JP2022534255A - スパイラル獲得を使用したマルチエコーmr像形成 - Google Patents

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Abstract

本発明は、MRデバイス1の検査ボリューム内に位置する物体10のMR像形成の方法に関する。規定のT2コントラストを伴う高速スパイラルMR像形成を可能にすることが本発明の目的である。本発明の方法は、 - 像形成シーケンスの1つ又は複数のショットを物体10に施すことにより複数のスピンエコーを生成するステップであって、各ショットがRF励起パルス21を含み、RF励起パルス21の後に複数のRF再合焦パルス22が続き、変調された読み取り磁場勾配23、24が、連続したRF再合焦パルス22間の各インターバルにおいて付与される、生成するステップと、 - MR信号データを獲得するステップであって、各スピンエコーが、半径方向距離を変えながらk空間原点の周りを巻くk空間内におけるスパイラル軌道31~33、41~43に沿って記録され、少なくとも1つのスピンエコーの軌道31、41が、他のスピンエコーの軌道32、33、42、43に比べて少なくとも中央のk空間領域において異なる半径方向距離の変化率をもつ、獲得するステップと、 - 獲得されたMR信号データからMR像を再現するステップとを有する。更に、本発明は、MRデバイス1、及びMRデバイス1のためのコンピュータプログラムに関する。

Description

本発明は、磁気共鳴(MR:magnetic resonance)像形成の分野に関する。本発明は、物体のMR像形成の方法に関係する。本発明は、更に、MRデバイス及びMRデバイス上で動作するコンピュータプログラムに関する。
二次元又は三次元像を形成するために磁場と核スピンとの間における相互作用を使用する像形成MR方法は、軟組織の像形成の場合において、多くの点で他の像形成方法より優れており、電離放射を必要とせず、通常、非侵襲性であるので、特に医療診断の分野において現在、広く使用されている。
概して、MR方法によると、物体、例えば、検査される患者の体は、強く一様な磁場内に配置され、同時に磁場の方向が、測定の基準となる座標系の軸(通常はz軸)を規定する。磁場は、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)の交番電磁場(RF場)の印加により、励起(スピン共鳴)され得る磁場強度に応じて、個々の核スピンに対して異なるエネルギーレベルを生成する。巨視的な視点によると、個々の核スピンの分布は、適切な周波数の電磁パルス(RFパルス)の印加により平衡状態から外れることにより磁化がz軸周りの歳差運動をもたらし得る全体の磁化を生成する。歳差運動は、コーンの表面を規定し、コーンの開口の角度は、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期間に依存する。いわゆる90°パルスの場合、スピンはz軸から、横断面(フリップ角90°)に外れる。
RFパルスの終了後、磁化が緩和して元の平衡状態に戻り、その際、z方向の磁化が第1の時定数T(スピン格子又は縦緩和時間)で再度構築され、z方向に直交する方向の磁化が第2の時定数T(スピン-スピン又は横緩和時間)で緩和する。磁化の変化は、z軸に直交する方向において磁化の変化が測定されるような手法で、MRデバイスの検査ボリューム内に配置及び配向された受信RFコイルにより検出され得る。例えば、90°パルスの印加後、横磁化の減衰の後に、同位相の秩序状態から、すべての位相角が一様に分布(ディフェーズ)した状態への(局所磁場の不均一さにより誘導される)核スピンの遷移が追随する。ディフェーズは、例えば、再合焦パルス(例えば、180°パルス)により補償され得る。これが、受信コイル内にエコー信号(スピンエコー)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びる一定の磁場勾配が、一様な磁場に重ね合わされて、スピン共鳴周波数の線形空間依存性をもたらす。受信コイル内において拾われた信号は、したがって、体内の異なる位置に関係付けられ得る異なる周波数の成分を含む。受信コイルを介して取得された信号データは、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により獲得された複数のラインを含む。各ラインは多くのサンプルを収集することによりデジタル化される。k空間データの集合は、像再現アルゴリズムによりMR像に変換される。
