JPH11244258A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 計測データの情報分布を考慮した最適な傾斜
磁場印加パターンを自動的に設定でき、これにより高速
で高画質な撮像を可能とするＭＲＩ装置を提供する。 【解決手段】 被検査体を予備計測することにより得ら
れた信号から被検査体に関する情報量分布を求め、この
情報量分布から情報量の多い部分の信号を重点的に計測
するような傾斜磁場の印加パターンを算出する。この傾
斜磁場パターンはメモリに格納され、本計測ではこのパ
ターンに基づき傾斜磁場を発生させて磁気共鳴信号を計
測し、この計測データから画像再構成する。これにより
渦巻型走査計測等において効率よくデータ取得を行うこ
とができ、補間データの向上を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴イメージ
ング装置（以下、ＭＲＩ装置という）に係わり、特に傾
斜磁場の印加パターンを自動的に最適化可能なＭＲＩ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲＩ装置は、いわゆるＮＭＲ現象を利
用して被検体中の所望の検査部位における原子核スピン
の密度分布，緩和時間分布等を計測して、その計測デー
タから被検体の検査部位を画像表示するものである。Ｍ
ＲＩ装置では、ＮＭＲ信号を空間情報としてエンコード
（符号化）するために、傾斜磁場を印加してＮＭＲ信号
を計測し、このＮＭＲ信号を用いて再構成する。これは
ＮＭＲ周波数が磁場強度と線形関係にあるため、対象領
域に線形の傾斜磁場を印加することにより、対象領域お
ける空間位置と周波数の関係が線形となり、時間情報で
あるＮＭＲ信号をフーリエ変換し、周波数軸に置き換え
るだけで被検体の位置情報が得られることを利用したも
のである。通常一断面の画像を再構成するために、互い
に直交する２方向，位相エンコード方向と周波数エンコ
ード方向の傾斜磁場が用いられる。

【０００３】図７（ａ）は典型的な撮像シーケンスであ
るグラディエントエコー法のパルスシーケンスを示す図
で、このシーケンスではスライス選択の傾斜磁場Ｇｓを
印加した状態で高周波磁場を印加し被検査体の一断面を
励起した後、位相エンコード方向の傾斜磁場Ｇｐを印加
するとともに周波数エンコード方向の傾斜磁場Ｇｆを印
加しながらＮＭＲ信号をエコー信号として計測する。こ
のエコー信号は周波数エンコード方向の傾斜磁場Ｇｆの
印加時間に対応する時系列データとしてメモリに格納さ
れ、位相エンコード方向の傾斜磁場Ｇｐの大きさを離散
的に変化させながら同図（ａ）のシーケンスを繰り返す
ことにより、同図（ｂ）に示すように計測空間（ｋ空
間）全体が走査され、一断面の画像再構成に必要な計測
生データが収集される。

【０００４】計測されたＮＭＲ信号は、通常直交位相検
波（ＱＰＳ）法を用いていることから、実数部と虚数部
からなるデータＤｒ＋ｊＤｉ（ｊは虚数）として格納さ
れ、これを２次元フーリエ変換により再構成することに
よって画像を得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の計測
方法は、計測空間を一定間隔で繰り返し直線的に走査
し、空間的に均一に分布したデータを計測し、再構成を
行なっており、計測空間における情報の分布状態は考慮
されていない。このため急激な信号量の変化のあるとこ
ろ、即ち情報量の多いところでは細かい情報（空間周波
数の高い情報）を確実に把握できないという問題があ
る。これを防ぐためには、サンプリング数及び／又は位
相エンコード数を増加させる必要があり、計測時間の増
加を招いていた。

【０００６】一方、計測空間の走査法として、図８
（ｂ）に示すように、計測空間を円状に走査し、かつそ
の半径を順次変化させ渦巻状に走査する手法（スパイラ
ルスキャン）も提案されている。この方法では、位相エ
ンコード方向及び周波数エンコード方向の傾斜磁場パタ
ーンとして、同図（ａ）に示すようなｓｉｎ型の傾斜磁
場波形を印加する。このｓｉｎ型の傾斜磁場波形はそれ
ぞれ次式（１）及び（２）で表わされる。

