JPH02121631A - Ｍｒｉの化学シフト像の撮像方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はＭＲＩの水と脂肪の化学シフトをディクソン法
を用いて分離して撮像する化学シフｈ　ｆ’Ｑの撮像方
法に関する。

（従来の技術） 原子核を静磁場中におくと、原子核は磁界の強さと、原
子核の種類によって異なる定数とに比例した角速度で歳
差運動をする。この静磁場に垂直な輔に前記の周波数の
高周波回転磁場を印加すると磁気共鳴が起こり、前記の
定数を有する特定の原子核の集団は共鳴条件を満足する
高周波磁場によって準位間の遷移を生じ、エネルギー準
位の高い方の準位に遷移する。共鳴後高い準位に励起さ
れた原子核は低い学位に戻ってエネルギーの放射を行う
。核磁気共鳴画像撮像装置（以下ＭＨＩという）は、こ
の特定の原子核による核磁気共鳴（以下Ｎ〜ＩＲという
）現象を観察して彼険体の断層像を撮像する装置である
。

このようなＭＲＩのＮＭＲイメージングにおいては、現
在は特定の原子核として生として水素原子核であるプロ
トンを用いて行っている。併し、同じプロトンにおいて
も、例えば水と脂肪のように異なる化合物中の水素原子
核では、共鳴周波数が敏感に化学構造に依存して変化す
る。この共鳴周波数のずれを化学シフトといい、その原
因の１つは電子の軸道運動によって静磁場Ｈ６と逆向き
に生じる磁場によるもので、電子の遮蔽効果と呼ばれて
いる。従って、共鳴周波数νは、この遮蔽効果による定
数σを用いて シー（γ。／２π）Ｈｏ（１−σ） として与えられる。

このように共鳴周波数の異なる水と脂肪の化学シフトに
よる分離像を得る方法としてスピンエコ法シーケンスに
おいてディクソン法が一般的である。ディクソン法を第
２図を参照して説明する。

第２図は３輔の各軸に加える勾配磁場のパルスシーケン
スの一部で、高周波（以下ＲＦという）輔と信号軸のみ
を示しである。図において、（イ）図は励起パルス１と
反転パルス２の間隔をＴ８としたときに、ＴＢ＝ＴＥ　
／２に選んだスキャン１の図である。ここてＴ６は励起
パルス１とＳＥ信号３との間の時間間隔である。この時
水と脂肪のそれぞれのプロトン成分の磁化ベクトルの位
相は同位相になる。（ロ）図は励起パルス１と反転パル
ス２との時間間隔ＴＢをＴ［］　−（Ｔａ　／２）＋ε
としたときのスキャン２の図である。この時水と脂肪の
磁化ベクトルの位相は逆位（口となる。但し、εは次式
で与えられる時間である。

ε−１／（２７Ｂｏσ） ここで、γは咳磁気回転比、Ｂｏは静磁場の磁束密度で
ある。

上記の２種類のスキャンで得たＳＥ倍信号画像再構成し
て、両画像の加算と減算を行い、水と脂肪のそれぞれの
像を分離する。

（発明が解決しようとする課２ｆＪ） しかし、このディクソン法はイメージング領域に静磁場
の不均一があると、水、脂肪の水素原子核とは外れた周
波数の成分を検出するので、表示される画像にはシェー
ディング等が生ずるという問題が発生する。これを補正
するため、改良形ディクソン法が考えられた。これは第
３図に示すようにＴＢを７８／２．（Ｔｐ　／２）±ε
とした３回のシーケンスのスキャンを行ってＴＢ−（Ｔ
ｐ　／２）±εのスキャンから得られた２枚の画像デー
タの割算から静磁場不均一の分布を求め、この分布に従
ってＴＢ−（ＴＥ／２）＋εのシーケンスによるスキャ
ンで得られた画像データの静磁場不均一成分を除去した
後、この画像データと、従来のディクソン法で得られる
Ｔｌ］＝Ｔａ／２のシーケンスのスキャンで得られる画
像データとの間で、画像データ間の加算又は減算の演算
を行うというものである。

この改良形ディクソン法による補正は静磁場不均一幅Δ
Ｂが静磁場の磁束密度と化学シフｌ−ｆｆ１σの積Ｂ。

σより小さい場合には良い結果が得られる。その条件は
ΔＢ≦Ｂｏσより ２πγＸｌｌ／（γＢｏσ））×ΔＢ≦２π静磁場不均
−幅ΔＢがＢ。σを超えるときは８８０幅の不確実さに
よって改良形ディクソン法による前記の静磁場不均一補
正がうまく働かず、画像上では部分的に水と脂肪の像が
入れ替わる現象が見られた。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
、静磁場不均一の大きな装置でも、水と脂肪等の２成分
の化学シフト像を正しく分薄し、又両成分の像が部分的
に入れ替わるようなことのないＭＲＩにおける化学シフ
ト像の撮像方法を実現することにある。

