JP2005192700A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 選択的励起パルスを適用した高速スピンエコーシーケンスによるイメージングにおいて、静磁場不均一の影響を低減し、画像のS/Nを向上すること、それにより脂肪信号を抑制した良好なMRI画像を得る。
【解決手段】 パルスシーケンス静磁場中に置かれた被検体の関心領域の核スピンにRF励起パルスを印加して横磁化を生じさせた後、励起された組織を構成する一つの成分と他の成分における横磁化の位相が直交する時点で、RF回復パルスを印加して一方の成分の横磁化を縦磁化にさせる。次いで所望のエコー時間の半分の時間が経過した時点で再収束パルスを印加し、横磁化として残っている成分を再収束し、位相エンコードされたエコー信号をスピンエコーとして計測する。以後、再収束パルスをエコー時間毎に繰り返す。
【選択図】
図２

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置（以下、MRI装置と略す）に関し、特に選択的励起パルスを高速スピンエコーシーケンスに適用したイメージングを行うことが可能なMRI装置に関する。

ＭＲＩの分野で、よく知られた高速撮影法のパルスシーケンスとして高速スピンエコーシーケンスがある。これは原子核スピンを励起するＲＦ励起パルスに続いて複数の再収束パルスを等間隔で印加し、再収束パルスと次の再収束パルスとの間でエコー信号を計測するものである。通常、ＲＦ励起パルスと再収束パルスは、「ＣＰＭＧ条件」を満たすように設計されている。

ＣＰＭＧ条件とは、第１に「励起パルスと再収束パルスとの間のスピンの位相回転量が、再収束パルスと再収束との間の位相回転量の1/2となる」条件であり、具体的には１）励起パルスと再収束パルスの間の時間を、再収束パルス間の1/2とする、２）励起パルスと再収束パルスとの間の、スライス方向及び読み出し方向の傾斜磁場面積（傾斜磁場の印加積分値）が、再収束パルス間の傾斜磁場面積の1/2とする、制御を行う。この第１の条件を満たすことにより、静磁場不均一によって生じるスピン位相分散を再収束し、スピンエコーを繰り返し計測することができる。
第２の条件は「励起パルスと再収束パルスの照射位相が直交する」ことである。これにより、励起パルスの不完全性を補償することができる。

一方、ＭＲＩでは、不要な組織からの信号を抑制し或いは特定の組織のスピンを選択的に励起して特定の組織からの信号を計測する撮影方法がある。本出願人は、高速スピンエコーシーケンスにおける励起パルス印加後に特定の条件で９０°パルスを印加し、励起パルスと９０°パルスとの間の水スピンと脂肪スピンの位相回転量の差を利用して、水または脂肪からの信号を抑制する技術を提案している（特許文献１）。この方法によれば、撮影シーケンスに先立って脂肪信号を抑制するプリパルスを印加する必要がないので、繰り返し時間の延長を招くことなく高速スピンエコー法を取り入れた脂肪抑制撮影を行うことが可能となる。

しかしこの技術では、ＣＰＭＧ条件の第１の条件である「励起パルスと再収束パルスとの間のスピンの位相回転量が、再収束パルスと再収束との間の位相回転量の1/2となる」を満たしていないため、計測するエコーはスピンエコーではなくグラディエントエコーになっている。このため静磁場不均一の影響を受けやすく、画像のS/Nも低い。
特開平10-211186号公報

本発明の目的は、選択的励起パルスを適用した高速スピンエコーシーケンスによるイメージングにおいて、静磁場不均一の影響を低減し、画像のS/Nを向上すること、それにより脂肪信号（或るいは水信号）を抑制した良好なMRI画像を得ることである。

