JP3585899B2 - 磁気共鳴映像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、磁気共鳴映像装置に関するものであり、特に、被検体内の特定原子核の空間的分布を高速に映像化する磁気共鳴映像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴映像法は、固有の磁気モ−メントを持つ核スピンの集団が一様な静磁場中におかれたときに、特定の周波数で回転する高周波磁場のエネルギ−を共鳴的に吸収する現象を利用して、物質の化学的及び物理的な微視的情報を映像化するものである。この磁気共鳴映像法では、被検体内の存在する特定原子核の空間的分布のフーリエデータを磁気共鳴信号として得ることができる。
【０００３】
上述の磁気共鳴映像法では、プロトンの映像化が一般的であるが、水分子が他のプロトンを含む分子よりも圧倒的に多いため、大部分が水分子の映像となる。しかし、これまでの生体のＮＭＲ分析やＭＲスペクトロスコピーにおける研究結果から、異なる化学シフトを持つ物質に関する情報が生体の機序解明や疾病診断に有用であり、空間分布と併せて化学シフト情報を得る映像法が種々提案されている。
【０００４】
例えば、勾配磁場パルスのタイミングを異ならせた２つのパルスシーケンスによって、２種の化学シフト核種に関する空間分布を分離して得る方法が提案されている（Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ，１５３，１８９，１９８４）。しかしながら、この方法では、静磁場の不均一性の影響を受け易く、生体で良好な化学シフトの分離映像を得ることは難しいという問題があった。
【０００５】
また、他の方法として、２種の化学シフト核種を帯域的に区別し、かつπ／２の位相差をもって励起するようにパルス幅、帯域及び位相が制御された複合高周波磁場パルスを印加し、それぞれの核種の映像を実数部及び虚数部に分離して得る方法が知られている（特開昭６３−８４５４５号公報）。しかしながら、この方法では、断面の選択に１８０°選択パルスを使用するため、断面の選択特性（スライス特性）が良くないという問題があった。
【０００６】
また、磁気共鳴映像装置において多断面を映像化する方法として、従来より良く知られているマルチスライス法や、高周波磁場に複合パルスを利用して多断面を同時に励起し、かつその際に各断面の核スピンの位相差を前述の複合高周波磁場パルスにより可変して位相エンコード方向に多断面の映像を同時に得る方法（特開平４−２０６１８号公報）が提案されている。しかしながら、これらの方法はいずれも、多断面を高速に映像化したり、同一時間内により多くの断面を映像化するには制約が大きいという問題があった。
【０００７】
ところで、磁気共鳴映像装置において撮像する際に、励起パルスの特性や受信信号処理時の検波における参照波と信号の位相差等のシステム誤差に起因する位相誤差があると、画質が劣化してしまう。そこで、このような位相誤差を補正するため、位相エンコード量がゼロの時の位相値から位相誤差の補正を行う方法（特開平４−４９４１９号公報）が提案されている。
【０００８】
また、磁気共鳴映像装置において高速に映像化する方法として知られているＲＡＲＥ法によるを基本とする高速スピンエコー法やエコープラナ−法、超高速フーリエ法、分割スキャン法等、一回の核スピンの励起中に複数のエコー信号を収集する方法では、前記位相誤差やシステムやパルスシーケンスの誤差に起因するデータ収集時のサンプリング誤差等があると著しく画質が劣化する。これらの高速化方法では、１度に発生させるエコー信号毎に前記位相誤差やシステムやパルスシーケンスの誤差に起因するデータ収集時のサンプリング誤差が異なるため、上述の位相誤差の補正方法では、十分な画質改善が期待できなかった。そこで、あらかじめ所定のパルスシーケンスで位相エンコード勾配磁場を印加しないパルスシーケンスを実行することで得られるエコー信号列から前記位相誤差値とサンプリングポイントのずれを検出して補正する方法（特開昭６４−８６９５８号公報等）が知られている。しかしながら、これらの補正法では、各エコー信号のピークポイントを各データの代表点とみなして補正を行っているため、各エコー信号内での位相誤差あるいは各エコー信号間での位相変動については補正することができなかった。事実、このような各サンプリング毎の微小な位相誤差は画質劣化の重要な原因の１つであることが知られている。
【０００９】
また、近年、磁気共鳴診断装置は、特に、高周波磁場の送信部及び受信部のディジタル化等により高周波磁場や受信信号の振幅、周波数、位相の精度や制御能力の向上に伴い、振幅、周波数、位相、情報を有効に利用することが可能になってきた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の磁気共鳴映像装置の一回の核スピンの励起中に複数のエコー信号を収集する高速撮影法においては、各エコー信号内での位相誤差あるいは各エコー信号間での位相変動に起因する画質劣化が問題となっていた。
【００１１】
