JP3542650B2

JP3542650B2 - Ｍｒｉ装置

Info

Publication number: JP3542650B2
Application number: JP00503495A
Authority: JP
Inventors: 博司佐藤
Original assignee: ジーイー横河メディカルシステム株式会社
Priority date: 1995-01-17
Filing date: 1995-01-17
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2019-07-14
Also published as: JPH08191810A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、ＭＲ（Ｍagnetic Ｒesonance）イメージング方法およびＭＲＩ（Ｍagnetic Ｒesonance Imaging）装置に関する。さらに詳しくは、ＳＰＡＭＭ（ＳＰＡtial Ｍodulation of Ｍagnetization）法によりタッギング（Ｔagging）を行うＭＲイメージング方法およびＭＲＩ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＩ画像上に磁気標識を施すことにより、流れの方向や生体の動きを画像化したり、磁化率の違いによる画像の歪みを可視化する手法であるタッギング法については、例えば「Ｓegment Ｔagging Ｓequence の開発、大山泰その他、第２１回日本磁気共鳴医学会講演抄録集、135、1993、p.229」や「臨床画像SPECIAL：ＭＲＩ診断の基礎知識Ｑ＆Ａ、pp.189〜192、竹内榮一その他編集、メジカルビュー社発行」や「米国特許第５,１１１,８２０号」に記載されている。
【０００３】
図６に、ＳＰＡＭＭ法によりタッギングを行う場合の従来のパルスシーケンスの一例を示す。
このパルスシーケンスＷでは、まず、第１のＲＦパルスＲ１とスライス勾配ｓ１を印加する。次に、磁気標識用勾配ｇを印加する。次に、第２のＲＦパルスＲ２とスライス勾配Ｓ２とを印加する。その後、例えばＧＲＡＳＳ（Gradient Recalled Acquisition in the Steady State）法やＳＥ（Spin Echo）法などのデータ収集用パルス系列ＤＡＱを実行し、イメージング用データを収集する。
図７に、上記パルスシーケンスＷにより得られるＭＲＩ画像Ｉを模式的に示す。この例では、磁気標識Ｔが斜線状に施されているが、磁気標識Ｔを格子状に施すことも可能である。
なお、タッギングを行うためにデータ収集用パルス系列ＤＡＱの前に印加するパルス系列をＳＰＡＭＭ用パルスという（サンドイッチパルスといわれる場合もある）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図６ではスライス勾配ｓ１，ｓ２を矩形波で示したが、実際には勾配磁場駆動回路の性能上の限界によってスライス勾配ｓ１，ｓ２は台形波になる。すると、図８に示すように、第１のＲＦパルスＲ１の終了時から第２のＲＦパルスＲ２の開始時までの期間に入り込むスライス勾配部分ａ，ｂが生じる。
これらのスライス勾配部分ａ，ｂは磁気標識用勾配としての作用を持つため、図９に示すように、スライス勾配ｓ１，ｓ２により規定されるスライスＳＴにおいて、点線のように磁気標識がスライス方向に位置ずれすることになる。
しかし、磁気標識がスライス方向に位置ずれすると、データ収集用パルス系列ＤＡＱで切り出したイメージング用スライスＳＩ１，ＳＩ２における磁気標識同士が対応しなくなってしまう。すなわち、図９で、点ＰＴ１と点ＰＴ２とがスライス方向に対応する点同士であるが、点ＰＴ１はイメージング用スライスＳＩ１によるＭＲＩ画像上で磁気標識Ｔ１が施されるが、点ＰＴ２はイメージング用スライスＳＩ２によるＭＲＩ画像上で磁気標識が施されなくなる。このため、スライス同士を比較しての分析が行い難くなる問題点がある。
