JP5633899B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、スピンの横磁化を再収束させるためのRFパルスを送信する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装置では、静磁場不均一(B0不均一)が原因で、画像に信号強度ムラが現れ、画質が劣化することがある。そこで、静磁場不均一による画像劣化を低減する方法が提案されている(特許文献1参照)。
特開2007−190362号公報
特許文献1には、フリップ角が45°である2つのRFパルスの間に、フリップ角が180°、180°、−180°、および−180°の4つのRFパルスを順次送信することによって、静磁場不均一による画像劣化を低減する方法が開示されている。しかし、特許文献1の方法では、RF送信磁場不均一(B1不均一)による信号強度ムラが発生するという問題もある。
本発明は、上記の事情に鑑み、静磁場不均一やRF送信磁場不均一などの磁場不均一による画質の劣化を低減する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。
上記の問題を解決する本発明の第1の磁気共鳴イメージング装置は、
スピンの横磁化を再収束させるためのRFパルスα1°θ1°、α2°θ2°、−α1°θ1°、および−α2°θ2°を順に送信し(α1°、α2°、−α1°、および−α2°はRFパルスのフリップ角、θ1°、θ2°は、RFパルスの位相)、スピンの横磁化を再収束させた後にスピンの横磁化を縦磁化にする磁気共鳴イメージング装置であって、
前記RFパルスα1°θ1°、α2°θ2°、−α1°θ1°、および−α2°θ2°のフリップ角α1°、α2°、−α1°、および−α2°の組合せは、下記の組合せのうちのいずれかの組合せである磁気共鳴イメージング装置。
(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(180°−Δd1°,180°+Δd2°,−(180°−Δd1°),−(180°+Δd2°))

(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(180°+Δd1°,−(180°−Δd2°),−(180°+Δd1°),180°−Δd2°)

(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(−(180°−Δd1°),−(180°+Δd2°),180°−Δd1°,180°+Δd2°)

(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(−(180°+Δd1°),180°−Δd2°,180°+Δd1°,−(180°−Δd2°))

(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(180°+Δd1°,180°−Δd2°,−(180°+Δd1°),−(180°−Δd2°))

(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(180°−Δd1°,−(180°+Δd2°),−(180°−Δd1°),180°+Δd2°)

(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(−(180°+Δd1°),−(180°−Δd2°),180°+Δd1°,180°−Δd2°)

(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(−(180°−Δd1°),180°+Δd2°,180°−Δd1°,−(180°+Δd2°))

ただし、0°<Δd1°、Δd2°<180°
また、本発明の第2の磁気共鳴イメージング装置は、
スピンの横磁化を再収束させるためのRFパルスα1°θ1°、α2°θ2°、α1°θ1°、およびα2°θ2°を順に送信し(α1°およびα2°はRFパルスのフリップ角、θ1°、θ2°は、RFパルスの位相)、スピンの横磁化を再収束させた後にスピンの横磁化を縦磁化にする磁気共鳴イメージング装置であって、
前記フリップ角α1°およびα2°の組合せは、下記の組合せのうちのいずれかの組合せである磁気共鳴イメージング装置。
(α1°,α2°)
=(180°−Δd1°,180°+Δd2°)

(α1°,α2°)
=(180°+Δd1°,−(180°−Δd2°))

(α1°,α2°)
=(−(180°−Δd1°),−(180°+Δd2°))

(α1°,α2°)
=(−(180°+Δd1°),180°−Δd2°)

(α1°,α2°)
=(180°+Δd1°,180°−Δd2°)

(α1°,α2°)
=(180°−Δd1°,−(180°+Δd2°))

(α1°,α2°)
=(−(180°+Δd1°),−(180°−Δd2°))

(α1°,α2°)
=(−(180°−Δd1°),180°+Δd2°)

