JP2005509509A - Ｍｒｉ及び特に拡散重み付けされたｍｒｉ用の多グラジエント・エコータイプの投影再構成シーケンス - Google Patents

Abstract

磁気共鳴撮像装置中で、対象は撮像領域中に配置される。磁石組立体は、撮像領域を通る主磁場を生成する。無線周波数パルス及び傾斜磁場操作のシーケンスは、対称の双極子内の磁気共鳴を励起し操作する。シーケンスは、標準的なスピンエコー撮像技術で知られているように９０°ＲＦ励起パルス及び１８０°リフォーカスパルスを有する。シーケンスは、スピンエコー信号を抑制しつつ少なくとも２つのグラジエント・リコールドＲＦエコーを生成する傾斜パルスを含む。シーケンスはまた、撮像シーケンス中に水又は他の分子の動きを感知する拡散感度傾斜磁場を含む。傾斜磁場によって生じたエコーは、時間ＴＥに対して対称に配置される。装置には、受信された磁気共鳴信号の実部及び虚部をとり、これらを信号の振幅データへ変換する再構成プロセッサが含まれる。振幅データは、再構成における位相エンコードの代わりに用いられる。

Description

本発明は、画像診断技術に関連する。本発明は、拡散検出シーケンスを操作するオープンＭＲＩシステムに関して特に適用されるため、本発明について特にこれを参照して説明する。しかしながら、本発明は例えばより高い磁場のボアタイプのシステムに関しても有用であり、上述の適用に限られるものではないことが認められるべきである。

一般的に、磁気共鳴撮像では、磁場Ｂ₀は、中に対象が配置されている撮像領域を通して発生される。無線周波数（ＲＦ）コイルは、撮像領域の中へＲＦパルスを送信し、対象の中に双極子を励起し、操作する。傾斜磁場コイルは、励起された双極子を空間的及び分光的にエンコードするために、傾斜磁場を主磁場に重畳する。

拡散重み付けシーケンスは、細胞レベルで対象内の水の動きを検出する。これらのシーケンスは、一般的には、数ミクロンのオーダで水の動き、又は水が細胞膜を横切るのにかかる距離を検出する。エコープレーナ撮像（ＥＰＩ）シーケンスは、磁気共鳴スキャンにおいて拡散を検出するのに用いられてきた。ＥＰＩシーケンスは、データ取得に関しては高速であるが、非常に動きに敏感な傾向があり、比較的低い信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する。

位相エンコードを伴わない回転ｋ空間拡散シーケンスもまた使用される。これらのシーケンスは、一般的には、患者の動きに対してより回復力があり、より高いＳＮＲを有する。しかしながら、これらはＥＰＩシーケンスよりもはるかに時間がかかり、一般的には３乃至４分間かかる。このタイプのシーケンスの他の不利な点は、傾斜磁場用の機器に対して重い負荷をかける傾向があり、全ての現在のＭＲＩ装置ユーザスキャナで実施可能なわけではないことである。更に、高い、速く変化する傾斜磁場は患者の不快感を高めうる。

高速スピンエコー（ＦＳＥ）シーケンスもまた、拡散を検出するのに使用されてきた。マルチエコーＦＳＥシーケンスは、回転ｋ空間シーケンスよりも速いが、他の制限を有する傾向がある。この種類のシーケンスの誘導（stimulated）エコー及び及び１次エコーは、同じ時間と位相を有さねばならない。通常のＦＳＥシーケンスでは、このことは一般的には問題とならないが、拡散検出シーケンスでは、位相は患者の動きにより予測不可能に歪められ、補正されえない。従って、１次エコー及び誘導エコーは、正しく加算されえない。

患者の動きを制限する方法が使用されてきたが、これらは望ましいものではない。患者を動かなくするために、患者に対して鎮静剤が与えられうるが、この場合は、患者に対して常にいくらかの危険が伴う。患者の動きを制限するために機械的な制限もまた用いられるが、これらは患者にとって強いられるものであり心地のよくないものである場合が多い。このような心地の悪さは、しばしば、患者の落ち着きをなくし、患者が抑制されていない場合よりも多く動くこととなりうる。

本発明は、上述の及び他の問題を克服する新規且つ改善された方法及び装置を提供する。

本発明の１つの面によれば、磁気共鳴の方法が与えられる。共鳴は、撮像領域中の対象の選択された双極子中で励起される。共鳴は、反転パルスでリフォーカスされ、少なくとも２つのグラジエント・リコールド・エコーが取得される。データは、対象の画像表現へと再構成されるのに充分になるまで収集される。

