(57)【要約】  簡易な手法で、コントラストを損なうことなく、所望の割合で脂肪信号の残る水画像を、高精度に得るために、複数の異なるエコー時間で取得したエコー信号をそれぞれ再構成して得た複数の画像を重み付け加算することにより、脂肪信号を所望の割合で抑制した水画像を得る。このとき、複数の異なるエコー時間は、各画像に含まれる水信号と脂肪信号との位相差が、少なくとも２つの画像において異なるよう設定される。また、重み付け加算に用いる重み係数は、エコー時間の差による信号強度の差を打ち消し、かつ、水画像において所望の割合で脂肪信号が抑制されるよう決定される。
2015115187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる長さのエコー時間で取得したエコー信号をそれぞれ再構成して得た複数の画像を重み付け加算することにより、所望の割合で脂肪信号を抑制した水画像を得る画像処理部を備え、
各前記エコー時間は、前記画像に含まれる水信号と脂肪信号との位相差が、少なくとも2つの画像において異なるよう設定されること
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であって、
前記重み付け加算する際に用いられる重み係数は、各前記エコー時間の差による脂肪の信号強度の差を補正し、かつ、前記水画像において前記所望の割合で前記脂肪信号が抑制されるよう決定されること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
請求項2記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記重み付け加算する際に用いられる重み係数は、前記水画像に前記脂肪信号を残存させる割合(α)と、各前記エコー時間の差による脂肪信号のT2及びT2＊減衰の影響を補正する減衰補正係数(βF)とで表され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】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記異なる長さのエコー時間は、第一のエコー時間と第二のエコー時間との2つのエコー時間であること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項５】
請求項4記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記第一のエコー時間で取得したエコー信号から再構成される第一の画像の脂肪信号と、前記第二のエコー時間で取得したエコー信号から再構成される第二の画像の脂肪信号とは位相が異なり、かつ、前記第一の画像および前記第二の画像の少なくとも一方において、水信号と脂肪信号との位相が異なること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項６】
請求項5記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記第一の画像の水信号と脂肪信号とは逆位相であり、
前記第二の画像の水信号と脂肪信号とは同位相であること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項７】
請求項2記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記画像処理部は、前記信号強度の差を補正するために乗算する減衰補正係数もしくは前記信号強度の差を示す減衰係数と、前記脂肪信号を抑制する割合を特定する脂肪抑制係数とを用い、各複数の画像それぞれに乗算する前記重み係数を決定すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項８】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記脂肪信号を抑制する割合の指定を、ユーザから受け付けるインタフェースを備えること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項９】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
撮像部位および撮像種の少なくとも一方に対応づけて、前記脂肪信号を抑制する割合を保持するデータベースを備え、
前記画像処理部は、ユーザにより設定された撮像部位または撮像種に応じて、前記データベースから前記割合を取得すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１０】
複数の異なるエコー時間で取得したエコー信号間の、前記エコー時間の差による信号強度の差を補正する減衰補正係数もしくは前記エコー時間の差による信号強度の差を示す減衰係数と、脂肪信号を抑制する割合を特定する脂肪抑制係数とを取得する係数取得ステップと、
前記減衰補正係数もしくは前記減衰係数と前記脂肪抑制係数とから、前記複数の異なるエコー時間で取得した各エコー信号からそれぞれ再構成される複数の画像に乗算する重み係数を算出する重み係数算出ステップと、
前記算出した重み係数を用いて、前記複数の画像を重み付け加算し、前記脂肪信号を前記割合で抑制した水画像を得る脂肪抑制水画像算出ステップと、を含み、
前記各エコー時間は、前記画像に含まれる水信号と脂肪信号との位相差が、少なくとも2つの画像において異なるよう設定されること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置における脂肪抑制水画像算出方法。