スパイラル像形成は効果的なk空間カバレッジ、及びフローアーティファクトに影響されにくいことによる利益を受ける高速MR像形成技術である。しかし、スパイラル像形成は主磁場Bの振幅の非一様性による影響を受けやすく、このことが不鮮明さをもたらし、特に高主磁場強度において像品質を下げる。スパイラル像形成では、MR信号はk空間原点からの半径方向距離を増加(「スパイラルアウト」)させながら、又は減少(「スパイラルイン」)させながらk空間の原点の周りを巻くk空間内におけるスパイラル軌道に沿って獲得される。
その効果的なk空間カバレッジに起因して、スパイラル像形成は、(像形成シーケンスのより少ない数の励起、すなわち「ショット」しかを必要とされないので)全走査時間を更に短くするために高速スピンエコー(FSE)像形成と有益に組み合わされ得る。FSEは、1つのRF励起パルスの後に続くトレインとして生成された一連のスピンエコーを使用する。FSE像形成では、各エコーは(180°)再収束RFパルスにより形成される。エコー信号振幅は、(エコー数の増加に伴って)トレイン内のエコー間の横緩和(T)に起因して小さくなる。スパイラル像形成と組み合わされて、各スピンエコーがk空間内におけるスパイラル軌道に沿って記録される。エコートレイン全体のスピンエコーの軌道が、所望の視野及び分解能に対するMR像の再現を可能にするようにk空間の適切なサンプリングを達成するために、k空間内におけるインターリーブ型スパイラルの集合を形成する。インターリーブ型k空間スパイラルの獲得は、共鳴外の不鮮明さが大幅に抑制されるように各インターリーブの獲得時間が小さく維持され得るという更なる利点をもつ。
スピンエコーがRF励起後の異なる獲得時点において記録されるので、すべての記録されたエコーを含むMR信号データは異なるT重みの混合体である。スピンエコーのトレインの各スパイラルk空間軌道は、再現されたMR像のコントラストに対して支配的なk空間原点付近の範囲を含むk空間全体をカバーする。結果として、再現されたMR像は規定のT重みをもたない。これは、(インターリーブ型)スパイラル獲得を使用した説明されているFSE技術の大きい欠点である。
上述の事項から、改善されたMR像形成技術が必要とされることが容易に理解される。上述の制約を解決すること、及び、特に規定のTコントラストを伴う像コントラストの正確な、及びロバストな制御を伴う高速スパイラルMR像形成を可能にすることが本発明の目的である。
本発明により、MRデバイスの検査ボリューム内に位置する物体のMR像形成の方法が開示される。本方法は、以下のステップ、すなわち、
- 像形成シーケンスの1つ又は複数のショットを物体に施すことにより複数のスピンエコーを生成することであって、各ショットがRF励起パルスを含み、RF励起パルスの後に複数のRF再収束パルスが続き、変調された読み取り磁場勾配が、連続したRF再収束パルス間の各インターバルにおいて付与される、生成することと、
- MR信号データを獲得することであって、各スピンエコーが、半径方向距離を連続的に変えながらk空間原点の周りを巻くk空間内におけるスパイラル軌道に沿って記録され、少なくとも1つのスピンエコーの軌道が、他のスピンエコーの軌道に比べて少なくとも中央のk空間領域において異なる半径方向距離の変化率をもつ、獲得することと、
- 獲得されたMR信号データからMR像を再現することと、
を有する。
従来技術の場合と同様に、個々のエコーに関連した軌道は、好ましくは、関心k空間領域の必要とされるサンプリングを実現するために、k空間内における(例えばアルキメデスの)インターリーブ型スパイラルの集合を形成するように選択される。
スパイラル軌道は、それぞれk空間原点からの半径方向距離を連続的に増加させながら、又は減少させながらk空間原点において開始し、又は終了し得る。言い換えると、本発明の方法は、スパイラルイン獲得とスパイラルアウト獲得との両方とともに使用され得る。
