JP2019535434A - ディクソンタイプの水／脂肪分離を用いたｍｒイメージング - Google Patents

Abstract

本発明は、ディクソンタイプのＭＲイメージング方法に関する。本発明の目的は、高いＳＮＲ及び水／脂肪分離における改善されたノイズ伝播を伴って、ディクソン水／脂肪分離を可能にする方法を提供することである。この方法は、対象物１０を第１の撮像シーケンスに曝して、第１のエコー時間に、それぞれ異なって位相エンコードされる複数の第１のＭＲエコー信号を生成するステップであって、水プロトンから生じるＭＲ信号及び脂肪プロトンから生じるＭＲ信号からの第１のＭＲエコー信号に対する寄与が本質的に同位相である、ステップと、第１の信号受信帯域幅を使用して第１のＭＲエコー信号を取得するステップと、対象物を第２の撮像シーケンスに曝して、第２のエコー時間に、それぞれ異なって位相エンコードされる複数の第２のＭＲエコー信号を生成するステップであって、水プロトンから生じるＭＲ信号及び脂肪プロトンから生じるＭＲ信号からの第２のＭＲエコー信号への寄与が、少なくとも部分的に異位相である、ステップと、前記第１の撮像帯域幅よりも大きい第２の信号受信帯域幅を使用して第２のＭＲエコー信号を取得するステップであって、前記第１の撮像シーケンスの位相エンコード数が前記第２の撮像シーケンスの位相符号化より少ない、ステップと、前記第１及び前記第２のＭＲエコー信号からＭＲ画像を再構成するステップであって、それにより水プロトン及び脂肪プロトンからの信号寄与が互いに分離される、ステップと、を有する。更に、本発明は、ＭＲ装置と、ＭＲ装置上で実行されるコンピュータプログラムとに関する。

Description

本発明は、磁気共鳴（ＭＲ）イメージングの分野に関する。本発明は、ＭＲ装置の検査ボリューム内に配置される身体の一部のＭＲイメージング方法に関する。本発明は更に、ＭＲ装置、及びＭＲ装置上で実行されるコンピュータプログラムに関する。

２次元画像又は３次元画像を形成するために磁場と核スピンとの間の相互作用を利用する画像形成ＭＲ方法は、軟組織の撮像に関して、それらが多くの点で他の撮像方法より優れており、電離放射線を必要とせず、通常は侵襲的ではないため、今日、特に医療診断の分野において広く使用されている。

一般にＭＲ方法によれば、検査されるべき患者の身体は、｛強く均一な磁場Ｂ_０内に配置され、磁場Ｂ_０の方向は、測定の基礎とされる座標系の軸（通常はｚ軸）を同時に規定する。磁場Ｂ_０は、磁場強度に応じて、規定される周波数（いわゆるラーモア周波数又はＭＲ周波数）の電磁交番磁場（ＲＦ場）の印加によって励起（スピン共鳴）されることができる個々の核スピンについてそれぞれ異なるエネルギーレベルを生成する。巨視的な観点から、磁場Ｂがｚ軸に垂直に延在する間、個々の核スピンの分布は、適切な周波数（ＲＦパルス）の電磁パルスを印加することにより平衡状態から逸脱されることができる全体的な磁化を生成し、磁化は、ｚ軸を中心に歳差運動を行う。歳差運動は円錐の表面を表し、その開口角はフリップ角と呼ばれる。フリップ角の大きさは、印加される電磁パルスの強度及び持続時間に依存する。いわゆる９０°パルスの場合には、スピンは、ｚ軸から横方向平面へ偏向される（フリップ角９０°）。

ＲＦパルスの終了後、磁化は元の平衡状態に戻るように緩和し、ｚ方向の磁化が、第１の時定数Ｔ_１（スピン格子又は縦緩和時間）で再び増大し、ｚ方向に垂直な方向の磁化は、第２の時定数Ｔ_２（スピン−スピン又は横緩和時間）で緩和する。磁化の変動がｚ軸に垂直な方向において測定されるように、ＭＲ装置の検査ボリューム内に配置され方向付けられた受信ＲＦコイルによって、磁化の変動が検出されることができる。横磁化の減衰は、例えば９０°パルスを印加した後、核スピンが、同じ位相を有する秩序のある状態から全ての位相角が一様に分布する（ディフェージング）状態へ遷移することを伴う（局所的な磁場の不均一性によって引き起こされる）。ディフェージングは、リフォーカスパルス（例えば１８０°パルス）によって補償されることができる。これは、受信コイルにエコー信号（スピンエコー）を生じさせる。

体内での空間分解能を実現するために、３つの主軸に沿って延在する一定の磁場勾配が、一様な磁場Ｂ_０に重ねられて、スピン共鳴周波数の線形空間依存をもたらす。受信コイルにおいて収集される信号は、体内の異なるロケーションに関連付けられる複数の異なる周波数成分を含む。受信コイルを介して得られた信号データは、空間周波数ドメインに対応し、ｋ空間データと呼ばれる。ｋ空間データは、通常、個々の異なる位相エンコードにより取得される複数のライン（ｋ空間ライン又はプロファイルと呼ばれる）を含む。各ラインは、多数のサンプルを収集することによってデジタル化される。１組のｋ空間データが、フーリエ変換によってＭＲ画像に変換される。

