ＭＲイメージング装置

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【発明の名称】	ＭＲイメージング装置
【発明者】	【氏名】石川亮宏
【要約】	【課題】ＧＲＡＳＥ法において撮像時間を延長させずにデュアルコントラスト画像を得る。【解決手段】ホストコンピュータ２１およびシーケンサ２２の制御によりＲＦコイル１３からＲＦパルスを照射するとともに傾斜磁場コイル１２から傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを発生させてＧＲＡＳＥ法のパルスシーケンスを実行し、かつ、２つのＫスペースの各々の中央領域には異なるスピンエコー信号が配置され、各Ｋスペースの両端領域には同じグラジェントエコー信号が共通に配置されるような位相エンコードを施す。

【特許請求の範囲】
【請求項１】章動パルスおよびリフォーカスパルスを印加するＲＦ送信手段と、スライス選択用傾斜磁場パルス、位相エンコード用傾斜磁場パルスおよび読み出し用傾斜磁場パルスを印加する傾斜磁場パルス印加手段と、エコー信号を受信し、位相検波した後サンプリングしてＡ／Ｄ変換してデータを得る受信手段と、上記ＲＦ送信手段、傾斜磁場パルス印加手段および受信手段を制御して、１個の章動パルスを印加した後多数個のリフォーカスパルスを順次印加するとともにリフォーカスパルスの各々の間隔内で読み出し用傾斜磁場パルスをスイッチングすることにより、それぞれ１つのスピンエコーの信号とその前後の複数のグラジェントエコーの信号とを発生させ、かつ、２つのＫスペースをそれぞれ位相方向に３つに分けたときのそれぞれのＫスペースの中央領域に、少なくともその領域の中の位相方向の両端部分を除いた中央部分では、異なるタイミングで発生したスピンエコー信号から得られるデータがそれぞれ配列され、両Ｋスペースの一方側の端部領域に、スピンエコー信号の前に発生したグラジェントエコー信号から得られるデータが両Ｋスペースに共通に配列され、両Ｋスペースの他方側の端部領域に、スピンエコー信号の後に発生したグラジェントエコー信号から得られるデータが両Ｋスペースに共通に配列されるような、位相エンコード量を各エコー信号に与えるようにする制御手段とを備えることを特徴とするＭＲイメージング装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ＮＭＲ（核磁気共鳴）現象を利用してイメージングを行うＭＲイメージング装置に関し、とくにＧＲＡＳＥ法とよばれるグラジェントエコーとスピンエコーのハイブリッドスキャン法により高速に２つの異なるコントラスト画像を得るＭＲイメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧＲＡＳＥ（ＧＲａｄｉｅｎｔＡｎｄＳｐｉｎＥｃｈｏ）法は、９０゜パルス（章動パルス）を印加した後、複数個の１８０゜パルス（リフォーカスパルス）を加えるとともに、これらのＲＦパルスの各々と同時にスライス選択用の傾斜磁場Ｇｓのパルスを加え、そのＲＦパルスの間隔内で読み出し（および周波数エンコード）用の傾斜磁場Ｇｒのパルスを加えるとともに、このＧｒパルスを１８０゜パルスと１８０゜パルスとの間で複数回スイッチングさせて、スピンエコーの信号に加えて、その前後にグラジェントエコーの信号を発生させ、そして、これらの信号の発生直前に位相エンコード用の傾斜磁場Ｇｐのパルスをそれぞれ加えて、その各々のＧｐパルスの印加量を、それらの信号から得たデータがＫスペース（生データ空間）上で位相方向に順に配置されるものとなるような位相エンコード量に対応させる、というものである（米国特許第５２７０６５４号およびＫ．ＯｓｈｉｏａｎｄＤ．Ａ．Ｆｅｉｎｂｅｒｇ ”ＧＲＡＳＥ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ－ａｎｄＳｐｉｎ－Ｅｃｈｏ）Ｉｍａｇｉｎｇ：ＡＮｏｖｅｌＦａｓｔＭＲＩＴｅｃｈｎｉｑｕｅ” ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅｉｎＭｅｄｉｃｉｎｅ２０，３４４－３４９，１９９１）。
