| 【発明の名称】 |
磁気共鳴イメージング装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】磯部 正幸
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| 【要約】 |
【課題】高速に高い空間分解能をもつ断層像を、連続的に撮像することを可能とするMRI装置を提案する。
【解決手段】計測空間を複数の領域に分割し、分割した領域毎に、最適な傾斜磁場パターンを設定し、設定した傾斜磁場パターンを用いて超高速撮像法により計測を行う。計測を行った領域の点対称領域に対して、計測データの特徴であるコンジュゲート性を用いて推定データを作成する。ここで撮影されたデータおよび推定データ、さらには、これまでに撮像された他の領域のデータを用いて画像を再構成する。これを各領域に対して周期的に連続的に行うことによって、連続的に、高速に高空間分解能な画像の撮像を行うことができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項1】静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場中に置かれた被検体に対して高周波電磁波を印加する送信手段と、前記静磁場に磁場勾配を与える傾斜磁場発生手段と、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、これら送信手段、傾斜磁場発生手段および計測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、計測された核磁気共鳴信号に基づいて画像処理を行う画像処理手段を備えた磁気共鳴イメージング装置において、計測空間を複数の領域に分割して、分割した領域を各領域毎に順次計測パターンを変更して周期的に繰り返し計測する手段と、一つの領域の計測を完了する度に計測完了し終えたデータと、この計測し終えたデータからコンジュゲート性を用いることによって推定した点対称領域のデータと、これまでに計測した他の領域のデータとを用いて、画像を再構成する手段を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴イメージング装置(以下、MRI装置という)に係わり、特に、高時間分解能、高空間分解能の両立を可能とした超高速撮像法を備えたMRI装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】MRI装置は、いわゆる核磁気共鳴（NMR）現象を利用して被検体中の所望の検査部位に相当する断面における原子核スピン（以下、スピンと称する）の密度分布、緩和時間分布等を計測して、その計測データから被検体の前記検査部位を画像表示するものである。MRI装置では、核磁気共鳴信号（以下、ＮＭＲ信号と称する）を空間情報としてエンコード（符号化）するために、傾斜磁場を印加してNMR信号を計測し、このNMR信号を用いて画像を再構成する。これはNMR周波数が磁場強度と線形関係にあるため、対象領域に線形の傾斜磁場を印加すると、対象領域における空間位置と周波数の関係が線形となり、時間情報であるNMR信号をフーリエ変換し、周波数軸に置き換えるだけで被検体の位置情報が得られることを利用して画像を再構成している。
【０００３】最近、傾斜磁場を連続的に反転印加してエコー信号を続けて発生させ、これを取得し再構成することにより、非常に高速に撮像を行うEPI(Echo Planner Imaging)法が提案され、実用化されつつある。しかしながら、EPI法は静磁場不均一の影響が時間的に累積してエコー信号に加算されるために、１回のパルスシーケンスの実行のみで高分解能な画像を得るには、高い性能のハードウェアを必要とする。これを回避するため、計測空間を分割し、複数回の計測によって計測空間全体を計測するEPI法も提案されているが、この方法では計測に必要な時間は延長する。
【０００４】 また、最近、上記手法等により時間的な分解能が向上したため、MR画像を手術中のモニタに使用するIVMR(InterVentional MR)が提案されている。IVMRは、手術中、対象とする被検体の断面像を計測し続け、その形状変化や手術具の進行状況を画像化するもので、ほぼリアルタイムに手術経過を画像化するために、より高速な撮像法が要求されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、従来の超高速撮像法へ、連続的で周期的な分割撮像法とデータ推定法を組み合わせることによって、所望の断面を高速に高精度に、かつ高時間分解能で撮像することを可能としたMRI装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成するために本発明では、基本的には、計測データ領域を分割し、その領域別に異なったパターンの傾斜磁場を印加して計測を行い、計測したデータより未計測領域を推定したうえで、再構成を行なう。分割した計測領域に対して、この処理を周期的に繰り返し行うことによって、連続的な画像撮像を行なうことが出来るようにした。