ただし、0°<Δd1°、Δd2°<180°
本発明では、フリップ角が180°(又は−180°)からΔd1又はΔd2だけずれたRFパルスを用いている。このようなRFパルスを用いることによって、B1不均一による信号強度ムラを低減することができる。
本発明の第1の実施形態の磁気共鳴イメージング装置1のブロック図である。 被検体9の撮像領域FOVを概略的に示す図である。 動脈血ARを撮像するためのパルスシーケンスの説明図である。 縦磁化調整用シーケンス21の具体的な構成について説明する図である。 RFパルス90°x、α1°y、α2°y、−α1°y、−α2°y、および−90°xの説明図である。 縦磁化調整用シーケンス21が実行されている間のスピンの挙動を示す図である。 シミュレーション結果を示すグラフである。 式(10)で表されるフリップ角の組合せを用いた場合の縦磁化調整用シーケンス21の一例を示す図である。 シミュレーション結果を示すグラフである。 渦電流を説明する図である。 第3の実施形態における縦磁化調整用シーケンス21の一例である。 一軸に合成されたクラッシャー勾配パルスGcrushおよび速度エンコード勾配パルスGvを作成する手順の説明図である。 シーケンスの時間τが短縮できる様子を示す図である。 RFパルスα1°yとα2°yとの間に位置する2番目の勾配パルスgc2を、3番目の勾配パルスgc3に近づけたときのシーケンスを示す図である。 複数の勾配パルスを移動させたときのシーケンスを示す図である。
以下、発明を実施するための形態について説明するが、本発明は、以下の形態に限定されることはない。
(1)第1の実施形態
図1は、本発明の第1の実施形態の磁気共鳴イメージング装置(以下、「MRI装置」と呼ぶ。MRI:Magnetic
Resonance Imaging)1のブロック図である。
MRI装置1は、コイルアセンブリ2と、テーブル3と、心拍センサ4と、受信コイル5と、制御装置6と、入力装置7と、表示装置8とを有している。
コイルアセンブリ2は、被検体9が搬入されるボア21を有している。また、コイルアセンブリ2は、超伝導コイル22と、勾配コイル23と、送信コイル24とを有している。超伝導コイル22はボア21内に静磁場B0を印加する。勾配コイル23は、ボア21内に勾配パルスを印加する。送信コイル24はボア21内にRFパルスを送信する。
テーブル3は、クレードル31を有している。クレードル31は、z方向および−z方向に移動するように構成されている。クレードル31がz方向に移動することによって、被検体9がボア21に搬送される。クレードル31が−z方向に移動することによって、ボア21に搬送された被検体9は、ボア21から搬出される。
心拍センサ4は、被検体9の心拍を検出し、心電信号4aを生成する。
受信コイル5は磁気共鳴信号を受信する。
制御装置6は、心電信号解析手段61、コイル制御手段62、および画像再構成手段63を有している。
心電信号解析手段61は、心電信号4aを解析する。
コイル制御手段62は、心電信号解析手段61の解析結果に基づいて、パルスシーケンスPS(後述する図3参照)が実行されるように、勾配コイル23および送信コイル24を制御する。
画像再構成手段63は、受信コイル5が受信した磁気共鳴信号に基づいて、画像を再構成する。
入力装置7は、オペレータ10の操作に応じて、種々の命令を制御装置6に入力する。
表示装置8は、種々の情報や画像を表示する。
図2は、被検体9の撮像領域FOVを概略的に示す図である。
図2には、心臓14、動脈15、および静脈16が示されている。動脈血ARは、上流領域UPから、撮像領域FOVを経由して、下流領域DWに流れる。静脈血VEは、動脈血ARとは反対に、下流領域DWから、撮像領域FOVを経由して、上流領域UPに流れる。第1の実施形態では、撮像領域FOVには、被検体9の膝Kとその周辺部位が含まれている。以下に、撮像領域FOVを流れる動脈血ARのMR画像をどのように取得しているかについて説明する。
尚、撮像領域FOVには、撮像対象である動脈血ARの他に、撮像対象ではない静脈血VEも含まれている。第1の実施形態では、動脈血ARを描出することを考えているので、動脈血ARと一緒に静脈血VEも描出されてしまうと、動脈血ARの血流状態を視認することが困難になる。したがって、撮像対象ではない静脈血VEはできるだけ描出されないようする必要がある。そこで、第1の実施形態では、動脈血ARを撮像する場合、以下のようなパルスシーケンスを実行する。
図3は、動脈血ARを撮像するためのパルスシーケンスの説明図である。
図3(a)は、被検体9の心電波形ECGを示すグラフ、図3(b)は動脈血ARを撮像するためのパルスシーケンスPS、図3(c)は、動脈血ARの縦磁化回復曲線Carと、静脈血VEの縦磁化回復曲線Cveを示す図である。
パルスシーケンスPSは、心電波形ECGに同期して実行される。パルスシーケンスPSは、縦磁化調整用シーケンス21、反転パルス22、およびデータ収集用シーケンス23を含んでいる。
縦磁化調整用シーケンス21は、静脈血VEの縦磁化成分MzをMz=1(又はMz=1に近い値)のままにしておく一方で、動脈血ARの縦磁化成分MzをMz=0(又はMz=0に近い値)に調整するためのシーケンスである。反転パルス22は、縦磁化調整用シーケンス21が実行された後の動脈血ARおよび静脈血VEの縦磁化を反転させるためのパルスである。データ収集用シーケンス23は、kスペースを埋めるためのデータを収集するためのシーケンスである。
次に、パルスシーケンスPSを実行した場合の静脈血VEおよび動脈血ARのスピンの磁化の挙動について、図3(c)を参照しながら簡単に説明する。
縦磁化調整用シーケンス21が開始される前の時点taにおいて、静脈血VEおよび動脈血ARの縦磁化成分MzをMz=1とする。しかし、時点t1において、縦磁化調整用シーケンス21が実行される。縦磁化調整用シーケンス21は、静脈血VEの縦磁化成分MzをMz=1(又はMz=1に近い値)にするとともに、動脈血ARの縦磁化成分MzをMz=0(又はMz=0に近い値)にするためのシーケンスである。したがって、縦磁化調整用シーケンス21が終了すると、静脈血VEの縦磁化成分MzはMz=1(又はMz=1に近い値)であるが、動脈血ARの縦磁化成分MzはMz=0(Mz=0に近い値)になる。尚、縦磁化調整用シーケンス21の具体的な構成については、後に詳しく説明する。
縦磁化調整用シーケンス21が終了した後、静脈血VEの縦磁化成分Mzは、反転パルス22によって、Mz=1からMz=−1に反転し(時点tb)、その後、再び縦磁化回復し、時点tcにおいてヌルポイントに到達する。