【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、所望の割合で脂肪信号を抑えた水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、画像演算を行ったりすることによって、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(脂肪信号)を抑制した画像が求められることがある。脂肪信号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、演算により水からの信号(水信号)から再構成された画像(水画像)と脂肪信号から再構成された画像(脂肪画像)とを分離する方法があげられる。その代表的な方法として、Dixon法と呼ばれるものがある。【０００４】
Dixon法では、以下の式(1)のように、逆位相で得た画像と同位相で得た画像とを加算し、水画像を得る。ここで、Inは同位相で得た画像、Outは逆位相で得た画像、Wは、各画素が水信号で構成される画像(水画像)、Fは各画素が脂肪信号で構成される画像(脂肪画像)を表す。【０００５】
W＝Out＋In＝W−F＋W＋F  ・・・(1)
ここで、In＝W＋F
Out＝W−F
近年では、水画像と脂肪画像とから脂肪の含有率を示す画像を作成したのもが臨床に用いられている。このような画像は、TEの異なる画像を複数枚取得し、演算によって水画像と脂肪画像とに分離し、これらを数学的に結合することにより得る(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第7592810号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
臨床において、脂肪信号を抑制した画像が求められているが、撮像対象や撮像種によって、脂肪信号を残したい場合がある。例えば膝の撮像では、骨の信号を少し残す方が、読影で組織の位置関係を把握し易くなる。また、T1強調画像と呼ばれるコントラストの撮像では、水信号が比較的に大きいため、脂肪信号はほとんど必要ない。しかし、T2強調画像と呼ばれるコントラストの撮像では、水信号が非常に小さくなるため、脂肪信号が少し残っているほうが望ましい。【０００８】
式(1)により水信号(水画像)と脂肪信号(脂肪信号)とに分離した後、水信号に脂肪信号を所望の割合で加算することで、水画像に脂肪信号を残すことができる。しかしながら、この手法では、異なるTEの複数枚の画像から一旦、水画像と脂肪画像とに分離し、さらに再結合するため、演算時間が延長してしまう。また、作成する画像が増加するため、演算器が必要とするメモリの使用量が増大する。【０００９】
また、Dixon法では異なるエコー間の信号にT2*減衰の影響があるため、エコー信号間に差が発生する。このエコー信号間の差によって、水画像と脂肪画像とに分離したときに、水画像に脂肪信号が少し残ることがある。【００１０】
例えば、グラジエントシーケンスで、同位相となるTEより逆位相となるTEの方が短く、T2およびT2*減衰の影響で同位相の脂肪信号が逆位相の脂肪信号より1割小さいとすると、以下の式(2)のように、同位相と逆位相を加算して得られた水画像には、負の脂肪信号が残る。以下の式(2)は、水信号のT2およびT2*減衰の影響は脂肪信号と同じとしている。【００１１】
W＝Out＋0.9×In＝W−F＋0.9×(W＋F)
＝1.9W−0.1F                        ・・・(2)
意図的に残す信号とは異なり、消え残った脂肪信号の位相は、水画像の水信号の位相と異なることがあり、正しいコントラストが損なわれてしまう。この場合、再結合した画像のコントラストも損なわれてしまう。【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、水信号と脂肪信号とを分離した分離画像を算出することなく、簡易な手法で、コントラストを損なうことなく、所望の割合で脂肪信号の残る水画像を、高精度に得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】
【００１３】
本発明は、複数の異なるエコー時間で取得したエコー信号をそれぞれ再構成して得た複数の画像を重み付け加算することにより、脂肪信号を所望の割合で抑制した水画像を得る。このとき、複数の異なるエコー時間は、各画像に含まれる水信号と脂肪信号との位相差が、少なくとも2つの画像において異なるよう設定される。また、重み付け加算に用いる重み係数は、エコー時間の差による脂肪の信号強度の差を打ち消し、かつ、水画像において所望の割合で脂肪信号が抑制されるよう決定される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、水信号と脂肪信号とを分離した分離画像を算出することなく、簡易な手法で、コントラストを損なうことなく、所望の割合で脂肪信号の残る水画像を、高精度に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態の磁気共鳴イメージング装置による全体の構成図
【図２】2点Dixon法のグラジエントエコー(GE)シーケンスを説明するための説明図
【図３】本発明の実施形態の信号処理部の構成図
【図４】(a)および(b)は、本発明の実施形態の脂肪抑制係数入力領域を説明するための説明図であり、(c)は、本発明の実施形態の脂肪割合テーブルを説明するための説明図