そこで本発明は、磁気共鳴映像装置における上記問題点を解決すべく、高速に高画質の映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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために、本発明は、一様な静磁場中におかれた被検体に高周波磁場及び所定の勾配磁場を所定のパルスシ−ケンスに従って繰り返し印加し、１回の核スピン励起中に複数の磁気共鳴信号を収集して、画像を再構成する磁気共鳴映像装置において、前記所定の勾配磁場のうち、スライス勾配磁場と読み出し勾配磁場とを選択して印加する第１の勾配磁場印加手段と、この手段により得られる複数の磁気共鳴信号毎に当該信号のピーク位置がエコー信号の中心となるようにした後に、ピーク位置での位相がゼロとなるように位相補正し、補正された前記複数の磁気共鳴信号毎に前記読み出し勾配磁場方向に一次元フーリエ変換することにより位相補正マップを算出する手段と、前記所定の勾配磁場のうち、スライス勾配磁場、読み出し勾配磁場及び位相エンコード磁場とを選択して印加する第２の勾配磁場印加手段と、前記算出する手段により得られた前記位相補正マップに基づいて前記第２の勾配磁場印加手段により得られた磁気共鳴信号を位相補正する補正手段とからなることを特徴とするものである。
【００１３】
【作用】
本発明によれば、一回の核スピンの励起中に複数のエコー信号を収集する高速撮影法において各エコー信号内での位相誤差や各エコー信号間での位相変動に起因する画質劣化を抑制することができ、高速に高画質の映像を得ることができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明を図面に従って説明する。
［第１発明］
図１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図である。同図において、静磁場磁石１、磁場均一性調整コイル３及び勾配磁場生成コイル５はそれぞれ励磁用電源２、磁場均一性調整コイル用電源４及び勾配磁場生成コイル用電源６にて駆動される。これらにより被検体７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１０から高周波信号がプロ−ブ９に送られ、被検体７に高周波磁場が印加される。ここでプロ−ブ９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−ブ９で受信された磁気共鳴信号は受信部１１で直交位相検波された後デ−タ収集部１３に転送されＡ／Ｄ変換後、電子計算機１４に送られる。以上、励磁用電源２、磁場均一性調整コイル用電源４、勾配磁場生成コイル用電源６、送信部１０、受信部１１、デ−タ収集部１３はすべてシステムコントロ−ラ１２によって制御されている。システムコントロ−ラ１２及び電子計算機１４はコンソ−ル１５により制御されており、電子計算機１４ではデ−タ収集部１３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行い、画像デ−タを得る。得られた画像は画像ディスプレイ１６に表示される。本発明における被検体７内のスライス面内の画像デ−タを収集するためのパルスシ−ケンスは、システムコントロ−ラ１２によって制御される。
【００１５】
なお、本発明においては、高周波磁場や収集する信号の位相情報を精度良く発生及び検出するために送信部１０及び受信部１１をディジタル化することが望ましい。
【００１６】
次に、本発明の一実施例に係るパルスシーケンスについて説明する。
図２は、本実施例における２断面同時画像化のパルスシーケンスを示す図である。同図において、ＲＦは高周波磁場、Ｇｓ，Ｇｒ，Ｇｅはそれぞれスライス、読み出し（リード）、位相エンコードの各方向の勾配磁場、Ｓｉｇ（Ｒｅ），Ｓｉｇ（Ｉｍ）は、直交位相検波後のエコー信号である。また、Ｈ１ｘ，Ｈ１ｙは高周波磁場の印加する方向（位相）を示す。
【００１７】
本実施例において、高周波磁場パルスとして同時に２つの断面を互いの断面の核スピンがπ／２の位相差をもって励起されるようなパルス幅、帯域及び位相が制御された複合パルスを利用する。図３（ａ）に示すように、スライス勾配磁場を被検体に印加したときにはスライス方向に沿って磁気共鳴周波数が僅かに異なる。ここで、本実施例で用いる高周波磁場パルスは、異なる２つの断面を同時に励起するために、中心周波数がｆ１で所定の帯域を持つ成分と中心周波数がｆ２で所定の帯域を持つ成分で構成される複合高周波磁場パルスである。このとき、前記ｆ１とｆ２の位相差がπ／２となるようにする。スライス勾配磁場Ｇｓが印加されている状態で、上述の複合高周波磁場パルスを印加すると、図３（ａ）に示す断面Ａと断面Ｂの核スピンが同時に励起される。このとき、複合高周波磁場パルスの位相がｆ１とｆ２の周波数成分の位相がπ／２だけ異なっているために断面Ａと断面Ｂの核スピンの励起される方向が回転座標上でπ／２だけずれる。例えば、参照周波数に対してｆ１の位相を０（Ｈ１ｘ）とし、ｆ２の位相をπ／２（Ｈ１ｙ）とすると、断面Ａの核スピンは回転座標系でｙ’方向に励起され、断面Ｂの核スピンは回転座標系でＸ’方向に励起される。
【００１８】