そこで、この発明の目的は、磁気標識がスライス方向に位置ずれすることを防止したＭＲイメージング方法およびＭＲＩ装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、この発明は、第１のＲＦパルスとスライス勾配とを印加し，次に磁気標識用勾配を印加し，次に第２のＲＦパルスとスライス勾配とを少なくとも印加することによりタッギングを行うＭＲイメージング方法において、前記第１のＲＦパルスの終了時から前記第２のＲＦパルスの開始時までの期間の前記スライス勾配の時間積分値を実質的に“０”とし、スライス勾配が磁気標識用勾配として作用することを防止したことを特徴とするＭＲイメージング方法を提供する。
なお、上記構成において「少なくとも」とは、ＲＦパルスの数が３つ以上でもよいという意味である。ＲＦパルスの数が３つ以上の場合は、任意の磁気標識用勾配の前後の２つのＲＦパルスのうちの先行するＲＦパルスを第１のＲＦパルスと看做し、後続のＲＦパルスを第２のＲＦパルスと看做せばよい。
【０００６】
第２の観点では、この発明は、第１のＲＦパルスとスライス勾配とを印加し，次に磁気標識用勾配を印加し，次に第２のＲＦパルスとスライス勾配とを少なくとも印加するＳＰＡＭＭ用パルス印加手段を有するＭＲＩ装置において、スライス勾配が磁気標識用勾配として作用することを防止するため、前記サンドイッチパルス印加手段は、前記第１のＲＦパルスの終了時から前記第２のＲＦパルスの開始時までの期間の前記スライス勾配の時間積分値が実質的に“０”となる波形のスライス勾配を印加することを特徴とするＭＲＩ装置を提供する。
なお、上記構成において「少なくとも」とは、ＲＦパルスの数が３つ以上でもよいという意味である。ＲＦパルスの数が３つ以上の場合は、任意の磁気標識用勾配の前後の２つのＲＦパルスのうちの先行するＲＦパルスを第１のＲＦパルスと看做し、後続のＲＦパルスを第２のＲＦパルスと看做せばよい。
【０００７】
第３の観点では、この発明は、上記構成のＭＲＩ装置において、前記第１のＲＦパルスによりスライス方向にばらけた位相を前記第２のＲＦパルスにより元に戻すため、前記ＳＰＡＭＭ用パルス印加手段は、前記第１のＲＦパルスの略ピーク時から終了時までの期間の前記スライス勾配の時間積分値と前記第２のＲＦパルスの開始時から略ピーク時までの前記スライス勾配の時間積分値の和が実質的に“０”となる波形のスライス勾配を印加することを特徴とするＭＲＩ装置を提供する。
【０００８】
【作用】
上記第１の観点によるＭＲイメージング方法および上記第２の観点によるＭＲＩ装置では、ＳＰＡＭＭ用パルスを加える際に、第１のＲＦパルスの終了時から第２のＲＦパルスの開始時までの期間のスライス勾配の時間積分値が実質的に“０”となる波形のスライス勾配を印加する。
これにより、第１のＲＦパルスの終了時から第２のＲＦパルスの開始時までの期間に入り込むスライス勾配部分が実質的に磁気標識用勾配としての作用を持たなくなるため、磁気標識がスライス方向に位置ずれすることを防止でき、スライス同士を比較しての分析を行い易くなる。
【０００９】
上記第３の観点によるＭＲＩ装置では、ＳＰＡＭＭ用パルスを加える際に、第１のＲＦパルスの終了時から第２のＲＦパルスの開始時までの期間のスライス勾配の時間積分値が実質的に“０”となると共に、第１のＲＦパルスの開始時から終了時までの期間のスライス勾配の時間積分値と第２のＲＦパルスの開始時から終了時までのスライス勾配の時間積分値の和が実質的に“０”となる波形のスライス勾配を印加する。
これにより、上記作用に加えて、第１のＲＦパルスでの磁化の位相のばらけをリフェーズし、第２のＲＦパルスで位相を揃えることが出来るようになるため、位相のばらけに起因して磁気標識がスライス方向に位置ずれすることをも防止できるようになり、スライス同士を比較しての分析をより行い易くなる。
【００１０】
【実施例】
以下、図に示す実施例によりこの発明をさらに詳しく説明する。なお、これによりこの発明が限定されるものではない。
図１は、この発明のＭＲＩ装置の一実施例のブロック図である。