ＭＲイメージングでは、全体の信号に対する水及び脂肪の相対的な寄与についての情報を得て、それらのうちの一方の寄与を抑制すること又はそれらの全ての寄与を別個に又は一緒に分析することが望ましい。これらの寄与は、異なる複数のエコー時間に取得された２又はそれ以上の対応するエコーからの情報が組み合わされる場合に計算されることができる。これは、化学シフトエンコーディングとして考えられることができ、この場合、付加的なディメンジョンである化学シフトディメンジョンが、わずかに異なるエコー時間に２つの画像を取得することによって規定され、エンコードされる。水／脂肪分離に関して、これらのタイプの測定はしばしばディクソンタイプの測定と呼ばれる。ディクソンイメージング又はディクソン水／脂肪イメージングによって、水／脂肪分離は、個々の異なるエコー時間に取得された２又はそれ以上の対応するエコーから水及び脂肪の寄与を計算することによって、達成されることができる。一般に、脂肪及び水の中の水素の歳差運動周波数差は知られているので、そのような分離は可能である。最も単純な形では、水画像及び脂肪画像は、「同位相（in phase）」及び「異位相（out of phase）」のデータセットの加算又は減算によって生成される。

近年、いくつかのディクソンタイプのＭＲイメージング方法が提案されている。水／脂肪分離のための異なる戦略とは別に、既知の技術は、それらが取得する特定の数のエコー（又は点）によって及びそれらが使用されるエコー時間に課す制約によって、主に特徴付けられる。従来のいわゆる２ポイント法及び３ポイント法は、水信号及び脂肪信号が複素平面においてそれぞれ平行及び反平行である同位相及び逆位相のエコー時間を必要とする。３ポイント法が、柔軟性のあるエコー時間を可能にするために、徐々に一般的になっている。従って、それらはエコー時間における水信号と脂肪信号との間の角度又は位相をもはや特定の値に制限しない。このようにして、それらは撮像シーケンス設計においてより多くの自由度を提供し、具体的には取得からの信号対雑音比（ＳＮＲ）の利益と分離におけるＳＮＲ損失との間のトレードオフを可能にする。スキャン時間を短縮するには、３エコーではなく２エコーだけをサンプリングすることが望ましい。しかしながら、エコー時間に対する制約は、実際にはデュアルエコー取得をトリプルエコー取得よりも遅くすることがある。Eggers他（Magnetic Resonance in Medicine、65,96‐107,2011）は、そのような制約を排除することを可能にするデュアルエコーフレキシブルディクソンタイプのＭＲイメージング方法を提案している。よりフレキシブルなエコー時間を有するこのようなディクソンタイプのＭＲイメージング方法を使用することにより、同位相及び逆位相の画像はもはや取得される必要がなくなり、水画像及び脂肪画像から任意に合成される。

ディクソンタイプのＭＲイメージング方法は、多くの場合、複数回の反復又は複数の取得アプローチを用いた高速（ターボ）スピンエコーシーケンスとの組み合わせにおいて適用される。典型的には、シフトされた読み出し磁場勾配及び取得ウィンドウを有する２つ又は３つのインタリーブ測定が用いられる。読み出し磁場勾配のシフトに従って、水プロトン及び脂肪プロトンからの信号寄与のそれぞれ異なる位相オフセットが得られ、それに基づいてディクソンタイプの水／脂肪分離が行われる。

既知のディクソンタイプのＭＲイメージング方法において取得される同位相画像及び異位相画像は、これらの方法を用いて取得される水画像及び脂肪画像と比較してＳＮＲが低いという問題がある。これは、取得される同位相画像及び異位相画像ではなく、ディクソンの水／脂肪分離から生じる水画像及び脂肪画像が通常影響を受ける、実効信号平均数（ＮＳＡ）によって一般に定量化される平均化効果による。更に、既知のディクソンタイプのＭＲイメージング方法において取得される同位相画像は、個別の調整される非ディクソンタイプのＭＲイメージング方法によって取得される同位相画像と比較して、ＳＮＲが低いという問題がある。同程度のＳＮＲは、許容できないほど長いスキャン時間においてのみ達成可能であることが多い。

この問題は、米国特許出願公開第２０１６／００３３６０６号公報においては、同等でないＳＮＲをもつ同位相信号及び（部分的に）異位相の信号を取得することによって対処される。２つの別々のターボスピンエコー撮像シーケンスが、同位相信号及び異位相信号をそれぞれ取得するために使用される。同位相信号は、より低い読み出し磁気共鳴勾配強度及びより低い信号受信帯域幅を用いて、ゆえに異位相信号よりも高いＳＮＲを伴って、取得される。同位相信号及び異位相信号から再構成される（脂肪抑制された）水画像は、取得される同位相信号のより高いＳＮＲから利益を得る。このようにして、より高いＳＮＲが、取得される同位相画像及び同じスキャン時間に計算される水（脂肪抑制）画像において達成され、又はより短いスキャン時間で同等のＳＮＲが達成される。しかしながら、この既知の手法の欠点は、受信帯域幅の変動が２つのサブ取得に等しくないＳＮＲをもたらし、従って水／脂肪分離において不都合なノイズ伝播を生じさせることである。