（課題を解決するための手段） 前記の課題を解決する本発明は、ＭＲＩの水と脂肪の化
学シフトをディクソン法を用いて分離して撮像する化学
シフト像の撮像方法において、通常のスキャンと前記デ
ィクソン法によるスキャンを行う段階と、励起パルス印
加後（Ｔｐ／２）＋ΔＴ及び（ＴＥ／２）−ΔＴの位置
で反転パルスを印加するスキャンを追加して行うスキャ
ン段階と、前記（ＴＥ／２）±ΔＴの位置に反転パルス
を置くシーケンスで得た画像データから静磁場不均一分
布を得る段階と、該この段階により得た静磁場不均一分
布により前記ディクソン法によるスキャンで得た画像デ
ータを補正する段階と、補正されたデータと通常のスキ
ャンによるデータとの間で加算及び減算を行って水と脂
肪の分離像を得る段階とからなることを特徴とするもの
である。

（作用） 励起パルス印加後Ｔ！］　−ＴＥ　／２とＴＢ＝（ＴＲ
／２）＋εに反転パルスを印加するディクソン法のパル
スシーケンスによるスキャン後、ＴＢ　＝　（Ｔｐ、／
２）±ΔＴに反転パルスを印加するパルスシーケンスに
よるスキャンを行い、該２回のスキャンによって得られ
る画像データの商により静磁場不均一成分を求め、ＴＢ
−（ＴＲ／２）＋εのスキャンで得た画像データの静磁
場不均一によるエラーを補正した上で、ＴＢ＝ＴＥ　／
２で得た画像データとの加減算を行い、水と脂肪の分離
像を得る。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の方法の実施例を詳細に説
明する。

第１図は本発明の方法の一実施例のＲＦのパルスシーケ
ンスの図である。図は同一部位を４回スキャンしてイメ
ージジグするだめの各回のパルスシーケンスを示したも
のである。図において、第２図と同等の部分には同一の
符号を付しである。

（イ）図は第１回目のスキャン１におけるＲＦのパルス
シーケンスの図で、Ｔｌ］＝ＴＦ／２の通常のシーケン
スによるスキャンの図である。（ロ）図はディクソン法
のＴＢ　−（ＴＦ、／２）＋εとしたスキャンの図、（
ハ）図は静磁場不均一による周波数のずれをΔｆとすれ
ば、１Δｆ・ΔＴ１く１を満足するように選んだ時間Δ
Ｔにより、反転ハ／Ｉ／ス２の位置を定めたスキャン３
の図で、ＴＢ＝（Ｔｇ／２）＋ΔＴとしたスキャンの図
、（ニ）図はＴａ＝（Ｔｇ／２）−ΔＴに選んたスキャ
ンの図である。

次にこのパルスシーケンスによって、大きな静磁場不均
一があっても、その影響をなくして、正しく分離された
化学シフト像を得る方法を計算を交えて説明する。

第１図のパルスシーケンスによって同一部位のスキャン
を４回行って画像再構成する。このときの再（Ｒ成像は
ＳＥ倍信号２次元逆フーリエ変換したあとの複素画像と
する。各々の画像を■１２、！３．Ｉ４とすると、成る
ボクセルにおける値は次式て現すことかてきる。

ｌｌ０ｃｆＮ　（ｆ）ｄ　ｆ　　　　　　　−（１）１
２ｃＩｌ：ｆ　Ｎ　（ｆ　）　ｅ１２−＋１−１０＋ａ
ｌｌｆ　ｄ　ｆ１　３　　Ｏｃｆ　Ｎ　　（ｆ　）　　
ｅ　”ｒ−ｆｏ＋ΔＣ）ム↑ｄｆ１　、　ＣＸ：　ｆ　
Ｎ（ｆ　）　　ｅ１２ｒｆ＋−＋６４６１１Δ”ｄｆ・
−（４） ここで、ε−１／（２γＢｏ　（７）、ｆｏ　−７ＢＯ
。

Δｆ−γΔＢ。

ΔＢは静磁場不均−ｆｆｉ、Ｎ（ｆ）は周波数ｆのＲＦ
波で共鳴する原子核の数である。

（１）式〜（４）式の比例係数はすべて等しいので、各
式を等式として扱う。

（３）式の画像Ｉ、を（４）式の画Ｒｒ　４て各ボクセ
ル対応に割算すると、 Ａ＋＝１３　／１４ 暑ｅ　ｌ　４　ｔ　Ｉ−輸弓ｌ）八Ｔ　。

ｎ　（ΔＴ）／ｎ（−ΔＴ）　　　　・・　（５）Ａ１
は静磁場不均一に基づく位相エラー成分である。（５）
式において、ｎ（八Ｔ）はＮ　（ｆ）のフーリエ変換で
あり、Ｎ　（ｆ）が実数であることから次式が成り立つ
。

