JP3341913B2 - Ｍｒ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明はプリパレーションパルス付き３Ｄ
スキャンを実行するＭＲ装置（核磁気共鳴装置）に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲ装置は、人体の解剖学的情報を映像
化する手段として、Ｘ線ＣＴ装置と同様にして、近年用
いられるようになってきた。ＭＲ装置は、その原理が生
体組織を構成する特定の原子核が、磁場の影響の中で特
定のラジオ周波数（以下ＲＦと略す）を吸収して励起さ
れ、吸収したＲＦエネルギーの一部分を放出する物理現
象（ＮＭＲ現象）に基づくものである。

【０００３】図５はＭＲ装置の概念図である。図におい
て、１は磁界を発生するマグネット、２は該マグネット
１内に設けられるＲＦ帯域の電力が印加され、その検出
信号を得るＲＦコイルである。図に示すような全身用マ
グネットの場合、患者３はＲＦコイル２の内部に包まれ
るように置かれる。

【０００４】このような状態で、送信器４からＲＦ帯域
の周波数の電力をＲＦコイル２に印加する。この時の送
信器４の印加電力としては、例えば１０ＫＷ〜２０ＫＷ
が用いられる。この結果、患者３の体内からのＮＭＲ現
象に基づく信号がＲＦコイル２に誘起される。受信器５
は、この検出信号を受信して増幅し、Ａ／Ｄ変換器６に
送る。Ａ／Ｄ変換器６は、入力信号をディジタルデータ
に変換する。

【０００５】コンピュータ７は、Ａ／Ｄ変換器６の出力
データを入力し、画像処理を行い、その結果をディスプ
レイ８に表示する。オペレータは、ディスプレイ８に表
示された画像を見ながら、患者の病変部の診察を行う。
９は、コンピュータ７と他の構成要素（送信器７，受信
器５及びＡ／Ｄ変換器６）との仲介を行うインタフェー
スである。

【０００６】ところで、この種のＭＲ装置では、近年、
繰り返し時間が数ｍｓという勾配反転型（フィールド・
エコー法）の高速スキャンが使用されるようになってき
た。この高速スキャンは、従来のスピンワープ法による
スキャン法と同じであり、周波数空間であるｋ空間のデ
ータの埋め方も同じである。この高速スキャンでは、繰
り返し時間が短いために、画像コントラストが付きにく
いという問題がある。

【０００７】このため、画像コントラストを付けるため
に一連のデータ収集に先立ち、プリパレーションパルス
と呼ばれる様々なＲＦパルスと勾配パルスからなるパル
スシーケンスが付加されることが多い。例えば、Ｔ１コ
ントラストを付けるために１８０゜プリパレーションパ
ルス、Ｔ２コントラストを付けるために９０゜−１８０
゜−９０゜というプリパレーションパルスが付加される
場合が多い。

【０００８】３次元的な画像データを得る３Ｄスキャン
では、３次元のｋ空間を埋める必要がある。図６はｋ空
間を表す図である。図において、ｋx はリードアウト方
向（データ取り出し方向）、ｋｙはフェーズエンコード
方向、ｋz はスライス厚方向（デプスエンコード方向）
に相当している。

【０００９】一般的な３Ｄスキャンは、（ａ）に示すよ
うに先ずｋz を固定し、ｋx −ｋy面のデータを収集
し、次にｋz を変えて、同様にデータ収集するものであ
る。これに対し、（ｂ）は逆にｋｙを固定とし、ｋx −
ｋz 面のデータを先に収集する方法である。これらの図
において、データ収集の順は●→○→×であるものとす
る。

【００１０】（ｂ）に示すｋx −ｋz 面から先にデータ
収集する方法はあまり一般的でないが、スキャン中にｋ
z 方向にＦＦＴ，ＤＦＴといった画像再構成処理である
フーリェ変換を行うことができるメリットがある。その
理由は、ｋz 方向は単純なフーリェ変換のみで処理する
ことができるからである。

【００１１】これに対し、ｋx ，ｋy にはハーフフーリ
エ法、ハーフエコー法等の特殊な処理が必要なケースが
あるので、スキャン中に処理を行うのは困難である。従
って、ｋx −ｋz面から先にデータ収集する方法のみ
が、スキャン中にデータ処理を行うことが容易である。

【００１２】次に、プリパレーションパルスが付加され
た場合の３Ｄスキャンを考えてみる。一般的に行われて
いる方法は、１つのｋz ステップに対して１回のプリパ
レーションパルスが付加される方法である。１８０゜パ
ルスを付加するＴ１プリパレーションパルスの場合を例
にとると、ｋx ，ｋy の埋め方は図７に示すようなもの
となる。

