JP4789244B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴（ＮＭＲ）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装置（ＭＲＩ装置）に関する。

近年、心臓ＭＲＩの臨床適用が一般化している。この心臓ＭＲＩでは、心拍動によるアーチファクトが問題となり、このアーチファクトを除去するための技術が特許文献１に記載されている。

また、心臓ＭＲＩでは、呼吸動によるアーチファクトが間題であり、呼吸動アーチファクトの抑制方法として、一般的に用いられている手法が、付加的なエコーであるナビゲーターエコーを用いて呼吸動をモニターする方法である（非特許文献１）。

心臓撮影における、ナビゲーターエコーを用いた呼吸動アーチファクト低減方法の一例を図１０を参照して説明する。この図１０は心電同期併用でナビゲーターエコーを用いた呼吸ゲーティング撮影のシーケンス図である（非特許文献２）。

図１０において、心電波１０１を検出後、設定したディレイタイム１０７の後に、本計測（マルチフェーズ撮影）１０９が実行されるタイミングで、ナビゲーターシーケンス１０８を実行する。ナビゲーターシーケンス１０８によって取得されたナビゲーターエコーにより着目部位の呼吸動による変位１０４を得る。

ナビゲーターシーケンス１０８に続いて本計測シーケンス１０９を実行する。ここで、ナビゲーターシーケンス１０８、１１２によって得られた変位１０４、１０６のように、予め設定した狭いウインドウ（ゲートウインドウ）１０３から外れている場合、本計測１０９、１１３によって得られたデータは破棄する（破棄データ１１４、１１５）。

逆に、ナビゲータシーケンス１１０にて検出した変位１０５のように、ウインドウ１０３内にある場合は、ナビゲータシーケンス１１０の直後のシーケンス１１１のデータは取得する（取得データ１１５）。このような本計測データの取得制御を繰り返し、画像再構成に必要なデータ取得が完了したら終了する。この手法により、ほぼ同じ変位においてデータを取得することで呼吸動による体動の影響が大きく低減された画像が得られる。

特開２００５−８０８５５号公報 Adaptive Technique for High-Definition MR Imaging of Moving Structures,Radiology 1989;173:255-263,Richard L. Ehman & Joel P. Felmlee Navigator Echoes in Cardiac Magnetic Resonance、Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance, 3(3)、183-193(2001)

しかしながら、上記従来技術にあっては、破棄データ１１４、１１６のように破棄するデータが多いため、データ取得効率の低下が間題である。また、本計測が心臓のマルチフェーズ撮影の場合、ナビゲーターエコーを取得している間の心時相は撮影できないため、全心周期のシネ画像が取得できない間題もある。

図１１は、５フェーズのシネ画像を４心拍で撮影する例である。心電波２０１の直後の心時相（収縮初期２２０）は、ナビゲーターエコーの取得を行っているため、本計測ができない。つまり、図１２に示すように、心臓撮影の場合は、心電波Ｒを検出した後、ナビゲータシーケンス、空打ち、本計測シーケンスの順に実行するため、ナビゲータシーケンス、空打ちの間は本計測ができない。

心臓撮影の場合、本計測に用いるパルスシーケンスは、図１３に示すようなＳＳＦＰシーケンスを行なうのが一般的である（ＴＲ＝３〜６ｍｓ）。そのため、ナビゲータシーケンスを実行したことで壊れた定常状態を回復するために、空打ち（一般的に１０〜２０回）が必要であり、上述したように、空打ちの間も本計測ができない。

シネ画像は、通常、駆出率などを求める心機能解析に用いられるのだが、上述したような不完全なシネ画像を用いて心機能解析を行うと、正しい結果が得られない可能性がある。

本発明の目的は、ナビゲータシーケンスを用いた撮影において、データ取得効率が高く、撮影時間を短縮可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することである。

本発明の磁気共鳴イメージング装置は、静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波信号送受信手段と、被検体から発生された核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、静磁場発生手段、傾斜磁場発生手段、高周波信号送受信手段及び画像再構成手段の動作を制御する制御手段とを備える。

