(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場を発生する静磁場磁石と、前記静磁場磁石が発生する静磁場内に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルと、高周波磁場を発生するとともに核磁気共鳴信号を検出する高周波コイルと、所定のパルスシーケンスに従って、前記傾斜磁場コイルおよび高周波コイルを駆動する制御部と、前記パルスシーケンスを格納する記憶部と、を備え、
前記記憶部に格納されるパルスシーケンスは、複数種の傾斜磁場パルスの印加を含み、前記複数種の傾斜磁場パルスのすべての種類の傾斜磁場パルスは、周波数ゼロから大きくなるに従い強度が実質的に漸減する周波数分布を有する基本波形を用いて調整したパルスを含み、
前記パルスシーケンスは、前記傾斜磁場パルスの印加開始時刻から印加終了時刻までの間に、高周波磁場パルスがないか高周波磁場パルスが１個ある、のいずれかの条件を満たし、高周波磁場パルスが１個ある場合の傾斜磁場パルスはスライス選択傾斜磁場パルスである
ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記傾斜磁場パルスの基本波形は、平坦部分を持たず、上又は下に凸のなめらかに変化する波形であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記傾斜磁場パルスの基本波形は、半周期のサイン二乗波またはガウシアン波形であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項４】
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記複数種の傾斜磁場パルスは、傾斜磁場強度が１０ｍＴ／ｍ以下及び／またはパルスの印加時間が３ｍｓ以上であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項５】
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記高周波コイルが発生する高周波磁場パルスを、前記傾斜磁場パルスに応じて再計算する高周波磁場パルス算出部をさらに備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項６】
請求項１に記載の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が、スライス選択傾斜磁場を用いる二次元撮像のパルス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。
【請求項７】
請求項１に記載の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が、三次元撮像のパルス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。
【請求項８】
請求項７に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記三次元撮像のパルスシーケンスが、三次元ラジアル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。
【請求項９】
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記制御部は、ユーザーがパルスシーケンスの条件を入力する入力装置をさらに備え、前記入力装置を介して入力された条件に従い、前記基本波形を用いた傾斜磁場パルスを調整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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴イメージング技術に関する。特に、傾斜磁場によって発生する音を小さくする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置は、被検体を横切る任意の平面内の水素原子核に核磁気共鳴を起こさせ、発生する核磁気共鳴信号からその平面内における断層像を撮影する医用画像診断装置である。一般的には、撮影面を特定するスライス傾斜磁場を印加すると同時にその面内の磁化を励起させる励起パルスを与え、これにより励起された磁化が収束する段階で発生する核磁気共鳴信号（エコー）を得る。磁化に位置情報を与えるため、励起からエコーを得るまでの間に、断層面内で互いに垂直な方向の位相エンコード傾斜磁場とリードアウト傾斜磁場を印加する。【０００３】
エコーを発生させるためのパルスと各傾斜磁場は、あらかじめ設定されたパルスシーケンスに基づいて印加されるようになっている。このパルスシーケンスは、目的に応じて種々のものが知られている。【０００４】
こうしたパルスシーケンスでは一般に、台形波形の傾斜磁場を高速にオン、オフするため、ボア内では８０ｄＢから１００ｄＢ以上の非常に大きな音が発生する。この音は、ボア内に置かれた被検者がヘッドホンや耳栓などを装着してもかなり不快に感じる大きさである。また、こうした音は高磁場化とともに大きくなるため、３Ｔ (テスラ) 以上の高磁場機では対策が必要になる。【０００５】
静音化の技術として、傾斜磁場の形状を変化させる技術が提案されている（非特許文献１、非特許文献２など）。一般に傾斜磁場によって発生する音は、装置固有の周波数応答関数（ＦＲＦ：frequency response function）と傾斜磁場波形の周波数分布との積で表され、 ＦＲＦの値が小さい周波数では音は小さくなることが知られている（非特許文献１)。非特許文献１は、ＦＲＦが ２００Ｈｚ 以下では非常 に小さくなることから、ローパスフィルタを用いて傾斜磁場波形のそれ以上の周波数成分を抑制して音を小さくする技術を開示している。具体的には、静音化のために、台形波の傾斜磁場パルスをローパスフィルタに通して立ち上がりと立ち下がりの強度変化をなめらかにすることを提案している。【０００６】
非特許文献２は、さらに、リードアウトと位相エンコードの傾斜磁場パルスをサイン波形にすることを提案している。【０００７】
また非特許文献３は、ほとんど音が発生しないようにした超短エコー時間の撮像技術が開示されている。この技術は、３次元ラジアルタイプの撮影法にすることによってスライス選択傾斜磁場と位相エンコード傾斜磁場をなくすとともに、残ったリードアウト傾斜磁場は強度を段階的に変化させることによって傾斜磁場のオン／オフをなくし、音の発生を抑えている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Hennel F, Girard F, Loenneker T. “Silent” MRI With Soft Gradient Pulses. Magn Reson Med 1999;42:6-10.
【非特許文献２】Hennel F. Fast Spin Echo and Fast Gradient Echo MRI With Low Acoustic Noise. Journal of Magnetic Resonance Imaging 2001;13:960-966.
