JP4435488B2 - Sequence preconditioning for ultrafast magnetic resonance imaging - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概ね、磁気共鳴画像化(magnetic resonance imaging, MRI)技術に関する。とくに、本発明は、超高速MRIにおけるパルスシーケンスの前調整方法(preconditioning method)に関し、後収集方法(post-acquisition method)に適したエコー信号を使用して、データの欠陥を補正して、画像品質を向上している。
【0002】
【従来の技術】
磁気共鳴法(MRI)は、原子核が核磁気共鳴(nuclear magnetic resonance, NMR)、すなわち磁気共鳴(magnetic resonance, MR)現象としても知られているものに対して感応し易い原子核の相当に多くの集団が含まれている対象物(例えば、人体)の内部構造を表わすディジタル化された視覚画像を得るための一般的に受け入れられていて、かつ商品化された技術である。MRIでは、原子核に強力な主磁場(B0)を加えることによって、画像化される患者の身体内の原子核に極性が与えられる。原子核は、特徴的なNMRの(ラーモア)周波数の無線周波数(radio frequency, RF)の信号によって励起される。身体を取り囲むように局在磁場を空間的に分散させて、原子核からの生成されたRFの応答を解析することによって、これらの局在磁場の空間的位置の関数として、これらの原子核応答のマップまたは画像を生成して表示する。原子核応答の画像から、患者の内部器官または他の組織の非侵襲の画像が得られる。
【0003】
図1に示したように、MRIシステムには、通常は、静磁場(B0)を加えるための磁石10、3つの直交座標に沿って空間的に分散している勾配磁場(GX、GY、およびGZ)を加えるための勾配コイル14、および画像化される身体の選択された原子核との間でRF信号を送受信するためのRFコイル15、16が含まれている。患者13が可動の患者台12の上に横たわると、画像化される患者の一部分は三次元に動かされ、磁石とコイルとの間で“画像化体積(imaging volume)”11が生成され、MRIシステムの視界(field of view, FOV)が画定される。
【0004】
MRIのデータを収集するために、MRIシステムは、プログラマブルコンピュータ/プロセッサ19の制御のもとで、MRIのパルスシーケンス制御装置17および18を介して磁気勾配およびRFの章動のパルスを生成する。さらに加えて、プロセッサ19は勾配パルス増幅器20と、RF電源および増幅器回路21、22とを制御する。MR信号(RF検出器)回路22は、シールド付きのMRIシステムのガントリ内に位置するMR信号のRFコイル16と適切にインターフェイスしている。受信したMR応答は、ディジタイザ23によってディジタル化されて、プロセッサ19へ送られ、プロセッサ19には、画像処理用のアレイプロセッサまたはそれに類似するものと、適切なコンピュータプログラム記憶媒体(図示されていない)とが含まれていて、コンピュータプログラム記憶媒体にはプログラムが記憶され、プログラムを選択的に利用して、MR信号データの収集および処理を制御して、制御端末24のCRT上に画像表示を生成する。MRIシステムの制御端末24には、適切なキーボードスイッチおよびそれに類似するものが含まれていて、オペレータは画像化シーケンス制御装置17および18を制御する。画像は、フィルム上に直接に記録されるか、またはプリンティングデバイス25によって他の適切な媒体上に記録される。
【0005】
上述のような診断用MRIは、選択した画像化モードおよび画像化パラメータによって影響される。MRIが満足のいくものでないか、または医者が別の視点から画像を見たいときは、所望のモードまたは選択した画像パラメータ値、あるいはこの両者を調節し、全画像化手続きを反復することによって、別のMRIを生成する。例えば、MRI内に示されている2以上の目的の対象物間のコントラストが最適でないときは、適切なコントラストを得るために、MRIの画像化パラメータを調節しなければならない。同様に、医者がMRIによって得られた軸方向の画像を判断したり、頭部のある特定の部分から良好な診断情報が得られなかったりしたときは、別の視点からの別のMRIを選択して生成しなければならない。
【0006】
オペレータは、MRIが生成される前に、所望の画像化パラメータを選択する。画像化パラメータを選択することにより、画像の位置、スライス方向、画像品質、視点および他の特徴を判断する。画像が生成される前に、多くの画像化パラメータを最適に選択するのは困難である。選択した画像化パラメータは、後で見ると、最適とは言えないので、最初に選択したパラメータから生成された画像は不適切なときもある。選択した画像化パラメータの一部または全てをリセットすべきかは、実際の画像を確認することによってのみ明らかになる。しかしながら、MRIを生成し、画像化パラメータをリセットし、別の画像を生成するプロセスは、とくに診断モードのMRI技術を使用すると長い走査期間が必要となるので、時間がかかり過ぎてしまう(例えば、数分間)。
【0007】
したがって、高速の画像化システムが必要であると長い間考えられてきた。エコープレーナイメージング(echo-planar imaging, EPI)およびエコーボリュームイメージング(echo-volume imaging, EVI)は、P.MansfieldおよびI.L.Pykettによる文献(“Biological and Medical Imaging by NMR”, J.Magn.Reson. 29, 355-373, 1978)には、記載されており、これらは超高速磁気共鳴画像化において一般的に採用されている方法である。以下では簡潔にするために、EPIとEVIの両者に対して一括してEPIを使用することにする。当業者には知られているように、EPI走査における勾配パルスシーケンスには、読み出し方向における極性が連続的に交番している勾配パルス列と、位相エンコード方向における短い付随のパルス列とが含まれている。EPI走査では、対応する列または系列の勾配エコーが生成され、連続するMRI信号を構成している。
【0008】