一方、動脈血ARの縦磁化成分Mzは、縦磁化調整用シーケンス21が終了してから反転パルス22が送信されるまでの間に、Mz=0からMz=m1にまで回復し、反転パルス22によって、Mz=m1からMz=−m1に反転する。しかし、縦磁化調整用シーケンス21と反転パルス22との間の待ち時間Tw1は、非常に短い時間(数msec)であるので、m1の値は、ゼロに近い値である。したがって、−m1の値もゼロに近い値である。Mz=−m1に反転した動脈血ARの縦磁化成分Mzは、縦磁化回復し、時点tcにおいてMz=m2まで回復する。
時点tcにおいて、データ収集シーケンス23の実行が開始される。
データ収集開始時点tcでは、動脈血ARの縦磁化成分Mzは0.5程度であり、一方、静脈血VEの縦磁化成分Mzは、Mz=0である。したがって、データ収集開始時点tcにおいて、データを収集することによって、動脈血ARが強調され、静脈血VEが抑制されたMR画像を得ることができる。
尚、第1の実施形態では、縦磁化調整用シーケンス21として、後述する図4(b)に示すシーケンスが使用されている。図4に示す構成の縦磁化調整用シーケンス21を用いることによって、ボア21(図1参照)内におけるB1強度のばらつき(B1不均一)に起因した信号強度ムラを低減できるという効果がある。このような効果が得られる理由について説明する。
図4は、縦磁化調整用シーケンス21の具体的な構成について説明する図である。
縦磁化調整用シーケンス21は、RFパルス90°x、α1°y、α2°y、−α1°y、−α2°y、および−90°xを有している。以下に、各RFパルスについて説明する。
図5は、RFパルス90°x、α1°y、α2°y、−α1°y、−α2°y、および−90°xの説明図である。
RFパルス90°xは、フリップ角90°で位相がx軸に一致したRFパルスであり、時点t1〜t3の間に送信される。RFパルス90°xの中心時点はt2である。
RFパルスα1°y は、フリップ角α1°で位相がy軸に一致した(即ち、x軸から90°ずれた)RFパルスであり、時点t4〜t6の間に送信される。RFパルスα1°yの中心時点はt5である。RFパルスα1°yと90°xとの間の時間間隔Δtは、Δt=Δt1である。尚、フリップ角α1°は、180°よりもΔd1°だけ小さいフリップ角であり、以下の式(1)で表される。
α1°=180°−Δd1° ・・・(1)
ただし0<Δd1°<180°
RFパルスα2°y は、フリップ角α2°で位相がy軸に一致した(即ち、x軸から90°ずれた)RFパルスであり、時点t7〜t9の間に送信される。RFパルスα2°yの中心時点はt8である。RFパルスα2°yとα1°yとの間の時間間隔Δtは、Δt=Δt2である。尚、フリップ角α2°は、180°よりもΔd2°だけ大きいフリップ角であり、以下の式(2)で表される。
α2°=180°+Δd2° ・・・(2)
ただし0<Δd2°<180°
RFパルス−α1°y は、フリップ角−α1°で位相がy軸に一致した(即ち、x軸から90°ずれた)RFパルスであり、時点t10〜t12の間に送信される。RFパルス−α1°yの中心時点はt11である。RFパルス−α1°yとα2°yとの間の時間間隔Δtは、Δt=Δt3である。尚、フリップ角−α1°は、フリップ角α1°と符号が反対であるが絶対値が同じフリップ角であり、以下の式(3)で表される。
−α1°=−(180°−Δd1°) ・・・(3)
ただし0<Δd1°<180°
RFパルス−α2°y は、フリップ角−α2°で位相がy軸に一致した(即ち、x軸から90°ずれた)RFパルスであり、時点t13〜t15の間に送信される。RFパルス−α2°yの中心時点はt14である。RFパルス−α2°yと−α1°yとの間の時間間隔Δtは、Δt=Δt4である。尚、フリップ角−α2°は、フリップ角α2°と符号が反対であるが絶対値が同じフリップ角であり、以下の式(4)で表される。
−α2°=−(180°+Δd2°) ・・・(4)
ただし0<Δd2°<180°
RFパルス−90°xは、フリップ角−90°で位相がx軸に一致したRFパルスであり、時点t16〜t18の間に送信される。RFパルス−90°xの中心時点はt17である。RFパルス−90°xと−α2°yとの間の時間間隔Δtは、Δt=Δt5である。
また、RFパルス90°x、α1°y、α2°y、−α1°y、−α2°y、および−90°xの時間間隔Δt1、Δt2、Δt3、Δt4、およびΔt5は、以下の関係が成り立つように設定されている。
Δt1:Δt2:Δt3:Δt4:Δt5=1:2:2:2:1
縦磁化調整用シーケンス21は、図3(c)に示すように、クラッシャー勾配パルスGcrushと、速度エンコード勾配パルスGvも有している。クラッシャー勾配パルスGcrushは左右方向RLに印加されており、速度エンコード勾配パルスGvは、上下方向SI(図2参照)に印加されている。クラッシャー勾配パルスGcrushは、左右方向RLに関して、動脈血ARのスピンの横磁化を消失させるために印加されている。速度エンコード勾配パルスGvは、上下方向SIに関して、動脈血ARのスピンの位相と静脈血VEのスピンの位相とを180°シフトさせるために印加されている。
縦磁化調整用シーケンス21は、上記のように構成されている。
第1の実施形態では、縦磁化調整用シーケンス21において、図4に示すように、180°からずれたフリップ角を有するRFパルスα1°y、α2°y、−α1°y、−α2°yを用いている。このような縦磁化調整用シーケンス21を用いることによって、ボア21(図1参照)内におけるB1強度のばらつき(B1不均一)に起因した信号強度ムラを低減できるという効果がある。以下に、このような効果が得られる理由を説明するために、ボア21内においてB1強度のばらつきが発生したときのスピンの挙動について、図6を参照しながら説明する。
図6は、縦磁化調整用シーケンス21が実行されている間のスピンの挙動を示す図である。
図6(a)は、縦磁化調整用シーケンス21を示す図、図6(b)および(c)は、ボア21内における静脈血VEのスピンの挙動を示す図である。
図6(a)にはRFパルスのみが示されている。また、図6(b)は、B1強度の値がB1強度の理想値よりも20%増大する位置における静脈血VEのスピンの挙動を示しており、図6(c)は、B1強度の値がB1強度の理想値よりも20%低下する位置における静脈血VEのスピンの挙動を示している。
以下に、図6(b)および(c)のスピンの挙動について説明する。
尚、以下では、説明の便宜上、RFパルスα1°y、α2°y、−α1°y、−α2°yのフリップ角α1°、α2°、−α1°、−α2°は、以下の値であるとする。

