JP2007505671A

JP2007505671A - 磁気共鳴撮像装置の磁場ドリフトを監視する方法

Info

Publication number: JP2007505671A
Application number: JP2006526742A
Authority: JP
Inventors: アールハーヴェイ，ポール
Original assignee: コニンクリユケフィリップスエレクトロニクスエヌ．ブイ．
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2007-03-15
Also published as: US7274190B2; EP1664821A1; EP1664821B1; WO2005026764A1; DE602004010686D1; US20070024282A1; DE602004010686T2; ATE381027T1

Abstract

シングルショットEPIによるものやグラディエント・エコー・シーケンスによるものなどの磁気共鳴画像データ獲得中に獲得される磁気共鳴信号に基づいて磁気共鳴撮像装置の磁場ドリフトを監視することが可能になる。少なくとも２つの磁気共鳴信号の位相は、相当するRF励起のエコー時間後、獲得される。これは、周波数符号化を有するが位相符号化を有しない、k-空間の中心線に相当する。特定の時間間隔で獲得される２つの連続した位相測定の差は、共鳴周波数のシフトを備える。これによって、共鳴周波数のシフトの監視と、磁場ドリフトの補正が可能になる。

Description

本発明は、磁気共鳴撮像(MRI)の分野に関し、特に、限定なしで磁場ドリフト補正に関する。

従来技術の磁気共鳴撮像装置は、主磁場又は偏向磁場B₀としても表す均一な磁場を発生させる。磁場の目的は、視覚化する対象の組織におけるスピンの個々の磁気モーメントが、この偏向磁場とアラインしようとするが、スピンのジャイロ磁気定数と、偏向磁場B₀とによって定められる特徴的なラーモア周波数で順序不同にその周りを歳差運動するというものである。

しかし、磁気共鳴装置の動作中に、磁場は、種々の理由で経時的に変動し得る。例えば、高負荷時の磁気共鳴装置では、磁場を発生させるコイルのパッシブシムの鉄片が加熱し、それは磁場の変動につながる。

米国特許第6,294,913号明細書は、磁気共鳴撮像中の偏向磁場におけるばらつきを補正する手法を示している。監視信号は、MRIシステムによる走査中にインタリーブされて獲得される。偏向磁場B₀におけるばらつきによって生じる周波数変動は、監視信号を用いて測定され、こうした測定周波数変動を用いて走査中に獲得された画像データを補正する。こうした補正は、RF送信器及びRF受信器の周波数を変更してB₀における変動の影響をオフセットすることによって達成される。この補正方法の欠点は、特別な監視信号が補正に必要であるということである。

本発明の目的は、磁場ドリフトを監視し、補正するうえで改良された方法を備えるというものである。

本発明は、磁気共鳴撮像装置の磁場ドリフトを監視する方法を備え、これは、特別な監視信号や監視センサを必要としない。むしろ、本発明の方法は、シングルショットEPIによるものやグラディエント・エコー・シーケンスによるものなどの磁気共鳴画像データ獲得の間に獲得される磁気共鳴信号に基づいて行うことができる。

本質的には、少なくとも２つの磁気共鳴信号の位相が、相当するRF励起のエコー時間後に獲得される。これは、周波数符号化を有するが、位相符号化を有しない、k-空間の中
心線に相当する。こうした、k-空間の中心は通常、k_y=0として表される。特定の時間間隔で獲得される２つの連続した位相測定の差は、共鳴周波数のシフトを備える。これによって、共鳴周波数のシフトの監視と、磁場ドリフトの補正が可能になる。

本発明の別の好ましい実施例によれば、シングルショットEPI法を、磁気共鳴データの獲得に用いる。シングルショットEPIは、要求される位相情報をデータ獲得毎に得ることができるように各データ獲得がk_y=0を備えるという利点を有する。

本発明の別の好ましい実施例によれば、グラディエント・エコー・シーケンスを、磁気共鳴データの獲得に用いる。そうしたグラディエント・エコー・シーケンスの間、k-空間が、k-空間の線(k_y=0)も通常有する任意のトラジェクトリに沿って走査される。例えば、完全なグラディエント・エコー・シーケンスは、256個のデータ獲得を有し、そのうちの１つはk_y=0を表す。k_y=0のデータ獲得によって、完全なグラディエント・エコー・シーケンス毎に一度、要求される位相情報を得ることが可能になる。