【非特許文献３】Grodzki D. Ultrashort Echo Time Imaging Using Pointwise Encoding Time Reduction With Radial Acquisition (PETRA). Magn Reson Med 2012;67:510-518.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献１や非特許文献２の方法は、傾斜磁場パルスの立ち上がり／立ち下がりを滑らかにしたり、一部の傾斜磁場パルスにサイン波を採用することで一定の騒音低減効果はあるが、ＲＦパルスとともに印加するスライス選択傾斜磁場パルスは台形パルスまたはその立ち上がり立ち下がりだけを滑らかにしたパルスを用いているため、「ほぼ音が発生しない」状態までは至っていない。また傾斜磁場パルスの印加時間が長くなり、結果として撮像時間やエコー時間、エコー間隔などが長くなる。【００１０】
非特許文献３の方法では、高周波磁場を照射している間もリードアウト傾斜磁場を印加しているため、計測空間の原点付近のデータを計測することができない。そのため、原点付近のデータは一点ずつ個別に計測する必要があり、撮影時間が１割ほど長くなるという問題がある。また、スライス傾斜磁場を用いない３次元ラジアル法を前提にしているため、２次元の撮影には適用できない。さらに、高周波磁場照射の直後からリードアウトを開始する必要があるため、エコー時間は常にほぼゼロであり、任意に設定することができない。【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、印加時間を延長させずに音のほとんど発生しない撮影を実現することを課題とする。また本発明は、３次元撮影だけでなく、２次元撮影にも適用でき、その場合にもほとんど音の発生しない撮影を実現することを課題とする。さらに、エコー時間を任意に設定可能な撮影を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明のＭＲＩ装置は、撮影のために印加されるすべての傾斜磁場パルスに、音がほとんど発生しないパルスを用いる。具体的には、周波数ゼロから大きくなるに従い強度が実質的に漸減する周波数分布を有するパルス波形を基本波形する傾斜磁場パルスを、すべての種類の傾斜磁場パルスに適用する。【００１３】
基本波形は、騒音レベル及びエコー時間を考慮して、印加時間及び／又は強度が最適化される。【００１４】
なお本発明において「音がほとんど発生しない」とは、撮像を行っていないときの環境騒音と撮像時（傾斜磁場パルスを印加して撮影しているとき）との騒音レベルの差が６ｄＢ以下の場合を言う。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、すべての傾斜磁場パルスに音がほとんど発生しないパルスを用いており、かつ、高周波磁場パルスの照射中にリードアウト傾斜磁場が印加されないため、３次元撮影の無音化に加えて２次元の撮影でも音の発生を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体概要を示すブロック図。
【図２】傾斜磁場パルスの基本波形を示す図で、（ａ）は、サイン２乗波形を示す図、（ｂ）は、ガウシアン関数で表される波形を示す図。
【図３】サイン２乗波の周波数分布を説明する図で、（ａ）はサイン2乗波と台形波を示す図、（ｂ）、（ｃ）、（d)は印加時間ごとの周波数分布を示す図。
【図４】傾斜磁場パルスの印加時間と音圧レベルの関係を示す図。
【図５】所定の音圧レベルにおける、傾斜磁場パルスの印加時間と傾斜磁場強度との関係を示す図。
【図６】一般的な２次元グラディエントエコー型のパルスシーケンスの一例を示す図で、（a）はパルスシーケンス、（b）はエコーのｋ空間配置を示す。
【図７】第一実施形態のパルスシーケンスの一例を示す図で、(a)はパルスシーケンス、(b)はグリッディングを説明する図。
【図８】第二実施形態のパルスシーケンスの一例を示す図。
【図９】ユーザーインターフェイスの表示例を示す図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のＭＲＩ装置および方法の実施形態を説明する。
本実施形態のＭＲＩ装置は、静磁場を発生する静磁場磁石（１０１）、静磁場磁石が発生する静磁場内に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル（１０２）、高周波磁場を発生するとともに核磁気共鳴信号を検出する高周波コイル（１０７）、所定のパルスシーケンスに従って、傾斜磁場コイルおよび高周波コイルを駆動する制御部（１０４）、及びパルスシーケンスを格納する記憶部（１１１）、を備える。【００１８】
このＭＲＩ装置において、記憶部（１１１）に格納されるパルスシーケンスは、複数種の傾斜磁場パルスの印加を含み、複数種の傾斜磁場パルスのすべての種類の傾斜磁場パルスは、周波数ゼロから大きくなるに従い強度が実質的に漸減する周波数分布を有する基本波形を用いて調整したパルスを含む。【００１９】
ここで、各種類の傾斜磁場パルスは、「音がほとんど発生しない」という条件を満たす限り、すべてが基本波形を用いたパルスであってもよいし、一部に、上述した基本波形に基づく傾斜磁場以外の傾斜磁場パルスを含んでいてもよい。傾斜磁場パルスの基本波形は、平坦部分を持たず、上又は下に凸のなめらかに変化する波形であり、周波数５００Ｈｚ以上の周波数の強度がゼロか実質的にゼロである。【００２０】
本実施形態によれば、以下の磁気共鳴イメージング方法が提供される。
