JP2021514710A - マルチグラジエントエコーシーケンスを使用したディクソンｍｒイメージング - Google Patents

Abstract

本発明は、物体のＭＲイメージング方法に関する。本発明は、特にラジアル又はスパイラルｋ空間軌跡との組み合わせにおいて、収集速度が増加され、Ｂ０不均一性、Ｔ２＊減衰、化学シフト、動き及び／又はフローからのアーチファクトが本質的に抑制されるマルチグラジエントエコーイメージング技術を提供することを目的とする。本発明の方法は、物体１０を、ＲＦ励起パルス及び切り替え磁場勾配を含むイメージングシーケンスに当てるステップであって、複数のエコー信号が各ＲＦ励起パルスの後に異なるエコー時間で生成される、当てるステップと、異なるエコー時間が提供され、前記イメージングシーケンスがｘ／ｙ方向及び／又はｚ方向における磁場勾配ブリップを含んで、ラジアル又はスパイラルｋ空間軌跡に沿ってエコー信号データを収集するステップと、ディクソンアルゴリズムを使用して、水及び脂肪からのエコー信号への信号寄与を分離し、Ｂ０マップ及び／又は見かけの横緩和時間マップ（Ｔ２＊マップ）を推定するステップと、エコー信号データ、Ｂ０マップ及び／又はＴ２＊マップから、指定のコントラストの画像を合成するステップとを含む。更に、本発明は、ＭＲデバイス１とＭＲデバイス１のための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デバイスの検査ボリューム内に置かれた物体のＭＲイメージングの方法に関する。本発明はまた、ＭＲデバイスとＭＲデバイス上で実行されるコンピュータプログラムとに関する。

今日では、２次元又は３次元画像を形成するために磁場と核スピンとの相互作用を利用する画像形成ＭＲ方法は、軟組織のイメージングについて、他のイメージング方法よりも多くの点において優れ、電離放射線を必要とせず、また、通常、侵襲的ではないので、特に医療診断分野において広く使用されている。

一般的なＭＲ方法では、検査される患者の身体は、強力な均一磁場内Ｂ_０に配置される。磁場の方向は、同時に、測定が関連付けられる座標系の軸（通常はｚ軸）を規定する。磁場Ｂ_０は、規定された周波数（いわゆるラーモア周波数又はＭＲ周波数）の交流電磁場（ＲＦ磁場）の印加によって励起（スピン共鳴）可能である磁場強度に依存して、個々の核スピンの様々なエネルギーレベルを生成する。巨視的観点から、個々の核スピンの分布が全体的な磁化を生成し、全体的な磁化は、適切な周波数の電磁パルス（ＲＦパルス）を印加することにより平衡状態から外れるように偏向可能であり、一方、このＲＦパルスの対応する磁場Ｂ_１は、ｚ軸に垂直に延在し、これにより、磁化は、ｚ軸を中心に歳差運動を行う。歳差運動は、円錐体の表面を描き、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、印加された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、磁化はｚ軸から横断面まで偏向される（フリップ角９０°）。

ＲＦパルスの終了後、磁化は、ｚ方向における磁化が再び蓄積される元の平衡状態に、第１の時定数Ｔ_１（スピン格子又は縦緩和時間）で緩和して戻り、また、ｚ方向に垂直な方向における磁化は、第２のより短い時定数Ｔ_２（スピンスピン又は横緩和時間）で緩和する。横方向磁化及びその変動は、当該磁化の変動がｚ軸に垂直な方向に測定されるようにＭＲデバイスの検査ボリューム内に配置され、方向付けられている受信ＲＦコイルによって検出することができる。横方向磁化の減衰は、ＲＦ励起後に生じ、同じ信号位相を有する秩序状態からすべての位相角が均一に分布する状態への遷移を容易にする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が伴う。ディフェージングは、リフォーカシングパルスＲＦパルス（例えば１８０°パルス）によって相殺することができる。これは、受信コイルにおいてエコー信号（スピンエコー）を生成する。

身体内における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時間変化する磁場勾配が均一磁場Ｂ_０に重ね合わされ、スピン共鳴周波数の線形の空間依存性につながる。このとき、受信コイルにおいて捕捉される信号は、身体内の様々な場所に関連付けられる様々な周波数成分を含む。受信コイルを介して得られる信号データは空間周波数領域に対応し、ｋ空間データと呼ばれる。ｋ空間データは、通常、異なる位相エンコードで収集された複数のラインを含む。各ラインは、幾つかのサンプルを集めることによってデジタル化される。ｋ空間データのセットが、フーリエ変換によってＭＲ画像に変換される。