このＭＲＩ装置１００において、マグネットアセンブリ１は、内部に被検体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まくようにして、被検体に一定の主磁場を印加する主磁場コイルと、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、スライス軸，位相軸，読み出し軸のコイルを備えている）と、被検体内の原子核のスピンを励起するためのＲＦパルスを与える送信コイルと、被検体からのＮＭＲ信号を検出する受信コイル等が配置されている。主磁場コイル，勾配磁場コイル，送信コイルおよび受信コイルは、それぞれ主磁場電源２，勾配磁場駆動回路３，ＲＦ電力増幅器４および前置増幅器５に接続されている。
【００１１】
シーケンス記憶回路８は、計算機７からの指令に従い、記憶されているパルスシーケンスに基づいて勾配磁場駆動回路３を操作し、前記マグネットアセンブリ１の勾配磁場コイルから勾配磁場を発生させると共に、ゲート変調回路９を操作し、ＲＦ発振回路１０の搬送波出力信号を所定タイミング・所定包絡線形状のパルス状信号に変調し、それをＲＦパルスとしてＲＦ電力増幅器４に加え、ＲＦ電力増幅器４でパワー増幅した後、前記マグネットアセンブリ１の送信コイルに印加し、目的のスライス領域を選択励起する。
【００１２】
前置増幅器５は、マグネットアセンブリ１の受信コイルで検出された被検体からのＮＭＲ信号を増幅し、位相検波器１２に入力する。位相検波器１２は、ＲＦ発振回路１０の搬送波出力信号を参照信号とし、前置増幅器５からのＮＭＲ信号を位相検波して、Ａ／Ｄ変換器１１に与える。Ａ／Ｄ変換器１１は、位相検波後のアナログ信号をディジタル信号に変換して、計算機７に入力する。
計算機７は、Ａ／Ｄ変換器１１からデータを読み込み、画像再構成演算を行い、目的のスライス領域のイメージを生成する。このイメージは、表示装置６にて表示される。また、計算機７は、操作卓１３から入力された情報を受け取るなどの全体的な制御を受け持つ。
【００１３】
タッギングを施す際は、前記計算機７および前記シーケンス記憶手段８が、サンドイッチパルス印加手段として機能する。
【００１４】
図２に、この発明のＭＲイメージング方法の第１の実施例のパルスシーケンスを示す。
このパルスシーケンスＱ１では、まず、第１のＲＦパルスＲ１とスライス勾配ｓ１を印加する。次に、磁気標識用勾配ｇを印加すると共に反転スライス勾配ｑを印加する。次に、第２のＲＦパルスＲ２とスライス勾配Ｓ２とを印加する。その後、例えばＧＲＡＳＳ法やＳＥ法などのデータ収集用パルス系列ＤＡＱを実行し、イメージング用データを収集する。
上記反転スライス勾配ｑは、第１のＲＦパルスＲ１の終了時ｔ１から第２のＲＦパルスＲ２の開始時ｔ２までの期間に入り込むスライス勾配部分ａ，ｂを打ち消すように符号と面積が定められている。従って、スライス勾配をＧｓで表わすとき、次式が成立する。
【００１５】
【数１】

【００１６】
これにより、第１のＲＦパルスＲ１の終了時ｔ１から第２のＲＦパルスＲ２の開始時ｔ２までの期間に入り込むスライス勾配部分ａ，ｑ，ｂが実質的に磁気標識用勾配としての作用を持たなくなる。従って、図３に示すように、スライス勾配ｓ１，ｓ２により規定されるスライスＳＴにおいて、点線のように磁気標識がスライス方向に平行になる。そこで、スライス方向に対応する点ＰＴ１と点ＰＴ２とに着目するとき、点ＰＴ１はイメージング用スライスＳＩ１によるＭＲＩ画像上で磁気標識Ｔ１が施され、且つ、点ＰＴ２もイメージング用スライスＳＩ２によるＭＲＩ画像上で磁気標識が施される。このため、スライス同士を比較しての分析が行い易くなる。
【００１７】
図４に、この発明のＭＲイメージング方法の第２の実施例のパルスシーケンスを示す。
このパルスシーケンスＱ２では、まず、第１のＲＦパルスＲ１とスライス勾配ｓ１を印加する。次に、磁気標識用勾配ｇを印加する。次に、第２のＲＦパルスＲ２とスライス勾配ｓ２とを印加する。その後、例えばＧＲＡＳＳ法やＳＥ法などのデータ収集用パルス系列ＤＡＱを実行し、イメージング用データを収集する。
上記スライス勾配ｓ２は、その符号をスライス勾配ｓ１に対して反転させ、第１のＲＦパルスＲ１の終了時ｔ１から第２のＲＦパルスＲ２の開始時ｔ２までの期間に入り込むスライス勾配部分ａ，ｂが互いに打ち消すようにする。すなわち、前記（数１）式を成立させる。
