JPH0453530A - 磁気共鳴映像装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は磁気共鳴映像装置に係り、特に変換ビット数の
比較的少ないＡ／Ｄ変換器を用いて広ダイナミツクレン
ジの磁気共鳴信号のデータ収集を行なうことができる磁
気共鳴映像装置に関する。

（従来の技術） 一般に、磁気共鳴映像装置においては、被検体を一様な
静磁場の中に置き、高周波磁場とスライス用、位相エン
コード用及びリード用の各勾配磁場を所定のシーケンス
で印加し、被検体内の関心領域からの磁気共鳴信号デー
タを収集して、その関心領域の情報を映像化する。磁気
共鳴信号データの収集においては、関心領域からの磁気
共鳴信号（ＲＦ倍信号をプローブにより受信し、ＲＦ増
幅器によって増幅した後、直交位相検波を行なって映像
信号帯域の信号にし、Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信
号に変換する。

磁気共鳴信号のレベルは、ゼロエンコード時（位相エン
コード用及びリード用の勾配磁場がゼロの時）はスピン
の全位相が揃うため極めて高く、エンコードが進むに従
い低くなり、やがてノイズレベルと同等になる。このた
めＡ／Ｄ変換器は非常に広いレベル範囲の信号を変換す
る必要がある。磁気共鳴信号の最大レベルと最小レベル
の差は、励起される領域の大きい３Ｄイメージングや、
アンギオグラフィの場合、最も顕著となる。

従って、Ａ／Ｄ変換器としては極めて広ダイナミツクレ
ンジすなわち多ビットであって、しかも高い周波数の磁
気共鳴信号まで扱えるように高速のものが必要となる。

具体的には例えば変換ビット数が１４〜１６ビツト程度
、変換周期が数μＳｅｅ程度のものが要求される。この
ような多ビット・高速のＡ／Ｄ変換器は高価であり、集
積回路化する場合でもワンチップ構成は難しく、特殊な
構成を必要とする。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように従来の磁気共鳴映像装置では、例えば３
Ｄイメージングやアンギオグラフィのように広ダイナミ
ツクレンジの磁気共鳴信号のデータを収集する場合、多
ビット・高速であって、高価で特殊な構成のＡ／Ｄ変換
器を必要とするという問題があった。

本発明はこのような課題を解決すべくなされたもので、
少ない変換ビット数のＡ／Ｄ変換器を用いて広ダイナミ
ツクレンジの磁気共鳴信号のデータを収集することがで
きる磁気共鳴映像装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、位相エンコード用及びリード用の勾配磁場が
零の位置とその近傍を含む第１のデータ収集領域の磁気
共鳴信号データを収集するときは、磁気共鳴信号に対す
るゲインを下げ、それ以外の第２のデータ収集領域の磁
気共鳴信号データを収集するときは、ゲインを上げるよ
うにし、さらに画像再構成時には第１のデータ収集領域
から収集された磁気共鳴信号データに対するゲインを上
げ、第２のデータ収集領域から収集された磁気共鳴信号
データに対するゲインを下げることを特徴としている。

また、本発明は磁気共鳴信号に対するゲインを下げて位
相エンコード用及びリード用の勾配磁場が零の位置とそ
の近傍を含む第１のデータ収集領域の磁気共鳴信号デー
タを収集する第１のデータ収集手段と、ゲインを上げて
第１のデータ収集領域及びそれ以外の第２のデータ収集
領域の磁気共鳴信号データを収集する第２のデータ収集
手段と、第２のデータ収集手段により収集された磁気共
鳴信号データのうち、第１のデータ収集領域の磁気共鳴
信号データを第１のデータ収集手段により第１のデータ
収集領域から収集された磁気共鳴信号データと置換える
手段と、画像再構成時に第１のデータ収集手段により第
１のデータ収集領域から収集された磁気共鳴信号データ
に対するゲインを上げ、第２のデータ収集手段により第
２のデータ収集領域から収集された磁気共鳴信号データ
に対するゲインを下げる手段とを具備することを特徴と
する。

