JP3643586B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置に係り、特に、撮影用のスキャンの前にプリパルスを印加する手順を含むシーケンスや被検体内の水のみを選択的に励起するシーケンスを使って脂肪からのＭＲ信号抑制の効果を改善した磁気共鳴イメージング装置に関する。

ＭＲ撮像において、いわゆるＭＴＣ（Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｃｏｎｔｒａｓｔ）効果を得ることが臨床上重要な意義をもつ場合がある。

図１７は、水、脂肪および高分子に含まれるプロトンのスペクトルを描いたものである。同図でわかるように、水に含まれるプロトンは、例えば１．５テスラの磁場下では約６４ＭＨｚの共鳴周波数を持つが、脂肪に含まれるプロトンは、よく知られているようにケミカルシフトによって３．５ＰＰＭだけ低周波側（同図中の右側）にずれ、上述の磁場下では約２２４Ｈｚだけシフトする。一方、高分子に含まれるプロトンは非常に周波数幅の広い特性を持っている。

ここで、通常の撮影シーケンスを実行する前に水のプロトンの共鳴周波数から例えば５００Ｈｚずれた周波数を選択的に励起してやると、高分子のプロトンからの信号レベルは破線のように低下するが、さらに水に含まれるプロトンからのＭＲ信号レベルも破線のように低下する。これは、水のプロトンが高分子のプロトンと交差緩和または交換しているためであると考えられ、ＭＴＣ（Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｃｏｎｔｒａｓｔ）効果としてすでに知られている。

このようなＭＴＣ効果を利用すると、高分子が存在する割合に応じて従来とは異なったコントラストの画像を得ることができる。また、血管部の信号レベルに比べて実質部の信号レベルを大幅に低減させるという効果もあるため、細い血管描出を行うアンギオグラフィーにも応用されている。

図１８は、高分子のプロトンを選択励起するためのパルスの一例を示したものである。同図に示したパルスは、パルス長が２項分布で表される比率であって極性が交互に反転する複数のパルス群で構成されたいわゆるバイノミアルパルスであり、特に、パルス長を１：２：１（このようなバイノミアルパルスを以下１２１パルスのように表記する）、全体の時間を上述の周波数を考慮して約１ｍｓｅｃになるように、パルス間の時間τを短く設定してある。

図１９は、１２１パルスの磁化特性を表した曲線であり、縦軸には磁化Ｍｚを横軸には中心周波数ｆ_０からのシフト量をとってある。この曲線は、中心周波数付近にスペクトル値をもつプロトンは結果的に励起されず、バイノミアルパルスに続いて行う撮影シーケンスに何等影響が残らないが、中心周波数から５００Ｈｚ以上離れたところにスペクトル値を持つプロトンはバイノミアルパルスで励起されて磁化が残らず、後の撮影シーケンスで得られるＭＲ信号のレベルが小さくなることを示している。すなわち、後の撮影シーケンスで信号を抽出することができる周波数範囲は同図のカーブの山部分に相当し、信号が抽出されない周波数範囲は同図のカーブの谷部分に相当する。

したがって、このようなバイノミアルパルスの中心周波数ｆ_０を水のプロトンの共鳴周波数に一致させて印加すると、水のプロトンは励起されないが、高分子のプロトンは５００Ｈｚ以上の谷の部分で励起されることになり、引き続き行う撮影シーケンスにおいては高分子からのＭＲ信号のレベルを低下させることができる。このように、バイノミアルパルスを用いて高分子のプロトンを予め選択的に励起することにより、上述のＭＴＣ効果を得ることができる。

一方、ＭＲ撮像では、臨床上の意義が小さいといわれる脂肪が画像に現れないように、いわゆる脂肪抑制可能な撮影手法がとられることが多い。脂肪を抑制する撮影手法には多数あるが、その一つとして周波数選択的にプロトンを励起可能なバイノミアルパルスを利用する方法が知られている。

上述したように、バイノミアルパルスの磁化Ｍｚの谷部分については後の撮影シーケンスで出てくる信号レベルが低下するため、脂肪に含まれるプロトンの共鳴周波数が谷部分にくるようにバイノミアルパルスを設定する。

図２０は、このように設定された１３３１パルスを示したものである。ここで、水に含まれるプロトンの共鳴周波数が中心周波数ｆ_０にくるようにかつ脂肪に含まれるプロトンの共鳴周波数がｆ_０から２２０Ｈｚ程度低周波側にずれた谷部分にくるように、時間軸ｔ上ではパルスとパルスの間の時間τを２．３ｍｓｅｃ程度に長めに設定してある。

このようなバイノミアルパルスを印加し、次いで、通常の撮影シーケンスを実行すれば、自由水のプロトンだけを画像化し、脂肪に含まれるプロトンからの信号レベルを抑制することができる。

ところで、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置では、静磁場の均一性はスペクトルの質（ＳＮ比と分解能）を決める上で重要なファクタになるから、ＭＲＩ装置には通常、磁場均一性を調整するためのシムコイルによる調整手段が設けられている。この調整手段としては、医用ＭＲＩの場合、患者の長時間の拘束を回避することなどの観点から、ｘ，ｙ，ｚの１次シム（グラジェント・シム）が使われ、水と脂肪のスペクトル上での分離が行われている。