このように励起した核スピンをスピンエコー法と同様に読み出し勾配磁場Ｇｒ、位相エンコード勾配磁場Ｇｅ、高周波磁場ＲＦを図２に示すような所定の順序で印加してデータを収集する。このとき、図２に示したように、スピンエコー法で使用する１８０゜高周波磁場パルスも前述したような複合パルスを用いる。
【００１９】
このようにして収集したデータを直交位相検波した後、複素フーリエ変換して画像を再構成する。このとき、複合高周波磁場パルスによって励起された２断面の画像が、図３（ｂ）に示すように実数部及び虚数部に分離して同時に画像化される。画像再構成の際、プローブ９、送信部１０、受信部１１等において高周波磁場や信号に位相誤差を生じる場合には、画像再構成の際に補正処理をすることもできる。
【００２０】
図４は、本発明の第２の実施例におけるパルスシーケンスを示す図である。これは、本発明をグラジェントエコー法のパルスシーケンスに適用した例で、励起パルスにフリップ角α°の複合高周波磁場パルスを使用する。
【００２１】
さらに、マルチスライスのパルスシーケンスに適用することにより、従来と同一時間で２倍の断面を撮像することができ、あるいは同じ断面数であれば半分の撮像時間で多断面の画像を得ることができる。
【００２２】
次に、本発明の第３の実施例について図５乃至図８に従って説明する。
図５は、本発明の第３の実施例におけるパルスシーケンスを示す図である。
本実施例においては、まず、図５に示すように、所望の領域を選択的に励起する９０°選択励起パルス及びスライス勾配磁場を印加した後、被検体内の２種類の化学シフト核種のスピンを同時に、かつ、同位相で回転するようにパルス幅及び帯域が制御された１８０°高周波磁場パルスを順次印加するとともに、読みだし勾配磁場Ｇｒ、位相エンコード勾配磁場Ｇｅを所定の順序で印加してデータを収集する。この時収集される信号は、図６に示すように、異なる２つの化学シフト核種のスピンＭ１，Ｍ２（例えば、プロトンにおける水と脂肪）が同位相となり、この信号から再構成される第１の画像は、前記２つの化学シフト核種の画像が同符号で重なり合ったものとなる。次に、図７に示すように、所望の領域を選択的に励起する９０°選択励起パルスと、被検体内の２種類の化学シフト核種のスピンを帯域的に区別し、かつ、πの位相差をもって同時に回転するようにパルス幅、帯域及び位相が制御された１８０°高周波磁場パルスを順次印加するとともに、読み出し勾配磁場Ｇｒ、位相エンコード勾配磁場Ｇｅを所定の順序で印加してデータを収集する。このとき収集される信号は、図８に示すように、異なる２つの化学シフト核種のスピンＭ１，Ｍ２の位相は逆位相となり、この信号から再構成される第２の画像は、前記２つの化学シフト核種の画像が互いに異なる符号で重なり合ったものとなる。これらの第１と第２の画像の加算画像及び減算画像から前記異なる２つの化学シフト核種の画像を分離して得ることができる。
【００２３】
次に、第４の実施例について説明する。
第４の実施例においては、まず、図９に示すように所望の領域を選択的に励起する９０°選択励起パルス及びスライス勾配磁場を印加した後、被検体内の２種類の化学シフト核種のスピンＭ１，Ｍ２（例えば、プロトンにおける水と脂肪）を帯域的に区別し、かつ、π／２の位相差をもって同時に回転するようにパルス幅、帯域及び位相が制御された１８０°高周波磁場パルスを順次印加するとともに、読み出し勾配磁場Ｇｒ、位相エンコード勾配磁場Ｇｅを所定の順序で印加してデータを収集する。このとき収集される信号は、図１０に示すように、異なる２つの化学シフト核種のスピンＭ１，Ｍ２の位相がπ／２異なり、この信号から再構成される画像は、前記２つの化学シフト核種をそれぞれ実数部と虚数部に分離して得ることができる。
【００２４】
従って、本発明によれば、スピンエコー法と同様に静磁場の不均一性による位相分散の影響がない状態で信号の収集が可能であり、化学シフト核種の分離精度の高い画像を得ることができる。
【００２５】
本発明は上記以外にも主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。例えば、本発明はエコープラナー法等種々の映像化法に適用することが可能であり、高速の多断面映像化や高速の水脂肪分離映像化等を行うことができる。
［第２発明］
第２発明に係る磁気共鳴診断装置の構成は、第１発明の図１で示したものと同じである。
【００２６】
図１１は、本発明に係る第１の実施例のパルスシーケンスを示す図である。図１１（ａ）は、典型的なエコープラナー法のパルスシーケンスである。ＳＩＧＮＡＬはその際に観測されるエコー信号を示す。同図において、第１発明と同じものには、同じ符号又は略号を用いた。
【００２７】
本実施例においては、このシーケンス（スキャン）を実行（ＳＴＥＰ６）して画像を得る場合に、このシーケンス以外に、図１１（ｂ）に示す位相エンコ−ド勾配磁場の印加しないパルスシーケンス（プリスキャン）を実行してデータを収集する（ＳＴＥＰ１）。このプリスキャンデータの収集には、予め定められたファントム又は被検体自体を利用する。
【００２８】
このプリスキャンデータ及びスキャンデータの処理の手順を図１２及び図１３に示す。以下、図１２及び図１３に従って説明する。
