JP2014200687A - マルチエコー測定シーケンスの実行方法および磁気共鳴装置 - Google Patents

マルチエコー測定シーケンスの実行方法および磁気共鳴装置 Download PDF

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Abstract

【課題】得られるMR画像の比較的高い分解能を生じ、予め与えられた最大傾斜磁場パルス振幅および最大傾斜磁場パルス変化速度を超過せずにできるだけ短い測定時間を可能にする方法を提供する。
【解決手段】相前後するグラジエントエコー間の予め与えられた時間差515(ΔTE)において空間分解能を最適化するために、マルチエコー測定シーケンスを実行する技術が開示されている。傾斜磁場パルスパラメータ601,603,611,613が、エコー時間511,512の間の予め与えられた時間差515と、予め与えられた最大傾斜磁場パルス振幅653および予め与えられた最大傾斜磁場パルス変化速度651からなる商との間の定められた比に応じて選定される。
【選択図】図2

Description

本発明の種々の実施形態は、マルチエコー測定シーケンスの実行方法および磁気共鳴装置に関する。特に、種々の実施形態は、相前後するグラジエントエコー間の予め与えられた時間差において高められた空間分解能を可能にし、かつ予め与えられた最大傾斜磁場パルス振幅および予め与えられた最大傾斜磁場パルス変化速度が超過されない技術に関する。
磁気共鳴(MR)イメージングのマルチエコー測定シーケンスは公知であり、このマルチエコー測定シーケンスでは被検者の種々の解剖学的スライスからそれぞれ異なるエコー時間を有する複数のMR画像が検出される。それらの複数のMR画像は、一般に、異なるエコー時間に基づいて異なるコントラストを有する。異なるコントラストを有するMR画像は、異なるスピン種を分離するいわゆる化学シフト技術において使用される。
マルチエコー測定シーケンスは、しばしば、エコー時間が完全に特定されて明確に定義された場合にMR画像が得られるように実行される。エコー時間の具体的な選択は、例えばMR画像の所望用途に依存する。典型的な用途の例が脂肪−水分離である。一般的に、得ようと努められるエコー時間は静磁場強度に依存する(磁場強度依存性である)。しかも、第1のMR画像のエコー時間(TE1)と、相前後して検出されるMR画像のエコー時間の間隔もしくは時間差(ΔTE)とが、MR装置の静磁場強度に逆比例して減少するように、静磁場強度に依存する。典型的な静磁場強度は、例えば1.5テスラ、又は3テスラ、又は5テスラ、又は7テスラである。
さまざまの種類のマルチエコー測定シーケンスが知られている。従来のマルチエコー測定シーケンスでは、検出される全てのMRエコーが、それぞれ横磁化を励起する固有の高周波(HF)パルス(HF励起パルス)のすぐ後に続く時間間隔である異なるエコー時点において検出される。換言するならば、n個のMRエコーがそれぞれ1つのHF励起パルスのすぐ後に続く個別の繰り返しインターバル(TRインターバル)において検出される。従って、かかる技術は、当業者に「n−Echo n−TR」技術としても知られている。従って、このような技術は、当業者には「n−Echo n−TR」技術として知られている。「n−Echo n−TR」技術は、例えばグラジエントエコーの検出に関連して知られている。
読み出し方向(周波数エンコード方向)におけるMR画像の分解能は、一般にフーリエピクセルサイズΔxによって決まる。フーリエピクセルサイズは、読み出し方向の撮像視野(英語:field of view)のサイズを読み出し点の個数Nxで割算した値である。撮像視野は、MR画像によって描出される検査対象範囲を意味する。フーリエピクセルサイズΔxが小さいほど分解能が高い。フーリエピクセルサイズは、
Δx=2π/(γM0x)
であり、読み出し傾斜磁場の0次モーメントに対して逆比例する。但し、γは磁気回転比(英語:Gyromagnetic ratio)である。水プロトンに関しては、磁気回転比γ/(2π)=42.576MHz/Tである。読み出し傾斜磁場の0次モーメントは読み出し時間の期間中の読み出し傾斜磁場の振幅の時間積分であり、しばしば読み出し傾斜磁場の「面積」とも呼ばれる。従って、全体読み出し時間中の読み出し傾斜磁場が一定である場合、0次モーメントM0xは読み出し傾斜磁場の振幅と読み出し時間との積である。
グラジエントエコーイメージングにおいては、しばしば励起と読み出し傾斜磁場との間において読み出し方向のプリフェーズ傾斜磁場パルスが印加され、そのプリフェーズ傾斜磁場パルスの0次モーメントは、読み出し傾斜磁場の開始とエコー時点との間における読み出し傾斜磁場のモーメントに大きさが等しい。プリフェーズ傾斜磁場パルスの方向は、一般に読み出し傾斜磁場の方向に対して逆であることから、全体モーメントはエコー時点でちょうど消える。エコー時間は、しばしば励起パルスの中心とエコー時点との間の時間である。例えば、エコー時間はスピンエコーとエコー時点との間の時間であってもよい。
傾斜磁場パルスの最大振幅および最短の立ち上がり時間は一般に技術的および/または生理学的に制限されるので、従来では、グラジエントエコーに基づく「n−Echo n−TR」技術における最大分解能は所要の最短グラジエントエコー時間TE1によって制限されているが、しかし相前後するグラジエントエコーの最短の時間差ΔTEによっては追加制限されない。しかし、マルチエコー測定シーケンスを実行するために必要とされる全体時間(測定時間)は比較的長い。更に、このような技術は、異なるグラジエントエコーの検出の間の時間的間隔をしばしば長くする。これは、特に被検者の息止め時の呼吸アーチファクトを回避するために行われる測定の際に、不都合な結果をもたらす。更に、例えば測定中の生理学的事象又は温度上昇の結果として生じる時間依存性の静磁場ドリフトが、異なるエコー時点を有する個々のMR画像の間において付加的な位相差をもたらす。それによって、後に続くMR画像解析が限定的にしかできず、可能な定量的な解析は比較的大きな誤差を持つ。