（作用） 位相エンコード用及びリード用の勾配磁場が零の位置と
その近傍を含む第１のデータ収集領域からの磁気共鳴信
号、いわゆるゼロエンコード付近の磁気共鳴信号は信号
レベルが極めて高く、それ以外の第２のデータ収集領域
からの磁気共鳴信号のレベルは低い。本発明においては
、ゼロエンコード付近の磁気共鳴信号は低いゲインが付
与されて信号レベルが低くされてからＡ／Ｄ変換器に入
力されることによって、Ａ／Ｄ変換器の入力信号のダイ
ナミックレンジが狭められる。これにより広ダイナミツ
クレンジの磁気共鳴信号も、変換ビット数の少ないＡ／
Ｄ変換器によってディジタル信号に変換され、正しくデ
ータ収集がなされる。

また、磁気共鳴信号データ収集後の画像再構成時には、
収集時に第１および第２のデータ収集領域からの磁気共
鳴信号データに対してそれぞれ付与したゲインの情報を
基に、第１のデータ収集領域から収集された磁気共鳴信
号データに対するゲインを上げ、第２のデータ収集領域
から収集された磁気共鳴信号データに対するゲインを下
げるゲイン補正を行うことにより、最終的に全ての収集
領域から同一ゲインで磁気共鳴信号データを収集したの
と等価なデータとして画像再構成を行う。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例に係る磁気共鳴映像装置の構
成を示すブロック図である。同図において、静磁場磁石
１および勾配コイル３はそれぞれ励磁用電源２および駆
動回路４によって駆動される。これにより被検体５には
一様な静磁場と、それと同一方向で互いに直交するＸ。

ｙ、ｚの三方向に線形傾斜磁場分布を持つ勾配磁場Ｇｘ
、Ｇｙ、Ｇｚが印加される。

プローブ７は送信部８から高周波信号を受け、被検体５
に高周波磁場を印加する。また、プローブ７は被検体５
内で発生した磁気共鳴信号を受信する。なお、プローブ
７は送受両用でも送受別々に設けてもよい。

プローブ７により受信された磁気共鳴信号は受信部９で
増幅・検波された後、データ収集部１１に転送され、デ
ータ収集部１１内のＡ／Ｄ変換器によりディジタル信号
に変換されて磁気共鳴信号データとなり、電子計算機１
２に送られる。

励磁用電源２、駆動回路４、送信部８、受信部９は全て
システムコントローラ１０によって制御されている。電
子計算機１２はコンソール１３より入力される指令に基
づきシステムコントローラ１０を制御する。電子計算機
１２ではデータ収集部１１から送られた磁気共鳴信号デ
ータについてフーリエ変換をはじめとする処理を行ない
、被検体６内の所望原子核の密度分布などを計算して画
像データを得る。こうして得られた画像データは、画像
デイスプレィ１４上で画像として表示される。

第２図は受信部９の詳細な構成を示すブロック図である
。同図において、第１図のプローブ７により検出された
磁気共鳴信号はＲＦ増幅器２１により増幅された後、電
力分配器２２により二分配され、二つの同期検波回路２
３．２４に入力される。

同期検波回路２３．２４は互いに９０°位相の異なる参
照波と入力された磁気共鳴信号とを乗算することにより
、同期検波を行なう。同期検波回路２３．２４の出力信
号は直流増幅器２５゜２６により増幅された後、フィル
タ２７．２８により不要成分が除去され、磁気共鳴信号
検出出力となる。この磁気共鳴信号検出出力は第１図の
データ収集部１１に供給され、Ａ／Ｄ変換器３２．３３
によりディジタル化される。

基準発振器２９は同期検波回路２３．２４へ供給する参
照波の基準となる周波数ｆＯの信号を発生する。この基
準発振器２９の出力信号はＳＳＢ　（単一側帯波）発生
器３０により周波数シフトされた後、二分岐され、一方
は同期検波回路２３への参照波となり、他方はさらに９
０″移相器３１により９０″位相シフトされてから同期
検波回路２４への参照波入力となる。

ここで、直流増幅器２５．２６は可変利得増幅器によっ
て構成され、そのゲインはシステムコントローラ１０に
よって制御される。また、ＳＳＢ発生器３０における周
波数シフト量もシステムコントローラ１０によって制御
される。

