JPH01291850A - 磁気共鳴映像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は磁気共鳴映像装置に係り、特に被検体内の画像
データを高速で収集する磁気共鳴映像装置に関する。

（従来の技術） 磁気共鳴映像法は既に良く知られているように、固有の
磁気モーメントを持つ核の集団が一様な静磁場中に置か
れたときに、特定の周波数で回転する高周波磁場のエネ
ルギーを共鳴的に吸収する現象を利用して、物質の化学
的および物理的な微視的情報を映像化する手法である。

この磁気共鳴映像法では、超音波診断装置やＸ線ＣＴ等
の他の医用画像診断装置に比ベデータの収集時間が非常
に長くかかる。従って、被検体の呼吸等の動きによって
画質の劣化を生じたり、動きのある心臓や血管系の映像
化が難しいという問題がある。また、撮影時間が長くな
るため、被検者に与える苦痛も大きい。

そこで、磁気共鳴映像法において高速に画像を再構成す
る方法として、１４ａｎ３ｆｉｅｌｄ　らによるエコー
プラナ−法や、）ｌｕｔｃｉｓｏｎらによる高速フーリ
エ法等が提案されている。

第３図はエコープラナ−法による画像データ収集のため
のパルスシーケンスを示したもので、高周波磁場ＲＦと
して、選択励起用９０°高周波パルスを印加すると同時
に、スライス用勾配磁場Ｇｓを印加してスライス面内の
磁化を選択的に励起した後、さらに１８０°高周波パル
スを印加してから、スライス面に平行な方向に読出し用
勾配磁場Ｇｒを高速に複数回スイッチングさせて印加し
、同時にスライス用勾配磁場Ｇｓと平行で、且つ読出し
用勾配磁場Ｇｒと直交する方向に位相エンコード用勾配
磁場Ｇｅを静的に印加する。

一方、高速フーリエ法は位相エンコード用勾配磁場Ｇｅ
が読出し用勾配磁場Ｇｒの反転毎にパルス的に印加され
る点がエコープラナ−法と異なっている。

これらの方法によれば、９０°高周波パルスによって励
起されたスライス面内の磁化が横磁化の緩和現象により
緩和する時間内に、読出し用勾配磁場を高速にスイッチ
ングさせることにより磁気共鳴に基づく複数のエコー信
号（マルチエコー信号）を生じさせ、スライス面の画像
化に必要な全てのデータを収集することができ、高速イ
メージが可能である。

このような高速イメージングにおいて正しい画像再構成
を行うためには、第３図における読出し用勾配磁場Ｇｒ
と位相エンコード用勾配磁場Ｇｅが所定のタイミングで
迅速にスイッチングが行なわれなければならない、特に
読出し用勾配磁場Ｇｒは高磁場を高速で印加する必要が
あり、その応答時間が無視できなくなる。第３図の位相
エンコード用勾配磁場を印加しない状態において、スラ
イス面内の各スピンの位相が所定のサンプリング位置で
揃わなければならない。このスピン゛の位相が揃う位置
を所定のサンプリング位置になるよう、読出し用勾配磁
場Ｇｒを調整しておかないと、位相空間上において所定
の各格子点上のデータを正しく得ることが出来ず、正し
い再構成画像も得られない。

スピンの位相が揃うのは、第２図において、読出し用勾
配磁場Ｇｒの正の波形の面積ＳＪ、ａと負の波形の面積
５ｔ−ｔｂ　（ｉ＝１．２．・・・、ｎ）が等しくなる
時刻で生じるため、読出し用勾配磁場Ｇｒのスイッチン
グ波形が実線で示すような理想的な矩形波であれば、ス
ピンの位相が揃う位置はＴＰ□、ＴＰ□、・・・ＴＰｎ
のように正負の各々の期間の中間位置となる。

しかしながら、実際には勾配磁場生成コイルのインダク
タンスや、勾配磁場生成コイル付近にある金属体に誘起
される渦電流の影響等により、読出し用勾配磁場Ｇｒの
スイッチング波形は理想的な矩形波とはならず、第２図
に破線で示すように立上りおよび立下りがなまった波形
となる。さらに、読出し用勾配磁場Ｇｒは勾配磁場生成
コイルの駆動電源に起因する正負の振幅値篩＋、昨−の
差や、オフセット等もある。こうした読出し用勾配磁ｖ
！　ａ　ｐの波形なまりや正負の振幅差およびオフセッ
ト等により、スピンの位相が揃う位置は第２においてΔ
τ１ｔ　Δτ２・°°°Δτｎのように正規の位ｒｌｒ
ｐ１゜Ｔ□、・・・ｒｐｎからずれてしまう、または、
マルチエコーが消失してしまうことが起こる。

