JPH0889493A

JPH0889493A - Ｍｒｉ撮像方法

Info

Publication number: JPH0889493A
Application number: JP6232768A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Nabeshima; 貴之鍋島; Yoshitaka Bito; 良孝尾藤; Tomotsugu Hirata; 智嗣平田; Etsuji Yamamoto; 悦治山本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-09-28
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 1996-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】ＭＲＩの撮像方法において、磁化の緩和状態が
異なる画像を短時間で且つ高い分解能で取得することが
可能なＭＲＩ撮像方法を提供する。【構成】ｎ個の縦緩和状態に関して、それぞれの画像を
計測空間で分割した一部を、一回の緩和過程の間に取得
する。これを繰り返し、ｎ枚の画像を作成するために必
要な全信号を取得する。この方法により、一枚の画像作
成に多くのエコー信号を用いることや、一連のエコー信
号の強度の大きい部分を選択して利用することが可能に
なる。また、時間分解能の劣化を防げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検体中に含まれる水
素，燐，炭素などの原子核からの磁気共鳴（ＭＲ）信号
を測定し、生体内の組織に関する情報を映像化する磁気
共鳴撮影（ＭＲＩ）装置において、磁化の縦緩和状態が
異なる複数の画像を短時間に且つ高い空間分解能で取得
することを可能とするＭＲＩ撮像方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲＩ装置では、被検体の関心部位に含
まれる水素，燐，炭素などの原子核からの磁気共鳴信号
を取得して、被検体内の様子を非侵襲に画像化してい
る。この磁気共鳴信号には多くの物理化学的な情報が混
在しており、それぞれが臨床上重要な意味を持つ。それ
らの情報のうちの一つにスピン−格子緩和(以下、縦緩
和)がある。縦緩和の状態が異なる画像を複数枚取得す
ることによって、縦緩和の時定数Ｔ₁の空間分布を求め
ることができる。しかし、現在臨床で用いられている方
法ではＴ₁の空間分布を求めるのに多くの時間がかかり
問題となっている。

【０００３】これを解決するために、短時間で縦緩和の
状態が異なる複数枚の画像を取得する方法として、次の
ような方法が報告されている。

【０００４】静磁場中に置かれ一方向（以下、これを縦
方向と呼ぶ）に揃った被検体内の原子核の磁化に対し、
１８０度反転ＲＦパルスを印加して磁化の方向を反転さ
せる。時間Ｔａ経過後、第一のθ度（θ＜９０）ＲＦパ
ルスを印加し、磁化を縦方向に対してθ度倒す。倒され
た磁化を縦方向の成分とそれに直交する方向（以下、こ
れを横方向と呼ぶ）の成分とに分解し、その横方向の成
分から、第一の縦緩和状態の画像作成のために必要な全
エコー信号をエコープラーナ法で取得する。第一のθ度
（θ＜９０）ＲＦパルスにつづいて、時間Ｔｂ間隔でθ
度ＲＦパルスの印加をｎ回繰り返す。各θ度ＲＦパルス
の印加ごとに各々の画像作成に必要な全エコー信号の取
得を行う。これにより、一回の緩和過程の間に、ｎ枚の
異なる縦緩和状態の画像を取得できる。

【０００５】取得した緩和状態の異なる画像から、縦緩
和の時定数Ｔ₁と原子核密度Ｍ₀を未知数としてＴ₁の分
布画像を求めることができる。

【０００６】この方法の詳しい原理についてはマグネテ
ィック・レゾナンス・イン・メディスン(Magnetic Reso
nance in Medicine)３０巻３５１頁から３５４頁（１９
９３年）に記載されている。

【０００７】上記方法において画像取得に用いられたエ
コープラーナ法とは、ＲＦパルス印加後に信号読み出し
のために印加するリードアウト傾斜磁場の極性を高速に
反転することによって、多くのエコー信号を発生させる
撮像方法である。

