(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場空間内に置かれた検査対象に印加する高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、前記検査対象に印加する傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、前記検査対象から発生する核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、受信された前記核磁気共鳴信号に基づいて、前記検査対象の関心領域の磁気モーメントの分布を反映した画像を再構成する画像再構成手段と、前記各手段の動作を制御するシーケンス制御手段と、再構成された前記画像を表示する表示手段とを具備して、核磁気共鳴により前記検査対象の断層撮影を行う磁気共鳴撮影装置において、
前記受信手段は、前記検査対象に対して空間的に異なる感度分布状態となって前記核磁気共鳴信号を受信する受信コイルを有し、前記画像再構成手段は、予め求められた前記感度分布と前記磁気共鳴信号のＳＮ比を用い、前記関心領域の外部領域における磁気モーメントの分布が既知であるという条件と、前記関心領域における磁気モーメントの分布が取り得る上限値及び下限値が既知であるという条件を含む制約条件のもと、前記関心領域と前記外部領域に関して前記再構成される画像のＳＮ比を最大にするための項を含む目的関数の最小化の処理を行って、前記検査対象における関心領域の磁気モーメントの分布を求める演算処理を行なうことを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気共鳴撮影装置において、前記傾斜磁場を用いた撮影を最終的に得る画像の解像度よりも低い解像度で予め行って取得した前記検査対象の磁気モーメントの分布をもとに、前記感度分布と、前記制約条件における前記上限値及び下限値とを決定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に記載の磁気共鳴撮影装置において、前記傾斜磁場を用いた撮影を最終的に得る画像の解像度の半分以下の解像度で予め行って取得した前記検査対象の磁気モーメントの分布をもとに、前記感度分布と、前記制約条件における前記上限値及び下限値とを決定することを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項４】
請求項１に記載の磁気共鳴撮影装置において、前記受信手段は、互いに空間的に異なる感度分布により前記核磁気共鳴信号を受信する複数のサブコイルから構成される受信コイルを具備し、前記シーケンス制御手段が前記複数のサブコイルを切り替えながら核磁気共鳴信号を受信する制御を行うことにより、前記受信手段が前記空間的に異なる感度分布状態となって前記核磁気共鳴信号を受信することを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項５】
請求項４に記載の磁気共鳴撮影装置において、前記傾斜磁場発生手段は、前記複数のサブコイルの配列方向と垂直な方向に位相エンコードまたは周波数エンコードのいずれか一方を行い、前記画像再構成手段は、前記目的関数の最小化の処理で求められた解に対しフーリエ変換を行って前記検査対象の断層画像に対応する２次元画像情報を得ることを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項６】
静磁場空間内に置かれた検査対象に印加する高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、前記検査対象に印加する傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、前記検査対象を搭載し、所望とする方向に移動可能な天板と、前記検査対象から発生する核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、受信された前記核磁気共鳴信号に基づいて、前記検査対象の関心領域の磁気モーメントの分布を反映した画像を再構成する画像再構成手段と、前記各手段の動作を制御するシーケンス制御手段と、再構成された前記画像を表示する表示手段とを具備して、核磁気共鳴により前記検査対象の断層撮影を行う磁気共鳴撮影装置において、
