JP3839992B2 - 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３次元フーリエ変換法等を用いて３次元画像を撮影する磁気共鳴イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、胆道膵管撮影法の１つとしてＭＲＣＰ(MR cholangiopancreatography)撮影法が開発されている。これは、非常に強いＴ２（スピン−スピン緩和：横緩和）強調画像を用いて、うっ滞した水のみを描出することにより、水によって満たされた膵胆道の形態を画像化する方法であり、胆膵疾患の診療において必要不可欠な検査法となりつつある。ＭＲＣＰ法では、呼吸や消化管の蠕動によるアーチファクトを抑制するために、シングルショット・ハーフフーリエ・高速ＳＥ(Fast Spin Echo)法を用いて、１回、もしくは２〜３回の呼吸息止め下で撮影する手法が広く用いられている。シングルショット法とは、撮影時間の短縮のために、画像再構成するために必要な全てのデータを１回の励起で収集する方法である。ハーフフーリエ法とは、データの対称性を利用して、半分の位相エンコード数で撮影する方法である。
【０００３】
ＭＲＣＰ撮影法においても、２次元撮影のみならず、３次元フーリエ変換法による３次元撮影も行われており、２次元撮影に比べて膵胆道の立体構造、内部構造の把握、任意の方向からの観察が可能である等の利点がある。しかし、３次元撮影の場合は、収集するスライス数が多いので、１回、もしくは２〜３回の呼吸息止め下では、全データの収集は行なえず、間欠的な呼吸息止めを繰り返す手法や、呼吸同期を用いる手法が採用されている。しかしながら、間欠的な呼吸息止めを繰り返す手法ではアーチファクトの発生が防止できない。呼吸同期を用いる手法でも、消化管の蠕動によるアーチファクトは防止できない。
【０００４】
一方、虚血性脳疾患に対する撮影法として、ボクセル内のランダムな動きをする水分子からの信号を消去するＭＰＧ(Motion probing gradient)パルスを印加して、生体組織内の分子拡散運動を強調した画像を得る拡散強調イメージング法も開発されている。このイメージング法では、微小な動きに対する感度を持たせているため、強度が大きく印加時間も長いＭＰＧパルスを印加している。このため、対象そのものの些細な動きが大きな位相シフトにつながり、アーチファクトを生じさせてしまう。このアーチファクトを抑制する方法の１つとして、全てのデータを１回、もしくは２〜３回の励起で収集してしまうシングルショット・ＥＰＩ(Echo Planar Imaging)法やシングルショット・高速ＳＥ法等が利用されている。これらの方法では、体動による位相シフト量が全てのエコーデータでほぼ同じであるため、アーチファクトが発生しない。したがって、特別な後処理も必要なく、比較的容易にアーチファクトの無い画像が得られる。しかし、データ収集時間が制約される（シングルショット）ので、十分な数のデータが収集できず、面内分解能が良くなかったり、３次元フーリエ変換撮影法が困難等の欠点がある。これは、限られた時間内で３次元撮影に必要な全データを収集するには、位相エンコード方向のマトリクス数を少なくする必要があるからである。位相エンコード方向の分解能を維持したまま、マトリクス数を減らすためには、位相エンコード方向の視野を小さくする必要がある。しかし、単にマトリクス数を減らすと、折返しアーチファクトが発生してしまう。
【０００５】
また、上記２つのイメージング法、特に拡散強調イメージング法において、１回、もしくは２〜３回の励起でデータを分割して収集する場合の体動アーチファクト抑制方法として、ナビゲータエコー法という手法がある。これは、ナビゲータエコーという位相エンコードを印加していないエコーデータを画像作成用のエコーデータとは別に収集することにより、各励起毎に体動による位相シフト量を計測し、その位相シフト分だけ後処理により信号の位相を元に戻すという方法である。この方法では、１回の励起で全てのデータを収集する必要がないので、面内分解能やＳ／Ｎを自由に調整できたり、３次元フーリエ変換撮影も容易に実現できるというメリットがある。しかし、位相シフト量を計測する際の誤差等により完全にはアーチファクトを抑制することができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の磁気共鳴イメージング装置には、体動等によるアーチファクトを生じること無く、短時間に３次元画像を撮影できないという欠点があった。
【０００７】
本発明の目的は、１回、もしくは２〜３回の呼吸息止め下で全データを収集するシングルショット法を利用して３次元撮影を行ない、アーチファクトの無い３次元画像を再構成できる磁気共鳴イメージング装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明は以下に示す手段を用いている。
【００１０】
（１）本発明の一態様によれば、イメージングシーケンスに先立って２種類のプリ励起パルスを印加するプリパレーションシーケンスを実行する３次元撮影シーケンスを実行する磁気共鳴イメージング装置において、２種類のプリ励起パルスの一方とともに位相エンコード方向に断面選択用傾斜磁場を印加して、該一方の励起パルスの励起断面を位相エンコード方向に直交する断面とし、他方の励起パルスとともにスライス方向に断面選択用傾斜磁場を印加し、該他方の励起パルスの励起断面をスライス方向に直交する断面とし、両断面が交差する直方体の領域からの信号に基づいてエコー信号を収集するものである。