【００１３】図において、縦軸Ｍｚは縦磁化を示し、Ｍ
ｏが磁化の平衡状態を示す。ｋｙにおいて、ｎy はフェ
ーズエンコード数である。最初に１８０゜プリパレーシ
ョンパルスを印加した後、縦磁化が緩和されるまでの間
にデータ収集に入る。データ収集では、１個のｋz に対
して低周波領域から高周波領域のｋｙを順次埋めてい
く。全ての領域のｋｙが埋められたら、次にパラメータ
ｋz の値を変えて同様の操作を繰り返していく。この例
では、−ｎy ／２≦ｋy ≦（ｎy ／２）−１，−ｎz ／
２≦ｋz ≦（ｎz ／２）−１としてｋ空間の中心からデ
ータを収集し始めている。ｋz はデプスエンコード数で
ある。

【００１４】図８は従来の反転型プリパレーション付き
高速スキャンの様子を示す図であり、図７とほぼ同じ内
容である。１個のｋz 毎に１８０゜プリパレーションパ
ルスを印加し、ｋ空間上で低周波成分から順にｋｙデー
タを埋めていく様子が分かる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
の方式ではｋ空間の内、ｋz を固定してｋy を埋めてい
く手順をとっていたため、画像処理に時間がかかるとい
う問題があった。

【００１６】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであって、画像再構成処理の高速化を図ることがで
きるプリパレーションパルス付き３Ｄスキャンを実行す
るＭＲ装置を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
本発明は、ｋx ，ｋy ，ｋz よりなるｋ空間にデータを
埋めていくＭＲ装置のプリパレーションパルス付き３Ｄ
スキャン方法において、先ずｋy を一定にして、ｋz を
埋めていくようにしたことを特徴としている。

【００１８】

【作用】ｋy を一定にしてｋz を埋めていく方法の場
合、ｋz の処理は簡単なフーリエ変換のみであるため、
スキャン中に終了することができる。従って、この分だ
け画像処理の高速化を図ることができる。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は本発明の動作説明図である。本発明
では、従来方式と異なり、ｋy を一定に固定しておき、
ｋz を埋めていく方式をとっている。この場合におい
て、ｋy のＮｐステップ毎に１８０゜プリパレーション
パルスを印加している。これは、プリパレーションパル
ス印加後、時間が経つと縦磁化が緩和してくるためであ
る。

【００２０】ここで、ｎy はフェーズエンコード数、ｎ
z はデプスエンコード数である。そして、それぞれのｎ
y ，ｎz 数は、図８の従来例の場合と同じであり、−ｎ
y ／２≦ｋy ≦（ｎy ／２）−１，−ｎz ／２≦ｋz ≦
（ｎz ／２）−１である。図１の例では、ｎy ＝１６，
ｎz ＝４の場合である。上式にこの条件を当てはめる
と、−８≦ｋy ≦７，−２≦ｋz ≦１となる。

【００２１】本発明の特徴は、ｋy の順序が単純な並び
ではないことである（詳細後述）。プリパレーション
後、Ｎｐ個のｋy の並びが低周波から埋められていき、
かつＮｐ中のｎ番目のｋy が任意のプリパレーション後
のｎ＋１番目のｋy よりも低周波になっている。つま
り、低周波領域から埋めていくことにより、磁気緩和の
影響を無くして高品質の画像を得ることができる。

【００２２】前述した従来例では、１回の１８０゜Ｔ１
プリパレーションパルスの後、ｋyを埋める方式をとっ
ていた。ｋy は画像の１辺のマトリクス数となるため、
一般的にはｋy ≧１２８が使用される。ｋy ＝１２８と
すると、繰り返し時間＝８ｍｓとして、１回の１８０゜
パルスで約１秒のデータ収集が行われる。

【００２３】人体の場合、１８０゜パルスで反転された
磁化の寿命は約１秒である。このため、従来例で１回の
１８０゜パルスの後、ｋx −ｋy 面のデータを収集して
も問題ない。また、ｋy ＝０付近の磁化の状態が画像コ
ントラストに反映されるので、スキャン後半の高周波領
域のデータ収集中の磁化の回復の影響は少ない。