【０００７】このように構成したMRI装置は、従来の計測方法に比べて、被検体の動きやIVMR時の被検体の構造的変化に追従可能な、高時間分解能、高空間分解能な画像を得ることを可能とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を説明する。図4は本発明を適用したMRI装置を示す全体構成のブロック説明図である。この磁気共鳴イメージング装置は、大別すると、中央処理装置(CPU)1と、シーケンサ2と、送信系3と、磁場発生系4と、受信系5と、信号処理系6とを備えて構成する。中央処理装置(CPU)1は、本発明に基づくプログラムに従ってシーケンサ2、送信系3、受信系5、信号処理系6の各々を制御するものである。
【０００９】シーケンサ2は、CPU1からの制御指令に基づいて動作し、被検体7の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系3、磁場発生系4の傾斜磁場発生系21、受信系5に送るようにしている。送信系3は、高周波発信器8と変調器9と高周波コイルとしての照射コイル11を有し、シーケンサ2の指令により高周波発信器8からの高周波パルスを変調器9で振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器10を介し増幅して照射コイル11に供給することにより、所定のパルス状の電磁波を被検体7に照射するようになっている。
【００１０】磁場発生系４における静磁場発生磁石（図示省略）は、被検体7の回りに任意の方向に均一な静磁場を発生させるためのものである。この静磁場発生磁石の内部には、照射コイル11の他、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル13と、受信系5の受信コイル14が設置されている。
【００１１】傾斜磁場発生系21は互いに直交するデカルト座標軸方向にそれぞれ独立に傾斜磁場を印加できる構成を有す傾斜磁場コイル13と傾斜磁場コイルに電流を供給する傾斜磁場電源12とで構成されている。
【００１２】受信系5は、高周波コイルとしての受信コイル14と該受信コイル14に接続された増幅器15と直交位相検波器16とA/D変換器17とを有し、被検体7からのNMR信号を受信コイル14が検出すると、その信号を増幅器15、直交位相検波器16、A/D変換器17を介しデジタル量に変換するとともに、シーケンサ2からの指令によるタイミングで直交位相検波器16によってサンプリングされた二系列の収集データに変換してCPU1に送るようにしている。
【００１３】信号処理系6は、磁気ディスク20、光ディスク19等の外部記憶装置と、CRT等からなるディスプレイ18とを有し、受信系5からのデータがCPU1に入力されると、CPU1が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果の被検体7の所望の断面像をディスプレイ18に表示するとともに、外部記憶装置の磁気ディスク20等に記録する。
【００１４】次に、本発明のデータ取得法を説明する。先ず、本発明に好適なパルスシーケンスを図３を用いて説明する。図３において横軸は時間を示し、ＲＦは高周波パルスの印加タイミング、Ｇｓはスライス方向傾斜磁場の印加タイミング、Ｇｐは位相エンコード方向傾斜磁場の印加タイミング、Ｇｆは周波数エンコード方向（リードアウト方向）傾斜磁場の印加タイミング、そして、Ｓｉｇｎａｌは被検体７から発生するＮＭＲ信号を示し、最下段のＲ１からＲ１１は前記ＮＭＲ信号の計測期間（受信期間）を示している。
【００１５】この図３に示すパルスシーケンスは、高周波パルスＲＦ４１とスライス方向傾斜磁場Ｇｓ４２を印加して所望の被検体の断面内の核スピンを選択励起した後、位相エンコード方向傾斜磁場Ｇｐ４３と連続的に極性が反転するリードアウト方向傾斜磁場Ｇｆ４４とを印加してＮＭＲ信号を計測することからＥＰＩ法として良く知られているものの類型に入るが、本発明のパルスシーケンスはＮＭＲ信号を傾斜磁場二つの印加期間毎の反転時にピークを迎えるように発生させるところに特徴を有している。この理由は連続した極性が異なる二つのリードアウト方向傾斜磁場の極性を反転するタイミングにピーク値を有したエコー信号を発生させることとし、一つの計測期間にそのエコー信号の半分（ハーフエコー）を計測するようにするためである。これによって、一つのエコー信号の半分でk空間の位相エンコード方向の中央と端部との間の１ラインのデータ計測を行うようにしている。