【０００３】さらに詳しく述べれば、得られるデータを、スピンエコー信号から得られるデータと、スピンエコー信号の直前のグラジェントエコー信号から得られるデータと、スピンエコー信号の直後のグラジェントエコー信号から得られるデータとにグループ分けする。そして、Ｋスペース（生データ空間）を、位相方向に中央領域と、その両側の端部領域との３つの領域に分ける。その上で、スピンエコー信号から得られるデータのグループが中央領域に配置されるように、スピンエコー信号の直前のグラジェントエコー信号から得られるデータのグループが一方の端部領域に配置されるように、スピンエコー信号の直後のグラジェントエコー信号から得られるデータのグループが他方の端部領域に配置されるように、しかも、それらの領域ではデータの配置位置については、信号発生順序と位相方向の一端から他端へと向かう方向とが一致するように、各信号に加える位相エンコード量を定める。
【０００４】そして、このＧＲＡＳＥ法において、２つの異なるコントラスト画像を得る場合には、ＴＲ（繰り返し時間）内の一連のエコー信号群を二分し、前半のエコー信号群から得たデータを一方のＫスペースに、後半のエコー信号群から得たデータを他方のＫスペースに、それぞれ配置する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来のようにＧＲＡＳＥ法におけるＴＲ内の一連のエコー信号群を二分することにより２つの異なるコントラスト画像を得る場合には、１つのＴＲについてはＫスペースごとの位相エンコード数が半分になるため、２倍のＴＲ数を必要とし、撮像時間が長くなる問題がある。また、１つのＴＲについて２倍のエコー数としてＫスペースごとの位相エンコード数を維持しようとすれば、ＴＲが短い場合にはマルチスライス数を多くとれないという制限を受け易くなる。
【０００６】この発明は、上記に鑑み、ＧＲＡＳＥ法でデュアルコントラスト画像を得る場合に、一部のエコー信号は両コントラスト画像のＫスペースの同一位相エンコードラインに共通に配置することによってエコー信号の利用効率を高めて、マルチスライス数の維持・撮像時間の短縮を図ることができる、ＭＲイメージング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、この発明によるＭＲイメージング装置においては、章動パルスおよびリフォーカスパルスを印加するＲＦ送信手段と、スライス選択用傾斜磁場パルス、位相エンコード用傾斜磁場パルスおよび読み出し用傾斜磁場パルスを印加する傾斜磁場パルス印加手段と、エコー信号を受信し、位相検波した後サンプリングしてＡ／Ｄ変換してデータを得る受信手段と、上記ＲＦ送信手段、傾斜磁場パルス印加手段および受信手段を制御して、１個の章動パルスを印加した後多数個のリフォーカスパルスを順次印加するとともにリフォーカスパルスの各々の間隔内で読み出し用傾斜磁場パルスをスイッチングすることにより、それぞれ１つのスピンエコーの信号とその前後の複数のグラジェントエコーの信号とを発生させ、かつ、２つのＫスペースをそれぞれ位相方向に３つに分けたときのそれぞれのＫスペースの中央領域に、少なくともその領域の中の位相方向の両端部分を除いた中央部分では、異なるタイミングで発生したスピンエコー信号から得られるデータがそれぞれ配列され、両Ｋスペースの一方側の端部領域に、スピンエコー信号の前に発生したグラジェントエコー信号から得られるデータが両Ｋスペースに共通に配列され、両Ｋスペースの他方側の端部領域に、スピンエコー信号の後に発生したグラジェントエコー信号から得られるデータが両Ｋスペースに共通に配列されるような、位相エンコード量を各エコー信号に与えるようにする制御手段とが備えられることが特徴となっている。