静磁場中に配置された対象に対し、高周波磁場パルス及び傾斜磁場パルスを所定のパルスシーケンスに従って照射するとともに、前記対象から発生する核磁気共鳴信号を受信し、当該核磁気共鳴信号を用いて前記対象の画像及び／又はスペクトルを取得する磁気共鳴イメージング方法であり、所定のパルスシーケンスに含まれる傾斜磁場パルスとして、周波数ゼロから大きくなるに従い強度が実質的に漸減する周波数分布を有する基本波形を調整することにより得た傾斜磁場パルスを使用する。【００２１】
なお、人が感じる音の大きさは感覚的なものであり、厳密な定義は難しいが、一般に、音圧レベルが１０ｄＢ増加する (３．１６倍になる) と音の大きさは周波数に依存するもののおよそ２倍になり、６ｄＢの増加(２倍)ではおよそ１．５倍になる。本実施形態では、音圧レベルの増加（背景雑音を基準としたときの増加）が６ｄＢ以下の場合にほぼ音が発生しないものとする。【００２２】
以下、図１を参照して、本実施形態のＭＲＩ装置１００を詳述する。なお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。【００２３】
ＭＲＩ装置１００は、静磁場を発生するマグネット（静磁場磁石）１０１と、傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル１０２と、シーケンサ（制御部）１０４と、傾斜磁場電源１０５と、高周波磁場発生器１０６と、高周波磁場を照射するとともに核磁気共鳴信号を検出する送受信コイル（高周波コイル）１０７と、受信器１０８と、計算機（制御部の一部を兼ねる）１０９と、ディスプレイ１１０と、記憶媒体（記憶部）１１１とを備える。【００２４】
マグネット１０１は、永久磁石、電磁石、及び超電導磁石のいずれの方式でもよく、また図では単一のブロックを示しているが、静磁場の方向によって上下或いは左右に複数に分離されているものや円筒状のものなど種々の構造が採りえる。傾斜磁場コイル１０２についても、マグネット１０１の構造や静磁場の方向に応じて種々の構造が採りえる。送受信コイル１０７は、図では単一のものを示しているが送信コイルと受信コイルとを別個に備えていてもよい。【００２５】
マグネット１０１の発生する静磁場空間内には、被検体（例えば、生体）１０３が載置される寝台（不図示）が設けられる。シーケンサ１０４は、傾斜磁場電源１０５と高周波磁場発生器１０６に命令を送り、それぞれ傾斜磁場および高周波磁場を発生させる。傾斜磁場は、静磁場空間に磁場勾配を与え、これにより核磁気共鳴信号に位置情報を付与するものであり、通常パルス状に印加される。【００２６】
高周波磁場は、送受信コイル１０７を通じて被検体１０３に印加され、被検体１０３を構成する原子の原子核（一般には水素の原子核）を励起する。送受信コイル１０７は、高周波磁場の印加によって被検体１０３から発生した核磁気共鳴信号を受波し、受信器１０８に送る。受信器１０８は、検波基準周波数（核磁気共鳴周波数）を用いて核磁気共鳴信号を検波する。検波の基準とする検波基準周波数は、シーケンサ１０４によりセットされる。検波された信号は、計算機１０９に送られ、ここで画像再構成などの信号処理が行われる。その結果は、ディスプレイ１１０に表示される。必要に応じて、記憶媒体１１１に検波された信号や測定条件を記憶させることもできる。【００２７】
シーケンサ１０４は、通常、予めプログラムされた手順に従い各装置が動作するように制御を行う。プログラムのうち、特に、高周波磁場、傾斜磁場、信号受信のタイミングや強度を記述したものはパルスシーケンス(撮影シーケンス)と呼ばれ、撮像方法に応じて種々のパルスシーケンスが開発され実用化されている。【００２８】
本実施形態のＭＲＩ装置１００では、任意の各種パルスシーケンスが使用可能であるが、特定の基本波形を用い傾斜磁場パルスを含むパルスシーケンスが予め格納されており、この特定のパルスシーケンスを使用することが特徴である。特定のパルスシーケンスは、他のパルスシーケンスと同様に記憶媒体１１１に格納されている。或いは記憶媒体１１１には傾斜磁場パルスの基本波形を格納しておき、シーケンサ１０４がこの基本波形を、プログラムされた強度やタイミングに従って調整して、パルスシーケンスとして実行することも可能である。傾斜磁場パルスの基本波形とパルスシーケンスについて後に詳述する。【００２９】
計算機１０９は、所定のパルスシーケンスに従って核磁気共鳴信号（エコー）を計測することをシーケンサ１０４に指示し、計測されたエコーをｋ空間に配置するとともに、ｋ空間に配置されたエコーから画像を再構成する。計算機１０９は、マウス、キーボード、タッチパネル等から構成される入力部１２０を介して操作者からの指示、例えばパルスシーケンスのパラメータの設定や変更などの指示を受け付け、これら指示に従い、パルスシーケンスの再計算、特に傾斜磁場パルスの計算などを行うことも可能である。図１では、パルスシーケンスの再計算の一部であるＲＦパルスの再計算を行う機能を、ＲＦパルス算出部１０９１として示している。【００３０】
次に本実施形態のＭＲＩ装置の記憶媒体１１１に格納されるパルスシーケンスの設計手法を説明する。【００３１】
まずパルスシーケンスに含まれる傾斜磁場パルスの基本波形について説明する。パルスシーケンスに含まれる傾斜磁場パルスには、例えば２次元イメージングの場合、スライス選択傾斜磁場、位相エンコード傾斜磁場、リードアウト傾斜磁場やクラッシャーパルスが含まれる。本実施形態では、これらすべての種類の傾斜磁場に、周波数ゼロから大きくなるに従い強度が実質的に漸減する周波数分布を有する波形の傾斜磁場パルスを用いる。このような周波数分布を持つ波形は、周波数を数百ヘルツ以下に低くできればよいため、平坦部がなく、上又は下に凸でなめらかに変化する波形であればどのような波形でもかまわない。具体的には、半周期のサイン波形又はサイン２乗波形、ガウス関数状の波形等が挙げられる。これらのうち、図２（ａ）、（ｂ）に示すような、半周期のサイン２乗波形及びガウス関数状の波形が好適である。図２に示すグラフおいて、横軸はパルスの印加時間、縦軸は傾斜磁場強度に対応し、傾斜磁場強度の最大値を「１」で示している。【００３２】
