JP5469855B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴撮像（以下、ＭＲＩ）装置において、プリサチレーションパルス（以下、プリパルス）を印加して被検体の核磁化を変調し、ＭＲＩ画像上に縞状あるいは格子状のタグを付加する撮像技術に関する。

タギングとは、プリパルスを印加して縦磁化の空間分布を変調し、ＭＲＩ画像上に縞状または格子状のタグを付加する技術である。タギングに用いられるプリパルス（以下、タギング用プリパルス）は、主に、心臓のシネ撮像シーケンスのプリパルスとして用いられ、心壁の変形挙動の簡便な評価に用いられる。

代表的なタギング用プリパルスには、フリップ角が９０°である２回の高周波磁場（ＲＦ）パルスと、ＲＦパルス間のディフェーズ傾斜磁場、及びスライス方向のスポイラー傾斜磁場とで構成される１−１ＳＰＡＭＭと呼ばれるものがある（例えば、特許文献１参照）。１−１ＳＰＡＭＭでは、ディフェーズ傾斜磁場は位相エンコード方向またはリードアウト方向のいずれかに印加され、タグはスライス内で傾斜磁場印加方向と直交する方向に生成される。

また、１−１ＳＰＡＭＭのタグの保持時間を改善したものとして、高周波バーストパルスを用いるもの(以下、ＢＵＲＳＴ）がある（例えば、特許文献２参照）。ＢＵＲＳＴは、時間軸上に等間隔に形成され、振幅がＳＩＮＣ関数により変調された複数のＲＦパルスであるサブパルスからなる高周波バーストパルスと、サブパルス間に印加されるディフェーズ傾斜磁場と、スポイラー傾斜磁場とで構成される。１−１ＳＰＡＭＭでは三角関数であるプロファイルが、ＢＵＲＳＴでは矩形関数となる。このため、タグのコントラストが向上する。

米国特許第５，０５４，４８９号明細書 米国特許第６，５４６，２７４号明細書

しかし、ＢＵＲＳＴの場合、印加するＲＦパルス（サブパルス）数が増加するため、プリパルス印加時間が長くなる。従って、後続の本撮像に影響を与える。例えば、上述のように、後続の本撮像が心臓のシネ撮像シーケンスの場合、心周期中に取得可能な心時相数が減少する。また、本撮像の開始時間がＲ波から遅れるため、ＭＲＩ画像におけるタグの歪みを比較するために必要な収縮早期のデータの取得が難しくなる。従って、心壁の変形挙動の評価の精度が低下する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ＭＲ画像にタグを付与するタギング撮像において、タグのコントラストを維持しつつ、プリパルス印加時間を短縮し、高精度の評価が可能な画像を得る技術を提供することを目的とする。

本発明は、被検体を撮像する磁気共鳴イメージング装置において、タギング用プリパルスとして、非対称ＳＩＮＣ関数により振幅変調されたサブパルスからなる高周波バーストパルスを用いる。

具体的には、静磁場を発生する静磁場発生手段と、互いに直交する３方向の傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、検査対象から発生する核磁気共鳴信号を検出する信号検出手段と、前記信号検出手段が検出した信号から画像を再構成する画像再構成手段と、前記傾斜磁場発生手段、前記高周波磁場発生手段および信号検出手段を所定のパルスシーケンスに従って動作させる制御手段と、を備える磁気共鳴イメージング装置であって、前記パルスシーケンスは、前記画像再構成手段が画像を再構成するための信号を取得する本撮像シーケンスと、前記本撮像シーケンスに用いられる信号に付加的効果を与えるプリパルスシーケンスと、を備え、前記プリパルスシーケンスは、時間軸上で等間隔に形成された複数のサブパルスからなる高周波バーストパルスを印加する高周波パルス印加部と、各サブパルス間に、前記３方向のうちの同一の１方向に傾斜磁場を印加する傾斜磁場印加部と、を備え、前記複数のサブパルスの振幅は、非対称のＳＩＮＣ関数で変調されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置を提供する。

本発明によれば、タグのコントラストを維持しつつ、プリパルス印加時間が短縮できるため、高精度の評価が可能な画像を得ることができる。

以下、本発明を適用する第一の実施形態について説明する。以下、本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し、その繰り返しの説明は省略する。

まず、本実施形態の磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置と呼ぶ。）について説明する。図１は、本実施形態のＭＲＩ装置１００の機器構成図である。本図に示すように、本実施形態のＭＲＩ装置１００は、撮像空間に静磁場を発生する静磁場発生装置１２、患者などの撮像対象１１を搭載し、撮像空間に配置するためのベッド２２、高周波磁場（ＲＦ）パルスを撮像対象１１に印加するＲＦコイル１４、撮像対象１１が発生する核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を検出するためのＲＦプローブ１５、および、撮像空間にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の傾斜磁場をそれぞれ発生させる傾斜磁場コイル１３を備える。さらに、ＭＲＩ装置１００は、傾斜磁場電源１９、ＲＦ送信部２０、制御部２１、信号検出部１６、信号処理部１７、表示部１８を備える。

傾斜磁場コイル１３は、傾斜磁場電源１９からの信号に応じて各方向の傾斜磁場を発生し、ＲＦコイル１４は、ＲＦ送信部２０からの信号に応じてＲＦパルスを発生する。ＲＦ送信部２０は、高周波発振器と変調器と高周波増幅器とを備え、高周波発振器から出力されたＲＦパルスを制御部２１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、振幅変調された高周波磁場パルスを高周波増幅器で増幅した後にＲＦコイル１４に供給する。ＲＦプローブ１５が検出した信号は、信号検出部１６で検出され、信号処理部１７で信号処理あるいは演算により画像信号に変換される。得られた画像信号は、表示部１８に画像として表示される。

