JPH0578333B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、磁気共鳴（MR：magnetic
resonance）現象を利用して被検体（生体）のス
ライス画像等の形態情報やスペクトロスコピー等
の形態情報を得る磁気共鳴イメージング装置に関
し、特に高分解能イメージングを可能にした磁気
共鳴イメージング装置に関する。

（従来の技術） 磁気共鳴現象は、静磁場中に置れた零でないス
ピン及び磁気モーメントを持つ原子核が特定の周
波数の電磁波のみを共鳴的に吸収・放出する現象
であり、この原子核は下記式にす角周波数ω₀（ω₀
＝2πν₀，ν₀；ラーモア周波数）で共鳴する。

ω₀＝γH₀ ここで、γは原子核の種類に固有の磁気回転比
であり、また、H₀は静磁場強度である。

以上の原理を利用して生体診断を行う装置は、
上述の共鳴吸収の後に誘起される上記と同じ周波
数の電磁波を信号処理して、原子核密度、縦緩和
時間T₁、横緩和時間T₂、流れ、化学シフト等の
情報が反映された診断情報例えば被検体のスライ
ス像等を無侵襲で得るようにしている。

そして、磁気共鳴による診断情報の収集は、静
磁場中に配置した被検体の全部を励起し且つ信号
収集することができるものであるが、装置構成上
の制約やイメージング像の臨床上の要請から、実
際の装置としては特定部位に対する励起とその信
号収集を行うようにしている。

ここで、磁気共鳴イメージングによつて得られ
る画像情報の高分解能化について説明する。すな
わち、磁気共鳴イメージングで観測できる信号
（通常はエコー信号）は、第１０図ａに示すよう
に対象物体（被検体）Ｋ−空間（周波数空間）上
の点であり、また、第１０図ｂに示すように、デ
ータの収集方式によりリードアウト方向、エンコ
ード方向等の区別があり、これは実際のデータ収
集の上では重要ではあるが、数学的には本質的に
同じである。ここで、周波数空間の端の点は、物
体の高周波成分に相当する。原の物体を高分解能
で推定（再構成）しようとすると、より広い領域
のエコーデータを収集しなければならない。例え
ば、第１１図に示すように、より小さな領域のデ
ータからは、これから推定（再構成）した画像デ
ータはボケたものとなる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、Ｋ−空間における位置情報は、被検
体中のスピンの受けた傾斜磁場の積量に比例する
のであるから、原データの高周波成分を観測する
には、大きな傾斜磁場を必要とする。この場合、
傾斜磁場の積分量を増大させるには、強度を増大
させるか印加時間を増大させるのいずれかであ
る。しかし、傾斜磁場の印加時間を増大させると
T₂効果により信号が減衰してしまい、また、エ
コー時間Teはエコー信号の誘起に関するもので
ある等の重要なパラメータであるので、無作為に
印加時間を増大させることはできないものであ
る。従つて、傾斜磁場の強度を増大させることに
より、傾斜磁場の積分量を大きくし、原データの
高周波成分を観測し得、上述した高分解能化を実
現することができる。しかし乍、そのために、傾
斜磁場の電源を始めとして機器の大容量化を招く
ことになり、装置構成上、実用的でなかつた。

そこで本発明の目的は、傾斜磁場系の大容量化
を招くことなく高分解能イメージングを可能にし
た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。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記問題点を解決し且つ目的を達成す
るために次のような手段を講じたことを特徴とし
ている。すなわち、本発明は、被検体に印加され
る静磁場を発生する静磁場発生手段と、 前記被検体に印加される傾斜磁場を発生する傾
斜磁場発生手段と、 前記被検体に印加される高周波励起パルスを送
信すると共に前記被検体から誘起される磁気共鳴
信号を受信する送受信手段と、 前記被検体内におけるイメージング対象領域を
磁気共鳴励起すると共に当該領域から磁気共鳴信
号を収集するべく、前記傾斜磁場発生手段及び前
記送受信号手段を駆動するパルスシーケンスを実
行する制御手段と、 空間上における前記被検体の非存在領域を、前
記制御手段を実行することにより前記送受信手段
より得た磁気共鳴信号の信号レベルの大きさを判
定することにより確定する確定手段と、 前記制御手段を実行することにより前記送受信
手段より得た原磁気共鳴信号をフーリエ変換し、
前記確定手段により得られる前記被検体の非存在
領域に関する情報に基づき前記フーリエ変換され
た磁気共鳴信号における前記領域の外側成分を零
設定し、この零設定された磁気共鳴信号を逆フー
リエ変換し、この逆フーリエ変換された磁気共鳴
信号を前記原磁気共鳴信号に一致する処理を反復
して繰返すことにより、前記領域のみからの磁気
共鳴信号の周波数スペクトルデータを得る超解像
処理手段と、 この超解像処理手段により得られた磁気共鳴信
号の周波数スペクトルデータに基づき前記領域に
関する情報を生成する生成手段と、 を具備する磁気共鳴イメージング装置、である。

