JPH11169355A

JPH11169355A - Ｍｒイメージング装置

Info

Publication number: JPH11169355A
Application number: JP9370501A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Ishikawa; 亮宏石川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 1999-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】ＧＲＡＳＥ法において撮像時間を延長させず
に再構成画像のＳ／Ｎ比を向上させる。【解決手段】１８０°パルス間隔内で、Ｇｒパルスを
複数回反転させて、１つのスピンエコー信号Ｓ３と、そ
の前後２つずつのグラジェントエコー信号Ｓ１、Ｓ２、
Ｓ４、Ｓ５を発生させ、Ｓ３はＫスペースの中央に、Ｓ
１、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ５はＫスペースの端部に配置するよ
うＧｐパルスを制御し、Ｓ３発生時のＧｒパルスの振幅
値を小さくするとともにその長さを長くした上で、この
Ｓ３についてのデータサンプリング周波数を低くしてサ
ンプリング時間ｐを、他の信号についてのサンプリング
時間ｑよりも長くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＮＭＲ（核磁気
共鳴）現象を利用してイメージングを行うＭＲイメージ
ング装置に関し、とくにＧＲＡＳＥ法とよばれるグラジ
ェントエコーとスピンエコーのハイブリッドスキャン法
により高速に画像を得るＭＲイメージング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＧＲＡＳＥ（ＧＲａｄｉｅｎｔＡｎｄ
ＳｐｉｎＥｃｈｏ）法は、９０゜パルス（章動パル
ス）を印加した後、複数個の１８０゜パルス（リフォー
カスパルス）を加えるとともに、これらのＲＦパルスの
各々と同時にスライス選択用の傾斜磁場Ｇｓのパルスを
加え、そのＲＦパルスの間隔内で読み出し（および周波
数エンコード）用の傾斜磁場Ｇｒのパルスを加えるとと
もに、このＧｒパルスを１８０゜パルスと１８０゜パル
スとの間で複数回スイッチングさせて、スピンエコーの
信号に加えて、その前後にグラジェントエコーの信号を
発生させ、そして、これらの信号の発生直前に位相エン
コード用の傾斜磁場Ｇｐのパルスをそれぞれ加えて、そ
の各々のＧｐパルスの印加量を、それらの信号から得た
データがＫスペース（生データ空間）上で位相方向に順
に配置されるものとなるような位相エンコード量に対応
させる、というものである（米国特許第５２７０６５４
号およびＫ．ＯｓｈｉｏａｎｄＤ．Ａ．Ｆｅｉｎｂ
ｅｒｇ ”ＧＲＡＳＥ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ−ａｎｄＳ
ｐｉｎ−Ｅｃｈｏ）Ｉｍａｇｉｎｇ：ＡＮｏｖｅｌＦ
ａｓｔＭＲＩＴｅｃｈｎｉｑｕｅ” Ｍａｇｎｅｔ
ｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅｉｎＭｅｄｉｃｉｎｅ
２０，３４４−３４９，１９９１）。

【０００３】さらに詳しく述べれば、リフォーカスパル
ス間隔内で１つのスピンエコー信号とその前後にそれぞ
れ複数個ずつのグラジェントエコー信号が発生し、これ
らの信号が各リフォーカスパルス間隔内で同様に発生す
るので、それらを、スピンエコーグループ（ＳＥグルー
プ）とグラジェントエコーグループとに大きく分けると
ともに、グラジェントエコーはリフォーカスパルス間隔
内で複数個ずつ発生するためそのリフォーカスパルス間
隔内での発生順に第１グラジェントエコーグループ（Ｇ
Ｅ１グループ）、第２グラジェントエコーグループ（Ｇ
Ｅ２グループ）、第３グラジェントエコーグループ（Ｇ
Ｅ３グループ）、第４グラジェントエコーグループ（Ｇ
Ｅ４グループ）というようにグループ分けする。そし
て、それらのグループごとにまとめてＫスペース（生デ
ータ空間）に配置し、ＳＥグループは位相方向中央に並
べるとともに、ＧＥ１、ＧＥ２、ＧＥ３、ＧＥ４の各グ
ループは、ＳＥグループが配置された中央部分を除き、
位相方向の一端から他端に向けて順に配置する。つま
り、このように各信号をＫスペースに配置できるように
各信号に付加する位相エンコード量をコントロールす
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなＧＲＡＳＥ法では、１つのＴＲ（繰り返し期間）内
で多数のエコー信号を発生させてデータ収集するため、
各エコー信号についてデータサンプリングにかける時間
を長くすることができないので、サンプリング周波数を
高めてサンプリング間隔を短くして（サンプリング帯域
を広帯域にして）データ収集せざるを得ず、そのため
に、再構成画像のＳ／Ｎ比が悪いという問題があった。

