WO2005000116A1 - 磁気共鳴撮影装置 - Google Patents

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WO2005000116A1
WO2005000116A1 PCT/JP2004/007992 JP2004007992W WO2005000116A1 WO 2005000116 A1 WO2005000116 A1 WO 2005000116A1 JP 2004007992 W JP2004007992 W JP 2004007992W WO 2005000116 A1 WO2005000116 A1 WO 2005000116A1
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frequency
magnetic resonance
measurement
resonance signal
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PCT/JP2004/007992
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French (fr)
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Satoshi Hirata
Hisaaki Ochi
Yo Taniguchi
Tetsuhiko Takahashi
Hiroyuki Takeuchi
Original Assignee
Hitachi Medical Corporation
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    • A61B5/0037Performing a preliminary scan, e.g. a prescan for identifying a region of interest

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic resonance imaging apparatus, and particularly to an apparatus suitable for measuring a magnetic resonance signal including information on a chemical shift.
  • a magnetic resonance imaging apparatus irradiates a subject placed in a static magnetic field with a high-frequency magnetic field of a specific frequency, thereby exciting nuclear magnetization of hydrogen nuclei contained in the subject (magnetic resonance phenomenon), It can detect physical and chemical information by detecting magnetic resonance signals generated from specimens.
  • magnetic resonance imaging which is widely used, acquires images reflecting the density distribution of hydrogen nuclei mainly contained in water molecules in a subject. ing.
  • a magnetic resonance spectrum that separates magnetic resonance signals for each molecule based on the difference in resonance frequency (hereinafter referred to as chemical shift) due to the difference in chemical bonds between various molecules including hydrogen nuclei.
  • MRSI Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging
  • the transmission frequency when irradiating a high-frequency magnetic field and the reception frequency when detecting a magnetic resonance signal were set on the assumption that the static magnetic field strength was constant over time.
  • spectrum measurement pre-measurement for resonance frequency detection
  • the static magnetic field strength is temporally constant (that is, the resonance frequency is assumed to be constant).
  • the static magnetic field strength may change during MRS measurement, depending on the structure and characteristics of the magnet that generates the static magnetic field and the measurement environment.
  • the water suppression rate gradually decreases with the shift of the resonance frequency, the excitation slice position gradually shifts, There is a problem that the SNR improvement effect cannot be obtained by integration.
  • An object of the present invention is to provide a magnetic resonance imaging apparatus that enables highly accurate spectrum measurement even when the resonance frequency changes during measurement.
  • the time change characteristic of the water resonance frequency is measured in advance before MRS or MR SI measurement, and the Predicts the amount of change in the water resonance frequency of RS or MRSI measurement, and based on the predicted value, the transmission frequency of the high-frequency magnetic field irradiated with the water signal suppression pulse sequence, MRS or; for excitation and inversion in the sequence of MRSI measurement
  • the setting values of the transmission frequency of the high-frequency magnetic field for use and the reception frequency at the time of detecting the magnetic resonance signal are changed every moment during the measurement.
  • multiple magnetic resonance signals measured in the MRS or MRSI measurement sequence are shifted according to the frequency change (this frequency change is predicted based on the previously measured time change characteristics of the water resonance frequency). And add them.
  • measurement for detecting the water resonance frequency is performed every predetermined number of times, and based on this detection value, Set the transmission frequency of the high-frequency magnetic field applied in the water signal suppression pulse sequence, the transmission frequency of the excitation and inversion high-frequency magnetic field in the MRS or MRSI measurement sequence, and the reception frequency when detecting the magnetic resonance signal.
  • the time variation characteristic of the water resonance frequency is measured in advance before the MRS or MRSI measurement, and the amount of change in the water resonance frequency during the MRS or MRSI measurement is predicted from the measured time variation characteristic, and the prediction is performed.
  • the magnetic resonance imaging apparatus of the present invention includes a means for generating a static magnetic field, a gradient magnetic field generating means for generating a gradient magnetic field, and a high-frequency magnetic field generation for generating a high-frequency magnetic field.
  • Generating means measuring means for measuring a magnetic resonance signal generated from the subject, calculating means for performing an operation on the measured magnetic resonance signal, and storage for storing the measured magnetic resonance signal and a calculation result by the calculating means Means, a gradient magnetic field generating means, a high frequency magnetic field generating means, a measuring means, a calculating means, and a sequence controlling means for controlling the operation of each part by setting operating conditions in each part of the storing means.
  • the sequence control means may: (1) perform a preliminary operation for measuring the resonance frequency of water for each predetermined number of measurements of the magnetic resonance signal; Performing measurement, (2) detecting the resonance frequency of water from a magnetic resonance spectrum obtained by Fourier transforming the magnetic resonance signal obtained in the preliminary measurement, and (3) detecting the water frequency in (2). Setting the transmission frequency or Z of the high-frequency magnetic field applied to the subject and the reception frequency when measuring the magnetic resonance signal in the pulse sequence executed after the preliminary measurement based on the resonance frequency of Perform control.
  • the sequence control means includes: (1) applying a high-frequency magnetic field and a gradient magnetic field to the subject to execute a water suppression sequence for suppressing a water signal; and (2) applying a high-frequency magnetic field to the subject. And applying a gradient magnetic field to selectively excite a predetermined poxel and execute a spectrum measurement sequence for measuring a magnetic resonance signal generated from the predetermined poxel; (3) (1) and (2) are performed a plurality of times. If the repetition is performed, a pre-measurement sequence for measuring the resonance frequency of water is performed prior to the execution of the predetermined number of times (1) and (2), and the detection is performed in (4) and (3).
  • the transmission frequency of the high-frequency magnetic field applied in the water suppression sequence is set based on the resonance frequency of the water, and the transmission frequency of the high-frequency magnetic field applied to selectively excite the predetermined poxels in the spectrum measurement sequence is set. Number or / and, And setting a reception frequency when detecting a magnetic resonance signal generated from the predetermined poxel.
  • the sequence control means includes: (1) applying a high-frequency magnetic field and a gradient magnetic field to the subject to execute a water suppression sequence for suppressing a water signal; Applying a magnetic field and a gradient magnetic field to selectively excite a predetermined poxel and execute a spectrum measurement sequence for measuring a magnetic resonance signal generated from the predetermined poxel; (3)
  • the magnetic resonance signal obtained by performing (1) and (2) every time a predetermined number of times (1) and (2) are performed Detecting a water signal peak from a magnetic resonance spectrum obtained by performing a Fourier transform on the water signal peak, and calculating the signal strength of the water signal peak.
  • the calculated signal strength of the water signal peak is equal to or more than a predetermined value. If the water resonance frequency has shifted, it is determined that the water resonance frequency has shifted.If it is determined in (5) and (4) that the water resonance frequency has shifted, a preliminary measurement for measuring the water resonance frequency is performed.
  • the pulse sequence executed after the preliminary measurement Setting the transmission frequency of the high-frequency magnetic field applied in the pressure sequence, and / or setting the transmission frequency of the high-frequency magnetic field applied to selectively excite the predetermined poxel in the spectrum measurement sequence, and / or And setting a reception frequency when detecting a magnetic resonance signal generated from the predetermined poxel.
  • the sequence control means irradiates the subject with the high-frequency magnetic field at least once, and applies the magnetic resonance signal generated after the irradiation of the high-frequency magnetic field in a state where the applied intensity of the gradient magnetic field is almost zero. It includes a control for measuring, calculating magnetic resonance spectrum information from the measured magnetic resonance signal, and performing magnetic resonance spectrum measurement.
  • the sequence control means includes: (1) measuring a first magnetic resonance signal generated from a poxel to be measured in magnetic resonance spectrum measurement in a first time interval; ) Detecting the resonance frequency F1 of water from the first magnetic resonance spectrum obtained by Fourier transforming the first magnetic resonance signal; (3) detecting a predetermined frequency after the measurement of the first magnetic resonance signal; Measuring a second magnetic resonance signal generated from the poxel in a second time interval after the time; (4) a second magnetic resonance signal obtained by performing a Fourier transform on the second magnetic resonance signal; Detecting the resonance frequency F2 of water from the vector, and (5) calculating the time variation of the resonance frequency of water based on F1 and F2.
  • the sequence control means includes: (1) measuring a first magnetic resonance signal generated from a poxel to be measured in magnetic resonance spectrum measurement in a first time interval; ) Detecting the resonance frequency F1 of water from the first magnetic resonance spectrum obtained by Fourier transforming the first magnetic resonance signal; (3) detecting a predetermined frequency after the measurement of the first magnetic resonance signal Measuring a second magnetic resonance signal generated from the poxel in a second time interval after the time; (4) a second magnetic resonance signal obtained by performing a Fourier transform on the second magnetic resonance signal; Detecting the resonance frequency F2 of the water from the vector, (5) based on F1 and F2, in the measurement time for measuring the magnetic resonance signal after the end of the measurement of the second magnetic resonance signal, Water resonance Estimating the time variation of the frequency; (6) using the time variation of the estimated resonance frequency to determine the transmission frequency or Z of the high-frequency magnetic field and the reception frequency for receiving the magnetic resonance signal generated from the above-mentioned pixels.
  • the magnetic resonance signal generated from the above-described poxel is measured. (7) Measurement of the second magnetic resonance signal After the end, control of (6) is repeated several times.
  • the sequence control means may: (1) measure the resonance frequency of water every time the magnetic resonance signal is measured a predetermined number of times; Preliminary measurement— (2) Detecting the resonance frequency of water from the magnetic resonance spectrum obtained by Fourier transforming the magnetic resonance signal obtained in the preliminary measurement; (3) Detecting the resonance frequency in (2) Based on the resonance frequency of the water, the transmission frequency of the high-frequency magnetic field applied to the subject and / or the reception frequency when the magnetic resonance signal is measured in the spectrum measurement sequence executed after the preliminary measurement Setting and control of.
  • FIG. 1 is an external view of a magnetic resonance imaging apparatus to which the present invention is applied
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a magnetic resonance imaging apparatus to which the present invention is applied
  • FIG. 3 is used in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of an MRS pulse sequence to be used
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a pulse sequence for suppressing a water signal used in the embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
  • MRS measurement procedure assuming that the static magnetic field strength is constant over time
  • FIG. 6 shows (a) the positioning of the imaging poxels in the flowchart of FIG. 5, and (b) the flow chart of FIG. 5 when the static magnetic field intensity changes over time.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an MRS measurement procedure according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a diagram showing (a) a position of an imaging pixel
  • FIG. b) A diagram showing an example of MRS measurement results measured according to the flowchart of FIG. 7 when the static magnetic field intensity changes over time.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a procedure of MRS measurement in the second embodiment of the present invention.
  • Figures 10 and 10 show (a) a diagram showing the positions of the imaging poxels, and (b) a diagram of the MRS measured in accordance with the flow chart of Figure 9 when there is no temporal continuity in the change characteristics of the static magnetic field strength.
  • Figure 11 shows an example of the measurement results.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a pulse sequence of MRS measurement applicable to the embodiment of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is an external view of a magnetic resonance imaging apparatus to which the present invention is applied.
  • Fig. 1 (a) shows a magnetic resonance imaging system using a tunnel-type magnet that generates a static magnetic field with a solenoid coil.
  • Fig. 1 (b) shows a hamburger type with a magnet separated vertically to increase the sense of openness. Is a magnetic resonance imaging apparatus.
  • Fig. 1 (c) is the same tunnel type magnetic resonance imaging apparatus as Fig. 1 (a), but the depth of the magnet is shortened and the magnet is tilted obliquely to enhance the open feeling.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a magnetic resonance imaging apparatus to which the present invention is applied.
