(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エコー時間の異なる複数の画像データを用いて、複数のケミカル成分の画像をそれぞれ取得する信号処理手段を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
前記信号処理手段は、
各エコー時間におけるケミカル成分毎の化学シフト及びＴ２減衰値と、撮像マトリクスを小さくして取得されたエコー時間の異なる複数の画像データと、を用いて、エコー時間毎の静磁場不均一による静磁場不均一マップを求め、
求めた前記エコー時間毎の静磁場不均一マップと、エコー時間の異なり数を減らして取得された複数の画像データと、を用いて、前記複数のケミカル成分の画像をそれぞれ取得する
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、
前記信号処理手段は、前記各エコー時間におけるケミカル成分毎の化学シフト及びＴ２減衰値と、前記エコー時間の異なる複数の画像データと、エコー時間毎の静磁場不均一マップと、からなる連立方程式を作成し、最小二乗推定によって、前記エコー時間毎の静磁場不均一マップを求めることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
エコー時間の異なる複数の画像データを用いて、複数のケミカル成分の画像をそれぞれ取得する信号処理手段を備え、
前記信号処理手段は、
各エコー時間におけるケミカル成分毎の化学シフト及びＴ２減衰値と、前記エコー時間の異なる複数の画像データと、エコー時間毎の静磁場不均一マップと、からなる連立方程式を作成し、静磁場不均一による位相回転量の正弦と余弦に関して前記連立方程式から得られる疑似逆行列を用いて、前記エコー時間毎の静磁場不均一マップを求め、
求めた前記エコー時間毎の静磁場不均一マップを用いて、前記複数のケミカル成分の画像をそれぞれ取得する
ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項４】
磁気共鳴イメージング装置が作動して、エコー時間の異なる複数の画像データを用いて、複数のケミカル成分の画像をそれぞれ取得するケミカル画像取得方法であって、
各エコー時間におけるケミカル成分毎の化学シフト及びＴ２減衰値と、前記エコー時間の異なる複数の画像データと、を用いてエコー時間毎の静磁場不均一マップを求める静磁場不均一マップ取得ステップと、
前記求めたエコー時間毎の静磁場不均一マップを用いて、前記複数のケミカル成分の画像をそれぞれ取得するケミカル成分画像取得ステップと、
を有し、
前記静磁場不均一マップ取得ステップは、予め撮像マトリクスを小さくして取得されたエコー時間の異なる複数の画像データを用いて前記エコー時間毎の静磁場不均一マップを作成し、
前記ケミカル成分画像取得ステップは、該求めたエコー時間毎の静磁場不均一マップと、エコー時間の異なり数を減らして取得された複数の画像データと、を用いて、複数のケミカル成分の画像をそれぞれ取得する
ことを特徴とするケミカル画像取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴(NMR)信号を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を映像化する核磁気共鳴撮像(MRI)装置に関し、特にケミカル画像画像を取得する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
MRI装置は、被検体、特に人体の組織を構成する原子核スピンが発生するNMR信号を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を2次元的に或いは3次元的に画像化する装置である。撮像においては、NMR信号には、傾斜磁場によって異なる位相エンコードが付与されるとともに周波数エンコードされて、時系列データとして計測される。計測されたNMR信号は、2次元又は3次元フーリエ変換されることにより画像に再構成される。
【０００３】
MRI装置で画像を得る場合、エコー時間(TE)や繰り返し時間(TR)等のパラメータを変化させたり、画像演算を行うことによって、様々な組織コントラストを持つ画像を得ることができる。臨床においては、脂肪組織からの信号を抑制した画像が求められることが多々ある。脂肪組織からのを抑制した画像を得る方法の一例として、TEの異なる画像を複数枚取得し、演算により水・脂肪分離画像を得る方法があげられる。その代表的な方法としては、Dixon法と呼ばれるものがある(非特許文献1参照)。
【０００４】
さらに、MRI装置では、磁石構造に起因する静磁場自身不均一と、静磁場空間に配置された被検体の部位ごとに磁気感受性が異なることに起因する静磁場不均一とが生じるので、Dixon法に静磁場不均一の影響を補正する機能を加えた、静磁場補正付き2点Dixon法(非特許文献2参照)、及び3点Dixon法(特許文献1参照)等があり、これらは既に公知のものとして知られている。
【０００５】
