JPH11128202A - 拡散ｍｒ撮影方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マルチショット拡散イメージングの体動アー
チファクトを低減する。 【解決手段】 移動スピンからの信号を高度に抑制した
拡散強調画像を形成する拡散ＭＲイメージングにおい
て、ＲＦパルス照射毎に被検体の動きをモニターするた
めのナビゲーションエコーを発生させ（１０１）、ナビ
ゲーションエコーの投影パターンから基準値を求め（１
０３）、各ナビゲーションエコーの値と基準値との差が
許容値以内か否かを判定する（１０４）。許容値を超え
るナビゲーションエコーと同じ繰り返し単位内で取得さ
れたエコー信号は、画像再構成に使用しないこととし、
それと複素共役関係にあるエコーを複素変換したデータ
で置換する。位相補正によっては補正できるデータのみ
を用いて画像再構成するので、画質が向上、安定化す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体中の水素や
燐等からの核磁気共鳴（以下、ＮＭＲという）信号を測
定し、核の密度分布や緩和時間分布等を映像化する核磁
気共鳴撮影（以下、ＭＲＩという）装置を用いたイメー
ジング方法に関し、特にスピンの拡散の影響を強調して
画像化する拡散ＭＲ撮影方法（以下、拡散イメージング
という）に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年エコープレナーイメージング（ＥＰ
Ｉ）を使って、拡散スピンからの信号を強度に抑制した
画像を得る拡散強調イメージングが行われている。拡散
強調イメージングでは、移動するスピンの位相をディフ
ェイズする拡散傾斜磁場を印加するため、被検体のわず
かな動きにより画像が乱れることが知られている。これ
を回避するために、１回のＲＦパルス照射で１枚の画像
に必要なエコー信号を計測するシングルショットＥＰＩ
で撮影することが試みられている。シングルショットＥ
ＰＩは被検体の動きが無視できる反面、得られる画像の
空間分解能は必ずしも高くはない。

【０００３】空間分解能を向上するには、１枚の画像に
必要なエコー信号を分割して取得するマルチショットシ
ーケンスでの拡散強調イメージングが必須である。しか
しマルチショットシーケンスでは、複数のＲＦパルス照
射を行う間（ショット間）に体動による取得信号の位相
乱れを生じることが場合がある。

【０００４】マルチショットシーケンスにおけるショッ
ト間の位相乱れを補正する方法としてナビゲーションエ
コー法が知られている「正常及び虚血ヒト脳のナビゲー
トされた拡散イメージング」Alex J. de Crespignyら、
マグネチックレゾナンスインメディスン３３，ｐｐ７２
０−７２８（１９９５）、米国特許４９３７５２６号，
米国特許５２５４９４８号など）。この方法は、図７に
示すようにショットごとに体動モニターとして位相エン
コードを付加しないエコー（ナビゲーションエコーとい
う）を取得し、このエコー信号を用いて本計測エコーの
動きによる変動を補正する。なお、本方法では、ナビゲ
ーションエコーと本計測エコー間では被検体の位置は変
化しないものとしている。

【０００５】一方、拡散スパイラルイメージングでは、
ｋ空間の中心にある計測データ（位相エンコード０のデ
ータ）の位相値をモニターして、信号を補正する方法お
よび位相変化が大きい場合データを再取得し、新たに計
測されたデータで置換する方法が提案されている（「リ
アルタイム体動モニタリング及びインターリーブスパイ
ラル拡散強調イメージングのための体動補正」T.Tsukam
otoら，４th ISMRM（Canada），ｐ．２２１（１９９
７））。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし上述したナビゲ
ーションエコー等を用いた従来の位相補正法では、拡散
イメージングにおける体動による取得信号の乱れを完全
には除去できない場合があった。これは、拡散イメージ
ングでは移動するスピンの位相をディフェイズする強い
拡散傾斜磁場を印加するため、この拡散傾斜磁場の印加
の間（１００ｍｓ以下）に体動によるスピンの移動があ
ると本来的には停止しているスピンの位相が回転し、疑
似的にオフセット位相エンコードが付与されるためと考
えられる。このため、良好な画像を得られるときと得ら
れないときがあり、画質がばらつくという問題があっ
た。

