JP2777155B2

JP2777155B2 - 磁気共鳴映像装置

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Publication number: JP2777155B2
Application number: JP63302468A
Authority: JP
Inventors: 重英久原; 幸三佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2013-07-16
Also published as: EP0372814A3; JPH02149250A; EP0372814B1; DE68927874D1; DE68927874T2; US5043665A; EP0372814A2

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、磁気共鳴映像装置に係り、特に被検体の磁
気共鳴画像を高速で画像化し得る磁気共鳴映像装置に関
する。

（従来の技術）磁気共鳴映像法（MRI:magnetic resonance imaging）
は、既に良く知られているように、固有の磁気モーメン
トを持つ原子核スピンの集団が強度Hoの一様な静磁場中
に置かれたときに、静磁場の方向と垂直な面内で特定の
角速度ω＝γHo（γは磁気回転比）で回転する高周波磁
場のエネルギを共鳴的に吸収する磁気共鳴現象を利用し
て、分子の化学的および物理的な情報を映像化する手法
である。

この磁気共鳴映像法を用いて被検体内の特定原子核
（例えば水および脂肪中の水素原子核）の空間的分布を
映像化する方法としては、ローターバ（Lauterbur）に
よる投影再構成法、クマー（Kumar）、ウェルチ（Wel
t）あるいはエルンスト（Ernst）によるフーリエ法、お
よびフーリエ法の変形であるハチソン（Hutchison）等
によるスピンワープ法等が知られている。

この磁気共鳴映像法により映像を得るための磁気共鳴
映像装置では、超音波診断装置およびＸ線CT（computed
tomography）装置のような他の医用画像診断装置に比
べてデータの収集に長時間を要する。したがって、呼吸
による体動のような被検体の体動によってアーティファ
クトを生じ、そのため心臓および血管系のように高速の
体動のある部分を映像化することが難しいという問題が
ある。また、撮像時間が長くなるため、被検者に与える
苦痛も大きい。

そこで、磁気共鳴映像法による画像を高速に得る方法
として、例えば、マンスフィールド（Mansfield）によ
るエコープラナ法およびハチソン（Hutchison）等によ
る超高速フーリエ法のような超高速イメージング法が提
案されている。

超高速フーリエ法では、第６図に示すようなパルスシ
ーケンスに従って磁気共鳴データの収集が行われる。
（１）スライス用勾配磁場Gsを印加しつつ高周波磁場RF
として90゜の高周波選択励起パルスを印加してスライス
部位の磁化を選択的に励起する。（２）180゜高周波パ
ルスを印加してスピン励起を行なう。（３）スライス面
に平行な方向の読み出し用勾配磁場Grを高速で複数回反
転スイッチングさせて印加しつつ、スライス面と平行で
且つ読出し用勾配磁場Grに直交するな方向の位相エンコ
ード用勾配磁場Geを、読出し用勾配磁場Grの反転開始前
に所定の極性で印加した後、極性を反転して読出し用勾
配磁場Grの反転毎にパルス状に印加する。この読出し用
勾配磁場Grを反転スイッチングさせて印加している期間
がデータ観測期間Tobsとなる。この第６図のシーケンス
は、いわゆるフルエンコード法であり、第７図にフーリ
エ面上でのデータ収集の様子を模式的に示すように、ス
ピンエコーの両側を利用してシーケンシャルにエンコー
ドを行ない位相空間すなわちフーリエ空間の全データを
収集する。

また、いわゆるハーフエンコード法に従った超高速フ
ーリエ法では、第８図に示すように、スピンエコー以後
のスピエコーの片側でのみ読出し用勾配磁場Grの繰り返
し反転印加を行ない、且つ読出し用勾配磁場Grの繰り返
し反転前の位相エンコード用勾配磁場Geの反転印加がな
い点が第６図のフルエンコード法とは異なっている。こ
の場合は、第９図のように位相空間の半平面のデータの
みが収集されるので、他の半平面のデータは、収集され
た磁気共鳴データの複素共役をとることによって求め
る。

また、エコープラナ法では、エンコード用勾配磁場Ge
を第６図および第８図のように間欠的に印加する代りに
読出し用勾配磁場のスイッチングが行われている期間中
継続して静的に印加する。この場合は、フーリエ空間上
では、データ収集が第７図および第９図のように読出し
方向に対応する軸kxに平行に行われず、ジグザグ状に行
われる。

