JP4693209B2 - 磁気共鳴イメージング・システムのための高速スピン・エコーの位相補正法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の分野は、核磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）方法及びシステムである。より具体的には、本発明は、画像アーティファクトを減少させるための高速（ファスト）スピン・エコーのパルス・シーケンスの補償に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人体組織のような物質が一様の磁場（分極磁場Ｂ0 ）にさらされると、組織内のスピンの個々の磁気モーメントは、この分極磁場に沿って整列しようとするが、各スピン固有のラーモア周波数でランダムな秩序で分極磁場の周りを歳差運動する。物質すなわち組織が、ｘｙ平面内に存在すると共にラーモア周波数に近い周波数を持つ磁場（励起磁場Ｂ1 ）にさらされると、整列した正味の磁気モーメントＭzがｘｙ平面に向かって回転すなわち「傾斜」して、正味の横磁気モーメントＭtを生成し得る。励起信号Ｂ1 を停止させた後に、このように励起されたスピンによって信号が放出され、この「ＭＲ（磁気共鳴）」信号を受信して処理することにより画像を形成することができる。
【０００３】
これらの信号を用いて画像を形成するときに、磁場勾配（Ｇx 、Ｇy 及びＧz ）が用いられる。典型的には、撮像領域は、採用されている特定の局在化方法に応じてこれらの勾配が変化する一連の測定サイクルによって走査される。結果として得られたＭＲ受信信号の組をディジタル化すると共に処理して、多くの周知の再構成手法のうち１つを用いて画像を再構成する。医用画像を作成するために現在用いられている殆どのＭＲ走査は、必要なデータを取得するのに何分間もの時間を必要とする。走査時間を短縮させると、患者のスループットが増大し、患者の快適さが増すと共に、モーション・アーティファクトを減少させることにより画質が改善されるので、この走査時間の短縮は重要な課題である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
分単位でなく秒単位で走査を完了し得るパルス・シーケンスも存在している。その１つは、高速取得緩和強調（ＲＡＲＥ）シーケンスであり、Magnetic Resonance in Medicine誌、第３巻、第８２３頁〜第８３３頁（１９８６年）のJ. Hennig等の論文「ＲＡＲＥイメージング：臨床ＭＲ用の高速撮像方法（RARE Imaging: A Fast Imaging Method for Clinical MR）」に記載されている。ＲＡＲＥシーケンスは、Carr-Purcell-Meiboom-Gillシーケンスから発生されるＲＦ再集束エコーを利用した高速スピン・エコー・シーケンスである。これらの高速スピン・エコー（「ＦＳＥ」）走査では、渦電流、Ｂ0 の不安定性、勾配増幅器の忠実度の低さ、磁気ヒステリシス及び高次のマクスウェル項等に起因する画像アーティファクトが非常に生じ易い。１９９５年１月３日にR.S. Hinksに付与された米国特許第５，３７８，９８５号「ＭＲＩシステム用の高速スピン・エコー・プレスキャン（Fast Spin Echo Prescan For MRI Systems）」において、各々の患者の走査に先立って、位相誤差の一部を測定すると共に、これらの誤差を補償するように高速スピン・エコー・パルス・シーケンスを変更する方法が開示されている。この方法は、ゴースト画像アーティファクトを実質的に減少させるが、位相誤差の根本的な原因が多数同時に存在していたり互いに相互作用を及ぼし合ったりするような状況では、アーティファクトを含まないＦＳＥ画像を作成するのは困難である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＦＳＥパルス・シーケンスを調節し、これにより、ＭＲＩスキャナによって生ずる位相誤差を減少させるためにＦＳＥ走査に先立って実行される処理である。より明確に述べると、この処理は、ｋ空間の中央からエコー信号を取得するようにＦＳＥパルス・シーケンスを実行する工程と、読み出し勾配軸に沿った１次の位相シフトについてＦＳＥパルス・シーケンスを補償するために、取得されたエコーから位相シフト及び読み出し勾配補償パルスを算出する工程と、ｋ空間の中央から更なるエコー信号を取得するようにＦＳＥパルス・シーケンスを実行する工程と、位相エンコード勾配軸に沿ったゼロ次及び１次の位相シフトについてＦＳＥパルス・シーケンスを補償するために、前述の更なるエコーから位相シフト及び位相エンコード勾配補償パルスを算出する工程と、ｋ空間の中央からもう１つのエコー信号を取得するようにＦＳＥパルス・シーケンスを実行する工程と、スライス選択勾配軸に沿った位相シフトについてＦＳＥパルス・シーケンスを補償するために、前述のもう１つのエコーからスライス選択勾配補償パルスを算出する工程とを含んでいる。各々の勾配軸が補償されるのに伴い、更なる中央ｋ空間エコーを取得するのに用いられるＦＳＥパルス・シーケンスは、位相誤差を補償するように修正されたものとなる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
先ず、図１には、本発明を組み込んだ好ましいＭＲＩシステムの主要な構成要素が示されている。システムの動作は、キーボード及び制御パネル１０２と表示装置１０４とを含んでいる操作者コンソール１００によって制御される。コンソール１００はリンク１１６を介して独立したコンピュータ・システム１０７と連絡しており、コンピュータ・システム１０７により、操作者はスクリーン１０４上での画像の形成及び表示を制御することが可能になる。コンピュータ・システム１０７は、画像プロセッサ・モジュール１０６と、ＣＰＵモジュール１０８と、メモリ・モジュール１１３とを含んでいる。コンピュータ・システム１０７は、画像データ及びプログラムを記憶するためのディスク記憶装置１１１及びテープ・ドライブ１１２に結合されており、また、高速シリアル・リンク１１５を介して別個のシステム制御部１２２と連絡している。
【０００７】
システム制御部１２２は、ＣＰＵモジュール１１９と、シリアル・リンク１２５を介して操作者コンソール１００に接続されているパルス発生器モジュール１２１とを含んでいる。リンク１２５を介して、システム制御部１２２は実行されるべき走査シーケンスを指示する命令（コマンド）を操作者から受け取る。これらの命令に応答して、パルス発生器モジュール１２１は、ＲＦ励起パルスのタイミング、大きさ及び形状、並びにデータ取得ウィンドウのタイミング及び長さを指示するデータを発生し、また、パルス発生器モジュール１２１は一組の勾配増幅器１２７に接続されており、走査中に発生される勾配パルスのタイミング及び形状を制御する。パルス発生器モジュール１２１はまた、患者に接続されているいくつかの異なるセンサから信号を受け取る生理学的取得制御器１２９から患者データを受け取り、また、患者及び磁石系の状態に関連した様々なセンサから信号を受け取る走査室インタフェイス回路１３３に接続されている。走査室インタフェイス回路１３３を介して、患者位置決めシステム１３４もまた、走査に望ましい位置へ患者を移動させるための命令を受け取る。
【０００８】
