JP2006346055A

JP2006346055A - 磁気共鳴を用いた検査装置

Info

Publication number: JP2006346055A
Application number: JP2005174490A
Authority: JP
Inventors: Toru Shirai; 亨白猪; Tomotsugu Hirata; 智嗣平田; Hisaaki Ochi; 久晃越智
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2006-12-28

Abstract

【課題】本発明の目的は、核磁気共鳴撮影装置において、特に脂肪信号を抑圧する必要のあるMRI及び、MRスペクトロスコピー及び、MRスペクトロスコピックイメージング測定に対する任意の曲面にある皮下脂肪を含んだ検査対象表面の領域を短時間でかつ、高精度に抑圧することが可能な核磁気共鳴撮影装置を提供することにある。
【解決手段】皮下脂肪付近までの深さを励起領域とするN個（１個以上）の表面励起RFコイルと、検査対象全体を励起するためのボリューム励起用RFコイルと、前記高周波磁場発生手段を制御するためのシーケンス制御手段から構成され、前記表面励起RFコイルを検査対象の任意の表面に配置する。
【効果】前記N個（１個以上）の表面励起RFコイルを用いることによって、検査対象の任意曲面における皮下脂肪を含んだ検査対象表面の領域を、短時間でかつ高精度に抑圧することが可能となる効果がある。
【選択図】図９

Description

本発明は、磁気共鳴撮影装置に係り、特に脂肪信号を抑圧する必要のあるMRI及び、MRスペクトロスコピー及び、MRスペクトロスコピックイメージング測定に好適な装置に関するものである。

磁気共鳴撮影装置は、静磁場中に置かれた被検体に対し、特定周波数の高周波磁場を照射することにより被検体に含まれる水素等の原子核の核磁化を励起し、被検体から発生する磁気共鳴信号を検出して、物理的・化学的情報を取得することが可能である。現在、磁気共鳴撮影装置で広く普及している磁気共鳴イメージング（以下、MRIと略す）では、被検体内の主に水分子に含まれる水素原子核の密度分布を反映した画像を取得している。このMRIに対して、水素原子核を含む様々な分子の化学結合の違いによる共鳴周波数の差異（以下、ケミカルシフトと呼ぶ）を手掛かりに、分子毎に磁気共鳴信号を分離する方法がある。この方法は磁気共鳴スペクトロスコピー（以下、MRSと略す）と呼ばれる（例えば、非特許文献１を参照）。

また、多数の領域（画素）のスペクトルを同時に取得し分子毎に画像化を行う方法を磁気共鳴スペクトロスコピックイメージング（以下、MRSIと略す）と呼び、このMRSIを用いることにより、代謝物質毎の濃度分布を視覚的に捉えることが可能となる（例えば、非特許文献２を参照）。

この¹H-MRS/MRSIにおいて測定対象としている領域、及び代謝物のケミカルシフト値が、生体内に存在する脂肪のそれに非常に近いため、代謝物のスペクトルを取得する際に脂肪の信号が混入し、代謝物の定量評価を困難にしている。そのため、¹H-MRS/MRSI測定において、生体内の脂肪信号の抑圧が行われている。
この脂肪信号の抑圧は、¹H-MRS/MRSI測定だけでなく、通常のMRIにおいても、皮下脂肪を抑圧し、投影画像を取得することで高速にスクリーニング画像が取得できるなどの応用がある。

この脂肪信号を抑圧する方法として、さまざまな方法が提案されているが、代表的なものはOVS（Outer Volume Suppression）法である。以下、図1、図2（a）〜（c）と共にOVS法の原理を説明する。ただし、図2（a）に示すのは、人体頭部のアキシャル面で、（201）は皮下脂肪を表している。まず、図1に示す時間区間（P1）において、周波数帯域の狭いガウシアン型RFパルスと傾斜磁場パルスを印加して、検査対象の水信号を抑圧した後、図1に示す時間区間（P2）で皮下脂肪信号を抑圧する。ここで図1に示す時間区間（P2）において、領域選択高周波パルス（S1〜S6）と傾斜磁場パルスとを組み合わせ、図2（b）における（S1〜S6）の領域の核磁化を静磁場方向と垂直な方向にそれぞれ倒し、その状態で、傾斜磁場パルスを印加して横磁化をスポイルさせて脂肪信号を抑圧している。その後、P3で示すような本計測を行う。ここで取得する信号は、図2（c）に示すような、六角形の領域である（非特許文献3を参照）。

