JP2016214630A - 磁気共鳴イメージング装置、及び作動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所定のスライス位置のケミカルシフトの影響を抑えつつ、SARを低減することが可能なMRI装置を提供する。
【解決手段】MRI装置は、被検体１を収容する空間に均一な静磁場と、静磁場に重畳する傾斜磁場と、被検体１へ照射する高周波磁場を発生する磁場発生部２，３と、被検体から発生するNMR信号をエコー信号として検出する検出部６と、検出されたエコー信号を画像化する画像処理部７と、磁場発生部２，３、検出部６、画像処理部７を制御する制御部８とを備える。制御部８は、スライス位置によって、被検体に印加する高周波磁場の印加時間を変更する、或いはスライス選択用の傾斜磁場の極性を切り替えるよう制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置に関し、特に比吸収率を低減しつつ、ケミカルシフトを抑制した画像を取得する技術に関する。

磁気共鳴イメージング（以下、MRIという）装置は、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画像化する装置であり、被検体、特に人体の組織を構成する原子核スピンが発生するNMR信号を計測・検出し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を２次元的に或いは３次元的に画像化することができる。撮影においては、NMR信号には、傾斜磁場によって異なる位相エンコードが付与されるとともに周波数エンコードされて、時系列データとして計測・検出される。検出されたNMR信号は、２次元又は３次元フーリエ変換されることにより画像に再構成される。

MRI装置では、各組織に含まれるプロトンの挙動の位置を利用して様々な組織コントラストを持つ画像を得ることができる。臨床においては、特に脂肪によるNMR信号を抑制した画像が求められることが多々あり、脂肪を抑制した画像を得る方法が種々実用化されているが、目的の画像種によっては脂肪抑制機能を併用せずに、画像を取得する場合もある。

一方、被検体の比吸収率（以下、SARという）は、撮像対象の被検体に吸収される単位質量当たりの高周波電力で、W/kgの単位で表される。静磁場強度の２乗に比例するため、磁場強度が高くなるに従って、高SARが問題となる。また、SARは、高周波パルスの振幅の２乗に比例し、その印加時間に反比例するため、印加時間を延長することによって、SARを低減することが可能である。しかし、高周波パルスの印加時間を延長した場合、高周波パルス印加時のスライス選択傾斜磁場の強度が低下するため、スライス方向のケミカルシフトが増大し、関心部位が存在する関心領域に重なってしまい、診断に影響を及ぼす場合がある。

また、マルチスライス撮影の場合のスライス方向のケミカルシフトに関しては、マルチスライスのうち一部のスライスではケミカルシフトのシフト方向により問題にならないが、他の一部のスライスでは逆に問題になる場合が存在する。なお、特許文献１には、奇数番目のスライスと偶数番目のスライスのスライス選択傾斜磁場の極性を反転するという手法が提案されている。

特開平０６−００７３１４号公報

従来の手法では、SAR低減とケミカルシフトの抑制はトレードオフの関係にあり、両方を達成することができない。また、ケミカルシフトが一方向では、部位によっては一部のスライスは良好であるが、別のスライスではケミカルシフトが問題になってしまう場合がある。また、特許文献１においては、所定のスライスにおけるケミカルシフトの抑制について言及されていない。

本発明の目的は、上記の課題を解決し、所定のスライス位置のケミカルシフトの影響を抑えつつ、SARを低減することが可能なMRI装置、及び作動方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明においては、被検体を収容する空間に均一な静磁場と、静磁場に重畳する傾斜磁場と、被検体へ照射する高周波磁場を発生する磁場発生部と、被検体から発生するNMR信号をエコー信号として検出する検出部と、検出されたエコー信号を画像化する画像処理部と、磁場発生部、検出部、画像処理部を制御する制御部とを備え、制御部は、スライス位置によって、高周波磁場の印加時間を変更する、或いはスライス選択用の傾斜磁場の極性を切り替えるよう制御することを特徴とするMRI装置を提供する。

また、上記の目的を達成するため、本発明においては、被検体を収容する空間に均一な静磁場と、静磁場に重畳する傾斜磁場と、被検体へ照射する高周波磁場を発生する磁場発生部と、被検体から発生するNMR信号をエコー信号として検出する検出部と、検出されたエコー信号を画像化する画像処理部と、磁場発生部、検出部、画像処理部を制御する制御部とを備えたMRI装置の作動方法であって、制御部は、スライス位置によって、高周波磁場の印加時間を変更する、或いはスライス選択用の傾斜磁場の極性を切り替えることを特徴とするMRI装置の作動方法を提供する。

