磁気共鳴イメージング装置
【課題】渦電流による磁場不均一を低減し高精度な磁気共鳴スペクトル画像を得ることが可能な磁気共鳴イメージング装置を実現する。
【解決手段】非水抑圧計測（リファレンス計測）を実行することにより非水抑圧時のスペクトル情報を取得する（ステップ６０１）。ステップ６０１で得られたｋ空間の磁気共鳴信号）の時間変化特性（渦電流に起因）から、静磁場不均一の時間変化を算出する（ステップ６０２）。ステップ６０２で算出した「磁場不均一の時間変化」を打ち消すために必要な磁場調整量を算出する（ステップ６０３）。ステップ６０３で算出した「磁場調整量」に基づいた磁場調整を行いながら、水抑圧時の磁気共鳴信号を計測する（ステップ６０４）。最後にステップ６０４で得られた水抑圧時の磁気共鳴信号にフーリエ変換を施し、磁気共鳴スペクトル画像を算出する（ステップ６０５）。
【解決手段】非水抑圧計測（リファレンス計測）を実行することにより非水抑圧時のスペクトル情報を取得する（ステップ６０１）。ステップ６０１で得られたｋ空間の磁気共鳴信号）の時間変化特性（渦電流に起因）から、静磁場不均一の時間変化を算出する（ステップ６０２）。ステップ６０２で算出した「磁場不均一の時間変化」を打ち消すために必要な磁場調整量を算出する（ステップ６０３）。ステップ６０３で算出した「磁場調整量」に基づいた磁場調整を行いながら、水抑圧時の磁気共鳴信号を計測する（ステップ６０４）。最後にステップ６０４で得られた水抑圧時の磁気共鳴信号にフーリエ変換を施し、磁気共鳴スペクトル画像を算出する（ステップ６０５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、代謝に関連する様々な物質を分離し、画像化する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を用いた撮影方法として、現在広く普及している磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）の他に、水素原子核を含む様々な分子の化学結合の違いによる共鳴周波数の差異（ケミカルシフト）を手掛かりに、分子毎に磁気共鳴信号を分離し画像化する方法（磁気共鳴スペクトロスコピックイメージング（ＭＲＳＩ））がある。
【０００３】
このＭＲＳＩを用いることによって、人体内部の代謝物質の分布を無侵襲で画像化することができるが、通常、被検体内に含まれる代謝物質の濃度は非常に低い。これに対し、人体内部に含まれる水の濃度は非常に大きいため、通常の励起と検出を行う直前に、水信号の発生を抑圧する処理を加えて、不要な水信号を抑え必要な代謝物質の信号を検出できるようにしている（水抑圧計測）。
【０００４】
また、ケミカルシフトの大きさもｐｐｍオーダーと非常に小さいため、ＭＲＳＩにおいては、磁気共鳴周波数に影響を与える磁場均一性の調整が非常に重要となる。一般に、被検体が磁場均一性に与える影響はかなり大きいため、被検体を静磁場中に置いた状態で静磁場均一性を向上させる必要がある。そこで、互いに異なる３方向の傾斜磁場の各オフセット値および各シムコイルに流す電流量を変化させ、各傾斜磁場コイルおよび各シムコイルの発生する磁場を静磁場に重畳させることにより磁場均一度を調整する方法が提案されている(非特許文献１参照)。
【０００５】
この方法では、被検体内の磁場分布が均一となるように、リファレンス画像から得られた各傾斜磁場コイルおよび各シムコイルの電流-磁場分布特性の組み合わせ(各コイルに流す電流値)を算出する。ここで用いられるリファレンス画像およびターゲット画像としては、一般にＭＲＩの位相分布画像が利用される。通常、この位相分布画像を測定する際には、「スピンエコータイムとグラジエントエコータイムをΔtだけずらした変形型スピンエコー法」が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、変形型スピンエコー法で信号計測を行う際の静磁場分布と、ＭＲＳＩ計測シーケンスで信号計測を行う際の静磁場分布とは、必ずしも一致しない。何故なら、傾斜磁場を印加した際には、磁石内のボア内面や被検体表面等に大きな渦電流が発生し、この渦電流が引き起こす磁場の大きさや時定数(磁場の大きさの経時変化)は、傾斜磁場の印加強度や印加時間および信号検出時刻に依存して変化するため、シーケンス形状が異なると渦電流が引き起こす磁場不均一の度合いが異なることとなるからである。
【０００７】
特に、変形型スピンエコー法の信号検出時間は通常数ミリ秒〜十数ミリ秒程度と短く、他方、ＭＲＳＩ計測シーケンスの信号検出時間は数十ミリ秒〜１秒程度と長いため、時定数の長い渦電流を上記シミングで補正することは非常に困難となる。
【０００８】
そこで、ＭＲＳＩ計測においては、測定精度向上のため、この渦電流によって引き起こされる計測信号の歪み補正をデータ後処理として行っている。なお、渦電流の影響を打ち消すために、傾斜磁場波形を整形する位相補償回路やアクティブシールド付きの傾斜磁場、および傾斜磁場軸間のクロストーク成分を打ち消す渦電流補正機能が用いられる。
【０００９】
上記クロストーク成分を打ち消す渦電流補正機能の一例として、特許文献２に記載された技術がある。この公知技術では、スペクトル計測信号を用いて傾斜磁場の時間変化を測定しているが、特定のシーケンスを用いて測定した磁場変化特性は、軸間のクロストーク補償を行うための補正用テーブルとして保存され、他の通常シーケンスで各傾斜磁場を出力する際に、補正用テーブルが参照され補正された傾斜磁場波形が算出される。
【００１０】
次に、データ後処理を用いた渦電流補正法についての説明を行う(例えば、非特許文献２参照等に記載されている)。この方法では、初めに、リファレンス画像の計測において、渦電流によって生じている磁場不均一を高精度に検出するため、水信号を抑圧しないで励起・検出を行った画像データを用いる（ＭＲＳＩにおける非水抑圧計測）。
【００１１】
次に、代謝物質のスペクトルを得るために水抑圧計測を行う。そして得られた非水抑圧計測データを対象に、各空間点のスペクトル毎に、渦電流が水信号ピークに与えている影響を最小とする補正関数を導出しておく。最後に、水抑圧計測データに対して、同一空間点毎に、前記導出した補正関数を適用することによって、各代謝物質の信号ピークに対して、渦電流の影響を低減することが可能となる。
【００１２】
【特許文献１】特公平０５−０５６１４０号公報
【特許文献２】特開平０８−０８９４９４号公報
【非特許文献１】ジャーナル オブ マグネティック レゾナンス(Journal of Magnetic Resonance)第77巻、第40-52頁(1988年)
【非特許文献２】マグネティック レゾナンス イン メディスン(Magnetic Resonance in Medicine)第14巻、第26-30頁(1990年)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来技術における根本的な問題として、渦電流によって生じる磁場不均一が残存する状況下で水抑圧計測を行った場合、水信号抑圧率の低下やＳＮＲの低下を招くこととなるため、当然、計測後にデータ補正を行うよりも、計測前に計測シーケンスに伴って生じる渦電流の影響をより低減させておくことが望ましい。
【００１４】
しかしながら、従来技術における渦電流補正機能では、磁石ボア内面の渦電流を完全に打ち消すことは困難である。また、被検体表面の渦電流には効果が無く、必要十分な低減効果が得られているとは言い難い。
【００１５】
また、データ後処理を用いた渦電流補正法において、リファレンス画像を取得するために行う非水抑圧計測を、本計測である水抑圧計測と同一の計測条件で行った場合、リファレンス計測時間を含めた総計測時間が２倍となってしまい、臨床診断に適用するには長すぎる計測時間となる。
【００１６】
このリファレンス計測に要する時間を短縮する方法としては、計測の繰り返し回数を減らす手法が最も有効な方法として提案されているが、計測回数の減少に伴って得られる情報も減少するため（微細な空間情報が失われる）、実際の渦電流補正効果も低下してしまう。
【００１７】
本発明の目的は、渦電流による磁場不均一を低減し、高精度な磁気共鳴スペクトル画像を得ることが可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成される。
【００１９】
磁気共鳴イメージング装置において、水からの核磁気共鳴信号を抑圧することなく計測された核磁気共鳴信号を用いて静磁場不均一の時間変化が算出され、算出された静磁場不均一の時間変化を打ち消すための静磁場調整量が算出され、算出された静磁場調整量を用いて静磁場調整手段が制御される。
【発明の効果】
【００２０】
水からの核磁気共鳴信号を抑圧して計測する本計測では、静磁場不均一が低減された状態で行なわれるため、データ後処理を必要とする事無く、高精度な画像を取得することができる。
【００２１】
つまり、渦電流による磁場不均一を低減し、高精度な磁気共鳴スペクトル画像を得ることが可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００２３】
図１の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明が適用されるＭＲＩ装置の外観図である。図１の（ａ）はソレノイドコイルで静磁場を発生するトンネル型磁石を用いた水平磁場方式のＭＲＳＩ装置であり、図１の（ｂ）は開放感を高めるために磁石を上下に分離したハンバーガー型（オープン型）の垂直磁場方式のＭＲＩ装置である。
【００２４】
また、図１の（ｃ）は、図１の（ａ）に示した装置と同様に、トンネル型のＭＲＩ装置であるが、磁石の奥行を短くし且つ斜めに傾けることによって、開放感を高めてたＭＲＩ装置である。なお、本発明は、これらＭＲＳＩ装置を含むその他の構造のＭＲＩ装置に適用することができる。
【００２５】
図２は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の概略構成ブロック図である。このＭＲＩ装置は、被検体１が置かれる空間に、静磁場を発生する静磁場コイル２と、互いに直交する３方向の傾斜磁場を与えるための傾斜磁場コイル３と、被検体１に対し高周波磁場を照射する送信用高周波コイル５と、被検体１から発生する磁気共鳴信号を受信する受信用高周波コイル６とを備えている。なお、静磁場均一度を調整できるシムコイル４を備えている場合もある。
【００２６】
静磁場コイル２は、図１に示した装置の構造に応じて、種々の形態のものが採用される。傾斜磁場コイル３及びシムコイル４は、それぞれ傾斜磁場用電源部１２及びシム用電源部１３により駆動される。送信コイル５が照射する高周波磁場は、送信機７により生成され、静磁場中に置かれた被検体１に印加される。
【００２７】
図２に示した例では、送信コイル５と受信コイル６が別個に設けられた構成を示しているが、送信用と受信用を兼用する一つの高周波コイルのみを用いる構成もある。
【００２８】
