JP3011429B2 - 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、特に被検体内の核
スピン密度画像データを高速に収集する磁気共鳴映像装
置に関する。

（従来の技術） 磁気共鳴映像法はよく知られているように、固有の磁
気モーメントを持つ核スピンの集団が一様な静磁場中に
置かれたときに、特定の周波数で回転する高周波磁場の
エネルギーを共鳴的に吸収する現象を利用して、物質の
化学的および物理的な微視的情報を映像化する手法であ
る。この磁気共鳴映像法では、超音波診断装置やＸ線CT
等の他の医用画像診断装置に比べてデータ収集時間が非
常に長くかかる。従って、被検体の呼吸等の動きによっ
てアーチファクトが生じたり動きのある心臓や血管系の
映像化が難しいという問題がある。また映像時間が長く
なるため、被検者に与える苦痛も大きい。

そこで、磁気共鳴映像法において高速に画像データを
得る方法として、マンスフィールドによるエコープラナ
ー法や、ハッチソンらによるマルチプルエコー・フーリ
エ法（超高速フーリエ法）等が提案されている。これら
の方法を用いることにより、数十ミリ秒以下で画像デー
タを収集することが可能である。第２図はエコープラナ
ー法による画像データ収集のためのパルスシーケンスの
一例を示したものである。高周波磁場RFとして、選択励
起用α゜高周波パルスを印加すると同時に、スライス用
勾配磁場Gsを印加してスライス面内の磁化を選択的に励
起した後、スライス面内に平行な方向に読みだし用勾配
磁場Grを高速に正負交互にスイッチングさせて印加し、
同時にGsおよびGrに直交する方向に位相エンコード用勾
配磁場Geを静的に印加する。一方、第３図はマルチプル
エコー・フーリエ法のパルスシーケンスの一例を示した
もので、第２図のエコープラナー法とは位相エンコード
用勾配磁場Geの読みだし用勾配Grのスイッチングのたび
にパルス的に印加される点が異なっている。これらのパ
ルスシーケンスを適用することにより、読みだし用勾配
磁場のスイッチングのたびにエコー信号が観測される。
これらの信号列から、単一の核スピンの励起により選択
されたスライス面内の磁化が横磁化緩和現象により緩和
する時間内に画像再構成に必要な全てのデータを収集す
ることが可能である。

この様な高速イメージング法により正しい画像を得る
場合、第２図あるいは第３図における読みだし用勾配磁
場Grと位相エンコード用勾配磁場Geが所定のタイミング
で迅速にスイッチング等の制御が行われなければならな
い。上記で述べたような高速イメージング法において
は、読みだし用勾配磁場Grは高磁場を高速で印加する必
要があり、また、位相エンコード用勾配磁場Geは非常に
弱い磁場を精度良く印加する必要がある。そのため勾配
磁場電源の応答特性や勾配磁場生成コイルのインダクタ
ンス等に起因した勾配磁場発生制御系のシステム応答関
数の特性や近傍にある金属体に誘起される渦電流の影響
などが無視できなくなる。

前記高速イメージング法においては、第２図および第
３図の位相エンコード用勾配磁場Geを印加しない状態に
おいて、スライス面内の各スピンの位相を所定のサンプ
リング位置で揃える必要がある。このスピンの位相が揃
う位置を所定のサンプリング位置になるよう、読みだし
用勾配磁場Grを調整しておかないと、位相空間上に所定
の各格子点上のデータを正しく得ることができず、それ
らのデータから再構成した画像は、アーチファクトを生
じてしまい、疾病の診断に有用な画像情報を正確に得る
ことができない。スピンの位相が揃うのは、第４図にお
いて、読みだし用勾配磁場の波形の面積S_iaとS_i-1b（ｉ
＝1,2,3…,n）が等しくなる時刻で生じるため、読みだ
し用勾配磁場Geのスイッチング波形が実線で示すような
理想的な矩形波形であれば、核スピンの位相が揃う位置
はT_p1,T_p2,…,T_pnのように正負の各々の期間の中心位置
となる。しかしながら、実際には前述したように、勾配
磁場電源の応答特性や勾配磁場生成コイルのインダクタ
ンス等に起因した勾配磁場発生制御系のシステム応答関
数の特性や近傍にある金属体に誘起される渦電流の影響
などにより、印加される勾配磁場の波形は、第４図に破
線で示したように劣化してしまう。さらに、勾配磁場駆
動電源の直線性や、オフセット等によってもエコー信号
は影響を受ける。これらの原因により、核スピンの位相
が揃う位置は第４図において△τ₁,△τ₂,…，△τ_ｎの
ように所定の位置T_p1,T_p2,…,T_pnからずれてしまう。さ
らには、エコー信号が消失してしまう場合もある。

