(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の置かれた空間に静磁場、傾斜磁場及び高周波磁場をそれぞれ与え、前記被検体の撮影対象領域の組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴信号を起こさせる各磁場発生手段と、前記撮影対象領域から生じる核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、前記各磁場発生手段及び前記受信手段を制御し、所定のパルスシーケンスで所定の磁場パルスを発生するとともに前記各磁気共鳴信号を計測するためのシーケンス制御手段と、前記受信手段で検出した信号を用いて画像再構成演算を行い、得られた画像を表示する画像処理手段とを備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記シーケンス制御手段で実行されるパルスシーケンスは、前記撮影対象領域の活性時と休息時とで異なり、前記高周波磁場パルスの印加直後のエコー信号の計測において血流からの信号を増強する傾斜磁場を印加するステップを含む第１のパルスシーケンスと、前記高周波磁場パルスの印加直後のエコー信号の計測において血流からの信号を低信号化する傾斜磁場を印加するステップを含む第２のパルスシーケンスとから成り、各パルスシーケンスは、
１）前記高周波磁場パルスを前記撮影対象領域の緩和時間よりも短い繰り返し時間で繰り返し印加するステップと、
２）前記各繰り返し時間内において、前記高周波磁場パルスの印加直後及び印加直前に生じる２つのエコー信号を計測するステップと
を含み、
前記画像処理手段は、前記第１及び第１のパルスシーケンスで取得されたエコー信号から得られる画像の差分を取ることにより前記機能画像及び前記血流画像を得、前記２つのエコー信号のうち、一方を用いて前記被検体の機能計測画像を得るとともに他方を用いて前記撮影対象領域の血流画像を得ることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
被検体の置かれた空間に静磁場、傾斜磁場及び高周波磁場をそれぞれ与え、前記被検体の撮影対象領域の組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴信号を起こさせる各磁場発生手段と、前記撮影対象領域から生じる核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、前記各磁場発生手段及び前記受信手段を制御し、所定のパルスシーケンスで所定の磁場パルスを発生するとともに前記各磁気共鳴信号を計測するためのシーケンス制御手段と、前記受信手段で検出した信号を用いて画像再構成演算を行い、得られた画像を表示する画像処理手段とを備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記シーケンス制御手段で実行されるパルスシーケンスは、前記撮影対象領域の活性時と休息時とで異なり、前記高周波磁場パルスの印加直後のエコー信号の計測において血流からの信号を増強する傾斜磁場を印加するステップを含む第１のパルスシーケンスと、前記高周波磁場パルスの印加直後のエコー信号の計測において血流からの信号を低信号化する傾斜磁場を印加するステップを含む第２のパルスシーケンスとから成り、各パルスシーケンスは、
１）前記高周波磁場パルスを前記撮影対象領域の緩和時間よりも短い繰り返し時間で繰り返し印加するステップと、
２）前記各繰り返し時間内において、前記高周波磁場パルスの印加直後及び印加直前に生じる２つのエコー信号を計測し、前記撮影対象領域の３次元の画像データを取得するステップと
を含み、
