JP2000041967A - 磁気共鳴撮像方法および装置 - Google Patents

磁気共鳴撮像方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 明るさの均一なマルチスライスのパーフュー
ジョン画像を得る磁気共鳴撮像方法および装置を実現す
る。 【解決手段】 動脈血のスピンをラベリングしてマルチ
スライスのパーフュージョン画像を撮像するに当たり、
複数のスライスについてスキャンの順番を変更しながら
複数回撮像を繰り返し、撮像した複数の画像を同一スラ
イスごとに加算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴撮像方法
および装置に関し、特に、動脈血のスピン(spin)
をラベリング(labeling)してマルチスライス
(multislice)のパーフュージョン(per
fusion)画像を撮像する磁気共鳴撮像方法および
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】磁気共鳴を利用した機能画像撮像、すな
わち、fMRI(functional magnet
ic resonance imaging)の一種
に、ASL(arterial spin label
ing)法によるパーフュージョン画像の撮像がある。
これは、動脈血にスピンの反転等によるラベリングを行
い、撮像領域に流入するラベリングされた血液の分布を
画像化するものである。ASL法は、例えば脳内血流
(CBF(cerebral blood flo
w))を画像化する目的等に用いられる。
【0003】血液のラベリングは撮像領域に流入する血
流の上流側で行われ、ラベリングから所定の時間をおい
て撮像領域をスキャン(scan)し、ラベリングされ
た磁気共鳴信号を収集するようにしている。その場合、
撮像の能率を上げるために、1TR(repetiti
on time)の間に複数のスライスをスキャンする
いわゆるマルチスライススキャンが行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】マルチスライススキャ
ンによりASL法を実行する場合、ラベリングされたス
ピンの撮像部位への到達時間が各スライスの位置によっ
て異なるので、スピンの緩和状態がそれぞれ異なり、磁
気共鳴信号の信号強度がスライスごとに異なる。このた
め、パーフュージョン画像の明るさがスライスごとに異
なり、正しい診断を行うことが困難であるという問題が
あった。
【0005】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、明るさの均一なマルチスラ
イスのパーフュージョン画像を得る磁気共鳴撮像方法お
よび装置を実現することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】(1)上記の課題を解決
する第1の発明は、動脈血のスピンをラベリングしてマ
ルチスライスのパーフュージョン画像を撮像する磁気共
鳴撮像方法であって、複数のスライスについてスキャン
の順番を変更しながら複数回撮像を繰り返し、前記撮像
した複数の画像を同一スライスごとに加算する、ことを
特徴とする磁気共鳴撮像方法である。
【0007】(2)上記の課題を解決する第2の発明
は、動脈血のスピンをラベリングしてマルチスライスの
パーフュージョン画像を撮像する磁気共鳴撮像装置であ
って、複数のスライスについてスキャンの順番を変更し
ながら複数回撮像を繰り返す撮像手段と、前記撮像した
複数の画像を同一スライスごとに加算する加算手段と、
を具備することを特徴とする磁気共鳴撮像装置である。
【0008】(作用)本発明では、複数のスライスにつ
いて、スキャンの順番を変更しながら複数回撮像を繰り
返し、1スライス当たり複数枚撮像した画像を同一スラ
イスごとに加算し、画像の明るさを均一化する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態
に限定されるものではない。図1に磁気共鳴撮像装置の
ブロック(block)図を示す。本装置は本発明の実
施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明
の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の
動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例
