JP5413875B2 - Magnetic resonance imaging and magnetic resonance imaging apparatus - Google Patents

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本発明は磁気共鳴画像法および磁気共鳴画像装置に関する。   The present invention relates to a magnetic resonance imaging method and a magnetic resonance imaging apparatus.

磁気共鳴画像法(magnetic resonance imaging;以下、必要に応じて「MRI」と略す)は、人体等の精密診察手法として医療分野において広く利用され、MRIについて、すでに多数の文献が公表されている(例えば、特許文献1参照)。   Magnetic resonance imaging (hereinafter abbreviated as “MRI” if necessary) is widely used in the medical field as a precision examination technique for human bodies and the like, and many documents on MRI have already been published ( For example, see Patent Document 1).

また、近年では、MRIを応用した脳活動を計測する磁気共鳴機能画像法(functional MRI;以下、必要に応じて「fMRI」と略す)が注目を集めている(例えば、特許文献2参照)。このfMRIでは、ミリレベルの空間分解能により人の脳内の活動を非侵襲的に評価できるので、動物実験では評価困難な人の脳の高次機能を適切に知ることができるとされている。
特開2002−165774号公報 特開2007−190120号公報
In recent years, magnetic resonance functional imaging (functional MRI; hereinafter, abbreviated as “fMRI” as necessary) for measuring brain activity using MRI has attracted attention (see, for example, Patent Document 2). In this fMRI, activities in the human brain can be evaluated non-invasively with millimeter-level spatial resolution, and it is said that higher-order functions of the human brain that are difficult to evaluate by animal experiments can be known appropriately.
JP 2002-165774 A JP 2007-190120 A

本件発明者は、fMRIなどのMRI技術を用いて、人の脳内メカニズムを可視化できる研究開発に取り組んでいる。この研究開発の過程において、MRIの3次元画像解析領域の単位である1辺が3mm程度の極小立方体(以下、「ボクセル」と略す)内の、特定の方向におけるプロトンのスピン(磁気モーメント)の位相グラージェント(phase gradient;位相勾配)の重要性および有益性に着目した。   The present inventor is working on research and development that can visualize a human brain mechanism using an MRI technique such as fMRI. In the course of this research and development, the spin (magnetic moment) of protons in a specific direction within a minimal cube (hereinafter abbreviated as “voxel”) with a side of about 3 mm, which is the unit of the three-dimensional image analysis region of MRI. We focused on the importance and usefulness of phase gradient.

例えば、被検者に両手タッピングおよび片手タッピングと呼ばれる手の開閉のタスクを行わせ、上述の位相グラージェントを計測することにより、従来のfMRI技術では観測不可能であった脳梁(左脳と右脳とをつなぐ神経線維束;神経細胞の軸索の集団)の活動の可視化にはじめて成功した。   For example, by causing the subject to perform a hand opening and closing task called two-hand tapping and one-hand tapping and measuring the above-mentioned phase gradient, the corpus callosum (left and right brains) that could not be observed with the conventional fMRI technique was measured. We succeeded in visualizing the activity of a nerve fiber bundle (a group of nerve cells axons).

よって、本件発明者は、上述の位相グラージェントを画像のコントラストとして用いる手法が、将来、MRIの標準的な撮像方法として普及すると期待している。そして、このような位相グラージェントを画像のコントラストとして表示できる磁気共鳴画像装置の開発により、人の脳の機能研究の発展、ひいては脳医学における診断技術の画期的な進展が期待できる。   Therefore, the present inventor expects that a method using the above-described phase gradient as the contrast of an image will be widely used as a standard imaging method of MRI in the future. Development of a magnetic resonance imaging apparatus capable of displaying such a phase gradient as image contrast can be expected to develop functional research of the human brain, and thus breakthrough progress in diagnostic technology in brain medicine.

なお、従来のMRI技術においては、プロトンの密度情報を用いて様々な画像のコントラストを作ることに主眼が置かれており、位相グラージェントの重要性および有益性に着目した報告(研究論文や特許公報)は、本件発明者の知る限り、見当たらない。   In the conventional MRI technology, the main focus is on creating the contrast of various images using proton density information, and reports focusing on the importance and usefulness of phase gradients (research papers and patents). Is not found as far as the inventor knows.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ボクセル内の所定方向におけるプロトンの磁気モーメントの位相グラージェントを導くことができる磁気共鳴画像法、および、このような位相グラージェントを画像のコントラストとして表示できる磁気共鳴画像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and magnetic resonance imaging that can derive the phase gradient of the magnetic moment of protons in a predetermined direction in a voxel, and such a phase gradient. An object of the present invention is to provide a magnetic resonance imaging apparatus capable of displaying as image contrast.

上記課題を解決するため、本発明は、プロトンの核磁気共鳴を利用する磁気共鳴画像法であって、
ボクセルの中心と前記ボクセルの端部との間の位相の差を独立変数(X)とし、前記プロトンの密度と相関する信号強度を従属変数(S)にして定式化された下記式(1)を用いて、前記ボクセル内の所定方向における前記プロトンの磁気モーメントの位相のグラージェントを導くことができる磁気共鳴画像法を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention is a magnetic resonance imaging method using nuclear magnetic resonance of protons,
The following formula (1) formulated with the phase difference between the center of the voxel and the end of the voxel as an independent variable (X) and the signal intensity correlated with the density of the proton as a dependent variable (S) Is used to provide a magnetic resonance imaging method capable of deriving a phase gradient of the magnetic moment of the proton in a predetermined direction in the voxel.

S=S0Sinc(X)・・・(1)
ただし、S0:位相のずれがない場合の信号強度
このような位相グラージェントを画像のコントラストとして用いる手法が、将来、MRIの標準的な撮像方法として普及すると期待され、その結果、人の脳の機能研究の発展、ひいては脳医学における診断技術の画期的な進展が期待できる。
S = S 0 Sinc (X) (1)
However, S 0 : Signal intensity when there is no phase shift A technique using such a phase gradient as the contrast of an image is expected to be widely used as a standard MRI imaging method in the future. The development of functional research, and, in turn, breakthrough advances in diagnostic technology in brain medicine.

つまり、本発明の磁気共鳴画像法では、前記ボクセルの中心を基準とした前記ボクセルの端部の前記位相のグラージェントが前記独立変数(X)の変数項になっている。   That is, in the magnetic resonance imaging method of the present invention, the phase gradient at the end of the voxel with respect to the center of the voxel is the variable term of the independent variable (X).

これにより、上記(1)式を用いて位相グラージェントを適切に導くことができる。   Thereby, a phase gradient can be appropriately derived using the above equation (1).

また、本発明の磁気共鳴画像法では、傾斜磁場パルスを前記所定方向にかけて、前記ボクセルの中心を基準にして前記ボクセルの前記所定方向の端部における前記位相をずらし、前記独立変数(X)が前記ずれた位相を含むことにより、前記独立変数(X)の変化に対応する前記従属変数(S)の差を強調することが好ましい。   In the magnetic resonance imaging method of the present invention, a gradient magnetic field pulse is applied in the predetermined direction, the phase at the end of the voxel in the predetermined direction is shifted with respect to the center of the voxel, and the independent variable (X) is It is preferable to emphasize the difference of the dependent variable (S) corresponding to the change of the independent variable (X) by including the shifted phase.

これにより、位相グラージェントの検出において有意な信号強度の差が生じて、位相グラージェントを適切に検出することができる。   As a result, a significant signal intensity difference occurs in the detection of the phase gradient, and the phase gradient can be detected appropriately.

また、本発明の磁気共鳴画像法では、前記ボクセルの中心を基準にして前記ボクセルの前記所定方向の端部における前記位相をπ/2、リニアにずらし、前記独立変数(X)が前記ずれた位相を含む場合の前記従属変数(S)を第1の前記信号強度をとし、
前記ボクセルの中心を基準にして前記ボクセルの前記所定方向の端部における前記位相を−π/2、リニアにずらし、前記独立変数(X)が前記ずれた位相を含む場合の前記従属変数(S)を第2の前記信号強度とし、
前記第1信号強度と前記第2信号強度との間の差、および、前記第1信号強度と前記第2信号強度との間の和をとり、前記差と前記和との間の除算を行い、
前記除算により得られた信号強度比と、前記位相のグラージェントとの間の関係を用いて、前記位相のグラージェントを導くことが好ましい。
Further, in the magnetic resonance imaging method of the present invention, the phase at the end in the predetermined direction of the voxel is linearly shifted by π / 2 with respect to the center of the voxel, and the independent variable (X) is shifted by the above. The dependent variable (S) when including a phase is the first signal strength,
The dependent variable (S) when the phase at the end in the predetermined direction of the voxel is linearly shifted by −π / 2 with respect to the center of the voxel, and the independent variable (X) includes the shifted phase. ) As the second signal strength,
The difference between the first signal strength and the second signal strength and the sum between the first signal strength and the second signal strength are taken, and the difference is divided between the sum and the sum. ,
It is preferable to derive the phase gradient using a relationship between the signal intensity ratio obtained by the division and the phase gradient.

