JP2001095775A - 核磁気共鳴イメージング装置および方法 - Google Patents

核磁気共鳴イメージング装置および方法

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JP2001095775A
JP2001095775A JP28129399A JP28129399A JP2001095775A JP 2001095775 A JP2001095775 A JP 2001095775A JP 28129399 A JP28129399 A JP 28129399A JP 28129399 A JP28129399 A JP 28129399A JP 2001095775 A JP2001095775 A JP 2001095775A
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nuclear magnetic
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Tetsuhiko Takahashi
哲彦 高橋
Kenji Takiguchi
賢治 滝口
Masahiro Takizawa
将宏 瀧澤
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】渦電流やスピンの飽和状態の変化に伴い、信号
の位相変動が時々刻々と変わる撮影条件でも、安定した
MR画像を得る。 【解決手段】複数の核磁気共鳴信号からなるスキャンデ
ータを、スライスエンコード傾斜磁場もしくは位相エン
コード傾斜磁場を変えつつ連続して取得し、一連の本ス
キャンデータを得る際に、一連のスキャンデータ取得の
期間内に、ほぼ等時間間隔で補正用スキャンデータを繰
り返し取得する。これら補正用スキャンデータを用い
て、１つの補正用スキャンデータとその次に取得された
補正用スキャンデータとの間の時間変動を含む補正デー
タを作成し、この補正データを用いて一連の本スキャン
データを補正する。本スキャンデータが常にその取得時
刻の位相回転推定値によって補正されるので、信号の位
相変動が時々刻々と変わる撮影条件でも、安定してEPI
の画像が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被検体中の水素や
燐等からの核磁気共鳴(以下、「NMR」という)信号を測
定し、核の密度分布や緩和時間分布等を映像化する核磁
気共鳴イメージング（MRI）装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】MRI装置による高速撮影法としてEPI（エ
コープレナーイメージング）やバーストシーケンスなど
がある。これらは１回の励起で複数のエコー信号を計測
する撮影方法であり、３次元計測や連続して多数の画像
を撮影する機能計測などに利用されている。また１組の
データを複数のショット（励起）に分けて計測する分割
EPIなどの応用もある。
【０００３】このような高速撮影法で取得したエコー信
号は、傾斜磁場による渦電流や静磁場不均一などの影響
を受けやすいため、これを補正するための補正データを
使った信号の位相補正が一般的に行われている（例えば
特開平5-31095号公報）。このような補正データは、本
計測に先立って例えばスライスエンコード傾斜磁場や位
相エンコード傾斜磁場を印加しない状態で、プリスキャ
ンを行い、これによって取得したスキャンデータを用い
ている。
【０００４】一方、MRIのアプリケーションの一つに、S
SFP（Steady State Free Precession:定常自由歳差運
動）計測がある。SSFP計測は、被検体の縦緩和時間に比
べ十分に短い繰り返し時間TRで、スライスエンコード傾
斜磁場もしくは位相エンコード傾斜磁場を変えつつ連続
してエコー信号を取得する計測で、結果として検出され
るエコーは定常歳差運動状態である。
【０００５】SSFP計測は、短い繰り返し時間で傾斜磁場
の印加条件を変えて計測するので、３次元計測に好適で
あり、これをEPI等の高速撮影法と組合せる手法（例え
ばSSFP-EPI）が考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし本発明者らが、
上述の補正スキャンデータを用いた信号補正をSSFP-EPI
