JP6081273B2 - スライス多重化におけるスライス固有の位相補正 - Google Patents

スライス多重化におけるスライス固有の位相補正 Download PDF

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Description

本発明は、スライス多重化方式において検査対象のMR信号の収集時に信号位相を補正する方法、ならびにそのための磁気共鳴設備に関する。
臨床環境ではこれまでよりさらに速いMR撮影が求められており、そのため目下のところ複数の画像を同時に撮影するという方法が復活している。一般的にこの方法の特徴は、測定時間の少なくとも一部分において、的を絞って少なくとも2つのスライスの横断磁化が同時にイメージングプロセスのために使われることにある(「マルチスライスイメージング」、「スライス多重化」)。これとは対照的に主流である「複数スライスイメージング」の場合、少なくとも2つのスライスの信号が、交互に、すなわち互いに完全に独立してそれ相応のより長い測定時間をかけて収集される。それらのスライス多重化方式にはたとえば以下のものが含まれる。
アダマールエンコーディング(たとえばSouza他、J.CAT 12:1026(1988))(非特許文献1):
2つ(またはそれ以上)のスライスが同時に励起され、HF励起パルスの然るべき構成により、各スライスにそれぞれ1つの限定された信号位相が印加される。この2つのスライスからの磁化の信号は同時に受信される。2つのスライスの2回目の励起は同様に行われるが、それらのスライス内の相対的な信号位相は変化している。それ以外のイメージングプロセス(位相エンコーディングステップ)は通常通り行われ、またこの方式は、任意の撮影技術((マルチ)グラジエントエコー、(マルチ)スピンエコー、その他)と組み合わせることができる。適切な算術演算により、それら2つの撮影から2つのスライスの信号情報が分けられる。
同時エコーリフォーカシング(SER、SIR、たとえばFeinberg他、MRM48:1(2002))(非特許文献2):
2つ(またはそれ以上)のスライスが短時間に相前後して励起され、適切なグラジエントパルスにより各スライスにそれぞれ限定された空間的デフェージングが印加される。この2つのスライスからの磁化の信号は、適切なグラジエント回路によって短時間の間隔で受信される。それ以外のイメージングプロセス(位相エンコーディングステップ)は通常通り行われ、またこの方式は、任意の撮影技術((マルチ)グラジエントエコー、(マルチ)スピンエコー、その他)と組み合わせることができる。別々に収集されたデータから、2つのスライスの複数の画像が通常通りに生成される。
広帯域データ収集(たとえばWu他、Proc.ISMRM2009:2768)(非特許文献3):
2つ(またはそれ以上)のスライスが同時に励起される。この2つのスライスからの磁化の信号は同時に受信される。データ受信の間はスライス法線に沿ってグラジエントが照射されており、このグラジエントが周波数領域における2つのスライスの信号の分離をもたらす。それ以外のイメージングプロセス(位相エンコーディングステップ)は通常通り行われ、またこの方式は、任意の撮影技術((マルチ)グラジエントエコー、(マルチ)スピンエコー、その他)と組み合わせることができる。適切なフィルタリングにより、同時に収集されたデータから2つのスライスの信号が分けられる。
スライス方向のパラレルイメージング(たとえばLarkman他、JMRI13:313(2001))(非特許文献4):
2つ(またはそれ以上)のスライスが同時に励起される。この2つのスライスからの磁化の信号は、同時に少なくとも2つ(またはそれ以上)のコイルエレメントにより受信される。2つのスライスの2回目の励起は同様に行われるが、それらのスライス内の相対的な信号位相は変化している。それ以外のイメージングプロセス(位相エンコーディングステップ)は通常通り行われ、またこの方式は、任意の撮影技術((マルチ)グラジエントエコー、(マルチ)スピンエコー、その他)と組み合わせることができる。適切な算術演算により、それら2つの撮影から2つのスライスの信号情報が分けられる。それらのコイルエレメントの空間的受信特性を突き止めるために追加的な検定測定が行われる。
適切な算術演算(たとえばGRAPPAアルゴリズム)により、同時に収集されたデータから2つのスライスの信号が分けられる。
さらにシングルスライスイメージングでは、補正パラメータが個々のスライスの空間的位置または信号に大きく依存するという画像アーチファクトを補正しなければならない場合がある。その一例が、随伴するマクスウェル場によって生じる位相誤差の補正である。このような位相誤差は、線形磁場グラジエントの照射時に磁場グラジエントに完全な直線性(線形性)がなく、常により高次のサームが現れることによって生じる。このようないわゆるマクスウェル場は、検出されたMR信号内の位相誤差をもたらす。この補正の方法の1つは、Meier他、MRM60:128(2008)(非特許文献5)に記されている。また同じくシングルスライスイメージングの場合ときには、信号消失や画像の歪みをもたらす基礎磁場の局所的不均質性を補正する必要がある。このような不均質性の補正は、たとえばDeng他、MRM61:255(2009)(非特許文献6)、ならびにLu他、MRM62:66(2009)(非特許文献7)に記載されている。
多くの場合、シングルスライス撮影におけるスライス固有の補正では追加的な1つの線形信号位相をスライス座標に沿って与えるだけで十分である。なぜ多くの場合線形信号位相を与えることで十分なのか、以下に異なる例をもとに説明する。
a)線形補正の適用の1つは、拡散イメージングにおけるマクスウェル場に起因する位相誤差の補正である。
MRM60:128(2008)(非特許文献5)には、拡散エンコーディンググラジエントのマクスウェル場の随伴する場が、どのようにして3つの空間座標軸に沿った追加的な信号デフェージングをもたらすかが記されている。周波数エンコーディング軸および位相エンコーディング軸に沿ったデフェージングは、k空間における信号のずれしかもたらさず、エコーはk=0ではもはや収集されず、(わずかに)ずれたある1つの位置で収集される。k空間におけるエコーずれは、位置空間(フーリエ変換による)では、画像内の線形位相応答に相当するが、マグニチュード画像にしか関心がない場合は、その効果は副次的な役割しか持たない。さらに、十分に大きなk空間領域の撮影(たとえばパーシャルフーリエ技術の放棄)によって、どのような場合もエコー信号が走査した領域内にあるようにすることができる。スライス選択軸に沿ったデフェージングはしかし、補正できない信号損失を直接的にもたらす。このデフェージングの規模は、随伴するマクスウェル場の振幅(ならびにスライスの位置)に関係する。複数のスライスの同時撮影では、各スライスについてそれぞれ1つの個別のデフェージングを補正する必要がある。まず線形位相応答によるデフェージングについて説明する。
