JPH08215170A - Ｍｒイメージング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ナビゲーターエコー法を改善して位相補正を
正しく行なう。 【構成】 一つのＴＲ内で２つの励起パルス６１、６２
を加え、これらそれぞれの励起パルスについてスライス
選択用傾斜磁場Ｇｓパルスと読み出し用傾斜磁場Ｇｒパ
ルスと与えるとともに、励起パルス６１については位相
エンコード用傾斜磁場Ｇｐパルスを与えて、イメージン
グエコー７１とナビゲーターエコー７２とを発生させ
る。イメージングエコー７１とナビゲーターエコー７２
とを発生させるためのそれぞれのＧｒパルスの波形は同
じものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＮＭＲ（核磁気共
鳴）現象を利用してイメージングを行うＭＲイメージン
グ装置に関し、とくにナビゲーターエコー法によって位
相補正を行なうＭＲイメージング装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲイメージング装置は、原子核の共鳴
現象を利用し、生体内各組織におけるスピンの緩和時間
差を捉えて画像化するもので、緩和時間差を表わす優れ
たコントラストの画像を得ることができることから医療
の形態診断の分野においてきわめて有用なものとなって
いる。

【０００３】ところで、このＭＲイメージング装置にお
いて、近年、動きや位相の変化による画像の乱れを補正
するための、ナビゲーターエコー法と呼ばれる方法が提
案されている(Richard L. Ehman, et.al. Adaptive Tec
hnique for High-DefinitionMR Imaging of Moving Str
uctures, Radiology 173, 255 (1989) )。この方法を位
相補正について説明すると、１つのＴＲ（繰り返し時
間）内で位相エンコーディングをかけずにエコー信号
（これをナビゲーターエコーという）を発生させるとと
もにその後位相エンコーディングをかけてエコー信号
（イメージングエコー）を発生させるというパルスシー
ケンスを行ない、これらエコーから得たデータを時間軸
方向にフーリエ変換し、ナビゲーターエコーから得た位
相情報にもとづき、イメージングエコーから得た各ライ
ンごとのデータの位相を回転させることによって位相補
正した上で、各ラインの（フーリエ変換後の）データを
ライン並び方向にフーリエ変換して、２次元画像を再構
成するというものである。このようなナビゲーターエコ
ー法によれば、ナビゲーターエコーによって各ラインご
とのイメージングエコーの位相のばらつきを補正できる
ので、ライン（繰り返し）ごとにエコーの位相が変化し
てくる場合に、その影響を除去するのに効果がある。

【０００４】そして、このナビゲーターエコー法を脳機
能イメージングに変形適用した例も発表されている(Xia
oping Hu, et.al. Reduction of Signal Fluctuation i
n Functional MRI Using Navigator Echoes, Magn. Res
on. Med. 31, 495 (1994) )。この脳機能イメージング
は、ＢＯＬＤ（Blood Oxygenation Level Dependent；
血液酸素飽和度依存）効果を利用して画像のコントラス
トを得るもので、負荷時と無負荷時の差分画像を作成す
ることによって活動部位の画像を得る。

【０００５】すなわち、この例では、図３に示すよう
に、フィールドエコー法（ＦＥ法）を用いた高速イメー
ジング法により、フリップ角αの励起パルス６１をスラ
イス選択用傾斜磁場Ｇｓとともに与えて選択励起した
後、位相エンコード用傾斜磁場Ｇｐを与え、さらに読み
出し用傾斜磁場Ｇｒを反転させてイメージングエコー７
１を発生させる前に、Ｇｐを与えずに読み出し用傾斜磁
場Ｇｒを反転させてナビゲーターエコー７２を発生さ
せ、これらエコー７２、７１からデータを取り込むよう
Ａ／Ｄコンバータを動作させる。

【０００６】このシーケンス（ＴＲ／ＴＥｉ＝５２／３
５ｍｓ）で頭部を撮像した場合、第２エコー７１より作
られる画像はＲＦ励起からエコー発生までの間（ＴＥ
ｉ）に呼吸運動に依存した位相シフトを受け、この位相
シフトは各ライン（ＴＲ）ごとに異なるため、再構成画
像上にわずかなゴーストを生じる。このゴーストは画像
ごとに異なって現われるため、上記の位相シフトを補正
せずに負荷／無負荷時の画像間の差分画像をとって脳機
能画像を得る場合には、大きな問題となる。