3点Dixon法および静磁場補正付き2点Dixon法において静磁場不均一による位相回転量を求める際には、水と脂肪の入れ替わりを防ぐため、アンラップと呼ばれる処理を行う必要が生じる。ただし、静磁場不均一が大きかったり、同位相と逆位相のTE間の時間間隔が開いていたりすると、位相が-π以下、あるいはπ以上になってしまう(この状態は主値回りをおこしているという)。主値回りがおきると演算の結果得られる水と脂肪の画像が入れ替わる。
【０００６】
そこで、近年、非対称エコーおよび最小二乗推定を用いた水と脂肪の反復分解法が提案されている(非特許文献3)。本手法は、静磁場不均一の位相回転量と水・脂肪プロトンを最小二乗推定による反復演算によって求めることで、水画像と脂肪画像を最適なSNR(Signal to Noise Ratio)で取得し、かつ、水と脂肪の入れ替わりを抑制している。本手法を用いて、水と脂肪画像を分離するためには、3つ以上のTEで取得した画像を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2002-301041号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】W. Thomas Dixon ”Simple Proton Spectroscopic Imaging”RADIOLOGY, Vol.153, p.189-194, (1984)
【非特許文献２】Bernard D. Cooms ”Two-Point Dixon Technique for Water-Fat Signal Decomposition with B0Inhomogeneity Correction”Magnetic Resonance in Medicine, vol.38, p.884-889, (1997)
【非特許文献３】Scott B. Reeder ”Iterative Decomposition of Water and Fat With Echo Asymmetry and Least-Squares Estimation (IDEAL): Application With Fast Spin-Echo Imaging”Magnetic Resonance in Medicine 54:636-644 (2005)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記非対称エコーおよび最小二乗推定を用いた水と脂肪の反復分解法では、反復演算を必要とし、水と脂肪画像を得るための再構成時間が延長するという課題がある。また、水と脂肪の画像を得るためには少なくとも3つの異なるTEで取得した画像が必要となるため、2つのTEの画像から水と脂肪を分離する方法(たとえば2点Dixon法)に比べて撮像時間が長くなるという課題がある。また、1回のスキャンで3つの異なるTEの画像を撮像する方法は、1回のスキャンで2つのTEの画像を撮像する方法に比べて、TEを短くできないという課題がある。前記撮像時間と短いTEが設定できない課題に対処するために、3つの異なるTEの間隔を短くすると、エコー信号の受信バンド幅を高くする必要が生じ、加えて、3つのTEの水プロトンと脂肪プロトンの磁化ベクトルの独立性が小さくなり、SNRが低くなる課題が発生する。一方、2つのTEの画像から水と脂肪を分離する方法は、水と脂肪の入れ替わりの課題や、2つのTEを水と脂肪の化学シフトが逆位相(180°)、同位相(360°)に設定する必要があり、任意のTEを設定することができない課題があり、これらを両立することが困難であった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、撮像時間と再構成時間とを短縮でき、短いTEの設定や任意のTEの設定で高SNRの水と脂肪の入れ替わりを抑制した画像を得ることを可能としたMRI装置及びケミカル画像取得方法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】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明は、各エコー時間におけるケミカル成分毎の化学シフト及びT2減衰値と、前記エコー時間の異なる複数の画像データと、を用いてエコー時間毎の静磁場不均一による静磁場不均一マップを求め、求めたエコー時間毎の静磁場不均一マップを用いて、複数のケミカル成分の画像をそれぞれ取得する。
【００１２】
具体的には、エコー時間の異なる複数(水・脂肪分離計測の場合は3以上)の画像データを用いて、各エコー時間のケミカル成分(水・脂肪分離計測の場合は水と脂肪)の化学シフトとケミカル成分(水・脂肪分離計測の場合は水と脂肪)のT2減衰値、各エコー時間における画像データ及び静磁場不均一による位相回転量からなる連立方程式を作成し、最小二乗推定によって、静磁場不均一による位相回転量を求め、前記位相回転量を用いて、ケミカル成分(水・脂肪分離計測の場合は水と脂肪)の画像を作成する。T2減衰値は横磁化の減衰を示したものであり、TEの時間とともに指数関数的に信号値が減衰する。
【００１３】
また、前記のTEの異なる複数枚(水・脂肪分離計測の場合は3以上)の画像は撮像マトリクスを小さく撮像して取得して静磁場不均一による静磁場不均一マップを求めておき、次により少ないTEの異なる複数枚(水・脂肪分離計測の場合は2以上)の画像を取得し、前記静磁場マップを用いて、ケミカル成分(水・脂肪分離計測の場合は水と脂肪)の画像を得る。