【００１１】
（２）本発明の他の態様によれば、イメージングシーケンスに先立ってプリ励起パルスを印加するプリパレーションシーケンスを実行する３次元撮影シーケンスを実行する磁気共鳴イメージング装置において、プリ励起パルスとイメージングシーケンスの最初の励起パルスの一方とともに位相エンコード方向に断面選択用傾斜磁場を印加して、該一方の励起パルスの励起断面を位相エンコード方向に直交する断面とし、他方の励起パルスとともにスライス方向に断面選択用傾斜磁場を印加し、該他方の励起パルスの励起断面をスライス方向に直交する断面とし、両断面が交差する直方体の領域からの信号に基づいてエコー信号を収集するものである。
【００１２】
本発明によれば、１回、もしくは２〜３回の呼吸息止め下で全データを収集するシングルショット法を利用して３次元撮影を行ない、アーチファクトの無い３次元画像を再構成できる。
【００１３】
【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実施形態を説明する。
【００１４】
第１実施形態
図１はこの実施形態の概略構成を示すブロック図である。ガントリ２０内には、静磁場磁石１、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸傾斜磁場コイル２、及び送受信コイル３が設けられる。静磁場発生装置としての静磁場磁石１は、例えば、超電導コイル、常伝導コイル、または永久磁石を用いて構成される。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸傾斜磁場コイル２は、ｘ軸傾斜磁場Ｇｘ、ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ、ｚ軸傾斜磁場Ｇｚを発生するためのコイルである。送受信コイル３は、高周波（ＲＦ）パルスを発生し、かつ磁気共鳴により発生したエコー信号を検出するために使用される。寝台１３上の被検体Ｐはガントリ２０内のイメージング可能領域（イメージング用磁場が形成される球状の領域であり、この領域内でのみ診断が可能となる）に挿入される。なお、ＲＦパルスの送信とエコー信号の受信は別々の送信コイル、受信コイルによって行ってもよい。
【００１５】
静磁場磁石１は、静磁場制御装置４により駆動される。送受信コイル３は、磁気共鳴の励起時には送信器５により駆動され、かつエコー信号の検出時には受信器６に結合される。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸傾斜磁場コイル２は、ｘ軸傾斜磁場電源７、ｙ軸傾斜磁場電源８、ｚ軸傾斜磁場電源９により駆動される。
【００１６】
ｘ軸傾斜磁場電源７、ｙ軸傾斜磁場電源８、ｚ軸傾斜磁場電源９、送信器５はシーケンサ１０により所定のシーケンスに従って駆動され、ｘ軸傾斜磁場Ｇｘ、ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ、ｚ軸傾斜磁場Ｇｚ、高周波（ＲＦ）パルスを、後述する所定のパルスシーケンスで発生する。この場合、ｘ軸傾斜磁場Ｇｘ、ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ、ｚ軸傾斜磁場Ｇｚは、主として、例えば、読出し用傾斜磁場Ｇｒ、位相エンコード用傾斜磁場Ｇｅ、スライス用傾斜磁場Ｇｓとしてそれぞれ使用される。コンピュータシステム１１はシーケンサ１０を駆動制御するとともに、受信器６で受信されるエコー信号としてのエコー信号を取り込んで所定の信号処理を施すことにより、被検体の断層像を生成し、表示部１２で表示する。
【００１７】
図２に本発明の第１実施形態のパルスシーケンスを示す。これはシングルショット・３次元高速ＳＥ法のシーケンスである。第１のＲＦパルスである９０゜（π／２）パルスとともに位相エンコード傾斜磁場Ｇｅを印加し、９０°パルスで励起する断面を位相エンコード方向に直交するある断面とし、それ以降の第２のＲＦパルスである１８０゜（π）パルスはスライス傾斜磁場Ｇｓとともに印加し、１８０°パルスで励起する断面をスライス方向に直交するある断面としている。スピンエコーは９０゜パルスと１８０゜パルスの両方とも受けた場合に発生するので、図３に示すように、位相エンコード方向に直交するある断面とスライス方向に直交するある断面とが交差する直方体の領域からの信号のみがエコー信号として形成され、画像化されることになる。このように、９０°パルスと１８０°パルスで励起する断面を９０°交差させているので、位相エンコード方向の視野：ＦＯＶ(Field of View)を狭くすることができる。頭部の撮影でも腫瘍の付近のみ撮影できれば良いし、腹部の撮影でも胆嚢等は狭いＦＯＶでも十分撮影可能である。このようにＦＯＶを狭くすることにより、１回、もしくは２回〜３回の呼吸息止め下でも、３次元再構成に必要な全部のデータを収集できる。
【００１８】
