JP3683962B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、90°ｒｆパルスと 180°ｒｆパルスとを順番に印加して、エコーを収集し、このエコーに基づいて画像を再構成する磁気共鳴イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
CHESS法や Dixon法は、脂肪(fat) を抑制するために開発された。 CHESS法は、化学シフト選択パルスを採用する。このパルスは、水のプロトンスピンを励起せず、脂肪のプロトンスピンだけを励起する。傾斜磁場は、励起された脂肪のプロトンスピンを十分にde-phaseにするために、この pulseの後に印加される。十分にde-phaseされた脂肪のプロトンスピンは、エコーを発生しない。したがって、脂肪のプロトンスピンを十分にde-phaseにした後、スピンエコー法等のパルスシーケンスを実行することにより、脂肪が抑制された画像が得られる。
【０００３】
Dixon法は、改良されたスピンエコー法のパルスシーケンスである。 180°rfパルスの印加タイミングが、90°rfパルスからエコーまでの時間間隔の中心時刻からΔｔだけずらされる。Δｔは、脂肪の化学シフトに基づいて決定される。水のプロトンスピンと脂肪のプロトンスピンとは、エコー収集時に逆位相になる。このエコーに基づいて、（水−脂肪）の out-of-phase 画像が得られる。また、Δｔ＝０、つまり通常のスピンエコー法のパルスシーケンスが、（水＋脂肪）のin-phase画像を得るために実行される。が得られる。 out-of-phase 画像とin-phase画像とは、脂肪が抑制された画像を得るために加算される。
【０００４】
これらの方法は、撮影時間が長くなるので、好ましくない。
【０００５】
図１４は、脂肪抑制のために改良された従来のスピンエコー法のパルスシーケンスを示している。図１５は水のプロトンスピンと脂肪のプロトンスピンぞれぞれが、90°と 180°のｒｆパルスの影響を受ける空間的な領域を示している。図１６（ａ）〜図１６（ｆ）は、領域に応じたプロトンスピンの挙動を示ている。なお、図１５において、ＲＦ90（水）は、90°rfパルスと共に発生される第１のスライス選択用傾斜磁場の磁場強度の空間的な変化に対応する水の共鳴周波数の空間変化を示している。ＲＦ180 （脂肪）は、 180°rfパルスと共に発生される第２のスライス選択用傾斜磁場の磁場強度の空間的な変化に対応する脂肪の共鳴周波数の空間変化を示している。なお、第１のスライス選択用傾斜磁場と第２のスライス選択用傾斜磁場とは同じ極性で発生される。領域（ＺA −ＺB ）内の水のプロトンスピンが、90°rfパルスを経験する。領域（ＺC −ＺD ）内の水のプロトンスピンが、 180°rfパルスを経験する。領域（Ｚa −Ｚb ）内の脂肪のプロトンスピンが、90°rfパルスを経験する。領域（Ｚc −Ｚd ）内の脂肪のプロトンスピンが、 180°rfパルスを経験する。90°rfパルスの周波数帯域ＢＷ90は、領域（ＺA −ＺB ）と領域（Ｚa −Ｚb ）とがオーバラップしないように、調整される。また、領域（Ｚa −Ｚb ）と、領域（Ｚc −Ｚd ）とが、オーバラップしないように、第２のスライス選択用傾斜磁場の磁場強度の空間的な傾きを強くするために傾斜磁場コイルに供給する電流の振幅が高められ、また 180°rfパルスの周波数帯域ＢＷ180 が調整される。領域（Ｚa −Ｚb ）と、領域（Ｚc −Ｚd ）とが、オーバラップしなければ、つまり90°rfパルスと 180°rfパルスの両方を経験する脂肪のプロトンスピンが存在しなければ、脂肪のプロトンスピンからエコーは発生せず、脂肪が抑制される。
【０００６】
脂肪を良好に抑制するためには、図１５に示すように、傾斜磁場コイルに供給する電流の振幅を非常に高くして、第２のスライス選択用傾斜磁場の磁場強度の空間的な傾きをきつくして、領域（Ｚa −Ｚb ）と、領域（Ｚc −Ｚd ）とが、オーバラップしないようにする必要がある。
【０００７】
しかし、このような出力能力の高い電源は非常に高価であり、出力能力の比較的低い安価な電源が採用されている。この出力能力の比較的低い安価な電源は、領域（Ｚa −Ｚb ）と領域（Ｚc −Ｚd ）との間に若干のオーバラップ領域を発生させ、このオーバラップ領域内に存在する脂肪のプロトンスピンからのエコーの発生を許してしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、脂肪抑制効果の高い磁気共鳴イメージング装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、静磁場発生手段と、励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとを被検体に順番に印加すると共に前記被検体から発生する磁気共鳴信号を受信する送受信手段と、前記励起用高周波パルスと共に第１のスライス選択用傾斜磁場を発生し、前記リフォーカス用高周波パルスと共に第２のスライス選択用傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、前記磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成する画像再構成手段と、前記画像を可視化する手段とを具備し、前記送受信手段は、水のプロトンスピンが励起される領域と脂肪のプロトンスピンが励起される領域とがオーバラップしないように、前記励起用高周波パルスの周波数帯域を前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域より狭く調整し、前記傾斜磁場発生手段は、前記第２のスライス選択用傾斜磁場を前記第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。
【００１０】
本発明は、静磁場発生手段と、
励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとを被検体に順番に印加すると共に前記被検体から発生する磁気共鳴信号を受信する送受信手段と、
前記励起用高周波パルスと共に第１のスライス選択用傾斜磁場を発生し、前記リフォーカス用高周波パルスと共に第２のスライス選択用傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、
前記磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成する画像再構成手段と、
前記画像を可視化する手段とを具備し、
前記送受信手段は、前記励起用高周波パルスの周波数帯域をＢＷ1 、前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域をＢＷ2 、水のプロトンスピンと脂肪のプロトンスピンとの化学シフトをΔＦCSとして、
ＢＷ1 ＜ＢＷ2
１／ＢＷ1 ＋１／ＢＷ2 ＞α／ΔＦCS-1）
但し ０．７≦α≦１．０
を満足するように、ＢＷ1 とＢＷ2 とを調整し、
前記傾斜磁場発生手段は、前記第２のスライス選択用傾斜磁場を前記第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。
【００１１】
本発明は、静磁場発生手段と、
励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとを被検体に順番に印加すると共に前記被検体から発生する磁気共鳴信号を受信する送受信手段と、
前記励起用高周波パルスと共に第１のスライス選択用傾斜磁場を発生し、前記リフォーカス用高周波パルスと共に第２のスライス選択用傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、
前記磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成する画像再構成手段と、
前記画像を可視化する手段とを具備し、
前記送受信手段は、前記励起用高周波パルスの周波数帯域を前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域より狭く調整すると共に、前記磁気共鳴信号の受信時に、不飽和脂肪のプロトンスピンと飽和脂肪のプロトンスピンとが逆位相になるように、前記励起用高周波パルスから前記リフォーカス用高周波パルスまでの時間間隔と前記リフォーカス用高周波パルスから前記磁気共鳴信号までの時間間隔とを相違させ、前記傾斜磁場発生手段は、前記第２のスライス選択用傾斜磁場を前記第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。
【００１２】
励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとの両方を経験したプロトンスピンは、エコーを発生する。いずれか一方しか経験していないプロトンスピンは、エコーを発生しない。
【００１３】