前記シーケンス制御手段は、前記天板の移動中に前記核磁気共鳴信号を複数回受信するように前記受信手段を制御し、前記画像再構成手段は、予め求められた前記感度分布と前記磁気共鳴信号のＳＮ比を用い、前記関心領域の外部領域における磁気モーメントの分布が既知であるという条件と、前記関心領域における磁気モーメントの分布が取り得る上限値及び下限値が既知であるという条件を含む制約条件のもと、前記関心領域と前記外部領域に関して前記再構成される画像のＳＮ比を最大にするための項を含む目的関数の最小化の処理を行って、前記検査対象における関心領域の磁気モーメントの分布を求める演算処理を行なうことを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項７】
請求項６に記載の磁気共鳴撮影装置において、前記傾斜磁場を用いた撮影を最終的に得る画像の解像度よりも低い解像度で予め行って取得した前記検査対象の磁気モーメントの分布をもとに、前記感度分布と、前記制約条件における前記上限値及び前記下限値とを決定することを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項８】
請求項６に記載の磁気共鳴撮影装置において、前記傾斜磁場を用いた撮影を最終的に得る画像の解像度の半分以下の解像度で予め行って取得した前記検査対象の磁気モーメントの分布をもとに、前記感度分布と、前記制約条件における前記上限値及び下限値とを決定することを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【請求項９】
請求項６に記載の磁気共鳴撮影装置において、前記傾斜磁場発生手段は、前記天板の移動方向と垂直な方向に位相エンコードまたは周波数エンコードのいずれか一方を行い、前記画像再構成手段は、前記目的関数の最小化の処理で求められた解に対しフーリエ変換を行って前記検査対象の断層画像に対応する２次元画像情報を得ることを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核磁気共鳴を用いた検査装置（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）に係り、特に、コイル感度を利用した磁気共鳴撮影技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴撮影装置は、検査対象を横切る任意の断面内の水素原子核に核磁気共鳴を起こさせ、発生する核磁気共鳴信号からその断面内における断層像を得る医用画像診断装置である。【０００３】
ＭＲＩの画像診断に於いて複数個のコイルと画像の折り返しを利用して撮影時間を短縮する技術が、実用化されている（例えば、非特許文献１参照）。  通常の撮影法が傾斜磁場のみを利用して位相エンコード方向の位置情報を画像に付与しているのに対して、非特許文献１の撮影法では、受信コイルの感度分布を併用して、位置情報を画像にエンコードしている。以下、このエンコード法を、コイル感度併用エンコードと呼び、また、感度分布を利用しない通常の傾斜磁場のみを利用したエンコードを、傾斜磁場エンコードと呼ぶ。【０００４】
以上に述べたコイル感度併用エンコードは、位相エンコード無しで行うことも可能である。つまり、位相エンコード数以上のコイルを用いることにより、位相エンコード数を１、つまり、位相エンコードを行う必要が無くなる。この場合のエンコードを、コイル感度エンコードと呼ぶことにする。【０００５】
また、コイル感度エンコードは、位相エンコード方向に限らず、周波数エンコード方向（読み取り方向）にも利用することができる（例えば、特許文献１参照）。つまり、周波数エンコード数以上のコイルを用いて核磁気共鳴信号を計測することにより、周波数エンコードを行う必要がなくなり、したがって、読み取り用傾斜磁場を印加する必要がなくなる。読み取り用傾斜磁場を印加しない場合は、傾斜磁場の切り替えによる騒音が生じないという利点が得られる。【０００６】
【特許文献１】特開平０８−３２２８１４号公報
