JP3992674B2

JP3992674B2 - 磁気共鳴撮影装置

Info

Publication number: JP3992674B2
Application number: JP2003333999A
Authority: JP
Inventors: 健二浅野
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: US20050068029A1; KR101099983B1; US7109709B2; KR20050030575A; CN1600270A; EP1519199A1; JP2005095416A; CN100374077C

Description

本発明は、磁気共鳴撮影において用いる、ある組織の磁気共鳴周波数、即ち中心周波数を推定する中心周波数推定方法と、この中心周波数推定方法を用いて入手した中心周波数に基づいて磁気共鳴画像を生成する磁気共鳴撮影装置とに関する。

磁気共鳴撮影（Magnetic Resonance Imaging：MRI）は、静磁場中の被検体に勾配磁場およびRF（Radio Frequency）波を印加し、被検部位のプロトンからエコーとして放射される磁気共鳴信号に基づいて画像を生成する技術である。

磁気共鳴撮影の一種として、CHESS（chemical selective suppression）法等の方法のように、特定周波数を抑制した磁気共鳴信号を収集し、この特定周波数が抑制された磁気共鳴信号に基づいて画像を生成する手法が知られている。
CHESS法においては、たとえば、脂肪のプロトンの共鳴周波数と同じ周波数のRF波を被検体の被検部位に印加して脂肪のプロトンのみを励起させ、その後脂肪のプロトンを飽和させる勾配磁場を印加し、脂肪のプロトンの共鳴周波数が抑制された磁気共鳴信号を収集する（たとえば、非特許文献１参照。）。

以上から明らかなように、CHESS法においては抑制したい組織のプロトンの共鳴周波数が正確であることが重要である。なお、注目する組織のプロトンの共鳴周波数を、中心周波数と呼ぶ。
以上のCHESS法のように、磁気共鳴撮影においては、中心周波数を正確に入手したい場合がある。

ところで、プロトンの共鳴周波数は、静磁場の大きさと組織のプロトンの種類に応じた磁気回転比とによって決まる。このため、静磁場の大きさが変化すると中心周波数が変化する。たとえば、静磁場の磁界強度が０．２〜０．７テスラ程度であるオープンタイプの低中磁場システムと呼ばれる磁気共鳴撮影システムにおいては、静磁場の均一性が比較的低く、位置により静磁場の大きさがある程度変化する傾向がある。
したがって、たとえば、低中磁場システムにおいてCHESS法を適用する場合には、被検体の撮影領域を表わす所定厚さの断層スライス（以下、単にスライス）毎に、中心周波数を求めることが望ましい。

各スライスにおける中心周波数は、被検体の磁気共鳴画像を得るための実際のスキャンに先だって行なわれるプリスキャン（prescan）と呼ばれる操作における測定によって入手することができる。
マグラー・ジェイピー・３世（Mugler JP 3rd）,ブルックマン・ジュニア（Brookeman JR.），「３次元前磁化高速グラディエントエコー・イメージング（Three-dimensional magnetization-prepared rapid gradient-echo imaging）」，マグネティック・レゾナンス・イン・メディシン（Magnetic Resonance in Medicine）１９９０年７月，15(1):p152-157

しかしながら、撮影領域であるスライスの数が多い場合には、スライス毎に中心周波数を求めたのではプリスキャンにそれだけ多くの時間を必要とすることになる。
プリスキャンの時間が増大すると、被検体の負担が増大したり、被検体に動きが発生し易くなり得られる中心周波数のデータの信頼性が低下する等の弊害が生じる可能性がある。

したがって、本発明の目的は、撮影領域とするスライスが複数存在する場合に、全てのスライスの中心周波数を測定することよりもスライス毎の中心周波数の入手時間を短くすることができ、かつ、入手できる中心周波数の精度をある程度確保することが可能な中心周波数推定方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記の中心周波数推定方法を用いて、撮影領域とするスライスが複数存在する場合に、全てのスライスの中心周波数を測定することよりもスライス毎の中心周波数の入手時間を短くすることができ、かつ、入手できる中心周波数の精度をある程度確保することが可能な磁気共鳴撮影装置を提供することにある。

本発明に係る磁気共鳴撮影装置は、被検体において所定厚さのスライスを選択し、当該スライスから得られる所望の中心周波数の磁気共鳴信号に基づいて前記スライスの画像データを生成する磁気共鳴撮影装置であって、前記被検体の任意の撮影領域の範囲内に、互いに平行な複数の前記スライスを含むスライスグループを設定するスライスグループ設定手段と、前記スライスグループに含まれている任意の前記スライスの中心周波数を測定する中心周波数測定手段と、前記中心周波数測定手段により測定されて得られた中心周波数に基づいて、当該中心周波数を測定されたスライス以外の前記スライスの中心周波数を推定する中心周波数推定手段とを有する。