【数１】 ここでＲｆ（ｔ）及びＲｐ（ｔ）は計測空間軌跡の半径
方向の距離を示し、この関数として時間的に一定の割合
で増加する１次関数を採用することにより、計測データ
は等間隔な渦巻状に走査して計測される。この渦巻型走
査の場合にも、本来の被検体の空間的な情報分布は考慮
されておらず、一定の間隔で渦巻状に走査しているた
め、時間的，画質的に効率の悪い計測となっている。

【０００７】本発明はこのような従来の問題点を解決す
るためになされたものであり、その目的とするところ
は、計測データの情報分布を考慮して最適な傾斜磁場印
加パターンを設定することができ、これにより高速で高
画質な撮像を可能とするＭＲＩ装置を提供するものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、基本的には、画像を再構成するた
めのデータを取得する本計測の前に、あらかじめ、被検
体の空間的な分布を得、この分布に基づき、最適な傾斜
磁場パルス印加パターンを生成し、この印加パターンを
用いて計測を行なったデータを用いて再構成を行なう。

【０００９】即ち、本発明のＭＲＩ装置は、静磁場を発
生する静磁場発生手段，静磁場中に置かれた被検査体に
対して、高周波電磁波を印加する送信手段，静磁場に磁
場勾配を与える傾斜磁場発生手段，被検査体から発生す
る核磁気共鳴信号を計測する受信手段，これら送信手
段，傾斜磁場発生手段及び受信手段を所定のパルスシー
ケンスに従い制御する制御手段，計測された核磁気共鳴
信号に基づいて画像処理を行う画像処理手段を備えた磁
気共鳴イメージング装置において、制御手段は、被検査
体を予備計測することにより得られた信号から被検査体
に関する情報量分布を求め、この情報量分布に対応する
計測空間密度となるように傾斜磁場の印加パターンを算
出し、傾斜磁場発生手段を制御する。

【００１０】このように構成したＭＲＩ装置は、従来の
ＭＲＩ装置に比べて、被検査体の情報量の多い部分を重
点的に計測するため、高速に高画質の画像を得ることを
可能とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を説明す
る。図６は本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体構成を
示すブロック説明図であり、このＭＲＩ装置は、大別す
ると、中央処理装置（ＣＰＵ）１とシーケンサ２と送信
系３と静磁場発生磁石４と受信系５と信号処理系６とか
ら構成され、ＣＰＵ１は、本発明に基づくプログラムに
従ってシーケンサ２，送信系３，受信系５，信号処理系
６の各々を制御するものである。

【００１２】シーケンサ２は、ＣＰＵ１からの制御指令
に基づいて動作し、被検体７の断層画像のデータ収集に
必要な種々の命令を送信系３，静磁場発生磁石４の傾斜
磁場発生系２１，受信系５に送るようにしている。送信
系３は、高周波発信器８と変調器９と高周波コイルとし
ての照射コイル１１を有し、シーケンサ２の指令により
高周波発信器８からの高周波パルスを変調器９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
１０を介し増幅して照射コイル１１に供給する。これに
より、所定のパルス状の電磁波が被検体７に照射され
る。

【００１３】静磁場発生磁石４は、被検体７の回りに任
意の方向に均一な静磁場を発生させるためのものであ
り、この静磁場発生磁石４の内部には、照射コイル１１
の他、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル１３と，受
信系５の受信コイル１４が設置されている。

【００１４】傾斜磁場発生系２１は、互いに直交するデ
カルト座標軸方向にそれぞれ独立に傾斜磁場を印加する
傾斜磁場コイル１３と，傾斜磁場コイルに電流を供給す
る傾斜磁場電源１２と，傾斜磁場電源１２を制御するシ
ーケンサ２により構成される。シーケンサ２内にはＣＰ
Ｕ１を用いて算出される傾斜磁場パターンを含むシーケ
ンステーブルが組み込まれ、この傾斜磁場パターンに比
例した電流を各傾斜磁場コイルに流すようになってい
る。