本発明の他の面によれば、磁気共鳴装置が提供される。主磁石組立体は、撮像領域中の対象を通って主磁場を発生する。ＲＦコイル組立体は、撮像領域へＲＦパルスを送信する。傾斜磁場コイル組立体は、少なくとも２つのグラジエント・リコールド・エコーを生じさせる主磁場に傾斜磁場を重畳する。受信器は、撮像領域から磁気共鳴信号を受信し、再構成プロセッサは、受信した磁気共鳴を画像表現へと再構成する。

本発明の１つの利点は、取得時間がより速いことである。他の利点は、拡散重み付け撮像において信号対雑音比がより高くなることである。他の利点は、データ取得スキームがよりロバストなものとなることである。他の利点は、ＲＦ及び傾斜磁場の負荷が低減することである。本発明の更なる利点及び利点については、当業者によれば、望ましい実施例を読み理解することにより明らかとなろう。

本発明は、様々な構成要素及び構成要素の配置、並びに、様々な段階及び段階の配置の形をとりうる。図面は、望ましい実施例を図示するためだけのものであり、本発明を制限するものと理解されるべきではない。

図１を参照するに、対象は、磁気共鳴装置の撮像領域１０中に配置される。望ましくは、オープン磁気共鳴装置が用いられるが、ボアタイプの装置についてもまた考えられている。対象は、装置の中の上側磁極組立体１２と下側磁極組立体１４との間に配置される。望ましくは抵抗性磁石である環状磁石１６、１８は、上側及び下側の磁極片２０、２２の間で、撮像領域１０を通じて静的な主磁場Ｂ₀を発生する。超電導磁石もまた考えられることが理解されるべきである。

Ｂ₀主磁場を空間エンコードするために、傾斜磁場コイル２４、２６は、撮像領域中へ傾斜パルスを送信する。パルスは、傾斜磁場制御器２８によって制御され、傾斜増幅器３０によって増幅され、傾斜磁場コイル２４、２６へ送信される。望ましい実施例では、傾斜磁場制御器２８は、傾斜磁場シーケンスを構築するのに用いられる３つの特定の傾斜磁場合成器を含む。拡散傾斜磁場合成器３２は、磁気共鳴装置を対象中の水又は他の分子の拡散に対して敏感なものとする傾斜磁場を合成する。周波数エンコード合成器３４は、対象中の共鳴を周波数エンコードし、被検体中にグラジエント・リコールド・エコー（gradient recalled echo）を誘導する傾斜パルスを合成する。第３の傾斜磁場合成器は、スライス選択傾斜磁場合成器３６である。スライス選択合成器は、対象内の関心領域をスラブ又はスライスへと制限する傾斜パルスを作成する。

上側及び下側のＲＦコイル４０、４２は、撮像領域１０へＲＦパルスを送信する。パルスは、望ましくはディジタルである少なくとも１つのＲＦ送信器４４によってコイル４０、４２へ送信される。ＲＦパルスは、ＲＦパルス制御器４６によって発生される。傾斜磁場制御器２８及びＲＦパルス制御器４６は、いずれも、シーケンスメモリ５０から所望のシーケンスを取り出すシーケンス制御器４８によって制御される。

選択されたパルスシーケンスが対象の中で所望の磁気共鳴操作を起こすと、ＲＦコイル４０、４２、又は他の局部受信コイルは、共鳴信号を検出する。共鳴信号は、少なくとも１つの受信器５２によって受信され、検出された共鳴信号に対して１次元フーリエ変換又は他の適当な再構成アルゴリズムを適用する再構成プロセッサ５４によって処理される。処理された信号は、振幅メモリ５６内に格納される。逆投影プロセッサ５８は、画像の振幅を逆投影し、体積画像メモリ６０内に記憶される画像表現を生じさせる。画像プロセッサ６２は、画像表現の部分を画像メモリ６０から取り出し、これらを、例えばビデオモニタ、ＬＣＤディスプレイ、アクティブ・マトリクス・モニタ等の人間が読み取り可能なディスプレイ６２上での表示用にフォーマットする。

図２を参照するに、また、図１を引き続き参照するに、望ましいパルスシーケンスが示されている。一般的には、望ましいパルスシーケンスは、多数のグラジエント・リコールド・エコーを発生する。磁気共鳴データは、複数の異なる傾斜磁場の存在下でこれらのエコーから読み出される。スライス選択傾斜磁場は、撮像体積を対象内の選択されたスライス又はスラブへと減少させるために印加される。拡散傾斜磁場及び周波数エンコード傾斜磁場は、望ましくは、それらの感度が互いに直交するよう印加される。望ましい実施例では、データは、位相エンコード傾斜磁場がないときに読み出される。