【図５】本発明の実施形態の脂肪抑制画像生成処理のフローチャート
【図６】(a)〜(c)は、シミュレーションによる脂肪抑制画像例を説明するための説明図
【図７】(a)〜(b)は、本発明の実施形態によるTEの差による信号強度補正の効果を説明するための説明図
【図８】本発明の実施形態の変形例の脂肪抑制画像生成処理のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、特に断らない限り、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。
【００１７】
＜MRI装置の構成＞
本実施形態のMRI装置の一例の構成を説明する。図1は、MRI装置100の機能ブロック図である。本実施形態のMRI装置100は、静磁場発生用磁石102と、傾斜磁場コイル103と、照射コイル104と、受信コイル105と、被検体101が横たわるベッド106と、傾斜磁場電源107と、RF送信部108と、信号検出部109と、信号処理部110と、表示部111と、制御部112と、入力部113と、を備える。
【００１８】
静磁場発生用磁石102は、被検体101の周囲に、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。静磁場発生用磁石102は、被検体101の周りの、所定の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構成される。
【００１９】
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。
【００２０】
照射コイル104は、RF送信部108から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、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。
【００２１】
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。
【００２２】
表示部111は、信号処理部110で変換された画像を表示する。また、必要に応じて、入力部113の入力のインタフェース画面を表示する。
【００２３】
入力部113は、操作者からのパラメータの入力を受け付ける。入力されるパラメータは、撮像に必要な繰り返し時間(TR)やエコー時間(TE)などである。入力されたパラメータは、表示部111へ送られ、表示される。同様にこれらのパラメータは、制御部112へ送られる。
【００２４】
制御部112は、入力部113から受け取ったパラメータに従って、傾斜磁場電源107、RF送信部108、信号処理部110を制御する。これらの各部は、制御に従って、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パルスとを、所定のパルスシーケンスに従って繰り返し発生させる。
【００２５】
制御部112および信号処理部110は、CPU、メモリ、記憶装置を備える。これらの機能は、記憶装置に格納されたプログラムを、CPUが、メモリにロードして実行することにより、実現される。
【００２６】
本実施形態では、2点Dixon法と同様に、水信号と脂肪信号とが、逆位相となるTE(TE1；第一のエコー時間)および同位相となるTE(TE2；第二のエコー時間)で、それぞれエコー信号を取得する。そして、それぞれのエコー信号から画像を再構成し、画像を得る。なお、以下、TE1で取得したエコー信号から再構成した画像を逆位相時画像、TE2で取得したエコー信号から再構成した画像を同位相画像と呼ぶ。なお、本実施形態では、TE1がTE2より小さいものとする。
【００２７】
そして、本実施形態では、逆位相時画像および同位相時画像とから、水画像と脂肪画像とに分離することなく、所望の割合で脂肪信号を抑制した水画像を得る。さらに、このとき、本実施形態では、第一のエコー時間と第二のエコー時間との間の時間差によるT2およびT2*減衰の影響も補正する。以下、これを実現するパルスシーケンスおよび信号処理部の処理を説明する。
【００２８】
＜パルスシーケンス＞
2点Dixon法および本実施形態で用い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200は、グラジエントエコー(GE)シーケンス法のシーケンスであり、TEの異なる2つの種類の画像を得る。
本実施形態では、上述のように、TE1とTE2とで画像を得る。
【００２９】
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を印加する。これにより、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を印加する、その後、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201からTE1経過後に第1のエコー信号211を発生させる。
【００３０】
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を印加後、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212を発生させる。
【００３１】
このようなシーケンスを位相エンコード用傾斜磁場203の面積を変えながら、位相エンコードの回数分繰り返し実行し、位相エンコード数分のエコー信号を取得し、k空間に充填する。