前記画像処理手段は、前記第１及び第１のパルスシーケンスで取得されたエコー信号から得られる画像の差分を取ることにより前記機能画像及び前記血流画像を得、前記２つのエコー信号のうち、一方を用いて前記被検体の機能計測画像を得るとともに他方を用いて前記撮影対象領域の血流画像を得、更にいずれか一方を用いて前記撮影対象領域の表面構造を描画することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は核磁気共鳴（以下「ＮＭＲ」という）現象を利用して被検体の断層画像を得る磁気共鳴イメージング（以下「ＭＲＩ」という）のための装置に係わり、特に脳の活性領域、脳血流及び脳表面構造を同時に映像化することができるＭＲＩ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＩ技術は今日では単なる生体断層像を得るのみならず、生体機能を画像化することに使用されている。このような技術は生体内の物質の酸化状態等の変化に伴う磁性挙動変化を利用して画像を形成するものである。
【０００３】
脳活性化領域のＭＲＩによる画像化は脳の活性化に伴っておこる血流中のヘモグロビンの酸化、還元反応によりＮＭＲ信号の強度が変化することを利用して画像を形成する。即ち、常磁性物質であるヘモグロビンが脳の活性化に伴う酸素消費により還元され、デオキシヘモグロビンになると反磁性に変化して、ＮＭＲ信号が増強されることを利用するものである。このような脳の活性化領域の画像化の具体例は、例えばMagnetic Resonance in Medicine, 33, 736-743 (1995)に見られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、脳の活性化領域を画像化する際、上記の信号の強度の変化は主要な静脈等の血流の拍動や血流の増減による信号の強度の変化と区別することは困難である。従って正確な脳活性化領域の画像を得ようとすると、脳の活性化領域を描出する画像ともう一つ別に脳の血流を示す血流画像を撮影し、それらの位置関係から脳の活性化領域と血流の拍動や血流の増減とを区別しなければならない。また、脳の活性化領域が脳のどの位置にあるかを知るために、血管の位置を表す画像や脳表面構造画像を別に撮影する必要がある。
【０００５】
従って、脳の活性化領域の画像化のためには複数回の撮像を行わなければならず、煩雑で時間のかかるものであった。
【０００６】
ところで、従来、撮影対象の緩和時間に対し、極端に短い繰り返し時間（ＴＲ）で高周波パルスを照射すると撮影領域に定常歳差状態(SSFP, Steady-State Free Precession)が起こり、図２に示すように、高周波パルスの直前と直後に２種のエコー信号２０２、２０１が得られることが知られている。この高周波パルスの直後に得られる信号２０１はフリーインダクションディケイ(FID, Free Induction Decay) 信号と呼ばれ、高周波パルスの直前に得られる信号２０２はタイムリバースドインダクションディケイ(Time-reversed FID) 信号と呼ばれる。このタイムリバースドＦＩＤ信号は、前前段の高周波パルスと前段の高周波パルスにより生じるエコー信号と同様の性質を持つため強く横緩和を受ける。また、この信号は、２倍の繰り返し時間をエコー時間とする。このような定常歳差状態に生じる信号を映像化する方法は、例えばMagnetic Resonance in Medicine, 7, 35-42 (1988)に詳しく論じられている。
【０００７】
本発明は、上記のようなＳＳＦＰ状態を与える高周波パルスを使用して得られる２種のエコー信号を利用して、脳の活性領域、脳血流及び脳表面構造を同時に映像化することができるＭＲＩ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明の磁気共鳴イメージング装置は、被検体の置かれた空間に静磁場、傾斜磁場及び高周波磁場をそれぞれ与え、被検体の撮影対象領域の組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴信号を起こさせる各磁場発生手段と、撮影対象領域から生じる核磁気共鳴信号を受信する受信手段と、各磁場発生手段及び受信手段を制御し、所定のパルスシーケンスで所定の磁場パルスを発生するとともに各磁気共鳴信号を計測するためのシーケンス制御手段と、受信手段で検出した信号を用いて画像再構成演算を行い、得られた画像を表示する画像処理手段とを備え、シーケンス制御手段で実行されるパルスシーケンスは、１）高周波磁場パルスを撮影対象領域の緩和時間よりも短い繰り返し時間で繰り返し印加するステップと、２）各繰り返し時間内において、高周波磁場パルスの印加直後及び印加直前に生じる２つのエコー信号を計測するステップとを含み、画像処理手段は、２つのエコー信号のうち、一方を用いて被検体の機能計測画像を得るとともに他方を用いて撮影対象領域の血流画像を得るものである。ここで、シーケンス制御手段のパルスシーケンスが撮影対象領域の３次元の画像データを取得するステップを含む場合には、画像処理手段は、２つのエコー信号のうち、機能計測画像を得るための信号或いは血流画像を得るための信号のいずれか一方を用いて撮影対象領域の表面構造をも描画する。