α1°=150°(式(1)においてΔd1°=30°)

α2°=225°(式(2)においてΔd2°=45°)

−α1°=−α1°
=−150°(式(3)においてΔd1°=30°)

−α2°=−α2°
=−225°(式(4)においてΔd2°=45°)
(1)図6(b)について(B1強度の値がB1強度の理想値よりも20%増大する位置におけるスピンの挙動)
(i)時点ta
時点taでは、縦磁化調整シーケンス21はまだ開始されていないので、スピンの磁化ベクトルM11はZ方向の磁化(縦磁化成分)である(スピン状態B1参照)。
(ii)時点t2(時点t1〜t3)
時点t1〜t3の間にRFパルス90°xが送信されるので、スピンはx軸を中心にフリップし、スピンの磁化ベクトルM11は、磁化ベクトルM12に変化する(尚、説明の便宜上、スピンは、RFパルス90°xの中心時点t2において、瞬間的にフリップするとする)。ただし、B1強度の値がB1強度の理想値よりも20%増大する位置では、スピンのフリップ角は90°にはならず、90°よりも20%大きい108°(=90°×1.2)になる(スピン状態B2参照)。
(ii)時点t2〜t5
時点t2におけるスピンの磁化M12は、時間が進むにつれて横磁化の位相が分散し、磁化M13となる(スピン状態B3参照)。
(iii)時点t5(時点t4〜t6)
時点t4〜t6の間にRFパルス150°yが送信されるので、スピンはy軸を中心にフリップし、スピンの磁化ベクトルM13は、磁化ベクトルM14に変化する(尚、説明の便宜上、スピンは、RFパルス150°yの中心時点t5において、瞬間的にフリップするとする)。ただし、B1強度の値がB1強度の理想値よりも20%増大する位置では、スピンのフリップ角は150°にはならず、150°よりも20%大きい180°(=150°×1.2)になる(スピン状態B3参照)。
(iv)時点t5〜t6’
時点t5においてスピンは180°フリップしている。したがって、時点t2〜t5(時間Δt1)の間に生じたスピンの横磁化の位相の分散は、時点t5〜時点t6’(時間Δt1)の間にキャンセルされ、分散したスピンの横磁化は時点t6’において収束し、磁化M15となる(スピン状態B4参照)。
(v)時点t6’〜t8
時点t6’において収束したスピンの磁化M15は、時間が進むにつれて横磁化の位相が分散し、磁化M16となる(スピン状態B5参照)。
(vi)時点t8(時点t7〜t9)
時点t7〜t9の間にRFパルス225°yが送信されるので、スピンはy軸を中心にフリップし、スピンの磁化M16は、磁化M17に変化する(尚、説明の便宜上、スピンは、RFパルス225°yの中心時点t8において、瞬間的にフリップするとする)。ただし、B1強度の値がB1強度の理想値よりも20%増大する位置では、スピンのフリップ角は225°にはならず、225°よりも20%大きい270°(=225°×1.2)になる(スピン状態B5参照)。
(vii)時点t8〜t11
時点t8においてフリップしたスピンの磁化M17は、時間が進むにつれて横磁化の位相の分散が進み、磁化M18となる(スピン状態B6参照)。
(viii)時点t11(時点t10〜t12)
時点t10〜t12の間にRFパルス−150°yが送信されるので、スピンはy軸を中心にフリップし、スピンの磁化M18は、磁化M19に変化する(尚、説明の便宜上、スピンは、RFパルス−150°yの中心時点t11において、瞬間的にフリップするとする)。ただし、B1強度の値がB1強度の理想値よりも20%増大する位置では、スピンのフリップ角は−150°にはならず、−150°よりも20%大きい−180°(=−150°×1.2)になる(スピン状態B6参照)。
(ix)時点t11〜t14
時点t11においてスピンは−180°フリップしている。したがって、時点t8〜t11(時間Δt3=2×Δt1)の間に生じたスピンの横磁化の位相の分散は、時点t11〜t14(時間Δt4=2×Δt1)の間にキャンセルされ、スピンの磁化M19は、磁化M20に変化する。
(x)時点t14(時点t13〜t15)
時点t13〜t15の間にRFパルス−225°yが送信されるので、スピンはy軸を中心にフリップし、スピンの磁化ベクトルM20は、磁化ベクトルM21に変化する(尚、説明の便宜上、スピンは、RFパルス−225°yの中心時点t14において、瞬間的にフリップするとする)。ただし、B1強度の値がB1強度の理想値よりも20%増大する位置では、スピンのフリップ角は−225°にはならず、−225°よりも20%大きい−270°(=−225°×1.2)になる(スピン状態B7参照)。
(xi)時点t14〜t17
時点t14〜時点t17(時間Δt5=Δt1)の間に、時点t6’〜t8(時間Δt1)の間に生じたスピンの横磁化の位相の分散がキャンセルされる。したがって、スピンの横磁化は、時点t17において収束し、磁化M22となる(スピン状態B8参照)。
(xii)時点t17(時点t16〜t18)