３次元フーリエ変換撮影法の場合、スライス数×位相エンコード数だけのエコーデータを収集する必要がある。位相エンコード方向の視野ＦＯＶ(Field of View)を狭くすることにより、同等の面内分解能（画像の位相エンコード方向の分解能＝位相エンコード方向の視野／位相エンコード方向のマトリクス数）を保ったまま、位相エンコード数を減らす、すなわち、収集するエコーデータの数を減らすことができる。ただし、単にエコー収集の際の位相エンコード範囲を絞ってＦＯＶを絞っても、ＦＯＶ以外の部分からのエコー信号により折返しアーチファクトが発生してしまう。しかしながら、本実施形態によれば、図３に示したように、９０゜パルスと１８０゜パルスの励起断面を変える（交差させる）方式を用いるので、ＦＯＶ以外の領域は励起されず、そこからはエコー信号が発生しないので、折返しアーチファクトが発生しない。このため、位相エンコード数をある程度自由に選択することができ、目的の組織のＴ１値、Ｔ２値から考えて信号が得られると考えられる時間内に１回のショットあたりに収集するエコーの数を抑えることができる。ＲＦパルスで励起された磁化は、縦緩和、横緩和により減衰していくため、１回のショットで収集できるエコーの上限には画質的な制約があり、その限界は組織のＴ１値（スピン−格子緩和：縦緩和）、Ｔ２値（スピン−スピン緩和：横緩和）やエコーを発生させる間隔（これはシステムの性能、特に傾斜磁場の性能：最大傾斜磁場強度slew rate）等により決められる。このように、収集すべきエコー数を減らせると、収集に要するショット数を減らすことができ、収集に要する時間が短かくて済むことになる。
【００１９】
第１実施形態の具体的なエンコード数について説明する。３次元フーリエ変換・高速ＳＥ法でＭＲＣＰ撮影を行なう場合を考える。通常の撮影では、ＦＯＶ＝３５（位相エンコード方向）×３５（リードエンコード方向）×４（スライス方向）ｃｍの撮影領域を２５６（位相エンコード方向）×２５６（リードエンコード方向）×３０（スライス方向）程度のマトリクスでデータを収集する。この場合、収集すべきエコー数は２５６×３０＝７６８０エコーとなる。しかし、３次元撮影では膵管や胆管の分岐部を診るのが主目的であるので、実際に画像として必要な領域は１０（位相エンコード方向）×１０（リードエンコード方向）×４（スライス方向）ｃｍ程度の領域で十分である。上記した分解能を保持したまま位相エンコード方向のＦＯＶを１０ｃｍまで小さくすると、位相エンコード数は１０／３５＝０．２８倍に減らすことが可能である。ＭＲＣＰ法では、Ｔ１値、Ｔ２値の長い水成分を診ているので、１回の励起で５秒（５０００ミリ秒）程度の間はデータを収集することができる。エコー間隔を５ミリ秒とすると、５０００／５＝１０００エコー／１ショット程度は収集することができる。図２のシーケンスでは、７６８０×０．２８＝２１５０エコーを収集すればよいので、２〜３ショットで全データを収集することができる。繰返し時間ＴＲを１０秒としても、スキャン時間は２０〜３０秒ですむので、１回の呼吸息止めで撮影が可能である。
【００２０】
以下、本発明による装置の他の実施形態を説明する。他の実施形態の説明において第１の実施形態と同一部分は同一参照数字を付してその詳細な説明は省略する。
【００２１】
第２実施形態
第２の実施形態のブロック図は第１の実施形態のブロック図と同一であるので、図示は省略する。
【００２２】
第1実施形態は、スピンエコー法のシーケンスの中の2つの励起パルス（π／２、πパルス）の励起断面を交差させてＦＯＶを絞ることにより、収集するデータ数を減らしているが、ＦＯＶを絞るためのＲＦパルスはイメージングシーケンスの中のパルスに限らず、プリパレーションシーケンスの中のパルスでもよい。図４は流速に応じた位相シフトを起こさせ拡散を強調するためのプリパルス（ＭＰＧパルス）をつけた３次元高速ＳＥ法の実施形態のパルスシーケンスを示す。プリパレーションシーケンスもπ／２パルスとπパルスを印加するが、第１実施形態と同様に、π／２パルスは位相エンコード傾斜磁場とともに印加し、πパルスはスライス傾斜磁場とともに印加することにより、励起断面を交差させて位相エンコード方向のＦＯＶを絞っている。この例では、ＲＦパルス（πパルス）６０２の前後に、拡散強調用の傾斜磁場パルス（ＭＰＧ）２０１、２０２がつけられる。６０１はπ／２パルスである。πパルス６０２とイメージングシーケンスのπ／２パルス１０１の間に位相エンコード方向に一定の時間積分値を有する傾斜磁場パルス（スポイラーパルス）ＳＰ０１’が印加されており、イメージングシーケンスの間には傾斜磁場パルスＳＰ０１と同量の時間積分値を有する傾斜磁場パルス（スポイラーパルス）ＳＰ０２、ＳＰ０２’、ＳＰ０３、ＳＰ０３’、…に所定の位相エンコード量を加えた傾斜磁場パルスが印加される（スポイラーパルスＳＰ０２、ＳＰ０２’、ＳＰ０３、ＳＰ０３’、…の極性は図示した通り）。
【００２３】
一般に、頭部を１２８（リードエンコード方向）×１２８（位相エンコード方向）×１０（スライス方向）のマトリクスで収集すると仮定すると、収集すべきエコー数は１２８０エコーである。エコーを５ミリ秒で発生させたとして、全エコーをとるのに１２８０×５＝６４００ミリ秒要し、脳実質のＴ１値（８００〜９００ミリ秒）と比べて極めて長く、実用的には１ショットで収集することはできず、モーションアーチファクトが発生するという問題を解決することができない。しかし、図４に示した第2実施形態のシーケンスでは、折返しアーチファクトが発生しないので、位相エンコード方向のマトリクス数を減らすことができる。例えば、マトリクス数を１２８（リードエンコード方向）×２０（位相エンコード方向）×１０（スライス方向）とすると、収集すべきエコー数は２００エコーで、エコーを５ミリ秒で発生させたとして、全エコーをとるのに２００×５＝１０００ミリ秒となり、脳実質のＴ１値と同じ程度の時間で収集することができる。
