JP2022169618A - ディクソン法による水／脂肪分離を用いたｍｒ撮像 - Google Patents

ディクソン法による水／脂肪分離を用いたｍｒ撮像 Download PDF

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Abstract

【課題】ＴＳＥ収集と組み合わせて効率的なディクソン式水／脂肪分離を可能にする方法を提供する。【解決手段】一連のリフォーカシングＲＦパルスを含む第１の撮像シーケンスに、物体をさらすステップであって、２つの連続リフォーカシングＲＦパルス間の各時間間隔においてシングルエコー信号が生成される、ステップと、ユニポーラ読み出し傾斜磁場を使用して、第１の受信バンド幅において、前記物体からエコー信号を収集するステップと、一連のリフォーカシングＲＦパルスを含む第２の撮像シーケンスに、物体をさらすステップであって、２つの連続リフォーカシングＲＦパルス間の各時間間隔において１対のエコー信号が生成される、ステップと、バイポーラ読み出し傾斜磁場を使用して、第２の受信バンド幅において、物体から１対のエコー信号を収集するステップと、水プロトン及び脂肪プロトンからの信号寄与は、３ポイントディクソン法によって分離される。【選択図】図３

Description

本発明は、磁気共鳴（ＭＲ）撮像の分野に関する。本発明は、ＭＲデバイスの検査ボリューム内に置かれた体の一部をＭＲ撮像する方法に関する。本発明は更に、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、軟組織の撮像について、他の撮像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。
ＭＲ方法では、一般に、検査される患者の体は、強力な均一磁場Ｂ０内に配置される。当該磁場の方向は、同時に、測定のベースとなる座標系の軸（通常はＺ軸）を規定する。磁場Ｂ０は、所定の周波数（いわゆるラーモア（Larmor）周波数又はＭＲ周波数）の交流電磁場（ＲＦ場）の印加によって励起（スピン共鳴）される磁場強度に依存して、個々の核スピンに対し様々なエネルギーレベルを生成する。巨視的観点では、個々の核スピンの分布は、Ｚ軸に垂直な適切な周波数の電磁パルス（ＲＦパルス）の印加によって、平衡状態から外れる全体磁化を生成し、これにより、磁化はＺ軸周りの歳差運動を行う。歳差運動は、円錐面を描き、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、スピンは、Ｚ軸から横断面へと偏向される（フリップ角９０°）。
ＲＦパルスの終了後、磁化は緩和して元の平衡状態に戻る。平衡状態では、Ｚ方向における磁化が、第１の時定数Ｔ１（スピン格子又は縦緩和時間）で再び蓄積され、Ｚ方向に垂直な方向における磁化が、第２の時定数Ｔ２（スピンスピン又は横緩和時間）で緩和する。磁化の変化は、当該磁化の変化がＺ軸に垂直な方向において測定されるように、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される。横方向磁化の減衰は、例えば９０°パルスの印加後、（局所的な磁場の不均一性によって引き起こされる）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核スピンの遷移（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（例えば１８０°パルス）によって相殺される。これは、受信コイルにおいてエコー信号を生成する。
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定傾斜磁場が、均一磁場Ｂ０に重畳され、スピン共鳴周波数の線形空間的依存性につながる。このとき、受信コイルにおいて捕捉される信号は、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ディングで収集される複数のラインを含む。各ｋ空間ラインは、幾つかのサンプルを収集することによって、デジタル化される。ｋ空間データのセットは、例えばフーリエ変換によって、ＭＲ画像に変換される。
ＭＲ撮像において、水及び脂肪の信号全体への相対的寄与に関する情報を得て、それらの一方の寄与を抑制するか、又は、それらの両方の寄与を別々に若しくは一緒に解析することがしばしば望まれる。これらの寄与は、異なるエコー時間において収集された２つ以上の対応するエコーからの情報が組み合わされると計算することができる。これは、化学シフトエンコーディングと考えられる。化学シフトエンコーディングでは、追加の次元、即ち、化学シフト次元が規定され、僅かに異なるエコー時間において２つ以上のＭＲ画像を収集することによって符号化される。水－脂肪分離では、これらのタイプの実験は、しばしば、ディクソン（Dixon）法測定と呼ばれる。ディクソンＭＲ撮像又はディクソン水／脂肪ＭＲ撮像によって、水－脂肪分離は、異なるエコー時間において収集された２つ以上の対応するエコーからの水及び脂肪の寄与を計算することによって達成される。一般に、このような分離は、脂肪及び水において水素の既知の歳差運動周波数差があることによって可能である。その最も単純な形において、「同位相（in phase）」及び「逆位相（out of phase）」データセットの加算又は減算の何れかによって、水及び脂肪の画像が生成される。
