JP5450871B2

JP5450871B2 - 磁気共鳴イメージング装置

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Publication number: JP5450871B2
Application number: JP2013146380A
Authority: JP
Inventors: 匡朗梅田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2029-03-09
Also published as: JP2013233442A

Description

本発明は、被検体の原子核スピンをラーモア周波数の高周波(RF: radio frequency)信号で磁気的に励起し、この励起に伴って発生する核磁気共鳴(NMR:nuclear magnetic resonance)信号から画像を再構成する磁気共鳴イメージング(MRI: Magnetic Resonance Imaging)装置に係り、特に、脂肪抑制パルス等の画像コントラストを制御するための所望のRFパルスの印加を伴うイメージングを行う磁気共鳴イメージング装置に関する。

磁気共鳴イメージングは、静磁場中に置かれた被検体の原子核スピンをラーモア周波数のRF信号で磁気的に励起し、この励起に伴って発生するＭＲ信号から画像を再構成する撮像法である。

この磁気共鳴イメージングの分野において、画像コントラストを制御する技術として脂肪抑制法がある。従来から一般的に広く用いられる脂肪抑制法には、化学シフト選択(CHESS: chemical shift selective)法、SPIR (spectral presaturation with inversion recovery)法(SPECIRとも言う)、短時間反転回復(STIR: short TI inversion recovery)法がある。

脂肪抑制法のうち、CHESS法は、水プロトンと脂肪プロトンの共鳴周波数が3.5ppm異なることを利用して脂肪信号のみを周波数選択的に抑制する手法であることから、周波数選択的脂肪抑制法と呼ばれる（例えば特許文献１、特許文献２および特許文献３参照）。CHESS法では、イメージング用のデータ収集に先立って、RFプリパルスとしてCHESSパルスが印加される。

また、SPIR法も水プロトンと脂肪プロトンの共鳴周波数の差を利用する周波数選択的脂肪抑制法である（例えば特許文献４参照）。SPIR法では、脂肪信号の共鳴周波数に合わせた周波数選択的反転RFパルスであるSPIRパルスがRFプリパルスとして印加される。

一方、STIR法は、脂肪信号と水信号との間におけるT1緩和時間の差を利用する脂肪抑制法であり、非周波数選択的脂肪抑制法である。

図１は、RFプリパルスとして周波数選択的脂肪抑制パルスの印加を伴う従来のFSE (fast spin echo)法によるパルスシーケンスのタイムチャートである。

図１において、RFはRFパルスを、Gss、Gro、Gpeはそれぞれスライス選択(slice selection)傾斜磁場、リードアウト(RO: readout)傾斜磁場、位相エンコード(PE: phase encode)傾斜磁場を印加する軸を、ECHOは、エコー信号を示す。

図１に示すように、脂肪からの不要な信号を除去するためのα°周波数選択的脂肪抑制パルスRFc1がRFプリパルスとしてイメージング用のFSEシーケンスに先立って印加される。また、α°周波数選択的脂肪抑制パルスRFc1に続いてスライス選択傾斜磁場方向にスポイラー傾斜磁場Gsp1が印加される。

FSEシーケンスでは、通常フリップアングル(FA: flip angle)が90度のFlipパルスRFI1がRF励起パルスとして印加される。また、FlipパルスRFI1に続いて複数のリフォーカスパルスRFI2, RFI3, RFI4, …がエコー間隔ETS (Echo Tlain Space)で印加される。リフォーカスパルスRFI2, RFI3, RFI4, …のFAは通常180°に設定される。また、FlipパルスRFI1と最初のリフォーカスパルスRFI2との間の間隔はETS/2とされる。

一方、FlipパルスRFI1に対応するスライス選択傾斜磁場パルスGss1、リフォーカスパルスRFI2, RFI3, RFI4, …にそれぞれ対応するスライス選択傾斜磁場パルスGss2, Gss3, Gss4, …が印加される。FlipパルスRFI1に対応するスライス選択傾斜磁場パルスGss1は、ディフェーズ(Dephase)部分を有する。また、リフォーカスパルスRFI2, RFI3, RFI4, …にそれぞれ対応するスライス選択傾斜磁場パルスGss2, Gss3, Gss4, …は、両側にスポイラー(spoiler)傾斜磁場部分を有する。

また、リフォーカスパルスRFI2, RFI3, RFI4, …に続いて互に面積Sが等しいリードアウト傾斜磁場パルスGro2, Gro3, Gro4, …がそれぞれ印加される。さらに、FlipパルスRFI1に続いてディフェーズ用のリードアウト傾斜磁場パルスGro1が印加される。ディフェーズ用のリードアウト傾斜磁場パルスGro1の面積は、リフォーカスパルスRFI2, RFI3, RFI4, …に続いて印加されるリードアウト傾斜磁場パルスGro2, Gro3, Gro4, …の面積の半分S/2である。

さらに、リフォーカスパルスRFI2, RFI3, RFI4, …の各印加間において符号が逆で面積が等しい位相エンコード傾斜磁場パルスGpe1, Gpe2, Gpe3, Gpe4, …が印加される。

そして、このようなパルスシーケンスにおいて、リードアウト傾斜磁場パルスGro2, Gro3, …の印加によってエコー信号Echo1, Echo2, …が発生する。