【００２４】
このように、第２実施形態によっても、プリパレーションシーケンスの２つの励起パルスの励起断面を交差させることにより位相エンコード方向のＦＯＶを絞り、収集するデータ数を減らすことができ、信号が減衰しきる前に全データを収集できるように位相エンコード数を調整し、３次元画像のシングルショット撮影が可能となる。しかも、動きによるゴーストアーチファクトのない３次元拡散強調画像が得られる。
【００２５】
第３実施形態
第３の実施形態のブロック図は第１の実施形態のブロック図と同一であるので、図示は省略する。
【００２６】
第３実施形態も、プリパレーションシーケンスの中の２つの励起パルスの励起断面を交差してＦＯＶを絞る例である。図５は流速に応じた位相シフトを起こすようなプリパルス（ＶＥＮＣ:velocity encode）をつけた３次元高速ＳＥ法の実施形態のパルスシーケンスを示す。図４の拡散強調イメージングの場合と違い、流速測定用プリパレーションシーケンスには１つのＲＦパルス（π／２パルス）しかないが、プリパレーションシーケンスのＲＦパルスの励起断面と、イメージングシーケンスの最初のＲＦパルス（π／２パルス）の励起断面が互いに直交するように、ＲＦパルスとともに印加する傾斜磁場の方向を変えている。すなわち、プリパレーションシーケンス中のＲＦパルスは位相エンコード傾斜磁場とともに印加し、イメージングシーケンス中の最初のＲＦパルス（πパルス）はスライス傾斜磁場とともに印加することにより、励起断面を交差させて位相エンコード方向のＦＯＶを絞っている。第３実施形態によっても、データ収集するエンコード数を減らすことができ、３次元画像のシングルショット撮影が可能となる。なお、、図５のＶＥＮＣは流速に応じた位相シフトを与えるための傾斜磁場であり、実線のようなパターンの傾斜磁場を与えて収集した画像と、破線のようなパターンの傾斜磁場を与えて収集した画像との差分を取ることにより流速情報が求められる。
【００２７】
第４実施形態
図６は、図５におけるイメージングシーケンスが高速ＳＥ法ではなく、高速ＦＥ法を採用した実施形態である。すなわち、プリパレーションシーケンスは第３実施形態と同じであり、プリパレーションシーケンスのＲＦパルスの励起断面と、イメージングシーケンスの最初のＲＦパルス（π／２パルス）の励起断面が互いに直交するように、ＲＦパルスとともに印加する傾斜磁場の方向を変えている。
【００２８】
ここで、スポイラーパルスＳＰ０１、ＳＰ０２、ＳＰ０２’、…とＲＦパルスとを位相制御して、プリパレーションシーケンスで横磁化になった成分だけの信号を収集するようにすれば、イメージングシーケンスについては、第４実施形態のように高速ＦＥ法を用いるのみならず、ＥＰＩ法等の手法を用いることができる。
【００２９】
本発明は上述した実施形態に限定されず、種々変形して実施可能である。例えば、イメージングシーケンスは上述した具体例に限らず、必要に応じて種々選択して実施可能である。また、位相エンコード方向、スライス方向のマトリクス数の具体的な数値は上述の数値に限定されない。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、３次元撮影でも、動きによるアーチファクトを抑制するためにシングルショット撮影が可能な磁気共鳴イメージング装置を提供することができる。
【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装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態のパルスシーケンスを示す図。
【図３】第１の実施形態の励起断面を示す図。
【図４】第２の実施形態のパルスシーケンスを示す図。
【図５】第３の実施形態のパルスシーケンスを示す図。
【図６】第４の実施形態のパルスシーケンスを示す図。
【符号の説明】
１…静磁場磁石
２…ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸傾斜磁場コイル
３…送受信コイル
４…静磁場制御装置
５…受信器
６…送信器
７…ｘ軸傾斜磁場アンプ
８…ｙ軸傾斜磁場アンプ
９…ｚ軸傾斜磁場アンプ
１０…シーケンサ
１１…コンピュータシステム
１２…表示部
【発明の属する技術分野】
本発明は３次元フーリエ変換法等を用いて３次元画像を撮影する磁気共鳴イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、胆道膵管撮影法の１つとしてＭＲＣＰ(MR cholangiopancreatography)撮影法が開発されている。これは、非常に強いＴ２（スピン−スピン緩和：横緩和）強調画像を用いて、うっ滞した水のみを描出することにより、水によって満たされた膵胆道の形態を画像化する方法であり、胆膵疾患の診療において必要不可欠な検査法となりつつある。ＭＲＣＰ法では、呼吸や消化管の蠕動によるアーチファクトを抑制するために、シングルショット・ハーフフーリエ・高速ＳＥ(Fast Spin Echo)法を用いて、１回、もしくは２〜３回の呼吸息止め下で撮影する手法が広く用いられている。シングルショット法とは、撮影時間の短縮のために、画像再構成するために必要な全てのデータを１回の励起で収集する方法である。ハーフフーリエ法とは、データの対称性を利用して、半分の位相エンコード数で撮影する方法である。
