JP2902740B2 - 磁気共鳴映像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は磁気共鳴映像装置に係り、特に変換ビット数
の比較的少ないA/D変換器を用いて広ダイナミックレン
ジの磁気共鳴信号のデータ収集を行なうことができる磁
気共鳴映像装置に関する。

（従来の技術） 一般に、磁気共鳴映像装置においては、被検体を一様
な静磁場の中に置き、高周波磁場とスライス用、位相エ
ンコード用及びリード用の各勾配磁場を所定のシーケン
スで印加し、被検体内の関心領域からの磁気共鳴信号デ
ータを収集して、その関心領域の情報を映像化する。磁
気共鳴信号データの収集においては、関心領域からの磁
気共鳴信号（RF信号）をプローブにより受信し、RF増幅
器によって増幅した後、直交位相検波を行なって映像信
号帯域の信号にし、A/D変換器によりディジタル信号に
変換する。

磁気共鳴信号のレベルは、ゼロエンコード時（位相エ
ンコード用及びリード用の勾配磁場がゼロの時）はスピ
ンの全位相が揃うため極めて高く、エンコードが進むに
従い低くなり、やがてノイズレベルと同等になる。この
ためA/D変換器は非常に広いレベル範囲の信号を変換す
る必要がある。磁気共鳴信号の最大レベルと最小レベル
の差は、励起される領域の大きい3Dイメージングや、ア
ンギオグラフィの場合、最も顕著となる。

従って、A/D変換器としては極めて広ダイナミックレ
ンズすなわち多ビットであって、しかも高い周波数の磁
気共鳴信号まで扱えるように高速のものが必要となる。
具体的には例えば変換ビット数が14〜16ビット程度、変
換周期が数μsec程度のものが要求される。このような
多ビット・高速のA/D変換器は高価であり、集積回路化
する場合でもワンチップ構成は難しく、特殊な構成を必
要とする。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように従来の磁気共鳴映像装置では、例えば
3Dイメージングやアンギオグラフィのように広ダイナミ
ックレンジの磁気共鳴信号のデータを収集する場合、多
ビット・高速であって、高価で特殊な構成のA/D変換器
を必要とするという問題があった。

本発明はこのような課題を解決すべくなされたもの
で、少ない変換ビット数のA/D変換器を用いて広ダイナ
ミックレンジの磁気共鳴信号のデータを収集することが
できる磁気共鳴映像装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、位相エンコード用及びリード用の勾配磁場
が零の位置とその近傍を含む第１のデータ収集領域の磁
気共鳴信号データを収集するときは、磁気共鳴信号に対
するゲインを下げ、それ以外の第２のデータ収集領域の
磁気共鳴信号データを収集するときは、ゲインを上げる
ようにし、さらに画像再構成時には第１のデータ収集領
域から収集された磁気共鳴信号データに対するゲインを
上げ、第２のデータ収集領域から収集された磁気共鳴信
号データに対するゲインを下げることを特徴としてい
る。

また、本発明は磁気共鳴信号に対するゲインを下げて
位相エンコード用及びリード用の勾配磁場が零の位置と
その近傍を含む第１のデータ収集領域の磁気共鳴信号デ
ータを収集する第１のデータ収集手段と、ゲインを上げ
て第１のデータ収集領域及びそれ以外の第２のデータ収
集領域の磁気共鳴信号データを収集する第２のデータ収
集手段と、第２のデータ収集手段により収集された磁気
共鳴信号データのうち、第１のデータ収集領域の磁気共
鳴信号データを第１のデータ収集手段により第１のデー
タ収集領域から収集された磁気共鳴信号データと置換え
る手段と、画像再構成時に第１のデータ収集手段により
第１のデータ収集領域から収集された磁気共鳴信号デー
タに対するゲインを上げ、第２のデータ収集手段により
第２のデータ収集領域から収集された磁気共鳴信号デー
タに対するゲインを下げる手段とを具備することを特徴
とする。

