JP2016131847A - Magnetic resonance imaging apparatus and magnetic resonance imaging method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴信号(以下、NMR信号と呼ぶ)を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を画像化する磁気共鳴イメージング(以下、MRIと呼ぶ)装置に関し、特に、騒音を抑制するパルスシーケンス技術に関する。 The present invention measures a nuclear magnetic resonance signal (hereinafter referred to as an NMR signal) from hydrogen, phosphorus, etc. in an object, and images a nuclear density distribution, relaxation time distribution, etc. (hereinafter referred to as MRI). And a pulse sequence technique for suppressing noise.
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、被検体を静磁場(分極磁場B0)内に配置した上で、特定の領域を選択励起するためにスライス選択用の傾斜磁場パルスと共に高周波磁場パルス(RFパルス)を印加し、その後、励起範囲内を読み出し用の傾斜磁場パルスの印加により位相または周波数のエンコードを行う。 The MRI apparatus measures NMR signals generated by nuclear spins constituting a subject, particularly a human tissue, and images the form and function of the head, abdomen, limbs, etc. two-dimensionally or three-dimensionally. Device. In imaging, a high-frequency magnetic field pulse (RF pulse) is applied together with a gradient magnetic field pulse for slice selection in order to selectively excite a specific region after placing the subject in a static magnetic field (polarization magnetic field B0). The phase or frequency is encoded by applying a gradient magnetic field pulse for readout within the excitation range.
傾斜磁場パルスの印加には、MRI装置のX、Y、Z軸に沿って傾斜磁場を発生するように設計された傾斜磁場コイルが用いられる。傾斜磁場パルスの立ち上がり、立ち下りといった印加強度が変化する際に傾斜磁場コイルが振動し、それが騒音となる。 For application of the gradient magnetic field pulse, a gradient coil designed to generate a gradient magnetic field along the X, Y, and Z axes of the MRI apparatus is used. When the applied intensity such as the rising and falling of the gradient magnetic field pulse changes, the gradient magnetic field coil vibrates, which causes noise.
この騒音を低減するため、例えば、スライス選択傾斜磁場パルスと読み出し傾斜磁場パルスとをそれぞれ、別箇に印加するのではなく、両者を一つの傾斜磁場パルスとして印加する手法がある。これは、PETRA(Pointwise Encoding Time Reduction with Radial Acquisition)と呼ばれる撮影法(例えば、非特許文献1参照)で、これにより、騒音の原因となる傾斜磁場パルスの立ち上がり・立ち下がりの回数が減るため、騒音が低減する。 In order to reduce this noise, for example, there is a method of applying both the slice selective gradient magnetic field pulse and the readout gradient magnetic field pulse as one gradient magnetic field pulse instead of applying them separately. This is an imaging method called PETRA (Pointwise Encoding Time Reduction with Radial Acquisition) (see, for example, Non-Patent Document 1), which reduces the number of rising and falling times of gradient magnetic field pulses that cause noise. Noise is reduced.
また、TE(エコー時間)を短くすることを目的とした超短エコー時間シーケンス(Ultra−short TE Sequence;UTE)に従う撮影法がある(例えば、特許文献1参照)。UTEでは、Half RFパルスと呼ばれるリフォーカス(Refocus)を必要としないスライス選択傾斜磁場パルスと、k空間中心から走査を開始する読み出し傾斜磁場パルスとを用いる。k空間中心から走査を開始するため、読み出し傾斜磁場パルスには、ディフェーズ(Dephase)パルスが不要となる。従って、UTEによれば、傾斜磁場の極性の反転回数が減り、騒音が低減する。 There is also an imaging method according to an ultra-short TE sequence (UTE) aimed at shortening TE (echo time) (see, for example, Patent Document 1). In the UTE, a slice selection gradient magnetic field pulse that does not require refocus (Refocus) called a Half RF pulse and a read gradient magnetic field pulse that starts scanning from the center of the k space are used. Since scanning is started from the center of the k-space, the readout gradient magnetic field pulse does not require a dephase pulse. Therefore, according to UTE, the number of inversions of the polarity of the gradient magnetic field is reduced, and noise is reduced.
しかしながら、非特許文献1の手法では、スライス選択傾斜磁場パルスと読み出し傾斜磁場パルスとを一つのパルスにまとめ、かつ、それら傾斜磁場パルスの印加方向を3次元方向に変化させる。このため、励起範囲が3次元の各方向に大きさの等しい球形となり、画像分解能はXYZそれぞれの方向が同じものに限られる。従って、励起範囲を限定したり、分解能を必要方向のみ高くしたりできるシーケンスに比べて計測しなければならないデータ量が増えることになり、計測時間が延長するとともに再構成メモリの必要量が増大する。
However, in the method of Non-Patent
また、非特許文献1の手法では、RFパルス照射からエコー信号の読み出し開始までの間にRF受信コイルのスイッチングなどにより時間が空く。従って、その間データが収集できないため、k空間中心のデータが欠落する。欠落したk空間中心のデータは別スキャンにて計測する必要があり、さらなる計測時間の延長につながる。
Further, in the method of
さらに、非特許文献1の手法では、スライス選択傾斜磁場パルスと読み出し傾斜磁場パルスとを一つのパルスにまとめているため、RFパルスの照射直後から読み出し傾斜磁場パルスが印加されることになる。このため、第一エコーのTEを選択することはできず、TEの選択によるコントラストの調整を行うことができない。
Furthermore, in the method of
UTE(Ultra Short TE sequence)では、Half RFパルスを用いることでスライス選択傾斜磁場のリフォーカスパルスを省いている。しかし、Half RFパルスを用いる場合、スライス選択傾斜磁場の極性を変えて励起した2つのデータを加算しなければ1つの完全なスライスプロファイルを持ったNMR信号を得ることができない。そのため、通常のRFパルスを用いた場合に比べて、計測時間が2倍になる。 In UTE (Ultra Short TE sequence), the refocusing pulse of the slice selective gradient magnetic field is omitted by using the Half RF pulse. However, when the Half RF pulse is used, an NMR signal having one complete slice profile cannot be obtained unless two data excited by changing the polarity of the slice selective gradient magnetic field are added. Therefore, the measurement time is doubled as compared with the case of using a normal RF pulse.
