(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を収容する空間に静磁場を形成する静磁場形成手段と、
前記空間に勾配磁場を形成する勾配磁場形成手段と、
前記空間に高周波磁場を形成する高周波磁場形成手段と、
前記空間から磁気共鳴信号を測定する測定手段と、
前記測定手段が測定した前記磁気共鳴信号に基づいて画像を生成する画像生成手段と、
エコープラナー法を実行するに当たり、少なくとも前記勾配磁場形成手段を制御することにより、フェーズエンコード量が０のエコーにおいて脂肪信号が水信号に対して実質的に逆位相になるようにする撮像制御手段とを具備したことを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置において、
前記エコープラナー法を実行して、前記磁気共鳴信号としてスピンエコー又はグラディエントエコーを測定することを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴撮像方法および装置に関し、特に、エコープラナー(echo planar) 法による磁気共鳴撮像方法およびエコープラナー法を実行する磁気共鳴撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エコープラナー法による磁気共鳴撮像すなわちエコープラナー・イメージング(echo planar imaging：ＥＰＩ) は、例えば図８に示すようなパルスシーケンス(pulse sequece) により、同図の（ａ）に示すように９０°パルス(pulse) で被検体内のスピン(spin)を励起し１８０°パルスでスピンを反転した後、同図の（ｂ），（ｃ）に示すように、読み出し勾配磁場（リードアウト勾配）を高速に交流的に変化させるとともに位相エンコード勾配磁場（フェーズエンコード勾配）を印加して、同図の（ａ）に示すようなエコー(echo)信号を多数回繰返し発生させるようになっている。
【０００３】
エコー信号はディジタルデータ(digital data)としてメモリ(memory)に収集され、それらエコーデータの２次元逆フーリエ(Fourie)変換によって画像が再構成される。
【０００４】
被検体の脂肪部分から発生するエコー信号（脂肪信号）は、ケミカルシフト(chemical shift)により、水部分から発生するエコー信号よりも周波数が低く、再構成画像上では脂肪部分の像の位置ずれ（ケミカルシフト・アーチファクト(chemical shift artifact) ）となって表れるので、脂肪信号を抑制するようにしている。
【０００５】
脂肪信号の抑制は、予め脂肪信号の周波数に一致するＲＦ(radio frequency) 信号で励起して脂肪信号を飽和させることによって行うか、あるいは、水信号に一致するＲＦ信号で選択的に励起することによって行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような脂肪信号ないし水信号の選択的な励起は、主磁場の不均一やＲＦ励起系の能力等により、必ずしも適正な選択励起が行われるとは限らない。そのため、往々にして、水信号まで消えてしまったりあるいは脂肪信号の抑制が不十分になりがちであった。
【０００７】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、ケミカルシフト・アーチファクトを効果的に抑制するエコープラナー法による磁気共鳴撮像方法および装置を実現することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決する第１の発明は、エコープラナー法により磁気共鳴撮像を行うに当たり、フェーズエンコード量が０のエコーにおいて脂肪信号が水信号に対して実質的に逆位相になるようにした、ことを特徴とする。
【０００９】
