JP2006524084A - Ｍｒ映像方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ＭＲ装置の検査容積内に位置する物体のＭＲ画像を発生するための方法に関する。本方法は、少なくとも２つの異なるエコー時間値（ｔ１，ｔ２，ｔ３）を有する複数のエコー信号の取得で開始する。エコー信号は、画像シーケンスを用いて、高周波パルス及び磁気傾斜パルスから発生する。次に、中間ＭＲ画像（５，６，７）が各エコー時間値（ｔ１，ｔ２，ｔ３）のために再構築される。これらの中間ＭＲ画像（５，６，７）を分析することによって、各エコー時間値（ｔ１，ｔ２，ｔ３）を考慮することによって、局地的な緩和時間（Ｔ２*(x)）及び局地的な周波数シフトΔω(x)が決定される。最終的に、確定的なＭＲ画像がエコー信号から全体的に再構築される。

Description

本発明は、ＭＲ（磁気共鳴）装置の検査容積内に位置する物体のＭＲ画像を発生するためのＭＲ方法に関し、適切な撮像シーケンスを用いて高周波パルス及び傾斜磁場パルスから発生する複数のエコー信号が異なるエコー時間値で得られる。

本発明は、本方法を実施するためのＭＲ装置、及び、この種の装置のためのコンピュータプログラムにも関する。

ＭＲ（磁気共鳴）撮像において、検査容積内の原子核の磁化の場所は、一時的に可変で、空間的に非均質な磁場（傾斜磁場）を用いて遂行されるのが普通である。画像を再構築するために用いられるＭＲ信号は、時間領域において、傾斜磁場パルス及び高周波パルスの適切なシーケンスの影響の下で検査容積を囲む高周波コイル配置において誘起される電圧の形態で記録される。既知の撮像シーケンスの範囲があり、そこでは、可能な限り速い画像を達成する目的のために、原子核の磁化が励起された後に、単一の高周波パルスを用いた異なるエコー時間を有するエコー信号として、磁気映像信号が発生する。そのようなシーケンスは「マルチエコーシーケンス」とも呼ばれる。この関係で、例えば、エコープラナー撮像法（ＥＰＩ）シーケンスのようなグラジエントエコーシーケンスと呼ばれるもの、及び、ターボスピンエコー（ＴＳＥ）シーケンスのような、追加的な高周波パルスを用いた再収束によってエコー信号が発生する撮像シーケンスが、特に述べられなければならない。得られたエコー信号からの画像の実際の再構築は、時間関連信号のフーリエ変換によって遂行されるのが一般的である。空間周波数空間（所謂ｋ空間）、即ち、撮像されるべき空間又は視野角（ＦＯＶ）、及び、画像解像度が決定される空間のサンプリングは、用いられる高周波パルス及び傾斜磁場パルスの数、それらの間の時間間隔、並びに、それらの期間及び強度によって事前設定される。ＦＯＶ及び画像解像度によって満足されなければならない要件は、空間周波数空間のサンプリング、よって、撮像シーケンスにおける位相エンコーディング段階の数を事前設定する。

画像を発生するための複数のエコー信号がマルチエコーシーケンスを用いることによって得られる上記概説された種類のＭＲ撮像方法では、再構築されたＭＲ画像が、ある場合には信号取得の非理想性に由来し、且つ、他の場合には緩和現象に由来するアーチファクトを生じる傾向があるという問題がある。この種の非理想性は、主として、取得されたエコー信号の位相誤差として明らかになる。位相誤差は、被検者の異なる個別の磁化率特徴の故に、例えば、特に医療ＭＲ撮像において不可避な種類の静磁場内の局地的非均質性の結果として生じる。磁場におけるこれらの非均質性は、検査容積内の核磁気共鳴周波数における局地シフトを生じさせ、今度は、それは画像の再構築における不鮮鋭度及び画像における歪みの原因となる。画像内のアーチファクトの他の理由は、上述のように、原子核の磁化の横緩和（Ｔ２又はＴ２*緩和）に起因する緩和現象である。緩和によって引き起こされる画像内のアーチファクトは、陰影及び画像の明度における望ましくない変動を含む。横緩和は主として常磁性効果及び原子間相互作用に起因する。

