JP4030676B2 - 磁気共鳴撮像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、勾配磁場形成方法および装置並びに磁気共鳴撮像装置に関し、特に、磁気共鳴撮像用の勾配磁場を形成する方法および装置、並びに、そのような勾配磁場形成装置を用いる磁気共鳴撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴撮像では、撮像空間に磁場勾配を形成し、ボクセル（ｖｏｘｅｌ）の３次元的位置が磁気共鳴信号の周波数によって特定できるようにしている。磁場勾配を形成するには、例えば図６に磁場強度のプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）を示すように、有効撮像範囲内で一様な磁場強度Ｂｏを持つ静磁場ａを形成し、有効撮像範囲の中心０に関する一方側および他方側で互いに方向が逆になる対称的な勾配磁場ｂを与え、両者の合成により勾配のある合成磁場ｃを得るようにしている。静磁場ａの形成には超伝導電磁石、常伝導電磁石、永久磁石等が用いられる。勾配磁場ｂの発生には適宜のループ（ｌｏｏｐ）形状の勾配コイル（ｃｏｉｌ）が用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにして勾配磁場を形成する場合、有効撮像範囲の両側では磁石が発生する静磁場ａと勾配コイルが発生する勾配磁場ｂはいずれも強度が減少するので、有効撮像範囲外のうち図における左側の部分すなわち静磁場ａと勾配磁場ｂとが同方向になる周辺領域ｄでは、合成磁場ｃが有効撮像範囲内の磁場と同じ強度を持つようになる。
【０００４】
このため、この領域ｄで発生した磁気共鳴信号は有効撮像範囲内で発生した磁気共鳴信号と共通の周波数を持つようになり、撮影した画像にアーチファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ）を生じるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、有効撮像範囲外の磁場によるアーチファクトを防止する勾配磁場形成方法および装置並びに磁気共鳴撮像装置を実現することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決する第１の観点での発明は、撮像対象を収容する空間に静磁場を形成するとともに前記空間の中心に関する一方側および他方側で前記静磁場の方向と同方向および逆方向の勾配磁場を対称的に与えることにより前記空間に勾配磁場を形成するに当たり、前記空間の中心に関する一方側および他方側における前記撮像対象の端部のうち前記空間の中心からの距離が短い方の端部が存在する側を前記静磁場と同方向の勾配磁場を与える側とすることを特徴とする勾配磁場形成方法である。
【０００７】
（２）上記の課題を解決する第２の観点での発明は、撮像対象を収容する空間に静磁場を形成する静磁場形成手段と、前記空間の中心に関する一方側および他方側で前記静磁場の方向と同方向および逆方向の勾配磁場を対称的に与えることにより前記空間に勾配磁場を形成する勾配磁場形成手段とを有する勾配磁場形成装置であって、前記勾配磁場形成手段は前記空間の中心に関する一方側および他方側における前記撮像対象の端部のうち前記空間の中心からの距離が短い方の端部が存在する側を前記静磁場と同方向の勾配磁場を与える側とすることを特徴とする勾配磁場形成装置である。
【０００８】
（３）上記の課題を解決する第３の観点での発明は、撮像対象を収容する空間に静磁場を形成する静磁場形成手段と、前記空間の中心に関する一方側および他方側で前記静磁場の方向と同方向および逆方向の勾配磁場を対称的に与えることにより前記空間に勾配磁場を形成する勾配磁場形成手段と、前記空間に高周波磁場を形成する高周波磁場形成手段と、前記空間から磁気共鳴信号を測定する測定手段と、前記測定手段が測定した前記磁気共鳴信号に基づいて画像を生成する画像生成手段とを有する磁気共鳴撮像装置であって、前記勾配磁場形成手段は前記空間の中心に関する一方側および他方側における前記撮像対象の端部のうち前記空間の中心からの距離が短い方の端部が存在する側を前記静磁場と同方向の勾配磁場を与える側とすることを特徴とする磁気共鳴撮像装置である。