に適用したところ、適正な信号補正が行えず、画像にア
ーチファクトが発生することがわかった。この理由は次
のように考えられる。即ち、プリスキャンデータで補正
する場合、プリスキャンデータを取得したときと本スキ
ャンデータを取得したときの渦電流や静磁場不均一が同
一であることが前提であるが、傾斜磁場コイルに発生す
る渦電流は時定数による変動がある。この変動は繰り返
し時間の長い計測では問題とならないが、SSFPでは繰り
返し時間が短いため、この時定数による変動が問題とな
る。またスピンの位相回転量は、スピンの飽和の程度に
も依存するため、SSFP-EPIでは、定常状態になるまでは
ゆっくりと変化しうる。この定常状態になるまでの変化
は、従来のプリスキャンデータを用いた位相補正では、
補正することができない。
【０００７】そこで本発明は、SSFP計測において、傾斜
磁場の渦電流、残留磁場の時間変動などの時間変化を伴
う物理現象に起因するアーチファクトの根本原因を除去
し、アーチファクトが無い高画質のMR画像を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明のMRI装置は、被検体に核磁気共鳴を起こさせる磁場
発生手段と、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を
検出する検出手段と、前記磁場発生手段と前記検出手段
の駆動を制御する制御手段と、前記検出手段により検出
された核磁気共鳴信号を用いて前記被検体の形態、機能
などを画像化する計算手段と、計算結果である画像を表
示する表示手段とを備えた核磁気共鳴イメージング装置
において、前記制御手段は、１回の励起で複数の核磁気
共鳴信号を画像形成用データとして取得するステップを
連続して実行するとともに連続するステップの間に所望
の間隔で複数回の補正用データを取得するステップを実
行する制御を行い、前記計算手段は、前記所望の間隔で
取得された複数の補正用データを用いて前記間隔におけ
る時間変動を含む補正用データ群を作成する手段と、前
記画像形成用データを、前記補正用データ群のうち、そ
の取得時刻に対応する補正用データを用いて補正する手
段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】また本発明のMRI方法は、複数の核磁気共
鳴信号からなる画像形成用データを、スライスエンコー
ド傾斜磁場もしくは位相エンコード傾斜磁場を変えつつ
連続して取得するステップと、前記画像形成用データ取
得の期間内に、所望の間隔で補正用データを繰り返し取
得するステップと、少なくとも２つの補正用データを用
いて、１つの補正用スキャンデータとその次に取得され
た補正用スキャンデータとの間の時間変動を含む補正用
データ群を作成するステップと、前記画像形成用データ
を補正するに際し、前記補正データ群のうち、当該画像
形成用データの取得時刻に対応する補正用データを用い
て位相補正するステップとを含む。
【００１０】本スキャンデータ（複数の核磁気共鳴信号
からなる画像形成用データ）を、時間変動を含む補正デ
ータ群のうちの対応する補正データを使用してそれぞれ
補正することにより、スピンの飽和の影響もしくは、傾
斜磁場の渦電流、残留磁場の時間変動などの時間変化を
伴う物理現象を考慮したデータ補正を行うことができ、
それらに起因するアーチファクトをなくすことができ
る。
【００１１】上記複数の補正用データのそれぞれは、位
相エンコード傾斜磁場を印加せずに取得するか、もしく
は位相エンコード傾斜磁場を付与し且つ本スキャンデー
タと異なる極性の読み出し傾斜磁場を印加して取得する
ことが望ましい。
【００１２】本発明のMRI方法の好適な態様において、
本スキャンデータを得るステップは、被検体の縦緩和時
間に比べ十分に短い繰り返し時間TRで行い、一連の本ス
キャンデータは定常歳差運動状態で取得される。
【００１３】この場合、各補正スキャンデータは、上記
TRと等しい時間間隔をおいて前後の本スキャンデータ間
に実施されることが望ましい。これにより、定常歳差運
動が、補正スキャンデータ取得時にも保持され、画像コ
ントラストが崩れることを防ぐことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を説明す
る。図４は、本発明が適用されるMRI装置の構成を示す
