JP2009291388A - 磁気共鳴イメージング方法及び磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のプリパルス機能が必要な撮像において、撮像時間の延長を抑えつつ良好な画像を取得する。
【解決手段】 プリパルス部と本計測部とを有して成るパルスシーケンスに基づいて、RFパルスと傾斜磁場の印加を制御し、被検体からのエコー信号を計測する計測制御部を備え、プリパルス部は、振幅変調された複数のRFパルスから構成される空間的周波数選択パルスを有して成り、計測制御部は、空間的周波数選択パルスを構成する各RFパルス間にブリップ傾斜磁場の印加と、空間的周波数選択パルスを構成するRFパルス毎に極性の異なる傾斜磁場の印加とを制御する。
【選択図】 図6

Description

本発明は、被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴(以下、「NMR」という)信号を計測し、核の密度分布や緩和時間分布等を画像化する核磁気共鳴イメージング(以下、「MRI」という)装置に関し、特に、プリパルス併用撮像で画像を短時間で取得する技術に関する。

MRI装置は、被検体、特に人体の組織を構成する原子核スピンが発生するNMR信号(エコー信号)を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を二次元的に或いは三次元的に画像化する装置である。撮像においては、エコー信号には、傾斜磁場によって異なる位相エンコードが付与されるとともに周波数エンコードされて、時系列データとして計測される。計測されたエコー信号は、二次元又は三次元フーリエ変換されることにより画像に再構成される。

上記MRI装置を用いた撮像においては、特定領域のプロトンや、特定分子のプロトンの信号を選択的に抑制して画質を改善するためのパルスを印加する場合がある。例えば、三次元TOF(Time-Of-Flight)撮像においては、磁化転移コントラスト(Magnetization Transfer Contrast, 以下、MTC)パルスで脳実質の信号を抑制することにより小血管の描出能を向上させている。或いは、プリサチュレーションパルスで撮像範囲内に流入してくる静脈血の信号を抑制することにより動脈の識別能を高めている。或いは、脂肪抑制パルスで眼窩等の脂肪の信号を抑制して血管の描出能を高めている。これらの抑制パルスは、画像用エコー信号計測のための励起パルスに先んじて印加される(以下、プリパルスと略記する)。

また、複数の抑制効果が必要な場合には、各抑制効果に対応するプリパルスが組み合わされて印加される。しかし、複数のプリパルスの単純な組み合わせでは、繰り返し時間(TR)が延長してしまい、TRの延長に伴う画質劣化や、撮像時間の延長が発生することになる。例えば、脂肪抑制パルスは一般的に10数msecの印加時間が必要であり、プリサチュレーションパルスは数msecの印加時間が必要であることから、これら2つのプリパルスを使用するだけで、20msec程度TRが延長する。プリパルスを使用しない場合、三次元TOFのTRは20msec程度なので、これらの2つのプリパルスを使用するとTRが2倍になってしまい、それに伴い撮像時間も2倍に延長する。

そこで、一回のプリパルスに複数機能を持たせて撮像時間の延長を回避する技術が知られている。例えば、撮像範囲内に流入する血液信号を飽和する為のプリサチュレーションパルスと、撮像範囲内の組織の信号を抑制するMTCパルスを1度のRFパルス印加で行う方法について、例えば特許文献1、非特許文献1に開示されている。また、振動傾斜磁場と共に複数のRFを印加することにより、任意領域における水プロトン等の特定分子のプロトンのみを励起するspectral-spatial(以下、空間的周波数選択励起)パルスが、特許文献2に開示されている。

特開平7-67852号公報 特開2005-87375号公報 A Novel Saturation Transfer Contrast Method for 3D Time-of-Flight Magnetic Resonance Angiography: A Slice-Selective Off-Resonance Sinc Pulse(SORS) Technique, Mitsue Miyazaki, Magn Reson Med., 32, 52-59 (1994)

一般的に、プリサチュレーションパルスにより励起する領域の位置とサイズは、静脈血の信号を良好に抑制する為には、撮像領域に対して隣接させる必要がある。そのため、プリサチュレーションパルスにより励起する領域の位置とサイズを任意に設定できることが必要になる。しかし、特許文献1、非特許文献1に開示されている方法では、脳実質と血液の信号を1度のRFパルス印加で抑制しているが、励起位置と励起サイズの制御は任意にできない。

また、特許文献2に開示されている方法では、撮像領域の水プロトンのみを励起しているが、静脈血を抑制していないため、別途プリサチュレーションパルスの印加が必要になり、撮影時間が延長してしまう。そこで、本発明の目的は、複数のプリパルス機能が必要な撮像において、撮像時間の延長を抑えつつ良好な画像を取得する撮像方法およびMRI装置を提供することである。

