JP4006080B2

JP4006080B2 - 磁気共鳴イメージング装置

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Publication number: JP4006080B2
Application number: JP05978398A
Authority: JP
Inventors: 晴司野崎; 好男町田; 仁金沢
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-11
Filing date: 1998-03-11
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2018-03-11
Also published as: JPH11253417A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｔ２^＊強調画像収集による脳機能イメージング（ｆＭＲＩ）、拡散強調イメージング、あるいは位相画像収集に用いられる磁気共鳴イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば脳機能イメージング（ｆＭＲＩ）のためのＴ２^＊強調画像を撮影する磁気共鳴イメージング装置が知られている。
【０００３】
ｆＭＲＩは、例えばＢＯＬＤ効果をイメージングするものである。ＢＯＬＤ（Blood Oxygenation Level Dependent ）効果とは、血液中に含まれるヘモグロビンは酸素と結合している時と結合していない時とで磁化率が異なるという性質のことである。脳の局所大脳皮質が活性化すると、局所大脳皮質において消費される酸素の量が増加し、これを補うため局所大脳皮質に供給される血液量が増加する。局所大脳皮質に供給される酸素の増加量は消費される酸素量よりも多い。その結果、局所大脳皮質とその下流静脈の酸素濃度（酸素と結合しているヘモグロビンの濃度）が増加し、局所大脳皮質の下流静脈の流速が増加する。
【０００４】
この変化を、磁化率の変化に敏感なＴＥの長いＦＥ系のシーケンスにより撮影すると、ＢＯＬＤ効果により酸素濃度の増加を信号強度の増加として捉えることができる。また、局所血流量の増加（インフロー効果）も信号強度の増加として捉えることができる。
【０００５】
このようなｆＭＲＩのためのＴ２^＊強調画像を、磁場の不均一性を強調する高速撮影法によって撮影する場合、従来からエコープラナーイメージング（ＥＰＩ：Echo Planar Imaging ）法が用いられてきた。
【０００６】
特にｆＭＲＩではＦＥ−ＥＰＩ系シーケンスが利用される場合が多いが、このシーケンスによるイメージングにおいては局所の下流静脈における信号強度増加が顕著となる。しかしながら臨床応用としては局所（大脳皮質）の高信号化のみをイメージングしたい場合が多い。また、ＦＥ−ＥＰＩ系の高速撮影シーケンスにおいては、磁場の不均一性に起因する位相誤差（ずれ）が蓄積され、これが画像の歪みを引き起こすという問題点がある。
【０００７】
以上の述べたようなｆＭＲＩのためのＴ２^＊強調画像収集の他に、従来では拡散強調画像を収集することも行われている。
【０００８】
拡散強調イメージングは、大きさが等しい複数の傾斜磁場パルス（ＭＰＧパルス）を撮像シーケンスによるデータ収集前に印加することによりブラウン運動を画像化する方法である。この拡散強調イメージングにおいては、被検体の動きによるアーチファクトを抑制するために短時間の撮影を可能とするＥＰＩ系シーケンスが用いられているが、同イメージングには次のような問題点がある。すなわち、上記ＭＰＧパルスは強力な傾斜磁場パルスであるため、渦電流の影響が大となり画像に歪みが生じるという問題点がある。また、オブリーク処理に伴い複数のＭＰＧパルスを印加するような場合にも、これら複数のＭＰＧパルスの誤差による位相ずれが生じ、画像に歪みやアーチファクトが生じるという問題点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたものであり、撮像シーケンス前にプリパルスを印加するシーケンスを実行しスピンの位相ずれに起因する歪みやアーチファクトが抑制された画像を収集する磁気共鳴イメージング装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明の磁気共鳴イメージング装置は次のように構成されている。