Ａｌｔｂａｃｈ他（「Ｒａｄｉａｌ Ｆａｓｔ Ｓｐｉｎ−Ｅｃｈｏ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｔ_２−Ｗｅｉｇｈｔｅｄ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｔ_２ Ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｖｅｒ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ、第１６巻、１７９−１８９頁、２００２）は、腹部Ｔ_２強調イメージングだけでなく局限性肝病変の特性評価の質を向上させるために開発されたマルチショットラジアル（半径方向）高速スピンエコー（ＲＡＤ−ＦＳＥ）法について説明している。新規のラジアルｋ空間サンプリングスキームを使用して、Ｔ_２変動及び動きによるストリークアーティファクトが最小限に抑えられる。小さい拡散勾配を印加して、フロー抑制が向上される。後処理アルゴリズムを使用して、エコー信号データから（異なる実効ＴＥ値の）複数の高解像度画像だけでなくＴ_２マップが生成される。Ｔ_２マップは、悪性病変と良性病変とを区別するために使用される。

マルチエコー再結合グラジエントエコー（ＭＥＲＧＥ）ＭＲイメージングは、頸椎をイメージングするためにデザインされたイメージング技術である。この技術では、高速フィールドエコー（ＦＦＥ）又はエコープラナーイメージング（ＥＰＩ）シーケンスのように、ＲＦ励起パルス及び切り替え磁場勾配を含むイメージングシーケンスが使用され、各ＲＦ励起パルスの後に、複数のエコー信号が異なるエコー時間（ＴＥ）で生成される。エコー信号は、例えば周波数エンコードグラジエントの極性を高速で交互にすることによって生成することができる。エコー信号の数は、見かけの横緩和（Ｔ_２ ^＊）減衰によって制限される。通常、３〜１０個のエコー信号を収集することができる。強度単一エコー画像が、収集されたエコー信号データから再構成され、（例えば二乗和アルゴリズムによって）合計されて、脊髄内の灰白質／白質のコントラストの増加を示す「マージされた」マルチエコー画像が得られ、これにより多発性硬化症の診断における病変顕著性が増加される。対応する技術はまた、頭字語ＭＥＤＩＣ（「マルチエコーデータ画像組み合わせ」）でも知られている。

既知のマージされたマルチグラジエントエコー技術の問題は、組み合わされた画像における実際のコントラストが、エコー数、エコー間隔及びボクセルサイズといった選択されたシーケンスパラメータの影響を受け、したがって、様々なシーケンス制約によって制限される点である。更に、患者の動きやフローだけでなくシステムの欠陥も、これらの方法による病変の検出で偽陽性をもたらすことが知られている。

更に、特にラジアル収集方法では、読み取り期間がＥＰＩ又はスパイラル（らせん方向）収集に比べて比較的短い。したがって、複数エコー読み取り軌跡を用いる長い読み取り期間を使用して速度を改善することが非常に望ましい。

Ｔｈ．Ｂｅｎｋｅｒｔ他による論文「Ｆｒｅｅ ｂｒｅａｔｈｉｎｇ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｆａｔ／ｗａｔｅｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｒａｄｉａｌ ｓａｍｐｌｉｎｇ， ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ ａｎｄ ｐａｒａｌｌｅ ｉｍａｇｉｎｇ」（ＭＲＭ７８（２０１７）５６５−５７６）は、バイポーラ読み込み／読み取りを用いるマルチエコーモーションロバストスタックオブスターズ３Ｄ ＧＲＥシーケンスに関する。収集された信号はＴ_１強調されている。この既知の方法は、呼吸分解水−脂肪マップを達成し、異なる呼吸状態を再構成することができる。

上記から、上記問題を克服する改善された技術の必要があることが容易に理解される。本発明は、コントラストが最適化されたマージされたマルチグラジエントエコーＭＲイメージングを可能にすることを目的の１つとする。

更に、より一般的には、本発明は、特にラジアル又はスパイラル収集との組み合わせにおいて、収集速度が増加され、Ｂ_０不均一性、Ｔ_２ ^＊減衰、化学シフト、動き及び／又はフローからのアーチファクトが本質的に抑制されるマルチエコーイメージング技術を提供することを目的とする。

本発明によれば、ＭＲデバイスの検査ボリューム内に置かれた物体のＭＲイメージング方法が開示される。方法は、
−物体を、ＲＦ励起パルス及び切り替え磁場勾配を含むイメージングシーケンスに当てるステップであって、複数のエコー信号が各ＲＦ励起パルスの後に異なるエコー時間で生成される、ステップと、
−異なるエコー時間が提供され、前記イメージングシーケンスがｘ／ｙ方向及び／又はｚ方向における磁場勾配ブリップを含んで、ラジアル又はスパイラルｋ空間軌跡に沿ってエコー信号データを収集するステップと、
−ディクソンアルゴリズムを使用して、水及び脂肪からのエコー信号への信号寄与を分離し、Ｂ_０マップ及び／又は見かけの横緩和時間マップ（Ｔ_２ ^＊マップ）を推定するステップと、
−エコー信号データ、Ｂ_０マップ及び／又はＴ_２ ^＊マップから、指定のコントラストの画像を合成するステップとを含む。