このように、従来の手法によれば、印加する傾斜磁場パルス数が減ることにより、励起範囲と分解能の設定に自由度が少ない、TEの選択によるコントラストの調整ができない、といった制約が生じたり、計測時間が延長したりする。 As described above, according to the conventional method, the number of gradient magnetic field pulses to be applied is reduced, so that the degree of freedom in setting the excitation range and resolution is limited, and the contrast cannot be adjusted by the selection of TE. The measurement time is extended.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、MRI装置において、励起範囲の選択と分解能の設定が自由にでき、TEによるコントラストの調整を行うことができ、計測時間が延長せず、かつ、騒音を低減する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances. In an MRI apparatus, selection of an excitation range and setting of resolution can be freely performed, contrast adjustment by TE can be performed, measurement time is not extended, and An object is to provide a technique for reducing noise.
本発明は、MRI装置を用いた計測時に、高周波磁場パルス照射後に再収束(リフォーカス;Refocus)パルスを印加しないスライス励起部と、再収束パルスを印加しないことにより変位したk空間上の位置から放射状にk空間走査を行い、かつ、位相分散(ディフェーズ(Dephase)パルスを印加しないエコー信号読み出し部と、を備えるシーケンスに従って、エコー信号の計測を行う。 The present invention provides a slice excitation unit that does not apply a refocus pulse after irradiation with a high-frequency magnetic field pulse during measurement using an MRI apparatus, and a position in k space that is displaced by not applying a refocus pulse. The echo signal is measured according to a sequence that includes k-space scanning in a radial manner and an echo signal reading unit that does not apply a phase dispersion (dephase) pulse.
本発明によれば、従来のパルスシーケンスに従った計測時と同様に、励起範囲の選択と、分解能の自由な設定と、TEによるコントラストの調整とが可能で、かつ、計測時間の延長を伴うことなく、パルスシーケンス実行中の騒音を低減することが可能となる。 According to the present invention, the excitation range can be selected, the resolution can be freely set, and the contrast can be adjusted by TE, as in the case of measurement according to the conventional pulse sequence, and the measurement time is extended. Therefore, it is possible to reduce noise during the execution of the pulse sequence.
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態の一例を説明する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、特に断らない限り、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。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Note that in all the drawings for explaining the embodiments of the invention, the same reference numerals are given to components having the same function unless otherwise specified, and the repeated description thereof is omitted.
[MRI装置構成]
まず、本実施形態のMRI装置の一例の全体概要を説明する。図1は、本実施形態のMRI装置100の全体構成を示すブロック図である。本実施形態のMRI装置100は、NMR現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、図1に示すように、静磁場発生系120と、傾斜磁場発生系130と、送信系150と、受信系160と、制御系170と、シ−ケンサ140と、を備える。
[MRI system configuration]
First, an overall outline of an example of the MRI apparatus of the present embodiment will be described. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the
静磁場発生系120は、垂直磁場方式であれば、被検体101の周りの空間にその体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば、体軸方向に、均一な静磁場を発生させるもので、被検体101の周りに配置される永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源を備える。
The static magnetic field generation system 120 generates a uniform static magnetic field in the direction perpendicular to the body axis in the space around the
傾斜磁場発生系130は、MRI装置100の座標系(装置座標系)であるX、Y、Zの3軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル131と、それぞれの傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源132とを備え、シ−ケンサ140からの命令に従ってそれぞれの傾斜磁場コイル131の傾斜磁場電源132を駆動することにより、X、Y、Zの3軸方向に傾斜磁場Gx、Gy、Gzを印加する。傾斜磁場強度は、傾斜磁場コイル131に流す電流値を制御することにより変化させる。
The gradient magnetic field generating system 130 is a gradient
撮影時には、例えば、スライス面(撮影断面)に直交する方向に傾斜磁場パルスGsを印加して被検体101に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交し、且つ、互いに直交する残りの2つの方向に傾斜磁場パルスGpと傾斜磁場パルスGfとを印加して、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。以下、本明細書では、スライス面を決定するために印加する傾斜磁場パルスをスライス選択傾斜磁場パルスと呼び、エコー信号に位置情報をエンコードするために、エコー信号読み出し時に印加する傾斜磁場を読み出し傾斜磁場パルスと呼ぶ。
At the time of imaging, for example, a gradient magnetic field pulse Gs is applied in a direction orthogonal to the slice plane (imaging cross section) to set a slice plane for the
送信系150は、被検体101の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、被検体101に高周波磁場パルス(以下、「RFパルス」と呼ぶ。)を照射するもので、高周波発振器(シンセサイザ)と変調器と高周波増幅器とを備える送信処理部152と、送信側の高周波コイル(送信コイル)151とを備える。高周波発振器はRFパルスを生成し、シ−ケンサ140からの指令によるタイミングで出力する。変調器は、出力されたRFパルスを振幅変調し、高周波増幅器は、この振幅変調されたRFパルスを増幅し、被検体101に近接して配置された送信コイル151に供給する。送信コイル151は供給されたRFパルスを被検体101に照射する。
The transmission system 150 irradiates the
受信系160は、被検体101の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出される核磁気共鳴信号(エコー信号、NMR信号)を検出するもので、受信側の高周波コイル(受信コイル)161と、合成器、増幅器、直交位相検波器、およびA/D変換器(A/Dコンバータ)を備える受信処理部162と、を備える。