また、本発明に係る中心周波数推定方法は、被検体において所定厚さのスライスを選択し、当該スライスから得られる所望の中心周波数の磁気共鳴信号に基づいて前記スライスの画像データを生成する磁気共鳴撮影装置における中心周波数推定方法であって、前記被検体の任意の撮影領域の範囲内に、互いに平行な複数の前記スライスを含むスライスグループを設定するスライスグループ設定ステップと、前記スライスグループに含まれている任意の前記スライスの中心周波数を測定する中心周波数測定ステップと、前記中心周波数測定ステップにおいて得られた中心周波数に基づいて、当該中心周波数を測定されたスライス以外の前記スライスの中心周波数を推定する中心周波数推定ステップとを有する。

本発明においては、スライスグループ設定手段によって、被検体の任意の撮影領域の範囲内に、互いに平行な複数のスライスを含むスライスグループが設定される。中心周波数測定手段が、スライスグループ設定手段が設定したスライスグループに含まれている任意のスライスの中心周波数を測定する。中心周波数推定手段が、中心周波数測定手段により得られた中心周波数を用いて、スライスグループ中の中心周波数が測定されたスライス以外の他のスライスの中心周波数を推定する。これにより、実際に測定された中心周波数と推定された中心周波数とを含めて、スライスグループ中の全てのスライスの中心周波数が得られる。
以上のように得られたスライス毎の中心周波数を用いて各スライスから磁気共鳴信号が検出され、この磁気共鳴信号に基づいて各スライスの画像データが生成される。

本発明によれば、撮影領域とするスライスが複数存在する場合に、全てのスライスの中心周波数を測定することよりもスライス毎の中心周波数の入手時間を短くすることができ、かつ、入手できる中心周波数の精度をある程度確保することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら述べる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るMR（Magnetic Resonance）撮影装置の構成を概略的に示す概略構成図である。
図１に示すMR装置１００は、本体部１１０と、コンソール部２８０とを有している。図１においては、本体部１１０を、要部の模式的な斜視透視図として描いている。
本体部１１０は、マグネットシステムと駆動部２５０とをさらに有している。

マグネットシステムは、本体部１１０の筐体１４１内に、片方ずつが対向して配置される、それぞれ１対の静磁場発生用マグネット部１５０a，１５０b、勾配コイル部１６０a，１６０b、およびRF（Radio Frequency）コイル部１８０a，１８０bを含む。
これらは、たとえば、RFコイル部１８０a，１８０b、勾配コイル部１６０a，１６０b、静磁場発生用マグネット部１５０a，１５０bの順で内側から対向して配置される。最内側のRFコイル部１８０aと１８０bとの間に、図示しない被検体が配置されるボア１４１aが形成される。
図１に示すようなMR装置１００は、ボア１４１aの大部分が解放される形状に筐体１４１が構成されているため、オープンタイプのMR装置と呼ばれる。

駆動部２５０はRFコイル駆動部１２と、勾配コイル駆動部１３と、データ収集部１４と、マグネットシステム制御部１５とを含む。これらは、図１においては接続関係を明確に図示するために本体部１１０とは離して描いているが、実際には、たとえば、本体部１１０の筐体１４１内に設けられる。
マグネットシステム制御部１５が、RFコイル駆動部１２と勾配コイル駆動部１３とデータ収集部１４とにそれぞれ接続される。
また、RFコイル駆動部１２とデータ収集部１４とがRFコイル部１８０a，１８０bに接続される。勾配コイル駆動部１３は勾配コイル部１６０a，１６０bに接続される。

詳細には後述するが、本発明におけるスライスグループ設定手段の一実施態様が、勾配コイル部１６０a，１６０bと勾配コイル駆動部１３とマグネットシステム制御部１５とを含んで構成される。本発明における中心周波数測定手段の一実施態様は、RFコイル部１８０a，１８０bとRFコイル駆動部１２とデータ収集部１４とマグネットシステム制御部１５とを含んで構成される。また、中心周波数推定手段の一実施態様も、マグネットシステム制御部１５により実現される。

静磁場発生用マグネット部１５０a，１５０bは、たとえば、永久磁石を用いて構成する。対向配置される静磁場発生用マグネット部１５０a，１５０bにより、ボア１４１aに静磁場が形成される。
静磁場発生用マグネット部１５０a，１５０bにより形成される静磁場の方向を、たとえば、y方向とする。図１に示すように、本実施形態においては静磁場発生用マグネット部１５０a，１５０bを縦方向に対向配置しているため、縦方向がy方向となる。縦方向の静磁場は垂直磁場とも呼ばれる。
また、y方向に直交する２つの方向を、図１に示すようにそれぞれx方向、z方向とする。図示はしないが、被検体の頭部から脚部に向かう体軸方向が、z方向に一致するように設定されることが多い。

オープンタイプのMR装置においては、静磁場の磁界強度は現状０．２〜０．７テスラ（T）程度である。０．２〜０．７テスラ程度のマグネットシステムは、低中磁場のシステムと呼ばれる。

勾配コイル部１６０a，１６０bには、RFコイル部１８０a，１８０bが検出する磁気共鳴信号に３次元の位置情報を持たせるために３系統、即ち３つの勾配コイルのペアが存在する。勾配コイル部１６０a，１６０bは、これらの勾配コイルを用いて、静磁場発生用マグネット部１５０a，１５０bが形成した静磁界の強度に勾配を付ける勾配磁場を発生させる。