【０００３】
ＭＲＣＰ撮影法においても、２次元撮影のみならず、３次元フーリエ変換法による３次元撮影も行われており、２次元撮影に比べて膵胆道の立体構造、内部構造の把握、任意の方向からの観察が可能である等の利点がある。しかし、３次元撮影の場合は、収集するスライス数が多いので、１回、もしくは２〜３回の呼吸息止め下では、全データの収集は行なえず、間欠的な呼吸息止めを繰り返す手法や、呼吸同期を用いる手法が採用されている。しかしながら、間欠的な呼吸息止めを繰り返す手法ではアーチファクトの発生が防止できない。呼吸同期を用いる手法でも、消化管の蠕動によるアーチファクトは防止できない。
【０００４】
一方、虚血性脳疾患に対する撮影法として、ボクセル内のランダムな動きをする水分子からの信号を消去するＭＰＧ(Motion probing gradient)パルスを印加して、生体組織内の分子拡散運動を強調した画像を得る拡散強調イメージング法も開発されている。このイメージング法では、微小な動きに対する感度を持たせているため、強度が大きく印加時間も長いＭＰＧパルスを印加している。このため、対象そのものの些細な動きが大きな位相シフトにつながり、アーチファクトを生じさせてしまう。このアーチファクトを抑制する方法の１つとして、全てのデータを１回、もしくは２〜３回の励起で収集してしまうシングルショット・ＥＰＩ(Echo Planar Imaging)法やシングルショット・高速ＳＥ法等が利用されている。これらの方法では、体動による位相シフト量が全てのエコーデータでほぼ同じであるため、アーチファクトが発生しない。したがって、特別な後処理も必要なく、比較的容易にアーチファクトの無い画像が得られる。しかし、データ収集時間が制約される（シングルショット）ので、十分な数のデータが収集できず、面内分解能が良くなかったり、３次元フーリエ変換撮影法が困難等の欠点がある。これは、限られた時間内で３次元撮影に必要な全データを収集するには、位相エンコード方向のマトリクス数を少なくする必要があるからである。位相エンコード方向の分解能を維持したまま、マトリクス数を減らすためには、位相エンコード方向の視野を小さくする必要がある。しかし、単にマトリクス数を減らすと、折返しアーチファクトが発生してしまう。
【０００５】
また、上記２つのイメージング法、特に拡散強調イメージング法において、１回、もしくは２〜３回の励起でデータを分割して収集する場合の体動アーチファクト抑制方法として、ナビゲータエコー法という手法がある。これは、ナビゲータエコーという位相エンコードを印加していないエコーデータを画像作成用のエコーデータとは別に収集することにより、各励起毎に体動による位相シフト量を計測し、その位相シフト分だけ後処理により信号の位相を元に戻すという方法である。この方法では、１回の励起で全てのデータを収集する必要がないので、面内分解能やＳ／Ｎを自由に調整できたり、３次元フーリエ変換撮影も容易に実現できるというメリットがある。しかし、位相シフト量を計測する際の誤差等により完全にはアーチファクトを抑制することができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の磁気共鳴イメージング装置には、体動等によるアーチファクトを生じること無く、短時間に３次元画像を撮影できないという欠点があった。
【０００７】
本発明の目的は、１回、もしくは２〜３回の呼吸息止め下で全データを収集するシングルショット法を利用して３次元撮影を行ない、アーチファクトの無い３次元画像を再構成できる磁気共鳴イメージング装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明は以下に示す手段を用いている。
【００１０】
（１）本発明の一態様によれば、イメージングシーケンスに先立って２種類のプリ励起パルスを印加するプリパレーションシーケンスを実行する３次元撮影シーケンスを実行する磁気共鳴イメージング装置において、２種類のプリ励起パルスの一方とともに位相エンコード方向に断面選択用傾斜磁場を印加して、該一方の励起パルスの励起断面を位相エンコード方向に直交する断面とし、他方の励起パルスとともにスライス方向に断面選択用傾斜磁場を印加し、該他方の励起パルスの励起断面をスライス方向に直交する断面とし、両断面が交差する直方体の領域からの信号に基づいてエコー信号を収集するものである。
【００１１】
（２）本発明の他の態様によれば、イメージングシーケンスに先立ってプリ励起パルスを印加するプリパレーションシーケンスを実行する３次元撮影シーケンスを実行する磁気共鳴イメージング装置において、プリ励起パルスとイメージングシーケンスの最初の励起パルスの一方とともに位相エンコード方向に断面選択用傾斜磁場を印加して、該一方の励起パルスの励起断面を位相エンコード方向に直交する断面とし、他方の励起パルスとともにスライス方向に断面選択用傾斜磁場を印加し、該他方の励起パルスの励起断面をスライス方向に直交する断面とし、両断面が交差する直方体の領域からの信号に基づいてエコー信号を収集するものである。