【００１１】
本発明の視点は、プリパルスを印加するプレパレーション部と、撮像用データ収集部とから構成されるパルスシーケンスを実行することにより、複数の画像を収集する磁気共鳴イメージング装置において、前記プレパレーション部において印加されるプリパルスは、横磁化を生じさせるフリップパルスと、前記横磁化の強度及び位相角に依存した信号強度を有する縦磁化成分を生じさせるフリップバックパルスと、を含み、前記フリップバックパルスの位相と前記フリップパルスを含む他のパルスの位相とが相違するように少なくとも一方のパルスの位相を制御すると共に、画像間の位相ずれに起因する信号強度むらを軽減するように前記プリパルスの位相を制御して、前記プレパレーション部において生じた横磁化の強度及び位相角に依存した信号強度を有する前記複数の画像を収集する画像収集手段と、収集された前記複数の画像をアベレージする演算手段と、を具備することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
第１実施形態は、プリパルスによりＴ２^＊コントラストを付加してＴ２^＊強調画像を作成する磁気共鳴イメージング装置に関する。
【００２８】
図１は本発明の第１実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置のハードウェア構成を示すブロック図である。ガントリ２０内には静磁場用磁石１、Ｘ軸・Ｙ軸・Ｚ軸傾斜磁場コイル２、及び送受信コイル３が設けられる。送受信コイル３はガントリ内に埋め込まれるものに限らず、寝台１３の天板内に埋め込まれる、あるいは被検体に直に装着されてもよい。また、送受信コイルの代わりに送信、受信専用の別々のコイルを用いてもよい。静磁場発生装置としての静磁場用磁石１は例えば超電導コイル、または常電導コイルを用いて構成される。Ｘ軸・Ｙ軸・Ｚ軸傾斜磁場コイル２はＸ軸傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ、Ｚ軸傾斜磁場Ｇｚを発生するためのコイルである。送受信コイル３はスライスを選択するための選択励起パルスとしての高周波（ＲＦ）パルスを発生し、かつ磁気共鳴により発生した磁気共鳴信号（ＭＲ信号）を検出するために使用される。寝台１３の天板上に載置された被検体Ｐはガントリ２０内のイメージング可能領域（イメージングに適した均一な磁場が形成される球状の領域であり、この領域内でのみ診断が可能となる）に挿入される。
【００２９】
静磁場用磁石１は静磁場制御装置４により駆動される。送受信コイル３はＲＦ送信時には送信器５により駆動され、かつ磁気共鳴信号の検出時には受信器６に結合される。Ｘ軸・Ｙ軸・Ｚ軸傾斜磁場コイル２はＸ軸傾斜磁場電源７、Ｙ軸傾斜磁場電源８、Ｚ軸傾斜磁場電源９により駆動される。
【００３０】
Ｘ軸傾斜磁場電源７、Ｙ軸傾斜磁場電源８、Ｚ軸傾斜磁場電源９、送信器５はシーケンサ１０により所定のシーケンスに従って駆動され、Ｘ軸傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ、Ｚ軸傾斜磁場Ｇｚ、高周波（ＲＦ）パルスを、後述する所定のパルスシーケンスで発生する。この場合、Ｘ軸傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ，Ｚ軸傾斜磁場Ｇｚは主として、例えば位相エンコード用傾斜磁場ＰＥ、読出し用傾斜磁場ＲＯ、スライス用傾斜磁場ＳＬとしてそれぞれ使用される。コンピュータシステム１１はシーケンサ１０を駆動制御するとともに、受信器６で受信される磁気共鳴信号を取り込んで所定の信号処理を施すことにより、被検体の断層像を生成し、表示部１２で表示する。
【００３１】
本実施形態では、プリパルスによりＴ２^＊コントラストを付加してＴ２^＊強調画像を作成する。
【００３２】
