JP2007517573A

JP2007517573A - 並列イメージングのためのコイル感度評価

Info

Publication number: JP2007517573A
Application number: JP2006548522A
Authority: JP
Inventors: ニエミ，アンネ; タントゥ，ユッカ; イリハウタラ，ミカ
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2005-01-06
Publication date: 2007-07-05
Also published as: WO2005071429A1; EP1709459A1; US20070182410A1; CN1910470A

Abstract

ＭＲＩシステム（40）の並列又はＳＥＮＳＥイメージング技術において、並列イメージングコイル（76a乃至76n）の感度分布を磁場が歪む領域においても同様に表す較正画像（86）を作成するために較正スキャンが実施される。これは、スピンエコー技術等の位相再収束イメージング手順を用いること、又はエコー時間が非常に短い傾斜エコー技術を用いることにより実現される。さらに、較正スキャン及び診断イメージングスキャンの位相エンコード方向が一致させられる。診断イメージングスキャンが、各々の並列イメージングコイルから診断画像表示を作成するための診断スキャン手順を用いて実施される。ＳＥＮＳＥプロセッサ（90）が診断画像表示及びコイル感度分布から最終的な診断画像（92）を再構成する。

Description

本発明は画像診断技術に関し、特に、磁気共鳴並列イメージング技術においてアーチファクトを抑制することに適用されるものである。

人体の医療診断に用いられる磁気共鳴イメージング装置では、通常、体軸は直交座標系の水平なｘ軸に沿った向きとされる。検査される人体部位は垂直軸すなわちｚ軸方向の時間的に一定な主磁場B₀を発生する磁石の磁極片間に置かれる。励起信号を送信するため、及び共鳴信号を受信するため、共鳴器が備えられる。例えばヒト組織等の物質が均一な磁場B₀に晒されるとき、ヒト組織内の個々のスピンの磁気モーメントは選択的にこの分極場に整列する。もし、その物質、すなわちヒト組織、が励起無線周波数（ＲＦ）の磁場B₁に晒されると、正味の揃ったモーメントMzはｚ軸に関して歳差運動をし、正味の横向きの磁気モーメントMtを生成する。ここで、B₁はｘ−ｙ平面にあり、特有のラーモア周波数に近いものである。励起信号B₁が停止された後、励起されたスピンによって共鳴信号が放射される。この信号が受信及び処理され画像が形成される。

画像を作成するためにこれらの信号が用いられるとき、ｘ、ｙ及びｚ軸方向の共鳴信号の空間エンコーディングを提供するため、それぞれ、磁場傾斜Gx、Gy及びGzが用いられる。一般に、画像化される部位は、使用される特別な位置決め方法に従ってこれらの傾斜が変化する一連の計測サイクルでスキャンされる。得られた受信ＮＭＲ（核磁気共鳴）信号セットがデジタル化され、周知の多くの再構成技術の何れかを用いて画像が再構成される。

画像が再構成される元となるＮＭＲデータセットを取得する１つの方法は、傾斜方向の空間情報を位相エンコードするために、ＮＭＲスピンエコー信号の取得に先立って磁場傾斜パルスを変動振幅位相エンコードすることを用いる。２次元での実施（２ＤＦＴ）では、例えば、各傾斜エコー信号に先立って、位相エンコード傾斜パルスGyを印加することによって空間情報が１方向にエンコードされる。ここで、各傾斜エコー信号は位相エンコード方向と直交する方向の読み出し磁場Gxの存在下で取得されるものである。スピンエコー取得中に存在する読み出し傾斜は、また、位相エンコード方向と直交する方向に空間情報をエンコードする。連続的な２次元断層画像シリーズを生成するというより、所望の軸方向に位相エンコードすることによって３次元像を生成することが可能である。各エコーはｋ空間の軌跡または直線に沿ったデータを作成する。ｋ空間のデータセットは逆フーリエ変換されるか、あるいはその他の方法で画像空間に再構成される。位相エンコードされた各データラインの取得には、限られた時間を必要とし、また、全体のスキャン時間が長ければ長いほど、所定の視野（ＦＯＶ）の画像を取得するために必要とされるデータを一層多く必要とする。

