JPH0370965B2 - - Google Patents

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JPH0370965B2
JPH0370965B2 JP63134261A JP13426188A JPH0370965B2 JP H0370965 B2 JPH0370965 B2 JP H0370965B2 JP 63134261 A JP63134261 A JP 63134261A JP 13426188 A JP13426188 A JP 13426188A JP H0370965 B2 JPH0370965 B2 JP H0370965B2
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Juji Inoe
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Yokogawa Medical Systems Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48NMR imaging systems
    • G01R33/4828Resolving the MR signals of different chemical species, e.g. water-fat imaging
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48NMR imaging systems
    • G01R33/483NMR imaging systems with selection of signals or spectra from particular regions of the volume, e.g. in vivo spectroscopy
    • G01R33/485NMR imaging systems with selection of signals or spectra from particular regions of the volume, e.g. in vivo spectroscopy based on chemical shift information [CSI] or spectroscopic imaging, e.g. to acquire the spatial distributions of metabolites

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ケミカルシフトを利用して体内の水
と脂肪の分離像を得る水、脂肪分離MRI
(Magnetic Resonance Imaging)装置に関し、
更に詳しくは、水と脂肪の分離を正確に行う定量
性のあるMRIにおける水、脂肪分離MRI装置に
関する。
(従来の技術) MRIにおいて、2成分の分子構造の違いによ
り同一核種の共鳴周波数がずれるケミカルシフト
を利用して、体内の同一断層面を、水のみのプロ
トン画像と脂肪のみのプロトン画像に分離して表
示する分離MRI装置。
始めに、デイクソン法を用いた従来の水、脂肪
分離MRI装置の動作を第5図及び第6図を用い
て説明する。第5図は従来のデイクソン法のパル
スシーケンスを表す図である。第5図において、
tは時間軸であり、90゜パルスの印加タイミング
をt=0とする。以後の説明において、静磁場方
向(水平とする)をZ軸とし、垂直方向をY軸、
Z軸に垂直な水平方向(右手系)をX軸とする。
RFはZ軸方向に向いたプロトンの磁化ベクトル
を、これと垂直な方向に所定角回転させるラーモ
ア周波数のRF(Radio−Frequency)波であり、
回転角に応じて90゜(励起)パルス、180゜パルスと
呼ぶ。SEはt=0における90゜パルス印加後、
XY平面内に静磁場不均一によつてばらけた磁化
ベクトルの位相を、180゜パルスで反転して再び収
束した時に観測されるスピンエコー信号である。
90゜パルスからスピンエコーが得られるまでの時
間をTEとする。デイクソン法においては、始め
に、180゜パルスの印加タイミングを、90゜パルス
印加後、TEの中間のt=TE/2としたS0スキヤ
ンを行う。次に、90゜パルス印加後TE/2からε
早いt=TE/2−εにおいて180゜パルスを印加す
るS1スキヤンを行う。S0スキヤン、S1スキヤン共
にスピンエコーが得られる時刻は、t=TEであ
る。
ここで、前記εは次式を満たす。
ε=1/4・σ・f ……(1) σ:水脂肪のケミカルシフト量 f:プロトンの共鳴周波数 εは水を基準にした脂肪磁化ベクトルの位相ず
れ周期、即ちケミカルシフトの周期1/(σ・
f)の1/4に相当する。水と脂肪中のプロトンの
共鳴周波数の差、すなわちケミカルシフトσは、