まずはじめに、プリスキャンデータの各エコー信号毎にピーク位置とそのピーク位置での位相値を算出する（ＳＴＥＰ２）。このピーク位置データからエコー信号の中心に信号のピーク位置がくるように各エコー信号のデータの再配列及び補間処理を行う。更にその位相値を用いてエコー信号のピーク位置で位相がゼロになるように、エコー信号の各データに対して位相補正処理を行う（ＳＴＥＰ３）。次に、上記プリスキャン補正データを各エコー信号毎に読み出し勾配磁場方向に１次元フーリエ変換する（ＳＴＥＰ４）。このプリスキャンフーリエデータから各データ点毎に位相値を算出し、位相補正マップを算出する（ＳＴＥＰ５）。
【００２９】
次に、ＳＴＥＰ６の図１１（ａ）の所定の映像化パルスシーケンスで得られたデータを、ＳＴＥＰ２で算出したプリスキャンデータの各エコー信号毎にピーク位置とそのピーク位置での位相値を用いて、各エコー信号のデータの再配列及び補間処理と位相補正処理を行う（ＳＴＥＰ７）。次に、上記スキャン補正データを各エコー信号毎に読み出し勾配磁場方向に１次元フーリエ変換する（ＳＴＥＰ８）。さらに、このスキャンフーリエデータを、各データ点毎にＳＴＥＰ５で算出した位相補正マップを用いて位相補正する（ＳＴＥＰ９）。
【００３０】
次に、前記位相補正したスキャンフーリエデータの位相エンコード勾配磁場方向に関して、読み出し周波数のゼロ成分ラインの信号のピーク位置とそのピーク位置での位相値を算出する（ＳＴＥＰ１０）。そして、その算出したピーク位置と位相値から各読み出し周波数ライン毎にデータの再配列及び補間処理と位相補正処理を行う（ＳＴＥＰ１１）。最後に、上記スキャン補正データを各読み出し周波数ライン毎に位相エンコード勾配磁場方向に１次元フーリエ変換して（ＳＴＥＰ１２）、画像を再構成する。
【００３１】
本発明は上記以外にも主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。例えば、本発明は図１４（ａ）に示す高速スピンエコー法、同図（ｂ）及び（ｃ）に示す分割スキャン法をはじめ、これらの撮像法を応用した３次元映像化法等、一回の核スピンの励起中に複数のエコー信号を収集する撮影法に種々適用可能である。このとき、プリスキャンデータは、所定の画像を得るためのスキャンと同じデータ量でも良いし、それより少ないデータでも適時補間等の処理と組み合わせて適用することが可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、一回の核スピンの励起中に複数のエコー信号を収集する高速撮影法において各エコー信号内での位相誤差や各エコー信号間での位相変動に起因する画質劣化を抑制し高速に高画質の映像を得ることができるため、疾病の診断に有用な画像情報を迅速かつ正確に得ることが可能な磁気共鳴映像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る磁気共鳴診断装置の構成を示す図。
【図２】第１発明の第１の実施例における２断面同時画像化のパルスシーケンスを示す図。
【図３】２断面同時映像化の原理を示す図。
【図４】第１発明の第２の実施例における２断面同時映像化のパルスシーケンスを示す図。
【図５】第１発明の第３の実施例における化学シフト核種分離画像化の第１のパルスシーケンスを示す図。
【図６】図５における化学シフト核種のスピンの位相変化を示す図。
【図７】第１発明の第３の実施例における化学シフト核種分離画像化の第２のパルスシーケンスを示す図。
【図８】図７における化学シフト核種のスピンの位相変化を示す図。
【図９】第１発明の第４の実施例に係る化学シフト核種分離画像化のパルスシーケンスを示す図。
【図１０】図９における化学シフト核種のスピンの位相変化を示す図。
【図１１】第２発明に係る一実施例におけるパルスシーケンスを示す図。
【図１２】エコープラナー法におけるパルスシーケンス及びプリスキャンパルスシーケンスを示す図。
【図１３】第２発明の一実施例に係る補正処理の手順を示す図。
【図１４】他の実施例を説明するためのパルスシーケンスを示す図。
【符号の説明】
１…静磁場磁石
２…励磁用電源
３…磁場均一性調整コイル
４…磁場均一性調整コイル用電源
５…勾配磁場生成コイル
６…勾配磁場生成コイル用電源
７…被検体
８…寝台
９…プロ−ブ
１０…送信部
１１…受信部
１２…システムコントロ−ラ
１３…デ−タ収集部
１４…電子計算機
１５…コンソ−ル
１６…映像ディスプレイ
【産業上の利用分野】
本発明は、磁気共鳴映像装置に関するものであり、特に、被検体内の特定原子核の空間的分布を高速に映像化する磁気共鳴映像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴映像法は、固有の磁気モ−メントを持つ核スピンの集団が一様な静磁場中におかれたときに、特定の周波数で回転する高周波磁場のエネルギ−を共鳴的に吸収する現象を利用して、物質の化学的及び物理的な微視的情報を映像化するものである。この磁気共鳴映像法では、被検体内の存在する特定原子核の空間的分布のフーリエデータを磁気共鳴信号として得ることができる。
【０００３】
