WO2008044501A1

WO2008044501A1 - Dispositif d'imagerie par résonance magnétique

Info

Publication number: WO2008044501A1
Application number: PCT/JP2007/069056
Authority: WO
Inventors: Takayuki Abe; Hiroyuki Takeuchi; Tetsuhiko Takahashi
Original assignee: Hitachi Medical Corporation
Priority date: 2006-10-06
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2008-04-17
Also published as: US8040134B2; US20110267060A1; EP2070475B1; JP5647655B2; JP2015024336A; JP5898295B2; JP2012236103A; EP2070475A4; US20100013478A1; EP2070475A1; US8174263B2; JPWO2008044501A1; JP5118052B2

Description

明細書

磁気共鳴イメージング装置

技術分野

[0001] 本発明は、磁気共鳴イメージング (以下、 MRI)装置に係り、特に、照射磁場不均一の影響を排除して脂肪力の信号を抑制する技術に関する。

背景技術

[0002] MRIにおける脂肪抑制技術 (組織によるプロトンのケミカルシフトの相違を利用して、所望の組織を高コントラストで描出する技術)の一つに、 CHESS(Chemical Shift Select ive)法がある。 CHESS法では、例えば脂肪組織のプロトンの共鳴周波数を有する 90 ° の高周波磁場パルス (以下、 CHESSパルスという)により脂肪組織のプロトンを選択的に励起し、その後にスポイルパルスを印加して、励起された脂肪組織のプロトンの横磁化を位相分散させた後、通常の撮像ノルスシーケンスを実行し、水プロトンのみからの信号を計測する。

[0003] しかしながら CHESSパルスを用いた脂肪抑制技術では、 CHESSパルスによる照射磁場に空間的不均一があると、抑制の対象とする脂肪組織のプロトンの励起状態に不均一が生じ、脂肪抑制が不十分となる領域が生じてしまうという問題があった。

[0004] この問題を解決する従来技術として、特許文献 1記載の従来技術がある。特許文献

1記載の従来技術によれば、 CHESSパルスを複数、異なるフリップ角で印加することにより、前記不均一の影響を低減することについて開示されている。

[0005] 特許文献 1 :特開平 7— 289534号公報

[0006] しかしながら、本発明者は、上記従来技術を検討した結果、以下の問題点に気がついた。すなわち、特許文献 1記載では CHESSパルス自体の空間的不均一の影響を低減するために複数の CHESSパルスを印加することを開示している力前記複数の CHESSパルスのフリップ角、印加間隔の最適化技術については、具体的に開示されていない。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題 [0007] 本発明の目的は、複数の CHESSパルスを照射して脂肪抑制をする CHESS法を最適化することにある。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明によれば、被検体が配置される撮影空間に静磁場を発生させる静磁場発生手段と、前記撮影空間に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生手段と、前記撮影空間に高周波磁場を発生させる高周波磁場発生手段と、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する受信手段と、前記受信手段が検出した核磁気共鳴信号を用いて画像を作成する画像作成手段と、これら各磁場発生手段、受信手段を所定のノルスシーケンスに従!/、制御する制御手段とを備え、前記所定のノルスシーケンス力、測定の対象としない不要な物質からの信号を消去するための不要物質抑制シーケンス部と、前記被検体の画像の作成に用いる核磁気共鳴信号を計測する本撮像シーケンス部と含み、前記不要物質抑制シーケンス部は、前記本撮像シーケンス部における最初の高周波磁場パルス印加時において前記不要な物質の縦磁化が前記撮影空間内で空間的に均一にするために、少なくとも 2つ以上の高周波磁場パノレスを発生させる磁気共鳴イメージング装置にお!/、て、

前記 2つ以上の高周波磁場パルスのフリップ角を調整する調整手段を備え、前記制御手段は、前記調整手段により調整されたフリップ角で前記 2つ以上の高周波磁場パルスを印加することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置が提供される。図面の簡単な説明

[0009] [図 1]本発明を構成する MRI装置の全体構成を示すブロック図。

[図 2]実施例 1の脂肪抑制撮像のためのノルスシーケンスを示す図。

[図 3]縦磁化 M(3)の値をプロットしたマップ。

[図 4]水と脂質成分の周波数スペクトル分布図。

[図 5]実施例 2において、本撮像シーケンス部 210における最初の RFパルス印加時における脂質成分の縦磁化 M(3)を所望の値に励起するためのノレスシーケンスについて示す図。

[図 6]実施例 2における、前記時間間隔 τ 2の変更と、本撮像シーケンス部 210における最初の RFパルス印加時における通常の脂質成分の縦磁化 Μ(3)との関係例を示す園 7]実施例 2における、前記時間間隔 τ 2の変更と、本撮像シーケンス部 210における最初の RFパルス印加時における通常の脂質成分の縦磁化 Μ(3)との関係を示す図

〇

園 8]脂質成分の縦磁化 Μ(3)を所望の値、つまり所望のフリップ角にする処理フローの一例を示す図。

園 9]実施例 3の脂肪抑制シーケンス部 200を示す図。

[図 10]理論シミュレーションによる最適化法によって、最適なフリップ角 Θ 、 Θ 、 Θ

1 2 3 の組み合わせを決定する実施例の処理フローを示す図。

[図 11]最初の CHESSパルス (図 2における 201)のフリップ角 Θ を 90° に固定し、第 2、

1

第 3の CHESSパルス (図 2における 202、 203)のフリップ角 θ 、 Θ を変数とした場合の

2 3

M(3)値および微分値 dMの各 2次元データマップの一例を示す図。

[図 12]フリップ角 Θ を固定し、第 2、第 3の CHESSパルス 202、 203のフリップ角 θ 、 Θ

1 2 3 を変数とした場合の M(3)値の 2次元データマップの一例を示す図。

園 13]第 1の組み合わせで励起した場合の、脂肪スピンの縦磁化強度の照射磁場強度依存性をシミュレートした結果 (実線）

園 14]脂肪抑制ノルスとして単一の 90° ノルスを用いた場合のシーケンス図。

園 15]脂肪ファントムを用いた場合の画像。

園 16]ボランティアを用いた場合の画像。

園 17]ボランティアを用いた場合の画像のラインプロファイルを示す図。

園 18]3つの CHESSパルスのフリップ角の比を上記の値で保った状態で、全体としての CHESSパルス強度を Amp40_140%と変化させたときの脂肪抑制領域のプロフアイル変化 (縦磁化 Mzあるいは M(3)の変化)を実測した図。

[図 19]時間間隔 τ 2を変化させたときの腹部撮像画像。

符号の説明

201 最初の CHESSパルス、 202 2番目の CHESSパルス、 203 3番目の CHESSパルス、 204、 205、 206 スボイラー傾斜磁場パルス、 210 本撮像シーケンス部、 211 本撮像の RF励起パルス発明を実施するための最良の形態

[0011] 図 1は、本発明を構成する MRI装置の全体構成を示すブロック図である。図 1に示すように、この MRI装置は、主として、静磁場発生系 1と、傾斜磁場発生系 2と、送信系 3 と、受信系 4と、信号処理系 5と、制御系 (シーケンサ 6と CPU7)とを備えている。

[0012] 静磁場発生系 1は、被検体 8の周りの空間 (撮影空間)に均一な静磁場を発生させるもので、永久磁石方式、常電導方式或いは超電導方式等の磁石装置からなる。

[0013] 傾斜磁場発生系 2は、例えば静磁場の方向を Z方向とし、それと直交する 2方向を X 方向， Y方向とするとき、これら 3軸方向に傾斜磁場パルスを発生する 3つの傾斜磁場コイル 9と、それらをそれぞれ駆動する傾斜磁場電源 10とからなる。傾斜磁場電源 10 を駆動することにより、 X, Υ, Zの 3軸あるいはこれらを合成した方向に傾斜磁場パノレスを発生することができる。傾斜磁場パルスは、被検体 8における撮影位置の特定のために、そして、被検体 8から発生する NMR信号に位置情報を付与するために印加される。

[0014] 送信系 3は、高周波発振器 11と、変調器 12と、高周波増幅器 13と、送信用の高周波照射コイル 14とから成る。高周波発振器 11が発生した RFノルスを変調器 12で所定のエンベロープの信号に変調した後、高周波増幅器 13で増幅し、高周波照射コィノレ 14に印加することにより、被検体を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせる電磁波 (高周波信号、 RFノレス)が被検体に照射される。高周波照射コイル 14は、通常、被検体に近接して配置されている。

[0015] 受信系 4は、受信用の高周波受信コイル 15と、増幅器 16と、直交位相検波器 17と、 A/D変換器 18とから成る。送信用の高周波照射コイル 14から照射された RFノレスの応答として被検体が発生した NMR信号は、受信用の高周波受信コイル 15により検出され、増幅器 16で増幅された後、直交位相検波器 17を介して A/D変換器 18によりデジタル量に変換され、二系列の収集データとして信号処理系 5に送られる。