本発明によれば、ユーザはSARを低減した状態で撮像可能で、かつスライス方向のケミカルシフトを抑えた画像を取得することができる。

各実施例に係る、MRI装置の一構成例を示す図である。 スライス方向のケミカルシフトが大きくなった状態を示す図である。 高周波磁場の印加時間を延長したときのパルスシーケンスパターンを示す図である。 実施例１に係る、頭頂部側のケミカルシフトを抑制している状態を示す図である。 実施例１に係る、頭頂部側の高周波磁場の印加時間を短縮したときのパルスシーケンスパターンを示す図である。 実施例２に係る、頭頂部側の脂肪のケミカルシフトが反対になっている状態を示す図である。 実施例２に係る、頭頂部側のスライス選択傾斜磁場の極性を反転したときのパルスシーケンスパターンを示す図である。 実施例３に係る、頭頂部側の脂肪のケミカルシフトを反対にし、且つ頭頂部側と眼窩側のケミカルシフトを抑えている状態を示す図である。 実施例３に係る、頭頂部側のスライス選択傾斜磁場の極性を反転し、頭頂部側と眼窩側の高周波磁場の印加時間を短縮したときのパルスシーケンスパターンを示す図である。 実施例４に係る、スライス選択傾斜磁場の極性切り替え境界と、印加時間延長スライスの選択を行う、ディスプレイ上の表示画面例を示す図である。

以下、添付図面に従って本発明のMRI装置の好ましい実施例について説明する。なお、発明の実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

最初に、図１に基づき、各実施例に共通に利用するMRI装置の一構成例の全体概要を説明する。図１は、MRI装置の全体構成を示すブロック図である。このMRI装置は、NMR現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、図１に示すように、MRI装置は静磁場発生系2と、傾斜磁場発生系3と、送信系5と、受信系6と、信号処理系7と、シーケンサ4と、中央処理装置（CPU）8とを備えて構成される。なお、本明細書において、シーケンサ4とCPU8を総称して制御部と呼ぶ場合がある。これは、MRI装置の作動シーケンスや各種の制御が、シーケンサ4とCPU8で行われるためである。

静磁場発生系2は、垂直磁場方式であれば、被検体1の周りの空間にその体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば、体軸方向に均一な静磁場を発生させるもので、被検体1の周りに永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源が配置されている。

傾斜磁場発生系3は、MRI装置の座標系（静止座標系）であるX，Y，Zの3軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル9と、それぞれの傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源10とから成り、後述のシ−ケンサ4からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源10を駆動することにより、X，Y，Zの３軸方向に傾斜磁場Gx，Gy，Gzを印加する。撮影時には、スライス面（撮影断面）に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス（Gs）を印加して被検体1に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの2つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス（Gp）と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス（Gf）を印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。

制御部であるシーケンサ4は、高周波磁場パルス（RFパルス）と傾斜磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加する制御手段で、CPU8の制御で動作し、被検体1の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系5、傾斜磁場発生系3、および受信系6に送る。後で、各実施例の説明で詳述するが、シーケンサ4は、パルスシーケンスにおける高周波磁場パルスの印加時間や、連動するスライス選択傾斜磁場パルスの印加時間をスライス方向の所定スライスで制御する機能を有する。

送信系5は、被検体1の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、被検体１に高周波磁場パルスを照射するもので、高周波発振器11と変調器12と高周波増幅器13と送信側の高周波コイル（送信コイル）14aとから成る。高周波発振器11から出力された高周波パルスをシーケンサ4からの指令によるタイミングで変調器12により振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器13で増幅した後に被検体1に近接して配置された高周波コイル14aに供給することにより、高周波磁場パルスが被検体1に照射される。
受信系6は、被検体1の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号（NMR信号）を検出する検出部として機能するもので、受信側の高周波コイル（受信コイル） 14bと信号増幅器15と直交位相検波器16と、A/D変換器17とから成る。送信側の高周波コイル14aから照射された電磁波によって誘起された被検体1の応答のNMR信号が、被検体１に近接して配置された高周波コイル14bで検出され、信号増幅器15で増幅された後、シーケンサ4からの指令によるタイミングで直交位相検波器16により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA／D変換器17でディジタル量に変換されて、信号処理系7に送られる。
信号処理系７は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行う画像処理部として機能するものであり、光ディスク19、磁気ディスク18等の外部記憶装置と、CRT等からなるディスプレイ20とを有し、受信系6からのデータがCPU8に入力されると、制御部の機能に加え、信号処理部として機能するCPU8が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体1の断層画像をディスプレイ20に表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク18等に記録する。CPU8で実行される各種のプログラムは、ROM21に記憶することができ、各種の処理に係るデータはRAM22、磁気ディスク18等に適宜記憶される。

