JP3814340B2 - Ｎｍｒデータを収集する方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、核磁気共鳴作像方法及び装置に関する。更に具体的に言えば、本発明は、心臓ゲート式の像の収集に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人間の組織のような物質に一様な磁界（分極磁界Ｂ0 ）をかけたときに、組織内のスピンの個々の磁気モーメントはこの分極磁界と揃おうとするが、その特性的なラーモア周波数で規則的な順序でその回りに歳差運動をする。この物質又は組織が、ｘ−ｙ平面内にあって、ラーモア周波数に近い磁界（励振磁界Ｂ1 ）の作用を受けると、正味の揃ったモーメントＭz をｘ−ｙ平面へ回転させ又は「傾け」、正味の横方向磁気モーメントＭt を発生することができる。励振信号Ｂ1 が終了した後に、励振されたスピンによって放出された信号を受信して、それを処理して像を形成することができる。
【０００３】
これらの信号を利用して像を発生するときに、磁界勾配（Ｇx 、Ｇy 、Ｇz ）が用いられる。典型的には、作像しようとする領域は、その勾配が用いられる特定の局在化方法に従って変化する一続きの測定サイクルによって走査される。この結果得られる１組の受信ＮＭＲ信号をディジタル化し、多くの周知の再生方法のうちの１つを用いて、像を再生するように処理する。
【０００４】
現在、医療用の像を発生するために用いられる大抵のＮＭＲ走査は、必要なデータを収集するのに何分も必要とする。この走査時間を短縮することが重要な観点である。それは、走査時間を短縮すれば、患者のスループットが増加し、患者の快適さが改善され、動きによるアーティファクトを減少させることによって、画質が改善されるからである。非常に短い繰り返し時間（ＴＲ）を有しており、その結果、何分ではなく、何秒内に完全な走査を行うことのできるようなある種類のパルス・シーケンスがある。例えば心臓の作像に用いたときに、そのサイクルの相異なる段階の心臓を示す一連の像を得る元になる完全な走査は、１回呼吸を止める間に行うことができる。
【０００５】
もっと普通のパルス・シーケンスは繰り返し時間ＴＲが、スピン−スピン緩和定数Ｔ2 よりもずっと長くて、磁化は相次ぐシーケンスの位相コヒーレント励振パルスの間に緩和する時間があるが、高速パルス・シーケンスの繰り返し時間ＴＲは、Ｔ2 よりも短く、横方向磁化を平衡の定常状態に駆動する。このような方式は定常状態自由精度（ＳＳＦＰ）方式と呼ばれ、これらは、その結果得られるＮＭＲ信号が再焦点合わせされてエコー信号を発生するような横方向磁化の循環的なパターンを特徴とする。
【０００６】
このような１つのＳＳＦＰパルス・シーケンスが勾配再焦点合わせ収集定常状態（ＧＲＡＳＳ）と呼ばれ、これは、各々のＲＦ励振パルスの後に発生されるＮＭＲエコー信号のピークをパルス・シーケンスの中心に向かってシフトさせるために読み出し勾配Ｇx を利用する。このパルス・シーケンスが図３に示されており、ここでは、ＮＭＲ信号は、読み出し勾配Ｇx によって誘起された勾配呼び戻しエコーである。２次元作像では、スライス選択勾配パルスが勾配Ｇz によって発生され、周知のように直ちに再焦点合わせされる。その少し後に、位相符号化勾配パルスＧy が発生されて、収集されたＮＭＲデータを位置符号化し、定常状態の平衡状態を温存するために、米国特許第４，６６５，３６５号に記載されているように、ＮＭＲ信号が収集された後に、且つ次のパルス・シーケンスが開始される前に、位相符号化勾配パルスの効果が対応するＧy 巻き戻し（リワインダ）勾配パルスによってゼロにされる。
【０００７】
ＳＳＦＰシーケンスは小さな傾き角を有するＲＦ励振パルスを用いており、各々のパルス・シーケンスの後に磁化が回復することが許容されないので、スピン密度に依る像のコントラストは普通のパルス・シーケンスに近いと言えるほどよくない。このため、組織の相異なるＴ1 及びＴ2 定数に依る他の像コントラスト強化方法が提案されている。マグネティック・レゾナンス・イン・メディスン誌１３、７７／１４ ８９（１９９０年）所載のＡ．ハースの論文「Ｔ1 及びＴ2 並びに化学シフト作像に対するスナップショット・フラッシュＭＲＩの応用」、マグネティック・レゾナンス・イン・メディスン誌第１０巻１〜６頁（１９９２年）所載のＤ．マタエー等の論文「高解像度スナップショット・フラッシュＭＲ像における高速反転回復Ｔ1 コントラスト及び化学シフト・コントラスト」、並びに米国特許第５，２５６，９６７号、発明の名称「スペクトル選択性反転パルスを用いた高速ＮＭＲ像の収集」に記載されているように、一連のＳＳＦＰパルス・シーケンスの前に、Ｔ1 又はＴ2 強化コントラスト像を作成するためにスピン磁化を条件付ける１つ又は更に多くの予備ＲＦパルスを先行させることができる。このような方法はいずれも、コントラストが出てくるようにするために、像データを収集する前に、かなりの待ち期間を必要とする。
【０００８】
心臓データ式の収集を用いて、心臓サイクルの相異なる段階における心臓を描く像を発生する。ＳＳＦＰパルス・シーケンスを用いることにより、特定のスライスの位置に対して、各々の心臓サイクルの間にｋ−空間線の「グループ」又はビュー（例えば、８つ）を収集することができる。その結果、像に対するデータを一連の心臓サイクルで、１回呼吸を止めている間に収集することができる。ビューの各グループは同じ空間的な位置から収集することができ、この場合、同じ空間的な位置にある一連の像が得られ、各々の像は心臓サイクルの相異なる時間的な段階で収集されることに注意されたい。これは多重段階又は映画式の収集を表す。更に、各グループは相異なる空間的な位置から収集することができ、この場合、心臓サイクルの相異なる時間的な段階で、異なる空間的な位置にある一連の像が収集される。この２番目の実施形式は単一段階多重スライス収集を表し、この場合、収集での空間的なカバー範囲を一層大きくするために、心臓サイクルの時間的なカバー範囲を犠牲にする。
【０００９】
単一段階多重スライス収集の場合、所与の空間的な位置における磁化は動的な平衡状態にはない。１心臓サイクルは１秒程度であるから、縦方向磁化は、グループの間でその熱平衡値まで緩和する十分な時間がある。その結果、ＳＳＦＰパルス・シーケンスの各グループの間、磁化は定常状態を確立する時間がない。その場合、その結果得られる像のコントラストは主にＴ1 ではなく、スピン密度によって決定され、貴重な臨床用の情報が失われる。
【００１０】
【発明の要約】
本発明は、再生像におけるＴ1 コントラストを強化するために、一連の高速パルス・シーケンスを用いて、ＮＭＲデータを収集する前に、スピンの横方向磁化を平衡の定常状態に素早く駆動する方法を提供する。更に具体的に言うと、高速ＮＭＲ信号の収集の各グループの前に、予備シーケンスを実行する。このときに、はじき（フリップ）角が実質的に９０°のＲＦ励振パルスをスピンに印加し、複数のディスダク・パルス・シーケンスを実行して、ＮＭＲデータを収集するパルス・シーケンスを実行する前に、磁化を平衡の定常状態に素早く駆動する。
