JP5304987B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング（以下、ＭＲＩと略す）装置に関し、特にプリサチレーションパルスを印加して被検体の核磁化を変調し、ＭＲＩ画像上に縞状あるいは格子状のタグを付加する、タギング撮像に関する。

最近のＭＲＩにおいて、縦磁化の空間分布を変調し、ＭＲ画像に縞状または格子状のタグを付加する撮像方法（ＳＰＡＭＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｇｉｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）が開発され、実用化されている（特許文献１）。この撮像方法はタギング撮像と呼ばれ、主に、心臓のシネ撮像シーケンスに適用され、心壁の変形挙動の簡便な評価に用いられる。

タギング撮像には、フリップ角が９０°である２回のＲＦパルスと、これらＲＦパルス間に印加されるディフェイズ傾斜磁場と、スライス方向のスポイラー傾斜磁場とで構成されるタギング用プリパルスが用いられる。このようなタギング用プリパルスを印加した後、撮像シーケンスが実行される。こうして得られる画像には、ディフェイズ傾斜磁場の印加方向に直交する方向に縞状のタグが付与される。特に心臓を対象としたシネ撮像の場合には、時系列画像上で、タグの位置や間隔が心臓の動きに伴って変化するので、タグの変化から心壁の変形挙動を評価することができる。なお、格子状のタグ（２次元のタグ）を付与する場合には、1次元のプリパルスを連続して２度実行し、その際２回のディフェイズ傾斜磁場の印加方向をリードアウト方向と位相エンコード方向に異ならせる。

タギング撮像では、核磁化の回復に伴うタグの消失が問題となる。タグの保持時間を延長する技術としてはＣＳＰＡＭＭ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ＳＰＡＭＭ）というタギングシーケンスが知られている（特許文献２）。ＣＳＰＡＭＭでは、ＳＰＡＭＭのＲＦ印加条件を変更して２回データを取得し、２つのデータの複素差分をとり画像再構成を行なう。具体的には、タギング用プリパルスを構成する２つＲＦパルスのうち２回目に印加されるＲＦパルスのフリップ角を−９０°に変更する。２次元のタグの場合には、第４番目のＲＦパルスのフリップ角のみを−９０°に変更する。
米国特許５０５４４８９号公報 米国特許５２７５１６３号公報

一般に心臓シネ撮像は心電同期して行い、１心周期内で、１スライスについて、ｋ空間の一部のデータを取得し、複数の心周期（例えば１０心周期）で1枚の画像データを取得する。これを複数のスライスについて繰り返し、シネ画像を得る。この際、呼吸等の体動によるアーチファクトを防ぐために、１スライスのデータ取得は息止め下で行なわれる。

このような心臓シネ撮像に、上述したＣＳＰＡＭＭを適用する場合、１回の息止め下で複数のスライスについて２回のデータ収集を行なうことは時間的に困難であるため、従来、１回のデータ収集と２回目のデータ収集とは、異なる息止め時に行なっている。しかし、息止め時毎に腹部の位置を一定に保つことは困難であり、その結果、１回目と２回目のデータ取得間に位置ずれが生じ、アーチファクトが発生するという問題がある。位置ずれによるアーチファクトは画像のエッジ部分で高信号となるため、診断能を低下させる可能性がある。

そこで、本発明は、ＣＳＰＡＭＭを適用した撮像において、息止め時の腹部の位置ずれを低減することにより、アーチファクトの発生を防止することを目的とする。

上記課題を解決する本発明のＭＲＩ装置は、磁気共鳴に基き被検体の複数のスライスを撮像する撮像手段と、タギング用プリパルスを伴う撮像シーケンスを備え、これら撮像シーケンスに従い前記撮像手段を制御する制御手段と、前記複数のスライスのそれぞれについて、前記撮像シーケンスで得られたデータを演算し、スライス毎の画像を作成する画像再構成手段とを備え、前記制御手段は、被検体の息止め時間に相当する一定の時間において、前記タギング用プリパルスのＲＦ印加条件を変更しながら、撮像を繰り返し行い、前記画像再構成手段は、同一スライスについて、異なるＲＦ印加条件で得られたデータのセットが得られる度に画像再構成を行うことを特徴とする。

本発明によれば、ＲＦ印加条件の異なる２つの撮像シーケンスにより、複数のスライスについてそれぞれ画像を得る際に、１回の息止め時間内でＲＦ印加条件を変更しながら撮像することにより、１回の息止め時間内で１スライスについてＣＳＰＡＭＭによる１セットのデータを取得することができ、息止め毎の位置ずれに起因するアーチファクトをなくし、診断能の高い画像を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１に本発明が適用されるＭＲＩ装置の概要を示す。このＭＲＩ装置は、撮像手段として、被検体１１が置かれる空間（測定空間）に静磁場を発生する磁石１２と、測定空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル１３と、高周波磁場を発生するＲＦコイル１４と被検体１１が発生するＭＲ信号を検出するＲＦプローブ１５と、被検体１１が載せるベッド２２とを備えている。