  • the subject 1 is placed in a space where a static magnetic field generated by a static magnetic field generating magnet 2 and a gradient magnetic field in three orthogonal directions generated by a gradient magnetic field generating coil 3 are applied. Change the current flowing through each coil In some cases, a shim coil 11 that can adjust the uniformity of the static magnetic field is provided.
  • the subject 1 is irradiated with a high-frequency magnetic field generated by the probe 4 to cause a magnetic resonance phenomenon, and a magnetic resonance signal generated from the subject 1 is detected by the probe 4.
  • the high-frequency magnetic field to be irradiated is generated by the transmitter 8, and the detected magnetic resonance signal is sent to the computer 5 through the receiver 9.
  • the computer 5 performs various arithmetic processing on the magnetic resonance signal to generate spectrum information and image information, and displays the information on the display 6 and records the information on the storage device 13 ( If necessary, measurement conditions and the like are also recorded in the storage device 13).
  • the power supply 12 for driving the shim coil 11, the power supply 7 for driving the gradient magnetic field generating coil 3, the transmitter 8 and the receiver 9 are controlled by the sequence controller 10.
  • FIG. 2 shows an example in which the probe 4 is used for both transmission and reception, a transmission probe and a reception probe may be provided separately.
  • the pulse sequence used in the embodiment of the present invention will be described.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of an MRS measurement pulse sequence (MRS pulse sequence) used in the embodiment of the present invention.
  • MRS pulse sequence MRS pulse sequence
  • the first gradient field (X-axis gradient field) for selecting the first slice (plane perpendicular to the X axis) is called Gs1 and 90 ° pulse.
  • Gs1 and 90 ° pulse By simultaneously applying the first high-frequency magnetic field RF1, the nuclear magnetization in the first slice can be excited.
  • TE is the echo time
  • TR is the repetition time.
  • a second gradient magnetic field (gradient magnetic field in the Y-axis direction) G s 2 for selecting the second slice (plane perpendicular to the Y-axis) is called Gs 2 and 180 ° pulse.
  • Gs 2 and 180 ° pulse a second gradient magnetic field (gradient magnetic field in the Y-axis direction) G s 2 for selecting the second slice (plane perpendicular to the Y-axis)
  • the nuclear magnetization in the first slice excited by RF1 is reduced.
  • the nuclear magnetization included in the second slice can be inverted by 180 °.
  • a third gradient magnetic field (a gradient magnetic field in the Z-axis direction) Gs3 for selecting a third slice (a plane perpendicular to the Z-axis) and a second pulse called a 180 ° pulse
  • the nuclear magnetization included in the third slice among the nuclear magnetization in the intersection region of the first slice and the second slice inverted by RF2 is again reproduced.
  • ° Can be inverted.
  • G s 1 ′ applied immediately after the application of G s 1 is a gradient magnetic field for rephase (phase return) to G s 1.
  • Gd1 and Gd1, applied before and after the application of RF2, and Gd2 and Gs2, do not disturb the phase of the nuclear magnetization excited by the irradiation of RF1 (G The phase change is canceled by d 1 and G d 1, and the phase change is canceled by G d 2 and G s 2.), the nuclear magnetization excited by the irradiation of RF 2 is diffused (phase disorder). ).
  • Gd3 and Gd3, and Gd4 and Gd4 which are applied before and after the application of RF3, do not disturb the phase of nuclear magnetization excited by irradiation of RF1 (G The phase change is canceled by d3 and Gd3, 0 (14 and 0 (the phase change is canceled by 14 ').
  • the nuclear magnetization excited by the irradiation of RF3 is dephased (phase disorder). ).
  • SINC waveform (sin (t) / t) having a rectangular excitation frequency characteristic is often used for the first high-frequency magnetic field R F1 and the second high-frequency magnetic field R F2 in many cases.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a pulse sequence (water signal suppression pulse sequence) for suppressing a water signal used in the embodiment of the present invention.
  • the water signal suppression described in Non-Patent Document 2 Is the way.
  • the transmission frequency Ft is set to the resonance frequency Fw of water
  • the excitation frequency band ⁇ F High-frequency magnetic field with t set to about the water peak width ⁇ F w (high-frequency magnetic field for water excitation) Irradiation with RF w 1 (selective excitation of water core magnetization).
  • a gradient magnetic field for phase G dw1 is applied (water Pseudo-saturation of nuclear magnetization).
  • the high frequency magnetic field RF w 1 has a narrow band excitation frequency characteristic. Gaussian waveforms are often used.
  • GX as gradient magnetic field diffusion AIDS, G y is an example of applying a gradient magnetic field of any one axis of the G z, G x, G y , 3 axes G z All gradient magnetic fields may be applied simultaneously, or any two axes may be applied simultaneously.
  • the signal of the weak metabolite can be measured by performing the excitation and detection according to the sequence of FIG.
  • the flip angle of the high frequency magnetic field RFw for water excitation is often set to around 90 °, but for the gradient magnetic field Gdw for phase, various combinations and numerical values are used as the number of applied axes and applied strength.
  • the metabolite signal that can be detected in a living body is often very weak, so a large number of integrations are performed with the aim of improving the signal-to-noise ratio (SNR) of the obtained spectrum. Often done.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • FIG. 5 shows the transmission frequency when irradiating a high-frequency magnetic field and the reception frequency when detecting a magnetic resonance signal, assuming that the static magnetic field strength is constant over time (the resonance frequency is constant) in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a procedure of MRS measurement when is set only once. The outline of the shooting procedure is described below.
  • STEP05-01 Determine the imaging poxel V1 of the subject.
  • STEP05-02 If necessary, perform shimming to improve the uniformity of the static magnetic field.
  • STEP05-03 Using the MRS sequence, a magnetic resonance signal Sig generated from a predetermined region including the imaging poxel V1 is acquired.
  • STEP05-04 Calculate the magnetic resonance spectrum by applying the Fourier transform to the obtained magnetic resonance signal.
  • STEP05-05 Detect the water resonance frequency Fw from the magnetic resonance spectrum.
  • STEP05-06 Based on the detected Fw value, the transmission frequency of the high-frequency magnetic field irradiated in the process of suppressing the water signal, the transmission frequency of the high-frequency magnetic field irradiated to selectively excite the imaging poxel V1, and the imaging Set each value of the reception frequency when detecting the magnetic resonance signal generated from the poxel V1.
  • STEP05-07 Measure the spectrum of metabolites by continuously performing the water signal suppression pulse sequence shown in Fig. 4 and the MRS sequence shown in Fig. 3.
  • STEP05-08 Repeat STEP05-07 as necessary to perform signal integration.
  • the transmission frequency when irradiating a high-frequency magnetic field and the reception frequency when detecting a magnetic resonance signal are set only once, assuming that the static magnetic field strength is constant over time. If the static magnetic field strength changes over time for some reason, as the number of integration increases, the position of the measurement poxel shifts, the position of the measurement peak shifts, and a sufficient integration effect cannot be obtained. Insufficient suppression of water signal.
  • Fig. 6 shows an example of the measurement results when the measurement was performed according to the procedure shown in Fig. 5 when the static magnetic field strength changed over time.
  • Fig. 6 (a) shows the position of three orthogonal slices (first slice, second slice, and third slice) on the magnetic resonance image in the procedure for determining the imaging poxel position shown in Fig. 5.
  • FIG. 6 (b) shows a spectrum obtained from this imaging poxel.
  • the peaks of choline and creatine which should be observable separately from each other, are superimposed and buried in the water signal undersuppression.
  • the half width of the NAA peak is also wide.
  • a preliminary measurement for measuring the time change characteristic of the water resonance frequency is performed in advance before performing the MRS measurement, and the time change of the water resonance frequency is performed. From the characteristics, the amount of change in the water resonance frequency of MRS measurement is predicted, and based on the predicted value, the transmission frequency of the high-frequency magnetic field irradiated in the water signal suppression pulse sequence, the high-frequency magnetic field for excitation and inversion in the MRS sequence.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a procedure of MRS measurement in the first embodiment of the present invention. Hereinafter, a specific photographing procedure will be described.
  • STEP07-01 First, the imaging poxel V1 of the subject is determined.
  • STEP07-02 If necessary, perform shimming to improve the uniformity of the static magnetic field. O
  • STEP07-01 and STEP07-02 may be performed in any order.
  • STEP07-03 The first magnetic resonance signal Sig1 generated from the imaging poxel V1 at the first time t1 is acquired using the MRS pulse sequence shown in FIG.
  • STEP07-04 Calculate the first magnetic resonance spectrum by applying Fourier transform to Sig1.
  • STEP07-05 Detect the water resonance frequency F w 1 from the first magnetic resonance spectrum.
  • STEP07-06 Associate t 1 with F w 1 and save.
  • STEP07-07 At a second time t2 after a predetermined time from the time t1, a second magnetic resonance signal Sig2 generated from the imaging bottom cell V1 is acquired.
  • STEP07-09 Detect the water resonance frequency F w 2 from the second magnetic resonance spectrum.
  • STEP07-10 It is possible to calculate the saved time t1, Fw1, t2 and Fw2, force, and the time change characteristic of water resonance frequency (Fw2-Fwl) (t2-tl). come.
  • STEP07-12 Based on the estimated value (change amount) of the water resonance frequency, the transmission frequency F wt (i) of the high-frequency magnetic field applied to suppress the water signal set in each measurement M i, the imaging poxel V Set the transmission frequency F t (i) of the high-frequency magnetic field applied to selectively excite and invert 1 and the reception frequency F r (i) when detecting the magnetic resonance signal generated from the imaging poxel V1.
  • Equation 2 the transmission frequency F wt (i) of the high-frequency magnetic field applied to suppress the water signal set in each measurement M i
  • the imaging poxel V Set the transmission frequency F t (i) of the high-frequency magnetic field applied to selectively excite and invert 1 and the reception frequency F r (i) when detecting the magnetic resonance signal generated from the imaging poxel V1.
  • STEP07-13 Using the calculated set values (Fwt (i), Ft (i), and Fr (i)), the sequence shown in Figs. Measure the spectrum.
  • STEP07-14 Repeat steps 07-13 while integrating each set value (Fwt (i), Ft (i), Fr (i)) to the value calculated above to perform signal integration.
  • FIG. 8 shows an example of a measurement result when the measurement is performed according to the procedure of FIG. 7 when the static magnetic field strength changes with time.
  • FIG. 8 (a) shows the positions of the imaging voxels determined on the magnetic resonance image by the first slice, the second slice, and the third slice
  • FIG. 8 (b) shows the positions obtained from these imaging voxels. Shows the spectrum. Compared to Fig. 6 (b), in Fig. 8 (b), the water signal is sufficiently suppressed, and the half-width of the NAA peak is narrower. In addition, choline and creatine peaks were also separated.
  • the water resonance frequency at two given times is measured to calculate the time change characteristic of the water resonance frequency
  • the water resonance frequency at three or more times is measured and the time change characteristic is calculated.
  • the least-squares fitting method or the like can be used to calculate the water resonance frequency time change characteristics with higher accuracy.
  • Embodiment 2 in which a sufficient accuracy improvement effect can be expected even when there is no temporal continuity in the change characteristic of the water resonance frequency is described below.
  • the pulse sequence for suppressing the water signal shown in Fig. 4 and the MRS pulse sequence shown in Fig. 3 are continuously performed and the MRS measurement including the repeated measurement is performed, during the repeated measurement,
  • a preliminary measurement of the magnetic resonance signal for detecting the water resonance frequency is performed at a predetermined number of repetitions, a water resonance frequency of the repetition measurement performed after the preliminary measurement is calculated, and the repetitive measurement is performed based on the calculated value.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a procedure of MRS measurement in the second embodiment of the present invention. Hereinafter, a specific photographing procedure will be described.