本発明によると、少なくとも1つの(好ましくはちょうど1つの)スピンエコーは、他のスピンエコーの軌道に比べて、異なる、特により小さい、半径方向距離の増加率又は減少率(すなわち、軌道がk空間原点から離れるように進む、又は、k空間内において半径方向のより遠隔にある開始位置からk空間原点に近づく速度)を伴うように選択される。この手法により、再現されたMR像のコントラストに対して支配的な中央のk空間領域が、選択されたスピンエコーの特定の獲得時間において、より密にサンプリングされることが達成され得る。例えば、すべてのスパイラルアームに対する獲得時間はおおむね等しい。別の例では、1つを除くすべての、又は幾つかのスパイラルアームが、k空間の中心領域において(はるかに)大きい半径方向速度をもつ。これは、1つを除くすべての、又は幾つかのスパイラルアームが、k空間の中心領域の外側においてサンプリングを開始することを効果的にもたらす。本発明は、k空間の中心領域をカバーする1つのスパイラルアームが意図された像コントラストを正確に、及びロバストに制御することを実現する。選択されたスピンエコーによる中央のk空間領域のサンプリングは、明確に定義されたT重みを使用してMR像を取得するために本発明により利用される。これを達成するために、例えば、k空間軌道が異なる(特により小さい)半径方向距離の増加率/減少率を伴う選択されたスピンエコーは、MR像を再現するステップにおいて、他のスピンエコーとは異なる形態により(特により強く)重み付けされ得る。その中で、獲得されたMR信号データの重みは、エコー数に、及びk空間位置に依存する。所望のT重みを調整するために、エコートレインにおけるエコー数が、ずれた半径方向距離の変化率をもつように、少なくとも1つのスピンエコーに対して適切に選択され得る。
本発明の方法は、T重み付けMR像を取得するために更に有益に使用され得る。この目的のために、像形成シーケンスは、例えば対応する磁化準備シーケンスといった、T重みを生成するための適切な手段を備える。本発明の一実施形態では、少なくとも1つのスピンエコーの軌道が中央のk空間領域のみをカバーするとともに、他のスピンエコーの軌道が更に、中央のk空間領域に比べてk空間原点からより大きい半径方向距離まで延びた周辺のk空間領域をカバーする。この手法による選択されたスピンエコーは、所望のコントラストを取得するために中央のk空間領域に合焦する。周辺のk空間領域からのデータは、他のスピンエコーのそれぞれの獲得時間に従った異なるT重みを使用して獲得された他のスピンエコーにより提供される。中央のk空間領域からの像コントラストに対して支配的なデータが規定のT重みをもつ選択されたスピンエコーにより利用可能にされるので、これは、再現されたMR像のコントラストに少しの影響しか与えない。
本発明の別の実施形態では、少なくとも1つのスピンエコーを除くすべての軌道が、周辺のk空間領域に比べて中央のk空間領域においてより大きい半径方向距離の増加率を伴う。この実施形態は少なくとも1つのスピンエコーを除くすべてに、k空間中心において特定の低いサンプリング密度を与える。中央のk空間領域からの信号データは、他のスピンエコーに比べてk空間の中央領域においてより小さい半径方向距離の増加率を伴う少なくとも1つのスピンエコーにより単独で提供される。同様に、この手法により、明確に定義されたT重みを使用したMR像が取得され得る。この実施形態は、k空間サンプリング密度がk空間全体にわたって多かれ少なかれ一定に維持され得るという利点をもつ。
これまで説明された本発明の方法は、今のところ、検査ボリューム内に一様な静磁場を生成するための少なくとも1つの主電磁コイルと、検査ボリューム内において異なる空間的方向にスイッチングされる磁場勾配を生成するための複数の勾配コイルと、検査ボリューム内にRFパルスを生成するための、及び/又は、検査ボリューム内に位置する物体からMR信号を受信するための少なくとも1つのRFコイルと、RFパルスの時間的な連続性とスイッチングされる磁場勾配とを制御するための制御ユニットと、受信されたMR信号からMR像を再現するための再現ユニットとを含むMRデバイスにより実行され得る。本発明の方法は、例えば、MRデバイスの再現ユニット及び/又は制御ユニットの対応するプログラムにより実施され得る。
本発明の方法は、現在の臨床用の多くのMRデバイスにおいて有益に実行され得る。この目的を達成するために、MRデバイスが本発明の上述の方法のステップを実施するようにMRデバイスが制御されるコンピュータプログラムを使用することが必要であるにすぎない。コンピュータプログラムは、MRデバイスの制御ユニットへのインストールのためにダウンロードするために、データ担体上に存在するか、又は、データネットワーク内に存在する。
