JP2004313276A - Mr imaging apparatus - Google Patents

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JP2004313276A
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Akihiro Ishikawa
亮宏 石川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To acquire an image which represents suppressed signals from a tissue wherein both of T1 and T2 are long such as CSF, and an image for which such a signal suppression is not applied within a short time. <P>SOLUTION: A 180°pulse 53 of a pulse sequence B for forcible excitation is applied at a point when ESP has passed from the last 180° pulse 52 of a pulse sequence A for signal generation. Then at a point when a lateral magnetization has started focusing after the ESP/2, a positive 90° pulse 54 is applied in an odd-numbered sequence of (a), and a vertical magnetization in the opposite direction from the direction of a static magnetic field is presented. Thus, the softening of a proton with a longer T1 is delayed, and a signal generated in an even-numbered sequence of (b) is suppressed, and a negative 90° pulse 54 is applied in the even-numbered sequence of (b) to present the vertical magnetization in the same direction as the direction of the static magnetic field. Thus, the softening of the proton with the longer T1 is quickened, and a signal which is generated in the odd-numbered sequence of (a) is prevented from being suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、NMR(核磁気共鳴)現象を利用してイメージングを行うMRイメージング装置に関し、とくに高速スピンエコー法とよばれる撮像スキャン法により画像を高速に得るMRイメージング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、MRイメージング装置の撮像スキャン法として高速スピンエコー法(以下、FSE( Fast Spin Echo の略)法と称する)が知られている(下記非特許文献1を参照)。このFSE法では、まず、90°パルス(励起パルス)を印加した後、複数個の180゜パルス(リフォーカスパルス)を加えるとともに、これらのRFパルスの各々と同時にスライス選択用傾斜磁場パルスを加える。そして、読み出し(および周波数エンコード)用傾斜磁場パルスを加えて、複数個のスピンエコーの信号を各々の180゜パルスの後に発生させる。これらの信号の発生直前に位相エンコード用傾斜磁場パルスをそれぞれ加えて所定の一軸方向の位置情報に関して位相エンコードを施す。その各々の位相エンコード用傾斜磁場パルスの印加量を、それらの信号から得たデータがKスペース(生データ空間)上で位相方向の異なる場所に配置されるものとなるような位相エンコード量に対応させる。なお、これら3つの傾斜磁場は、磁場強度の傾斜方向が任意の直交3軸の各方向となっている。
【0003】
【非特許文献1】
” RARE Imaging : A Fast Imaging Method for Clinical MR ”,Magnetic Resonance in Medicine, 3,pp823−833, 1986
【0004】
このFSE法によると、1TR(パルスシーケンスの1繰り返し時間)でKスペース上の異なる多数のラインに配置すべきデータを得ることができるため、TR数を少なくできて高速撮像が可能となる。ここでは、所望のコントラストを有するエコーがKスペースの中央付近(低周波領域)に配置され、他のエコーは、その中央付近に配置されたエコーと時間的に接近したものが順次Kスペースにおいて隣接して配置されるような、位相エンコード量が各エコーに与えられる。
【0005】
また、下記の特許文献1および非特許文献2に示されたGRASE(GRadient And Spin Echo)法ではつぎのようなパルスシーケンスを採用する。90゜パルス(励起パルス)を印加した後、複数個の180゜パルス(リフォーカスパルス)を加えるとともに、これらのRFパルスの各々と同時にスライス選択用の傾斜磁場Gsのパルスを加え、そのRFパルスの間隔内で読み出し(および周波数エンコード)用の傾斜磁場Grのパルスを加えるとともに、このGrパルスを各々の180゜パルスの後で複数回スイッチングさせて、スピンエコーの信号に加えて、その前後にグラジェントエコーの信号を発生させ、そして、これらの信号の発生直前に位相エンコード用の傾斜磁場Gpのパルスをそれぞれ加えて、その各々のGpパルスの印加量を、それらの信号から得たデータがKスペース(生データ空間)上で位相方向に順に配置されるものとなるような位相エンコード量に対応させる、というものである。
【0006】
【特許文献1】
米国特許第5270654号
【0007】
【非特許文献2】
K.Oshio and D. A. Feinberg ”GRASE (Gradient−and Spin−Echo) Imaging: A Novel Fast MRI Technique” Magnetic Resonance in Medicine 20, 344−349, 1991
【0008】
このようなFSE法やGRASE法では、TRとエコーのKスペースへの配置関係とを制御することで任意のコントラストの画像を得ることができ、たとえばプロトン密度強調画像やT2強調画像などを得ることができる。
【0009】
また、これらの方法以外に、パルスシーケンスの前にIR(Inversion Recovery)パルスを加えることによって特定の組織の信号を減衰させた画像を得ることも知られている。その例としてはたとえばFLAIR(FLuid Attenuated IR)法をあげることができる。これは、IRパルスと90°パルス(励起パルス)との時間間隔を調整し、IRパルスの後、特定組織の縦磁化が0付近にまで回復してきた時点で励起パルスを加えることによってその組織の信号を抑制しようというものである。さらに Driven Inversion パルスをプリパレーションパルスとして用い、選択的に特定組織の信号を減衰させる方法もつぎの非特許文献3で提案されている。
【0010】
【非特許文献3】
”Cooperative T1 and T2 effects on contrast using a new driven inversion spin echo (DISE) MRI pulse sequence” Magnetic Resonance In Medicine 15, 397−417, 1990
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のFSE法やGRASE法によると、特定組織たとえば脳脊髄液(以下CSF)を含む画像に問題が生じる。FSE法やGRASE法では複数エコーを一つのKスペース上に配置する関係から、リフォーカスを繰り返してTRのなかで遅く発生したエコーも収集することとなり、T1、T2ともに長いCSFからの信号が他の組織からの信号に比較して相対的に高くなる。そのため、これらの方法でプロトン強調密度画像を収集する場合、通常のSE法と比べてCSFが高信号となって、脳実質とCSFの境界が不明確になってしまう。
【0012】
この点、FLAIR法によれば、CSFからの信号を抑制することができ、皮質近傍や脳室近傍の脳実質病巣を観察することができる。そのため、従来では、診断にあたり、FSE法やGRASE法による画像とFLAIR法による画像の両方を撮像して、これらの画像を併用している。しかし、FLAIR法や Driven Inversion パルスを用いる方法では、十分な回復時間が必要なため撮像時間が大幅に延長したり、CSF以外の実質部分のS/Nが低下する問題があるし、プロトン密度強調画像を得ることは原理上不可能である。
【0013】
この発明は、上記に鑑み、FSE法やGRASE法を用いて高速にプロトン密度強調画像やT2強調画像を得る場合に、CSFなどのT1、T2とも長い任意組織からの信号を抑えた画像とその信号抑制のない画像との2種類の画像を、FLAIR法などを用いる場合に比較して短時間に得ることができるように改善したMRイメージング装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項1記載の発明によるMRイメージング装置においては、
被検体が置かれる空間内に静磁場を発生する静磁場発生手段と、