特開平７−３２７９６０号公報特開平９−１８２７２９号公報特開平１１−２９９７５３号公報特開２００６−１４９５８３号公報

近年では、MRI装置における高磁場化技術が研究され、高磁場装置が製品化されている。しかしながら、特に3T以上の高磁場下においては共鳴周波数が高くなる一方、RFパルスは波長が短いほど生体内で減衰するため、RFパルスの減衰によりRF磁場の不均一度が増すB1不均一性(B1 inhomogenity)の問題があることが知られている。B1不均一性はRF磁場不均一性とも呼ばれる。

このため、高磁場下である場合のように撮像条件によっては、RFプリパルスとしてCHESSパルス等の周波数選択的脂肪抑制パルスを印加するのみでは、十分な脂肪抑制効果が得られない場合がある。

そして、このような問題は、脂肪抑制パルスのみならず、画像コントラストを制御するためのRFパルスの印加を伴うイメージングに共通するものである。すなわち、画像コントラストを制御するためのRFプリパルスを印加するのみでは、所望の画像コントラストが得られない恐れがある。

一方、RFプリパルスの印加を伴うイメージングでは、撮像時間が増加するという問題もある。特にマルチスライス撮影においては、RFプリパルスの印加によってminimum繰り返し時間(TR: repetition time)が増加し、スライス枚数を増やすことが困難になるという問題がある。尚、minimum TRは、複数のスライスで構成される特定のスライスセットの撮像を行うためのTRである。

本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、より短い撮像時間で、脂肪抑制等の所望の目的を有するRFパルスの印加によって、良好に画像コントラストの制御を行うことが可能な磁気共鳴イメージング装置を提供することを目的とする。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置は、上述の目的を達成するために、イメージング用の磁気共鳴信号の収集のために印加される高周波励起パルスの印加後に、コントラストを制御するための周波数選択的あるいはスライス選択的な高周波中間パルスおよび前記高周波中間パルスに続く不要な信号成分を抑制するためのスポイラー傾斜磁場の印加を伴う、スピンエコー（ＳＥ）系のパルスシーケンスによるイメージングスキャンによって前記磁気共鳴信号を収集するデータ収集手段と、前記磁気共鳴信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る磁気共鳴イメージング装置は、上述の目的を達成するために、イメージング用の磁気共鳴信号の収集のために印加される高周波励起パルスの印加後に、コントラストを制御するための周波数選択的あるいはスライス選択的な脂肪抑制パルスおよび前記脂肪抑制パルスに続く不要な信号成分を抑制するためのスポイラー傾斜磁場の印加を伴う、スピンエコー（ＳＥ）系のパルスシーケンスによるイメージングスキャンによって前記磁気共鳴信号を収集するデータ収集手段と、前記磁気共鳴信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、を有することを特徴とする。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置においては、より短い撮像時間で、脂肪抑制等の所望の目的を有するRFパルスの印加によって、良好に画像コントラストの制御を行うことができる。

RFプリパルスとして周波数選択的脂肪抑制パルスの印加を伴う従来のFSE 法によるパルスシーケンスのタイムチャート。本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の実施の形態を示す構成図。図２に示すコンピュータの機能ブロック図。図３に示す撮像条件設定部において設定される、RFプリパルスおよびRF中間パルスとして２つの脂肪抑制パルスの印加を伴うFSEシーケンスの一例を示すタイムチャート。図３に示す撮像条件設定部において設定される、RFプリパルスおよびRF中間パルスとして２つの脂肪抑制パルスの印加を伴うDWIシーケンスの一例を示すタイムチャート。図２に示す磁気共鳴イメージング装置によりRF中間パルスの印加を伴うイメージングによって被検体Ｐの画像を撮像する際の手順を示すフローチャート。

本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

図２は本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の実施の形態を示す構成図である。

磁気共鳴イメージング装置２０は、静磁場を形成する筒状の静磁場用磁石２１、この静磁場用磁石２１の内部に設けられたシムコイル２２、傾斜磁場コイル２３およびRFコイル２４を備えている。

また、磁気共鳴イメージング装置２０には、制御系２５が備えられる。制御系２５は、静磁場電源２６、傾斜磁場電源２７、シムコイル電源２８、送信器２９、受信器３０、シーケンスコントローラ３１およびコンピュータ３２を具備している。制御系２５の傾斜磁場電源２７は、Ｘ軸傾斜磁場電源２７ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源２７ｙおよびＺ軸傾斜磁場電源２７ｚで構成される。また、コンピュータ３２には、入力装置３３、表示装置３４、演算装置３５および記憶装置３６が備えられる。

静磁場用磁石２１は静磁場電源２６と接続され、静磁場電源２６から供給された電流により撮像領域に静磁場を形成させる機能を有する。尚、静磁場用磁石２１は超伝導コイルで構成される場合が多く、励磁の際に静磁場電源２６と接続されて電流が供給されるが、一旦励磁された後は非接続状態とされるのが一般的である。また、静磁場用磁石２１を永久磁石で構成し、静磁場電源２６が設けられない場合もある。

また、静磁場用磁石２１の内側には、同軸上に筒状のシムコイル２２が設けられる。シムコイル２２はシムコイル電源２８と接続され、シムコイル電源２８からシムコイル２２に電流が供給されて静磁場が均一化されるように構成される。

傾斜磁場コイル２３は、Ｘ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙおよびＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚで構成され、静磁場用磁石２１の内部において筒状に形成される。傾斜磁場コイル２３の内側には寝台３７が設けられて撮像領域とされ、寝台３７には被検体Ｐがセットされる。RFコイル２４にはガントリに内蔵されたRF信号の送受信用の全身用コイル(WBC: whole body coil)や寝台３７や被検体Ｐ近傍に設けられるRF信号の受信用の局所コイルなどがある。