【０００７】また位相変化が大きいときにデータを再取
得する方法では、計測が長引く可能性がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の拡散イメージングでは、ＲＦパルス照射毎
に被検体の動きをモニターするためのナビゲーションエ
コーを発生させ、ナビゲーションエコーの所定のパラメ
ータから基準値を求め、各ナビゲーションエコーのパラ
メータと基準値との比較結果が許容値以内か否かを判定
し、許容値以上のナビゲーションエコーと同じ繰り返し
単位内で取得されたエコー信号を別のエコー信号で置換
する。上記判定により許容値を超えると判断された場合
に、置換する別のエコー信号としては、置換すべきエコ
ー信号の複素共役エコーから複素共役変換して求めたデ
ータを用いることが好ましい。

【０００９】複素共役エコーも上記判定により許容値を
超えると判断される場合もありえるが、確率的には無視
し得る程度であり、複素共役エコーを利用できる。また
複素共役エコーが利用できない場合にのみ再計測し、新
たに計測されたデータで置換する。これにより撮影時間
の延長を防止することができる。

【００１０】計測エコーを採用するか否かを判定するた
めの基準は、ナビゲーションエコーの生データの積分値
やピーク値を用いてもよいが、好適にはナビゲーション
エコーを１次元フーリエ変換して得られる投影パターン
から求める。ナビゲーションエコーを用いた位相補正方
法では位相補正の基準として１次元フーリエ変換したデ
ータを用いるので、このデータをそのまま利用すること
ができる。この場合、各ナビゲーションエコーについて
投影パターンの面積或いはピーク値をパラメータとして
求め、これらのうち特定の１つを基準値としてもよい
し、平均値を求めそれを基準値としてもよい。

【００１１】本発明者らが拡散イメージングにおける画
質の劣化について研究した結果、画質が劣化する場合、
マルチショットのうちの極わずかな数のショットで、被
検体の投影パターンが著しく変動していることがわかっ
た。従って逆に拡散傾斜磁場の印加の間の体動を被検体
の投影パタンで検出することにより高精度で体動の有無
を判断できる。

【００１２】本発明ではこのように高精度な判断に従
い、該当するショットで得られた本計測データの質をチ
ェックする。その結果、体動が許容値を超えたショット
では、ナビゲーションエコー法等の位相補正法では補正
しきれないと判断し、そのショットで得られた本計測デ
ータを棄却する。これにより体動起因の画像乱れのない
拡散画像を得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の拡散イメージングの１実
施例を図面を参照して説明する。図４は本発明が適用さ
れる典型的なＭＲＩ装置の概要を示す図で、被検体４０
１の周囲に静磁場を磁場を発生する磁石４０２と、該空
間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル４０３と、この
領域に高周波磁場を発生するＲＦコイル４０４と、被検
体４０１が発生するＭＲ信号を検出するＲＦプローブ４
０５とを備えている。

【００１４】傾斜磁場コイル４０３は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３
方向の傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源４０９
からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。一般
にはこれらの組み合わせで任意の３軸方向（スライス方
向，位相エンコード方向及び読み出し方向）の傾斜磁場
を発生する。ＲＦコイル４０４はＲＦ送信部４１０の信
号に応じて高周波磁場を発生する。ＲＦプローブ４０５
の信号は、信号検出部４０６で検出され、信号処理部４
０７で信号処理され、また計算により画像信号に変換さ
れる。画像は表示部４０８で表示される。

【００１５】傾斜磁場電源４０９，ＲＦ送信部４１０，
信号検出部４０６は制御部４１１で制御され、制御のタ
イムチャートは一般にパルスシーケンスと呼ばれてお
り、本発明では拡散イメージングのためのパルスシーケ
ンスが実行される。ベッド４１２は被検体が横たわるた
めのものである。

【００１６】次に本実施例による拡散イメージングを説
明する。図１はその手順を示す図で、まず拡散イメージ
ングのためのパルスシーケンスを実行することにより、
エコー信号（ＭＲ信号）を計測する（１０１）。パルス
シーケンスは、例えば図２に示すようなマルチショット
拡散ＥＰＩシーケンスが採用され、１の繰り返し単位で
１つのナビゲーションエコーの計測と複数のエコー信号
の計測が行われ、それを複数回繰り返すことにより１枚
の画像再構成に必要なエコー信号を取得する。尚、ここ
では４ショットとして説明する。

