JP3891667B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴（以下、ＮＭＲという）信号を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を映像化する核磁気共鳴撮影（以下、ＭＲＩという）装置を用いたイメージング方法に関し、特にスピンの拡散の影響を強調して画像化する拡散ＭＲ撮影方法（以下、拡散イメージングという）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年エコープレナーイメージング（ＥＰＩ）を使って、拡散スピンからの信号を強度に抑制した画像を得る拡散強調イメージングが行われている。拡散強調イメージングでは、移動するスピンの位相をディフェイズする拡散傾斜磁場を印加するため、被検体のわずかな動きにより画像が乱れることが知られている。これを回避するために、１回のＲＦパルス照射で１枚の画像に必要なエコー信号を計測するシングルショットＥＰＩで撮影することが試みられている。シングルショットＥＰＩは被検体の動きが無視できる反面、得られる画像の空間分解能は必ずしも高くはない。
【０００３】
空間分解能を向上するには、１枚の画像に必要なエコー信号を分割して取得するマルチショットシーケンスでの拡散強調イメージングが必須である。しかしマルチショットシーケンスでは、複数のＲＦパルス照射を行う間（ショット間）に体動による取得信号の位相乱れを生じることが場合がある。
【０００４】
マルチショットシーケンスにおけるショット間の位相乱れを補正する方法としてナビゲーションエコー法が知られている「正常及び虚血ヒト脳のナビゲートされた拡散イメージング」Alex J. de Crespignyら、マグネチックレゾナンスインメディスン３３，ｐｐ７２０−７２８（１９９５）、米国特許４９３７５２６号，米国特許５２５４９４８号など）。この方法は、図７に示すようにショットごとに体動モニターとして位相エンコードを付加しないエコー（ナビゲーションエコーという）を取得し、このエコー信号を用いて本計測エコーの動きによる変動を補正する。なお、本方法では、ナビゲーションエコーと本計測エコー間では被検体の位置は変化しないものとしている。
【０００５】
一方、拡散スパイラルイメージングでは、ｋ空間の中心にある計測データ（位相エンコード０のデータ）の位相値をモニターして、信号を補正する方法および位相変化が大きい場合データを再取得し、新たに計測されたデータで置換する方法が提案されている（「リアルタイム体動モニタリング及びインターリーブスパイラル拡散強調イメージングのための体動補正」T.Tsukamotoら，４th ISMRM（Canada），ｐ．２２１（１９９７））。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上述したナビゲーションエコー等を用いた従来の位相補正法では、拡散イメージングにおける体動による取得信号の乱れを完全には除去できない場合があった。これは、拡散イメージングでは移動するスピンの位相をディフェイズする強い拡散傾斜磁場を印加するため、この拡散傾斜磁場の印加の間（１００ｍｓ以下）に体動によるスピンの移動があると本来的には停止しているスピンの位相が回転し、疑似的にオフセット位相エンコードが付与されるためと考えられる。このため、良好な画像を得られるときと得られないときがあり、画質がばらつくという問題があった。
【０００７】
また位相変化が大きいときにデータを再取得する方法では、計測が長引く可能性がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の拡散イメージングでは、ＲＦパルス照射毎に被検体の動きをモニターするためのナビゲーションエコーを発生させ、ナビゲーションエコーの所定のパラメータから基準値を求め、各ナビゲーションエコーのパラメータと基準値との比較結果が許容値以内か否かを判定し、許容値以上のナビゲーションエコーと同じ繰り返し単位内で取得されたエコー信号を別のエコー信号で置換する。上記判定により許容値を超えると判断された場合に、置換する別のエコー信号としては、置換すべきエコー信号の複素共役エコーから複素共役変換して求めたデータを用いることが好ましい。
【０００９】
複素共役エコーも上記判定により許容値を超えると判断される場合もありえるが、確率的には無視し得る程度であり、複素共役エコーを利用できる。また複素共役エコーが利用できない場合にのみ再計測し、新たに計測されたデータで置換する。これにより撮影時間の延長を防止することができる。
【００１０】
計測エコーを採用するか否かを判定するための基準は、ナビゲーションエコーの生データの積分値やピーク値を用いてもよいが、好適にはナビゲーションエコーを１次元フーリエ変換して得られる投影パターンから求める。ナビゲーションエコーを用いた位相補正方法では位相補正の基準として１次元フーリエ変換したデータを用いるので、このデータをそのまま利用することができる。この場合、各ナビゲーションエコーについて投影パターンの面積或いはピーク値をパラメータとして求め、これらのうち特定の１つを基準値としてもよいし、平均値を求めそれを基準値としてもよい。