しかしながら、脂肪からのＭＲ信号を抑制するために加える１３３１パルスは、プリパルスであり、パルス全体の長さが約７ｍｓｅｃにもなるため、繰返し時間ＴＲが長くなることから、この繰返し時間ＴＲを短くして使用するウルトラファーストスキャンやアンギオグラフィーには使用しにくいという問題があった。これに対して、繰返し時間ＴＲを短かくするためにτを短くすると、磁化Ｍｚ特性のグラフでいうところの山部分が拡がって脂肪も画像化されてしまい、脂肪抑制の効果が小さくなってしまうという、相反する問題を生じていた。さらに、プリパルスはあくまでパルスであるから、静磁場の不均一の影響を受け易く、画質が低下することもあった。さらにまた、水の共振点から外れた周波数域を励起する（ｏｆｆ−ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）ため、ＭＴＣ効果も併せて発生してしまい、その分Ｓ／Ｎ比が低下する。

さらに、前述した従来の１次シムによる静磁場均一性の確保の問題について考察してみる。このように１次シムによるシミングを行っても、静磁場の高次（２次以上）の磁界成分の乱れは依然として残っており、この高次成分の不均一性によって水の共鳴曲線がプリパルス（例えば１３３１バイノミアルパルス）の中心周波数ｆ_０からずれてしまうという状態が頻発している。

図２１には、スライス方向を縦軸に、周波数ｆを横軸にとったときの、高次の磁界成分の不均一性に因る、スライス位置毎の周波数変化の一例を示す。スライス面の位置がスライス方向の中心から離れるに従って、同一周波数ｆ＝ｆ_１のずれが顕著になっている。

この結果、特にマルチスライス撮影のときに前述したような脂肪抑制などを狙ったプリパルスを起動させた場合、アイソセンターの位置に合わせられるスライス方向の中心のスライス面はかかる１次シムの効果に拠って、例えば図２２（ａ）に示すように水の共鳴曲線が中心周波数ｆ_０に一致するものの、スライス方向の中心からずれたスライス面では前述した高次の磁界成分の乱れに因って、例えば同図（ｂ）に示すように水の共鳴曲線が中心周波数ｆ_０からずれてしまい、水及び脂肪の共鳴曲線がプリパルスの山及び谷部分から逸脱する。したがって、マルチスライス撮影を行ったとき、スライス方向の中心付近のスライス面では脂肪抑制の効果を発揮できるが、中心付近からずれるにつれて、脂肪抑制の効果が小さくなってしまい、スライス位置に応じて画像の品質が低下するという未解決の問題点があった。

本発明は上述した種々の事情を考慮してなされたもので、とくに、プリパルスを含むシーケンスを使った種々の問題に鑑み、マルチスライス撮影を行う場合、繰返し時間ＴＲを増大させることなく且つ脂肪からのＭＲ信号を抑制したＭＲ画像を得ることを、その目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１、３，４、及び６に記載の発明に係る磁気共鳴イメージング装置は、静磁界中に置かれた被検体のスライス断面の水に含まれるプロトンのスピンを励起し、このスピン励起に関するＭＲ信号を画像化するようにしたもので、前記水に含まれるプロトンのみを選択的に励起可能な９０°ＲＦパルスを印加するＲＦパルス印加手段と、この９０°ＲＦパルスの印加と同時に、前記断面をスライスするための傾斜磁場を印加する傾斜磁場印加手段とを備えたことを要部とする。

また、請求項２〜６記載の発明に係る磁気共鳴イメージング装置は、静磁界中に置かれた被検体の複数のスライス断面の水に含まれるプロトンのスピンを励起し、このスピン励起に関するＭＲ信号を所定シーケンスで収集し画像化するようにしたもので、前記水に含まれるプロトンのみを選択的に励起可能な９０°ＲＦパルスを印加する第１のＲＦパルス印加手段と、この９０°ＲＦパルスの印加と同時に、前記複数のスライス断面の夫々をスライスするための第１の磁場強度を有する第１の傾斜磁場を印加する第１の傾斜磁場印加手段と、前記９０°ＲＦパルス及び第１の傾斜磁場を印加した後の所定時間経過後に、当該９０°ＲＦパルスで励起されたスピンを反転させる１８０°ＲＦパルスを印加する第２のＲＦパルス印加手段と、この１８０°ＲＦパルスの印加と同時に、上記第１の磁場強度よりも大きい第２の磁場強度を有する第２の傾斜磁場を印加する第２の傾斜磁場印加手段とを備えたことを要部とする。

請求項１、３，４、及び６に記載の発明では、水に含まれるプロトンのみを選択的に励起可能な９０°ＲＦパルスの印加と同時に、その断面をスライスするための傾斜磁場が印加される。これにより、水のプロトンのみが選択に励起され、脂肪は励起されない。

また、請求項２〜６記載の発明では、水に含まれるプロトンのみを選択的に励起可能な９０°ＲＦパルスの印加と同時に、複数の断面の夫々をスライスするための第１の磁場強度を有する第１の傾斜磁場が印加される。この印加後の所定時間経過後に、９０°ＲＦパルスで励起されたスピンを反転させる１８０°ＲＦパルスが、第１の磁場強度よりも大きい第２の磁場強度を有する第２の傾斜磁場と同時に印加される。このように第１、第２の傾斜磁場の強度及び９０°ＲＦパルス及び１８０°ＲＦパルスの周波数帯域が異なるので、水のプロトンのみが９０°ＲＦパルスで選択的に励起された後、１８０°ＲＦパルスでリフォーカスされて、ＭＲ信号として収集される。しかし、脂肪に含まれるスピンは１８０°ＲＦパルスで励起されるだけであるから、ＭＲ信号として殆ど収集されない。この結果、プリパルスを使用しなくても済むのでＭＴＣ効果を発生させず、脂肪からのＭＲ信号のレベルを抑制することができる。

