JP2006000478A

JP2006000478A - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP2006000478A
Application number: JP2004181386A
Authority: JP
Inventors: Tetsuhiko Takahashi; 哲彦高橋; Yumiko Tanii; 由美子谷井
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2006-01-05

Abstract

【課題】血流アーチファクトおよび脂肪信号を抑制でき、かつ、水成分の信号低下をきたさない撮像を行うことができる磁気共鳴イメージング装置を提供する。
【解決手段】撮像空間の被検体を非空間選択的に反転励起する高周波磁場と、被検体の撮像断面を含む領域を選択的に反転励起する高周波磁場とを順に印加した後、予め定めた特定の物質の磁化信号を選択的に抑制するため抑制用磁場パルスを印加し、その後、撮像断面のイメージング用パルスシーケンスを実行させる。２回の反転励起高周波磁場により血流アーチファクトを抑制する。抑制用磁場パルスにより特定の物質（例えば脂肪）の磁化信号を抑制でき、特定の物質を実質的に含まない撮像を行うことができる。抑制用磁場パルスを用いることにより、磁化の縦緩和を利用する従来技術と比較して、水成分の信号劣化を生じない。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁気共鳴現象を利用して被検体の所望箇所を画像化する磁気共鳴イメージング装置に関する。

磁気共鳴イメージング装置（以下ＭＲＩ装置と記す）は、核磁気共鳴（以下ＮＭＲと記す）現象を利用して、被検体の検査部位を構成するプロトン等についてのＮＭＲ信号を受信する。これにより、プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和現象の空間分布を画像化することができるため、人体頭部、腹部、四肢等の形態または機能を２次元もしくは３次元的に撮像することが可能である。

しかしながら、心臓のような血流が早い部位の撮影では、血流アーチファクトが生じ画質が劣化することが知られている。血流アーチファクトを抑止する方法として、ブラックブラッド法が知られている（非特許文献１，２）。この撮影方法は、例えば図４に示したように、被検体の磁化を非選択的に励起する反転ＲＦパルス２０１を印加し、つぎに撮像断面を含む領域の磁化を選択的に励起する反転ＲＦパルス２０２を印加する。反転ＲＦパルス２０１により反転した非選択部位の血液の縦磁化成分が緩和により０になるタイミングで、イメージングのためのパルスシーケンス２０３（例えばファーストスピンエコー法）を実施する。これにより、パルスシーケンス２０３の時点では、縦磁化成分が０の血液が撮像断面を含む領域に血流により流入しているため、血流アーチファクトを含まないイメージングを行うことができる。この撮像方法は、反転パルス（反転ＲＦパルス２０１，２０２）を２回印加することからダブルＩＲ法とも呼ばれている。

ダブルＩＲ法において、さらに心筋に含まれる脂肪を抑制する要望もあり、これに応える撮像方法として図５（ａ）に示したトリプルＩＲ法が知られている（非特許文献３）。トリプルＩＲ法は、被検体を非選択的に励起する反転ＲＦパルス２０１、撮像断面を含む領域を選択励起する反転ＲＦパルス２０２を順に励起した後、時間を離して撮像断面を含む領域を選択励起する反転ＲＦパルス３０３を再度印加する。反転ＲＦパルス２０１により反転した非選択部位の血液の縦磁化成分は、図５（ｃ）に示したように緩和していく。一方、反転パルス３０３で反転した選択部位の脂肪の核スピンの縦磁化成分は、図５（ｂ）に示したように緩和していく。よって、非選択部位の血液の縦磁化成分（図５（ｃ））と選択部位の脂肪の縦磁化成分（図５（ｂ））とが緩和により同時に０になるタイミングに一致するように、イメージングのためのパルスシーケンス２０３（例えばファーストスピンエコー法）を実施する。これにより、実質的に脂肪を含まない画像を得ることができるというものである。
日本放射線技術学会雑誌第５８巻第９号、triple inversion recovery法を用いたT1 black bloodimagingの評価.土橋他、p.1237-1243,(2002) 日本放射線技術学会東京部会雑誌no.72,Double IR pulseを用いたfast spin echoblack blood imagingの基礎検討−sampling bandwidth, echo trainlength, echo spaceと画質の関係−.土橋他、p.80-83,(1999) 日本磁気共鳴医学会雑誌第１８巻４号,呼吸停止下心電同期black-blood法による心臓の高速MR imaging.西他、p.212-218(1998)