本発明によれば、複数のエコー信号が異なるＴＥで収集される。エコー信号は、ラジアル又はスパイラルｋ空間軌跡に沿って収集される。ラジアル又はスパイラルｋ空間軌跡は、それらの固有の動きロバスト性のために、従来のデカルトｋ空間軌跡よりも好ましい。ラジアル又はスパイラルｋ空間サンプリングを使用して、ｋ空間の中心がオーバーサンプリングされ、継続的に更新される。この冗長性は、動き、Ｂ_０及びＴ_２ ^＊効果を検出し補正するために有利に利用することができる。

均一なｋ空間カバレッジを得るには、ラジアル又はスパイラルｋ空間軌跡の回転角度は、好適には黄金角度ΔΦ＝１１１．２５°だけ増分される。黄金角度は１８０°に黄金比を掛けたものに相当する。本発明によれば、ｘ／ｙ方向及び／又はｚ方向の磁場勾配ブリップ（同じＲＦ励起パルス後のエコー信号収集間隔間に印加される短い磁場勾配パルス）を使用して、高速収集速度でｋ空間における収集されたエコー信号データの最適分布が得られる。簡単にするために、ｘ／ｙ／ｚ方向は、ここでは測定座標系の軸、つまり、読み取り／位相エンコード／スライス選択方向を指し、これらは、上記磁石座標系と位置合わせされていてもなくてもよい。

複数のエコー読み取り間のブリップエンコード時間は限られているため、最適な分布には、小さい黄金角度ステップが好ましい。同じＲＦ励起パルス後に収集されたエコーの数でｋ空間の少なくとも半分をカバーすることで、２Ｄイメージングにおいて時間の経過に伴う均一な分布が保証される。方法はまた、等距離ラジアルグリッドに黄金角度スキームを実行するいわゆる疑似黄金角度にも適応させることができる。小さい黄金角度と疑似黄金角度とは、ここではすべて「黄金角度」という一般用語に該当すると見なされる。このような黄金角度スキームでは、その後にサンプリングされるラジアル又はスパイラルｋ空間軌跡は、前にサンプリングされたｋ空間軌跡のセット内のｋ空間の最大ギャップを埋めながら、常に補足情報を追加する。

本発明によれば、ディクソンアルゴリズムを使用して、水及び脂肪からの収集されたエコー信号への寄与を分離する。一般に、このような分離は、水及び脂肪中の水素の既知の歳差周波数差があることにより可能である。その最も単純な形式では、水信号及び脂肪信号がそれぞれ「同相」及び「逆相」である２つのエコー信号の加算又は減算によって水画像及び脂肪画像が生成される。ディクソンアルゴリズムのやや複雑な形式では、Ｂ_０マップ及び／又はＴ_２ ^＊マップもまた収集されたエコー信号から抽出される。

水脂肪分離、並びに、Ｂ_０マップ及びＴ_２ ^＊マップの推定は、特定の診断目的で合成画像のコントラストを最適化する際の柔軟性を提供する。Ｔ_２ ^＊は、主に主磁場Ｂ_０の不均一性からもたらされる。この不均一性は、主磁場自体の固有の不均一性と、組織によって生成される磁化率に起因する磁場の歪みとの結果である。後者のタイプのＢ_０歪みは、Ｔ_２ ^＊強調イメージングにおける関心のコントラストを決定する。本発明の方法では、前者のタイプのＢ_０の不均一性がＴ_２ ^＊に及ぼす影響が考慮されて、信号対雑音比を更に増加させる、及び／又は、合成画像のコントラストを高める。

本発明によれば、画像は、収集されたエコー信号データから合成され、所望のＴ_２ ^＊コントラストを選択することができ、Ｂ_０の不均一性及びＴ_２ ^＊減衰は、収集されたエコー単一データから導出される対応するマップに基づいて相殺することができる。

結果として、本発明は、固有のＢ_０及びＴ_２ ^＊マッピング並びに水脂肪分離を用いる超高速３Ｄラジアル又はスパイラル（例えばスタックオブスターズ又はスタックオブスパイラルズ）収集を可能にする。

