JPH07163541A - 磁気共鳴イメージング装置における血流描出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 個人差による血流速の違いに拘らず最適な撮
像条件の設定が可能で一定レベルの血流描出能が得られ
る血流描出法を提供する。 【構成】 飛行時間法等による血流像の描画のための撮
像シーケンスに先立って、予め血流速測定のためのパル
スシーケンスを行い、血流速についての情報を得る。こ
の情報に基づき、撮像シーケンスにおける繰返し時間、
励起角等の条件を設定する。血流速測定パルスシーケン
スでは、高周波パルスを印加した後、位相エンコードパ
ルスを正負反転して印加するシーケンスを繰返すことに
よって複数のエコー信号のデータを得、これらのデータ
の位相エンコード方向のフーリエ変換を行って、血流速
を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、核磁気共鳴（以下、
ＮＭＲという）現象を利用して被検体の所望部位の断層
画像を得る磁気共鳴イメージング（以下、ＭＲＩとい
う）装置において血流断層像を得るための血流描出方法
に関し、特に最適な撮像条件で計測を行うようにした血
流描出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲＩ装置は、静磁場に置かれた被検体
に高周波コイルにより電磁波を照射して生体組織を構成
する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせ、それによっ
て発生する磁気共鳴信号（以下、ＮＭＲ信号という）を
受信コイルで受信し、受信されたＮＭＲ信号にフーリエ
変換を行なって画像に再構成するもので、被検体の任意
箇所における断層像を得るために広く利用されている。

【０００３】このような磁気共鳴イメージング装置で
は、被検体に静磁場を与える静磁場発生磁石と、被検体
の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こ
させる高周波パルスを印加するための高周波コイルとの
他に、空間内に位置情報を得るための傾斜磁場を作るた
めの傾斜磁場コイルを備えており、これら高周波コイル
及び傾斜磁場コイルはシーケンサによって所定のパルス
シーケンスで繰返し駆動される。

【０００４】この撮像のための典型的なパルスシーケン
スとして図５に示すスピンエコー法やグラディエントエ
コー法がある。スピンエコー法では、図４に示すように
静磁場（Ｈ₀）の加えられている方向（Ｚ方向）に向い
ているスピン（巨視的磁化）を９０゜に倒す高周波パル
ス（以下、９０゜パルスという）を印加し（図５
（ａ））、次いで９０゜パルス照射からエコー信号が出
るまでの時間（エコー時間Ｔｅ）の半分の時間後（Ｔｅ
／２）に、スピンの１８０゜倒す高周波パルス（以下、
１８０゜パルス）を印加することによりエコー信号を得
る（同図（ｂ））。

【０００５】ここでエコー信号の空間的な分布を求める
ために均一な静磁場に傾斜磁場を重畳して空間的な磁場
勾配を形成する。スピンの回転周波数は磁場強度に比例
することから、傾斜磁場が加わった状態においては各ス
ピンの回転周波数は空間的に異なる。従ってこの周波数
を調べることで各スピンの位置を知ることができる。こ
のために位相エンコード方向傾斜磁場Ｇｙと周波数エン
コード方向傾斜磁場Ｇｘが用いられる。また被検体の所
定のスライス面を測定するために高周波パルスとともに
スライス方向傾斜磁場Ｇｚが与えられる。

【０００６】このようなパルスシーケンスを基本単位と
して、位相エンコード方向傾斜磁場Ｇｙの強度を毎回変
えながら一定の繰返し時間Ｔｒ毎に、所定回数例えば２
５６回繰返す。こうして得られた計測信号を２次元フー
リエ変換することにより、巨視的磁化の空間分布が求め
られる。またグラディエントエコー法は、１８０゜パル
スを用いずに、傾斜磁場の極性反転によってエコー信号
を生成させるもので、スピンエコー法に比べ繰返し時間
を短縮することができ高速計測が可能である。

