JP2005040315A

JP2005040315A - 磁気共鳴イメージング装置用マルチプルｒｆ受信コイル及び磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP2005040315A
Application number: JP2003277346A
Authority: JP
Inventors: Takahide Shimoda; 隆秀下田
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】パラレルMRIにおいて安定した合成画像を提供すると共に、高画質で均一な合成画像を提供する。
【解決手段】位相エンコード方向に配置された1組以上の小視野用受信コイルと、高画質で均一の画像を得るために配置する大視野用受信コイルとからなるパラレルMRI用マルチプルRF受信コイルを用いて、被検体から放出される核磁気共鳴信号を受信してイメージングを行うパラレルMRIにおいて、折り返し領域で小視野RF受信コイルの感度より、比較的大視野RF受信コイルの感度を同等或いは低くすることにより安定したパラレルMRIを行うことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は被検体中の水素や燐等から核磁気共鳴信号を測定し、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像装置に関し、特に複数のRF受信コイルを用い、位相エンコードステップを間引いて信号を取得した際に生じる折り返しアーチファクトを、各RF受信コイルの感度分布を用いた行列演算により除去する磁気共鳴イメージング(以下、「MRI」という)装置及びそれに適したRF受信コイルに関する。

MRI装置では、複数のRF受信コイルを用いた高速撮像方法であるパラレルMRIが提案されている。この方法では、複数のRF受信コイルを同時に用いて計測し、位相エンコードを間引いて計測の繰り返し回数を低減することにより撮像時間を短縮するものである。通常、位相エンコードステップを間引いて計測を行うと、画像には折り返しが発生するが、この方法では、各RF受信コイルの感度分布をもとに行列計算を行うことで画像の折り返し部分を展開して、折り返しを除去する。

この信号処理法として、各RF受信コイルの感度分布をもとに、行列演算を行う方法が[非特許文献1]に記載されている。この行列演算により、原理的には用いたRF受信コイルの数だけ、位相エンコード数を間引くことができ、その結果、撮像時間を短縮できる。

上記のパラレルMRIには、複数のRF受信コイルを用いたマルチプルアレイコイルが使用される。マルチプルアレイコイルとは、相対的に高感度な小型RF受信コイルを複数並べて、各コイルで取得した信号を合成することにより、RF受信コイルの高い感度を保ったまま視野を拡大し、高感度化を図るRF受信コイルである。

このようなパラレルMRIに適したマルチプルアレイコイルして、[特許文献2]では、位相エンコード方向に配置された1組以上の比較的小視野用RF受信コイル（以下、「小視野用受信コイル」という）から、或いはさらに比較的大視野用RF受信コイル（以下、「大視野用受信コイル」という）を組合せて、確実に折り返しを除去した合成画像を得ることができるようにしている。更に、大視野用受信コイルによって高画質で均一な画像を得ることができるようにもしている。

SENSE：Sensitivity Encoding for Fast MRI(Klass P.Pruessmannet.al), Magnetic Resonance in Medicine 42:952-962(1999) 特開2003-079595号公報

しかし、上記の様なマルチプルアレイコイルでは、折り返し領域において、位相エンコード方向に配置された1組以上の小視野用受信コイルの感度に対し、大視野用受信コイルの感度が高い場合、パラレルMRIを用いると、折り返しを除去した合成画像の画質が大きく劣化し、折り返しが除去されずに残るアーチファクトが発生することを発明者は実験して発見した。

そこで本発明では、大視野用受信コイル、もしくは位相エンコード方向に感度差を持たないRF受信コイルと、位相エンコード方向に配置された一組以上の小視野用受信コイルとからなるパラレルMRI用マルチプルアレイコイルにおいて、合成画像において折り返しが残ることによる画質劣化を抑え、安定したパラレルMRIを行うマルチプルRF受信コイル(マルチプルアレイコイルの一態様であり、本願では以下この様にいう)及びそのコイルを用いた磁気共鳴イメージング装置を提供すことを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の様に構成される。
（1）大視野を有する第１のRF受信コイルと、位相エンコード方向において前記第1のRF受信コイルと感度領域の一部が重複するように配置された前記第1のRF受信コイルより視野が小さな第2のRF受信コイルを備えた磁気共鳴イメージング装置用マルチプルRF受信コイルにおいて、
位相エンコードステップを間引いて計測された受信エコー信号から再構成される画像に生じる折り返し領域において、前記第1のRF受信コイルの感度が前記第2のRF受信コイルの感度以下となるように構成されている。

