JP2004000610A

JP2004000610A - 定常状態自由歳差運動パルス・シーケンスによるｍｒｉ方法

Info

Publication number: JP2004000610A
Application number: JP2003136743A
Authority: JP
Inventors: William Thomas Dixon; ウィリアム・トマス・ディクソン; Christopher Judson Hardy; クリストファー・ジャドソン・ハーディ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: EP1363136A2; JP4675551B2; US7009395B2; US20030214293A1; EP1363136A3

Abstract

【課題】磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムを使用して撮像する方法及びシステムを提供する。
【解決手段】本方法は、振幅及び位相が変化する選択されたパターンで複数の定常状態自由歳差運動（ＳＳＦＰ）無線周波（ＲＦ）励起パルスを印加して、該パターンのパルスに対応する信号がＭＲＩシステムの磁場不均等に実質的に影響されないようにする工程を含む。これらのパルスは、全ての隣接するパルスの間で且つ相次ぐパルス群の間でほぼ等しい間隔を有する。本方法は更に、前記パルスに対応する複数の信号を読み取る工程を含む。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に云えば磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）に関するものであり、より具体的には定常状態自由歳差運動を用いるＭＲＩパルス・シーケンスに関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
例えばシーメンス社の「Ｔｒｕｅ−ＦＩＳＰ」やゼネラル・エレクトリック社の「ＦＩＥＳＴＡ」やフィリップ社の「Ｂａｌａｎｃｅｄ　ＦＦＥ」のような定常状態自由歳差運動（ＳＳＦＰ）を利用するＭＲＩパルス・シーケンスは、信号の過大な飽和を生じることなく高速イメージング（撮像）を可能にする。実際に、ＳＳＦＰは血液のような流体の高速イメージングを比較的高い信号対ノイズ比で行うために非常に有用である。しかしながら、これらのシーケンスは本質的に静磁場の不均等に影響されやすい。具体的に述べると、静磁場の不均等により、ＦＩＥＳＴＡ画像内に信号のない曲線領域が生じる傾向があり、これらの領域は一般に黒い線又は空所として現れ、関心領域を不鮮明にし又は偽の病理を生じさせる可能性がある。
【０００３】
従って、例えばＳＳＦＰによって得られる必要なＴ２＊／Ｔ１コントラスト及び高信号対ノイズ比を保持しながら、これらの黒い線の生成を防止するために、静磁場の不均等に影響されない定常状態自由歳差運動パルス・シーケンスによるＭＲＩのための方法が要望されている。
【０００４】
【発明の概要】
本発明の第１の面では、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムを使用して撮像する方法を提供する。本方法は、振幅及び位相が変化する選択されたパターンで複数の定常状態自由歳差運動（ＳＳＦＰ）無線周波（ＲＦ）励起パルスを印加して、該パターンのパルスに対応する信号がＭＲＩシステムの磁場不均等に実質的に影響されないようにする工程を含む。これらのパルスは、全ての隣接するパルスの間で且つ相次ぐパルス群の間でほぼ等しい間隔を有する。本方法は更に、前記パルスに対応する複数の信号を読み取る工程を含む。
【０００５】