上述の「n−Echo n−TR」技術に基づく測定シーケンスとして他のマルチエコー測定シーケンスが知られている。例えば、1つの単独の高周波励起パルスの後に複数のMRエコーをそれぞれ異なるエコー時点もしくはエコー時間で検出するマルチエコー測定シーケンスも知られている。1つの高周波パルスの後に続いて複数のMRエコーを検出する方法は、当業者には「n−Echo pro TR」技術としても知られている。「n−Echo pro TR」技術は、測定時間の短縮という利点を有する。このようなマルチエコー測定シーケンスの場合には、予め与えられた異なるエコー時点に基づいて、通常は到達可能な最大空間分解能が第1のエコー時間TE1によって制限され、これに加えて、相前後するエコー間の時間差ΔTEによって制限される。特に、1つのMRエコーの検出に使用可能な時間間隔は、時間間隔ΔTE後に早くも次のエコーが形成され検出されなければならないことによっても制限される。
MR装置の最大傾斜磁場パルス振幅および/または最大の傾斜磁場立ち上がり時間および立ち下がり時間もしくは変化速度は、しばしば技術的および/または生理学的に制限されている。例えば、しばしば、グラジエントエコーを検出するために、先ずプリフェーズ傾斜磁場パルスを印加し、次にグラジエントエコーの読み出し期間中に読み出し傾斜磁場を印加することが必要である。このために使用できる時間間隔は一般に予め定められた異なるエコー時点もしくは相前後するエコー時点間の時間差によって制限されているので、しばしば読み出し傾斜磁場の最大0次モーメントM0xおよびそれに伴う到達可能な空間分解能が相応に制限されている。
従って、改善されたマルチエコー測定シーケンスが要望されている。特に、相前後するグラジエントエコー間の所定の時間差において得られるMR画像の比較的高い分解能をもたらす技術が要望されている。更に、予め与えられた最大傾斜磁場パルス振幅および最大傾斜磁場パルス変化速度が超過されず、できるだけ短い測定時間を有するそのような技術が要望されている。
この課題は、本発明によれば、相前後するグラジエントエコー間の予め与えられた時間差で少なくとも2つのグラジエントエコーが連続的に形成され、かつ予め与えられた最大傾斜磁場パルス振幅および予め与えられた最大傾斜磁場パルス変化速度が超過されないマルチエコー測定シーケンスを高められた空間分解能で実行する方法であって、
予め与えられた時間差と、予め与えられた最大傾斜磁場パルス振幅および予め与えられた最大傾斜磁場パルス変化速度からなる商との間の比を決定し、
プリフェーズ傾斜磁場パルスを印加し、
水平レベル時間および振幅を含む第1の読み出し傾斜磁場パルスパラメータを有する第1の読み出し傾斜磁場パルスを印加し、第1の読み出し傾斜磁場パルスパラメータを、決定された前記比に応じて選定し、
水平レベル時間および振幅を含む第2の読み出し傾斜磁場パルスパラメータを有する第2の読み出し傾斜磁場パルスを印加し、第2の読み出し傾斜磁場パルスパラメータを、決定された前記比に応じて選定するマルチエコー測定シーケンスの実行方法によって解決される(請求項1)。
マルチエコー測定シーケンスの実行方法に関する本発明の実施態様は次の通りである。
・マルチエコー測定シーケンスが単極性のグラジエントエコー測定シーケンスであり、
方法が、更に、第1の読み出し傾斜磁場パルスと第2の読み出し傾斜磁場パルスとの間において、フライバック水平レベル時間およびフライバック振幅を含むフライバック傾斜磁場パルスパラメータを有するフライバック傾斜磁場パルスを印加し、そのフライバック傾斜磁場パルスパラメータを、決定された前記比に応じて選定する(請求項2)。
・第1の読み出し傾斜磁場パルスパラメータが第2の読み出し傾斜磁場パルスパラメータに等しい(請求項3)。
・決定された前記比において前記商が前記時間差の予め定められた分数Aよりも小さい場合に、前記振幅および前記フライバック振幅が最大傾斜磁場パルス振幅に等しく選定される(請求項4)。
・前記分数Aが1/12である(請求項5)。
・決定された前記比において前記商が前記時間差の予め定められた分数Bよりも大きい場合に、前記振幅および前記フライバック振幅が最大傾斜磁場パルス振幅よりも小さく選定される(請求項6)。
・分数Bが2/9であり、
前記振幅が最大傾斜磁場パルス変化速度と前記時間差との積の係数C倍に等しく選定され、
前記フライバック振幅が前記振幅の好ましくは2倍の大きさに選定される(請求項7)。
・決定された前記比において前記商が前記時間差の予め定められた分数Bよりも小さく、かつ前記時間差の予め定められた分数Aよりも大きい場合に、前記振幅が最大傾斜磁場パルス振幅よりも小さく選定され、前記フライバック振幅が最大傾斜磁場パルス振幅に等しく選定される(請求項8)。
・前記振幅が最大傾斜磁場パルス振幅の分数Eに等しく選定され、
Eが(x+1)/2であり、
xが方程式
Figure 2014200687
の解であり、
maxが最大傾斜磁場パルス変化速度であり、
maxが最大傾斜磁場パルス振幅である(請求項9)。
・第1の読み出し傾斜磁場パルスおよび/または第2の読み出し傾斜磁場パルスのランプ時間が最大傾斜磁場パルス変化速度を考慮して最小に選定される(請求項10)。
前述の課題は、本発明によれば、相前後するグラジエントエコー間の予め与えられた時間差で少なくとも2つのグラジエントエコーが連続的に形成され、かつ予め与えられた最大傾斜磁場パルス振幅および予め与えられた最大傾斜磁場パルス変化速度が超過されないマルチエコー測定シーケンスを高められた空間分解能で実行するための磁気共鳴装置であって、
磁気共鳴装置が、予め与えられた時間差と、予め与えられた最大傾斜磁場パルス振幅および最大傾斜磁場パルス変化速度からなる商との間の比を決定するように構成されたコンピュータユニットを含み、
磁気共鳴装置が、更に、プリフェーズ傾斜磁場を印加するステップと、水平レベル時間および振幅を含む第1の読み出し傾斜磁場パルスパラメータを有する第1の読み出し傾斜磁場パルスを印加し、第1の読み出し傾斜磁場パルスパラメータを決定された前記比に応じて選定するステップと、水平レベル時間および振幅を含む第2の読み出し傾斜磁場パルスパラメータを有する第2の読み出し傾斜磁場パルスを印加し、第2の読み出し傾斜磁場パルスパラメータを決定された前記比に応じて選定するステップとを実行するように構成された傾斜磁場システムを含む磁気共鳴装置によっても解決される(請求項11)。
磁気共鳴装置に関する本発明に実施態様は次の通りである。
・磁気共鳴装置が更に本発明による方法を実施するように構成されている(請求項12)。