これにより、パラレルMRIにおける合成画像において、折り返しが残ることによる画質劣化を抑え、安定してパラレルMRIを行うことができるようになる。

（2）好ましくは、前記（1）に記載の磁気共鳴イメージング装置用マルチプルRF受信コイルにおいて、前記第1のRF受信コイルは前記第2のRF受信コイルより外側に配置される。
これにより、前記折り返し領域における前記第1のRF受信コイルの感度を、前記第2のRF受信コイルの感度と比較して、同等或いは低くすることができる。

（3）また、好ましくは、前記（1）又は（2）に記載の磁気共鳴イメージング装置用マルチプルRF受信コイルにおいて、前記第1のRF受信コイルは直列又は並列の複数のループコイルから構成され、前記折り返し領域で前記第1のRF受信コイルの感度が、前記第2のRF受信コイルの感度より、同等或いは低くなるように、前記各ループコイルのループ間隔が広げられる。
これにより、前記第1のRF受信コイルの感度と前記第2のRF受信コイルの感度に関する必要条件を達成でき、安定したパラレルMRIを行うことができる。

（4）また、好ましくは、前記（1）又は（2）に記載の磁気共鳴イメージング装置用マルチプルRF受信コイルにおいて、前記第2のRF受信コイルは位相エンコード方向に対向して配置された1組の8の字コイルからなり、前記折り返し領域で前記第1のRF受信コイルの感度が、前記第2のRF受信コイルの感度より、同等或いは低くなるように、前記1組の8の字コイルが構成される。
これにより、前記第1のRF受信コイルの感度と前記第2のRF受信コイルの感度に関する必要条件を達成でき、安定したパラレルMRIを行うことができる。

（5）また、好ましくは、被検体に静磁場を与える静磁場発生手段と、スライス方向と位相エンコード方向と周波数エンコード方向の傾斜磁場を与える傾斜磁場発生手段と、前記被検体内の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせる高周波磁場パルスを照射する高周波磁場送信手段と、核磁気共鳴により放出される核磁気共鳴信号を検出する信号受信手段と、前記信号受信手段で検出した核磁気共鳴信号を用いて画像再構成演算を行う信号処理手段と、前記核磁気共鳴信号を受信するパルスシーケンスを制御するパルスシーケンス制御手段とを備える磁気共鳴イメージング装置において、
前記信号受信手段は請求項1に記載のマルチプルRF受信コイルを備え、前記信号処理手段は前記第1のRF受信コイルと前記第2のRF受信コイルの折り返し画像を取得し、前記第1のRF受信コイルと前記第2のRF受信コイルの感度分布を用いて、前記各折り返し画像の折り返しを除去する演算を行なうと共に該折り返しを除去した画像を合成して1枚の合成画像を得て表示する。

これにより、前記（1）乃至（4）に記載の磁気共鳴イメージング装置用マルチプルRF受信コイルを使用してパラレルMRIを実施し、折り返しの残らない合成画像を安定して生成する磁気共鳴イメージング装置を実現できる。

本発明によれば、位相エンコード方向に配置された1組以上の小視野RF受信コイルと、高画質で均一の画像を得るために配置する比較的大視野のRF受信コイルとからなるパラレルMRI用マルチプルRF受信コイルを用いて、被検体から放出される核磁気共鳴信号を受信してイメージングを行うパラレルMRIにおいて、折り返し領域で小視野用受信コイルの感度より、大視野用受信コイルの感度を同等或いは低くすることにより、合成画像に折り返しが残ることによる画質劣化を抑え、安定したパラレルMRIを行うことができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

本発明はMRI装置及びMRI装置用のマルチプルRF受信コイルに係る発明であるため、最初にMRI装置とMRI装置に使用されるマルチプルRF受信コイルの概要について説明する。

図1は本発明に係るMRI装置の全体を示すブロック図である。このMRI装置は、中央処理装置(CPU)1と、シーケンサ2と、送信系3、傾斜磁場発生系4と、受信系5、信号処理系6、静磁場発生領域22とを備えて構成される。
前記中央処理装置1は、あらかじめ定められたプログラムに従いシーケンサ2、送信系3、受信系5、信号処理系6の各々を制御する。