受信コイル６が検出した磁気共鳴信号は、受信機８を通して計算機９に送られる。計算機９は、予め登録されているプログラム、または、ユーザからの指示に従って、磁気共鳴信号に対して様々な演算処理を行ないスペクトル情報や画像情報を生成する。本発明の実施形態におけるＭＲＩ装置では、受信コイル６が検出した磁気共鳴信号の演算を計算機９が行う。計算機９には、ディスプレイ１０、記憶装置１１、シーケンス制御装置１４、入力装置１５などが接続されており、上述した生成したスペクトル情報や画像情報をディスプレイ１０に表示したり記憶装置１１に記録したりする。入力装置１５は、測定条件や演算処理に必要な条件などを入力するためのもので、これら測定条件等も必要に応じて記憶装置１１に記録される。
【００２９】
シーケンス制御装置１４は、予め登録されているプログラム、または、ユーザからの指示に従って、傾斜磁場発生コイル３の駆動用電源部１２、シムコイル４の駆動用電源部１３、送信機７及び受信機９を制御する。制御のタイムチャート（パルスシーケンス）は撮影方法によって予め設定されており、記憶装置１１に格納されている。本発明の実施形態におけるＭＲＩ装置では、シーケンス制御装置１４は、水からの核磁気共鳴信号を抑圧しないでＭＲＩ計測（非水抑圧計測）を行うパルスシーケンスと、水からの核磁気共鳴信号を抑圧してＭＲＳＩ計測（水抑圧計測）を行うパルスシーケンスとを備え、これら２種のパルスシーケンスを組み合わせて実行する。これらパルスシーケンスとしては公知のパルスシーケンスを採用できる。その一例を図３および図４に示す。
【００３０】
図３は、ＭＲＳＩパルスシーケンスの一例を示す図である。本発明の一実施形態では、このパルスシーケンスは非水抑圧計測および水抑圧計測の両方で実行される。また、図４は、水抑圧計測の前に実行されるプリパルスシーケンスの一例を示す図である。
【００３１】
図３に示したＭＲＳＩパルスシーケンスに従って、シーケンス制御装置１４は、以下の制御を行う。まず初めに、第１スラブ(Ｘ軸に垂直な面状領域)選択用の第１の傾斜磁場（Ｘ軸方向の傾斜磁場）Ｇｓ１と９０°パルスと呼ばれる第１の高周波磁場ＲＦ１を同時に印加し、第１スラブ内の核磁化を励起状態にする。ここで、ＴＥをエコー時間、ＴＲを繰返し時間とする。
【００３２】
次に、高周波磁場ＲＦ１の照射からＴＥ／４経過後に、第２スラブ(Ｙ軸に垂直な面状領域)選択用の第２の傾斜磁場（Ｙ軸方向の傾斜磁場）Ｇｓ２と１８０°パルスと呼ばれる第２の高周波磁場ＲＦ２を同時に印加し、ＲＦ１によって励起されていた第１スラブ内の核磁化のうち、第２スラブにも含まれる核磁化を１８０°反転する。
【００３３】
さらに、ＲＦ２の照射からＴＥ／２経過後に、第３スラブ(Ｚ軸に垂直な面状領域)選択用の第３の傾斜磁場（Ｚ軸方向の傾斜磁場）Ｇｓ３と１８０°パルスと呼ばれる第３の高周波磁場ＲＦ３を同時に印加し、ＲＦ２によって反転された第１スラブと第２スラブの交差領域内にある核磁化のうち、第３スラブにも含まれる核磁化を再度１８０°反転する。
【００３４】
上記の３組の高周波磁場及び傾斜磁場の印加により、ＲＦ３の照射からＴＥ／４経過後の時点をエコ−タイムとする磁気共鳴信号Ｓｉｇ１が発生する。発生した磁気共鳴信号Ｓｉｇ１は、所定のサンプリング間隔でj点分計測される。
【００３５】
そして、３次元の空間情報を付与することのできる位相エンコード用の傾斜磁場Ｇｐ１、Ｇｐ２およびＧｐ３の印加強度を段階的に変化させて、上記Ｓｉｇ１の計測を繰り返し行う。この時間軸方向の信号変化を有する磁気共鳴信号Ｓｉｇ１には、上述したケミカルシフトの情報が含まれているため、後述する通り、時間軸方向のフーリエ変換を施すことにより、磁気共鳴スペクトル信号を得ることができる。
【００３６】
なお、傾斜磁場Ｇｓ１の印加の直後に印加されるＧｓ１’は、Ｇｓ１に対するリフェイズ（位相戻し）用の傾斜磁場である。また、ＲＦ２の印加の前後で印加されるＧｄ１とＧｄ１’、Ｇｄ２とＧｄ２’及びＧｄ３とＧｄ３’は、ＲＦ１の照射により励起された核磁化の位相は乱さず、ＲＦ２の照射により励起された核磁化をディフェイズ（位相乱し）するための傾斜磁場である。さらに、ＲＦ３の印加の前後で印加されるＧｄ４とＧｄ４’、Ｇｄ５とＧｄ５’及びＧｄ６とＧｄ６’は、ＲＦ１の照射により励起された核磁化の位相は乱さず、ＲＦ３の照射によって励起された核磁化をディフェイズ（位相乱し）するための傾斜磁場である。
【００３７】
上述した図３のパルスシーケンスを実行することにより、上記の３つのスラブが交差する領域（励起領域：Ｒ１）に含まれる核磁化のみを選択的に励起することが出来る。そして、上記位相エンコード用傾斜磁場Ｇｐ１、Ｇｐ２およびＧｐ３の印加強度を、Ｇｐ１はa段階、Ｇｐ２はｂ段階およびＧｐ３はｃ段階、それぞれ変化させて励起と計測を繰り返してａ×ｂ×ｃ個の磁気共鳴信号を検出し、ｋ空間（実空間とフーリエ変換を通じて関係付けられる空間）と呼ばれる計測空間（ｋｘ、ｋｙ、ｋｚ）を埋める一連のデータを計測する。
【００３８】
なお、ｋｘはｋ空間のｘ軸成分を意味し、ａはｋｘ軸方向の計測番号を表すＡ以下の整数を意味する。同様に、ｋｙおよびｋｚはそれぞれｋ空間のｙ軸およびｚ軸成分を表し、ｂおよびｃはそれぞれｋｙ軸およびｋｚ方向の計測番号を表すＢおよびＣ以下の整数を意味する。なお、２次元ｋ空間の場合はＡ、Ｂ、Ｃのいずれか１つが１で他の２つは２以上の整数、３次元ｋ空間の場合はＡ、Ｂ、Ｃのいずれもが２以上の整数となる。
【００３９】
次に、得られたａ×ｂ×ｃ個の磁気共鳴信号に対して、各ｋ空間軸（ｋｘ、ｋｙ、ｋｚ）方向にｋ空間成分と実空間成分を変換する逆フーリエ空間を施し、更に、時間軸方向に時間成分と周波数成分を変換するフーリエ変換を施し、ａ×ｂ×ｃ個の各空間点から発生した磁気共鳴スペクトルを得ることが出来る。
【００４０】
一方、水抑圧計測を行う場合、シーケンス制御装置１４は、図３のＭＲＳＩシーケンスに従った励起・検出を行う直前に、図４に示す水信号を抑圧するためのプリパルスシーケンスに従った制御を行う。即ち、水抑圧計測では、図４に示すパルスシーケンスと図３に示すＭＲＳＩシーケンスとを一組とするパルスシーケンスが実行される。
【００４１】
図４に示すプリパルスシーケンスでは、まず初めに、水分子にのみ含まれている核磁化を励起させるために、送信周波数Ｆｔを水の共鳴周波数Ｆｗに設定し、且つ励起周波数帯域ΔＦｔを水ピーク幅ΔＦｗ程度に設定した高周波磁場（水励起用高周波磁場）ＲＦｗ１の照射を行う（水核磁化の選択励起）。
【００４２】
次に、励起状態にある水の核磁化の位相をバラバラにして、水の核磁化のベクトル和をゼロとするために、ディフェイズ用傾斜磁場Ｇｄｗ１の印加を行う（水核磁化の疑似飽和）。更に、水信号の抑圧効果を増すために、水励起用高周波磁場ＲＦｗ１及びディフェイズ用傾斜磁場Ｇｄｗ１と同様の高周波磁場及びディフェイズ用傾斜磁場の印加を複数回繰り返して行う。なお、図４は、３回繰り返すシーケンスの一例を示すが、繰り返し回数はこれに限られない。また、特に区別する必要がない場合は、以下、高周波磁場をＲＦｗ、ディフェイズ用傾斜磁場をＧｄｗ１で代表する。
【００４３】
高周波磁場ＲＦｗには、狭帯域の励起周波数特性を有するガウス波形が用いられる場合が多い。図４に示す例は、ディフェイズ用傾斜磁場としてＧｘ、Ｇｙ、Ｇｚのうちいずれか１軸の傾斜磁場を印加する例である。しかし、Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの３軸全ての傾斜磁場を同時に印加しても良いし、いずれか２軸を同時に印加しても構わない。そして、この水磁化の疑似飽和状態が続いている間に、図３に示したＭＲＳＩシーケンスを行い、微弱な代謝物質の信号を測定する。通常、水励起用高周波磁場ＲＦｗのフリップ角は９０°前後に設定する場合が多いが、ディフェイズ用傾斜磁場Ｇｄｗについては、印加軸数や印加強度として様々な組合せや数値を用いることができる。
【００４４】
なお、図４に示すプリパルスシーケンスの全ての水励起用高周波磁場ＲＦｗのフリップ角を０°に設定して実行した後、続けて、図３のＭＲＳＩシーケンスを実行することにより、非水抑圧計測を行うこともできる。このようにした場合、非水抑圧計測時のディフェイズ用傾斜磁場Ｇｄｗにより引き起こされる渦電流の影響を水抑圧計測時と同様にすることができる。
【００４５】
即ち、非水抑圧計測も水抑圧計測も共に図４に示すプリパルスシーケンスを図３のＭＲＳＩシーケンスの前に行うよう構成し、図４に示す全ての水励起用高周波磁場ＲＦｗのフリップ角を０°と９０°との間で切り替えることによって、非水抑圧計測と水抑圧計測とを切り替えることができる。
【００４６】
また、生体内から検出できる代謝物質の信号は、非常に微弱である場合が多いため、得られるスペクトルのＳＮＲを向上させることを目的に、同一条件での計測（位相エンコード用傾斜磁場を変化させない計測）を複数回繰り返し行ない、得られた信号を足し合わせる処理を行う場合もある（積算処理）。
【００４７】
次に、本発明の実施形態によるＭＲＳＩにおける渦電流補正法について説明する。なお、リファレンス計測とは、予め模擬試料を測定対象として、各傾斜磁場コイル及び各シムコイルの電流―磁場分布特性を示すリファレンス画像を計測することをいう。
【００４８】
図５は、本発明の一実施形態における計測手順の概要を示す図である。図５において、まず初めに、上述した非水抑圧計測（リファレンス計測）を実行することにより、２次元k空間もしくは３次元ｋ空間（ｋｘ（ａ）、ｋｙ（ｂ）、ｋｚ（ｃ））の非水抑圧時のスペクトル情報を取得する（ステップ６０１）。なお、ここで、ａはｋｘ軸方向の計測番号を表すＡ以下の整数、ｂはｋｙ軸方向の計測番号を表すＢ以下の整数、ｃはｋｚ軸方向の計測番号を表すＣ以下の整数、２次元の場合はＡ、Ｂ、Ｃのいずれか１つが１で他の２つは２以上の整数、３次元の場合はＡ、Ｂ、Ｃのいずれもが２以上の整数である。
【００４９】
次に、ステップ６０１で得られたｋ空間の磁気共鳴信号Ｓｗ１（ｋｘ（ａ）、ｋｙ（ｂ）、ｋｚ（ｃ））（ｔ（ｊ））の時間変化特性から、静磁場不均一の時間変化を算出する（ステップ６０２）。なお、後述する通り、この静磁場不均一の時間変化は、渦電流に起因するものと推測される。ここで、ｊは時間軸（ｔ軸）方向のデータ番号を表すＪ以下の整数である。
【００５０】
さらに、ステップ６０２で算出した「磁場不均一の時間変化」を打ち消すために必要な磁場調整量を算出する（ステップ６０３）。そして、ステップ６０３で算出した「磁場調整量」に基づいた磁場調整を行いながら、水抑圧時の磁気共鳴信号を計測する（ステップ６０４）。
【００５１】
最後に、ステップ６０４で得られた水抑圧時の磁気共鳴信号にフーリエ変換を施し、磁気共鳴スペクトル画像を算出する（ステップ６０５）。
【００５２】
次に、図５のステップ６０１の「非水抑圧計測」で得られるデータ例を用いて、具体的な処理内容の説明を行う。図６は、ステップ６０１の「非水抑圧計測」についての説明を分かりやすくするため、３次元実空間の計測例ではなく、２次元実空間での計測データ例を示している。なお、２次元実空間を計測する場合には、図３のＭＲＳＩシーケンスにおいて、位相エンコード用傾斜磁場Ｇｐ１の印加強度を、ゼロ固定（変化なし）とすれば良い。また、図６に示すリファレンス計測（非水抑圧計測）においては、水抑圧の有無を除く他の計測条件を、本計測（水抑圧計測）と同一としている。
【００５３】