上記目的を達成する本発明のMRI装置は、高周波磁場パルス発生系、傾斜磁場パルス発生系、磁気共鳴信号受信系及びこれらを所定のパルスシーケンスに則り制御する制御系を備えた磁気共鳴イメージング装置において、前記制御系は、
（１）静磁場中に置かれた被検体の関心領域の核スピンにRF励起パルスを印加して横磁化を生じさせるステップ、
（２）前記RF励起パルス印加後、励起された組織を構成する一つの成分と他の成分における横磁化の位相が直交する時点で、前記関心領域の核スピンにRF回復パルスを印加して一方の成分の横磁化を縦磁化にさせるステップ、
（３）前記RF回復パルス印加から所望のエコー時間の半分の時間が経過した時点で、再収束パルスを印加し、横磁化として残っている成分を再収束し、前記RF回復パルス印加からエコー時間後に位相エンコードされたエコー信号を生じさせるステップ、及び
（４）前記再収束パルスをエコー時間毎に繰り返し、その間に位相エンコードされたエコー信号を生じさせるステップ、
を含むパルスシーケンスを備える。

また本発明の好適な態様によれば、再収束パルスは、RF励起の照射位相と直交する照射位相で印加される。
本発明は、例えば、水の核スピン或いは脂肪の核スピンを選択的に励起する場合に好適に適用される。

本発明のMRI装置によれば、RF励起パルス後の所定の時間にRF回復パルスを印加することにより、RFパルスによる周波数選択をすることなく、所望の成分の核スピンのみを励起した状態と実質的に同じ状態とすることができ、その時点を基準として再収束パルスを用いることにより、エコー信号をスピンエコーとして計測することができる。これにより静磁場不均一の影響を低減した、高いS/Nの選択励起画像を得ることができる。またRF回復パルスの照射位相を異ならせることにより、所望の成分を選択励起することができる。
さらに再収束パルスを、RF励起の照射位相と直交する照射位相で印加した場合には、横磁化の位相分散を補償することができる。

以下、本発明のMRI装置の実施形態を説明する。
図１は、本発明が適用されるMRI装置の構成概要を示すブロック図である。このMRI装置は、被検体の置かれる空間に均一な静磁場を発生させる磁石101と、被検体内で核磁気共鳴を生じさせるための高周波磁場を発生させる高周波磁場発生系102と、磁場の強さをX,Y,Z方向にそれぞれ独立に線形に変化させることが可能な傾斜磁場発生系103と、被検体から発生するNMR信号を受信し検波した後、Ａ／Ｄ変換する受信系104と、受信系からの計測データに対して画像再生に必要な各種演算を行う画像処理系105、上記構成における各要素の動作タイミングをコントロールするシーケンス制御系106と、オペレーションを行う操作卓107を備え、高周波の送受信に使用するプローブ108が磁石101内の空間に設置されている。

このような構成のMRI装置ではシーケンス制御系106の指令に基づき、高周波磁場発生系102、傾斜磁場発生系103及び受信系104が駆動され、所定のパルスシーケンスで、プローブ108を介したRFパルスの照射（印加）と図示しない傾斜磁場コイルによる傾斜磁場の印加及びエコー信号の計測を繰り返し行う。パルスシーケンスは、撮像法によって異なる種々のものが予めプログラムとしてシーケンス制御系106に組み込まれている。本発明のMRI装置は、パルスシーケンスの一つとして、選択励起パルスを適用した高速スピンエコーシーケンスを備えている。

図２に、本発明のMRI装置が備える高速スピンエコーシーケンスの一実施形態を示す。図２中、RFはRFパルスの印加タイミング、timeは印加時刻である。Gsはスライス方向の傾斜磁場パルスの印加タイミングで、傾斜磁場111、113、115、117及び119はそれぞれRFパルスとともに印加されるスライス選択傾斜磁場、112、114及び116はスライス方向のリフェイズパルスである。またGpは位相エンコード方向の傾斜磁場パルスの印加タイミングで、傾斜磁場121、123はその後計測するエコー信号を位相エンコードするためのパルス、122、124はリフェイズパルスである。Gfは読み出し方向の傾斜磁場パルスの印加タイミングで、131はディフェイズパルス、132、133は読み出し傾斜磁場である。sigはエコー信号の発生を示している。