近年、幾つかのディクソン式のＭＲ撮像方法が提案されている。水／脂肪分離に異なる戦略を使用する点を除き、既知の技術は、主に、それらが収集するエコーの具体的な数（即ち、「ポイント」）と、使用されたエコー時間にそれらが課す制約とによって特徴付けられる。従来のいわゆる２及び３ポイント法は、水及び脂肪信号が、それぞれ、複素平面において平行及び逆平行である同位相及び逆位相エコー時間を必要とする。３ポイント法は、柔軟なエコー時間を許容するように徐々に一般化されてきている。したがって、３ポイント法は、もはや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特定値に制限することはない。このようにして、３ポイント法は、撮像シーケンスデザインにおいてより多くの自由を提供し、特に、分離において、収集からの信号対雑音比（ＳＮＲ）利得と分離におけるＳＮＲ損失とのトレードオフを可能にする。３つのエコーではなく、２つのエコーだけをサンプリングすることは、走査時間の短縮に望ましいが、実際には、エコー時間に対する制約が、デュアルエコー収集を、トリプルエコー収集よりも遅くする場合がある。Ｅｇｇｅｒｓ他（Magnetic Resonance in Medicine、６５、９６－１０７、２０１１）は、上記制約の排除を可能にするデュアルエコーフレキシブルディクソン式ＭＲ撮像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当該ディクソン式ＭＲ撮像方法を使用すると、同位相画像及び逆位相画像を収集する必要が必ずしもなくなるが、任意選択的に、水画像及び脂肪画像から任意選択的に合成される。
ディクソン式ＭＲ撮像方法は、しばしば、複数の反復アプローチ又は複数の収集アプローチを使用する高速（ターボ）スピンエコーシーケンスと組み合わされて適用される。通常、シフトされた読み出し傾斜磁場及び収集ウィンドウを用いる２つ又は３つのインターリーブ測定が採用される。図２に、従来のターボスピンエコー（ＴＳＥ）ディクソンシーケンスのパルスシーケンス概略図が示される。図２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）における切り替え傾斜磁場を示す。更に、図２は、ＲＦ励起及びリフォーカシングパルスだけでなく、エコー信号が収集される時間間隔（ＡＣＱと示される）も示す。図２は、撮像シーケンスの１つのショットの最初の３つのエコー信号の収集を示している。二重矢印は、同一の位相エンコーディングを用いた１つのショットの複数の反復間の読み出し傾斜磁場（上部）及び収集ウィンドウＡＣＱ（下部）のシフトを示す。読み出し傾斜磁場のシフトに従って、水プロトン及び脂肪プロトンそれぞれからの信号寄与の様々な位相オフセットが得られ、ディクソン式水／脂肪分離は、当該位相オフセットに基づいている。
従来のアプローチの欠点は、標準的な（非ディクソン）ＴＳＥシーケンスと比べると、ディクソンＴＳＥシーケンスでは、所与のエコー間隔に対してより大きい受信バンド幅が必要である点である。これは、ＳＮＲを著しく低減する。これは、より大きいエコー間隔を採用することによって回避することができるが、この場合、より長い又はより多くのエコートレインが必要となる。これにより、再構成ＭＲ画像における対象範囲が小さくなり、再構成ＭＲ画像がより不鮮明になるか、又は、走査時間が長くなる。更に、従来のアプローチでは、ＦＩＤアーチファクトも問題である。リフォーカシングＲＦパルスの相反位相を用いた２つの収集を平均化することによるＦＩＤアーチファクトの相殺は、収集の数を（もう一度）２倍にする必要があり、したがって、走査時間を更に一層増加するため、通常、実現困難である。米国特許出願公開第２０１６／００３３６０５号は、リフォーカシングＲＦパルス間でエコー対を形成するようにバイポーラグラジエントパルスが使用されるマルチスピンエコー収集に関する。
上記に基づき、ディクソン式ＭＲ撮像技術を改良する必要であることが容易に理解できるであろう。したがって、本発明は、ＴＳＥ収集と組み合わせて効率的なディクソン式水／脂肪分離を可能にする方法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をＭＲ撮像する方法が開示される。当該方法は、