【非特許文献１】Ｐｒｕｅｓｓｍａｎｎ ＫＰ、  Ｗｅｉｇｅｒ  Ｍ、  Ｓｃｈｅｉｄｅｇｇｅｒ  ＭＢ、  Ｂｏｅｓｉｇｅｒ  Ｐ．  ＳＥＮＳＥ：  ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  ｅｎｃｏｄｉｎｇ  ｆｏｒ  ｆａｓｔ  ＭＲＩ．  Ｍａｇｎ Ｒｅｓｏｎ  Ｍｅｄ、  ｖｏｌ．４２、  ｎｏ．５、  ９５２−６２、  １９９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
検査対象から発生するノイズが無いとすれば、上述の非特許文献１あるいは特許文献１のコイル感度エンコードを行って折り返しの無い画像を得ることができる。しかし、実際の撮影においては無視できないノイズが存在し、ノイズが存在する場合にも安定して解を求めるためには、各サブコイルの感度分布の間の一次独立性が高い必要がある。【０００８】
また、コイル感度エンコードの数を増やすには、サブコイルの数を増やす必要があるが、サブコイルの数を増やすと一般に感度分布間の一次独立性が下がるため、傾斜磁場エンコードをコイル感度エンコードに置き換えられるほどサブコイルの数を増やすことは困難である。【０００９】
感度分布間の一次独立性が低下すると、再構成が不安定になる。つまり、撮影対象と異なる画像が再構成されてしまう。【００１０】
そこで、本発明の目的は、感度分布の一次独立性が低い場合にもコイルの感度分布を利用した再構成を安定して行える磁気共鳴撮影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の磁気共鳴撮影装置は、下記に示す特徴を有する。【００１２】
（１）静磁場空間内に置かれた検査対象に印加する高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、前記検査対象に印加する傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、前記検査対象から発生する核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、受信された前記核磁気共鳴信号に基づいて、前記検査対象の画像を再構成する画像再構成手段と、前記各手段の動作を制御するシーケンス制御手段とを具備して、核磁気共鳴により前記検査対象の断層撮影を行う磁気共鳴撮影装置において、前記受信手段は、検査対象に対して空間的に異なる感度分布状態となって前記核磁気共鳴信号を受信する受信コイルを有し、前記画像再構成手段は、前記検査対象における磁気モーメントに対する制約条件のもと、予め求められた前記感度分布と前記核磁気共鳴信号のＳＮ比を用い、前記検査対象における関心領域の磁気モーメントの分布を求める演算処理を行なうことを特徴とする。【００１３】
（２）前記（１）の磁気共鳴撮影装置において、前記受信手段は、互いに空間的に異なる感度分布により前記核磁気共鳴信号を受信する複数のサブコイルから構成される受信コイルを具備することを特徴とする。【００１４】
（３）前記（１）の磁気共鳴撮影装置において、前記検査対象を搭載し、所望とする方向に（例えば、前記検査対象の体軸方向に、あるいは体軸方向と略垂直の方向に）移動可能な天板を具備し、前記パルスシーケンス制御手段は、前記天板の移動中に前記磁気共鳴信号を複数回受信するように前記受信手段を制御することを特徴とする。【００１５】
（４）前記磁気共鳴撮影装置において、前記画像再構成手段は、前記関心領域と前記関心領域の外部領域に関して前記再構成される画像のＳＮ比を最大にする処理を行い、前記制約条件は、前記外部領域における前記磁気モーメントの分布が既知であるという条件と、前記関心領域における前記磁気モーメントの分布がとり得る上限値及び下限値が既知であるという条件とを含むことを特徴とする。【００１６】
（５）前記磁気共鳴撮影装置において、前記傾斜磁場を用いた撮影を最終的に得る画像の解像度よりも低い解像度（例えば、最終的に得る画像の解像度の半分以下の解像度）で予め行って取得した前記検査対象の磁気モーメントの分布をもとに、前記感度分布と、前記制約条件における前記上限値及び下限値とを決定することを特徴とする。【００１７】
（６）前記磁気共鳴撮影装置において、再構成された前記画像を表示する表示手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、磁気モーメントの分布の満たすべき条件を利用することにより、受信コイルの感度分布の一次独立性が低い場合にも受信コイルの感度分布を利用した再構成を安定して行える磁気共鳴撮影装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳述する。【００２０】