サイン２乗波形は、次式（１）で表される。
【数１】
0006615184.tif 000002
式中、ａは波形の高さ即ち傾斜磁場パルスの最大強度、ｔ１は傾斜磁場パルスの印加時間である。「ａ」と「ｔ１」は、パルスシーケンスのパラメータ及び音圧レベル（発生する音の大きさ）を考慮して、適切な傾斜磁場パルス強度及び印加時間となるように決定される。【００３３】
ガウス関数状（正規分布関数）の波形は、次式（２）で表される。
【数２】
0006615184.tif 000003
式中、ｍ、ｓは、それぞれ、平均と標準偏差であり、「１／√（２π）・ｓ」は波形の高さ即ち傾斜磁場パルスの最大を決定する。「ｍ」は印加時間ｔ１の半分である。図２（ｂ）は、式（２）で、ｔ１＝１．０、ｍ＝０．５、ｓ＝０．１５とした場合の波形である。この場合も、パルスシーケンスのパラメータ及び音圧レベル（発生する音の大きさ）を考慮して、適切な傾斜磁場パルス強度及び印加時間となるように決定される。【００３４】
以下、基本波形の調整、即ち、音圧レベル或いは発生する音を考慮した傾斜磁場強度及び印加時間の決定手法の詳細を説明する。【００３５】
まず印加時間については、印加時間と基本波形の周波数分布との関係に基づき決定することができる。上述した、上又は下に凸でなめらかに変化する基本波形の周波数分布は、周波数がゼロから高周波に行くに従って強度が小さくなる（漸減する）分布となる。この周波数分布は、傾斜磁場パルスの印加時間によって変化し、印加時間が長いほど強度の低下が急峻となり、広い範囲で強度がゼロに近くなる。【００３６】
サイン２乗波形について、印加時間を異ならせた場合の、周波数分布の違いを図３に示す。図３（ａ）は、印加時間が3msの場合の従来の台形波形の傾斜磁場パルスＡｓ１と、それと同じ面積のサイン２乗波形Ａｓ２を示し(最大強度は台形波の約1.9倍)、（ｂ）〜（ｄ）は、これら波形の印加時間５ｍｓの場合、３ｍｓの場合、２ｍｓの場合の周波数分布をそれぞれ示している。図３（ｂ）〜（ｄ）に示すグラフにおいて、横軸は周波数、縦軸は傾斜磁場強度(単位はｍＴ／ｍ)である。【００３７】
図３（ｂ）に示すように、印加時間が５ｍｓの場合、波形Ａｓ２は４００ Ｈｚ以上の周波数成分がほぼゼロである。傾斜磁場が発する音は、装置固有のＦＲＦと傾斜磁場波形の周波数分布との積で決まる。ＭＲＩ装置のＦＲＦ（周波数応答関数）は、装置ごとに違いがあるものの一般に数百ヘルツ以下が非常に小さい。従って、傾斜磁場パルスの印加時間が、４００ Ｈｚ以上の周波数成分がほぼゼロとなる印加時間（５ｍｓ）の場合には音がほぼ発生しなくなっている。【００３８】
これに対し、図３（ｃ）、図３（ｄ）に示すように印加時間を３ｍｓ、２ｍｓと短くしていくと、高い周波数成分が大きくなる。印加時間が３ｍｓの場合には、５００Ｈｚ程度以上の周波数成分はほぼゼロに抑えられている。しかし、印加時間が２ｍｓになると５００Ｈｚ以上の成分がかなり大きくなる。従って印加時間を３ｍｓ以上とすることで、ほぼ音が発生しない（背景雑音と撮影時雑音との差が６ｄＢ以下の）撮影が可能である。【００３９】
傾斜磁場の印加時間と音圧レベルの関係（シミュレーションにより求めた値）を図４のグラフに示す。音圧レベルは上述したように装置の周波数特性（ＦＲＦ）に依存するが、その傾向は装置ごとに大きく異なることはなく、図４のシミュレーションでは、一例として、１．５Ｔ装置で測定したＦＲＦを用いている。図４のグラフの横軸は印加時間、縦軸は装置のＦＲＦを用いて計算した音圧レベルを示し、各波形ともに印加時間を１ｍｓから５ｍｓまで１ｍｓずつ変化させたときの値を、印加時間５ｍｓのサイン２乗波Ａｓ２の音圧レベルに対する差分で示している。また図中、Ａｓ１は台形波、Ａｓ３は台形波と面積が等しい半周期のサイン波(最大強度は台形波の約1.5倍)、Ａｓ２は同じく面積が等しいサイン２乗波(最大強度は台形波の約1.9倍)をそれぞれ示す。【００４０】
図４からわかるように、台形波は印加時間によらずほぼ一定の音圧レベルを示している。これに対してサイン波とサイン２乗波は印加時間が５ｍｓから短くなるにつれて音圧レベルが増加する傾向にあり、サイン２乗波は、印加時間が３ｍｓより短い場合には、台形波やサイン波よりも音圧レベルが大きくなる。しかし、印加時間が３ｍｓ以上になるとサイン２乗波は最大強度が台形波やサイン波よりも大きいにもかかわらずこれら二つよりも音圧レベルが低下する。音圧レベルの低下は５ｍｓの場合に最も大きい。【００４１】
以上のことから、基本波形としてサイン２乗波が好ましく、ＦＲＦを考慮した傾斜磁場パルスの印加時間は、好ましくは３ｍｓ以上、より好ましくは５ｍｓ以上である。【００４２】
次に傾斜磁場強度の決定方法を説明する。一般に音圧レベルは静磁場強度及び傾斜磁場強度（最大強度）とそれぞれ比例関係にある。例えば傾斜磁場強度が２倍になれば音圧レベルは２倍（＋６ｄＢの増加）になり、静磁場強度が３ＴのＭＲＩ装置で、１．５Ｔの装置で用いたのと同じ傾斜磁場パルスを印加すると、音圧レベルは１．５Ｔの装置の場合の２倍（＋６ｄＢ）となる。従って、静磁場強度が一定の条件では、目的とする音圧レベル（非撮影時との差が例えば６ｄＢ）となるように傾斜磁場強度を調整する。【００４３】
