特許 7161377 画像処理装置、及び、それを含む磁気共鳴イメージング装置及び磁気共鳴イメージングシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-18

(45)【発行日】2022-10-26

(54)【発明の名称】画像処理装置、及び、それを含む磁気共鳴イメージング装置及び磁気共鳴イメージングシステム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/055 20060101AFI20221019BHJP

【ＦＩ】

A61B5/055 380

A61B5/055 311

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018208813

(22)【出願日】2018-11-06

(65)【公開番号】P2020074839

(43)【公開日】2020-05-21

【審査請求日】2021-06-15

(73)【特許権者】

【識別番号】320011683

【氏名又は名称】富士フイルムヘルスケア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000888

【氏名又は名称】特許業務法人 山王坂特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】谷口 陽

(72)【発明者】

【氏名】金澤 裕樹

(72)【発明者】

【氏名】小野 順玄

【審査官】櫃本 研太郎

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１３－５３９７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０７８９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３４５１４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００３９７０８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－０２４９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】GANZETTI M., et al.，Whole brain myelin mapping using T1- and T2-weighted MR imaging data，Frontiers in Human Neuroscience，2014年，vol.8,Article 671，pp.1-14

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／０５５

Ｇ０１Ｒ ３３／２８－３３／６４

Ｗｉｌｅｙ Ｏｎｌｉｎｅ Ｌｉｂｒａｒｙ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検体の定量値の分布を取得する定量値分布取得部と、
前記定量値の分布から得られる縦緩和速度又は縦緩和時間、及び、横緩和速度又は横緩和時間を変数とする関数に従ってミエリン画像を得る画像生成部と、を備え、
前記定量値分布取得部は、磁気共鳴撮像により得た被検体の再構成画像から、当該再構成画像の信号値と被検体の定量値との関係を定めた信号関数を用いて、前記被検体の定量値分布を取得し、
前記画像生成部の前記関数は、縦緩和速度と横緩和速度との積を含む関数、又は、前記縦緩和速度から算出したＴ１強調像の画素値を前記横緩和速度から算出したＴ２強調像の画素値で除算する式を含む関数である画像処理装置。

【請求項2】

請求項１記載の画像処理装置であって、
予め定めた撮影シーケンスに従って、静磁場の中に置かれた被検体に高周波磁場および傾斜磁場を印加して前記被検体から発生するエコー信号を計測して得られた再構成画像を取得する再構成画像取得部をさらに備え、
前記定量値分布取得部が、前記再構成画像取得部が取得した前記再構成画像を用いて、前記被検体の定量値の分布を取得し、ミエリン画像を得る画像処理装置。

【請求項3】

請求項１記載の画像処理装置であって、
前記横緩和速度は、見かけの横緩和速度を含むか又は見かけの横緩和速度を用いて算出した横緩和速度を含む画像処理装置。

【請求項4】

請求項１記載の画像処理装置であって、
前記信号関数は、複数の異なる撮影パラメータ及び被検体パラメータの組み合わせそれぞれについて、数値シミュレーションを実行して得られた結果を補間することにより生成される画像処理装置。

【請求項5】

請求項１に記載の画像処理装置を含み、
予め定めた撮影シーケンスに従って、静磁場の中に置かれた被検体に高周波磁場および傾斜磁場を印加して、前記被検体から発生するエコー信号を計測する計測部と、
前記エコー信号から再構成画像を得る画像再構成部と、を備え、
前記定量値分布取得部は、前記再構成画像から前記被検体の定量値の分布を取得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6】

請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記撮影シーケンスの撮影条件を異ならせた複数種類の撮影によって、それぞれ得られた複数の前記再構成画像、及び、前記被検体の定量値と前記再構成画像の信号値との関係を定めた信号関数を用いて、前記被検体の定量値の分布を推定するパラメータ推定部をさらに備え、前記パラメータ推定部は、前記定量値として縦緩和速度又は縦緩和時間及び横緩和速度又は横緩和時間を推定し、
前記定量値分布取得部は、前記パラメータ推定部が推定した前記被検体の定量値の分布を取得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7】

予め定めた撮影シーケンスに従って、静磁場の中に置かれた被検体に高周波磁場および傾斜磁場を印加して、前記被検体から発生するエコー信号を計測する計測部、及び、前記エコー信号から再構成画像を得る画像再構成部を備えた磁気共鳴イメージング装置と、
請求項１記載の画像処理装置と、を備えた磁気共鳴イメージングシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気共鳴イメージング装置、画像処理装置及び磁気共鳴イメージングシステムに関し、特に、演算によりミエリン画像を生成する磁気共鳴イメージング装置、画像処理装置及び磁気共鳴イメージングシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置は、被検体の組織に含まれる特定の原子核、典型的には水素の原子核、に核磁気共鳴を起こさせ、発生する核磁気共鳴信号（エコー信号）を受信し、受信した核磁気共鳴信号から画像再構成することで被検体の画像を得る医用画像診断装置である。

