JPH08215173A - 磁気共鳴方法および装置 - Google Patents
磁気共鳴方法および装置Info
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- JPH08215173A JPH08215173A JP7322394A JP32239495A JPH08215173A JP H08215173 A JPH08215173 A JP H08215173A JP 7322394 A JP7322394 A JP 7322394A JP 32239495 A JP32239495 A JP 32239495A JP H08215173 A JPH08215173 A JP H08215173A
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- G01R33/483—NMR imaging systems with selection of signals or spectra from particular regions of the volume, e.g. in vivo spectroscopy
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Abstract
横磁化を減少でき、磁気共鳴スキャナにおいてスループ
ットを増加できる磁気共鳴方法および装置を提供する。 【解決手段】 磁気共鳴方法および装置において、磁石
(12)は一時的に一定な磁界を検査領域(14)内に
生成する。無線周波数コイル(26、34)および送信
器(24)は無線周波飽和パルス(52)および磁気共
鳴撮像シーケンス(72)の磁気励起・操作パルスを検
査領域内に送信する。傾斜増幅器(20)および傾斜コ
イル(22、32)は検査領域を横切る磁界傾斜を生成
することにより、飽和の空間集束、残留横磁化の妨害
(62、66、70)および磁気共鳴撮像シーケンスの
周波数と位相の符号化を行う。シーケンス制御器(4
0)は、飽和パルス(52)とスライス選択傾斜(5
8)を生成する飽和パルス制御器(44)および撮像シ
ーケンス(72)を生成する定常状態シーケンス制御器
(48)を有する。
Description
び装置に関する。特に本発明は、定常状態磁気共鳴撮像
技術に関するものであり、以下詳細な例を用いて説明す
る。
技術が開発されてきた。定常状態撮像技術では反復時間
が非常に短い。検査材料が人間の組織である場合、通常
緩和時間T1およびT2は反復時間を超える。つまり、
最初のRFパルスにより生成された横磁化成分は、次の
RFパルスが適用されたときにもまだ存在するのであ
る。従ってシーケンス中はどの時点においても、最初の
反復から継続する全ての退化成分の重畳である累積横同
期信号が存在する。緩和時間T2が反復時間に対して長
ければ長いほど、累積同期信号のT2加重はより大きく
なる。
バルで形成される横同期を妨害する技術の一つは、スポ
イラ傾斜の適用である。Crawley他による「フラッシュ
MRIにおける横同期の除去」^Elimination of Transv
erse Coherences in FLASH MRI"、医学における磁気共
鳴、Vol.8, pp.248-260, 1988を参照。Crawley技術で
は、振幅が位相符号化工程と共に線形に変化するスポイ
ラ傾斜が適用される。傾斜に沿って与えられた位置にお
けるこのようなスポイラの効果は、無線周波パルスに適
用された増大位相シフトの全ビュー領域上の効果に等し
い。適切なRF位相シフトを実行することにより、定常
状態における残留磁化成分は無効にされる。
においては、一般的に前飽和RFパルスが定常状態撮像
シーケンスの前に存在する。多くの技術において、RF
パルスはスライス選択傾斜と同時に適用される。前飽和
パルスおよびスライス選択傾斜は、容量の選択領域を飽
和してそこからの効果を除去する。3つの直交傾斜軸各
々に沿ったスポイラ傾斜は、前飽和パルスと定常状態撮
像シーケンスとの間に適用される。いくつかの技術にお
いては、前飽和RFパルスの位相は他の適用において逆
転する。この技術の欠点の一つは、スポイラ傾斜パルス
の持続が定常状態シーケンスの非常に短い反復時間をか
なり持続させることである。
シーケンスにも使用される。例えば脂肪のメチルおよび
メチレン共鳴を飽和して脂肪からの反応を抑制するよう