具体的には、所定の撮像条件で撮像した場合の音圧レベルを基準として、目標とする音圧レベルとなるように傾斜磁場強度を決定することができる。基準となる撮像条件における音圧レベルは、予めシミュレーションによって求めることもできるし、実測することも可能である。【００４４】
基準となる撮像条件の最大傾斜磁場強度がＧ０で、その時の音圧レベルをＰ０としたとき、音圧レベルＰ０と目的とする音圧レベルとの差Ｐ（ｄＢ）を音圧の倍率に換算した値Ｍを求め、基準となる撮像条件の傾斜磁場強度Ｇ０を倍率Ｍで除した値を設定可能な最大傾斜磁場強度とする。例えば、傾斜磁場強度１０ｍＴ／ｍの傾斜磁場パルスを用いた撮像の際の音圧レベルが６３ｄＢであって目標値（例えば６０ｄＢ）より３ｄＢ多い場合、３ｄＢは音圧の倍率１．４１倍に相当するので、傾斜磁場強度を約７ｍＴ／ｍ（＝１０ｍＴ／ｍ÷１．４１）に設定する。また傾斜磁場強度８ｍＴ／ｍの傾斜磁場パルスを用いた撮像の際の音圧レベルが６０ｄＢであって目標値（例えば６２ｄＢ）より２ｄＢ少ない場合、−２ｄＢは音圧の倍率０．７９倍に相当するので、傾斜磁場強度を約１０ｍＴ／ｍ（＝８ｍＴ／ｍ÷０．７９）まで高く設定することができる。【００４５】
なお図４に示したように、サイン波やサイン２乗波の場合、印加時間が長いほど音圧レベルが低下する。一方、傾斜磁場強度と音圧レベルとは比例関係にある。従って、印加時間と傾斜磁場強度の両方を変数として調整する場合には、両者の関係を考慮する必要がある。図５に音圧レベルを一定（目標値）に設定した場合の印加時間と傾斜磁場強度との関係を示す。図５のグラフは、印加時間１ｍｓと２ｍｓがサイン波、それ以外がサイン２乗波を用いた場合の傾斜磁場強度の最大値である。このグラフからもわかるように、音圧レベルの増加を一定値に抑えるためには、印加時間を短くするにつれて傾斜磁場強度の最大値を小さくする必要がある。例えば印加時間が１ｍｓの場合（任意の印加時間の台形波を用いた場合と等しい)は、傾斜磁場強度は１ｍＴ／ｍ以下、２ｍｓの場合には２．６ｍＴ／ｍ以下、３ｍｓでは４．３ｍＴ／ｍ以下、４ｍｓでは６．６ｍＴ／ｍ以下とする必要がある。【００４６】
パルスシーケンスの設計に際しては、例えば、目標とする音圧レベル以下となる傾斜磁場強度を決定した後、パルスシーケンスによって決まる傾斜磁場の印加量と決定した傾斜磁場強度とから印加時間を調整し、パルスシーケンスを設計することができる。【００４７】
このような傾斜磁場パルスの決定やパルスシーケンスの設計は、パルスシーケンスの実行に際し、装置の静磁場強度、実行されるパルスシーケンス及び入力部１２０を介して設定されたパラメータ等に応じて計算機１１９が計算してもよいし、予めパルスシーケンス毎に計算したものをプログラムしておくことも可能である。【００４８】
なお傾斜磁場パルスには、パルスシーケンスの種類によって、印加タイミング、印加時間及び強度が異なる複数の傾斜磁場パルスが存在する。例えば、２次元撮像のパルスシーケンスであれば、基本的な傾斜磁場パルスは、スライス選択傾斜磁場、位相エンコード傾斜磁場、リードアウト傾斜磁場である。またラジアルシーケンス等の非Ｃａｒｔｅｓｉａｎシーケンスでは、位相エンコード傾斜磁場とリードアウト傾斜磁場とを区別しない２軸又は３軸方向の傾斜磁場が用いられる。本実施形態では、これらすべての種類の傾斜磁場パルスに、上記基本波形をもとに決定される傾斜磁場パルスを用いる。【００４９】
但し、本発明は、従来の台形波形の傾斜磁場パルスであっても強度が小さく、印加してもほとんど音が発生しない一部の傾斜磁場パルスについては、上記基本波形の傾斜磁場パルスに代えて台形の傾斜磁場パルスを印加することを排除するものではない。例えば、繰り返し時間毎に傾斜磁場強度を変化させながら印加を繰り返す位相エンコード傾斜磁場やスライスエンコード傾斜磁場については、その一部を台形の傾斜磁場パルスに代えることも可能である。【００５０】
以下、この基本波形の傾斜磁場パルスを用いたパルスシーケンスの実施形態を説明する。【００５１】
＜第一実施形態＞
本発明を２次元ＧｒＥ（グラディエントエコー）法のパルスシーケンスに適用した実施形態を説明する。図６に従来の２次元ＧｒＥパルスシーケンスを、図７に本実施形態の２次元ＧｒＥパルスシーケンスを示す。これらの図面において、ＲＦ、Ｇｓ、Ｇｐ、Ｇｒはそれぞれ、高周波磁場、スライス傾斜磁場、位相エンコード傾斜磁場、リードアウト傾斜磁場を表す。図６のパルスシーケンスにおいて、各傾斜磁場パルスは台形波または三角波である。【００５２】
図７（ａ）に示す本実施形態の２次元ＧｒＥパルスシーケンスは、傾斜磁場パルスとして上述した基本波形を調整した傾斜磁場パルスを用いたこと以外は従来の２次元ＧｒＥパルスシーケンスと同じであるため、まず図６（ａ）に示す２次元ＧｒＥパルスシーケンスを参照して、撮像方法を説明する。【００５３】
まず、スライス選択傾斜磁場パルス２０１の印加とともに高周波磁場（ＲＦ）パルス２０２を照射し、被検体１０３内の所定のスライス（断面）の磁化を励起する。次いでスライスリフェーズ傾斜磁場パルス２０３と磁化の位相に位相エンコード方向の位置情報を付加するための位相エンコード傾斜磁場パルス２０４、ディフェーズ用リードアウト傾斜磁場２０５を印加する。そして、リードアウト方向の位置情報を付加するためのリードアウト傾斜磁場パルス２０６を印加しながら磁気共鳴信号（エコー）をサンプリング時間（Ａ／Ｄ） ２０７内で計測し、最後にＧｓ、Ｇｐ、Ｇｆの３軸にクラッシャーパルス２０８、２０９、２１０を印加する。高周波磁場パルス２０２の照射からエコーピークまでの時間はエコー時間ＴＥと呼ばれる。エコー時間を異ならせることにより、所望のコントラストの画像が得られる。例えば、ＴＥ時間を短く設定（例えば、ＴＥ＝１０ｍｓ）することで、Ｔ２(横緩和時間)の影響を抑制してＴ１（縦緩和時間）を強調したコントラストの画像が得られる。逆にＴＥを長くすればＴ２の強調を加味したコントラストの画像が得られる。エコー時間は、リードアウト傾斜磁場パルス２０６の時刻（印加開始時刻）を変化させることにより任意に設定可能である。【００５４】