【０００８】ＲＦパルスで励起した磁化は、時間の経過
とともに指数関数的に減衰する。従って、エコープラー
ナ法のように一回のＲＦパルスの印加で複数のエコー信
号を発生させる場合、発生順序が後のものほど信号強度
が弱くなる。画像の空間分解能は画像作成に使用するエ
コー信号の数に依存し、空間分解能の高い画像を得るた
めには、画像作成に使用可能な強度を有するエコー信号
を多数発生させる必要がある。しかし、傾斜磁場の駆動
能力の限界から、一回のＲＦパルスの印加で発生可能な
エコー信号の数は制限されるため、得られる画像の空間
分解能もそれに従って制限される。

【０００９】これを解決し、空間分解能の高い画像を得
る方法として、次のような方法が報告されている。

【００１０】一回のＲＦパルスの印加では、画像作成に
必要な全エコー信号を複数に分割したうちの一部を取得
する。ＲＦパルスの印加を分割数と同数だけ繰り返し、
画像作成に必要な全エコー信号を取得する。これによ
り、一枚の画像作成に多数のエコーを使用することがで
き、高い分解能の画像を得ることができる。本明細書中
では、この方法を計測空間分割と呼ぶことにする。ここ
で、計測空間とは、信号読み出しのために印加するリー
ドアウト傾斜磁場の印加量を横軸に、それと直交して位
置情報を付加するために印加するエンコード傾斜磁場の
印加量を縦軸にとり、傾斜磁場の印加量に従ってエコー
信号のサンプリングポイントを配列したものである。こ
のエコープラーナ法を用いて計測空間分割撮像を行った
報告には、例えば、日本磁気共鳴医学会雑誌，１１Ｓ，
１７５頁（１９９３年）などがある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
て、それぞれ以下のような課題があげられる。

【００１２】上記第一の従来技術において、画像取得の
ために印加するＲＦパルスにはθ度ＲＦパルスを用いて
いる。一枚の画像作成に必要な全エコー信号は、一回の
θ度ＲＦパルスの印加で励起された磁化からエコープラ
ーナ法によって取得される。画像作成に用いられる磁化
の横方向成分は、縦磁化の大きさのｓｉｎθ倍（θ＜９
０，ｓｉｎθ＜１）になるため、信号強度は弱くなり、
使用可能なエコー信号の数が少なくなる。従って、この
方法で得られる画像の信号対雑音比は低くなり、傾斜磁
場の駆動能力の限界から、空間分解能は制限を受ける。

【００１３】また、上記従来の技術を用いて得られた縦
緩和状態が異なる複数の画像から、Ｔ₁の分布画像を求
める場合に、各画像の空間分解能が低いと、一画素内に
Ｔ₁が異なる複数の原子核が含まれることが多くなるた
め、得られるＴ₁の精度が劣化するという問題が生じ
る。Ｔ₁の分布を得る上で、時間分解能を向上させるこ
とについてはこれまでにも議論されていた。しかし、そ
れと同時に空間分解能も向上させ、Ｔ₁の精度劣化を防
ぐことについては議論されていない。

【００１４】上記第二の従来技術では、一枚の画像作成
に必要な全エコー信号を分割して取得し、画像の空間分
解能を向上させる。この撮像方法ではＲＦパルスを分割
数と同数だけ印加するが、ＲＦパルス間の時間が数百ms
から数ｓに及ぶため、画像作成の時間分解能が低下す
る。一つの縦緩和状態についての画像を撮像する場合、
この時間分解能の低下はほとんど問題にならないが、縦
緩和状態が異なる画像複数枚をこの撮像方法で取得する
場合には、条件を変えて、これを繰り返す必要があるた
め、時間分解能の劣化は大きな問題となる。