本発明の別の好ましい実施例によれば、k_y=0に沿って追加の走査をグラディエント・エコー・シーケンスの間、行って、完全なシーケンスの間、複数の位相を得る。これによって、単一のグラディエント・エコー・シーケンスの間に生じる磁場ドリフトの監視が可能になる。

以下に、本発明の好ましい実施例を、添付図面を参照することによって更に詳細に説明することとする。

図1は、定常磁場を発生させる第１の磁石システム2を備え、X方向、Y方向及びZ方向にグラディエントを有する更なる磁場を発生させるいくつかのグラディエント・コイル3も備える磁気共鳴装置1を示す。図示する座標系のZ方向は、しきたりで、磁石システム2における定常磁場の方向に相当する。使用する対象の測定座標系x,y,zは、図3に示すX,Y,Z系とは無関係に選び得る。グラディエント・コイルは、電源装置4によって供給される。RF送信器コイル5は、RF磁気励起パルスを生成する役目を担い、RF送信器及び変調器6に接続される。

受信器コイルは、検査対象の被験体7内、例えば、人体内や、動物の体内のRF磁場によって発生する磁気共鳴信号を受信するのに用いる。こうしたコイルは、RF送信器コイル5と同じコイルであり得る。更に、磁石システム2は、検査対象の体7の一部を収容するのに十分大きな検査空間を囲い込んでいる。RFコイル5は、この検査空間において検査する対象の体7の一部の周りに配置されるか、その体7の一部上に配置される。RF送信器コイル5は、信号増幅器及び復調の装置10に送信回路/受信回路9を介して接続される。

制御装置11は、RF送信器及び変調器6と電源装置4とを制御して、RFパルス及びグラディエントを備える特別なパルス・シーケンスを生成する。復調装置10から得られる位相及び振幅は、処理装置12に入力される。処理装置12は、(k-空間としても表す、)呈示された信号値を処理して、変換によって画像を形成する。この画像は、例えば、モニタ13によって、視覚化することができる。

処理装置12は、復調装置から得られる位相情報に基づいて共鳴周波数のシフトΔfを判定し、シフトΔfを、該シフトを補正するよう、制御装置11に供給する。

要求される位相情報の獲得は、図2を参照することによって以下に更に詳細に説明する。まず、RF磁気励起パルス200が、送信器コイル（図1の送信器コイル5参照。）によって生成される。更に、スライス選択グラディエントG_zパルス202と、バイポーラ・スイッチ・グラディエント204と、位相符号化グラディエント206が施される。シングルショットEPI磁気共鳴データ獲得にこうしたグラディエント202、204及び206を施すことは、そういうものとして、従来技術によって公知である。

シングルショットEPIは、測定信号208を備える。測定信号208のピークは、RF磁気励起パルス200のエコー時間TE後である。時点TEでの測定信号208のRF磁気励起パルス200に対する位相は、磁場のドリフトと、共鳴周波数の相当するドリフトとを監視する目的で判定される。共鳴周波数ドリフトがある場合、共鳴周波数ドリフトを判定するために、測定信号208の位相が、後のシングルショットEPIでもう一度判定される。シングルショットEPI間の位相差によって、共鳴周波数のシフトの算出が可能になる。このことは、図3を参照することによって更に詳細に説明することとする。

時点TEでの位相情報は、時間領域における測定信号208から得ることができ、又、測定信号208に対してフーリエ変換を行うことを必要とする周波数領域における測定信号から得ることもできる。要求される位相情報は、k_y=0として通常表す、k-空間の中心線、すなわち、周波数符号化を備えるが、位相符号化を備えない走査に相当する。位相符号化がないことによって、共鳴周波数ドリフトを判定するよう、測定信号208から得られる位相情報のドリフトを用いることが可能になる。

図3は、シングルショットEPIの場合の、磁場ドリフトを監視し、補正する方法の流れ図を示す。工程300では、指数dはゼロに設定される。共鳴周波数Δfのシフトも、工程300でゼロに設定される。

工程302では、第１のシングルショットEPIが行われ、図2に関して説明したように、位相φ_a(d)の測定が行われる。

工程302における第１のシングルショットEPI実行のTE時間間隔後、第２のシングルショットEPIが工程304で行われる。この場合も又、位相φ_aが測定される。

工程306では、共鳴周波数のシフトΔfは、工程302及び304で獲得された位相φ_a間の差を算出し、この差を、連続するシングルショットEPIの間の時間間隔に2πを掛けたものによって除算することによって算出する。この場合、この時間間隔は、エコー時間TEである。

