JP2836499B2 - 核磁気共鳴イメージング装置 - 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、核磁気共鳴現象（Ｍ
Ｒ現象）を利用してイメージングを行なう核磁気共鳴イ
メージング装置に関し、とくに３次元撮像を行なう核磁
気共鳴イメージング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】核磁気共鳴イメージング装置では、被検
体にＲＦパルスを照射することによりこれを励起し、こ
れからＮＭＲ信号を発生させる。そして、この被検体で
発生したＮＭＲ信号をＲＦコイルで受信し、位相検波し
た後、Ａ／Ｄ変換器により所定のレートでサンプリング
しデジタルデータに変換する。ところで、このような受
信系では直流オフセットや直流ドリフト等が不可避であ
り、そのため、収集データにこれらの直流成分が混入
し、再構成画像にアーティファクトが生じる。

【０００３】そこで、従来より、励起パルスの位相を、
励起ごとに１８０゜移相し、得られた信号もまた対応し
て１８０゜移相することにより直流アーティファクトを
抑制することが行なわれている。すなわち、励起パルス
の位相を１８０゜移相し受信信号を１８０゜移相すれ
ば、信号成分については移相しなかった場合と同じにな
るが、直流成分は受信後に付加されたものであるから１
８０゜移相されたものとなる。そこで、この励起ごとに
収集されるデータを生データ空間において各ラインの信
号として隣接して配置し、２次元フーリエ変換すれば、
直流成分は最高位相差の信号となるので、画像の位相エ
ンコード方向の両端に移行することになり、直流成分に
よる画像のアーティファクトを目立たないものとするこ
とができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の励起パルスの位相を操作する方法では３次元撮像
の場合にあまり役立たないという問題がある。すなわ
ち、２次元画像においては直流成分による画像のアーテ
ィファクトを位相エンコード方向の両端に追いやること
ができるが、３次元的に再構成された画像においてはそ
の中心スライスに直流成分による画像のアーティファク
トが生じてしまう。

【０００５】この発明は上記に鑑み、受信系に不可避な
直流成分の再構成画像への悪影響を抑制しながら３次元
撮像することのできる、核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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明による核磁気共鳴イメージング装置におい
ては、静磁場を発生する主磁場発生手段と、スライスエ
ンコード用傾斜磁場パルスを発生する手段と、読み出し
用傾斜磁場パルスを発生する手段と、位相エンコード用
傾斜磁場パルスを発生する手段と、磁場中に置かれた被
検体に、ＲＦキャリア信号を振幅変調したＲＦパルスを
照射する手段と、被検体からのＮＭＲ信号を受信し上記
のキャリア信号をリファレンス信号として位相検波した
後サンプリングしてデータを得る受信手段と、該データ
を生データ空間において配列して多次元フーリエ変換処
理する処理手段と、スライスエンコードごとに上記キャ
リア信号の位相に異なるオフセットを持たせるとともに
全体では位相オフセット量の差が１８０゜となるように
スライスエンコード量に応じて位相オフセット量を変化
させ、かつそれぞれのスライスエンコードにおいて隣接
する位相エンコードごとに上記キャリア信号の位相を相
互に反転するキャリア信号の位相制御手段とを備えるこ
とが特徴となっている。

