JP2007202883A

JP2007202883A - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP2007202883A
Application number: JP2006026574A
Authority: JP
Inventors: Kenji Takiguchi; 賢治滝口
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】マルチスライス撮影において、被検体の形状に対応して画像の空間分解能の観点で、各スライスを効率的に撮影する。
【解決手段】均一な静磁場空間中に配置された被検体の複数のスライスを順次撮影するマルチスライス撮影を行う計測制御手段と、複数のスライスの各々からのエコー信号から各スライスの画像を再構成する信号処理手段と、画像を表示すると共に制御情報の入力を受け付ける入出力手段と、を備え、計測制御手段は、スライス面に垂直な方向とマルチスライス撮影を行う方向とを異ならせて該マルチスライス撮影を行う。
【選択図】図７

Description

本発明は、被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴(以下、「NMR」という)信号を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を画像化する核磁気共鳴イメージング(以下、「MRI」という)装置に関し、特にマルチスライス撮影に関する。

MRI装置は、被検体、特に人体の組織を構成する原子核スピンが発生するNMR信号を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を2次元的に或いは3次元的に画像化する装置である。撮影においては、NMR信号には、傾斜磁場によって異なる位相エンコードが付与されるとともに周波数エンコードされて、時系列データとして計測される。計測されたNMR信号は、2次元又は3次元フーリエ変換されることにより画像に再構成される。

上記MRI装置では、撮影したい領域を短時間で撮影するために、マルチスライス撮影によって複数のスライスが順次撮影されている。具体的には、一般的に時間的効率を向上させるために、パルスシーケンスの繰り返し間隔の余裕時間を利用して、他のスライスの撮影が行われている。

このマルチスライス撮影では、予め撮影された参照画像が操作卓モニター上に表示され、操作者により各スライスの位置決めに関わるパラメータ(例えば、スライス枚数、スライス厚さ、スライス間隔、オブリーク等)がマウス等の入力装置を介して指定され、あるいはキーボード等の入力装置を介して数値入力されることによって、所望範囲の領域が複数のスライスにより効率的に撮影される様な設定が行われている。

通常は、スライス面に垂直な方向とマルチスライス撮影を行う方向とが同一とされてマルチスライス撮影が行われる。例えば、特許文献1には、被検体を移動させながらマルチスライス撮影を行う例が開示されており、スライス面に垂直な方向とマルチスライス撮影を行う方向とが、同一とさる場合(特許文献1の図4)や、スライス面をオブリークさせたときに異なる場合(特許文献1の図5)が開示されている。
特開2002-95646号公報

マルチスライス撮影される被検体の領域は、構造や形状が均一ではないのが一般的である。通常は、スライス面に垂直な方向とマルチスライス撮影を行う方向とが同一とされるために、マルチスライス撮影を行う方向が体軸方向と異なる場合には、両端のスライス画像では被検体領域が殆どない場合があり、画像の空間分解能の観点で撮影が非効率となる課題がある。これは、体軸方向に細長いという被検体特有の形状に由来する課題である。特許文献1に開示された、スライス面をオブリークさせたときにマルチスライス撮影を行う方向と体軸方向とが異なる例は、被検体を移動させることによって達成されるものであって、被検体を静止させてマルチスライス撮影を行う場合については開示されていない。

そこで本発明の目的は、マルチスライス撮影において、被検体の形状に対応して画像の空間分解能の観点で、各スライスを効率的に撮影することが可能なMRI装置を提供することである。

上記本発明の目的を達成するために、本発明のMRI装置は以下の様に構成される。即ち、均一な静磁場空間中に配置された被検体の複数のスライスを順次撮影するマルチスライス撮影を行う計測制御手段と、複数のスライスの各々からのエコー信号から各スライスの画像を再構成する信号処理手段と、画像を表示すると共に制御情報の入力を受け付ける入出力手段と、を備え、計測制御手段は、スライス面に垂直な方向とマルチスライス撮影を行う方向とを異ならせて該マルチスライス撮影を行う。

本発明のMRI装置によれば、マルチスライス撮影において、被検体の形状に対応して画像の空間分解能の観点で、各スライスを効率的に撮影することが可能になる。

以下、添付図面に従って本発明のMRI装置の好ましい実施形態について詳説する。なお、発明の実施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。