また、傾斜磁場コイル２３は、傾斜磁場電源２７と接続される。傾斜磁場コイル２３のＸ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙおよびＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚはそれぞれ、傾斜磁場電源２７のＸ軸傾斜磁場電源２７ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源２７ｙおよびＺ軸傾斜磁場電源２７ｚと接続される。

そして、Ｘ軸傾斜磁場電源２７ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源２７ｙおよびＺ軸傾斜磁場電源２７ｚからそれぞれＸ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙおよびＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚに供給された電流により、撮像領域にそれぞれＸ軸方向の傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸方向の傾斜磁場Ｇｙ、Ｚ軸方向の傾斜磁場Ｇｚを形成することができるように構成される。

RFコイル２４は、送信器２９および/または受信器３０と接続される。送信用のRFコイル２４は、送信器２９からRF信号を受けて被検体Ｐに送信する機能を有し、受信用のRFコイル２４は、被検体Ｐ内部の原子核スピンのRF信号による励起に伴って発生したNMR信号を受信して受信器３０に与える機能を有する。

一方、制御系２５のシーケンスコントローラ３１は、傾斜磁場電源２７、送信器２９および受信器３０と接続される。シーケンスコントローラ３１は傾斜磁場電源２７、送信器２９および受信器３０を駆動させるために必要な制御情報、例えば傾斜磁場電源２７に印加すべきパルス電流の強度や印加時間、印加タイミング等の動作制御情報を記述したシーケンス情報を記憶する機能と、記憶した所定のシーケンスに従って傾斜磁場電源２７、送信器２９および受信器３０を駆動させることによりＸ軸傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ，Ｚ軸傾斜磁場ＧｚおよびRF信号を発生させる機能を有する。

また、シーケンスコントローラ３１は、受信器３０におけるNMR信号の検波およびA/D (analog to digital)変換により得られた複素データである生データ(raw data)を受けてコンピュータ３２に与えるように構成される。

このため、送信器２９には、シーケンスコントローラ３１から受けた制御情報に基づいてRF信号をRFコイル２４に与える機能が備えられる一方、受信器３０には、RFコイル２４から受けたNMR信号を検波して所要の信号処理を実行するとともにＡ／Ｄ変換することにより、デジタル化された複素データである生データを生成する機能と生成した生データをシーケンスコントローラ３１に与える機能とが備えられる。

また、コンピュータ３２の記憶装置３６に保存されたプログラムを演算装置３５で実行することにより、コンピュータ３２には各種機能が備えられる。ただし、プログラムによらず、各種機能を有する特定の回路を磁気共鳴イメージング装置２０に設けてもよい。

図３は、図２に示すコンピュータ３２の機能ブロック図である。

コンピュータ３２は、プログラムにより撮像条件設定部４０、シーケンスコントローラ制御部４１、ｋ空間データベース４２、画像再構成部４３、画像データベース４４および画像処理部４５として機能する。

撮影条件設定部４０は、入力装置３３からの指示情報に基づいて、脂肪抑制パルス等の画像コントラストを制御するための周波数選択的あるいはスライス選択的なRFパルスの印加を伴うパルスシーケンスを撮影条件として設定し、設定した撮影条件をシーケンスコントローラ制御部４１に与える機能を有する。ここで、画像コントラストを制御するためのRFパルスは、少なくともイメージング用のNMR信号を収集するためのイメージングシーケンス上においてRF中間パルスとして設定される。具体的には、画像コントラストを制御するためのRF中間パルスの印加タイミングは、少なくともイメージングデータの収集用のRF励起パルスの印加後に設定される。

例えば、エコー時間(TE: echo time)やETSに応じて決定されるｋ空間中心におけるデータの収集前にRF中間パルスの印加タイミングを設定すれば、画像コントラストに最も影響のあるｋ空間中心におけるデータに対してRF中間パルスの効果を与えることによって、より良好なコントラスト制御を行うことができる。従って、全てのイメージングデータの収集前およびｋ空間中心におけるデータの収集前の双方において複数回RF中間パルスを印加しても良い。ただし、ｋ空間中心におけるデータの収集前のみのタイミングでRF中間パルスを印加すれば、イメージング時間の短縮化に繋がる。

さらに、必要に応じて、例えばより良好または複雑な画像コントラストの制御を行うことが望ましいような場合には、イメージングシーケンスに先立って、すなわちイメージングデータの収集用のRF励起パルスの印加前に画像コントラストを制御するための周波数選択的あるいはスライス選択的なRFプリパルスの印加を付加することができる。逆に、撮影時間の短縮化が望まれる場合には、RFプリパルスを印加せずにRF中間パルスを印加する撮影条件を設定することができる。

また、RF中間パルスやRFプリパルスの印加後には、脂肪等の不要な代謝物からの横磁化信号成分を抑制するためのスポイラー傾斜磁場パルスが印加されるようにパルスシーケンスが設定される。

RF中間パルスやRFプリパルスとして印加されるRFコントラストコントロールパルスは、イメージングスライスと異なるスライスに印加するスライス選択的パルスおよびイメージング用に収集するNMR信号の共鳴周波数と異なる共鳴周波数を有する物質に印加する周波数選択的パルスのいずれかであれば、任意のパルスとすることができる。従って、RFコントラストコントロールパルスの例としては、水選択励起パルス、脂肪抑制パルス、サチュレーションパルス、スピンラベリングパルス、MTC (magnetization transfer contrast)パルス、SORS (slice-selective off-resonance sinc pulse)が挙げられる。

