磁気共鳴イメージング装置および磁気共鳴イメージング方法
【課題】高速な撮像を実現可能にすると共に、スピンの角周波数に対する感度を向上して被検体の特性データを高精度に取得する。
【解決手段】繰り返し時間ＴＲと、撮影領域におけるスピンの縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２とによって式（１）で規定されるフリップアングルαの高周波磁場を、被検体のスピンの横磁化と縦磁化との両者が定常状態になるような短い時間のＴＲで印加する。そして、スライス選択方向Ｇｓと位相エンコード方向Ｇｐと周波数エンコード方向Ｇｒとのそれぞれの勾配磁場における時間積分値がＴＲ内においてゼロになるように勾配磁場のそれぞれを印加する。
【解決手段】繰り返し時間ＴＲと、撮影領域におけるスピンの縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２とによって式（１）で規定されるフリップアングルαの高周波磁場を、被検体のスピンの横磁化と縦磁化との両者が定常状態になるような短い時間のＴＲで印加する。そして、スライス選択方向Ｇｓと位相エンコード方向Ｇｐと周波数エンコード方向Ｇｒとのそれぞれの勾配磁場における時間積分値がＴＲ内においてゼロになるように勾配磁場のそれぞれを印加する。
【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装置および磁気共鳴イメージング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置は、医療用途、産業用途などさまざまな分野において利用されている。
【０００３】
磁気共鳴イメージング装置は、静磁場に置かれた被検体のスピンを核磁気共鳴（ＮＭＲ：Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）現象によって励起させ、その励起に伴って発生する磁気共鳴（ＭＲ）信号に基づいて断層画像を生成する。
【０００４】
近年、磁気共鳴イメージング装置においては、ハードウェアの進歩に伴い、高度な撮像方法が開発されている。特に、勾配磁場の形成技術の向上が著しく、繰り返し時間（ＴＲ：Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ）の短縮化が可能となっている。このことを活用した撮像方法として、コヒーレントＳＳＦＰ（Ｓｔｅａｄｙ Ｓｔａｔｅ Ｆｒｅｅ Ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ）法が知られている。コヒーレントＳＳＦＰ法は、Ｔｒｕｅ ＦＩＳＰ，Ｂａｌａｎｃｅｄ ＳＳＦＰ，ＦＩＥＳＴＡなどの名称の撮像方法として利用されている。（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特許２８９８３２９号公報
【特許文献２】特開２００１−２９３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
コヒーレントＳＳＦＰ法は、たとえば、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）パルスを横緩和時間Ｔ２よりも短いＴＲで印加し、被検体のスピンの磁気モーメントにおける横磁化と縦磁化との両者を定常状態とする。ここでは、高い強度のＭＲ信号を得るために、フリップアングルの絶対値が１０〜８０°になるようにＲＦパルスが印加される。そして、コヒーレントＳＳＦＰ法においては、スライス選択方向と位相エンコード方向と周波数エンコード方向との３方向の勾配磁場における時間積分値のそれぞれがＴＲの間でゼロになるように、各方向の勾配磁場の全てにリワインダー勾配磁場を印加して横磁化のコヒーレンスを調整し、ＦＩＤ（Ｆｒｅｅ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｄｅｃａｙ）信号とエコー信号との両者をＭＲ信号として同時に受信する。
【０００６】
一般に、磁気共鳴イメージングにおいてＴＲを短縮化した場合においては、縦磁化の緩和が不十分になって信号強度が低下する。しかし、コヒーレントＳＳＦＰ法においては、横磁化のコヒーレンスを取り除くためのスポイラー勾配磁場を用いずに、横磁化をリワインドして横磁化のコヒーレンスを利用するように、フリップアングルと、緩和による回復角度と、プリセッションアングルとが釣り合った定常状態にて、ＭＲ信号を受信する。このため、コヒーレントＳＳＦＰ法は、磁気モーメントの大きさが保持されると共に、定常状態において連続的に印加するＲＦパルスの中間の時点であるエコー時間（ＴＥ：ｅｃｈｏ ｔｉｍｅ）にて横磁化の位相が揃い、ＭＲ信号の信号強度を増加することができる。このように、コヒーレントＳＳＦＰ法は、短いＴＲによって高速な撮像が実現可能であると共に、横磁化のコヒーレンスを利用してＭＲ信号を収集して高いＳ／Ｎ比のデータを取得することができるため、重用されている。
【０００７】
しかしながら、従来において、高速な撮像を実現するためにコヒーレントＳＳＦＰ法を適用した場合には、スピンの角周波数に対する感度が十分でないために、被検体の画像などの特性データを高精度に取得することが困難な場合があった。特に、被検体のスペクトルデータ、勾配磁場均一化のための補正データなどの測定を実施する場合においては、このような不具合が顕在化する場合があった。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、高速な撮像を実現可能にすると共に、スピンの角周波数に対する感度を向上して被検体の特性データを高精度に取得可能な磁気共鳴イメージング装置および磁気共鳴イメージング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的の達成のために本発明に係る磁気共鳴イメージング装置は、静磁場内の被検体の撮影領域におけるスピンを励起する高周波磁場を、前記撮影領域のおけるスピンの横磁化と縦磁化との両者が定常状態になるような繰り返し時間で印加する高周波磁場印加手段と、スライス選択方向と位相エンコード方向と周波数エンコード方向とのそれぞれの勾配磁場を、それぞれの時間積分値が前記繰り返し時間内においてゼロになるように前記撮影領域に印加する勾配磁場印加手段と、前記高周波磁場印加手段による前記高周波磁場と前記勾配磁場印加手段による前記勾配磁場とが印加された前記撮影領域からの磁気共鳴信号に基づいて前記撮影領域の特性データを生成するデータ生成手段とを有し、前記高周波磁場印加手段は、前記繰り返し時間ＴＲと、前記撮影領域におけるスピンの縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２とによって、下記式（１）で規定されるフリップアングルαになるように前記高周波磁場を印加する。
【００１０】
【数１】
【００１１】
上記目的の達成のために本発明に係る磁気共鳴イメージング方法は、静磁場内の被検体の撮影領域におけるスピンを励起する高周波磁場を、前記撮影領域のおけるスピンの横磁化と縦磁化との両者が定常状態になるような繰り返し時間で印加する高周波磁場印加工程と、スライス選択方向と位相エンコード方向と周波数エンコード方向とのそれぞれの勾配磁場を、それぞれの時間積分値が前記繰り返し時間内においてゼロになるように前記撮影領域に印加する勾配磁場印加工程と、前記高周波磁場印加手段による前記高周波磁場と前記勾配磁場印加手段による前記勾配磁場とが印加された前記撮影領域からの磁気共鳴信号に基づいて前記撮影領域の特性データを生成するデータ生成工程とを有し、前記高周波磁場印加工程においては、前記繰り返し時間ＴＲと、前記撮影領域におけるスピンの縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２とによって、下記式（１）で規定されるフリップアングルαになるように前記高周波磁場を印加する。
【００１２】
【数２】
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高速な撮像を実現可能にすると共に、スピンの角周波数に対する感度を向上して被検体の特性データを高精度に取得可能な磁気共鳴イメージング装置および磁気共鳴イメージング方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下より、本発明にかかる実施形態の一例について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態の磁気共鳴イメージング装置の構成を示す構成図である。
【００１６】
図１に示すように、磁気共鳴イメージング装置は、静磁場マグネット部１２と、勾配コイル部１３と、ＲＦコイル部１４と、ＲＦ駆動部２２と、勾配駆動部２３と、データ収集部２４と、制御部２５と、クレードル２６と、データ処理部３１と、操作部３２と、表示部３３とを有する。
【００１７】
以下より、各構成要素について、順次、説明する。
【００１８】
静磁場マグネット部１２は、被検体４０を収容し撮影が実施される撮影空間１１に静磁場を形成する。静磁場マグネット部１２は、たとえば、撮影空間１１を挟むように配置されている一対の永久磁石を有し、被検体４０の体軸方向に対して垂直な方向に静磁場を形成する。なお、超伝導磁石を用いて構成されていてもよい。