生のMRIデータは、k空間を使って適切に開示することができる。例えば、D.B.Twiegによる文献(“The k-space trajectory formulation of the NMR imaging process with applications in the analysis and synthesis of imaging methods”, Med. Phys. 10, 610-621, 1983)およびS.Ljunggrenによる文献(“A simple graphical representation of Fourier-based imaging methods”, J.Magn.Reson.54, 338-343, 1983)を参照すると、各空間寸法に沿ってk値を個々に変化させることによって、空間情報をエンコードすることについて記載されている。従来の画像化シーケンスでは、各位相エンコード段階ごとにk空間の1本のラインを記録する。各位相エンコード段階は、各反復時間(repetition time, TR)(秒)ごとに実行されるので、画像を生成するのに必要な時間は、TRと位相エンコード段階数との積によって判断される。EPIでは、単一のTR期間においてk空間の全てのラインを測定する。
【0009】
図2に示されているように、通常のエコープレーナイメージングシーケンスには、90°のスライス選択のRFパルス(RF)が含まれていて、90°のスライス選択のRFパルスはスライス選択の勾配パルス(Gs)と同時に適用される。その後で、k空間の角部にスピンを位置付けるために、最初の位相エンコード勾配パルス(GΦ)と最初の周波数エンコード勾配パルス(Gf)とが適用される。その後に、180°のRFパルス(RF)があり、次に位相エンコード勾配パルス、および周波数エンコード勾配パルスが繰返され、k空間を横切る。これらのパルスが繰返される間に、信号が記録される。
【0010】
図3には、これらの繰返されているパルスがより詳しく示されている。図3に示されているように、位相エンコード勾配パルス(GΦ)の後には、周波数エンコード勾配パルス(Gf)が続き、信号(S)は周波数エンコード勾配パルスのときに記録される。別の位相エンコード勾配パルスの後には、逆極性の周波数エンコード勾配パルスが続き、信号は逆極性の周波数エンコード勾配パルスのときに記録される。
【0011】
EPIのデータは、全寸法に沿って適切に中心に位置している原点をもつ等間隔のデカルトグリッドにしたがって、k空間内で収集されることが理想的である。とくに、k値は各寸法に沿って均等にインクリメントされ、k値が全てゼロであるときは、データは単一の原点で収集される。図4には、理想的なデカルトグリッドが模式的に示されており、これにしたがって理想的なEPIデータの設定を得ることができる。図4では、k空間のデータはk値でサンプリングされ、なおk空間のデータはk空間内に均等に分散しており、このために等間隔のデカルトグリッドと呼ばれる。
【0012】
MRIデータを収集するための従来のEPI方法では、k空間のデータは一定のサンプリングレートでディジタル化されている。このような環境において、上述の理想的なEPIデータを得るには、次の条件を満たさなければならない:
(1)各k空間ラインを読み出す間は、読み出し勾配(readout gradient, Gro)は一定に維持されなければならない;
(2)全データラインの原点が一致するように、全k空間ラインに対してエコーの中心が位置付けられなければならない;
(3)各ラインの収集中は、位相エンコード勾配(phase-encoding gradient, Gpe)をオフにしなければならず、2本の連続するラインを収集する間のGpe領域は一定のままでなければならない。
【0013】
ハードウエアの性能は近年相当に向上したが、より高速の画像データ収集に対する要求は残っている。上述の理想的な条件よりも相当に劣る条件のもとで、EPIデータが収集されることはよくあり、最も一般的に認識されるずれ(deviation)を次に記載する:
(1)ハードウエアの性能が理想的でないためか、またはときには安全性の理由のために、読み出し勾配(Gro)は、実際には、各k空間ラインの収集中に時間にしたがって変化している。その結果、k空間のデータの間隔は読み出し寸法に沿って不均一になる;
(2)k空間の原点は、多数の可能性のある理由のために、奇数のエコーと偶数のエコーとの間で異なる;
(3)ブリップを発する勾配パルス(blipped gradient pulse)の代わりに、一定の位相エンコード勾配が使用される。その結果、k空間のラインはスキューしている;
(4)EPIのエコー列内では、エコーの中心はドリフトしている。
【0014】
図5には、k空間におけるこのような理想的でないEPIデータの例が示されており、この例には、上述のようなずれが含まれていて、かつ全ての偶数のエコーが時間が反転されている。エコーの中心は、データ収集ウインドウの中心にはなく、奇数のエコーの中心と偶数のエコーの中心との間には相対的なシフト(shift)があり、EPIの読み出し中に、エコーの中心は収集ウインドウから徐々にドリフト(drift)している。
【0015】
理想的でないEPIデータを取扱うために、多くのデータ補正技術が開発されている。例えば、SekiharaおよびKohnoは、一定の位相エンコード勾配を使って収集されるデータを取扱うための再構成技術を開示した(文献(Kensuke Sekihara, Hideki Kohno, “New Reconstruction Technique for Echo-Planar Imaging to Allow Combined Use of Odd and Even Numbered Echoes”, Magn. Reson. Med. 5. 485-491, 1987)参照)。Bruder、他は、k空間データを非等間隔にサンプリングして、画像を再構成する方法を生成した(文献(H.Bruder, H.Fischer, H.E.Reinfelder, F.Schmitt, “Image Reconstruction for Echo Planar Imaging with Nonequidistant k-Space Sampling”, Maga. Reson. Med. 23, 311-323, 1992)参照)。奇数のエコーと偶数のエコーとの間の差によってN/2のアーティファクトを補正するために、エコー信号間の差を測定して補正する多くの技術が開発され、これらの技術には較正走査が追加されたものもあり、例えば米国特許第5818229号、第5621321号、第5722409号を参照すべきである。
【0016】