ＭＲイメージングの分野では、データ取得時間を短縮するために多くの技術開発が行われてきた。このような開発の１つは並列イメージングとして知られており、そこでは画像はサブサンプリング信号で取得されるが、折り返しアーチファクトが生じてしまう。折り返しは感度エンコーディング（sensitivity encoding；ＳＥＮＳＥ）技術によって除去される場合がある。各コイルから再構成された折り返し画像群は、折り返しアーチファクトを除去するように、異なる感度特性を有する複数の受信コイルの受信コイル感度を用いて合成される（非特許文献１参照）。コイル感度は全視野でスキャンされた較正画像から評価される。

一様な主磁場の端部で発生する、あるいは、磁石材料が撮像ボリューム内又は近傍に導入されるときに発生する、急激な磁場変化は較正と本計測の双方において画像歪みを生じさせる。これらの歪みは、取得パラメータに依存する大きさ及び位相の急激な変動として現れる。

並列イメージングにおける再構成では、感度較正における歪みは折り返しを展開する処理を失敗させる場合がある。この場合、この失敗はアーチファクトに類する折り返しとして現れ、最終的な画像品質を乱すことになる。較正シーケンスの歪みと本シーケンスの歪みとが互いに掛け離れている場合、アーチファクトはより多く見られる傾向にある。例えば、高速スピンエコー画像では明るい曲線ストライプが見られるのに対して、傾斜リコールエコー画像においては巻線ストライプ状のアーチファクトが現れる場合がある。本発明は上述の制約等を解決する改善された方法及び装置を意図するものである。
K.P.Pruessmann等、「SENSE：Sensitivity Encoding for Fast MRI」、Magnetic Resonance in Medicine 42、1999年、952−962頁

本発明は、可視的なアーチファクトの個数及び大きさを抑制して画像品質を向上するための、並列イメージングのコイル感度評価方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に従った、並列イメージングを用いるＭＲＩ装置におけるアーチファクトを抑制するためのコイル感度評価方法は、イメージングシーケンスに関連し、且つ較正毎にスピンエコー式シーケンス、又は短いエコー時間を有する傾斜リコールエコー式シーケンスの何れかを用いる較正シーケンスを実行すること、及び較正スキャンの位相エンコード方向と並列イメージングスキャンの位相エンコード方向とを一致させることを有する。

本発明の他の態様に従った、検査ゾーンにB₀磁場を発生する磁石システムを含むＭＲＩ装置は、検査ゾーンに磁気共鳴を励起し、かつ磁気共鳴を制御する共鳴励起手段、及び磁気共鳴を空間的にエンコードする空間エンコード手段を有する。また、別々の感度分布を有し、共鳴信号を並列に受信する複数のコイル、及び受信された共鳴信号を画像表示に再構成する再構成手段が設けられている。他の手段が較正スキャン中に作成される画像表示からコイルの感度分布を生成する。さらに他の手段が感度分布と診断スキャン中に作成される画像表示とから診断画像を作成する。ＲＦ再収束スピンエコー式較正シーケンス、又は傾斜リコールエコー式シーケンスの何れかを取り出すために較正シーケンスメモリ手段にアクセスし、且つ取り出された較正シーケンスに従って、再構成手段が較正画像表示を再構成するための共鳴信号を発生するように共鳴励起手段及び空間エンコード手段を制御するシーケンス制御手段が設けられる。このシーケンス制御手段は、診断イメージングシーケンスを取り出すために診断イメージングシーケンスメモリ手段にアクセスし、且つ再構成手段が診断画像表示を再構成するための共鳴信号を発生するように共鳴励起手段及び空間エンコード手段を制御する。

本発明の好ましい実施形態によれば、較正スキャンで発生する大きさ、位相及び位置についての誤差が低減される。また、並列イメージングにおける画像の折り返しアーチファクトが抑制あるいは除去される。また、画像品質が改善される。

以下の好ましい実施形態の詳細な説明により、多数のさらなる効果が明らかになるであろう。

本発明は様々な構成要素とその配置、及び様々な処理操作及びその編成の形態を取り得る。図面は、好ましい実施形態を例示するためだけのものであり、本発明を限定するものと解釈されるものではない。

図１を参照するに、磁気共鳴イメージング装置40は時間的に一定のB₀磁場を発生する主磁石システム42を有する。B₀磁場は、図示されるｘｙｚ座標系のｚ方向に検査区間内を縦方向に広がっている。患者44の関心部位は、しばしば球状の領域である装置のＦＯＶで定められる検査区間46内に置かれる。磁石システムは、磁極片48、50間の磁束の帰路を定める鉄ヨークを有する。超伝導又は抵抗性のコイル巻線が磁極片48、50付近、又は磁束の帰路に沿って配置される。あるいは、ヨークは永久磁石であってもよい。

