(57)【要約】【課題】渦電流磁場による画質の劣化を抑制することができる磁気共鳴イメージング装置を提供する。【解決手段】実施形態の磁気共鳴イメージング装置は、渦電流に起因する渦電流磁場の時間変動を推定する磁場変動推定部と、推定した前記渦電流磁場の時間変動を用いて、磁気共鳴信号のサンプリング期間中における、前記磁気共鳴信号の周波数又は位相の変動を推定する周波数変動推定部と、推定した前記周波数又は位相を用いて、前記渦電流磁場に起因する前記磁気共鳴信号の周波数又は位相の変動を、前記サンプリング期間中に連続的に補正する補正部と、補正された前記磁気共鳴信号を再構成して画像を生成する再構成部と、を備える。【選択図】  図２
2019017494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦電流に起因する渦電流磁場の時間変動を推定する磁場変動推定部と、
推定した前記渦電流磁場の時間変動を用いて、磁気共鳴信号のサンプリング期間中における、前記磁気共鳴信号の周波数又は位相の変動を推定する周波数変動推定部と、
推定した前記周波数又は位相の変動を用いて、前記渦電流磁場に起因する前記磁気共鳴信号の周波数又は位相の変動を、前記サンプリング期間中に連続的に補正する補正部と、
補正された前記磁気共鳴信号を再構成して画像を生成する再構成部と、
を備える磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
傾斜磁場コイルと、
前記傾斜磁場コイルに傾斜磁場電流を印加する傾斜磁場電源と、
をさらに備え、
前記磁場変動推定部は、前記傾斜磁場電流の波形データを用いて前記渦電流磁場の時間変動を推定する、
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
前記磁場変動推定部は、ある時刻から所定期間だけ過去に印加される複数の前記傾斜磁場電流の波形データを用いて、前記ある時刻における前記渦電流磁場を、前記サンプリング期間中に時々刻々推定する、
請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項４】
前記周波数変動推定部は、前記磁気共鳴信のサンプリング間隔と同じ又は前記サンプリング間隔よりも短い時間間隔で、前記前記磁気共鳴信号の周波数又は位相の変動を推定し、
前記補正部は、前記磁気共鳴信のサンプリング間隔と同じ又は前記サンプリング間隔よりも短い時間間隔で、前記渦電流磁場に起因する前記磁気共鳴信号の周波数又は位相の変動を、前記サンプリング期間中に補正する、
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項５】
前記補正部は、被検体から放出される前記磁気共鳴信号を受信して検波する受信検波回路を含み、
前記渦電流磁場に起因する前記磁気共鳴信号の周波数又は位相の変動は、前記受信検波回路によるハードウェア処理によって補正される、
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項６】
前記受信検波回路は、推定した前記周波数又は位相の変動を有する基準信号を用いて、受信した前記磁気共鳴信号を検波することにより、前記渦電流磁場に起因する前記磁気共鳴信号の周波数又は位相の変動を補正する、
請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項７】
前記基準信号の前記周波数又は位相は、推定した前記周波数又は位相の変動に追従して、少なくとも前記サンプリング期間中に連続的に変化する、
請求項６に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項８】
前記補正部は、推定した前記周波数又は位相を用いて、サンプリングされた前記磁気共鳴信号を、ソフトウェアによる演算によって補正する、
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項９】
前記補正部は、推定した前記周波数又は位相をキャンセルするような位相回転を、サンプリングされた前記磁気共鳴信号に付与する演算を行うことにより、前記渦電流磁場に起因する前記磁気共鳴信号の周波数又は位相の変動を補正する、
請求項８に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１０】
前記補正部は、サンプリングされた前記磁気共鳴信号のうち、画像の再構成に不要な信号をフィルタリングによって除去した後、前記ソフトウェア演算による補正を行う、
請求項８に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１１】
前記周波数変動推定部は、推定した前記渦電流磁場の０次成分の時間変動を用いて、磁気共鳴信号のサンプリング期間中における、前記磁気共鳴信号の周波数又は位相の変動を推定する、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は磁気共鳴イメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング装置は、静磁場中に置かれた被検体の原子核スピンをラーモア周波数の高周波（ＲＦ：Radio Frequency）信号で励起し、励起に伴って被検体から発生する磁気共鳴信号（ＭＲ（Magnetic Resonance）信号）を再構成して画像を生成する撮像装置である。