【０００７】

【作用】核磁気共鳴イメージング装置において、３次元
撮像を行なう場合、２次元撮像の場合に位相エンコード
を行なってスライス面内の一つの方向の位置を位相にコ
ーディングした手法を、スライス厚さ方向に適用してス
ライスエンコード用傾斜磁場の大きさをスライス数に応
じて変化させることにより、スライス厚さ方向の位置を
コーディングする。そのスライスエンコードごとに、位
相検波のリファレンス信号として用いられるＲＦパルス
のキャリア信号の位相に異なるオフセットを持たせると
ともに全体では位相オフセット量の差が１８０゜となる
ようにスライスエンコード量に応じて位相オフセット量
を変化させる。すると、位相検波によって得たデータで
は、スライスエンコード方向で直流成分がちょうど１８
０゜位相変化して現われることになり、スライスエンコ
ード方向のフーリエ変換によって両端のスライスに直流
アーティファクトを移行させることができる。また、同
一スライスエンコード量では隣接する位相エンコードご
とに上記キャリア信号の位相が相互に反転させられるた
め、各スライスの再構成画像内では、直流アーティファ
クトは位相エンコード用傾斜磁場の方向の両端に追いや
られる。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の好ましい一実施例について
図面を参照しながら詳細に説明する。この発明の一実施
例にかかる核磁気共鳴イメージング装置は図１に示すよ
うに構成されている。この図１において、主磁場マグネ
ット１０は静磁場を発生するためのものである。通常、
超電導マグネットなどからなる。この静磁場に重畳する
傾斜磁場を発生するため傾斜磁場コイル１１が設けられ
る。この傾斜磁場コイル１１は３組のコイルよりなり、
その各々により、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向に磁場強度がそ
れぞれ傾斜する３つの傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚが発生
させられる。これら３軸方向の傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇ
ｚの１つを選択し、あるいはそれらを組み合わせること
により、任意の方向（Ｓ方向）のスライスエンコード用
傾斜磁場Ｇｓ、任意の方向（Ｒ方向）の読み出し（およ
び周波数エンコード）用傾斜磁場Ｇｒ、任意の方向（Ｐ
方向）の位相エンコード用傾斜磁場Ｇｐをつくることが
できる。

【０００９】この静磁場及び傾斜磁場が加えられる空間
には図示しない被検体が配置される。この被検体には、
ＲＦパルスを被検体に照射するとともにこの被検体で発
生したＮＭＲ信号を受信するためのＲＦコイル１２が取
り付けられている。

【００１０】傾斜磁場コイル１１の各組のコイルには、
傾斜磁場電力増幅器２３からの所定波形の電流がそれぞ
れ供給される。シーケンスコントローラ５２の制御下で
デジタル傾斜磁場波形発生器２１からＧｓ，Ｇｒ，Ｇｐ
の各デジタルパルス波形が発生させられ、これがＤ／Ａ
変換器２２でアナログ信号に変換されて傾斜磁場電力増
幅器２３に入力される。このアナログ信号を増幅したも
のが傾斜磁場コイル１１の各組のコイルに供給されるた
め、デジタル傾斜磁場波形発生器２１から出力された所
望の波形に対応する、Ｇｓ，Ｇｒ，Ｇｐパルスが発生す
ることになる。これにより、スピンエコー法やグラジェ
ントエコー法などのパルスシーケンスで必要とされるパ
ルス波形のＧｓ，Ｇｒ，Ｇｐパルスの発生が可能とな
る。

【００１１】ＲＦパルスは、ＲＦコイル１２から被検体
に照射される。そのため、ＲＦ発振回路３４からのＲＦ
キャリア信号を振幅変調回路３３で振幅変調し、その変
調出力をＲＦ電力増幅器３５で増幅した後、ＲＦコイル
１２に供給する。ＲＦ発振回路３４はシーケンスコント
ローラ５２によって制御されており、被検体の共鳴周波
数に対応する周波数のＲＦキャリア信号を発生する。ま
た、このＲＦキャリア信号の位相もシーケンスコントロ
ーラ５２によって制御されており、後で詳しく説明する
ようにラインごとに位相が１８０゜反転されるととも
に、スライスエンコードごとに位相オフセット量が変化
させられる。振幅変調信号は、シーケンスコントローラ
５２の制御下でデジタルＲＦ波形発生器３１から発生さ
せられたデジタルのＲＦパルス波形をＤ／Ａ変換器３２
でアナログ信号に変換することによって得る。