【０００７】そこで、ナビゲーターエコー７２により各
ラインでの位相シフトを測定し、それを基準にしてイメ
ージングエコー７１から得た各ラインごとのデータの位
相を補正することにより、呼吸運動に依存した位相シフ
トを補正して脳機能画像を得るようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ようなナビゲーターエコー法では、正確な位相シフトの
補正を行なうことができないという問題がある。すなわ
ち、図３の例で説明すると、イメージングエコー７１と
ナビゲーターエコー７２はそれぞれ異なる波形の読み出
し用傾斜磁場Ｇｒにより発生させられているので、読み
出し用傾斜磁場Ｇｒの方向に被検体の動きがあった場合
には、エコー発生までにＧｒによって受ける位相シフト
量が異なるものとなる。そのため、イメージングエコー
７１の位相変化はナビゲーターエコー７２の位相変化と
等しくならないからである。

【０００９】また、イメージングエコー７１のエコー時
間（ＴＥｉ）とナビゲーターエコー７２のエコー時間
（ＴＥｎ）が等しくないので、静磁場不均一性の影響に
よる位相シフトも異なるものとなることも正確な位相補
正を行なえない原因となる。このことは、とくに、静磁
場不均一性の影響を受け易いＦＥ法では問題である。

【００１０】この発明は上記に鑑み、ナビゲーターエコ
ー法を改善して、ラインごとのデータで異なる位相変化
を正確に補正することができるようにしたＭＲイメージ
ング装置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】上記の目的を達成するた
め、この発明によるＭＲイメージング装置においては、
静磁場を印加する手段と、スライス選択用、読み出し用
及び位相エンコード用の各々の傾斜磁場を印加する手段
と、ＲＦ励起信号を照射する手段と、ＮＭＲ信号を受信
する手段と、受信したＮＭＲ信号からデータを収集する
手段と、これらの傾斜磁場発生手段およびＲＦ信号照射
手段をコントロールする手段とが備えられており、この
コントロール手段は、イメージングエコー発生用パルス
系列とナビゲーターエコー発生用パルス系列とが１繰り
返し時間内に含まれるようなパルスシーケンスが繰り返
されるようコントロールし、イメージングエコー発生用
パルス系列は、ＲＦ励起信号照射とスライス選択用、読
み出し用及び位相エンコード用の各々の傾斜磁場の印加
とからなるとともに、ナビゲーターエコー発生用パルス
系列は、上記とは別のＲＦ励起信号照射とスライス選択
用及び読み出し用の各々の傾斜磁場の印加とからなり、
その読み出し用傾斜磁場の波形は、上記のイメージング
エコー発生用パルス系列における読み出し用傾斜磁場の
波形と実質的に同じになっていて、このパルスシーケン
スが、上記の位相エンコード用傾斜磁場が変化させられ
ながら繰り返されるようにコントロールするものである
ことが特徴となっている。

【００１２】

【作用】パルスシーケンスの１繰り返し時間内には、イ
メージングエコー発生用パルス系列とナビゲーターエコ
ー発生用パルス系列とが含まれる。そして、イメージン
グエコー発生用パルス系列は、通常と同じように、ＲＦ
励起信号照射とスライス選択用、読み出し用及び位相エ
ンコード用の各々の傾斜磁場の印加とからなる。ナビゲ
ーターエコー発生用パルス系列では位相エンコード用傾
斜磁場印加は行なわず、ＲＦ励起信号照射とスライス選
択用及び読み出し用の各々の傾斜磁場の印加のみとして
おり、しかもこのＲＦ励起信号照射は上記のイメージン
グエコー発生用パルス系列におけるＲＦ励起信号照射と
は別のものとなっているとともに、この読み出し用傾斜
磁場の波形は、上記のイメージングエコー発生用パルス
系列における読み出し用傾斜磁場の波形と実質的に同じ
にされている。そのため、イメージングエコーとナビゲ
ーターエコーはそれぞれ同一の波形の読み出し用傾斜磁
場により発生させられるので、読み出し用傾斜磁場の方
向に被検体の動きがあった場合、それぞれのエコー発生
までに読み出し用傾斜磁場によって受ける位相シフト量
は同じものとなる。つまり、ナビゲーターエコーの位相
変化はイメージングエコーの位相変化に正確に対応して
おり、これによってイメージングエコーの位相シフトを
正確に補正することができる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の好ましい一実施例について
図面を参照しながら詳細に説明する。この発明の一実施
例にかかるＭＲイメージング装置では、たとえば図１に
示すようなパルスシーケンスが繰り返される。つまり、
図１は１繰り返し時間（ＴＲ）のタイムチャートを表わ
す。このようなパルスシーケンスを行なうＭＲイメージ
ング装置は図２に示すように構成されている。