【０００８】２つのＫスペースの各々の中央領域にはスピンエコーのデータが、両側の端部領域にはグラジェントエコーのデータがそれぞれ配列され、その中央領域に配列されるデータはそれらのＫスペースごとに別個のものとなっているが、両側の端部領域に配列されるデータは２つのＫスペースで共通のものとなっている。一般に再構成画像のコントラストは低周波領域のデータつまりＫスペースの中央付近に配置されるデータによって規定されるため、端部領域はデータが共通であっても、中央領域のデータを別個のタイミングで発生したスピンエコー信号から得たデータとすることによって、異なるコントラストの２つの画像をこれら２つのＫスペースから再構成することが可能となる。そして、画像のコントラストにあまり寄与しない端部領域（高周波領域）のデータを２つのＫスペースで共通のものとしていることにより、Ｋスペースの端部領域に配置すべきデータは、それぞれのＫスペースごとに収集する必要がなくて、１回収集すればよくなり、データの収集効率が向上し、１つのＴＲ内での位相エンコード数を多くすることができるため、繰り返し回数を増大させることなく撮像時間を短縮することが可能となる。また、１つのＴＲ内での位相エンコード数を多くすることができることから、ＴＲが短い場合でもマルチスライス数を多くとることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この発明にかかるＭＲイメージング装置は、図１で示すように構成されている。図１において主マグネット１１は強力な静磁場を発生するもので、この静磁場中に図示しない被検体が配置される。また、傾斜磁場コイル１２は、Ｘ，Ｙ，Ｚの直交３軸方向に磁場強度が傾斜する３つの傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを、上記静磁場に重畳するようにして発生するよう３組設けられている。被検体には送信用のＲＦコイル１３と、ＮＭＲ信号の受信用ＲＦコイル１４とが取り付けられる。
【００１０】ホストコンピュータ２１はシステム全体の制御を行い、シーケンサ２２はこのホストコンピュータ２１の制御の下で、被検体の所望の断面での画像を再構成するためのデータを収集するシーケンス（後に図２を参照しながら説明する）を行うのに必要な種々の命令を送信系、受信系および傾斜磁場発生系に送る。傾斜磁場発生については、波形発生器１５からＧｘ、Ｇｙ、Ｇｚに関する所定のパルス波形を所定のタイミングで発生させて、傾斜磁場電源１６に送らせ、傾斜磁場コイル１２からその波形・タイミングのＧｘ、Ｇｙ、Ｇｚを発生させる。図２のパルスシーケンスで示すスライス選択用傾斜磁場Ｇｓ、読み出し用（周波数エンコード用）傾斜磁場Ｇｒ、位相エンコード用傾斜磁場Ｇｐは、これらＧｘ、Ｇｙ、Ｇｚのいずれか１つを用い、あるいはいくつかずつを組み合わせて作られる。
【００１１】また、波形発生器１５は、シーケンサ２２の制御の下でＲＦパルスの波形を所定のタイミングで発生して振幅変調器２４に送る。この振幅変調器２４には、被検体の共鳴周波数に相当する周波数のＲＦ信号が発生するようにホストコンピュータ２１によってセットされたＲＦ信号発生器２３からのＲＦ信号がキャリアとして送られてきており、このキャリアが波形発生器１５からの波形信号に応じて振幅変調される。この振幅変調器２４の出力はＲＦパワーアンプ２５を経てＲＦコイル１３に送られる。こうして、ＲＦコイル１３から送信されるＲＦ信号の波形とタイミングとがシーケンサ２２によって定められることにより、図２に示す９０°パルスや１８０°パルスが被検体に照射されることになる。