図２は、このようなＴ２^＊強調画像を作成するためのパルスシーケンスを示したものである。図２に示すように、本実施形態のパルスシーケンスは、大別してプレパレーション部３０と画像化用データ取得部３１とから構成される。プレパレーション部３０では、第１のプリパルス３２を印加し、次に第２のプリパルス３３を印加し、そして横磁化成分をディフェーズするＧスポイラーパルス３４を印加したのちに高速撮像シーケンス３５を実行する。ここではＧスポイラーパルスをＲＯおよびＰＥ方向に印加するが、ＲＯ又はＰＥのいずれか一方の方向にのみ印加するようにしても良い。
【００３３】
ところで、Ｔ２^＊強調では、ボクセル内においてスピンの位相が分散するディフェーズ（dephase ）効果と、ボクセル内のスピンの位相が全体的にシフトする位相シフト効果とが混在する。この位相シフト効果は信号強度むらを引き起こすため画質が劣化してしまう。
【００３４】
本実施形態の磁気共鳴イメージング装置は、この位相シフト効果をキャンセルし、ディフェーズ効果のみを抽出した画像を作成する。
【００３５】
本実施形態の磁気共鳴イメージング装置は、画像[1] を収集する第１のシーケンスと、画像[2] を収集する第２のシーケンスを実行し、これら画像[1] 及び画像[2] の画素値を演算してＲＳＳ（二乗総和平方根）画像を作成するものであり、且つ第１及び第２のシーケンスは、上述したＴ２^＊強調画像を作成するためのシーケンスであり、両者は第２のプリパルスの位相が相対的に９０度ずれている点において異なる。
【００３６】
図３は、上記第１及び第２のシーケンスを実行した際のスピンの状態変化を示す図である。なお、同図は高速撮影シーケンス直前までのスピンの状態変化を示している。また、同図（ａ）〜（ｃ）までのスピンの状態変化は、第１及び第２のシーケンスの両者で同じである。
【００３７】
先ず、同図（ａ）の状態においてＸ軸中心に−９０度の第１のプリパルス（フリップパルス）を印加する。これによりスピンはＸＹ平面上に倒れる（同図（ｂ））。そして、ＸＹ平面上においてディフェーズ効果及び位相シフト効果が生じる。位相シフト効果によるスピン（横磁化）の位相シフト量をθと表す（同図（ｃ））。
【００３８】
ここで、画像[1] を収集する第１のシーケンスでは、Ｘ軸中心に＋９０度、すなわち第１のプリパルスと位相が同じである第２のプリパルス（フリップバックパルス）を印加する（同図（ｄ））。さらに、Ｇスポイラーパルスを印加することにより、ＸＹ平面に対しspoil をかける（同図（ｅ））。
【００３９】
一方、画像[2] を収集する第２のシーケンスでは、Ｙ軸中心に＋９０度、すなわち第１のプリパルスとは位相が９０度ずれている第２のプリパルス（フリップバックパルス）を印加する（同図（ｆ））。さらに、Ｇスポイラーパルスを印加することにより、ＸＹ平面に対しspoil をかける（同図（ｇ））。
【００４０】
そして第１及び第２のシーケンスの各々において高速撮像シーケンスを実行する。
【００４１】
原則として、高速撮影シーケンスにはプロトン密度強調シーケンスを用いる。具体的にはＦＡＳＥ（Fast Advanced Spin Echo ）又はＥＰＩシーケンスを用いる。ＦＡＳＥを用いる場合は、Ｋ空間の中心付近からエコーを収集することにより、プロトン密度強調に近い画像を撮影できる。
【００４２】
かくして、画像[1] 及び画像[2] を得ることができる。画像[1] は横磁化のｃｏｓ成分を縦磁化に戻した場合の画像であり、また画像[2] は横磁化ベクトルのｓｉｎ成分を縦磁化に戻した場合の画像である。
【００４３】
そして次式（１）に従い、画像[1] 及び画像[2] の画素値を演算してＲＳＳ（二乗総和平方根）画像を作成する。
【００４４】
【数１】

【００４５】
作成されたＲＳＳ画像は、位相シフトθによる影響がキャンセルされ、ディフェーズ効果のみが抽出された画像となる。
【００４６】
ここで、本実施形態の変形例を説明する。
【００４７】
（変形例１）
第２のプリパルスの印加後において、位相角θの値によっては縦磁化は正又は負のいずれかの極性を取り得る。この場合、仮に位相角θの絶対値が同じであっても縦磁化の緩和特性が異なるものとなる。より具体的には、第２のプリパルス印加から撮像シーケンスのフリップ（励起）パルス印加までの時間における縦緩和特性が縦磁化の極性に応じて異なる。これにより、観測される信号強度に誤差を生じることがある。図４に縦緩和特性を表すグラフを示す。
【００４８】