【００１５】受信系５は、高周波コイルとしての受信コ
イル１４と該受信コイル１４に接続された増幅器１５と
直交位相検波器１６とＡ／Ｄ変換器１７とを備え、被検
体７からのＮＭＲ信号を受信コイル１４が検出すると、
その信号を増幅器１５，直交位相検波器１６，Ａ／Ｄ変
換器１７を介しデジタル量に変換するとともに、シーケ
ンサ２からの指令によるタイミングで直交位相検波器１
６によってサンプリングされた二系列の収集データに変
換してＣＰＵ１に送るようにしている。

【００１６】信号処理系６は、磁気ディスク２０，光デ
ィスク１９等の外部記憶装置と，ＣＲＴ等からなるディ
スプレイ１８とを備え、受信系５からのデータがＣＰＵ
１に入力されると、ＣＰＵ１が信号処理，画像再構成等
の処理を実行し、その結果の被検体７の所望の断面像を
ディスプレイ１８に表示するとともに、外部記憶装置の
磁気ディスク２０等に記録する。

【００１７】次にこのような構成におけるＭＲＩ装置に
おける傾斜磁場パターンの設定と画像取得までの動作に
ついて説明する。実施例として、ｓｉｎ型傾斜磁場波形
を印加して図１に示すような渦巻型計測を行う場合を説
明する。

【００１８】本発明によるＭＲＩ装置では、傾斜磁場パ
ターンを被検体の空間的な分布に基づき決定するため
に、まず被検体の空間的な情報分布をあらかじめ計測す
る。

【００１９】この分布を計測するには、図２（ａ）に示
すような従来のパルスシーケンスを応用したパルスシー
ケンスを実行する。このパルスシーケンスは、図７
（ａ）に示す従来のパルスシーケンスにおいて、位相エ
ンコードを印加しないで計測を行なった場合と同じで、
その計測データ列（図２（ｂ））は被検体の空間的な分
布がフーリエ変換されたデータを位相エンコード方向に
足し合わせたものとなる。この計測データで信号が高い
部分は、被検体中にその位置に対応する空間周波数をも
った構造物が存在していることを意味する。またデータ
列の変化量が大きい部分はその情報量が多いことにな
る。従ってこの部分を重点的に計測すれば効率が良く必
要な情報が得られることがわかる。

【００２０】ＣＰＵは、図２のパルスシーケンスを実行
することにより得られた計測データＰＥ［ｉ］をもと
に、データ列の変化量が大きい部分の計測密度が大きく
なるように傾斜磁場パターンを算出する。尚、図２では
周波数エンコード方向の傾斜磁場Ｇｆを読み出し傾斜磁
場とした場合のみを示しているが、読み出し傾斜磁場と
して周波数エンコード方向の傾斜磁場Ｇｆを用いた計測
と、読み出し傾斜磁場として位相エンコード方向の傾斜
磁場Ｇｐを用いた計測とを行うことにより、それぞれの
方向について空間的な分布を反映した計測データＰＥ
［ｉ］を得ることができる。

【００２１】ＣＰＵが行う、計測データＰＥ［ｉ］に基
づき傾斜磁場パターンを算出する方法について図３を参
照して説明する。まず計測データ系列ＰＥ［ｉ］の信号
量変化率の大きな場所に着目するため、前方差分ＰＰＥ
［ｉ］を行なう。

【数２】 このＰＰＥ［ｉ］が大きいほど変化量が大きいため、こ
の部分ほど細い間隔で計測を行なうことで、より高精度
での撮像が可能となる。逆にＰＰＥ［ｉ］が小さいほど
変化が少ないため、この部分は計測の精度をあげる必要
がないことがわかる。従って、計測の間隔を求めるため
にＰＰＥ［ｉ］の逆数をとる。

【００２２】

【数３】 このＱＱＥ［ｉ］が渦巻の間隔であると想定すると、Ｑ
ＱＥ［ｉ］の小さいほど、即ちＰＰＥ［ｉ］が大きく、
信号の変化率が大きいほど細かくデータを計測すること
ができることになる。このためＱＱＥ［ｉ］の分布を実
際のエンコード分布に換算する。まずＱＱＥ［ｉ］の絶
対値の合計Ｓｑｑを算出する。