これにより、上述の信号強度「S0」中に含まれるノイズ(例えば、磁気共鳴画像装置のマシンノイズや被検者に由来するノイズ)の除去が行え、位相グラージェントを適切に計算できる。また、位相グラージェントは、Sinc関数の展開により、信号強度比を用いた簡易な数式に整理され好都合である。 Thereby, noise (for example, machine noise of the magnetic resonance imaging apparatus or noise derived from the subject) included in the signal intensity “S 0 ” can be removed, and the phase gradient can be calculated appropriately. Moreover, the phase gradient is conveniently arranged in a simple mathematical expression using the signal intensity ratio by the expansion of the Sinc function.

また、本発明の磁気共鳴画像法では、前記傾斜磁場パルスをスライス選択方向にかけて、前記ボクセルの中心を基準にして前記ボクセルの前記スライス選択方向の端部における前記位相をπ/2、リニアにずらし、
前記スライス選択方向と反対方向にも傾斜磁場パルスをかけて、前記ボクセルの中心を基準にして前記ボクセルの前記スライス選択方向の端部における前記位相を−π/2、リニアにずらしてもよい。
In the magnetic resonance imaging method of the present invention, the gradient magnetic field pulse is applied in the slice selection direction, and the phase at the end of the voxel in the slice selection direction is linearly shifted with respect to the center of the voxel as π / 2. ,
A gradient magnetic field pulse may also be applied in a direction opposite to the slice selection direction, and the phase at the end of the voxel in the slice selection direction may be shifted linearly by −π / 2 with reference to the center of the voxel.

これにより、ボクセル内のスライス選択方向におけるプロトンの磁気モーメントの位相グラージェントを導くことができる。   Thereby, the phase gradient of the magnetic moment of protons in the slice selection direction in the voxel can be derived.

また、本発明の磁気共鳴画像法では、前記傾斜磁場パルスが印加されたリードアウト方向において、撮像スキャンによりk空間を取得し、
前記k空間の中心を基準に分割された前記k空間の半分のそれぞれをフーリエ変換することにより、前記第1信号強度に対応する画像および前記第2信号強度に対応する画像を取得し、
前記取得された各画像を用いて、前記位相のグラージェントに対応する画像を取得してもよい。
Further, in the magnetic resonance imaging method of the present invention, in the readout direction to which the gradient magnetic field pulse is applied, k-space is acquired by an imaging scan,
An image corresponding to the first signal intensity and an image corresponding to the second signal intensity are obtained by performing a Fourier transform on each half of the k space divided with respect to the center of the k space,
An image corresponding to the gradient of the phase may be acquired using each of the acquired images.

これにより、ボクセル内のリードアウト方向におけるプロトンの磁気モーメントの位相グラージェントを導くことができる。また、同一の撮像スキャンにおいて、第1信号強度に対応する画像、および、第2信号強度に対応する画像を同時に得ることができるので、撮像スキャンに関連するノイズの低減を適切に行える。   Thereby, the phase gradient of the magnetic moment of the proton in the lead-out direction in the voxel can be derived. In addition, since an image corresponding to the first signal intensity and an image corresponding to the second signal intensity can be obtained simultaneously in the same imaging scan, noise related to the imaging scan can be appropriately reduced.

また、本発明は、被検者が置かれる空間に均一な静磁場を発生できる静磁場発生手段と、
前記空間に直交3軸方向の傾斜磁場を発生できる傾斜磁場発生手段と、
前記被検者の生体組織を構成する静磁場中のプロトンに核磁気共鳴を起こす高周波パルスを照射できる高周波パルス発生手段と、
前記核磁気共鳴が起こったプロトンの磁気モーメント状態に依存する信号を検出する検出手段と、
前記信号に基づいて上記記載の位相のグラージェントを導き、前記位相のグラージェントの、前記ボクセル毎のコントラスト画像を表示する画像処理装置と、を備える磁気共鳴画像装置を提供する。
Further, the present invention provides a static magnetic field generating means capable of generating a uniform static magnetic field in a space where a subject is placed,
A gradient magnetic field generating means capable of generating a gradient magnetic field in three orthogonal directions in the space;
High-frequency pulse generating means capable of irradiating a high-frequency pulse causing nuclear magnetic resonance to protons in a static magnetic field constituting the subject's living tissue;
Detection means for detecting a signal depending on the magnetic moment state of the proton in which the nuclear magnetic resonance has occurred;
There is provided a magnetic resonance imaging apparatus comprising: an image processing apparatus that derives the phase gradient described above based on the signal and displays a contrast image of the phase gradient for each voxel.

このような位相グラージェントを画像のコントラストとして表示できる磁気共鳴画像装置の開発により、人の脳の機能研究の発展、ひいては脳医学における診断技術の画期的な進展が期待できる。   With the development of a magnetic resonance imaging apparatus that can display such a phase gradient as the contrast of an image, the development of functional research of the human brain, and thus the breakthrough of diagnostic techniques in brain medicine can be expected.

本発明によれば、ボクセル内の所定方向におけるプロトンの磁気モーメントの位相グラージェントを導くことができる磁気共鳴画像法、および、このような位相グラージェントを画像のコントラストとして表示できる磁気共鳴画像装置が得られる。   According to the present invention, there is provided a magnetic resonance imaging method capable of deriving a phase gradient of a magnetic moment of protons in a predetermined direction in a voxel, and a magnetic resonance imaging apparatus capable of displaying such a phase gradient as image contrast. can get.

以下、本発明の第1および第2実施形態について図面を参照しながら説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態の磁気共鳴画像装置(MRI装置)の構成例を示したブロック図である。
Hereinafter, first and second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a magnetic resonance imaging apparatus (MRI apparatus) according to the first embodiment of the present invention.

図1に示すように、MRI装置1は、被検者Xが置かれる空間に均一な静磁場を発生できる静磁場発生磁石2(静磁場発生手段)と、当該空間に直交3軸方向の傾斜磁場を発生できる傾斜磁場コイル5、5(傾斜磁場発生手段)と、を備える。この傾斜磁場コイル5、5には、傾斜磁場発生装置11により駆動電力が給電されている。   As shown in FIG. 1, an MRI apparatus 1 includes a static magnetic field generating magnet 2 (static magnetic field generating means) that can generate a uniform static magnetic field in a space where a subject X is placed, and an inclination in three orthogonal directions in the space. And gradient magnetic field coils 5 and 5 (gradient magnetic field generating means) capable of generating a magnetic field. The gradient magnetic field coils 5 and 5 are supplied with driving power by the gradient magnetic field generator 11.

MRI装置1の高周波発生装置8(高周波パルス発生手段)から出力される高周波信号は、変調器9において適切な信号に変調され、増幅器10において増幅されて高周波送信用コイル3に供給される。これにより、高周波送信用コイル3が、被検者Xの生体組織を構成する静磁場中の原子核(プロトン)に核磁気共鳴を起こせる高周波パルスを照射できる。   The high frequency signal output from the high frequency generator 8 (high frequency pulse generating means) of the MRI apparatus 1 is modulated into an appropriate signal by the modulator 9, amplified by the amplifier 10, and supplied to the high frequency transmission coil 3. Thereby, the high frequency transmission coil 3 can irradiate the high frequency pulse which can cause nuclear magnetic resonance to the nucleus (proton) in the static magnetic field which comprises the biological tissue of the subject X.

また、プロトンの核磁気共鳴を利用して放射されるエコー信号などの磁気共鳴信号は、MRI装置1の高周波受信用コイル4に受波され、増幅器12において増幅された後、位相検波器13(信号検出手段)においてアナログ信号として検出される。このアナログ信号は、AD変換器14によってデジタル信号の計測データに変換され、コンピュータ6に送られる。   A magnetic resonance signal such as an echo signal radiated using proton nuclear magnetic resonance is received by the high-frequency receiving coil 4 of the MRI apparatus 1 and amplified by the amplifier 12, and then the phase detector 13 ( Signal detection means) detects an analog signal. The analog signal is converted into measurement data of a digital signal by the AD converter 14 and sent to the computer 6.