【００１１】
本発明者らが拡散イメージングにおける画質の劣化について研究した結果、画質が劣化する場合、マルチショットのうちの極わずかな数のショットで、被検体の投影パターンが著しく変動していることがわかった。従って逆に拡散傾斜磁場の印加の間の体動を被検体の投影パタンで検出することにより高精度で体動の有無を判断できる。
【００１２】
本発明ではこのように高精度な判断に従い、該当するショットで得られた本計測データの質をチェックする。その結果、体動が許容値を超えたショットでは、ナビゲーションエコー法等の位相補正法では補正しきれないと判断し、そのショットで得られた本計測データを棄却する。これにより体動起因の画像乱れのない拡散画像を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の拡散イメージングの１実施例を図面を参照して説明する。
図４は本発明が適用される典型的なＭＲＩ装置の概要を示す図で、被検体４０１の周囲に静磁場を磁場を発生する磁石４０２と、該空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル４０３と、この領域に高周波磁場を発生するＲＦコイル４０４と、被検体４０１が発生するＭＲ信号を検出するＲＦプローブ４０５とを備えている。
【００１４】
傾斜磁場コイル４０３は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３方向の傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源４０９からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。一般にはこれらの組み合わせで任意の３軸方向（スライス方向，位相エンコード方向及び読み出し方向）の傾斜磁場を発生する。ＲＦコイル４０４はＲＦ送信部４１０の信号に応じて高周波磁場を発生する。ＲＦプローブ４０５の信号は、信号検出部４０６で検出され、信号処理部４０７で信号処理され、また計算により画像信号に変換される。画像は表示部４０８で表示される。
【００１５】
傾斜磁場電源４０９，ＲＦ送信部４１０，信号検出部４０６は制御部４１１で制御され、制御のタイムチャートは一般にパルスシーケンスと呼ばれており、本発明では拡散イメージングのためのパルスシーケンスが実行される。ベッド４１２は被検体が横たわるためのものである。
【００１６】
次に本実施例による拡散イメージングを説明する。図１はその手順を示す図で、まず拡散イメージングのためのパルスシーケンスを実行することにより、エコー信号（ＭＲ信号）を計測する（１０１）。パルスシーケンスは、例えば図２に示すようなマルチショット拡散ＥＰＩシーケンスが採用され、１の繰り返し単位で１つのナビゲーションエコーの計測と複数のエコー信号の計測が行われ、それを複数回繰り返すことにより１枚の画像再構成に必要なエコー信号を取得する。尚、ここでは４ショットとして説明する。
【００１７】
図２に示す拡散ＥＰＩシーケンスは、４ショットＳＥ ＥＰＩシーケンスを基本としており、９０°パルス２０１と１８０°パルス２０２の照射後、読み出し傾斜磁場Ｇｒ２０３を極性を反転させながら印加してエコー信号２０５を発生させるとともに位相エンコード傾斜磁場Ｇｐ２０４を印加し、各エコー信号２０５に異なる位相エンコードを付与する。位相エンコード数を２５６とした場合、１ショットで計測されるエコー信号２０５は６４である。また１８０°パルス２０２の前後に拡散強調傾斜磁場パルス２０６が追加される。図では、読み出し傾斜磁場Ｇｒ，位相エンコード傾斜磁場Ｇｐ，スライス傾斜磁場Ｇｓの全方向に拡散強調傾斜磁場パルスが追加してあるが、これらの内の１方向でもよく、通常は１方向が選ばれる。
【００１８】
尚、拡散イメージングにおける画質の低下は位相エンコード方向に拡散傾斜磁場を印加した場合に顕著となる。これは読み出し傾斜磁場２０３に比べ位相エンコード傾斜磁場２０４の大きさが小さいので、位相エンコード方向の拡散傾斜磁場印加の間に生じた動きによるオフセット量が相対的に大きな影響を与えるためである。従って、本発明は位相エンコード方向に拡散傾斜磁場を印加する場合に特に有効である。
【００１９】
更に本シーケンスでは拡散強調傾斜磁場パルス２０６の印加後に、体動をモニターするナビゲーンョンエコー検出用傾斜磁場パルス２０７を読み出しＧｒ方向に追加してある。
【００２０】
このようなシーケンスを４回繰り返すことにより、１枚の画像再構成に必要なエコー信号（本計測データ）と各ショット毎に１つのナビゲーションエコー２０８が得られる。ショット毎のナビゲーンョンエコー２０８は、読み出しＧｒ方向への体動による信号の変動（位相変動）を補正するための公知の位相補正方法に使用される他、以下詳述するようにこれら位相補正方法では除去できない変動が生じた場合を判定するために使用される。