（実施例１）
以下、本発明による磁気共鳴撮影装置の第１の実施例を説明する。【００２１】
図１３は、磁気共鳴撮影装置の概観図であり、図１は、その核磁気共鳴イメージング装置の概略構成を示すブロック図である。図１３において、１０１は静磁場を発生するマグネット、１０３は検査対象、３００は天板を示す。また、図１において、１０１は静磁場を発生するマグネット、１０２は傾斜磁場を発生するコイル、１０３は検査対象であり、検査対象１０３はマグネット１０１の発生する静磁場空間内に設置される。また、シーケンサ１０４は、傾斜磁場電源１０５と高周波磁場発生器１０６に命令を送り、それぞれ傾斜磁場および高周波磁場を発生させる。高周波磁場は、照射用コイル１０７を通じて検査対象１０３に印加される。検査対象１０３から発生した信号は、受信コイル１１６によって受波され、受信器１０８で検波が行われる。検波の基準とする核磁気共鳴周波数（以下、検波基準周波数と記す。）は、シーケンサ１０４によりセットされる。検波された信号は、計算機１０９に送られ、ここで画像再構成などの信号処理が行われる。【００２２】
その結果は、ディスプレイ１１０に表示される。必要に応じて、記憶媒体１１１に検波された信号や測定条件を記憶させることもできる。また、静磁場均一度を調整する必要があるときは、シムコイル１１２を使う。シムコイル１１２は複数のチャネルからなり、シム電源１１３により電流が供給される。静磁場均一度調整時には各シムコイルに流れる電流をシーケンサ１０４により制御する。シーケンサ１０４は、シム電源１１３に命令を送り、静磁場不均一を補正するような付加的な磁場をシムコイル１１２より発生させる。【００２３】
なお、シーケンサ１０４は、通常、予めプログラムされたタイミング、強度で各装置が動作するように制御を行う。上記プログラムのうち、特に、高周波磁場、傾斜磁場、信号受信のタイミングや強度を記述したものは、パルスシーケンスと呼ばれている。【００２４】
この装置を用いた本発明による撮影の流れを、図１４に示す。撮影は、コイル感度の切り替えによる本撮影と、通常の傾斜磁場を利用した低解像度での予備撮影にわけて行う。予備撮影は、低解像度であるため短時間で行うことができ（ステップ１）、予備撮影により各コイルの感度分布を取得する（ステップ２）。また、同じ予備撮影から検査対象の存在範囲と、再構成画像の各ピクセルの画素値の上限値と下限値を決定する（ステップ３）。本撮影では、コイルを切り替えながらの撮影を行う（ステップ４）。本撮影で得られたデータと予備撮影で得られた感度分布と検査対象の条件から、最適化により検査対象の画像を再構成する（ステップ５）。【００２５】
本実施例の撮影は、図２に示すパルスシーケンスを用いて行われる。図２において、ＲＦは励起高周波パルス、また、Ｇｓはスライス選択傾斜磁場、Ｇｅは位相エンコード傾斜磁場を示す。【００２６】
まず、検査対象にスライス傾斜磁場２と同時に励起高周波パルス１を印加し、所望のスライスのみを励起する。【００２７】
励起高周波パルス１を印加してから時間τ後、πパルス４１を印加すると核磁気共鳴信号（エコー信号）４５が段々大きくなり、一定時間後再び減衰を始める。πパルス４１を印加して時間２τ後、再びπパルス４３、４４を印加するということを繰り返すと、磁気共鳴信号４６、４７は増減を繰り返す。なお、この繰返しの際には位相エンコード傾斜磁場４an、４bnをそれぞれ印加し、これによりｙ方向の位置情報を付与する。【００２８】
核磁気共鳴信号は、受信コイルを構成するＬ個のサブコイルを切り替えながら計測する。図２に示すように、二つのπパルスの間のそれぞれにおいて、時間ｉ（ｉ＝１、２、３、……、Ｌ）には一個のサブコイルｃｉだけをアクティブにして、核磁気共鳴信号Ｓｉを順次計測する。【００２９】
受信コイルの具体的な構成の一例を、図３に示す。受信コイルは、複数のサブコイル８０で構成されており、図３には６個のサブコイル（ｃ１〜ｃ６）からなる受信コイルの例を示す。各サブコイルには、ダイオード８１が接続されており、それぞれのダイオードはシーケンサ１０４からの信号によって個別にＯＮ／ＯＦＦさせることができる。【００３０】
