JP2009540874A

JP2009540874A - 磁気共鳴装置及び方法

Info

Publication number: JP2009540874A
Application number: JP2009506014A
Authority: JP
Inventors: ユールゲンイーラーメル; ペテルボエルネルツ
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2009-11-26
Also published as: US20090099443A1; EP2013634A2; WO2007122545A2; WO2007122545A3

Abstract

本発明は、検査ボリューム内に置かれた身体７をＭＲイメージングするためのＭＲ装置に関する。この装置１は、前記検査ボリューム内に略均一な主磁場を設定する手段２、前記主磁場に重畳される切替型の磁場勾配を発生させる手段３、４、５、ＲＦパルスを前記身体７へ放射する手段６、前記磁場勾配の発生及び前記ＲＦパルスを制御する制御手段１２、磁気共鳴信号を受信及びサンプリングする手段１０、並びに前記信号サンプルからＭＲ画像を作成する再構成手段１４を有する。本発明によれば、当該装置１は、ａ）前記身体７の少なくとも一部を、少なくとも１つのＲＦパルスからなるＭＲイメージングシーケンス及び切替型の磁場勾配に曝すことにより一連のＭＲ信号を発生させ、前記切替型の磁場勾配は、ｋ空間における略球形のボリュームが非等方性の角度間隔を持つ複数の放射方向に沿ってサンプリングされるように選択され、放射ｋ空間方向の角度密度は、前記球形ボリュームの極域において減少しているｂ）ＭＲ画像を再構成するためのＭＲエコー信号を取得するように構成される。

Description

本発明は、検査ボリューム内に置かれた身体を磁気共鳴イメージングするための装置に関する。

さらに本発明は、ＭＲイメージングするための方法及びＭＲ装置のためのコンピュータプログラムにも関する。

磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）において、ＲＦパルスを含むパルスシーケンス及び切替型の磁場勾配(switched maignetic field fadients)は、ＭＲ装置の検査ボリューム内にある均一磁場に置かれた物体（患者）に印加される。このようにして、ｋ空間がサンプリングされ、磁気共鳴信号が発生する。これら信号は、前記物体から情報を得て、その物体の画像を再構成するために、ＲＦ受信アンテナを用いて走査される。その初期の開発以降、ＭＲＩのアプリケーションに臨床上関連する分野の数がものすごく伸びている。ＭＲＩは身体の略全ての部分に適用されることができ、人間の身体の多くの重要な機能に関する情報を得るのに使用されることができる。ＭＲＩの走査中に利用されるパルスシーケンスは、再構成画像の特徴、例えば物体に関する位置及び配向、寸法、分解能、信号対ノイズ比、コントラスト、動きに対する感度等を決めるのに重要な役割を果たしている。ＭＲＩ装置のオペレータは、適切なシーケンスを選択しなければならないと共に、夫々の利用に対しそのパラメタを調整及び最適化しなければならない。

既知の三次元（３Ｄ）の放射サンプリング(radial sampling)方式は、等方性分解能でｋ空間における球面サンプリングのボリュームの取得を可能にする。このような技術は、動きに対し比較的鈍感であるＭＲ心臓イメージング及び血管造影に利用されていたが、ＵＴＥ(ultrashort echo-time)イメージングにも利用される。ＵＴＥイメージングの場合、自由誘導減衰（FID: free-induction decay）は、位相エンコーディングを行わずにサンプリングされる。標準的な３ＤのＵＴＥ(ultrashort echo time)シーケンスの応用は、例えばJ. Rahmer他著(J. Rahmer, P. Bornert, C. Schroder, C. Stehning, Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med/, 12(2004), 2345)による出版物により知られている。この既知の３Ｄの放射サンプリング技術は、等方性角密度(isotropic angular density)でｋ空間をサンプリングする。これは、球体の面の上にあるらせん軌道に放射特性(radial profile)を設定することにより得られる。このような従来の３Ｄの放射サンプリング方式は図２に説明される。