本発明は、第２のスライス選択用傾斜磁場を、第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にする。脂肪のプロトンスピンが励起用高周波パルスにより励起される領域は、脂肪のプロトンスピンがリフォーカス用高周波パルスによりリフォーカスされる領域から空間的に遠ざける傾向にある。第２のスライス選択用傾斜磁場と第１のスライス選択用傾斜磁場とを同じ極性で印加する従来では、上記２つの領域は接近する傾向にある。２つの領域がオーバラップする領域内の脂肪のプロトンスピンはエコーを発生する。このオーバラップ領域の大きさは、従来より確実に狭くなる。したがって、本発明によれば、脂肪抑制効果を高くすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による磁気共鳴イメージング装置の好ましい実施例を説明する。
図１に本実施例に係る磁気共鳴イメージング装置の構成を示す。コイルアセンブリ２０は、円筒が開けられている。撮影、つまりエコーのサンプリングは、この円筒の内部で行われる。被検体Ｐは寝台１３に載置された状態で円筒の内部に挿入される。静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２、ｒｆコイル３が、コイルアセンブリ２０に収容される。静磁場磁石１は、常電導磁石、超電導磁石のいずれであってもよい。静磁場磁石１は、、円筒内部に静磁場を形成する。傾斜磁場コイル２は、Ｘ軸傾斜磁場電源７からパルス電流の供給を受けて、リード用傾斜磁場パルスを発生する。また、傾斜磁場コイル２は、Ｙ軸傾斜磁場電源８からパルス電流の供給を受けて、位相エンコード用傾斜磁場パルスを発生する。さらに、傾斜磁場コイル２は、Ｚ軸傾斜磁場電源９からパルス電流の供給を受けて、スライス選択用傾斜磁場パルスを発生する。Ｚ軸傾斜磁場電源９からのパルス電流の極性が変化すると、スライス選択用傾斜磁場パルスの極性、つまりスライス選択用傾斜磁場の磁場強度の空間的な傾斜の向きが逆になる。Ｚ軸傾斜磁場電源９からのパルス電流の極性は、シーケンサ１０からの波形制御信号によって決定される。
ｒｆコイル３は、送信器５から高周波のパルス電流の供給を受けて励起用の高周波パルス（以下、90°ｒｆパルスという）と、リフォーカス用の高周波パルス（以下、 180°ｒｆパルスという）とを発生する。90°ｒｆパルスと 180°ｒｆパルスの周波数帯域は、送信器５から出力されるパルス電流の波形によって決定される。送信器５から出力されるパルス電流の波形は、シーケンサ１０からの波形制御信号によって決定される。
【００１５】
受信器６は、ｒｆコイル３を介して被検体から発生する磁気共鳴信号、ここではエコーを受信する。また、受信器６は、受信されたエコー信号を増幅し、ディジタル信号に変換する。１つのｒｆコイルで送受信を兼用してもよいし、送信専用のｒｆコイルと受信専用のｒｆコイルとを別体に設けてもよい。
【００１６】
コンピュータシステム１１は、受信器６から出力されるエコー信号に基づいて磁気共鳴画像を再構成する。表示部１２は、再構成された磁気共鳴画像を可視化する。シーケンサ１０は、後述するパルスシーケンスにしたがって送信器５、受信器６、傾斜磁場電源７，８，９の動作タイミングを制御する。また、シーケンサ１０は、送信器５や傾斜磁場電源７，８，９に波形制御信号を供給して、それらから出力されるパルス電流の波形を調整する。
【００１７】
図２は本実施例により改良されたスピンエコー法のパルスシーケンスを示す図である。まず、90°ｒｆパルスが発生される。90°ｒｆパルスの中心からＴＥ／２の時間後に、 180°ｒｆパルスが発生される。ＴＥは、エコー時間である。なお、90°ｒｆパルスは、シンク関数に対応する非対称の波形に整形される。90°ｒｆパルスの中心からＴＥの時間後に、エコーが受信される。90°ｒｆパルスと共に第１のスライス選択用傾斜磁場パルスＧ90が発生される。 180°ｒｆパルスと共に第２のスライス選択用傾斜磁場パルスＧ180 が発生される。エコーが受信される前に、位相エンコード用傾斜磁場パルスＧＥが発生される。位相エンコード用傾斜磁場パルスＧＥの振幅は、90°ｒｆパルスが発生される毎に少しずつ変化される。エコーが受信されている期間、リード傾斜磁場パルスＧＲが発生される。
【００１８】
図３は、スライス内のプロトンスピンのスペクトルと、90°ｒｆパルスと 180°ｒｆパルスそれぞれの周波数帯域との関係を示している。図４は、水のプロトンスピンと脂肪のプロトンスピンぞれぞれが、図２の90°と 180°のｒｆパルスの影響を受ける空間的な領域を示している。図５（ａ）〜図５（ｅ）は、図４の各領域に応じたプロトンスピンの挙動を示ている。なお、図４において、ＲＦ90（水）は、90°rfパルスと共に発生される第１のスライス選択用傾斜磁場Ｇ90の磁場強度の空間的な変化に対応する水のプロトンスピンの共鳴周波数の空間変化を示している。ＲＦ180 （脂肪）は、 180°rfパルスと共に発生される第２のスライス選択用傾斜磁場Ｇ180 の磁場強度の空間的な変化に対応する脂肪のプロトンスピンの共鳴周波数の空間変化を示している。ＢＷ90は、90°rfパルスの周波数帯域を示している。ＢＷ180 は、 180°rfパルスの周波数帯域を示している。ΔＦcsは、水に対する脂肪の化学シフトを示している。ΔＳはスライス厚を示している。
【００１９】
領域（ＺA −ＺB ）内の水のプロトンスピンが、90°rfパルスを経験して、励起される。領域（ＺC −ＺD ）内の水のプロトンスピンが、 180°rfパルスを経験して、リフォーカスされる。
【００２０】
領域（Ｚa −Ｚb ）内の脂肪のプロトンスピンが、90°rfパルスを経験して、励起される。領域（Ｚc −Ｚd ）内の脂肪のプロトンスピンが、 180°rfパルスを経験して、リフォーカスされる。
【００２１】
90°rfパルスの周波数帯域ＢＷ90は、水のプロトンスピンが90°rfパルスにより励起される領域（ＺA −ＺB ）と、脂肪のプロトンスピンが90°rfパルスにより励起される領域（Ｚa −Ｚb ）とがオーバラップしないように、調整される。
90°rfパルスと 180°rfパルスとの両方を経験したプロトンスピンからエコーが発生する。90°rfパルスを経験した水のプロトンスピンの全てが、 180°rfパルスも経験するように、90°rfパルスの周波数帯域ＢＷ90は、 180°rfパルスの周波数帯域ＢＷ180 より狭く設定される（ＢＷ180 ＞ＢＷ90）。領域（ＺA −ＺB ）に存在する水のプロトンスピンの全てからエコーが発生する。
【００２２】
第１のスライス傾斜磁場パルスＧ90の極性と、第２のスライス傾斜磁場パルスＧ180 の極性とは相違される。換言すると、第２のスライス傾斜磁場パルスＧ180 の極性は、第１のスライス傾斜磁場パルスＧ90の極性に対して反転される。さらに換言すると、第２のスライス傾斜磁場パルスＧ180 は、第１のスライス傾斜磁場パルスＧ90に対して逆極性にされる。これにより、第１のスライス傾斜磁場パルスＧ90の磁場強度の空間的な変化の傾きと、第２のスライス傾斜磁場パルスＧ180 の磁場強度の空間的な変化の傾きとは、逆向きになる。これは、図１５と図４とを比較して分かるように、脂肪のプロトンスピンが90°rfパルスにより励起される領域（Ｚa −Ｚb ）と、脂肪のプロトンスピンが 180°rfパルスにより励起される領域（Ｚc −Ｚd ）とを空間的に遠ざけるという傾向を生じさせる。
脂肪の完全な抑制は、脂肪のプロトンスピンが90°rfパルスにより励起される領域（Ｚa −Ｚb ）と、脂肪のプロトンスピンが 180°rfパルスにより励起される領域（Ｚc −Ｚd ）とがオーバラップしないという条件が達成されたとき達成される。領域（Ｚa −Ｚb ）と領域（Ｚc −Ｚd ）とのオーバラップ比(overlap ratio) Ｒは、（１）式により与えられる。Ｇ90は第１のスライス傾斜磁場パルスの振幅を示し、Ｇ180 は第２のスライス傾斜磁場パルスの振幅を示している。
Ｒ＝（ΔＳ−｜ΔＦcs／Ｇ90−ΔＦcs／Ｇ180 ｜）／ΔＳ …（１）
τ90を90°rfパルスのロブ長(length of lobe)、τ180 を 180°rfパルスのロブ長とすると、（２）式、（３）式が与えられる。
【００２３】
｜Ｇ90｜＝τ90／ΔＳ …（２）
｜Ｇ180 ｜＝τ180 ／ΔＳ …（３）
ロブ長と周波数帯域とは、ロブ長が長くなれば周波数帯域は狭くなり、ロブ長が短くなれば周波数帯域は広くなる関係にある。（２）式、（３）式は、スライス厚ΔＳが、周波数帯域とスライス選択用傾斜磁場パルスの振幅とに依存することを示している。
【００２４】
（２）式、（３）式を（１）式に代入することにより、（４）式が与えられる。
Ｒ＝１−｜ΔＦcs・（τ90＋τ180 ）｜ …（４）
Ｒ＜０という条件は、脂肪を完全に抑制することを達成する。つまり、Ｒ＜０という条件は、領域（Ｚa −Ｚb ）と、領域（Ｚc −Ｚd ）とがオーバラップせず、90°rfパルスと 180°rfパルスの両方を経験する脂肪のプロトンスピンが存在しないので、脂肪のプロトンスピンからエコーは発生しない。
【００２５】