第1軸、第2軸および第3軸を任意の直交3軸の各軸としたとき、上記空間内に第1軸方向のスライス選択用傾斜磁場パルス、第2軸方向の位相エンコード用傾斜磁場パルスおよび第3軸方向の読み出し用傾斜磁場パルスを印加する傾斜磁場パルス印加手段と、
上記空間内に励起RFパルスおよびリフォーカスRFパルスを印加するRF送信手段と、
エコー信号を受信し、位相検波した後サンプリングしてA/D変換してデータを得る受信手段と、
上記RF送信手段、傾斜磁場パルス印加手段および受信手段を制御し、1個の励起RFパルスを印加した後複数個のリフォーカスRFパルスを順次印加して信号を発生させる信号発生用パルス系列を行い、それぞれの信号からのデータをKスペース上の各ラインに配置すべく各信号についての位相エンコード量を定め、かつ上記パルス系列の後にリフォーカスRFパルスを印加し、その後極性が繰り返し時間ごとに正・負に反転する励起パルスを印加する強制励起用パルス列を付加した、パルスシーケンスを繰り返し行なう制御手段と、
上記強制励起用パルス列の最後に加える励起パルスの極性が正となっている繰り返し時間で収集したデータと負となっている繰り返し時間で収集したデータとを各々配列した2つのKスペースのそれぞれより各画像を再構成する画像再構成手段と
を備えることが特徴となっている。
【0015】
1個の励起RFパルスを印加した後複数個のリフォーカスRFパルスを順次印加して信号を発生させる信号発生用パルス系列(たとえばFSE法やGRASE法などによる)を行い、それぞれの信号からのデータをKスペース上の各ラインに配置すべく各信号についての位相エンコード量を定める。これにより、通常のFSE法やGRASE法などによるパルスシーケンスと同様に、1繰り返し期間内で位相エンコード量の異なる複数のデータを得ることができる。すなわち、励起パルスによってプロトンの磁気モーメントを倒して横磁化とし、位相がばらばらになってくるところリフォーカスパルスによって再び位相を揃えてスピンエコー信号を発生させ、その後位相がばらばらになってくるときリフォーカスパルスを加えて位相を揃えて信号発生させることを複数回繰り返す。このようにリフォーカスを繰り返すためT2の長いプロトンからの信号が相対的に大きくなる。さらにその後、強制励起用パルス列を付加して1TRを構成する。この強制励起用パルス列は、リフォーカスパルスを印加しその後励起パルスを印加するというものとなっており、その最後の励起パルスの極性を、TRごとに正・負に反転させる。
【0016】
この強制励起用パルス列におけるリフォーカスパルスは、それ以前にばらばらになってきた位相を揃えさせる。そして、位相が再び揃ってきたときに励起パルスが与えられる。この最後の励起パルスの極性が正の場合には、この正の励起パルスによって横磁化がさらに倒されて最初の縦磁化とは反対方向の縦磁化となる。そのため、T1が長くてこの時点で未だ回復していないプロトンは、反対方向の縦磁化から回復するので、つぎのTRの開始までには飽和状態に戻っていず、つぎのTRでの信号強度が小さくなる。これに対して短いT1のプロトンは、強制励起用パルス列の励起パルス印加時には十分に回復していて励起パルスによって励起されるが、つぎのTRの開始までには回復してしまうため、信号抑圧はない。その結果、この正の励起パルスを与えたTRのつぎのTRでは、T1およびT2とも長い組織からの信号が減衰させられるので、このTR(直前のTRで励起パルスが正となっているTR)で収集したデータを配列したKスペースより2次元フーリエ変換法によって画像を再構成すると、CSFなどのT1およびT2とも長い組織の信号を抑制した画像を得ることができる。
【0017】
これに対し、最後の励起パルスの極性が負の場合には、この負の励起パルスによって横磁化は反対方向に倒され、つまり最初の縦磁化と同じ方向の縦磁化となる。そのため、T1が長くてこの時点で未だ回復していないプロトンも飽和状態に強制的に回復させられる。この時点で横磁化として残っているスピンは最初の励起パルス(信号発生用パルス系列の)からの時間に依存するが、この時間が長い(信号発生用パルス系列での発生信号数が多い)ときは、長いT2値を持つ物質のスピンが支配的になる。そのため、CSFなどのT1およびT2とも長い組織の磁化は最初の縦磁化に戻される。この状態でつぎのTRが開始するので、つぎのTRではこれらの組織からの信号の強度は大きくなる。したがって、直前のTRの強制励起用パルス列の励起パルスの極性が負となっている場合の、それに続くTRで収集したデータを配列したKスペースより2次元フーリエ変換法によって画像を再構成すると、CSFなどのT1およびT2とも長い組織の信号が抑制されずに強い強度となっている画像を得ることができる。
【0018】
そのため、このような2種類の画像をFLAIR法や Driven Inversion パルスを用いる場合よりも短時間で得ることができ、これらの2種類の画像の併用によって的確な診断を下すことができる。
【0019】
請求項2のように、上記パルスシーケンスの信号発生用パルス系列においてリフォーカスパルスが奇数個である場合に、ダミーの奇数個のリフォーカスパルスを加えた後上記の強制励起用パルス列を加えると、トータルのリフォーカスパルスの個数が奇数個となるので、強制励起用パルス列の正・負の励起パルスで、完全な反対方向および順方向の縦磁化を実現できる。信号発生用パルス系列の励起パルスで、90°ではなくたとえば80°倒されたとすると、1回のリフォーカスパルスで100°となり、つぎのリフォーカスパルスで80°にもどる。このようにリフォーカスパルスのトータルの回数が偶数であれば最初に倒されたフリップ角α°が維持されるが、奇数であれば{90+(90−α)}°=(180−α)°となるため、強制励起用パルス列の最後の正の励起パルスでさらにα°倒されることにより180°反対方向の縦磁化となる。
【0020】
請求項3のように、上記パルスシーケンスの強制励起用パルス列において、第1軸方向の傾斜磁場パルスと第3軸方向の傾斜磁場パルスとをリフェーズ用パルスとして加えれば、強制励起用パルス列の励起パルスを印加する時点での第1軸方向および第3軸方向で分散した位相をより揃えることができる。
【0021】
請求項4のように、1TR内において上記パルスシーケンスを複数回、時間をずらして順次行い、励起RFパルスおよびリフォーカスパルスの周波数を各回のパルスシーケンスごとに異ならせて、各回のパルスシーケンスで異なるスライスについての信号を得られるため、1TRで複数の異なるスライスの撮像が可能となる。
【0022】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この発明にかかるMRイメージング装置は、図1で示すように構成されている。図1において主マグネット11は強力な静磁場を発生するもので、この静磁場空間内に図示しない被検体が配置される。また、傾斜磁場コイル12は、X,Y,Zの直交3軸方向に磁場強度が傾斜する3つの傾斜磁場Gx、Gy、Gzを、上記静磁場に重畳するようにして発生するよう3組設けられている。被検体には送信用のRFコイル13と、NMR信号の受信用RFコイル14とが取り付けられる。
【0023】
ホストコンピュータ21はシステム全体の制御を行い、シーケンサ22はこのホストコンピュータ21の制御の下で、被検体の所望の断面での画像を再構成するためのデータを収集するシーケンス(後に図2を参照しながら説明する)を行うのに必要な種々の命令を送信系、受信系および傾斜磁場発生系に送る。傾斜磁場発生については、波形発生器15からGx、Gy、Gzに関する所定のパルス波形を所定のタイミングで発生させて、傾斜磁場電源16に送らせ、傾斜磁場コイル12からその波形・タイミングのGx、Gy、Gzを発生させる。図2のパルスシーケンスで示すスライス選択用傾斜磁場Gs、読み出し用(周波数エンコード用)傾斜磁場Gr、位相エンコード用傾斜磁場Gpは、任意の直交3軸のそれぞれ一つの方向に磁場強度が傾斜している傾斜磁場であって、Gx、Gy、Gzのいずれか1つをそれぞれ用たり、あるいはいくつかずつを組み合わせて任意方向のものとして作られる。
【0024】
また、波形発生器15は、シーケンサ22の制御の下でRFパルスの波形を所定のタイミングで発生して振幅変調器24に送る。この振幅変調器24には、RF信号発生器23からのRF信号がキャリアとして送られてきており、このキャリアが波形発生器15からの波形信号に応じて振幅変調される。このRF信号発生器23は、被検体の共鳴周波数に相当する周波数のRF信号を発生するようにホストコンピュータ21によってセットされている。振幅変調器24の出力はRFパワーアンプ25を経てRFコイル13に送られる。こうして、RFコイル13から送信されるRF信号の波形とタイミングとがシーケンサ22によって定められることにより、図2に示す90°パルスや180°パルスが被検体に照射されることになる。
【0025】
被検体から発生したNMR信号は受信用のRFコイル14で受信され、プリアンプ26を経て位相検波器27に送られる。位相検波器27には、送信RFパルスのキャリアとなっているRF信号が、RF信号発生器23から送られてきており、この信号が参照信号として用いられて位相検波が行われる。A/D変換器28は、シーケンサ22によってタイミングや周波数などが制御されたサンプリングパルス発生器29からのサンプリングパルスに応じて、位相検波器27からの検波信号をサンプリングし、デジタルデータに変換する。このデジタルデータはホストコンピュータ21に取り込まれ、画像再構成装置33によってフーリエ変換処理される。これによって再構成された画像はディスプレイ装置32によって表示される。指示器31は、オペレータ等がホストコンピュータ21に必要な指示を与えるためのキーボードやマウスなどである。
【0026】
このようなMRイメージング装置において、ホストコンピュータ21およびシーケンサ22の制御の下に図2(a)、(b)に示すようなパルスシーケンスが行なわれる。図2において、1TR内には、信号発生用パルス系列Aと、その後の強制励起用パルス列Bとが含まれる。信号発生用パルス系列AはFSE法によるものである。図2(a)のパルスシーケンスと図2(b)のパルスシーケンスとが、たとえば前者が奇数回、後者が偶数回というように、交互に繰り返される。
