JP4875243B2

JP4875243B2 - ナビゲータエコーによる情報を用いた磁気共鳴画像アーティファクトの修正

Info

Publication number: JP4875243B2
Application number: JP2001036671A
Authority: JP
Inventors: ジンフェイ・マ; リチャード・スコット・ヒンクス; ケヴィン・フランクリン・キング; グラエム・コリン・マッキノン
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2021-02-14
Also published as: US6586935B1; DE10114318B4; JP2001276017A; DE10114318A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広義には医用画像診断システムで使用されるような磁気共鳴画像診断装置の技術に関するものである。より詳しくは、本発明は、マグネットシステムの不安定性に起因する画像アーティファクトを、画像診断のパルスシーケンス記述（pulse sequence description）に組み込まれたナビゲータエコーから得られる位相、位置及び振幅情報を用いることにより修正するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴画像診断装置は、これによって一連の解剖学的構造及び組織の非侵襲性診断が可能になり、医療のための非常に有用な手段になっている。一般に、ＭＲＩシステムは、選択された患者の身体スライス内で磁気回転物質の励振状態を作り出し、磁気回転物質からの放射を検出して有用な画像を再生する。また一般に、主要磁場あるいは主磁場は、撮像される解剖学的構造が位置する患者ボアあるいは患者の他の部位を取り囲む強力な磁石によって形成される。傾斜磁場コイルは傾斜磁場を発生させ、この傾斜磁場は撮像される組織のスライスを選択し、組織内の特定の位置あるいはボリューム・エレメント（ボクセル）を位相コード化し、かつボクセルを周波数コード化するための正しい方向に向けられている。高周波パルスによって磁気回転物質が励振され、その結果生じる放射がレシーバコイルによって検出される。その結果得られた信号を調整してから、２次元高速フーリエ変換を行うと、個々の画素あるいはピクセルが選択されたスライスのボクセルに対応する有用な画像が再生される。
【０００３】
ＭＲＩシステムにおいては、マグネットシステム内の不安定性が主磁場の時間依存性変動を生じさせるということが知られている。やはり、主磁場はかなり強力な磁石によって作り出される。その磁場は水平方向に（従来の多くのスキャナの場合のように）あるいは垂直方向に（「開放型」スキャナの場合のように）向けられる。主磁場の変動に加えて、このような不安定性は、さらに、傾斜磁場コイルによって作り出される空間的に線形な磁場の時間依存性変動を生じさせることもある。このような変動は、撮像される磁気回転物質が、コイルを駆動し磁場を作り出すために用いられるパルスシーケンス記述を形成する際に予測されたのと異なる形で励振され、あるいはコード化されるという結果をもたらす。その結果、再生された画像でアーティファクトが目につくようになり、これが画像の明瞭性にマイナスの効果を及ぼし、画像の有用性を損ねることがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、ＭＲＩマグネットシステムの不安定性を補正あるいは補償して画質を改善することができる改善された技術が必要な状況が存在する。特に、広範多用なシステムに実装して、マグネットシステムの不安定性を検出し補償することにより撮像アーティファクトの発生をなくすか、あるいは大幅に低減することができる簡単なシステムに対する当面の必要が存在する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、これらの必要に答えるよう構成されたＭＲＩシステムのための補正あるいは補償技術にある。本発明の技術は新しいシステムにも現行システムにも適用することが可能であり、勾配パルス及び高周波パルスを作り出すパルスシーケンス記述を定義するために用いられるソフトウェアを通じて実施することができる。この技術は、その種々の変形態様を用いてマグネットシステム内の空間的により高次の項の偏差を補正することができる一方、傾斜磁場コイルによって作り出される０次の空間的に線形な磁場の変動及び支持構造、床等のような環境要因によるマグネットシステム動作中の摂動の検出及び補正に特に好適である。この技術では、様々なマグネットシステムの不安定性がもたらす影響の特徴抽出、及びこれらの特徴抽出に基づく画像データの補正が行われる。
【０００６】
この本発明の技術のいくつかの実施態様によれば、撮像シーケンスで画像データと共に取り込まれるナビゲータエコーから位相、位置及び振幅情報が収集される。ナビゲータエコーは、時間依存性磁場変動の撮像に対する影響の特徴を抽出する。一般に、ナビゲータエコーは、位相コード化勾配を適用することなく、あるいはデータ収集以前にリセットされた位相コード化勾配の影響と共に収集されるエコー信号である。ナビゲータエコーを入れるパルスシーケンス中の位置は、特徴抽出が正確かつ完全に行われて、得られた画像データ中でマグネットシステム動作の変動を正確に補正することができるように、エコーが正規の画像エコーと時間的に非常に近接するような位置にすることが可能である。その結果、振幅、０次位相偏移及び１次位相偏移のような収集されたデータのパラメータに対する不安定性の影響が考慮された補正が達成される。さらに、特徴抽出は、位置偏移、及び得られた画像データにおけるこれらの影響が組み合わされた影響についても補正することが可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図面、特にまず図１を参照すると、これは、図示の磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）システム１０は、スキャナ１２、スキャナ制御回路１４及びシステム制御回路１６を有する模式的な図解である。ＭＲＩシステム１０は、任意の適切なＭＲＩスキャナまたは検出器を用いることができるが、図示の実施形態のシステムは患者ボア１８を有する全身スキャナを含んでいる。患者ボア１８の中には、患者２２を走査のための所望の位置に置くようにテーブル２０が配置されている。スキャナ１２としては、０．５テスラ定格から１．５テスラ定格以上の種々のスキャナを含め、任意の適切な定格形態のスキャナを用いることが可能である。
