JP3359653B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

磁気共鳴イメージング装置

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JP3359653B2 JP05549192A JP5549192A JP3359653B2 JP 3359653 B2 JP3359653 B2 JP 3359653B2 JP 05549192 A JP05549192 A JP 05549192A JP 5549192 A JP5549192 A JP 5549192A JP 3359653 B2 JP3359653 B2 JP 3359653B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は磁気共鳴イメージング方
法に係り、特に、核磁気共鳴現象を利用した断層像撮影
装置(以下「MRI」という)において、1度の繰り返
し時間内に複数(マルチエコー数)の位相エンコードプ
ロジェクションのデータを収集し、高速に被検体を映像
化する磁気共鳴イメージング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、1度の繰り返し時間内にそれぞれ
異なった位相エンコードを印加し、それらに対応した複
数のエコー信号を計測し、撮影時間を短縮する方法は、
例えば下記の2つの文献(1),(2)に詳しく論じら
れている。
【0003】(1) ジャーナル・オブ・マグネティク
・レゾナンス、第54号、第374 頁から第384 頁、1983
(Jouranal of Magnetic Resonance 54, 374-384, 1983) (2) マグネティク・レゾナンス・イン・メディス
ン、第3 号、第823 頁から第833 頁、1986 (Magnetic R
esonance in Medicine 3, 823-833, 1986)文献(1)で
は、高周波による励起(90度パルス又は90度−18
0度パルス)を1回行い、その後位相エンコード方向に
パルス的な傾斜磁場を印加し且つ周波数エンコード方向
に矩形の振動傾斜磁場を印加することで、エコーを次々
と形成させ、すべての位相エンコード成分を持つエコー
信号を観測する方法を示している。この場合、位相エン
コード用のパルス状傾斜磁場の印加は、エコー信号計測
と次のエコー信号計測の間で行われる。またエコー信号
を計測するための時間は、横緩和時間T2 よりも十分短
い時間とする。この方法では、静磁場の不均一により生
じた位相の分散は、エコー形成毎に累積して行き、エコ
ー信号は減衰してしまい、1度に得られる信号数はかな
り少なくなる。
【0004】文献(2)では、スピンエコーシーケンス
におけるマルチエコー法を利用し、それぞれのエコーに
異なった位相エンコード傾斜磁場を印加し、複数の位相
エンコードプロジェクションデータを取得する方法を示
している。この方法によれば、文献(1)で問題となっ
ている静磁場不均一による信号減衰を取り除くことがで
きる。一方、この方法によれば、例えば256×256
マトリックスの場合、1から256の位相プロジェクシ
ョンデータに対し、エコー信号を順番に割り当てる。例
えば、8エコー収集の場合、第1プロジェクション−第
1エコー、第2プロジェクション−第2エコー、第3プ
ロジェクション−第3エコー、そして第8プロジェクシ
ョン−第8エコー、第9プロジェクション−第1エコ
ー、第10プロジェクション−第2エコーと割り当て
る。このため、プロジェクション間に信号強度の差が大
きく反映され、画像上にアーチファクトを生じやすい。
更に、緩和時間の違うエコー信号が位相プロジェクショ
ン間に均等に並ぶため、画像コントラストに誤差が生じ
やすい。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、エ
コー信号を収集する場合、スピンエコーシーケンスにお
けるマルチエコー法を利用した技術が存在する。このマ
ルチエコー法では、それぞれのエコーに対して異なった
位相エンコード傾斜磁場を印加し、複数の位相エンコー
ドプロジェクションデータを1度に取得する。しかし、
順次取得するエコー信号に位相エンコードプロジェクシ
ョンを順番に割り当てるため、プロジェクション間に信
号強度の差が大きく反映され、画像上にアーチファクト
を生じていた。更に、緩和時間の違うエコー信号が位相
プロジェクション間に均等に並ぶため、画像コントラス
トに誤差が生じていた。
【0006】本発明の目的は、撮影時間の短縮すると共
に、上記のアーティファクトやコントラストの誤差を少
なくした磁気共鳴イメージング方法を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気共鳴イ
