JP6356809B2 - 水／脂肪分離を有するゼロエコー時間ｍｒイメージング - Google Patents

水／脂肪分離を有するゼロエコー時間ｍｒイメージング Download PDF

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Description

本発明は、磁気共鳴（ＭＲ）イメージングの分野に関する。本発明は、少なくとも２つの異なる共鳴周波数を有する化学種のＭＲイメージング方法に関する。本発明は、ＭＲ装置及びＭＲ装置において動作するコンピュータプログラムに関する。
２次元又は３次元画像を形成するために磁界と核スピンとの間の相互作用を利用する画像形成ＭＲ方法は、特に医療診断の分野において今日広く使用されている。軟組織のイメージングに関して、それらは、イオン化放射線を必要とせず、通常は非侵襲であるなど、他のイメージング方法より多くの点で優れている。
一般のＭＲ方法によって、検査される患者の身体は、強く一様な磁界（Ｂ０場）に配置され、Ｂ０場の方向は、測定が基礎をおく座標系の軸（通常ｚ軸）を同時に規定する。磁界は、磁界強度に依存して異なる個別の核スピンのエネルギーレベルを生成し、核スピンは、規定された周波数（いわゆるラーモア周波数又はＭＲ周波数）の交流電磁場（Ｂ１場とも呼ばれるＲＦ場）の印加によって励起されることができる（スピン共鳴）。巨視的な観点から、個別の核スピンの分布は、適当な周波数の電磁パルス（ＲＦパルス）の印加によって平衡状態から逸らされうる全体の磁化をもたらし、その磁界はｚ軸に垂直に延び、そのため、磁化はｚ軸を中心に歳差運動を実施する。歳差運動は、開き角がフリップ角と呼ばれるコーンの表面を描く。フリップ角の大きさは、印加された電磁パルスの強度及び持続時間に依存する。いわゆる９０°パルスの場合、スピンは、ｚ軸から横方向平面（フリップ角９０°）に逸らされる（倒される）。
ＲＦパルスの終了後、磁化は、平衡常態に戻るように緩和し、ｚ方向の磁化は、第１の時定数Ｔ１（スピン格子又は縦緩和時間）で再び構築され、ｚ方向に垂直な方向の磁化は、第２の時定数Ｔ２（スピン−スピン又は横緩和時間）で緩和する。磁化の変化は、磁化の変化がｚ軸に垂直な方向において測定されるようにＭＲ装置の検査ボリューム内に配置され方向付けられる１又は複数のＲＦ受信コイルによって、検出されることができる。例えば、９０°パルスの印加の後、同じ位相を有する揃った状態からすべての位相角が一様に分散される（ディフェージング）状態への核スピンの遷移（局所的磁界不均一性によって引き起こされる）によって、横磁化の減衰が生じる。ディフェージングは、リフォーカシングパルス（例えば１８０°パルス）によって補償されることができる。これは、受信コイルのエコー信号（スピンエコー）を生成する。
身体内で空間解像度を実現するために、３つの主軸に沿って延在する線形磁界勾配が一様な磁界に重ね合わせられ、これは、スピン共鳴周波数の線形空間的依存性につながる。受信コイルにおいて取得される信号は、身体内の異なるロケーションに関連付けられることができるそれぞれ異なる周波数の成分を有する。ＲＦコイルを通じて得られたＭＲ信号データは、空間周波数ドメインに対応し、ｋ空間データと呼ばれる。ｋ空間データは、通常、それぞれ異なる位相符号化によって取得される複数ラインを含む。各ラインは、複数のサンプルを収集することによってデジタル化される。ｋ空間データの組は、フーリエ変換又は他の適当な再構成アルゴリズムによってＭＲ画像に変換される。