【０００７】ところで静止した組織については、以上の
ようなパルスシーケンスによってエコー信号を得ること
ができるが、血液のような流体では高周波パルスによっ
て励起したスピンが励起した領域（スライス面）から流
出し、未励起スピンが流入する、また傾斜磁場の存在す
るとことでは磁場強度の変化に応じて励起スピンの位相
が変化する、といった現象が生じる。このためＭＲＩ装
置における血流描出方法として、スライス面への血流が
流入することにより周辺組織の静止スピンとの信号強度
に差を生じる流入効果を用いたTime-of flight（飛行時
間）法、位相シフトを用いた位相法が提案されている。
位相法には、更に血流による位相拡散の有無を用いて差
分（subtraction）を行うPhase-sensitive法やフローエ
ンコードパルスにより血流による位相拡散の極性を反転
し、差分を行うPhase-contrast法などがある。

【０００８】このうちTime-of flight法は、同一領域
（スライス面）に対して、高周波磁場を短時間例えば数
１０ms連続的に印加する図３に示すようなパルスシーケ
ンスで、エコー信号を得る。即ち、このパルスシーケン
スでは同一領域に対してＴ₁（縦緩和時間）に比べ短い
繰返し時間Ｔｒで所定の励起パルス（ＲＦパルス）を加
え、傾斜磁場のエンコードステップを進める。このよう
にして得られるエコー信号のうち、静止部から発せられ
る信号は、そのスピンが飽和状態にあるため強度の低い
ものとなるが、血流に含まれるスピンは随時新たな未飽
和のスピンが流入してくるため、相対的に静止部の組織
より高信号を発する。この流入効果を利用して、複数枚
のスライスについて撮像を行い、得られた画像を重ね合
わせ投影処理を行うことにより、血流描画が可能とな
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところでこのようなTi
me-of-Flight法の血流描出法における描出能は、同じ撮
像条件でも人により大きく差が生じる。即ち、一般に流
入効果による信号強度の増加は、血流速に依存してお
り、血流速には個人差があるため、血流の速い人ほど血
流描出能は高くなる。このため血流速の遅い人において
も高い血流描出能を得るためには、繰返し時間Ｔｒ、Ｒ
Ｆパルスの励起角ＦＡ等の撮像条件を最適に設定する必
要があり、それに伴い撮像時間も延長する。また実際の
診断においては、ある一定レベル以上の血流描出能の画
像であれば十分なので、速い血流速の人に場合には撮像
時間をできるだけ短くしてスループットを上げることが
望ましい。

【００１０】この発明はこのような従来技術の問題点に
鑑みなされたもので、最適な撮像条件の設定が可能で、
個人差によらず一定レベルの血流描出能が得られ、しか
も高スループットの撮像が可能であるＭＲＩ装置におけ
る血流描出方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明の磁気共鳴イメージング装置における血流描出
方法は、静磁場中に置かれた被検体に所定の撮像パルス
シーケンスで高周波パルスを印加するとともに傾斜磁場
を与え、被検体の生体組織を構成する原子の原子核の核
磁気共鳴により放出されるエコー信号を用いて画像再構
成演算を行い、血流像を描出する磁気共鳴イメージング
装置における血流描出方法において、血流像描出のため
の前記撮像パルスシーケンスに先立って血流速測定のた
めの血流速測定パルスシーケンスを行い、この血流速測
定パルスシーケンスによって得られた血流速に基づき前
記撮像パルスシーケンスの撮像条件を設定するものであ
り、血流速測定パルスシーケンスは高周波パルスを印加
した後、位相エンコードパルスを正負反転して印加する
シーケンスを繰返すことによって複数のエコー信号のデ
ータを得、これらデータの位相エンコード方向のフーリ
エ変換を行うことにより、血流速を測定する工程から成
るものである。