以上から、ディクソンタイプのＭＲイメージングのための改良された技術が必要とされていることが容易に理解される。従って、本発明の目的は、高いＳＮＲを有し且つ水／脂肪分離における改善されたノイズ伝播を伴うディクソンタイプの水／脂肪分離を可能にする方法を提供することである。

本発明によれば、ＭＲ装置の検査ボリューム内に配置される対象物のＭＲイメージング方法が開示される。この方法は、対象物を第１の撮像シーケンスに曝して、第１のエコー時間に、それぞれ異なって位相エンコードされる複数の第１のＭＲエコー信号を生成するステップであって、水プロトンから生じるＭＲ信号及び脂肪プロトンから生じるＭＲ信号からの前記第１のＭＲエコー信号への寄与が、本質的に同位相である、ステップと、第１の信号受信帯域幅を使用して第１のＭＲエコー信号を取得するステップと、対象物を第２の撮像シーケンスに曝して、第２のエコー時間に、それぞれ異なって位相エンコードされる複数の第２のＭＲエコー信号を生成するステップであって、水プロトンから生じるＭＲ信号及び脂肪プロトンから生じるＭＲ信号からの前記第２のＭＲエコー信号への寄与が、少なくとも部分的に異位相である、ステップと、第１の撮像帯域幅より大きい第２の信号受信帯域幅を使用して第２のＭＲエコー信号を取得するステップであって、第１の撮像シーケンスの位相エンコードの数が第２の撮像シーケンスの位相エンコードの数より少ない、ステップと、第１及び第２のＭＲエコー信号からＭＲ画像を再構成し、それによって水プロトン及び脂肪プロトンからの信号寄与が分離される、ステップと、を有する。

本発明によれば、同位相信号の取得における位相エンコードの数（すなわち、ｋ空間ライン／プロファイルの数）は、（部分的に）異位相の信号の取得における位相エンコードの数より少ない。位相エンコード数の低減は、それに対応して、第１の（同位相の）ＭＲエコー信号から再構成されるＭＲ画像におけるＳＮＲを低減させる。これは、第２の（部分的に）異位相のＭＲエコー信号から再構成されるＭＲ画像のＳＮＲに対し、第１の（同位相の）ＭＲエコー信号から再構成されるＭＲ画像のＳＮＲを適合させることによって、必要に応じて同位相画像と水（又は脂肪抑制）画像のＳＮＲを個別に調整することを可能にする。好適には、第１及び第２の撮像シーケンスの位相エンコードの数は、第１の（同位相の）ＭＲエコー信号から再構成されるＭＲ画像のＳＮＲが、第２の（（部分的に）異位相の）ＭＲエコー信号から再構成されるＭＲ画像のＳＮＲと本質的に等しくなるように、選択される。

このようにして、本発明は、水／脂肪分離における改善されたノイズ伝播を達成すると同時に、全スキャン時間の短縮を達成する。

より具体的には、第１の勾配強度を有する読み出し磁界勾配を用いて第１のＭＲエコー信号が取得され、第１の勾配強度より大きい第２の勾配強度を有する読み出し磁界勾配を用いて第２のＭＲエコー信号が取得される。同時に、第１のＭＲエコー信号は、第２のＭＲエコー信号の取得に使用される信号受信帯域幅より小さい信号受信帯域幅を使用して取得される。上述の米国特許出願公開第２０１６／００３３６０６号公報と同様に、全体の取得は、低帯域幅サブシーケンス（第１の撮像シーケンス）及び高帯域幅サブシーケンス（第２の撮像シーケンス）を使用して実施される２つの、通常はインタリーブされたサブ取得に分割される。低帯域幅サブシーケンスでは、リフォーカスＲＦパルス同士の間の時間間隔の大部分において第１のＭＲエコー信号をサンプリングすることによって、高い信号サンプリング効率が達成される。この低帯域幅及び高いサンプリング効率は、高いＳＮＲを与える。低帯域幅の第１の撮像シーケンスは、水信号と脂肪信号とが同位相である固定の第１のエコー時間を有する。高帯域幅の第２の撮像シーケンスは、水信号と脂肪信号とが少なくとも部分的に異位相である調整可能な第２のエコー時間を有する。第２の撮像シーケンスは、両方のサブシーケンスに基づいてその後のディクソンタイプの水／脂肪分離に必要なエコーシフトを得るために、より短い時間で同じ勾配積分をカバーしなければならないので、より低いサンプリング効率しか達成せず、より低いＳＮＲをもたらす。

本発明の好適な実施形態によれば、第１及び第２の撮像シーケンスの各々は、信号蓄積のために部分的に又は全体的に繰り返され、第１の撮像シーケンスの繰り返し数は、第２の撮像シーケンスの繰り返し数と異なりうる。第１及び第２の撮像シーケンスをそれぞれ選択的に繰り返すことは、同位相画像、水画像、及び脂肪画像におけるＳＮＲを更に個別に調整するために用いられることができる。同時に、全体のスキャン時間が、許容可能な範囲内に維持されることができる。