【００１５】本発明の目的は、傾斜磁場の駆動に関する
要求を軽減し、緩和状態の異なる複数の画像を短時間に
且つ高い分解能で取得することが可能なＭＲＩ撮像方法
を提供するもので、以上の二つの課題を同時に解決する
ものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段は、緩和状態の異なるｎ枚の画像を計測空間にお
いて分割し、一回の緩和過程の間に、ｎ枚それぞれの一
部を取得する方法が考えられる。具体的には、以下のよ
うに行う。

【００１７】まず、１８０度ＲＦパルスによって被検体
内に含まれる原子核の磁化を反転させる。時間Ｔａ経過
後、第一のθ度（θ＜９０）ＲＦパルスを印加する。こ
のとき、第一の縦緩和状態の画像を作成するのに必要な
全エコー信号を計測空間において複数に分割し、その一
部を取得する。第一のθ度ＲＦパルスから時間Ｔｂ間隔
で、第二から第ｎまでのθ度ＲＦパルスを繰り返し印加
する。各θ度ＲＦパルスの印加ごとに、第二から第ｎま
での縦緩和状態の画像を作成するのに必要な全エコー信
号を計測空間で分割し、それぞれ、その一部を取得す
る。これにより、一回の緩和過程の間に、ｎ枚の縦緩和
状態の異なる画像を作成するのに必要な信号の一部を取
得することができる。

【００１８】第ｎのθ度ＲＦパルスの印加後、磁化の回
復を待ち、再度、磁化の１８０度反転、ｎ回のθ度ＲＦ
パルス印加と信号取得の過程を複数回繰り返す。これに
より、緩和状態の異なるｎ枚の画像を作成するために必
要な全信号を取得することができる。

【００１９】

【作用】上記課題を解決するための手段には、以下のよ
うな作用がある。

【００２０】(1）画像作成に必要なエコー信号を分割し
て取得するので、一回のＲＦパルスで発生させる信号数
を少なくでき、傾斜磁場の駆動に対する要求を軽減でき
る。

【００２１】(2）一枚の画像を作成するのに、多くのエ
コー信号を用いることが可能となるので、高い空間分解
能の画像を得ることができる。

【００２２】(3）一連のエコー信号の強度の大きい部分
を選択して利用することができる。

【００２３】(4）複数の縦緩和状態に関して、それぞれ
の画像を計測空間で分割した一部を一回の緩和過程の間
に取得するので、時間分解能の劣化が防げる。

【００２４】

【実施例】図１は、本発明に係る磁気共鳴装置の全体構
成例を示すブロック図である。この磁気共鳴装置は、Ｍ
Ｒ現象を利用して被検体１０１の断層画像を得るもの
で、静磁場発生磁石１０２と信号処理部１０３とＲＦ送
信部１０４とＲＦ受信部105と傾斜磁場発生部１０６と
表示部１０７及びこれらを制御する制御部１０８からな
る。

【００２５】静磁場発生磁石１０２は、被検体１０１を
配置した空間に強く均一な静磁場を発生させるもので、
被検体１０１の周りの空間に配置されている。ＲＦ送信
部１０４の出力は、送信コイル１０９に送られＲＦ磁場
を発生する。傾斜磁場発生部１０６の出力は、傾斜磁場
コイル１１０に送られ、Ｘ，Ｙ，Ｚの三方向の傾斜磁場
Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚを発生する。これらＲＦ磁場と傾斜磁
場の加え方により、被検体１０１に対する断層面を設定
することができる。ＲＦ受信部１０５は、受信コイル１
１１の信号を受信する。ＲＦ受信部１０５の出力は、信
号処理部103で画像再構成等の処理をされ、その後、表
示部１０７で表示される。ここで、画像再構成とは、計
測空間上で２次元の複素フーリエ変換を施すことによっ
て、一枚の画像を作成する処理を言う。なお、図１にお
いて、送信コイル１０９と受信コイル１１１と傾斜磁場
コイル１１０は、被検体１０１の周りの空間に配置され
ている。

【００２６】図２は本発明を実現するシーケンス（ＲＦ
パルス及び傾斜磁場印加手順）の一例を示す。このシー
ケンスによって、緩和状態の異なるｎ枚の３２×３２マ
トリックスの画像を得るためには、以下の手順で測定を
行う。