シーケンサ2は中央処理装置(CPU)1からの制御指令に基づいて動作し、被検体11の断層像のデータを収集する所定のパルスシーケンスの実行に必要な種々の命令を送信系3、傾斜磁場発生系4、受信系5に送る。

送信系3は高周波発振器7と変調器8と送信コイル10a，10bを有し、シーケンサ2の指令により、変調器8で変調された高周波発振器7からの高周波パルスを、高周波増幅器9a〜9dで増幅して送信コイル10a，10bに供給することにより、所定のパルス状の電磁波を被検体11に照射する。

傾斜磁場発生系4は互いに直交するデカルト座標軸方向、すなわちX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向ににそれぞれ独立に傾斜磁場を印加できる構成を有する傾斜磁場コイル13a，13bと、傾斜磁場コイル13a，13bに電流を供給する傾斜磁場電源12からなる。シーケンサ2からの命令にしたがって3方向のコイルの傾斜磁場電源12が駆動されることにより、それぞれの方向の傾斜磁場パルスが被検体11に印加される。より具体的には、X，Y，Zのいずれかの1方向にスライス方向傾斜磁場パルス（Gs）を印加して被検体11に対するスライス面を設定し、残り2つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス（Gp）と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス（Gr）を印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。

受信系5は、前記受信コイル14と、プリアンプ15と、直交位相検波器16とA/D変換器17とを有し、被検体11からの核磁場共鳴信号を受信コイル14が検出すると、その信号をプリアンプ15、直交位相検波器16を介してA/D変換器17でデジタル量に変換し、中央処理装置CPU1に送っている。

信号処理系6は、磁気ディスク18、光ディスク19などの外部記憶装置と、CRT20、キーボード21などを有している。受信系5からのデータが中央処理装置(CPU)1に入力されると、この中央処理装置(CPU)1が信号処理、画像再構成処理などを実行し、その結果の被検体11の所望の断面像を前記CRT20に表示するとともに、前記外部記憶装置のたとえば磁気ディスク18に記憶する。

静磁場発生系22は、被検体11の周りに所定の方向に均一な静磁場を発生させるためのものである。被検体11の周りに永久磁石方式または常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生手段が配置されている。また、静磁場発生系22の内部には、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル13a，13bと、送信コイル10a，10bと、受信コイル14が設置されている。

次に、本発明が適用されるマルチプルRF受信コイルについて説明する。本発明のマルチプルRF受信コイルは特にパラレルMRI用マルチプルRF受信コイルに関するものであり、最初にパラレルMRI用マルチプルRF受信コイルにおいて本発明の目的を達成するために必要な特性を説明する。

パラレルMRI用マルチプルRF受信コイルにおいて、位相エンコード方向に感度差をもっていないRF受信コイルの感度分布が折り返し領域で、小視野用受信コイルの感度よりも高くなると、合成画像においてアーチファクトの発生率が高くなる。

そのため、大視野用受信コイル（第1のRF受信コイル）と、位相エンコード方向に配置された一組以上の小視野用受信コイル（第2のRF受信コイル）とからなるパラレルMRI用マルチプルRF受信コイルにおいて、合成画像に折り返しが残ることによる画質劣化を抑え、安定したパラレルMRIを行うためには、折り返し領域における大視野用受信コイルの感度を小視野用受信コイルの感度よりも低くすることが必要である。

この理由は、一般に以下のように説明される。つまり、パラレルMRIを用いた時のSNR_pとパラレルMRIを用いなかったときのSNR_Fとの関係は以下の（1）式の様に表される。

ここで、Rは短縮ファクター（Reduction Factor）で、時間短縮の割合を表す。例えば、撮像時間1/2の時(2倍速時)、Reduction Factorは2となる。また、Gは幾何学ファクター（Geometry Factor）で、コイルの感度分布とパラレルMRIの画像合成アルゴリズム（つまり、画像合成の際に必要な逆行列計算の発散度合い）により値が決定する。折り返し領域における大視野用受信コイルの感度が小視野用受信コイルの感度よりも低い方が、パラレルイメージングにおいて必要な逆行列計算が発散しにくく、Gの値は1に近づく。逆に、折り返し領域における大視野用受信コイルの感度が小視野用受信コイルの感度よりも大きくなると、Gの値は1より大きくなり、パラレルMRIを用いた時のSNR_pが低下することが、パラレルイメージングのアルゴリズムから理解される。