【００２１】
このため、各ナビゲーンョンエコーデータ（ナビエコーデータと略記する）からプロファイルＰｉ（ｘ）（ｉはｉ番目のナビゲーンョンエコーであることを示し、ｘは読み出し方向の位置を表す）を作成する（図１、ステップ１０２）。プロファイルは、ナビゲーンョンエコー２０８を１次元フーリエ変換し、絶対値化することにより得られる。
【００２２】
図５に各ナビゲーンョンエコーから得られたプロファイル５０１〜５０４を示す。これらのプロファイルは、被検体が人頭，撮影断面が横断面の時を示しており、図では、４つのプロファイルのうちｉ＝３のプロファイル５０３のみが大きく形状が異なっている。この原因は、拡散傾斜磁場３０２を印加中に被検体が動いたことによる。
【００２３】
次にこれらプロファイルをもとに体動判定の基準値を求める。この実施例では、まず各プロファイルの面積を求める。面積は、次式（１）により各プロファイル５０１〜５０４を積分することにより求める。
Ｖｉ＝∫Ｐｉ（ｘ）ｄｘ （１）
これらの値から基準値を求める（１０３）。基準値としては、特定のプロファイルの値を用いてもよいし、各プロファイルの値Ｖの平均値を用いてもよい。また平均値からのずれが最小である値を用いてもよい。ここでは、ｉ＝１のナビゲーションエコーのプロファイル５０１の面積を基準値Ｒｅｆとして用いることとし、各プロファイルの面積と基準値との差の絶対値Ｄｉを求める。
Ｒｅｆ＝∫Ｐ１（ｘ）ｄｘ （２）
Ｄｉ＝｜Ｒｅｆ−Ｖｉ｜／Ｒｅｆ （３）
【００２４】
次に差の絶対値Ｄｉを予め設定された閾値Ｔｈと比較し、Ｄｉ＞Ｔｈであれば、ｉ番目のショットで計測された本計測データは画像再構成に使わず、Ｄｉ≦Ｔｈであれば、ｉ番目の本計測データを使うこととする。
【００２５】
図５の例では、Ｄ１＝０．００，Ｄ２＝０．０５，Ｄ３＝０．４０，Ｄ４＝０．０７であり、閾値Ｔｈ＝０．２０とすると、ｉ＝３の本計測データは利用しないことになる。尚、閾値Ｔｈは公知の位相補正方法では補正できない位相変動に対応する値を予め設定しておく。また閾値を設定する代わりに、基準値として各プロファイルの面積から分散求め、分散以下か否かで判定するようにしてもよい。
【００２６】
このように判定した結果、ｉ番目のショットで計測された本計測データを画像再構成に使用しないと判断された場合には、この位相エンコードのデータを別のデータで補充する（１０５）。別のデータとしては、対応するショットの計測を再度行い、新たに計測されたデータを用いることもできるが、本実施例ではまず優先的に複素共役エコーのデータを用いる。
【００２７】
本発明者らが拡散イメージングにおける画質の劣化について研究した結果では、画質の劣化はマルチショットのうちの極わずかな数のショットにおける著しい変動により生じていることがわかった。従って、画像再構成に使用できないと判断された計測データは、多くの場合、画像再構成に使用可能な複素共役エコーが存在する。
【００２８】
そこで図３に示すようにまず各ナビゲーションエコーのプロファイルが基準値以内か、即ちｉ番目の本計測データが画像再構成に使用できるか否かを判定した後（３０３）、使用しない（棄却する）と判断された本計測データについて画像再構成に使用可能な複素共役エコーが存在するか否かを判定する（３０４）。
【００２９】
図５の例では、ステップ１０４で棄却することとしたｉ＝３のエコーの対応する複素共役エコーは、ｉ＝２のエコーであり、このエコーはＤ２≦Ｔｈを満たしている。このような複素共役エコーを複素共役変換して求めたデータで、棄却したデータを置換する。この複素共役変換方法はハーフスキャンイメージングで用いられる技術の応用であり、当業者に公知なように、下式によって求められる。
【数１】

【００３０】
尚、この変換式では簡単のために２×２のデータマトリックスについて示しているが、実際にはエコーのデータ番号と位相エンコード数によって決まるマトリックスとなる。
【００３１】
一方、棄却すべき計測データの複素共役データもまた棄却データの場合には、置換すべきデータがないことになるので、そのショットを再計測し、再計測後のデータで置換する。この場合、不足する２ショットのデータをそれぞれ再取得してもよいが、好適には互いに複素共役関係にあるデータのうち一方のショットのデータのみを再取得することとし、他方については上式により複素共役変換して求めたデータで置換する。また再取得されたデータについても画像再構成に使用できるデータか否かの判定を行うことが好ましい。
【００３２】
最終的に、体動の範囲が許容値の範囲であると判断されたデータのみを用いて画像再構成する（１０６）。このように体動が大きく通常の位相補正方法では補正ができないデータについては、事前に棄却して、補正可能なデータのみで画像再構成することにより、良好な画質の画像を得ることができる。また棄却データを置換するデータとして、複素共役データを利用することにより再計測の機会をできるだけ少なくし、撮影時間の延長を防止することができる。