【００３２】
以上のパルスシーケンスは、制御部112が、傾斜磁場電源107、RF送信部108、信号検出部109の動作を制御することにより実現する。
【００３３】
＜信号処理部＞
次に、得られたエコー信号を処理する信号処理部110の詳細について説明する。本実施形態では、信号処理部110は、k空間のデータを2次元フーリエ変換し、TEの異なる2種類の画像を得る。すなわち、第一のエコー信号が充填されたk空間のデータから、第一の画像(逆位相画像)を得、第二のエコー信号が充填されたk空間データから、第二の画像(同位相画像)を得る。そして、これらの2画像から、所望の画像を得る。
【００３４】
図3は、信号処理部110の機能ブロック図である。本図に示すように、本実施形態の信号処理部110は、信号受信部301と、k空間データベース302と、画像変換部303と、画像データベース304と、画像処理部305と、画像送信部306と、パラメータ保持部307と、を備える。
【００３５】
信号受信部301は、信号検出部109で検出したエコー信号を、パラメータ保持部307に保持されるk空間への配置情報に基づき、k空間データベース302に格納する。
k空間への配置は、スライスエンコード、周波数エンコード、位相エンコードにより特定される。本実施形態では、TE毎に、異なるk空間を用意し、それぞれにエコー信号を格納する。
【００３６】
画像変換部303は、k空間データベース302に格納されたk空間毎のデータをフーリエ変換してそれぞれ画像を再構成し、画像データベース304に格納する。本実施形態では、逆位相画像と同位相画像とを得る。
【００３７】
画像処理部305は、画像データベース304に格納された各画像に、画像処理を施し、画像送信部306に渡す。画像処理には、例えば、受信コイル105の感度のムラを補正する処理などがある。また、本実施形態では、逆位相画像と同位相画像を重み付け加算することにより、所望の割合で脂肪信号を抑制した水画像を算出する脂肪抑制画像生成処理も行う。脂肪抑制画像生成処理の詳細は後述する。
【００３８】
画像送信部306は、画像処理した画像を表示部111に送信する。
【００３９】
パラメータ保持部307は、信号受信部301が必要とするk空間への配置情報、すなわち、パルスシーケンスのスライスエンコード、周波数エンコード、位相エンコードの情報や、画像変換部303、画像処理部305、画像送信部306が必要とする画像マトリクスやフィルタリングなどのパラメータ、制御情報を保持する。これらのパラメータは、制御部112から取得する。
【００４０】
本実施形態では、パラメータ保持部307は、さらに、脂肪抑制画像生成処理時に用いる、T2およびT2*減衰による脂肪の信号強度の差を補正する減衰補正係数、および、脂肪信号を抑制する割合を指定するパラメータ(脂肪抑制係数)も保持する。減衰補正係数、脂肪抑制係数については、後述する。
【００４１】
＜脂肪抑制画像生成処理＞
本実施形態では、画像処理部305は、脂肪抑制画像生成処理において、逆位相画像および同位相画像から、水画像および脂肪画像に分離することなく、所望の割合で脂肪信号を抑えた水画像を得る。このとき、TEの時間差による信号間のT2およびT2*減衰による脂肪の信号強度の差も併せて補正する。
【００４２】
具体的には、脂肪の信号強度の差を補正するために乗算する減衰補正係数、もしくは、当該減衰補正係数の逆数となり、前記信号強度の差を示す前記信号強度の減衰係数と、脂肪信号を抑制する割合を特定する脂肪抑制係数と、を用い、逆位相画像および同位相画像それぞれに乗算する重み係数を決定する。すなわち、取得タイミングの違いによる、信号間のT2およびT2*減衰による脂肪の強度の差を補正するとともに、指定された脂肪の抑制の割合に従って、脂肪信号が抑制されるよう、逆位相画像および同位相画像にそれぞれ乗算する重み係数を決定する。
【００４３】
例えば、脂肪抑制係数、すなわち、脂肪信号を抑制する割合を(1−α)(0≦α≦1)とする。ここで、αは脂肪残存割合を示す。すなわち、水画像に脂肪信号をαの割合だけ残すものとする。また、取得タイミングによる脂肪信号のT2およびT2*減衰の影響を補正する減衰補正係数をβFとする。
【００４４】
この場合、逆位相画像Outおよび同位相画像Inにかける重み係数A、Bは、以下の式(3)のように算出される。
【００４５】
WsupF＝A×Out＋B×In  ・・・(3)
ここで、  A＝(1−α)×βF
B＝(1＋α)
ここで、WsupFは、脂肪信号が所望の割合で抑制された水画像である。
【００４６】
式(3)を変形すると、以下の式(4)のようになり、WsupFには、水信号と、αの割合で脂肪信号が残っていることがわかる。式(4)のγWは同位相に対する逆位相のT2およびT2*減衰の影響による水信号の信号減衰の割合であり、γFは同位相に対する逆位相のT2およびT2*減衰の影響による脂肪信号の信号減衰の割合である。以後、γWおよびγFを、減衰係数と呼ぶ。ここで、減衰補正係数βFは、逆位相の脂肪の信号強度が、同位相の脂肪の信号強度と同じとなるように設定されたものとする。すなわち、減衰補正係数βFは減衰係数γFの逆数(βF＝1／γF)となる。このとき、βFγWも1付近となるため、水信号は約2Wとなる。
【００４７】
WsupF＝(1−α)×βF×Out＋(1＋α)×In
＝(1−α)×βF(γWW−γFF)＋(1＋α)×(W＋F)
＝(1＋βFγW)W＋(1−βFγW)αW＋2αF        ・・・(4)