【０００３】
磁気共鳴画像の画質劣化の要因の１つとして、渦電流による磁場の乱れが知られている。傾斜磁場コイルにパルス電流を印加すると、傾斜磁場の漏れ磁場により、傾斜磁場コイルの近傍の金属、例えば、静磁場コイルの熱シールド板等に渦電流が流れる。この渦電流によって渦電流磁場が発生する。
【０００４】
渦電流磁場によって静磁場又は傾斜磁場が乱され、画質劣化の要因となる。特に、渦電流磁場に起因する磁場の０次成分の変動は、磁気共鳴周波数の変動の原因となることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−６１９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、渦電流磁場による画質の劣化を抑制することができる磁気共鳴イメージング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の磁気共鳴イメージング装置は、渦電流に起因する渦電流磁場の時間変動を推定する磁場変動推定部と、推定した前記渦電流磁場の時間変動を用いて、磁気共鳴信号のサンプリング期間中における、前記磁気共鳴信号の周波数又は位相の変動を推定する周波数変動推定部と、推定した前記周波数又は位相を用いて、前記渦電流磁場に起因する前記磁気共鳴信号の周波数又は位相の変動を、前記サンプリング期間中に連続的に補正する補正部と、補正された前記磁気共鳴信号を再構成して画像を生成する再構成部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の磁気共鳴イメージング装置の構成例を示す図。
【図２】第１の実施形態の磁気共鳴イメージング装置の機能ブロック図。
【図３】第１の実施形態の磁気共鳴イメージング装置の処理例を示すフローチャート。
【図４】撮像条件設定機能が設定するパルスシーケンスの一例を示す図。
【図５】傾斜磁場電流の波形から渦電流磁場の時間変動を推定する処理概念を示す図。
【図６】磁気共鳴周波数の時間変動を推定し、ＤＤＳに対して周波数補正量を設定する処理の概念を説明する図。
【図７】サンプリングされたＭＲ信号を、周波数補正されたＤＤＳ出力の基準信号を用いて検波する処理の概念を説明する図。
【図８】第２の実施形態の磁気共鳴イメージング装置の機能ブロック図。
【図９】第２の実施形態の磁気共鳴イメージング装置の処理例を示すフローチャート。
【図１０】０次渦磁場による位相変動をソフトウェア処理によって補正する概念を説明する図。
【図１１】補正処理時間を短縮するためのフィルタリングの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置について、添付図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作をするものとして、重複する説明を適宜省略する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１の全体構成を示すブロック図である。磁気共鳴イメージング装置１は、磁石架台１００、制御キャビネット３００、コンソール４００、寝台５００、及びＲＦ（Radio Frequency）コイル２０を備える。
【００１１】
磁石架台１００は、静磁場磁石１０、傾斜磁場コイル１１、及びＷＢ（Whole Body）コイル１２を有している。これらの構成品は円筒状の筐体に収納されている。寝台５００は、寝台本体５０と天板５１を有している。
【００１２】
制御キャビネット３００は、傾斜磁場電源３１（Ｘ軸用３１ｘ、Ｙ軸用３１ｙ、Ｚ軸用３１ｚ）、受信検波回路３２、ＲＦ送信器３３、及びシーケンスコントローラ３４を備えている。
【００１３】
コンソール４００は、処理回路４０、記憶回路４１、ディスプレイ４２、及び入力デバイス４３を備えている。コンソール４００は、ホスト計算機として機能する。
【００１４】
磁石架台１００の静磁場磁石１０は、概略円筒形状をなしており、被検体、例えば患者、が搬送されるボア内に静磁場を発生させる。ボアとは、磁石架台１００の円筒内部の空間のことである。静磁場磁石１０は超電導コイルを内蔵し、例えば、液体ヘリウムによって超電導コイルが極低温に冷却されている。静磁場磁石１０は、励磁モードにおいて静磁場用電源（図示せず）から供給される電流を超電導コイルに印加することで静磁場を発生する。その後、永久電流モードに移行すると、静磁場用電源は切り離される。一旦永久電流モードに移行すると、静磁場磁石１０は長時間、例えば１年以上に亘って、静磁場を発生し続ける。
【００１５】
静磁場磁石１０は、極低温状態を維持するために、例えば、アルミニウム等の合金で形成される円筒状の熱シールド板で液体ヘリウム及び超電導コイルを収納している。
【００１６】
傾斜磁場コイル１１も概略円筒形状をなし、静磁場磁石１０の内側に固定されている。この傾斜磁場コイル１１は、傾斜磁場電源（３１ｘ、３１ｙ、３１ｚ）から供給される電流によりＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の方向に傾斜磁場を被検体に印加する。