【００１４】
上記発明を具体的に実現するMRI装置は、エコー時間の異なる複数の画像データを用いて、複数のケミカル成分の画像をそれぞれ取得する信号処理手段を備え、この信号処理手段は、各エコー時間におけるケミカル成分毎の化学シフト及びT2減衰値と、エコー時間の異なる複数の画像データと、を用いてエコー時間毎の静磁場不均一による静磁場不均一マップを求め、求めたエコー時間毎の静磁場不均一マップを用いて、複数のケミカル成分の画像をそれぞれ取得することを特徴とする。
【００１５】
また、上記発明を具体的に実現するケミカル画像取得方法は、各エコー時間におけるケミカル成分毎の化学シフト及びT2減衰値と、エコー時間の異なる複数の画像データと、を用いてエコー時間毎の静磁場不均一による静磁場不均一マップを求めるステップと、求めたエコー時間毎の静磁場不均一マップを用いて、複数のケミカル成分の画像をそれぞれ取得するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のMRI装置及びケミカル画像取得方法は、以上にように構成されたので、水と脂肪画像を得るための再構成時間を短縮し、さらに、撮像時間の短縮、短いTEや任意のTEの設定で高SNRの水と脂肪の入れ替わりを抑制した画像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】磁気共鳴イメージング装置による全体の構成図
【図２】3つのTEの画像を撮像するためのグラジエントエコー(GE)シーケンス図
【図３】本発明の水と脂肪画像を得るための再構成時間を短縮した実施例の処理フロー図
【図４】本発明の撮像時間を短縮し、短いTEや任意のTEの設定で高SNRの水と脂肪の入れ替わりを抑制した画像を得る実施例の処理フロー図
【図５】2つのTEの画像を撮像するためのグラジエントエコー(GE)シーケンス図
【図６】本発明の静磁場マップの作成を説明する図
【図７】本発明の水と脂肪画像の作成を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１９】
最初に本発明のMRI装置の一例の構成に関して説明する。図1はMRI装置の一構成例の概略図である。このMRI装置は、被検体101の周囲に静磁場を発生させる静磁場発生用磁石102と、傾斜磁場を発生させる傾斜コイル103と被検体に高周波磁場パルス(以下、「RFパルス」と略記する)を照射する照射コイル104、被検体からのNMR信号を検出する受信コイル105と被検体101が横たわるベッド106を備えている。
【００２０】
静磁場発生用磁石102は、被検体101の周りのある広がりをもった空間に配置された、永久磁石・超伝導磁石・常伝導磁石のいずれかからなり、被検体101の体軸と平行または垂直な方向に均一な静磁場を発生させる。
【００２１】
傾斜磁場コイル103は、傾斜磁場電源107からの信号に従って、X、Y、Zの3軸方向の傾斜磁場を、被検体101に印加する。この傾斜磁場の加え方によって、被検体の撮像断面が設定される。
【００２２】
照射コイル104は、RF送信部108の信号に応じて高周波磁場パルス(RFパルス)を発生する。このRFパルスにより、傾斜磁場コイル103によって設定された被検体101の撮像断面の生体組織を構成する原子の原子核が励起されてNMR現象が誘起される。
【００２３】
照射コイル104から照射されたRFパルスにより誘起された被検体101の生体組織を構成する原子の原子核のNMR現象によって発生したNMR信号であるエコー信号は、被検体101に接近して配置された受信コイル105を通して信号検出部109で検出され、信号処理部110で信号処理されて画像に変換される。変換された画像は表示部111で表示される。
【００２４】
制御部112は、スライスエンコード、位相エンコード、周波数エンコードの各傾斜磁場とRFパルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し発生するために、傾斜磁場電源107、RF送信部108、信号処理部110を制御する。
【００２５】
次に、本発明のMRI装置及びケミカル画像取得方法が備える水・脂肪分離法に関して記載する。本方法は、例えばプログラムとして信号処理部110内に記憶され、必要に応じて実行される。
【００２６】
はじめに、水・脂肪分離計測で用いられるパルスシーケンスの一例を図2に示すシーケンスチャートに基づいて説明する。このパルスシーケンスはグラジエントエコー(GE)シーケンス法であり、TEの異なる3つの種類の画像データを得るシーケンスである。制御部112は以下の制御を行なってこのパルスシーケンスを実行する。即ち、RFパルス201の照射と同時にスライスエンコード傾斜磁場202が印加されて目的とする断層面のみが励起される。そして、位置情報をエンコードするための位相エンコード用傾斜磁場203が印加され、同時に負方向の周波数エンコード傾斜磁場(プリパルス)204を引加したあと、正方向の周波数エンコード傾斜磁場205を印加してRFパルスからTE1経過後に第1のエコー信号を発生させる。次に再度負方向の周波数エンコード傾斜磁場(リワインドパルス)206、周波数エンコード傾斜磁場207を印加してRFパルスからTE2経過後に第2のエコー信号を発生させる。そして、最後に負方向の周波数エンコード傾斜磁場(リワインドパルス)208、周波数エンコード傾斜磁場209を印加してRFパルスからTE3経過後に第3のエコー信号を発生させる。そして、このようなシーケンスを位相エンコード用傾斜磁場203の面積をかえながら、位相エンコードの回数分繰り返し実行され、位相エンコード数分のエコー信号が取得されて、k空間のデータが埋め尽くされる。埋め尽くされたk空間のデータを2次元フーリエ変換することによって、TEの異なる3種類の画像データを得ることができる。