非常に短い横緩和時間をもつ組織（例えば骨又は肺）のＭＲイメージングがますます重要になっている。この目的のために知られているほぼ全ての方法は、基本的に、３次元（３Ｄ）半径方向ｋ空間サンプリングを用いる。いわゆるゼロエコー時間（ＺＴＥ）技法において、読み出し勾配は、広帯域の、ゆえに短い方形ＲＦパルスにより、磁気共鳴の励起の前にセットされる。このようにして、勾配符号化は、磁気共鳴の励起にと同時に始まる。自由誘導崩壊（ＦＩＤ）信号の取得は、ＲＦパルスの放射の直後に始まり、それによりゼロ「エコー時間」（ＴＥ）をもたらす。ＦＩＤ読み出しの後、次のＲＦパルスが印加できるようになる前に、次の読み出し勾配をセットするためにわずかな最小時間が必要とされるのみであり、こうして、非常に短い繰り返し時間（ＴＲ）を可能にする。ｋ空間の球形ボリュームが必要な程度サンプリングされるまで、読み出し方向は、繰り返し時間ごとにインクリメントするように変えられる。ＴＲ間隔の間に読み出し勾配をオフにする必要なく、ＺＴＥイメージングは、実質的に静か（サイレント）に実施されることができる。ＺＴＥイメージングの知られている課題は、ｋ空間データが、ＲＦパルス有限の持続時間、送信−受信スイッチング及び信号フィルタリングによってもたらされる初期デッドタイムのためｋ空間中心でわずかに不完全であることである。ｋ空間ギャップは、例えば半径方向のｋ空間取得ののオーバーサンプリング及び／又は信号外挿によって対処されることができる。しかしながら、ギャップサイズは、重大なノイズ増幅及び空間応答関数の劣化を回避するために、およそ２乃至３のナイキストドウェル時間に制限されなければならない（Weiger et al., Magnetic Resonance in Medicine, 70, 328-332, 2013を参照）。更に、米国特許出願公開第2007/0188172号は、非常に速いスピン−スピン緩和レートを有する対象を研究することを目的とする疑似ゼロのエコー時間磁気共鳴方法を開示している。
ＭＲイメージングにおいて、それらのうちのいくつかの寄与を抑制し、あるいは別々に又は一緒にそれらすべての寄与を解析するために、全体の信号に対する異なる化学種（例えば水及び脂肪）の相対的な寄与を示す情報を得ることが望まれることが多い。異なるエコー時間に取得される２又はそれ以上の対応するエコーからの情報が組み合わせられる場合、これらの寄与が計算されることができることはよく知られている。これは、化学シフト符号化と考えられることができ、付加のディメンジョンである化学シフトディメンジョンが、わずかに異なるエコー時間に幾つかの画像を取得することによって規定され符号化される。特に水−脂肪の分離に関して、この種類の実験は、しばしばＤｉｘｏｎタイプの測定と呼ばれる。脂肪中の水素及び水の知られている歳差周波数の差があるので、水−脂肪分離が可能である。その最も簡単な形において、水及び脂肪画像は、「位相が合っている」データセット及び「位相がずれている」データセットの加算又は減算によって生成されるが、このアプローチは主磁界不均一性に対しかなり感受性が高い。しかしながら、異なる化学種の分離に基づくこのような化学符号化は、水／脂肪種のみに制限されない。他の化学シフトを有する他の種も考えられることができる。
知られているＤｉｘｏｎタイプの水／脂肪分離技法は、適当な（スピン）エコーシーケンスによって２又はそれ以上画像の取得に依存し、エコー時間値は、各々の画像に起因することができ、エコー時間値は、取得された画像の位相変動と組み合わせられて、水及び脂肪スピンからの寄与を符号化する。しかしながら、上で述べたように、ＦＩＤ信号は、ＺＴＥイメージングにおいて取得され、よって、「エコー」及び「エコー時間」の語は意味を有しない。従って、知られているＤｉｘｏｎ技法は、ＺＴＥイメージングと組み合わせて適用できるものではない。
前述のことから、ＺＴＥイメージングの改善された方法の必要が容易に理解される。
本発明の目的は、水／脂肪の分離と組み合わせて「サイレント（silent）」ＺＴＥイメージングを可能にするものである。