約3.5ppmである。従つて、静磁場強度が0.5T(
1Hのラーモア周波数f=21.3MHz)の時、εは
約3.4msecとなる。
第6図a,bは各々、S0、S1スキヤンにおける
水と脂肪の磁化ベクトルの位相関係を表す図であ
る。第6図において、Wは水の磁化ベクトル、F
は脂肪の磁化ベクトルを表し、X′−Y′座標は水
の磁化ベクトルの回転速度でZ軸の回りを回転す
る座標系である。第6図aのS0スキヤンにおい
て、t=0、即ち90゜パルス印加時は、両ベクト
ルの位相は揃つている。t=TE/2では、ケミ
カルシフトによつて水と脂肪の磁化ベクトルの位
相のずれψ(−π<ψ≦π)が生じている。両ベ
クトルの位相は、Y′軸方向からの180゜パルスで、
Y′軸の回りに位相が反転される。この後、脂肪
の磁化ベクトルは、180゜パルス印加までと同じ量
だけ回転し、t=TEで水の磁化ベクトルと位相
が一致する。第6図bのS1スキヤンでは、t=
TE/2−εで180゜パルスが印加される。これはS0
スキヤン時より時間でε、位相ずれの角度で90゜
早い。180゜パルスによつて位相が反転された後、
スピンエコーが得られるまでの時間は、90゜パル
スから180゜パルスまでの時間よりも2ε長い。この
分だけ脂肪の磁化ベクトルが余計に回転するた
め、t=TEで水と脂肪の磁化ベクトルが180゜の位
相ずれを生じる。
以下、このようにして得られたローデータから
分離像を得るための信号処理を説明する。各スキ
ヤンによつて得られるローデータを画像再構成し
た画像データは、 S0=W+F …(2) S1=W−F …(3) になる。ここで、W(≧0)は水のプロトン密度、
F(≧0)は脂肪のプロトン密度である。そこで、 W=(S0+S1)/2 …(4) F=(S0−S1)/2 …(5) をデータマトリツクスの各ピクセル毎に計算する
ことによつて、水と脂肪を分離した画像を得るこ
とができる。
しかし、各スキヤンデータには、受信系などで
生じる装置固有の0次位相オフセツト及び、S1
キヤンデータに含まれるRFパルスの中心周波数
のラーモア周波数からのずれや、静磁場不均一等
による位相のずれがあるため、実際の画像データ
は次式のようになる。
S0=(W+F)EXP(iα0) …(6) S1=(W−F)EXP{i(α0+2θ)}…(7) ここで、i2=−1であり、EXP(i α0)は装
置固有の位相オフセツト成分、EXP(i2θ)は、静
磁場不均一等による位相ずれ成分であり、S1デー
タのみに含まれる。このような位相ずれ成分があ
ると、式(4),(5)の分離がうまく行かずシエーデイ
ング等の水と脂肪の分離エラーが生じる。そこ
で、従来では均一な水フアントムを用いて予め静
磁場不均一分布EXP(iθ)を測定し、この情報を
用いてS1スキヤンの位相ずれ成分を除去して補正
していた。又、別の従来例装置ではS0とS1の画像
データの絶対値像 |S0|=(S0×S0 *1/2=W+F (8) |S1|=(S0×S0 *1/2=|W−F| …(9) をとり、位相ずれ成分を取り除いた後、この絶対
値データを用いた水と脂肪の分離像を得ていた。
(発明が解決しようとする課題) しかし、上記のような補正方法においては以下
の問題点がある。まず、水フアントムを用いる従
来例装置においては、水と人体の組織成分の相違
による透磁率、反磁界の変化等のため、フアント
ム測定時と被検体撮影時との磁場分布状態が異な
る。従つて、正確な補正ができず、分離エラーが
完全には除去できない。又、位相ずれの範囲が±
πを越えると、位相飛びを起こし、補正が困難に
なるという制約もある。次に絶対値像を用いる従
来例装置では、|W−F|となるため、水と脂肪
のどちらが多いのかという情報が失われる。この
ため、式(8)と(9)の和と差の1/2の計算結果は、ど
ちらが水でどちらが脂肪かという同定ができず定
量性に欠ける。
本発明は、前記問題点を解消し、磁場不均一等
による分離エラーや位相飛びの影響を除去し、且
つ、定量性のあるMR1における水、脂肪分離イ
メージング方法を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 上記課題を解決する本発明の水、脂肪分離
MR1装置は、スピンエコー信号受信時に水と脂
肪の磁化ベクトルの位相が一致したS0スキヤンを
行う制御手段と、前記磁化ベクトルの位相が180゜
異なるS1スキヤンを行う制御手段と、前記磁化ベ
クトルの位相が90゜異なるS2スキヤンを行う制御
手段と、前記S1及びS2スキヤンの画像データから
水と脂肪ではどちらが多いのかを演算する手段
と、前記S0及びS1スキヤンの絶対値像の和と差を
演算して水と脂肪の分離像を得て、水と脂肪では
どちらが多いのかに従つて前記和と差に対してど
ちらが水成分でどちらが脂肪成分かを同定する手