そして、上記制御手段は、ナビゲーターエコーシーケンスを用いて、ナビゲーターエコーを取得し、被検体の呼吸動による変位を検出して、この変位が予め設定した範囲内であると判断したとき、ナビゲーターエコーシンケンスを停止して、被検体の画像撮像シーケンスを実行させる。

また、本発明の磁気共鳴イメージング装置は、被検体の心電波を検出する心電波検出手段を備え、制御手段は、心電波検出手段により検出された心電波の複数の周期毎に、互いに異なるタイミングでナビゲータエコーシンケンスを実行させ、心電波の複数の周期で行なわれた画像撮像シーケンスにより取得したエコーデータを用いて画像再構成させる。

本発明によれば、ナビゲータシーケンスを用いた撮影において、データ取得効率が高く、撮影時間を短縮可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の概略構成図である。
図１において、ＭＲＩ装置は、被検体４０１の周囲に静磁場を発生する磁石４０２と、静磁場空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル４０３と、静磁場空間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とを備える。
ここで、傾斜磁場コイル４０３は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３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。また、ＲＦプローブ４０５で受信した信号は、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、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４０６は制御部４１１で制御され、制御のタイムチャートは一般にパルスシーケンスと呼ばれている。ベッド４１２は被検体が横たわるためのものである。

上記ＭＲＩ装置において、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１２８、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。
心電計４１３は、被検体４０１の心電波を検出し、制御部４１１に供給する。

次に、本発明の第１の実施形態におけるナビゲーターシーケンスを図２を参照して説明する。この第１の実施形態は、心電同期併用のマルチフェーズ撮影の場合の例である。以下に示す動作の制御は、制御部４１１によって実行される。

図２において、心電計４１３からの心電波３０１を制御部４１１が検出後、ナビゲーターシーケンス３０８を連続して実行し、呼吸動をモニターする。ここで、ナビゲーターシーケンス３０８は、複数回連続して行なわれ、１回のナビゲーターシーケンスの実行期間は、本撮影３１０の１心時相（フェーズ）の時間３０９の倍数となるように管理する。

これは、通常、マルチフェースエコーデータの取得が、複数の心周期に渡って行われるため、心電波からの遅延時間３０２がランダムにずれると、１つの画像の中に異なる心時相のデータが混在するためである。

ナビゲーターエコーでモニターした呼吸変位３０７が、変位３０４のように予め設定しておいたゲートウインドウ３０３内に入ったら、その後、本計測３１０を実行し、マルチフェーズエコーデータを取得する（取得データ３１３）。本計測３１０で１心周期分のデータが取得できたら、再び、ナビゲーターシーケンス３１１を連続して実行し、呼吸動変位をモニターする。

モニターした呼吸動変位が変位３０５のようにゲートウインドウ３０３内に入った時点で、次の心周期の本計測３１２を実行し、データ３１２を取得する。図２において、変位３０５が２点あるのは、上述のように、ナビゲーターシーケンスの実行時間が１フェーズの倍数となるように調整しているためである。以降、同様な制御を繰り返し、必要なデータが全て取得できた時点で計測を終了する。

例えば、位相エンコード数１２８のとき、１回の本計測で３２エコー取得すると、４回の計測で１画像分のデータが敢得できることとなり、例えば、図３に示すような状態で全データ取得完了となる。以上のような計測法により、全身周期をカバーするマルチフェーズ画像が取得できる。

以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、心電波を検出後、ナビゲータシーケンス３０８を行って呼吸動をモニターし、呼吸変位がゲートウインドウ３０３内に入ったら、本計測を実行し、マルチフェーズエコーデータを取得する。
これにより、呼吸変位がゲートウインドウ外の場合に、本計測を開始してしまい、取得したデータが不要となってしまうことを回避し、データ取得効率が高く、撮影時間を短縮可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。