ジャーナルオブマグネティックレゾナンス第70巻第488頁〜492頁 1986年発行

マグネティックレゾナンスインイメージング第30巻第641頁〜645頁 1993年発行ラジオロジー第188巻第277頁〜282頁 1993年発行

上述したOVS法では、傾斜磁場コイルの原理的な理由から、任意の曲面に対しての選択励起ができず、例えば頭部アキシャル面における皮下脂肪信号の抑圧を考えた場合、皮下脂肪を含んだ領域を除去するためには、所望する領域を多角形に切り出す必要があり、多角形の角数を増やせば増やすほど図1における時間区間（P2）が延長してしまうことになる。これによって、水や脂肪のT₁回復による水信号抑圧率の低下や、所望領域外からの脂肪信号混入という問題が発生してしまう。また、計測対象が多角形のため、検査対象全体をカバーしておらず、所望する領域の一部が欠けて表示されてしまうという問題もある。

本発明の特徴は、皮下脂肪付近までの深さを励起領域とするN個（１個以上）の表面励起RFコイルと、検査対象全体を励起するためのボリューム励起用RFコイルと、前記高周波磁場発生手段を制御するためのシーケンス制御手段から構成され、前記表面励起RFコイルを検査対象の任意の表面に配置することによって、任意の曲面にある皮下脂肪を短時間でかつ、高精度に抑圧することが可能な核磁気共鳴撮影装置を提供することにある。

前記N個（１個以上）の表面励起RFコイルを用いることによって、検査対象の任意曲面における皮下脂肪を含んだ検査対象表面の領域を、短時間でかつ高精度に抑圧することを可能とする効果がある。

以下、本発明の磁気共鳴撮影装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図３（a）〜（c）は、それぞれ本発明が適用される磁気共鳴撮影装置の外観図である。図3（a）はソレノイドコイルで静磁場を発生するトンネル型磁石を用いた水平磁場方式の磁気共鳴撮影装置であり、図３（b）は開放感を高めるために磁石を上下に分離したハンバーガー型（オープン型）の垂直磁場方式の磁気共鳴撮影装置である。また、図3（c）は、図３（a）と同じトンネル型の磁気共鳴撮影装置であるが、磁石の奥行を短くし且つ斜めに傾けることによって、開放感を高めている。本発明は、これら磁気共鳴撮影装置を含む公知の構造の磁気共鳴撮影装置に適用することができる。

図４は、本発明が適用される磁気共鳴撮影装置の一例を示すブロック図である。この磁気共鳴撮影装置は、検査対象1が置かれる空間に、静磁場を発生する静磁場コイル2と、静磁場に直交する3方向の傾斜磁場を与えるための傾斜磁場コイル3と、検査対象1の皮下脂肪領域に対し高周波磁場を照射する表面励起高周波送信コイル5と、検査対象１の計測領域に対し高周波磁場を照射する計測用高周波送信コイル6と、検体１から発生する磁気共鳴信号を受信する受信用高周波コイル（以下、単に受信コイルという）7とを備えている。また静磁場均一度を調整できるシムコイル４を備えている場合もある。静磁場コイル2は、図１に示した装置の構造に応じて、種々の形態のものが採用される。傾斜磁場コイル3及びシムコイル4は、それぞれ傾斜磁場用電源部14及びシム用電源部15により駆動される。