なお、上記式(3)、式(4)では、静磁場不均一による位相の影響は補正によって除去済みとする。
【００４８】
なお、重み係数は、上記式(3)のA，Bに限定されない。逆位相画像および同位相画像のいずれか一方の係数を1とする、以下の式(5)、(6)であってもよい。
【００４９】
WsupF＝A1×Out＋In
A1＝(1−α)／(1＋α)×βF  ・・・(5)
WsupF＝Out＋B1×In
B1＝(1＋α)／((1−α)×βF)  ・・・(6)
なお、重み係数は、水画像に脂肪信号を残す割合が大きいほど、同位相の信号強度／逆位相の信号強度の比が大きくなるよう決定される。
【００５０】
＜脂肪抑制係数＞
なお、脂肪抑制係数(1−α)は、ユーザから入力部113を介して入力され、パラメータ保持部307に保持される。この場合、本実施形態の制御部112は、脂肪抑制係数の指定を、ユーザから受け付けるインタフェースを備える。インタフェースは、例えば、表示部11に、脂肪抑制係数入力領域810を表示し、当該領域に入力部113を介してユーザが入力するものとする。
【００５１】
脂肪抑制係数の入力は、例えば、図4(a)に示すように、表示部111に表示される脂肪抑制係数入力領域810を介して、脂肪を抑制する割合をパーセンテージで入力するよう構成してもよい。また、図4(b)に示すように、脂肪抑制係数入力領域810に表示される、予め設定された値から選択するよう構成してもよい。
【００５２】
例えば、パーセンテージの入力方式の場合は、95％と入力する。これを受け、画像処理部305は、脂肪が5％だけ残るように制御する。
【００５３】
一方、予め設定された値から選択する方法では、例えば、脂肪抑制の度合いとして、「強」、「中」、「弱」といった項目を用意し、この中から選択可能とする。そして、各項目には、抑制係数の値が対応づけられ、保持される。例えば、「強」には、抑制係数100％が対応づけられ、「中」には、90％が、「弱」には、80％が対応づけられる。すなわち、ユーザが「強」を選択すると、画像処理部305は、脂肪が0％だけ残るように制御し、「中」を選択すると、脂肪が10％だけ残るように制御し、「弱」を選択すると、脂肪が20％だけ残るように制御する。
【００５４】
さらに、ユーザが指定するのは、脂肪抑制の割合ではなく、逆に、脂肪を残したい割合であってもよい。この場合、脂肪を5％だけ残したい場合は、5％と入力する。これを受け、画像処理部305は、脂肪が5％だけ残るよう、制御する。
【００５５】
また、脂肪を残す割合は、撮像部位および撮像種に応じて、適切な割合がある。従って、撮像部位および撮像種に応じて、予め最適な割合を脂肪割合テーブルとしてパラメータ保持部307に保持しておき、撮像部位および撮像種の選択に応じて、自動的に採用されるよう構成してもよい。
【００５６】
すなわち、制御部112は、撮像部位および撮像種の少なくとも一方に対応づけて、前記脂肪信号を抑制する割合を保持するデータベースとして脂肪割合テーブルを備え、画像処理部305は、ユーザにより設定された撮像部位または撮像種に応じて、データベースから前記割合を取得する。
【００５７】
この場合、入力部113からは、撮像部位や撮像種に関する情報のパラメータを制御部112へ送信し、制御部112に予め記憶された撮像部位と画像種別の脂肪割合との関係から、脂肪割合のパラメータαを選択し、信号処理部110へと送信し、信号処理部110で使用する。
【００５８】
図4(c)は、撮像部位801および撮像種802毎に適切な脂肪抑制係数を保持する脂肪割合テーブル800の一例である。ここでは、脂肪抑制係数を算出可能な、水画像における脂肪残存割合αを保持する場合を例示する。画像処理部305は、脂肪残存割合αから、脂肪抑制係数(1−α)を計算し、重み係数の算出に用いる。
【００５９】
眼窩の撮像では、眼窩の脂肪をきれいに抑制する必要があるため、T1強調画像およびT2強調画像共に脂肪残存割合αを5％と少なく設定する。
【００６０】
頚椎・胸椎・腰椎の撮像では、T1強調画像およびプロトン密度画像は水の信号が比較的大きいため、脂肪残存割合αは5％と少なく設定するが、T2強調画像では水の信号が小さくなってしまうため、脂肪残存割合αを20％に設定し、組織等の把握がし易いようにする。
【００６１】
肝臓撮像では、出力された水画像と脂肪画像から、脂肪の割合を定量的に算出する必要があるため、脂肪残存割合αを0％とし全く残さないのが適切である。
【００６２】
膝のT1強調画像とプロトン密度画像は水の信号が比較的大きいが、骨の信号を残す必要があるため脂肪残存割合αは10％とし、T2強調画像は水の信号が小さくかつ骨の信号を残す必要があるため、脂肪残存割合αは20％とするのが適切である。
【００６３】
入力部113を介して入力された抑制係数は、制御部112を経て信号処理部110へと送られ、信号処理部110で、所望の割合で脂肪信号を抑制した水画像を作成する際に用いられる。なお、脂肪割合テーブル800は信号処理部110へ予め記憶しておいてもよい。
【００６４】
＜減衰補正係数＞
減衰補正係数βFは、T2およびT2*減衰の影響を補正するために、同位相画像および逆位相画像のいずれかの画像にかける係数である。最終的に得る水画像に、逆位相の脂肪信号が残らないよう決定する。本実施形態では、逆位相の脂肪の信号強度が、同位相の脂肪の信号強度と等しくなるよう決定される。
【００６５】
例えば、上記式(2)の例のように、同位相の画像の脂肪の画素値(脂肪信号)が逆位相の画像の脂肪の画素値(脂肪信号)の0.9倍となる場合、上記式(4)〜式(6)では、減衰補正係数は、0.9に設定される。