また、第１のＲＦパルスＲ１の開始時ｔ０から終了時ｔ１までの期間のスライス勾配Ｇｓの時間積分値と第２のＲＦパルスＲ２の開始時ｔ２から終了時ｔ３までのスライス勾配Ｇｓの時間積分値の和が実質的に“０”となるようにする。すなわち、次式を成立させる。
【００１８】
【数２】

【００１９】
なお、スライス方向にオフセットする場合、ＲＦパルスの中心周波数はスライス勾配Ｇｓの反転に合せてシフトさせる。
【００２０】
前記（数１）式を成立させることにより、第１のＲＦパルスＲ１の終了時ｔ１から第２のＲＦパルスＲ２の開始時ｔ２までの期間に入り込むスライス勾配部分ａ，ｂが実質的に磁気標識用勾配としての作用を持たなくなる。従って、図３に示すように、スライス勾配ｓ１，ｓ２により規定されるスライスＳＴにおいて、点線のように磁気標識がスライス方向に平行になる。そこで、スライス方向に対応する点ＰＴ１と点ＰＴ２とに着目するとき、点ＰＴ１はイメージング用スライスＳＩ１によるＭＲＩ画像上で磁気標識Ｔ１が施され、且つ、点ＰＴ２もイメージング用スライスＳＩ２によるＭＲＩ画像上で磁気標識が施される。このため、スライス同士を比較しての分析が行い易くなる。
【００２１】
また、前記（数２）式を成立させることにより、第１のＲＦパルスＲ１での磁化の位相のばらけをリフェーズし、第２のＲＦパルスＲ２で位相を揃えることが出来るようになるため、位相のばらけに起因して磁気標識がスライス方向に位置ずれすることをも防止できるようになる。従って、スライス同士を比較しての分析をより行い易くなる。
【００２２】
さらに、図４のパルスシーケンスＱ２では、図２のパルスシーケンスＱ１の反転スライス勾配ｑがないため、図２のパルスシーケンスＱ１よりもスキャン時間を短縮できる。
【００２３】
図５に、この発明のＭＲイメージング方法の第３の実施例のパルスシーケンスを示す。
このパルスシーケンスＱ３は、二項パルス系列のＲＦパルス（例えば１−２−１パルス）を用いてタッギングを施すものである。まず、第１のＲＦパルスＲ１とスライス勾配ｓ１を印加する。次に、第１の磁気標識用勾配ｇ１を印加する。次に、第２のＲＦパルスＲ２とスライス勾配Ｓ２とを印加する。次に、第２の磁気標識用勾配ｇ２を印加する。次に、第３のＲＦパルスＲ３とスライス勾配Ｓ３とを印加する。その後、例えばＧＲＡＳＳ法やＳＥ法などのデータ収集用パルス系列ＤＡＱを実行し、イメージング用データを収集する。
【００２４】
上記スライス勾配ｓ２は、その符号をスライス勾配ｓ１に対して反転させ、第１のＲＦパルスＲ１の終了時ｔ１から第２のＲＦパルスＲ２の開始時ｔ２までの期間に入り込むスライス勾配部分ａ，ｂが互いに打ち消すようにする。すなわち、前記（数１）式を成立させる。また、第１のＲＦパルスＲ１の開始時ｔ０から終了時ｔ１までの期間のスライス勾配Ｇｓの時間積分値と第２のＲＦパルスＲ２の開始時ｔ２から終了時ｔ３までのスライス勾配Ｇｓの時間積分値の和が実質的に“０”となるようにする。すなわち、前記（数２）式を成立させる。
【００２５】
また、上記スライス勾配ｓ３は、その符号をスライス勾配ｓ２に対して反転させ、第２のＲＦパルスＲ２の終了時ｔ３から第３のＲＦパルスＲ３の開始時ｔ４までの期間に入り込むスライス勾配部分ｃ，ｄが互いに打ち消すようにする。すなわち、第２のＲＦパルスＲ２を第１のＲＦパルスと看做し（ｔ３→ｔ１）、第３のＲＦパルスＲ３を第２のＲＦパルスと看做す（ｔ４→ｔ２）とき、前記（数１）式を成立させる。また、第２のＲＦパルスＲ２の開始時ｔ２から終了時ｔ３までの期間のスライス勾配Ｇｓの時間積分値と第３のＲＦパルスＲ３の開始時ｔ４から終了時ｔ５までのスライス勾配Ｇｓの時間積分値の和が実質的に“０”となるようにする。すなわち、第２のＲＦパルスＲ２を第１のＲＦパルスと看做し（ｔ２→ｔ０，ｔ３→ｔ１）、第３のＲＦパルスＲ３を第２のＲＦパルスと看做す（ｔ４→ｔ２，ｔ５→ｔ３）とき、前記（数２式）を成立させる。
【００２６】