以上の手順を位相エンコード傾斜磁場パルス２０４の強度（位相エンコード量ｋｐ）を変化させながら繰り返し時間ＴＲで繰り返し、選択したスライスの画像再構成に必要な数のエコーを計測する。スライス位置は、高周波磁場パルスの周波数によって変化させることができ、スライス位置を変えながら上記計測を繰り返すことにより、スライスの枚数分のエコー信号のセットを得ることができる。【００５５】
計測したエコー２１８はスライス毎に図６（ｂ）に示すようにｋ空間上に配置され、逆フーリエ変換によって画像が再構成される。【００５６】
従来のパルスシーケンスでは、図示するように、傾斜磁場パルスは台形（図３のＡｓ１）であるため、図３に点線で示すように周波数５００Ｈｚ以上の成分が少なからずある。また図示はしていないが、例えば非特許文献１や非特許文献２に開示されるような、立ち上がり／立下りが滑らかであっても平坦な部分がある波形のパルスを用いた場合には、周波数５００Ｈｚ以上の成分はゼロに近くできるが、周波数５００Ｈｚ以下に局所的なピークがいくつか存在し、このピーク部分が音の発生につながる。また、傾斜磁場パルスの印加時間が長くなり、結果として撮像時間やエコー時間、エコー間隔などが長くなる。【００５７】
一方、本実施形態の２次元ＧｒＥパルスシーケンスは、実質的にすべての傾斜磁場パルスが図２（ａ）、（ｂ）に示すような波形のパルスに置き換わっている。即ち、スライス選択傾斜磁場パルス２０１及びスライスリフェーズ傾斜磁場パルス２０３は、スライス選択傾斜磁場パルス３０１及びスライスリフェーズ傾斜磁場パルス３０３に、位相エンコード傾斜磁場パルス２０４は位相エンコード傾斜磁場パルス３０４に、またディフェーズ用リードアウト傾斜磁場２０５とリードアウト傾斜磁場パルス２０６はディフェーズ用リードアウト傾斜磁場３０５とリードアウト傾斜磁場パルス３０６に、クラッシャーパルス２０８、２０９、２１０は、クラッシャーパルス３０８、３０９、３１０に置き換わっている。なお図７に示す例は、これら傾斜磁場パルスの基本波形はサイン２乗波である。これらのパルスは、図３に実線で示すように、５００Ｈｚ以上の成分がほとんどゼロで、しかも５００Ｈｚ以下にも突出するピークが存在しない。従ってほとんど音が発生しないパルスである。【００５８】
また本実施形態のパルスシーケンスでは、傾斜磁場パルスの形状を変えたことに伴い、スライス選択傾斜磁場パルス３０１とともに印加されるＲＦパルス３０２を変更する必要がある。【００５９】
ＲＦパルス３０２の変更は式（３−１）に従い行う。
【数３】
0006615184.tif 000004
式中、bAs2はＲＦパルス３０２、bAs1はもとのＲＦパルス２０２、fAs1とfAs2はそれぞれ傾斜磁場パルス２０１と傾斜磁場パルス３０１の強度であり、τは式（３−２）で表され、時間拡張関数と呼ばれる。【００６０】
ＲＦパルス３０２の変更は、入力部１２０を介して、本実施形態のパルスシーケンスが選択されると、計算機１０９（ＲＦパルス算出部１０９１）が上記式（３−１）に従いＲＦパルス３０２を再計算し、パルスシーケンスを実行するときにシーケンサ１０４が高周波磁場発生器１０６を制御することによって実現される。ＲＦパルス３０２として式（３−１）で表されるパルスを用いることにより、ＲＦパルス２０２と傾斜磁場２０１の組み合わせで得られる励起形状と同じ形状でスライス面を選択励起することができる。【００６１】
また本実施形態のパルスシーケンスを用いた撮像では、画像再構成に際し、リードアウト傾斜磁場３０６の印加中に取得したエコー信号のグリッディング（再配置）が必要となる。すなわち、エコー信号を取得する際に印加されるリードアウト傾斜磁場パルス３０６は強度が一定でない。そのため、エコーのサンプリングがｋ空間上で不等間隔となり、このままでは一般的なフーリエ変換等の画像再構成演算に使用することができない。そこで画像再構成時に、図７（ｂ）に示すように、不等間隔サンプリングされたエコー信号をグリッディングによって等間隔サンプリングに変換してから逆フーリエ変換するなどの処理を行う。このグリッディング手法は、ラジアルスキャン等の非Ｃａｒｔｅｓｉａｎシーケンスを用いる撮像方法ではよく知られており、ここでは説明を省略する。【００６２】
本実施形態のパルスシーケンスは傾斜磁場パルスが置き換わっていること及びそれに伴うＲＦの変更及びグリッディングを行うこと以外は、上述した従来の２次元ＧｒＥパルスシーケンスと同様であり、位相エンコード傾斜磁場パルス３０４（及びパルス３０９）の強度を変化させながら繰り返し時間でパルスシーケンスを所定回数繰り返し、スライス毎にエコーのセットを得る。【００６３】
本実施形態では、実質的にすべての傾斜磁場パルスを、ほとんど音が発生しないように調整された所定基本波形のパルスとすることにより、騒音が抑制された撮像が可能となる。【００６４】