しかしながら、既に引用した方法のような後収集方法を効果的にするためには、元のk空間データは“合理的に適切に位置付け”られなければならない。例えば、奇数のエコーと偶数のエコーとの間の差を補正するために、2つのグループのエコーは十分に離れていなければならない。より重要なことは、後収集方法で補正を行うには、エコー信号が収集ウインドウ内に位置付けられていなければならないことである。図5に示したように、遅れたエコー(later echo)のような、収集ウインドウの外のエコーは、最早“補正”できない。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、EPIのシーケンスを前調整するための方法に関し、エコー信号を“合理的に適切に位置付けて”、後収集方法を効果的に使用して、データの欠陥を補正し、画像品質をさらに向上した方法に関する。とくに、本発明では、EPIのような超高速MRIシステムにおいて使用されるMRIのパルスシーケンスを前調整することによって、磁気共鳴画像の品質を向上している。
【0018】
最初に、位相エンコード勾配のない、変更されたMRIのパルスシーケンスから、幾つかのシーケンス診断パラメータを求める。次に、求められたシーケンス診断パラメータを使用して、パルス前調整パラメータを計算する。計算されたシーケンス前調整パラメータを使用して、MRIパルスシーケンスを変更し、EPIシステムにおける診断画像を求める。
【0019】
前調整されたシーケンスによって求められた診断パラメータには、理想的な位置Δからのエコーの中心のずれ、偶数のエコーの中心の奇数のエコーの中心からのδ分の相対的なシフト、およびエコー当りσの量分のエコーの中心の線形のドリフトが含まれている。これらの診断パラメータは、シーケンス前調整パラメータとの一定の関係をもっており、したがってシーケンス前調整パラメータは直接的なやり方で計算できる。
【0020】
シーケンス前調整パラメータが計算されると、これを使用して、MRIパルスシーケンスを変更し、変更されたMRIパルスシーケンスを使用して、診断画像を得る。とくに、勾配読み出しパルスシーケンスは、計算されたシーケンス調整パラメータにしたがって変更され、変更された勾配読み出しパルスシーケンスが含まれているMRIパルスシーケンスを使用することによって、診断画像が得られる。
【0021】
本発明によって求められる目的および特長は、とくに添付の図面に関連する現在好ましい実施形態についての次の詳細な説明を注意深く検討することによって分かるであろう。
【0022】
【発明の実施の形態】
不適切に調整されているEPIシーケンスは、次の3つの診断パラメータ、すなわち(1)理想的な位置からのエコーの中心のΔ分のずれ、(2)偶数のエコーの中心の奇数のエコーの中心からのδ分の相対的なシフト、および(3)エコー当りσの量のエコーの中心の線形のドリフトによって特徴付けることができる。エコーの中心は、全ての偶数のエコーを時間反転した後で測定される。したがってEPIデータの組のエコーの中心は、次の式によって表わすことができる;
Ci=C0+Δ+(i%2)*δ+i*σ(i=0,1,2,...,N−1)
iはEPIのエコーの指標を表わしており、したがって奇数のエコーは偶数のi値と関係し、偶数のエコーは奇数のi値と関係し、Ciは(i+1)番目のエコーのエコーの中心位置であり、C0は理想的なエコーの中心位置であり、(i%2)は、奇数のエコーに対しては0、偶数のエコーに対しては1とする。
【0023】
上述で定義した診断パラメータに対応する3つのシーケンス調整パラメータ、すなわち(1)gauss・ms・cm−1の単位をもつ勾配モーメントにおけるΔMの量分の第1のEPIエコーのミスチューニング、(2)勾配波形のdの量分の遅延、(3)読み出し勾配のg0分のオフセットを定義することもできる。
【0024】
シーケンス調整パラメータと診断パラメータとは、次の式にしたがって関係している:
【数9】
【0025】
したがって、シーケンス調整パラメータは、診断パラメータから判断でき、かつ画像化シーケンスを前調整するのに使用でき、したがってどのような後収集方法がデータ補正のために規定されている応用においても、EPIエコーは最適に位置付けられる。
【0026】
診断パラメータの測定に使用されるデータは、位相エンコード勾配がオフにされていることを除いて、同じEPI画像化シーケンスを使用して求めることができる。最初に、全ての偶数のエコーを時間反転する。次に単に最大振幅をサーチするピークサーチアルゴリズムによってか、または三次スプライン補間と組合せて、エコー信号の中心を判断する。
【0027】
【数10】
【0028】
EPI画像化シーケンスは、既に測定した診断パラメータから求められるシーケンス調整パラメータにしたがって微調整される。
【0029】
図6aおよび6bには、スピンエコーのEPIまたはフィールドエコーのEPIを収集するためのRFパルスと読み出し勾配パルスとのタイミング図が示されている。前調整プロセスは、シーケンスの他の部分へは影響を与えないので、シーケンスの他の部分は図示されていない。実線は前調整前の読み出し勾配パルスであり、点線は前調整後の読み出し勾配パルスである。画像化シーケンスの前調整に使用されるシーケンス調整パラメータも示されている。とくに、シーケンス調整パラメータΔM、g0、およびdは、既に記載したように診断パラメータから計算され、パルスシーケンスを前調整するのに使用される。
【0030】
図7aは、2つのスピンエコーのEPIのデータの組の中の前調整する前のエコーを示しており、図7bは前調整した後のエコーを示している。図7aは、前調整する前のデータの組を示しており、図7bは、上述の診断パラメータから判断されたg0を使用して前調整した後のデータの組を示している。とくに、図7aは、シーケンスの前調整前の、位相エンコードのないスピンエコーのEPIシーケンスからのエコー信号を示しており、図7bは、g0を使用して前調整した後の同じシーケンスのエコー信号を示している。エコー信号の位置付けは、前調整プロセスによって向上することが明らかに示されている。
【0031】
本発明の方法の最も重要な長所は、前調整プロセスに必要なパラメータが、同じEPIシーケンスを使用することによって判断されること、およびハードウエアまたは複雑なアルゴリズムを追加せずに直接に前調整プロセスを実行できることである。前調整プロセスのアルゴリズムは実行し易く、引き続く前調整プロセスの診断パラメータから、プロセスの効果を自己検査することができる。
【0032】
前調整パラメータを記録して、システムの特徴を反映することができ、記録を更新して、新しい前調整プロセスを行うたびに蓄積することができる。記録からのパラメータを使用して、新しい前調整プロセスを初期設定することもできる。