以下、図２及び図３を参照して本発明のMRI装置によるイメージング方法の一実施形態を説明する。図３は図２のパルスシーケンスの実行による核スピンの挙動を示している。本実施形態では、共鳴周波数が異なる２種類の核スピンからなる対象物、典型的には水（Ｗ）と脂肪（Ｆ）からなる対象物をイメージングすることを想定しており、特に脂肪信号を抑制する場合を示している。

まず図２に示すように、時刻Taにおいてスライスを選択する傾斜磁場111とともに励起パルス（90°）101を印加する。この励起パルス101の照射位相をｘとすると、水成分Ｗと脂肪成分Ｆはともに励起され、図３に示すように、ｘ軸を中心に回転し、ｙ（+）方向の横磁化となる（図３（a））。これらの横磁化は共鳴周波数の差により位相差を生じ、静磁場不均一を考慮しなければ、ある時点で位相が直交することになる。すなわち水成分の核スピンＷの共鳴周波数で回転する回転座標系で表示すると、Ｗは+ｙ方向を向き、Ｆは-ｘ方向を向く（図３（b））。

この励起パルス印加から核スピンWとFの位相が直交するまでの時間τは、例えば、静磁場強度が0.3ＴのＭＲＩ装置では、

となる。

この時点Tbで、RFパルス102をスライス選択傾斜磁場113とともに印加する。このRFパルス（90°）（RF回復パルスと呼ぶ）102の照射位相は、励起パルス101の照射位相と直交する方向とする。これにより、核スピンはｙ軸を中心に回転し、-ｘ方向を向いていた核スピンFは縦磁化となる。一方、+ｙ方向を向いている核スピンWは照射パルスと位相が同位相なので変化しない（図３（c））。また静磁場不均一を考慮すると、横磁化はTb直前ではｘｙ面内で位相分散が生じているが、RF回復パルス102印加直後（時刻Tb直後）に、ｙｚ面内での分布となる。このとき、核スピンＦは主として縦磁化でありｚ方向の成分を持ち、核スピンＷは主として横磁化であり、その位相は揃っているので、実質的に、水成分の核スピンWのみを励起したのと同じ状態となる。

その後、RF回復パルス102印加直後から生じる横磁化の位相拡散を、再収束パルス（180°）103を印加して再収束させてスピンエコーを生じさせる（図３(d)〜(f)）。すなわち、RF回復パルス102の印加から任意の時間が経過した時刻Tcにおいて再収束パルス（180°）103をスライス傾斜磁場115とともに印加し、次いで位相エンコード傾斜磁場121を印加し、読み出し傾斜磁場132を印加しながら時刻Tdにおいてエコー信号141を計測する。

ここで再収束パルス（180°）の照射位相は、RF励起パルス101の位相と同位相でもよいが、図示する実施例では直交する位相（ｙ）で照射している。これによりCPMGの第２の条件を満たし、横磁化の位相分散を補償することができる。このように、RF回復パルス102印加後横磁化の位相が拡散している状態（時刻Tc）で、再収束パルス（180°）ｙ103を印加し、Td-Tc=Tc-Tbとなる時刻Tdでエコー信号を計測することによりスピンエコーを計測することができる。以後、Te-Tc=Tg-Te=２×（Tc-Tb）の間隔でRF再収束パルス104、105・・・の印加を繰り返し、その都度、位相エンコードされた再収束エコー142・・・を計測する。再収束パルスの繰り返し回数は特に限定されないが、通常、１６回程度とする。以上のステップを所定の繰り返し時間TRで繰り返し、画像再構成に必要な位相エンコード数のエコー信号を計測する。

このように計測したエコー信号から水選択励起画像を再構成することができ、この画像はスピンエコーから構成されているので静磁場不均一の影響が低減されており、高いS/Nの画像となる。

次に本発明の別の実施形態として、水信号を抑制する場合を図４及び図５を参照して説明する。図４はパルスシーケンスを示す図、図５は核スピンの挙動を示す図であり、図２及び図３と同じ要素については同一の符号で示している。