本発明は、造影剤の適用と組み合わせた場合に特に価値がある。なぜなら、本発明は、本発明に従って非常に高速で収集することができる同じエコー信号データからのＴ_１コントラストを有する画像と、（ダイナミック造影（ＤＣＥ）ＭＲイメージング及びダイナミック磁化率コントラスト（ＤＳＣ）ＭＲイメージングに必要とされる）所望のＴ_２ ^＊コントラストを有する画像との再構成（合成）を可能にするからである。

更に、既知のＭＥＲＧＥ／ＭＥＤＩＣ技術において計算される組み合わせられた画像を、マルチエコーシーケンスのシーケンスパラメータ、即ち、エコー数、シーケンスにおける最初のエコー時間の値、エコー間隔及びＴ_２ ^＊自体によって決定される実効エコー時間におけるＴ_２ ^＊強調画像と見なすことができる点が、本発明の洞察である。この洞察により、イメージングシーケンスによって任意の制約が課されることなく、収集されたエコー信号からの所望のコントラストを有する画像とＴ_２ ^＊マップとを合成する可能性が開かれる。同時に、導出されたＢ_０マップを使用して、Ｂ_０の不均一性に起因する画像アーチファクトを相殺することができる。

本発明の好適な実施形態では、収集されたエコー信号データからフローマップも導出される。フローマップは、不所望のフローアーチファクトを相殺する又は所望のフローコントラストを得るために画像を合成するステップで使用される。

３次元収集では、エコー信号の位相エンコードは、ｘ／ｙ方向のみ、ｚ方向のみ又は同時にｘ／ｙ方向及びｚ方向に適用することができる。したがって、本発明の別の好適な実施形態では、エコー信号の位相エンコードは、ｚ方向に変化し、その一方でラジアル又はスパイラルｋ空間軌跡の回転角度はｋ_ｘ／ｋ_ｙ方向で黄金角度増分だけ増分される。幾つかの隣接するｋ_ｚ平面について、ｋ_ｘ／ｋ_ｙ方向におけるｋ空間の均一なカバレッジがｋ_ｚステップ毎に達成される。利点は、動きの特性が向上される点である。

更に、収集を高速化するために、ｋ_ｘ／ｋ_ｙ方向におけるサンプリング密度は、画像コントラストの最も関連のある情報を含むｋ空間の中央部分が周辺部分よりも密にサンプリングされるようにｋ_ｚの関数として変化することができる。これにより、ｋ空間の周辺部分では、ｚ方向のみで位相エンコードを行うことができ、その一方で、ｋ空間の中央部分に向かって移動しながら、均一な分布を有するｘ／ｙ及びｚの両方における位相エンコードを使用することができる。この可変密度アプローチにより、３Ｄラジアルスタックオブスターズデータセットから３Ｄ可変密度画像ナビゲーターを抽出することができる。

更に、連続するＲＦ励起間でｘ／ｙ及びｚエンコードをシフトすることにより、ｋ空間にわたるエコー時間の良好な分布を実現することができる。

画像の再構成を容易にするために、それぞれのエコー時間に収集されたエコー信号データから単一エコー画像を再構成することができる。

更に別の好適な実施形態によれば、ｋ空間強調画像コントラスト（ＫＷＩＣ）フィルタを使用して、単一エコー画像を再構成することができる（Ｓｏｎｇ他、Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｃｉｅｉｎｃｅ、４４、８２５−８３２、２０００を参照）。更に、単一エコー画像を再構成するために又は水脂肪分離において、圧縮センシングを適用することができる。

更に、エコー信号のサブセットを、超短エコー時間（ＵＴＥ）で生成して（Ｂｅｒｋｅｒ他、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、２０１２、５３、７９６−８０４を参照）アクセス可能なエコー時間値の範囲を拡張することができる。このために、既知の部分エコー技術を適用することもできる。或いは又は更に、エコーシフトを用いて、エコー時間カバレッジを向上させ、Ｔ_２ ^＊マッピングを最適化することができる。

本発明の更に好適な実施形態では、指定のコントラストの画像を合成するステップは、収集されたエコー信号データからゼロエコー時間強度画像及びＴ_２ ^＊マップを計算するステップと、ゼロエコー時間強度画像の各ボクセルに重みを適用するステップとを含み、重みはＴ_２ ^＊マップから導出される。重みは、対応するボクセル位置におけるＴ_２ ^＊から、及び、所望のコントラストを得るように選択される実効エコー時間から計算される。このようにして、合成画像が（収集されたエコー信号からの単一エコー画像の強度再構成と、例えば二乗和アルゴリズムによる単一エコー画像の組み合わせとによって生成される）従来のＭＥＲＧＥ／ＭＥＤＩＣ画像に似ているが、実際にアクセス可能なシーケンスパラメータの範囲によってコントラストによって課される制約はないことが達成される。