また、ナビゲーターシーケンスの実行タイミングを変えることで、例えば、心臓撮影において、全心周期のエコーデータ取得が可能となる。

次の、本発明の第２の実施形態について、説明する。
この第２の実施形態においては、上述した図３に示したような計測が行われた場合、画質をより向上させるために、ナビゲーターエコーを取得したタイミングと、本計測データを取得したタイミングとの関係に応じて、本計測データのｋ空間への配置順を調整する。

ナビゲーター呼吸ゲート法では、ナビゲーターエコーによってモニターされた呼吸動変位に基づいて、本計測のデータ取得制御を行っている。そのため、ナビゲーターエコー取得時に近いタイミングで取得した本計測データほど、ゲートウインドウ位置に近い呼吸動変位のデータである。そのため、ナビゲーターエコー取得直後の本計測データを画質に影響の大きな低周波数領域に配置し、ナビゲーター取得から最も時間が経過してから取得した本計測データを高周波数領域に配置する。

例えば、図３のＰｈａｓｅ♯１のデータであれば、図４の（Ａ）に示すように、最もナビゲーターエコーに近いタイミングで取得した計測♯４のデータが、最低域に配置され、ナビゲーターエコーから遠くなるに従い、計測♯３、計測♯１、計測♯２の順で高域側に配置される。

他の心時相においても制御方法は同様であり、図４の（Ｂ）に示したＰｈａｓｅ♯５の例では、低域から順に計測♯３、計測♯１、計測♯２、計測♯４となる。このような制御により、より画質を向上することができる。
他の構成は、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
上述した図３に示す例では、呼吸変位がゲートウインドウ内に入るまでナビゲーターシーケンスを繰り返す方法で全心周期分のデータ取得を行ったが、この第３の実施形態においては、他の手法により全心周期分のデータ取得を行なう。

図５は、本発明の第３の実施形態におけるマルチフェーズ撮影の説明図である。図５において、ナビゲーターシーケンスの繰り返し時間を、例えば１心時相分とし、ナビゲーターシーケンスの実行タイミングを異なる心時相にずらしながら、呼吸変位がゲートウインドウに入った後に本計測を行う。このような制御により、図３に示した例と同様に、全心周期のマルチフェーズ画像を取得することができる。

この第３の実施形態においては、データ取得効率が、図３に示した例比べて低下するが、ナビゲーターエコーを取得してから最も時間的に離れた本計測データ取得までが、図３に示した例の場合に比べて短いので、より呼吸動の影響が抑制された画像となる。また、第２の実施形態と同様に、ナビゲーターエコーに近い時刻に取得した本計測データから順に、ｋ空間の低周波数領域に配置することで、更に画質向上を図ることが可能である（図６の（Ａ）、（Ｂ））。
図５に示した第３の実施形態は、ナビゲーターエコーによる呼吸動変位が毎回ゲートウインドウ内の理想的な例であるが、実際には、ゲートウインドウから外れることが容易にありうる。そのような場合を図７に示す。

図７において、計測♯１、計測♯２では、図５の場合と同様に、呼吸動変位がゲートウインドウ内（図７中「ＯＫ」と表記）であったとする。続く計測♯３で、Ｐｈａｓｅ♯３の時刻に計測したナビゲーターエコーにおいて、呼吸動変位がゲートウインドウから外れていたとすると（図７中「ＮＧ」と表記）、ナビゲーターシーケンスを続くＰｈａｓｅ♯４でも実行する。ここで、Ｐｈａｓｅ♯４のナビゲーターエコーで呼吸変位がゲートウインドウ内であることが確認できたら、本計測を実行し、データを取得する。

続いて、計測♯３とは異なるタイミングでナビゲーターエコーを取得し、「０Ｋ」であれば本計測データを取得する（計測♯４のＰｈａｓｅ♯４〜計測♯５のＰｈａｓｅ♯３）。本計測実行後、再び、ナビゲーターエコーを取得し、「０Ｋ」と判定されるまでナビゲーターを実行する。

ここで、計測♯６のように、計測♯１と全く同じタイミングで取得したナビゲーターエコーで「０Ｋ」と判定されたとする。このような場合、計測♯６で取得されたデータは、Ｓ／Ｎ向上のために計測♯１に積算される。以降、同様にナビゲーターによる判定を繰り返し、全ての心周期でエコーデータが取得できた時点で計測を終了する。