また本実施形態のパルスシーケンスには、ＲＦパルスとの関係で、パルスの印加開始と印加終了が異なる２つのタイプの傾斜磁場がある。一つは、スライス傾斜磁場パルス３０１のように１個のＲＦパルスの前で印加を開始し、そのＲＦパルスの照射終了後に印加を終了するタイプである。もう一つは、スライス傾斜磁場パルス３０１以外のパルスのように、ＲＦパルスをまたがないタイプである。いずれも、通常のシーケンスに用いられている台形波と同様に、印加開始と終了の間に２個以上のＲＦパルスをまたがず、繰り返し時間よりも短い時間の印加時間としている。これにより、従来のシーケンスと同様の撮像条件で実施することができ且つ音がほとんど発生しないようにすることができる。従って、撮影時間の延長がない。また、リードアウト傾斜磁場パルス３０６の開始時刻の設定の自由があるので、エコー時間ＴＥも任意に設定可能である。さらに、本実施形態のパルスシーケンスは、従来のシーケンスに対して傾斜磁場パルスが置き換わっているだけであるため、ＲＦパルスの印加中にスライス選択傾斜磁場以外の傾斜磁場が印加されることはない。そのため、ＲＦパルスの印加時間を短くする必要がなく、従来と同じ印加時間を確保できる。ＲＦパルスの印加時間を短くするとRFパルスの強度が大きくなるため、高出力のＲＦアンプが必要となるが、それもない。【００６５】
＜第一実施形態の実施例＞
図７のパルスシーケンスの各傾斜磁場として、サイン２乗波を基本波形とする、印加時間５ｍｓの傾斜磁場パルスを用い、且つ従来の２次元ＧｒＥシーケンス（図６）の各傾斜磁場パルスの面積と同一となるようにして、パルスシーケンスを設計した。繰り返し時間は２０ｍｓである。傾斜磁場パルスの強度は２．５ｍＴ／ｍから８ｍＴ／ｍであった。【００６６】
このパルスシーケンスを静磁場強度１．５ＴのＭＲＩ装置（以下、１．５Ｔ装置と省略する）で実行してＡ特性音圧レベル(２０秒間平均)を測定したところ６３ｄＢであった。シーケンスを実行する前の音圧レベル（背景雑音）は５９ｄＢであった。撮影による音圧レベルの増加は４ｄＢである。４ｄＢの音圧レベルの増加は約１．５８倍の増加に等しいが、人が感じる音の増加はそれより低いので、４ｄＢの増加はほとんど音が発生していないと言える。【００６７】
なおこの実施例は、背景雑音に対する音圧レベルの増加の許容値を＋６ｄＢとした場合、２ｄＢ（１．２６倍）の余裕がある。従って傾斜磁場パルスの最大強度を８ｍＴ／ｍから１０ｍＴ／ｍまで上げても許容値＋６ｄＢの撮像、即ちほとんど音が発生しない撮像が可能である。【００６８】
また図４に示す印加時間と音圧レベルとの関係から、パルスの印加時間を５ｍｓから、４ｍｓ、３ｍｓに短くした場合は音圧レベルがそれぞれ４ｄＢ、７ｄＢ増加する。このため、このシーケンスでパルスの印加時間を４ｍｓ、３ｍｓにした場合は、背景雑音に対して音圧レベルがそれぞれ１０ｄＢと１３ｄＢ増加し、許容値を超えると予想できる。【００６９】
また本実施例は１．５Ｔ装置を前提にしているが、実施例のシーケンスを３Ｔ装置で実行した場合には、音圧レベルの背景雑音に対する増加は１．５Ｔ装置により６ｄＢ だけ(２倍に)増加しておおよそ１０ｄＢになる。音のしない撮影を行うためにこの音圧レベル増加を６ｄＢ以下に抑えるには、例えば各傾斜磁場パルスの強度をそれぞれ０．６３倍(−４ｄＢ)にすれば良い。この場合、傾斜磁場強度はおよそ５ｍＴ／ｍ以下にする必要がある。【００７０】
さらに図４に示す、波形毎の印加時間と音圧レベルとの関係から推定すると、印加時間が５ｍｓの場合のサイン波と台形波は、同じ印加時間のサイン２乗波に対しそれぞれ音圧レベルの増加が＋４ｄＢ、＋１９ｄＢであるので、この実施例のサイン２乗波をサイン波あるいは台形波に変更した場合には、音圧レベルが６３ｄＢからそれぞれ６７ｄＢ（背景雑音に対し＋８ｄＢ：２．５１倍）と８２ｄＢ（背景雑音に対し＋２３ｄＢ：１０倍以上）程度に増加すると予想できる。【００７１】
＜第二実施形態＞
本発明を３次元の撮影シーケンスに適用した実施形態を説明する。一例として、ラジアルタイプのＧｒＥシーケンスを図８に示す。【００７２】
このパルスシーケンスでは、まず、高周波磁場（ＲＦ）パルス４０１を照射し、対象物体内の磁化を励起する。次いでＧx、Ｇy、Ｇzの３軸にリードアウト傾斜磁場パルス４０２、４０３、４０４を印加しながらサンプリング期間（Ａ／Ｄ）４０５でエコーを計測する。最後にＧx、Ｇyの２軸にリフェーズ用の傾斜磁場パルス４０６と４０７、Ｇzの軸にリフェーズパルスとクラッシャーパルスの合成パルス４０８を印加する。以上のシーケンスを、各傾斜磁場パルスの強度を変化させながら繰り返し時間（例えば２０ｍｓ）で繰り返す。なおここではＧzの軸のみにクラッシャーパルスを印加しているが、クラッシャーパルスを印加する軸は、Ｇz軸に限らず任意であり、または１軸のみならず２軸または３軸であってもよい。【００７３】
このパルスシーケンスは、スライス選択傾斜磁場パルスを用いないのでＲＦパルス４０１は、従来の公知の非選択パルスを用いることができるが、サンプリングはラジアルタイプであって不等間隔であるため、画像再構成時に３次元のグリッディングを用いる。【００７４】
本実施形態のパルスシーケンスについても、全ての種類の傾斜磁場として、図２に示すような基本波形の傾斜磁場パルスを使用するものであるが、各種類の傾斜磁場の一部、例えば傾斜磁場強度が小さく、台形であっても音の発生がないか無視できる程度の傾斜磁場パルスについて台形の傾斜磁場パルスを使用することを排除するものではない。【００７５】
また本実施形態のパルスシーケンスでも、すべての傾斜磁場パルスが印加開始と終了の間に２個以上のＲＦパルスをまたがず、シーケンスの繰り返し時間よりも短い時間で印加できる。これにより、従来のシーケンスと同様の撮像条件で実施することができ且つ音がほとんど発生しないようにすることができる。また、第一実施形態と同様にエコー時間ＴＥも任意に設定可能である。【００７６】
＜第二実施形態の実施例＞
図８に示す３次元ラジアルタイプのＧｒＥシーケンスを、傾斜磁場パルス４０２、４０３、４０４、４０６、４０７の印加時間を５ｍｓ、パルス４０８の印加時間を１０ｍｓとして設計した。傾斜磁場パルス４０２、４０３、４０４、４０６、４０７の傾斜磁場強度は３．８ｍＴ／ｍから４．３ｍＴ／ｍであり、印加時間が１０ｍｓのパルス４０８が６．０ｍＴ／ｍであった。【００７７】