更に別の好適な実施形態では、第１及び第２の撮像シーケンスは、ターボスピンエコー（ＴＳＥ）シーケンスであり、第１及び第２の撮像シーケンスの各ショットは、対象物内に磁気共鳴を励起する１つのＲＦ励起パルスと、磁気共鳴をリフォーカスするための２又はそれ以上のリフォーカスＲＦパルスと、を含み、それにより、各ショットによって、それぞれ異なって位相エンコードされる複数のＭＲエコー信号のトレインが生成される。言い換えれば、本発明の方法は、好適には、マルチショットマルチエコーアプローチとの組み合わせにおいて適用される。シフトされた読み出し磁場勾配及び取得ウィンドウを有するインタリーブドｋ空間サンプリングを使用する多数のショットが用いられる。読み出し磁場勾配のシフトに従って、水プロトン及び脂肪プロトンからの信号寄与のそれぞれ異なる位相オフセットが得られ、それに基づいてディクソンタイプの水／脂肪分離が行われることができる。

上述のように、個々のショットの位相エンコーディングスキームは、ｋ空間が第１及び第２の撮像シーケンスの各ショットによってインタリーブされる態様でサンプリングされるように選択されることが好ましい。エコー信号のそれぞれのトレインからの各ＭＲ信号は、ｋ空間ライン、すなわちｋ空間の１次元サンプリングを表し、その位置は、シーケンスの位相エンコードが切り替えられて印加される磁場勾配によって決定される。いわゆる「ターボファクタ」（ＴＦ）は、各ＲＦ励起パルスの後に取得されるエコーの数である。取得されたｋ空間ラインからＭＲ画像を再構成することができるようにするために、ｋ空間を完全にサンプリングするマルチエコーシーケンスの複数のショットが適用される。Ｋ空間は、通常、各セグメントがシーケンスの各ショットによって生成されるエコートレインの中の１つのエコーインデックス番号に属するようにセグメント化される。言い換えれば、各ショットは、典型的にはｋ空間内の全てのセグメントからｋ空間プロファイルを取得し、ｋ空間内のセグメントの数は、ＴＦに等しい。

対象物は、第１及び第２の撮像シーケンスの複数のショットに曝されるので、第１の撮像シーケンスのショット数は、第２の撮像シーケンスのショット数より少なくなるように選択されることができる。このようにして、本発明の趣旨の範囲内で、第２の撮像シーケンスの位相エンコードの数よりも少ない数の第１の撮像シーケンスの位相エンコードが、用いられることができる。

好適には、第１及び第２の撮像シーケンスのエコー順序は、ｋ空間の中心位置から取得される第１及び第２のＭＲエコー信号が同一の又は隣接するエコーインデックス番号を有するように選択され、エコーインデックス番号は、第１又は第２の撮像シーケンスの各ショットによって生成されるエコー信号トレイン内の各ＭＲエコー信号の位置を示す。このようにエコー順序を選択することによって、同位相の画像と（部分的に）異位相の画像とのコントラストが、可能な限り類似するように保たれることができる。

第２の撮像シーケンスの位相エンコードの数と比較して第１の撮像シーケンスの少ない位相エンコードの数は、少なくともｋ空間のサブサンプリングにより第１のＭＲエコー信号を取得することによって、達成されることができる。再構成されるＭＲ画像におけるエイリアシングを回避するために、従来のパラレルイメージング技術が用いられることができる。少なくとも第１のＭＲエコー信号は、個々の異なる空間感度プロファイルを有する複数のＲＦコイルを通じてパラレルに取得されることができ、次いでＭＲ画像が、ＳＥＮＳＥ又はＳＭＡＳＨのようなパラレルイメージング再構成アルゴリズムを用いて再構成される。代替として、ＭＲ画像は、それ自体知られている圧縮センシング再構成アルゴリズムを使用して、サブサンプリングされたＭＲ信号データから再構成されることができる。

本発明の好適な実施形態において、第１の撮像シーケンスの位相エンコードスキームは、部分フーリエ技法を使用してｋ空間が不完全にサンプリングされるように選択される。部分フーリエ技法を第１のＭＲエコー信号の取得に適用することにより、第２の撮像シーケンスの位相エンコード数と比較して第１の撮像シーケンスの位相エンコード数の対応する低減が実現される。部分フーリエ技法は、ｋ空間におけるＭＲ信号データの対称性を利用して、ｋ空間の非対称部分のみをサンプリングすることによって位相エンコードの数（及びそれに応じた必要とされる取得時間）を低減する。ｋ空間の対称性は、フーリエ変換の基本的な性質であり、エルミート対称性と呼ばれる。こうして、ＭＲ信号データに関する既知の対称性から、完全なＭＲ画像が、ｋ空間の半分のみからのＭＲ信号データから再構成されることができる。エルミート対称性が成り立つ条件と、その仮定が厳密に守られない場合に適用されなければならない修正が、考慮されなければならない。部分フーリエイメージングの前提条件は、位相シフトが物体全体で緩やかに変化することである。これに関して、本発明は、同位相ＴＳＥ画像データにおける一般に非常に滑らかな位相の空間変動から利益を得る。しかしながら、緩やかに変化する位相シフトによる問題を回避するために、ｋ空間の半分以上が第１の撮像シーケンスによってカバーされるべきである。好適には、（空間エンコード方向における）ｋ空間の両側（正及び負）は、低い空間周波数レンジで取得され、より高い空間周波数のＭＲ信号データは、片側でのみ取得される。完全にサンプリングされる低周波数部分は、緩やかに変化する位相シフトを特徴付ける（そして補正する）ために使用されることができる。