メージング方法は、上記の目的を達成するため、次のよ
うに構成される。
【0008】(1)体内の特定部位のスピンを励起させ
る手段と、励起した前記スピンに位相変化を与える位相
エンコード傾斜磁場を印加する手段と、傾斜磁場を印加
しながらエコー信号を計測する手段と、励起からエコー
信号計測までの手順を位相エンコード傾斜磁場を変化さ
せながら繰り返し行い、少なくとも2次元のエコー信号
を計測する手段と、前記2次元のエコー信号を用いて画
像を再生する手段を備えた気共鳴イメージング装置に
おいて、スピンを励起させるために90度パルスを印加
し、続いて複数の180度パルスを印加し、計測に必要
な全位相プロジェクションの半分のプロジェクションを
1度の繰り返し時間内に計測できるエコー数に分割し、
得ようとするエコー時間のエコー信号をその分割したプ
ロジェクション低周波領域を担うものに割り当てて計
測し、残り半分のプロジェクションのデータは、データ
の複素共役性を用いて計算により求める。
【0009】(2)好ましくは、上記(1)において、
データを全位相プロジェクションデータの半分と更に低
周波領域を計測し、低周波領域から装置や被検体の状態
等によるデータの位相歪みを計算し補正する。
【0010】(3)また、好ましくは、上記(1)にお
いて、低周波領域を担うものに割り当てて計測するエコ
ー信号の収集に対しては、周波数エンコード用の傾斜磁
場出力を低くし、周波数帯域を狭め、信号とノイズの比
を上げて得る
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】(4)被検体に対し高周波パルスを照射し
スピンを励起させる手段と、スライス選択、位相エンコ
ード、周波数エンコードの各傾斜磁場を印加する手段
と、前記高周波パルス、各傾斜磁場の印加により発生す
るエコー信号を計測する計測手段と、励起からエコー信
号計測までの手順を所定のシーケンスに従い実行させる
制御手段と、前記エコー信号より画像を再構成する画像
再構成手段とを備えた磁気共鳴イメージング装置におい
て、前記制御手段は、90度パルスを印加し続いて複数
の180度パルスを印加するよう励起手段を制御し、そ
の間にそれぞれ異なった位相エンコード傾斜磁場を印加
するよう傾斜磁場印加手段を制御すると共に、必要な全
位相エンコードプロジェクションを一度の繰り返し時間
内に計測できるエコー数に分割し、得ようとするエコー
時間のエコー信号を分割した位相エンコードプロジェク
ションのうち低周波領域を担うものに割り当てて計測す
るよう制御することを特徴とする。
【0017】
【0018】
【作用】本発明による磁気共鳴イメージング方法では、
1度の繰り返し時間内に取得する複数のエコー信号にそ
れぞれ異なった位相エンコード傾斜磁場を印加し、1度
に複数の位相エンコードプロジェクションデータを計測
することにより、計測時間を繰り返し、時間内に計測す
るエコー数分の一に短縮する。このとき、計測に必要な
全位相エンコードプロジェクションを1度の繰り返し時
間内に計測できるエコー数に分割し、それぞれのエコー
信号に分割した位相プロジェクションを割当てるため、
エコー信号内に強度及び信号が持つ緩和時間にある程度
の連続性が生じ、このためアーチファクトやコントラス
トの誤差等が生じにくくなる。また、低周波領域の信号
計測に対し周波数エンコード用の傾斜磁場出力を下げ周
波数帯域を狭め信号対ノイズ比を高めることができる。
【0019】
【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。
【0020】図2は、本発明の磁気共鳴イメージング方
法を実施するMRI装置の構成概要を示すブロック図で
ある。図2に基づき装置の基本的構成を説明する。図2
において、201は均一な静磁場を発生させる磁石、2
02は被検体内で核磁気共鳴を生じさせるための高周波
磁場を発生させる励起システム、203は被検体から発
生する信号を受信し且つ検波した後にA/D変換する受
信システム、204は、磁場の強さをX,Y,Zの各方
向にそれぞれ独立に線形に変化させることが可能な傾斜
磁場発生システム、205は受信システム等から与えら
れる計測データに基づいて画像再生に必要な各種演算を
行う画像処理システム、206は上記各システムの動作
タイミングをコントロールするシーケンス制御システ
ム、207は高周波の送受信に使用するプローブ、20
8はオペレーションを行なう操作卓である。
【0021】図1に、本発明の一実施例である磁気共鳴
イメージング方法を示し、例えば7エコーを計測するパ
ルスシーケンスを示す。図1において、101は核スピ
ン励起用の90度高周波パルスで、102〜108はそ
れぞれ180度高周波パルスである。高周波パルス10
1,102の励起によってエコー信号139が形成され
る。更に、180度パルス103を印加すると、エコー
信号140が得られる。これらの信号は、スピンエコー