【0003】

ＭＲＩ装置で得られる核磁気共鳴信号の強度は、組織における水素原子核のスピン密度に大きく依存するが、その他、装置的な条件、撮影に用いるパルスシーケンスや撮影パラメータなどの撮影条件、及び、被検体組織の特性などの被検体側の要因によっても変動する。
装置的な条件は、磁場強度、受信感度分布などであり、これらをまとめて装置パラメータという。また、撮影パラメータには、繰り返し時間や高周波磁場の設定強度、高周波磁場の位相などがある。被検体側の要因には、スピン密度の他に、縦緩和時間、横緩和時間、共鳴周波数、拡散係数、高周波磁場の照射強度分布などが含まれ、上述したスピン密度を含め、これらを総称して被検体パラメータという。

【0004】

このように核磁気共鳴信号の強度を決定する複数のパラメータのうち、特定のパラメータの値を、パラメータ値と信号強度との関係を示す信号関数を用いて画像間の計算で求め、パラメータの値を画素値とする手法がある（特許文献１）。この手法で得られる画像は計算画像或いは定量値画像などと呼ばれる。

【0005】

ところで、近年、ＭＲＩにてミエリン量に応じたコントラストのミエリン画像を取得する方法が注目されている。ミエリンは、神経細胞の軸索の周りに存在するリン脂質の層であり、ミエリンがあることにより、軸索を流れる信号の速度が二桁速くなると言われている。また、脳の発達とともにミエリンが増えることが知られている。このミエリンが破壊される疾患を脱髄疾患といい、その代表は多発性硬化症である。ミエリン画像はこうした疾患の診断や、ミエリンを再生させる治療薬の評価に有用である。

【0006】

ミエリン画像を、Ｔ１強調像とＴ２強調像との比を計算することにより生成する手法が知られている。この手法は簡便にミエリン画像を得られる利点がある一方で、Ｔ１強調像とＴ２強調像の画素値は撮影条件によって様々に変化することから、ミエリン画像のコントラストが一定しないという問題がある。そこで、非特許文献１では、ヒストグラムを利用してＴ１強調像とＴ２強調像のコントラストを一定に調整する方法を提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１１－０２４９２６号公報

【非特許文献】

【0008】

【文献】Ｇａｎｚｅｔｔｉ Ｍ， Ｗｅｎｄｅｒｏｔｈ Ｎ， Ｍａｎｔｉｎｉ Ｄ， Ｗｈｏｌｅ ｂｒａｉｎ ｍｙｅｌｉｎ ｍａｐｐｉｎｇ ｕｓｉｎｇ Ｔ１－ ａｎｄ Ｔ２－ｗｅｉｇｈｔｅｄ ＭＲ ｉｍａｇｉｎｇ ｄａｔａ， Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ ｉｎ Ｈｕｍａｎ Ｎｅｕｒｏｓｃｉｅｎｃｅ， ２０１４， ６７１．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、上述のようにＴ１強調像又はＴ２強調像の各画素の画素値は、撮像シーケンスが同一であってもＴＥやＴＲ等の撮影条件に依存して変動する。つまり、Ｔ１強調像及びＴ２強調像の各画素値はパラメータによって定まる。このため、非特許文献１に記載された手法のように単にコントラストを調整するのみでは、撮影条件の異なるＴ１強調像及びＴ２強調像から生成するミエリン画像は必ずしも同一にはならない場合がある。

【0010】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、撮影条件にかかわらず安定したコントラストでミエリン画像を生成することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、予め定めた撮影シーケンスに従って、静磁場の中に置かれた被検体に高周波磁場および傾斜磁場を印加して、前記被検体から発生するエコー信号を計測する計測部と、前記エコー信号から再構成画像を得る画像再構成部と、前記撮影シーケンスの撮影条件を異ならせた複数種類の撮影によって、それぞれ得られた複数の前記再構成画像、及び、前記被検体の定量値と前記再構成画像の信号値との関係を定めた信号関数を用いて、前記被検体の定量値の分布を推定するパラメータ推定部と、前記定量値の分布から任意の画像を生成する画像生成部と、を備え、前記パラメータ推定部は、前記定量値として縦緩和速度又は縦緩和時間及び横緩和速度又は横緩和時間を推定し、前記画像生成部は、縦緩和速度又は縦緩和時間及び横緩和速度又は横緩和時間を変数とする関数に従ってミエリン画像を生成する磁気共鳴イメージング装置を提供する。