傾斜磁場電源１９、ＲＦ送信部２０、信号検出部１６の動作は制御部２１で制御される。制御のタイムチャートは一般にパルスシーケンスと呼ばれる。制御部２１は、ＣＰＵとメモリと記憶装置とを備える情報処理装置で実現され、パルスシーケンスは、予め作成され、記憶装置に格納される。

撮像においては、傾斜磁場により異なる位相エンコードを与え、それぞれの位相エンコードで得られるＮＭＲ信号（エコー信号）を検出する。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信号として得られる。これらのデータを２次元フーリエ変換し、１枚のＭＲ画像を再構成する。

現在ＭＲＩの撮像対象は、臨床で普及しているものとしては、撮像対象１１である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２次元もしくは３次元撮像する。

本実施形態では、タグのコントラストを維持しながら、タギング用プリパルスを印加するタギングシーケンスに要する時間を短縮する。以下、これを実現する本実施形態のパルスシーケンスについて説明する。上述のように、本実施形態のＭＲＩ装置１００では、制御部２１がこのパルスシーケンスに従って各部の動作を制御し、信号処理部１７が得られたエコー信号から画像を再構成することにより、短時間のタギングシーケンスによりコントラストのよいタグが付加されたＭＲ画像を得る。

まず、タギング用プリパルスを、心拍周期に同期させた心臓のシネ撮像のプリパルスとして用いる場合のパルスシーケンスを例にあげて、撮像全体のシーケンスを説明する。図２は、心電図のＲ波形２００と、タギングシーケンス２１０と、本撮像のパルスシーケンス（シネ撮像シーケンス）２２０との実行タイミングを示す図である。ここでは、心時相数が７の場合の２心拍分の例を示す。本図に示すように、Ｒ波２００とＲ波２００との間の心周期間に、タギングシーケンス２１０とシネ撮像シーケンス２２０とが実行される。これらのシーケンスは、Ｒ波２００に同期して実行される。シネ撮像シーケンス２２０には、例えば、ＳＳＦＰ系シーケンスを適用できる。本実施形態では、制御部２１が、このパルスシーケンスに従って、傾斜磁場電源１９、ＲＦ送信部２０、信号検出部１６の動作を制御することにより、タグ付きの心臓のシネ画像を得る。

なお、ここでは、本撮像のパルスシーケンスとして、シネ撮像シーケンス２２０を実行する場合を例にあげて説明したが、本撮像のパルスシーケンスはこれに限られない。シングルフェーズ撮像などであってもよい。

次に、タギングシーケンス２１０の詳細を説明する。タギングシーケンス２１０の一例として、１−１ＳＰＡＭＭをタギング用プリパルスとして用いるものを図３（ａ）に示す。本図に示すように、１−１ＳＰＡＭＭをタギング用プリパルスとして用いるタギングシーケンス２１０Ａは、フリップ角が９０度である２回のＲＦパルス３１１、３１２と、ＲＦパルス３１１とＲＦパルス３１２との間に印加されるディフェーズ傾斜磁場３２１と、スライス方向のスポイラー傾斜磁場３３１とを備える。上述のように、ディフェーズ傾斜磁場は、位相エンコード方向およびリードアウト方向のいずれか一方に印加される。ここでは、リードアウト方向に印加される例を示す。

タギングシーケンス２１０Ａを実行後、シネ撮像シーケンス２２０を実行すると、図３（ｂ）に示すような、リードアウト方向に直交する縞状のタグが付与されたＭＲＩ画像が得られる。

この縞は、信号が抑圧された領域（図３（ｂ）中黒線部）と、抑圧されていいない領域とで構成され、タグの方向と間隔とは、ディフェーズ傾斜磁場３２１の印加方向と印加量との組み合わせで制御される。すなわち、タグは、スライス傾斜磁場（不図示）により決定されたスライス面上で、ディフェーズ傾斜磁場３２１の印加方向と直交する方向（ここでは、位相エンコード方向）に生成され、タグ間隔ｄとディフェーズ傾斜磁場３２１の印加量Ｓとは、以下の式（１）の関係を有する。
ｄ＝１／γＳ （１）
ここで、γは磁気回転比である。

また、２方向の格子状のタグを生成するタギングシーケンス２１０Ｂの例を図４（ａ）に示す。格子状のタグは、縞状のタグを生成するタギングシーケンス２１０Ａを連続して２回実施する。ただし、１回目はディフェーズ傾斜磁場印加方向をリードアウト方向および位相エンコード方向のいずれか１方向とし、２回目は１回目に印加しなかった方向とする。

タギングシーケンス２１０Ｂを実行した場合、図４（ｂ）に示すように、リードアウト方向に直交する縞状のタグと、位相エンコード方向に直交する縞状のタグとがそれぞれＭＲＩ画像上に生成され、両者が交わり、信号強度の高い部分が格子点状に分布する。

さらに、３方向のタグを生成することも可能である。３方向のタギングシーケンスは、縞状のタグを生成するタギングシーケンス２１０Ａを連続して３回実施する。このとき、１回目、２回目、３回目と、ディフェーズ傾斜磁場の印加方向を、リードアウト方向、位相エンコード方向、スライス方向と順次変更する。

