JP5280025B2 - Ｍｒｉ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＥＰＩ（Echo Planar Imaging）法を実行するＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置に関する。

従来より、ＭＲＩ装置を用いて被検体を高速に撮像する方法として、ＥＰＩ（Echo Planar Imaging）法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ＥＰＩ法で撮像される画像の歪みやぼけに最も影響を与える要素にエコー間隔がある。エコー間隔は、ＭＲＩ装置のオペレータが設定するバンド幅などの値によって決まる。エコー間隔が小さければ、画像の歪みやぼけは小さくなる。従って、エコー間隔は小さいことが望ましい。
特願平９−２８４９４４

エコー間隔を小さくするために、バンド幅を大きくすることが考えられる。しかし、バンド幅を大きくすればするほどエコー間隔が小さくなるわけではないので、エコー間隔を最小にするバンド幅を設定することは容易ではない。

本発明は、エコー間隔を最小にするバンド幅を容易に設定できるＭＲＩ装置を提供することを目的とする。

上記の問題を解決する本発明のＭＲＩ装置は、エコープラナーイメージング法を用いて被検体を撮像するＭＲＩ装置であって、
正の勾配パルスおよび負の勾配パルスを印加する勾配コイル、
上記正の勾配パルスと上記負の勾配パルスがエコー間隔で交互に上記被検体に印加されるように、上記勾配コイルを駆動する駆動部、および
周波数エンコード方向のサンプリング数と周波数エンコード方向の撮像視野とを用いて上記エコー間隔とバンド幅との関係を規定する関係式に基づいて、上記エコー間隔を最小にするバンド幅を算出するバンド幅算出部、
を有し、
上記駆動部は、上記正の勾配パルスと上記負の勾配パルスが、算出された上記バンド幅により決定される最小の上記エコー間隔で交互に上記被検体に印加されるように、上記勾配コイルを駆動する。

エコー間隔（ESP）とバンド幅（BW）との関係は、一定の関係式で表すことができる（例えば、後述する式（５）参照）。したがって、エコー間隔（ESP）が最小となるバンド幅（ＢＷ）を算出することによって、エコー間隔が最小となるように周波数エンコード傾斜磁場を決定することができる。

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。尚、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。

図１は、ＭＲＩ装置１００のブロック図である。このＭＲＩ装置１００は発明を実施するための最良の形態の一例である。

ＭＲＩ装置１００は、マグネットアセンブリ１０１を有している。マグネットアセンブリ１０１は、被検体１０を挿入するためのボア１１４を有している。また、マグネットアセンブリ１０１は、静磁場コイル１０１Ｃと、勾配コイル１０１Ｇと、送信コイル１０１Ｔと、受信コイル１０１Ｒと、を有している。

静磁場コイル１０１Ｃはボア１１４内に一定の静磁場を印加する。勾配コイル１０１Ｇは、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の勾配磁場を発生する。送信コイル１０１Ｔはボア１１４内にＲＦパルスを送信し、受信コイル１０１Ｒは被検体１０からのエコー信号を受信する。

勾配コイル１０１Ｇは、勾配コイル駆動回路１０３に接続されている。送信コイル１０１Ｔは、ＲＦ電力増幅器１０４に接続されている。また、受信コイル１０１Ｒは、前置増幅器１０５に接続されている。

受信コイル１０１Ｒは被検体１０からのエコー信号を受信する。このエコー信号は前置増幅器１０５によって増幅され、レシーバ１１２に供給される。レシーバ１１２は、増幅されたエコー信号をデジタル信号に変換し、計算機１０７に出力する。

計算機１０７は、レシーバ１１２からのデジタル信号に基づいて画像を再構成する。また、計算機１０７は、操作卓１１３から入力されたデータに基づいて、後述するバンド幅ＢＷ（式（１０））およびエコー間隔ESP（式（８））を計算し、計算したＢＷおよびESP並びに他のデータをシーケンサ１０８に出力する。

シーケンサ１０８は、計算機１０７から出力されたデータに基づいて、勾配コイル駆動回路１０３およびゲート変調回路１０９を制御する。勾配コイル駆動回路１０３は、シーケンサ１０８からの指令に従って、勾配コイル１０１Ｇを駆動する。ゲート変調回路１０９は、シーケンサ１０８からの指令に従って、ＲＦ発振回路１１０からの搬送波を変調し、その変調信号をＲＦ電力増幅器１０４に出力する。ＲＦ電力増幅器１０４は、変調信号をパワー増幅した後、送信コイル１０１Ｔに印加する。

