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JPH11290287A - 磁気共鳴撮像方法および磁気共鳴撮像装置 - Google Patents

磁気共鳴撮像方法および磁気共鳴撮像装置

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JPH11290287A
JPH11290287A JP10095839A JP9583998A JPH11290287A JP H11290287 A JPH11290287 A JP H11290287A JP 10095839 A JP10095839 A JP 10095839A JP 9583998 A JP9583998 A JP 9583998A JP H11290287 A JPH11290287 A JP H11290287A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 高速で、ゴーストアーチファクトの少ないM
RI画像を得ることができる、エコプラナー法による磁
気共鳴撮像方法および磁気共鳴撮像装置を提供する。 【解決手段】 静磁場発生装置10により被検体20に
加えられる静磁場中で、勾配コイル13により勾配磁場
を高速にスイッチングして、磁気共鳴信号をk空間の充
填に必要なエコー信号として受信装置60により受信
し、これをディジタル化したものをk空間データ展開手
段91によりk空間にエコーデータとして展開し、この
k空間のエコーデータをデータ収集手段92により収集
する際にk空間の略半分の位相エンコード領域でエコー
データを周波数エンコード方向別に2重に収集し、収集
されたエコーデータを画像形成手段93により周波数エ
ンコード方向にエコーデータを分類した上で別々にフー
リエ変換して画像を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気共鳴撮像方法お
よび磁気共鳴撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】磁気共鳴撮像(Magnetic Resonance Ima
ging:MRI)法はプロトンなどの原子核が磁気共鳴し
たときに出るエコー信号を勾配磁場で位置のエンコード
をしながら収集し、これをフーリエ変換でデコードする
ことで画像化を行うものである。
【0003】MRIによる撮像は一般に非常に時間がか
かるため、撮像時間を短縮するための種々の提案がなさ
れている。
【0004】このような高速MRI撮像法のうち、もっ
とも代表的なものがEPI(Echo Planar Imaging)法
である。このEPI法はRFパルスによる励起で形成さ
れた非常に高い均一度を有する静磁場中で、勾配磁場を
非常に高速にスイッチング(反転)し、k空間の充填に
必要なエコー信号をマルチエコーとして収集する方法で
ある。
【0005】EPI法におけるスイッチング手法には、
マルチショットとシングルショットがある。マルチショ
ットEPIは画像再構成に必要なエコーデータを複数回
の励起に分けて集めるもの、シングルショットEPIは
一度の励起ですべてのエコーデータを集めるものであ
る。
【0006】このシングルショットによるEPI法で
は、30〜40msという非常に短時間でのMR画像が
得られるため、特に、脳や心臓における血液環流画像、
心筋壁や消化管の蠕動などの、内臓等の動的な変化をと
らえる機能的MRI(Functional MRI: FMRI)
にも応用されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、EPI
による撮像は、読み出し磁場勾配の極性が反転するた
め、得られたエコー信号をそのまま組み合わせて画像を
再構成する従来の方法では、アーチファクト(偽像)と
称されるゴーストが出やすく、診断を誤らせる原因とな
っている。
【0008】特に、FMRIにおいては、数100枚の
画像を連続して撮像するので、撮像の間に発生した渦電
流によってゴーストの強度や位相に変化を与えやすく、