この特性要件を具体的に図3に示す。図3(a)に示すパラレルMRI用マルチプルRF受信コイルは、位相エンコード方向に平行な大視野用受信コイル30と、これを挟んで垂直に対向配置された一組の小視野用受信コイル31,32とからなる。これらのRF受信コイルに関する位相エンコード方向の感度分布を図3(b)に示す。図3(b)において、大視野用受信コイル30の感度分布40は、折り返し領域44a，44bにおいて、小視野用受信コイルの感度分布41, 42よりも低い必要があり、かつ、均一性のよい分布となることが望ましい。また、小視野用受信コイル31の感度は、位相エンコード方向に感度差を持った41となり、小視野用受信コイル32の感度は、位相エンコード方向に小視野用受信コイル31と異なる感度差を持った42となる必要がある。

以上の様な感度分布の構成となることにより、合成画像に折り返しが残ることによる画質劣化を抑え、安定したパラレルMRIを行うことができる。

次に、本発明を適用して上記の様な特性要件を備えた、パラレルMRI用マルチプルRF受信コイルの第1実施例の概略構成図を図2に示す。図2(a)は本実施例のパラレルMRI用マルチプルRF受信コイルが装着された被検体を上面から見た図であり、図2(b)は斜視図である。尚、図2に示す実施例では静磁場方向は垂直(Z軸)でありパラレルMRIにおける位相エンコード方向をX軸としたものである。この第1実施例のパラレルMRI用マルチプルRF受信コイルは、大視野用受信コイル30と位相エンコード方向であるX軸方向に感度差を有する小視野用受信コイル31及び32から成る。

この第1実施例のパラレルMRI用マルチプルRF受信コイルを用いてパラレルMRIを行う場合、位相エンコード方向であるX軸方向に配置した小視野用受信コイル31及び32の感度分布を用いて合成画像を生成し、一組の大視野用受信コイル30によって視野全体の感度及び感度の均一性を向上させている。

ここで、大視野用受信コイル30は折り返し領域において、位相エンコード方向であるX軸方向に配置した小視野用受信コイル31及び32の感度よりも低い感度をもたせるために、小視野用受信コイル31及び32よりも撮像対象に対して離れた位置に配置され、更に、ループ間隔を広げて配置される。

この様な配置とした場合の各RF受信コイルの感度分布は図3(b)の様になる。つまり、大視野用受信コイル30の感度は、折り返し領域44a，44bにおいて、小視野用受信コイルの感度よりも低く均一性のよい分布40となる。また、小視野用受信コイル31の感度は、位相エンコード方向に感度差を持った41となり、小視野用受信コイル32の感度は、位相エンコード方向に小視野用受信コイル31と異なる感度差を持った42となる。

従って、大視野用受信コイルと、位相エンコード方向に配置された一組以上の小視野用受信コイルとからなるパラレルMRI用マルチプルRF受信コイルにおいて、上記の様に構成することにより、パラレルMRIにおいて安定した合成画像が得られ、更に、高感度で均一な合成画像が得られる。

次に、本発明を適用したパラレルMRI用マルチプルRF受信コイルの第2実施例の概略構成図を図4に示す。図4（a）に示す構成においては、大視野用受信コイルを体軸に対してある角度を持たせて配置し、小視野用受信コイルの配置は第１実施例と同じにしたものである。図4（b）に被検体に装着した場合の斜視図を示す。この様な構成により、折り返し領域における大視野用受信コイルの感度を位相エンコード方向に感度差を持った小視野用受信コイルの感度と比較して同等或いは低くすることができる。

また、図5には本発明を適用したパラレルMRI用マルチプルRF受信コイルの第3実施例の概略構成図を示す。図5（a）に示す構成においては、大視野用受信コイルとして鞍型コイルを用い、小視野用受信コイルの配置は第1実施例と同じにしたものである。図5（b）に被検体に装着した場合の斜視図を示す。この様な構成においても、折り返し領域における大視野用受信コイルの感度を位相エンコード方向に感度差を持った小視野用受信コイルの感度と比較して同等或いは低くすることができる。