[0016] 信号処理系 5は、 CPU7と、記憶装置 19と、操作部 20とから成り、 CPU7において受信系 4が受信したデジタル信号にフーリエ変換、補正係数計算、画像再構成等の種々の信号処理を行う。記憶装置 19は、 ROM21、 RAM22、光磁気ディスク 23、磁気ディスク 24等を備え、例えば、経時的な画像解析処理および計測を行うプロブラムやその実行において用いる不変のパラメータなどを ROM21に、全計測で得た計測パラメ一タゃ受信系で検出したエコー信号などを RAM22に、再構成された画像データを光磁気ディスク 23や磁気ディスク 24にそれぞれ格納する。操作部 20は、トラックボール又はマウス 25、キーボード 26などの入力手段と、入力に必要な GUIを表示するとともに信号処理系 5における処理結果などを表示するディスプレイ 27とを備えている。 CPU7 が行う各種処理や制御に必要な情報は、操作部 20を介して入力される。また撮影により得られた画像はディスプレイ 27に表示される。

制御系は、シーケンサ 6と CPU7と力、ら成り、上述した傾斜磁場発生系 2、送信系 3、受信系 4および信号処理系 5の動作を制御する。特に傾斜磁場発生系 2および送信系 3が発生する傾斜磁場パルスおよび RFノルスの印加タイミングならびに受信系 4によるエコー信号の取得タイミングは、シーケンサ ₆を介して撮影方法によって決まる所定のパルスシーケンスにより制御される。

[0017] 以下、上記本発明の MRI装置を用いた脂肪抑制撮像方法の各実施例を説明する。

本発明の脂肪抑制撮像方法は、本撮像シーケンス部の最初の RFパルス印加持において、脂肪組織のプロトンの縦磁化の量をゼロあるいは所望の値に制御することにより脂肪組織からの信号を抑制するものである。以下に説明する実施例 1は、脂肪組織のプロトンの縦磁化の量をゼロにする実施形態であり、実施例 2は、脂肪組織のプロトンの縦磁化の量を所望の値に制御する実施形態である。

実施例 1

[0018] 本発明の MRI装置を用いた脂肪抑制撮像方法の実施例 1を説明する。

[0019] 図 2に本実施例の脂肪抑制撮像のためのノルスシーケンスを示す。図中、 RFおよび Gx、 Gy、 Gzの軸は、それぞれ RFパルスおよび傾斜磁場パルスの印加タイミングを示す。

[0020] 図示するように、脂肪抑制撮像のノルスシーケンスは、脂肪抑制シーケンス部 200 と、本撮像シーケンス部 210とからなる。本撮像シーケンス部 210は、 RFパルス 211を印加してスピンを励起し、画像再構成に用いるエコー信号を取得する一般的な撮像パルスシーケンスであればよぐ特に限定されない。例えば公知のグラディエントェコ一系シーケンスや、 EPI、 FSEなどの高速撮像パルスシーケンスなどからなる。従って、図 2では、 RFパルス 211のみを示し、傾斜磁場パルスやエコー信号計測等のそれに続くパルスシーケンスは省略する。

[0021] また、 1繰り返し Tr (本撮像シーケンス部 210における最初の RFパルスの印加間隔）毎に脂肪抑制シーケンス部 200が実行されるのではなぐ複数回数の Tr (複数個の本撮像シーケンス部 210)毎に脂肪抑制シーケンス部 200を実行しても良い。 1繰り返し Τ r毎に脂肪抑制シーケンス部 200実行するよりも、若干、脂肪抑制効果は低くなるが、脂肪抑制シーケンス部 200を一部省略できるので時間効率が向上し、高速に脂肪抑制撮像を行うことが可能になる。

[0022] 本実施例における脂肪抑制シーケンス部 200は、複数の CHESSパルスと各 CHESS ノルスに続いて印加されるスボイラー傾斜磁場とから構成される。図示する例では、 3 つの CHESSパルス 201、 202、 203と、各 CHESSパルスに続く 3つのスボイラー傾斜磁場パルス 204、 205、 206を示している。 CHESSパルス 201、 202、 203は、所定のスピンのみを選択的に励起する選択励起パルスで、ここでは、脂肪組織中の水素プロトン（以下、脂肪スピンともいう。）の共鳴周波数と同じ周波数に設定されていて脂肪組織中の水素プロトンのみが選択励起できるようになつている。一般に共鳴周波数は、静磁場強度に依存するので、静磁場強度に応じて算出された周波数が設定される。

[0023] CHESSパルスの数は、図 2では、 3つの場合を示した力 2以上であればよぐ 1つの CHESSパルスの発生する照射磁場の不均一の度合い等に応じて適宜決定される。より具体的には CHESSパルスによって脂肪組織のプロトンを選択励起する場合、選択励起の空間的不均一は、 CHESSパルス 1個が発生する高周波磁場強度の空間的不均一、及び被検体が配置される静磁場の空間的不均一に依存する。それら空間的不均一に依存する 1つの CHESSパルスによる選択励起の空間的不均一の分布は、予めファントム等を用いて測定したデータに基づき計測してもよいし、被検体を装置内に配置した状態における実測データから撮影対象である被検体が変わることに逐次計測してもよい。

[0024] ただし CHESSパルスによる脂肪組織のプロトンの選択励起の空間的不均一 (以下、照射磁場不均一と呼ぶ。）の度合いが大きいほど、不均一抑制の効果を上げるために CHESSパルスの数を多くする必要があると考えられる。その場合には脂肪抑制シ一ケンス部 200の時間が長くなり、結果として本撮像シーケンス部も含めた全体の撮像時間が延長される。従って、 CHESSパルスの数は 2〜数個とするのが好適である。

[0025] 例えば、前記照射磁場不均一の度合!/、が +/_30%未満であれば、 2パルスとし、 +/ -50%未満であれば、 3パルスとし、 +/_50%以上であれば、 4パルスとすれば良い。

[0026] また CHESSパルスの数は、許容される脂肪抑制シーケンス部 200の時間に応じて変更してもよい。脂肪抑制シーケンス部 200の時間は、必要とされる本撮像シーケンス部 210の時間によっても決まり、全体の撮像時間から本撮像シーケンス部 210の時間を引いた時間となる。脂肪抑制シーケンス部 200の印加間隔が短!/、場合、 CHESSパノレスの数を少なくすることが必要となる。

[0027] また、本実施例における CHESSパルス 201、 202、 203のフリップ角は、本撮像シーケンス部 210における最初の RFパルス (211)印加時において、脂肪スピンの縦磁化が実質的ゼロとなるように最適化されている。フリップ角の最適値をどのように求めるかについては、後述する。

[0028] また、図 2においてスボイラー傾斜磁場 204、 205、 206は、 CHESSパルス 201、 202、 2 03の印加によって所定のフリップ角で倒れたスピン (励起されたスピン)の位相を拡散させるための傾斜磁場である。ただし本実施例ではスボイラー傾斜磁場は、図示するように 3方向の傾斜磁場の各々について CHESSパルス (201〜203)印加の度に印加される。またスボイラー傾斜磁場の印加量 (傾斜磁場波形と時間軸とで囲まれる部分の面積)は、 2回目のスボイラー傾斜磁場 205が 1回目のスボイラー傾斜磁場 204と異なり、 3回目のスボイラー傾斜磁場 206が 2回目のスボイラー傾斜磁場 205と異なるように設定されている。例えば、 2回目のスボイラー傾斜磁場 205は 1回目のスボイラー傾斜磁場 204の 2倍、 3回目のスボイラー傾斜磁場 206は 2回目のスボイラー傾斜磁場 205の 2 倍になるように設定されている。このようにスボイラー傾斜磁場の印加量を、直前に印カロされたスボイラー傾斜磁場の印加量と異ならせることにより、連続的に印加される C HESSパルスにより干渉エコーが発生して、本撮像シーケンス部により生成される画像上に不要なアーチファクトが現われることを抑制できる。

[0029] 次に CHESSパルスのフリップ角につ!/、て説明する。ここでは CHESSパルスが 3個である場合を例に説明する。 [0030] 本実施例では、各 CHESSパルス 201、 202、 203のフリップ角は、本撮像シーケンス部 210における最初の RFパルス印加時において、脂肪スピンの縦磁化がゼロとなり、且つ、 CHESSパルス一つ一つによる脂肪組織のプロトンの選択励起が空間的にある程度の不均一を持つ (以下、脂肪組織の選択励起が不均一であるという)場合にも、実質的に本撮像シーケンス部 210における最初の RFパルス印加時において脂肪スピンの縦磁化が空間的になるベくゼロとなるようにフリップ角及び印加間隔が決定される。すなわち、各 CHESSパルス 201、 202、 203のフリップ角を Θ 、 θ 、 Θ とし、ノル