【０００９】
（４）上記の課題を解決する第４の観点での発明は、前記勾配磁場形成手段は前記静磁場と同方向の勾配磁場を与える側を前記空間における前記撮像対象の配置に応じて切り換えることを特徴とする（３）に記載の磁気共鳴撮像装置である。
【００１０】
（５）上記の課題を解決する他の観点での発明は、前記勾配磁場形成手段は前記静磁場と同方向の勾配磁場を与える側を前記空間における前記撮像対象の配置に応じて切り換えることを特徴とする（１）に記載の勾配磁場形成方法である。
【００１１】
（６）上記の課題を解決する他の観点での発明は、前記勾配磁場形成手段は前記静磁場と同方向の勾配磁場を与える側を前記空間における前記撮像対象の配置に応じて切り換えることを特徴とする（２）に記載の勾配磁場形成装置である。
【００１２】
（７）上記の課題を解決する他の観点での発明は、撮像対象を収容する空間に静磁場を形成し、前記空間の中心に関する一方側および他方側で前記静磁場の方向と同方向および逆方向の勾配磁場を対称的に与えることにより前記空間に勾配磁場を形成し、前記空間に高周波磁場を形成し、前記空間から磁気共鳴信号を測定し、前記測定手段が測定した前記磁気共鳴信号に基づいて画像を生成する磁気共鳴撮像方法であって、前記勾配磁場の形成を、前記空間の中心に関する一方側および他方側における前記撮像対象の端部のうち前記空間の中心からの距離が短い方の端部が存在する側を前記静磁場と同方向の勾配磁場を与える側として行うことを特徴とする磁気共鳴撮像方法である。
【００１３】
（作用）
本発明では、撮像空間の中心からの距離が短い方の撮像対象端部が存在する側を、静磁場と同方向の勾配磁場を与える側とすることにより、撮像空間の外側で撮像空間と磁場強度が同じになる部分に撮像対象が存在しないようにする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１に磁気共鳴撮像装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００１５】
図１に示すように、本装置では、静磁場発生部２がその内部空間に静磁場を形成する。静磁場発生部２は、本発明の磁場形成手段の実施の形態の一例である。静磁場発生部２は、図示しない例えば１対の永久磁石等の磁気発生器を備えており、それらが間隔を保って上下に対向し、その対向空間に静磁場（垂直磁場）を形成している。なお、磁気発生器は永久磁石に限るものではなく、例えば超伝導電磁石や常伝導電磁石等の磁気発生器であって良い。
【００１６】
静磁場発生部２の内部空間には勾配コイル（ｃｏｉｌ）部４，４’および送信コイル部６，６’が設けられ、同様にそれぞれ間隔を保って上下に対向している。送信コイル部６，６’が対向する空間に、撮像対象８が、撮像テーブル１０に搭載されて図示しない搬入手段により搬入される。撮像対象８の体軸は静磁場の方向と直交する。撮像テーブル１０には、撮像対象８の撮像部位を囲んで受信コイル部１２０が取り付けられている。
【００１７】
勾配コイル部４，４’には勾配駆動部１６が接続されている。勾配駆動部１６は勾配コイル部４，４’に駆動信号を与えて勾配磁場を発生させる。静磁場発生部２、勾配コイル部４，４’および勾配駆動部１６からなる部分は、本発明の勾配磁場形成装置の実施の形態の一例である。また、勾配コイル部４，４’および勾配駆動部１６からなる部分は、本発明における勾配磁場形成手段の実施の形態の一例である。
【００１８】
発生する勾配磁場は、スライス（ｓｌｉｃｅ）勾配磁場、リードアウト（ｒｅａｄ ｏｕｔ）勾配磁場およびフェーズエンコード（ｐｈａｓｅ ｅｎｃｏｄｅ）勾配磁場の３種である。これら３種の勾配磁場は、互いに垂直な３方向においてそれぞれ勾配を有する。勾配コイル部４，４’はこれら３種類の勾配に対応して３系統設けられ、勾配駆動部１６も３系統の駆動回路を有する。それら系統の駆動回路のうちの１系統例えばフェーズエンコード勾配系についてのブロック図を図２に示す。
