(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の置かれる空間に静磁場、傾斜磁場および高周波磁場を発生する各磁場発生手段と、前記被検体から発生する磁気共鳴信号を検出する検出手段と、前記磁気共鳴信号を用いて画像再構成演算を行なう信号処理手段と、前記磁場発生手段、検出手段及び信号処理手段を制御する制御手段と、制御手段に撮影のための条件を設定する設定手段とを備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記制御手段は、与えられた条件において、前記印加すべき傾斜磁場の立ち下り又は立ち上がりと逆極性の傾斜磁場の立ち下り又は立ち上がりを最大傾斜磁場強度範囲内で１回のステップで行なう第１の印加パターンと、前記印加すべき傾斜磁場の立ち下り又は立ち上がりと逆極性の傾斜磁場の立ち下り又は立ち上がりをそれぞれ最大傾斜磁場強度範囲内で１回ずつのステップで行なう第２の印加パターンとを比較し、前記第１および第２の印加パターンのうち、印加時間が短い方の印加パターンを選択す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】
前記印加すべき傾斜磁場が、スライス選択傾斜磁場である請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
前記印加すべき傾斜磁場が、読み出し傾斜磁場である請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）に関し、特に撮影条件に応じて撮像シーケンスの最短化を図ることが可能なＭＲＩ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＩ装置は、ＮＭＲ現象を利用して被検体中の所望の検査部位における原子核スピンの密度分布や緩和時間分布等を計測して、その計測から被検体の任意の断面を画像表示するものである。
【０００３】
ＭＲＩ装置の一般的な課題として、高速化があり、種々の高速撮像法が提案されている。また図６に示すようなGrE法等の従来の撮像法においても撮像時間の短縮化が要求されている。例えば、GrE法は、T1強調画像を得る撮像法として広く利用されているが、繰り返し時間TR606、エコー時間TE607を短くすることにより、より良好なT1強調画像を得ることができる。これらTR、TEを短くする一つの方法として、傾斜磁場の印加方法を工夫するということが考えられるが、傾斜磁場の印加強度、印加時間は撮影条件を基に決定されており、全ての撮影条件で時間の短縮を図ることはできなかった。
【０００４】
傾斜磁場の印加方法については、次の二つの方法が知られている。一つは、２ステップ法と呼ばれる方法であり、例えば正極性の傾斜磁場の立ち下げと、逆極性の傾斜磁場の立ち下げとをそれぞれ１回ずつの立ち下り時間で行なうというものである。他の一つは、１ステップ法と呼ばれ、正極性の傾斜磁場の立ち下げから逆極性の傾斜磁場の立ち下げまで或いは逆極性の傾斜磁場の立ち上げから正極性の傾斜磁場の立ち上げまでを１回の立ち下り時間で行なう。
【０００５】
これら傾斜磁場の印加方法について、典型的なＭＲＩ装置の撮像シーケンスであるグラディエントエコー（GrE）法を例に説明する。図６はGrE法によるパルスシーケンスのタイムチャートである。同図に示すように、まず被検体の原子核スピンを励起するための高周波磁場パルス601と同時にスライス選択傾斜磁場602を印加し、次いで位相エンコード傾斜磁場603を印加し、さらに読み出し傾斜磁場604を印加しながら、所定のサンプリング時間内でＮＭＲ信号605を計測する。
【０００６】
ここで、このような傾斜磁場を印加することによって被検体内の撮影対象原子核スピン（通常、プロトン）の位相が変化するが、ＮＭＲ信号はスピンの位相が揃った状態で計測したときに最大の信号強度が得られる。このため、スライス選択傾斜磁場602を印加した後には、それによって回転した位相を戻すために、そのスライス選択傾斜磁場とは逆極性のスライス傾斜磁場602’を印加する。また読み出し傾斜磁場604は、ＮＭＲ信号を取得する時点でちょうどスピンの位相が揃うように、最初に逆極性の読み出し傾斜磁場604’を印加しておく。
【０００７】