ここで、（４）式において、（τ90−τ180 ）ではなくて、（τ90＋τ180 ）となっていることに注意されたい。これは、第２のスライス傾斜磁場パルスＧ180 の極性が第１のスライス傾斜磁場パルスＧ90の極性に対して逆であることに起因しており、Ｒ＜０という条件を満たすために、τ90とτ180 とが共同的に作用することを意味する。さらにこれは、第２のスライス傾斜磁場パルスＧ180 の振幅を、第１のスライス傾斜磁場パルスＧ90の振幅に対して、従来のように非常に高くしなくても、脂肪を十分抑制できることを意味している。
【００２６】
以上の結果をまとめると、脂肪を効率よく完全に抑制するための条件は、
１）ＢＷ90＜ＢＷ180 （＝τ90＞τ180 ）
２）｜Ｇ90｜＝−｜Ｇ180 ｜
３）τ90＋τ180 ＞ΔＦcs-1
の３つとなる。
【００２７】
静磁場強度が 0.5Ｔのとき、化学シフトは74Hzであり、Ｒ＜０を達成するには、τ90＋τ180 ＞13.5msが必要とされる。静磁場強度が 1.0Ｔのとき、化学シフトは147Hz であり、Ｒ＜０を達成するには、τ90＋τ180 ＞6.8ms でよく、また静磁場強度が 1.5Ｔのとき、化学シフトは222Hz であり、Ｒ＜０を達成するには、τ90＋τ180 ＞4.5ms でよい。
【００２８】
なお、３）の条件は、０／７≦α≦１．０の係数として、
τ90＋τ180 ＞α・ΔＦcs-1
に変形してもよい。これは、７割の脂肪抑制効果は実用上十分許容可能であることを意味する。
【００２９】
以上のように、上記３つの条件を満足させることにより、脂肪を効率よく完全に抑制することができる。
【００３０】
図８は、スライスの端の位置ＺB の付近における90°rfパルスの周波数帯域ＢＷ90とプロトンスピンのスペクトルとの関係を示している。実際には、プロトンスピンのスペクトルは尖鋭的ではなく、ある程度広がりをもっている。したがって、上記３つの条件によっても、脂肪が若干残留する。図８に残留脂肪を斜線で示す。例えば、比較的低磁場 0.5Ｔで、τ90＝8.5ms 、τ180 ＝3.0ms に設定すると、14.8％の脂肪成分が残留することになる。
【００３１】
ところで、脂肪には、メチレン基の不飽和脂肪(unsaturated fat) とメチル基の飽和脂肪(saturated fat) とがある。上述の“脂肪”は、飽和脂肪に相当する。不飽和脂肪の共鳴周波数は、水の共鳴周波数に近似している。従来から、不飽和脂肪を抑制することは不可能とされてきた。
【００３２】
図６は、残留脂肪をも抑制し、さらに不飽和脂肪をも抑制するためにさらに改良されたスピンエコー法によるパルスシーケンスを示している。図７は、図６のパルスシーケンスによるスライス内のプロトンスピンのスペクトルと、90°ｒｆパルスの周波数帯域との関係を示している。図９はエコー中心での不飽和脂肪のプロトンスピンと、飽和脂肪のプロトンスピンとの位相差を示している。
【００３３】
図２のパルスシーケンスにおいては、 180°ｒｆパルスは、90°ｒｆパルスからＴＥ／２後に発生された。図６のさらに改良されたパルスシーケンスでは、 180°ｒｆパルスは、90°ｒｆパルスからＴＥ／２経過した時刻から、Δｔだけずらされる。これにより、90°ｒｆパルスから 180°ｒｆパルスまでの時間間隔Ｔbeforeと、 180°ｒｆパルスからエコー中心までの時間間隔Ｔafter とは相違され、両間隔の時間差は、２・Δｔとなる。
【００３４】
ずれ時間Δｔは、エコー中心において、不飽和脂肪のプロトンスピンと飽和脂肪のプロトンスピンとが逆位相になるように、換言すると、不飽和脂肪のプロトンスピンの位相と飽和脂肪のプロトンスピンの位相とが反転するように、さらに換言すると、不飽和脂肪のプロトンスピンと飽和脂肪のプロトンスピンとの位相差が１８０°になるように、調整される。
【００３５】
不飽和脂肪のプロトンスピンから発生されるエコーと、飽和脂肪のプロトンスピンから発生されるエコーとは互いに逆極性となり、両エコーは相殺される又は少なくとも抑制される。
【００３６】
したがって、不飽和脂肪の残留脂肪をも抑制し、さらに不飽和脂肪をも抑制することができる。
【００３７】
本発明は上述の実施の形態に限定されることなく種々変形して実施可能である。上述では、２ＤＦＴ法（２次元フーリエ変換法）で説明したが、３ＤＦＴ法（３次元フーリエ変換法）にも容易に適用できる。本発明は、エコーを発生させるほとんどのパルスシーケンスに適用できる。図１０は、本発明を適用されたＦａｓｔ−ＳＥによるパルスシーケンスを示す図である。図１１は、本発明を適用されたＤＩＥＴ−ＳＥによるパルスシーケンスを示す図である。図１２は、本発明を適用されたＥＰＩ(echo planer imaging) によるパルスシーケンスを示す図である。図１３は、本発明を適用されたＧＲＡＳＥによるパルスシーケンスを示す図である。Ｆａｓｔ−ＳＥは、１回の90°ｒｆパルスの後に、複数のエコーを繰り返し発生させるために、 180°ｒｆパルスを繰り返して印加するというものである。ＤＩＥＴ−ＳＥは、最初のエコーのエコー時間を、ペアのエコーの間隔の３以上の奇数倍にするようにＦａｓｔ−ＳＥを改良したものである。ＥＰＩは、 180°ｒｆパルスの後に極性が交番するリード傾斜磁場を印加し、複数のエコーを次々と連続的に収集するというものである。ＧＲＡＳＥは、Ｆａｓｔ−ＳＥとＥＰＩとを組み合わせたものである。さらに、Dynamic MR Mammographyにも適用可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、静磁場発生手段と、励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとを被検体に順番に印加すると共に前記被検体から発生する磁気共鳴信号を受信する送受信手段と、前記励起用高周波パルスと共に第１のスライス選択用傾斜磁場を発生し、前記リフォーカス用高周波パルスと共に第２のスライス選択用傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、前記磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成する画像再構成手段と、前記画像を可視化する手段とを具備し、前記送受信手段は、水のプロトンスピンが励起される領域と脂肪のプロトンスピンが励起される領域とがオーバラップしないように、前記励起用高周波パルスの周波数帯域を前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域より狭く調整し、前記傾斜磁場発生手段は、前記第２のスライス選択用傾斜磁場を前記第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。
【００３９】
本発明は、静磁場発生手段と、
励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとを被検体に順番に印加すると共に前記被検体から発生する磁気共鳴信号を受信する送受信手段と、
前記励起用高周波パルスと共に第１のスライス選択用傾斜磁場を発生し、前記リフォーカス用高周波パルスと共に第２のスライス選択用傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、
前記磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成する画像再構成手段と、
前記画像を可視化する手段とを具備し、
前記送受信手段は、前記励起用高周波パルスの周波数帯域をＢＷ1 、前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域をＢＷ2 、水のプロトンスピンと脂肪のプロトンスピンとの化学シフトをΔＦCSとして、
ＢＷ1 ＜ＢＷ2
１／ＢＷ1 ＋１／ＢＷ2 ＞α／ΔＦCS-1）
但し ０．７≦α≦１．０
を満足するように、ＢＷ1 とＢＷ2 とを調整し、
前記傾斜磁場発生手段は、前記第２のスライス選択用傾斜磁場を前記第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。
【００４０】
本発明は、静磁場発生手段と、
励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとを被検体に順番に印加すると共に前記被検体から発生する磁気共鳴信号を受信する送受信手段と、
前記励起用高周波パルスと共に第１のスライス選択用傾斜磁場を発生し、前記リフォーカス用高周波パルスと共に第２のスライス選択用傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、
前記磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成する画像再構成手段と、
前記画像を可視化する手段とを具備し、
前記送受信手段は、前記励起用高周波パルスの周波数帯域を前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域より狭く調整すると共に、前記磁気共鳴信号の受信時に、不飽和脂肪のプロトンスピンと飽和脂肪のプロトンスピンとが逆位相になるように、前記励起用高周波パルスから前記リフォーカス用高周波パルスまでの時間間隔と前記リフォーカス用高周波パルスから前記磁気共鳴信号までの時間間隔とを相違させ、前記傾斜磁場発生手段は、前記第２のスライス選択用傾斜磁場を前記第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。
