JP3526347B2 - 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】本発明は、磁気共鳴（以下、ＮＭ
Ｒと称する）現象を利用して断層像を得る磁気共鳴イメ
ージング（以下、ＭＲＩと称する）装置に係り、特にマ
ルチスライス撮影に好適なＭＲＩ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲＩ装置は、ＮＭＲ現象を利用して被
検体中の所望の検査部位における原子核スピン（以下、
スピンと称する）の密度分布、緩和時間分布などを計測
して、その計測データから画像を再構成し、被検体の断
面を画像表示するものである。

【０００３】このＭＲＩ装置では、図１に示すように
０．０２〜２テスラ程度の静磁場を発生させる静磁場発
生装置４の中に被検体７が置かれる。この時、被検体７
中のスピンは、静磁場の強さＨ０によって決まる周波数
で、静磁場の方向を中心軸として歳差運動を行なう。こ
の周波数をラーモア周波数と呼ぶ。ラーモア周波数ν０
は、 ν０＝ γ／２π・Ｈ０ （１） で表わせる。ここで、γは磁気回転比で原子核の種類毎
に固有の値を持つ。また、ラーモア歳差運動の角速度を
ω０とすると、 ω０＝２πν０ （２） の関係があるため、 ω０＝γＨ０ （３） で与えられる。

【０００４】ここで、高周波照射コイル１１によって計
測しようとする原子核のラーモア周波数ν０に等しい周
波数の高周波磁場（電磁波）を被検体７に加えると、ス
ピンが励起され高いエネルギー状態に遷移する。この高
周波磁場を打ち切ると、スピンはもとの低いエネルギー
状態に戻る。このときに放出される電磁波を高周波受信
コイル１４で受信し、増幅器１５で増幅し、直交位相検
波器１６で２種類の信号に分離し、Ａ／Ｄ変換器１７で
デジタル化して制御用ＣＰＵ１に送る。制御用ＣＰＵ１
では、このデータを基に再構成演算し、この演算された
データが被検体７の断層画像としてディスプレイ１８に
表示される。上記の高周波磁場は、制御用ＣＰＵ１によ
り制御されるシーケンス用ＣＰＵ２が送り出す信号によ
り、シンセサイザ８の出力信号を変調器９で振幅変調す
るとともに、高周波照射コイル用増幅器１０によって増
幅したものを高周波照射コイル１１に送ることで得られ
る。

【０００５】また、ＭＲＩ装置には、静磁場発生装置４
と高周波照射コイル１１、高周波受信コイル１４の他
に、検出される信号に空間内の位置情報を与えるための
傾斜磁場を発生する傾傾斜磁場コイル１３を備えてい
る。この傾斜磁場コイル１３は、シーケンス用ＣＰＵ２
からの信号で動作する傾斜磁場コイル用電源１２から電
流を供給され、傾斜磁場を発生する。そして、被検体７
におけるスライス位置、スライス方向、スライス厚、ス
ライス数などを決定し、これらの静磁場、高周波磁場、
傾斜磁場を被検体７に与えることにより撮影することが
できる。

【０００６】このように構成されたＭＲＩ装置におい
て、現在一般的に用いられている撮影方法に２次元フー
リエイメージング法がある。この撮影方法のうち代表的
なスピンエコー法の模式的なパルスシーケンスを図５に
示す。このパルスシーケンスでは、まず９０°パルス２
３及びスライス方向傾斜磁場２５を印加する。すると、
スライス内の各スピンは静磁場方向をＺ方向としたと
き、それに直交したＸ−Ｙ面内へ倒れ、Ｘ−Ｙ面内で回
転する。次いで、位相方向傾斜磁場２６及び周波数方向
傾斜磁場２７を印加し、そしてエコー信号２８が発生す
るまでのエコー時間をＴＥとしたときのＴＥ／２の時間
後に１８０°パルス２４をスライス方向傾斜磁場２５’
とともに加える。すると、各スピンは反転する。その
後、周波数方向傾斜磁場２７’を加える。スライス方向
の傾斜磁場２７’は、スピンが集束して発生するエコー
信号２８が時刻ＴＥにて最大となるように印加する。