水選択励起パルスは、水を選択的に励起するRFコントラストコントロールパルスであり、脂肪抑制パルスは脂肪からの信号を抑制するためRFコントラストコントロールパルスである。また、サチュレーションパルスは、所望の物質のスピンを飽和させて所望の物質からの信号を抑制するためのRFコントラストコントロールパルスであり、ディフェージンググラジエント傾斜磁場の印加前に印加される。スピンラベリングパルスは、撮像断面に流入する動体にタグ付けを行うためのRFコントラストコントロールパルスである。また、MTCパルスは、結合水のプロトンの磁化を飽和させ、実質臓器の信号を抑制するためのRFコントラストコントロールパルスである。スライス選択傾斜磁場とともに印加されるMTCパルスは、SORSと呼ばれる。

RF中間パルスおよびRFプリパルスは互に同種のRFコントラストコントロールパルスとしても良いし、互に異なるRFコントラストコントロールパルスとしても良い。RF中間パルスおよびRFプリパルスを同種のRFコントラストコントロールパルスとすれば、撮影時間を増加させることなく、より良好にコントラスト制御を行うことが可能である。逆に、RF中間パルスおよびRFプリパルスを異種のRFコントラストコントロールパルスとすれば、撮影時間を増加させることなく、複数種のコントラスト制御を行うことが可能となる。

また、複数のRF中間パルスや複数のRFプリパルスが印加されるように撮影条件を設定することができる。この場合でも、複数のRF中間パルスを互に同種または異種のRFコントラストコントロールパルスに設定できる。同様に、複数のRFプリパルスも互に同種または異種のRFコントラストコントロールパルスに設定できる。

ただし、RFコントラストコントロールパルスとしては、脂肪抑制パルスが最も需要が大きいと考えられる。このため、以下、単一のRFプリパルスおよび単一のRF中間パルスとして２つの脂肪抑制パルスを印加する場合の例について説明するが、他のRFコントラストコントロールパルスを単一または複数のRFプリパルスおよびRF中間パルスとして印加する場合についても同様である。

図４は、図３に示す撮像条件設定部４０において設定される、RFプリパルスおよびRF中間パルスとして２つの脂肪抑制パルスの印加を伴うFSEシーケンスの一例を示すタイムチャートである。

図４において、RFはRFパルスを、Gss、Gro、Gpeはそれぞれスライス選択傾斜磁場、リードアウト傾斜磁場、位相エンコード傾斜磁場を印加する軸を、ECHOは、エコー信号を示す。

図４に示すように、脂肪からの不要な信号を除去するためのα1°周波数選択的（ケミカルシフト選択的）脂肪抑制パルスRFc1がRFプリパルスとしてイメージング用のFSEシーケンスに先立って印加される。また、α1°周波数選択的脂肪抑制パルスRFc1に続いてスライス選択傾斜磁場方向にスポイラー傾斜磁場Gsp1が印加される。脂肪抑制パルスRFc1のFAは、必要とされる脂肪抑制効果に応じてα1°=90°〜130°程度に設定される。

FSEシーケンスでは、通常FAが90度のFlipパルスRFI1がRF励起パルスとして印加される。また、FlipパルスRFI1に続いて複数のリフォーカスパルスRFI2, RFI3, RFI4, …がETSで印加される。リフォーカスパルスRFI2, RFI3, RFI4, …のFAは通常180°に設定される。また、FlipパルスRFI1と最初のリフォーカスパルスRFI2との間の間隔はETS/2とされる。

さらに、FlipパルスRFI1の印加後におけるFSEシーケンス上の任意の位置にRF中間パルスとしてα2°周波数選択的脂肪抑制パルスRFc2が印加される。図４は、最初のリフォーカスパルスRFI2と２番目のリフォーカスパルスRFI3との間にα2°周波数選択的脂肪抑制パルスRFc2が印加される例を示している。ただし、任意のリフォーカスパルスの印加後にα2°周波数選択的脂肪抑制パルスRFc2を印加することができる。

尚、FlipパルスRFI1と最初のリフォーカスパルスRFI2との間にα2°周波数選択的脂肪抑制パルスRFc2を印加してもよい。ただし、FlipパルスRFI1と最初のリフォーカスパルスRFI2との間に比べてリフォーカスパルス間の方が長い。従って、周波数選択的脂肪抑制パルスRFc2をリフォーカスパルス間において印加すれば周波数選択的脂肪抑制パルスRFc2のパルス長を所望のパルス長に設定できる可能性が高い。よって、所望のコントラストを容易に得るためには、周波数選択的脂肪抑制パルスRFc2をリフォーカスパルス間において印加することが望ましい。

また、脂肪抑制パルスRFc2のFAは、リフォーカスパルスRFI2, RFI3, RFI4, …のFAに応じてコントラストコントロール効果が定常的に維持されるように決定することが望ましい。例えば、リフォーカスパルスRFI2, RFI3, RFI4, …のFAが180°である場合には、脂肪抑制パルスRFc2のFAをα2°=180°とすることが望ましい。この場合、脂肪抑制パルスRFc2の印加によって脂肪領域の磁化が脂肪以外の領域の磁化に対して180°反転するため、180°リフォーカスパルスが繰り返し印加されても脂肪領域の磁化が抑制された状態が定常的に維持される。