図で、このMRI装置は、磁場発生手段として被検体401の
周囲の空間に静磁場を発生する磁石402と、この空間に
傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル403と、被検体の所
定の領域に高周波磁場を発生するRFコイル404とを備
え、また被検体401が発生するMR信号を検出する検出手
段としてRFプローブ405とを備えている。さらに検出さ
れたMR信号を信号処理し、画像信号に変換する信号処理
部407と、信号処理部407からの画像信号に基づき被検体
の形態や機能、スペクトルを表す画像を表示する表示部
408と、被検体が横たわるためのベッド412とを備えてい
る。
【００１５】傾斜磁場コイル403は、X、Y、Zの3方向の
傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源409からの信
号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。RFコイル404
はRF送信部410の信号に応じて高周波磁場を発生する。R
Fプローブ405の信号は、信号検出部406で検出され、信
号処理部407で信号処理される。これら傾斜磁場電源40
9、RF送信部410および信号検出部406は、パルスシーケ
ンスと呼ばれる制御のタイムチャートに従って制御部41
1で制御される。
【００１６】本実施例のMRI装置では、制御部411はマル
チショットEPIによる高速撮影シーケンスを実行して被
検体の所定領域を画像化するための一連の画像形成用デ
ータ（本スキャンデータ）を取得するとともに、これら
一連の本スキャンデータ取得の間に、ほぼ等時間間隔
（単に、等間隔という）で補正スキャンデータを取得す
るように高周波磁場および傾斜磁場の発生と信号取得を
制御する。また一連のスキャンデータが定常歳差運動状
態で取得するように繰り返し時間TRが設定される。
【００１７】信号処理部407は、通常の画像再構成に必
要な処理に加え、所定間隔で取得された補正スキャンデ
ータを用いた時間変動を含む補正データを作成する機能
および本スキャンデータをその取得時間の補正データで
補正する機能を備えている。
【００１８】表示部408は、補正データによって補正さ
れた本スキャンデータによって再構成された画像を表示
する。
【００１９】次にこのような構成における本発明のMRI
方法を２次元のSSFP-EPIに適用した一実施例について説
明する。図１は本実施例におけるデータ取得と補正処理
を説明する図で横軸は時間軸である。図２は信号処理部
407における処置を示すフロー図である。
【００２０】この計測では、まず本計測に先立って第１
回目のプリスキャンを行い、補正スキャンデータ11を取
得する。続いて本計測を実行し、本スキャンデータ12
（121,122,123,124）を取得する（ステップ64）。この
連続する本スキャンデータ12計測の間に、一定時間間隔
毎に２回目、３回目・・・の補正スキャンデータ11（11
1,112,113・・・）を繰り返し取得する（ステップ61）。こ
れら補正スキャンデータ11は後述する本スキャンデータ
の位相補正のために使用される（ステップ62、63、7
0）。
【００２１】本計測の各々のパルスシーケンスは例えば
図３に示すようなEPIシーケンスである。即ち、検知す
る磁化を含む被検体に高周波パルス 201を照射すると同
時にスライスを選択する傾斜磁場パルス 202を印加し、
画像化するスライスを選択する。次に位相エンコードの
オフセットを与えるパルス203と読み出し傾斜磁場のオ
フセットを与えるパルス 205を印加する。そのあとに、
連続して反転する読み出し傾斜磁場パルス206を印加す
る。
【００２２】傾斜磁場パルス206は台形である。傾斜磁
場パルス206に同期して、位相エンコード傾斜磁場パル
ス204を離散的に印加する。反転する読み出し傾斜磁場2
06の各周期内で各位相エンコードのエコー信号207が時
系列的に発生するので、これを時間範囲208の間おのお
のサンプリングし時系列データを得る。ここで計測され
るエコー信号の数は図２では５以上であることを示して
いるが、これより少なくてもよい。
【００２３】補正スキャンでは、図３に示すシーケンス
において位相エンコード傾斜磁場Geを印加することな
く、同じ数のエコー信号を計測する。或いは位相エンコ