【００２４】さて、本発明によるｋx −ｋz 面を先に埋
める方式の場合について考えると、前述したように一般
的にはｋz ＜ｋy でスキャンが行われることが多く、１
つのｋx −ｋz 平面を埋めるために、１回のプリパレー
ションパルスを印加したのでは、スキャン時間の無駄で
ある。勿論、ｋz が大きい場合にはその限りでない。数
ｋy ステップ毎に１８０゜プリパレーションパルスを印
加した時、このステップ数をＮｐとする。簡単のため、
ｎy ＝１６，ｎz ＝４，Ｎｐ＝４の場合で説明する。

【００２５】先ず、従来法で単純にｋy とｋz のループ
順を変えた場合を考えてみる。図２はｋy,ｋz の並びと
縦磁化の状態を示す図である。（ａ）は従来のｋx −ｋ
y 先方式、（ｂ）はｋx −ｋz 先方式である。ｋx ，ｋ
y 共に、低周波の時の磁化の状態が画像コントラストに
反映するので、｜ｋy ｜≦１，｜ｋz ｜≦１の場合を考
える。図中、○が従来のｋx −ｋy 面先方式で、●がｋ
x −ｋz 先方式である。

【００２６】この図からも分かるように、ｋx −ｋz 面
を先に埋める方式では、ｋy ，ｋzが低周波となる磁化
の状態は−Ｍ0 からＭ0 の間でさまざまな状態をとり、
所望のコントラストを得ることができない。

【００２７】このように、ｋx −ｋz 面を先に埋める方
式で数ｋy ステップ毎にプリパレーションパルスを入れ
る方式では、単純にｋy とｋz のループ順を入れ換えし
ただけでは、問題がある。

【００２８】そこで、本発明では、次のようにｋy の順
番を決める。「プリパレーション後、Ｎｐ個のｋy の並
びが低周波から並び、かつＮｐ中のｎ番目のｋy が任意
のプリパレーション後のｎ＋１番目のｋy よりも低周波
となる」ようにする。つまり、先のデータ程低周波とな
るようにするのである。このような方法をとることによ
り、所望のコントラストが得られるようになる。なお、
ｋz の並びは低周波から高周波へと中心から出力するの
が最も望ましい。

【００２９】本発明のｎy ＝１６，ｎz ＝４，Ｎｐ＝４
の場合のｋy の並びは図３に示すようなものとなる。例
えば、Ｎｐ1 の２番目のｋy 値“２”は、次のプリパレ
ーション後のＮｐ2 の３番目のｋy 値“−５”よりも低
周波である。そして、それぞれのｋy 値に対してｋz が
変化する。

【００３０】様々なｎy ，ｎz ，Ｎｐに対しても、同じ
ロジックで決めることができる。ＮｐはＴｒ（繰り返し
時間）とｎz と磁化の寿命τより、Ｎｐ×Ｔｒ×ｎz ＜
τの範囲で決定することができる。そして、Ｎｐが決ま
れば、ｎy よりｋy の並びは簡単なロジックで求めるこ
とができる。

【００３１】このように、ｋy を並べてみると、ｋz が
低周波から高周波へ並んだ場合、ｋy,ｋz が低周波とな
る時刻はプリパレーションパルス後、近い時刻に集中
し、所望のコントラストを容易に得ることができる。

【００３２】そもそもプリパレーションパルスの概念
は、スピンの持つ様々な物理定数の情報を縦磁化強度に
変換するものである。Ｔ２プリパレーションではＴ２の
減衰の違いを縦磁化強度の違いに変換する。その他ディ
フュージョンプリパレーション等のプリパレーションも
同じである。よって本発明は説明に用いたＴ１プリパレ
ーションだけでなく、Ｔ２プリパレーション等について
も同様に応用可能である。

【００３３】図４は本発明を実施するＭＲ装置の構成例
を示すブロック図である。図において、マグネットアセ
ンブリ１１は、内部に被検体（図示せず）を挿入するた
めの空間部分（孔）を有し、この空間部分を取り巻くよ
うにして、被検体に一定の静磁場を印加する静磁場コイ
ルと、勾配磁場を発生するための勾配磁場コイル（勾配
磁場コイルはｘ，ｙ，ｚの各軸のコイルを具備してい
る）と、被検体内の原子核のスピンを励起するための高
周波パルスを与えるＲＦ送信コイルと、被検体からのＮ
ＭＲ信号を検出する受信コイル等が配置されている。