RFコイル部１８０a，１８０bには、送信用RFコイルと受信用RFコイルとが含まれる。送信用RFコイルは、静磁場中にある被検体の被検部位に、被検部位のプロトンのスピン回転軸を傾けるためのRF帯の磁場を印加する。以下では、このRF帯の磁場を、単にRF波と呼ぶ。
送信用RFコイルによるRF波の印加を停止した際には、被検部位のスピンに起因して、印加したRF波の周波数帯域と同じ共鳴周波数を有する磁気共鳴信号が被検部位から再放射される。受信用RFコイルは、被検部位からのこの磁気共鳴信号を検出する。

送信用RFコイルと受信用RFコイルとを同じコイルで兼用してもよいし、たとえば、RFコイル部１８０aのRFコイルを送信用コイルとし、RFコイル部１８０bのRFコイルを受信用RFコイルとするように、それぞれ専用のコイルを用いてもよい。
RFコイル部１８０a，１８０bのように筐体１４１内に収容されるRFコイルだけでなく、被検体の頭部や腹部や肩等の被検部位に応じた専用のRFコイルを送信・受信用RFコイルとして用いることもできる。
なお、RF波の周波数の範囲は、たとえば、２．１３MHzから８５MHzの範囲である。

勾配コイル駆動部１３は、静磁界の強度にx，y，zの３方向の勾配を付ける勾配磁場を発生させるための勾配磁場励起信号を、上述の３系統の勾配コイルにそれぞれ送信する。
勾配コイル駆動部１３からの勾配磁場励起信号を受けて勾配コイル部１６０a，１６０bが駆動され、静磁界の強度に３次元の勾配が発生することにより、被検体における撮影対象領域を規定することができる。撮影領域は、所定厚さの断層のスライス単位で規定される。

RFコイル駆動部１２は、RFコイル部１８０a，１８０bにRF波励起信号を与えることによりボア１４１a内の被検体にRF波を印加させ、被検体の被検部位のプロトンのスピン回転軸を傾けて励起させる。

データ収集部１４は、RFコイル部１８０a，１８０bによって検出された磁気共鳴信号を取り込み、それを磁気共鳴画像生成のための元データとして収集する。
データ収集部１４は、たとえば、１つの画像を生成するためのデータを全て収集した後に、収集したデータを後述するコンソール部２８０のデータ処理部１８に送信する。
また、データ収集部１４は、取り込んだ磁気共鳴信号に関するデータの一部をマグネットシステム制御部１５にも送信する。

マグネットシステム制御部１５は、たとえば、CPU（Central Processing Unit）等の演算のためのハードウェアと、このハードウェアの駆動のためのプログラム等のソフトウェアとによって実現される。
マグネットシステム制御部１５は、コンソール部２８０からの指令信号を受けて、所望の磁気共鳴信号のデータが得られるように、RFコイル駆動部１２と勾配コイル駆動部１３とデータ収集部１４とを制御する。
マグネットシステム制御部１５による制御の内容の詳細については後述する。

コンソール部２８０は、本体部１１０によって被検体の磁気共鳴画像を入手するために、マグネットシステム制御部１５への指令パラメータの入力や、撮影開始指令の入力等の各種操作を行なうためのものである。
図１に示すように、コンソール部２８０は、MR装置制御部１７と、データ処理部１８と、操作部１９と、表示部２０とを有する。
本発明における制御手段の一実施態様がMR装置制御部１７に相当する。

MR装置制御部１７は、データ処理部１８と表示部２０とに接続されている。また、データ処理部１８は表示部２０に接続されている。
さらに、データ処理部１８にはデータ収集部１４が接続され、MR装置制御部１７には操作部１９が接続される。

操作部１９は、たとえば、キーボードやマウス等の入力デバイスにより実現される。操作部１９を介して、コンソール部２８０を操作するオペレータからの指令信号がMR装置制御部１７に入力される。

MR装置制御部１７は、たとえば、CPU等の演算のためのハードウェアと、このハードウェアの駆動のためのプログラム等のソフトウェアとによって実現される。
上記のプログラムは、たとえば、RAM（Random Access Memory）やハードディスクドライブによって実現される図示しない記憶部に記憶されている。
MR装置制御部１７は、操作部１９を介して入力されたオペレータからの指令信号を受けて、この指令信号の指令に適合するように、マグネットシステム制御部１５を介してRFコイル駆動部１２と勾配コイル駆動部１３とデータ収集部１４とを協働して制御する。
たとえば、MR装置制御部１７に入力される指令信号には撮影位置や撮影法等の条件が含まれており、MR装置制御部１７はこれらの条件を満たすように制御を実行する。本体部１１０のハードウェア的な制限等の制限が存在する場合には、MR装置制御部１７は入力された指令を実行することができない旨を表示部２０に表示させる。

データ処理部１８は、データ収集部１４から送信された磁気共鳴信号のデータに対して、操作部１９およびMR装置制御部１７を介したオペレータからの指令に基づいて演算処理や画像処理等の所定の処理を施して磁気共鳴画像を生成する処理を実行する。データ処理部１８によって生成された画像は、図示しない記憶部に記憶させておくことができる。