請求項１〜６記載の発明に係る磁気共鳴イメージング装置では、水に含まれるプロトンのみを選択的に励起可能な９０°ＲＦパルスとその断面をスライスするための傾斜磁場を同時に印加したり、そのような印加の後の所定時間経過後に、９０°ＲＦパルスで励起されたスピンを反転させる１８０°ＲＦパルスを、前の傾斜磁場よりも磁場強度が大きい傾斜磁場と同時に印加したりすることにより、水のプロトンのみを選択的に励起できる。また、前後の傾斜磁場の強度が異なるので、マルチスライスが可能になる。この結果、プリパルスを使用しないのでＭＴＣ効果を発生させず、また繰返し時間ＴＲを増大させることなく、脂肪からのＭＲ信号のレベルを抑制した高画質のＭＲ画像を得ることができる。

以下、この発明の第１実施例を、図１〜図４を参照して説明する。

この実施例に係る磁気共鳴イメージング装置の概略構成を図１に示す。この磁気共鳴イメージング装置は、静磁場発生用の磁石部と、静磁場に位置情報を付加するための傾斜磁場部と、選択励起用及びＭＲ信号受信用の送受信部と、システムコントロール及び画像再構成を担う制御・演算部とを備えている。

磁石部は、例えば超電導方式の磁石１と、この磁石１に電流を供給する静磁場電源２とを備え、被検体Ｐが挿入される円筒状の診断空間のＺ軸方向に静磁場Ｈ_０を発生させる。なお、この磁石部には、１次のシミング用のシムコイル１４が設けられ、このシムコイル１４に供給する電流を調整することで、１次のシミングが行えるようになっている。

傾斜磁場部は、磁石１に組み込まれたＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の３組の傾斜磁場コイル３ｘ〜３ｚと、この傾斜磁場コイル３ｘ〜３ｚに電流を供給する傾斜磁場電源４と、この電源４を制御するシーケンサ５内の傾斜磁場シーケンサ５ａとを備える。このシーケンサ５ａはコンピュータを備え、装置全体のコントローラ６（コンピュータを搭載）からＦＥ法、高速ＳＥ法などに係る収集シーケンスを指令する信号を受ける。これにより、傾斜磁場シーケンサ５ａは、指令されたシーケンスにしたがってＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の各傾斜磁場の印加及びその強度を制御し、それらの傾斜磁場が静磁場Ｈ_０に重畳可能になっている。この実施例では、互いに直交する３軸の内のＺ軸方向の傾斜磁場をスライス用傾斜磁場Ｇ_Ｓとし、Ｘ軸方向のそれを読出し用傾斜磁場Ｇ_Ｒとし、さらにＹ軸方向のそれを位相エンコード用傾斜磁場Ｇ_Ｅとする。

送受信部は、磁石１内の撮影空間にて被検体Ｐの近傍に配設される高周波コイル７と、このコイル７に接続された送信機８Ｔ及び受信機８Ｒと、この送信機８Ｔ及び受信機８Ｒの動作タイミングを制御するＲＦシーケンサ５ｂ（コンピュータを搭載）とを備える。この送信機８Ｔ及び受信機８Ｒは、ＲＦシーケンサ５ｂの制御のもと、核磁気共鳴（ＮＭＲ）を励起させるためのプリパルスやラーモア周波数のＲＦ電流パルスを高周波コイル７に供給する一方、高周波コイル７が受信したＭＲ信号（高周波信号）を受信し、各種の信号処理を施して、対応するデジタル信号を形成するようになっている。

さらに、制御・演算部は、上述したコントローラ６のほか、受信機８Ｒで形成されたＭＲ信号のデジタルデータを入力し、画像データを演算する演算ユニット１０と、演算した画像データを保管する記憶ユニット１１と、画像を表示する表示器１２と、入力器１３とを備えている。演算ユニット１０は、具体的には、メモリ空間である２次元フーリエ空間への実測データの配置、画像再構成のためのフーリエ変換などの処理を行う。コントローラ６は傾斜磁場シーケンサ５ａ及びＲＦシーケンサ５ｂの同期をとりながら、両者の動作内容及び動作タイミングを制御する。

図２は、シーケンサ５（傾斜磁場シーケンサ５ａ及びＲＦシーケンサ５ｂ）が実行するパルスシーケンスを示したものである。

同図でわかるように、シーケンサ５は、バイノミアルパルスを印加する第１のシーケンスと、ＭＲ画像データを収集する第２のシーケンスとを実行するようになっている。第２のシーケンスは、同図に示したように例えばＦＥ法で行うのがよい。

第１のシーケンスは、１２１パルスＰ_１２１ ^＊の中心周波数を所定のオフセット量だけ高周波側にオフセットさせて印加するようになっている（＊記号は、必要に応じてオフセット可能なパルスであることを示す）。このときの、オフセット量は、予めプリスキャンなどにより決定してあり、１．０ｐｐｍ乃至４．０ｐｐｍとするのがよく、さらに、１．５ｐｐｍ乃至３．０ｐｐｍとするのがよい。この場合、例えば１．５テスラの磁場下ではそれぞれ５０Ｈｚ乃至２５０Ｈｚ、１００Ｈｚ乃至２００Ｈｚとなる。

本実施例の磁気共鳴イメージング装置を用いてＭＲ撮像を行うには、まず、バイノミアルパルスＰ_１２１ ^＊を含む第１のシーケンスを実行する。このときのバイノミアルパルスＰ_１２１ ^＊のオフセットにより、脂肪に含まれるプロトンおよび高分子に含まれるプロトンが励起される。