傾斜コイルシステム52、54は、ｘ方向、ｙ方向又はｚ方向にほぼ直線的な傾きを有する空間的に変化する磁場パルスを発生する。選択された双極子、例えばH¹、のラーモア周波数で共鳴するそれぞれの共鳴器56、58が各傾斜コイルシステム52、54と検査区間との間に置かれている。ＲＦ遮蔽スクリーン60が共鳴器と傾斜コイルとの間に置かれている。共鳴器56、58及びＲＦ遮蔽体60、62は検査区間に対して鏡像の関係に配置されている。各共鳴器56、58は好ましくは送信コイルとして機能するが、受信コイルとして作動してもよい。

シーケンス制御プロセッサ70が、技術的に知られているとおり空間エンコードされた共鳴を励起し且つ操作するように、送／受信ボディコイル56、58に付随するＲＦ送信機72a、及び傾斜磁場制御器72bを制御する。より具体的には、較正画像の生成中に、シーケンス制御が較正シーケンスメモリ74にアクセスし、スピンエコー、高速スピンエコー、又は励起された共鳴の位相がＲＦパルスに再収束される同様のシーケンスを取り出す。非常に短いエコー時間、例えば5ms未満、を有する傾斜リコールエコーも較正に適している。

較正スキャンの間、発生された磁気共鳴信号は複数のＳＥＮＳＥコイル76a乃至76nにより受信され、対応する受信機78a乃至78nにより復調される。共鳴信号は同時に、受信モードで動作している共鳴器56、58によって受信され、受信機78oによって復調されてもよい。各々のＳＥＮＳＥコイル及び共鳴器からの共鳴データは個々に、ＳＥＮＳＥ画像メモリ領域82a乃至82nに保存される複数のＳＥＮＳＥ画像、及び参照画像メモリ領域82oに保存される参照画像に再構成80a乃至80oされる。較正プロセッサ84はＳＥＮＳＥ画像群と参照画像とを比較し、ＳＥＮＳＥコイル群の感度分布を作り出す。感度分布は感度マップメモリ86に保存される。

最終的な撮像のため、シーケンス制御70は診断撮像シーケンスメモリ88にアクセスし、イメージングシーケンスを選択する。共鳴信号はＳＥＮＳＥコイル76a乃至76nで受信され、受信機78a乃至78nで復調され、そして一連の仮サンプリングされた折り返し画像82a乃至82nに再構成80a乃至80nされる。ＳＥＮＳＥプロセッサ90は感度マップメモリ86からの感度分布情報に従ってＳＥＮＳＥ画像群を合成し、且つ折り返しを展開して最終画像メモリ92に保存するための３次元像を作り出す。画像プロセッサ94はモニター96に表示する画像データ部分の選定及びフォーマットを行う。

上述のＳＥＮＳＥイメージングでは、各ＳＥＮＳＥコイルの感度分布又はマップを作り出すために較正シーケンスが実施される。この較正スキャンは一般にフィールドエコーを用いて実施される。しかしながら、オープンスキャナで較正シーケンスが用いられるとき、アーチファクト及び誤差が発生する場合があることが本発明の発明者によって発見された。特に、オープンシステムではB₀磁場が視野の端部で比較的徐々にだれることが導出された。視野の外側でこのような強磁場変化が存在することにより、較正スキャンにおいて大きさ、位相及び位置についての誤差が発生する。特に、主磁場の変化は、位相エンコード方向よりも読み出し方向において位置誤差を生じさせやすい。

コイル感度情報は上述の歪みが現れる主磁場領域において正確に評価され得る。この評価は、位相と大きさの歪みを実際の並列イメージングスキャンにおけるレベルに対して等しい又はそれより小さいレベルに低減する較正シーケンスを有するコイル感度評価を実行することによって実現される。２つの画像の位置歪みはほぼ同じになる。

この問題はスピンエコー式シーケンスを用いて較正スキャンを実施することによって解決されることが、本発明の発明者によって見出された。スピンエコーのための再収束（refocusing）パルスはまた、位相誤差を再収束させ、スピンエコーにてそれらを効率的に打ち消すことができる。あるいは、位相誤差の蓄積を最小化するためにエコー時間が非常に短くされる場合には、傾斜エコーに基づく較正が用いられ得る。誤差は位相方向と読み出し方向とに別々に現れるので、較正及びＳＥＮＳＥスキャンにおける位相エンコード方向の双方が同一方向であるとき、較正スキャンとＳＥＮＳＥイメージングスキャンとの間の相違はより小さいものとなる。読み出し傾斜の方向及び大きさが較正及びＳＥＮＳＥイメージングスキャンの双方で本質的に同一である場合には、さらなる改善がもたらされる。