パルス発生器モジュール１２１によって発生される勾配波形は、Ｇx 増幅器とＧy 増幅器とＧz 増幅器とで構成されている勾配増幅器システム１２７に印加される。各々の勾配増幅器は、全体的に参照番号１３９で示されているアセンブリ内の対応する勾配コイルを励起して、取得されたＭＲ信号を空間的にエンコードするのに用いられる磁場勾配を発生する。勾配コイル・アセンブリ１３９は、磁石アセンブリ１４１の一部を形成しており、磁石アセンブリ１４１はまた、分極用磁石１４０と全身型ＲＦコイル１５２とを含んでいる。
【０００９】
システム制御部１２２内に設けられている送受信器モジュール１５０がパルスを発生し、これらのパルスは、ＲＦ増幅器１５１によって増幅され、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１５４によってＲＦコイル１５２に結合されて、ＲＦ励起磁場Ｂ1を発生する。患者の体内の励起された核によって発生されるＭＲ信号は、同じＲＦコイル１５２によって検知されて、送信／受信スイッチ１５４を介して前置増幅器１５３に結合される。送信／受信スイッチ１５４は、パルス発生器モジュール１２１からの信号によって制御されて、送信モード時にはＲＦ増幅器１５１をコイル１５２に電気的に接続し、受信モード時には前置増幅器１５３を接続する。
【００１０】
ＲＦコイル１５２によって検知されたＭＲ信号は、基準信号を用いてフィルタ処理され、復調され、送受信器モジュール１５０によってディジタル化されて、システム制御部１２２のバックプレーン１１８を介してメモリ・モジュール１６０へ転送される。走査が完了してデータ・アレイの全体がメモリ・モジュール１６０内に取得されたときに、アレイ・プロセッサ１６１が、このデータを画像データ・アレイへフーリエ変換する。この画像データは、シリアル・リンク１１５を介してコンピュータ・システム１０７へ伝送されて、ここで、ディスク・メモリ１１１に記憶される。
【００１１】
図２を詳細に参照すると、補償されるべき高速スピン・エコーＭＲパルス・シーケンスは２ＤＦＴ ＲＡＲＥシーケンスであり、ここでは１６個のＭＲエコー信号が取得されている。明瞭にするために図２には４つのエコー信号３０１〜３０４のみを示しているが、更に１２個のエコー信号が発生されて取得されることが理解されよう。これらのＭＲエコー信号は、患者を通過するスライスに横磁化を形成するようにＧzスライス選択勾配パルス３０６を存在させた状態で発生される９０°ＲＦ励起パルス３０５によって発生される。この横磁化は、１６個の選択的１８０°ＲＦ再集束（リフォーカシング）パルス３０７及び同時に印加されるスライス選択勾配パルス３００の各々によって再集束されて、ＭＲスピン・エコー信号３０１〜３０４を発生し、これらの信号３０１〜３０４はＧx 読み出し勾配パルス３０８を存在させた状態で取得される。各々のＭＲスピン・エコー信号３０１〜３０４は、それぞれのＧy 位相エンコード・パルス３０９〜３１３によって別個に位相エンコードされる。各々の位相エンコード・パルスの大きさは異なっており、２５６個の値を通じて段階的に変化して、１回の完全な走査中に２５６個の別個のビューを取得する。各々のＭＲスピン・エコー信号は、各々の信号の２５６個のサンプルをディジタル化することにより取得され、結果として、１つの画像のための走査の完了時には、取得されたデータに対して２次元フーリエ変換（２ＤＦＴ）を施すことにより２５６×２５６ピクセルの画像が形成される。
【００１２】
図２のＦＳＥパルス・シーケンスは、ＣＰＭＧ（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）エコー・トレインを用いて単一のエコー・トレイン（又は「ショット」）の範囲内で多数のビューをエンコードしている。これらのエコー信号は、空間情報を正確にエンコードすべきである場合には位相が揃っていなければならない。エコー信号に望ましくない位相シフトが存在していると、再構成画像にゴースト、ボケ及び信号損失が生ずる。これらの位相シフトは、空間的に独立なものである（すなわちゼロ次）可能性もあるし、又はシステム・イソセンタからの位置の関数として変動するものである（すなわち空間的に１次及びより高次）可能性もある。本発明の一側面は、３つの勾配軸の各々に沿ってこれらゼロ次及び１次の位相誤差を予備走査（プレスキャン）処理中に測定することができ、これらの望ましくない位相シフトに起因する画像アーティファクトを実質的に解消するようにＦＳＥパルス・シーケンスを修正すなわち補償することができるというものである。
【００１３】
本発明の好適実施例のＦＳＥ走査は、図１のＭＲシステムによって実行されるプログラムの指令の下で実行される。以下で述べるように、好適実施例では、所要の補正用情報を収集するように修正された一連のＦＳＥパルス・シーケンスの実行を含むプレスキャンをＦＳＥ走査の直前に実行する。次いで、補正用情報を用いてＦＳＥパルス・シーケンスを変更し、このＦＳＥパルス・シーケンスをＭＲデータを取得する走査時に用いて、ＭＲデータから正確な画像を再構成することができる。この手順はまた、ＭＲＩシステムの較正処理として用いることもでき、この場合には、各々の患者毎に別個のプレスキャンを行う必要がなく、すなわち、手順を大幅に単純化することができる。
【００１４】
図３Ａ及び図４を詳細に参照すると、プレスキャン処理の第１段階は、処理ブロック４０１に示すように、図４のＦＳＥパルス・シーケンスを実行するものである。読み出し勾配３０８並びにスライス選択勾配３０６及び３００は、図２の実際のＦＳＥパルス・シーケンスと正確に同じ方法で発生される。位相エンコード勾配パルス（例えば、３０９及び３１０）は、通常の態様で発生されるが、ｋ空間の最も中央に位置するビューをサンプリングするのに用いられる２つのエコー３２０及び３２２の際に発生されない点が異なる。これら中央ビュー用の位相エンコード勾配はオフになっている。換言すれば、最も中央の２つのｋ空間ビューを取得するＦＳＥパルス・シーケンスのショットが発生され、位相エンコード勾配は、エコー信号３２０及び３２２の各々が取得される前にオフになる。この修正されたＦＳＥパルス・シーケンスを走査の各々のスライス毎に繰り返し、処理ブロック４０２に示すように、結果として取得されたエコー信号３２０及び３２２の全てを読み出し軸（好適実施例ではｘ）に沿ってフーリエ変換する。各々のスライス位置において得られた「投影」は、読み出し軸（ｘ）に沿った各位置でのＩ及びＱの大きさの値のアレイであり、これらの値を用いて、次の式のようにして各々の位置でのエコー信号の位相を算出する。
【００１５】
φ＝ｔａｎ-1（Ｉ／Ｑ） （１）
第１のエコー信号３２０についてのこれらの位相値のプロットを、例として図７の破線４０３によって示し、第２のエコー信号３２２についての位相値を点線４０４によって示す。走査の各々のスライスについて同様な「位相プロファイル」が算出される。
【００１６】
図３Ａ及び図７を詳細に参照すると、処理ブロック４０５に示す次の段階は、読み出しのイソセンタにおける２つのエコー信号３２１及び３０２の間の位相差（Δφ0）を算出するものである。この位相差Δφ0 が所定の値（例えば、０．５°又は１．０°）よりも小さいならば、ゼロ次補正は必要でなく、処理は先に進む。他の場合には、処理は判定ブロック４０６においてループして戻り、処理ブロック４０７において位相補正計算が行われる。ゼロ次位相誤差を補正するためには、測定された位相差Δφ0 の約２分の１に等しい補正値を算出し、１８０°ＲＦ再集束パルス３０７の各々の位相にこの角度を加算して、１８０°ＲＦ再集束パルス３０７の位相を９０°ＲＦ励起パルス３０５に対して変更する。ＦＳＥパルス・シーケンスのこの変更は、処理ブロック４０８において、走査の各々のスライスについて行われる。