【００１２】

【作用】位相エンコードパルスを正負反転して印加する
シーケンスによって得られたデータを位相方向のフーリ
エ変換することにより、血流速についての情報が容易且
つ短時間に求めることができ、この血流速の情報に基づ
き、引続いて行われる血流描出のためのパルスシーケン
スの撮像条件を最適に設定することができる。撮像条件
は予め血流速と対応して定められたものを自動的に撮像
プロトコルに設定する。これにより、各被検体に対し
て、診断に必要な血流描出能をもつ画像が効率よく得ら
れる。即ち血流速の速い被検体に対しては、繰返し時間
Ｔｒを標準的な繰返し時間より短くして撮像のスループ
ットを上げることができ、血流速の遅い被検体に対して
は、最適な撮像条件を設定することにより所定レベルの
血流描出能を得ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図２は本発明の血流描出方法が適用される
ＭＲＩ装置の全体構成を示すブロック図で、この磁気共
鳴イメージング装置は、磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を利用
して被検体の断層像を得るもので、静磁場発生磁石２
と、磁場勾配発生系３と、送信系４と、受信系５と、信
号処理系６と、シーケンサ７と、中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）８とを備えて成る。

【００１４】静磁場発生磁石２は、被検体１の周りにそ
の体軸方向または体軸と直交する方向に均一な静磁場を
発生させるもので、被検体１の周りのある広がりをもっ
た空間に永久磁石方式または常電導方式あるいは超電導
方式の磁場発生手段が配置されている。磁場勾配発生系
３は、Ｘ、Ｙ、Ｚの三軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル
９と、それぞれの傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電
源１０とから成り、後述のシーケンサ７からの命令に従
ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源１０を駆動するこ
とにより、Ｘ、Ｙ、Ｚの三軸方向の傾斜磁場Ｇｘ、Ｇ
ｙ、Ｇｚを被検体１に印加するようになっている。この
傾斜磁場の加え方により被検体１に対するスライス面を
設定することができる。

【００１５】シーケンサ７は、被検体１の生体組織を構
成する原子の原子核に磁気共鳴を起こさせる高周波磁場
パルスをある所定のパルスシーケンサで繰り返し印加す
るもので、ＣＰＵ８の制御で作動し、被検体１の断層像
のデータ収集に必要な種々の命令を、送信系４及び磁場
勾配発生系３並びに受信系５に送るようになっている。

【００１６】送信系４は、シーケンサ７から送り出され
る高周波パルスにより被検体１の生体組織を構成する原
子の原子核に磁気共鳴を起こさせるために高周波磁場を
照射するもので、高周波発振器１１と変調器１２と高周
波増幅器１３と送信側の高周波コイル１４ａとから成
り、高周波発振器１１から出力された高周波パルスをシ
ーケンサ７の命令にしたがって変調器１２で振幅変調
し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器１
３で増幅した後に被検体１に接近して配置された高周波
コイル１４ａに供給することにより、電磁波が被検体１
に照射されるようになっている。

【００１７】受信系５は、被検体１の生体組織の原子核
の磁気共鳴により放出されるエコー信号（ＮＭＲ信号）
を検出するもので、受信側の高周波コイル１４ｂと、増
幅器１５と、直交位相検波器１６と、Ａ／Ｄ変換器１７
とから成り、送信側の高周波コイル１４ａから照射され
た電磁波による被検体１の応答の電磁波（ＮＭＲ信号）
は被検体１に近接して配置された高周波コイル１４ｂで
検出され、増幅器１５及び直交位相検波器１６を介して
Ａ／Ｄ変換器１７に入力してディジタル量に変換され、
さらにシーケンサ７からの命令によるタイミングで直交
位相検波器１６によりサンプリングされた二系列の収集
データとされ、その信号が信号処理系６に送られるよう
になっている。尚、送信側及び受信側の高周波コイル１
４ａ、１４ｂと傾斜磁場コイル９は、被検体１の周りの
空気に配置された静磁場発生磁石２の磁場空間内に設置
されている。

