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JP6510272B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージング(MRI: Magnetic Resonance Imaging)装置に関する。
MRI装置は、静磁場中に置かれた被検体の原子核スピンをラーモア周波数の高周波(RF: radio frequency)信号で磁気的に励起し、この励起に伴って発生する磁気共鳴(MR: magnetic resonance)信号から画像を再構成する画像診断装置である。
MRI装置における画像解析法の１つとして、磁気共鳴スペクトロスコピー(MRS: magnetic resonance spectroscopy)が知られている。MRSは、共鳴周波数の化学シフト(chemical shift)の大きさとMR信号の強度から生体内の分子の種類や成分を調べるデータ解析法である。
特開２００２−３１５７３２号公報
本発明は、MRSにおいて、着目する代謝物からの信号のSNR(signal to noise ratio)を向上することが可能な磁気共鳴イメージング装置を提供することを目的とする。
本発明の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、収集部及び解析部を備える。収集部は、磁気共鳴スペクトロスコピーによる解析用の磁気共鳴信号を、第１の代謝物からの磁気共鳴信号成分が残存する条件で収集する。解析部は、渦電流補正用の磁気共鳴信号に対して、前記第１の代謝物と異なる第２の代謝物からの磁気共鳴信号成分の影響を除去する補正処理を行い、前記補正処理後の磁気共鳴信号を用いた前記渦電流補正によって、前記解析用の磁気共鳴信号の周波数スペクトルを取得する。
また、本発明の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、収集部及び解析部を備える。収集部は、磁気共鳴スペクトロスコピーによる解析用の磁気共鳴信号を、第１の代謝物からの磁気共鳴信号成分を完全に抑制する条件で収集する。解析部は、渦電流補正用の磁気共鳴信号に対して、前記第１の代謝物と異なる第２の代謝物からの磁気共鳴信号成分の影響を除去する補正処理を行い、前記補正処理後の磁気共鳴信号を用いた前記渦電流補正によって、前記解析用の磁気共鳴信号の周波数スペクトルを取得する。
また、本発明の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、収集部及び解析部を備える。収集部は、磁気共鳴スペクトロスコピーによる解析用の磁気共鳴信号を、第１の代謝物からの磁気共鳴信号成分が残存する条件で収集し、渦電流補正用の磁気共鳴信号を、前記第１の代謝物と異なる第２の代謝物からの磁気共鳴信号成分を抑制する条件で収集する。解析部は、前記渦電流補正用の磁気共鳴信号を用いた前記渦電流補正によって、前記解析用の磁気共鳴信号の周波数スペクトルを取得する。
また、本発明の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、収集部及び解析部を備える。収集部は、磁気共鳴スペクトロスコピーによる解析用の磁気共鳴信号を、第１の代謝物からの磁気共鳴信号成分を完全に抑制する条件で収集し、渦電流補正用の磁気共鳴信号を、前記第１の代謝物と異なる第２の代謝物からの磁気共鳴信号成分を抑制する条件で収集する。解析部は、前記渦電流補正用の磁気共鳴信号を用いた前記渦電流補正によって、前記解析用の磁気共鳴信号の周波数スペクトルを取得する。
本発明の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成図。 図１に示すコンピュータの機能ブロック図。 MRS解析用のパルスシーケンスの一例を示す図。 MRS解析用のパルスシーケンスの別の一例を示す図。 図２に示すデータ処理部における渦電流補正を含むMRS解析処理の流れの一例を示すフローチャート。 図２に示すデータ処理部における渦電流補正を含むMRS解析処理の流れの別の一例を示すフローチャート。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置の動作の一例を示すフローチャート。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置の動作の別の一例を示すフローチャート。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置の効果を示す図。
本発明の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置について添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成図である。
磁気共鳴イメージング装置２０は、静磁場を形成する筒状の静磁場用磁石２１、この静磁場用磁石２１の内側に設けられたシムコイル２２、傾斜磁場コイル２３及びRFコイル２４を備えている。
また、磁気共鳴イメージング装置２０には、制御系２５が備えられる。制御系２５は、静磁場電源２６、傾斜磁場電源２７、シムコイル電源２８、送信器２９、受信器３０、シーケンスコントローラ３１及びコンピュータ３２を具備している。制御系２５の傾斜磁場電源２７は、Ｘ軸傾斜磁場電源２７ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源２７ｙ及びＺ軸傾斜磁場電源２７ｚで構成される。また、コンピュータ３２には、入力装置３３、表示装置３４、演算装置３５及び記憶装置３６が備えられる。
静磁場用磁石２１は静磁場電源２６と接続され、静磁場電源２６から供給された電流により撮像領域に静磁場を形成させる機能を有する。尚、静磁場用磁石２１は超伝導コイルで構成される場合が多く、励磁の際に静磁場電源２６と接続されて電流が供給されるが、一旦励磁された後は非接続状態とされるのが一般的である。また、静磁場用磁石２１を永久磁石で構成し、静磁場電源２６が設けられない場合もある。