【００１２】
本発明によれば、１回、もしくは２〜３回の呼吸息止め下で全データを収集するシングルショット法を利用して３次元撮影を行ない、アーチファクトの無い３次元画像を再構成できる。
【００１３】
【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実施形態を説明する。
【００１４】
第１実施形態
図１はこの実施形態の概略構成を示すブロック図である。ガントリ２０内には、静磁場磁石１、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸傾斜磁場コイル２、及び送受信コイル３が設けられる。静磁場発生装置としての静磁場磁石１は、例えば、超電導コイル、常伝導コイル、または永久磁石を用いて構成される。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸傾斜磁場コイル２は、ｘ軸傾斜磁場Ｇｘ、ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ、ｚ軸傾斜磁場Ｇｚを発生するためのコイルである。送受信コイル３は、高周波（ＲＦ）パルスを発生し、かつ磁気共鳴により発生したエコー信号を検出するために使用される。寝台１３上の被検体Ｐはガントリ２０内のイメージング可能領域（イメージング用磁場が形成される球状の領域であり、この領域内でのみ診断が可能となる）に挿入される。なお、ＲＦパルスの送信とエコー信号の受信は別々の送信コイル、受信コイルによって行ってもよい。
【００１５】
静磁場磁石１は、静磁場制御装置４により駆動される。送受信コイル３は、磁気共鳴の励起時には送信器５により駆動され、かつエコー信号の検出時には受信器６に結合される。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸傾斜磁場コイル２は、ｘ軸傾斜磁場電源７、ｙ軸傾斜磁場電源８、ｚ軸傾斜磁場電源９により駆動される。
【００１６】
ｘ軸傾斜磁場電源７、ｙ軸傾斜磁場電源８、ｚ軸傾斜磁場電源９、送信器５はシーケンサ１０により所定のシーケンスに従って駆動され、ｘ軸傾斜磁場Ｇｘ、ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ、ｚ軸傾斜磁場Ｇｚ、高周波（ＲＦ）パルスを、後述する所定のパルスシーケンスで発生する。この場合、ｘ軸傾斜磁場Ｇｘ、ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ、ｚ軸傾斜磁場Ｇｚは、主として、例えば、読出し用傾斜磁場Ｇｒ、位相エンコード用傾斜磁場Ｇｅ、スライス用傾斜磁場Ｇｓとしてそれぞれ使用される。コンピュータシステム１１はシーケンサ１０を駆動制御するとともに、受信器６で受信されるエコー信号としてのエコー信号を取り込んで所定の信号処理を施すことにより、被検体の断層像を生成し、表示部１２で表示する。
【００１７】
図２に本発明の第１実施形態のパルスシーケンスを示す。これはシングルショット・３次元高速ＳＥ法のシーケンスである。第１のＲＦパルスである９０゜（π／２）パルスとともに位相エンコード傾斜磁場Ｇｅを印加し、９０°パルスで励起する断面を位相エンコード方向に直交するある断面とし、それ以降の第２のＲＦパルスである１８０゜（π）パルスはスライス傾斜磁場Ｇｓとともに印加し、１８０°パルスで励起する断面をスライス方向に直交するある断面としている。スピンエコーは９０゜パルスと１８０゜パルスの両方とも受けた場合に発生するので、図３に示すように、位相エンコード方向に直交するある断面とスライス方向に直交するある断面とが交差する直方体の領域からの信号のみがエコー信号として形成され、画像化されることになる。このように、９０°パルスと１８０°パルスで励起する断面を９０°交差させているので、位相エンコード方向の視野：ＦＯＶ(Field of View)を狭くすることができる。頭部の撮影でも腫瘍の付近のみ撮影できれば良いし、腹部の撮影でも胆嚢等は狭いＦＯＶでも十分撮影可能である。このようにＦＯＶを狭くすることにより、１回、もしくは２回〜３回の呼吸息止め下でも、３次元再構成に必要な全部のデータを収集できる。
【００１８】
３次元フーリエ変換撮影法の場合、スライス数×位相エンコード数だけのエコーデータを収集する必要がある。位相エンコード方向の視野ＦＯＶ(Field of View)を狭くすることにより、同等の面内分解能（画像の位相エンコード方向の分解能＝位相エンコード方向の視野／位相エンコード方向のマトリクス数）を保ったまま、位相エンコード数を減らす、すなわち、収集するエコーデータの数を減らすことができる。ただし、単にエコー収集の際の位相エンコード範囲を絞ってＦＯＶを絞っても、ＦＯＶ以外の部分からのエコー信号により折返しアーチファクトが発生してしまう。しかしながら、本実施形態によれば、図３に示したように、９０゜パルスと１８０゜パルスの励起断面を変える（交差させる）方式を用いるので、ＦＯＶ以外の領域は励起されず、そこからはエコー信号が発生しないので、折返しアーチファクトが発生しない。このため、位相エンコード数をある程度自由に選択することができ、目的の組織のＴ１値、Ｔ２値から考えて信号が得られると考えられる時間内に１回のショットあたりに収集するエコーの数を抑えることができる。ＲＦパルスで励起された磁化は、縦緩和、横緩和により減衰していくため、１回のショットで収集できるエコーの上限には画質的な制約があり、その限界は組織のＴ１値（スピン−格子緩和：縦緩和）、Ｔ２値（スピン−スピン緩和：横緩和）やエコーを発生させる間隔（これはシステムの性能、特に傾斜磁場の性能：最大傾斜磁場強度slew rate）等により決められる。このように、収集すべきエコー数を減らせると、収集に要するショット数を減らすことができ、収集に要する時間が短かくて済むことになる。