ｎ（−ΔＴ）　−ｎ　（ΔＴ）　　　　　・・・（６）
（６）式を（５）式に代入すると、静磁場不均一に関す
る情報が次式のように求められる。

ｅＩ２ｚｌｔｏ１″６ず）八Ｔ −（，６，、ｅ−１１１ｆ（ｎＦＡＴ１１２１１／２　
　　、、、　（７）（７）式の左辺において、指数関数
は２πｊ毎に１周して同一偏角の位置に戻る周期性のた
め、Δｆ・ΔＴ＜１のときしか（７）式は一意性か保た
れない。これを超えるとΔｆに対しては折り返し加算が
生じ、静磁場不均一の推定に誤った結果を与える。従っ
て、静磁場不均一の大きさを考慮して、ｌΔ【・ΔＴｌ
＜１になるようにΔＴを決め、スピンエコー法パルスシ
ーケンスのスキャン１〜スキヤン４を走らせる。この場
合、静磁場不均一量ΔＢが従来より大きいときは、スキ
ャン３゜４におけるΔＴと、スキャン２におけるεの関
係をΔＴくεにする。

（７）式を使って１２画１象の静磁場不均一を補正する
と次式のＡ２か得られる。

Ａ２−１２　・Ａ１−“′２ＡＴ　　　　　　　・・・
（８）ここで、Ａ１は２ΔＴによる位を目エラー量で、
１２は反転パルスを（ＴＥ／２）＋５時間に印加した画
像データなので、Ａ２は静磁場不均一を補正された量と
なる。

（８）式及び（２）式より、 Ａ２−１２・　（ｅ”″（−１，＋ＡＩＩＡＴ、　ｅＩ
ａ＋１ｆｎ（ＡＴＩＩ　）　−＃／ＡＴｓａ　Ｉ　２＊
　ｅ−１２ｍ＋−１０＋ＡＩ）′、　ｅ−１ｓ＋ｇｆｎ
（ΔＴｌ　１　・ｔ、ΔＴ＝ｆ　Ｎ　（ｆ）　ｅｊ２”
’　ｄ　ｆｏ　６−ｒａｔｅ　Ｌｎ′ＡＴ＋）°””　
　　　　−（９）■、とＡ２を加算すると、（１）式、
　（９）式より、 ２Ａ３　−１　＋　　＋Ａ２ ＝ｆＮ　　（ｆ）　　（１，４−ｅ１２ｚｉ、　ｅ−１
ｚ＋＋　　Ｉ″＋ｌＴｌ＋−＊／ＡＴＩ　　ｄ（・・・
　（１０） ■１からＡ２を減算すると ２Ａ４−１．−Ａ２ ＝、Ｊ’Ｎ　（ｆ）　　（１−ｅ”” 、ｅｌ°＋ｇ＋ｎ（ＡＴｌｌ°ｇ／ＡＴ　）　　ｄ　ｆ
・・・（１１） 因みに、Ｎ　（ｆ）ｌ’ｋＮ　（ｆｏ　）δ（ｆ−ｆｏ
）と近似すると、周波数ｆはｆ。においてのみ値がある
ので、 ｎ（ΔＴ）　＝、Ｉ’Ｎ　（ｆ）　ｅ１２１＋１°”ｄ
ｆ■Ｎ（ｆ　（１）　ｅ１２−Ｉｌｌ八↑へ１０）式、
　　（１１）式に と（１０）’式、（１１） ％式％） （１２）式を代入する ′式を得る。

（ｆ） 輸１’１ｄｆ （ｆ）ｅ’″（１−１・ゝ′ （ｅｌｘ（１−１ｏｆｔ　−ｅ−１ｚ＋＋−１ｇ１ｔｌ
　　ｄ（−ｆＮ　　（ｆ）ｃｏｓ　　ｙｒ　　（ｆ−ｆ
、ｏ　　）　　ｅ・ｅノｔＬＬ−１・”ｄｆ −ｆＮ　　（ｆ） ｖ　　１＋ｃｏｓ２π　（ｆ−ｆＯ）ｌ／２°ｅ　ｌ　
ｚ　ｔ　＋−１・）“　ｄｆ・・　（１０）’ Ａ４　−　　（１／２）ｆＮ　　（ｆ）ｉｌ−ｅｊ２・
＋１−１．１・１ｄｆ −ｆＮ　　（ｆ） １−ｃｏｓ２π　（ｆ 、ｅｆｌＩＩ（１−１＊１ｇ−（ｇ／２１ｆｏ）　　ε
）／２ ｄｆ ・・　（１１）’ を代入するとＡ３− Ａ、はｆ。で共鳴する物 （１０）’　式にｆ−ｆ。