次に、タギング用プリパルスとしてＢＵＲＳＴを用いる場合のタギングシーケンス２１０Ｃを図５（ａ）に示す。ＢＵＲＳＴによるタギングシーケンス２１０Ｃは、時間軸上に等間隔に形成され、振幅がＳＩＮＣ関数５４０により変調された複数のサブパルス５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃ、５１１ｄ、５１１ｅ、５１１ｆ、５１１ｇからなる高周波バーストパルス５１０と、各サブパルス間に印加されるディフェーズ傾斜磁場５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃ、５２０ｄ、５２０ｅ、５２０ｆと、スポイラー傾斜磁場５３０とを備える。ディフェーズ傾斜磁場５２０は、リードアウト方向または位相エンコード方向のいずれか一方に印加される。図５（ａ）では、一例としてリードアウト方向に印加される場合を示す。ここでは、一例として、サブパルスが７つ（振幅が０の場合も含む）の場合を示すが、サブパルスの数はこれに限られない。また、各サブパルスおよび各ディフェーズ傾斜磁場を特に区別する必要がない場合は、それぞれサブパルス５１１およびディフェーズ傾斜磁場５２０で代表する。

タギングシーケンス２１０Ｃを実行後、シネ撮像シーケンス２２０を実行すると、図５（ｂ）に示すようなリードアウト方向に直交する縞状のタグが付与されたＭＲＩ画像を得る。

１−１ＳＰＡＭＭによるタギングシーケンス２１０Ａの場合と同様に、この縞は、信号が抑圧された領域（図５（ｂ）中黒部）と、抑圧されていない領域とで構成される。タグの間隔ｄと各ディフェーズ傾斜磁場５２０の印加量Ｓとの関係は、以下の式（２）で表される。
ｄ＝１／γＳ （２）
また、ＢＵＲＳＴによるタギングシーケンス２１０Ｃでは、タグの間隔ｄだけでなくタグの幅ｗも調整可能である。つまり、振幅変調に用いるＳＩＮＣ関数５４０の周期をＴ、サブパルス５１１の印加間隔であるδ関数の周期をτ、ディフェーズ傾斜磁場５２０の印加強度をＧとすると、タグの幅ｗとタグの間隔ｄとは、それぞれ、以下の式（３）および（４）で表される。
ｗ＝１／γＧＴ （３）
ｄ＝１／γＧτ （４）
すなわち、ＳＩＮＣ関数５４０の周期Ｔとδ関数の周期（サブパルス５１１の印加間隔）τとの値により、タグの幅ｗとタグの間隔ｄとを制御できる。また、タグの幅ｗとタグの間隔ｄとの比は、ｗ：ｄ＝τ：Ｔである。

なお、ＢＵＲＳＴにおいてサブパルス５１１の振幅変調に用いられるＳＩＮＣ関数５４０は、一般に、振幅が最も大きい主波（メインローブ）と、その両側に連なる複数の副波（サイドローブ）とを備える。フーリエ変換の性質から、サイドローブの数が増える程、プロファイルは矩形関数形状に近づき、高品質のタグを得ることができる。しかし、本実施形態のような心拍同期のシネ撮像の場合、サイドローブの数が多すぎると、タギング用プリパルス２１０に要する時間が長くなり、本撮像であるシネ撮像シーケンス２２０の時間が減少する。

このため、実装においては、変調に用いるＳＩＮＣ関数５４０として、図５（ａ）に示すような左右１つのサイドローブのものを用いる。ＳＩＮＣ関数５４０は、一般のＳＩＮＣ関数に、以下の式（５）で示される窓関数を乗算することにより得る。
ｗ（ｘ）＝１（−２π≦ｘ≦２π）、
ｗ（ｘ）＝０（ｘ＜−２π、２π＜ｘ） （５）

ここで、間隔がｄのタグが付与されたＭＲＩ画像を生成する場合の、図３（ａ）に示すタギングシーケンス２１０Ａおよび図５（ａ）に示すタギングシーケンス２１０Ｃに要する時間を比較する。ここでは、ＲＦパルス３１１、３１２およびサブパルス５１１の印加時間をｔ１、ディフェーズ傾斜磁場３２１、５２０の印加時間をｔ２、スポイラー傾斜磁場３３１、５３０の印加時間をｔ３とする。

図３（ａ）に示す１−１ＳＰＡＭＭをタギング用プリパルスに用いるタギングシーケンス２１０Ａに要する時間ＴＳは以下の式（６）のとおりである。
ＴＳ＝２×ｔ１＋ｔ２＋ｔ３ （６）
一方、図５（ａ）に示すＢＵＲＳＴをタギング用プリパルスに用いるタギングシーケンス２１０Ｃに要する時間ＴＢは以下の式（７）のとおりである。
ＴＢ＝７×ｔ１＋６×ｔ２＋ｔ３ （７）
このようにＢＵＲＳＴを用いる場合、１−１ＳＰＡＭＭを用いる場合に比べ、５×ｔ１+５×ｔ２だけプリパルス印加時間が長くなる。例えば、ｔ１＝０．３ｍｓ、ｔ２＝０．４ｍｓ、ｔ３＝１．５ｍｓの場合、２．４倍長くなる。また、２方向のタグを生成する場合は、プリパルス印加時間は約２倍となるため、上記の例では略４．８倍長くなる。