【０００８】
スキャナ１２は、制御磁場を作り出すため、高周波励振パルスを発生するため、そしてこのようなパルスに応じて患者の体内の磁気回転物質から発する放射を検出するための一連の付属コイルを有する。図１の概略ブロック図で、主マグネットコイル２４は総じて患者ボア１８と整列する主磁場を作り出すように設けられている。一連の傾斜磁場コイル２６、２８及び３０は、以下により詳しく説明するように、検査シーケンス時に制御傾斜磁場を作り出すためにコイルアセンブリ内にまとめられている。高周波（ＲＦ）コイル３２は磁気回転物質を励振するための高周波パルスを発生させるために設けられている。図１に示す実施形態で、ＲＦコイル３２は受信コイルとしての機能も有する。従って、ＲＦコイル３２は、高周波励振パルスを出力するための能動モード及び磁気回転物質からの放射を受け取るための受動モードにおいてそれぞれの駆動及び受信回路に接続されている。もう一つの方法として、ＲＦコイル３２とは別に様々な構成の受信コイルを設けることも可能である。このようなコイルは、頭部コイルアセンブリ等のようなターゲットの解剖学的構造に特別に合わせて作られた構造とすることが可能である。さらに、受信コイルは、フェーズドアレイ・コイル等を含め、任意の適切な物理構成として設けることができる。
【０００９】
これらのスキャナ１２のコイルは、制御された形で所望の磁場及びパルスを発生しかつ磁気回転物質からの放射を読み取るように外部回路によって制御される。当業者には十分に理解されるように、通常患者の組織内に拘束されている磁気回転物質は、主磁場がかけられると、組織中の常磁性核の個々の磁気モーメントがその磁場と整列しようとするが、その際核の特性周波数またはラーモア周波数でランダムに歳差運動する。最終的な有効磁気モーメントは分極磁場の方向に生じるが、垂直面内のランダムな方向のモーメント成分は全体として互いに打ち消し合う。検査シーケンス時には、ＲＦパルスは当該対象の磁気回転物質のラーモア周波数あるいはそのラーモア周波数の近くで発生し、有効整列モーメントを回転させて結局は横磁気モーメントを生じさせる。放射信号は励振信号の終了に続いて放射される。この磁気共鳴信号はスキャナで検出され、処理されて所望の画像が再生される。
【００１０】
傾斜磁場コイル２６、２８及び３０は、強度があらかじめ設定された視野にわたって通常正負の極性をもって変化する正確に制御された磁場を発生させる機能を果たす。各コイルが既知の電流で励磁されると、その結果生じる磁場勾配が主磁場に重畳され、その視野にわたって全磁場強度の線形変化が生じる。互いに関して直交状に配置されたこのような磁場を組み合わせることによって、個々の傾斜磁場のベクトル加法により任意の方向に線形勾配を作り出すことが可能になる。
【００１１】
傾斜磁場は、物理平面内で配向されると考えることも、また論理軸別に配向されると考えることもできる。物理的な意味では、磁場は、個々の磁場コイルに印加されるパルス電流を適切に操作することによって回転することができる座標系を形成するよう互いに直角に配向される。論理的な意味では、この座標系は、通常スライス選択勾配、周波数コード化勾配、及び位相コード化勾配と呼ばれる勾配を設定する。
【００１２】
スライス選択勾配は、撮像しようとする患者体内の組織または解剖学的構造のスラブを決定する。従って、スライス選択勾配磁場を選択的なＲＦパルスと同時影響させることによって、所望のスライス内において同じ周波数で歳差運動する既知量のスピンを励振することができる。スライスの厚さは、ＲＦパルスの帯域幅及び視野全体にわたる強度勾配によって決まる。
【００１３】
第２の論理的勾配軸、すなわち周波数コード化勾配軸は、読出し勾配軸としても知られており、スライス選択勾配に垂直な方向に適用される。一般に、周波数コード化勾配は、ＲＦ励振より生じるＭＲエコー信号の形成前及び形成中に適用される。この勾配の作用下における磁気回転物質のスピンが、傾斜磁場全体にわるそれらの空間位置に基づいて周波数コード化される。フーリエ変換によって、収集された信号を周波数コード化法に基づき分析して、選択されたスライス中におけるそれらのスピンの位置を割り出すことができる。
【００１４】
最後に、位相コード化勾配は、一般に読み出した勾配の前、スライス選択勾配の後にシーケンスに加えられる。位相コード化方向の磁気回転物質におけるスピンのローカラリゼーションは、データ収集シーケンス時に使用される傾斜振幅を逐次わずかに変えて印加することにより磁気回転物質の歳差運動陽子の位相を逐次変化させることによって行われる。このように、位相変化が視野にわたって直線的にかけられ、スライス内の空間位置がゼロ位置を基準として蓄積された位相差の極性及び大小によってコード化される。この位相コード化勾配によれば、位相コード化方向における位置に従って磁気回転物質のスピン間に位相差が作り出される。
【００１５】
当業者には十分に理解されるように、上記の論理軸を用いたパルスシーケンスについては多くの変形態様を考えることが可能である。さらに、パルスシーケンスに種々適応することによって、選択されたスライス及び周波数／位相コード化の両方を適切に配向することにより所望の磁気回転物質を励振させ、その結果得られるＭＲ信号を収集して処理するようにすることも可能である。
【００１６】