図４では、高周波コイルとして、計測用送信コイルと高周波受信コイルとを別個に示しているが、送信用と受信用を兼用する一つの高周波コイルのみを用いる構成もある。表面励起RFコイル5が照射する高周波磁場は、送信機8により生成され、ボリューム励起用RFコイル6が照射する高周波磁場は、送信機9により生成される。受信コイルが検出した磁気共鳴信号は、受信機10を通して計算機11に送られる。

計算機11は、磁気共鳴信号に対して様々な演算処理を行いスペクトル情報や画像情報を生成する。また計算機11には、ディスプレイ12、記憶装置13、シーケンス制御装置16、入力装置17などが接続されており、上述した生成したスペクトル情報や画像情報をディスプレイ12に表示したり記憶装置13に記録したりする。入力装置17は、測定条件や演算処理に必要な条件などを入力するためのもので、これら測定条件等も必要に応じて記憶装置13に記録される。

シーケンス制御装置17は、傾斜磁場発生コイル3の駆動用電源部14、シムコイル4の駆動用電源部15、送信機8、９及び受信機10を制御する。制御のタイムチャート（パルスシーケンス）は撮影方法によって予め設定されており、記憶装置13に格納されている。

本発明の磁気共鳴撮影装置で実行されるパルスシーケンスの一例を図５に示す。図中、RF1〜RF4は高周波磁場の印加タイミング、Gx、Gy、Gzはそれぞれ3方向の傾斜磁場の印加タイミング、A/Dは信号のサンプリング時間を示している。図示するパルスシーケンスは、典型的なMRSのパルスシーケンスで、まず、時間区間（P4）において周波数帯域の狭いガウシアン波形の高周波磁場（RF1〜RF3）（以下、CHESSパルスと呼ぶ）で水信号を励起し、傾斜磁場（Gs1〜Gs3）で横磁化をスポイルすることで水信号を抑圧する。時間区間（P5）において高周波磁場（RF4）をスライス選択用の傾斜磁場、ここではZ軸に垂直な面を選択する傾斜磁場（Gs4）とともに印加し、スライス選択傾斜磁場のリフェイズ傾斜磁場（Gs4'）を印加した後、核磁気共鳴信号（ここでは自由誘導減衰信号）（FID1）を測定する。高周波磁場（RF4）には、通常、矩形状の励起周波数特性を有するsinc波形(sin(t)/t)が用いられる。測定した信号に対しフーリエ変換を施すことにより、信号を発した領域（撮影領域）の磁気共鳴スペクトルを得ることができる。

図６に、本発明の磁気共鳴撮影装置の表面励起RFコイルの一例を示す。（601）は表面励起コイル1個の励起領域を示す。ここで該表面励起コイルの半径をrとすると、該表面励起コイルの励起領域（602）の最大深度はrとなる。

図７に、表面励起RFコイルを用いた脂肪抑圧法の一実施例を示す。図中表面コイル（702）を配置したときの位置（704）におけるsingle-voxel MRSを計測する場合、図8に示すようなパルスシーケンスを用いる。時間区間（P1）において、CHESSパルス（RF1〜RF3）と傾斜磁場パルス（Gd1〜Gd3）を用いた水抑圧を行い、時間区間（P2）において高周波磁場パルス（RF4）と傾斜磁場パルス（Gd4〜Gd6）を印加して、表面コイル（703）の励起領域内にある皮下脂肪を含んだ検査対象表面の領域を抑圧する。その後、ボリューム励起RFコイル（701）を用いて時間区間（P3）で検査対象全体を励起し、受信コイル（701）で信号を取得することによって、所望の領域における皮下脂肪の含まないスペクトル情報を得る。ここでは、ボリューム励起コイルと受信コイルを兼用しているが、図7（c）に示すように、ボリューム励起コイル（701）の内側に検査対象のサイズに合った別の受信コイル（705）を使用する構成もあり得る。この場合、ボリューム励起コイル（701）を使用して信号を受信するよりも感度が上昇する。ここで、ボリューム励起コイル（701）と表面コイル（702）に電流を供給する送信機は、それぞれ独立した送信機を用いている。