ード傾斜磁場を印加して読み出し傾斜磁場Grの極性を反
転して補正スキャンデータを取得してもよく、その場合
には本計測と同じショット数分の補正スキャンデータを
取得する。
【００２４】このような補正スキャンデータ11および本
スキャンデータ12の繰り返し時間は、一定で且つ対象と
するスピンの縦緩和時間に比べ十分に短く、例えば10ms
程度とする。
【００２５】１ショットで計測されるエコー信号の数を
ｎ、位相エンコード方向のデータ数をＮ個とすると、Ｎ
／ｎ回の繰り返し（ショット）によって１セットの２次
元データを得ることができる。図１に示す実施例では10
回ショットで１セットの２次元データを得ており、また
10ショット毎に補正スキャンデータ11を取得している。
補正スキャンデータ11取得の間隔は、これより短くても
長くてもよい。
【００２６】上述のように周期的に取得された複数の補
正スキャンデータをもとに、本スキャンデータの取得時
間毎の位相回転量の推定値19を計算する（70）。この計
算は、例えば時間的に隣り合う補正スキャンデータから
の直線補間によって行うことができる。その他、公知の
補間法を採用できる。これによって本スキャンデータの
取得時間毎の補正データ群が得られる。
【００２７】次に、これら補正データ群について、傾斜
磁場パルスの極性に応じてデータ配列を反転する（6
2）。これはEPIの一般的な処理であり、例えば図３のシ
ーケンスでは、最初のエコーは傾斜磁場パルスGrの極性
が負のときに取得され、第２のエコーは傾斜磁場パルス
Grの極性が正のときに取得されているので、極性が負の
第１エコーでは信号の配列を時間方向に反転し、第２エ
コーでは反転するという操作である。
【００２８】次に、各エコーごとに読み出し方向にフー
リエ変換13を行い、これを２次元ハイブリッド空間（読
み出し方向の空間位置vsエコー取得順序）上の複素デー
タマップとして信号処理部407のメモリー内に保管する
（63）。
【００２９】本スキャンデータについても、補正スキャ
ンデータと同様に、各エコーごとに、エコー取得時の読
み出し傾斜磁場パルスの極性に応じて、データ配列を読
み出し方向の時間に対して反転する処理を行う（65）。
次に各エコーごとに、読み出し方向にフーリエ変換13を
行い、２次元ハイブリッド空間上の複素データマップと
して信号処理部407のメモリー内に保管する(66)。
【００３０】その後、フーリエ変換後の本スキャンデー
タを、それぞれその取得時間毎に対応する補正データで
位相補正する（67）。
【００３１】この位相補正によって、信号取得時の装置
の不可避的な調整不良、たとえば、傾斜磁場の残留オフ
セット成分や、被検体に起因する静磁場の不均一性等
が、信号に与える影響を除去できる。特に本スキャンデ
ータの取得時間における位相回転量を推定し、その値で
本スキャンデータを補正するので、スピンの飽和の程度
に依存する位相回転の変動が補正できる。また、傾斜磁
場による渦電流や、静磁場の不均一に起因する位相の時
間変動がある場合でも位相補正が正確に行える。
【００３２】最後に補正後の本スキャンデータ151、15
2、153…を10セット分まとめて位相エンコード方向にフ
ーリエ変換16し、２次元MR画像を得（68）、表示する
（69）。この画像は、傾斜磁場の残留オフセット成分や
被検体に起因する静磁場の不均一性などが時間変動も含
めて補正されているので高画質の画像である。
【００３３】尚、以上の実施例では、取得された生の補
正スキャンデータをもとに、本スキャンデータの取得時
間毎の位相回転量を推定する場合を説明したが、本スキ
ャンデータの取得時間毎の位相回転量の推定は、フーリ
エ変換後の補正スキャンデータをもとに行ってもよい。
その場合の処理のフロー図を図５に示す。
【００３４】図５に示す実施例でも、補正スキャンデー
タを本スキャンデータ取得の間に周期的に挿入して取得
すること（61）は図２に示すフローと同じであるが、こ
こでは本スキャンデータの取得時間毎の補正データの推
定（70）に先立って、傾斜磁場パルスの極性に応じたデ
ータ配列の反転（62）と各エコーごとの読み出し方向フ
ーリエ変換（63）を行う。次いでフーリエ変換されたデ
ータについて、本スキャンデータの取得時間ごとに対応
する補正データを計算する。この計算も、対象となる時
刻の前後で取得されたフーリエ変換後の補正スキャンデ
ータの直線補間から計算することができる。