また、静磁場用磁石２１の内側には、同軸上に筒状のシムコイル２２が設けられる。シムコイル２２はシムコイル電源２８と接続され、シムコイル電源２８からシムコイル２２に電流が供給されて静磁場が均一化されるように構成される。
傾斜磁場コイル２３は、Ｘ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙ及びＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚで構成され、静磁場用磁石２１の内側において筒状に形成される。傾斜磁場コイル２３の内側には寝台３７が設けられて撮像領域とされ、寝台３７には被検体Ｐがセットされる。RFコイル２４にはガントリに内蔵されたRF信号の送受信用の全身用コイル(WBC: whole body coil)や寝台３７や被検体Ｐ近傍に設けられるRF信号の受信用の局所コイルなどがある。
また、傾斜磁場コイル２３は、傾斜磁場電源２７と接続される。傾斜磁場コイル２３のＸ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙ及びＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚはそれぞれ、傾斜磁場電源２７のＸ軸傾斜磁場電源２７ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源２７ｙ及びＺ軸傾斜磁場電源２７ｚと接続される。
そして、Ｘ軸傾斜磁場電源２７ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源２７ｙ及びＺ軸傾斜磁場電源２７ｚからそれぞれＸ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙ及びＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚに供給された電流により、撮像領域にそれぞれＸ軸方向の傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸方向の傾斜磁場Ｇｙ、Ｚ軸方向の傾斜磁場Ｇｚを形成することができるように構成される。
RFコイル２４は、送信器２９及び受信器３０の少なくとも一方と接続される。送信用のRFコイル２４は、送信器２９からRF信号を受けて被検体Ｐに送信する機能を有し、受信用のRFコイル２４は、被検体Ｐ内部の原子核スピンのRF信号による励起に伴って発生したMR信号を受信して受信器３０に与える機能を有する。
一方、制御系２５のシーケンスコントローラ３１は、傾斜磁場電源２７、送信器２９及び受信器３０と接続される。シーケンスコントローラ３１は傾斜磁場電源２７、送信器２９及び受信器３０を駆動させるために必要な制御情報、例えば傾斜磁場電源２７に印加すべきパルス電流の強度や印加時間、印加タイミング等の動作制御情報を記述したシーケンス情報を記憶する機能と、記憶した所定のシーケンスに従って傾斜磁場電源２７、送信器２９及び受信器３０を駆動させることによりＸ軸傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ，Ｚ軸傾斜磁場Ｇｚ及びRF信号を発生させる機能を有する。
また、シーケンスコントローラ３１は、受信器３０におけるMR信号の検波及びA/D (analog to digital)変換により得られた複素データである生データ(raw data)を受けてコンピュータ３２に与えるように構成される。
このため、送信器２９には、シーケンスコントローラ３１から受けた制御情報に基づいてRF信号をRFコイル２４に与える機能が備えられる一方、受信器３０には、RFコイル２４から受けたMR信号を検波して所要の信号処理を実行するとともにＡ／Ｄ変換することにより、デジタル化された複素データである生データを生成する機能と生成した生データをシーケンスコントローラ３１に与える機能とが備えられる。
また、コンピュータ３２の記憶装置３６に保存されたプログラムを演算装置３５で実行することにより、コンピュータ３２には各種機能が備えられる。ただし、プログラムの少なくとも一部に代えて、各種機能を有する特定の回路を磁気共鳴イメージング装置２０に設けてもよい。
図２は、図１に示すコンピュータ３２の機能ブロック図である。
コンピュータ３２の演算装置３５は、記憶装置３６に保存されたプログラムを実行することによりデータ収集条件設定部４０及びデータ処理部４１として機能する。データ処理部４１は、MRS解析部４１Ａ及び渦電流補正部４１Ｂを有する。また、記憶装置３６は、ｋ空間データ記憶部４２及び検査データ記憶部４３として機能する。尚、コンピュータ３２も電子回路によって構成される。従って、コンピュータ３２を回路の一種と捉えれば、データ収集条件設定部４０及びデータ処理部４１は、回路によって構成することができると言うこともできる。
データ収集条件設定部４０は、入力装置３３からの指示情報に基づいてMRS解析用のデータ収集条件を設定し、設定したデータ収集条件をシーケンスコントローラ３１に出力する機能を有する。MRS解析用のデータ収集条件としては、脂肪抑制パルスや水抑制パルスの印加を伴うパルスシーケンスを設定することができる。また、MRS解析データのSNRを向上させるために、複数回に亘って繰返しMR信号を収集してアベレージングを実行するためのデータ収集条件を設定することができる。
MRS解析では、渦電流による影響を補正する渦電流補正処理が収集データに対して実行される。このため、MRS解析用のデータ収集条件として、MRS解析用のデータ自体を収集するデータ収集条件に加え、渦電流補正に用いられる補正データの収集用のデータ収集条件が設定される。
図３はMRS解析用のパルスシーケンスの一例を示す図である。
図３(A), (B)において、RFはRFパルス及びMRエコー信号を、Gssはスライス選択(SS: slice selection)方向における傾斜磁場パルスを、Gro/peは読み出し(RO: readout)方向及び位相エンコード(PE: phase encode)方向における傾斜磁場パルスを、それぞれ示す。また、図３(A)はMRS解析用のデータを収集するためのパルスシーケンスの一例を示しており、図３(B)は渦電流補正用の補正データを収集するためのパルスシーケンスの一例を示している。