【００１９】
勾配コイル部１３は、静磁場マグネット部１２により静磁場が形成された撮影空間１１内の被検体４０に勾配磁場を印加し、ＲＦコイル部１４が受信するＭＲ信号に空間的な位置情報を付加する。勾配コイル部１３は、３系統で構成されており、スライス選択方向Ｇｓと、位相エンコード方向Ｇｐと、周波数エンコード方向Ｇｒとの３方向に勾配を持った勾配磁場を印加する。勾配コイル部１３は、ＲＦコイル部１４により高周波磁場が印加された被検体４０のスライス位置を選択するように勾配磁場をスライス選択方向に印加する。つまり、勾配コイル部１３は、スライス位置に応じて被検体４０のスピンが異なる共鳴周波数になるようにスライス選択方向Ｇｓに勾配磁場を印加して、被検体４０のスライス位置を選択可能にする。そして、勾配コイル部１３は、その選択されたスライス位置からのＭＲ信号に対して位相エンコードと周波数エンコードとを施すように、位相エンコード方向Ｇｐと周波数エンコード方向Ｇｒとのそれぞれに勾配磁場を印加する。また、ここでは、勾配コイル部１３は、ＲＦコイル部１４がＲＦパルスを繰り返し送信する際の時間間隔であるＴＲ内において、スライス選択方向Ｇｓと位相エンコード方向Ｇｐと周波数エンコード方向Ｇｒとのそれぞれの勾配磁場の時間積分値がゼロになるように被検体４０に印加し、各方向の勾配磁場をＴＲごとにリセットする。
【００２０】
ＲＦコイル部１４は、被検体４０の撮影領域に配置されており、送信用と受信用とを兼用するように構成されている。ＲＦコイル部１４は、静磁場マグネット部１２により静磁場が形成される撮影空間１１内において、電磁波であるＲＦパルスを被検体４０に送信することによって高周波磁場を被検体４０に印加し、被検体４０内のプロトンのスピンを励起する。ここでは、ＲＦコイル部１４は、被検体４０のスピンの横磁化と縦磁化との両者が定常状態になるようなＴＲで高周波磁場を印加する。そして、本実施形態においては、ＲＦコイル部１４は、繰り返し時間ＴＲと、被検体の撮影領域におけるスピンの縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２とによって、以下の式（１）で規定されるフリップアングルαになるように、高周波磁場を印加する。
【００２１】
【数３】
【００２２】
たとえば、被検体の撮影領域におけるスピンにおいて、縦緩和時間Ｔ１が３１５ｍｓｅｃ、横緩和時間Ｔ２が２７０ｍｓｅｃ、そして、ＲＦパルスを印加する繰り返し時間ＴＲが６ｍｓｅｃである場合には、上記の式（１）により、フリップアングルαが、０．０２１ラジアン、すなわち、１．２°になるように高周波磁場を印加する。つまり、人体などの生体における縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２と、そして、定常状態となる繰り返し時間ＴＲとを鑑みて、上記の式（１）によりフリップアングルが０．１°以上３．０°以下の絶対値になるように高周波磁場を印加する。そして、その他に、ＲＦコイル部１４は、その励起された被検体４０内のプロトンから発生する電磁波をＭＲ信号として受信する。なお、ＲＦコイル部１４は、本実施形態において送信用と受信用とを兼用しているが、送信用コイルと受信用コイルとを独立して設けてもよい。
【００２３】
ＲＦ駆動部２２は、ゲート変調器（図示なし）とＲＦ電力増幅器（図示なし）とＲＦ発振器（図示なし）とを有し、ＲＦコイル部１４を駆動し撮影空間１１内に高周波磁場を形成させる。ＲＦ駆動部２２は、制御部２５からの制御信号に基づいて、ＲＦ発振器からの信号を、ゲート変調器を用いて所定のタイミングおよび所定の包絡線の信号に変調する。そして、ゲート変調器により変調された信号をＲＦ電力増幅器により増幅した後、ＲＦコイル部１４に出力する。
【００２４】
勾配駆動部２３は、制御部２５からの制御信号に基づいて勾配コイル部１３を駆動させ、静磁場が形成されている撮影空間１１内の被検体４０に勾配磁場を印加させる。勾配駆動部２３は、勾配コイル部１３の３系統の勾配コイルに対応して３系統の駆動回路（図示なし）を有する。
【００２５】
データ収集部２４は、位相検波器（図示なし）とアナログ／デジタル変換器（図示なし）とを有し、制御部２５からの制御信号に基づいて、ＲＦコイル部１４が受信するＭＲ信号を収集する。位相検波器は、ＲＦコイル部１４が受信するＭＲ信号を、ＲＦ駆動部２２のＲＦ発振器の出力を参照信号として位相検波し、アナログ／デジタル変換器に出力する。そして、位相検波器から出力されるアナログ信号のＭＲ信号を、アナログ／デジタル変換器がデジタル信号に変換してデータ処理部３１に出力する。
【００２６】
制御部２５は、コンピュータと、そのコンピュータを機能させるプログラムなどにより構成されており、操作部３２からデータ処理部３１を介して入力される操作信号に基づいて、各部にそれぞれ制御信号を出力して制御を行う。
【００２７】
図２は、制御部２５の構成を示す図である。
【００２８】
図２に示すように、制御部２５は、ＲＦ制御部２５１と勾配制御部２５２とデータ収集制御部２５３とを有する。各部は、コンピュータに各部の機能を実現させるためのプログラムとして構成されている。制御部２５は、オペレータにより操作部３２に入力されたパルスシーケンスに基づく操作信号が、操作部３２からデータ処理部３１を介して入力される。そして、制御部２５は、その操作信号に基づいて、ＲＦ制御部２５１と勾配制御部２５２とデータ収集制御部２５３とのそれぞれが、ＲＦ駆動部２２と勾配駆動部２３とデータ収集部２４とのそれぞれに制御信号を出力し、被検体４０に高周波磁場と勾配磁場とを印加して、その被検体４０から発生するＭＲ信号を収集するように制御する。本実施形態においては、コヒーレントＳＳＦＰ法によるパルスシーケンスに基づいて、ＲＦ制御部２５１と勾配制御部２５２とデータ収集制御部２５３とのそれぞれは、ＲＦ駆動部２２と勾配駆動部２３とデータ収集部２４とのそれぞれに制御信号を出力する。
【００２９】
ＲＦ制御部２５１は、ＲＦ駆動部２２に制御信号を送信してＲＦコイル部１４の駆動を制御し、被検体４０のスピンの横磁化と縦磁化との両者が定常状態になるようなＴＲにて、ＲＦパルスＲＦ１を繰り返し送信させて、被検体４０に高周波磁場を印加する。そして、本実施形態においては、ＲＦ制御部２５１は、前述の式（１）で規定されるフリップアングルαの高周波磁場をＲＦコイル部１４が印加するように制御する。ここでは、被検体の撮影領域におけるスピンの縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２と、繰り返し時間ＴＲとのデータとを、オペレータが操作部３２に入力する。そして、その被検体の撮影領域におけるスピンの縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２と、繰り返し時間ＴＲとの入力データを、操作部３２からＲＦ制御部２５１が受け、上記の式（１）で規定されるフリップアングルαを乗除算器で算出する。そして、その算出したフリップアングルαで高周波磁場を印加するように、ＲＦコイル部１４に制御信号を送信して制御する。
【００３０】
勾配制御部２５２は、勾配駆動部２３に制御信号を送信して勾配コイル部１３を駆動させる。ここでは、勾配制御部２５２は、ＲＦコイル部１４がＲＦパルスを繰り返し送信する際の時間間隔であるＴＲ内において、スライス選択方向と位相エンコード方向と周波数エンコード方向とのそれぞれの勾配磁場の時間積分値がゼロになるように勾配コイル部１３を制御して、各方向の勾配磁場を被検体４０に印加する。
【００３１】
データ収集制御部２５３は、ＲＦコイル部１４が受信するＭＲ信号を収集後、データ処理部３１に出力するようにデータ収集部２４を制御する。
【００３２】
クレードル２６は、被検体４０を載置する台であり、クレードル駆動部（図示なし）によって、撮影空間１１の内部と外部との間を移動し、被検体４０を撮影空間１１へ搬入する。
【００３３】
データ処理部３１は、コンピュータにより構成されている。データ処理部３１は、操作部３２に接続されており、操作部３２からの操作信号が入力される。また、データ処理部３１は、制御部２５に接続されており、オペレータによって操作部３２に入力される操作信号を制御部２５に出力する。また、データ処理部３１は、特性データ生成部３３１を有する。
【００３４】
特性データ生成部３３１は、高周波磁場と勾配磁場とが印加された被検体４０からのＭＲ信号に基づいて、被検体４０の特性データを生成する。特性データ生成部３３１は、データ収集部２４に接続されており、データ収集部２４が収集し出力するＭＲ信号を取得する。そして、特性データ生成部３３１は、その取得したＭＲ信号に対してフーリエ変換処理を実施して、被検体４０の画像を特性データとして生成する。そして、データ処理部３１は、特性データ生成部３３１が生成した特性データを表示部３３に出力する。
【００３５】
操作部３２は、キーボードやマウスなどの操作デバイスにより構成されている。操作部３２は、オペレータによって操作され、その操作に応じた操作信号をデータ処理部３１に出力する。操作部３２は、たとえば、パルスシーケンスの設定項目などのスキャン条件がオペレータによって入力される。
【００３６】