しかしながら、上記トリプルＩＲ法は、縦磁化の緩和現象を利用して血流アーチファクトの低減と脂肪抑制とを行うため、非選択部位の血液の縦磁化成分（図５（ｃ））と選択部位の脂肪の縦磁化成分（図５（ｂ））とが緩和により同時に０に達するように、反転ＲＦパルス２０１，２０２の印加タイミングと反転ＲＦパルス３０３の印加タイミングとを正確に決定しなければならない。また、脂肪抑制は、反転ＲＦパルス３０３を印加後の脂肪の縦磁化が水の縦磁化よりも速く緩和して０に達することを利用するものであるが、脂肪の縦磁化が０まで緩和する間に図５（ｂ）のように水の縦磁化も緩和している。このため、水成分の信号強度が低下し、全体として画質が劣化する。

本発明は、血流アーチファクトおよび脂肪信号を抑制でき、かつ、水成分の信号低下をきたさない撮像を行うことができる磁気共鳴イメージング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、撮像空間の被検体を非空間選択的に反転励起する高周波磁場と、被検体の撮像断面を含む領域を選択的に反転励起する高周波磁場とを順に印加した後、予め定めた特定の物質の磁化信号を選択的に抑制するため抑制用磁場パルスを印加し、その後、撮像断面のイメージング用パルスシーケンスを実行させる。２回の反転励起高周波磁場により、撮像断面を含む領域の磁化は非励起状態（静磁場と同じ向き）になり、それ以外の領域の磁化は反転励起状態（静磁場と反対の向き）になるため、反転している磁化が縦緩和により０になるタイミングでイメージング用パルスシーケンスを実行することにより血流アーチファクトを抑制できる。しかも、抑制用磁場パルスにより特定の物質（例えば脂肪）の磁化信号が抑制されるため、特定の物質を実質的に含まない撮像を行うことができる。抑制用磁場パルスを用いることにより、磁化の縦緩和を利用する従来技術と比較して、水成分の信号劣化を生じない。

抑制用磁場パルスとしては、特定の物質を選択的に励起するための高周波磁場と、励起された特定の物質の磁化方向を分散させるための傾斜磁場とを含むものを用いることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態のＭＲＩ装置について説明する。

本実施の形態のＭＲＩ装置は、図１に示したように、被検体４０１が配置される撮像空間に静磁場を発生する静磁場発生装置４０２と、撮像空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル４０３と、撮像空間の被検体４０１に高周波磁場を印加するＲＦコイル４０４と、被検体４０１が発生するＮＭＲ信号を受信するＲＦプローブ４０５と、被検体４０１を搭載するベッド４１２とを有している。この他に、ＲＦ送信部４１０、信号検出部４０６、信号処理部４０７、制御部４１１、表示部４０８、傾斜磁場電源４０９を有している。

傾斜磁場コイル４０３は、Ｘ、Ｙ、Ｚ３方向の傾斜磁場をそれぞれ発生する３つのコイルを含み、傾斜磁場電源４０９からの信号に応じて、所定のタイミングで所定の方向および強度の傾斜磁場を発生する。３方向の傾斜磁場は、スライス選択傾斜磁場（Ｇｓ）、位相エンコード傾斜磁場（Ｇｐ）、読み取り（周波数）エンコード傾斜磁場（Ｇｒ）として用いられる。ＲＦコイル４０４は、ＲＦ送信部の信号に応じて所定の高周波磁場（ＲＦパルス）を発生する。ＲＦプローブ４０５が受信したＮＭＲ信号は、信号検出部４０６で検出され、信号処理部４０７で画像再構成等の演算処理が行われることにより、画像信号に変換される。画像は、表示部４０８に表示される。傾斜磁場電源４０９、ＲＦ送信部４１０、信号検出部４０６の動作は、制御部４１１によって制御され、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ている。