【0027】
まず図2(a)について説明すると、1個の正極性の90゜パルス(励起RFパルス)51を印加した後、複数個(ここでは2個)の180゜パルス(リフォーカスRFパルス)52、52を加えるとともに、これらのRFパルス51、52、52の各々と同時にスライス選択用の傾斜磁場Gsのパルス61、63、63を加える。反対極性のGsパルス62はGsパルス61によって乱された位相を揃えるためのリフェーズパルスである。Gsパルス63は180°パルス52の前後にかかるため、その前後で互いに位相への影響を打ち消し合う。読み出し用(および周波数エンコード用)の傾斜磁場Grのパルス81を90°パルス51の後で加え、さらに180°パルス52の後でGrパルス82を与えて、180°パルス52、52の各々の後でスピンエコーの信号を発生させる。位相エンコード用傾斜磁場Gpパルス71を各々の信号発生前に加えるとともに、信号発生後にその影響を打ち消すよう反対極性で同じ積分値のリフェーズ用のGpパルス72を加える。
【0028】
90°パルス51からエコーがフォーカスするまでの時間をESP(Echo SPace)とすると、90°パルス51からESP/2の時点で180°パルス52を加え、この180°パルス52からESPの時間間隔でつぎの180°パルス52を加えるというように何回か繰り返す(ここでは2回繰り返している)。
【0029】
信号発生用パルス系列Aの最後の180°パルス52よりESPが経過した時点で、強制励起用パルス列Bの180°パルス53を、Gsパルス64と同時に加える。さらにそのESP/2後の時点で正極性の90°パルス54をGsパルス66とともに加える。その直前のGsパルス65は、Gsパルス66によってスライス方向(スライス厚さ方向)での位相が分散するので、その位相分散をキャンセルして位相を揃えるために、あらかじめ与えるリフェーズ用のパルスである。Grパルス83も同様にリフェーズパルスであって、エコーフォーカス時点より後で加わるGrパルス82(Grパルス82の後半部)による位相の乱れを回復させるものである。最後にGsパルス67、Gpパルス73、Grパルス84が印加され、残留磁化のスポイリングがなされる。
【0030】
図2(b)のパルスシーケンスでは、上記とまったく同じ信号発生用パルス系列Aを行い、強制励起用パルス列Bもほとんど同じであるが、その最後に加える90°パルス54の極性が負になっている点のみが異なる。
【0031】
Gpパルス71については、図2(a)、(b)とも、1TR内の各信号ごとに異なるものとするとともに、繰り返しごとに少しずつ矢印に示すように変化させていく。これにより、図2(a)、(b)のそれぞれのパルスシーケンスで得たデータで2つのKスペースの各々がすべて埋まるようにする。
【0032】
ここで、プロトンのスピンの磁気モーメントの振る舞いを図3を参照しながら説明すると、90°パルス51の前では緩和しているため、図3(a)の太線矢印で示すように静磁場の方向Zに向いた縦磁化となっている。90°パルス51、54、180°パルス52、53などのRFパルスはCPMG条件ないしCP条件によるものであり、X方向から照射される正極性の90°パルス51によって、Z方向の縦磁化がX軸の回りに90°回転して図3(b)に示すようにY方向に向いた横磁化となる。つぎに時間が経過して横磁化の位相が図3(c)に示すようにばらばらになってきた時点(ESP/2の経過時点)で、180°パルス52をY方向から照射すると、図3(d)に示すように横磁化がY軸回りに180°回転するので、分散方向に向かっていた横磁化が再び揃う方向に集束し始め、さらにESP/2の経過時点で図3(e)に示すようにY軸に集束する(フォーカスする)。位相が集束するこの時点で大きな信号が発生する。さらに時間が経過すれば再び図3(c)に示すように位相が分散するので、図3(d)に示すようにY方向からの180°パルス52によってY方向の回りに180°回転させ、図3(e)に示すようにY軸に集束させる。ここでは図3(c)〜(e)を2回繰り返す。
【0033】
信号発生用パルス系列Aの最後の180°パルス52から時間が経過すると図3(f)に示すように横磁化が分散してくるので、ESP/2の経過時点でY方向からの180°パルス53を加え、図3(g)のように横磁化をY軸回りに回転させ、さらに時間ESP/2が経過した時点で図3(h)のようにY軸にフォーカスさせる。このとき、図2(a)のパルスシーケンスでは再び正の90°パルス54がX軸方向から印加され、図2(b)のパルスシーケンスでは負の90°パルス54が印加される(X軸方向の反対方向から印加される)。そのため、90°パルス54がX軸のプラス方向から印加されることにより、コヒレントな横磁化がX軸回りにさらに90°回転し、図3(i)のようにZ方向とは反対の方向(−Z方向)の縦磁化となる。これに対し、90°パルス54がX軸のマイナス方向から印加されると、コヒレントな横磁化がX軸回りに戻される方向に90°回転し、図3(j)のようにZ方向の縦磁化となる。
【0034】
図3(i)のように負の縦磁化となるスピンは、この時点で横磁化が減衰していないスピンであり、ETL(Echo Train Length)に依存する。ETLとは最初の90°パルス51から最後の180°パルス53までの時間であり、ETLが長いときは、長いT2値を持つ物質のスピンが−Zの縦磁化において支配的となる。人体では長いT2値を持つ物質としてCSFをあげることができるが、CSFはT1値も長い。そのため、このCSFなどのT1、T2ともに長い物質のスピンは、負に励起され次のTRの開始時点までに十分に回復できないので、次のTRの開始時点で与えられる90°パルス51によって励起される磁化の大きさが抑制されることになる。これに対してT1、T2とも短い物質の磁化は90°パルス54の印加時点では回復してしまっているので、90°パルス54の印加によって再度励起されて90°倒されY軸方向に向くことになるが、T1、T2とも短いため、次のTRが始まるまでには回復しており、つぎのTRの先頭の90°パルス51によって励起される磁化の大きさが低減することはなくつぎのTRでは信号抑制はない。T2が長くT1が短い物資のスピンも同様であり、つぎのTRが始まるまでには回復し、信号が抑制されることはない。したがって、ETLを長くすることによってT1、T2ともに長い物質からの信号のみを、つぎのTR(偶数回のTR)において選択的に、他の組織からの信号に比較して、減少させることができる。
【0035】
他方、奇数回のTRでは、その直前のTR(偶数回のTR)の強制励起用パルス列Bの最後に加える負の90°パルス54によってCSFなどのT1、T2ともに長い物質のスピンは強制的にZ方向の縦磁化に戻されているので、この奇数回のTRの先頭の90°パルス51によりこれらCSFなどの組織のスピンも十分に励起され、この奇数回のTRにおいて発生するこれら組織からの信号が抑圧されることはない。
【0036】
したがって、図2(a)のパルスシーケンス(奇数回のTR)で収集したデータで埋められたKスペースを2次元フーリエ変換することによって、CSFなどのT1、T2とも長い組織が抑圧された画像を得ることができるとともに、図2(b)のパルスシーケンス(偶数回のTR)で収集したデータで埋められたKスペースを2次元フーリエ変換することによって、CSFなどのT1、T2とも長い組織も抑圧されることのない画像を得ることができる。
【0037】
図4(a)、(b)は、信号発生用パルス系列Aの180°パルス52の個数が奇数のときに、ダミーのパルス列Cを、強制励起用パルス列Bの前に加える例を示す。この場合も、図2(a)、(b)と同様に、強制励起用パルス列Bの90°パルス54の極性を図4(a)のパルスシーケンスでは正、図4(b)のパルスシーケンスでは負とする。そして、たとえば図4(a)のパルスシーケンスが奇数回、図4(b)のパルスシーケンスが偶数回というように、これらのパルスシーケンスを交互に繰り返すことも同様である。
【0038】
この図4(a)、(b)におけるダミーパルス列Cは、Y方向から照射する1個の180°パルス(リフォーカスパルス)55と、これと同時に印加するスライス選択用傾斜磁場Gsパルス68と、読み出し軸のリフェーズ用の傾斜磁場Grパルス85とからなる。180°パルス55は、信号発生用パルス系列Aの最後の180°パルス52からESPの間隔で与える。このダミーのパルス列CではGrパルス印加時での信号サンプリングは行なわない。
【0039】
かりにダミーのパルス列Cがないとすると、信号発生用パルス系列Aの180°パルス52の個数が奇数のときは、強制励起用パルス列Bの180°パルス53の個数1を加えて、偶数個の180°パルスが90°パルス54の前に印加されることになる。このとき、90°パルス51、54の波形に誤差があるなどの理由により、90°パルス51、54によって倒す角度が正確に90°とならない場合に、図4(a)のパルスシーケンスでは最後の90°パルス54で−Zの縦磁化を実現できない。たとえば、90°パルス51、54によって実際は85°しか倒れなかったとすると、最初の90°パルス51で85°倒れるので、1番目の180°パルス52で95°となり、2番目の180°パルス52で85°、3番目の180°パルス52で95°となる。このように、180°パルス52、53の総個数が偶数であれば、85°となっていて、最後に加える90°パルス54によってさらに85°倒すことができるだけなので、170°にしかならず、−Zとはならない。これに対して、180°パルス52、53の総個数が奇数であれば、95°から85°倒すことができるので、−Zを実現できる。
【0040】
したがって、信号発生用パルス系列Aの180°パルス52の個数が奇数のときに、奇数個(少なくとも1個)の180°パルス55(およびGsパルス68、Grパルス85)を印加することとすれば、強制励起用パルス列Bの1個の180°パルス53を加えて、総個数を奇数にすることができて、−Z磁化を確実化できる。なお、奇数個(3個以上)の180°パルス55(およびGsパルス68、Grパルス85)を印加する場合は、ESP間隔で印加することとし、最後の180°パルス55からESP後に強制励起用パルス列Bの180°パルス53を印加する。
