JP4447104B2

JP4447104B2 - 磁気共鳴装置

Info

Publication number: JP4447104B2
Application number: JP2000068205A
Authority: JP
Inventors: ヴィルモスハイナルジョセフ
Original assignee: フィリップスメディカルシステムズ（クリーヴランド）インコーポレイテッド
Priority date: 1999-03-13
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2020-03-13
Also published as: JP2000262492A; US6492810B1; EP1037068A3; GB2348005A; GB9905727D0; EP1037068A2; ATE309550T1; DE60023774D1; DE60023774T2; EP1037068B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴（ＭＲ）装置に関するものである。
【０００２】
本発明は、特に、磁気共鳴撮像装置の磁気共鳴画像のいわゆる「エイリアシング」によって引き起こされるアーティファクトの低減と、磁気共鳴分光装置の「エイリアシング」によって引き起こされるアーティファクトの低減に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
磁気共鳴装置は、主磁場を生成して患者組織内の水素などの磁気共鳴励起核に位置合わせするための磁石と、これらの核に共鳴を起こさせるＲＦコイルなどのＲＦ励起手段と、を有する。核によって発生された結果の緩和信号は、送信コイルと別個のものであってもよいし送信コイルと一体の同一のコイルであってもよい受信コイルによって受信される。この信号は、核の分布に関する情報、したがって、組織自体に関する情報を与える。磁気共鳴撮像時の核の分布に関する空間的情報は、磁場傾斜生成手段によってＭＲ信号を空間的にコード化することによって得られる。
【０００４】
任意の磁気共鳴撮像装置において、撮像用に選択される領域は、磁気系によって生成される好磁場領域内にある。好磁場領域の要件は、主磁場は極めて高度に均質でなくてはならないことと、主磁場にかかる磁場傾斜は極めて高度に一定でなくてはならない。
【０００５】
ここで図１（ａ）および（ｂ）を参照すると、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置の一設計において、磁石１は、診察台２上の患者を円筒状のボア３に収容し、また、放射状の平面ＡとＢとの間に好磁場領域が広がっている。
【０００６】
半径方向のスライスを画像化する場合、選択される個別スライスは、特定周波数で共鳴を起こす核を励起するＲＦ励起パルスの周波数によって決定される。核を共鳴させる周波数は、磁場の強度に依存する。例えば、図１（ａ）では、軸方向の傾斜によって、ＡからＢに向かって軸方向の磁場強度の（直線状の）増加がもたらされる。残念なことに、傾斜磁場および主磁場の強度が下がると、得られる結果磁場が直線領域と同じ値に移行する。したがって、領域Ｄに対し、スライスＢと等しい磁場値強度がかかる。スライスＢが励起されると領域Ｄも励起される。領域Ｄで発生した一定量の磁気共鳴信号はＲＦコイル４に受信され、選択スライスＢで発生されたかのように処理される。
【０００７】
これは、エイリアシングと呼ばれる問題であり、ＭＲＩ装置で作成される画像にアーティファクトを生じさせる要因である。これは、密室恐怖の問題を低減するために提案された比較的に短い磁石に特有の問題であるが、その理由は、従来よりも好磁場領域のより近くで降下が生じるためである。したがって、撮像中に患者のどの部位もがエイリアス領域に入らないような配置構成することは非常に困難である。
【０００８】