The receiving system 160 detects a nuclear magnetic resonance signal (echo signal, NMR signal) emitted by nuclear magnetic resonance of the nuclear spin constituting the living tissue of the
受信コイル161は、被検体101に近接して配置され、送信コイル151から照射された電磁波によって誘起された被検体101の応答のNMR信号(受信信号;エコー信号)をサンプリングすることにより検出する。サンプリングされた各エコー信号は、受信処理部162において、増幅され、シ−ケンサ140からの指令によるタイミングで検波され、ディジタル量に変換されて、k空間データとして、制御系170に送られる。
The reception coil 161 is disposed in the vicinity of the
シ−ケンサ140は、RFパルスと傾斜磁場パルスとを所定のパルスシーケンスに従って繰り返し印加する。なお、パルスシーケンスは、高周波磁場パルス、傾斜磁場パルス、信号受信のタイミングや強度を記述したもので、予め制御系170に保持される。シ−ケンサ140は、制御系170からの指示に従って動作し、被検体101の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系150、傾斜磁場発生系130、および受信系160に送信する。
The
制御系170は、MRI装置100全体の動作の制御、信号処理、画像再構成等の各種演算、処理結果の表示及び保存等を行うもので、CPU171と記憶装置172と表示装置173と入力装置174とを備える。記憶装置172は、ハードディスク、ROM、RAMなどの内部記憶装置と、外付けハードディスク、光ディスク、磁気ディスクなどの外部記憶装置とにより構成される。表示装置173は、CRT、液晶などのディスプレイ装置である。入力装置174は、MRI装置100の各種制御情報や制御系170で行う処理の制御情報の入力のインタフェースであり、例えば、トラックボールまたはマウスとキーボードとを備える。入力装置174は、表示装置173に近接して配置される。操作者は、表示装置173を見ながら入力装置174を通してインタラクティブにMRI装置100の各種処理に必要な指示、データを入力する。
The
CPU171は、操作者が入力した指示に従って、記憶装置172に予め保持されるプログラムを実行することにより、MRI装置100の動作の制御、各種データ処理等の制御系170の各処理、各機能を実現する。例えば、受信系160からのデータが制御系170に入力されると、CPU171は、信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体101の断層像を表示装置173に表示するとともに、記憶装置172に記憶する。
The
なお、制御系170の、全部または一部の機能は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(field−programmable gate array)などのハードウェアによって実現されてもよい。また、各機能の処理に用いる各種のデータ、処理中に生成される各種のデータは、記憶装置172に格納される。
Note that all or a part of the functions of the
送信コイル151と傾斜磁場コイル131とは、被検体101が挿入される静磁場発生系120の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体101に対向して、水平磁場方式であれば被検体101を取り囲むようにして設置される。また、受信コイル161は、被検体101に対向して、或いは取り囲むように設置される。
In the static magnetic field space of the static magnetic field generation system 120 into which the subject 101 is inserted, the
現在、MRI装置の撮像対象核種で、臨床で普及しているものは、被検体101の主たる構成物質である水素原子核(プロトン)である。MRI装置100では、プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または機能を、二次元もしくは三次元的に撮像する。
Currently, the nuclide to be imaged by the MRI apparatus, which is widely used clinically, is a hydrogen nucleus (proton) that is a main constituent material of the subject 101. In the
[制御系]
本実施形態では、パルスシーケンス実行中の騒音を低減するために、傾斜磁場パルスの強度変化回数を抑える。これを実現するため、スライス選択傾斜磁場パルスの再収束(リフォーカス:Refocus)パルスと、読み出し傾斜磁場パルスの位相分散(ディフェーズ:Dephase)パルスを印加しないパルスシーケンスに従って計測を行う。
[Control system]
In the present embodiment, the number of gradient magnetic field pulse intensity changes is suppressed in order to reduce noise during the execution of the pulse sequence. In order to realize this, measurement is performed according to a pulse sequence in which a refocusing (refocus) pulse of a slice selection gradient magnetic field pulse and a phase dispersion (dephase) pulse of a read gradient magnetic field pulse are not applied.
このとき、スライス選択傾斜磁場パルスのリフォーカスパルスの印加を行わないために、kz方向にオフセット(変位;シフト)が生じる。本実施形態では、この変位位置を起点とし、k空間の走査を行う。 At this time, since the application of the refocus pulse of the slice selective gradient magnetic field pulse is not performed, an offset (displacement; shift) occurs in the kz direction. In the present embodiment, the k-space is scanned starting from this displacement position.
このような制御を行い、画像を得るため、本実施形態の制御系170は、図2(a)に示すように、予め定めたパルスシーケンスに従って、傾斜磁場発生系130、送信系150、受信系160を制御し、傾斜磁場パルスおよび高周波磁場パルスを印加し、エコー信号をサンプリングする計測制御部410と、計測制御部410がサンプリングしたエコー信号から、再構成画像を得る信号処理部420と、を備える。
In order to perform such control and obtain an image, the
まず、計測制御部410が従うパルスシーケンスについて説明する。
First, the pulse sequence that the
[従来のパルスシーケンス]
本実施形態のパルスシーケンスの説明に先立ち、従来の、スライス選択傾斜磁場パルスのリフォーカスパルス、および、読み出し傾斜磁場パルスのディフェーズパルスを印加するパルスシーケンスを説明する。
[Conventional pulse sequence]
Prior to the description of the pulse sequence of this embodiment, a conventional pulse sequence for applying a refocus pulse of a slice selective gradient magnetic field pulse and a dephase pulse of a read gradient magnetic field pulse will be described.
ここでは、画像を得るための計測として、1つの非直交座標系走査軌跡をk空間内の所定の基準点の周りに異なる角度で回転させて得られる複数の非直交座標系走査軌跡に沿ってエコー信号を計測する非直交系サンプリング法の中のラディアルサンプリング法を用いる。ラディアルサンプリング法では、エコー信号をk空間の原点を中心として回転角を変えながら放射状に計測する。 Here, as a measurement for obtaining an image, along a plurality of non-orthogonal coordinate system scanning trajectories obtained by rotating one non-orthogonal coordinate system scanning trajectory at different angles around a predetermined reference point in k-space. The radial sampling method in the non-orthogonal sampling method for measuring the echo signal is used. In the radial sampling method, echo signals are measured radially while changing the rotation angle around the origin of k-space.