【００２７】
次に、本発明であるTEの異なる複数枚の画像データを用いて、各TE時のケミカル成分の化学シフトとT2減衰値、各TEの画像の信号値と静磁場不均一による位相回転量からなる連立方程式を作成し、最小二乗推定によって、静磁場不均一による位相回転量を求める方法を記載する。
【００２８】
各TEで得られた画像データは、下式のように示すことができる。
【００２９】
【数１】
0005688267.tif 000002
Sn(x,y)は、n番目のTEで得られた画像データの座標(x，y)の信号値であり、mはケミカル成分の番号であり(たとえば水を1とし脂肪を2とする)、Mは含有するケミカル成分の数(水と脂肪の場合は2となる)である。pm(x,y)はm番目のケミカル成分の座標(x，y)の信号であり、T2n,mはn番目のTEにおけるm番目のケミカル成分のT2減衰値であり、1番目のTEを基準として各TEとケミカル成分から決定できる。Ψn,mは、n番目のTEにおける、m番目のケミカル成分の化学シフトによる位相回転量であり、通常は水を基準とした時間に比例する位相回転量であり、TEとケミカル成分から決定できる。Φn(x,y)は、n番目のTEにおける座標(x，y)の静磁場不均一による時間に比例する位相回転量である。TEの異なる画像の数をNとすると、(数1)式は(数2)式のように、N個の連立方程式となる。
【００３０】
【数２】
0005688267.tif 000003
行列で表すと、(数3)式のように示すことができる。
【００３１】
【数３】
0005688267.tif 000004
ただし、(数3)式の各行列は(数4)式、(数5)式である。
【００３２】
【数４】
0005688267.tif 000005
【００３３】
【数５】
0005688267.tif 000006
列Sは各TEの画像の信号値である。Φは各TEにおける静磁場不均一による位相回転量であり、求めるべき未知の値である。Ψは各TEにおける各ケミカル成分のT2減衰値と化学シフトによる位相回転量であり、予め実験値やTEからの理論値を用いて決定することができる既知の値である。pは各ケミカル成分であり、求めるべき未知の値である。
ΦはN行N列の対角行列であるから、(数3)式を変形し、
【００３４】
【数６】
0005688267.tif 000007
-1：逆行列を示す。
【００３５】
となる。ΨはN行M列の行列であるため、両辺に随伴行列をかけて、pに関して解くと、
【００３６】
【数７】
0005688267.tif 000008
【００３７】
【数８】
0005688267.tif 000009
H：随伴行列を示す。
【００３８】
となる。（ΨH・Ψ）-1・ΨHは、擬似逆行列とよび、Ψ†＝（ΨH・Ψ）-1・ΨHとおくと、
【００３９】
【数９】
0005688267.tif 000010
†：擬似逆行列を示す。
【００４０】
となる。(数9)式から未知のM個のケミカル成分を求めることができる。ただし、N≧Mである必要がある。(数6)式に(数9)式を代入すると、
【００４１】
【数１０】
0005688267.tif 000011
となる。(数10)式において、SとΨは既知の値であるから、未知の値はΦのみとなる。したがって、(数10)式をΦに関して解くことで、静磁場不均一による位相回転量を求めることができる。(数10)式を変形し、
【００４２】
【数１１】
0005688267.tif 000012
【００４３】
【数１２】
0005688267.tif 000013
となる。ただし、Iは単位行列であり、0はN個の全要素が0となるベクトルである。
【００４４】
ここで、A=(Ψ・Ψ†−I)とおく、AはN行N列の行列であり、全要素が0にならないようにする必要があり、N＞Mとする必要がある。したがって、ケミカル成分が水と脂肪のとき、TEの異なる画像が3つ以上必要となる。
【００４５】
【数１３】
0005688267.tif 000014
ΦはN行N列の対角行列であるから、(数4)式から
【００４６】
【数１４】
0005688267.tif 000015
であることがわかる。
【００４７】
【数１５】
0005688267.tif 000016
とすると、(数13)式は、
【００４８】
【数１６】
0005688267.tif 000017
となる。
a’kj＝aijSj(x,y)(ただしkは1≦k≦Nとなる整数、jは1≦j≦Nとなる整数)とおき、連立方程式で表すと、
【００４９】
【数１７】
0005688267.tif 000018