【００１９】
同図に示すように、勾配駆動部１６は信号発生回路１６２を有する。信号発生回路１６２は、後述のパルスシーケンスに従って勾配磁場発生用の所定の波形の駆動信号を発生する。信号発生回路１６２の出力信号は２つに分岐され、一方は極性反転回路１６４で極性を反転し他方は極性を反転しないでそれぞれ切換器１６６に入力される。切換器１６６はこれら入力信号のいずれかを選択してパワーアンプ（ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１６８に入力する。６パワーアンプ１６８は入力信号を電力増幅した駆動信号で勾配コイル部４，４’に駆動する。他の２系統も同様な構成になっている。
【００２０】
送信コイル部６，６’には送信部１８が接続されている。送信部１８は送信コイル部６，６’に駆動信号を与えてＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）磁場を発生させ、それによって、撮像対象８の体内のスピン（ｓｐｉｎ）を励起する。送信コイル部６，６’および送信部１８からなる部分は、本発明における高周波磁場形成手段の実施の形態の一例である。
【００２１】
受信コイル部１２０は、撮像対象８内の励起されたスピンが発生する磁気共鳴信号を受信する。受信コイル部１２０は受信部２０の入力側に接続されている。受信部２０は受信コイル部１２０から受信信号を入力する。受信部２０の出力側はアナログ・ディジタル（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ）変換部２２の入力側に接続されている。アナログ・ディジタル変換部２２は受信部２０の出力信号をディジタル信号に変換する。
【００２２】
アナログ・ディジタル変換部２２の出力側はコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）２４に接続されている。コンピュータ２４はアナログ・ディジタル変換部２２からディジタル信号を入力し、図示しないメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）に記憶する。受信コイル部１２０、受信部２０、アナログ・ディジタル変換部２２およびコンピュータ２４からなる部分は、本発明における測定手段の実施の形態の一例である。
【００２３】
メモリ内にはデータ（ｄａｔａ）空間が形成される。データ空間は２次元フーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）空間を構成する。コンピュータ２４は、これら２次元フーリエ空間のデータを２次元逆フーリエ変換して撮像対象８の画像を再構成する。コンピュータ２４は、本発明における画像生成手段の実施の形態の一例である。
【００２４】
コンピュータ２４は制御部３０に接続されている。制御部３０は勾配駆動部１６、送信部１８、受信部２０およびアナログ・ディジタル変換部２２に接続されている。制御部３０は、コンピュータ２４から与えられる指令に基づいて勾配駆動部１６、送信部１８、受信部２０およびアナログ・ディジタル変換部２２をそれぞれ制御し、磁気共鳴撮像（スキャン：ｓｃａｎ）を実行する。
【００２５】
コンピュータ２４には表示部３２と操作部３４が接続されている。表示部３２は、コンピュータ２４から出力される再構成画像および各種の情報を表示する。操作部３４は、操作者によって操作され、各種の指令や情報等をコンピュータ２４に入力する。
【００２６】
本装置の動作を説明する。撮像対象８を撮像テーブル１０に搭載して受信コイル部１２０を取り付け、静磁場発生部２の内部空間に搬入する。この搬入状態でフェーズエンコード勾配磁場を極性反転なしで印加したとき、撮像対象８と磁場プロファイルの関係が図３に示すようになるとすると、周辺領域ｄに撮像対象８の例えば腰部が存在するので、この部分に生じる磁気共鳴信号がアーチファクトの原因になる。
【００２７】