この第３の実施形態において、他の構成は、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。

次に本発明の第４の実施形態について説明する。
上述した本発明の第１〜３の実施形態では、マルチフェーズ撮影への適用例を示したが、他のプリパルスが付いたシングルフェーズのトリガー撮影にも本発明を適用することができる。

本発明の第４の実施形態は、本発明を他のプリパルスが付いたシングルフェーズのトリガー撮影に適用した場合の例である。図８は、第４の実施形態である脂肪抑制パルス付きのトリガー撮影の説明図である。図８において、ナビゲーターシーケンス７０８を連続して実行して、呼吸動をモニターし、呼吸動の変位がゲートウインドウ７０３内に入ったら（変位７０４）、本計測７１０を実行する。

ここで、本計測の前に付加されている７０９が脂肪抑制パルスである。本計測７１０は１００〜２００ｍｓ程度のシングルフェーズ撮影で、第１の実施形態と同様の理由で、ナビゲーターを連続して実行する時間は本計測の時間の倍数で制御される。
この手法により、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる他、心電波７０１からの遅延時間７０２が異なる脂肪抑制画像が取得可能である。

この第４の実施形態は、例えば、複数の心時相における冠状動脈の形態を観察する手法などに適用できる。更に、図５に示したナビゲーターシーケンスを脂肪抑制パルスに置き換えて、息止め状態で撮影することでも、同様に全心周親の冠状動脈マルチフェーズ画像を取得可能である。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
上述した第１〜４の実施形態は、心電波（脈波）同期と併用した、心臓をターゲットとした撮影への適用例であったが、非同期撮影でも本発明は適用可能である。本発明の第５の実施形態は、非同期撮影に適用した場合の例である。

図９は本発明の第５の実施形態の説明図である。
図９に示すように、まず、ナビゲーターシーケンス６０５を連続的に繰り返し実行し、呼吸動変位をモニターする。モニターした変位がゲートウインドウ６０１に入ったら（変位６０２）、本計測６０６を実行する。この計測は非同期であるため、本計測は１スライス分のデータ取得完了まで一度に実行する。

すなわち、本計測６０６、６０８、６１０でそれぞれ１スライスづつ画像が取得される。加えて、本計測の実行時間とナビゲーターの実行時間とを関連付けて管理する必要がないので、変位６０３、６０４のように、１回ナビゲーターを実行して、変位がゲートウインドウ６０１内と判断したら、即座に本計測が実行される。
この第５の実施形態は、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる他、心電同期が不要で、呼吸動抑制が必須の腹部撮影などに有効である。

なお、上述した例では、被検体の心電波を用いたが、被検体の脈波に同期して計測を行なってもよい。

本発明が適用されるＭＲＩ装置の概略構成図である。 本発明の第１の実施形態のマルチフェーズ撮影の説明図である。 本発明の第１の実施形態において全身周期をカバーするマルチフェーズ画像の取得説明図である。 本発明の第２の実施形態の説明図である。 本発明の第３の実施形態の説明図である。 本発明の第３の実施形態の説明図である。 本発明の第３の実施形態の説明図である。 本発明の第４の実施形態の説明図である。 本発明の第５の実施形態の説明図である。 従来技術におけるナビゲーター呼吸ゲート法の説明図である。 従来技術におけるナビゲーター呼吸ゲート法を用いたマルチフェーズ撮影の説明図である。 ナビゲータシーケンスを用いた一般的な心周期毎のマクロな計測シーケンス図である。 一般的なＳＳＦＰシーケンスを示す図である。

符号の説明

４０１ 被検体
４０２ 静磁場磁石
４０３ 傾斜磁場コイル
４０４ ＲＦコイル
４０５ ＲＦプローブ
４０６ 信号検出部
４０７ 信号処理部
４０８ 表示部
４０９ 傾斜磁場電源
４１０ ＲＦ送信部
４１１ 制御部
４１２ ベッド
４１３ 心電計

Claims (9)