1つの観点によれば、本発明は、マルチエコー測定シーケンスの高められた空間分解能で実行する方法に関する。そのマルチエコー測定シーケンスでは、相前後するグラジエントエコー間の予め与えられた時間差で少なくとも2つのグラジエントエコーが連続的に形成される。そのマルチエコー測定シーケンスでは、予め与えられた最大傾斜磁場パルス振幅および予め与えられた最大傾斜磁場パルス変化速度が超過されない。その方法は、予め与えられた時間差と、最大傾斜磁場パルス振幅および最大傾斜磁場パルス変化速度からなる商との間の比を決定するステップを含む。更に、その方法は、プリフェーズ傾斜磁場パルスを印加するステップを含む。更に、その方法は、水平レベル(フラットトップ)時間および振幅を含む第1の読み出し傾斜磁場パルスパラメータを有する第1の読み出し傾斜磁場パルスを印加するステップを含む。第1の傾斜磁場パルスパラメータは、決定された比に依存して選定される。更に、その方法は、水平レベル時間および振幅を含む第2の読み出し傾斜磁場パルスパラメータを有する第2の読み出し傾斜磁場パルスを印加するステップを含む。第2の読み出し傾斜磁場パルスパラメータは、決定された比に依存して選定される。
読み出し傾斜磁場パルスは一般に台形である。水平レベル時間は傾斜磁場パルスのフラットトップ(英語:flattop)の範囲、即ち傾斜磁場パルス振幅の変化が僅か又は零である範囲を意味する。この範囲は傾斜磁場パルスのプラトー(平坦域)とも呼ばれる。
読み出し方向において、プリフェーズ傾斜磁場パルスのモーメントは、それが、第1のグラジエントエコーの所望のエコー時点で第1の読み出し傾斜磁場パルスによって取得されるモーメントをできるだけ正確に補償するように選定されるとよい。
一般に、MRデータは水平レベル時間の期間中にのみ取得される。読み出されるMR信号つまり取得されるMRデータは、一般に、ここでは相前後する読み出し点間の時間を意味する一定の休止時間によりディジタル化されることから、このようなケースではkx座標(k空間におけるkx方向)と読み出し点の読み出し時間との間に線形関係が存在する。従って、読み出しされたMR信号を、しばしば直接的に、即ち更なる補間(いわゆるリグリッディング)なしに高速フーリエ変換により、k空間から画像空間もしくはハイブリッド空間へ変換することができる。いわゆるランプ走査(英語:ramp sampling)の場合にはMRデータが付加的に読み出し傾斜磁場パルスのランプ期間中に取得される。ランプ走査が有る場合と無い場合とで同じ分解能を得るためには、一般に読み出し時間中にk空間内において同じ区間が覆われなければならない。例えば読み出し傾斜磁場パルスのランプ時間全体の期間中においてMRデータを取得する場合には、読み出し傾斜磁場パルス全体の0次モーメントを、ランプ走査の無い場合における水平レベル部分のみの0次モーメントに等しく選ぶべきである。傾斜磁場システムの技術的な能力が与えられた場合に、ランプ走査が有るならば、ランプ走査が無い実施形態におけるよりも短い時間で所望の分解能を達成することができる。従って、与えられた時間差において、より高い分解能を得ることができる。
ランプ走査は、二重エコー3Dグラジエントエコーシーケンスのランプ走査に関して、例えば、K-P. Hwang et al., “Ramp sampling strategies for high resolution single-pass Dixon imaging at 3T” in Proc. Int. Soc. Reson. Med. 15 (2010) 1044から当業者に知られている。
ランプ走査により、読み出し方向において高められた分解能が得られる。しかし、相前後するエコー時間の間の時間差によって読み出し方向の分解能が制限されているという問題は残されている。
相前後するエコー間の時間差は一般にエコー時間によって予め与えられている。エコー時間も、一般に例えば脂肪−水分離のようなMRイメージングの所望の用途によって予め与えられている。最大傾斜磁場パルス振幅は、通常、MR装置の傾斜磁場システムの特性値であり、例えば技術的に制限されている。予め与えられる最大傾斜磁場パルス変化速度は、被検者の抹消神経刺激を避けるために、しばしば傾斜磁場システムの技術的に最大可能な変化速度よりも小さく選定される。
先ず、予め与えられた時間差と、予め与えられた最大傾斜磁場パルス振幅および予め与えられた最大傾斜磁場パルス変化速度からなる商との間の比が決定される。その比の決定によって、読み出し方向の分解能が好ましくは与えられた限界条件下で最大になるように、傾斜磁場パルスのそれぞれの傾斜磁場形状が選定される。読み出し時間の期間中における読み出し傾斜磁場の0次モーメントは、k空間内で通過される区間に直接に比例する。
前記比は、傾斜磁場形状が、異なる限界条件のもとで読み出し傾斜磁場のフラットトップ下の面積を最大にし、それにより最大分解能を達成する領域を表す。予め与えられた時間差および有限の傾斜磁場パルス変化速度のために、最大面積は、必ずしも最大傾斜磁場振幅の場合に得られるわけではなく、決定された比に応じて他の値の場合にも得られる。
このような考察は、基本的に、種々のマルチエコー測定シーケンスに適用することができ、例えば相前後する読み出し傾斜磁場パルスが傾斜磁場パルス振幅の逆の符号を有する両極性のマルチエコー測定シーケンスに適用することができる。
いわゆる単極性のマルチエコー測定シーケンスの場合には、相前後する読み出し傾斜磁場は同じ符号を持つ。本発明による方法は、更に、第1の読み出し傾斜磁場パルスと第2の読み出し傾斜磁場パルスとの間において、フライバック水平レベル時間およびフライバック振幅を含むフライバック傾斜磁場パルスパラメータを有するフライバック傾斜磁場パルスを印加するステップを含むことができる。そのフライバック傾斜磁場パルスパラメータは、決定された比に依存して選定されるとよい。
従って、フライバック傾斜磁場パルスは、横磁化の位相を、第2の読み出し傾斜磁場パルスの印加期間中にグラジエントエコーの1つが形成されるように適切に操作することができる。従って、フライバック傾斜磁場パルスは、スピンが第1のグラジエントエコーの後でかつ第2のグラジエントエコーの前に両読み出し傾斜磁場パルスの結果として取得する位相をできるだけ正確に補償するという使命を有する。従って、フライバック傾斜磁場パルスは、通常、プリフェーズ傾斜磁場パルスと同じ符号を持ち、両読み出し傾斜磁場パルスとは逆の符号を持つ。