【００１７】図２に示す拡散ＥＰＩシーケンスは、４シ
ョットＳＥ ＥＰＩシーケンスを基本としており、９０
°パルス２０１と１８０°パルス２０２の照射後、読み
出し傾斜磁場Ｇｒ２０３を極性を反転させながら印加し
てエコー信号２０５を発生させるとともに位相エンコー
ド傾斜磁場Ｇｐ２０４を印加し、各エコー信号２０５に
異なる位相エンコードを付与する。位相エンコード数を
２５６とした場合、１ショットで計測されるエコー信号
２０５は６４である。また１８０°パルス２０２の前後
に拡散強調傾斜磁場パルス２０６が追加される。図で
は、読み出し傾斜磁場Ｇｒ，位相エンコード傾斜磁場Ｇ
ｐ，スライス傾斜磁場Ｇｓの全方向に拡散強調傾斜磁場
パルスが追加してあるが、これらの内の１方向でもよ
く、通常は１方向が選ばれる。

【００１８】尚、拡散イメージングにおける画質の低下
は位相エンコード方向に拡散傾斜磁場を印加した場合に
顕著となる。これは読み出し傾斜磁場２０３に比べ位相
エンコード傾斜磁場２０４の大きさが小さいので、位相
エンコード方向の拡散傾斜磁場印加の間に生じた動きに
よるオフセット量が相対的に大きな影響を与えるためで
ある。従って、本発明は位相エンコード方向に拡散傾斜
磁場を印加する場合に特に有効である。

【００１９】更に本シーケンスでは拡散強調傾斜磁場パ
ルス２０６の印加後に、体動をモニターするナビゲーン
ョンエコー検出用傾斜磁場パルス２０７を読み出しＧｒ
方向に追加してある。

【００２０】このようなシーケンスを４回繰り返すこと
により、１枚の画像再構成に必要なエコー信号（本計測
データ）と各ショット毎に１つのナビゲーションエコー
２０８が得られる。ショット毎のナビゲーンョンエコー
２０８は、読み出しＧｒ方向への体動による信号の変動
（位相変動）を補正するための公知の位相補正方法に使
用される他、以下詳述するようにこれら位相補正方法で
は除去できない変動が生じた場合を判定するために使用
される。

【００２１】このため、各ナビゲーンョンエコーデータ
（ナビエコーデータと略記する）からプロファイルＰｉ
（ｘ）（ｉはｉ番目のナビゲーンョンエコーであること
を示し、ｘは読み出し方向の位置を表す）を作成する
（図１、ステップ１０２）。プロファイルは、ナビゲー
ンョンエコー２０８を１次元フーリエ変換し、絶対値化
することにより得られる。

【００２２】図５に各ナビゲーンョンエコーから得られ
たプロファイル５０１〜５０４を示す。これらのプロフ
ァイルは、被検体が人頭，撮影断面が横断面の時を示し
ており、図では、４つのプロファイルのうちｉ＝３のプ
ロファイル５０３のみが大きく形状が異なっている。こ
の原因は、拡散傾斜磁場３０２を印加中に被検体が動い
たことによる。

【００２３】次にこれらプロファイルをもとに体動判定
の基準値を求める。この実施例では、まず各プロファイ
ルの面積を求める。面積は、次式（１）により各プロフ
ァイル５０１〜５０４を積分することにより求める。 Ｖｉ＝∫Ｐｉ（ｘ）ｄｘ （１） これらの値から基準値を求める（１０３）。基準値とし
ては、特定のプロファイルの値を用いてもよいし、各プ
ロファイルの値Ｖの平均値を用いてもよい。また平均値
からのずれが最小である値を用いてもよい。ここでは、
ｉ＝１のナビゲーションエコーのプロファイル５０１の
面積を基準値Ｒｅｆとして用いることとし、各プロファ
イルの面積と基準値との差の絶対値Ｄｉを求める。 Ｒｅｆ＝∫Ｐ１（ｘ）ｄｘ （２） Ｄｉ＝｜Ｒｅｆ−Ｖｉ｜／Ｒｅｆ （３）