【００１１】
本発明の全般的な目的は、データ収集の前に、スピン磁化を平衡の定常状態に素早く駆動することにより、高速で収集されたＮＭＲ像におけるＴ1 コントラストを強化することである。１８０°ＲＦ励振パルスを用いて磁化を反転させるか、又は単に一連のディスダク・パルス・シーケンスを印加して磁化を平衡の定常状態に駆動する代わりに、９０°ＲＦ励振パルスの後に数個のディスダク・パルス・シーケンスを印加することにより、走査時間に対する影響を最も小さくして、最善の像コントラストが得られる。これは、Ｔ1 加重ＮＭＲ信号を収集するための、所望の定常状態の平衡状態に達する最も素早い道である。
【００１２】
【実施例】
最初に図１について説明すると、本発明を用いた好ましいＭＲＩシステムの主な部品が示されている。このシステムの動作は、キーボード及び制御パネル１００と、表示装置１０４とを含んでいるオペレータ・コンソール１００から制御される。コンソール１００はリンク１１６を介して別個のコンピュータ・システム１０７と連絡しており、このシステムは、オペレータが像の発生及びスクリーン１０４でのその表示を制御することができるようにする。コンピュータ・システム１０７は、バックプレーンを介して互いに連絡する多数のモジュールを含んでいる。この中には、像プロセッサ・モジュール１０６と、ＣＰＵモジュール１０８と、メモリ・モジュール１１３とが含まれており、このメモリ・モジュールは、像データ配列を記憶するためのフレーム・バッファとして知られている。コンピュータ・システム１０７は、像データ及びプログラムを記憶するためのディスク記憶装置１１１及びテープ駆動装置１１２に接続されていると共に、高速直列リンク１１５を介して別個のシステム制御装置１２２と連絡している。
【００１３】
システム制御装置１２２は、バックプレーンによって一緒に接続された１組のモジュールを含んでいる。その中には、ＣＰＵモジュール１１９と、パルス発生器モジュール１２１とが含まれており、これは直列リンク１２５を介してオペレータ・コンソール１００に接続されている。システム制御装置１２２が、実行すべき走査シーケンスを示すオペレータからの指令を受け取るのは、リンク１２５を介してである。パルス発生器モジュール１２１はシステムの部品を作動させて、所望の走査シーケンスを実行する。これが、発生すべきＲＦパルスのタイミング、強さ及び形状と、データ収集窓のタイミング及び長さとを示すデータを発生する。パルス発生器モジュール１２１は１組の勾配増幅器１２７に接続されており、走査の間に発生すべき勾配パルスのタイミング及び形状を示す。パルス発生器モジュール１２１は、生理学用収集制御装置１２９からの患者データをも受け取る。この制御装置は、電極からのＥＣＧ信号又はベローからの呼吸信号のような、患者に接続された多数の異なるセンサからの信号を受け取る。最後に、パルス発生器モジュール１２１は走査室インターフェイス回路１３３に接続されており、このインターフェイス回路は、患者の状態及び磁石システムに関連した種々のセンサからの信号を受け取る。患者位置決め装置１３４が、患者を走査のための所望の位置へ移動するための指令を受け取るのも、走査室インターフェイス回路１３３を介してである。
【００１４】
パルス発生器モジュール１２１によって発生される勾配波形が、Ｇx 、Ｇy 及びＧz 増幅器で構成されている勾配増幅器装置１２７に印加される。各々の勾配増幅器は、全体を参照番号１３９で示す集成体内にある対応する勾配コイルを励振して、収集された信号を位置符号化するために用いられる磁界勾配を発生する。勾配コイル集成体１３９は、分極磁石１４０と、全身ＲＦコイル１５２とを含んでいる磁石集成体１４１の一部である。システム制御装置１２２に設けられたトランシーバ・モジュール１５０が発生するパルスが、ＲＦ増幅器１５１によって増幅され、送信／受信スイッチ１５４を介してＲＦコイル１５２に結合される。患者内の励振された原子核によって放射された信号を同じＲＦコイル１５２によって感知し、送信／受信スイッチ１５４を介して前置増幅器１５３に結合することができる。増幅されたＮＭＲ信号は、トランシーバ１５０の受信器部で復調され、フィルタにかけられて、ディジタル化される。送信／受信スイッチ１５４はパルス発生器モジュール１２１からの信号によって制御されて、送信モードの間にはＲＦ増幅器１５１のコイル１５２に電気的に接続すると共に、受信モードの間には前置増幅器１５３を接続する。送信／受信スイッチ１５４は、送信又は受信モードのいずれかで、別個のＲＦコイル（例えば、ヘッド・コイル又は表面コイル）を用いることができるようにもする。
【００１５】
ＲＦコイル１５２が拾ったＮＭＲ信号は、トランシーバ・モジュール１５０によってディジタル化され、システム制御装置１２２にあるメモリ・モジュール１６０に転送される。走査が完了し、データの配列全体がメモリ・モジュール１６０に収集されたときに、配列プロセッサ１６１がこのデータを像データ配列にフーリエ変換するように作用する。この像データは直列リンク１１５を介してコンピュータ・システム１０７に伝えられ、そこでディスク・メモリ１１１に記憶される。オペレータ・コンソール１００から受け取った指令に応答して、この像データをテープ駆動装置１１２に記録資料として入れることができるし、又は像プロセッサ１０６によって更に処理して、オペレータ・コンソール１００に伝え、表示装置１０４で表示することができる。トランシーバ１５０についての更に詳しいことは、米国特許第４，９５２，８７７号及び同第４，９９２，７３６号を参照されたい。
【００１６】
特に図２について説明すると、心臓収集は、各々の勾配エコー・パルス・シーケンスの繰り返し時間ＴＲが、利用可能な勾配ハードウェアの種類及び選択された作像パラメータに応じて、６ｍｓ〜１５ｍｓである一連の高速勾配エコー・パルス・シーケンスを用いる。これらのパルス・シーケンスは、Ｒ−Ｒ期間と呼ばれる心臓トリガ信号２００の間の期間の間に実行される。Ｒ−Ｒ期間の長さは、患者の心室収縮率の関数であるが、典型的には１秒程度である。
【００１７】
勾配エコーを用いる高速心臓収集では、Ｒ−Ｒ期間が多数の短いセグメントに分割され、各セグメントが２０°〜４０°の公称はじき角度を有する高速勾配収集パルス・シーケンスである。各々の高速勾配エコー・セグメントは、ｋ−空間の１つの線を表すＮＭＲ信号を収集する。これは、位相符号化されたビュー（図）又は「ビュー（図）」と呼ばれることがある。隣接した高速勾配エコー・セグメントはｎ個のグループに更に組み合わされる。ここで、ｎは典型的には１〜８である。“ｎ”はグループ当たりの位相符号化されたビューの数と呼ばれる場合が多い。各グループからのデータが、心臓サイクル（Ｒ−Ｒ期間）の相異なる時間的な段階における像を作成することに寄与する。各段階の像の時間的な位置は、心臓トリガ（Ｒ−波）２００から高速勾配エコー・セグメントの各グループの中心までの相対的な時間に関係する。図２では、セグメントの１番目のグループが、ｋ−空間データの第１の組２０２に対するビューを収集するグループ２０１を形成する。高速勾配エコー・セグメントの次のグループが、ｋ−空間データの第２の組２０４に対する第２の心臓段階におけるビューを収集する他のグループ２０３を形成し、セグメントの３番目のグループが、ｋ−空間データの第３の組２０６に対するビューを収集する他のグループ２０５を形成する。好ましい実施例では、別々の心臓段階１、２及び３に収集された３つの像の各々は、患者内の別々のスライスの位置からも収集されている。その結果、各々のスライス内のスピン磁化が、ビューの相次ぐグループの収集の間に１心臓サイクルに近い（１秒）間緩和する機会を有する。