【００１８】信号処理系６は、ＣＰＵ８と、磁気ディス
ク１８及び磁気テープ１９等の記録装置と、ＣＲＴ等の
ディスプレイ２０とから成り、ＣＰＵ８でフーリエ変
換、補正係数計算、像再構成等の処理を行い、任意断面
の信号強度分布あるいは複数の信号に適当な演算を行っ
て得られた分布を画像化してディスプレイ２０に断層像
として表示するようになっている。なお、ＣＰＵ８のメ
モリ或いは記憶装置には予め血流速と最適撮像条件とを
対応付ける過去の基礎データが蓄積されており、ＣＰＵ
８は与えられた血流速データから最適撮像条件の自動設
定を行う。撮像条件は、撮像パルスシーケンスの繰返し
時間Ｔｒ、高周波パルスの励起角ＦＡ、更に加算回数
（測定回数）等である。

【００１９】次にこのようなＭＲＩ装置において最適撮
像条件を設定し血流描出する方法について説明する。始
めに、Time-of-flight法の撮像を行うための位置決め画
像を選択し、血流速測定シーケンスの撮像を行う。この
血流速測定のパルスシーケンスでは、図１に模式的に示
すように、まず区間Ｉの待ち時間の後、次の区間IIにお
いて選択励起パルス１００を照射すると共にスライス方
向傾斜磁場Ｇｚ₁を印加する。これにより、被検体の当
該スライス内のスピンは、図４におけるＸ−Ｙ面内に倒
れる。次に区間IIIでは、スライス方向及びリードアウ
ト方向の流れを有するスピン位相をより拡散させるため
スライス方向に負のパルスＧｚ₂を印加すると共に周波
数エンコード方向に正の周波数エンコードパルスＧｘ₁
を印加し、さらに位相エンコード方向に位相エンコード
パルスＧｙ₁を印加する。次に、区間IVにおいては、位
相エンコードパルスＧｙ₁と強度が同じで極性を正負反
転した位相エンコードパルスＧｙ₂を印加すると共にス
ライスエンコード方向に正のフローエンコードパルスＧ
ｚ₃を印加し、さらに周波数エンコード方向に負のフロ
ーエンコードパルスＧｘ₂を印加する。これにより、拡
散したＸ方向に配列したスピンの位相を戻し、エコー信
号のピークで０次項についてのみ、位相を揃える。

【００２０】このように負の位相エンコードパルスＧｙ
₂を印加することにより、位相を戻すのであるが、位相
戻し程度は位相方向の流速に依存する。従って位相戻し
後のエコー信号を位相方向にフーリエ変換することによ
り速度分布を検出することができる。即ち、区間Ｖで周
波数エンコード方向に負の周波数エンコードパルスＧｘ
₂を引き続き印加した後、区間VIで周波数エンコードパ
ルスＧｘ₃を印加してエコー信号Ｅの計測をする。この
ような区間Ｉ〜VIの計測を、位相エンコードパルスＧｙ
₁、Ｇｙ₂の強度を毎回変化させ、所定回数（例えば８、
１６、３２、６４）行う。この計測から得られたデータ
に対して、位相エンコード方向のフーリエ変換を行うこ
とにより、位相エンコード方向に流れる流速の速度分布
が求められる。

【００２１】このようにして求められたスライス方向の
速度分布のデータの最大点の速度を、その被検体の基準
速度Ｖとする。基準速度Ｖは、例えば速い速度、標準速
度、遅い速度のように数段階のレベルとして求めてもよ
い。ＣＰＵ８は求められた基準速度Ｖと過去の基礎デー
タとを照合し、各被検体に対して、診断に必要な血流描
出能を持つ画像を、最短な計測時間で得られる条件の自
動設定を行う。即ち、基準速度のレベルに応じて、流入
効果に影響されてくる繰り返し時間ＴＲやＲＦパルスの
励起角ＦＡ、画質に影響してくる加算回数（計測回数）
等を撮像プロトコルに設定する。速度分布を求め、撮像
条件を設定する処理は、ＣＰＵにおいて一連の動作とし
て行う。

