JP2591405B2 - Ｍｒイメージング装置のバイポーラグラジェントの調整法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、核磁気共鳴（ＮＭ
Ｒ）を利用してイメージングを行なうＭＲイメージング
装置のバイポーラグラジェントの調整法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲイメージング装置では、静磁場中に
被検体を挿入し、３次元の各方向の傾斜磁場パルスを選
択励起用、周波数エンコーディング用、位相エンコーデ
ィング用として、その波形をコントロールしながら該被
検体に加えるとともに、該被検体に共鳴周波数に対応す
る周波数の高周波パルスを加えて被検体を励起し、その
後に生じる共鳴信号を受信するというパルスシーケンス
を繰り返すことにより、撮像のためのデータを収集する
撮像スキャンを行なう。

【０００３】このようなＭＲイメージング装置におい
て、パルスシーケンスが種々に工夫されており、その中
の高速スピンエコー法や、フェーズコントラストアンギ
オグラフィー法などでは、そのパルスシーケンスの一部
に図７に示すようなバイポーラグラジントが用いられて
いる。これは一つの傾斜磁場（この図７ではＧｙ）にお
いて、あるタイミングで磁化ベクトルの位相を乱すディ
フェージング用パルス１を印加し、その後のあるタイミ
ングで、その乱れた位相をもとに戻すリフェージング用
パルス２を印加するものである。最初のパルス１による
位相変化を次のパルス２で完全に打ち消すよう、両者の
時間積分が完全に等しく、これらの全体（バイポーラグ
ラジェント）では時間積分が完全に０になっている必要
がある。そこで、これらのバイポーラグラジェントを用
いる撮像シーケンスでは、ハードウェア系に厳しい性能
が要求され、バイポーラグラジェントが精度良く調整さ
れていない場合には、偽像が生じる原因となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
は、傾斜磁場電源の正負のアンプ特性や傾斜磁場の印加
にともなって発生する渦電流磁場によって、バイポーラ
グラジェントの各パルス１、２は図８に示すような波形
となり、バイポーラグラジェントの時間積分は完全に０
となっていず、リフェージング用パルス２によって位相
が完全に戻されないことがある。その場合、高速スピン
エコー法では画像のぼやけとなって現れ、フェーズコン
トラストアンギオグラフィー法では血管が明瞭に抽出さ
れないなどの原因となる。

【０００５】このバイポーラグラジェントの正負パルス
の誤差は、実験及び理論から約０．１％以下でなければ
ならないが、生データには多くの周波数が混じってお
り、この生データからこの誤差を検出することはきわめ
て困難である。事実、生データのピーク値がこの誤差に
よって減少することが考えられるが、実験の結果、信号
ピーク値の変化は装置のばらつきの範囲内にあって、ピ
ーク値から誤差を求めることはできなかった。

【０００６】この発明は上記に鑑み、バイポーラグラジ
ェントの正負パルスの誤差を人の目で認識し易いような
形態で表示することにより、バイポーラグラジェントの
精度の高い調整を容易に行えるようにする、ＭＲイメー
ジング装置のバイポーラグラジェントの調整法を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明によるＭＲイメージング装置のバイポーラ
グラジェントの調整法では、３次元の各方向の傾斜磁場
をそれぞれ選択励起用、周波数エンコーディング用、位
相エンコーディング用の傾斜磁場とし、選択励起用傾斜
磁場パルスとともに核スピンを励起する高周波パルスを
発生した後、上記周波数エンコーディング用傾斜磁場パ
ルスと位相エンコーディング用傾斜磁場パルスとを加え
るとともに、位相エンコーディング用傾斜磁場において
上記の位相エンコーディング用パルスとは別にバイポー
ラグラジェントを、位相エンコーディング量が変わるご
とに交互に逆極性となるように印加し、発生した共鳴信
号を受信して受信信号から得たデータを画像再構成処理
し、得られた再構成画像における折り返しアーティファ
クトを観察しながら上記のバイポーラグラジェントを調
整することが特徴となっている。