これが本来の画像に加算されることによって画像の信号
強度がゴーストとともに変動してしまい、FMRIにお
ける定量解析上の障害となっていた。
【0009】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、従来と同じ時間当たりのSN比を保ち
ながら、画像の信号強度の時間的な変動を減少させ、ゴ
ーストアーチファクトを低減させることができ、良好な
画質を得ることのできるEPIによる磁気共鳴撮像方法
および磁気共鳴撮像装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる磁気共鳴
撮像法によれば、被検体に加えられる静磁場中で、勾配
磁場を高速にスイッチング(反転)して、前記被検体の
原子核の磁気共鳴信号を周波数エンコードと位相エンコ
ードの2軸で構成されるk空間の充填に必要なエコー信
号として得る過程と、前記共鳴信号をディジタル化して
k空間にエコーデータとして展開する過程と、このk空
間のエコーデータを収集する際に、前記k空間の中心部
から、ナイキスト周波数に相当する端部までk空間の略
半分の位相エンコード領域について走査する第1の走査
過程と、前記第1の走査過程で走査されたのと同じ経路
を周波数エンコードの方向だけを逆にして走査を行う第
2の走査過程と、これらの走査により収集されたk空間
のエコーデータを周波数エンコードにおける走査方向に
より2つに分け、各々のエコーデータから別々に2枚の
画像を再構成し、その絶対値画像を加算平均する過程と
を備えたことを特徴とする。
【0011】また、本発明にかかる磁気共鳴撮像装置に
よれば、被検体を収納する筒状空洞部と、前記筒状空洞
部の周囲に設けられ、前記被検体に対して均一度の高い
静磁場を形成する静磁場形成手段と、前記静磁場に勾配
を与える勾配磁場形成手段と、前記勾配磁場形成手段に
対して勾配磁場の反転を行わせる磁場反転手段と、前記
被検体に対して高周波を印加するための送信手段と、前
記筒状空洞部の周囲に設けられ、前記高周波と前記勾配
磁場の反転による前記被検体の原子核の磁気共鳴信号を
検出する受信手段と、前記受信手段で検出され、ディジ
タル化されたエコーデータを周波数エンコードと位相エ
ンコードの2軸で構成されるk空間に展開してk空間デ
ータを得るk空間データ展開手段と、このk空間のエコ
ーデータを収集する際に、前記k空間の中心部から、ナ
イキスト周波数に相当する端部までk空間の略半分の位
相エンコード領域について第1の走査を行い、前記第1
の走査過程で走査された経路を周波数エンコード方向だ
け逆にした第2の走査を行ってデータ収集を行うデータ
収集手段と、収集されたk空間のデータを周波数エンコ
ードにおける走査方向により2つに分け、各々のエコー
データから別々に2枚の画像を再構成し、その絶対値画
像を加算平均して画像を形成する画像形成手段とを備え
たことを特徴とする。
【0012】これらの方法および装置においては、各々
の位相エンコードにおけるエコーデータが、周波数エン
コードにおける順方向と逆方向の走査形式に対応して2
種類ずつ得られるので、周波数エンコードにおける走査
方向により分類したエコーデータから別々に画像再構成
を行うことができる。この画像再構成には公知のハーフ
リコンストラクション法を用いることができ、各々の画
像は絶対値処理によって実数化し、SN比を増すために
加算する。この方法では周波数エンコードの走査方向別
に絶対値画像を作り、それを加算する方法を用いている
ので、走査方向の相違によるエコーデータの違いが画像
の位相情報の形で紛れ込むことを防止することができる
ので、読み出し磁場勾配の極性反転に伴うゴーストアー
チファクトが減少する。
【0013】また、画像再構成は、半分の位相エンコー
ド領域のエコーデータを収集して行うので、静磁場不均
一により生じる位相エンコード方向への位置のずれも従
来法のように位相エンコードの極性切換えで逆方向にず
れ、それによってできた2つの画像が重なるようなこと
もない。したがって、画像のコントラストや空間分解能