【００６６】
この減衰補正係数βFは、シーケンスの種類および同位相と逆位相とのTEにより定まる。従って、減衰補正係数βFは、各種のシーケンスで、TEを変えて取得した実測値に基づき、予め定め、シーケンス種、TEに対応づけて、例えば、補正係数データベース等としてパラメータ保持部307に保持しておく。なお、T2およびT2*減衰の影響が小さい場合や、高い精度を要求しない場合にはβFを1として無視しても良い。
【００６７】
＜脂肪抑制画像生成処理の流れ＞
図5は、画像処理部305による本実施形態の脂肪抑制画像生成処理の処理フローである。上述のように、本処理は、プログラムとして記憶装置に記憶され、画像処理部305が、各ステップの処理を実行する。
【００６８】
(ステップS1101)第一のエコー時間TE1に取得したエコー信号から再構成された画像(逆位相画像)と、第二のエコー時間TE2に取得したエコー信号から再構成された画像(同位相画像)との間の、T2およびT2*の減衰補正係数βFを、パラメータ保持部307から取得する。また、ユーザが指定した、脂肪信号抑制割合(1−α)を取得する。
【００６９】
(ステップS1102)減衰補正係数βFおよび脂肪信号抑制割合(1−α)を用い、逆位相画像および同位相画像にそれぞれかける重み係数を算出する。ここでは、例えば、上記式(3)のA，B、上記式(5)のA1，上記式(6)のB1のいずれかを算出する。これらの係数は1枚の画像を得る撮像に対し、1回だけ計算される。
【００７０】
(ステップS1103)ステップS1102で算出した重み係数を用い、それぞれ、同位相画像および逆位相画像の各画素値を補正する。この演算は、画像ピクセル数および撮像したスライス枚数分、実施する。
【００７１】
(ステップS1104)補正後の同位相画像と逆位相画像とを加算し、所望の割合(1−α)で脂肪信号を抑制した水画像を得る。
【００７２】
以下、本実施形態のシミュレーション結果を示す。
【００７３】
図6(a)〜図6(c)は、逆位相画像と同位相画像とを用い、TEの差による信号強度補正を行わずに得た水画像(T2強調画像)である。図6(a)の画像601は、水画像に残す脂肪信号の割合αを0にした画像であり、図6(b)の画像602は、水画像に残す脂肪信号の割合αを10％にした画像であり、図6(c)の画像603は、水画像に残す脂肪信号の割合αを20％にした画像である。
【００７４】
脂肪信号の割合αを増やすことによって、後頭部から背中にかけて脂肪信号がほどよく増加していることがわかる。
【００７５】
図7(a)および図7(b)は、逆位相画像と同位相画像とを用い、TEの差による信号強度補正を行う、本実施形態の手法の効果を説明するための図である。図7(a)の画像701は、同位相画像の信号強度が逆位相画像の信号強度より大きくなるように減衰補正係数βを設定し、脂肪を20％残した画像であり、図7(b)の画像702は、逆位相の信号強度が同位相の信号強度より大きくなるように減衰補正係数βを設定し、脂肪を20％残した画像である。
【００７６】
画像701では、良質なコントラストが維持され、脂肪信号を残せているが、画像702は、脂肪信号の位相が水信号と逆を向いているため、水信号を打ち消しあってコントラストを損ねている。
【００７７】
このように、逆位相と同位相とで信号を取得する場合、逆位相における脂肪信号を同位相の信号以下とすることにより、水画像に残る脂肪信号の位相を水の位相に揃えることができる。これにより、コントラストを損なうことなく、脂肪信号を残した水画像を高速に作成することができる。
【００７８】
＜変形例その1＞
なお、上記実施形態では、通常の2点Dixon法同様、異なる2つのTEを、脂肪信号と水信号とが逆位相となるTE1および同位相となるTE2としているが、2つのTEは、これに限定されない。第一のエコー時間で取得したエコー信号から再構成される第一の画像の水信号と脂肪信号との間の位相差が、第二のエコー時間で取得したエコー信号から再構成される第二の画像の水信号と脂肪信号との間の位相差とが異なればよい。
【００７９】
また、静磁場不均一の影響を考慮しなくてもいい場合は、第一のエコー時間で取得したエコー信号から再構成される第一の画像の脂肪信号と、第二のエコー時間で取得したエコー信号から再構成される第二の画像の脂肪信号との位相が異なり、かつ、第一の画像および第二の画像の少なくとも一方において、水信号と脂肪信号との位相が異なればよい。
【００８０】
上記条件を満たすエコー時間(TE)で2エコー以上の画像を得る場合は、各TEで取得した画像の信号と、各TEにおける脂肪のケミカルシフトによる位相回転量と、T2およびT2*減衰の減衰係数(減衰補正係数の逆数)と、を用いて、脂肪信号を任意の割合で残した水画像を1つの未知数とした連立方程式を作成し、これを解くことによって、上記重み係数A，Bを得る。
【００８１】
以下、このようなTEで2つの画像を取得する場合の、それぞれのTEで取得した画像に乗算する重み係数A、Bの算出法について説明する。
【００８２】
以下、上記条件を満たす任意の2つのエコー時間を第一のエコー時間TE1および第二のエコー時間TE2(TE1＜TE2)とし、第一のエコー時間で取得したエコー信号から再構成される画像を第一の画像、第二のエコー時間で取得したエコー信号から再構成される画像を第二の画像と呼ぶ。
【００８３】
第一の画像の信号S1および第二の画像の信号S2は、それぞれ、以下の式(7)で表される。なお、ここでは、静磁場不均一による位相の影響は補正によって除去済みとする。
2015115187.tif 000003