となる。(数17)式のΦk(x,y)(kは1≦k≦Nとなる整数)に関して解くことで、静磁場不均一による位相回転量を求めることができる。(数17)式に指数部の逆数となるexp(iΦ1(x,y))、exp(iΦ2(x,y))、・・・・exp(iΦN(x,y))を積算し、N倍の連立方程式を立てる。これによって(数17)式はN×Nの連立方程式となる。ここからは、(数17)式の一番上の式に関して(数18)式に記載する。その他の式も同様の操作を行う。
【００５０】
【数１８】
0005688267.tif 000019
(数18)式のexpをsinとcosに展開すると、
【００５１】
【数１９】
0005688267.tif 000020
となる。(数19)式において、sinとcosの項に関して整理する。このとき、各TEの時間間隔が等間隔になっているときには、Φk(x,y)(kは1≦k≦Nとなる整数)は時間に比例する位相回転量であることを利用し、cosとsinの未知の項が最小限になるように整理する必要がある。この方法に関しては具体的な実施例として後述する。
【００５２】
【数２０】
0005688267.tif 000021
さらに(20)式を実部と虚部に分解して、それぞれ連立方程式を作成する。
【００５３】
【数２１】
0005688267.tif 000022
(数21)式のRは実部を示し、Iは虚部を示す。(数21)式の左辺の一番左の項を右辺に移し、行列にまとめると次式となる。
【００５４】
【数２２】
0005688267.tif 000023
(数22)式は、(数17)式の一番上の式のみであり、(数17)式の全ての式に関して同様に行列にまとめることができる。これら全てを一つの行列にまとめると(数23)式のようになる。(数23)式において、注意すべき点は、sinとcosからなる未知の項の数より、一次独立となる方程式の数のほうが多くなるように、TEの異なる画像を取得しなければならないことである。
【００５５】
【数２３】
0005688267.tif 000024
(数23)式を以下のように置き、
【００５６】
【数２４】
0005688267.tif 000025
ξに関して以下のように解くことができる。
【００５７】
【数２５】
0005688267.tif 000026
T：転置行列
ξの要素から、各TE間の静磁場不均一による位相回転量が求まる。たとえば、1番目のTEと2番目のTE間の位相回転量は
【００５８】
【数２６】
0005688267.tif 000027
と求まる。ここで、位相回転量は1番目のTEを基準とした相対的な値として考えても問題ないため、(数3)(数4)(数5)式を1番目のTEを基準とした式に変形する。すると
【００５９】
【数２７】
0005688267.tif 000028
【００６０】
【数２８】
0005688267.tif 000029
【００６１】
【数２９】
0005688267.tif 000030
となる。(数25)式から求めた位相回転量を下式に代入して
【００６２】
【数３０】
0005688267.tif 000031
より、各ケミカル成分を求めることができる。(数30)式は(数9)式を1番目のTEの位相回転量を基準として置きかえたものである。
【００６３】
次に具体的は実施例として、ケミカル成分は水と脂肪の2つとし、TEの異なる画像は3つ、1番目のTEと2番目のTE間と2番目のTEと3番目のTEの時間間隔は等間隔とした場合に関して説明する。この場合の(数3)(数4)(数5)式は以下のようになる。
【００６４】
【数３１】
0005688267.tif 000032
【００６５】
【数３２】
0005688267.tif 000033
【００６６】
【数３３】
0005688267.tif 000034
(数32)式において、1番目のTEから3番目のTE間の位相回転量をφ’(x,y)とし、位相回転量は時間に比例するため、1番目のTEから2番目のTE間の位相回転量はφ’(x,y)の半分となる。p1(x,y)exp(iφ1(x,y))は水成分であり、p2(x,y)exp(iφ1(x,y))は脂肪成分である。T2n,1は水のT2減衰値であり、T2n,2は脂肪のT2減衰値である。exp(iΨn,1)は水のケミカルシフトであり、通常は全て1として考え、exp(iΨn,2)は脂肪のケミカルシフトであり、水を基準としてTEから算出する。
【００６７】
同様の手順でにA=(Ψ・Ψ†−I)とおき、(数13)式を求めると下式のようになる。
【００６８】
【数３４】
0005688267.tif 000035
Aは3行3列の行列であり、
【００６９】
【数３５】
0005688267.tif 000036
とおき、Φ’-1は3行3列の対角行列であり、
【００７０】
【数３６】
0005688267.tif 000037
となる。(数34)式は、
【００７１】
【数３７】
0005688267.tif 000038
となる。a’kj＝aijSj(x,y)(ただしkは1≦k≦3となる整数、jは1≦j≦3となる整数)とおき、連立方程式で表すと、
【００７２】
【数３８】
0005688267.tif 000039
となる。(数38)式にそれぞれ1、exp(iφ1(x,y)/2)、exp(iφ1(x,y))を積算し、3倍の連立方程式を立てる。
【００７３】
【数３９】
0005688267.tif 000040