b)フローイメージングのマクスウェル場に起因する位相誤差の補正においても、線形位相補正で十分である。
上記の例のように、ここで取り上げているのは、随伴するマクスウェル場に起因するデフェージングの補正であり、ここではそれはフローエンコーディングのために使用されるグラジエントによって惹起される。スライスエンコーディング軸に沿ったスライス固有の線形補正位相を理由付けした説明は、この場合にも同様に適用される。画像内の補正されない線形位相応答(k空間内のエコーのずれに基づく)は、データプロセッシングの際に簡単な方法で顧慮される。
c)線形補正は、基礎磁場の局所的不均質性ならびにそれに起因する信号消失の補正についても同じく可能である(zシム)。
MRM61:255(2009)(非特許文献6)(ならびにその中で引用された参考文献−特にYang他、MRM39:402(1998)(非特許文献8))には、基礎磁場の不均質性に起因するイメージングエラーを、エコープラナーグラジエントエコーイメージングにおいて、スライスエンコーディング方向の異なる追加グラジエントによる測定を繰り返し実行することによってどのように減少させられるかが記されている。それらは(局所的な)磁場グラジエントであり、3つの空間的座標軸に沿った信号のデフェージングをもたらす。これはまた単にスライスエンコーディング方向に沿ったグラジエントであり、それに伴うボクセル内部の信号損失のせいで(イントラボクセルデフェージング)画像品質に極めて大きな作用をする。このいわゆるzシム方式は、各スライスのそれぞれの空間領域について少なくとも1つの測定において1つの良好なリフェージングを保証するために、測定ごとに背景グラジエントを変化させる。1つのスライスの複数の多重画像は、単純平均(算術平均、「Sum of Squares」)か、さもなくばより手間のかかる組み合わせ方式によって、信号消失が減らされた1つの画像と組み合わされる。
d)基礎磁場の局所的不均質性によって生じる信号消失および画像の歪みの補正には、同じく線形位相補正を適用することができる(SEMAC)。
MRM62:66(2009)(非特許文献7)には、金属インプラント(またはそれに伴う基礎磁場の不均質性)に起因する信号消失および画像の歪みを、2Dイメージングにおいてスライス法線に沿った(限定された)追加的な位相エンコーディングの使用によってどのように減少させられるかが説明されている。zシムの場合と同様に、スライスエンコーディング方向の異なる追加グラジエントによるスライスあたり複数の測定が収集され、それらのデータが適切な方法で組み合わされる。
Souza他、J.CAT 12:1026(1988) Feinberg他、MRM48:1(2002)) Wu他、Proc.ISMRM2009:2768 Larkman他、JMRI13:313(2001) Meier他、MRM60:128(2008) Deng他、MRM61:255(2009) Lu他、MRM62:66(2009) Yang他、MRM39:402(1998)
上述の従来技術を出発点とすると、本発明の課題は、スライス多重化方式における線形位相補正を簡単な方法で提供し、同時に、照射されたHFパルスの比吸収率(SAR)およびHFピーク出力を最小化することにある。
この課題は、本発明によれば、MR(磁気共鳴)信号の収集時に検査対象の少なくとも2つの異なるスライスからMR信号が同時に検出されるスライス多重化方式において検査対象のMR信号の収集時の信号位相を補正する方法であって、
少なくとも2つのスライスのそれぞれについてスライス選択方向の線形補正位相を決定し、
少なくとも2つの異なるスライスのそれぞれに、スライス固有の周波数を有するHF(高周波)励起パルスを照射し、
異なるHF励起パルスが少なくとも2つの異なるスライスに照射されるスライス選択期間の間、スライス選択グラジエントを照射し、スライス選択期間がスライス選択期間の中心に時間中心を持ち、少なくとも2つの異なるスライスのための異なるHF励起パルスが時間的にオーバーラップしており、
各スライスの線形補正位相に相当するスライス選択方向のスライス固有の補正グラジエントモーメントが各スライスの磁化に影響するように、HF励起パルスのそれぞれについて時間中心に対するHF励起パルスの時間的ずれを決定する検査対象のMR信号の収集時の信号位相の補正方法によって解決される(請求項1)。
検査対象のMR信号の収集時の信号位相の補正方法に関する本発明の実施態様は次の通りである。
・少なくとも2つの異なるスライスのそれぞれについて、スライスに属する補正グラジエントモーメントが決定され、各スライスに属する補正グラジエントモーメントに基づいて、少なくとも2つの異なるスライスの全てに適用される平均補正グラジエントモーメントが決定され、少なくとも2つの異なるスライスのそれぞれについて、当該スライス固有の補正グラジエントモーメントと平均補正グラジエントモーメントとの偏差が決定され、この偏差がそれぞれ1つのスライス個別の追加グラジエントモーメントに相当し、少なくとも2つの異なるスライスのそれぞれについて、各スライスにスライス個別の追加グラジエントモーメントが影響するように時間的ずれが算出される(請求項2)。
・さらに、同時に撮影されるスライスの数が、少なくとも1つの選択基準に関係して選択される(請求項3)。
・線形補正位相を有する補正グラジエントモーメントが、マクスウェル場によるスライス方向に沿ったデフェージングを補正する(請求項4)。
・平均補正グラジエントモーメントが、スライス方向に追加的補正グラジエントを照射することにより、少なくとも2つの異なるスライスに印加される(請求項5)。
・複数のHF励起パルスがMR信号の収集前に1つのスライスに照射され、複数のHF励起パルスがそれぞれのスライス選択期間の間に照射され、複数のHF励起パルスおよびそれに属するスライス選択期間は、スライス固有の補正グラジエントモーメントが複数のHF励起パルスの照射後の各スライスにおける磁化の全体に印加されるように選択される(請求項6)。
・少なくとも2つの異なるスライスのそれぞれに、単独のスライス固有の補正グラジエントモーメントが印加される(請求項7)。