本発明によれば、ＭＲ装置の検査ボリュームに位置付けられる対象のＭＲイメージングの方法が開示される。本発明の方法は、ＲＦパルス及び切り替えられる磁界勾配のイメージングシーケンスに対象を曝すステップであって、前記イメージングシーケンスが、ｉ）読み出し方向及び読み出し強度を有する読み出し磁界勾配をセットし、ｉｉ）読み出し磁界勾配の存在下、ＲＦパルスを放出し、ｉｉｉ）読み出し磁界勾配の存在下、半径方向ｋ空間サンプルを表すＦＩＤ信号を取得し、ｉｖ）読み出し方向を徐々に変化させ、ｖ）読み出し強度が反復と反復の間に変えられるようにして、ステップｉ）乃至ｉｖ）を複数回繰り返すことによって、ｋ空間の球形ボリュームをサンプリングすること、を含むゼロエコー時間シーケンスである、ステップと、取得されたＦＩＤ信号からＭＲ画像を再構成するステップであって、取得されたＦＩＤ信号に対する２又はそれ以上の化学種の信号寄与が分離される、ステップと、を有する。
本発明によれば、半径方向ＺＴＥ取得は、基本的には従来の形で適用される。ＦＩＤ信号は、ｋ空間の完全な球形ボリュームがサンプリングされるまで、読み出し方向を徐々に変えながらＲＦパルスの放射を迅速に繰り返すことによって、半径方向ｋ空間サンプルとして取得される。本発明は、付加の方策として、その都度読み出し強度の異なる値により各々のｋ空間領域がスキャン中に少なくとも２回「訪問される」ように、読み出し磁界勾配の強度が少なくとも一部のＺＴＥシーケンスの反復と反復の間で変えられることを提案する。それぞれ異なる読み出し強度の印加は、各々のｋ空間位置が、２又はそれ以上のサンプリング時間（すなわちＲＦパルスと所与のｋ空間位置のサンプリングとの間の時間間隔）にサンプリングされることを示す。ＺＴＥイメージングにおいて、２又はそれ以上の異なるサンプリング時間におけるｋ空間の各領域のサンプリングは、含まれた化学種（例えば脂肪中の水素及び水）の（既知の）歳差周波数の差によって引き起こされる取得されたＦＩＤ信号の特定の位相変動（フェージング）を生じさせることが、本発明の基本的な洞察である。この位相変動は、異なる化学種からの信号寄与を符号化する。本発明によれば、信号寄与の分離は、読み出し強度の変化によってもたらされる取得されたＦＩＤ信号の位相差から個別の寄与を導き出すことによって実施される。好適には、再構成及び信号寄与の分離は、２つのステップを含む：（ａ）位相マップ、すなわち少なくとも主磁界の不均一性及び化学シフト効果（及び可能性として他の位相シフトに誘導される効果、例えばイメージング対象内の感受性分布）を反映するマップを算出するステップ。及び（ｂ）主磁場不均一性が空間にわたって滑らかに変化するという前提によって、主磁界不均一性から化学シフトを分離するステップ。ステップ（ｂ）は、Ｄｉｘｏｎ水／脂肪イメージングのよく知られた「位相アンラップ」問題を含む。適切なアルゴリズムは、既存のＭＲ環境においてよく知られており、利用可能である。基本的に本発明の方法に適用できる、任意の取得時間にサンプリングされたＭＲ信号から水／脂肪を分離する技法は、例えばEggers他（Magnetic Resonance in Medicine, 65, 96-107, 2011）によって記述されている。
この文脈において、本発明のアプローチが、各々のｋ空間位置が正確に２又はそれ以上の異なるサンプリング時間にサンプリングされることを必ずしも要求するわけではないことに注意すべきである。化学シフト分離を可能にするようにｋ空間位置の特定の分布及びサンプリング時間が達成されることが十分である。
本発明の好適な実施形態において、球形のｋ空間ボリュームは、読み出し方向及び読み出し強度をランダムに変化させることによりサンプリングされる。圧縮センシングが、ＭＲ画像を再構成するために及び／又は２又はそれ以上の化学種の信号寄与を分離するために用いられることができる。圧縮センシング（ＣＳ）の理論は、不規則にサンプリングされたｋ空間データからＭＲ画像再構成のための大きな可能性を有することが知られている。ＣＳ理論において、変換ドメインにおける疎の表現を有する信号データセットが、適切な組織化アルゴリズムの適用によって、アンダーサンプリングされた測定から回復されることができる。アンダーサンプリングの可能性は、大幅に低減された取得時間を与える。信号サンプリング及び再構成のための数学的フレームワークとして、ＣＳは、信号データセットが、ｋ空間のサンプリング密度がナイキスト基準よりずっと低い場合であても、正確に又は少なくとも高い画像品質を有して再構成されることができる条件を定めており、更に、このような再構成のための方法を提供する（例えば、M. Lustig et al., Magnetic Resonance in Medicine, 58, 1182-1195, 2007を参照されたい）。