【００１７】
寝台５００の寝台本体５０は天板５１を上下方向及び水平方向に移動することができる。撮像前に天板５１に載置された被検体を所定の高さまで移動させる。その後、撮像時には天板５１を水平方向に移動させて被検体をボア内に移動させる。
【００１８】
ＷＢコイル１２は、傾斜磁場コイル１１の内側に被検体を取り囲むように概略円筒形状に固定されている。ＷＢコイル１２は、ＲＦ送信器３３から伝送されるＲＦパルスを被検体に向けて送信する。また、水素原子核の励起によって被検体から放出される磁気共鳴信号、即ちＭＲ（Magnetic Resonance）信号を受信する。
【００１９】
磁気共鳴イメージング装置１は、ＷＢコイル１２の他、図１に示すようにＲＦコイル２０を備える。ＲＦコイル２０は、被検体の体表面に近接して載置されるコイルである。ＲＦコイル２０には幾つかの種別がある。例えば、ＲＦコイル２０として、図１に示すように被検体の胸部や腹部、或いは脚部に設置されるボディコイル（Body Coil）や、被検体の背側に設置されるスパインコイル（Spine Coil）といった種別がある。ＲＦコイル２０の多くは受信専用のコイルであるが、送信と受信を双方行う種別のものもある。ＲＦコイル２０はケーブルを介して天板５１と着脱可能に構成されている。
【００２０】
ＲＦ送信器３３は、シーケンスコントローラ３４からの指示に基づいてＲＦパルスを生成する。生成したＲＦパルスはＷＢコイル１２に伝送され、被検体に印加される。ＲＦパルスの印加によって被検体からＭＲ信号が発生する。このＭＲ信号をＲＦコイル２０又はＷＢコイル１１が受信する。
【００２１】
ＲＦコイル２０で受信したＭＲ信号、より具体的には、ＲＦコイル２０内の各要素コイルで受信したＭＲ信号は、天板５１及び寝台本体５０に設けられたケーブルを介して受信検波回路３２に入力される。
【００２２】
受信検波回路３２は、アナログ信号であるＭＲ信号をＡＤ（Analog to Digital）変換して、デジタル信号のＭＲ信号に変換する。また、受信検波回路３２は、ＲＦ（Radio Frequency）信号であるＭＲ信号を検波して、ベースバンドの複素信号のＭＲ信号を生成する。ベースバンド複素信号のＭＲ信号は、生データ（Raw Data）、或は、ｋ空間データと呼ばれることもある。
【００２３】
シーケンスコントローラ３４は、コンソール４００による制御のもと、傾斜磁場電源３１、ＲＦ送信器３３及び受信検波回路３２をそれぞれ駆動することによって被検体のスキャンを行う。スキャンによって受信検波回路３２から生データを受信すると、シーケンスコントローラ３４は、その生データをコンソール４００に送信する。
【００２４】
シーケンスコントローラ３４は、処理回路（図示を省略）を具備している。この処理回路は、例えば所定のプログラムを実行するプロセッサや、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアで構成される。 
【００２５】
コンソール４００は、記憶回路４１、ディスプレイ４２、入力デバイス４３、及び処理回路４０を備える。記憶回路４１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）の他、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）や光ディスク装置等の外部記憶装置を含む記憶媒体である。記憶回路４１は、各種の情報やデータを記憶する他、処理回路４０が具備するプロセッサが実行する各種のプログラムを記憶する。
【００２６】
ディスプレイ４２は、液晶ディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネル、有機ＥＬパネル等の表示デバイスである。入力デバイス４３は、例えば、マウス、キーボード、トラックボール、タッチパネル等であり、各種の情報やデータを操作者が入力するための種々のデバイスを含む。
【００２７】
処理回路４０は、例えば、ＣＰＵや、専用又は汎用のプロセッサを備える回路である。プロセッサは、記憶回路４１に記憶した各種のプログラムを実行することによって、後述する各種の機能を実現する。処理回路４０は、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ等のハードウェアで構成してもよい。これらのハードウェアによっても後述する各種の機能を実現することができる。また、処理回路４０は、プロセッサとプログラムによるソフトウェア処理と、ハードウェア処理とを組わせて、各種の機能を実現することもできる。
【００２８】
ところで、磁気共鳴イメージング装置１の傾斜磁場コイル１１に傾斜磁場パルスを印加すると、渦電流磁場が発生することが知られている。円筒状の傾斜磁場コイル１１に傾斜磁場パルスを印加すると、傾斜磁場コイル１１の内側だけでなく、外側にも傾斜磁場が発生する。傾斜磁場コイル１１の外側に発生する磁場は漏れ磁場と呼ばれる。この漏れ磁場が、静磁場磁石１０の熱シールド板に鎖交すると、熱シールド板は導電体であるため、熱熱シールド板に渦電流が流れる。
【００２９】