従来、このエコー信号において核スピンの位相が揃う
位置が所定のサンプリング位置となるように所定のパル
スシーケンスの勾配磁場のスイッチング時間のタイミン
グ、振幅、あるいはオフセット等を手動で調整すること
が必要であり、多大の労力を必要としていた。

また、位相エンコード用勾配磁場Geについても、各々
エコー信号毎に印加される位相エンコード量が所定の大
きさで、かつ、所定の位相エンコード量が零であるべき
エコー信号において、位相エンコード量が所定の零値で
なければならない。それらの調整についても、従来は前
記同様多大な労力を必要としていた。

（発明が解決しようとする課題） このように前記高速イメージング法では、勾配磁場の
波形劣化、正負の振幅差、あるいはオフセット等に対し
て正しい再構成画像を得るために煩雑な調整を必要とす
るという問題があった。さらに被検体が化学シフトなど
により複数の磁気共鳴周波数を有する場合には、エコー
信号が複雑な波形となるため、上記シーケンス調整を正
確に行うことは困難である。

本発明は高速イメージングにおいて煩雑なシーケンス
調整を必要とすることなく、しかも複数の磁気共鳴周波
数を有する被検体を撮影する場合にも容易にかつ正確に
シーケンス調整が可能であり、良好な画像を得ることが
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） 本発明に係る磁気共鳴映像装置は、上記問題点を解決
するために、前記高速イメージングのパルスシーケンス
の調整において、読みだし用勾配磁場Geに関しては、前
記所定の高速イメージングのパルスシーケンスでの位相
エンコード用勾配磁場Geを印加しないパルスシーケンス
を実行して複数のエコー信号データを収集し、そのエコ
ー信号のピーク位置あるいはそのピーク位置での位相の
値から、それらの値が所定の値となるように、あらかじ
め求めておいた勾配磁場発生系のシステム応答関数を用
いて、所定の勾配磁場印加関数のスイッチング時間、正
負の振幅値、オフセット等のパラメータの設定値を算出
し、変更する手段、さらに、位相エンコード用勾配磁場
Geについても、前記所定の高速イメージングのパルスシ
ーケンスに基準エンコードステップ量に相当する位相エ
ンコード用勾配磁場パルスを印加し、各エコー信号での
エンコードステップ量が基準エンコードステップ量と一
致させるため各エコー信号のピークの振幅が最大となる
ように所定の各エンコード用勾配磁場パルスの振幅値、
スイッチング時間、波形形状等を調整する手段、あるい
は前記所定の高速イメージングのパルスシーケンスを実
行して、複数のエコー信号データを収集し、本来位相エ
ンコード量が零であるべきエコー信号のピークの振幅が
最大となるように、前記パルスシーケンスの核スピン励
起とデータ収集を開始する間のパルスシーケンスの適当
な箇所で位相エンコード用勾配磁場Geの印加量を調節す
る手段をソフトウェアあるいはハードウェアにより自動
的に行う手段を設けることによって前記高速イメージン
グにおける煩雑なシーケンス調整の問題を解決する。

（作用） 本発明により、前記所定の高速イメージングのシーケ
ンス調整をソフトウェアあるいはハードウェアにより自
動的に行うことにより、正確かつ迅速にシーケンス調整
が可能であり、それらを用いて調整された高速イメージ
ングのシーケンスを実行することにより、疾病の診断に
有用な画像情報を正確かつ迅速に得ることができる。

（実施例） 第１図は、本発明の一実施例に係る磁気共鳴診断装置
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および勾配磁場生成コイル３はそれぞれ励磁用電
源２および勾配磁場生成コイル用電源４にて駆動され
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３方向に線形傾斜磁場分布を持つ
勾配磁場が印加される。送信部８から高周波信号がプロ
ーブ７に送られ、被検体５に高周波磁場が印加される。
ここでプローブ７は送受信両用でも、あるいは送受信別
々に設けてもよい。プローブ７で受信された磁気共鳴信
号は受信部９で直交位相検波された後データ収集部11に
転送されA/D変換後、電子計算機12に送られる。以上、
励磁用電源２、勾配磁場生成コイル用電源４、送信部
８、受信部９、データ収集部11はすべてシステムコント
ローラ10によって制御されている。システムコントロー
ラ10および電子計算機12はコンソール13により制御され
ており、電子計算機12ではデータ収集部11から送られた
磁気共鳴信号に基づいて画像再構成処理をおこない、画
像データを得る。得られた画像は画像ディスプレイ14に
表示される。