【0012】

本発明の他の態様は、被検体の定量値の分布を取得する定量値分布取得部と、
前記定量値の分布から得られる縦緩和速度又は縦緩和時間及び横緩和速度又は横緩和時間を変数とする関数に従ってミエリン画像を得る画像生成部と、を備える画像処理装置を提供する。

【0013】

本発明のさらに他の態様は、予め定めた撮影シーケンスに従って、静磁場の中に置かれた被検体に高周波磁場および傾斜磁場を印加して、前記被検体から発生するエコー信号を計測する計測部、及び、前記エコー信号から再構成画像を得る画像再構成部を備えた磁気共鳴イメージング装置と、上記画像処理装置を備えた磁気共鳴イメージングシステムを提供する。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、撮影条件にかかわらず安定したコントラストでミエリン画像を生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態に係る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2】図１の磁気共鳴イメージング装置における計算機の概略構成を示す説明図である。

【図3】グラディエントエコー（撮像シーケンス）の一例を示すタイミングチャートである。

【図4】信号関数の強度の一部を示すグラフである。

【図5】パラメータ値の推定に用いるパラメータセットの一例である。

【図6】図６は、定量値の分布及び定量値の分布から得られる画像の一例を示す参考図であり、具体的には、（Ａ）はＴ１マップ、（Ｂ）はＴ２マップ、（Ｃ）は本実施形態のＭＲＩ装置によって生成されるミエリン画像（Ｒ１×Ｒ２）、（Ｄ）は従来のミエリン画像（Ｔ１Ｗ／Ｔ２Ｗ）の一例を示す参考図である。

【図7】本発明の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置においてミエリン画像を生成する処理の流れを示すフローチャートである。

【図8】本発明の変形例に係る磁気共鳴イメージングシステムの概略構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置（以下、単に「ＭＲＩ装置」という）について、図面を参照して説明する。
図１に本実施形態に係るＭＲＩ装置の概略構成を示す。ＭＲＩ装置１００は、予め定めた撮影シーケンスに従って、静磁場の中に置かれた被検体に高周波磁場および傾斜磁場を印加して、前記被検体から発生するエコー信号を計測する計測部１５０と、計測部１５０によって計測したエコー信号に各種演算処理を行う演算部１６０とを備えている。

【0017】

計測部１５０は、静磁場を発生するマグネット１０１、傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル１０２、シーケンサ１０４、傾斜磁場電源１０５、高周波磁場発生器１０６、高周波磁場を照射すると共に核磁気共鳴信号を検出する送受信コイル１０７、及び受信器１０８を備えている。送受信コイル１０７は、図１に示す例では単一のものを示しているが送信コイルと受信コイルとを別個に備えていてもよい。
演算部１６０は、計算機１０９、ディスプレイ１１０、及び記憶媒体１１１を備えている。

【0018】

被検体１０３は、マグネット１０１が発生させる静磁場空間内の寝台（テーブル）に載置される。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、送受信コイル１０７を通じて被検体１０３に印加される。

【0019】

被検体１０３から発生した核磁気共鳴信号（エコー信号）は、送受信コイル１０７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（検波基準周波数ｆ０）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、画像再構成などの信号処理が行われる。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。

【0020】

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。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をパルスシーケンス(撮影シーケンス)という。撮像シーケンスについては後述する。

【0021】

計算機１０９は、中央処理装置１１９及びメモリ１２０を備え、ＭＲＩ装置１００全体を制御する。すなわち、計算機１０９は、パルスシーケンスに従って計測部１５０の各部を動作させ、撮影によって得られたエコー信号に対し各種の信号処理を施して所望の画像を得る演算装置として機能する。計算機１０９は、本実施形態においては、撮影シーケンスの撮影条件を異ならせた複数種類の撮影によって得られた複数の再構成画像に基づいて被検体の定量値の分布を推定し、定量値の分布からミエリン画像を生成する。

【0022】

このため、図２に示すように、計算機１０９の中央処理装置１１９は、計測部１５０が計測したエコー信号から再構成画像を得る画像再構成部２２０、画像再構成部２２０が作成した再構成画像を用いて所望の画像を生成する画像処理部２３０と、画像再構成部２２０及び画像処理部２３０並びに計測部１５０を含むＭＲＩ装置１００全体の制御を行う制御部２１０として機能する。また、画像処理部２３０は、被検体の定量値の分布を推定するパラメータ推定部２３２と、定量値の分布からミエリン画像を生成するミエリン画像生成部２３３として機能する。

【0023】

これらの中央処理装置１１９が実現する制御部２１０、画像再構成部２２０及び画像処理装置２３０の各機能は、中央処理装置１１９が記憶媒体１１１等のメモリに格納されたプログラムをメモリ１２０に読み込んで実行することによりソフトウエアとして実現することができる。