図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）の各画像は、それぞれ異なる計測時刻における２次元ｋ空間の絶対値データを表しており、縦軸がｋｙ軸、横軸がｋｘ軸、各画素輝度の輝度が信号強度を表している。
【００５４】
図６の（ｇ）は全画素分の絶対値データを積分して得られる時系列データを表しており、縦軸が信号強度、横軸が時間経過を表している。図６の（ｇ）に示される通り、計測される時系列信号の絶対値強度は時間の経過とともに減衰しており、その減衰速度は緩和定数で表される。図６の（ａ）は、静磁場不均一がキャンセルされるスピンエコー時刻における２次元ｋ空間の絶対値データを示しており、ゼロ位相エンコード点（図３の位相エンコード用傾斜磁場Ｇｐ１およびＧｐ２の印加強度をゼロとした場合）を意味する画像の中心に、最大信号を有する画素（星印）が位置している。
【００５５】
図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）の各画像を較べると、最大信号を有する画素（星印）が、時間の経過に伴って画像の上方に移動していく様子が確認できる（図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）では、移動の様子を確認しやすくするために、各画像内の同一位置に「８画素×８画素の大きさを有する四角形」を重畳させている）。
【００５６】
これらの画像の経時変化は、時間の経過とともに静磁場不均一が蓄積している状態を表しており、静磁場不均一が理想的にゼロであった場合には、（緩和による信号強度変化を除き）、最大信号を有する画素は画像の中心位置から移動せず、図示したような経時変化は生じない。例えば、図６の（ａ）と（ｂ）の最大信号を有する画素（星印）の位置を較べると、ｋｙ軸方向に約１画素分ずれていることが分かる。
【００５７】
これは、図６の（ａ）の計測時刻Ｔａから図６の（ｂ）の計測時刻Ｔｂまの時間間隔Ｔａｂに、「ｋｙ軸方向の位相エンコード磁場Ｇｐ３の１ステップ分に相当する磁場不均一成分」が生じていたことを意味しており、これらの画像の経時変化が静磁場不均一を反映していることを示している。
【００５８】
更に、図６の（ａ）と（ｄ）との最大信号を有する画素（星印）の位置を較べると、ｋｙ軸方向に約２画素分ずれていることから、図７の（ｂ）の計測時刻Ｔｂから図６の（ｄ）の計測時刻Ｔｄまでの時間間隔Ｔｂｄに、更に、「ｋｙ軸方向の位相エンコード磁場Ｇｐ３の１ステップ分に相当する磁場不均一成分」が生じていたことが分かる。
【００５９】
一方、時間間隔Ｔｂｄは、時間間隔Ｔａｂの２倍相当の期間であることから、「ｋｙ軸方向の磁場不均一成分」が時間的に減衰したことが分かる。従って、これらの画像の経時変化が静磁場不均一の時間変化も反映していることとなり、このような静磁場不均一の時間変化は渦電流に起因するものと推測される。
【００６０】
上述した通り、２次元ｋ空間の絶対値データの時間変化を観測することによって、渦電流に起因する磁場不均一量を定量的に見積もることができるため、この渦電流に起因する磁場不均一を打ち消すために必要な磁場調整量を算出することが可能となる。
【００６１】
以下に、上記の計測例における「Ｙ軸方向の渦電流に起因する磁場不均一を打ち消すために必要な磁場調整量」の具体的な算出例を示す。
【００６２】
まず、「ｋｙ軸方向の位相エンコード磁場Ｇｐ３の１ステップ分」の傾斜磁場印加量Ｇｐ３ｓ（時間積分値）は、撮影条件から、次式（１）で定まる。
【００６３】
Ｇｐ３ｓ＝２π／（γ・Ｆｙ） ―――（１）
ここで、γは水素原子核の磁気回転比、ＦｙはＹ軸方向の視野を表している。上述の通り、Ｔａｂの時間間隔で、「ｋｙ軸方向の位相エンコード磁場１ステップ分に相当する磁場不均一成分」が生じていたことから、傾斜磁場強度（Ｇｐ３ｓ／Ｔａｂ）を有するＹ軸方向の傾斜磁場をＴａｂの期間だけ印加することによって、磁場不均一を打ち消すことが可能となる。
【００６４】
同様にして、上述の通り、時間間隔Ｔｂｄで、「ｋｙ軸方向の位相エンコード磁場Ｇｐ３の１ステップ分に相当する磁場不均一成分」が生じていたことから、傾斜磁場強度（Ｇｐ３ｓ／Ｔｂｄ）を有するＹ軸方向の傾斜磁場をＴｂｄの期間だけ印加することによって、磁場不均一を打ち消すことが可能となる。ここで、Ｔｂｄ＝Ｔａｂ×２であることから、時間間隔Ｔｂｄで印加するＹ軸方向の傾斜磁場強度は、時間間隔Ｔａｂで印加する傾斜磁場強度の半分の強度で良いことになる。
【００６５】
なお、上記の算出例では、磁場不均一を算出する際の積分時間として、時間間隔Ｔａｂを基本単位とした場合の算出例について述べたが、この基本単位は、磁気共鳴信号のサンプリング間隔まで狭めることが可能であり、より詳細な磁場調整を行うことも可能である。
【００６６】
磁場調整量を算出する際には、上述のように計測条件と信号変化量から見積もった磁場不均一量およびその時間変化と、設計時に設定している「各傾斜磁場コイルおよび各シムコイルの電流変化量」対「発生磁場分布の経時変化」特性から、計算によって求めても構わないが、下記の手順に従って、実測データを参考に決定しても良い。
【００６７】
図７は、実測データを参考にして磁場の補正手順（磁場調整量の設定）を示す。図７のステップ８０１に示すように、まず、リファレンス画像計測に先立って、「傾斜磁場コイルおよびシムコイルの電流変化量」対「発生磁場分布の経時変化」特性の計測を、各傾斜磁場コイル毎および各シムコイル毎に行っておく。空間分布や経時変化を計測する際の空間分解能や時間分解能は、リファレンス画像計測の計測条件と合致させておくことが望ましいが、後処理（データの内挿や外挿）によって調整することも可能である。なお、一般的に、高次シムコイルが発生する磁場分布の経時変化速度は、低次シムコイルもしくは傾斜磁場コイルが発生する磁場分布の経時変化速度に較べ遅い場合が多いため、経時変化の計測は低次シムコイルもしくは傾斜磁場コイルのみに限定しても構わない。
【００６８】
次に、図７のステップ８０２に示すように、ステップ８０１で計測した「各斜磁場コイルおよび各シムコイルの電流変化量」対「発生磁場分布の経時変化」特性の計測結果を保存しておく。そして、上述したリファレンス画像計測を行った後、磁場不均一の時間変化を算出する（ステップ８０３）。さらに、図７のステップ８０４に示すように、磁場不均一の時間変化と、保存しておいた「各斜磁場コイルおよび各シムコイルの電流変化量」対「発生磁場分布の経時変化」特性の計測結果から、「各傾斜磁場コイルおよび各シムコイルに流すべき電流変化量」を算出する。
【００６９】
必要に応じて、算出した「各傾斜磁場コイルおよび各シムコイルに流すべき電流変化量」を保存しておき（ステップ８０５）、水抑圧計測（本計測）を行う前および水抑圧計測（本計測）を行っている最中に、「各傾斜磁場コイルおよび各シムコイルに流す電流変化量」の設定（制御）を行う（ステップ８０６）。
【００７０】
なお、図７のステップ８０４において、「各傾斜磁場コイルおよび各シムコイルに流すべき電流変化量」を算出する際には、各時刻毎に、計測された磁場不均一の分布と、「各斜磁場コイルおよび各シムコイルが発生可能な（変化速度も考慮した）磁場」を合成した合成磁場分布の差分が最小となるように、各電流値を決定すれば良い。
【００７１】
また、図５、図７に示した静磁場不均一の時間変化の算出、磁場調整量の算出等は、計算機９により行なわれる。
以上、本発明を適用したＭＲＩ装置の実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず種々の変更や応用が可能である。例えば、上記例では、リファレンス画像として、２次元ｋ空間の絶対値データを用いた場合の例について説明を行ったが、以下に説明するように、２次元実空間の位相値データをリファレンス画像として用いても良い。
【００７２】
図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）の各画像は、それぞれ異なる計測時刻における２次元実空間の位相値データを表しており、縦軸がＹ軸、横軸がＸ軸、各画素輝度の輝度が位相値を表している。
【００７３】
また、図８の（ｇ）は図６の（ｇ）と同じく、全画素分の絶対値データを積分して得られる時系列データを表しており、縦軸が信号強度、横軸が時間経過を表している。
【００７４】
図８の（ａ）は、スピンエコー時刻における２次元実空間の位相値データを示しており、ほぼ一様な位相分布を有している。図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）の各画像を較べると、時間の経過に伴って、右上部から左下部に向けた斜線状の縞模様の明暗間隔が狭まっていく様子が確認できる。なお、図８の（ａ）〜（ｆ）では、位相分布変動の様子を確認しやすくするために、各画像内の同一位置に「９画素×９画素の大きさを有する四角形」を重畳させている。また、図８の（ａ）〜（ｆ）における明暗の縞は、位相の不連続性に起因するエリアジングによって生じているものであるため、「背景技術」で述べたＭＲＩの位相分布画像を用いたシミング方法等で一般に用いられているエリアジング除去技術を用いることによって、不連続性を解消することが出来る。
【００７５】
図８の（ａ）〜（ｆ）の画像の経時変化は、図６に示した２次元ｋ空間の絶対値データの経時変化と同様に、時間の経過とともに静磁場不均一が蓄積している状態および静磁場不均一の時間変化を表しており、これらの画像を上記例で説明したリファレンス画像として用いることも出来る。
【００７６】
また、上記例では、リファレンス画像として、２次元ｋ空間の絶対値データおよび２次元実空間の位相値データを用いた場合の例について説明を行ったが、３次元ｋ空間の絶対値データもしくは３次元実空間の位相値データを用いることにより、３次元空間における渦電流の影響を低減することが可能となる。
【００７７】
また、上記例では、リファレンス計測（非水抑圧計測）の計測条件を、本計測（水抑圧計測）と同一（水抑圧の有無を除く）としている場合について述べたが、下記のように計測条件の一部を変更することにより、リファレンス計測に要する計測時間を短くすることが可能となる。
【００７８】
例えば、図３に示したＭＲＳＩパルスシーケンスにおいて、位相エンコード用傾斜磁場Ｇｐ１、Ｇｐ２およびＧｐ３の印加強度変化のステップ数をそれぞれ半分に減らした場合、計測時間を１／８（＝１／２×１／２×１／２）に短縮できる。例えば、図６に示した例では、各画像内の同一位置に重畳させている「８画素×８画素の大きさを有する四角形」内のデータのみを計測することになる。
【００７９】
また、上記図７に示した例では、印加強度変化のステップ数を減らした場合、実空間上の空間分解能が劣化することになるが、以下に説明するゼロフィリングと呼ばれる手法を用いて、見かけ上の空間分解能を向上させることが出来る。
【００８０】
ゼロフィリングの具体的な処理手順について、図９を参照して簡単に説明する。例えば、本計測（水抑圧計測）時の位相エンコード数が１６×１６（２次元空間）であった場合、リファレンス計測（非水抑圧計測）において、位相エンコードステップを変えずに位相エンコード数を８×８（２次元空間）に減じることにより、リファレンス画像計測に要する時間を１／４（＝１／２×１／２）に短縮することができる。しかしながら、再構成処理を経て得られる画像の画素サイズは４倍（＝２×２）となってしまう。