次に、上記のように構成されたＭＲＩ装置１００の撮像動作について説明する。ＭＲＩ装置１００の撮像動作の説明に当たっては、シングルショットＥＰＩ法を用いて被検体１０を撮像する例について説明するが、本発明は、シングルショットＥＰＩ法以外のＥＰＩ法（例えば、マルチショットＥＰＩ法）にも適用することができる。

図２は、マグネットアセンブリ１０１から送信されるパルスシーケンスの一例を示す概略図である。

勾配コイル１０１Ｇはスライス勾配パルスＧｓを印加する。スライス勾配パルスＧｓが印加されている間に、送信コイル１０１ＴはＲＦパルスＰrfを送信する。

勾配コイル１０１Ｇは、周波数勾配パルスＧf0、Ｇf1、およびＧf2も印加している。周波数勾配パルスＧf1は正の勾配パルスであり、周波数勾配パルスＧf0およびＧf2は負の勾配パルスである。勾配コイル１０１Ｇは周波数勾配パルスＧf0を印加した後、周波数勾配パルスＧf1およびＧf2を交互に印加している。周波数勾配パルスＧf1とＧf2とを合わせたパルスの総数は、例えば、６４個や１２８個である。

勾配コイル１０１Ｇは、更に、位相勾配パルスＧp0およびＧp1も印加している。位相勾配パルスＧp0は正の勾配パルスであり、位相勾配パルスＧp1は負の勾配パルスである。位相勾配パルスＧp0は、周波数勾配パルスＧf0と同時に印加されている。位相勾配パルスＧp1は、周波数勾配パルスＧf1から周波数勾配パルスＧf2への遷移期間Ｔｔ（又は、周波数勾配パルスＧf2から周波数勾配パルスＧf1への遷移期間）に印加されている。

上記のように、送信コイル１０１ＴがＲＦパルスPrfを印加し、勾配コイル１０１Ｇが、スライス勾配パルスＧｓ、周波数勾配パルスＧf0、Ｇf1、およびＧf2、並びに位相勾配パルスＧp0およびＧp1を印加することによって、被検体１０からエコー信号Ｓｅが得られる。

エコー信号Ｓｅは受信コイル１０１Ｒで受信され、前置増幅器１０５で増幅される。増幅されたエコー信号Ｓｅはレシーバ１１２に供給される。レシーバ１１２は、受け取ったエコー信号Ｓｅをデジタル変換し、計算機１０７に出力する。計算機１０７は画像を再構成し、この画像が表示装置１０６に表示される。

表示装置１０６に表示される画像は、周波数勾配パルスＧf1とＧf2との間の間隔（エコー間隔）ＥＳＰの影響を受ける。エコー間隔ＥＳＰが小さければ、画像の歪みやぼけは小さくなる。従って、エコー間隔ＥＳＰは小さいことが望ましい。エコー間隔ＥＳＰを小さくするために、バンド幅ＢＷを大きくすることが考えられる。しかし、バンド幅ＢＷを大きくすればするほどエコー間隔ＥＳＰが小さくなるわけではない。そこで、ＭＲＩ装置１００は、エコー間隔ＥＳＰを最小にする最適なバンド幅ＢＷを計算によって求めている。以下に、ＭＲＩ装置１００のエコー間隔ＥＳＰ算出方法について説明する。

図３は、図２に示す周波数勾配パルスＧf1およびＧf2の拡大図である。

周波数勾配パルスＧf1およびＧf2の平坦部FLATの時間をＴｆとし、周波数勾配パルスＧf1およびＧf2の勾配部RAMPの時間をＴｒとする。エコー間隔ESPは、以下の式（１）で表すことができる。
ESP＝Ｔｆ＋２Ｔｒ …（１）

式（１）の中のＴｆ（ms）は、バンド幅ＢＷ（kHz）と、周波数エンコード方向のサンプリング数xresと、を用いて、以下の式（２）で表すことができる。
Ｔｆ＝xres／ＢＷ …（２）
図３では、xres＝α、ＢＷ＝１／Δｔである（Δｔはサンプル時間）。