が劣化しないという長所も併せ持っている。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【0015】図1は本発明にかかるMRI装置100の
概略構成を示すブロック構成図である。
【0016】このMRI装置100は静磁場発生装置1
0とこれを制御するための種々の装置20〜110とか
ら構成されている。
【0017】静磁場発生装置10の中央部には円筒状空
間10aが設けられ、この円筒状空間10A内に強力な
静磁場が形成されるように、例えば静磁場電源50によ
り駆動される超電導磁石(図示せず)が円筒状空間10
aの周囲に設けられている。この超電導磁石の磁場強度
は通常0.35〜2.0T程度であるが、FMRIでは
更に高磁場のものも使用されている。この他、常電導磁
石(0.05〜0.22T)や永久磁石を用いた装置も
ある。
【0018】円筒状空間10aの中には寝台11が摺動
自在に設置され、この寝台11の上には被検体20が載
置される。
【0019】円筒状空間10aの周囲には勾配コイル1
3および送信コイル12がそれぞれ同心円筒状に形成さ
れている。勾配コイル13は勾配駆動装置30により駆
動され、静磁場空間内に勾配磁場を発生させる。この勾
配コイル13としては傾斜磁場強度は20〜40mT/
m、最大傾斜磁場に達する立ち上がり時間は200μs
に達するものもある。
【0020】送信コイル12は送信装置40により駆動
され、被検体にスピンを励起する電磁波を発生させる。
また、受信コイル14が被検体の下部に位置する寝台中
に設置されており、磁気共鳴により被検体2O内に発生
する電磁波を受信してアナログ信号である受信信号に変
換し、受信装置60に入力する。
【0021】受信装置60は受信信号を高周波増幅し、
中間周波数に変換し、検波してアナログ・ディジタル変
換装置70に与える。アナログ・ディジタル変換装置7
0は入力された信号をディジタル信号に変換し、このデ
ィジタル信号はコンピュータ90に入力される。なお、
このアナログ・ディジタル変換装置70としては1〜4
μs間隔でデータ収集ができるよう、非常に高速動作す
る高帯域幅のものが必要とされる。時間をずらして測定
されたMR信号のディジタル化された値はk空間のエコ
ーデータストリングを構成する。
【0022】コンピュータ90は入力されたディジタル
信号に基づいて被検体の画像を再構成し、その再構成結
果を表示装置110に表示する。このコンピュータ90
は本発明における構成要件中k空間データ展開手段9
1、データ収集手段92、および画像形成手段93に相
当しており、転送されて来る多量のデータを短時間で処
理するために、高速のものが使用され、接続される記憶
装置も数GB程度の大容量のものである。また、このコ
ンピュータ90は勾配駆動装置30、送信装置40、静
磁場電源50、受信装置60、アナログ・ディジタル変
換装置70を制御する制御装置80も制御しているが、
コンピュータ90がこの制御装置80の機能を兼用する
ようにしても良い。
【0023】図2および図3を参照して本発明にかかる
磁気共鳴撮像方法の第1の実施の形態を説明する。
【0024】この第1の実施の形態および次に説明する
第2の実施の形態は、非共鳴(Non-resonant)型のEP
Iを用いるものであるが、共鳴(resonant)型のEPI
でも容易に実現できる。
【0025】図2は第1の実施の形態で使用されるパル
ス系列を示すタイミングチャートであり、k空間に充填
された位相エンコードを順次収集する様子を示してい
る。同図中、RFは印加される高周波信号を、Gsはス
ライス勾配を、Gpは位相エンコード勾配を、Gfは周
波数エンコード勾配を示している。ここで、Gpは垂直
方向の動きを、Gfは水平方向の動きを示しており、各
パルスにおける面積は動き量に比例している。また、G
pにおける負のパルスは後述するオフセットを示してお
り、その面積はオフセット量を示している。したがっ
て、図2における期間T1およびT2ではオフセット量
が1位相エンコード分ずれていることがわかる。
【0026】図3は図2のパルス制御により、k空間か
らのエコーデータを取り出す様子を示している。期間T
1における収集は実線S1で示されるように、負側のあ