（２）上記の課題を解決する第２の発明は、被検体を収容する空間に静磁場を形成する静磁場形成手段と、前記空間に勾配磁場を形成する勾配磁場形成手段と、前記空間に高周波磁場を形成する高周波磁場形成手段と、前記空間から磁気共鳴信号を測定する測定手段と、前記測定手段が測定した前記磁気共鳴信号に基づいて画像を生成する画像生成手段と、エコープラナー法を実行するに当たり、少なくとも前記勾配磁場形成手段を制御することにより、フェーズエンコード量が０のエコーにおいて脂肪信号が水信号に対して実質的に逆位相になるようにする撮像制御手段と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
（作用）
第１の発明または第２の発明では、フェーズエンコード量が０のエコーにおいて、脂肪信号が水信号に対して逆位相になることにより、再構成画像ではケミカルシフト・アーチファクトのコントラスト(contrast)が低下する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。
【００１２】
図１に磁気共鳴撮像装置のブロック図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００１３】
（構成）
本装置の構成を説明する。図１に示すように、本装置においては概ね円筒形を成す静磁場発生部２がその内部空間に均一な静磁場（主磁場）を形成するようになっている。静磁場発生部２は、本発明における静磁場形成手段の実施の形態の一例である。
【００１４】
静磁場発生部２の内部には、概ね円筒形を成す勾配コイル(coil)部４とボデイコイル(body coil) 部６が中心軸を共有して配置されている。ボデイコイル部６の内部に形成される概ね円柱状の空間に、被検体８が図示しない搬入手段によって搬入されている。
【００１５】
勾配コイル部４には勾配駆動部１０が接続されている。勾配コイル部４および勾配駆動部１０は、本発明における勾配磁場形成手段の実施の形態の一例である。勾配駆動部１０は勾配コイル部４に駆動信号を与えて勾配磁場を発生させるようになっている。発生する勾配磁場は、スライス(slice) 勾配磁場、読み出し（リードアウト(read out)）勾配磁場および位相エンコード（フェーズエンコード(phase encode)）勾配磁場の３種である。
【００１６】
ボデイコイル部６には送信部１２が接続されている。ボデイコイル部６および送信部１２は、本発明における高周波磁場形成手段の実施の形態の一例である。送信部１２はボデイコイル部６に駆動信号（ＲＦ信号）を与えてＲＦ磁場を発生させ、それによって、被検体８の体内のスピンを励起するようになっている。
【００１７】
励起されたスピンが発生する磁気共鳴信号がボデイコイル部６によって検出されるようになっている。ボデイコイル部６には受信部１４が接続されている。受信部１４はボデイコイル部６が検出した信号を受信するようになっている。
【００１８】
受信部１４にはアナログ・ディジタル(analog-to-digital) 変換部１６が接続されている。ボデイコイル部６、受信部１４およびアナログ・ディジタル変換部１６は、本発明における測定手段の実施の形態の一例である。アナログ・ディジタル変換部１６は、受信部１４の出力信号をディジタル信号に変換するようになっている。
【００１９】
コンピュータ１８はアナログ・ディジタル変換部１６からディジタル信号を入力し、図示しないメモリ(memory)に記憶するようになっている。メモリ内にはデータ空間が形成される。このデータ空間は２次元フーリエ空間を構成する。コンピュータ１８は、この２次元フーリエ空間のデータを２次元逆フーリエ変換して被検体８の画像を再構成する。コンピュータ１８は、本発明における画像生成手段の実施の形態の一例である。
【００２０】
コンピュータ１８には制御部２０が接続されている。コンピュータ１８および制御部２０は、本発明における撮像制御手段の実施の形態の一例である。制御部２０には勾配駆動部１０、送信部１２、受信部１４およびアナログ・ディジタル変換部１６が接続されている。制御部２０は、コンピュータ１８から与えられる指令に基づいて勾配駆動部１０、送信部１２、受信部１４およびアナログ・ディジタル変換部１６をそれぞれ制御するようになっている。