これらの方法によれば、90゜高周波パルスによって励
起されたスライス部位の磁化が横磁化の緩和現象により
緩和する時間内に、スライス部位の画像データを収集す
ることができ、超高速イメージングが可能である。

しかしながら、これらの超高速イメージング法では次
のような問題がある。

励起されたスライス部位内の磁化は、静磁場の空間的
な不均一性のために位相分散が生じ、横緩和時間T2より
短い時間T2＊で見掛け上の横緩和が起こる。このため、
見掛け上の横緩和時間T2＊による位相分散の影響で正し
い画像再構成ができない。そこで、第６図および第８図
に示した超高速イメージングのパルスシーケンスでは、
90゜選択励起パルスにより磁化を励起した後、180゜高
周波パルスを印加して、空間的に位相分散している磁化
の位相を揃えて磁気共鳴データを収集するようにしてい
る。この方法によると、90゜パルスを印加してから時間
τ′またはτ後に、180゜高周波パルスが印加され、さ
らに時間τ′またはτ後に磁化の位相が揃う。そこで、
観測期間Tobsは、この磁化の位相が揃うタイミングの近
傍に設定される。また、この観測期間Tobs内に被検体の
体動があると動きによるアーティファクトを生じる。し
たがって、磁化の位相が揃っていてしかも被検体の動き
の影響を受けないような、短かい時間（例えば約30ms）
内に、画像を得るために必要な全ての磁気共鳴データの
収集を行なわねばならないという制限がある。

そして、上述したエコープラナ法および超高速フーリ
エ法では、勾配磁場を高速でスイッチングして磁気共鳴
エコーデータをサンプリングする。しかし、勾配磁場の
スイッチング速度の制限（例えば立上がり約300μｓ）
およびサンプリング速度の制限により、上述した短い時
間の間に発生もしくは使用できるグラジエントエコーの
数つまりエンコードステップ数に限度がある。例えば、
スピンエコーの両側を用いた第６図のような場合で約64
エコー程度が限度である。このため、エンコード方向の
高分解能化が困難である。

（発明が解決しようとする課題）このように、従来の超高速イメージング法では、全デ
ータ収集時間の制限と、勾配磁場のスイッチング速度の
およびサンプリング速度の制限とによりエンコードステ
ップ数が制限されるため、高分解能化することが困難で
あった。

そこで、本発明はこのような課題を解決し、超高速イ
メージングを高分解能で行なえる磁気共鳴映像装置を提
供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明に係る磁気共鳴映像装置は、エンコード方向の
分解能を向上させるため、スピンエコーの両側において
グラジエントエコーを発生させるとともに、エンコード
ステップの量（フーリエ空間上での間隔）および順序の
少なくとも一方を適宜設定することにより、全てのマル
チエコーデータまたはその複素共役データがフーリエ空
間上の半平面のデータに相当するようにする。そして、
このようにして得た磁気共鳴データの複素共役をとるこ
とにより全位相空間のデータを求めて、再構成画像を得
る。

（作用）本発明による磁気共鳴映像装置では、全撮像時間を延
長することなく、超高速イメージングによる高分解能の
磁気共鳴画像を得ることができる。

（実施例）第１図は本発明の第１の実施例に係る磁気共鳴映像装
置の構成を示す図である。

同図において、静磁場磁石１および勾配磁場コイル３
は、励磁用電源２および駆動回路４によってそれぞれ駆
動される。励磁用電源２および駆動回路４は、システム
コントローラ10により制御される。静磁場磁石１は、寝
台６上の被検体５（例えば人体）に対して一様な静磁場
を印加する。勾配磁場コイル３は、被検体５の注目する
所望の断面（スライス面）内の直交するｘとｙの２方
向、およびそれに垂直なｚ方向に磁場強度がそれぞれ変
化する勾配磁場を印加する。なお、本実施例では、ｚ方
向に印加する勾配磁場Gzをスライス用勾配磁場Gs、ｘ方
向に印加する勾配磁場Gxを読出し用勾配磁場Gr、ｙ方向
に印加する勾配磁場Gyを位相エンコード用勾配磁場Geと
して説明する。

被検体５には、さらに送信部８からの高周波信号によ
りプローブ７から発生される高周波磁場が印加される。
送信部８もシステムコントローラ10の制御の下で動作す
る。本実施例においては、プローブ７を、高周波磁場の
発生のための送信コイルと被検体５内の特定原子核に関
する磁気共鳴信号を受信する受信コイルとに共用してい
るが、専用の送信および受信コイルを別々に設けてもよ
い。

