JP3532307B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

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
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】ＭＲＩは、被検体の構成物質である特定
の核種（プロトン、¹³Ｃ、³¹Ｐ）を撮影対象として、静
磁場中に置かれたこれら原子核にそのラーモア周波数と
同じ周波数の高周波磁場を照射することによって核スピ
ンを励起し、その後に生じるＮＭＲ信号を計測する。撮
影対象としてプロトンが最も一般的であり、その密度の
空間分布や、励起状態の緩和現象の空間分布を求め、こ
れ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次元的に撮影する。 【０００３】ＭＲＩによる撮像方法ではＮＭＲ信号に位
置情報を与えるために、計測空間の静磁場に重畳して、
直交する３軸方向の傾斜磁場パルスが与えられる。即
ち、傾斜磁場により異なる位相エンコードを与え、それ
ぞれの位相エンコードで得られるエコー信号を検出す
る。位相エンコードの数は通常１枚の画像あたり１２
８、２５６、５１２等の値が選ばれる。各エコー信号は
通常１２８、２５６、５１２、１０２４個のサンプリン
グデータからなる時系列信号として得られる。これらの
データを２次元フーリエ変換して１枚のＭＲ画像を作成
する。 【０００４】ところで従来よりＭＲＩの典型的な撮像方
法として、スピンエコー法、グラディエントエコー法等
の手法が知られているが、近年１回の励起で複数のエコ
ー信号を計測する高速撮像方法が広く行われるようにな
っている。このような高速撮像方法の代表的なシーケン
スであるエコープラナー（ＥＰＩ）法のシーケンスを図
２に示す。このシーケンスでは、まず検知する磁化を含
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（Ｇｓ）パルス２０２を印加
し、画像化するスライスを選択して励起する。次に位相
エンコード（Ｇｅ）のオフセットを与えるパルス２０３
と読み出し傾斜磁場（Ｇｒ）のオフセットを与えるパル
ス２０５を印加する。そのあとに、極性の反転する読み
出し傾斜磁場パルス２０６を連続して印加する。反転読
み出し傾斜磁場パルス２０６は図示する例では台形であ
るが、正弦波であってもよい。読み出し傾斜磁場パルス
２０６に同期して、位相エンコード傾斜磁場パルス２０
４を離散的に印加する。傾斜磁場２０６の各周期内で反
転読み出し傾斜磁場２０６の積分値が０になるところ
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、これを所定の時間範囲２０８の間各々サ
ンプリングし時系列データを得る。時間範囲２０８は典
型的には各々が１ｍｓ程度である。一連の動作２０９に
より画像再構成に必要な全エコーを収集する。即ち、位
相エンコード数が１２８であれば、１２８組の時系列デ
ータを収集する。 【０００５】また１回の励起で複数のエコー信号を計測
する高速撮像方法として、上記ＥＰＩの他、ＥＰＩに類
似する手法としてＧＥ＆ＳＥ（グラディエントエコー・
アンド・スピンエコー法）、分割型ＥＰＩ法も提案され
ており、例えばＧＥ＆ＳＥは図２の動作２０９の間に更
にスピンを反転する１８０゜ＲＦパルスを照射するとと
もに、更にブリップ状の位相エンコード傾斜磁場２０
４、反転読み出し傾斜磁場２０６の印加を連続して繰り
返し、エコー信号を計測して、画像再構成に必要な全エ
コーを収集する。また分割型ＥＰＩ法は図２の動作２０
９で、一部分のみの位相エンコードデータを取得し、次
に位相エンコードのオフセットを与えるパルス２０３を
変化させながら動作２０９を繰り返し、残りのエコー信
号２０７を取得する。分割型ＥＰＩは、動作２０９を繰
り返すため一枚の画像を取得するためのデータ取得時間
は長くなるが、動作２０９内で取得するエコー２０７の
数が減り、動作２０９自体は短時間になる。この結果、
エコーの信号低下が少なくなり、高画質の絵が取得でき
る。 【０００６】次に上述したＥＰＩ及びそれに類似する手
法における画像再構成及び信号補正の方法を図７に示