渦電流によって渦電流磁場が発生する。発生した渦電流磁場は、傾斜磁場や静磁場に重畳され、本来想定している磁場環境を乱すため、画質の劣化となる。そこで、渦電流の発生を抑制するため、傾斜磁場コイル１１の外側に、漏れ磁場を相殺するためのコイルを設けた能動遮蔽型傾斜磁場コイル（ＡＳＧＣ： Active Shielded Gradient Coil）が用いられている。図１に示す傾斜磁場コイル１１も、能動遮蔽型の傾斜磁場コイル１１として構成しても良い。
【００３０】
能動遮蔽型の傾斜磁場コイル１１によって渦電流は抑制されるが、渦電流を完全にゼロにすることは、現実には困難である。したがって、渦電流磁場を完全にゼロにすることも現実には困難であり、この渦電流磁場の影響を抑制することが重要となってくる。
【００３１】
渦電流磁場は、空間位置に依存しない磁場と、空間位置に依存する磁場とに分けて考えることができる。空間位置に依存しない渦電流磁場は、渦電流磁場の０次成分（或いは、単に０次渦磁場）と呼ばれる。一方、空間位置に対して１次、又は２次以上の関数として変化する渦電流磁場の成分を、渦電流磁場の１次成分等と呼ぶものとする。
【００３２】
渦電流磁場の１次成分等は、傾斜磁場の大きさを変動させる要因となる。傾斜磁場の大きさが変動すると、画素位置の誤差等の問題を引き起こす。渦電流磁場の１次成分等を補正するために、傾斜磁場パルスの波形形状を補正する手法が知られている。
【００３３】
一方、渦電流磁場の０次成分は、静磁場強度に対するオフセット量として捉えることができ、磁気共鳴周波数（即ち、ラーモア周波数）を変動させる要因となる。渦電流磁場の０次成分は、空間的には同じ値を示すものの、時間的には変動する。例えば、１つのリードアウト傾斜磁場パルスの印加中、即ち、１つのＭＲ信号のサンプリング中においても、渦電流磁場の０次成分は時間的に変化する。この結果、渦磁場に起因して、１つのＭＲ信号のサンプリング中において、磁気共鳴周波数ｆ０が変化することになる。
【００３４】
本実施形態の磁気共鳴イメージング装置１は、渦電流磁場の０次成分の時間変動を抑制する手法を提供する。また、渦電流磁場の０次成分の時間変動を抑制する手法として、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１は、ハードウェア的な手法を提供する一方、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１は、ソフトウェア的な手法を提供する。まず、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１について説明する。
【００３５】
（第１の実施形態）
図２は、渦電流の影響を抑制するための機能に重点を置いた、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１の機能ブロック図である。
【００３６】
図２に示すように、コンソール４００の処理回路４０は、撮像条件設定機能４０１、磁場変動推定機能４０２、周波数変動推定機能４０３、補正機能４０４のうちの周波数補正量設定機能４０５、及び再構成機能４０６の各機能を実現する。これらの各機能は、例えば、処理回路４０が具備するプロセッサが、記憶回路４１に記憶される所定のプログラムを実行することによって実現される。
【００３７】
また、受信検波回路３２は、その内部構成として、Ａ／Ｄ変換器３２１、ＤＤＳ（ダイレクトデジタルシンセサイザ：Direct Digital Synthesizer）３２２、及び検波器３２３を有している。また、シーケンスコントローラ３４は、その内部構成として、傾斜磁場波形発生回路３４１を有している。
【００３８】
撮像条件設定機能４０１は、入力デバイス４３を介してユーザから選択された、或いはユーザから入力された撮像条件を、シーケンスコントローラ３４に設定する他、シーケンスコントローラ３４を介して受信検波回路３２やＲＦ送信器３３に設定する。
【００３９】
例えば、撮像条件設定機能４０１は、傾斜磁場パルスの印加方向、傾斜磁場パルスの大きさやパルス長、傾斜磁場パルスの発生タイミングといった傾斜磁場に関する情報を、シーケンスコントローラ３４内の傾斜磁場波形発生回路３４１に設定する。
【００４０】
傾斜磁場波形発生回路３４１は、設定された傾斜磁場に関する情報にしたがって、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の傾斜磁場の波形を生成する。そして、生成した傾斜磁場波形を、傾斜磁場電源３１に送出する。傾斜磁場電源３１は、傾斜磁場波形に対応した傾斜磁場電流を生成し、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の各傾斜磁場コイル１１に印加する。
【００４１】
一方、傾斜磁場波形発生回路３４１で生成された傾斜磁場波形に関する波形データは、磁場変動推定機能４０２にも送られる。磁場変動推定機能４０２は、傾斜磁場波形に関する波形データを用いて、渦電流に起因する渦電流磁場の時間変動を推定する。
【００４２】
周波数変動推定機能４０３は、磁場変動推定機能４０２で推定された渦電流磁場の時間変動を用いて、ＭＲ信号のサンプリング期間中における、ＭＲ信号の周波数変動、又は、位相変動を推定する。
【００４３】
周波数補正量設定機能４０４は、周波数変動推定機能４０３で推定されたＭＲ信号の周波数変動又は位相変動を、シーケンスコントローラ３４を介して、周波数補正量又は位相補正量として、ＤＤＳ３２２に設定する。周波数補正量又は位相補正量は、パルスシーケンスの実行中に、ＤＤＳ３２２に対してリアルタイムで設定される。