【００１８】
収集の間に作像される心臓段階の数（又は単一段階多重スライス収集では収集されるスライスの位置の数）は、患者のＲ−Ｒ期間に当てはまるグループ当たりのｎ個の位相符号化されたビューのグループの数に関係する。８つの高速勾配エコー・セグメントを選択してグループを構成することにしたのは、これが各々の像の時間的な分解能（８セグメントのグループからデータを収集するのに必要な時間と定義される）と像収集の合計時間との間の兼合いになるからである。完全な像を形成するためには公称１２８個のビューが必要であるから、グループ当たり８セグメントを用いることは、心臓トリガ当たりｋ−空間の８つのビューが収集されることを意味する。従って、普通のＮＭＲ像に対するデータ収集を完了するためには、１６個の心臓トリガが必要であるが、これは大抵の患者が呼吸を止めていられる能力の範囲内の時間である。
【００１９】
グループ当たり８つの位相符号化されたビューを用いる好ましい実施例では、１６個の心博動の後に、データの各組２０２、２０４及び２０６に対する１２８個の位相符号化されたビューの全部が収集される。その後、各々のｋ−空間データの組２０２、２０４及び２０６を用いて、周知のように２次元フーリエ変換を行うことによって像を再生する。この結果得られる像は、３つのスライスの位置で、段階１、段階２及び段階３と図２に記した心臓サイクルの相次ぐ段階における心臓を描き出している。好ましい実施例では、段階１、段階２及び段階３と記したのは、それぞれ位置１、２及び３をも表していることに注意されたい。
【００２０】
図３について具体的に説明すると、本発明の好ましい実施例で用いられる高速パルス・シーケンスは、Ｓ＋ ＮＭＲ信号を収集し、この分野では勾配再焦点合わせ収集定常状態（ＧＲＡＳＳ）シーケンスとして知られている。Ｇz スライス選択勾配２０が、２０°〜４０°の公称はじき角を有する選択性ＲＦ励振パルス２１と共に印加される。好ましい実施例では、流れによって誘起される位相外し効果を最小限に抑えるために、ＴＥ時間が短いことが望ましい。ＴＥ時間が短いことは、流れの補償を用いるかどうかに関係なく好ましい。ＴＲ時間も、ビューの１つのグループに対するデータを収集するのに要する時間にわたって平均した動きによる空間的なぼけのアーティファクトを最小限に抑えるためにできるだけ短くすべきである。シーケンスのＴＲを短くする１つの方法は、部分エコーを用いることである。ＴＲを６．８ｍｓｅｃに短縮するために、データ収集窓２２の間に、１６０個の周波数符号化されたデータ・サンプルの部分エコー収集をし、Ｇx 読み出し勾配２４が所望の視野を形成する。２５６という周波数符号化方向（ｘ軸）における実効的な解像度は、１９９１年５月１日に出願された米国特許第５，１６８，２２７号、発明の名称「非対称なＮＭＲエコー収集を用いた短いＴＥ及びＴＲパルス・シーケンスを用いた高解像度作像」に記載されているようなホモダイン像再生を用いることによって達成される。各スライスの収集の際に、Ｇy 位相符号化勾配パルス２３を１２８つの個別の値にわたって歩進させて、対応する数の「ビュー」を収集する。各々の心臓サイクルの間に８つのビューが収集されるので、完全な像は、１４秒〜１６秒の走査で収集することができる。
【００２１】
再び図２に戻って説明すると、縦方向磁化は、相次ぐ心臓サイクルでの収集の間に著しく回復する。その結果、相異なるＴ1 緩和時間のスピンによって発生されたＮＭＲ信号にほとんど違いがなく、心筋及び流れる血液のような組織の間での像のコントラストがほとんどない。このようなコントラストを持たせるために、縦方向磁化を、Ｔ1 が短いスピン種目がＴ1 の長いスピン種目よりもずっと大きなＮＭＲ信号を発生するような動的な平衡状態に駆動することが望ましい。これは、パルス・シーケンスを実行するが、ＮＭＲ信号を収集しないダミー・パルス・シーケンス（業界では「ディスダク」と呼ばれている）を実行することにより達成することができる。図４に実線３０で示すように、このためには、縦方向磁化を線３１で示す動的な平衡レベルまで駆動するのに約１８個〜２０個のディスダク・シーケンスを必要とする。これは、８つのビューから成る各グループを収集するのに要する時間を３倍以上長くするので、不満足である。
【００２２】
本発明の１つの考えは、磁化を飽和状態に駆動するために、はじき角が非常に大きい初期ＲＦ励振パルスを用いることにより、磁化の動的な平衡状態を一層早く確立することができるということである。この初期ＲＦ励振パルスは、ＲＦ加速パルスと呼ばれるが、線３１で示すように動的な平衡レベルの下から、動的な平衡の定常状態への接近を駆動する助けになる。
【００２３】
ＴＲ時間の短い高速勾配エコー・パルス・シーケンスにおける動的な平衡状態は、利用可能な縦方向磁化Ｍ0 の小さな端数であるから、Ｍ0 に近いＭｚの値からよりも、Ｍｚの小さい値からの方が、動的な平衡状態に接近する時間がずっと短くなる。これが図４に示されている。同図において、破線３２は、ＲＦ加速パルスが１８〜２０ではなく、約５つ〜８つのＴＲ期間で磁化を定常状態に駆動するＲＦ加速パルスの効果を示している。ＲＦ加速パルスの公称はじき角は９０°である。
【００２４】
本発明の他の考えは、ＲＦ加速パルスを印加した後に、１つ又は更に多くのディスダク期間だけ、データ収集を遅らせることができるということである。こうすると、ビューのグループのデータ収集の間の磁化は、動的な平衡状態に更に早く達すると思われる。これが、９０°ＲＦ加速パルス及び２つのディスダクの後に、心臓の筋肉に対する定常状態への接近を示す鎖線３３によって示されている。
【００２５】
再び図２について説明すると、各々のパルス・シーケンスのグループ２０１、２０３及び２０５にＲＦ加速パルス２１０及び２つのディスダク・シーケンス２１２を追加することにより、本発明が高速心臓ゲート式の収集に適用される。ＲＦ加速パルス２１０は、図３に示すように、高速勾配エコー・パルス・シーケンスとして印加されるが、ＮＭＲデータは収集しない。ＮＭＲデータをこの後で収集するのに用いるのと同じパルス・シーケンスを用いて、縦方向磁化を平衡状態に駆動する利点は、速やかに切り替わる勾配時間によって導入される渦電流が、ＮＭＲデータが収集される前に安定になる機会があることである。このため、そうしない場合に像のアーティファクトを生ずるおそれのある収集データの位相誤差が減少する。
【００２６】