【００１２】被検体から発生したＮＭＲ信号は受信用のＲＦコイル１４で受信され、プリアンプ２６を経て位相検波器２７に送られる。位相検波器２７には、送信ＲＦパルスのキャリアとなっているＲＦ信号が、ＲＦ信号発生器２３から送られてきており、この信号が参照信号として用いられて位相検波が行われる。Ａ／Ｄ変換器２８は、シーケンサ２２によってタイミング等が制御されたサンプリングパルス発生器２９からのサンプリングパルスに応じて、位相検波器２７からの検波信号をサンプリングし、デジタルデータに変換する。このデジタルデータはホストコンピュータ２１に取り込まれ、画像再構成装置３３によってフーリエ変換処理される。これによって再構成された画像はディスプレイ装置３２によって表示される。指示器３１は、オペレータ等がホストコンピュータ２１に必要な指示を与えるためのキーボードやマウスなどである。
【００１３】このようなＭＲイメージング装置において、ホストコンピュータ２１およびシーケンサ２２の制御の下に図２に示すようなパルスシーケンスが行なわれる。図２において、まず９０゜パルス（章動パルス）を印加した後、複数個（ここでは６個）の１８０゜パルス（リフォーカスパルス）を加えるとともに、これらのＲＦパルスの各々と同時にスライス選択用の傾斜磁場Ｇｓのパルスを加える。そして読み出し用（および周波数エンコード用）の傾斜磁場Ｇｒのパルスを上記のＲＦパルスの間隔内で加えるとともに、このＧｒパルスを１８０゜パルスと１８０゜パルスとの間で複数回（ここでは正、負、正と３回）スイッチングさせる。
【００１４】これにより、各々のリフォーカスパルスの間隔内で３つの信号、つまり、１つのスピンエコー信号１ｂ、２ｂ、…、６ｂと、その直前のグラジェントエコー信号１ａ、２ａ、…、６ａと、その直後のグラジェントエコー信号１ｃ、２ｃ、…、６ｃとが発生させられる。つまり、ここでは合計１８個の信号が生じさせられることになる。これらの信号の発生直前に位相エンコード用の傾斜磁場Ｇｐのパルスをそれぞれ加える。その各々のＧｐパルスの印加量は、各信号から得たデータが、２つのＫスペースに図３（イ）、（ロ）で示すように配置されるものとなるような位相エンコード量に対応させられる。
【００１５】すなわち、図３（イ）は第１コントラスト像用のＫスペース、図３の（ロ）は第２コントラスト像用のＫスペースであり、これらに示すように各信号から得たデータが配置される（そのように配置されるべき位相エンコード量が各信号に与えられる）。図３（イ）、（ロ）で示すＫスペースでは、図の上下方向が位相方向（中央が位相エンコード量０、上方向が位相エンコード量がプラスの方向、下方向が位相エンコード量がマイナスの方向）、左右方向が周波数方向であり、それぞれ位相方向に３つの領域に分けられている。
【００１６】これら２つのＫスペースの中央領域はスピンエコー信号１ｂ、２ｂ、…から得たデータが配列される領域ＳＥ、下側の端部領域はスピンエコー信号直前のグラジェントエコー信号１ａ、２ａ、…から得たデータが配列される領域ＧＥ、上側の端部領域はスピンエコー信号直後のグラジェントエコー信号１ｃ、２ｃ、…から得たデータが配列される領域ＧＥとなっている（なお、これとは逆に、信号１ａ、２ａ、…から得たデータを上側の端部領域ＧＥに、信号１ｃ、２ｃ、…から得たデータを下側の端部領域ＧＥに、それぞれ配列するようにしてもよい）。
【００１７】そして、これら２つのＫスペースの両側の端部領域ＧＥには、共通に、グラジェントエコー信号から得たデータが用いられている。つまり、領域ＧＥでは同じグラジェントエコー信号からのデータが、２つのＫスペースの同一位相エンコードラインに配列される。領域ＳＥに配列するスピンエコー信号から得たデータについては、２つのＫスペースでは、別個のものが用いられる。ここでは、図３の（イ）のＫスペースではスピンエコー信号１ｂ、２ｂ、３ｂからのデータが、図３の（ロ）のＫスペースではスピンエコー信号４ｂ、５ｂ、６ｂからのデータが用いられている。すなわち、中央の網掛け部分の領域は別個のデータが配置されるが、両側の白抜き部分の領域は図３（イ）、（ロ）のＫスペースで共通のデータが配置される。