各サブコイルの感度分布を求めるためには、図２に示されるパルスシーケンスによる撮影の前に、磁気共鳴撮影装置で一般的に行われる傾斜磁場を用いた撮影を低解像度（例えば、最終的に得る画像の解像度の半分）で行い、補間（例えば多項式近似）により最終的に得る画像の解像度で感度分布を作成する。【００３１】
以上のようにして求めた各サブコイルの感度分布と検査対象の関係は、図４に示す通りである。図４（ａ）に示すように、コイルの感度は、関心領域９００の外側にも広がっており、コイル感度の存在する領域はＮ個の区間に分割されている。ｉ番目のサブコイルの感度分布ｆｉ（ｘ）のｊ（ｊ＝１、２、…、Ｎ）番目の区間の平均値をｆｉｊとする。また、図４（ｂ）に示すように、ｊ番目の区間に存在する水素原子核の磁気モーメントの大きさをＩｊとする。Ｉｊは再構成画像における輝度情報に対応する値となる。【００３２】
ここで、ｉ番目のサブコイルを介して観測される核磁気共鳴信号Ｓｉは、次の（数１）で表される。【００３３】
【数１】
0004810432.tif 000002
【００３４】
そして、サブコイルの切り替えにより感度分布を示す関数ｆｉ（ｘ）をｉ＝１、２、３、…、Ｌと変化させた場合、各サブコイルを介して得られる核磁気共鳴信号Ｓｉ（ｉ＝１、２、３、…、Ｌ）のそれぞれは、次式の（数２）で表されることになる。【００３５】
【数２】
0004810432.tif 000003
【００３６】
ここで、この（数２）において感度ｆｉｊを要素とする行列をｆ、また、核磁気共鳴信号Ｓｉを要素とするベクトルをＳ、磁気モーメントの大きさ（再構成される画像の画素値）Ｉｊを要素とするベクトルをＩであらわすことにする。【００３７】
（数２）からＩを求めることにより画像を再構成することが可能である。コイル感度分布が完全に同じでない限り、ｆの逆行列ｆ−１が存在するため、Ｓにノイズ成分が含まれていない場合には、容易にＩを求めることが可能である。しかし、実際には少なからずノイズが含まれており、また、ｆｉの形状が互いに似ていることからｆの各行間の一次独立性が低いため、ｆ−１による解では正しいＩが得られない。【００３８】
そこで、本実施例では、以下の解法により正しいＩを求める。すなわち、磁気モーメントの大きさＩjのうち、関心領域内のＩｊ（ｊ∈関心領域）は、例えば、(数３）に示す制約条件つきのＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）規範に基づき決定する。【００３９】
【数３】
0004810432.tif 000004
【００４０】
ここで、ｅ'は目的関数であり、磁気モーメントの大きさの真値Ｉと推定解Ｉ'の差の２
乗の期待値である。また、Ｅ｛・｝は期待値、||・||はベクトルの大きさを表す。【００４１】
（数３）では、２個の制約条件を定めている。すなわち、関心領域外では、水素原子核が存在せず磁気モーメントの大きさは０となるため、一つ目の制約条件として「Ｉ'ｊ＝０、ｊは関心領域外」という条件を定める。さらに、Ｉ'ｊは大きさを表すため正の値であり、また、感度分布を求めるために行った撮影から、Ｉ'ｊの下限Ｉinf jと上限Ｉsup jがわかるため、二つ目の制約条件として「Ｉinf j≦Ｉｊ≦Ｉsup j、ｊ∈関心領域」という条件を定める。【００４２】
受信コイルで取得する核磁気共鳴信号と検査対象の出すノイズは、互いに独立な確率過程に従うと考えられるので、（数３）は（数４）に置き換えられる。【００４３】
【数４】
0004810432.tif 000005
【００４４】
（数４）において、σは核磁気共鳴信号のＳＮ比の逆数の２乗であり、第２項σ||Ｉ'||２はノイズに関する項である。また、この第２項は、ＳＮ比が最大値となるようにする項である。【００４５】
（数４）の解は一義的に定まるが、最適化の具体的な手法としては、Ｊａｃｏｂｉ法を基本とする手法や勾配投影法など様々な手法がある。それぞれ収束速度や安定性に特徴があり、どの手法を選ぶかは、計算機の性能や解にどれほどの信頼性を求めるかによる。ここでは、一例としてＪａｃｏｂｉ法を基本とし、反復回ごとに制約条件の範囲をチェックし、範囲を超えた場合はＩ'の値を制約条件の境界の値に置き換える手法を、図５に示す。【００４６】