1 2 3 ス間隔 (CHESSパルス 201と 202との間隔、 CHESSパルス 202と 203との間隔、 CHESSパノレス 203と本撮像シーケンス部 210で最初に印加される励起ノルス 211との間隔)を τ

1

、 τ 、 τ としたとき、励起ノルス 211印加直前における脂肪スピンの縦磁化 Μ(3)をフ

2 3

リップ角 θ 、 θ 、 Θ とパルス間隔 τ 、 τ 、 τ を変数とする関数として求める。更に、

1 2 3 1 2 3

本撮像シーケンス部 210における最初の RFパルス印加時において、脂肪スピンの縦磁化がほぼゼロになるようにする (Μ(3) 0となるようにする)という第 1の条件と、脂肪組織の選択励起にある程度の不均一を持つ場合にも、 Μ(3)の変動が所定の閾値以下となるという第 2の条件を満たすように、フリップ角 θ 、 θ 、 Θ 及び τ 、 τ 、 τ を

1 2 3 1 2 3 決定する。

[0031] また、脂肪抑制シーケンス部 200の複数の CHESSパルスについて、それらのフリップ角の比を保ったまま全体のフリップ角を変えると、照射磁場不均一の特徴に応じて好適に全体としてのフリップ角の組み合わせを設定できる。例えば、複数の CHESSパノレスがあるフリップ角をそれぞれ持つ場合に、脂肪組織の選択励起の不均一力 40% 力、ら— 40%までである場合に M(3)の変動が所定の閾値以下である場合に、各複数の CHESSパルスのフリップ角の比を一定としたままで強度を低めに設定することによつて、前記不均一が +60%から— 20%まで変動する場合に、 M(3)の変動が所定の閾値以下となるように設定できる。すなわち、照射磁場不均一の特性に応じて好適な複数の CHESSパルスの強度 (フリップ角)の組み合わせを決定できる。

[0032] 次に、脂肪抑制シーケンス部を構成する各 CHESSパルスのフリップ角を、操作者がインタラクティブに決定する方法の一例について、説明する。

[0033] 先ず、 RFパルス 211印加直前における脂肪スピンの縦磁化 M(3)は、脂肪スピンの磁化の縦緩和時間を Tl、初期の (脂肪抑制ノルスシーケンス部開始時の)縦磁化を M(0

)とすると、以下のようにして表すこと力 Sできる。

[0034] まず、最初の CHESSパルス 201を印加後、次の CHESSパルス 202印加直前の脂肪スピンの残留縦磁化 M(l)は次式 (1)で表すことができる。

[0035] 1}

M(l) = 1— (1 M (0) X cos θ\) χ exp (—て 11 T\)

= A (0)xcos^l exp(~rl I T\)十ひ— exp (—て 1 IT I)) ¹

[0036] ただし、式 (1)において θ 1は CHESSパルス 201のフリップ角であり、 τ 1は、 CHESS パルス 201印加後、 CHESSパルス 202印加までの時間である。

[0037] 次に 2つ目の CHESSパルス 202を印加後、次の CHESSパルス 203印加直前の脂肪スピンの残留縦磁化 M(2)は次式 (2)で表すことができる。

[0038] 2}

M(2) =1-(1 -Μ(\) χ cos^2) x exp(-r2 / Π)

= (0) χ cos 6Ί χ cos 6»2 x exp(-(rl + r2) / Π)

+ (卜 exp( rl 1 1 /)) x cos Θ2 x exp(-r2171)

+ (1— exp (- r2/ ))

[0039] ただし、式 (2)において θ 2は CHESSパルス 202のフリップ角であり、 τ 2は、 CHESS ノルス 202印加後、 CHESSパルス 203印加までの時間である。

[0040] さらに 3つ目の CHESSパルス 203を印加後、本撮像シーケンス部 210における最初の RFパルス印加時の脂肪スピンの残留縦磁化 M(3)は次式 (3)で表すことができる。

[0041] 3}

M(3) = 1 (1 -M(2) x cos ） x exp(-r3/71)

= (0)>; cos ΘΙ x cos 6>2 x cos 6·3 x exp(-(rl + τ2 + τ3) 171)

+ (1- exp(-rl / 71 /)) cos^2x cos Θ3 x exp(-(r2 + Γ3)/Π) ( 3)

+ (1- exp (—て 21 TV)) x cos Θ3 x exp (— 31 Π)

なお M(0)は、脂肪抑制シーケンスの印加間隔を Trとすると、概ね式 (4)で表される。なお Trは、マルチスライス撮像の場合、特定のスライス位置におけるスライス選択のための RFパルス印加間隔 (繰り返し時間)を TR、スライス数を MSとした場合、 Tr= TR/ MSの関係があり、撮像のパラメータとして TR、 MSが設定されていれば、一義的に定まるパラメータである。

[0043] {数 4 }

M(0)= 1— ex 、— Tr/ 1) { 4 )

[0044] ここでパルス間隔 τ 、 τ 、 τ を、脂肪抑制シーケンスにおける CHESSパルスの周

1 2 3

波数選択性の要請により決定される最小のノルス印加時間と最小のスボイラー傾斜磁場印加時間とで決まる最小時間であると固定して考えると、 M(3)はフリップ角 Θ 、

1 θ 、 Θ のみを変数とする関数となる。

2 3

[0045] 本実施例にお!/、て、操作者がインタラクティブに脂肪抑制シーケンス部を構成する各 CHESSパルスのフリップ角を決定する方法の一例について、説明する。

[0046] 最初に、式 (3)を用いて、第 1〜第 3の CHESSパルス (201〜203)のフリップ角を 3軸とする M(3)の値の 3次元マップを作成し、 3次元マップ上で各角度を所定の範囲で変化させて M(3)の変化を調べる。

[0047] 操作者は、 3次元マップ上で、各 CHESSパルスがフリップ角の広い範囲に亘つて本撮像シーケンス最初の CHESSパルス印加時の脂質成分の縦磁化 M(3)が所定の閾値以下である領域がなるべく広い領域を見出し、その領域内で各 CHESSパルスのフリツプ角の最適値を選択する。

[0048] 具体的に CPU7は、例えば、第 1 CHESSパルスのフリップ角 θ 1を 1— 180° の範囲で一定間隔で変化させて固定し、各 θ 1において横軸を第 2CHESSパルスのフリップ角 Θ 2、縦軸を第 3CHESSパルスのフリップ角 Θ 3とする 2次元空間上に脂質成分の縦磁化 M(3)の値をプロットしたマップを作成してディスプレイ 27に表示する。操作者は、このマップ全体を見て、まず、 M(3)が所定の閾値以下である領域がなるべく広い領域のある Θ 1のマップを見つける。次に、見つけた Θ 1のマップの前後の Θ 1のマップを参照して、それら前後のマップにおいて共に縦磁化 M(3)が所定の閾値以下である領域がなるべく広い領域を見いだす。この様にして、各 CHESSパルスのおおまかな最適フリップ角を見いだす。図 3(a)(b)(c)は、それぞれ Θ 1=79° ，100。，126。の場合のマップ例である。これらで示されたマップによれば、丸でマークした位置を通る破線の線分領域近傍にぉレ、て、 M(3)が所定の閾値以下である領域がなるべく広!/、領域とな

[0049] 次に、各 CHESSパルスのフリップ角の微調整として、 CPU7は、各 CHESSパルスの大凡の最適フリップ角を式 (3)に入力し、前記破線で示された線分上で各 CHESSパルスの強度を変化させる係数 (例えば Ampとして、 10%から 200%の範囲)を縦軸とし、縦軸を脂質成分の縦磁化 M(3)としたグラフ (後述する図 13のようなもの)を作成し、グラフの縦磁化 M(3)が所望の値を維持する領域が極力平坦で広くなるように微調整する。ただし、前記破線で示された線分は、傾きがログスケールで (横軸縦軸が対数で表されているグラフで)、たとえば 1となるようにしている。このようにログスケールで傾き 1となる線分上で 3個のフリップ角の組み合わせの最適値を求めることにより、照射磁場不均一の影響がそれぞれのフリップ角に比例して依存する場合に、最適に照射磁場不均一の影響を見積もることができるという利点がある。