傾斜磁場コイル１３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１９からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。ＲＦコイル１４はＲＦ送信部２０の信号に応じて高周波磁場を発生する。ＲＦプローブ１５の信号は、信号検出部１６で検出され、信号処理部１７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１８で表示される。傾斜磁場電源１９、ＲＦ送信部２０、信号検出部１６は制御部２１で、制御のタイムチャートであるパルスシーケンスに従って制御される。本実施の形態では、パルスシーケンスとして、タギング用プリパルスを伴うシネ撮像用パルスシーケンスが備えられている。シネ撮像用パルスシーケンスとしては、限定されるものではないが、通常ＳＳＦＰ（Ｓｔｅａｄｙ Ｓｔａｔｅ Ｆｒｅｅ Ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ）パルスシーケンスが採用される。

タギング用プリパルスの一例を図２及び図３に示す。図２は、1次元のタギングのためのプリパルスであり、（ａ）が1回目のデータ収集に用いられるパルス、（ｂ）が２回のデータ収集に用いられるパルス、（ｃ）はタギング用プリパルスを用いることによって信号が抑制された領域（タグ）を示す図である。図３は２次元のタギングのためのプリパルスであり、図２と同じく、（ａ）が1回目のデータ収集に用いられるパルス、（ｂ）が２回のデータ収集に用いられるパルス、（ｃ）はタギング用プリパルスを用いることによって信号が抑制された領域（タグ）を示す図である。

図示するように、１回目では、フリップ角が９０°の２つ又は４つのＲＦパルスが用いられるのに対し、２回目では、最後に印加されるＲＦパルスのフリップ角は−９０°、即ち１回目のＲＦパルスに対し反転したＲＦパルスが印加される。本実施の形態では、これら異なるプリパルスを伴う２つのシネ撮像を組み合わせて実行し、それぞれ得られたデータを演算することにより、１組のデータを得る。

本実施の形態では、シネ撮像は心電同期で行なわれる。このため、図示しないが、制御部２１には、被検体１１に装着した心電計からの信号、例えばＲ波がゲート信号として入力されるようになっている。制御部２１は、ＳＳＦＰを継続するためのＲＦパルス照射を連続しながら、Ｒ波と次のＲ波との間の所定のデータ取得時間内に、タギング用プリパルスを伴うＳＳＦＰパルスシーケンスを実行し、所定数の信号を取得する。

１心周期で取得できる信号の数をＮｔ、１心周期で取得しようとする時相数をｎ、1枚の画像の位相エンコード数をＮｐ、撮像するスライス数をＳとすると、ＣＳＰＡＭＭを実行する場合、（ｎ×Ｎｐ／Ｎｔ）×Ｓ×２の心周期で、各スライスについて1枚の画像分のデータが得られる。例えば、Ｎｐ＝１３０、ｎ＝２０、Ｎｔ＝２００、スライス数＝４であるとすると、約１００心周期、即ち約１００秒の時間が必要となり、全データを収集するためには少なくとも２〜８回の息止めが必要となり、息止め毎に位置が異なるという問題を生じる。本発明のＭＲＩでは、ＲＦ印加条件を１回の息止め期間内で変更することにより、異なる息止め時に生じる位置ずれを解決する。以下、ＲＦ印加条件の制御の各実施の形態を説明する。

＜第1の実施の形態＞
第1の実施の形態による制御部の動作を、図４及び図５を参照して説明する。図４は、動作の手順を示す図、図５は、Ｒ波とデータ収集及び画像再構成との関係を示す図である。図では、説明を簡単にするために、スライス数が２であって、１心周期で１つのスライス画像のデータを収集する場合を示すが、一般的には１心周期で時相の数に対応した複数の画像用データが収集される。

まず制御部２１は心電計からのＲ波を検出するとタギング用プリパルス１（図２（ａ）又は図３（ａ）に示すプリパルス）とシネ撮像シーケンスを実行し、スライス１のデータを取得する（Ｓ101、Ｓ102）。Ｒ波検出とステップＳ101、Ｓ102は、スライス１の全ｋ空間データを取得するまで繰り返される（Ｓ103）。スライス１について全ｋ空間データを取得したならば（Ｓ103）、ＲＦパルスの印加条件を変更する（Ｓ104）。次いでＲ波を検出するとタギング用プリパルス２（図２（ｂ）又は図３（ｂ）に示すプリパルス）とシネ撮像シーケンスを実行し、スライス１のデータを取得する（Ｓ105、Ｓ106）。Ｒ波検出とステップＳ105、Ｓ106は、スライス１の全ｋ空間データを取得するまで繰り返される（Ｓ107）。スライス１について、ＲＦ印加条件の異なるシネ撮像シーケンスによって得られた1セットの画像用データを取得したならば（Ｓ107）、ＲＦパルス印加条件を変更し（Ｓ108）、スライスをスライス１からスライス２に変えて、上記と同様にして、ＲＦパルス印加条件の異なるデータのセットを得る。ステップＳ101〜Ｓ107の期間は、通常、２５心周期で終了する。

