JP4460457B2

JP4460457B2 - 磁気共鳴方法及び装置

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Publication number: JP4460457B2
Application number: JP2004552940A
Authority: JP
Inventors: アールハーヴェイ，ポール; デンブリンク，ヨハンエスファン
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2023-10-27
Also published as: US20060001424A1; JP2006506154A; WO2004046746A1; CN100451671C; AU2003272024A1; EP1585991A1; US7057388B2; DE60317716T2; EP1585991B1; DE60317716D1; CN1711481A

Description

本発明は、定常且つ略均一な主磁場中に配置された体の少なくとも一部分の磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）の方法であって、
ａ）部分に初期ＲＦパルス及び少なくとも１つの拡散傾斜磁場パルスを有する拡散強調シーケンスを受けさせる段階と、
ｂ）部分に読み出し傾斜磁場パルス及び位相エンコード傾斜磁場パルスを有する撮像シーケンスを受けさせることによりＭＲエコー列を生成する段階と、
ｃ）ＭＲエコー列を測定する段階と、
ｄ）十分な数の位相エンコードステップを有する完全な撮像データセットが測定されるまで段階ａ）乃至ｃ）を繰り返す段階と、
ｅ）撮像データセットを部分の巨視的な動きを各ＭＲエコー列の個々の位相補正により補正する段階と、
ｆ）撮像データセットから画像を再構成する段階とを有する方法に関連する。

更に、本発明は、この方法を実行する磁気共鳴撮像の装置及び磁気共鳴撮像装置用のコンピュータプログラムに関連する。

磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）では、ＲＦ及び傾斜磁場パルスからなるパルスシーケンスは、磁気共鳴信号を生成するよう対象（患者）に印加され、磁気共鳴信号は、そこから情報を得るよう及び対象の画像を再構成するようスキャンされる。その初期の開発以来、ＭＲＩの臨床関連の適用分野は莫大に成長している。ＭＲＩは、体の殆ど全ての部分に適用されえ、人間の体の多数の重要な機能に関する情報を得るのに使用されうる。ＭＲＩスキャン中に印加されるパルスシーケンスは、対象中の位置及び向き、寸法、解像度、信号対雑音比、コントラスト、動きに対する感度等の、再構成された画像の特性を完全に決定する。ＭＲＩ装置の操作者は、適切なシーケンスを選択せねばならず、夫々の用途のためにそのパラメータを調整及び最適化せねばならない。

上述の種類の公知の方法は、検査される対象の組織中の拡散減少のＭＲ画像の収集のために医療診断に適用される。これは、例えば、人間である患者の脳又は脊髄の一部分でありうる。

拡散強調ＭＲＩ手順は、例えば特許文献１に記載されている。この公知の方法によれば、励起された核時価のための拡散強調を得るために、初期スライス選択励起ＲＦパルスと、それに続く拡散傾斜磁場パルスとが生成される。続いて、ＭＲナビゲータ信号を測定するようナビゲータ傾斜磁場パルスが生成される。このナビゲータ傾斜磁場パルスには、局所的な磁場の不均一性による信号損失を回避するようスライス選択リフォーカスＲＦパルスが続く。その後、ＭＲエコー列は、一連の交互の読み出し傾斜磁場及び位相エンコード傾斜磁場を有するＥＰＩ状の撮像シーケンスによって生成される。撮像データセットは、ＭＲ信号を測定することによって得られ、これは説明した手順を多数回繰り返している間に生成される。測定されたＭＲ信号は、位相補正により巨視的な動きについて補正される。この位相補正は、実際のＭＲ撮像信号に加えて別々に測定されるＭＲナビゲータ信号の位相から決定される。この補正の後、患者の体の検査された部分の画像は、例えば撮像データセットの２次元フーリエ変換を計算することにより再構成される。

この方法の主な不利点は、ＭＲナビゲータ信号が実際の撮像データとは別に測定されることである。これは、比較的長い測定時間を生じさせ、患者は上述のリフォーカスＲＦパルスにより更なるＲＦパワーを受け、これは実際の撮像シーケンスの直前に印加される必要がある。更なる不利点は、ＭＲナビゲータ信号の測定と撮像データの測定の間の遅延のために、公知の方法が患者の体の検査された部分の巨視的な動きに依然として影響されやすいことである。
米国特許第６，０７６，００６号明細書