【００３５】このように求めた補正データ群を、２次元
ハイブリッド空間上の複素データマップとして保管して
おき、読み出し方向フーリエ変換後の本スキャンデータ
の位相補正に用いる。この場合の位相補正も本スキャン
データをその取得時間に対応する補正データで逐次補正
する（67）。これにより図２の場合と同様に、装置特
性、渦電流の影響もしくはスピンの飽和などの状況が時
間変動しても高精度で補正することができる。
【００３６】以上、本発明のMRI方法を２次元計測に適
用した例を説明したが、本発明は３次元計測の場合にも
全く同様に適用できる。
【００３７】図６は、本発明のMRI方法を３次元計測に
適用した実施例を示す図で、この実施例でも、本スキャ
ンデータ12を取得する間に所定の間隔で補正スキャンデ
ータ11を取得することおよび補正スキャンデータの計測
および本計測を同一繰り返し時間TRで行うことは図１の
実施例と同じである。但し、３次元計測では一連の本ス
キャンデータを取得するステップを、スライスエンコー
ド傾斜磁場の強度を変えながら繰り返す。
【００３８】この実施例でも、一連の本スキャンデータ
12は、その前後に取得された補正スキャンデータ（例え
ば111と112）から推定される各取得時刻毎の補正データ
19に基づいて補正される。本スキャンデータの各取得時
刻毎の補正データ群19は、図示するように生の補正スキ
ャンデータから補間によって計算したものでもよく、そ
の場合、その後読み出し方向にフーリエ変換13し、これ
を位相補正14に用いる。或いは図５に示すフローのよう
に、生の補正スキャンデータを読み出し方向にフーリエ
変換13し、変換後のデータから本スキャンデータの各取
得時刻毎の補正データ群19を計算してもよい。
【００３９】本スキャンデータについても読み出し方向
にフーリエ変換13し、これを各取得時刻毎の補正データ
19に基づいて位相補正し、補正後の本スキャンデータ15
を得る。３次元計測では、この本スキャンデータ15をス
ライスエンコード傾斜磁場の強度が同じであるデータ毎
に第２の軸（位相エンコード方向）に対してフーリエ変
換16し、さらにフーリエ変換後のデータを第３の軸（ス
ライスエンコード方向）に対してフーリエ変換17し、３
次元画像を得る。この場合にも２次元計測の場合と同様
にスピンの飽和の程度に依存する位相回転の変動が補正
でき、また、傾斜磁場による渦電流や、静磁場の不均一
に起因する位相の時間変動も補正できる。
【００４０】尚、図６では補正スキャンデータを取得す
る間隔と、スライスエンコードステップを上げる間隔が
同じである場合を示しているが、これらが一致している
必要はなく、例えばより正確な補正を必要とする場合に
は、同一スライスエンコードステップ内で複数の補正ス
キャンデータを取得してもよい。
【００４１】以上の実施例ではマルチショットEPIにつ
いて説明したが、シングルショットEPIの場合にも全く
同様に適用できる。シングルショットEPIでは、図１或
いは図６の各本スキャンデータ121,122…がそれぞれ1枚
の画像を再構成する数のエコーから成り、補正スキャン
データもこれと同数のエコーからなる。
【００４２】一連の本スキャンデータ取得の前後に取得
された補正スキャンデータを用いて各本スキャンデータ
の取得時刻に対応する補正データを作成することおよび
読み出し方向にフーリエ変換13した本スキャンデータを
対応する補正データで位相補正14することも図１および
図６の実施例と同じであるが、補正後の本スキャンデー
タ151、152…は、それぞれを位相エンコード方向にフー
リエ変換することにより画像を再構成することができ
る。
【００４３】また本スキャンデータがスライスエンコー
ドされている場合には、位相エンコード方向のフーリエ
変換されたデータをスライスエンコード数分まとめて、
スライスエンコード方向にフーリエ変換することにより
３Ｄ画像データ18を得ることができる。
【００４４】以上、２次元もしくは３次元のEPIについ
て説明したが、本発明は撮像シーケンスとしては従来プ
リスキャンデータを使ってエコー毎に位相回転量を補正
していたシーケンスであれば適用することができ、例え
ば２次元或いは３次元の時間反転型（TimeReverse型）
のマルチショットEPIシーケンスや、2次元分割型スパイ
ラルスキャンにも同様に適用できる。さらに３次元 GRS