MRI装置1のコンピュータ6は、記憶装置15(RAMやROMなど)、表示装置16(液晶モニターなど)、操作入力部(図示せず)およびCPUなど(図示せず)からなり、後述する画像処理演算および核磁気共鳴(MR)画像(以下、必要に応じて「MR画像」と略す)の作成や表示を実行できる画像処理装置として機能する。つまり、CPUは、記憶装置15に記憶された画像処理プログラムを読み出し、この画像処理プログラムによる処理手順に従ってAD変換器14から受け取ったデジタル信号の計測データを処理し、この処理結果を表示装置16にMR画像として表示する。   The computer 6 of the MRI apparatus 1 includes a storage device 15 (RAM, ROM, etc.), a display device 16 (liquid crystal monitor, etc.), an operation input unit (not shown), a CPU, etc. (not shown). It functions as an image processing apparatus capable of executing computation and creation and display of a nuclear magnetic resonance (MR) image (hereinafter abbreviated as “MR image” if necessary). That is, the CPU reads out the image processing program stored in the storage device 15, processes the measurement data of the digital signal received from the AD converter 14 according to the processing procedure by the image processing program, and outputs the processing result to the display device 16. Display as an MR image.

MRI装置1のシーケンサ7は、例えば、マイクロプロセッサによって構成されており、コンピュータ6に接続されている。このシーケンサ7は、後述のパルスシーケンス(撮像シーケンス)に従って、磁気共鳴撮像を行うのに必要な命令をMRI装置1の磁場発生系統(傾斜磁場コイル5、5や傾斜磁場発生装置11など)や高周波送受信系統(高周波発生装置8、変調器9、増幅器10、12、高周波送信用コイル3、高周波受信用コイル4、位相検波器13、AD変換器14など)に送り、これらの動作を制御している。   The sequencer 7 of the MRI apparatus 1 is constituted by a microprocessor, for example, and is connected to the computer 6. The sequencer 7 sends commands necessary for performing magnetic resonance imaging in accordance with a pulse sequence (imaging sequence) to be described later, a magnetic field generation system (such as the gradient magnetic field coils 5 and 5 and the gradient magnetic field generator 11) of the MRI apparatus 1 and a high frequency. Send to transmission / reception system (high frequency generator 8, modulator 9, amplifiers 10, 12, high frequency transmission coil 3, high frequency reception coil 4, phase detector 13, AD converter 14, etc.) and control these operations Yes.

次に、以上のMRI装置1を用いて、被検者Xの断層像を撮像するパルスシーケンスについて図2を参照しながら説明する。   Next, a pulse sequence for capturing a tomographic image of the subject X using the above MRI apparatus 1 will be described with reference to FIG.

図2は、本発明の第1実施形態の磁気共鳴画像法に用いるパルスシーケンスの一例を示した図である。核磁気共鳴信号を得るパルスシーケンスにはいくつかの方法が提案されており、図2では、その内のグラージェエントエコー(以下、必要に応じて「GRE」と略す)法によるパルスシーケンスが示されている。   FIG. 2 is a diagram showing an example of a pulse sequence used in the magnetic resonance imaging method of the first embodiment of the present invention. Several methods have been proposed for a pulse sequence for obtaining a nuclear magnetic resonance signal, and FIG. 2 shows a pulse sequence by a gradient echo method (hereinafter abbreviated as “GRE” if necessary). Has been.

なお、図2のGRE法では、図2中に太い実線で示した傾斜磁場パルスGs’以外のパルス構成は公知である。本実施形態では、このような傾斜磁場パルスGs’の印加によって、ボクセル内のスライス選択方向におけるプロトンの磁気モーメントの位相グラージェントが強調されている。   In the GRE method of FIG. 2, pulse configurations other than the gradient magnetic field pulse Gs ′ indicated by the thick solid line in FIG. 2 are known. In the present embodiment, the application of such a gradient magnetic field pulse Gs ′ emphasizes the phase gradient of the proton magnetic moment in the slice selection direction in the voxel.

まず、図2中のGRE法での公知技術について以下に略述し、上述の傾斜磁場パルスGs’の内容については後述する。   First, the known technique in the GRE method in FIG. 2 will be briefly described below, and the contents of the gradient magnetic field pulse Gs ′ will be described later.

図2に示すように、スライス傾斜磁場パルスGsの印加と同時に、α度高周波パルスα°(RF励起パルス)を印加することにより、被検者Xのスライス面におけるプロトンが選択励起される。これにより、プロトンの励起状態からの回復過程時の自由誘導減衰(free induction decay)信号FIDが放出される。このようにして、被検者Xの2次元画像であるスライス選択方向のスライス面を特定できる。   As shown in FIG. 2, simultaneously with the application of the slice gradient magnetic field pulse Gs, by applying an α degree high frequency pulse α ° (RF excitation pulse), protons on the slice plane of the subject X are selectively excited. This releases a free induction decay signal FID during the recovery process from the proton excited state. In this way, the slice plane in the slice selection direction, which is a two-dimensional image of the subject X, can be specified.

次いで、位相エンコード方向と呼ばれるスライス面内のある特定の方向に傾斜磁場パルスGpをかける。また、リードアウト方向と呼ばれる(周波数エンコード方向とも呼ばれる)スライス面内の位相エンコード方向と直交する方向に傾斜磁場パルスGrをかける。   Next, a gradient magnetic field pulse Gp is applied in a specific direction in the slice plane called a phase encoding direction. Further, the gradient magnetic field pulse Gr is applied in a direction orthogonal to the phase encoding direction in the slice plane (also referred to as a readout direction) (also referred to as a frequency encoding direction).

すると、位相エンコード方向に傾斜磁場パルスGpをかけることによって、強い磁場を受けたプロトンは速く、弱い磁場を受けたプロトンは遅く回転するので、傾斜磁場パルスGpの消失後、位相エンコード方向に沿って異なる位相のプロトンのスピン(磁気モーメント)が生じる。また、リードアウト方向に傾斜磁場パルスGrをかけることによって、リードアウト方向に沿って異なる周波数のエコー信号Echoが得られる。   Then, by applying a gradient magnetic field pulse Gp in the phase encoding direction, protons that have received a strong magnetic field rotate fast, and protons that have received a weak magnetic field rotate slowly, so after the disappearance of the gradient magnetic field pulse Gp, along the phase encoding direction Proton spins (magnetic moments) of different phases occur. Further, by applying the gradient magnetic field pulse Gr in the readout direction, echo signals Echo having different frequencies along the readout direction are obtained.

以上の公知の操作により、磁気共鳴画像法では、被検者Xのスライス面の特定およびスライス面内の空間エンコーディングが行われる。   With the above-described known operations, in the magnetic resonance imaging method, the slice plane of the subject X is specified and the spatial encoding in the slice plane is performed.

次に、図2中の傾斜磁場パルスGs’を用いて、ボクセル内のスライス選択方向におけるプロトンの磁気モーメントの位相グラージェントを導く手法について図面を参照しながら説明する。   Next, a method for deriving the phase gradient of the proton magnetic moment in the slice selection direction in the voxel using the gradient magnetic field pulse Gs ′ in FIG. 2 will be described with reference to the drawings.

MRI装置1では、プロトンの磁気モーメント状態の様々な変化を観測しており、上述のエコー信号Echoの信号強度は、通常、プロトンの密度に相関する(比例関係にある)とされている。   The MRI apparatus 1 observes various changes in the magnetic moment state of protons, and the signal intensity of the echo signal Echo described above is usually correlated (proportional) with the proton density.