（作 用） このような構成の本発明によれば、次のような
作用を奏する。すなわち、制御手段を駆動するこ
とにより、被検体内におけるイメージング対象領
域を磁気共鳴励起すると共に当該領域から磁気共
鳴信号を収集するべく、傾斜磁場発生手段及び送
受信手段を駆動するパルスシーケンが実行され、
送受信手段からは前記イメージング対象領域から
の磁気共鳴信号が得られる。また、確定手段によ
つて、空間上における被検体の非存在領域は、制
御手段を実行することにより送受信手段より得た
磁気共鳴信号の信号レベルの大きさを判定するこ
とにより確定される。そして、超解像処理手段
は、確定手段により得られる送受信手段の非存在
領域に関する情報に基づき、送受信手段からの磁
気共鳴信号を超解像処理することができる。

このように本発明によれば、磁気共鳴信号はス
ペクトルであるから解析関数であつて、この場
合、被検体からの磁気共鳴信号により収集領域つ
まり有限関数であることを特定できるので、これ
らにより超解像の原理による信号処理を行うこと
ができるようになり、よつて傾斜磁場系の大容量
化を招くことなく、小領域からのデータをそれぞ
れ解析接続して高分解能のデータを得ることがで
きるようになる。

（実施例） 実施例の説明に先立ち超解像の原理について説
明する。すなわち、文献「安藤繁、土井康弘：超
解像−その原理と算法−、計測と制御、22巻10
号、828／836（1983）」によれば、超解像は、原画
像ｆが有限関数であるとそのフーリエ変換Ｆは解
析関数となり当該解析関数の一部を知り得れば解
析接続により原画像ｆに基づくフーリエ変換Ｆを
複元できる、というものである。これを第４図ａ
〜ｅを参照して説明する。すなわち、第４図ａに
示すように有限物体を考えるとき、第４図ｂに示
すようにその周波数スペクトルは解析関数とな
る。この場合、第４図ｂのうち第４図ｃに示すＡ
だけに基づき原の物体を推定すれば、第４図ｄに
示すように高周波成分が欠如する（エツジが正し
く切れない。）また、一致の法則により解析関数
は解析接続が適用可能であるので、第４図ｂのう
ち第４図ｃに示すＢについてを解析接続した後に
原の物体を推定すれば、第４図ｅに示すように原
の物体を正しく復元できるようになる。

上述の解析接続を含む実際のアルゴリズムとし
ては、演算の容易さ等の理由により反復法が代表
例である。すなわち、第５図に示すように、磁気
共鳴信号のデータ収集による生データを、処理Ｓ
１として周波数空間上の有限帯域〔−Ω／２，
Ω／２〕の下で取込み、これを処理Ｓ２を介して
処理Ｓ３にてフーリエ変換（FFT）演算を実行
し、次に処理Ｓ４として後述する手法で知り得る
実空間上の物体範囲（空間有限）〔−Ｗ／２，
Ｗ／21〕の情報を得、これを処理３の出力に適用
し、処理５として物範囲外を零にする処理を実施
する。この処理５では帯域は急激なカツトにより
帯域外に伸びる。次に処理Ｓ６では逆フーリエ変
換（逆FFT）演算を実行し、この結果を処理Ｓ
２として周波数空間上の通過帯域〔−Ω／２，
Ω／２〕内で観測スペクトルに一致させる処理を
実行し、帯域外に伸びたスペクトルはそのままと
し、帯域内を本来の観測スペクトルに一致させ
る。上述の処理を反復して繰返し、処理５のブロ
ツクから出力データを復元データとして取出す。

