JP2989892B2 - 180゜rfパルスを用いるエコーボリューマー画像形成法 - Google Patents

180゜rfパルスを用いるエコーボリューマー画像形成法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、磁気共鳴画像形成システム、より詳細には
180゜RFパルスを用いるエコーボリューマー画像形成法
(Echo Volumar Imaging、EVI)に関するものであ
る。
エコーボリューマー画像形成法を利用した磁気共鳴画
像形成法(マンスフィールド、ハウズマンおよびオルデ
ィッジ(P.Mansfield,A.M.Howseman,R.J.Ordidge),0.1
Tにおけるボリューマー画像形成法,J.Phys.E.22,324−3
30(1989))によれば、観察すべき一定厚のスライス内
の数個の平面を、エコープラナー画像形成(echo−plan
ar imaging)(マンスフィールド、ハウズマンおよび
オルディッジ(P.Mansfield,A.M.Howseman,R.J.Ordidg
e),NMRスピンエコーを用いるボリューマー画像形成法,
J.Phys.C.10,L55(1977)EPI)における1平面の検査に
必要であると思われるものと同じ時間内に同時に検査す
ることができる。初期の厚手スライス(thick slice)
選択プロセスののうち、スピンシステムは適切に変調さ
れたx、yおよびz直線磁気グラジエント(gradient)
を用いて3主軸に沿って符号化される。この型のエコー
ボリューマー画像形成法は、均質な検体については高い
磁場において、均質性がより低い検体については低い磁
場で良好に作動する。バルク磁化率アーテファクトが誘
導され、静磁場均一性の破壊を生じるので、操作磁場強
度が問題となる。この静磁場均一性が過度に破壊される
と、上記のEVIは現在得られるグラジエント強度および
スイッチング速度では非実用的となる。
本発明の目的は、磁化作用により生じる誘導局部磁場
作用を克服する手段を提供することである。このEVI変
法はグラジエント反転の代わりに180゜RFパルスを用い
る。同様な変法がエコープラナー画像形成法((Echo
Planar Imaging)EPIに用いるものとして英国特許出願
第8918105.1号明細書に記載されている。
従って本発明は、有効ボリュームのスピン磁化を得る
ための厚手スライスを物体内に選択する初期選択プロセ
スを物体に付与することを含む、エコーボリューマー画
像形成法による物体の特定領域の磁気共鳴画像の形成法
において、さらにこうして定められた有効ボリュームを
180゜RFパルスならびに適切に変調されたx、yおよび
zグラジエントの組み合わせに付与してエコーボリュー
マー画像を形成することを含むことを特徴とする方法を
提供する。
本発明の形態につき添付の図面を参照して述べる: 図1は、初期厚手スライス選択位相に関するタイミン
グ図を示す。Gx、GyおよびGzに関するプリフェージング
(pre−phasing)パルスも含まれる(斜線部); 図2は、180゜RFパルスを用いた改良EVIシーケンスに
関するタイミング図を示す。(グラジエントGxは、非選
択的RF選択パルスの適用、ならびにGyおよびGzグラジエ
ントブリップ(blip)の適用のためのウィンドウを与え
る小さなギャップまたはノッチを有する、単極性のもの
である点に注目されたい)。
図3(a)は、図2に示した改良EVIシーケンスに関
するk−空間軌跡を示す。(180゜RFパルスの効果はk
−軌跡をk−空間の共役点へ移行させることであるとい
う点に注目されたい)。
図3(b)は図3(a)の別形態の走査法を示し、こ
の場合走査は中央のz=0において開始し、次いで共役
平面対の間を通り、±z平面において終了する。
図4(a)は、不定期180゜RFパルスを双極性Gxグラ
ジエントと組み合わせて用いた改良ハイブリッドEVIシ
ーケンスに関するタイミング図を示す。
図4(b)は、180゜RFパルスを用いた改良ハイブリ
ッドEVIシーケンスに関する別形態のタイミング図を示