一連のリフォーカシングＲＦパルスを含む第１の撮像シーケンスに、物体をさらすステップであって、２つの連続リフォーカシングＲＦパルス間の各時間間隔においてシングルエコー信号が生成される、上記ステップと、
ユニポーラ読み出し傾斜磁場を使用して、第１の受信バンド幅において、物体からエコー信号を収集するステップと、
一連のリフォーカシングＲＦパルスを含む第２の撮像シーケンスに、物体をさらすステップであって、２つの連続リフォーカシングＲＦパルス間の各時間間隔において１対のエコー信号が生成される、上記ステップと、
バイポーラ読み出し傾斜磁場を使用して、第２の受信バンド幅において、物体から対のエコー信号を収集するステップと、
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ように、収集したエコー信号から、ＭＲ画像を再構成するステップとを含み、第２の受信バンド幅は、第１の受信バンド幅よりも高い。
本発明によれば、２つの別個のＴＳＥシーケンス、即ち、第１及び第２の撮像シーケンスを使用して、それぞれ、シングルエコー信号及び対のエコー信号が収集される。第２の撮像シーケンスにおけるバイポーラ読み出し傾斜磁場のタイミングは、水プロトン及び脂肪プロトンからの信号寄与の適切な位相オフセットが提供されるように、エコー信号の収集ウィンドウをシフトさせるように選択される。再構成ステップにおいて、これらの信号寄与のディクソン式分離は、当該水プロトン及び脂肪プロトンに基づいている。
第２の撮像シーケンスにおいて印加されるバイポーラ読み出し傾斜磁場は、第１の撮像シーケンスのユニポーラ読み出し傾斜磁場よりも強いことが好適であり、各対のエコー信号は、反対の極性を有する時間的に隣接する読み出し傾斜磁場の対応する対を使用して収集される。したがって、各デュアルエコー読み出しの持続時間は、第１の収集のシングルエコー読み出しの持続時間と基本的に同じであることが達成される。
更に具体的には、第１の撮像シーケンスによって生成されるエコー信号は、第１の傾斜磁場強度を有するユニポーラ読み出し傾斜磁場を使用して収集され、第２の撮像シーケンスによって生成される対のエコー信号は、第１の傾斜磁場強度よりも大きい第２の傾斜磁場強度を有するバイポーラ読み出し傾斜磁場を使用して収集される。同時に、第１のエコー信号は、第２のエコー信号の収集に使用される信号受信バンド幅よりも小さい信号受信バンド幅を使用して収集される。したがって、収集全体が、低バンド幅サブシーケンス（第１の撮像シーケンス）及び高バンド幅サブシーケンス（第２の撮像シーケンス）でそれぞれ行われる２つの通常はインターリーブされるサブ収集に分割される。低バンド幅サブシーケンスでは、リフォーカシングＲＦパルス間の間隔の大部分の間に、第１のエコー信号をサンプリングすることによって、高信号サンプリング効率が達成される。この低バンド幅及び高サンプリング効率は、高ＳＮＲをもたらす。シングルエコー読み出しを有する第１の撮像シーケンスは、実際には、標準のＴＳＥシーケンスと同じであるので、同じサンプリング効率を提供する。第２の撮像シーケンスは、より低いサンプリング効率しか達成せず、１エコー当たりのより低いＳＮＲを提供する。これは、当該第２の撮像シーケンスが、約半分の時間で同じ勾配積分を対象としなければならないからである。しかし、対のエコー信号をサンプリングすることによって、第２の撮像シーケンスは、第１の撮像シーケンスと同様の高サンプリング効率及びＳＮＲを達成する。
本発明に従って収集されるエコー信号から再構成されるＭＲ画像は、両方の撮像シーケンスのより高いサンプリング効率及びより高いＳＮＲからの恩恵を受ける。これは、再構成された同位相ＭＲ画像（従来のスピンエコー画像と同様に水及び脂肪の信号寄与を含む）だけでなく、水（又は脂肪抑制された）ＭＲ画像にも当てはまる。
これが本発明の主旨である。即ち、ＳＮＲを最大化するために、低受信バンド幅におけるユニポーラシングルエコー読み出し（第１の収集）を、高バンド幅におけるバイポーラデュアルエコー読み出し（第２の収集）と組み合わせることによって、効率的なＴＳＥディクソン撮像を達成することである。
本発明の好適な実施形態では、第２の撮像シーケンスによって生成される収集された各対のエコー信号は、仮想エコー信号にまとめられ、水プロトン及び脂肪プロトンからの信号寄与は、仮想エコー信号及び第１の撮像シーケンスによって生成されるエコー信号を使用する２ポイントディクソン法によって分離される。本発明に従ってユニポーラシングルエコー読み出しから再構成されるシングルエコー画像のＳＮＲは、（理想的には）バイポーラデュアルエコー読み出しから再構成される２つのシングルエコー画像におけるＳＮＲよりも２の平方根だけ高い。バイポーラデュアルエコー読み出しの２つのエコー信号のシフトは、符号を除き、同じであるので、対応するシングルエコー画像は、適切な位相補正後、平均化されて、ユニポーラシングルエコー読み出しから再構成されたシングルエコー画像と同じＳＮＲを有するシングルエコー画像が得られる。これは、バイポーラデュアルエコー読み出しにおいて、（例えば特定の磁場強度における好適なエコーシフトを達成するために、又は、使用されるＭＲ装置によって課される読み出し傾斜磁場強度及びスルーレートの制約に対応するように）２つの部分エコー信号しか収集されない場合に依然として当てはまる。これは、従来の２ポイントディクソン法を水／脂肪分離に使用することを可能にする。