画像再構成は、図５に示すように、タギング用プリパルス１を用いて取得したRAWデータ１、２と、タギング用プリパルス２を用いて取得したRAWデータ３、４とのうち、同じｋ空間データ同士の複素差分を取り、RAWデータ５、６を得る。RAWデータ５とRAWデータ６をｋ空間に埋め合わせた後、フーリエ変換を行ない、スライス１のＣＳＰＡＭＭによる画像を得る。スライス２についても、同様に、２回分のスライスデータの取得が終了すると、画像再構成を行なう。このように本実施の形態では、ＲＦパルス印加条件と連動して画像再構成処理を行なう。

本実施の形態によれば、スライス毎にタギング用プリパルスのＲＦ印加条件を変更することにより、２回のデータ取得の間隔をスライス数分の１短縮することができる。１心周期で取得できる信号の数Ｎｔ＝２００、１心周期で取得しようとする時相数ｎ＝２０、1枚の画像の位相エンコード数Ｎｐ＝１３０、スライス数＝４とした前掲の例では、1回目のデータ収集と２回目のデータ収集との間隔を５２秒から約１３秒に短縮でき、ＲＦパルス印加条件を異ならせた２回のデータ取得を1回の息止め時に実行できる。これにより、息止め毎の位置ずれに起因するアーチファクトをなくし、診断能を向上することができる。またデータ取得から画像再構成までの間隔を短縮することができる。

＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態による制御部の動作を、図６及び図７を参照して説明する。図６は、動作の手順を示す図、図７は、Ｒ波とデータ収集及び画像再構成との関係を示す図である。本実施の形態でも、説明を簡単にするために、スライス数が２であって、１心周期で１つのスライス画像のデータを収集する場合を示す。

まず制御部２１は心電計からのＲ波を検出するとタギング用プリパルス１（図２（ａ）又は図３（ａ）に示すプリパルス）とシネ撮像シーケンスを実行し、スライス１のデータを取得する（Ｓ201、Ｓ202）。スライス１のデータを取得したならば、ＲＦパルス印加条件を変更し（Ｓ203）、次のＲ波を検出すると、タギング用プリパルス２（図２（ｂ）又は図３（ｂ）に示すプリパルス）とシネ撮像シーケンスを実行し、スライス１のデータを取得する（Ｓ204、Ｓ205）。次いでＲＦパルス印加条件を変更し（Ｓ206）、スライス１について２回分の全ｋ空間データが得られるまでステップＳ201〜Ｓ206を繰り返す（Ｓ207）。

一方、スライス１について、２つの異なるＲＦパルス印加条件で取得した同一ｋ空間データが得られた時点で、順次複素差分を行ない（Ｓ208）、スライス1について、全ｋ空間データを収集した後、ステップＳ206で得た差分データを用いて、スライス１の画像再構成を行う（Ｓ209）。

次に撮像対象スライスをスライス２に変えて、以上のステップＳ201〜Ｓ209を行なう。以下、シネ撮像の終了まで、スライスを変えながら、ステップＳ201〜Ｓ209を繰り返す。

画像再構成は、図７に示すように、異なるＲＦ印加条件のプリパルスを用いて取得したRAWデータ１とRAWデータ２とは、同じｋ空間座標のデータであり、RAWデータ２を取得すると直ちに両者の複素差分をとり、RAWデータ５を得る。同様にRAWデータ３とRAWデータ４とは、同じｋ空間座標のデータであり、RAWデータ４を取得すると直ちに両者の複素差分をとり、RAWデータ６を得る。２回分の１スライスデータの取得が終了すると、RAWデータ５とRAWデータ６をｋ空間に埋め合わせた後、フーリエ変換を行ない、画像再構成を行なう。上記のように、本実施の形態においても、ＲＦパルス印加条件と連動して画像再構成処理を行なう。

本実施の形態によれば、１心周期毎にタギング用プリパルスのＲＦ印加条件を変更することにより、２回のデータ取得の間隔を約１秒に短縮することができる。これにより、位置ずれに起因するアーチファクトをさらに低減できる。

＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態を説明する。
本実施の形態では、息止め期間中の腹部位置の移動を考慮し、データの取得順序も含めた制御を行なう。すなわち、息止め期間が長い場合、あるいは不整脈除去により意図せず息止め期間が延長された場合、または患者の体調によっては、生理的な限界から、息止め期間中に徐々に腹部の位置が移動することがある。本実施の形態では、息止め開始直後にｋ空間の低周波成分のデータを取得し、徐々に高周波成分に変更するように位相エンコードを変更して撮像する。これによって、息止め期間に生じる腹部の位置ずれによるアーチファクトを低減する。