【００１９】
第１実施形態の具体的なエンコード数について説明する。３次元フーリエ変換・高速ＳＥ法でＭＲＣＰ撮影を行なう場合を考える。通常の撮影では、ＦＯＶ＝３５（位相エンコード方向）×３５（リードエンコード方向）×４（スライス方向）ｃｍの撮影領域を２５６（位相エンコード方向）×２５６（リードエンコード方向）×３０（スライス方向）程度のマトリクスでデータを収集する。この場合、収集すべきエコー数は２５６×３０＝７６８０エコーとなる。しかし、３次元撮影では膵管や胆管の分岐部を診るのが主目的であるので、実際に画像として必要な領域は１０（位相エンコード方向）×１０（リードエンコード方向）×４（スライス方向）ｃｍ程度の領域で十分である。上記した分解能を保持したまま位相エンコード方向のＦＯＶを１０ｃｍまで小さくすると、位相エンコード数は１０／３５＝０．２８倍に減らすことが可能である。ＭＲＣＰ法では、Ｔ１値、Ｔ２値の長い水成分を診ているので、１回の励起で５秒（５０００ミリ秒）程度の間はデータを収集することができる。エコー間隔を５ミリ秒とすると、５０００／５＝１０００エコー／１ショット程度は収集することができる。図２のシーケンスでは、７６８０×０．２８＝２１５０エコーを収集すればよいので、２〜３ショットで全データを収集することができる。繰返し時間ＴＲを１０秒としても、スキャン時間は２０〜３０秒ですむので、１回の呼吸息止めで撮影が可能である。
【００２０】
以下、本発明による装置の他の実施形態を説明する。他の実施形態の説明において第１の実施形態と同一部分は同一参照数字を付してその詳細な説明は省略する。
【００２１】
第２実施形態
第２の実施形態のブロック図は第１の実施形態のブロック図と同一であるので、図示は省略する。
【００２２】
第1実施形態は、スピンエコー法のシーケンスの中の2つの励起パルス（π／２、πパルス）の励起断面を交差させてＦＯＶを絞ることにより、収集するデータ数を減らしているが、ＦＯＶを絞るためのＲＦパルスはイメージングシーケンスの中のパルスに限らず、プリパレーションシーケンスの中のパルスでもよい。図４は流速に応じた位相シフトを起こさせ拡散を強調するためのプリパルス（ＭＰＧパルス）をつけた３次元高速ＳＥ法の実施形態のパルスシーケンスを示す。プリパレーションシーケンスもπ／２パルスとπパルスを印加するが、第１実施形態と同様に、π／２パルスは位相エンコード傾斜磁場とともに印加し、πパルスはスライス傾斜磁場とともに印加することにより、励起断面を交差させて位相エンコード方向のＦＯＶを絞っている。この例では、ＲＦパルス（πパルス）６０２の前後に、拡散強調用の傾斜磁場パルス（ＭＰＧ）２０１、２０２がつけられる。６０１はπ／２パルスである。πパルス６０２とイメージングシーケンスのπ／２パルス１０１の間に位相エンコード方向に一定の時間積分値を有する傾斜磁場パルス（スポイラーパルス）ＳＰ０１’が印加されており、イメージングシーケンスの間には傾斜磁場パルスＳＰ０１と同量の時間積分値を有する傾斜磁場パルス（スポイラーパルス）ＳＰ０２、ＳＰ０２’、ＳＰ０３、ＳＰ０３’、…に所定の位相エンコード量を加えた傾斜磁場パルスが印加される（スポイラーパルスＳＰ０２、ＳＰ０２’、ＳＰ０３、ＳＰ０３’、…の極性は図示した通り）。
【００２３】
一般に、頭部を１２８（リードエンコード方向）×１２８（位相エンコード方向）×１０（スライス方向）のマトリクスで収集すると仮定すると、収集すべきエコー数は１２８０エコーである。エコーを５ミリ秒で発生させたとして、全エコーをとるのに１２８０×５＝６４００ミリ秒要し、脳実質のＴ１値（８００〜９００ミリ秒）と比べて極めて長く、実用的には１ショットで収集することはできず、モーションアーチファクトが発生するという問題を解決することができない。しかし、図４に示した第2実施形態のシーケンスでは、折返しアーチファクトが発生しないので、位相エンコード方向のマトリクス数を減らすことができる。例えば、マトリクス数を１２８（リードエンコード方向）×２０（位相エンコード方向）×１０（スライス方向）とすると、収集すべきエコー数は２００エコーで、エコーを５ミリ秒で発生させたとして、全エコーをとるのに２００×５＝１０００ミリ秒となり、脳実質のＴ１値と同じ程度の時間で収集することができる。
【００２４】
このように、第２実施形態によっても、プリパレーションシーケンスの２つの励起パルスの励起断面を交差させることにより位相エンコード方向のＦＯＶを絞り、収集するデータ数を減らすことができ、信号が減衰しきる前に全データを収集できるように位相エンコード数を調整し、３次元画像のシングルショット撮影が可能となる。しかも、動きによるゴーストアーチファクトのない３次元拡散強調画像が得られる。