【0033】
前調整プロセスは、EPI走査の事前走査の一部、または品質制御プロセスの一部の何れかとして実行することができる。
【0034】
本発明は、最も実用的で好ましい実施形態であると現在考えられているものと関連付けて記載されているが、本発明は開示されている実施形態に制限されず、逆に、本発明の特許請求項の意図および範囲内に含まれる種々の変更および同等の構成をカバーすることが意図されていることが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】 MRIシステムの模式図。
【図2】 一般的なEPIパルスシーケンスを示す図。
【図3】 図2のEPIパルスシーケンスの一部を拡大して詳細に示した図。
【図4】 理想的なデカルトグリッドを模式的に示す図。
【図5】 ある特定のずれのある非理想的なEPIデータの例を示す図。
【図6a】 スピンエコーのEPIを収集するためのRFパルスと読み出し勾配パルスとのタイミングを示す図。
【図6b】 フィールドエコーのEPIを収集するためのRFと読み出し勾配パルスとのタイミングを示す図。
【図7a】 前調整する前のデータの組を示す図。
【図7b】 前調整した後の図7aと同じデータの組を示す図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention generally relates to magnetic resonance imaging (MRI) techniques. In particular, the present invention relates to a preconditioning method for a pulse sequence in ultrafast MRI, using an echo signal suitable for a post-acquisition method, correcting data defects, and The quality has been improved.
[0002]
[Prior art]
Magnetic Resonance Method (MRI) is a significant amount of nuclei whose nuclei are sensitive to what is also known as nuclear magnetic resonance (NMR), or magnetic resonance (MR) phenomenon. A generally accepted and commercialized technique for obtaining a digitized visual image representing the internal structure of an object (eg, a human body) that contains a population. In MRI, by applying a strong main magnetic field (B 0 ) to the nuclei, polarity is imparted to the nuclei in the patient's body being imaged. The nuclei are excited by radio frequency (RF) signals of the characteristic NMR (Larmor) frequency. Map these nuclear responses as a function of the spatial location of these local magnetic fields by spatially dispersing the local magnetic fields around the body and analyzing the response of the generated RF from the nuclei. Alternatively, an image is generated and displayed. From the image of the nuclear response, a non-invasive image of the patient's internal organs or other tissue is obtained.
[0003]
As shown in FIG. 1, an MRI system typically includes a
[0004]
To collect MRI data, the MRI system generates magnetic gradient and RF nutation pulses via MRI
[0005]
The diagnostic MRI as described above is affected by the selected imaging mode and imaging parameters. If the MRI is unsatisfactory or the physician wants to view the image from a different perspective, by adjusting the desired mode and / or selected image parameter values and repeating the entire imaging procedure, Generate another MRI. For example, if the contrast between two or more objects of interest shown in the MRI is not optimal, the MRI imaging parameters must be adjusted to obtain the proper contrast. Similarly, if the doctor determines the axial image obtained by MRI or if good diagnostic information cannot be obtained from a certain part of the head, select another MRI from a different viewpoint Must be generated.