このエイリアシングの問題を軽減しようと、種々の提案が行われてきた。図１（Ｂ）のＤなどのエイリアス領域を、ＲＦコイル４によって発生される励起パルスから遮断することが提案されているが、それには、独立したシールドを利用する必要がある。また、送信コイル配列を利用して、領域Ｄ内で減衰するＲＦ励起パルスを発生させることも提案されている（イギリス特許出願公開明細書第９８１１４４５．７号）。
【０００９】
コイル配列は、以前から、送信または受信用のＲＦコイルとして使用されている。同時励起された異なる半径方向スライスを区別するのに必要なスライスをコード化するためのステップ数を減少するために、好磁場領域（ＡからＢまで）内で受信コイル配列を使用することが提案されている（イギリス特許出願公開明細書第９８２８４２８．４号）。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、主磁場および磁場傾斜を所期の信号領域に生成する手段と、所期信号領域の空間内で磁気共鳴を励起させる手段と、所期信号の空間からＭＲ信号を受信する主ＲＦ受信コイルと、所期励起空間の外側にあり且つ所期励起空間と等しい磁場値を持つエイリアス領域からＭＲ信号を受信する補助ＲＦ受信コイルと、所期励起空間から生成されるデータのエイリアシングによって引き起こされるアーティファクトを減少させるために、補助ＲＦ受信コイルならびに主ＲＦ受信コイルからの信号を利用し、所期励起空間からデータを生成する処理手段と、を有する磁気共鳴装置を提供する。
【００１１】
本発明は、エイリアス信号を収集するためのＲＦコイルが設けられており、収集された信号を、所期データに対するエイリアシングの影響を減少させるために利用するという点で、ＲＦ信号を遮断または無効にするものとは異なった方法を採用している。
【００１２】
ここで、添付図面を参照しながら、本発明による磁気共鳴撮像装置を一例として説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図２を参照すると、磁気共鳴撮像装置は、診察台２上の患者を送入するボア３の軸に沿った方向に主磁場を生成する磁石１を有している。ｘ，ｙ，ｚ軸方向に磁場傾斜を発生されるための傾斜コイル（不図示）が設けられている。ここで、ボアの軸に沿った方向をｚ方向とする。送信／受信コイル４は、所期スライス内で磁気共鳴を起こさせるＲＦ励起パルスを供給する役割を担っている。
【００１４】
撮像（主）コイル４によって発生された信号は、処理手段６において、スライスＢの平面内の座標に分解される。画像は、ＲＦ励起パルスの周波数を適切に選択することによって指定される、ＡからＢまでの任意の場所の半径方向スライスの画像にすることができる。また、１つ以上のスライスを画像化することができ、連続的なスライスを生成することによって空間を画像化することができる。スライスはボアの軸に直角である必要はなく、実際には任意の方向に対して直角に設定できる。スライスの画像、すなわち、選択されたスライスの画像は、ディスプレイ７に送られる。
【００１５】
ここまで述べたように、図２の磁気共鳴撮像装置は、図１（ｂ）の公知装置と同一であり、距離での同一の磁場強度変化（すなわち、図１（ａ）もの）を有する。
このように、図２の装置は、短い磁石を備えた装置の典型的なものである。
【００１６】
図３において、Ａ、Ｂ、およびＤで表されている点線は、図１（ａ）および（ｂ）を参照しながら説明した公知の磁気共鳴撮像装置の場合と同じ磁場強度を示す。本発明によれば、エイリアス領域に補助受信コイル５が配置されている。このコイル５からの出力および主送信／受信コイル４からの出力は、磁気共鳴撮像装置で生成された画像を表示するディスプレイ７に接続された処理装置６に供給される。
【００１７】
エイリアスコイル５は、撮像コイル４がエイリアス領域および所期のスライスからＭＲ信号を受信するのと同様に、所期スライスおよびエイリアス領域からＭＲ信号を受信する。所期スライスに対するエイリアス領域の影響が計算され、低減または除去される。より一般的には、傾斜磁場および主磁場の不都合なフリンジ組合せの結果、２つの空間領域の磁場強度が同一の場合には、必ずアーティファクトが発生する。本発明は、これらのアーティファクトを低減または除去することを目的としている。