較正スキャンと診断スキャンとでスライス位置が完全に同じであることは必要でない。較正スキャンは少なくとも診断スキャンと同一の撮像ボリュームの範囲にわたっていることが必要である。診断スキャンの各スライス位置に対するコイル感度マップは内挿して得ることができる。

図２は、オープンＭＲＩシステムで傾斜リコールエコー（gradient recalled echo；ＧＲＥ）式シーケンスを用い、ＳＥＮＳＥなしで取得された第１の画像10の表示を示している。図３は第１のＧＲＥ画像10と同一の被検体についての第２のＧＲＥ画像12を示している。ただし、第２のＧＲＥ画像12は、先行技術で知られている傾斜リコールエコーに基づく較正を行ったＳＥＮＳＥを用いて取得されたものである。第１の画像10と比較して第２のＧＲＥ画像では、巻線ストライプ状の折り返しアーチファクト14、16がはっきりと現れている。これらのアーチファクトは、折り返しを展開する再構成が感度較正における誤差のために不完全になったことにより生じたものである。

次に、図４は本発明の実施形態に従って取得された第３のＧＲＥ画像18を示している。この実施形態では、コイル感度評価はスピンエコー式較正シーケンスを用いて実行される。なお、この較正シーケンスは、並列イメージングスキャンと較正スキャンとの位相エンコード方向が一致し、また、これら２つのスキャンの読み出し方向における単位長さ当たりのサンプリング帯域幅が同一であるものである。第３の画像18における巻線ストライプ状アーチファクト20、22は、第２の画像12のアーチファクト14、16と比較して明らかに抑制されている。図２乃至４の画像は全て、繰り返し時間（TR）が40ms、エコー時間（TE）が10ms、スライス厚さが10mm、励起数（NEX）が2、FOVが550mm、行列が256×256、位相エンコードが垂直方向、帯域幅（BW）が62.5Hz／画素の条件で取得されたものである。

図５乃至７に示される画像は、図２乃至４の画像10、12、18と同様の手法で取得された画像を示しているが、これらは高速スピンエコー（fast spin echo；ＦＳＥ）式シーケンスを用いて取得されたものである。図５は、ＳＥＮＳＥなしで取得された第１のＦＳＥ画像24の表示を示している。図６は第１のＦＳＥ画像24と同一の被検体についての第２のＦＳＥ画像26を示している。この画像は傾斜リコールエコーに基づく較正を備えるＳＥＮＳＥを用いて取得されたものであり、第１の画像24と比較して、巻線ストライプ状アーチファクト28、30が現れている。図７は、第２のＦＳＥ画像26と同様の手法で取得された第３のＦＳＥ画像32を示しているが、傾斜リコールエコーに基づく較正の代わりにスピンエコーに基づく較正が用いられている。また、並列イメージングスキャンと較正スキャンとの位相エンコード方向は一致し、これら２つのスキャンの読み出し方向における単位長さ当たりのサンプリング帯域幅は同一である。第３のＦＳＥ画像における巻線ストライプ状アーチファクト34、36は、第２のＦＳＥ画像のアーチファクト28、30と比較して明らかに抑制されている。図５乃至７の画像は全て、TRが410ms、TEが20ms、スライス厚さが3.0mm、NEXが3、FOVが550mm、行列が288×288、位相エンコードが垂直方向、BWが71.4Hz／画素の条件で取得されたものである。

好ましい一実施形態を参照して本発明について述べてきた。また、これに代わる幾つかの実施形態に関しても述べてきた。例えば、本発明は、オープンＭＲスキャナーに限定されるものではなく、ボア型スキャナーを含む如何なる型式の磁石構成に適用できるものである。参照画像はＳＥＮＳＥコイル76a乃至76nを用いて合成画像から計算され得るものであり、上述の送／受信ボディコイル56、58を用いる参照画像の作成も必須のものではない。本発明のこれら及び他の変更、改変は、この詳細な説明を読んで理解した者によって想到されるところである。本発明は、添付の請求項又はそれに等価なものの範囲内に入る限りにおいて、そのような全ての変更、代替及び改変を含むものとして解釈されるものである。