そして、ボクセルの中心と、ボクセルの特定の方向における端部との間のプロトンの磁気モーメントの位相差を独立変数「X」とし、プロトンの密度と相関するエコー信号Echoの信号強度を従属変数「S」にして定式化された以下の式(1)がすでに知られている(例えば、Cary H. Glover: "3D z-Shim Method for Reduction of Susceptibility Effects in BOLD fMRI, Magnetic Resonance in Medicine 42:290-299 (1999)参照)。

S=S0Sinc(X)・・・(1)

但し、S0:位相のずれがない場合のエコー信号Echoの信号強度

本件発明者は、このような式(1)を用いると、ボクセルの中心を基準としたボクセルの端部の位相グラージェントをエコー信号Echoの信号強度「S」の差として導くことができると考えている。
Then, the phase difference of the magnetic moment of the proton between the center of the voxel and the end in the specific direction of the voxel is defined as an independent variable “X”, and the signal intensity of the echo signal Echo correlated with the density of the proton is defined as a dependent variable “ The following formula (1) formulated as “S” is already known (for example, Cary H. Glover: “3D z-Shim Method for Reduction of Susceptibility Effects in BOLD fMRI, Magnetic Resonance in Medicine 42: 290 -299 (1999)).

S = S 0 Sinc (X) (1)

However, S 0 : Signal strength of the echo signal Echo when there is no phase shift

The inventor of the present invention believes that using such equation (1), the phase gradient at the end of the voxel with respect to the center of the voxel can be derived as the difference in the signal intensity “S” of the echo signal Echo. ing.

図3は、横軸にプロトンの磁気モーメントの位相差をとり、縦軸にエコー信号Echoの信号強度をとって(但し、縦軸の数値は「S0」により規格化されている)、S=S0Sinc(X)の関係を描いた図である。 In FIG. 3, the horizontal axis represents the phase difference of the proton magnetic moment, and the vertical axis represents the signal intensity of the echo signal Echo (however, the vertical axis is normalized by “S 0 ”). = S 0 Sinc (X)

ここで、磁気モーメントの位相差が、位相グラージェント(θ0+θ)に相当すると考える。つまり、この位相グラージェント(θ0+θ)のうちの位相グラージェント(θ)が、独立変数「X」の変数項であると考える。 Here, it is considered that the phase difference of the magnetic moment corresponds to the phase gradient (θ 0 + θ). That is, the phase gradient (θ) of the phase gradient (θ 0 + θ) is considered to be a variable term of the independent variable “X”.

このような位相グラージェント(θ)が、被検者Xの生体組織(ここでは、被検者Xの脳組織)を構成するプロトンの磁気モーメント状態に内包される変化量を表し、本磁気共鳴画像法において取得しようとするターゲット量となる。   Such a phase gradient (θ) represents the amount of change contained in the magnetic moment state of protons constituting the biological tissue of the subject X (here, the brain tissue of the subject X). This is the target amount to be acquired in the imaging method.

例えば、被検者Xによる特定の作業時(脳活動時)と安静時との間において、MRI装置1から得られる位相グラージェント(θ)に変化が生じる可能性があると考えられ、このような位相グラージェント(θ)の検出により、被検者Xの脳の機能研究における新たな知見が提供されると期待できる。   For example, it is considered that there is a possibility that the phase gradient (θ) obtained from the MRI apparatus 1 may change between a specific work by the subject X (brain activity) and a resting state. It can be expected that the detection of an accurate phase gradient (θ) will provide new knowledge in the functional study of the brain of the subject X.

また、位相グラージェント(θ0+θ)のうちの「θ0」は、図2中の傾斜磁場パルスGs’をスライス選択方向にかけることにより、ボクセルの中心と、ボクセルのスライス選択方向の端部との間で位相がリニアにずれる成分であるとする。つまり、この位相グラージェント(θ0+θ)のうちの「θ0」が、独立変数「X」のうち、意図的に与えられる位相のずれであるとする。 Also, “θ 0 ” of the phase gradient (θ 0 + θ) is obtained by applying the gradient magnetic field pulse Gs ′ in FIG. 2 to the slice selection direction, and the voxel center and the end of the voxel in the slice selection direction. It is assumed that the phase is a component whose phase shifts linearly. That is, it is assumed that “θ 0 ” in the phase gradient (θ 0 + θ) is a phase shift intentionally given in the independent variable “X”.

本件発明者は、このような状況において、傾斜磁場パルスGs’によって位相をリニアにずらすことが、式(1)のSinc関数の性質上、上述の位相グラージェント(θ)の検出において極めて好都合であることに気がついた。   In such a situation, the present inventor is extremely advantageous in detecting the above-described phase gradient (θ) due to the nature of the Sinc function of Equation (1), in which the phase is linearly shifted by the gradient magnetic field pulse Gs ′. I realized that there was.

まず、傾斜磁場パルスGs’による「θ0」が発生しないと仮定する(つまり、θ0=0と仮定する)。すると、位相グラージェント(θ)の検出に関して、以下の問題が生じる。 First, it is assumed that “θ 0 ” due to the gradient magnetic field pulse Gs ′ does not occur (that is, θ 0 = 0). Then, the following problems occur with respect to the detection of the phase gradient (θ).

位相グラージェント(θ)は、図3中の「a」位置に対応するエコー信号Echoの信号強度「Sa」と図3中の「b」位置に対応するエコー信号Echoの信号強度「Sb」との間の差「Sa−Sb」として検出される。ところが、位相グラージェント(θ)が小さな値を取ると(位相グラージェント(θ)は、通常、小さな値を取ることが多い)、式(1)のSinc関数の性質上、「Sa−Sb」が微小になるので(つまり、X≒0の場合、SincX≒0)、このような「Sa」および「Sb」間のエコー信号Echoの微弱な信号強度差を検出できない場合がある。   The phase gradient (θ) is the signal intensity “Sa” of the echo signal Echo corresponding to the “a” position in FIG. 3 and the signal intensity “Sb” of the echo signal Echo corresponding to the “b” position in FIG. Is detected as “Sa−Sb”. However, when the phase gradient (θ) takes a small value (the phase gradient (θ) usually takes a small value in many cases), “Sa-Sb” is obtained due to the nature of the Sinc function of the equation (1). Is small (that is, when X≈0, SincX≈0), there is a case where such a weak signal intensity difference of the echo signal Echo between “Sa” and “Sb” cannot be detected.

そこで、本実施形態では、エコー信号Echoの取得前(例えば、スライス傾斜磁場パルスGsと傾斜磁場パルスGpとの間の適時に)、傾斜磁場パルスGs’をかけ、ボクセルの中心を基準にしてボクセルのスライス選択方向の端部における位相をリニアにずらすことにより、上述の問題を適切に解決している。   Therefore, in the present embodiment, before acquiring the echo signal Echo (for example, at an appropriate time between the slice gradient magnetic field pulse Gs and the gradient magnetic field pulse Gp), the gradient magnetic field pulse Gs ′ is applied, and the voxel is based on the center of the voxel. The above-mentioned problem is appropriately solved by linearly shifting the phase at the end in the slice selection direction.

例えば、図2および図3に示すように、ボクセルに傾斜磁場パルスGs’をかけて、位相をリニアにずらすと(つまり、「θ0」≠0とすると)、位相グラージェント(θ)は、図3中の「c」位置に対応するエコー信号Echoの信号強度「Sc」と図3中の「d」位置に対応するエコー信号Echoの信号強度「Sd」との間の差「Sc−Sd」として検出される。この「Sc−Sd」は、式(1)のSinc関数の性質上、上述の「Sa−Sb」と比べて格段に大きな値を取る。 For example, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, when the gradient magnetic field pulse Gs ′ is applied to the voxel and the phase is linearly shifted (ie, “θ 0 ” ≠ 0), the phase gradient (θ) is The difference “Sc−Sd” between the signal intensity “Sc” of the echo signal Echo corresponding to the “c” position in FIG. 3 and the signal intensity “Sd” of the echo signal Echo corresponding to the “d” position in FIG. ”Is detected. This “Sc-Sd” takes a much larger value than the above-mentioned “Sa-Sb” due to the nature of the Sinc function of Equation (1).

その結果、位相グラージェント(θ)の検出においてエコー信号Echoに有意な信号強度差が生じて、位相グラージェント(θ)を適切に検出することができる。   As a result, a significant signal intensity difference occurs in the echo signal Echo in detecting the phase gradient (θ), and the phase gradient (θ) can be detected appropriately.

このようにして、本実施形態では、式(1)の独立変数「X」がリニアにずれた位相を含むことにより、位相グラージェント(θ)のコントラスト、つまり、位相グラージェント(θ)を表す独立変数「X」の変化に対応するエコー信号Echoの信号強度の差(従属変数「S」の差)が強調されている。   In this way, in the present embodiment, the independent variable “X” in Expression (1) includes the phase that is linearly shifted, thereby representing the contrast of the phase gradient (θ), that is, the phase gradient (θ). The difference in the signal intensity of the echo signal Echo corresponding to the change in the independent variable “X” (difference in the dependent variable “S”) is emphasized.

