JP4079399B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）に係わり、特に、温度計測を行うための計測パラメータの自動的に最適化可能なＭＲＩ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＩ装置は、いわゆるＮＭＲ現象を利用して被検体中の所望の検査部位に相当する断面における原子核スピン（以下スピンと称する）の密度分布、緩和時間分布等を計測して、その計測データから被検体の前記検査部位を画像表示するものである。ＭＲＩ装置では、ＮＭＲ信号を空間情報としてエンコード（符号化）するために、傾斜磁場を印加してＮＭＲ信号を計測し、このＮＭＲ信号を用いて再構成する。これはＮＭＲ周波数が磁場強度と線形関係にあるため、対象領域に線形の傾斜磁場を印加することにより、対象領域における空間位置と周波数の関係は線形となり、時間情報であるＮＭＲ信号をフーリエ変換し、周波数軸に置き換えるだけで被検体の位置情報が得られることを利用して画像を再構成している。
【０００３】
図３は、従来手法における高周波磁場パルスと傾斜磁場パルスの印加タイミングとこの時走査される時間空間を示したものである。通常ＱＰＳ（Quadrature Phase Detection）手法を用いていることからＤｒ＋ｊＤｉ（ｊは虚数）で定められるＮＭＲ信号が格納されるようになっている。よって、これを２次元フーリエ変換により再構成することによって画像を得ることができる。
【０００４】
また、最近、上記手法により被検体の断層像を得る手法を応用し、手術中のモニタに使用するＩＶＭＲ（InterVentional MR）が提案されている。中でもレーザー治療などを行う場合の体内温度モニタとしての需要が大きい。現在もっとも測定精度に優れている温度計測法といわれるのがＰＰＳ（Proton Phase Shift）法である。ＰＰＳ法はプロトン分子の温度変化による位相変化を画像化する手法である。前述したＱＰＳ手法によって計測した信号をフーリエ変換することによって再構成される画像は、やはり複素数である。通常表示される画像はこの絶対値をとったものであるが、ａｒｃｔａｎ（実部／虚部）を計算することによりその位相は算出される。温度変化による位相変化量は次式で与えられることが知られている。
φ＝ＴＥ×Ｆ０×ｋ×ΔＴ×３６０／１０００００ （１）
ここで、
φ：画像の位相差［°］
ＴＥ：エコー時間［ｓ］
Ｆ０：プロトン共鳴周波数［Ｈｚ］
Ｋ：温度係数［ｐｐｍ／℃］（プロトン：０．０１）
ΔＴ：温度変化量［℃］
である。プロトン共鳴周波数は、静磁場強度に比例する。（１．５［Ｔ］で約６８．２［ＭＨｚ］，０．３［Ｔ］で約１２．７［ＭＨｚ］）
【０００５】
しかしながら、ＰＰＳ法は位相差より温度差を算出するため、図４に示すようにＭＲＩ画像から測定でき得る位相差が０〜３６０°までの範囲に限定されるため、温度差の算出できうる範囲も限定されてしまう。たとえば、１．５ＴのＭＲＩ装置であればＴＥを２０［ｍｓ］とした場合、約８０℃の温度差をまでしか計測できない。０．３ＴのＭＲＩ装置では同じＴＥを用いた場合、約４００℃までの範囲で測定できることになるが、逆に、細かい温度変化をみるのが困難になる。従来法では計測可能温度差は画像内で一様であるため、レーザー治療の場合など、その温度分布は局所的に急激に変化する部分などを含んだ場合に対しては、画像全体を正しく計測することは困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、体内温度の時間的および空間的な変化に追随し、最適な計測シーケンスを自動的に設定し計測を行うことによって、断面内の温度変化分布を高精度でかつ高速に測定することを可能とする磁気共鳴イメージング装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明では、基本的には、位相画像を生成するためのデータを取得する本計測を行う際に、温度変化の時間的変化率の違う領域を分割し、その領域別に選択励起を行い、かつ領域毎にエコー時間ＴＥを変化させることによって、各領域の温度変化率に最適な位相変換量を計測可能とし、その情報を得ることにより温度変化分布画像の精度の向上を図ることが出来る。