  • STEP09-01 Determine the imaging poxel V1 of the subject.
  • STEP09-02 If necessary, perform shimming to improve the uniformity of the static magnetic field.
  • STEP09-08 Detect the first water resonance frequency Fw1 from the first magnetic resonance spectrum.
  • the set value of the reception frequency F r (i) for detecting the magnetic resonance signal generated from the imaging poxel V1 is calculated according to (Equation 5), (Equation 6), and (Equation 7), respectively.
  • F t (i) Fwl ⁇ : ⁇ ( number 5)
  • Ft (i) Fwl ⁇ ( number 6)
  • FIG. 10 is an example of a measurement result when the measurement is performed in accordance with the procedure of FIG. 9 when there is no temporal continuity in the change characteristic of the static magnetic field intensity.
  • FIG. 10 (a) shows the position of the radiographic poxel determined on the magnetic resonance image
  • FIG. 10 (b) shows the spectrum insulted from this radiographic poxel.
  • the water signal is sufficiently suppressed, and the half-width of the NAA peak is narrower.
  • the peaks for choline and creatine could be separated.
  • the second embodiment in the L-times spectrum measurement after the detection of the water resonance frequency, the case where various frequencies are set based on the detected water resonance frequency itself has been described. After estimating the water resonance frequency at each measurement time during L times by performing the estimation process of the above, various frequency settings may be performed based on the estimated values.
  • the preliminary measurement of the magnetic resonance signal for detecting the water resonance frequency is separately performed. Therefore, the total measurement time becomes longer according to “the ratio of the number of preliminary measurements to the number of measurements in FIGS. 4 and 3”.
  • the ratio of the number of preliminary measurements to the number of measurements in Figs. 4 and 3 can be reduced, thus increasing the measurement time. Is small, but the frequency of instantaneous changes in the resonance frequency is high or completely unknown, it is necessary to increase the ratio of the number of preliminary measurements to the number of measurements in Figs. 4 and 3. The measurement time greatly increases.
  • the MRS pulse shown in Fig. 3 must be used.
  • the excitation bands of the first high-frequency magnetic field RF1 and the second high-frequency magnetic field RF2 in Fig. 3 are narrowed, and they are included in water in the preliminary measurement. It is sufficient to excite nuclear magnetization and not excite nuclear magnetization contained in metabolites. If the nuclear magnetization contained in the metabolite is not excited during the preliminary measurement, the longitudinal relaxation of the nuclear magnetization contained in the metabolite proceeds without interruption during the preliminary measurement. If the preliminary measurement is performed during the idle time, the pulse sequence for suppressing the water signal shown in Fig. 4 and the MRS pulse sequence shown in Fig.
  • a SINC waveform or a Gaussian waveform having a narrow band excitation frequency characteristic about the peak width of a water signal may be used.
  • the flip angle of the first high-frequency magnetic field RF1 irradiated by the MRS pulse sequence should be set to 9 times. It may be set smaller than 0 degrees. If the nuclear magnetization contained in the metabolite is excited during pre-measurement so as not to be overturned, it takes a long time for the longitudinal magnetization of nuclear spins contained in the metabolite to fully recover after the preliminary measurement. If the pre-measurement is performed during the idle time of the repetitive measurement time of the MRS measurement, the pulse sequence for suppressing the water signal shown in Fig. 4 and the MRS pulse shown in Fig.
  • the imaging poxel V to be measured in the MRS measurement is used.
  • Poxel V2 different from 1 may be used as the poxel to be measured in the preliminary measurement performed to detect the water resonance frequency. (If V2 is selected in the vicinity of imaging poxel V1, the time variation of the resonance frequency in both poxels The characteristics are equivalent). If the imaging poxel V1 to be measured in the MRS measurement is not excited during the preliminary measurement, the longitudinal relaxation of the nuclear magnetization contained in the imaging Votacell V1 proceeds smoothly during the preliminary measurement.
  • the pulse sequence for suppressing the water signal shown in Fig. 4 and the MRS sensor shown in Fig. 3 without extending the entire measurement time It is possible to repeat the measurement and the preliminary measurement in which the pulse sequence is continuously performed.
  • MRS measurement often sets a long repetition time of about 2 seconds because the longitudinal relaxation time of metabolites is long. There is often an idle time of about 1 second when no high-frequency magnetic field or gradient magnetic field is applied or magnetic resonance signals are detected.
  • the poxel V2 to be measured is selectively excited in the preliminary measurement, it is necessary to selectively excite three orthogonal slices different from the three orthogonal slices including the imaging Votacell V1 to be measured in the MRS measurement .
  • Specific changes in the MRS sequence include the gradient magnetic fields for slice selection & 3 1, 0 3 2 and 0 3 3 in FIG.
  • the transmission frequencies of the second high-frequency magnetic field RF2 and the third high-frequency magnetic field RF3 may be changed (selective excitation of three orthogonal slices separated by at least the width of each slice).
  • a preliminary measurement for detecting the water resonance frequency must not be performed every predetermined number of times.
  • the preliminary measurement may be performed only when the resonance frequency is shifted.
  • the water sequence in each spectrum obtained by performing the pulse sequence for suppressing the water signal shown in Fig. 4 and the MRS pulse sequence shown in Fig. 3 continuously is measured. Monitor the change in signal peak intensity (peak area), and if the resonance frequency shifts and the water signal peak intensity (peak area) increases beyond a predetermined value, determine that the resonance frequency has shifted and perform preliminary measurement. What should I do?
  • the predetermined value the absolute value of the water signal peak intensity (peak area) may be specified, or the water signal peak intensity (peak area) in the spectrum obtained in the first or previous measurement. Alternatively, a relative value may be used.
  • the example in which the reception frequency when detecting the magnetic resonance signal is corrected has been described.
  • the measurement can be performed.
  • the same effect as in the case of correcting the received frequency can be obtained by post-processing. That is, the peak position of the residual water signal or the peak position of the metabolite signal is detected for each spectrum data before integration, and the residual water signal is detected for all the spectrum data. If the post-processing is performed after the peak position or the peak position of the metabolite signal becomes the same, and the integration processing is performed, a sufficient addition effect can be obtained. Note that the metabolite signal intensity in each spectrum is extremely small, The peak position of the metabolite signal may be detected after summing up the spectrum data for several times before and after.
  • the pulse sequence shown in FIG. 3 has been described as an example of the MRS sequence. However, similar effects can be obtained with MRS sequences other than FIG.
  • FIG. 11 is a diagram showing another example of the MRS pulse sequence applicable to the embodiment of the present invention.
  • TR is the repetition time
  • TE is the echo time
  • TM is the time indicating the irradiation interval between the second high-frequency magnetic field pulse RF2 and the third high-frequency magnetic field pulse RF3.
  • the first gradient magnetic field (the gradient magnetic field in the X-axis direction) for selecting the first slice (plane perpendicular to the X-axis) is called G sl and 90 ° pulse.
  • the second slice (plane perpendicular to the Y-axis)
  • the second gradient magnetic field for selection (the gradient magnetic field in the Y-axis direction) G s 2 and the second gradient called 90 ° pulse
  • the nuclear magnetization also included in the second slice can be rotated by 90 °.
  • Third gradient magnetic field for selecting the third slice (plane perpendicular to the Z-axis) after TM from RF2 irradiation Gs3 and third high-frequency magnetic field called 90 ° pulse
  • RF3 Third gradient magnetic field
  • the nuclear magnetization in the intersection of the first slice and the second slice rotated by RF2 which is also included in the third slice, is rotated by 90 ° again. it can.
  • the magnetic resonance signal S ig whose echo time is the time after TEZ 2 from the irradiation of RF 3 Generate 1
  • G s 1 ′ immediately after application of G s 1, G s 2 ′ immediately after application of G s 2, and G s 3 immediately after application of G s 3 are G sl, G s 2, and G s 3, respectively.
  • This is a gradient magnetic field for rephase (phase reversal) of the phase.

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Abstract

本発明は、MRS計測中に共鳴周波数が変化する場合にもスペクトル計測が可能な磁気共鳴撮影装置を提供する。MRS計測前に、予め水共鳴周波数の時間変化特性を計測しておき、計測された時間変化特性からMRS計測中の水共鳴周波数の変化量を予測し、予測された値を基準として、信号抑圧パルスシーケンスで照射する高周波磁場の送信周波数、MRS計測のシーケンスにおける、励起用および反転用高周波磁場の送信周波数及び磁気共鳴信号検出時の受信周波数の設定を行う。高精度なスペクトル計測が可能となる。

Description

明 細 書
磁気共鳴撮影装置 技術分野 .