他の本発明の好適な実施形態において、信号寄与の分離は、化学種の各々の少なくともＭＲスペクトルを含む信号モデルに基づいて実施される。個々のサンプリング時間（印加される読み出し強度によって定まる）の関数として取得されたＦＩＤ信号を理論的に記述する信号モデルが用いられる。信号モデルは、化学種の各々の（先験的に知られている）スペクトル及び（未知の）スピン密度を含む。主磁界の空間不均一性が、化学シフトによってもたらされる位相変動から区別される必要がある取得ＦＩＤ信号の位相シフトを更にもたらすので、信号モデルは更に、検査ボリュームにおける主磁界の（未知の）空間変化を含みうる。ＭＲ画像再構成及び異なる化学種値の寄与の分離のプロセスにおいて、信号モデルの全ての未知パラメータは、取得されたＦＩＤ信号にベストフィットするように追及される。
本発明の好適な実施形態によれば、位相マップが、取得されたＦＩＤ信号から導き出され、主磁界不均一性が、主磁界不均一性によって引き起こされる位相シフトが空間にわたって滑らかに変化することを利用することによって、位相マップから導出される。言い換えると、化学シフトによって及び主磁界不均一性によってもたらされるＦＩＤ信号の位相変動のあいまいさは、従来の情報を使用することによって本発明により解決されることができる。このような従来の情報は、例えば主磁界が空間座標の関数としてゆっくり変化することでありうる。
他の本発明の好適な実施形態によれば、読み出し強度は、ＺＴＥシーケンスの反復と反復の間に２又はそれ以上の予め選択された値の間の切り替えを行うことによって変えられる。これは、セグメント化されたｋ空間サンプリングと有利に組み合わせられることができ、ここで、各セグメントは、所与の壁厚をもつ中空の球体の形状を有し、２又はそれ以上の予め選択された値の異なる組み合わせが、各セグメントのサンプリングにおいて適用される。このようにして、読み出し強度の値及びｋ空間のセグメント化を適切に適合させることによって、各セグメント内の各々のｋ空間位置が、その都度読み出し強度の異なる値により少なくとも２回サンプリングされることが達成されることができる。同時に、ｋ空間中心の近傍の十分なサンプリングが、中心ｋ空間セグメントの取得のために低い強度をもつ読み出し磁界勾配を印加することによって達成されることができる。より高い読み出し強度が、所望の画像解像度を得るために、より周辺のセグメントのために印加されることができる。
ここに記述される本発明の方法は、検査ボリューム内に一様な定常磁場を生成する少なくとも１つの主磁石コイルと、検査ボリューム内のそれぞれ異なる空間方向に切り替えられる磁界勾配を生成する複数の勾配コイルと、検査ボリューム内にＲＦパルスを生成し及び／又は検査ボリュームに位置付けられる患者の身体からＭＲ信号を受信する少なくとも１つのＲＦコイルと、ＲＦパルス及び切り替えられる磁界勾配の時間連続を制御する制御ユニットと、再構成ユニットとを有するＭＲ装置によって実施されることができる。本発明の方法は、好適には、ＭＲ装置の再構成ユニット及び／又は制御ユニットの対応するプログラミングによって実現される。
本発明の方法は、今日の臨床用途の多くのＭＲ装置において有利に実施されることができる。このために、ＭＲ装置が本発明の上記で説明された方法の各ステップを実施するように制御されるコンピュータプログラムを利用することののみが必要とされる。コンピュータプログラムは、ＭＲ装置の制御ユニットへのインストールのためダウンロードされるようにデータ単体上に存在し又はデータネットワークに存在することができる。
添付の図面は、本発明の好適な実施形態を示している。しかしながら、図面は、例示の目的で設計されおり、本発明の範囲を規定するものではないことが理解されるべきである。