【００１７】
次いで、変更後のＦＳＥパルス・シーケンスに対して、各々のスライスについてこの手順を繰り返す。この処理は、各々のスライスについての位相差が、判定ブロック４０６において試験される際に所定の値の範囲内に納まるまで繰り返される。
【００１８】
図３Ａ及び図７を詳細に参照すると、この処理は、処理ブロック４１０へ続き、読み出し軸に沿った１次の位相シフトについて各々のスライス毎にＦＳＥパルス・シーケンスを補正する。より明確に述べると、第１のエコー信号３２０の位相プロファイル４０３の傾き（ｄφ1 ／ｄｘ）及び第２のエコー信号３２２の位相プロファイル４０４の傾き（ｄφ2 ／ｄｘ）が算出され、これらの傾きの間の差（Δｄφ／ｄｘ）が測定される。判定ブロック４１１に示すように、この差が所定の限度を上回っている場合には、プレスキャンはループして戻り、当該スライスについてＦＳＥパルス・シーケンスを更に補償する。処理ブロック４１２において、傾きの差Δｄφ／ｄｘを磁気回転定数γ（すなわち、４２５７Ｈｚ／ガウス）で除算することにより、読み出し勾配面積に対する補正値が算出される。処理ブロック４１３に示すように、この算出された勾配面積の調節は、図４のＦＳＥパルス・シーケンスの読み出し勾配位相分散用（ディフェーザ）パルス４１４（図２）に加算されて、読み出し勾配補償パルス３２４を形成する。次いで、各々のスライスについての傾きの差Δｄφ／ｄｘが判定ブロック４１１で試験される際に所定のレベルを下回るまで、プレスキャンが繰り返されて読み出し勾配パルス３２４が調節される。
【００１９】
プレスキャン手順の次の部分では、ＦＳＥパルス・シーケンスの位相エンコード軸に沿った位相誤差が測定されて補償される。図３Ｂを詳細に参照すると、処理ブロック４２０に示すように、この部分は、図５のＦＳＥパルス・シーケンスを用いて達成される。このパルス・シーケンスは、ＲＦパルス３０５及び３０７、並びにスライス選択勾配パルス３０６及び３００等のように、多くの点で図２のパルス・シーケンスと同じであるが、読み出し勾配パルス３０８及び位相分散用パルス３２４がオフになっている点が異なる。このことは図５において、読み出し勾配パルス３０８が存在しない状態で最も中央の２つのｋ空間エコー信号３２０及び３２２を取得していることによって示されている。位相エンコード方向では、ＦＳＥショットの全体を通じて正規の位相エンコード勾配パルス（例えば、３０９及び３１０）が通常の態様で発生されているが、中央のｋ空間ビューをサンプリングするのに用いられる２つのエコー信号３２０及び３２２の取得中に発生されない点が異なる。これら２つのエコー信号のためには、位相エンコード勾配軸に沿って「読み出し様(readout-like)」勾配パルス３２８及び３３０が発生される。読み出し様勾配パルス３２８及び３３０の両側では負の勾配ローブが発生されており、ゼロ次の勾配モーメントを無化している。加えて、勾配パルス３２８及び３３０、並びにこれらの勾配パルスに関連する負のローブの大きさをエコー間隔の限度に応じて最小限にして、これらの勾配パルス及び勾配ローブが生じさせる可能性のあるあらゆる付加的な位相誤差を減少させる。この振幅の最小化は、相対的に低い読み出し帯域幅を選択するか、又はこの手順のこの部分の間では視野を増大させるかのいずれかにより達成することができる。両方のアプローチとも、別個に用いることも、組み合わせて用いることもでき、ＳＮＲの向上という付加的な利点を有する。
【００２０】
図３Ｂ及び図７を詳細に参照すると、上で行ったように、取得された両エコー信号３２０及び３２２は、処理ブロック４２１において位相エンコード軸に沿ってフーリエ変換されて、位相プロファイル４０３及び４０４が算出される。ｙ軸のイソセンタにおける位相差（Δφ0 ）はここでも、処理ブロック４２２において２つの位相プロファイル４０３及び４０４から決定され、判定ブロック４２３で決定される際に位相差が所定の量を上回っている場合には、補正が行われる。調節が必要な場合には、処理ブロック４２４において、測定された位相差の実質的に２分の１（Δφ0 ／２）である位相補正を算出して、処理ブロック４２５において適用し、９０°ＲＦ励起パルス３０５の位相をＲＦ再集束パルス３０７に対してシフトさせる。この位相調節は、走査の各々のスライスについて１６個のショットの各々に対して、判定ブロック４２３において試験される際に対応する全てのＦＳＥパルス・シーケンスが所定の限度内に納まる位相差を発生するようになるまで行われる。
【００２１】
更に図３Ｂ及び図７を参照すると、次の段階は、位相エンコード勾配軸（好適実施例ではｙ）に沿った１次の位相シフトについて各々のスライス毎にＦＳＥパルス・シーケンスを補償するものである。処理ブロック４３０に示すように、第１のエコー信号３２０の位相プロファイル４０３の傾き（ｄφ1 ／ｄｙ）及び第２のエコー信号３２２の位相プロファイル４０４の傾き（ｄφ2 ／ｄｙ）が算出され、これらの傾きの間の差（Δｄφ／ｄｙ）が測定される。判定ブロック４３２に示すように、この差が所定の限度を上回っている場合には、処理はループして戻り、当該スライスについてＦＳＥパルス・シーケンスを更に補償する。処理ブロック４３４において、傾きの差Δｄφ／ｄｙを磁気回転定数γで除算することにより、位相エンコード勾配に対する補正値が算出されて、位相エンコード勾配面積補正値が形成される。処理ブロック４３６に示すように、この算出された勾配面積の調節は、ＲＦ励起パルス３０５の後で且つ第１のＲＦ再集束パルス３０７の前に印加されるＦＳＥパルス・シーケンスの位相エンコード勾配パルス３４０に加算される。各々のスライスについての傾きの差Δｄφ／ｄｙが判定ブロック４３２で試験される際に所定のレベルを下回るまで、この補正処理が繰り返されて位相エンコード補償パルス３４０が調節される。
【００２２】
この手順の第３段階では、３つ全ての勾配軸に沿った勾配に起因するスライス選択軸に沿った位相誤差が補償される。図３Ｃを詳細に参照すると、この段階は、処理ブロック４４０によって示すように、図６のパルス・シーケンスを用いて達成される。このパルス・シーケンスは、図２のＦＳＥパルス・シーケンスと同じＲＦパルス３０５及び３０７を用いるが、前段階からの位相補正が盛り込まれている。同様に、読み出し勾配パルス３０８は、このＦＳＥパルス・シーケンスと同じであるが、位相分散用勾配パルス４１４は、読み出し勾配補償パルス３２４によって置き換えられている。ショットにおける各々のエコー信号取得に先立って、通常の位相エンコード・パルス（例えば、３０９及び３１０）が印加されるが、位相エンコードは２つのエコー信号３２０及び３２２の取得中にはゼロに設定される。この手順の前段階と同様に、エコー信号３２０及び３２２は、ｋ空間の最も中央のビューをサンプリングする。前段階で算出された位相エンコード補償用勾配パルス３４０が印加されて位相エンコード軸に沿った位相誤差を最小化し、通常のスライス選択勾配パルス３０６及び３００が印加される。
【００２３】