【０００５】もちろん、これに対しては、各エコー信号
のサンプリング帯域を狭帯域とすることが考えられる
が、そうすると、各エコー信号のデータサンプリングに
かかる時間がそれぞれ長いものとなって、リフォーカス
パルス間隔を延長せざるを得なくなり、１つのＴＲで得
られるエコー数が限られて、撮像画像枚数が制限される
という別の問題が生じてしまう。

【０００６】この発明は、上記に鑑み、リフォーカスパ
ルス間隔の延長という問題を回避することと再構成画像
のＳ／Ｎ比を向上させることとを同時に達成するよう改
善した、ＭＲイメージング装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明によるＭＲイメージング装置においては、
章動パルスおよびリフォーカスパルスを印加するＲＦ送
信手段と、スライス選択用傾斜磁場パルス、位相エンコ
ード用傾斜磁場パルスおよび読み出し用傾斜磁場パルス
を印加する傾斜磁場パルス印加手段と、エコー信号を受
信し、位相検波した後サンプリングしてＡ／Ｄ変換して
データを得る受信手段と、上記ＲＦ送信手段、傾斜磁場
パルス印加手段および受信手段を制御して、１個の章動
パルスを印加した後多数個のリフォーカスパルスを順次
印加するとともにリフォーカスパルスの各々の間隔内で
読み出し用傾斜磁場パルスをスイッチングすることによ
り、それぞれ１つのスピンエコーの信号とその前後の複
数のグラジェントエコーの信号とを発生させ、各エコー
信号から得られるデータが、Ｋスペースにおいて、
（イ）信号を、スピンエコーのグループと、リフォーカ
スパルス間隔内での発生順を基準として第１、第２とい
うように名づけたグラジェントエコーのグループとに分
け、各信号からのデータがそれらのグループごとにまと
まってＫスペースに配置され、かつ（ロ）スピンエコー
グループはＫスペースの中央の領域に、グラジェントエ
コーの各グループは端の領域にそれぞれ配置されるよう
に各エコー信号に位相エンコード量を与え、しかも、ス
ピンエコー発生時に印加する読み出し用傾斜磁場パルス
の振幅値を他に対して低くするとともにこのときのサン
プリング周波数を低くする制御手段と、Ｋスペースに配
置されたデータより画像再構成する手段とが備えられる
ことが特徴となっている。

【０００８】スピンエコーグループのデータがＫスペー
スの中央に配置されるため、このデータによって再構成
画像のコントラストが支配される。そしてスピンエコー
信号については、印加する読み出し用傾斜磁場パルスの
振幅値を他に対して低くするとともにこのときのサンプ
リング周波数を低くして、サンプリングし、データ収集
する。そのため、スピンエコーから得たデータはＳ／Ｎ
比の高いものとなり、これがＫスペースの中央に配置さ
れるので再構成画像のＳ／Ｎ比を高いものとすることが
できる。Ｋスペースの端に配置されるデータは再構成画
像にあまり影響しないためＳ／Ｎ比が悪くてもよいの
で、スピンエコー以外のグラジェントエコーについてサ
ンプリング周波数を高くすることができ、これによりス
ピンエコー以外ではデータの収集時間が延長することを
防ぐことができる。そのため、全体としては、リフォー
カスパルス間隔の延長はきわめて小さく抑えることがで
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて図面を参照しながら詳細に説明する。この発明に
かかるＭＲイメージング装置は、図１で示すように構成
されている。図１において主マグネット１１は強力な静
磁場を発生するもので、この静磁場中に図示しない被検
体が配置される。また、傾斜磁場コイル１２は、Ｘ，
Ｙ，Ｚの直交３軸方向に磁場強度が傾斜する３つの傾斜
磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを、上記静磁場に重畳するように
して発生するよう３組設けられている。被検体には送信
用のＲＦコイル１３と、ＮＭＲ信号の受信用ＲＦコイル
１４とが取り付けられる。