・少なくとも2つの異なるスライスのそれぞれに、複数の異なる補正グラジエントモーメントが印加され、少なくとも2つのスライスのそれぞれに、少なくとも2つのスライスに使用された全ての異なる補正グラジエントモーメントが印加される(請求項8)。
・J個の補正グラジエントモーメントが各スライスに印加され、J≧2であり、Nは同時に撮影されたスライスの数であり、かつNはJの整数倍であり、第1ステップにおいて各スライスにスライス固有の補正グラジエントモーメントが印加され、第1ステップは、スライス順序を変更して、各スライスにJ個の補正グラジエントモーメントが印加されるまで繰り返される(請求項9)。
・HF励起パルスが、検査対象からスライスを選択するための励起パルスである(請求項10)。
・HF励起パルスが、スピンエコー信号発生時のリフォーカシングパルスである(請求項11)。
・HF励起パルスが、刺激エコーによる信号発生時の記憶パルスである(請求項12)。
前述の課題は、本発明によれば、MR(磁気共鳴)信号の収集時に検査対象の少なくとも2つの異なるスライスからMR信号が同時に検出されるスライス多重化方式において検査対象のMR信号の収集時に信号位相を補正するように構成された磁気共鳴設備であって、
少なくとも2つのスライスのそれぞれについてスライス選択方向の第1の線形補正位相を決定するモジュールと、
少なくとも2つの異なるスライスのそれぞれに、スライス固有の周波数を有するHF(高周波)励起パルスを照射するように構成され、かつ、異なるHF励起パルスが少なくとも2つの異なるスライスに照射されるスライス選択期間の間、スライス選択グラジエントを照射するように構成され、スライス選択期間がスライス選択期間の中心に時間中心を持ち、少なくとも2つの異なるスライスのための異なるHF励起パルスが時間的にオーバーラップしており、かつ、各スライスの線形補正位相に相当するスライス選択方向のスライス固有の補正グラジエントモーメントが各スライスの磁化に影響するように、HF励起パルスのそれぞれについて時間中心に対するHF励起パルスの時間的ずれを決定するように構成されたMR撮影シーケンス制御装置と
を有する磁気共鳴設備によって解決される(請求項13)。
磁気共鳴設備に関する本発明の実施態様は次の通りである。
・MR撮影シーケンス制御装置が本発明による方法を実施するように構成されている(請求項14)。
本発明の第1の観点に基づき、MR(磁気共鳴)信号の収集時にMR信号が検査対象の少なくとも2つの異なるスライスから検出されるスライス多重化方式において、検査対象のMR信号の収集時に信号位相を補正する方法が提供される。この方法の1つのステップに基づき、少なくとも2つのスライスの各々についてスライス選択方向の線形補正位相が決定される。さらに、同時に撮影される少なくとも2つの異なるスライスの各々に、スライス固有の周波数を持つHF(高周波)励起パルスが照射される。同じく、少なくとも2つの異なるスライスのために異なるHF励起パルスが照射されるというスライス選択期間中に、スライス選択グラジエントが照射される。このスライス選択期間はスライス選択期間の中心に時間中心を持つ。さらに、スライス選択期間の間照射される、少なくとも2つの異なるスライスのための異なるHF励起パルスはオーバーラップする(重なり合っている)。同じく、それらのHF励起パルスのそれぞれについて、スライス選択期間の時間中心に対して、各々のHF励起パルスの1つの時間的ずれが決定されるが、それは、各スライスの磁化に、スライス選択方向のスライス固有の補正グラジエントモーメントが作用するように決定され、この補正グラジエントモーメントは各スライスの線形補正位相に相当する。
スライス選択グラジエントの印加の間における異なるHFパルスの時間的ずれにより、HFパルスによって励起された各スライスについて、励起されたスピンのわずかに異なるコヒーレントパスが生じる。時間的に早く適用されるHFパルスによって励起またはリフォーカスされた信号は、さらに印加されるスライス選択グラジエントによって、時間的に遅く適用されるHFパルスによる信号よりも強い影響もしくはそれとは異なる影響を受ける。時間的ずれを決定することにより、各スライスについて個別に、線形補正位相、または所望な線形補正を各スライスで達成するのに必要な線形補正グラジエントモーメントが決定される。線形位相補正は全てのスライスで必ずしも同じではないので、またその結果HFパルスの時間的ずれも同じではないので、スライス選択期間におけるHF励起パルスの時間中心に対する異なる時間的ずれにより、SAR(Specific Absorption Rate;比吸収率)の低減が達成される。SARは、適用されるパルス電圧および必要なHFピーク出力の二乗に関係する。もし2つのスライスを励起するために複数のパルスが同時に照射された場合、それらは加法的に互いに重畳するであろう。もし2つの最大値が同じ位置になった場合、2倍のHFピーク振幅が必要となり、その結果4倍のSARが生じるであろう。よって個々のスライスの最大値の位置をずらすと、第一に各スライスにとって必要な補正グラジエントモーメントを適用することができ、第二にSARを大幅に低減できる。
それぞれの個別スライスに必要な線形補正位相は、用途ごとに予め解析的に算出しておくか、または事前の測定により決定しておくことができる。マクスウェル場に起因する線形位相誤差の補正については、たとえばまず各スライスSについて、スライス法線に沿った、そこで優勢な平均磁場グラジエントを決定する。この磁場グラジエントは、MRM60:128(2008)(非特許文献5)の説明に基づき、実際のスライス位置z=zsの磁場振幅の数値の方程式を一次まで展開することによって算出される。基礎場の不均質性に起因する線形位相誤差の補正については、たとえばユーザーが1つの領域を決めて、この領域についてスライス法線に沿った線形磁場グラジエントが顧慮されるようにすることができる。さらにユーザーは、使用される分解能すなわち各スライスのために使用される追加グラジエントの数を決めることができる。またはこれに代えて、専門家にとっては既知のMR方式を用いてまず基礎磁場の不均質性の測定を行うことも可能である。いわゆる磁場マップは、各スライスSについて、そこで優勢な、スライス法線に沿った平均磁場グラジエントの観点から有効に活用される。この磁場グラジエントの分布幅もそのようにして評価される。そのようにして得られたデータは、各スライスについて個別に、使用される追加グラジエントを決定するために使われる。