【００８４】
ここで、θ1は、TE1時の脂肪のケミカルシフトによる位相、θ2は、TE2時の脂肪のケミカルシフトによる位相、γWは、水信号のT2およびT2*減衰による第一の画像に対する第二の画像の信号強度の減衰係数、γFは、脂肪信号の同減衰係数である。
【００８５】
式(7)の連立方程式を解くことによって、水画像と脂肪画像とを得ることができる。
式(7)を行列で示すと、以下の式(8)となる。
2015115187.tif 000004
【００８６】
これを解くことにより、下記の式(9)のように水画像と脂肪画像とを得る。
2015115187.tif 000005
なお、［］-1は逆行列を表す。
【００８７】
水画像に脂肪信号をα(0≦α≦1)の割合だけ残す場合は、上記式(7)を、以下の式(10)のように変換する。
2015115187.tif 000006
【００８８】
式(10)は、式(7)のS1に対し、右辺に正と負のαF項を追加し、S2に対し、γWαF項を追加したものである。正と負のαF項およびγWαF項は、互いに打ち消し合うため、式(7)と等価である。
【００８９】
脂肪信号をα(0≦α≦1)だけ残した水画像、すなわち、脂肪信号を(1−α)だけ抑えた水画像は、W＋αFと表される。よって、式(10)の連立方程式を、W＋αFと、Fに関して解くことによって、W＋αFを得る。
【００９０】
式(10)を行列式で示すと、以下の式(11)のようになる。
2015115187.tif 000007
【００９１】
この行列式を解くことによって、下記の式(12)のように、W＋αを得る。なお、計算上、同時に、脂肪画像Fも得る。
2015115187.tif 000008
このときの、S1およびS2に係る係数が、上記重み係数A，Bとなる。
【００９２】
＜変形例その2＞
さらに、本実施形態では、3以上の異なるエコー時間で取得した画像を重み付け加算し、所望の割合で脂肪信号が抑制された水画像を得てもよい。この場合、各エコー時間は、各画像に含まれる水信号と脂肪信号との位相差が、少なくとも2つの画像において異なるよう設定されればよい。
【００９３】
以下、このようなTEで画像を取得する場合の、それぞれのTEで取得した画像に乗算する重み係数の算出法について説明する。この場合も、上記同様、連立方程式を、W＋αFおよびFに関して解くことによって、W＋αFを得る。
【００９４】
異なるn個(nは3以上の整数)のTEで、n個のエコーの信号を取得する場合、それぞれのTEで取得したエコー信号から再構成される画像の信号Snは、次式で示すことができる。以下、n番目のエコー信号から再構成された画像をn番目の画像と呼ぶ。
2015115187.tif 000009
【００９５】
ここで、γnWは、1番目の画像における水信号に対するn番目の画像における水信号のT2およびT2*減衰の影響による減衰係数、γnFは、1番目の画像における脂肪信号に対するn番目の画像における脂肪信号のT2およびT2*減衰の影響による減衰係数である。
【００９６】
水画像に脂肪信号をα(0≦α≦1)の割合だけ残す場合は、式(13)を、以下の式(14)のように変換する。
2015115187.tif 000010
【００９７】
上記式(14)を、行列で示すと、以下の式(15)の通りである。
2015115187.tif 000011
【００９８】
ここで、各要素を以下の式(16)のようにおくと、式(15)は、以下の式(17)のように表される。
2015115187.tif 000012
【００９９】
2015115187.tif 000013
【０１００】
式(17)を、ベクトルPに関して、以下の式(18)のように解き、Pの各要素、すなわち、脂肪信号をαだけ残した水画像を得る。
【０１０１】
2015115187.tif 000014
なお、Hは、随伴行列を示す。
【０１０２】
このときの、各Snに係る係数が、上記重み係数となる。
【０１０３】
なお、本実施形態においても、エコー間の時間が短くT2およびT2*減衰の影響が小さい場合や、高い精度を要求しない場合には、T2およびT2*減衰の減衰係数γW,γF, γnW,γnFを1として計算してもよい。
【０１０４】
また、この場合、重み係数を算出することなく、直接行列を作成し、逆行列演算を行い、所望の割合で脂肪信号を抑えた水画像を得てもよい。この場合の画像処理部305による処理の流れを図8に示す。
【０１０５】
(ステップS2101)各エコー信号間のT2およびT2*減衰の減衰係数をパラメータ保持部307から取得する。取得した、n番目の水信号用の減衰係数をγnW、n番目の脂肪信号用の減衰係数をγnFとする。また、本実施形態においても、ユーザが指定した、脂肪信号抑制割合(1−α)を取得する。
【０１０６】
(ステップS2102)減衰係数γnW、γnFと、脂肪信号抑制割合(1−α)とを用い、以下の式(19)に示す行列を作成する。
2015115187.tif 000015
この行列は、1枚の画像を得る撮像に対し、1回だけ作成される。
【０１０７】
(ステップS2103)ステップS2102で作成した作成した行列Cの、逆行列C’を計算する。行列の計算式は、以下の式(20)で表される。
2015115187.tif 000016
【０１０８】
なお、このとき、2つのエコー時間でエコー信号を計測する場合、行列Cが正方行列となる。よって、この場合、逆行列C’は、以下の式(21)で求めても良い。
2015115187.tif 000017
この逆行列演算は1つの撮像に対し、1回だけ行う。
【０１０９】