に、スペクトル飽和シーケンスでは、選択スペクトル帯
域のみ飽和されるように狭RFパルスを調整して選択周
波数が照射される。
するような磁気共鳴方法および装置を提供するものであ
る。
れば、少なくとも被検体の一部が一時的に一定な磁界の
検査領域内に配置され、前記検査領域内の前記被検体部
分は周期的に、1)前記被検体部分の選択材料のみを飽
和するために集束された飽和無線周波パルスを適用、
2)スポイラ傾斜を適用、3)受信・処理される磁気共
鳴信号を前記検査領域の非飽和材料から生成するために
磁気共鳴シーケンスを適用することにより検査される磁
気共鳴方法において、前記飽和無線周波パルスの位相は
各周期的反復で変化することを特徴とする磁気共鳴方法
が提供される。
周期的反復において線形増加インクリメントで増加する
ことが好ましい。
期的反復において予め選択された同じ位相段階でインク
リメントしてもよい。
に一時的に一定な磁界を生成する磁石と、無線周波飽
和、共鳴励起および共鳴操作パルスを前記検査領域内に
送信する送信器機構と、前記検査領域から発せられる磁
気共鳴信号を受信する受信器と、磁界傾斜を前記検査領
域を横切る直交軸に沿って適用する傾斜コイルおよび傾
斜パルス増幅器と、前記傾斜増幅器および送信器に交流
飽和パルスおよび磁気共鳴シーケンスを含む撮像および
他の磁気共鳴処理を実行させるために前記傾斜増幅器お
よび送信器を制御するシーケンス制御器と、受信された
磁気共鳴信号を処理する再構成プロセッサとを有する磁
気共鳴装置において、前記飽和パルスの位相を、各周期
的反復で前記位相が変化するように制御する手段を特徴
とする磁気共鳴装置が提供される。
ルスの前記位相を各周期的反復において増加インクリメ
ントで増加させることが好ましい。
斜スポイラパルスの持続が60%にまで引き下げられる
ことである。
ることである。
少できることである。
スキャナにおいてスループットを増加できることであ
る。
発明による磁気共鳴方法および装置について説明する。
本装置は、実質的に均一で一時的に一定な磁界がz軸に
沿って検査領域14内に生成されるように超伝導または
抵抗性の磁石12を制御する主磁界制御10を含む。磁
気共鳴反響手段は、一連の無線周波(RF)および磁界
傾斜を適用して磁気スピンを転化または励起、磁気共鳴
を誘導、磁気共鳴を操作、磁気共鳴に空間符号化等を適
用、スピンを飽和等して磁気共鳴撮像および分光シーケ
ンスをもたらす。より明確に言えば、傾斜パルス増幅器
20は全身傾斜コイル22の選択されたもの、または一
対に電流パルスを適用して、検査領域内にRFパルスを
送信するために送信器24に全身RFコイル26へ無線
周波パルスまたはパルスパケットを送信させる。一般的
な無線周波パルスは、結合されることにより選択の磁気
共鳴操作が得られる短持続の連続パルスセグメントパケ
ットにより構成される。RFパルスは、飽和、共鳴の励
起、磁化の転化、または検査領域の選択部分における共
鳴の操作のために使用される。全身適用の場合は、共鳴
信号は通常全身RFコイル26により捕捉される。
り、通常局部コイルは選択領域と隣接して配置される。
例えば挿入式頭部コイル30は、穴のアイソセンタにお
いて選択脳領域を包囲するように挿入することが好まし
い。挿入式頭部コイルは、傾斜増幅器20から電流パル
スを受信して頭部コイル内の検査領域においてx、yお
よびz軸に沿った磁界傾斜を生成する局部傾斜コイル3
2を選択的に含む。局部無線周波コイル34は、磁気共
鳴を励起し、患者の頭部より発せられる磁気共鳴信号を
受信するために使用される。その他に、受信専用局部コ
イルを身体コイル送信と共に使用することも可能であ
る。RFスクリーン36は、RF傾斜コイル内およびそ
の周囲の構造体へのうず電流の誘導を防止するためにR
F頭部コイルからのRF信号を遮断する。
0、デジタル送信器22およびデジタル無線周波受信器
38を制御する。より明確に言えば、シーケンス制御手
段は、一連の磁気共鳴撮像シーケンスに対して基本タイ
ミング信号を供給するタイミング手段またはプロセッサ
42を含む。タイミング手段42は、飽和パルス生成器
44、スポイラ傾斜生成器46および定常状態シーケン
ス制御48を周期的に動作する。
ス生成器44は空間またはスペクトル集束される飽和パ
ルス波形を生成し、これはRF送信チェーン50に送ら
れる。RFパルスは狭帯域であることが好ましい、すな