[0006]
The operator selects the desired imaging parameters before the MRI is generated. By selecting imaging parameters, the position, slice direction, image quality, viewpoint and other features of the image are determined. It is difficult to optimally select many imaging parameters before the image is generated. Since the selected imaging parameters are not optimal when viewed later, the image generated from the initially selected parameters may be inappropriate. Whether or not some or all of the selected imaging parameters should be reset can only be determined by checking the actual image. However, the process of generating MRI, resetting imaging parameters, and generating another image is too time consuming, especially when using MRI technology in diagnostic mode, which requires a long scan period (eg, A few minutes).
[0007]
Thus, it has long been thought that a high speed imaging system was needed. Echo-planar imaging (EPI) and echo-volume imaging (EVI) are described in the literature by P. Mansfield and ILPykett (“Biological and Medical Imaging by NMR”, J. Magn. Reson. 29, 355-373, 1978), which are methods commonly employed in ultrafast magnetic resonance imaging. In the following, for the sake of brevity, EPI is used collectively for both EPI and EVI. As known to those skilled in the art, a gradient pulse sequence in an EPI scan includes a gradient pulse train with alternating alternating polarity in the readout direction and a short accompanying pulse train in the phase encoding direction. . In an EPI scan, gradient echoes of the corresponding column or series are generated and constitute a continuous MRI signal.
[0008]
Raw MRI data can be properly disclosed using k-space. For example, the literature by DBTwieg (“The k-space trajectory formulation of the NMR imaging process with applications in the analysis and synthesis of imaging methods”, Med. Phys. 10, 610-621, 1983) and the literature by S. Ljunggren (“ A simple graphical representation of Fourier-based imaging methods ”, J. Magn. Reson. 54, 338-343, 1983), encoding spatial information by varying the k-value individually along each spatial dimension. It is described to do. In a conventional imaging sequence, one line in k-space is recorded for each phase encoding stage. Since each phase encoding step is performed at each repetition time (TR) (second), the time required to generate an image is determined by the product of TR and the number of phase encoding steps. In EPI, all lines in k-space are measured in a single TR period.
[0009]
As shown in FIG. 2, a typical echo planar imaging sequence includes a 90 ° slice select RF pulse (RF), which is a slice select gradient pulse. Applied simultaneously with (G s ). Thereafter, an initial phase encoding gradient pulse (G Φ ) and an initial frequency encoding gradient pulse (G f ) are applied to position the spin at the corner of k-space. After that, there is a 180 ° RF pulse (RF), then the phase encode gradient pulse and the frequency encode gradient pulse are repeated across the k-space. A signal is recorded while these pulses are repeated.
[0010]
FIG. 3 shows these repeated pulses in more detail. As shown in FIG. 3, the phase encode gradient pulse (G Φ ) is followed by a frequency encode gradient pulse (G f ), and the signal (S) is recorded when the frequency encode gradient pulse. Another phase encode gradient pulse is followed by a reverse polarity frequency encode gradient pulse and the signal is recorded at the opposite polarity frequency encode gradient pulse.
[0011]
Ideally, EPI data is collected in k-space according to an equally spaced Cartesian grid with the origin properly centered along all dimensions. In particular, the k value is incremented evenly along each dimension, and when the k values are all zero, data is collected at a single origin. FIG. 4 schematically shows an ideal Cartesian grid, and ideal EPI data settings can be obtained according to this. In FIG. 4, k-space data is sampled with k values, and the k-space data is evenly distributed in the k-space, and is therefore called an equally spaced Cartesian grid.
[0012]
In conventional EPI methods for collecting MRI data, k-space data is digitized at a constant sampling rate. In such an environment, in order to obtain the above ideal EPI data, the following conditions must be met:
(1) The readout gradient (Gro) must be kept constant while reading each k-space line;
(2) The center of the echo must be positioned with respect to all k-space lines so that the origins of all data lines coincide;
(3) During the collection of each line, the phase-encoding gradient (Gpe) must be turned off and the Gpe region between collecting two consecutive lines must remain constant. .
[0013]
Although hardware performance has improved considerably in recent years, there remains a need for faster image data collection. EPI data is often collected under conditions that are significantly less than the ideal conditions described above, and the most commonly recognized deviations are described below:
(1) The readout gradient (Gro) is actually changing over time during the collection of each k-space line, either because the hardware performance is not ideal, or sometimes for safety reasons . As a result, k-space data spacing is non-uniform along the readout dimension;
(2) The origin of k-space differs between odd and even echoes for a number of possible reasons;
(3) Instead of a blipped gradient pulse, a constant phase encoding gradient is used. As a result, k-space lines are skewed;
(4) The center of the echo drifts in the EPI echo train.