前述のように、心拍同期のシネ撮像では、Ｒ波２００の間隔は一定であるため、タギングシーケンス２１０の時間が長くなると、その分、シネ撮像シーケンス２２０の実行可能時間が減少する。従って、シネ撮像シーケンス２２０において取得できる心時相数が減少する。また、Ｒ波２００発生からシネ撮像シーケンス２２０の開始時間までの期間が長くなり、タグの歪みを比較するのに重要なＲ波直後の収縮早期でのデータが取得できない。

そこで、本実施形態では、プロファイルが矩形関数形状を保ち、かつ、タギングシーケンスに要する時間がさらに短くなるようタギング用プリパルスを変調する。以下、本実施形態のタギング用プリパスおよびタギングシーケンスについて説明する。

図６は、本実施形態のタギングシーケンス２１０である。図６（ａ）は、サブパルス６１１の印加間隔τと変調する関数の周期Ｔとの比が１対２（τ：Ｔ＝１：２）の場合の例で、図６（ｂ）は、同比が１対４（τ：Ｔ＝１：４）の場合の例である。本実施形態のタギングシーケンス２１０は、基本的には上記タギングシーケンス２１０Ｃと同様である。すなわち、図６（ａ）の場合、高周波バーストパルス６１０は、サブパルス６１１ａ、６１１ｂ、６１１ｃ、６１１ｄ、６１１ｅ、６１１ｆ（以下、代表してサブパルス６１１）から構成される。各サブパルス６１１間にディフェーズ傾斜磁場６２０が印加され、ディフェーズ傾斜磁場６２０ａ、６２０ｂ、６２０ｃ、６２０ｄ（以下、代表して６２０）の印加後にスポイラー傾斜磁場６３０が印加される。ただし、サブパルスの振幅は、ＳＩＮＣ関数５４０の右側サイドローブを削除した非対称ＳＩＮＣ関数６４０により変調される。図６（ｂ）も同様である。

本実施形態で振幅変調に用いられる非対称ＳＩＮＣ関数６４０は、一般のＳＩＮＣ関数に以下の式（８）で示される窓関数を乗算することにより得られる。
ｗ（ｘ）＝１（−２π≦ｘ≦π）
ｗ（ｘ）＝０（ｘ＜−２π、π＜ｘ） （８）

ここで、タギングシーケンス２１０Ｃによる１周期分のプロファイルと、本実施形態のタギングシーケンス２１０による１周期分のプロファイルとをそれぞれ図７（ａ）、（ｂ）および図７（ｃ）、（ｄ）に示す。図７（ａ）、（ｃ）は、それぞれ、τ：Ｔ＝１：２の場合の従来例と本実施形態の例で、図７（ｂ）、（ｄ）は、それぞれ、τ：Ｔが１：４の場合のものである。また、本図において、横軸はオフセット周波数を、縦軸は縦磁化を表す。なお、各プロファイルは、ブロッホ方程式を数値積分して導出した。

本図に示すように、左右対称のＳＩＮＣ関数５４０でサブパルス５１１の振幅を変調するタギングシーケンス２１０Ｃによるプロファイル図７（ａ）、（ｂ）と比較すると、本実施形態のタギングシーケンス２１０によるプロファイル図７（ｃ）、（ｄ）は、プロファイルの立ち上がりと立ち下がりとが僅かに滑らかになり、信号が抑圧された領域が増加している。しかし、その形状に大きな違いは見られない。これは、５１１ｇのフリップ角が小さく、縦磁化の変調に対する寄与が小さいためと考えられる。

実際、τ：Ｔ＝１：２の場合、タグ１周期に対する半値幅は、タギングシーケンス２１０Ｃによれば約３２％、本実施形態のタギングシーケンス２１０によれば、約３５％と、僅か２％の差である。τ：Ｔ＝１：４の場合も、タギングシーケンス２１０Ｃでは約１５％、本実施形態のタギングシーケンス２１０では約１４％と、僅か１％の差である。さらに、本実施形態のタギングシーケンス２１０によるプロファイル図７（ｃ）、（ｄ）では、タギングシーケンス２１０Ｃによるプロファイル図７（ａ）、（ｂ）の両端に見られる、さざ波状の波形（リンギング）が低減していることがわかる。

以上より、非対称ＳＩＮＣ関数６４０を用いてサブパルス６１１の振幅を変調したとしても、プロファイルの形状にはほとんど影響がないといえる。従って、本実施形態のタギングシーケンス２１０によれば、タギングシーケンス２１０Ｃの場合と略同様の矩形関数形状のプロファイルを得ることができ、コントラストのよいタグが得られる。

ここで、間隔がｄのタグが付与されたＭＲＩ画像を生成する場合の、タギングシーケンス２１０Ｃと本実施形態のタギングシーケンス２１０とに要する時間を比較する。ここでは、上記同様、サブパルス６１１、５１１の印加時間をｔ１、ディフェーズ傾斜磁場６２０、５２０の印加時間をｔ２、スポイラー傾斜磁場６３０、５３０の印加時間をｔ３とする。

本実施形態の図６（ａ）に示すタギングシーケンス２１０（τ：Ｔ＝１：２の場合）に要する時間ＴＢａは以下の式（９）の通りである。
ＴＢａ＝５×ｔ１＋４×ｔ２＋ｔ３ （９）
また、図６（ｂ）のタギングシーケンス２１０’に要する時間ＴＢｂは、以下の式（１０）のとおりである。
ＴＢｂ＝１１×ｔ１＋１０×ｔ２＋ｔ３ （１０）