そして、α1°周波数選択的脂肪抑制パルスRFc1が第１の脂肪抑制パルス、α2°周波数選択的脂肪抑制パルスRFc2が第２の脂肪抑制パルスとして機能する。

また、α2°脂肪抑制パルスRFc2の印加直前に印加されるリフォーカスパルスを除くリフォーカスパルス（図４の例ではRFI3, RFI4, …）に続いて互に面積Sが等しいリードアウト傾斜磁場パルス（図４の例ではGro3, Gro4, …）がそれぞれ印加される。さらに、FlipパルスRFI1に続いてディフェーズ用のリードアウト傾斜磁場パルスGro1が印加される。ディフェーズ用のリードアウト傾斜磁場パルスGro1の面積は、リフォーカスパルス（図４の例ではRFI3, RFI4, …）に続いて印加されるリードアウト傾斜磁場パルス（図４の例ではGro3, Gro4, …）の面積の半分S/2である。

また、α2°脂肪抑制パルスRFc2の印加直前に印加されるリフォーカスパルス（図４の例ではRFI2）とα2°脂肪抑制パルスRFc2の印加直後に印加されるリフォーカスパルス（図４の例ではRFI3）との間において、任意数のリードアウト傾斜磁場パルスが印加される。図４は、α2°脂肪抑制パルスRFc2の前後に２つのリードアウト傾斜磁場パルスGsp2, Gsp3が印加される例を示している。但し、α2°脂肪抑制パルスRFc2の前後に印加される任意数のリードアウト傾斜磁場パルス（図４の例ではGsp2, Gsp3）の合計の面積は、他のリフォーカスパルス（図４の例ではRFI3, RFI4, …）に続いて印加されるリードアウト傾斜磁場パルス（図４の例ではGro3, Gro4, …）の面積Sと等しくなるように設定される。従って、図４に示すように、α2°脂肪抑制パルスRFc2の前に印加されるリードアウト傾斜磁場パルスGsp2の面積がS1であれば、α2°脂肪抑制パルスRFc2の後に印加されるリードアウト傾斜磁場パルスGsp3の面積はS-S1となる。

つまり、α2°脂肪抑制パルスRFc2の印加タイミングにおいてリードアウト傾斜磁場パルスが印加されないように、α2°脂肪抑制パルスRFc2が印加されるリフォーカスパルスRFI2, RFI3間において本来印加されるべきリードアウト傾斜磁場パルスが面積一定のまま分割されてα2°脂肪抑制パルスRFc2の前後に分配設定されたと考えることができる。そうすると、簡易な撮影条件の調整によって、α2°脂肪抑制パルスRFc2の後に印加されるリードアウト傾斜磁場パルスGsp3を、α2°脂肪抑制パルスRFc2に対応するスポイラー傾斜磁場パルスとして機能させることができる。従って、α2°脂肪抑制パルスRFc2の後に印加されるリードアウト傾斜磁場パルスGsp3の面積S-S1は、リードアウト傾斜磁場パルスGsp3がスポイラー傾斜磁場パルスとして十分に機能するように決定されることが望ましい。

しかしながら、α2°脂肪抑制パルスRFc2の後に印加されるリードアウト傾斜磁場パルスGsp3の面積には上限があるため、十分な面積を確保できない場合もあり得る。そこで、スライス選択傾斜磁場方向および位相エンコード傾斜磁場方向の一方または双方に任意面積のスポイラー傾斜磁場パルスを設定することもできる。これにより、スポイラー傾斜磁場パルスの強度を任意に設定することが可能となる。この場合には、スポイラー傾斜磁場パルスの印加軸方向かつα2°脂肪抑制パルスRFc2の前に、スポイラー傾斜磁場パルスと面積が同じで極性が逆のプリスポイラー傾斜磁場パルスを印加すれば、スポイラー傾斜磁場パルスによるディフェーズ量をキャンセルして観測すべき代謝物からのエコー信号を良好に取得することができる。

尚、スライス選択傾斜磁場方向または位相エンコード傾斜磁場方向にスポイラー傾斜磁場パルスを設定する場合には、α2°脂肪抑制パルスRFc2の後にスポイラー傾斜磁場パルスとして印加されるリードアウト傾斜磁場パルスGsp3の面積S-S1をゼロとして、α2°脂肪抑制パルスRFc2の前にのみ面積がSのリードアウト傾斜磁場パルスGsp2を印加しても良い。一方、リードアウト傾斜磁場方向以外の方向にスポイラー傾斜磁場パルスが印加されるか否かに関わらず、α2°脂肪抑制パルスRFc2の前にリードアウト傾斜磁場パルスGsp2を印加せずに、α2°脂肪抑制パルスRFc2の後にのみ面積がSのリードアウト傾斜磁場パルスGsp3を印加しても良い。つまり、α2°脂肪抑制パルスRFc2が印加されるリフォーカスパルスRFI2, RFI3間において印加されるべきリードアウト傾斜磁場パルスを必ずしも分割しなくても良い。

さらに、リフォーカスパルスRFI2, RFI3, RFI4, …の各印加間において符号が逆で面積が等しい位相エンコード傾斜磁場パルスGpe1, Gpe2, Gpe3, Gpe4, …が印加される。ただし、α2°脂肪抑制パルスRFc2が印加されるリフォーカスパルスRFI2, RFI3間において印加される位相エンコード傾斜磁場パルスGpe1, Gpe2を削除し、上述したプリスポイラー傾斜磁場パルスおよびスポイラー傾斜磁場パルスを設定することもできる。