(数39)式のexpをsinとcosに展開し、φ’(x,y)/2＝φ’(x,y)−φ’(x,y)/2の関係を利用して、sinとcosの項を最小限にまとめる。
【００７４】
【数４０】
0005688267.tif 000041
(数40)式では、sinとcosの未知の項は4つにまとまる。(数40)式を実部と虚部に関して、それぞれ連立方程式を立て、行列にまとめると、(数41)式となる。(数41)式において、一次独立な方程式が4以上となるように、3つの画像のTEを設定しなければならない。たとえば、水と脂肪の化学シフトによる位相差が、0°、90°、180°となるように異なっていれば良い。水と脂肪の化学シフトによる位相差が、0°、180°、360°(＝0°と同じ)のように重複した場合や、-90°、0°、90°のように対称となる場合には、正しく位相回転量が求められなくなる。
【００７５】
【数４１】
0005688267.tif 000042
(数41)式を以下のようにおく。Bは18行4列の行列、ξは要素4のベクトル、Yは要素18のベクトルである。
【００７６】
【数４２】
0005688267.tif 000043
ξに関して以下のように解くことができる。
【００７７】
【数４３】
0005688267.tif 000044
ξの要素から、位相回転量を以下にように求めることができる。
【００７８】
【数４４】
0005688267.tif 000045
(数44)式でもとめた位相回転量を(30)式に代入することで、分離した水と脂肪成分を求めることができる。
【実施例１】
【００７９】
次に、上記基本原理の説明を踏まえて、本発明のMRI装置及びケミカル画像取得方法の実施例1を図3に基づいて説明する。図3は本実施例の処理フロー図を示す。本処理フローは、例えばプログラムとして信号処理部110内に記憶され、信号処理部110が各ステップの処理を実行する。なお、下記の実施例ではケミカル成分は水と脂肪の2つとし、TEの画像は3つ、1番目のTEと2番目のTE間と2番目のTEと3番目のTEの時間間隔は等間隔とする。
【００８０】
ステップ301で、最初に各TEの各ケミカル成分のT2減衰値を計算する。1番目のエコーを基準として、T2減衰値は下式のように指数関数で計算できる。
【００８１】
【数４５】
0005688267.tif 000046
TEnはn番目のTE[ms]を示し、τmはm番目(m＝1を水、m＝2を脂肪)のケミカル成分のT2値[ms]であり、予め実験によって求めた値を、信号処理部110内に記憶しておく。なお、T2減衰値は考慮せず、全てのT2n,mを1とすることも可能である。ただし、静磁場不均一による位相回転量を精度よく求めるためには考慮した方が良い。
【００８２】
次に各TEの各ケミカル成分の化学シフトによる位相回転量を計算する。水を基準として算出する。たとえば、脂肪プロトンは3.5ppmの周波数差があるため、64MHzで作用している1.5TのMRI装置の場合には、
【００８３】
【数４６】
0005688267.tif 000047
と求まる。Ψn,2はn番目のTEにおける脂肪の化学シフトによる位相回転量である。また、Ψn,1はn番目のTEにおける水の化学シフトによる位相回転量であり、水を基準とするため0とする。
【００８４】
最後に、算出したT2減衰値と化学シフトによる位相回転量を用いて、(数33)式に示した行列Ψを作成する。
【００８５】
ステップ302で、ステップ301で作成した行列Ψを用いて、
【００８６】
【数４７】
0005688267.tif 000048
【００８７】
【数４８】
0005688267.tif 000049
を計算し、行列Ψ†と行列Aを求める。ここまでの作業は、各TEや各ケミカル成分の化学シフトとT2減衰値によって作成できるため、最初に1回だけ計算すればよい。
【００８８】
ステップ303で、ステップ302で作成した行列Aと各TEの画像データ304を用いて、(数41)(数42)式の連立方程式の行列Bと行列Yを作成する。各要素の求め方は、a’kj＝aijSj(x,y)(ただしkは1≦k≦3となる整数、ｊは1≦j≦3となる整数)で求め、その実部を虚部で作成できる。このステップは画像データの各座標(x，y)の画素に対してそれぞれ実行する。なお、行列Bと行列Yの行と列の数は、各TEと各ケミカル成分に影響するため、予め用いるTEと考慮するケミカル成分に対応する式を決めておく必要がある。本実施例では、各TEの時間間隔が等間隔で、考慮するケミカル成分が水と脂肪の場合であるため(数41)(数42)式を用いることができる。
【００８９】
ステップ305で、ステップ303で作成した行列Bと行列Yを用いて(数43)(数44)式を計算し、静磁場不均一による位相回転量を求める。このステップは画像データの各座標(x，y)の画素に対してそれぞれ実行し、最後にローパスフィルタ等の平滑化処理を施し、静磁場マップ308を作成する。
【００９０】
ステップ306で、ステップ303で作成した静磁場マップ308と各TEの画像データ304を用いて、(数30)式によって、各ケミカル成分(水と脂肪)の画像307を作成する。このステップは画像データの各座標(x，y)の画素に対してそれぞれ実行する。
【００９１】
以上までが、本実施例の処理フローの説明である。