対象が、撮像領域１０内で正しく位置決めされた後、シーケンスが開始される。９０°ＲＦ励起パルス７０は、スラブ選択傾斜磁場７２の存在下で印加される。励起パルス７０は、望ましくは、スラブ選択傾斜磁場７２によって選択された磁気双極子を横平面上へと、即ち、約９０°、傾ける。９０°の傾きは、最初の傾きのより小さい度と比較して、比較的強い信号を生じさせる。他の傾き角度もまた可能であるが、９０°のときは最も多いグラジエント・リコールド・エコーの可能性でより高いＳＮＲを生じさせるため、９０°が望ましいことが理解されよう。

励起パルス７０に直ぐに続いて、撮像領域にディフェーズ傾斜磁場７４が印加される。ディフェーズ傾斜磁場は、ｙ成分７４ａ及びｘ成分７４ｂから構成される。ｘ方向及びｙ方向は、励起されたスラブ内の互いに直交する方向を示し、また、ｋ空間中のｋ_x方向及びｋ_d方向を定義する。ディフェーズ傾斜磁場は、第１の読み出し傾斜イベント中にエコーを形成することを目的とする。或いは、これは逆の符号を有するリフォーカスパルスの後に印加されてもよい。ディフェーズ傾斜磁場７４の２つの部分は、ｋ空間中の感度の方向ベクトルを定義するよう組み合わされる。

ディフェーズ傾斜磁場７４に続いて、拡散感度傾斜磁場７６の第１の部分が印加される。ディフェーズ傾斜磁場７４と同様に、拡散傾斜磁場の第１の部分はｙ成分７６ａ及びｘ成分７６ｂへ分割される。拡散傾斜磁場７６の第１の部分に続いて、１８０°リフォーカスＲＦパルス７８がある。リフォーカスパルス７８と同時に、第２のスライス選択傾斜磁場８０が印加される。第１及び第２のスライス選択傾斜磁場７２、８０は、励起パルス７０及びリフォーカスパルス７８が同じ領域に影響を与えるよう、対象内の同じ領域を選択する。第２のスライス選択傾斜磁場に続いて、拡散感度傾斜磁場８２の第２の部分がある。第１の部分７６と同様に、第２の部分８２はｙ成分８２ａ及びｘ成分８２ｂへ分割される。まとめると、拡散感度傾斜磁場７６、８２は、アクティブである間は、望ましくは水である選択された分子の拡散を検出する。拡散感度傾斜磁場の第１の部分７６及び第２の部分８２は、１８０°リフォーカスＲＦパルス７８に対して時間的に対称に配置されることが望ましい。望ましくは、傾斜ローブ７６及び８２は、同じ面積を有するべきである。

拡散傾斜磁場８２の第２の部分に続き、一般的には読み出し傾斜磁場として知られる第１の周波数エンコード傾斜磁場８４が印加される。以前の傾斜磁場と同様に、第１の読み出し傾斜磁場８４はｙ成分８４ａ及びｘ成分８４ｂから構成される。望ましくは、２つの成分は、拡散傾斜磁場７６、８２の方向感度に対して略垂直であり、ディフェーズ傾斜磁場７４と同じ方向を有する方向ベクトルを定義する。望ましい実施例では、第１の読み出し傾斜磁場８４のローブの下側の面積は、ディフェーズ傾斜磁場７４の下側の面積の大きさの約２倍である。

グラジエント・リコールド・エコーを生じさせるために、撮像領域にリバーサル傾斜磁場８６が印加される。リバーサル傾斜磁場は、他の傾斜磁場と同様に、ｙ成分８６ａ及びｘ成分８６ｂを有する。リバーサル傾斜磁場は、ｋ空間中のデータ読み出しを有効にリセットし、どこで１つのデータラインが止まり次のデータラインが始まるのかを定義する。続いて、ｋ空間中に第２のデータラインを形成するよう他の読み出し傾斜磁場８８が印加される。第２の読み出し傾斜磁場は、ｙ成分８８ａ及びｘ成分８８ｂを有する。図示の用に、第２の傾斜磁場８８は、第１の読み出し傾斜磁場８６と僅かに異なる。望ましくは、第２の読み出し傾斜磁場８８の読み出し方向は、第１の読み出し傾斜磁場８４の読み出し方向から１°よりも少なくずらされる。

