JPH06181904A - 磁気共鳴画像化方法及び装置 - Google Patents

磁気共鳴画像化方法及び装置

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JPH06181904A JP5148512A JP14851293A JPH06181904A JP H06181904 A JPH06181904 A JP H06181904A JP 5148512 A JP5148512 A JP 5148512A JP 14851293 A JP14851293 A JP 14851293A JP H06181904 A JPH06181904 A JP H06181904A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 T2減衰による画像のアーチファクトを大幅
に低減する磁気共鳴画像化方法及び装置を提供する。 【構成】 本磁気共鳴画像化方法においては、多数の再
フォーカスRFパルス(221〜229、321〜329)が付与さ
れ、励起用RFパルス(221、321)に続いてスピン・エ
コー信号が得られる。このように系列が時間反転順序で
2回実行される。そして両測定値が画像の形成に使用さ
れる。この結果、T2減衰によるアーチファクト及びぼ
やけ等が低減された画像が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、略一様な静止主磁場
中に置かれた物体(被検物)を磁気共鳴画像化する方法
及び装置に関する。
【0002】更に詳述すると、本発明は上記のような方
法であって、 −前記被検体の少なくとも一部における核双極子モーメ
ントを励起するための励起無線周波パルス(RFパル
ス)を供給する過程と、 −前記励起RFパルスに後続する複数の再フォーカスR
Fパルスと、位置依存性情報を含む磁気共鳴信号を発生
するための勾配磁場とを供給する過程と、 −前記再フォーカスRFパルスの少なくとも複数個に後
続する磁気共鳴信号を測定する過程と、 を有するような方法に関する。また、本発明は上記のよ
うな方法を使用した磁気共鳴画像化装置にも関する。上
記のようなRFパルスの系列としては、例えば、既知の
CPMG系列(Carr-Purcell-Meiboom-Gill系列)があり、
この系列は再フォーカスRFパルスに後続する複数の核
磁気共鳴エコー信号(NMR信号)を発生する。
【0003】
【従来の技術】画像化を行う上記のような方法はヨーロ
ッパ特許出願公開第EP-A0175184号から既知である。こ
の文献に示されているように、被検物(例えば人体)の
一部の選択は励起RFパルスの印加中に勾配磁場を付与
することにより行われる。この結果人体のスライス部分
が励起されることとなり、該スライスにおいては前記磁
場中の選択された種類の原子核のラーモア(Larmor)周波
数が上記RFパルスの周波数に対応することになる。上
記のスライスを選択するための勾配磁場は、再フォーカ
スRFパルスの印加中にも付与される。磁気共鳴信号の
位置を決定するため、上記スライス内の第1方向に勾配
を持つ勾配磁場が、前記NMR信号を位相符号化するた
めに、再フォーカスRFパルスと核磁気共鳴(NMR)
信号の測定との間の期間内で付与される。この測定の間
には、前記スライス内の第2方向であって前記第1方向
と垂直な方向に勾配を持つ第2の勾配磁場により前記N
MR信号が周波数符号化される。
【0004】人体の励起箇所として容積部分が選択され
た場合は、前記RFパルスの間にはスライス選択勾配は
存在する必要はない。第1及び第2の勾配磁場に加え
て、前記第1及び第2の勾配に対して垂直な勾配を持つ
第3の勾配磁場を、この方向の付加的な位相符号化を行
うために、RFパルスとNMR信号の測定との間に付与
してもよい。
【0005】上記のような系列(シーケンス)の欠点
は、スピン・スピン緩和(T2減衰)のために、スピン
・エコー信号の大きさが減少してしまう点にある。従っ
て、人体の部分の同じ領域からの貢献度が異なる寸法の
信号として測定されてしまう。これにより、結果として
得られる画像においてはぼやけ及びリンギング・アーチ