（作用） 位相エンコード用及びリード用の勾配磁場が零の位置
とその近傍を含む第１のデータ収集領域からの磁気共鳴
信号、いわゆるゼロエンコード付近の磁気共鳴信号は信
号レベルが極めて高く、それ以外の第２のデータ収集領
域からの磁気共鳴信号のレベルは低い。本発明において
は、ゼロエンコード付近の磁気共鳴信号は低いゲインが
付与されて信号レベルが低くされてからA/D変換器に入
力されることによって、A/D変換器の入力信号のダイナ
ミックレンジが狭められる。これにより広ダイナミック
レンジの磁気共鳴信号も、変換ビット数の少ないA/D変
換器によってディジタル信号に変換され、正しくデータ
収集がなされる。

また、磁気共鳴信号データ収集後の画像再構成時に
は、収集時に第１および第２のデータ収集領域からの磁
気共鳴信号データに対してそれぞれ付与したゲインの情
報を基に、第１のデータ収集領域から収集された磁気共
鳴信号データに対するゲインを上げ、第２のデータ収集
領域から収集された磁気共鳴信号データに対するゲイン
を下げるゲイン補正を行うことにより、最終的に全ての
収集領域から同一ゲインで磁気共鳴信号データを収集し
たのと等価なデータとして画像再構成を行う。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例に係る磁気共鳴映像装置の
構成を示すブロック図である。同図において、静磁場磁
石１および勾配コイル３はそれぞれ励磁用電源２および
駆動回路４によって駆動される。これにより被検体５に
は一様な静磁場と、それと同一方向で互いに直交するx,
y,zの三方向に線形傾斜磁場分布を持つ勾配磁場Gx,Gy,G
zが印加される。

プローブ７は送信部８から高周波信号を受け、被検体
５に高周波磁場を印加する。また、プローブ７は被検体
５内で発生した磁気共鳴信号を受信する。なお、プロー
プ７は送受両用でも送受別々に設けてもよい。

プローブ７により受信された磁気共鳴信号は受信部９
で増幅・検波された後、データ収集部11に転送され、デ
ータ収集部11内のA/D変換器によりディジタル信号に変
換されて磁気共鳴信号データとなり、電子計算機12に送
られる。

励磁用電源２、駆動回路４、送信部８、受信部９は全
てシステムコントローラ10によって制御されている。電
子計算機12はコンソール13より入力される指令に基づき
システムコントローラ10を制御する。電子計算機12では
データ収集部11から送られた磁気共鳴信号データについ
てフーリエ変換をはじめとする処理を行ない、被検体６
内の所望原子核の密度分布などを計算して画像データを
得る。こうして得られた画像データは、画像ディスプレ
イ14上で画像として表示される。

第２図は受信部９の詳細な構成を示すブロック図であ
る。同図において、第１図のプローブ７により検出され
た磁気共鳴信号はRF増幅器21により増幅された後、電力
分配器22により二分配され、二つの同期検波回路23,24
に入力される。

同期検波回路23,24は互いに90°位相の異なる参照波
と入力された磁気共鳴信号とを乗算することにより、同
期検波を行なう。同期検波回路23,24の出力信号は直流
増幅器25,26により増幅された後、フィルタ27,28により
不要成分が除去され、磁気共鳴信号検出出力となる。こ
の磁気共鳴信号検出出力は第１図のデータ収集部11に供
給され、A/D変換器32,33によりディジタル化される。

基準発振器29は同期検波回路23,24へ供給する参照波
の基準となる周波数foの信号を発生する。この基準発振
器29の出力信号はSSB（単一側帯波）発生器30により周
波数シフトされた後、二分岐され、一方は同期検波回路
23への参照波となり、他方はさらに90°移相器31により
90°位相シフトされてから同期検波回路24への参照液入
力となる。

ここで、直流増幅器25,26は可変利得増幅器によって
構成され、そのゲインはシステムコントロール10によっ
て制御される。また、SSB発生器30における周波数シフ
ト量もシステムコントローラ10によって制御される。