そこで、従来ではこのスピンの位相が揃う位置が所定の
サンプリング位置となるように読出し用勾配磁場のスイ
ッチングの一つ一つのタイミング、正負の振幅、あるい
はオフセット等を手動により調整していたが、これらの
調整には多大の労力を必要としていた。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の高速イメージング法では、読出し用勾
配磁場の波形劣化、正負の振幅差およびオフセット等に
対して正しい画像再構成を行うために、スライス面内で
のスピンの位相が所定のサンプリング位置で揃うように
するための煩雑なシステム調整を必要とするという問題
があった。さらに被検体が化学シフト等により複数の磁
気共鳴周波数を有する場合には、エコー信号が複雑外波
形となるため、上記システム調整を正確に行う事は困難
であった。

本発明は高速イメージングにおいて煩雑はシステム調整
を必要とすることなく、しがも複数の磁気共鳴周波数を
有する被検体においても容易に且つ正確にシステム調整
が可能となり、良好な再構成画像を得ることができる磁
気共鳴映像装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 単一の磁気共鳴周波数から成るエコー信号において、ス
ライス面内のスピンの位相が揃う位置は、前記エコー信
号のピーク位置に一致する。そこで、本発明では、一様
な静磁場中に置かれた被検体に高周波磁場およびスライ
ス用勾配磁場をパルス的に印加して所定のスライス面を
励起した後、スライス面内の一つの方向に読出し用勾配
磁場を連続的にスイッチングさせて印加するとともに、
スライス面内で読出し用勾配磁場と直交する方向に位相
エンコード用勾配磁場を印加することにより・スライス
面の画像再構成に必要な磁気共鳴信号を収集してサンプ
リングし、そのサンプリングデータに基づいて画像再構
成を行う磁気共鳴映像装置において、被検体が単一の磁
気共鳴周波数を有する物質である場合には、位相エンコ
ード用勾配磁場を印加しない状態で得られた複数のエコ
ー信号のピーク位置を検出し、このピーク位置が所定の
サンプリング位置になるよう読出し用勾配磁場を制御し
、また、被検体が複数の磁気共鳴周波数を有する物質で
ある場合には、あらかじめ単一の磁気共鳴周波数を有す
る物質の入ったファントムを用いるか、あるいは、被検
体内の所定の磁気共鳴周波数以外で磁気共鳴を生ずるス
ピンを飽和させた後前記同様位相エンコード用勾配磁場
を印加しない状態で得られた複数のエコー信号のピーク
位置を検出し、このピーク位置が所定のサンプリング位
置になるよう読出し用勾配磁場を制御するか、あるいは
被検体に印加する高周波磁場のタイミングを、読出し用
勾配磁場と位相エンコード用勾配磁場をともに印加して
いない状態において、そのエコー信号のピーク位置が前
記複数エコー信号の１つのピーク位置に相当する所定の
１つのサンプリング位置になるよう調節し、その所定の
タイミングで前記高周波磁場および前記読出し用勾配磁
場を印加、前記所定の１つのサンプリング位置近傍のエ
コー信号のピーク位置の検出を行い、その所定の１つの
サンプリング位置にそのエコー信号のピーク位置がくる
ように読出し用勾配磁場を制御、以下この過程を前記す
べてのエコー信号のピーク位置について繰返しすべての
読出し用勾配磁場を制御する事により、高速イメージン
グにおいて煩雑なシステム調整を行う事なく、良好な再
構成画像を得る。

（作用） 単一の磁気共鳴信号を有する被検体において、位相エン
コード用勾配磁場を印加しない状態で高速イメージング
のためのシーケンスを実行すると、読出し用勾配磁場の
スイッチングによる反転毎に横緩和時間Ｔ２にのみ依存
した相似波形のエコー信号が得られるので、エコー信号
のピーク位置が容易に検出できる。このようにして検出
されたエコー信号のピーク位置に基づいて勾配磁場生成
コイルの駆動源にフィードバックをかけて、読出し用勾
配磁場のスイッチングのタイミングや正負の振幅値、オ
フセット等を自動調整し、エコー信号のピーク位置が所
定のサンプリング位置にくるようにして、読出し用勾配
磁場のスイッチングによってスピンの位相が所定のサン
プリング位置で揃うようにすることができ、迅速にケー
シングの調整を完了し、アーチファクトのない高速イメ
ージングによる正しい再構成画像を得ることができる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例に係る磁気共鳴映像装置の構
成を示す図である。