最初に、本発明が適用されるMRI装置の一例の全体概要を図1に基づいて説明する。装置は均一な静磁場空間を発生するための静磁場発生部1と、x，y，zの3軸方向に沿って磁場強度が線形に変化する傾斜磁場を発生するための3組の傾斜磁場発生コイル2と、被検体10に核磁気共鳴を誘起するための高周波磁場発生コイル3と、被検体からの核磁気共鳴信号(エコー信号)を検出するための受信コイル4と、受信されたエコー信号に対してA/D変換や検波等の処理を行う信号処理ユニット11と、傾斜磁場電源5と、高周波磁場電源6と、被検体10を静磁場発生部内に搬送する寝台7と、傾斜磁場発生コイル2、高周波磁場発生コイル3、および受信コイル4の動作を制御する計測制御ユニット8と、制御命令の入力、画像再構成の演算、および再構成された画像の表示等を行う操作卓9より構成される。

次に、代表的な撮影法であるグラジエントエコー法のパルスシーケンスを図2に基づいて説明する。図2は、21の高周波磁場(RF)、22のx方向傾斜磁場(Gx)、23のy方向傾斜磁場(Gy)、24のz方向傾斜磁場(Gz)の印加タイミング、および25の核磁気共鳴信号(エコー信号)の発生を時間軸に沿って表示している。なお高周波磁場は変調波を、傾斜磁場はパルス波を印加することを示している。RFとGxは撮影したいスライスを励起する機能を、Gyはエコー信号の周波数に位置情報をエンコードする機能を、Gzはエコー信号の位相に位置情報をエンコードする機能をする。なお、本発明のMRI装置は、グラジエントエコー法のみならず、スピンエコー法やエコープラナー法などの他の手法のパルスシーケンスにも適用することが可能である。

次に、上記の様なパルスシーケンスを用いたマルチスライス撮影と、スライス面をオブリークさせて撮影する原理を説明する。図3には、x=0における31のyz平面像の模式図を示す(zは紙面に垂直方向)。γを磁気回転比、Hを静磁場強度とすると、31のyz平面像を励起するためのRFの周波数ωはω=γHと表される。この時31のyz平面像の中心点は(y0，z0)=(0，0)である。

図4には、x方向に3枚のyz平面像を撮影する場合の模式図を示す。各スライスのスライス間隔をdとすると、41のスライス1のスライス位置は-d、42のスライス2のスライス位置は0、43のスライス3のスライス位置は+dとなる。

図5には図3のマルチスライス撮影を行う場合のパルスシーケンスを示す。これは繰り返し時間TRの中で、図2のシーケンスを3度繰り返すことを示しており、51の第1の部分がスライス1の撮影のための部分、52の第2の部分がスライス2の撮影のための部分、53の第3の部分がスライス3の撮影のための部分である。ただし、スライス1の撮影のためのRF周波数ω1、スライス2の撮影のためのRF周波数ω2、スライス3の撮影のためのRF周波数ω3は下記の如く異なる。即ち、

とする。この励起周波数の計算及び設定は、計測制御ユニット8で行われる。

図6には図3のマルチスライスをxy平面で回転させてオブリーク撮影をするための模式図を示す。各スライス面をオブリークさせるためには、図3のxy平面を原点を中心としてθだけ回転させれば良いので、座標回転のための回転行列を(Gx，Gy)に適用すれば良い。即ち、回転変換後のx，y方向傾斜磁場は、

となる。そして、図5の(Gx，Gy)を上記回転後の傾斜磁場(Gx’，Gy’)に置き換える。この回転処理は、計測制御ユニット8で行われる。

以上が、マルチスライス、オブリークのための撮影原理である。この原理に基づいて、本発明の詳細を以下に説明する。

次に、本発明の一実施形態を図7に基づいて説明する。本実施形態は、スライス面に垂直な方向とマルチスライス撮影を行う方向(つまり、各スライスの中心を通る方向)とを異ならせて該マルチスライス撮影を行うことを特徴とする。以下、3つのスライスをマルチスライス撮影する場合を説明するが、本発明は3スライスのみならず、2スライス又は４スライス以上のマルチスライス撮影にも適用できる。

