JP3805556B2

JP3805556B2 - 磁気共鳴映像装置

Info

Publication number: JP3805556B2
Application number: JP09295899A
Authority: JP
Inventors: 和也岡本; 英宏渡邊; 康利石原; 匡朗梅田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP2000284037A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静磁場中の被検体に高周波磁場パルスをスライス選択励起パルスとして傾斜磁場パルスと共に印加することにより、被検体の任意の断面領域から選択的に磁気共鳴信号を発生させ、この磁気共鳴信号に基づいて磁気共鳴画像を生成する磁気共鳴映像装置において、特に高い磁場強度を持つ磁石を用いた磁気共鳴映像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴映像装置（ＭＲＩ）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、物質の化学的及び物理的な微視的情報を映像化したり、又は化学シフトスペクトルを観測する装置である。
【０００３】
近年、高速撮像や高分解能撮像への要求から、より高感度な装置の開発が望まれている。感度上げるのには磁場強度を上げればよい、ということは理論的に自明であり、実際に現在臨床で使われている最大磁場強度のシステムが１．５Ｔ（テスラ）であるのに対し、研究用として３Ｔや４Ｔ、さらには７Ｔ以上の人体用システムが開発されてきている。
【０００４】
しかし、磁場強度が上がり磁気共鳴周波数（ω）が高くなるに従って、高周波コイルで消費する電力が大きくなり、より大きい印加電力を必要とするようになる。ちなみに、通常のＭＲＩで観測対象となっている生体の水¹Ｈ（水素）の磁気共鳴周波数は、１．５Ｔで６４ＭＨｚ，３Ｔで１２８ＭＨｚ，４Ｔで１７０ＭＨｚ，７Ｔで２９８ＭＨｚにもなる。
【０００５】
コイルで消費する電力は通常以下のように分けられる（Ｄ．Ｉ．Ｈｏｕｌｔ，他，Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．２４，７１−８５，（１９７６））。
【０００６】
（１）コイル自身の導体抵抗による損失（ω^1/2に比例）
（２）生体へ高周波磁場（Ｂ₁）が鎖交することにより生じる渦電力損失（ω²に比例）
（３）生体の静電容量に起因する誘電損失（ω³に比例）
（４）コイルから空中へ放射される放射損失（ω⁴に比例）
上記（３）と（４）の損失は、周波数の増加とともに急速に増大することを示しているが、元来非常に少ない損失であること、高周波シールドの取り付けや電界を分散させるといった構成上の工夫によりある程度防ぐことができることを考慮すると、数１０ＭＨｚ以上から数１００ＭＨｚの範囲で実質的にそれほど問題とならない。一方、上記（２）による損失は、被検体に高周波磁場を印加して磁気共鳴周波数を観測する以上必ず発生するものであり、しかも周波数の増大に伴い２乗で増加する。よって、数１０ＭＨｚ以上から数１００ＭＨｚの範囲では、上記（２）が支配的とされている。そして、この損失はすべて生体で吸収され熱となるため、生体の温度上昇を招くなどの問題を生じる可能性がある。
【０００７】
これを避ける一つの手段は、被検体の不必要な部分に高周波磁場が鎖交しないような局所用の小型コイルを用いることである。例えば、通常頭部を撮像するコイルは、図１１、図１２に示すように、頭頂から首までを覆うような円筒形をしており、たとえ頭頂部分のアキシャル画像を得たい場合でも頭部から首にかけて全体に高周波磁場を印加することになる。生体への高周波印加における安全基準は、頭部平均で３．２ｋＷ／ｋｇであり、できれば必要な部分のみに高周波磁場を印加しておくことにより頭部平均での印加電力は下げたほうが望ましい。
【０００８】
そこで、図１３に示すような短軸型のコイル、又は図１４に示すような表面コイルを用いると都合がよい。しかし、このようなコイルを用いた場合被検体の一部の断面の撮像しかできず、３次元的に広く画像取得するためにはマニュアル的にコイル位置を変える必要があった。