【０００９】
また本発明の磁気共鳴イメージング装置は、シーケンス制御手段の実行するパルスシーケンスが撮影対象領域の活性時と休息時とで異なり、そのうち第１のパルスシーケンスは高周波磁場パルスの印加直後のエコー信号の計測において血流からの信号を増強する傾斜磁場を印加するステップを含み、第２のパルスシーケンスは高周波磁場パルスの印加直後のエコー信号の計測において血流からの信号を低信号化する傾斜磁場を印加するステップを含む。そして画像処理手段は、これら第１のパルスシーケンスにおいて得られる２つのエコー信号から形成した２つの画像と第２のパルスシーケンスにおいて得られた２つのエコー信号から形成した２つの画像のそれぞれの差分を取ることにより機能画像と血流画像を描画する。この場合、３次元描画のための信号が取得される場合には、２つのエコー信号の一方を用いて撮影対象領域の表面構造を合せて描画する。
【００１０】
ここで第１のパルスシーケンスは、例えば被検体の脳の活性化時に実行され、高周波パルスの直後に発生される信号の計測に際して、被検体内の流体部に生じる位相回りを取り除くための傾斜磁場が印加される。また、血流からの信号を低信号化する第２のパルスシーケンスは、被検体の脳の休息時に実行され、高周波パルスの直後に発生される信号の計測に際して、被検体内の流体部に位相回りを与えるための傾斜磁場が印加される。
【００１１】
また本発明のＭＲＩ装置は特に脳の機能計測に好適に適用され、その好適な態様においては、画像化された脳活性化領域の画像と脳皿流の画像と脳表面構造の画像を合成し、それぞれの位置関係を描出する。
【００１２】
本発明のＭＲＩ装置によれば、脳の活性時と休息時に撮影対象領域内の緩和時間に対し極端に短い繰り返し時間で任意角度の高周波パルスを印加し、定常歳差状態を起こし、その時生じる高周波パルス直後のFID信号と直前のタイムリバースドFID 信号を同時に計測する。そして、例えば高周波パルス直後のFID信号計測に際して、脳の活性化時に流体部に生じる位相回りを取り除くように傾斜磁場を印加し、脳の休息時に流体部に位相回りを起こさせるように傾斜磁場を印加し、得られる画像の差分画像を作り、一方から脳の活性領域、もう一方から脳の血流を画像化し、いずれかどちらか一方の信号を使い、脳表面構造を画像化する。
【００１３】
従って本発明のＭＲＩ装置によれば、脳の活性化領域、脳血流及び脳表面構造を同時に映像化することができ、画像化された脳活性化領域の画像と脳皿流の画像と脳表面構造の画像を合成し、合成画像からそれぞれの位置関係を描出することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の磁気共鳴イメージング方法を実施するＭＲＩ装置の構成概要を示すブロック図を示す。図１に示したＭＲＩ装置は、被検体の置かれた空間に静磁場を与える静磁場発生手段である磁石101、被検体内で核磁気共鳴を生じさせるための高周波磁場を発生し照射する送信系である励起システム102、被検体から発生する信号を受信し検波した後、A/D変換するための受信システム103、磁場の強さをＸ、Ｙ、Ｚ方向にそれぞれ独立に線形に変化させることが可能な傾斜磁場発生システム104、受信システム103からの計測データを基に画像形成に必要な各種演算及び画像の表示を行なう画像処理システム105、上記構成における各システムの動作タイミングをコントロールするシーケンス制御システム106、高周波の送受信に使用するプローブ107、及びオペレーションを行なう操作卓108を備えている。
【００１５】