ここまで説明した本発明の方法は、検査ボリューム内に本質的に均一な定常磁場Ｂ_０を生成する少なくとも１つの主磁石コイルと、検査ボリューム内の異なる複数の空間方向に切り替えられる磁場勾配を生成する複数の勾配コイルと、検査ボリューム内にＲＦパルスを生成する及び／又は検査ボリューム内に位置する患者の身体からＭＲ信号を受信する少なくとも１つの身体ＲＦコイルと、時間的に連続するＲＦパルス及び切り替えられる磁場勾配を制御する制御ユニットと、受信されたＭＲ信号からＭＲ画像を再構成する再構成ユニットと、を有するＭＲ装置を用いて実施されることができる。本発明の方法は、ＭＲ装置の再構成ユニット及び／又は制御ユニットの対応するプログラミングによって実施されることができる。

本発明の方法は、今日臨床的に使用されている多くのＭＲ装置上で有利に実行されることができる。この目的のために、ＭＲ装置が本発明の上記方法ステップを実行するように該ＭＲ装置が制御されるコンピュータプログラムを利用することのみが必要である。コンピュータプログラムは、ＭＲ装置の制御ユニットにインストールするためにダウンロードされるように、データ担体上又はデータネットワーク内のいずれに存在するものでもよい。

本発明の方法を実行するためのＭＲ装置を示す図。 本発明の信号取得スキームを説明する時間図。 本発明による同位相信号データの部分フーリエ取得の異なるスキームを概略的に示す図。

添付の図面は、本発明の好適な実施形態を開示する。しかしながら、図面は例示の目的でのみ設計されており、本発明の範囲を規定するものとして設計されていないことを理解されたい。

図１を参照すると、ＭＲ装置１が示されている。この装置は、実質的に均一で時間的に一定の主磁場Ｂ_０が検査ボリュームにわたってｚ軸に沿って生成されるように超電動又は抵抗性主磁石コイル２を有する。この装置は更に、１組の（１次、２次、及び適用可能な場合は３次の）シミングコイル２'を有し、組２'の個々のシミングコイルを通る電流は、検査ボリューム内の主磁場Ｂ０の偏りを最小にする目的で制御可能である。

磁気共鳴生成及び操作システムは、核磁気スピンを反転又は励起し、磁気共鳴を引き起こし、磁気共鳴をリフォーカスし、磁気共鳴を操作し、磁気共鳴を空間的に及びその他の態様でエンコードし、スピンを飽和させる等により、ＭＲイメージングを実施するために、一連のＲＦパルス及び切り替えられる磁場勾配を印加する。

より具体的には、勾配パルス増幅器３は、検査ボリュームのｘ、ｙ及びｚ軸に沿って全身勾配コイル４、５及び６のうちの選択されたものに電流パルスを印加する。デジタルＲＦ周波数送信器７は、ＲＦパルスを検査ボリューム内に送信するために、送信／受信スイッチ８を介して身体ＲＦコイル９にＲＦパルス又はパルスパケットを送信する。一般的なＭＲ撮像シーケンスは、短い持続時間のＲＦパルスセグメントのパケットで構成され、かかるパケットは、印加される磁場勾配と共に、核磁気共鳴の選択された操作を達成する。ＲＦパルスは、共鳴を飽和させ、共鳴を励起し、磁化を反転させ、共鳴をリフォーカスし、共鳴を操作し、又は検査ボリューム内に位置付けられた身体１０の一部を選択するために、使用される。ＭＲ信号は、身体ＲＦコイル９によっても収集される。

身体１０の制限された領域のＭＲ画像を生成するために、１組の局所アレイＲＦコイル１１、１２、１３が、選択される撮像領域に隣接して配置される。アレイコイル１１、１２、１３は、身体コイルＲＦ送信によって引き起こされるＭＲ信号を受信するために使用されることができる。

結果的に生じるＭＲ信号は、身体ＲＦコイル９及び／又はアレイＲＦコイル１１、１２、１３によって収集され、好適には前置増幅器（図示せず）を有する受信器１４によって復調される。受信器１４は、送信／受信スイッチ８を介してＲＦコイル９、１１、１２、１３に接続される。

ホストコンピュータ１５は、本発明の撮像シーケンスを生成するようにシミングコイル２'並びに勾配パルス増幅器３及び送信器７を制御する。選択されたシーケンスに関して、受信器１４は、各ＲＦ励起パルスに続き、単一又は複数のＭＲデータラインを迅速に連続して受信する。データ取得システム１６は、受信信号のアナログ−デジタル変換を実施し、各ＭＲデータラインをさらなる処理に適したデジタル形式に変換する。今日のＭＲ装置において、データ取得システム１６は、生の画像データの取得に特化した別のコンピュータである。