本発明の方法を実施するためのＭＲ装置を概略的に示す図。 本発明に従って適用されるＺＴＥシーケンスを図示する示す用したことを示すダイアグラムを示す図。 本発明の一実施形態による、２つの異なる読み出し強度を使用したｋ空間半径方向のサンプリングを示す図。 本発明のセグメント化されたｋ空間のサンプリングアプローチを示す図。 本発明の方法における画像再構成ステップにおいて、主磁界の空間不均一性から化学シフトを分離するための反復的なスキームを示す図。 本発明の方法における画像再構成ステップにおいて、主磁界の空間不均一性から化学シフトを分離するための反復的なスキームを示す図。 本発明の他の実施形態によればランダムなｋ空間サンプリングを示す図。
図１を参照して、本発明の方法を実施するために使用されることができるＭＲ装置１が示されている。ＭＲ装置は、実質的に一様な、時間的に一定の主磁界Ｂ０が検査ボリュームのｚ軸に沿って生成されるように、超電導又は抵抗性主磁石コイル２を有する。装置は、（１次、２次及び−該当する場合−３次の）シミングコイル２'の組を更に有し、セット２'の個別のシミングコイルを通る電流は、検査ボリューム内のＢ０の偏差を最小限にするよう制御可能である。
磁気共鳴生成及び操作システムは、ＭＲイメージングを実施するために、核磁気スピンを反転させ又は励起し、磁気共鳴を誘導し、磁気共鳴をリフォーカスし、磁気共鳴を操作し、空間的に及び他のやり方で磁気共鳴を符号化し、スピンを飽和させる等を行うために、一連のＲＦパルス及び切り替えられる磁界勾配をを印加する。
より具体的には、勾配パルス増幅器３は、検査ボリュームのｘ、ｙ及びｚ軸に沿って全身勾配コイル４、５及び６の選択されたものに電流パルスを印加する。デジタルＲＦ周波数送信器７は、検査ボリュームにＲＦパルスを送信するために、送信／受信スイッチ８を通じて身体ＲＦコイル９にＲＦパルス又はパルスパケットを送信する。一般的なＭＲイメージングシーケンスは、互いに一緒にされる短い持続時間のＲＦパルスセグメントのパケットで構成され、任意の印加される磁界勾配が、核磁気共鳴の選択された操作を達成する。ＲＦパルスは、共鳴を飽和させ、励起し、磁化を反転させ、共鳴をリフォーカスし、又は共鳴を操作し、検査ボリュームに位置される身体１０の一部を選択するために使用される。ＭＲ信号は、更に身体ＲＦコイル９によって拾われる。
パラレルイメージングによる身体１０の制限された領域のＭＲ画像の生成のために、局所アレイＲＦコイル１１、１２、１３の組は、イメージングのために選択された領域に隣接して配置される。アレイコイル１１、１２、１３は、身体コイルＲＦ送信によって誘導されるＭＲ信号を受け取るために使用されることができる。
結果として取得されるＭＲ信号は、身体ＲＦコイル９によって及び／又はアレイＲＦコイル１１、１２、１３によって拾われ、好適にはプリアンプ（図示せず）を有する受信器１４によって復調される。受信器１４は、送信／受信スイッチ８を通じてＲＦコイル９、１１、１２及び１３に接続される。
ホストコンピュータ１５は、本発明によるＺＴＥイメージングシーケンスを生成するために、シミングコイル２'並びに勾配パルス増幅器３及び送信器７を流れる電流を制御する。受信器１４は、各々のＲＦ励起パルスのあとすぐに続いて複数のＭＲデータラインを受信する。データ取得システム１６は、受信された信号のアナログデジタル変換を実施し、更なる処理に適したデジタル形式に各々のＭＲデータラインを変換する。今日のＭＲ装置において、データ取得システム１６は、生画像データの取得に特化した別個のコンピュータである。
最終的に、デジタル生画像データは、適当な再構成アルゴリズムを適用する再構成プロセッサ１７によって画像表現に再構成される。ＭＲ画像は、３次元ボリュームを表現する。画像は、画像メモリに記憶され、画像メモリ内の画像は、例えば結果的に得られるＭＲ画像の人間可読の表示を提供するビデオモニタ１８を通じた視覚化のために、適当な形式に画像表現の投影又は他の部分を変換するために、アクセスされることができる。