但し、上述の位相グラージェント(θ)のコントラストの強調法は一例に過ぎない。例えば、スライス選択方向に傾斜磁場パルスGs’をかけ(図2参照)、かつ、スライス選択方向と反対方向にも傾斜磁場パルス(−Gs’)をかけてもよい。   However, the above-described contrast enhancement method of the phase gradient (θ) is only an example. For example, the gradient magnetic field pulse Gs ′ may be applied in the slice selection direction (see FIG. 2), and the gradient magnetic field pulse (−Gs ′) may be applied in the direction opposite to the slice selection direction.

すると、図3中の「e」位置および「d」位置に示す如く、傾斜磁場パルスGs’によるエコー信号Echoの信号強度「S1」(S1=S0Sinc(θ0+θ))と、傾斜磁場パルス(−Gs’)によるエコー信号Echoの信号強度「S2」(S2=S0Sinc(−θ0+θ))と、を得ることができる。その結果、両者間の信号強度の差(S1−S2=S0(Sinc(θ0+θ)−Sinc(−θ0+θ))を画像にして、位相グラージェント(θ)を強調できる。このように信号強度の差(S1−S2)を取ることにより、適宜のノイズキャンセルがなされるとともに、位相グラージェント(θ)のコントラスト自体が、上述の「Sc」および「Sd」間のエコー信号Echoの信号強度の差「Sc−Sd」を検出する場合に比べて、ほぼ倍に強調できるので都合がよい。 Then, as shown in “e” position and “d” position in FIG. 3, the signal intensity “S 1 ” (S 1 = S 0 Sinc (θ 0 + θ)) of the echo signal Echo by the gradient magnetic field pulse Gs ′, The signal intensity “S 2 ” (S 2 = S 0 Sinc (−θ 0 + θ)) of the echo signal Echo by the gradient magnetic field pulse (−Gs ′) can be obtained. As a result, the phase gradient (θ) can be enhanced by using the difference in signal strength between the two (S 1 −S 2 = S 0 (Sinc (θ 0 + θ) −Sinc (−θ 0 + θ)) as an image. By taking the difference in signal intensity (S 1 -S 2 ) in this way, appropriate noise cancellation is performed, and the contrast of the phase gradient (θ) itself is between “Sc” and “Sd”. This is convenient because it can be emphasized almost twice as compared with the case where the difference “Sc−Sd” in the signal intensity of the echo signal Echo is detected.

なお、傾斜磁場パルス(−Gs’)のパルスシーケンスについては、図2の参酌により容易に理解できるので、図示を省略する。   The pulse sequence of the gradient magnetic field pulse (-Gs') can be easily understood with reference to FIG.

次に、以上に述べた位相グラージェント(θ)の具体的な計算手法の一例について述べる。   Next, an example of a specific method for calculating the phase gradient (θ) described above will be described.

ここでは、スライス選択方向に傾斜磁場パルスGs’をかけ、スライス選択方向と反対方向にも傾斜磁場パルス(−Gs’)をかける場合の位相グラージェント(θ)の計算例を述べる。   Here, a calculation example of the phase gradient (θ) when the gradient magnetic field pulse Gs ′ is applied in the slice selection direction and the gradient magnetic field pulse (−Gs ′) is applied in the direction opposite to the slice selection direction will be described.

まず、ボクセルの中心を基準にしてボクセルのスライス選択方向の端部における位相がプラス方向にリニアにずれるよう、ボクセルのスライス選択方向に傾斜磁場パルスGs’をかける。   First, the gradient magnetic field pulse Gs ′ is applied in the voxel slice selection direction so that the phase at the end of the voxel in the slice selection direction is linearly shifted in the plus direction with reference to the center of the voxel.

この場合、ボクセルの中心とボクセルの端部との間の位相のずれが、「θ0」=π/2となるように、傾斜磁場パルスGs’は設定されている。すると、式(1)のSinc関数を上手く展開できるので都合がよい(後述の式(3)参照)。 In this case, the gradient magnetic field pulse Gs ′ is set so that the phase shift between the center of the voxel and the end of the voxel is “θ 0 ” = π / 2. Then, since the Sinc function of Formula (1) can be developed successfully, it is convenient (see Formula (3) described later).

このようにして、傾斜磁場パルスGs’によるエコー信号Echoの信号強度「S1」(S1=S0Sinc(π/2+θ))が得られる。 In this way, the signal intensity “S 1 ” (S 1 = S 0 Sinc (π / 2 + θ)) of the echo signal Echo by the gradient magnetic field pulse Gs ′ is obtained.

また、ボクセルの中心を基準にしてボクセルのスライス選択方向の端部における位相がマイナス方向にリニアにずれるよう、ボクセルのスライス選択方向と反対方向にも傾斜磁場パルス(−Gs’)をかける。   Further, a gradient magnetic field pulse (-Gs') is also applied in the direction opposite to the voxel slice selection direction so that the phase at the end in the slice selection direction of the voxel is linearly shifted in the minus direction with reference to the center of the voxel.

この場合、ボクセルの中心とボクセルの端部との間の位相のずれが、「θ0」=−π/2となるように、傾斜磁場パルス(−Gs’)は設定されている。すると、式(1)のSinc関数を上手く展開できるので都合がよい(後述の式(3)参照)。 In this case, the gradient magnetic field pulse (−Gs ′) is set so that the phase shift between the center of the voxel and the end of the voxel is “θ 0 ” = −π / 2. Then, since the Sinc function of Formula (1) can be developed successfully, it is convenient (see Formula (3) described later).

このようにして、傾斜磁場パルス(−Gs’)によるエコー信号Echoの信号強度「S2」(S2=S0Sinc(−π/2+θ))が得られる。 In this way, the signal intensity “S 2 ” (S 2 = S 0 Sinc (−π / 2 + θ)) of the echo signal Echo by the gradient magnetic field pulse (−Gs ′) is obtained.

次いで、下記の式(2)に示す如く、エコー信号Echoの信号強度「S1」と、エコー信号Echoの信号強度「S2」との間の差(S1−S2)をとる。また、エコー信号Echoの信号強度「S1」と、エコー信号Echoの信号強度「S2」との間の和(S1+S2)をとる。そして、これらの差(S1−S2)および和(S1+S2)の間の除算を行う(正確には差(S1−S2)を和(S1+S2)で除している)。これにより、位相グラージェント(θ)に対応する信号強度比「R」が当該除算により得られる。

R=(S1−S2)/(S1+S2)・・・(2)

上述の信号強度比「R」では、下記の式(3)に示す如く、位相のずれがない場合のエコー信号Echoの信号強度「S0」を含まないよう、「S0」が適切にキャンセルされている。また、位相グラージェント(θ)は、Sinc関数の展開により、下記の式(3)に示す如く、信号強度比「R」を用いた簡易な数式に整理され好都合である。

・・・(3)

最終的に、位相グラージェント(θ)を、以下の式(4)により導くことができる。
Next, as shown in the following equation (2), the difference (S 1 −S 2 ) between the signal strength “S 1 ” of the echo signal Echo and the signal strength “S 2 ” of the echo signal Echo is taken. Further, the sum (S 1 + S 2 ) between the signal intensity “S 1 ” of the echo signal Echo and the signal intensity “S 2 ” of the echo signal Echo is taken. Then, division is performed between these differences (S 1 −S 2 ) and the sum (S 1 + S 2 ) (more precisely, the difference (S 1 −S 2 ) is divided by the sum (S 1 + S 2 )). ) Thereby, the signal intensity ratio “R” corresponding to the phase gradient (θ) is obtained by the division.

R = (S 1 −S 2 ) / (S 1 + S 2 ) (2)

In the above-described signal intensity ratio “R”, “S 0 ” is appropriately canceled so as not to include the signal intensity “S 0 ” of the echo signal Echo when there is no phase shift, as shown in the following equation (3). Has been. Further, the phase gradient (θ) is conveniently arranged in a simple mathematical expression using the signal intensity ratio “R” as shown in the following expression (3) by developing the Sinc function.

... (3)

Finally, the phase gradient (θ) can be derived from the following equation (4).