図２との対比からわかるように、この実施形態でもRFパルス及び傾斜磁場の印加タイミングは、水選択励起（脂肪抑制）の場合と同じである。但し、この実施形態では、水成分の核スピンWの共鳴周波数を基準として考えた場合には、最初のRF励起パルス101の次に印加するRF回復パルス102’の照射位相は、RF励起パルス101と同位相となる。またCPMG条件を満たすために再収束パルス103の照射位相をRF励起パルス101と同位相とする。その結果、水成分の核スピンWの共鳴周波数で回転する回転座標系で表示すると、図５に示すように、RF回復パルス102’印加直前に互いの位相が直交していた水成分の核スピンWと脂肪成分の核スピンFのうち、核スピンWが-ｚ方向の縦磁化となり、核スピンFは横磁化として残る（図５(c)）。この状態は、FとWを入れ替えれば、図２に示すパルスシーケンスにおいて、再収束パルス103によって核スピンが再収束した状態（図３（f））と同じである。それから任意の時間が経過した時刻Tcで再収束パルス103を印加した後、２×（Tc-Tb）の間隔でRF再収束パルス104、105・・・の印加を繰り返し、時刻Td、Tf・・・で位相エンコードされた再収束エコー142、・・・を計測する。こうして計測したエコー信号を再構成することにより脂肪選択励起画像を得ることができる。本実施形態においても、静磁場不均一の影響が低減された、高いS/Nの画像を得ることができる。

以上、本発明のMRI装置によるイメージング法を、脂肪選択或いは水選択画像のイメージングを例にして説明したが、本発明は共鳴周波数の異なる成分を含む組織であれば、対象が水、脂肪に限らず適用することが可能である。
また以上の説明において、RF励起パルス101及びRF回復パルスのフリップ角が90°である場合を示したが、フリップ角は90°より小さくてもよい。また再収束パルスとして180°パルスを示したが、核スピンを反転させる効果を持つRFパルスであれば180°パルスに限定されない。さらに再収束パルス（180°）の照射位相は、励起パルスの照射位相と直交する場合を示したが、同位相であっても本発明の効果を得ることができる。

本発明のMRI装置によるイメージングでは、RFの周波数選択をする必要がないので、周波数選択をすることについて制限のある装置や技術に好適である。

本発明が適用されるMRI装置の全体概要を示す図 本発明のMRI装置が採用するパルスシーケンスの一実施形態を示す図 図２のパルスシーケンスを用いたイメージングにおける核スピンF、Wの挙動を示す図 本発明のMRI装置が採用するパルスシーケンスの他の実施形態を示す図 図４のパルスシーケンスを用いたイメージングにおける核スピンF、Wの挙動を示す図

符号の説明

101・・・磁石、102・・・送信系、103・・・傾斜磁場発生系、104・・・受信系、106・・・シーケンス制御系

Claims (3)

1. 高周波磁場パルス発生系、傾斜磁場パルス発生系、磁気共鳴信号受信系及びこれらを所定のパルスシーケンスに則り制御する制御系を備えた磁気共鳴イメージング装置において、前記制御系は、
   （１）静磁場中に置かれた被検体の関心領域の核スピンにRF励起パルスを印加して横磁化を生じさせるステップ、
   （２）前記RF励起パルス印加後、励起された組織を構成する一つの成分と他の成分における横磁化の位相が直交する時点で、前記関心領域の核スピンにRF回復パルスを印加して一方の成分の横磁化を縦磁化にさせるステップ、
   （３）前記RF回復パルス印加から所望のエコー時間の半分の時間が経過した時点で、再収束パルスを印加し、横磁化として残っている成分を再収束し、前記RF回復パルス印加からエコー時間後に位相エンコードされたエコー信号を生じさせるステップ、及び
   （４）前記再収束パルスをエコー時間毎に繰り返し、その間に位相エンコードされたエコー信号を生じさせるステップ、
   を含むパルスシーケンスを備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記再収束パルスは、前記RF励起パルスの照射位相と直交する照射位相で印加されることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記組織を構成する一つの成分は、脂肪であり、他の部分は水であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。

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