図３は、バイノミアルパルスＰ_１２１ ^＊を高周波側に例えば１５０Ｈｚだけオフセットさせた場合の磁化Ｍｚ曲線を示したグラフである。

同図でわかるように、水の共鳴周波数付近は山の部分であるので励起されないが、脂肪に含まれるプロトンの共鳴周波数すなわち−２２０Ｈｚあたりでは谷部分にさしかかるところであり所定量だけ励起される。また、高分子に含まれるプロトンは、谷部分で励起される。

次に、第２のシーケンスを実行し、ＭＲ画像データを収集する。この収集時には、脂肪および高分子は第１のシーケンスですでに励起されているので、第２のシーケンスで得られる脂肪の信号レベルは小さくなる。高分子についても同様に信号レベルは小さくなる。これに対し、水に含まれるプロトンは、第１のシーケンスで励起されていないため、第２のシーケンスで強い信号が得られる。

以上説明したように、本実施例の磁気共鳴イメージング方法および磁気共鳴イメージング装置は、脂肪に含まれるプロトンおよび高分子に含まれるプロトンが励起されるように、バイノミアルパルスの中心周波数を水に含まれるプロトンの共鳴周波数に対して所定のオフセット量だけ高周波側にオフセットさせてバイノミアルパルスを印加するようにしたので、脂肪の信号レベルを大幅に低減させることができる。したがって、脂肪の中に隠れて見えなかった細い血管を画像化することができる。

図４は、水と脂肪から出てくる信号強度を測定した実験データであり、オフセット量を横軸として示したものである。

同図でわかるように、オフセット量を１．０ｐｐｍ乃至３．８ｐｐｍとすると、水の信号強度は１００％乃至５０％程度になり、脂肪の信号強度は９０％乃至４５％になる。オフセット量を１．５ｐｐｍ乃至３．０ｐｐｍとすると、水の信号強度を９６％乃至８４％程度に確保できる一方で、脂肪の信号強度を８４％乃至６３％に低減させることができる。

また、本実施例の磁気共鳴イメージング方法および磁気共鳴イメージング装置は、脂肪の信号レベルを低減させるのみならず、高分子の信号レベルを低減させることができ、ＭＴＣ効果を得ることができる。特に本実施例ではバイノミアルパルスをオフセットさせたので、高分子が励起される周波数帯が水の共鳴周波数に近くなり、かかるオフセットをさせなかった従来シーケンスよりも高いＭＴＣ効果を得ることができる。

このような脂肪抑制効果およびＭＴＣ効果は、第１のシーケンスを通常の撮影シーケンスに先立って行うことによって容易に得ることができ、繰り返し時間（ＴＲ）をほとんど延ばす必要もない。

したがって、本実施例の磁気共鳴イメージング方法および磁気共鳴イメージング装置は、ＴＲを短くして使用するパルスシーケンス、例えばウルトラファーストスキャンやアンギオグラフィーにきわめて有効な手段となる。

また、アンギオ以外においても、脂肪を抑制しつつＭＴＣ効果を得ることが可能となる。

また、本実施例の磁気共鳴イメージング方法および磁気共鳴イメージング装置は、静脈からのＭＲ信号を抑制し動脈からの信号を強調することができるという別の効果もある。

上述の実施例では、バイノミアルパルスを１２１パルスとしたが、これに限定されるものではなく、必要に応じて１３３１あるいは１４６４１パルス等としてもよい。かかる構成により、水と脂肪との分離の程度がさらに向上する。

続いて、本発明の第２実施例を図５〜図９に基づいて説明する。ここで、第１実施例と同一又は同等の構成要素又は処理については同一の符号を用い、説明を簡単化又は省略する（後述の第３，４実施例でも同様にする）。

この第２実施例に係る磁気共鳴イメージング装置は、マルチスライス撮影における脂肪からのＭＲ信号抑制効果の劣化防止に関する。

この目的を達成するため、第２実施例における磁気共鳴イメージング装置は第１実施例と同一のハード構成を採用する一方で、コントローラ６、シーケンサ５、及び演算ユニット１０は共働して、図５（ａ），（ｂ）のシーケンスに従う図６の処理を行うようになっている。

すなわち、図６の最初のステップ３０ではＸ，Ｙ，Ｚ軸方向について１次のシミング（ボリュームシミング）を例えば図５（ａ）に示すシミング用パルスシーケンスを用いて行い、静磁場Ｈ_０の均一化を図るとともに、各スライス面のプリパルス（ここでは１３３１のバイノミアルパルスＰ_１３３１ ^＊を用いる：図５（ｂ）参照）の周波数オフセット量Δｆを求める。

具体的には、３次元のスライス領域を構成する複数のスライス面のうち、最初のスライス面（例えばアイソセンターに対応するスライス方向中心の面）について９０°パルスで励起しＭＲ信号（エコー信号又はＦＩＤ信号）を得る（ステップ３０_１，３０_２参照）。次いで、このＭＲ信号がフーリエ変換されて、例えば図７に示すような、水及び脂肪の共鳴周波数（中心周波数）ｆ_ＷＡＴ，ｆ_ＦＡＴを含むスペクトルが得られる（ステップ３０_３参照）。そこで、これら水及び脂肪の共鳴曲線Ｃ_ＷＡＴ，Ｃ_ＦＡＴの半値幅Ｗ_ＷＡＴ，Ｗ_ＦＡＴが各々演算され、この半値幅Ｗ_ＷＡＴ，Ｗ_ＦＡＴが最小になるようにシムコイル１４（図１参照）に流す電流が調整される（ステップ３０_４〜３０_６参照）。この結果、水及び脂肪の共鳴曲線Ｃ_ＷＡＴ，Ｃ_ＦＡＴが互いに良好に分離される。