段を備えた構成になつている。
(作用) S1及びS2スキヤンのデータより水と脂肪の量的
な大小関係を求め、S0及びS1スキヤンの絶対値像
を用いて分離画像を得て、前記大小関係に基づい
て分離画像のどちらが水でどちらが脂肪か同定す
る。
(実施例) 以下、図面を参照して本発明の実施例について
詳細に説明する。
第1図は、本発明の一実施例を示す構成図であ
る。マグネツトアセンブリ11は、内部に被検体
を挿入するための空間部分(孔)を有し、この空
間部分を取巻くようにして、被検体に一定の静磁
場を印加する静磁場コイルと、勾配磁場を発生す
るための勾配磁場コイル(勾配磁場コイルは、
x,y,zの各軸のコイルを備えている)と、被
検体内の原子核のスピンを励起するための高周波
パルスを与えるRF送信コイルと、被検体からの
NMR信号を検出する受信コイル等が配置されて
いる。静磁場コイル、勾配磁場コイル、RF送信
コイル、及び受信コイルは、静磁場電源(主磁場
電源)12、勾配磁場駆動回路13、RF電力増
幅器14及び前置増幅器15に各々接続されてい
る。シーケンス記憶回路16は、計算機21から
の指令に従つてスピンエコー法のパルスシーケン
スでフーリエ法に基づくスキヤンデータを収集す
るシーケンス信号を発生する手段を有し、勾配磁
場駆動回路13、ゲート変調回路17、RF発振
回路(シンセサイザ)18、位相検波回路19及
びA/D変換器20各々を操作するようになつて
いる。このシーケンス記憶回路16にS0,S1,S2
スキヤンを行うためのデータが記憶されている。
ゲート変調回路17は、シーケンス記憶回路16
からのタイミング信号によつてRF発振回路18
からの高周波信号を変調し、RF電力増幅器14
に与える。位相検波器19、RF発振回路18か
らの基準信号を受け、前置増幅器5の出力信号
(受信コイルで検出されたNMR信号)の位相検
波をしてA/D変換器20に入力する。A/D変
換器20は、位相検波器19を介して得られる
NMR信号をデイジタル変換して計算機21に入
力する。計算機21は、操作コンソール22との
間で情報の授受や種々のスキヤンシーケンスを実
現するためにシーケンス記憶回路16の動作の切
替えやメモリの書替えをしたり、A/D変換器か
ら20のデータを用いて画像再構成演算をするよ
うになつている。この、計算機21には、S1及び
S2スキヤンの画像データから水と脂肪ではどちら
が多いのかを演算する手段と、S0及びS1スキヤン
の絶対値像の和と差を演算して水と脂肪の分離像
を得て、水と脂肪ではどちらが多いのかに従つて
前記和と差に対してどちらが水成分でどちらが脂
肪成分かを同定する手段が含まれる。
次に、本実施例の動作を説明する。第2図は本
願発明の一実施例の動作のパルスシーケンスを表
す図である。第2図において、記号は第5図と同
じ意味で用いている。第2図において、S0及びS1
スキヤンは各々、従来の装置のS0及びS1のスキヤ
ンシーケンスと同様である。即ち、S0スキヤンで
は、水と脂肪の磁化ベクトルの位相がt=TE
一致するように、t=TE/2において180゜パルス
を印加する。S1スキヤンでは、両ベクトルの位相
がt=TEで180゜ずれるように、S0スキヤン時から
ε遅れたt=TE/2+εにおいて180゜パルスを印
加する。従来例の動作と異なる点は、このS0及び
S1スキヤンの他に、両ベクトルの位相が90゜ずれ
るS2スキヤンを行うことにある。このS2スキヤン
では、90゜パルスから180゜パルスまでの時間と、
180゜パルスからSEまでの時間の差がεとなるよ
うに、S0スキヤン時からε/2早いt=TE/2
−ε/2において180゜パルスを印加する。従つ
て、時刻TEでの水と脂肪の磁化ベクトルの位相
ずれは、S1スキヤン時の1/2の90゜となる。各スキ
ヤンデータを画像再構成した画像データは、 S0=(W+F)EXP(iα0) …(10) S1=(W−F)EXP{i(α0−2θ)} …(11) S2=(W+iF)EXP{i(α0−θ)} …(12) となる。
上式中の記号W,F,i,α0,θは式(6),(7)と
同様に用いている。
次に、これらのデータを用いて分離像を作る動
作を第3図のフローチヤートを用いて説明する。
以後の計算は、データマトリツクスの各ピクセル
毎に行う。始めに、S0の画像データの位相項を Arctan{Re(S0)/Im(S0)}=α0 から求める。Re(S0)はS0の実数部Im(S0)はS0
の虚数部である。
次に、システム固有の0次位相項EXP(iα0)を
取り除くために、S0、S1及びS2の各画像データに
EXP(−iα0)を掛ける。この結果、各画像データ
は S0=W+F …(13) S1=(W−F)EXP(−2iθ) …(14) S2=(W+iF)EXP(iθ) …(15) となる。
次に、水と脂肪のどちらが量的に多いかを求め