上述の磁気共鳴映像法では、プロトンの映像化が一般的であるが、水分子が他のプロトンを含む分子よりも圧倒的に多いため、大部分が水分子の映像となる。しかし、これまでの生体のＮＭＲ分析やＭＲスペクトロスコピーにおける研究結果から、異なる化学シフトを持つ物質に関する情報が生体の機序解明や疾病診断に有用であり、空間分布と併せて化学シフト情報を得る映像法が種々提案されている。
【０００４】
例えば、勾配磁場パルスのタイミングを異ならせた２つのパルスシーケンスによって、２種の化学シフト核種に関する空間分布を分離して得る方法が提案されている（Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ，１５３，１８９，１９８４）。しかしながら、この方法では、静磁場の不均一性の影響を受け易く、生体で良好な化学シフトの分離映像を得ることは難しいという問題があった。
【０００５】
また、他の方法として、２種の化学シフト核種を帯域的に区別し、かつπ／２の位相差をもって励起するようにパルス幅、帯域及び位相が制御された複合高周波磁場パルスを印加し、それぞれの核種の映像を実数部及び虚数部に分離して得る方法が知られている（特開昭６３−８４５４５号公報）。しかしながら、この方法では、断面の選択に１８０°選択パルスを使用するため、断面の選択特性（スライス特性）が良くないという問題があった。
【０００６】
また、磁気共鳴映像装置において多断面を映像化する方法として、従来より良く知られているマルチスライス法や、高周波磁場に複合パルスを利用して多断面を同時に励起し、かつその際に各断面の核スピンの位相差を前述の複合高周波磁場パルスにより可変して位相エンコード方向に多断面の映像を同時に得る方法（特開平４−２０６１８号公報）が提案されている。しかしながら、これらの方法はいずれも、多断面を高速に映像化したり、同一時間内により多くの断面を映像化するには制約が大きいという問題があった。
【０００７】
ところで、磁気共鳴映像装置において撮像する際に、励起パルスの特性や受信信号処理時の検波における参照波と信号の位相差等のシステム誤差に起因する位相誤差があると、画質が劣化してしまう。そこで、このような位相誤差を補正するため、位相エンコード量がゼロの時の位相値から位相誤差の補正を行う方法（特開平４−４９４１９号公報）が提案されている。
【０００８】
また、磁気共鳴映像装置において高速に映像化する方法として知られているＲＡＲＥ法によるを基本とする高速スピンエコー法やエコープラナ−法、超高速フーリエ法、分割スキャン法等、一回の核スピンの励起中に複数のエコー信号を収集する方法では、前記位相誤差やシステムやパルスシーケンスの誤差に起因するデータ収集時のサンプリング誤差等があると著しく画質が劣化する。これらの高速化方法では、１度に発生させるエコー信号毎に前記位相誤差やシステムやパルスシーケンスの誤差に起因するデータ収集時のサンプリング誤差が異なるため、上述の位相誤差の補正方法では、十分な画質改善が期待できなかった。そこで、あらかじめ所定のパルスシーケンスで位相エンコード勾配磁場を印加しないパルスシーケンスを実行することで得られるエコー信号列から前記位相誤差値とサンプリングポイントのずれを検出して補正する方法（特開昭６４−８６９５８号公報等）が知られている。しかしながら、これらの補正法では、各エコー信号のピークポイントを各データの代表点とみなして補正を行っているため、各エコー信号内での位相誤差あるいは各エコー信号間での位相変動については補正することができなかった。事実、このような各サンプリング毎の微小な位相誤差は画質劣化の重要な原因の１つであることが知られている。
【０００９】
また、近年、磁気共鳴診断装置は、特に、高周波磁場の送信部及び受信部のディジタル化等により高周波磁場や受信信号の振幅、周波数、位相の精度や制御能力の向上に伴い、振幅、周波数、位相、情報を有効に利用することが可能になってきた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の磁気共鳴映像装置の一回の核スピンの励起中に複数のエコー信号を収集する高速撮影法においては、各エコー信号内での位相誤差あるいは各エコー信号間での位相変動に起因する画質劣化が問題となっていた。
【００１１】
そこで本発明は、磁気共鳴映像装置における上記問題点を解決すべく、高速に高画質の映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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために、本発明は、一様な静磁場中におかれた被検体に高周波磁場及び所定の勾配磁場を所定のパルスシ−ケンスに従って繰り返し印加し、１回の核スピン励起中に複数の磁気共鳴信号を収集して、画像を再構成する磁気共鳴映像装置において、前記所定の勾配磁場のうち、スライス勾配磁場と読み出し勾配磁場とを選択して印加する第１の勾配磁場印加手段と、この手段により得られる複数の磁気共鳴信号毎に当該信号のピーク位置がエコー信号の中心となるようにした後に、ピーク位置での位相がゼロとなるように位相補正し、補正された前記複数の磁気共鳴信号毎に前記読み出し勾配磁場方向に一次元フーリエ変換することにより位相補正マップを算出する手段と、前記所定の勾配磁場のうち、スライス勾配磁場、読み出し勾配磁場及び位相エンコード磁場とを選択して印加する第２の勾配磁場印加手段と、前記算出する手段により得られた前記位相補正マップに基づいて前記第２の勾配磁場印加手段により得られた磁気共鳴信号を位相補正する補正手段とからなることを特徴とするものである。