本実施の形態では、制御部４１１の制御により図２（ａ）に示したようなパルスシーケンスを実行することにより、血流アーチファクトおよび脂肪信号を抑制した高画質撮影を行う。まず、被検体４０１を非選択的に励起する断熱反転ＲＦパルス１０１を印加し、直後に、撮像断面を含む領域（スライス）を選択的に励起する断熱反転ＲＦパルス１０２を印加する。断熱反転パルス１０２の印加時には、スライス選択のためのスライス選択傾斜磁場（Ｇｓ）１０２ｂを同時に印加する。よって、スライス内の磁化は、図２（ｂ）に示したように反転ＲＦパルスを２回（断熱反転ＲＦパルス１０１，１０２）受けることにより非励起状態（静磁場と同じ向き）と同じ向きになる。一方、スライス外の領域の磁化は、図２（ｃ）に示したように断熱反転ＲＦパルス１０１により反転励起した状態（静磁場と逆向き）となる。なお、断熱反転ＲＦパルス１０１，１０２としては、スライス内で均一な１８０°のフリップ角を与えるためにパルスの大きさと位相を制御して高速断熱通過条件を満たすようにした反転パルスを用いている。

つぎに、脂肪抑制プリパルス１０３を印加する。脂肪抑制プリパルス１０３は、脂肪を選択的に励起するための周波数選択性のガウス型ＲＦパルス１０５と、クラッシャー用傾斜磁場パルス１０６とを含む。ガウス型のＲＦパルス１０５は、脂肪プロトンの周波数に合わせてラーモア方程式により決定された周波数分布を有し、脂肪プロトンを選択的に励起する。ガウス型ＲＦパルス１０５の印加により、脂肪の縦磁化を９０度倒す。クラッシャー用傾斜磁場パルス１０６は、Ｘ，Ｙ、Ｚの各軸に印加される強力な傾斜磁場であり、ガウス型ＲＦパルス１０５を印加した直後に印加される。この傾斜磁場パルス１０６はクラッシャーとして作用し、脂肪の磁化方向をＸＹＺ空間の各方向に分散させる。これにより、つぎのＲＦパルスが印加されても脂肪の磁化は励起されず、脂肪信号を抑制することができる。なお、クラッシャー用傾斜磁場パルス１０６が、抑制している血流信号に悪影響を及ぼさないようにするようため、ガウス型ＲＦパルス１０５の前に、クラッシャー用傾斜磁場パルス１０６と極性が異なり大きさが等しい傾斜磁場パルス１０７を印加しておくことが可能である。

つぎに、イメージングのためのパルスシーケンス１０４を実施する。パルスシーケンス１０４は、所望の撮像シーケンスを用いることが可能であり、例えばファーストスピンエコー法を用いることができる。パルスシーケンス１０４は、スライス外（非選択部位）の血液の縦磁化成分（図２（ｃ））が緩和により０になるタイミング（反転ＲＦパルス１０１の照射から３５０ms以下）と一致させて、最初の励起パルスを照射するように設定する。これにより、血流信号を抑制し、血流アーチファクトを抑制することができる。

また、本実施の形態では、ガウス型のＲＦパルス１０５とクラッシャー用傾斜磁場パルス１０６による脂肪磁化の分散によって脂肪信号の抑制を行うため、脂肪磁化の分散が有効に作用している時間（通常１００ms程度）内にイメージングのためのパルスシーケンス１０４を開始するように全体のパルスシーケンスを設定する。これにより、脂肪信号を抑制して実質的に脂肪を含まない画像を得ることができる。

本実施の形態のＭＲＩ装置のパルスシーケンスは、従来の脂肪の縦磁化が緩和により０になるタイミングと正確に一致させることにより脂肪抑制を行うパルスシーケンスと比較すると、タイミングの制約が小さく自由度が大きい。しかも、クラッシャーにより脂肪磁化を分散させているため、水等の他の組織の縦磁化にはほとんど影響を与えることがなく、水等の他の組織の信号に劣化が生じないという効果が得られる。