一方、τとＴとの比がそれぞれ図６（ａ）、図６（ｂ）と同じであって、左右対称のＳＩＮＣ関数５４０でタギング用プリパルスを変調した場合（τ：Ｔ＝１：４の場合）の、タギングシーケンス２１０Ｃにかかる時間ＴＢａ’およびＴＢｂ’は、それぞれ以下の式（１１）、（１２）とおりである。
ＴＢａ＝７×ｔ１＋６×ｔ２＋ｔ３ （１１）
ＴＢｂ＝１５×ｔ１＋１４×ｔ２＋ｔ３ （１２）

従って、タギングシーケンス２１０に要する時間は、タギングシーケンス２１０Ｃに要する時間に比べ、τ：Ｔ＝１：２の場合、２（ｔ１＋ｔ２）、τ：Ｔ＝１：４の場合、４（ｔ１＋ｔ２）、それぞれ短縮される。例えば、ｔ１＝０．３ｍｓ、ｔ２＝０．４ｍｓ、ｔ３＝１．５ｍｓの場合、図６（ａ）では、約２３％、図６（ｂ）では、約２４％短縮可能である。すなわち、非対称ＳＩＮＣ関数６４０でサブパルス６１１の振幅を変調した場合、左右対象のＳＩＮＣ関数５４０で変調した場合に比べ、タギングシーケンスに要する時間を大幅に短縮できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＢＵＲＳＴをタギング用プリパルスに用いるにあたり、サブパルスの振幅を非対称のＳＩＮＣ関数で変調する。これにより、プロファイルの僅かな劣化だけで、タギングシーケンスに要する時間を大幅に短縮することができる。従って、タギングシーケンスの後の本撮像の開始時間を早めることができる。また、所定の周期信号と同期させて実行する撮像においては、本撮像の時間を長く取ることができる。特に、心拍同期のシネ撮像では、本撮像において取得する心時相数を増加することができ、かつ、タグの歪みを比較するのに重要なＲ波直後の収縮早期のデータを取得できる。

なお、上記実施形態では、サイドローブがメインローブの前後に１山づつの構成を有する３山からなるＳＩＮＣ関数５４０の、メインローブ後の１山を削除する場合を例にあげて説明した。しかし、メインローブ前の１山を削除するよう構成してもよい。この場合、一般のＳＩＮＣ関数に以下の式（１３）で示される窓関数を乗算することにより得る非対称ＳＩＮＣ関数７４０で、サブパルスの振幅を変調する。
ｗ（ｘ）＝１（−π≦ｘ≦２π）
ｗ（ｘ）＝０（ｘ＜π、２π＜ｘ） （１３）

非対称ＳＩＮＣ関数７４０でサブパルスの振幅を変調した場合も、５１１ｇのフリップ角が小さく、縦磁化の変調に対する寄与が小さいため、プロファイルは略同様のものを得ることができる。従って、タギングシーケンスに要する時間を短縮でき、本撮像の開始を早めることができる。また、所定の周期信号と同期させて実行するような撮像において、タギングシーケンス後に行われる本撮像の時間を長くとることができる。特に、心拍同期の心臓シネ撮像において、本撮像において取得する心時相数を増加することができ、かつ、歪みを比較するために必要な収縮早期のデータを取得できる。ただし、プリパルス印加中の横緩和の影響を低減するためには、右側のサイドローブを削除する方が望ましい。

なお、サブパルスを振幅変調する非対称ＳＩＮＣ関数のサイドローブ数は、左右いずれか１山には限られない。一般に、（２ｎ＋１）山（ｎは正の整数）の左右対称のＳＩＮＣ関数の左右いずれかのｍ山（ｍはｎ以下の正の整数）を削除した非対称ＳＩＮＣ関数でサブパルスを振幅変調すると、（２ｎ＋１）山の左右対称のＳＩＮＣ関数でサブパルスの振幅を変調する場合に比べ、プロファイルの形状を略維持しつつ、タギングシーケンスに要する時間を短縮することができる。すなわち、短時間でコントラストのよいタグを得ることができる。

上記（２ｎ＋１）山のＳＩＮＣ関数、右側のサイドローブをｍ山（ｍはｍ≦ｎを満たす正の整数）を削除した非対称ＳＩＮＣ関数、左側のサイドローブをｍ山削除した非対称ＳＩＮＣ関数は、それぞれ、一般のＳＩＮＣ関数に、以下の窓関数（１４）、（１５）、（１６）を乗算することにより得られる。
ｗ（ｘ）＝１ （−（ｎ＋１）π≦ｘ≦（ｎ＋１）π）
ｗ（ｘ）＝０ （ｘ＜−（ｎ＋１）π、（ｎ＋１）π＜ｘ） （１４）
ｗ（ｘ）＝１ （−（ｎ＋１）π≦ｘ≦（ｎ＋１−ｍ）π）
ｗ（ｘ）＝０ （ｘ＜−（ｎ＋１）π、（ｎ＋１−ｍ）π＜ｘ） （１５）
ｗ（ｘ）＝１ （−（ｎ＋１−ｍ）π≦ｘ≦（ｎ＋１）π）
ｗ（ｘ）＝０ （ｘ＜−（ｎ＋１−ｍ）π、（ｎ＋１）π＜ｘ） （１６）