【００２４】次に差の絶対値Ｄｉを予め設定された閾値
Ｔｈと比較し、Ｄｉ＞Ｔｈであれば、ｉ番目のショット
で計測された本計測データは画像再構成に使わず、Ｄｉ
≦Ｔｈであれば、ｉ番目の本計測データを使うこととす
る。

【００２５】図５の例では、Ｄ１＝０．００，Ｄ２＝
０．０５，Ｄ３＝０．４０，Ｄ４＝０．０７であり、閾
値Ｔｈ＝０．２０とすると、ｉ＝３の本計測データは利
用しないことになる。尚、閾値Ｔｈは公知の位相補正方
法では補正できない位相変動に対応する値を予め設定し
ておく。また閾値を設定する代わりに、基準値として各
プロファイルの面積から分散求め、分散以下か否かで判
定するようにしてもよい。

【００２６】このように判定した結果、ｉ番目のショッ
トで計測された本計測データを画像再構成に使用しない
と判断された場合には、この位相エンコードのデータを
別のデータで補充する（１０５）。別のデータとして
は、対応するショットの計測を再度行い、新たに計測さ
れたデータを用いることもできるが、本実施例ではまず
優先的に複素共役エコーのデータを用いる。

【００２７】本発明者らが拡散イメージングにおける画
質の劣化について研究した結果では、画質の劣化はマル
チショットのうちの極わずかな数のショットにおける著
しい変動により生じていることがわかった。従って、画
像再構成に使用できないと判断された計測データは、多
くの場合、画像再構成に使用可能な複素共役エコーが存
在する。

【００２８】そこで図３に示すようにまず各ナビゲーシ
ョンエコーのプロファイルが基準値以内か、即ちｉ番目
の本計測データが画像再構成に使用できるか否かを判定
した後（３０３）、使用しない（棄却する）と判断され
た本計測データについて画像再構成に使用可能な複素共
役エコーが存在するか否かを判定する（３０４）。

【００２９】図５の例では、ステップ１０４で棄却する
こととしたｉ＝３のエコーの対応する複素共役エコー
は、ｉ＝２のエコーであり、このエコーはＤ２≦Ｔｈを
満たしている。このような複素共役エコーを複素共役変
換して求めたデータで、棄却したデータを置換する。こ
の複素共役変換方法はハーフスキャンイメージングで用
いられる技術の応用であり、当業者に公知なように、下
式によって求められる。

【数１】

【００３０】尚、この変換式では簡単のために２×２の
データマトリックスについて示しているが、実際にはエ
コーのデータ番号と位相エンコード数によって決まるマ
トリックスとなる。

【００３１】一方、棄却すべき計測データの複素共役デ
ータもまた棄却データの場合には、置換すべきデータが
ないことになるので、そのショットを再計測し、再計測
後のデータで置換する。この場合、不足する２ショット
のデータをそれぞれ再取得してもよいが、好適には互い
に複素共役関係にあるデータのうち一方のショットのデ
ータのみを再取得することとし、他方については上式に
より複素共役変換して求めたデータで置換する。また再
取得されたデータについても画像再構成に使用できるデ
ータか否かの判定を行うことが好ましい。

【００３２】最終的に、体動の範囲が許容値の範囲であ
ると判断されたデータのみを用いて画像再構成する（１
０６）。このように体動が大きく通常の位相補正方法で
は補正ができないデータについては、事前に棄却して、
補正可能なデータのみで画像再構成することにより、良
好な画質の画像を得ることができる。また棄却データを
置換するデータとして、複素共役データを利用すること
により再計測の機会をできるだけ少なくし、撮影時間の
延長を防止することができる。

【００３３】尚、以上の実施例では、本計測データが画
像再構成に使用可能か否かの判定をナビゲーションエコ
ーのプロファイルの面積を基準に行うこととして説明し
たが、プロファイルのピーク値を基準にしてもよい。更
にナビゲーションエコーをフーリエ変換する前の信号の
積分値或いはピーク値を求め、これを基準に行うことも
可能である。