上記目的を達成するための、本発明のMRI方法は以下のように構成される。即ち、プリパルス部と本計測部とを有して成るパルスシーケンスに基づいて、RFパルスと傾斜磁場の印加を制御し、被検体からのエコー信号を計測する際に、プリパルス部は、振幅変調されたRFパルスと、第1の軸にスライス選択傾斜磁場と、を印加するステップと、第2の軸にブリップ傾斜磁場を印加するステップと、からなる単位ステップを、振幅変調の変調度とスライス選択傾斜磁場の極性とを変えて所定回数繰り返すステップと、を有して成ることを特徴とする。

また、上記目的を達成するための、本発明のMRI装置は以下のように構成される。即ち、プリパルス部と本計測部とを有して成るパルスシーケンスに基づいて、RFパルスと傾斜磁場の印加を制御し、被検体からのエコー信号を計測する計測制御部を備え、プリパルス部は、振幅変調された複数のRFパルスから構成される空間的周波数選択パルスを有して成り、計測制御部は、空間的周波数選択パルスを構成する各RFパルス間にブリップ傾斜磁場の印加と、前記空間的周波数選択パルスを構成するRFパルス毎に極性の異なる傾斜磁場の印加と、を制御することを特徴とする。

本発明のMRI装置によれば、複数のプリパルス機能が必要な撮像において、撮像時間の延長を抑えつつ良好な画像を取得する撮像方法およびMRI装置を提供することが出来る。即ち、複数のプリパルス機能を1つのプリパルスに纏めて印加することにより、撮像時間を実質的に延長せずに、不要な信号を抑制した良好な画像を取得できる。また、別々にプリパルスを印加する場合に比べてプリパルスから本計測の時間が短くなるので、より高い抑制効果を得ることが可能になるので抑制効果がより強調された高画質の画像を取得することができる。

以下、本発明のMRI方法及びMRI装置の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

最初に、本発明のMRI装置の一例の概略を図1に基づいて説明する。図1は本発明のMRI装置の一例の全体構成を示すブロック図である。このMRI装置は、核磁気共鳴(NMR)現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、図1に示すように、静磁場発生部と、傾斜磁場発生部と、RF送信部と、RF受信部と、計測制御部と、演算制御部と、表示部とを備えて構成される。

静磁場発生部は、被検体101の周りの空間にその体軸方向または体軸と直交する方向に均一な静磁場を発生させるもので、被検体101の周りに永久磁石方式または常電導方式あるいは超電導方式の磁場発生用磁石102が配置されている。

傾斜磁場発生部は、X，Y，Zの3軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル103と、それぞれの傾斜磁場コイル103を駆動する傾斜磁場電源109とから成り、後述の計測制御部111からの命令に従って、各傾斜磁場コイルの傾斜磁場電源109が駆動されることにより、X，Y，Zの3軸方向の傾斜磁場Gs，Gp，Gfを被検体101に印加する。より具体的には、X、Y、Zのいずれかの1方向にスライス選択傾斜磁場パルス(Gs)を印加して被検体101に対するスライス面を設定し、残り2つの方向に位相エンコード傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード(又は、読み出し)傾斜磁場パルス(Gf)を印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。

計測制御部111は、高周波磁場パルス(以下、「RFパルス」という)と傾斜磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し被検体101に印加して、被検体101からのエコー信号の計測を制御する。つまり、計測制御部111は、被検体101の断層画像の再構成に必要なエコー信号の計測のための種々の命令をRF送信部、傾斜磁場発生部、およびRF受信部に送って、これら各部を制御することにより、エコー信号の計測を制御する。

RF送信部110は、被検体101の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、RF照射コイル104を介して被検体101にRFパルスを照射するもので、図示していない高周波発振器、変調器及び高周波増幅器とRF照射コイル104とから成る。高周波発振器から出力された高周波パルスを計測制御部111からの指令によるタイミングで変調器により振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器で増幅した後に被検体101に近接して配置されたRF照射コイル104に供給することにより、電磁波(RFパルス)が被検体101に照射される。

RF受信部106は、被検体101の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号(NMR信号)を検出するもので、RF受信コイル105と、図示していない増幅器、直交位相検波器、及びA/D変換器とから成る。RF照射コイル104から照射された電磁波によって誘起される被検体101の応答の電磁波(NMR信号)が、被検体101に近接して配置されたRF受信コイル105で検出され、増幅器で増幅された後、計測制御部111からの指令によるタイミングで直交位相検波器により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA/D変換器でディジタル量(以下、エコー信号のデジタルデータをエコーデータという)に変換されて、演算制御部113に送られる。

演算制御部113は、CPUと、光ディスク、磁気ディスク等の外部記憶部からなる。RF受信部106からのエコーデータがCPUに入力されると、CPUが信号処理、画像再構成等の演算処理を実行し、その結果である被検体101の断層画像を表示部108に表示すると共に、外部記憶部に記録する。また、CPUは、K空間に対応するメモリを内部に備えてエコーデータを記憶する。

表示部108は、演算処理部113で再構成された画像を表示すると共に、MRI装置の各種制御情報や演算制御部113で行う処理の制御情報を入力するもので、モニタと、図示していないトラックボール又はマウス、或いは、キーボード等の操作入力部と、から成る。この操作入力部はモニタに近接して配置され、操作者がモニタを見ながら操作入力部を通してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御する。