スキャナ１２のコイルは、所望の磁場及び高周波パルスを発生するようにスキャナ制御回路１４によって制御される。従って、図１の概略ブロック図においては、制御回路１４は、検査時に使用されたパルスシーケンスに指示を発するため、及び受け取った信号を処理するための制御回路３６を有する。制御回路３６は、汎用または特定用途向けコンピュータのＣＰＵあるいはデジタル信号プロセッサのような任意の適切なプログラム可能論理デバイスを用いることが可能である。制御回路３６は、さらに、スキャナによって行われる検査シーケンス時に使用される物理軸及び論理軸構成パラメータ、検査パルスシーケンス記述、収集された画像データ、プログラミング・ルーチン等を記憶するための揮発性及び不揮発性メモリデバイスのようなメモリ回路３８を有する。
【００１７】
制御回路３６とスキャナ１２のコイルとの間のインターフェースは、増幅・制御回路４０及び送受インタフェース回路４２によって管理される。増幅・制御回路４０は、制御回路３６からの制御信号に応答して磁場コイルに駆動電流を供給するための各傾斜磁場コイル用の増幅器を有する。インタフェース回路４２はＲＦコイル３２を駆動するためのもう一つの増幅回路を有する。さらに、ＲＦコイルが高周波励振パルスを放射し、ＭＲ（磁気共鳴）信号を受信するという両方の機能のため用いられる場合は、インタフェース回路４２は、通常、能動または送信モードと受動または受信モードとの間でＲＦコイルを切り換えるための切換装置を有する。主マグネット２４を励磁するために、図１に全体的に参照符号３４で示す電源装置が設けられる。最後に、スキャナ制御回路１４は、システム制御回路１６とコンフィギュレーションデータ及び画像データを交換するためのインターフェース要素４４を有する。本願説明においては、超伝導主磁場マグネット・アセンブリを使用した円筒ボア型撮像システムに基づいて説明を行うが、本発明の技術は、永久磁石及び電磁石による垂直磁場を用いたスキャナのような他の様々な構成にも適用可能であることに留意するべきである。
【００１８】
システム制御回路１６は、オペレータあるいは放射線技師とスキャナ１２との間のスキャナ制御回路１４を介したインターフェースを容易にするための広範な装置・機器を具備することができる。図示実施形態においては、例えば、オペレータ・コントローラ４６が、汎用または特定用途向けコンピュータを用いたコンピュータ・ワークステーションの形で設けられる。また、このワークステーションは、通常、検査パルスシーケンス記述、検査プロトコル、ユーザデータ及び患者データ、生及び処理済みの両方の画像データ等を記憶するためのメモリ回路を有する。ワークステーションは、さらに、ローカル機器及びリモート機器との間でデータを受信し、交換するための種々のインターフェース及び周辺機器ドライバを有することができる。図示実施形態においては、このような周辺機器として通常のコンピュータキーボード５０、及びマウス５２のような代替入力装置が具備されている。また、文書及び収集されたデータから再生された画像のハードコピー出力を生成するためにプリンタ５４が設けられる。オペレータ・インターフェースを使いやすくするためにコンピュータモニタ４８が設けられる。さらに、システム１０は、図１にまとめて参照符号５６で表してあるように、種々のローカル及びリモートの画像アクセス・検査制御装置を具備することができる。このような装置としては、画像アーカイブ・通信システム、テレラジオロジー・システム等がある。
【００１９】
一般に、ＭＲＩシステムに実装されるパルスシーケンスは、制御回路１４内に記憶された論理及び物理の両構成セット及びパラメータ・セッティングによって定義される。図２は、制御回路３６の機能構成要素とメモリ回路３８に記憶されたコンフィギュレーション要素との関係を模式的に表したものである。これらの機能構成要素は、システムの論理軸及び物理軸の両方についてあらかじめ設定されたセッティングに対応させるためのパルスシーケンスの調整を容易にする。一般に、全体として参照符号５８によって表されている軸制御モジュールは、制御回路３６によって実行されるソフトウェア・ルーチンにより通常実施される論理−物理変換モジュール６０を有する。特に、この変換モジュールは、あらかじめ設定された撮像プロトコルに基づいて特定のパルスシーケンスを定義する制御ルーチンによって実施される。
【００２０】
これらの変換モジュールを定義するコードは、呼び出されると、論理構成セット６２及び物理構成セット６４を参照する。論理構成セットは、上に説明した種々の論理軸についてのパルス振幅、開始時点、時間遅延等のようなパラメータを含む。他方、物理構成セットには、通常、最大及び最小許容電流、切換え時間、増幅度、拡大縮小率等を含め、スキャナ自身の物理的制約条件に関するパラメータが含まれる。変換モジュール６０は、これらの構成セットに定義された制約条件に従ってスキャナ１２のコイルを駆動するためのパルスシーケンスを作り出すために用いられる。また、この変換モジュールは、スライスを正しく配向する（例えば回転させる）よう各物理軸に適応したパルスを定義すると共に、画像の物理軸の所望の回転あるいは再配向ないしは方向再設定に基づいて磁気回転物質をコード化する役割を有する。
【００２１】
一例として、図３には、図１に示すようなシステム及び図２に示すような要求コンフィギュレーション及び変換構成要素に実装することが可能な典型的なパルスシーケンスが図解されている。図３に全体として参照符号６６で示されているパルスシーケンス記述は、ＭＲＩスキャナのマグネットシステムにおける変動あるいは不安定性について特徴を抽出し、補正するために用いられるエコーを検出するためのナビゲータ勾配パルスを有する。図３のパルスシーケンス記述は一般に傾斜エコーシーケンスと呼ぶことができる。しかしながら、スピン・エコーシーケンスのような他のパルスシーケンスについても同様の特徴抽出及び補正技術を使用することが可能であるということに留意すべきである。本発明の技術は、いずれかの特定形態のパルスシーケンスに限定されるものではない。
【００２２】