このように診断対象のボリューム部位について１次シミングが終ると、ステップ３０_７〜３０_１０の処理を順次実行する。この内、ステップ３０_７〜３０_９では、ステップ３０_１〜３０_３と同様に、スライス面毎にスキャンを行ってＭＲ信号を収集し、この収集したＭＲ信号をフーリエ変換する。この結果、スライス面毎に水と脂肪の共鳴曲線Ｃ_ＷＡＴ，Ｃ_ＦＡＴを含むスペクトル分布が得られる（図７参照）。

さらに、ステップ３０_１０では、１３３１のプリパルスＰ_１３３１ ^＊を脂肪抑制効果が最も高くなる周波数位置に設定したときのプリパルスＰ_１３３１ ^＊の中心周波数ｆ_０（＝ｆ_ｄ０）と水の共鳴周波数ｆ_ＷＡＴとのずれを、周波数オフセット量Δｆ（＝ｆ_ｄ０−ｆ_ＷＡＴ）として演算し、記憶する。但し、この実施例では中心のスライス面（アイソセンター位置に一致）を基準にするので、中心スライス面の周波数オフセット量Δｆ＝０となる。

かかるオフセット量の演算は全スライス面について個別に実施される（ステップ３０_１１参照）。この結果、図８に一例を示す如く、複数のスライス面Ｓ_１〜Ｓ_ｎのそれぞれについて１３３１プリパルスＰ_１３３１ ^＊に対する周波数オフセット量Δｆ＝（Δｆ_１，…，Δｆ_ｎ）が求められる。

続いて、１３３１のプリパルスＰ_１３３１ ^＊を、ＳＥ法に拠るシーケンス前に図５（ｂ）に示す如く印加することにより、マルチスキャン撮影が実施される（ステップ３１，３２参照）。この一連のシーケンスを実行する中で、脂肪抑制のための１３３１パルスＰ_１３３１ ^＊に、前記ステップ３０_１０で演算した周波数オフセット量Δｆが加算され、この加算結果に対応した１３３１パルスＰ_１３３１ ^＊が求められる（ステップ３２_１，３２_２参照）。この補正されたパルスＰ_１３３１ ^＊がＲＦコイル７から印加されると、スライス面毎にプリパルスＰ_１３３１ ^＊による磁化の周波数域全体が周波数軸上で水の共鳴曲線Ｃ_ＷＡＴ側に移動する。この結果、例えば図９に示すスライス面Ｓ_１〜Ｓ_ｎ（図８に対応する）のスペクトルの各々において、静磁場Ｈ_０の磁界成分の高次の乱れに因って、各スライス面のスペクトル曲線Ｃ_ＷＡＴ，Ｃ_ＦＡＴが周波数軸上で移動する（ずれる）ような場合であっても、スライス面毎に、１３３１パルスＰ_１３３１ ^＊の中心周波数ｆ_０が水の共鳴曲線Ｃ_ＷＡＴの中心に一致するように制御される。このとき、ＲＦパルスによる励起範囲はスライス面が変わっても固定である。

したがって、スライス面がスライス方向の中心位置から離れるに従ってスペクトルとプリパルスがずれるといった従来の問題点は確実に排除され、どのスライス面をとっても、プリパルスＰ_１３３１ ^＊の磁化特性の山及び谷部分が水及び脂肪の共鳴曲線Ｃ_ＷＡＴ，Ｃ_ＦＡＴに良好に合致する。このため、何れのスライス面でも脂肪抑制の効果が確実に発揮され、高画質であって、脂肪抑制効果の面でスライス面毎のバラツキの極めて少ない均一で安定した画像となり、装置の信頼性も向上する。しかも、本実施例のシムコイル１４は１次のシミング用のもののみで済むから、シムコイルのハード構成が格別に大形化することもない。さらに、高次のシミングを行うときのような長時間のスキャン準備時間も不要である。

続いて、本発明の第３実施例図１０〜図１３に基づいて説明する。

この第３実施例の磁気共鳴イメージング装置も前記第２実施例と同様に、マルチスライス撮影における脂肪からのＭＲ信号の抑制効果の劣化防止に関する。この第２実施例および第３実施例は共に、プリパルスを用いた脂肪からのＭＲ信号抑制の手法を採用しているが、第２実施例では前述の如くプリパルスの周波数帯域をスライス面毎に調整することにより脂肪からのＭＲ信号抑制を行っているのに対し、この第３実施例ではスライス面毎にＲＦパルスの高周波信号の周波数自体を調整するものである。

この第３実施例に係る磁気共鳴イメージング装置は第１実施例と同一のハード構成を採用するとともに、コントローラ６，シーケンサ５，および演算ユニット１０は共働して、図１０（ａ），（ｂ）のシーケンスに従う図１１の処理を行うようになっている。

図１１の最初のステップ４０では、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸について１次のシミング（ボリュームシミング）を図１０（ａ）に示すシミング用パルスシーケンスを用いて行い、静磁場Ｈ_０の均一化を図るとともに、スライス面に印加するＲＦパルスの周波数に対するオフセット量Δｆをスライス面毎に演算する。

この内、ステップ４０_１〜４０_６は１次のシミングに対する処理の概要を示しており、前述した図６のステップ３０_１〜３０_６と同一の処理内容である。なお、シミングとしては高次のシミングも可能である。