従って、特に、高速且つ正確な拡散強調撮像を可能とする、改良されたＭＲＩ方法が必要であることが容易に認識される。従って、本発明は、撮像信号の位相誤りを決定するための最小の追加的な測定時間を必要とし、検査される患者の体の巨視的な動きによって生ずる画像アーティファクトのロバストな補償を保証する、拡散強調撮像法を提供することを主な目的とする。

本発明によれば、撮像シーケンスの位相エンコード法は、各ＭＲエコー列が、撮像データセットの一体部分を形成する少なくとも１つの初期ＭＲナビゲータエコーを有するよう選択され、位相補正は、各ＭＲエコー列のＭＲナビゲータエコーから得られる段階とを有することを特徴とする、方法が開示される。

本発明は、ＭＲナビゲータエコーが実際の撮像データの一体部分として測定されるため、拡散強調で高速断層撮影スキャンを行うことを可能とする。巨視的な動きによって生ずるＭＲエコー信号の位相誤りを決定するための追加的な測定時間は必要でない。本発明によれば、ＭＲナビゲータエコーの測定は撮像シーケンスへ埋め込まれるため、ナビゲータ信号の測定と撮像信号の測定の間には実質的に時間遅延はない。従って、特にロバストな動き補償が可能である。本発明によれば、ＭＲナビゲータエコーは、撮像データセットの一部であり、ステップｆ）において画像の再構成のために残る撮像信号と共に使用される。本発明は、従って自己ナビゲート性質を伴う拡散強調撮像のためにＭＲＩ方法を与える。

本発明の方法によれば、ＭＲエコー列ごとに１つ、２つ又はそれ以上のＭＲナビゲータエコーのみを使用することが有利に可能であり、これら全ては撮像データセットの一体部分を形成する。よりロバストな且つ正確な位相補正は、１つ以上のＭＲナビゲータエコーから、即ち、位相エンコードされたエコーから、及び、ゼロ位相エンコードを伴うＭＲナビゲータエコーから、位相情報を導出することにより達成されうる。

本発明の方法では、１つの初期ＭＲナビゲータエコーが位相エンコードなしに生成され、各ＭＲナビゲータエコーに一連の位相エンコードＭＲエコーが続けば有用である。このようにして、各ＭＲエコー列は、位相エンコードされていない信号から開始する。この信号は、例えば上述の特許文献１に記載のように、公知の方法で位相補正を導出するためのナビゲータとして使用される。ＭＲナビゲータエコーが画像データに対して一体であり、公知のナビゲータ法のように別個ではないため、また、これがエコー列の初期エコーであるため、これは常に最大信号振幅を有するエコーである。従って、本発明によるナビゲーションは、特にロバストであり正確である。

各ＭＲエコー列が一定に増加又は減少する位相エンコードで発生されれば、本発明により短いエコー時間が達成されることが有利である。これは、インタリーブされた位相エンコードスキームが達成されるよう、ステップａ）乃至ｃ）が、１つの可変位相エンコードステップ及び続く一連の固定位相エンコードステップを有する撮像シーケンスで繰り返されれば、特に有効である。このようにして、データ取得はＭＲエコー信号との各インタリーブに対して介しし、これは位相エンコードされず、最大又は最小の位相エンコード値に達するまでより正の方向の又はより負の方向の位相エンコード値へと続く。これは、ゼロ位相エンコードを伴うＭＲナビゲータエコーが、各繰り返し中に測定されることを意味する。これらのナビゲータ信号間の位相差は、巨視的な動きによるものであり、夫々のインタリーブの残るＭＲエコーの位相を補正するために容易に使用されうる。

各ＭＲエコー列の非線形位相補正は、ステップｅ）において有利に実行されえ、これはＭＲエコー列の１つ又はそれ以上のＭＲナビゲータエコー及び対応する参照ＭＲナビゲータエコーから計算される。このようにして、位相補正は、撮像データセットによって網羅される空間中の各個々の点に対して実行され、それにより巨視的な動きの特に有効な補正を達成する。撮像データセットの第１のＭＲナビゲータを参照ＭＲナビゲータエコーとして選択することが実際的である。