【０００８】

【作用】バイポーラグラジェントを位相エンコーディン
グ用傾斜磁場において位相エンコーディング用パルスと
は別のものとして印加することにより、そのバイポーラ
グラジェントの両極性間の印加量の誤差分が位相エンコ
ーディング量の誤差として加わる。このバイポーラグラ
ジェントの極性を、位相エンコーディング量が変わるご
とに交互に反転させると、この誤差分が正・負の極性で
交互に、本来の位相エンコーディング量に加えられるこ
とになる。このようにして誤差が加わったデータを２次
元フーリエ変換して画像再構成すると、本来の画像に折
り返しアーティファクトが加わった画像が得られる。こ
のアーティファクトは上記の誤差分のみを反映するもの
であり、このアーティファクトが画面の上で消えるよう
にバイポーラグラジェントを調整すれば、バイポーラグ
ラジェントの高精度な調整が完了する。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら詳細に説明する。図１はこの発明の一実施例
にかかるＭＲイメージング装置で用いるパルスシーケン
スを示すタイムチャートであり、図２は同実施例にかか
るＭＲイメージング装置の構成を示すブロック図であ
る。

【００１０】この実施例は、この発明を高速スピンエコ
ー法に適用したものである。高速スピンエコー法とは、
９０°パルスで選択励起した後、１８０°パルスを複数
回順次加え、その各々で位相エンコーディング量を変化
させながらスピンエコーを複数回生じさせて、位相エン
コーディング量の異なる複数のデータを１繰り返し周期
で得るというもので、１繰り返し周期の間に位相エンコ
ーディング量の異なる複数のデータが得られるため、繰
り返し周期の数が少なくて済み、１枚の画像を再構成す
るために必要なデータをきわめて短時間に収集すること
ができるというパルスシーケンスである。

【００１１】この場合、１繰り返し周期の間に、波高値
の異なる位相エンコーディング用傾斜磁場パルスを複数
個与えるが、後で与える傾斜磁場パルスが、それに先立
って与えた傾斜磁場パルスによって影響されないよう
に、先の傾斜磁場パルスと反対極性の傾斜磁場パルスを
与えて先の傾斜磁場パルスによる位相乱れをもとに戻し
ておく必要がある。すなわち、１８０°パルスの後スピ
ンエコー信号が生じる前に位相エンコーディング用傾斜
磁場パルスを与えて位相エンコーディングを行ない、そ
の後その傾斜磁場パルスをキャンセルするような反対極
性の傾斜磁場パルスを与え、しかる後つぎの１８０°パ
ルスを与えてつぎのスピンエコー信号を生じさせるよう
にする必要がある。

【００１２】このようなパイポーラグラジェントを与え
るとき、前の傾斜磁場パルスによる影響がつぎの傾斜磁
場パルスによって完全にキャンセルされていないと、そ
の誤差分がつぎのスピンエコーに対する位相エンコーデ
ィング量に加わり、アーティファクトの原因となる。

【００１３】そこで、この実施例では、図１に示すよう
な調整用のパルスシーケンスを繰り返すこととする。こ
の図１は１繰り返し周期のパルスシーケンスを示してい
る。この図１において、ＲＦ信号を１つの９０°パル
ス、２つの１８０°パルスとして順次印加するととも
に、これらＲＦパルスと同時に選択励起用のＧｚパルス
を与え、また、Ｘ方向の位置情報を周波数エンコーディ
ングするとともにスピンの位相を揃えるものとしてＧｘ
パルスを、Ｙ方向の位置情報を位相エンコーディングす
るためＧｙパルス３を与えている。ＧｚパルスはＺ方向
の傾斜磁場パルス、ＧｙパルスはＹ方向の傾斜磁場パル
ス、ＧｘパルスはＸ方向の傾斜磁場パルスである。この
実施例ではＺ方向をスライス選択方向（スライス面に直
角な方向）、Ｘ方向を周波数エンコーディング方向、Ｙ
方向を位相エンコーディング方向としているが、スライ
ス選択方向、周波数エンコーディング方向、位相エンコ
ーディング方向はこれらの方向に限らず、任意の方向と
することができる。