既知の３Ｄの放射サンプリング方式の利点、例えば良好な運動特性及び等方性の３Ｄ画像分解能は、エイリアシングの無い画像を得るために、多くの放射特性を取得する必要性により相殺されている。これは、長い走査時間及び大量の取得データを生じさせる。後者の問題は、取得したデータの量が受信コイルの数に比例するマルチコイルイメージングにおいて一層ひどくなる。これら問題を克服するための１つの手法は、強力な角度のアンダーサンプリング(undersampling)であるが、しかしながら、これは画像内における放射方向のストリーキングアーチファクトのレベルの増大につながる。

これにより、改良された３Ｄの放射サンプリング技術に対する必要性があることが容易に分かる。結果として、本発明の目的は、ｋ空間の３Ｄの放射サンプリングを可能にするＭＲ装置に増加する撮像速度及び許容可能なレベルの画像アーチファクトを提供することである。

本発明によれば、検査ボリューム内に置かれた身体を磁気共鳴イメージングするためのＭＲ装置が開示され、この装置は、前記検査ボリューム内に略均一な主磁場を設定する手段、前記主磁場に重畳される切替型の磁場勾配を発生させる手段、ＲＦパルスを前記身体へ放射する手段、前記磁場勾配の発生及び前記ＲＦパルスを制御する制御手段、磁気共鳴信号を受信及びサンプリングする手段、並びに前記信号サンプルからＭＲ画像を作成する再構成手段、を有する。本発明によれば、当該装置は、
ａ）前記身体の少なくとも一部を、少なくとも１つのＲＦパルスからなるＭＲイメージングシーケンス及び切替型の磁場勾配に曝すことにより一連のＭＲ信号を発生させ、前記切替型の磁場勾配は、ｋ空間における略球形のボリュームが非等方性の角度間隔を持つ複数の放射方向に沿ってサンプリングされるように選択され、放射ｋ空間方向の角度密度は、前記球形ボリュームの極域において減少している
ｂ）ＭＲ画像を再構成するためのＭＲエコー信号を取得する
ように構成される。

本発明は、前記球形のｋ空間ボリュームの極における前記サンプリング特性をトリミングすることにより、走査時間が大幅に減少することが可能である事実の認識に基づいている。撮像すべき物体が異方性伸長、例えば先端を持つような状況において、本発明による異方性サンプリング技術は、走査期間を画像品質に関し些細な損失で減少させることが可能である。減少する量は、詳細な物体の形状に依存しているが、少なくとも約１０％とすることが可能であり、２５％及びそれよりも多くすることも可能である。

好ましくは、前記切替型の磁場勾配は、前記球形のｋ空間ボリュームがアンダーサンプリングされるように、本発明に従って選択される。このようにして、撮像速度に関し最大の増加が達成される。撮像された物体の扁長形状に対応する前記サンプリング方式の異方性が原因により、前記アンダーサンプリングは有利なことに耐えられないレベルの画像アーチファクトにはならない。球形のｋ空間ボリュームの極域における放射ｋ空間特性の密度は、前記球形のｋ空間ボリュームの赤道域における密度に比べ、少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２５％だけ減少するように、前記切替型の磁場勾配が選択される場合、画像品質と撮像速度との間に良好な妥協（トレードオフ）が本発明に従って得られる。

本発明の実施例において、極ｋ空間座標ｋ_ｚ及びψにより決められる放射ｋ空間特性は、以下の数式

に従って選択される。ここで、Δｋ_ｚ及びΔψは、極ｋ空間座標の増分であり、Δｋ_ｚ０は全体的な放射特性の数を決める定係数であり、αは、ｋ空間サンプリングの異方性の程度を決めるパラメタである。これら数式に従って得られる放射特性の異方性配列は、既知の等方性サンプリングパターンから得られる。前記球形のｋ空間ボリュームの極域における所望の減少したサンプリング密度は、パラメタαで調整される。αは０（等方性サンプリング）から略１（大多数が異方性サンプリング）までの範囲に及ぶ。より大きな値のαは、全体的な放射特性の数を大きく減少させることも意味する、つまり例えばα＝０．５は２５％の減少に対応する一方、α＝０．７５は３７．５％の減少に対応する。上記数式によりψを増加させることにより、方位角方向における特性の一様な分布が得られる。