【００４１】
励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとの両方を経験したプロトンスピンは、エコーを発生する。いずれか一方しか経験していないプロトンスピンは、エコーを発生しない。
【００４２】
本発明は、第２のスライス選択用傾斜磁場を、第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にする。脂肪のプロトンスピンが励起用高周波パルスにより励起される領域は、脂肪のプロトンスピンがリフォーカス用高周波パルスによりリフォーカスされる領域から空間的に遠ざける傾向にある。第２のスライス選択用傾斜磁場と第１のスライス選択用傾斜磁場とを同じ極性で印加する従来では、上記２つの領域は接近する傾向にある。２つの領域がオーバラップする領域内の脂肪のプロトンスピンはエコーを発生する。このオーバラップ領域の大きさは、従来より確実に狭くなる。したがって、本発明によれば、脂肪抑制効果を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による磁気共鳴イメージング装置の構成を示す図である。
【図２】脂肪抑制のために改良された本実施例のスピンエコー法によるパルスシーケンスを示す図である。
【図３】調整された90°ｒｆパルスと 180°ｒｆパルスそれぞれの周波数帯域と、スライス内のプロトンスピンのスペクトルとの関係を示す図である。
【図４】水のプロトンスピンと脂肪のプロトンスピンぞれぞれが、図２の90°と 180°のｒｆパルスの影響を受ける空間的な領域を示す図である。
【図５】領域に応じたプロトンスピンの挙動を示す模式図である。
【図６】脂肪抑制のためにさらに改良された本実施例のスピンエコー法によるパルスシーケンスを示す図である。
【図７】水のプロトンスピンと脂肪のプロトンスピンぞれぞれが、図９の90°と 180°のｒｆパルスの影響を受ける空間的な領域を示す図である。
【図８】 90°ｒｆパルスの周波数帯域と図１０の位置ＺＡの付近のプロトンスピンのスペクトルとの関係を示す図である。
【図９】エコー中心での不飽和脂肪のプロトンスピンと飽和脂肪のプロトンスピンとの位相差を示す模式図である。
【図１０】本発明を適用されたＦａｓｔ−ＳＥによるパルスシーケンスを示す図である。
【図１１】本発明を適用されたＤＩＥＴ−ＳＥによるパルスシーケンスを示す図である。
【図１２】本発明を適用されたＥＰＩによるパルスシーケンスを示す図である。
【図１３】本発明を適用されたＧＲＡＳＥによるパルスシーケンスを示す図である。
【図１４】脂肪抑制のために改良された従来のスピンエコー法によるパルスシーケンスを示す図である。
【図１５】水のプロトンスピンと脂肪のプロトンスピンぞれぞれが、図１の90°と 180°のｒｆパルスの影響を受ける空間的な領域を示す図である。
【図１６】領域に応じたプロトンスピンの挙動を示す模式図である。
【符号の説明】
１…静磁場磁石
２…傾斜磁場コイル、
３…ｒｆコイル、
４…静磁場制御装置
５…送信器、
６…受信器、
７…Ｘ軸傾斜磁場電源、
８…Ｙ軸傾斜磁場電源、
９…Ｚ軸傾斜磁場電源、
１０…シーケンサ、
１１…コンピュータシステム、
１２…表示部、
１３…寝台、
２０…コイルアセンブリ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、90°ｒｆパルスと 180°ｒｆパルスとを順番に印加して、エコーを収集し、このエコーに基づいて画像を再構成する磁気共鳴イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
CHESS法や Dixon法は、脂肪(fat) を抑制するために開発された。 CHESS法は、化学シフト選択パルスを採用する。このパルスは、水のプロトンスピンを励起せず、脂肪のプロトンスピンだけを励起する。傾斜磁場は、励起された脂肪のプロトンスピンを十分にde-phaseにするために、この pulseの後に印加される。十分にde-phaseされた脂肪のプロトンスピンは、エコーを発生しない。したがって、脂肪のプロトンスピンを十分にde-phaseにした後、スピンエコー法等のパルスシーケンスを実行することにより、脂肪が抑制された画像が得られる。
【０００３】
Dixon法は、改良されたスピンエコー法のパルスシーケンスである。 180°rfパルスの印加タイミングが、90°rfパルスからエコーまでの時間間隔の中心時刻からΔｔだけずらされる。Δｔは、脂肪の化学シフトに基づいて決定される。水のプロトンスピンと脂肪のプロトンスピンとは、エコー収集時に逆位相になる。このエコーに基づいて、（水−脂肪）の out-of-phase 画像が得られる。また、Δｔ＝０、つまり通常のスピンエコー法のパルスシーケンスが、（水＋脂肪）のin-phase画像を得るために実行される。が得られる。 out-of-phase 画像とin-phase画像とは、脂肪が抑制された画像を得るために加算される。
【０００４】
これらの方法は、撮影時間が長くなるので、好ましくない。
【０００５】
図１４は、脂肪抑制のために改良された従来のスピンエコー法のパルスシーケンスを示している。図１５は水のプロトンスピンと脂肪のプロトンスピンぞれぞれが、90°と 180°のｒｆパルスの影響を受ける空間的な領域を示している。図１６（ａ）〜図１６（ｆ）は、領域に応じたプロトンスピンの挙動を示ている。なお、図１５において、ＲＦ90（水）は、90°rfパルスと共に発生される第１のスライス選択用傾斜磁場の磁場強度の空間的な変化に対応する水の共鳴周波数の空間変化を示している。ＲＦ180 （脂肪）は、 180°rfパルスと共に発生される第２のスライス選択用傾斜磁場の磁場強度の空間的な変化に対応する脂肪の共鳴周波数の空間変化を示している。なお、第１のスライス選択用傾斜磁場と第２のスライス選択用傾斜磁場とは同じ極性で発生される。領域（ＺA −ＺB ）内の水のプロトンスピンが、90°rfパルスを経験する。領域（ＺC −ＺD ）内の水のプロトンスピンが、 180°rfパルスを経験する。領域（Ｚa −Ｚb ）内の脂肪のプロトンスピンが、90°rfパルスを経験する。領域（Ｚc −Ｚd ）内の脂肪のプロトンスピンが、 180°rfパルスを経験する。90°rfパルスの周波数帯域ＢＷ90は、領域（ＺA −ＺB ）と領域（Ｚa −Ｚb ）とがオーバラップしないように、調整される。また、領域（Ｚa −Ｚb ）と、領域（Ｚc −Ｚd ）とが、オーバラップしないように、第２のスライス選択用傾斜磁場の磁場強度の空間的な傾きを強くするために傾斜磁場コイルに供給する電流の振幅が高められ、また 180°rfパルスの周波数帯域ＢＷ180 が調整される。領域（Ｚa −Ｚb ）と、領域（Ｚc −Ｚd ）とが、オーバラップしなければ、つまり90°rfパルスと 180°rfパルスの両方を経験する脂肪のプロトンスピンが存在しなければ、脂肪のプロトンスピンからエコーは発生せず、脂肪が抑制される。
【０００６】
脂肪を良好に抑制するためには、図１５に示すように、傾斜磁場コイルに供給する電流の振幅を非常に高くして、第２のスライス選択用傾斜磁場の磁場強度の空間的な傾きをきつくして、領域（Ｚa −Ｚb ）と、領域（Ｚc −Ｚd ）とが、オーバラップしないようにする必要がある。
【０００７】
しかし、このような出力能力の高い電源は非常に高価であり、出力能力の比較的低い安価な電源が採用されている。この出力能力の比較的低い安価な電源は、領域（Ｚa −Ｚb ）と領域（Ｚc −Ｚd ）との間に若干のオーバラップ領域を発生させ、このオーバラップ領域内に存在する脂肪のプロトンスピンからのエコーの発生を許してしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、脂肪抑制効果の高い磁気共鳴イメージング装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、静磁場発生手段と、励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとを被検体に順番に印加すると共に前記被検体から発生する磁気共鳴信号を受信する送受信手段と、前記励起用高周波パルスと共に第１のスライス選択用傾斜磁場を発生し、前記リフォーカス用高周波パルスと共に第２のスライス選択用傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、前記磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成する画像再構成手段と、前記画像を可視化する手段とを具備し、前記送受信手段は、水のプロトンスピンが励起される領域と脂肪のプロトンスピンが励起される領域とがオーバラップしないように、前記励起用高周波パルスの周波数帯域を前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域より狭く調整し、前記傾斜磁場発生手段は、前記第２のスライス選択用傾斜磁場を前記第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。