或いは、水プロトン及び脂肪プロトンからの信号寄与は、第１及び第２の撮像シーケンスによって生成された３つの対応するエコー信号を使用する３ポイントディクソン法によって直接分離されてもよい。
バイポーラデュアルエコー読み出しから組み合わされる仮想エコーの前述の概念は、有利に、水／脂肪分離のための１ポイントディクソン法と組み合わせて適用することもできる。この場合、第１の撮像シーケンスを省略することができる。この実施形態では、本発明の方法は、
一連のリフォーカシングＲＦパルスを含む撮像シーケンスに、物体をさらすステップであって、２つの連続リフォーカシングＲＦパルス間の各時間間隔において１対のエコー信号が生成される、上記ステップと、
バイポーラ読み出し傾斜磁場を使用して、物体から対のエコー信号を収集するステップと、
収集したエコー信号から、ＭＲ画像を再構成するステップとを含み、各対のエコー信号は、仮想エコー信号にまとめられ、水プロトン及び脂肪プロトンからの信号寄与は、仮想エコー信号を使用する１ポイントディクソン法によって分離される。この変形例は、特に以下に説明されるＦＩＤアーチファクト抑制の概念に関して、本明細書に開示される本発明の方法の任意の他の特徴と組み合わせて適用されてよい。シングルポイント方法は、上記したものと基本的に同じ利点（高いＳＮＲ、優れたサンプリング効率）を有するが、デュアルエコーディクソン撮像ではなく、シングルエコーのみに関連する。
より詳細には、仮想エコー信号は、各対のエコー信号のうちのエコー信号のフェーザ加重平均として計算される。３つのシングルエコーＭＲ画像Ｓ１－Ｓ３におけるボクセル値は、
Figure 2022169618000002
 によってモデル化することができる。ここで、Ｗ及びＦは、水信号及び脂肪信号の大きさであり、ｃは、（正の）エコーシフトにおける純粋水信号に対する純粋脂肪信号の振幅及び位相変動を記述する複素重み付け係数であり、Ｐ０は、スピンエコーにおける（初期）位相のフェーザ表現であり、Ｐは、主磁場不均一性の作用のフェーザ表現であり、Ｐ１－Ｐ３は、渦電流の作用のフェーザ表現である。簡潔さのために、緩和作用は無視される。
Ｐ１－Ｐ３が別の較正測定から既知である場合、Ｐ１－Ｐ３を除外することができる。
Figure 2022169618000003
 ここで、Ｗ’＝ＷＰ０、Ｆ’＝ＦＰ０と設定すると、
Figure 2022169618000004
 となり、これは、既存の複素数に基づいた３ポイントディクソン法を用いて解決することができる。
Ｐ１－Ｐ３が未知である場合、既存の大きさに基づいた３ポイントディクソン法を代わりに適用することができる。
或いは、最初にＳ１及びＳ３を仮想Ｓ１３にまとめ、次にＳ２及びＳ１３に２ポイントディクソン法を適用することが提案される。これは、Ｓ１及びＳ３が、それらの振幅が理想的に同じであるため、部分的に冗長的な情報を提供するという見識によって動機付けられている。簡潔さのために、Ｓ１及びＳ３測定のための読み出し傾斜磁場強度は、Ｓ２測定のための読み出し傾斜磁場強度の２倍であり、Ｓ１及びＳ２測定のための読み出し傾斜磁場極性は同じであると一時的に仮定する。ここでも簡潔さのために、
Figure 2022169618000005
 であると仮定され、これは、
Figure 2022169618000006
 及び
Figure 2022169618000007
 となる。
Ｓ１及びＳ３ ＊から、Ｐ０ ２を導出することができる。Ｐ０ ２は、空間的に滑らかであることが予想されるので、雑音を低減するためにフィルタリングされてよい。Ｓ１３は、この場合、例えば
Figure 2022169618000008
 によって得られる。任意選択的に、Ｐ２をＳ２から導出することができ、Ｓ１３をＰ２ ＊で乗算することができる。
Ｐ１－Ｐ３間の仮定される関係なしで、Ｐ０ ２ではなく、Ｐ０ ２Ｐ１Ｐ３をＳ１及びＳ３ ＊から導出することができ、Ｓ１３は、この場合、例えば
Figure 2022169618000009
 によって得られる。
或いは、１ポイントディクソン法をＳ１３に適用することが提案される。