【0041】
このようにダミーパルス列Cを加えることによって、図4(a)のパルスシーケンスを行う奇数回のTRにおいて−Z磁化を確実に実現でき、このことは、90°パルス51、54の誤差を許容できるだけでなく、たとえばフリップ角を60°にするなど任意のフリップ角を選んで縦磁化の緩和状態を変化させることが可能であることをも意味する。また、ダミーパルス列Cを加えることによって、ETLの長さも任意に長くできる。
【0042】
ただし、図4(b)のパルスシーケンスではこれとは異なる。この場合先の例のように90°パルス51、54によって倒す角度が85°であるとすると、180°パルス52、53、55の総個数が奇数とされるので、その最後の180°パルス55によって95°となっているため、それから−85°倒しても0°(+Z)にはならない。かりに180°パルス52、53、55の総個数が偶数であれば、最後の180°パルス55によって85°となっているため、それから−85°倒して0°(+Z)が実現できる。しかし、この図4(b)では正確に+Z方向の磁化を作り出す必要はない。つまり、CSFなどを完全ではなくてもある程度の飽和状態に強制復帰させるだけでも、これらからの信号抑制は行われないという点で、十分であるからである。
【0043】
このような図2、図4のパルスシーケンスでマルチスライスの撮像を行なうこともできる。図5のように、3つのスライスSL1、SL2、SL3の撮像を行なう場合、図6の(a)に示すように図2(a)または図4(a)のパルスシーケンスを奇数回の1TR内で3回繰り返した後、図2(b)または図4(b)のパルスシーケンスを偶数回の1TR内で3回繰り返す。1TR内のパルスシーケンスを順にPS1、PS2、PS3とし、PS1でスライスSL1のデータを収集し、PS2でスライスSL2のデータを収集し、PS3でスライスSL3のデータを収集するものとした場合、PS1ではRFパルス(90°パルス51、54、180°パルス52、53など)のキャリアの周波数をスライス方向(スライス厚さ方向)でのSL1の位置に応じたものとし、PS2ではRFパルスのキャリアの周波数をSL2の位置に応じたものとし、PS3ではRFパルスのキャリアの周波数をSL3の位置に応じたものとする。すると、これらRFパルスのキャリアの周波数と傾斜磁場Gsとの関係からPS1ではSL1のみが選択的に励起され、PS2ではSL2のみが、PS3ではSL3のみがそれぞれ選択的に励起されるので、これらスライスSL1、SL2、SL3の各々では図6(b)に示すようにTRに1回だけ励起され、他のスライスへ影響を与えない。
【0044】
なお、上記のパルスシーケンス(図2、図4)では、信号発生用パルス系列AとしてSFE法によるものを用いているが、GRASE法によるものを用いることができることはもちろんである。また、ETLは上記のパルスシーケンス(図2、図4)に制限されないこともいうまでもない。その他、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々に変更可能である。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のMRイメージング装置によれば、リフォーカスパルスと励起パルスとを含む強制励起用パルス列を信号発生用パルス系列の後に付加し、その強制励起用パルス列の励起パルスの極性を交互に反転させることにより、正極性の励起パルスが与えられた直後のTRにおいてT1およびT2の長い組織からの信号を抑制することができ、T1およびT2の長いCSFなどの組織の信号を抑えたプロトン密度強調画像やT2強調画像を得ることができるとともに、負極性の励起パルスが与えられた直後のTRにおいてそのような信号抑制のないプロトン密度強調画像やT2強調画像を得ることができる。このように2種類の画像を、短い撮像時間で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態にかかるMRイメージング装置を示すブロック図。
【図2】同実施形態において行うパルスシーケンスを示すタイムチャート。
【図3】同実施形態における磁化の振る舞いの各々を示す概念図。
【図4】他の実施形態において行うパルスシーケンスを示すタイムチャート。
【図5】マルチスライス時の各スライスの位置関係を示す模式図。
【図6】マルチスライス時のシーケンスを示すタイムチャート。
【符号の説明】
11 静磁場発生用主マグネット
12 傾斜磁場コイル
13 送信用RFコイル
14 受信用RFコイル
15 波形発生器
16 傾斜磁場電源
21 ホストコンピュータ
22 シーケンサ
23 RF信号発生器
24 振幅変調器
25 RFパワーアンプ
26 プリアンプ
27 位相検波器
28 A/D変換器
29 サンプリングパルス発生器
31 指示器
32 ディスプレイ装置
33 画像再構成装置
A 信号発生用パルス系列
B 強制励起用パルス列
C ダミーパルス列
51、54 90°パルス
52、53、55 180°パルス
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an MR imaging apparatus that performs imaging using an NMR (nuclear magnetic resonance) phenomenon, and more particularly to an MR imaging apparatus that obtains an image at a high speed by an imaging scan method called a fast spin echo method.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a high-speed spin echo method (hereinafter, referred to as FSE (Fast Spin Echo) method) has been known as an imaging scan method of an MR imaging apparatus (see Non-Patent Document 1 below). In the FSE method, first, after applying a 90 ° pulse (excitation pulse), a plurality of 180 ° pulses (refocus pulse) are applied, and a slice selection gradient magnetic field pulse is applied simultaneously with each of these RF pulses. . Then, a readout (and frequency encoding) gradient magnetic field pulse is applied to generate a plurality of spin echo signals after each 180 ° pulse. Immediately before the generation of these signals, a phase encoding gradient magnetic field pulse is added, and phase encoding is performed with respect to predetermined uniaxial position information. The amount of application of each phase encoding gradient magnetic field pulse corresponds to the amount of phase encoding such that data obtained from these signals is arranged at different places in the phase direction on the K space (raw data space). Let it. In these three gradient magnetic fields, the gradient directions of the magnetic field strength are in any three orthogonal axes.
[0003]
[Non-patent document 1]
"RARE Imaging: A Fast Imaging Method for Clinical MR", Magnetic Resonance in Medicine, 3, pp 823-833, 1986.
[0004]
According to this FSE method, data to be arranged on many different lines in the K space can be obtained in one TR (one repetition time of a pulse sequence), so that the number of TRs can be reduced and high-speed imaging can be performed. Here, an echo having a desired contrast is arranged near the center (low-frequency region) of the K space, and other echoes that are temporally close to the echo arranged near the center are sequentially adjacent to the K space. The amount of phase encoding, which is arranged in such a manner, is given to each echo.