MRS解析用のデータを収集するためのパルスシーケンスは、水抑制(water saturation)シーケンスとデータ収集シーケンスとによって構成することができる。水抑制シーケンスは、水からのMR信号である水信号を抑制するためのRF水抑制パルスと、エンコード用傾斜磁場パルスとを印加するシーケンスとすることができる。図３(A)に示す例では、水抑制パルスとして、３つのRFパルスで構成されるケミカルシフト選択(CHESS: chemical shift selective)パルスが用いられている。一方、データ収集シーケンスは、スライス選択用傾斜磁場パルスを伴って９０°RF励起パルス及び１８０°RF反転パルスを印加するシーケンスとすることができる。
このような水抑制シーケンスとデータ収集シーケンスに従ってRFパルス及び傾斜磁場パルスを印加すると、MRS解析用のMRエコー信号を収集することができる。
主としてCoherent averagingを伴う胸部(breast)検査等の場合には、水信号の抑制効果を低減させた条件でMRS解析用のMR信号を収集することが診断上好適な場合がある。図３(A)は、水抑制効果を低減させてMRS解析用のMR信号を収集する場合の例を示している。つまり、図３(A)は、水からのMR信号成分を不完全に抑制する条件で、MRS解析用のMR信号を収集する場合の例を示している。具体的には、水抑制シーケンスにおいて、１番目と２番目の各RFパルスのフリップ角(FA: flip angle)が９０°であるのに対し、水信号が過剰に抑制されないように３番目のRFパルスのFAが９０°よりも小さい角度αに調整されている。
一方、渦電流補正用の補正データを収集するためのパルスシーケンスは、脂肪抑制(fat saturation) シーケンスと補正データ収集シーケンスとによって構成することができる。脂肪抑制シーケンスは、脂肪からのMR信号である脂肪信号を抑制するための脂肪抑制パルスと、エンコード用傾斜磁場パルスとを印加するシーケンスとすることができる。一方、補正データ収集シーケンスは、図３(A)に示すMRS解析用のデータを収集するためのデータ収集シーケンスと同様のシーケンスとすることができる。
脂肪抑制シーケンスは、図３(A)に示すCHESSパルスを構成する各RFパルスのFAを変えることによって作成することができる。具体的には、１番目と２番目の各RFパルスのFAを０°としてオフにし、３番目のRFパルスのFAを１００°等に設定することによって脂肪信号を抑制するための脂肪抑制パルスの印加を伴う脂肪抑制シーケンスを作成することができる。
尚、水抑制パルスとして用いられるRFパルスの周波数帯域は通常1〜2[ppm]程度であるが、脂肪抑制パルスとして用いられるRFパルスの周波数帯域は脂肪信号の共鳴周波数を中心とする5[ppm]程度の帯域とすることが適切である。
このような脂肪抑制シーケンスと補正データ収集シーケンスに従ってRFパルス及び傾斜磁場パルスを印加すると、脂肪信号が抑制された渦電流補正用のMRエコー信号を収集することができる。そうすると、水信号が十分に抑制されずに収集されたMRS解析用のMRエコー信号の渦電流補正を、渦電流補正用のMRエコー信号を用いて行った場合において、MRS解析用のMRエコー信号のSNRの劣化を低減させることができる。
尚、図３には、水抑制パルス及び脂肪抑制パルスとしてCHESSパルスを用いる例が示されているが、SPAIR (SPectral Attenuated Inversion Recovery)パルス等の任意の周波数選択的代謝物抑制パルスを用いることができる。
また、渦電流補正用の補正データを収集するためのパルスシーケンスにおいて、脂肪からのMR信号成分の抑制に代えて、又は脂肪からのMR信号成分の抑制に加えて、シリコーン等の脂肪以外の不要な代謝物からのMR信号成分を抑制するようにしてもよい。すなわち、渦電流補正によってMRS解析用のMR信号のSNRの劣化に繋がり得る単一又は複数の所望の代謝物からの不要なMR信号を抑制して渦電流補正用のMR信号を収集することができる。
例えば、図３(B)に例示されるように代謝物抑制シーケンスにおいて３つのRFパルスを印加する場合であれば、脂肪信号に加えて他の代謝物信号を抑制する条件を設定することができる。すなわち、代謝物抑制シーケンスを構成する複数のRFパルスを、互いに異なる複数の代謝物からの不要なMR信号の抑制用に用いることができる。
より具体的な例として、１番目のRFパルスのFAを０°に設定してOFFに、２番目のRFパルスの周波数帯域を水の共鳴周波数よりも8[ppm]程度高周波側における代謝物の共鳴周波数を中心とする帯域に、３番目のRFパルスの周波数帯域を水の共鳴周波数よりも1[ppm]程度高周波側における脂肪の共鳴周波数を中心とする帯域に、それぞれ設定することができる。これにより、脂肪信号及び代謝物信号の双方が抑制された渦電流補正用のMR信号を収集することができる。
同様に、水の共鳴周波数よりも高周波側における周波数を共鳴周波数とする代謝物からのMR信号と、水の共鳴周波数よりも低周波側における周波数を共鳴周波数とする代謝物からのMR信号を、CHESSパルス等の周波数選択的RFパルスによってそれぞれ抑制する条件を設定することができる。
図４はMRS解析用のパルスシーケンスの別の一例を示す図である。
図４(A), (B)において、RFはRFパルス及びMRエコー信号を、Gssはスライス選択方向における傾斜磁場パルスを、Gro/peは読み出し方向及び位相エンコード方向における傾斜磁場パルスを、それぞれ示す。また、図４(A)はMRS解析用のデータを収集するためのパルスシーケンスの一例を示しており、図４(B)は渦電流補正用の補正データを収集するためのパルスシーケンスの一例を示している。