【００２７】(1）１８０度ＲＦパルス２０１を印加して
被検体内の原子核の磁化を反転させる。

【００２８】(2）ディフェィズ傾斜磁場２０３を印加し
残留している横方向の磁化を打ち消す。

【００２９】(3）θ度ＲＦパルス２０２とスライス選択
傾斜磁場２０４を同時に印加して、被検体の注目スライ
スを決定し、スライス内にある原子核の磁化を縦方向に
対してθ度倒す。

【００３０】(4）スライス選択傾斜磁場２０４に対する
リフェイズ傾斜磁場２０５，位置情報を付加するための
エンコード傾斜磁場に対するディフェイズ傾斜磁場２０
６、及び信号読み出しのためのリードアウト傾斜磁場に
対するディフェイズ傾斜磁場２０８を印加する。

【００３１】(5）エンコード傾斜磁場２０７とリードア
ウト傾斜磁場２０９を図のように印加する。このとき画
像作成のために必要なエコー信号のうち８エンコード分
のエコー信号を取得する。

【００３２】(6）(2）から(5）までを順にｎ回繰り返す
手順２１０によって、緩和状態の異なるｎ枚の画像に関
して各々８エンコード分のエコー信号を取得する。

【００３３】(7）ディフェイズ傾斜磁場２０６の大きさ
を変化させ、手順２１０を４回繰り返す。これにより、
ｎ枚の画像を作成するために必要な全エコー信号を取得
できる。

【００３４】図２のシーケンスでは、１８０度ＲＦパル
ス２０１とθ度ＲＦパルス２０２の間の時間をＴａ，θ
度ＲＦパルス２０２同士の間の時間をＴｂとしている。

【００３５】図３は図２のシーケンスを実行したとき
の、手順２１０における縦磁化の振舞いをＲＦパルスの
印加タイミングにあわせて示したものである。初期磁化
３０１に１８０度ＲＦパルス３０５を印加して磁化を１
８０度反転させる。反転した磁化は、時間Ｔａの間縦緩
和し、磁化３０２になる。磁化３０２に対して第１番目
のθ度ＲＦパルス３０６を印加して磁化をθ度倒す。θ
度倒れた磁化の横方向成分は、第１の緩和状態の画像作
成に寄与する信号としてエコープラーナ法によって検出
される。残された縦方向成分は、さらに時間Ｔｂの間縦
緩和し、磁化303になる。以下同様にして、ｎ枚目の磁
化３０４に対する信号取得までを繰り返し、ｎ枚の緩和
状態が異なる画像を作成するために必要なエコー信号の
一部を取得できる。

【００３６】図４は、図２のシーケンスを実行し、緩和
状態の異なる八枚の画像を得たときに取得する信号を計
測空間上に配列した説明図で、一枚目の画像４０２から
八枚目の画像４０３までを表している。ここで、計測空
間とは、リードアウト傾斜磁場の印加量を横軸ｋｘに、
エンコード傾斜磁場の印加量を縦軸ｋｙにとり、傾斜磁
場の印加量に従ってエコー信号のサンプリングポイント
４０１を配列したものである。図に示すようにエコー信
号のサンプリングポイント４０１は線４０４,４０５，
４０６，４０７上にそれぞれ並んでおり、測定はこの線
に沿って順番に行われる。この線をここでは信号取得系
列と呼ぶ。各画像は、一つの信号取得系列４０４に関し
て一枚目から順に八枚目まで測定し、その後次の信号取
得系列４０５に関して一枚目から八枚目まで測定する。
これを４０６，４０７と繰り返すことにより、ｎ枚の画
像の全信号が取得できる。

【００３７】図５は本発明を実現するシーケンスの他の
例を示す。このシーケンスによって、緩和状態の異なる
ｎ枚の３２×３２マトリックスの画像を得るためには、
以下の手順で測定を行う。