第３図は２Ｄ（２次元）イメージング時のフーリエデー
タ面であり、Ｙは位相エンコード方向の位置、Ｘはリー
ド方向の位置を表わす。

ｙ−ｏ、ｘ−ｏはゼロエンコード位置であり、この近傍
のデータ収集領域４１（第１のデータ収集領域）では、
スピンの全位相が揃うために磁気共鳴信号のレベルは高
い。これ以外のデータ収集領域４２．４３．（第２のデ
ータ収集領域）では、周辺部に移行するにつれて磁気共
鳴信号のレベルは低下する。そこで、本実施例では以下
のように２回に分けてそれぞれ異なるゲインで磁気共鳴
信号データを収集する。

第４図は本実施例における磁気共鳴信号データの収集手
順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１に
おいてブリスキャンを行なう。このブリスキャンにおい
ては、システムコントローラ１０からの制御によって直
流増幅器２５．２６のゲインを下げた状態で、第３図に
おける少なくともゼロエンコード近傍、つまり第１のデ
ータ収集領域４１からの磁気共鳴信号データを収集する
。実際には領域４１からの磁気共鳴信号データのみを収
集するのは困難であるため、領域４１．４２からなる帯
状の領域をライン状に走査して磁気共鳴信号データを収
集する。第１のデータ収集領域４１からの磁気共鳴信号
レベルは高いが、直流増幅器２５．２６のゲインが下げ
られることによってＡ／Ｄ変換器３２．３３の入力では
信号レベルが低くなるため、Ａ／Ｄ変換器３２．３３が
例えば８〜１２ビット程度の変換ビット数の場合でも、
そのダイナミックレンジを越えないようにすることがで
きる。

次に、ステップＳ２において本スキャンを行なう。この
本スキャンにおいては、システムコントローラ１０から
の制御によって直流増幅器２５．２６のゲインを定常値
にまで上げた状態で、第３図における全データ収集領域
４０、すなわち領域４１．４２及び４３からの磁気共鳴
信号データを収集する。この場合、第２のデータ収集領
域４２．４３からの磁気共鳴信号レベルはもともと低い
が、第１のデータ収集領域４１からの磁気共鳴信号レベ
ルは高いため、Ａ／Ｄ変換器３２．３３の入力信号がダ
イナミックレンジを越えることがある。

そこで、次のステップＳ３において第１のデータ収集領
域４１からの磁気共鳴信号データの置換えを行なう。す
なわち、第２のデータ収集領域４２．４３についてはス
テップＳ２の本スキャンにより得られた磁気共鳴信号デ
ータをそのまま用いるが、第１のデータ収集領域４１に
ついては本スキャンで得られた磁気共鳴信号データをス
テップＳ１のブリスキャンにより得られた磁気共鳴信号
データに置換える。この置換えはシステムコントローラ
１０からの指示に基づき、データ収集部１１内のＡ／Ｄ
変換器３２゜３３以降で行なわれる。

そして、次にステップ８１〜Ｓ３によって得られた磁気
共鳴信号データについて、ステップＳ４において非線形
逆変換処理を施す。この非線形逆変換処理は、ステップ
８１〜Ｓ３による磁気共鳴信号に対する非線形変換と逆
の処理であり、第１のデータ収集領域４１からの磁気共
鳴信号データが、領域４１からの磁気共鳴信号をレベル
を下げることなく十分に広いダイナミックレンジのＡ／
Ｄ変換器によりディジタル化した場合と同じディジタル
データとなるように、領域４１からの磁気共鳴信号デー
タに対するゲインを上げ、領域４２．４３からの磁気共
鳴信号データに対するゲインを下げる処理を行なう。

この処理はシステムコントローラ１０からの指示に基づ
き、例えばＡ／Ｄ変換器３２．３３以降のディジタル処
理回路で行なわれる。

本発明は高速フーリエ法やエコープラナ−法といった、
いわゆる超高速イメージング法によって映像化を行なう
場合にも適用できる。

第１０図は従来の超高速イメージング法の一つである高
速フーリエ法のパルスシーケンスを示している。このシ
ーケンスでは、まず高周波磁場ＲＦとして選択励起用９
０″パルスを印加すると同時に、スライス用勾配磁場Ｇ
ｓ（Ｇｚ）を２軸方向に印加してスライス面内の磁化を
選択的に励起する。次に、高周波磁場ＲＦとして１８０
°パルスを印加してから、スライス用勾配磁場Ｇｓと直
交するＸ軸方向に磁気共鳴信号を読出すためのリード用
勾配磁場Ｇ　ｒ（Ｇ　ｘ）を高速に複数回反転させて印
加するとともに、スライス用勾配磁場Ｇｓ及びリード用
勾配磁場Ｇｒと直交するｙ軸方向に、ｙ軸上の位置を磁
気共鳴信号の位相に変換するための位相エンコード用勾
配磁場Ｇ　ｅ（Ｇ　ｙ）をリード用勾配磁場Ｇｒの各反
転毎にパルス的に印加する。