【００１３】
【作用】
本発明によれば、一回の核スピンの励起中に複数のエコー信号を収集する高速撮影法において各エコー信号内での位相誤差や各エコー信号間での位相変動に起因する画質劣化を抑制することができ、高速に高画質の映像を得ることができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明を図面に従って説明する。
［第１発明］
図１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図である。同図において、静磁場磁石１、磁場均一性調整コイル３及び勾配磁場生成コイル５はそれぞれ励磁用電源２、磁場均一性調整コイル用電源４及び勾配磁場生成コイル用電源６にて駆動される。これらにより被検体７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１０から高周波信号がプロ−ブ９に送られ、被検体７に高周波磁場が印加される。ここでプロ−ブ９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−ブ９で受信された磁気共鳴信号は受信部１１で直交位相検波された後デ−タ収集部１３に転送されＡ／Ｄ変換後、電子計算機１４に送られる。以上、励磁用電源２、磁場均一性調整コイル用電源４、勾配磁場生成コイル用電源６、送信部１０、受信部１１、デ−タ収集部１３はすべてシステムコントロ−ラ１２によって制御されている。システムコントロ−ラ１２及び電子計算機１４はコンソ−ル１５により制御されており、電子計算機１４ではデ−タ収集部１３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行い、画像デ−タを得る。得られた画像は画像ディスプレイ１６に表示される。本発明における被検体７内のスライス面内の画像デ−タを収集するためのパルスシ−ケンスは、システムコントロ−ラ１２によって制御される。
【００１５】
なお、本発明においては、高周波磁場や収集する信号の位相情報を精度良く発生及び検出するために送信部１０及び受信部１１をディジタル化することが望ましい。
【００１６】
次に、本発明の一実施例に係るパルスシーケンスについて説明する。
図２は、本実施例における２断面同時画像化のパルスシーケンスを示す図である。同図において、ＲＦは高周波磁場、Ｇｓ，Ｇｒ，Ｇｅはそれぞれスライス、読み出し（リード）、位相エンコードの各方向の勾配磁場、Ｓｉｇ（Ｒｅ），Ｓｉｇ（Ｉｍ）は、直交位相検波後のエコー信号である。また、Ｈ１ｘ，Ｈ１ｙは高周波磁場の印加する方向（位相）を示す。
【００１７】
本実施例において、高周波磁場パルスとして同時に２つの断面を互いの断面の核スピンがπ／２の位相差をもって励起されるようなパルス幅、帯域及び位相が制御された複合パルスを利用する。図３（ａ）に示すように、スライス勾配磁場を被検体に印加したときにはスライス方向に沿って磁気共鳴周波数が僅かに異なる。ここで、本実施例で用いる高周波磁場パルスは、異なる２つの断面を同時に励起するために、中心周波数がｆ１で所定の帯域を持つ成分と中心周波数がｆ２で所定の帯域を持つ成分で構成される複合高周波磁場パルスである。このとき、前記ｆ１とｆ２の位相差がπ／２となるようにする。スライス勾配磁場Ｇｓが印加されている状態で、上述の複合高周波磁場パルスを印加すると、図３（ａ）に示す断面Ａと断面Ｂの核スピンが同時に励起される。このとき、複合高周波磁場パルスの位相がｆ１とｆ２の周波数成分の位相がπ／２だけ異なっているために断面Ａと断面Ｂの核スピンの励起される方向が回転座標上でπ／２だけずれる。例えば、参照周波数に対してｆ１の位相を０（Ｈ１ｘ）とし、ｆ２の位相をπ／２（Ｈ１ｙ）とすると、断面Ａの核スピンは回転座標系でｙ’方向に励起され、断面Ｂの核スピンは回転座標系でＸ’方向に励起される。
【００１８】
このように励起した核スピンをスピンエコー法と同様に読み出し勾配磁場Ｇｒ、位相エンコード勾配磁場Ｇｅ、高周波磁場ＲＦを図２に示すような所定の順序で印加してデータを収集する。このとき、図２に示したように、スピンエコー法で使用する１８０゜高周波磁場パルスも前述したような複合パルスを用いる。
【００１９】
このようにして収集したデータを直交位相検波した後、複素フーリエ変換して画像を再構成する。このとき、複合高周波磁場パルスによって励起された２断面の画像が、図３（ｂ）に示すように実数部及び虚数部に分離して同時に画像化される。画像再構成の際、プローブ９、送信部１０、受信部１１等において高周波磁場や信号に位相誤差を生じる場合には、画像再構成の際に補正処理をすることもできる。
【００２０】
図４は、本発明の第２の実施例におけるパルスシーケンスを示す図である。これは、本発明をグラジェントエコー法のパルスシーケンスに適用した例で、励起パルスにフリップ角α°の複合高周波磁場パルスを使用する。