ある実施形態では、各スライスのための時間的ずれを、そのスライスに必要な線形補正位相に直接関係して算出し、算出されたその時間的ずれを持つHFパルスを適用することが可能である。別のある実施形態では、異なるスライスのそれぞれに属する補正グラジエントモーメントを決定することが可能であり、各スライスに属する補正グラジエントモーメントに基づいて、少なくとも2つの異なるスライスの全てに適用される平均グラジエントモーメントが決定される。さらにその後、異なるスライスのそれぞれについて、当該のスライス固有の補正グラジエントモーメントと平均補正グラジエントモーメントとの偏差が決定される。そこでこの偏差は、それぞれスライス個別の追加グラジエントモーメントに相当する。そして異なるスライスのそれぞれについて、各スライスにスライス個別の追加グラジエントモーメントが作用するように時間的ずれを算出することができる。全てのスライスに適用されるような平均補正グラジエントモーメントを使用し、かつスライス個別の追加グラジエントモーメントを使用することにより、スライス個別の追加グラジエントモーメントは一般的に、各スライスに属する補正グラジエントモーメントより小さい。これによりHF励起パルスの時間中心に対する時間的ずれは縮小され、その結果全体的に時間が短縮され、それによりMR信号の収集が短縮される。
ある1つのさらなるステップでは、同時に撮影されるスライスの数を、少なくとも1つの選択基準に関係して選択することが可能である。選択基準としては、たとえばエイリアシングプロセスにおけるスライスのできるだけ良好な分離性を採用することができる。これは通常十分に大きなスライス間隔によって得られる。エイリアシングプロセスは、同時に収集された異なるスライスのMR信号を分離するのに役立つ。別の基準は、HFパルス間の相互のずれができるだけ小さくなるようにするため、必要なスライス補正グラジエントモーメントのできるだけ大きい類似性である。ある1つのさらなる可能性は、必要なスライス補正グラジエントモーメントの最小の差を達成することにあり、それによりSAR減少のためにHFパルス間に最小間隔が保証される。これらの異なる選択基準は、任意に組み合わせることもできるし、または単独で使用することも可能である。
ある実施形態では、線形補正位相を有するスライス固有の補正グラジエントモーメントによって、マクスウェル場によるスライス方向に沿ったデフェージングが補正される。
平均補正グラジエントモーメントを使用する場合、この平均補正グラジエントモーメントは少なくとも2つの異なるスライス内で、スライス方向に追加的な補正グラジエントを照射することによって印加される。スライス方向のこの追加的な補正グラジエントは、たとえばスライスリフェージンググラジエントにも重畳され得る。
背景技術で説明したように、唯一のスライスに複数の異なる補正グラジエントモーメントを印加する方式が知られている。その場合本発明によれば、少なくとも2つのスライスの各々に、異なるスライスに使用される異なる全ての補正グラジエントモーメントを印加することが可能である。たとえば各スライスにJ個の補正グラジエントモーメント(J≧2)が印加され、かつNが、同時に撮影されるスライスの数であり、かつNがJの整数倍とすると、第1のステップにおいて各スライスにスライス固有の補正グラジエントモーメントが印加され、この第1ステップはスライス順序を変更して、各スライスにJ個の補正グラジエントモーメントが印加されるまで繰り返される。しかしこれより複雑な変更パターンも、たとえばJがNの整数倍でない場合に可能である。
ある1つのさらなる実施形態では、複数のHF励起パルスがMR信号の収集前にそれぞれ1つのスライスに照射され、それらの複数のHF励起パルスは各スライス選択期間中に照射されることが可能である。それらの複数のHF励起パルスと、それに付属しかつそれぞれに時間中心を持つ複数のスライス選択期間は、スライス固有の補正グラジエントモーメントが複数のHF励起パルスの照射後に各スライスにおける磁化の全体に印加されるように選択され得る。
この方法は、励起パルスのみならず、たとえばスピンエコー試験でのリフォーカシングパルスや、たとえば刺激エコー試験での保存パルスにも適用され得る。この方法は、イメージング目的のスライス励起にも分光目的のスライス励起にも使用され得る。それらのリフォーカシングパルスまたは保存パルスは、同じくスライス選択グラジエントと同時に適用される。本発明はさらに、同時に励起される各スライスについて第1の線形補正位相または補正グラジエントモーメントを決定するモジュールと、各スライスの決定された線形補正位相に相当する、スライス選択方向のスライス固有の補正グラジエントモーメントが、各スライスの磁化に影響するようにMR信号の収集を制御するように構成されたMR撮影シーケンス制御装置とを有し、上記の方法を実施するように構成された磁気共鳴設備に関する。
図1は、スライス多重化方式において個別のスライスにスライス固有の補正グラジエントモーメントを印加することのできる磁気共鳴設備を概略的に示す図である。 図2は、スライス選択グラジエントの印加時において2つの異なるスライスを励起する2つのHFパルスの時間的ずれを概略的に示す図である。 図3は、本発明による方法が、マクスウェルに起因する位相誤差の補正に使用される場合の複数ステップを伴うフローチャートを示す。 図4は、各スライスに異なる補正グラジエントモーメントが繰り返し印加される場合にこの方法が適用される場合の複数のステップを伴うフローチャートを示す。 図5は、従来技術によるグラジエントモーメントおよびHFパルスの適用を示す図である。 図6は、本発明による図4による方法におけるHFパルスの適用を示す図である。
本発明を添付の図をもとに以下に説明する。
図1には、スライス多重化方式において個々のスライスに本発明に基づきスライス個別のグラジエント補正モーメントを印加することのできる磁気共鳴設備が概略的に示されている。本発明において上記グラジエントは、空間エンコーディングのための磁場グラジエントである。図1には、分極磁場B0を生成する磁石11を有する磁気共鳴設備10が示されている。寝台12に配置された被検査者13は磁気共鳴設備内に運ばれる。第1スライス14と第2スライス15とからMR画像データを検出するために、MR信号を2つの異なるスライス14および15から検出できる高周波コイル装置16および17が概略的に示されている。磁気共鳴設備はさらに、HFコイル16および17から送信されたHFパルスによって空間エンコーディングを得るためのグラジエントシステム18を有する。知られているように、2つのスライス14および15内に生じる磁化は、HFパルスの照射前には基礎磁場B0の方向を示す。高周波コイル16および17によって高周波パルスが生成され、その高周波パルスにより異なるスライス内の磁化がその静止状態から誘導される。2つのスライスのMR信号は同じくHFコイル16および17によって検出される。このHFパルスの照射は、ここには示されていない全身HFコイル、または局部コイル16、17のうちの1つ、または2つの局部コイル16、17との共同で行うこともできる。HFパルスの送信用(全身コイル)とデータ受信用(局部コイル)に別々のコイルを使用することができるが、複数の送信コイルまたは受信コイルを使用することも可能である。