主として位相誤差に起因する画像アーチファクトが補正される既知のＭＲ撮像方法がある。「共役位相」再構築アルゴリズムと称されるものはこの目的に適しており、それらは日常的に用いられる。この種の方法では、取得されたエコー信号が補正されるのを許容するために、局地的周波数シフトの知識が用いられる。しかしながら、従来技術から既知の方法は、局地的周波数シフトが決定されるのを許容するために、追加的な測定信号が検査容積から取得される必要があるという欠点を有する。画像アーチファクトを補正するために必要とされるデータを取得するために必要な追加測定時間の故に、従来技術から既知のこの方法による撮像は望ましくない長時間を取る。また、緩和現象に由来する画像アーチファクトは無補正のままであるのが普通である。

同様に従来技術から既知のものは、如何なる画像アーチファクトの補正から独立してさえも、局地的な緩和時間が決定されることが特に重要なＭＲ撮像方法である。例えば、コア磁化の横緩和に対する影響を有する造影剤がＭＲ撮像で用いられるとき、空間内の緩和時間の分配表示及びこの分配の定量も重要事項である。例えば、鉄酸化物に基づくこの種の造影剤は、例えば、印付けられたセルをＭＲによって追跡し、且つ、検査容積内の活性成分を探し出すために用いられる。横緩和時間（Ｔ２又はＴ２*）に影響を及ぼす造影剤は関数的ＭＲ撮像（ｆＭＲＩ）でも用いられる。空間内の緩和時間の分配が表示されるのを許容するために、例えば、Ｔ２*重み付けられたＭＲ画像が得られることは従来技術から既知である。しかしながら、局地的な緩和時間が量的に決定されることが望ましいことが多い。これがなされるとき、局地的な緩和時間の決定はこの目的に特に向けられたＭＲ信号、換言すれば、画像の実際の再構築に向けられたＭＲ信号に加えた信号が検査容積から得られることを必要とするという問題が再び起こる。これは測定のために必要な全体的な時間を望ましくない程に長くする。

この背景に反して、検査容積内の局地的な緩和時間及び／又は局地的な周波数シフトＭＲ撮像が如何なる追加的な測定時間なしに決定されることを可能にするＭＲ撮像方法を提供することが本発明の目的である。

この目的は請求項１に定められるＭＲ方法によって達成される。

本発明に従った方法は、少なくとも２つの異なるエコー時間値を有する複数のエコー信号の取得で開始する。これは、例えば、ＥＰＩシーケンス又はＴＳＥシーケンスのような適切なマルチ画像シーケンスを用いて、通常の方法で行われる。この場合、それぞれ異なるエコー信号値を有する複数のエコー信号は、高周波パルスの各発射の後に取得される。このようにして得られるデータは複数組のエコー信号を含み、各組はそれぞれ割り当てられた所与のエコー時間値を有する。これらの組の各々から、即ち、各個別のエコー時間値に関して、次のステップは、本発明によれば、中間ＭＲ画像が再構築されることである。よって、各中間ＭＲ画像は、所与のエコー時間値で取得されるエコー信号に基づく。これは、局地的な緩和時間及び／又は局地的な周波数シフトが、中間ＭＲ画像を分析することによって決定されることを可能にし、その場合、個別の中間ＭＲ画像に割り当てられたエコー時間値が考慮される。局地的な緩和時間は、画像の各個別の地点要素（ピクセル又はボクセル）に関して、特別のエコー時間値の関数として中間画像の輝度の変化を検査することによって決定され得る。局地的な周波数シフトは、画像の各地点要素に関して、エコー時間値の関数として複合的な画像値の位相の動きを決定することによって、類似の方法で決定され得る。最終的に、確定的なＭＲ画像が本発明に従ってエコー信号から全体的に再構築される。