表示部３３は、グラフィックディスプレイなどの表示デバイスにより構成されている。表示部３３は、被検体４０からのＭＲ信号に基づいて生成される被検体４０の特性データを表示する。たとえば、表示部３３は、被検体４０のスペクトルに関する特性データをデータ処理部３１から取得し、被検体４０のスペクトルを示す画像を表示する。
【００３７】
なお、上記の本実施形態の勾配コイル部１３と勾配駆動部２３と勾配制御部２５２とは、本発明の勾配磁場印加手段に相当する。また、本実施形態のＲＦコイル部１４とＲＦ駆動部２２とＲＦ制御部２５１とは、本発明の高周波磁場印加手段に相当する。また、本実施形態のデータ生成部３３１は、本発明のデータ生成手段に相当する。
【００３８】
以下より、上記の本実施形態の磁気共鳴イメージング装置を用いて被検体の断層画像の撮影をする磁気共鳴イメージング方法について説明する。
【００３９】
始めに、被検体４０をクレードル２６に載置後、被検体４０の撮影領域にＲＦコイル部１４を設置する。そして、オペレータにより操作部３２に入力される撮影条件に基づいて、操作部３２が操作信号を制御部２５にデータ処理部３１を介して出力する。ここでは、被検体の撮影領域におけるスピンの縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２，そして、繰り返し時間ＴＲ，エコー時間ＴＥなどのスキャン条件がオペレータにより設定される。
【００４０】
そして、操作部３２に入力されたスキャン条件に基づいて、静磁場が形成されている撮影空間１１内に被検体４０が載置されているクレードル２６を移動して被検体４０を撮影空間１１の内部に搬入するように、制御部２５が制御する。
【００４１】
そして、その操作信号に基づいて、ＲＦ制御部２５１と勾配制御部２５２とデータ収集制御部２５３とのそれぞれが、ＲＦ駆動部２２と勾配駆動部２３とデータ収集部２４とのそれぞれに制御信号を出力し、被検体４０に高周波磁場と勾配磁場とを印加して、その被検体４０から発生するＭＲ信号を収集するように制御部２５が制御する。本実施形態では、コヒーレントＳＳＦＰ法において前述の式（１）で規定されるフリップアングルの高周波磁場を所定のＴＲで繰り返し印加するパルスシーケンスを実施するように、ＲＦ制御部２５１と勾配制御部２５２とデータ収集制御部２５３とのそれぞれが、ＲＦ駆動部２２と勾配駆動部２３とデータ収集部２４とのそれぞれに制御信号を出力する。ここでは、たとえば、縦緩和時間Ｔ１が３１５ｍｓｅｃ、横緩和時間Ｔ２が２７０ｍｓｅｃの撮影領域を、繰り返し時間ＴＲが６ｍｓｅｃ，フリップアングルαが１．２°になるように高周波磁場を印加して、スキャンする。
【００４２】
図３は、制御部２５が各部を制御するためのパルスシーケンス図である。図３においては、高周波磁場ＲＦと、スライス選択方向の勾配磁場Ｇｓと、位相エンコード方向の勾配磁場Ｇｐと、周波数エンコード方向の勾配磁場Ｇｒとを示しており、縦軸が磁場強度を示し、横軸が時間を示している。
【００４３】
まず、図３に示すように、正のフリップアングルのＲＦパルスＲＦ１による高周波磁場の印加を、ＲＦコイル部１４が行う。たとえば、フリップアングルαが、前述の式（１）で規定される１．２°になるように高周波磁場を印加する。そして、この時、被検体４０のスライスを選択する第１スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ１を勾配コイル部１３が被検体４０のスライス選択方向Ｇｓに印加する。これによってＮＭＲ現象が起こり、選択された被検体４０のスライスにおけるプロトンのスピンが励起されてＭＲ信号が発生する。
【００４４】
つぎに、スライス選択方向Ｇｓに勾配がある第２スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ２を勾配コイル部１３が印加する。ここでは、第２スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ２は、後述する第３スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ３と同じ時間積分値であり、第１スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ１の時間積分値の絶対値の半分になるように設定される。これにより、第１スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ１が印加され分散された被検体４０のスピンの位相が同位相になるように補正される。
【００４５】
そして、第２スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ２が印加される際においては、位相エンコード方向Ｇｐに勾配がある第１位相エンコード方向勾配磁場Ｇｐ１を勾配コイル部１３が印加すると共に、周波数エンコード方向Ｇｒに勾配がある第１周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ１を勾配コイル部１３が印加する。ここでは、第１位相エンコード方向勾配磁場Ｇｐ１は、位相エンコードステップに対応する磁場強度で印加され、ＭＲ信号を位相エンコード方向にエンコードする。そして、第１周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ１は、後述する第２周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ２の時間積分値の絶対値に対して半分の時間積分値であって逆極性の勾配磁場として印加され、読み出し時間ＴＳ前にスピンの位相を分散し、エコー時間ＴＥにてスピンが同位相になるように調整する。
【００４６】
つぎに、第２周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ２を勾配コイル部１３が印加する。第２周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ２は、周波数エンコード方向Ｇｒに勾配を備えるように読み出し時間ＴＳに印加され、ＭＲ信号を周波数エンコード方向にエンコードする。
【００４７】
そして、第２周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ２が印加される際には、制御部２５のデータ収集制御部２５３がデータ収集部２４に制御信号を送信し、ＲＦコイル部１４が受信するＭＲ信号を、データ収集部２４が収集する。ここでは、オペレータによって操作部３２に入力された周波数エンコードステップ数に対応するようなサンプリング間隔で、データ収集部２４がＭＲ信号を収集する。そして、その収集したＭＲ信号をデータ収集部２４がデータ処理部３１に出力する。なお、データ収集制御部２５３は、ＴＲ毎にＲＦパルスが交互に繰り返し送信されて被検体４０のスピンが定常状態に至るまでの間においてはＭＲ信号を収集せずに、定常状態に到達後にＭＲ信号を収集するように、データ収集部２４を制御する。
【００４８】
つぎに、読み出し時間ＴＳの後に、第１スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ１と第２スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ２とをキャンセルするように、勾配コイル部１３が第３スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ３を印加する。ここでは、前述の第２スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ２と同じ時間積分値であって、第１スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ１の時間積分値の絶対値の半分の時間積分値になるように、第３スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ３が印加される。つまり、第３スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ３は、リワインダー勾配磁場であり、第１スライス方向勾配磁場Ｇｓ１を印加する前の状態にスライス選択方向Ｇｓにおける勾配磁場をリワインドしてリセットする。
【００４９】