【００３８】(1）１８０度ＲＦパルス５０１を印加して
被検体内の原子核の磁化を反転させる。

【００３９】(2）ディフェィズ傾斜磁場５０３を印加し
残留横磁化を打ち消す。

【００４０】(3）θ度ＲＦパルス５０２とスライス選択
傾斜磁場５０４を同時に印加して、被検体の注目スライ
スを決定し、スライス内にある原子核の磁化をθ度倒
す。

【００４１】(4）スライス選択傾斜磁場５０４に対する
リフェイズ傾斜磁場５０５，位置情報を付加するための
エンコード傾斜磁場に対するディフェイズ傾斜磁場５０
６を印加する。

【００４２】(5）エンコード傾斜磁場５０７とリードア
ウト傾斜磁場５０８を図５のように印加する。このとき
画像作成のために必要なエコー信号のうち８エンコード
分のエコー信号を取得する。

【００４３】(6）(2）から(5）までを順にｎ回繰り返す
手順５０９によって、緩和状態の異なるｎ枚の画像に関
して各々８エンコード分のエコー信号を取得する。

【００４４】(7）ディフェイズ傾斜磁場５０６の大きさ
を変化させ、手順５０９を４回繰り返す。これにより、
ｎ枚の画像を作成するために必要な全エコー信号を取得
できる。

【００４５】図５のシーケンスでは、１８０度ＲＦパル
ス５０１とθ度ＲＦパルス５０２の間の時間をＴａ，θ
度ＲＦパルス５０２間の時間をＴｂとしている。

【００４６】図５に示すシーケンスが図２のシーケンス
と異なる点は、エンコード傾斜磁場とリードアウト傾斜
磁場の印加方式であり、測定されたエコー信号のサンプ
リングポイントの計測空間での配列が異なってくる。図
６にその様子を示す。

【００４７】図６は、図５のシーケンスを実行し、緩和
状態の異なる画像八枚を得たときに信号を計測空間上に
配列したもので、一枚目の画像の計測空間６０２から八
枚目の画像の計測空間６０３までを表している。Ａ／Ｄ
のサンプリングポイント601は信号取得系列６０４，６
０５，６０６，６０７に沿って順番に測定される。各画
像は、一つの信号取得系列６０４に関して一枚目から順
に八枚目まで測定し、その後次の信号取得系列６０５に
関して一枚目から八枚目まで測定する。これを６０６，
６０７と繰り返すことにより、八枚の画像の全信号が取
得できる。

【００４８】上記方法で得られる緩和状態が異なる複数
の画像を用いて、縦緩和時間の時定数Ｔ₁求めることが
できる。次にその方法を示す。数１は図３に示した縦磁
化の振舞いを表す式で、Ｍｎはｎ番目のθ度ＲＦパルス
を印加する前の磁化の大きさ、Ｍ₀は最初の磁化の大き
さ，ｎは撮像枚数を表している。数１においてαはcos
θ ，βは数２，γは数３，Ｔａ，Ｔｂは緩和の待ち時
間である。また、ψは最初に核磁化が倒れる角度で数４
で表される。数４において、θ₀は核磁化を倒すために
装置で設定する角度，θは核磁化が実際に倒れている角
度を表す。数１において、ｎ枚（この場合，ｎ≧３）の
画像の各画素に注目し、その信号強度変化からＴ₁，Ｍ
₀，θを未知数とした非線形最小自乗近似を行えば、そ
れぞれの値を決定することができる。

【００４９】

【数１】

【００５０】

【数２】

【００５１】

【数３】

【００５２】

【数４】

【００５３】ＲＦパルスによって磁化の倒れる角度θ
は、印加するＲＦパルスの強度に比例し、被検体中の場
所によって異なる。また、一般にθの絶対値を決めるこ
とは困難である。次にその様子を示す。