データ処理部１８が生成した画像は、オペレータからの要求に応じて、適宜表示部２０に表示される。
表示部２０は、たとえば、液晶表示パネルやCRT（Cathode-Ray Tube）等のモニタによって実現される。
また、表示部２０には、MR装置１００を操作するための操作画面も表示される。

以上により、MR装置１００を用いて被検体の磁気共鳴画像を入手することができる。ここで、RFコイル部１８０a，１８０bによって検出される磁気共鳴信号の特性について述べる。
図７が、磁気共鳴信号のスペクトルを表わす図である。図７において、横軸は周波数を表わし、縦軸は信号強度を表わしている。

磁気共鳴信号の共鳴周波数は、被検体が位置している静磁場の大きさと、被検体の組織のプロトンの種類に応じた磁気回転比とによって決まる。たとえば、図７のプロットPL１，PL２は、水と脂質（脂肪）の共鳴周波数を含む周波数帯の磁気共鳴信号のスペクトルを表わしており、水のプロトンの共鳴周波数を表わすピークと脂質のプロトンの共鳴周波数を表わすピークとの２つのピークが存在していることが分かる。
磁気共鳴撮影において診断に有効な画像を入手するためには、診断のためにはあまり有用ではない脂質の周波数帯は含まれておらず、水の周波数帯のみが含まれている磁気共鳴信号を画像生成のために用いることが好ましい。また、たとえば、CHESS法のように、脂質の共鳴周波数等の特定の周波数帯を抑制する撮影手法も知られている。上記の水または脂質のようにあるスライスにおける特定の組織の共鳴周波数をそのスライスの中心周波数と呼ぶ。
上記の例からも分かるように、磁気共鳴撮影においては、中心周波数を正確に知ることが非常に重要である。

しかしながら、上述のように、ある組織の共鳴周波数は静磁場の大きさによっても変化する。このため、静磁場に不均一性が存在する場合には、同じ種類のプロトンでもスライスが異なれば中心周波数が異なることになり、たとえば、図７のプロットPL１からプロットPL２への移動のような共鳴周波数の違いが発生する。
共鳴周波数の違いが発生した場合には、たとえば、水のプロトンを励起するためにRFコイル部１８０a，１８０bにより印加するRF波の周波数と、あるスライスにおける水の実際の中心周波数とがずれる等の不都合が発生し、望ましい画像が得られない可能性が生じる。低中磁場のマグネットシステムの場合には、各組織のプロトンの共鳴周波数のピーク間距離DSがより小さくなるため、各プロトンの共鳴周波数帯の情報を正確に入手する重要性はより高くなる。
以下では、位置が異なる複数のスライスの中心周波数を推定して入手し、入手した中心周波数を用いて磁気共鳴撮影を行なう手順の詳細について述べる。

図２は、本実施形態に係る、複数のスライスの中心周波数を推定して磁気共鳴撮影を行なう手順を示す図である。
撮影に際しては、まず、被検体の領域に応じて中心周波数を入手する。そのために、オペレータが、被検体における撮影を行なう領域等の撮影条件を、操作部１９により入力する（ステップST１）。

MR装置制御部１７は、入力された撮影条件をマグネットシステム制御部１５へ送信する。マグネットシステム制御部１５は、送信された撮影領域の情報に基づいて、撮影領域をスライス単位に分割し、ある程度の数のスライスをまとめてスライスグループを設定する（ステップST２）。以下にその詳細を述べる。

図３は、撮影領域とスライスとの関係を表わす図である。図３に示すように、撮影領域Arは、静磁場内に載置された被検体９０の任意の位置に、本体部１１０のハードウェアの性能の範囲内において複数個設定することができる。各撮影領域Arは、互いに離して設定してもよく、また必ずしも一定方向に沿って設定する必要は無い。ただし、各撮影領域Arは、通常は、図３に示すように互いにある程度近い位置に設定される。
図３に示すような撮影領域Arが設定されると、マグネットシステム制御部１５は、各撮影領域Arを、予め設定されているスライス厚さの複数のスライスSに分割する。全ての撮影領域Arを合わせたときのスライスSの合計数は、本体部１１０のハードウェアの性能に依存する。

複数のスライスSの配列方向は任意である。x，y，zの各方向に対して傾いていてもよい。ただし、それぞれの撮影領域Ar内においては各スライスSは互いに平行、かつスライス間隔が一定となっているようにすると、撮影領域ArおよびスライスSの設定を直感的に捉えることが可能になり、また各スライスSの中心周波数の推定精度が向上するため好ましい。図３には、全てのスライスSを、xz平面に直交するスライスとした例を挙げている。
各撮影領域Ar内の各スライスSが平行になっていれば、スライスSの配列方向は撮影領域Ar毎に異なっていてもよい。
また、各スライスSの間隔は、撮影領域Ar毎に異ならせることも可能である。