【００２１】
コンピュータ１８には表示部２２と操作部２４が接続されている。表示部２２はコンピュータ１８から出力される再構成画像を含む各種の情報を表示するようになっている。操作部２４は操作者によって操作され、各種の指令や情報等をコンピュータ１８に入力するようになっている。
【００２２】
（動作）
本装置の動作を説明する。先ずＥＰＩについて説明し、次にケミカルシフト・アーチファクトの抑制について説明する。図２にＥＰＩ用のパルスシーケンスの一例を示す。このパルスシーケンスはスピンエコー(spin echo) 収集するためのものである。
【００２３】
同図において、（ａ）はＲＦパルスとエコー信号、（ｂ）はリードアウト勾配磁場（リードアウト勾配）とディフェーズ(dephase) 勾配磁場（ディフェーズ勾配）、（ｃ）はフェーズエンコード勾配磁場（フェーズエンコード勾配）、（ｄ）は水信号から見た脂肪信号の位相を示す。
【００２４】
なお、スライス勾配磁場については図示を省略する。また、エコー信号はＲＦパルスに比べてはるかに信号強度が弱いが便宜的に同等の振幅で示す。後述する他のパルスシーケンスにおいても同様である。
【００２５】
ＲＦパルスのシーケンスは送信部１２の動作を示す。リードアウト勾配とフェーズエンコード勾配のシーケンスは勾配駆動部１０の動作を示す。後述する他のパルスシーケンスにおいても同様である。
【００２６】
図３にスピンの挙動を概念的に示す。同図において、ｘ’，ｙ’，ｚ’は、回転座標系における互いに垂直な３つの座標軸を示す。以下、図２および図３を用いて動作を説明する。
【００２７】
図２に示すように、時刻ｔ１において９０°パルスによりスピンの励起が行われる。これによって、図３の（ａ）に示すように、ｚ’方向を向いていたスピンが９０°倒れてｙ’方向を向く。
【００２８】
次に、時刻ｔ２においてディフェーズ勾配とフェーズエンコード勾配が所定時間印加される。これによって、図３の（ｂ）に示すようにスピンの位相が分散（ディフェーズ）する。
【００２９】
次に、時刻ｔ３において１８０°パルスによりスピンの反転が行われる。これによって、図３の（ｃ）に示すように、スピンのｙ’方向の向きが反転する。
次に、時刻ｔ４においてリードアウト勾配が印加される。リードアウト勾配は時刻ｔ６でその極性が反転するまで一定値を保つ。このリードアウト勾配の印加期間中にスピンの位相変化が継続し、図３の（ｄ）に示すように、分散していた位相が収束する。
【００３０】
途中の時刻ｔ５において、リードアウト勾配の積分値が時刻ｔ２で印加したディフェーズ勾配の積分値に等しくなり、図３の（ｅ）に示すように、スピンの位相が揃う。この時点で最初の磁気共鳴信号（スピンエコー信号）のピーク(peak)が生じる。
【００３１】
時刻ｔ５を過ぎると、図３の（ｆ）に示すように、スピンの位相変化の継続により位相が分散してエコー信号は減衰する。
時刻ｔ４からｔ６までのリードアウト勾配印加期間中にエコー信号の読み出しが行われる。エコー信号の読み出しは、ボデイコイル部６−受信部１４−アナログ・ディジタル変換部１６−コンピュータ１８の系統によって行われる。以下同様である。
【００３２】
この期間のエコー信号を、時間軸を拡大して示せば図４のようになる。ただし、エコー信号は正確な波形図ではなく概念図で示す。同図に示すように、エコー信号は時刻ｔ４からｔ５にかけて次第に振幅が増加してピークに達し、時刻ｔ５から時刻ｔ６にかけて振幅が減衰する。
【００３３】
図２に戻って、時刻ｔ６でのリードアウト勾配の極性反転に合わせて、フェーズエンコード勾配が短時間印加され、これによってフェーズエンコードが１ステップ(step)進められ、次のビュー(view)のためのフェーズエンコードが行われる。このフェーズエンコード勾配はブリップパルス(blip pulse)と呼ばれる。
【００３４】
時刻ｔ６からｔ８までの負極性のリードアウト勾配によって２番目のビューのエコー信号の発生および読み出しが行われる。負極性のリードアウト勾配の振幅の絶対値は、正極性の振幅と同一になっている。また、時刻ｔ６からｔ８までの時間は時刻ｔ４からｔ６までの時間に等しくなっている。