[0005]
In the GRASE (GRadian And Spin Echo) method disclosed in Patent Document 1 and Non-patent Document 2, the following pulse sequence is employed. After applying a 90 ° pulse (excitation pulse), a plurality of 180 ° pulses (refocusing pulse) are applied, and simultaneously with each of these RF pulses, a pulse of a gradient magnetic field Gs for slice selection is applied. A pulse of the readout (and frequency encoding) gradient magnetic field Gr is applied within the interval of, and this Gr pulse is switched a plurality of times after each 180 ° pulse, and added to the signal of the spin echo before and after the pulse. Gradient echo signals are generated, and pulses of the gradient magnetic field Gp for phase encoding are respectively added immediately before the generation of these signals, and the application amount of each Gp pulse is determined by data obtained from those signals. Corresponds to the amount of phase encoding that is arranged sequentially in the phase direction on the K space (raw data space) Is that.
[0006]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 5,270,654
[0007]
[Non-patent document 2]
K. Oshio and D.S. A. Feinberg “GRASE (Gradient and Spin-Echo) Imaging: A Novel Fast MRI Technology” Magnetic Resonance in Medicine 20, 344-349, 1991
[0008]
In such an FSE method or a GRASE method, an image having an arbitrary contrast can be obtained by controlling the relationship between the TR and the arrangement of the echoes in the K space. For example, a proton-density-weighted image or a T2-weighted image can be obtained. Can be.
[0009]
In addition to these methods, it is also known to obtain an image in which a signal of a specific tissue is attenuated by adding an IR (Inversion Recovery) pulse before a pulse sequence. An example thereof is the FLAIR (FLuid Attenuated IR) method. This is because the time interval between the IR pulse and the 90 ° pulse (excitation pulse) is adjusted, and the excitation pulse is applied when the longitudinal magnetization of the specific tissue has recovered to near zero after the IR pulse. The idea is to suppress the signal. Further, a method of selectively attenuating a signal of a specific tissue using a Driven Inversion pulse as a preparation pulse has been proposed in Non-Patent Document 3 below.
[0010]
[Non-Patent Document 3]
"Cooperative T1 and T2 effects on contrast using a new drive inversion spin echo (DISE) MRI pulse sequence", Magnetic Resonance, Canada, Canada
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the conventional FSE method or GRASE method, a problem occurs in an image containing a specific tissue, for example, cerebrospinal fluid (hereinafter, CSF). In the FSE method and the GRASE method, since a plurality of echoes are arranged in one K space, refocusing is repeated and echoes that occur later in the TR are also collected. Relatively higher than the signal from the tissue. Therefore, when a proton-enhanced density image is collected by these methods, the CSF has a higher signal than in the normal SE method, and the boundary between the brain parenchyma and the CSF becomes unclear.
[0012]
In this regard, according to the FLAIR method, a signal from the CSF can be suppressed, and a focal lesion of the brain near the cortex or the ventricle can be observed. Therefore, conventionally, in diagnosis, both images obtained by the FSE method or the GRASE method and images obtained by the FLAIR method are taken, and these images are used in combination. However, in the FLAIR method and the method using the driven inversion pulse, a sufficient recovery time is required, so that the imaging time is greatly extended, and the S / N of a substantial portion other than the CSF is reduced. Obtaining an image is impossible in principle.
[0013]
In view of the above, the present invention provides an image in which a signal from an arbitrary tissue such as CSF, which has a long T1 and T2, is suppressed when a proton density weighted image or a T2 weighted image is obtained at high speed using the FSE method or the GRASE method. It is an object of the present invention to provide an MR imaging apparatus improved so that two types of images including an image without signal suppression can be obtained in a shorter time as compared with a case where the FLAIR method or the like is used.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the MR imaging apparatus according to the first aspect of the present invention,
Static magnetic field generating means for generating a static magnetic field in the space where the subject is placed,
When the first axis, the second axis, and the third axis are three arbitrary orthogonal axes, a slice selection gradient magnetic field pulse in the first axis direction and a phase encoding gradient magnetic field in the second axis direction are provided in the space. Gradient magnetic field pulse applying means for applying a pulse and a readout gradient magnetic field pulse in the third axis direction;
RF transmitting means for applying an excitation RF pulse and a refocus RF pulse in the space,
Receiving means for receiving the echo signal, performing phase detection, sampling and A / D converting the data to obtain data;
The RF transmission means, the gradient magnetic field pulse applying means, and the receiving means are controlled to perform a signal generation pulse sequence for generating a signal by applying one excitation RF pulse and then sequentially applying a plurality of refocus RF pulses. , The amount of phase encoding for each signal is determined so that data from each signal is arranged on each line in the K space, and a refocus RF pulse is applied after the pulse sequence, and then the polarity is positive for each repetition time. Control means for repeating a pulse sequence, to which a pulse train for forced excitation for applying an excitation pulse inverted to negative is added;
Each of the two K spaces in which data collected at the repetition time when the polarity of the excitation pulse added at the end of the pulse train for forced excitation is positive and data collected at the repetition time when the polarity is negative is arranged from each of the two K spaces. Image reconstruction means for reconstructing an image;
It is characterized by having.
[0015]
After one excitation RF pulse is applied, a plurality of refocusing RF pulses are sequentially applied to generate a signal to generate a signal pulse sequence (for example, by the FSE method or the GRASE method), and data from each signal is generated. Is arranged in each line on the K space, and the amount of phase encoding for each signal is determined. This makes it possible to obtain a plurality of pieces of data having different phase encoding amounts within one repetition period, similarly to a pulse sequence based on a normal FSE method, a GRASE method, or the like. That is, the magnetic moment of the protons is defeated by the excitation pulse to produce transverse magnetization, and when the phases are separated, the phase is realigned by the refocusing pulse to generate a spin echo signal. The generation of signals with the same phase by adding the focus pulse is repeated a plurality of times. Since refocusing is repeated in this manner, a signal from a proton having a long T2 becomes relatively large. Thereafter, a pulse train for forced excitation is added to form 1TR. This pulse train for forced excitation applies a refocus pulse and then applies an excitation pulse, and inverts the polarity of the last excitation pulse between positive and negative for each TR.
[0016]
The refocusing pulse in the pulse train for forced excitation aligns phases that have been separated before then. Then, when the phases are aligned again, an excitation pulse is given. When the polarity of the last excitation pulse is positive, the transverse magnetization is further defeated by the positive excitation pulse, and the longitudinal magnetization is in a direction opposite to the first longitudinal magnetization. For this reason, protons having a long T1 and not yet recovered at this point recover from the longitudinal magnetization in the opposite direction, and therefore do not return to the saturated state by the start of the next TR, and the signal intensity at the next TR becomes lower. Become smaller. On the other hand, the short T1 proton is sufficiently recovered when the excitation pulse of the pulse train for forced excitation is applied and is excited by the excitation pulse, but is recovered by the start of the next TR. Absent. As a result, in the next TR after the TR to which the positive excitation pulse is given, the signal from the tissue that is long in both T1 and T2 is attenuated, so that this TR (TR in which the excitation pulse is positive in the immediately preceding TR) When the image is reconstructed by the two-dimensional Fourier transform method from the K space in which the data collected in the above is arranged, it is possible to obtain an image in which a signal of a tissue such as CSF which is long at both T1 and T2 is suppressed.
[0017]
On the other hand, when the polarity of the last excitation pulse is negative, the transverse magnetization is inverted in the opposite direction by this negative excitation pulse, that is, the longitudinal magnetization is in the same direction as the first longitudinal magnetization. Therefore, protons that have a long T1 and have not yet been recovered at this time are forcibly recovered to a saturated state. At this point, the spin remaining as the transverse magnetization depends on the time from the first excitation pulse (of the pulse sequence for signal generation), but when this time is long (the number of generated signals in the pulse sequence for signal generation is large) In, the spin of a substance having a long T2 value becomes dominant. Therefore, the magnetization of the tissue such as CSF that is long at both T1 and T2 is returned to the initial longitudinal magnetization. In this state, the next TR starts, and in the next TR, the intensity of signals from these tissues increases. Therefore, when the polarity of the excitation pulse of the pulse train for forced excitation of the immediately preceding TR is negative, the image is reconstructed by the two-dimensional Fourier transform method from the K space where the data collected by the subsequent TR is arranged, and the CSF Thus, it is possible to obtain an image having a strong intensity without suppressing a signal of a long tissue in both T1 and T2.