同図において、静磁場磁石１および勾配磁場生成コイル
３はシステムコントローラ１０により制御される励起用
電源２および駆動回路４によってそれぞれ駆動され、寝
台６上の被検体５（例えば人体）に対して一様な静磁場
と、注目する所望の断面（スライス面）内の直交するｘ
、ｙの二方向。

およびそれに垂直な２方向に磁場強度がそれぞれ変化す
る勾配磁場を印加する。なお、本実施例では以後２方向
に印加する勾配磁場をスライス用勾配磁場Ｇｓ、　ｘ方
向に印加する勾配磁場を読出し用勾配磁場Ｇｒ、　ｙ方
向に印加する勾配磁場を位相エンコード用勾配磁場Ｇｅ
として説明する。

被検体５にはさらにシステムコントローラ１０の制御の
下で、送信部８からの高周波信号によりプローブ７から
発生される高周波磁場が印加される。

本実施例においては、プローブ７を高周波磁場の発生の
ための送信コイルと、被検体５内の各種の原子核に関す
る磁気共鳴信号を受信する受信コイルとに共用している
が、送信および受信コイルを別々に設けてもよい。

プローブ７により受信された磁気共鳴信号（エコー信号
）は、受信部９で増幅および検波された後、システムコ
ントローラ１０の制御の下でデータ収集部１１に送られ
る。データ収集部１１では受信部９を介して取出された
磁気共鳴信号をシステムコントローラ１０の制御の下で
収集し、それをＡ／Ｄ変換器によりサンプリングしディ
ジタル化した後、電子計算機１２に送る。

電子計算機１２はコンソール１３により制御され、デー
タ収集部１１から入力されたエコー信号のサンプリング
データについてフーリエ変換によって画像再構成処理を
行ない１画像データを得る。また、電子計算機１２はシ
ステムコントローラ１０の制御をも行なう。電子計算機
１２により得られた画像データは画像デイスプレィ１４
に供給され１画像表示される。

本発明における被検体５内のスライス面の画像データを
収集するためのパルスシーケンスは、第３図に示したエ
コープラナ−法または第６図に示した高速フーリエ法が
用いられる。このパルスシーケンスはシステムコントロ
ーラ１０によって制御される。

ここで、本発明に係る第１の実施例においては第３図の
パルスシーケンスを実行する前に、高周波磁場ＲＦとス
ライス用勾配磁場Ｇｓおよび読出し用勾配磁場Ｇｒを第
３図のように印加するが、位相エンコード用勾配磁場Ｇ
ｅは印加しないパルスシーケンスを実行する。但し、被
検体が化学シフト等により複数の磁気共鳴周波数を有す
る物質の場合には、あらかじめ撮影を行う前に、単一の
磁気共鳴周波数を有する物質の入ったファントムを用い
て実行する。このように、単一の磁気共鳴周波数を有す
る物質の各エコー信号の波形において、そのピーク位置
はスライス面内のスピンの位相が揃う位置に等価である
。ここで、エコー信号のピークとは信号の絶対値の大き
さが最大である事を示す。

そこで、これらのエコー信号のピーク位置（時間軸上の
位置）の検出を行う。このピーク位置の検出は計算機１
２内でソフトウェア処理により行ってもよいし、データ
収集部１１あるいは受信部９内でハードウェアにより行
ってもよい。

第２図において、前記検出されたエコー信号のピーク位
置の正規の位置（所定のサンプリング位置）からのズレ
がΔτ■（１＝Ｌ２ｔ・・・ｎ）であったとする。今、
読出し用勾配磁場Ｇｒの正の振幅をＧや。

負の振幅をＧ−とし、スイッチングに伴う反転のタイミ
ングをτｌとする。前述したように、エコー信号のピー
クが生じる位置は読出し用勾配磁場Ｇｒの正の波形の面
積Ｓｔａと負の波形の面積５ｉ−１ｂ　（ｉ＝１．２．
・・・ｎ）が等しくなる時刻である。このｓｉａ”　５
Ｌ−１ｂの条件を満たすには、τｌまたはＧ＋、　Ｇ−
あるいはオフセットを調整すればよい。具体例として、
Ｇ＋、Ｇ−は各エコー信号について全て同一とし、スイ
ッチングのタイミングτｉのみを調整する場合について
述べる。

ｉ番目のエコー信号のピークはΔＴｉのずれを生じてお
り、これを（τ１＋Δ１１）とすることで補正を行なう
とする。ｉ番目のエコー信号のピークは正の振幅を持っ
ていたとすると。