【００１２】このようなＲＦパルスによって励起される
ことにより、被検体においてＮＭＲ信号が生じ、このＮ
ＭＲ信号はＲＦコイル１２によって受信され、前置増幅
器４１およびアンチエイリアジング用のフィルタ４２を
経て位相検波回路４３に送られて位相検波される。この
位相検波のためのリファレンス信号として上記のＲＦ発
振回路３４からの、所定位相とされたＲＦ信号が送られ
ている。位相検波によって得られた信号はＡ／Ｄ変換器
４４に送られ、所定のサンプリングレートで順次サンプ
ルされ、１連のデジタルデータに変換される。Ａ／Ｄ変
換器４４から得られたデータはホストコンピュータ５１
に取り込まれ、画像を再構成するための３次元フーリエ
変換処理などを行なう。またこのホストコンピュータ５
１は、種々の撮像スキャンを構成するパルスシーケンス
に応じて、シーケンスコントローラ５２を制御する。

【００１３】ここで、イメージング用のパルスシーケン
スとしてグラジェントエコーシーケンスを採用して３次
元撮像を行なう場合について説明すると、図２に示すよ
うに、所定のフリップ角のＲＦパルスをＧｓパルスＧｓ
１とともに与えてスライス厚さ方向の所定の範囲を選択
励起する。その後、Ｇｒパルスを反転させてスピンの位
相をリフォーカスし、エコー信号を生じさせる。この信
号が生じる前にＧｐパルスを加え、位相エンコードを施
す。このＧｐパルスの大きさを繰り返しごとに変化させ
る。ここでは、位相エンコード量は大きい方から小さい
方へと順番に変化させるものとしている。つまり、図２
に示すようにＧｐ１，Ｇｐ２，…と変化させ、その各々
につきエコー信号を発生させてデータを得る。

【００１４】位相エンコード用の傾斜磁場パルスＧｐ
１，Ｇｐ２，…がすべて印加し終わったら、つぎにスラ
イスエンコード用傾斜磁場Ｇｓを変化させて少し小さく
したパルスＧｓ２を与えて、同様にパルスＧｐ１，Ｇｐ
２，…を順次与えて、その各々についてエコー信号を発
生させてデータを得る。これが終了したら、さらに小さ
くされたパルスＧｓ３を与え、同様にＧｐ１，Ｇｐ２，
…ごとのデータを得る。これをスライスエンコード数
（スライス数）だけ繰り返すと多数のラインのデータが
収集される。

【００１５】この多数のラインのデータは、図３に示す
ように、生データ空間において、３次元的に並べられ
る。すなわち、１ラインのデータは一つのエコー信号の
時間軸方向の各サンプリング点のデータ並びとなってい
るが、この各ラインのデータが、Ｇｓ１につきＧｐパル
スを変化させた各々つまりＧｐ１，Ｇｐ２，…の各々に
つき得られ、またＧｓ２，Ｇｓ３，…の各々についても
Ｇｐ１，Ｇｐ２，…の各々につき得られる。この各ライ
ンのデータを、Ｇｓ１，Ｇｓ２，Ｇｓ３，…のそれぞれ
につき、Ｇｐ１，Ｇｐ２，Ｇｐ３，Ｇｐ４，Ｇｐ５，…
の順に図３のように縦方向に並べるとともに、Ｇｓ１，
Ｇｓ２，Ｇｓ３，…の順に奥行き方向に並べる。

【００１６】そして、このように生データ空間において
３次元的に並べられたデータを３次元フーリエ変換する
ことにより、傾斜磁場Ｇｒの方向、傾斜磁場Ｇｐの方向
及び傾斜磁場Ｇｓの方向の位置が再現される。つまり、
３次元の画像が再構成できる。

【００１７】ここで、ＲＦパルスのキャリア信号は、最
初のスライスエンコード量（Ｇｓ１）については位相オ
フセットφ１、つぎにスライスエンコード量（Ｇｓ２）
については位相オフセットφ２、３番目のスライスエン
コード量（Ｇｓ３）については位相オフセットφ３とい
うようにそれぞれ異なる位相オフセットを持たせてい
る。また、ＲＦパルスのキャリア信号は、同じＧｓパル
スについてＧｐパルスごとに１８０゜位相を反転させて
いる。つまり、たとえばＧｓ１について、Ｇｐ１，Ｇｐ
２，Ｇｐ３，Ｇｐ４，Ｇｐ５，…の順にパルスシーケン
スを行なっていくが、Ｇｐ１のときは位相オフセットφ
１、Ｇｐ２のときは位相オフセットφ１＋１８０゜、Ｇ
ｐ３でφ１、Ｇｐ４でφ１＋１８０゜、Ｇｐ５でφ１、
…のようにするのである。