両極性の読み出しパターンの使用は、一般に単極性の読み出しパターンの使用よりも時間効率が良い。しかし、単極性の読み出しパターンは他の利点を有する。例えば、異なる基準周波数を有するスピン種が相前後するコントラストにおいて同じ方向にシフトされている。これに対して、両極性の読み出しパターンの場合、シフト方向が互いに逆であり、このことがディクソン(Dixon)法のような後処理法において困難をもたらす。
第1の読み出し傾斜磁場パルスパラメータは第2の読み出し傾斜磁場パルスパラメータと等しく選定することができる。従って、振幅および水平レベル時間もしくは読み出しインターバルは、等しい大きさもしくは等しい長さであってよい。第1の読み出し傾斜磁場パルスが第1のグラジエントエコーに関して対称であり、第2の読み出し傾斜磁場パルスが第2のグラジエントエコーに関して対称であるとよい。
従って、換言するならば、第1の読み出し傾斜磁場パルスの傾斜磁場形状と第2の読み出し傾斜磁場パルスの傾斜磁場形状とがほぼ同じであるとよい。これは、比較的効率的でもある格別に簡単なマルチエコー測定シーケンスを可能にする。
決定された比において前記商が前記時間差の予め定められた分数Aよりも小さい場合に、前記振幅(以下、前記振幅とは、読み出し傾斜磁場パルスの振幅を意味する)および前記フライバック振幅を最大傾斜磁場パルス振幅に等しく選定するとよい。例えば、種々の実施形態において、前記分数Aが1/12であるとよい。
従って、このようにして、読み出し傾斜磁場パルスの振幅もフライバック振幅も最大傾斜磁場パルス振幅に等しく選定されることによって特徴づけられている前記決定された比の領域が定められるとよい。
決定された比において前記商が前記時間差の予め定められた分数Bよりも大きい場合に、前記振幅および前記フライバック振幅を最大傾斜磁場パルス振幅よりも小さく選定するとよい。
例えば、分数Bが2/9であるとよい。前記振幅は最大傾斜磁場変化速度と前記時間差との積の係数C倍に等しく選定されるとよい。フライバック振幅は前記振幅の2倍の大きさに選定されるとよい。例えば係数Cは1/9であるとよい。
従って、このようにして、決定された比の他の領域を定めることができる。この領域は、読み出し傾斜磁場パルスの振幅もフライバック振幅も最大傾斜磁場振幅よりも小さく選定されることによって特徴づけられている。
決定された比において前記商が前記時間差の予め定められた分数Bよりも小さくかつ前記時間差の予め定められた分数Aよりも大きい場合には、前記振幅を最大傾斜磁場パルス振幅よりも小さく選定し、かつ前記フライバック振幅を最大傾斜磁場パルス振幅に等しく選定するとよい。例えば、前記振幅を最大傾斜磁場パルス振幅の分数Eに等しくするとよい。但し、Eは(x+1)/2であり、xは次の方程式
Figure 2014200687
の解であり、Smaxは最大傾斜磁場パルス変化速度であり、Gmaxは最大磁場パルス振幅である。
従って、このようにして、決定された比の更に別の領域を定めることができる。この領域は、読み出し傾斜磁場パルスの振幅が最大傾斜磁場振幅よりも小さく選定されるのに対して、フライバック振幅が最大傾斜磁場振幅に等しく選定されることによって特徴づけられている。
第1の読み出し傾斜磁場パルスのランプ時間および/または第2の読み出し傾斜磁場パルスのランプ時間は、最大傾斜磁場パルス変化速度を考慮して最小に選定されるとよい。このようにして格別に高い空間分解能を達成することができる。
従って、上述の技術によれば、前記時間差および最大傾斜磁場パルス振幅ならびに最大傾斜磁場パルス変化速度の予め与えられた限界条件のもとで、得られるMR画像の分解能が最大になるように、決定された比に依存してそれぞれ傾斜磁場パルスの振幅が選定される。この技術は、最大分解能に関して、前記振幅および前記フライバック振幅を最大に選定することが必ずしも最適ではないという認識に基づいている。個別的なマルチエコー測定シーケンスに応じて、異なる領域境界がもたらされる。しかし、決定された比への基本的な依存性が類型的に存在する。
他の観点によれば、本発明は、相前後するグラジエントエコー間の予め与えられた時間差で少なくとも2つのグラジエントエコーが連続的に形成され、かつ予め与えられた最大傾斜磁場パルス振幅および予め与えられた最大傾斜磁場パルス変化速度が超過されないマルチエコー測定シーケンスを高められた空間分解能で実行するように構成された磁気共鳴装置に関する。磁気共鳴装置は、予め与えられた時間差と、予め与えられた最大傾斜磁場パルス振幅および最大傾斜磁場パルス変化速度からなる商との間の比を決定するように構成されたコンピュータユニットを含む。磁気共鳴装置は、更に、プリフェーズ傾斜磁場を印加するステップと、水平レベル時間および振幅を含む第1の読み出し傾斜磁場パルスパラメータを有する第1の読み出し傾斜磁場パルスを印加し、第1の読み出し傾斜磁場パルスパラメータの選定を決定された比に依存して行うステップと、水平レベル時間および振幅を含む第2の読み出し傾斜磁場パルスパラメータを有する第2の読み出し傾斜磁場パルスを印加し、第2の読み出し傾斜磁場パルスパラメータの選定を決定された比に依存して行うステップとを実行するように構成された傾斜磁場システムを含む。
磁気共鳴装置は、更に、本発明の他の観点によるマルチエコー測定シーケンスの実行方法を実施するように構成されているとよい。
このような磁気共鳴装置は、本発明の他の観点によるマルチエコー測定シーケンスの実行方法によって達成することができる効果に匹敵する効果を達成することができる。
上述の特徴および以下において説明する特徴は、明示的に述べた相応の組み合わせで使用することができるだけでなく、本発明の保護範囲を逸脱することなく他の組み合わせで、又は分離して使用することができる。
以下において、本発明の上述の特性、特徴および利点ならびにこれらを達成する方法を明白に理解できるように、図面を参照しながら実施例に基づいて更に詳細に説明する。