【００１６】また、図３のパルスシーケンスでは位相エンコード方向傾斜磁場Ｇｐを最初のＮＭＲ信号を計測する期間は印加せず（ゼロエンコードとする）、２番目のＮＭＲ信号計測の開始から終了まで連続的に所定値を印加するようにしている。これによって、計測開始時にゼロ、すなわちk空間における位相エンコード方向の中央値とし、計測終了時にk空間の位相エンコード方向の最大値または最小値になるように設定し、前記位相エンコード方向傾斜磁場Ｇｐの印加とリードアウト方向傾斜磁場Ｇｆの極性反転とを併せて行い、k空間の１／４の領域を千鳥状にスキャンするのである。
【００１７】以上のような図３のパルスシーケンスを１回実行すると、図２に示すk空間の１／４のある領域のデータが千鳥状に計測される。そして、ＮＭＲ信号はコンジュゲート性（複素共役性）を有していることを利用して、計測領域と点対称にある領域のデータを計算により求める。次に、詳細に本発明のスキャン方法と画像表示方法を説明する。図１はk空間のデータ取得順序を示しており、各ステップ毎のk空間は図２に示すように４分割されている。ここで図１の各ステップのk空間の４つの領域は図２と同じ番号を用いて説明することとする。
【００１８】ステップ１において、領域１のデータを計測する。このときのパルスシーケンスは図３においてＧｐとＧｆを実線で示したものを用いる。このとき領域１は矢印で示したように千鳥状に計測データで埋められて行く。そして、計測データを用いて領域３のデータを複素共役性を利用して求める。これらの領域１と領域３のデータは計測用メモリへ記憶しておく。
【００１９】次にステップ２において、領域２にデータを計測する。このときのパルスシーケンスは図３においてＧｐを領域１の計測時に対して極性を反転して印加し、Ｇｆは領域１の計測時と同じ極性で印加する。そして、領域４について領域２の計測データの複素共役性を利用して求める。これらの領域２と領域４のデータは計測用メモリへ記憶される。
【００２０】以上のステップ１とステップ２によって、k空間の全領域についてデータが取得されたこととなる。そこでこれらの取得データを用いて画像を作成する。画像化の手法としては、公知の２次元フーリエ変換法を用いる。そのために前記取得データの変換を行う。この変換は、前記取得データがk空間上に千鳥状に存在するのを、フーリエ変換を行うに適した配置、すなわちk空間のＫｆとＫｐの直交座標上でデータを取得したように変換するものである。これは、取得データのうち、k空間の座標上にあるデータはそのまま使い、座標上にデータが無いときは座標の周辺の前記取得データを用いて補間法等により計算でその座標のデータを求める。そして、k空間の全ての座標についてデータを求めたら、それらのデータを計測用のメモリとは別のk空間と同じ座標系の画像再構成用メモリに記憶し、その記憶したデータに対し２次元フーリエ変換を施し、第１の画像を再構成し、その画像を表示器に表示する。なお、前記データ変換は計測後に直ちに行って、変換後のデータを計測用メモリへ記憶することでも、結果は実質的に同一のものが得られることは明らかである。
【００２１】次にステップ３において、領域３のデータを計測するとともに、領域３の計測データと複素共役の関係にある領域１のデータを求める。領域３のデータを計測するパルスシーケンスは、図３に示すパルスシーケンスにおいて、ＧｐとＧｆを入れ替えたものを用いる。すなわち、領域３では、ステップ１及びステップ２において位相エンコード方向傾斜磁場としたＧｐをリードアウト方向傾斜磁場とし、同じくステップ１及びステップ２においてリードアウト方向傾斜磁場としたＧｆを位相エンコード方向傾斜磁場として用いる。これによって、図１のステップ３に示すようにスキャン方向がステップ１、ステップ２に対し直交したものにする。この理由は、スキャン方向を変えることにより、k空間上での取得データ密度を高め、補間により求めたデータを実測データに近付けることにより、再構成画像を真の画像に近付けるためである。