望ましい実施例では、また、図３に示されるように、データラインは、ｋ空間の中心１００回りに回転的に段階的とされる。第１の読み出し傾斜磁場８４は、ｋ空間中にデータライン１０２を発生する。第２の読み出し傾斜磁場８８は、第１のデータライン１０２とは僅かに異なる読み出し方向に第２のデータライン１０３を発生する。望ましいシーケンスは、１８０°に亘って２５６個の段階を作り、各データライン間の角度１０６を約０．７０°とする。もちろん、より多くの又はより少ない段階が作られうるが、データライン間の角度は１０°よりも大きくないことが望ましく、なぜならばその場合は、従来技術について説明したように、シーケンスは対称の動きに対して敏感となるためである。更なるデータラインは、説明した２エコー実施例の更なるサイクルで発生される。

或いは、更なるデータラインは、更なるリバーサル傾斜磁場を用いることによって読み出されうる。３エコー実施例では、第２のリバーサル傾斜磁場は、リバーサル傾斜磁場８６の振幅と略同じであるが、第３の傾斜磁場の方向に小さい変化があり、データライン１０４を生じさせる。実際上の制限として、１つのＲＦ励起パルスから約４つのグラジエント・リコールド・エコーが生じうる。約４つのエコーの後、グラジエント・リコールド・エコー中に蓄積された位相誤りはあまりにも大きくなる。

例示した２エコー実施例では、ＲＦエコー９０及び９４は、時間枠９２及び９６中に夫々生じ、時間ＴＥに対して対称に配置される。更なるエコー実施例では、一群のエコーは時間ＴＥを中心として配置され、例えば、３エコー実施例では、第２のエコーは時間ＴＥを中心とする。１８０°リフォーカスパルス７８は、暗に示されるように時間ＴＥ／２において生じ、時間ＴＥ／２は時間ＴＥの半分の値において生ずる。

上述したように、ＲＦエコーは、位相エンコードがないときに受信される。投影再構成法は、画像を形成するために用いられる。グラジエントエコー信号は、一般的には位相誤りを含むため、振幅データを用いる再構成方法が望ましい。望ましい実施例では、受信器５２は、磁気共鳴信号の実部及び虚部を受信する。再構成プロセッサ５４は、再構成の一部として、実部と虚部の平方を加算し、平方根をとる。簡単にいえば、実部がｘであり、虚部がｙであれば、再構成プロセッサは、受信された共鳴信号の振幅データを得るために、√（ｘ²＋ｙ²）を行う。

他の実施例では、リバーサル傾斜磁場は用いられない。その代わりに、続く傾斜磁場は実質的に互いとは反対である。即ち、第１の傾斜ローブが正であれば、第２のローブは負である、等である。この実施例では、主波数エンコード傾斜磁場は、実質的には中断無しに、又は可能であればデータラインの開始点を調整するよう間に小さい傾斜パルスを挟んで実行される。この実施例では、データラインは互いに反対の方向で読み出され、図３中の矢印の方向は同様に交互となる。他の実施例では、拡散傾斜パルス７６、８２は、いずれもリフォーカスパルス８０の前に印加される。この実施例では、パルスは互いに反対の符号を有する。

他の実施例では、拡散パルス７６、８２は、スライス選択傾斜磁場の方向に成分を含む。この変更に関わらず、拡散傾斜磁場が読み出し傾斜磁場に対して直交するという要件はなお満足される。

本発明について、望ましい実施例を参照して説明した。上述の詳細な説明を読み、理解することにより、変更及び修正がなされうるであろう。本発明は、変更及び修正が、特許請求の範囲内であるか、それらの均等物であるかぎり、そのような全ての変更及び修正を含むものと理解されるべきであることが意図される。

本発明による磁気共鳴撮像装置を示す図である。 本発明による拡散重み付けパルスシーケンスを示すパルスシーケンス図である。 図２のパルスシーケンスの多数回の繰り返しによって発生されるｋ空間を通る望ましい軌跡である。

Claims (18)