本発明の基本的な考えは、局地的な緩和時間又は局地的な周波数シフトが、確定的なＭＲ画像の再構築に向けられたエコー信号から直接的に決定されることである。これによって、検査容積内の緩和時間の局地的な分配、或いは、局地的な磁界非均質性が決定されることを許容するために、追加的な測定時間も必要とされないことが保証される。

本発明に従った方法において、エコー信号の取得は、検査容積に関連付けられた空間周波数空間の非デカルト、具体的には、径方向サンプリングによって達成される。エコー信号を発生するために、この場合、例えば、（ＥＰＩ又はＲＥＰＥシーケンスのような）径方向マルチエコー撮像シーケンスを既知の方法で有利に用い得る。適当なターボスピンエコーシーケンス（所謂ＴＳＥシーケンス）も局地的な緩和時間（Ｔ２）を決定するために適している。空間的周波数空間のサンプリングが放射状であるとき、周辺よりも中心で、空間はより高密度にサンプル化される。この結果、中間ＭＲ画像は、確定的なＭＲ画像よりも低い解像度で再構築され得る。その場合、過小サンプリングアーチファクトは中間ＭＲ画像に発生しない。一般的に、中間ＭＲ画像のより低い解像度は、局地的な緩和時間又は局地的な周波数シフトが決定されるのを許容するために十分である。中間ＭＲ画像を対応するエコー信号から直接的に低解像度で再構築する可能性は存在せず、その場合には、空間的周波数空間の中心からの信号のみが基礎として用いられる。代替的に、中間ＭＲ画像は高解像度でも再構築可能であり、その場合には、フィルタリングによって、適切に低減された解像度の中間ＭＲ画像が、高解像度中間ＭＲ画像から有効に生成される。あるいは、中間ＭＲ画像は、類似のエコー時間値を有するエコー信号を加えることによって、高解像度で再構築され得る（Ｈ．Ｋ．Ｓｏｎｇ ｅｔ ａｌ． Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ， 第４４巻，８２５〜８３２頁，２０００年を参照）。このようにして、発生する可能性のある過小サンプリングアーチファクトは、高解像度中間画像において回避され得る。

決定される局地的な緩和時間及び／又は局地的な周波数シフトが確定的なＭＲ画像における緩和現象及び／又は磁界非均質性によって引き起こされる画像アーチファクトを補正するために用いられるという有利な可能性が本発明に従って存在する。これは、複合的なエコー信号を、決定される局地的な緩和時間及び／又は局地的な周波数シフトに一致した位相補正の対象とすることによって、従来技術の方法で達成される。画像の各地点要素のための局地的な緩和時間及び局地的な位相シフトを複合的な値の形態の位相誤差に組み合わせることによる位相補正によって、局地的な緩和現象及び局地的な磁界非均質性の双方が考慮され得る。

本発明に従った方法は、一方において、局地的な緩和時間が決定されることを可能にし、他方において、緩和現象によって影響されないＭＲ画像が同時に再構築されることを可能にする。可視的表示の目的のために、これは局地的な緩和時間の表示が確定的なＭＲ画像の表示の上に重ね合わせられることを許容する。これは、例えば、確定的なＭＲ画像の表示を、緩和時間の分配と一致した異なる色彩で示すことによってなされ得る。

本発明に従った方法を遂行するのに適したＭＲ装置は、検査容積内に均質な静磁界を発生するための主界磁コイルと、検査容積内に傾斜磁場を発生するための複数の傾斜コイルと、検査容積内に高周波磁界を発生し及び／又は検査容積からのエコー信号を受信するための少なくとも１つの高周波コイルと、傾斜コイル及び高周波コイルを動作するための中央制御ユニットと、エコー信号を処理し且つ表示するための再構築及びディスプレイユニットとを有する。上記の方法は、場合によっては、中央制御ユニット又は再構築及びディスプレイユニットのための適切なプログラム制御を用いて、手段本発明に従ったＭＲ装置で遂行され得る。

本発明に従った方法は、対応するコンピュータの形態のＭＲ装置の構成部分の使用者に利用可能とされ得る。コンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ又はフロッピー（登録商標）ディスクのような適切なデータ媒体の上に記録可能であり、或いは、場合によっては、インターネット上でＭＲ装置の中央処理ユニット又は再構築及びディスプレイユニットにダウンロード可能である。