好適には、本発明の方法によって使用されるイメージングシーケンスは、高速／ターボフィールドエコー（ＦＦＥ／ＴＦＥ）若しくはバランスド高速／ターボフィールドエコーシーケンス、エコープラナーイメージング（ＥＰＩ）シーケンス、又は、スピンエコーシーケンスである。これらは、異なるエコー時間でのエコー信号の高速かつ効果的な収集に使用可能な実証された技術である。

本発明の別の好適な実施形態では、イメージングシーケンスの１回以上のショットからの「固有の」データから動きが検出され、水及び脂肪からの信号寄与の分離及び／又は指定のコントラストの画像の合成において動き補償が適用される。これにより、３Ｄマルチエコー、マルチショット可変密度ナビゲーターアプローチにより、例えば既知の圧縮センシング手法、ＸＤ−ＧＲＡＳＰ又は３Ｄ弾性位置合わせの組み合わせアプローチを使用して、「固有の」動き検出及び補正の可能性が向上される。

これまでに説明した本発明の方法は、検査ボリューム内に均一な定常磁場Ｂ_０を発生させる少なくとも１つの主磁石コイル、検査ボリューム内で異なる空間方向に切り替え磁場勾配を発生させる幾つかの勾配コイルと、検査ボリューム内でＲＦパルスを生成する及び／又は検査ボリューム内に配置された患者の身体からＭＲ信号を受け取る少なくとも１つの身体ＲＦコイルと、ＲＦパルス及び切り替え磁場勾配の時間的連続を制御する制御ユニットと、受け取ったＭＲ信号からＭＲ画像を再構成する再構成ユニットとを含むＭＲデバイスによって実行することができる。本発明の方法は、ＭＲデバイス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することができる。

本発明の方法は、現在臨床使用されているほとんどのＭＲデバイスで有利に実行することができる。このために、本発明の上記方法ステップを行うようにＭＲデバイスが制御されるコンピュータプログラムを利用するだけでよい。コンピュータプログラムは、ＭＲデバイス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、データ記憶媒体上に存在しても、データネットワーク内に存在してもよい。

付属の図面は、本発明の好適な実施形態を開示する。しかし、当然ながら、図面は、例示目的のみにデザインされたものであり、本発明の限定の定義としてデザインされたものではない。

図１は、本発明の方法を実行するＭＲデバイスを示す。 図２は、本発明によるマルチグラジエントエコーＭＲイメージングシーケンスの概略（簡略化された）パルスシーケンス図を示す。 図３は、本発明のｋ空間サンプリングパターンの一例を示す。 図４は、本発明に従って合成されたマージされたマルチグラジエントエコー画像の一例を示す。

図１を参照すると、ＭＲデバイス１がブロック図として示されている。デバイスは、実質的に均一で時間的に一定の主磁場Ｂ_０が、検査ボリュームを通るｚ軸に沿って生成されるように超電導又は抵抗性の主磁石コイル２を含む。デバイスは更に、（１次、２次及び該当する場合は３次）シミングコイルのセット２’を含み、セット２’の個々のシミングコイルを流れる電流は、検査ボリューム内のＢ_０逸脱を最小限に抑えるために制御することができる。

磁気共鳴発生及び操作システムが、一連のＲＦパルス及び切り替え磁場勾配を印加して、核磁気スピンを反転又は励起させ、磁気共鳴を誘導し、磁気共鳴をリフォーカスさせ、磁気共鳴を操作し、磁気共鳴を空間的に及び他の方法でエンコードし、スピンを飽和させる等してＭＲイメージングを行う。

より具体的には、勾配増幅器３が、検査ボリュームのｘ軸、ｙ軸及びｚ軸に沿った全身勾配コイル４、５及び６のうちの選択されたものに電流パルス又は波形を印加する。デジタルＲＦ周波数送信器７が、ＲＦパルス又はパルスパケットを、送受信スイッチ８を介して、身体ＲＦコイル９に送信して、ＲＦパルスを検査ボリュームに送信する。典型的なＭＲイメージングシーケンスは、任意の印加された磁場勾配と共に、核磁気共鳴信号の選択された操作を実現する短い期間のＲＦパルスセグメントのパケットで構成される。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させ又は共鳴を操作し、検査ボリューム内に配置された身体１０の一部を選択するために使用される。ＭＲ信号もまた、身体ＲＦコイル９によって捕捉される。

身体１０の限定領域のＭＲ画像を生成するために又はパラレルイメージングによるスキャン加速のために、ローカルアレイＲＦコイル１１、１２、１３のセットが、イメージングのために選択された領域に隣接して配置される。アレイコイル１１、１２、１３は、身体コイルのＲＦ送信により誘導されたＭＲ信号を受信するために使用することができる。