【００２５】
第３実施形態
第３の実施形態のブロック図は第１の実施形態のブロック図と同一であるので、図示は省略する。
【００２６】
第３実施形態も、プリパレーションシーケンスの中の２つの励起パルスの励起断面を交差してＦＯＶを絞る例である。図５は流速に応じた位相シフトを起こすようなプリパルス（ＶＥＮＣ:velocity encode）をつけた３次元高速ＳＥ法の実施形態のパルスシーケンスを示す。図４の拡散強調イメージングの場合と違い、流速測定用プリパレーションシーケンスには１つのＲＦパルス（π／２パルス）しかないが、プリパレーションシーケンスのＲＦパルスの励起断面と、イメージングシーケンスの最初のＲＦパルス（π／２パルス）の励起断面が互いに直交するように、ＲＦパルスとともに印加する傾斜磁場の方向を変えている。すなわち、プリパレーションシーケンス中のＲＦパルスは位相エンコード傾斜磁場とともに印加し、イメージングシーケンス中の最初のＲＦパルス（πパルス）はスライス傾斜磁場とともに印加することにより、励起断面を交差させて位相エンコード方向のＦＯＶを絞っている。第３実施形態によっても、データ収集するエンコード数を減らすことができ、３次元画像のシングルショット撮影が可能となる。なお、、図５のＶＥＮＣは流速に応じた位相シフトを与えるための傾斜磁場であり、実線のようなパターンの傾斜磁場を与えて収集した画像と、破線のようなパターンの傾斜磁場を与えて収集した画像との差分を取ることにより流速情報が求められる。
【００２７】
第４実施形態
図６は、図５におけるイメージングシーケンスが高速ＳＥ法ではなく、高速ＦＥ法を採用した実施形態である。すなわち、プリパレーションシーケンスは第３実施形態と同じであり、プリパレーションシーケンスのＲＦパルスの励起断面と、イメージングシーケンスの最初のＲＦパルス（π／２パルス）の励起断面が互いに直交するように、ＲＦパルスとともに印加する傾斜磁場の方向を変えている。
【００２８】
ここで、スポイラーパルスＳＰ０１、ＳＰ０２、ＳＰ０２’、…とＲＦパルスとを位相制御して、プリパレーションシーケンスで横磁化になった成分だけの信号を収集するようにすれば、イメージングシーケンスについては、第４実施形態のように高速ＦＥ法を用いるのみならず、ＥＰＩ法等の手法を用いることができる。
【００２９】
本発明は上述した実施形態に限定されず、種々変形して実施可能である。例えば、イメージングシーケンスは上述した具体例に限らず、必要に応じて種々選択して実施可能である。また、位相エンコード方向、スライス方向のマトリクス数の具体的な数値は上述の数値に限定されない。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、３次元撮影でも、動きによるアーチファクトを抑制するためにシングルショット撮影が可能な磁気共鳴イメージング装置を提供することができる。
【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装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態のパルスシーケンスを示す図。
【図３】第１の実施形態の励起断面を示す図。
【図４】第２の実施形態のパルスシーケンスを示す図。
【図５】第３の実施形態のパルスシーケンスを示す図。
【図６】第４の実施形態のパルスシーケンスを示す図。
【符号の説明】
１…静磁場磁石
２…ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸傾斜磁場コイル
３…送受信コイル
４…静磁場制御装置
５…受信器
６…送信器
７…ｘ軸傾斜磁場アンプ
８…ｙ軸傾斜磁場アンプ
９…ｚ軸傾斜磁場アンプ
１０…シーケンサ
１１…コンピュータシステム
１２…表示部
Claims (2)
- イメージングシーケンスに先立って２種類のプリ励起パルスを印加するプリパレーションシーケンスを実行する３次元撮影シーケンスを実行する磁気共鳴イメージング装置において、２種類のプリ励起パルスの一方とともに位相エンコード方向に断面選択用傾斜磁場を印加して、該一方の励起パルスの励起断面を位相エンコード方向に直交する断面とし、他方の励起パルスとともにスライス方向に断面選択用傾斜磁場を印加し、該他方の励起パルスの励起断面をスライス方向に直交する断面とし、両断面が交差する直方体の領域からの信号に基づいてエコー信号を収集する磁気共鳴イメージング装置。
- イメージングシーケンスに先立ってプリ励起パルスを印加するプリパレーションシーケンスを実行する３次元撮影シーケンスを実行する磁気共鳴イメージング装置において、プリ励起パルスとイメージングシーケンスの最初の励起パルスの一方とともに位相エンコード方向に断面選択用傾斜磁場を印加して、該一方の励起パルスの励起断面を位相エンコード方向に直交する断面とし、他方の励起パルスとともにスライス方向に断面選択用傾斜磁場を印加し、該他方の励起パルスの励起断面をスライス方向に直交する断面とし、両断面が交差する直方体の領域からの信号に基づいてエコー信号を収集する磁気共鳴イメージング装置。
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