主として肝臓検査等の場合には、水抑制を行わない条件でMRS解析用のMR信号を収集することが診断上好適な場合がある。図４(A)は、水抑制を行わない条件でMRS解析用のMR信号を収集する場合の例を示している。すなわち、図４(A)に示すMRS解析用のデータを収集するためのパルスシーケンスでは、図３(A)に示すデータ収集シーケンスと同様なデータ収集シーケンスに先だって水抑制パルスが印加されない。
このように水抑制を行わずにMRS解析用のMR信号を収集する場合には、図４(B)に示すように周波数選択的脂肪抑制RFパルスの印加を伴うシーケンスを渦電流補正用の補正データを収集するためのパルスシーケンスとして設定することが好適である。すなわち、脂肪抑制シーケンスと、補正データ収集シーケンスとによって補正データの収集用のパルスシーケンスを構成することができる。
そうすると、脂肪信号が抑制された渦電流補正用のMRエコー信号を収集することができる。このため、水信号が抑制されずに収集されたMRS解析用のMR信号の渦電流補正を渦電流補正用のMR信号を用いて行った場合において、MRS解析用のMR信号のSNRの劣化を低減させることができる。
尚、図４(B)に示すような補正データの収集用のパルスシーケンスを設定する場合には、図４(A)に示すように脂肪抑制RFパルスのFAを０°に設定してOFFにすることにより、簡易にMRS解析用データの収集用のパルスシーケンスを設定することができる。
また、図３に例示されるパルスシーケンスの場合と同様に、渦電流補正用のMR信号において複数の代謝物からの不要なMR信号が抑制されるように必要な数及び周波数帯域の周波数選択的代謝物抑制RFパルスを印加することができる。すなわち、水以外の単一又は複数の代謝物の共鳴周波数を中心周波数とする単一又は複数の周波数選択的代謝物抑制RFパルスを印加することによって不要な代謝物信号を抑制する代謝物抑制シーケンスと、補正データ収集シーケンスとによって補正データの収集用のパルスシーケンスを構成することができる。
図３(A)に例示されるように水からのMR信号成分を不完全に抑制する条件及び図４(A)に例示されるように水からのMR信号成分を抑制しない条件は、いずれも水からのMR信号成分が残存する条件であるが、水からのMR信号成分を完全に抑制する条件でMRS解析用のMR信号を収集してもよい。例えば、図３(A)に示すパルスシーケンスを用いてデータ収集を行う場合であれば、水抑制シーケンスにおける１番目から３番目までの各RFパルスのFAを９０°に設定することによって、水からのMR信号成分を完全に抑制する条件をデータ収集条件として設定することができる。
尚、「完全に」とは、条件がMR信号成分を不完全に抑制する条件ではなく理想的にはMR信号成分を完全に抑制する条件であるということを意味しており、抑制条件が理想的に完全である場合に必ずしもMR信号成分自体が完全に抑制される訳ではない。
データ処理部４１は、データ収集条件設定部４０においてパルスシーケンスとして設定されたデータ収集条件下で収集されるMRS解析用のMR信号に基づいて、検査情報を取得する機能を有する。具体的にはMRS解析用のMR信号のフーリエ変換(FT: Fourier transform)及び渦電流補正処理を含むデータ解析処理によって検査情報としてMR信号の周波数スペクトルが取得される。
検査情報として取得されたMR信号の周波数スペクトルは、表示装置３４にMRS解析データとして表示させることができる。また、MR信号の周波数スペクトルは、MRS解析データとして検査データ記憶部４３に保存することもできる。
MRS解析部４１Ａは、MRS解析用のMR信号のFTを含む解析処理によってMRS解析データとしてMR信号の周波数スペクトルを求める機能を有する。また、MRS解析処理の前処理又は後処理としてアベレージング等の必要な処理がMRS解析部４１Ａにおいて実行される。
渦電流補正部４１Ｂは、渦電流補正用のMR信号を補正用データとして用いることによって、MRS解析用のMR信号の渦電流補正処理を実行する機能を有する。渦電流補正用のMR信号は、図３(B)や図４(B)に例示されるようなシーケンスを用いたプレスキャンによって収集することができる。但し、図３(A)や図４(A)に例示されるようなシーケンスによってMRS解析用のMR信号を収集し、MRS解析用のMR信号を渦電流補正用のMR信号としても用いるようにしてもよい。つまり、自己データを用いて渦電流補正を行うこともできる。
更に、渦電流補正部４１Ｂは、脂肪信号やシリコーン信号等の水信号以外の不要な所定の代謝物からのMR信号成分の影響を除去する補正処理を補正用データに対して実行し、所定の代謝物からのMR信号成分の影響が除去された補正処理後の補正用データを用いてMRS解析用のMR信号の渦電流補正処理を実行するように構成されている。以下では、主として脂肪信号の影響を渦電流補正用のMR信号から除去する補正処理について説明するが、シリコーン信号等の水信号以外の不要な代謝物からのMR信号成分の影響を渦電流補正用のMR信号から除去する補正処理についても同様である。
図５は図２に示すデータ処理部４１における渦電流補正を含むMRS解析処理の流れの一例を示すフローチャートである。
まずステップＳ１において渦電流補正用データとして収集されたMR信号に含まれる脂肪信号の中心周波数が渦電流補正用のMR信号の中心周波数となるように渦電流補正用のMR信号の位相補正が実行される。位相補正後のデータ収集点t (t = 1, 2, ..., N)における渦電流補正用のMR信号をrefPh(t)とすると、位相補正は式(1)で表される。
refPh(t) = ref(t)exp(2πtΔfΔt) (1)
但し、式(1)においてref(t)は位相補正前のデータ収集点tにおける渦電流補正用のMR信号を、Δfは脂肪信号と水信号の周波数の差を、ΔtはMR信号のデータ収集点t当たりの時間を、それぞれ示す。尚、1.5[T]の磁場下では、脂肪信号と水信号の周波数の差は-225[Hz]である。また、MR信号のデータ収集点t当たりの時間Δtは通常1x10-3[s]程度である。