ＩＮ　＜ｔ）ｄｔとなり、 質の画像を表している。

（１１）　’式にｆ。± ると、Ａ４−ｆＮ　（ｆ） ｄｆ、又はＡ４−ｆＮ ｆ０±ｆ１／　（２ε）） ＋　（１／２ε））を代入す ｅ”ｄｆ＝　−ｆＮ　　（ｆ） （ｆ）ｄｆとなり、Ａ４が で共鳴する物質の画像を 表している。

従って、共鳴周波数ｆ。を水に合わせると、Ａ３に水の
像、Ａ４に脂肪の像が出、又ｆつを脂肪に合わせるとＡ
３に脂肪のＲ，Ａ４に水の像が出ることになる。

以上説明したように、Ｔ、　−ＴＥ　／２Ｔｅｌ　−（
ＴＥ　／　２）＋ε、Ｔ８−　（ＴＥ　／２）＋ΔＴ及
びＴａ　”　（ＴＥ　／２）−ΔＴにおいて、それぞれ
反転パルス２を印加するスキャン１．スキャン２．スキ
ャン３及びスキャン４の４回のスキャンを行い、スキャ
ン３とスキャン４のデータの比を求めることにより静磁
場不均一による位）■エラー成分を求め、スキャン２の
画像データの静磁場不均一によるエラーを補正し、スキ
ャン１の画像データとの和と差を求めて、水と脂肪の像
の分離像を得るものであるが、従来の改良形ディクソン
法のように３種のパルスシーケンスで得た情報から水と
脂肪等の化学シフト分離像を求めると、静磁場不均一の
大きさか化学シフト量より大きな領域で分離像の部分的
な入れ替わりが生じていたが、本実施例の方法によって
、ΔＴを選ぶことにより、２つの分離像間に部分的な入
れ替わりが生じないようになった。従って静磁場不均一
の大きな装置でも正しい化学シフト像を得ることができ
るようになった。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。実
施例で行っている４つのパルスシーケンスのうち、（Ｔ
ｐ、／２）±ΔＴの２つのシーケンスは、静磁場不均一
の測定に用いるものなので、他の２つのシーケンス程高
空間分解能を持つ必要はなく、例えば（３２ビユー×３
２サンプル）程度にすることができる。

又、反転パルス２のタイミングを変えた４つのシーケン
スでデータを採取したが、反転パルスをＴＢ−Ｔｇ／２
の位置に固定して読み出し勾配のデイフェーズ量を加減
して、ＳＥ倍信号中心をＴ、、Ｔ、＋ε＋ＴＥ±ΔＴに
合わせてデータを採取して行っても良い。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、従来のよう
に静磁場不均一の大きさが化学シフト量より大きな領域
でも、静磁場不均一の大きさに合わせてΔＴを調整でき
るので、たとえ静磁場不均一の量が大きな装置でも、水
と脂肪の化学シフト分離像間に部分的な入れ替わりが生
しないようにすることができる。又、静磁場不均一の補
正を行うことにより、シェーディング等のない化学シフ
ト分離像が得られるようになり、実用上の効果は大きい
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の一実施例のパルスジケンスの図
、第２図はディクソン法のパルスジケンスの図、第３図
は改良形ディクソン法のパルスシーケンスの図である。 １・・・励起パルス　　２・・・反転パルス３・・・Ｓ
Ｅ倍信

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＭＲＩの水と脂肪の化学シフトをディクソン法を用いて
   分離して撮像する化学シフト像の撮像方法において、通
   常のスキャンと前記ディクソン法によるスキャンを行う
   段階と、励起パルス印加後（Ｔ＿Ｅ／２）＋ΔＴ及び（
   Ｔ＿Ｅ／２）−ΔＴの位置で反転パルスを印加するスキ
   ャンを追加して行うスキャン段階と、前記（Ｔ＿Ｅ／２
   ）±ΔＴの位置に反転パルスを置くシーケンスで得た画
   像データから静磁場不均一分布を得る段階と、該この段
   階により得た静磁場不均一分布により前記ディクソン法
   によるスキャンで得た画像データを補正する段階と、補
   正されたデータと通常のスキャンによるデータとの間で
   加算及び減算を行って水と脂肪の分離像を得る段階とか
   らなることを特徴とするＭＲＩの化学シフト像の撮像方
   法。