【００３５】
このリードアウト勾配によって、図３の（ｆ）に示したように分散したスピンの位相の引き戻しが行われる。これによって、図３の（ｆ）における矢印とは逆方向に位相が変化して、同図の（ｅ）の状態となり、さらにそこを過ぎて（ｄ）の状態になる。ただし、スピンの位相変化の方向は矢印とは逆である。
【００３６】
このため、エコー信号は時刻ｔ７でピークに達し、そこから時刻ｔ８にかけて減衰する。時刻ｔ６からｔ７までのリードアウト勾配の積分値は、時刻ｔ５からｔ６までのリードアウト勾配の積分値と相殺する関係になる。これによって、図４に示したものと同様なエコー信号が読み出される。
【００３７】
以下同様にして、リードアウト勾配の極性反転とブリップパルスの印加を繰返し、図３の（ｄ）→（ｅ）→（ｆ）→（ｅ）→（ｆ）→（ｄ）…の繰返しにより、複数のビューのエコー信号を順次発生させかつその読み出しを行う。エコーピークは、時間軸に沿って一定の時間間隔（エコースペース）で並ぶ。エコーピークは、また、フェーズエンコード量に応じて、例えば破線で示すような包絡線ｅｎｖに沿って変化する。
【００３８】
このようなエコー信号の読み出しに伴って、２次元フーリエ空間では所定の軌跡（トラジェクトリ(trajectory)）に沿ってエコーデータの収集が進行する。その様子を図５に示す。図５において、ｋは２次元フーリエ空間である。これはｋスペース(k-space) とも呼ばれる。ｋｘ，ｋｙは２次元フーリエ空間における互いに直交する２つの座標軸であり、ｋｘが周波数軸（リードアウト軸）、ｋｙが位相軸（フェーズエンコード軸）である。
【００３９】
エコーデータ収集のトラジェクトリｔｒｊは例えばｋｘ＝−１００，ｋｙ＝１００の点から始まる。なお、座標の単位は％である。ｋｘ＝−１００は図４に示したエコー信号の左端に相当する。ｋｙ＝１００は図４に示したエコー信号のフェーズエンコード量である。これは時刻ｔ２におけるフェーズエンコード勾配によって決定される。
【００４０】
時刻ｔ４からｔ６までのリードアウト期間中の最初のビューのエコー信号の読み出し（エコーデータの収集）に伴って、トラジェクトリｔｒｊは矢印に沿ってｋｘ＝１００まで到達する。途中のｋｘ＝０の点が時刻ｔ５の時点に相当し、ここでピーク値が収集される。
【００４１】
時刻ｔ６におけるフェーズエンコードによってトラジェクトリが１ステップ下がり、次に、時刻ｔ６からｔ８までの２番目のビューのリードアウト期間中に、次のエコーについてのデータ収集が行われ、トラジェクトリｔｒｊは矢印に沿ってｋｘ＝−１００まで到達する。途中のｋｘ＝０の点が時刻ｔ７の時点に相当し、ここでピーク値が収集される。
【００４２】
以下同様に、フェーズエンコードの度に順次ｋｙ軸に沿って下方に遷移しながら、ｋｘ軸に沿って２次元フーリエ空間ｋへのデータ収集が行われる。これによって、２次元フーリエ空間ｋ全体についてのエコーデータが収集される。全ビュー数は例えば２５６である。
【００４３】
このようなエコーデータに基づいて、コンピュータ１８により画像の再構成が行われる。画像再構成は２次元逆フーリエ変換によって行われる。
以上は、スピンエコーを利用するＥＰＩの例であるが、グラディエントエコー(gradient echo) を利用するＥＰＩを行うこともできる。
【００４４】
図６に、グラディエントエコーによるＥＰＩのパルスシーケンスを示す。同図に示すように、時刻ｔ１においてα°（例えば９０°）パルスによりスピンが励起され、時刻ｔ２においてフェーズエンコード勾配が所定時間印加され、時刻ｔ３において負極性のディフェーズ勾配が印加される。時刻ｔ４でリードアウト勾配が印加される。
【００４５】
リードアウト勾配は時刻ｔ６で極性が反転するまで一定値を保つ。途中の時刻ｔ５において、リードアウト勾配の積分値が時刻ｔ３からｔ４までのディフェーズ勾配の積分値と相殺し、この時点で最初のエコー信号（グラディエントエコー信号）のピークが生じる。エコー信号は時刻ｔ５を過ぎると減衰する。