また、サブパルスを振幅変調するＳＩＮＣ関数を非対称化するにあたり、乗算する窓関数は、上述のように、ＳＩＮＣ関数の基本的な形状を残し、サイドローブを削除するだけのものには限られない。例えば、ハミング窓関数、ハニング窓関数、ガウス窓関数など、様々な窓関数を適用可能である。

一例として、一般のＳＩＮＣ関数に以下の式（１７）に示す非対称のハミング窓関数を乗算して得られる、右側のサイドローブを削除した非対称ＳＩＮＣ関数で、サブパルスの振幅を変調した場合のタギングシーケンスを図８に示す。図８には、ｎ＝ｍ＝１の例を示す。
ｗ（ｘ）＝０．５４＋０．４６ｃｏｓ（ｘ／（ｎ＋１））
（−（ｎ＋１）π≦ｘ≦０）
ｗ（ｘ）＝０．５４＋０．４６ｃｏｓ（ｘ／（ｎ＋１−ｍ））
（０＜ｘ≦（ｎ＋１−ｍ）π）
ｗ（ｘ）＝０
（ｘ＜−（ｎ＋１）π、（ｎ＋１−ｍ）π＜ｘ） （１７）
（ｎは正の整数、ｍはｎ以下の正の整数）

図８（ａ）は、サブパルス８１１の印加間隔τと変調する非対称ＳＩＮＣ関数の周期Ｔとの比が１対２（τ：Ｔ＝１：２）の場合の例で、図８（ｂ）は、同比が１対４（τ：Ｔ＝１：４）の場合の例である。上記実施形態同様、図８（ａ）および（ｂ）に示すタギングシーケンスは、サブパルス８１１から構成される高周波バーストパルス８１０と、各サブパルス８１１間に印加されるディフェーズ傾斜磁場８２０と、ディフェーズ傾斜磁場８２０の印加後に印加されるスポイラー傾斜磁場８３０とにより構成される。

その他の条件を上記実施形態と同じにした場合の、図８（ａ）および（ｂ）に示すタギングシーケンスによる１周期分のプロファイルを、それぞれ、図９（ａ）および（ｂ）に示す。本図に示すように、図７（ｃ）、（ｄ）に示すプロファイルと比較すると、プロファイルの立ち上がりと立ち下がりが僅かに滑らかになる。しかし、リンギングは低減されていることが分かる。

すなわち、タギング用プリパルスとして、ハミング窓関数を乗算することにより得た非対称ＳＩＮＣ関数を用いてサブパルスを振幅変調した高周波バーストパルスを用いると、タギングシーケンスに要する時間が短縮されるだけでなく、リンギングの低減が可能となる。従って、信号が抑圧されていない領域と、抑圧された領域とのコントラストを向上させることができる。すなわち、短時間でコントラストのよいタグが付与された画像を得ることができる。

さらに、タギングシーケンスにおいて、高周波バーストパルス６１０を構成するサブパルス６１１の印加時間、および／またはディフェーズ傾斜磁場６２０の印加時間を短縮することにより、タギングシーケンスに要する時間を短縮するよう構成してもよい。この場合のタギングシーケンスの例を図１０に示す。図１０（ａ）は、図６（ａ）のパルスシーケンスを変形したもの、図１０（ｂ）は、図６（ｂ）のパルスシーケンスを変形したものである。ここでは、図１０（ａ）を例にあげて説明する。図１０（ａ）において、高周波バーストパルス１０１０を構成する各サブパルス１０１１（１０１１ａ、１０１１ｃ、１０１１ｄ、１０１１ｅ）は、その末尾の文字が図６（ａ）における各サブパルス６１１の末尾の文字が同じサブパルスに対応するものとする。各ディフェーズ傾斜磁場１０２０（１０２０ａ’、１０２０ｃ、１０２０ｄ）についても同様とする。

図１０（ａ）に示すように、各サブパルス１０１１の印加量は、印加時間と印加強度（送信ゲイン）とにより決定する。また、印加強度を一定とすると、フリップ角はサブパルスの印加時間に比例する。従って、全てのサブパルス１０１１の印加強度を最大とすると、フリップ角が小さいサブパルス、例えば、１０１１ａ、１０１１ｃ、１０１１ｅについて、印加時間を短縮することができる。図１０（ｂ）についても同様である。

また、ディフェーズ傾斜磁場１０２０についても同様で、印加量は印加時間と印加強度とにより決定するため、印加強度を大きくすることにより、各ディフェーズ傾斜磁場１０２０の印加時間を短縮することができる。従って、各ディフェーズ傾斜磁場１０２０の印加時間が最短となるよう、ディフェーズ傾斜磁場１０２０の印加強度を設定する。これにより各ディフェーズ傾斜磁場１０２０の印加時間を短縮することができる。なお、ディフェーズ傾斜磁場１０２０の印加時間が短縮された分、サブパルス１０１１の印加間隔も短縮することができる。

さらに、非対称ＳＩＮＣ関数による振幅変調により振幅が０となるサブパルス（図６の６１１ｂ）を挟む２つのディフェーズ傾斜磁場（図６の６２０ａ、６２０ｂ）を１つのディフェーズ傾斜磁場１０２０ａ’とする。このとき、ディフェーズ傾斜磁場１０２０ａ’の印加量は、ディフェーズ傾斜磁場６２０ａとディフェーズ傾斜磁場６２０ｂとの合計の印加量に等しくなるよう設定する。これにより、ディフェーズ傾斜磁場６２０ａとディフェーズ傾斜磁場６２０ｂとの間隔分タギングシーケンスの時間を短縮することができる。