ファクト(artefact)のような好ましくない画像エラーが
生じる。全測定信号は異なるT2値の物質に対する貢献
度を含んでいるから、上記信号に時間に依存する重みで
重み付けを行うことにより前記アーチファクトを除去す
ることは可能ではない。
【0006】
【発明の目的及び概要】従って、本発明の目的とすると
ころは本明細書の冒頭で述べたような磁気共鳴画像化方
法であってT2減衰によるアーチファクトが大幅に低減
されるような方法を提供することにある。
【0007】この目的を達成するため本発明による方法
は、前記磁気共鳴信号の中のかなりの部分に関して、同
一の勾配磁場の設定により等価な磁気共鳴信号を各々発
生し、前記励起RFパルスと上記同一の各勾配磁場の設
定に続く磁気共鳴信号との間の各時間間隔の和が各勾配
磁場の設定に関して略等しいことを特徴としている。
【0008】上記方法によれば、同一の位置情報が符号
化されている複数の磁気共鳴信号が測定される一方、励
起RFパルスから各測定点までの間の各時間間隔の和が
同一の位置符号化を伴う全ての組の測定に関して等しく
なる。そして、全ての測定が画像形成処理に入力される
から、結果として得られる画像に対するT2減衰の影響
が大幅に低減される。
【0009】本発明による方法の好ましい実施例におい
ては、勾配磁場が被検物に対して位置に依存する磁気共
鳴信号を時間反転順に発生させるように供給され、これ
により等価な磁気共鳴信号を時間反転的に検出するよう
な等価な系列が実行されることを特徴としている。位置
が符号化された磁気共鳴信号の時間反転的な検出によ
り、当該方法の適用が容易になり、これにより全ての時
間条件が確実に等しくなる。
【0010】本発明による磁気共鳴画像化方法の一実施
例においては、前記磁気共鳴信号が複数の系列において
測定され、これら系列の各々が励起RFパルスと、磁気
共鳴信号の測定と交互になる複数の再フォーカスRFパ
ルスと、位相符号化のためのスイッチされた勾配磁場と
を有する。この実施例においては、磁気共鳴信号の位置
依存性が歳差運動する各双極子モーメントの位相符号化
として付加される。そして、本発明によれば当該実施例
は、前記等価な系列において前記のスイッチされた勾配
磁場が反転時間順で位相符号化値を付与するために前記
被検物に供給され、同一の位相符号化値が一の系列にお
ける奇数順位と等価な系列における偶数順位とにおいて
生じることを特徴としている。RFパルスとスイッチさ
れる勾配磁場との不完全さにより、位相符号化値にズレ
が生じる。再フォーカスRF信号は上記位相ズレが反転
されるようにし、これにより系列中のズレが順位につれ
て交互に作用する。この実施例においては、各位相符号
化値においてズレが反対の符号を持つ付加的な測定を行
うことにより当該測定が補足される。かくして、位相符
号化値のズレの影響が除去される。この影響についての
詳細については、本出願人により同日にされた特許出願
(整理番号:PHN14074)の公開公報を参照されたい。
【0011】本発明は上述したような方法を実施する装
置にも関する。略一様な静止主磁場中に置かれた被検物
の磁気共鳴画像化を行うこのような装置は、主磁場を形
成する手段と、主磁場に重畳される勾配磁場を発生する
手段と、主磁場中に置かれた被検物にRFパルスを放射
する手段と、勾配磁場と前記RFパルスとの発生を制御
する制御手段と、RFパルスとスイッチされた勾配磁場
との系列により発生される磁気共鳴信号を入力及びサン
プルする手段とを有し、前記制御手段が、被検物の少な
くとも一部における核双極子モーメントを励起するため
の励起RFパルスを供給し、励起RFパルスに続く複数
の再フォーカスRFパルスと、前記の励起された一部に
おいて位置依存性磁気共鳴信号を発生させる勾配磁場と
を供給し、再フォーカスRFパルスの中の少なくとも幾
つかに後続する磁気共鳴信号を測定する、ように構成さ
れている。そして、本発明によれば当該装置は更に磁気
共鳴信号のかなりの部分に関して等価な磁気共鳴信号を
発生するように構成され、これらの等価な磁気共鳴信号
は同一の勾配磁場の設定により発生され、前記励起RF
パルスと前記の同一の各勾配磁場の設定に続く磁気共鳴
信号の発生との間の各時間間隔の和が各勾配磁場の設定