第３図は2D（２次元）イメージング時のフーリエデー
タ面であり、Ｙは位相エンコード方向の位置、Ｘはリー
ド方向の位置を表わす。Ｙ＝0,X＝０はゼロエンコード
位置であり、この近傍のデータ収集領域41（第１のデー
タ収集領域）では、スピンの全位相が揃うために磁気共
鳴信号のレベルは高い。これ以外のデータ収集領域42,4
3（第２のデータ収集領域）では、周辺部に移行するに
つれて磁気共鳴信号のレベルは低下する。そこで、本実
施例では以下のように２回に分けてそれぞれ異なるゲイ
ンで磁気共鳴信号データを収集する。

第４図は本実施例における磁気共鳴信号データの収集
手順を示すフローチャートである。まず、ステップS1に
おいてプリスキャンを行なう。このプリスキャンにおい
ては、システムコントローラ10からの制御によって直流
増幅器25,26のゲインを下げた状態で、第３図における
少なくともゼロエンコード近傍、つまり第１のデータ収
集領域41からの磁気共鳴信号データを収集する。実際に
は領域41からの磁気共鳴信号データのみを収集するのは
困難であるため、領域41,42からなる帯状の領域をライ
ン状に走査して磁気共鳴信号データを収集する。第１の
データ収集領域41からの磁気共鳴信号レベルは高いが、
直流増幅器25,26のゲインが下げられることによってA/D
変換器32,33の入力では信号レベルが低くなるため、A/D
変換器32,33が例えば８〜12ビット程度の変換ビット数
の場合でも、そのダイナミックレンジを越えないように
することができる。

次に、ステップS2において本スキャンを行なう。この
本スキャンにおいては、システムコントローラ10からの
制御によって直流増幅器25,26のゲインを定常値にまで
上げた状態で、第３図における全データ収集領域40、す
なわち領域41,42及び43からの磁気共鳴信号データを収
集する。この場合、第２のデータ収集領域42,43からの
磁気共鳴信号レベルはもともと低いが、第１のデータ収
集領域41からの磁気共鳴信号レベルは高いため、A/D変
換器32,33の入力信号がダイナミックレンジを越えるこ
とがある。

そこで、次のステップS3において第１のデータ収集領
域41からの磁気共鳴信号データの置換えを行なう。すな
わち、第２のデータ収集領域42,43についてはステップS
2の本スキャンにより得られた磁気共鳴信号データをそ
のまま用いるが、第１のデータ収集領域41については本
スキャンで得られた磁気共鳴信号データをステップS1の
プリスキャンにより得られた磁気共鳴信号データに置換
える。この置換えはシステムコントローラ10からの指示
に基づき、データ収集部11内のA/D変換器32,33以降で行
なわれる。

そして、次にステップS1〜S3によって得られた磁気共
鳴信号データについて、ステップS4において非線形逆変
換処理を施す。この非線形逆変換処理は、ステップS1〜
S3による磁気共鳴信号に対する非線形変換と逆の処理で
あり、第１のデータ収集領域41からの磁気共鳴信号デー
タが、領域41からの磁気共鳴信号をレベルを下げること
なく十分に広いダイナミックレンジのA/D変換器により
ディジタル化した場合と同じディジタルデータとなるよ
うに、領域41からの磁気共鳴信号データに対するゲイン
を上げ、領域42,43からの磁気共鳴信号データに対する
ゲインを下げる処理を行なう。この処理はシステムコン
トローラ10からの指示に基づき、例えばA/D変換器32,33
以降のディジタル処理回路で行なわれる。

本発明は高速フーリエ法やエコープリナー法といっ
た、いわゆる超高速イメージング法によって映像化を行
なう場合にも適用できる。

第10図は従来の超高速イメージング法の一つである高
速フーリエ法のパルスシーケンスを示している。このシ
ーケンスでは、まず高周波磁場RFとして選択励起用90°
パルスを印加すると同時に、スライス用勾配磁場Gs（G
z）をｚ軸方向に印加してスライス面内の磁化を選択的
に励起する。次に、高周波磁場RFとして180°パルスを
印加してから、スライス用勾配磁場Gsと直交するｘ軸方
向に磁気共鳴信号を読出すためのリード用勾配磁場Gr
（Gx）を高速に複数回反転させて印加するとともに、ス
ライス用勾配磁場Gs及びリード用勾配磁場Grと直交する
ｙ軸方向に、ｙ軸上の位置を磁気共鳴信号の位相に変換
するための位相エンコード用勾配磁場Ge（Gy）をリード
用勾配磁場Grの各反転毎にパルス的に印加する。