時点t16〜t18の間にRFパルス−90°xが送信されるので、スピンはx軸を中心にフリップし、スピンの磁化M22は、磁化M23に変化する(尚、説明の便宜上、スピンは、RFパルス−90°xの中心時点t17において、瞬間的にフリップするとする)。ただし、B1強度の値がB1強度の理想値よりも20%増大する位置では、スピンのフリップ角は−90°にはならず、−90°よりも20%大きい−108°(=−90°×1.2)になる。したがって、磁化M23はZ軸方向を向くので、スピンの縦磁化成分Mzは、Mz=1になる(スピン状態B8参照)。
(i)〜(xii)で説明したように、B1強度の値がB1強度の理想値よりも20%増大する位置においては、RFパルス150°y(−150°y)がスピンを180°(−180°)フリップさせている。したがって、B1強度の値がB1強度の理想値よりも20%増大する位置であっても、スピンの縦磁化成分Mzを、Mz=1にすることができる(図3に示す縦磁化回復曲線Cveの時点t18参照)。
(2)図6(c)について(B1強度の値がB1強度の理想値よりも20%低下する位置におけるスピンの挙動)
図6(c)におけるスピンの挙動は、図6(b)におけるスピンの挙動と同様に説明することができるので、簡単に説明する。
時点taでは、縦磁化調整シーケンス21はまだ開始されていないので、スピンの磁化ベクトルM31はZ方向の磁化(縦磁化成分)である(スピン状態C1参照)。その後、時点t1〜t3の間にRFパルス90°xが送信され、スピンの磁化ベクトルM31は、磁化ベクトルM32に変化する。しかし、B1強度の値がB1強度の理想値よりも20%低下する位置においては、RFパルス90°xが送信されてもスピンのフリップ角は90°にはならず、90°よりも20%小さい72°(=90°×0.8)になる(スピン状態C2参照)。時点t2におけるスピンの磁化M32は、時間が進むにつれて横磁化の位相が分散する。しかし、時点t2〜t8の間に分散したスピンの磁化は、RFパルス225°y(時点t7〜t9)によって、時点t8〜t12’の間に収束する(スピン状態C6参照)。また、時点t12’〜t14の間に分散したスピンの磁化は、RFパルス−225°y(時点t13〜t15)によって、時点t14〜t17の間に収束する(スピン状態C8参照)。したがって、B1強度の値がB1強度の理想値よりも20%低下する位置についても、スピンの縦磁化成分Mzを、Mz=1にすることができる(図3に示す縦磁化回復曲線Cveの時点t18参照)。
図6(b)および(c)の説明から、B1強度の値がB1強度の理想値より20%増大したり、逆に20%低下しても、スピンの縦磁化成分Mzは、Mz=1になることが分かる。したがって、スピンの縦磁化RFパルスα1°y、α2°y、−α1°y、−α2°yのフリップ角α1°、α2°、−α1°、−α2°を180°および−180°からずらすことによって、B1不均一に起因した信号強度ムラを低減することができる。上記の考察を検証するために、縦磁化シーケンス21を実行した場合の信号強度についてシミュレーションを行った。以下に、このシミュレーションについて説明する。
図7は、シミュレーション結果を示すグラフである。
グラフの横軸は、撮影領域FOV内の各画素における送信磁場強度比B1rを示し、縦軸は、撮影領域FOV内の各画素における信号強度の積分値Sである。
尚、送信磁場強度比B1rは、以下の式で表される。
B1r=B1x/B1a ・・・(5)
ここで、B1a:B1不均一が存在しないと仮定した場合の送信磁場強度の理想値
B1x:B1不均一が存在している場合の撮影領域FOV内の各画素における送信磁場強度
したがって、撮影領域FOVの所定の画素における送信磁場強度B1xが、送信磁場強度の理想値B1aに一致する場合、その所定の画素においては、送信磁場強度比B1r=1となる。しかし、撮影領域FOVの所定の画素における送信磁場強度B1xが、送信磁場強度の理想値B1aからずれる場合、その所定の画素においては、送信磁場強度比B1r≠1となる。具体的には、撮影領域FOVの所定の画素における送信磁場強度B1xが、送信磁場強度の理想値B1aよりも大きくなる場合、その所定の画素においては、送信磁場強度比B1r>1となる。例えば、撮影領域FOVの所定の画素における送信磁場強度B1xが、送信磁場強度の理想値B1aよりも20%大きくなる場合、その所定の画素においては、送信磁場強度比B1r=1.2となる。一方、撮影領域FOVの所定の画素における送信磁場強度B1xが、送信磁場強度の理想値B1aよりも小さくなる場合、その所定の画素においては、送信磁場強度比B1r<1となる。例えば、撮影領域FOVの所定の画素における送信磁場強度B1xが、送信磁場強度の理想値B1aよりも20%小さくなる場合、その所定の画素においては、送信磁場強度比B1r=0.8となる。
グラフには、送信磁場強度比B1rと信号強度の積分値Sとの関係を表す3本のラインL1、L2、およびL3が示されている。3本のラインL1、L2、およびL3のシミュレーション条件では、RFパルスα1°y、α2°y、−α1°y、−α2°yのフリップ角α1°、α2°、−α1°、−α2°の値が異なっている。3本のラインL1、L2、およびL3におけるフリップ角α1°、α2°、−α1°、−α2°の値は、以下の通りである。
(1)ラインL1
(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(180°,180°,−180°,−180°) ・・・(6)