最終的に、デジタル生画像データは、フーリエ変換又はＳＥＮＳＥのような他の適切な再構成アルゴリズムを適用する再構成プロセッサ１７によって画像表現に再構成される。ＭＲ画像は、患者を通る平面スライス、平行な平面スライスのアレイ、３次元ボリューム、その他を表現することができる。画像は、画像メモリに記憶され、画像メモリは、画像表現のスライス、投影、又は他の部分を、例えばビデオモニタ１８を介して視覚化するために適した形式に変換するためにアクセスされることができ、ビデオモニタは、結果的に得られるＭＲ画像の人間可読表示を与える。

ホストコンピュータ１５及び再構成プロセッサ１７は、典型的にはソフトウェアによって、前述及び後述の本発明の方法を実行するように構成される。

上述したように、第１及び第２の撮像シーケンスと呼ばれる別々の撮像シーケンスが、本発明に従って、水及び脂肪プロトンから同位相の信号（第１のＭＲ信号）及び（部分的に）異位相の信号（第２のＭＲ信号）を取得するために用いられる。

図２ａは、本発明による方法の第１の撮像シーケンスを構成するターボスピンエコー（ＴＳＥ）シーケンスのパルスシーケンス図を示す。図示されるシーケンスは、高いＳＮＲを有する水及び脂肪プロトンから同位相のＭＲ信号を提供するように最適化される。この図は、周波数エンコード方向（Ｍ）、位相エンコード方向（Ｐ）及びスライス選択方向（Ｓ）の切り替えられる磁場勾配を示す。更に、この図は、ＲＦ励起パルス及びリフォーカスパルス、並びに第１のＭＲエコー信号が取得される間の時間間隔（ＡＣＱ１によって示される）を示す。図２ａに示すシーケンスによって高いＳＮＲを有する同位相画像を生成するために、比較的弱い読み出し勾配（Ｍ方向）及び低い信号受信帯域幅が選択される。高いサンプリング効率が、リフォーカスパルス同士の間の時間間隔のほとんどの部分においてＭＲ信号をサンプリングすることによって、第１の撮像シーケンスにおいて達成される。

図２ｂは、本発明の意味の範囲内の第２の撮像シーケンスの概略的なパルスシーケンス図を示す。第２の撮像シーケンスは更に、（部分的に）異位相の信号を取得するためにエコーシフトを用いるＴＳＥシーケンスである。信号取得期間は、図２ｂにおいてＡＣＱ２によって示される。図示される例において、ＭＲエコー信号同士の間の時間間隔は、一定に保たれるが、読み出し勾配強度及び受信信号帯域幅は、エコーシフトを実現するように第１の撮像シーケンスに対して２倍にされる。代わりに、読出し勾配強度及び信号受信帯域幅が一定に保たれる場合には、ＭＲエコー信号同士の間の間隔が、増大される必要があり、その結果、とりわけスキャン時間の増加をもたらす。

図２に示す取得スキームは、高いＳＮＲ、高いスキャン効率、及び任意選択で複数の平均を有する第１の撮像シーケンス（図２ａ）による同位相信号の取得と、より低いＳＮＲ、より低いスキャン効率、任意にはより多くの平均を有する第２の画像シーケンス（図２ｂ）による（部分的に）異位相の信号の取得と、を含む。

本発明の方法の再構成ステップでは、同位相画像、異位相画像、（脂肪抑制された）水画像及び／又は脂肪画像は、取得された同位相信号及び（部分的に）異位相の信号から、それ自体知られている再構成アルゴリズムによって取得されることができる。

２つのサブ取得の間の読み出し勾配強度及び受信帯域幅の前述の変動は、同位相（in phase、ＩＰ）画像及び部分的異位相（partially out of phase、ＰＯＰ）画像において測定される等しくないＳＮＲをもたらし、これは以下によって記述される：

対応する水画像と脂肪画像に関する信号平均の有効数は、次式で与えられる。

ここで、測定された異位相画像におけるより高いノイズ分散が、基準として取得される。θは、化学シフトの差に起因して同位相エコーと部分的異位相エコーとの間で累積される、水信号に対する脂肪信号の位相オフセットを表す。簡略化のため、局所的な主磁場の不均一性は、正確に知られているものとされ、脂肪スペクトルは、単一のピークにされ、横緩和は無視される。

同位相画像の対応する信号平均有効数は、以下である：

ＩＰ画像は、脂肪シフトの補正なしに、水画像と脂肪画像との複素加算によって取得されるものとする。脂肪シフトを補正すると、合成されたＩＰ画像におけるノイズが増大する可能性があり、すなわちＳＮＲが測定されたＩＰ画像におけるよりも低くなる可能性がある。

上記の式から、ＩＰ画像におけるＳＮＲの増加は、水画像及び脂肪画像におけるＳＮＲに関して制限された利益しかもたらさないことが分かる。従って、本発明によれば、ＩＰ画像のサブ取得の加速が、第１の（ＩＰ）ＭＲエコー信号の取得における位相エンコードの数を、第２の（ＰＯＰ）ＭＲエコー信号の取得における位相エンコードの数に対して減らすことによって、提案され、これは、ＩＰ画像及びＰＯＰ画像のＳＮＲを同等にすると同時に全体のスキャン時間を短縮することを目的とする。