[0050] こうして、決定された M(3) 0とする最適なフリップ角構成は、例えば、第 1CHESSパルスがフリップ角 117° 、第 2CHESSパルスがフリップ角 77° 、第 3CHESSパルスがフリップ角 180° である。尚、上記計算では、 3つのパルスのパルス間隔 τ 1、 τ 2、 τ 3をそれぞれ、 17msec, 17msec, 13msecとし、パルス系列の印加間隔 Trを 250msec (静磁場強度が 1.5Tである場合の一般的な脂肪の T1値)である。

[0051] 以上までが、脂肪抑制シーケンス部を構成する各 CHESSパルスのフリップ角を、操作者がインタラクティブに決定する方法の一例である。

[0052] 上記実施例によれば、脂肪抑制シーケンス部 200を設けた脂肪抑制撮像にお!/、て、複数の CHESSパルスを用い、特に各 CHESSパルスのフリップ角を最適化したので、 CHESSパルスの発生する高周波磁場の空間的強度に不均一、あるいは被検体の配置される静磁場の空間的不均一があっても、その影響を最小にして、本撮像シーケンス部 210における最初の RFパルス印加時において実質的に脂肪スピンの縦磁化が空間的に一様にゼロであるように調整され、すべての空間的な領域で脂肪スピンを抑制した良好な画像を得ることができる。

[0053] また本実施例によれば、 CHESSパルスの印加後に印加されるスボイラー傾斜磁場の印加量を、直前に印加されたスボイラー傾斜磁場の印加量と異ならせることにより、連続的に印加される CHESSパルスにより干渉エコーが発生して、不要なアーチファタトが画像上に現われることを抑制できる。

[0054] また本実施例によれば、非特許文献 1記載の断熱パルスを用いる場合のように、撮影シーケンスを開始するまでに縦磁化の回復を待つ必要がなレ、ので、脂肪抑制シーケンス部 200の時間を短くできる。その結果、撮影時間を全体として長引かせること無ぐ脂肪抑制による撮像が可能となる。

[0055] 非特許文献 1： Design of Adiabatic Pulses for Fat-Suppression Using Analytic Solutio ns of the Bloch Equation,MRM 37:797 - 801

[0056] また本実施例によれば、非特許文献 1記載の断熱ノ^レスを用いる場合と対比して高周波磁場の生体への吸収量 (SAR)が低減される。その理由は、非特許文献 1に記載の断熱反転パルスによる方法は、通常照射時間が長ぐ SARが高くなる可能性があるのに対比して、本実施例は、 3つの sine pulseを用いており、各 sineパルスは、例えば、 5ローブ、印加時間 10msec前後、パルス強度は 117度、 77度、 180度となっており、一般のパルスシーケンスに用いられる RFパルスとほぼ同じパルスの組み合わせでできているので、 SARを低減すること力 Sできる力、らである。特に、近年開発が進められてレ、る静磁場強度が 3Tである MRI装置の場合、印加される高周波磁場が高!/、ので S ARの低減がより強く求められている。すなわち、本実施例に記載された技術は強度の高い静磁場を発生する静磁場発生源を持つ MRI装置に有効である。

実施例 2

[0057] 次に、本発明の実施例 2を説明する。本実施例 2は、脂肪抑制シーケンス部 200で複数の CHESSパルスを用いることは前述の実施例 1と同様である。異なる点は、複数の CHESSパルスの印加間隔 (あるいは複数の CHESSパルス間の複数の印加間隔の中の 1つ)を制御し、本撮像シーケンス部 210における最初の RFパルス印加時において、脂肪スピンの縦磁化が所望の値となり、且つ、照射磁場不均一がある程度生じている場合にも、実質的に脂肪スピンの縦磁化が空間的に一様に所望の値となるように決定される。より具体的には、例えば脂肪スピンの縦磁化を所望の値とするために、脂肪抑制シーケンス部 200における最後の CHESSパルスとそのひとつ前の CHESS ノルスとの間の時間間隔を制御する。その他については、前述の実施例 1と同様である。以下、実施例 1との共通部分の説明は省略し、異なる部分について詳細に説明する。

[0058] 本実施例を説明するために、水分子内水素プロントの共鳴周波数とほぼ同等の共鳴周波数を呈する脂肪酸系の脂肪成分 (Olefinic Fat)からの信号をキャンセルする非特許文献 2記載の従来技術 (以下、第 1の方法という。）を図 4を用いて説明する。図 4(a )は水と脂質成分の周波数スぺ外ル分布図である。このような場合に、図 4(b)に示すように、一般的な 1つの CHESSパルスによる脂肪抑制、すなわち、通常の脂質成分（水スペクトルと離れた周波数の位置に現れる脂質の成分)のみの縦磁化 M(3)を 0にするような励起では、 Olefinic fatの縦磁化は残留してしまい、脂肪抑制が不完全となつてしまう。これに対して、非特許文献 2記載の従来技術では図 4(c)に示すように、 1つの CHESSパルスによって選択励起する通常の脂質成分の縦磁化を、水分子と同等の共鳴周波数を持つ Olefinic fatの成分量に応じて、部分反転させて所望の値にする。脂肪酸系の脂肪成分 (Olefinic fat成分)は、一般的に脂質成分を 1とすると、 0.05〜0 •1程度含まれるとされるので、例えば、本撮像シーケンス部 210における最初の RFパノレス印加時における脂肪スピンの縦磁化 M(3)を M(3) -0.1M0 (M0は通常の脂肪成分の磁化の初期値)などにすると良い。このようにすれば、本撮像シーケンス部 210 においてエコー信号を取得する際に、この部分反転された脂質成分と Olefinic fat成分による信号が互いにキャンセルアウトされ、 Olefinic fat成分も含めて全脂肪組織を才卬制すること力 Sでさる。

[0059] 非特許文献 2： Optimization of Chemical Shift Selective Suppression of Fat. MRM 40 :505-510 (1998)

[0060] 或!/、は、脂肪酸系の脂肪成分 (Olefinic Fat成分)からの信号をキャンセルする非特許文献 3記載の従来技術 (以下、第 2の方法という。）として、 1つの CHESSパルスで、 0 lefinic fatと同じ磁化量だけ通常の脂質成分を Olefinic Fat成分の磁化と同じ方向に若干残る程度に励起する。そして、本撮像シーケンスにおいて、信号読み出し傾斜磁場の印加のタイミングをずらし、通常の脂質成分と Olefinic Fat成分とがエコー信号取得時に Out of phaseとなる (つまり位相が 180° 異なる)ように設定する。このようにして、 Olefinic Fat成分に起因する信号がキャンセルアウトされ、 Olefinic Fat成分も含めて全脂肪組織を抑制することができる。

[0061] ^特許文 d： Combined し nemical— shift and Phase-Selective for Fat suppression:

Theory and Initial Clinical Experience, Radiology 1991; 181 :41-47

[0062] しかし、上記 2つの従来方法では、 CHESSパルスが一つであるため、照射磁場不均一があると、脂質成分の縦磁化の励起を本撮像シーケンス部 210の最初の RFパルス印加時において空間的に均一に所望の値にすることが困難となる。そこで、本実施例では、 CHESSパルスを複数用い、更に複数の CHESSパルスの時間間隔を制御することにより、本撮像シーケンス部 210における最初の RFパルス印加時における通常の脂質成分の縦磁化を均一に所望の値に励起するものである。以下、詳細に本実施例を説明する。

[0063] なお、信号抑制する核種を脂肪の水素プロトンとして以下説明するが、本実施形態は脂肪の水素プロトンに限らず他の核種にも適用できる。例えば、ケミカルシフトィメ一ジング時には水のプロトンであっても良い。

[0064] 図 5は、本実施例において、本撮像シーケンス部 210における最初の RFパルス印加時における脂質成分の縦磁化 M(3)を所望の値に励起するためのノ^レスシーケンスについて示したものである。 RFは RFパルス (CHESSパルス等)を印加する軸を表し、 G は任意の一軸についてのスボイラー傾斜磁場パルスを表している。図 5によれば、通常の脂質成分 (図 4において、水と離れた周波数の位置に配置された脂質成分)の縦磁化 M(3)が所望の値に励起されるように、つまり、通常の脂質成分の縦磁化 M(3)がフリップ角で表して所望の値となるように、脂肪抑制シーケンス部 200の最終 CHESS ノルスとそのひとつ前の CHESSパルスとの間の時間間隔 τ 2を変更されている。

[0065] 図 6は、本実施例における、前記時間間隔 τ 2の変更と、本撮像シーケンス部 210における最初の RFパルス印加時における通常の脂質成分の縦磁化 Μ(3)との関係例を示す。図 6によれば、 τ 2の変更量 ( Δ τ 2)と、本撮像シーケンス部 210における最初の RFパルス印加時における脂質成分の縦磁化 Μ(3)の絶対値はほぼ比例関係にあることがわかる。例えば、図 7によれば、図 7(a)に示された励起された脂質成分の縦磁化力 ^(₃) ₀となる時間間隔 _τ 2を次第に長くすると、図 7(b)図 7(c)に示すように縦磁化力 SM(3) — 0.1から M(3) — 0.2とマイナス方向に絶対値が大きくなる。