本発明における被検体５内のスライス面内の画像デー
タを収集するためのパルスシーケンスは、第２図に示し
たエラープラナー法やあるいは第３図に示したマルチプ
ルエコー・フーリエ法等の高速イメージングのパルスシ
ーケンスが用いられる。このパルスシーケンスはシステ
ムコントローラ10によって制御される。

ここで、本発明に関わる読みだし用勾配磁場の調整の
第１の実施例においては、第２図あるいは第３図に示し
たパルスシーケンスを実行して画像データを得る場合
に、あらかじめ高周波磁場RFとスライス用勾配磁場Gsお
よび読みだし用勾配磁場Grを第２図に示したように印加
するが、位相エンコード用勾配磁場Geは印加しないパル
スシーケンスを実行する。但し、被検体が化学シフトな
どにより複数の磁気共鳴周波数を有する物質の場合に
は、あらかじめ撮影を行う前に、所定の単一磁気共鳴周
波数を有する物質の入ったファントムを用いて実行する
か、あるいは、被検体内の化学シフト等により所定の磁
気共鳴周波数以外で磁気共鳴を生ずる各スピンを飽和さ
せるパルスシーケンスを付加して実行する。このよう
に、単一の磁気共鳴周波数の各エコー信号の波形におい
て、そのピーク位置はスライス面内のスピンの位相が最
も揃う位置に等価である。ここで、エコー信号のピーク
とは信号のノルム（絶対値）の大きさが最大であること
を示す。そこで、これらのエコー信号のピーク位置（時
間軸上の位置）及びそのピーク位置での位相に検出を行
う。このピーク位置及び位相の検出は計算機12内でソフ
トウェア処理により行ってもよいし、データ収集部11あ
るいは受信部９内でハードウェア処理により行っても良
い。

第４図において、前記検出したエコー信号のピーク位
置の正規の位置（所定のサンプリング位置）からのズレ
が△τ_ｉ（ｉ＝1,2,…,n）であったとする。今、読みだ
し用勾配磁場Grの正の振幅をG₊,負の振幅をG_-とし、ス
イッチングに伴う反転のタイミングをτ_ｉとする。前述
したように、エコー信号のピークが生ずる位置は読みだ
し用勾配磁場Grの波形の面積S_iaとS_i-1b（ｉ＝1,2,3…,
n）が等しくなる時刻である。このS_ia＝S_i-1bの条件を
満たすには、τ_i,G＋とG_-あるいは、オフセットを調節
すれば良い。その際、ピーク位置での位相が所定の値と
なるように調整する。具体例として、G₊,G_-は各エコー
信号について全て同一とし、スイッチングのタイミング
τ_ｉのみを調整する場合について述べる。但し、第４図
において、システムコントローラ10内のシーケンスコン
トローラのGrの動作タイミングτ_１は固定するものと
し、τ₀,τ₂,…，τ_ｎを調整する。

第５図にその補正アルゴリズムのフローチャートを示
す。初めに、前述のように収集した各エコー信号のピー
ク位置T_pi（ｉ＝1,2,…,n）を検出する。ここで信号の
ピーク位置とは、直交位置検波したNMR信号のノルム値
が最大であるサンプリング位置を意味する。次ぎに、T
_piと所定のピーク位置T_pとのピーク位置のずれ△τ
_ｉ（ｉ＝1,2,…,n）を求める。

△τ_ｉ＝T_p−T_pi （ｉ＝1,2,…,n） ここで、第１エコーに関しては、τ_０を可変し、T_pi
＝T_pに合わせる。τ_０の可変量△t₁は、 △t₁＝α・△τ_１ となる。但し、αはシーケンスコントローラデータへの
変換係数を示す。よって、システムコントローラ10内の
シーケンスコントローラのGrの動作タイミングτ_０をτ
_０＋△t₁へ変更する。これに伴う第２エコー信号以降の
ピーク位置ずれ△τ_ｉ（ｉ＝1,2,…,n）の補正を次式に
したがって行う。

△τ_ｉ＝△τ_ｉ＋（−1.0）^i-1・△t₁/α （ｉ＝2,…,n） 第２エコー信号以降に関しては、△τ_ｊ（ｊ＝2,…,
n）を可変して、T_pj＝T_p（ｊ＝2,…,n）に合わせる。こ
のときτ_ｊ（ｊ＝2,…,n）の可変量△t_j（ｊ＝2,…,n）
は、 △t_j＝α・（0.5・△τ_ｊ） （ｊ＝2,…,n） となる。よって、システムコントローラ10内のシーケン
スコントローラのGrの動作タイミングτ_ｊをτ_ｊ＋△t_j
へ変更する。これに伴う第（ｊ＋１）エコー信号以降の
ピーク位置ずれ△τ_ｉ（ｉ＝ｊ＋1,…,n）の補正を次式
にしたがって行う。