図４は、α2°脂肪抑制パルスRFc2の前後において位相エンコード傾斜磁場方向に、互に面積が同じで極性が逆のプリスポイラー傾斜磁場パルスGsp4およびスポイラー傾斜磁場パルスGsp5の印加を設定した例を示している。そして、スポイラー傾斜磁場パルスGsp5の印加によって脂肪からの不要な信号成分が抑制される一方、プリスポイラー傾斜磁場パルスGsp4の印加によって、スポイラー傾斜磁場パルスGsp5によるディフェーズ量をキャンセルして脂肪以外の所望の観測代謝物からのNMR信号を良好に抽出することができる。尚、上述したように、プリスポイラー傾斜磁場パルスおよびスポイラー傾斜磁場パルスをスライス選択傾斜磁場方向に印加しても良い。

そして、このようなパルスシーケンスにおいて、α2°脂肪抑制パルスRFc2が印加されないリフォーカスパルスRFI3, RFI4, RFI5, …間におけるリードアウト傾斜磁場パルスGro3, Gro4, …の印加によってエコー信号が発生する。

ところで、イメージングシーケンスとしては、FSEシーケンスに限らず他のイメージング技術に基づく任意のパルスシーケンスを用いることができる。すなわち、FLIPパルス、FLOPパルス、リフォーカスパルス等のRF励起パルスの印加後にRF中間パルスの印加を設定することができる。また、必要に応じてFLIPパルスやFLOPパルスの印加前にRFプリパルスの印加を設定することもできる。

この場合、RF中間パルスの印加タイミングにおいて、傾斜磁場パルスが印加されないように傾斜磁場パルスを決定する必要があるが、RF中間パルスの直後に印加されるリードアウト傾斜磁場パルス等の傾斜磁場パルスをスポイラー傾斜磁場パルスとして利用することができる。一方、RF中間パルスの後にスポイラー傾斜磁場パルスとして利用可能なパルスが存在しない場合には、RF中間パルスの前後においてリードアウト傾斜磁場方向、位相エンコード傾斜磁場方向およびスライス選択傾斜磁場方向のうち単一または複数の任意軸方向にスポイラー傾斜磁場パルスおよびプリスポイラー傾斜磁場パルスを設定することができる。

そして、RF中間パルスの後におけるリードアウト傾斜磁場パルスの印加によって、コントラストをコントロールするために脂肪等の不要な代謝物からの信号をより良好に抑制しつつデータを収集することができる。

図５は、図３に示す撮像条件設定部４０において設定される、RFプリパルスおよびRF中間パルスとして２つの脂肪抑制パルスの印加を伴う拡散強調画像(DWI: diffusion weighted imaging)シーケンスの一例を示すタイムチャートである。

図５において、RFはRFパルスを、Gss、Groはそれぞれスライス選択傾斜磁場、リードアウト傾斜磁場を印加する軸を、ECHOは、エコー信号を示す。尚、位相エンコード傾斜磁場および図４に示すパルスと同様なパルスの説明は省略する。

図５に示すように、α1°周波数選択的脂肪抑制パルスRFc1がRFプリパルスとしてイメージング用のDWIシーケンスに先立って印加される。

DWIシーケンスは、例えばSE (Spin Echo)法およびEPI (echo planar imaging)法に基づくSE-EPIシーケンスにMPG (motion probing gradient)パルスを付加したシーケンスとされる。すなわち、90°RF励起パルスRFI1の印加に続いてTE/2後に180°RFパルスRFI2が印加される。また、90°RF励起パルスRFI1および180°RFパルスRFI2とともにそれぞれスライス選択傾斜磁場パルスGss1, Gss2が印加される。そして、EPI法に基づいて設定されたリードアウト傾斜磁場パルスGepi-roの印加によって90°RF励起パルスRFI1の印加からTE後にエコー信号が連続収集される。

さらに、撮影目的によって任意に設定された任意の傾斜磁場方向に任意数のMPGパルスが印加される。例えば、図５に示すように、90°RF励起パルスRFI1と180°RFパルスRFI2との間において、リードアウト傾斜磁場方向に正極性の第１のMPGパルスMPG1および負極性の第２のMPGパルスMPG2が印加され、180°RFパルスRFI2とEPI法に基づくリードアウト傾斜磁場パルスGepi-roとの間において、リードアウト傾斜磁場方向に正極性の第３のMPGパルスMPG3が印加される。

さらに、90°RF励起パルスRFI1の印加後におけるDWIシーケンス上の任意の位置にRF中間パルスとしてα2°周波数選択的脂肪抑制パルスRFc2を印加することができる。例えば、図５に示すように、第１のMPGパルスMPG1と第２のMPGパルスMPG2との間にα2°脂肪抑制パルスRFc2を印加すれば、負極性の第２のMPGパルスMPG2をスポイラー傾斜磁場パルスとして利用することができる。加えて、最初のイメージング用のエコー信号の収集前にα2°周波数選択的脂肪抑制パルスRFc2を印加すれば、全てのエコー信号に対してα2°周波数選択的脂肪抑制パルスRFc2の効果を付与することができる。