このように本実施の形態のＭＲＩ装置では、血流アーチファクトおよび脂肪信号を抑制でき、かつ、水成分の信号低下をきたさない撮像を行うことができる。

本実施の形態のパルスシーケンスは、心臓の短軸撮影や長軸撮影に好適に用いることができる。この場合、特定の心位相で撮像を行うため、脈波ゲートを併用することができ、ディレイ時間500msとすることができる。また、典型的なイメージング用のパルスシーケンス１０４として、例えば、撮像視野300mm、TR=１RR、TE=5.2ms、FA=90degree、スライス厚=7mm、撮像マトリクス=192×192、再構成マトリクス=256×256、エコーファクター=16、ショット数=12、エコー間隔=5.2ms、計測ウインドウ=83.2ms、エコー順=セントリック、息止め撮影１２RR、シングルスライス撮影とすることができる。なお、頸動脈の撮影のように心位相によって形状が変化しない部位についての撮影の場合には、脈波ゲートを使用せず撮影を行うことがもちろん可能である。

つぎに、本発明の第２の実施の形態のＭＲＩ装置について説明する。第２の実施の形態のＭＲＩ装置は、第１の実施の形態のＭＲＩ装置と同様に構成であるが、制御部４１１がマルチスライス撮影のパルスシーケンスを行う点が異なっている。

本実施の形態のマルチスライスのパルスシーケンスを、図３（ａ）に示した３スライスを撮像するシーケンスを例に説明する。まず、被検体４０１を非選択的に励起する断熱反転ＲＦパルス１０１を印加する。次に、第１、第２および第３スライスの撮像断面を含む領域をスラブ選択する断熱反転ＲＦパルス１０２を印加する。

つぎに、脂肪抑制プリパルス３０３をスライス非選択で印加する。脂肪抑制プリパルス３０３は、第１の実施の形態の脂肪抑制プリパルス１０３と同様に、脂肪を選択的に励起する周波数選択性のガウス型ＲＦパルス１０５と、強力な傾斜磁場をＸ，Ｙ，Ｚ各軸に印加される傾斜磁場パルス１０６とを含むが、第２の実施の形態の脂肪抑制プリパルスは、スライス非選択で印加され、全スライスの脂肪の磁化を分散させ、全スライスの脂肪信号を抑制する。

次に、イメージングのためのパルスシーケンス１０４-１を第１スライスに、パルスシーケンス１０４-2を第２スライスに、パルスシーケンス-3を第３スライスに実施する。

第２の実施の形態は、図３（ａ）のようなマルチスライスのパルスシーケンスを実行するものであり、スライス非選択で脂肪抑制プリパルス３０３を印加することにより、スライスごとに脂肪抑制プリパルスを印加する必要がなく短時間に多くのスライスを撮影できる。ただし、本パルスシーケンスでは、脂肪抑制プリパルス３０３の脂肪抑制作用が有効な時間内にイメージング用パルスシーケンス１０４-1、１０４-2、１０４-3を実行する必要がある。また、脂肪抑制プリパルス３０３からパルスシーケンス１０４-1、１０４-2、１０４-3までの時間が短いほどスライス間での画質を均等にすることができる。このため、スライス数は、２ないし３スライスが実用的である。

なお、図３（ａ)のシーケンスでは、反転ＲＦパルス１０２として、第１、第２および第３スライスの撮像断面を含む領域を一度に励起するスラブ選択パルスを用いたが、図３（ｂ）に示すように第１、第２および第３スライスごとに反転ＲＦパルス１０２-1、１０２-2、１０２-3を印加するシーケンスにすることも可能である。

また、第１および第２の実施の形態のパルスシーケンスは、非選択的励起パルスを２回（反転ＲＦパルス１０１，ＲＦパルス１０５）印加するため、磁化回復のために繰り返し時間ＴＲを長めに設定する必要があるが、第２の実施の形態のようにマルチスライス撮影にすることにより、１回のＴＲで複数スライスを撮像でき、短時間に効率よく撮影にすることが可能である。