即ち、励起された脂質成分の縦磁化はフリップ角換算で 90° 以上となり部分反転され、そのフリップ角の値は時間間隔 τ 2が大きく変更されるのに従って、大きくなる。一方図 7(b)(c)によれば、横軸によって表された照射磁場不均一によって縦磁化 Μ(3) の値が大きく変わらない範囲は、時間間隔 τ 2によらずほぼ同じ範囲であること力図 7(b)(c)において、縦軸 (Residual magnetization M(3))が、横軸の BlAmplitude「％」力 0%から 140%のように変化することによつてもほぼ値が一定の値で維持されていることよりわ力、る。つまり、励起された脂質成分の縦磁化 M(3)が照射磁場不均一によって影響を受けない状態は、 τ 2を変更しても維持されている。

[0066] 一方、図 7(a)図に示す状態の時間間隔 τ 2から次第に時間間隔 τ 2を短くすると、図 7(d)図 7(e)に示すように縦磁化が M(3) +0.1から Μ(3) +0.2とプラス方向に絶対値が大きくなる。即ち、励起された脂質成分の縦磁化のフリップ角は 90° 以下となり、 01 efinic fatと同じ方向に若干残る程度に励起される。そのフリップ角は時間間隔 τ 2が小さく変更されるのに従って、小さくなる。一方図 7(d)(e)によれば、横軸によって表された照射磁場不均一によって縦磁化 M(3)の値が大きく変わらない範囲は、時間間隔 τ 2によらずほぼ同じ範囲であること力図 7(d)(e)において、縦軸 (Residual magnetiza tion M(3))が、横軸の BlAmplitude「％」が 60%から 140%と変化することとによってもほぼ値が一定の値で維持されていることよりわかる。つまり、励起された脂質成分の縦磁化 M(3)が照射磁場不均一によって影響を受けない状態は、 τ 2を変更しても維持されている。

[0067] なお、脂質成分の縦磁化のフリップ角を 90° 以下に励起することは、脂肪抑制シーケンス部 200の最後の CHESSパルスと本撮像シーケンス部 210の最初の RFパルスとの時間間隔 τ 3を長くすることによつても実現できる。

[0068] 次に、図 8を用いて、脂質成分の縦磁化 Μ(3)を所望の値、つまり所望のフリップ角にする処理フローの一例を説明する。図 8に示された処理フローは、プログラムとして予め ROM21に記憶されており、 CPU7に読み出されて、実行されることにより実施されるものである。以下、各処理ステップの詳細を説明する。

[0069] ステップ 801で、脂質成分の縦磁化 Μ(3)を本撮像シーケンス部の最初の RFパルス印加時にどの値に励起するかを、フリップ角 (FA)で入力するための入力画面を示したものである。入力画面はディスプレイ 27に表示される。操作者は、この入力画面上でキーボード、マウスなどの周辺機器を介して、脂質成分の縦磁化 M(3)をフリップ角 ( FA)を用いて入力する。前述の第 1の方法 (非特許文献 2記載の技術)を用いるのであればフリップ角 (FA)を 90度以上とし、前述の第 2の方法 (非特許文献 3記載の技術)を用いるのであればフリップ角 (FA)を 90度以下にする。

[0070] ステップ 802で、 CPU7は、入力されたフリップ角 (FA)に基づいて、励起後の縦磁化 M(3)を求める。具体的には、励起後の縦磁化 M(3)を、

删

M(3) = cos(FA) (5)

として求める。

[0071] ステップ 803で、 CPU7は、ステップ 802で求められた励起後の縦磁化 M(3)に基づいて、脂肪抑制シーケンス部 200における最後の CHESSパルスとそのひとつ前の CHES Sパルスとの間の時間間隔 τ 2を求める。 τ 2の求め方は、以下に説明する式 (6)において M(3) = cos(FA)として、 τ 2を算出した式 (7)となる。尚、励起後の縦磁化 Μ(3)に基づく時間間隔 τ 2値の算出は、図 6に示すように、縦磁化 Μ(3)と時間間隔の変更量 Δ τ 2とが線形な関係にあることを利用して、縦磁化 Μ(3)に依存させて時間間隔の変更量 Δ τ 2を求めても良い。

[0072] ステップ 804で、 CPU7は、ステップ 803で求めた時間間隔 τ 2を用いて脂肪抑制シ一ケンス部 200を生成すると共に、これに所望の本撮像シーケンス部 210を結合してパルスシーケンスを生成し、シーケンサ 6に生成したパルスシーケンスの情報を通知する。

[0073] ステップ 805で、シーケンサ 6は、ステップ 804で生成されたパルスシーケンスを用いて、エコー信号の計測を実行する。つまり、ノルスシーケンスの脂肪抑制シーケンス部 200は脂質成分の縦磁化 Μ(3)を所望の値に励起し、その状態で後続の本撮像シ一ケンス部 210により画像再構成に用いるエコー信号を計測する。なお、前述の第 2 の方法を用いるのであれば、信号読み出し傾斜磁場の印加のタイミングをずらし、通常の脂質成分と Olefmic Fat成分とがエコー信号取得時に Out of phaseとなる (つまり位相が 180° 異なる)ように設定する。これにより、通常の脂質成分からの信号と Olefin ic Fat成分からの信号が共に抑制され、且つ、その抑制度合い (特に、抑制の空間的均一さ)も非特許文献 2や非特許文献 3の場合より高くなる。

[0074] また、実施例 1の場合と同様に、照射磁場不均一があっても、その影響を最小にして、本撮像シーケンス部 210における最初の RFパルス印加時において実質的に脂肪スピンの縦磁化が空間的に一様に所望の値であるように調整され、すべての領域で脂肪スピンを抑制した良好な画像を得ることができる。

[0075] 以上迄が、脂肪の縦磁化 M(3)を所望の値に励起してエコー信号を計測する迄の処理フローである。

[0076] 次に、所望の縦磁化 M(3)の値に基づいて時間間隔 τ 2を求める算出式について、図 5を用いて説明する。

[0077] ブロッホの方程式によれば、縦磁化 Μ(3)は、 RFパルスによる励起で平衡状態から乱されたとき、ある時定数 (T1緩和時間)によって緩和して励起前の平衡状態に戻る。ここで、各 CHESSパルス (図 2における 201〜203)のフリップ角を α 1、 α 2、 α 3とし、ノルス間隔を τ 1、 τ 2、 3とする。

[0078] すると、実施例 1における式 (3)は、本実施例では次式 (6)のようになる。

6 }

Μ(3) = 1 _ (1—Μ (2) * cos α3) * exp(-r3 / Π)

= Λ/ (0) * cos θ\ * cos α2 * cos ct3 * exp(-(rl + r2 + Γ3) / Π )

+ (1 _ exp (—て 1 Π)) * cosひ 2 * cosひ 3 * ex (- (て 2 +て 3) / Π) (6) + (1 - expf-r2/ Ί 1)) * cos 3 * expf-r3 'ΤΙ)

+ (l - exp(-r3/ l)) となる。

[0079] 3個の CHESSパルスで励起される所望の縦磁化をフリップ角 FAで表し、式 (6)において、 M(3) = cos(FA)として式 (6)を τ 2について角早くと、

删

<χ ψ,4)-€θ 3)：. e ^ — )- ([- expf— )

-i 3

(7) となる。

[0080] 式 (7)に基づき、撮影シーケンスにおける最初の CHESSパルス印加時において、脂肪抑制シーケンス部 200の最後の CHESSパルス (図 2における 203)とそのひとつ前の CHESSパルス (図 2における 202)との間の時間間隔 τ 2が算出される。

[0081] 上記本実施例によれば、脂肪抑制シーケンス部を構成する各 CHESSパルスの形状や強度を変えることなぐ CHESSパルス間の時間間隔を表すパラメータの一つを変えるだけで、本撮像シーケンス部における最初の RFパルス印加時における縦磁化を任意に制御できる。

[0082] つまり、本実施例では本撮像シーケンス部における最初の RFパルス印加時において操作者から設定された所望の縦磁化を励起するために、 CHESSパルスの時間間隔の変数の一つである 2という一個のパラメータのみを変更すれば良い。本実施例では、 FA→ τ 2の算出も式 (7)のように容易であり、パルスシーケンスの変更も CHE SSパルスの時間間隔のみの変更となるので、脂肪抑制シーケンス部の実装及び制御が容易である。