また、α2°脂肪抑制パルスRFc2の設定前におけるDWIシーケンスにおいて、適切な位置にMGPパルスが設定されていない場合であっても、全てのMGPパルスの合計の面積を一定としつつα2°脂肪抑制パルスRFc2の後の適切な位置に意図的にMPGパルスをスポイラー傾斜磁場パルスとして利用できるように設定することもできる。さらに、プリスポイラー傾斜磁場パルスおよびスポイラー傾斜磁場パルスのペアを任意軸方向、例えばMGPパルスが印加されない軸に設定することもできる。

また、例えば、180°RFパルスRFI2とEPI法に基づくリードアウト傾斜磁場パルスGepi-roとの間にα2°脂肪抑制パルスRFc2を印加しても、リードアウト傾斜磁場パルスGepi-roの印加により収集されるエコー信号には、α2°脂肪抑制パルスRFc2による脂肪抑制効果が得られる。この場合、第３のMPGパルスMPG3をスポイラー傾斜磁場パルスとして利用することもできる。

次に、コンピュータ３２の他の機能について説明する。

シーケンスコントローラ制御部４１は、入力装置３３またはその他の構成要素からの情報に基づいて、撮影条件設定部４０から取得したパルスシーケンスを含む撮影条件をシーケンスコントローラ３１に与えることにより駆動制御させる機能を有する。また、シーケンスコントローラ制御部４１は、シーケンスコントローラ３１から生データを受けてｋ空間データベース４２に形成されたｋ空間に配置する機能を有する。このため、ｋ空間データベース４２には、受信器３０において生成された各生データがｋ空間データとして保存される。

画像再構成部４３は、ｋ空間データベース４２からｋ空間データを取り込んでフーリエ変換(FT: Fourier transform)を含む画像再構成処理を施すことにより画像データを再構成する機能と、再構成して得られた画像データを画像データベース４４に書き込む機能を有する。このため、画像データベース４４には、画像再構成部４３において再構成された画像データが保存される。

画像処理部４５は、画像データベース４４から画像データを取り込んで必要な画像処理を行って表示用の2次元の画像データを生成する機能と、生成した表示用の画像データを表示装置３４に表示させる機能を有する。

次に磁気共鳴イメージング装置２０の動作および作用について説明する。

図６は、図２に示す磁気共鳴イメージング装置２０によりRF中間パルスの印加を伴うイメージングによって被検体Ｐの画像を撮像する際の手順を示すフローチャートであり、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。

まずステップＳ１において、撮影条件設定部４０において、入力装置３３から入力された情報に基づいてコントラストをコントロールするためのRF中間パルスの印加を伴う図４や図５に示すようなパルスシーケンスを含む撮影条件が設定される。また、必要に応じてRFプリパルスも付加される。

次にステップＳ２において、設定された撮影条件に従ってイメージングスキャンが実行され、データが収集される。

そのために、予め寝台３７に被検体Ｐがセットされ、静磁場電源２６により励磁された静磁場用磁石２１(超伝導磁石)の撮像領域に静磁場が形成される。また、シムコイル電源２８からシムコイル２２に電流が供給されて撮像領域に形成された静磁場が均一化される。

そして、入力装置３３からシーケンスコントローラ制御部４１にイメージングスキャンの開始指示が与えられると、シーケンスコントローラ制御部４１は撮影条件設定部４０からRF中間パルスの印加を伴うパルスシーケンスを取得してシーケンスコントローラ３１に与える。シーケンスコントローラ３１は、シーケンスコントローラ制御部４１から受けたパルスシーケンスに従って傾斜磁場電源２７、送信器２９および受信器３０を駆動させることにより被検体Ｐがセットされた撮像領域に傾斜磁場を形成させるとともに、RFコイル２４からRF信号を発生させる。

このため、被検体Ｐの内部における核磁気共鳴により生じたNMR信号が、RFコイル２４により受信されて受信器３０に与えられる。受信器３０は、RFコイル２４からNMR信号を受けて、所要の信号処理を実行した後、A/D変換することにより、デジタルデータのNMR信号である生データを生成する。受信器３０は、生成した生データをシーケンスコントローラ３１に与える。シーケンスコントローラ３１は、生データをシーケンスコントローラ制御部４１に与え、シーケンスコントローラ制御部４１はｋ空間データベース４２に形成されたｋ空間に生データをｋ空間データとして配置する。

次に、ステップＳ３において、画像再構成部４３は、ｋ空間データベース４２からｋ空間データを取り込んでフーリエ変換を含む画像再構成処理を施すことにより画像データを再構成する。再構成して得られた画像データは、画像データベース４４に書き込まれる。

次に、ステップＳ４において、画像処理部４５は、画像データベース４４から画像データを取り込んで必要な画像処理を行って表示用の2次元の画像データを生成し、生成した表示用の画像データを表示装置３４に表示させる。ここで、画像データは、図４や図５に示すようなコントラストをコントロールするRF中間パルスの印加を伴う撮影条件に従って取得されるため、より短い撮影時間で画像データを得ることができる。さらに、コントラストをコントロールするRFプリパルスを印加すれば、より良好な脂肪抑制効果が画像データにおいて得られる。

つまり以上のような磁気共鳴イメージング装置２０は、イメージングシーケンスの実行中において脂肪抑制パルス等のコントラストの制御を行うためのRF中間パルスおよびスポイラー傾斜磁場パルスを印加することによって画像データを収集するものである。

このため、磁気共鳴イメージング装置２０によれば、RFプリパルスが必ずしも必須とならないため、最初のTRを短縮することができる。特にマルチスライス撮影の場合には、特定のスライスセットの撮像を行うためのminimumTRを短縮することができる。このため、マルチスライス撮像において脂肪抑制等のコントラスト制御を伴ってスライス枚数を増やすことができる。