図3(a)は、従来のパルスシーケンス200aを説明する図である。このパルスシーケンス200aは、励起高周波磁場(RF)パルス201と、励起RFパルス201とともに印加されるスライス選択傾斜磁場パルス202と、スライス選択傾斜磁場パルス202の直後に印加されるスライスリフォーカスパルス202rと、ディフェーズパルス203dと、ディフェーズパルス203dの直後に印加される読み出し傾斜磁場パルス203と、を備える。
FIG. 3A illustrates a
励起RFパルス201は、撮影面内の核スピンを励起する選択的励起RFパルスである。ここでは、励起RFパルス201として、波形が時間方向に対称形のパルスを用いる場合を例にあげて説明する。
The
スライス選択傾斜磁場パルス202は、スライス選択用の傾斜磁場パルスである。スライスリフォーカスパルス202rは、スライス選択傾斜磁場パルス202により拡散したスピンの位相を戻す(再収束させる)ための傾斜磁場パルスである。ディフェーズパルス203dは、エコー信号の収束タイミングを調整するためにスピンの位相を予め分散させる傾斜磁場パルスである。
The slice selection gradient
読み出し傾斜磁場パルス203は、エコー信号205に位置情報を付与(エンコード)するために印加されるパルスである。ここでは、台形波を用いる場合を例にあげて説明する。読み出し傾斜磁場パルス203は、X,Y,Zの3方向の傾斜磁場コイル131を用いて、TRごとに異なる方向に印加する。読み出し傾斜磁場パルス203を印加するタイミングで、NMR信号(エコー信号)205を得る。図3(a)に示すパルスシーケンス200aで印加される読み出し傾斜磁場パルス203による、k空間の走査軌跡300aを図4(a)に矢印で示す。
The read gradient
なお、傾斜磁場パルス204は、読み出し傾斜磁場パルス203の作用を補償するためのリワインダー傾斜磁場パルスであり、必要に応じて印加される。
The gradient
従来のパルスシーケンス200aによれば、k空間は、略全域が走査される。しかしながら、傾斜磁場パルスとして、スライス選択傾斜磁場パルス202、スライスリフォーカスパルス202r、ディフェーズパルス203d、読み出し傾斜磁場パルス203と、少なくとも4つの傾斜磁場パルスが印加される。
According to the
静磁場中で傾斜磁場コイル131に電流を流すとローレンツ力により傾斜磁場コイル131に力が加わる。傾斜磁場コイル131に流れる電流の強弱および向きが変化すると、傾斜磁場コイル131に加わる力も、その強さと向きが変化する。その結果、傾斜磁場コイル131は振動し、その振動が周囲の構造物及び空気に伝達することにより騒音を生じさせる。傾斜磁場コイル131に生じるローレンツ力は静磁場強度に比例するため、静磁場強度の高いMRI装置ほど、パルスシーケンス実行中の騒音が大きくなる。この騒音は被験者(患者)に肉体的、精神的な不快感を負わせることになる。
When a current is passed through the
[本実施形態のパルスシーケンス]
本実施形態では、パルスシーケンス実行中の騒音を低減するため、傾斜磁場コイル131に流す電流の強弱および向きの変化をできる限り少なくする。このため、本実施形態のパルスシーケンスでは、上記パルスシーケンス200aの中の、スライスリフォーカスパルス202rとディフェーズパルス203dとを印加しない。
[Pulse sequence of this embodiment]
In the present embodiment, in order to reduce noise during the execution of the pulse sequence, the intensity of the current flowing through the gradient
本実施形態のパルスシーケンス200を、図3(b)に示す。本実施形態のパルスシーケンス200は、励起RFパルス201およびスライス選択傾斜磁場パルス202を照射して撮影スライス内の核スピンを励起後、当該核スピンを再収束させるためのスライスリフォーカスパルス202rを印加しないスライス励起期間と、核スピンの位相を分散させるためのディフェーズパルス203dを印加せずに、読み出し傾斜磁場パルス203を印加しながらエコー信号205をサンプリングする読み出し期間と、を備える。
A
なお、本実施形態のパルスシーケンス200は、上述のように、スライスリフォーカスパルス202rとディフェーズパルス203dを印加しない構成以外は、従来のパルスシーケンス200aと同様である。
Note that the
本実施形態の計測制御部410は、このパルスシーケンス200に従って、各部を制御する。このパルスシーケンス200による、エコー信号のk空間の走査軌跡300を図4(b)に矢印で示す。
The
本実施形態のパルスシーケンス200では、上述のようにスライスリフォーカスパルス202rを印加しない。このため、スライス方向であるkz方向に、k空間の走査軌跡300がシフトする(オフセット(Offset)403が生じる)。また、ディフェーズパルス203dを印加していないため、kz方向にオフセットした点を起点として、3次元方向に放射状に走査される。
In the
以下、本実施形態の走査軌跡300が起点とする位置、すなわち、k空間の走査軌跡300が、スライスリフォーカスパルス202rを印加しないことによりk空間原点301からシフトした位置を、k空間基準位置303と呼ぶ。k空間原点301とk空間基準位置303との差を、シフト量と呼ぶ。
Hereinafter, the position where the scanning locus 300 of the present embodiment is the starting point, that is, the position where the scanning locus 300 in the k space is shifted from the
[信号処理部420]
信号処理部420は、上述のパルスシーケンス200に従って、k空間の走査軌跡300上でサンプリングされたエコー信号から、画像を再構成する。これを実現するため、信号処理部420は、図2(b)に示すように、計測条件401およびRF波形情報402を用い、スライスリフォーカスパルス202rを印加しないことによるk空間基準位置303の、k空間原点301からのkz方向のシフト量(オフセット)403を算出するシフト量算出部421と、前記シフト量403に従って、計測制御部410がサンプリングした各エコー信号205をk空間に配置した各k空間データのk空間座標404を算出するk空間座標算出部422と、算出したk空間座標404に従って、各k空間データを直交座標系k空間に再配置し、再配置後のk空間データから前記再構成画像を得る画像再構成部423と、を備える。
[Signal Processing Unit 420]
The