【００１８】
図３において、撮像コイル４から供給される信号は、受信器８においてデジタル化されて処理される。単一のスライス（所期スライス）を画像化する場合、与えられたパルスシーケンスと、獲得された生データの後処理とによって、被撮像スライスに対応する像強度の２次元マトリックスが生成されるが、公知装置で生成される画像データマトリックスと違って、データは複素数である。通常の方法で、生データの振幅周波数と位相から、画像データマトリックスを求める。画像データマトリックスの画素の配列は、所期スライスの物理的空間位置の配列に対応している。
【００１９】
エイリアスコイル５から供給されるデジタル信号に対し、受信器９において同じ処理が施される。画像データマトリックスを構成する画素配列が再び生成される。しかしながら、今回は、物理的空間位置は、画素配列に非線形にマッピングされる可能性が高い。実際にはエイリアス領域が明確なスライスになることはまず無いのだが、説明を簡単にするために、エイリアスコイルが半径方向平面Ｄでスライスを撮像しているように図示してある。
【００２０】
その理由は、主磁場と傾斜磁場の組合せである結果磁場強度が、スライスの領域２において制御不能に降下するからである。結果磁場は、ＡからＢまでの撮像領域において注意深く制御されるに過ぎない。
【００２１】
したがって、或る画素は非常に大きな体積の物理空間に対応しているが、別の画素は無体積の空間に対応しているということもある。画像データマトリックスの各画素は、エイリアス画像データマトリックスの同じ行と列の座標を有する画素に対応している。撮像コイル４およびエイリアスコイル５から得られるデータは、同一収集シーケンスを利用して獲得され、対応画像マトリックスを形成する。しかしながら、撮像コイルからのデータは、所期スライス内のスピンの空間分布を忠実に表現するものであるのに対し、エイリアスコイルからのデータは、アーティファクト領域のスピンの分布をひどく歪んだ状態で表現するものである。これは、所期スライス領域に所要の撮像傾斜が加えられるときに、エイリアス領域に無制御のフリンジ作用が生じるからである。撮像コイルおよびエイリアスコイルからのデータは、それぞれ、フーリエ変換によって正確に同じやり方で処理される。
【００２２】
それぞれの画素が複素数の絶対値である従来の画像データマトリックスとは異なり、本発明の画像データマトリックスおよびエイリアス画像データマトリックスの画素のそれぞれは、複素量である。
【００２３】
画像データマトリックスの各画素およびエイリアスデータマトリックスの各画素は、所期領域およびエイリアス領域の一方または両方から大きく寄与されることがある。
【００２４】
それ自身および他の励起空間に対する、個別画素のそれぞれの、各コイルの感度の知識を利用して、エイリアス効果の画像データマトリックスの各画素が補償される。これは、プロセッサ１０で行われる。
【００２５】
この補正に利用される方程式は次の通りである。式中、任意の特定画素について、下記の定義を適用する。また、項はいずれも複素数である。
Ｉ_iは、撮像コイル４によって検出される画像データマトリックスの画素の強度である。
Ｉ_aは、エイリアスコイル５によって検出されるエイリアスデータマトリックスの同一画素の強度である。
Ｉ₁は、画像データマトリックスの画素の補正後強度、すなわち、所期スライスの励起だけによる強度である。
Ｉ₂は、エイリアス領域の励起だけによるエイリアスデータマトリックスの対応画素の強度である。
Ｓｉ₁は、所期スライスで発生するＭＲ信号に対する、撮像コイル４の感度である。
Ｓｉ₂は、エイリアス領域で発生するＭＲ信号に対する、撮像コイル４の感度である。
Ｓａ₁は、所期スライスで発生するＭＲ信号に対する、エイリアスコイル５の感度である。