【００８１】
ここで、図９の（ａ）に示す、計測した８×８のデータ（８×８の時系列信号）を、図９の（ｂ）に示す１６×１６のマトリクスの中央に配置し、周囲のデータ欠損部分にゼロデータを詰めた後、各位相エンコード軸方向に逆フーリエ変換を施すことにより、画素サイズを、位相エンコード数が１６×１６の場合と同一にすることが可能となる。これがゼロフィリング処理である。
【００８２】
なお、このようなゼロフィリング処理を行った場合、再構成処理を経て得られる画像の見かけ上の画素サイズは小さくなるものの、本来、空間分解能を高めるために必要な高周波成分が欠損しているため、実際にフルサイズ（１６×１６）の計測を行った再構成画像に比べ、空間情報のぼやけた画像しか得られない。つまり、見かけ上の空間分解能が向上するだけで、実際の空間分解能が改善する訳ではない。
【００８３】
なお、ゼロフィリング処理に関して、計測データを再構成マトリクスに配置する際に、計測データの真のゼロエンコード点（空間分布上で最大信号強度を有する点）を検出して中心を合わせる処理や、計測データに空間分布上のハミング関数等を乗算することにより計測中心のデータが最大信号強度を有するように補正を行う等の処理をしてもよい。
【００８４】
また、リファレンス計測に要する時間を短縮する別の方法として、計測の繰り返し時間を短くする方法がある。例えば、リファレンス計測時の繰り返し時間を本計測時の半分に減じた場合、計測時間を１／２に短縮できる。しかし、単純に繰り返し時間を短くすると、縦緩和時間の影響で核磁化の初期状態に変化が生じ、正しい位相情報が得られなくなる場合がある。このような場合は、非水抑圧計測で用いる励起用高周波磁場のフリップ角を水抑圧計測のフリップ角より小さく設定する。こうすることによって、繰り返し時間を短くしても、縦緩和時間の影響を減じることができる。
【００８５】
また、エコー時間（図３におけるＴＥ）もしくは信号検出時間（図３における信号Ｓｉｇ１の計測時間）が長いため、繰り返し時間を単純に短くできない場合がある。このような場合には、非水抑圧計測で用いるエコー時間（ＴＥ）を水抑圧計測のエコー時間（ＴＥ）より短く設定する。すなわち、非水抑圧計測時の被検体から発生する磁気共鳴信号の検出開始時刻を水抑圧計測時より早める。こうして、繰り返し時間を短くすることが可能となる。
【００８６】
また、非水抑圧計測で用いる信号検出時間を水抑圧計測の信号検出時間より短く設定し、繰り返し時間を短くすることもできる。
【００８７】
また、上記例では、図３に示す領域選択スピンエコー型のパルスシーケンスを用いてＭＲＳＩ計測を行う場合を例にあげて記述したが、パルスシーケンスはこれに限られない。ＭＲＳＩ計測が可能なパルスシーケンスならば、全て同様の効果を得ることができる。例えば、３Ｄ−ＣＳＩや４Ｄ−ＣＳＩと呼ばれる領域選択を行わない計測シーケンスや、ＥＰＳＩと呼ばれる振動傾斜磁場を用いた高速ＭＲＳＩシーケンス等を用いた場合においても、同等の効果が得られる。
【００８８】
なお、本発明の実施形態の渦電流補正方法は、上記「従来技術」で述べた変形型スピンエコー法を用いた静磁場均一度補正を行った後に、続けて実施しても良いが、本発明による渦電流補正方法は、経時変化の無い静磁場均一度の補正効果も有するため、上記「従来技術」で述べた変形型スピンエコー法を用いた静磁場均一度補正を行わずに、本発明による渦電流補正方法のみを実施しても良い。
【００８９】
以上のように、本発明によれば、非水抑圧計測において、渦電流による静磁場不均一の時間変化を算出し、算出した静磁場不均一の時間変化を打ち消すために必要な磁場調整量を算出する。そして、算出した磁場調整量に従って、磁場を調整しながら、本計測（水抑圧計測）を行なっている。
【００９０】
従って、静磁場不均一が低減された状態で本計測が行なわれるため、静磁場不均一が十分低減されていない状態で本計測を行なう従来技術に比較して、高精度な画像を取得することができる。
【００９１】
また、従来技術において、データ後処理により渦電流による静磁場不均一補正を行なう場合、十分な補正を行なうために、リファレンス計測を本計測と同一の計測条件で行なう必要があり総計測時間が長くなる。これに対して、本発明では、リファレンス計測が本計測より短時間であっても、データ後処理を行なう必要なく、高精度のデータの取得が可能であり、総計測時間を短縮することができる。
【００９２】
次に、上述した本発明の、従来技術に比較した効果について説明する。なお、渦電流補正の結果を得るために、図１の（ａ）に示す型の静磁場強度１．５テスラの磁気共鳴撮影装置を用い、図６および図３に示したパルスシーケンスを実行し、ＭＲＳＩ計測を行った。このとき、対象核種はプロトン、測定対象物はＮ−アセチルアラニン（ＮＡＡ）水溶液ファントムとした。
【００９３】
まず、上記「背景技術」の欄で述べた変形型スピンエコー法を用いた静磁場均一度補正のみを行った場合（上述した渦電流補正を行わなかった場合）に計測したＭＲＳＩデータを図１０に示す。ここで、図１０は、選択励起ボクセル内の積分スペクトルを示しており、計測には８分３２秒を要した（エンコード数＝１６×１６、繰り返し時間＝２秒）。
【００９４】
次に、図１０に示したデータに、「背景技術」の欄で述べた「データ後処理を用いた渦電流補正法」を施した補正結果を、図１１に示す。図１１のスペクトルのピーク幅（右から３番目のピークの半値幅＝４．９Ｈｚ）と、図１０のスペクトルのピーク幅（同８．８Ｈｚ）を較べると、「データ後処理を用いた渦電流補正法」の効果により、ピーク幅が狭くなっていることが分かる（歪が補正されている）。
【００９５】
なお、補正用のリファレンスデータの計測に８分３２秒を要しているため（エンコード数＝１６×１６、繰り返し時間＝２秒）、全計測時間は１７分４秒となる。
【００９６】
本発明の実施形態の渦電流補正を行った後に計測したＭＲＳＩデータについて図１２に示す。図１２に示したスペクトルのピーク幅（同３．９Ｈｚ）と、図１０に示したスペクトルのピーク幅（同８．８Ｈｚ）を較べると、本発明の渦電流補正の効果により、ピーク幅が狭くなっていることが分かる。
【００９７】
また、図１２に示したスペクトルのピーク幅と、図１１に示したスペクトルのピーク幅を較べた場合、ほぼ同等のピーク幅になっていることが分かる。つまり、本発明によれば、データ後処理を行なう事無く、データ後処理を行なったと同等の補正効果が得られる。
【００９８】
ここで、図１０に示した例においては、全計測時間が１７分４秒であるが、本発明においては、補正用のリファレンスデータの計測は、２分８秒を要しているため（エンコード数＝８×８、繰り返し時間＝２秒）、全計測時間は１０分４０秒となっている。
【００９９】
したがって、従来技術によるデータ後処理を行なう事無く、高精度の画像を短時間で取得することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明が適用される磁気共鳴イメージング装置の外観図である。
【図２】本発明の一実施形態である磁気共鳴撮影装置の概略構成ブロック図である。
【図３】ＭＲＳＩ計測シーケンスの一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態における水信号抑圧用プリパルスシーケンスの一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態の計測手順の概要を示すフローチャートである。
【図６】非水抑圧計測で得られるデータ例（２次元ｋ空間の絶対値データ）を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態における実測データを参考にする場合の補正手順を示すフローチャートである。
【図８】非水抑圧計測で得られるデータ例（２次元実空間の位相値データ）を示す図である。
【図９】ゼロフィリング処理を説明するための図である。
【図１０】渦電流補正を行わなかった場合に計測したＭＲＳＩデータ例を示す図である。
【図１１】図１０に示すデータに「データ後処理を用いた渦電流補正」を施した補正結果を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態による渦電流補正を行った後に計測したＭＲＳＩデータを示す図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１・・・被検体、２・・・静磁場コイル、３・・・傾斜磁場コイル、４・・・シムコイル、５・・・送信用高周波コイル、６・・・受信用高周波コイル、７・・・送信機、８・・・受信機、９・・・計算機、１０・・・ディスプレイ、１１・・・記憶装置、１２・・・傾斜磁場用電源部、１３・・・シム用電源部、１４・・・シーケンス制御装置、１５・・・入力装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、代謝に関連する様々な物質を分離し、画像化する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を用いた撮影方法として、現在広く普及している磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）の他に、水素原子核を含む様々な分子の化学結合の違いによる共鳴周波数の差異（ケミカルシフト）を手掛かりに、分子毎に磁気共鳴信号を分離し画像化する方法（磁気共鳴スペクトロスコピックイメージング（ＭＲＳＩ））がある。
【０００３】
このＭＲＳＩを用いることによって、人体内部の代謝物質の分布を無侵襲で画像化することができるが、通常、被検体内に含まれる代謝物質の濃度は非常に低い。これに対し、人体内部に含まれる水の濃度は非常に大きいため、通常の励起と検出を行う直前に、水信号の発生を抑圧する処理を加えて、不要な水信号を抑え必要な代謝物質の信号を検出できるようにしている（水抑圧計測）。
【０００４】
また、ケミカルシフトの大きさもｐｐｍオーダーと非常に小さいため、ＭＲＳＩにおいては、磁気共鳴周波数に影響を与える磁場均一性の調整が非常に重要となる。一般に、被検体が磁場均一性に与える影響はかなり大きいため、被検体を静磁場中に置いた状態で静磁場均一性を向上させる必要がある。そこで、互いに異なる３方向の傾斜磁場の各オフセット値および各シムコイルに流す電流量を変化させ、各傾斜磁場コイルおよび各シムコイルの発生する磁場を静磁場に重畳させることにより磁場均一度を調整する方法が提案されている(非特許文献１参照)。
【０００５】
この方法では、被検体内の磁場分布が均一となるように、リファレンス画像から得られた各傾斜磁場コイルおよび各シムコイルの電流-磁場分布特性の組み合わせ(各コイルに流す電流値)を算出する。ここで用いられるリファレンス画像およびターゲット画像としては、一般にＭＲＩの位相分布画像が利用される。通常、この位相分布画像を測定する際には、「スピンエコータイムとグラジエントエコータイムをΔtだけずらした変形型スピンエコー法」が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、変形型スピンエコー法で信号計測を行う際の静磁場分布と、ＭＲＳＩ計測シーケンスで信号計測を行う際の静磁場分布とは、必ずしも一致しない。何故なら、傾斜磁場を印加した際には、磁石内のボア内面や被検体表面等に大きな渦電流が発生し、この渦電流が引き起こす磁場の大きさや時定数(磁場の大きさの経時変化)は、傾斜磁場の印加強度や印加時間および信号検出時刻に依存して変化するため、シーケンス形状が異なると渦電流が引き起こす磁場不均一の度合いが異なることとなるからである。