以上、本実施形態のタギングシーケンス２１０とその変形例について、縞状のタグを生成する場合を例にあげて説明した。本実施形態のタギングシーケンス２１０およびその変形例は、従来のタギングシーケンス２１０Ｃ同様、２方向（格子状）のタグおよび３方向のタグの生成にも用いることができる。

２次元のタグを生成する場合、本撮像のパルスシーケンスを実行する前に、前述したように、高周波バーストパルス６１０を構成するサブパルス６１１の振幅を上記実施形態の非対称ＳＩＮＣ関数６４０で変調するとともにディフェーズ傾斜磁場６２０をリードアウト方向に印加するタギングシーケンス２１０に続き、タギングシーケンス２１０のディフェーズ傾斜磁場６２０の印加方向のみ同位相エンコード方向に変更したタギングシーケンスを実行する。また、３次元のタグを生成する場合、さらに、続けて、タギングシーケンス２１０のディフェーズ傾斜磁場６２０の印加方向のみスライスエンコード方向に変更したタギングシーケンスを実行する。なお、これらのタギングシーケンスの実行順は問わない。

このとき、高周波バーストパルス印加中の縦緩和の影響を低減するためには、ディフェーズ傾斜磁場印加軸について、１軸目よりも２軸目、２軸目よりも３軸目の高周波バーストパルスの印加時間が短い方が望ましい。このため、図１１において、例えば、２次元のタグを生成するパルスシーケンスでは、１軸目の高周波バーストパルスのサブパルスの振幅は対称ＳＩＮＣ関数で変調し、２軸目のそれは上記実施形態の非対称ＳＩＮＣ関数であって、メインローブの後のサイドローブを削除した非対称ＳＩＮＣ関数で変調するよう構成してもよい。この場合のタギングシーケンスを図１１（ａ）に示す。また、３次元のタグを生成するパルスシーケンスでは、１軸目の高周波バーストパルスのサブパルスの振幅は対称ＳＩＮＣ関数で変調し、２軸目のそれは上記実施形態の非対称ＳＩＮＣ関数であって、メインローブの後のサイドローブを削除した非対称ＳＩＮＣ関数で変調し、３軸目のそれは同メインローブの前後の両サイドローブを削除した対称ＳＩＮＣ関数で変調するよう構成してもよい。この場合のタギングシーケンスを図１１（ｂ）に示す。本例以外にも、高周波バーストパルスを構成するサブパルスの振幅変調において、非対称ＳＩＮＣ関数と対称ＳＩＮＣ関数とを任意の組み合わせで用いることができる。

以上説明したように、本実施形態では、高周波バーストパルスの印加時間を短縮することにより、タギングシーケンスにかかる時間を短縮する。従って、本撮像の開始時間を早めることができる。また、タギングシーケンス後の本撮像の時間に制約がある場合であっても、本撮像に十分な時間を得ることができる。例えば、心拍同期の心臓シネ撮像を行う場合、シネ撮像で取得する心時相数を増やすことができる。また、Ｒ波直後の収縮早期の画像を取得することができ、心時相間での歪みの変化をより正確に測定できる。

本発明の実施形態のＭＲＩ装置１００の機器構成図である。 本発明の実施形態のパルスシーケンスである。 （ａ）は、１次元ＳＰＡＭＭをプリパルスに用いる場合のタギングシーケンスである。（ｂ）は、１次元ＳＰＡＭＭによるＭＲ画像上のタグの例を示す図である。 （ａ）は、２次元ＳＰＡＭＭをプリパルスに用いる場合のタギングシーケンスである。（ｂ）は、２次元ＳＰＡＭＭによるＭＲ画像上のタグの例を示す図である。 （ａ）は、ＢＵＲＳＴをプリパルスに用いる場合のタギングシーケンスである。（ｂ）は、ＢＵＲＳＴによるＭＲ画像上のタグの例を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態のタギングシーケンスである。 （ａ）および（ｂ）は、従来のＢＵＲＳＴによるプロファイル、（ｃ）および（ｄ）は、本発明の実施形態のタギングシーケンスによるプロファイルを説明するための図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の他の例である、サブパルスの振幅を非対称ハミング窓を乗算した非対称ＳＩＮＣ関数で変調する場合のタギングシーケンスである。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の他の例であるタギングシーケンスによるプロファイルを説明するための図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の他の例である、サブパルスの印加時間、印加間隔、ディフェーズ傾斜磁場の印加時間を調整し、タギングシーケンスを短縮する場合のパルスシーケンスである。 （ａ）は、本発明の実施形態を２次元のタグを生成するタギングシーケンスに適用した場合のシーケンス例であり、（ｂ）は、３次元のタグを生成するタギングシーケンスに適用した場合のシーケンス例である。