図２は、本発明により適用されるＺＴＥシーケンスを表すダイアグラムを示している。「サイレント」なＺＴＥ技法の本質は、ＲＦパルス２０が、「周波数符号化」する読み出し磁界勾配Ｇがオンに切り替えられると同時に送信されることである。読み出し磁界勾配Ｇは、スライス選択勾配を意図するものではなく、それは、ＲＦパルス２０が、十分な励起帯域幅を達成するために極めて短くなければならない（一般に１μｓ乃至８μｓ）ことを示す。ＦＩＤ信号の読み出しは、ＲＦパルス２０の直後に読み出し磁界勾配Ｇが存在するところで、間隔２１の最中に行われる。各々の間隔２１は、１００μｓ乃至３ｍｓの間の持続時間を有する。読み出し磁界勾配Ｇは、各々の励起／読み出しサイクルにわたって共に実質的に一定のままである読み出し強度及び読み出し方向を有する。各サイクルの後、読み出し方向が、非常に少しずつ変えられるだけである。読み出し方向は、ほんのわずか変化し、例えば数度（例えば２°）だけ変わる。実際例において、１つの空間方向における磁界勾配は、約４５ｍｓでゼロから「フル」まで逓増する。ｋ空間の完全なサンプリングのために、球形ボリュームが十分な密度によってカバーされるまで、読み出し方向が変えられる。
ＺＴＥ技法の知られている制約は、各々のＲＦパルス２０の中心とサンプリング間隔２１の始まりとの間に有限の時間があることである。使用される機器に依存して、この「デッドタイム」は、２μｓ乃至２０μｓの間でありうる。これは、ｋ空間の中心がスキャンされることができないことを意味する。しかしながら、サンプリングされることができない中心ｋ空間ボリュームのサイズが読み出し強度に依存することが考慮されなければならない。磁界勾配の強度が低いほど、デッドダイムの間にサンプリングされない中心ｋ空間領域が小さくなる。他方、可能な限り弱い読み出し勾配を印加することは実行可能でない。
本発明によれば、読み出し磁界勾配Ｇの強度は、ＺＴＥシーケンスの反復と反復の間に変えられる。これは、ｋ空間位置ｋ及びサンプリング時間ｔの相互依存を表す図３の図に示される（ｋは実際には３次元を表すが、３次元のうちのわずか１次元が図示のために描かれている）。異なる読み出し強度「低いＧ」及び「高いＧ」の印加は、各々のｋ空間位置が、２又はそれ以上の異なるサンプリング時間（すなわちＲＦパルスと所与のｋ空間位置のサンプリングとの間に時間間隔）にサンプリングされることを示す。図３に示されるように、ｋ空間位置ｋｅｘａｍｐｌｅが、スキャン中に２回、すなわち（読み出し強度「高いＧ」を使用して）ｔｓ１及び（読み出し強度「低いＧ」を使用して）ｔｓ２に、「訪問される」。２又はそれ以上の異なるサンプリング時間での各々のｋ空間位置のサンプリングは、例えば脂肪中の水素及び水の歳差周波数の差によってもたらされる取得されたＦＩＤ信号における特定の位相変動をもたらす。これは、本発明によれば、ＤｉｘｏｎタイプＭＲイメージングにおいて適用されるそれ自体知られている「位相アンラッピング(phase unwrapping)」技法として、脂肪及び水からの信号寄与を分離するために利用される。
図４は、セグメント化されたｋ空間サンプリングのアプローチを用いる本発明の実施形態を示しており、各セグメントは、所与の壁厚をもつ中空の球体形状を有する。ｋ空間が、ｋｍａｘまでサンプリングされることができる。必要とされる勾配強度は、概ね次のものである：
Figure 0006356809
ここで、γは、磁気回転比であり、ＴＲは、ＺＴＥシーケンスの繰り返し時間である。この値は、以下のように呼ばれる：
Ｇｒｅｆ
変数ａが導入される：
Figure 0006356809
ここで、Ｔｄｅａｄｔｉｍｅは、信号取得が可能でないデッドタイムである。ａの典型的な値は５である。本発明のこの実施形態において、ＦＩＤ信号は、以下の勾配強度の組により取得される：
Figure 0006356809
数学的に、これは無限級数である。しかしながら、実際には、取得は、ａ−３Ｇｒｅｆ又はａ−４Ｇｒｅｆを越えて止められることができる。１つの付加の取得は、Ｇ＝０により実施されるべきである。