図５は本変形例のパルスシーケンスを示す図である。本変形例では第２のプリパルス４１の印加から撮像シーケンス４４のフリップ（励起）パルス４３の印加までの時間内において、その中間時刻に１８０度パルス４２を印加する。この１８０度パルスは、縦磁化のＴ１（縦）緩和を平均化するためのものである。
【００４９】
このような本変形例によれば、縦磁化の回復を平均化できる。これにより縦磁化の極性に応じた信号強度の誤差を補正できる。
【００５０】
（変形例２）
ｆＭＲＩ画像の収集を行う場合、ダイナミックに画像を収集して時間分解能を高めることが望ましい。本実施形態では、画像[1] と画像[2] とを連続的に交互に収集し、これに応じて複数のＲＳＳ画像を連続的に作成する。その際、ＲＳＳ画像は、図６に示すように最新の画像とその直前の画像とを組み合わせることによって作成する。例えば、ＲＳＳ画像[2] は、２番目の画像[1] が収集された時点において、その直前に収集された画像[2] と組み合わせて作成する。このような変形例２によれば時間分解能を擬似的に高くしてＲＳＳ画像を作成できる。
【００５１】
（第２実施形態）
本実施形態は、プリパルスを用いたシーケンスによる位相画像の作成に関する。
【００５２】
位相画像は、磁場の不均一性マップ、温度計測、フェーズシフト（PhaseShift）法によるアンギオ画像撮影、あるいは流速計測等に使用される。
【００５３】
本実施形態の磁気共鳴イメージング装置は、第１実施形態と同様に第２のプリパルスの位相を９０度ずらした９０度−９０度プリパルスによるシーケンスによって２枚の原画像（画像[1] ，画像[2] ）を収集し、これらから１枚の位相画像を作成する。
【００５４】
２枚の原画像を収集する各々のシーケンスにおいて、撮像シーケンス以前にプリパルスを印加する部分は第１実施形態と同様である。また、原画像の撮像シーケンスは位相補正付きＲｅａｌ画像撮像シーケンスとする。このシーケンスを実施するにあたっては、例えば、参考文献（C.B.AHN,Z.H.CHO ら、「A New Phase Correlation Method in NMR Imaging Based on Auto correlation and Histogram Analysis」IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING. VOL. MI-6, No .1, MARCH, 1987 ）を参考にすることができる。
【００５５】
以上のようにして収集された原画像（画像[1] ，画像[2] ）から、次式（２）に従って位相情報を求めることができる。但し、θはＹ軸の正方向を基準とした角度（０＜θ≦２π）である。
【００５６】
【数２】

【００５７】
（第３実施形態）
本実施形態は拡散強調イメージングを行う磁気共鳴イメージング装置に関する。
【００５８】
拡散強調イメージング（「ディフュージョン強調イメージング」とも言う）は、時間積分量が等しい複数（例えば２つ）の傾斜磁場パルスを、１８０度パルスを挟んで印加することにより拡散（ブラウン運動）の方向性を画像化するイメージング法である。
【００５９】
図７は、本実施形態の磁気共鳴イメージング装置が実行する拡散強調イメージングのためのシーケンスを示す図である。同図に示すようにこのシーケンスは、最初の９０度パルス（第１のプリパルス）７０と１８０度パルス（第２のプリパルス）７１の間においてＭＰＧパルスＡを印加し、１８０度パルス（第２のプリパルス）７１と二番目の９０度パルス（第３のプリパルス）７２の間においてＭＰＧパルスＢを印加する。なお、ＭＰＧパルスとはMotion Probing Gradient パルスのことである。また、第１実施形態と同様に、第３のプリパルス７２の印加後に横磁化成分をディフェーズするＧスポイラーパルス７３を印加したのち、撮像シーケンス７４を実行する。
【００６０】
ＭＰＧパルスＡとＭＰＧパルスＢは、時間積分量が同じであることが理想であり、高精度のものが要求される。しかしながらＭＰＧパルスは通常のイメージングにおいて使用されるパルス（例えばＲＯ、ＰＥ、ＳＬといった傾斜磁場パルス）と比較して非常に大きな値にすることが一般的である。このため、例えば渦電流等の影響によってＭＰＧパルスＡとＭＰＧパルスＢの両者の時間積分量がどうしても異なってしまう。
【００６１】