このシミングが終わると、ステップ４０_７〜４０_９の処理（スキャン，ＭＲ信号収集、フーリエ変換）を順次行って、水と脂肪の共鳴曲線Ｃ_ＷＡＴ，Ｃ_ＦＡＴを含むスライス面毎のスペクトル分布を得る（図１２参照）。この後、ステップ４０_１０に移行して、１３３１のプリパルスＰ_１３３１を脂肪抑制効果が最も高くなる周波数位置に設定したときのプリパルスＰ_１３３１の中心周波数ｆ_ｏ（＝ｆ_ｄｏ）と基準ピークとしての水の共鳴周波数ｆ_ＷＡＴとの周波数ずれを、周波数オフセット量Δｆ（＝ｆ_ｄｏ−ｆ_ＷＡＴ）として演算し、記憶する。この実施例では図１２に示すように、上記プリパルスＰ_１３３１の周波数位置は中心スライス面（アイソセンター位置を含むスライス面）を基準に設定するようにしているので、中心スライス面の周波数オフセット量はΔｆ＝０になる。このオフセット量Δｆの演算は全スライス面について個別に実施される（ステップ４０_１１）。この結果、診断対象のボリューム部位（例えば腹部）の複数のスライス面の夫々について、ＲＦパルスの周波数に対する周波数オフセット量Δｆ（＝Δｆ_１，…，Δｆ_ｎ）が求められる。

この後、ステップ４１，４２にて、脂肪からのＭＲ信号を抑制するための１３３１のプリパルスＰ_１３３１を用いたＳＥ法のシーケンスを図１０（ｂ）に示す如く実行し、マルチスキャン撮影を行う。このシーケンスを行う中で、励起用のＲＦパルスの周波数はスライス面Ｓ_１（…Ｓ_ｎ）毎に補正される。

具体的には、ステップ４２_１にて、ステップ４０_１０で予め演算／記憶していた周波数オフセット量Δｆ＝Δｆ_１（…Δｆ_ｎ）をメモリから呼び出した後、ステップ４２_２において、基準値として予め設定した周波数（例えば６４ＭＨｚ：１．５Ｔ時）に周波数オフセット量Δｆを加え、ＲＦパルス：ＲＦ_１（…ＲＦ_ｎ）の中心周波数を補正演算する。これにより、例えばスライス面Ｓ_１…Ｓ_ｎのＲＦパルス：ＲＦ_１…ＲＦ_ｎの中心周波数ｆ_１…ｆ_ｎは（但し、１．５Ｔ時）

のように調整される。

この補正されたＲＦパルスＲＦ_１…ＲＦ_ｎがＲＦコイル７から印加されると、図１３に示すように、その励起範囲Ｒｆ自体が周波数軸上で移動し、これに伴って脂肪からのＭＲ信号抑制用の１３３１パルスの磁化特性も周波数軸上を移動する。つまり、各スライス面で、励起範囲Ｒｆと磁化特性は一体となって周波数軸上を動く。この動く距離（周波数値）は、前述したオフセット量Δｆ（＝Δｆ_１，…，Δｆ_ｎ）に一致し、このオフセット量Δｆは各スライス面Ｓ_１…Ｓ_ｎの水共鳴曲線の周波数軸上における移動に応じて決めてあるので、各スライス面において、図１３に示す如く、１３３１パルスＰ_１３３１の中心周波数ｆ_ｏが水の共鳴曲線Ｃ_ＷＡＴの中心周波数に良好に一致する。

つまり、シミングを行った後も例えば高次の静磁界成分の乱れが残っており、これが原因でスライス面毎の水や脂肪のスペクトル分布が移動してしまう場合であっても、どのスライス面をとっても、プリパルスＰ_１３３１の磁化特性の山および谷部分が水および脂肪の共鳴曲線Ｃ_ＷＡＴ，Ｃ_ＦＡＴに良好に合致する。

この結果、何れのスライス面においても常に、ＣＨＥＳＳ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｅｌｅｃ−ｔｉｖｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ）法に依る脂肪からのＭＲ信号抑制の効果が遺憾なく発揮され、スライス面毎の脂肪からの信号に依るむらが著しく減り、前述した第２実施例と同等の効果を得ることができる。

特に、あるスライス面のスペクトル分布のシフトが水と脂肪のケミカルシフトより大きい場合でも、本実施例の周波数補正は有効に機能する。つまり、従来のように、脂肪抑制のためのプリパルスの磁化特性が周波数軸上で固定の場合、あるスライス面では脂肪抑制の効果が有効であるが、別のスライス面では脂肪抑制の効果が減少あるいは殆ど無いという事態も起こる。しかし、本実施例によれば、そのような事態を防止して、各スライス面で脂肪からのＭＲ信号を著しく且つ均一に抑制できる。

なお、上記第２，第３実施例におけるプリパルスは１３３１のバイノミアルパルスに限定されることなく１２１パルスなど、他のバイノミアルパルスであってもよいし、シンク関数、ガウシャン関数のパルスであってもよい。また、プリパルスに続いて行われる画像データ収集シーケンスも上述したＳＥ法に限定されることなく、ＦＥ法、ＦａｓｔＳＥ法などのシーケンスを採用してもよい。

またなお、上記第２，第３実施例では、周波数オフセット量Δｆを求める際、スペクトル分布上の基準ピークとして水の共鳴曲線を参照する構成を示したが、この基準ピークのその他の例としては、脂肪の共鳴曲線であってもよい。また、水や脂肪を殆ど含んでいない部位を診断対象とすることもあるので、そのような場合には、操作者が診断部位の外部に参照用の試薬（例えばＴＭＳ：テトラメチルサイレン）を用いて、この試薬の共鳴曲線を参照してオフセット量を求めるようにしてもよい。