前記（数１）式を成立させることにより、第１のＲＦパルスＲ１の終了時ｔ１から第２のＲＦパルスＲ２の開始時ｔ２までの期間に入り込むスライス勾配部分ａ，ｂおよび第２のＲＦパルスＲ２の終了時ｔ３から第３のＲＦパルスＲ３の開始時ｔ４までの期間に入り込むスライス勾配部分ｃ，ｄが実質的に磁気標識用勾配としての作用を持たなくなる。従って、図３に示すように、スライス勾配ｓ１，ｓ２，ｓ３により規定されるスライスＳＴにおいて、点線のように磁気標識がスライス方向に平行になる。そこで、スライス方向に対応する点ＰＴ１と点ＰＴ２とに着目するとき、点ＰＴ１はイメージング用スライスＳＩ１によるＭＲＩ画像上で磁気標識Ｔ１が施され、且つ、点ＰＴ２もイメージング用スライスＳＩ２によるＭＲＩ画像上で磁気標識が施される。このため、スライス同士を比較しての分析が行い易くなる。
【００２７】
また、前記（数２）式を成立させることにより、位相のばらけに起因して磁気標識がスライス方向に位置ずれすることをも防止できるようになる。従って、スライス同士を比較しての分析をより行い易くなる。
【００２８】
なお、上記説明では、ピーク時を挟んで対称なＲＦパルスを想定したが、ピーク時を挟んで非対称なＲＦパルスを用いてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
この発明のＭＲイメージング方法およびＭＲＩ装置によれば、磁気標識がスライス方向に位置ずれすることを防止でき、スライス同士を比較しての分析を行い易くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のＭＲＩ装置の一実施例のブロック図である。
【図２】この発明のＭＲイメージング方法の第１の実施例のパルスシーケンス図である。
【図３】この発明のＭＲイメージング方法による磁気標識の説明図である。
【図４】この発明のＭＲイメージング方法の第２の実施例のパルスシーケンス図である。
【図５】この発明のＭＲイメージング方法の第３の実施例のパルスシーケンス図である。
【図６】ＳＰＡＭＭ法によりタッギングを行う場合の従来のパルスシーケンスの例示図である。
【図７】磁気標識を施したＭＲＩ画像の説明図である。
【図８】従来のパルスシーケンスの問題点の説明図である。
【図９】磁気標識のスライス方向の位置ずれの説明図である。
【符号の説明】
１００ＭＲＩ装置
１マグネットアセンブリ
３勾配磁場駆動回路
７計算機
８シーケンス記憶回路
ｇ磁気標識用勾配
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ＲＦパルス
ＩＭＲＩ画像
Ｔ，Ｔ１磁気標識
ＳＴ磁気標識を施されたスライス
ＳＩ１，ＳＩ２イメージング用スライス

Claims

第１のＲＦパルスとスライス勾配とを印加し、次に磁気標識用勾配を印加し、次に第２のＲＦパルスとスライス勾配とを少なくとも印加するＳＰＡＭＭ(ＳＰＡtial Ｍodulation of Ｍagnetization)用パルス印加手段を有するＭＲＩ装置において、
前記スライス勾配の一部が前記磁気標識用勾配を印加している期間に重なるためにそのスライス勾配の一部が磁気標識用勾配として作用することを防止するため、前記ＳＰＡＭＭ用パルス印加手段は、前記磁気標識用勾配を印加している期間のスライス勾配の時間積分値が実質的に“０”となる波形のスライス勾配を印加することを特徴とするＭＲＩ装置。
請求項１に記載のＭＲＩ装置において、前記第１のＲＦパルスによりスライス方向にばらけた位相を前記第２のＲＦパルスにより元に戻すため、前記ＳＰＡＭＭ用パルス印加手段は、前記第１のＲＦパルスの略ピーク時から終了時までの期間の前記スライス勾配の時間積分値と前記第２のＲＦパルスの開始時から略ピーク時までの前記スライス勾配の時間積分値の和が実質的に“０”となる波形のスライス勾配を印加することを特徴とするＭＲＩ装置。
二項パルス系列のＲＦパルスである１−２−１パルスを印加する請求項２に記載のＭＲＩ装置において、
前記ＳＰＡＭＭ用パルス印加手段は、前記第１のＲＦパルスと前記第２のＲＦパルスとの間にある磁気標識用勾配を印加している期間のスライス勾配の時間積分値が実質的に“０”となる波形のスライス勾配を印加する他に、前記第２のＲＦパルスと第２のＲＦパルスの次に印加される第３のＲＦパルスとの間にある磁気標識用勾配を印加している期間のスライス勾配の時間積分値が実質的に“０”となる波形のスライス勾配を印加することを特徴とするＭＲＩ装置。