わち、脂肪のような選択組織の飽和で特定的な周波数、
またはスライス選択傾斜が現存する状況で適用された場
合に適切限定スライスを飽和できる周波数ということで
ある。RFパルス位相制御器54は、RF飽和パルス5
2の位相を制御する。空間抑制の実施例では、スライス
選択制御器56は電流増幅器20を制御して、飽和する
関心容量領域を制御する。スライス選択傾斜は、所定厚
の適切限定スライスや間隔を空けた平行スライス対等に
おいて空間的に飽和を集束できる。別々に図示されては
いるが、スライス選択傾斜は、x、yおよびz軸のいず
れに沿っても適用可能で、また斜めにも適用できること
を認識されたい。空間飽和パルス52および傾斜58の
後には、スポイラ傾斜パルス62、66および70が続
く。飽和パルスRF位相が適切にシフトされた場合に、
画質への悪影響なしに短くできるのはこのような傾斜パ
ルスである。他の実施例では、スペクトル飽和パルス5
2’は撮像容量を通して脂肪または他の選択組織からの
信号を抑制するために適用される。スペクトル飽和パル
スのすぐ後には、スポイラ傾斜62、66および70が
続く。ここでも、これらのスポイラ傾斜はパルス52’
の位相が適切にシフトされた場合に短くできる。他の実
施例では、空間およびスペクトル予飽和の結合において
示されるように、スペクトル飽和パルス52’、空間飽
和パルス52およびスライス選択傾斜58の全てが適用
される。
斜62を生成するxスポイラ傾斜制御60、yスポイラ
傾斜66を生成するyスポイラ傾斜制御64、およびz
スポイラ傾斜70を選択的に生成するzスポイラ傾斜制
御68を含む。
後、タイミング手段42は、FASTシーケンスまたは
反復72等の定常状態シーケンスを動作する定常状態シ
ーケンス制御器48を動作する。好ましいのは、シーケ
ンスメモリ74が操作者が選択できるFLASH、CE
FAST、3次元撮像シーケンス等、他の定常状態シー
ケンスを記憶することである。シーケンスメモリはさら
にMTC、FATSAT等のスペクトル飽和シーケンス
を記憶する。
ついては、一連の軸に周囲における一連の磁化ベクトル
の回転として説明できる。各磁化回転は、次のように表
される。
で表される)、m2は最終磁化、Rは回転演算子(3×
3行列で表される)である。さらに、2つの回転が生み
出すものもまた回転である。
れる。 RZ(β)…角度βによる回転フレームのz軸の周りの
回転 RX(α)…角度αによる回転フレームのx軸の周りの
回転 RY(α)…角度αによる回転フレームのy軸の周りの
回転 Rφ(α)…x軸からφ離れた角度αによる回転フレー
ムのx−y平面の軸周囲の回転 有効な回転関係は次の通りである。
れる。RFパルス間における磁化の発生は回転フレーム
のz軸の周りの回転により表され、回転角は次式により
得られる。
斜ベクトル{GX、GY、GZ}、rはアイソセンタに対
する位置ベクトル{x、y、z}、tはRFパルス間の
時間間隔である。
面の軸周囲の回転により表される。RF位相φは、どの
軸とどの先端角αがその軸の周りの回転を限定するかを
明確にする。(弱パルス、すなわち選択パルスは、別の
一連の強パルスおよび遅延として表され、故にここでも
後続の適用が可能となる。)
復時間TRは組織のT1およびT2値よりも断然小さく、
周期的な励起は不均衡な定常状態磁化反応を引き起こ
す。RF妨害が適用されず、全ての位相傾斜について適
用後に「巻き戻し」が行われた場合、周期的励起の反復
単位はTR1つ分長くなる。このようなシーケンスのほ
とんどにおいて、読み取り傾斜はTR期間内に零平均さ
れず、各画素に対して非位相角が360°に拡張する
(読み取り傾斜の正味効果によるz軸周囲の回転)。よ
って、得られた信号は画素平均された定常状態となる。
へと線形に増加するが(一般的にそうであるように)、
各データ取得後の巻き戻しがない場合は、z軸の周りで
はTR期間毎に、線形増加し、画像の位相符号化軸に沿
った位置に基づいた付加的な回転が存在することにな
る。インクリメント角χは位相符号化された視界(FO
V)の一端では180°、もう一端では−180°、中
心では零である(ここでは位相符号化傾斜の影響はな
い)。位相符号化FOVの中心から端に向かう線の4分
の1のところでは、インクリメントχは45°である。
傾斜がビューからビューへと進んでいくにつれ、z軸の
周りの余分な回転は45°、90°、135°、180
°、225°、…と増加する。この場合、周期的な励起