さらに、磁気共鳴イメージング装置２０によれば、RFプリパルスとしてRF中間パルスと同種のコントラストコントロールパルスを印加すれば、より良好なコントラストの制御を行うことができる。例えば、RFプリパルスおよびRF中間パルスとして脂肪抑制パルスを印加すれば、十分な脂肪抑制効果を得ることができる。一方、RFプリパルスとしてRF中間パルスと異種のコントラストコントロールパルスを印加すれば、撮影目的に応じて様々な画像コントラストの制御を行うことができる。

特に、3T以上の高磁場装置においては、ケミカルシフト量が大きくなるため、上述したようなRF中間パルスの印加による画像コントラストの向上が期待できる。

尚、複数のRF要素コイルを用いて形成されたRF送信パルスを送信するというRF送信パルスの多チャンネル化が考案されている。このため、複数のRF要素コイルを用いてRF中間パルスやRFプリパルスを送信すれば、RF中間パルスやRFプリパルスの周波数方向のプロファイルを安定させることができる。このため、より一層良好なコントラストの制御を行うことが可能となる。

２０磁気共鳴イメージング装置
２１静磁場用磁石
２２シムコイル
２３傾斜磁場コイル
２４ RFコイル
２５制御系
２６静磁場電源
２７傾斜磁場電源
２８シムコイル電源
２９送信器
３０受信器
３１シーケンスコントローラ
３２コンピュータ
３３入力装置
３４表示装置
３５演算装置
３６記憶装置
３７寝台
４０撮像条件設定部
４１シーケンスコントローラ制御部
４２ｋ空間データベース
４３画像再構成部
４４画像データベース
４５画像処理部
Ｐ被検体

Claims

イメージング用の磁気共鳴信号の収集のために印加される高周波励起パルスの印加後に、コントラストを制御するための周波数選択的あるいはスライス選択的な高周波中間パルスおよび前記高周波中間パルスに続く不要な信号成分を抑制するためのスポイラー傾斜磁場の印加を伴う、スピンエコー（ＳＥ）系のパルスシーケンスによるイメージングスキャンによって前記磁気共鳴信号を収集するデータ収集手段と、
前記磁気共鳴信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、
を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
前記データ収集手段は、前記高周波励起パルスからエコー信号収集までの間に前記高周波中間パルスを印加する、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記データ収集手段は、脂肪抑制パルスを前記高周波中間パルスとして印加するように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記データ収集手段は、水を選択的に励起するための水選択励起パルス、所望の物質のスピンを飽和させて前記所望の物質からの信号を抑制するための、ディフェージンググラジエント傾斜磁場の印加前に印加されるサチュレーションパルス、撮像断面に流入する動体にタグ付けを行うためのスピンラベリングパルス、結合水のプロトンの磁化を飽和させ、実質臓器の信号を抑制するためのmagnetization transfer contrastパルスおよびスライス選択傾斜磁場とともに印加されるmagnetization transfer contrastパルスであるslice-selective off-resonance sinc pulseの少なくとも１つを前記高周波中間パルスとして印加するように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記データ収集手段は、コントラストを制御するための周波数選択的あるいはスライス選択的な高周波プリパルスを前記高周波励起パルスに先立って印加するように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記データ収集手段は、同種の複数の高周波中間パルスを印加するように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記データ収集手段は、異種の複数の高周波中間パルスを印加するように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記データ収集手段は、リードアウト用の傾斜磁場を前記スポイラー傾斜磁場として利用するように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記データ収集手段は、スライス方向および位相エンコード方向の少なくとも一方に前記スポイラー傾斜磁場を印加し、かつ前記高周波中間パルスの印加に先立って前記スポイラー傾斜磁場によるディフェーズ量をキャンセルする傾斜磁場を印加するように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記データ収集手段は、拡散強調イメージングを行い、motion probing gradientパルスを前記スポイラー傾斜磁場として利用するように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記データ収集手段は、前記高周波励起パルスの印加後にリフォーカスパルスを繰り返し印加し、かつ前記リフォーカスパルスのフリップアングルに応じて決定されたフリップアングルとして前記高周波中間パルスを印加するように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記データ収集手段は、複数の要素コイルを用いて前記高周波中間パルスを送信するように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記データ収集手段は、エコー間隔およびエコー時間の少なくとも一方に応じたタイミングで前記高周波中間パルスを印加するように構成される請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記データ収集手段は、前記高周波励起パルスの印加後にリフォーカスパルスを繰り返し印加し、かつリフォーカスパルス間において前記高周波中間パルスを印加するように構成される請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記データ収集手段は、拡散強調イメージングを行い、かつ最初のイメージング用の磁気共鳴信号の収集前に前記高周波中間パルスを印加するように構成される請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
イメージング用の磁気共鳴信号の収集のために印加される高周波励起パルスの印加後に、コントラストを制御するための周波数選択的あるいはスライス選択的な脂肪抑制パルスおよび前記脂肪抑制パルスに続く不要な信号成分を抑制するためのスポイラー傾斜磁場の印加を伴う、スピンエコー（ＳＥ）系のパルスシーケンスによるイメージングスキャンによって前記磁気共鳴信号を収集するデータ収集手段と、
前記磁気共鳴信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、
を有する磁気共鳴イメージング装置。