【００２２】取得されたデータは計測用メモリへ一旦記憶され、次いで前述の如く補間法を用いてk空間の直交座標上のデータに変換し、この変換されたデータを前記画像再構成用メモリに記憶されたデータへ加算する。この加算のとき、領域１と領域３に対応するデータ群のみ加算平均処理を行う。その後、画像再構成用メモリの内容を読み出して２次元フーリエ変換法を施して、第２の画像を再構成し、その画像を表示器へ表示する。表示された第２画像は第１画像に対し、ステップ２とステップ３の実行時間間隔だけずれた情報が加算されたものとなる。これは言い換えると、画像全体の中に占めるステップ１で取得されたデータの割合が減少していることとなる。
【００２３】次に、ステップ３とスキャン方向を同じにして、領域４の計測を行うとともに、領域２のデータを複素共役性を利用して求める。このステップ４にて用いるパルスシーケンスは、ステップ３において用いたパルスシーケンスに対し位相エンコード方向傾斜磁場とリードアウト方向傾斜磁場とを両者とも極性を反転したものである。取得したデータに対しステップ３と同様な補間処理を施し、画像再構成用メモリの記憶データへ加算平均処理をし、その後２次元フーリエ変換によって第３の画像を再構成し、画像表示器へ表示する。表示された第３画像はステップ２で取得されたデータの割合が減少したものとなる。ステップ４が終了した時点では、画像再構成用メモリ内のデータはステップ１からステップ４までの各ステップの取得データが各々１／２ずつ加算されたものとなっている。
【００２４】以上のステップ１からステップ４までの計測が終了したら、図３の右側のステップ５からステップ８の実行に移る。ステップ５は、ステップ１における計測領域と複素共役性を利用してデータを得る領域を互いに入れ替えてデータを得るようにしたものである。ステップ１からステップ４までの行程を繰り返すのであれば、ステップ１へ戻って実行することが順当であるが、図３に示すようにした理由は以下による。
【００２５】すなわち、一般的にＮＭＲ信号はk空間において複素共役性を有しているといわれているが、厳密に見た場合には、若干の誤差を有しているものである。このため、ステップ１からステップ４へ戻った場合には、複素共役性の利用に内在する問題点が解消されない。そこで本発明は、ステップ５によって、ステップ１での複素共役性の利用による影響を補償するようにしている。ステップ５の次には、ステップ６を実行してステップ２での複素共役性の利用による影響を補償し、ステップ７によってステップ３での複素共役性の利用による影響を補償し、最後にステップ８によってステップ４での複素共役性の利用による影響を補償している。そして、ステップ５からステップ８までの各ステップにおけるパルスシーケンスは、図１のスキャン方向と計測領域と、図３とを対照すればＧｐとＧｆの印加は容易に理解され得るので説明は省略するが、各ステップにおいて取得されたデータは、ステップ２からステップ４までの補間によるk空間座標上データへの変換と、画像再構成用メモリへの加算平均処理と、２次元フーリエ変換による画像再構成とにより、各ステップ毎に画像表示がなされる。そして、ステップ８が終了すると再びステップ１へ戻る。
【００２６】以上の実施例において、１ステップを１００mS程度の時間で実行すると、１秒間に１０枚程度の画像表示が可能となる。この画像表示の時間分解能があれば、ＩＶＭＲの実施が十分に可能であろうと考えられる。また、本実施例によれば、超高速撮像法であるＥＰＩ法によってk空間の全領域を完全にスキャンするものと比較し、画像の画素数を同一とすれば、本実施例は時間分解能が４倍に高められ、また時間分解能を同じにすれば、本実施例は画素数が４倍の高空間分解能の画像を次々に取得し表示することができる。
【００２７】
【発明の効果】以上述べた本発明によれば、ＩＶＭＲに適用可能な高速に、または高時間分解能の画像を連続的に取得し表示することができるＭＲＩ装置を提供できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１５３４９８
【氏名又は名称】株式会社日立メディコ
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| 【出願日】 |
平成１１年４月２１日（１９９９．４．２１） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３００５３３（Ｐ２０００−３００５３３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月３１日（２０００．１０．３１） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１１４１０６ |
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