本発明の方法を、定常且つ略均一な主磁場中に配置された体の磁気共鳴撮像のために専用の装置に組み込むことが容易に可能である。かかるＭＲＩスキャナは、主磁場を生成する手段と、主磁場に重畳される傾斜磁場を生成する手段と、体へ向かってＲＦパルスを照射する手段と、傾斜磁場及び前記ＲＦパルスの生成を制御する制御手段と、ＲＦパルスのシーケンス及び切り換えられた傾斜磁場によって生成される磁気共鳴信号を受信及びサンプリングする手段と、信号サンプルから画像を形成する再構成手段とを有する。本発明によれば、通常はメモリ及びプログラム制御を有するマイクロコンピュータは、本発明の上述の方法による撮像手順の記述を伴うプログラムを有する。

本発明の撮像手順を実行するのに適したコンピュータプログラムは、有利には、現在はＭＲＩスキャナの制御のために臨床上使用されている、任意の共通のコンピュータハードウエア上で実施されることが有利である。コンピュータプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ又はディスケット等の適切なデータ担体上に与えられ得る。或いは、これは、インターネット・サーバからユーザによってダウンロードされうる。

以下の図面は、本発明の望ましい実施例を開示する。図面は、本発明を例示するためだけのものであって、本発明の限界を定義するものであると理解されるべきではない。

図１中、磁気共鳴撮像装置１を図式的に示す。装置１は、定常且つ均一な主磁場を発生する一組の主磁場コイル２と、制御可能な強度を有し、選択された方向に傾斜を有する追加的な磁場を重畳する２組の傾斜磁場コイル３、４及び５を有する。慣習通り、主磁場の方向はｚ方向とラベル付けされ、それに対して垂直な２つの方向をｘ方向及びｙ方向とラベル付けする。傾斜磁場コイルは、電源１１を介して付勢される。装置１は更に、体７へ無線周波（ＲＦ）パルスを送信する放射線送信器６、即ち、アンテナ又はコイルを有し、放射線送信器６はＲＦパルスを発生し変調するよう変調器８に結合される。また、ＲＦ信号を受信する受信器が設けられ、受信器は送信器６と同一であるか別個である。送信器と受信器が図１に示すアンテナ又はコイルと物理的に同じであれば、送受信スイッチ９は、受信した信号を送信されるべきパルスから分けるよう配置される。受信したＭＲ信号は、復調器１０に入力される。傾斜磁場コイル３、４、５用の変調器８、送信器６、及び電源１１は、上述のＲＦパルスのシーケンス及び対応する傾斜磁場パルスのシーケンスを発生するよう制御システム１２によって制御される。制御システムは、通常は、メモリ及びプログラム制御を有するマイクロコンピュータである。本発明の実際的な実施のために、制御システムは、上述の方法による撮像手順の記述を有するプログラムを含む。復調器１０は、受信したエコー信号を例えば視覚表示ユニット１５上で可視とされうる画像へと変換する例えばコンピュータであるデータ処理ユニット１４に結合される。また、装置の操作者が撮像手順のパラメータを対話式に調整することを可能とする、制御システム１２に接続された、例えば適当なキーボード等の入力装置１６がある。

本発明の方法によるシーケンス設計を図２に示す。図２は、無線周波パルスＲＦと、３つの直交する方向の傾斜磁場パルスＧＸ，ＧＹ，ＧＺの時間的な連続を示す。定常の且つ実質的に均一な主磁場中に配置される患者は、本発明のＭＲＩ手順中にこれらのパルスを受ける。図示の手順は、初期励起ＲＦパルスα_X及びリフォーカスＲＦパルス１８０°_Yを有する第１の拡散強調シーケンスＤＷ１で始まる。ｚ方向のスライス選択傾斜磁場パルスＧ_SELは、ＲＦパルスと同時に発生される。核磁化のスライス選択励起及びリフォーカスの両方の後、拡散強調を得るために拡散傾斜磁場Ｇ_DIFFが発生される。ＭＲエコー列Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５は、交互の読み出し傾斜磁場パルスＧ_READと位相エンコード傾斜磁場パルスＧ_PHASEを有する第１の撮像シーケンスＥＰＩ１によって発生する。撮像シーケンスＥＰＩ１には、第２の拡散強調シーケンスＤＷ２と続く第２の撮像シーケンスＥＰＩ２とが続き、「マルチショット」拡散強調ＥＰＩシーケンスが実現されるようにされ、拡散強調及び撮像シーケンスの交互の連続が発生する。これらのステップは、十分な数の位相エンコードステップを有する完全な撮像データセットが各ＭＲエコー列Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５及びＥ６，Ｅ７，Ｅ８，Ｅ９，Ｅ１０等を測定することによって得られる。位相エンコード傾斜磁場Ｇ_PHASEは、各ＭＲエコー列が、位相エンコードされず撮像データセットの一体部分を形成する初期ＭＲナビゲータエコーＥ１又はＥ６を有するよう発生される。本発明によれば、位相補正は、ＭＲナビゲータエコーＥ１及びＥ６から得られる。画像データセットは、各ＭＲエコー列の個々の位相補正により検査されている患者の巨視的な動きについて補正される。最後に、画像は、位相補正された撮像データセットから再構成される。図２に更に示すように、初期ＭＲナビゲータエコーＥ１，Ｅ６の後には、夫々、一連の位相エンコードされたＭＲエコーＥ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５又はＥ７，Ｅ８，Ｅ９，Ｅ１０が続く。正のｙ方向に傾斜磁場パルスＧ_PHASEを使用する撮像シーケンスＥＰＩ１により、一定に増加する位相エンコードを有するＭＲエコー列が発生し、一定に減少する位相エンコードのＭＲエコー列は、負のｙ方向に傾斜磁場パルスＧ_PHASEを使用する第２の撮像シーケンスＥＰＩ２によって増加する。撮像シーケンスＥＰＩ１及びＥＰＩ２はいずれも、インタリーブされた位相エンコードスキームが図示の「マルチショット」撮像スキームにより達成されるよう、可変傾斜磁場強度を有する初期位相エンコード傾斜磁場及び固定傾斜磁場強度を有する続く一連の傾斜磁場パルスの両方を有する。