本発明は、磁気共鳴撮影装置に係り、特にケミカルシフトに関する 情報を含む磁気共鳴信号の測定に好適な装置に関する。 背景技術
磁気共鳴撮影装置は、 静磁場中に置かれた被検体に対し、 特定周波 数の高周波磁場を照射することにより、被検体に含まれる水素原子核 の核磁化を励起し(磁気共鳴現象)、被検体から発生する磁気共鳴信号 を検出し、 物理的 ·化学的情報を取得することが可能である。 現在、 広く 普及している磁気共鳴ィ メ一ジング (Magnetic Resonance Imaging,.以下、 M R I と略す)は、 被検体中の主に水分子に含まれる 水素原子核の密度分布を反映した画像を取得している。
M R Iに対して、水素原子核を含む様々な分子の化学結合の違いに よる共鳴周波数の差異(以下、ケミカルシフトと呼ぶ)を手掛かりに、 分子毎に磁気共鳴信号を分離する磁気共鳴スぺク ト ロ ス コ ピー (Magnet ic Resonance Spectroscopy^ 以下、 M R Sと略す)と呼ぶ方 法力 S知られてレヽる(例えま、、 J. Granot, 「 Selected Volume Excitation Using Stimulated Echo (VEST) . Appl i cat i ons to spatial ly Localized Spectroscopy and Imaging 」, JV Magn. Reson. , vol. 70, pp. 488-492 (1986)を参照) 。
また、多数の領域(画素)のスぺク トルを同時に取得し分子毎に画像 化を行う方法を磁気共鳴スぺク ト ロスコ ピックイ メ ージング (Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging^ 以 M R S I と略 す) と呼び、 MR S Iを用いることにより、 代謝物質毎の濃度分布を 視覚的に捉えることが可能となる (例えば、 D. G. Norris, . Dreher, I Fast Proton Spectroscopic Imaging Using the sliced k - Space Method」, Magn. Reson. Med. , vol.30, pp.641-645 (1993)を参照) 。 通常、 生体を測定対象とする場合、 代謝物質の濃度は非常に低いこ とが多いため、 MR S又は MR S I計測を行う際、 高濃度の水の信号 を抑圧せずに計測を行うと、水から発生する巨大な信号ピークの裾野 に代謝物質の微弱な信号が埋もれてしまい、代謝物質信号を分離-抽 出することが非常に困難となる。 このため、 従来技術では、 MR S又 は MR S I計測シーケンスで励起と検出を行う直前に、 水信号を抑圧 するための処理を行う (例えば、 D. G. Norris, W. Dreher, 「 Fast Proton Spectroscopic imaging Using the sliced k一 Space Method」, Magn. Reson. Med. , vol.30, pp.641-645 (1993)を参照) 。
水信号を抑圧するための処理では、 まず初めに、 水分子に含まれる 核磁化のみを励起させるために、送信周波数を水ピーク位置に合わせ 且つ励起周波数帯域を水ピーク幅程度に狭めた高周波磁場の照射を 行う。 次に、励起状態にある多数の水分子に含まれる核磁化の位相を バラバラにし、核磁化のベタ トル和をゼロとするために、 ディフヱイ ズ用傾斜磁場の印加を行う(疑似飽和)。 そして、 水磁化の疑似飽和状 態が続いている間に、 MR S又は MR S I計測のシーケンスで励起と 検出を行うことにより、微弱な代謝物質の信号を測定していた。また、 代謝物質の信号が非常に微弱であるため、得られるスぺク トルの信号 雑音比 (S NR) を向上させるため、 従来の MR S.又は MR S I計測 では、 多数の積算を行うことが多い。
本発明に関連のある「静磁場強度の変化に伴う共鳴周波数の変動を 補正する方法」 として、 MR Iにおいて周波数変動捕正を行う方法に 関する報告(例えば、特開 200 2— 2 9 1 7 1 8号公報を参照)と、 MR S Iにおいて周波数変動補正を行う方法に関する報告 (例えば、 特開昭 6 3— 2 3 0 1 56号公報を参照) がある。 発明の開示
従来の MR S計測では、静磁場強度が時間的に一定であることを前 提に、高周波磁場照射時の送信周波数と磁気共鳴信号検出時の受信周 波数を設定していた。 具体的には、 MR S計測の前に、 少なく とも 1 回は水信号を抑圧せずにスぺク トル計測(共鳴周波数検出用前計測) を行って水の共鳴周波数を検出しておく。 そして、共鳴周波数検出用 前計測以降に行う M R S計測中は、静磁場強度が時間的に一定である ことを前提としている(即ち、 共鳴周波数が一定であることを前提と している)。
しかし、静磁場を発生する磁石の構造や特性及び測定環境によって は、 MR S計測中に、 静磁場強度が変化する場合がある。 このような 場合、 MR S計測では、 積算のために計測を繰り返しても、 共鳴周波 数シフ トに伴って、段々と水の抑圧率が低下したり、励起スライス位 置が段々とずれたり、積算による S NR向上効果が得られなかったり する課題が生じる。
従来の MR S計測では、共鳴周波数が一定であることを前提として おり、 共鳴周波数の変動については、 配慮がなされていなかった。 本発明の目的は、計測中に共鳴周波数が変化する場合にも、 高精度 なスぺク トル計測を可能とする磁気共鳴撮影装置を提供するこ とに める。
上記の課題を解決するために、 MR S又は MR S I計測前に予め水 共鳴周波数の時間変化特性を計測しておき、この時間変化特性から M R S又は M R S I計測の水共鳴周波数の変化量を予測し、 予測された 値を基準として、水信号抑圧パルスシーケンスで照射する高周波磁場 の送信周波数、 M R S又は; M R S I計測のシーケンスにおける、 励起 用および反転用高周波磁場の送信周波数、 及び、磁気共鳴信号検出時 の受信周波数の各設定値を、計測中で時々刻々と変化させる。または、 M R S又は M R S I計測のシーケンスで計測される複数の磁気共鳴信 号を、 周波数変化 (この周波数変化は、 予め計測された水共鳴周波数 の時間変化特性に基づいて予測される)に応じてシフトさせて加算す る。
また、 積算や位相エンコード情報付与のために M R S又は M R S I 計測を繰り返す際に、所定の回数毎に水共鳴周波数を検出するための 計測を行い、 この検出値を基準として、 それ以降の計測における、 水 信号抑圧パルスシーケンスで照射する高周波磁場の送信周波数、 M R S又は M R S I計測のシーケンスにおける、 励起用および反転用高周 波磁場の送信周波数、及び、磁気共鳴信号検出時の受信周波数の設定 を行う。
本発明では、 M R S又は M R S I計測前に、 予め水共鳴周波数の時 間変化特性を計測しておき、計測された時間変化特性から M R S又は M R S I計測中の水共鳴周波数の変化量を予測し、 予測された値を基 準として、水信号抑圧パルスシーケンスで照射する高周波磁場の送信 周波数、 M R S又は M R S I計測のシーケンスにおける、 励起用およ び反転用高周波磁場の送信周波数、及び、磁気共鳴信号検出時の受信 周波数の設定を行う。 この結果、 M R S又は M R S I計測中に共鳴 周波数が変化する場合にも高精度なスぺク トル計測が可能となる。 本発明の磁気共鳴撮影装置は、静磁場を発生する手段と、傾斜磁場 を発生する傾斜磁場発生手段と、高周波磁場を発生する高周波磁場発 生手段と、 被検体から発生する磁気共鳴信号を計測する計測手段と、 計測された磁気共鳴信号についての演算を行う演算手段と、計測され た磁気共鳴信号と演算手段による演算結果を記憶する記憶手段と、傾 斜磁場尧生手段と高周波磁場発生手段と計測手段と演算手段と記憶 手段との各部に動作条件を設定して各部の動作を制御するシーケン ス制御手段とを具備している。
第 1の構成では、 シーケンス制御手段は、 磁気共鳴信号の計測を複 数回繰り返し 行う場合に、 ( 1 ) 所定の回数の磁気共鳴信号の計測 毎に、 水の共鳴周波数を計測するための予備計測を実行すること、 ( 2 )予備計測で得られた磁気共鳴信号をフーリェ変換して得られる 磁気共鳴スペク トルから水の共鳴周波数を検出すること、 (3 ) ( 2 ) で検出された水の共鳴周波数に基づいて、予備計測以降に実行される パルスシーケンスにおける、被検体に照射する高周波磁場の送信周波 数、又は Z及び、磁気共鳴信号を計測する際の受信周波数を設定する こと、 の制御を行う。
第 2の構成では、 シーケンス制御手段は、 ( 1 ) 被検体に高周波磁 場及び傾斜磁場を印加して、水の信号を抑圧する水抑圧シーケンスを 実行すること、 (2 ) 被検体に高周波磁場及び傾斜磁場を印加して、 所定のポクセル選択励起し、所定のポクセルから発生する磁気共鳴信 号を計測するスペク トル計測シーケンスを実行すること、 (3 ) ( 1 ) 及び (2 ) を複数回繰り返して行う場合に、 所定の回数の (1 ) 及ぴ ( 2 ) の実行に先立って、 水の共鳴周波数を計測するための予備計測 シーケンスを実行すること、 ( 4 ) ( 3 ) で検出された水の共鳴周波 数に基づいて、水抑圧シーケンスで照射する高周波磁場の送信周波数 を設定し、 スぺク トル計測シーケンスにおいて、 上記所定のポクセル を選択励起するために照射する高周波磁場の送信周波数、又は/及び、 上記所定のポクセルから発生する磁気共鳴信号を検出する際の受信 周波数を設定すること、 の制御を行う。
第 3の構成では、 シーケンス制御手段は、 ( 1 ) 被検体に高周波磁 場及ぴ傾斜磁場を印加して、水の信号を抑圧する水抑圧シーケンスを 実行すること、 (2) 被検体に高周波磁場及び傾斜磁場を印加して、 所定のポクセルを選択励起し、所定のポクセルから発生する磁気共鳴 信号を計測するスぺク トル計測シーケンスを実行すること、 ( 3)
( 1 ) 及び (2) を複数回繰り返して行う場合に、 所定の回数の (1 ) 及び (2) の実行毎に、 (1 ) 及ぴ (2) の実行で得られた磁気共 鳴信号をフーリエ変換して得られる磁気共鳴スぺク トルから水信号 ピークを検出して、 水信号ピークの信号強度を算出すること、 (4) 算出した水信号ピークの信号強度が、所定の値以上に増加した場合に 水共鳴周波数がシフ トしたと判定すること、 (5) (4) で水共鳴周 波数がシフ トしたと判定した場合に、水の共鳴周波数を計測するため の予備計測を実行すること、 (6) 予備計測で得られた磁気共鳴信号 をフーリェ変換して得られる磁気共鳴スぺク トルから水の共鳴周波 数を検出すること、 (7) (6) で検出された水の共鳴周波数に基づ いて、 予備計測以降に実行されるパルスシーケンスにおいて、水抑圧 シーケンスで照射する高周波磁場の送信周波数を設定すること、又は /及び、スぺク トル計測シーケンスで上記所定のポクセルを選択励起 するために照射する高周波磁場の送信周波数を設定すること、又は/ 及び、上記所定のポクセルから発生する磁気共鳴信号を検出する際の 受信周波数を設定すること、 の制御を行う。
以上説明した第 1、 第 2、 第 3の構成によれば、 計測中に共鳴周波 数が変化する場合にも、 周波数補正を行うことにより、位置ずれや位 相情報のずれを減少させることが可能となる。 また、高精度なスぺク トル計測が可能となる。
以下の構成では、 シーケンス制御手段は、 高周波磁場を被検体に少 なく とも 1回照射し、傾斜磁場の印加強度がほぼゼロの状態で、 高周 波磁場の照射の後に発生する磁気共鳴信号を計測し、計測された磁気 共鳴信号から磁気共鳴スぺク トル情報を算出して磁気共鳴スぺク ト ル計測を行う制御を含んでいる。