次にステップＳ２において位相補正後の渦電流補正用のMR信号のタイムドメイン上におけるコンボリューション処理結果を元の位相補正後の渦電流補正用のMR信号から減算（サブトラクション）する処理が実行される。コンボリューション処理では、位相補正後の渦電流補正用のMR信号から低周波数成分が抽出される。従って、コンボリューション処理結果を減算する処理によって、低周波数成分に相当する脂肪信号が除去された位相補正後の渦電流補正用のMR信号が求められる。
脂肪信号が除去された位相補正後の渦電流補正用のMR信号refPhSub(t)を算出する処理は、式(2)で表される。
refPhSub(t) = refPh(t)-refPh(t)*G(t) (2)
但し、式(2)においてG(t)はタイムドメイン上におけるコンボリューションフィルタとして用いられるガウシアン関数を、*はコンボリューション演算を、それぞれ示す。
次にステップＳ３において脂肪信号の中心周波数を渦電流補正用のMR信号の中心周波数とする位相補正によってシフトした位相補正量をキャンセルする逆位相補正が実行される。すなわち、式(2)に示す減算処理後の渦電流補正用のMR信号の中心周波数を水信号の中心周波数にシフトさせる逆位相補正が実行される。この逆位相補正処理によって、中心周波数が水信号の中心周波数となり、かつ脂肪信号が除去された渦電流補正用のMR信号を得ることができる。
逆位相補正処理は、ステップＳ１における位相補正処理に対して補正量の符号を反転させた位相補正処理となる。従って、中心周波数が水信号の中心周波数となり、かつ不要な脂肪信号が除去された渦電流補正用のMR信号refWat(t)を逆位相補正処理によって求める演算は、式(3)で表される。
refWat(t) = refPhSub(t)exp(-2πtΔfΔt) (3)
以上のステップＳ１からステップＳ３に示す処理は、渦電流補正部４１Ｂにおいて渦電流補正用データに対して実行される、不要な信号成分を除去するための補正処理である。渦電流補正用データの補正処理が完了すると、不要な信号成分が除去された補正後の渦電流補正用データを用いた渦電流補正を含むMRS解析処理を行うことが可能となる。
このため、ステップＳ４において、補正後の渦電流補正用データを用いたMRS解析用のMR信号の渦電流補正処理が渦電流補正部４１Ｂにより実行される。渦電流補正は、式(4)で表される。
Raw_cor(t) = Raw(t)exp{-jφ(t)} (4)
但し、式(4)においてRaw_cor(t)は渦電流補正後のMRS解析用のMR信号を、Raw(t)は渦電流補正前におけるMRS解析用のMR信号を、φ(t)は補正後における渦電流補正用のMR信号refWat(t)の位相を、それぞれ示す。
式(4)に示すように、渦電流補正は、渦電流補正用のMR信号refWat(t)の位相φ(t)によるデータ収集点tごとのタイムドメイン上における割り算となる。尚、補正後における渦電流補正用のMR信号refWat(t)の位相φ(t)は式(5)で求められる。
φ(t) = Arctan{Im_refWat(t), Re_refWat(t)} (5)
但し、式(5)においてIm_refWat(t)は補正後における渦電流補正用のMR信号refWat(t)の虚部を、Re_refWat(t)は補正後における渦電流補正用のMR信号refWat(t)の実部を、それぞれ示す。
渦電流補正が終わると、ステップＳ５においてMRS解析部４１ＡによるMRS解析処理が実行される。具体的には、渦電流補正後のMRS解析用のMR信号Raw_cor(t)に対して高速フーリエ変換(FFT: fast FT)が実行される。この結果、MRS解析データとして渦電流補正後におけるMR信号Raw_cor(t)の周波数スペクトルを得ることができる。
尚、渦電流補正用のMR信号から脂肪信号以外の不要な代謝物信号を除去する補正処理を行うこともできる。その場合には、除去対象となる代謝物信号の中心周波数を渦電流補正用のMR信号の中心周波数とする位相補正処理を行った後に渦電流補正用のMR信号から低周波数成分を減算する処理を行えばよい。従って、除去対象となる代謝物信号の中心周波数に応じて位相補正量を変えながらステップＳ１からステップＳ３までの補正処理を複数回繰返すことによって所望の複数の代謝物信号を渦電流補正用のMR信号から除去することができる。
すなわち、所定の代謝物のみならず、所定の代謝物と異なる別の不要な代謝物からのMR信号成分の影響を補正処理によって更に渦電流補正用のMR信号から除去することができる。具体例として、上述したように脂肪信号及びシリコーン信号の影響を補正処理によって渦電流補正用のMR信号から除去することができる。
図６は図２に示すデータ処理部４１における渦電流補正を含むMRS解析処理の流れの別の一例を示すフローチャートである。尚、図６において図５に示すステップと同様のステップには同符号を付して詳細な説明を省略する。
渦電流補正用データから不要な脂肪信号成分を除去する補正として、ステップＳ１０において、タイムドメイン上におけるコンボリューション処理を行うこともできる。補正前のデータ収集点tにおける渦電流補正用のMR信号ref(t)から補正後における渦電流補正用のMR信号refWat(t)を求めるためのコンボリューション処理は、式(6)で表される。
refWat(t) = ref(t)*G(t) (6)
但し、式(6)においてG(t)はタイムドメイン上におけるコンボリューションフィルタとして用いられるガウシアン関数を、*はコンボリューション演算を、それぞれ示す。
式(6)に示すコンボリューション処理を行うと、補正前における渦電流補正用のMR信号ref(t)から低周波数成分に相当する水信号を抽出することができる。このため、抽出された水信号を補正後における渦電流補正用のMR信号refWat(t)として用いることができる。これにより、水信号のみからなる渦電流補正用のMR信号refWat(t)を取得することができる。
補正後における渦電流補正用のMR信号refWat(t)が取得されると、図５に示す例と同様に、ステップＳ４における渦電流補正及びステップＳ５におけるFFTによって渦電流補正後におけるMR信号Raw_cor(t)の周波数スペクトルを得ることができる。
尚、上述したような渦電流補正を伴うMRS解析処理は、シングルボクセル撮像に限らず、マルチボクセル撮像においても同様に実行することができる。