【0024】

また、中央処理装置１１９に含まれる各部が実行する動作の一部又は全部を、ＰＬＣ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）等のハードウェアにより実現することもできる。

【0025】

なお、パラメータ推定部２３２及び画像生成部２３３は、ＭＲＩ装置１００とは独立に設けられ、ＭＲＩ装置１００の計算機１０９とデータの送受信が可能な画像処理装置等の計算機において実現することもできる。また、計算機１０９はユーザによる撮影条件の設定などを受け付けるためのマウス、トラックパッドなどの入力装置を備えることができる（不図示）。

【0026】

以下、画像処理部２３０が有する、被検体の定量値の分布を推定するパラメータ推定部２３２と、定量値の分布からミエリン画像を生成するミエリン画像生成部２３３とについて詳細に説明する。
パラメータ推定部２３２は、定量値の分布として、例えば、Ｔ１マップ又はＲ１マップとＴ２マップ又はＲ２マップを取得する。具体的には、パラメータ推定部２３２は、例えば、画像再構成部２２０で得られた再構成画像と、再構成画像を取得する際に用いられた撮影シーケンスによって定まる信号関数とを用いて、縦緩和時間Ｔ１又は縦緩和速度Ｒ１＝１／Ｔ１と横緩和時間Ｔ２又は横緩和速度Ｒ２＝１／Ｔ２を定量値として推定し、定量値の分布としてＴ１マップ又はＲ１マップとＴ２マップ又はＲ２マップを推定する。

【0027】

ここで定量値とは、信号値を決定するパラメータのうち、被検体に依存するパラメータ（被検体パラメータ）、及び、装置固有のパラメータ（装置パラメータ）の少なくとも一つのパラメータであり、Ｔ１及びＴ２は被検体パラメータである。
被検体パラメータとしては、Ｔ１、Ｔ２の他にスピン密度（ρ）、共鳴周波数差（Δｆ０）、拡散係数（Ｄ）などがある。共鳴周波数差Δｆ０は、各画素の共鳴周波数と基準周波数ｆ０との差である。また、装置パラメータには、静磁場強度（Ｂ０）、高周波磁場の照射強度分布（Ｂ１）、受信コイルの感度分布（Ｓｃ）などがある。なお、照射強度分布Ｂ１と感度分布Ｓｃは装置だけでなく被検体にも依存するパラメータである。

【0028】

再構成画像の各信号値（画素値）を決定するパラメータには、上述した被検体パラメータ及び装置パラメータの他に、ユーザが任意に設定可能なパラメータとして撮影パラメータがある。撮影パラメータには、例えば、繰り返し時間（ＴＲ）、エコー時間（ＴＥ）、高周波磁場の設定強度（フリップ角（Ｆｌｉｐ Ａｎｇｌｅ：ＦＡ））、高周波磁場の位相（θ）などがある。

【0029】

信号関数は、これらパラメータと信号値との関係を表した関数であり、撮影シーケンスが決まれば、解析的に求めることができる。また、解析的に求められないシーケンスについては、特許文献１に開示されるように、数値シミュレーションによって求めることが可能である。本実施形態では、パラメータ推定部２３２が、数値シミュレーションによって求めた信号関数を用いて、定量値としてＴ１、Ｔ２を推定する。

【0030】

つまり、パラメータ推定部２３２は、予め数値シミュレーションによって撮影シーケンス毎に生成され、メモリ１２０やその他の記憶装置に記憶させておいた信号関数を用いて、画素毎の定量値として被検体パラメータ値であるＴ１，Ｔ２を推定し、Ｔ１マップ及びＴ２マップを定量値の分布として推定する。

【0031】

（信号関数の生成）
ここで、パラメータ推定部２３２が用いる信号関数について説明する。
上述のように、パラメータ値を推定する際にパラメータ推定部２３２が用いる信号関数は、予め数値シミュレーションによって生成し、記憶媒体１１１又はメモリ１２０等に記憶させておくことができる。信号関数は、計算機１０９が生成してもよく、他の演算装置等によって生成してもよい。信号関数は、例えば、特許文献１に開示される手法により生成することができる。

【0032】

具体的には、まず、数値シミュレーションによって以下の式（１）に示す信号関数を作成しておく。撮影パラメータとして、ＦＡ(フリップ角)、ＴＲ（繰り返し時間）、ＴＥ(エコー時間)、θ（ＲＦ位相増分値）が与えられているとすると、各画素の信号強度を表す信号関数ｆｓは以下のように表される。