【００１４】まず、このＭＲイメージング装置の構成を
説明すると、図２において、マグネットアセンブリ１１
には、静磁場を発生するための主マグネットと、この静
磁場に重畳する傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルが含
まれる。傾斜磁場は、傾斜磁場コイルにより、Ｘ、Ｙ、
Ｚの３軸方向に磁場強度がそれぞれ傾斜するものとして
発生させられる。これら３軸方向の傾斜磁場の１つを選
択し、あるいはそれらを組み合わせることにより任意の
３軸方向の傾斜磁場が作られ、これらが後述のスライス
選択用傾斜磁場Ｇｓ、読み出し（及び周波数エンコー
ド）用傾斜磁場Ｇｒ、位相エンコード用傾斜磁場Ｇｐと
される。

【００１５】この静磁場及び傾斜磁場が加えられる空間
には図示しない被検体が配置される。この被検体には、
ＲＦパルスを被検体に照射するとともにこの被検体で発
生したＮＭＲ信号を受信するためのＲＦコイル１２が取
り付けられている。

【００１６】マグネットアセンブリ１１の傾斜磁場コイ
ルに傾斜磁場用電流を供給する回路として、磁場制御回
路２１が設けられる。この磁場制御回路２１には波形発
生回路５３からの波形信号が送られる。この波形発生回
路５３には、傾斜磁場Ｇｓ、Ｇｐ、Ｇｒの各パルス波形
に関する情報が、あらかじめコンピュータ５１からセッ
トされている。シーケンスコントローラ５２から指示さ
れたタイミングで波形発生回路５３から波形信号が生
じ、これが磁場制御回路２１に送られることにより、図
１に示すような波形のパルスとされた傾斜磁場Ｇｓ、Ｇ
ｐ、Ｇｒがそれぞれ発生することになる。

【００１７】ＲＦ発振回路３１で発生したＲＦ信号は振
幅変調回路３２に送られ、これがキャリア信号となり、
波形発生回路５３から送られてくる波形信号に応じて振
幅変調される。この振幅変調後のＲＦ信号は、ＲＦ電力
増幅器３３を経て増幅された後、ＲＦコイル１２に加え
られる。このＲＦ発振回路３１の発振周波数はコンピュ
ータ５１によって制御される。上記の変調信号の波形に
関する情報はコンピュータ５１から波形発生回路５３に
あらかじめ与えられる。波形発生回路５３やＲＦ発振回
路３１のタイミングはシーケンスコントローラ５２によ
り定められる。

【００１８】ＲＦコイル１２によって受信されたＮＭＲ
信号は前置増幅器４１を経て位相検波回路４２に送られ
て位相検波される。この位相検波のためのリファレンス
信号として上記のＲＦ発振回路３１からのＲＦ信号が送
られている。位相検波によって得られた信号は、シーケ
ンスコントローラ５２によって制御されたＡ／Ｄ変換器
４３により所定のサンプリングタイミングでサンプルさ
れ、デジタルデータに変換される。Ａ／Ｄ変換器４３か
ら得られたデータはコンピュータ５１に取り込まれる。
コンピュータ５１は、収集したデジタルデータから画像
を再構成する処理などを行なう。またこのコンピュータ
５１は、種々の撮像シーケンスを構成するパルスシーケ
ンスに応じて、上記の通り、シーケンスコントローラ５
２や波形発生回路５３に必要なデータをセットするとと
もに、ＲＦ発振回路３１を制御してその周波数を定め、
また前置増幅器４１や位相検波回路４２を制御してこれ
らのゲインなどを定め、さらにＡ／Ｄ変換器４３をコン
トロールする。

【００１９】このようなＭＲイメージング装置におい
て、コンピュータ５１及びシーケンスコントローラ５２
の制御の下にたとえば図１に示すようなナビゲーターエ
コー法によるパルスシーケンスが行なわれる。この図１
に示す例では、パルスシーケンスとしてＦＥ法による高
速イメージング法が採用されている。すなわち、フリッ
プ角α１の励起パルス６１を印加すると同時にスライス
選択用傾斜磁場Ｇｓのパルスを加え、その後、読み出し
用傾斜磁場Ｇｒのパルスをある極性で加えた後その極性
をスイッチングさせて、エコー信号７１を発生させる。
このエコー信号７１の発生前に位相エンコード用傾斜磁
場Ｇｐのパルスを加える。