このパルスシーケンスを１．５Ｔ装置で実行してＡ特性音圧レベル(２０秒間平均)を測定したところ６１ｄＢであった。シーケンスを実行する前の音圧レベル(背景雑音)５９ｄＢに対する音圧レベルの増加は２ｄＢであり、ほとんど音が発生していないと言える。【００７８】
パルス４０８の印加時間を５ｍｓとし強度を１２ｍＴ／ｍとした場合には、音圧レベルは６９ｄＢであり、背景雑音に対して１０ｄＢ（３．１６倍）増加した。この場合、ほぼ音が発生しないとはいえない。音圧レベルを許容増加量である６ｄＢ（２倍）に抑えるためには、傾斜磁場を１２ｍＴ／ｍの０．６３倍(−４ｄＢ)の７．６ｍＴ／ｍに下げればよいことになる。上述の実施例のように６．０ｍＴ／ｍにした場合には、ほぼ音が発生しないパルスシーケンスを実現できる。【００７９】
なお第一実施形態の実施例では、強度を８ｍＴ／ｍ以下にするとほとんど音が発生しなかった。二つの実施例を総合して考えると、ほぼ音が発生しないパルスシーケンスを実現するためには、傾斜磁場パルスの強度をおおよそ１０ ｍＴ／ｍ以下にする必要がある。【００８０】
また以上の実施形態では、パルスシーケンスの繰り返し時間（ＴＲ）については言及していないが、繰り返し時間は長くするほど音圧レベルは低下する傾向にある。従って、繰り返し時間を長くしても音の発生を小さくすることができる。ただし、その効果は比較的小さく、第一実施形態の実施例で、繰り返し時間２０ｍｓを２倍の４０ｍｓにしても音圧レベルの低下は約１ｄＢであった。【００８１】
＜ユーザーインターフェイスの実施形態＞
本実施形態のＭＲＩ装置は、ユーザーがパルスシーケンスの条件を入力する入力装置をさらに備え、制御部は、入力装置を介して入力された条件に従い、基本波形を用いた傾斜磁場パルスを調整することが特徴である。
上述した実施形態のパルスシーケンスは、予め設計したものを記憶媒体１１１に格納しておき、ユーザーが入力部１２０を介してパルスシーケンスを選択し、そのパラメータ（例えばエコー時間、繰り返し時間、画像視野など）を設定することにより、実行される。この場合、ユーザーが入力部１２０を介して、撮像時間や騒音或いは「ｄＢ／ｄＴ」（傾斜磁場の立ち上がり）などの中から優先度の高いものを考慮して、パルスシーケンスを選択することも可能である。【００８２】
ユーザーによる選択を可能にした入力部（ディスプレイを含む入力部）のユーザーインターフェイス（ＵＩ）の例を図９に示す。この例では、パラメータ設定画面９００に、パルスシーケンス選択ブロック９０１及びパラメータ設定ブロック９０２に加えて、音レベル設定ブロック９０３として、ユーザーに、音の発生の度合いを考慮してパルスシーケンスを選択させるＵＩを示している。「音をできるだけ抑える撮像」が選択された場合には、設定された撮像シーケンスの中から、例えば背景雑音からの音圧レベルの増加を「＋４ｄＢ」或いは「＋６ｄＢ」となるように設計したパルスシーケンスを選択し実行する。また「標準（音の発生を許容する撮像）」が選択された場合は、例えば台形波を用いた基本のパルスシーケンスを実行する。ここでは音の発生について２つのレベルを選択する場合を示したが、３つ以上のレベルを選択可能にしてもよい。【００８３】
ユーザーが選択可能な音のレベルに対応する数のパルスシーケンスを記憶媒体に予め格納していてもよいし、台形波の基本パルスシーケンスと、特定基本波形を用いた「音を発生しない」パルスシーケンスとを格納しておき、後者については選択する音のレベルに合わせて、傾斜磁場強度や印加時間を再調整することも可能である。選択されたレベルの傾斜磁場パルスの条件が、設定されたパルスシーケンスのパラメータと矛盾を生じる場合には、その旨を例えばブロック９０４等に表示し、さらにユーザーに優先度を選択させることも可能である。【００８４】
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明はパルスシーケンスに含まれるすべての種類の傾斜磁場パルスに、実質的に音の発生しない傾斜磁場パルスを用いたことが特徴であり、パルスシーケンスは実施形態で挙げたＧｒＥシーケンスやラジアルＧｒＥシーケンスに限定されず、公知のパルスシーケンスに適用することができる。また形態画像を取得するための撮像のみならず、ＭＲＳＩ等のスペクトルを得るための撮像や位相画像を取得するための撮像など傾斜磁場を用いる撮像であれば、任意の撮像に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明によれば、印加時間を延長させずに、かつ、３次元撮影だけでなく、２次元撮影でも音のほとんど発生しない撮影を実現することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１０１・・・マグネット（静磁場磁石）、１０２・・・傾斜磁場コイル、１０３・・・被検体、１０４・・・シーケンサ（制御部）、１０５・・・傾斜磁場電源、１０６・・・高周波磁場発生器、１０７・・・高周波コイル、１０８・・・受信器、１０９・・・計算機、１０９１・・・ＲＦパルス算出部、１１０・・・ディスプレイ、１１１・・・記憶媒体、１２０・・・入力部。
【図１】
0006615184.tif 000005
【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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【図９】
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