図３は、上述のインタリーブされた位相エンコードスキームを示す。本発明の方法によるｋ空間軌跡を、図示する。ｋ空間の完全なサンプリングのために、夫々が８つのＭＲエコー列Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ７，Ｅ８，Ｅ９，Ｅ１０を有する、８つの拡散強調されたＥＰＩスキャンＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８が印加される。各ＭＲエコー列は、ｋ_y＝０において初期エコーＥ１を有し、これは位相補正データを得るために使用される。十分な数の位相エンコードステップの収集には、ｋ_yの「中心から外への（centre-out）」インクリメントが、ｋ_y＝０から始まって、夫々ｋ_y＝ｋ_ymax及びｋ_y＝ｋ_yminまでの正及び負のｋ_y値の両方に対して交互に行われる。従って、ロバスト且つ正確なナビゲーション、及び、特に短いエコータイミングが達成される。各スキャンＳ１，Ｓ２．．．は、図３に示すようにｋ_y方向でのインタリーブされたｋ空間サンプリングが実現されるよう、インタリーブされた可変位相エンコードステップ及び続く一連の固定位相エンコードステップで始まる。

図４は、図３の位相エンコードスキームの変更を示す図である。各ＭＲエコー列は、９つのエコー信号Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ７，Ｅ８，Ｅ９を示し、２つの初期エコーＥ１，Ｅ２はナビゲータ信号として用いられる。従って、１以上のエコー、さらには３以上のエコーは、本発明の方法によるナビゲーション目的のために中央空間から収集される。エコー信号Ｅ１は位相エンコードなしに収集され、信号Ｅ２は最小の位相エンコード値で収集される。エコーＥ１とＥ２の間のｋ空間距離は、撮像手順によって網羅されるＦＯＶ（視野）に対応する。位相補正は、全ＦＯＶに亘る位相誤差が位置合わせされるよう、各スキャンＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８の中央ｋ空間エコーＥ１及びＥ２を一致させることによって得られる。図４に示すように、各撮像シーケンスは、ＦＯＶに関して公称のｋ空間において初期位相エンコードステップを有する。この初期位相エンコードステップの後には、可変位相エンコードステップ及び公称のｋ空間距離よりも多いｋ空間距離で続く一連の固定位相エンコードステップが続く。それにより、個々のスキャンＳ１，Ｓ２．．の信号を組み合わせることにより全ＦＯＶが撮像されるよう、インタリーブされた位相エンコードスキームが達成される。

ＭＲＩスキャナの実施例を示す図である。本発明の方法による拡散強調ＥＰＩパルスシーケンスを示す図である。本発明によるインタリーブされた位相エンコードスキームのｋ空間軌跡を示す図である。インタリーブ毎の２つのＭＲナビゲータエコーを用いた他の位相エンコードスキームを示す図である。