【００２０】つぎに、この一つのＴＲ内で、引き続いて
フリップ角α２の励起パルス６２を印加すると同時にス
ライス選択用傾斜磁場Ｇｓのパルスを加え、その後、読
み出し用傾斜磁場Ｇｒのパルスをある極性で加えた後そ
の極性をスイッチングさせて、エコー信号７２を発生さ
せる。このエコー信号７２の発生前には、この場合に
は、位相エンコード用傾斜磁場Ｇｐのパルスは加えな
い。そして、このエコー信号７２を発生させるための読
み出し用傾斜磁場Ｇｒのパルス波形は、エコー信号７１
を発生させるための読み出し用傾斜磁場Ｇｒのパルス波
形と実質的に等しくされている。

【００２１】このような一つのＴＲ内のパルスシーケン
スを位相エンコード用傾斜磁場Ｇｐのパルスの大きさを
少しずつ変化させながら、画像マトリクスに対応した数
だけ繰り返すことにより、一つの画像についての撮像シ
ーケンスが行なわれる。

【００２２】ここで、第１のエコー信号７１は位相エン
コード用傾斜磁場Ｇｐがかけられた状態で発生させられ
ているため、このエコー信号７１をＡ／Ｄ変換して得た
データを２次元フーリエ変換すれば、画像を再構成する
ことができる。他方、第２のエコー信号７２については
このような位相エンコーディングがなされていず、この
エコー信号７２をＡ／Ｄ変換して得たデータを各ライン
ごとにフーリエ変換（各ラインのデータの時間軸方向
に）することにより、位相変化を観測することができ
る。そこで、これらは、イメージングエコーおよびナビ
ゲーターエコーとして使用できることになる。

【００２３】この場合、イメージングエコー７１を発生
させるためのＧｒ波形とナビゲーターエコー７２を発生
させるためのＧｒ波形とは等しくなっているため、Ｇｒ
の傾斜方向に被検体の動きがあった場合、それぞれのエ
コー発生までにＧｒによって受ける位相シフト量が等し
いものとなる。そのため、イメージングエコー７１の位
相変化はナビゲーターエコー７２の位相変化と等しくな
る。

【００２４】そこで、これらエコー７１、７２から得た
データをまず時間軸方向にフーリエ変換してＧｒの傾斜
方向の位置ごとの分布を再現する。そして、この各ライ
ンのナビゲーターエコー７２についてフーリエ変換後の
データから位相情報を得る。この各ラインごとの位相情
報にもとづき、イメージングエコー７１から得た各ライ
ンごとのデータの位相を回転させることによって、イメ
ージングエコー７１について生じていた位相変化を補正
する。その上で、この各ラインの（フーリエ変換後の）
データをライン並び方向にフーリエ変換して、Ｇｐの傾
斜方向の位置情報を再現することにより、２次元画像を
再構成する。この処理はコンピュータ５１により行なわ
れる。

【００２５】上記のように、イメージングエコー７１の
位相変化はナビゲーターエコー７２の位相変化と等しい
ので、ナビゲーターエコー７２により位相変化を観測し
てこれに基づきイメージングエコー７１の位相を補正す
れば、その位相変化を正確に補正することができる。

【００２６】さらに、この実施例では、イメージングエ
コー７１のエコー時間とナビゲーターエコー７２のエコ
ー時間が等しくなっている（図ではともにＴＥで表わし
ている）。そのため、静磁場不均一性の影響は、イメー
ジングエコー７１とナビゲーターエコー７２につき等し
く現われることになり、その影響による位相シフトも等
しいので、上記のような位相補正により、静磁場不均一
性の影響による位相シフトも正確に補正できる。その結
果、とくにＦＥ法で効果が大きい。

【００２７】このように改善したナビゲーターエコー法
を脳機能イメージングに適用した場合を考えてみる。こ
の場合、呼吸運動に依存した位相シフトが上記のように
問題になるが、呼吸運動は比較的長い周期性をもってい
るためそれに依存した位相シフトはそれほど速い速度で
変動するわけではないので、イメージングエコー７１を
得てからナビゲーターエコー７２を得るまでの時間を十
分短くする（たとえば１００ｍｓ以内とする）ことによ
り、呼吸運動に依存した位相シフト量としては、イメー
ジングエコー７１とナビゲーターエコー７２とにほぼ等
しく現われるようにすることができる。そこで、この脳
機能イメージングの場合に、負荷／無負荷時の画像のそ
れぞれにつき呼吸運動に依存した位相シフトを正確に補
正してゴーストをなくすことができるため、それらの画
像の間の差分画像として得られる脳機能画像は活動部位
のみを抽出したものとなり、上記のゴースト等の影響を
完全に除去することができる。