[0014]
FIG. 5 shows an example of such non-ideal EPI data in k-space, which includes such a shift and that all even echoes are time-reversed. Has been. The center of the echo is not at the center of the data acquisition window, but there is a relative shift between the center of the odd echo and the center of the even echo, and during the EPI readout, the center of the echo is There is a gradual drift from the collection window.
[0015]
Many data correction techniques have been developed to handle non-ideal EPI data. For example, Sekihara and Kohno disclosed a reconstruction technique for handling data collected with a constant phase encoding gradient (Kensuke Sekihara, Hideki Kohno, “New Reconstruction Technique for Echo-Planar Imaging to Allow Combined Use of Odd and Even Numbered Echoes ”, Magn. Reson. Med. 5. 485-491, 1987)). Bruder et al. Generated a method for reconstructing images by sampling k-space data at non-uniform intervals (H. Bruder, H. Fischer, HEReinfelder, F. Schmitt, “Image Reconstruction for Echo Planar Imaging with Nonequidistant k-Space Sampling ”, Maga. Reson. Med. 23, 311-323, 1992)). In order to correct for N / 2 artifacts by the difference between odd and even echoes, many techniques have been developed to measure and correct for differences between echo signals, and these techniques include calibration scans. Some have been added, for example, see US Pat. Nos. 5,818,229, 5,621,321, and 5722409.
[0016]
However, in order for post-collection methods, such as those already cited, to be effective, the original k-space data must be “reasonably well positioned”. For example, to correct for the difference between odd and even echoes, the two groups of echoes must be sufficiently separated. More importantly, the echo signal must be positioned within the acquisition window in order to correct with the post-acquisition method. As shown in FIG. 5, echoes outside the acquisition window, such as a delayed echo, can no longer be “corrected”.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention relates to a method for preconditioning a sequence of EPIs, which “reasonably and appropriately locates” echo signals and effectively uses post-acquisition methods to correct data defects and reduce image quality. It relates to a further improved method. In particular, the present invention improves the quality of magnetic resonance images by preconditioning the MRI pulse sequence used in ultra-high speed MRI systems such as EPI.
[0018]
Initially, several sequence diagnostic parameters are determined from a modified MRI pulse sequence without a phase encoding gradient. Next, a pulse preconditioning parameter is calculated using the determined sequence diagnostic parameters. Using the calculated pre-sequence adjustment parameters, the MRI pulse sequence is modified to obtain a diagnostic image in the EPI system.
[0019]
The diagnostic parameters determined by the preconditioned sequence include the deviation of the echo center from the ideal position Δ, the relative shift of the center of the even echo by δ from the center of the odd echo, and the echo A linear drift of the center of the echo for the amount of σ per hit is included. These diagnostic parameters have a fixed relationship with the pre-sequence adjustment parameters, so the pre-sequence adjustment parameters can be calculated in a straightforward manner.
[0020]
Once the pre-sequence adjustment parameters are calculated, this is used to modify the MRI pulse sequence and the modified MRI pulse sequence is used to obtain a diagnostic image. In particular, the gradient readout pulse sequence is modified according to the calculated sequence adjustment parameters, and a diagnostic image is obtained by using an MRI pulse sequence that includes the modified gradient readout pulse sequence.
[0021]
The objects and advantages sought by the present invention will become apparent upon careful consideration of the following detailed description of the presently preferred embodiments, particularly with reference to the accompanying drawings.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An improperly adjusted EPI sequence consists of the following three diagnostic parameters: (1) the deviation of the echo center from the ideal position by Δ, (2) the odd echo center of the even echo center. It can be characterized by a relative shift of δ from the center and (3) a linear drift of the center of the echo in the amount of σ per echo. The center of the echo is measured after time-reversing all even echoes. Thus, the center of the EPI data set echo can be represented by the following equation:
C i = C 0 + Δ + (i% 2) * δ + i * σ (i = 0, 1, 2,..., N−1)
i represents an index of the echo EPI, thus odd echoes related to i values of the even, the even echo associated with odd i values, C i is the (i + 1) th echo center of the echo C0 is the ideal echo center position, and (i% 2) is 0 for odd echoes and 1 for even echoes.
[0023]
Three sequence adjustment parameters corresponding to the diagnostic parameters defined above: (1) mistuning of the first EPI echo for the amount of ΔM at a gradient moment with units of gauss · ms · cm −1 , (2) the amount minute delay d of the gradient waveforms, can be defined (3) read g 0 min offset gradient.
[0024]
Sequence adjustment parameters and diagnostic parameters are related according to the following formula:
[Equation 9]
[0025]
Thus, the sequence adjustment parameters can be determined from the diagnostic parameters and can be used to precondition the imaging sequence, so in any application where any post-acquisition method is specified for data correction, the EPI echo is It is positioned optimally.
[0026]
Data used to measure the diagnostic parameters can be determined using the same EPI imaging sequence, except that the phase encoding gradient is turned off. First, all even echoes are time reversed. The center of the echo signal is then determined either by a peak search algorithm that simply searches for the maximum amplitude, or in combination with cubic spline interpolation.
[0027]
[Expression 10]
[0028]
The EPI imaging sequence is fine-tuned according to sequence adjustment parameters determined from already measured diagnostic parameters.