以上の超解像の原理は磁気共鳴イメージングに
適用するに際しては、スペクトルの観測手法と、
物体の存在範囲を知る手法とが必要であるが、こ
の場合、スペクトルの観測は磁気共鳴イメージン
グ装置はスペクトル観測装置であるから、問題は
ない。従つて、物体の存在範囲を知る手法のみが
問題となる。これは、次の例が適用できる。

再構成画像等に基づく験情報を利用する手法 この手法は、必ずしも十分高周波でないＫ−空
間上の領域（収集データ）から推定（再構成）し
た物像（２次元、３次元を問わない。）は例えば
第６図に示すようにボケが生じているが、これは
例えば対象が頭部アキシヤル像であるという先験
情報が予め分つている場合は、その物体の存在領
域、非存在領域を知り得る。例えば、第７図に示
すように周辺部である頭皮の１／２の値をしきい
値として外部を油出すれば、上述したボケがある
画像からでも第８図に示すように物の存在領域、
非存在領域を容易に知ることができる。

この手法で、物体の存在領域、非存在領域を高
精度に知るには次のような方法を用いることがで
きる。すなわち、物体の存在領域、非存在領域を
知るために用いる磁気共鳴信号を収集するシーケ
ンスとして、スピンエコー法を適用するに際し、
エコー時間Teを長く設定すれば、前述したよう
に同じ傾斜磁場強度であつても十分な印加時間を
かけると傾斜磁場の積分量を得るとができ、十分
な分解能の物体存在領域推定用画像を得ることが
できる。この画像は臨床的には低画質であるとい
えるが物体存在領域推定用画像であるから、問題
は無く、上記シーケンの後に超解像に適用する信
号収集用シーケンスを実施すればよい。

磁気共鳴信号による投影データを利用する手法
磁気共鳴イメージングでは容易に投影データを得
ることができるので、上述の手法の如く画像を作
成するまでもなく第９図に示すようにして物体の
存在領域、非存在領域を推定できるものである。
もちろん、投影数を増加させれば推定の精度を向
上させることができる。また、前述のエコー時間
Teを長くすることによつて得るデータを用いる
ようにしてもよい。

以上が超解像法を磁気共鳴イメージングに適用
するための理論的考察であり、次に具体例を説明
する。

第１図は本実施例の磁気共鳴イメージング方法
を実施することができる装置の全体構成を示す
図、第２図はデータ収集系及び信号処理系のブロ
ツク図、第３図はパルスシーケンスのタイミング
図である。

第１図に示すように、被検体Ｐを内部に収容す
ることができるようになつているマグネツトアツ
センブリとして、常電導又は超電導方式による静
磁場コイル（静磁場補正用シムコイルが付加され
ていることもある。）１と、磁気共鳴信号の誘記
部位の位置情報付与のための傾斜磁場を発生する
ための傾斜磁場発生コイル２と、回転高周波磁場
を送信すると共に誘起された磁気共鳴信号（MR
信号）を検出するための送受信系であるコイルか
らなるプローブ３とを有し、超電導方式であれば
冷媒の供給制御系を含むものであつて主として静
磁場電源の通電制御を行う静磁場制御系４、Ｘ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸傾斜磁場電源７，８，９、送信器
５、受信器６、例えば第３図に示すシーケンスを
実施するシーケンサ１０、これらを制御すると共
に検出信号の信号処及びその表示を行うコンピユ
ータシステム１１、表示系１２により構成されて
いる。

また、プローブ３、受信器６、コンピユータシ
ステム１１、表示系１２は、第２図の如く詳細な
構成となつている。すなち、受信器６は、プロー
ブ３の受信コイルからの信号を後段の処理に適用
できる程度まで増幅する前置増幅器６ａと、この
前置増幅器６ａの出力を実数部と虚数部とでそれ
ぞれ位相検波する位相検波器６ｂと、この位相検
波器６ｂの出力をデイジタル信号化するＡ／Ｄ変
換６ｃと、このＡ／Ｄ変換６ｃの出力をコンピユ
ータシステム１１内に導入するインターフエース
６ｄとを備えている。

また、コンピユータシステム１１は、データバ
ス１１ａを介して、全体の制御を行うコントロー
ラ１１ｂと、インターフエース６ｄからのデータ
を最初に導入し、以降の再構成処理等に備える磁
気デイスク装置等の画像メモリ１１ｃと、この画
像メモリ１ｃからのデータを読込んで２次元像等
の画像を再構成する再構成装置１１ｄとを備え、
これまでのブロツクは通常の装置構成となつてお
り、この構成に加えて本実施例では超解像法プロ
セツサ１１ｅを備えている。