図３の典型的なパルスシーケンスにおいては、高周波及び傾斜パルスは、ＲＦ軸６８、スライス選択軸７０、読出し軸７２及び位相コード化軸７４を含む論理軸に沿って表すことができる。当業者には十分に理解されるように、検査のパルスシーケンス記述中には、様々な勾配が、構成セット６２及び６４に基づき物理軸に変換されて、論理軸上に展開される（図２を参照）。図３の例では、パルスシーケンス記述６６は、持続時間Δ１を有するＲＦ励振パルス７６で始まる。この励振パルスの間に、スライス選択勾配パルス７８が論理スライス選択軸７０上に発生し、続いて位相再調整勾配８０が生じる。その後、前位相調整勾配(prechasinggradient)８２が論理読出し軸７２上に生じる。図３に示す例では、この前位相調整勾配に読出し勾配８４が続く。読出し勾配８４の中央部分は、励振パルス７６の終了後のパルスシーケンスのエコー時間に対応する時間ＴＥの点に調整される。さらに、読出し勾配８４の始めは、励振パルスの終了後の図３にΔ２と名付けられた時点に対応しているということに留意するべきである。
【００２３】
上記のパルスに加えて、パルスシーケンス記述６６は、論理位相コード化軸７４上に生じる位相コード化勾配８６を有し、この勾配はほぼスライス位相再調整勾配８０に対応する期間に印加される。図３に示す勾配を合成することによって、磁気回転物質からの放射がコード化され、それが読出し勾配期間８４でＲＦコイルにより検出される。図３に示す命名の仕方では、読出し勾配８４の持続時間は全体として時間Δ３として表されている。
【００２４】
ＭＲＩスキャナのマグネットシステムにおける変動あるいは不安定性は、収集データの偏移の原因になり得、延いてはこのような偏移がデータに基づいて再生された画像におけるアーティファクトや偏差の原因になることが知られている。図３に、このような変動が参照符号８８、９０及び９２によって一般的に表されている。特に、変動８８は主マグネットコイル２４（図１参照）及び支持構造、床等のような外部要因によって主磁場に生じると考えることができる。さらに、他の変動９０は、論理読出し軸に沿って生じ、その影響は読出し期間に収集されるデータに作用することが考えられる。最後に、変動９２は、論理スライス選択軸に沿って、また論理位相コード化軸に沿って作り出される傾斜磁場に生じることが考えられる。以下に要約するように、このような変動は全て画像データに偏移を生じさせ、これが再生画像に望ましくないアーティファクトとして表示される可能性がある。
【００２５】
上記のようなアーティファクトに関して特徴を抽出し補償するために、本発明の技術は、磁場変動及び不安定性の特徴的影響を求めるために使用される別途のデータ（ナビゲータデータ）を収集するため読出し軸上に展開されるナビゲータ勾配パルスをパルスシーケンス記述６６内に設ける。図３に示す実施形態においては、本発明の技術は、論理位相コード化軸７４に沿ってリフォーカス・パルス９４を印加するステップを有する。リフォーカス・パルスは、特徴抽出ナビゲータデータの収集前に位相コード化勾配を効果的にリセットする。リフォーカス・パルス９４の後にはナビゲータ勾配９６が続き、図示実施形態では、このナビゲータ勾配は元の読出し勾配８４と逆の極性を有する。しかしながら、読出し勾配とナビゲータ勾配との間において読出し軸上で平衡化勾配を用いる等によって、ナビゲータ勾配に読出し勾配と同じ極性を持たせることもできるということに留意するべきである。また、図示実施形態においては、ナビゲータ勾配が読出し勾配と同様にして読出し勾配のすぐ後にデータを収集するために使用されるということに留意するべきである。従って、磁場での偏移に関して特徴を抽出するために収集されるナビゲータデータは、パルスシーケンス記述の画像データ収集部に生じ得る磁場変動について高い近似性をもって特徴を表す。さらに、ナビゲータ勾配の読出し時間及び勾配振幅は、読出し勾配と等しくすることもできるし、タイミング的制約条件または自己誘導による付加的磁場摂動を最小限にするというような目的のために、時間及び振幅共低減することもできる。
【００２６】
主磁場及び傾斜磁場における変動の画像データに対する典型的な特徴的影響が図４の表にまとめて示してある。図４では、（ｋ−空間における）時間信号の特徴的変化あるいは影響と共に（フーリエ変換後における）空間信号の特徴的変化あるいは影響についても表記されている。図４には、さらに、時間信号及び空間信号の両方について、磁場変化の特徴的影響が、主磁場、読出し軸磁場、スライス選択軸磁場、及び位相コード化軸磁場毎に別々に示されている。
【００２７】
上記のような磁場摂動がない状態では、パルスシーケンス記述の間の励振及びコード化より生じるエコー信号は次式によって表すことが可能である：
【数１】

ただし、
【数２】

ρはスピン密度パラメータであり、ｘは空間パラメータを表し、ｔは時間を表し、Ｓは信号を表す。ｋ（ｔ）の方程式中、定数γは磁気回転比（コード化された種についての定数）を表し、Ｇは勾配振幅であり、τは時間パラメータである。しかしながら、磁場摂動が存在する場合、上記の関係によって表されるような理想信号へのそれらの摂動の影響は下記のようにして検査することができる。
【００２８】
磁場摂動がＲＦ励振期間Δ１（図３のパルスシーケンス記述及び図４の表参照）がかなり一定であると仮定すると、理想的物理スライスの位置、厚さ及び配向はそれぞれ主磁場、スライス選択勾配磁場における変動、及び読出し軸磁場及び位相コード化勾配磁場によって変化する。ＲＦ帯域幅と比較して主磁場の摂動が小さく、傾斜磁場の変動が小さい（スライス選択勾配と比較して）場合、信号への主要な影響は、図４に示すように、信号の振幅に生じると考えられる。ＲＦ励振パルス後でデータ収集または読出しパルスの前の期間（図３のΔ２参照）においては、主磁場の変動によって次式に比例した一定の位相変調が導入される：
【数３】

読出し軸勾配における変動は、エコー信号に次式に比例する（時間）位置偏移を導入する：
【数４】

【００２９】
最後に、スライス選択軸勾配及び位相コード化軸勾配における変動は他方でボクセル内位相ずれをもたらし、従って信号に振幅変調を導入することになる。また、これらの特徴的影響は、図４の表のΔ２欄の下に主磁場及び傾斜磁場の各々についてまとめて示されている。
【００３０】