【００１０】ホストコンピュータ２１はシステム全体の
制御を行い、シーケンサ２２はこのホストコンピュータ
２１の制御の下で、被検体の所望の断面での画像を再構
成するためのデータを収集するシーケンス（後に図２を
参照しながら説明する）を行うのに必要な種々の命令を
送信系、受信系および傾斜磁場発生系に送る。傾斜磁場
発生については、波形発生器１５からＧｘ、Ｇｙ、Ｇｚ
に関する所定のパルス波形を所定のタイミングで発生さ
せて、傾斜磁場電源１６に送らせ、傾斜磁場コイル１２
からその波形・タイミングのＧｘ、Ｇｙ、Ｇｚを発生さ
せる。図２のパルスシーケンスで示すスライス選択用傾
斜磁場Ｇｓ、読み出し用（周波数エンコード用）傾斜磁
場Ｇｒ、位相エンコード用傾斜磁場Ｇｐは、これらＧ
ｘ、Ｇｙ、Ｇｚのいずれか１つを用い、あるいはいくつ
かずつを組み合わせて作られる。

【００１１】また、波形発生器１５は、シーケンサ２２
の制御の下でＲＦパルスの波形を所定のタイミングで発
生して振幅変調器２４に送る。この振幅変調器２４に
は、被検体の共鳴周波数に相当する周波数のＲＦ信号が
発生するようにホストコンピュータ２１によってセット
されたＲＦ信号発生器２３からのＲＦ信号がキャリアと
して送られてきており、このキャリアが波形発生器１５
からの波形信号に応じて振幅変調される。この振幅変調
器２４の出力はＲＦパワーアンプ２５を経てＲＦコイル
１３に送られる。こうして、ＲＦコイル１３から送信さ
れるＲＦ信号の波形とタイミングとがシーケンサ２２に
よって定められることにより、図２に示す９０°パルス
や１８０°パルスが被検体に照射されることになる。

【００１２】被検体から発生したＮＭＲ信号は受信用の
ＲＦコイル１４で受信され、プリアンプ２６を経て位相
検波器２７に送られる。位相検波器２７には、送信ＲＦ
パルスのキャリアとなっているＲＦ信号が、ＲＦ信号発
生器２３から送られてきており、この信号が参照信号と
して用いられて位相検波が行われる。Ａ／Ｄ変換器２８
は、シーケンサ２２によってタイミングや周波数などが
制御されたサンプリングパルス発生器２９からのサンプ
リングパルスに応じて、位相検波器２７からの検波信号
をサンプリングし、デジタルデータに変換する。このデ
ジタルデータはホストコンピュータ２１に取り込まれ、
画像再構成装置３３によってフーリエ変換処理される。
これによって再構成された画像はディスプレイ装置３２
によって表示される。指示器３１は、オペレータ等がホ
ストコンピュータ２１に必要な指示を与えるためのキー
ボードやマウスなどである。

【００１３】このようなＭＲイメージング装置におい
て、ホストコンピュータ２１およびシーケンサ２２の制
御の下に図２に示すようなパルスシーケンスが行なわれ
る。図２において、まず９０゜パルス（章動パルス）を
印加した後、複数個（ここでは３個）の１８０゜パルス
（リフォーカスパルス）を加えるとともに、これらのＲ
Ｆパルスの各々と同時にスライス選択用の傾斜磁場Ｇｓ
のパルスを加える。そして読み出し用（および周波数エ
ンコード用）の傾斜磁場Ｇｒのパルスを上記のＲＦパル
スの間隔内で加えるとともに、このＧｒパルスを１８０
゜パルスと１８０゜パルスとの間で複数回（ここでは
正、負、正、負、正と５回）スイッチングさせる。

【００１４】これにより、各々のリフォーカスパルスの
間隔内でそれぞれ５つの信号、つまり、信号Ｓ１〜Ｓ
５、信号Ｓ６〜Ｓ１０、信号Ｓ１１〜Ｓ１５が発生させ
られる。各々のリフォーカスパルスの間隔内の中央で発
生する信号Ｓ３、Ｓ８、Ｓ１３はスピンエコー信号、そ
の前後で発生する他の信号はグラジェントエコー信号で
ある。これらの信号を、スピンエコーグループ（ＳＥグ
ループ）とグラジェントエコーグループとに大きく分け
るとともに、グラジェントエコーはリフォーカスパルス
間隔内で４個ずつ発生するためそのリフォーカスパルス
間隔内での発生順に第１グラジェントエコーグループ
（ＧＥ１グループ）、第２グラジェントエコーグループ
（ＧＥ２グループ）、第３グラジェントエコーグループ
（ＧＥ３グループ）、第４グラジェントエコーグループ
（ＧＥ４グループ）というようにグループ分けする。