が示される。
【0010】本装置の構成を説明する。図1に示すよう
に、本装置においては、概ね円筒形を成す静磁場発生部
2がその内部空間に均一な静磁場(主磁場)を形成する
ようになっている。静磁場発生部2の内部には、概ね円
筒形を成す勾配コイル(coil)部4とヘッドコイル
(head coil)部6が中心軸を共有して配置さ
れている。ヘッドコイル部6の内部に形成される概ね円
柱状の空間に、被検体8の頭部が挿入されている。被検
体8は、図示しない移送手段によって磁場空間に搬入お
よび搬出される。
【0011】勾配コイル部4には勾配駆動部10が接続
されている。勾配駆動部10は勾配コイル部4に駆動信
号を与えて勾配磁場を発生させるようになっている。発
生する勾配磁場は、スライス(slice)勾配磁場、
読み出し(リードアウト(read out))勾配磁
場および位相エンコード(フェーズエンコード(pha
se encode))勾配磁場の3種である。
【0012】ヘッドコイル部6には送信部12が接続さ
れている。送信部12はヘッドコイル部6に駆動信号
(RF(radio frequency)信号)を与
えてRF磁場を発生させ、それによって、被検体8の体
内のスピンを励起するようになっている。
【0013】励起されたスピンが発生する磁気共鳴信号
がヘッドコイル部6によって検出されるようになってい
る。ヘッドコイル部6には受信部14が接続されてい
る。受信部14はヘッドコイル部6が検出した信号を受
信するようになっている。
【0014】受信部14にはアナログ・ディジタル(a
nalog−to−digital)変換部16が接続
されている。アナログ・ディジタル変換部16は、受信
部14の出力信号をディジタル信号に変換するようにな
っている。
【0015】コンピュータ(computer)18は
アナログ・ディジタル変換部16からディジタル信号を
入力し、図示しないメモリ(memory)に記憶する
ようになっている。メモリ内にはデータ(data)空
間が形成される。このデータ空間は2次元フーリエ(F
ourie)空間を構成する。コンピュータ18は、こ
の2次元フーリエ空間のデータを2次元逆フーリエ変換
して被検体8の画像を再構成する。
【0016】コンピュータ18には制御部20が接続さ
れている。制御部20には勾配駆動部10、送信部1
2、受信部14およびアナログ・ディジタル変換部16
が接続されている。制御部20は、コンピュータ18か
ら与えられる指令に基づいて勾配駆動部10、送信部1
2、受信部14およびアナログ・ディジタル変換部16
をそれぞれ制御するようになっている。
【0017】静磁場発生部2、勾配コイル部4、ヘッド
コイル部6、勾配駆動部10、送信部12、受信部1
4、アナログ・ディジタル変換部16、コンピュータ1
8および制御部20は、本発明における撮像手段の実施
の形態の一例である。コンピュータ18は、本発明にお
ける加算手段の実施の形態の一例である。
【0018】コンピュータ18には表示部22と操作部
24が接続されている。表示部22はコンピュータ18
から出力される再構成画像を含む各種の情報を表示する
ようになっている。操作部24は操作者によって操作さ
れ、各種の指令や情報等をコンピュータ18に入力する
ようになっている。
【0019】本装置の動作を説明する。撮像は制御部2
0による制御の下で遂行される。磁気共鳴撮像の具体例
の1つとして、ASL法によりCBFに関するパーフュ
ージョン画像を撮像する場合について説明する。この撮
像には、例えば図2に示すようなパルスシーケンスが利
用される。
【0020】図2は、磁気共鳴信号を収集するパルスシ
ーケンス(pulse sequence)のタイムチ
ャート(time chart)である。パルスシーケ
ンスは、時間軸tに沿って左から右に進行する。このパ
ルスシーケンスの実行は制御部20によって制御され
る。
【0021】先ず、図2の(1)に示すように、反転パ
ルスによりRF励起が行われる。RF励起は送信部12
によって駆動されるヘッドコイル部6によって行われ
る。このとき、(2)に示すようにスライス勾配磁場G
sが印加される。スライス勾配磁場Gsの印加は、勾配
駆動部10によって駆動される勾配コイル部4により行
われる。これによって、被検体8の頭部の所定の部位の
スピンを反転(選択的反転)させる。
【0022】スピンの選択的反転は、図3に示すように
行われる。すなわち、同図に示すように、被検体8の体
軸(z軸)方向における距離z2からz3までのスラブ