[0029]
FIGS. 6a and 6b show timing diagrams of RF pulses and readout gradient pulses for collecting spin echo EPI or field echo EPI. Since the preconditioning process does not affect other parts of the sequence, the other parts of the sequence are not shown. A solid line is a read gradient pulse before pre-adjustment, and a dotted line is a read gradient pulse after pre-adjustment. The sequence adjustment parameters used for preconditioning the imaging sequence are also shown. In particular, the sequence adjustment parameters ΔM, g 0 , and d are calculated from the diagnostic parameters as previously described and are used to precondition the pulse sequence.
[0030]
FIG. 7a shows the echo before preconditioning in the EPI data set of two spin echoes, and FIG. 7b shows the echo after preconditioning. Figure 7a shows a set of data where preconditioning, Figure 7b shows a set of data after the pre-adjusted using g 0 that is determined from the diagnostic parameters described above. In particular, Figure 7a, before adjustment previous sequence shows the echo signal from the EPI sequence without phase encoding the spin echo, Figure 7b, echo the same sequence after adjusting before using g 0 The signal is shown. It is clearly shown that the positioning of the echo signal is improved by the preconditioning process.
[0031]
The most important advantages of the method of the present invention are that the parameters required for the preconditioning process are determined by using the same EPI sequence, and the preconditioning process directly without adding hardware or complex algorithms Can be executed. The algorithm of the preconditioning process is easy to implement and the effect of the process can be self-checked from the diagnostic parameters of the subsequent preconditioning process.
[0032]
Precondition parameters can be recorded to reflect the characteristics of the system, and the records can be updated and accumulated with each new precondition process. New preconditioning processes can also be initialized using parameters from the recording.
[0033]
The preconditioning process can be performed either as part of the EPI scan pre-scan or as part of the quality control process.
[0034]
While the invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiments, the invention is not limited to the disclosed embodiments and, conversely, patents of the invention It will be appreciated that various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the claims are intended to be covered.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an MRI system.
FIG. 2 is a diagram showing a general EPI pulse sequence.
FIG. 3 is an enlarged view showing a part of the EPI pulse sequence of FIG. 2 in detail.
FIG. 4 is a diagram schematically showing an ideal Cartesian grid.
FIG. 5 is a diagram showing an example of non-ideal EPI data having a certain deviation.
FIG. 6A is a diagram showing timings of an RF pulse and a readout gradient pulse for collecting EPI of a spin echo.
FIG. 6b is a diagram showing the timing of RF and readout gradient pulses for collecting EPI of field echoes.
FIG. 7A is a diagram showing a data set before pre-adjustment.
7b shows the same set of data as FIG. 7a after pre-adjustment.
Claims (18)
(i)超高速MRIシステムで、オフに切換えられた位相エンコード勾配で、変更されたEPIパルスシーケンスを実行して、それによって共同シーケンス診断パラメータを求めることであって、前記共同シーケンス診断パラメータが、エコー獲得ウインドウの中心からのΔ分のエコーの中心の共同のずれ、奇数のエコーの中心からのδ分の偶数のエコーの中心の共同のシフト、およびエコー当りにσの量分のエコーの中心の共同の線形のドリフトの中の少なくとも1つを含むことと、
(ii)前記求められた共同シーケンス診断パラメータから、EPIシーケンスのシーケンス前調整パラメータを計算することと、
(iii)次のEPIパルスシーケンスが実行されるときに、前記計算された前調整パラメータにしたがってEPIパルスシーケンスの読み出し勾配パルスシーケンスを時間領域においてシフトすることによって、次に実行されるEPIパルスシーケンスを変更し、それによって次のEPIパルスシーケンスが実行されるときに、向上した磁気共鳴画像を求めることとを含む方法。In a method for improving the quality of a magnetic resonance image by preconditioning an EPI pulse sequence used in an ultrafast MRI system and canceling out gradient magnetic field anomalies, wherein the system is controlled by a control means,
(I) executing an altered EPI pulse sequence with a phase encoding gradient switched off in an ultra-fast MRI system, thereby determining a co-sequence diagnostic parameter, the co-sequence diagnostic parameter comprising: Echo center joint shift by Δ minutes from the center of the echo acquisition window, joint shift of even echo centers by δ minutes from the center of odd echoes, and echo center by the amount of σ per echo Including at least one of the joint linear drifts of
(Ii) calculating a pre-sequence adjustment parameter of an EPI sequence from the determined joint sequence diagnostic parameters;
(Iii) When the next EPI pulse sequence is executed , the next executed EPI pulse sequence is shifted by shifting the readout gradient pulse sequence of the EPI pulse sequence in the time domain according to the calculated pre-adjustment parameter. Modifying and thereby obtaining an improved magnetic resonance image when the next EPI pulse sequence is performed.