Ｓａ₂は、エイリアス領域で発生する信号に対するエイリアスコイルの感度である。
Ｓは、いろいろな項から成るマトリックスである。
Ｓ ^-1は、マトリックスＳの逆行列である。
【００２６】
画像データマトリックスの画素の検出強度は、次式で表すことができる。
【００２７】
【数１】
Ｉ_i＝Ｓｉ₁Ｉ₁＋Ｓｉ₂Ｉ₂
エイリアス画像データマトリックスの同一画素の検出強度は、次式で表すことができる。
【００２８】
【数２】
Ｉｉ＝Ｓａ₁Ｉ₁＋Ｓａ₂Ｉ₂
これら２項は行列（ここでは、数学的な意味の用語を使用）として表すことができる。
【００２９】
【数３】

【００３０】
この行列式は、以下のようにまとめることができる。
【００３１】
【数４】
Ｉ_coil＝ＳＩ_slice
連立法的式を解くことにより、各スライスが発する実際の強度を求めることができる。解は、以下の一般的な様式で表すことができる。
【００３２】
【数５】
Ｉ_slice＝Ｓ ^-1Ｉ_coil
したがって、Ｓ ^-1の知識により、エイリアス領域からのＭＲの寄与が組み込まれることなく、補正強度を得ることができる。したがって、Ｉ₁を得るための前述の計算は、撮像対象のスライスの画像データマトリックスの各画素について実施される必要がある。
【００３３】
使用される撮像シーケンスは、通常の撮像シーケンスである。例えば、ＲＦパルスを与えるときに、ｚ方向にスライス選択傾斜が与えられる。また、ＭＲ信号を読み出してデコードするときに、スライスの一方向で周波数コード化傾斜が与えられる。ＭＲ信号を読み出してデコードする前に、大きさの変化する位相コード化傾斜が直角方向にスイッチオンおよびオフされる。それぞれの励起パルスについて、２つの信号（すなわち撮像コイルからの信号とエイリアスコイルからの信号）が測定される。
【００３４】
当然のことながら、前述の方程式を解くために、マトリックスの感度の項を知っている必要がある。これら感度項は、当然のことながら、画像の各画素に適用されるが、恐らく画像の画素ごとに異なるだろう。各画素の感度値は、一様なファントムを、最初に前述のスライス位置に、次にエイリアス領域に配置することによって測定できる。スライス位置にファントムを配置することにより、半径方向平面の各画素について項Ｓｉ₁およびＳａ₁を求めることができ、また、エイリアス領域にファントムを配置することにより、半径方向平面の各画素について項Ｓｉ₂およびＳａ₂を求めることができ
スライス選択アーティファクトについて述べてきたが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の特に重要な用途は、位相コード化方向が頭−足のときの撮像である。前述のスライス選択例と同様な方法でこれを補正することができる。
【００３５】
前述の実施例では、同一シーケンスを使って感度データと実験データの両方を収集した。異なるシーケンスでは、補正が作用しない。しかしながら、これは一般的な制約ではない。一般公式化には、いずれか任意のシーケンスのマップが必要であり、これは、Ｂ_oと傾斜磁場との磁場マップ、および、使用受信コイルの感度プロフィールによって得られる。感度項を求めるためのファントム利用に代わる別の選択肢として、エイリアス領域および撮像領域の両方の、傾斜磁場および主磁場の空間分布のマッピングの知識から直接に感度項を求めることもできる。次に、このシーケンス依存情報を、コイル感度プロフィールと組み合わせることにより、最終画像データの各画素の各コイルの総合システム感度が得られる。
【００３６】
実際には、係数がＳで表されている一対の方程式が不良条件の場合、最終画像の画素はノイズの悪影響を受ける。エイリアス領域がひどく歪められた非線形で画像領域にマッピングされると、問題が発生することがある。これに関し、考慮すべき２つのケースがある。
【００３７】
（ｉ）スライスデータとアーティファクト信号の両方を含む画像の領域。この領域では、（Ｓｉ₁，Ｓｉ₂，Ｓａ₂）がいずれも大きく、スライス内信号に対するコイルの感度が異なっている（すなわち、Ｓｉ₁／Ｓｉ₂≠Ｓａ₁／Ｓａ₂）。Ｓの行列式の絶対値は大きくなり、また、ノイズが多く追加されることなく抽出データからアーティファクトが削除される。