結果として生じる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によって捕捉され、好適には前置増幅器（図示せず）を含む受信器１４によって復調される。受信器１４は、送受信スイッチ８を介して、ＲＦコイル９、１１、１２及び１３に接続される。

ホストコンピュータ１５が、シミングコイル２’だけでなく、勾配パルス増幅器３及び送信器７を制御して、エコープラナーイメージング（ＥＰＩ）、エコーボリュームイメージング、グラジエント及びスピンエコーイメージング、高速スピンエコーイメージングといった複数のＭＲイメージングシーケンスのいずれかを生成する。受信器１４は、選択されたシーケンスについて、各ＲＦ励起パルスに続いて、単一のＭＲ信号か又は複数のＭＲ信号を高速連続で受信する。データ収集システム１６が、受信信号のアナログ−デジタル変換を行い、各ＭＲデータサンプルを、更なる処理に適したデジタルフォーマットに変換する。最新のＭＲデバイスでは、データ収集システム１６は、生の画像データの収集に特化した別個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、患者の平面スライス、平行平面スライスのアレイ、３次元ボリューム等を表すことができる。次に、画像は画像メモリに保存され、スライス、投影又は画像表現の他の部分を、例えば結果として生じるＭＲ画像の人間が読み取り可能な表示を提供するビデオモニタ１８を介する視覚化に適したフォーマットに変換するためにアクセスすることができる。

ホストコンピュータ１５は、本明細書の上記及び下記で説明される本発明の方法を実行するようにプログラムされている。

図２には、本発明によるイメージングシーケンスの概略的なパルスシーケンス図が示されている。この図は、読み取り方向ｘ及び位相エンコード方向ｙ、また、スライス選択方向ｚにおける切り替え磁場勾配を示す。更に、この図は、ＲＦ励起パルスだけでなく、ＡＣＱ_１、ＡＣＱ_２及びＡＣＱ_Ｎで指定される、その間に幾つかのエコー信号が収集される時間間隔を示す。この図は、Ｎ個のエコー信号の収集をカバーしている。ラジアルサンプリングパターンによってｋ空間の必要な領域を完全にカバーするために、ｘ／ｙ方向及び／又はｚ方向において異なる勾配波形を使用して、描かれているシーケンスの複数の繰り返し（ショット）によってＮ個のエコー信号からなる複数のセットが収集される。ｘ／ｙ方向の読み取り勾配のタイミング及び振幅は、異なるエコー時間ＴＥ_１、ＴＥ_２、…、ＴＥ_Ｎが提供されるように選択される。ｘ／ｙ方向のエコー信号収集時間間隔ＡＣＱ_１−ＡＣＱ_Ｎ間の実際の読み取り磁場勾配に加えて、短い磁場勾配ブリップが印加される。ブリップはｚ方向にも印加され、この方向のデカルトｋ空間サンプリングパターン（スタックオブスターズ）が達成される。このやり方で、ｋ空間において収集されたエコー信号データが最適に分布して非常に高速な収集が達成される。

図３に更に示されているように、エコー信号の位相エンコードは、１回のショットでｚ方向に変化するが、ラジアルｋ空間軌跡の回転角度は、ｋ_ｘ／ｋ_ｙ方向の黄金角度増分だけ増分される。図３の例では、（図２に示すような）ｚ方向の磁場勾配ブリップにより、ｋ空間が、２つの隣接するｋ_ｚ平面（ｋ_ｚ１及びｋ_ｚ２によって示される）において交互にサンプリングされる。イメージングシーケンスの１回のショットで収集されたエコー信号のシーケンスは、Ｅ_１、…、Ｅ_６と指定される。エコー信号Ｅ_１は、最初に平面ｋ_ｚ１から収集され、次に、ラジアルｋ空間プロファイルの回転角度が小さい黄金角度αだけ増分され、次のエコー信号Ｅ_２は、平面ｋ_ｚ２からサンプリングされる。回転角度は再びアルファだけ増分され、次のエコー信号Ｅ_３は、再び平面ｋ_ｚ１から収集され、以下同様に続く。したがって、同じ平面から収集される２つの連続するｋ空間プロファイル間の回転角度増分は２αである。したがって、ｋ_ｘ−ｋ_ｙ平面では十分に高いサンプリング密度をｋ_ｚ平面毎に達成することはできないが、幾つかの隣接するｋ_ｚ平面では達成することができる。このやり方により、最終的な画質に悪影響を与えることなく、収集速度を大幅に増加させることができる。