この処理は、（ａ０Ｇｒｅｆによる取得のみを用いる）従来のＺＴＥスキャンと比較して多数の追加取得を生じさせないことに注意しなければならない。提案されるセグメント化の内側ｋ空間球体の必要とされるサンプリング密度を考慮して、限られた数の付加の半径方向ｋ空間サンプルのみが取得されればよい。それゆえ、ＺＴＥシーケンスの必要とされるサイクルの総数は、匹敵するイメージングパラメータを用いた従来のＺＴＥスキャンにおけるサイクル数のわずか約２倍でありうる。
図４に見られるように、各々のセグメント１乃至４は、２つの異なる読み出し強度の異なる組み合わせによりサンプリングされる。同時に、中心ｋ空間（セグメント４）の最適カバレッジが達成される。例えば、
Figure 0006356809
を選択し、ａ２Ｇｒｅｆで開始することによって、セグメントごとに読み出し強度の数を容易に増大することが可能である。
図５及び図６を参照して、本発明の方法における画像再構成ステップの主磁界不均一性から化学シフトを分離するための反復的なスキームが以下に説明される。
この実施形態において、再構成及び水／脂肪の分離は２つのステップを含む：（ａ）位相マップ、すなわち主磁界不均一性及び化学シフト効果（及び可能性として他の位相シフト誘導効果）を反映するマップを算出するステップ、及び（ｂ）主磁界の不均一性が空間にわたって滑らかに変化するという前提によって、主磁界不均一性から化学シフトを分離するステップ。ステップ（ｂ）は、Ｄｉｘｏｎ水／脂肪イメージングのよく知られた「位相アンラッピング」問題を構成する。適切なアルゴリズムは、既存のＭＲ環境においてよく知られており、利用可能であるので、これについてここで更に詳しく述べる必要がない。
ステップ（ａ）は、反復的に実施される。再構成ステップは、空間にわたって２組の情報を計算することを含む：（ｉ）磁化密度（すなわち「水及び脂肪」ＭＲ画像）、及び（ｉｉ）位相マップの算出。各々の反復ステップにおいて、これらの組は、所与の解像度（すなわちｋ空間の完全な球体の範囲内）まで計算される。
最初に、上述の２組の情報は、ｋ空間領域の小さい中心領域について利用可能であるものとする。図５に示される実施形態において、磁化密度及び位相マップは、領域４及び３について知られているとみなされる（ｔ＝０において水平の太線５０によって示される）。繰り返しの次のステップとして、領域２を含む算定値が計算される。
図５の破線は、領域２のｋ空間サンプルの組について「平均」サンプリング時間を表す。位相マップは、領域２（すなわち本実施形態における領域４及び３）によって囲まれる球体に関して知られている。この知識は、領域２を再構成する際に適用される。領域２の両方のデータセットは、あたかもそれらがｋ空間サンプリングの「平均」タイミング（破線）を使用して取得されるかのように、例えばセグメント化された均一性補正方法を使用することによって、再構成される（Douglas C. Noll et al., IEEE Transactions on Medical Imaging, 10, 629-637, 1991を参照されたい）。この目的のために、図５に示されるように、領域２を、領域２ａ，...，２ｄに更にセグメント化することが有用である。このようにして、磁界不均一性によってもたらされるある歪みが、データに意図的に残される。このポイントまで再構成されるデータは、あたかもそれが図６に示されるサンプリングタイミングで取得されるかのように、ふるまう。
中心ｋ空間領域については、磁化密度及び位相マップは上述したように知られている。それゆえ、信号データは、任意のサンプリング時間において「シミュレート」されることができる。このようにして、シミュレートされたデータ６０は、図６の太線によって示される中心ｋ空間領域に加えられる。これらの２つのデータセットから、平均及び差が計算される。平均及び差を空間ドメインに変換することは、磁化密度及び位相マップの高解像度の算定（すなわち、領域２を含む）の計算を可能にする。次のステップにおいて、このプロセスは領域１を含んで実施され、再構成ステップ（ａ）が達成される。繰り返しは、Ｇ＝０のｋ空間サンプルから位相マップの０次の算定を求めることから始めることができ、これは、ｋ空間において最も中心の「領域」と考えられることができる。