まず、Ｉ'ｊ（ｊ＝１、２、３、…、Ｎ）の初期値として０を設定する（ステップ１）。次に、設定されたＩ'ｊの値における目的関数ｅの勾配ベクトル∂ｅ/∂Ｉ'を求める（ステップ２）。（求めた勾配ベクトル）×（１/２）だけＩ'ｊを変化させる（ステップ３）。変化させた結果Ｉ'ｊが制約条件を満たさなければ、制約条件を満たすように、かつ、最も変化量が少なくてすむようにさらにＩ'ｊを変化させる（ステップ４）。変化させたＩ'ｊから目的関数ｅの値を求める（ステップ５）。求めた目的関数ｅの値が十分小さくなる（ノイズレベル程度に減少する）という収束条件ｅ＜ｅ０（ｅ０＝Ｎ・γ・（（Ｉsupｊの平均値）２）/２）を満たすかどうかを判断し（ステップ６）、満たしていなければステップ２に戻り、満たしていれば、そのときのＩ'ｊを解とする。以上の手順によってＩ'ｊが決定され、ｘ軸方向の投影像が得られる。【００４７】
決定されたＩ'１、Ｉ'２、Ｉ'３、…、Ｉ'Ｎは、メモリ４０３に格納される。この格納状態を示したのが、図６である。それぞれ、図中ｋｙ軸上の、核磁気共鳴信号取得の際に印加された位相エンコード傾斜磁場に対応する位置にｘ軸方向に沿って配列されて格納されるようになっている。【００４８】
以上、Ｉ'１、Ｉ'２、Ｉ'３、…、Ｉ'Ｎを求める操作が、位相エンコード傾斜磁場の変化毎にそれぞれなされ、これを繰り返すことによって前記メモリ４０３内に磁気共鳴信号が全て格納されることになる。【００４９】
その後、前記メモリ４０３に格納された情報に基づいて、図６の下図に示すように、ｋｙ方向にフーリエ変換して得られる情報を画像メモリ４０２に格納させることによって、断層画像に対応する２次元画像情報が得られることになる。【００５０】
以上説明したことから明らかなように、本実施例の磁気共鳴撮影装置によれば、リードアウト傾斜磁場を特に印加することなくｘ軸方向の位置情報が付与されて、画像が得られることが判る。【００５１】
以下、本実施例の効果を示すため、従来法により得られる画像との比較を行う。【００５２】
図７は、検査対象を撮影して得られるべき画像であり、検査対象の形状を示す。ただし、再構成画像では得られない関心領域外についても表示している。【００５３】
図７において、上側の図が検査対象の２次元の画像を示し、下側の図はその画像をｘ軸に射影した１次元プロファイルである。図のｘ軸およびｙ軸は、位置を示す軸であり、スケールはピクセルサイズが１になるようにしてある。ｘ軸方向は、各サブコイルにおいて感度分布が変化する方向であり、コイル感度エンコードを行う方向である。ｙ軸方向は、各サブコイルにおいて感度分布は変化しない方向であり、周波数エンコードを行う方向である。また、下側プロファイルの縦軸は、画素値を示す。【００５４】
図７に示されるように、使用した検査対象は、幅４ピクセルのスリットを持つ長方形で、ある。図７上側の図において、白色で示される領域Ａが検査対象の存在する領域で、その間に検査対象の存在しない領域（４ピクセルのスリット）を有する。ｘ方向の再構成は、区間の数Ｎ（図４参照）１２８として行った。また、関心領域９００は、中心のｘ＝３２からｘ＝９５の６４ピクセルの区間である。使用したコイルの数Ｌ（図４参照）は６４である。ＳＮ比は１００である。【００５５】
図８に、本発明により得られる再構成画像を示す。図８において、上側の図が２次元再構成画像を示し、下側の図はその画像をｘ軸に射影した１次元プロファイルである。図のｘ軸およびｙ軸は位置を示す軸であり、スケールは図７と等しいが、範囲は図７の関心領域９００の範囲である。ｘ軸方向は、各サブコイルにおいて感度分布が変化する方向であり、コイル感度エンコードを行う方向である。ｙ軸方向は、各サブコイルにおいて感度分布は変化しない方向であり、周波数エンコードを行う方向である。また、下側プロファイルの縦軸は画素値を示す。【００５６】
図８下側に示す１次元プロファイルからわかるように、検査対象の最も外側の部分およびスリット境界部分のエッジがわずかに鈍っているだけで、幅４ピクセルのスリットが分離された再構成画像が得られている。すなわち、本発明により分解能４ピクセルで撮影が可能であることがわかる。【００５７】
図９は、従来法による再構成画像である。図９において、上側の図が２次元再構成画像を示し、下側の図はその画像をｘ軸に射影した１次元プロファイルである。図のｘ軸およびｙ軸は位置を示す軸であり、スケールは図７、８と等しいが、範囲は図７の関心領域９００の範囲である。ｘ軸方向は、各サブコイルにおいて感度分布が変化する方向であり、コイル感度エンコードを行う方向である。ｙ軸方向は、各サブコイルにおいて感度分布は変化しない方向であり、周波数エンコードを行う方向である。また、下側プロファイルの縦軸は、画素値を示す。【００５８】