図1はMR装置の概略図である。 図2は種々の実施形態によるマルチエコー測定シーケンスを示す図である。 図3は図2のマルチエコー測定シーケンスにおいてどの傾斜磁場パルスパラメータを選択するかに関して領域を説明する図である。 図4は図3の異なる領域のための傾斜磁場パルスパラメータの最適値を示す図である。 図5は種々の実施形態によるマルチエコー測定シーケンスを実行する方法を示すフローチャー図である。
以下において、図面を参照しながら好ましい実施形態に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図において同一又は類似の要素には同じ参照符号が付されている。
図1には、本発明による相応の技術、方法およびステップを実施するように構成されたMR装置100が示されている。MR装置100は、管111を規定する磁石110を有する。磁石110はそれの長手軸に平行に静磁場を発生することができる。ここでは被検者101である検査対象が、寝台テーブル102上にて磁石110の中に送り込まれる。更に、MR装置100は傾斜磁場パルスを発生する傾斜磁場システム140を有し、それらの傾斜磁場パルスは、MRイメージングのためと取得される生データの空間エンコーディングのためとに使用される。一般に傾斜磁場システム140は、互いに明確に規定可能に配置された個別制御可能な少なくとも3つの傾斜磁場コイル141を含む。傾斜磁場コイル141は、特定の空間方向(傾斜磁場軸)に沿って傾斜磁場を印加して切り替えることを可能にする。相応する傾斜磁場コイル141は傾斜磁場システムのチャネルとも呼ばれる。傾斜磁場コイル141の巻線によってMR装置100の機械座標系が定められている。傾斜磁場は、例えばスライス選択、(読み出し方向の)周波数エンコーディング、位相エンコーディングのために使用することができる。それによってMRデータの空間エンコーディングを行うことができる。スライス選択傾斜磁場、位相エンコーディング傾斜磁場および読み出し傾斜磁場に対してそれぞれ平行である空間方向は、機械座標系と必ずしも一致しなくてもよい。それらの空間方向はむしろ、例えばk空間軌跡に関連して定められているとよい。更に、そのk空間軌跡は、その都度のMR測定シーケンスの特定の結果および/または被検者101の解剖学的特性に基づいて設定することができる。
静磁場内で生じる分極もしくは縦方向の磁化の整列を励起するために、振幅変調された高周波励起パルスを被検者101に照射することができる高周波コイル装置121が設けられている。それによって、横磁化を発生させることができる。このような高周波励起パルスを発生させるために、高周波送信ユニット131が高周波スイッチ130を介して高周波コイル装置121に接続される。高周波送信ユニット131は高周波発生器および高周波振幅変調ユニットを含む。高周波励起パルスは、横磁化1dをスライス選択的に又は2D/3D空間選択的に又は全体的に静止位置から傾斜させることができる。
更に、高周波受信ユニット132が高周波スイッチ130を介して高周波コイル装置121に結合されている。高周波受信ユニット132を介して、緩和する横磁化のMR信号を、例えば高周波コイル装置121への誘導結合によって、MRデータとして取得することができる。
一般的には、個別の高周波コイル装置121を、高周波送信ユニット131により高周波励起パルスを照射するために使用し、かつ高周波受信ユニット132によりMRデータを取得するために使用することが可能である。例えば、高周波パルスを照射するためにボリュームコイル121を使用し、MRデータを取得するために高周波コイルアレイからなる表面コイル(図示されていない)を使用することができる。例えばMRデータを取得するための表面コイルは、32個の個別の高周波コイルからなり、従って部分的パラレルイメージング(ppaイメージング、英語:partial parallel acquisition)用に格別に適している。対応する技術は当業者に知られているので、ここではこれ以上の詳細な説明は必要としない。
更に、MR装置100は、例えば画面、キーボード、マウス等を含み得る操作ユニット150を有する。操作ユニット150により使用者入力を検出し、使用者への出力を実現することができる。例えば、操作ユニット150により、MR装置の個々の運転方法もしくは運転パラメータを、使用者によっておよび/または自動的におよび/または遠隔制御により設定することができる。更に、MR装置100はコンピュータユニット160を有する。コンピュータユニット160は、例えばマルチエコー測定シーケンスに基づいてMRデータを取得するように構成されている。
図2には、種々の実施形態によるマルチエコー測定シーケンスのシーケンスパターンが示されている。高周波300が図2の上段に示されている。先ず高周波パルス401の照射が行われる。図を見易くするために図2にはスライス選択傾斜磁場の印加が示されていない。高周波パルス401は、横磁化を励起し(高周波励起パルス)、即ち縦磁化を静止位置から少なくとも部分的に偏向させる。
次に、位相エンコード方向302に沿って位相エンコード傾斜磁場パルス402が印加される。図2では、1つのk空間行が2度走査される(ダブルエコー・グラジエントエコーシーケンス)。このために、読み出し方向303に沿って、先ずプリフェーズ傾斜磁場パルス403−1が印加される。プリフェーズ傾斜磁場パルス403−1(英語:readout prephasing gradient)の使命は、第1のグラジエントエコーの所望の第1のエコー時点501(第1のエコー時間TE1に対応、符号511参照)で読み出し傾斜磁場パルス403−2の結果としてスピンが取得する位相をできるだけ正確に補償することにある(これは、図2において傾斜磁場パルス403−1、403−2のハッチング部の面積が等しいことによって示されている)。次に、横磁化の周波数エンコーディングのために、第1の読み出し傾斜磁場パルス403−2が印加される。第2の読み出し傾斜磁場パルス404−2が、第2のエコー時点502(第2のエコー時間TE2に対応、符号512参照)で、第2のグラジエントエコーを形成する。図示の例では、両読み出し傾斜磁場パルス403−2,404−2が同じ符号を持つので(単極性の読み出しパターン)、読み出し傾斜磁場パルス403−2,404−2の間に、1つのフライバック傾斜磁場パルス404−1が印加される。そのフライバック傾斜磁場パルス404−1のモーメントは、スピンが第1の読み出し傾斜磁場パルス403−2によって第1のエコー時間TE1後にかつ第2の読み出し傾斜磁場パルス404−2によって第2のエコー時間TE2前に取得する位相を補償するように選ばれている。