操作部25は、MRI装置の各種制御情報や画像処理部である信号処理系7で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス23、及び、キーボード24から成る。この操作部25はディスプレイ20に近接して配置され、操作者がディスプレイ20を見ながら操作部25を通してインタラクティブにMRI装置の画像処理等の各種処理を制御する。

なお、図１において、送信側の高周波コイル14aと傾斜磁場コイル９は、被検体1が挿入される静磁場発生系2の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体1に対向して、水平磁場方式であれば被検体１を取り囲むようにして設置されている。また、受信側の高周波コイル14bは、被検体1に対向して、或いは取り囲むように設置されている。

現在MRI装置の撮像対象核種は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質である水素原子核（プロトン）である。プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を2次元もしくは3次元的に撮像する。

このような構成のMRI装置を使って、SAR低減を行うために、高周波磁場の印加時間を単純に延長した場合を説明する。図２は、頭部200の撮像において、SAR低減のために高周波磁場の印加時間を延長した場合、スライス方向のケミカルシフトが大きくなった状態を示す模式図である。実線枠で示す水の励起領域201と、点線枠で示す脂肪の励起領域202が、ケミカルシフトによって、スライス方向に大きくずれて励起されていることを示している。この場合、頭部200の頭頂部におけるスライスの頭皮付近では、水信号より直径が小さい脂肪信号が画像化されてしまうことになり、診断に支障を来たす場合がある。

図３はこのときのパルスシーケンスパターンを示す。このパルスシーケンスは、図１の制御部あるシーケンサ4によって制御・発生されるパルスシーケンスである。同図には、高周波磁場パルス301と、スライス選択傾斜磁場302、取得されるエコー信号303がシーケンスとして示されている。同図に示すように、高周波磁場パルス301の印加時間を延長していることにより、SARを低減しているが、その代償として図２に示すように、スライス方向のケミカルシフトが大きくなってします。

次に、図２〜図５を用いて、実施例１に係るMRI装置、及びその作動方法について説明する。本実施例のMRI装置は、被検体に印加する高周波磁場の印加時間を延長する場合、スライス位置によって、高周波磁場の印加の延長時間を変更することによって、SAR低減しつつ、且つ関心領域のケミカルシフトを抑制することが可能な構成を有する。

すなわち、図４に示すように、本実施例に係るMRI装置においては、頭頂部側の水の励起領域４０１と頭頂部側の脂肪の励起領域402のケミカルシフトが減少している。同様に、眼窩側の水の励起領域403と眼窩側の脂肪の励起領域404のケミカルシフトも減少している。

これは、図５に示すパルスシーケンスパターンに明らかなように、制御部あるシーケンサ4が、関心領域の一つである頭頂部側の高周波磁場パルス501と、それに連動する頭頂部側のスライス選択傾斜磁場502の印加時間を短縮することで、図４における頭頂部側のケミカルシフトを抑えるよう制御しているからである。同様に、図５に示すように、他の関心領域である眼窩側の高周波磁場パルス503とそれに連動する眼窩側のスライス選択傾斜磁場504の時間を短縮することで、図４における眼窩側のケミカルシフトを抑えている。関心領域以外の部分においては、印加時間の長い高周波磁場パルス301、及びそれに伴うスライス傾斜磁場302を印加することにより、印加時間の延長を図り、SARの低減を図ることを可能としている。

なお、図４、図５においては、関心領域である頭頂部側、眼窩側のスライスを各々１枚に対して印加時間短縮をする場合を例示したが、関心領域のスライスは１枚に限定するものでない。例えば、マルチスライスのスライス数が20枚の場合、頭頂部側、眼窩側でそれぞれ２〜３枚のスライスで時間短縮を図り、それ以外で印加時間の延長を図ることができる。以上説明したように、実施例１のMRI装置にあっては、SARを低減しつつ、且つ、必要な部位のケミカルシフトを個別に抑えることが可能となる。