図９、図１０に、複数の表面励起RFコイルを組み合わせたRFコイル群の頭部アキシャル面のMRSIへの適用例を示す。図9（a）（901）に示すような励起領域を持つ複数の表面コイルをリング状に連結させた表面励起RFコイル群を用いて、図9（b）、（c）に示すように人体頭部に配置する。ここで、図9（c）は頭部アキシャル面を示しており、（904）は皮下脂肪である。時間区間（P1）において、CHESSパルス（RF1〜RF3）と傾斜磁場パルス（Gd1〜Gd3）を用いた水抑圧を行い、図9（b）、（c）に示すように、時間区間（P5）において、高周波磁場パルス（RF4）と傾斜磁場パルス（Gd4〜Gd6）を印加して、表面コイル（904）の励起領域内にある皮下脂肪を含んだ検査対象表面の領域を抑圧する。その後、ボリューム励起RFコイル（902）を用いて、時間区間（P6）で検査対象全体を励起し、位置情報を持たせる傾斜磁場パルス（Gp1）、（Gp2）を印加した後に受信コイルで信号を取得することによって、所望の領域における、皮下脂肪を含んだ検査対象表面の領域を抑圧した代謝物質分布（MRSI）を得る。ここでは、ボリューム励起コイルと受信コイルを兼用しているが、図9（e）に示すように、ボリューム励起コイル（902）の内側に検査対象のサイズに合った別の受信コイル（905）を使用する構成もあり得る。この場合、ボリューム励起コイル（902）を使用して信号を受信するよりも感度が上昇する。ここで、ボリューム励起コイル（902）と表面コイル群（903）に電流を供給する送信機は、それぞれ独立した送信機を用いている。また、表面励起コイル群（903）を構成する表面コイルの数は特に限定しない。

従来の方法における脂肪抑圧法のＭＲＳパルスシーケンスの一例。従来の方法における脂肪抑圧法の一例。本発明が適用される磁気共鳴撮影装置の外観図。本発明が適用される磁気共鳴撮影装置の構成例を示す図。本発明の磁気共鳴撮影装置で使用するＭＲＳパルスシーケンスの一例を示す図。本発明の磁気共鳴撮影装置で使用する表面励起コイルの一例を示す図。本発明の磁気共鳴撮影装置の第２の実施形態を示す図。第１の実施形態におけるＭＲＳパルスシーケンスの一例を示す図。本発明の磁気共鳴撮影装置の第２の実施形態を示す図。第２の実施形態におけるMRSIパルスシーケンスの一例を示す図。

Claims

静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場中に置かれた検査対象に核磁気共鳴を生じさせる高周波磁場発生手段と、前記検査対象から発生する核磁気共鳴信号を検出する検出手段を具備し、前記高周波磁場発生手段は、検査対象の一定の領域を励起するN個（１個以上）の表面励起RFコイルと、検査対象を励起するためのボリューム励起用RFコイルとを有し、前記表面励起RFコイルは、前記検査対象に対して前記ボリューム励起用RFコイルの内側に配置されていることを特徴とする核磁気共鳴装置。
請求項１に記載の核磁気共鳴装置において、前記表面励起ＲＦコイルは、配置される被検体の皮下脂肪の深さを励起領域とする径を有することを特徴とする核磁気共鳴装置。
請求項１に記載の核磁気共鳴装置において、前記N個（１個以上）の表面励起RFコイルと前記ボリューム励起コイルに電流を流すための複数の送信機と、前記高周波磁場発生手段の動作を制御するシーケンス制御手段とを有することを特徴とする核磁気共鳴装置。
請求項１に記載の核磁気共鳴装置において、複数個の前記表面励起ＲＦコイルは、リング状に連なっていることを特徴とする核磁気共鳴装置。
請求項１乃至３に記載の核磁気共鳴装置において、さらに受信用コイルを有し、前記受信用コイルは、前記表面励起ＲＦコイルと前記受信用コイルとの間にあることを特徴とする核磁気共鳴装置。