【００９２】
以上説明したように、本実施例のMRI装置及びケミカル画像取得方法によれば、水と脂肪の画像を得るための再構成時間を短縮することができる。さらに、撮像時間の短縮、短いTEや任意のTEの設定で高SNRの水と脂肪の入れ替わりを抑制した画像を得ることが可能となる。
【実施例２】
【００９３】
次に、本発明のMRI装置及びケミカル画像取得方法の実施例2を説明する。実施例2は、予めTEの異なる複数枚の画像を取得し、静磁場不均一による位相回転量(静磁場マップ)を求めておき、次に、より少ない複数枚のTEの異なる画像を取得し、予め求めた静磁場マップを用いて、ケミカル成分画像を得る。以下、図4に示す本実施例の処理フロー図に基づいて本実施例を説明する。本処理フローは、例えばプログラムとして信号処理部110内に記憶され、信号処理部110及び制御部112が各ステップの処理を実行する。なお、本実施例ではケミカル成分は水と脂肪の2つとし、静磁場マップを求めるためのTEの異なる画像を3つ、ケミカル成分画像を得るためのTEの異なる画像を2つとし、各TE間の時間間隔は等間隔とする。
【００９４】
ステップ401で、最初に静磁場マップ作成用の画像データを取得する。TEの異なる3つの画像は、図2に示したような、制御部112により異なるTEが3つのパルスシーケンスが実行されて取得される。ただし、図2の位相エンコード用傾斜磁場203の繰り返しの実行を、低周波成分だけとする(たとえば32など)。このようにして、撮像時間を短くする。また、周波数エンコード用傾斜磁場205、207、209におけるエコーの収集も低周波成分だけとする(たとえば64など)。エコーの収集を低周波成分だけとすることで、エコー信号の受信バンド幅を高くすることなく、異なるTEの3つの時間間隔を短くできる。
【００９５】
ステップ402で、ステップ401で取得した静磁場マップ作成用の画像データから静磁場マップを作成する。本ステップの詳細は図6に示し、ステップ601からステップ605で説明する。
【００９６】
ステップ403で、水・脂肪画像作成用の画像データを取得する。TEの異なる2つの画像は、制御部112が図5に示すようなパルスシーケンスを実行して取得する。これは、ステップ401で静磁場マップ作成用の画像データの取得に使用したパルスシーケンス図2から、3番目のエコーの収集を取り除いたものである。図5のパルスシーケンスは図2のパルスシーケンスより、TRを短く設定することができ、撮像時間を短縮できる。具体的には、制御部112は以下の制御を行い、図5のパルスシーケンスを実行する。
【００９７】
即ち、RFパルス501の照射と同時にスライスエンコード傾斜磁場502が印加されて目的とする断層面のみが励起される。そして、位置情報をエンコードするための位相エンコード用傾斜磁場503が印加され、同時に負方向の周波数エンコード傾斜磁場(プリパルス)504を引加したあと、正方向の周波数エンコード傾斜磁場505を印加してRFパルスからTE1経過後に第1のエコー信号を発生させる。次に再度負方向の周波数エンコード傾斜磁場(リワインドパルス)506、周波数エンコード傾斜磁場507を印加してRFパルスからTE2経過後に第2のエコー信号を発生させる。位相エンコード傾斜磁場503の繰り返しの実行は、必要な分解能まで全て実行し、周波数エンコード用傾斜磁場505、507におけるエコーの収集も必要な分解能だけ収集する。
【００９８】
また、水・脂肪画像作成用の画像データを取得するパルスシーケンス図5のTE1とTE2の時間間隔が、ステップ401における静磁場マップ用の画像データを取得するパルスシーケンス図2のTE1とTE2の時間間隔と同じであればよく、水・脂肪画像作成用の画像データを取得するパルスシーケンス図5のTE1とTE2が、ステップ401における静磁場マップ用の画像データを取得するパルスシーケンス図2のTE1とTE2と同じである必要は無い。このように設定することで、静磁場マップ用の画像データから求めたTE1とTE2間の位相回転量を、水・脂肪画像作成用の画像データのTE1とTE2間の位相回転量として使用できる。
【００９９】
また、水・脂肪画像作成用の画像データを取得するパルスシーケンス図5のTE1とTE2の時間間隔と、ステップ401における静磁場マップ用の画像データを取得するパルスシーケンス図2のTE1とTE3の時間間隔を同じにしても良い。この場合は、短いTE設定で高SNRの水と脂肪の画像を得る際に使用する。静磁場マップ用の画像データは周波数エンコード用傾斜磁場205、207、209におけるエコーの収集を低周波成分だけとしているため、エコー受信のバンド幅を高くすることなく、異なるTEの3つの時間間隔を短くできる。一方、水・脂肪画像作成用の画像データは、TE1とTE2の時間間隔があいているため、同じエコー受信のバンド幅で、周波数エンコード用傾斜磁場505、507におけるエコーの収集を高周波成分まで収集できる。
【０１００】
ステップ404で、ステップ402で作成した静磁場マップとステップ403で取得したTEの異なる2つの画像データを用いて、水と脂肪画像を作成する。本ステップの詳細は図7に示し、ステップ701から705で説明する。
【０１０１】