このようなシーケンスによりリード用勾配磁場Grの反
転毎に磁気共鳴信号（マルチエコー信号）を生じさせ、
それを収集することによって一度の励起によって一枚の
二次元画像を得る。

このような超高速イメージングに本発明を適用した場
合のパルスシーケンスを第５図に示す。まず、プリスキ
ャンにおいては位相エンコード用勾配磁場GeをGe1,Ge2
に示すように例えば正方向に複数回印加して、第３図の
領域41における上半分の磁気共鳴信号データを収集した
後、Ge1,Ge2の面積（振幅・時間の積）と等しい面積のG
e3を負方向に印加することによってＹ＝０の位置に戻
す。この場合、前述したように磁気共鳴信号に対するゲ
インは低く設定されているものとする。

次に、本スキャンにおいてはゲインを定常値に戻すと
共に、位相エンコード用勾配磁場Geを再び正方向にパル
ス的に印加してゆくことにより、領域41,42,43における
上半分の磁気共鳴信号データを収集する。領域41,42,43
の下半分のデータは、上半分のデータから得られる。

第６図は超高速イメージング法に本発明を適用した場
合の他のパルスシーケンスであり、スピンエコーのピー
ク前にプリスキャンを行なうようにした点が第５図のシ
ーケンスと異なる。このときプリスキャンデータは、複
素共役をとることにより、第５図のデータと同様に処理
を施すことができる。

第５図及び第６図ではフーリエデータ面上の上半分の
磁気共鳴信号データから下半分のデータを得るハーフエ
ンコードの場合を示したが、フーリエデータ面上の全デ
ータを取得するフルエンコードの場合にも本発明を適用
できる。この場合、第７図及び第８図に示すような手順
で磁気共鳴信号データを収集すればよい。

磁気共鳴信号に対するゲインを定常値に設定した状態
で、フーリエデータ面の下半分のデータ収集領域71,72a
のデータを収集する（第１の本スキャン） ゲインを下げてフーリエデータ面のゼロエンコード近
傍のデータ収集領域72a,72bのデータを収集する（プリ
スキャン） ゲインを再び定常値に戻して、フーリエデータ面の上
半分のデータ収集領域72b,73のデータを収集する（第２
の本スキャン） そして、最後にで得られたデータのうち、領域72
a,72bのデータをで得られたデータに置換えることに
より、全データ収集領域70のデータを得ることができ
る。

本発明は上述した実施例に限られるものでなく、次の
よう種々変形して実施することができる。実施例では2D
イメージングの場合について述べたが、3Dイメージング
や4Dイメージングにも適用できる。3Dイメージングの場
合、プリスキャンにおいて例えば第９図に示すように斜
線で示す零エンコード近傍の領域91からの磁気共鳴信号
データをゲインを下げて収集した後、本スキャンにおい
て４次元の全データ収集領域91,92の磁気共鳴信号デー
タを収集し、更に本スキャンで得られたデータのうち領
域91からのデータをプリスキャンで得られたデータと置
換え、最後に必要に応じて先と同様の非線形変換処理を
施せばよい。

また、以上の説明では超高速イメージングの場合につ
いて述べたが、通常のイメージング法にも適用できる。
その場合、１回のスキャンとスキャンとの間に比較的長
いブランキング時間があるので、このブランキング期間
を利用して、零エンコード近傍のデータ収集領域からの
磁気共鳴信号データ収集時とそれ以外のデータ収集領域
からの磁気共鳴信号データ収集時とで、ゲインの切り替
えを行なえばよい。