そこで、このような場合は勾配駆動部１６における切換器１６６を切り換えて勾配駆動信号の極性を反転する。切換器１６６の切り換えは撮像対象８の搬入状態に応じて制御部３０によって制御される。あるいは、操作者が操作部３４から指令を与えて切り換えるようにしても良い。
【００２８】
これによりフェーズエンコード勾配磁場の印加時には勾配の傾向が上記とは逆転し、例えば図４に示すようになる。すなわち、同図に示すように周辺領域ｄの位置が図における右側に移る。この状態では周辺領域ｄは撮像対象８の頭部の先に位置する。このため、周辺領域ｄには撮像対象が存在せず、したがってアーチファクトの原因になる磁気共鳴信号が生じない。
【００２９】
このような設定の後に撮像を開始する。撮像は制御部３０による制御の下で遂行される。磁気共鳴撮像の具体例の１つとして、スピンエコー（ｓｐｉｎ ｅｃｈｏ）法による撮像を行う場合について説明する。スピンエコー法には、例えば図５に示すようなパルスシーケンス（ｐｕｌｓｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）が利用される。
【００３０】
図５は、１ビュー（ｖｉｅｗ）分の磁気共鳴信号（スピンエコー信号）を収集するときのパルスシーケンスの模式図である。このようなパルスシーケンスが例えば２５６回繰り返されて、２５６ビューのスピンエコー信号が収集される。このパルスシーケンスの実行とスピンエコー信号の収集は制御部３０によって制御される。なお、スピンエコー法に限らず、例えばグラディエントエコー（ｇｒａｄｉｅｎｔ ｅｃｈｏ）法等、他の適宜の技法で磁気共鳴撮像を行って良いのはいうまでもない。
【００３１】
図５の（６）に示すように、パルスシーケンスは時間軸に沿って（ａ）〜（ｄ）の４つの期間に分けられる。先ず、期間（ａ）において、（１）に示すように９０°パルスＰ９０によってＲＦ励起が行われる。ＲＦ励起は送信部１８によって駆動される送信コイル部６，６’によって行われる。
【００３２】
このとき、（２）に示すようにスライス勾配磁場Ｇｓが印加される。スライス勾配磁場Ｇｓの印加は、勾配駆動部１６によって駆動される勾配コイル部４，４’により行われる。これによって、撮像対象８の体内の所定のスライスのスピンが励起（選択励起）される。
【００３３】
次に、期間（ｂ）において、（３）に示すようにフェーズエンコード勾配磁場Ｇｐが印加される。フェーズエンコード勾配磁場Ｇｐの印加も勾配駆動部１６によって駆動される勾配コイル部４，４’により行われる。これによってスピンのフェーズエンコードが行われる。このときの磁場プロファイルは図４に示したようになる。
【００３４】
フェーズエンコード期間中に、（２）に示すようにスライス勾配磁場Ｇｓによってスピンのリフェーズ（ｒｅｐｈａｓｅ）が行われる。また、（４）に示すようにリードアウト勾配磁場Ｇｒが印加され、スピンのディフェーズ（ｄｅｐｈａｓｅ）が行われる。リードアウト勾配磁場Ｇｒの印加も勾配駆動部１６によって駆動される勾配コイル部４，４’により行われる。
【００３５】
次に、期間（ｃ）において、（１）に示すように１８０°パルスＰ１８０が印加され、これによってスピンの反転が行われる。スピンの反転は、送信部１８でＲＦ駆動される送信コイル部６，６’によって行われる。
【００３６】
次に、期間（ｄ）において、（４）に示すようにリードアウト勾配磁場Ｇｒが印加される。これによって、（５）に示すように、スピンエコー信号ＭＲが撮像対象８から発生する。スピンエコー信号ＭＲは、受信コイル部１２０によって受信される。このとき、図４に示した周辺領域ｄからスピンエコー信号が発生しないので、スピンエコー信号ＭＲはアーチファクト成分を含まないものとなる。
【００３７】
受信信号は受信部２０およびアナログ・ディジタル変換部２２を経てコンピュータ２４に入力される。コンピュータ２４は入力信号を測定データとしてメモリに記憶する。これによって、メモリに１ビュー分のスピンエコーデータが収集される。
【００３８】