【００４４】
一方、ＲＦコイル２０（又は、ＷＢコイル１２）で受信されたＭＲ信号は、受信検波回路３２に入力される。図２に例示する受信検波回路３２は、所謂、ダイレクトサンプリング方式に対応するものである。ダイレクトサンプリング方式では、ＲＦコイル２０（又は、ＷＢコイル１２）で受信したＭＲ信号を、周波数変換することなく、Ａ／Ｄ変換器３２１で直接サンプリングし、直接アナログ信号からデジタル信号に変換する。さらに、ダイレクトサンプリング方式では、デジタル信号に変換されたＭＲ信号を、ＤＤＳ３２２から出力されるキャリア周波数成分を有する基準信号を用いて検波し、ベースバンドのデジタルＭＲ信号に変換する。このベースバンドのデジタルＭＲ信号は、例えば、Ｉ信号とＱ信号とから構成される複素信号であり、前述したように、生データ（Raw Data）、或は、ｋ空間データと呼ばれることもある。
【００４５】
ＲＦコイル２０（又は、ＷＢコイル１２）で受信するＭＲ信号の中心周波数（即ち、磁気共鳴周波数或いはラーモア周波数）は、渦電流磁場の影響を受けて、時間的な変動を受ける。一方、第１の実施形態の磁気共鳴イメージング装置１では、ＤＤＳ３２２から出力される基準信号の周波数が、渦電流磁場の変動に追従して変化するように構成されている。この結果、検波器３２３の出力では、渦電流磁場の変動に起因する周波数変動が相殺され、渦電流磁場の影響を抑制することができる。
【００４６】
第１の実施形態の磁気共鳴イメージング装置１では、処理回路４０の周波数補正量設定機能４０５と、ハードウェアである受信検波回路３２とで補正機能４０５を構成している。そして、この補正機能４０５により、推定した前記周波数又は位相を用いて、渦電流磁場に起因する磁気共鳴信号の周波数又は位相の変動を、ＭＲ信号のサンプリング期間中に連続的に補正している。
【００４７】
補正されたＭＲ信号は、受信検波回路３２からシーケンスコントローラ３４を介して、コンソール４００の処理回路４０に入力される。その後、処理回路４０の再構成機能４０６によって、補正後のＭＲ信号が再構成されて、渦電流の影響が抑制された画像が生成される。
【００４８】
なお、図２に示すブロック図では、ダイレクトサンプリング方式の受信検波回路３２を例示しているが、第１の実施形態の受信検波回路３２はダイレクトサンプリング方式に限定されない。例えば、従来型のヘテロダイン方式のように、ＲＦコイル２０から出力される高周波のＭＲ信号を、ローカル発信器から出力されるローカル信号によって中間周波数、又は、ベースバンドに周波数変換した後にＡＤ変換する方式でもよい。第１の実施形態の受信検波回路３２がヘテロダイン方式の場合、ローカル発信器の周波数を、渦電流磁場の変動に追従して変化するように構成すれば良い。
【００４９】
図３は、上記のように構成された第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１の処理例を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１の動作をより詳しく説明する。
【００５０】
まず、ステップＳＴ１００で、撮像条件設定機能４０１が、パルスシーケンスの各諸元や、中心周波数等の撮像条件をシーケンスコントローラ３４に設定する。
【００５１】
図４は、撮像条件設定機能４０１が設定するパルスシーケンスの一例を示す図である。図４は、標準的なスピンエコー法のパルスシーケンスを例示している。図４（a）は、励起パルスとリフォーカスパルスを有するＲＦパルス、図４（ｂ）は、スライス選択傾斜磁場パルスＧｓｓ、図４（ｃ）は、位相エンコード傾斜磁場パルスＧｐｅ、図４（ｄ）は、リードアウト傾斜磁場パルスＧｒｏ、図４（ｅ）は、高周波信号としてＲＦコイル２０に受信されるＭＲ信号、をそれぞれ表している。
【００５２】
本実施形態の磁気共鳴イメージング装置１に適用可能なパルスシーケンスの種類には何ら限定はなく、任意のパルスシーケンスを本実施形態の磁気共鳴イメージング装置１に使用することができる。
【００５３】
図３に戻り、ステップＳＴ１０１で、ユーザ操作等によって、ステップＳＴ１００で設定したパルスシーケンスの開始が指示される。
【００５４】
ステップＳＴ１０２では、設定したパルスシーケンスに基づいて傾斜磁場コイル１１に印加される傾斜磁場電流の波形データが取得される。また、ステップＳＴ１０３では、取得した傾斜磁場電流（或いは、傾斜磁場パルス）の波形から、渦電流磁場の時間変動を算出、或いは推定する。ステップＳＴ１０２の処理は、例えば、磁場変動推定機能４０２が行う。また、ステップＳＴ１０３の処理は、例えば、周波数変動推定機能４０３が行う。
【００５５】
図５は、ステップＳＴ１０３の処理概念を説明する図である。図５（ａ）、図５（ｃ）、図５（ｅ）は、図４に示すパルスシーケンスのうち、スライス選択傾斜磁場パルスＧｓｓ、位相エンコード傾斜磁場パルスＧｐｅ、及び、リードアウト傾斜磁場パルスＧｒｏの夫々の一部を図示したものである。
【００５６】
傾斜磁場パルスの形状は、実際には、矩形波よりもむしろ台形波として近似されるものである。そして、台形波の立ち下がりと立下がりにおける磁場の変動を打ち消すように、渦電流磁場が発生する。渦電流磁場には、前述したように、空間位置に依存しない０次成分と、空間位置の１次関数或いは２次以上の高次関数として変化する成分を有している。