また、実施例では磁気共鳴信号に対するゲイン制御と
して直流増幅器25,26のゲイン制御を行なったが、RF増
幅器21のゲイン制御を行なってもよい。

さらに、ゲイン制御は必ずしもシステムコントローラ
５から行う必要はなく、ゲインの異なる直流増幅器およ
びA/D変換器を２系統備え、一方のデータはメモリに記
憶しておくようにすれば、高周波ステージで信号が飽和
しない範囲でプリスキャンが不要となる。

その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施することができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、広ダイナミックレンジの磁気共鳴信
号を少ない変換ビット数のA/D変換器によってディジタ
ル信号に変換してデータ収集を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る磁気共鳴映像装置の構
成を示すブロック図、第２図は第１図における受信部お
よびデータ収集部の詳細を示すブロック図、第３図は本
発明におけるフーリエデータ面上での磁気共鳴信号デー
タの収集法を説明するための図、第４図は同実施例にお
ける磁気共鳴信号データ収集手順の流れを示す図、第５
図および第６図は同実施例におけるイメージングのため
のパルスシーケンスを示す図、第７図は本発明の他の実
施例におけるフーリエデータ面上での磁気共鳴信号デー
タの収集法を説明するための図、第８図は同実施例にお
ける磁気共鳴信号データ収集手順の流れを示す図、第９
図は本発明のフーリエデータ面上での磁気共鳴信号デー
タの収集法を説明するための図、第10図は従来の超高速
イメージング法のパルスシーケンスの一例を示す図であ
る。 41、72a、72b、91…第１のデータ収集領域 42、71、73、92…第２のデータ収集領域

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一様な静磁場の中に置かれた被検体に対
   し、高周波磁場と、スライス用、位相エンコード用及び
   リード用の各勾配磁場を所定のシーケンスで印加し、被
   検体内からの磁気共鳴信号を受信してA/D変換すること
   により、磁気共鳴信号データを収集して画像再構成する
   磁気共鳴映像装置において、 前記位相エンコード用及びリード用の勾配磁場が零の位
   置とその近傍を含む第１のデータ収集領域の磁気共鳴信
   号データを収集するとき磁気共鳴信号に対するゲインを
   下げ、それ以外の第２のデータ収集領域の磁気共鳴信号
   データを収集するとき前記ゲインを上げる手段と、 画像再構成時に前記第１のデータ収集領域から収集され
   た磁気共鳴信号データに対するゲインを上げ、前記第２
   のデータ収集領域から収集された磁気共鳴信号データに
   対するゲインを下げる手段と を具備することを特徴とする磁気共鳴映像装置。
2. 【請求項２】一様な静磁場の中に置かれた被検体に対
   し、高周波磁場と、スライス用、位相エンコード用及び
   リード用の各勾配磁場を所定のシーケンスで印加し、被
   検体内からの磁気共鳴信号を受信してA/D変換すること
   により、磁気共鳴信号データを収集して画像再構成する
   磁気共鳴映像装置において、 磁気共鳴信号に対するゲインを下げた状態で、前記位相
   エンコード用及びリード用の勾配磁場が零の位置とその
   近傍を含む第１のデータ収集領域の磁気共鳴信号データ
   を収集する第１のデータ収集手段と、 前記ゲインを上げた状態で、前記第１のデータ収集領域
   及びそれ以外の第２のデータ収集領域の磁気共鳴信号デ
   ータを収集する第２のデータ収集手段と、 第２のデータ収集手段により収集された磁気共鳴信号デ
   ータのうち、第１のデータ収集領域の磁気共鳴信号デー
   タを第１のデータ収集手段により第１のデータ収集領域
   から収集された磁気共鳴信号データと置換える手段と、 画像再構成時に前記第１のデータ収集手段により前記第
   １のデータ収集領域から収集された磁気共鳴信号データ
   に対するゲインを上げ、前記第２のデータ収集手段によ
   り前記第２のデータ収集領域から収集された磁気共鳴信
   号データに対するゲインを下げる手段と を具備することを特徴とする磁気共鳴映像装置。