1. 静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波信号送受信手段と、この高周波送受信手段により受信した被検体からのエコーデータに基づいて画像を再構成する画像再構成手段と、上記静磁場発生手段、傾斜磁場発生手段、高周波信号送受信手段及び画像再構成手段の動作を制御する制御手段とを備え、
   上記制御手段は、
   ナビゲーターシーケンスを用いて、ナビゲーターエコーを取得して上記被検体の呼吸動による変位を検出し、検出した変位が予め設定した範囲内か否かを判断し、上記変位が予め設定した範囲内であると判断したとき、上記ナビゲーターシンケンスを停止して、被検体の画像撮像シーケンスを実行させる磁気共鳴イメージング装置であって、
   被検体の心電波を検出する心電波検出手段を備え、
   上記制御手段は、上記心電波検出手段により検出された心電波の複数の周期で、互いに異なるタイミングでナビゲーターシンケンスを実行させ、上記心電波の複数の周期で行なわれた画像撮像シーケンスにより取得したエコーデータを用いて画像再構成させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波信号送受信手段と、この高周波送受信手段により受信した被検体からのエコーデータに基づいて画像を再構成する画像再構成手段と、上記静磁場発生手段、傾斜磁場発生手段、高周波信号送受信手段及び画像再構成手段の動作を制御する制御手段とを備え、
   上記制御手段は、
   ナビゲーターシーケンスを用いて、ナビゲーターエコーを取得して上記被検体の呼吸動による変位を検出し、検出した変位が予め設定した範囲内か否かを判断し、上記変位が予め設定した範囲内であると判断したとき、上記ナビゲーターシンケンスを停止して、被検体の画像撮像シーケンスを実行させる磁気共鳴イメージング装置であって、
   被検体の心電波を検出する心電波検出手段を備え、
   上記制御手段は、上記心電波の一周期を複数の心時相に分割して、上記心電波の複数の周期で、上記ナビゲーターシーケンスを実行する期間を異ならせて、上記画像撮像シーケンスを実行させ、取得されたエコーデータを用いて画像再構成させて複数の心時相の画像をそれぞれ取得することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
3. 請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記ナビゲーターシーケンスは、複数回連続して行なわれ、１回のナビゲーターシーケンスの実行期間は、一つの心時相の時間の倍数であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
4. 請求項１又は２記載の磁気共鳴イメージンング装置において、
   上記制御手段は、ナビゲーターエコー取得タイミングと画像撮像シーケンスによるエコーデータ取得タイミングとの関係に応じて、複数の画像撮像シーケンスによるエコーデータのｋ空間配置順を制御して、画像を再構成させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
5. 請求項４記載の磁気共鳴イメージンング装置において、
   上記制御手段は、画像撮像シーケンスによるエコーデータのうち、上記変位が予め設定した範囲内であると判断したときのナビゲーターエコーに近い時刻に取得したエコーデータから順に、ｋ空間の低周波領域に配置して画像を再構成させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
6. 請求項２記載の磁気共鳴イメージンング装置において、
   上記制御手段は、上記ナビゲーターシーケンスの実行期間を、上記心電波の互いに時間的に隣接する周期において、上記所定の心時相分だけ、時間的に異ならせることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
7. 請求項６記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記制御手段は、上記心電波の周期毎に、上記所定の心時相分だけナビゲーターシーケンスを実行し検出した上記被検体の呼吸動による変位が予め設定した範囲外であると判断したとき、上記所定の心時相に続く心時相でナビゲーターシーケンスを実行することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
8. 請求項７記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記制御手段は、上記心電波の複数の周期のうち、ナビゲーターシーケンスが実行された心時相が、互いに時間的に対応し、かつ、上記被検体の呼吸動による変位が予め設定した範囲内であるときに実行された上記被検体の画像撮像シーケンスにより得られたデータを積算することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
9. 請求項１乃至８のいずれいか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   上記制御手段は、上記ナビゲーターシーケンスを停止後、上記画像撮像シーケンスの実行に先だって、プリパルスを印加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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