グラジエントエコーは、常に、累積される0次の傾斜磁場モーメント全体について、
Figure 2014200687
が当てはまるような時間tで形成される。但し、R,Sはそれぞれ読み出し方向303およびスライス選択方向301を表す。積分開始点t0は、対称シンク状の高周波パルスの場合にその高周波パルス401の時間中心と近似的に良好に一致する高周波パルス401のいわゆるアイソディレイ時点である。
両エコー時点501,502間の時間差ΔTE(符号515参照)は分解能を制限する。分解能は、ランプ走査がなければ、読み出し傾斜磁場パルス403−2,404−2の水平レベル(フラットトップ)下の面積によって与えられる。この面積は、水平レベル時間602(読み出しインターバル)および振幅603によって与えられる。ランプ時間601の下限は最大傾斜磁場パルス変化速度によって与えられる。
図2の例では、第1のコントラストのエコー時間TE1が両エコー時間TE2,TE1の時間差ΔTE=TE2−TE1に等しい。例えば前述の2点ディクソン(Dixon)技術の場合および逆相−同相イメージングの場合がそうである。
読み出し傾斜磁場パルス403−2,404−2は台形である。図2から分かるように、ここではランプ時間601が最大傾斜磁場パルス変化速度651を考慮して最小に選ばれている。更に、図2から、振幅603が最大傾斜磁場パルス振幅653よりも小さく選ばれていることが明らかである。それは、振幅603が最大である場合に最大分解能が得られるわけではないという認識に基づいている。このことは次の理由から事実である。即ち、最大傾斜磁場パルス変化速度651が有限であるゆえに、その振幅603に到達するために使用できる時間も有限であるからである。
更に、図2から、フライバック傾斜磁場パルス404−1が三角形であること、即ち、フライバック傾斜磁場パルス404−1の水平レベル時間が零に等しく選ばれていることが明らかである。更に、ランプ時間611は、最大傾斜磁場パルス変化速度651を考慮して、最短にすることができるように選ばれている。フライバック傾斜磁場パルス404−1のフライバック振幅613も、最大傾斜磁場パルス振幅653よりも小さく選ばれている。
読み出し傾斜磁場パルス403−2,404−2もしくはフライバック傾斜磁場パルス404−1の傾斜磁場パルスパラメータの具体的な選定は、予め与えられた最大傾斜磁場パルス振幅653;Gmaxを最大傾斜磁場パルス変化速度651;Smaxによって割算した商と、時間差515;ΔTEとの間の比に依存して行われる。この場合に、マルチエコー測定シーケンスの種々のパラメータに関係して、例えば3つの領域を定めることができる(図3参照)。具体的なマルチエコー測定シーケンスがどの領域に分類されているかに応じて、傾斜磁場パルスパラメータを異なった値に選ぶことができる。
このことを以下において図2の実施形態のマルチエコー測定シーケンスに関して説明する。時間差515;ΔTEならびに最大傾斜磁場パルスパラメータ651,653を考慮して読み出し方向の分解能を最大化する傾斜磁場形状が探し求められた。水平レベル時間もしくは読み出しインターバル602の期間中の読み出し傾斜磁場パルス403−2,404−2の0次モーメントは、k空間において通過する区間に直接比例する。従って、ランプ走査を行わずかつ定められた対称性(読み出し傾斜磁場パルス403−2,404−2の振幅が等しく、ランプ時間601が最短可能な時間であり、読み出し傾斜磁場パルス403−2,404−2がエコー時点501,502に関して対称であること)を前提とする場合に、読み出し傾斜磁場パルス403−2,404−2の水平レベル下の面積を最大にする傾斜磁場形状により、最大分解能が達成される。予め与えられた時間差515;ΔTEおよび有限のランプ時間601のゆえに、振幅603が最大である場合に必ず最大面積が得られるというわけではない。
読み出し傾斜磁場パルス403−2,404−2の水平レベル下の面積を最大にする計算をすることによって(例えば、異なるパラメータに依存した関数として面積を公式化し、それに続いて極値を決定することによって)、次の結果が得られる。(2/9)ΔTE≦(Gmax/Smax)によって与えられる第1領域(図3の領域1)については、(1/9)SmaxΔTEとして選ばれた振幅603;Gにより最大分解能が得られる。読み出し傾斜磁場パルス403−2,404−2のランプ時間601;RTはRT=(1/9)ΔTEに設定され、水平レベル時間602,FTはFT=(3/9)ΔTEに選定される。フライバック傾斜磁場パルス401−1は、ランプ時間611;RTFB=(2/9)ΔTEと、振幅613;GFB=−2G=−(2/9)SmaxΔTEとを有する三角形である。これについては図4の上段も参照されたい。
(1/12)ΔTE<(Gmax/Smax)<(2/9)ΔTEによって与えられる第2領域(図3の領域2)については、Gmax/2とGmaxとの間にある振幅603;Gによって最大分解能が得られる。振幅603;Gの正確な値は、0<x<1の範囲内における(x+2)(x+3)2=4(SmaxΔTE)/Gmaxの解によって得られる。この範囲内に、例えば数値的に又はグラフにより探し求めることができる3次方程式の明確な解が存在する。その際に、xからG=(Gmax/2)(x+1)により、探し求められる振幅603;Gが得られ、それから再び探し求められるランプ時間601;RT=G/Smaxが得られる。読み出し傾斜磁場パルス403−2,404−2の水平レベル時間602;FTは、予め算定された量を次式において使用することによって得られる。
Figure 2014200687
フライバック傾斜磁場パルス404−1は、この第2領域において、最大フライバック振幅613;GFB=−Gmaxと最小のランプ時間611;RTFB=Gmax/Smaxとを有する台形である。フライバック傾斜磁場パルス404−1の水平レベル時間FTFBは、予め算定された振幅603;Gを用いて、
Figure 2014200687
により得られる。これについては図4の中段も参照されたい。