なお、図1において、RF照射コイル104，RF受信コイル105と傾斜磁場コイル103は、被検体101の周りの空間に配置された静磁場発生部の静磁場空間内に設置されている。

現在MRI装置の撮像対象スピン種は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質であるプロトンである。プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和現象の空間分布を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を三次元もしくは三次元的に撮像する。撮像の際には、計測制御部111の制御の下に、傾斜磁場発生部により異なる位相エンコードの傾斜磁場が、三次元であればスライスエンコードの傾斜磁場も、被検体101に印加され、それぞれの位相／スライスエンコードで得られるエコー信号がRF受信部106により計測される。位相エンコードの数は通常1枚の画像あたり128、256、512等の値が選ばれ、スライスエンコード数は通常16,32,64が選ばれる。各エコー信号は通常128、256、512、1024個のサンプリングデータからなる時系列データとして得られる。演算制御部113のCPUは、これらのエコーデータをフーリエ変換して1枚のMR画像を再構成する。

次に、プリパルス併用の、TOF(Time-of-Flight)法に基づくMRA撮像パルスシーケンスについて、図2に示すシーケンスチャートに基づいて説明する。図2に示すように、本パルスシーケンスは、プリパルス部とその後に続く本計測部とを有してなる。また、RF、Gs、Gp、Grはそれぞれ、RFパルス、スライス傾斜磁場、位相エンコード傾斜磁場、及び、周波数エンコード傾斜磁場の印加タイミング及び印加波形を表している。また、Echo はエコー信号の計測タイミングを表している。なお、プリパルス部は、繰り返し毎に毎回実行される必要は無く、複数回に1回の割合で実行されても良い。ここでは、本計測部について詳細に説明し、プリパルス部の詳細は後述する。

図2に示す本計測部は、グラディエントエコー法に基づく三次元パルスシーケンスの一繰り返し分のタイミングチャートを示している。なお、本計測部は、このパルスシーケンスに限らず、三次元のパルスシーケンス、或いは、EPI等の他の種類のパルスシーケンスであっても良い。計測制御部111は、このパルスシーケンスにもとづいて、RF送信部、傾斜磁場発生部、及びRF受信部を制御して、エコー信号の計測を制御する。

具体的には、最初に、励起パルス201が、スライス選択傾斜磁場202と共に印加されて、所望のスラブ領域の磁化が励起され横磁化が生じる。次にスライスリフェーズ傾斜磁場203が印加されて、スライス選択傾斜磁場202により分散した横磁化の位相が再収束される。次に、スライスエンコード傾斜磁場204と、位相エンコード傾斜磁場205と、ディフェーズ傾斜磁場206とが、印加される。スライスエンコード傾斜磁場204はスライス方向の位置情報を、位相エンコード傾斜磁場205は位相エンコード方向の位置情報を、それぞれエコー信号にエンコードするための傾斜磁場である。ディフェーズ傾斜磁場206は、エコー信号を計測するための、予め横磁化の位相を分散させておくためのものである。次に、周波数エンコード傾斜磁場207が印加されて、周波数エンコード方向の位置情報がエコー信号208にエンコードされつつ、そのエコー信号208が計測される。

以上の本計測部を有するパルスシーケンスが、スライスエンコード傾斜磁場の印加量と、位相エンコード傾斜磁場の印加量との少なくとも一方を変えながら、各エンコード数だけ繰り返されて、画像再構成に必要な数のエコー信号が計測される。更に、広い領域を撮像する場合、一連のスライスエンコードで撮像される領域を1スラブとし、そのスラブ位置が変更されて複数箇所のスラブ領域で撮像が行われても良い(以下、マルチスラブ撮像)。従って、三次元TOFの撮像時間は、繰り返し時間(TR)×位相エンコード数×スライスエンコード数×スラブ数となる。位相エンコードを128、スライスエンコード数を32、スラブ数を3、本計測部の1繰り返し分の時間を19msecとすると、図2の撮像時間は、

(プリパルス部の印加時間＋19)ms×128×32×3 ＞＝ 3分53秒

となる。プリパルス部で、従来技術の様に、プリサチュレーションパルス(6msec)とCHESSパルス(19msec)を印加すると、撮像時間は約9分になり、全体の撮像時間が、本計測に必要な撮像時間の倍以上に延長してしまう。このような従来技術における撮像時間の延長は被検者に大きな負担となる。この課題を解決するのが本発明のMRI方法及びMRI装置である。以下、本発明のMRI方法及びMRI装置の各実施形態を詳細に説明する。
(第1の実施形態)
次に、本発明のMRI方法及びMRI装置の第1の実施形態を説明する。本実施形態は、プリパルス部において空間的周波数選択パルスを印加することにより、複数の領域でそれぞれ所望の核種の磁化を励起する。そして、このようにして励起された各領域の横磁化にスポイラー傾斜磁場が印加されて、エコー信号として計測されないように横磁化の位相が分散(ディフェーズ)される。以下、図3,4に基づいて、本実施形態のプリパルス部を説明する。