工程308では、シフトΔfの絶対値が、閾値と比較される。閾値を超える場合、ドリフト補正が工程310で行われる。好ましくは、このことは、シフトされた共鳴周波数にRF磁気励起パルスの周波数を調節することによって行われる。

シフトΔfが閾値を超えない場合、ドリフト補正は何ら必要でない。工程312では、指数dは増やされ、シフトΔfを連続して監視するよう、当該処理は工程304に戻る。

図4は、シングルショットEPIではなく、グラディエント・エコー・シーケンスを用いる別の実施例を示す。工程400は、図3の工程300に相当する。工程402では、磁気共鳴データ獲得は、特定のトラジェクトリに沿ってk-空間を走査し始めることによって始まる。トラジェクトリは、k_y=0である、k空間の中心線を包含してもしなくてもよい。

工程404では、トラジェクトリに沿ったk-空間の走査は、周波数符号化を備えるが、位相符号化は備えない、k-空間の中心線、すなわち、k_y=0のデータ獲得を行うために中断される。このようにして、位相情報φ_aが得られる。

工程406では、k-空間のトラジェクトリに沿った走査が続行する。特定の時間間隔後、k-空間のトラジェクトリに沿った走査は、k_y=0の別のデータ獲得を行って、別の位相情報φ_aを得るためにもう一度中断される。

工程410では、共鳴周波数のシフトが、工程404及び408において判定される位相間の差を算出し、差を2πTEによって除算することによって算出される。

工程412では、周波数シフトΔfの絶対値が、閾値と比較される。閾値を超える場合、ドリフト補正が工程414で行われる。工程416では、指数dが増やされ、当該処理は、k-空間のトラジェクトリに沿って走査を続けるために工程406に戻る。この手順は、共鳴周波数のシフトを連続して監視し、必要な場合、磁場ドリフトを補正するうえでグラディエント・エコー・シーケンス全部の間、続く。

この修正グラディエント・エコーMRIシーケンスのRFパルスは、（シングルスライスの場合、）単一の周波数で印加される。（グラディエントの符号化なしの、）エコーで測定される位相は、RFパルスとTEとの間で蓄積される位相差のみを、（B0が理由で）NMR共鳴周波数が励起周波数に等しくない場合に反映する（サセプタビリティ及び化学シフトの効果を除く。）。

磁石B0は、NMR共鳴周波数がRFパルスの励起周波数と同じ場合、RFパルスとTEとの間で蓄積される位相エラーは、ゼロとなるか、TR間で一定になる。

B0は、RFパルスが励起するものとは異なる共鳴周波数に相当するような場合、RFパルスとTEとの間で蓄積される位相エラーは、（上記差とTEとに比例する）有限値となる。各RFパルスのピークでは、B0に係わらず、磁化は全て、位相が一致している。この時点の後にしか、B0は、磁化に対する効果を有するものでない。

よって、各RFパルスは、(f0測定プロセスに関する限り、)位相リセットのようにふるまう。（RFパルスのピークでのゼロに対する、）TEでの相対位相エラーは、B0がRF励起周波数から遠く離れるにつれ増加する。他のメカニズム（化学シフト、サセプタビリティ）も、TEで測定される位相エラーに寄与し得る。位相エラーに寄与するこうした他のものはTR間で一定であり、B0における変動は、２つの別々のTRから獲得されるデータ間の位相エラーにおける差を算出することによって判定することができる。

磁場ドリフト補正を備える磁気共鳴装置を示す構成図である。シングルショットEPIの場合の位相判定を示す図である。シングルショットEPIの場合の、磁場ドリフトを監視し、補正する方法を示す流れ図である。グラディエント・エコー・シーケンスが用いられる場合の、磁場を監視し、補正する方法を示す流れ図である。