【0033】

【数1】

【0034】

式（１）において、Ｔ１は縦緩和時間、Ｔ２は横緩和時間、ρはスピン密度、Ｂ１はＲＦの照射強度、Ｓｃは受信コイルの感度である。

【0035】

なお、撮影で得られるエコー信号が、図３に示すグラディエントエコー（詳細は後述）である場合には、横緩和時間Ｔ２はみかけの横緩和時間Ｔ２＊となる。Ｔ２とＴ２＊のどちらが得られるかは撮影シーケンスに依存し、パラメータ推定方法が影響されることはないため、以下、横緩和時間とみかけの横緩和時間を区別せずＴ２と表記する。

【0036】

ここで、信号関数ｆｓにおいて、Ｂ１は撮影時にはＦＡの係数となるため、ＦＡとの積の形に変換しておく。また、ρとＳｃは比例係数として信号強度に対して作用するため関数の外側に出し、ＴＥも指数関数の形で信号強度にかかるため同様に関数の外側に出す。

【0037】

被検体パラメータのＴ１、Ｔ２の任意の値に対して撮影パラメータＦＡ、ＴＲ、θを網羅的に変化させて数値シミュレーションにて信号を作成し、補間により信号関数を作成する。撮影対象のスピン密度ρとＢ１、Ｓｃは一定とし(例えば１とする)。

【0038】

撮影パラメータと被検体パラメータを網羅的に変化させる範囲には、それぞれ、実際の撮影に用いる撮影パラメータの範囲と、被検体のＴ１、Ｔ２の範囲が含まれるようにする。変化させるパラメータの範囲と値の一例を以下に示す。

【0039】

ＴＲ ４個［ｍｓ］：10, 20, 30, 40
ＦＡ １０個［度］：5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50, 60
θ １７個［度］：0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22
Ｔ２ １７個［ｓ］：0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.07, 0.1, 0.14, 0.19, 0.27, 0.38, 0.53, 0.74, 1.0, 1.4, 2.0, 2.8
Ｔ１ １５個［ｓ］：0.05, 0.07, 0.1, 0.14, 0.19, 0.27, 0.38, 0.53, 0.74, 1.0, 1.5, 2.0, 2.8, 4.0, 5.6

【0040】

以上の例では、撮影パラメータと被検体パラメータのすべての組み合わせから１７３４００個の撮影パラメータセットが構成される。この撮影パラメータセットについて、それぞれの信号値を計算機シミュレーションによって算出する。

【0041】

数値シミュレーションは、格子点上にスピンを配置した被検体モデルと撮影シーケンス、撮影パラメータ、装置パラメータを入力とし、磁気共鳴現象の基礎方程式であるＢｌｏｃｈの式を解いて磁気共鳴信号を出力する。被検体モデルはスピンの空間分布(γ,Ｍ０,Ｔ１,Ｔ２)として与えられる。ここで、γは磁気回転比、Ｍ０は熱平衡磁化(スピン密度)である。磁気共鳴信号を画像再構成することにより、与えられた条件での画像を得ることができる。

【0042】

Ｂｌｏｃｈの式は１階線形常微分方程式であり、次の式（２）で表される。

【数2】

【0043】

ここで、(ｘ,ｙ,ｚ)は３次元の直交座標系を表し、zは静磁場(強度がＢ０)の向きに等しい。また、(Ｍｘ,Ｍｙ,Ｍｚ)はスピン、Ｇｘ,Ｇｙ,Ｇｚはそれぞれ添字方向の傾斜磁場強度、Ｈ１は高周波磁場強度、Δｆ０は回転座標系の周波数である。

【0044】

計算機シミュレーションによって得られた信号値から、補間により信号関数ｆｓを構成する。補間には１次から３次程度の線形補間やスプライン補間を用いることが可能である。
上述のようにして作成した信号関数の強度の一部を図４に示す。図４では、Ｔ１＝９００ｍｓ、Ｔ２＝１００ｍｓ、θ＝５度の場合について、横軸と縦軸をそれぞれＦＡ、ＴＲとして表示した。

【0045】

（パラメータ値の推定）
次に、パラメータ推定部２３２は、上述の信号関数ｆｓと、撮影条件を異ならせた複数種類の撮影によって、得られた複数の再構成画像を用いて、被検体パラメータ及び装置パラメータの少なくとも一つを推定する。すなわち、複数の撮影パラメータのうち少なくとも一つを異ならせた複数のパラメータセットで撮影された再構成画像と、数値シミュレーションで算出した信号関数ｆｓを用いて、Ｔ１、Ｔ２を推定する。