【００１０】
本発明は、静磁場発生手段と、
励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとを被検体に順番に印加すると共に前記被検体から発生する磁気共鳴信号を受信する送受信手段と、
前記励起用高周波パルスと共に第１のスライス選択用傾斜磁場を発生し、前記リフォーカス用高周波パルスと共に第２のスライス選択用傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、
前記磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成する画像再構成手段と、
前記画像を可視化する手段とを具備し、
前記送受信手段は、前記励起用高周波パルスの周波数帯域をＢＷ1 、前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域をＢＷ2 、水のプロトンスピンと脂肪のプロトンスピンとの化学シフトをΔＦCSとして、
ＢＷ1 ＜ＢＷ2
１／ＢＷ1 ＋１／ＢＷ2 ＞α／ΔＦCS-1）
但し ０．７≦α≦１．０
を満足するように、ＢＷ1 とＢＷ2 とを調整し、
前記傾斜磁場発生手段は、前記第２のスライス選択用傾斜磁場を前記第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。
【００１１】
本発明は、静磁場発生手段と、
励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとを被検体に順番に印加すると共に前記被検体から発生する磁気共鳴信号を受信する送受信手段と、
前記励起用高周波パルスと共に第１のスライス選択用傾斜磁場を発生し、前記リフォーカス用高周波パルスと共に第２のスライス選択用傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、
前記磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成する画像再構成手段と、
前記画像を可視化する手段とを具備し、
前記送受信手段は、前記励起用高周波パルスの周波数帯域を前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域より狭く調整すると共に、前記磁気共鳴信号の受信時に、不飽和脂肪のプロトンスピンと飽和脂肪のプロトンスピンとが逆位相になるように、前記励起用高周波パルスから前記リフォーカス用高周波パルスまでの時間間隔と前記リフォーカス用高周波パルスから前記磁気共鳴信号までの時間間隔とを相違させ、前記傾斜磁場発生手段は、前記第２のスライス選択用傾斜磁場を前記第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。
【００１２】
励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとの両方を経験したプロトンスピンは、エコーを発生する。いずれか一方しか経験していないプロトンスピンは、エコーを発生しない。
【００１３】
本発明は、第２のスライス選択用傾斜磁場を、第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にする。脂肪のプロトンスピンが励起用高周波パルスにより励起される領域は、脂肪のプロトンスピンがリフォーカス用高周波パルスによりリフォーカスされる領域から空間的に遠ざける傾向にある。第２のスライス選択用傾斜磁場と第１のスライス選択用傾斜磁場とを同じ極性で印加する従来では、上記２つの領域は接近する傾向にある。２つの領域がオーバラップする領域内の脂肪のプロトンスピンはエコーを発生する。このオーバラップ領域の大きさは、従来より確実に狭くなる。したがって、本発明によれば、脂肪抑制効果を高くすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による磁気共鳴イメージング装置の好ましい実施例を説明する。
図１に本実施例に係る磁気共鳴イメージング装置の構成を示す。コイルアセンブリ２０は、円筒が開けられている。撮影、つまりエコーのサンプリングは、この円筒の内部で行われる。被検体Ｐは寝台１３に載置された状態で円筒の内部に挿入される。静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２、ｒｆコイル３が、コイルアセンブリ２０に収容される。静磁場磁石１は、常電導磁石、超電導磁石のいずれであってもよい。静磁場磁石１は、、円筒内部に静磁場を形成する。傾斜磁場コイル２は、Ｘ軸傾斜磁場電源７からパルス電流の供給を受けて、リード用傾斜磁場パルスを発生する。また、傾斜磁場コイル２は、Ｙ軸傾斜磁場電源８からパルス電流の供給を受けて、位相エンコード用傾斜磁場パルスを発生する。さらに、傾斜磁場コイル２は、Ｚ軸傾斜磁場電源９からパルス電流の供給を受けて、スライス選択用傾斜磁場パルスを発生する。Ｚ軸傾斜磁場電源９からのパルス電流の極性が変化すると、スライス選択用傾斜磁場パルスの極性、つまりスライス選択用傾斜磁場の磁場強度の空間的な傾斜の向きが逆になる。Ｚ軸傾斜磁場電源９からのパルス電流の極性は、シーケンサ１０からの波形制御信号によって決定される。
ｒｆコイル３は、送信器５から高周波のパルス電流の供給を受けて励起用の高周波パルス（以下、90°ｒｆパルスという）と、リフォーカス用の高周波パルス（以下、 180°ｒｆパルスという）とを発生する。90°ｒｆパルスと 180°ｒｆパルスの周波数帯域は、送信器５から出力されるパルス電流の波形によって決定される。送信器５から出力されるパルス電流の波形は、シーケンサ１０からの波形制御信号によって決定される。
【００１５】
受信器６は、ｒｆコイル３を介して被検体から発生する磁気共鳴信号、ここではエコーを受信する。また、受信器６は、受信されたエコー信号を増幅し、ディジタル信号に変換する。１つのｒｆコイルで送受信を兼用してもよいし、送信専用のｒｆコイルと受信専用のｒｆコイルとを別体に設けてもよい。
【００１６】
コンピュータシステム１１は、受信器６から出力されるエコー信号に基づいて磁気共鳴画像を再構成する。表示部１２は、再構成された磁気共鳴画像を可視化する。シーケンサ１０は、後述するパルスシーケンスにしたがって送信器５、受信器６、傾斜磁場電源７，８，９の動作タイミングを制御する。また、シーケンサ１０は、送信器５や傾斜磁場電源７，８，９に波形制御信号を供給して、それらから出力されるパルス電流の波形を調整する。
【００１７】
図２は本実施例により改良されたスピンエコー法のパルスシーケンスを示す図である。まず、90°ｒｆパルスが発生される。90°ｒｆパルスの中心からＴＥ／２の時間後に、 180°ｒｆパルスが発生される。ＴＥは、エコー時間である。なお、90°ｒｆパルスは、シンク関数に対応する非対称の波形に整形される。90°ｒｆパルスの中心からＴＥの時間後に、エコーが受信される。90°ｒｆパルスと共に第１のスライス選択用傾斜磁場パルスＧ90が発生される。 180°ｒｆパルスと共に第２のスライス選択用傾斜磁場パルスＧ180 が発生される。エコーが受信される前に、位相エンコード用傾斜磁場パルスＧＥが発生される。位相エンコード用傾斜磁場パルスＧＥの振幅は、90°ｒｆパルスが発生される毎に少しずつ変化される。エコーが受信されている期間、リード傾斜磁場パルスＧＲが発生される。
【００１８】
図３は、スライス内のプロトンスピンのスペクトルと、90°ｒｆパルスと 180°ｒｆパルスそれぞれの周波数帯域との関係を示している。図４は、水のプロトンスピンと脂肪のプロトンスピンぞれぞれが、図２の90°と 180°のｒｆパルスの影響を受ける空間的な領域を示している。図５（ａ）〜図５（ｅ）は、図４の各領域に応じたプロトンスピンの挙動を示ている。なお、図４において、ＲＦ90（水）は、90°rfパルスと共に発生される第１のスライス選択用傾斜磁場Ｇ90の磁場強度の空間的な変化に対応する水のプロトンスピンの共鳴周波数の空間変化を示している。ＲＦ180 （脂肪）は、 180°rfパルスと共に発生される第２のスライス選択用傾斜磁場Ｇ180 の磁場強度の空間的な変化に対応する脂肪のプロトンスピンの共鳴周波数の空間変化を示している。ＢＷ90は、90°rfパルスの周波数帯域を示している。ＢＷ180 は、 180°rfパルスの周波数帯域を示している。ΔＦcsは、水に対する脂肪の化学シフトを示している。ΔＳはスライス厚を示している。
【００１９】
領域（ＺA −ＺB ）内の水のプロトンスピンが、90°rfパルスを経験して、励起される。領域（ＺC −ＺD ）内の水のプロトンスピンが、 180°rfパルスを経験して、リフォーカスされる。
【００２０】
領域（Ｚa −Ｚb ）内の脂肪のプロトンスピンが、90°rfパルスを経験して、励起される。領域（Ｚc −Ｚd ）内の脂肪のプロトンスピンが、 180°rfパルスを経験して、リフォーカスされる。
【００２１】
90°rfパルスの周波数帯域ＢＷ90は、水のプロトンスピンが90°rfパルスにより励起される領域（ＺA −ＺB ）と、脂肪のプロトンスピンが90°rfパルスにより励起される領域（Ｚa −Ｚb ）とがオーバラップしないように、調整される。