【００２１】
さらに、マルチスライスのパルスシーケンスに適用することにより、従来と同一時間で２倍の断面を撮像することができ、あるいは同じ断面数であれば半分の撮像時間で多断面の画像を得ることができる。
【００２２】
次に、本発明の第３の実施例について図５乃至図８に従って説明する。
図５は、本発明の第３の実施例におけるパルスシーケンスを示す図である。
本実施例においては、まず、図５に示すように、所望の領域を選択的に励起する９０°選択励起パルス及びスライス勾配磁場を印加した後、被検体内の２種類の化学シフト核種のスピンを同時に、かつ、同位相で回転するようにパルス幅及び帯域が制御された１８０°高周波磁場パルスを順次印加するとともに、読みだし勾配磁場Ｇｒ、位相エンコード勾配磁場Ｇｅを所定の順序で印加してデータを収集する。この時収集される信号は、図６に示すように、異なる２つの化学シフト核種のスピンＭ１，Ｍ２（例えば、プロトンにおける水と脂肪）が同位相となり、この信号から再構成される第１の画像は、前記２つの化学シフト核種の画像が同符号で重なり合ったものとなる。次に、図７に示すように、所望の領域を選択的に励起する９０°選択励起パルスと、被検体内の２種類の化学シフト核種のスピンを帯域的に区別し、かつ、πの位相差をもって同時に回転するようにパルス幅、帯域及び位相が制御された１８０°高周波磁場パルスを順次印加するとともに、読み出し勾配磁場Ｇｒ、位相エンコード勾配磁場Ｇｅを所定の順序で印加してデータを収集する。このとき収集される信号は、図８に示すように、異なる２つの化学シフト核種のスピンＭ１，Ｍ２の位相は逆位相となり、この信号から再構成される第２の画像は、前記２つの化学シフト核種の画像が互いに異なる符号で重なり合ったものとなる。これらの第１と第２の画像の加算画像及び減算画像から前記異なる２つの化学シフト核種の画像を分離して得ることができる。
【００２３】
次に、第４の実施例について説明する。
第４の実施例においては、まず、図９に示すように所望の領域を選択的に励起する９０°選択励起パルス及びスライス勾配磁場を印加した後、被検体内の２種類の化学シフト核種のスピンＭ１，Ｍ２（例えば、プロトンにおける水と脂肪）を帯域的に区別し、かつ、π／２の位相差をもって同時に回転するようにパルス幅、帯域及び位相が制御された１８０°高周波磁場パルスを順次印加するとともに、読み出し勾配磁場Ｇｒ、位相エンコード勾配磁場Ｇｅを所定の順序で印加してデータを収集する。このとき収集される信号は、図１０に示すように、異なる２つの化学シフト核種のスピンＭ１，Ｍ２の位相がπ／２異なり、この信号から再構成される画像は、前記２つの化学シフト核種をそれぞれ実数部と虚数部に分離して得ることができる。
【００２４】
従って、本発明によれば、スピンエコー法と同様に静磁場の不均一性による位相分散の影響がない状態で信号の収集が可能であり、化学シフト核種の分離精度の高い画像を得ることができる。
【００２５】
本発明は上記以外にも主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。例えば、本発明はエコープラナー法等種々の映像化法に適用することが可能であり、高速の多断面映像化や高速の水脂肪分離映像化等を行うことができる。
［第２発明］
第２発明に係る磁気共鳴診断装置の構成は、第１発明の図１で示したものと同じである。
【００２６】
図１１は、本発明に係る第１の実施例のパルスシーケンスを示す図である。図１１（ａ）は、典型的なエコープラナー法のパルスシーケンスである。ＳＩＧＮＡＬはその際に観測されるエコー信号を示す。同図において、第１発明と同じものには、同じ符号又は略号を用いた。
【００２７】
本実施例においては、このシーケンス（スキャン）を実行（ＳＴＥＰ６）して画像を得る場合に、このシーケンス以外に、図１１（ｂ）に示す位相エンコ−ド勾配磁場の印加しないパルスシーケンス（プリスキャン）を実行してデータを収集する（ＳＴＥＰ１）。このプリスキャンデータの収集には、予め定められたファントム又は被検体自体を利用する。
【００２８】
このプリスキャンデータ及びスキャンデータの処理の手順を図１２及び図１３に示す。以下、図１２及び図１３に従って説明する。
まずはじめに、プリスキャンデータの各エコー信号毎にピーク位置とそのピーク位置での位相値を算出する（ＳＴＥＰ２）。このピーク位置データからエコー信号の中心に信号のピーク位置がくるように各エコー信号のデータの再配列及び補間処理を行う。更にその位相値を用いてエコー信号のピーク位置で位相がゼロになるように、エコー信号の各データに対して位相補正処理を行う（ＳＴＥＰ３）。次に、上記プリスキャン補正データを各エコー信号毎に読み出し勾配磁場方向に１次元フーリエ変換する（ＳＴＥＰ４）。このプリスキャンフーリエデータから各データ点毎に位相値を算出し、位相補正マップを算出する（ＳＴＥＰ５）。
【００２９】
次に、ＳＴＥＰ６の図１１（ａ）の所定の映像化パルスシーケンスで得られたデータを、ＳＴＥＰ２で算出したプリスキャンデータの各エコー信号毎にピーク位置とそのピーク位置での位相値を用いて、各エコー信号のデータの再配列及び補間処理と位相補正処理を行う（ＳＴＥＰ７）。次に、上記スキャン補正データを各エコー信号毎に読み出し勾配磁場方向に１次元フーリエ変換する（ＳＴＥＰ８）。さらに、このスキャンフーリエデータを、各データ点毎にＳＴＥＰ５で算出した位相補正マップを用いて位相補正する（ＳＴＥＰ９）。