この超解像法プロセツサ１１ｅは、第５図の処
理フローを具体化したものである。すなわち、
Ａ／Ｄ変換器６ｃからの生データを取込んで第５
図の処理１，２を実行するつまり生データの取込
みと通過帯域内で観測スペクトルに入力データ
（逆FFT演算器１１e₅からの出）を一致させる処
理とを行う信号処理１１e₁と、第５の処理３つま
りフーリエ変換演算処理を行うFFT演算器１１
e₂と、第５図の処理５つまり後述する物体範囲設
定部１１e₄からの情報により物体範囲外を零にす
る信号処理器１１e₃と、第５図の処理４つまり前
述した物体存在範囲の推定手法に基づき物体範囲
を設定する情報を得る物体範囲設定部１１e₄と、
第５図の処理６つまり信号処理器１１e₃の出力を
逆フーリエ変換演算処理を行う逆FFT演算器１
１e₅と、これらの処理を所定回数だけ反復した後
に復原データとしてデータバス１１ａに与えるイ
ンターフエイス１１e₆とより構成されている。

以上の構成で、データ収集シーケンスとして
は、静磁場中に被検体Ｐを配置すると共に、シー
ケンサ１０動作による例えば第３図に示すスピン
−エコー法のパルスシーケンスによる送信器５を
駆動して例えばプローブ３の送信コイルから回転
磁場を加えると共に傾斜磁場電源７，８，９を駆
動して傾斜磁場発生コイル２からは傾斜磁場を加
え、選択励起部位を設定してその部位からの信号
をプローブ３の受信コイルから収集するものであ
るが、これを２回実行し、先に得たデータを物体
存在領域の推定に用い、後に得たデータを超解像
プロセツサ１１ｅで処理し、診断情報として用い
るものである。

すなわち、先づ、物体範囲を知るシーケンスと
して例えば第３図の通常のスピン・エコー法のシ
ーケンスを実行し、物体範囲設定部１１ｅ４によ
り第６図〜第９図に示した手法で物体存在領域を
示す情報を得る。そして、次のシーケンスで得た
信号は超解像プロセツサ１１ｅに取込んで第５図
に示す処理を実行し、これをデータバス１１ａを
介して画像メモリ１１ｃ、再構成装置１１ｄによ
り例えば２次元像を生成し、表示系１２にてその
再構成画像を表示する。

以上のように本実施例によれば、先のシーケン
スで物体つまり画像化範囲を知り、その後の収集
データを超解像法により信号処理するようにした
ので、傾斜磁場系の大容量化を招くことなく、小
さな領域からのデータのみを用いて高分解能イメ
ージングを行うことができる。

また、上述と逆に分解能を低下させることなく
傾斜磁場系の低容量化を図ることができる。さら
に、短いエコー時間の下での高分解能イメージン
グが実現できるものである。

なお、本発明はその収集データの処理に特徴を
有するものであつて上述の装置構成は各種のもの
が適用できるものであり、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施できる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、被検体に印加される静
磁場を発生する静磁場発生手段と、 前記被検体に印加される傾斜磁場を発生する傾
斜磁場発生手段と、 前記被検体に印加される高周波励起パルスを送
信すると共に前記被検体から誘起される磁気共鳴
信号を受信する送受信手段と、 前記被検体内におけるイメージング対象領域を
磁気共鳴励起すると共に当該領域から磁気共鳴信
号を収集するべく、前記傾斜磁場発生手段及び前
記送受信手段を駆動するパルスシーケンスを実行
する制御手段と、 空間上における前記被検体の非存在領域を、前
記制御手段を実行することにより前記送受信手段
より得た磁気共鳴信号の信号レベルの大きさを判
定することにより確定する確定手段と、 前記制御手段を実行することにより前記送受信
手段より得た原磁気共鳴信号をフーリエ変換し、
前記確定手段により得られる前記被検体の非存在
領域に関する情報に基づき前記フーリエ変換され
た磁気共鳴信号における前記領域の外側成分を零
設定し、この零設定された磁気共鳴信号を逆フー
リエ変換し、この逆フーリエ変換された磁気共鳴
信号を前記原磁気共鳴信号に一致する処理を反復
して繰返すことにより、前記領域のみからの磁気
共鳴信号の周波数スペクトルデータを得る超解像
処理手段と、 この超解像処理手段により得られた磁気共鳴信
号の周波数スペクトルデータに基づき前記領域に
関する情報を生成する生成手段と、 を具備する磁気共鳴イメージング装置、である。