△τ_ｉ＝△τ_ｉ＋（−1.0）^i-j・（2.0・△t_j/α） （ｉ＝ｊ＋1,…,n） 以上の処理を所定のエコー信号に対して行う。理想的
には１回の制御で△τ_ｉのずれをなくすことができる
が、１回の制御で不完全の場合には同様の制御を数回繰
り返せば良い。

次に、本発明に関わる位相エンコード用勾配磁場の調
整の第１の実施例を第６図に示す。マルチプルエコーフ
ーリエ法のパルスシーケンスにおいて位相エンコード用
勾配磁場パルスは調整しようとする所定のパルス一発の
みを印加するものとし、さらに高周波励起パルスとデー
タ収集開始との間に各エコー信号の基準エンコードステ
ップ量に相当する基準位相エンコード用勾配磁場パルス
を付加し、所定の位相エンコード勾配磁場の位相エンコ
ード量を基準エンコード量に等しくするために、前記所
定の位相エンコード勾配磁場直後のエコー信号が最大に
なるよう位相エンコード用勾配磁場パルスの振幅、波形
形状、スイッチング時間等を調節する。以上の制御を前
記マルチプルエコーフーリエ法のパルスシーケンスの全
ての位相エンコード勾配磁場パルスについて行うことに
より各位相エンコードステップ量を所定の値に調節す
る。

第２の実施例として、第７図に示したようなエコープ
ラナー法のパルスシーケンスにおいて、高周波励起パル
スとデータ収集開始との間に各エコー信号のエンコード
量に相当する位相エンコード用勾配磁場パルスを付加
し、所定のエコー信号が最大となるように位相エンコー
ド勾配磁場波形を適当に調整する。付加する位相エンコ
ード量を順次変え、各エコー信号について同様の調整を
繰り返す。位相エンコード勾配磁場波形の制御の方法と
しては、第７図に示したように読みだし勾配磁場のスイ
ッチング時間と同じタイミングでパルス状に位相エンコ
ード勾配磁場を付加する方法など場合に応じて適当な形
状のものを用いれば良い。

第３の実施例として、第８図に示したように、所定の
高速イメージングのパルスシーケンスにおいて、高周波
励起パルスとデータ収集開始との間にパルス的に位相エ
ンコード用勾配磁場パルスを付加し、その振幅値あるい
はスイッチング時間のタイミングを可変することにより
所定の位置で位相エンコード量が零になるように、所定
のエコー信号が最大になるように調整する。

本発明は、上記以外にも種々の変形実施が可能であ
る。また、上記いずれの実施例の場合においても、あら
かじめ読みだし用勾配磁場あるいは位相エンコード用勾
配磁場のシステム応答関数を求めておき、シーケンス調
整の際にそれらのシステム応答関数を考慮してシーケン
ス調整を行っても良い。

本発明に用いるパルスシーケンスは図２あるいは図３
に示したエコープラナー法やマルチプルエコー・フーリ
エ法に限らず、読みだし用勾配磁場を連続して正負交互
にスイッチングあるいは変調して印加し、複数エコー信
号を収集するパルスシーケンスであれば種々変形して適
用することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、所定の高速イメージングのパルスシ
ーケンスを実行するに先駈けて、その所定のパルスシー
ケンスを自動的に調整する制御手段を備えることによ
り、正確かつ迅速にシーケンス調整が可能であり、それ
らを用いて調整されたパルスシーケンスを実行すること
により、疾病の診断に有用な画像情報を正確かつ迅速に
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に関わる磁気共鳴映像装置の
構成を示すブロック図、第２図は本発明で使用される高
速イメージングの一手法であるエコープラナー法のパル
スシーケンスを示す図、第３図は本発明で使用される高
速イメージングの一手法であるマルチプルエコー・フー
リエ法のパルスシーケンスを示す図、第４図は本発明の
一実施例に関わる読みだし用勾配磁場波形と信号の関係
を示す図、第５図は本発明の一実施例に関わるシーケン
ス調整のフローチャート、第６図，第７図および第８図
は本発明に係わる実施例に用いるパルスシーケンスの印
加順序を示す図である。 １……静磁場磁石、２……励磁用電源 ３……勾配磁場生成コイル ４……勾配磁場生成コイル用電源 ５……被検体、６……寝台 ７……プローブ、８……送信部 ９……受信部、10……システムコントローラ 11……データ収集部、12……電子計算機 13……コンソール、14……画像ディスプレイ