添付の図面は、本発明の好ましい実施形態を開示する。しかし、図面は単に例示を目的として描かれることと、本発明の限定の定義を示すのではないこととが理解されなければならない。
本発明の方法を実施するためのMRデバイスを示す図である。 本発明の修正されたスパイラルFSE像形成シーケンスを概略的に示す図である。 第1の実施形態における本発明のスパイラル獲得スキームを概略的に示すk空間の図である。 第2の実施形態における本発明のスパイラル獲得スキームを概略的に示すk空間の図である。
図1を参照すると、MRデバイス1が概略的に示される。本デバイスは、実質的に一様で時間的に一定の主磁場が、検査ボリュームを通してz軸に沿って生成されるように、超伝導又は抵抗主電磁コイル2を備える。
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、磁気共鳴を誘導し、磁気共鳴を再合焦し、磁気共鳴を操作し、磁気共鳴を空間的に及び別のやり方で符号化し、スピンを飽和させるなどのために、一連のRFパルスとスイッチングされる磁場勾配とを印加して、MR像形成を実施する。
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軸、y軸、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、送信/受信スイッチ8を介して全身ボリュームRFコイル9にRFパルス又はパルスパケットを送信して、検査ボリューム内にRFパルスを送信する。典型的なMR像形成シーケンスは、互いに一緒に取得された短い持続期間のRFパルスセグメントのパケットから構成され、任意の印加された磁場勾配が核磁気共鳴の選択された操作を達成する。RFパルスは、飽和させるために、共鳴を励起するために、磁化を反転させるために、共鳴を再合焦するために、又は共鳴を操作するために、及び検査ボリューム内に位置する体10の一部を選択するために使用される。MR信号は、全身ボリュームRFコイル9によっても拾われる。
体10の制限された領域のMR像の生成のために、ローカルアレイRFコイル11、12、13のセットが、像形成のために選択された領域に連続して位置する。アレイコイル11、12、13は、体コイルRF送信により誘導されたMR信号を受信するために使用され得る。
結果として得られるMR信号は、全身ボリュームRFコイル9により、及び/又は、アレイRFコイル11、12、13により拾われ、好ましくは、前置増幅器(図示せず)を含む受信器14により復調される。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、及び13に接続される。
ホストコンピュータ15は、複数のMR像形成シーケンスのうちの任意のMR像形成シーケンスを生成するように勾配パルス増幅器3と送信器7とを制御する。選択されたシーケンスに対して、受信器14は、各RF励起パルスに続いて迅速に連続して、1つ又は複数のMR信号を受信する。データ獲得システム16は、受信された信号のアナログ・デジタル変換を実施して、各MR信号を更なる処理に適したデジタル形式に変換する。現代のMRデバイスにおいて、データ獲得システム16は、生の像データの獲得に特化した独立したコンピュータである。
最終的に、デジタルの生の像データは、フーリエ変換又は他の適切な再現アルゴリズムを適用する再現プロセッサ17により像表現へと再現される。MR像は、患者を通した平面スライス、平行な平面スライスのアレイ、三次元ボリュームなどを表す。次に、像が像メモリに記憶され、スライス、射影、又は像表現の他の部分を、例えば、結果として得られるMR像の、人間により可読な表示を提供するビデオ表示器18を介した可視化のための適切な形式に変換するために、像メモリにおいて像がアクセスされる。
MRデバイス1は、ここまでに、及び以下で本明細書において説明されているように本発明の像形成方法を実施するように、例えば、ホストコンピュータ15及び再現プロセッサ17の適切なプログラミングにより、構成される。
続けて図1を参照しながら、及び図2~図4を更に参照しながら、本発明の像形成アプローチの実施形態が説明される。