また、第３スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ３を印加する際においては、勾配コイル部１３が第２位相エンコード方向勾配磁場Ｇｐ２を印加すると共に、第３周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ３を印加する。第２位相エンコード方向勾配磁場Ｇｐ２は、第３スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ３と同様にリワインダー勾配磁場であり、第１位相エンコード方向勾配磁場Ｇｐ１をキャンセルするように、位相エンコード方向Ｇｐに印加される。ここでは、第１位相エンコード方向勾配磁場Ｇｐ１をと同じ時間積分値であって逆極性となるように、勾配コイル部１３が第２位相エンコード方向勾配磁場Ｇｐ２を位相エンコード方向Ｇｐに印加し、第１位相エンコード方向勾配磁場Ｇｐ１を印加する前の状態になるように位相エンコード方向Ｇｐにおける勾配磁場をリワインドしてリセットする。第３周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ３も同様に、リワインダー勾配磁場であり、第１周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ１と第２周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ２とをキャンセルするように、周波数エンコード方向Ｇｒに印加される。ここでは、前述の第１周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ１と同じ時間積分値であって、第２周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ２の時間積分値の絶対値の半分の時間積分値になるように、第３周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ３が印加され、第１周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ１を印加する前の状態になるように周波数エンコード方向Ｇｒにおける勾配磁場をリワインドしてリセットする。
【００５０】
つぎに、ＲＦパルスＲＦ１の印加からＴＲ経過後に、再度、同様なフリップアングルαのＲＦパルスＲＦ２の印加を行う。ここでは、ＴＲごとに印加する各ＲＦパルスの間での位相の変化であるＲＦ位相増分角（ＲＦ ｐｈａｓｅ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ）を、０°になるように設定して、ＲＦパルスＲＦ２の印加が実施される。その後、位相エンコード方向Ｇｐの勾配磁場を位相エンコードステップに対応するように変えて、上記に同様なパルスシーケンスを実施する。このようにして、位相エンコードステップに対応させて上記のパルスシーケンスをＴＲごとに繰り返し、ＭＲ信号を収集してｋ空間を埋める。
【００５１】
そして、データ収集部２４が収集したＭＲ信号がデータ処理部３１のデータ生成部３３１に出力され、データ生成部３３１がそのＭＲ信号に対してフーリエ変換処理を施し、被検体４０の画像を特性データとして生成する。データ生成部３３１は、その生成した特性データを表示部３３に出力し、データ生成部３３１が生成した特性データを表示部３３が表示する。
【００５２】
以上のように、本実施形態は、前述の式（１）で規定されるフリップアングルαの高周波磁場を、被検体４０のスピンの横磁化と縦磁化との両者が定常状態になるような短い時間のＴＲで印加する。そして、被検体４０のスライス位置を選択するためにスライス選択方向に勾配磁場をＴＲごとに印加し、その被検体４０からのＭＲ信号に対して周波数エンコードと位相エンコードとを施すために周波数エンコード方向と位相エンコード方向とのそれぞれの勾配磁場をＴＲごとに印加する。そして、ここでは、スライス選択方向と位相エンコード方向と周波数エンコード方向とのそれぞれの勾配磁場における時間積分値が、ＴＲ内においてゼロになるように勾配磁場のそれぞれを被検体４０に印加している。つまり、本実施形態は、コヒーレントＳＳＦＰ法において、前述の式（１）で規定される高周波磁場をＴＲごとに被検体４０に印加してＭＲ信号を取得し、被検体４０の特性データを生成する。ここでは、生体における縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２と、そして、定常状態となる繰り返し時間ＴＲとを鑑みて、上記の式（１）により、フリップアングルが０．１°以上３．０°以下の絶対値になるように高周波磁場を印加する。
【００５３】
図４は、コヒーレントＳＳＦＰ法における信号強度Ｉと、ＴＲ内でのフリープリセッションアングル（ｆｒｅｅ ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ ａｎｇｌｅ）Φ（°）との関係を、フリップアングルα（°）に対応させて示す図である。図４においては、正味磁化Ｍ０を１．０とした場合における各フリップアングルでの信号強度Ｉを縦軸とし、ＴＲ内でのプリセッションアングルΦを横軸に示している。図４では、３０°，１０°，１．２°の３つのフリップアングルαで実施した結果について示している。
【００５４】
図４に示すように、フリップアングルαが前述の式（１）で規定した１．２°の場合には、式（１）で規定していない他の３０°，１０°のフリップアングルの場合と異なって、スピン角周波数が共鳴周波数と一致した時にＭＲ信号を発生しており、スピンの角周波数に対する感度が高くなっている。このような結果は、コヒーレントＳＳＦＰ法にて、フリップアングルαが式（１）で規定される場合に同様に得られる。なお、この式（１）は、コヒーレントＳＳＦＰ法の原理および種々の実験結果に基づいて、さまざまな近似が行われて導かれている。
【００５５】
このように本実施形態は、コヒーレントＳＳＦＰ法におけるフリップアングルを前述のような式（１）で規定しているために、緩和による磁化ベクトルの回復角度がフリップアングルに近づき、共鳴周波数およびその共鳴周波数から１／ＴＲの整数倍異なる周波数のスピンのように、プリセッションアングルが小さいスピンを選択的に励起する。このため、本実施形態は、スピンの角周波数に対する感度を向上することができる。したがって、本実施形態は、スピンの角周波数に対する感度が高くなって、被検体の特性データを高精度に取得することができると共に、高速な撮像を実現することができる。
【００５６】
なお、本発明の実施に際しては、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形形態を採用することができる。
【００５７】
たとえば、上記実施形態の他、勾配磁場均一化のための補正データなどの測定に好適に適用することができる。
【００５８】
また、上記の実施形態においては、ＲＦ位相増分角を０°に設定し、正のフリップアングルの高周波磁場の印加を繰り返す場合について示したが、たとえば、ＲＦ位相増分角が１８０°になるように調整し、正負のフリップアングルで交互に高周波磁場を印加するようにスキャンを実施してもよい。その他に、ＲＦ位相増分角が０°と１８０°以外になるように調整してスキャンを実施し、図４に示すようなＭＲ信号のピーク位置をフリープリセッションアングルに対してシフトさせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、本発明にかかる実施形態の磁気共鳴イメージング装置の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明にかかる実施形態の磁気共鳴イメージング装置における制御部の構成を示す図である。
【図３】図３は、本発明にかかる実施形態の磁気共鳴イメージング装置における制御部が制御するためのパルスシーケンス図である。
【図４】図４は、コヒーレントＳＳＦＰ法における信号強度Ｉと、ＴＲ内でのフリープリセッションアングルΦとの関係を、フリップアングルαに対応させて示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１１：撮影空間、
１２：静磁場マグネット部、
１３：勾配コイル部、
１４：ＲＦコイル部、
２２：ＲＦ駆動部、
２３：勾配駆動部、
２４：データ収集部、
２５：制御部、
２６：クレードル、
３１：データ処理部、
３２：操作部、
３３：表示部、
２５１：ＲＦ制御部、
２５２：勾配制御部、
２５３：データ収集制御部、
３３１：データ生成部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置および磁気共鳴イメージング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置は、医療用途、産業用途などさまざまな分野において利用されている。
【０００３】
磁気共鳴イメージング装置は、静磁場に置かれた被検体のスピンを核磁気共鳴（ＮＭＲ：Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）現象によって励起させ、その励起に伴って発生する磁気共鳴（ＭＲ）信号に基づいて断層画像を生成する。
【０００４】
近年、磁気共鳴イメージング装置においては、ハードウェアの進歩に伴い、高度な撮像方法が開発されている。特に、勾配磁場の形成技術の向上が著しく、繰り返し時間（ＴＲ：Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ）の短縮化が可能となっている。このことを活用した撮像方法として、コヒーレントＳＳＦＰ（Ｓｔｅａｄｙ Ｓｔａｔｅ Ｆｒｅｅ Ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ）法が知られている。コヒーレントＳＳＦＰ法は、Ｔｒｕｅ ＦＩＳＰ，Ｂａｌａｎｃｅｄ ＳＳＦＰ，ＦＩＥＳＴＡなどの名称の撮像方法として利用されている。（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特許２８９８３２９号公報
【特許文献２】特開２００１−２９３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