以上のように各撮影領域Arを複数のスライスSに分割した後に、マグネットシステム制御部１５は、ある程度の数のスライスSをまとめてスライスグループ（以下、単にグループと表記する。）を設定する。そのために、マグネットシステム制御部１５は、中心周波数の入手のために使用可能な予め設定されている時間t内に中心周波数を測定可能なスライスSの数を計算する。
時間tは、あまりに長いと撮影終了までのトータルの撮影時間が長くなり、また、被検体の負担が増す等の不都合が生じるため、たとえば、数秒（１、２秒）程度に規定されており、この時間tの情報は、図示しない記憶部に記憶されている。
使用可能な時間tの間に行なう作業には中心周波数の測定以外にも被検体の位置合わせや撮影手順の設定等の様々な作業が含まれるため、中心周波数を測定可能なスライスSの数は、全てのスライスSの数に依存して変わる。

以上の計算の後に、マグネットシステム制御部１５は、計算により得た測定可能なスライスSの数に基づいて、グループを設定する。たとえば、図３に示すように２つの撮影領域Ar１，Ar２が設定された場合に、測定可能なスライスSの数が３枚であったとすると、マグネットシステム制御部１５は、たとえば撮影領域Ar１を、それぞれ中心周波数を測定するスライスSを有する２つのグループに分ける。
逆に、たとえば、２つの撮影領域Ar１，Ar２に対して、測定可能なスライスSの数が仮に１枚であったとする。このとき、各撮影領域Ar１，Ar２をそれぞれグループと考えると測定するスライスSが存在しないグループが発生し不都合であるため、離れて存在している撮影領域Ar１とAr２とを合わせて１つのグループと考える。
以上のように、中心周波数の測定に使用可能な時間tから導かれる測定可能なスライスSの数と全てのスライスSの数との情報に基づいて全てのスライスSを新たにグループ分けすることにより、撮影領域Arの数およびスライスSの数が撮影毎に異なる場合に、このような変化にマグネットシステム制御部１５を対応させて処理させることが容易になる。
なお、マグネットシステム制御部１５は、撮影領域Arの数が測定可能なスライスSの数よりも少ない場合に、各撮影領域Arの広さや各撮影領域Ar内のスライスSの数等の条件に応じて、複数のグループに分割する撮影領域Arを選択する。たとえば、スライスSの数がより多い撮影領域Arを分割する。スライスSの数が同じ場合には、より広い撮影領域Arを選択する。
上記のように中心周波数を測定するスライスSの数に基づいてグループ分けすると、中心周波数を測定するスライスSが全てのグループに含まれることになる。このため、撮影領域Arが広い場合にも、中心周波数を測定するスライスSがある程度均等に分布され、中心周波数をより高精度に推定することが可能となる。

第１実施形態においては、複数のスライスSが、たとえば、図４に示すようなパターンにグループ分けされた場合を考える。図４においては、z方向に所定の厚みを有する複数のスライスSが、xy平面に平行、即ちz方向に直交して互いに平行に設定されている。図４は、このように設定された複数のスライスSをx方向から見た拡大図である。
図４に示す複数のスライスSの個々のスライスを、スライス番号Si（i＝１，２，３，…）によってそれぞれ表わす。本実施形態においては、スライスS１〜S１０の１０枚のスライスを設定している。
マグネットシステム制御部１５は、前述のように、時間tの長さに基づいて決まる中心周波数を測定可能なスライスSの数と、ステップST１において設定された撮影領域Arの大きさとに応じて、各スライスSiをグループ分けする。
図４は、中心周波数を測定可能なスライスSの数が３枚の場合を示しており、マグネットシステム制御部１５は、たとえば、スライスS１〜S３をひとまとめにしてスライスグループ（以下、単にグループという）G１とし、スライスS４〜S７をグループG２とし、スライスS８〜S９をグループG３としている。以下、スライスのグループを、グループ番号Gj（j＝１，２，３，…）によって一般的に表わす。
以上により、各スライスグループGjを設定することができる。

次に、マグネットシステム制御部１５は、各グループGjにおいて中心周波数を測定するスライスを決める（ステップST３）。
ステップST２においては中心周波数を測定可能なスライスの数に基づいてグループの数を決めているため、マグネットシステム制御部１５は、１グループにつき１枚、中心周波数を測定するスライスSを割り当てる。
本実施形態においては、スライスS２，S６，S９を測定対象スライスとし、１グループにつき１枚ずつスライスの中心周波数を測定することにする。このように、たとえば、中央のスライスの中心周波数を測定するようにする。１グループのスライスの数が偶数の場合には、中央部のスライスの一方（たとえば、スライス番号Siの大きい方のスライス）を測定対象スライスとする。
ただし、測定対象スライスは、必ずしも中央のスライスである必要はない。
また、ステップST２，ST３の時点では、勾配磁場を印加して実際にスライスを選択するわけではなく、マグネットシステム制御部１５は、設定した各スライスを選択することができるように駆動部２５０を制御するための駆動シーケンスを生成する。

測定対象スライスが決まった後には、マグネットシステム制御部１５はRFコイル駆動部１２と勾配コイル駆動部１３とデータ収集部１４とを制御して、測定対象スライスの中心周波数を測定する（ステップST４）。
中心周波数を測定するときには、マグネットシステム制御部１５は、たとえばスライスS２を選択するために生成した駆動シーケンスに従って駆動部２５０を駆動制御し、勾配コイル部１６０a，１６０bによりスライスS２を選択する勾配磁場を印加する。そして、たとえば、水と脂質の共振周波数の周波数帯を含んだ周波数帯のRF波を、RFコイル部１８０a，１８０bからスライスS２に印加する。