続いて、本発明の第４実施例を図１４〜図１６に基づいて説明する。

この第４実施例にかかる磁気共鳴イメージング装置は、前述した第１〜第３実施例で説明したプリパルスを用いないで、繰返し時間ＴＲを増大させず且つ脂肪からのＭＲ信号を抑制したマルチスライス撮影を行うことができるようにしたものである。

具体的には、本実施例の磁気共鳴イメージング装置のシーケンサ５は図１４に示すシーケンスでマルチスライス撮影を行うように構成してある。同図に示すシーケンスは、高速ＳＥ（ＦａｓｔＳＥ）法を応用したもので、被検体のスライス面選択とその面内の水のみを選択的に励起させる（脂肪は励起させない）シーケンスである。以下、このシーケンスを用いた撮影法を“Ｗａｔｅｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ（Ｗａｔｅｒ−ＣＨＡＳＥ）”法と呼ぶことにする。

このＷａｔｅｒ−ＣＨＡＳＥ法は、まず図１４に示すように、スライス選択用のＺ軸方向の傾斜磁場Ｇ_Ｓ＝強度Ｇ_Ｓ１を印加しながら。励起ＲＦパルスとしての９０°パルスを印加する。この９０°パルスは、シンク（ｓｉｎｃ）関数のπ数を（−４、＋１）πだけ増やして片方（図中左側）のサイドロブを長くとって，２０ｍｓｅｃ程度のパルス長さに設定してある。なお、もう一方の側（図中右側）のサイドロブはエコー時間ＴＥを短かくするため、この実施例ではカットされている。このπ数については、必要に応じて、（−１、＋１）π〜（−１０、＋１０）π程度に設定しても効果がある。

この従来よりも時間的に長い９０°パルスにより、その励起周波数範囲Ｒｆは図１５に示す如く狭帯域となる。この励起周波数範囲Ｒｆは、マルチスライス撮影の基準となる面、例えば中心のスライス面で水の共鳴スペクトル曲線Ｃ_ＷＡＴのみを含み、ケミカルシフトに因る脂肪の共鳴曲線Ｃ_ＦＡＴは入らないように調整される。この従来よりも長いパルス長の９０°パルスを印加している間のスライス用傾斜磁場Ｇ_Ｓは所定強度Ｇ_Ｓ１に設定される。

この後、読出し傾斜磁場Ｇ_Ｒとともに、位相エンコード用傾斜磁場Ｇ_Ｅが印加される。

この後、ＴＥ／２時間の経過に合わせて、反転ＲＦパルスとしての１８０°パルス（π数が９０°パルスより短い）がスライス用傾斜磁場Ｇ_Ｓ＝強度Ｇ_Ｓ２と共に印加される。このときの傾斜磁場Ｇ_Ｓ２の強度は９０°パルス印加時のそれよりも大きく（Ｇ_Ｓ２＞Ｇ_Ｓ１）設定してある。このように、２つのスライス用傾斜磁場Ｇ_Ｓ１、Ｇ_Ｓ２及び９０°ＲＦパルス、１８０°ＲＦパルスの周波数帯域が異なるので、１８０°パルス印加時にスライスされる面は９０°パルス印加時のスライス面とはスライス厚程度異なる。

さらに、その後、ＴＥ／２時間経過すると、読出し用傾斜磁場Ｇ_Ｒを印加しながら、エコー信号が受信される。

以下、決められたエコー数の分だけ同様の１８０°パルスが印加され（その時のスライス用傾斜磁場強度はＧ_Ｓ＝強度Ｇ_Ｓ２）、高速ＳＥ法によって画像データが収集される。

このように、Ｗａｔｅｒ−ＣＨＡＳＥ法では、最初にスライス用傾斜磁場Ｇ_Ｓ（Ｇ_Ｓ１）と共に時間軸上で長い９０°パルスが印加されるので、所望のスライス面が選択され、且つ、そのスライス面内の水のみに含まれるプロトンのスピンが図１５（９０°パルスによる励起範囲Ｒｆに水の共鳴曲線Ｃ_ＷＡＴのみが入っている）に示すように選択的に励起される。つまり、この水のプロトンに関しては常に狭帯域の９０°パルスで励起される（Ｏｎ−ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）。その後、１８０°パルス印加のときはスライス用傾斜磁場Ｇ_Ｓ（＝強度Ｇ_Ｓ２）の強度及び周波数帯域が異なるので、スライス励起位置がスライス厚程度異なるため、９０°パルスでもし脂肪が励起された面があっても、次の１８０°パルスでは異なる面が励起されるので、脂肪のＭＲ信号は集まらない。

この結果、９０°パルスでＸＹ面に倒された水のスピンはその後、１８０°パルスによってリフォーカスされ、ＭＲ信号として収集される。しかし、脂肪のスピンは９０°パルスで励起されないので、１８０°パルスで、その広い励起範囲Ｒｆ′（図１６参照）によって励起されても−Ｚ軸方向に倒されるのみであり、脂肪スピンのＭＲ信号は収集されない。これにより、脂肪はＭＲ信号の収集に関与せず、結果として脂肪からのＭＲ信号を大幅に抑制することができるとともに、マルチスライス撮影が可能となり、良好な画質を得ることができる。