コヒーレントＳＳＦＰ法は、たとえば、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）パルスを横緩和時間Ｔ２よりも短いＴＲで印加し、被検体のスピンの磁気モーメントにおける横磁化と縦磁化との両者を定常状態とする。ここでは、高い強度のＭＲ信号を得るために、フリップアングルの絶対値が１０〜８０°になるようにＲＦパルスが印加される。そして、コヒーレントＳＳＦＰ法においては、スライス選択方向と位相エンコード方向と周波数エンコード方向との３方向の勾配磁場における時間積分値のそれぞれがＴＲの間でゼロになるように、各方向の勾配磁場の全てにリワインダー勾配磁場を印加して横磁化のコヒーレンスを調整し、ＦＩＤ（Ｆｒｅｅ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｄｅｃａｙ）信号とエコー信号との両者をＭＲ信号として同時に受信する。
【０００６】
一般に、磁気共鳴イメージングにおいてＴＲを短縮化した場合においては、縦磁化の緩和が不十分になって信号強度が低下する。しかし、コヒーレントＳＳＦＰ法においては、横磁化のコヒーレンスを取り除くためのスポイラー勾配磁場を用いずに、横磁化をリワインドして横磁化のコヒーレンスを利用するように、フリップアングルと、緩和による回復角度と、プリセッションアングルとが釣り合った定常状態にて、ＭＲ信号を受信する。このため、コヒーレントＳＳＦＰ法は、磁気モーメントの大きさが保持されると共に、定常状態において連続的に印加するＲＦパルスの中間の時点であるエコー時間（ＴＥ：ｅｃｈｏ ｔｉｍｅ）にて横磁化の位相が揃い、ＭＲ信号の信号強度を増加することができる。このように、コヒーレントＳＳＦＰ法は、短いＴＲによって高速な撮像が実現可能であると共に、横磁化のコヒーレンスを利用してＭＲ信号を収集して高いＳ／Ｎ比のデータを取得することができるため、重用されている。
【０００７】
しかしながら、従来において、高速な撮像を実現するためにコヒーレントＳＳＦＰ法を適用した場合には、スピンの角周波数に対する感度が十分でないために、被検体の画像などの特性データを高精度に取得することが困難な場合があった。特に、被検体のスペクトルデータ、勾配磁場均一化のための補正データなどの測定を実施する場合においては、このような不具合が顕在化する場合があった。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、高速な撮像を実現可能にすると共に、スピンの角周波数に対する感度を向上して被検体の特性データを高精度に取得可能な磁気共鳴イメージング装置および磁気共鳴イメージング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的の達成のために本発明に係る磁気共鳴イメージング装置は、静磁場内の被検体の撮影領域におけるスピンを励起する高周波磁場を、前記撮影領域のおけるスピンの横磁化と縦磁化との両者が定常状態になるような繰り返し時間で印加する高周波磁場印加手段と、スライス選択方向と位相エンコード方向と周波数エンコード方向とのそれぞれの勾配磁場を、それぞれの時間積分値が前記繰り返し時間内においてゼロになるように前記撮影領域に印加する勾配磁場印加手段と、前記高周波磁場印加手段による前記高周波磁場と前記勾配磁場印加手段による前記勾配磁場とが印加された前記撮影領域からの磁気共鳴信号に基づいて前記撮影領域の特性データを生成するデータ生成手段とを有し、前記高周波磁場印加手段は、前記繰り返し時間ＴＲと、前記撮影領域におけるスピンの縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２とによって、下記式（１）で規定されるフリップアングルαになるように前記高周波磁場を印加する。
【００１０】
【数１】
【００１１】
上記目的の達成のために本発明に係る磁気共鳴イメージング方法は、静磁場内の被検体の撮影領域におけるスピンを励起する高周波磁場を、前記撮影領域のおけるスピンの横磁化と縦磁化との両者が定常状態になるような繰り返し時間で印加する高周波磁場印加工程と、スライス選択方向と位相エンコード方向と周波数エンコード方向とのそれぞれの勾配磁場を、それぞれの時間積分値が前記繰り返し時間内においてゼロになるように前記撮影領域に印加する勾配磁場印加工程と、前記高周波磁場印加手段による前記高周波磁場と前記勾配磁場印加手段による前記勾配磁場とが印加された前記撮影領域からの磁気共鳴信号に基づいて前記撮影領域の特性データを生成するデータ生成工程とを有し、前記高周波磁場印加工程においては、前記繰り返し時間ＴＲと、前記撮影領域におけるスピンの縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２とによって、下記式（１）で規定されるフリップアングルαになるように前記高周波磁場を印加する。
【００１２】
【数２】
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高速な撮像を実現可能にすると共に、スピンの角周波数に対する感度を向上して被検体の特性データを高精度に取得可能な磁気共鳴イメージング装置および磁気共鳴イメージング方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下より、本発明にかかる実施形態の一例について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態の磁気共鳴イメージング装置の構成を示す構成図である。
【００１６】
図１に示すように、磁気共鳴イメージング装置は、静磁場マグネット部１２と、勾配コイル部１３と、ＲＦコイル部１４と、ＲＦ駆動部２２と、勾配駆動部２３と、データ収集部２４と、制御部２５と、クレードル２６と、データ処理部３１と、操作部３２と、表示部３３とを有する。
【００１７】
以下より、各構成要素について、順次、説明する。
【００１８】
静磁場マグネット部１２は、被検体４０を収容し撮影が実施される撮影空間１１に静磁場を形成する。静磁場マグネット部１２は、たとえば、撮影空間１１を挟むように配置されている一対の永久磁石を有し、被検体４０の体軸方向に対して垂直な方向に静磁場を形成する。なお、超伝導磁石を用いて構成されていてもよい。
【００１９】
勾配コイル部１３は、静磁場マグネット部１２により静磁場が形成された撮影空間１１内の被検体４０に勾配磁場を印加し、ＲＦコイル部１４が受信するＭＲ信号に空間的な位置情報を付加する。勾配コイル部１３は、３系統で構成されており、スライス選択方向Ｇｓと、位相エンコード方向Ｇｐと、周波数エンコード方向Ｇｒとの３方向に勾配を持った勾配磁場を印加する。勾配コイル部１３は、ＲＦコイル部１４により高周波磁場が印加された被検体４０のスライス位置を選択するように勾配磁場をスライス選択方向に印加する。つまり、勾配コイル部１３は、スライス位置に応じて被検体４０のスピンが異なる共鳴周波数になるようにスライス選択方向Ｇｓに勾配磁場を印加して、被検体４０のスライス位置を選択可能にする。そして、勾配コイル部１３は、その選択されたスライス位置からのＭＲ信号に対して位相エンコードと周波数エンコードとを施すように、位相エンコード方向Ｇｐと周波数エンコード方向Ｇｒとのそれぞれに勾配磁場を印加する。また、ここでは、勾配コイル部１３は、ＲＦコイル部１４がＲＦパルスを繰り返し送信する際の時間間隔であるＴＲ内において、スライス選択方向Ｇｓと位相エンコード方向Ｇｐと周波数エンコード方向Ｇｒとのそれぞれの勾配磁場の時間積分値がゼロになるように被検体４０に印加し、各方向の勾配磁場をＴＲごとにリセットする。
【００２０】
ＲＦコイル部１４は、被検体４０の撮影領域に配置されており、送信用と受信用とを兼用するように構成されている。ＲＦコイル部１４は、静磁場マグネット部１２により静磁場が形成される撮影空間１１内において、電磁波であるＲＦパルスを被検体４０に送信することによって高周波磁場を被検体４０に印加し、被検体４０内のプロトンのスピンを励起する。ここでは、ＲＦコイル部１４は、被検体４０のスピンの横磁化と縦磁化との両者が定常状態になるようなＴＲで高周波磁場を印加する。そして、本実施形態においては、ＲＦコイル部１４は、繰り返し時間ＴＲと、被検体の撮影領域におけるスピンの縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２とによって、以下の式（１）で規定されるフリップアングルαになるように、高周波磁場を印加する。
【００２１】
【数３】
【００２２】
たとえば、被検体の撮影領域におけるスピンにおいて、縦緩和時間Ｔ１が３１５ｍｓｅｃ、横緩和時間Ｔ２が２７０ｍｓｅｃ、そして、ＲＦパルスを印加する繰り返し時間ＴＲが６ｍｓｅｃである場合には、上記の式（１）により、フリップアングルαが、０．０２１ラジアン、すなわち、１．２°になるように高周波磁場を印加する。つまり、人体などの生体における縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２と、そして、定常状態となる繰り返し時間ＴＲとを鑑みて、上記の式（１）によりフリップアングルが０．１°以上３．０°以下の絶対値になるように高周波磁場を印加する。そして、その他に、ＲＦコイル部１４は、その励起された被検体４０内のプロトンから発生する電磁波をＭＲ信号として受信する。なお、ＲＦコイル部１４は、本実施形態において送信用と受信用とを兼用しているが、送信用コイルと受信用コイルとを独立して設けてもよい。
