(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の選択領域(スラブ)に分けて撮像(マルチスラブ撮像)を行う非造影血管造影方法にて得られる複数のスラブの信号を繋ぎあわせて関心領域の血管画像を作成する際、繋ぎあわせに用いる関数(重み付け関数)とスラブ内の信号プロファイル間の乖離により生じるスラブ端の血管不連続性を解消する。【解決手段】重み付け関数を表す多項式の各次数項及び切片の値を保持する係数テーブルを撮像条件毎に記憶しておき、記憶手段に記憶された係数テーブル６０１から、撮像条件に対応する各次数項及び切片の値を読み出し、読み出した各次数項及び切片の値に基づいて多項式を構成して重み付け関数とし、重み付け関数で求まる値を用いて、撮像条件に応じて定まる励起用のRFパルス波形に準じて変化するスラブプロファイルを補正する。【選択図】図６
2018011751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場を発生する静磁場発生手段と、
前記静磁場中に置かれた被検体に対して、高周波電磁波を印加する送信手段と、
前記静磁場に磁場勾配を与える傾斜磁場発生手段と、
前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を計測する受信手段と、
前記送信手段、前記傾斜磁場発生手段および前記受信手段の制御と、計測された前記核磁気共鳴共信号に基づいて画像処理を行う制御手段と、
を備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記制御手段は、前記被検体の関心領域を複数の選択領域（スラブ）に分けて撮像する際に、撮像条件に応じて定まる励起用の高周波パルス波形に準じて変化するスラブプロファイルを、重み付け関数を用いて補正することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記重み付け関数を表す多項式の各次数項及び切片の値を保持する係数テーブルを前記撮像条件毎に記憶する記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記係数テーブルから、前記撮像条件に対応する各次数項及び切片の値を読み出して前記重み付け関数を表す多項式を設定して、前記スラブプロファイルの補正を行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
記憶手段を備えた磁気共鳴イメージング装置で撮像されたスラブ信号を補正するスラブ信号補正方法であって、
前記記憶手段に記憶された係数テーブルから、撮像条件に対応する各次数項及び切片の値を読み出すステップと、
前記読み出した各次数項及び切片の値に基づいて多項式を構成して重み付け関数とするステップと、
前記重み付け関数で求まる値を用いて、前記撮像条件に応じて定まる励起用の高周波パルス波形に準じて変化するスラブプロファイルを補正するステップと、
を有することを特徴とするスラブ信号補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置(以下、MRI装置という)に係わり、特に、関心領域を複数の選択領域(スラブ)に分けて撮像を行う非造影血管撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
MRI装置は、いわゆるNMR現象を利用して被検体中の所望の検査部位における原子核スピン(以下、スピンと称する)の密度分布、緩和時間分布等を計測して、その計測データから被検体の検査部位を画像表示するものである。
【０００３】
MRI装置における非造影血管撮像方法の一つである3次元Time of Fright法(3D TOF法)は、関心領域を複数の選択領域(スラブ)に分けて撮像(マルチスラブ撮像)を行い、得られた複数のスラブの信号を処理して繋ぎ合わせることで関心領域の血管像を再構成する。
【０００４】
このようなマルチスラブ撮像に用いられる3次元撮像法では、スラブの励起プロファイルの不完全性により、スラブ両端の信号が中心に比べて低下する。そのため、スラブの繋ぎあわせを行う際に、信号の低下したスラブ両端を用いると、接続部において血流信号の不連続が生じ、結果として境界のアーチファクトとなり診断の妨げとなりうる。
【０００５】
この血流信号の不連続性を解決する手法として、重み付け関数を用いる手法が特許文献1に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2000-189395号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献1に開示されている手法では、操作者が選択可能な全ての撮像条件に対応することができず、依然として、血流信号の不連続性が生じることがある。
【０００８】