(1/12)ΔTE≧(Gmax/Smax)によって与えられている第3領域(図3の領域3)については、最大振幅603により最大分解能が得られる。フライバック傾斜磁場パルス404−1は、ここでも、最大フライバック振幅613を有する台形である。課題とする対称化のために、この範囲においては、
Figure 2014200687
なる解析的な解を与えることができる。
第1のエコー時点501での第1のグラジエントエコーは、例えば第1の読み出し傾斜磁場パルス403−2の水平レベル時間602の中心に合わせるべきであるから、プリフェーズ傾斜磁場パルス403−1の0次モーメントは、第1の読み出し傾斜磁場パルス403−2の0次モーメントの半分に等しく選ばれる(図2のハッチングで示す面積参照)。
第1領域、即ち(2/9)ΔTE≦(Gmax/Smax)において、プリフェーズ傾斜磁場パルス403−1の0次モーメントは、例えばAGRP=G×(FT+RT)/2=(2/81)SmaxΔTE2である。第1領域では、ランプ時間RTGRP=(AGRP/Smax)1/2=(√2/9)ΔTEおよび最大振幅GGRP=−(√2/9)SmaxΔTEを有する三角形のプリフェーズ傾斜磁場パルス403−1が最も効果的である。プリフェーズ傾斜磁場パルス403−1は、高周波パルス401の終端と第1の読み出しインターバルの始端との間において印加され、その第1の読み出しインターバルの始端は、例えば第1の読み出し傾斜磁場パルス403−2の水平レベルの始端と一致する。従って、使用可能な時間はTE1−TS−(3/18)ΔTEである。但し、TSは高周波パルス401のアイソディレイ点と高周波パルス401の終端との間の時間である。この例では、高周波パルス401の終端がスライス選択傾斜磁場402の水平レベルの終端と一致しなければならない。その時間TSは、一般に第1のエコー時間511;TE1と比べて短い。種々の標準的実施において、その時間TSは、例えば40μsと80μsとの間である。従って、プリフェージングのために使用可能な時間Tavailabl=TE1−TS−(3/18)ΔTE≧1.15ms−0.08ms−(3/18)1.15ms≒0.89msは、プリフェージングのために必要な時間Tneeded=(√2/9)ΔTE=(√2/9)1.15ms≒0.18msに比べて大きい。同様のことが他の領域に対しても当てはまる(図4参照)。
高周波パルス401の終端と第1の読み出しインターバル602の始端との間の時間インターバルにおいて、スライスリフェーズ傾斜磁場パルス(図2に示されていない)および位相エンコードテーブル(図2において位相エンコード傾斜磁場パルス402)も印加される。これらの3つの傾斜磁場は時間的に並行して印加することができる。デカルト座標系のイメージングでは、一般に位相エンコード方向の分解能が読み出し方向の分解能以下に選ばれる。ほぼ正方形の画像視野(英語:field of view)の場合には、位相エンコード傾斜磁場の最大0次モーメントの値APE,max=π(NPE−1)/(γFoVPE)が、一般にプリフェーズ傾斜磁場パルス403−1の最大モーメントAGRP〜AGRO/2=0.5×(2πNRO/(γFoVRO))を上回らないか又は殆ど上回らない。但し、NPEは位相エンコーディング数、NROは読み出し方向の走査点数、FoVPEは位相エンコード方向の画像視野、FoVROは読み出し方向の画像視野、γ/(2π)は磁気回転比である。従って、位相エンコードテーブルに必要な時間も、読み出しプリフェージングに必要な時間を上回らない。それゆえに、この例では、高周波パルス401の終端と第1の読み出しインターバル602の始端との間において使用可能な時間を効率的に使用することができない。マルチエコー測定シーケンスのその他の実用的に関連する用途にも、予め与えられるエコー時間が対比可能であることから、同様のことが当てはまる。従って、読み出し方向303の分解能は、第1のエコー時間511;TE1と、第2のエコー時間512;TE2との間の時間差515;ΔTEによって制限されており、一般には第1のエコー時間511;TE1によっては制限されてない。
図5にはマルチエコー測定シーケンスを実行する方法のフローチャートが示されている。この方法はステップS1において開始する。先ず、ステップS2において、時間差515と、最大傾斜磁場パルス振幅653および最大傾斜磁場パルス変化速度651からなる商と間の比が決定される。この比に応じて、ステップS3において読み出し傾斜磁場パルス403−2,404−2のパラメータが選定される。任意選択的に、フライバック傾斜磁場パルス404−1のパラメータも選定される。このために、例えば領域への分類が行われるとよい(図3参照)。ステップS4において、読み出し傾斜磁場パルス403−2,404−2が印加される。この方法はステップS5において終了する。
勿論、上述の実施形態の特徴および本発明の観点は互いに組み合わせることができる。特に、それらの特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、記載した組み合わせだけでなく、他の組み合わせでも、あるいは単独とみなして使用することができる。
例えば、傾斜磁場パルスの振幅又は立ち上がり時間のような種々の値を任意に選択することは、技術的に全く又は限定的にしか制約されていない。むしろ、例えばアナログ・ディジタル変換又は他の技術的制限に基づいて、定められた離散化又はグリッディングを考慮することが必要である。従って、実際の値は、前述の値の周りの許容誤差範囲内で変動してよい。換言するならば、実際のシステムにおいて、さまざまの値を有する分解能を実現すことができ、従ってある程度の変動が本質的に存在してよい。
100 MR装置
101 検査対象(被検者)
102 寝台テーブル
110 磁石
111 管
121 高周波コイル装置
130 高周波スイッチ
131 高周波送信ユニット
132 高周波受信ユニット
140 傾斜磁場システム
141 傾斜磁場コイル
150 操作ユニット
160 コンピュータユニット
300 高周波
302 位相エンコード方向
303 読み出し方向
401 高周波パルス
402 位相エンコード傾斜磁場パルス
403−1 プリフェーズ傾斜磁場パルス
403−2 第1の読み出し傾斜磁場パルス
404−1 フライバック傾斜磁場パルス
404−2 第2の読み出し傾斜磁場パルス
501 第1のエコー時点
502 第2のエコー時点
511 第1のエコー時間(TE1)