例えばＡＤＣ（Apparent Diffusion Coefficient）画像を作成するような場合は、大きさの異なるＭＰＧパルスを印加するため、ＭＰＧパルスＡとＭＰＧパルスＢの時間積分量を正確に等しくすることは困難である。また、オブリーク撮影を行う場合についても、ＲＯ・ＰＥ・ＳＬ方向の傾斜磁場出力がＸ・Ｙ・Ｚ成分に分解されることになり、ＭＰＧパルスＡとＭＰＧパルスＢの時間積分量を正確に等しくすることはさらに困難である。
【００６２】
ＭＰＧパルスＡとＭＰＧパルスＢの両者の時間積分量が異なる場合、スピンの位相ずれが発生する。すなわち、第３のプリパルスの印加後において、ブラウン運動による効果以外に、第１のプリパルスの印加前の状態にスピンの位相が完全に戻らなくなる。
【００６３】
本実施形態の磁気共鳴イメージング装置は、ＭＰＧパルスＡとＭＰＧパルスＢの両者の時間積分量が等しくないことに起因するスピンの位相ずれを補正する。
【００６４】
本実施形態の磁気共鳴イメージング装置は、画像[1] を収集する第１のシーケンスと、画像[2] を収集する第２のシーケンスを実行し、これら画像[1] 及び画像[2] の画素値を演算してＲＳＳ（二乗総和平方根）画像を作成するものであって、且つ第１及び第２のシーケンスは、上述した拡散強調イメージングのためのシーケンスであり、両者は第３のプリパルスの位相が相対的に９０度ずれている点において異なる。
【００６５】
図８は、上記拡散強調イメージングのための第１及び第２のシーケンスを実行した際のスピンの状態変化を示す図である。なお、同図は撮影シーケンス直前までのスピンの状態変化を示している。また、同図（ａ）〜（ｅ）までの状態変化は、第１及び第２のシーケンスの両者で同じである。
【００６６】
先ず、同図（ａ）の状態において、Ｘ軸中心に−９０度の第１のプリパルス（フリップパルス）を印加する。これによりスピンはＸＹ平面上に倒れる（同図（ｂ））。次に、ＭＰＧパルスＡを印加する。これによりスピンは位相シフトする。この場合の位相シフト量を＋θ１と表す（同図（ｃ））。
【００６７】
次に、Ｙ軸中心に＋１８０度の第２のプリパルスを印加したのち（同図（ｄ））、ＭＰＧパルスＢを印加する。これによりスピンは再度、位相シフトする。この場合の位相シフト量を−θ２と表す。
【００６８】
同図（ｅ）に示すように第３のプリパルスの印加後において、θ＝θ１−θ２が０とはならない。ここで、画像[1] を収集する第１のシーケンスでは、Ｘ軸中心に＋９０度、すなわち第１のプリパルスと位相が同じである第３のプリパルス（フリップバックパルス）を印加する（同図（ｆ））。さらに、Ｇスポイラーパルスを印加することにより、ＸＹ平面に対しspoil をかける（同図（ｇ））。
【００６９】
一方、画像[2] を収集する第２のシーケンスでは、Ｙ軸中心に＋９０度、すなわち第１のプリパルスとは位相が９０度ずれている第３のプリパルス（フリップバックパルス）を印加する（同図（ｈ））。さらに、Ｇスポイラーパルスを印加することにより、ＸＹ平面に対しspoil をかける（同図（ｉ））。
【００７０】
第１及び第２のシーケンスの各々において撮像シーケンスを実行することにより、画像[1] 及び画像[2] を得ることができる。画像[1] は横磁化のｃｏｓ成分を縦磁化に戻したときの画像であり、また画像[2] は横磁化ベクトルのｓｉｎ成分を縦磁化に戻したときの画像である。
【００７１】
そして第１実施形態と同様に、画像[1] 及び画像[2] の画素値を演算してＲＳＳ（二乗総和平方根）画像を作成する。
【００７２】
作成されたＲＳＳ画像は、θによる影響がキャンセルされた画像となる。言い替えれば、ＭＰＧパルスＡとＭＰＧパルスＢの両者の時間積分量が等しくないことに起因するスピンの位相ずれが補正された画像となる。
【００７３】
（第４実施形態）
本実施形態は、ｆＭＲＩ画像を生成する磁気共鳴イメージング装置に関する。本実施形態の磁気共鳴イメージング装置は、第２のプリパルスの位相を９０度だけずらした９０度−９０度プリパルスを印加するシーケンスにより２枚の画像から１枚のｆＭＲＩを作成する磁気共鳴イメージング装置において、動体部（血液）のスピン位相をディフェーズするために傾斜磁場のバイポーラパルスを印加することを特徴とする。
【００７４】