本発明の第２の面では、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムを使用して撮像するシステムを提供する。本システムは、磁場勾配を生成する磁場ドライバと、磁場を制御する磁場制御器と、共鳴を生起させる無線周波（ＲＦ）パルスを発生する送信器であって、選択されたパターンで複数の定常状態自由歳差運動（ＳＳＦＰ）無線周波（ＲＦ）励起パルスを発生し、これらのパルスが全ての隣接するパルスの間で且つ相次ぐパルス群の間でほぼ等しい間隔を有するように構成されている送信器と、対象物から発生された磁気共鳴信号を受信し検出する受信器と、画像再構成を実行すると共に、表示のための画像を作成するプロセッサとを有している。受信器は更に、前記パルスに対応する複数の信号を読み取り、これらの信号がＭＲＩシステムの磁場不均等に実質的に影響されない信号であるように構成されている。
【０００６】
本発明の特徴及び利点は、添付の図面を参照した以下の詳しい説明から明らかになろう。
【０００７】
【発明の詳しい説明】
図１を参照すると、本発明の様々な実施形態を適用できる磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムのブロック図が示されている。ＭＲＩシステム１００は、周知のように、撮像している対象物の部分からの磁気共鳴信号を検出するための様々なシステム構成部品を制御するシーケンス制御器１０１と、共鳴を生起させるための無線周波（ＲＦ）パルスを発生する送信器１０２と、既知の態様で磁場勾配を生成する磁場ドライバ１０３と、磁場を制御する磁場制御器１０４と、対象物から発生された磁気共鳴信号を受信し検出する受信器１０５と、画像再構成を実行すると共に、システムの動作のための様々な演算を行うプロセッサ１０６と、画像を表示する表示装置１０７と、検出された信号データ及び再構成されたｋ空間データを記憶する周辺記憶装置１０８とを有している。
【０００８】
周知のように、プロセッサ１０６は、測定データ及び再構成画像を記憶するための充分なメモリを有するように構成される。メモリとしては、Ｎ次元の測定データ及び再構成データの全部を記憶するもので充分である。また周知のように、ＭＲ画像は、図１の送信器１０２からのようなＲＦパルスによって開始されたＭＲＩパルス・シーケンスの所定の複数回の印加に対応する画像データ又はｋ空間データから生成される。画像は、繰り返されるＭＲＩパルス・シーケンスからの画像データ又はｋ空間データを収集することによって更新される。ＭＲ画像は、ｋ空間内の一組の直交方向に沿って一連のフーリエ変換をおこなうことによって再構成される。本書で用いる「するように改変され」、「するように構成され」又は同様な用語は、アナログ又はディジタル・コンピュータ、或いは所与の入力に応答して出力を供給する行為を行うようにプログラムされている用途特定デバイス（例えば、用途特定集積回路（ＡＳＩＣ））のような電気素子の動作能力を表す。
【０００９】
概要を述べると、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）は、磁気モーメントをＭＲＩシステムの磁石内に生じる磁場に比例する固有の核スピン歳差運動周波数で励起する周知のイメージング方法である。スピンは、電荷や質量のような自然界の基本的な属性である。歳差運動は、その起点を原点に固定したベクトルの軸の周りの回転運動である。これらのスピンの歳差運動から生じる無線周波（ＲＦ）信号は、典型的にはＭＲＩシステム内のＲＦコイルを使用して受信して、関心のあるボリュームの画像を生成するために使用する。スピン系の幾つかの特性を表す信号を生じさせるためにスピン系に印加される選択された一連のＲＦパルス及び／又は磁場勾配がパルス・シーケンスである。本書で説明する実施形態では、磁場の不均等による影響を低減するように改変した定常状態自由歳差運動（ＳＳＦＰ）パルス・シーケンスを用いる。ＳＳＦＰパルス・シーケンスは一般に信号の過剰な飽和なしに高速イメージングを行うために使用される。ＳＳＦＰパルス・シーケンスは心臓及び脳脊髄液（ＣＳＦ）イメージング用途に特に有用である。