【００２８】なお、イメージングエコー７１とナビゲー
ターエコー７２とにかかる傾斜磁場について見てみる
と、前者にはＧｐがかかっているのに対し後者にはこれ
がかかっていないので、この差が、Ｇｐの傾斜方向に被
検体が動いているときに位相シフト量の差として現われ
ることが考えられるので、この点について言及してお
く。これに起因する位相シフト量の差は、とくにＧｐパ
ルスが大きいときに大きくなるが、Ｇｐパルスが大きい
ときのデータというのはＫスペース（生データ空間）上
の高周波成分に相当し、この部分で不正確な位相補正し
かできないとしても、画像上大きなゴーストとしては現
われないのであるからあまり問題とするに足りない。む
しろ、低周波成分（Ｇｐパルスが小さいときのデータ）
においては正確な位相補正ができることの方を評価すべ
きである。

【００２９】さらに、上記の通り、イメージングエコー
７１を得てからナビゲーターエコー７２を得るまでに時
間間隔があるため、速い速度で変動する位相シフトにつ
いては正確に補正することはできない。そのためは、励
起ＲＦパルス６２のフリップ角α２を小さくしてナビゲ
ーターエコー７２のエコー時間ＴＥを短くすることによ
り、エコー７１、７２間の時間間隔をなるべく短くする
ことが考えられる。

【００３０】また、パルスシーケンスとしては図１に示
したものだけに限定されるわけではなく、たとえば、イ
メージングエコー７１やナビゲーターエコー７２の発生
後スポイラ用の傾斜磁場パルスを追加したり、あるいは
リフェーズ用の傾斜磁場パルスを追加することも可能で
ある。さらに、上記では、ＦＥ法について述べている
が、スピンエコー法などの他のパルスシーケンスについ
ても適用可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上実施例について説明したように、こ
の発明のＭＲイメージング装置によれば、ナビゲーター
エコー法を改善することによりラインごとのデータで異
なる位相変化を正確に補正することができる。そのた
め、とくに脳機能イメージングにおいて、呼吸運動の影
響による信号むらを正確に補正することができて、脳の
活動部位を正しく評価することができることとなり、効
果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかるパルスシーケンス
を示すタイムチャート。

【図２】同実施例にかかるＭＲイメージング装置のブロ
ック図。

【図３】従来のナビゲーターエコー法によるパルスシー
ケンスを示すタイムチャート。

【符号の説明】

１１ マグネットアセンブリ １２ ＲＦコイル ２１ 磁場制御回路 ３１ ＲＦ発振回路 ３２ 振幅変調回路 ３３ ＲＦ電力増幅器 ４１ 前置増幅器 ４２ 位相検波回路 ４３ Ａ／Ｄ変換器 ５１ コンピュータ ５２ シーケンスコントローラ ５３ 波形発生回路 ６１、６２ 励起パルス ７１ イメージングエコー ７２ ナビゲーターエコー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静磁場を印加する手段と、スライス選択
   用、読み出し用及び位相エンコード用の各々の傾斜磁場
   を印加する手段と、ＲＦ励起信号を照射する手段と、Ｎ
   ＭＲ信号を受信する手段と、受信したＮＭＲ信号からデ
   ータを収集する手段と、ＲＦ励起信号照射とスライス選
   択用、読み出し用及び位相エンコード用の各々の傾斜磁
   場の印加とからなるイメージングエコー発生用パルス系
   列と、上記とは別のＲＦ励起信号照射とスライス選択用
   及び読み出し用の各々の傾斜磁場の印加とからなり、そ
   の読み出し用傾斜磁場の波形は、上記のイメージングエ
   コー発生用パルス系列における読み出し用傾斜磁場の波
   形と実質的に同じにした、ナビゲーターエコー発生用パ
   ルス系列とを１繰り返し時間内に含むパルスシーケンス
   を、上記の位相エンコード用傾斜磁場を変化させながら
   繰り返すように上記の傾斜磁場発生手段およびＲＦ信号
   照射手段をコントロールする手段とを備えることを特徴
   とするＭＲイメージング装置。