【０００７】ここで、断層画像を構成するためには信号
の空間的な分布を求めねばならない。このために線形な
傾斜磁場を用いる。均一な静磁場に傾斜磁場を重畳する
事で空間的な磁場勾配ができる。上述のようにスピンの
回転周波数は磁場強度に比例しているから傾斜磁場が加
わった状態においては、各スピンの回転周波数は空間的
に異なる。従って、この傾斜磁場が印加されている状態
でのスピンの周波数と傾斜磁場をある所定時間印加した
後のスピンの位相とを調べることによって、各スピンの
位置を知ることができる。この目的のために、位相エン
コード傾斜磁場２６、周波数エンコード傾斜磁場２７を
印加している。

【０００８】以上に述べたパルスシーケンスを基本単位
として、位相エンコード傾斜磁場の強度を毎回変えなが
ら一定の繰り返し時間（ＴＲ）毎に、所定回数、例えば
２５６回繰り返す。こうして得られた計測信号を２次元
逆フーリエ変換することで巨視的磁化の空間的分布が求
められ、被検体７の断層像が得られる。

【０００９】次にマルチスライス法について図４、図６
を用いて説明する。図６は、マルチスライススピンエコ
ー法のパルスシーケンスである。マルチスライスは繰り
返し時間ＴＲの間に、別のスライス位置の計測を行うも
のである。まず、最初に位置Ｐ１を中心とするスライス
１を計測するため９０°パルス２３−１を印加し、上述
のスピンエコー法によりエコー信号２８−１を得る。そ
して、次の９０°パルス２３−１までの繰り返し時間Ｔ
Ｒ中に、位置Ｐ２を中心とするスライス２を計測するた
め９０°パルス２３−２さらには位置Ｐ３を中心とする
スライス３を計測するため９０°パルス２３−３を印加
し、それぞれの位置のエコー信号２８−２、２８−３を
得る。高周波磁場２３、２４、スライス方向傾斜磁場２
５、２５’、位相方向傾斜磁場２６、および周波数方向
傾斜磁場２７の引加パターンは同一であるが、スライス
位置を異ならせるために高周波磁場２３、２４の中心周
波数を変化させている。上述のように３枚のスライス位
置の異なる画像を得る場合、図４のようなスライス方向
傾斜磁場２５、２５’を印加する。また、式（３）より
周波数と磁場強度は比例する。このため、それぞれの位
置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の周波数は、 ｆ１＝ｋ・Ｐ１・Ｇｓ （４） ｆ２＝ｋ・Ｐ２・Ｇｓ （５） ｆ３＝ｋ・Ｐ３・Ｇｓ （６） で与えられる。ここで、ｋは定数、Ｇｓはスライス方向
傾斜磁場強度を示す。

【００１０】また、上記の如く高周波磁場の中心周波数
のみをスライス位置に応じて変更する場合には、スライ
ス厚はスライス方向の傾斜磁場強度により、変化させる
ことができる。スライス厚をＴｈとすると、 Ｔｈ＝ｋ２／Ｇｓ （７） により与えられる。ここでｋ２は定数を示す。以上のＭ
ＲＩ基本原理に関しては、「ＮＭＲ医学」（基礎と臨
床）（核磁気共鳴医学研究会編，丸善株式会社，昭和５
９年１月２０日発行）に詳しい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述のマルチスライス
スピンエコー法によれば、繰り返し時間ＴＲを利用して
複数のスライス位置の画像を撮影ができるため、スピン
エコー法において１枚の画像を得る時間で複数の画像が
得られる。このようなマルチスライススピンエコー法に
おいて、スライス厚を薄くして撮影する場合には、式
（７）よりスライス方向の傾斜磁場強度を大きくすれば
よいが、マルチスライス全体のスライス厚が変化してし
まう。そのため、所望の診断部位を中心にしてある程度
の範囲の撮影を行うとき、スライス厚を薄く設定すれ
ば、撮影範囲内の画像はすべて空間分解能の良いものと
なるが、スライス数が多くなってしまい時間がかかるも
のとなっていた。また、スライス厚を厚く設定すれば、
スライス数を多く設定する必要はないので撮影時間を短
くできるが、所望の診断部位の位置においてもスライス
厚が厚くなり空間分解能の良い画像が得られなかった。