(slab)内を、例えば5つのスライスa〜eで撮像
するとしたとき、1つのモードでは、実線で示すよう
に、距離z1からz2までのスラブのスピンを反転させ
る。なお、スライス数は5に限るものではなく任意に設
定して良い。
【0023】ここでは、血液は、巨視的にはz軸に沿っ
て左から右に流れるものとしている。したがって、撮像
対象部位から見て、血流の上流側のスラブのスピンが反
転される。なお、スピンを反転するスラブ厚は、撮像対
象部位のスラブ厚より厚くする。このような選択的反転
をタグ(tag)と呼ぶ。
【0024】スピンの選択的反転は、他のモードでは、
スライス勾配磁場Gsを変更することにより、破線で示
すように、撮像対象部位の下流の、距離z3からz4ま
でのスラブについて行う。このような選択的反転をコン
トロール(control)と呼ぶ。タグとコントロー
ルは交互に行うようになっている。
【0025】パーフュージョン画像は、後述するよう
に、タグ状態で撮像した画像(タグ画像)とコントロー
ル状態で撮像した画像(コントロール画像)との差の画
像として求める。上記のようなタグとコントロールの組
み合わせを利用してパーフュージョン画像を撮像する技
法は、EPISTAR(echo planar im
aging with signal targett
ing using alternating RF)
と呼ばれる。
【0026】なお、パーフュージョン画像を撮像する技
法は、EPISTARに限るものではなく、例えば、P
ICORE(proximal inversion
with a control for off re
sonance effects)やFAIR(flo
w alternated inversion re
covery)、および、その他の適宜の技法を用いて
良い。
【0027】PICOREでは、図4に示すように、E
PISTARと同様なタグを行い、コントロールは、反
転パルスの周波数をスピンの磁気共鳴周波数からずらし
た、いわゆるオフレゾナンス(off resonan
ce)のRF励起によって行う。オフレゾナンスのた
め、コントロール状態では励起範囲の全域でスピンの反
転が生じない。FAIRでは、図5に示すように、タグ
で選択のRF励起により撮像範囲のスピンを反転し、コ
ントロールで非選択の反転を行う。
【0028】上記の技法においては、撮像領域の上流側
では、タグとコントロールによって、スピンの反転と非
反転(EPISTAR,PICORE)または非反転と
反転(FAIR)がそれぞれ行われ、撮像領域について
は、ともにスピンの非反転(EPISTAR,PICO
RE)またはともにスピンの反転(FAIR)が行われ
る。
【0029】以下、EPISTARの例で説明するが、
PICORE、FAIRおよびその他の技法もこれに準
じる。最初にタグ画像を撮像するものとすると、撮像部
位の上流側でのスピンの反転が行われる。スピンの反転
後、図2の(2)に示すように振幅を変化させたスライ
ス勾配磁場Gsで、スピンのディフェーズ(depha
se)を行う。
【0030】スピンの反転から時間TI後に、EPI
(echo planar imaging)により、
スライスaについてのスキャンを行う。時間TIは、例
えば600〜2000msの範囲で適宜に設定される。
【0031】EPIでは、図2の(1)および(2)に
示すように、90度パルスおよびスライス勾配磁場Gs
によって、例えばスライスaについてのRF励起を行
う。スピン励起後、スライス勾配磁場Gsによるスピン
のリフェーズ(rephase)が行われる。
【0032】スライスaには、時間TIの間に、上流側
でスピンが反転された血液が流入する。流入する血液中
のスピンは反転からの縦緩和の途中にあり、巨視的な縦
磁化の強度は、位置が固定している周囲の組織とは異な
っている。このようなスピンが、周囲の組織のスピンと
ともに90度パルスによってRF励起され、スピンの向
きが90度倒される。
【0033】次に、所定時間TE後に、(1)および
(2)に示すように、180度パルスおよびスライス勾
配磁場Gsでスライスaを選択励起し、スピンの向きを
180度回転させる。
【0034】それに続いて、(3)に示すような読み出
し勾配磁場Grにより、最初にスピンをディフェーズ
し、次いで周期的に磁場の向きを反転させることによ
り、(1)に示すように、複数(例えば256)の磁気
共鳴信号すなわちスピンエコー(spin echo)
を順次に発生させる。このとき、それに同期して、
(4)に示すような位相エンコード勾配磁場Gpによ