の有効反復の長さは8TRで、残留横磁化の信号に対す
る正味貢献については上記Crawley, WoodおよびHenkelm
anによる論文に詳述されているように、他の位相符号化
軸に垂直な線におけるものとは異なる。最も明るい帯域
は画像の中心で発生し(ここでχ=0)、その他の明る
い帯域はχがm*360°/nに等しいときに発生し、
ここでmおよびnは小さい整数である(例えば45°で
はm=1、n=8)。SN比は低いが、帯域とは関係な
くより良いT1加重コントラストが得られる。シミュレ
ーションおよび実験の結果、χは105°が適切である
ことが分かった(m=7、n=24)。効果的な飽和で
は、χ値は画像の好ましくない特徴から発生する残留横
磁化の破壊的干渉を最大に行うことが望ましく、χが0
°、180°、または45°に近すぎると不適切で、1
05°がちょうど良い。
したり飽和を最大にすることは望ましくない。従って、
各取得の後では位相符号化傾斜が巻き戻されて空間依存
が取り除かれる。RF位相循環は、励起された核全てに
対して線形に増加するz軸周囲の有効的な回転を生成す
るために用いられる。読み取り傾斜、スライス傾斜、磁
界不均質等の結果としてパルス間でz軸の周りの正味回
転βを経験する核を考えてみる。先端角αの等間隔RF
パルスセットおよび位相φ1、φ2、φ3、φ4…を適用す
る。すると磁化は次の通りに展開する。
軸周囲の連続回転を組み合わせると、(5)式は次のよ
うになる。
転は、RF位相差φk−φk-1に基づく。パルスの位相が
線形に増加すると(例えば0°、45°、90°、13
5°、…)、連続パルス間の位相インクリメント△φは
一定(例えば45°)である。その結果、z軸周囲の正
味回転はβからβ+△φに変化する。しかし、画素平均
された定常状態では、z軸の周りの360°範囲の回転
において信号は平均化される。△φ項を付加すると、0
°から360°まで平均化された角度範囲は△φから3
60°+△φにシフトされるが、平均信号値は変化しな
い。さらに、z回転は各インターバルで同じであるた
め、有効反復の長さは1パルストゥパルスインターバル
のままである。一方で、もし位相シフトインクリメント
が線形に増加すると(例えば0°、45°、135°、
270°、450°、…またはより一般的に、0χ、1
χ、3χ、6χ、10χ、…)、z軸の周りの正味回転
(連続パルス位相差に基づく)は、45°−0°=45
°、135°−45°=90°、270°−135°=
135°、…(簡易化のため、ここでは定項βの貢献は
無視される)というように線形に増加する。結果は、巻
き戻しのない位相符号化傾斜の場合と類似するが、面倒
なバンディングはない。特に、有効反復の長さは1TR
期間よりも長い。上記値105°等の適切なχ値を用い
ると、残留横磁化の破壊的干渉が最大となり、それによ
りスポイラ傾斜の長さの必要性は最小となる。
ネスト角、すなわちcosα=exp(−TR/T1)
に近づくと、定常状態飽和の効果は低下し、位相シフト
に対して次第に無感応となる。従って、撮像シーケンス
はアーネスト角以外のフリップ角で実行されることが非
常に好ましい。同様に、位相インクリメントは選択フリ
ップ角により調整されてもよい。
シフト制御器76は連続飽和パルスの位相φを変化させ
る。最も単純なケースにおいては、位相シフト△φは定
項となり得る。
量で、すなわち各周期に対して105°段階で増加させ
るのではなく、位相を線形増加量により増加させること
である。つまり、位相段階aにおいて、位相シフトおよ
び位相は次のように線形増加される。
5°である。
ことも可能である。例えば、複数の位相シフト指数付イ
ンクリメントシーケンスを交互にまたは周期的に実行し
てもよい。さらに別の方式として、ランダム位相周期構
成を選択してもよい。さらにまた別の方式として、位相
シフトインクリメント制御の代わりに、上記構成等に基
づいて予め計算される予め選択された一連のRF位相を
記憶する位相メモリを用いてもよい。
鳴信号反響または他の信号は、無線周波コイル34およ
びデジタル受信器38により受信される。受信・復調さ
れた共鳴信号は、再構成プロセッサ80により容量画像
表示に再構成される。好ましい実施例では、再構成プロ
セッサ80で3次元逆フーリエ変換再構成が用いられ
る。再構成容量画像表示は、容量画像メモリ82に記憶
される。メモリアクセス制御およびビデオプロセッサ8