図3は、空間的周波数選択パルスにより励起される複数の領域の一例を示す。本例の励起領域は、脂肪信号を抑制するために撮像領域301を内部に含む脂肪抑制領域302と、血液信号(ここでは静脈血)を抑制するためにその血液を含み撮像領域301の上流に位置する血液抑制領域303である。つまり、脂肪抑制領域302は撮像するスライス位置301に重なるように設定され、さらに血液抑制領域303は抑制したい血管の上流に設定される。特に、血液抑制領域303の設定については、動脈を撮像する場合には、流入してくる静脈血を抑制する為に脂肪抑制領域302よりも頭頂部方向に設定され、静脈を抑制する場合には、流入してくる動脈血を抑制する為に脂肪抑制領域302よりも下肢部方向に設定される。そして、脂肪抑制領域302では脂肪プロトンが励起され、血液抑制領域303では、水プロトンが励起される。脂肪プロトンと水プロトンでは、共鳴周波数が3.5ppmだけ異なる(所謂ケミカルシフトで、静磁場強度1.5Tで220Hz)。この空間的周波数選択パルスにより、撮像領域の脂肪及び上流から流れ込む静脈血からのエコー信号を共に抑制することができる。

次に、上記の様に設定された各抑制領域を励起するための、本実施形態のプリパルス部の一例を図4に示す。本実施形態のプリパルス部は、空間的周波数選択部と、その後のスポイラー部とを有して成る。空間的周波数選択部で空間的周波数選択部パルスが印加されて所望の複数領域の磁化が励起される。そして、スポイラー部で、少なくとも1軸方向にスポイラー傾斜磁場が印加されて、エコー信号として計測されないように励起された複数領域の横磁化の位相が分散される。

図4に示すように、空間的周波数選択部は、振幅変調された複数のRFパルス(以下、これら振幅変調された複数のRFパルスの組合せを空間的周波数選択パルスという)403とスライス選択傾斜磁場404とブリップ傾斜磁場405を有してなる。

空間的周波数選択パルス403は、それを構成する各RFパルスのピーク間隔□Tが1.49msとされている。また、各RFパルスは一般的なsinc波形を有する。TRを短縮する為にはプリパルス部を短くすることが好ましいが、脂肪抑制領域と血液抑制領域とを隣接させ、かつ撮像領域の水プロトンを励起せずに脂肪プロトンだけを選択的に励起するのに十分な周波数選択性を得る為には、空間的周波数選択パルス全体の印加時間を14.9ms程度とし、RFパルス数を9波程度とする事が望ましい。この空間的周波数選択パルス403の詳細な決め方については後述する。

各ブリップ傾斜磁場405は、空間的周波数選択パルス403を構成する各RFパルスの間に印加される。詳細は後述する。

このように設定された空間的周波数選択パルス403の励起プロファイルを図5に示す。血液抑制領域303に対応して血液(つまり、水プロトン)からの信号を抑制するための励起プロファイル503と、脂肪抑制領域302に対応して脂肪プロトンからの信号を抑制するための励起プロファイル504とが、周波数空間で隣接している。2つの抑制領域302,303は、血流方向に沿って配置されるので、これらの励起プロファイル503,504も血流方向に沿って設定されることになる。

また、脂肪抑制領域302のスラブ厚501を撮像領域に対応させる必要があり、血液抑制領域303のスラブ厚502を血流速度に対応させる必要がある。さらに、マルチスライス撮像の場合には、撮像するスライス位置に連動させて、脂肪抑制領域302と血液抑制領域303の位置をシフトさせる必要がある。具体的には、撮像するスライス位置をz(m)、空間的周波数選択パルスを構成する各RFパルス403の搬送周波数をF(z) (Hz)、水と脂肪のケミカルシフトをα(ppm)、静磁場強度をB₀(T)、スライス選択傾斜磁場404の強度をGs(T/m)、水の磁気回転比をY_H(Hz/T)とした場合に、RFパルス403の搬送周波数は式(1)で求める。

F(z)=Y_H(1+α)(B₀+Gs z) 式(1)

なお、本実施形態では水と脂肪を抑制するので、α=3.5(ppm)となるが、別の分子を抑制する場合はそれらのケミカルシフト差をαとすれば良い。

次に、上記の様に設定された各抑制領域に基づいて空間的周波数選択部を構成する各パルスを決定するための処理フローを図6に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、本処理フローは、予めプログラムとして外部記憶装置に記憶されており、必要に応じて演算制御部のCPUに読み込まれて、CPUがそのプログラムを実行することにより、行われる。