第 4の構成では、 シーケンス制御手段は、 ( 1 ) 磁気共鳴スぺク ト ル計測の測定対象のポクセルから発生する第 1の磁気共鳴信号を、第 1 の時間区間で計測すること、 ( 2 ) 第 1 の磁気共鳴信号をフーリェ 変換して得られる第 1の磁気共鳴スぺク トルから、水の共鳴周波数 F 1を検出すること、 (3 ) 第 1の磁気共鳴信号の計測後から所定時間 後の第 2の時間区間で、上記ポクセルから発生する第 2の磁気共鳴信 号を計測すること、 (4 ) 第 2の磁気共鳴信号をフーリエ変換して 得られる第 2の磁気共鳴スぺク トルから、水の共鳴周波数 F 2を検出 すること、 ( 5 ) F 1及び F 2に基づいて、 水の共鳴周波数の時間変 動を算出すること、 の制御を行う。
第 5の構成では、 シーケンス制御手段は、 (1 ) 磁気共鳴スぺク ト ル計測の測定対象のポクセルから発生する第 1の磁気共鳴信号を、第 1 の時間区間で計測すること、 (2 ) 第 1 の磁気共鳴信号をフーリエ 変換して得られる第 1の磁気共鳴スぺク トルから、水の共鳴周波数 F 1を検出すること、 ( 3 ) 第 1の磁気共鳴信号の計測後から所定時間 後の第 2の時間区間で、上記ポクセルから発生する第 2の磁気共鳴信 号を計測すること、 (4 ) 第 2の磁気共鳴信号をフーリエ変換して 得られる第 2の磁気共鳴スぺク トルから、水の共鳴周波数 F 2を検出 すること、 (5 ) F 1及び F 2に基づいて、 第 2の磁気共鳴信号の計 測終了以降での磁気共鳴信号を計測する計測時間における、水の共鳴 周波数の時間変動を推定すること、 (6 ) 推定された共鳴周波数の時 間変動を用いて、 高周波磁場の送信周波数、 又は Z及び、 上記ポクセ ルから発生する磁気共鳴信号を受信する受信周波数を算出して、高周 波磁場発生手段、 又は/及び、 計測手段の動作条件を設定した後に 、 上記ポクセルから発生する磁気共鳴信号の計測を行うこと、 (7 ) 第 2の磁気共鳴信号の計測終了以降に、 (6 ) を複数回繰り返し行う こと、 の制御を行う。
第 6の構成では、 シーケンス制御手段は、磁気共鳴信号の計測を複 数回繰り返して行う場合に、 (1 ) 所定の回数の磁気共鳴信号の計測 毎に、 水の共鳴周波数を計測するための予備計測—を実行すること、 ( 2 )予備計測で得られた磁気共鳴信号をフーリェ変換して得られる 磁気共鳴スペク トルから水の共鳴周波数を検出すること、 (3 ) ( 2 ) で検出された水の共鳴周波数に基づいて、予備計測以降に実行するス ぺク トル計測シーケンスにおける、被検体に照射する高周波磁場の送 信周波数、 又は/及び、磁気共鳴信号を計測する際の受信周波数を設 定すること、 の制御を行う。
以上説明した第 4、 第 5、 第 6の構成によれば.、 計測中に共鳴周波 数が変化する場合にも、 高精度なスぺク トル計測が可能となる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明が適用される磁気共鳴撮影装置の外観図、 図 2は、 本発明が適用される磁気共鳴撮影装置の構成例を示す図、 図 3は、 本 発明の実施例で使用する M R Sパルスシーケンスの一例を示す図、図 4は、 本発明の実施例で使用する、 水信号を抑圧するためのパルスシ 一ケンスの一例を示す図、 図 5は、 本発明の実施例において、 静磁場 強度が時間的に一定であることを前提とした場合の M R S計測の手 順を示すフローチャート図、 図 6は、 (a ) 図 5のフローチャートに おける撮影ポクセルの位置決めの様子を示す図、 (b ) 静磁場強度が 時間的に変化した場合に、図 5のフローチヤ一トに従って計測した M R Sの測定結果例を示す図、 図 7は、 本発明の実施例 1における、 M R S計測の手順を示すフローチャート図、 図 8は、 (a ) 撮影ポクセ ルの位置を示す図、 (b ) 静磁場強度が時間的に変化した場合に、 図 7のフローチャートに従って計測した M R Sの測定結果例を示す図、 図 9は、本発明の実施例 2における、 M R S計測の手順を示すフロー チャート図、 図 1 0は、 (a ) 撮影ポクセルの位置を示す図、 (b ) 静磁場強度の変化特性に時間的な連続性が無かった場合に、図 9のフ ローチャートに従って計測した M R Sの測定結果例を示す図、図 1 1 は、本発明の実施例に適用可能な M R S計測のパルスシーケンスの一 例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
図 1は、本発明が適用される磁気共鳴撮影装置の外観図である。 図 1 (a)は、 ソレノィ ドコイルで静磁場を発生する トンネル型磁石を用 いた磁気共鳴撮影装置であり、 図 1 (b)は、 開放感を高めるために磁 石を上下に分離したハンバーガー型の磁気共鳴撮影装置である。また、 図 1 (c)は、 図 1 (a)と同じトンネル型の磁気共鳴撮影装置であるが、 磁石の奥行を短く し且つ斜めに傾けることによって、開放感を高めて いる。
図 2は、本発明が適用される磁気共鳴撮影装置の構成例を示す図で ある。 被検体 1は、静磁場発生マグネッ ト 2により生成される静磁場 及び傾斜磁場発生コイル 3により生成される直交する 3方向の傾斜 磁場が印加される空間に置かれる。各コイルに流す電流を変化させる ことにより、静磁場の均一度を調整できるシムコイル 1 1を備えてい る場合もある。 被検体 1に対し、 プローブ 4により生成される高周波 磁場を照射し磁気共鳴現象を生じさせ、被検体 1から発生する磁気共 鳴信号をプローブ 4により検出する。 なお、 照射する高周波磁場は送 信機 8により生成され、検出した磁気共鳴信号は受信機 9·を通して計 算機 5に送られる。 計算機 5は、磁気共鳴信号に対して様々な演算処 理を行いスぺク トル情報や画像情報を生成し、それらの情報をデイス プレイ 6に表示したり記憶装置 1 3に記録したりする(必要に応じて、 測定条件等も記憶装置 1 3に記録される)。 シムコイル 1 1の駆動用 電源部 1 2、傾斜磁場発生コイル 3の駆動用電源部 7、送信機 8及び 受信機 9は、シーケンス制御装置 1 0により制御される。なお図 2は、 プローブ 4を送信 ·受信兼用として用いる場合の例を示しているが、 送信用プローブと受信用プローブを分離して備えている場合もある。 以下、本発明の実施例で使用するのパルスシーケンスについて説明 する。
図 3は、本発明の実施例で使用する、 M R S計測のパルスシーケン ス (M R Sパルスシーケンス) の一例を示す図である。 図 3に示す M R Sパルスシーケンスでは、 まず初めに、 第 1 スライス(X軸に垂直 な面)選択用の第 1の傾斜磁場(X軸方向の傾斜磁場) G s 1 と 9 0 ° パルスと呼ばれる第 1 の高周波磁場 R F 1を同時に印加することに より、 第 1スライス内の核磁化を励起状態にできる。 ここで、 T Eを エコー時間、 T Rを繰返し時間とする。
次に、 R F 1 の照射から T E Z 4後に、 第 2スライス(Y軸に垂直 な面)選択用の第 2の傾斜磁場 (Y軸方向の傾斜磁場) G s 2と 1 8 0 ° パルスと呼ばれる第 2の高周波磁場 R F 2を同時に印加するこ とにより、 R F 1によって励起されていた第 1 スライス内の核磁化の うち、 第 2スライスにも含まれる核磁化を 1 80° 反転できる。
さらに、 RF 2の照射から TEZ2後に、 第 3スライス(Z軸に垂 直な面)選択用の第 3の傾斜磁場 (Z軸方向の傾斜磁場) G s 3と 1 8 0° パルスと呼ばれる第 3の高周波磁場 R F 3を同時に印加する ことにより、 RF 2によって反転された第 1スライスと第 2スライス の交差領域内にある核磁化のうち、第 3スライスにも含まれる核磁化 を再度 1 80° 反転できる。 上記の 3組の、 高周波磁場及び傾斜磁場 の印加により、 RF 3の照射から TE/4後の時点をエコータイムと する磁気共鳴エコー信号 S i g 1を発生できる。
なお、 G s 1の印加の直後に印加される G s 1 ' は、 G s 1に対す るリフェイズ(位相戻し)用の傾斜磁場である。 また、 RF 2の印加の 前後で印加される G d 1 と G d 1, 、 及び、 G d 2と G s 2, は、 R F 1の照射により励起された核磁化の位相は乱さず (G d 1 と G d 1, で位相変化はキャンセルされ、 G d 2と G s 2, で位相変化はキ ャンセルされる。 ) 、 R F 2の照射により励起された核磁化をディフ エイズ(位相乱し)するための傾斜磁場である。 さらに、 R F 3の印加 の前後で印加される G d 3と G d 3, 、 及び、 G d 4と G d 4, は、 R F 1の照射により励起された核磁化の位相は乱さず(G d 3と G d 3, で位相変化はキャンセルされ、 0 (14と 0 (14 ' で位相変化はキ ヤンセルされる。 ) 、 R F 3の照射によって励起された核磁化をディ フェイズ(位相乱し)するための傾斜磁場である。
図 3のパルスシーケンスを実行することにより、上記の 3つのスラ イスが交差する領域(撮影ポクセル) V 1に含まれる核磁化のみを選 択的に励起することが出来る。 そして、 この撮影ポクセル V 1から発 生する磁気共鳴信号を測定し、測定された磁気共鳴信号に対してフー リェ変換を施すことにより、撮影ポクセル V 1の磁気共鳴スぺク トル を得ることが可能となる。
また、 第 1の高周波磁場 R F 1及ぴ第 2の高周波磁場 R F 2には、 通常、矩形状の励起周波数特性を有する SINC波形(sin (t) /t)が用いら れる場合が多い。
M R S計測を行う際、水の信号を抑圧せずに計測を行うと、 水から 発生する巨大な信号ピークの裾野に代謝物質の微弱な信号が埋もれ てしまい、 代謝物質信号を分離 ·抽出することが非常に困難となる。 このため代謝物質信号を検出する場合の M R S計測では、図 3のシー ケンスによる励起 ·検出を行う直前に、水信号を抑庄するための処理 を行う。
図 4は、本発明の実施例で使用する、水信号を抑圧するためのパル スシーケンス (水信号抑圧パルスシーケンス)の一例を示す図であり、 非特許文献 2に記載されている水信号抑圧方法である。図 4に示すパ ルスシーケンスでは、 まず初めに、水分子に含まれる核磁化のみを励 起させるために、送信周波数 F tを水の共鳴周波数 F wに設定し、 且 つ励起周波数帯域 Δ F tを水ピーク幅 Δ F w程度に設定した高周波 磁場 (水励起用高周波磁場) R F w 1の照射を行う(水核磁化の選択 励起)。
次に、励起状態にある水分子に含まれる核磁化の位相をバラバラに し、水の磁化のべク トル和をゼロとするために、 ディフェイズ用傾斜 磁場 G d w 1の印加を行う(水核磁化の疑似飽和)。
更に水信号の抑圧効果を増すために、水励起用高周波磁場 R F w 1 及びディフェイズ用傾斜磁場 G d w 1 と同様の高周波磁場及びディ フェイズ用傾斜磁場の印加を、 3回程度繰り返して行う場合が多い (図 4は、 3回繰り返すシーケンス例である) 。
なお、 高周波磁場 R F w 1には、狭帯域の励起周波数特性を有する ガウス波形が用いられる場合が多い。 また、 図 4に示す例は、 ディフ エイズ用傾斜磁場として G X、 G y、 G zのうちいずれか 1軸の傾斜 磁場を印加する例であるが、 G x、 G y、 G zの 3軸全ての傾斜磁場 を同時に印加しても良いし、いずれか 2軸を同時に印加しても構わな い。
そして、 この水磁化の疑似飽和状態が続いている間に、 図 3のシー ケンスにより、 励起 ·検出を行うことにより、 微弱な代謝物質の信号 を測定することが可能となる。
なお通常、水励起用高周波磁場 R F wのフリップ角は 9 0 ° 前後に 設定する場合が多いが、 ディフェイズ用傾斜磁場 G d wについては、 印加軸数や印加強度として様々な組合せや数値が用いられている。ま た通常、 生体内から検出できる代謝物質の信号は、 非常に微弱である 場合が多いため、 得られるスぺク トルの信号雑音比(SNR)を向上させ ることを目的に多数の積算を行うことが多い。
図 5は、 本発明の実施例において、 静磁場強度が時間的に一定(共 鳴周波数が一定)であることを前提に、 高周波磁場照射時の送信周波 数と磁気共鳴信号検出時の受信周波数を 1回だけ設定する場合の M R S計測の手順を示すフローチヤ一ト図である。 以下に、 撮影手順の 概要を説明する。