Claims

安定した実質的に均一な主磁場中に配置された体の少なくとも一部分の撮像のための磁気共鳴撮像装置の作動方法であって、
ａ）初期ＲＦパルス及び少なくとも１つの拡散傾斜磁場パルスを有する拡散強調シーケンスを発生させる段階と、
ｂ）読み出し傾斜磁場パルス及び位相エンコード傾斜磁場パルスを有する撮像シーケンスを発生させる段階と、
ｃ）前記撮像シーケンスに応答して前記部分において生成されたＭＲエコー列を測定する段階と、
ｄ）十分な数の位相エンコードステップを有する完全な撮像データセットが測定されるまで前記段階ａ）乃至ｃ）を繰り返す段階と、
ｅ）前記撮像データセットを前記部分の巨視的な動きについて各ＭＲエコー列の個々の位相補正により補正する段階と、
ｆ）前記撮像データセットから画像を再構成する段階とを有し、
前記撮像シーケンスの位相エンコード法は、各ＭＲエコー列が、前記撮像データセットの一体部分を形成する少なくとも１つの初期ＭＲナビゲータエコーを有するよう選択され、前記位相補正は、各ＭＲエコー列の前記ＭＲナビゲータエコーから得られることを特徴とする、方法。
１つの初期ＭＲナビゲータエコーは位相エンコードなしに生成されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
各ＭＲエコー列は、一定に増加又は減少する位相エンコードで生成されることを特徴とする、請求項２記載の方法。
前記段階ａ）乃至ｃ）は、１つの可変位相エンコードステップ及び続く固定位相エンコードステップの列を有する前記撮像シーケンスで、インタリーブされた位相エンコードスキームが達成されるよう繰り返されることを特徴とする、請求項３記載の方法。
各ＭＲエコー列の非線形位相補正は、ステップｅ）で行われ、各ＭＲエコー列の少なくとも１つのＭＲナビゲータエコー及び少なくとも１つの基準ＭＲナビゲータエコーから計算されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
前記拡散強調シーケンスはＲＦリフォーカス・パルスを有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
前記撮像シーケンスは、ＲＦパルスを全く含まないＥＰＩ（エコー・プレーナ・イメージング）シーケンスであることを特徴とする、請求項６記載の方法。
定常且つ略均一な主磁場中に配置される体の磁気共鳴撮像用の装置であって、
前記主磁場を生成する手段と、前記主磁場に重畳される傾斜磁場を生成する手段と、前記体へ向かってＲＦパルスを照射する手段と、前記傾斜磁場及び前記ＲＦパルスの生成を制御する制御手段と、ＲＦパルス及び切り換えられる傾斜磁場のシーケンスによって生成される磁気共鳴信号を受信及びサンプリングする手段と、前記信号サンプルから画像を形成する再構成手段とを有し、
前記制御手段は、請求項１記載の方法による撮像手順の記述を有するプログラムを有する、装置。
撮像手順が磁気共鳴撮像装置上で実行されることを可能とする、プログラムコードを有するコンピュータプログラムであって、前記撮像手順は、
ａ）前記部分に初期ＲＦパルス及び少なくとも１つの拡散傾斜磁場パルスを有する拡散強調シーケンスを受けさせる段階と、
ｂ）前記部分に読み出し傾斜磁場パルス及び位相エンコード傾斜磁場パルスを有する撮像シーケンスを受けさせることによりＭＲエコー列を生成する段階と、
ｃ）前記ＭＲエコー列を測定する段階と、
ｄ）十分な数の位相エンコードステップを有する完全な撮像データセットが測定されるまで前記段階ａ）乃至ｃ）を繰り返す段階と、
ｅ）前記撮像データセットを前記部分の巨視的な動きを各ＭＲエコー列の個々の位相補正により補正する段階と、
ｆ）前記撮像データセットから画像を再構成する段階とを有し、
前記撮像シーケンスの位相エンコード法は、各ＭＲエコー列が、前記撮像データセットの一体部分を形成する少なくとも１つの初期ＭＲナビゲータエコーを有するよう選択され、前記位相補正は、各ＭＲエコー列の前記ＭＲナビゲータエコーから得られる段階とを有することを特徴とする、コンピュータプログラム。
各ＭＲエコー列は、一定に増加又は減少する位相エンコードで生成され、ステップａ）乃至ｃ）は、１つの可変位相エンコードステップ及び続く固定位相エンコードステップの列を有する前記撮像シーケンスで、インタリーブされた位相エンコードスキームが達成されるよう繰り返されることを特徴とする、請求項９記載のコンピュータプログラム。