一方、式（１）の中のＴｒ（ms）は、周波数勾配パルスＧf1およびＧf2の最大傾斜磁場強度Grad（G/cm）と、スルーレートＳＲ（G/cm/ms）と、を用いて、以下の式（３）で表すことができる。
Ｔｒ＝Grad／ＳＲ …（３）

また、バンド幅ＢＷ（kHz）と周波数エンコード方向の撮像視野FOVx（cm）との関係は、磁気回転比γ（kHz/G）および最大傾斜磁場強度Grad（G/cm）を用いて以下の式（４）で表すことができる。
γ・Grad・FOVx／２＝BW …（４）

式（１）〜式（４）を用いて、以下の式（５）が導出される。
ESP＝xres／BW＋４BW／（SR・γ・FOVx） …（５）

式（５）において、
xres＝α …（６）
４／（SR・γ・FOVx）＝β …（７）
と置くと、式（５）は、以下の式（８）となる。
ESP＝α/BW＋β・BW …（８）

式（８）のエコー間隔ESPを最小にするバンド幅ＢＷは、ｄESP/ｄBW＝０を満たすときのBWである。ｄESP/ｄBWは、以下の式（９）で表される。
ｄESP/ｄBW＝−α/（BW^２）＋β …（９）

式（９）において、ｄESP/ｄBW＝０を満たすときのBWは、以下の式（１０）で表される。
ＢＷ＝√（α/β） …（１０）

したがって、式（１０）から、ｄESP/ｄBW＝０を満たすＢＷを算出することができる。式（１０）の中のαおよびβは、それぞれ式（６）および（７）で表される。式（６）のxres、並びに式（７）のSR、γ、およびFOVxは、ＭＲＩ装置１００の操作者が自由に設定できる値であるか、又はＭＲＩ装置１００によって決まる定数である。したがって、ＭＲＩ装置１で被検体１０を撮像する前に、式（１０）のＢＷを算出することができる。算出したＢＷを式（５）に代入する。

式（５）は、ＢＷの他に、xres、SR、γ、およびFOVxを有している。xres、SR、γ、およびFOVxは、上記のように、ＭＲＩ装置１００の操作者が自由に設定できる値であるか、又はＭＲＩ装置１００によって決まる定数である。したがって、ＢＷ、xres、SR、γ、およびFOVxの全ての値は、ＭＲＩ装置１００で被検体１０を撮像する前に、予め知ることができる。これらの値を式（５）に代入することによって、最小のESPを計算することができる。

以下に、ＭＲＩ装置１００が最小のESPを有するパルスシーケンスを用いて被検体１０を撮像するときの動作について説明する。

ＭＲＩ装置１の操作者は、被検体１０を撮像する前に、式（５）のxresおよびFOVxを設定する。操作者は操作卓１１３を操作して、表示装置１０６に、xresおよびFOVxの設定画面を表示させる。

図４は、xresおよびFOVxの設定画面を示す。

表示装置１０６が表示する画面は、４つの領域（スキャンタイミング、追加パラメータ、アクィジションタイミング、およびスキャン領域）に分割されている。操作者は、表示画面の中の各種パラメータを設定する。図４に示す例では、xresはアクィジションタイミングの中に含まれており、FOVxはスキャン領域の中に含まれている。図４では、xresは「１２８」に設定され、FOVxは「３０．０（cm）」に設定されている。この設定されたxresおよびFOVxは計算機１０７に入力される。計算機１０７は、式（６）、（７）、および（１０）に従いＢＷを算出する。式（６）のxresは、操作者によって設定された値である。また、式（７）のFOVxも操作者によって設定された値である。一方、式（７）のSRおよびγは、ＭＲＩ装置１００によって決まる定数であり、計算機１０７は、SRおよびγをデフォルト値として記憶している。したがって、計算機１０７は、式（１０）を用いてＢＷを算出することができる。更に、計算機１０７は、この算出したＢＷを式（５）に代入し、最小のエコー間隔ESPminを算出する。