90°rfパルスと 180°rfパルスとの両方を経験したプロトンスピンからエコーが発生する。90°rfパルスを経験した水のプロトンスピンの全てが、 180°rfパルスも経験するように、90°rfパルスの周波数帯域ＢＷ90は、 180°rfパルスの周波数帯域ＢＷ180 より狭く設定される（ＢＷ180 ＞ＢＷ90）。領域（ＺA −ＺB ）に存在する水のプロトンスピンの全てからエコーが発生する。
【００２２】
第１のスライス傾斜磁場パルスＧ90の極性と、第２のスライス傾斜磁場パルスＧ180 の極性とは相違される。換言すると、第２のスライス傾斜磁場パルスＧ180 の極性は、第１のスライス傾斜磁場パルスＧ90の極性に対して反転される。さらに換言すると、第２のスライス傾斜磁場パルスＧ180 は、第１のスライス傾斜磁場パルスＧ90に対して逆極性にされる。これにより、第１のスライス傾斜磁場パルスＧ90の磁場強度の空間的な変化の傾きと、第２のスライス傾斜磁場パルスＧ180 の磁場強度の空間的な変化の傾きとは、逆向きになる。これは、図１５と図４とを比較して分かるように、脂肪のプロトンスピンが90°rfパルスにより励起される領域（Ｚa −Ｚb ）と、脂肪のプロトンスピンが 180°rfパルスにより励起される領域（Ｚc −Ｚd ）とを空間的に遠ざけるという傾向を生じさせる。
脂肪の完全な抑制は、脂肪のプロトンスピンが90°rfパルスにより励起される領域（Ｚa −Ｚb ）と、脂肪のプロトンスピンが 180°rfパルスにより励起される領域（Ｚc −Ｚd ）とがオーバラップしないという条件が達成されたとき達成される。領域（Ｚa −Ｚb ）と領域（Ｚc −Ｚd ）とのオーバラップ比(overlap ratio) Ｒは、（１）式により与えられる。Ｇ90は第１のスライス傾斜磁場パルスの振幅を示し、Ｇ180 は第２のスライス傾斜磁場パルスの振幅を示している。
Ｒ＝（ΔＳ−｜ΔＦcs／Ｇ90−ΔＦcs／Ｇ180 ｜）／ΔＳ …（１）
τ90を90°rfパルスのロブ長(length of lobe)、τ180 を 180°rfパルスのロブ長とすると、（２）式、（３）式が与えられる。
【００２３】
｜Ｇ90｜＝τ90／ΔＳ …（２）
｜Ｇ180 ｜＝τ180 ／ΔＳ …（３）
ロブ長と周波数帯域とは、ロブ長が長くなれば周波数帯域は狭くなり、ロブ長が短くなれば周波数帯域は広くなる関係にある。（２）式、（３）式は、スライス厚ΔＳが、周波数帯域とスライス選択用傾斜磁場パルスの振幅とに依存することを示している。
【００２４】
（２）式、（３）式を（１）式に代入することにより、（４）式が与えられる。
Ｒ＝１−｜ΔＦcs・（τ90＋τ180 ）｜ …（４）
Ｒ＜０という条件は、脂肪を完全に抑制することを達成する。つまり、Ｒ＜０という条件は、領域（Ｚa −Ｚb ）と、領域（Ｚc −Ｚd ）とがオーバラップせず、90°rfパルスと 180°rfパルスの両方を経験する脂肪のプロトンスピンが存在しないので、脂肪のプロトンスピンからエコーは発生しない。
【００２５】
ここで、（４）式において、（τ90−τ180 ）ではなくて、（τ90＋τ180 ）となっていることに注意されたい。これは、第２のスライス傾斜磁場パルスＧ180 の極性が第１のスライス傾斜磁場パルスＧ90の極性に対して逆であることに起因しており、Ｒ＜０という条件を満たすために、τ90とτ180 とが共同的に作用することを意味する。さらにこれは、第２のスライス傾斜磁場パルスＧ180 の振幅を、第１のスライス傾斜磁場パルスＧ90の振幅に対して、従来のように非常に高くしなくても、脂肪を十分抑制できることを意味している。
【００２６】
以上の結果をまとめると、脂肪を効率よく完全に抑制するための条件は、
１）ＢＷ90＜ＢＷ180 （＝τ90＞τ180 ）
２）｜Ｇ90｜＝−｜Ｇ180 ｜
３）τ90＋τ180 ＞ΔＦcs-1
の３つとなる。
【００２７】
静磁場強度が 0.5Ｔのとき、化学シフトは74Hzであり、Ｒ＜０を達成するには、τ90＋τ180 ＞13.5msが必要とされる。静磁場強度が 1.0Ｔのとき、化学シフトは147Hz であり、Ｒ＜０を達成するには、τ90＋τ180 ＞6.8ms でよく、また静磁場強度が 1.5Ｔのとき、化学シフトは222Hz であり、Ｒ＜０を達成するには、τ90＋τ180 ＞4.5ms でよい。
【００２８】
なお、３）の条件は、０／７≦α≦１．０の係数として、
τ90＋τ180 ＞α・ΔＦcs-1
に変形してもよい。これは、７割の脂肪抑制効果は実用上十分許容可能であることを意味する。
【００２９】
以上のように、上記３つの条件を満足させることにより、脂肪を効率よく完全に抑制することができる。
【００３０】
図８は、スライスの端の位置ＺB の付近における90°rfパルスの周波数帯域ＢＷ90とプロトンスピンのスペクトルとの関係を示している。実際には、プロトンスピンのスペクトルは尖鋭的ではなく、ある程度広がりをもっている。したがって、上記３つの条件によっても、脂肪が若干残留する。図８に残留脂肪を斜線で示す。例えば、比較的低磁場 0.5Ｔで、τ90＝8.5ms 、τ180 ＝3.0ms に設定すると、14.8％の脂肪成分が残留することになる。
【００３１】
ところで、脂肪には、メチレン基の不飽和脂肪(unsaturated fat) とメチル基の飽和脂肪(saturated fat) とがある。上述の“脂肪”は、飽和脂肪に相当する。不飽和脂肪の共鳴周波数は、水の共鳴周波数に近似している。従来から、不飽和脂肪を抑制することは不可能とされてきた。
【００３２】
図６は、残留脂肪をも抑制し、さらに不飽和脂肪をも抑制するためにさらに改良されたスピンエコー法によるパルスシーケンスを示している。図７は、図６のパルスシーケンスによるスライス内のプロトンスピンのスペクトルと、90°ｒｆパルスの周波数帯域との関係を示している。図９はエコー中心での不飽和脂肪のプロトンスピンと、飽和脂肪のプロトンスピンとの位相差を示している。
【００３３】
図２のパルスシーケンスにおいては、 180°ｒｆパルスは、90°ｒｆパルスからＴＥ／２後に発生された。図６のさらに改良されたパルスシーケンスでは、 180°ｒｆパルスは、90°ｒｆパルスからＴＥ／２経過した時刻から、Δｔだけずらされる。これにより、90°ｒｆパルスから 180°ｒｆパルスまでの時間間隔Ｔbeforeと、 180°ｒｆパルスからエコー中心までの時間間隔Ｔafter とは相違され、両間隔の時間差は、２・Δｔとなる。
【００３４】
ずれ時間Δｔは、エコー中心において、不飽和脂肪のプロトンスピンと飽和脂肪のプロトンスピンとが逆位相になるように、換言すると、不飽和脂肪のプロトンスピンの位相と飽和脂肪のプロトンスピンの位相とが反転するように、さらに換言すると、不飽和脂肪のプロトンスピンと飽和脂肪のプロトンスピンとの位相差が１８０°になるように、調整される。
【００３５】
不飽和脂肪のプロトンスピンから発生されるエコーと、飽和脂肪のプロトンスピンから発生されるエコーとは互いに逆極性となり、両エコーは相殺される又は少なくとも抑制される。
【００３６】
したがって、不飽和脂肪の残留脂肪をも抑制し、さらに不飽和脂肪をも抑制することができる。
【００３７】
本発明は上述の実施の形態に限定されることなく種々変形して実施可能である。上述では、２ＤＦＴ法（２次元フーリエ変換法）で説明したが、３ＤＦＴ法（３次元フーリエ変換法）にも容易に適用できる。本発明は、エコーを発生させるほとんどのパルスシーケンスに適用できる。図１０は、本発明を適用されたＦａｓｔ−ＳＥによるパルスシーケンスを示す図である。図１１は、本発明を適用されたＤＩＥＴ−ＳＥによるパルスシーケンスを示す図である。図１２は、本発明を適用されたＥＰＩ(echo planer imaging) によるパルスシーケンスを示す図である。図１３は、本発明を適用されたＧＲＡＳＥによるパルスシーケンスを示す図である。Ｆａｓｔ−ＳＥは、１回の90°ｒｆパルスの後に、複数のエコーを繰り返し発生させるために、 180°ｒｆパルスを繰り返して印加するというものである。ＤＩＥＴ−ＳＥは、最初のエコーのエコー時間を、ペアのエコーの間隔の３以上の奇数倍にするようにＦａｓｔ−ＳＥを改良したものである。ＥＰＩは、 180°ｒｆパルスの後に極性が交番するリード傾斜磁場を印加し、複数のエコーを次々と連続的に収集するというものである。ＧＲＡＳＥは、Ｆａｓｔ−ＳＥとＥＰＩとを組み合わせたものである。さらに、Dynamic MR Mammographyにも適用可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、静磁場発生手段と、励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとを被検体に順番に印加すると共に前記被検体から発生する磁気共鳴信号を受信する送受信手段と、前記励起用高周波パルスと共に第１のスライス選択用傾斜磁場を発生し、前記リフォーカス用高周波パルスと共に第２のスライス選択用傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、前記磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成する画像再構成手段と、前記画像を可視化する手段とを具備し、前記送受信手段は、水のプロトンスピンが励起される領域と脂肪のプロトンスピンが励起される領域とがオーバラップしないように、前記励起用高周波パルスの周波数帯域を前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域より狭く調整し、前記傾斜磁場発生手段は、前記第２のスライス選択用傾斜磁場を前記第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。
