JP2000279390A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

磁気共鳴イメージング装置

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JP2000279390A
JP2000279390A JP11090128A JP9012899A JP2000279390A JP 2000279390 A JP2000279390 A JP 2000279390A JP 11090128 A JP11090128 A JP 11090128A JP 9012899 A JP9012899 A JP 9012899A JP 2000279390 A JP2000279390 A JP 2000279390A
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magnetic field
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Chikako Iizuka
千賀子 飯塚
Tetsuhiko Takahashi
哲彦 高橋
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Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
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Hitachi Medical Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】拡散強調画像を用いた計算処理の画質の劣化を
低減する。 【解決手段】拡散傾斜磁場の強度、印加時間等で決まる
b値を変えて複数の拡散画像データを得、これら複数の
拡散画像データから見かけの拡散係数等を求める拡散画
像処理において、複数の拡散画像データをそれぞれ基準
となる画像のパラメータと比較し画質の劣化を判定す
る。基準となる画像は、拡散傾斜磁場をかけていない画
像とする。判定の結果、画質の劣化が許容値以内である
画像データのみを用いて拡散画像処理計算を行う。高画
質な画像から拡散計算処理を行うことが可能となり、計
算処理後の画像の画質が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、被検体中の水素や
燐等からの核磁気共鳴(以下、「NMR」という)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核磁
気共鳴撮影(MRI)装置に関し、特に拡散画像を作成する
機能を備えたMRI装置に関する。
【0002】
【従来の技術】MRI装置を用いた撮像手法の一つに拡散
イメージングがある。拡散イメージングは、磁場の不均
一を起こす強力な傾斜磁場(以下、拡散傾斜磁場とい
う)を用いることにより、分子レベルでの原子核スピン
の動き(拡散)による信号低下を強調して画像化する。
拡散傾斜磁場パルスの強度G、印加時間σおよび一対の
拡散傾斜磁場の間隔Δから計算される値(=G2σ2γ2(
Δ-σ3)はb値(b value、b factor)と呼ばれ、この
b値が大きいほど、移動スピンの位相の変化が大きくな
り、拡散が強調される。この結果、得られる画像を拡散
強調画像という。また、異なるb値の拡散強調画像を複
数回撮影し、b値の変化と信号強度の変化から組織の見
かけの拡散係数ADC(Apparent Diffusion Coefficien
t)を求めることができ、またADCにより拡散のしやすさ
を示す拡散係数画像を算出できる。
【0003】上記拡散強調イメージングでは、被検体の
わずかな動きにより画像が乱れることが知られている。
これを回避するために、被検体の動きが無視できるシン
グルショットEPIで撮影することが試みられている。し
かし、シングルショットEPIの空間分解能は必ずしも高
くはない。空間分解能を向上するにはマルチショットシ
ーケンスでの拡散強調イメージングが必須である。マル
チショットシーケンスでは、体動による取得信号の位相
乱れを補正するナビゲーションエコー法が公知である
(「正常及び虚血ヒト脳のナビゲートされた拡散イメー
ジング」Alex J. de Crespignyら、マグネチックレ
ゾナンスインメディスン33、p720-728(1995)、米国特
許4937526号、米国特許5254948号など)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし拡散イメージン
グでは、ナビゲーションエコー法を用いても、体動によ
る取得信号の乱れを完全には除去できない場合がある。
これは拡散イメージングでは移動するスピンの位相をデ
ィフェイズする強い拡散傾斜磁場を印加するため、この
拡散傾斜磁場印加の間(100ms以下)に体動によるスピン
の移動があると本来的には停止しているスピンの位相が
回転し、擬似的にオフセット位相エンコードが付与され
るためと考えられる。また、強い拡散傾斜磁場を印加す
るために、傾斜磁場パルスが不安定な時にも上記と同様
の現象が生じる。さらに、撮影部位によって血流による
アーチファクトも生じる。このため、良好な画像を得ら
れるときと得られないときがあり、画質にばらつきが生
じる問題があり、これら複数の画像を利用して算出する
拡散係数などにも影響が生じる。そこで本発明は、画質
のばらつきがなく良好な拡散画像を得ることができるMR
I装置を提供することを目的とする。また精度よく拡散
係数を算出することができるMRI装置を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のMRI装置は、被検体の組織を構成する原子
核スピンを励起する高周波パルスを印加する手段と、前