す。まず参照周波数を実効的に共鳴周波数ｆ［Ｈｚ］に
設定し、データを取得する（701）。ここで参照周波数
として共鳴周波数ｆを用いるのは、信号を高周波から０
周波数に変換し、位置情報に対応する周波数シフトのみ
を信号として取り出すためである。この場合通常は、２
段または、３段の、信号周波数変換により実現してい
る。即ち、各段の参照周波数をｆ１、ｆ２、ｆ３、とし
て、ｆ＝ｆ１＋ｆ２＋ｆ３とする。最終段は直交検波
（アナログまたはデジタル）である。上記実効的という
意味は、このような多段の変換も含むことを意味してい
る。 【０００７】次に、反転傾斜磁場パルス２０６の極性を
確認する（702）。たとえば、図２において、最初のエ
コーでは、傾斜磁場パルスの極性は負で、第２のエコー
では、傾斜磁場パルスの極性は正である。極性が負の時
には信号の配列を時間方向に反転する（703）。このよ
うな反転処理を行った信号（時系列データ）と極性が正
のときの信号を使って公知の方法、すなわち２次元フー
リエ変換等により画像再構成をおこなう（704）。 【０００８】図８は分割型ＥＰＩで取得される典型的な
信号配列を、参照周波数＝共鳴周波数ｆの場合について
ｘ−ｋｙ空間表示したもので、時間方向反転後の状態を
示している。尚、ｘ−ｋｙ空間の表示とは、計測空間ｋ
ｘ−ｋｙ上に配列した信号を、ｋｘ方向にのみフーリエ
変換し、ｋｘ軸をｘ軸変換した表示である。この図では
信号はｋｘ方向に、４つのグループに分けられており、
信号群８１、８３は傾斜磁場の極性が負のときの信号
で、信号群８２と８４は傾斜磁場の極性が正の時の信号
である。時間方向反転後において信号群８１から８４の
信号はｋｘ方向に位置ずれなく配置される。これらをｋ
ｙ方向にフーリエ変換をすると図９の画像が得られる。
画像中心９１は傾斜磁場の中心、即ち傾斜磁場強度が常
にゼロの断面に一致する。従って傾斜磁場の中心に被検
体の中心が一致するようにセッティングした場合、図の
ように、被検体９２は画像中心９１に現われる。なお、
９３は背景である。 【０００９】この際、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静
磁場の不均一性等が信号に与える影響は公知の信号補正
により除去される。特にＥＰＩ撮影において、ＲＦ中心
周波数と共鳴周波数とに周波数差がある場合に、読み出
し傾斜磁場の異なる極性において計測された信号群に周
波数差に起因するずれを生じ、これによりアーチファク
トが発生するため、これを防止する位相補正方法とし
て、たとえば特開平５−３１０９５号において、ＲＦ中
心周波数とラーモア周波数の周波数差の関数をサンプリ
ングしたデータに乗算することが開示されている。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
ＥＰＩシーケンスでは、参照周波数を磁気共鳴周波数ｆ
にあわせて検出しており、この場合、撮影視野中心は傾
斜磁場の中心になる。一方、撮影視野中心を任意に変更
できれば、被検体の重要な部分のみを任意に抽出して、
拡大撮影できるなどの利点がある。撮影視野中心を読み
出し方向にΔｘ［ｍ］シフトさせるためには、先に述べ
たＳＥ法等の通常の撮影シーケンスでは、実効的な参照
周波数をｆ＋γＧｘΔｘとすればよいことが知られてい
る。ここで、γ［Ｈｚ／Ｔ］は磁気回転比、Ｇｘ［Ｔ／
ｍ］は読み出し傾斜磁場強度である。しかし、ＥＰＩ等
反転する読み出し傾斜磁場を連続印加して複数の信号を
計測する撮像方法では、参照周波数にこのようなオフセ
ット（γＧｘΔｘ）を与えた場合、Δｆ＝γＧｘΔｘに
応じた強いアーチファクトが発生してしまう。 【００１１】本発明は、このアーチファクトを除去し、
ＥＰＩ及びその類似の撮像方法においても撮影視野中心
をシフトできるようにすることにある。 【００１２】 【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明では、被検体に磁気共鳴周波数ｆのＲ
Ｆパルスを照射すると同時にスライス選択傾斜磁場パル
スを印加してスライス選択し、極性が反転する読み出し
傾斜磁場パルスを連続して印加するとともに、読み出し
傾斜磁場パルスの反転に同期して位相エンコード傾斜磁