[0083] 本実施例では、任意の核種の縦磁化 Μ(3)の値を、照射磁場不均一の影響をあまり受けない形で、断熱ノルスを用いる方法のように撮影時間を長引かせることもなぐ所望の値に制御可能になる。

[0084] 本実施例による方法は、水分子内プロトンの共鳴周波数とほぼ同等の共鳴周波数を呈する脂肪酸系の脂肪成分 (Olefmic Fat)がある場合における、前述の第 1の方法と第 2の方法における本撮像シーケンス部と組み合わせることが可能であり、照射磁場不均一の影響を受けずに、断熱ノルスを用いる方法のように撮影時間を長引かせることもなく、脂肪抑制シーケンスを実行できる。

[0085] 従って、所望の核種 (通常は水分子内のプロトン)からの信号を用いて画像を生成する際に、空間的に均質、かつ、抑制度合いが高ぐ脂肪抑制が可能となる。

[0086] 本実施例において本撮像シーケンス部における最初の RFパルス印加時における縦磁化をフリップ角として表してそれを基に最適な脂肪抑制シーケンスを容易に設計できるメリットは、上述した Olefinic Fatも抑制する力、、それとも純粋に通常の脂質成分だけを抑制するかといったように、抑制度合いを操作者が個々の撮像ケースに合わせて、適宜選択できることである。例えば、操作者は、脂肪を (わざと、構造が把握できるように)淡く残したり、あるいはしつ力、り脂肪を抑制したり、といった操作者による抑制の好みに応じて脂肪抑制シーケンスを容易に設計できる。

実施例 3

[0087] 次に本発明の実施例 3を説明する。本実施例は、脂肪抑制シーケンスにお!/、て連続的に印加される CHESSパルスにより干渉エコーが発生して、不要なアーチファクトが画像上に現われることを抑制する方法が、実施例 1と異なる。

[0088] 図 9に、実施例 3の脂肪抑制シーケンス部 200を示す。

[0089] 図示するように、本実施例では、最初の CHESSパルス 201を印加した後、傾斜磁場の 3軸のうち 2軸、ここでは X軸および Y軸のスボイラー傾斜磁場パルス 207、 208が印加されている。そして、 2番目の CHESSパルス 202を印加した後も傾斜磁場の 3軸のうち 2軸のスボイラー傾斜磁場パルスを印加される力 S、直前のスボイラー傾斜磁場の組み合わせとは異なる組み合わせとなる。例えば、図示するように Y軸および Z軸のスポイラ一傾斜磁場パルス 208、 209が印加される。同様に 3番目の高周波傾斜磁場パノレスを印加した後もスボイラー傾斜磁場パルスの組み合わせを異ならせて印加される。例えば、図示するように Z軸および X軸のスボイラー傾斜磁場パルス 209、 207が印加される。

[0090] このように本実施例では、各 CHESSパルスを印加した後に印加されるスボイラー傾斜磁場パルスが、直前のスボイラー傾斜磁場パルスとは異なり、且つ最終的に脂肪抑制シーケンス部 200における各軸のスボイラー傾斜磁場の印加量が同一となるようになっている。これにより、実施例 1と同様に、脂肪抑制シーケンスにおいて連続的に印加される CHESSパルスにより干渉エコーの発生して、不要なアーチファクトが画像上に現われることを抑制することができる。また、スボイラー傾斜磁場パルスをシンプルにすることができるので、傾斜磁場電源の負担及び、傾斜磁場パルス印加に伴う騒音を低減することができる。

[0091] なお、各 CHESSパルス間で、 1軸のみにスボイラー傾斜磁場パルスを揷入するともに、 CHESSパルス間でスボイラー傾斜磁場パルスの揷入軸を変えても良!/、。

[0092] また、本実施例では複数の CHESSパルスのフリップ角及び印加間隔が実施例 1や 2 で示されたように最適化されていて、これにより、従来の 1つの CHESSパルスのみの場合と比較して高い脂肪抑制効果が得られ、また断熱ノルスを用いた場合と比較して脂肪抑制ノルスシーケンスに力、かる時間も短くなり、全体としての撮影時間も短時間となる禾 IJ点もある。

実施例 4

[0093] 次に、本発明 MRI装置を用いた脂肪抑制撮像方法の実施例 4を説明する。本実施例は、理論シミュレーションによる最適化法によって、最適なフリップ角 θ 、 θ 、 Θ

1 2 3 の組み合わせを決定する実施例である。その処理フローの一例を図 10に示す。この処理フローは、プログラムとして予め RAM22に記憶されており、 CPU7に読み出されて、 CPU7力 S実行されることにより実施されるものである。以下、各処理ステップの詳細を説明する。

[0094] ステップ 1001で、 θ 、 θ 、 Θ の各値について式 (3)より M(3)が算出され、 θ 、 Θ 、

1 2 3 1 2

Θ を 3軸とする M(3)値の 3次元データマップが作成される。なお、上述したように、操

3

作者により撮像パラメータ (繰り返し時間 (Tr)やスライス枚数 (MS)等)が事前に設定されている場合は、これらの設定された撮像パラメータの条件の下に、各最適なフリップ角が算出される。

[0095] ステップ 1002で、ステップ 1001で作成された 3次元データマップにおいて、 M(3) 0 である領域（θ 、 θ 、 Θ で決まる領域)が抽出される。

1 2 3

[0096] ステップ 1003で、ステップ 1001で作成された 3次元データマップにおいて、 M(3)を Θ 、 θ 、 Θ で微分した、 M(3)値の微分値 dMの 3次元データマップが作成される。この

1 2 3

M(3)値の微分値 dMは、フリップ角の変動による M(3)値の変化の度合いを示すものであり、微分値 dMが小さいほどフリップ角の変動による M(3)値の変化が少ないこと、すなわち照射磁場不均一による影響が少ないことを意味する。つまり微分値 dMが小さ V、領域では照射磁場不均一が少々あっても安定的に脂肪の縦磁化を抑制できることを意味する。

[0097] ステップ 1004で、ステップ 1003で作成された微分値の 3次元データマップにお!/、て、 dMが閾値以下である領域が抽出される。閾値は、理想的には 0である力有る程度の領域を抽出すために実用的な値を閾値として良い。 [0098] ステップ 1005で、ステップ 1002とステップ 1004で抽出された各領域が重なる部分 (A ND領域)が抽出される。

[0099] ステップ 1006で、 AND領域の中央の位置のフリップ角 θ 、 θ 、 Θ 力最適なフリツ

1 2 3

プ角の組み合わせとして決定される。

[0100] 以上までが、最適なフリップ角 Θ 、 Θ 、 Θ の組み合わせを決定する処理フローの

1 2 3

一例である。なお、上述の処理フローは、操作者が設定した撮像パラメータに依存させて最適なフリップ角 θ 、 θ 、 Θ の組み合わせを決定する例である力操作者が設

1 2 3

定した撮像パラメータで決まる撮像条件は、複数の CHESSパルスの特性に大きな影響を与えないことから、操作者からの撮像条件の設定値がどのような値でも、最適なフリップ角 θ 、 θ 、 Θ の組み合わせを決定することが可能となる。

1 2 3

[0101] あるいは別の一例として、上述のように M(3)値及びその微分値 dM(3)の 3次元データマップをそれぞれ作成して最適領域を抽出する代わりに、例えば下式 (8)で表される評価関数 mを定義し、

8 } τη = Μ(3)(θ₁θ,θ₁) + ~— ( θ,θ,θ^ (8)

1 - ' d θ

mが最小となる θ 、 θ 、 Θ を一般的な最適化計算法により探索してもよい。さらに

1 2 3

照射される高周波磁場のエネルギーを最小にすることを考慮すると、評価関数 m (式（ 8)の右辺の全体に、 ( θ + θ + Θ )を掛けたり加えて、最適化計算を行ってもよい。す

1 2 3

なわち、式 (8)あるいは式 (8)の右辺に（θ + θ + Θ )を掛けたり加えた評価関数 mを最

1 2 3

小にするような解を最適化計算法で決定することによつても、実質的に脂肪信号の抑制を図ることができる。

[0102] 例えば、図 11に、最初の CHESSパルス (図 2における 201)のフリップ角 Θ を 90° に

1 固定し、第 2、第 3の CHESSパルス (図 2における 202、 203)のフリップ角 θ 、 Θ を変数

2 3 とした場合の M(3)値および微分値 dMの各 2次元データマップの一例を示す。図中、 M(3)値は白黒濃淡で示されており、黒い領域 1101は M(3)値がゼロである領域を示す。また黒い領域のうち広がりのある領域 1102は、 M(3)値の変化が少なぐ微分値が小さい領域である。上述した最適化のステップ 1002では、領域 1101が抽出され、ステツプ 1004では微分値が小さい領域 1102が抽出される。最終的に領域 1102のほぼ中央の位置にフリップ角が設定されることにより、場所によるフリップ角の不均一 (照射磁場不均一)があっても、すべての撮像領域で脂肪の縦磁化 M(3)を実質的にゼロにできるフリップ角が決定される。