【０００９】
このように、磁場強度の高い磁石を持つシステムで被検体のＭＲＩ画像を得ようとしたとき、つまり、磁気共鳴周波数の大きな核の磁気共鳴信号を観測して、被検体のＭＲ画像を得ようとしたとき、被検体の高周波被爆を少なくするため軸の短いコイル又は表面コイルを選択して撮像しようとすると、被検体の一部の断面の撮像しかできなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような撮像領域の限られた局所用のコイルを用いた場合でも、できるだけ広い３次元領域の撮像を可能とする磁気共鳴映像装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、静磁場中に置かれた被検体の複数の断面領域各々に対して高周波磁場パルスをスライス選択励起パルスとして傾斜磁場パルスと共に印加することにより、前記複数の断面領域各々から磁気共鳴信号を発生させ、前記磁気共鳴信号に基づいて前記複数の断面領域全体にわたる磁気共鳴画像を生成する磁気共鳴映像装置において、前記高周波磁場パルスの周波数を変化させて励起する断面領域をシフトさせる撮像シーケンスを実行する手段と、前記撮像シーケンスの実行に伴う前記少なくとも一つの励起する断面領域のシフトに応じて、前記高周波磁場パルスを発生する高周波コイルを移動させる手段と、を備えることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明を好ましい実施形態により詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態に係る磁気共鳴映像装置を示す。静磁場磁石１は、被検体２に一様な静磁場を印加する。傾斜磁場コイル３はシーケンスコントローラ４によって制御される駆動回路５によって駆動され、寝台６上の被検体２に対して、その磁場強度がＸ，Ｙ，Ｚ方向に直線的に変化する傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚを印加する。被検体２にはさらに、シーケンスコントローラ４による制御下で送信部７からの高周波磁場パルスが送受信切り替え器であるデュプレクサ８、高周波コイル９を通して印加される。高周波コイル９によって被検体２から受信された磁気共鳴信号はデュプレクサ８を経由して受信部１０へと導かれる。
【００１６】
受信部１０に導かれた磁気共鳴信号は、増幅及び検波された後、シーケンスコントローラ４の制御の下で、データ収集部１１へと送られる。データ収集部１１は、シーケンスコントローラ４の制御下で入力された磁気共鳴信号を収集し、Ａ／Ｄ変換した後、計算機１２に送る。計算機１２はコンソール１３により制御され、データ収集部１１から入力された磁気共鳴信号に基づいてＭＲＩ画像を生成する。ＭＲＩ画像は、画像ディスプレイ１４に伝達され、表示される。
【００１７】
上述した高周波コイル９は、高周波コイル駆動部１５に設けられている。高周波コイル駆動部１５は、シーケンスコントローラ４または計算機１２からのシーケンスのスライス面の情報にもとづいて、撮像シーケンスのスライス面に応じて高周波コイル９を移動する。
【００１８】
図２に、頭部を撮像するために構成された高周波コイル９及び高周波コイル駆動部１５の一例を示している。被検体２は寝台６に固定されたヘッドレスト１６に頭部を乗せている。高周波コイル９は、高周波コイル駆動部１５の高周波コイル台１７に固定されている。高周波コイル駆動部１５の高周波コイル駆動器１８は、シーケンスコントローラ４又は計算機１２からの制御信号に従って、寝台６の長軸（被検体２の体軸）に平行な方向（Ｚ方向）に沿って高周波コイル９を移動する。この高周波コイル駆動器１８の駆動源としては、磁性のないモータとして超音波モータを用いるのが望ましい。本例のスライス面はアキシャル（Ｘ−Ｙ）面である。
【００１９】
図３に、高周波コイル９の一具体例を示している。図３の高周波コイル２８は、分布常数型のコイルで周方向にｓｉｎまたはｃｏｓの電流分布を持たせ均一な高周波磁場分布を発生するものであるが、通常、直径Ｄに比べ軸長Ｌは直径Ｄ以上に設計される。本実施形態で用いる場合は、直径Ｄに比べ軸長Ｌを半分以下にする。
【００２０】