(2)ラインL2
(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(150°,225°,−150°,−225°) ・・・(7)

(3)ラインL3
(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(138°,257°,−138°,−257°) ・・・(8)
図7には、ラインL1、L2、およびL3ごとに、送信磁場強度比B1r=1の付近において信号強度の積分値Sが0.8以上になる送信磁場強度比B1rの範囲ΔR1、ΔR2、およびΔR3が示されている。
各ラインL1、L2、およびL3における送信磁場強度比B1rの範囲ΔR1、ΔR2、およびΔR3を比較すると、ラインL2およびL3の範囲ΔR2およびΔR3が、ラインL1の範囲ΔR1よりも広くなっている。したがって、フリップ角(α1°,α2°,−α1°,−α2°)を180°および−180°からずらすことによって、B1不均一による信号強度ムラを低減できることが分かる。
尚、送信磁場強度比B1r=1では、ラインL2およびL3は、ラインL1よりも、信号強度の積分値Sが小さくなっている。しかし、ラインL2およびL3でも、送信磁場強度比B1r=1における信号強度の積分値Sは、S>0.8であるので、信号強度としては十分な大きさを有していると考えられる。したがって、送信磁場強度比B1r=1において信号強度の積分値SがS<1であっても、B1不均一による信号強度ムラを十分に低減することができる。
上記の説明では、静脈血VEについて述べられているが、動脈血ARの場合についても、同様に、B1不均一による信号強度ムラを十分に低減することができる。尚、静脈血VEよりも十分に早い流速で流れる動脈血ARは、クラッシャー勾配パルスGcrushおよび速度エンコード勾配パルスGvによって横磁化が打ち消しあうので、最後のRFパルス−90°xが送信されるまでに、横磁化が十分に小さくなる。したがって、RFパルス−90°xが送信されても、動脈血ARの縦磁化成分Mzは、Mz=0(又はMz=0に近い値)になる(図3に示す縦磁化回復曲線Carの時点t18参照)。
上記のように、縦磁化調整用シーケンス21を使用することによって、流速の異なる静脈血VEおよび動脈血ARの両方について、B1不均一による信号強度ムラを十分に低減することができ、高品質な画像を得ることができる。
(2)第2の実施形態
第1の実施形態では、RFパルスα1°y、α2°y、−α1°y、−α2°yのフリップ角α1°、α2°、−α1°、および−α2°は、式(1)〜(4)で表されている。これらの式(1)〜(4)をまとめると、フリップ角α1°、α2°、−α1°、および−α2°の組合せは、以下の式(9)で表される。
(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(180°−Δd1°,180°+Δd2°,−(180°−Δd1°),−(180°+Δd2°)) ・・・(9)
しかし、フリップ角α1°、α2°、−α1°、および−α2°の組合せは、式(5)とは異なる別の組合せであってもよい。第2の実施形態では、フリップ角α1°、α2°、−α1°、および−α2°の別の組合せとして、以下の式(10)で表される組合せを用いた場合について説明する。
(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(180°+Δd1°,−(180°−Δd2°),−(180°+Δd1°),180°−Δd2°) ・・・(10)
ただし、0°<Δd1°、Δd2°<180°
図8は、式(10)で表されるフリップ角の組合せを用いた場合の縦磁化調整用シーケンス21の一例を示す図である。
図8では、式(10)のΔd1°およびΔd2°に、それぞれΔd1°=20°、Δd2°=40°を代入したときの値が用いられている(以下の式(10)’参照)。
(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(180°+Δd1°,−(180°−Δd2°),−(180°+Δd1°),180°−Δd2°)
=(200°,−140°,−200°,140°) ・・・(10)’
次に、式(10)’で表されるフリップ角を用いた場合のB1不均一による信号強度ムラを調べるためのシミュレーションを行った。以下に、このシミュレーションについて説明する。
図9は、シミュレーション結果を示すグラフである。
グラフには、送信磁場強度比B1rと信号強度の積分値Sとの関係を表す2本のラインL1およびL4が示されている。
ラインL1は、図7に示すラインL1と同じであり、フリップ角(180°,180°,−180°,−180°)を用いたときのシミュレーション結果である。一方、ラインL4は、式(10)’で表されるフリップ角(200°,−140°,−200°,140°)を用いたときのシミュレーション結果である。
図9には、ラインL1およびL4ごとに、送信磁場強度比B1r=1の付近において信号強度の積分値Sが0.8以上になる送信磁場強度比B1rの範囲ΔR1およびΔR4が示されている。
各ラインL1およびL4における送信磁場強度比B1rの範囲ΔR1およびΔR4を比較すると、ラインL4の範囲ΔR4が、ラインL1の範囲ΔR1よりも広くなっている。したがって、第2の実施形態でも、第1の実施形態と同様に、B1不均一による信号強度ムラを低減することができる。
尚、3T(テスラ)の磁気共鳴イメージング装置で被検体を撮影する場合、被検体の体表面から被検体の内部の中心に近づくにつれて、送信磁場強度比B1rが大きくなる傾向がある。したがって、3T(テスラ)の磁気共鳴イメージング装置で被検体を撮影する場合、被検体の内部の中心付近においても高品質な画像が得られるようにするには、送信磁場強度比B1rの値が大きくなっても、信号強度の積分値Sはできるだけ大きい値を有していることが望まれる。しかし、ラインL1では、送信磁場強度比B1r=1.3を越えた辺りから、信号強度の積分値Sが0.8よりも小さくなってしまう。これに対して、ラインL4では、送信磁場強度比B1r=1.6付近まで、信号強度の積分値Sを0.8以上にすることができる。したがって、3T(テスラ)の磁気共鳴イメージング装置で被検体を撮影する場合、フリップ角(200°,−140°,−200°,140°)を用いることによって、被検体の内部の中心付近でも、B1不均一による信号強度ムラを効率よく低減することができる。
第1の実施形態では、式(9)で表されるフリップ角(α1°,α2°,−α1°,−α2°)の組合せを使用しており、第2の実施形態では、式(10)で表されるフリップ角(α1°,α2°,−α1°,−α2°)の組合せを使用している。しかし、フリップ角の組合せは、式(9)および(10)に限定されることはない。例えば、以下の式(11)〜(16)で表されるフリップ角の組合せを使用することができる。
(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(−(180°−Δd1°),−(180°+Δd2°),180°−Δd1°,180°+Δd2°) ・・・(11)

(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(−(180°+Δd1°),180°−Δd2°,180°+Δd1°,−(180°−Δd2°)) ・・・(12)

(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(180°+Δd1°,180°−Δd2°,−(180°+Δd1°),−(180°−Δd2°)) ・・・(13)

(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(180°−Δd1°,−(180°+Δd2°),−(180°−Δd1°),180°+Δd2°) ・・・(14)

(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(−(180°+Δd1°),−(180°−Δd2°),180°+Δd1°,180°−Δd2°) ・・・(15)