STEP05- 01:被検体の撮影ポクセル V 1を決定する。
STEP05- 02:必要であれば静磁場均一度を向上させるためのシミン グを行う。
STEP05- 03: M R Sシーケンスを用いて、 撮影ポクセル V 1を含む 所定の領域から発生する磁気共鳴信号 S i gを取得する。
STEP05-04:取得した磁気共鳴信号にフーリェ変換を施すことによ り磁気共鳴スぺク トルを算出する。 STEP05-05 :磁気共鳴スぺク トルから水共鳴周波数 F wを検出する。 STEP05 - 06:検出された F wの値を基準として、 水信号を抑圧する 処理で照射する高周波磁場の送信周波数、撮影ポクセル V 1を選択励 起するために照射する高周波磁場の送信周波数、撮影ポクセル V 1か ら発生する磁気共鳴信号を検出する際の受信周波数の各値を設定す る。
STEP05- 07: 図 4に示す水信号抑圧パルスシーケンスと図 3に示す M R Sシーケンスとを連続して行うことにより代謝物質のスぺク ト ルを計測する。
STEP05-08:必要に応じて STEP05- 07を繰り返して信号積算を行う。 この図 5に示す撮影手順では、静磁場強度が時間的に一定であるこ とを前提に、高周波磁場照射時の送信周波数と磁気共鳴信号検出時の 受信周波数を 1回だけ設定しているため、何らかの原因によって静磁 場強度が時間的に変化していた場合、 積算回数が増加するに従って、 計測ポクセルの位置がずれたり、計測ピークの位置がずれて十分な積 算効果が得られなかったり、水信号の抑圧が不十分となったり してし まつ。
図 6は、 静磁場強度が時間的に変化していた場合に、 図 5の手順で 計測を行った場合の測定結果例である。 図 6 (a)は、 図 5に示した撮 影ポクセル位置を決定する手順において、磁気共鳴画像上で直交する 3つのスライス (第 1スライス、 第 2スライス、 第 3スライス) の位 置を調整し、撮影ポクセル位置を決定する様子を示しており、図 6 (b) は、この撮影ポクセルから得られたスぺク トルを示している。図 6 (b) では、本来ピークが分離して観測できるはずのコリンとクレアチンの ピークが重畳し、抑圧が不十分な水信号の裾野に埋もれている。また、 N A Aのピークの半値幅も広いものとなっている。 (実施例 1 )
実施例 1では、複数回の繰り返し計測を伴う M R S計測を実施する 際、 M R S計測を行う前に、 予め水共鳴周波数の時間変化特性を計測 する予備計測を行っておき、水共鳴周波数の時間変化特性から M R S 計測の水共鳴周波数の変化量を予測し、 予測された値を基準として、 水信号抑圧パルスシーケンスで照射する高周波磁場の送信周波数、 M R Sシーケンスにおける、励起用おょぴ反転用高周波磁場の送信周波 数、 及び、磁気共鳴信号検出時の受信周波数の設定を行う方法を提案 する。
図 7は、本発明の実施例 1における、 M R S計測の手順を示すフロ 一チャー ト図である。 以下、 具体的な撮影手順を説明する。
STEP07-01: まず初めに、 被検体の撮影ポクセル V 1を決定する。 STEP07-02:必要であれば静磁場均一度を向上させるためのシミン グを行う o
なお、 STEP07-01と STEP07-02は、 順番を前後して行っても構わない。
STEP07- 03: 図 3に示す M R Sパルスシーケンスを用いて、 第 1 の 時刻 t 1に撮影ポクセル V 1から発生する第 1 の磁気共鳴信号 S i g 1を取得する。
STEP07-04: S i g 1にフーリェ変換を施すことにより第 1 の磁気 共鳴スぺク トルを算出する。
STEP07-05:第 1 の磁気共鳴スぺク トルから水共鳴周波数 F w 1を 検出しする。
STEP07-06: t 1と F w 1を関連付けて保存する。
STEP07-07: 時刻 t 1から所定時間後の第 2の時刻 t 2に撮影ボタ セル V 1から発生する第 2の磁気共鳴信号 S i g 2を取得する。
STEP07- 08: S i g 2にフ リェ変換を施すことにより第 2の磁気 共鳴スぺク トルを算出する。
STEP07-09:第 2の磁気共鳴スぺク トルから水共鳴周波数 F w 2を 検出する。
STEP07-10:保存していた t 1及び F w 1 と t 2及ぴ F w 2と力、ら、 水共鳴周波数の時間変化特性(Fw2-Fwl)パ t2- tl)を算出することが出 来る。
STEP07- 11: 時刻 t 2以降に、 N回の繰り返し計測を伴う磁気共鳴 信号計測(即ち、 図 4に示す水信号を抑圧するためのパルスシーケン スと図 3に示す MR Sパルスシーケンスを連続して N回繰り返す計 測)を実施する際、 N回の各計測 M i ( i =1, 2, 3, ···, N)の各計測時刻 t ( i ) における水共鳴周波数の推測値 Fw ( i ) を、 (数 1 ) に従 つて算出する。
Fw(i)=Fwl+(Fw2-Fwl)/(t2-tl) X (t(i)-tl) … (数 1 )
STEP07-12: この水共鳴周波数の推測値(変化量)を基に、 各計測 M iで設定する水信号を抑圧するために照射する高周波磁場の送信周 波数 F w t ( i ) 、 撮影ポクセル V 1を選択的に励起および反転する ために照射する高周波磁場の送信周波数 F t ( i ) 、 撮影ポクセル V 1から発生する磁気共鳴信号を検出する際の受信周波数 F r ( i ) の 設定値を、 それぞれ、 (数 2) 、 (数 3) 、 (数 4) に従って算出す る。
Fwt(i)=Fw(i) … (数 2)
Ft(i) =Ft(l) + (Fw2-Fwl)/(t2-tl) X (t(i)-t(l)) … (数 3 ) Fr(i) =Fr(l) + (Fw2-Fwl)/(t2-tl) X (t(i)-t(l)) … (数 4)
STEP07- 13:算出した各設定値 (Fw t ( i ) 、 F t ( i ) 、 F r ( i ) ) を用いて、 図 4、 図 3に示すシーケンスを連続して行うこと により代謝物質のスぺク トルを計測する。 STEP07-14:各設定値(F w t ( i ) 、 F t ( i ) 、 F r ( i ) )を 上記で算出した値に変化させながら STEP07 - 13を繰り返して信号積算 を行う。
図 7の手順に従って MR S計測を行うことにより、計測中の磁場変 動等に伴う共鳴周波数変化がある状況においても、高精度な MR S計 測が可能となる。
図 8は、 静磁場強度が時間的に変化していた場合に、 図 7の手順で 計測を行った時の測定結果例である。 図 8 (a)は、 第 1スライス、 第 2スライス、 第 3スライスにより、磁気共鳴画像上で決定した撮影ボ クセルの位置を示しており、 図 8 (b)は、 この撮影ポクセルから得ら れたスぺク トルを示している。 図 6 (b)に比較して、 図 8 (b)では、 水 信号の抑圧が十分に行えており、 N A Aのピークの半値幅も狭いもの となっている。また、コリンとクレアチンのピークも分離できている。 上記の例では、ある 2つの時刻における水共鳴周波数を計測して水 共鳴周波数の時間変化特性を算出する場合について述べたが、 3っ以 上の時刻における水共鳴周波数を計測して時間変化特性を算出する 場合、最小自乗フィッティング法等を用いることにより、 より精度の 高い水共鳴周波数の時間変化特性を算出することが可能となる。
また上記の例では、水共鳴周波数の時間変化特性が線形変化を持つ ことを仮定し、 上述した時間変化特性(Fw2 - Fwl)/(t2- 11)を算出する 場合について述べたが、線形変化以外の変化を持つ場合にも、 最小自 乗フイツティング法等を用いることにより高次の近似特性を算出し、 水共鳴周波数の変化予測をできる。
水共鳴周波数の変化特性に時間的な連続性が有る場合は精度向上 効果が得られるものの、水共鳴周波数が瞬間的に変化してしまう場合 等の水共鳴周波数の変化特性に時間的な連続性が無い場合には、十分 な精度向上効果が得られなくなることがある。水共鳴周波数の変化特 性に時間的な連続性が無い場合にも、十分な精度向上効果が期待でき る実施例 2について、 以下述べる。
(実施例 2 )
実施例 2では、図 4に示す水信号を抑圧するためのパルスシーケン スと図 3に示す M R Sパルスシーケンスを連続して、複数回繰り返し 計測を伴う M R S計測を実施する際、繰り返し計測の実施中に、 所定 の繰り返し回数毎に水共鳴周波数を検出するための磁気共鳴信号の 予備計測を行い、予備計測以降に行う繰り返し計測の水共鳴周波数を 算出し、 算出された値を基準として、 繰り返し計測時における、 水信 号抑圧パルスシーケンスで照射する高周波磁場の送信周波数、 M R S 計測のシーケンスにおける、励起用および反転用高周波磁場の送信周 波数、及び磁気共鳴信号検出時の受信周波数の設定を行う方法を提案 する。
図 9は、本発明の実施例 2における、 M R S計測の手順を示すフロ 一チャート図である。 以下、 具体的な撮影手順を説明する。
STEP09-01:被検体の撮影ポクセル V 1を決定する。
STEP09-02:必要であれば静磁場均一度を向上させるためのシミン グを行う。
SteP09- 04〜05: L回毎の水共鳴周波数検出を行うために、 計測回 数( i = 1, 2, 3,··', N)を Lで割り算した余り (i mod L)が 0であるかど う力 こよって判定する。
(STEP09- 06) :第 1 の予備計測として、 図 3に示す M R Sパルスシ 一ケンスを用いて、 第 1の時刻 t ( 1 ) に撮影ポクセル V 1から発生 する第 1の磁気共鳴信号 S i g ( 1 ) を取得する。
STEP09 - 07: S i g ( 1 ) にフーリェ変換を施すことにより第 1の 磁気共鳴スぺク トルを算出する。
STEP09 - 08:第 1の磁気共鳴スぺク トルカ ら第 1の水共鳴周波数 F w 1を検出する。
STEP09- 09:次に、 時刻 t ( 1 ) 以降に、 N回の繰り返し計測を伴 う磁気共鳴信号計測(図 4に示す水信号を抑圧するためのパルスシー ケンスと図 3に示す MR Sパルスシーケンスを連続して行う計測)を 実施する際、 所定回数 L回までの計測では、水共鳴周波数 Fw 1を基 準にして、 繰り返し行う各計測 M ( i ) ( i =1, 2,3,…, L)で設定す る水信号を抑圧するために照射する高周波磁場の送信周波数 F w t ( i ) 、撮影ポクセル V 1を選択励起するために照射する高周波磁場 の送信周波数 F t ( i ) 、 撮影ポクセル V 1から発生する磁気共鳴信 号を検出する際の受信周波数 F r ( i )の設定値を、それぞれ(数 5)、 (数 6) 、 (数 7) に従って算出する。
F t(i) =Fwl ·:· (数 5 ) Ft(i) =Fwl ··· (数 6 )
Fr(i) =Fwl ··· (数 7)
STEP09- 10:次に、 上記の各設定値(F w t ( i ) 、 F t ( i ) 、 F r ( i ) )を用いて、 図 4に示す水信号を抑圧するためのパルスシー ケンスと図 3に示す MR Sパルスシーケンスを連続して行うことに より、 代謝物質のスペク トル計測 ( i ) を行う。 このスペク トル計 測を L回繰り返す(M ( i ) ( i =1, 2,3, ···, L)0 そして、 所定回数 L 回目の計測終了後に、 再度、 STEP09- 06と同様の計測と STEP09 - 07〜08 と同様の処理とを繰り返して行うことにより、 第 2の時刻 t (2 ) における第 2の水共鳴周波数 F w 2を検出し、 さらに STEP09 - 09と 同様の処理と STEP09 - 10と同様の計測を繰り返して、 計測 M ( i ) ( i 二(L+1),2,3,"',2L)を行う。 このように L回毎に水共鳴周波数を再 検出して、各周波数の設定(補正)を行いながら N回の繰り返し計測を 行う (Step09 - 11)ことにより、 計測中の磁場変動等に伴う共鳴周波数 変化がある状況においても、 高精度な M R S計測が可能となる。