【０００７】
特に、変形型スピンエコー法の信号検出時間は通常数ミリ秒〜十数ミリ秒程度と短く、他方、ＭＲＳＩ計測シーケンスの信号検出時間は数十ミリ秒〜１秒程度と長いため、時定数の長い渦電流を上記シミングで補正することは非常に困難となる。
【０００８】
そこで、ＭＲＳＩ計測においては、測定精度向上のため、この渦電流によって引き起こされる計測信号の歪み補正をデータ後処理として行っている。なお、渦電流の影響を打ち消すために、傾斜磁場波形を整形する位相補償回路やアクティブシールド付きの傾斜磁場、および傾斜磁場軸間のクロストーク成分を打ち消す渦電流補正機能が用いられる。
【０００９】
上記クロストーク成分を打ち消す渦電流補正機能の一例として、特許文献２に記載された技術がある。この公知技術では、スペクトル計測信号を用いて傾斜磁場の時間変化を測定しているが、特定のシーケンスを用いて測定した磁場変化特性は、軸間のクロストーク補償を行うための補正用テーブルとして保存され、他の通常シーケンスで各傾斜磁場を出力する際に、補正用テーブルが参照され補正された傾斜磁場波形が算出される。
【００１０】
次に、データ後処理を用いた渦電流補正法についての説明を行う(例えば、非特許文献２参照等に記載されている)。この方法では、初めに、リファレンス画像の計測において、渦電流によって生じている磁場不均一を高精度に検出するため、水信号を抑圧しないで励起・検出を行った画像データを用いる（ＭＲＳＩにおける非水抑圧計測）。
【００１１】
次に、代謝物質のスペクトルを得るために水抑圧計測を行う。そして得られた非水抑圧計測データを対象に、各空間点のスペクトル毎に、渦電流が水信号ピークに与えている影響を最小とする補正関数を導出しておく。最後に、水抑圧計測データに対して、同一空間点毎に、前記導出した補正関数を適用することによって、各代謝物質の信号ピークに対して、渦電流の影響を低減することが可能となる。
【００１２】
【特許文献１】特公平０５−０５６１４０号公報
【特許文献２】特開平０８−０８９４９４号公報
【非特許文献１】ジャーナル オブ マグネティック レゾナンス(Journal of Magnetic Resonance)第77巻、第40-52頁(1988年)
【非特許文献２】マグネティック レゾナンス イン メディスン(Magnetic Resonance in Medicine)第14巻、第26-30頁(1990年)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来技術における根本的な問題として、渦電流によって生じる磁場不均一が残存する状況下で水抑圧計測を行った場合、水信号抑圧率の低下やＳＮＲの低下を招くこととなるため、当然、計測後にデータ補正を行うよりも、計測前に計測シーケンスに伴って生じる渦電流の影響をより低減させておくことが望ましい。
【００１４】
しかしながら、従来技術における渦電流補正機能では、磁石ボア内面の渦電流を完全に打ち消すことは困難である。また、被検体表面の渦電流には効果が無く、必要十分な低減効果が得られているとは言い難い。
【００１５】
また、データ後処理を用いた渦電流補正法において、リファレンス画像を取得するために行う非水抑圧計測を、本計測である水抑圧計測と同一の計測条件で行った場合、リファレンス計測時間を含めた総計測時間が２倍となってしまい、臨床診断に適用するには長すぎる計測時間となる。
【００１６】
このリファレンス計測に要する時間を短縮する方法としては、計測の繰り返し回数を減らす手法が最も有効な方法として提案されているが、計測回数の減少に伴って得られる情報も減少するため（微細な空間情報が失われる）、実際の渦電流補正効果も低下してしまう。
【００１７】
本発明の目的は、渦電流による磁場不均一を低減し、高精度な磁気共鳴スペクトル画像を得ることが可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成される。
【００１９】
磁気共鳴イメージング装置において、水からの核磁気共鳴信号を抑圧することなく計測された核磁気共鳴信号を用いて静磁場不均一の時間変化が算出され、算出された静磁場不均一の時間変化を打ち消すための静磁場調整量が算出され、算出された静磁場調整量を用いて静磁場調整手段が制御される。
【発明の効果】
【００２０】
水からの核磁気共鳴信号を抑圧して計測する本計測では、静磁場不均一が低減された状態で行なわれるため、データ後処理を必要とする事無く、高精度な画像を取得することができる。
【００２１】
つまり、渦電流による磁場不均一を低減し、高精度な磁気共鳴スペクトル画像を得ることが可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００２３】
図１の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明が適用されるＭＲＩ装置の外観図である。図１の（ａ）はソレノイドコイルで静磁場を発生するトンネル型磁石を用いた水平磁場方式のＭＲＳＩ装置であり、図１の（ｂ）は開放感を高めるために磁石を上下に分離したハンバーガー型（オープン型）の垂直磁場方式のＭＲＩ装置である。
【００２４】
また、図１の（ｃ）は、図１の（ａ）に示した装置と同様に、トンネル型のＭＲＩ装置であるが、磁石の奥行を短くし且つ斜めに傾けることによって、開放感を高めてたＭＲＩ装置である。なお、本発明は、これらＭＲＳＩ装置を含むその他の構造のＭＲＩ装置に適用することができる。
【００２５】
図２は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の概略構成ブロック図である。このＭＲＩ装置は、被検体１が置かれる空間に、静磁場を発生する静磁場コイル２と、互いに直交する３方向の傾斜磁場を与えるための傾斜磁場コイル３と、被検体１に対し高周波磁場を照射する送信用高周波コイル５と、被検体１から発生する磁気共鳴信号を受信する受信用高周波コイル６とを備えている。なお、静磁場均一度を調整できるシムコイル４を備えている場合もある。
【００２６】
静磁場コイル２は、図１に示した装置の構造に応じて、種々の形態のものが採用される。傾斜磁場コイル３及びシムコイル４は、それぞれ傾斜磁場用電源部１２及びシム用電源部１３により駆動される。送信コイル５が照射する高周波磁場は、送信機７により生成され、静磁場中に置かれた被検体１に印加される。
【００２７】
図２に示した例では、送信コイル５と受信コイル６が別個に設けられた構成を示しているが、送信用と受信用を兼用する一つの高周波コイルのみを用いる構成もある。
【００２８】
受信コイル６が検出した磁気共鳴信号は、受信機８を通して計算機９に送られる。計算機９は、予め登録されているプログラム、または、ユーザからの指示に従って、磁気共鳴信号に対して様々な演算処理を行ないスペクトル情報や画像情報を生成する。本発明の実施形態におけるＭＲＩ装置では、受信コイル６が検出した磁気共鳴信号の演算を計算機９が行う。計算機９には、ディスプレイ１０、記憶装置１１、シーケンス制御装置１４、入力装置１５などが接続されており、上述した生成したスペクトル情報や画像情報をディスプレイ１０に表示したり記憶装置１１に記録したりする。入力装置１５は、測定条件や演算処理に必要な条件などを入力するためのもので、これら測定条件等も必要に応じて記憶装置１１に記録される。
【００２９】
シーケンス制御装置１４は、予め登録されているプログラム、または、ユーザからの指示に従って、傾斜磁場発生コイル３の駆動用電源部１２、シムコイル４の駆動用電源部１３、送信機７及び受信機９を制御する。制御のタイムチャート（パルスシーケンス）は撮影方法によって予め設定されており、記憶装置１１に格納されている。本発明の実施形態におけるＭＲＩ装置では、シーケンス制御装置１４は、水からの核磁気共鳴信号を抑圧しないでＭＲＩ計測（非水抑圧計測）を行うパルスシーケンスと、水からの核磁気共鳴信号を抑圧してＭＲＳＩ計測（水抑圧計測）を行うパルスシーケンスとを備え、これら２種のパルスシーケンスを組み合わせて実行する。これらパルスシーケンスとしては公知のパルスシーケンスを採用できる。その一例を図３および図４に示す。
【００３０】
図３は、ＭＲＳＩパルスシーケンスの一例を示す図である。本発明の一実施形態では、このパルスシーケンスは非水抑圧計測および水抑圧計測の両方で実行される。また、図４は、水抑圧計測の前に実行されるプリパルスシーケンスの一例を示す図である。
【００３１】
図３に示したＭＲＳＩパルスシーケンスに従って、シーケンス制御装置１４は、以下の制御を行う。まず初めに、第１スラブ(Ｘ軸に垂直な面状領域)選択用の第１の傾斜磁場（Ｘ軸方向の傾斜磁場）Ｇｓ１と９０°パルスと呼ばれる第１の高周波磁場ＲＦ１を同時に印加し、第１スラブ内の核磁化を励起状態にする。ここで、ＴＥをエコー時間、ＴＲを繰返し時間とする。
【００３２】
次に、高周波磁場ＲＦ１の照射からＴＥ／４経過後に、第２スラブ(Ｙ軸に垂直な面状領域)選択用の第２の傾斜磁場（Ｙ軸方向の傾斜磁場）Ｇｓ２と１８０°パルスと呼ばれる第２の高周波磁場ＲＦ２を同時に印加し、ＲＦ１によって励起されていた第１スラブ内の核磁化のうち、第２スラブにも含まれる核磁化を１８０°反転する。
【００３３】
さらに、ＲＦ２の照射からＴＥ／２経過後に、第３スラブ(Ｚ軸に垂直な面状領域)選択用の第３の傾斜磁場（Ｚ軸方向の傾斜磁場）Ｇｓ３と１８０°パルスと呼ばれる第３の高周波磁場ＲＦ３を同時に印加し、ＲＦ２によって反転された第１スラブと第２スラブの交差領域内にある核磁化のうち、第３スラブにも含まれる核磁化を再度１８０°反転する。
【００３４】
上記の３組の高周波磁場及び傾斜磁場の印加により、ＲＦ３の照射からＴＥ／４経過後の時点をエコ−タイムとする磁気共鳴信号Ｓｉｇ１が発生する。発生した磁気共鳴信号Ｓｉｇ１は、所定のサンプリング間隔でj点分計測される。
【００３５】
そして、３次元の空間情報を付与することのできる位相エンコード用の傾斜磁場Ｇｐ１、Ｇｐ２およびＧｐ３の印加強度を段階的に変化させて、上記Ｓｉｇ１の計測を繰り返し行う。この時間軸方向の信号変化を有する磁気共鳴信号Ｓｉｇ１には、上述したケミカルシフトの情報が含まれているため、後述する通り、時間軸方向のフーリエ変換を施すことにより、磁気共鳴スペクトル信号を得ることができる。
【００３６】
なお、傾斜磁場Ｇｓ１の印加の直後に印加されるＧｓ１’は、Ｇｓ１に対するリフェイズ（位相戻し）用の傾斜磁場である。また、ＲＦ２の印加の前後で印加されるＧｄ１とＧｄ１’、Ｇｄ２とＧｄ２’及びＧｄ３とＧｄ３’は、ＲＦ１の照射により励起された核磁化の位相は乱さず、ＲＦ２の照射により励起された核磁化をディフェイズ（位相乱し）するための傾斜磁場である。さらに、ＲＦ３の印加の前後で印加されるＧｄ４とＧｄ４’、Ｇｄ５とＧｄ５’及びＧｄ６とＧｄ６’は、ＲＦ１の照射により励起された核磁化の位相は乱さず、ＲＦ３の照射によって励起された核磁化をディフェイズ（位相乱し）するための傾斜磁場である。