磁場摂動が図３にΔ３で示すデータ収集期間においてかなり一定であると仮定すると、主磁場の変動は線形位相変調を引き起こす。読出し軸傾斜磁場の変動はエコー位置を変化させると共に、視野（ＦＯＶ）も変化させる。最後に、スライス選択軸及び位相コード化軸の傾斜磁場における変化は読出し角を傾斜させ、その結果（主として）信号に振幅変調を課す。これらの影響は、さらに図４で各変動磁場毎にまとめられている。
【００３１】
図４に要約されている特徴的影響あるいは偏移は図５にグラフで表示され、全体として参照符号１００で表されている。これらの偏移は、画像データ及びナビゲータデータが収集される想像上の球体１０２についてグラフ表示されている。図５に示すように、ある一定の偏移は、参照符号１０２で示すように画像データの振幅プロットに生じると見なすことが可能である。また、プロット１０６に示すように、０次位相偏移も生じ得る。さらに、プロット１０８に沿って示されているように、線形の１次位相偏移も生じ得る。
【００３２】
信号振幅に対する影響は、プロット１０４に示されているように、いくつかの形で現れ得る。例えば、参照符号１２０で示すように、振幅変動（振幅の増加あるいは減少）が生じ得る。同様に、位置偏移１２２も生じ得る。また、これらの振幅変動及び位置偏移が同時に様々に異なる大きさで生じることもある。０次位相偏移については、プロット１０６に示すように、磁場の何らかの変動が所望の軸（これ沿いには位相偏移が実質的にゼロである）からの画像データの偏移を生じさせることが起こり得る。同様に、１次位相偏移１０８に関しては、磁場の変動が画像データに画像について予測された傾斜、あるいは所望の傾斜とは異なる傾斜１２６が現れるかもしれない。
【００３３】
ナビゲータ勾配を用いて上記のようなマグネットシステムに関して不安定性を検出し、特徴を抽出しかつ補償する本発明の技術は、図６にグラフで示し図７に一連の論理ステップを通して要約されているプロセスを実現したものである。概して言うと、本発明の技術は、上に簡単に説明したように、位相コード化勾配なしで、その影響を打ち消してナビゲータ勾配パルスを読出し軸に沿って展開するような構成を有する。図６にｋ−空間データ１２８で示すように、画像データは、読出し勾配８４に対応する画像データ収集期間に収集される（図３参照）。次に、図６にｋ−空間データ１３０で示されているように、ナビゲータ勾配９６の期間にナビゲータデータが収集される。しかしながら、位相再調整の故に、全てのナビゲータデータはゼロｋｙ線に沿って収集されるということに留意すべきである。図６のｋ−空間に表されているように、各データセット毎にデータ行１３２及び１３４がそれぞれ収集される。実際には、データはｋｙ方向に沿って中心位置の上下で様々なシーケンスで収集することが可能であるということに留意するべきである。ナビゲータ・データセット１３０の各行１３４は、磁場の変動に対する特徴を抽出し、かつ画像データセット１２８の対応する行１３２を補正するために使用される。図７は、この特徴抽出及び補正プロセスを実行するための典型的な制御論理のステップを示したものである。
【００３４】
次に図７を参照して説明すると、全体的に参照符号１３６で示す制御論理は、プログラムされて、メモリ回路３８あるいは他のメモリデバイスに記憶され（またインターネットによる等、リモート位置からロードすることも可能である）、制御回路３６あるいは他の処理装置によって実行される。この制御論理はステップ１３８の画像データの収集で開始される。上に述べたように、様々なパルスシーケンス記述を用いて画像データを収集することが可能である。しかしながら、一般には、画像データ、ｋ−空間の行を埋めるように収集され、得られた信号は以後の処理に備えて記憶されてる。ステップ１４０では、上に説明したようにしてナビゲータデータが収集される。やはり、一実施形態においては、ナビゲータデータは、位相コード化勾配を印加することなく、あるいはデータ収集の前に位相コード化勾配をリセットした状態で、論理読出し軸上にナビゲータ勾配を印加することにより収集される。また、ナビゲータデータは経時的に逐次、ただしｋｙ＝０沿いにかつｋ−空間画像データに対応させて収集される
【００３５】
次に図７のステップ１４２で、本発明の技術のプロセスはステップ１３８及び１４０で収集された両方のデータセットの１次元高速フーリエ変換を行う。この場合も、ステップ１４２で得られる値が以後の処理に備えて記憶される。ステップ１４４では、変換されたナビゲータデータから０次位相偏移の特徴が抽出される。一実施形態においては、０次位相偏移は、図４に要約されているように、通常励振パルスと読出しとの間の期間及び読出し期間の両方におけるマグネットシステムの変動に起因するものと思われ、最小２乗近似法のような特徴抽出アルゴリズムを適用することによって特徴が抽出される。このようなアルゴリズムは当業者には周知である。本発明との関連では、これらのアルゴリズムを用いて図５に示すような位相軸からの近似線あるいは近似曲線の偏差として０次位相偏移が特徴抽出される。
【００３６】
ステップ１４６では、変換されたナビゲータデータから１次位相偏移が特徴抽出される。図４に要約して示されているように、このような位相偏移は、読出し期間における時間信号については主磁場変動から生じ、また空間信号については励振パルスと読出し期間との間の期間における読出し軸傾斜磁場の変動からも生じるものと考えられる。０次位相偏移に関しては、１次位相偏移は、好ましくは、ステップ１４６で最小２乗近似法のような特徴抽出アルゴリズムを用いることによって特徴抽出される。その後、１次位相偏移の特徴抽出結果は以後の使用のために保存される。
【００３７】
ステップ１４８では、変換されたナビゲータデータからバルク位置偏移が特徴抽出される。図４に示すように、このようなバルク位置偏移は、それぞれ特に読出し期間及び励振パルスと読出しシーケンスとの間の期間における主磁場及び読出し勾配磁場の変動に起因するものと考えられる。一実施形態においては、バルク位置偏移は当業者には周知の技術である相互相関によって求められる。その結果生じる位置偏移データは以後の使用のために保存される。