に対して略等しいことを特徴としている。
【0012】
【実施例】図1には、磁気共鳴画像化装置1が概念的に
示されている。この装置は、一様な静止主磁場を発生す
る一群の主磁気コイル2と、制御可能な強度と選定され
た方向の勾配とを持つ付加磁場を重畳するための数組の
勾配コイル3、4及び5とを有している。ここで、従来
のように主磁場の方向はz方向として示し、この方向に
垂直な2つの方向をx方向及びy方向として示す。上記
各勾配コイルは電源11により励磁される。また、当該
装置は対象物、即ち人体等の物体7に無線周波パルス
(以下、RFパルス)を放射する放射手段6を更に有
し、該放射手段は上記RFパルスを発生及び変調するた
めの変調手段8に結合されている。また、当該装置には
NMR信号を受信するための手段が設けられるが、この
手段は上記放射手段6と同一であってもよいし、叉は別
個のものであってもよい。上記放射手段と受信手段とが
図に示すように同一である場合は、受信された信号を放
射すべきパルスから分離するための送信/受信スイッチ
9が設けられる。上記の受信されたNMR信号は受信/
復調手段10に入力される。放射及び変調手段6及び8
並びに勾配コイル3、4及び5用の電源11は制御シス
テム12により制御されて、所定のシーケンス(系列)
のRFパルス及び勾配磁場パルスを発生する。一方、前
記復調手段10は例えば電子計算機等のデータ処理ユニ
ット14に結合され、該ユニットは受信された信号を例
えば表示ユニット15上で視認可能な画像に変換する。
【0013】当該磁気共鳴画像化装置1が前記磁場中に
対象物、即ち人体7を位置させた状態で動作状態とされ
ると、人体中の核双極子モーメント(核スピン)の僅か
な余剰分が磁場の方向に一致される。平衡状態において
は、このことが人体7の物質中の正味の磁化M0を上記
磁場と並列にさせる。当該装置1においては、巨視的な
磁化M0は当該人体に対して原子核のラーモア周波数に
等しい周波数を持つRFパルスを照射することによって
操作され、これにより前記核双極子モーメントを励起状
態にし、前記磁化M0を再指向させる。適切なRFパル
スを印加することにより、巨視的な磁化の回転が得られ
るが、ここで該回転の角度はフリップ角と呼ばれる。勾
配磁場を付与することによる磁場への変化の導入は、磁
化の振る舞いに局部的に影響を及ぼす。RFパルスを印
加した後、これにより変化された磁化は当該磁場中で温
度平衡状態に戻ろうとし、その過程において放射を行
う。良好に選択されたRFパスル及び勾配磁場パルスの
系列は上記放射をNMR信号として放射させ、該NMR
信号は例えば水素原子核のような特定の種類の原子核の
密度及びこれら信号が発生する物質に関する情報を提供
する。これらの放射された信号の解析及び該解析の画像
としての提示により、対象物、即ち人体7の内部構造に
ついての情報に接することができる。磁気共鳴画像化
(MRI)及びMRI装置についての詳細に関しては、
例えばIRLプレス、1987年のM.A.フォスター及び
J.M.S.ハッチンソンにより編集された「実用NM
R画像化」なる本を参照されたい。
【0014】図2は、単一の励起パルスに続いて複数の
スピン・エコーNMR信号を得るためのRFパルスと磁
場勾配との既知の系列を示している。一番上のラインR
Fには、当該系列がフリップ角αを持つ励起RFパルス
21で開始されることが示され、このパルス21には期
間τ1の後、フリップ角βの再フォーカスRFパルス2
2が続く。通常、α及びβの値は各々90度及び180
度である。前記RFパルス21に続いて、下から番目の
ラインNMR上に示した自由誘導減衰(FID)の核磁
気共鳴信号61が発生され、該信号は個々の歳差運動す
る核磁気双極子モーメントが当該磁場中の局部的な変動
によって位相のコヒーレンス(一貫性)を失うと急激に
消滅する。前記再フォーカスRFパルス22はこれらの
個々の磁気双極子モーメントの方向を、局部的な磁場に
影響を与えることなく反転する。結果として、非位相化
(ディフェーズ:dephasing)が再位相化(リフェー
ズ:rephasing)に逆転され、かくして等しい期間τ1
経過後にNMRスピン・エコー信号62が発生される。
このスピン・エコー信号62の後、上記双極子モーメン