信号であるため静磁場不均一による影響は受けない。1
17〜130はエコー信号に位相エンコードを施すため
の傾斜磁場であり、131〜138はエコー信号に周波
数エンコードを施すための傾斜磁場である。117は繰
り返し時間毎に出力を変化させる傾斜磁場であり、10
9〜116、118〜130は一定の出力を持つ傾斜磁
場である。118と119、120と121、122と
123、124と125、126と127、128と1
29は、同出力で極性が反対の傾斜磁場である。117
と118で位相エンコードを受けたエコー信号139
は、位相がθ1 だけ回ることになり、エコー信号140
は、それに対し傾斜磁場118,119が打ち消し合う
ため117と120の位相エンコードを受けることにな
る。従って、エコー信号140は、傾斜磁場118と傾
斜磁場120の差に相当した位相Δθ2 だけエコー信号
139より余計に位相回りを起こす。つまり、θ2 =θ
1 +Δθ2 となる。同様のことが141〜145のエコ
ー信号にも言える。
【0022】図3に、位相エンコードを1度の繰り返し
時間内に計測するエコー信号で分割した例を示す。この
実施例では、全位相エンコードを7つのブロックに分割
し、それぞれを第1エコーから第7エコーに割り当て
る。例えば256プロジェクションの場合、1分割は約
36プロジェクションになる。1プロジェクションに相
当する位相の違いをΔθ0 とすると、第1エコーと第2
エコーの位相の違いは、36Δθ0 とすればよいので、
図1において説明したΔθ2 は、Δθ2 =36Δθ0
なる。得ようとする画像のコントラストは、ほぼ低周波
領域のエコー信号のエコー時間で決まってしまうため、
得ようとするTEのエコー信号は、全位相エンコードプ
ロジェクション中の最低周波領域、つまり中心プロジェ
クションを含むブロックに割り当てる。図3で示した例
では、第4エコーがそれに当たるため、得られる画像は
第4エコーのTEが反映された画像になる。
【0023】図4には、低周波領域の周波数帯域を狭め
たシーケンスを示す。第4エコーを最低周波数領域に割
り当てるため、第4エコーを収集するための周波数エン
コード用傾斜磁場404の出力を低下させる。これによ
って、第4エコーの周波数帯域は狭まるので、S/N比
は向上する。エコー信号が減衰すること等を考えると、
狭い時間間隔内で複数のエコーを収集した方が良いた
め、周波数エンコード用傾斜磁場の出力を高周波領域の
信号収集に対しては、401〜407の様に、徐々に下
げ、その後徐々に上げていくことが、更に画質向上につ
ながる。
【0024】図5には、半分のプロジェクションデータ
を取得する場合のプロジェクションデータ分割法を示
す。半分のプロジェクションデータを7エコーで分割し
て計測すれば、計測時間を14倍短くすることができ
る。また、4エコーで計測すれば計測時間は7倍のまま
であるが、エコーを4つまで収集すれば良いのでマルチ
スライスの枚数を多くすることができる。
【0025】図6には、補正を施す場合の装置に依存す
る位相歪みを示す。この図では、計測信号を1次元フー
リエ変換した場合の周波数(横軸)と位相(縦軸)の関
係を示す。理想的な信号は、全ての画像上の位相が0で
あるため、図中のP0 を原点に移し、更に、傾きである
1 をなくす補正を施す。この補正を計測する複数の信
号の全てに対し行う必要がある。また信号は、横緩和時
間T2 で減衰するため計測する複数の信号それぞれで信
号強度が違ってしまう。そのため、強度を合わせる補正
も必要である。例えば、第1エコーの信号強度はS1
ρe(−TE1/T2 )、第4エコーの信号強度はS4
=ρe(−TE4/T2 )と表わせるので第4エコーの
TEに相当する画像を得ようとする場合は、第1エコー
にe{−(TE4−TE1)/T2 }の補正が必要にな
る。このような補正を行う場合、補正に必要な量を計測
以前に前処理として行っておくことも可能である。
【0026】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、次の効果を奏する。
【0027】被検体を励起するための高周波パルスの繰
り返し時間内に、複数のエコー信号を計測し、それらの
信号にそれぞれ異なった位相エンコード傾斜磁場を印加
し、複数の位相エンコードプロジェクションを1度に計
測することで、撮影時間をエコー数分の一にまで短縮す
ることができる。このとき、計測に必要な全位相エンコ
ードプロジェクションを1度の繰り返し時間内に計測で
きるエコー数に分割し、それぞれのエコー信号に分割し
た位相プロジェクションを割当てるため、エコー信号内
に強度及び信号が持つ緩和時間にある程度の連続性が生
じ、この結果、アーチファクトやコントラストの誤差等
が生じにくい。また、全プロジェクションデータ中の低
周波領域の信号計測には、周波数エンコード用の傾斜磁