本発明のこれらの及び他の特徴は以下に記載の実施態様を参照することでより明瞭に解明されるであろう。

図１に示される方法は、３つの異なるエコー信号値ｔ１，ｔ２，ｔ３を有する複数のエコー信号の取得で開始する。取得されたエコー信号は全体的にデータセット１として存在する。エコー信号の取得は、空間的周波数空間が径方向にサンプリングされるマルチエコーシーケンスを用いて、本発明に従って行われる。データセット１内に包含されるエコー信号は、エコー時間値ｔ１，ｔ２，ｔ３にそれぞれ対応する３つのデータサブセット２，３，４に分割される。径方法サンプリングパターンの故に、空間周波数空間の中心はデータサブセット２，３，４の各々の場合に適当な密度でサンプリングされ、よって、低解像度の中間ＭＲ画像５，６，７が、データサブセット２，３，４の各対応画像から再構築されることを可能にする。よって、中間ＭＲ画像５，６，７の各々はそれぞれ所与のエコー時間値ｔ１，ｔ２，ｔ３で取得されるエコー信号に基づく。次のステップは、局地的な緩和時間Ｔ２*(x)及び局地的な周波数シフトΔω(x)が、各エコー時間値ｔ１，ｔ２，ｔ３を考慮することによって、中間ＭＲ画像５，６，７から決定されることである。位置依存緩和時間Ｔ２*(x)はデータセット８として存在し、局地的な周波数シフトΔω(x)はデータセット９として存在する。これらのデータセットは、干渉時間値又は周波数シフト値を中間ＭＲ画像５，６，７内の各画像地点要素に割り当てる。完全なデータセット１から、緩和現象及び局地的磁場非均質性の故に画像アーチファクトによって影響される高解像度ＭＲ画像１０が生成される。決定される局地的な緩和時間Ｔ２*(x)及び局地的な周波数シフトΔω(x)は、これらの画像アーチファクトを補正し、よって、最終的なアーチファクトなしのＭＲ画像１１を生成するために用いられる。

画像アーチファクトを回避するため、最終的なＭＲ画像１１が再構築されるときに、以下の式に従って補正がなされる。

この式において、F(k)は、空間周波数空間におけるエコー信号を表し、f(x)は、最終的なＭＲ画像を表す。f(x)は、被検体の実際の姿を再現する「理想的」なＭＲ画像に適合する。t(x)は、空間周波数空間内の関連地点がサンプリングされる時点を表す。本発明に従えば、Δω'(x)に適用する式は次の通りである。

よって、エコー信号データは補正の対象であり、そこで基礎として取られるものは、空間周波数シフトΔω(x)及び局地的な緩和時間Ｔ２*(x)から成る複合値の形態の周波数シフトΔω'(x)である。上記の式に従った最終的なアーチファクトなしのＭＲ画像f(x)の生成は、それ自体は既知の共役位相再構築アルゴリズムの拡張を構成し、この拡張はエコー信号データF(x)の補正の基礎としての複合値の形態の周波数シフトΔω'(x)を取ることを含む。

共役位相再構築アルゴリズムの既知の実行は、本発明に従って容易に変換されうる。局地的な周波数シフトΔω(x)及び局地的な緩和時間Ｔ２*(x)は、上記の方法で有利に遂行されるが、画像に相当する情報を包含するＭＲ信号F(k)の取得の前又は後に、何らかの他の方法でも遂行され得る。