プローブ７により受信された磁気共鳴信号すなわち磁
気共鳴エコー信号は、受信部９で増幅され且つ検波され
た後、データ収集部11に転送される。このデータの転送
もシステムコントローラ10の制御の下で行われる。シス
テムコントローラ10により制御されるデータ収集部11
は、受信部９から与えられる磁気共鳴エコー信号を収集
し且つA/D（アナログ／ディジタル）変換した後、電子
計算機12に送る。

電子計算機12は、コンソール13を介してオペレータに
より操作制御される。電子計算機12は、データ収集部11
から入力される磁気共鳴エコーデータに対するフーリエ
変換によって画像再構成処理を行ない、画像データを得
る。また、電子計算機12はシステムコントローラ10の制
御をも行なう。電子計算機12により得られた画像データ
は画像ディスプレイ14に供給され、画像表示される。

第２図に、本発明に基く被検体５内のスライスの画像
データを得るためのパルスシーケンスの一例を示す。こ
のパルスシーケンスはシステムコントローラ10によって
制御される。

この第２図に示すパルスシーケンスは、第６図に示し
た従来の超高速フーリエ法のパルスシーケンスを変形し
たものである。ただし、このパルスシーケンスでは、ス
ピンエコー直後の位相エンコード用勾配磁場Geのパルス
振幅つまりパルス波高値のみを他の位相エンコード用勾
配磁場Geのパルス振幅Gesの1/2としている（パルス幅は
他の位相エンコード用勾配磁場Geのパルスと同じであ
る）点で第６図の場合と異なっている。このスピンエコ
ー直後の位相エンコード用勾配磁場Geのパルス振幅を
（1/2）Gesとしたのは、このパルスによるエンコードス
テップを他の部分の1/2にするためである。

すなわち、最初にまず被検体５内の注目するスライス
部位の磁化を選択的に励起するために、駆動回路４を介
して勾配磁場生成コイル３により、ｚ方向のスライス用
勾配磁場Gsを印加し、且つその状態で送信部８を介して
プローブ７により、高周波磁場RFとして90゜選択励起パ
ルス（所定のスライス領域の磁化のみを90゜回転させる
ための高周波パルス）を印加することにより、被検体５
内の特定のスライス部位の所定の核磁化を選択的に励起
して磁気共鳴を生じさせる。なお、スライス用勾配磁場
Gsは90゜選択励起パルスの印加後、磁化の位相を揃える
ために反転される。

このように、90゜選択励起パルスおよびスライス用勾
配磁場Gsを印加した後、90゜選択励起パルスの印加から
τ′後に、プローブ７により180゜高周波パルスを高周
波磁場RFとして印加する。そして、180゜パルスの印加
後に、勾配磁場生成コイル３より、ｘ方向の読出し用勾
配磁場Grおよびｙ方向の位相エンコード用勾配磁場Geの
印加を行なって０〜ｎ′番目の磁気共鳴エコーを順次生
じさせる。すなわち、ｘ方向の読出し用勾配磁場Grを交
互に正負反転するようにスイッチングさせて繰返し印加
すると同時に、ｙ方向の位相エンコード用勾配磁場Geを
読出し用勾配磁場Grの反転時毎にパルス状に印加する。
なお、読出し用勾配磁場Grの反転の直前に予め位置エン
コード用勾配磁場Geを前記パルス状の印加とは逆極性に
印加する。そして、上述のようにスピンエコーの直後の
位相エンコード用勾配磁場Geのパルス振幅は他の位相エ
ンコード用勾配磁場Geのパルス振幅の1/2とする。この
ようにして、プローブ７、受信部９を介してデータ収集
部11により被検体５内からの０〜ｎ′番目の磁気共鳴エ
コー信号が収集され電子計算機12に転送される。これら
のエコー信号の列から得た磁気共鳴データの複素共役デ
ータを求めこれら両データをフーリエ変換して画像再構
成を行なうことにより、スライスの画像データが生成さ
れる。