る位相エンコードから始まって右向きに進んで、右端で
上に1つずれ、左向きに進んで、左端でさらに上に1つ
ずれるという動作が繰り返されてエコーデータが収集さ
れる。
【0027】期間T2では図2においてGpの負側のパ
ルスの面積がT1の場合よりも小さくなっており、オフ
セット量が少ない。このため、図3においては破線S2
で示されるように1位相エンコード分ずれてエコーデー
タが取り出され、結果的には同一位相エンコードにおい
て以前とは逆方向の周波数エンコードでエコーデータを
収集できる。
【0028】このようなデータ収集は通常k空間全体に
ついて行われているが、本発明においては、k空間の半
分の領域でエコーデータを収集している。この理由は次
のとおりである。第1に、前述したように、エコーデー
タは静磁場中で、勾配磁場を非常に高速にスイッチング
(反転)して得られるため、k空間に含まれるエコーデ
ータのうち隣接した右に向かう奇数番目の位相エンコー
ドと左に向かう位相エンコードとはエコーの性質が異な
り、これらを一緒に用いたのでは必ずしも良好な画像が
得られず、むしろアーチファクトを生じやすい。
【0029】このため、同一位相エンコードにおいて周
波数エンコード方向を変えてエコーデータを2重に収集
し、それらを周波数エンコード方向により2つに分けて
別々に画像再構成し、これらを絶対値画像として加算す
ることにより、読み出し磁場勾配の極性反転の影響をな
くす。この際、全部のエコーデータを2重に収集すると
撮像時間は2倍かかることになるので、ハーフリコンス
トラクション法による画像再構成が可能な、位相エンコ
ード方向にほぼ半分の領域にエコー収集を制限すること
で、従来と同じ撮像時間を実現している。
【0030】第2には、k空間に充填されるデータは複
素データであり、もとの画像が実像であれば、複素共役
の関係から、半分のデータでもとの画像が完全に再現で
きるため、半分の位相エンコード領域からエコーデータ
を得ることで十分である。ことは数学的に証明すること
ができるとともに、この原理に基づいた画像再構成アル
ゴリズムは数種公知となっている。
【0031】図4は本発明の第2の実施の形態で使用さ
れるパルス系列を示すタイミングチャート、図5は図4
のパルス制御により、k空間からのエコーデータを取り
出す様子を示す模式図である。
【0032】図4と図2との違いはGpの送り量が大き
く、収集対象の位相エンコードは離散的になることであ
る。すなわち、図4に示されるように、Gpの送り量が
図2と比較して大きく、Gpの上側のパルスは図2の場
合の4倍の大きさとなっており、データ収集を行う位相
エンコード位置は離れたものとなる。このため、データ
収集の際に位相エンコード位置は大きく移動する。
【0033】この移動量は、n回のマルチショットを行
うものとすれば、2重のエコーデータ収集を勘案してn
/2位相エンコードおきとなる。そして各収集ごとに中
心部のスタート点からナイキスト周波数に対応する端部
までの位相エンコード数NとしてNをn/2で除した値
の数の位相エンコードについて収集が行われる。例え
ば、図5に示した例ではN=72、n=8であるので、
72/4=16となり、1回のショットで16位相エン
コード位置についてエコーデータを取り出すことにな
る。
【0034】そして、各期間T11、T12、T13に
おいてはGpの負側のパルスの面積が順次減少してお
り、期間ごとにk空間内のデータ収集のスタート位置が
変化しながらデータ収集が行われることになる。
【0035】この第2の実施形態の場合にも第1の実施
形態の場合と同様に、S11、S12のそれぞれに対し
てスタート点をn/2位相エンコードずらした点から始
めて同じ位相エンコードを両方向から2重に収集してい
くことは同じである。
【0036】図5はこの情況をS11、S12、S2
1、S22の記号を用いて説明したものである。S11
は第1番目の走査を示し、S12は第2番目の走査であ
って、S11と位相エンコード量が1つ異なるデータを
収集している。
【0037】S21は第3番目の走査を示し、S11か
ら1ステップ初期オフセット量が異なる点からスタート