1. （ａ）撮像領域中の対象の選択された双極子中に共鳴を励起する段階と、
   （ｂ）前記撮像領域に第１の拡散傾斜磁場を印加する段階と、
   （ｃ）前記共鳴を反転パルスでリフォーカスする段階と、
   （ｄ）前記共鳴をリフォーカスした後、前記画像領域に第２の拡散傾斜磁場を印加する段階と、
   （ｅ）前記励起された双極子の信号崩壊の前に少なくとも２つのグラジエント・リコールド・エコーを取得し、少なくとも２本のデータラインを発生し、前記少なくとも２つのエコーは異なる方向の読み出し傾斜磁場で取得される、段階と、
   （ｆ）前記撮像領域中に前記対象の画像表現を再構成するのに十分なデータラインが発生されるまで角度的にずらされた読み出し方向で前記段階（ａ）乃至（ｅ）を繰り返す段階とを有する、磁気共鳴拡散撮像方法。
2. 前記拡散傾斜磁場は、２次元ｋ空間内のｘ成分及びｙ成分を含む、請求項１記載の方法。
3. 前記拡散傾斜磁場は、３次元ｋ空間内のｘ成分、ｙ成分、及びｚ成分を含む、請求項１又は２記載の方法。
4. 前記少なくとも２つのグラジエント・リコールド・エコーに夫々対応する周波数エンコードイベントを、前記少なくとも２つのグラジエント・リコールド・エコーと同時に印加する段階を更に含む、請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の方法。
5. 前記拡散傾斜磁場は、前記周波数エンコードイベントの感度と略直交する方向性感度を含む、請求項４記載の方法。
6. 前記周波数エンコードイベントの感度は前記拡散傾斜磁場の感度に対する直交から１０°以内である、請求項５記載の方法。
7. 前記読み出し傾斜磁場の印加の前に前記撮像領域にディフェーズ傾斜磁場を印加する段階を更に含み、
   前記ディフェーズ傾斜磁場は、
   前記反転パルスの前に印加された場合は前記読み出し傾斜磁場と同じ符号、及び、
   前記反転パルスの後に印加された場合は前記読み出し傾斜磁場と反対の符号、
   のうちのいずれか一方を有する、請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の方法。
8. 前記ディフェーズ傾斜磁場の面積は、第１の周波数エンコードイベントの面積の略半分である、請求項７記載の方法。
9. 少なくとも１つの続くグラジエント・リコールド・エコーを生じさせるよう前記撮像領域に少なくとも１つのリバーサル傾斜磁場を印加する段階を更に含む、請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の方法。
10. 前記少なくとも２つのグラジエント・リコールド・エコーは時間ＴＥに対して時間的に対称に配置される、請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の方法。
11. 前記反転パルスは、ＴＥの時間値の半分のところで生ずる時間ＴＥ／２を中心とする、請求項１０記載の方法。
12. 振幅データラインを発生するよう前記グラジエント・リコールド・エコーに対して変換演算を適用する段階と、
    前記振幅データラインを画像表現へ逆投影する段階とを更に含む、請求項１乃至１１のうちいずれか一項記載の方法。
13. 撮像領域中で対象を通る主磁場を発生する主磁石組立体と、
    前記撮像領域に、少なくとも励起パルス及び反転パルスを含むＲＦパルスを送信するＲＦコイル組立体と、
    （１）前記反転パルスに先行する第１の拡散エンコード傾斜磁場ローブと、（２）前記反転パルスに続く第２の拡散エンコード傾斜磁場ローブと、（３）少なくとも２つの拡散感度グラジエント・リコールド・ＲＦエコーを異なる方向に生じさせる読み出し傾斜磁場とを印加する、傾斜磁場コイル組立体と、
    前記撮像領域から磁気共鳴信号を受信する受信器と、
    前記受信された磁気共鳴信号を画像表現へ再構成する再構成プロセッサとを更に含む、磁気共鳴装置。
14. 前記再構成プロセッサは、前記受信された磁気共鳴信号の振幅を決定するよう前記受信された共鳴信号に変換を適用する、請求項１３記載の磁気共鳴装置。
15. 前記傾斜磁場ローブは、エコー時間ＴＥに対して対称に配置され、前記エコー時間は、リフォーカス無線周波数パルスが印加される時間ＴＥ／２の２倍である、請求項１３又は１４記載の磁気共鳴装置。
16. 前記傾斜磁場コイル組立体は、前記周波数エンコード傾斜磁場ローブの前に及びＲＦ励起パルスの後に前記拡散傾斜磁場ローブを印加する、請求項１５記載の磁気共鳴装置。
17. 前記周波数エンコード傾斜磁場ローブの感度の方向は、前記拡散検出傾斜磁場ローブの感度の方向に対して略直交する、請求項１６記載の磁気共鳴装置。
18. 前記傾斜磁場コイル組立体は、前記拡散検出傾斜磁場ローブを前記時間ＴＥ／２に対して対称に印加する、請求項１６又は１７記載の磁気共鳴装置。

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