このようなシーケンスによりリード用勾配磁場Ｇｒの反
転毎に磁気共鳴信号（マルチエコー信号）を生じ・させ
、それを収集することによって一度の励起によって一枚
の二次元画像を得る。

このような超高速イメージングに本発明を適用した場合
のパルスシーケンスを第５図に示す。

まず、ブリスキャンにおいては位相エンコード用勾配磁
場ＧｅをＧ　ｅｌ、　Ｇ　ｅ２に示すように例えば正方
向に複数回印加して、第３図の領域４１における上半分
の磁気共鳴信号データを収集した後、Ｇ　ｅｌ、　Ｇ　
ｅ２の面積（振幅・時間の積）と等しい面積のＧｅ３を
負方向に印加することによってＹ−０の位置に戻す。こ
の場合、前述したように磁気共鳴信号に対するゲインは
低く設定されているものとする。

次に、本スキャンにおいてはゲインを定常値に戻すと共
に、位相エンコード用勾配磁場Ｇｅを再び正方向にパル
ス的に印加してゆくことにより、領域４１，４２．４３
における上半分の磁気共鳴信号データを収集する。領域
４１゜４２．４３の下半分のデータは、上半分のデータ
から得られる。

第６図は超高速イメージング法に本発明を適用した場合
の他のパルスシーケンスであり、スピンエコーのピーク
前にブリスキャンを行なうようにした点が第５図のシー
ケンスと異なる。

このときブリスキャンデータは、複素共役をとることに
より、第５図のデータと同様に処理を施すことができる
。

第５図及び第６図ではフーリエデータ面上の上半分の磁
気共鳴信号データから下半分のデータを得るハーフエン
コードの場合を示したが、フーリエデータ面上の全デー
タを取得するフルエンコードの場合にも本発明を適用で
きる。この場合、第７図及び第８図に示すような手順で
磁気共鳴信号データを収集すればよい。

■　磁気共鳴信号に対するゲインを定常値に設定した状
態で、フーリエデータ面の下半分のデータ収集領域７１
，７２８のデータを収集する（第１の本スキャン） ■　ゲインを下げてフーリエデータ面のゼロエンコード
近傍のデータ収集領域７２ａ。

７２ｂのデータを収集する（ブリスキャン）■　ゲイン
を再び定常値に戻して、フーリエデータ面の上半分のデ
ータ収集領域７２ｂ。

７３のデータを収集する（第２の本スキャン）そして、
最後に■■で得られたデータのうち、領域７２ａ、７２
ｂのデータを■で得られたデータに置換えることにより
、全データ収集領域７０のデータを得ることができる。

本発明は上述した実施例に限られるものでなく、次のよ
う種々変形して実施することができる。実施例では２Ｄ
イメージングの場合について述べたが、３Ｄイメージン
グや４Ｄイメージングにも適用できる。３Ｄイメージン
グの場合、プリスキャンにおいて例えば第９図に示すよ
うに斜線で示す零エンコード近傍の領域９１からの磁気
共鳴信号データをゲインを下げて収集した後、本スキャ
ンにおいて４次元の全データ収集領域９１．９２の磁気
共鳴信号データを収集し、更に本スキャンで得られたデ
ータのうち領域９１からのデータをプリスキャンで得ら
れたデータと置換え、最後に必要に応じて先と同様の非
線形変換処理を施せばよい。

また、以上の説明では超高速イメージングの場合につい
て述べたが、通常のイメージング法にも適用できる。そ
の場合、１回のスキャンとスキャンとの間に比較的長い
ブランキング時間があるので、このブランキング期間を
利用して、零エンコード近傍のデータ収集領域からの磁
気共鳴信号データ収集時とそれ以外のデータ収集領域か
らの磁気共鳴信号データ収集時とで、ゲインの切り替え
を行なえばよい。