E（gradient and spinecho）シーケンスにも適用でき
る。また、ハイブリッドバーストシーケンスにも適用で
きる。
【００４５】
【発明の効果】補正スキャンデータを用いて位相補正を
するシーケンスにおいて、周期的に補正スキャンデータ
を取得し、これを用いて時間的に隣り合う補正スキャン
データの間に取得される本スキャンデータの各取得時刻
における位相回転量を推定し、この推定した位相回転量
を用いて各本スキャンデータを補正することにより、渦
電流やスピンの飽和状態の時間変化などにより、信号の
位相変動が時々刻々と変わる撮影条件でも、アーチファ
クトのない高画質のMR画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のMRI方法の一実施例を示す模式図。
【図２】本発明のMRI方法による信号処理の一実施例を
示すフロー図。
【図３】本発明が適用されるEPIシーケンスを示すタイ
ムチャート。
【図４】本発明が適用されるMRI装置の概要を示す図。
【図５】本発明のMRI方法による信号処理の他の実施例
を示すフロー図。
【図６】本発明のMRI方法の他の実施例を示す模式図。
【符号の説明】
401・・・・・・被検体 402・・・・・・静磁場発生磁石 403・・・・・・傾斜磁場コイル 404・・・・・・RFコイル 405・・・・・・RFプローブ 406・・・・・・信号検出部 407・・・・・・信号処理部 408・・・・・・表示部 411・・・・・・制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０６Ｆ 15/64 ４００Ｅ (72)発明者 瀧澤 将宏 東京都千代田区内神田１丁目１番14号 株 式会社日立メディコ内 Ｆターム(参考） 4C096 AB06 AB18 AD06 AD12 AD14 BA05 BA07 BA10 BA42 BA50 BB32 DA06 DA30 DC04 5B047 AA17 AB02 DA06 5B057 AA07 BA07 CA08 CA12 CA16 CB08 CB12 CB16 CC01 CE02

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被検体に核磁気共鳴を起こさせる磁場発生
    手段と、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出
    する検出手段と、前記磁場発生手段と前記検出手段の駆
    動を制御する制御手段と、前記検出手段により検出され
    た核磁気共鳴信号を用いて前記被検体の形態、機能など
    を画像化する計算手段と、計算結果である画像を表示す
    る表示手段とを備えた核磁気共鳴イメージング装置にお
    いて、 前記制御手段は、１回の励起で複数の核磁気共鳴信号を
    画像形成用データとして取得するステップを連続して実
    行するとともに連続するステップの間に所望の間隔で複
    数回の補正用データを取得するステップを実行する制御
    を行い、 前記計算手段は、前記所望の間隔で取得された複数の補
    正用データを用いて前記間隔における時間変動を含む補
    正用データ群を作成する手段と、前記画像形成用データ
    を、前記補正用データ群のうち、その取得時刻に対応す
    る補正用データを用いて補正する手段とを備えたことを
    特徴とする核磁気共鳴イメージング装置。
  2. 【請求項２】複数の核磁気共鳴信号からなる画像形成用
    データを、スライスエンコード傾斜磁場もしくは位相エ
    ンコード傾斜磁場を変えつつ連続して取得するステップ
    と、 前記画像形成用データ取得の期間内に、所望の間隔で補
    正用データを繰り返し取得するステップと、 少なくとも２つの補正用データを用いて、１つの補正用
    スキャンデータとその次に取得された補正用スキャンデ
    ータとの間の時間変動を含む補正用データ群を作成する
    ステップと、 前記画像形成用データを補正するに際し、前記補正デー
    タ群のうち、当該画像形成用データの取得時刻に対応す
    る補正用データを用いて位相補正するステップとを含む
    核磁気共鳴イメージング方法。
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