例えば、シーメンス社の「Ｔｒｕｅ−ＦＩＳＰ」やゼネラル・エレクトリック社の「ＦＩＥＳＴＡ」やフィリップ社の「Ｂａｌａｎｃｅｄ　ＦＦＥ」のような定常状態自由歳差運動（ＳＳＦＰ）を利用するＭＲＩパルス・シーケンスは、Ｔ２＊／Ｔ１コントラストによって特徴づけられた画像を高速に生成することができる。横磁化Ｍ_ＸＹが平衡状態に戻る時定数は、スピン−スピン緩和時間Ｔ２と呼ばれている。Ｔ１は縦磁化の回復速度を規定する。Ｔ２＊は、分子の相互作用及び磁場の不均等からの寄与分を含むスピン−スピン緩和時間である。
【００１０】
ＳＳＦＰのブロッホのシミュレーションでは、化学シフトにより定常状態横磁化が変化することが示されている。横磁化は正味の磁化のＸＹ成分を表す。化学シフトは、一般に、核の周囲の化学的環境に起因した核スピンの共鳴周波数の変化を表す。化学シフトは、典型的には、ｐｐｍ（百万分の一）又はＨｚの単位で示される。
【００１１】
図２は、ＦＩＥＳＴＡパルス・シーケンスについての化学シフトの作用を示している。図２について説明すると、ＴＲ＝２ｍｓ、傾斜（ｔｉｐ　）角度４０°、Ｔ１＝１０００ｍｓ、Ｔ２＝２００ｍｓとしたＦＩＥＳＴＡパルス・シーケンスについて、共鳴オフセット（Ｈｚ単位）の関数として、代表的な実施形態の縦磁化２００及び横磁化２１０を、２πで正規化した位相（２２０）と共に示している。ＲＦパルスの位相は、図２に示されるこの代表的な実施形態で、０とπとの間を交互に変わる。磁化の定常状態は各ＲＦパルスが印加されたときの磁化の位相に敏感に依存するので、縦磁化２００及び横磁化２１０の両方は周波数（又は、この代わりに磁場の強度）の関数として繰り返し落下する。これらの落下は１／（２ＴＲ）の周期を有する（ここで、ＴＲはパルス・シーケンス繰返し時間である）。磁場の不均等が存在すると、画像の幾つかの領域が図２のグラフのゼロ（ｎｕｌｌ）領域のうちの１つの領域内に入り、その結果、図３の例で示すように画像内に信号空白部（３００で示す）が生じる。ＴＲを短くすると、図２のゼロ領域が互いから更に離されて、その結果、画像中の黒い線の数が少なくなる。しかしながら、ＴＲの実用的な下限は、現在では殆どの１．５テスラ（Ｉ．５Ｔ）のＭＲＩスキャナにおいては２〜４ｍｓであり、これはゼロ領域をほぼ２５０Ｈｚ以上離れさせることが出来ないことを意味している。これは１．５Ｔで４ｐｐｍ（百万分の４）の不均等に対応し、人体のインビボ（生体）イメージングの際に、特に空気／組織界面において通常遭遇する。空気／組織界面では、隣接する領域の間での磁化率の差により局部的な不均等が生じることがある。この問題は３Ｔで更に悪化し、この場合、Ｂ_０の変動に対して同じ不感受性を達成するためにはＴＲを半分に短縮しなければならない。本発明の実施形態は１．５Ｔ以外の磁場強度について修正できることを認識されたい。
【００１２】
しかしながら、特殊な種類の繰り返しパルス・パターンを用いることによって、これらのゼロ領域の多くを防止することが可能である。本発明の一実施形態では、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムを使用して撮像する方法を開示する。本方法は、振幅及び位相が変化する選択されたパターンで複数の定常状態自由歳差運動（ＳＳＦＰ）無線周波（ＲＦ）励起パルスを印加して、該パターンのパルスに対応する信号がＭＲＩシステムの磁場不均等に実質的に影響されないようにする工程を含む。これらのパルスは、全ての隣接するパルスの間で且つ相次ぐパルス群の間でほぼ等しい間隔を有する。本方法は更に、前記パルスに対応する複数の信号を読み取る工程を含む。これらのパルスは、定常状態を崩壊させることなく定常状態自由歳差運動シーケンスと関連して使用することができる。第１の実施形態では、これらのパターンの内の最も簡単なパターンは、全ての隣接するパルスの間で且つ相次ぐパルス群の間で等間隔にした３つのパルス９０°（ｘ），１８０°（−ｘ），９０°（ｘ）で構成される。