【００５４】図７は、ＲＦの磁場強度分布の一例を示し
ている。これは、直径１２.５cm ，１ターンの円形表面
コイル７０１の作るＲＦの強度分布である。数１によれ
ば、このようなＲＦの強度が不均一であっても、Ｔ₁を
決定することが出来る。また、絶対値を決めることが困
難な、磁化が実際に倒れている角度θも、数１によれ
ば、求めることができる。

【００５５】図８は、Ｔ₁の異なる二つの原子核が同一
画素内に混在するときの縦磁化の変化の様子を示した図
である。Ｔ₁＝Ｔ_1Aであるような原子核が単一で一画素
内に存在するときの縦磁化の変化の様子８０１と、Ｔ₁
＝Ｔ_1Bであるような原子核が単一で一画素内に存在す
るときの縦磁化の変化の様子８０３に対して、それら二
つの原子核が同一画素内に存在するときには、その画素
の信号強度変化は、見かけ上Ｔ₁＝Ｔ_1kであるような原
子核と同一の変化８０３を示す。このときＴ_1kはＴ_1Aと
Ｔ_1Bを用いて数５で表される値である。

【００５６】

【数５】

【００５７】得られた縦緩和状態の異なる複数の画像そ
れぞれの空間分解能が低く、このようにＴ₁の異なる複
数の原子核が同一画素内に混在するときには、得られる
Ｔ₁分布の精度は劣化する。この問題点に対しても本方
法が有効である。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、縦緩和の状態が異なる
複数の画像を、短時間に且つ高い分解能で取得すること
が可能なＭＲＩ撮像方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための装置構成を示すブロッ
ク図。

【図２】本発明の第一の実施例のシーケンスを示す図。

【図３】本発明の実施例での縦磁化を示すタイミングチ
ャート。

【図４】本発明の実施例での取得信号の配列を示す説明
図。

【図５】本発明の第二の実施例のシーケンスを示す図。

【図６】本発明の第二の実施例での取得信号の配列を示
す説明図。

【図７】ＲＦの磁場強度の一例を示す図。

【図８】Ｔｉの異なる二つの原子核が同一画素内に混在
するときの縦磁化の変化を示すグラフ。

【符号の説明】

２０１，２０２…ＲＦパルス、２０３…スポイラー傾斜
磁場、２０４…スライス選択傾斜磁場、２０５…リフェ
イズ傾斜磁場、２０６，２０８…ディフェイズ傾斜磁
場、２０７…エンコード傾斜磁場、２０９…リードアウ
ト傾斜磁場、210…信号取得の１パターン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本悦治東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子核の磁化の縦緩和状態が異なる画像を
取得するためのＭＲＩ撮像方法において、１８０度ＲＦ
パルスを印加して被検体内の原子核の磁化を反転させる
ステップ１と、前記ステップ１の時間Ｔａ経過後から、
θ度（θ＜９０）ＲＦパルスを印加し画像一枚を作成す
るために必要な全エコー信号の一部をエコープラーナ法
により取得することを時間Ｔｂ間隔でｎ回行うステップ
２を有し、前記ステップ１と前記ステップ２を磁化の回
復期間を挟んで繰り返すことにより縦緩和状態が異なる
画像をｎ枚取得することを特徴とするＭＲＩ撮像方法。
【請求項２】請求項１に記載の撮像方法により取得する
緩和状態の異なるｎ枚の画像を用い、各画素毎にスピン
密度Ｍ₀，縦緩和の時定数Ｔ₁を求め、Ｍ₀，Ｔ₁の分
布像を得るＭＲＩ撮像方法。
【請求項３】請求項１に記載の撮像方法により取得する
緩和状態の異なるｎ枚の画像を用い、スピン密度Ｍ₀，
縦緩和の時定数Ｔ₁，磁化の倒れる角度θの三数をパラ
メータとした非線形最小自乗近似法によって、各画素毎
にＭ₀，Ｔ₁，θを求め、分布画像を得るＭＲＩ撮像方
法。