場パルスを印加する手段と、反転する読み出し傾斜磁場
の各周期内で発生するエコー信号を時系列的に検出して
時系列データを得る信号処理手段とを備えたＭＲＩ装置
において、前記信号処理手段は、エコー信号を検出する
参照周波数として磁気共鳴周波数ｆに所定のオフセット
周波数Δｆを加えた参照周波数（ｆ＋Δｆ）を使って信
号を検出し、読み出し傾斜磁場パルスが第１の極性
（負）ときに取得された時系列データのみにオフセット
周波数Δｆの２倍の位相補正処理をするとともに、時系
列方向に信号配列を反転し、処理後のデータ及び反転読
み出し傾斜磁場パルスが第２の極性（正）のときに取得
されたデータを使って画像再構成するものである。 【００１３】参照周波数をｆ＋Δｆとした場合、読み出
し傾斜磁場パルスが第１の極性（負）ときに取得された
時系列データは−Δｆのオフセット成分を有するデータ
であり、一方読み出し傾斜磁場パルスが第２の極性
（正）ときに取得された時系列データは＋Δｆのオフセ
ット成分を有するデータとなる。従って第１の極性
（負）のときに取得された時系列データのみに２Δｆの
位相補正処理を施すことにより、両データともに参照周
波数ｆを中心としてΔｆのオフセット成分を有したデー
タとなる。このオフセット成分は、傾斜磁場中心から読
み出し方向へのずれΔＸ（＝Δｆ／γＧｘ）に対応す
る。従って、第１の極性（負）ときに取得された時系列
データを位相補正処理を施すとともに時間方向の反転処
理し、しかる後に処理後の時系列データと第２の極性の
ときに取得された時系列データとを用いて画像再構成す
ることにより、傾斜磁場中心からΔＸずれた位置を撮影
中心とする画像を得ることができる。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下、本発明のＭＲＩ方法を図面
を参照して説明する。図４は本発明が適用される典型的
なＭＲＩ装置の構成を示すもので、このＭＲＩ装置は被
検体４０１の周囲に静磁場を発生する磁石４０２と、該
空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル４０３と、こ
の領域に高周波磁場を発生するＲＦコイル４０４と、被
検体４０１が発生するＭＲ信号を検出するＲＦプローブ
４０５とを備えている。傾斜磁場コイル４０３は、互い
に直交する３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）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。ＲＦ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、また計算により画像
信号に変換される。画像は表示部４０８で表示される。
傾斜磁場電源４０９、ＲＦ送信部４１０、信号検出部４
０６は制御部４１１で制御され、所定の撮像法のための
パルスシーケンスが起動される。尚、ベッド４１２は被
検体が横たわるためのものである。本発明はこのような
ＭＲＩ装置における信号検出部４０６及び信号処理部４
０７に主として係わるものである。 【００１５】次に本発明のＭＲＩ方法を分割ＥＰＩを例
として説明する。分割ＥＰＩによるパルスシーケンス
は、図２に示すＥＰＩシーケンスと同様にまず検知する
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して励起する。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、極性の反転する読み出し傾斜磁場パル
ス２０６を連続して印加する。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。反転読み出し傾斜磁場２０６の積分値が
０になるところで、即ち傾斜磁場２０６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の間各々サンプリングし
時系列データを得る。この実施例では、一連の動作２０
９により画像再構成に必要な全エコーの１／４を収集す
る。即ち、位相エンコード数が２５６であれば、６４の
エコー信号から成る時系列データを収集する。次に位相
エンコードのオフセットを与える傾斜磁場パルス２０３