るために、S3として次式を計算する。
S3=S2×S2×S1 =(W+iF)2×(W−F)×EXP(iθ) ×EXP(iθ)×EXP(−2iθ) =(W−F)2・(W+F) +2iF・W・(W−F) …(16) このS3は、静磁場不均一になる位相ずれ成分
EXP(iθ)が除去されていると同時に、式(16)
の実数部は常に0以上であるため、S3の位相の正
負、即ち虚数部の符号が水と脂肪の量的な差異に
対応している。
次に、S0とS1の画像データの絶対値像 |S0|=(S0×S0 *1/2=W+F …(17) |S1|=(S1×S1 *1/2=|W−F| …(18) を計算する。そして、水と脂肪を分離するため、 A=(|S0|+|S1|)/2 …(19) B=(|S0|−|S1|)/2 …(20) を計算する。
最後に、式(19)と(20)のどちらが水でどち
らが脂肪かを同定するために、S3データの位相を
求める。虚数部の符号が正、即ちW>Fのとき
は、|W−F|=W−Fとなり、式(19)、(20)
において、Aが水、Bが脂肪になる。逆に、虚数
部の符号が負、即ちW<Fのときは、|W−F|
=F−Wであるから、各々Aが水、Bが脂肪とな
る。ここで、人体内で水成分を含まない脂肪成分
はないことから、式(16)の虚数部が0でA≠B
の場合は、F=0、即ちAが水と判断することが
できる。最後に、このようにして得られた水成分
と脂肪成分の画像データを基に、水と脂肪の分離
画像を表示する。
このように、本実施例の分離イメージング方法
では、S2スキヤンの画像データの2乗とS1スキヤ
ンの画像データの積を計算することにより、静磁
場不均一等による位相ずれ成分が除去すると共
に、その虚数部の符号から水と脂肪の量的な差異
を知ることができる。この結果から絶対値データ
から得た分離像に対して水と脂肪成分の同定を行
つている。従つて、S1の静磁場不均一等による位
相ずれ成分による影響を位相飛びによる影響も含
めて完全に除去できる絶対値像を用いながらも、
どちらが水かどちらが脂肪かの情報を失わない分
離像が得られる。
尚、本発明は上記実施例に限定するものではな
く、特許請求の範囲内で種々の変形が可能であ
る。第4図a,b,cは本願発明の他の実施例の
動作のパルスシーケンスを表す図である。第4図
における記号は、第2図と同様に用いている。上
記実施例においては、S1スキヤンではS0スキヤン
時よりもε遅く、S2スキヤンではε/2早く180゜
パルスを印加した。この逆に第4図aのように、
S1スキヤンではS0スキヤン時よりもε早いt=
TE/2−εで、スキヤンではε/2遅いt=
TE/2+ε/2で各々180゜パルスを印加しても良
い。この場合式(11),(12),(16)は各々、 S1=(W−F)EXP{i(α0+2θ)} …(21) S2=(W−iF)EXP{i(α0−θ)} …(22) S3=(W−F)2・(W+F) −2iF・W・(W−F) …(23) となり、S3の虚数部の符号が式(16)と逆にな
る。更に、第4図bのように、180゜パルスの印加
タイミングを各々、S1スキヤンではS0スキヤン時
よりもε遅いt=TE/2+εとし、S2スキヤン
ではε/2遅いt=TE/2+ε/2としても良
い。又は、第4図cのように、180゜パルスの印加
タイミングを各々、S1スキヤンではS0スキヤン時
よりもε早いt=TE/2−εとし、S2スキヤン
ではε/2早いt=TE/2−ε/2としても良
い。第4図b及び第4図cの場合S3として各々、 S3=S2×S2/S1 =(W+F)±2iF・W/(W−F) …(24) を計算する。式(24)において、虚数部の符号±
は、第4図bの時は−、第4図cの時は+にな
る。W=Fの時は、式(24)が発散してしまうた
め、場合分けが必要になる。式(24)も静磁場不
均一等による位相ずれ成分が除去されていると同
時に、虚数部の符号から水と脂肪の量的な差異を
知ることができる。又、スキヤン時間短縮のた
め、S1、S2スキヤンのいずれか一方、又は双方
共、S0スキヤンのデータ数よりも少ないデータマ
トリツクス数でデータ収集し、画像再構成時に残
りの領域にゼロフイルを行い、画像データを得て
も良い。
(発明の効果) 以上の説明の通り、本発明の水、脂肪分離
MR1装置によれば、S1及びS2スキヤンの画像デ
ータから水と脂肪の量的な大小関係を知ることが
でき、この結果からS0及びS1スキヤンから得られ
る絶対値像を用いた分離像に対して水と脂肪成分
の同定が正確に行える。従つて、絶対値データを
用いながらも、分離像のうちどちらが水でどちら
が脂肪かの完全な同定ができる。しかも、絶対値
像を用いるため、補正できる位相ずれの範囲に制
約を受けず、位相飛びによる悪影響がないため、
完全な分離が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本願発明の一実施例を示す構成図、第