中間ステップとして、収集されたエコー信号データから単一エコー画像、即ち、第１のエコー時間ＴＥ_１に起因する第１の単一エコー画像、第２のエコー時間ＴＥ_２に起因する第２の単一エコー画像等を再構成することができる。水及び脂肪からのそれぞれのボクセル値への寄与は、異なるエコー時間ＴＥ_１、…、ＴＥ_Ｎに基づいて、既知のタイプのディクソンアルゴリズムを適用することによって分離される。同時に、ディクソンアルゴリズムにおいて使用される信号モデルにＴ_２ ^＊減衰を含めることによってＴ_２ ^＊マップが推定される。或いは、水脂肪分離及びＴ_２ ^＊の推定は、単一エコー画像を明示的に再構成することなく、収集されたエコー信号データに直接行われてもよい。

組み合わせのタイプに応じて、既知のＭＥＲＧＥ又はＭＥＤＩＣ法から得られる画像は、

によって記述することができる。ここで、Ｎは、エコー数を示し、Ｓは、結果として得られる画像のボクセル値を示す。

エコー間隔ΔＴＥが一定であるとすると、式（１）は、

と書き換えることができる。

これにより、

で与えられる実効エコー時間ＴＥ_１ｅ

が導入される。

同様に、組み合わせられた画像Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４は、

で与えられる実効エコー時間を使用して計算することができる。

したがって、ＭＥＲＧＥ又はＭＥＤＩＣ法から得られる画像をＴ_２ ^＊強調画像と見なすことができることが本発明の洞察である。実効エコー時間は、選択されたエコー数、最初のエコー時間及びエコー間隔によって、更に最も注目すべきは、Ｔ_２ ^＊によって間接的に決定される。

実効エコー時間の唯一の間接的な決定及びイメージングシーケンスの任意の制約を克服するために、本発明は、最初に、エコー信号データからＴ_２ ^＊マップを推定し、次に、推定されたゼロエコー時間強度画像からの画像とＴ_２ ^＊マップとを合成することを提案する。特定の診断目的に応じて、結果として得られる画像のコントラストを最適化する際の柔軟性を更に高めるために、任意選択的に水脂肪分離を含めることができる。

既知のＭＥＲＧＥ／ＭＥＤＩＣ法の動きに対する感度を克服するために、従来のデカルトｋ空間軌跡の代わりに、ラジアル又はスパイラルｋ空間軌跡を使用することが提案される。好適には、黄金角度に基づく投影又はインターリーフの順序が使用され、小さい黄金角度による増分回転が、連続するラジアル又はスパイラル収集の間に適用される。更に、一貫性のないデータは任意選択的に拒否され、動きは任意選択的に検出され、個々の収集間で補正される。

図４は、本発明の方法により合成された脊髄の例示的な画像を示す。画像は、灰白質と白質との優れた区別を可能にする。

Claims (16)