ここで、±ｘ（及び後述の±ｙ）は当該分野で周知のようにパルス位相を表す。図４はこのパルス・シーケンスについての信号読取りのための定常状態磁化を示し、図４Ａは第１の９０°パルス後、図４Ｂは１８０°パルス後、図４Ｃは第２の９０°パルス後の場合を示す。図から分かるように、１８０°パルスより前及び後での信号読取りのための横磁化（４００）は、通常のＦＩＥＳＴＡにおいて見られるようなゼロを有していず、従って静磁場の不均等に比較的影響されない。図４に示され代表的な実施形態では、Ｔ１＝４００ｍｓ、Ｔ２＝２００ｍｓ、ＴＲ＝２ｍｓである。
【００１３】
別の実施形態では、他の選択されたパルス・パターンが磁場不均等に対して頑強さを示すことがある。このようなパターンには、以下のものが含まれる。
【００１４】
９０°（ｙ），１８０°（ｘ），９０°（−ｙ）；
９０°（ｙ），１８０°（ｘ），１８０°（ｘ），１８０°（ｘ），１８０°（ｘ），９０°（−ｙ）；
９０°（ｙ），１８０°（ｘ），１８０°（−ｘ），１８０°（−ｘ），１８０°（ｘ），９０°（−ｙ）；
９０°（ｙ），１８０°（ｘ），１８０°（ｘ），１８０°（−ｘ），１８０°（−ｘ），９０°（−ｙ）。
【００１５】
場合によっては、これらのシーケンスの作用は、磁化が主に縦方向に向いている期間中に、すなわち、一シーケンスの最後の９０°パルスと次のシーケンスの最初の９０°パルスとの間の期間中に勾配スポイラー（ｓｐｏｉｌｅｒ）パルスを挿入することによって更に改善することが可能である。図４Ｃはこのような期間の一例を示している。
【００１６】
また更に、ＭＲＩシステムの様々な実施形態が提供される。本システムは前に述べたような図１の構成部品を含むと共に、更に、本書で述べた方法に従って動作するように構成された送信器１０２を含む。対象物を撮像する磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムの一実施形態は、磁場勾配を生成する磁場ドライバと、磁場を制御する磁場制御器と、共鳴を生起させる無線周波（ＲＦ）パルスを発生する送信器であって、選択されたパターンで複数の定常状態自由歳差運動（ＳＳＦＰ）無線周波（ＲＦ）励起パルスを発生し、これらのパルスが全ての隣接するパルスの間で且つ相次ぐパルス群の間でほぼ等しい間隔を持っているように改変された送信器とを有する。また更に、対象物から発生された磁気共鳴信号を受信し検出する受信器が設けられ、該受信器は、前記パルスに対応する複数の信号を読み取り、これらの信号がＭＲＩシステムの磁場の不均等に実質的に影響されない信号であるように改変されている。受信器は対象物から発生された磁気共鳴信号を受信し検出し、またプロセッサが、画像再構成を実行すると共に、表示のために画像を作成する。従って、送信器１０２は、望ましくは、ＭＲＩシステムによる撮像中に、静磁場の不均等に実質的に影響されない信号を収集するために上述の方法を用いて、複数の定常状態自由歳差運動（ＳＳＦＰ）無線周波（ＲＦ）励起パルスを発生して印加するように改変される。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態を図示し説明したが、このような実施形態は例として挙げたものであることは明らかであろう。当業者には本発明から逸脱すことなく多数の種々の変形、変更および置換をなし得よう。従って、本発明は特許請求の範囲に記載の精神および範囲によって限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の様々な実施形態を適用できる磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムのブロック図である。
【図２】
ＦＩＥＳＴＡ定常状態自由歳差運動（ＳＳＦＰ）パルス・シーケンスについての化学シフトの作用を例示するグラフである。
【図３】