り、最初に大きな位相エンコードをスピンに付与し、次
いでブリップパルス(blip pulse)により少
量ずつ位相エンコードを変化させることにより、順次に
得られる複数のスピンエコーにそれぞれ異なる位相エン
コードを付与する。
【0035】図2には、スピンエコーを利用するEPI
の例を示したが、それに限るものではなく、グラディエ
ントエコー(gradient echo)を利用する
EPIや、SE(spin echo)法、GRE(g
radient echo)法、Spiral法等いか
なるイメージング法でも良いのはもちろんである。以
下、スピンエコーを利用するEPIの例で説明する。
【0036】スピンエコーは、ヘッドコイル部6によっ
て受信される。受信信号は、受信部14およびアナログ
・ディジタル変換部16を経てコンピュータ18に入力
される。コンピュータ18は、入力信号を測定データと
してメモリに記憶する。これによって、スライスaに関
する1画面分のスピンエコーデータがメモリに収集され
る。スピンエコーデータを収集したメモリ空間は、2次
元フーリエ空間を構成する。
【0037】引き続き、EPIにより、上記と同様にし
てスライスb,c,d,eに関するスピンエコーデータ
の収集を順次に行う。これにより、図6に概念的に示す
ように、反転パルスによる撮像領域の上流側のスピンの
反転(タグ)後、スライスa〜eに関する1画面分のス
ピンエコーデータが順次に収集される。各スライスのス
ピンエコーデータは、メモリのそれぞれ別な領域に記憶
される。
【0038】次に、コントロール状態でスライスa〜e
に関する撮像を行う。この撮像にも、図2に示したパル
スシーケンスに準じたパルスシーケンスを用いるが、反
転パルスによるスピンの反転を、図3に示したように、
撮像領域の下流側で行う点のみが相違する。これによ
り、図6に概念的に示すように、反転パルスによる撮像
領域の下流側のスピンの反転(コントロール)後、スラ
イスa〜eに関する1画面分のスピンエコーデータの収
集が順次に行われる。各スライスのスピンエコーデータ
は、メモリのそれぞれ別な領域に、上記のタグ状態で収
集したデータとは区別して記憶される。
【0039】メモリに収集したエコーデータを用い、各
スライスごとにタグ画像およびコントロール画像をそれ
ぞれ再構成する。画像再構成は2次元逆フーリエ変換に
よって行われる。タグ画像およびコントロール画像は、
スライスが同一なもの同士で差分を求める。
【0040】タグ画像には、上流側でスピンが反転され
縦緩和の途中にある状態で流入した血液の像が含まれ
る。コントロール画像には、スピンが反転されずに流入
した血液の像が含まれる。すなわち、タグ画像とコント
ロール画像では上流から流入する血液のスピンの巨視的
な磁化状態が互いに相違する。これに対して、血液以外
の組織等については、位置が固定であることによりタグ
とコントロールで磁化状態の差がないので、同一の像が
含まれる。したがって、両画像の差をとることにより、
同一の像は消え去り、磁化状態が互いに相違する血液の
像、すなわち、上流側でスピンが反転されて流入した血
液の像が得られる。これはパーフュージョン画像にほか
ならない。
【0041】このように磁化状態の差を利用するパーフ
ュージョン画像では、画像信号強度が微弱なので、各ス
ライスごとに複数回(例えば100回)の撮像を行い、
得られた複数のパーフュージョン画像を全加算し、画像
信号強度を高めるとともにS/N(signal−to
−noise ratio)を良くするようにしてい
る。
【0042】本装置では、各スライスについてそれぞれ
複数回の撮像を行うに当たり、EPIの順番を逐次変更
するようにしている。その一例を図7に概念的に示す。
同図に示すように、1回目の撮像では、タグ(T)から
TI後に、スライスa,b,c,d,eの順で、それぞ
れEPIによるデータ収集を行い、次いで、コントロー
ル(C)からTI後に、同じくスライスa,b,c,
d,eの順でそれぞれEPIによるデータ収集を行う。
【0043】2回目の撮像では、タグ(T)からTI後
に、スライスb,c,d,e,aの順でそれぞれEPI
によるデータ収集を行い、次いで、コントロール(C)
からTI後に、同じくスライスb,c,d,e,aの順
でそれぞれEPIによるデータ収集を行う。
【0044】図示しない3回目の撮像では、タグ(T)
からTI後に、スライスc,d,e,a,bの順でそれ
ぞれEPIによるデータ収集を行い、次いで、コントロ
ール(C)からTI後に、同じくスライスc,d,e,
a,bの順でそれぞれEPIによるデータ収集を行う。