【００４６】
時刻ｔ４からｔ６までの期間中にエコー信号の読み出しが行われる。この期間のエコー信号を、時間軸を拡大して示せば図４で示したものと同様になる。すなわち、同図に示したように、エコー信号は時刻ｔ４からｔ５にかけて次第に振幅が増加してピークに達し、時刻ｔ５から時刻ｔ６にかけて振幅が減衰する。
【００４７】
図６に戻って、時刻ｔ６でのリードアウト勾配の極性反転に合わせて、ブリップパルスが印加され、フェーズエンコードが１ステップ進められる。
時刻ｔ６からｔ８までの負極性のリードアウト勾配によって２番目のビューのエコー信号の読み出しが行われる。リードアウト勾配の振幅の絶対値は正極性の振幅と同一になっている。時刻ｔ６からｔ８までの時間は時刻ｔ４からｔ６までの時間に等しくなっている。エコー信号は時刻ｔ７でピークに達し、そこから時刻ｔ８にかけて減衰する。時刻ｔ６からｔ７までのリードアウト勾配の積分値は、時刻ｔ５からｔ６までのリードアウト勾配の積分値と相殺する。これによって、図４に示したものと同様なエコー信号が読み出される。
【００４８】
以下同様にして、リードアウト勾配の極性反転とブリップパルスの印加が繰返され、複数のビューのエコー信号が順次読み出される。これによって、図２の場合と同様なエコー信号列が読み出される。したがって、２次元フーリエ空間におけるデータ収集も図５に示したものと同様に行われ、それを２次元逆フーリエ変換することによって画像が再構成される。
【００４９】
次に、ケミカルシフト・アーチファクトの抑制について説明する。被検体８の脂肪部分から生じるエコー信号（脂肪信号）は、ケミカルシフトにより、水部分から生じるエコー信号（水信号）とは周波数が異なるので、水信号を基準にすると、脂肪信号の位相が時間の経過とともに変化して行く。
【００５０】
水信号から見て脂肪信号の位相が１８０°（πラジアン）変化する時間は、次式によって与えられる。
【００５１】
【数１】
0003755973.tif 000002
【００５２】
ここで、
γ：磁気回転比
δ：脂肪のケミカルシフト
Ｔ：静磁場強度
このような位相変化により、ＲＦ励起からｔδの奇数倍の時間ごとに、脂肪信号は水信号に対して逆位相になる。逆位相はアウトフェーズ(out-phase) とも呼ばれる。脂肪分子が存在する被検体８内のボクセル(voxel) には水分子も共存するから、アウトフェーズのときは、ボクセルから発生するエコー信号は脂肪信号と水信号の差になり、信号強度が低下する。したがって、そのような状態で収集したエコーデータから再構成した画像では、脂肪像のコントラストが低下する。すなわち、ケミカルシフト・アーチファクトを抑制することが可能になる。
【００５３】
再構成画像のコントラストを支配するのは、ｋスペースにおいてｋｙ＝０およびその近辺の領域を占めるデータ、すなわち、フェーズエンコード量が０ないしそれに近いフェーズエンコード量を持つデータである。そこで、脂肪信号が水信号に対して逆位相となる時点において、フェーズエンコード量が０のエコーデータを収集するようにパルスシーケンスを調節する。パルスシーケンスの調節は、コンピュータ１８および制御部２０によって行う。
【００５４】
具体的には、スピンエコーの場合は、図２において、９０°パルスと１８０°パルスの間隔をτとしたとき、１８０°パルスの印加からτ＋ｎ・ｔδ（ｎ：奇数）時間後にフェーズエンコード量が０のエコーのピークが発生するようにする。このようなエコーの発生は、ディフェーズ勾配、リードアウト勾配およびフェーズエンコード勾配を適切に調整することによって実現される。
【００５５】
スピンエコーの場合、１８０°パルスの印加からτ時間後に、スピンの位相状態が９０°パルスによる励起直後の状態に戻るので、この時点で脂肪信号は水信号と同相になる。したがって、この時点からｎ・ｔδ時間後には脂肪信号の位相はｎ・πとなり、水信号と逆位相になる。
【００５６】
ＥＰＩでは、ＲＦ励起からフェーズエンコード量が０のエコー信号のピークが生じるまでの時間を実効ＴＥという。図２のパルスシーケンスは、実効ＴＥを２τ＋ｎ・ｔδとしたものに相当する。