以上のようなある程度の周波数帯を有するRF波の印加を停止した際にRFコイル部１８０a，１８０bによって検出されるスライスS２からの磁気共鳴信号のスペクトルの情報は、データ収集部１４を介してマグネットシステム制御部１５に送信される。
図７に示すプロットPL１，PL２から明らかなように、スペクトルの形から特定の組織の共鳴周波数を判別することは可能である。マグネットシステム制御部１５は、送信された磁気共鳴信号のスペクトルの情報に基づいて、所望の組織の共鳴周波数を入手する。前述のように、あるスライスにおける対象とする組織のプロトンの共鳴周波数を、そのスライスの中心周波数としているため、たとえば、水が対象のときには水の共鳴周波数が中心周波数となり、脂質が対象のときには脂質の共鳴周波数が中心周波数となる。

以上のようにして、スライスS２の中心周波数を測定することができる。マグネットシステム制御部１５は、スライスS６，S９に対しても上記と同様の手順を実行してそれぞれ中心周波数を測定する。
以上から、一般化して言えば、測定対象スライスを選択するために生成した駆動シーケンスに従って駆動部２５０を駆動制御し、測定対象スライスを選択する勾配磁場を印加することによって測定対象スライスを選択することができる。そして、RFコイル部１８０a，１８０bにより、ある程度の周波数帯を有するRF波を印加したときに得られる磁気共鳴信号に基づいて、マグネットシステム制御部１５は測定対象スライスの中心周波数を測定することができる。

以上のステップST１〜ST４のステップは、磁気共鳴画像を得るための実際の撮影、即ち本スキャンの前段階としてのプリスキャンのステップと呼ばれる。
プリスキャンの終了後には、マグネットシステム制御部１５は、スライスS１〜S１０の中心周波数を推定して導出する（ステップST５）。
本実施形態においては、マグネットシステム制御部１５は、測定したスライスS２の中心周波数をスライスS１，S３の中心周波数としてそのまま用いる。また、スライスS６の中心周波数をスライスS４，S５，S７の中心周波数として用い、スライスS９の中心周波数をスライスS８，S１０の中心周波数として用いる。
つまり、本実施形態においては、マグネットシステム制御部１５は、スライスのグループの１つの測定対象スライスの中心周波数が、その測定対象スライスが含まれているグループ中の他の全てのスライスの中心周波数であると推定する。

マグネットシステム制御部１５が全てのスライスの中心周波数の情報を得た後に、MR装置制御部１７は、駆動部２５０を制御して被検体における各スライスの磁気共鳴画像を実際に取得するための本スキャンを実行させる（ステップST６）。
本スキャンにおいては、たとえば、CHESS法等の手法を実行させた後にグラディエントエコー法やスピンエコー法等の駆動シーケンスを駆動部２５０に実行させる。これにより所定の組織（たとえば脂質）の共鳴周波数が抑制された磁気共鳴信号を得ることができ、脂質の部分の画像の輝度を抑えた磁気共鳴画像を生成することができる。
なお、CHESS法を用いて脂質（脂肪）が抑制された磁気共鳴画像を生成する手順の詳細については、前述の非特許文献１等の文献に記載されているため、記載を省略する。

以上のように、第１実施形態においては、被検体の撮影領域を表わす複数のスライスを幾つかのグループに分ける。次に、中心周波数の測定の対象とするスライスを各グループから１枚ずつ選択し、この測定対象スライスの中心周波数を測定する。そして、この測定対象スライスの中心周波数を、各グループにおける測定対象スライス以外のスライスの中心周波数として用いる。以上のように、全てのスライスの中心周波数を測定する必要が無いため、全スライスの中心周波数の情報を得るために必要な時間は、全スライスの中心周波数を実際に測定する場合よりも大幅に減少する。その結果、プリスキャンに要する時間の短縮につながる。また、グループ毎に１枚のスライスの中心周波数は実際に測定しているため、中心周波数の推定精度はある程度確保することができる。プリスキャンの時間が短くなると、被検体が動く等の不都合が発生する可能性が低くなるため、結果的に中心周波数の推定精度向上につながり、本スキャンにおいて得られる磁気共鳴画像の画質の向上にも寄与することができる。
測定対象スライスの選択等の処理は、予め決められているプリスキャンの時間t等の条件に基づいて自動的に決定されるようにすることができるため、容易に各スライスの中心周波数を入手することができる。

〔第２実施形態〕
測定対象以外のスライスの中心周波数は、測定対象スライスの測定された中心周波数をそのまま当てはめるのではなく、フィッティングによって推定することもできる。その例を、第２実施形態として以下に述べる。

図５は、第２実施形態におけるスライスグループの設定パターンの一例を示す図である。図５は、図４と同様にz方向に互いに平行に配置される複数のスライスSiをx方向から拡大して示した図である。
第２実施形態において用いるMR装置１００は、第１実施形態におけるMR装置１００とほぼ同じである。そのため、詳細な記述は省略する。また、中心周波数推定の手順の大まかな流れについても、図２に示す手順とほぼ同じであるため、詳細な記載は省略する。