好適には、この目的のためにハーフフーリエイメージングが適用される。ＴＳＥイメージングにおけるＩＰ画像は、一般に非常に滑らかな位相の空間変動を示すので、ハーフフーリエイメージングは、許容できない画像アーチファクトを引き起こすことなく、ＩＰ画像のサブ取得において使用されることができる。

これは図３に示されている。図３は、ｋ空間の図を示す。左の図は、ＩＰ ＭＲエコー信号の取得を示す。右の図は、ＰＯＰ ＭＲエコー信号の取得を示す。ターボファクタは、どちらのサブ取得においても４である。各図の数字は、個々のｋ空間ラインに帰するエコーインデックス番号を示す。ＩＰ信号は、２つのＴＳＥショットの中で取得され、ＰＯＰ信号は、３つのＴＳＥショットの中で取得される。従って、ＩＰ画像のサブ取得は、１．５倍に加速され、これに応じて、ＩＰ画像内のＳＮＲは、ＰＯＰ画像に対して０．８２倍減少する。図示されるハーフフーリエ技術は、空間分解能を維持するが、これはＴＳＥイメージングのコントラストを変えることがある。それゆえ、ＩＰ画像とＰＯＰ画像とのコントラストを可能な限り同じに保つために、２つのサブ取得間のプロファイル順序の変動が提案される。この目的のために、有効エコー時間は、２つのサブ取得において合致されるべきである。これは、ハーフフーリエイメージング及び「線形」マルチショットプロファイルの順序が示されている図３ａに示されている。ＩＰ画像及びＰＯＰ画像のコントラストは、両方のサブ取得においてＴＳＥトレインの第３のエコーにより中央のｋ空間プロファイルをサンプリングすることによってほぼ合致される。図３ｂは、「低−高」のマルチショットエコー順序を用いた同様の例を示す。一般に、増加するＴＳＥショット数、すなわち取得において増加するセグメント化により、及びより高い次元の位相エンコード空間（例えば、３次元ＴＳＥイメージング）により、ＩＰ画像とＰＯＰ画像とのコントラストを合致させるためのより高い柔軟性がある。同じことが、例えば圧縮センシングとの組み合わせにおいて、収集されたプロファイルのよりランダムな分布にも当てはまる。この柔軟性は、中央ｋ空間ラインのエコー順序を等しくするだけでなく、とりわけＴ２緩和によって引き起こされるブラーリングを考慮するためにも、利用することができる。

Claims (12)