上記の通り、本発明の磁気共鳴イメージング方法を実施するＭＲＩ装置の構成は、以下に説明するような本発明の方法を実施するためのパルスシーケンスを実行するシーケンス制御システムと、本発明の方法に従ってエコー信号を処理するための制御システムとを備えること以外は従来のＭＲＩ装置の構成と同様なものであってよい。
【００１６】
本発明のＭＲＩ装置においては、図２に示すような撮影対象例えば脳組織の緩和時間に対し極端に短い繰り返し時間の高周波パルスの印加と、それにより生じる定常歳差状態(SSFP)において得られる信号（ＳＳＦＰ信号）を利用する。このＳＳＦＰ信号には、高周波パルス直後に生じるＦＩＤ信号201と、高周波パルス直前に生じるタイムリバースドＦＩＤ信号202が含まれるが、本発明のＭＲＩ装置においては、これらの二種の信号を同時に計測するパルスシーケンスを実行して、一方例えばＦＩＤ信号を血流計測に、タイムリバースドＦＩＤを機能計測に用いる。
【００１７】
次に本発明のＭＲＩ装置において実施される脳機能計測方法の一例を図３に示すタイムチャートを用いて説明する。脳機能の計測を行うためには、脳が活性化している状態と休息している状態を形成する必要があり、被検体に対し光刺激や指のタッピングなどの運動刺激を加える時間とそれらの刺激を加えない休息の時間を交互に繰り返し、脳が活性化している状態と休息している状態を交互に形成する。そしてそれぞれの状態の期間に数度の信号計測を行う。
【００１８】
図３では、活性化刺激を行っている期間をONとし、行っていない期間をOFFとして示している。丸数字▲１▼、▲２▼、▲３▼・・・は、それぞれパルスシーケンスの繰り返しを表し、図２に示すような高周波パルスの印加とその前後における信号の計測が繰り返される。例えば、信号計測を繰り返し時間(TR)を２０ms、画像形成を128×128のマトリクスで行う場合、画像形成のための計測にかかる時間は、２０ms×128 = 2560 msである。従って図示するように刺激を加える時間と刺激を加えない休息の時間をそれぞれ３０秒とすると、信号計測はそれらの時間の間に11回行うことができる。
【００１９】
前述したように本発明においては１回のシーケンスにおいてFID信号とタイムリバースドFID信号の２つのエコー信号を計測するわけであるが、脳の活性化領域を描画するには、タイムリバースドFID信号を利用する。このため、まず図６に示すように刺激ON時に計測したタイムリバースドFID信号を用いて画像601を形成する。同様に刺激OFF時に計測したタイムリバースドFID信号を用いた画像から平均値の画像602を形成する。これら２つの画像601、602の差分を演算することにより減算画像603を得る。この減算画像603には、刺激ONと刺激OFF時の信号強度の違う場所が残り、そこが刺激により活性化した場所である。また、活性化領域を描画する他の処理としてt-検定などの統計処理を行うこともできる。
【００２０】
ところでこのように得られた機能画像603は、血流の変化による情報が混在している可能性があり、血流画像と位置関係付ける必要がある。このため、本発明では、１回の信号計測において計測された２つの信号のうち、残りの信号、即ちFID信号を用いて血流画像を形成する。以下この血流描出方法について説明する。
【００２１】
一般にＭＲＩにより血流を描出する方法としては、スライス面に新たに流入するスピンの流入効果を用いたタイムオブフライト(Time of Flight, FOT) 法、血流によるスピンの位相拡散の有無を用いて差分を行い血流画像を得るＰＳ(Phase Sensitive) 法、血流による位相拡散の極性を反転し、差分を行い血流画像を得るＰＣ(Phase Contrast)法等が主として知られているが、本実施例においてはＰＳ法を使用した場合について説明する。
【００２２】
ＰＳ法では、血流信号を高信号化した画像と低信号化した画像との差分を取るために血流信号を高信号化するためのパルスシーケンス（リフェイズシーケンス）と低信号化するためのパルスシーケンスの２つのパルスシーケンス（ディフェイズシーケンス）を採用する。
【００２３】
図４は、１回の計測で２つの信号を得るためのパルスシーケンスにＰＳ法を適用したパルスシーケンスの一例を示すもので、図４（ａ）にはリフェイズシーケンスが、（図４（ｂ））にはディフェイズシーケンスが示されている。
【００２４】