このような構成の本発明によれば、次のような
作用を奏する。すなわち、制御手段を駆動するこ
とにより、被検体内におけるイメージング対象領
域を磁気共鳴励起すると共に当該領域から磁気共
鳴信号を収集するべく、傾斜磁場発生手段及び送
受信手段を駆動するパルスシーケンスが実行さ
れ、送受信手段からは前記イメージング対象領域
からの磁気共鳴信号が得られる。また、確定手段
によつて、空間上における被検体の非存在領域
は、制御手段を実行することにより送受信手段よ
り得た磁気共鳴信号の信号レベルの大きさを判定
することにより確定される。そして、超解像処理
手段は、確定手段により得られる前記被検体の非
存在領域に関する情報に基づき、送受信手段から
の磁気共鳴信号を超解像処理することができる。

このように本発明によれば、磁気共鳴信号はス
ペクトルであるから解析関数であつて、この場
合、被検体からの磁気共鳴信号により収集領域つ
まり有限関であることを特定できるので、これら
により超解像の原による信号処理を行うことがで
きるようになり、よつて傾斜磁場系の大容量化を
招くことなく、小領域からのデータをそれぞれ解
析接続して高分解能のデータを得ることができる
磁気共鳴イメージング装置を提供できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明による磁気共鳴イメー
ジング装置の一実施例の構成を示すものであつて
第１図は全体の構成図、第２図は第１図における
プローブ、受信器、コンピユータシステム、表示
系の詳細な構成図、第３図はパルスシーケンスの
タイミング図、第４図〜第９図はそれぞれ超解像
法を磁気共鳴イメージングに適用する際の原理を
説明する図、第１０図及び第１１図は磁気共鳴イ
メージングにおける高分解能化の手法を示す図で
ある。 １……静磁場コイル、２……傾斜磁場コイル、
３……プローブ、４……静磁場制御系、５……送
信器、６……受信器、６ａ……前置増幅器、６ｂ
……位相検波器、６ｃ……Ａ／Ｄ変換器、６ｄ…
…インターフエース、７……Ｘ軸傾斜磁場電源、
８……Ｙ軸傾斜磁場電源、９……Ｚ軸傾斜磁場電
源、１０……シーケンサ、１１……コンピユータ
システム、１１ａ……データバス、１１ｂ……コ
ントローラ、１１ｃ……画像メモリ、１１ｄ……
再構成装置、１１ｅ……超解像法プロセツサ、１
２……表示系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検体に印加される静磁場を発生する静磁場
   発生手段と、 前記被検体に印加される傾斜磁場を発生する傾
   斜磁場発生手段と、 前記被検体に印加される高周波励起パルスを送
   信すると共に前記被検体から誘起される磁気共鳴
   信号を受信する送受信手段と、 前記被検体内におけるイメージング対象領域を
   磁気共鳴励起すると共に当該領域から磁気共鳴信
   号を収集するべく、前記傾斜磁場発生手段及び前
   記送受信手段を駆動するパルスシーケンスを実行
   する制御手段と、 空間上における前記被検体の非存在領域を、前
   記制御手段を実行することにより前記送受信手段
   より得た磁気共鳴信号の信号レベルの大きさを判
   定することにより確定する確定手段と、 前記制御手段を実行することにより前記送受信
   手段より得た原磁気共鳴信号をフーリエ変換し、
   前記確定手段により得られる前記被検体の非存在
   領域に関する情報に基づき前記フーリエ変換され
   た磁気共鳴信号における前記領域の外側成分を零
   設定し、この零設定された磁気共鳴信号を逆フー
   リエ変換し、この逆フーリエ変換された磁気共鳴
   信号を前記原磁気共鳴信号に一致する処理を反復
   して繰返すことにより、前記領域のみからの磁気
   共鳴信号の周波数スペクトルデータを得る超解像
   処理手段と、 この超解像処理手段により得られた磁気共鳴信
   号の周波数スペクトルデータに基づき前記領域に
   関する情報を生成する生成手段と、 を具備する磁気共鳴イメージング装置。