以上のような機能を有するコンピュータ３２のデータ収集条件設定部４０は、静磁場用磁石２１、シムコイル２２、傾斜磁場コイル２３及びRFコイル２４等のハードウェアと協働することによって、MRSによる解析用のMR信号を収集し、解析用のMR信号の渦電流補正用のMR信号を所定の代謝物からのMR信号成分を抑制する条件で被検体から収集する収集部として機能する。但し、同様な機能が備えられれば、他の構成要素によって収集部を構成してもよい。
この収集部では、水等の第１の代謝物からのMR信号成分が残存する条件又は第１の代謝物からのMR信号成分を完全に抑制する条件で解析用のMR信号を収集することができる。第１の代謝物からのMR信号成分が残存する条件としては、第１の代謝物からのMR信号成分を不完全に抑制する条件又は第１の代謝物からのMR信号成分を抑制しない条件が挙げられる。一方、収集部により、第１の代謝物と異なる脂肪又はシリコーン等の第２の代謝物からのMR信号成分を抑制する条件で渦電流補正用のMR信号を収集することができる。
尚、第１及び第２の代謝物と異なる第３の代謝物からのMR信号成分が更に抑制される条件で渦電流補正用のMR信号を収集することもできる。また、解析用のMR信号とは別に渦電流補正用のMR信号を被検体Ｏから収集する代わりに、解析用のMR信号を渦電流補正用のMR信号として用いるようにしてもよい。
一方、コンピュータ３２のデータ処理部４１は、渦電流補正用のMR信号に基づく解析用のMR信号の渦電流補正を含む処理によって解析用のMR信号の周波数スペクトルを取得する解析部としての機能を有している。解析部としてのデータ処理部４１は、特に、渦電流補正用のMR信号に対して、所定の代謝物からのMR信号成分の影響を除去する補正処理を行い、補正処理後における渦電流補正用のMR信号を用いた渦電流補正を含む処理によって解析用のMR信号の周波数スペクトルを取得することができるように構成されている。
上記の補正処理としては、水等の第１の代謝物と異なる脂肪等の第２の代謝物からのMR信号成分の影響を除去する処理とすることができる。この場合、補正処理として、中心周波数を第２の代謝物からのMR信号成分の中心周波数とする位相補正後の渦電流補正用のMR信号から第２の代謝物からのMR信号成分を抽出して減算する減算処理を行い、減算処理後の渦電流補正用のMR信号の中心周波数を第１の代謝物からのMR信号成分の中心周波数にシフトさせる逆位相補正を実行することができる。或いは、上記の補正処理として、渦電流補正用のMR信号から第１の代謝物からのMR信号成分を抽出し、抽出された第１の代謝物からのMR信号成分を補正処理後における渦電流補正用のMR信号とする処理を実行するようにしてもよい。
また、補正処理において第１及び第２の代謝物と異なる第３の代謝物からのMR信号成分を更に渦電流補正用のMR信号から除去するようにしてもよい。
次に磁気共鳴イメージング装置２０の動作及び作用について説明する。
図７は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０の動作の一例を示すフローチャートである。
まず予め寝台３７に被検体Ｐがセットされ、静磁場電源２６により励磁された静磁場用磁石２１(超伝導磁石)の撮像領域に静磁場が形成される。また、シムコイル電源２８からシムコイル２２に電流が供給されて撮像領域に形成された静磁場が均一化される。
次にステップＳ２０において、データ収集条件設定部４０により図３や図４に例示されるようなMRS解析用のMR信号を収集する本スキャン用のシーケンスと、脂肪抑制を伴って渦電流補正用のMR信号を収集するプレスキャン用のシーケンスが設定される。具体的には、本スキャン用のシーケンスとして、水からのMR信号成分が残存するシーケンス又は水からのMR信号成分を完全に抑制するシーケンスが設定される。水からのMR信号成分が残存するシーケンスとしては、図３(A)に例示されるように不完全に水抑制を行うシーケンス又は図４(A)に例示されるように水抑制を行わないシーケンスが設定される。また、プレスキャンにおいて水信号及び脂肪信号以外のシリコーン信号等の代謝物信号を抑制する代謝物抑制シーケンスを設定してもよい。
次にステップＳ２１において、プレスキャン用のシーケンスに従ってプレスキャンが実行される。これにより、渦電流補正用のMR信号が収集される。
具体的には、データ収集条件設定部４０からパルスシーケンスを含むデータ収集条件がシーケンスコントローラ３１に出力される。そうすると、シーケンスコントローラ３１は、データ収集条件に従って傾斜磁場電源２７、送信器２９及び受信器３０を駆動させることにより被検体Ｐがセットされた撮像領域に傾斜磁場を形成させるとともに、RFコイル２４からRF信号を発生させる。
このため、被検体Ｐの内部における核磁気共鳴により生じたMR信号が、RFコイル２４により受信されて受信器３０に与えられる。受信器３０は、RFコイル２４からMR信号を受けて必要な信号処理を施した後、シーケンスコントローラ３１を通じてコンピュータ３２に出力する。
そうすると、コンピュータ３２に出力されたMR信号が、渦電流補正用データとして渦電流補正部４１Ｂに与えられる。この渦電流補正用データは脂肪抑制されたデータとなる。
次にステップＳ２２において、本スキャン用のシーケンスに従って本スキャンが実行される。これにより、プレスキャンと同様な流れでMRS解析用のMR信号が収集される。収集されたMRS解析用のMR信号は、渦電流補正の対象として渦電流補正部４１Ｂに与えられる。尚、MRS解析用のMR信号に対する渦電流補正の前処理がMRS解析部４１Ａにおいて適宜実行される。
次にステップＳ２３において、渦電流補正部４１Ｂは、渦電流補正用データから脂肪信号の影響を除去する補正を行う。これにより、脂肪信号の影響が除去された補正後の渦電流補正用データが生成される。