し、S11と同じ位相エンコード量を逆方向に走査して
いる。S22は第4番目の走査であって、S21から位
相エンコード量が1つ異なるデータを収集しており、S
12と同じエンコード量を逆方向に走査している。
【0038】なお、上述した第1および第2の実施の形
態においては、エコーデータの収集の開始位相エンコー
ド位置を負側に広げ、収集されるデータをk空間の全位
相エンコードの半分よりも多くして冗長性を持たせてい
る。
【0039】これは、例えば脂肪などのオフレゾナンス
成分や血流を画像として鮮明に得るためには画像領域に
生じた位相の変化を少しでも知り、これを予め補正した
上で画像再構成を行うことが有効だからである。
【0040】ここではエコーデータの収集をk空間の中
心部から端部に向かって行うように位相エンコードした
例を示したが、k空間の端部から中心部に向かってエコ
ーデータを収集するように位相エンコードしてもよい。
【0041】このようにして収集されたデータは画像形
成手段93において分類、合成、フーリエ変換等の処理
が行われ、所望の画像が得られる。
【0042】なお、以上の各実施の形態において、各位
相エンコードにおけるエコーデータも、それを収集した
のが何番目のショットの何番目のエコーであるかによっ
て必ずしもエコー中心が一致しない。これを防止するた
めには、レファレンススキャンとして撮像に先立ち、位
相エンコードをせずにエコーデータの収集を行い、中心
位置を求め、この情報を用いて撮像時に収集したエコー
データを補正すればより精度の高い画像を得ることがで
きる。
【0043】
【発明の効果】以上のように、本発明にかかる磁気共鳴
撮像方法によれば、半分の位相エンコード領域において
周波数エンコード方向を互いに逆向きに収集された、同
一位相エンコードのエコーデータを予め周波数エンコー
ド方向により分類し、別々に画像の再構成を行うので、
位相エンコード方向に位置のずれた画像が重なるアーチ
ファクトも生じず、画像のコントラストや空間分解能が
劣化せず、また、読み出し磁場勾配の極性反転に伴うゴ
ーストアーチファクトを減少させることができる。収集
するエコーデータの数は倍必要となるが、ハーフリコン
ストラクション法を併用することでデータの必要数を半
減でき、従来と同じ撮像時間でSN比の劣化のない画像
取得が可能となる。
【0044】また、本発明にかかる磁気共鳴撮像装置に
よれば、上述した撮像方法を実現する手段を備えている
ので、画像コントラストや空間分解能が劣化せず、ゴー
ストアーチファクトの少ない画像を従来と同じ撮像時間
でSN比を劣化させずに得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるMRI装置100の概略構成を
示すブロック構成図である。
【図2】本発明にかかる磁気共鳴撮像方法の第1の実施
の形態で使用されるパルス系列を示すタイミングチャー
トである。
【図3】図2のパルス系列を用いてk空間からエコーデ
ータを取り出す様子を示す模式図である。
【図4】本発明にかかる磁気共鳴撮像方法の第2の実施
の形態で使用されるパルス系列を示すタイミングチャー
トである。
【図5】図4のパルス系列を用いてk空間からエコーデ
ータを取り出す様子を示す模式図である。
【符号の説明】
10 静磁場発生装置 10a 円筒状空間 11 寝台 12 送信コイル 13 勾配コイル 14 受信コイル 20 被検体 30 勾配駆動装置 40 送信装置 50 静磁場電源 60 受信装置 70 アナログ・ディジタル変換装置 80 制御装置 90 コンピュータ 91 k空間データ展開手段 92 データ収集手段 93 画像形成手段 100 MRI装置 110 表示装置

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被検体に加えられる静磁場中で、勾配磁場
    を高速にスイッチング(反転)して、前記被検体の原子
    核の磁気共鳴信号を周波数エンコードと位相エンコード
    の2軸で構成されるk空間の充填に必要なエコー信号と
    して得る過程と、 前記共鳴信号をディジタル化してk空間にエコーデータ