【００２３】
ＲＦ駆動部２２は、ゲート変調器（図示なし）とＲＦ電力増幅器（図示なし）とＲＦ発振器（図示なし）とを有し、ＲＦコイル部１４を駆動し撮影空間１１内に高周波磁場を形成させる。ＲＦ駆動部２２は、制御部２５からの制御信号に基づいて、ＲＦ発振器からの信号を、ゲート変調器を用いて所定のタイミングおよび所定の包絡線の信号に変調する。そして、ゲート変調器により変調された信号をＲＦ電力増幅器により増幅した後、ＲＦコイル部１４に出力する。
【００２４】
勾配駆動部２３は、制御部２５からの制御信号に基づいて勾配コイル部１３を駆動させ、静磁場が形成されている撮影空間１１内の被検体４０に勾配磁場を印加させる。勾配駆動部２３は、勾配コイル部１３の３系統の勾配コイルに対応して３系統の駆動回路（図示なし）を有する。
【００２５】
データ収集部２４は、位相検波器（図示なし）とアナログ／デジタル変換器（図示なし）とを有し、制御部２５からの制御信号に基づいて、ＲＦコイル部１４が受信するＭＲ信号を収集する。位相検波器は、ＲＦコイル部１４が受信するＭＲ信号を、ＲＦ駆動部２２のＲＦ発振器の出力を参照信号として位相検波し、アナログ／デジタル変換器に出力する。そして、位相検波器から出力されるアナログ信号のＭＲ信号を、アナログ／デジタル変換器がデジタル信号に変換してデータ処理部３１に出力する。
【００２６】
制御部２５は、コンピュータと、そのコンピュータを機能させるプログラムなどにより構成されており、操作部３２からデータ処理部３１を介して入力される操作信号に基づいて、各部にそれぞれ制御信号を出力して制御を行う。
【００２７】
図２は、制御部２５の構成を示す図である。
【００２８】
図２に示すように、制御部２５は、ＲＦ制御部２５１と勾配制御部２５２とデータ収集制御部２５３とを有する。各部は、コンピュータに各部の機能を実現させるためのプログラムとして構成されている。制御部２５は、オペレータにより操作部３２に入力されたパルスシーケンスに基づく操作信号が、操作部３２からデータ処理部３１を介して入力される。そして、制御部２５は、その操作信号に基づいて、ＲＦ制御部２５１と勾配制御部２５２とデータ収集制御部２５３とのそれぞれが、ＲＦ駆動部２２と勾配駆動部２３とデータ収集部２４とのそれぞれに制御信号を出力し、被検体４０に高周波磁場と勾配磁場とを印加して、その被検体４０から発生するＭＲ信号を収集するように制御する。本実施形態においては、コヒーレントＳＳＦＰ法によるパルスシーケンスに基づいて、ＲＦ制御部２５１と勾配制御部２５２とデータ収集制御部２５３とのそれぞれは、ＲＦ駆動部２２と勾配駆動部２３とデータ収集部２４とのそれぞれに制御信号を出力する。
【００２９】
ＲＦ制御部２５１は、ＲＦ駆動部２２に制御信号を送信してＲＦコイル部１４の駆動を制御し、被検体４０のスピンの横磁化と縦磁化との両者が定常状態になるようなＴＲにて、ＲＦパルスＲＦ１を繰り返し送信させて、被検体４０に高周波磁場を印加する。そして、本実施形態においては、ＲＦ制御部２５１は、前述の式（１）で規定されるフリップアングルαの高周波磁場をＲＦコイル部１４が印加するように制御する。ここでは、被検体の撮影領域におけるスピンの縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２と、繰り返し時間ＴＲとのデータとを、オペレータが操作部３２に入力する。そして、その被検体の撮影領域におけるスピンの縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２と、繰り返し時間ＴＲとの入力データを、操作部３２からＲＦ制御部２５１が受け、上記の式（１）で規定されるフリップアングルαを乗除算器で算出する。そして、その算出したフリップアングルαで高周波磁場を印加するように、ＲＦコイル部１４に制御信号を送信して制御する。
【００３０】
勾配制御部２５２は、勾配駆動部２３に制御信号を送信して勾配コイル部１３を駆動させる。ここでは、勾配制御部２５２は、ＲＦコイル部１４がＲＦパルスを繰り返し送信する際の時間間隔であるＴＲ内において、スライス選択方向と位相エンコード方向と周波数エンコード方向とのそれぞれの勾配磁場の時間積分値がゼロになるように勾配コイル部１３を制御して、各方向の勾配磁場を被検体４０に印加する。
【００３１】
データ収集制御部２５３は、ＲＦコイル部１４が受信するＭＲ信号を収集後、データ処理部３１に出力するようにデータ収集部２４を制御する。
【００３２】
クレードル２６は、被検体４０を載置する台であり、クレードル駆動部（図示なし）によって、撮影空間１１の内部と外部との間を移動し、被検体４０を撮影空間１１へ搬入する。
【００３３】
データ処理部３１は、コンピュータにより構成されている。データ処理部３１は、操作部３２に接続されており、操作部３２からの操作信号が入力される。また、データ処理部３１は、制御部２５に接続されており、オペレータによって操作部３２に入力される操作信号を制御部２５に出力する。また、データ処理部３１は、特性データ生成部３３１を有する。
【００３４】
特性データ生成部３３１は、高周波磁場と勾配磁場とが印加された被検体４０からのＭＲ信号に基づいて、被検体４０の特性データを生成する。特性データ生成部３３１は、データ収集部２４に接続されており、データ収集部２４が収集し出力するＭＲ信号を取得する。そして、特性データ生成部３３１は、その取得したＭＲ信号に対してフーリエ変換処理を実施して、被検体４０の画像を特性データとして生成する。そして、データ処理部３１は、特性データ生成部３３１が生成した特性データを表示部３３に出力する。
【００３５】
操作部３２は、キーボードやマウスなどの操作デバイスにより構成されている。操作部３２は、オペレータによって操作され、その操作に応じた操作信号をデータ処理部３１に出力する。操作部３２は、たとえば、パルスシーケンスの設定項目などのスキャン条件がオペレータによって入力される。
【００３６】
表示部３３は、グラフィックディスプレイなどの表示デバイスにより構成されている。表示部３３は、被検体４０からのＭＲ信号に基づいて生成される被検体４０の特性データを表示する。たとえば、表示部３３は、被検体４０のスペクトルに関する特性データをデータ処理部３１から取得し、被検体４０のスペクトルを示す画像を表示する。
【００３７】
なお、上記の本実施形態の勾配コイル部１３と勾配駆動部２３と勾配制御部２５２とは、本発明の勾配磁場印加手段に相当する。また、本実施形態のＲＦコイル部１４とＲＦ駆動部２２とＲＦ制御部２５１とは、本発明の高周波磁場印加手段に相当する。また、本実施形態のデータ生成部３３１は、本発明のデータ生成手段に相当する。
【００３８】
以下より、上記の本実施形態の磁気共鳴イメージング装置を用いて被検体の断層画像の撮影をする磁気共鳴イメージング方法について説明する。
【００３９】
始めに、被検体４０をクレードル２６に載置後、被検体４０の撮影領域にＲＦコイル部１４を設置する。そして、オペレータにより操作部３２に入力される撮影条件に基づいて、操作部３２が操作信号を制御部２５にデータ処理部３１を介して出力する。ここでは、被検体の撮影領域におけるスピンの縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２，そして、繰り返し時間ＴＲ，エコー時間ＴＥなどのスキャン条件がオペレータにより設定される。
【００４０】
そして、操作部３２に入力されたスキャン条件に基づいて、静磁場が形成されている撮影空間１１内に被検体４０が載置されているクレードル２６を移動して被検体４０を撮影空間１１の内部に搬入するように、制御部２５が制御する。
【００４１】
そして、その操作信号に基づいて、ＲＦ制御部２５１と勾配制御部２５２とデータ収集制御部２５３とのそれぞれが、ＲＦ駆動部２２と勾配駆動部２３とデータ収集部２４とのそれぞれに制御信号を出力し、被検体４０に高周波磁場と勾配磁場とを印加して、その被検体４０から発生するＭＲ信号を収集するように制御部２５が制御する。本実施形態では、コヒーレントＳＳＦＰ法において前述の式（１）で規定されるフリップアングルの高周波磁場を所定のＴＲで繰り返し印加するパルスシーケンスを実施するように、ＲＦ制御部２５１と勾配制御部２５２とデータ収集制御部２５３とのそれぞれが、ＲＦ駆動部２２と勾配駆動部２３とデータ収集部２４とのそれぞれに制御信号を出力する。ここでは、たとえば、縦緩和時間Ｔ１が３１５ｍｓｅｃ、横緩和時間Ｔ２が２７０ｍｓｅｃの撮影領域を、繰り返し時間ＴＲが６ｍｓｅｃ，フリップアングルαが１．２°になるように高周波磁場を印加して、スキャンする。
【００４２】
図３は、制御部２５が各部を制御するためのパルスシーケンス図である。図３においては、高周波磁場ＲＦと、スライス選択方向の勾配磁場Ｇｓと、位相エンコード方向の勾配磁場Ｇｐと、周波数エンコード方向の勾配磁場Ｇｒとを示しており、縦軸が磁場強度を示し、横軸が時間を示している。
【００４３】