【0046】

図５に、パラメータセットの一例を示す。図５に示すＰ１からＰ６までの撮影パラメータセットは、それぞれＦＡが１０度と４０度、位相増分θが２度、５度、７度、８度、２２度、繰り返し時間ＴＲが１０ｍｓ、３０ｍｓ、４０ｍｓの組み合わせからなる。また、撮像シーケンスはグラディエントエコー場合のＴＥは全て２ｍｓである。撮影シーケンスは、図３に示すＲＦ－ｓｐｏｉｌｅｄ ＧＥシーケンスである。

【0047】

なお、パラメータセットの数は、未知数である推定すべき被検体パラメータ及び装置パラメータの値の数より多ければよく、上記例に限定されない。パラメータセット数（画像数）を多くすればするほど推定精度が向上する。但し、その分撮影時間が長くなる。

【0048】

具体的には、複数の再構成画像における画素毎の信号値Ｉを、式（１）を変形した次式（３）関数ｆに対してフィッティングし、上記パラメータ値の推定を行う。

【0049】

【数3】

【0050】

関数フィッティングは、次式（４）で表される最小二乗法により行うことができる。

【数4】

【0051】

ここで、Ｉは所定のパラメータセット（ＦＡ、θ、ＴＲ、ＴＥ）における画像の画素値である。画素ごとの信号値（画素値）に対し上記推定を行うことで、それぞれのパラメータについて、パラメータマップ（パラメータ画像）が得られる。ミエリン画像は、縦緩和時間Ｔ１の逆数と横緩和時間Ｔ２の逆数の積として生成される。従って、本実施形態では、Ｔ１マップ及びＴ２マップを得る。

【0052】

ミエリン画像生成部２３３は、パラメータ推定部２３２によって推定されたＴ１マップ及びＴ２マップに基づいて、ミエリン量に応じた値を画素値とする画像を取得する。
具体的には、ミエリン画像生成部２３３は、Ｔ１マップ及びＴ２マップの各画素値を次の式（５）に代入してミエリン画像を生成する。

【0053】

【数5】

【0054】

式（５）がミエリン量を反映した画像コントラストを持つ理由は以下のとおりである。
非特許文献１には、Ｔ１強調像（Ｔ１Ｗ）とＴ２強調像（Ｔ２Ｗ）の除算Ｔ１Ｗ／Ｔ２Ｗによってミエリン画像が求められている。Ｔ１Ｗの輝度値はＴ１が長いほど小さくなり、Ｔ２Ｗの輝度値はＴ２が長いほど大きくなる。
すなわち、Ｔ１Ｗの画像コントラストは１／Ｔ１と近く、Ｔ２ＷはＴ２に近い。このことから以下の近似式（６）から式５が成り立つことを見出した。

【0055】

【数6】

【0056】

このように、ミエリン画像は、Ｔ１とＴ２の逆数の積を求める関数ｆ１（Ｔ１，Ｔ２）によって生成することができる。

【0057】

なお、Ｔ２の代わりに見かけの横緩和時間であるＴ２＊を用いても同様のコントラストでミエリン画像を得ることが可能である。また、プロトン密度とＴ１、Ｔ２＊から予めＴ２を求めるための多項式を生成しておき、この多項式を用いてＴ２を合成してもよい。
Ｔ１とＴ２の逆数はそれぞれ縦緩和速度Ｒ１と横緩和速度Ｒ２である。従って、式５は式７に変形することもできる。

【0058】

【数7】

【0059】

すなわち、縦緩和速度と横緩和速度の積を求める関数ｆ２（Ｒ１，Ｒ２）によってミエリン画像を生成することができる。なお、Ｒ２の代わりに見かけの横緩和速度であるＲ２＊を用いても同様のコントラストでミエリン画像を得ることが可能である。

【0060】

図６（Ａ）にＴ１マップ、（Ｂ）にＴ２マップ、（Ｃ）に本実施形態のＭＲＩ装置によって生成されるミエリン画像（Ｒ１×Ｒ２）、（Ｄ）に従来のミエリン画像（Ｔ１Ｗ／Ｔ２Ｗ）の一例を示す。図６（Ｃ）のミエリン画像（Ｒ１×Ｒ２画像）から、白質の輝度が大きくなっており、従来と同様、ミエリン量を反映した画像コントラストが得られていることがわかる。また、白質と灰白質のコントラストが図６（Ｄ）に示す従来のミエリン画像よりも強くなっていることから、本実施形態に係るＭＲＩ装置によって生成されるミエリン画像は、ミエリン量をより大きく反映した画像であることがわかる。

【0061】

以下、本実施形態に係るＭＲＩ装置において、Ｔ１マップ、Ｔ２マップを推定しミエリン画像を得る撮影の流れを、図７のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ３０１において、制御部２１０は、図示しない入力装置等を介してユーザによる撮影シーケンスの選択や撮影条件の設定を受け付けると、設定された撮影シーケンス及び撮影条件に従った指令をシーケンサ１０４に送る。