図7は、撮影したい3つのスライスの模式図を示す。71の第1のスライスは、図6の61のスライスに相当する74のスライス中心を+y’方向にシフトしたものである。72の第2のスライスは、図6の62のスライスに相当する。73の第3のスライスは、図6の63のスライスに相当する75のスライス中心を-y’方向にシフトしたものである。ここで、71あるいは73のスライスのように画像中心がyまたはz方向にシフトした画像をオフセンタ画像という。オフセンタ画像を得るためには、信号処理ユニット11で行われるエコー信号の検波の際の参照周波数をオフセンタ量に応じてシフトさせれば良い。即ち、

とする。ここで±ｓはそれぞれ71と73のy’軸上からみたオフセンタ量である。

したがって図7に示す各スライスの撮影は
ステップ1：各スライスの励起周波数の算出
ステップ2：スライスをオブリーク回転させるための傾斜磁場の回転
ステップ3：スライスのオフセンタ画像を得るための検波用参照周波数の算出
ステップ4：マルチスライス撮影
の4ステップによって行われる。これにより、スライス面に垂直な方向とマルチスライス撮影を行う方向(つまり、各スライスの中心を通る方向)とを異ならせて該マルチスライス撮影が行われる。以下、3つのスライスを撮影するマルチスライス撮影を例にして、各ステップの詳細を説明する。

最初に、ステップ1では、スライス1、スライス2、スライス3の励起周波数ω1e、ω2e、ω3eが、計測制御ユニット8にて、それぞれ以下のように算出される。

ここで、γは磁気回転比、Hは静磁場強度、Gxはスライス傾斜磁場、dはスライス間隔である。

次に、ステップ2では、各スライスをオブリーク回転させて撮影するために、計測制御ユニット8において、前述の(2)式の様に傾斜磁場の回転計算が行われる。即ち、回転前のスライス傾斜磁場をGx、位相エンコード傾斜磁場をGyとし、xy平面の回転角をθとすると、オブリーク回転後のスライス傾斜磁場Gx’および位相エンコード傾斜磁場Gy' は以下の様に求められる。

なお、図7の例では周波数エンコード傾斜磁場Gzは回転されない。

次に、ステップ3では、受信コイル4で検出されたエコー信号を信号処理ユニット11で検波するための参照周波数が、前述の(4)式の様に計測制御ユニット8にて、それぞれ以下のように算出される。

ここで、γは磁気回転比、Hは静磁場強度、Gy’は周波数エンコード傾斜磁場、sはオフセンタ量である。これら算出された検波周波数の値が信号処理ユニット11に通知される。以上の様にして、スライス面に垂直な方向とマルチスライス撮影を行う方向(つまり、各スライスの中心を通る方向)とが異るように設定される。

最後に、ステップ4で各スライスの撮影を行う。撮影の際には、ステップ1で求められたスライス毎の励起周波数と、ステップ2で求められた回転後のスライス傾斜磁場Gx’とが印加されるように、それぞれ傾斜磁場電源5と高周波磁場電源6とが計測制御ユニット8により制御されて、各スライスが順次励起される。そして、励起されたスライスからのエコー信号に回転後の位相エンコード傾斜磁場Gy' と周波数エンコード傾斜磁場Gzとが印加されて受信コイル4で検出される。検出されたエコー信号に対して、信号処理ユニット11にてステップ3で求められた参照周波数を用いて検波が行われる。そして、検波されたエコー信号を用いて操作卓内演算器によりスライス毎のオフセンタ画像が再構成される。

以上は、yz平面ので回転によるオブリークの例を説明したが、3次元空間内の任意の回転によるオブリークも同様に行うことができる。この場合、(2)(4)式の回転行列は２つの回転角を用いて表される3次元回転行列となる。