そこで本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、操作者が選択可能ないかなる撮像条件においても、繋ぎあわせに用いる関数(重み付け関数)とスラブ内の信号プロファイル間の乖離により生じるスラブ端の血管不連続性を解消することが可能なMRI装置及びスラブ信号補正方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は次の様に構成される。即ち、被検体の関心領域を複数の複数の選択領域(スラブ)に分けて撮像する際に、撮像条件に応じて定まる励起用のRFパルス波形に準じて変化するスラブプロファイルを、重み付け関数を用いて補正する。
【００１０】
好ましくは、重み付け関数を表す多項式の各次数項及び切片の値を保持する係数テーブルを撮像条件毎に記憶手段に記憶しておき、記憶手段に記憶された係数テーブルから、撮像条件に対応する各次数項及び切片の値を読み出し、読み出した各次数項及び切片の値に基づいて多項式を構成して重み付け関数とし、重み付け関数で求まる値を用いて、前記撮像条件に応じて定まる励起用のRFパルス波形に準じて変化するスラブプロファイルを補正する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のMRI装置及びスラブ信号補正方法によれば、操作者が選択可能ないかなる撮像条件においても好適な重み付け関数を選択して使用することにより、スラブ信号間で血管の不連続性を解消することが可能になる。その結果、良好な3次元非造影血管像を取得することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明が適用されるMRI装置の全体を示すブロック図。
【図２】本発明のMRI装置が採用する3次元TOFシーケンスのパルスシーケンス図
【図３】左右対称なスラブプロファイル
【図４】左右非対称なスラブプロファイル
【図５】左右非対称なスラブプロファイルに対称な重み付け関数を使用した例
【図６】本発明の制御図
【図７】4次多項式で近似するスラブプロファイルの一例を示す図
【図８】図7のスラブプロファイルから求めた4次多項式の変化を表す図
【図９】係数テーブルの一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のMRI装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図1は本発明を適用したMRI装置を示す全体構成のブロック説明図である。このMRI装置は、主として中央処理装置(CPU)1と、シーケンサ2と、送信系3と、静磁場発生磁石4と、受信系5と、傾斜磁場発生系6と、信号処理系18とを備えている。
【００１５】
中央処理装置(CPU)1は、本発明に基づくプログラムに従ってシーケンサ2、送信系3、受信系5、信号処理系6の各々を制御するものである。シーケンサ2は、中央処理装置1からの制御指令に基づいて動作し、被検体7の関心領域からのデータ収集に必要な種々の命令を送信系3、静磁場発生磁石4の傾斜磁場発生系6および受信系18に送るようにしている。CPU1とシーケンサ2は本発明における制御手段を構成する。
【００１６】
送信系3は、高周波発振器8と変調器9と高周波コイルとしての照射コイル11を有し、シーケンサ2の指令により高周波発振器8からの高周波パルス(以下、RFパルスと称する)を変調器9で振幅変調し、この振幅変調されたRFパルスを高周波増幅器10で増幅して照射コイル11に供給することにより、所定のパルス状の電磁波を被検体7に照射する。このRFパルスの印加位相は中央処理装置1によって制御される。
【００１７】
静磁場発生磁石4は、被検体7の回りに任意の方向に均一な静磁場を発生させるためのものである。この静磁場発生磁石4の内部には、照射コイル11の他、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル13と、受信系5の受信コイル14が設置されている。
【００１８】
傾斜磁場発生系6は、互いに直交するデカルト座標軸方向にそれぞれ独立に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル13と、傾斜磁場コイル13に電流を供給する傾斜磁場電源12とから構成され、傾斜磁場電源12は前述のようにシーケンサ2により制御される。
【００１９】
受信系5は、高周波コイルとしての受信コイル14と受信コイル14に接続された増幅器15と直交位相検波器16とA/D変換器17とを有し、被検体7からのNMR信号を受信コイル14が検出すると、その信号を増幅器15、直交位相検波器16、A/D変換器17を介しデジタル量に変換する。その際、シーケンサ2からの指令によるタイミングで直交位相検波器16によってサンプリングされた二系列の収集データに変換してCPU1に送る。このNMR信号の計測位相は、RFパルスの印加位相と同様にCPU1によって制御される。