ステップ601で、各抑制領域の励起プロファイルから、空間的周波数選択パルスを構成する複数のRFパルスを振幅変調のための包絡線407の形状が設定される。励起プロファイルを矩形にする場合、包絡線407の形状はsinc波形とする必要がある。その場合、sinc波形の山数N_Sが多いほど、励起プロファイルは良好な矩形に近づいていくが、山数N_Sを増やすと空間的周波数選択パルスの印加時間が延長してしまう。本実施形態では、空間的周波数選択励起パルスはプリパルスとして使用されるので、その励起プロファイルは、本計測部に用いるRFパルスほどの良好な励起プロファイルでなくてもよい。励起プロファイル形状と撮像時間とのバランスを考えると、N_S=3程度が好ましい。図7に、N_S=3のsinc波形の包絡線形状(7(a)図)と、その励起プロファイル702(7(ｂ)図)を示す。プリパルス部の励起プロファイルとしては十分な矩形形状の励起プロファイルとなっている。そこで、CPUは、包絡線407の形状を山数N_S=3のsinc波形とする。

ステップ602で、プリパルス部における各抑制領域のスラブ厚からブリップ傾斜磁場405の合計印加量が決定される。脂肪抑制領域302は撮像領域を覆う必要があるので、そのスラブ厚502は三次元TOFで撮像しうる最大サイズの15cm程度とする。本実施形態では、血液抑制領域303のスラブ厚501と脂肪抑制領域302のスラブ厚502とは同じなる。撮像領域301における所望血管の信号を全て抑制するためには、その所望血管を通って撮像領域301に流入してくる血液を全て励起する必要がある。血液の流速は10cm/s程度であり、空間的周波数選択励起パルスが印加されてから本計測部でエコー信号が計測されるまでの時間は15ms程度なので、血液抑制領域のスラブ厚501を15cmとすれば、本計測部でエコー信号が計測されるまでに流入してくる血液は十分抑制可能となる。

次に、決定された各抑制領域のスラブ厚に基づいて、ブリップ傾斜磁場405の合計の印加量が決定される。具体的には、ステップ401に説明したように、抑制領域の励起プロファイルを矩形にする場合、振幅変調の包絡線407はsinc波形となる。励起するスラブ厚をX (m)とする場合、このsinc波形1山は、K空間上では2/X (m^-1)の幅をもつ。従って、sinc波形の山数をN_Sとすると、ブリップ傾斜磁場405の合計の印加量S_BT(T/m・s)は式(2)で求まる。

S_BT = ( N_S + 1 ) / Y_H / X 式(2)

上記の場合、S_BT = ( 3 + 1 ) / Y_H / 0.15 = 0.626×10^-6(T/m・s)となる。

ステップ603で、包絡線407の1山を構成するパルスの数Nが決定される。本実施形態の空間的周波数選択パルスを用いた場合、メインローブの他にサイドローブがスライス方向に生じる。図8にメインローブ802とサイドローブ801の一例を示す。メインローブ802とサイドローブ801の距離Δ_PP803に基づいて、包絡線407の1山を構成するRFパルスの数Nが式(3)により決定される。ただし、ここでの1山を構成するパルス数とは、包絡線のゼロクロス点を含んだ数である。

N = 2 Δ_PP / X ＋1 式(3)

CPUは、式(3)に基づいて、包絡線407の1山を構成するパルスの数Nを設定する。距離Δ_PP803は、予め設定しておいても良いし、後述の第2の実施形態で説明するように、操作者が設定してもよい。

なお、サイドローブは動脈の血液流入方向に現れるので、サイドローブが撮像領域に近い場合、流入してくる動脈血を抑制してしまう。そこで、メインローブとサイドローブの距離Δ_PPをある程度離す必要がある。例えば、動脈血の縦磁化が90％程度回復していれば撮像に影響がないとすると、血液の流速は10〜15 (cm/s)、T1値は1200 (ms)であり、縦磁化の回復はM_Z＝M₀(1-e^-t/T1)で現されるので、時間で3〜4.5(s)、流速から距離に換算すると300〜450(mm)以上撮像領域から離れれば撮像領域の撮像に影響がでない。また、この程度サイドローブの位置が磁場中心から離れれば、RFパルスの照射可能領域からも離れるので、サイドローブによる動脈血の抑制効果は殆どなくなる。そこで、Δ_PP＝450(mm)、X＝150(mm)とすると、N=7となる。

また、空間的周波数選択パルスを構成するRFパルスは、包絡線407のゼロクロス点を含むタイミングで印加されることが望ましい。つまり、包絡線407のゼロクロス点を含む複数のタイミングでそれぞれRFパルスが印加されるように(ただし、ゼロクロス点では振幅変調重みがゼロになるのでRFパルスが印加されない)、空間的周波数選択パルスを構成する各RFパルスの印加タイミングを設定することが望ましい。