本発明に従って構成された磁気共鳴イメージングシステムを示す図である。傾斜リコールエコー式シーケンスを用いて取得された、ＳＥＮＳＥなしでのＭＲＩ画像表示を示す図である。並列イメージングスキャンと較正スキャンとで位相エンコード方向が直交する傾斜リコールエコーに基づく較正を用いて取得された、図２の画像に対応するＳＥＮＳＥ画像表示を示す図である。並列イメージングスキャンと較正スキャンとで位相エンコード方向が一致し、かつ、これら２つのスキャンの読み出し傾斜が大きさ及び方向において本質的に同一であるスピンエコーに基づく較正を用いて取得された、図２の画像に対応するＳＥＮＳＥ画像表示を示す図である。高速スピンエコー式シーケンスを用いて取得されたＳＥＮＳＥなしでのＭＲＩ画像表示を示す図である。並列イメージングスキャンと較正スキャンとで位相エンコード方向が直交する傾斜リコールエコーに基づく較正を用いて取得された、図５の画像に対応するＳＥＮＳＥ画像表示を示す図である。並列イメージングスキャンと較正スキャンとで位相エンコード方向が一致し、かつ、これら２つのスキャンの読み出し傾斜が大きさ及び方向において本質的に同一であるスピンエコーに基づく較正を用いて取得された、図２の画像に対応するＳＥＮＳＥ画像表示を示す図である。これにより、双方のスキャンにおいて単位長さ当たりの信号帯域幅が同一となり、また、B₀誤差はミリメートル単位で計測して同一の位置誤差を生じさせる。２つのスキャンのデータサンプリング時間、従って、読み出し方向での解像度、は異なってもよい。

Claims

並列イメージングを用いるＭＲＩ装置におけるアーチファクトを抑制するためのコイル感度評価方法であって：
並列イメージングシーケンスのため、該並列イメージングシーケンスに関連して較正シーケンスを実行する較正ステップであり、該較正シーケンスが：
該較正シーケンス及び前記並列イメージングシーケンスにおける面内の位相エンコード方向を較正毎に一致させるスピンエコー式シーケンス；及び
該較正シーケンス及び前記並列イメージングシーケンスにおける面内の位相エンコード方向を較正毎に一致させる傾斜エコー式シーケンス；
の何れかを用いるところの較正ステップ
を有する方法。
請求項１に記載の方法であって、前記較正シーケンスが並列イメージングシーケンス毎に実行されるところの方法。
請求項２に記載の方法であって、前記較正シーケンスが前記並列イメージングシーケンスの各々に先立って実行されるところの方法。
請求項１に記載の方法であって、前記傾斜エコー式シーケンスが例えば5ms未満の非常に短いエコー時間で実行されるところの方法。
請求項１に記載の方法であって：
前記較正シーケンス及び前記並列イメージングシーケンスの双方で本質的に同一の読み出し傾斜を用いるステップ
をさらに有する方法。
請求項１に記載の方法であって、前記較正シーケンスの位相エンコード方向が本質的に前記並列イメージングシーケンスの位相エンコード方向に沿う向きにされるところの方法。
請求項１乃至６の何れかに記載の方法を実行するようにプログラムされたシーケンス制御器を有するＭＲＩ装置。
検査ゾーンにB₀磁場を発生する磁石システムを含むＭＲＩ装置であって：
前記検査ゾーンに磁気共鳴を励起し、かつ該磁気共鳴を制御する共鳴励起手段；
前記磁気共鳴を空間的にエンコードする空間エンコード手段；
別々の感度分布を有し、共鳴信号を並列に受信する複数のコイル；
受信された共鳴信号を画像表示に再構成する再構成手段；
較正スキャン中に作成される画像表示から前記コイルの感度分布を生成する手段；
該感度分布と診断スキャン中に作成される画像表示とから診断画像を作成する手段；及び
ＲＦ再収束スピンエコー式較正シーケンス及び傾斜リコールエコー式シーケンスの何れかを取り出すために較正シーケンスメモリ手段にアクセスし、且つ取り出された較正シーケンスに従って、前記再構成手段が前記較正画像表示を再構成するための共鳴信号を発生するように前記共鳴励起手段及び前記空間エンコード手段を制御するシーケンス制御手段であり、さらに、診断イメージングシーケンスを取り出すために診断イメージングシーケンスメモリ手段にアクセスし、且つ前記再構成手段が前記診断画像表示を再構成するための共鳴信号を発生するように前記共鳴励起手段及び前記空間エンコード手段を制御するシーケンス制御手段；
を有する装置。