本発明の好ましい実施例では、ＲＦ加速パルス２１０は９０°のはじき角を有している。実際、６０°と１４０°との間のＲＦ加速パルスのはじき角を用いて、実質的な改善を達成することができる。しかしながら、一層大きなはじき角を用いるときには、組織のＴ1 コントラストが改善され、一層小さなはじき角を用いるときには、収集されたＮＭＲデータの信号対雑音比が改善される。約９０°のはじき角は、このような２つの相反する性能パラメータの間の最適の兼合いになる。
【００２７】
ＲＦ加速パルス２１０に続くディスダク・シーケンス２１２の数は、多数の因子によって決定される。相異なるＴ1 緩和時間による組織の弁別ができるようにするために、ＲＦ加速パルス２１０の後に、中間の期間が必要である。これは反転回復実験におけるＴＩ時間と同様であるが、今の場合の期間が１桁短い点が異なる。２つのディスダク２１２を選択したのは、それがＴ1 コントラストが出てくるようにし、それが縦方向磁化を動的な平衡に向かって駆動し、それが各グループ２０１、２０３及び２０５にあるパルス・シーケンスの数を不当に長くしないからである。ディスダク２１２の数を増加すると、走査時間が長くなる、又は走査中に収集されるスライスの数が減るという犠牲を払って、Ｔ1 コントラストが改善され、像のアーティファクトが減少する。
【００２８】
定常状態の平衡に接近する間に磁化がサンプリングされるので、収集される相異なる図の重みが相等しくない。この可変の加重がｋ−空間フィルタとして作用し、それが像のぼけに寄与する。この効果を最小限に抑えるために、ティスダクを含んでいる１つのグループ内のすべてのＲＦパルスに対する可変はじき角方式を用いる。
【００２９】
可変のはじき角は、すべての横方向磁化が駄目になるという仮定で、ブロッホの方程式から導き出した公式を用いて計算される。一定の値の横方向磁化に対して、はじき角は次のように計算される。
ここで、ｎ＝ディスダク、・・・、０、１、２、・・・、ｍ＋ｐであり、ｐは可変のはじき角を計算するための余分のビューの数、及びαn-m+p は目標はじき角である。Ｍn - は、ｎ番目のＲＦパルスの前の磁化の縦方向成分である。これはマッキノン（Ｍａｇｎ，Ｒｅｓｏｎ，Ｍｅｄ誌１９９３年、３０：６０９−６１６、Ｇ．Ｃ．マッキノン）によって用いられた可変はじき角方式と同様である。わずかにより大きなはじき角を発生し、しかもｋ−空間のビューの加重を等しい状態に保つために、式（１）の近似式を用いることができる。ＴＲ＜＜Ｔ1 であれば、分子の指数関数項を無視して次のようにすることができる。
【００３０】
ここで、式（２）は、式（１）よりもわずかに大きなはじき角の可変の一連のはじき角を発生する。図６に示すように、式（２）によって発生された信号（破線４３）は、式（１）を用いた信号（実線４１）とほとんど同一である。対応する縦方向磁化も式（２）（破線４２）及び式（１）（実線４０）に対して示してある。Ｔ1 ＝３００、Ｍ0 ＝０．６及びｐ＝１の公称値が、１．５Ｔで最適の結果をもたらすと決定された。
【００３１】
式（１）又は式（２）のいずれを用いても、画質を損なわない。好ましい実施例では、式（２）が反復的に適用され、ｔａｎαn-1 の計算にはディスダク２１２のはじき角も含まれている。
図５に示すように、パルス・シーケンスの各グループは、９０°ＲＦ加速パルス・シーケンス２１０と、その後に続く２つのディスダク・パルス・シーケンス２１２及び８つのデータ収集パルス・シーケンス２１４とを含んでいる。ディスダク２１２及びデータ収集パルス・シーケンス２１４に用いられるＲＦ励振パルス２１（図３）のはじき角は、式（１）によって決定される。目標はじき角は典型的には、最善のコントラスト及び信号対雑音比に対して、２０°〜４０°の範囲内であり、典型的には、ｎをグループ内のビューの数として、このはじき角にはｎ番目のデータ収集パルス・シーケンス２１４で到達する。
【００３２】
本発明は、磁化の動的な平衡を素早く達成して、Ｔ1 コントラストを強化するために、高速心臓ゲート式のＮＭＲ走査に特に有用であるが、本発明は、この他の用途にも用いることができる。例えば、ＲＦ加速パルス及び一連のディスダクをエコー平面状作像（ＥＰＩ）シーケンスの前に用いて、走査時間をあまり長くせずに、Ｔ1 コントラストを強化することができる。本発明のこのような用途及びその他の用途は当業者に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いたＮＭＲシステムのブロック図である。
【図２】図１のＮＭＲシステムによって実行されるデータ収集シーケンスのグラフである。
【図３】図２の収集でビューの収集をするために用いられるパルス・シーケンスのグラフである。
【図４】縦方向磁化を動的な平衡状態に駆動するための異なる経路を示すグラフである。
【図５】図２のパルス・シーケンスの各グループに用いられるはじき角である。
【図６】図５に示すように可変のはじき角を用いるときの磁化を示すグラフである。
【符号の説明】
２１ 選択性ＲＦ励振パルス
２２ データ収集窓
２３ Ｇy 位相符号化勾配パルス
２４ Ｇx 読み出し勾配
１００ オペレータ・コンソール
１０４ 表示装置
１０６ 像プロセッサ・モジュール
１０７ コンピュータ・システム
１０８、１１９ ＣＰＵモジュール
１１１ ディスク記憶装置
１１２ テープ駆動装置
１１３ メモリ・モジュール
１１５ 高速直列リンク
１２１ パルス発生器モジュール
１２２ システム制御装置
１２５ 直列リンク
１２７ 勾配増幅器
１２９ 生理学用収集制御装置
１３３ 走査室インターフェイス回路
１３４ 患者位置決め装置
１３９ 勾配コイル集成体
１４０ 分極磁石
１４１ 磁石集成体
１５０ トランシーバ・モジュール
１５１ ＲＦ増幅器
１５２ ＲＦコイル
１５３ 前置増幅器
１５４ 送信／受信スイッチ
１６０ メモリ・モジュール
１６１ 配列プロセッサ
２００ 心臓トリガ信号
２０１、２０３、２０５ ビューのグループ
２０２ ｋ−空間データの第１の組
２０４ ｋ−空間データの第２の組
２０６ ｋ−空間データの第３の組
２１０ ＲＦ加速パルス
２１２ ディスダク・シーケンス
【産業上の利用分野】
本発明は、核磁気共鳴作像方法及び装置に関する。更に具体的に言えば、本発明は、心臓ゲート式の像の収集に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人間の組織のような物質に一様な磁界（分極磁界Ｂ0 ）をかけたときに、組織内のスピンの個々の磁気モーメントはこの分極磁界と揃おうとするが、その特性的なラーモア周波数で規則的な順序でその回りに歳差運動をする。この物質又は組織が、ｘ−ｙ平面内にあって、ラーモア周波数に近い磁界（励振磁界Ｂ1 ）の作用を受けると、正味の揃ったモーメントＭz をｘ−ｙ平面へ回転させ又は「傾け」、正味の横方向磁気モーメントＭt を発生することができる。励振信号Ｂ1 が終了した後に、励振されたスピンによって放出された信号を受信して、それを処理して像を形成することができる。
【０００３】