    として展開する過程と、 このk空間のエコーデータを収集する際に、前記k空間
    の中心部から、ナイキスト周波数に相当する端部までk
    空間の略半分の位相エンコード領域について走査する第
    1の走査過程と、 前記第1の走査過程で走査されたのと同じ経路を周波数
    エンコードの方向だけを逆にして走査を行う第2の走査
    過程と、 これらの走査により収集されたk空間のエコーデータを
    周波数エンコードにおける走査方向により2つに分け、
    各々のエコーデータから別々に2枚の画像を再構成し、
    その絶対値画像を加算平均する過程と、 を備えたことを特徴とする磁気共鳴撮像方法。
  2. 【請求項2】位相エンコード方向へのエコーデータ収集
    は、順次隣接する位相エンコードに対して行われること
    を特徴とする請求項1に記載の磁気共鳴撮像方法。
  3. 【請求項3】位相エンコード方向へのエコーデータの収
    集は、k空間の中心部の低周波数の位相エンコードから
    ナイキスト周波数の位相エンコードまで、中央からナイ
    キスト周波数までの項数をN、ショット数をnとしてn
    /2位相エンコード分だけ離隔した2N/nの数の位相
    エンコードを離散的に収集することを特徴とする請求項
    1に記載の磁気共鳴撮像方法。
  4. 【請求項4】エコーデータの収集はk空間の半分の位相
    エンコードに所定数の冗長位相エンコードを加えた範囲
    で行われることを特徴とする請求項1ないし3のいずれ
    かに記載の磁気共鳴撮像方法。
  5. 【請求項5】被検体を収納する筒状空洞部と、 前記筒状空洞部の周囲に設けられ、前記被検体に対して
    均一度の高い静磁場を形成する静磁場形成手段と、 前記静磁場に勾配を与える勾配磁場形成手段と、 前記勾配磁場形成手段に対して勾配磁場の反転を行わせ
    る磁場反転手段と、 前記被検体に対して高周波を印加するための送信手段
    と、 前記筒状空洞部の周囲に設けられ、前記高周波と前記勾
    配磁場の反転による前記被検体の原子核の磁気共鳴信号
    を検出する受信手段と、 前記受信手段で検出され、ディジタル化されたエコーデ
    ータを周波数エンコードと位相エンコードの2軸で構成
    されるk空間に展開してk空間データを得るk空間デー
    タ展開手段と、 このk空間のエコーデータを収集する際に、前記k空間
    の中心部から、ナイキスト周波数に相当する端部までk
    空間の略半分の位相エンコード領域について第1の走査
    を行い、前記第1の走査過程で走査された経路を周波数
    エンコード方向だけ逆にした第2の走査を行ってデータ
    収集を行うデータ収集手段と、 収集されたk空間のデータを周波数エンコードにおける
    走査方向により2つに分け、各々のエコーデータから別
    々に2枚の画像を再構成し、その絶対値画像を加算平均
    して画像を形成する画像形成手段と、を備えたことを特
    徴とする磁気共鳴撮像装置。
  6. 【請求項6】前記データ収集手段は、順次隣接した位相
    エンコードに対してデータ収集を行うものであることを
    特徴とする請求項5に記載の磁気共鳴撮像装置。
  7. 【請求項7】前記データ収集手段は、k空間の中心部の
    低周波数の位相エンコードからナイキスト周波数の位相
    エンコードまで、中央からナイキスト周波数までの項数
    をN、ショット数をnとしてn/2位相エンコード分だ
    け離隔した2N/nの数の位相エンコードを離散的に収
    集するものであることを特徴とする請求項5に記載の磁
    気共鳴撮像方法。
  8. 【請求項8】前記データ収集手段は、k空間の半分の位
    相エンコードに所定数の冗長位相エンコードを加えた範
    囲でエコーデータの収集を行うものであることを特徴と
    する請求項5ないし7のいずれかに記載の磁気共鳴撮像
    装置。
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