トは再びディフェーズする。再フォーカスRFパルス2
3、24、25及び26の繰り返しは、上記のようなデ
ィフェーズを反転させ、NMRスピン・エコー信号6
3、64、65及び66を繰り返し発生させる。主に時
定数T2のスピン・スピン緩和等の非補償効果のため
に、後続するエコーの大きさは時間と共に減少する。こ
こで、一つのNMR信号と次の再フォーカスRFパルス
との間の時間長τ2、τ3、τ4及びτ5は、通常長等
しい長さに選定される。
【0015】前記RFパルスの効果は、これらRFパル
スと同時にスライス選択用勾配磁場を付与することによ
り、人体7の一部に対して選択的とされるが、図におい
ては該スライス選択勾配が上から2番目のラインGs
に示されている。符号31で示すように、このスライス
選択勾配は先ず励起RFパルス21の際に付与される。
この最初の勾配31に起因するディフェーズは、反対の
勾配31’により補償される。また、再フォーカスRF
パルス22ないし26の付与の際にもスライス選択勾配
32ないし36がオン状態にスイッチされる。選択され
たスライス内での位置を決定するために、この選択され
たスライス内に勾配方向を持つ位相符号化勾配パルス4
2、43、44、45及び46(3番目のラインGp
に図示)がRFパルスとNMRスピン・エコー信号6
2、63、64、65及び66との間の期間内で付与さ
れる。更に、勾配方向が前記の選択されたスライス内に
あるが前記位相符号化場の勾配方向に対しては垂直とな
る周波数符号化(即ち、読出)勾配52、53、54、
55及び56(4番目のラインGr上に図示)が、スピ
ン・エコー信号の発生の間にオンされる。位相符号化勾
配のディフェーズ効果は、スピン・エコー信号の発生後
に他に勾配場パルス42’、43’、44’、45’を
先行する各勾配パルス42、43、44、45と比較し
て同一の時間積分で且つ反対方向に印加することにより
除去される。読出勾配52、53、54、55及び56
のディフェーズ効果は再フォーカスRFパルスにより補
償される。この場合、最初の再フォーカスRFパルス2
2に先行する初期ディフェーズ勾配51が必要であり、
この初期ディフェーズ勾配51は読出勾配52、53、
54、55及び56の半分の時間積分量を有している。
【0016】他の例として、人体のスライスではなくて
容積部分を選択することもできる。その場合には、スラ
イス選択勾配Gsをなくすか叉は人体の厚い部分の選択
用に調整する。上述した勾配場に加えて、第1の位相符
号化場Gp及び読出勾配場Grの勾配方向に対して垂直な
勾配方向を持つ第2の位相符号化勾配磁場Gp’が供給
される。第1の位相符号化場Gpと同様に、この第2の
勾配符号化場は、RFパルスに後続する一連の勾配パル
ス72、73、74、75及び76と、NMR信号に後
続する一連の補償勾配パルス72’、73’、74’、
75’として供給される。これら勾配パルス72〜76
及び72’〜76’に横線で示したように、第1の位相
符号化勾配パルスが変換する場合に、これら第2の位相
符号化勾配パルスの大きさは一定に保たれる。他の例と
して、第1の位相符号化勾配パルス42〜46及び4
2’〜46’が一定に保たれる一方、第2の位相符号化
勾配パルスが系列内で変化されるようにしてもよい。以
下においては、本発明の実施例を2次元スライス選択モ
ードで説明する。しかしながら、本発明においては第2
の位相符号化場を印加することにより3次元容積画像化
に拡張することも勿論可能である。
【0017】各々が異なる位相符号化値で且つ256回
サンプルされた例えば256個のスピン・エコー信号で
あるNMR信号を収集した後、これら測定の全組み合わ
せがフーリエ変換(FT)により画像に変換される。前
述したT2減衰の結果、当該系列の後の方で発生するN
MR信号は早く発生した信号よりも小さな振幅しか有し
ていない。1つの信号は異なるT2値の領域に対する貢
献度を有しているので、上記の後の方の信号の相対重み
を増加させることにより補償することは不可能である。
上記のT2減衰は、得られる画像のぼやけ(blur)やリ
ンギングの原因となる。
【0018】図3のa及びbには、本発明によるNMR
信号を得るためのRFパルスと勾配磁場パルスとの2つ