【００５７】
図５（ｂ）は、スライス選択傾斜磁場パルスＧｓｓに対応して発生する０次渦磁場（渦電流磁場の０次成分）ΔＢｓｓの波形を模式的に示した図である。同様に、図５（ｄ）は、位相エンコード傾斜磁場パルスＧｐｅに対応して発生する０次渦磁場ΔＢｐｅの波形を模式的に示した図であり、図５（ｆ）は、リードアウト傾斜磁場パルスＧｒｏに対応して発生する０次渦磁場ΔＢｒｏの波形を模式的に示した図である。
【００５８】
夫々の傾斜磁場パルスの立ち上がりによって、即ち、傾斜磁場の正方向への変化によって、この変化を打ち消すような負極性の０次渦磁場が発生し、この０次渦磁場は、指数関数で近似される関数で減衰していく。一方、各傾斜磁場パルスの立ち下がりによっても、即ち、傾斜磁場の負方向への変化によっても、この変化を打ち消すような正極性の０次渦磁場が発生し、この０次渦磁場も、指数関数で近似される関数で減衰していく。
【００５９】
指数関数の時定数は、例えば、数ｍｓｅｃから２０００ｍｓｅｃ程度までの大きな値をとり得る。このため、図５（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）に例示したように、各傾斜磁場パルスの夫々の立ち上がり、立ち下がりで発生した複数の０次渦磁場は、夫々の傾斜磁場パルスの印加後においても、減衰しながら継続することになる。
【００６０】
０次渦磁場の時定数は、実測データ等から予め求めることができる。また、０次渦磁場の大きさは、傾斜磁場パルスの立ち上がりや立ち下りの変化の大きさから事前に推定することが可能である。
【００６１】
したがって、ステップＳＴ１０２で取得した傾斜磁場パルスの波形データから、図５（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）に示したような、傾斜磁場パルスの夫々の立ち上がり、立ち下がりに対応して発生する複数の０次渦磁場を、時間の関数として夫々推定することができる。そして、複数の０次渦磁場を全て積算することにより、図５（ｇ）に示すように、時々刻々変化する０次渦磁場ΔＢ（ｔ）の統合値を、時間の関数として推定することができる。
【００６２】
なお、０次渦磁場の波形は、指数関数として近似しているため、一旦発生した０次渦磁場は、長時間経過後も完全にはゼロとならない。そこで、０次渦磁場ΔＢ（ｔ）の統合値の算出に際しては、算出対象時刻ｔ０から直近の過去Ｔ秒間に印加された傾斜磁場パルスによって生じる複数の０次渦磁場を積算の対象としている。
【００６３】
上述した演算により、リードアウト傾斜磁場Ｇｒｏの印加中、即ち、ＭＲ信号のサンプリング中において変化する０次渦磁場ΔＢ（ｔ）の時間変動を、傾斜磁場パルスの波形データから時々刻々、リアルタイムで推定することができる。
【００６４】
図３に戻り、ステップＳＴ１０４では、ステップＳＴ１０３で推定した０次渦磁場ΔＢ（ｔ）の時間変動から、ＭＲ信号の周波数変動Δｆ（ｔ）（或いは、ＭＲ信号の位相変動ΔΦ（ｔ））を推定する。ステップＳＴ１０４の処理は、図２の周波数変動推定機能４０３が行う。
【００６５】
ステップＳＴ１０５では、推定した周波数変動Δｆ（ｔ）を、受信検波回路３２のＤＤＳ３２２に対して、周波数補正量Δｆ（ｔ）として設定する。或いは、推定した位相変動ΔΦ（ｔ）を、受信検波回路３２のＤＤＳ３２２に対して、位相補正量ΔΦ（ｔ）として設定する。ステップＳＴ１０５の処理は、図２の周波数補正量設定機能４０５が行う。
【００６６】
図６は、ステップＳＴ１０４、及びステップＳＴ１０５の処理の概念を説明する図である。図６（ａ）はリードアウト傾斜磁場Ｇｒｏを示し、図６（ｂ）は、被検体から放出されるＭＲ信号を示している。リードアウト傾斜磁場Ｇｒｏの印加中に、Ａ／Ｄ変換器３２１により、ＭＲ信号がサンプリングされＡＤ変換される。
【００６７】
図６（ｃ）は、被検体に印加される磁場の０次成分を示している。被検体には、以下の（式１）で表せる磁場の０次成分Ｂ（ｔ）、即ち、静磁場Ｂ０と０次渦磁場ΔＢ（ｔ）の和が、印加されることになる。
Ｂ（ｔ）＝Ｂ０＋ΔＢ（ｔ）                      （式１）
なお、図６（ｃ）に示す０次渦磁場ΔＢ（ｔ）は、図５（ｇ）と同じものであり、傾斜磁場パルスの波形から推定されるものである。
【００６８】
図６（ｄ）は、ステップＳＴ１０４で推定される磁気共鳴周波数ｆ（ｔ）を示している。磁気共鳴周波数ｆ（ｔ）は、（式１）の磁場Ｂ（ｔ）から、以下の（式２）〜（式４）によって算出、或いは推定される。
ｆ（ｔ）＝ｆ０＋Δｆ（ｔ）                    （式２）
ｆ０＝λ・Ｂ０／（２π）                    （式３）
Δｆ（ｔ）＝λ・ΔＢ（ｔ）／（２π）            （式４）
ここで、λは、磁気回転比と呼ばれる定数である。（式２）は、磁気共鳴周波数ｆ（ｔ）が、０次渦磁場ΔＢ（ｔ）の存在により、静磁場Ｂ０のみで定まる磁気共鳴周波数ｆ０に対してΔｆ（ｔ）だけ時間変動することを示している。
【００６９】
図６（ｅ）は、ＤＤＳ３２２から出力される検波用基準信号の波形を示している。推定した周波数変動Δｆ（ｔ）を、受信検波回路３２のＤＤＳ３２２に対して、周波数補正量Δｆ（ｔ）として設定することにより、ＤＤＳ３２２の出力信号は、中心周波数ｆ０の正弦波に対して、周波数がΔｆ（ｔ）で変動する信号となる。