【００３８】
（ｉｉ）スライスデータを含み、大きなアーティファクト信号を含まない領域。。この領域では、Ｓｉ₂およびＳａ₂がいずれも小さく、Ｓの行列式の絶対値が小さくなりがちであり、Ｓ ^-1を乗じることによって補正コイルのノイズを増幅し、大きなアーティファクト内容を除去せずに増幅ノイズを信号データに加える。これは、利益なき害毒である。
【００３９】
タイプ（ｉｉ）の領域のノイズ増幅に対する解決策は、小さな値のｄｅｔ［Ｓ］の絶対値、すなわち、｜ｄｅｔ［Ｓ］｜＜｜ｄｅｔ［Ｓ］｜の最大値の半分、を試験することによってノイズを識別し、そのような画素については、主コイル４だけからの原画像データの適宜基準化したコピーを存続させることである。
【００４０】
図４と５を参照すると、図４は、各画素が｜ｄｅｔ［Ｓ］｜の値を含んでいる点を除けば、画像データマトリックスに対応しているデータマトリックスである。ｄｅｔ［Ｓ］の絶対値は、各画素ごとの固有値である。一列の画素が記載されている。図５は、この一列に沿った｜ｄｅｔ［Ｓ］｜の変化を示すグラフである。
【００４１】
一実施例において、配列全体にわたり、閾値を｜ｄｅｔ［Ｓ］｜の最大値の半分に設定した。閾値に達しない画素に対しては、基準化したオリジナルデータを利用し、閾値を超える画素に対しては、前述の方程式で示される補正を利用した。閾値は、｜ｄｅｔ［Ｓ］｜の最大値の１／４〜３／４の間の任意の値に設定することができるが、実際には、｜ｄｅｔ［Ｓ］｜の最大値の２０％〜９０％の任意の位置の閾値を利用することが幾分か有利である。
【００４２】
【実施例】
前述の方法を、長さ３８ｃｍのボアを有し且つ従来のスピンエコーシーケンスでアイソセンタから約１０ｃｍの距離においてスライスからアーティファクトを生じる１．０ＴＰｉｃｋｅｒプロトタイプ新生児用スキャナを利用して試験した。コイル４は、磁気アイソセンタの中央に配置されたバードケージ型コイルを使用した。エイリアスコイル５は７ｃｍのループ表面コイルであり、信号が主画像内で折り返されることが知られている位置に、アイソセンタから１０ｃｍ離して配置した。均一な直径１９ｃｍの硫酸銅のファントムを画像化することによって、２つのコイル４および５の感度マップを得た。ファントムは、最初にアイソセンタに置き、次にアーティファクト源の位置に移動し、それぞれのケースで両方のＲＦコイルを利用して画像化を行った。ファントムが、アイソセンタおよび折り返し（エイリアス）位置を含む領域に及ぶように、長さ２０ｃｍ、直径６ｃｍの構造を持ったファントムをボア内に挿入することによって、補正用の画像データを収集した。両方のＲＦコイルによる画像を得た。長い構造のファントムを成人の前腕に置き換えることにより、解剖学的なデータを収集した。スピンエコー画像形成パラメータは、ＴＥ２０ｍｓｅｃ、ＴＲ２００ｍｓｅｃ、ＦＯＶ２０ｃｍ、スライス厚５ｍｍ、２５秒収集、であった。いずれのケースでも、完全な画像データが収集された。前述のように、データ画像から配列磁場アーティファクトが申し分なく削除された。
【００４３】
前述の実施形態から、本発明の範囲を逸脱しない変更が可能である。したがって、撮像コイル４は、バードケージコイルである必要はない。他タイプのコイルも可能である。例として、撮像コイルをコイル配列で構成してもよい。この場合、エイリアスコイルは、アレイ端部の別のコイルであってもよい。
【００４４】
エイリアスコイルは表面コイルである必要はなく、別の形態のコイルであってもよい。希望に応じて、複数のエイリアスコイルを設けることもできる。
【００４５】
以上、短い磁石と関連させて本発明を説明したが、本発明は、アーティファクトが問題となりうる長い磁石にも適用できる。その２つの例は、小さい傾斜コイルと組み合わせた長い磁石および／または位相コード化方向が頭−足方向である場合である。
【００４６】