まず図４（ａ）のリフェイズシーケンスにおいては、画像化する対象領域をスライス傾斜磁場パルス403でスライス選択し、任意角度の高周波パルス402で励起する。このとき生じるFID信号を周波数エンコード傾斜磁場パルス410、411によりエコー信号として集め、区間413でADサンプリングする。この際（ａ）のリフェイズシーケンスでは、エコー信号は位相エンコード傾斜磁場パルス407によって位相エンコード方向にエンコードされるとともに、流体部の位相回転を０にするようにフロー(Flow)リフェイズする傾斜磁場が印加される。傾斜磁場パルス409、410、411は、周波数エンコード方向にリフェイズする傾斜磁場パターンを構成する。また、傾斜磁場パルス404、405は、パルス403でスライス方向に乱された位相を戻すものであり、パルス403、404、405でスライス方向のフローリフェイズの傾斜磁場パターンを形成している。このようなリフェイズによって、静止部分については後述するディフェイズシーケンスで得られる信号強度と等強度の信号が得られ、移動磁化の存在部位、即ち血流部分では位相拡散による信号の欠損を抑制し、ディフェイズシーケンスよりも高い信号が得られる。
【００２５】
このパルスシーケンスでは、図２に示したように極端に短い繰り返し時間TR(401)で高周波パルス402が印加されるので、高周波パルス直前にもタイムリバースドFID 信号が生じる。このタイムリバースドFID信号は、既に述べた機能計測に用いられるものであり、周波数エンコードパルス411及び412によりエコー信号として集め、区間414でA/Dサンプリングする。このA/Dサンプリング後、位相エンコード傾斜磁場パルス407による位相回転を元に戻すために、パルス407と絶対値が等しく符号が逆の量としてパルス408を印加する。この位相エンコード傾斜磁場パルス408は、位相エンコードパルス407と全く同じ大きさと印加時間を有する。これにより、１回の繰り返しの過程を同一位相エンコードプロジェクシヨン内に計測することになる。
【００２６】
図４（ｂ）のディフェイズシーケンスは、タイムリバースドFID 信号計測についての後半部分は（ａ）のリフェイズシーケンスと全く同じであるが、高周波磁場パルス印加後のスライス方向及び周波数エンコード方向の傾斜磁場パターンがそれぞれ異なる。即ち、スライス選択パルス415、416により、流体部に対しスライス方向に位相回転を起こさせ、周波数エンコードパルス417、418により、周波数方向に位相回転を起こさせる。これによりディフェイズシーケンスで得られるFID信号は、上述のリフェイズシーケンスで計測したFID信号に比べ、流体部からの信号が位相拡散によって抑制されたものとなる。
【００２７】
このような２種類のシーケンスをそれぞれ１枚の画像が必要な回数、例えば１２８回繰り返すことによりリフェイズ画像とディフェイズ画像を得ることができる。本実施例においては、図３のタイムチャートに示すように機能計測の刺激ON及び刺激OFFの切換えに合わせて、リフェイズシーケンスとディフェイズシーケンスとを切換えている。即ち、刺激ONの時間帯（例えば３０秒）に、リフェイズシーケンスによる信号計測（図４に示すシーケンスの１２８回の繰り返し）を複数回行い、刺激OFFの時間帯にディフェイズシーケンスによる信号計測を複数回行うようにしている。
【００２８】
これら２つのシーケンスの繰り返しによって得られる２つの画像は、図５に示すように減算処理され、リフェイズ画像501とディフェイズ画像502との差をとって差分画像503を得る。この画像503では静止部分が消去され、例えば脳血管内の血流のような移動部分のみを高信号で画像化したサブトラクションのアンギオ画像を得ることができる。尚、この時減算処理には、信号間の複素減算を行ってもよい。
【００２９】
以上説明したように本発明によるパルスシーケンスを実行することにより、脳活性化領域の機能画像と脳血流画像の２種の画像を一度に得ることができる。またこれら機能画像と血流画像は、公知の機能画像計測や血流描出法と同様に、２次元又は３次元の画像として得ることができる。
【００３０】