【００１８】このように図３（イ）、（ロ）のそれぞれのＫスペースで、中央網掛け部分つまり画像コントラストを支配する低周波領域に別個のスピンエコー信号からのデータが配置されているため、異なるコントラストの画像が得られることになる。とくにＫスペースの中心（位相エンコード量０）付近には、それぞれ信号１ｂと信号４ｂとが配置される。そのため、これら２つのＫスペースに配置されたデータをそれぞれフーリエ変換して画像再構成したときの各々の画像のコントラストは、主に信号１ｂと信号４ｂとによって支配されることになり、これらの信号を得るタイミング（エコー時間）に応じたコントラストとすることができる。
【００１９】白抜き部分の領域は図３（イ）、（ロ）のＫスペースで共通のデータが配置されるので、これらの位相エンコードラインに配置すべきデータについては２つの画像につき１回収集すればよいこととなる。そのため、１ＴＲ内で共通データとして収集される信号数が多くなるので、より多数の位相エンコードのデータを１ＴＲ内で得ることができる。その結果、繰り返し回数をあまり増大させることがないので、撮像時間を延長させずにデュアルコントラスト画像を得ることができることになる。
【００２０】これら図３（イ）、（ロ）で、各信号からのデータが配置されるべき領域の幅（上下方向つまり位相方向の幅）は、その領域に配置される位相エンコード数（ライン数）に対応している。広い幅（１ａ、１ｂ、１ｃ、４ｂ）にはＮ個の位相エンコード数（Ｎライン）のデータが配置され、その半分の幅（２ａ、２ｂ、２ｃ、３ｂなど）にはＮ／２個の位相エンコード数のデータが配置される。そして、図３（イ）、（ロ）では２ａ、２ｂ、２ｃ等が２つの１／２幅の領域に配置されているが、これは、奇数番目のＴＲ（１個の章動パルスで始まる１８個のエコー信号発生およびデータ収集シーケンスの繰り返し時間）と偶数番目のＴＲとで振り分けることを意味している。
【００２１】そこで、この場合は、総位相エンコード数は、各画像につき１５Ｎとなり、ＴＲをＮ回繰り返す（Ｎは偶数）ことによって、１５Ｎ×１５Ｎのマトリクスの画像を２つ再構成することが可能となる。
【００２２】図３（イ）のＫスペースにおいて、スピンエコー信号が配置される中央領域ＳＥでは、各データは信号発生順（つまり１ｂ、２ｂ、３ｂの順）にその領域内の中央から端部へと向かう方向に配列され、グラジェントエコー信号が配列される上下の端部領域ＧＥでも、各データは信号発生順（つまり１ａ、２ａ、３ａ、…の順および１ｃ、２ｃ、３ｃ、…の順）にその領域内の中央から端部へと向かう方向に配列されている。図３（ロ）のＫスペースについては、スピンエコー信号が配置される中央領域ＳＥでは、各データは信号発生順（つまり４ｂ、５ｂ、６ｂの順）にその領域内の中央から端部へと向かう方向に配列され、グラジェントエコー信号が配列される上下の端部領域ＧＥでは図３（イ）のＫスペースと同様である。
【００２３】このようにして各信号からのデータが２つのＫスペースに配置されるため、それぞれのＫスペースにおいては隣接するデータの信号強度の差が最小となり、位相方向に信号強度が滑らかに変化することになる。すなわち、信号強度は図２に示すようにＴ２（あるいはＴ２＊）減衰にしたがって時間的に徐々に小さなものとなっていくので、図３（イ）、（ロ）のＫスペースのＳＥ領域では信号強度がその領域内の中央で大きく上下に向かうにしたがい小さくなっていき、上下のＧＥ領域でも信号強度がその領域内の中央で大きく上下に向かうにしたがい小さくなっていく。そこで、ＳＥ領域と２つのＧＥ領域とが接する部分での信号強度差は、図３（ロ）のＫスペースではほとんどなく、（イ）のＫスペースでも比較的小さく、これらにおいて信号強度の位相方向プロファイルは滑らかに連続することになる。
【００２４】したがって、図３（イ）、（ロ）の２つのＫスペースをフーリエ変換して２つの画像を再構成する場合に、これらの画像における画像ぶれアーティファクトを軽減することが可能となる。