【００１８】そして、各スライスエンコードごとの位相
オフセットは全体で１８０゜差となるようにする。スラ
イスエンコード数をｎとするとき、φ１とφｎとの差を
１８０゜とする。

【００１９】説明の便宜のため、図４に示すようにスラ
イス数を７とし、スライスエンコード数を７とする。こ
のときスライスエンコード用傾斜磁場パルスは、Ｇｓ１
〜Ｇｓ７の７つとなる。７つのスライス＃１〜＃７の中
心に位置するスライス＃４と、スライス厚さ方向（Ｓ方
向）の傾斜磁場つまりスライスエンコード用傾斜磁場Ｇ
ｓの中心（磁場の方向ではなくて磁場が傾斜している方
向での中心）とが一致しているとき、φ１＝０゜、φ７
＝１８０゜として、φ２〜φ６の各々は１８０゜／７ず
つ相互にずれるようにする。

【００２０】すると、受信信号はφ１、φ２、…の位相
オフセットを持ったリファレンス信号に基づいて検波さ
れるため、検波前の受信信号に含まれている直流成分
は、それらの位相オフセットφ１、φ２、…に対応した
位相を持つものとして現われる。したがって、スライス
エンコード方向（図３の奥行き方向）の各々のデータに
おいて直流成分はφ１、φ２、…の位相の成分となって
現われ、スライスエンコード方向にフーリエ変換したと
き、その直流アーティファクトは両端のスライス＃１と
＃７とに移行してしまう。

【００２１】これに対して、図５に示すように、７つの
スライス＃１〜＃７の中心に位置するスライス＃４とＧ
ｓの中心とが異なる偏心撮像の場合には、上記のように
キャリア信号のオフセットをφ１＝０゜、φ７＝１８０
゜としφ２〜φ６を各々１８０゜／７ずつずらすことと
すると、フーリエ変換の結果、中心位相から−９０゜〜
＋９０゜の範囲の位相成分が得られ、これにより位置関
係が再現されるため、図５のスライス＃１、＃２は点線
で示すような位置にあるものとして再現されることにな
る。なお、ここでは図５に示すようにスライス＃６の位
置がＧｓの中心となるものとしている。そこで、上記の
ようにキャリア信号のオフセットを定めた場合には、直
流成分はスライス＃３とスライス＃２（点線）とに移行
する。フーリエ変換後、この位置関係を点線位置から実
線位置に戻す操作を行なってスライス厚さ方向での各ス
ライスの位置関係を正規なものにするが、そうすると中
心付近で隣接するスライス＃２と＃３とに直流アーティ
ファクトが現われることになる。

【００２２】そこで、このような偏心撮像では、φ６＝
０゜、φ５＝１８０゜とし、φ７、φ１、φ２、φ３、
φ４をそれぞれ１８０゜／７だけ相互にずらすことにす
る。これにより、スライスエンコード方向のフーリエ変
換によって−９０゜〜＋９０゜の範囲の位相成分として
７つのスライス＃３、＃４、＃５、＃６、＃７、＃１
（点線）、＃２（点線）が得られるときに、直流アーテ
ィファクトはその５番目のスライス＃７と６番目のスラ
イス＃１（点線）と現われるので、これら点線のスライ
ス＃１、＃２を実線の位置に戻したときの両端のスライ
ス＃１、＃７に直流アーティファクトが移行する。