例えば、RFパルス群403は、等時間間隔で印加されており、図9(a)に示すように、包絡線407のゼロクロス点を含んだタイミングでRFパルス群403が印加された場合、振幅変調係数(つまり、各RFパルスに掛ける重み係数)の合計は2.28になる。一方、図9(b)に示すように包絡線407のゼロクロス点を含まないタイミングでRFパルス群403が印加された場合、同じ振幅変調の包絡線を用いていても、振幅変調係数の合計は2.44となり、増加する。印加される各RFパルスは全て同じ形状なので、振幅変調係数の合計の差は、RFパルスの印加量の差である。

人体の電力比吸収率(以下、SAR)は、単位時間に印加するRFパルスの面積の2乗に比例し、SARが低いほど人体への影響は小さい。SARを低くする為には、空間的周波数選択パルスを構成する各RFパルスを包絡線407のゼロクロス点を含んだタイミングで印加することが望ましい。また、図9のいずれの場合も励起プロファイルは同程度の形状となることから、包絡線407のゼロクロス点を含んだタイミングでのRFパルス群の印加が尚更良いことなる。包絡線407のゼロクロス点を含んだタイミングでのRFパルス群の印加のためには、Δ_PPの値を、Xの整数倍の値に制限すればよい。本実施形態の特徴は、この様な制限を課すことにより、空間的周波数選択パルスを構成する各RFパルスを一義的に決めることができ、空間的周波数選択パルスを効率的に印加できる点にある。

ステップ604で、ブリップ傾斜磁場405の1波の印加量が決定される。ステップ602でブリップ傾斜磁場605の合計の印加量S_GBが求められているので、ブリップ傾斜磁場405の1波の印加量S_BEが式(4)で求まる。

S_BE = S_GB / { ( N - 1 ) ( N_S + 1 ) / 2 } 式(4)

上記の場合、S_BE=0.626×10^-6/{(7-1)(3+1)/2}=0.052×10^-6(T/m・s) となる。尚、印加量が同じであれば、波形は異なっていても良い。なお、図4では包路線のゼロクロス点でのブリップ傾斜磁場の印加量が約2倍になっているが、これは、ゼロクロス点でもRFパルスが印加されていると考えて、そのRFパルスの前後で印加されるブリップ傾斜磁場を纏めて1回で印加するためである。2回に分けてブリップ傾斜磁場を印加することにより、ブリップ傾斜磁場405の1波の印加量S_GBを同じにしてもよい。

ステップ605で、空間的周波数選択パルスを構成する複数のRFパルスのピーク間隔ΔTが決定される。本実施形態では、脂肪抑制領域の位置と血液抑制領域の位置を隣接させる必要がある。複数のRFパルスのピーク間隔ΔTと各抑制領域の位置の差Δ_chmとの関係は、式(3)で表される。

Δ_chm = α Y_H B₀ ΔT × (N-1) / 2 式(5)

そこで、脂肪抑制領域の位置と血液抑制領域の位置を隣接させるためには、Δ_chm = Xとすればよい。この場合に(5)式は、

ΔT = 2 X / {α Y_H B₀ (N-1) } 式(6)

となる。CPUは、(6)式に基づいて複数のRFパルスのピーク間隔ΔTを設定する。例えば、X＝150(mm)、N=7とすると、ΔT = 1.49(ms)となる。

ステップ606で、スライス選択傾斜磁場が決定される。スライス選択傾斜磁場404は、図3に示した各抑制領域の紙面奥行き方向または左右方向の励起幅を制限する場合に必要となる傾斜磁場である。従って、その傾斜磁場強度Gyは、空間的周波数選択パルスを構成する各RFパルスの周波数帯域をFy、励起幅( = スラブ厚)をYとすると、

Gy = Fy / ( γ × Y ) 式(7)

と求められる。CPUは式(7)に基づいて傾斜磁場強度Gyを設定する。この傾斜磁場強度を有するスライス選択傾斜磁場が、空間的周波数選択パルスを構成するRFパルス毎に、極性を交互に変えて、印加される。

以上までが、空間的周波数選択部を構成する各パルスを決定するための処理フローの説明である。以上の様にして設定された空間的周波数選択パルスの印加時間は17ms程度になるので、本計測部を含めた撮像時間は、

(17+19)ms×128×32×3＝7分22秒

に短縮される。また、従来技術の様に、脂肪抑制と血液抑制のための各プリパルスを個別に印加する場合と比較して、本実施形態は、複数のプリパルス機能を一度のプリパルスで印加するので、プリパルス部から本計測部におけるエコー信号の計測までの時間が短くなる。その結果、本計測部で計測されるエコー信号におけるプリパルスによる抑制効果がより効果的に得られるようになる。

以上説明したように、本実施形態のMRI方法及びMRI装置によれば、複数のプリパルス機能を1度のプリパルスで印加することにより、撮像時間をあまり延長せずに不要な信号を抑制した良好な画像を取得できるようになる。
(第2の実施形態)
次に、本発明のMRI方法及びMRI装置の第2の実施形態を説明する。前述の第1の実施形態は、一意に空間的周波数選択部を構成する各パルスを決定する形態であるが、本実施形態は、操作者の入力を受け付けるユーザーインターフェース(UI)を備えて、操作者の入力設定に応じて、空間的周波数選択部を構成する各パルスを決定する形態である。以下、本実施形態を図10,11に基づいて詳細に説明する。