【００３７】
上述した図３のパルスシーケンスを実行することにより、上記の３つのスラブが交差する領域（励起領域：Ｒ１）に含まれる核磁化のみを選択的に励起することが出来る。そして、上記位相エンコード用傾斜磁場Ｇｐ１、Ｇｐ２およびＧｐ３の印加強度を、Ｇｐ１はa段階、Ｇｐ２はｂ段階およびＧｐ３はｃ段階、それぞれ変化させて励起と計測を繰り返してａ×ｂ×ｃ個の磁気共鳴信号を検出し、ｋ空間（実空間とフーリエ変換を通じて関係付けられる空間）と呼ばれる計測空間（ｋｘ、ｋｙ、ｋｚ）を埋める一連のデータを計測する。
【００３８】
なお、ｋｘはｋ空間のｘ軸成分を意味し、ａはｋｘ軸方向の計測番号を表すＡ以下の整数を意味する。同様に、ｋｙおよびｋｚはそれぞれｋ空間のｙ軸およびｚ軸成分を表し、ｂおよびｃはそれぞれｋｙ軸およびｋｚ方向の計測番号を表すＢおよびＣ以下の整数を意味する。なお、２次元ｋ空間の場合はＡ、Ｂ、Ｃのいずれか１つが１で他の２つは２以上の整数、３次元ｋ空間の場合はＡ、Ｂ、Ｃのいずれもが２以上の整数となる。
【００３９】
次に、得られたａ×ｂ×ｃ個の磁気共鳴信号に対して、各ｋ空間軸（ｋｘ、ｋｙ、ｋｚ）方向にｋ空間成分と実空間成分を変換する逆フーリエ空間を施し、更に、時間軸方向に時間成分と周波数成分を変換するフーリエ変換を施し、ａ×ｂ×ｃ個の各空間点から発生した磁気共鳴スペクトルを得ることが出来る。
【００４０】
一方、水抑圧計測を行う場合、シーケンス制御装置１４は、図３のＭＲＳＩシーケンスに従った励起・検出を行う直前に、図４に示す水信号を抑圧するためのプリパルスシーケンスに従った制御を行う。即ち、水抑圧計測では、図４に示すパルスシーケンスと図３に示すＭＲＳＩシーケンスとを一組とするパルスシーケンスが実行される。
【００４１】
図４に示すプリパルスシーケンスでは、まず初めに、水分子にのみ含まれている核磁化を励起させるために、送信周波数Ｆｔを水の共鳴周波数Ｆｗに設定し、且つ励起周波数帯域ΔＦｔを水ピーク幅ΔＦｗ程度に設定した高周波磁場（水励起用高周波磁場）ＲＦｗ１の照射を行う（水核磁化の選択励起）。
【００４２】
次に、励起状態にある水の核磁化の位相をバラバラにして、水の核磁化のベクトル和をゼロとするために、ディフェイズ用傾斜磁場Ｇｄｗ１の印加を行う（水核磁化の疑似飽和）。更に、水信号の抑圧効果を増すために、水励起用高周波磁場ＲＦｗ１及びディフェイズ用傾斜磁場Ｇｄｗ１と同様の高周波磁場及びディフェイズ用傾斜磁場の印加を複数回繰り返して行う。なお、図４は、３回繰り返すシーケンスの一例を示すが、繰り返し回数はこれに限られない。また、特に区別する必要がない場合は、以下、高周波磁場をＲＦｗ、ディフェイズ用傾斜磁場をＧｄｗ１で代表する。
【００４３】
高周波磁場ＲＦｗには、狭帯域の励起周波数特性を有するガウス波形が用いられる場合が多い。図４に示す例は、ディフェイズ用傾斜磁場としてＧｘ、Ｇｙ、Ｇｚのうちいずれか１軸の傾斜磁場を印加する例である。しかし、Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの３軸全ての傾斜磁場を同時に印加しても良いし、いずれか２軸を同時に印加しても構わない。そして、この水磁化の疑似飽和状態が続いている間に、図３に示したＭＲＳＩシーケンスを行い、微弱な代謝物質の信号を測定する。通常、水励起用高周波磁場ＲＦｗのフリップ角は９０°前後に設定する場合が多いが、ディフェイズ用傾斜磁場Ｇｄｗについては、印加軸数や印加強度として様々な組合せや数値を用いることができる。
【００４４】
なお、図４に示すプリパルスシーケンスの全ての水励起用高周波磁場ＲＦｗのフリップ角を０°に設定して実行した後、続けて、図３のＭＲＳＩシーケンスを実行することにより、非水抑圧計測を行うこともできる。このようにした場合、非水抑圧計測時のディフェイズ用傾斜磁場Ｇｄｗにより引き起こされる渦電流の影響を水抑圧計測時と同様にすることができる。
【００４５】
即ち、非水抑圧計測も水抑圧計測も共に図４に示すプリパルスシーケンスを図３のＭＲＳＩシーケンスの前に行うよう構成し、図４に示す全ての水励起用高周波磁場ＲＦｗのフリップ角を０°と９０°との間で切り替えることによって、非水抑圧計測と水抑圧計測とを切り替えることができる。
【００４６】
また、生体内から検出できる代謝物質の信号は、非常に微弱である場合が多いため、得られるスペクトルのＳＮＲを向上させることを目的に、同一条件での計測（位相エンコード用傾斜磁場を変化させない計測）を複数回繰り返し行ない、得られた信号を足し合わせる処理を行う場合もある（積算処理）。
【００４７】
次に、本発明の実施形態によるＭＲＳＩにおける渦電流補正法について説明する。なお、リファレンス計測とは、予め模擬試料を測定対象として、各傾斜磁場コイル及び各シムコイルの電流―磁場分布特性を示すリファレンス画像を計測することをいう。
【００４８】
図５は、本発明の一実施形態における計測手順の概要を示す図である。図５において、まず初めに、上述した非水抑圧計測（リファレンス計測）を実行することにより、２次元k空間もしくは３次元ｋ空間（ｋｘ（ａ）、ｋｙ（ｂ）、ｋｚ（ｃ））の非水抑圧時のスペクトル情報を取得する（ステップ６０１）。なお、ここで、ａはｋｘ軸方向の計測番号を表すＡ以下の整数、ｂはｋｙ軸方向の計測番号を表すＢ以下の整数、ｃはｋｚ軸方向の計測番号を表すＣ以下の整数、２次元の場合はＡ、Ｂ、Ｃのいずれか１つが１で他の２つは２以上の整数、３次元の場合はＡ、Ｂ、Ｃのいずれもが２以上の整数である。
【００４９】
次に、ステップ６０１で得られたｋ空間の磁気共鳴信号Ｓｗ１（ｋｘ（ａ）、ｋｙ（ｂ）、ｋｚ（ｃ））（ｔ（ｊ））の時間変化特性から、静磁場不均一の時間変化を算出する（ステップ６０２）。なお、後述する通り、この静磁場不均一の時間変化は、渦電流に起因するものと推測される。ここで、ｊは時間軸（ｔ軸）方向のデータ番号を表すＪ以下の整数である。
【００５０】
さらに、ステップ６０２で算出した「磁場不均一の時間変化」を打ち消すために必要な磁場調整量を算出する（ステップ６０３）。そして、ステップ６０３で算出した「磁場調整量」に基づいた磁場調整を行いながら、水抑圧時の磁気共鳴信号を計測する（ステップ６０４）。
【００５１】
最後に、ステップ６０４で得られた水抑圧時の磁気共鳴信号にフーリエ変換を施し、磁気共鳴スペクトル画像を算出する（ステップ６０５）。
【００５２】
次に、図５のステップ６０１の「非水抑圧計測」で得られるデータ例を用いて、具体的な処理内容の説明を行う。図６は、ステップ６０１の「非水抑圧計測」についての説明を分かりやすくするため、３次元実空間の計測例ではなく、２次元実空間での計測データ例を示している。なお、２次元実空間を計測する場合には、図３のＭＲＳＩシーケンスにおいて、位相エンコード用傾斜磁場Ｇｐ１の印加強度を、ゼロ固定（変化なし）とすれば良い。また、図６に示すリファレンス計測（非水抑圧計測）においては、水抑圧の有無を除く他の計測条件を、本計測（水抑圧計測）と同一としている。
【００５３】
図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）の各画像は、それぞれ異なる計測時刻における２次元ｋ空間の絶対値データを表しており、縦軸がｋｙ軸、横軸がｋｘ軸、各画素輝度の輝度が信号強度を表している。
【００５４】
図６の（ｇ）は全画素分の絶対値データを積分して得られる時系列データを表しており、縦軸が信号強度、横軸が時間経過を表している。図６の（ｇ）に示される通り、計測される時系列信号の絶対値強度は時間の経過とともに減衰しており、その減衰速度は緩和定数で表される。図６の（ａ）は、静磁場不均一がキャンセルされるスピンエコー時刻における２次元ｋ空間の絶対値データを示しており、ゼロ位相エンコード点（図３の位相エンコード用傾斜磁場Ｇｐ１およびＧｐ２の印加強度をゼロとした場合）を意味する画像の中心に、最大信号を有する画素（星印）が位置している。
【００５５】
図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）の各画像を較べると、最大信号を有する画素（星印）が、時間の経過に伴って画像の上方に移動していく様子が確認できる（図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）では、移動の様子を確認しやすくするために、各画像内の同一位置に「８画素×８画素の大きさを有する四角形」を重畳させている）。
【００５６】
これらの画像の経時変化は、時間の経過とともに静磁場不均一が蓄積している状態を表しており、静磁場不均一が理想的にゼロであった場合には、（緩和による信号強度変化を除き）、最大信号を有する画素は画像の中心位置から移動せず、図示したような経時変化は生じない。例えば、図６の（ａ）と（ｂ）の最大信号を有する画素（星印）の位置を較べると、ｋｙ軸方向に約１画素分ずれていることが分かる。
【００５７】
これは、図６の（ａ）の計測時刻Ｔａから図６の（ｂ）の計測時刻Ｔｂまの時間間隔Ｔａｂに、「ｋｙ軸方向の位相エンコード磁場Ｇｐ３の１ステップ分に相当する磁場不均一成分」が生じていたことを意味しており、これらの画像の経時変化が静磁場不均一を反映していることを示している。
【００５８】
更に、図６の（ａ）と（ｄ）との最大信号を有する画素（星印）の位置を較べると、ｋｙ軸方向に約２画素分ずれていることから、図７の（ｂ）の計測時刻Ｔｂから図６の（ｄ）の計測時刻Ｔｄまでの時間間隔Ｔｂｄに、更に、「ｋｙ軸方向の位相エンコード磁場Ｇｐ３の１ステップ分に相当する磁場不均一成分」が生じていたことが分かる。
【００５９】
一方、時間間隔Ｔｂｄは、時間間隔Ｔａｂの２倍相当の期間であることから、「ｋｙ軸方向の磁場不均一成分」が時間的に減衰したことが分かる。従って、これらの画像の経時変化が静磁場不均一の時間変化も反映していることとなり、このような静磁場不均一の時間変化は渦電流に起因するものと推測される。
【００６０】
上述した通り、２次元ｋ空間の絶対値データの時間変化を観測することによって、渦電流に起因する磁場不均一量を定量的に見積もることができるため、この渦電流に起因する磁場不均一を打ち消すために必要な磁場調整量を算出することが可能となる。
【００６１】
以下に、上記の計測例における「Ｙ軸方向の渦電流に起因する磁場不均一を打ち消すために必要な磁場調整量」の具体的な算出例を示す。
【００６２】
まず、「ｋｙ軸方向の位相エンコード磁場Ｇｐ３の１ステップ分」の傾斜磁場印加量Ｇｐ３ｓ（時間積分値）は、撮影条件から、次式（１）で定まる。
【００６３】
Ｇｐ３ｓ＝２π／（γ・Ｆｙ） ―――（１）
ここで、γは水素原子核の磁気回転比、ＦｙはＹ軸方向の視野を表している。上述の通り、Ｔａｂの時間間隔で、「ｋｙ軸方向の位相エンコード磁場１ステップ分に相当する磁場不均一成分」が生じていたことから、傾斜磁場強度（Ｇｐ３ｓ／Ｔａｂ）を有するＹ軸方向の傾斜磁場をＴａｂの期間だけ印加することによって、磁場不均一を打ち消すことが可能となる。
【００６４】