2図は本願発明の一実施例の動作のパルスシーケ
ンスを表す図、第3図は本願発明の一実施例の動
作を表すフローチヤート、第4図a,b,cは本
願発明の他の実施例の動作のパルスシーケンスを
表す図、第5図は従来例の動作のパルスシーケン
スを表す図、第6図は従来例の動作における水と
脂肪の磁化ベクトルの位相関係を表す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Z軸方向に略一様な静磁場を印加し、この静
    磁場中の被検体にZ軸に垂直な方向から励起RF
    パルスを印加し、所定の時間後に180゜のRFパル
    スを印加して、被検体からのスピンエコー信号を
    受信して画像再構成をする水、脂肪分離MRI装
    置において、前記スピンエコー信号受信時に水と
    脂肪の磁化ベクトルの位相が一致したS0スキヤン
    を行う制御手段と、前記磁化ベクトルの位相が
    180゜異なるS1スキヤンを行う制御手段と、前記磁
    化ベクトルの位相が90゜異なるS2スキヤンを行う
    制御手段と、前記S1及びS2スキヤンの画像データ
    から水と脂肪ではどちらが多いのかを演算する手
    段と、前記S0及びS1スキヤンの絶対値像の和と差
    を演算して水と脂肪の分離像を得て、水と脂肪で
    はどちらが多いのかに従つて前記和と差に対して
    どちらが水成分でどちらが脂肪成分かを同定する
    手段を備えたことを特徴とする水、脂肪分離
    MRI装置。 2 前記S0スキヤンの画像データの結果の位相か
    ら装置固有の0次位相オフセツト量を求めて、こ
    れに応じて各画像データに補正を施す手段を備え
    たことを特徴とする請求項1記載の水、脂肪分離
    MRI装置。 3 前記S1スキヤンを行う制御手段またはS2スキ
    ヤンを行う制御手段のいずれか一方、又は双方
    は、S0スキヤンを行う制御手段による収集データ
    数よりも少ないデータマトリツクス数でデータ収
    集を行い、画像再構成時に残りの領域にゼロフイ
    ルを行う制御手段であることを特徴とする請求項
    1又は2記載の水、脂肪分離MRI装置。 4 前記S1スキヤンを行う制御手段における180゜
    のRFパルスの印加タイミングは、S0スキヤンを
    行う制御手段における180゜のRFパルスの印加タ
    イミングよりもε早く又は遅く設定され、S2スキ
    ヤンを行う制御手段における180゜のRFパルスの
    印加タイミングは、S0スキヤンを行う制御手段に
    おける180゜のRFパルスの印加タイミングよりも
    ε/2早く又は遅く設定されていることを特徴と
    する請求項1、2又は3記載の水、脂肪分離
    MRI装置。但し、εは次式を満たす。 ε=1/4・σ・f σ:水と脂肪のケミカルシフト量 f:プロトンの共鳴周波数 5 前記S1スキヤンを行う制御手段における180゜
    のRFパルスの印加タイミングが、前記S0スキヤ
    ンを行う制御手段における180゜のRFパルスの印
    加タイミングよりもε早く設定されている場合
    は、前記S2スキヤンを行う制御手段における180゜
    のRFパルスの印加タイミングが、S0スキヤンを
    行う制御手段における180゜のRFパルスの印加タ
    イミングよりもε/2遅く設定されており、S1
    キヤンを行う制御手段における180゜のRFパルス
    の印加タイミングが、S0スキヤンを行う制御手段
    における180゜のRFパルスの印加タイミングより
    もε遅く設定されている場合は、S2スキヤンを行
    う制御手段における180゜のRFパルスの印加タイ
    ミングが、S0スキヤンを行う制御手段における
    180゜のRFパルスの印加タイミングよりもε/2
    早く設定されていることを特徴とする請求項4記
    載の水、脂肪分離MRI装置。 6 前記S1及びS2スキヤンの画像データから水と
    脂肪ではどちらが多いのかを演算する手段は、S2
    スキヤンの画像データの2乗とS1スキヤンの画像
    データの積を計算し、この計算結果の位相から水
    と脂肪の量的な大小を求めるものであることを特
    徴とする請求項5記載の水、脂肪分離MRI装置。
JP63134261A 1988-05-31 1988-05-31 水,脂肪分離mri装置 Granted JPH01303137A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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