前述の第1の実施形態で図6を用いて説明したように、空間的周波数選択部を構成する各RFパルスを決定するために必要なパラメーターは、スラブ厚、サイドローブとメインローブの距離、血液抑制領域と脂肪抑制領域の位置の差、包絡線の山数、の4つであり、これら4つのパラメーターを入力設定可能なUIの一例を図10に示す。以下、図10に示すUIに基づいて、本実施形態の動作ついて説明する。

まず、スラブ厚の設定UIについて説明する。位置決め画像1001の上に脂肪抑制領域302を示すスタック1002と水抑制領域303を示すスタック1003を表示し、それぞれのスタックは、そのスタックのサイズを変更する為のハンドル(四角印)1004とスタックを回転させる為のハンドル(丸印)1005を備える。

スタックのサイズを変更する為のハンドル1004は、スタックの上下、前後、左右方向の内、一方向にのみに設けられる。好ましくは、脂肪抑制領域 302を示すスタック1002と水抑制領域303を示すスタック1003の並ぶ方向にハンドル1004が設けられる。また、ハンドル1004をドラッグ＆ドロップしてスタックのサイズを変更した場合、スタック1002と1003は、共に同じサイズに変更される。なお、サイズの変更の際には、各スタックの中心位置1006、1007は移動しない様にする。また、サイドローブの中心位置1009は式(2)で計算される位置に移動する。但し、前述したように、パルス数Nは7が好ましいので、パルス数の初期値は7として計算される。

スタックを回転させる為のハンドル1005は、スタックの四隅に設けられる。いずれかのスタック1005をドラッグ＆ドロップしてスタックを回転させた場合、各スタック間の位置関係が保持されたまま、全てのスタックが共に同じ角度に回転する。図10のスタック1003の右下隅のハンドル1005を用いて各スタックを回転させた場合の一例を図11に示す。

次に、サイドローブとメインローブの距離の設定UIについて説明する。サイドローブの位置を示すスタック1008の中心位置1009をドラッグ＆ドロップしてサイドローブの位置を変更する。但し、スタック1008の中心1009はスタック1002とスタック1003の中心位置の延長線上1010のみを移動する。また、前述の第1の実施形態のステップ603で説明したように、空間的周波数選択パルスを構成する各RFパルスは振幅変調包絡線407のゼロクロス点を含むタイミングで印加されることが望ましい。そこで、中心1009は、式(5)のNが整数になる離散的な位置だけにその移動が制限されるようにする。具体的には、スタック1003とスタック1008の相対位置が式(5)のΔ_PPに相当するので、Δ_PP =X(N+1)/2 (N＝1,2,3・・・)を満たす離散的な位置にのみスタック1008を移動可能とする。

次に、血液抑制領域と脂肪抑制領域の位置の差の設定UIについて説明する。各スタックの中心位置1006、1007のドラッグ＆ドロップに応じて、スタック1002とスタック1003の相対距離が変化する様にする。但し、サイドローブと同様に、各スタックの中心位置1006、1007をドラッグ＆ドロップできるのは、中心位置の延長線1010上のみとする。

次に、包絡線の山数の設定UIについて説明する。操作者が包絡線の山数を直接入力設定できるようなUIを設ける。但し、前述したように、包絡線の山数は3山が好ましいので、山数の初期値は3とする。また、前述の説明では、スラブ厚を任意の値とし、サイドローブとメインローブの距離を離散的な値としたが、逆にサイドローブとメインローブの距離を任意の値とし、スラブ厚を離散的な値としても良い。

以上説明した様に、本実施形態の、空間的周波数選択部を構成する各パルスの決定に必要なパラメーターを設定するためのUIによれば、スラブ厚、サイドローブとメインローブの距離、血液抑制領域と脂肪抑制領域の位置の差、包絡線の山数を、操作者がそれぞれ入力設定可能となる。本実施形態のUIを用いた場合、被検体の体位や血管走行などに合わせたより正確な抑制領域の設定や、水抑制領域と脂肪抑制領域とを重ねて設定することも可能になるので、操作性や汎用性の向上及び画質の向上が可能となる。