処理ブロック４２２に示すように、取得されたエコー信号３２０及び３２２はフーリエ変換されて、処理ブロック４４４において、変換後の各信号の積分値が算出されて、その面積を測定する。判定ブロック４４６において、この積分値がその可能な最大値に達しているか否かを決定する試験を行って、達していなければ、処理ブロック４４８に示すように、スライス選択補償パルス３５０の値がインクリメントされる。次いで、修正後の図６のパルス・シーケンスを用いて、２つのエコー信号３２０及び３２２を再取得し、フーリエ変換の積分値を再び算出する。この積分の値は、補償用勾配パルス３５０の面積が最適となるまで増大し、その後、積分の値は下降し始める。判定ブロック４４６において最大積分値が検出されたときに、較正は完了し、システムはブロック４５０において処理から出る。中央ｋ空間エコーの積分値をこの態様で最大化することにより、スライス選択勾配軸に沿った１次の位相差が補償される。
【００２４】
これでＦＳＥ補償処理が完了する。この補償処理によって決定された位相シフト及び補償用勾配パルス３２４、３４０及び３５０が図２のＦＳＥパルス・シーケンスに付加されて、通常の態様で患者からの画像データを取得するのに用いられる。幾つかの原因によって生ずる位相誤差が、ＦＳＥパルス・シーケンスに対するこれらの変更によって相殺されて、画像アーティファクトが実質的に減少する。
【００２５】
以上に述べた好ましい方法の１つの論理的な変形では、位相エンコード軸及びスライス選択軸に沿った位相補正を先ず行い、最終段階として読み出し軸に沿った位相補正を行う。この変形は、実際の撮像シーケンスによく似たパルス・シーケンスを用いてゼロ次の位相誤差が決定される点で有利である。
【００２６】
また、好適実施例では、ゼロ次の位相誤差は２回測定され、うち１回は、位相エンコード勾配軸に沿った位相誤差の測定時であり、もう１回は、読み出し勾配軸に沿った位相誤差の測定時である。ゼロ次の位相シフト補正は、両方の測定から算出することもできるし、又は一方の測定のみから算出することもできる。選択の仕方によって全走査時間が変化することはないので、両方の測定を用いるのが好ましい。
【００２７】
中央ｋ空間の２つのエコーの間のゼロ次及び１次の位相差を算出する際に多くの変形が存在していることに留意されたい。ここでは、位相差を算出する１つの単純なアプローチ（すなわち、個々のエコーについてゼロ次及び１次の位相を先ず求め、次いで差を取る）を記載したが、複素エコー信号から先ず位相差を取り、次いで、位相差からゼロ次及び１次の位相を得るという代替的な方法も存在する。この後者のアプローチは、位相折り返しの問題を相対的に免れ易い。言うまでもなく、位相差は、IEEE Transactions on Medical Imaging誌、第ＭＩ−６巻、第１号、１９８７年３月のAhn及びChoの「自己補正及びヒストグラム分析に基づくＮＭＲイメージングにおける新たな位相補正方法（A New Phase Correction Method in NMR Imaging Based on Autocorrection and Histogram Analysis）」によって提案されたアルゴリズムを用いて得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を採用しているＭＲＩシステムのブロック図である。
【図２】従来のＦＳＥパルス・シーケンスのグラフである。
【図３Ａ】本発明のプレスキャン処理の好適実施例の流れ図である。
【図３Ｂ】本発明のプレスキャン処理の好適実施例の流れ図である。
【図３Ｃ】本発明のプレスキャン処理の好適実施例の流れ図である。
【図４】読み出し勾配軸に沿った位相誤差を補償するのに用いられる修正されたＦＳＥパルス・シーケンスのグラフである。
【図５】位相エンコード勾配軸に沿った位相誤差を補償するのに用いられるもう１つの修正されたＦＳＥパルス・シーケンスのグラフである。
【図６】スライス選択勾配軸に沿った位相誤差を補償するのに用いられる更にもう１つの修正されたＦＳＥパルス・シーケンスのグラフである。
【図７】図４〜図６のパルス・シーケンスによって行われる位相誤差測定のグラフである。
【符号の説明】
１００ 操作者コンソール
１０２ キーボード及び制御パネル
１０４ 表示装置
１１１ ディスク記憶装置
１１２ テープ・ドライブ
１１５ 高速シリアル・リンク
１１６ リンク
１１８ バックプレーン
１２５ シリアル・リンク
１３９ 勾配コイル・アセンブリ
１４０ 分極用磁石
１４１ 磁石アセンブリ
１５２ 全身型ＲＦコイル
３００ スライス選択勾配パルス
３０１、３０２、３０３、３０４、３２０、３２２ エコー信号
３０５ ９０°ＲＦ励起パルス
３０６ Ｇz スライス選択勾配パルス
３０７ 選択的１８０°ＲＦ再集束パルス
３０８ Ｇx 読み出し勾配パルス
３０９、３１０、３１１、３１３ Ｇy 位相エンコード・パルス
３２４ 読み出し勾配補償パルス
３２８、３３０ 「読み出し様」勾配パルス
３４０ 位相エンコード補償用勾配パルス
３５０ スライス選択補償パルス
４０３、４０４ エコー信号の位相値
４１４ 読み出し勾配位相分散用パルス
【発明の属する技術分野】
本発明の分野は、核磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）方法及びシステムである。より具体的には、本発明は、画像アーティファクトを減少させるための高速（ファスト）スピン・エコーのパルス・シーケンスの補償に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人体組織のような物質が一様の磁場（分極磁場Ｂ0 ）にさらされると、組織内のスピンの個々の磁気モーメントは、この分極磁場に沿って整列しようとするが、各スピン固有のラーモア周波数でランダムな秩序で分極磁場の周りを歳差運動する。物質すなわち組織が、ｘｙ平面内に存在すると共にラーモア周波数に近い周波数を持つ磁場（励起磁場Ｂ1 ）にさらされると、整列した正味の磁気モーメントＭzがｘｙ平面に向かって回転すなわち「傾斜」して、正味の横磁気モーメントＭtを生成し得る。励起信号Ｂ1 を停止させた後に、このように励起されたスピンによって信号が放出され、この「ＭＲ（磁気共鳴）」信号を受信して処理することにより画像を形成することができる。
【０００３】
これらの信号を用いて画像を形成するときに、磁場勾配（Ｇx 、Ｇy 及びＧz ）が用いられる。典型的には、撮像領域は、採用されている特定の局在化方法に応じてこれらの勾配が変化する一連の測定サイクルによって走査される。結果として得られたＭＲ受信信号の組をディジタル化すると共に処理して、多くの周知の再構成手法のうち１つを用いて画像を再構成する。医用画像を作成するために現在用いられている殆どのＭＲ走査は、必要なデータを取得するのに何分間もの時間を必要とする。走査時間を短縮させると、患者のスループットが増大し、患者の快適さが増すと共に、モーション・アーティファクトを減少させることにより画質が改善されるので、この走査時間の短縮は重要な課題である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