を変化ながら動作２０９を更に３回繰り返し、残りのエ
コー信号２０７を取得する。 【００１６】次にこのように計測されるエコー信号の本
発明による検出、信号処理及び画像再構成について図１
のフロー図を参照して説明する。尚、これらの処理はデ
ィジタル的に行なうことができる。まずエコー信号は、
信号検出部（図４、４０６）において参照周波数ｆ＋Δ
ｆを用いて検出される（101）。ここでｆは共鳴周波数
（ＲＦ周波数）、Δｆは画像中心をずらすためのオフセ
ット周波数であり、画像中心からのシフト量Δｘに対応
してΔｘ＝Δｆ／γＧｘより決められる。具体的には、
静磁場強度が１．５Ｔ、共鳴周波数ｆが６３．８ＭＨｚ
（磁気共鳴比γが４２．５ｘ１０⁶Ｈｚ／Ｔ）、傾斜磁
場強度Ｇｘが０．０１Ｔ／ｍのＭＲＩにおいて、オフセ
ンター量（傾斜磁場中心からのシフト量）Δｘを０．０
２ｍとするためには、Δｘ＝Δｆ／γＧｘより周波数オ
フセット量Δｆは８５００Ｈｚとなる。尚、参照周波数
ｆ＋Δｆで検出する際に、多段で周波数変換を行い、各
段の参照周波数の合計がｆ＋Δｆとなるようにすること
ができる。 【００１７】次いで、各エコーが発生したときの傾斜磁
場パルス２０６の極性を確認し（102）、極性が負のと
きに計測されたエコー信号についてオフセット周波数Δ
ｆの２倍の位相補正を行う（103）。更に、極性が負の
ときに計測されたエコー信号は、時間方向に反転する
（104）。一般にサンプリングされたエコー信号Ｓは図
３に示すように計測空間に読み出し方向（ｋｘ方向）に
配列されるが、極性が負のときに計測されたデータと極
性が正のときに計測されたデータとは、ｋｘ方向の配列
方向が異なる（尚、図３ではスキャン数を簡略化して示
している）。従って、時間方向の反転は両データの読み
出し方向の配列を同じにするための処理である。尚、位
相補正（103）及び時間方向の反転（104）はいずれの処
理が先であってもよい。 【００１８】位相補正は、信号のサンプリング時間をΔ
ｔ（例えば４ｍｓ）とするとき、２Δｆ・３６０・Δｔ
・ｋｘから位相の補正量を求めることができる。即ち、
計測空間の信号Ｓ（ｋｘ，ｋｙ）を時間方向に反転した
後、その位相θ（ｋｘ，ｋｙ）をθ（ｋｘ，ｋｙ）＋Δ
ｆ・３６０・Δｔ・ｋｘに変換し、補正後の信号Ｓ'
（ｋｘ，ｋｙ）を得ることができる。尚、ｋｘはデータ
番号である。 【００１９】この位相補正を、時系列データをｘ−ｋｙ
空間で表示した図５により更に説明する。図５（ａ）及
び（ｂ）は、分割型ＥＰＩによって計測された時系列デ
ータをｘ−ｋｙ空間で表示したもので、図５（ａ）は位
相補正されていない場合について、図５（ｂ）は位相補
正された場合について、いずれも時間方向反転後の状態
を示している。本実施例において、位相エンコード数は
２５６であるので、信号群５１から５４はそれぞれ位相
エンコード６４（＝２５６／４）個分であり、信号群５
１、５３は傾斜磁場の極性が負のときの信号群を、信号
群５２、５４は傾斜磁場の極性が正のときの信号群を表
している。 【００２０】上述したように本発明のＭＲＩ方法では、
信号検出の参照周波数としてｆ＋Δｆを用いているの
で、傾斜磁場の極性が負のときの信号と、正のときの信
号ではそれぞれ傾斜磁場中心を中心としてΔｆに相当す
る反対方向のずれを生じることになる。即ち、図５
（ａ）に示すように傾斜磁場の極性が正のときの信号群
５２、５４の信号中心５６は傾斜磁場中心５５に対して
Δｘ＝Δｆ／γＧｘだけ右側にシフトしており、傾斜磁
場の極性が負のときの信号群５１、５３の信号中心５７
は傾斜磁場中心５５に対してΔｘ＝Δｆ／γＧｘだけ左
側にシフトしている。このような信号群５１〜５４を、
このままｋｙ方向にフーリエ変換すると図６（ａ）のよ
うに被検体６２は焦点がずれ、ぼけた画像になってしま
う。 【００２１】これに対し本発明では、傾斜磁場の極性が
負のときの信号群５１、５３に対し、予め２Δｆの位相
補正を与えるので、図５（ｂ）に示すように、信号群５
１、５３は位相補正しない場合の位置から２ｘ（＝２Δ
ｆ／γＧｘ）だけ右側にシフトし、信号中心５７’が信
号群５２、５４の信号中心５６と重なるような信号群５
１’、５３’に変換される。 【００２２】次いで信号５１’、５２、５３’、５４の
信号をｋｙ方向にフーリエ変換をすることにより画像再