まず、図３に示すように、正のフリップアングルのＲＦパルスＲＦ１による高周波磁場の印加を、ＲＦコイル部１４が行う。たとえば、フリップアングルαが、前述の式（１）で規定される１．２°になるように高周波磁場を印加する。そして、この時、被検体４０のスライスを選択する第１スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ１を勾配コイル部１３が被検体４０のスライス選択方向Ｇｓに印加する。これによってＮＭＲ現象が起こり、選択された被検体４０のスライスにおけるプロトンのスピンが励起されてＭＲ信号が発生する。
【００４４】
つぎに、スライス選択方向Ｇｓに勾配がある第２スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ２を勾配コイル部１３が印加する。ここでは、第２スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ２は、後述する第３スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ３と同じ時間積分値であり、第１スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ１の時間積分値の絶対値の半分になるように設定される。これにより、第１スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ１が印加され分散された被検体４０のスピンの位相が同位相になるように補正される。
【００４５】
そして、第２スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ２が印加される際においては、位相エンコード方向Ｇｐに勾配がある第１位相エンコード方向勾配磁場Ｇｐ１を勾配コイル部１３が印加すると共に、周波数エンコード方向Ｇｒに勾配がある第１周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ１を勾配コイル部１３が印加する。ここでは、第１位相エンコード方向勾配磁場Ｇｐ１は、位相エンコードステップに対応する磁場強度で印加され、ＭＲ信号を位相エンコード方向にエンコードする。そして、第１周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ１は、後述する第２周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ２の時間積分値の絶対値に対して半分の時間積分値であって逆極性の勾配磁場として印加され、読み出し時間ＴＳ前にスピンの位相を分散し、エコー時間ＴＥにてスピンが同位相になるように調整する。
【００４６】
つぎに、第２周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ２を勾配コイル部１３が印加する。第２周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ２は、周波数エンコード方向Ｇｒに勾配を備えるように読み出し時間ＴＳに印加され、ＭＲ信号を周波数エンコード方向にエンコードする。
【００４７】
そして、第２周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ２が印加される際には、制御部２５のデータ収集制御部２５３がデータ収集部２４に制御信号を送信し、ＲＦコイル部１４が受信するＭＲ信号を、データ収集部２４が収集する。ここでは、オペレータによって操作部３２に入力された周波数エンコードステップ数に対応するようなサンプリング間隔で、データ収集部２４がＭＲ信号を収集する。そして、その収集したＭＲ信号をデータ収集部２４がデータ処理部３１に出力する。なお、データ収集制御部２５３は、ＴＲ毎にＲＦパルスが交互に繰り返し送信されて被検体４０のスピンが定常状態に至るまでの間においてはＭＲ信号を収集せずに、定常状態に到達後にＭＲ信号を収集するように、データ収集部２４を制御する。
【００４８】
つぎに、読み出し時間ＴＳの後に、第１スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ１と第２スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ２とをキャンセルするように、勾配コイル部１３が第３スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ３を印加する。ここでは、前述の第２スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ２と同じ時間積分値であって、第１スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ１の時間積分値の絶対値の半分の時間積分値になるように、第３スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ３が印加される。つまり、第３スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ３は、リワインダー勾配磁場であり、第１スライス方向勾配磁場Ｇｓ１を印加する前の状態にスライス選択方向Ｇｓにおける勾配磁場をリワインドしてリセットする。
【００４９】
また、第３スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ３を印加する際においては、勾配コイル部１３が第２位相エンコード方向勾配磁場Ｇｐ２を印加すると共に、第３周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ３を印加する。第２位相エンコード方向勾配磁場Ｇｐ２は、第３スライス選択方向勾配磁場Ｇｓ３と同様にリワインダー勾配磁場であり、第１位相エンコード方向勾配磁場Ｇｐ１をキャンセルするように、位相エンコード方向Ｇｐに印加される。ここでは、第１位相エンコード方向勾配磁場Ｇｐ１をと同じ時間積分値であって逆極性となるように、勾配コイル部１３が第２位相エンコード方向勾配磁場Ｇｐ２を位相エンコード方向Ｇｐに印加し、第１位相エンコード方向勾配磁場Ｇｐ１を印加する前の状態になるように位相エンコード方向Ｇｐにおける勾配磁場をリワインドしてリセットする。第３周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ３も同様に、リワインダー勾配磁場であり、第１周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ１と第２周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ２とをキャンセルするように、周波数エンコード方向Ｇｒに印加される。ここでは、前述の第１周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ１と同じ時間積分値であって、第２周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ２の時間積分値の絶対値の半分の時間積分値になるように、第３周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ３が印加され、第１周波数エンコード方向勾配磁場Ｇｒ１を印加する前の状態になるように周波数エンコード方向Ｇｒにおける勾配磁場をリワインドしてリセットする。
【００５０】
つぎに、ＲＦパルスＲＦ１の印加からＴＲ経過後に、再度、同様なフリップアングルαのＲＦパルスＲＦ２の印加を行う。ここでは、ＴＲごとに印加する各ＲＦパルスの間での位相の変化であるＲＦ位相増分角（ＲＦ ｐｈａｓｅ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ）を、０°になるように設定して、ＲＦパルスＲＦ２の印加が実施される。その後、位相エンコード方向Ｇｐの勾配磁場を位相エンコードステップに対応するように変えて、上記に同様なパルスシーケンスを実施する。このようにして、位相エンコードステップに対応させて上記のパルスシーケンスをＴＲごとに繰り返し、ＭＲ信号を収集してｋ空間を埋める。
【００５１】
そして、データ収集部２４が収集したＭＲ信号がデータ処理部３１のデータ生成部３３１に出力され、データ生成部３３１がそのＭＲ信号に対してフーリエ変換処理を施し、被検体４０の画像を特性データとして生成する。データ生成部３３１は、その生成した特性データを表示部３３に出力し、データ生成部３３１が生成した特性データを表示部３３が表示する。
【００５２】
以上のように、本実施形態は、前述の式（１）で規定されるフリップアングルαの高周波磁場を、被検体４０のスピンの横磁化と縦磁化との両者が定常状態になるような短い時間のＴＲで印加する。そして、被検体４０のスライス位置を選択するためにスライス選択方向に勾配磁場をＴＲごとに印加し、その被検体４０からのＭＲ信号に対して周波数エンコードと位相エンコードとを施すために周波数エンコード方向と位相エンコード方向とのそれぞれの勾配磁場をＴＲごとに印加する。そして、ここでは、スライス選択方向と位相エンコード方向と周波数エンコード方向とのそれぞれの勾配磁場における時間積分値が、ＴＲ内においてゼロになるように勾配磁場のそれぞれを被検体４０に印加している。つまり、本実施形態は、コヒーレントＳＳＦＰ法において、前述の式（１）で規定される高周波磁場をＴＲごとに被検体４０に印加してＭＲ信号を取得し、被検体４０の特性データを生成する。ここでは、生体における縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２と、そして、定常状態となる繰り返し時間ＴＲとを鑑みて、上記の式（１）により、フリップアングルが０．１°以上３．０°以下の絶対値になるように高周波磁場を印加する。