[0018]
Therefore, such two types of images can be obtained in a shorter time than in the case where the FLAIR method or the Driven Inversion pulse is used, and an accurate diagnosis can be made by using these two types of images together.
[0019]
As in claim 2, when the number of refocusing pulses in the pulse sequence for signal generation of the pulse sequence is an odd number, when the pulse train for forced excitation is added after adding an odd number of refocusing pulses for dummy, Since the total number of refocusing pulses is an odd number, complete reverse and forward longitudinal magnetization can be realized with positive and negative excitation pulses in the pulse train for forced excitation. If the excitation pulse of the signal generation pulse sequence is tilted by, for example, 80 ° instead of 90 °, one refocusing pulse becomes 100 ° and returns to 80 ° by the next refocusing pulse. In this way, if the total number of refocusing pulses is even, the flip angle α ° that was first defeated is maintained, but if it is odd, {90+ (90−α)} ° = (180−α) °. Therefore, when the last positive excitation pulse in the pulse train for forced excitation is further tilted by α °, longitudinal magnetization in the opposite direction by 180 ° is obtained.
[0020]
If the gradient magnetic field pulse in the first axis direction and the gradient magnetic field pulse in the third axis direction are added as rephasing pulses in the pulse sequence for forced excitation of the pulse sequence as in claim 3, the excitation pulse of the pulse sequence for forced excitation is added. , The phases dispersed in the first axis direction and the third axis direction at the time of applying are more uniform.
[0021]
As described in claim 4, the pulse sequence is sequentially performed a plurality of times at different times within one TR, and the frequencies of the excitation RF pulse and the refocus pulse are made different for each pulse sequence, so that the pulse sequence is different for each pulse sequence. Since a signal for a slice can be obtained, a plurality of different slices can be imaged in one TR.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The MR imaging apparatus according to the present invention is configured as shown in FIG. In FIG. 1, a main magnet 11 generates a strong static magnetic field, and a subject (not shown) is arranged in the static magnetic field space. Further, the gradient magnetic field coils 12 are provided in three sets so as to generate three gradient magnetic fields Gx, Gy, Gz whose magnetic field strengths incline in three orthogonal axes of X, Y, Z so as to be superimposed on the static magnetic field. Have been. An RF coil 13 for transmission and an RF coil 14 for receiving NMR signals are attached to the subject.
[0023]
The host computer 21 controls the entire system, and the sequencer 22 under the control of the host computer 21 collects data for reconstructing an image of a desired cross section of the subject (see FIG. 2 later). Are transmitted to the transmission system, the reception system, and the gradient magnetic field generation system. As for the gradient magnetic field generation, a predetermined pulse waveform relating to Gx, Gy, Gz is generated at a predetermined timing from the waveform generator 15 and sent to the gradient magnetic field power supply 16, and the gradient magnetic field coil 12 generates Gx, Gy and Gz are generated. The gradient magnetic field Gs for slice selection, the gradient magnetic field Gr for reading (for frequency encoding), and the gradient magnetic field Gp for phase encoding shown in the pulse sequence of FIG. 2 have their magnetic field inclines in one direction of each of three arbitrary orthogonal axes. This is a gradient magnetic field that can be made in any direction by using any one of Gx, Gy, and Gz, or by combining some of them.
[0024]
Further, the waveform generator 15 generates an RF pulse waveform at a predetermined timing under the control of the sequencer 22 and sends the RF pulse waveform to the amplitude modulator 24. The RF signal from the RF signal generator 23 is sent to the amplitude modulator 24 as a carrier, and the carrier is amplitude-modulated according to the waveform signal from the waveform generator 15. The RF signal generator 23 is set by the host computer 21 so as to generate an RF signal having a frequency corresponding to the resonance frequency of the subject. The output of the amplitude modulator 24 is sent to the RF coil 13 via the RF power amplifier 25. In this manner, the waveform and timing of the RF signal transmitted from the RF coil 13 are determined by the sequencer 22, so that the subject is irradiated with the 90 ° pulse and the 180 ° pulse shown in FIG.
[0025]
The NMR signal generated from the subject is received by the receiving RF coil 14 and sent to the phase detector 27 via the preamplifier 26. An RF signal, which is a carrier of a transmission RF pulse, is sent from the RF signal generator 23 to the phase detector 27, and the signal is used as a reference signal to perform phase detection. The A / D converter 28 samples the detection signal from the phase detector 27 and converts it into digital data according to the sampling pulse from the sampling pulse generator 29 whose timing, frequency, and the like are controlled by the sequencer 22. This digital data is taken into the host computer 21 and subjected to Fourier transform processing by the image reconstruction device 33. The image thus reconstructed is displayed on the display device 32. The indicator 31 is a keyboard, a mouse, and the like for an operator or the like to give necessary instructions to the host computer 21.
[0026]
In such an MR imaging apparatus, a pulse sequence as shown in FIGS. 2A and 2B is performed under the control of the host computer 21 and the sequencer 22. In FIG. 2, 1TR includes a pulse sequence A for signal generation and a subsequent pulse train B for forced excitation. The pulse sequence A for signal generation is based on the FSE method. The pulse sequence of FIG. 2A and the pulse sequence of FIG. 2B are alternately repeated, for example, the former is an odd number of times, and the latter is an even number of times.
[0027]
First, referring to FIG. 2A, after one positive 90 ° pulse (excitation RF pulse) 51 is applied, a plurality (two in this case) of 180 ° pulses (refocus RF pulse) 52, At the same time as adding the RF pulses 51, 52, 52, pulses 61, 63, 63 of the gradient magnetic field Gs for slice selection are applied simultaneously. The Gs pulse 62 of the opposite polarity is a rephase pulse for aligning the phase disturbed by the Gs pulse 61. Since the Gs pulse 63 is applied before and after the 180 ° pulse 52, the influence on the phase is canceled out before and after the 180 ° pulse 52. A pulse 81 of a gradient magnetic field Gr for reading (and for frequency encoding) is applied after the 90 ° pulse 51, and a Gr pulse 82 is given after the 180 ° pulse 52, and after each of the 180 ° pulses 52, 52. Generates a spin echo signal. A phase encoding gradient magnetic field Gp pulse 71 is applied before each signal is generated, and after a signal is generated, a rephasing Gp pulse 72 having the same integral value and opposite polarity is added so as to cancel the effect.
[0028]
Assuming that the time from the 90 ° pulse 51 to the focus of the echo is ESP (Echo Space), a 180 ° pulse 52 is added at the point of ESP / 2 from the 90 ° pulse 51, and the time interval between the 180 ° pulse 52 and ESP is It repeats several times, such as applying the next 180 ° pulse 52 (here, it repeats twice).
[0029]
When ESP has elapsed from the last 180 ° pulse 52 of the signal generation pulse sequence A, the 180 ° pulse 53 of the forced excitation pulse train B is applied simultaneously with the Gs pulse 64. Further, a positive 90 ° pulse 54 is applied together with the Gs pulse 66 at the time point after the ESP / 2. The Gs pulse 65 immediately before that is a re-phase pulse given in advance in order to cancel the phase dispersion and align the phases because the phase in the slice direction (slice thickness direction) is dispersed by the Gs pulse 66. The Gr pulse 83 is also a rephase pulse, and is used to recover the disorder of the phase due to the Gr pulse 82 (the latter half of the Gr pulse 82) applied after the echo focus time. Finally, the Gs pulse 67, the Gp pulse 73, and the Gr pulse 84 are applied, and the residual magnetization is spoiled.
[0030]
In the pulse sequence of FIG. 2B, the same pulse sequence A for signal generation as described above is performed, and the pulse train B for forced excitation is almost the same. However, the polarity of the 90 ° pulse 54 added at the end becomes negative. Only the differences.
[0031]
The Gp pulse 71 is different for each signal in 1TR in both FIGS. 2 (a) and 2 (b), and is changed little by little with each repetition as shown by an arrow. Thus, each of the two K spaces is completely filled with the data obtained by the respective pulse sequences of FIGS. 2A and 2B.