場出力を下げ、周波数帯域を狭めて計測することによ
り、信号とノイズの比を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による磁気共鳴イメージング方法の一実
施例である計測シーケンスを示す図である。
【2図】本発明のイメージング方法が適用される磁気共
鳴イメージング装置の構成を示すブロック図である。
【3図】本発明の実施例である位相エンコードの分割状
態と計測するエコー信号との関係を示す図である。
【4図】本発明の実施例である周波数帯域を制限した計
測シーケンスを示す図である。
【5図】位相エンコードを半分計測する場合の位相エン
コードの分割状態と計測するエコー信号との関係を示す
図である。
【6図】位相補正に必要な信号の位相回りを示す図であ
る。
【符号の説明】
201 磁石 202 励起システム 203 受信システム 204 傾斜磁場発生システム 205 画像処理システム 206 シーケンス制御システム 207 プローブ 208 操作卓
フロントページの続き (72)発明者 小山 晋 茨城県勝田市堀口字長久保832番地ビル 2 日立計測エンジニアリング株式会社 内 (56)参考文献 特開 平5−192313(JP,A) 特開 平5−245123(JP,A) 特開 昭63−183046(JP,A) 特開 昭63−31649(JP,A) 特開 平2−41138(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/055 JICSTファイル(JOIS)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】体内の特定部位のスピンを励起させる手段
    と、励起した前記スピンに位相変化を与える位相エンコ
    ード傾斜磁場を印加する手段と、傾斜磁場を印加しなが
    らエコー信号を計測する手段と、励起からエコー信号計
    測までの手順を位相エンコード傾斜磁場を変化させなが
    ら繰り返し行い、少なくとも2次元のエコー信号を計測
    する手段と、前記2次元のエコー信号を用いて画像を再
    生する手段を備えた磁気共鳴イメージング装置におい
    て、 スピンを励起させるために90度パルスを印加し、続い
    て複数の180度パルスを印加し、計測に必要な全位相
    プロジェクションの半分のプロジェクションを1度の繰
    り返し時間内に計測できるエコー数に分割し、得ようと
    するエコー時間のエコー信号をその分割したプロジェク
    ション低周波領域を担うものに割り当てて計測し、残
    り半分のプロジェクションのデータは、データの複素共
    役性を用いて計算により求めることを特徴とする磁気共
    鳴イメージング装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置
    において、データを全位相プロジェクションデータの半
    分と更に低周波領域を計測し、低周波領域から装置や被
    検体の状態等によるデータの位相歪みを計算し補正する
    ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置
    において、上記低周波領域を担うものに割り当てて計測
    するエコー信号は、周波数エンコード用の傾斜磁場出力
    を低くし、周波数帯域を狭め、信号とノイズの比を上げ
    得ることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  4. 【請求項4】被検体に対し高周波パルスを照射しスピン
    を励起させる手段と、スライス選択、位相エンコード、
    周波数エンコードの各傾斜磁場を印加する手段と、前記
    高周波パルス、各傾斜磁場の印加により発生するエコー
    信号を計測する計測手段と、励起からエコー信号計測ま
    での手順を所定のシーケンスに従い実行させる制御手段
    と、前記エコー信号より画像を再構成する画像再構成手
    段とを備えた磁気共鳴イメージング装置において、 前記制御手段は、90度パルスを印加し続いて複数の1
    80度パルスを印加するよう励起手段を制御し、その間
    にそれぞれ異なった位相エンコード傾斜磁場を印加する
    よう傾斜磁場印加手段を制御すると共に、必要な全位相
    エンコードプロジェクションを一度の繰り返し時間内に
    計測できるエコー数に分割し、得ようとするエコー時間
    のエコー信号を分割した位相エンコードプロジェクショ
    ンのうち低周波領域を担うものに割り当てて計測するよ
    う制御することを特徴とする磁共鳴イメージング装
    置。
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