図 1 0は、静磁場強度の変化特性に時間的な連続性が無かった場合 に、図 9の手順で計測を行った時の測定結果例である。図 1 0 (a)は、 磁気共鳴画像上で決定した撮影ポクセルの位置を示しており、図 1 0 (b)はこの撮影ポクセルから^ f辱られたスぺク トルを示している。 図 6 (b)に比較して、 図 1 0 (b)では、 水信号の抑圧が十分に行えており、 N A Aのピークの半値幅も狭いものとなっている。 また、 コリ ンとク レアチンのピークも分離できている。
実施例 2では、水共鳴周波数を検出した後の L回のスぺク トル計測 では、検出した水共鳴周波数そのものを基準として各種周波数設定を 行う場合について述べたが、実施例 1の手法と同様の推測処理を行う ことにより、 L回中の各計測時刻における水共鳴周波数を推測したの ち、 推測された各値を基準として各種周波数設定を行っても良い。 実施例 2では、図 4に示す水信号を抑圧するためのパルスシーケン スと図 3に示す M R Sパルスシーケンスに加えて、別途、 水共鳴周波 数を検出するための磁気共鳴信号の予備計測を行うため、 「図 4及び 図 3の計測数に対する予備計測数の割合」 に応じて、全体の計測時間 が長くなってしまう。 例えば、共鳴周波数が瞬間的に変化する頻度が 低いことが予め分かっている場合には、 「図 4及び図 3の計測数に対 する予備計測数の割合」 を小さくできるため、計測時間の増大が小さ くてすむが、共鳴周波数が瞬間的に変化する頻度が高いもしくは全く 不明な場合には、 「図 4及び図 3の計測数に対する予備計測数の割 合」 を大きくする必要が有り、 計測時間が大きく増大する。
上記の計測時間の増大を避けるためには、図 3に示す M R Sパルス シーケンスを用いて、水共鳴周波数を検出するための予備計測を行う 際に、図 3の第 1高周波磁場 R F 1及ぴ第 2高周波磁場 R F 2の励起 帯域を狭め、 予備計測では水に含まれる核磁化を励起し、代謝物質に 含まれる核磁化を励起しないようにすれば良い。予備計測中には代謝 物質に含まれる核磁化を励起しないようにすれば、代謝物質に含まれ る核磁化の縦緩和が予備計測中にも滞りなく進行するため、 M R S計 測の繰り返し計測時間の空き時間に予備計測を行えば、全計測時間を 延長せずに、図 4に示す水信号を抑圧するためのパルスシーケンスと 図 3に示す M R Sパルスシーケンスを連続して行う計測と予備計測 を繰り返すことが可能となる (M R S計測では、代謝物質の縦緩和時 間が長いため 2秒程度の長い繰り返し時間を設定する場合が多く、通 常、高周波磁場及び傾斜磁場の印加や磁気共鳴信号の検出を行わない 空き時間が 1秒程度ある場合が多い) 。 なお、 水に含まれる核磁化 を励起するためには、水信号ピーク幅程度の狭帯域の励起周波数特性 を有する SINC波形やガウス波形を用いれば良い。
また、 上記計測時間の大きな増大を避けるためには、水共鳴周波数 を検出するための予備計測を行う際に、 M R Sパルスシーケンスで照 射する第 1 の高周波磁場 R F 1 のフリ ップ角を 9 0度よりも小さく 設定しても良い。予備計測中には代謝物質に含まれる核磁化をあまり 倒さないように励起しておけば、代謝物質に含まれる核スピンの縦磁 化が予備計測後に十分回復するためにあまり長い時間を必要としな くなるため、 M R S計測の繰り返し計測時間の空き時間に予備計測を 行えば、 全計測時間を延長せずに、 図 4に示す水信号を抑圧するため のパルスシーケンスと図 3に示す M R Sパルスシーケンスを連続し て行う計測と予備計測を繰り返すことが可能となる(M R S計測では、 代謝物質の縦緩和時間が長いため 2秒程度の長い繰り返し時間を設 定する場合が多く、通常、 高周波磁場及び傾斜磁場の印加や磁気共鳴 信号の検出を行わない空き時間が 1秒程度ある場合が多い) 。 なお、 水に含まれる核磁化は非常に大きいため、 R F 1 のフリップ角が小さ い場合でも、水共鳴周波数を検知するために十分な信号強度を有する 水信号ピークを発生させることが出来る。
また、 上記の計測時間の増大を避けるためには、 図 3に示す M R S パルスシーケンスを用いて、水共鳴周波数を検出するための予備計測 を行う際に、 M R S計測で測定対象とする撮影ポクセル V 1とは異な るポクセル V 2を、水共鳴周波数検出のために行う予備計測の測定対 象ポクセルとしても良い(撮影ポクセル V 1近辺で V 2を選択すれば、 両ポクセルにおける共鳴周波数の時間変化特性は同等となる) 。 予備 計測中には M R S計測で測定対象とする撮影ポクセル V 1を励起し ないようにすれば、撮影ボタセル V 1に含まれる核磁化の縦緩和が予 備計測中にも滞りなく進行するため、 M R S計測の繰り返し計測時間 の空き時間に予備計測を行えば、全計測時間を延長せずに、 図 4に示 す水信号を抑圧するためのパルスシーケンスと図 3に示す M R Sノ、。 ルスシーケンスを連続して行う計測と予備計測を繰り返すことが可 能となる (M R S計測では、代謝物質の縦緩和時間が長いため 2秒程 度の長い繰り返し時間を設定する場合が多く、 通常、 高周波磁場及び 傾斜磁場の印加や磁気共鳴信号の検出を行わない空き時間が 1秒程 度ある場合が多い) 。
なお、予備計測で測定対象とするポクセル V 2を選択励起する際に は、 M R S計測で測定対象とする撮影ボタセル V 1を含む直交 3スラ イスとは異なる直交 3スライスを選択励起する必要がある。 M R Sシ 一ケンス上の具体的な変更点としては、図 3のスライス選択用傾斜磁 場& 3 1、0 3 2、0 3 3は変化させずに、第 1の高周波磁場 R F 1、 第 2の高周波磁場 R F 2、第 3の高周波磁場 R F 3の各送信周波数を 変化させれば良い(各スライス幅分以上離れた位置の直交 3スライス を選択励起する)。
また、 上記計測時間の大きな増大を避けるためには、 図 9に示した 測定手順のように、所定の回数毎に、必ず水共鳴周波数を検出するた めの予備計測を行うことはせずに、 共鳴周波数がずれた場合にのみ、 予備計測を行うようにしても良い。共鳴周波数がずれたかどうかを判 定するには、図 4に示す水信号を抑圧するためのパルスシーケンスと 図 3に示す M R Sパルスシーケンスを連続して行う計測で得られる 各スぺク トルにおける水信号ピーク強度(ピーク面積)の変化をモニ タし、共鳴周波数がずれて水信号ピーク強度(ピーク面積)が所定の値 以上に増加した場合に共鳴周波数がシフトしたと判定し、予備計測を 行うようにすれば良い。なお所定の値としては、水信号ピーク強度(ピ ーク面積)の絶対値を指定してもよいし、 初回もしくは前回の計測で 得られたスぺク トルにおける水信号ピーク強度 (ピーク面積)に対す る相対値を用いても良い。
実施例 1、 2では、磁気共鳴信号を検出する際の受信周波数を補正 する場合の例について述べたが、積算を行う前の個々のスぺク トルデ ータを全て保存しておけば、計測中には受信周波数を捕正しなくても、 受信周波数を捕正する場合と同様の効果を後処理で得ることができ る。 即ち、 積算を行う前の個々のスぺク トルデータに対して、 残留水 信号のピーク位置もしくは代謝物質信号のピーク位置を検出し、全て のスぺク トルデータに対して、残留水信号のピーク位置もしくは代謝 物質信号のピーク位置が同一となるような後処理を行った後に積算 処理を行えば、 十分な加算効果を得ることが可能となる。 なお、 個々 のスぺク トルにおける代謝物質信号強度は非常に小さいため、連続し た前後数回分のスぺク トルデータを足し合わせた後に、代謝物質信号 のピーク位置を検出しても構わない。
実施例 1、 2では、 MR Sシーケンスとして、 図 3のパルスシーケ ンスを一例として挙げたが、図 3以外の MR Sシーケンスでも同様の 効果を得ることができる。
図 1 1は、本発明の実施例に適用可能なもう一つの MR Sパルスシ 一ケンス例を示す図である。 図 1 1において、 TRは繰返し時間、 T Eはエコー時間であり、 TMは第 2の高周波磁場パルス RF 2と第 3 の高周波磁場パルス R F 3の照射間隔を示す時間である。図 1 1に示 すパルスシーケンスでは、 まず初めに、 第 1スライス(X軸に垂直な 面)選択用の第 1の傾斜磁場 (X軸方向の傾斜磁場) G s lと 9 0° パルスと呼ばれる第 1の高周波磁場 R F 1を同時に印加することに より、 第 1スライス内の核磁化を励起状態にする。
R F 1の照射から TE/2後に、 第 2スライス(Y軸に垂直な面) 選択用の第 2の傾斜磁場 (Y軸方向の傾斜磁場) G s 2と 90° パル スと呼ばれる第 2の高周波磁場 R F 2を同時に印加することにより、 R F 1によって励起されていた第 1スライス内の核磁化のうち、第 2 スライスにも含まれる核磁化を 90° 回転できる。
RF 2の照射から TM後に第 3スライス(Z軸に垂直な面)選択用 の第 3の傾斜磁場 (Z軸方向の傾斜磁場) G s 3と 9 0° パルスと呼 ばれる第 3の高周波磁場 RF 3を同時に印加することにより、 R F 2 によって回転させられた第 1ス.ライスと第 2スライスの交差領域内 にある核磁化のうち、第 3スライスにも含まれる核磁化を再度 90° 回転できる。
上記の 3組の、高周波磁場及ぴ傾斜磁場の印加により、 RF 3の照 射から TEZ 2後の時点をエコータイムとする磁気共鳴信号 S i g 1を発生させる。
なお、 G s 1の印加直後の G s 1 '、 G s 2の印加直後の G s 2 '、 G s 3印加直後の G s 3, は、 各々、 G s l、 G s 2、 G s 3に対す るリフェイズ(位相戻し)用の傾斜磁場である。
図 1 1 のパルスシーケンスを実行することにより、 第 1、 第 2、 第 3の 3つのスライスが交差する領域 (撮影ポクセル) V 1に含まれる 核磁化のみを選択的に励起することが出来る。 そして、 この撮影ポク セル V 1から発生する磁気共鳴信号を測定し、測定した磁気共鳴信号 に対してフーリェ変換を施すことにより、撮影ポクセル V 1の磁気共 鳴スペク トルを得ることが可能となる。
以上の説明では、本発明を M R S計測に適用する場合について述べ たが、 上述した方法と同様の方法で、 M R S I計測での共鳴周波数の 補正を行うことにより、高精度の M R S I計測を行うことが可能とな る。 なお、 M R S I計測では、 積算用の計測繰り返しの他に、 位相ェ ンコード情報付与のためにも計測繰り返しが行われるため、 「位相ェ ンコード繰り返し計測間の周波数変化」 に対しても、 図 7およぴ図 9 で説明した 「積算用繰り返し計測間の周波数変化」 に対する周波数捕 正法と同様の手順を行うことにより、同様の精度向上効果を得ること が可能となる。 特に、 図 4に示す水信号抑圧シーケンスと M R S I シ 一ケンスを連続して実施する場合、本発明を用いてこの水信号抑圧シ 一ケンスで照射する高周波磁場の送信周波数を補正しておく ことに より、位相ェンコ一ドの操り返しや積算の繰り返しを行った場合にも、 十分な水抑圧効果を得ることが可能となる。
また、エコーブラナーイメージングと呼ばれる超高速撮影シーケン スを繰り返し行う一連の連続測定では、計測中に共鳴周波数の変化が ある場合、撮影スライスの位置ずれや位相ェンコ一ド方向への位置ず れが発生してしまう。 このため、 エコーブラナー画像間の差分情報を 利用するフアンクショナル M R I等では、領域選択励起用高周波磁場 の送信周波数、 又は/及び、 磁気共鳴信号の受信周波数に対して、 上 述したスぺク トル計測時と同様の方法を用い X周波数補正を行うこ とにより、 撮影スライスの位置ずれ、 又は Z及び、 位相ェンコ一ド方 向への位置ずれを減少させることが可能となる。