【００２０】
信号処理系18は、磁気ディスク21、光磁気ディスク19等の外部記憶装置(記憶手段)と、CRT等からなるディスプレイ20とを有し、受信系5からのデータがCPU1に入力されると、CPU1が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体7の関心領域の画像をディスプレイ20に表示するとともに、外部記憶装置の磁気ディスク21等に記録する。
【００２１】
次に、3D-TOF法のパルスシーケンスを、図2を用いて説明する。まず、被検体7のスライスを選択するスライス選択傾斜磁場201とともに励起用のRFパルス202を印加し、位相エンコード傾斜磁場203および読み出し傾斜磁場205を印加する。
【００２２】
RFパルス202のフリップ角(励起角)は任意であるが、好ましくは0〜90度のいずれかである。さらに、3次元計測を行うため、スライスエンコード傾斜磁場204を印加する。スライスエンコードはスラブ内のスライス枚数分、印加量を変化させて印加する。RFパルス202印加からエコー信号時間TE後に読み出し傾斜磁場205を印加しながらエコー信号206を計測する。マルチスラブ撮像では、これらの処理が操作者が選択するスラブ数分繰り返し行われる。
【００２３】
つぎに、図2に示した3D-TOF法のパルスシーケンスを用いた際に取得されるスラブ内の各スライスの信号値を示したプロファイル(以下スラブプロファイル)を図3に示す。横軸はスラブ内のスライス番号を、縦軸は信号値(最大値を1に規格化した値)を示す。励起用のRFパルス202に一般的な照射波形を使用した場合は、図3に示すような左右対称(つまり、スラブ方向或いはスライス方向)のスラブプロファイルが得られる。301は実際の信号値、302は301を2次の多項式で近似した信号値である。特許文献1は、この左右対称なスラブプロファイルに基づいて重み付け関数を作成し、該重み付け関数を用いてスラブプロファイルが均一になるように重み付け処理後を実施する。
【００２４】
しかしながら、マルチスラブ撮像を行う3D-TOF法においては、複数のスラブの撮像を連続して行うことによる多重励起から、スラブ内の血流流出部において血流信号の低下が生じる。この血流信号の低下を解決するため、スラブ方向或いはスライス方向に傾斜を持った励起プロファイルとなる照射波形(SSP波形)を有する励起用のRFパルス202を用いることで、スラブ内の血流流出部の血流信号低下を抑制する。このSSP波形はスラブ方向或いはスライス方向に傾斜をもっているため、得られるスラブプロファイルは図4に示すようなスラブ方向或いはスライス方向に非対称な傾斜を有する。ここで、401は実際の各スライスの信号値、402は4次の多項式で近似した信号値である。そして、図4の横軸はスラブ内のスライス番号を、縦軸は信号値(最大値を1に規格化した値)を示す。
【００２５】
したがって、図4に示したようなスラブ方向或いはスライス方向に非対称な傾斜を有するスラブプロファイルに、図3のようなスラブ方向或いはスライス方向に対称なスラブプロファイルから作成された重み付け関数を使用すると、実際に得られたスラブプロファイルと重み付け関数の間に乖離が生じることとなる。図5にその一例を示す。図5内の実線はSSP波形を用いた際に得られるスラブプロファイルであり、点線は重み付けに用いる対称なスラブプロファイルである。例えば、図中501で囲んだスライスは、実線と点線の信号差が大きく、適切な重み付けが行われ難いスライスである。このようなスライスは、適切な重み付けを行うことができず、結果として血流信号の不連続性を生じさせることになる。
【００２６】
この非対称な傾斜を持つスラブプロファイルは式(1)又は式(2)に示す通り、3次又は4次の多項式で近似することが可能である。多項式近似の次数に関しては、3次以上であればよいが、特に傾斜の緩やかな波形については3次、傾斜の急峻な波形については4次での近似が効果的である。式(1)、式(2)においてa,b,c,dは各次数項の係数、eは切片、Xはスラブ内スライス位置(スライス番号)を示し、Xの取りうる範囲は1から操作者が選択したスラブ内スライス数である。
【００２７】
F(x) =     bx^3+cx^2+dx+e      ・・・式(1)
F(x) = ax^4+bx^3+cx^2+dx+e     ・・・式(2)
また、SSP波形ではない一般的な照射波形が選択された場合は、図3に示すスラブプロファイルを有するため、式(3)に示す2次の多項式で近似を行うことが可能である。式(3)において、c,d,eは各項の係数、eは切片、Xはスラブ内スライス位置(スライス番号)を示し、Xの取りうる範囲は1から操作者が選択したスラブ内スライス数である。
【００２８】
F(x) = cx^2+dx+e               ・・・式(3)
特許文献1においても多項式の使用が記載されているが、多項式近似を用いた重み付け関数の使用には、多項式の式(1)中a,b,c及びdで示す係数と式(2)中eで示す切片を明確にする必要がある。