これらの信号を利用して像を発生するときに、磁界勾配（Ｇx 、Ｇy 、Ｇz ）が用いられる。典型的には、作像しようとする領域は、その勾配が用いられる特定の局在化方法に従って変化する一続きの測定サイクルによって走査される。この結果得られる１組の受信ＮＭＲ信号をディジタル化し、多くの周知の再生方法のうちの１つを用いて、像を再生するように処理する。
【０００４】
現在、医療用の像を発生するために用いられる大抵のＮＭＲ走査は、必要なデータを収集するのに何分も必要とする。この走査時間を短縮することが重要な観点である。それは、走査時間を短縮すれば、患者のスループットが増加し、患者の快適さが改善され、動きによるアーティファクトを減少させることによって、画質が改善されるからである。非常に短い繰り返し時間（ＴＲ）を有しており、その結果、何分ではなく、何秒内に完全な走査を行うことのできるようなある種類のパルス・シーケンスがある。例えば心臓の作像に用いたときに、そのサイクルの相異なる段階の心臓を示す一連の像を得る元になる完全な走査は、１回呼吸を止める間に行うことができる。
【０００５】
もっと普通のパルス・シーケンスは繰り返し時間ＴＲが、スピン−スピン緩和定数Ｔ2 よりもずっと長くて、磁化は相次ぐシーケンスの位相コヒーレント励振パルスの間に緩和する時間があるが、高速パルス・シーケンスの繰り返し時間ＴＲは、Ｔ2 よりも短く、横方向磁化を平衡の定常状態に駆動する。このような方式は定常状態自由精度（ＳＳＦＰ）方式と呼ばれ、これらは、その結果得られるＮＭＲ信号が再焦点合わせされてエコー信号を発生するような横方向磁化の循環的なパターンを特徴とする。
【０００６】
このような１つのＳＳＦＰパルス・シーケンスが勾配再焦点合わせ収集定常状態（ＧＲＡＳＳ）と呼ばれ、これは、各々のＲＦ励振パルスの後に発生されるＮＭＲエコー信号のピークをパルス・シーケンスの中心に向かってシフトさせるために読み出し勾配Ｇx を利用する。このパルス・シーケンスが図３に示されており、ここでは、ＮＭＲ信号は、読み出し勾配Ｇx によって誘起された勾配呼び戻しエコーである。２次元作像では、スライス選択勾配パルスが勾配Ｇz によって発生され、周知のように直ちに再焦点合わせされる。その少し後に、位相符号化勾配パルスＧy が発生されて、収集されたＮＭＲデータを位置符号化し、定常状態の平衡状態を温存するために、米国特許第４，６６５，３６５号に記載されているように、ＮＭＲ信号が収集された後に、且つ次のパルス・シーケンスが開始される前に、位相符号化勾配パルスの効果が対応するＧy 巻き戻し（リワインダ）勾配パルスによってゼロにされる。
【０００７】
ＳＳＦＰシーケンスは小さな傾き角を有するＲＦ励振パルスを用いており、各々のパルス・シーケンスの後に磁化が回復することが許容されないので、スピン密度に依る像のコントラストは普通のパルス・シーケンスに近いと言えるほどよくない。このため、組織の相異なるＴ1 及びＴ2 定数に依る他の像コントラスト強化方法が提案されている。マグネティック・レゾナンス・イン・メディスン誌１３、７７／１４ ８９（１９９０年）所載のＡ．ハースの論文「Ｔ1 及びＴ2 並びに化学シフト作像に対するスナップショット・フラッシュＭＲＩの応用」、マグネティック・レゾナンス・イン・メディスン誌第１０巻１〜６頁（１９９２年）所載のＤ．マタエー等の論文「高解像度スナップショット・フラッシュＭＲ像における高速反転回復Ｔ1 コントラスト及び化学シフト・コントラスト」、並びに米国特許第５，２５６，９６７号、発明の名称「スペクトル選択性反転パルスを用いた高速ＮＭＲ像の収集」に記載されているように、一連のＳＳＦＰパルス・シーケンスの前に、Ｔ1 又はＴ2 強化コントラスト像を作成するためにスピン磁化を条件付ける１つ又は更に多くの予備ＲＦパルスを先行させることができる。このような方法はいずれも、コントラストが出てくるようにするために、像データを収集する前に、かなりの待ち期間を必要とする。
【０００８】
心臓データ式の収集を用いて、心臓サイクルの相異なる段階における心臓を描く像を発生する。ＳＳＦＰパルス・シーケンスを用いることにより、特定のスライスの位置に対して、各々の心臓サイクルの間にｋ−空間線の「グループ」又はビュー（例えば、８つ）を収集することができる。その結果、像に対するデータを一連の心臓サイクルで、１回呼吸を止めている間に収集することができる。ビューの各グループは同じ空間的な位置から収集することができ、この場合、同じ空間的な位置にある一連の像が得られ、各々の像は心臓サイクルの相異なる時間的な段階で収集されることに注意されたい。これは多重段階又は映画式の収集を表す。更に、各グループは相異なる空間的な位置から収集することができ、この場合、心臓サイクルの相異なる時間的な段階で、異なる空間的な位置にある一連の像が収集される。この２番目の実施形式は単一段階多重スライス収集を表し、この場合、収集での空間的なカバー範囲を一層大きくするために、心臓サイクルの時間的なカバー範囲を犠牲にする。
【０００９】
単一段階多重スライス収集の場合、所与の空間的な位置における磁化は動的な平衡状態にはない。１心臓サイクルは１秒程度であるから、縦方向磁化は、グループの間でその熱平衡値まで緩和する十分な時間がある。その結果、ＳＳＦＰパルス・シーケンスの各グループの間、磁化は定常状態を確立する時間がない。その場合、その結果得られる像のコントラストは主にＴ1 ではなく、スピン密度によって決定され、貴重な臨床用の情報が失われる。
【００１０】
【発明の要約】
本発明は、再生像におけるＴ1 コントラストを強化するために、一連の高速パルス・シーケンスを用いて、ＮＭＲデータを収集する前に、スピンの横方向磁化を平衡の定常状態に素早く駆動する方法を提供する。更に具体的に言うと、高速ＮＭＲ信号の収集の各グループの前に、予備シーケンスを実行する。このときに、はじき（フリップ）角が実質的に９０°のＲＦ励振パルスをスピンに印加し、複数のディスダク・パルス・シーケンスを実行して、ＮＭＲデータを収集するパルス・シーケンスを実行する前に、磁化を平衡の定常状態に素早く駆動する。
【００１１】
本発明の全般的な目的は、データ収集の前に、スピン磁化を平衡の定常状態に素早く駆動することにより、高速で収集されたＮＭＲ像におけるＴ1 コントラストを強化することである。１８０°ＲＦ励振パルスを用いて磁化を反転させるか、又は単に一連のディスダク・パルス・シーケンスを印加して磁化を平衡の定常状態に駆動する代わりに、９０°ＲＦ励振パルスの後に数個のディスダク・パルス・シーケンスを印加することにより、走査時間に対する影響を最も小さくして、最善の像コントラストが得られる。これは、Ｔ1 加重ＮＭＲ信号を収集するための、所望の定常状態の平衡状態に達する最も素早い道である。
【００１２】
【実施例】