なお、計測条件401およびRF波形情報402は、予め記憶装置172の、例えば、RAMなどに格納される。また、エコー信号205をサンプリングすることにより得たk空間データ群405、算出されるkz方向シフト量403、および、k空間座標404も、同様に、記憶装置172の、例えば、RAMなどに格納される。
The
なお、RF波形情報402は、励起RFパルス201の形状と、スライス選択傾斜磁場パルス202の形状と、スライス選択傾斜磁場パルス202の印加面積に対するスライスリフォーカスパルス202rの印加面積の比率とを含む。スライスリフォーカスパルス202rの印加面積は、スライス選択傾斜磁場パルス202の強度(Amplitude)に比例して変化するため、RF波形情報402を予め保持し、スライスリフォーカスパルス202rの印加面積の算出に用いる。
The
例えば、照射する励起RFパルス201の波形が時間方向に対称形であれば、スライスリフォーカスパルス202rによる傾斜磁場パルスの印加面積は、スライス選択傾斜磁場パルス202の印加面積の約半分である。従って、この場合、0.5が格納される。スライスリフォーカスパルス202rの印加面積は、実験もしくはシミュレーションにより微調整され、最適化される。
For example, if the waveform of the
以下、各部の処理の詳細を説明する。 Details of the processing of each unit will be described below.
[シフト量算出部421]
まず、シフト量算出部421によるシフト量算出処理について説明する。シフト量算出部421は、計測条件401及びRF波形情報402を用い、k空間上における、k空間データ群405の、kz方向へのシフト量(kz方向シフト量)403を算出する。
[Shift amount calculation unit 421]
First, shift amount calculation processing by the shift
kz方向のシフトは、スライスリフォーカスパルス202rを印加しないために発生する。従って、シフト量算出部421は、従来のパルスシーケンス200aにおけるスライスリフォーカスパルス202rの印加量(印加面積)を算出し、それに基づき、kz方向のシフト量403を算出する。すなわち、シフト量算出部421は、励起RFパルス201とスライス選択傾斜磁場パルス202との印加により励起された核スピンを再収束させるために必要なリフォーカスパルス202rの印加面積を用いて、シフト量を算出する。
The shift in the kz direction occurs because the
シフト量算出部421は、スライスリフォーカスパルス202rの印加面積を算出するため、まず、スライス選択傾斜磁場パルス202の波形(印加面積)を算出する。スライス選択傾斜磁場パルス202の印加面積は、励起RFパルス201の波形と所望のスライス位置で定まる。従って、まず、励起RFパルス201の波形を得る。
The shift
一般に、励起RFパルス201の波形は、計測条件401に応じて予めその形状が決められている。従って、シフト量算出部421は、この予め決められている形状を励起RFパルス201の波形とする。
In general, the shape of the waveform of the
スライス選択傾斜磁場パルス202の波形は、公知の技術によって算出する。具体的には、シフト量算出部421は、図5に示すように、スライス選択傾斜磁場パルス202の持続時間(Duration)212を、励起RFパルス201の照射時間から決定し、強度(Amplitude)222を、励起RFパルス201の照射周波数と所望のスライス励起位置とによって決定する。
The waveform of the slice selective gradient
スライスリフォーカスパルス202rは、上述のように、スライス励起後の、スライス方向(kz方向)の核スピンの位相を一定にするために印加される傾斜磁場パルスである。シフト量算出部421は、算出したスライス選択傾斜磁場パルス202の印加面積を用いて、RF波形情報402に従って、このスライスリフォーカスパルス202rの印加面積を算出する。
As described above, the
以上のように、シフト量算出部421は、計測条件401から励起RFパルス201の波形を得、励起RFパルス201の照射時間、照射周波数および所望のスライス励起位置から、スライス選択傾斜磁場パルス202の印加面積を得る。そして、スライス選択傾斜磁場パルス202の印加面積とRF波形情報402とから、スライスリフォーカスパルス202rの印加面積を得る。
As described above, the shift
そして、シフト量算出部421は、スライスリフォーカスパルス202rの印加面積から、kz方向のシフト量403を算出する。スライスリフォーカスパルス202rの印加面積をG_refocus[s・T/m]としたとき、kz方向シフト量403は、以下の式(1)に従って算出される。
[k空間座標算出部422]
k空間座標算出部422によるk空間座標算出処理について説明する。k空間座標算出部422は、シフト量算出部421が算出したkz方向シフト量403と計測条件401とを用いて、計測制御部410が計測した各エコー信号をk空間データとして配置するk空間座標を算出する。
[K-space coordinate calculation unit 422]
The k-space coordinate calculation process by the k-space coordinate
時刻tに計測(サンプリング)されたエコー信号を配置するk空間座標(kx(t)、ky(t)、kz(t))は、読出し傾斜磁場パルス203の印加面積を用いて、以下の式(2)で算出される。なお、読み出し傾斜磁場パルス203の印加面積は、計測条件401として記憶される。一般に、計測条件401として、読み出し傾斜磁場パルス203の波形(強度Amplitureと持続時間Duration)とが保持される。
式(2)に示すように、kx(t)及びky(t)は、読み出し傾斜磁場パルス203の形状(印加面積)にのみ依存する。一方、kz(t)は、読み出し傾斜磁場パルス203の形状(印加面積)に、kz方向シフト量403が加算される。
As shown in Expression (2), kx (t) and ky (t) depend only on the shape (application area) of the read gradient
[画像再構成部423]
画像再構成部423による画像再構成処理を説明する。画像再構成部423は、k空間座標算出部422が算出したk空間座標404と、計測条件401と、パルスシーケンス200を実行し、エコー信号205をサンプリングすることにより得たk空間データ群405と、を用いて画像を再構成する。
[Image reconstruction unit 423]
An image reconstruction process performed by the