【００２９】
SSP波形の種類は操作者により傾斜の異なる波形が選択可能であり、傾斜が異なるとこれらの係数及び切片も異なるため、全てのSSP波形に一律に適切な値を求めることは困難である。つまり、同じ一つの重み付け関数で、SSP波形に応じて変わるスラブプロファイルの傾斜を補正することは困難となる。
【００３０】
そこで、本発明は、予め装置開発時に、試験器具を用いて操作者が選択可能な全てのSSP波形のスラブプロファイルを取得して多項式近似を行い、重み付け関数とする多項式の次数とその係数及び切片をSSP波形毎に設定し、設定したSSP波形毎の重み付け関数としての多項式を定める次数、係数、切片を係数テーブルとして、磁気ディスク20等の外部記憶装置又は再構成プログラム内に記録させる。これより、操作者が選択したSSP波形に応じて、適切な多項式とその係数及び切片を用いて構成される重み付け関数を用いたスラブプロファイルの補正が可能となる。
【００３１】
なお、SSP波形以外にも操作者は撮像条件を変更することが可能である。特にスラブ内のスライス数に関しては、被検者等によって頻繁に変更されることから、単純にスラブプロファイルを記憶させるだけでは、全ての撮像条件に対応することはできない。
【００３２】
そこで、装置開発時に取得するスラブプロファイルのスライス数をM、操作者が選択したスライス数をNとすると式(4)に示す式を用いる補正可能となる。これにより、全ての撮像条件に対応することが可能となる。
【００３３】
F(x) = 
a*(x*M/N)^4 + b*(x*M/N)^3 + c*(x*M/N)^2 + d*(x*M/N)^1 + e ・・・式(4)
式(4)は式(2)に示した4次多項式を用いた補正例を示しているが、式(1)に示した3次多項式を用いた場合、式(4)中の係数aの値を0とすることで補正が可能となる。同様に式(3)に示した2次多項式を用いた場合、式(4)中の係数a及びbの値を0とすることで補正が可能となる。
【００３４】
図9に、上記係数テーブルの一例を示す。例えば、図7に示すスラブプロファイルは、4次の多項式で近似すると、
-9.8e-6 * x^4 + 0.00065 * x^3 - 
0.01514 * x^2 + 0.1516 * x^1 + 0.3270      ・・・式(5)
となる。ここで、装置開発時に取得するスラブプロファイルのスライス数を32、操作者が選択したスライス数を24とすると、24スライスの各重み付けは、図9の係数テーブルのような計算結果となる。該係数テーブル中のスライス補正値は、式(4)中のM/N(ここでは32/24)を示し、係数は式(5)の係数、切片は式(5)の切片を示している。この重み付け値をグラフ化すると、図8のようになり、図7と極めて近いプロファイルを描くこととなる。このような係数テーブルを撮像条件に対応付けて、撮像条件毎に予め用意しておく。
【００３５】
次に、本発明の処理の流れを図6に示めすフローチャートに基づいて説明する。なお、上記係数テーブルは、図6のフローチャートでは、磁気ディスク21に記憶された係数テーブル601として表されている。
【００３６】
ステップS602で、CPU1は、操作者が選択した撮像条件に対応する係数を磁気ディスク20に記憶された係数テーブル601から読み出し、撮像条件に応じて定まる励起用のRFパルス波形に準じて変化するスラブプロファイルを補正するための重み付け関数として、式(4)で表される多項式を設定する。
【００３７】
ステップS603で、CPU1は、ステップS602で設定した多項式に基づいて、スラブ内の各スライスの画像データをそれぞれ補正し、補正後の各スライス画像を合成する。
以上までが、本発明の処理の流れの概要である。
【００３８】
以上説明したように、本発明は、マルチスラブ撮像において、操作者が選択した撮像条件に応じて定まる励起用のRFパルス波形に準じて変化するスラブプロファイルを、重み付け関数を用いて補正する。その際、重み付け関数を多項式として表し、該多項式の各次数項の係数及び切片を予め係数テーブルとしてMRI装置に記憶しておく。
【００３９】
そして、操作者が選択した撮像条件に対応する係数を係数テーブルから読み出して式(4)で表される多項式を設定する。この多項式で得られる値に基づいて、スラブ内の各スライスの画像データをそれぞれ補正する。これにより、重み付け関数とスラブ内の信号プロファイル間の乖離により生じるスラブ端の血管不連続性を解消することが可能になる。
【符号の説明】
【００４０】
1  中央処理装置(CPU)、2  シーケンサ、3  送信系、4  静磁場発生磁石、5  受信系、6  傾斜磁場発生系、7  被検体、18  信号処理系(画像処理手段)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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