【００２３】こうして各々のスライスの画像が得られる
が、位相エンコード方向（図３の縦方向）では生データ
の各ラインごとにキャリア信号の位相が１８０゜反転さ
せられているため、このキャリア信号をリファレンス信
号として位相検波することにより、検波前の受信信号に
含まれている直流成分はラインごとに１８０゜位相が異
なる成分となる。そのため、各スライスの画像において
は、直流アーティファクトは傾斜磁場Ｇｐの傾き方向の
両端に現われ、目立たないものとすることができる。

【００２４】なお、上記の実施例ではグラジェントエコ
ーシーケンスを用いたが、スピンエコーシーケンスな
ど、他のパルスシーケンスを用いることもできることは
もちろんである。また、位相エンコードの順番を位相エ
ンコード量が正の大きい方から小さい方（および負の大
きい方）へと順々に変化させているが、各位相エンコー
ド量の信号が得られるならば、時間的な順序はこれに限
らない。スライスエンコードについても同様で、上記で
はスライスエンコード量が正の大きい方から小さい方
（および負の大きい方）へと順に変化するようにしてい
るが、それぞれのスライスエンコード量を与えた信号が
得られるなら、時間的な順序は別のものとすることがで
きる。さらに、一つのスライスエンコード量について位
相エンコード量を変化させてシーケンスを繰り返し、そ
のすべての位相エンコードが終了した後つぎのスライス
エンコード量とし、位相エンコード量を変化させるとい
う順序でなくて、スライスエンコード量と位相エンコー
ド量の組み合わせ順序はランダムなものでもよい。ま
た、ホストコンピュータ５１とシーケンスコントローラ
５２の機能分担を別のものとしたりすることもできる。
さらに受信系においてアンチエイリアジング用のフィル
タ４２を位相検波回路４３の後に挿入することなど、具
体的な構成については種々に変更が可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上実施例について説明したように、こ
の発明の核磁気共鳴イメージング装置によれば、３次元
撮像において、受信系に存在する直流成分が不可避であ
っても、その悪影響を極力抑えた、優れた画質の３次元
画像を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる核磁気共鳴イメー
ジング装置のブロック図。

【図２】同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３】３次元の生データ空間を示す図。

【図４】各スライスの位置とスライスエンコード用傾斜
磁場Ｇｓとの位置関係を説明する模式図。

【図５】各スライスの位置とスライスエンコード用傾斜
磁場Ｇｓとの他の位置関係を説明する模式図。

【符号の説明】

１０ 主磁場マグネット １１ 傾斜磁場コイル １２ ＲＦコイル ２１ デジタル傾斜磁場波形発生器 ２２、３２ Ｄ／Ａ変換器 ２３ 傾斜磁場電力増幅器 ３１ デジタルＲＦ波形発生器 ３３ 振幅変調回路 ３４ ＲＦ発振回路 ３５ ＲＦ電力増幅器 ４１ 前置増幅器 ４２ フィルタ ４３ 位相検波回路 ４４ Ａ／Ｄ変換器 ５１ ホストコンピュータ ５２ シーケンスコントローラ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静磁場を発生する主磁場発生手段と、ス
   ライスエンコード用傾斜磁場パルスを発生する手段と、
   読み出し用傾斜磁場パルスを発生する手段と、位相エン
   コード用傾斜磁場パルスを発生する手段と、磁場中に置
   かれた被検体に、ＲＦキャリア信号を振幅変調したＲＦ
   パルスを照射する手段と、被検体からのＮＭＲ信号を受
   信し上記のキャリア信号をリファレンス信号として位相
   検波した後サンプリングしてデータを得る受信手段と、
   該データを生データ空間において配列して多次元フーリ
   エ変換処理する処理手段と、スライスエンコードごとに
   上記キャリア信号の位相に異なるオフセットを持たせる
   とともに全体では位相オフセット量の差が１８０゜とな
   るようにスライスエンコード量に応じて位相オフセット
   量を変化させ、かつそれぞれのスライスエンコードにお
   いて隣接する位相エンコードごとに上記キャリア信号の
   位相を相互に反転するキャリア信号の位相制御手段とを
   備えることを特徴とする核磁気共鳴イメージング装置。