【０００８】
このように構成した磁気共鳴イメージング装置は、従来の計測方法に比べて、被検体の温度変化に空間的および時間的分布に最適な計測パルスシーケンスを用いて計測するため、高速にかつ高画質の画像を得ることを可能とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を説明する。図２は本発明を適用した磁気共鳴イメージング装置を示す全体構成のブロック説明図である。本発明を適用した磁気共鳴イメージング装置を図２により説明する。この磁気共鳴イメージング装置は、大別すると、中央処理装置（ＣＰＵ）１と、シーケンサ２と、送信系３と、静磁場発生磁石４と、受信系５と、信号処理系６とを備えて構成する。中央処理装置（ＣＰＵ）１は、本発明に基づくプログラムに従ってシーケンサ２，送信系３，受信系５，信号処理系６の各々を制御するものである。
【００１０】
シーケンサ２は、中央処理装置１からの制御指令に基づいて動作し、被検体７の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系３，静磁場発生磁石４の傾斜磁場発生系２１，受信系５に送るようにしている。送信系３は、高周波発信器８と変調器９と高周波コイルとしての照射コイル１１を有し、シーケンサ２の指令により高周波発信器８からの高周波パルスを変調器９で振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器１０を介し増幅して照射コイル１１に供給することにより、所定のパルス状の電磁波を被検体７に照射するようにしている。
【００１１】
静磁場発生磁石４は、被検体７の回りに任意の方向に均一な静磁場を発生させるためのものである。この静磁場発生磁石の内部には、照射コイル１１の他、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル１３と、受信系５の受信コイル１４が設置されている。
【００１２】
傾斜磁場発生系２１は互いに直交するデカルト座標軸方向にそれぞれ独立に傾斜磁場を印加できる構成を有す傾斜磁場コイル１３と傾斜磁場コイルに電流を供給する傾斜磁場電源１２と、傾斜磁場電源１２を制御するシーケンサ２により構成する。
【００１３】
受信系５は、高周波コイルとしての受信コイル１４と該受信コイル１４に接続された増幅器１５と直交位相検波器１６とＡ／Ｄ変換器１７とを有し、被検体７からのＮＭＲ信号を受信コイル１４が検出すると、その信号を増幅器１５，直交位相検波器１６，Ａ／Ｄ変換器１７を介しデジタル量に変換するとともに、シーケンサ２からの指令によるタイミングで直交位相検波器１６によってサンプリングされた二系列の収集データに変換して中央処理装置１に送るようにしている。
【００１４】
信号処理系６は、磁気ディスク２０，光ディスク１９等の外部記憶装置と、ＣＲＴ等からなるディスプレイ１８とを有し、受信系５からのデータが中央処理装置１に入力されると、該中央処理装置１が信号処理，画像再構成等の処理を実行し、その結果の被検体７の所望の断面像をディスプレイ１８に表示するとともに、外部記憶装置の磁気ディスク２０等に記録する。
【００１５】