また、図6には本発明を適用したパラレルMRI用マルチプルRF受信コイルの第４実施例の概略構成図を示す。図6（a）に示す構成においては、小視野用受信コイルとして、位相エンコードをZ方向として、その方向に感度差を生じるような8の字コイルをZ方向に対向して配置し、大視野用受信コイルの配置は第１実施例と同じにしたものである。図6（b）に被検体に装着した場合の斜視図を示す。この様な構成においても、折り返し領域における大視野用受信コイルの感度を位相エンコード方向（Ｚ方向）に感度差を持った小視野用受信コイルの感度と比較して同等或いは低くすることができる。

以上は、垂直方向（Z方向）に静磁場を発生するMRI装置において使用されるパラレルMRI用マルチプルRF受信コイルにおいて、折り返し領域における、大視野用受信コイルの感度を位相エンコード方向に感度差を持った小視野用受信コイルの感度と比較して同等或いは低くするために、大視野用受信コイルの配置や構造を工夫した実施例を説明したが、本発明のMRI装置用マルチプルRF受信コイル及びMRI装置は上記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、水平方向に静磁場を発生するMRI装置においては、大視野用受信コイルは垂直方向に感度を持たせた平板状はたは円弧状のループコイルでもよい。また、小視野用受信コイルの配置は第1実施例と同じで良い。そして、大視野用受信コイルと小視野用受信コイルとの配置関係を保ったまま、水平静磁場方向を軸にして任意に回転させた配置とすることもできる。ただし、位相エンコード方向を小視野用受信コイルの中心を結ぶ方向に一致させる必要がある。

本発明に係るMRI装置の全体を示すブロック図。本発明の第1実施例を示す図。本発明におけるRF受信コイル感度分布の特性要件を示す図。本発明の第2実施例を示す図。本発明の第3実施例を示す図。本発明の第4実施例を示す図。

符号の説明

1…中央処理装置(CPU)、2…シーケンサ、3…送信系、4…傾斜磁場発生系、5…受信系、6…信号処理系、7…高周波発信器、8…変調器、9a，b，c，d…高周波増幅器、10a，b…送信コイル、11…被検体、12…傾斜磁場電源、13a，b…傾斜磁場コイル、14…受信コイル、15…プリアンプ、16…直交位相検波器、17…A/D変換器、18…磁気ディスク、19…光ディスク、20…CRT、21…キーボード、22…静磁場発生系

Claims

大視野を有する第１のＲＦ受信コイルと、位相エンコード方向において前記第１のＲＦ受信コイルと感度領域の一部が重複するように配置された前記第１のＲＦ受信コイルより視野が小さな第２のＲＦ受信コイルを備えた磁気共鳴イメージング装置用マルチプルＲＦ受信コイルにおいて、
位相エンコードステップを間引いて計測された受信エコー信号から再構成される画像に生じる折り返し領域において、前記第１のＲＦ受信コイルの感度が前記第２のＲＦ受信コイルの感度以下となるように構成されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置用マルチプルＲＦ受信コイル。
被検体に静磁場を与える静磁場発生手段と、スライス方向と位相エンコード方向と周波数エンコード方向の傾斜磁場を与える傾斜磁場発生手段と、前記被検体内の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせる高周波磁場パルスを照射する高周波磁場送信手段と、核磁気共鳴により放出される核磁気共鳴信号を検出する信号受信手段と、前記信号受信手段で検出した核磁気共鳴信号を用いて画像再構成演算を行う信号処理手段と、前記核磁気共鳴信号を受信するパルスシーケンスを制御するパルスシーケンス制御手段とを備える磁気共鳴イメージング装置において、
前記信号受信手段は請求項１に記載のマルチプルＲＦ受信コイルを備え、前記信号処理手段は前記第１のＲＦ受信コイルと前記第２のＲＦ受信コイルの折り返し画像を取得し、前記第１のＲＦ受信コイルと前記第２のＲＦ受信コイルの感度分布を用いて、前記各折り返し画像の折り返しを除去する演算を行なうと共に該折り返しを除去した画像を合成して１枚の合成画像を得て表示することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。