Claims

磁気共鳴撮像装置の磁場ドリフトを監視する方法であって、
第１の励起によって生じる第１の磁気共鳴信号によって第１のデータ獲得を行う工程と、
前記第１の励起のエコー時間後、前記第１の磁気共鳴信号の第１の位相を判定する工程と、
前記第１のデータ獲得の時間間隔後、第２の磁気共鳴信号によって第２のデータ獲得を行う工程とを備え、
前記第２の磁気共鳴信号は、第２の励起によって生じ、
更に、該第２の励起の前記エコー時間後、前記第２の磁気共鳴信号の第２の位相を判定する工程と、
前記第１の位相と前記第２の位相との差に基づいて共鳴周波数のシフトを判定する工程とを備えることを特徴とする方法。
請求項1記載の方法であって、
前記第１のデータ獲得と前記第２のデータ獲得が、シングルショットEPI法を用いて行われることを特徴とする方法。
請求項1記載の方法であって、
前記第１のデータ獲得と前記第２のデータ獲得が、グラディエント・エコー・シーケンス法を用いて行われることを特徴とする方法。
請求項3記載の方法であって、
k-空間が走査され、
前記共鳴周波数の前記シフトを連続して監視するために第２の位相を判定するよう第２のデータ獲得が断続的に行われることを特徴とする方法。
請求項4記載の方法であって、
前記第２のデータ獲得が、固定の時間間隔後に行われることを特徴とする方法。
請求項1乃至5の何れか記載の方法であって、
前記共鳴周波数の前記シフトによって励起の周波数を変更することによって前記磁場ドリフトを補正する工程を更に備えることを特徴とする方法。
請求項1乃至6の何れか記載の方法であって、
磁場を調節することによって前記磁場ドリフトを補正する工程を更に備えることを特徴とする方法。
請求項1乃至7の何れか記載の方法であって、
前記共鳴周波数の前記シフトを閾値と比較する工程と、
前記閾値を超える場合に前記磁場ドリフトを補正する工程とを備えることを特徴とする方法。
請求項1乃至8の何れか記載の方法であって、
前記第１の位相と前記第２の位相は、時間領域において判定されることを特徴とする方法。
請求項1乃至8の何れか記載の方法であって、
前記第１の磁気共鳴信号及び前記第２の磁気共鳴信号のフーリエ変換を行う工程と、
前記第１の位相と前記第２の位相とを周波数領域において判定する工程とを更に備えることを特徴とする方法。
磁気共鳴撮像装置の磁場ドリフトを監視する、コンピュータ・プログラム・プロダクトであって、
該コンピュータ・プログラム・プロダクトは特にディジタル記憶媒体であり、
前記コンピュータ・プログラム・プロダクトは、
第１の励起のエコー時間後、第１の磁気共鳴信号の第１の位相を判定する工程と、
第２の励起の前記エコー時間後、前記第１の磁気共鳴信号の時間間隔後獲得される第２の磁気共鳴信号の第２の位相を判定する工程と、
前記第１の位相と前記第２の位相との差に基づいて共鳴周波数のシフトを算出する工程とを行うよう形成されるプログラム手段を備えることを特徴とするコンピュータ・プログラム・プロダクト。
請求項11記載のコンピュータ・プログラム・プロダクトであって、
前記プログラム手段は、前記共鳴周波数の前記シフトを連続して監視するよう形成されることを特徴とするコンピュータ・プログラム・プロダクト。
請求項11又は12記載のコンピュータ・プログラム・プロダクトであって、
前記プログラム手段は、前記共鳴周波数の前記シフトによって励起合成器を制御するよう形成されることを特徴とするコンピュータ・プログラム・プロダクト。
請求項11、12又は13記載のコンピュータ・プログラム・プロダクトであって、
前記プログラム手段は、前記共鳴周波数の前記シフトによって磁場を制御するよう形成されることを特徴とするコンピュータ・プログラム・プロダクト。
磁気共鳴撮像装置であって、
処理手段を備え、
該処理手段は、
第１の励起のエコー時間後、第１の磁気共鳴信号の第１の位相を判定し、かつ、
第２の励起の前記エコー時間後、第２の磁気共鳴信号の第２の位相を判定し、
前記第２の磁気共鳴信号は、前記第１の磁気共鳴信号の時間間隔後、獲得され、
前記処理手段は更に、
前記第１の位相と前記第２の位相との差と、前記時間間隔とに基づいて共鳴周波数のシフトを算出することを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
請求項15記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記共鳴周波数の前記シフトを表示する表示手段を有することを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
請求項15又は16記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記共鳴周波数の前記シフトによって励起の生成を制御する制御手段を更に備えることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
請求項15、16又は17記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記共鳴周波数の前記シフトによって磁場を制御する制御手段を更に備えることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。