具体例として図５のステップＳ１からステップＳ３に示すような位相補正を含む処理によって、渦電流補正用データから脂肪信号が除去される。尚、必要に応じて位相補正量を変えてシリコーン信号等の脂肪信号以外の代謝物信号を除去する補正を行ってもよい。或いは、図６のステップＳ１０に示すように、渦電流補正用データの低周波成分を抽出する処理によって水信号のみからなる渦電流補正用データを補正後のデータとして取得するようにしてもよい。この場合には、水信号以外の全ての代謝物信号の影響を除去することが可能である。
次にステップＳ２４において、渦電流補正部４１Ｂは、補正後の渦電流補正用データを用いてMRS解析用のMR信号に対する渦電流補正を実行する。渦電流補正は、式(4)に示すような補正後の渦電流補正用データの位相によるデータ収集点ごとのMRS解析用のMR信号の除算となる。
次にステップＳ２５において、MRS解析部４１Ａは、渦電流補正後におけるMRS解析用のMR信号に対してFFTを施す。これにより、MR信号の周波数スペクトルがMRS解析データとして取得される。水からのMR信号成分が残存するシーケンスによってMRS解析用のMR信号が収集された場合、取得される周波数スペクトルは、水抑制効果が不完全なMR信号又は水抑制効果がないMR信号の渦電流補正後のMR信号に基づいて生成されている。
但し、周波数スペクトルの生成に用いられるMR信号は、脂肪抑制された渦電流補正用データから更に脂肪信号等の不要な代謝物信号を除去する補正を行って補正された渦電流補正用データを用いて渦電流補正されている。このため、渦電流補正に伴う脂肪信号等の代謝物信号のSNRの劣化を回避することができる。もちろん、水からのMR信号成分を完全に抑制するシーケンスによってMRS解析用のMR信号が収集された場合においても、渦電流補正に伴う脂肪信号等の代謝物信号のSNRの劣化を回避することができる。
尚、図７に示すフローチャートにおいて、プレスキャンにおいて脂肪信号等の不要な代謝物信号の抑制が行われているため、渦電流補正用データから不要な代謝物信号を除去する補正を省略してもよい。
図８は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０の動作の別の一例を示すフローチャートである。尚、図８において図７に示すステップと同様のステップには同符号を付して詳細な説明を省略する。
MRS解析における渦電流補正用データには、MRS解析用のMR信号自体を用いることもできる。その場合には、渦電流補正用の参照データを収集するためのプレスキャンが不要となる。
このため、ステップＳ３０において、データ収集条件設定部４０により、水からのMR信号成分が残存するシーケンス又は水からのMR信号成分を完全に抑制するシーケンスが本スキャン用のシーケンスとして設定される。水からのMR信号成分が残存するシーケンスを設定する場合には、図３(A)に例示されるように不完全に水抑制を行うシーケンス又は図４(A)に例示されるように水抑制を行わないシーケンスが本スキャン用のシーケンスとして設定される。
次にステップＳ２２において、本スキャン用のシーケンスに従って本スキャンが実行される。本スキャンによって収集されたMRS解析用のMR信号は渦電流補正部４１Ｂに与えられる。
次にステップＳ３１において、渦電流補正部４１Ｂは、MRS解析用のMR信号の少なくとも一部を、渦電流補正用データとして抽出する。そして、ステップＳ２３における脂肪信号等の不要な代謝物信号の影響を渦電流補正用データから除去する補正を行った後、ステップＳ２４における補正後の渦電流補正用データを用いたMRS解析用のMR信号の渦電流補正及びステップＳ２５におけるFFTによるMR信号の周波数スペクトルの生成を行うことができる。
このように生成された周波数スペクトルは、脂肪信号等の不要な代謝物信号の影響を除去する補正を行って補正された渦電流補正用データを用いて渦電流補正されたMR信号に基づいて生成されている。このため、周波数スペクトルの生成対象となるMR信号の水抑制効果が完全である場合はもちろん、完全ではない場合であっても、周波数スペクトルにおけるMR信号のSNRの劣化を回避することができる。
つまり以上のような磁気共鳴イメージング装置２０は、MRS解析用のMR信号の渦電流補正を行う際に、脂肪信号やシリコーン信号等の不要な代謝物信号が除去又は抑制された補正用データを用いて渦電流補正を行うことができるようにしたものである。
このため、磁気共鳴イメージング装置２０によれば、MR信号の渦電流補正を伴うMRS解析を行う場合において、渦電流補正用データに不要な代謝物信号成分が含まれることに起因する必要な代謝物信号成分のSNRにおける劣化を回避することができる。
図９は図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０の効果を示す図である。
図９において各横軸は周波数を示し、各縦軸は信号強度を示す。図９の(A), (B), (C)はいずれも水と脂肪を含むファントムから水抑制せずに収集したMR信号の周波数スペクトルを示している。図９(A)は渦電流補正を行わずに生成したMR信号の周波数スペクトルを、図９(B)は渦電流補正用データの補正を伴わない従来の渦電流補正を行って生成したMR信号の周波数スペクトルを、図９(C)は渦電流補正用データの補正を伴う渦電流補正を行って生成したMR信号の周波数スペクトルを、それぞれ示す。
水抑制せずにMR信号を収集し、かつ渦電流補正用データの補正を伴わない従来の渦電流補正を行ってMR信号の周波数スペクトルを生成すると、図９(B)に示すように、脂肪信号のSNRが劣化する。これに対して、渦電流補正用データから脂肪信号を除去する補正を行うと、図９(C)に示すように、周波数スペクトルにおける脂肪信号のSNRの劣化を回避することができる。
尚、渦電流の影響が大きい場合には、渦電流補正を行わずに生成した周波数スペクトルにおいても、脂肪信号のSNRが劣化する場合がある。そのような場合には、脂肪信号成分を除去する補正を行った渦電流補正用データに基づく渦電流補正によって、周波数スペクトルにおける脂肪信号のSNRを向上させることができる。
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
２０ 磁気共鳴イメージング装置
２１ 静磁場用磁石
２２ シムコイル
２３ 傾斜磁場コイル