の系列が示されている。位相符号化勾配Gpを除いて、
これらの系列は図2に示した系列と同一であり、従って
勾配パルスGp及びRFパルスのみが図示されている。
また、最初の及び最後の数個のRFパルスのみが付随す
る勾配パルスと共に示されている。図3のaに示す符号
化勾配パルス242、243、…、248及び249はリニアに減少
している。また、図3のbの系列はリニアに増加する位
相符号化勾配パルス342、343、…、348及び349を有し、
ここでこれら2つの系列の位相符号化パルスは互いに時
間的に反転された複写の関係となっている。上記両系列
を実行すると、各位相符号化値に対して2つの測定値が
得られる。第1の系列における励起RFパルス221とあ
る位相符号化値での測定との間の時間間隔と、第2の系
列における励起RFパルス321と上記と同一の位相符号
化値での測定との間の時間間隔との和は、各位相符号化
値について同一である。図4のa及びbには単一の系列
及び時間反転された2つの組み合わせ系列の相対T2
衰A(T2)が、インターリブされた一連の系列群において
決定される128個の異なる位相符号化値について位相符
号化値kyの関数として図示されている。予期した通
り、時間反転された組み合わせ系列は大幅に振幅の変化
が少ないことを示している。かくして、画像形成工程に
おいて両測定を使用することにより、T2減衰によるぼ
やけやアーチファクト(artefact)が大幅に低減される。
【0019】前述したように、RFパルス及びスイッチ
される勾配磁場の不完全さ(後者のものは主に渦電流に
よる)は核スピンの歳差運動の位相のズレ叉はオフセッ
トの原因となる。前記再フォーカスRFパルスにより上
記ズレはスピン・エコー信号と交互となる。もし同一の
位相符号化値の組に対する2つの測定系列が偶数個の再
フォーカスRFパルスを有するとすれば、各位相符号化
値に関して2つの測定の中の一方は偶数順位のRFパル
スに続き、他方は奇数順位のRFパルスに従う。位相ズ
レは順位につれて交互となるので、2つの測定の効果は
エラーの多くが相殺されるということになる。
【0020】図5のa及びbには、ポイント・スプレッ
ド(点の広がり)関数(PSF(y))の絶対値の中央部
分が単一の測定組の場合と、偶数個の位相符号化値で互
いに時間反転された2組の測定の組み合わせの場合とに
関して図示されている。PSF(y)は数学的には信号exp
iφのフーリエ変換であり(φ(ky)は位相ズレであ
る)、人体の一点の結果としてえられる画像への貢献度
を示す。図は+20度と−20度との間を交互にとるφ(ky)
を用いて決定されている。図から解るように、2つの時
間反転系列の組み合わせの結果、大幅に狭いPSF(y)
が得られる。このことは、位相ズレやT2減衰によるア
ーチファクト及びぼやけが結果画像から大幅に除去され
ることを示している。PSF(y)の図示しない実部及び
虚部の調査の結果、PSF(y)の虚部が大幅に低減され
ることが判った。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明による方法を使用するに適し
た磁気共鳴画像化装置の構成例を示す概念図、
【図2】 図2は、励起RFパルス、複数の再フォーカ
スRFパルス、勾配磁場及びNMR信号の発生等の系列
を時間の関数として示すタイムチャート、
【図3】 図3は、本発明による励起RFパルスと勾配
磁場の系列とこれらと等価な系列との組み合わせを示す
タイムチャート、
【図4】 図4は、単一の系列の場合と、本発明による
2系列の組み合わせの場合の相対T2減衰を示すグラ
フ、
【図5】 図5は、単一の系列の場合と、本発明による
2系列の組み合わせの場合のポイント・スプレッド関数
の絶対値の中央部を示すグラフである。
【符号の説明】
1:磁気共鳴画像化装置、 2:主磁気コイ
ル、3〜5:勾配コイル、 6:放射
/受信手段、7:物体、 8:
変調手段、10:復調手段、 11:
電源、12:制御システム、 14:デー
タ処理ユニット、15:表示ユニット、
Gp:位相符号化勾配パルス、Gr:読出勾配パルス、
Gs:スライス選択用勾配パルス、NM