【００１５】そして、図３に示すように、これらのグル
ープごとにまとめてＫスペース（生データ空間）に配置
し、ＳＥグループは位相方向中央に並べるとともに、Ｇ
Ｅ１、ＧＥ２、ＧＥ３、ＧＥ４の各グループは、ＳＥグ
ループが配置された中央部分を除き、位相方向の一端か
ら他端に向けて（図では上から下に向けて）順に配置す
る。各グループの中では発生順に上から下に向けて配置
する。つまり、このように各信号をＫスペースの各々の
場所に配置できるように各信号の発生時に印加されるＧ
ｐパルスの印加量（振幅値の時間積分）をコントロール
して付加する位相エンコード量を定める。なお、この図
３で示すＫスペースでは、図の上下方向が位相方向（中
央が位相エンコード量０、上方向が位相エンコード量が
プラスの方向、下方向が位相エンコード量がマイナスの
方向）、左右方向が周波数方向である。

【００１６】さらに、Ｇｒパルスの振幅値および印加時
間は、スピンエコー発生時とグラジェントエコー発生時
とで異なるものとなるようにコントロールされる。すな
わち、図４にパルスシーケンスの一部を拡大して示すよ
うに、Ｇｒパルスの振幅値は他に対して小さくされると
ともに印加時間が長くされる。そして、このスピンエコ
ーのデータを収集するためのサンプリングパルスの周波
数が低くされる。したがって、このスピンエコーについ
てはサンプリング間隔が広くなってサンプリング時間ｐ
はグラジェントエコーについてのサンプリング時間ｑよ
りも長いものとなり（ｐ＞ｑ）、周波数帯域はより狭い
ものとなるので、サンプリングデータのＳ／Ｎ比を向上
させることができる。

【００１７】このＳ／Ｎ比の高められたデータは、図３
に示すようにＫスペースの中央に配置される。このＫス
ペースに配置されたデータを２次元フーリエ変換するこ
とにより画像が再構成されるが、その再構成画像のコン
トラストを決定するのは低周波部分のデータであり、つ
まりＫスペースの中央に配置されたデータである。そこ
で、この中央に配置されるデータがＳ／Ｎ比の高いもの
とされているので、再構成画像のＳ／Ｎ比を実質的に高
めることができる。Ｋスペースの中央に配置される以外
のデータ、ＧＥ１〜ＧＥ４に属するデータについてはサ
ンプリング周波数は高いままであるため周波数帯域は広
帯域となりＳ／Ｎ比は悪いが、Ｋスペースの端部に配置
されるため、再構成画像に影響を与えない。結局、スピ
ンエコーについてのみサンプリング周波数を低くしただ
けであるから、１８０°パルスの間隔が長くなることは
あまりなく、その割にはＳ／Ｎ比の良好な再構成画像が
得られることになる。

【００１８】ここでは、データサンプリング周波数はス
ピンエコーについてのみ低くしているが、Ｋスペースの
端部に配置されるデータほど再構成画像への寄与度が低
くなるため、データのＳ／Ｎ比に対する要求度が低くな
ることに着目して、データサンプリング周波数を、スピ
ンエコーに対する各グラジェントエコーの時間的接近度
に応じて変化させるようにすることもできる。

【００１９】つまり、図５に示すように、Ｇｒパルスの
振幅値と印加時間を、ＳＥグループに属するスピンエコ
ー信号（Ｓ３など）については小・長、スピンエコーに
対しては時間的に最も離れたＧＥ１、ＧＥ４グループに
属するグラジェントエコー（Ｓ１、Ｓ５など）について
は大・短、スピンエコーに対しては時間的に中間のＧＥ
２、ＧＥ３グループに属するグラジェントエコー（Ｓ
２、Ｓ４など）については中・中とするように、各グラ
ジェントエコーについてのＧｒパルスの振幅値と印加時
間をスピンエコーに対するそれらグラジェントエコーの
時間的接近度に応じて変化させる。この場合、サンプリ
ング時間は、スピンエコーについてｐ、スピンエコーに
対しては時間的に近いＧＥ２、ＧＥ３グループに属する
グラジェントエコーについてはｑ、スピンエコーに対し
ては時間的に遠いＧＥ１、ＧＥ４グループに属するグラ
ジェントエコーについてはｒとすると、ｐ＞ｑ＞ｒの関
係になる。

【００２０】このように、再構成画像への寄与度に応じ
て必要なデータのＳ／Ｎ比を見極め、それにしたがって
データサンプリング周波数（サンプリング時間）を各信
号ごとにそれぞれ変えることによって、１８０°パルス
間隔を延長させることなく、実質的にＳ／Ｎ比の良好な
再構成画像を得ることができる。