分単位でなく秒単位で走査を完了し得るパルス・シーケンスも存在している。その１つは、高速取得緩和強調（ＲＡＲＥ）シーケンスであり、Magnetic Resonance in Medicine誌、第３巻、第８２３頁〜第８３３頁（１９８６年）のJ. Hennig等の論文「ＲＡＲＥイメージング：臨床ＭＲ用の高速撮像方法（RARE Imaging: A Fast Imaging Method for Clinical MR）」に記載されている。ＲＡＲＥシーケンスは、Carr-Purcell-Meiboom-Gillシーケンスから発生されるＲＦ再集束エコーを利用した高速スピン・エコー・シーケンスである。これらの高速スピン・エコー（「ＦＳＥ」）走査では、渦電流、Ｂ0 の不安定性、勾配増幅器の忠実度の低さ、磁気ヒステリシス及び高次のマクスウェル項等に起因する画像アーティファクトが非常に生じ易い。１９９５年１月３日にR.S. Hinksに付与された米国特許第５，３７８，９８５号「ＭＲＩシステム用の高速スピン・エコー・プレスキャン（Fast Spin Echo Prescan For MRI Systems）」において、各々の患者の走査に先立って、位相誤差の一部を測定すると共に、これらの誤差を補償するように高速スピン・エコー・パルス・シーケンスを変更する方法が開示されている。この方法は、ゴースト画像アーティファクトを実質的に減少させるが、位相誤差の根本的な原因が多数同時に存在していたり互いに相互作用を及ぼし合ったりするような状況では、アーティファクトを含まないＦＳＥ画像を作成するのは困難である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＦＳＥパルス・シーケンスを調節し、これにより、ＭＲＩスキャナによって生ずる位相誤差を減少させるためにＦＳＥ走査に先立って実行される処理である。より明確に述べると、この処理は、ｋ空間の中央からエコー信号を取得するようにＦＳＥパルス・シーケンスを実行する工程と、読み出し勾配軸に沿った１次の位相シフトについてＦＳＥパルス・シーケンスを補償するために、取得されたエコーから位相シフト及び読み出し勾配補償パルスを算出する工程と、ｋ空間の中央から更なるエコー信号を取得するようにＦＳＥパルス・シーケンスを実行する工程と、位相エンコード勾配軸に沿ったゼロ次及び１次の位相シフトについてＦＳＥパルス・シーケンスを補償するために、前述の更なるエコーから位相シフト及び位相エンコード勾配補償パルスを算出する工程と、ｋ空間の中央からもう１つのエコー信号を取得するようにＦＳＥパルス・シーケンスを実行する工程と、スライス選択勾配軸に沿った位相シフトについてＦＳＥパルス・シーケンスを補償するために、前述のもう１つのエコーからスライス選択勾配補償パルスを算出する工程とを含んでいる。各々の勾配軸が補償されるのに伴い、更なる中央ｋ空間エコーを取得するのに用いられるＦＳＥパルス・シーケンスは、位相誤差を補償するように修正されたものとなる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
先ず、図１には、本発明を組み込んだ好ましいＭＲＩシステムの主要な構成要素が示されている。システムの動作は、キーボード及び制御パネル１０２と表示装置１０４とを含んでいる操作者コンソール１００によって制御される。コンソール１００はリンク１１６を介して独立したコンピュータ・システム１０７と連絡しており、コンピュータ・システム１０７により、操作者はスクリーン１０４上での画像の形成及び表示を制御することが可能になる。コンピュータ・システム１０７は、画像プロセッサ・モジュール１０６と、ＣＰＵモジュール１０８と、メモリ・モジュール１１３とを含んでいる。コンピュータ・システム１０７は、画像データ及びプログラムを記憶するためのディスク記憶装置１１１及びテープ・ドライブ１１２に結合されており、また、高速シリアル・リンク１１５を介して別個のシステム制御部１２２と連絡している。
【０００７】
システム制御部１２２は、ＣＰＵモジュール１１９と、シリアル・リンク１２５を介して操作者コンソール１００に接続されているパルス発生器モジュール１２１とを含んでいる。リンク１２５を介して、システム制御部１２２は実行されるべき走査シーケンスを指示する命令（コマンド）を操作者から受け取る。これらの命令に応答して、パルス発生器モジュール１２１は、ＲＦ励起パルスのタイミング、大きさ及び形状、並びにデータ取得ウィンドウのタイミング及び長さを指示するデータを発生し、また、パルス発生器モジュール１２１は一組の勾配増幅器１２７に接続されており、走査中に発生される勾配パルスのタイミング及び形状を制御する。パルス発生器モジュール１２１はまた、患者に接続されているいくつかの異なるセンサから信号を受け取る生理学的取得制御器１２９から患者データを受け取り、また、患者及び磁石系の状態に関連した様々なセンサから信号を受け取る走査室インタフェイス回路１３３に接続されている。走査室インタフェイス回路１３３を介して、患者位置決めシステム１３４もまた、走査に望ましい位置へ患者を移動させるための命令を受け取る。
【０００８】
パルス発生器モジュール１２１によって発生される勾配波形は、Ｇx 増幅器とＧy 増幅器とＧz 増幅器とで構成されている勾配増幅器システム１２７に印加される。各々の勾配増幅器は、全体的に参照番号１３９で示されているアセンブリ内の対応する勾配コイルを励起して、取得されたＭＲ信号を空間的にエンコードするのに用いられる磁場勾配を発生する。勾配コイル・アセンブリ１３９は、磁石アセンブリ１４１の一部を形成しており、磁石アセンブリ１４１はまた、分極用磁石１４０と全身型ＲＦコイル１５２とを含んでいる。
【０００９】
システム制御部１２２内に設けられている送受信器モジュール１５０がパルスを発生し、これらのパルスは、ＲＦ増幅器１５１によって増幅され、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１５４によってＲＦコイル１５２に結合されて、ＲＦ励起磁場Ｂ1を発生する。患者の体内の励起された核によって発生されるＭＲ信号は、同じＲＦコイル１５２によって検知されて、送信／受信スイッチ１５４を介して前置増幅器１５３に結合される。送信／受信スイッチ１５４は、パルス発生器モジュール１２１からの信号によって制御されて、送信モード時にはＲＦ増幅器１５１をコイル１５２に電気的に接続し、受信モード時には前置増幅器１５３を接続する。
【００１０】
ＲＦコイル１５２によって検知されたＭＲ信号は、基準信号を用いてフィルタ処理され、復調され、送受信器モジュール１５０によってディジタル化されて、システム制御部１２２のバックプレーン１１８を介してメモリ・モジュール１６０へ転送される。走査が完了してデータ・アレイの全体がメモリ・モジュール１６０内に取得されたときに、アレイ・プロセッサ１６１が、このデータを画像データ・アレイへフーリエ変換する。この画像データは、シリアル・リンク１１５を介してコンピュータ・システム１０７へ伝送されて、ここで、ディスク・メモリ１１１に記憶される。
【００１１】
図２を詳細に参照すると、補償されるべき高速スピン・エコーＭＲパルス・シーケンスは２ＤＦＴ ＲＡＲＥシーケンスであり、ここでは１６個のＭＲエコー信号が取得されている。明瞭にするために図２には４つのエコー信号３０１〜３０４のみを示しているが、更に１２個のエコー信号が発生されて取得されることが理解されよう。これらのＭＲエコー信号は、患者を通過するスライスに横磁化を形成するようにＧzスライス選択勾配パルス３０６を存在させた状態で発生される９０°ＲＦ励起パルス３０５によって発生される。この横磁化は、１６個の選択的１８０°ＲＦ再集束（リフォーカシング）パルス３０７及び同時に印加されるスライス選択勾配パルス３００の各々によって再集束されて、ＭＲスピン・エコー信号３０１〜３０４を発生し、これらの信号３０１〜３０４はＧx 読み出し勾配パルス３０８を存在させた状態で取得される。各々のＭＲスピン・エコー信号３０１〜３０４は、それぞれのＧy 位相エンコード・パルス３０９〜３１３によって別個に位相エンコードされる。各々の位相エンコード・パルスの大きさは異なっており、２５６個の値を通じて段階的に変化して、１回の完全な走査中に２５６個の別個のビューを取得する。各々のＭＲスピン・エコー信号は、各々の信号の２５６個のサンプルをディジタル化することにより取得され、結果として、１つの画像のための走査の完了時には、取得されたデータに対して２次元フーリエ変換（２ＤＦＴ）を施すことにより２５６×２５６ピクセルの画像が形成される。