【００７０】
再び図３に戻り、図３のステップＳＴ１０６は、ステップＳＴ１０２〜ステップＳＴ１０５の処理と並行して、リードアウト傾斜磁場Ｇｒｏが印加され、この印加に応じて、ＭＲ信号がサンプリングされる処理に対応している。
【００７１】
さらに、ステップＳＴ１０７では、ＤＤＳ３２２から出力される補正された周波数の基準信号を用いて、サンプリングされたＭＲ信号を検波する。
【００７２】
図７は、ステップＳＴ１０５、ＳＴ１０６、及びＳＴ１０７の処理概念を説明する図である。ＤＤＳ３２２に対して、静磁場Ｂ０に対応する中心周波数ｆ０と、０次渦磁場ΔＢ（ｔ）に対応する周波数補正量Δｆ（ｔ）が時々刻々設定される。ＤＤＳ３２２は、周波数補正量Δｆ（ｔ）に応じてリアルタイムに周波数を変化させて、（式２）で示される周波数を有する検波用の基準信号を生成し、検波器３２３に出力する。
【００７３】
一方、Ａ／Ｄ変換器３２１には、０次渦磁場によって磁気共鳴周波数の変動Δｆ（ｔ）を実際に受けた、補正前ＭＲ信号（アナログ）が入力される。Ａ／Ｄ変換器３２１は、このＭＲ信号をダイレクトサンプリングして、デジタル信号に変換し、補正前ＭＲ信号（デジタル）として検波器３２３に出力する。
【００７４】
ＤＤＳ３２２から出力される基準信号を用いた検波器３２３による検波により、補正前ＭＲ信号（デジタル）に含まれていた０次渦磁場による周波数変動Δｆ（ｔ）が相殺される。その結果、検波器３２３からは、０次渦磁場の影響が抑制された補正後のＭＲ信号が、ベースバンドのデジタル信号として出力される。
【００７５】
図３のステップＳＴ１０８では、パルスシーケンスの終了判定が行われる、パルスシーケンスが継続している間は、ステップＳＴ１０２及びステップＳＴ１０６に戻り、上述した各処理が繰り返される。
【００７６】
パルスシーケンスが終了すると、ステップＳＴ１０９において、補正後のＭＲ信号を用いた再構成処理が行われる。この結果、渦電流磁場の影響が抑制された高画質の画像を生成することが可能となる。
【００７７】
上述した第１の実施形態の磁気共鳴イメージング装置１によれば、渦電流磁場の連続的な時間変動に追従して、渦電流磁場による周波数変動の影響をＭＲ信号の全てのサンプリングデータから取り除くことができる。
【００７８】
例えば、０次渦磁場の時間変動ΔＢ（ｔ）や、周波数変動Δｆ（ｔ）の算出時間間隔を、Ａ／Ｄ変換器３２１によるＭＲ信号のサンプリング間隔Δτと同じか、それ以下の間隔で求めることにより、渦電流磁場の時間変動に追従した極め細かな補正が、ＭＲ信号の全てのサンプリングデータに対して可能となる。
【００７９】
また、第１の実施形態の磁気共鳴イメージング装置１では、周波数変動Δｆ（ｔ）の補正を、受信検波回路３２内において、ＤＤＳ３２２や検波器３２３で構成されるハードウェアを用いて行っている。このため、補正処理をリアルタイムで実施することが可能となっている。
【００８０】
（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１の機能構成例を示すブロック図である。前述したように、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１がハードウェア的な手法によって渦電流磁場の０次成分の時間変動を抑制しているのに対して、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１は、ソフトウェア的な手法によって渦電流磁場の０次成分の時間変動を抑制する構成としている。
【００８１】
したがって、第１の実施形態（図２）におけるＤＤＳ３２２からは、中心周波数ｆ０と、０次渦磁場ΔＢ（ｔ）に対応する周波数補正量Δｆ（ｔ）とが加算された周波数の基準信号を出力されるのに対して、図８に示す第２の実施形態におけるＤＤＳ３２２からは、中心周波数ｆ０の固定周波数の基準信号が出力されることになる。その結果、第２の実施形態では、受信検波回路３２からコンソール４００の処理回路４０に出力されるＭＲ信号は、０次渦磁場に起因する周波数変動Δｆ（ｔ）をもつ、補正前の信号となる。
【００８２】
また、第１の実施形態のブロック図（図２）との相違点は、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１が、図８に示すように、位相補正算出機能４０８及び補正演算機能４０９からなる補正機能４０７を有している点である。補正機能４０７は、処理回路４０内の他の機能と同様に、処理回路４０が具備するプロセッサが、記憶回路４１に記憶される所定のプログラムを実行することによって、ソフトウェア処理として実現される。
【００８３】
図９は、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１の処理例を示すフローチャートである。第１の実施形態のフローチャート（図３）と同じ処理には同じ符号を付しており、説明の重複を省略する。
【００８４】
図９のステップＳＴ２０１では、検波器３２３によってＭＲ信号が検波され、ベースバンドのデジタル信号としてのＭＲ信号が生成される。前述したように、このＭＲ信号は、０次渦磁場に起因する周波数変動Δｆ（ｔ）をもつ補正前のＭＲ信号である。