最初に図１について説明すると、本発明を用いた好ましいＭＲＩシステムの主な部品が示されている。このシステムの動作は、キーボード及び制御パネル１００と、表示装置１０４とを含んでいるオペレータ・コンソール１００から制御される。コンソール１００はリンク１１６を介して別個のコンピュータ・システム１０７と連絡しており、このシステムは、オペレータが像の発生及びスクリーン１０４でのその表示を制御することができるようにする。コンピュータ・システム１０７は、バックプレーンを介して互いに連絡する多数のモジュールを含んでいる。この中には、像プロセッサ・モジュール１０６と、ＣＰＵモジュール１０８と、メモリ・モジュール１１３とが含まれており、このメモリ・モジュールは、像データ配列を記憶するためのフレーム・バッファとして知られている。コンピュータ・システム１０７は、像データ及びプログラムを記憶するためのディスク記憶装置１１１及びテープ駆動装置１１２に接続されていると共に、高速直列リンク１１５を介して別個のシステム制御装置１２２と連絡している。
【００１３】
システム制御装置１２２は、バックプレーンによって一緒に接続された１組のモジュールを含んでいる。その中には、ＣＰＵモジュール１１９と、パルス発生器モジュール１２１とが含まれており、これは直列リンク１２５を介してオペレータ・コンソール１００に接続されている。システム制御装置１２２が、実行すべき走査シーケンスを示すオペレータからの指令を受け取るのは、リンク１２５を介してである。パルス発生器モジュール１２１はシステムの部品を作動させて、所望の走査シーケンスを実行する。これが、発生すべきＲＦパルスのタイミング、強さ及び形状と、データ収集窓のタイミング及び長さとを示すデータを発生する。パルス発生器モジュール１２１は１組の勾配増幅器１２７に接続されており、走査の間に発生すべき勾配パルスのタイミング及び形状を示す。パルス発生器モジュール１２１は、生理学用収集制御装置１２９からの患者データをも受け取る。この制御装置は、電極からのＥＣＧ信号又はベローからの呼吸信号のような、患者に接続された多数の異なるセンサからの信号を受け取る。最後に、パルス発生器モジュール１２１は走査室インターフェイス回路１３３に接続されており、このインターフェイス回路は、患者の状態及び磁石システムに関連した種々のセンサからの信号を受け取る。患者位置決め装置１３４が、患者を走査のための所望の位置へ移動するための指令を受け取るのも、走査室インターフェイス回路１３３を介してである。
【００１４】
パルス発生器モジュール１２１によって発生される勾配波形が、Ｇx 、Ｇy 及びＧz 増幅器で構成されている勾配増幅器装置１２７に印加される。各々の勾配増幅器は、全体を参照番号１３９で示す集成体内にある対応する勾配コイルを励振して、収集された信号を位置符号化するために用いられる磁界勾配を発生する。勾配コイル集成体１３９は、分極磁石１４０と、全身ＲＦコイル１５２とを含んでいる磁石集成体１４１の一部である。システム制御装置１２２に設けられたトランシーバ・モジュール１５０が発生するパルスが、ＲＦ増幅器１５１によって増幅され、送信／受信スイッチ１５４を介してＲＦコイル１５２に結合される。患者内の励振された原子核によって放射された信号を同じＲＦコイル１５２によって感知し、送信／受信スイッチ１５４を介して前置増幅器１５３に結合することができる。増幅されたＮＭＲ信号は、トランシーバ１５０の受信器部で復調され、フィルタにかけられて、ディジタル化される。送信／受信スイッチ１５４はパルス発生器モジュール１２１からの信号によって制御されて、送信モードの間にはＲＦ増幅器１５１のコイル１５２に電気的に接続すると共に、受信モードの間には前置増幅器１５３を接続する。送信／受信スイッチ１５４は、送信又は受信モードのいずれかで、別個のＲＦコイル（例えば、ヘッド・コイル又は表面コイル）を用いることができるようにもする。
【００１５】
ＲＦコイル１５２が拾ったＮＭＲ信号は、トランシーバ・モジュール１５０によってディジタル化され、システム制御装置１２２にあるメモリ・モジュール１６０に転送される。走査が完了し、データの配列全体がメモリ・モジュール１６０に収集されたときに、配列プロセッサ１６１がこのデータを像データ配列にフーリエ変換するように作用する。この像データは直列リンク１１５を介してコンピュータ・システム１０７に伝えられ、そこでディスク・メモリ１１１に記憶される。オペレータ・コンソール１００から受け取った指令に応答して、この像データをテープ駆動装置１１２に記録資料として入れることができるし、又は像プロセッサ１０６によって更に処理して、オペレータ・コンソール１００に伝え、表示装置１０４で表示することができる。トランシーバ１５０についての更に詳しいことは、米国特許第４，９５２，８７７号及び同第４，９９２，７３６号を参照されたい。
【００１６】
特に図２について説明すると、心臓収集は、各々の勾配エコー・パルス・シーケンスの繰り返し時間ＴＲが、利用可能な勾配ハードウェアの種類及び選択された作像パラメータに応じて、６ｍｓ〜１５ｍｓである一連の高速勾配エコー・パルス・シーケンスを用いる。これらのパルス・シーケンスは、Ｒ−Ｒ期間と呼ばれる心臓トリガ信号２００の間の期間の間に実行される。Ｒ−Ｒ期間の長さは、患者の心室収縮率の関数であるが、典型的には１秒程度である。
【００１７】
勾配エコーを用いる高速心臓収集では、Ｒ−Ｒ期間が多数の短いセグメントに分割され、各セグメントが２０°〜４０°の公称はじき角度を有する高速勾配収集パルス・シーケンスである。各々の高速勾配エコー・セグメントは、ｋ−空間の１つの線を表すＮＭＲ信号を収集する。これは、位相符号化されたビュー（図）又は「ビュー（図）」と呼ばれることがある。隣接した高速勾配エコー・セグメントはｎ個のグループに更に組み合わされる。ここで、ｎは典型的には１〜８である。“ｎ”はグループ当たりの位相符号化されたビューの数と呼ばれる場合が多い。各グループからのデータが、心臓サイクル（Ｒ−Ｒ期間）の相異なる時間的な段階における像を作成することに寄与する。各段階の像の時間的な位置は、心臓トリガ（Ｒ−波）２００から高速勾配エコー・セグメントの各グループの中心までの相対的な時間に関係する。図２では、セグメントの１番目のグループが、ｋ−空間データの第１の組２０２に対するビューを収集するグループ２０１を形成する。高速勾配エコー・セグメントの次のグループが、ｋ−空間データの第２の組２０４に対する第２の心臓段階におけるビューを収集する他のグループ２０３を形成し、セグメントの３番目のグループが、ｋ−空間データの第３の組２０６に対するビューを収集する他のグループ２０５を形成する。好ましい実施例では、別々の心臓段階１、２及び３に収集された３つの像の各々は、患者内の別々のスライスの位置からも収集されている。その結果、各々のスライス内のスピン磁化が、ビューの相次ぐグループの収集の間に１心臓サイクルに近い（１秒）間緩和する機会を有する。
【００１８】
収集の間に作像される心臓段階の数（又は単一段階多重スライス収集では収集されるスライスの位置の数）は、患者のＲ−Ｒ期間に当てはまるグループ当たりのｎ個の位相符号化されたビューのグループの数に関係する。８つの高速勾配エコー・セグメントを選択してグループを構成することにしたのは、これが各々の像の時間的な分解能（８セグメントのグループからデータを収集するのに必要な時間と定義される）と像収集の合計時間との間の兼合いになるからである。完全な像を形成するためには公称１２８個のビューが必要であるから、グループ当たり８セグメントを用いることは、心臓トリガ当たりｋ−空間の８つのビューが収集されることを意味する。従って、普通のＮＭＲ像に対するデータ収集を完了するためには、１６個の心臓トリガが必要であるが、これは大抵の患者が呼吸を止めていられる能力の範囲内の時間である。