これにより、上述の信号強度「S0」中に含まれるノイズ(例えば、MRI装置1のマシンノイズや被検者Xに由来するノイズ)の除去が行え、位相グラージェント(θ)を適切に計算できる。

位相グラージェント(θ)=π/2×R・・・(4)
As a result, noise included in the signal intensity “S 0 ” (for example, machine noise of the MRI apparatus 1 or noise derived from the subject X) can be removed, and the phase gradient (θ) can be calculated appropriately. it can.

Phase gradient (θ) = π / 2 × R (4)

以下、人の脳を模擬したファントムを作製して、当該ファントムによるスライス選択方向の位相グラージェント(θ)を計測した実験結果の一例を述べる。   Hereinafter, an example of an experimental result in which a phantom simulating a human brain and measuring the phase gradient (θ) in the slice selection direction by the phantom will be described.

本実施例では、コンピュータ6は、画像処理プログラムによる処理手順に従い、以下の画像処理を実行した。   In this embodiment, the computer 6 executes the following image processing according to the processing procedure by the image processing program.

なお、図2に示すように、エコー信号Echoの読み出し前に、スライス選択方向に傾斜磁場パルスGs’が印加され、この傾斜磁場パルスGs’は、スライスの両表面の位相が、中心の位相を基準にしてπ/2、および、−π/2、ずれるように設定された。   As shown in FIG. 2, before the echo signal Echo is read out, a gradient magnetic field pulse Gs ′ is applied in the slice selection direction, and the gradient magnetic field pulse Gs ′ has the phase at the center of both surfaces of the slice. It was set to be shifted by π / 2 and −π / 2 with respect to the reference.

まず、コンピュータ6は、通常の撮像スキャンにより、上述の式(3)中のエコー信号Echoの信号強度「S1」に対応する画像(以下、「S1画像」という)を取得し、このS1画像を、図4(a)に示す如く、表示装置16に表示した。 First, the computer 6 acquires an image (hereinafter referred to as “S 1 image”) corresponding to the signal intensity “S 1 ” of the echo signal Echo in the above equation (3) by a normal imaging scan. One image was displayed on the display device 16 as shown in FIG.

次いで、エコー信号Echoの読み出し前に、スライス選択方向と反対方向に傾斜磁場パルス(−Gs’)が印加され、コンピュータ6は、通常の撮像スキャンにより、上述の式(3)中のエコー信号Echoの信号強度「S2」に対応する画像(以下、「S2画像」という)を取得し、このS2画像を、図4(b)に示す如く、表示装置16に表示した。 Next, before reading out the echo signal Echo, a gradient magnetic field pulse (−Gs ′) is applied in the direction opposite to the slice selection direction, and the computer 6 performs the echo signal Echo in the above equation (3) by a normal imaging scan. An image corresponding to the signal intensity “S 2 ” (hereinafter referred to as “S 2 image”) was obtained, and this S 2 image was displayed on the display device 16 as shown in FIG.

そして、コンピュータ6は、S1画像、S2画像、および、上述の式(3)、(4)を用いて、スライス選択方向の位相グラージェント(θ)(以下、「スライス選択方向のPG(phase gradient)信号」と呼ぶ)を計算して、このPG信号を用いた位相グラージェント(θ)のボクセル毎のコントラスト画像を、図4(c)に示す如く、表示装置16に表示した。 Then, the computer 6 uses the S 1 image, the S 2 image, and the above equations (3) and (4) to obtain the phase gradient (θ) in the slice selection direction (hereinafter referred to as “PG in the slice selection direction ( The phase gradient (θ) contrast image for each voxel using the PG signal was displayed on the display device 16 as shown in FIG. 4C.

なお、実験用のファントムは、頭蓋骨入りのものであり、図4では、副鼻腔の影響による磁場強度のスライス選択方向の大きな変化が適切に再現できている。これにより、図4の表示結果が妥当であると考えられる。   Note that the experimental phantom is a skull-containing one, and in FIG. 4, a large change in the slice selection direction of the magnetic field strength due to the influence of the sinuses can be appropriately reproduced. Thereby, it is considered that the display result of FIG. 4 is appropriate.

以上のとおり、本実施形態の磁気共鳴画像法は、3次元の画像解析領域の単位であるボクセル内のスライス選択方向におけるプロトンの磁気モーメントの位相グラージェント(θ)を導くことができ、その結果、上述のスライス選択方向の位相グラージェント(θ)のボクセル毎のコントラスト画像をコンピュータ6上に適切に表示できる。よって、このような位相グラージェント(θ)のコントラスト画像の可視化により、人の脳の機能研究の発展、ひいては脳医学における診断技術の画期的な進展が期待できる。
(第2実施形態)
本実施形態のMRI装置のハードウェア構成は、第1実施形態(図1)で述べたMRI装置1のハードウェア構成と同じである。よって、以下の説明では、本実施形態のMRI装置の構成の詳細な説明は省略する。
As described above, the magnetic resonance imaging method of the present embodiment can derive the phase gradient (θ) of the proton magnetic moment in the slice selection direction in the voxel that is a unit of the three-dimensional image analysis region, and as a result. The contrast image for each voxel of the phase gradient (θ) in the slice selection direction can be appropriately displayed on the computer 6. Therefore, the visualization of the contrast image of such a phase gradient (θ) can be expected to lead to the development of functional research of the human brain, and thus breakthrough advances in diagnostic technology in brain medicine.
(Second Embodiment)
The hardware configuration of the MRI apparatus of this embodiment is the same as the hardware configuration of the MRI apparatus 1 described in the first embodiment (FIG. 1). Therefore, in the following description, a detailed description of the configuration of the MRI apparatus of this embodiment is omitted.

つまり、本実施形態のMRI装置については、コンピュータ6(図1参照)の記憶装置15に、第1実施形態で述べた画像処理プログラムと異なるプログラムが記憶されている点で、第1実施形態のMRI装置1と区別されるが、ハードウェア上、このMRI装置1をそのまま使用することができる。   That is, the MRI apparatus of this embodiment is different from the image processing program described in the first embodiment in the storage device 15 of the computer 6 (see FIG. 1). Although distinguished from the MRI apparatus 1, the MRI apparatus 1 can be used as it is on the hardware.

また、第1実施形態で述べた式(1)、式(2)、式(3)および式(4)については、本実施形態でもそのまま用いることができるので、ここでは、これらの式の説明も省略する。   In addition, since the formula (1), the formula (2), the formula (3), and the formula (4) described in the first embodiment can be used as they are in the present embodiment, the explanation of these formulas is given here. Is also omitted.

図5は、本発明の第2実施形態の磁気共鳴画像法に用いるパルスシーケンスの一例を示した図である。また、図6は、本発明の第2実施形態の磁気共鳴映像法による画像の構築手法を説明する模式図である。   FIG. 5 is a diagram showing an example of a pulse sequence used in the magnetic resonance imaging method of the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an image construction method by magnetic resonance imaging according to the second embodiment of the present invention.

本実施形態では、第1実施形態で述べた傾斜磁場パルスGs’(図2参照)の印加を止め、従来のリードアウト方向の傾斜磁場パルスGr(図5中に点線で図示)よりもリードアウト方向の解像度が倍になるよう(つまり、リードアウト時間が倍になるよう)、リードアウト方向の傾斜磁場パルスGr’(図5中に太い実線で図示)を長めに印加している。   In the present embodiment, the application of the gradient magnetic field pulse Gs ′ (see FIG. 2) described in the first embodiment is stopped, and the readout is more advanced than the conventional gradient magnetic field pulse Gr in the readout direction (shown by a dotted line in FIG. 5). The gradient magnetic field pulse Gr ′ (shown by a thick solid line in FIG. 5) in the readout direction is applied longer so that the resolution in the direction is doubled (that is, the readout time is doubled).

より詳しくは、図6に示すように、リードアウト方向において、撮像スキャンにより、2次元周波数情報(k空間;k-space)が得られ、図6および図7に示すように、リードアウト方向の解像度が倍になるよう、k空間のリードアウト方向の長さが、従来のk空間のリードアウト方向の長さに比べて倍になっている。なお、k空間自体は、MRI技術において良く知られているので、k空間の詳細な説明は省略する。   More specifically, as shown in FIG. 6, two-dimensional frequency information (k-space) is obtained by imaging scanning in the lead-out direction, and as shown in FIGS. 6 and 7, In order to double the resolution, the length of the k-space in the readout direction is doubled compared to the length of the conventional k-space in the readout direction. Since the k space itself is well known in the MRI technique, a detailed description of the k space is omitted.