本発明により利用されるＭＲイメージングシーケンスは、ＵＴＥシーケンスでもよい。ＵＴＥシーケンスは、皮質骨、腱、靭帯、半月板及び関連組織において通常は見つけられる短寿命スピン種(short-living spin species)を観察するのに有利に用いられる。これら組織にある大部分の陽子は、従来のイメージングシーケンスを用いて検出されるには短すぎるＴ_２緩和時間を示す。本発明により利用される３ＤのＵＴＥシーケンスは、励起するための最初の非選択式のＲＦブロックパルスを使用する。その後、前記ＦＩＤをサンプリングするために、３Ｄの放射リードアウト磁場勾配がオンに切り替わる。データ取得の最初は、球形のｋ空間ボリュームの原点と一致する。これにより、ｋ空間は、ｋ＝０で始まり放射状にサンプリングされる。放射特性の終点は、球体の表面上にあり、この球体の一方の極から他方の極までの可変の巻線距離(turn distance)を持つらせん軌道を辿るように、上記数式に従って増加する。これにより、所望する異方性サンプリング方式が得られる。放射サンプリングが原因により、球形のｋ空間ボリュームの中心がひどくオーバーサンプリングされてしまう。これは、ｋ空間の周辺域にアンダーサンプリングが生じていたとしても、前記技術に画像アーチファクトに対する敏感さを失わせる。

本発明は、ＭＲ装置の検査ボリューム内に置かれた身体の少なくとも一部を磁気共鳴イメージングする装置だけでなく、方法にも関する。前記方法は、
ａ）前記身体の少なくとも一部を、少なくとも１つのＲＦパルスからなるＭＲイメージングシーケンス及び切替型の磁場勾配に曝すことにより一連のＭＲ信号を発生させるステップであり、前記切替型の磁場勾配は、ｋ空間における略球形のボリュームが非等方性の角度間隔を持つ複数の放射方向に沿ってサンプリングされ、放射ｋ空間方向の角度密度は、前記球形ボリュームの極域において減少しているステップ、及び
ｂ）ＭＲ画像を再構成するためのＭＲエコー信号を取得するステップ
を有する。

本発明の撮像手順を実行するのに適したコンピュータプログラムは、如何なる一般的なコンピュータのハードウェア上においても有利に実施されることができ、このプログラムは現在、磁気共鳴スキャナを制御するための臨床用途である。コンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ又はディスケットのような適当なデータ担体上に設けられることも可能である。代わりに、このコンピュータプログラムがユーザによりインターネットからダウンロードされることも可能である。

同封される図面は本発明の好ましい実施例を開示している。しかしながら、これら図面は説明を目的とするためだけに構成され、本発明の限界を規定するために構成されているのではないと理解すべきである。

本発明によるＭＲイメージング装置が図１にブロック図として示される。前記装置１は、定常及び均一な主磁場を発生させる１組の主磁石コイル２、制御可能な強度を持つ追加の磁場を重畳すると共に、選択した方向に勾配を持つ３組の勾配コイル３、４及び５を有する。従来、前記主磁場の方向はＺ方向に決められ、このＺ方向に垂直な２つの方向はｘ方向及びｙ方向に決められる。前記勾配コイル３、４及び５は、電源１１を介して給電される。前記イメージング装置１はさらに、ＲＦパルスを身体７へ放射するためのＲＦ送信アンテナ６も有する。このアンテナ６は、前記ＲＦパルスを発生及び変調するための変調器９に結合される。さらに、ＭＲ信号を受信するための受信器も設けられ、この受信器は送信アンテナ６と同じ又は別個にすることも可能である。送信アンテナ６及び受信器が図１に示されるのと物理的に同じアンテナ６である場合、送信−受信スイッチ８が設けられ、送信されるパルスから受信信号を分離する。受信したＭＲ信号は復調器１０に入力される。送信−受信スイッチ８、変調器９及び勾配コイル３、４及び５のための電源１１は制御システム１２により制御される。制御システム１２は、アンテナ６に与えられるＲＦ信号の位相及び振幅を制御する。この制御システム１２は通常、メモリ及びプログラム制御を備えるマイクロコンピュータである。復調器１０は、例えば前記受信信号を例えば映像表示ユニット１５において見ることができる画像に変換するための再構成手段１４、例えばコンピュータに結合される。本発明の実施例にとって、前記ＭＲ装置１は、上述した方法でｋ空間の３Ｄの放射サンプリングを用いてＭＲイメージングシーケンスを生成するためのプログラミングを有する。