本発明の方法に従って、フロー補正が、傾斜磁場モーメントヌリング（nulling）によって適用されてよい。第１の撮像シーケンスでは、従来のＴＳＥシーケンスと同じように、読み出し傾斜磁場のゼロ次モーメントは、通常、シングルエコー信号のエコー時間と後続のリフォーカシングＲＦパルスの時間の両方においてゼロである一方で、一次モーメントは、後者の場合にのみ、ゼロである。位相エンコード傾斜磁場では、ゼロ次モーメントだけが対応する後続のリフォーカシングパルスにおいてゼロである。スライス選択傾斜磁場では、ＦＩＤアーチファクト低減のためにスポイリングするために通常印加される傾斜磁場は、任意のフロー補正を阻止する。
第２の撮像シーケンスでは、読み出し傾斜磁場のみが、第１の撮像シーケンスと異なる。そのゼロ次モーメントは、通常、対のエコー信号のエコー時間と、後続のリフォーカシングＲＦパルスの時間との両方においてゼロである。その一次モーメントは、対のエコー信号のうちの第１のエコー信号のエコー時間において非ゼロであり、対のエコー信号のうちの第２のエコー信号のエコー時間においてゼロである。このようにして、対のエコー信号から再構成される２つのシングルエコーＭＲ画像間の差を、フロー補正の向上に使用することができる。例えば第１のシングルエコーＭＲ画像におけるよりも高い第２のシングルエコーＭＲ画像における所与のボクセル位置における信号振幅は、フローに関連するボクセル内ディフェージングによるものであり、第２のシングルエコーＭＲ画像内の信号振幅だけを考慮することによって、補正することができる。
ＦＩＤアーチファクトの相殺は、本発明に従って、バイポーラデュアルエコー読み出し（第２の撮像シーケンス）について、走査時間を増やすことなく、リフォーカシングＲＦパルスの相反位相での２つの収集を平均化することによって達成することができる。このために、位相エンコード傾斜磁場（「ブリップ傾斜磁場」）は、第２の撮像シーケンスによって生成される各対のエコー信号のうちの２つのエコー信号間で切り替えられる。各対のエコー信号は２回収集され、毎回同じ位相エンコード法を用いるが、ＲＦリフォーカシングパルスの逆位相を用いる。このようにすると、２つのリフォーカシングＲＦパルス間の各時間間隔において、２つの異なるｋ空間ラインが収集される。これらの２つのｋ空間ラインは、リフォーカシングパルスの逆位相を用いて２つの収集において２回測定され、ＦＩＤアーチファクトの相殺のために別々に平均化される。
本発明の上記方法は、検査ボリューム内に基本的に均一な静磁場Ｂ０を発生させる少なくとも１つの主磁石コイルと、検査ボリューム内の様々な空間方向において切り替え傾斜磁場を発生させる幾つかの傾斜磁場コイルと、検査ボリューム内にＲＦパルスを発生させるか及び／又は検査ボリューム内に置かれた患者の体からのＭＲ信号を受信する少なくとも１つの全身ＲＦコイルと、ＲＦパルス及び切り替え傾斜磁場の時間的連続を制御する制御ユニットと、受信した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、今日、臨床に使用されているほとんどのＭＲデバイス上で有利に実行することができる。このためには、ＭＲデバイスが本発明の上記方法ステップを行うように、当該ＭＲデバイスを制御するコンピュータプログラムを利用するだけでよい。当該コンピュータプログラムは、データ担体上にあっても、又は、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ネットワーク内にあってもよい。
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、当然ながら、図面は、例示のためだけに作成されたものであり、本発明の限定の定義として作成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、従来のＴＳＥディクソン撮像シーケンスの（簡易）パルスシーケンス概略図を示す。 図３は、本発明による第１及び第２の撮像シーケンスの（簡易）パルスシーケンス概略図を示す。 図４は、図３に示される第２の撮像シーケンスにおいて適用されるバイポーラ読み出し傾斜磁場の詳細を概略的に示す。
図１を参照するに、ＭＲデバイス１がブロック図として示される。デバイスは、実質的に均一で、時間的に一定の主磁場Ｂ０が検査ボリューム内を通るＺ軸に沿って作成されるように、超電導又は抵抗主磁石コイル２を含む。デバイスは更に、（一次、二次及び必要に応じて三次）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Ｂ０偏差を最小限に抑えるために制御可能である。
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傾斜磁場を印加して、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、磁気共鳴を空間的及び他の方法で符号化し、スピンを飽和させる等して、ＭＲ撮像を行う。