次いで、k空間の中心を基準に分割されたk空間の半分(図6、7中の「1st half」、「2nd half」)のそれぞれをフーリエ変換することにより、上述の式(3)中のエコー信号Echoの信号強度「S1」に対応する画像(以下、「S1画像」と略す)、および、上述の式(3)中のエコー信号Echoの信号強度「S2」に対応する画像「以下、「S2画像」と略す」を構築する。 Next, each half of the k space (“1st half” and “2nd half” in FIGS. 6 and 7) divided based on the center of the k space is Fourier-transformed, so that An image corresponding to the signal intensity “S 1 ” of the echo signal Echo (hereinafter abbreviated as “S 1 image”) and an image corresponding to the signal intensity “S 2 ” of the echo signal Echo in the above equation (3) "hereinafter referred to as" S 2 image "" to build.

最後に、S1画像、S2画像および上述の式(3)、(4)を用いると、リードアウト方向の位相グラージェント(θ)のボクセル毎のコントラスト画像が得られる。 Finally, using the S 1 image, the S 2 image, and the above equations (3) and (4), a contrast image for each voxel of the phase gradient (θ) in the readout direction is obtained.

以上のパルスシーケンスを採用することにより、同一の撮像スキャンにおいて、上述のS1画像およびS2画像を同時に得ることができる。これにより、本実施形態では、撮像スキャンに関連するノイズ低減を、2回の撮像スキャンが必要な第1実施形態の磁気共鳴画像法に比べて適切に行えるという効果を奏する。 By adopting the above pulse sequence, the above-described S 1 image and S 2 image can be obtained simultaneously in the same imaging scan. Thereby, in this embodiment, there exists an effect that the noise reduction relevant to an imaging scan can be performed appropriately compared with the magnetic resonance imaging method of 1st Embodiment which requires two imaging scans.

以下、上述のファントムによるリードアウト方向の位相グラージェント(θ)を計測した実験結果の一例を述べる。   Hereinafter, an example of an experimental result obtained by measuring the phase gradient (θ) in the readout direction by the above phantom will be described.

本実施例では、コンピュータ6は、図5に示すように、エコー信号Echoの読み出しの際に、リードアウトの解像度が、従来のリードアウト方向の解像度よりも倍になるよう、リードアウト時間を倍に設定して、リードアウト方向にk空間を取得した(図7参照)。これにより、k空間のリードアウト方向の長さは、従来のk空間のリードアウト方向の長さよりも倍になる。   In this embodiment, as shown in FIG. 5, the computer 6 doubles the lead-out time so that the resolution of the lead-out is doubled compared with the resolution in the conventional lead-out direction when the echo signal Echo is read. And k-space was acquired in the lead-out direction (see FIG. 7). As a result, the length of the k space in the lead-out direction is double that of the conventional k space in the lead-out direction.

そして、コンピュータ6は、画像処理プログラムによる処理手順に従い、以下の画像処理を実行した。   Then, the computer 6 performed the following image processing according to the processing procedure by the image processing program.

まず、コンピュータ6は、k空間の右半分をフーリエ変換することにより、上述のS1画像を取得し、このS1画像を図8(a)に示す如く、表示装置16に表示した。また、コンピュータ6は、k空間の左半分をフーリエ変換することにより、上述のS2画像を取得し、このS2画像を図8(b)に示す如く、表示装置16に表示した。 First, the computer 6 obtains the above-described S 1 image by performing Fourier transform on the right half of the k space, and displays this S 1 image on the display device 16 as shown in FIG. Further, the computer 6 performs the Fourier transform on the left half of the k space to acquire the above-described S 2 image, and displays this S 2 image on the display device 16 as shown in FIG. 8B.

そして、コンピュータ6は、S1画像、S2画像、および、上述の式(3)、(4)を用いて、リードアウト方向の位相グラージェント(θ)(以下、「リードアウト方向のPG(phase gradient)信号」と呼ぶ)を計算して、このPG信号を用いた位相グラージェント(θ)のボクセル毎のコントラスト画像を、図8(c)に示す如く、表示装置16に表示した。 Then, the computer 6 uses the S 1 image, the S 2 image, and the above-described equations (3) and (4) to determine the phase gradient (θ) in the readout direction (hereinafter referred to as “PG in the readout direction ( A phase gradient (θ) contrast image for each voxel using the PG signal was displayed on the display device 16 as shown in FIG. 8C.

ここでは、図8(c)において、位相グラージェント(θ)が左側から右側に増加傾向にある場合、明るい表示(つまり、白に近い表示)を行い、位相グラージェント(θ)が左側から右側に減少傾向にある場合、暗い表示(つまり、黒に近い表示)を行い、位相グラージェント(θ)が変化しない場合、中間色の表示(つまり、灰色に近い表示)を行っている。   Here, in FIG. 8C, when the phase gradient (θ) tends to increase from the left side to the right side, bright display (that is, display close to white) is performed, and the phase gradient (θ) is changed from the left side to the right side. If the phase gradient (θ) does not change, a neutral color is displayed (that is, a display close to gray).

また、図8の表示結果との間の対比を行えるよう、図9には、同一の実験条件で求めた位相の平均的な強度の濃淡表示が示されている(強度が大きいほど、明るく表示している)。   Further, in order to enable comparison with the display result of FIG. 8, FIG. 9 shows a gray level display of the average intensity of the phase obtained under the same experimental conditions (the higher the intensity, the brighter the display). doing).

図8(c)の表示結果と図9の表示結果の対比によると、図8(c)の位相グラージェント(θ)の表示結果は、図9に示した位相強度の変化を上手く再現できており、妥当であると考えられる。   According to the comparison between the display result of FIG. 8C and the display result of FIG. 9, the display result of the phase gradient (θ) of FIG. 8C can reproduce the change of the phase intensity shown in FIG. It is considered reasonable.

以上のとおり、本実施形態の磁気共鳴画像法は、3次元の画像解析領域の単位であるボクセル内のリードアウト方向におけるプロトンの磁気モーメントの位相グラージェント(θ)を導くことができ、その結果、上述のリードアウト方向の位相グラージェント(θ)のボクセル毎のコントラスト画像をコンピュータ6上に適切に表示できる。よって、このような位相グラージェント(θ)のコントラスト画像の可視化により、人の脳の機能研究の発展、ひいては脳医学における診断技術の画期的な進展が期待できる。   As described above, the magnetic resonance imaging method of the present embodiment can derive the phase gradient (θ) of the proton magnetic moment in the readout direction in the voxel that is a unit of the three-dimensional image analysis region, and as a result. The contrast image for each voxel of the phase gradient (θ) in the readout direction can be appropriately displayed on the computer 6. Therefore, the visualization of the contrast image of such a phase gradient (θ) can be expected to lead to the development of functional research of the human brain, and thus breakthrough advances in diagnostic technology in brain medicine.

なお、本発明は上述した第1および第2実施形態、並びに、実施例1、2に限定されるものではない。その他、各部、各工程の具体的構成要素についても上記第1および第2実施形態、並びに、実施例1、2に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。   The present invention is not limited to the first and second embodiments and Examples 1 and 2 described above. In addition, the specific components of each part and each process are not limited to the first and second embodiments and Examples 1 and 2, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. is there.

本発明の磁気共鳴画像法によれば、ボクセル内の所定方向における核磁気共鳴が起こったプロトンの磁気モーメントの位相グラージェントを導くことができる。   According to the magnetic resonance imaging method of the present invention, it is possible to derive a phase gradient of the magnetic moment of protons in which nuclear magnetic resonance has occurred in a predetermined direction in the voxel.

よって、本発明は、プロトンの核磁気共鳴を利用する磁気共鳴画像法の撮像手法として利用でき、例えば、脳医学における画像診断技術に応用できる。   Therefore, the present invention can be used as an imaging method of magnetic resonance imaging using nuclear magnetic resonance of protons, and can be applied to, for example, diagnostic imaging techniques in brain medicine.