また、実施例では磁気共鳴信号に対するゲイン制御とし
て直流増幅器２５．２６のゲイン制御を行なったが、Ｒ
Ｆ増幅器２１のゲイン制御を行なってもよい。

さらに、ゲイン制御は必ずしもシステムコントローラ５
から行う必要はなく、ゲインの異なる直流増幅器および
Ａ／Ｄ変換器を２系統備え、一方のデータはメモリに記
憶しておくようにすれば、高周波ステージで信号が飽和
しない範囲でプリスキャンが不要となる。

その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、広ダイナミツクレンジの磁気共鳴信号
を少ない変換ビット数のＡ／Ｄ変換器によってディジタ
ル信号に変換してデータ収箪を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る磁気共鳴映像装置の構
成を示すブロック図、第２図は第１図における受信部お
よびデータ収集部の詳細を示すブロック図、第３図は本
発明におけるフーリエデータ面上での磁気共鳴信号デー
タの収集法を説明するための図、第４図は同実施例にお
ける磁気共鳴信号データ収集手順の流れを示す図、第５
図および第６図は同実施例におけるイメージングのため
のパルスシーケンスを示す図、第７図は本発明の他の実
施例におけるフーリエデ−タ面上での磁気共鳴信号デー
タの収集法を説明するための図、第８図は同実施例にお
ける磁気共鳴信号データ収集手順の流れを示す図、第９
図は本発明のフーリエデータ面上での磁気共鳴信号デー
タの収集法を説明するための図、第１０図は従来の超高
速イメージング法のパルスシーケンスの一例を示す図で
ある。 ４１．７２　ａ　、　７２　ｂ　、　９１−・・第１の
データ収集領域 ４２．７１．７３．９２・・・第２のデータ収集領域 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図 第４ 図 第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一様な静磁場の中に置かれた被検体に対し、高周
   波磁場と、スライス用、位相エンコード用及びリード用
   の各勾配磁場を所定のシーケンスで印加し、被検体内か
   らの磁気共鳴信号を受信してＡ／Ｄ変換することにより
   、磁気共鳴信号データを収集して画像再構成する磁気共
   鳴映像装置において、 前記位相エンコード用及びリード用の勾配磁場が零の位
   置とその近傍を含む第１のデータ収集領域の磁気共鳴信
   号データを収集するとき磁気共鳴信号に対するゲインを
   下げ、それ以外の第２のデータ収集領域の磁気共鳴信号
   データを収集するとき前記ゲインを上げる手段と、 画像再構成時に前記第１のデータ収集領域から収集され
   た磁気共鳴信号データに対するゲインを上げ、前記第２
   のデータ収集領域から収集された磁気共鳴信号データに
   対するゲインを下げる手段と を具備することを特徴とする磁気共鳴映像装置。
2. （２）一様な静磁場の中に置かれた被検体に対し、高周
   波磁場と、スライス用、位相エンコード用及びリード用
   の各勾配磁場を所定のシーケンスで印加し、被検体内か
   らの磁気共鳴信号を受信してＡ／Ｄ変換することにより
   、磁気共鳴信号データを収集して画像再構成する磁気共
   鳴映像装置において、 磁気共鳴信号に対するゲインを下げた状態で、前記位相
   エンコード用及びリード用の勾配磁場が零の位置とその
   近傍を含む第１のデータ収集領域の磁気共鳴信号データ
   を収集する第１のデータ収集手段と、 前記ゲインを上げた状態で、前記第１のデータ収集領域
   及びそれ以外の第２のデータ収集領域の磁気共鳴信号デ
   ータを収集する第２のデータ収集手段と、 第２のデータ収集手段により収集された磁気共鳴信号デ
   ータのうち、第１のデータ収集領域の磁気共鳴信号デー
   タを第１のデータ収集手段により第１のデータ収集領域
   から収集された磁気共鳴信号データと置換える手段と、 画像再構成時に前記第１のデータ収集手段により前記第
   １のデータ収集領域から収集された磁気共鳴信号データ
   に対するゲインを上げ、前記第２のデータ収集手段によ
   り前記第２のデータ収集領域から収集された磁気共鳴信
   号データに対するゲインを下げる手段と を具備することを特徴とする磁気共鳴映像装置。