ｘ方向の空間分解能が、前述した本発明の手法により達成された空間分解能と同じになるように、検査対象の存在する領域をカバーする１６個のサブコイルを用いて画像を取得し、ｘ軸方向の関心領域を１６ピクセルに分割して画像再構成を行っている。つまり、図９に示す画像のｘ方向のピクセルサイズは、図８の４倍になっている。図９からわかるように、ｘ方向に空間分解能は得られず、画像再構成に失敗している。また、画像の輝度値は、本来の輝度値の２０００倍になっていることがわかる。【００５９】
以上まとめると、本実施例では、従来法では不可能であった分解能でコイル感度エンコードが可能となり、その結果、周波数エンコードにかえてコイル感度エンコードを行うことができ、傾斜磁場の切り替えにより生じていた騒音のない撮影を行うことができる。【００６０】
（実施例２）
本発明の第２の実施例として、検査対象を置く天板を所望とする方向に移動させることにより感度分布を変化させて撮影を行う方法について述べる。本例では、天板は、検査対象の体軸方向に移動可能に構成されているが、この方向に限らず、例えば、体軸方向と略垂直の方向に移動可能であってもよい。【００６１】
図１０は、検査対象１０３と天板３００と受信コイル３０１の関係を示す図である。検査対象は移動可能な天板に置かれ、受信コイルは単一のコイルで構成され、静止している。【００６２】
撮影は、図１１に示すパルスシーケンスを用いて行う。図１１で、ＲＦは励起高周波パルス、Ｇｓはスライス選択傾斜磁場、Ｇｒは読み取り傾斜磁場、天板位置ｐ1、ｐ2、…ｐLは静止している受信コイルを基準とした座標系ｘ'における天板の位置、コイル感度分布は天板に固定した座標系でのコイル感度分布を示す。【００６３】
まず、検査対象にスライス傾斜磁場２と同時に励起高周波パルス１を印加し、特定のスライスのみを励起する。これにより、特定のスライスのみが核磁気共鳴信号４２を発生するようになる。【００６４】
励起高周波パルス１を印加して時間τ後、πパルス４１を印加すると一度減衰した磁気共鳴信号は再び大きくなり、一定時間後再び減衰を始める。πパルス４１を印加して時間２τ後、再びπパルス４３を印加するということを繰り返すと、核磁気共鳴信号は増減を繰り返す。なお、この繰返しの際には、図１０におけるｙ方向に読み取り傾斜磁場５を印加し、これによりｙ方向の位置情報を付与する。【００６５】
核磁気共鳴信号は、天板を移動させながら計測する。図１１に示すように、二つのπパルスの間のそれぞれにおいて、読み取り傾斜磁場を印加しながら受信コイルによって磁気共鳴信号（Ｅ１（ｋｙ）、Ｅ２（ｋｙ）、Ｅ３（ｋｙ）、…、ＥＬ（ｋｙ））を順次計測する。ここで、ｋｙはｙ方向に対応するｋ空間上の座標を表す。核磁気共鳴信号Ｅｉ（ｋｙ）は、天板位置Ｐiにおいて受信した核磁気共鳴信号のｋ空間上の点ｋｙにおける値である。計測されたＥｉは、図１２（ａ）に示すように、計測メモリ４００に格納される。以下、あるｋｙにおける核磁気共鳴信号Ｓｉ＝Ｅｉ（ｋｙ）について考える。【００６６】
天板位置Ｐiにおいて、天板に固定した座標での受信コイルの感度分布ｆｉと検査対象の関係は、実施例１と同じく、図４に示す通りになる。図４（ａ）に示すように、コイルの感度は関心領域９００の外側にも広がっており、コイル感度の存在する領域はＮ個の区間に分割されている。天板位置Ｐiにおいて、天板に固定した座標での受信コイルの感度分布ｆｉ（ｘ）のｊ（ｊ＝１、２、…、Ｎ）番目の区間の平均値をｆｉｊとする。また、図４（ｂ）に示すように、ｊ番目の区間に存在する水素原子核の磁気モーメントの大きさをＩｊとする。Ｉｊは再構成画像における輝度情報に対応する値となる。【００６７】
このように、天板移動により実施例１と同様に検査対象に対して受信コイルの感度分布を変化させて撮影することが可能であり、ｉ番目の天板位置において観測される磁気共鳴信号Ｓiは、（数１）で表される。【００６８】
そして、天板位置の移動により感度分布を示す関数ｆｉ（ｘ）をｉ＝１、２、３、…、Ｌと変化させた場合、核磁気共鳴信号Ｓｉ（ｉ＝１、２、３、…、Ｌ）のそれぞれも実施例１と同じく、（数２）で表される。実施例２においては、各複数のコイルの位置について、感度分布を求める。具体的な手法は、実施例１に記載の通りである。【００６９】
よって、実施例１に記載した方法とまったく同じ方法により、（数４）で磁気モーメントの大きさＩ'を求めることができ、ｘ軸方向の投影像が得られる。【００７０】