本発明の様々な実施形態を適用できる代表的なＦＩＥＳＴＡ画像を示す写図である。
【図４】
本発明のＳＳＦＰパルス・シーケンスの一実施形態での磁化及び位相を例示するグラフである。
【符号の説明】
１００：ＭＲＩシステム
２００：縦磁化
２１０：横磁化
２２０：位相
４００：横磁化

Claims

磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムを使用して撮像する方法であって、
振幅及び位相が変化する選択されたパターンで複数の定常状態自由歳差運動（ＳＳＦＰ）無線周波（ＲＦ）励起パルスを印加する工程であって、これらのパルスが全ての隣接するパルスの間で且つ相次ぐパルス群の間でほぼ等しい間隔を持っている、当該工程と、
前記パルスに対応する複数の信号を読み取る工程であって、これらの信号がＭＲＩシステムの磁場の不均等に実質的に影響されない信号である、当該工程と、を含んでいる方法。
前記パターンは、９０°（ｘ），１８０°（−ｘ），９０°（ｘ）で生じる３つのパルスである、請求項１記載の方法。
前記パターンは、９０°（ｙ），１８０°（ｘ），９０°（−ｙ）で生じる３つのパルスである、請求項１記載の方法。
前記パターンは、９０°（ｙ），１８０°（ｘ），１８０°（ｘ），１８０°（ｘ），１８０°（ｘ），９０°（−ｙ）で生じるパルスである、請求項１記載の方法。
前記パターンは、９０°（ｙ），１８０°（ｘ），１８０°（−ｘ），１８０°（−ｘ），１８０°（ｘ），９０°（−ｙ）で生じるパルスである、請求項１記載の方法。
前記パターンは、９０°（ｙ），１８０°（ｘ），１８０°（ｘ），１８０°（−ｘ），１８０°（−ｘ），９０°（−ｙ）で生じるパルスである、請求項１記載の方法。
更に、磁化が主に縦方向に向いている期間中に勾配スポイラーパルスを挿入する工程を含んでいる請求項１記載の方法。
対象物を撮像する磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムであって、
磁場勾配を生成する磁場ドライバ（１０３）と、
磁場を制御する磁場制御器（１０４）と、
共鳴を生起させる無線周波（ＲＦ）パルスを発生する送信器（１０２）であって、振幅及び位相が変化する選択されたパターンで複数の定常状態自由歳差運動（ＳＳＦＰ）無線周波（ＲＦ）励起パルスを発生し、これらのパルスが全ての隣接するパルスの間で且つ相次ぐパルス群の間でほぼ等しい間隔を有するように構成されている送信器（１０２）と、
前記対象物から発生された磁気共鳴信号を受信し検出する受信器（１０５）であって、前記パルスに対応する複数の信号を読み取り、これらの信号がＭＲＩシステムの磁場の不均等に実質的に影響されない信号であるように構成されている受信器（１０５）と、
画像再構成を実行すると共に、表示のために画像を作成するプロセッサ（１０６）と、
を有している磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム。
前記送信器（１０２）は、９０°（ｘ），１８０°（−ｘ），９０°（ｘ）で生じる３つのパルスを持つ前記選択されたパターンを生成するように構成されている、請求項８記載のシステム。
前記送信器（１０２）は、９０°（ｙ），１８０°（ｘ），１８０°（ｘ），１８０°（ｘ），１８０°（ｘ），９０°（−ｙ）で生じるパルスを持つ前記選択されたパターンを生成するように構成されている、請求項８記載のシステム。
前記送信器（１０２）は、９０°（ｙ），１８０°（ｘ），１８０°（−ｘ），１８０°（−ｘ），１８０°（ｘ），９０°（−ｙ）で生じるパルスを持つ前記選択されたパターンを生成するように構成されている、請求項８記載のシステム。
前記送信器（１０２）は、９０°（ｙ），１８０°（ｘ），１８０°（ｘ），１８０°（−ｘ），１８０°（−ｘ），９０°（−ｙ）で生じるパルスを持つ前記選択されたパターンを生成するように構成されている、請求項８記載のシステム。