このときに収集される画像データはフーリエ空間上で
第３図に実線で示すような位置関係のデータである。す
なわち、軸ｋxよりｋy座標が負側の領域では従来の第７
図と同様のエンコードステップでデータが収集され、軸
ｋx上のゼロエンコードデータ（エンコード量がゼロの
データ）が収集された直後にのみそれまでの1/2のエン
コードステップでデータが収集され、以後は再び従前と
同様のエンコードステップでデータが収集される。そし
て、軸ｋxよりｋy座標が負側の領域で収集されたデータ
の複素共役をとることにより、図示破線のようなデー
タ、すなわち軸ｋxよりｋy座標が正側の領域で収集され
る各データの中間のデータが得られる。同様に、軸ｋx
より軸ｋy座標が正側の領域で収集されたデータの複素
共役をとることにより、軸ｋxよりｋy座標が負側の領域
で収集される各データの中間のデータが得られる。この
ように収集された磁気共鳴データの複素共役をとること
により、データの密度が２倍になる。しかもこの場合
に、磁気共鳴データの収集に要する時間は従来の第６図
のシーケンスの場合と同じである。

なお、第２図のシーケンスで、スピンエコー直後の位
相エンコード用勾配磁場Geのパルス振幅を（1/2）Gesと
したのは、エンコードステップを他の部分1/2にするた
めであるので、パルス波形内の面積を他のパルスの1/2
にすればよく、パルス振幅を変更する代りに同じパルス
波高値でパルス幅を他のパルスの1/2としてもよいこと
はいうまでもない。

本発明の第２の実施例のパルスシーケンスを第４図に
示す。

第４図において、第２図と異なる点は、位相エンコー
ド用勾配磁場Geの繰返しパルスのパルス振幅Ges′を例
えば第２図のパルス振幅Gesの1/2とし、且つスピンエコ
ーの直前の位相エンコード用勾配磁場Geパルスのパルス
振幅を（ｎ′/4）Ges′とした点である。

この第２の実施例では、第５図に示すようにフーリエ
空間上での領域R1の磁気共鳴データを収集した後、パル
ス振幅を（ｎ′/4）Ges′位相エンコード用勾配磁場Ge
パルスにより、フーリエ空間上での領域R2を飛越し、領
域R3の磁気共鳴データを収集する。そして、収集された
磁気共鳴データの複素共役データを求めることにより、
領域R1のデータから領域R4のデータを得るとともに、領
域R3のデータから領域R2のデータを得る。このようにし
て、第１の実施例の場合と同様の密度で全フーリエ空間
のデータが求められた後に、画像再構成が行われる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
い。

例えば、上述の第１および第２実施例では、超高速フ
ーリエ法に準じたシーケンスにより本発明を実施する場
合について説明したが、エコープラナ法に準じたパルス
シーケンスを適用することもできる。この場合は、位相
エンコード用勾配磁場Geをパルス状にではなく、データ
観測期間Tbosの間継続して静的に与えるので、スピンエ
コーの直後または直前にのみパルス状に位相エンコード
用勾配磁場Geの振幅を変更すればよい。

また、上述ではフーリエ空間の全領域について実質的
に高密度でデータを得るようにしたが、例えばゼロエン
コードデータ近傍についてのみ高密度とするなど、フー
リエ空間の一部についてのみ高密度としてもよい。この
場合データをとらなかった部分はゼロフィリングする。

その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施することが可能である。

［発明の効果］本発明の磁気共鳴映像装置によれば、全撮像時間を延
長することなく、超高速イメージングによる高分解能の
磁気共鳴画像を短時間で得ることができる磁気共鳴映像
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る磁気共鳴映像装置
の構成を示すブロック図、第２図は同実施例における磁
気共鳴データ収集のためのパルスシーケンスを示す図、
第３図は同実施例におけるデータ収集のフーリエ空間で
の様子を説明するための図、第４図は本発明の第２の実
施例における磁気共鳴データ収集のためのパルスシーケ
ンスを示す図、第５図は同実施例におけるデータ収集の
フーリエ空間での様子を説明するための図、第６図は従
来のフルエンコード法を採用した超高速フーリエ法によ
るパルスシーケンスの一例を示す図、第７図はそのデー
タ収集のフーリエ空間での様子を説明するための図、第
８図は従来のハーフエンコード法を採用した超高速フー
リエ法によるパルスシーケンスの一例を示す図、第９図
はそのデータ収集のフーリエ空間での様子を説明するた
めの図である。１……静磁場磁石、２……励磁用電源、３……勾配磁場
生成コイル、４……駆動回路、５……被検体、６……寝
台、７……プローブ、８……送信部、９……受信部、10
……システムコントローラ、11……データ収集部、12…
…電子計算機、13……コンソール、14……画像ディスプ
レイ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−214246（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−68656（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−227337（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−182973（ＪＰ，Ａ) ＳＰＩＥＶｏｌ．593 ＭｅｄｉｃａｌＩｍａｇｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（1985）Ｐ．６−13 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61B 5/055