決定されたＩ'１、Ｉ'２、Ｉ'３、…、Ｉ'Ｎは、中間メモリ４０１に格納される。この格納状態を示したのが図１２（ｂ）である。対応するｋｙにおいてｘ軸方向に沿って配列される。以上、Ｉ'１、Ｉ'２、Ｉ'３、…、Ｉ'Ｎを求めて中間メモリ４０１に格納する操作が、ｋｙ毎に順次なされる。【００７１】
その後、中間メモリ４０１に格納された情報に基づいて、図１２（ｃ）に示すように、ｙ方向にフーリエ変換して得られる情報を画像メモリ４０２に格納させることによって断層画像に対応する２次元画像情報が得られることになる。【００７２】
以上説明したことから明らかなように、実施例２による核磁気共鳴を用いた検査装置によれば、位相エンコード傾斜磁場を特に印加することなくｘ軸方向の位置情報が付与されて、画像が得られる。この手法によれば、エンコード中に天板をとめる必要がなく、天板を連続的に移動しながらエンコードを行うことができ、不連続な領域がない画像を効率よく得ることができる。【００７３】
以上詳述したように、本発明によれば、複数の受信コイルの感度分布間の一次独立性が低い場合にも受信コイルの感度分布を利用した再構成を安定して行えるため、一次独立性を保つという制限なしで受信コイルの感度分布を利用したエンコードを行うことができる。その結果、読み取り傾斜磁場を印加せず、かわりに受信コイルの感度分布を利用した撮影が行え、騒音の少ない撮影が行える。【００７４】
また、天板移動により視野拡大を行う撮影法において、位相エンコード方向を移動方向にした場合、従来は天板を連続的に移動することができなかったが、本手法によれば位相エンコードのかわりに受信コイル感度エンコードを用いることにより、天板を連続的に移動することができ、不連続な領域のない画像を効率よく得ることができるという顕著な効果が達成できる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明によれば、磁気モーメントの分布の満たすべき条件を利用することにより、受信コイルの感度分布の一次独立性が低い場合にも受信コイルの感度分布を利用した再構成を安定して行える磁気共鳴撮影装置を実現でき、医療分野においてその利用可能性大である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明が適用される磁気共鳴撮影装置の構成例を示す図。
【図２】第１の実施例におけるサブコイルを切り替えて撮影を行うパルスシーケンスを説明する図。
【図３】複数のサブコイルで構成される受信コイルの一構成例を示す図。
【図４】各サブコイルの感度分布と検査対象の関係を説明する図。
【図５】最適化の手順の一例を説明する図。
【図６】核磁気共鳴信号と画像情報がメモリに格納される状態を説明する図。
【図７】検査対象を示す図。
【図８】本発明による再構成画像を示す図。
【図９】従来手法による再構成画像を示す図。
【図１０】第２の実施例における検査対象と天板と受信コイルの関係を説明する図。
【図１１】天板を移動させながら撮影を行うパルスシーケンスを説明する図。
【図１２】核磁気共鳴信号と画像情報がメモリに格納される状態を説明する図。
【図１３】撮影装置の概観を示す図。
【図１４】本発明による検査対象の画像を取得するまでの撮影の流れを説明する図。
【符号の説明】
【００７７】
１…励起高周波パルス、２…スライス傾斜磁場、４…位相エンコード傾斜磁場、５…読み取り傾斜磁場、４１、４３、４４…πパルス、４２…核磁気共鳴信号、４５…磁気共鳴信号、４６…核磁気共鳴信号、８０…サブコイル、８１…ダイオード、１０１…静磁場を発生するマグネット、１０２…傾斜磁場コイル、１０３…検査対象、１０４…シーケンサ、１０５…傾斜磁場電源、１０６…高周波磁場発生器、１０７…照射用コイル、１０８…受信器、１０９…計算機、１１０…ディスプレイ、１１１…記憶媒体、１１２…シムコイル、１１３…シム電源、１１６…受信用コイル、３００…天板、３０１…受信コイル、３０２…天板移動方向、４００…計測メモリ、４０１…中間メモリ、４０２…画像メモリ、４０３…メモリ、９００…関心領域。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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