ｆＭＲＩにおいては、高信号化部位を特定するために、主にＢＯＬＤ効果による局所高信号化を捕らえている。高信号化が生ずる部位は大脳皮質及びその流出静脈であるが、臨床的に観察したい対象は主に大脳皮質である。
【００７５】
本実施形態の磁気共鳴イメージング装置は、傾斜磁場のバイポーラパルスを印加することにより動体部による信号強度変化を相対的に減少させるシーケンスを具備して成る。
【００７６】
図９は、本実施形態の磁気共鳴イメージング装置が実行するｆＭＲＩ画像撮影のためのシーケンスを示す図である。同図に示すようにこのシーケンスは、最初の９０度パルス（第１のプリパルス）９０と二番目の９０度パルス（第２のプリパルス）９２の間においてバイポーラパルス９１を印加する。
【００７７】
このシーケンスに従ってバイポーラパルスを印加すると、その印加方向に沿って移動する動体部のスピン位相はディフェーズする。ディフェーズの際のスピンの位相角θは次式（３）に従って計算される。
【００７８】
【数３】

【００７９】
ディフェーズ効果はバイポーラパルスの出力が大きいほど高い。また一般に、バイポーラパルスはＲＯ方向及びＳＬ方向に印加する場合が多い。
【００８０】
このような本実施形態によると、傾斜磁場出力方向の動体部（血流、特にここでは大脳皮質からの流出静脈）のスピン位相をディフェーズできる。これにより、動体部による信号強度変化を相対的に減少させることができる。したがって、流出静脈といった動体部による信号強度変化を抑制して観察対象（ここでは大脳皮質）を示す高画質のｆＭＲＩ画像を生成できる。
【００８１】
（第５実施形態）
本実施形態は信号強度むらの補正に関する。
【００８２】
本実施形態の磁気共鳴イメージング装置は、第２のプリパルスの位相を９０度だけずらした９０度−９０度プリパルス、又は９０度−１８０度−９０度プリパルスを印加するシーケンスにより２枚の原画像（画像[1] ，画像[2] ）を収集し、これら２枚の原画像を元に１枚の画像（ＲＳＳ画像）を作成するにあたって、２枚の原画像の各々の位相シフト量が異なるという誤差が生じた場合に、その誤差に伴う信号強度むらによる影響が軽減された画像を作成する。特に本実施形態の磁気共鳴イメージング装置は、第１実施形態において説明したような９０度−９０度プリパルスを印加するシーケンスを２回実行して２枚のＲＳＳ画像を求め、これら２枚のＲＳＳ画像をアベレージ（平均化）することによりＲＭＳ（平均二乗根）画像を作成する。
【００８３】
２枚の原画像の収集を行った際に、１枚目の原画像を収集したときの位相シフト量と、２枚目の原画像を収集したときの位相シフト量とが同一とはならず、両者の間に誤差が生じる場合がある。これら２枚の原画像に基づいて作成したＲＳＳ画像には、このような原画像間の位相シフト量の誤差に伴って信号強度むらが生じてしまう。この信号強度むらは位相角θに依存する。
【００８４】
位相角θに依存して信号強度むらが生じる理由について説明する。
【００８５】
以下のようにＩ、Ｉａ、Ｉｂを定めるとき、画素ごとの画像強度式は式（４）の通りである。
【００８６】
Ｉ：第２のプリパルスを印加する直前のボクセル内の巨視的な磁化の大きさ
Ｉａ：横磁化のｃｏｓ成分、位相角はθとする
Ｉｂ：横磁化のｓｉｎ成分、位相角はθ’とする
【数４】

【００８７】
上式（４）から、第２のプリパルスを印加する直前の位相角θに依存する値であるｓｉｎ（２θ＋Δθ）により信号強度むらの位置を特定できる。また、２枚の原画像間の位相ずれ量Δθに依存する値であるｓｉｎ（Δθ）により信号強度むらの強度を特定できる。Δθの値が０でない場合は、式（４）のＡ部も０とはならず、画像値Ｉｒｓｓは位相角θに関係して変化する。すなわち、位相角θに依存した信号強度むらが生じることがわかる。
【００８８】
本実施形態では、このような信号強度むらを軽減するため、位相角θをπ／２ずらして２枚のＲＳＳ画像を収集し、両画像をアベレージする。
【００８９】
具体的には、第２のプリパルスの回転軸とスピンとによって挟まれる角（相対角）のｓｉｎ成分が第２のプリパルスの印加により横磁化から縦磁化に戻ることに着目し、以下に示すように９０度−９０度パルスの回転軸を９０度ずらして画像収集を行う。
【００９０】

ここで式（４）により位相角θを９０度ずらした画像（Ｉｒｓｓ’：ＲＳＳ画像２枚目）を作成すると、画素の信号強度式は式（５）の通りである。