次に、図６、図7を用いて、第２の実施例のMRI装置を説明する。本実施例のMRI装置は、スライス位置によって、スライス方向のケミカルシフトの方向が許容できる方向になるように、スライス選択用の傾斜磁場の極性をスライス位置によって切り替えて、スライス方向のケミカルシフトの影響を低減することが可能な構成を有する。

図６に示すように、頭頂部側の水の励起領域1(601)、2(603)、3(605)に対して、頭頂部側の脂肪の励起領域1(602)、2(604)、3(606)のケミカルシフトが反対になっている。これにより、関心領域である頭頂部側の画像においてケミカルシフトの影響を抑えることが可能となっている。

これは、図７に示すパルスシーケンスパターンに明らかなように、頭頂部側のスライス選択用の傾斜磁場1(701)、2(702)、3(703)の極性を反転して実現する。これにより、高周波磁場パルス301の印加時間を延長したままでSARを低減し、頭頂部側のケミカルシフトの方向は反転させて、関心領域である頭頂部等の脂肪信号を抑制することが可能とすることができる。

次に、図８〜図９を用いて、第３の実施例について説明する。本実施例のMRI装置は、高周波磁場の印加時間をスライス位置によって変化させると共に、スライス選択用の傾斜磁場の極性をスライス位置によって切り替える構成によってケミカルシフトの影響を低減することが可能な構成を有する。

図８に示すように、頭頂部側のケミカルシフトを反対にした上で、更に、頭頂部側の水の励起領域801に対する頭頂部側の脂肪の励起領域802のケミカルシフトを抑えている。同様に、眼窩側の水の励起領域803に対する眼窩側の脂肪の励起領域804のケミカルシフトを抑えている。これにより更に効率的にケミカルシフトの影響を抑えることができる。

これは、図９に示すパルスシーケンスパターンに明らかなように、頭頂部の高周波磁場パルスの極性を反転し、頭頂部側と眼窩側の高周波磁場の印加時間を短縮して実現する。すなわち、頭頂部側のスライス選択傾斜磁場902の極性を反転していることに加えて、頭頂部側の高周波磁場パルス901の印加時間を短縮している。同様に、眼窩側の高周波磁場パルス903の印加時間も短縮することによって、図８に示すようにケミカルシフトの影響を効率的に抑えている。

次に、図１０に模式的に示した画面表示例を用いて、第４の実施例について説明する。本実施例のMRI装置は、上述してきた各実施例のSARとケミカルシフトを低減する構成を、ディスプレイ20等のユーザインタフェース(UI)に可視化することが可能な構成を有する。本実施例のUI構成を用いることにより、ユーザはスライス傾斜磁場の極性切り替え境界の指定や、高周波磁場の印加時間の延長を行うスライスの選択を自由に行うことが可能となる。

図１０は、図１に示したディスプレイ20等に表示されたUI用の画面表示の一例を模式的に示して図である。このUIを見ながら、ユーザは、マウス等を用いてスライス傾斜磁場の極性切り替え境界1001を移動することによって、複数のスライスのどのスライスから傾斜磁場極性を反転するかを指定することができる。また、高周波磁場パルスの印加時間延長スライス選択1002により、どの範囲のスライスの高周波磁場パルスの印加時間を延長するかを指定することができる。図１０の例示では、印加時間延長スライス選択1002によって、頭頂部側と眼窩側の２枚のスライス以外の３枚のスライスに対して、印加時間を延長するよう選択された場合を示している。なお、極性切り替え境界1001と印加時間延長スライス選択1002は、色による識別や矢印等の記号による区別で指定可能としても良い。

以上本発明の各種の実施例を説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

更に、上述した各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を実現するCPUのプログラムを作成する例を説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。