次にユーザーインターフェースによって断面を指定する方法を示す。操作者により操作卓9を介してスライス枚数、スライス厚さ、スライス間隔、スライス軸方向、及び視野(FOV)等の撮影条件が指定されると、操作卓9の表示画面には、図8に示すように81，82，83の撮影予定断面が表示される。図8では、スライス数を3、スライス厚さをt、スライス間隔をd、スライス軸方向をx、視野をL(t，d，Lは実数)とした例を示している。また、81，82，83はyz平面であり、81，82，83の画像中心はそれぞれ(x，y，z)=(-d，0，0)、(0，0，0)、(+d，0，0)となる。マウス等のデバイスにより81のスライス上のカーソル84をドラッグ操作することにより、スライス81，82，83の画像中心を中心としてそれぞれθだけ回転させることができる。図8のスライス面を回転させた結果を図9に示す。ここで、91，92，93，94は回転前の81，82，83，84に等しい。なお、従来のオブリーク撮影(例えば前述の図6)を行うためのスライスのオブリーク回転操作と区別できるようにするために、例えば、マルチスライスの最端スライスのコーナーをドラッグすると本実施例のスライスの回転が実施できるような規則とすれば良い。なお、角度θは、スライス数、スライス厚さ、スライス間隔と同様に数値による入力も可能である。

また、図10に示すようにマルチスライスの隣り合うスライスが接している場合も同様に、図11に示すようにスライスの回転を行うことができる。ここで、111，112，113，114は回転前の101，102，103，104に等しい。

最後に、本発明のマルチスライス撮影方法の効果を説明するために、実際の人体を撮影する場合における本発明の有効性を図12，13を用いて説明する。

図12は122の頭部を撮影する場合を示している。図12(a)の120は従来のマルチスライス撮影による撮影スライスの例を、図12(b)の121は本発明による撮影スライスの例である。鼻、顎、首を含む領域を撮影する場合において、図12(a)に示す従来のマルチスライス撮影では、視野内に首の後ろ、鼻の下等の空白部分が目立ち、特に端部スライスにおいて著しいことが理解される。一方、図12(b)に示す本発明の撮影法では、首の後ろの空白部分が無いことが理解される。つまり、本発明のマルチスライス撮影法は、被検体の形状に対応して画像の空間分解能の観点で、各スライスを効率的に撮影することが可能になる。また紙面上で120，121の視野を比較すると、121のほうが視野Lが13％小さい。すなわち、本発明のマルチスライス撮影方法は従来のマルチスライス撮影方法と比較して、同一領域を高分解能で撮影できる利点がある。

また、図13は132の四肢を撮影する場合を示している。図13(a)の130は従来のマルチスライス撮影による撮影スライスの例を、図13(b)の131は本発明による撮影スライスの例である。本発明の撮影法によるスライス面の向きが、血管、神経、骨格等の解剖学的見地から診断上有効になる可能性を示すものである。

本発明を実施するための装置構成を説明する図。基本的なパルスシーケンスを説明する図。スライス断面を表す模式図。マルチスライス断面を表す模式図。マルチスライスのパルスシーケンスを説明する図。オブリーク断面を表す模式図。本発明を表す模式図。マルチスライス断面を表す模式図。図8のマルチスライス断面に適用された本発明を表す模式図。マルチスライス断面を表す模式図。図10のマルチスライス断面に適用された本発明を表す模式図。本発明の効果を表す模式図。本発明の効果を表す模式図。

符号の説明

１静磁場発生部、２傾斜磁場発生コイル、３高周波磁場発生コイル、４受信コイル、５傾斜磁場電源、６高周波磁場電源、７寝台、８計測制御ユニット、９操作卓、１０被検体、１１信号処理ユニット

Claims

均一な静磁場空間中に静止させて配置された被検体に傾斜磁場と高周波磁場を印加して複数のスライスを順次撮影するマルチスライス撮影を行う計測制御手段と、
前記複数のスライスの各々からのエコー信号から各スライスの画像を再構成する信号処理手段と、
前記画像を表示すると共に制御情報の入力を受け付ける入出力手段と、
を備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記計測制御手段は、スライス面に垂直な方向と前記マルチスライス撮影を行う方向とを異ならせて該マルチスライス撮影を行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記計測制御手段は、前記複数のスライスの少なくとも１つの画像を、前記スライス面の方向にオフセンタさせるように、前記信号処理手段を制御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に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記入出力手段は、スライス面に垂直な方向と前記マルチスライス撮影を行う方向との間の角度を設定するための設定手段を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。