以上の動作が、所定の周期で例えば２５６回繰り返される。動作の繰り返しのたびにフェーズエンコード勾配磁場Ｇｐが変更され、毎回異なるフェーズエンコードが行われる。このことを図５の（３）の波形に付した複数の破線で表す。コンピュータ２４は、メモリに収集した全ビューのスピンエコーデータに基づいて画像再構成を行い画像を生成する。生成された画像はアーチファクトのない高品質のものとなる。
【００３９】
以上、フェーズエンコード勾配磁場の極性切換を行う例について説明したが、静磁場発生部２の内部空間における撮像対象８の配置に応じて、スライス勾配磁場およびリードアウト勾配磁場の極性を切り換えるようにしても良いのはいうまでもない。
【００４０】
また、磁場の方向が撮像対象の体軸に垂直になる垂直磁場方式の例で説明したが、本発明は磁場の方向が撮像対象の体軸に平行になるいわゆる水平磁場方式のものにも適用可能であり、同様の効果を奏することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、有効撮像範囲外の磁場によるアーチファクトを防止する勾配磁場形成方法および装置並びに磁気共鳴撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】図１に示した装置における勾配駆動部のブロック図である。
【図３】図１に示した装置における磁場強度プロファイルと撮像対象の関係を示す模式図である。
【図４】図１に示した装置における磁場強度プロファイルと撮像対象の関係を示す模式図である。
【図５】図１に示した装置が実行するパルスシーケンスの一例を示す模式図である。
【図６】磁気共鳴撮像装置における磁場強度プロファイルを示す模式図である。
【符号の説明】
２ 静磁場発生部
４，４’ 勾配コイル部
６，６’ 送信コイル部
８ 撮像対象
１０ 撮像テーブル
１６ 勾配駆動部
１８ 送信部
２０ 受信部
２２ アナログ・ディジタル変換部
２４ コンピュータ
３０ 制御部
３２ 表示部
３４ 操作部
１２０ 受信コイル部
１６２ 信号発生回路
１６４ 極性反転回路
１６６ 切換器
１６８ パワーアンプ
ａ 静磁場強度プロファイル
ｂ 勾配磁場強度プロファイル
ｃ 合成磁場強度プロファイル

Claims (3)

1. 撮像対象を収容する空間に静磁場を形成する静磁場形成手段と、前記空間の中心に関する一方側および他方側で前記静磁場の方向と同方向および逆方向の勾配磁場を対称的に与えることにより前記空間に勾配磁場を形成する勾配磁場形成手段と、前記空間に高周波磁場を形成する高周波磁場形成手段と、前記空間から磁気共鳴信号を測定する測定手段と、前記測定手段が測定した前記磁気共鳴信号に基づいて画像を生成する画像生成手段と、を有する磁気共鳴撮像装置であって、
   前記勾配磁場形成手段は、前記静磁場と同方向の勾配磁場を与える側を前記空間における前記撮像対象の配置に応じて切り換えることにより、前記空間の中心に関する一方側および他方側における前記撮像対象の端部のうち前記空間の中心からの距離が短い方の端部が存在する側を前記静磁場と同方向の勾配磁場を与える側とする、ことを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
2. 請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置において、
   前記勾配磁場形成手段は、勾配磁場発生用の所定の波形の駆動信号を発生する信号発生回路と、前記信号発生回路からの駆動信号の極性を反転する極性反転回路と、前記信号発生回路からの駆動信号及び前記極性反転回路からの出力信号の２つの信号を入力していずれか１つの信号を選択する切換器とを具備したことを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
3. 請求項２に記載の磁気共鳴撮像装置において、
   前記信号発生回路、前記極性反転回路及び前記切換器を、スライス勾配磁場、リードアウト勾配磁場及びフェーズエンコード勾配磁場のそれぞれに対応させて３系統分具備したことを特徴とする磁気共鳴撮像装置。

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