JP4400957B2

JP4400957B2 - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP4400957B2
Application number: JP28047099A
Authority: JP
Inventors: 正幸磯部; 滋渡部
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP2001095774A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置(以下、MRI装置という)に係わり、特に、スピンエコー（SE）シーケンスでマルチエコー計測を行う際に発生するアーチファクトの影響を排除し、画質の改善を可能とするMRI装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
MRI装置は、いわゆるNMR現象を利用して被検体中の所望の検査部位に相当する断面における原子核スピン(以下スピンと称する)の密度分布、緩和時間分布等を計測して、その計測データから被検体の前記検査部位を画像表示するものである。
【０００３】
MRI装置による撮像法としてSEシーケンスによる2エコー計測がある。この2エコー計測では、通常のSEシーケンスにおけるエコー信号計測に続いて第２のπパルス（スピンを反転させる高周波パルス）を印加し、第２のエコー信号を計測する。この第２のエコー信号は、π／２パルス（スピンを励起するパルス）から計測までの時間（エコー時間）が、最初に計測するエコー信号のエコー時間に比べ長いため、撮像対象内の組織間のコントラストが異なる。2エコー計測では、このような２つのエコー信号のコントラストの相違を利用して、１回の計測で２種類の画像を得るものである。この手法を一般にマルチエコー計測という。
【０００４】
しかし、このマルチエコー計測では、第１エコー計測のための印加したπパルスによって不必要に発生した横磁化が、第２エコー計測のために印加したπパルスによって反転し、エコー信号となって発生するという問題がある。このエコー信号は第2エコーの直後に現れ、位相エンコードが印加されない成分であるため、第2エコーの画像上の位相エンコード方向に１本の線状アーチファクト60（図６）として現れる。
【０００５】
この線状アーチファクトは、π／２パルスの印加位相を励起毎にπずつ変化させて計測することによって、位相エンコード方向に見た周波数を最高周波数として計測することが可能であり、最高周波数として計測された信号は図６の601に示すように画像の最端部に配置することが可能である。
【０００６】
しかしこのような手法を用いても、オフセンターFOV計測の場合には、画像から線状アーチファクトを除去することができない。オフセンターFOV計測とは静磁場中心と関心領域（計測領域）中心とが一致しない状態の計測であり、この計測で初期的に得られた画像は図６の602や603に示すように位相エンコード方向に2分割されているが、画像処理によってシフト処理をすることにより関心領域が画像中心に配置される画像605、606を得る。この場合、画像最端部に配置した線状アーチファクト60も同様にシフト処理されるため関心領域内に混入してしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このようなスピンエコーのマルチエコー計測において、2エコー目の画像中に混入するアーチファクトを、画像の任意の位置に移動することが可能であるMRI装置を提供することを目的とする。また本発明は、オフセンターFOV計測において画像をシフト処理した場合でも、常にかかるアーチファクトを画像の最端に配置することができ、被検体（関心領域）への混入を防ぎ、高画質なスピンエコーマルチエコー画像の計測が可能であるMRI装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明のMRI装置は、静磁場を発生する静磁場発生手段、前記静磁場中に置かれた被検体に対して、高周波電磁波を印加する送信手段、前記静磁場に磁場勾配を与える傾斜磁場発生手段、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を計測する受信手段、これら送信手段、傾斜磁場発生手段および受信手段を所定のパルスシーケンスに従い制御する制御手段、計測された磁気共鳴共信号に基づいて画像処理を行う画像処理手段を備え、制御手段は、静磁場の中心に対する計測領域中心のずれ量に応じて高周波磁場の位相および核磁気共鳴信号の計測位相を調整する手段を備えたものである。
【０００９】
また本発明のMRI装置は、制御手段が、位相エンコード方向に発生する線状アーチファクトを前記計測領域に対し任意の位置に移動することを特徴とする。
【００１０】
さらに本発明のMRI装置は、画像処理手段が、計測領域の中心と静磁場の中心がずれた計測（オフセンターFOV計測）を行う際に、計測領域の中心を画像の中心にシフトし且つ線状アーチファクトを画像の端部に表示することを特徴とする。
【００１１】