ここで、前記シーケンサ２内には後記する手段でＣＰＵを用いて算出される図３に示す様なシーケンステーブルが組み込まれ、このシーケンスに比例した電流を傾斜磁場コイルに流し、ＮＭＲ信号を得るようになっている。通常ここで図３のごとくパルスシーケンスを用いて計測を行うと、任意のスライス面内の被検体が一度に励起される。このため、任意のスライス面内のエコー時間ＴＥは一定でしか計測できない。そこで、図５のようなシーケンスを用いることにより、空間的に２次元の領域に限定して励起することが可能になることが知られている。２次元領域に限定して励起してエンコードする手法として、ウェーブレットエンコーディング法が知られている。
【００１６】
図６にウェーブレットエンコーディング法の励起方法を示す。ウェーブレットエンコーディング法は、図５に用いられているシーケンスなどを用いることにより、図６のごとく空間的に選択的に励起して信号を計測することによって、任意の空間分解能をもつ画像を得ることが出来る。計測したデータは、一般的にａデータ列がスムースデータ，ｂデータ列がディテールデータとして分類され、通常、スムースデータは一回計測するのみ（１−１−ａ）である。その後のスムースデータは、一つ前のスムースデータとディテールデータを用いて算出される。たとえば、スムースデータ（１−１−ａ）とディテールデータ（１−１−ｂ）から、スムースデータ（２−１−ａ），（２−２−ａ）を算出する。
（２−１−ａ）＝（１−１−ａ）／１６＋（１−１−ｂ）／１６ （２）
（２−２−ａ）＝（１−１−ａ）／１６−（１−１−ｂ）／１６ （３）
これは、最終的な解像度を１６とした場合である。
【００１７】
従来法では一定の繰り返し時間（ＴＲ）を位相エンコード数（Ｎｐ）分繰り返し計測するため、全体の計測時間はＴＲ×Ｎｐとなる。しかし、ウェーブレットエンコード法では、図６に示す印加パターンの計測順序を任意に並べ替えて計測することにより、同一位置における繰り返し励起する時間間隔を比較的長くし、かつ、励起する位置の違う計測間では、その時間間隔を最小限に抑えることが可能となり、全体として計測時間が短縮することが可能である。たとえば、図６において、（２−１−ｂ）と（２−２−ｂ）は、励起位置が重複していないため、（２−１−ｂ）を計測した後、待ち時間なしで続けて（２−２−ｂ）の計測が可能である。
【００１８】
ウェーブレットエンコードは通常位相エンコード方向に対して用いられ、周波数エンコード方向は従来と同じ傾斜磁場によるエンコードを用いる。
【００１９】
次に図７に処理全体のフロー図を示す。まず、時刻ｔの温度マップをＩ［ｐ，ｆ，ｔ］（ｐは通常の位相エンコード方向。Ｆは通常の周波数エンコード方向）と表わす。このＩは、計測開始時間からの温度変化量を示す。
【００２０】
まず、はじめに関心領域全体をＴＥ０で計測する。このときｐ，ｆは任意の初期値Ｐ０，Ｎ０の分解能で計測する。最初の温度マップはＩ［ｐ，ｆ，０］＝０である。
【００２１】
Δｔ時間後ＴＥ０で再度同一領域を計測する。式（１）より温度変化マップｉ［ｐ，ｆ，Δｔ］が算出される。この温度変化マップは、絶対的な温度マップではなく、あくまでも計測時間間隔Δｔ間の温度変化量である。よって時間間隔Δｔで一定に計測を行った場合の時刻ｔでの温度マップＩ［ｐ，ｆ，ｔ］は、
Ｉ［ｐ，ｆ，ｔ］＝Ｉ［ｐ，ｆ，ｔ−Δｔ］＋ｉ［ｐ，ｆ，ｔ］ （４）
で示すことが出来る。
【００２２】
ＰＰＳ法ではｉを計測するが、通常は対象とする被検体全体でＴＥを一定に計測するため、図４のごとくｉの計測範囲は一定である。そこで本発明では基本的にｉの値が高い領域ほどＴＥを短く、ｉの値が低い領域ではエコー時間ＴＥを長く計測する。
【００２３】
つぎに温度変化マップｉを計測した後、このマップに基づき画像をＮ個の領域に分割する。分割方法を図１に示す。たとえば、ｐ方向に分割する場合、ｐ方向に画像全体でＰの領域を考えると、まず、ｉ［ｐ，ｆ，ｔ］をｐ方向に対して積分する。画像処理では前方和分処理で代用できる。
ｊ［ｐ］＝ｊ［ｐ−１］＋ｉ［ｐ，ｆ，ｔ］ （５）
全積分量ｊ［Ｐ］（ｐ＝Ｐ）を分割する領域Ｎで割る。これをｊＮとする。
ｊＮ＝ｊ［Ｐ］／Ｎ （６）