【００２３】

【数４】 このＳｑｑが周波数エンコード数（計測サンプル数）Ｎ
ｆとなるようにＱＱＥ［ｉ］を規格化（ＲＲＥ［ｉ］）
する。

【数５】

【００２４】一方、信号は周波数エンコード方向の視野
の両端で位相がＮｆ×πだけずれている必要がある。即
ち、視野直径をＤとするとき、傾斜磁場パルスの強度Ｇ
ｆと計測サンプル数Ｎｆは次式（７）を満たす必要があ
る。

【数６】 式中γは対象核（例えばプロトン）の磁気回転比であ
る。

【００２５】従って式（７）より、上記式（６）のよう
な周波数エンコード分布を得るために必要な傾斜磁場Ｇ
［ｉ］は次式（８）となる。ここでＲＲＥ［ｉ］は、す
でに前方差分（＝離散微分）された形である。

【数７】

【００２６】このようにして図３に示すような周波数エ
ンコード数の傾斜磁場変化Ｇｆ［ｉ］を表わすエンコー
ドマップが得られる。位相エンコード方向についても、
図２のパルスシーケンスにおいて読み出し傾斜磁場とし
て位相エンコード方向の傾斜磁場Ｇｐを用いた計測を行
うことにより、計測データＰＥ［ｉ］を収集し、この計
測データＰＥ［ｉ］について同様の処理を行うことによ
り、位相エンコード方向の傾斜磁場変化Ｇｐ［ｉ］を得
ることができる。

【００２７】次に上述のようにして求められた傾斜磁場
変化Ｇｆ［ｉ］，Ｇｐ［ｉ］を用いて渦巻型計測におけ
る傾斜磁場パターンを設定する手法について説明する。
既に述べたように一般的な渦巻型計測においては、位相
エンコード方向および周波数エンコード方向の傾斜磁場
は式（１）及び（２）で表わされる。

【００２８】

【数８】 これらの傾斜磁場を印加することにより、計測空間軌跡
は周期２π／ωの渦巻状となり、渦巻きの間隔は半径方
向の距離変化を表わすＲ（ｔ）で決まる。ここで情報分
布を考慮した最適な間隔で渦巻状に走査するためには、
半径方向の距離の変化Ｒ（ｔ）を式（８）で求められた
Ｇｆ［ｉ］およびＧｐ［ｉ］に示すように変化させれば
よいことになる。

【００２９】この場合、Ｇｆ［ｉ］及びＧｐ［ｉ］は離
散的なデータであるため、内挿し連続量（ｉｉ）に変換
する。内挿法としては公知の方法を採用できるが、ここ
では簡素化のため直線近似を行なう場合を説明する。即
ち、図４に示すようにエンコード数ｉにおける傾斜磁場
Ｇ（ｉ）とそれに隣接するエンコード数（ｉ−１）にお
ける傾斜磁場Ｇ（ｉ−１）との間（ｉｉ）を直線で近似
する。

【００３０】

【数９】 ここでｉは１，２，３，・・・・Ｎ（Ｎ：各エンコード
数）を表わし、ｉｉは隣接するエンコード数（ｉ−１）
とｉの間の連続量である。また、渦巻きが一周した時に
その渦巻きの間隔が（ｉ−１）とｉの離散間隔に一致す
るように、（ｉ−１）とｉの間隔を上記の式（１）及び
（２）のωの周期２π／ωに一致させる。よって最終的
にＲｐ（ｔ），Ｒｆ（ｔ）は、

【数１０】 となる。ここで、ｉはｉ＞ｔ／（２π／ω）をみたす整
数とする。

【００３１】このＲｐ（ｔ），Ｒｆ（ｔ）を式（１），
（２）に代入して求まる式（１３），（１４）が、渦巻
型計測時の周波数エンコード方向，および位相エンコー
ド方向傾斜磁場印加パターンとなる。