記原子核スピンのうち移動するスピンの位相をディフェ
イズする拡散傾斜磁場を印加する手段と、前記被検体か
ら発生する複数のエコー信号を計測する手段と、前記エ
コー信号に基づき前記移動スピンからの信号を抑制した
拡散画像を形成する手段と、前記拡散画像を用いて拡散
係数計算等の拡散画像処理を行なう計算手段とを備え、
前記計算手段は、複数の拡散画像の画質劣化を判定する
手段を備え、前記判定手段において画質劣化が許容値以
内と判定された画像を用いて拡散画像処理を行なうもの
である。ここで拡散画像処理とは拡散係数や非等方性拡
散の算出、拡散係数画像の作成を含む。
【0006】本発明のMRI装置は、判定手段において拡
散係数計算等の拡散画像処理の基礎となる拡散画像の劣
化を判定し、劣化していない画像のみを用いて計算を行
なうので精度よく拡散係数や非等方性拡散等を求めるこ
とができ、また画質のよい拡散係数画像を得ることがで
きる。画質劣化の判定は、好適には拡散傾斜磁場をかけ
ずに取得した画像の背景の画素値を基準として、拡散画
像の背景の画素値を比較することにより行う。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施例
を参照して詳述する。図3は、本発明が適用される典型
的なMRI装置の構成を示す図で、このMRI装置は、被検体
401が置かれる空間に静磁場を発生する磁石402と、この
空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル403と、この
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NMR信号を検出するRFプローブ405とを備えて
いる。また被検体401を測定空間に搬送するためのベッ
ド412が備えられている。
【0008】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。この傾斜磁場の
かけ方によって被検体の断面を選択し、またNMR信号を
位相エンコードすることができる。さらに傾斜磁場コイ
ル403は、拡散イメージングにおいて移動スピンの位相
をディフェイズするための拡散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。RFプローブ405が受信した信号は、信号検出部4
06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る。信号処理部407は、拡
散傾斜磁場を用いた撮影の場合には拡散画像の再構成の
他、複数の拡散画像を用いて拡散係数および拡散係数画
像の算出を行う。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
で制御される。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、拡散画像の撮影においては図2に示
すようなエコープレナー(EPI)法を基本とするパルス
シーケンスを実行する。
【0009】次に上記構成のMRI装置を用いた拡散イメ
ージングの手順、特に信号処理部407における処理手順
を図1を参照して説明する。まず拡散イメージングのた
めのパルスシーケンスを実行し、エコー信号(MR信号)を
計測する(101)。パルスシーケンスは例えば図2に示す
ようなマルチショット拡散EPIが採用される。図示する
パルスシーケンスは4ショットSE EPIシーケンスを基本
としており、90°パルス201と180°パルス202の照射
後、読み出し傾斜磁場Gr203を極性を反転させながら印
加してエコー信号205を発生させるとともに位相エンコ
ード傾斜磁場Gp204を印加し、各エコー信号205に異なる
位相エンコードを付与する。位相エンコード数を256と
した場合、1ショットで計測されるエコー信号205は64
である。また180°パルス202の前後に拡散強調傾斜磁場
パルス206が付加される。図では読み出し傾斜磁場Gr、
位相エンコード傾斜磁場Gp、スライス傾斜磁場Gsの全方
向に拡散強調傾斜磁場パルスが付加してあるが、これら
の内の1方向でも良く、通常は1方向が選ばれる。
【0010】このようなシーケンスを4回繰り返すこと
により、1枚の画像再構成に必要なエコー信号(本計測
データ)が得られる。このシーケンスでは一対の強い拡
散傾斜磁場206を印加することによって、静止している
プロトンでは位相がリフェイズするのに対し、拡散して
いるプロトンでは位相がディフェイズし、それらからの
信号が低下する。このようなエコー信号を用いて画像再
構成を行うことにより移動プロトンからの信号を抑制し
た拡散強調画像が得られる。このようなステップ101をb
値を変えて複数回(例えば5回)実行する。既に述べた
ようにb値は、拡散傾斜磁場パルスの強度、印加時間お
よび2つの拡散傾斜磁場パルスの間隔によって決まるの
で、これらのファクタのいずれか1つ以上を変化させて
撮影することによりb値の異なる複数の拡散強調画像を
得ることができる。
【0011】次に、複数枚のb値の異なる拡散強調画像
それぞれに対して拡散係数算出などに使用できるデータ
か否かの判定を行う(102)。判定ではまず任意の基準
画像を決めておき、基準画像と拡散強調画像とを比較す
る。基準画像としては複数の拡散強調画像の一つを用い
ることも可能であるが、好適には拡散傾斜磁場206をか
けずに撮影した画像、即ちb値が0の画像を用いる。これ
は強い拡散傾斜磁場を印加していないためにアーチファ
クトが拡散強調画像よりも少ないためである。
【0012】画像と画像の比較は背景部分を用いて、そ
の部分の画素値を比較することにより行なう。比較する
背景部分105は流れアーチファクトが生じやすい撮影部
位の位相エンコード方向(Gp)の外側に設定するのが望ま
しい。例えば図4に示すように、被検体の頭部や腹部な