R:NMRスピン・エコー信号、 RF:RFパルス。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 略一様な静止主磁場内に置かれた物体の
    磁気共鳴画像化を行う方法であって、 前記体物の少なくとも一部における核双極子モーメント
    を励起するために励起用無線周波(RF)パルスを付与
    する過程と、 前記励起用RFパルスに続く複数の再フォーカスRFパ
    ルスと勾配磁場とを付与して位置依存性情報を有する磁
    気共鳴信号を発生させる過程と、 前記再フォーカスRFパルスの少なくとも幾つかに続く
    磁気共鳴信号を測定する過程と、を有するような方法に
    おいて、 前記磁気共鳴信号の中のかなりの部分に関して、同一の
    勾配磁場を設定することにより等価な磁気共鳴信号を各
    々発生し、前記励起RFパルスと上記同一の各勾配磁場
    に続く磁気共鳴信号の発生との間の各時間間隔の和が各
    勾配磁場の設定に関して略等しいことを特徴とする磁気
    共鳴画像化方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の磁気共鳴画像化方法で
    あって、励起RFパルスと、再フォーカスRFパルス
    と、位置に依存する磁気共鳴信号を生成するための勾配
    磁場との少なくとも一つの系列を発生する方法におい
    て、前記物体に対して位置依存性磁気共鳴信号を時間反
    転順に発生させるような勾配磁場が供給され、これによ
    り等価な磁気共鳴信号が時間反転的に検出されるような
    等価な系列が実行されることを特徴とする磁気共鳴画像
    化方法。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の磁気共鳴画像化方法で
    あって、複数の系列において信号の測定が行われ、これ
    ら系列の各々が励起RFパルスと、磁気共鳴信号と交互
    になる複数の再フォーカスRFパルスと、位相符号化の
    ためのスイッチされる勾配磁場とを有する方法におい
    て、前記等価な系列において前記のスイッチされた勾配
    磁場が時間反転順に位相符号化値を付与するように前記
    物体に供給され、同一の位相符号化値が一の系列におけ
    る奇数順位と等価な系列における偶数順位とにおいて生
    じることを特徴とする磁気共鳴画像化方法。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3の何れか一項に記載の
    方法により略一様な静止主磁場中に置かれた物体(7)
    の磁気共鳴画像化を行う装置であって、 前記主磁場を形成する手段(2)と、 前記主磁場中に重畳される勾配磁場を発生する手段
    (3、4、5)と、 前記主磁場中に置かれた物体(7)にRFパルスを放射
    する手段(6、8)と、 前記勾配磁場と前記RFパルスとの発生を制御する制御
    手段(12)と、 前記RFパルスとスイッチされた勾配磁場との系列によ
    り発生された磁気共鳴信号を入力及びサンプルする手段
    (6、10)と、を有し、前記制御手段(12)が、 前記物体の少なくとも一部における核双極子モーメント
    を励起するための励起RFパルスを供給し、 前記励起RFパルスに続く複数の再フォーカスRFパル
    スと、前記の励起された一部において位置依存性磁気共
    鳴信号を発生させる勾配磁場とを供給し、 前記再フォーカスRFパルスの中の少なくとも幾つかに
    後続する磁気共鳴信号を測定する、ように構成されてい
    る磁気共鳴画像化装置において、 当該装置が更に前記磁気共鳴信号のかなりの部分に関し
    て等価な磁気共鳴信号を発生するように構成され、これ
    らの等価な磁気共鳴信号は同一の各勾配磁場の設定によ
    り発生され、前記励起RFパルスと前記の等価な各勾配
    磁場の設定に続く磁気共鳴信号の発生との間の各時間間
    隔の和が各勾配磁場の設定に対して略等しいことを特徴
    とする磁気共鳴画像化装置。
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