第２実施形態において、マグネットシステム１５が第１実施形態と同様に各スライスSiをグループ分けする処理を実行した結果、図２におけるステップST２において、図５に示すように、あるスライスグループ（グループ）にそれぞれ隣接するグループが存在するように各グループが設定されたと考える。
前述のように撮影領域Arを単位として各スライスSiに分割し、中心周波数を測定可能なスライスSの数に基づいてグループ分けすると、隣接するグループ間では、それらに含まれているスライスSは同一方向かつ等間隔に配置されることになる。
隣接するグループが少なくとも１つ存在すれば、図５に示すグループG３とグループG４とのように一部のグループの間隔は離れていてもよい。間隔の離れたグループ同士では、各スライスSの配置方向および間隔は異なっていてもよい。

図２に示すステップST３において、第２実施形態では、スライスS２，S５，S８と、スライスS１１，S１４とのように、隣接するグループの集合において、測定対象スライスが等間隔となるように各グループから１枚ずつ測定対象スライスを選択する。
第１実施形態の場合と同様に、測定対象スライスは等間隔に選択すれば、必ずしも各グループにおける中央のスライスである必要はない。

以上のように決定した測定対象スライス（スライスS２，S５，S８，S１１，S１４）の中心周波数が、図２に示すステップST４の説明において述べた手順と同様にして実際に測定される。

その後、図２に示すステップST５の手順において、第２実施形態では、測定により得られた中心周波数のデータに基づいて、補間または補外、もしくはこれらの組み合わせによる補間／補外処理等のフィッティング処理によって測定対象スライス以外の他のスライスの中心周波数を推定する。
たとえば、補間処理としては、線形補間や２次補間等の補間処理を適用することができる。補外処理についても同様である。
たとえば、マグネットシステム制御部１５は、スライスS２，S５，S８の中心周波数の測定データに基づいて、スライスS３，S４，S６，S７の中心周波数を補間により算出する。また、スライスS２，S５，S８の中心周波数の測定データに基づいて、スライスS１，S９の中心周波数を補外により算出する。
グループG４，G５の場合にも同様である。
以上のフィッティング処理に基づく推定により得られた中心周波数のデータを用いて、本スキャンが行なわれる。

第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。それに加えて、第２実施形態においては、上記のように実際に測定して得た中心周波数のデータに基づくフィッティング処理により、測定対象スライス以外のスライスの中心周波数を推定する。このため、静磁場が変化して不均一であるとしても、その変化が滑らかである場合には、第１実施形態よりも高精度に各スライスの中心周波数の情報を得ることができる。

〔第３実施形態〕
磁場の変化が滑らかである場合には第２実施形態のようにしてある程度正確に中心周波数を推定することができるが、磁場の変化は滑らかであるとは限らない。第３実施形態では、磁場が不均一に変化している場合にも対応可能な形態について述べる。

図６は、第３実施形態におけるスライスグループの設定パターンの一例を示す図である。図６は、図４と同様にz方向に互いに平行に配置される複数のスライスSiをx方向から拡大して示した図である。図６は、一例として、中心周波数を測定可能なスライスSの数が７の場合に、１５枚のスライスSによって構成されるひとまとまりの撮影領域Arを、１つのグループに含まれるスライスSの最大数が３であるとしてグループ分けした場合を挙げている。
第３実施形態においても、用いるMR装置１００の構成および中心周波数推定の手順については第１実施形態とほぼ同様であるため、詳細な記載は省略する。

第３実施形態においては、たとえば、図６に示すスライスS１，S２，S５，S８，S１１，S１４，S１５を測定対象スライスとする。
このように、たとえば、各グループに含まれるスライスSの最大数が決まっており中心周波数を実際に測定する測定対象スライスの数に余裕が存在する場合には、測定対象スライスは各グループあたり１枚とは限らず、適宜決めることができる。
測定対象スライスの決め方としては、静磁場が均一な領域よりも、静磁場が不均一な領域、即ち静磁場の変化が滑らかでない領域において測定対象スライスの数がより多くなるようにする。
静磁場は、静磁場が形成されている領域の中心部分よりも境界部分においてより不均一になる傾向がある。このような境界部分に位置するスライスについては、測定対象スライスとして中心周波数を実際に測定することが、中心周波数推定の精度向上のために好ましい。
静磁場の均一性は、たとえば、静磁場の磁界強度を測定することによって知ることができる。

以上のような測定対象スライスの中心周波数を実際に測定して入手した後には、第２実施形態と同様に線形補間や多項式補間等の補間・補外処理を含むフィッティング処理によって、測定対象スライス以外のスライスの中心周波数を測定して求める。

第３実施形態においても、第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。それに加えて、第３実施形態においては、静磁場が均一な領域よりも不均一な領域においてより密に中心周波数を測定して、静磁場の均一性に応じて自動的に測定対象スライスを決定する。これにより、測定対象スライスの数を一定とした場合に、第２実施形態の場合よりも大幅に中心周波数の推定精度を向上させることができる。特に、静磁場が不均一になり易い静磁場形成領域の境界に位置するスライスは測定対象スライスとするため、中心周波数を正確に得ることができる。
以上により、第３実施形態によれば、静磁場に不均一性が存在する場合に、本スキャンにおいて得られる磁気共鳴画像の画質を、第１、第２実施形態よりもさらに向上させることが可能になる。

