まわりを反映しているかが判断できない。
【００８０】
なお、図７（ｂ）に示すように、位相差（７０９）は、第１エコーのエコー時間ｔ１が逆位相のときは、図６（ｂ）に示す位相差（６０９）と同様、図７（ａ）に示す位相差（７０８）と関係が逆になる。
【００８１】
本実施形態では、水画像と脂肪画像を区別するために、図６（ａ）に示す位相差（６０８）や図６（ｂ）に示す位相差（６０９）にあるような水と脂肪の割合が変化することによって生じる位相とびを利用する。
【００８２】
上述したように、静磁場不均一による位相まわりは、金属等の磁性体が近傍にない限り、空間的になだらかに変化する。したがって、算出した位相マップδ＋、δ−の任意の点を基準点とし、基準点と隣り合う点との位相差がもっとも小さい点を、領域を拡大しながら探索し、算出していき、最終的に最小位相差マップδ＋１およびδ−１を算出する。この最小位相差マップδ＋１およびδ−１のうち，どちらかが静磁場不均一による位相まわりを正しく表現していることになる。
【００８３】
ここで、２つの最小位相差マップδ＋１およびδ−１を算出する手順を、図６（ａ）を使って説明する。
【００８４】
［手順１］δ＋およびδ−での基準点ｘ０を定める。ここでは、位相差｜δ＋−δ−｜が最も大きい点を基準点ｘ０として設定する。たとえば、図６（ａ）の点（６１０）を基準点ｘ０として設定する。
【００８５】
［手順２］最小位相差マップδ＋１およびδ−１を算出するために、基準点ｘ０におけるδ＋１およびδ−１の値を定める。ここでは、δ＋１（ｘ０）＝δ＋（ｘ０）、δ−１（ｘ０）＝δ−（ｘ０）とする。
【００８６】
［手順３］δ＋１およびδ−１を算出するために、δ＋１（ｘ０）に対して、隣り合う点δ＋（ｘ０＋１）およびδ−（ｘ０＋１）との位相差分のうち、最も小さくなる点をδ＋１（ｘ０＋１）に設定する。例えば、図６（ａ）において、６０１、６０２の領域では、δ＋１（ｘ０＋１）にδ＋（ｘ０＋１）が設定され、６０４、６０５の領域では、δ＋１（ｘ０＋１）にδ＋（ｘ０＋１）が設定される。
【００８７】
また、δ−１（ｘ０）に対して、隣り合う点δ＋（ｘ０＋１）およびδ−（ｘ０＋１）との位相差分のうち、最も小さくなる点をδ−１（ｘ０＋１）に設定する。
【００８８】
［手順４］手順３をデータ全体で処理が終了するまでを繰り返し、δ＋１、δ−１を算出する。
【００８９】
図８に最小位相差マップδ＋１およびδ−１をそれぞれ示す。（８０１：白丸）はδ＋１、（８０２：米印）はδ−１をそれぞれ示している。最小位相差マップδ＋１およびδ−１のそれぞれが隣り合う点との差分が最小になっていることがわかる。なお、最小位相差マップδ＋１上には位相とびが残っているが、それは、基準点ｘ０の位置によって変わる。本実施形態では、基準点ｘ０を図６（ａ）の点（６１０）に設定したため、位相とびが残る領域が存在する。
【００９０】
ここで求まる２つの最小位相差マップδ＋１およびδ−１のうちいずれかが正しい静磁場不均一による位相差マップを表していることになる。
【００９１】
次に、この最小位相差マップから、静磁場不均一による位相差マップを判定する。まず、図５ステップ（５０４）において、ステップ（５０３）で算出した２つの最小位相差マップの微分マップＤ＋およびＤ−を算出する。微分をとる代わりに、式（２７）、式（２８）で示すように、隣り合う点との複素除算から求めてもよい。
【００９２】
【数２７】
0005506911.tif 000018
【数２８】
0005506911.tif 000019
ただし、ｎは整数である。
【００９３】
図５ステップ（５０５）において、算出した微分マップＤ＋およびＤ−のばらつきを算出し、そのばらつきが最小の最小位相差マップを選択する。このばらつきは、たとえば標準偏差の大小から求めてもよいし、微分値のヒストグラムから検査者が判断してもよい。
【００９４】
図８（８０１）に示すδ＋１は、水と脂肪の割合によって生じる位相とびのぶんだけ微分値のばらつきが増す。したがって、正しい位相差マップδは、（８０２）に示すδ−１となる。
【００９５】
以上のステップによって、正しい静磁場不均一による位相差マップδが算出される。
【００９６】
次に、上記ステップ５１４の位相補正画像算出方法、および、ステップ５１５の水画像および脂肪画像の算出方法について説明する。
【００９７】
上記ステップ５１４では、第１エコーで計測した画像をＩ１、第２エコーで計測した画像をＩ２としたとき、上述した位相差マップδを使って画像Ｉ２を式（２９）によって位相補正しＩ２’を算出する。
【数２９】
0005506911.tif 000020
【００９８】