図４は、高周波コイル９として表面コイルを用いた例を示している。表面コイル１９は、高周波コイル台２０に固定され、シーケンスコントローラ４又は計算機１２からの制御信号に従って、高周波コイル駆動器２１により寝台６の長軸に平行な方向（Ｚ方向）に沿って移動される。本例でもスライス面はアキシャル（Ｘ−Ｙ）面となる。図４で用いられる表面コイル１９の一具体例を図５に示している。表面コイル２９は１ターンで構成した場合を示している。
【００２１】
図６に示すように、高周波コイル９をＸ方向（寝台の短軸方向）に沿って移動するようにしてもよい。Ｕ字形の高周波コイル２２は、高周波コイル駆動部２３の高周波コイル台２４に固定され、Ｘ方向に移動される。本例のスライス面はサジタル（Ｙ−Ｚ）面である。図７には図６で用いられる高周波コイルの一具体例を示している。この図７の高周波コイル３０は、基本的には図３の高周波コイル２８と同様に、周方向にほぼｓｉｎ又はｃｏｓ状の電流分布を発生することにより均一は高周波磁場を発生させることができるコイルであるが、被検体の首が通るスペースを確保するため間隙３１が設けられている。発生する高周波磁場の方向はＹ方向である。もちろん図７の高周波コイル３０の代わりに、表面コイルを用いても構わない。
【００２２】
さらに、図８に示すように、高周波コイル９をＹ方向（寝台天板面に垂直な方向）に移動するようにしてもよい。高周波コイル２５は、高周波コイル駆動部２６のＵ字形の高周波コイル台２５に固定されＹ方向に移動される。本例のスライス面はコロナル（Ｚ−Ｘ）面となる。図８に用いられる高周波コイルは図７のコイルを９０度回転させたものを用いればよい。また、表面コイルを用いても構わない。
【００２３】
図９に、本実施形態における高周波コイル９の移動をパルスシーケンスと共に示している。スライス面をアキシャル面としたとき、ＧスライスはＧｚを示し、サジタル面のときはＧｘ、コロナル面のときはＧｙとなる。３次元的に広い領域で画像データを取得するためには、使用するコイルのスライス方向の感度領域が狭いため、スライス用高周波磁場パルスのオフセット周波数をｆ₀，ｆ₁，…と変化させて選択するスライス面をスライス方向にシフトするのと同時に、高周波コイルの位置をそのスライス面にあわせて移動する。
【００２４】
図９のシーケンスの前半部分は、周波数オフセットｆ₀で決まるスライス面の２次元画像をグラジエント・エコーを用いて取得する方法を示している。パルス繰り返し時間ＴＲを、必要なエンコード数Ｎ回繰り返してデータの収集が行われる。引き続き、スライス面を移動して３次元画像を取得する際には、前のスライス面からのデータ収集が終了した時刻ａから次のスライス面で高周波磁場パルスの印加及びスピン励起を開始する時刻ｂまでの回復期間に、次のスライス面の位置に移動する。
【００２５】
図１０は、本実施形態における高周波コイル９の移動を、他のパルスシーケンスと共に示している。同じくグラジエント・エコーを用いたパルスシーケンスであるが、繰り返し時間ＴＲが長い場合には、ある断面の１エンコード分の信号を取得したのち、すみやかに高周波磁場パルスのオフセット周波数をｆ₀からｆ₁、つづけてｆ₂と変えて別の複数断面の１エンコード分のデータを撮ることができるマルチスライス方が有用である。その際、励起スライス面に応じて高周波コイル９を次々と移動する。その際移動できる時間帯は、前の断面のデータ収集を終了した時刻ａ，ａ′，ａ″，…から、次の断面の励起パルスを印加するまでの時刻ｂ，ｂ′，ｂ″，…となる。
【００２６】
以上のように本実施形態によると、高周波磁場パルスを印加するための高周波コイルが、断面領域の位置に応じて移動される。これにより、次のような効果を奏することができる。例えば、磁場強度の高い磁石を持つシステムで被検体のＭＲＩ画像を得よう、つまり、磁気共鳴周波数の大きな核の磁気共鳴信号を観測して、被検体のＭＲ画像を得ようとしたときに、軸の短い又は表面形のような局所用の小型コイルを使うことは、被検体の高周波被ばくを少なくする上で非常に有効とされている。一方で、小型コイルは、その撮像領域が非常に限局されるので、３次元的に広い領域を撮像することはできない。しかし、本発明のように、高周波コイルを断面領域の位置に応じて移動させることで、小型コイルであっても、３次元的に広い領域を撮像することができるようになる。