[0103] なお図 11には、説明を簡単にするために 2次元のデータマップを示した力 3次元であっても同様である。また最適化においては、予め領域 1101あるいは 1102を切り出すための閾値を設定しておき、自動的に最適なフリップ角を算出するようにしてもよい

〇

[0104] なお本実施例では、各フリップ角の組み合わせにおいて照射磁場不均一による影響の高低を示す指標として、縦磁化 M(3)の微分値を用いたが、微分値を用いる代わりに、縦磁化 M(3)がゼロである領域がどの程度広いかを指標とすることも可能である。このことの説明を簡単にするために図 12に示す 2次元データマップを用いて説明する。図 12は、図 11と同様に、フリップ角 Θ を固定し、第 2、第 3の CHESSパルス 202、 203

1

のフリップ角 θ 、 Θ を変数とした場合の M(3)値の 2次元データマップであり、実線で

2 3

囲まれた領域 1101が M(3)値がゼロである領域である。この 2次元データマップで、領域 1101の、 θ = θ を満たす線 Lと平行な方向の幅が最も広い位置 1103を、最適な

2 3

フリップ角算出のための領域とする。

[0105] 図 12では 2次元の場合で例示した力 3次元の場合には、 3次元データマップにおいて、縦磁化 Μ(3) 0である領域の、原点（Θ =0、 Θ =0、 Θ =0)を通り、 θ = θ

1 2 3 1 2

= Θ を満たす線 Lと平行な方向の幅 Wを指標とし、幅 Wが最も広い領域を最適なフリ

3

ップ角を算出のための領域とすればよい。

[0106] このように、原点（Θ =0、 Θ =0、 Θ =0)を通り、 θ = θ = Θ を満たす線 Lと平行

1 2 3 1 2 3

な方向への幅をどの程度広くとれるかを基に最適なフリップ角の組み合わせを算出するのは、照射磁場不均一による影響は、 3次元マップの θ 、 θ 、 Θ それぞれの方

1 2 3

向において均等である場合を想定すると、 2次元あるいは 3次元マップ上で Θ 方向に

1

Δ Θの照射磁場不均一の影響が表れる場合には Θ 方向 Θ 方向も Δ Θの影響が現

2 3

れるので

原点（Θ =0、 Θ =0、 Θ =0)を通り、 θ = θ = θ を満たす線 Lと平行な方向な線 (例えば、破線 (1104)で示された線)に沿って幅が広!/、領域を探索すれば、脂肪抑制シーケンスの実際の照射磁場不均一の特徴に合致した形で最適な 3個の CHESSパノレスのフリップ角の組み合わせを探索できると考えられるからである。

[0107] 一方、照射磁場不均一による影響が、 θ 、 θ 、 Θ それぞれのフリップ角の大きさ

1 2 3

に依存し、例えば比例関係にある場合には、原点（Θ =0、 Θ =0、 Θ =0)を通り M(3

1 2 3

)がゼロである領域を通る直線上に幅 Wを広く取れるようにして最適なフリップ角の組み合わせを算出すれば良!/、と考えられる。

[0108] 脂肪抑制シーケンス部 200における CHESSパルスの数およびフリップ角の最適値は、 MRI装置の静磁場強度に応じて設定したものを、予め脂肪抑制撮像ノルスシーケンスの一部として磁気共鳴イメージング装置の製作時点で組み込んでいても良いし、脂肪抑制撮像パルスシーケンスを使用する操作者が、撮影の度に撮像パルスシーケンスのパラメータ設定の一部として設定しても良い。例えば、撮像に際し、操作者は、ディスプレイ 27に表示された入力画面上で、静磁場強度や照射磁場不均一を考慮して、 CHESSパルスの数を設定し、撮像の繰り返し時間 Trを設定する。これにより、 CPU7は、上述した式 (3)あるいは式 (6)により、脂肪スピンの縦磁化 3次元データマツプを自動的に作成し、図 10に示す手順に従い、 CHESSパルスの最適なフリップ角を決定する。

[0109] また照射磁場不均一は、磁場内に設置される被検体の組織の誘電率や伝導率によっても変わるため、被検体毎に照射磁場不均一を実測し、それを用い実際の被検体配置に応じて最適なパルス数及びフリップ角の組み合わせ、各 CHESSパルスの印加間隔を自動決定するようにしてもよい。照射磁場不均一の測定については、例えば非特許文献 4に記載されており、近年では短時間に計測可能である。

[0110] 非特許文献 4： "Mapping of the Radiofrequency Field" JMR, Series A103, 82-85 (19 93)

[0111] 以上、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、前述の実施例 1においては、複数の CHESSパルスの最適化の条件として、パルス間隔が不変であるとして最適なフリップ角の組み合わせを求めたが、パルス間隔も含めた最適化も可能である。 [0112] 最後に、上記実施例を実際の磁気共鳴イメージング装置に適用した例を説明する

〇

[0113] 先ず、静磁場強度 1.5Tの MRI装置を想定し、脂肪抑制ノルスシーケンスとして 3つの CHESSパルスを用いる場合の最適なフリップ角をシミュレーションにより計算した。最適化の計算において、パルス間隔 τ 、 τ 、 τ はそれぞれ 17msec、 17msec、 13ms

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ecとし、ノルス系列の印加間隔を Trを 270msecとした。その結果、 1種の最良な組み合わせが得られた。第 1の組み合わせは、第 1パルスを 117° 、第 2パルスを 77° 、第 3 パルスと 180° とするものである。

[0114] 第 1の組み合わせで励起した場合の、脂肪スピンの縦磁化強度の照射磁場強度依存性をシミュレートした結果 (実線)を図 13に示す。比較例として、図 14(a)に示すような脂肪抑制ノルスとして単一の 90° ノルスを用いた場合の、脂肪スピンの縦磁化強度の照射磁場強度依存性を点線で示す。図示するように、本実施例では磁場不均一約 +/-50%の範囲で脂肪スピンの残留縦磁化強度を 5%未満、すなわちほぼゼロにできた。 1.5Tの高磁場機で被検体を用いた実測での実際の照射磁場不均一は約 30 %程度であることがわかっている力 S、本発明により、このような不均一に対応できることが示された。

[0115] また図 14(b)に示すような反転パルスを用いた脂肪抑制の場合は、反転パルス印加力も本撮像の励起ノルス印加までに、脂肪スピンの磁化が 0クロスするための時間 TI( 1.5T機で約 150msec程度)が必要となるのに対し、本実施例では、第 1パルスから本撮像の励起ノルス印加までの時間が約 50msecであり、大幅に時間が短縮できることが示された。なお構成するパルスの 1つの印加時間を周波数の選択性を維持した形で短いパルスを設計すれば、さらに短縮も可能である。

[0116] 次に第 1の組み合わせを用いて、脂肪ファントムおよびボランティアを用いた撮像を行なった。スボイラー傾斜磁場は、実施例 1において示された方法を採用した。また本撮像のパルスシーケンスとしては、 Fast Spin Echo法のパルスシーケンスを用いた。比較例として、単一の 90° ノルスを脂肪抑制シーケンス部として用い、それ以外の条件は実施例と同じにして撮像を行なった。図 15に脂肪ファントムを用いた場合の画像を示す。図中、（a)は本実施例による画像、（b)は比較例による画像である。図からもわ力、るように、本実施例によれば、脂肪ファントムからの信号はほぼ抑制されているのに対し、比較例では、部分的に信号が抑制されている力抑制されずに脂肪が高信号である部分が見られた。

[0117] 図 16にボランティアを用いた場合の画像と、図 17にそのラインプロファイルを示す。

図 16中、（a)は本発明の実施例による画像、（b)は比較例による画像で、実線が本実発明の実施例、点線が比較例である。図 17において、一点鎖線で示した部分は、皮下脂肪に対応し、この部分の観察から、本発明の実施例では比較例 (CHESSパルス力発のみである場合)に対して脂肪信号が大幅に抑制されていることがわかる。

[0118] また、図 18は、 3つの CHESSパルスのフリップ角の比を上記の値で保った状態で、全体としての CHESSパルス強度を Amp40_140%と変化させたときの脂肪抑制領域のプロファイル変化 (縦磁化 M(3)の変化)を実測したものである。尚、 Amp 100%がフリツプ角 90° 相当の CHESSパルス強度である。