なお、画像Ｉ１を式（３０）によって位相補正しＩ１’を算出してもよい。
【数３０】
0005506911.tif 000021
【００９９】
以下、ここでは、ステップ５１４においてＩ２’を算出し、用いる場合を例にあげて説明する。
【０１００】
次に、ステップ５１５において、画像Ｉ１とＩ２’とを使って水画像と脂肪画像を算出する。上述のように、第１エコー時間における水の位相をσｗ１、脂肪の位相をσＦ１、第２エコー時間における水の位相をσｗ２、脂肪の位相をσＦ２、水画像をＷ、脂肪画像をＦとしたとき、Ｉ１とＩ２’は以下の連立方程式で表現できる。
【０１０１】
【数３１】
0005506911.tif 000022
【数３２】
0005506911.tif 000023
【数３３】
0005506911.tif 000024
【数３４】
0005506911.tif 000025
【０１０２】
式（３３）を、転置行列Ａｔおよび逆行列を用いて変形し、得られた式（３５）を用い、水画像および脂肪画像を算出する。
【数３５】
0005506911.tif 000026
【０１０３】
ここで、本発明の効果を計算機シミュレーションおよびファントム実験にて確認する。
【０１０４】
計算機シミュレーション結果を図９に示す。図９（ａ）は水画像、図９（ｂ）は脂肪画像である。なお、ここで使用したモデルは、上述した水と脂肪の割合が０：１００、２５：７５、５０：５０、７５：２５、１００：０となる領域が連続的に並んだモデルである。また、第１エコー時間を４．５ｍｓ、第２エコー時間を６．０ｍｓとした。
【０１０５】
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、設定した水と脂肪の割合に合わせて、水画像と脂肪画像とが分離できていることがわかる。
【０１０６】
次にファントム実験結果を図１０に示す。図１０（１００１）は塩化ニッケル水溶液ファントム、図１０（１００２）は脂肪マットである。また、計測条件は、繰り返し時間ＴＲが８０ｍｓ、フリップ角は１５度、撮影視野は３６０ｍｍ、計測マトリクスは１２８×１２８、積算回数は２回とした。
【０１０７】
図１０（ａ）はエコー時間４．５ｍｓで計測した第１エコー画像、図１０（ｂ）はエコー時間６．０ｍｓで計測した第２エコー画像である。また、図１０（ｃ）および（ｄ）は本発明によって分離された水画像および脂肪画像をそれぞれ示している。図１０（ｃ）および（ｄ）に示すように、それぞれ水と脂肪とが同位相および逆位相になるエコー時間で取得した画像でなくても水画像と脂肪画像とが分離できていることがわかる。また、水画像と脂肪画像とが、間違えることなく判別されていることがわかる。
【０１０８】
本発明によって、以上のように、水・脂肪の分離撮影において、水と脂肪との間の位相が、同位相および逆位相となるようなエコー時間で計測しなくても良好な水・脂肪分離を実現する。さらに、得られた２つの分離画像ついて、水画像か脂肪画像かの判別が可能となる。
【符号の説明】
【０１０９】
１：被検体、２：静磁場コイル、３：傾斜磁場コイル、４：シムコイル、５：送信コイル、６：受信コイル、７：送信機、８：受信機、９：計算機、１０：ディスプレイ、１１：記憶装置、１２：傾斜磁場用電源部、１３：シム用電源部、１４：シーケンス制御装置、１５：入力装置、３０１：ＲＦパルス、３０２：読み出し傾斜磁場、３０３：第１エコー、３０４：読み出し傾斜磁場、３０５：第２エコー、４０１：ＲＦパルス、４０２：ＲＦパルス、４０３：読み出し傾斜磁場、４０４：第１エコー、４０５：読み出し傾斜磁場、４０６：第２エコー、６０１：領域、６０２：領域、６０３：領域、６０４：領域、６０５：領域、６０６：位相マップ、６０７：位相マップ、６０８：位相差、６０９：位相差、６１０：基準点、７０１：領域、７０２：領域、７０３：領域、７０４：領域、７０５：領域、７０６：位相マップ、７０７：位相マップ、７０８：位相差、７０９：位相差、８０１：最小位相差マップ、８０２：最小位相差マップ、１００１：塩化ニッケル水溶液ファントム、１００２：脂肪マット
【図１】
0005506911.tif 000027
【図２】
0005506911.tif 000028
【図３】
0005506911.tif 000029
【図４】
0005506911.tif 000030
【図５】
0005506911.tif 000031
【図６】
0005506911.tif 000032
【図７】
0005506911.tif 000033
【図８】
0005506911.tif 000034
【図９】
0005506911.tif 000035
【図１０】
0005506911.tif 000036