図２は、従来の３Ｄの放射ｋ空間サンプリング方式を説明し、ここでｋ空間は、等方性角度密度でサンプリングされる。これは、球体の表面上にあるらせん軌道に半径特性を決めることにより得られる。この場合、ｋ_ｚステップは、等間隔であり、方位角は、

に従って変化し、ここでＮは放射方向に射出する数である。

図３において、本発明による３Ｄの放射サンプリング方式が説明されている。取得すべき球形のｋ空間ボリュームの極域における減少した角度密度を得るために、変数ｋ_ｚの増分Δｋ_ｚが導入される。それはΔｋ_ｚ＝Δｋ_ｚ０／（１−αｓｉｎ^２（π／２ｋ_ｚ））に従って変化する。定数αは、異方性アンダーサンプリングの程度を決める。その程度は０（等方性サンプリング）から略１（大多数が異方性サンプリング）の範囲に及ぶことができる。より大きな値のαは、放射特性の数を大きく減少させることも意味する、つまり図３に示されるように、例えばα＝０．５は２５％の減少に対応する一方、α＝０．７５は３７．５％の減少に対応する。特性の均一な分布のために、方位角の増分は、

に従って変化されなければならない。すなわちｋ_ｚ方向における、本発明による球形のｋ空間ボリュームの極の周りの角度サンプリング密度の減少は、ｘ及びｙ方向のイメージングボリュームを減少させる。所与のαにとって、前記極でのサンプリング密度は、係数１／（１−α）で減少し、それは

の赤道上のＦＯＶ減少となる。これは、撮像すべき物体が異方性伸長、例えば先端を持つような状況における本発明の利点を説明している。このような場合において、本発明による異方性サンプリング技術は、走査期間を画像品質に関し些細な損失で減少させることが可能である。減少する量は、詳細な物体の形状に依存しているが、少なくとも約１０％とすることが可能であり、２５％及びそれよりも多くすることも可能である。

図４に示される図は、上記数式によるα＝０．５での異方性放射サンプリング（実線）及び等方性サンプリング（破線）に対するｋ_ｚの関数として増分Δｋ_ｚを示す。図から分かるように、これら増分Δｋ_ｚは、極域（ｋ_ｚ＜−０．５又はｋ_ｚ＞０．５）において増大し、これはこれら極域におけるサンプリング密度がそれに応じて減少することを意味している。放射サンプリング方式の異方性が、図４に説明されているように、球形のｋ空間ボリュームの赤道域から極域まで、放射ｋ空間特性の角度密度を円滑に変化させることにより達成されることが本発明の重要な態様である。このようにして、画像品質が耐えられないほど損失することなく走査時間を最適に減少することが達成される。

本発明によるＭＲスキャナを示す。従来の３Ｄの放射サンプリング方式を説明する。本発明による非等方性の３Ｄの放射サンプリング方式を説明する。サンプリング密度がｋ_ｚの関数として示される図を示す。