【００５３】
図４は、コヒーレントＳＳＦＰ法における信号強度Ｉと、ＴＲ内でのフリープリセッションアングル（ｆｒｅｅ ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ ａｎｇｌｅ）Φ（°）との関係を、フリップアングルα（°）に対応させて示す図である。図４においては、正味磁化Ｍ０を１．０とした場合における各フリップアングルでの信号強度Ｉを縦軸とし、ＴＲ内でのプリセッションアングルΦを横軸に示している。図４では、３０°，１０°，１．２°の３つのフリップアングルαで実施した結果について示している。
【００５４】
図４に示すように、フリップアングルαが前述の式（１）で規定した１．２°の場合には、式（１）で規定していない他の３０°，１０°のフリップアングルの場合と異なって、スピン角周波数が共鳴周波数と一致した時にＭＲ信号を発生しており、スピンの角周波数に対する感度が高くなっている。このような結果は、コヒーレントＳＳＦＰ法にて、フリップアングルαが式（１）で規定される場合に同様に得られる。なお、この式（１）は、コヒーレントＳＳＦＰ法の原理および種々の実験結果に基づいて、さまざまな近似が行われて導かれている。
【００５５】
このように本実施形態は、コヒーレントＳＳＦＰ法におけるフリップアングルを前述のような式（１）で規定しているために、緩和による磁化ベクトルの回復角度がフリップアングルに近づき、共鳴周波数およびその共鳴周波数から１／ＴＲの整数倍異なる周波数のスピンのように、プリセッションアングルが小さいスピンを選択的に励起する。このため、本実施形態は、スピンの角周波数に対する感度を向上することができる。したがって、本実施形態は、スピンの角周波数に対する感度が高くなって、被検体の特性データを高精度に取得することができると共に、高速な撮像を実現することができる。
【００５６】
なお、本発明の実施に際しては、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形形態を採用することができる。
【００５７】
たとえば、上記実施形態の他、勾配磁場均一化のための補正データなどの測定に好適に適用することができる。
【００５８】
また、上記の実施形態においては、ＲＦ位相増分角を０°に設定し、正のフリップアングルの高周波磁場の印加を繰り返す場合について示したが、たとえば、ＲＦ位相増分角が１８０°になるように調整し、正負のフリップアングルで交互に高周波磁場を印加するようにスキャンを実施してもよい。その他に、ＲＦ位相増分角が０°と１８０°以外になるように調整してスキャンを実施し、図４に示すようなＭＲ信号のピーク位置をフリープリセッションアングルに対してシフトさせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、本発明にかかる実施形態の磁気共鳴イメージング装置の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明にかかる実施形態の磁気共鳴イメージング装置における制御部の構成を示す図である。
【図３】図３は、本発明にかかる実施形態の磁気共鳴イメージング装置における制御部が制御するためのパルスシーケンス図である。
【図４】図４は、コヒーレントＳＳＦＰ法における信号強度Ｉと、ＴＲ内でのフリープリセッションアングルΦとの関係を、フリップアングルαに対応させて示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１１：撮影空間、
１２：静磁場マグネット部、
１３：勾配コイル部、
１４：ＲＦコイル部、
２２：ＲＦ駆動部、
２３：勾配駆動部、
２４：データ収集部、
２５：制御部、
２６：クレードル、
３１：データ処理部、
３２：操作部、
３３：表示部、
２５１：ＲＦ制御部、
２５２：勾配制御部、
２５３：データ収集制御部、
３３１：データ生成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場内の被検体の撮影領域におけるスピンを励起する高周波磁場を、前記撮影領域のおけるスピンの横磁化と縦磁化との両者が定常状態になるような繰り返し時間で印加する高周波磁場印加手段と、
スライス選択方向と位相エンコード方向と周波数エンコード方向とのそれぞれの勾配磁場を、それぞれの時間積分値が前記繰り返し時間内においてゼロになるように前記撮影領域に印加する勾配磁場印加手段と、
前記高周波磁場印加手段による前記高周波磁場と前記勾配磁場印加手段による前記勾配磁場とが印加された前記撮影領域からの磁気共鳴信号に基づいて前記撮影領域の特性データを生成するデータ生成手段と
を有し、
前記高周波磁場印加手段は、前記繰り返し時間ＴＲと、前記撮影領域におけるスピンの縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２とによって、下記式（１）で規定されるフリップアングルαになるように前記高周波磁場を印加する
磁気共鳴イメージング装置。
【数１】
【請求項２】
静磁場内の被検体の撮影領域におけるスピンを励起する高周波磁場を、前記撮影領域のおけるスピンの横磁化と縦磁化との両者が定常状態になるような繰り返し時間で印加する高周波磁場印加工程と、
スライス選択方向と位相エンコード方向と周波数エンコード方向とのそれぞれの勾配磁場を、それぞれの時間積分値が前記繰り返し時間内においてゼロになるように前記撮影領域に印加する勾配磁場印加工程と、
前記高周波磁場印加手段による前記高周波磁場と前記勾配磁場印加手段による前記勾配磁場とが印加された前記撮影領域からの磁気共鳴信号に基づいて前記撮影領域の特性データを生成するデータ生成工程と
を有し、
前記高周波磁場印加工程においては、前記繰り返し時間ＴＲと、前記撮影領域におけるスピンの縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２とによって、下記式（１）で規定されるフリップアングルαになるように前記高周波磁場を印加する
磁気共鳴イメージング方法。
【数２】
【請求項１】
静磁場内の被検体の撮影領域におけるスピンを励起する高周波磁場を、前記撮影領域のおけるスピンの横磁化と縦磁化との両者が定常状態になるような繰り返し時間で印加する高周波磁場印加手段と、
スライス選択方向と位相エンコード方向と周波数エンコード方向とのそれぞれの勾配磁場を、それぞれの時間積分値が前記繰り返し時間内においてゼロになるように前記撮影領域に印加する勾配磁場印加手段と、
前記高周波磁場印加手段による前記高周波磁場と前記勾配磁場印加手段による前記勾配磁場とが印加された前記撮影領域からの磁気共鳴信号に基づいて前記撮影領域の特性データを生成するデータ生成手段と
を有し、
前記高周波磁場印加手段は、前記繰り返し時間ＴＲと、前記撮影領域におけるスピンの縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２とによって、下記式（１）で規定されるフリップアングルαになるように前記高周波磁場を印加する
磁気共鳴イメージング装置。
【数１】
【請求項２】
静磁場内の被検体の撮影領域におけるスピンを励起する高周波磁場を、前記撮影領域のおけるスピンの横磁化と縦磁化との両者が定常状態になるような繰り返し時間で印加する高周波磁場印加工程と、
スライス選択方向と位相エンコード方向と周波数エンコード方向とのそれぞれの勾配磁場を、それぞれの時間積分値が前記繰り返し時間内においてゼロになるように前記撮影領域に印加する勾配磁場印加工程と、
前記高周波磁場印加手段による前記高周波磁場と前記勾配磁場印加手段による前記勾配磁場とが印加された前記撮影領域からの磁気共鳴信号に基づいて前記撮影領域の特性データを生成するデータ生成工程と
を有し、
前記高周波磁場印加工程においては、前記繰り返し時間ＴＲと、前記撮影領域におけるスピンの縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２とによって、下記式（１）で規定されるフリップアングルαになるように前記高周波磁場を印加する
磁気共鳴イメージング方法。
【数２】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２２３６３０（Ｐ２００６−２２３６３０Ａ）
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４２０３２（Ｐ２００５−４２０３２）
【出願日】平成１７年２月１８日（２００５．２．１８）
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１８日（２００５．２．１８）
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【Ｆターム（参考）】
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