【００１２】
図２のＦＳＥパルス・シーケンスは、ＣＰＭＧ（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）エコー・トレインを用いて単一のエコー・トレイン（又は「ショット」）の範囲内で多数のビューをエンコードしている。これらのエコー信号は、空間情報を正確にエンコードすべきである場合には位相が揃っていなければならない。エコー信号に望ましくない位相シフトが存在していると、再構成画像にゴースト、ボケ及び信号損失が生ずる。これらの位相シフトは、空間的に独立なものである（すなわちゼロ次）可能性もあるし、又はシステム・イソセンタからの位置の関数として変動するものである（すなわち空間的に１次及びより高次）可能性もある。本発明の一側面は、３つの勾配軸の各々に沿ってこれらゼロ次及び１次の位相誤差を予備走査（プレスキャン）処理中に測定することができ、これらの望ましくない位相シフトに起因する画像アーティファクトを実質的に解消するようにＦＳＥパルス・シーケンスを修正すなわち補償することができるというものである。
【００１３】
本発明の好適実施例のＦＳＥ走査は、図１のＭＲシステムによって実行されるプログラムの指令の下で実行される。以下で述べるように、好適実施例では、所要の補正用情報を収集するように修正された一連のＦＳＥパルス・シーケンスの実行を含むプレスキャンをＦＳＥ走査の直前に実行する。次いで、補正用情報を用いてＦＳＥパルス・シーケンスを変更し、このＦＳＥパルス・シーケンスをＭＲデータを取得する走査時に用いて、ＭＲデータから正確な画像を再構成することができる。この手順はまた、ＭＲＩシステムの較正処理として用いることもでき、この場合には、各々の患者毎に別個のプレスキャンを行う必要がなく、すなわち、手順を大幅に単純化することができる。
【００１４】
図３Ａ及び図４を詳細に参照すると、プレスキャン処理の第１段階は、処理ブロック４０１に示すように、図４のＦＳＥパルス・シーケンスを実行するものである。読み出し勾配３０８並びにスライス選択勾配３０６及び３００は、図２の実際のＦＳＥパルス・シーケンスと正確に同じ方法で発生される。位相エンコード勾配パルス（例えば、３０９及び３１０）は、通常の態様で発生されるが、ｋ空間の最も中央に位置するビューをサンプリングするのに用いられる２つのエコー３２０及び３２２の際に発生されない点が異なる。これら中央ビュー用の位相エンコード勾配はオフになっている。換言すれば、最も中央の２つのｋ空間ビューを取得するＦＳＥパルス・シーケンスのショットが発生され、位相エンコード勾配は、エコー信号３２０及び３２２の各々が取得される前にオフになる。この修正されたＦＳＥパルス・シーケンスを走査の各々のスライス毎に繰り返し、処理ブロック４０２に示すように、結果として取得されたエコー信号３２０及び３２２の全てを読み出し軸（好適実施例ではｘ）に沿ってフーリエ変換する。各々のスライス位置において得られた「投影」は、読み出し軸（ｘ）に沿った各位置でのＩ及びＱの大きさの値のアレイであり、これらの値を用いて、次の式のようにして各々の位置でのエコー信号の位相を算出する。
【００１５】
φ＝ｔａｎ-1（Ｉ／Ｑ） （１）
第１のエコー信号３２０についてのこれらの位相値のプロットを、例として図７の破線４０３によって示し、第２のエコー信号３２２についての位相値を点線４０４によって示す。走査の各々のスライスについて同様な「位相プロファイル」が算出される。
【００１６】
図３Ａ及び図７を詳細に参照すると、処理ブロック４０５に示す次の段階は、読み出しのイソセンタにおける２つのエコー信号３２１及び３０２の間の位相差（Δφ0）を算出するものである。この位相差Δφ0 が所定の値（例えば、０．５°又は１．０°）よりも小さいならば、ゼロ次補正は必要でなく、処理は先に進む。他の場合には、処理は判定ブロック４０６においてループして戻り、処理ブロック４０７において位相補正計算が行われる。ゼロ次位相誤差を補正するためには、測定された位相差Δφ0 の約２分の１に等しい補正値を算出し、１８０°ＲＦ再集束パルス３０７の各々の位相にこの角度を加算して、１８０°ＲＦ再集束パルス３０７の位相を９０°ＲＦ励起パルス３０５に対して変更する。ＦＳＥパルス・シーケンスのこの変更は、処理ブロック４０８において、走査の各々のスライスについて行われる。
【００１７】
次いで、変更後のＦＳＥパルス・シーケンスに対して、各々のスライスについてこの手順を繰り返す。この処理は、各々のスライスについての位相差が、判定ブロック４０６において試験される際に所定の値の範囲内に納まるまで繰り返される。
【００１８】
図３Ａ及び図７を詳細に参照すると、この処理は、処理ブロック４１０へ続き、読み出し軸に沿った１次の位相シフトについて各々のスライス毎にＦＳＥパルス・シーケンスを補正する。より明確に述べると、第１のエコー信号３２０の位相プロファイル４０３の傾き（ｄφ1 ／ｄｘ）及び第２のエコー信号３２２の位相プロファイル４０４の傾き（ｄφ2 ／ｄｘ）が算出され、これらの傾きの間の差（Δｄφ／ｄｘ）が測定される。判定ブロック４１１に示すように、この差が所定の限度を上回っている場合には、プレスキャンはループして戻り、当該スライスについてＦＳＥパルス・シーケンスを更に補償する。処理ブロック４１２において、傾きの差Δｄφ／ｄｘを磁気回転定数γ（すなわち、４２５７Ｈｚ／ガウス）で除算することにより、読み出し勾配面積に対する補正値が算出される。処理ブロック４１３に示すように、この算出された勾配面積の調節は、図４のＦＳＥパルス・シーケンスの読み出し勾配位相分散用（ディフェーザ）パルス４１４（図２）に加算されて、読み出し勾配補償パルス３２４を形成する。次いで、各々のスライスについての傾きの差Δｄφ／ｄｘが判定ブロック４１１で試験される際に所定のレベルを下回るまで、プレスキャンが繰り返されて読み出し勾配パルス３２４が調節される。
【００１９】
プレスキャン手順の次の部分では、ＦＳＥパルス・シーケンスの位相エンコード軸に沿った位相誤差が測定されて補償される。図３Ｂを詳細に参照すると、処理ブロック４２０に示すように、この部分は、図５のＦＳＥパルス・シーケンスを用いて達成される。このパルス・シーケンスは、ＲＦパルス３０５及び３０７、並びにスライス選択勾配パルス３０６及び３００等のように、多くの点で図２のパルス・シーケンスと同じであるが、読み出し勾配パルス３０８及び位相分散用パルス３２４がオフになっている点が異なる。このことは図５において、読み出し勾配パルス３０８が存在しない状態で最も中央の２つのｋ空間エコー信号３２０及び３２２を取得していることによって示されている。位相エンコード方向では、ＦＳＥショットの全体を通じて正規の位相エンコード勾配パルス（例えば、３０９及び３１０）が通常の態様で発生されているが、中央のｋ空間ビューをサンプリングするのに用いられる２つのエコー信号３２０及び３２２の取得中に発生されない点が異なる。これら２つのエコー信号のためには、位相エンコード勾配軸に沿って「読み出し様(readout-like)」勾配パルス３２８及び３３０が発生される。読み出し様勾配パルス３２８及び３３０の両側では負の勾配ローブが発生されており、ゼロ次の勾配モーメントを無化している。加えて、勾配パルス３２８及び３３０、並びにこれらの勾配パルスに関連する負のローブの大きさをエコー間隔の限度に応じて最小限にして、これらの勾配パルス及び勾配ローブが生じさせる可能性のあるあらゆる付加的な位相誤差を減少させる。この振幅の最小化は、相対的に低い読み出し帯域幅を選択するか、又はこの手順のこの部分の間では視野を増大させるかのいずれかにより達成することができる。両方のアプローチとも、別個に用いることも、組み合わせて用いることもでき、ＳＮＲの向上という付加的な利点を有する。