同様にして、上述の通り、時間間隔Ｔｂｄで、「ｋｙ軸方向の位相エンコード磁場Ｇｐ３の１ステップ分に相当する磁場不均一成分」が生じていたことから、傾斜磁場強度（Ｇｐ３ｓ／Ｔｂｄ）を有するＹ軸方向の傾斜磁場をＴｂｄの期間だけ印加することによって、磁場不均一を打ち消すことが可能となる。ここで、Ｔｂｄ＝Ｔａｂ×２であることから、時間間隔Ｔｂｄで印加するＹ軸方向の傾斜磁場強度は、時間間隔Ｔａｂで印加する傾斜磁場強度の半分の強度で良いことになる。
【００６５】
なお、上記の算出例では、磁場不均一を算出する際の積分時間として、時間間隔Ｔａｂを基本単位とした場合の算出例について述べたが、この基本単位は、磁気共鳴信号のサンプリング間隔まで狭めることが可能であり、より詳細な磁場調整を行うことも可能である。
【００６６】
磁場調整量を算出する際には、上述のように計測条件と信号変化量から見積もった磁場不均一量およびその時間変化と、設計時に設定している「各傾斜磁場コイルおよび各シムコイルの電流変化量」対「発生磁場分布の経時変化」特性から、計算によって求めても構わないが、下記の手順に従って、実測データを参考に決定しても良い。
【００６７】
図７は、実測データを参考にして磁場の補正手順（磁場調整量の設定）を示す。図７のステップ８０１に示すように、まず、リファレンス画像計測に先立って、「傾斜磁場コイルおよびシムコイルの電流変化量」対「発生磁場分布の経時変化」特性の計測を、各傾斜磁場コイル毎および各シムコイル毎に行っておく。空間分布や経時変化を計測する際の空間分解能や時間分解能は、リファレンス画像計測の計測条件と合致させておくことが望ましいが、後処理（データの内挿や外挿）によって調整することも可能である。なお、一般的に、高次シムコイルが発生する磁場分布の経時変化速度は、低次シムコイルもしくは傾斜磁場コイルが発生する磁場分布の経時変化速度に較べ遅い場合が多いため、経時変化の計測は低次シムコイルもしくは傾斜磁場コイルのみに限定しても構わない。
【００６８】
次に、図７のステップ８０２に示すように、ステップ８０１で計測した「各斜磁場コイルおよび各シムコイルの電流変化量」対「発生磁場分布の経時変化」特性の計測結果を保存しておく。そして、上述したリファレンス画像計測を行った後、磁場不均一の時間変化を算出する（ステップ８０３）。さらに、図７のステップ８０４に示すように、磁場不均一の時間変化と、保存しておいた「各斜磁場コイルおよび各シムコイルの電流変化量」対「発生磁場分布の経時変化」特性の計測結果から、「各傾斜磁場コイルおよび各シムコイルに流すべき電流変化量」を算出する。
【００６９】
必要に応じて、算出した「各傾斜磁場コイルおよび各シムコイルに流すべき電流変化量」を保存しておき（ステップ８０５）、水抑圧計測（本計測）を行う前および水抑圧計測（本計測）を行っている最中に、「各傾斜磁場コイルおよび各シムコイルに流す電流変化量」の設定（制御）を行う（ステップ８０６）。
【００７０】
なお、図７のステップ８０４において、「各傾斜磁場コイルおよび各シムコイルに流すべき電流変化量」を算出する際には、各時刻毎に、計測された磁場不均一の分布と、「各斜磁場コイルおよび各シムコイルが発生可能な（変化速度も考慮した）磁場」を合成した合成磁場分布の差分が最小となるように、各電流値を決定すれば良い。
【００７１】
また、図５、図７に示した静磁場不均一の時間変化の算出、磁場調整量の算出等は、計算機９により行なわれる。
以上、本発明を適用したＭＲＩ装置の実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず種々の変更や応用が可能である。例えば、上記例では、リファレンス画像として、２次元ｋ空間の絶対値データを用いた場合の例について説明を行ったが、以下に説明するように、２次元実空間の位相値データをリファレンス画像として用いても良い。
【００７２】
図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）の各画像は、それぞれ異なる計測時刻における２次元実空間の位相値データを表しており、縦軸がＹ軸、横軸がＸ軸、各画素輝度の輝度が位相値を表している。
【００７３】
また、図８の（ｇ）は図６の（ｇ）と同じく、全画素分の絶対値データを積分して得られる時系列データを表しており、縦軸が信号強度、横軸が時間経過を表している。
【００７４】
図８の（ａ）は、スピンエコー時刻における２次元実空間の位相値データを示しており、ほぼ一様な位相分布を有している。図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）の各画像を較べると、時間の経過に伴って、右上部から左下部に向けた斜線状の縞模様の明暗間隔が狭まっていく様子が確認できる。なお、図８の（ａ）〜（ｆ）では、位相分布変動の様子を確認しやすくするために、各画像内の同一位置に「９画素×９画素の大きさを有する四角形」を重畳させている。また、図８の（ａ）〜（ｆ）における明暗の縞は、位相の不連続性に起因するエリアジングによって生じているものであるため、「背景技術」で述べたＭＲＩの位相分布画像を用いたシミング方法等で一般に用いられているエリアジング除去技術を用いることによって、不連続性を解消することが出来る。
【００７５】
図８の（ａ）〜（ｆ）の画像の経時変化は、図６に示した２次元ｋ空間の絶対値データの経時変化と同様に、時間の経過とともに静磁場不均一が蓄積している状態および静磁場不均一の時間変化を表しており、これらの画像を上記例で説明したリファレンス画像として用いることも出来る。
【００７６】
また、上記例では、リファレンス画像として、２次元ｋ空間の絶対値データおよび２次元実空間の位相値データを用いた場合の例について説明を行ったが、３次元ｋ空間の絶対値データもしくは３次元実空間の位相値データを用いることにより、３次元空間における渦電流の影響を低減することが可能となる。
【００７７】
また、上記例では、リファレンス計測（非水抑圧計測）の計測条件を、本計測（水抑圧計測）と同一（水抑圧の有無を除く）としている場合について述べたが、下記のように計測条件の一部を変更することにより、リファレンス計測に要する計測時間を短くすることが可能となる。
【００７８】
例えば、図３に示したＭＲＳＩパルスシーケンスにおいて、位相エンコード用傾斜磁場Ｇｐ１、Ｇｐ２およびＧｐ３の印加強度変化のステップ数をそれぞれ半分に減らした場合、計測時間を１／８（＝１／２×１／２×１／２）に短縮できる。例えば、図６に示した例では、各画像内の同一位置に重畳させている「８画素×８画素の大きさを有する四角形」内のデータのみを計測することになる。
【００７９】
また、上記図７に示した例では、印加強度変化のステップ数を減らした場合、実空間上の空間分解能が劣化することになるが、以下に説明するゼロフィリングと呼ばれる手法を用いて、見かけ上の空間分解能を向上させることが出来る。
【００８０】
ゼロフィリングの具体的な処理手順について、図９を参照して簡単に説明する。例えば、本計測（水抑圧計測）時の位相エンコード数が１６×１６（２次元空間）であった場合、リファレンス計測（非水抑圧計測）において、位相エンコードステップを変えずに位相エンコード数を８×８（２次元空間）に減じることにより、リファレンス画像計測に要する時間を１／４（＝１／２×１／２）に短縮することができる。しかしながら、再構成処理を経て得られる画像の画素サイズは４倍（＝２×２）となってしまう。
【００８１】
ここで、図９の（ａ）に示す、計測した８×８のデータ（８×８の時系列信号）を、図９の（ｂ）に示す１６×１６のマトリクスの中央に配置し、周囲のデータ欠損部分にゼロデータを詰めた後、各位相エンコード軸方向に逆フーリエ変換を施すことにより、画素サイズを、位相エンコード数が１６×１６の場合と同一にすることが可能となる。これがゼロフィリング処理である。
【００８２】
なお、このようなゼロフィリング処理を行った場合、再構成処理を経て得られる画像の見かけ上の画素サイズは小さくなるものの、本来、空間分解能を高めるために必要な高周波成分が欠損しているため、実際にフルサイズ（１６×１６）の計測を行った再構成画像に比べ、空間情報のぼやけた画像しか得られない。つまり、見かけ上の空間分解能が向上するだけで、実際の空間分解能が改善する訳ではない。
【００８３】
なお、ゼロフィリング処理に関して、計測データを再構成マトリクスに配置する際に、計測データの真のゼロエンコード点（空間分布上で最大信号強度を有する点）を検出して中心を合わせる処理や、計測データに空間分布上のハミング関数等を乗算することにより計測中心のデータが最大信号強度を有するように補正を行う等の処理をしてもよい。
【００８４】
また、リファレンス計測に要する時間を短縮する別の方法として、計測の繰り返し時間を短くする方法がある。例えば、リファレンス計測時の繰り返し時間を本計測時の半分に減じた場合、計測時間を１／２に短縮できる。しかし、単純に繰り返し時間を短くすると、縦緩和時間の影響で核磁化の初期状態に変化が生じ、正しい位相情報が得られなくなる場合がある。このような場合は、非水抑圧計測で用いる励起用高周波磁場のフリップ角を水抑圧計測のフリップ角より小さく設定する。こうすることによって、繰り返し時間を短くしても、縦緩和時間の影響を減じることができる。
【００８５】
また、エコー時間（図３におけるＴＥ）もしくは信号検出時間（図３における信号Ｓｉｇ１の計測時間）が長いため、繰り返し時間を単純に短くできない場合がある。このような場合には、非水抑圧計測で用いるエコー時間（ＴＥ）を水抑圧計測のエコー時間（ＴＥ）より短く設定する。すなわち、非水抑圧計測時の被検体から発生する磁気共鳴信号の検出開始時刻を水抑圧計測時より早める。こうして、繰り返し時間を短くすることが可能となる。
【００８６】
また、非水抑圧計測で用いる信号検出時間を水抑圧計測の信号検出時間より短く設定し、繰り返し時間を短くすることもできる。
【００８７】
また、上記例では、図３に示す領域選択スピンエコー型のパルスシーケンスを用いてＭＲＳＩ計測を行う場合を例にあげて記述したが、パルスシーケンスはこれに限られない。ＭＲＳＩ計測が可能なパルスシーケンスならば、全て同様の効果を得ることができる。例えば、３Ｄ−ＣＳＩや４Ｄ−ＣＳＩと呼ばれる領域選択を行わない計測シーケンスや、ＥＰＳＩと呼ばれる振動傾斜磁場を用いた高速ＭＲＳＩシーケンス等を用いた場合においても、同等の効果が得られる。
【００８８】
なお、本発明の実施形態の渦電流補正方法は、上記「従来技術」で述べた変形型スピンエコー法を用いた静磁場均一度補正を行った後に、続けて実施しても良いが、本発明による渦電流補正方法は、経時変化の無い静磁場均一度の補正効果も有するため、上記「従来技術」で述べた変形型スピンエコー法を用いた静磁場均一度補正を行わずに、本発明による渦電流補正方法のみを実施しても良い。
【００８９】
以上のように、本発明によれば、非水抑圧計測において、渦電流による静磁場不均一の時間変化を算出し、算出した静磁場不均一の時間変化を打ち消すために必要な磁場調整量を算出する。そして、算出した磁場調整量に従って、磁場を調整しながら、本計測（水抑圧計測）を行なっている。
【００９０】
従って、静磁場不均一が低減された状態で本計測が行なわれるため、静磁場不均一が十分低減されていない状態で本計測を行なう従来技術に比較して、高精度な画像を取得することができる。