【００３８】
ステップ１５０では、変換されたナビゲータデータから振幅への影響が特徴抽出される。図４に要約されているように、このような振幅への影響は、特に空間信号の場合、読出し期間における全ての傾斜磁場の変動に起因するものと考えられる。図５のグラフで示されているように、このような振幅への影響は、信号の実効振幅を増減させ、フーリエ変換後の積分ナビゲータ・エコー信号を変化させるように作用する。本発明の一実施形態の技術においては、このステップで振幅曲線の下方の面積が求められ、これによってナビゲータデータ中の上記のような何らかの振幅変動が検出され、特徴抽出される。
【００３９】
ステップ１５２では、変換された画像データがステップ１４４〜１５０で特徴抽出された磁場不安定性あるいは変化の影響を用いて補正される。一実施形態では、この補正下記のようにして行われる。
【００４０】
収集された生のデータラスタ（図６に示すようなｋ−空間のｋｘ方向及びｋｙ方向沿いの）が信号またはデータセットのＳ（ｋｘ，ｋｙ）によって表されると仮定すると、所与のｋｙ線についてのナビゲータエコー・データはＺ（ｋｘ）と表すことが可能である。上に説明したようなマグネットシステム不安定性を考慮しなければ、Ｓ（ｋｘ，ｋｙ）の２次元フーリエ変換によって次式で与えられる撮像対象の真の表現が得られる：
【数５】

【００４１】
しかしながら、マグネットシステムの不安定性が存在する場合は、データセットＳ（ｋｘ，ｋｙ）が破損するのでゴーストのようなアーティファクトが現出する。この場合、画像データを補正するために、ナビゲータエコー・データ（Ｚ（ｋｘ）と表すことができる）が用いられる。具体的には、上に述べたように、各ナビゲータエコーから抽出される情報は、１）相対振幅変化、２）０次位相偏移または偏差、３）線形位相偏移または偏差、及び４）位置偏移を含み得る。
【００４２】
補正手順には、ナビゲータエコー・データ（ステップ１４４−１５０との関連で上に説明したような）からこれらの４つのパラメータを求め、各ｋｙ線に対応する画像セットデータＳ（ｋｘ，ｋｙ）を次式で補正する操作が含まれる：
【数６】

ただし、δＡは各ナビゲータエコーの相対振幅変化（すなわち、変換されたデータの積分面積によって表される）、ｌｘは線形位相偏移、Δは位置偏移、Φ₀は０次位相偏移である。
【００４３】
この補正されたデータセットＳ’（ｋｘ，ｋｙ）に基づいて、ステップ１５４に示すように、さらに１次元高速フーリエ変換を実行することによって、上記の関係式［４］に適合する補正データセットあるいはアーティファクトのない画像データセットが得られる。そして、この補正データセットは保存され、有用な画像を再生するために通常の方法で使用される。
【００４４】
上記のプロセスは、例えば個別の影響あるいは上に述べた全ての影響より少数の影響について特徴抽出を行う等、一定の変更あるいは修正を行うことが可能なことは理解されよう。さらに、同様のプロセスを用いて磁気システム不安定性の空間的により高次の影響について特徴を抽出することも可能である。同様に、上に述べたように、本発明の技術は個々のパルスシーケンス記述に適合させることが可能であり、上に説明したパルスシーケンスあるいは何らかの特定のパルスシーケンス記述に限定されるものではない。
【００４５】
本発明は種々の修正態様や代替態様が可能であるが、本願では添付図面に示す特定の実施形態に基づき詳細に説明した。しかしながら、本発明は本願で開示した特定の形態に限定されるものではないと考えるべきである。もっと正確に言うならば、本発明は、特許請求の範囲の記載によって規定される発明の精神及び範囲内に含まれる全ての修正態様、等価態様、及び代替態様を包括するものである。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、磁気共鳴画像診断装置等における再生画像のアーティファクトが著しく低減し、画像の明瞭性が向上するため、画像検査、診断の正確さ及び能率が少なからず改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の技術のいくつかの態様を実施する画像診断用ＭＲＩシステムの概略ブロック図である。
【図２】図１に示す形態のシステム用のパルスシーケンス記述モジュール及びコントローラの機能構成要素を示すブロック図である。
【図３】本発明のいくつかの態様による特徴抽出ナビゲータ・エコー技術を実施するＭＲＩ検査用の典型的なパルスシーケンス記述を図解したグラフである。
【図４】ＭＲＩシステムのマグネットシステムにおける何らかの変動あるいは不安定より時間ドメイン及び空間ドメインに生じる典型的な特徴的摂動あるいは偏差を示す表である。
【図５】図４の表にまとめられているようなシステムの典型的な特徴的影響を表すグラフである。
【図６】図３に示すようなナビゲータエコー技術を組み込んだ撮像シーケンスによって収集されたｋ−空間データを表すグラフである。
【図７】図３に示すようなナビゲータエコー技術を組み込んだ画像取込みシーケンスを実施するための典型的な制御論理を図解したフローチャートである。
【符号の説明】
１０ＭＲＩシステム
１２スキャナ
１４スキャナ制御回路
１６システム制御回路
１８患者ボア
２２患者
２４主マグネットコイル
２６、２８、３０傾斜磁場コイル
３２ＲＦコイル
３６制御回路
３８メモリ回路
４０増幅・制御回路
４２送受インタフェース
４４インタフェース要素
５８軸制御モジュール
６０論理−物理変換モジュール
６２論理構成セット
６４物理構成セット
６６パルスシーケンス記述
６８ＲＦ軸
７０スライス選択軸
７２読出し軸
７４位相コード化軸
７６ＲＦ励振パルス
７８スライス選択勾配パルス
８０位相再調整勾配
８２前位相調整勾配
８４読出し勾配
８６位相コード化勾配
８８、９０、９２磁場変動
９４リフォーカス・パルス
９６ナビゲータ勾配

Claims

磁気共鳴撮像システムのマグネットシステム不安定性に関する特徴を抽出する方法において：
撮像対象の磁気回転物質に磁場勾配及び高周波励振パルスを印加するステップと；