【0062】

本実施形態では、パラメータ値の分布を得るために、例えば図５に示すような複数の撮影パラメータのうち少なくとも一つを異ならせた複数組のパラメータセットが設定される。パラメータセットは、複数の組み合わせをプリセットしておいてもよいし、ユーザが任意に変更或いは選択可能にしてもよい。

【0063】

続いて、ステップＳ３０２において、シーケンサ１０４は、設定された撮影条件（パラメータセット）で撮影が行われるように計測部１５０の各部を制御し、計測部１５０は、設定された撮影シーケンスに従ってエコー信号を計測し、計測されたエコー信号をｋ空間に配置する。

【0064】

ここで、パラメータ値の分布の取得に用いる撮影シーケンスの一例を図５に示す。図５中、ＲＦ、Ａ／Ｄ、Ｇｓ、Ｇｐ、Ｇｒはそれぞれ、高周波磁場、信号受信、スライス傾斜磁場、位相エンコード傾斜磁場、リードアウト傾斜磁場を表す。この撮影シーケンスは、ＲＦ－ｓｐｏｉｌｅｄ ＧＥシーケンスで、この撮影シーケンスによって得られる画像の画素値は、主に被検体パラメータＴ１、Ｔ２*（みかけの横緩和時間）、ρと装置パラメータＢ１、Ｓｃに依存する。

【0065】

このパルスシーケンスでは、まず、スライス傾斜磁場パルス５０１の印加とともに高周波磁場（ＲＦ）パルス５０２を照射し、対象物体内のあるスライスの磁化を励起する。次いでスライス方向の位置情報付与とリフェーズをするためのスライスエンコード傾斜磁場パルス５０３と磁化の位相に位相エンコード方向の位置情報を付与するための位相エンコード傾斜磁場パルス５０４、ディフェーズ用リードアウト傾斜磁場５０５を印加した後、リードアウト方向の位置情報を付与するためのリードアウト傾斜磁場パルス５０６を印加しながら、信号受信時間５０７の間、磁気共鳴信号（グラディエントエコー）を計測する。そして最後にディフェーズ用位相エンコード傾斜磁場パルス５０８とディフェーズ用スライス傾斜磁場パルス５０９を印加する。

【0066】

計測部１５０は、以上の手順を繰り返し時間ＴＲで繰り返し、エコーを複数回計測する。繰り返しごとに位相エンコード傾斜磁場パルス（５０４、５０８）の強度（位相エンコード量ｋｐ）とスライスエンコード傾斜磁場パルス（５０３、５０９）の強度（スライスエンコード量ｋｓ）を変化させるとともにＲＦパルスの位相の増分値をθ_０ずつ変化させる（ｎ番目のＲＦパルスの位相はθ（ｎ）＝ （ｎ－１）＋θ_０×ｎとなる）。各エコーは３次元ｋ空間上に配置される。

【0067】

計測部１５０は、パラメータセットを変えながら、予定したパラメータセット数の計測が終了するまで、上述したエコー信号の計測を繰り返し、パラメータセット数と同数のｋ空間データを取得する（ステップＳ３０３）。

【0068】

ステップＳ３０４において、画像再構成部２２０は、収集されたｋ空間データを３次元逆フーリエ変換することによって画像を再構成する。ここでは、パラメータセットの数と同数の再構成画像が得られる。
次のステップＳ３０５において、パラメータ推定部２３２は、予め記憶された信号関数と、画像再構成部２２０が作成した複数の画像とを用いて、被検体パラメータ値を推定する。すなわち、パラメータ推定部２３２は、被検体パラメータであるＴ１、Ｔ２の値を画素毎に算出し、Ｔ１、Ｔ２マップを生成する。ステップＳ３０６において、ミエリン画像生成部２３３が、Ｔ１マップ及びＴ２マップからミエリン画像を生成し、ディスプレイ１１０に表示する。

【0069】

このように本実施形態によれば、定量値であるＴ１とＴ２あるいはＲ１とＲ２を用いてミエリン画像を合成するため、撮影条件によらず安定した画像コントラストが得られる。なお、本実施形態においては、パラメータ推定部２３２が、定量値を推定して定量値の分布を生成する例について説明したが、定量値の分布の取得方法はこれに限られず、既に生成された定量値の分布の入力を受け付けることにより取得してもよい。

【0070】

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、信号関数が解析的に求められない場合に数値シミュレーションを利用してＴ１、Ｔ２などの定量値を求める方法について示した。ここでは、信号関数が解析的に求められる、より一般的な場合の例を挙げる。