【００２０】
図３Ｂ及び図７を詳細に参照すると、上で行ったように、取得された両エコー信号３２０及び３２２は、処理ブロック４２１において位相エンコード軸に沿ってフーリエ変換されて、位相プロファイル４０３及び４０４が算出される。ｙ軸のイソセンタにおける位相差（Δφ0 ）はここでも、処理ブロック４２２において２つの位相プロファイル４０３及び４０４から決定され、判定ブロック４２３で決定される際に位相差が所定の量を上回っている場合には、補正が行われる。調節が必要な場合には、処理ブロック４２４において、測定された位相差の実質的に２分の１（Δφ0 ／２）である位相補正を算出して、処理ブロック４２５において適用し、９０°ＲＦ励起パルス３０５の位相をＲＦ再集束パルス３０７に対してシフトさせる。この位相調節は、走査の各々のスライスについて１６個のショットの各々に対して、判定ブロック４２３において試験される際に対応する全てのＦＳＥパルス・シーケンスが所定の限度内に納まる位相差を発生するようになるまで行われる。
【００２１】
更に図３Ｂ及び図７を参照すると、次の段階は、位相エンコード勾配軸（好適実施例ではｙ）に沿った１次の位相シフトについて各々のスライス毎にＦＳＥパルス・シーケンスを補償するものである。処理ブロック４３０に示すように、第１のエコー信号３２０の位相プロファイル４０３の傾き（ｄφ1 ／ｄｙ）及び第２のエコー信号３２２の位相プロファイル４０４の傾き（ｄφ2 ／ｄｙ）が算出され、これらの傾きの間の差（Δｄφ／ｄｙ）が測定される。判定ブロック４３２に示すように、この差が所定の限度を上回っている場合には、処理はループして戻り、当該スライスについてＦＳＥパルス・シーケンスを更に補償する。処理ブロック４３４において、傾きの差Δｄφ／ｄｙを磁気回転定数γで除算することにより、位相エンコード勾配に対する補正値が算出されて、位相エンコード勾配面積補正値が形成される。処理ブロック４３６に示すように、この算出された勾配面積の調節は、ＲＦ励起パルス３０５の後で且つ第１のＲＦ再集束パルス３０７の前に印加されるＦＳＥパルス・シーケンスの位相エンコード勾配パルス３４０に加算される。各々のスライスについての傾きの差Δｄφ／ｄｙが判定ブロック４３２で試験される際に所定のレベルを下回るまで、この補正処理が繰り返されて位相エンコード補償パルス３４０が調節される。
【００２２】
この手順の第３段階では、３つ全ての勾配軸に沿った勾配に起因するスライス選択軸に沿った位相誤差が補償される。図３Ｃを詳細に参照すると、この段階は、処理ブロック４４０によって示すように、図６のパルス・シーケンスを用いて達成される。このパルス・シーケンスは、図２のＦＳＥパルス・シーケンスと同じＲＦパルス３０５及び３０７を用いるが、前段階からの位相補正が盛り込まれている。同様に、読み出し勾配パルス３０８は、このＦＳＥパルス・シーケンスと同じであるが、位相分散用勾配パルス４１４は、読み出し勾配補償パルス３２４によって置き換えられている。ショットにおける各々のエコー信号取得に先立って、通常の位相エンコード・パルス（例えば、３０９及び３１０）が印加されるが、位相エンコードは２つのエコー信号３２０及び３２２の取得中にはゼロに設定される。この手順の前段階と同様に、エコー信号３２０及び３２２は、ｋ空間の最も中央のビューをサンプリングする。前段階で算出された位相エンコード補償用勾配パルス３４０が印加されて位相エンコード軸に沿った位相誤差を最小化し、通常のスライス選択勾配パルス３０６及び３００が印加される。
【００２３】
処理ブロック４２２に示すように、取得されたエコー信号３２０及び３２２はフーリエ変換されて、処理ブロック４４４において、変換後の各信号の積分値が算出されて、その面積を測定する。判定ブロック４４６において、この積分値がその可能な最大値に達しているか否かを決定する試験を行って、達していなければ、処理ブロック４４８に示すように、スライス選択補償パルス３５０の値がインクリメントされる。次いで、修正後の図６のパルス・シーケンスを用いて、２つのエコー信号３２０及び３２２を再取得し、フーリエ変換の積分値を再び算出する。この積分の値は、補償用勾配パルス３５０の面積が最適となるまで増大し、その後、積分の値は下降し始める。判定ブロック４４６において最大積分値が検出されたときに、較正は完了し、システムはブロック４５０において処理から出る。中央ｋ空間エコーの積分値をこの態様で最大化することにより、スライス選択勾配軸に沿った１次の位相差が補償される。
【００２４】
これでＦＳＥ補償処理が完了する。この補償処理によって決定された位相シフト及び補償用勾配パルス３２４、３４０及び３５０が図２のＦＳＥパルス・シーケンスに付加されて、通常の態様で患者からの画像データを取得するのに用いられる。幾つかの原因によって生ずる位相誤差が、ＦＳＥパルス・シーケンスに対するこれらの変更によって相殺されて、画像アーティファクトが実質的に減少する。
【００２５】
以上に述べた好ましい方法の１つの論理的な変形では、位相エンコード軸及びスライス選択軸に沿った位相補正を先ず行い、最終段階として読み出し軸に沿った位相補正を行う。この変形は、実際の撮像シーケンスによく似たパルス・シーケンスを用いてゼロ次の位相誤差が決定される点で有利である。
【００２６】
また、好適実施例では、ゼロ次の位相誤差は２回測定され、うち１回は、位相エンコード勾配軸に沿った位相誤差の測定時であり、もう１回は、読み出し勾配軸に沿った位相誤差の測定時である。ゼロ次の位相シフト補正は、両方の測定から算出することもできるし、又は一方の測定のみから算出することもできる。選択の仕方によって全走査時間が変化することはないので、両方の測定を用いるのが好ましい。
【００２７】
中央ｋ空間の２つのエコーの間のゼロ次及び１次の位相差を算出する際に多くの変形が存在していることに留意されたい。ここでは、位相差を算出する１つの単純なアプローチ（すなわち、個々のエコーについてゼロ次及び１次の位相を先ず求め、次いで差を取る）を記載したが、複素エコー信号から先ず位相差を取り、次いで、位相差からゼロ次及び１次の位相を得るという代替的な方法も存在する。この後者のアプローチは、位相折り返しの問題を相対的に免れ易い。言うまでもなく、位相差は、IEEE Transactions on Medical Imaging誌、第ＭＩ−６巻、第１号、１９８７年３月のAhn及びChoの「自己補正及びヒストグラム分析に基づくＮＭＲイメージングにおける新たな位相補正方法（A New Phase Correction Method in NMR Imaging Based on Autocorrection and Histogram Analysis）」によって提案されたアルゴリズムを用いて得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を採用しているＭＲＩシステムのブロック図である。
【図２】従来のＦＳＥパルス・シーケンスのグラフである。