一Δτ１・Ｇ＋−Δｔｉ・Ｇ＋＝Δ１．・Ｇ−＋Δτト
、・Ｇ−より、 Δｔｚ＝　　（Δτｉ　＠Ｇ＋＋Δτト□・Ｇ−）　／
　（Ｇ＋　＋　Ｇ−）となる、従って、Δｔｉの値を計
算機１２において計算し、読出し用勾配磁場Ｇｒを制御
するシステムコントローラ１０内のパルスシーケンサの
動作タイミングを制御すればよい。理想的には１回の制
御でΔτｌのずれをなくすことができるが、１回の制御
で不完全場合には同様の制御を数回繰返せばよい。

本発明は上記実施例以外にも種々の変形実施が可能であ
る。第２の実施例としては被検体が化学シフト等により
複数の磁気共鳴周波数を有する場合、第４図に示すよう
に周波数選択励起高周波パルスにより所定の磁気共鳴周
波数で磁気共鳴するスピン以外のスピンを励起したのち
、勾配磁場等により励起したスピンの位相を分散するこ
とにより選択飽和を行い、飽和したスピンが回復する前
に前記第１の実施例で記載したと同様、第３図において
位相エンコード用勾配磁場を印加しないパルスシーケン
スを実行する。そして、その時に得られるエコー信号の
ピーク位置を検出し、その情報を前記実施例同様に計算
機１２へ転送、正規のピーク位置からのずれを計算、読
出し用勾配磁場Ｇｒを制御するシステムコントローラ１
０内のパルスシーケンサの動作タイミングを制御する。

本実施例では、前述筒１の実施例のように単一の磁気共
鳴周波数を有するファントムを用いる必要がなく、しか
も、被検体の個体差の影響を正しく補正することが可能
である。また、第４図に示した実施例においては、周波
数選択励起高周波パルスは一回だけ印加しているが必要
であれば複数回印加してもよい。その際、パルス毎に中
心周波数、帯域、振幅を変えてもよい。さらに、所定外
のスピンを飽和させる方法として本実施例以外のスピン
選択飽和法を用いてもよい。

第３の実施例としては、第５図に示したように、まず９
０″高周波パルスおよびスライス勾配磁場の印加するタ
イミングを読出し用勾配磁場のスイッチングによって生
成される複数のエコー信号の第１番目のエコー信号の所
定のピーク位置に９０°高周波パルスと１８０°高周波
パルスの間隔の２倍の時間であるエコー時間２τがなる
ように調整し、そのシーケンスを実行する。続いて、前
記実施例同様ピーク位置の検出を行う。そして、第１番
目のエコー信号のピーク位置が前記所定の位置になるよ
う前記実施例同様、読出し用勾配磁場Ｇｒのタイミング
を調整する。以下、順次９０°高周波パルスおよびスラ
イス勾配磁場の印加するタイミングを第２番目、第３番
目、・・・、のエコー信号の所定のピーク位置にエコー
時間２τ′、２τ′、・・・がなるようにし、同様の操
作を繰返す。このように各エコー信号のピーク位置にエ
コー時間が来るようにする事によって、被検体が複数の
磁気共鳴周波数を有する場合においても、そのピーク位
置から読出し用勾配磁場の調整を正しく行う事が可能で
ある。なお、本実施例では、９０°周波数パルスおよび
スライス勾配磁場の印加するタイミングを制御したが、
１８０°高周波パルスのタイミングを制御する事により
同様の調整を行ってもよい。

また、前記第１．第２．第３の実施例では読出し用勾配
磁場Ｇｒのスイッチングのタイミングを制御したが、正
負の振幅Ｇ＋、Ｇ−や、オフセット等を制御してもよく
、これら３つのパラメータの２つ以上を同時に制御して
もよい。さらに、第１．第２の実施例は、第７図に示し
たような１８０’高周波パルスのないシーケンスに適用
することもできる。