図2は、本発明により使用される像形成シーケンスを概略的に示す。簡潔さを目的として、RFパルス(黒色のブロック)及びx方向における読み取り磁場勾配(振動する信号)のみが示されている。図2は、修正されたFSEシーケンスである像形成シーケンスのワンショットの一部を示す。ショットは90°RF励起パルス21から始まり、複数の180°RF再収束パルス22が続く。スパイラルk空間軌道に沿って連続した再収束パルス22間のインターバルにおいてスピンエコーの生成されたトレインを獲得するために、正弦関数状に変調された読み取り磁場勾配23、24が付与される。見てわかるように、勾配のある振動の振幅はゼロから各インターバルにおいて連続的に大きくなり、このことは、獲得がk空間原点から始まり、半径方向距離を増加させながらk空間原点の周りを巻くことを意味する。y方向における磁場勾配(図示されていない)は同じ形態により振動するが、90°の位相オフセットを伴う。磁場勾配24はより高い周波数において振動するとともに、獲得インターバルにわたって到達される最大勾配振幅は磁場勾配23に比べて小さい。
結果として得られるスパイラルk空間サンプリングが図3に示されている。読み取り磁場勾配24に関連したスピンエコーのk空間軌道31が、スパイラル軌道32、33に関連した他のスピンエコーの軌道に比べてより小さい半径方向距離の増加率をもつ。同時に、中央のk空間領域における軌道31の巻数は、k空間全体をカバーする他の軌道に比べて多く、すなわち、中央のk空間領域と周辺のk空間領域との両方が中央のk空間領域に比べてk空間原点からより大きい半径方向距離まで延びている。したがって、軌道31は中央のk空間領域のみだが軌道32、33の各々より高密度にサンプリングする。インターリーブ型k空間スパイラルの完全な集合が所望の視野に対応した要求される密度でk空間を完全にサンプリングする。図3は、6つのスピンエコー信号に対応した6つのインターリーブ型スパイラル軌道を示しているが、より明確になるように、軌道31、32、33のみが参照符号を付されている。軌道31による中央のk空間領域のサンプリングが、獲得された信号データから明確に定義されたT重みを使用してMR像を再現するために本発明により利用される。この目的のために、軌道31に関連した記録されたスピンエコーは、再現において他のスピンエコーより強い重みを与えられる。
図4に示されている実施形態では、1つを除くすべてのスピンエコーのインターリーブ型スパイラル軌道42、43の各々が、周辺のk空間領域に比べて中央のk空間領域においてより大きい半径方向距離の増加率をもつ。これは、軌道41のみにより高密度でサンプリングされた中央のk空間領域において非常に低いサンプリング密度を軌道42、43にもたらす。この手法により、像コントラストに対して支配的な中央のk空間領域における信号データが1つのスピンエコーに関連しているので、明確に定義されたT重みをもつMR像が再現され得る。この実施形態は、k空間サンプリング密度がk空間全体にわたって多かれ少なかれ一定に維持され得るとともに、中央のk空間領域が図3に示されている実施形態ではオーバーサンプリングされるという利点をもつ。

Claims (11)

  1. MRデバイスの検査ボリューム内に位置する物体のMR像形成の方法であって、前記方法は、
    像形成シーケンスの1つ又は複数のショットを前記物体に施すことにより、複数のスピンエコーを生成するステップであって、各前記ショットがRF励起パルスを含み、前記RF励起パルスの後に複数のRF再合焦パルスが続き、変調された読み取り磁場勾配が、連続した前記RF再合焦パルス間の各インターバルにおいて付与される、生成するステップと、
    MR信号データを獲得するステップであって、各前記スピンエコーが、半径方向距離を連続的に変えながらk空間原点の周りを巻くk空間内におけるスパイラル軌道に沿って記録され、少なくとも1つのスピンエコーのスパイラル軌道が、他のスピンエコーのスパイラル軌道に比べて少なくとも中央のk空間領域において異なる前記半径方向距離の変化率をもつ、獲得するステップと、
    獲得された前記MR信号データからMR像を再現するステップと、
    を有する、方法。
  2. 前記スパイラル軌道が、k空間内におけるインターリーブ型スパイラルの集合を形成する、
    請求項1に記載の方法。
  3. 前記中央のk空間領域における前記少なくとも1つのスピンエコーのスパイラル軌道の巻数が、前記他のスピンエコーのスパイラル軌道に比べて多い、
    請求項1又は請求項2に記載の方法。
  4. 前記少なくとも1つのスピンエコーのスパイラル軌道が、前記他のスピンエコーのスパイラル軌道に比べて前記中央のk空間領域において、より小さい前記半径方向距離の変化率をもつ、