【００２１】なお、ここでは１ＴＲにつき、１５個のエ
コー信号を発生させるようにしているが、リフォーカス
パルス（およびそれに伴うＧｓ、Ｇｒ、Ｇｐ）の数を増
減すれば、２０個あるいはそれ以上の数のエコー信号を
発生させることもできるし、１０個あるいはそれ以下の
数のエコー信号を発生させることもできる。また、リフ
ォーカスパルスとリフォーカスパルスとの間で、Ｇｒを
５回スイッチングさせて１個のスピンエコー信号とその
前後に２個ずつのグラジェントエコー信号とを発生させ
ているが、これらの数についても制限されない。また、
ＳＥ、ＧＥ１〜ＧＥ４の各グループ内での各信号のＫス
ペースへの配列順序も上記のものに限定されない。上記
ではＫスペースの最も中央にスピンエコー信号Ｓ８が配
され、これにより再構成画像のコントラストが支配され
るが、最も早い時点で発生するスピンエコー信号Ｓ１が
Ｋスペースの最も中央に配置されるようにすることもで
き、これによりスピンエコー信号Ｓ１によって支配され
るコントラストの画像を再構成できるというように、各
グループ内での各信号のＫスペースへの配列順序を変え
ることによって違ったコントラストの画像を得ることが
可能となる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のＭＲイ
メージング装置によれば、ＧＲＡＳＥ法において、スピ
ンエコーについてのデータサンプリング周波数を低くし
てＫスペースの中央に配置されるデータについてのみＳ
／Ｎ比を高めるようにしたため、リフォーカスパルス間
隔つまり撮像時間を延長させずに再構成画像のＳ／Ｎ比
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態にかかるＭＲイメージン
グ装置を示すブロック図。

【図２】同実施形態において行うパルスシーケンスを示
すタイムチャート。

【図３】同実施形態におけるＫスペースを示す図。

【図４】図２のパルスシーケンスの一部を拡大して示す
タイムチャート。

【図５】変形例にかかるパルスシーケンスの一部を拡大
して示すタイムチャート。

【符号の説明】

１１静磁場発生用主マグネット１２傾斜磁場コイル１３送信用ＲＦコイル１４受信用ＲＦコイル１５波形発生器１６傾斜磁場電源２１ホストコンピュータ２２シーケンサ２３ＲＦ信号発生器２４振幅変調器２５ＲＦパワーアンプ２６プリアンプ２７位相検波器２８Ａ／Ｄ変換器２９サンプリングパルス発生器３１指示器３２ディスプレイ装置３３画像再構成装置Ｓ１、Ｓ６、Ｓ１１スピンエコー信号の直前
の比較的離れたグラジェントエコー信号Ｓ２、Ｓ７、Ｓ１２スピンエコー信号の直前
の接近したグラジェントエコー信号Ｓ３、Ｓ８、Ｓ１３スピンエコー信号Ｓ４、Ｓ９、Ｓ１４スピンエコー信号の直後
の接近したグラジェントエコー信号Ｓ５、Ｓ１０、Ｓ１５スピンエコー信号の直後
の比較的離れたグラジェントエコー信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】章動パルスおよびリフォーカスパルスを
印加するＲＦ送信手段と、スライス選択用傾斜磁場パル
ス、位相エンコード用傾斜磁場パルスおよび読み出し用
傾斜磁場パルスを印加する傾斜磁場パルス印加手段と、
エコー信号を受信し、位相検波した後サンプリングして
Ａ／Ｄ変換してデータを得る受信手段と、上記ＲＦ送信
手段、傾斜磁場パルス印加手段および受信手段を制御し
て、１個の章動パルスを印加した後多数個のリフォーカ
スパルスを順次印加するとともにリフォーカスパルスの
各々の間隔内で読み出し用傾斜磁場パルスをスイッチン
グすることにより、それぞれ１つのスピンエコーの信号
とその前後の複数のグラジェントエコーの信号とを発生
させ、各エコー信号から得られるデータが、Ｋスペース
において、（イ）信号を、スピンエコーのグループと、
リフォーカスパルス間隔内での発生順を基準として第
１、第２というように名づけたグラジェントエコーのグ
ループとに分け、各信号からのデータがそれらのグルー
プごとにまとまってＫスペースに配置され、かつ（ロ）
スピンエコーグループはＫスペースの中央の領域に、グ
ラジェントエコーの各グループは端の領域にそれぞれ配
置されるように各エコー信号に位相エンコード量を与
え、しかも、スピンエコー発生時に印加する読み出し用
傾斜磁場パルスの振幅値を他に対して低くするとともに
このときのサンプリング周波数を低くする制御手段と、
Ｋスペースに配置されたデータより画像再構成する手段
とを備えることを特徴とするＭＲイメージング装置。