より具体的には、傾斜磁場パルス増幅器３が、電流パルスを、検査ボリュームのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿った全身傾斜磁場コイル４、５及び６のうちの選択された傾斜磁場コイルに印加する。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内に送り込む。典型的な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から構成され、任意の印加された傾斜磁場と共に、核磁気共鳴の選択された操作を達成する。ＲＦパルスを使用して、共鳴を飽和させ、共鳴を励起させ、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て、検査ボリューム内に配置される身体１０の一部を選択する。ＭＲ信号も、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画像の生成のために、局所アレイＲＦコイル１１、１２、１３のセットが、撮像用に選択される領域に隣接して置かれる。アレイコイル１１、１２、１３を使用して、身体－コイルＲＦ送信によって誘導されるＭＲ信号を受信することができる。結果として得られる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、傾斜磁場パルス増幅器３及び送信器７も制御して、本発明の撮像シーケンスを生成する。選択されたシーケンスについて、受信器１４は、各ＲＦ励起パルスに続いて、単一の又は複数のＭＲデータライン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データラインを、更なる処理に適したデジタル形式に変換する。最新のＭＲデバイスでは、データ収集システム１６は、生画像データの収集に特化した単独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、再構成プロセッサ１７によって、画像表現に再構成される。再構成プロセッサ１７は、フーリエ変換か、又は、ＳＥＮＳＥといった他の適当な再構成アルゴリズムを適用する。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。その後、ＭＲ画像は画像メモリに保存される。画像メモリは、画像表現のスライス、投影又は他の部分を、例えば結果として得られた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形式に変換するためにアクセスされる。
本発明によれば、ＳＮＲを最大化するために、低受信バンド幅におけるユニポーラシングルエコー読み出しを、高バンド幅におけるバイポーラデュアルエコー読み出しと組み合わせることによって、効率的なＴＳＥディクソン撮像が達成される。
これは、図３に示される。
図３は、本発明による第１の撮像シーケンスを構成するＴＳＥシーケンスのパルスシーケンス図３１を示す。パルスシーケンス図３１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）における切り替え傾斜磁場を示す。更に、当該パルスシーケンス図は、ＲＦ励起及びリフォーカシングパルスだけでなく、エコー信号が収集される時間間隔（ＡＣＱと示される）も示す。シングルエコー信号が、第１の（低）受信バンド幅において、各時間間隔ＡＣＱの間に収集され、高いＳＮＲが得られる。このために、（Ｍ方向における）比較的弱いユニポーラ読み出し傾斜磁場が選択される。リフォーカシングパルス間の間隔の大部分において、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高いサンプリング効率に到達する。
図３は、本発明による第２の撮像シーケンスの更なるパルスシーケンス図３２を示す。第２の撮像シーケンスも、２つの連続するリフォーカシングＲＦパルス間の各時間間隔において１対のエコー信号を得るためにエコーシフトを有するＴＳＥシーケンスである。対のエコー信号は、バイポーラ読み出し傾斜磁場を使用して収集される。各対のエコー信号は、相反極性を有する読み出し傾斜磁場の対応する対を使用して収集される。対応する信号収集期間は、ＡＣＱ１及びＡＣＱ２と示される。各対のエコー信号のうちの第１のエコー信号は、間隔ＡＣＱ１の間に収集され、各対のエコー信号のうちの第２のエコー信号は、間隔ＡＣＱ２の間に収集される。図示される例では、リフォーカシングＲＦパルス間の間隔は、第１及び第２の撮像シーケンスにおいて、基本的に同一であるが、読み出し傾斜磁場強度だけでなく、受信信号バンド幅は、第２の撮像シーケンスでは、エコーシフトを可能とするために、第１の撮像シーケンスに対して２倍にされる。