位相コード化勾配とともに、第１の極性を有する画像エコー読出し勾配を印加し、その後に前記撮像対象からの第１の磁気共鳴信号を検出するステップと；
画像エコー読出し勾配の前に印加された位相コード化勾配の影響を除去するための位相コード化リセットパルスの後に、前記第１の極性を有する画像エコー読出し勾配とは逆の第２の極性を有するナビゲータエコー勾配を印加して、マグネットシステムの構造に起因するマグネットシステムの磁場の不安定性を表す第２の磁気共鳴信号を検出するステップと；
前記第２の磁気共鳴信号を分析してマグネットシステム不安定性の複数の影響に関して特徴を抽出するステップと；
を有することを特徴とする方法。
前記ナビゲータエコー勾配を前記リセットパルスの直後に印加することを特徴とする請求項１記載の方法。
前記複数の影響に関する特徴抽出が、前記第２の磁気共鳴信号を表すデータについて読出し方向沿いに１次元フーリエ変換を実行し、その結果のデータを分析することによって行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
前記複数の影響が、前記フーリエ変換後におけるナビゲータエコー信号の０次の位相偏移を含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
前記複数の影響が、前記フーリエ変換後におけるナビゲータエコー信号の１次の位相偏移を含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
前記複数の影響が、前記フーリエ変換後におけるナビゲータエコー信号のバルク位置偏移を含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
前記複数の影響が、前記フーリエ変換後における積分ナビゲータ・エコー信号の振幅を含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
撮像対象に位相コード化勾配とともに、第１の極性を有する読出し勾配パルス及び高周波パルスを印加して、前記撮像対象内の磁気回転物質から放射を生じさせるステップと；
前記放射を検出し、前記放射を表す画像データを生成するステップと；
位相コード化論理軸に印加されるリフォーカス勾配の後に、前記撮像対象にナビゲータ勾配パルスを印加するステップであって、前記ナビゲータ勾配パルスは、前記放射を検出するために使用された前記画像の読出し勾配パルスが有する前記第１の極性とは逆の第２の極性を有する、ステップと；
ナビゲータエコー・パルスより生じるナビゲータエコー信号を検出し、前記ナビゲータエコー信号を表すナビゲータエコー・データを生成するステップと；
前記ナビゲータエコー・データを分析して、前記マグネットシステムの構造に起因するスキャナのマグネットシステムにおける偏移の複数の影響に関して特徴抽出するステップと；
前記分析に基づいて前記画像データを補正し補正画像データを生成するステップと；
を有することを特徴とする磁気共鳴スキャナから磁気共鳴画像データを生成する方法。
前記影響が前記ナビゲータエコー・データの１次元フーリエ変換後におけるナビゲータエコー信号の０次の位相偏移を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
前記影響が前記ナビゲータエコー・データの１次元フーリエ変換後におけるナビゲータエコー信号の１次の位相偏移を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
前記影響がナビゲータエコー・データの１次元フーリエ変換後におけるナビゲータエコー信号のバルク位置偏移を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
前記影響が前記ナビゲータエコー・データの１次元フーリエ変換後における積分ナビゲータ・エコー信号の振幅変化を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
前記補正ステップが読出し方向沿いの前記画像データの１次元フーリエ変換の後に行われること、及び位相コード化方向に沿って前記補正画像データの１次元フーリエ変換を行うステップをさらに有することを特徴とする請求項８記載の方法。
前記影響がスキャナの少なくとも主磁場の変動の影響を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
前記影響がスキャナの少なくとも１つの論理軸磁場の変動の影響を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
主磁場の存在下で、傾斜磁場コイルに第１の極性を有する読出し勾配と位相コード化勾配を含むパルスシーケンスを印加し傾斜磁場を形成すると共に、高周波コイルに前記パルスシーケンスを印加して撮像対象から放射を生じさせるステップと；
前記放射を検出し、前記放射を表す画像データを生成するステップと；
前記位相コード化勾配の影響を除去するための位相コード化リセットパルスの後に、前記撮像対象にナビゲータ読出しパルスを印加するステップであって、前記ナビゲータ読出しパルスは、前記放射を検出するために使用された画像の読出しパルスが有する前記第１の極性とは逆の第２の極性を有するステップと；
ナビゲータエコー信号を検出し、前記ナビゲータエコー信号を表すナビゲータデータを生成するステップと；
前記画像データ及びナビゲータデータについて読出し方向沿いに１次元フーリエ変換を行うステップと；
変換されたナビゲータデータを分析して、前記マグネットシステムの構造に起因する主磁場あるいは傾斜磁場の変動の影響に関して特徴を抽出するステップと；
特徴抽出された影響に基づいて前記変換された画像データを補正するステップと；
補正された画像データに対して位相コード化方向に１次元フーリエ変換を行うステップと；
を有することを特徴とする、磁気共鳴撮像システムの画像データを補正する方法。