次に、ステップ402の詳細を、図6に基づいて説明する。図6はステップ402の詳細な処理フロー図である。信号処理部110が各ステップの処理を行う。
【０１０２】
0005688267.tif 000050
【０１０３】
ステップ602で、ステップ601で作成した行列Ψを用いて、(数47)(数48)式を計算し、行列Ψ†と行列Aを求める。ここまでの作業は、各TEや各ケミカル成分のT2減衰値と化学シフトによって作成できるため、最初に1回だけ計算すればよい。
【０１０４】
ステップ603で、ステップ602で作成した行列Aと、ステップ401で取得したTEの異なる3つの画像データ604を用いて、(数41)(数42)式の連立方程式の行列Bと行列Yを作成する。作成の方法はステップ303と同じである。
【０１０５】
ステップ605で、ステップ603で作成した行列Bと行列Yを用いて(数43)(数44)式を計算し、静磁場不均一による位相回転量を求める。このステップは画像データの各座標(x，y)の画素に対してそれぞれ実行し、ローパスフィルタ等の平滑化を施し静磁場マップ606を作成する。なお、静磁場マップは、ステップ403で取得する水・脂肪画像作成用の画像データのTE1とTE2の時間間隔に対する位相回転量のみで良い。
【０１０６】
次に、ステップ404の詳細を、図7に基づいて説明する。図7は、ステップ404の詳細は処理フロー図である。信号処理部110が各ステップの処理を行う。
【０１０７】
ステップ701で、TEの異なる画像を2つとしたときの、TEの各ケミカル成分のT2減衰値、化学シフトによる位相回転量を計算し、(数49)式に示した行列Ψを作成する。
【０１０８】
【数４９】
0005688267.tif 000051
T2n,mはn番目のTEにおけるm番目のケミカル成分(m＝1を水、m＝2を脂肪とする)のT2減衰値であり、Ψn,mは、n番目のTEにおける、m番目のケミカル成分の化学シフトによる位相回転量である。T2減衰値と化学シフトによる位相回転量の求め方はステップ301と同様である。
【０１０９】
ステップ702で、ステップ701で作成した行列Ψを用いて、(数47)式を計算し、行列Ψ†を求める。ここまでの作業は、各TEや各ケミカル成分のT2減衰値と化学シフトによる位相回転量によって作成できるため、最初に1回だけ計算すればよい。
【０１１０】
ステップ703で、ステップ402で作成した静磁場マップ704(静磁場マップ606と同じ)を用いて行列Φr-1を作成する。ここでは、ステップ403における水・脂肪画像作成用の画像データを取得するパルスシーケンス図5のTE1とTE2の時間間隔が、ステップ401における静磁場マップ用の画像データを取得するパルスシーケンス図2のTE1とTE2の時間間隔と等しい場合を記載する。行列Φr-1は下式となる。
【０１１１】
【数５０】
0005688267.tif 000052
このステップは画像データの各座標(x，y)の画素に対してそれぞれ実行する。
【０１１２】
ステップ704で、ステップ403で取得した水・脂肪画像作成用の画像データ706から、行列Sを作成する。
【０１１３】
【数５１】
0005688267.tif 000053
そして、行列Sとステップ702で作成した行列Ψ†と、ステップ703で作成した行列Φr-1を用いて、(数30)式を計算して、各ケミカル成分(水と脂肪)画像707を作成する。このステップは画像データの各座標(x，y)の画素に対してそれぞれ実行する。
【０１１４】
以上までが、本実施例の処理フローの説明である。
【０１１５】
以上説明したように、本実施例のMRI装置及びケミカル画像取得方法によれば、前述の実施例1の効果に加えて、更に、TEの異なる複数枚の画像から静磁場マップを予め求めておき、次に、より少ない複数枚のTEの異なる画像を取得し、予め求めた静磁場マップを用いてケミカル成分画像を得るので、精度の高い静磁場マップを用いてより少ない撮像時間でケミカル画像を得ることができるようになる。
【０１１６】
以上、本発明の実施例1，2について説明したが、本発明は、以上の実施例の説明で開示された内容にとどまらず、本発明の趣旨を踏まえた上で他の形態を取りうる。例えば、本実施例の説明では、グラジエントエコー(GE)シーケンスについて記載したが、スピンエコー(SE)シーケンス、ファーストスピンエコー(FSE)シーケンスなどにも適用できる。
【０１１７】
また、本発明の静磁場マップ作成法は、静磁場マップを必要とするオートシミングなど水・脂肪分離法以外にも適用可能であり、ケミカル成分も水・脂肪だけでなく3つ以上の場合にも拡張が可能である。
【符号の説明】
【０１１８】
101  被検体、102  静磁場発生用磁石、103  傾斜コイル、104  照射コイル、105  受信コイル、106  ベッド、107  傾斜磁場電源、108  RF送信部、109  信号検出部、110  信号処理部、111  表示部、112  制御部
【図１】
0005688267.tif 000054
【図２】
0005688267.tif 000055
【図３】
0005688267.tif 000056
【図４】
0005688267.tif 000057
【図５】
0005688267.tif 000058
【図６】
0005688267.tif 000059
【図７】
0005688267.tif 000060