連続する磁場グラジエントとHFパルスの照射により、原理的にどのようにしてMR信号が検出され得るのかについては、専門家なら知るところでありここには詳しく述べない。磁気共鳴設備を制御するために、たとえば撮影制御装置20のようなさらなる異なるモジュールが備えられており、撮影制御装置では、HFパルスおよび磁場グラジエントの照射の時間的な順序が、選択されたイメージングシーケンスに関係して制御される。撮影制御装置20の制御信号に関係して高周波パルスの生成を制御するHFモジュール21が備えられている。さらに、空間エンコーディングのための磁場グラジエントの照射を制御するグラジエントモジュール22が備えられている。入力ユニット23を介して操作者が、入力により、たとえば適当なイメージングシーケンスの選択によって、または分光シーケンスの場合は適当な分光シーケンスによってMR撮影の進行を制御することができる。位相決定モジュール24では、複数のスライスを同時に撮影する場合に個々のスライスに与えられるべき補正位相が決定される。背景技術でも述べたように、たとえば拡散イメージング、またはフローイメージング、またはB0磁場の不均質性の補正の場合、位相誤差を補正するために、線形信号位相を、励起されたスライスに与えると望ましい。スライス14および15に与えられる線形位相は、たとえばユーザーには知られており、かつ入力ユニット23を介して既に入力されている可能性があり、それにより位相決定モジュールはその入力された数値を引き継ぐ。さらに、スライス個別の位相誤差が事前測定において既に決定されて、磁気共鳴設備内に保存されている可能性があり、それにより位相決定モジュールは、予め保存された必要な位相補正をメモリから読み取る。表示ユニット25には、磁気共鳴設備10によって生成されたMR画像が表示される。もちろん磁気共鳴設備はここには示されていないさらなる構成部品を有する。しかし簡便を期すためそれらは省略し、本発明の理解に必要な構成部品についてのみ記述した。また、図1に示した異なるモジュールおよびユニットを別のコンフィギュレーションで構成することも当然ながら可能であり、また別々のユニットとして構成する必要は必ずしもない。異なるモジュールまたはユニットも、様々に組み合わせることができる。さらに、異なるユニットは、ハードウェア構成部品、またはソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって構成することも可能である。
図2には、スライス選択グラジエントを印加する際に2つのHFパルスの時間的ずれを選択することにより、各スライスについてわずかに異なるコヒーレントパスが生じる様子が示されている。これら2つの異なるスライスは、たとえば同時に励起された図1に示したスライス14および15であってもよい。図2は、2つのスライスの同時励起のケースにおいてそれらを図解したものである。しかしこの原理は、3つ以上のスライスの励起にもあてはまる。スライス選択グラジエント26がスライス選択期間27の間印加され、スライス選択期間27は破線28で示した時間中心を有する。通常と同様に、スライス選択グラジエントもまたマイナス部分26aを有し、このマイナス部分は、プラス部分のほぼ半分の長さを持ち、かつ励起されたスピンのリフォーカシングに役立つ。時間中心で正確に照射される、すなわち時間中心に対して対称であり時間中心において最大値を持つHF励起パルスは、スライス法線に沿った磁化の完全なリフェージングによりスライス励起に作用する。スライス多重化の場合、2つの異なるHF励起パルスが照射され、そして2つのスライスのMR信号の図示されていない同時読み取りが行われる。同時収集された2つのスライスによるスライス多重化方式の一部であり得る図示された2つのHF励起パルス、すなわち周波数ω1のHF励起パルス29と、周波数ω2のHF励起パルス30は、時間中心から時間ΔT1またはΔT2だけずれている。その結果HF励起パルス29によって励起されたスライスの磁化には、振幅ΔT1Gsの補正グラジエントモーメントが印加され、Gsはスライス選択グラジエントの強さである。同じくHF励起パルス30によって励起されたスライスの磁化には、振幅ΔT2Gsの補正グラジエントモーメントが印加される。図示の例ではΔT2<0となろう。然るべき時間的ずれの選択により任意の補正グラジエントモーメントが生成される。このようにしてスライス多重化方式では、同時に観察されるスライスのそれぞれについて、スライス選択軸に沿ったグラジエントの個別の影響を得ることができる。それと同時にこれには、個々のHF励起パルスの時間的な分離またはずれによって、検査対象に照射されるエネルギー、いわゆるSARと、必要なHFピーク出力とを減らせるという利点がある。1つのスライスのみに個別に影響させるために、第2HFパルスを重ねることなく複数のスライスの1つを励起するためにHFパルスを単独に照射することは不必要である。図2は、それぞれ1つのスライスの励起に必要であろうところの2つのHFパルス29および30の包絡線を示す。2つのスライスがそれによって同時に励起される結果として生じるこのHFパルスは、2つのシングルパルスの振幅および位相の時間的推移の複雑な加算から得られる。2つの最大値が同じ位置にある場合(ΔT1=ΔT2)、2倍のHFピーク振幅が必要とされ、その結果4倍のSARが生成される。
以下に、スライスごとに唯一の補正グラジエントモーメントを適用することにより、どのようにして線形位相変化、すなわち線形補正位相が得られるかについて図3との関連において説明する。図3に示した方法は、マクスウェル場に起因しかつたとえば拡散イメージングまたはフローイメージングが生じる位相誤差の補正に使用され得る。