図６の傾斜磁場の表示において、縦方向は印加強度、横方向は印加時間を表し、これらの積（時間方向の積分値）が印加量となる。位相を戻すために印加される逆極性のスライス傾斜磁場602’は、その印加量が、高周波パルス印加後のスライス選択傾斜磁場の印加量と同じであるように印加される。同様に、逆極性の読み出し傾斜磁場604’は、その印加量が、ＮＭＲ信号ピークまでに印加される正極性の読み出し傾斜磁場604の印加量と等しくなるように印加される。
【０００８】
ここで図６では、傾斜磁場の印加パターンは長方形に記載されている、即ち、立ち上がり時間（立ち下がり時間）は無視しているが、実際には、傾斜磁場コイルの特性によって決まる所定の立ち上がり時間、立ち下り時間が存在し、印加パターンは台形となる。
【０００９】
上述した二つの印加方法のうち、２ステップ法では、図７（a）に示すように、このような正極性の傾斜磁場の立ち下げと、逆極性の傾斜磁場の立ち下げを２回に分けて行なうので、１ステップ法に比べ、立ち下げ時間Toffが２倍になるが、１回の立ち下げで、装置が許容する最大傾斜磁場強度Ｇmaxの限度まで印加強度を変えることができるので、スライス選択傾斜磁場701の印加強度が大きいときには、逆極性のスライス選択傾斜磁場702の印加強度も大きくして、その実質印加時間Tbを短くできるという利点がある。
【００１０】
一方、１ステップ法は、図７（b）に示すように、立ち下げ時間Toffが２ステップ法より１回分少ないので、その分の時間の短縮を図ることができるが、逆極性の傾斜磁場702の印加強度Gbは、正極性の傾斜磁場701の印加強度をGa、装置の許容最大傾斜磁場強度をGmaxとすると、Gmax−Gaが限度であり、傾斜磁場701の印加強度が大きくなると、その実質印加時間Tbは長くなる。
【００１１】
このことは、図８（a）、（b）に示す読み出し傾斜磁場の場合にも全く同様である。即ち、図８（a）に示す２ステップ法では、逆極性の読み出し傾斜磁場802の立ち上がりと、正極性の読み出し傾斜磁場801の立ち上がりを２回の立ち上がり時間Toffで行うので、その分、全体としての傾斜磁場印加時間が長くなるが、図８（ｂ）に示す１ステップ法では、２回の立ち上がり時間Toffを設けるだけでよいが、読み出し傾斜磁場802の強度GdにはGmax-Gc（Gcは正極の読み出し傾斜磁場強度）という限界があるため、正極の読み出し傾斜磁場強度Gcによっては全体としての傾斜磁場印加時間が長くなってしまう。
【００１２】
このように１ステップ法、２ステップ法は、全体としての印加時間を比べた場合、印加強度等の条件によって、一長一短があり、全ての条件において、印加時間の短縮を図ることはできなかった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、傾斜磁場の印加パターンを自動的に選択可能にすることによって全撮影条件で時間の短縮化を図ることが可能なＭＲＩ装置を提供することを目的等する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のＭＲＩ装置は、被検体の置かれる空間に静磁場、傾斜磁場および高周波磁場を発生する各磁場発生手段と、前記被検体から発生する磁気共鳴信号を検出する検出手段と、前記磁気共鳴信号を用いて画像再構成演算を行なう信号処理手段と、前記磁場発生手段、検出手段及び信号処理手段を制御する制御手段と、制御手段に撮影のための条件を設定する設定手段とを備えたMRI装置において、前記制御手段は、前記設定手段において設定された条件に応じて、印加すべき傾斜磁場の印加パターンを、印加時間が最短時間となるように選択する手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
傾斜磁場の印加方法によって異なる印加時間を、与えられた条件下で比較し、最適な印加時間となる印加方法を選択可能にしたことにより、あらゆる条件で最適な印加時間を自動的に設定することができ、撮像時間の短縮を図ることができる。またTE、TRの短縮を図ることが可能なので、GrE法を用いたT１強調画像において画質の向上を図ることができる。
【００１６】
本発明における傾斜磁場の印加パターンの選択は、特にスライス選択傾斜磁場および読み出し傾斜磁場について行なう。
【００１７】