4は選択的にメモリ82内の容量画像情報の選択部分を
引き出す。既知技術の通り、ビデオプロセッサは1つの
データまたは一連のデータ平面を、画像メモリ、3次元
再現、操作者指定による複数のカット平面により構成さ
れる画像等から選択的に引き出す。引き出された画像情
報は、ビデオモニタ86により人が読み取り可能な表示
に変換される。
ポイラパルスの持続が60%にまで引き下げられ、誘発
反響および残留横磁化を減少でき、磁気共鳴スキャナに
おいてスループットを増加できる磁気共鳴方法および装
置が提供される。
撮像シーケンスのタイミング図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 少なくとも被検体の一部が一時的に一定
な磁界の検査領域(14)内に配置され、前記検査領域
(14)内の前記被検体部分は周期的に、 1)前記被検体部分の選択材料のみを飽和するために集
束された飽和無線周波パルス(52、52’)を適用
し、 2)スポイラ傾斜(62、66、70)を適用し、 3)受信・処理される磁気共鳴信号を前記検査領域(1
4)の非飽和材料から生成するために磁気共鳴シーケン
ス(72)を適用することにより検査される磁気共鳴方
法において、 前記飽和無線周波パルス(52、52’)の位相(φ)
は各周期的反復で変化することを特徴とする磁気共鳴方
法。 - 【請求項2】 前記飽和無線周波パルス(52、5
2’)の前記位相(φ)は、各周期的反復において線形
増加インクリメント(△φ)で増加する請求項1記載の
磁気共鳴方法。 - 【請求項3】 前記飽和無線周波パルス(52、5
2’)の前記位相(φ)は第1の反復で予め選択された
位相段階(a)で増加し、 前記位相(φ)は第2の反復では前記予め選択された位
相段階(a)の2倍で増加し、 前記位相(φ)は第3の反復では前記予め選択された位
相段階(a)の3倍で増加し、 前記位相(φ)は第4の反復では前記予め選択された位
相段階(a)の4倍で増加する請求項2記載の磁気共鳴
方法。 - 【請求項4】 前記無線周波数パルス(52、52’)
の前記位相(φ)は、各周期的反復において予め選択さ
れた同じ位相段階(a)で増加する請求項1記載の磁気
共鳴方法。 - 【請求項5】 前記予め選択された位相段階は105°
である請求項3または4に記載の磁気共鳴方法。 - 【請求項6】 前記無線周波数パルス(52)は、空間
限定磁界傾斜(58)と同時に適用されて空間集束を提
供する請求項1から5のいずれか1項に記載の磁気共鳴
方法。 - 【請求項7】 検査領域(14)内に一時的に一定な磁
界を生成する磁石(12)と、 無線周波飽和、共鳴励起および共鳴操作パルスを前記検
査領域(14)内に送信する送信器(24)機構と、 前記検査領域(14)から発せられる磁気共鳴信号を受
信する受信器(38)と、 磁界傾斜を前記検査領域(14)を横切る直交軸に沿っ
て適用する傾斜コイル(22、32)および傾斜パルス
増幅器(20)と、 前記傾斜増幅器(20)および送信器(24)に交流飽
和パルス(52、52’)および磁気共鳴シーケンス
(72)を含む撮像および他の磁気共鳴処理を実行させ
るために前記傾斜増幅器(20)および送信器(24)
を制御するシーケンス制御器(40)と、 受信された磁気共鳴信号を処理する再構成プロセッサ
(80)とを有する磁気共鳴装置において、 前記飽和パルス(52、52’)の位相(φ)を、各周
期的反復で前記位相が変化するように制御する手段(7
6)を有することを特徴とする磁気共鳴装置。 - 【請求項8】 前記位相制御手段(76)は、前記飽和
無線周波パルス(52、52’)の前記位相(φ)を各
周期的反復において増加インクリメント(△φ)で増加
させる請求項7記載の磁気共鳴装置。 - 【請求項9】 前記無線周波コイル(26、34)およ
び送信器(24)機構は周波数特定無線周波パルスを送
信し、 さらに、前記無線周波パルス(52)の周波数を選択し
て前記飽和パルス(52)を空間的に集束する手段(4
4)を含む請求項7または8記載の磁気共鳴装置。 - 【請求項10】 前記シーケンス制御器(40)は、前
記傾斜増幅器(20)に空間選択傾斜(58)を前記飽
和パルス(52)と同時に供給させて飽和を空間的に集
束させる手段(56)を含む請求項9記載の磁気共鳴装
置。
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