【００１９】
グループ当たり８つの位相符号化されたビューを用いる好ましい実施例では、１６個の心博動の後に、データの各組２０２、２０４及び２０６に対する１２８個の位相符号化されたビューの全部が収集される。その後、各々のｋ−空間データの組２０２、２０４及び２０６を用いて、周知のように２次元フーリエ変換を行うことによって像を再生する。この結果得られる像は、３つのスライスの位置で、段階１、段階２及び段階３と図２に記した心臓サイクルの相次ぐ段階における心臓を描き出している。好ましい実施例では、段階１、段階２及び段階３と記したのは、それぞれ位置１、２及び３をも表していることに注意されたい。
【００２０】
図３について具体的に説明すると、本発明の好ましい実施例で用いられる高速パルス・シーケンスは、Ｓ＋ ＮＭＲ信号を収集し、この分野では勾配再焦点合わせ収集定常状態（ＧＲＡＳＳ）シーケンスとして知られている。Ｇz スライス選択勾配２０が、２０°〜４０°の公称はじき角を有する選択性ＲＦ励振パルス２１と共に印加される。好ましい実施例では、流れによって誘起される位相外し効果を最小限に抑えるために、ＴＥ時間が短いことが望ましい。ＴＥ時間が短いことは、流れの補償を用いるかどうかに関係なく好ましい。ＴＲ時間も、ビューの１つのグループに対するデータを収集するのに要する時間にわたって平均した動きによる空間的なぼけのアーティファクトを最小限に抑えるためにできるだけ短くすべきである。シーケンスのＴＲを短くする１つの方法は、部分エコーを用いることである。ＴＲを６．８ｍｓｅｃに短縮するために、データ収集窓２２の間に、１６０個の周波数符号化されたデータ・サンプルの部分エコー収集をし、Ｇx 読み出し勾配２４が所望の視野を形成する。２５６という周波数符号化方向（ｘ軸）における実効的な解像度は、１９９１年５月１日に出願された米国特許第５，１６８，２２７号、発明の名称「非対称なＮＭＲエコー収集を用いた短いＴＥ及びＴＲパルス・シーケンスを用いた高解像度作像」に記載されているようなホモダイン像再生を用いることによって達成される。各スライスの収集の際に、Ｇy 位相符号化勾配パルス２３を１２８つの個別の値にわたって歩進させて、対応する数の「ビュー」を収集する。各々の心臓サイクルの間に８つのビューが収集されるので、完全な像は、１４秒〜１６秒の走査で収集することができる。
【００２１】
再び図２に戻って説明すると、縦方向磁化は、相次ぐ心臓サイクルでの収集の間に著しく回復する。その結果、相異なるＴ1 緩和時間のスピンによって発生されたＮＭＲ信号にほとんど違いがなく、心筋及び流れる血液のような組織の間での像のコントラストがほとんどない。このようなコントラストを持たせるために、縦方向磁化を、Ｔ1 が短いスピン種目がＴ1 の長いスピン種目よりもずっと大きなＮＭＲ信号を発生するような動的な平衡状態に駆動することが望ましい。これは、パルス・シーケンスを実行するが、ＮＭＲ信号を収集しないダミー・パルス・シーケンス（業界では「ディスダク」と呼ばれている）を実行することにより達成することができる。図４に実線３０で示すように、このためには、縦方向磁化を線３１で示す動的な平衡レベルまで駆動するのに約１８個〜２０個のディスダク・シーケンスを必要とする。これは、８つのビューから成る各グループを収集するのに要する時間を３倍以上長くするので、不満足である。
【００２２】
本発明の１つの考えは、磁化を飽和状態に駆動するために、はじき角が非常に大きい初期ＲＦ励振パルスを用いることにより、磁化の動的な平衡状態を一層早く確立することができるということである。この初期ＲＦ励振パルスは、ＲＦ加速パルスと呼ばれるが、線３１で示すように動的な平衡レベルの下から、動的な平衡の定常状態への接近を駆動する助けになる。
【００２３】
ＴＲ時間の短い高速勾配エコー・パルス・シーケンスにおける動的な平衡状態は、利用可能な縦方向磁化Ｍ0 の小さな端数であるから、Ｍ0 に近いＭｚの値からよりも、Ｍｚの小さい値からの方が、動的な平衡状態に接近する時間がずっと短くなる。これが図４に示されている。同図において、破線３２は、ＲＦ加速パルスが１８〜２０ではなく、約５つ〜８つのＴＲ期間で磁化を定常状態に駆動するＲＦ加速パルスの効果を示している。ＲＦ加速パルスの公称はじき角は９０°である。
【００２４】
本発明の他の考えは、ＲＦ加速パルスを印加した後に、１つ又は更に多くのディスダク期間だけ、データ収集を遅らせることができるということである。こうすると、ビューのグループのデータ収集の間の磁化は、動的な平衡状態に更に早く達すると思われる。これが、９０°ＲＦ加速パルス及び２つのディスダクの後に、心臓の筋肉に対する定常状態への接近を示す鎖線３３によって示されている。
【００２５】
再び図２について説明すると、各々のパルス・シーケンスのグループ２０１、２０３及び２０５にＲＦ加速パルス２１０及び２つのディスダク・シーケンス２１２を追加することにより、本発明が高速心臓ゲート式の収集に適用される。ＲＦ加速パルス２１０は、図３に示すように、高速勾配エコー・パルス・シーケンスとして印加されるが、ＮＭＲデータは収集しない。ＮＭＲデータをこの後で収集するのに用いるのと同じパルス・シーケンスを用いて、縦方向磁化を平衡状態に駆動する利点は、速やかに切り替わる勾配時間によって導入される渦電流が、ＮＭＲデータが収集される前に安定になる機会があることである。このため、そうしない場合に像のアーティファクトを生ずるおそれのある収集データの位相誤差が減少する。
【００２６】
本発明の好ましい実施例では、ＲＦ加速パルス２１０は９０°のはじき角を有している。実際、６０°と１４０°との間のＲＦ加速パルスのはじき角を用いて、実質的な改善を達成することができる。しかしながら、一層大きなはじき角を用いるときには、組織のＴ1 コントラストが改善され、一層小さなはじき角を用いるときには、収集されたＮＭＲデータの信号対雑音比が改善される。約９０°のはじき角は、このような２つの相反する性能パラメータの間の最適の兼合いになる。
【００２７】
ＲＦ加速パルス２１０に続くディスダク・シーケンス２１２の数は、多数の因子によって決定される。相異なるＴ1 緩和時間による組織の弁別ができるようにするために、ＲＦ加速パルス２１０の後に、中間の期間が必要である。これは反転回復実験におけるＴＩ時間と同様であるが、今の場合の期間が１桁短い点が異なる。２つのディスダク２１２を選択したのは、それがＴ1 コントラストが出てくるようにし、それが縦方向磁化を動的な平衡に向かって駆動し、それが各グループ２０１、２０３及び２０５にあるパルス・シーケンスの数を不当に長くしないからである。ディスダク２１２の数を増加すると、走査時間が長くなる、又は走査中に収集されるスライスの数が減るという犠牲を払って、Ｔ1 コントラストが改善され、像のアーティファクトが減少する。