【0045】以下、同様に、EPIを行う順番を逐次変
更しながら、各スライスについてのスキャンを行う。こ
れによって、例えば図8に示すように、スライスaにつ
いては、1回目の撮影では1番目にスキャンし、2回目
の撮影では5番目にスキャンし、3回目の撮影では4番
目にスキャンし、4回目の撮影では3番目にスキャン
し、5回目の撮影では2番目にデータ収集を行う。6回
目以降は、以上の動作を繰り返す。スライスb,c,
d,eについては、それぞれ順番2,3,4,5から始
めて、上記に準じてスキャンする。
【0046】そして、スライスaに関するパーフュージ
ョン画像は、以上のようにして複数回撮像したタグ画像
とコントロール画像の差分画像を全加算する。スライス
b,c,d,eについても同様にする。なお、データ収
集の順番の変更は、上記のように規則的に行う必要はな
く、不規則に行うようにしても良い。ただし、全スライ
スに対する順番の平等性を維持することが条件となる。
【0047】このようにした場合、図9に示すように、
タグまたはコントロールをかけてからスキャンをするま
での時間が、その順番によって、t1〜t5のように相
違するが、各スライスにつき、スキャンの順番を毎回変
更するので、どのスライスについても、スピンの反転か
ら時間t1後の磁気共鳴信号に基づくパーフュージョン
画像、乃至、時間t5後の磁気共鳴信号に基づくパーフ
ュージョン画像が平等に得られる。
【0048】このため、そのような画像をスライスごと
に全加算すれば、どのスライスのパーフュージョン画像
も画像信号強度が均一となる。すなわち、全てのスライ
スについて、明るさの均一なパーフュージョン画像を得
ることができる。
【0049】以上は、水平磁場を利用する磁気共鳴撮像
装置の例であるが、磁気共鳴撮像装置は、静磁場の方向
が被検体の体軸に垂直な、いわゆる垂直磁場を利用する
磁気共鳴撮像装置であっても良いのはいうまでもない。
【0050】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、明るさの均一なマルチスライスのパーフュージョ
ン画像を得る磁気共鳴撮像方法および装置を実現するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図
である。
【図2】本発明の実施の形態の一例の装置が撮像で使用
するパルスシーケンスの一例のタイムチャートである。
【図3】本発明の実施の形態の一例の装置によるタグお
よびコントロールのプロファイルの一例を示す図であ
る。
【図4】本発明の実施の形態の一例の装置によるタグお
よびコントロールのプロファイルの一例を示す図であ
る。
【図5】本発明の実施の形態の一例の装置によるタグお
よびコントロールのプロファイルの一例を示す図であ
る。
【図6】本発明の実施の形態の一例の装置によるマルチ
スライススキャンの一例のタイムチャートである。
【図7】本発明の実施の形態の一例の装置による複数回
の撮像の一例のタイムチャートである。
【図8】本発明の実施の形態の一例の装置による複数回
の撮像におけるマルチスライススキャンの順番の一例を
示す図である。
【図9】本発明の実施の形態の一例の装置によるマルチ
スライススキャン実行のタイムチャートである。
【符号の説明】
2 静磁場発生部 4 勾配コイル部 6 ヘッドコイル部 8 被検体 10 勾配駆動部 12 送信部 14 受信部 16 アナログ・ディジタル変換部 18 コンピュータ 20 制御部 22 表示部 24 操作部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 動脈血のスピンをラベリングしてマルチ
    スライスのパーフュージョン画像を撮像する磁気共鳴撮
    像方法であって、 複数のスライスについてスキャンの順番を変更しながら
    複数回撮像を繰り返し、 前記撮像した複数の画像を同一スライスごとに加算す
    る、ことを特徴とする磁気共鳴撮像方法。
  2. 【請求項2】 動脈血のスピンをラベリングしてマルチ
    スライスのパーフュージョン画像を撮像する磁気共鳴撮
    像装置であって、 複数のスライスについてスキャンの順番を変更しながら
    複数回撮像を繰り返す撮像手段と、 前記撮像した複数の画像を同一スライスごとに加算する
    加算手段と、を具備することを特徴とする磁気共鳴撮像
    装置。
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