【００１２】そこで、本発明の目的は、マルチスライス
撮影において関心領域とそれ以外とはスライス厚を変
え、関心領域については空間分解能の良い画像が得られ
るとともに、効率の良い撮影が行えるＭＲＩ装置を提供
することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、被検体を複数のスライスで撮像するマルチ
スライスパルスシーケンスを制御するシーケンス制御手
段を備えた磁気共鳴イメージング装置において、前記シ
ーケンス制御手段は、相前後するスライスを互いに接す
る状態で前記複数のスライスを撮像する際に、少なくと
も一つのスライスのスライス厚を他のスライスのスライ
ス厚と異ならせて撮像する。特に、上記スライス厚の設
定は、スライス方向傾斜磁場の強度、高周波磁場の中心
周波数及びスライス位置により設定するものである。

【００１４】

【作用】スライス位置、スライス厚、スライス数をシー
ケンス実行手段に入力すると、これに対応するスライス
方向傾斜磁場の強度及び高周波磁場の中心周波数をスラ
イス毎に変更し、この高周波磁場、スライス方向傾斜磁
場及び他の傾斜磁場をマルチスライスのパルスシーケン
スにしたがって印加する。これにより、マルチスライス
の各スライスのスライス厚を任意に設定できるため、１
回のマルチスライスにおいて所望の部位のみを細かく撮
影できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図３によ
り説明する。図１は本実施例を含むＭＲＩ装置の構成を
示すブロック図、図２は本実施例によるマルチスライス
のパルスシーケンスを示す図、図３はスライス位置と周
波数の関係を示す図である。

【００１６】本実施例のＭＲＩ装置は大別すると、制御
用ＣＰＵ１と、シーケンス用ＣＰＵ２と、送信系３と、
静磁場発生磁石４と、受信系５と、信号処理系６とを備
えて構成する。制御用ＣＰＵ１は、予めキーボード２２
等の入力装置から入力されたパルスシーケンスの種類
と、スライス位置、スライス数及びスライス毎のスライ
ス厚を含む撮影パラメータにより、プログラムに従って
シーケンス用ＣＰＵ２、送信系３、受信系５、信号処理
系６の各々を制御する。シーケンス用ＣＰＵ２は、制御
用ＣＰＵ１からの制御指令に基づいて動作し、被検体７
の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系
３、静磁場発生磁石４の傾斜磁場発生系２１、受信系５
に出力する。

【００１７】送信系３は、シンセサイザ８と変調器９と
高周波コイルとしての照射コイル１１を有し、シーケン
ス用ＣＰＵ２の指令によりシンセサイザ８からの高周波
パルスを変調器９で振幅変調し、この振幅変調された高
周波パルスを高周波増幅器１０を介し増幅して照射コイ
ル１１に供給することにより、所定のパルス状の電磁波
を被検体７に照射する。

【００１８】静磁場発生磁石４は、被検体７の回りに任
意の方向に均一な静磁場を発生させるためのものであ
り、この静磁場発生磁石４の内部には、照射コイル１１
の他、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル１３と、受
信系５の受信コイル１４が設置されている。傾斜磁場発
生系２１は、互いに直交するデカルト座標軸方向にそれ
ぞれ独立に傾斜磁場を印加できる傾斜磁場コイル１３
と、傾斜磁場コイル１３に電流を供給する傾斜磁場コイ
ル用電源１２とにより構成する。

【００１９】受信系５は、高周波コイルとしての受信コ
イル１４と、受信コイル１４に接続された増幅器１５
と、直交位相検波器１６と、Ａ／Ｄ変換器１７とを有
し、被検体７からのＮＭＲ信号を受信コイル１４が検出
すると、その信号を増幅器１５、直交位相検波器１６、
Ａ／Ｄ変換器１７を介しデジタル量に変換するととも
に、シーケンス用ＣＰＵ２からの指令によるタイミング
で直交位相検波器１６によってサンプリングされた２系
列の収集データに変換して制御用ＣＰＵ１に出力する。