【００１４】この図１では、２番目の１８０°パルスの
後で位相エンコーディング用Ｇｙパルス３を与え、その
後で発生するスピンエコーをデータサンプリングするた
め、Ａ／Ｄ変換用サンプリングパルスを発生している。
そして、１番目の１８０°パルスの後２番目の１８０°
パルスの前にバイポーラグラジェントのパルス１、２を
与えている。このバイポーラグラジエントのパルス１と
パルス２とは極性のみが反対で波高値は同じものとして
ある。

【００１５】そして、この図１で示すパルスシーケンス
を、位相エンコーディング用Ｇｙパルス３の大きさをた
とえば−１２８、−１２７、…、−１、０、１、…、１
２７のように（あるいはその逆の順序で）２５６段階に
順次変化させながら、繰り返す。こうして２５６ライン
分のデータを収集するが、その繰り返しごとに、つまり
ラインごとにバイポーラグラジェントのパルス１、２の
極性を反対方向とする。最初のラインで図１の実線で示
すようにパルス１、２を負、正の順で与えたなら、つぎ
のラインでは正、負の順で与えるというように交互に極
性を変える。パルス１、２の波高値は、位相エンコーデ
ィング用パルス３の波高値に合わせて順次変化させても
よいし、位相エンコーディング用パルス３の波高値の変
化にかかわらずどの繰り返し周期でも一定のものとして
もよい。

【００１６】つぎにこのようなパルスシーケンスを行な
うＭＲイメージング装置のハードウェアについて図２を
参照しながら説明する。上記の３方向の傾斜磁場Ｇｚ、
Ｇｙ、Ｇｘは、主マグネット１１中に配置されたＧｚコ
イル１２、Ｇｙコイル１３、Ｇｘコイル１４に矢印に示
すように電流を流すことによって、発生させられる。な
お、主マグネット１１は磁束がＺ方向に向いている静磁
場を発生するものである。これらＧｚコイル１２、Ｇｙ
コイル１３、Ｇｘコイル１４には傾斜磁場電源２２より
電流が流される。それらの電流波形は波形発生器２１に
より与えられる。

【００１７】静磁場および傾斜磁場が印加される空間中
に図示しない被検者が挿入され、その被検者に図示しな
い送信アンテナと受信アンテナとが取り付けられる。送
信アンテナには送信パワーアンプ２６からＲＦ励起パル
スが供給される。このＲＦ励起パルスは、変調回路２５
において、信号発生器２３からのＲＦ信号を波形発生器
２４からの信号で変調したものである。受信アンテナで
受信されたＮＭＲ信号はプリアンプ２７を通って検波回
路２８に送られ、信号発生器２３からの信号を参照信号
として位相検波され、さらにＡ／Ｄ変換器２９でサンプ
リングされデジタルデータに変換されてコンピュータ２
０に取り込まれる。

【００１８】コンピュータ２０は、このデータを処理す
ることにより画像再構成してＭＲ画像を得る。また、コ
ンピュータ２０は波形発生器２１から発生する各傾斜磁
場の波形とそのタイミングとをコントロールするととも
に、波形発生器２４からのＲＦパルス波形とそのタイミ
ングとをコントロールし、さらに信号発生器２３を制御
して共鳴周波数の信号を発生させるなど、撮像シーケン
スを含む全体のシーケンスを制御する。

【００１９】上記のパルスシーケンスの繰り返しによっ
て収集されたデータは、コンピュータ２０によって２次
元フーリエ変換され、画像が再構成される。この画像を
適宜な画像表示装置（図示しない）で表示すると、図３
のようになり、本来の画像４の他に、折り返しアーティ
ファクト５が現われる。この折り返しアーティファクト
５は、バイポーラグラジェントのパルス１とパルス２と
の間の誤差によるもので、この誤差がなければ生じない
ものである。そこで、この折り返しアーティファクト５
が画面上でなるべく薄くなるようにバイポーラグラジェ
ントのパルス２の設計値の振幅を調整する。すなわち、
この折り返しアーティファクト５はバイポーラグラジェ
ントの正負パルス１、２の誤差のみを敏感に反映し、こ
のように画面上で人が目で見て認識しやすいアーティフ
ァクト５として画像化することにより、容易に調整がで
きる。