【００３４】静磁場コイル，勾配磁場コイル，ＲＦ送信
コイル及び受信コイルは、静磁場電源（主磁場電源）１
２，勾配磁場駆動回路１３，ＲＦ電力増幅器１４及び前
置増幅器１５にそれぞれに接続されている。シーケンス
記憶回路１８は、本発明を特徴づける部分であり、計算
機１７からの指令に従って任意のビューでゲート変調回
路１９を操作（所定のタイミングによってＲＦ発振回路
２０の高周波出力信号を変調）し、高周波パルスをＲＦ
電力増幅器１４からＲＦ送信コイルに印加する。

【００３５】ここで、シーケンス記憶回路１８の動作に
ついて更に詳しく説明する。シーケンス記憶回路１８内
には、ｋy を一定にして、ｋz を埋めていく手順が記憶
されている。そして、フェーズエンコード数ｎy，デプ
スエンコード数ｎz 及びステップ数Ｎｐが決まると、計
算機１７からの指令に基づき、図１に示すようなタイミ
ングのプリパレーションパルスをＲＦコイルに印加し、
それぞれのｋyに対するｋz を埋めていく。

【００３６】シーケンス記憶回路１８は、スピンワープ
法に基づくシーケンス信号によって勾配磁場駆動回路１
３，ゲート変調回路１９及びＡ／Ｄ変換器２１を操作す
る。更に、シーケンス記憶回路１８は、前記した一連の
シーケンス動作に入る前に、ゲート変調回路１９及び勾
配磁場駆動回路１３を操作して、所望の方向で選択励磁
する。

【００３７】位相検波器２２は、ＲＦ発振回路２０の出
力を参照信号として、前置増幅器１５の出力信号（受信
コイルで検出されたＮＭＲ信号）を位相検波してＡ／Ｄ
変換器２１に与える。Ａ／Ｄ変換器２１は、位相検波器
２２を介して得られるＮＭＲ信号をアナログ／ディジタ
ル変換して計算機１７に入力する。

【００３８】計算機１７は、操作コンソール２３との間
で情報の授受や種々のスキャンシーケンスを実現するた
めに、シーケンス記憶回路１８の動作の切り替えや、メ
モリの書き替えをしたり、Ａ／Ｄ変換器２１からの各デ
ータを用いて画像再構成演算をするようになっている。
画像処理結果は、表示装置１６に表示される。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、画像再構成処理の高速
化を図ることができるプリパレーションパルス付き３Ｄ
スキャンを実行するＭＲ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動作説明図である。

【図２】ｋy,ｋz の並びと縦磁化の関係を示す図であ
る。

【図３】本発明によるｎy ＝１６，Ｎｐ＝４の場合のｋ
y の並びの例を示す図である。

【図４】本発明を実施するＭＲ装置の構成例を示すブロ
ック図である。

【図５】ＭＲ装置の概念図である。

【図６】ｋ空間を表す図である。

【図７】従来のデータ空間の埋め合わせ手順の説明図で
ある。

【図８】従来の反転型プリパレーション付き高速３Ｄス
キャンの様子を示す図である。

【符号の説明】

１１ マグネットアセンブリ １２ 主磁場電源 １３ 勾配磁場駆動回路 １４ ＲＦ電力増幅器 １５ 前記増幅器 １６ 表示装置 １７ 計算機 １８ シーケンス記憶回路 １９ ゲート変調回路 ２０ ＲＦ発振回路 ２１ Ａ／Ｄ変換器 ２２ 位相検波器 ２３ 操作コンソール

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｋx ，ｋy ，ｋz からなるｋ空間に対し
   て受信したＮＭＲ信号のデータを埋めていくプリパレー
   ションパルス付き３Ｄスキャンを実行するＭＲ装置であ
   って、 複数ステップを有する前記ｋy についての各ステップ毎
   にプリパレーションパルスを印加するプリパレーション
   パルス印加手段と、 先ず前記ｋy を一定にして、前記ｋzに対して前記デー
   タを埋めていくように３Ｄスキャンを実行する３Ｄスキ
   ャン実行手段とを備えたことを特徴とするＭＲ装置。
2. 【請求項２】 前記プリパレーションパルスは、１８０
   °プリパレーションパルスであることを特徴とする請求
   項１記載のＭＲ装置。
3. 【請求項３】 前記３Ｄスキャン実行手段は、プリパレ
   ーション後、複数個の前記ｋy の並びが、低周波から高
   周波へと並び、かつ複数個の中のｎ番目の前記ｋyが任
   意のプリパレーション後のｎ＋１番目のｋy よりも低周
   波になるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に
   記載のＭＲ装置。