【００２０】信号処理系６は、磁気ディスク２０、光デ
ィスク１９等の外部記憶装置と、ＣＲＴ等からなるディ
スプレイ１８とを有し、受信系５からのデータが制御用
ＣＰＵ１に入力されると、制御用ＣＰＵ１が信号処理、
画像再構成等の処理を実行し、その結果の被検体７の所
望の断面像をディスプレイ１８に表示するとともに、外
部記憶装置の磁気ディスク２０等に記録する。なお、信
号処理系６の磁気ディスク２０のハードディスクに複数
のパルスシーケンスのプログラムが記憶されている。

【００２１】次に、スライス厚を可変するマルチスライ
スのパルスシーケンスを図２により説明する。本実施例
では、一例としてスピンエコー法により３枚のスライス
撮影を行い、２枚目のスライス厚が薄くなるような撮影
を行う。まず、キーボード２２によりスピンエコー法に
よるマルチスライスシーケンスを選択的に入力するとと
もに、各スライスの位置、スライス数、スライス厚を含
む撮影パラメータを入力する。これによって、磁気ディ
スク２０からパルスシーケンスが読み出され制御用ＣＰ
Ｕ１へ入力されるとともに、各撮影パラメータも制御用
ＣＰＵ１へ入力する。制御用ＣＰＵ１は入力したデータ
に基づいて、これから実行するパルスシーケンスに関係
する指令をシーケンス用ＣＰＵ２へ出力する。

【００２２】図２のパルスシーケンスが始動すると、最
初に第１のスライスの９０°パルス２３−１及びスライ
ス方向傾斜磁場２５−１を印加する。そして、位相方向
傾斜磁場２６、周波数方向傾斜磁場２７の印加により位
置情報などを与え、１８０°パルス２４−１、スライス
方向傾斜磁場２５’−１を印加する。このスライス方向
傾斜磁場２５’−１は、スライス方向傾斜磁場２５−１
と同じ大きさの傾斜磁場を印加する。また、時刻ＴＥで
エコー信号２８−１が最大となるような周波数方向傾斜
磁場２７’を印加すると、第１のスライスのエコー信号
２８−１が発生し、これを計測する。

【００２３】第１のスライスのエコー信号２８−１を得
たあとに、第２のスライスの９０°パルス２３−２を印
加する。これと同時にスライス方向傾斜磁場２５−２を
印加するが、このとき傾斜磁場の大きさを第１のスライ
スとは異ならせるよう変化させる。そして、上述と同様
に位相方向傾斜磁場２６、周波数方向傾斜磁場２７の印
加により位置情報などを与えるとともに、１８０°パル
ス２４−２、スライス方向傾斜磁場２５’−２を印加す
る。このスライス方向傾斜磁場２５’−２は、スライス
方向傾斜磁場２５−２と同じ大きさである。また、周波
数方向傾斜磁場２７’の印加により、第２のスライスの
エコー信号２８−２が上述と同様に発生する。

【００２４】第２のスライスのエコー信号２８−２を得
たあとに、第３のスライスの９０°パルス２３−３を印
加し、第１のスライスと同じ強度のスライス方向傾斜磁
場２５−３を印加する。そして、位相方向傾斜磁場２
６、周波数方向傾斜磁場２７、２７’及び１８０°パル
ス２４−３、第１のスライスと同じ大きさのスライス方
向傾斜磁場２５’−３を印加することで、第３のスライ
スのエコー信号２８−３が発生する。

【００２５】このようにスライス方向傾斜磁場２５の印
加強度を変えれば、スライス厚を変化させることができ
る。しかし、印加強度の変化に伴いスライス位置が移動
してしまうため、本発明ではこれが補正されて実行され
る。次に、このスライス位置の補正について図３により
説明する。第１、第２、第３のスライス位置をそれぞれ
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とし、スライス１とスライス３とは同
じ厚さでありＴｈとし、スライス２の厚さをＴｈ２＝Ｔ
ｈ／２とする。また、第１、第３のスライスのスライス
方向傾斜磁場２５−１、２５−３をＧｓとした場合、第
２のスライスのスライス方向傾斜磁場２５−２は、 Ｇｓ２＝Ｇｓ ・Ｔｈ／Ｔｈ２ ＝２・Ｇｓ となるような傾斜磁場を印加する。つまり、第１、第３
のスライスは図３に示すような傾きの傾斜磁場であり、
第３のスライスは２倍の傾きを持った傾斜磁場となって
いる。従来はスライス厚つまりスライス方向傾斜磁場は
一定であったため、スライス位置と高周波磁場２３、２
４の中心周波数は、傾斜磁場の傾きにあったものとなっ
ていたが、本実施例ではスライス位置によりスライス方
向傾斜磁場が異なるため中心周波数を変えてスライス位
置を合わせている。それぞれのスライス位置の中心周波
数は式（４）（５）（６）より、 ｆ１＝ｋ・Ｐ１・Ｇｓ ｆ２＝ｋ・Ｐ２・Ｇｓ２＝ｋ・Ｐ２・Ｇｓ・Ｔｈ／Ｔｈ２ ｆ３＝ｋ・Ｐ３・Ｇｓ で求められ、各スライスごとにこの中心周波数の高周波
磁場２３、２４を印加する。