【００５７】
脂肪信号は、１８０°パルスの印加からτ−ｎ・ｔδ時間後の時点においても水信号に対しｎ・πの位相差を持つ。したがって、実効ＴＥを２τ−ｎ・ｔδとするようにしても良い。これは、実効ＴＥを短縮することにより撮像時間を短縮する点で好ましい。
【００５８】
グラディエントエコーの場合は、図６に示すように、実効ＴＥがｎ・ｔδとなるようにパルスシーケンスを調節する。そのようなパルスシーケンスも、ディフェーズ勾配、リードアウト勾配およびフェーズエンコード勾配を適切に調整することによって実現できる。
【００５９】
実効ＴＥをｎ・ｔδとしたことにより、ｋスペースのｋｙ＝０の近辺に収集されるエコーデータは、水信号に対して実質的に逆位相となる脂肪信号を含むものとなる。
【００６０】
図２に示したような実効ＴＥの定め方は、グラディエントエコー・アンド・スピンエコー（ＧＲＡＳＥ）法のパルスシーケンスにおいて採用することもできる。ＧＲＡＳＥ法は、エコープラナー法の変形と見ることができ、本発明におけるエコープラナー法の範疇に含めるものとする。
【００６１】
図７に示すように、ＧＲＡＳＥ法においては、図２と類似のパルスシーケンスにおいて、所定数のエコーを収集するたびに１８０°パルスによってスピンの反転を行うようになっている。このように１８０°パルスで定期的にスピンを反転することにより、磁場不均一の影響を軽減することができる。
【００６２】
このようなパルスシーケンスにおいても、実効ＴＥが２τ±ｎ・ｔδとなるようにリードアウト勾配、ディフェーズ勾配およびフェーズエンコード勾配を調整することにより、ｋｙ＝０において水信号と逆位相の脂肪信号を含むエコーを得ることができ、再構成画像におけるケミカルシフト・アーチファクトを抑制することができる。
【００６３】
以上、ｋスペース全体にわたってエコーデータを収集する例について説明したが、例えば位相軸方向においてｋスペースの半分だけにエコーデータを収集し、フラクショナル・フーリエ(fractional Fourie) 法により画像を再構成するようにしても良い。これは、撮像時間を半減する点で好ましい。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明では、エコープラナー法により磁気共鳴撮像を行うに当たり、フェーズエンコード量が０のエコーにおいて脂肪信号が水信号に対して実質的に逆位相になるようにしたので、ケミカルシフト・アーチファクトを効果的に抑制するエコープラナー法による磁気共鳴撮像方法および装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】  本発明の実施の形態の一例の装置が実行するパルスシーケンスを示す図である。
【図３】  スピンエコー法を実行したときのスピンの挙動の概念図である。
【図４】  本発明の実施の形態の一例の装置によって読み出されるエコー信号の概念図である。
【図５】  本発明の実施の形態の一例の装置による２次元フーリエ空間におけるデータ収集の概念図である。
【図６】  本発明の実施の形態の一例の装置が実行するパルスシーケンスを示す図である。
【図７】  本発明の実施の形態の一例の装置が実行するパルスシーケンスを示す図である。
【図８】  ＥＰＩのパルスシーケンスを示す図である。
【符号の説明】
２  静磁場発生部
４  勾配コイル部
６  ボデイコイル部
８  被検体
１０  勾配駆動部
１２  送信部
１４  受信部
１６  アナログ・ディジタル変換部
１８  コンピュータ
２０  制御部
２２  表示部
２４  操作部
【図１】
0003755973.tif 000003
【図２】
0003755973.tif 000004
【図３】
0003755973.tif 000005
【図４】
0003755973.tif 000006
【図５】
0003755973.tif 000007
【図６】
0003755973.tif 000008
【図７】
0003755973.tif 000009
【図８】
0003755973.tif 000010