【００３９】
本発明は、静磁場発生手段と、
励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとを被検体に順番に印加すると共に前記被検体から発生する磁気共鳴信号を受信する送受信手段と、
前記励起用高周波パルスと共に第１のスライス選択用傾斜磁場を発生し、前記リフォーカス用高周波パルスと共に第２のスライス選択用傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、
前記磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成する画像再構成手段と、
前記画像を可視化する手段とを具備し、
前記送受信手段は、前記励起用高周波パルスの周波数帯域をＢＷ1 、前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域をＢＷ2 、水のプロトンスピンと脂肪のプロトンスピンとの化学シフトをΔＦCSとして、
ＢＷ1 ＜ＢＷ2
１／ＢＷ1 ＋１／ＢＷ2 ＞α／ΔＦCS-1）
但し ０．７≦α≦１．０
を満足するように、ＢＷ1 とＢＷ2 とを調整し、
前記傾斜磁場発生手段は、前記第２のスライス選択用傾斜磁場を前記第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。
【００４０】
本発明は、静磁場発生手段と、
励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとを被検体に順番に印加すると共に前記被検体から発生する磁気共鳴信号を受信する送受信手段と、
前記励起用高周波パルスと共に第１のスライス選択用傾斜磁場を発生し、前記リフォーカス用高周波パルスと共に第２のスライス選択用傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、
前記磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成する画像再構成手段と、
前記画像を可視化する手段とを具備し、
前記送受信手段は、前記励起用高周波パルスの周波数帯域を前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域より狭く調整すると共に、前記磁気共鳴信号の受信時に、不飽和脂肪のプロトンスピンと飽和脂肪のプロトンスピンとが逆位相になるように、前記励起用高周波パルスから前記リフォーカス用高周波パルスまでの時間間隔と前記リフォーカス用高周波パルスから前記磁気共鳴信号までの時間間隔とを相違させ、前記傾斜磁場発生手段は、前記第２のスライス選択用傾斜磁場を前記第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。
【００４１】
励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとの両方を経験したプロトンスピンは、エコーを発生する。いずれか一方しか経験していないプロトンスピンは、エコーを発生しない。
【００４２】
本発明は、第２のスライス選択用傾斜磁場を、第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にする。脂肪のプロトンスピンが励起用高周波パルスにより励起される領域は、脂肪のプロトンスピンがリフォーカス用高周波パルスによりリフォーカスされる領域から空間的に遠ざける傾向にある。第２のスライス選択用傾斜磁場と第１のスライス選択用傾斜磁場とを同じ極性で印加する従来では、上記２つの領域は接近する傾向にある。２つの領域がオーバラップする領域内の脂肪のプロトンスピンはエコーを発生する。このオーバラップ領域の大きさは、従来より確実に狭くなる。したがって、本発明によれば、脂肪抑制効果を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による磁気共鳴イメージング装置の構成を示す図である。
【図２】脂肪抑制のために改良された本実施例のスピンエコー法によるパルスシーケンスを示す図である。
【図３】調整された90°ｒｆパルスと 180°ｒｆパルスそれぞれの周波数帯域と、スライス内のプロトンスピンのスペクトルとの関係を示す図である。
【図４】水のプロトンスピンと脂肪のプロトンスピンぞれぞれが、図２の90°と 180°のｒｆパルスの影響を受ける空間的な領域を示す図である。
【図５】領域に応じたプロトンスピンの挙動を示す模式図である。
【図６】脂肪抑制のためにさらに改良された本実施例のスピンエコー法によるパルスシーケンスを示す図である。
【図７】水のプロトンスピンと脂肪のプロトンスピンぞれぞれが、図９の90°と 180°のｒｆパルスの影響を受ける空間的な領域を示す図である。
【図８】 90°ｒｆパルスの周波数帯域と図１０の位置ＺＡの付近のプロトンスピンのスペクトルとの関係を示す図である。
【図９】エコー中心での不飽和脂肪のプロトンスピンと飽和脂肪のプロトンスピンとの位相差を示す模式図である。
【図１０】本発明を適用されたＦａｓｔ−ＳＥによるパルスシーケンスを示す図である。
【図１１】本発明を適用されたＤＩＥＴ−ＳＥによるパルスシーケンスを示す図である。
【図１２】本発明を適用されたＥＰＩによるパルスシーケンスを示す図である。
【図１３】本発明を適用されたＧＲＡＳＥによるパルスシーケンスを示す図である。
【図１４】脂肪抑制のために改良された従来のスピンエコー法によるパルスシーケンスを示す図である。
【図１５】水のプロトンスピンと脂肪のプロトンスピンぞれぞれが、図１の90°と 180°のｒｆパルスの影響を受ける空間的な領域を示す図である。
【図１６】領域に応じたプロトンスピンの挙動を示す模式図である。
【符号の説明】
１…静磁場磁石
２…傾斜磁場コイル、
３…ｒｆコイル、
４…静磁場制御装置
５…送信器、
６…受信器、
７…Ｘ軸傾斜磁場電源、
８…Ｙ軸傾斜磁場電源、
９…Ｚ軸傾斜磁場電源、
１０…シーケンサ、
１１…コンピュータシステム、
１２…表示部、
１３…寝台、
２０…コイルアセンブリ。
Claims (23)
- 静磁場発生手段と、
励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとを被検体に順番に印加すると共に前記被検体から発生する磁気共鳴信号を受信する送受信手段と、
前記励起用高周波パルスと共に第１のスライス選択用傾斜磁場を発生し、前記リフォーカス用高周波パルスと共に第２のスライス選択用傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、
前記磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成する画像再構成手段と、前記画像を可視化する手段とを具備し、
前記送受信手段は、水のプロトンスピンが励起される領域と脂肪のプロトンスピンが励起される領域とがオーバラップしないように、前記励起用高周波パルスの周波数帯域を前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域より狭く調整し、前記傾斜磁場発生手段は、前記第２のスライス選択用傾斜磁場を前記第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 