【００３０】
次に、前記位相補正したスキャンフーリエデータの位相エンコード勾配磁場方向に関して、読み出し周波数のゼロ成分ラインの信号のピーク位置とそのピーク位置での位相値を算出する（ＳＴＥＰ１０）。そして、その算出したピーク位置と位相値から各読み出し周波数ライン毎にデータの再配列及び補間処理と位相補正処理を行う（ＳＴＥＰ１１）。最後に、上記スキャン補正データを各読み出し周波数ライン毎に位相エンコード勾配磁場方向に１次元フーリエ変換して（ＳＴＥＰ１２）、画像を再構成する。
【００３１】
本発明は上記以外にも主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。例えば、本発明は図１４（ａ）に示す高速スピンエコー法、同図（ｂ）及び（ｃ）に示す分割スキャン法をはじめ、これらの撮像法を応用した３次元映像化法等、一回の核スピンの励起中に複数のエコー信号を収集する撮影法に種々適用可能である。このとき、プリスキャンデータは、所定の画像を得るためのスキャンと同じデータ量でも良いし、それより少ないデータでも適時補間等の処理と組み合わせて適用することが可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、一回の核スピンの励起中に複数のエコー信号を収集する高速撮影法において各エコー信号内での位相誤差や各エコー信号間での位相変動に起因する画質劣化を抑制し高速に高画質の映像を得ることができるため、疾病の診断に有用な画像情報を迅速かつ正確に得ることが可能な磁気共鳴映像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る磁気共鳴診断装置の構成を示す図。
【図２】第１発明の第１の実施例における２断面同時画像化のパルスシーケンスを示す図。
【図３】２断面同時映像化の原理を示す図。
【図４】第１発明の第２の実施例における２断面同時映像化のパルスシーケンスを示す図。
【図５】第１発明の第３の実施例における化学シフト核種分離画像化の第１のパルスシーケンスを示す図。
【図６】図５における化学シフト核種のスピンの位相変化を示す図。
【図７】第１発明の第３の実施例における化学シフト核種分離画像化の第２のパルスシーケンスを示す図。
【図８】図７における化学シフト核種のスピンの位相変化を示す図。
【図９】第１発明の第４の実施例に係る化学シフト核種分離画像化のパルスシーケンスを示す図。
【図１０】図９における化学シフト核種のスピンの位相変化を示す図。
【図１１】第２発明に係る一実施例におけるパルスシーケンスを示す図。
【図１２】エコープラナー法におけるパルスシーケンス及びプリスキャンパルスシーケンスを示す図。
【図１３】第２発明の一実施例に係る補正処理の手順を示す図。
【図１４】他の実施例を説明するためのパルスシーケンスを示す図。
【符号の説明】
１…静磁場磁石
２…励磁用電源
３…磁場均一性調整コイル
４…磁場均一性調整コイル用電源
５…勾配磁場生成コイル
６…勾配磁場生成コイル用電源
７…被検体
８…寝台
９…プロ−ブ
１０…送信部
１１…受信部
１２…システムコントロ−ラ
１３…デ−タ収集部
１４…電子計算機
１５…コンソ−ル
１６…映像ディスプレイ
Claims (3)
- 一様な静磁場中におかれた被検体に高周波磁場及び所定の勾配磁場を所定のパルスシ−ケンスに従って繰り返し印加し、１回の核スピン励起中に複数の磁気共鳴信号を収集して、画像を再構成する磁気共鳴映像装置において、
前記所定の勾配磁場のうち、スライス勾配磁場と読み出し勾配磁場とを選択して印加する第１の勾配磁場印加手段と、
この手段により得られる複数の磁気共鳴信号毎に当該信号のピーク位置がエコー信号の中心となるようにした後に、ピーク位置での位相がゼロとなるように位相補正し、補正された前記複数の磁気共鳴信号毎に前記読み出し勾配磁場方向に一次元フーリエ変換することにより位相補正マップを算出する手段と、
前記所定の勾配磁場のうち、スライス勾配磁場、読み出し勾配磁場及び位相エンコード磁場とを選択して印加する第２の勾配磁場印加手段と、
前記算出する手段により得られた前記位相補正マップに基づいて前記第２の勾配磁場印加手段により得られた磁気共鳴信号を位相補正する補正手段とからなることを特徴とする磁気共鳴映像装置。 - 前記位相補正マップに基づいて補正された磁気共鳴信号に対し、前記位相エンコード勾配磁場方向に関して、読み出し周波数のゼロ成分ラインの信号のピーク位置とそのピーク位置での位相値を算出し、当該位相値により前記位相補正マップに基づいて補正された磁気共鳴信号に補正を行う手段をさらに備えることを特徴とする請求項１の磁気共鳴映像装置。
- 前記補正値の算出は、所定のファントム又は被検体からの磁気共鳴信号に基づくことを特徴とする請求項１又は請求項２の磁気共鳴映像装置。
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