1. ＭＲデバイスの検査ボリューム内に置かれた物体のＭＲイメージング方法であって、
   前記物体を、ＲＦ励起パルス及び切り替え磁場勾配を含むイメージングシーケンスに当てるステップであって、複数のエコー信号が各ＲＦ励起パルスの後に異なるエコー時間で生成される、当てるステップと、
   異なるエコー時間が提供され、前記イメージングシーケンスがｘ／ｙ方向及び／又はｚ方向における磁場勾配ブリップを含んで、ラジアル又はスパイラルｋ空間軌跡に沿ってエコー信号データを収集するステップと、
   収集された前記エコー信号データから指定のコントラストのＴ_２ ^＊強調信号を合成するステップであって、実効エコー時間は、選択されたエコー数、最初のエコー時間及びエコー間隔並びにＴ_２ ^＊によって間接的に決定される、合成するステップと、
   ディクソンアルゴリズムを使用して、水及び脂肪からの信号寄与を分離し、Ｂ_０マップ及び／又は見かけの横緩和時間マップ（Ｔ_２ ^＊マップ）を推定するステップと、
   合成された前記Ｔ_２ ^＊強調信号、前記Ｂ_０マップ及び／又は前記Ｔ_２ ^＊マップから、指定のコントラストの画像を再構成するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記ラジアル又はスパイラルｋ空間軌跡の回転角度は、収集中に黄金角度だけ増分される、請求項１に記載の方法。
3. 前記エコー信号の位相エンコードは、ｚ方向に変化し、及び／又は、前記ラジアル又はスパイラルｋ空間軌跡の回転角度は、ｋ_ｘ／ｋ_ｙ方向に増分される、請求項１又は２に記載の方法。
4. ｋ_ｘ／ｋ_ｙ方向におけるサンプリング密度は、ｋ空間の中央部分が周辺部分よりも密にサンプリングされるようにｋ_ｚの関数として変化する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. マルチエコー収集の１つ以上のショットを使用して、動き補正に使用される固有の画像ナビゲーション信号を抽出する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 各エコー時間について収集された前記エコー信号データから単一エコー画像が再構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記単一エコー画像を再構成するために、ｋ空間強調画像コントラストフィルタが使用される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記単一エコー画像を再構成するために又は水／脂肪分離において、圧縮センシングが使用される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記エコー信号のサブセットが超短エコー時間で生成される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記指定のコントラストの画像を合成するステップは、
    収集された前記エコー信号データからゼロエコー時間強度画像を計算するステップと、
    前記ゼロエコー時間強度画像の各ボクセルに重みを適用するステップと、
    を含み、
    前記重みは、前記Ｔ_２ ^＊マップから導出される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記イメージングシーケンスは、フィールドエコーシーケンス又はスピンエコーシーケンスである、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記エコー信号の収集中に、前記物体の動きが検出され、対応する動き補償が、単一エコー画像を再構成するステップ、水及び脂肪からの信号寄与を分離するステップ、又は、前記指定のコントラストの画像を合成するステップにおいて適用される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 合成された画像は、
    収集された前記エコー信号データからの単一エコー画像の強度再構成、及び、
    二乗和アルゴリズムによる前記単一エコー画像の組み合わせ、
    によって生成される画像と似ている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 収集された前記エコー信号データからフローマップが導出され、前記フローマップは、前記画像を合成するステップで使用される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 検査ボリューム内に均一な定常磁場を発生させる少なくとも１つの主磁石コイルと、前記検査ボリューム内で異なる空間方向に切り替え磁場勾配を発生させる幾つかの勾配コイルと、前記検査ボリューム内にＲＦパルスを発生させる及び／又は前記検査ボリューム内に置かれた物体からのＭＲ信号を受け取る少なくとも１つのＲＦコイルと、ＲＦパルス及び切り替え磁場勾配の時間的連続を制御する制御ユニットと、受け取った前記ＭＲ信号からＭＲ画像を再構成する再構成ユニットと、
    を含む、ＭＲデバイスであって、前記ＭＲデバイスは、
    前記物体を、ＲＦ励起パルス及び切り替え磁場勾配を含むイメージングシーケンスに当てることであって、複数のエコー信号が各ＲＦ励起パルスの後に異なるエコー時間で生成される、当てることと、
    異なるエコー時間が提供され、前記イメージングシーケンスがｘ／ｙ方向及び／又はｚ方向における磁場勾配ブリップを含んで、ラジアル又はスパイラルｋ空間軌跡に沿ってエコー信号データを収集することと、
    収集された前記エコー信号データから指定のコントラストのＴ_２ ^＊強調信号を合成することであって、実効エコー時間は、選択されたエコー数、最初のエコー時間及びエコー間隔並びにＴ_２ ^＊によって間接的に決定される、合成することと、
    ディクソンアルゴリズムを使用して、水及び脂肪からの前記エコー信号への信号寄与を分離し、Ｂ_０マップ及び／又は見かけの横緩和時間マップ（Ｔ_２ ^＊マップ）を推定することと、
    合成された前記Ｔ_２ ^＊強調信号、前記Ｂ_０マップ及び／前記Ｔ_２ ^＊マップから、指定のコントラストの画像を再構成することと、
    を行う、ＭＲデバイス。
16. ＲＦ励起パルス及び切り替え磁場勾配を含むイメージングシーケンスを生成する命令であって、複数のエコー信号が各ＲＦ励起パルスの後に異なるエコー時間で生成される、生成する命令と、
    異なるエコー時間が提供され、前記イメージングシーケンスがｘ／ｙ方向及び／又はｚ方向における磁場勾配ブリップを含んで、ラジアル又はスパイラルｋ空間軌跡に沿ってエコー信号データを収集する命令と、
    収集された前記エコー信号データから指定のコントラストのＴ_２ ^＊強調信号を合成する命令であって、実効エコー時間は、選択されたエコー数、最初のエコー時間及びエコー間隔並びにＴ_２ ^＊によって間接的に決定される、合成する命令と、
    ディクソンアルゴリズムを使用して、水及び脂肪からの前記エコー信号への信号寄与を分離し、Ｂ_０マップ及び／又は見かけの横緩和時間マップ（Ｔ_２ ^＊マップ）を推定する命令と、
    合成された前記Ｔ_２ ^＊強調信号、前記Ｂ_０マップ及び／前記Ｔ_２ ^＊マップから、指定のコントラストの画像を再構成する命令と、
    を含む、ＭＲデバイスで実行されるコンピュータプログラム。

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