【００２０】さらに図４及び図５を参照しながら詳しく
説明する。図４は説明の便宜のため、図１のパルスシー
ケンスからバイポーラグラジェントの正負パルス１、２
の誤差を検出するために必要なポイント部分のみを取り
出したものである。この図４では通常のグラジェントエ
コー法のパルスシーケンスに調整されるべきバイポーラ
グラジェントのパルス１、２が付加されている。理論的
にはパルス１とパルス２との面積和が０となるようにそ
れらの波形が設計されているが、実際には上で述べた理
由によってその面積和は０とならず、その誤差分が位相
エンコーディング用傾斜磁場パルス３に加わる。

【００２１】この位相エンコーディング用傾斜磁場パル
ス３は、パルスシーケンスの繰り返しごとに、負方向か
ら正方向に１ステップずつ変化するが、仮にパルス１、
２がその繰り返しごとに何ら変化しないとすると、位相
エンコーディング量のすべてのステップにおいて同じ誤
差量が加わることになる。この誤差量はたかだか数％程
度であるので、画像には何ら反映されない。

【００２２】ところが、ここでは、上記のようにパルス
１、２はパルスシーケンスの繰り返しごとに極性が反転
する。そのため、誤差量は、パルスシーケンスの繰り返
しごとに、位相エンコーディング量に対して交互に正・
負の値として加算されることになる。その結果、生デー
タ空間上では、図５に示すように、ラインごとに交互に
上下方向（位相エンコーディング方向ｋｙ）の誤差が加
わることになり、実線で示したような位置にデータが得
られなけばならないところ、点線で示すようにラインご
とに交互に上下にずれた位置でデータが得られることと
なる。このような誤差が含まれたデータを２次元フーリ
エ変換して画像化すると、そのフーリエ変換の関係上、
Ｌ／２（Ｌは位相エンコーディング方向の視野サイズ）
のところに折り返しアーティファクトを生じる（図
３）。

【００２３】図６はこの発明をフェーズコントラストア
ンギオグラフィー法に適用した第２の実施例にかかるパ
ルスシーケンスを示すものである。このフェーズコント
ラストアンギオグラフィー法では、たとえば図６で示す
ような、９０°パルスをスライス選択用のＧｚパルスと
同時に加え、Ｘ方向位置情報を周波数にエンコーディン
グするとともに位相を揃えるためのＧｘパルスと、Ｙ方
向位置情報を位相にエンコーディングするためのＧｙパ
ルスとを印加するというパルスシーケンスを有するグラ
ジェントエコー法においてＸ、Ｙ、Ｚの各傾斜軸にＦＥ
Ｇ（ＦｌｏｗＥｎｃｏｄｉｎｇ Ｇｒａｄｉｎｇ ｐｕ
ｌｓｅ）を印加して血流の位相シフトを生じさせる。こ
のＦＥＧは移動物体以外は位相シフトを生じさせないた
めにバイポーラグラジェントとなっている。たとえばａ
で示すように正・負の順序のパルスからなるＦＥＧを用
いたときと、ｂで示すように負・正の順序のパルスから
なるＦＥＧを用いたときとでは、血流の方向に対して位
相シフトの極性が異なるので、血流の方向を判別でき
る。

【００２４】この場合、バイポーラグラジェントの正負
パルスによる位相シフトが完全に打ち消し合わないと、
移動物体以外に位相シフトが生じ、ＦＥＧを付加したと
きと付加しないときとの画像間でのサブトラクションで
血管以外の部分に消え残りが生じ、診断の役に立たない
こともある。そこで、バイポーラグラジェントの調整が
必要であるが、ここでは、パルスシーケンスの繰り返し
ごとに、ａで示すような正・負の順序のパルスからなる
ＦＥＧと、ｂで示すような負・正の順序のパルスからな
るＦＥＧとを、Ｇｙパルスとして交互に印加して、デー
タ収集する。この場合、ＦＥＧの波高値は、位相エンコ
ーディング量に応じて変化させた。