本発明に係るMRI装置の一例における全体基本構成の斜視図。 本発明に係る、プリパルス併用のTOF法に基づくMRA撮像パルスシーケンスの一例を示すシーケンスチャート。 本発明の第1の実施形態における空間的周波数選択部が励起する信号抑制領域の配置を示す図。 本発明の第1の実施形態におけるプリパルス部の一例を示すシーケンスチャート。 本発明の第1の実施形態における空間的周波数選択部の励起プロファイルの一例を示す図。 本発明の第1の実施形態における空間的周波数選択部を構成する各パルスを決定するための処理フローを示すフローチャート。 本発明の第1の実施形態におけるsinc3山の励起プロファイルの一例を示す図。 本発明の第1の実施形態における空間的周波数選択パルスのメインローブとサイドローブの励起プロファイルの一例を示す図。 本発明の第1の実施形態における空間的周波数選択パルスの振幅変調包絡線と各RFパルスとの関係を示す図。(a)図は、ゼロクロス点を含めたRFパルス印加の例を示し、(b)図は、ゼロクロス点を含めないRFパルス印加の例を示す。 本発明の第2の実施形態における、空間的周波数選択部を構成する各パルスを決定するパラメーターを入力設定するためのUIの一例を示す図。 本発明の第2の実施形態における、スタックを回転移動させた場合の一例を示す図。

符号の説明

201 本計測部の励起パルス、202 スライス選択傾斜磁場、203 リフェーズ傾斜磁場、204 スライスエンコード傾斜磁場、105 位相エンコード傾斜磁場、106 リードアウト傾斜磁場、107 エコー信号、201 撮像の励起パルス、202 空間的周波数選択励起パルス、203 RFパルス、204 スライス選択傾斜磁場、205 ブリップ傾斜磁場、206 スポイラー傾斜磁場、207 振幅変調の包絡線、101 被検体、102 静磁場磁石、103 傾斜磁場コイル、104 RF照射コイル、105 受信コイル、106 信号検出部、107 信号処理部、108 表示部、109 傾斜磁場電源、110 RF送信部、111 制御部、112 ベッド、113 画像処理部、114 ベッド駆動部、401 撮像領域、402 脂肪抑制位置、403 血液領域、501 プリパルスのスラブ厚、701 sinc3山、702 sinc3山による励起プロファイル、801 サイドローブ、802 メインローブ、803 メインローブとサイドローブの距離、901 位置決め画像、902 脂肪抑制領域、903 水抑制領域、904 サイズを変更する為のハンドル部、905 回転させる為のハンドル部、906 水抑制メインローブのスタック中心位置、907 脂肪抑制メインローブのスタック中心位置、908 サイドローブ、909 サイドローブのスタック中心位置、910 中心位置の延長線

Claims (9)

1. プリパルス部と本計測部とを有して成るパルスシーケンスに基づいて、ＲＦパルスと傾斜磁場の印加を制御し、被検体からのエコー信号を計測する計測制御部を備え、
   前記プリパルス部は、振幅変調された複数のＲＦパルスから構成される空間的周波数選択パルスを有して成る磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記計測制御部は、前記空間的周波数選択パルスを構成する各ＲＦパルス間にブリップ傾斜磁場の印加と、前記空間的周波数選択パルスを構成するＲＦパルス毎に極性の異なる傾斜磁場の印加と、を制御することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記空間的周波数選択パルスを構成する各ＲＦパルスと傾斜磁場を演算により設定する演算処理部を備え、
   前記演算処理部は、所望の複数の信号抑制領域の位置と形状とに対応して、前記プリパルス部を構成するＲＦパルスと傾斜磁場を設定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
3. 請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記演算処理部は、前記信号抑制領域のスラブ厚から、前記ブリップ傾斜磁場の合計の印加量を設定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
4. 請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記演算処理部は、前記空間的周波数選択パルスのサイドローブとメインローブとの距離に対応して、該空間的周波数選択パルスの振幅変調包絡線1山に含めるＲＦパルス数を設定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
5. 請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記演算処理部は、抑制対象の分子の種類に基づいて、前記空間的周波数選択パルスを構成する複数のＲＦパルスの搬送周波数と該ＲＦパルス間の時間間隔を設定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
6. 請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記プリパルス部の設定に必要なパラメーターの値の入力設定を受け付ける入力設定部を備え、
   前記演算処理部は、前記入力設定部での入力設定された入力値に対応して、前記プリパルス部を設定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
7. 請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記演算処理部は、前記複数のＲＦパルスを振幅変調する包絡線のゼロクロス点を含む各タイミングでそれぞれＲＦパルスが印加され、かつ、ＲＦパルス数が整数となるように、前記空間的周波数選択パルスのサイドローブとメインローブとの距離を離散的な値に設定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
8. 請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記演算処理手段は、前記空間的周波数選択パルスのメインローブのスラブ厚に対応して、前記空間的周波数選択パルスのサイドローブの位置を変更することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
9. プリパルス部と本計測部とを有して成るパルスシーケンスに基づいて、ＲＦパルスと傾斜磁場の印加を制御し、被検体からのエコー信号を計測する磁気共鳴イメージング方法であって、前記プリパルス部は、
   振幅変調されたＲＦパルスと、第１の軸にスライス選択傾斜磁場と、を印加するステップと、
   第２の軸にブリップ傾斜磁場を印加するステップと、
   からなる単位ステップを、前記振幅変調の変調度と前記スライス選択傾斜磁場の極性とを変えて所定回数繰り返すステップと、
   を有して成ることを特徴とする磁気共鳴イメージング方法。

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