[0032]
Here, the behavior of the magnetic moment of the proton spin will be described with reference to FIG. 3. Since the relaxation is reduced before the 90 ° pulse 51, the direction of the static magnetic field is indicated by the thick arrow in FIG. The longitudinal magnetization is oriented to Z. RF pulses such as 90 ° pulses 51, 54, 180 ° pulses 52, 53 are based on CPMG conditions or CP conditions, and the positive 90 ° pulse 51 irradiated from the X direction changes the longitudinal magnetization in the Z direction to X. Rotation by 90 ° about the axis results in transverse magnetization oriented in the Y direction as shown in FIG. Next, at the time when the time has elapsed and the phase of the transverse magnetization has been separated as shown in FIG. 3C (at the time of ESP / 2), the 180 ° pulse 52 is irradiated from the Y direction. As shown in (d), the transverse magnetization is rotated by 180 ° around the Y axis, so that the transverse magnetization that has been heading in the dispersion direction starts to converge in a direction in which it is aligned again. As shown in (2), the light is focused (focused) on the Y axis. At this point where the phases converge, a large signal is generated. If the time further elapses, the phase is dispersed again as shown in FIG. 3 (c), and as shown in FIG. 3 (d), the phase is rotated 180 ° around the Y direction by the 180 ° pulse 52 from the Y direction. Focusing is performed on the Y axis as shown in FIG. Here, FIGS. 3C to 3E are repeated twice.
[0033]
When the time elapses from the last 180 ° pulse 52 of the pulse sequence A for signal generation, the transverse magnetization is dispersed as shown in FIG. 3 (f), so the 180 ° pulse from the Y direction at the time of ESP / 2 53, the transverse magnetization is rotated around the Y axis as shown in FIG. 3 (g), and when the time ESP / 2 has elapsed, the Y axis is focused as shown in FIG. 3 (h). At this time, in the pulse sequence of FIG. 2A, a positive 90 ° pulse 54 is applied again from the X-axis direction, and in the pulse sequence of FIG. 2B, a negative 90 ° pulse 54 is applied (X-axis direction). From the opposite direction). Therefore, when the 90 ° pulse 54 is applied from the plus direction of the X-axis, the coherent transverse magnetization is further rotated by 90 ° around the X-axis, and as shown in FIG. -Z direction). On the other hand, when the 90 ° pulse 54 is applied from the minus direction of the X axis, the coherent transverse magnetization rotates 90 ° in a direction to return around the X axis, and as shown in FIG. It becomes magnetization.
[0034]
Spins having negative longitudinal magnetization as shown in FIG. 3 (i) are spins whose transverse magnetization has not attenuated at this time, and depend on ETL (Echo Train Length). The ETL is the time from the first 90 ° pulse 51 to the last 180 ° pulse 53. When the ETL is long, the spin of a substance having a long T2 value becomes dominant in the longitudinal magnetization of −Z. In the human body, CSF can be cited as a substance having a long T2 value, but CSF also has a long T1 value. For this reason, the spin of a substance long in both T1 and T2 such as CSF is negatively excited and cannot be sufficiently recovered by the start time of the next TR, so that it is excited by the 90 ° pulse 51 given at the start time of the next TR. Thus, the magnitude of the magnetization is suppressed. On the other hand, since the magnetization of the substance having a shorter T1 and T2 has been recovered at the time of application of the 90 ° pulse 54, the material is excited again by the application of the 90 ° pulse 54, is tilted 90 °, and faces the Y-axis direction. However, since both T1 and T2 are short, they are recovered before the next TR starts, and the magnitude of the magnetization excited by the 90 ° pulse 51 at the head of the next TR does not decrease and the next TR does not occur. There is no signal suppression in TR. The same applies to a spin of a material having a long T2 and a short T1, and recovers before the next TR starts, and the signal is not suppressed. Therefore, by increasing the ETL, it is possible to selectively reduce only a signal from a substance having a long T1 and T2 in the next TR (even number of TRs) as compared with a signal from another tissue. .
[0035]
On the other hand, in the odd number of TRs, the negative 90 ° pulse 54 added to the end of the pulse train B for the immediately preceding TR (the even number of TRs) forcibly excites the spin of a substance long in both T1 and T2 such as CSF. Since the magnetization is returned to the longitudinal magnetization in the Z direction, the spin of the tissue such as CSF is sufficiently excited by the first 90 ° pulse 51 of the odd number of TRs, and the spin from the tissue generated in the odd number of TRs is generated. The signal is not suppressed.
[0036]
Therefore, by performing a two-dimensional Fourier transform on the K space filled with the data collected by the pulse sequence (odd number of TRs) of FIG. 2A, an image in which the tissue such as CSF is long, both T1 and T2, is suppressed. In addition, by performing a two-dimensional Fourier transform on the K space filled with the data collected by the pulse sequence (even number of TRs) in FIG. 2B, even a tissue having a long T1 and T2 such as CSF can be suppressed. An image that is not performed can be obtained.
[0037]
4A and 4B show an example in which a dummy pulse train C is added before the forced excitation pulse train B when the number of 180 ° pulses 52 of the signal generation pulse sequence A is odd. Also in this case, as in FIGS. 2A and 2B, the polarity of the 90 ° pulse 54 of the forced excitation pulse train B is positive in the pulse sequence of FIG. 4A and is positive in the pulse sequence of FIG. Negative. The pulse sequence shown in FIG. 4A is odd-numbered, and the pulse sequence shown in FIG. 4B is even-numbered.
[0038]
The dummy pulse train C in FIGS. 4A and 4B includes one 180 ° pulse (refocus pulse) 55 irradiated from the Y direction, a slice selection gradient magnetic field Gs pulse 68 applied at the same time, And a gradient magnetic field Gr pulse 85 for rephasing the readout axis. The 180 ° pulse 55 is given at an ESP interval from the last 180 ° pulse 52 of the signal generation pulse sequence A. In the dummy pulse train C, signal sampling is not performed when a Gr pulse is applied.
[0039]
Assuming that there is no dummy pulse train C, if the number of 180 ° pulses 52 of the signal generation pulse sequence A is an odd number, the number of 180 ° pulses 53 of the forced excitation pulse train B is added, and an even number of 180 ° pulses 53 is added. The ° pulse will be applied before the 90 ° pulse 54. At this time, if the tilt angle of the 90 ° pulses 51 and 54 does not accurately become 90 ° due to an error in the waveforms of the 90 ° pulses 51 and 54, the last pulse sequence in FIG. The 90 ° pulse 54 cannot realize the longitudinal magnetization of −Z. For example, if the 90 ° pulses 51 and 54 actually cause only a 85 ° fall, the first 90 ° pulse 51 falls by 85 °, so that the first 180 ° pulse 52 becomes 95 ° and the second 180 ° pulse 52 gives 85 °, the third 180 ° pulse 52 becomes 95 °. Thus, if the total number of the 180 ° pulses 52 and 53 is even, the angle is 85 °, and it can be further defeated by 85 ° by the 90 ° pulse 54 added at the end. Does not. On the other hand, if the total number of the 180 ° pulses 52 and 53 is an odd number, the angle can be lowered from 95 ° to 85 °, so that −Z can be realized.
[0040]
Therefore, when the number of 180 ° pulses 52 of the signal generation pulse sequence A is odd, an odd number (at least one) of 180 ° pulses 55 (and the Gs pulse 68 and the Gr pulse 85) are applied. By adding one 180 ° pulse 53 of the pulse train B for forced excitation, the total number can be made odd, and -Z magnetization can be ensured. When an odd number (three or more) of the 180 ° pulses 55 (and the Gs pulse 68 and the Gr pulse 85) are applied, the pulses are applied at ESP intervals. A 180 ° pulse 53 of pulse train B is applied.
[0041]
By adding the dummy pulse train C in this manner, -Z magnetization can be reliably realized in an odd number of TRs in which the pulse sequence shown in FIG. 4A is performed. However, it also means that it is possible to change the relaxed state of longitudinal magnetization by selecting an arbitrary flip angle, for example, setting the flip angle to 60 °. Further, by adding the dummy pulse train C, the length of the ETL can be arbitrarily increased.