【００２７】
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々変形して実施可能である。実際に使用するパルスシーケンスは、図９や図１０で示したグラジエント・エコー法以外にもマルチスライスを伴う手法に関しては自由に適用できる。また、以上では頭部を撮像する例について述べてきたが、胴体、四肢に対しても適用できる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によると、高周波磁場パルスを印加するための高周波コイルが、断面領域各々の位置に応じて移動される。これにより、次のような効果を奏することができる。例えば、磁場強度の高い磁石を持つシステムで被検体のＭＲＩ画像を得よう、つまり、磁気共鳴周波数の大きな核の磁気共鳴信号を観測して、被検体のＭＲ画像を得ようとしたときに、軸の短い又は表面形のような局所用の小型コイルを使うことは、被検体の高周波被ばくを少なくする上で非常に有効とされている。一方で、小型コイルは、その撮像領域が非常に限局されるので、３次元的に広い領域を撮像することはできない。しかし、本発明のように、高周波コイルを断面領域の位置に応じて移動させることで、小型コイルであっても、３次元的に広い領域を撮像することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁気共鳴映像装置の構成を示す図。
【図２】図１の高周波コイル及び高周波コイル駆動部の第１例を示す図。
【図３】図２の高周波コイルの一例を示す図。
【図４】図１の高周波コイル及び高周波コイル駆動部の第２例を示す図。
【図５】図４の高周波コイルの一例を示す図。
【図６】図１の高周波コイル及び高周波コイル駆動部の第３例を示す図。
【図７】図６の高周波コイルの一例を示す図。
【図８】図１の高周波コイル及び高周波コイル駆動部の第４例を示す図。
【図９】本実施形態による高周波コイルの移動を第１のパルスシーケンスとの時間的、選択断面の空間的関係において示す図。
【図１０】本実施形態による高周波コイルの移動を第２のパルスシーケンスとの時間的、選択断面の空間的関係において示す図。
【図１１】従来の頭部用筒型高周波コイルの例を示す図。
【図１２】図１１の高周波コイルで発生する磁力線を示す断面図。
【図１３】従来の頭部用筒型高周波コイルの他の例を示す図。
【図１４】従来の頭部用表面型の高周波コイルの例を示す図。
【符号の説明】
１…静磁場磁石、
２…被検体、
３…傾斜磁場コイル、
４…シーケンスコントローラ、
５…傾斜磁場駆動回路、
６…寝台、
７…送信部、
８…デュプレクサ、
９…高周波コイル、
１０…受信部、
１１…データ収集部、
１２…計算機、
１３…コンソール、
１４…画像ディスプレイ、
１５，２３，２６…高周波コイル駆動部、
１６…ヘッドレスト、
１７，２０，２４，２７…高周波コイル台、
１８，２１…高周波コイル駆動器、
１９…表面コイル、
２２，２５…間隙を持つ高周波コイル、
２８…頭部用高周波コイル、
２９…表面コイル、
３０…短軸高周波コイル、
３１…間隙。

Claims

静磁場中に置かれた被検体の複数の断面領域各々に対して高周波磁場パルスをスライス選択励起パルスとして傾斜磁場パルスと共に印加することにより、前記複数の断面領域各々から磁気共鳴信号を発生させ、前記磁気共鳴信号に基づいて前記複数の断面領域全体にわたる磁気共鳴画像を生成する磁気共鳴映像装置において、
前記高周波磁場パルスの周波数を変化させて励起する断面領域をシフトさせる撮像シーケンスを実行する手段と、
前記撮像シーケンスの実行に伴う前記少なくとも一つの励起する断面領域のシフトに応じて、前記高周波磁場パルスを発生する高周波コイルを移動させる手段と、
を備えることを特徴とする磁気共鳴映像装置。
前記断面領域は、前記被検体のアキシャル面、サジタル面、又はコロナル面に平行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。
前記高周波コイルの移動方向は、前記被検体のアキシャル面に垂直な方向、サジタル面に垂直な方向、又はコロナル面に垂直な方向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。