ステップS31においてこの方法が開始した後、ステップ32において各スライスiについて、スライス法線に沿った必要な補正グラジエントモーメントKiが決定される。このスライス固有の補正グラジエントモーメントKiは既知であるかまたは算出され得る。次にステップS33において、同時に撮影されるスライスの数が選択される。選択基準としては、たとえばエイリアシングプロセスにおけるスライスのできるだけ良好な分離性を採用することができ、これにより通常十分に大きなスライス間隔がもたらされる。同様に、スライス固有の補正グラジエントモーメントのできるだけ大きい類似性を基準として採用することも可能であり、そうすればHFパルス間の相互変位ができるだけ少なくて済む。他方で、必要なスライス固有の補正グラジエントモーメントの差を最小限にすることをさらなる基準として採用することが可能であり、それによりSAR減少のためにHFパルス間に最小限の間隔が保証される。ここで言う「最小限の間隔」とは、ある「特定の最小間隔」、つまりa)SARを減少させるほど十分に大きい分離と、b)エコー時間の変化があまりにも大きく変動しないようにするのに十分なほど小さい分離との妥協点であると理解される。スライスの数の選択に関して上に述べたこれらの選択基準は、単独で使用されるか、さもなければ組み合わせで使用される。
ステップS34において、平均補正グラジエントモーメントが決定される。この平均補正グラジエントモーメントは、たとえば追加的な別個の補正グラジエントモーメントによって、全てのスライスに共通に印加され得る。またこれを、図2のマイナスのグラジエント部分26aのようなスライス反転グラジエントに重畳させることもできる。このような共通部分の時間的な観点から見た分離は、有利ではあるがどうしても必要というわけではない。ステップS35において、各スライスについて平均補正グラジエントモーメントMkとの偏差が決定される。この偏差は、同時に励起される各スライスにとってのスライス個別の追加グラジエントモーメントΔMkiであり、iはスライスインデックスである。その後ステップS36において、個々のHFパルスの必要な時間的ずれが決定される。これらのHFパルスは、励起HFパルス、またはリフォーカシングHFパルス、または保存HFパルスであり得る。励起HFパルスだけをずらせたい場合に限り、そのずれはΔTi=ΔMki/Gsで算出される(ΔMki=Mki−Mk)。たとえばスピンエコー試験のように複数のHFパルスが使用される場合、原則的にはそれらのパルスのどのパルスもずらせることができる。結局、スライスi内の磁化のコヒーレントパスのために、事前に算出された補正グラジエントモーメントMkiが適用されることだけは保証されなければならない。たとえば完全な補正のための時間的ずれがある特定の用途にとって大き過ぎる場合には、部分的な補正もまた可能である。その場合、決定されたスライス固有の補正位相は、理論的に望ましい位相ではなく、具体的なケースで得られるべき位相である。最後にステップS37において、選択されたスライスの撮影が実施され、算出された時間的ずれと算出された共通の補正グラジエントモーメントとを有するHFパルスが使用される。ステップ38において、全てのスライスが撮影されたかどうかがチェックされる。そうでなかった場合ステップ33に戻り、所望の全てのスライスが撮影されるまでそのループが実行される。この方法はステップ39で終了する。
スライス選択グラジエントの振幅GSは、設定されたスライス厚SにおいてHFパルスの帯域幅BWによってある限度内で変化させられる(Gs=2Π/γ・BW/S)。これによりHFパルスの時間的分離に影響を及ぼすことができる。
各スライスに複数の異なる補正グラジエントモーメントが印加され、それらの1つがゼロであり得るという方法を、図4で説明した。それらの補正グラジエントモーメントは全てのスライスについて同一であり得るが、それは必ずしも必要条件とはならない。図4で説明した方法においても、HFパルスの巧みな配置により、SARおよび必要なHFピーク出力の低減が達成されるという利点がある。
図4に詳細に立ち入る前に、従来技術では異なる補正グラジエントモーメントがどのようにして印加されてきたかについて、再度図5との関連において述べる。図5に示したように、プラス部分51aと、マイナス部分51bと、スライス固有補正グラジエントモーメントに相当する部分51cとを有するスライス選択グラジエント51の照射時に、第1スライスに、共振周波数ω1のHFパルス50aが照射された。同時に、共振周波数ω2を有する参照番号50bのHFパルスが、第2のスライスのために、時間中心54を持つスライス選択期間53の間、第1のHFパルス50aと同時に照射される。第2の撮影では、第2補正グラジエントモーメント51dを持つそれぞれのHFパルス50aおよび50bが照射される。図5から分かるように、HFパルス包絡線の完全な重畳が、HFピーク出力の増大およびSARの増大をもたらす。図5に示したこれらの欠点は、図6に示した実施形態によって回避され得る。2つのHFパルス60aおよび60bは、第1測定において、プラスのグラジエントモーメント61aおよびマイナスのグラジエントモーメント61bを有するスライス選択グラジエント61中の期間62つまりスライス選択期間の間、それぞれ共振周波数ω1と共振周波数ω2で時間をずらして照射される。時間中心63に対するこの時間的ずれは、時間中心63に対してパルス60aではΔT1、パルス60bではΔT2である。時間的ずれによってスライス固有の補正グラジエントモーメントが生成されるので、図5の追加的なグラジエントモーメント51cまたは51dの適用は必要ない。次に第2測定において、第2HFパルス60bに今度は逆に図6の上の例のHFパルス60aの時間的ずれが割り当てられるようにする。このことは、各スライスに、同時に撮影される他のスライスの各補正グラジエントモーメントが印加されることを意味する。この方法について図5との関連で再度詳細に説明する。ステップS40においてこの方法が開始した後、ステップS41において各スライスiについて、必要なj=2...J個の補正グラジエントモーメントMkjが決定される。ステップS33におけると同様、ステップS42において同時に撮影されるスライスの数Nが選択される。最も簡単なケースで、同時に撮影されるスライスの数をNとすると、JはNの整数倍となる。同じくステップS34におけると同様にステップS43において、全ての測定に印加され得る平均補正グラジエントモーメントMkが決定される。