上記構成の本発明のMRI装置は、スピンエコーマルチエコー計測を行う際に、静磁場の中心に対する計測領域中心のずれ量に応じて、スピンを励起する高周波パルス（励起RFパルス）の印加位相を変化させ、信号を取得することにより、2エコー目の画像に混入するアーチファクトを、位相エンコード方向の所望の位置に配置することができる。従って計測領域を位相エンコード方向にシフト処理した場合でも常にアーチファクトを画像の最端部に配置することが可能となる。これによりアーチファクトの無い高画質な画像を得ることを可能とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を説明する。図1は本発明を適用したMRI装置を示す全体構成のブロック説明図である。このMRI装置は、主として中央処理装置(CPI)１と、シーケンサ2と、送信系3と、静磁場発生磁石4と、受信系5と、信号処理系6とを備えている。
【００１３】
中央処理装置(CPU)1は、本発明に基づくプログラムに従ってシーケンサ2、送信系3、受信系5、信号処理系6の各々を制御するものである。シーケンサ2は、中央処理装置1からの制御指令に基づいて動作し、被検体7の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系３、静磁場発生磁石4の傾斜磁場発生系（12、13）および受信系6に送るようにしている。
【００１４】
送信系３は、高周波発信器8と変調器9と高周波コイルとしての照射コイル11を有し、シーケンサ2の指令により高周波発信器8からの高周波パルスを変調器9で振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器10を介し増幅して照射コイル11に供給することにより、所定のパルス状の電磁波を被検体7に照射するようにしている。この高周波パルスの印加位相は中央処理装置１によって制御される。
【００１５】
静磁場発生磁石4は、被検体7の回りに任意の方向に均一な静磁場を発生させるためのものである。この静磁場発生磁石４の内部には、照射コイル11の他、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル13と、受信系5の受信コイル14が設置されている。
【００１６】
傾斜磁場発生系は、互いに直交するデカルト座標軸方向にそれぞれ独立に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル1３と、傾斜磁場コイル１３に電流を供給する傾斜磁場電源12とから構成され、傾斜磁場電源12は前述のようにシーケンサ2により制御される。
【００１７】
受信系5は、高周波コイルとしての受信コイル14と受信コイル14に接続された増幅器15と直交位相検波器16とA/D変換器17とを有し、被検体7からのNMR信号を受信コイル14が検出すると、その信号を増幅器16、直交位相検波器16、A/D変換器17を介しデジタル量に変換するとともに、シーケンサ2からの指令によるタイミングで直交位相検波器16によってサンプリングされた二系列の収集データに変換して中央処理装置1に送るようにしている。この信号計測の位相は、高周波パルスの印加位相と同様に中央処理装置１によって制御される。
【００１８】
信号処理系6は、磁気ディスク20、光ディスク19等の外部記憶装置と、CRT等からなるディスプレイ18とを有し、受信系5からのデータが中央処理装置1に入力されると、中央処理装置1が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体7の所望の断面像をディスプレイ18に表示するとともに、外部記憶装置の磁気ディスク20等に記録する。
【００１９】
図2は、このような構成における中央処理装置１にプログラムとして組み込まれた制御の手順を示す図で、スピンエコー２エコー計測する場合を示す。スピンエコー２エコー計測のシーケンスは、図３に示すようなシーケンステーブルとしてシーケンサ2内に組み込まれており、このシーケンスに基づいて高周波パルス、傾斜磁場パルスのタイミングおよび強度並びに信号計測のタイミングが決る。
【００２０】
即ち、まず被検体のスライスを選択する傾斜磁場27とともに励起パルス24を印加し、位相エンコード傾斜磁場30および読み出し傾斜磁場31を印加し、第1πパルス25をスライス傾斜磁場28とともに印加する。励起パルスは通常３°〜１２０°のパルスが採用される。励起パルス24印加からエコー時間TE1後に読み出し傾斜磁場32、33を印加しながら第1エコー37を計測する。エコー時間後に印加する読み出し傾斜磁場33は、その面積（印加時間と強度の積）が、それ以前に印加した読み出し傾斜磁場31、32の面積の和と等しくなるようにする。その後、第2πパルス26を同じスライスを選択するスライス傾斜磁場29とともに印加し、エコー時間TE2後に読み出し傾斜磁場34、35、36を印加しながら第２エコー38を計測する。
【００２１】