【００２４】
次にｊ［ｐ］に関して、ｊＮの整数倍の値となる位置Ｊ［ｍ］を求める。
ｊ［Ｊ［ｍ］］＝ｊＮ×ｍ（ｍ＝１，２，……Ｎ） （７）
このＪ［ｍ］で分割される領域に対して、図５および図６で示されるパルスシーケンスを用いることにより、ＴＥを変化させて計測を行うものとする。
【００２５】
次に各領域のＴＥの決定方法について述べる。
（１）式より、
ＴＥ＝φ÷（Ｆ０×ｋ×ΔＴ×３６０／１０００００） （８）
φの最大値は３６０度であるが、温度の時間的変化率が更に高騰する場合があるため、たとえば２７０度とすることできる。φ＝２７０度を式（５）に代入すると
ＴＥ＝０．７５÷（Ｆ０×ｋ×ΔＴ／１０００００） （９）
式（５）のΔＴに各領域（ｎ）での最大温度変化率ΔＴｍａｘ［ｎ］を代入する。
ＴＥ［ｎ］＝０．７５÷（Ｆ０×ｋ×ΔＴｍａｘ［ｎ］／１０００００） （１０）
上記の手段を用いて各計測時間ごとに、式（１０）で求められるＴＥ［ｎ］を各領域ｎに対して適用し、図５に示されるシーケンスを用いて図６に基づくウェーブレットエンコード法を用いて計測を行う。
【００２６】
計測された信号を１次元フーリエ変換したのち、図６に基づく処理行うことによって各領域ごとの画像を得る。分割した領域を結合することにより、全体の画像を生成し温度変化分布画像を得る。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明による磁気共鳴イメージング装置によれば、被検体の温度分布の時間的，空間的分布の変化に最適な分割領域とエコー時間を自動的に算出し計測するため、高精度の温度分布画像を高速に撮像することができる。
【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被献体の温度分布と領域の分割方法をあらわす概略図である。
【図２】本発明による磁気共鳴イメージング装置の１実施例を示す概略ブロック図である。
【図３】本発明による磁気共鳴イメージング装置での従来手法によるパルスシーケンスの例を示す説明図である。
【図４】本発明による磁気共鳴イメージング装置での従来手法による温度計測例を示す説明図である。
【図５】本発明による磁気共鳴イメージング装置でのウェーブレットエンコーディング法のためのパルスシーケンスの例を示す説明図である。
【図６】本発明による磁気共鳴イメージング装置でのウェーブレットエンコーディング計測での励起方法と再構成方法の概略を示す図である。
【図７】本発明による磁気共鳴イメージング装置での温度分布を得るための流れ図である。
【符号の説明】
１ 中央処理装置（ＣＰＵ）
２ シーケンサ
３ 送信系
４ 静磁場発生磁石
５ 受信系
６ 信号処理系
７ 被検体

Claims (1)

1. 静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場中に置かれた被検査体に対して高周波電磁波を印加して所望の領域を励起する送信手段と、前記静磁場に磁場勾配を与える傾斜磁場発生手段と、前記励起領域から発生する核磁気共鳴信号を計測する受信手段と、これら送信手段と、傾斜磁場発生手段および受信手段を所定のパルスシーケンスに従い制御する制御手段と、計測された核磁気共鳴信号を再構成して得られる画像の位相情報から前記励起領域の温度変化を求める画像処理手段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、前記温度変化の範囲毎に前記励起領域を分割して励起すると共に、該分割領域毎にその温度変化範囲に対応するＴＥで前記核磁気共鳴信号を計測することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

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