また本発明のＭＲＩ装置は、傾斜磁場の印加パターンとして、印加すべき傾斜磁場の立ち下りから逆極性の傾斜磁場の立ち下りまで（印加すべき傾斜磁場の立ち上がりから逆極性の傾斜磁場の立ち上がりまで）を最大傾斜磁場強度範囲内で１回のステップで行なう第１の印加パターンと、前記印加すべき傾斜磁場の立ち下り又は立ち上がりと逆極性の傾斜磁場の立ち下り又は立ち上がりをそれぞれ最大傾斜磁場強度範囲内で１回ずつのステップで行なう第２の印加パターンとを比較し、前記第１および第２の印加パターンのうち、印加時間が短い方の印加パターンを選択すること特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＭＲＩ装置の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体概要を示す図である。このＭＲＩ装置は、被検体が置かれる空間に均一な静磁場を発生する静磁場磁石101と、この空間に磁場勾配を形成する傾斜磁場コイル102と、被検体の組織を構成する原子の原子核に、その共鳴周波数と同じ周波数の高周波磁場を照射する照射コイル104と、被検体から発生するＮＭＲ信号を受信する受信コイル106とを備え、傾斜磁場コイル102は傾斜磁場電源103に接続され、照射コイル104は前記共鳴周波数と同じ周波数の高周波を発振する発振器、変調器、増幅器等からなる送信系105に接続されている。また受信コイル106は、増幅器、位相検波器、Ａ/Ｄ変換器等からなる受信系107に接続されている。
【００２０】
傾斜磁場電源103、送信系105及び受信系107は、CPU108に接続されている。CPU108は、傾斜磁場電源103、送信系105及び受信系107の動作を制御するとともに、受信系107が受信したNMR信号を信号処理し、画像再構成等の演算を行なう。CPU108には、これら制御のためのプログラムや演算のためのプログラム、演算結果等を格納するためのROM、RAM等の記憶装置111、演算結果である画像等を表示するためのディスプレイ109、装置動作させるための指令や撮像条件等を入力するための操作卓110が備えられている。
【００２１】
具体的には、例えば図６に示したようなGrE法等の撮像シーケンスが予めプログラムとして組み込まれており、操作卓110において、所望の撮像シーケンスを選択することができる。また撮像条件のパラメータとしては、例えばスライスに関してスライス厚やスライスエンコード数、撮像視野（FOV）、周波数帯域、非対称計測率（AMI）、サンプリング数等が設定される。操作卓110により撮像シーケンス及び撮像条件が設定されると、その撮像シーケンスに則った撮像が行なわれる。
【００２２】
本発明においては、この撮像シーケンスの実行において、撮像条件に合わせてTE、TRが最短時間となるように傾斜磁場の印加方法を自動的に選択する。
【００２３】
以下、CPU108が行なう傾斜磁場印加方法の自動選択手順について説明する。
【００２４】
まず、スライス選択傾斜磁場の印加方法の自動選択手順を図２及び図３を参照して説明する。スライス選択傾斜磁場301の印加強度は、スライス厚と三次元計測の場合にはスライスエンコードに依存し、また印加時間は、良好な画質を得るために励起パルス300の中心から印加終了までに固定される。
【００２５】
次に与えられた撮像条件（印加強度、印加時間）をもとに、１ステップ法と２ステップ法のいずれが、この撮像条件下で適切か、即ちより時間短縮可能かを決定する。このため、まず２ステップ法を採用した場合に最短時間となる条件を決め、このときの時間と同じ時間となるように１ステップ法によるパルスシーケンスを仮定する。この様子を図３に示す。図３中、点線は２ステップ法による印加パターン、実線は１ステップ法による印加パターンである。
【００２６】
２ステップ法では、まずスライス選択傾斜磁場301印加後、所定の立ち下り時間Toffで、傾斜磁場強度を０とし、次の立ち下り時間Toffで、例えば最大傾斜磁場強度Gmaxとなるように逆極性の傾斜磁場302を印加し、さらに次の立ち上がり時間Toffで傾斜磁場強度０に戻す。このとき、傾斜磁場強度０の線から下の傾斜磁場印加量（逆極性の傾斜磁場の印加量）が、高周波磁場パルスの中心から後に印加される正極性の傾斜磁場の印加量と等しくなるようにする。従って図示する例では、最短時間は３×Toffである。なお、図では、一例として、最大傾斜磁場強度Gmaxまで立下がった後、直ちに０まで立ち上がる場合を示したが、最初に決まる傾斜磁場の印加量によって、パターンは異なる。