パルスシーケンス図の３１及び３２による２つの別個のＴＳＥシーケンスは、本発明では、インターリーブ形式で適用される。第１及び第２の撮像シーケンスは、それぞれ、シングルエコー信号及び対のエコー信号を収集するように使用される。第２の撮像シーケンス（パルスシーケンス図３２）におけるバイポーラ読み出し傾斜磁場のタイミングは、水プロトン及び脂肪プロトンからの信号寄与の様々な位相オフセットが提供されるように、エコー信号の収集ウィンドウＡＣＱ１、ＡＣＱ２をシフトするように選択される。ＭＲ画像再構成の最終ステップにおけるこれらの信号寄与のディクソン式分離は、当該位相オフセットに基づいている。
例えば本発明による第１及び第２の撮像シーケンスによって生成されるエコー信号から、３つのシングルエコーＭＲ画像を再構成することができる。その後、脂肪プロトン及び水プロトンからの寄与を分離するために、３ポイントディクソン法を当該３つのシングルエコーＭＲ画像に直接適用することができる。水／脂肪分離は、次の通りにモデル化することができる。
Figure 2022169618000010
 ここで、Ｓ１’－Ｓ３’は、（巨視的磁場不均一性の作用を補正した後の）当該３つのシングルエコーＭＲ画像におけるボクセル値であり、Ｗ及びＦは、複素水及び脂肪寄与であり、ｃは、（正の）エコーシフトにおけるＷに対するＦの複素位相オフセットｅｉα（簡潔とするために、脂肪プロトンのシングルピークスペクトルモデルを仮定する）である。これに基づき、水及び脂肪信号寄与は、各ボクセルについて、最小二乗フィッティングアプローチによって推定することができる（Ｒｅｅｄｅｒ他による「Magnetic Resonance in Medicine」、５１、３５－４５、２００４を参照されたい）。しかし、好適な実施形態では、対応して重み付けされた線形最小二乗推定を代わりに使用して、シングルエコー画像におけるＳＮＲの差が考慮に入れられ、これは、より優れたＳＮＲを提供する。
フロー補正に関して、対応する後続のリフォーカシングパルスにおける読み出し傾斜磁場の一次モーメントが、エコー信号のうちの１つのエコー信号の時間における読み出し傾斜磁場の一次モーメントよりも重大であると考えられる場合、前者は、読み出し傾斜磁場の最初のディフェージング及び最終のリフェージングのローブを（それらの領域は保ちながら）短く及び強くすることによって、低減することができる。これは、図４の真ん中の図に示される。左側の図は、図３のパルスシーケンス図３２からの読み出し傾斜磁場ローブを示す。一次モーメントは、図４の右側の図に示されるように、読み出し傾斜磁場の２つの真ん中のローブを強めること（場合により部分エコーの収集が伴う）によってゼロに設定することもできるが、読み出し傾斜磁場の一次モーメントは、第２のエコー信号の時にはゼロではなくなる。
バイポーラデュアルエコー読み出しにおけるＦＩＤアーチファクトの相殺に関して、２つの連続リフォーカシングＲＦパルス間の各間隔において、２つの異なるｋ空間ラインが収集されるように、２つの収集間隔ＡＣＱ１、ＡＣＱ２の間に、位相エンコード傾斜磁場（「ブリップ」）が導入されてよい。つまり、ブリップ傾斜磁場の印加は、ｋ空間ラインの半分が、エコー信号の負のシフトで収集され、ｋ空間ラインのもう半分が、エコー信号の正のシフトで収集されることにつながる。ｋ空間ラインのこれらの２つのサブセットは、それらの複素共役対称を利用することによって単純にマッチすることができる。ＭＲ画像内の可能な位相は、第１の撮像シーケンスを用いて生成されたエコー信号から既知であり、この処理において適切に考慮される。
更に、バイポーラデュアルエコー読み出しによってＦＩＤアーチファクトに関して得られる情報も、走査時間を増やすことなく、ユニポーラシングルエコー読み出しにおけるＦＩＤアーチファクトを抑制するために使用することができる。例えば第１の水／脂肪分離が、当該抑制なしで行われてよい。当該分離が、特定のボクセルが水又は脂肪を本質的に含むことを示す場合、バイポーラデュアルエコー読み出しから分かっている当該ボクセルにおけるＦＩＤ寄与が、第１の水／脂肪分離によって提供される主磁場不均一性に関する情報を使用して、エコー信号のスピンエコーへのシフトからの相展開を反映するように変調され、その後、ユニポーラシングルエコー読み出しから得られた当該ボクセルにおける対応する信号から減算される。これは、ＳＮＲの潜在的な損失を範囲内に収めるために、ＦＩＤ寄与が特定の閾値を上回るボクセルに限定されてよい。次に、第２の水／水分分離が行われてよい。水及び脂肪の混合を含むボクセルについても、ユニポーラシングルエコー読み出しから得られる信号へのＦＩＤ寄与を正確に予測するために、ＦＩＤ寄与についてのみ水／脂肪分離を行うことも考えられる。

Claims (14)

  1. ＭＲデバイスの検査ボリューム内に置かれた物体をＭＲ撮像する方法であって、前記方法は、
    一連のリフォーカシングＲＦパルスを含む撮像シーケンスに、前記物体をさらすステップであって、２つの連続リフォーカシングＲＦパルス間の各時間間隔において１対のエコー信号が生成される、前記ステップと、