【００２５】図４（イ）、（ロ）は、デュアルコントラスト画像のための２つのＫスペースの他の例を示すものである。ここでは、スピンエコー信号からのデータが配列される中央領域ＳＥでのデータ配列は図３と同じであるが、両側のグラジェントエコー信号からのデータが配列される端部領域ＧＥでのデータ配列が図３と異なっている。すなわち、図４（イ）、（ロ）において端部領域ＧＥには共通のデータが配置されるが、これら２つの領域ＧＥでは、Ｋスペース全体についての端部から中央側に向けて信号発生順序で１ａ、２ａ、３ａ、…、および１ｃ、２ｃ、３ｃ、…と配列されている。このように中央側に信号発生順の遅いものを配置したのは、領域ＳＥの端部に配置される信号との強度差をなるべく少なくするためである。
【００２６】図５（イ）、（ロ）は、デュアルコントラスト画像のための２つのＫスペースのさらに別の例を示すものである。この図５（イ）、（ロ）では、中央のスピンエコー信号からのデータを配置すべき領域ＳＥに、すべて別個のデータを配置するのではなく、その領域ＳＥの両端部分に同じスピンエコー信号５ｂから得たデータを共通に配置している。つまり、この図５（イ）、（ロ）では、網掛け部分のみがそれぞれ別個のデータであり、それ以外の白抜き部分が共通のデータとなっている。
【００２７】この図５（イ）、（ロ）では、すべてのグラジェントエコー信号だけでなく、スピンエコー信号についても一部（時間的に最後に発生するスピンエコー信号５ｂ）は２つのＫスペースについて共通に用いているため、発生する信号のうちの共通に用いられるものの割合が高く、それに応じて多数の位相エンコード数を１ＴＲ内で得ることができ、繰り返し回数を少なくできる。
【００２８】この図５（イ）、（ロ）では１ＴＲ内で１８０°パルスを５回加えて、５つのスピンエコー信号１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂを得るとともに、その前後の５つずつのグラジェントエコー信号１ａ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａおよび１ｃ、２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃを得ている。そして、１ＴＲ内での位相エンコード数は１３となる。ＴＲをＮ回繰り返す（Ｎは偶数）ことにより、１３Ｎ×１３Ｎのマトリクスの、コントラストの異なる２つの画像を得ることができる。
【００２９】なお、ここでは１ＴＲにつき、１８個（あるいは１５個）のエコー信号を発生させるようにしているが、リフォーカスパルス（およびそれに伴うＧｓ、Ｇｒ、Ｇｐ）の数を増減すれば、２１個あるいはそれ以上の数のエコー信号を発生させることもできるし、１２個あるいはそれ以下の数のエコー信号を発生させることもできる。また、リフォーカスパルスとリフォーカスパルスとの間で、Ｇｒを３回スイッチングさせて１個のスピンエコー信号とその前後に１個ずつのグラジェントエコー信号とを発生させているが、これらの数についても制限されない。各画像に単独に用いられるエコー信号の数、共通に用いられるエコー信号の数なども上記に限定されるわけではない。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明のＭＲイメージング装置によれば、ＧＲＡＳＥ法においてデュアルコントラストの画像を得るための２つのＫスペースにそれぞれ配置するデータのうち、２つのＫスペースに共通に配置されるものの割合が高いので、１ＴＲ内の信号数に対して１ＴＲ内の位相エンコード数が多くなり、ＴＲの繰り返し回数をそれほど増大させずにつまり撮像時間をそれほど延長させずにデュアルコントラスト画像を得ることができる。また、１つのＴＲ内での位相エンコード数を多くすることができることから、ＴＲが短い場合でもマルチスライス数を多くとることができる。

【出願人】	【識別番号】０００００１９９３【氏名又は名称】株式会社島津製作所
【出願日】	平成９年（１９９７）１１月１０日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】佐藤祐介
【公開番号】	特開平１１－１３７５３３
【公開日】	平成１１年（１９９９）５月２５日
【出願番号】	特願平９－３２３７７８