２４ RFコイル
２５ 制御系
２６ 静磁場電源
２７ 傾斜磁場電源
２８ シムコイル電源
２９ 送信器
３０ 受信器
３１ シーケンスコントローラ
３２ コンピュータ
３３ 入力装置
３４ 表示装置
３５ 演算装置
３６ 記憶装置
３７ 寝台
４０ データ収集条件設定部
４１ データ処理部
４１Ａ MRS解析部
４１Ｂ 渦電流補正部
４２ ｋ空間データ記憶部
４３ 検査データ記憶部
Ｐ 被検体

Claims (15)

  1. 磁気共鳴スペクトロスコピーによる解析用の磁気共鳴信号を、第１の代謝物からの磁気共鳴信号成分が残存する条件で収集する収集部と、
    渦電流補正用の磁気共鳴信号に対して、前記第１の代謝物と異なる第２の代謝物からの磁気共鳴信号成分の影響を除去する補正処理を行い、前記補正処理後の磁気共鳴信号を用いた前記渦電流補正によって、前記解析用の磁気共鳴信号の周波数スペクトルを取得する解析部と、
    を備える磁気共鳴イメージング装置。
  2. 前記収集部は、前記第１の代謝物からの磁気共鳴信号成分を不完全に抑制する条件又は前記第１の代謝物からの磁気共鳴信号成分を抑制しない条件で、前記解析用の磁気共鳴信号を収集するように構成される請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
  3. 磁気共鳴スペクトロスコピーによる解析用の磁気共鳴信号を、第１の代謝物からの磁気共鳴信号成分を完全に抑制する条件で収集する収集部と、
    渦電流補正用の磁気共鳴信号に対して、前記第１の代謝物と異なる第２の代謝物からの磁気共鳴信号成分の影響を除去する補正処理を行い、前記補正処理後の磁気共鳴信号を用いた前記渦電流補正によって、前記解析用の磁気共鳴信号の周波数スペクトルを取得する解析部と、
    を備える磁気共鳴イメージング装置。
  4. 前記解析部は、前記補正処理として、中心周波数を前記第２の代謝物からの前記磁気共鳴信号成分の中心周波数とする位相補正後の前記渦電流補正用の磁気共鳴信号から、前記第２の代謝物からの前記磁気共鳴信号成分を抽出して減算する減算処理を行い、前記減算処理後の前記渦電流補正用の磁気共鳴信号の中心周波数を前記第１の代謝物からの磁気共鳴信号成分の中心周波数にシフトさせる逆位相補正を実行するように構成される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  5. 前記解析部は、前記補正処理として、前記渦電流補正用の磁気共鳴信号から前記第１の代謝物からの前記磁気共鳴信号成分を抽出し、抽出された前記第１の代謝物からの前記磁気共鳴信号成分を前記補正処理後における前記渦電流補正用の磁気共鳴信号とする処理を実行するように構成される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  6. 前記解析部は、前記補正処理において前記第１及び第２の代謝物と異なる別の代謝物からの磁気共鳴信号成分の影響を更に除去するように構成される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  7. 前記解析部は、前記解析用の磁気共鳴信号を前記渦電流補正用の磁気共鳴信号として用いるように構成される請求項１乃至６のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  8. 前記収集部は、前記解析用の磁気共鳴信号とは別に前記渦電流補正用の磁気共鳴信号を収集するように構成される請求項１乃至６のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  9. 前記収集部は、前記第２の代謝物からの磁気共鳴信号成分が抑制される条件で前記渦電流補正用の磁気共鳴信号を収集するように構成される請求項１乃至８のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  10. 前記第１の代謝物は水であり、前記第２の代謝物は脂肪又はシリコーンである請求項１乃至９のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  11. 磁気共鳴スペクトロスコピーによる解析用の磁気共鳴信号を、第１の代謝物からの磁気共鳴信号成分が残存する条件で収集し、渦電流補正用の磁気共鳴信号を、前記第１の代謝物と異なる第２の代謝物からの磁気共鳴信号成分を抑制する条件で収集する収集部と、
    前記渦電流補正用の磁気共鳴信号を用いた前記渦電流補正によって、前記解析用の磁気共鳴信号の周波数スペクトルを取得する解析部と、
    を備える磁気共鳴イメージング装置。
  12. 前記収集部は、前記第１の代謝物からの磁気共鳴信号成分を不完全に抑制する条件又は前記第１の代謝物からの磁気共鳴信号成分を抑制しない条件で、前記解析用の磁気共鳴信号を収集するように構成される請求項１１記載の磁気共鳴イメージング装置。
  13. 磁気共鳴スペクトロスコピーによる解析用の磁気共鳴信号を、第１の代謝物からの磁気共鳴信号成分を完全に抑制する条件で収集し、渦電流補正用の磁気共鳴信号を、前記第１の代謝物と異なる第２の代謝物からの磁気共鳴信号成分を抑制する条件で収集する収集部と、
    前記渦電流補正用の磁気共鳴信号を用いた前記渦電流補正によって、前記解析用の磁気共鳴信号の周波数スペクトルを取得する解析部と、
    を備える磁気共鳴イメージング装置。
  14. 前記収集部は、前記第１及び第２の代謝物と異なる別の代謝物からの磁気共鳴信号成分が更に抑制される条件で前記渦電流補正用の磁気共鳴信号を収集するように構成される請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  15. 前記第１の代謝物は水であり、前記第２の代謝物は脂肪又はシリコーンである請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
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