超高速MRIシステムで、オフに切換えられた位相エンコード勾配で、変更されたEPIパルスシーケンスを求めて、それによって共同シーケンス診断パラメータを求めるためのシーケンス診断手段であって、前記共同シーケンス診断パラメータが、エコー獲得ウインドウの中心からのΔ分のエコーの中心の共同のずれ、奇数のエコーの中心からのδ分の偶数のエコーの中心の共同のシフト、およびエコー当りにσの量分のエコーの中心の共同の線形のドリフトの中の少なくとも1つを含むシーケンス診断手段と、
前記求められた共同シーケンス診断パラメータから、EPIシーケンスのシーケンス前調整パラメータを計算するための計算手段と、
次のEPIパルスシーケンスが実行されるときに、前記計算された前調整パラメータにしたがってEPIパルスシーケンスの読み出し勾配パルスシーケンスを時間領域においてシフトすることによって、EPIパルスシーケンスを変更し、それによって次のEPIパルスシーケンスが実行されるときに、向上した磁気共鳴画像を求めるための画像化手段とを含む装置。An apparatus for improving the quality of magnetic resonance images by preconditioning an EPI pulse sequence in an ultrafast MRI system and canceling out gradient magnetic field anomalies,
Sequence diagnostic means for determining a modified EPI pulse sequence with a phase encoding gradient switched off in an ultrafast MRI system, thereby determining a co-sequence diagnostic parameter, the co-sequence diagnostic parameter comprising: Echo center joint shift by Δ minutes from the center of the echo acquisition window, joint shift of even echo centers by δ minutes from the center of odd echoes, and echo center by the amount of σ per echo A sequence diagnostic means comprising at least one of the joint linear drifts of:
Calculating means for calculating a sequence preconditioning parameter of an EPI sequence from the determined joint sequence diagnostic parameters;
When the next EPI pulse sequence is executed , the EPI pulse sequence is changed by shifting the read gradient pulse sequence of the EPI pulse sequence in the time domain according to the calculated preconditioning parameter, thereby changing the next EPI pulse sequence. An imaging means for obtaining an enhanced magnetic resonance image when a pulse sequence is performed.
(i)超高速MRIシステムで、オフに切換えられた位相エンコード勾配で、変更されたEPIパルスシーケンスを実行して、それによって共同シーケンス診断パラメータを求めることであって、前記共同シーケンス診断パラメータが、各エコー信号の中心を判断して、
(ii)前記求められたシーケンス診断パラメータから、EPIシーケンスのシーケンス前調整パラメータを計算することと、
(iii)次のEPIパルスシーケンスが実行されるときに、前記計算された前調整パラメータにしたがってEPIパルスシーケンスの読み出し勾配パルスシーケンスを時間領域においてシフトすることによって、次に実行されるEPIパルスシーケンスを変更し、それによって次のEPIパルスシーケンスが実行されるときに、向上した磁気共鳴画像を求めることとを含む方法。In a method for improving the quality of a magnetic resonance image by preconditioning an EPI pulse sequence used in an ultra-fast MRI system and canceling out gradient magnetic field anomalies, wherein the system is controlled by a control means,
(I) executing an altered EPI pulse sequence with a phase encoding gradient switched off in an ultra-fast MRI system, thereby determining a co-sequence diagnostic parameter, the co-sequence diagnostic parameter comprising: Determine the center of each echo signal,
(Ii) calculating a pre-sequence adjustment parameter of an EPI sequence from the determined sequence diagnostic parameter;
(Iii) When the next EPI pulse sequence is executed, the EPI pulse sequence to be executed next is shifted by shifting the readout gradient pulse sequence of the EPI pulse sequence in the time domain according to the calculated preconditioning parameter Modifying and thereby obtaining an improved magnetic resonance image when the next EPI pulse sequence is performed.
超高速MRIシステムで、オフに切換えられた位相エンコード勾配で、変更されたEPIパルスシーケンスを求めて、それによって共同シーケンス診断パラメータを求めるためのシーケンス診断手段であって、前記共同シーケンス診断パラメータが、各エコー信号の中心を判断して、
前記求められた共同シーケンス診断パラメータからEPIシーケンスのシーケンス前調整パラメータを計算するための計算手段と、
次のEPIパルスシーケンスが実行されるときに、前記計算された前調整パラメータにしたがってEPIパルスシーケンスの読み出し勾配パルスシーケンスを時間領域においてシフトすることによって、EPIパルスシーケンスを変更し、それによって次のEPIパルスシーケンスが実行されるときに、向上した磁気共鳴画像を求めるための画像化手段とを含む装置。An apparatus for improving the quality of magnetic resonance images by preconditioning an EPI pulse sequence in an ultrafast MRI system and canceling out gradient magnetic field anomalies,
Sequence diagnostic means for determining a modified EPI pulse sequence with a phase encoding gradient switched off in an ultrafast MRI system, thereby determining a co-sequence diagnostic parameter, the co-sequence diagnostic parameter comprising: Determine the center of each echo signal,
Calculating means for calculating a sequence pre-adjustment parameter of an EPI sequence from the determined joint sequence diagnostic parameters;
When the next EPI pulse sequence is executed, the EPI pulse sequence is changed by shifting the readout gradient pulse sequence of the EPI pulse sequence in the time domain according to the calculated preconditioning parameter, thereby changing the next EPI pulse sequence. An imaging means for obtaining an enhanced magnetic resonance image when a pulse sequence is performed.
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