    バイポーラ読み出し傾斜磁場を使用して、前記物体から前記１対のエコー信号を収集するステップと、
    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ように、収集したエコー信号から、ＭＲ画像を再構成するステップと、
    を含み、
    各対のエコー信号は、仮想エコー信号にまとめられ、水プロトン及び脂肪プロトンからの信号寄与は、前記仮想エコー信号を使用する１ポイントディクソン法によって分離される、方法。
  2. 各仮想エコー信号は、各対のエコー信号のうちのエコー信号を位相補正及び平均化することによって計算される、請求項１に記載の方法。
  3. 位相エンコード傾斜磁場が、前記撮像シーケンスによって生成される各対のエコー信号のうちの２つのエコー信号間で切り替えられる、請求項１に記載の方法。
  4. 各対のエコー信号は２回収集され、毎回、同じ位相エンコード法を用いるが、前記ＲＦリフォーカシングパルスの逆位相を用いる、請求項３に記載の方法。
  5. ＭＲデバイスの検査ボリューム内に置かれた物体をＭＲ撮像する方法であって、前記方法は、
    一連のリフォーカシングＲＦパルスを含む第１の撮像シーケンスに、前記物体をさらすステップであって、２つの連続リフォーカシングＲＦパルス間の各時間間隔においてシングルエコー信号が生成される、前記ステップと、
    ユニポーラ読み出し傾斜磁場を使用して、第１の受信バンド幅において、前記物体からエコー信号を収集するステップと、
    一連のリフォーカシングＲＦパルスを含む第２の撮像シーケンスに、前記物体をさらすステップであって、２つの連続リフォーカシングＲＦパルス間の各時間間隔において１対のエコー信号が生成される、前記ステップと、
    バイポーラ読み出し傾斜磁場を使用して、第２の受信バンド幅において、前記物体から１対のエコー信号を収集するステップと、
    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ように、収集したエコー信号から、ＭＲ画像を再構成するステップと、
    を含み、
    前記第２の受信バンド幅は、前記第１の受信バンド幅よりも高い、方法。
  6. 前記バイポーラ読み出し傾斜磁場は、前記ユニポーラ読み出し傾斜磁場よりも強い、請求項１に記載の方法。
  7. 各対のエコー信号は、仮想エコー信号にまとめられ、水プロトン及び脂肪プロトンからの信号寄与は、前記仮想エコー信号及び前記第１の撮像シーケンスによって生成されるエコー信号を使用する２ポイントディクソン法によって分離される、請求項５又は６に記載の方法。
  8. 各仮想エコー信号は、各対のエコー信号のうちのエコー信号を位相補正及び平均化することによって計算される、請求項７に記載の方法。
  9. 水プロトン及び脂肪プロトンからの信号寄与は、前記第１の撮像シーケンス及び前記第２の撮像シーケンスによって生成されるエコー信号を使用する３ポイントディクソン法によって分離される、請求項５又は６に記載の方法。
  10. 位相エンコード傾斜磁場が、前記第２の撮像シーケンスによって生成される各対のエコー信号のうちの２つのエコー信号間で切り替えられる、請求項５又は６に記載の方法。
  11. 各対のエコー信号は２回収集され、毎回、同じ位相エンコード法を用いるが、前記ＲＦリフォーカシングパルスの逆位相を用いる、請求項１０に記載の方法。
  12. 同じ位相エンコード法であるが、前記ＲＦリフォーカシングパルスの逆位相を用いて収集される対のエコー信号を比較することによって、ＦＩＤアーチファクト情報が導出され、前記ＦＩＤアーチファクト情報は、前記第１の撮像シーケンスによって生成される収集されたエコー信号におけるＦＩＤアーチファクトを補正するために適用される、請求項７に記載の方法。
  13. 検査ボリューム内に均一静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の様々な空間方向において切り替え傾斜磁場を発生させる幾つかの傾斜磁場コイルと、
    前記検査ボリューム内にＲＦパルスを発生させるか及び／又は前記検査ボリューム内に置かれた物体からのＭＲ信号を受信する少なくとも１つのＲＦコイルと、
    ＲＦパルス及び切り替え傾斜磁場の時間的連続を制御する制御ユニットと、受信した前記ＭＲ信号からＭＲ画像を再構成する再構成ユニットと、
    を含み、
    請求項１乃至１２の何れか一項に記載の方法のステップを行う、ＭＲデバイス。
  14. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の方法を実行するための命令を含む、ＭＲデバイス上で実行される、コンピュータプログラム。
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