【００２２】次に以上のように設定した条件をオペレー
タが確認した後、図３（ａ）に示すようなTime-of-flig
ht法の本計測を行う。即ち、まず選択励起パルス（ＲＦ
パルス）を印加するとともにスライス方向傾斜磁場Ｇｚ
を印加し、被検体のスライス内のスピンを所定の励起角
で倒した後、スライス方向に負の傾斜磁場を印加すると
ともに、位相エンコード方向に位相エンコードパルスＧ
ｙを印加し、周波数エンコード方向に正のパルスＧｘを
印加し、スライス方向及びリードアウト方向の流れを有
するスピン位相を拡散させる。次いで、スライスエンコ
ード方向に正のフローエンコードパルスを印加し、周波
数エンコード方向に負のフローエンコードパルスを印加
する。負のフローエンコードパルスを引続き印加した
後、リードアウト傾斜磁場パルス（ＧＣ）を印加して、
エコー時間Ｔｅにおいてエコー信号を得る。以上のシー
ケンスで同一領域（スライス）に対してＴ₁（縦緩和時
間）に比べ短い繰返し時間Ｔｒで所定の励起角ＦＡの励
起パルス（ＲＦパルス）を加える。得られるエコー信号
を２次元フーリエ変換し、画像再構成することにより、
血流像を得ることができる。

【００２３】尚、以上の実施例では本計測として２次元
Time-of-flight法のパルスシーケンスについて述べた
が、図３（ｂ）に示すような３次元Time-of-flight法で
血流像を得る場合にも同様に条件を設定することができ
る。また、本発明の方法は、Time-of-flight法の他、Ph
ase-sensitive法等の血管撮像にも適用できる。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の血流描出方法によれば、血流描出のためのパルスシ
ーケンスの先立って、血流速を求めるシーケンスを行っ
て血流速を求めると共にその値によって血流描出の撮像
条件を最適に自動設定するようにしたので、被検体に依
存されずに診断に必要な血流描出能を持つ画像を効率よ
く得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気共鳴イメージング装置における血
流描出方法のための血流計測パルスシーケンスを模式的
に表したタイミング線図。

【図２】本発明が適用される磁気共鳴イメージング装置
の全体構成を示すブロック図。

【図３】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ磁気共鳴イメージ
ング装置におけるTime-of-flight法の２次元計測法及び
３次元計測法のパルスシーケンスを模式的に表したタイ
ミング線図。

【図４】磁気共鳴イメージング装置の撮像原理を説明す
るために原子核スピンの挙動を示す説明図。

【図５】一般的な磁気共鳴イメージング装置における２
次元計測法のうち代表的なスピンエコー法のパルスシー
ケンスを模式的に表したタイミング線図。

【符号の説明】

１…被検体 ２…磁場発生装置 ３…磁場勾配発生系 ４…送信系 ５…受信系 ６…信号処理系 ７…シーケンサ ８…ＣＰＵ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静磁場中に置かれた被検体に所定の撮像パ
   ルスシーケンスで高周波パルスを印加するとともに傾斜
   磁場を与え、前記被検体の生体組織を構成する原子の原
   子核の核磁気共鳴により放出されるエコー信号を用いて
   画像再構成演算を行い、血流像を描出する磁気共鳴イメ
   ージング装置における血流描出方法において、血流像描
   出のための前記撮像パルスシーケンスに先立って血流速
   測定のための血流速測定パルスシーケンスを行い、前記
   血流速測定パルスシーケンスは高周波パルスを印加した
   後、位相エンコードパルスを正負反転して印加するシー
   ケンスを繰返すことによって複数のエコー信号のデータ
   を得、これらデータの位相方向のフーリエ変換を行うこ
   とにより、血流速を測定する工程から成り、この血流速
   測定パルスシーケンスによって得られた血流速に基づき
   前記撮像パルスシーケンスの撮像条件を設定することを
   特徴とする磁気共鳴イメージング装置における血流描出
   方法。