本実施の形態による制御および画像再構成方法の一例を図８に示す。図示する例では、ｋ空間を低周波成分Ａと高周波成分Ｂの２つに分割し、それぞれのデータを２心周期で取得する場合を、１つのスライスについてのみ示している。

まず、プリパルス１印加後のシネ撮像シーケンスから低周波成分ＡのRAWデータＡ１を取得し、その後、プリパルス２に変更し、次の心周期で低周波成分ＡのRAWデータＡ2を取得する。信号処理部１７は、これらRAWデータＡ1、Ａ2の複素差分をとり、RAWデータＡ5を得る。続く２心周期でも同様の処理を繰り返し、低周波成分Ａの残りのRAWデータＡ3とRAWデータＡ4を取得後、両者の複素差分をとる（RAWデータＡ6）。RAWデータＡ5とＡ6から、低周波成分ＡのRAWデータを作成する。高周波成分Ｂについても同様に、プリパルス1を用いたシネ撮像シーケンスでRAWデータＢ1、Ｂ3を取得し、プリパルス２を用いたシネ撮像シーケンスでRAWデータＢ2、Ｂ4を取得する。異なるプリパルスを用いて取得した同位相エンコードのデータ同士を複素差分し、RAWデータＢ5とＢ6を作成し、高周波成分ＢについてのRAWデータを作成する。低周波成分Ａと高周波成分ＢについてのRAWデータをｋ空間に埋め合わせた後、フーリエ変換を行ない、画像再構成を行なう。

本実施の形態によれば、１回の息止め期間内にＲＦ印加条件の異なる２つのシネ撮像シーケンスを実施するとともに、息止め期間内でのｋ空間データの取得順序を制御することにより、息止め毎の位置ずれの問題の解消のみならず、息止め期間における腹部位置の変化が画像に与える影響を低減することができる。
なお本実施の形態では、ｋ空間の分割数を２としたが、分割数は、操作者がユーザーインターフェース上から任意の値に設定可能であるとする。また本実施の形態では、心周期毎にプリパルスのＲＦ印加条件を変更する場合を示したが、スライス毎にプリパルスのＲＦ印加条件を変更するようにしてもよい。

本発明が適用されるＭＲＩ装置の概要を示す図 本発明で採用するタギング用プリパルスの例を示す図 本発明で採用するタギング用プリパルスの他の例を示す図 本発明の第１の実施の形態による動作フローを示す図 第１の実施の形態による画像再構成を説明する図 本発明の第２の実施の形態による動作フローを示す図 第２の実施の形態による画像再構成を説明する図 第３の実施の形態による画像再構成を説明する図

符号の説明

１２・・・静磁場磁石、１３・・・傾斜磁場コイル、１４・・・ＲＦコイル、１５・・・ＲＦプローブ、１６・・・信号検出部、１７・・・信号処理部（画像再構成部）、１８・・・表示部、２１・・・制御部。

Claims (4)

1. 磁気共鳴に基き被検体の複数のスライスを撮像する撮像手段と、タギング用プリパルスを伴う撮像シーケンスを備え、これら撮像シーケンスに従い前記撮像手段を制御する制御手段と、前記複数のスライスのそれぞれについて、前記撮像シーケンスで得られたデータを演算し、スライス毎の画像を作成する画像再構成手段とを備えた磁気共鳴イメージング装置において、
   前記制御手段は、１つのスライスのｋ空間データを複数に分割し、被検体の息止め時間に相当する一定の時間において、前記タギング用プリパルスのＲＦ印加条件を変更しながら、息止め直後の時間は前記ｋ空間データの低周波数成分のデータを収集し、その後、徐々に前記ｋ空間データの高周波数成分を収集して、前記１つのスライスの全ｋ空間データを収集し、
   前記画像再構成手段は、同一スライスについて、前記一定の時間で異なるＲＦ印加条件で得られたデータのセットに対し画像再構成を行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記制御手段は、前記一定の時間において、ｋ空間の同一領域のデータ収集を２回連続して行い、
   前記画像再構成手段は、前記２回の収集で得られた同一領域のデータを複素差分し、複素差分データでｋ空間を埋めたｋ空間データを用いて画像再構成することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
3. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記制御手段は、前記被検体の心周期に関連する生体信号を受け付け、前記生体信号の周期毎に前記ＲＦ印加条件を変更することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
4. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記制御手段は、前記一定の時間の前半で、前記ｋ空間データの低周波数成分を収集し、後半で前記ｋ空間データの高周波数成分を収集するようにデータ取得順序を制御することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

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