す。
図5は、第4(a)および4(b)に示したEVIシー
ケンスに関するk−空間軌跡を示す: a)共役点Q→Q′ b)共役点R→R′ 改良EVIシーケンスはグラジエント反転の代わりに短
い180゜RFパルスを用いる。下記の1変型においては180
゜RFパルスは非選択的であるが、短い180゜RFパルスを
代わりに用いる新規シーケンスの変法が可能である。こ
の節においては、非選択的180゜RFパルスの使用のみに
ついて述べる。
初期厚手スライス選択に関するタイミング図が図1に
示される。この場合、グラジエントGzの存在下で厚手ス
ライスを選択的に励起するために整形されたRFパルスが
用いられる。同様にこの時間枠内でプリ−フェージング
パルスGx、GyおよびGzが付与される(斜線部)。ここに
記載する初期スライス選択法は、ボリューマー符号化位
相に先立つ広範な初期スライス選択またはボリューマー
選択法の特定の例であることが強調され、その際、より
全般的な有効スピンを定めるために1または2以上のグ
ラジエントの存在下でRfの形状が変調される。
初期スライス選択位相ののち、図2に示すようにRFパ
ルスおよびグラジエントパルスを付与する。標準的EVI
と異なり、グラジエントGxは図示されるように小さなギ
ャップまたはウィンドウを有する単極性のものであり、
ここにRFパルスが付与される。この型の実験において
は、グラジエントGyは交互のGxギャップ内に落下し、た
だしRFパルスと一致しないように調整される。図示され
た例においては、GyブリップはRFパルスに先行する。Gz
グラジエントもブリップ付きパルスの形で付与される
が、図示されるようにより頻度が低い。図示された例に
おいては、これらもRFパルスに先行する。
k−空間を通る複雑な3次元通路を図3(a)に示
す。走査はAにおいて開始され、Gxの作用下にBに移動
する(第2参照)。次いで180゜RFパルスの付与によ
り、k−空間の軌跡は共役点Cヘ、次いでDへ、以下同
様に移行する。±zの共役平面の走査ののち、k−軌跡
は点Eにおいて終了する。次いで最初のGzブリップが付
与されて、走査をPへ移行させる。次いで180゜パルス
が走査を共役点Qへ移動させる。Gxの作用下に走査はR
へ進行する。次いで他の180゜パルスが走査をSへ、次
いでPへ、以下同様に移行させる。こうして共役z−平
面対が走査されて、z=0平面において終了する。しか
しこの操作は、図3(b)のk−軌跡に示すように走査
をz=0平面において開始し、共役平面対へ跳躍し、±
z平面において終了することにより逆転させることもで
きる。この例においては、+Gyブリップを用いて最初の
z=0平面が走査され、点Pへ達する。+Gyブリップは
走査をQへ移行させる。−Gyブリップを用いて±z平面
が走査され、共役平面の交互の組においてGyの符号が逆
転する。Gxは180゜RFパルスおよびブリップ付きグラジ
エントに対するウィンドウを有する単極性のものであ
る。
k−空間を通るこのかなり複雑な軌跡の効果は、この
ようなシーケンスにおいて得られた信号データが、3次
元k−空間データセットからフーリエ変換により3次元
画像セットを再構成しうるのに適正な秩序を有すること
を意味する。
180゜RFパルスの使用は、局部不均一作用によるスピ
ンデフェージング(spin dephasing)がいずれも逆転
し、従って最終画像からアーテファクトとして効果的に
除去されることを意味する。
この型のEVIについては当然、患者における平均RF電
力の沈積はより大きいであろうが、電力の沈積が問題と
ならない画像形成用途、すなわち無生物スピン分布の研
究においては、このようなシーケンスは有用であること
を立証しうる。医療用画像形成用途においては、不定期
180゜RFパルスを用いる別法が有益であろう。
不定期180゜RFパルス この型のEVIにおいては、不定期180゜RFパルスとグラ
ジエント反転の組み合わせが提唱される。初期スライス
選択後のパルスタイミング図の2変型を図4に示す。両
走査とも、Gxはx−軸に沿った空間符号化を得るために