【００９１】
また、従来技術において、データ後処理により渦電流による静磁場不均一補正を行なう場合、十分な補正を行なうために、リファレンス計測を本計測と同一の計測条件で行なう必要があり総計測時間が長くなる。これに対して、本発明では、リファレンス計測が本計測より短時間であっても、データ後処理を行なう必要なく、高精度のデータの取得が可能であり、総計測時間を短縮することができる。
【００９２】
次に、上述した本発明の、従来技術に比較した効果について説明する。なお、渦電流補正の結果を得るために、図１の（ａ）に示す型の静磁場強度１．５テスラの磁気共鳴撮影装置を用い、図６および図３に示したパルスシーケンスを実行し、ＭＲＳＩ計測を行った。このとき、対象核種はプロトン、測定対象物はＮ−アセチルアラニン（ＮＡＡ）水溶液ファントムとした。
【００９３】
まず、上記「背景技術」の欄で述べた変形型スピンエコー法を用いた静磁場均一度補正のみを行った場合（上述した渦電流補正を行わなかった場合）に計測したＭＲＳＩデータを図１０に示す。ここで、図１０は、選択励起ボクセル内の積分スペクトルを示しており、計測には８分３２秒を要した（エンコード数＝１６×１６、繰り返し時間＝２秒）。
【００９４】
次に、図１０に示したデータに、「背景技術」の欄で述べた「データ後処理を用いた渦電流補正法」を施した補正結果を、図１１に示す。図１１のスペクトルのピーク幅（右から３番目のピークの半値幅＝４．９Ｈｚ）と、図１０のスペクトルのピーク幅（同８．８Ｈｚ）を較べると、「データ後処理を用いた渦電流補正法」の効果により、ピーク幅が狭くなっていることが分かる（歪が補正されている）。
【００９５】
なお、補正用のリファレンスデータの計測に８分３２秒を要しているため（エンコード数＝１６×１６、繰り返し時間＝２秒）、全計測時間は１７分４秒となる。
【００９６】
本発明の実施形態の渦電流補正を行った後に計測したＭＲＳＩデータについて図１２に示す。図１２に示したスペクトルのピーク幅（同３．９Ｈｚ）と、図１０に示したスペクトルのピーク幅（同８．８Ｈｚ）を較べると、本発明の渦電流補正の効果により、ピーク幅が狭くなっていることが分かる。
【００９７】
また、図１２に示したスペクトルのピーク幅と、図１１に示したスペクトルのピーク幅を較べた場合、ほぼ同等のピーク幅になっていることが分かる。つまり、本発明によれば、データ後処理を行なう事無く、データ後処理を行なったと同等の補正効果が得られる。
【００９８】
ここで、図１０に示した例においては、全計測時間が１７分４秒であるが、本発明においては、補正用のリファレンスデータの計測は、２分８秒を要しているため（エンコード数＝８×８、繰り返し時間＝２秒）、全計測時間は１０分４０秒となっている。
【００９９】
したがって、従来技術によるデータ後処理を行なう事無く、高精度の画像を短時間で取得することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明が適用される磁気共鳴イメージング装置の外観図である。
【図２】本発明の一実施形態である磁気共鳴撮影装置の概略構成ブロック図である。
【図３】ＭＲＳＩ計測シーケンスの一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態における水信号抑圧用プリパルスシーケンスの一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態の計測手順の概要を示すフローチャートである。
【図６】非水抑圧計測で得られるデータ例（２次元ｋ空間の絶対値データ）を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態における実測データを参考にする場合の補正手順を示すフローチャートである。
【図８】非水抑圧計測で得られるデータ例（２次元実空間の位相値データ）を示す図である。
【図９】ゼロフィリング処理を説明するための図である。
【図１０】渦電流補正を行わなかった場合に計測したＭＲＳＩデータ例を示す図である。
【図１１】図１０に示すデータに「データ後処理を用いた渦電流補正」を施した補正結果を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態による渦電流補正を行った後に計測したＭＲＳＩデータを示す図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１・・・被検体、２・・・静磁場コイル、３・・・傾斜磁場コイル、４・・・シムコイル、５・・・送信用高周波コイル、６・・・受信用高周波コイル、７・・・送信機、８・・・受信機、９・・・計算機、１０・・・ディスプレイ、１１・・・記憶装置、１２・・・傾斜磁場用電源部、１３・・・シム用電源部、１４・・・シーケンス制御装置、１５・・・入力装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波磁場発生手段と、静磁場の空間均一度を調整する静磁場調整手段と、被検体から発生する磁気共鳴信号を検出する磁気共鳴信号検出手段と、傾斜磁場発生手段、高周波磁場発生手段、静磁場調整手段及び磁気共鳴信号検出手段を制御して水からの核磁気共鳴信号を抑圧して核磁気共鳴スペクトル画像を計測する制御手段とを有する磁気共鳴イメージング装置において、
上記制御手段は、水からの核磁気共鳴信号を抑圧することなく計測された核磁気共鳴信号を用いて静磁場不均一の時間変化を算出し、算出した静磁場不均一の時間変化を打ち消すための静磁場調整量を算出し、算出した静磁場調整量を用いて上記静磁場調整手段を制御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、上記制御手段は、上記非水抑圧磁気共鳴信号の絶対値データの分布の経時変化量を算出し、算出した上記経時変化量に従って渦電流によって生じている磁場不均一を低減させるための静磁場調整量を算出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３】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記制御手段は、上記非水抑圧磁気共鳴信号の実空間における位相値データの分布の経時変化量を算出し、算出した上記経時変化量に従って渦電流によって生じている磁場不均一を低減させるための静磁場調整量を算出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】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記制御手段は、上記静磁場不均一の時間変化算出に先立って、上記傾斜磁場発生手段及び静磁場調整手段の電流変化量と発生磁場分布の経時変化特性を算出し、算出した上記電流変化量及び発生磁場分布の経時変化特性と、上記静磁場不均一の時間変化とに基づいて、静磁場不均一の時間変化を打ち消すための静磁場調整量を算出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５】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、水からの核磁気共鳴信号を抑圧することなく実行する計測は、水からの核磁気共鳴信号を抑圧して実行する計測に対して、位相エンコード数を少なくして、ゼロデータを追加することにより、画素サイズを上記水からの核磁気共鳴信号を抑圧して実行する計測と同一の画素サイズとすることを磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１】
静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波磁場発生手段と、静磁場の空間均一度を調整する静磁場調整手段と、被検体から発生する磁気共鳴信号を検出する磁気共鳴信号検出手段と、傾斜磁場発生手段、高周波磁場発生手段、静磁場調整手段及び磁気共鳴信号検出手段を制御して水からの核磁気共鳴信号を抑圧して核磁気共鳴スペクトル画像を計測する制御手段とを有する磁気共鳴イメージング装置において、
上記制御手段は、水からの核磁気共鳴信号を抑圧することなく計測された核磁気共鳴信号を用いて静磁場不均一の時間変化を算出し、算出した静磁場不均一の時間変化を打ち消すための静磁場調整量を算出し、算出した静磁場調整量を用いて上記静磁場調整手段を制御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、上記制御手段は、上記非水抑圧磁気共鳴信号の絶対値データの分布の経時変化量を算出し、算出した上記経時変化量に従って渦電流によって生じている磁場不均一を低減させるための静磁場調整量を算出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３】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記制御手段は、上記非水抑圧磁気共鳴信号の実空間における位相値データの分布の経時変化量を算出し、算出した上記経時変化量に従って渦電流によって生じている磁場不均一を低減させるための静磁場調整量を算出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】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記制御手段は、上記静磁場不均一の時間変化算出に先立って、上記傾斜磁場発生手段及び静磁場調整手段の電流変化量と発生磁場分布の経時変化特性を算出し、算出した上記電流変化量及び発生磁場分布の経時変化特性と、上記静磁場不均一の時間変化とに基づいて、静磁場不均一の時間変化を打ち消すための静磁場調整量を算出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５】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、水からの核磁気共鳴信号を抑圧することなく実行する計測は、水からの核磁気共鳴信号を抑圧して実行する計測に対して、位相エンコード数を少なくして、ゼロデータを追加することにより、画素サイズを上記水からの核磁気共鳴信号を抑圧して実行する計測と同一の画素サイズとすることを磁気共鳴イメージング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−９５４９１（Ｐ２００９−９５４９１Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７０５１８（Ｐ２００７−２７０５１８）
【出願日】平成１９年１０月１７日（２００７．１０．１７）
【出願人】（０００１５３４９８）株式会社日立メディコ (1,613)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１７日（２００７．１０．１７）
【出願人】（０００１５３４９８）株式会社日立メディコ (1,613)
【Ｆターム（参考）】
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