更に本発明の好適な態様においては、上述したパルスシーケンスの実行によって得られるFID信号又はタイムリバースドFID信号のいずれか一方を利用して脳表面構造の画像を得る。この場合、計測を３次元またはマルチスライス法で行う必要がある。脳表面構造の画像を形成するために使用するFID信号及びタイムリバースドFID信号は、リフェイズシーケンスで得られたもの、ディフェイズシーケンスで得られたものの何れでもよく、これらFID信号又はタイムリバースドFID信号によって形成された３次元データを用いて公知のレンダリング手法により描画する。例えば、FID信号によって作成した画像データを用いる場合は、脳の抽出からボリュームレンダリングを行う。またタイムリバースドFID信号の画像を用いる場合は、画像自体が脳脊髄液を強調した強度のＴ2強調画像になっているので、光線追跡法のMIP処理や白黒反転処理等を行うことにより脳表面の構造が描画できる。図７に本発明のＭＲＩ装置で実施される方法において脳表面構造画像を合成する過程を示す。ここでは、FID信号の画像701とタイムリバースドFID信号の画像702のいずれか一方から脳表面構造画像703を形成することを示している。
【００３１】
更に本発明のＭＲＩ装置においては、上記のようにして得た脳機能画像、脳血流画像及び脳表面構造画像を加算処理することにより合成し、それぞれの位置関係を描画することができる。図８に本発明のＭＲＩ装置で実施される方法において脳機能画像と脳血流画像と脳表面構造画像とを合成する過程を示す。
【００３２】
このような合成表示によって、脳の活性部位や脳血流の異常などを識別して観察することができ、診断価値の高い画像を得ることができる。
【００３３】
尚、以上説明した図３の実施例では、刺激ONとリフェイズとを同時に行うようにしているが、刺激ONの時にディフェイズシーケンスを行い、刺激OFFのときにリフェイズシーケンスを行うようにしてもよい。またシーケンスの繰り返し回数やマトリックス数など本実施例で挙げた数字は本発明の実施例であって、これらに限定されるものではない。
【００３４】
また血流描出法としてＰＳ法を採用したが、他の血流描出法、例えばＰＣ法を採用してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のＭＲＩ装置によれば、ＳＳＦＰ状態において生じるFID信号とタイムリバースドFID信号を同時に利用することによって１回の計測で脳の活性化領域、脳血流及び脳表面構造を同時に画像化することができ、画像化された脳活性化領域の画像と脳皿流の画像と脳表面構造の画像を合成し、合成画像からそれぞれの位置関係を描出することができる。これにより短時間で診断価値の高い画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＭＲＩ装置の構成を示すブロツク図。
【図２】本発明のＭＲＩ装置で利用する高周波パルスと、それにより発生するSSFPにおいて生じるFID信号とタイムリバースドFID信号を示す図。
【図３】本発明のＭＲＩ装置が実行するパルスシーケンスのタイムチャートの一例を示す図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明のＭＲＩ装置で使用されるFID信号及びタイムリバースドFID信号を計測するためのパルスシーケンスの一例を示す図。
【図５】本発明のＭＲＩ装置で実施される方法において脳血流画像を合成する過程を示す図。
【図６】本発明のＭＲＩ装置で実施される方法において脳機能画像を合成する過程を示す図。
【図７】本発明のＭＲＩ装置で実施される方法において脳表面構造画像を合成する過程を示す図。
【図８】本発明のＭＲＩ装置で実施される方法において脳機能画像と脳血流画像と脳表面構造画像を合成する過程を示す図。
【符号の説明】
101  磁石（静磁場発生手段）
102  励起システム（高周波磁場発生手段）
103  受信システム（受信手段）
104  傾斜磁場発生システム（傾斜磁場発生手段）
105  画像処理システム（画像処理手段）
106  シーケンス制御システム（シーケンス制御手段）
107  プローブ（受信手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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