[0119] 図 18(a)は、ファントムの撮像例であり、中央部の低信号領域が脂肪抑制領域である。このファントム画像における縦の点線で示した位置のプロファイルを図 18(b)(c)に示す。図 18(b)は、従来の 1つの CHESSパルスで CHESSパルス強度を変化させたときのプロファイル変化を示す。 CHESSパルス強度を変化させるにしたがって、プロファイルの強度 (縦磁化 Mz)が変化していることがわかる。一方、図 18(c)は、本願発明の 3つの CHESSパルスで強度を変化させたときのプロファイル変化を示す。 Amp65%以上になると、プロファイルの強度 (縦磁化 Mz)が Mz 0の状態で CHESSパルス強度に依存しなくなることがわかる。これは本願発明の脂肪抑制シーケンスでは、 CHESSパルスの照射強度に対して、縦磁化 Mzが依存しない状態を実現できていることを示す。

[0120] 図 19は、（a)〜(f)図が時間間隔 τ 2を変化させたときの腹部撮像画像であり、（g)図が脂肪抑制を Offにした場合の腹部撮像画像であり、（h)図が一般的な 1つの CHESSパノレスにより脂肪抑制をした腹部撮像画像である。上述したように、 τ 2を延長するにつれて、徐々に脂肪組織が抑制され、 τ 2 = 301^ 前後(\ (3)=_0.1\ 0程度)で、脂肪組織全体が均質に抑制できた。この結果は、計算機シミュレーションどおりに実際のボランティアでも前述の縦磁化の制御ができていることが示された。

Claims

請求の範囲

[1] 被検体が配置される撮影空間に静磁場を発生させる静磁場発生手段と、前記撮影空間に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生手段と、前記撮影空間に高周波磁場を発生させる高周波磁場発生手段と、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する受信手段と、前記受信手段が検出した核磁気共鳴信号を用いて画像を作成する画像作成手段と、これら各磁場発生手段、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とを備え、前記所定のノルスシーケンス力測定の対象としなレ、不要な物質からの信号を消去するための不要物質抑制シーケンス部と、前記被検体の画像の作成に用いる核磁気共鳴信号を計測する本撮像シーケンス部と含み、前記不要物質抑制シーケンス部は、前記本撮像シーケンス部における最初の高周波磁場パルス印加時において前記不要な物質の縦磁化が前記撮影空間内で空間的に均一にするために、少なくとも 2つ以上の高周波磁場パルスを発生させる磁気共鳴イメージング装置におレ、て、

前記 2つ以上の高周波磁場パルスのフリップ角を調整する調整手段を備え、前記制御手段は、前記調整手段により調整されたフリップ角で前記 2つ以上の高周波磁場パルスを印加することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

[2] 前記調整手段は、前記 2つ以上の高周波磁場パルスのフリップ角を変数として、前記本撮像シーケンス部における最初の高周波磁場パルス印加時の前記不要な物質の縦磁化を求める計算式を用い、前記計算式による計算値を調整することにより、前記 2つ以上の高周波磁場パルスのフリップ角の最適値を求めることを特徴とする請求の範囲 1記載の磁気共鳴イメージング装置。

[3] 前記調整手段は、前記フリップ角を変化させた場合における前記被検体の特定核種の縦磁化の値の変化を 2次元あるいは 3次元グラフ上で表示し、該 2次元ある!/、は 3次元グラフ上で前記計算値が低い領域を探し出すことにより、前記最適値を調整することを特徴とする請求の範囲 2記載の磁気共鳴イメージング装置。

[4] 前記調整手段は、前記 2次元あるいは 3次元グラフ上の低!/、領域上に線分を設定し、前記線分上のプロファイルにおいて、前記計算値が低い部分の領域が大きい線分を探し出すことにより、前記最適値を調整することを特徴とする請求の範囲 3記載の磁気共鳴イメージング装置。

[5] 前記 2次元あるいは 3次元グラフは 2軸あるいは 3軸が対数で表示され、前記線分は

、前記 2次元あるいは 3次元グラフ上で傾きが 1であることを特徴とする請求の範囲 4 記載の磁気共鳴イメージング装置。

[6] 前記調整手段は、前記被検体の特定核種の縦磁化及びその微分値から成る評価関数演算手段を備え、該評価関数が低くなるような最適化計算をすることにより、前記最適値を調整することを特徴とする請求の範囲 1記載の磁気共鳴イメージング装置。

[7] 前記評価関数は、前記被検体の特定核種の縦磁化及びその微分値の和から成ることを特徴とする請求の範囲 6記載の磁気共鳴イメージング装置。

[8] 前記評価関数は、前記被検体の特定核種の縦磁化及びその微分値の和に、前記 2つ以上の高周波磁場パルスのフリップ角の和を掛けたものであることを特徴とする請求の範囲 7記載の磁気共鳴イメージング装置。

[9] 前記評価関数は、前記被検体の特定核種の縦磁化及びその微分値の和に、前記 2つ以上の高周波磁場パルスのフリップ角の和を足したものであることを特徴とする請求の範囲 7記載の磁気共鳴イメージング装置。

[10] 前記制御手段は、前記 2つ以上の高周波磁場パルス間の印加間隔あるいは前記 2 つ以上の高周波磁場パルスの最後の高周波磁場パルスと本撮影シーケンス部における最初の高周波磁場パルスの印加間隔を制御することにより、前記本撮像シーケンス部における最初の高周波磁場パルス印加時の前記不要な物質の縦磁化が所望の値になるように制御することを特徴とする請求の範囲 1記載の磁気共鳴イメージング装置。

[11] 前記制御手段は、前記 2つ以上の高周波磁場パルス間の印加間隔のうち一つを、長くあるいは短くすることにより、前記本撮像シーケンス部における最初の高周波磁場パルス印加時の前記不要な物質の縦磁化が所望の値になるように制御することを特徴とする請求の範囲 10記載の磁気共鳴イメージング装置。

[12] 前記 2つ以上の高周波磁場パルスの数は 3個であり、前記制御手段は、 2番目の高周波ノルスと 3番目の高周波ノルスの印加間隔を長くすることにより、前記本撮像シケンス部における最初の高周波磁場パルス印加時の前記不要な物質の縦磁化を負の値に制御することを特徴とする請求の範囲 11記載の磁気共鳴イメージング装置

[13] 前記 2つ以上の高周波磁場パルスの数は 3個であり、前記制御手段は、 2番目の高周波ノルスと 3番目の高周波ノルスの印加間隔を短くすることにより、前記本撮像シケンス部における最初の高周波磁場パルス印加時の前記不要な物質の縦磁化を正の値に制御することを特徴とする請求の範囲 11記載の磁気共鳴イメージング装置

[14] 前記 2つ以上の高周波磁場パルスの数は 3個であり、前記印加間隔を制御する高周波磁場パルスは、 3番目の高周波パルスと本撮像シーケンス部で最初に印加される高周波磁場パルスであることを特徴とする請求の範囲 10記載の磁気共鳴イメージング装置。

[15] 前記本撮像シーケンス部における最初の高周波磁場パルス印加時の前記不要な物質の縦磁化は正の値であり、該値は、水分子内水素プロトンの共鳴周波数と同等の共鳴周波数を呈する脂肪酸系の脂肪成分の縦磁化の値であり、前記本撮像シーケンスでは信号読み出し傾斜磁場パルスの印加タイミングを制御することにより、前記脂肪酸系の脂肪成分に起因する核磁気共鳴信号をキャンセルすることを特徴とする請求の範囲 10記載の磁気共鳴イメージング装置。

[16] 前記本撮像シーケンス部における最初の高周波磁場パルス印加時の前記不要な物質の縦磁化は負の値であり、該値は、水分子内水素プロトンの共鳴周波数と同等の共鳴周波数を呈する脂肪酸系の脂肪成分の縦磁化の値であることを特徴とする請求の範囲 10記載の磁気共鳴イメージング装置。

[17] 前記縦磁化制御ノレス部は、少なくとも 2つ以上の高周波磁場パルスとそれに続いて印加されるスボイラー傾斜磁場より構成されることを特徴とする請求の範囲 1記載の磁気共鳴イメージング装置。

[18] スボイラー傾斜磁場は、同時に X Y Ζの 3軸に印加され、その印加量がそれぞれ異なることを特徴とする請求の範囲 17記載の磁気共鳴イメージング装置。

[19] スボイラー傾斜磁場は、同時に X Υ Ζの 3軸に印加され、その印加量が、前記少なくとも 2つ以上の高周波磁場パルスの印加の度に 2倍になることを特徴とする請求の範囲 17記載の磁気共鳴イメージング装置。

[20] スボイラー傾斜磁場は、同時に X、 Y、 Ζの 1軸あるいは 2軸に印加され、それぞれ印加の度毎に印加軸が互い違いになることを特徴とする請求の範囲 17記載の磁気共鳴イメージング装置。