ステップS35におけると同様にステップS44において、各スライスについて平均補正グラジエントモーメントとの偏差がΔMkj=Mkj−Mkによって決定される。この偏差はJ個の測定に必要な補正グラジエントモーメントである。ステップS36におけると同様にステップS45において、励起パルスであれ、リフォーカシングパルスであれ、あるいは保存パルスであれ、個々のHFパルスの時間的ずれが決定される。励起HFパルスだけをずらす場合に限り、そのずれはΔTj=ΔMkj/Gsになる。各スライスについて、1回の測定においてその都度この時間的ずれが実現されなければならない。それ以外ではS45はステップS36と同じである。ステップS46において、算出された時間的ずれと算出された共通の平均補正グラジエントモーメントMkとにより、選択されたスライスの第1撮影が実施される。ステップS47において、1つのスライスに、他のスライスの全ての異なる補正グラジエントモーメントが印加されたかどうかがチェックされる。されなかった場合、スライス順序を変更してステップS46が繰り返される。たとえばN=3、J=3の場合、ステップS46およびS47において次の測定が行われる。測定1では、スライス1に時間的ずれΔT1、スライス2に時間的ずれΔT2、スライス3に時間的ずれΔT3がそれぞれ使用される。同じそれらのスライスの次の測定では、第1スライスに時間的ずれΔT2、第2スライスに時間的ずれΔT3、第3スライスに時間的ずれΔT1がそれぞれ使用される。第3測定では、第1スライスに時間的ずれΔT3、第2スライスに時間的ずれΔT1、第3スライスに時間的ずれΔT2がそれぞれ使用される。次のステップS48において、全てのスライスが撮影されたかどうかがチェックされ、全てのスライスが撮影されるまで、ステップS42からS48までが繰り返される。
JがNの整数倍である場合、最初の変更順序にJ=1...Nを、第2の順序にJ=N+1、...2Nを、というように使用すれば、ステップS46およびS47における変更パターンは簡単な方法で調整され得る。
もちろんより複雑な変更パターンも使用することができる。たとえばN=2かつJ=3の場合、つまりJがNの整数倍ではなくかつ全部で4個のスライスが撮影される場合、たとえば以下のようになる。
測定#1 スライス#1 ΔT1 スライス#2 ΔT2
測定#2 スライス#2 ΔT1 スライス#1 ΔT3
測定#3 スライス#1 ΔT2 スライス#2 ΔT3
測定#4 スライス#3 ΔT1 スライス#4 ΔT2
測定#5 スライス#4 ΔT1 スライス#3 ΔT3
測定#6 スライス#3 ΔT2 スライス#4 ΔT3
さらに、より複雑な変更順序により、一連の必要なスライス固有の補正グラジエントモーメントが各スライスiにとって固有なものとなるように顧慮することも可能である。たとえばスライスの総量を部分量Pに分けて、この部分量について同じ補正グラジエントモーメントMkj、pを適用することが可能であろう。この部分量のそれぞれについて、図4に既に示した進行が使用され得る。図4に示した方法は、ステップS49で終了する。
平行に向けられた複数の別個の3Dボリュームが撮影される場合(いわゆるマルチスラブイメージング)、図4において説明した方法は、望ましくない位相効果の補正だけではなく、位相エンコーディング自体にも使用され得る。この場合線形位相応答の印加は、望ましくない信号位相の補正だけではなく、3Dイメージングにおける位相エンコーディングのためにも行われる。複数の別個の3Dボリュームの場合、それらのサブボリュームのそれぞれについて、スライスエンコーディング方向の、異なる位相エンコーディンググラジエントを有する複数の励起を行わねばならない。このことは、本発明の趣旨による線形補正位相は、補正位相ではなくて位相エンコーディング位相であることを意味しており、スライス固有の補正グラジエントモーメントはその意味で補正グラジエントモーメントではなく、それぞれの部分ボリュームに印加される位相エンコーディンググラジエントモーメントである。このような方法では、上述のようなHFパルスの時間的ずれによって2つのサブボリュームが同時に励起され、それぞれのサブボリュームに異なる位相エンコーディンググラジエントが印加される。続いて、図4との関連で異なる補正グラジエントモーメントについて説明したように、適当な変更によりそれぞれのサブボリュームについて必要な位相エンコーディングステップが実行される。このような方法では、各スライスまたはそれぞれのサブボリュームのためのステップにおいて、スライス選択方向の線形位相エンコーディング位相が決定され、HFパルスは、各スライスの決定された線形位相エンコーディング位相に相当するところのスライス選択方向のスライス固有の位相エンコーディンググラジエントモーメントが、サブボリューム内でその都度作用するように選択される。この方法において必要となるスライス法線に沿った位相エンコーディンググラジエントは、サブボリュームのスライス法線方向への広がりやその方向の分解能などの撮影パラメータから、またはそこから直接導き出される、撮影されるk空間の領域から自動的に生じる。
要約すると本発明は、スライス多重化方式においてSARとHFピーク出力を低減しつつ、画像アーチファクトのスライス固有の補正を可能にする。
11 磁石
12 寝台
13 検査対象
14 第1スライス
15 第2スライス
16 HFコイル
17 HFコイル
18 グラジエントシステム
20 撮影制御装置
21 HFモジュール
22 グラジエントモジュール
23 入力ユニット
24 位相決定モジュール
25 表示ユニット
26 スライス選択グラジエント
26a マイナスのグラジエント部分
27 スライス選択期間
28 時間中心
29 HF励起パルス
30 HF励起パルス
50a HFパルス
50b HFパルス
51 スライス選択グラジエント
51a プラスのグラジエント部分
51b マイナスのグラジエント部分
51c 追加的グラジエントモーメント
51d 追加的グラジエントモーメント
53 スライス選択期間
54 時間中心
60a HF励起パルス
60b HF励起パルス
61 スライス選択グラジエント
61a プラスのグラジエント部分
61b マイナスのグラジエント部分
62 期間
63 時間中心
ΔT1 時間的ずれ
ΔT2 時間的ずれ
Mk 補正グラジエントモーメント

Claims (14)

  1. MR(磁気共鳴)信号の収集時に検査対象(13)の少なくとも2つの異なるスライス(14、15)からMR信号が同時に検出されるスライス多重化方式において検査対象のMR信号の収集時の信号位相を補正する方法であって、
    少なくとも2つのスライス(14、15)のそれぞれについてスライス選択方向の線形補正位相を決定し、
    少なくとも2つの異なるスライスのそれぞれに、スライス固有の周波数を有するHF(高周波)励起パルス(29、30、60a、60b)を照射し、