なお、本発明は上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。たとえば、本発明は、図１に示すようなオープンタイプのMR装置１００に限らず、ボアが円筒状に形成されるシリンドリカルタイプと呼ばれるMR装置にも適用可能である。

本発明は、磁気共鳴信号の受信の分野において利用することが可能である。ここで、医療における磁気共鳴撮影に限らず、磁気共鳴信号の受信において中心周波数の情報を必要とする一般的な分野においても利用することができる。

本発明の第１実施形態に係るMR撮影装置の構成を概略的に示す概略構成図である。本発明の実施形態に係る、複数のスライスの中心周波数を推定して磁気共鳴撮影を行なう手順を示す図である。撮影領域とスライスとの関係を表わす図である。第１実施形態におけるスライスグループの設定パターンの一例を示す図である。本発明の第２実施形態におけるスライスグループの設定パターンの一例を示す図である。本発明の第３実施形態におけるスライスグループの設定パターンの一例を示す図である。磁気共鳴信号のスペクトルについて述べるための図である。

符号の説明

１００…MR装置
１１０…本体部
１５０a，１５０b…静磁場発生用マグネット部
１６０a，１６０b…勾配コイル部
１８０a，１８０b…RFコイル部
２５０…駆動部
S，Si…スライス
Gj…スライスグループ

Claims

被検体において所定厚さのスライスを選択し、当該スライスから得られる所望の中心周波数の磁気共鳴信号に基づいて前記スライスの画像データを生成する磁気共鳴撮影装置であって、
前記被検体の任意の撮影領域の範囲内に、互いに平行な複数の前記スライスを含むスライスグループを設定するスライスグループ設定手段と、
前記スライスグループに含まれている任意の前記スライスの中心周波数を測定する中心周波数測定手段と、
前記中心周波数測定手段により測定されて得られた中心周波数に基づいて、当該中心周波数が測定されたスライス以外の前記スライスの中心周波数を推定する中心周波数推定手段と
を有する磁気共鳴撮影装置。
前記スライスグループ設定手段は、前記撮影領域が互いに離れて複数存在する場合に、より広い前記撮影領域にはより多くの前記スライスグループを設定し、
前記中心周波数測定手段は、前記スライスグループ毎に少なくとも１枚のスライスの中心周波数を測定する
請求項１に記載の磁気共鳴撮影装置。
前記中心周波数推定手段は、前記中心周波数測定手段により測定されて得られた前記スライスグループ中の１つの前記スライスの中心周波数を、当該スライスグループ中の他の全ての前記スライスの中心周波数とする
請求項１または２に記載の磁気共鳴撮影装置。
前記スライスグループ設定手段は、各々の前記スライスが等間隔に配置された前記スライスグループを互いに隣接して複数設定し、
前記中心周波数測定手段は、複数の前記スライスグループから１つずつ等間隔に前記スライスを選択して当該スライスの中心周波数を測定し、
前記中心周波数推定手段は、前記中心周波数測定手段により中心周波数が測定された前記スライスの中心周波数のデータに基づいてフィッティング処理して他の前記スライスの中心周波数を推定する
請求項１または２に記載の磁気共鳴撮影装置。
前記中心周波数測定手段は、前記磁気共鳴信号の取得のために前記被検体に印加する静磁場が均一な領域よりも不均一な領域においてより密に前記スライスグループ中の前記スライスを選択して中心周波数を測定し、
前記中心周波数推定手段は、前記中心周波数測定手段により中心周波数が測定された前記スライスの中心周波数のデータに基づいてフィッティング処理して他の前記スライスの中心周波数を推定する
請求項１または２に記載の磁気共鳴撮影装置。
前記中心周波数測定手段は、前記静磁場が形成されている領域の境界部側に位置する前記スライスの中心周波数を測定する
請求項５に記載の磁気共鳴撮影装置。
前記中心周波数推定手段は、前記フィッティング処理として、線形補間／補外、または２次補間／補外処理を実行する
請求項４〜６のいずれかに記載の磁気共鳴撮影装置。
前記スライスグループ設定手段は、１つの前記スライスグループ内の複数の前記スライスの配置を等間隔に設定する
請求項３、５〜７のいずれかに記載の磁気共鳴撮影装置。
前記中心周波数測定手段と前記中心周波数推定手段とを協働して制御し、与えられた使用可能な時間と全ての前記スライスの数のデータとに基づいて、中心周波数を測定する前記スライスの数を自動的に算出し、算出した数の前記スライスの中心周波数を前記中心周波数測定手段により測定させ、得られた中心周波数のデータに基づいて前記中心周波数推定手段により測定された前記スライス以外の他の前記スライスの中心周波数を推定させる制御手段
をさらに有する請求項１〜８のいずれかに記載の磁気共鳴撮影装置。
前記磁気共鳴信号の取得のために前記被検体に印加する静磁場が、その磁界強度が０．２〜０．７テスラの低中磁場である
請求項１〜９のいずれかに記載の磁気共鳴撮影装置。