【００３３】
尚、以上の実施例では、本計測データが画像再構成に使用可能か否かの判定をナビゲーションエコーのプロファイルの面積を基準に行うこととして説明したが、プロファイルのピーク値を基準にしてもよい。更にナビゲーションエコーをフーリエ変換する前の信号の積分値或いはピーク値を求め、これを基準に行うことも可能である。
【００３４】
また以上の実施例では、ナビゲーションエコーを用いて各ショットのデータを画像再構成に使用可能か否かの判定を行う場合のみを説明したが、各ショットで計測されたナビゲーションエコーを公知の位相補正法によりショット間の位相補正に用いることができるのは言うまでもない。
【００３５】
図６は、本発明の方法を公知のナビゲーンョン補正技術と組み合わせた例であり、図１における基準プロファイル作成ステップ１０３と判定ステップ１０４との間に各ショットの体動補正ステップ１０７が挿入されている点が異なる。この場合、体動補正ステップ１０７では、まずステップ１０２でナビゲーションエコーを１次元フーリエ変換して得られた信号から位相を求め、基準となるナビゲーションエコー、例えばｉ＝１のナビゲーションエコーの位相との差を求める。次いで本計測データの位相を対応するナビゲーションエコーについて求められた位相差により補正する。
【００３６】
しかる後に図１の実施例と同様にショット毎のデータ採否の判定を行い（１０４）、体動の範囲が許容値の範囲であると判断されたデータのみを用いて画像再構成する。この場合、画像再構成に採用したエコーのデータはナビゲーションエコーにより位相補正されているので再構成画像もさらに良好になる。
【００３７】
尚、以上の実施例では拡散イメージングのパルスシーケンスとしてマルチショットＥＰＩシーケンスを例にして説明したが、本発明はｋ−空間を螺旋状に走査する拡散スパイラルイメージングにも適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の実施例からも明らかなように、本発明の拡散イメージングによれば従来のナビゲーションエコーを用いた位相補正法では補正できない体動変動がある場合に、それを投影パターンの形状で判定するので、高精度でデータの取捨選択が可能になり、画質が向上する。また本発明の拡散イメージングでは、棄却することとしたデータを、複素共役変換により求めたデータで置換することにより、撮影時間の延長を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の手順示す流れ図。
【図２】本発明の他の実施例の手順を示す流れ図。
【図３】本発明の一実施例が適用されるパルスシーケンスのパタン図。
【図４】本発明が適用されるＭＲＩ装置の構成図。
【図５】本発明の動作を説明するグラフ。
【図６】本発明の他の一実施例の手順を示す流れ図。
【図７】従来の位相補正方法を示す流れ図。
【符号の説明】
２０１，２０２ ＲＦパルス
２０６ エコー信号（本計測データ）
２０７ 拡散傾斜磁場パルス
２０８ ナビゲーションエコー

Claims (3)

1. 被検体の組織を構成する原子核スピンを励起するＲＦパルスの照射と、前記原子核スピンのうち移動するスピンの位相をディフェイズする拡散傾斜磁場の印加と、前記被検体から発生する複数のエコー信号を異なる位相エンコードを付与して計測するステップとを含むパルスシーケンスを繰り返す計測制御手段と、前記移動スピンからの信号を高度に抑制した拡散強調画像を形成する信号処理手段とを有する磁気共鳴イメージング装置において、
   前記計測制御手段は、前記ＲＦパルス照射毎に前記被検体の動きをモニターするためのナビゲーションエコーを発生させ、
   前記信号処理手段は、前記ナビゲーションエコーの所定のパラメータから基準値を求め、各ナビゲーションエコーのパラメータと前記基準値との比較結果が許容値以内か否かを判定し、前記許容値を超えるナビゲーションエコーと同じ繰り返し単位内で取得されたエコー信号を別のエコー信号で置換することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記別のエコー信号として、置換すべきエコー信号の複素共役エコーから複素共役変換して求めたデータを用いることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記信号処理手段は、前記複素共役エコーと共に計測された前記ナビゲーションエコーのパラメータと前記基準値との比較結果が許容値以内か否かを判定し、
   前記計測制御手段は、前記比較結果が許容値を超える場合に、前記置換すべきエコー信号又はその複素共役エコーの内の少なくとも一方を再計測して置換することを特徴とする請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置。

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