このように、第２の実施の形態では、マルチスライス撮影でありながら、血流アーチファクトおよび脂肪信号を抑制でき、かつ、水成分の信号低下をきたさない撮像を行うことができる。

第１および第２の実施の形態では、脂肪抑制プリパルス１０３、３０３として、周波数選択性のガウス型ＲＦパルス１０５とクラッシャー用プリパルス１０６とを用いているが、他の脂肪抑制作用のあるパルスを用いることも可能である。例えば、特開平09-266895号公報に記載されている化学シフトの差を利用して脂肪プロトンを選択励起する二項式パルスを用いることができる。この二項式パルスは、奇数番目と偶数番目に照射するパルスの極性を正負反転させたパルスである。

また、イメージング用パルスシーケンス１０４として、ここではファーストスピンエコー（ＦＳＥ）を例示したが他のパルスシーケンスを用いることももちろん可能である。例えば、ＧＲＡＳＥ(Gradient And Spin Echo)やtrueFISP(Fast Imaging
with Steady state Precession)等を好適に用いることができる。

本実施の形態のＭＲＩ装置の全体構成を示すブロック図。（ａ）は第１の実施の形態のＭＲＩ装置で実施するパルスシーケンスを示す説明図であり、（ｂ）および（ｃ）は、スライス内外の磁化の向きと大きさの変化をシーケンスに沿ってそれぞれ示す説明図である。（ａ）は第２の実施の形態のＭＲＩ装置で実施するマルチスライスのパルスシーケンスを示す説明図であり、（ｂ）は反転パルス１０２を各スライスごとに印加するマルチスライスのシーケンスを示す説明図である。従来の血流アーチファクトの抑制のための撮像パルスシーケンスを示す説明図。（ａ）は従来の血流アーチファクトおよび脂肪信号の抑制のためのパルスシーケンスを示す説明図であり、（ｂ）および（ｃ）は、スライス内外の磁化の向きと大きさの変化をシーケンスに沿ってそれぞれ示す説明図である。

符号の説明

４０１・・・被検体、４０２・・・静磁場発生装置、４０３・・・傾斜磁場コイル、４０４・・・ＲＦコイル、４０５・・・ＲＦプローブ、４０６・・・信号検出部、４０７・・・信号処理部、４０８・・・表示部、４０９・・・傾斜磁場電源、４１０・・・ＲＦ送信部、４１１・・・制御部、４１２・・・ベッド。

Claims

被検体が配置される撮像空間に静磁場を発生させる静磁場発生部と、前記撮像空間に傾斜磁場を印加する傾斜磁場発生部と、前記撮像空間に高周波磁場を印加する高周波発生部と、前記傾斜磁場発生部と前記高周波発生部とを制御して所定のパルスシーケンスを実行させる制御部とを有し、
前記制御部は、前記撮像空間の被検体を非空間選択的に反転励起する高周波磁場と、前記被検体の撮像断面を含む領域を空間選択的に反転励起する高周波磁場とを順に印加した後、予め定めた特定の物質の磁化信号を選択的に抑制するため抑制用磁場パルスを印加し、その後、前記撮像断面のイメージング用パルスシーケンスを実行させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
被検体が配置される撮像空間に静磁場を発生させる静磁場発生部と、前記撮像空間に傾斜磁場を印加する傾斜磁場発生部と、前記撮像空間に高周波磁場を印加する高周波発生部と、前記傾斜磁場発生部と前記高周波発生部とを制御して所定のパルスシーケンスを実行させる制御部とを有し、
前記制御部は、前記撮像空間の被検体を非空間選択的に反転励起する高周波磁場と、前記被検体の複数の撮像断面を含む領域を空間選択的に反転励起する高周波磁場とを順に印加した後、予め定めた特定の物質の磁化信号を選択的に抑制するための抑制用磁場パルスを非空間選択的に印加し、その後、前記複数の撮像断面についてイメージング用パルスシーケンスを順に実行することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項１または２に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記抑制用磁場パルスは、前記特定の物質を選択的に励起するための高周波磁場と、励起された前記特定の物質の磁化方向を分散させるための傾斜磁場とを含むことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。