1. ＭＲ装置の検査ボリューム内に配される対象物のＭＲイメージング方法であって、
   前記対象物を第１の撮像シーケンスに曝して、第１のエコー時間に、それぞれ異なって位相エンコードされる複数の第１のＭＲエコー信号を生成するステップであって、前記第１のＭＲエコー信号が本質的に同位相であるようにされる、ステップと、
   第１の信号受信帯域幅を使用して前記第１のＭＲエコー信号を取得するステップであって、前記第１のＭＲエコー信号は、第１の勾配強度を有する読み出し磁界勾配を使用して取得される、ステップと、
   前記対象物を第２の撮像シーケンスに曝して、第２のエコー時間に、それぞれ異なって位相エンコードされる第２のＭＲエコー信号を生成するステップであって、水プロトンから生じるＭＲ信号及び脂肪プロトンから生じるＭＲ信号からの前記第２のＭＲエコー信号への寄与が少なくとも部分的に異位相であるようにされる、ステップと、
   前記第１の信号受信帯域幅よりも大きい第２の信号受信帯域幅を用いて前記第２のＭＲエコー信号を取得するステップであって、前記第２のＭＲエコー信号は、前記第１の勾配強度と異なる第２の勾配強度を有する読み出し磁界勾配を用いて取得され、前記第１の撮像シーケンスの位相エンコードの数が、前記第２の撮像シーケンスの位相エンコードの数より少ない、ステップと、
   前記第１及び前記第２のＭＲエコー信号からＭＲ画像を再構成するステップであって、それにより水プロトン及び脂肪プロトンからの信号寄与が分離される、ステップと、
   を有する方法。
2. 前記第１及び前記第２の撮像シーケンスの位相エンコードの数は、前記第１のＭＲエコー信号から再構成されるＭＲ画像の信号対雑音比が、前記第２のＭＲエコー信号から再構成されるＭＲ画像の前記信号対雑音比に実質的に等しくなるように選択される、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１及び前記第２の撮像シーケンスが、ターボスピンエコーシーケンスであり、前記第１及び前記第２の撮像シーケンスの各ショットが、前記対象物内に磁気共鳴を励起するための１つのＲＦ励起パルスと、磁気共鳴をリフォーカスするための２又はそれより多くのリフォーカスＲＦパルスと、を含み、各ショットによって、それぞれ異なって位相エンコードされる複数のＭＲエコー信号のトレインが生成される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記対象物が、前記第１及び前記第２の撮像シーケンスの複数のショットに曝され、前記第１の撮像シーケンスのショット数が、前記第２の撮像シーケンスのショット数より少ない、請求項３に記載の方法。
5. 前記個々のショットの前記位相エンコードのスキームは、前記第１及び前記第２の撮像シーケンスの各々におけるショットによってインタリーブされる態様でｋ空間がサンプリングされるよう、選択される、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１及び前記第２の撮像シーケンスのエコー順序は、ｋ空間の中心位置から取得される前記第１及び前記第２のＭＲエコー信号が同一の又は隣接するエコーインデックス番号を有するように選択され、前記エコーインデックス番号は、前記第１又は前記第２の撮像シーケンスの各ショットによって生成されるエコー信号のトレインにおける各ＭＲエコー信号の位置を示す、請求項５に記載の方法。
7. 少なくとも前記第１のＭＲエコー信号が、ｋ空間のサブサンプリングにより取得される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
8. 少なくとも前記第１のＭＲエコー信号が、別々の空間感度プロファイルを有する複数のＲＦコイルを介してパラレルに取得され、前記ＭＲ画像が、ＳＥＮＳＥ又はＳＭＡＳＨようなパラレルイメージング再構成アルゴリズムを使用して再構成される、請求項７に記載の方法。
9. 前記ＭＲ画像は、圧縮センシング再構成アルゴリズムを使用して再構成される、請求項７に記載の方法。
10. 前記第１の撮像シーケンスの前記位相エンコードのスキームは、部分フーリエ技法を使用してｋ空間が不完全にサンプリングされるように選択される、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法を実行するＭＲ装置であって、前記ＭＲ装置は、検査ボリューム内に均一な定常磁場を生成する少なくとも１つの主磁石コイルと、前記検査ボリューム内の個々の異なる空間方向に切り替えられる磁場勾配を生成する複数の勾配コイルと、前記検査ボリューム内にＲＦパルスを生成し及び／又は前記検査ボリューム内に位置する対象物からＭＲ信号を受信する少なくとも１つのＲＦコイルと、時間的に連続する前記ＲＦパルス及び前記切り替えられる磁場勾配を制御する制御ユニットと、前記受信されるＭＲ信号からＭＲ画像を再構成する再構成ユニットと、を有し、前記ＭＲ装置は、
    前記対象物を第１の撮像シーケンスに曝して、第１のエコー時間に、それぞれ異なって位相エンコードされる複数の第１のＭＲエコー信号を生成するステップであって、水プロトンから生じるＭＲ信号及び脂肪プロトンから生じるＭＲ信号の前記第１のＭＲエコー信号への寄与が本質的に同位相であるようにされる、ステップと、
    第１の信号受信帯域幅を使用して前記第１のＭＲエコー信号を取得するステップであって、前記第１のＭＲエコー信号が、第１の勾配強度を有する読み出し磁界勾配を使用して取得される、ステップと、
    前記対象物を第２の撮像シーケンスに曝して、第２のエコー時間に、それぞれ異なって位相エンコードされる複数の第２のＭＲエコー信号を生成するステップであって、水プロトンから生じるＭＲ信号及び脂肪プロトンから生じるＭＲ信号からの前記第２のＭＲエコー信号への寄与が少なくとも部分的に異位相であるようにされる、ステップと、
    前記第１の信号受信帯域幅よりも大きい第２の信号受信帯域幅を用いて前記第２のＭＲエコー信号を取得するステップであって、前記第２のＭＲエコー信号は、前記第１の勾配強度とは異なる第２の勾配強度を有する読み出し磁界勾配を使用して取得され、前記第１の撮像シーケンスの位相エンコードの数が、第２の撮像シーケンスの位相エンコードの数より少ない、ステップと、
    前記第１及び前記第２のＭＲエコー信号からＭＲ画像を再構成するステップであって、それによって水プロトン及び脂肪プロトンからのそれぞれの信号寄与が分離される、ステップと、を有する方法。
12. ＭＲ装置上で実行されるコンピュータプログラムであって、
    第１の撮像シーケンスを実施して、第１のエコー時間に、それぞれ異なって位相エンコードされる複数の第１のＭＲエコー信号を生成するステップであって、水プロトンから生じるＭＲ信号及び脂肪プロトンから生じるＭＲ信号からの前記第１のＭＲエコー信号への寄与が、本質的に同位相であるようにされる、ステップと、
    第１の信号受信帯域幅を使用して第１のＭＲエコー信号を取得するステップであって、前記第１のＭＲエコー信号は、第１の勾配強度を有する読み出し磁界勾配を使用して取得される、ステップと、
    第２の撮像シーケンスを実施して、第２のエコー時間に、それぞれ異なって位相エンコードされる複数の第２のＭＲエコー信号を生成するステップであって、水プロトンから生じるＭＲ信号及び脂肪プロトンから生じるＭＲ信号からの前記第２のＭＲエコー信号への寄与が、少なくとも部分的に異位相であるようにされる、ステップと、
    前記第１の受信帯域幅よりも大きい第２の信号受信帯域幅を使用して前記第２のＭＲエコー信号を取得するステップであって、前記第２のＭＲエコー信号は、前記第１の勾配強度とは異なる第２の勾配強度を有する読み出し磁界勾配を使用して取得され、前記第１の撮像シーケンスの位相エンコードの数が、前記第２の撮像シーケンスの位相エンコードの数より少ない、ステップと、
    前記第１及び前記第２のＭＲエコー信号からＭＲ画像を再構成するステップであって、それにより水プロトン及び脂肪プロトンからの信号寄与が分離される、ステップと、
    を有する方法。

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