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一様な静磁場中に置かれた被検体に、高周
   波磁場とスライス用勾配磁場をパルス的に印加して所定
   のスライス面を励起した後、読みだし用勾配磁場を正負
   交互に高速スイッチングすると共に、前記スライス面内
   で読みだし用勾配磁場と直交する方向に関して位相エン
   コード用勾配磁場を印加する所定のパルスシーケンスを
   実行することにより被検体からの磁気共鳴信号を検出し
   て映像化する磁気共鳴映像装置において、 前記所定のパルスシーケンスの前記位相エンコード用勾
   配磁場を印加しないパルスシーケンスを実行し、収集し
   た複数のエコー信号の各々のピーク位置及びそのピーク
   位置での位相を検出し、そのピーク位置とそのピーク位
   置での位相が所定の値となるように、前記読みだし用勾
   配磁場印加関数のスイッチング時間、正負の振幅値、オ
   フセット値あるいは波形形状の少なくとも１つを変化さ
   せることにより前記所定のパルスシーケンスを自動的に
   調整する制御手段を有することを特徴とする磁気共鳴映
   像装置。
2. 【請求項２】前記エコー信号のピーク位置および該ピー
   ク位置での位相は、前記所定のパルスシーケンスを実行
   することによって得られるエコー信号の直交位相検波後
   の絶対値のピーク位置とそのピーク位置での直交位相検
   波したエコー信号の位相であることを特徴とする請求項
   １記載の磁気共鳴映像装置。
3. 【請求項３】一様な静磁場中に置かれた被検体に、高周
   波磁場とスライス用勾配磁場をパルス的に印加して所定
   のスライス面を励起した後、読みだし用勾配磁場を正負
   交互に高速スイッチングすると共に、前記スライス面内
   で読みだし用勾配磁場と直交する方向に関して位相エン
   コード用勾配磁場を印加する所定のパルスシーケンスを
   実行することにより被検体からの磁気共鳴信号を検出し
   て映像化する磁気共鳴映像装置において、 前記所定のパルスシーケンスの核スピン励起とデータ収
   集の間の適当な所に、各エコー信号における所定の基準
   エンコードステップ量に相当する位相エンコード用勾配
   磁場を逆符号で印加し、かつ前記所定のパルスシーケン
   スの位相エンコード用勾配磁場に関して所定のエコー信
   号の直前の位相エンコード用勾配磁場のみを印加したパ
   ルスシーケンスを実行し、前記所定のエコー信号の振幅
   が最大となるようにそのエコー信号の直前の位相エンコ
   ード用勾配磁場のスイッチング時間、振幅値、波形形状
   の少なくとも一つを変化させる制御を各エコー信号につ
   いて行うことにより前記所定のパルスシーケンスを自動
   的に調整する制御手段を有することを特徴とする磁気共
   鳴映像装置。
4. 【請求項４】一様な静磁場中に置かれた被検体に、高周
   波磁場とスライス用勾配磁場をパルス的に印加して所定
   のスライス面を励起した後、読みだし用勾配磁場を正負
   交互に高速スイッチングすると共に、前記スライス面内
   で読みだし用勾配磁場と直交する方向に関して位相エン
   コード用勾配磁場を印加する所定のパルスシーケンスを
   実行するとにより被検体からの磁気共鳴信号を検出して
   映像化する磁気共鳴映像装置において、 前記所定のパルスシーケンスの核スピン励起とデータ収
   集の間の適当なところで、パルス的に位相エンコード用
   勾配磁場を印加し、その振幅あるいはスイッチング時間
   のタイミングを可変することにより、所定のエコー信号
   の振幅が最大となるように調整することにより前記所定
   のパルスシーケンスを自動的に調整する制御手段を有す
   ることを特徴とする磁気共鳴映像装置。
5. 【請求項５】前記所定のパルスシーケンスを自動的に調
   整する制御手段は、前もって前記勾配磁場を発生させる
   系のシステム応答関数を測定し、このシステム応答関数
   を利用して前記所定のパルスシーケンスを自動的に調整
   するものであることを特徴とする請求項１乃至４のいず
   れか一項に記載の磁気共鳴映像装置。
6. 【請求項６】前記所定のパルスシーケンスを自動的に調
   整する制御手段は、所定の単一磁気共鳴周波数を有する
   物質の入ったファントムにより観測されるエコー信号を
   用いて行うか、あるいは、被検体内の所定の磁気共鳴周
   波数以外で磁気共鳴を生ずる核スピンを飽和させた後に
   観測されるエコー信号を用いて制御を行うことを特徴と
   する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁気共鳴映
   像装置。