(α1°,α2°,−α1°,−α2°)
=(−(180°−Δd1°),180°+Δd2°,180°−Δd1°,−(180°+Δd2°)) ・・・(16)
また、第1および第2の実施形態では、フリップ角の組合せとして(α1°,α2°,−α1°,−α2°)が使用されている。しかし、(α1°,α2°,−α1°,−α2°)の代わりに、(α1°,α2°,α1°,α2°)の組合せを使用してもよい。
更に、第1および第2の実施形態では、RFパルスα1°θ1°、α2°θ2°、−α1°θ1°、−α2°θの位相θ1°およびθ2°は、θ1°=θ2°=yである(即ち、x軸に対して90°ずれたy軸に一致している)。しかし、RFパルスα1°θ1°、α2°θ2°、−α1°θ1°、−α2°θ2°の位相θ1°およびθ2°は、x軸に対して90°ずれたy軸に一致している必要は無く、例えば、x軸に対してθ°(0≦θ°<90°)ずれた位相としてもよい。また、θ1°=θ2°である必要は無く、θ1°≠θ2°であってもよい。
(3)第3の実施形態
第3の実施形態を説明するに当たり、先ず、クラッシャー勾配パルスGcrushと、速度エンコード勾配パルスGvにより発生する渦電流について説明する。
図10は、渦電流を説明する図である。
図10において、勾配パルスの直後に示した斜線の部分が、渦電流の発生を概略的に表している。渦電流によって、画像にシェーディングが発生することがある。図10では、クラッシャー勾配パルスGcrushによる渦電流と、速度エンコード勾配パルスGvによる渦電流とが発生するので、クラッシャー勾配パルスGcrushの渦電流に起因したシェーディングと、速度エンコード勾配パルスGvの渦電流に起因したシェーディングが考えられる。しかし、クラッシャー勾配パルスGcrushの渦電流は、RFパルス90°xと−90°xとの間に存在する4つのリフォーカスパルス(RFパルスα1°y、α2°y、−α1°y、および−α2°y)全てに影響を与えるので、画像にシェーディングを発生させる原因にはほとんどならないと考えられる。これに対して、速度エンコード勾配パルスGvの渦電流は、3番目のリフォーカスパルス(RFパルス−α1°y)にのみ影響を与えるので、画像にシェーディングを発生させる原因になり得る。速度エンコード勾配パルスGvの渦電流に起因したシェーディングを低減するためには、速度エンコード勾配パルスGvの2番目のパルスgv2により発生する渦電流がゼロに近づくのを待って、3番目のリフォーカスパルス(RFパルス−α1°y)が送信されるようにすればよい。しかし、この場合、速度エンコード勾配パルスGvの2番目のパルスgv2により発生する渦電流がゼロに近づくのを待つ必要があるので、2番目のパルスgv2とRFパルス−α1°yとの間の待ち時間Δτ0をある程度長くする必要がある。また、上記のように、RFパルスの時間間隔Δt1、Δt2、Δt3、Δt4、およびΔt5は、1:2:2:2:1の関係が成り立つように設定するので、待ち時間Δτ0を長くすると、それに伴って、RFパルスの時間間隔Δt1、Δt2、Δt3、Δt4、およびΔt5を長くする(つまり、シーケンスの時間τを長くする)必要がある。したがって、シーケンスの時間τを短くしたいような場合に対処することができないという問題がある。そこで、第3の実施形態では、シェーディングを低減し、更にシーケンスの時間τを短くすることが可能な縦磁化調整用シーケンス21(図3参照)について説明する。
図11は、第3の実施形態における縦磁化調整用シーケンス21の一例である。
第3の実施形態では、クラッシャー勾配パルスGcrushと、速度エンコード勾配パルスGvは、一軸に合成されている。以下に、一軸に合成されたクラッシャー勾配パルスGcrushおよび速度エンコード勾配パルスGvを作成する手順について、図12を参照しながら説明する。
図12は、一軸に合成されたクラッシャー勾配パルスGcrushおよび速度エンコード勾配パルスGvを作成する手順の説明図である。
図12(a)は、RFパルスを示す図、図12(b)は、合成する前のクラッシャー勾配パルスGcrushを示す図、図12(c)は、合成する前の速度エンコード勾配パルスGvを示す図、図12(d)は、一軸に合成されたクラッシャー勾配パルスGcrushおよび速度エンコード勾配パルスGvを示す図である。
合成する前の速度エンコード勾配パルスGv(図12(c)参照)は、負の勾配パルスgv1と、正の勾配パルスgv2とを有している。負の勾配パルスgv2は、合成する前のクラッシャー勾配パルスGcrushの4番目の勾配パルスgc4と同じ時刻に印加されている。しかし、正の勾配パルスgv2は、合成する前のクラッシャー勾配パルスGcrushの5番目の勾配パルスgc5よりも、時間Δτ1だけ先に印加されている。したがって、図12(b)に示すクラッシャー勾配パルスGcrushと、図12(c)に示す速度エンコード勾配パルスGvとを一軸に合成すると、図12(d)に示す一軸に合成されたクラッシャー勾配パルスGcrushおよび速度エンコード勾配パルスGv(以下、「合成勾配パルスGcrush+Gv」と呼ぶ)が得られる。
合成勾配パルスGcrush+Gvは、クラッシャー勾配パルスGcrushの4番目の勾配パルスgc4を、速度エンコード勾配パルスGvの正の勾配パルスgv2の位置に移動させる(5番目の勾配パルスgc5に近づける)ことによって、得ることができる。
クラッシャー勾配パルスGcrushと速度エンコード勾配パルスGvとを一軸に合成しても、速度エンコード勾配パルスGvの効果はそのまま維持することができる。また、図12(a)および(d)を参照すると、合成勾配パルスGcrush+Gvによる渦電流は、4つのリフォーカスパルス(RFパルスα1°y、α2°y、−α1°y、および−α2°y)の全てに対して均等に影響を与えることがわかる。したがって、渦電流がゼロになるのを待たなくても、4つのリフォーカスパルス(RFパルスα1°y、α2°y、−α1°y、および−α2°y)を送信することができ、シーケンスの時間τを短縮することができる(図13参照)。
図13は、シーケンスの時間τが短縮できる様子を示す図である。
図13(a)は、シーケンスの時間τを短縮する前の縦磁化調整用シーケンス21を示す図、図13(b)は、シーケンスの時間τを短縮した後の縦磁化調整用シーケンス21を示す図である。
合成勾配パルスGcrush+Gvによる渦電流は、4つのリフォーカスパルス(RFパルスα1°y、α2°y、−α1°y、および−α2°y)の全てに対して均等に影響を与える。したがって、各リフォーカスパルス(RFパルスα1°y、α2°y、−α1°y、および−α2°y)と直前の勾配パルスとの時間間隔Δmを短くしても、画像にシェーディングを発生させる原因にはほとんどならないと考えられる。このため、必要に応じて、図13(b)に示すように、RFパルスの間隔、および勾配パルスの間隔を狭めることができ、シーケンスの時間τを短縮することができる。
尚、第3の実施形態では、4個のリフォーカスパルス(RFパルスα1°y、α2°y、−α1°y、および−α2°y)について説明されているが、リフォーカスパルスの数は、例えば、8個や16個でもよく、4個に限定されることはない。
また、第3の実施形態では、図13に示すように、RFパルスα2°yと−α1°yとの間に位置する勾配パルスgc4を、5番目の勾配パルスgc5に近づけている。しかし、図14に示すように、RFパルスα1°yとα2°yとの間に位置する2番目の勾配パルスgc2を、3番目の勾配パルスgc3に近づけるなど、別の勾配パルスを移動させてもよい。また、図15に示すように、複数の勾配パルスを移動させてもよい。
1 MRI装置
2 コイルアセンブリ
3 テーブル
4 受信コイル
5 制御装置
6 入力装置
7 表示装置

Claims (10)