k空間に配置されたk空間データ群405を、それぞれのk空間座標に従って、k空間の直交座標の各格子点に再配置(グリッディング)する。すなわち、各格子点のk空間データを算出する。各格子点のk空間データは、補間などの公知の技術により算出する。そして、画像再構成部423は、グリッディング後の各格子点のk空間データを、例えば、フーリエ変換することにより、画像を再構成する。
The k-
以上説明したように、本実施形態のMRI装置は、予め定めたパルスシーケンス200に従って、傾斜磁場パルスおよび高周波磁場パルス201を印加し、エコー信号をサンプリングする計測制御部410と、前記計測制御部410がサンプリングしたエコー信号から、再構成画像を得る信号処理部420と、を備え、前記パルスシーケンス200は、前記高周波磁場パルス201およびスライス選択用の前記傾斜磁場パルス202を照射して撮影スライス内の核スピンを励起後、当該核スピンを再収束させるためのスライスリフォーカスパルス202rを印加しないスライス励起期間と、前記核スピンの位相を分散させるためのディフェーズパルス203dを印加せずに、読み出し用の前記傾斜磁場パルス203を印加しながら前記エコー信号205をサンプリングする読み出し期間と、を備える。
As described above, the MRI apparatus of the present embodiment applies the gradient magnetic field pulse and the high frequency
また、前記計測制御部410は、前記読み出し期間において、所定のk空間基準位置から、1つの非直交座標系走査軌跡を当該k空間基準位置の周りに異なる角度で回転させて得られる複数の非直交座標系走査軌跡300に沿って、前記エコー信号205のサンプリングを行い、前記k空間基準位置303は、前記スライスリフォーカスパルス202rを印加しないことによりk空間原点301からシフトした位置である。
Further, the
このように、本実施形態のパルスシーケンス200は、従来のk空間を放射状にサンプリングする計測のパルスシーケンス200aからスライスリフォーカスパルス202rと、ディフェーズパルス203dとを除いたものである。従って、これらの傾斜磁場パルスを使用しない分、従来のパルスシーケンス200aに比べて傾斜磁場パルスの印加に伴う騒音が軽減される。
Thus, the
また、本実施形態の計測においては、一定方向に印加されるスライス選択傾斜磁場パルス202と、選択的励起パルスである励起RFパルス201とを用いるため、励起範囲を所望の範囲に限定することができる。また、読み出し傾斜磁場パルス203の強度もしくは印加時間を変更することによりX、Y、Zの各方向に異なる画像分解能を指定することもできる。
In the measurement of the present embodiment, the slice selection gradient
非特許文献1の手法では、励起範囲が3次元方向に大きさの等しい球形となり、また、分解能も各方向等しくするしかない。これに対し、本実施形態では励起範囲を所望の範囲に限定することができ、必要とされる範囲についてのみ計測を行うことができる。また、所望の方向の分解能を高めたり、低減したりできる。このため、所望の画質の画像を、計測時間を延長することなく、かつ、必要最小限の再構成メモリの容量で得ることができる。
In the method of
また、非特許文献1の手法では、スライス選択傾斜磁場パルスと読み出し傾斜磁場パルスとを一つのパルスにまとめているため、読み出し傾斜磁場パルスの印加タイミングを任意に設定できず、第一エコーのTEを選択することができない。これに対し、本実施形態では、スライス選択傾斜磁場パルス202と読み出し傾斜磁場パルス203とが分離しているため、読み出し傾斜磁場パルス203の印加タイミングを任意に設定できる。すなわち、任意にTEを設定することができ、コントラストの調整が可能である。
In the method of
また、UTEでは、Half RFパルスを用いているため計測時間が2倍に延長するが、本実施形態では、通常の選択的励起パルスを励起RFパルス201として用いるため、RFパルスに起因する計測時間の延長は生じない。
In the UTE, since the half RF pulse is used, the measurement time is doubled. However, in the present embodiment, the normal selective excitation pulse is used as the
このように、本実施形態によれば、従来手法による各種の制約無しに、騒音を低減できる。 Thus, according to the present embodiment, noise can be reduced without various restrictions by the conventional method.
<変形例>
なお、本実施形態のパルスシーケンス200によれば、k空間は、図4(b)に示す走査軌跡300に沿ってサンプリングされる。本図から分かるように、パルスシーケンス200によれば、スライスリフォーカスパルス202rの印加がないために発生するkz方向への走査軌跡のシフトにより、k空間に、k空間データが充填されない欠損領域310が生じる。
<Modification>
According to the
上記実施形態では、この欠損領域310をそのままの状態で画像再構成を行う場合を例にあげて説明した。しかしながら、画像の分解能の低下を抑制するため、画像再構成部423が、画像再構成前に、この欠損領域310のk空間データを充填するよう構成してもよい。
In the above-described embodiment, the case where the image reconstruction is performed with the
欠損領域310のk空間データの充填は、公知の技術を用いて行うことができる。
Filling the
例えば、k空間上のk空間データが複素共役の関係にあることを利用し、欠損領域310の充填を行う技術がある。再構成画像データが実数である場合、k空間上のk空間データは以下の式(3)に示すように複素共役の関係を持つ。
この性質から、k空間上の半分の領域(対角線上にない2つ象限の領域)にのみk空間データを配置すれば、そのk空間データF(kx、ky)から、式(3)を用いて、残りのF(−kx、−ky)を算出することができる。 Because of this property, if k-space data is arranged only in a half area in k-space (a region in two quadrants not on the diagonal), Equation (3) is used from the k-space data F (kx, ky). Thus, the remaining F (−kx, −ky) can be calculated.