【００８５】
一方、ステップＳＴ２００では、ステップＳＴ１０４で推定した周波数変動Δｆ（ｔ）を時間積分して、位相変動Δφ（ｔ）を算出する。位相変動Δφ（ｔ）の符号の正負を反転させたものが、位相補正量となる。次いで、ステップＳＴ２０２において、検波されたＭＲ信号を、位相補正量を用いて補正する。
【００８６】
図１０は、上述したステップＳＴ２００、ＳＴ２０１、ＳＴ２０２の処理の概念を説明する図である。
【００８７】
図１０（ａ）はアナログ信号としてのＭＲ信号を模式的に示している。図１０（ｂ）は、ステップＳＴ２０１の処理によって生成された、ベースバンドのデジタル信号としてのＭＲ信号Ｓ（ｔ）を示す図である。補正前のＭＲ信号をＳ（ｔ）として表記している。
【００８８】
図１０（ｃ）は、ステップＳＴ２００で算出される位相変動Δφ（ｔ）を示す。位相変動Δφ（ｔ）は、ステップＳＴ１０４で算出される、０次渦磁場による周波数変動Δｆ（ｔ）（図６（ｄ）参照）を、時間積分することにより算出される。
【００８９】
図１０（ｄ）は、ステップＳＴ２０２の処理によって生成される、補正後のＭＲ信号（デジタル）を模式的に示す図である。補正後のＭＲ信号をＳ’（ｔ）として表記すると、補正後のＭＲ信号は、例えば、以下の（式５）によって算出される。
Ｓ’（ｔ）＝Ｓ（ｔ）・ｅｘｐ[−ｊΔφ（ｔ）]        （式５）
なお、補正前のＭＲ信号Ｓ（ｔ）及び補正後のＭＲ信号Ｓ’（ｔ）は、いずれも複素信号である。
【００９０】
ステップＳＴ２０２による補正処理の後、ステップＳＴ１０８においてパルスシーケンスの終了判定が行われる。パルスシーケンスが終了すると、ステップＳＴ１０９において、補正後のＭＲ信号を用いた再構成処理が行われる。
【００９１】
第２の実施形態は、ソフトウェア的な処理を行っているため、ステップＳＴ２０２の補正処理は、必ずしもパルスシーケンスの実行中にリアルタイムで行う必要はない。位相補正量と、検波したＭＲ信号とを記憶回路４１に保存しておき、パルスシーケンスの実行後に、ステップＳＴ２０２の補正演算を行っても良い。
【００９２】
第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１によっても、渦電流磁場の連続的な時間変動に追従して、渦電流磁場による周波数変動の影響をＭＲ信号の全てのサンプリングデータから取り除くことができる。
【００９３】
０次渦磁場の時間変動ΔＢ（ｔ）、周波数変動Δｆ（ｔ）、位相変動Δφ（ｔ）の算出時間間隔を、Ａ／Ｄ変換器３２１によるＭＲ信号のサンプリング間隔Δτと同じにしておくことにより、渦電流磁場の時間変動に追従した極め細かな補正が、ＭＲ信号の全てのサンプリングデータに対して可能となる。
【００９４】
（第２の実施形態の変形例）
第２の実施形態の磁気共鳴イメージング装置１は、０次渦磁場による位相変動を、ソフトウェアによる演算で補正している。この場合、補正演算に要する時間を短縮するため、収集した全てのＭＲ信号を補正するのではなく、画像の再構成に必ずしも必要ではない信号をフィルタリングによって除去した後に、ソフトウェア演算による補正を行うようにしてもよい。ここでのフィルタリングとは、広い意味での不要信号除去処理を含むものである。
【００９５】
図１１は、このフィルタリングの一例を示す図である。図１１に例示するように、リードアウト方向と位相エンコード方向の２次元ｋ空間に配列されたＭＲ信号のうち、中央の円領域（「Ａ」領域）のデータに対しては、ステップＳＴ２０２の補正処理を行い、２次元ｋ空間の４隅の高周波領域（「Ｂ」領域）のデータに対しては、ステップＳＴ２０２の補正処理を省略し、例えばゼロ値で置換する、といったフィルタリングが考えられる。
【００９６】
以上説明した各実施形態の磁気共鳴イメージング装置によれば、渦電流磁場による画質の劣化を抑制することができる。
【００９７】
なお、実施形態の説明における磁場変動推定機能４０２、周波数変動推定機能４０３、補正機能４０４、４０７、及び、再構成機能４０６は、夫々、特許請求の範囲の記載における、磁場変動推定、周波数変動推定部、補正部、及び、再構成部の一例である。
【００９８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９９】
１  磁気共鳴イメージング装置
３２  受信検波回路
３４  シーケンスコントローラ
４０  処理回路
４１  記憶回路
４２  ディスプレイ
４３  入力デバイス
３２１  Ａ／Ｄ変換器
３２２  ＤＤＳ
３２３  検波器
３４１  傾斜磁場発生回路
４０２  磁場変動推定機能
４０３  周波数変動推定機能
４０４、４０７  補正機能
４０５  周波数補正量設定機能
４０６  再構成機能
４０８  位相補正量算出機能
４０９  補正演算機能
【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】
2019017494.tif 000009
【図８】
2019017494.tif 000010
【図９】
2019017494.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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