本発明の第1実施形態の磁気共鳴画像装置(MRI装置)の構成例を示したブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration example of a magnetic resonance imaging apparatus (MRI apparatus) according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態の磁気共鳴画像法に用いるパルスシーケンスの一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the pulse sequence used for the magnetic resonance imaging method of 1st Embodiment of this invention. 横軸にプロトンの磁気モーメントの位相差をとり、縦軸にエコー信号Echoの信号強度をとって、S=S0Sinc(X)の関係を描いた図である。The horizontal axis represents the phase difference of the proton magnetic moment, and the vertical axis represents the signal intensity of the echo signal Echo, depicting the relationship S = S 0 Sinc (X). 実施例1のファントムによる実験結果の一例を写真として示した図であるIt is the figure which showed an example of the experimental result by the phantom of Example 1 as a photograph. 本発明の第2実施形態の磁気共鳴画像法に用いるパルスシーケンスの一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the pulse sequence used for the magnetic resonance imaging method of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態の磁気共鳴映像法による画像の構築手法を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the construction method of the image by the magnetic resonance imaging method of 2nd Embodiment of this invention. 実施例2のファントムによるk空間の一例を写真として示した図である。It is the figure which showed an example of k space by the phantom of Example 2 as a photograph. 実施例2のファントムによる実験結果の一例を写真として示した図である。It is the figure which showed an example of the experimental result by the phantom of Example 2 as a photograph. 実施例2のファントムによる位相強度の表示例を写真として示した図であるIt is the figure which showed the example of a display of the phase intensity by the phantom of Example 2 as a photograph.

符号の説明Explanation of symbols

1 MRI装置
2 静磁場発生磁石
3 高周波送信用コイル
4 高周波受信用コイル
5 傾斜磁場コイル
6 コンピュータ(画像処理装置)
7 シーケンサ
8 高周波発生装置
9 変調器
10、12 増幅器
11 傾斜磁場発生装置
13 位相検波器
14 AD変換器
15 記憶装置
16 表示装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 MRI apparatus 2 Static magnetic field generating magnet 3 High frequency transmission coil 4 High frequency reception coil 5 Gradient magnetic field coil 6 Computer (image processing apparatus)
7 Sequencer 8 High-frequency generator 9 Modulator 10, 12 Amplifier 11 Gradient magnetic field generator 13 Phase detector 14 AD converter 15 Storage device 16 Display device

Claims (5)

プロトンの核磁気共鳴を利用する磁気共鳴画像法であって、
ボクセルの中心と前記ボクセルの端部との間の位相の差を独立変数(X)とし、前記プロトンの密度と相関する信号強度を従属変数(S)にして定式化された下記式(1)を用いて、前記ボクセル内の所定方向における前記プロトンの磁気モーメントの位相のグラージェントを導くことができるとともに、
前記ボクセルの中心を基準とした前記ボクセルの端部の前記位相のグラージェントが前記独立変数(X)の変数項になっており、
傾斜磁場パルスを前記所定方向にかけて、前記ボクセルの中心を基準にして前記ボクセルの前記所定方向の端部における前記位相をずらし、前記独立変数(X)が前記ずれた位相を含むことにより、前記独立変数(X)の変化に対応する前記従属変数(S)の差を強調することができる磁気共鳴画像法。
S=S0Sinc(X)・・・(1)
ただし、
0:位相のずれがない場合の信号強度
Magnetic resonance imaging using nuclear magnetic resonance of protons,
The following formula (1) formulated with the phase difference between the center of the voxel and the end of the voxel as an independent variable (X) and the signal intensity correlated with the density of the proton as a dependent variable (S) Can be used to derive a gradient of the phase of the magnetic moment of the proton in a given direction in the voxel ,
The gradient of the phase at the end of the voxel relative to the center of the voxel is the variable term of the independent variable (X);
Gradient magnetic field pulses are applied in the predetermined direction, the phase at the end of the voxel in the predetermined direction is shifted with reference to the center of the voxel, and the independent variable (X) includes the shifted phase. Magnetic resonance imaging capable of enhancing the difference of the dependent variable (S) corresponding to the change of the variable (X) .
S = S 0 Sinc (X) (1)
However,
S 0 : Signal strength when there is no phase shift
前記ボクセルの中心を基準にして前記ボクセルの前記所定方向の端部における前記位相をπ/2、リニアにずらし、前記独立変数(X)が前記ずれた位相を含む場合の前記従属変数(S)を第1の前記信号強度をとし、
前記ボクセルの中心を基準にして前記ボクセルの前記所定方向の端部における前記位相を−π/2、リニアにずらし、前記独立変数(X)が前記ずれた位相を含む場合の前記従属変数(S)を第2の前記信号強度とし、
前記第1信号強度と前記第2信号強度との間の差、および、前記第1信号強度と前記第2信号強度との間の和をとり、前記差と前記和との間の除算を行い、
前記除算により得られた信号強度比と、前記位相のグラージェントとの間の関係を用いて、前記位相のグラージェントを導く請求項記載の磁気共鳴画像法。
The dependent variable (S) when the phase at the end in the predetermined direction of the voxel is linearly shifted by π / 2 with respect to the center of the voxel, and the independent variable (X) includes the shifted phase. Is the first signal strength,
The dependent variable (S) when the phase at the end in the predetermined direction of the voxel is linearly shifted by −π / 2 with respect to the center of the voxel, and the independent variable (X) includes the shifted phase. ) As the second signal strength,
The difference between the first signal strength and the second signal strength and the sum between the first signal strength and the second signal strength are taken, and the difference is divided between the sum and the sum. ,
The signal intensity ratio obtained by dividing, using the relationship between the phase of the Ziegler stringent, magnetic resonance imaging according to claim 1, wherein directing the Ziegler stringent of the phase.
前記傾斜磁場パルスをスライス選択方向にかけて、前記ボクセルの中心を基準にして前記ボクセルの前記スライス選択方向の端部における前記位相をπ/2、リニアにずらし、
前記スライス選択方向と反対方向にも傾斜磁場パルスをかけて、前記ボクセルの中心を基準にして前記ボクセルの前記スライス選択方向の端部における前記位相を−π/2、リニアにずらす、請求項記載の磁気共鳴画像法。
The gradient magnetic field pulse is applied to the slice selection direction, and the phase at the end of the voxel in the slice selection direction with respect to the center of the voxel is linearly shifted by π / 2,
Wherein also applied gradient magnetic field pulses in the opposite direction slice selection direction, shifted with respect to the center of the voxel the phase at the end of the slice selection direction of the voxels - [pi] / 2, the linear, claim 2 Magnetic resonance imaging as described.
前記傾斜磁場パルスが印加されたリードアウト方向において、撮像スキャンによりk空間を取得し、
前記k空間の中心を基準に分割された前記k空間の半分のそれぞれをフーリエ変換することにより、前記第1信号強度に対応する画像および前記第2信号強度に対応する画像を取得し、
前記取得された各画像を用いて、前記位相のグラージェントに対応する画像を取得する請求項記載の磁気共鳴画像法。
In the readout direction to which the gradient magnetic field pulse is applied, k-space is acquired by an imaging scan,
An image corresponding to the first signal intensity and an image corresponding to the second signal intensity are obtained by performing a Fourier transform on each half of the k space divided with respect to the center of the k space,
The magnetic resonance imaging method according to claim 2 , wherein an image corresponding to the gradient of the phase is acquired using each of the acquired images.
被検者が置かれる空間に均一な静磁場を発生できる静磁場発生手段と、
前記空間に直交3軸方向の傾斜磁場を発生できる傾斜磁場発生手段と、
前記被検者の生体組織を構成する静磁場中のプロトンに核磁気共鳴を起こす高周波パルスを照射できる高周波パルス発生手段と、
前記核磁気共鳴が起こったプロトンの磁気モーメント状態に依存する信号を検出する検出手段と、
前記信号に基づいて請求項1ないしの何れかに記載の位相のグラージェントを導き、前記位相のグラージェントの、前記ボクセル毎のコントラスト画像を表示する画像処理装置と、を備える磁気共鳴画像装置。
A static magnetic field generating means capable of generating a uniform static magnetic field in a space where the subject is placed;
A gradient magnetic field generating means capable of generating a gradient magnetic field in three orthogonal directions in the space;
High-frequency pulse generating means capable of irradiating a high-frequency pulse causing nuclear magnetic resonance to protons in a static magnetic field constituting the subject's living tissue;
Detection means for detecting a signal depending on the magnetic moment state of the proton in which the nuclear magnetic resonance has occurred;
5. A magnetic resonance imaging apparatus comprising: an image processing device that derives a phase gradient according to any one of claims 1 to 4 based on the signal and displays a contrast image of the phase gradient for each of the voxels. .
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