【0071】

グラディエントエコー系シーケンスの一つであるＦＬＡＳＨの画素値（横磁化強度Ｍｘｙ）は、以下の式（８）で表されることが知られている。

【0072】

【数8】

【0073】

ここで、ＴＲとαは撮影パラメータであり、それぞれ繰り返し時間とフリップ角である。また、Ｔ１は被検体パラメータの縦緩和時間である。

【0074】

また、スピンエコー（ＳＥ）法では、ＴＲがＴ１より十分に長い場合に以下の式（９）で表される。

【0075】

【数9】

【0076】

ここで、ＴＥは撮影パラメータのエコー時間、Ｔ２は被検体パラメータの縦緩和時間である。

【0077】

これらの式を用いれば、ａ１、ａ２、Ｔ１及びＴ２を推定することが可能である。
式（８）のＦＬＡＳＨを用いて被検体パラメータのＴ１を求める場合には、以下のようにする。ＦＬＡＳＨでＴＲを１００ｍｓ、ＦＡを３０°と６０°として、それぞれ画像Ａ、Ｂの２枚の画像を撮影する。画素ごとに画像Ａの値と画像Ｂの値を式（８）に最小二乗法などを用いてフィッティングし、ａ１とＴ１を求める。

【0078】

式（９）のＳＥを用いて被検体パラメータのＴ２を求める場合には、以下のようにする。ＴＲがＴ１より十分に長いＳＥでＴＥを２０ｍｓと４０ｍｓとして、それぞれ画像Ａ、Ｂの２枚の画像を撮影する。画素ごとに画像Ａの値と画像Ｂの値を式（９）に最小二乗法などを用いてフィッティングし、ａ２とＴ２を求める。

【0079】

ミエリン画像は、非特許文献１によるとＴ１Ｗ／Ｔ２Ｗである。Ｔ１ＷとＴ２Ｗは、上述の方法で算出したａ、Ｔ１及びＴ２を式（８）や式（９）に適宜代入してそれぞれ合成することが可能である。すなわち、以下の式（１０）及び式（１１）が成り立つ。

【0080】

【数10】

【0081】

【数11】

【0082】

ここで、ＴＲ、ＦＡ、ＴＥはそれぞれ定数であって、例えば３００ｍｓ、９０度、１００ｍｓなどとすればよい。よって、ミエリン画像は次の式（１２）に従って求めることもできる。

【0083】

【数12】

【0084】

（変形例）
以上の説明では、パラメータ値の推定からミエリン画像の生成までをＭＲＩ装置の画像処理部２３０において行う例について説明した。この画像処理部２３０の機能を、ＭＲＩ装置１００とは別の画像処理装置３００において実現し、ＭＲＩ装置１００と画像処理装置３００とによって磁気共鳴イメージングシステムを構成することもできる。

【0085】

例えば、図８に示すように、画像処理装置３００が、画像取得部２３１、パラメータ推定部２３２及びミエリン画像生成部２３３を備え、画像取得部２３１が、ＭＲＩ装置から再構成画像を取得し、これに基づいてパラメータ推定部２３２がＴ１マップ及びＴ２マップを推定し、推定したＴ１マップ及びＴ２マップからミエリン画像生成部２３３によりミエリン画像を生成する構成とすることもできる。

【0086】

なお、画像処理装置３００が予め生成されたＴ１マップ及びＴ２マップを取得して、Ｔ１マップ及びＴ２マップを推定せずに、取得したＴ１マップ及びＴ２マップからミエリン画像生成部２３３によりミエリン画像を生成する構成とすることもできる。
この磁気共鳴イメージングシステムにおいて、ＭＲＩ装置１００と画像処理装置３００とのデータのやりとりは、有線或いは無線によるデータ送受信手段、或いは可搬媒体など公知の手段を採用することができる。また、画像処理装置３００はクラウド等に構築されたものであってもよいし、複数のＣＰＵから構成されるものであってもよい。このように所定の演算機能をＭＲＩ装置とは別のモダリティで実現することにより、ユーザの自由度が増し、またＭＲＩ装置内の計算機の負荷を軽減することができる。

【符号の説明】

【0087】

１００・・・ＭＲＩ装置、１０１・・・マグネット、１０２・・・傾斜磁場コイル、１０３・・・被検体、１０４・・・シーケンサ、１０５・・・傾斜磁場電源、１０６・・・高周波磁場発生器、１０７・・・送受信コイル、１０８・・・受信器、１０９・・・計算機、１１０・・・ディスプレイ、１１１・・・記憶媒体、１５０・・・計測部、１０６・・・演算部、１１９・・・中央処理装置、１２０・・・メモリ、２１０・・・制御部、２２０・・・画像再構成部、２３０・・・画像処理部、２３１・・・画像取得部、２３２・・・パラメータ推定部、２３３・・・ミエリン画像生成部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】