【００９１】
【数５】

【００９２】
ＩｒｓｓとＩｒｓｓ’のＲＭＳ（平均二乗根）は式（６）の通りであり、図１０に示すようにθに依存する信号強度むらが軽減された画像を得ることができる。
【００９３】
【数６】

【００９４】
（変形例）
ここで本実施形態の変形例を説明する。この変形例では、第２のプリパルスの位相を変化させながら複数のＲＳＳ画像を収集し、アベレージを行うことにより信号強度むらを軽減する。とくに本変形例は、位相を変化させて複数のＲＳＳ画像を収集し、これにより、スピン位相θに依存する信号強度むらを表す複数のパターン（変動パターン）を得るものであり、これら複数のパターンをアベレージすることによって信号強度むらを軽減する。
【００９５】
式（４）における位相誤差成分は次式（７）の通りである。
【００９６】
【数７】

【００９７】
同一画素における位相角θがＲＳＳ画像毎に一定とはならないように、第２のプリパルスの位相角をずらしていく。
【００９８】
ここで、例えばＮ回のアベレージを行うとき、Ｍ回目ＲＳＳ画像の第２のプリパルスの位相角を、画像[1] についてはφ１ほどずらし、画像[2] についてはφ２ほどずらす場合を考える。φ１及びφ２は次式（８）の通りである。
【００９９】
【数８】

【０１００】
例えば、Ｍ＝１のときにΔθの影響によってｃｏｓθの分布（パターン）を有する信号強度むらがΔθの発生する方向に生じたと仮定する。
【０１０１】
ここで、Ｍ＝１の場合Δθの影響で、Δθの発生する方向にｃｏｓθの分布を持つ信号強度むらが発生したとする。Ｎ＝３の場合、図１１に示す３パターンの信号強度むら分布のアベレージとなる。すなわち、ΔＨの影響により、θ（位相シフト量）とΔθ（画像間の位相差）に依存する信号強度むらが発生し、磁場の不均一性が線形に分布する場合、その方向に縞状の信号強度むらが発生する。この場合、θの値を適当にふると、縞のパターンが変化するため、加算処理により信号強度むらを少なくすることができる。
【０１０２】
Ｎ＝３の場合、この操作によって信号強度むらの変動は８．９％にまで減少する。Ｎの値を増やせば位相角θに依存する信号強度むらをより小さく（Ｎ＝６の場合は３．４％、Ｎ＝１２の場合は０．８％）できるが、その反面処理に時間がかかる。
【０１０３】
以上説明したように、本実施形態によれば２枚の原画像の各々の位相シフト量が異なるという誤差が生じた場合に、その誤差に伴う信号強度むらによる影響が軽減された画像を得ることができる。
【０１０４】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず種々変形して実施可能である。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、撮像シーケンス前にプリパルスを印加するシーケンスを実行しスピンの位相ずれに起因する歪み及びアーチファクトが抑制された画像を収集する磁気共鳴イメージング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置のハードウェア構成を示すブロック図。
【図２】第１実施形態に係るＴ２^＊強調画像を作成するためのパルスシーケンスを示す図。
【図３】第１実施形態に係るスピンの状態変化を示す図。
【図４】第１実施形態に係る縦緩和特性を表すグラフ。
【図５】第１実施形態の変形例１に係るパルスシーケンスを示す図。
【図６】第１実施形態の変形例１に係るＲＳＳ画像の作成方法を示す図。
【図７】第３実施形態に係る拡散強調イメージングのためのシーケンスを示す図。
【図８】第３実施形態に係るスピンの状態変化を示す図。
【図９】第４実施形態に係るｆＭＲＩ画像撮影のためのシーケンスを示す図。
【図１０】第５実施形態に係るＩｒｍｓ画像を模式的に示す図。
【図１１】第５実施形態に係る３パターンの信号強度むら分布及びアベレージを示す図。
【符号の説明】
１…静磁場用磁石、
２…Ｘ軸・Ｙ軸・Ｚ軸傾斜磁場コイル、
３…送受信コイル、
４…静磁場制御装置、
５…送信器、
６…受信器、
７…Ｘ軸傾斜磁場アンプ、
８…Ｙ軸傾斜磁場アンプ、
９…Ｚ軸傾斜磁場アンプ、
１０…シーケンサ、
１１…コンピュータシステム、
１２…表示部。

Claims