  1. スピンの横磁化を再収束させるためのRFパルスα1°θ1°、α2°θ2°、−α1°θ1°、および−α2°θ2°を順に送信し(α1°、α2°、−α1°、および−α2°はRFパルスのフリップ角、θ1°、θ2°は、RFパルスの位相)、スピンの横磁化を再収束させた後にスピンの横磁化を縦磁化にする磁気共鳴イメージング装置であって、

    前記RFパルスα1°θ1°、α2°θ2°、−α1°θ1°、および−α2°θ2°のフリップ角α1°、α2°、−α1°、および−α2°の組合せは、下記の組合せのうちのいずれかの組合せである磁気共鳴イメージング装置。

    (α1°,α2°,−α1°,−α2°)
    =(180°−Δd1°,
    180°+Δd2°,−(180°−Δ
    d1°),−(180°+Δ
    d2°))

    (α1°,α2°,−α1°,−α2°)
    =(180°+Δd1°,−
    (180°−Δd2°),−
    (180°+Δd1°),
    180°−Δd2°)

    (α1°,α2°,−α1°,−α2°)
    =(−(180°−Δd1°
    ),−(180°+Δd2°
    ),180°−Δd1°,
    180°+Δd2°)

    (α1°,α2°,−α1°,−α2°)
    =(−(180°+Δd1°
    ),180°−Δd2°,
    180°+Δd1°,−(180°−Δ
    d2°))

    (α1°,α2°,−α1°,−α2°)
    =(180°+Δd1°,
    180°−Δd2°,−(180°+Δ
    d1°),−(180°−Δ
    d2°))

    (α1°,α2°,−α1°,−α2°)
    =(180°−Δd1°,−
    (180°+Δd2°),−
    (180°−Δd1°),
    180°+Δd2°)

    (α1°,α2°,−α1°,−α2°)
    =(−(180°+Δd1°
    ),−(180°−Δd2°
    ),180°+Δd1°,
    180°−Δd2°)

    (α1°,α2°,−α1°,−α2°)
    =(−(180°−Δd1°
    ),180°+Δd2°,
    180°−Δd1°,−(180°+Δ
    d2°))

    ただし、0°<Δd1°<180°及び 0°<Δd2°<180°
  2. 前記RFパルスα1°θ1°の前に、スピンの縦磁化を横磁化にするためのRFパルスβ°δ°(β°はフリップ角、δ°はRFパルスの位相)を送信し、

    前記RFパルス−α2°θ2°の後に、再収束したスピンの横磁化を縦磁化に回復させる磁気共鳴イメージングスピンの縦磁化を横磁化にするためのRFパルス−β°δ°(−β°はフリップ角、δ°はRFパルスの位相)を送信する、請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  3. 前記RFパルスβδ°の中心時点と前記RFパルスα1°θ1°の中心時点との間の時間間隔に対して、

    前記RFパルスα1°θ1°の中心時点と前記RFパルスα2°θ2°の中心時点との間の時間間隔が2倍であり、

    前記RFパルスα2°θ2°の中心時点と前記RFパルス−α1°θ1°の中心時点との間の時間間隔が2倍であり、

    前記RFパルス−α1°θ1°の中心時点と前記RFパルス−α2°θ2°の中心時点との間の時間間隔が2倍であり、

    前記RFパルス−α2°θ2°の中心時点と前記RFパルス−βδ°の中心時点との間の時間間隔が同じである、請求項2に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  4. 第1の流速で流れるスピンの位相と、前記第1の流速よりも速い第2の流速で流れるスピンの位相とを180°シフトさせるための速度エンコード勾配パルス、又は

    前記第2の流速で流れるスピンの横磁化を消失させるためのクラッシャー勾配パルス、
    を印加する、請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  5. 第1の流速で流れるスピンの位相と、前記第1の流速よりも速い第2の流速で流れるスピンの位相とを180°シフトさせるための速度エンコード勾配パルスと、

    前記第2の流速で流れるスピンの横磁化を消失させるためのクラッシャー勾配パルスと、
    を印加する、請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  6. 前記速度エンコード勾配パルスは、被検体の所定方向に印加され、
    前記クラッシャー勾配パルスは、被検体の前記所定方向とは異なる他の方向に印加されている、請求項5に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  7. 前記速度エンコード勾配パルスと前記クラッシャー勾配パルスは、一軸に合成されている、請求項5に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  8. 前記RFパルスα1°θ1°、α2°θ2°、−α1°θ1°、および−α2°θ2°の位相θ1°およびθ2°は、前記被検体の体軸方向であるz軸方向に垂直な前記被検体の前後方向(AP方向)のy軸に一致している、請求項1〜7のうちのいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  9. 前記RFパルスβδ°および−βδ°の位相δは、前記被検体の体軸方向であるz軸方向に垂直な前記被検体の左右方向(RL方向)のx軸に一致している、請求項2〜8のうちのいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  10. スピンの横磁化を再収束させるためのRFパルスα1°θ1°、α2°θ2°、α1°θ1°、およびα2°θ2°を順に送信し(α1°およびα2°はRFパルスのフリップ角、θ1°、θ2°は、RFパルスの位相)、スピンの横磁化を再収束させた後にスピンの横磁化を縦磁化にする磁気共鳴イメージング装置であって、

    前記フリップ角α1°およびα2°の組合せは、下記の組合せのうちのいずれかの組合せである磁気共鳴イメージング装置。

    (α1°,α2°)
    =(180°−Δd1°,
    180°+Δd2°)

    (α1°,α2°)
    =(180°+Δd1°,−
    (180°−Δd2°))


    (α1°,α2°)
    =(−(180°−Δd1°
    ),−(180°+Δd2°
    ))

    (α1°,α2°)
    =(−(180°+Δd1°
    ),180°−Δd2°)


    (α1°,α2°)
    =(180°+Δd1°,
    180°−Δd2°)

    (α1°,α2°)
    =(180°−Δd1°,−
    (180°+Δd2°))


    (α1°,α2°)
    =(−(180°+Δd1°
    ),−(180°−Δd2°
    ))

    (α1°,α2°)
    =(−(180°−Δd1°
    ),180°+Δd2°)


    ただし、0°<Δd1°<180°及び 0°<Δd2°<180°
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