スライスの撮像に関しては何の制限も無い。本発明は、三次元空間に適用できる。この場合、ボクセルのエイリアス領域は、所期の励起空間のボクセルに対して１対１の関係で定義される。
【００４７】
修正対象の画像データマトリックススを生成する種々の方法のように、いろいろなタイプのパルスシーケンスを利用できる。
【００４８】
本発明は、ボア付きの磁石に限定されるものではなく、開放的な磁石にも適用される。
【００４９】
最後に、本発明は、撮像に限定されるものではなく、例えば、化学分析に利用される医療用スペクトル観測などの医療用磁気共鳴分光学に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）公知の磁気共鳴撮像装置の磁場強度の変化を示す図である。
（ｂ）公知の磁気共鳴撮像装置の略断面図である。
【図２】本発明による磁気共鳴撮像装置の略断面図である。
【図３】図２の処理手段のブロック図である。
【図４】処理手段で使用される数量の値の配列を示す図である。
【図５】配列の一方の直線に沿った数量の変化を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１磁石
２診察台
３ボア
４主コイル（撮像コイル）
５補助コイル（エイリアスコイル）
６処理装置
７ディスプレイ
８受信器
１０プロセッサ

Claims

主磁場および磁場傾斜を所期の信号領域に生成する手段と、前記所期信号領域の空間内で磁気共鳴を励起させるＲＦ手段と、前記所期信号領域からＭＲ信号を受信する主ＲＦ受信コイルと、前記所期励起空間の外側にあり且つ前記所期励起空間と等しい磁場値を持つエイリアス領域からＭＲ信号を受信する補助ＲＦ受信コイルと、前記所期励起空間から生成されるデータのエイリアシングによって引き起こされるアーティファクトを減少させるために、前記補助ＲＦ受信コイルならびに前記主ＲＦ受信コイルからの信号を利用し、前記所期励起空間からデータを生成する処理手段と、を有する磁気共鳴装置。
前記処理手段は、個々の画素ごとに、前記所期励起空間および前記エイリアス領域による励起に対する各コイルの感度の値を利用して、画素に関する前記励起空間のデータを１画素ずつ処理するように構成される、請求項１に記載の磁気共鳴装置。
前記処理手段は、前記所期励起空間および前記エイリアス領域による励起に対する各コイルの感度の値のマトリックスを利用して、画素に関する前記励起空間のデータを１画素ずつ処理するように構成される、請求項２に記載の磁気共鳴装置。
前記処理手段は、前記マトリックスの行列式の絶対値が閾値を下回る前記画素について、前記補助コイルからのデータを削除して、前記励起空間のデータを１画素ずつ処理するように構成される、請求項３に記載の磁気共鳴装置。
前記閾値は、全画素について、前記マトリックスの前記行列式の前記絶対値のピーク値の２０％〜９０％の範囲内にある、請求項４に記載の磁気共鳴装置。
磁気共鳴撮像装置である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気共鳴装置。
前記補助ＲＦコイルは表面コイルである、請求項６に記載の磁気共鳴撮像装置。
主磁場および磁場傾斜を所期の信号領域に生成する段階と、前記所期信号領域の空間内で磁気共鳴を励起させる段階と、主受信コイルを利用して、前記所期信号の所期励起空間からＭＲ信号を受信する段階と、補助ＲＦ受信回路を利用して、前記所期励起空間の外側にあり且つ前記所期励起空間と等しい磁場値を持つエイリアス領域からＭＲ信号を受信する受信する段階と、エイリアシングに起因するアーティファクトが減少されたデータを生成するために、前記主ＲＦ受信コイルおよび前記補助ＲＦ受信コイルからの信号を処理する段階と、を含む磁気共鳴達成方法。
前記所期信号領域および前記エイリアス領域にファントムを置いて、前記所期信号領域および前記エイリアス領域に対する前記主およびエイリアスコイルの感度を求める、請求項８に記載の方法。
磁気共鳴撮像法である、請求項８または９に記載の方法。