512 第2のエコー時間(TE2)
515 時間差(ΔTE)
601 ランプ時間(RT)
602 水平レベル時間(FT)
603 傾斜磁場パルスの振幅(G)
611 フライバック傾斜磁場パルスのランプ時間(RTFB
613 フライバック振幅(FTFB
651 最大傾斜磁場パルス変化速度(Smax
653 最大傾斜磁場パルス振幅(Gmax

Claims (12)

  1. 相前後するグラジエントエコー間の予め与えられた時間差(515;ΔTE)で少なくとも2つのグラジエントエコーが連続的に形成され、かつ予め与えられた最大傾斜磁場パルス振幅(653)および予め与えられた最大傾斜磁場パルス変化速度(651)が超過されないマルチエコー測定シーケンスを高められた空間分解能で実行する方法であって、
    予め与えられた時間差(515;ΔTE)と、予め与えられた最大傾斜磁場パルス振幅(653)および予め与えられた最大傾斜磁場パルス変化速度(651)からなる商との間の比を決定し、
    プリフェーズ傾斜磁場パルス(403−1)を印加し、
    水平レベル時間(602)および振幅(603)を含む第1の読み出し傾斜磁場パルスパラメータ(602,603)を有する第1の読み出し傾斜磁場パルス(403−2)を印加し、第1の読み出し傾斜磁場パルスパラメータ(602,603)を、決定された前記比に応じて選定し、
    水平レベル時間(602)および振幅(603)を含む第2の読み出し傾斜磁場パルスパラメータ(602,603)を有する第2の読み出し傾斜磁場パルス(404−2)を印加し、第2の読み出し傾斜磁場パルスパラメータ(602,603)を、決定された前記比に応じて選定するマルチエコー測定シーケンスの実行方法。
  2. マルチエコー測定シーケンスが単極性のグラジエントエコー測定シーケンスであり、
    更に、第1の読み出し傾斜磁場パルス(403−2)と第2の読み出し傾斜磁場パルス(404−2)との間において、フライバック水平レベル時間およびフライバック振幅(613)を含むフライバック傾斜磁場パルスパラメータ(613)を有するフライバック傾斜磁場パルス(404−1)を印加し、そのフライバック傾斜磁場パルスパラメータ(613)を、決定された前記比に応じて選定する請求項1記載の方法。
  3. 第1の読み出し傾斜磁場パルスパラメータ(602,603)が第2の読み出し傾斜磁場パルスパラメータ(602,603)に等しい請求項1又は2記載の方法。
  4. 決定された前記比において前記商が前記時間差(515;ΔTE)の予め定められた分数Aよりも小さい場合に、前記振幅(603)および前記フライバック振幅(613)が最大傾斜磁場パルス振幅(653)に等しく選定される請求項2又は3記載の方法。
  5. 前記分数Aが1/12である請求項4記載の方法。
  6. 決定された前記比において前記商が前記時間差(515;ΔTE)の予め定められた分数Bよりも大きい場合に、前記振幅(603)および前記フライバック振幅(613)が最大傾斜磁場パルス振幅(653)よりも小さく選定される請求項2乃至5の1つに記載の方法。
  7. 分数Bが2/9であり、
    前記振幅(603)が最大傾斜磁場パルス変化速度(651)と前記時間差(515;ΔTE)との積の係数C倍に等しく選定され、
    前記フライバック振幅(613)が前記振幅(603)の好ましくは2倍の大きさに選定される請求項6記載の方法。
  8. 決定された前記比において前記商が前記時間差(515;ΔTE)の予め定められた分数Bよりも小さく、かつ前記時間差(515;ΔTE)の予め定められた分数Aよりも大きい場合に、前記振幅(603)が最大傾斜磁場パルス振幅(653)よりも小さく選定され、前記フライバック振幅(613)が最大傾斜磁場パルス振幅(653)に等しく選定される請求項4または6記載の方法。
  9. 前記振幅(603)が最大傾斜磁場パルス振幅(653)の分数Eに等しく選定され、
    Eが(x+1)/2であり、
    xが方程式
    Figure 2014200687
    の解であり、
    maxが最大傾斜磁場パルス変化速度(651)であり、
    maxが最大傾斜磁場パルス振幅(653)である請求項8記載の方法。
  10. 第1の読み出し傾斜磁場パルス(403−2)および/または第2の読み出し傾斜磁場パルス(404−2)のランプ時間(601)が、最大傾斜磁場パルス変化速度(651)を考慮して最小に選定される請求項1乃至9の1つに記載の方法。
  11. 相前後するグラジエントエコー間の予め与えられた時間差(515;ΔTE)で少なくとも2つのグラジエントエコーが連続的に形成され、かつ予め与えられた最大傾斜磁場パルス振幅(653)および予め与えられた最大傾斜磁場パルス変化速度(651)が超過されないマルチエコー測定シーケンスを高められた空間分解能で実行する磁気共鳴装置(100)であって、
    磁気共鳴装置(100)が、予め与えられた時間差(515;ΔTE)と、予め与えられた最大傾斜磁場パルス振幅(653)および最大傾斜磁場パルス変化速度(651)からなる商との間の比を決定するように構成されたコンピュータユニット(160)を含み、
    磁気共鳴装置(100)が、更に、プリフェーズ傾斜磁場(403−1)を印加するステップと、水平レベル時間(602)および振幅(603)を含む第1の読み出し傾斜磁場パルスパラメータ(602,603)を有する第1の読み出し傾斜磁場パルス(403−2)を印加し、第1の読み出し傾斜磁場パルスパラメータ(602,603)を決定された前記比に応じて選定するステップと、水平レベル時間(602)および振幅(603)を含む第2の読み出し傾斜磁場パルスパラメータ(602,603)を有する第2の読み出し傾斜磁場パルス(404−2)を印加し、第2の読み出し傾斜磁場パルスパラメータ(602,603)を決定された前記比に応じて選定するステップとを実行するように構成された傾斜磁場システム(140)を含む
    磁気共鳴装置(100)。
  12. 磁気共鳴装置(100)が更に請求項1乃至10の1つに記載の方法を実施するように構成されている請求項11記載の磁気共鳴装置。
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