なお、本技術の詳細は、以下の非特許文献2に開示されている。
[非特許文献2] David A. Feinberg et al., Halving MR Imaging Time by Conjugation: Demonstration at 3.5kG, Radiology,1986,Vol161,No2,p527−531
Details of the present technology are disclosed in Non-Patent Document 2 below.
[Non-Patent Document 2] David A. A. Feinberg et al. , Halving MR Imaging Time by Conjugation: Demonstration at 3.5kG, Radiology, 1986, Vol 161, No2, p527-531.
上述のように、非特許文献1の手法ではk空間の中心データが欠落し、別スキャンにて当該領域を計測する必要があるため、その分計測時間が延長する。これに対し、本実施形態では、欠損領域310が、k空間の中心以外であり、かつ、全k空間領域の半分以下である場合、演算により推定し、充填できる。従って、計測時間の延長を伴わない。
As described above, in the method of
また、上記実施形態では、励起RFパルス201の波形は、時間方向に対称形としている。しかしながら、時間方向に非対称形の波形を有する励起RFパルス201を用いてもよい。この場合、スライスリフォーカスパルス202rの印加面積は、励起RFパルス201の非対称率に応じて変化する。
In the above embodiment, the waveform of the
また、上記実施形態では、k空間座標の算出時、k空間座標算出部422は、読み出し傾斜磁場パルス203の印加面積は、計測条件401から取得したものをそのまま用いている。しかしながら、これに限定されない。
In the above embodiment, when calculating the k-space coordinates, the k-space coordinate
例えば、k空間座標算出部422は、計測条件401から取得した読み出し傾斜磁場パルス203の波形を入力波形とし、応答関数を用いて、出力波形を算出し、その出力波形を用いてk空間座標を算出してもよい。
For example, the k-space coordinate
応答関数は、出力傾斜磁場波形に影響を与える複数の要素の各要素応答関数の合算したものであり、所定の条件下で、計測条件401での指定に従って入力される傾斜磁場波形と、当該入力傾斜磁場波形に対応する出力傾斜磁場波形とを算出し、両者を用いて算出される。
The response function is the sum of the element response functions of a plurality of elements that affect the output gradient magnetic field waveform, and the gradient magnetic field waveform input according to the designation in the
なお、出力傾斜磁場波形に影響を与える複数の要素には、例えば、渦電流、傾斜磁場電源の制御回路などがある。 Examples of the plurality of elements that influence the output gradient magnetic field waveform include an eddy current, a gradient magnetic field power supply control circuit, and the like.
応答関数を用いて算出した出力波形は、実際の撮影時に印加される読み出し傾斜磁場パルス203の形状により近いものとなる。従って、算出した出力波形を用いることにより、より正確にk空間座標を算出でき、より、より高精度な再配置処理を行うことができ、その結果、得られる再構成画像の精度も高まる。
The output waveform calculated using the response function is closer to the shape of the readout gradient
また、読み出し傾斜磁場パルス203が台形波である場合を例にあげて説明したが、これに限定されない。読み出し傾斜磁場パルス203には、例えば、スパイラルスキャンなどで用いられるような台形波以外の波形を用いてもよい。
Moreover, although the case where the readout gradient
また、リワインダー傾斜磁場パルス204の印加時に発生するエコー信号206を第二のコントラストとして画像再構成に用いてもよい。また、TRが十分に長い場合など、リワインダー傾斜磁場パルス204を印加しなくてもよい。
Further, the
100:MRI装置、101:被検体、120:静磁場発生系、130:傾斜磁場発生系、131:傾斜磁場コイル、132:傾斜磁場電源、140:シーケンサ、150:送信系、151:送信コイル、152:送信処理部、160:受信系、161:受信コイル、162:受信処理部、170:制御系、171:CPU、172:記憶装置、173:表示装置、174:入力装置、200:パルスシーケンス、200a:パルスシーケンス、201:励起RFパルス、202:スライス選択傾斜磁場パルス、202r:スライスリフォーカスパルス、203:読み出し傾斜磁場パルス、203d:ディフェーズパルス、204:リワインダー傾斜磁場パルス、205:エコー信号、206:エコー信号、300:走査軌跡、300a:走査軌跡、301:k空間原点、303:k空間基準位置、310:欠損領域、401:計測条件、402:RF波形情報、403:kz方向シフト量(オフセット)、404:k空間座標、405:k空間データ群、410:計測制御部、420:信号処理部、421:シフト量算出部、422:k空間座標算出部、423:画像再構成部 100: MRI apparatus, 101: subject, 120: static magnetic field generation system, 130: gradient magnetic field generation system, 131: gradient magnetic field coil, 132: gradient magnetic field power supply, 140: sequencer, 150: transmission system, 151: transmission coil, 152: Transmission processing unit, 160: Reception system, 161: Reception coil, 162: Reception processing unit, 170: Control system, 171: CPU, 172: Storage device, 173: Display device, 174: Input device, 200: Pulse sequence , 200a: pulse sequence, 201: excitation RF pulse, 202: slice selective gradient magnetic field pulse, 202r: slice refocus pulse, 203: readout gradient magnetic field pulse, 203d: dephase pulse, 204: rewinder gradient magnetic field pulse, 205: echo Signal: 206: Echo signal, 300: Scanning locus, 300a: Running Trajectory, 301: k-space origin, 303: k-space reference position, 310: missing area, 401: measurement conditions, 402: RF waveform information, 403: kz direction shift amount (offset), 404: k-space coordinates, 405: k Spatial data group 410: Measurement control unit 420: Signal processing unit 421: Shift amount calculation unit 422: k-space coordinate calculation unit 423: Image reconstruction unit
Claims (7)
前記計測制御部がサンプリングしたエコー信号から、再構成画像を得る信号処理部と、を備え、
前記パルスシーケンスは、
前記高周波磁場パルスおよびスライス選択用の前記傾斜磁場パルスを照射後、リフォーカスパルスを印加しないスライス励起期間と、
ディフェーズパルスを印加せずに、読み出し用の前記傾斜磁場パルスを印加しながら前記エコー信号をサンプリングする読み出し期間と、を備えること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 A measurement control unit that applies a gradient magnetic field pulse and a high-frequency magnetic field pulse according to a predetermined pulse sequence and samples an echo signal;
A signal processing unit that obtains a reconstructed image from the echo signal sampled by the measurement control unit, and
The pulse sequence is
After irradiating the high-frequency magnetic field pulse and the gradient magnetic field pulse for slice selection, a slice excitation period in which no refocus pulse is applied,
And a readout period in which the echo signal is sampled while applying the gradient magnetic field pulse for readout without applying a dephase pulse.