1 被検体
2 磁場発生系
3 傾斜磁場発生系
4 シーケンサ
5 送信系
6 受信系
7 信号処理系
8 中央処理装置（CPU）
9 傾斜磁場コイル
10 傾斜磁場電源
11 高周波発振器
12 変調器
13 高周波増幅器
14 高周波コイル
15 信号増幅器
16 直交位相検波器
17 A/D変換器
18 磁気ディスク
19 光ディスク
20 ディスプレイ
21 ROM
22 RAM
23 トラックボール又はマウス
24 キーボード
25 操作部
200 頭部
201、401、801 頭頂部の水の励起領域
202、402、802 頭頂部の脂肪の励起領域
301 高周波磁場パルス
302 スライス選択傾斜磁場
303 エコー信号
403、803 眼窩側の水の励起領域
404、804 眼窩側の脂肪の励起領域
501、901 頭頂部側の高周波磁場パルス
502、902 頭頂部側のスライス選択傾斜磁場
503、903 眼窩側の高周波磁場パルス
504、904 眼窩側のスライス選択傾斜磁場
601、603、605 頭頂部側の水の励起領域
602、604、606 頭頂部側の脂肪の励起領域
701、702、703 頭頂部側のスライス選択傾斜磁場
1001極性切り替え境界
1002 印加時間延長スライス選択

Claims (9)

1. 被検体を収容する空間に均一な静磁場と、前記静磁場に重畳する傾斜磁場と、前記被検体へ照射する高周波磁場を発生する磁場発生部と、
   前記被検体から発生するNMR信号をエコー信号として検出する検出部と、
   前記検出されたエコー信号を画像化する画像処理部と、
   前記磁場発生部、前記検出部、前記画像処理部を制御する制御部とを、備え、
   前記制御部は、
   スライス位置によって、前記被検体に印加する高周波磁場の印加時間を変更する、或いはスライス選択用の傾斜磁場の極性を切り替えるよう制御する、
   ことを特徴とする磁気共鳴イメージング(MRI)装置。
2. 請求項１に記載のMRI装置であって、
   前記制御部は、
   関心領域が含まれるスライス位置以外の、前記高周波磁場の印加時間を延長するよう制御する、
   ことを特徴とするMRI装置。
3. 請求項１に記載のMRI装置であって、
   前記制御部は、
   スライス方向のケミカルシフトの影響を低減するよう、前記スライス選択用の傾斜磁場の極性をスライス位置によって切り替えるよう制御する、
   ことを特徴とするMRI装置。
4. 請求項１に記載のMRI装置であって、
   前記制御部は、
   スライス位置によって、前記被検体に印加する高周波磁場の印加時間を変更し、且つ前記スライス選択用の傾斜磁場の極性を切り替えるよう制御する、
   ことを特徴とするMRI装置。
5. 請求項１に記載のMRI装置であって、
   前記画像処理部で画像化された画像を表示する表示部を更に備え、
   前記表示部は、前記被検体に印加する高周波磁場の印加時間を変更するスライス、或いはスライス選択用の傾斜磁場の極性を切り替えるスライス位置を操作者が指定可能なように表示する、
   ことを特徴とするMRI装置。
6. 被検体を収容する空間に均一な静磁場と、前記静磁場に重畳する傾斜磁場と、前記被検体へ照射する高周波磁場を発生する磁場発生部と、前記被検体から発生するNMR信号をエコー信号として検出する検出部と、前記検出されたエコー信号を画像化する画像処理部と、前記磁場発生部、前記検出部、前記画像処理部を制御する制御部とを備えたMRI装置の作動方法であって、
   前記制御部は、
   スライス位置によって、前記被検体に印加する高周波磁場の印加時間を変更する、或いはスライス選択用の傾斜磁場の極性を切り替える、
   ことを特徴とするMRI装置の作動方法。
7. 請求項６に記載のMRI装置の作動方法であって、
   前記制御部は、
   関心領域が含まれるスライス位置以外の、前記高周波磁場の印加時間を延長する、
   ことを特徴とするMRI装置の作動方法。
8. 請求項６に記載のMRI装置の作動方法であって、
   前記制御部は、
   スライス方向のケミカルシフトの影響を低減するよう、前記スライス選択用の傾斜磁場の極性をスライス位置によって切り替える、
   ことを特徴とするMRI装置の作動方法。
   請求項１に記載のMRI装置であって、
9. 請求項６に記載のMRI装置の作動方法であって、
   前記制御部は、
   スライス位置によって、前記被検体に印加する高周波磁場の印加時間を変更し、且つ前記スライス選択用の傾斜磁場の極性を切り替える、
   ことを特徴とするMRI装置の作動方法。

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