【００３４】また以上の実施例では、ナビゲーションエ
コーを用いて各ショットのデータを画像再構成に使用可
能か否かの判定を行う場合のみを説明したが、各ショッ
トで計測されたナビゲーションエコーを公知の位相補正
法によりショット間の位相補正に用いることができるの
は言うまでもない。

【００３５】図６は、本発明の方法を公知のナビゲーン
ョン補正技術と組み合わせた例であり、図１における基
準プロファイル作成ステップ１０３と判定ステップ１０
４との間に各ショットの体動補正ステップ１０７が挿入
されている点が異なる。この場合、体動補正ステップ１
０７では、まずステップ１０２でナビゲーションエコー
を１次元フーリエ変換して得られた信号から位相を求
め、基準となるナビゲーションエコー、例えばｉ＝１の
ナビゲーションエコーの位相との差を求める。次いで本
計測データの位相を対応するナビゲーションエコーにつ
いて求められた位相差により補正する。

【００３６】しかる後に図１の実施例と同様にショット
毎のデータ採否の判定を行い（１０４）、体動の範囲が
許容値の範囲であると判断されたデータのみを用いて画
像再構成する。この場合、画像再構成に採用したエコー
のデータはナビゲーションエコーにより位相補正されて
いるので再構成画像もさらに良好になる。

【００３７】尚、以上の実施例では拡散イメージングの
パルスシーケンスとしてマルチショットＥＰＩシーケン
スを例にして説明したが、本発明はｋ−空間を螺旋状に
走査する拡散スパイラルイメージングにも適用すること
ができる。

【００３８】

【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように、本
発明の拡散イメージングによれば従来のナビゲーション
エコーを用いた位相補正法では補正できない体動変動が
ある場合に、それを投影パターンの形状で判定するの
で、高精度でデータの取捨選択が可能になり、画質が向
上する。また本発明の拡散イメージングでは、棄却する
こととしたデータを、複素共役変換により求めたデータ
で置換することにより、撮影時間の延長を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の手順示す流れ図。

【図２】本発明の他の実施例の手順を示す流れ図。

【図３】本発明の一実施例が適用されるパルスシーケン
スのパタン図。

【図４】本発明が適用されるＭＲＩ装置の構成図。

【図５】本発明の動作を説明するグラフ。

【図６】本発明の他の一実施例の手順を示す流れ図。

【図７】従来の位相補正方法を示す流れ図。

【符号の説明】

２０１，２０２ ＲＦパルス ２０６ エコー信号（本計測データ） ２０７ 拡散傾斜磁場パルス ２０８ ナビゲーションエコー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体の組織を構成する原子核スピンを
   励起するＲＦパルスの照射と、前記原子核スピンのうち
   移動するスピンの位相をディフェイズする拡散傾斜磁場
   の印加と、前記被検体から発生する複数のエコー信号を
   異なる位相エンコードを付与して計測するステップと含
   むパルスシーケンスを繰り返し、前記移動スピンからの
   信号を高度に抑制した拡散強調画像を形成する拡散ＭＲ
   撮影方法において、 前記ＲＦパルス照射毎に前記被検体の動きをモニターす
   るためのナビゲーションエコーを発生させ、 前記ナビゲーションエコーの所定のパラメータから基準
   値を求め、各ナビゲーションエコーのパラメータと前記
   基準値との比較結果が許容値以内か否かを判定し、 前記許容値を超えるナビゲーションエコーと同じ繰り返
   し単位内で取得されたエコー信号を別のエコー信号で置
   換することを特徴とする拡散ＭＲ撮影方法。
2. 【請求項２】 前記別のエコー信号として、置換すべき
   エコー信号の複素共役エコーから複素共役変換して求め
   たデータを用いることを特徴とする請求項１記載の拡散
   ＭＲ撮影方法。
3. 【請求項３】 前記基準値は、前記ナビゲーションエコ
   ーを１次元フーリエ変換して得られる投影パターンから
   求めることを特徴する請求項１記載の拡散ＭＲ撮影方
   法。