前記送受信手段は、脂肪のプロトンスピンが前記励起用高周波パルスにより励起される領域と、脂肪のプロトンスピンが前記リフォーカス用高周波パルスによりリフォーカスされる領域とがオーバラップしないように、前記励起用高周波パルスの周波数帯域と前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域とを調整することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記送受信手段は、水のプロトンスピンが前記励起用高周波パルスにより励起される領域が、水のプロトンスピンが前記リフォーカス用高周波パルスによりリフォーカスされる領域に含まれるように、前記励起用高周波パルスの周波数帯域と前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域とを調整することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記傾斜磁場発生手段は、前記第２のスライス選択用傾斜磁場の振幅を、前記第１のスライス選択用傾斜磁場の振幅より高く調整することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記傾斜磁場発生手段は、脂肪のプロトンスピンが前記励起用高周波パルスにより励起される領域と、脂肪のプロトンスピンが前記リフォーカス用高周波パルスによりリフォーカスされる領域とがオーバラップしないように、前記第１のスライス選択用傾斜磁場の振幅と前記第２のスライス選択用傾斜磁場の振幅とを調整することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記傾斜磁場発生手段は、水のプロトンスピンが前記励起用高周波パルスにより励起される領域が、水のプロトンスピンが前記リフォーカス用高周波パルスによりリフォーカスされる領域に含まれるように、前記第１のスライス選択用傾斜磁場の振幅と前記第２のスライス選択用傾斜磁場の振幅とを調整することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記送受信手段は、前記リフォーカス用高周波パルスを繰り返し印加すると共に、前記磁気共鳴信号を繰り返し受信することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記傾斜磁場発生手段は、前記リフォーカス用高周波パルスの後に、極性が交番するリード用傾斜磁場を印加し、前記送受信手段は、前記磁気共鳴信号を繰り返し受信することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記送受信手段は、前記磁気共鳴信号の受信時に、不飽和脂肪のプロトンスピンと飽和脂肪のプロトンスピンとが逆位相になるように、前記励起用高周波パルスから前記リフォーカス用高周波パルスまでの時間間隔と前記リフォーカス用高周波パルスから前記磁気共鳴信号までの時間間隔とを相違させることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 静磁場発生手段と、
励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとを被検体に順番に印加すると共に前記被検体から発生する磁気共鳴信号を受信する送受信手段と、
前記励起用高周波パルスと共に第１のスライス選択用傾斜磁場を発生し、前記リフォーカス用高周波パルスと共に第２のスライス選択用傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、
前記磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成する画像再構成手段と、
前記画像を可視化する手段とを具備し、
前記送受信手段は、前記励起用高周波パルスの周波数帯域をＢＷ1 、前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域をＢＷ2 、水のプロトンスピンと脂肪のプロトンスピンとの化学シフトをΔＦCSとして、
ＢＷ1 ＜ＢＷ2
１／ＢＷ1 ＋１／ＢＷ2 ＞α／ΔＦCS-1）
但し ０．７≦α≦１．０を満足するように、ＢＷ1 とＢＷ2 とを調整し、前記傾斜磁場発生手段は、前記第２のスライス選択用傾斜磁場を前記第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 前記傾斜磁場発生手段は、前記第２のスライス選択用傾斜磁場の振幅を、前記第１のスライス選択用傾斜磁場の振幅より高く調整することを特徴とする請求項１０記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記送受信手段は、前記リフォーカス用高周波パルスを繰り返し印加すると共に、前記磁気共鳴信号を繰り返し受信することを特徴とする請求項１０記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記傾斜磁場発生手段は、前記リフォーカス用高周波パルスの後に、極性が交番するリード用傾斜磁場を印加し、前記送受信手段は、前記磁気共鳴信号を繰り返し受信することを特徴とする請求項１０記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記送受信手段は、前記磁気共鳴信号の受信時に、不飽和脂肪のプロトンスピンと飽和脂肪のプロトンスピンとが逆位相になるように、前記励起用高周波パルスから前記リフォーカス用高周波パルスまでの時間間隔と前記リフォーカス用高周波パルスから前記磁気共鳴信号までの時間間隔とを相違させることを特徴とする請求項１１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 静磁場発生手段と、
励起用高周波パルスとリフォーカス用高周波パルスとを被検体に順番に印加すると共に前記被検体から発生する磁気共鳴信号を受信する送受信手段と、
前記励起用高周波パルスと共に第１のスライス選択用傾斜磁場を発生し、前記リフォーカス用高周波パルスと共に第２のスライス選択用傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、
前記磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成する画像再構成手段と、
前記画像を可視化する手段とを具備し、
前記送受信手段は、前記励起用高周波パルスの周波数帯域を前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域より狭く調整すると共に、前記磁気共鳴信号の受信時に、不飽和脂肪のプロトンスピンと飽和脂肪のプロトンスピンとが逆位相になるように、前記励起用高周波パルスから前記リフォーカス用高周波パルスまでの時間間隔と前記リフォーカス用高周波パルスから前記磁気共鳴信号までの時間間隔とを相違させ、前記傾斜磁場発生手段は、前記第２のスライス選択用傾斜磁場を前記第１のスライス選択用傾斜磁場の極性に対して逆極性にすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 前記送受信手段は、前記励起用高周波パルスの周波数帯域を前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域より狭く調整することを特徴とする請求項１５記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記送受信手段は、脂肪のプロトンスピンが前記励起用高周波パルスにより励起される領域と、脂肪のプロトンスピンが前記リフォーカス用高周波パルスによりリフォーカスされる領域とがオーバラップしないように、前記励起用高周波パルスの周波数帯域と前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域とを調整することを特徴とする請求項１５記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記送受信手段は、水のプロトンスピンが前記励起用高周波パルスにより励起される領域が、水のプロトンスピンが前記リフォーカス用高周波パルスによりリフォーカスされる領域に含まれるように、前記励起用高周波パルスの周波数帯域と前記リフォーカス用高周波パルスの周波数帯域とを調整することを特徴とする請求項１５記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記傾斜磁場発生手段は、前記第２のスライス選択用傾斜磁場の振幅を、前記第１のスライス選択用傾斜磁場の振幅より高く調整することを特徴とする請求項１５記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記傾斜磁場発生手段は、脂肪のプロトンスピンが前記励起用高周波パルスにより励起される領域と、脂肪のプロトンスピンが前記リフォーカス用高周波パルスによりリフォーカスされる領域とがオーバラップしないように、前記第１のスライス選択用傾斜磁場の振幅と前記第２のスライス選択用傾斜磁場の振幅とを調整することを特徴とする請求項１５記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記傾斜磁場発生手段は、水のプロトンスピンが前記励起用高周波パルスにより励起される領域が、水のプロトンスピンが前記リフォーカス用高周波パルスによりリフォーカスされる領域に含まれるように、前記第１のスライス選択用傾斜磁場の振幅と前記第２のスライス選択用傾斜磁場の振幅とを調整することを特徴とする請求項１５記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記送受信手段は、前記リフォーカス用高周波パルスを繰り返し印加すると共に、前記磁気共鳴信号を繰り返し受信することを特徴とする請求項１５記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記傾斜磁場発生手段は、前記リフォーカス用高周波パルスの後に、極性が交番するリード用傾斜磁場を印加し、前記送受信手段は、前記磁気共鳴信号を繰り返し受信することを特徴とする請求項１５記載の磁気共鳴イメージング装置。
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