図２は、ブロック図として、本発明に従った方法を実施し得るＭＲ装置を示している。ＭＲ装置は、被験者が位置する検査容積内に均質な静磁界を生成するための主界磁コイル１２を含む。ＭＲ装置は、検査容積内の空間における異なる方向に傾斜磁場を生成するための傾斜コイル１４，１５，１６も有する。経時的に検査容積内の空間において傾斜磁場によって取られるパターンは中央制御ユニット１７によって制御され、中央制御ユニットは傾斜増幅器１８を介して傾斜コイル１４，１５，１６に接続されている。同様に図示のＭＲ装置の一部を形成するものは、検査容積内に高周波磁界を発生し且つ検査容積からエコー信号を受信するための高周波コイル１９である。高周波コイル１９は放射ユニット２０を介して制御ユニット１７に接続されている。高周波コイル１９によって取得されるエコー信号は、受信ユニット２１によって復調され且つ増幅され、再構築及びディスプレイユニット２２に供給される。再構築及びディスプレイユニット２２によって処理されたエコー信号は、スクリーン２３によって表示され得る。再構築及びディスプレイユニット２２及び制御ユニット１７は、上記の方法が遂行されるのを許容するよう適切にプログラムされた制御手段を有する。

本発明に従った方法において行われる工程を示す概略図である。 本発明に従ったＭＲ装置を示す概略図である。

Claims (9)

1. ａ）撮像シーケンスを用いて、高周波パルス及び傾斜磁場パルスから発生する、少なくとも２つの異なるエコー時間値を有する複数のエコー信号を取得するステップと、
   ｂ）対応するエコー信号から各エコー時間値のための１つの中間ＭＲ画像を再構築するステップと、
   ｃ）各エコー時間値を考慮しながら前記中間ＭＲ画増を分析することによって、局地的緩和時間（Ｔ２*(x)）及び／又は局地的周波数シフト（Δω(x)）を決定するステップと、
   ｄ）前記エコー信号全体から確定的なＭＲ画像を再構築するステップと、を有する、
   ＭＲ装置の検査容積内に位置する物体のＭＲ画像を生成するためのＭＲ方法。
2. 前記ステップａ）において、前記エコー信号の取得は、非デカルト、具体的には、検査容積に関連付けられた空間周波数空間の径方向のサンプリングによって行われる、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＲ方法。
3. 前記中間ＭＲ画像は、確定的なＭＲ画像よりも低解像度で再構築される、ことを特徴とする請求項２に記載のＭＲ方法。
4. 前記撮像シーケンスは、エコープラナー（ＥＰＩ）シーケンスである、ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のＭＲ方法。
5. 決定される前記局地的緩和時間（Ｔ２*(x)）及び／又は局地的周波数シフト（Δω(x)）は、確定的なＭＲ画像における緩和現象及び／又は磁界非均質性によって引き起こされる画像アーチファクトを補正するために用いられる、ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のＭＲ方法。
6. 決定される前記局地的緩和時間（Ｔ２*(x)）の値及び／又は局地的周波数シフト（Δω(x)）の値は、基礎として用いられる式
   

   

   に従う複合可変な局地的周波数シフトを用いて、最終的なＭＲ画像における緩和現象及び／又は磁界非均質性によって引き起こされる画像アーチファクトを補正するために用いられる、ことを特徴とする請求項５に記載のＭＲ方法。
7. 表示の目的のために、前記局地的緩和時間（Ｔ２*(x)）の表示は、確定的なＭＲ画像の表示上に重ね合わされる、ことを特徴とする上記請求項のうちいずれか１項に記載のＭＲ方法。
8. 検査容積内に均質な静磁界を発生するための主界磁コイルと、
   前記検査容積内に傾斜磁場を発生するための複数の傾斜コイルと、
   前記検査容積内に高周波磁界を発生し且つ前記検査容積からのエコー信号を受信するための少なくとも１つの高周波コイルと、
   前記傾斜コイル及び前記高周波コイルを動作するための中央制御ユニットと、
   前記エコー信号を処理し且つ表示するための再構築及びディスプレイユニット（２２）とを有し、
   前記中央処理ユニット、並びに、前記再構築及びディスクプレイユニットは、請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の方法によって操作されるプログラム制御手段を有することを特徴とする、
   ＭＲ装置。
9. 請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の方法は、当該コンピュータプログラムによって、前記中央制御ユニット、並びに、前記再構築及びディスプレイユニットで実施される、ことを特徴とする請求項８に記載のＭＲ装置のためのコンピュータプログラム。

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