短期間変調される。同時にグラジエントGyがGxのゼロ交
点に相当する地点において短いブリップで付与される。
図4(a)と4(b)の相異は、共役z走査が終了する
様式にある。これらのシーケンスについてのk−空間軌
跡を見ると(図5)、この実験の初期位相においてとら
れた通路は、初期Gzプレパルスのサイズにより決定され
る特定のz−平面においてk−空間を走査することに相
当する。点Pにおいて走査を開始しよう。この平面の走
査ののち、180゜RFパルスを付与して、k−軌跡をk−
空間図の点Qから共役点Q′へ移行させる(図4(a)
参照)か、またはRからR′へ移行させる(図4(b)
参照)。この地点でグラジエントGxは同一位相について
その共役平面を走査し続けなければならない。この走査
の終了する地点(点SまたはT)において、隣接z−平
面およびそれに対応する共役平面を走査するためにGz
リップが付与され、k−軌跡を点S′またはT′へ移行
させる。これに続いて180゜RFパルスが付与され、k−
軌跡を点UまたはVへ移行させる。走査がz=0平面に
おいて終了するまで一連のGzブリップによりこのプロセ
スが反復される。
より少ないRF電力を用いる変法においては、交互のRF
パルスを排除し、喪失したRFパルス対間のGyブリップの
符号を逆転させる。他の変法においては、全走査プロセ
スがz=0平面において開始され、共役平面対内へ移動
し、±z平面において終了する。
これらのシーケンスを用いると、3次元k−空間全体
を100ms程度の期間で1回のパスにおいて走査すること
ができる。k−軌跡走査期間中、データが採取される。
適切なデータ再構成およびフーリエ変換により、物体の
3次元画像を形成しうる。
上記に概説した不定期RFパルスの使用は、時間TRにお
ける不均一スピン−デフェージングによる信号損失が小
さい場合にのみ作動する。これは、たとえば腹部または
頭部(ガス性または骨の空洞を除く)における組織およ
び器官間の感受性の相異が小さい医療用画像形成の用途
に十分に適用される。この状況では上記の不定期RFパル
スの使用によって患者の体内におけるRF電力の沈積が劇
的に低下し、この方法は臨床的に受け入れられるものと
なり、同時により強力になり、かつ高い静磁場均一性へ
の依存性が低下する。
以上の説明においては、ブリップ付きの、または持続
時間の短いGyおよびGzグラジエントの使用を強調した
が、Gyが方形もしくは台形変調波形で、または一定の低
水準波形として付与され、Gzが一定の定水準波形として
付与された場合にもEVI画像は得られる。上記の波形と
ブリップ付き波形の組み合わせを用いることもできる。
本発明者らは、180゜RFパルスの使用を採用して、双
極性グラジエント変調を完全に置換した、または双極性
グラジエント変調を部分的に置換した、エコーボリュー
マー画像形成法(EVI)の変法を提示した。両方の場合
とも、180゜RFパルスの使用は高い磁場強度における試
料の感受性作用により誘導される局部不均一性を効果的
に排除する効果をもつ。このような不均一性の作用は高
い静磁場強度における患者の画像形成および分光分析に
際して一般的であり、このような場合不定期RFパルスの
使用は誘導される不均一性の有害な作用を克服し、同時
に患者を許容しうるRF電力沈積状態となす手段である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−86641(JP,A) 特開 平2−131746(JP,A) 特開 昭62−227337(JP,A) 特開 昭61−62851(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) A61B 5/055

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】物体の特定領域の磁気共鳴画像を形成する
    装置において、 複数の平行面の形状における体積を規定する厚手スライ
    スを含むスピン磁化の有効スライスを発生する為に、静
    磁場および勾配磁場の面前で90゜rfパルスの適用を含む