(ステップS2104)以下の式(22)に従って、脂肪信号をαだけ残した水画像を得る。
2015115187.tif 000018
【０１１０】
算出したベクトルPの要素W＋αFが、αだけ脂肪信号を残した水画像である。本ステップの演算は、画像ピクセル数および撮像したスライス枚数分繰り返し実施される。
【０１１１】
以上説明したように、本実施形態の磁気共鳴イメージング装置100は、異なる長さのエコー時間で取得したエコー信号をそれぞれ再構成して得た複数の画像を重み付け加算することにより、所望の割合で脂肪信号を抑制した水画像を得る画像処理部305を備え、前記各エコー時間は、前記画像に含まれる水信号と脂肪信号との位相差が、少なくとも2つの画像において異なるよう設定されることを特徴とする。
【０１１２】
異なるエコー時間は、第一のエコー時間と第二のエコー時間との2つのエコー時間であり、前記第一のエコー時間で取得したエコー信号から再構成される第一の画像の脂肪信号と、前記第二のエコー時間で取得したエコー信号から再構成される第二の画像の脂肪信号とは位相が異なり、かつ、前記第一の画像および前記第二の画像の少なくとも一方において、水信号と脂肪信号との位相が異なっていてもよい。また、前記第一の画像の水信号と位相信号とは逆位相であり、前記第二の画像の水信号と脂肪信号とは同位相であってもよい。
【０１１３】
また、重み付け加算する際に用いられる重み係数は、各前記エコー時間の差による信号強度の差を補正し、かつ、前記水画像において前記所望の割合で前記脂肪信号が抑制されるよう決定されてもよい。このとき、前記画像処理部305は、前記信号強度の差を補正するために乗算する減衰補正係数、もしくは、当該減衰補正係数の逆数となり、前記信号強度の差を示す、前記信号強度の減衰係数と、前記脂肪信号を抑制する割合を特定する脂肪抑制係数とを用い、各複数の画像それぞれに乗算する前記重み係数を決定してもよい。
【０１１４】
このように、本実施形態によれば、水信号と脂肪信号とが同位相となるTEおよび逆位相となるTEで取得した画像データそれぞれに乗算する係数を決定し、演算により、所望の割合で脂肪信号を抑制した水画像を得る。従って、水信号と脂肪信号とを分離した、水画像および脂肪画像を一旦作成することなく、所望の画像を得ることができる。従って、メモリの使用量が増加することなく、高速に所望の画像を得ることができる。
【０１１５】
また、本実施形態では、上記乗算する係数を決定する際、同位相となるTEおよび逆位相となるTEの時間差によるT2およびT2*減衰の影響も考慮し、最終的に得る水画像に、逆位相の脂肪信号が残らないようにする。すなわち、水信号と逆位相となる脂肪信号を、同位相の脂肪信号以下とした上で、水画像に所望の割合で脂肪信号が残るよう重み係数を決定し、逆位相画像と同位相画像との重み演算を行う。
【０１１６】
これにより、水画像に残る脂肪信号の位相が水信号の位相に揃い、コントラストを損なうことなく、所望の割合で脂肪信号が残った水画像を得ることができる。すなわち、最終的に得られる水画像のコントラストと脂肪抑制割合を良質に保つことができ、高精度に所望の画像を得ることができる。水画像に残った少しの脂肪信号は、組織の位置関係を把握するために役立ち、読影のし易い脂肪が抑制された画像を提供することができる。
【０１１７】
さらに、脂肪の抑制度合いを決定するパラメータを、ユーザが設定するよう構成することで、操作者は撮像部位や撮像種によって脂肪割合を自由に調節することができ、撮像毎に所望の良質なコントラストの画像を得ることができる。
【０１１８】
逆に、撮像部位および撮像種の少なくとも一方に対応づけて、脂肪信号を抑制する割合を保持するデータベース(脂肪割合テーブル800)を備えるよう構成することで、操作者は脂肪割合を意識せずとも、適切な脂肪割合となる良質なコントラストの画像を得ることができる。
【符号の説明】
【０１１９】
100  MRI装置、100  磁気共鳴イメージング装置、101  被検体、102  静磁場発生用磁石、103  傾斜磁場コイル、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、113  入力部、200  パルスシーケンス、201  RFパルス、202  スライスエンコード傾斜磁場、203  位相エンコード傾斜磁場、204  周波数エンコード傾斜磁場、205  周波数エンコード傾斜磁場、206  周波数エンコード傾斜磁場、207  周波数エンコード傾斜磁場、211  エコー信号、212  エコー信号、301  信号受信部、302  k空間データベース、303  画像変換部、304  画像データベース、305  画像処理部、306  画像送信部、307  パラメータ保持部、601  画像、602  画像、603  画像、701  画像、702  画像、800  脂肪割合テーブル、801  撮像部位、802  撮像種、810  脂肪抑制係数入力領域
【図１】
2015115187.tif 000019
【図２】
2015115187.tif 000020
【図３】
2015115187.tif 000021
【図４】
2015115187.tif 000022
【図５】
2015115187.tif 000023
【図６】
2015115187.tif 000024
【図７】
2015115187.tif 000025
【図８】
2015115187.tif 000026
【国際調査報告】
2015115187.tif 000027
2015115187.tif 000028
2015115187.tif 000029