前記影響がナビゲータデータの１次元フーリエ変換後におけるナビゲータエコー信号の０次の位相偏移を含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
前記影響がナビゲータデータの１次元フーリエ変換後におけるナビゲータエコー信号の１次の位相偏移を含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
前記影響がナビゲータデータの１次元フーリエ変換後におけるナビゲータエコー信号のバルク位置偏移を含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
前記影響がナビゲータデータの１次元フーリエ変換後における積分ナビゲータエコー信号の振幅変化を含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
主磁場を生成するよう構成されたマグネットと；
主磁場の存在下で傾斜磁場を発生するよう構成された一組の傾斜磁場コイルと；
高周波パルスを発生し、かつ前記高周波パルスに応答して撮像対象から発する高周波放射を検出するよう構成された高周波トランスミッタ／レシーバ・セットと；
前記傾斜磁場コイル及び高周波トランスミッタ／レシーバ・セットに接続され、かつ、前記傾斜磁場コイル及び高周波トランスミッタ／レシーバ・セットに第１の極性を有する読出し勾配と位相コード化勾配を含むパルスシーケンスを印加して画像エコー信号及びナビゲータエコー信号を撮像対象内に発生させ、前記ナビゲータエコー信号は、前記放射を検出するために用いられる画像の読出しパルスが有する第１の極性とは逆の第２の極性を有し、前記位相コード化勾配の影響を除去するための位相コード化リセットパルスの後に印加されるナビゲータエコーパルスから生じ、前記画像エコー信号及びナビゲータエコー信号を検出してそれらの信号を表す画像及びナビゲータデータを生成し、前記ナビゲータデータを分析してパルスシーケンス中における主磁場及び傾斜磁場の変動の影響に関して特徴抽出するよう構成された制御システムと；
を有することを特徴とする磁気共鳴撮像システム。
前記制御システムが、前記ナビゲータデータの分析を行うよう構成されたコンピュータ、及び画像とナビゲータデータを記憶するよう構成されたメモリ回路を有することを特徴とする請求項２１記載のシステム。
前記コンピュータが、さらに、前記画像データから得られる中間画像データを補正し、前記メモリ回路にその補正された画像データを記憶するよう構成されていることを特徴とする請求項２２記載のシステム。
前記ナビゲータデータの分析が読出し方向沿いの前記ナビゲータデータの１次元フーリエ変換後に行われることを特徴とする請求項２３記載のシステム。
前記中間画像データが前記画像データより読出し方向沿いの前記画像データの１次元フーリエ変換によって得られることを特徴とする請求項２３記載のシステム。
前記影響が１次元フーリエ変換後におけるエコー信号の０次の位相偏移、１次元フーリエ変換後におけるエコー信号の１次の位相偏移、１次元フーリエ変換後におけるエコー信号のバルク位置偏移、及び１次元フーリエ変換後における積分エコー信号の振幅変化を含むことを特徴とする請求項２１記載のシステム。
主磁場を発生するよう構成されたマグネット、主磁場の存在下で傾斜磁場を発生するよう構成された一組の傾斜磁場コイル、高周波パルスを発生し、かつ前記高周波パルスに応答して撮像対象から発する高周波放射を検出するするよう構成された高周波トランスミッタ／レシーバ・セット、前記傾斜磁場コイル及び外高周波トランスミッタ／レシーバ・セットに接続された制御システムを有する磁気共鳴撮像システムの動作を制御するための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機械可読媒体上に記憶されていて、制御ルーチンをコード化するよう構成され、
前記制御ルーチンは、前記傾斜磁場コイル及び高周波トランスミッタ／レシーバ・セットに第１の極性を有する読出し勾配と位相コード化勾配を含むパルスシーケンスを印加し画像エコー信号及びナビゲータエコー信号を撮像対象内に発生させ、前記ナビゲータエコー信号は、前記放射を検出するために用いられる前記画像の読出しパルスの第１の極性とは逆の第２の極性を有し、前記位相コード化勾配の影響を除去するための位相コード化リセットパルスの後に印加されるナビゲータ勾配パルスから生じ、前記画像エコー信号及びナビゲータエコー信号を検出してそれらの信号を表す画像及びナビゲータデータを生成し、前記ナビゲータデータを分析してパルスシーケンス中における主磁場及び傾斜磁場の変動の影響に関して特徴抽出するよう前記制御システムに指示するための命令を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
前記機械可読媒体が撮像システムに対してリモート位置に設けられることを特徴とする請求項２７記載のコンピュータプログラム。
前記機械可読媒体が撮像システムのローカル側に設けられ、前記制御ルーチンがリモート位置からネットワークリンクを介して前記機械可読媒体に記憶されることを特徴とする請求項２７記載のコンピュータプログラム。
前記制御ルーチンが、前記画像データより得られる中間画像データを補正するため、及びその補正された画像データをメモリ回路に記憶するための命令を含むことを特徴とする請求項２７記載のコンピュータプログラム。
前記制御ルーチンが、分析の前に読出し方向沿いにナビゲータデータの１次元フーリエ変換を行うための命令を含むことを特徴とする請求項３０記載のコンピュータプログラム．
前記制御ルーチンが、読出し方向沿いに画像データの１次元フーリエ変換を行うことによって前記画像データから前記中間画像データを導出するための命令を含むことを特徴とする請求項３１記載のコンピュータプログラム。
前記影響が１次元フーリエ変換後におけるエコー信号の０次の位相偏移、１次元フーリエ変換後におけるエコー信号の１次の位相偏移、１次元フーリエ変換後におけるエコー信号のバルク位置偏移、及び１次元フーリエ変換後における積分エコー信号の振幅変化を含むことを特徴とする請求項２７記載のコンピュータプログラム。