    請求項3に記載の方法。
  5. 前記少なくとも1つのスピンエコーのスパイラル軌道が、前記中央のk空間領域のみをカバーし、前記他のスピンエコーのスパイラル軌道が、前記中央のk空間領域に比べて前記k空間原点からより大きい半径方向距離まで延びた周辺のk空間領域を更にカバーする、
    請求項3又は請求項4に記載の方法。
  6. 前記少なくとも1つのスピンエコーを除くすべてのスパイラル軌道が、周辺のk空間領域に比べて前記中央のk空間領域において、より大きい前記半径方向距離の増加率をもつ、
    請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 再現された前記MR像が、T重み付けされる、
    請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 再現された前記MR像が、T重み付けされる、
    請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記k空間における前記スパイラル軌道が異なる前記半径方向距離の変化率をもつ少なくとも1つの記録されたスピンエコーが、前記MR像を再現するステップにおいて前記他のスピンエコーとは異なる形態により重み付けされる、
    請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 検査ボリューム内に一様な静磁場を生成するための少なくとも1つの主電磁コイルと、前記検査ボリューム内において異なる空間的方向にスイッチングされる磁場勾配を生成するための複数の勾配コイルと、前記検査ボリューム内にRFパルスを生成するための、及び/又は、前記検査ボリューム内に位置する物体からMR信号を受信するための少なくとも1つのRFコイルと、前記RFパルスの時間的な連続性とスイッチングされる前記磁場勾配とを制御するための制御ユニットと、受信された前記MR信号からMR像を再現するための再現ユニットとを含むMRデバイスであって、前記MRデバイスは、
    像形成シーケンスの1つ又は複数のショットを前記物体に施すことにより複数のスピンエコーを生成することであって、各前記ショットがRF励起パルスを含み、前記RF励起パルスの後に複数のRF再合焦パルスが続き、変調された読み取り磁場勾配が、連続した前記RF再合焦パルス間の各インターバルにおいて付与される、生成することと、
    MR信号データを獲得することであって、各前記スピンエコーが、半径方向距離を変えながらk空間原点の周りを巻くk空間内におけるスパイラル軌道に沿って記録され、少なくとも1つのスピンエコーのスパイラル軌道が、他のスピンエコーのスパイラル軌道に比べて少なくとも中央のk空間領域において異なる前記半径方向距離の変化率をもつ、獲得することと、
    獲得された前記MR信号データからMR像を再現することと、
    を実施する、
    MRデバイス。
  11. MRデバイス上で実行されるコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムは、
    像形成シーケンスの1つ又は複数のショットを付与することであって、各前記ショットがRF励起パルスを含み、前記RF励起パルスの後に複数のRF再合焦パルスが続き、変調された読み取り磁場勾配が、連続した前記RF再合焦パルス間の各インターバルにおいて付与される、付与することと、
    MR信号データを獲得することであって、複数のスピンエコーの各々が、半径方向距離を変えながらk空間原点の周りを巻くk空間内におけるスパイラル軌道に沿って記録され、少なくとも1つのスピンエコーのスパイラル軌道が、他のスピンエコーのスパイラル軌道に比べて少なくとも中央のk空間領域において異なる前記半径方向距離の変化率をもつ、獲得することと、
    獲得された前記MR信号データからMR像を再現することと、
    をするための命令を含む、
    コンピュータプログラム。
JP2021570308A 2019-05-28 2020-05-25 スパイラル獲得を使用したマルチエコーmr像形成 Pending JP2022534255A (ja)

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