構成することにより（図１、105）、図６（ｂ）に示す
ような被検体６３像を得る。この像は図６（ａ）に示す
図のようなぼけを生じることなく結像しており、画像中
心６１は被検体中心６４（＝傾斜磁場中心）に対してΔ
ｘシフトしたものとなる。 【００２３】このように、計測空間で位相補正を行うこ
とにより、所望のシフト量シフトしたオフセンター撮影
が可能となる。また本発明によるオフセンター撮影は、
従来法のように実空間でデータシフトする場合と異な
り、一絵素以下のシフトも補正できるのでアーチファク
トが発生しないため望ましい。以上、本発明のＭＲＩ方
法を分割型ＥＰＩで説明したが、本発明は１回の励起で
画像形成に必要な全エコーを計測するワンショットＥＰ
Ｉや、ＧＥ＆ＳＥ法、ｋ空間を図３のようにラスタース
キャンするのではなく螺旋状にスキャンするスパイラル
スキャン法等、エコー信号計測時に反転する読み出し傾
斜磁場を連続して印加する撮像法であれば全て適用で
き、同様の効果を得ることができる。 【００２４】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のＭＲＩ方法によれば、ＥＰＩシーケンスのように、連
続反転する読み出し傾斜磁場パルスを印加し、反転磁場
の各周期内で発生するエコー信号を時系列的に検出する
ステップを有する核磁気共鳴イメージング方法におい
て、アーチファクトなしに画像のオフセンター撮影が可
能になる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明のＭＲＩ方法における処理を示すフロー
図。 【図２】本発明が適用されるＭＲＩ撮影シーケンスの一
例を示す図。 【図３】計測空間におけるエコー信号の配列を示す図。 【図４】本発明が適用されるＭＲＩ装置。 【図５】ＭＲＩによる信号処理の処理内容を説明する図
で、（ａ）は位相補正前の処理内容を、（ｂ）はその結
果を示す図。 【図６】ＭＲＩによる信号処理の処理内容を説明する図
で、（ａ）は位相補正後の処理内容を、（ｂ）はその結
果を示す図。 【図７】従来のＭＲＩ方法における処理を示すフロー
図。 【図８】従来のＭＲＩ方法における処理内容を説明する
図。 【図９】図８の処理内容による結果を示す図。 【符号の説明】 ２０１・・・・・・高周波パルス ２０２・・・・・・スライス選択傾斜磁場パルス ２０４・・・・・・位相エンコード傾斜磁場パルス ２０６・・・・・・読み出し傾斜磁場パルス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−289231（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−215440（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−31095（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 5/055

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】被検体に磁気共鳴周波数ｆのＲＦパルスを
   照射すると同時にスライス選択傾斜磁場パルスを印加し
   てスライス選択し、極性が反転する読み出し傾斜磁場パ
   ルスを連続して印加するとともに、前記読み出し傾斜磁
   場パルスの反転に同期して位相エンコード傾斜磁場パル
   スを印加する手段と、反転する読み出し傾斜磁場の各周
   期内で発生するエコー信号を時系列的に検出して時系列
   データを得る信号処理手段とを備えた磁気共鳴イメージ
   ング装置において、前記信号処理手段は、 前記エコー信号を検出する参照周
   波数として前記磁気共鳴周波数ｆに所定のオフセット周
   波数Δｆを加えた参照周波数（ｆ＋Δｆ）を使って信号
   を検出し、前記読み出し傾斜磁場パルスが第１の極性
   （負）のときに取得された時系列データのみにオフセッ
   ト周波数Δｆの２倍の位相補正処理をするとともに、時
   系列方向に信号配列を反転し、処理後のデータ及び反転
   読み出し傾斜磁場パルスが第２の極性（正）のときに取
   得されたデータを使って画像再構成することを特徴とす
   る磁気共鳴イメージング装置。