    異なるHF励起パルス(29、30、60a、60b)が少なくとも2つの異なるスライス(14、15)に照射されるスライス選択期間(27)の間、スライス選択グラジエント(26、61)を照射し、スライス選択期間(27)がスライス選択期間の中心に時間中心(28)を持ち、少なくとも2つの異なるスライスのための異なるHF励起パルス(29、30、60a、60b)が時間的にオーバーラップしており、
    各スライスの線形補正位相に相当するスライス選択方向のスライス固有の補正グラジエントモーメントが各スライス(14、15)の磁化に影響するように、HF励起パルス(29、30、60a、60b)のそれぞれについて時間中心(28)に対するHF励起パルスの時間的ずれを決定する
    検査対象のMR信号の収集時の信号位相の補正方法。
  2. 少なくとも2つの異なるスライス(14、15)のそれぞれについて、スライスに属する補正グラジエントモーメントが決定され、各スライスに属する補正グラジエントモーメントに基づいて、少なくとも2つの異なるスライスの全てに適用される平均補正グラジエントモーメントが決定され、少なくとも2つの異なるスライス(14、15)のそれぞれについて、当該スライス固有の補正グラジエントモーメントと平均補正グラジエントモーメントとの偏差が決定され、この偏差がそれぞれ1つのスライス個別の追加グラジエントモーメントに相当し、少なくとも2つの異なるスライス(14、15)のそれぞれについて、各スライスにスライス個別の追加グラジエントモーメントが影響するように時間的ずれが算出されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. さらに、同時に撮影されるスライスの数が、少なくとも1つの選択基準に関係して選択されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
  4. 線形補正位相を有する補正グラジエントモーメントが、マクスウェル場によるスライス方向に沿ったデフェージングを補正することを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の方法。
  5. 平均補正グラジエントモーメントが、スライス方向に追加的補正グラジエントを照射することにより、少なくとも2つの異なるスライス(14、15)に印加されることを特徴とする請求項2を引用する請求項4に記載の方法。
  6. 複数のHF励起パルス(29、30、60a、60b)がMR信号の収集前に1つのスライスに照射され、複数のHF励起パルス(29、30、60a、60b)がそれぞれのスライス選択期間の間に照射され、複数のHF励起パルス(29、30、60a、60b)およびそれに属するスライス選択期間は、スライス固有の補正グラジエントモーメントが複数のHF励起パルスの照射後の各スライスにおける磁化の全体に印加されるように選択されることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の方法。
  7. 少なくとも2つの異なるスライス(14、15)のそれぞれに、単独のスライス固有の補正グラジエントモーメントが印加されることを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の方法。
  8. 少なくとも2つの異なるスライス(14、15)のそれぞれに、複数の異なる補正グラジエントモーメントが印加され、少なくとも2つのスライス(14、15)のそれぞれに、少なくとも2つのスライスに使用された全ての異なる補正グラジエントモーメントが印加されることを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の方法。
  9. J個の補正グラジエントモーメントが各スライスに印加され、J≧2であり、Nは同時に撮影されたスライスの数であり、かつNはJの整数倍であり、第1ステップにおいて各スライスにスライス固有の補正グラジエントモーメントが印加され、第1ステップは、スライス順序を変更して、各スライスにJ個の補正グラジエントモーメントが印加されるまで繰り返されることを特徴とする請求項8に記載の方法。
  10. HF励起パルス(29、30、60a、60b)が、検査対象からスライスを選択するための励起パルスであることを特徴とする請求項1から9のいずれか1つに記載の方法。
  11. HF励起パルスが、スピンエコー信号発生時のリフォーカシングパルスであることを特徴とする請求項1から9までのいずれか1つに記載の方法。
  12. HF励起パルスが、刺激エコーによる信号発生時の記憶パルスであることを特徴とする請求項1から9までのいずれか1つに記載の方法。
  13. MR(磁気共鳴)信号の収集時に検査対象の少なくとも2つの異なるスライス(14、15)からMR信号が同時に検出されるスライス多重化方式において検査対象のMR信号の収集時に信号位相を補正するように構成された磁気共鳴設備(10)であって、
    少なくとも2つのスライス(14、15)のそれぞれについてスライス選択方向の第1の線形補正位相を決定するモジュール(24)と、
    少なくとも2つの異なるスライス(14、15)のそれぞれに、スライス固有の周波数を有するHF(高周波)励起パルス(29、30、60a、60b)を照射するように構成され、かつ、異なるHF励起パルス(29、30、60a、60b)が少なくとも2つの異なるスライスに照射されるスライス選択期間(27)の間、スライス選択グラジエント(26、61)を照射するように構成され、スライス選択期間(27)がスライス選択期間(27)の中心に時間中心(28)を持ち、少なくとも2つの異なるスライスのための異なるHF励起パルス(29、30、60a、60b)が時間的にオーバーラップしており、かつ、各スライスの線形補正位相に相当するスライス選択方向のスライス固有の補正グラジエントモーメントが各スライスの磁化に影響するように、HF励起パルスのそれぞれについて時間中心に対するHF励起パルスの時間的ずれを決定するように構成されたMR撮影シーケンス制御装置(20)と
    を有する磁気共鳴設備。
  14. MR撮影シーケンス制御装置が請求項2から11のいずれか1つに記載の方法を実施するように構成されていることを特徴とする請求項13に記載の磁気共鳴設備。
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