    スライス選択プロセスに物体を付与する手段と、 共役空間平面における連続的な共役ラインを完全に、均
    一に走査するために、180゜rfパルスと3つの直交勾配
    磁場の結合により三次元の画像が得られように、直交勾
    配磁場パルスとおよびK軌跡をK−空間における共役点
    に移行させ、静磁場の非一様性による異相を再焦点する
    周期的な180゜パルスとの結合を含むワンショトイメー
    ジングプロセスに有効スライスを付与する手段であっ
    て、該結合は、有効スライスの平面に対応するK−空間
    に完全な走査行わせる、ことを特徴とする物体の特定領
    域の磁気共鳴画像を形成する装置。
  2. 【請求項2】直交するx、yおよびzグラジェント(G
    x、Gy、Gz)ならびに180゜rfパルスの組み合わせにより
    K−空間における複雑な軌跡が得られ、これによりこの
    シーケンスにおいて得られた信号データが、3次元K−
    空間データセットからフーリエ変換により3次元画像セ
    ットを再構成しうるのに適正な秩序を有することが保証
    される手段を備えた請求項1に記載される物体の特定領
    域の磁気共鳴画像を形成する装置。
  3. 【請求項3】小さなギャップ(またはウィンドウ)を有
    する単極性のものであり、この中へrfパルスが付与され
    るXグラジエント(Gx)を形成する手段を備えた請求の
    範囲第2項に記載の物体の特定領域の磁気共鳴画像を形
    成する装置。
  4. 【請求項4】交互のGxギャップ内へ落下するが、rfパル
    スと一致しないように調整された一連の短いブリップか
    らなる変調yグラジエント(Gy)を形成する手段を含む
    請求の範囲第3項に記載の物体の特定領域の磁気共鳴画
    像を形成する装置。
  5. 【請求項5】Gxギャップ内でrfパルスに先行するGyブリ
    ップを形成する請求の範囲第4項に記載の物体の特定領
    域の磁気共鳴画像を形成する装置。
  6. 【請求項6】GzパルスがGyパルスより低頻度ある予め定
    められた間隔で一連のブリップ付きパルスとして付与さ
    れる変調zグラジエント(Gz)を形成する請求の範囲第
    5項に記載の物体の特定領域の磁気共鳴画像を形成する
    装置。
  7. 【請求項7】Gxパルスのギャップ内でrfパルスに先行す
    るGzパルスを形成する請求の範囲第6項に記載の物体の
    特定領域の磁気共鳴画像を形成する装置。
  8. 【請求項8】xグラジエント(Gx)がx−軸に沿った空
    間符号化を与えるために短期間変調され、そしてyグラ
    ジエント(Gy)がGxのゼロ交点に相当する地点において
    短いブリップで付与される請求の範囲第2項に記載の物
    体の特定領域の磁気共鳴画像を形成する装置。
  9. 【請求項9】変調zグラジエント(Gz)パルスはGxグラ
    ジエントがゼロである期間付与され、GzパルスがGyパル
    スより低頻度で付与される請求の範囲第8項に記載の物
    体の特定領域の磁気共鳴画像を形成する装置。
  10. 【請求項10】変調yグラジエントGyが方形または台形
    変調波形の形で付与され、変調zグラジエント(Gz)が
    一定の低水準波形の形で付与される請求の範囲第2項に
    記載の物体の特定領域の磁気共鳴画像を形成する装置。
  11. 【請求項11】変調yグラジエント(Gy)が低水準波形
    の形で付与され、変調zグラジエントGzが一定の低水準
    波形の形で付与される請求の範囲第2項に記載の物体の
    特定領域の磁気共鳴画像を形成する装置。
  12. 【請求項12】共役K−空間平面における連続する共役
    ラインの走査が同じ方向である請求の範囲第1項ないし
    第11項のいずれかに記載の物体の特定領域の磁気共鳴画
    像を形成する装置。
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