【図３Ａ】本発明のプレスキャン処理の好適実施例の流れ図である。
【図３Ｂ】本発明のプレスキャン処理の好適実施例の流れ図である。
【図３Ｃ】本発明のプレスキャン処理の好適実施例の流れ図である。
【図４】読み出し勾配軸に沿った位相誤差を補償するのに用いられる修正されたＦＳＥパルス・シーケンスのグラフである。
【図５】位相エンコード勾配軸に沿った位相誤差を補償するのに用いられるもう１つの修正されたＦＳＥパルス・シーケンスのグラフである。
【図６】スライス選択勾配軸に沿った位相誤差を補償するのに用いられる更にもう１つの修正されたＦＳＥパルス・シーケンスのグラフである。
【図７】図４〜図６のパルス・シーケンスによって行われる位相誤差測定のグラフである。
【符号の説明】
１００ 操作者コンソール
１０２ キーボード及び制御パネル
１０４ 表示装置
１１１ ディスク記憶装置
１１２ テープ・ドライブ
１１５ 高速シリアル・リンク
１１６ リンク
１１８ バックプレーン
１２５ シリアル・リンク
１３９ 勾配コイル・アセンブリ
１４０ 分極用磁石
１４１ 磁石アセンブリ
１５２ 全身型ＲＦコイル
３００ スライス選択勾配パルス
３０１、３０２、３０３、３０４、３２０、３２２ エコー信号
３０５ ９０°ＲＦ励起パルス
３０６ Ｇz スライス選択勾配パルス
３０７ 選択的１８０°ＲＦ再集束パルス
３０８ Ｇx 読み出し勾配パルス
３０９、３１０、３１１、３１３ Ｇy 位相エンコード・パルス
３２４ 読み出し勾配補償パルス
３２８、３３０ 「読み出し様」勾配パルス
３４０ 位相エンコード補償用勾配パルス
３５０ スライス選択補償パルス
４０３、４０４ エコー信号の位相値
４１４ 読み出し勾配位相分散用パルス
Claims (10)
- ＲＦ磁場をＲＦ励起パルスにより発生させ、続いて一連のＲＦ再集束パルスと、読み出し磁場勾配、位相エンコード磁場勾配及びスライス選択磁場勾配の各磁場勾配を印加して、取得しようとするエコー信号を空間的にエンコードする形式の高速スピン・エコー（ＦＳＥ）パルス・シーケンスを用いることにより、磁気共鳴データを取得する走査を実行する磁気共鳴イメージング・システムにおいて、前記走査を行うに先立ち、位相差を補償するために、前記ＦＳＥパルス・シーケンスを少なくとも一回調節するプレスキャン方法において、
（ａ）第１の調節されたＦＳＥパルス・シーケンスを用いて磁気共鳴データを取得する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）において取得された前記磁気共鳴データから、前記読み出し勾配磁場による補正に対応する１次の位相誤差を算出する工程と、
（ｃ）第２の調節されたＦＳＥパルス・シーケンスを用いて磁気共鳴データを取得する工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）において取得された前記磁気共鳴データから、前記位相エンコード磁場勾配による補正に対応する１次の位相誤差を算出する工程と、
（ｅ）前記工程（ａ）又は前記工程（ｃ）において取得された前記磁気共鳴データから空間的に不変な磁場補正に対応するゼロ次の位相誤差を算出する工程と、
（ｆ）第３の調節されたＦＳＥパルス・シーケンスを用いて磁気共鳴データを取得する工程と、
（ｇ）前記工程（ｆ）において取得された前記磁気共鳴データから前記スライス選択磁場勾配による補正に対応する１次の位相誤差を算出する工程と、
（ｈ）前記工程（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）及び（ｇ）において算出された前記位相シフト補正により前記ＦＳＥパルス・シーケンスを、前記読み出し磁場勾配パルス、位相エンコード磁場勾配パルス、スライス選択磁場勾配パルスを補正して調節する工程と、
を有することを特徴とするプレスキャン方法。 - 前記工程（ｃ）において用いられる前記第２の調節されたＦＳＥパルス・シーケンスは、前記工程（ｂ）において算出された位相シフト補正を含んでいる請求項１に記載のプレスキャン方法。
- 前記工程（ｆ）において用いられる前記第３の調節されたＦＳＥパルス・シーケンスは、前記工程（ｄ）において算出された位相シフト補正を含んでいる請求項２に記載のプレスキャン方法。
- 前記工程（ｈ）において前記ＦＳＥパルス・シーケンスに施される前記調節は、前記ＲＦ励起パルスの後で且つ前記一連のＲＦ再集束パルスの前に読み出し勾配補償パルスを付加する工程を含んでいる請求項１に記載のプレスキャン方法。
- 前記工程（ｈ）において前記ＦＳＥパルス・シーケンスに施される前記調節は、前記ＲＦ励起パルスの後で且つ前記一連のＲＦ再集束パルスの前に位相エンコード勾配補償パルスを付加する工程を含んでいる請求項４に記載のプレスキャン方法。
- 前記工程（ｈ）において前記ＦＳＥパルス・シーケンスに施される前記調節は、前記ＲＦ励起パルスの後で且つ前記一連のＲＦ再集束パルスの前にスライス選択勾配補償パルスを付加する工程を含んでいる請求項５に記載のプレスキャン方法。
- ＲＦ磁場をＲＦ励起パルスにより発生させ、続いて一連のＲＦ再集束パルスと、読み出し磁場勾配、位相エンコード磁場勾配及びスライス選択磁場勾配の各磁場勾配を印加して、取得しようとするエコー信号を空間的にエンコードする形式の高速スピン・エコー（ＦＳＥ）パルス・シーケンスを用いることにより、磁気共鳴データを取得する走査を実行する磁気共鳴イメージング・システムであって、前記走査を行うに先立ち、位相差を補償するために、前記ＦＳＥパルス・シーケンスを少なくとも３回以上調節するプレスキャンを実行する磁気共鳴イメージング・システムにおいて、
読み出し勾配軸に沿った１次の位相誤差を測定するように第１の調節されたＦＳＥパルス・シーケンスを実行する第１の手段と、
位相エンコード勾配軸に沿った１次の位相誤差を測定するように第２の調節されたＦＳＥパルス・シーケンスを実行する第２の手段と、
スライス選択勾配軸に沿った１次の位相誤差を測定するように第３の調節されたＦＳＥパルス・シーケンスを実行する第３の手段と、
前記第１、第２及び第３の手段により測定された前記１次の位相誤差を用いて、撮像走査を実行するのに用いられるＦＳＥパルス・シーケンスを、前記読み出し磁場勾配パルス、位相エンコード磁場勾配パルス、スライス選択磁場勾配パルスを補正して調節する第４の手段と、を備えている磁気共鳴システム。 - 前記第４の手段は、前記ＦＳＥパルス・シーケンスを実行するときに前記磁気共鳴システムにより発生されるＲＦパルスの相対的な位相を変更する手段と、
前記ＦＳＥパルス・シーケンスを実行するときに前記磁気共鳴システムにより発生される補償用勾配パルスを付加する手段と、を含んでいる請求項７に記載の磁気共鳴システム。 - 前記第１、第２及び第３の手段は、ＲＦ励起パルス及び一連のＲＦ再集束パルスを発生する手段と、
位相エンコード勾配パルスを発生する手段と、
前記ＲＦ励起パルス、及び前記ＲＦ再集束パルスの各々が発生されるときにスライス選択勾配パルスを発生する手段と、
読み出し勾配パルスを発生する手段と、
各々のＲＦ再集束パルスの後に生ずる核磁気共鳴信号を取得する手段と、を含んでいる請求項７に記載の磁気共鳴システム。 - 前記第１、第２及び第３の手段はそれぞれ、ｋ空間の中央領域をサンプリングする核磁気共鳴信号を取得する手段を含んでいる請求項７に記載の磁気共鳴システム。
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