本発明で用いるパルスシーケンスはエコープラナ−法に
限らず、第６図に示したような高速フーリエ法のシーケ
ンスでもよいし、その他の読出し用勾配磁場をスイッチ
ングあるいは変調させて印加するパルスシーケンスでも
よい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、位相エンコード用勾配磁場を印加しな
い状態で高速イメージングのシーケンスを実行しエコー
信号のピーク位置を検出し、その検出したエコー信号の
ピーク位置に基づいて読出し用勾配磁場のスイッチング
のタイミングや正負の振幅値、オフセット等を制御して
エコー信号のピーク位置が所定の位置に正しく来るよう
にシーケンスの調整をすることにより、高速イメージン
グにおいて煩雑なシステム調整を必要とすることなく、
正しい再構成画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る磁気共鳴映像装置の構
成を示すブロック図、第２図は本発明において位相エン
コード用勾配磁場を印加しない高速イメージングのシー
ケンスによって得られるエコー信号と読出し用勾配磁場
との関係を示す図、第３図は本発明で使用される高速イ
メージングの一手法であるエコープラナ−法のパルスシ
ーケンスを示す図、第４図は本発明において第２の実施
例に用いるパルスシーケンスを示す図、第５図は本発明
において第３の実施例に用いるパルスシーケンスを示す
図、第６図および第７図は他の高速イメージングのパル
スシーケンスを示す図である。 １・・・静磁場磁石　　　　　２・・・励磁用電源３・
・・勾配磁場生成コイル　７・・・プローブ８・・・送
信部　　　　　　　９・・・受信部代理人　弁理士　則
　近　憲　佑 同　　松山光之 第　　１　　区 （５四 囲　　　の　　　　　　　　　　　− 叱　　　、、！ｙ　　　Φ　　　　つ　　　・−乃 喝　　　　リ　　　　リ　　　　　Ｕ　　　　釣リ　　
　　　　　　　τつ 屹　　　　　　　− 叱　　［Ｆ］　　６　　　　ｏ　　　　・−切

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）一様な静磁場中に置かれた被検体に高周波磁場お
   よびスライス用勾配磁場をパルス的に印加して所定のス
   ライス面を励起した後、スライス面内の一つの方向に読
   出し用勾配磁場を連続的にスイッチングさせて印加する
   とともに、スライス面内で読出し用勾配磁場と直交する
   方向に位相エンコード用勾配磁場を印加することにより
   、スライス面の画像再構成に必要な磁気共鳴に基づく複
   数のエコー信号を収集しサンプリングするデータ収集手
   段と、この手段により得られたサンプリングデータに基
   づいて画像再構成を行なう画像再構成手段とを備えた磁
   気共鳴映像装置において、前記記載のシーケンスを自動
   的に調節する制御手段を有する事を特徴とする磁気共鳴
   映像装置。
2. （２）シーケンスを自動的に調節する制御手段としては
   、前記位相エンコード用勾配磁場を印加しない状態で得
   られる複数のエコー信号のピーク位置を検出し、そのピ
   ーク位置が所定のサンプリング位置になるように読出し
   用勾配磁場のスイッチングのタイミング、正負の振幅値
   、あるいはオフセットの少なくとも１つを変化させるも
   のである事を特徴とする請求項１記載の磁気共鳴映像装
   置。
3. （３）前記位相エンコード用勾配磁場を印加しない状態
   で得られる複数のエコー信号のピーク位置の検出法とし
   ては、被検体の撮影を行う前に、あらかじめ、単一の磁
   気共鳴周波数を有する物質の入ったファントムを用いて
   前記複数のエコー信号を収集し、ピーク位置を検出する
   ことを特徴とする請求項２記載の磁気共鳴映像装置。
4. （４）前記位相エンコード用勾配磁場を印加しない状態
   で得られる複数のエコー信号のピーク位置の検出法およ
   び読出し用勾配磁場の調節法としては、被検体に前記高
   周波磁場の印加するタイミングを、前記読出し用勾配磁
   場と位相エンコード用勾配磁場をともに印加していない
   状態において、そのエコー信号のピーク位置が前記所定
   のピーク位置の中の１つのサンプリング位置となるよう
   調節し、その所定のタイミングで前記高周波磁場および
   前記読出し用勾配磁場を印加、前記所定の１つのサンプ
   リング位置近傍のエコー信号のピーク位置の検出を行い
   、その所定の１つのサンプリング位置にそのエコー信号
   のピーク位置がなるように前記特許請求の範囲第２項記
   載の読出し用勾配磁場のシーケンス調節を行い、以後、
   順次前記高周波磁場の印加するタイミングを変化させ、
   前記複数のエコー信号の各々のピーク位置の調節を繰返
   す事を特徴とする請求項２記載の磁気共鳴映像装置。
5. （５）前記位相エンコード用勾配磁場を印加しない状態
   で得られた複数のエコー信号のピーク位置の検出法とし
   ては、あらかしじめ、被検体内の所定の磁気共鳴周波数
   以外で磁気共鳴を生ずるスピンを飽和させ、その後、前
   記特許請求の範囲第１項記載のシーケンスにおいて、位
   相エンコード用勾配磁場を印加しない状態で複数のエコ
   ー信号を収集し、ピーク位置の検出を行う事を特徴とす
   る磁気共鳴映像装置。
6. （６）エコー信号のピークとは、実数部および虚数部か
   らなるエコー信号の絶対値である事を特徴とする請求項
   ２記載の磁気共鳴映像装置。