【００２８】
定常状態の平衡に接近する間に磁化がサンプリングされるので、収集される相異なる図の重みが相等しくない。この可変の加重がｋ−空間フィルタとして作用し、それが像のぼけに寄与する。この効果を最小限に抑えるために、ティスダクを含んでいる１つのグループ内のすべてのＲＦパルスに対する可変はじき角方式を用いる。
【００２９】
可変のはじき角は、すべての横方向磁化が駄目になるという仮定で、ブロッホの方程式から導き出した公式を用いて計算される。一定の値の横方向磁化に対して、はじき角は次のように計算される。
【００３０】
【００３１】
式（１）又は式（２）のいずれを用いても、画質を損なわない。好ましい実施例では、式（２）が反復的に適用され、ｔａｎαn-1 の計算にはディスダク２１２のはじき角も含まれている。
図５に示すように、パルス・シーケンスの各グループは、９０°ＲＦ加速パルス・シーケンス２１０と、その後に続く２つのディスダク・パルス・シーケンス２１２及び８つのデータ収集パルス・シーケンス２１４とを含んでいる。ディスダク２１２及びデータ収集パルス・シーケンス２１４に用いられるＲＦ励振パルス２１（図３）のはじき角は、式（１）によって決定される。目標はじき角は典型的には、最善のコントラスト及び信号対雑音比に対して、２０°〜４０°の範囲内であり、典型的には、ｎをグループ内のビューの数として、このはじき角にはｎ番目のデータ収集パルス・シーケンス２１４で到達する。
【００３２】
本発明は、磁化の動的な平衡を素早く達成して、Ｔ1 コントラストを強化するために、高速心臓ゲート式のＮＭＲ走査に特に有用であるが、本発明は、この他の用途にも用いることができる。例えば、ＲＦ加速パルス及び一連のディスダクをエコー平面状作像（ＥＰＩ）シーケンスの前に用いて、走査時間をあまり長くせずに、Ｔ1 コントラストを強化することができる。本発明のこのような用途及びその他の用途は当業者に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いたＮＭＲシステムのブロック図である。
【図２】図１のＮＭＲシステムによって実行されるデータ収集シーケンスのグラフである。
【図３】図２の収集でビューの収集をするために用いられるパルス・シーケンスのグラフである。
【図４】縦方向磁化を動的な平衡状態に駆動するための異なる経路を示すグラフである。
【図５】図２のパルス・シーケンスの各グループに用いられるはじき角である。
【図６】図５に示すように可変のはじき角を用いるときの磁化を示すグラフである。
【符号の説明】
２１ 選択性ＲＦ励振パルス
２２ データ収集窓
２３ Ｇy 位相符号化勾配パルス
２４ Ｇx 読み出し勾配
１００ オペレータ・コンソール
１０４ 表示装置
１０６ 像プロセッサ・モジュール
１０７ コンピュータ・システム
１０８、１１９ ＣＰＵモジュール
１１１ ディスク記憶装置
１１２ テープ駆動装置
１１３ メモリ・モジュール
１１５ 高速直列リンク
１２１ パルス発生器モジュール
１２２ システム制御装置
１２５ 直列リンク
１２７ 勾配増幅器
１２９ 生理学用収集制御装置
１３３ 走査室インターフェイス回路
１３４ 患者位置決め装置
１３９ 勾配コイル集成体
１４０ 分極磁石
１４１ 磁石集成体
１５０ トランシーバ・モジュール
１５１ ＲＦ増幅器
１５２ ＲＦコイル
１５３ 前置増幅器
１５４ 送信／受信スイッチ
１６０ メモリ・モジュール
１６１ 配列プロセッサ
２００ 心臓トリガ信号
２０１、２０３、２０５ ビューのグループ
２０２ ｋ−空間データの第１の組
２０４ ｋ−空間データの第２の組
２０６ ｋ−空間データの第３の組
２１０ ＲＦ加速パルス
２１２ ディスダク・シーケンス
Claims (12)
- コントラストを改善した被検体の像を作成するためにＮＭＲデータを収集する装置が作動する方法であって、
（ａ） 前記ＮＭＲデータを収集する装置が、被検体に分極磁界（１４０）をかける工程と、
（ｂ） ６０°から１４０°までの範囲内のはじき角を有する加速ＲＦ磁界（２１０）を前記ＮＭＲデータを収集する装置が、前記被検体に印加する工程と、
（ｃ） 前記加速ＲＦ磁界のはじき角よりも実質的に小さなはじき角を有するＲＦ磁界を前記被検体に印加することを含んでいるディスダク・パルス・シーケンス（２１２）を前記ＮＭＲデータを収集する装置が、実行する工程と、
（ｄ） 一連のＮＭＲ測定（２１４）を前記ＮＭＲデータを収集する装置が、実行する工程であって、該工程において、励振ＲＦ磁界（２１）により横方向磁化が発生され、該横方向磁化により発生されたＮＭＲ信号が収集される、一連のＮＭＲ測定を実行する工程と、
（ｅ） 収集された前記ＮＭＲ信号（１６１）から像を再生するように前記ＮＭＲデータを収集する装置が作動する工程とを備えたＮＭＲデータを収集する方法。 - 前記ＮＭＲ測定（２１４）を実行する前に、複数のディスダク・パルス・シーケンス（２１２）を前記ＮＭＲデータを収集する装置が、実行する請求項１に記載の方法。
- 前記加速ＲＦ磁界（２１０）は、実質的に９０°のはじき角を有している請求項１に記載の方法。
- 前記一連のＮＭＲ測定（２１４）は、一連の高速勾配エコー・パルス・シーケンスを用いて実行される請求項１に記載の方法。
- 前記ディスダク・パルス・シーケンス（２１２）は、高速勾配エコー・パルス・シーケンスである請求項４に記載の方法。
- 前記加速ＲＦ磁界（２１０）は、高速勾配エコー・パルス・シーケンスの一部として印加される請求項５に記載の方法。
- 前記収集されたＮＭＲ信号から像が再生される前に、工程（ａ）〜工程（ｄ）が複数回実行される請求項に１記載の方法。
- 工程（ｃ）で複数のディスダク・パルス・シーケンス（２１２）が実行される請求項１に記載の方法。
- 工程（ｃ）で２つのディスダク・パルス・シーケンス（２１２）が実行される請求項１に記載の方法。
- 工程（ｄ）で実行される前記一連のＮＭＲ測定（２１４）は、一連の高速勾配エコー・パルス・シーケンスである請求項８に記載の方法。
- ８つの高速勾配エコー・パルス・シーケンスが実行される請求項１０に記載の方法。
- コントラストを改善した被検体の像を作成するためにＮＭＲデータを収集する装置であって、（ａ） 被検体に分極磁界（１４０）をかける手段と、（ｂ） ６０°から１４０°までの範囲内のはじき角を有する加速ＲＦ磁界（２１０）を前記被検体に印加する手段と、（ｃ） 前記加速ＲＦ磁界のはじき角よりも実質的に小さなはじき角を有するＲＦ磁界を前記被検体に印加することを含んでいるディスダク・パルス・シーケンス（２１２）を実行する手段と、（ｄ） 一連のＮＭＲ測定（２１４）を実行する手段であって、該工程において、励振ＲＦ磁界（２１）により横方向磁化が発生され、該横方向磁化により発生されたＮＭＲ信号が収集される、一連のＮＭＲ測定を実行する手段と、（ｅ） 収集された前記ＮＭＲ信号（１６１）から像を再生する手段とを備えたＮＭＲデータを収集する装置。
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