プリパルスを印加するプレパレーション部と撮像用データ収集部とから構成されるパルスシーケンスを実行することにより、複数の画像を収集する磁気共鳴イメージング装置において、
前記プレパレーション部において印加されるプリパルスは、横磁化を生じさせるフリップパルスと、前記横磁化の強度及び位相角に依存した信号強度を有する縦磁化成分を生じさせるフリップバックパルスと、を含み、
前記フリップバックパルスの位相と前記フリップパルスを含む他のパルスの位相とが相違するように少なくとも一方のパルスの位相を制御すると共に、画像間の位相ずれに起因する信号強度むらを軽減するように前記プリパルスの位相を制御して、前記プレパレーション部において生じた横磁化の強度及び位相角に依存した信号強度を有する前記複数の画像を収集する画像収集手段と、
収集された前記複数の画像をアベレージする演算手段と、
を具備することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
前記画像収集手段は、前記プリパルスの印加を複数回実行する場合においては、前記他のパルスの位相を同一にすると共に、前記フリップバックパルスの位相を異ならせることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記画像収集手段は、
前記フリップバックパルスの位相と前記他のパルスの位相との位相差を９０度異ならせて二つの画像を収集し、
当該二つの画像に対し二乗和の平方根演算を行うことにより前記横磁化の強度に依存した信号強度を有する画像を作成すること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記画像収集手段は、
前記プレパレーション部において生じた横磁化の強度及び位相角に依存した信号強度を有する第１の画像と、前記フリップバックパルスの位相が前記第１の画像とは異なる第２の画像とを連続的且つ交互に収集し、
前記収集により得られる最新の画像と、その直前の画像とを組み合わせることにより前記横磁化の強度に依存した信号強度を有する画像を連続的に収集すること、
を特徴とする請求項３に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記画像収集手段は、
前記フリップバックパルスの位相と前記他のパルスの位相との位相差を９０度異ならせて二つの画像を収集し、
前記横磁化の位相角のみに依存した位相画像を作成すること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記画像収集手段は、
前記プレパレーション部において生じた横磁化の強度及び位相角に依存した信号強度を有する第１の画像と、前記フリップバックパルスの位相が前記第１の画像とは異なる第２の画像とを連続的且つ交互に収集し、
前記収集により得られる最新の画像と、その直前の画像とを組み合わせることにより、前記位相画像を連続的に収集すること、
を特徴とする請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記フリップパルスは、スピンをα度ほど励起する励起パルスとして印加され、
前記フリップバックパルスは、当該α度励起パルス印加からτ時間後に印加され、
前記画像収集手段は、Ｔ２^＊強調画像を収集すること、
を特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記プリパルスは、ディフュージョンエコーを生成するためのパルスを含み、
前記画像収集手段は、ディフュージョン強調画像を収集すること、
を特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記プリパルスは、動体の流速情報を付加するバイポーラパルスを含み、
前記画像収集手段は、前記動体からの信号を抑制した画像を収集すること、
を特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記プリパルスは、動体の流速情報を付加するバイポーラパルスを含み、
前記画像収集手段は、前記動体の流速情報を示す画像を収集すること、
を特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の磁気共鳴イメージング装置。