Claims

検査ボリューム内に置かれた身体を磁気共鳴イメージングするための装置において、前記装置は、
前記検査ボリューム内に略均一な主磁場を設定する手段、
前記主磁場に重畳される切替型の磁場勾配を発生させる手段、
ＲＦパルスを前記身体へ放射する手段、
前記磁場勾配の発生及び前記ＲＦパルスを制御する制御手段、
ＭＲ信号を受信及びサンプリングする手段、並びに
前記信号サンプルからＭＲ画像を作成する再構成手段
を有し、
ａ）前記身体の少なくとも一部を、少なくとも１つのＲＦパルスからなるＭＲイメージングシーケンス及び切替型の磁場勾配に曝すことにより一連のＭＲ信号を発生させ、前記切替型の磁場勾配は、ｋ空間における略球形のボリュームが非等方性の角度間隔を持つ複数の放射方向に沿ってサンプリングされるように選択され、前記放射ｋ空間方向の角度密度は、前記球形ボリュームの極域において減少している
ｂ）ＭＲ画像を再構成するためのＭＲエコー信号を取得する
ように構成される装置。
前記球形のｋ空間ボリュームがアンダーサンプリングされるように、前記切替型の磁場勾配を選択するようにさらに構成される請求項１に記載の装置。
前記球形のｋ空間ボリュームの極域における放射ｋ空間特性の密度は、前記球形のｋ空間ボリュームの赤道域における密度に比べ、少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２５％だけ減少するように、前記切替型の磁場勾配が選択されるようにさらに構成される請求項１又は２に記載の装置。
数式

に従って、極ｋ空間座標ｋ_ｚ及びψにより決められる前記放射ｋ空間特性を選択するようにさらに構成され、Δｋ_ｚ及びΔψは、前記極ｋ空間座標の増分であり、Δｋ_ｚ０は全体的な放射特性の数を決める定係数であり、αは、ｋ空間サンプリングの異方性の程度を決めるパラメタである請求項１、２又は３に記載の装置。
前記ＭＲイメージングシーケンスは、ＵＴＥシーケンスである請求項１乃至４の何れか一項に記載の装置。
ＭＲ装置の検査ボリューム内に置かれた身体の少なくとも一部をＭＲイメージングする方法において、
ａ）前記身体の少なくとも一部を、少なくとも１つのＲＦパルスからなるＭＲイメージングシーケンス及び切替型の磁場勾配に曝すことにより一連のＭＲ信号を発生させるステップであり、前記切替型の磁場勾配は、ｋ空間における略球形のボリュームが非等方性の角度間隔を持つ複数の放射方向に沿ってサンプリングされ、放射ｋ空間方向の角度密度は、前記球形ボリュームの極域において減少しているステップ、及び
ｂ）ＭＲ画像を再構成するためのＭＲエコー信号を取得するステップ
を有する方法。
前記切替型の磁場勾配は、前記球形のｋ空間ボリュームがアンダーサンプリングされるように選択される請求項６に記載の方法。
数式

に従って、極ｋ空間座標ｋ_ｚ及びψにより決められる前記放射ｋ空間特性を選択するようにさらに構成され、Δｋ_ｚ及びΔψは、前記極ｋ空間座標の増分であり、Δｋ_ｚ０は全体的な放射特性の数を決める定係数であり、αは、ｋ空間サンプリングの異方性の程度を決めるパラメタである請求項６又は７に記載の方法。
非等方性の角度間隔を持つ複数の放射ｋ空間特性を用いて、ｋ空間における略球形のボリュームをサンプリングするためのＭＲイメージングシーケンスを生成するための命令を有する、ＭＲ装置のためのコンピュータプログラムにおいて、前記放射ｋ空間特性の角度密度は前記球形ボリュームの極域において減少しているコンピュータプログラム。
数式

に従って、極ｋ空間座標ｋ_ｚ及びψにより決められる前記放射ｋ空間特性を選択するための命令をさらに有し、Δｋ_ｚ及びΔψは、前記極ｋ空間座標の増分であり、Δｋ_ｚ０は全体的な放射特性の数を決める定係数であり、αは、ｋ空間サンプリングの異方性の程度を決めるパラメタである請求項９に記載のコンピュータプログラム。