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】均一な静磁場に置かれた被検体（５）に高
周波磁場と勾配磁場とを所定のパルスシーケンスに従っ
て印加し、前記被検体内に励起される磁気共鳴による磁
気共鳴信号を検出し、映像化する磁気共鳴映像装置にお
いて、前記高周波磁場を生成するために第１高周波パルスとこ
の第１高周波パルスに続く第２の高周波パルスを発生す
るパルス発生手段（８）と、高周波磁場（RF）および勾配磁場（Gr）によって前記所
定部分内のスピン励起後に、スピンエコー中心（２τ）
の両側にマルチエコーを生成するため所定の読み出し勾
配磁場（Gr）を高速で正負を切り換えて印加すると共に
マルチエコーデータまたはその複素共役を収集するため
所定の位相エンコード用勾配磁場（Ge）を印加するパル
スシーケンスに従って１回の励起によって観測期間（T
_obs）に前記被検体の所定部分の画像再構成のために必
要とする全てのデータを収集するデータ収集手段（11）
と、前記被検体の前記所定部分の磁気共鳴画像データを得る
ための画像処理手段（12）と、により構成され、前記画像処理手段は前記収集手段によって収集された前
記磁気共鳴データから複素共役データを得ると共に前記
磁気共鳴データおよび前記複素共役データを二次元複素
フーリエ変換し、前記データ収集手段は、前記スピンエ
コー中心（２τ）の第１側に収集されたマルチエコーデ
ータが前記スピンエコー中心の第２側の複素共役データ
を得るために使用され、前記スピンエコー中心の前記第
２側に収集されるマルチエコーデータが前記第１側の複
素共役データを得るために使用されるように位相エンコ
ード用勾配磁場（Ge）における位相エンコードステップ
およびそのシーケンスの量を計算によって制御し、前記
シーケンスは所定数繰り返す第１エンコードステップ、
この第１エンコードステップに続く１回の第２エンコー
ドステップおよびこの第２エンコードステップに続く所
定数繰り返す第１エンコードステップでなり、前記第２
エンコードステップは前記第１エンコードステップの1/
2であり、前記スピンエコー中心直後に時刻決められ、
または前記第１エンコードステップの前記観測期間（T
_obs）のエコー数の1/4に等しく、前記スピンエコー中心
の直前に時刻決めされ、これにより、前記フーリエデー
タ面において前記第２エンコードステップに対応する領
域が前記第１エンコードステップに対応する２つの領域
間に挿入されるように前記フーリエデータ面がマルチエ
コーデータおよび複素共役データで充填たされる、こと
を特徴とする磁気共鳴映像装置。
【請求項２】前記第２エンコードステップのエンコード
量は前記第１エンコードステップのエンコード量の1/2
である請求項１の磁気共鳴映像装置。
【請求項３】前記データ収集手段（11）は、前記スピン
エコー中心の両側のマルチエコーデータが前記フーリエ
データ面のエコースピンに対して対称となるように磁気
共鳴データを収集する請求項１の磁気共鳴映像装置。
【請求項４】前記第２エンコードステップは、前記第１
エンコードステップの振幅の半分の振幅および前記第１
エンコードステップと同じ幅を有する請求項１の磁気共
鳴映像装置。
【請求項５】前記データ収集手段（11）は、磁気共鳴を
励起するために、前記位相エンコード用勾配磁場（Ge）
およびスライスに直交するスライス選択勾配磁場（Gs）
およびスピンを励起するための前記第１高周波パルスに
対応する90゜高周波パルスを前記スライスに印加し、前
記第２高周波パルスに対応する180゜高周波パルスを印
加後に高速に正負を切り換えながら前記スライス選択勾
配磁場に直交する方向に読み取り勾配磁場（Gr）を印加
するスライスステップに従って前記スライスの画像再構
成に必要な全てのデータを収集する請求項１の磁場共鳴
映像装置。
【請求項６】前記画像処理手段（12）は磁気共鳴データ
またはその複素共役データを欠いている前記フーリエデ
ータ面の部分をゼロで充足する手段を含む請求項１の磁
気共鳴映像装置。
【請求項７】前記第２エンコードステップは前記第１エ
ンコードステップより整数倍大きい振幅を有する請求項
１の磁気共鳴映像装置。