このようなシーケンスを所定の位相エンコード数繰り返し、計測した第1エコーおよび第2エコーそれぞれについて画像を再構成する。尚、第2エコーの後に発生するエコー39は、第1πパルスによって発生した不必要な横磁化による信号であり、第2エコーの画像上に線状アーチファクトとして現れる。
【００２２】
本発明の制御では、このようなシーケンスにおける励起パルスおよび信号計測の位相をオフセンターFOV計測における画像中心のシフト量に基づき調整するステップを含むことを特徴としている。
【００２３】
次に図2および図３を参照して、本発明のMRI装置によるスピンエコー２エコー計測を説明する。
【００２４】
まずスピンエコー２エコー計測に先立ってスカウト画像を計測し、スカウト画像を元に静磁場中心に対する計測領域の位相エンコード方向のずれ量を求める（ステップ201）。このずれ量は、例えばスカウト画像上で関心領域の中心を指示することにより、中央処理装置１により自動的に求められる。MRI計測では、画像と受信した計測データの関係は二次元フーリエ変換と逆変換の関係になるため、画像の位置のずれは、受信信号の位相の回転に相当する。よって、中央処理装置１は、このずれ量をもとに位相調整量αを次式により計算する（ステップ202、203）。
【００２５】
【数１】
α＝（２×π×Ｐ）／FOV
ここで、Ｐは位相エンコード方向の位置のずれ量、FOV は撮像領域サイズを表す。
【００２６】
次に図３に示すシーケンスを実行し、スピンエコー２エコー法の計測を行う。このとき1回目の繰り返しにおける励起パルスおよび信号計測の位相を０とすると、２回目の繰り返しでは励起パルスおよび信号計測の位相は、π＋αとし、3回目の繰り返しでは２αとする。以下、偶数番目（ｎ）の繰り返しでは、π＋（ｎ−１）αとし、奇数番目の繰り返しでは０＋（ｎ−１）αとする。
【００２７】
このような条件で図３のシーケンスを実行する。この場合の磁化ベクトルの挙動（静磁場方向からみた平面での挙動）を図４（a）に示す。同図（ｂ）は比較のために従来の手法における磁化ベクトルの挙動を示したものである。
【００２８】
第1回目では、励起パルスによってＸＹ平面内に磁化ベクトル41が発生し、この磁化ベクトル41は第1πパルスで反転し磁化ベクトル42となる。このとき不要な横磁化43がＸＹ平面内に発生する。ここで第2πパルスを印加すると磁化ベクトル42、43は反転し磁化ベクトル44、45となる。ここで磁化ベクトル44は、図３のシーケンスにおける傾斜磁場パルス31、32、33、34が打ち消し合い、エコー信号（第2エコー）38を発生させる。一方、磁化ベクトル45は、傾斜磁場パルス32、33、34、35が打ち消し合い、アーチファクトの原因となるエコー信号39を発生させる。
【００２９】
位相エンコード量を変えた第2回目の計測では（図４(a)の中段）、励起パルスの励起位相をπ反転させ、さらに上述したように位相調整量αずらして印加する。すると、XY平面では、第1回目とは逆の軸でさらにαずれた位相76で磁化ベクトル46が発生する。続けて第1πパルスと第2πパルスは、第1回目と同じ位相で印加する。すると最初励起パルスによって発生した磁化ベクトル46は、最終的には磁化ベクトル49となり、第1回目とは逆で且つαだけずれた方向になる。また第1πパルスによって発生した磁化ベクトル48は第1回目と同じ向きの磁化ベクトル50となる。
【００３０】
さらに位相エンコード量を変えた第3回目の計測では（図４(a)の下段）、励起パルスの励起位相をπ反転させて元にもどし、さらに位相2αずらして印加する。するとXY平面では、第1回目と同じ軸でさらに2αずれた位相77で磁化ベクトル51が発生する。続けて第1πパルスと第2πパルスは、第1回目と同じ位相で印加する。すると、第2エコー計測時には、最初励起パルスによって発生した磁化ベクトル51は、最終的には磁化ベクトル54となり、第1回目と同じ方向でさらに2αずれた方向になる。また第1πパルスによって発生した磁化ベクトル53は第1回目と同じ向きの磁化ベクトル55となる。
【００３１】
これを同図（ｂ）に示す従来の手法と比べると、従来の手法では最初π/2パルスによって発生した磁化ベクトル41は、第2エコー計測時には、計測毎に向きが反転するのに対し、本発明の方法では、一定の角速度で変化している。
【００３２】
このような条件で計測した信号の位相の状態を表1に示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
表１からもわかるように、第2信号の位相が変化せず、位相エンコード方向に見た場合、直流成分となるのに対して、アーチファクト信号の位相はπずつ変化し、さらに角速度αで変化する。よって、アーチファクト信号は、デジタル的には最高周波数にさらにαに相当する分の周波数ずれた周波数として処理され画像化される。
【００３５】
図５に、このような計測によって得られた信号（第2エコー）を処理して画像再構成（ステップ206）した画像を示す。図中、501〜503はそれぞれ静磁場中心に対するオフセンター量（ずれ量）Pが異なる場合を示す図で、501はずれ量が０、502はずれ量がFOV/2、503はずれ量FOV/m(m>２)の場合をそれぞれ示している。
【００３６】