【００２６】つまり、スライス毎に厚さの異なるマルチ
スライス撮影を行う場合には、スライス位置とスライス
厚及びスライス数をキーボード２２により予め設定する
と、制御用ＣＰＵ１がスライス厚からスライス方向傾斜
磁場２５の強度を演算し、またスライス位置とスライス
方向傾斜磁場強度から高周波磁場２３、２４の中心周波
数を演算してシーケンス用ＣＰＵ２に設定する。そし
て、このように決まった高周波磁場２３、２４とスライ
ス方向傾斜磁場２５及び各傾斜磁場２６、２７をマルチ
スライスのパルスシーケンスで印加させれば、スライス
厚の異なる画像を得ることができる。これにより、特に
診断したい部分だけを細かくスライスでき、効率の良い
診断ができる。

【００２７】ここで、本実施例ではマルチスライスにお
ける各スライス毎に高周波磁場２３、２４の周波数と、
スライス方向傾斜磁場２５の強度とを変化させ、スライ
ス厚を変更させているが、高周波磁場２３、２４の周波
数帯域を変化させることでもスライス厚を変更できる。
この場合、高周波磁場２３、２４のエンベロープが変化
するため、スライス方向傾斜磁場２５を時間方向に調整
する必要があるが、本実施例と同様の効果を得ることが
できる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、シーケンス実行手段に
よりマルチスライスのスライスごとにスライス方向傾斜
磁場及び高周波磁場の中心周波数を任意に変更できるた
め、１回のマルチスライスにおける各スライスのスライ
ス厚を任意に変えることができる。これにより、１回の
撮影で広範囲の領域を把握できるとともに、所望の診断
部位のみ良好な空間分解能で撮影でき、短時間で効率の
良い撮影が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＭＲＩ装置の構成を示すブロック図

【図２】本発明によるマルチスライスのパルスシーケン
スを示す図

【図３】本発明のマルチスライスにおけるスライス位置
と高周波磁場の中心周波数との関係を示す図

【図４】従来のマルチスライスにおけるスライス位置と
高周波磁場の中心周波数との関係を示す図

【図５】従来のスピンエコーのパルスシーケンスを示す
図

【図６】従来のマルチスライススピンエコーのパルスシ
ーケンスを示す図

【符号の説明】

１ 制御用ＣＰＵ ２ シーケンス用ＣＰＵ ３ 送信系 ４ 静磁場発生磁石 ５ 受信系 ６ 信号処理系 ２３ ９０°パルス ２４ １８０°パルス ２５ スライス方向傾斜磁場 ２６ 位相方向傾斜磁場 ２７ 周波数方向傾斜磁場

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体を複数のスライスで撮像するマル
   チスライスパルスシーケンスを制御するシーケンス制御
   手段を備えた磁気共鳴イメージング装置において、 前記シーケンス制御手段は、相前後するスライスを互い
   に接する状態で前記複数のスライスを撮像する際に、少
   なくとも一つのスライスのスライス厚を他のスライスの
   スライス厚と異ならせて撮像する ことを特徴とする磁気
   共鳴イメージング装置。
2. 【請求項２】 上記スライス厚の設定は、スライス方向
   傾斜磁場の強度、高周波磁場の中心周波数及びスライス
   位置により設定する請求項１に記載の磁気共鳴イメージ
   ング装置。