[0042]
However, the pulse sequence shown in FIG. In this case, assuming that the angle to be tilted by the 90 ° pulses 51 and 54 is 85 ° as in the previous example, the total number of the 180 ° pulses 52, 53 and 55 is an odd number. Therefore, even if it is tilted by -85 °, it does not become 0 ° (+ Z). If the total number of the 180 ° pulses 52, 53, and 55 is even, the last 180 ° pulse 55 is 85 °, so that it can be tilted by −85 ° to 0 ° (+ Z). However, in FIG. 4B, it is not necessary to accurately generate the magnetization in the + Z direction. In other words, even if the CSF or the like is not perfect, even if it is forcibly returned to a certain saturated state, it is sufficient in that the signal from these is not suppressed.
[0043]
Multi-slice imaging can also be performed with such a pulse sequence as shown in FIGS. When imaging three slices SL1, SL2, and SL3 as shown in FIG. 5, as shown in FIG. 6A, the pulse sequence of FIG. 2A or FIG. After that, the pulse sequence shown in FIG. 2B or FIG. 4B is repeated three times in even number 1TR. If the pulse sequence in 1TR is assumed to be PS1, PS2, and PS3 in order, the data of slice SL1 is collected by PS1, the data of slice SL2 is collected by PS2, and the data of slice SL3 is collected by PS3. The frequency of the carrier of the RF pulse (90 ° pulse 51, 54, 180 ° pulse 52, 53, etc.) depends on the position of SL1 in the slice direction (slice thickness direction), and the frequency of the carrier of the RF pulse in PS2. According to the position of SL2, and the frequency of the carrier of the RF pulse in PS3 corresponds to the position of SL3. Then, from the relationship between the frequency of the carrier of the RF pulse and the gradient magnetic field Gs, only SL1 is selectively excited in PS1, only SL2 is selectively excited in PS2, and only SL3 is selectively excited in PS3. In each of SL1, SL2, and SL3, TR is excited only once as shown in FIG. 6B, and does not affect other slices.
[0044]
In the above-described pulse sequence (FIGS. 2 and 4), the pulse sequence A for signal generation is based on the SFE method, but it is needless to say that the pulse sequence A based on the GRASE method can be used. Further, it goes without saying that the ETL is not limited to the pulse sequence (FIGS. 2 and 4). In addition, various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the MR imaging apparatus of the present invention, the pulse train for forced excitation including the refocusing pulse and the excitation pulse is added after the pulse sequence for signal generation, and the polarity of the excitation pulse of the pulse train for forced excitation is added. Alternately inverts the signal from the tissue with long T1 and T2 in the TR immediately after the excitation pulse of the positive polarity is given, and suppresses the signal of the tissue such as CSF with long T1 and T2. A proton density-weighted image or a T2-weighted image can be obtained, and a proton density-weighted image or a T2-weighted image without such signal suppression can be obtained in TR immediately after a negative-polarity excitation pulse is applied. Thus, two types of images can be obtained in a short imaging time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an MR imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a time chart showing a pulse sequence performed in the embodiment.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing each of the behaviors of magnetization in the embodiment.
FIG. 4 is a time chart showing a pulse sequence performed in another embodiment.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a positional relationship between slices during multi-slice.
FIG. 6 is a time chart showing a sequence at the time of multi-slice.
[Explanation of symbols]
11 Main magnet for generating static magnetic field
12 gradient coil
13 RF coil for transmission
14 RF coil for reception
15 Waveform generator
16 Power supply for gradient magnetic field
21 Host computer
22 PLC
23 RF signal generator
24 Amplitude modulator
25 RF power amplifier
26 Preamplifier
27 Phase detector
28 A / D converter
29 Sampling pulse generator
31 Indicator
32 Display device
33 Image Reconstruction Device
A pulse sequence for signal generation
B Pulse train for forced excitation
C Dummy pulse train
51, 54 90 ° pulse
52, 53, 55 180 ° pulse

Claims (4)

被検体が置かれる空間内に静磁場を発生する静磁場発生手段と、
第1軸、第2軸および第3軸を任意の直交3軸の各軸としたとき、上記空間内に第1軸方向のスライス選択用傾斜磁場パルス、第2軸方向の位相エンコード用傾斜磁場パルスおよび第3軸方向の読み出し用傾斜磁場パルスを印加する傾斜磁場パルス印加手段と、
上記空間内に励起RFパルスおよびリフォーカスRFパルスを印加するRF送信手段と、
エコー信号を受信し、位相検波した後サンプリングしてA/D変換してデータを得る受信手段と、
上記RF送信手段、傾斜磁場パルス印加手段および受信手段を制御し、1個の励起RFパルスを印加した後複数個のリフォーカスRFパルスを順次印加して信号を発生させる信号発生用パルス系列を行い、それぞれの信号からのデータをKスペース上の各ラインに配置すべく各信号についての位相エンコード量を定め、かつ上記パルス系列の後にリフォーカスRFパルスを印加し、その後極性が繰り返し時間ごとに正・負に反転する励起パルスを印加する強制励起用パルス列を付加した、パルスシーケンスを繰り返し行なう制御手段と、
上記強制励起用パルス列の最後に加える励起パルスの極性が正となっている繰り返し時間で収集したデータと負となっている繰り返し時間で収集したデータとを各々配列した2つのKスペースのそれぞれより各画像を再構成する画像再構成手段と
を備えることを特徴とするMRイメージング装置。
Static magnetic field generating means for generating a static magnetic field in the space where the subject is placed,
When the first axis, the second axis, and the third axis are three arbitrary orthogonal axes, a slice selection gradient magnetic field pulse in the first axis direction and a phase encoding gradient magnetic field in the second axis direction are provided in the space. Gradient magnetic field pulse applying means for applying a pulse and a readout gradient magnetic field pulse in the third axis direction;
RF transmitting means for applying an excitation RF pulse and a refocus RF pulse in the space,
Receiving means for receiving the echo signal, performing phase detection, sampling and A / D converting the data to obtain data;
The RF transmission means, the gradient magnetic field pulse applying means, and the receiving means are controlled to perform a signal generation pulse sequence for generating a signal by applying one excitation RF pulse and then sequentially applying a plurality of refocus RF pulses. , The amount of phase encoding for each signal is determined so that data from each signal is arranged on each line in the K space, and a refocus RF pulse is applied after the pulse sequence, and then the polarity is positive for each repetition time. Control means for repeating a pulse sequence, to which a pulse train for forced excitation for applying an excitation pulse inverted to negative is added;
Each of the two K spaces in which data collected at the repetition time when the polarity of the excitation pulse added at the end of the pulse train for forced excitation is positive and data collected at the repetition time when the polarity is negative is arranged from each of the two K spaces. An MR imaging apparatus comprising: image reconstruction means for reconstructing an image.
上記パルスシーケンスの信号発生用パルス系列においてリフォーカスパルスが奇数個である場合に、ダミーの奇数個のリフォーカスパルスを加えた後上記の強制励起用パルス列を加えることを特徴とする請求項1記載のMRイメージング装置。2. The pulse sequence for forced excitation is added after adding an odd number of dummy refocusing pulses when the number of refocusing pulses in the pulse sequence for signal generation of the pulse sequence is odd. MR imaging apparatus. 上記パルスシーケンスの強制励起用パルス列において、第1軸方向の傾斜磁場パルスと第3軸方向の傾斜磁場パルスとをリフェーズ用パルスとして加えることを特徴とする請求項1または請求項2記載のMRイメージング装置。3. The MR imaging according to claim 1, wherein a gradient magnetic field pulse in a first axis direction and a gradient magnetic field pulse in a third axis direction are added as rephase pulses in the pulse train for forced excitation of the pulse sequence. apparatus. 1繰り返し期間内において上記パルスシーケンスを複数回、時間をずらして順次行い、励起RFパルスおよびリフォーカスパルスの周波数を各回のパルスシーケンスごとに異ならせて、各回のパルスシーケンスで異なるスライスについての信号を得ることを特徴とする請求項1、請求項2または請求項3記載のMRイメージング装置。In one repetition period, the above pulse sequence is sequentially performed a plurality of times at different times, and the frequencies of the excitation RF pulse and the refocus pulse are made different for each pulse sequence, so that signals for different slices in each pulse sequence are generated. 4. The MR imaging apparatus according to claim 1, wherein the MR imaging apparatus is obtained.
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