【００２７】
このように２ステップ法において最短時間となるパターンを決定した後、同じ時間で１ステップ法によるパターンを作成し、その場合の、印加量を計算する（ステップ201：図２）。１ステップ法の場合、スライス選択傾斜磁場301の印加終了後、１回目の立ち下り時間Toffで、Gaから逆極性のスライス傾斜磁場302の印加強度まで立ち下げる。このスライス傾斜磁場302の印加強度は、最大傾斜磁場強度をGmaxとすると、Gmax-Gaである。全体の印加時間3Toffから、最初の立ち下り時間Toffと傾斜磁場強度Gmax-Gaから０までの立ち上がり時間Toffを除くと、傾斜磁場強度Gmax-Gaの印加時間Tbは、
Tb=3Toff-2Toff=Toff
となる。
【００２８】
このような１ステップ法による印加パターンについて、印加量を計算する。まずスライス選択傾斜磁場301について、その印加強度Gaから磁場強度０までの立ち下り時間T0を次式（１）により求める。
T0=｛(Ga)/(Gmax)｝×Toff    （１）
次にスライス選択傾斜磁場301の印加量（印加強度×印加時間）Saを次式（２）により求める。
Sa=Ga×Ta+（Ga×T0）/2        （２）
更に次式（３）により次に逆極性（傾斜磁場強度0以下）のスライス選択傾斜磁場302の印加量Sbを求める（ステップ202）。
Sb=｛（Gmax-Ga）×（Toff-T0）｝/2
+（Gmax-Ga）×Toff
+｛（Gmax-Ga）×Toff｝/2    （３）
【００２９】
このように傾斜磁場301の印加量Saと傾斜磁場302の印加量Sbを求めたならば、両者を比較する（ステップ203）。そして、
Sa≦Sb
の場合には、１ステップ法を採用する（ステップ204）。これは、前述したように傾斜磁場702によって回転した位相をもとに戻すためには、Sa=Sbとする必要があり、仮定した１ステップ法によるパターンにおいてSa≦Sbである場合には、印加時間Tbを短縮することが可能だからである。そして短縮後の印加時間は２ステップ法よりも短くなる。一方、
Sa>Sb
の場合には、２ステップ法を採用する（ステップ205）。この場合には、Sa=Sbを満たすためには、１ステップ法では、２ステップ法による最短時間条件よりも印加時間Tbを長くする必要があるからである。
【００３０】
このように１ステップ法と２ステップ法のいずれかを選択した後、選択した印加方法について、Sa=Sbを満たす最短時間となる条件（印加時間）Tbを計算する（ステップ206）。こうして傾斜磁場の印加パターンが決定された後、その印加パターンに則り、撮像シーケンスが実行される。
【００３１】
以上、スライス選択傾斜磁場について印加方法を自動選択する手順を説明したが、読み出し傾斜磁場についても同様に行なうことができる。以下、読み出し傾斜磁場の印加方法の自動選択手順を図４及び図５を参照して説明する。
【００３２】
読み出し傾斜磁場の印加強度及び印加時間は、FOV、周波数エンコード数、周波数帯域、AMIによって決定されるので、決定された印加強度、印加時間から、エコー信号中心のデータを取得するときまでに印加される読み出し傾斜磁場の印加量を求めることができる。読み出し傾斜磁場の場合には、このエコー信号中心のデータ取得の時点でスピンの位相が揃うことが必要であり、図５に示すように、読み出し傾斜磁場501を印加するに先立って、極性の異なる傾斜磁場502を印加する。
【００３３】
この場合にも、まず、２ステップ法で印加した場合に最短印加時間となる条件を求め、この時間と同じ時間となる１ステップ法の印加パターンを作成する。図５中、２ステップ法による印加パターンを点線で、１ステップ法による印加パターンを実線で示す。ここでも２ステップ法の場合には、まず傾斜磁場強度は、１回目の立ち下り時間Toffで、０から例えば最大傾斜磁場強度Gmaxまで立ち下り、２回目の立ち上がり時間Toffで０まで立ち上がり、さらに３回目の立ち上がり時間Toffで、予め設定された読み出し傾斜磁場強度Gcまで立ち上がる場合を想定している。
【００３４】