どの撮影部位の外側に存在する背景部分105で行なう。
画素値は、ある面積(例えば20×20ピクセル)を持つ任
意の背景部分の画素値の合計値、平均値或いは標準偏差
をパラメータとして基準画像のパラメータと比較する。
ある面積を待った背景部分を用いて判定することによ
り、1点の画素値のみで判定する場合に比べ、画素値の
ばらつきの影響を受けることなく正確な判定ができる。
【0013】具体的には、拡散強調画像の背景部分の所
定面積の画素値のパラメータP(合計値、平均値、標準
偏差など)が、基準画像のパラメータのN倍(P0×
N)よりも小さければ、その拡散強調画像の画質劣化は
許容値以内と判定し、基準画像のパラメータのN倍(P
0×N)よりも大きければ、許容値を超えていると判定
する。ここで、Nは許容値以内かどうか判定するための
係数である。通常、背景の信号値は0であるのに対し、
拡散強調画像のアーチファクトが存在すると信号値は0
よりも大きくなるので、Nの値としては1以上の値を設
定する。例えば2.0とする。このような判定の後、信号
処理部407は許容値以内であると判定された画像のみを
用いて拡散強調計算処理を行う(103)。画質劣化が許
容値を超える画像データは計算には使用しない。
【0014】拡散強調計算処理では、b値の異なる複数
の画像の画素の信号強度から見かけの拡散係数(ADC)
を算出し、ADC計算画像を作成する。一般に画質劣化が
ない場合、拡散による信号低下は下式に示すように指数
関数的に減衰する。 S=S0・exp(−b・D) 式中、Sは信号値、S0はb値が0の場合の信号値、Dは
拡散係数である。従ってSとb値が与えられればDを計
算によって求めることができる。具体的には異なるb値
の拡散傾斜磁場を印加して得られた複数の拡散画像から
b値と信号値との関係を求め、これを指数フィッティン
グすることにより見かけ拡散係数Dを求める。
【0015】図5は、5つの異なるb値の拡散傾斜磁場
を印加して拡散画像を撮影した場合におけるb値と信号
強度の関係をグラフにしたものである。ここでは、b値
がb2である画像(信号強度112に対応)は、画質の判定
において許容値以上と判定されたものとする。これをそ
のまま指数フィッティングすると、曲線121となる。し
かしここでは、画質の判定において許容値以内と判定さ
れたもののみ、即ち信号強度112を除いた4つの信号強度
(111,113,114,115)を用いて指数フィッティングす
る。その結果、曲線120となる。この曲線120は曲線121
に比べ、4つの信号強度にうまくフィッティングしてい
ることが分かる。これによりADC計算画像もより正確な
ものとなる。
【0016】尚、以上の実施例ではステップ102で許容
値以上と判定された画像データを使用せずに、許容値以
内の画像データのみを用いて拡散強調計算処理(103)
を行う場合を説明したが、判定結果に基づき許容値以上
と判定された画像についてステップ101を再実行し、新
たな画像データを得ることも可能である。その場合、例
えばステップ102とステップ103との間で許容値以内と判
定された画像データ数をカウントするステップを挿入
し、その数が一定値以下の場合にのみ許容値以上のデー
タについてステップ101に戻り、新たにデータ取得(10
1)、画質の判定(102)を行うようにしてもよい。これ
によりデータ数の減少による計算精度の低下を防止する
ことができる。また図1の手順では、拡散強調画像エコ
ー計測と画像再構成から、拡散強調計算処理まで一連の
処理として行う場合を説明したが、拡散強調画像エコー
計測と画像再構成はMRI装置で行ない、データ採否の決
定と拡散強調計算処理をMRI装置にイーサネット(登録
商標)などでつながっているコンピュータに画像を転送
して行なうことも可能である。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば複数の拡散画像のうち画
質の劣化が許容値以内であると判定されたもののみを用
いて拡散計算処理を行うようにしたもので、精度の高い
拡散係数が可能であり、計算処理後の画像の画質が向上
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の拡散イメージングの一実施例を示すブ
ロック図。
【図2】本発明の拡散イメージングで採用するパルスシ
ーケンスの一実施例を示すタイミング図。
【図3】本発明が適用されるMRI装置の構成図。
【図4】画質の判定手法を説明する図。
【図5】拡散係数の算出方法を説明する図。
【符号の説明】
403・・・・・・傾斜磁場印加手段 404・・・・・・高周波パルス印加手段 405・・・・・・エコー信号計測手段 407・・・・・・計算手段 411・・・・・・画像形成手段

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 検体の組織を構成する原子核スピンを励
    起する高周波パルスを印加する手段と、前記原子核スピ
    ンのうち移動するスピンの位相をディフェイズする拡散
    傾斜磁場を印加する手段と、前記被検体から発生する複
    数のエコー信号を計測する手段と、前記エコー信号に基
    づき前記移動スピンからの信号を抑制した拡散画像を形
    成する手段と、前記拡散画像を用いて拡散係数計算等の
    拡散画像処理を行なう計算手段とを備えた磁気共鳴イメ
    ージング装置において、 前記計算手段は、複数の拡散画像の画質劣化を判定する
    手段を備え、前記判定手段において画質劣化が許容値以
    内と判定された画像のみを用いて拡散画像処理を行なう
    ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
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