符号の説明

１１：撮像対象、１２：静磁場発生装置、１３：傾斜磁場コイル、１４：ＲＦコイル、１５：ＲＦプローブ、１６：信号検出部、１７：信号処理部、１８：表示部、１９：傾斜磁場電源、２０：ＲＦ送信部、２１：制御部、２２：ベッド、１００：ＭＲＩ装置、２００：Ｒ波形、２１０：タギングシーケンス、２１０’：タギングシーケンス、２１０’’：タギングシーケンス、２１０Ａ：タギングシーケンス、２１０Ｂ：タギングシーケンス、２１０Ｃ：タギングシーケンス、２２０：シネ撮像シーケンス、３１１：ＲＦパルス、３１２：ＲＦパルス、３２１：ディフェーズ傾斜磁場、３３１：スポイラー傾斜磁場、５１０：高周波バーストパルス、５１１：サブパルス、５１１ａ：サブパルス、５１１ｂ：サブパルス、５１１ｃ：サブパルス、５１１ｄ：サブパルス、５１１ｅ：サブパルス、５１１ｆ：サブパルス、５１１ｇ：サブパルス、５２０：ディフェーズ傾斜磁場、５２０ａ：ディフェーズ傾斜磁場、５２０ｂ：ディフェーズ傾斜磁場、５２０ｃ：ディフェーズ傾斜磁場、５２０ｄ：ディフェーズ傾斜磁場、５２０ｅ：ディフェーズ傾斜磁場、５２０ｆ：ディフェーズ傾斜磁場、５３０：スポイラー傾斜磁場、５４０：ＳＩＮＣ関数、６１１：サブパルス、６１１ａ：サブパルス、６１１ｂ：サブパルス、６１１ｃ：サブパルス、６１１ｄ：サブパルス、６１１ｅ：サブパルス、６１１ｆ：サブパルス、６２０：ディフェーズ傾斜磁場、６２０ａ：ディフェーズ傾斜磁場、６２０ｂ：ディフェーズ傾斜磁場、６２０ｃ：ディフェーズ傾斜磁場、６２０ｄ：ディフェーズ傾斜磁場、６３０：スポイラー傾斜磁場、６４０：非対称ＳＩＮＣ関数、７４０：非対称ＳＩＮＣ関数、８１１：サブパルス、８２０：ディフェーズ傾斜磁場、８３０：スポイラー傾斜磁場、１０１１：サブパルス、１０１１ａ：サブパルス、１０１１ｂ：サブパルス、１０１１ｃ：サブパルス、１０１１ｄ：サブパルス、１０１１ｅ：サブパルス、１０２０：ディフェーズ傾斜磁場、１０２０ａ’：ディフェーズ傾斜磁場、１０２０ｃ：ディフェーズ傾斜磁場、１０２０ｄ：ディフェーズ傾斜磁場

Claims (11)

1. 静磁場を発生する静磁場発生手段と、互いに直交する３方向の傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、検査対象から発生する核磁気共鳴信号を検出する信号検出手段と、前記信号検出手段が検出した信号から画像を再構成する画像再構成手段と、前記傾斜磁場発生手段、前記高周波磁場発生手段および信号検出手段を所定のパルスシーケンスに従って動作させる制御手段と、を備える磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記パルスシーケンスは、
   前記画像再構成手段が画像を再構成するための信号を取得する本撮像シーケンスと、
   前記本撮像シーケンスに用いられる信号に付加的効果を与えるプリパルスシーケンスと、を備え、
   前記プリパルスシーケンスは、
   時間軸上で等間隔に形成された複数のサブパルスからなる高周波バーストパルスを印加する高周波パルス印加部と、
   各サブパルス間に、前記３方向のうちの同一の１方向にディフェーズ傾斜磁場を印加する傾斜磁場印加部と、を備え、
   前記複数のサブパルスの振幅は、非対称ＳＩＮＣ関数で変調され、
   前記各サブパルスは、スライス選択用の傾斜磁場を同時に印加しないで印加されること
   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であって、
   前記非対称ＳＩＮＣ関数は、ＳＩＮＣ関数に非対称の窓関数を乗算して得ること
   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であって、
   前記窓関数は、−（ｎ＋１）π以上かつ（ｎ＋１−ｍ）π以下（ｎは正の整数、ｍはｎ以下の正の整数）は１であり、それ以外は０である関数、および、−（ｎ＋１−ｍ）π以上かつ（ｎ＋１）π以下は１であり、それ以外は０である関数のいずれかであること
   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であって、
   前記窓関数は、−２π以上π以下は１であり、それ以外は０である関数、および、−π以上２π以下は１であり、それ以外は０である関数のいずれかであること
   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であって、
   前記窓関数は、非対称なハミング窓関数であること
   を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
6. 請求項１から５いずれか１項記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記各サブパルスは、送信ゲインを最大にしたものであること
   を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
7. 請求項１から６いずれか１項記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記ディフェーズ傾斜磁場は、印加強度を最大にしたものであり、
   前記各サブパルスの印加間隔は、前記ディフェーズ傾斜磁場の印加強度を最大にすることにより短縮された後の当該ディフェーズ傾斜磁場の印加時間であること
   を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
8. 請求項１から７いずれか１項記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
   振幅が０に変調された前記サブパルスの前後に印加する２つの前記ディフェーズ傾斜磁場は、当該２つのディフェーズ傾斜磁場の合計の印加量を有する１のディフェーズ傾斜磁場に置換えられること
   を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
9. 請求項１から８いずれか１項記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記検査対象の周期的な生体信号を検出し、同期信号を生成する生体信号検出手段をさらに備え
   前記プリパルスシーケンスは、前記同期信号に同期させて実行されること
   を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
10. 請求項９記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    前記生体信号は、Ｒ波であり、
    前記Ｒ波と前記Ｒ波との間の心周期間に、前記プリパルスシーケンスと前記本撮像シーケンスとが実行されること
    を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
11. 請求項１０記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    １の前記心周期間に、１の前記プリパルスシーケンスと複数の前記本撮像シーケンスとが実行され、
    前記本撮像シーケンスは、シネ撮像シーケンスであること
    を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

Images