前記計測制御部は、前記読み出し期間において、所定のk空間基準位置から、1つの非直交座標系走査軌跡を当該k空間基準位置の周りに異なる角度で回転させて得られる複数の非直交座標系走査軌跡に沿って、前記エコー信号のサンプリングを行い、
前記k空間基準位置は、前記リフォーカスパルスを印加しないことによりk空間原点からシフトした位置であること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1,
The measurement control unit includes a plurality of non-orthogonal coordinate systems obtained by rotating one non-orthogonal coordinate system scanning locus around the k-space reference position at different angles from a predetermined k-space reference position in the readout period. Sampling the echo signal along the scanning trajectory,
The magnetic resonance imaging apparatus, wherein the k-space reference position is a position shifted from the origin of the k-space by not applying the refocus pulse.
前記信号処理部は、
前記k空間基準位置の前記k空間原点からのシフト量を算出するシフト量算出部と、
前記シフト量に従って、前記計測制御部がサンプリングした各エコー信号のk空間座標を算出するk空間座標算出部と、
前記k空間座標に従って、前記各エコー信号を直交座標系k空間に再配置し、再配置後のエコー信号から前記再構成画像を得る画像再構成部と、を備えること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 2,
The signal processing unit
A shift amount calculation unit that calculates a shift amount of the k space reference position from the k space origin;
A k-space coordinate calculating unit that calculates k-space coordinates of each echo signal sampled by the measurement control unit according to the shift amount;
An image reconstruction unit that rearranges each echo signal in an orthogonal coordinate system k-space according to the k-space coordinates, and obtains the reconstructed image from the rearranged echo signals. apparatus.
前記画像再構成部は、前記k空間基準位置がシフトしたことによる欠損領域のエコー信号を推定し、推定したエコー信号も用いて前記再構成画像を得ること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 3,
The magnetic resonance imaging apparatus, wherein the image reconstruction unit estimates an echo signal of a defect region due to the shift of the k-space reference position, and obtains the reconstructed image using the estimated echo signal.
前記シフト量算出部は、前記シフト量を、前記高周波磁場パルスと前記スライス選択用の傾斜磁場パルスとの印加により励起された核スピンを再収束させるために必要な前記リフォーカスパルスの印加面積を用いて算出すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 3 or 4,
The shift amount calculation unit calculates an application area of the refocus pulse necessary for refocusing the nuclear spins excited by applying the high-frequency magnetic field pulse and the gradient magnetic field pulse for slice selection. A magnetic resonance imaging apparatus characterized by being calculated using
高周波磁場パルスおよびスライス選択用の傾斜磁場パルスを照射後、リフォーカスパルスとディフェーズパルスとを印加せずに、読み出し用の前記傾斜磁場パルスを印加しながら前記エコー信号をサンプリングする計測ステップと、
前記リフォーカスパルスを印加しないことによる前記k空間基準位置の、k空間原点からのシフト量を算出するシフト量算出ステップと、
前記シフト量に従って、前記サンプリングした各エコー信号のk空間座標を算出するk空間座標算出ステップと、
前記k空間座標に従って、前記各エコー信号を直交座標系k空間に再配置し、再配置後のエコー信号から前記再構成画像を得る画像再構成ステップと、を含むこと
を特徴とする磁気共鳴イメージング方法。 Using a magnetic resonance imaging apparatus, a plurality of non-orthogonal coordinates obtained by rotating one non-orthogonal coordinate system scanning locus around the k-space reference position in k-space at different angles from a predetermined k-space reference position A magnetic resonance imaging method for sampling an echo signal along a system scanning trajectory and obtaining a reconstructed image using the echo signal,
A measurement step of sampling the echo signal while applying the gradient magnetic field pulse for reading without applying the refocus pulse and the dephasing pulse after irradiating the high frequency magnetic field pulse and the gradient magnetic field pulse for slice selection,
A shift amount calculating step of calculating a shift amount of the k-space reference position from the k-space origin by not applying the refocus pulse;
A k-space coordinate calculating step of calculating k-space coordinates of each sampled echo signal according to the shift amount;
An image reconstruction step of rearranging each echo signal in an orthogonal coordinate system k-space according to the k-space coordinates and obtaining the reconstructed image from the rearranged echo signals. Method.
前記画像再構成ステップは、再配置後のエコー信号から、前記k空間基準位置がシフトしたことによる欠損領域のエコー信号を推定し、推定したエコー信号も用いて、前記再構成画像を得ること
を特徴とする磁気共鳴イメージング方法。 The magnetic resonance imaging method according to claim 6, comprising:
The image reconstruction step estimates an echo signal of a defect region due to the shift of the k-space reference position from the rearranged echo signal, and obtains the reconstructed image using the estimated echo signal. A magnetic resonance imaging method.
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JP2018201963A (en) * | 2017-06-07 | 2018-12-27 | 株式会社日立製作所 | Magnetic resonance imaging device |
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