【数１１】 式中、ｄＲｆ（ｔ）／ｄｔ及びｄＲｐ（ｔ）／ｄｔは、
Ｒｆ（ｔ）及びＲｐ（ｔ）が直線近似されているので、
その傾きに等しくなり、

【数１２】 となる。

【００３２】このように設定された周波数エンコード方
向及び位相エンコード方向の傾斜磁場パターンは、図６
に示すＭＲＩ装置のシーケンサ２内のメモリに保存され
る。以上の準備計測及びその計測データに基づく傾斜磁
場パターンの算出の後、被検体の本計測を開始する。図
５にパターン生成から画像取得までの流れを示す。

【００３３】本計測では、傾斜磁場パターン生成によっ
てパルスシーケンスが設定されると、図８に示すような
渦巻型計測に基づくパルスシーケンスが実行される。こ
こでは、スライス選択励起に続く期間Ｍで上式（１
３），（１４），（１５），（１６）で示される傾斜磁
場パターンに従って傾斜磁場コイルに電流を流して傾斜
磁場を印加する。この期間に計測されたデータは図１に
示すような走査パターンに従って計測空間に配置され
る。この走査パターンは、空間的分布に基づき算出され
たエンコードマップ（図３）に従って変化し、情報量の
多い部分では高い密度の分布となっている。

【００３４】次にこれら計測データから二次元フーリエ
変換法を用いて再構成を行う。この場合、生の計測デー
タは不均一に分布したデータであるので、均一分布デー
タを生成する必要がある。これには、最近接補間法やｓ
ｉｎｃ関数による補間など一般的な手法を用いることが
できる。本発明のＭＲＩ装置により計測された計測デー
タは、信号変化量の大きな部分での計測精度が向上して
いるため、補間の精度も向上し、画質の向上につなが
る。

【００３５】尚、以上の実施例では渦巻型計測の場合を
説明したが、本発明は図７に示すような直線型走査の計
測にも適用できる。この場合には、式（８）で算出され
た傾斜磁場変化（エンコードステップ）Ｇｐ［ｉ］をそ
のまま用いて計測することにより、情報量が多い部分を
重点的に計測することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によるＭＲＩ装置によれば、被検体の情報分布に対応
した最適な傾斜磁場パターンを自動的に算出し計測する
ため、高画質な画像を高速に撮像することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＭＲＩ装置における渦巻型走査パター
ンの例を示す図。

【図２】本発明のＭＲＩ装置における準備計測時のパル
スシーケンスの一実施例を示す図で、（ａ）はタイミン
グ図，（ｂ）は計測データ配列を示す図。

【図３】本発明のＭＲＩ装置における傾斜磁場印加パタ
ーン算出のアルゴリズムの実施例を示す概略図。

【図４】傾斜磁場パターン算出時のデータ補間方法の一
例を示す図。

【図５】本発明のＭＲＩ装置における計測方法を示す流
れ図。

【図６】本発明が適用されるＭＲＩ装置の１実施例を示
す概略ブロック図。

【図７】従来のＭＲＩ装置によるパルスシーケンスのタ
イミング図（ａ）及び計測データ配列を示す図（ｂ）。

【図８】従来のＭＲＩ装置による渦巻型計測法のパルス
シーケンスのタイミング図（ａ）及び計測データ配列を
示す図（ｂ）。

【符号の説明】

１ ＣＰＵ（制御手段） ３ 送信系（送信手段） ４ 静磁場発生磁石 ５ 受信系（受信手段） ２１ 傾斜磁場発生系（傾斜磁場発生手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静磁場を発生する静磁場発生手段，前記
   静磁場中に置かれた被検査体に対して、高周波電磁波を
   印加する送信手段，前記静磁場に磁場勾配を与える傾斜
   磁場発生手段，前記被検査体から発生する核磁気共鳴信
   号を計測する受信手段，これら送信手段，傾斜磁場発生
   手段及び受信手段を所定のパルスシーケンスに従い制御
   する制御手段，計測された核磁気共鳴信号に基づいて画
   像処理を行う画像処理手段を備えた磁気共鳴イメージン
   グ装置において、 前記制御手段は、前記被検査体を予備計測することによ
   り得られた信号から前記被検査体に関する情報量分布を
   求め、この情報量分布に対応する計測空間密度となるよ
   うに傾斜磁場の印加パターンを算出し、前記傾斜磁場発
   生手段を制御することを特徴とする磁気共鳴イメージン
   グ装置。