これらの図に示されたように、アーチファクト信号の最高周波数からのずれαは、位相エンコード方向のFOVのずれ量に相当するため、アーチファクト成分はそのずれ量だけシフトして配置される。一方、撮像された被検体も同じ量だけずれている。従って最終的にシフト処理を行い得られた画像504〜506においては、アーチファクトは画像の最端部に配置され、被検体に影響を及ぼすことはない。
【００３７】
２エコー法では、このようにして計測した第1エコーおよび第2エコーを画像再構成することにより（ステップ207）、2種類のコントラストの異なる画像が得られ（ステップ208）、しかも第2エコー画像では第1πパルスに起因する不要信号によるアーチファクトの影響を排除することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によるMRI装置によれば、オフセンターFOV計測における画像のずれ量に基づき励起パルスの位相を調整する手段を設けたことにより、スピンエコー2エコーシーケンスで、第１πパルスに起因して2エコー目の画像内に発生する線状アーチファクトを、位相エンコード方向の任意の位置に配置することができる。これにより被検体が位相エンコード方向に磁場中心からずれた位置での計測を行う場合でも、常にアーチファクトを画像の最端部に配置することができ、その悪影響を被検体内に及ぼさないような計測が可能となる。結果的により高画質なスピンエコー2エコーシーケンス画像を撮像することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるMRI装置の全体を示すブロック図。
【図２】本発明のMRI装置の制御装置（CPU）による制御フローを示す図。
【図３】本発明のMRI装置が採用するスピンエコー2エコー計測手法によるパルスシーケンスと発生するエコー信号を示す説明図。
【図４】スピンエコー2エコー計測における磁化ベクトルの挙動を説明する図で、（a）は本発明のMRI装置による手法を、（ｂ）は従来手法を示す。
【図５】本発明によるMRI装置によりオフセンターFOV計測した場合の画像を示す図。
【図６】従来のMRI装置によりオフセンターFOV計測した場合の画像を示す図。
【符号の説明】
１…中央処理装置（制御手段）
２…シーケンサ
３…送信系
４…静磁場発生磁石
５…受信系
６…信号処理系（画像処理手段）
７…被検体
12、13…傾斜磁場発生系

Claims

静磁場を発生する静磁場発生手段、前記静磁場中に置かれた被検体に対して、高周波電磁波を印加する送信手段、前記静磁場に磁場勾配を与える傾斜磁場発生手段、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を計測する受信手段、これら送信手段、傾斜磁場発生手段および受信手段を所定のパルスシーケンスに従い制御する制御手段、計測された核磁気共鳴共信号に基づいて画像処理を行う画像処理手段を備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記所定のパルスシーケンスは、高周波磁場として励起パルスとそれに続く２以上の反転パルスを印加し、各反転パルス後に核磁気共鳴信号を計測するパルスシーケンスであり、
前記制御手段は、前記静磁場の中心に対する計測領域中心のずれ量に応じて前記励起パルスの位相および核磁気共鳴信号の計測位相を制御し、
前記２以上の反転パルスのうち、最初の反転パルスによって発生する横磁化が２番目以降の反転パルスによって発生する不要信号の位相を計測毎に異ならせることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
前記制御手段は、前記反転パルスの位相を一定にす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。
前記制御手段は、前記２以上の反転パルスのうち最初の反転パルスによって発生する横磁化が２番目以降の反転パルスによって発生する不要信号に起因して、位相エンコード方向に発生する線状アーチファクトを前記計測領域に対し任意の位置に移動す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。
前記画像処理手段は、計測領域の中心と前記静磁場の中心がずれた計測を行う際に、前記計測領域の中心を画像の中心にシフトし且つ前記線状アーチファクトを画像の端部に表示することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記制御手段は、前記所定のパルスシーケンスの繰り返し毎の位相エンコード量の変化に合わせて前記励起パルスの位相および核磁気共鳴信号の計測位相を変化させることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記制御手段は、位相エンコードステップ毎に、前記励起パルスの位相および核磁気共鳴信号の計測位相をπ＋α（αは前記計測領域の中心と前記静磁場の中心とのずれに相当する位相調整量）ずつ変化させることを特徴とする請求項５記載の磁気共鳴イメージング装置。