また、 計測時間の長い撮影シーケンス(アンギオグラフィ等)や、磁 気共鳴信号の位相情報を利用する撮影シーケンス(温度計測等)に対 して、上述したスぺク トル計測時と同様の方法を用いて周波数補正を 行うことにより、位置ずれや位相情報のずれを減少させることが可能 となる。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 計測中に共鳴周波数が変化する場合にも、 高精度 なスぺク トル計測を可能とする磁気共鳴撮影装置を提供することが できる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 静磁場を発生する手段と、傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段 と、 高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、被検体から発生す る磁気共鳴信号を計測する計測手段と、前記磁気共鳴信号についての 演算を行う演算手段と、前記磁気共鳴信号と前記演算手段による演算 結果を記憶する記憶手段と、前記傾斜磁場発生手段と前記高周波磁場 発生手段と前記計測手段と前記演算手段と前記記憶手段との各部に 動作条件を設定して前記各部の動作を制御するシーケンス制御手段 とを具備し、該シーケンス制御手段は、 前記高周波磁場を前記被検体 に少なく とも 1回照射し、前記傾斜磁場の印加強度がほぼゼロの状態 で、前記高周波磁場の照射の後に発生する前記磁気共鳴信号を計測し、 計測された前記磁気共鳴信号から磁気共鳴スぺク トル情報を算出し て磁気共鳴スぺク トル計測を行う制御を含み、前記シーケンス制御手 段は、 (1 ) 前記磁気共鳴スぺク トル計測の測定対象のポクセルから, 発生する第 1の磁気共鳴信号を、 第 1の時間区間で計測すること、 ( 2 )前記第 1の磁気共鳴信号をフーリエ変換して得られる第 1の磁 気共鳴スペク トルから、 水の共鳴周波数 F 1を検出すること、 (3 ) 前記第 1の磁気共鳴信号の計測後から所定時間後の第 2の時間区間 で、 前記ポクセルから発生する第 2の磁気共鳴信号を計測すること、 ( 4 )前記第 2の磁気共鳴信号をフーリェ変換して得られる第 2の磁 気共鳴スペク トルから、 水の共鳴周波数 F 2を検出すること、 ( 5 ) 前記 F 1及び F 2に基づいて、水の共鳴周波数の時間変動を算出する こと、 の制御を行うことを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
2 . 静磁場を発生する手段と、傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段 と、 高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、被検体から発生す る磁気共鳴信号を計測する計測手段と、前記磁気共鳴信号についての 演算を行う演算手段と、前記磁気共鳴信号と前記演算手段による演算 結果を記憶する記憶手段と、前記傾斜磁場発生手段と前記高周波磁場 発生手段と前記計測手段と前記演算手段と前記記憶手段との各部に 動作条件を設定して前記各部の動作を制御するシーケンス制御手段 とを具備し、 該シーケンス制御手段は、前記高周波磁場を前記被検体 に少なく とも 1回照射し、前記傾斜磁場の印加強度がほぼゼロの状態 で、前記高周波磁場の照射の後に発生する前記磁気共鳴信号を計測し、 計測された前記磁気共鳴信号から磁気共鳴スぺク トル情報を算出し て磁気共鳴スぺク トル計測を行う制御を含み、前記シーケンス制御手 段は、 ( 1 ) 前記磁気共鳴スぺク トル計測の測定対象のポクセルから 発生する第 1 の磁気共鳴信号を、 第 1の時間区間で計測すること、
( 2 )前記第 1の磁気共鳴信号をフーリエ変換して得られる第 1の磁 気共鳴スぺク トルカゝら、 水の共鳴周波数 F 1を検出すること、 (3 ) 前記第 1の磁気共鳴信号の計測後から所定時間後の第 2の時間区間 で、 前記ポクセルから発生する第 2の磁気共鳴信号を計測すること、 ( 4 )前記第 2の磁気共鳴信号をフーリェ変換して得られる第 2の磁 気共鳴スペク トルから、 水の共鳴周波数 F 2を検出すること、 ( 5 ) 前記 F 1及ぴ F 2に基づいて、前記第 2の磁気共鳴信号の計測終了以 降での前記磁気共鳴信号を計測する計測時間における、水の共鳴周波 数の時間変動を推定すること、 (6 ) 推定された前記共鳴周波数の時 間変動を用いて、 前記高周波磁場の送信周波数、 又は Z及び、 前記ボ クセルから発生する前記磁気共鳴信号を受信する受信周波数を算出 して、 前記高周波磁場発生手段、 又は Z及び、 前記計測手段の動作条 件を設定した後に、前記ポクセルから発生する前記磁気共鳴信号の計 測を行うこと、 (7 ) 前記第 2の磁気共鳴信号の計測終了以降に、 前 記 ( 6 ) を複数回繰り返し行うこと、 の制御を行うことを特徴とする 磁気共鳴撮影装置。
3 . 静磁場を発生する手段と、傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段 と、 高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、被検体から発生す る磁気共鳴信号を計測する計測手段と、前記磁気共鳴信号についての 演算を行う演算手段と、前記磁気共鳴信号と前記演算手段による演算 結果を記憶する記憶手段と、前記傾斜磁場発生手段と前記高周波磁場 発生手段と前記計測手段と前記演算手段と前記記憶手段との各部に 動作条件を設定して前記各部の動作を制御するシーケンス制御手段 とを具備し、該シーケンス制御手段は、前記高周波磁場を前記被検体 に少なく とも 1回照射し、前記傾斜磁場の印加強度がほぼゼロの状態 で、前記高周波磁場の照射の後に発生する前記磁気共鳴信号を計測し、 計測された前記磁気共鳴信号から磁気共鳴スぺク トル情報を算出し て磁気共鳴スぺク トル計測を行う制御を含み、前記シーケンス制御手 段は、前記磁気共鳴信号の計測を複数回繰り返して行う場合に、 ( 1 ) 所定の回数の前記磁気共鳴信号の計測毎に、水の共鳴周波数を計測す るための予備計測を実行すること、 (2 ) 前記予備計測で得られた前 記磁気共鳴信号をフーリェ変換して得られる磁気共鳴スぺク トルか ら水の共鳴周波数を検出すること、 (3 ) 前記 (2 ) で検出された水 の共鳴周波数に基づいて、前記予備計測以降に実行する前記スぺク ト ル計測シーケンスにおける、前記被検体に照射する前記高周波磁場の 送信周波数、 又は/及び、前記磁気共鳴信号を計測する際の受信周波 数を設定すること、の制御を行うことを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
4 . 静磁場を発生する手段と、傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段 と、 高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、被検体から発生す る磁気共鳴信号を計測する計測手段と、前記磁気共鳴信号についての 演算を行う演算手段と、前記磁気共鳴信号と前記演算手段による演算 結果を記憶する記憶手段と、前記傾斜磁場発生手段と前記高周波磁場 発生手段と前記計測手段と前記演算手段と前記記憶手段との各部に 動作条件を設定して前記各部の動作を制御するシーケンス制御手段 とを有し、該シーケンス制御手段は、前記磁気共鳴信号の計測を複数 回繰り返して行う場合に、 ( 1 ) 所定の回数の前記磁気共鳴信号の計 測毎に、 水の共鳴周波数を計測するための予備計測を実行すること、
( 2 )前記予備計測で得られた前記磁気共鳴信号をフーリエ変換して 得られる磁気共鳴スぺク トルから水の共鳴周波数を検出すること、
( 3 ) 前記 (2 ) で検出された水の共鳴周波数に基づいて、 前記予備 計測以降に実行されるパルスシーケンスにおける、前記被検体に照射 する前記高周波磁場の送信周波数、 又は/及び、前記磁気共鳴信号を 計測する際の受信周波数を設定すること、の制御を行うことを特徴と する磁気共鳴撮影装置。
5 . 静磁場を発生する手段と、傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段 と、 高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、被検体から発生す る磁気共鳴信号を計測する計測手段と、前記磁気共鳴信号についての 演算を行う演算手段と、前記磁気共鳴信号と前記演算手段による演算 結果を記憶する記憶手段と、前記傾斜磁場発生手段と前記高周波磁場 発生手段と前記計測手段と前記演算手段と前記記憶手段との各部に 動作条件を設定して前記各部の動作を制御するシーケンス制御手段 とを有し、 該シーケンス制御手段は、 (1 ) 前記被検体に前記高周波 磁場及び前記傾斜磁場を印加して、水の信号を抑圧する水抑圧シーケ ンスを実行すること、 ( 2 ) 前記被検体に前記高周波磁場及び前記傾 斜磁場を印加して、所定のポクセルを選択励起し、前記所定のボクセ ルから発生する前記磁気共鳴信号を計測するスぺク トル計測シーケ ンスを実行すること、 (3 ) 前記 ( 1 ) 及び (2 ) を複数回繰り返し て行う場合に、所定の回数の前記(.1 )及び(2) の実行に先立って、 水の共鳴周波数を計測するための予備計測シーケンスを実行するこ と、 (4) 前記 (3 ) で検出された前記水の共鳴周波数に基づいて、 前記水抑圧シーケンスで照射する前記高周波磁場の送信周波数を設 定し、 前記スぺク トル計測シーケンスにおいて、 前記所定のポクセル を選択励起するために照射する前記高周波磁場の送信周波数、又は Z 及び、前記所定のポクセルから発生する前記磁気共鳴信号を検出する 際の受信周波数を設定すること、の制御を行うことを特徴とする磁気 共鳴撮影装置。
6. 静磁場を発生する手段と、嶺斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段 と、 高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、被検体から発生す る磁気共鳴信号を計測する計測手段と、前記磁気共鳴信号についての 演算を行う演算手段と、前記磁気共鳴信号と前記演算手段による演算 結果を記憶する記憶手段と、前記傾斜磁場発生手段と前記高周波磁場 発生手段と前記計測手段と前記演算手段と前記記憶手段との各部に 動作条件を設定して前記各部の動作を制御するシーケンス制御手段 とを有し、 該シーケンス制御手段は、 ( 1 ) 前記被検体に前記高周波 磁場及び前記傾斜磁場を印加して、水の信号を抑圧する水抑圧シーケ ンスを実行すること、 ( 2) 前記被検体に前記高周波磁場及び前記傾 斜磁場を印加して、所定のポクセルを選択励起し、前記所定のポクセ ルから発生する前記磁気共鳴信号を計測するスぺク トル計測シーケ ンスを実行すること、 (3) 前記 ( 1 ) 及び (2) を複数回繰り返し て行う場合に、 所定の回数の前記'( 1 ) 及び (2) の実行毎に、 前記 ( 1 ) および (2 ) の実行で得られた磁気共鳴信号をフーリエ変換し て得られる磁気共鳴スぺク トルから水信号ピークを検出して、水信号 ピークの信号強度を算出すること、 (4) 前記算出した水信号ピーク の信号強度が、所定の値以上に増加した場合に水共鳴周波数がシフト したと判定すること、 ( 5 ) 前記 (4 ) で水共鳴周波数がシフトした と判定した場合に、水の共鳴周波数を計測するための予備計測を実行 すること、 (6 ) 前記予備計測で得られた前記磁気共鳴信号をフーリ ェ変換して得られる磁気共鳴スぺク トルから水の共鳴周波数を検出 すること、 · ( 7 ) 前記 (6 ) で検出された前記水の共鳴周波数に基づ いて、 前記予備計測以降に実行されるパルスシーケンスにおいて、 前 記水抑圧シーケンスで照射する前記高周波磁場の送信周波数を設定 すること、 又は Z及ぴ、 前記スぺク トル計測シーケンスで前記所定の ポクセルを選択励起するために照射する前記高周波磁場の送信周波 数を設定すること、又は/及び、前記所定のポクセルから発生する前 記磁気共鳴信号を検出する際の受信周波数を設定すること、の制御を 行うことを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
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