【００２５】そして、収集したデータから画像再構成を
行ない、図３に示すような本来の画像４に折り返しアー
ティファクト５が現われている画像を表示させる。この
画像を見ながら、折り返しアーティファクト５が生じな
いように、ＦＥＧの正負パルスのうちの先の方の波高値
を後の方の波高値に対して変化させる。これにより、Ｆ
ＥＧの２つのパルスのうちの先の方の波高値が後の方の
波高値に対して９９．６５％となるようＦＥＧの設計値
を調整したときに、折り返しアーティファクト５が生じ
ないようにできた。そして、このように調整したＦＥＧ
を用いてフェーズコントラストアンギオグラフィー法を
行なってみたところ、血管のみが抽出されている良好な
画像が得られた。

【００２６】上記の実施例は、本発明を高速スピンエコ
ー法とフェーズコントラストアンギオグラフィー法とに
適用したものであるが、この発明はこれらのパルスシー
ケンスに限らず、バイポーラグラジェントを用いるパル
スシーケンスのどのようなものでも適用することが可能
であり、それらにおいてバイポーラグラジェントの調整
に効果がある。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のＭＲイ
メージング装置のバイポーラグラジェントの調整法によ
れば、バイポーラグラジェントの誤差を人が容易に認識
できるような形態で画像化でき、バイポーラグラジェン
トの調整精度を高めることが容易となり、画質の向上に
寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例におけるパルスシーケンス
を示すタイムチャート。

【図２】同実施例の構成を示すブロック図。

【図３】同実施例の表示画像を示す図。

【図４】同実施例の動作説明のため要部のみを抽出した
パルスシーケンスを示すタイムチャート。

【図５】同実施例の動作説明のための生データ空間の
図。

【図６】同第２の実施例におけるパルスシーケンスを示
すタイムチャート。

【図７】バイポーラグラジェントの理論的波形を示すタ
イムチャート。

【図８】バイポーラグラジェントの実際の波形を示すタ
イムチャート。

【符号の説明】

１、２ バイポーラグラジェントの正負パルス ３ 位相エンコーディング用傾斜磁場パル
ス ４ 本来の画像 ５ 折り返しアーティファクト ＲＦ 高周波励起パルス Ｇｚ Ｚ方向傾斜磁場 Ｇｙ Ｙ方向傾斜磁場 Ｇｘ Ｘ方向傾斜磁場 １１ 主マグネット １２〜１４ 傾斜磁場発生用コイル ２０ コンピュータ ２１ 傾斜磁場用波形発生器 ２２ 傾斜磁場電源 ２３ 信号発生器 ２４ ＲＦ励起用波形発生器 ２５ 変調回路 ２６ 送信パワーアンプ ２７ プリアンプ ２８ 検波回路 ２９ Ａ／Ｄ変換器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３次元の各方向の傾斜磁場をそれぞれ選
   択励起用、周波数エンコーディング用、位相エンコーデ
   ィング用の傾斜磁場とし、選択励起用傾斜磁場パルスと
   ともに核スピンを励起する高周波パルスを発生した後、
   上記周波数エンコーディング用傾斜磁場パルスと位相エ
   ンコーディング用傾斜磁場パルスとを加えるとともに、
   位相エンコーディング用傾斜磁場において上記の位相エ
   ンコーディング用パルスとは別にバイポーラグラジェン
   トを、位相エンコーディング量が変わるごとに交互に逆
   極性となるように印加し、発生した共鳴信号を受信して
   受信信号から得たデータを画像再構成処理し、得られた
   再構成画像における折り返しアーティファクトを観察し
   ながら上記のバイポーラグラジェントを調整することを
   特徴とするＭＲイメージング装置のバイポーラグラジェ
   ントの調整法。