このように、スライスと同時に水のプロトンのみを選択的に励起できるから、プリパルスを使わなくても済み、プリパルスを使った場合に比べて繰返し時間ＴＲを短縮させることもできる。また、水を選択的に励起させるのはバイノミアルパルスのようなパルスではないので、バイノミアルパルスを使ったときよりも静磁場の不均一性に強くなる。さらに、水のプロトンの共鳴周波数からずれた周波数を励起させる方法とは異なり、ＭＴＣ効果は発生しないので、水のＭＲ信号値の低下は無い。したがって、Ｓ／Ｎ比をＴ_１強調像のコントラスト相当のものに良好に維持できる。一方、脂肪分子の中には隣接し合っているプロトン間でスピンのＪ−カップリングがあり、信号値が低下するが、Ｆａｓｔ ＳＥ法に関しては、Ｊ−モジュレーション（Ｊ−ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）に因って、脂肪からの信号が上がるという問題がある。しかし、このＷａｔｅｒ−ＣＨＡＳＥ法では脂肪を殆ど励起しないで済むので、Ｊ−モジュレーションの問題は殆ど生じない。よって、Ｗａｔｅｒ−ＣＨＡＳＥ法はＦａｓｔ ＳＥ法にも応用可能である。

なお、このＷａｔｅｒ−ＣＨＡＳＥ法に適用するシーケンスはＳＥ法であればよく、高速ＳＥ（ＦａｓｔＳＥ）法であってもよい。

実施例に共通する磁気共鳴イメージング装置の全体ブロック図。 第１実施例のＭＲ撮像のシーケンスを示すパルスシーケンス。 バイノミアルパルスを高周波側に１５０Ｈｚだけオフセットさせた場合の磁化Ｍｚ曲線を示したグラフ。 水と脂肪から出てくる信号強度を測定した実験データ。 同図（ａ）は第２実施例に係るシミング用パルスシーケンス、同図（ｂ）は第２実施例のＭＲ撮像のパルスシーケンス。 第２実施例のシーケンスを実行するための概略フローチャート。 １次のシミングによる水と脂肪の共鳴スペクトルの分離を示す図。 スライス面毎のオフセット量の演算を説明する図。 第２実施例に係るスライス面毎のプリパルスのオフセットを説明する図。 同図（ａ）は第３実施例に係るシミング用パルスシーケンス、同図（ｂ）は第３実施例のＭＲ撮像のパルスシーケンス。 第３実施例のシーケンスを実行するための概略フローチャート。 スライス面毎のオフセット量の演算を説明する図。 第３実施例に係るスライス面毎のＲＦパルスのオフセットを説明する図。 第４実施例のＭＲ撮像のシーケンスを示すパルスシーケンス。 ９０パルスによる励起範囲に水のみの共鳴曲線が入っている状態を示す図。 １８０°パルスによる励起範囲と水及び脂肪の共鳴曲線との関係を示す図。 水、脂肪および高分子に含まれるプロトンのスペクトル図。 高分子のプロトンを選択励起するためのプリパルスを示した図。 １２１パルスの磁化特性を表した曲線。 １３３１パルスを示した図。 スライス方向における、静磁場の高次の成分の乱れに起因した周波数のずれを示す図。 同図（ａ）はプリパルスと水、脂肪の共鳴曲線が合っている状態、同図（ｂ）はプリパルスと水、脂肪の共鳴曲線がずれている状態を夫々示す図。

符号の説明

１ 磁石
２ 静磁場電源
３ｘ〜３ｙ 傾斜磁場コイル
４ 傾斜磁場電源
５ シーケンサ
６ コントローラ
７ 高周波コイル
８Ｔ 送信機
８Ｒ 受信機
１０ 演算ユニット
１１ 記憶ユニット
１２ 表示器
１３ 入力器
１４ シムコイル

Claims (6)

1. 静磁場中に置かれた被検体のスライス断面の水に含まれるプロトンのスピンを励起し、このスピン励起に関するＭＲ信号を画像化するようにした磁気共鳴イメージング装置において、
   前記水に含まれるプロトンのみを選択的に励起可能な９０°ＲＦパルスを印加するＲＦパルス印加手段と、
   この９０°ＲＦパルスの印加と同時に、前記断面をスライスするための傾斜磁場を印加する傾斜磁場印加手段とを備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 静磁場中に置かれた被検体の複数のスライス断面の水に含まれるプロトンのスピンを励起し、このスピン励起に関するＭＲ信号を所定シーケンスで収集し画像化するようにした磁気共鳴イメージング装置において、
   前記水に含まれるプロトンのみを選択的に励起可能な９０°ＲＦパルスを印加する第１のＲＦパルス印加手段と、この９０°ＲＦパルスの印加と同時に、前記複数のスライス断面の夫々をスライスするための第１の磁場強度を有する第１の傾斜磁場を印加する第１の傾斜磁場印加手段と、前記９０°ＲＦパルス及び第１の傾斜磁場を印加した後の所定時間経過後に、当該９０°ＲＦパルスで励起されたスピンを反転させる１８０°ＲＦパルスを印加する第２のＲＦパルス印加手段と、この１８０°ＲＦパルスの印加と同時に、上記第１の磁場強度よりも大きい第２の磁場強度を有する第２の傾斜磁場を印加する第２の傾斜磁場印加手段とを備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記９０°ＲＦパルスは、当該９０°ＲＦパルスの励起周波数領域が前記水に含まれるプロトンの共鳴周波数のみを含むように設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記９０°ＲＦパルスは、π数を増加させたシンク関数で高周波信号を変調したパルスであることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記９０°ＲＦパルスと前記１８０°ＲＦパルスの周波数帯域は互いに異なることを特徴とした請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記シーケンスはスピンエコー法のシーケンスであることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気共鳴イメージング装置。

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