このようにして、計算機１０７は、バンド幅ＢＷおよびエコー間隔ESPminを算出する。

計算機１０７は、算出したバンド幅ＢＷおよびエコー間隔ESPmin並びに他のデータをシーケンサ１０８に出力する。

シーケンサ１０８は、計算機１０７から送られたデータに基づいて、図２に示すパルスシーケンスを作成する。このパルスシーケンスは、最小のエコー間隔ESPminで並ぶ周波数勾配パルスＧf1およびＧf2を有している。シーケンサ１０８は、このパルスシーケンスに従って、勾配コイル駆動回路１０３およびゲート変調回路１０９を制御する。したがって、勾配コイル１０１Ｇは、スライス勾配パルスＧｓ並びに位相勾配パルスＧp0およびＧp1を印加するとともに、最小のエコー間隔ESPminで並ぶ周波数勾配パルスＧf1およびＧf2を印加することができる。

図２に示すパルスシーケンスが実行されることによって、被検体１０からエコー信号Ｓｅが得られる。

エコー信号Ｓｅは受信コイル１０１Ｒで受信され、前置増幅器１０５で増幅される。増幅されたエコー信号Ｓｅはレシーバ１１２に供給される。レシーバ１１２は、受け取ったエコー信号Ｓｅをデジタル変換し、計算機１０７に出力する。計算機１０７は画像を再構成し、この画像が表示装置１０６に表示される。

ＭＲＩ装置１００は、式（５）を用いて最小のエコー間隔ESPminを算出することができるので、最小のエコー間隔ESPminを容易に設定することができる。また、周波数勾配パルスＧf1およびＧf2は、最小のエコー間隔ESPminで繰り返されているので、ｋスペースを埋めるのに必要な全てのデータを短時間で収集することができ、画像の歪みやぼけが低減されたＭＲ画像を得ることができる。

尚、上記の例では、SRおよびγは、デフォルト値としてＭＲＩ装置１００に記憶されている。しかし、SRおよび／又はγを、ＭＲＩ装置１００の操作者が設定画面から入力できるようにすることも可能である。

ＭＲＩ装置１のブロック図である。 マグネットアセンブリ１０１から送信されるパルスシーケンスの一例を示す概略図である。 図２に示す周波数勾配パルスＧf1およびＧf2の拡大図である。 xresおよびFOVxの設定画面を示す。

符号の説明

１００ ＭＲＩ装置
１０１ マグネットアセンブリ
１０３ 勾配コイル駆動回路
１０４ ＲＦ電力増幅器
１０５ 前置増幅器
１０６ 表示装置
１０７ 計算機
１０８ シーケンサ
１０９ ゲート変調回路
１１０ ＲＦ発信回路
１１２ レシーバ
１１３ 操作卓
１１４ ボア

Claims (4)

1. エコープラナーイメージング法を用いて被検体を撮像するＭＲＩ装置であって、
   前記ＭＲＩ装置は、
   正の勾配パルスおよび負の勾配パルスを印加する勾配コイル、
   前記正の勾配パルスと前記負の勾配パルスがエコー間隔で交互に前記被検体に印加されるように、前記勾配コイルを駆動する駆動部、および
   周波数エンコード方向のサンプリング数と周波数エンコード方向の撮像視野とを用いて前記エコー間隔とバンド幅との関係を規定する関係式に基づいて、前記エコー間隔を最小にするバンド幅を算出するバンド幅算出部、
   を有し、
   前記駆動部は、前記正の勾配パルスと前記負の勾配パルスが、算出された前記バンド幅により決定される最小の前記エコー間隔で交互に前記被検体に印加されるように、前記勾配コイルを駆動する、ＭＲＩ装置。
2. 前記関係式は、xresを前記周波数エンコード方向のサンプリング数、ＢＷを前記バンド幅、ＳＲをスルーレート、γを磁気回転比、およびFOVxを前記周波数エンコード方向の撮像視野としたとき、以下の式で表され、
   ESP＝xres／BW＋４BW／（SR・γ・FOVx）
   前記バンド幅算出部は、前記関係式において、ｄESP／ｄBW＝０のときのＢＷを前記バンド幅として算出する、請求項１に記載のＭＲＩ装置。
3. 前記式の中のxresおよびFOVxは、前記ＭＲＩ装置の操作者が設定可能である、請求項２に記載のＭＲＩ装置。
4. 前記駆動部は、前記正の勾配パルスと前記負の勾配パルスが周波数エンコード方向に印加されるように前記勾配コイルを駆動する、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のＭＲＩ装置。

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