これに対し１ステップ法では、図示するように、読み出し傾斜磁場501を印加する際に、それと逆極性の傾斜磁場502の磁場強度から、傾斜磁場501の磁場強度Gcまで１回に立ち上げることになり、その幅は最大傾斜磁場強度Gmaxであるから、予め印加する逆極性の傾斜磁場502の磁場強度は、最大傾斜磁場強度Gmax−Gcとなる。従って、最初の立ち下り時間では、磁場強度０から磁場強度Gmax−Gcまで立ち下り、次の時間Td（この例でTd=Toff）ではその磁場強度Gmax−Gcで保たれ、最後の立ち上がり時間で傾斜磁場501の磁場強度Gcまで立ち上がる。この例でも、傾斜磁場502の印加時間Tdは、Toffと等しい。
【００３５】
こうして仮定した１ステップ法による印加パターンについて印加量を計算する（ステップ401、402）。この計算は、スライス選択傾斜磁場の場合と同様であり、まず読み出し傾斜磁場501の印加量Scは、次式より
Sc=Gc×Tc+（Gc×T0）/2
T0={Gc/(Gmax-Gc)}×Toff
となる。また位相をずらすための読み出し傾斜磁場502の印加量Sdは、
Sd=｛（Gmax-Gc）×（Toff-T0）｝/2
+（Gmax-Gc）×Toff
+｛（Gmax-Gc）×Toff｝/2
となる。
【００３６】
次いでScとSdを比較し、Sc≦Sdであれば１ステップ法を選択し（ステップ404）、Sc＞Sdであれば２ステップ法を選択する（ステップ403）。このように一方のステップを選択した後、Sc=Sdとなる印加時間を求める。
【００３７】
このように撮像シーケンスにおける傾斜磁場の印加方法を決定した後、その印加方法に従って撮像シーケンスを実行する。これにより撮像条件に応じて、最短のTRを設定することができ、撮像時間の短縮を図ることができる。またGrE法によりT1強調画像を撮像する場合には、TR、TEをより短く設定し良好なT１画像を得ることができる。
【００３８】
以上、本発明のMRI装置の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、２ステップ法について最短時間となる印加パターンを決め、その時間と同じ時間となる１ステップ法による印加パターンを想定したが、逆に１ステップ法について最短時間となる印加パターンを決めて、それと同じ時間となる２ステップ法による印加パターンを想定して、いずれを選択するかの判定を行なうことも可能である。
【００３９】
また以上の実施形態では、パルスシーケンスとしてGrE法によるシーケンスを例示したが、スライス傾斜磁場と読み出し傾斜磁場の印加を伴うシーケンスであれば、GrE法に限らず、あらゆるパルスシーケンスに適用することが可能である。
【００４０】
また以上の実施形態では、スライス選択傾斜磁場と読み出し傾斜磁場の両者について最適な傾斜磁場印加方法を自動選択する場合について説明したが、一方のみについて適用する場合も本発明に包含される。
【００４１】
【発明の効果】
本発明のMRI装置によれば、撮影条件に応じて常に最適な傾斜磁場印加方法を選択して撮像することができる。これにより与えられた撮影条件の中で撮像時間を最短化することができる。またGrE法などでTE、TRをできるだけ短くすることができ、これによって良好なT1画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるMRI装置の全体概要を示す図
【図２】本発明のMRI装置において実行される傾斜磁場パルス印加方法自動選択手順の一実施形態を示す図
【図３】図２の傾斜磁場パルス印加方法自動選択手順における処理を説明する図。
【図４】本発明のMRI装置において実行される傾斜磁場パルス印加方法自動選択手順の他の実施形態を示す図
【図５】図４の傾斜磁場パルス印加方法自動選択手順における処理を説明する図。
【図６】MRI装置において実行される典型的撮像シーケンスであるGrE法のパルスシーケンスを示す図
【図７】スライス傾斜磁場パルスの印加方法を示す図で、（a）は２ステップ法による印加パターン、（b）は１ステップ法による印加パターンである。
【図８】読み出し傾斜磁場パルスの印加方法を示す図で、（a）は２ステップ法による印加パターン、（b）は１ステップ法による印加パターンである。
【符号の説明】
101・・・静磁場磁石
102・・・傾斜磁場コイル
105・・・送信系
107・・・受信系
108・・・CPU(信号処理系、制御系)
110・・・操作卓
【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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