これに基づいて、主磁界不均一性からの化学シフトの分離は、上で述べたように、主磁界不均一性が空間にわたって滑らかに変化するという前提によって、ステップ（ｂ）において実施されることができる。Ｄｉｘｏｎ水／脂肪イメージングに関して当技術分野において知られているアルゴリズムが、磁化密度及び（不均一性が補正された）位相マップから、個々の水画像及び脂肪画像を再構成するために用いられることができる。
本発明の別の実施形態は、図７を参照して以下に述べられる。
この実施形態において、個々の方向の読み出し強度が、ＺＴＥシーケンスの反復と反復との間に相互に独立したランダムな値を呈するように、ｘ、ｙ及びｚ軸に沿った勾配コイルが制御され、ここで、「雑音」は、可聴とならないように、約１５Ｈｚ又はそれ以下に周波数制限される。ＦＩＤ信号は、１ミリ秒の各サイクルの典型的な持続時間を用いて取得される。例えば２００秒のスキャン時間の後、読み出し方向及び読み出し強度の分布によって取得される２００．０００のＦＩＤ信号が利用可能である。
図７のダイアグラムは、所与の半径ｋｒについてｋ空間の接線成分に関するサンプリング時間ｔを示す。中心の破線は、「平均サンプリング時間」又は「基準サンプル時間」ｔｒｅｆを表す。図の中のドットの各々は、ｋｒに達した時点にその特徴的なサンプリング時間ｔを有するＦＩＤ信号を表す。結果的に得られるデータは、各々がｋｘ、ｋｙ、ｋｚ及びｔのその特徴的な値をもつ数百万ポイントを有すると考えられることができる。それらの（複素）値は以下である：
Figure 0006356809
ここで、ｉは、ポイントの指数である。
再構成及び水／脂肪分離におけるステップに関して、再び、位相マップを算定するコンポーネント（ａ）が以下において注目される。
ｋ空間の領域サイズは、それが、多くのケースでｔの実質的に異なる値を有する少なくとも２つのポイントｓｉを有することが確実であるように規定される。各ポイントごとに、
Figure 0006356809
が計算される。ここで、Ｎ（ｋｉ)は、「ｋｉ'の近傍」として理解されるべきであり、δｉは、「近傍に存在するポイント」として理解されるべきである。本質的に、ｓＡ，ｉは、「密度補償データポイント」として解釈されることができる。
更に、ｓＢ，ｉが、以下のように計算される：
Figure 0006356809
これは、「データポイントの実際のサンプリング時間と近傍の平均サンプリング時間（サンプリング時間の局所的分散にわたって正規化される）との差によって加重される信号」として解釈されることができる。本質的に、それは、サンプリング時間に対する信号の傾きを表す。
次のステップとして、ｓＣ，ｉが以下のように計算され、
Figure 0006356809
これは、信号が、ｔｒｅｆで測定された場合の値からどれだけ逸脱しているかの算出を与える。
３次元画像Ｉｒｅｆは、差ｓＡ，ｉ−ｓＢ，ｉから再構成される。この再構成は、圧縮センシングアプローチを使用して実施されることができる。他の３次元画像Ｉｓｌｏｐｅが、データポイントｓＢ，ｉから再構成される。次のステップとして、
Figure 0006356809
が計算され、ここで、ｉは虚数単位であり、γは磁気回転比である。結果は、位相マップ（テスラの単位）の直接の算出である。これに基づいて、主磁界不均一性が空間にわたって滑らかに変わるものとすることによって、再び主磁界不均一性からの化学シフトの分離が実施されることができ、それ自体知られているアルゴリズムが、個別の水画像及び脂肪画像を再構成するために用いられることができる。

Claims (9)

  1. ＭＲ装置の検査ボリュームに位置する対象のＭＲイメージング方法であって、
    前記対象をＲＦパルス及び切り替えられる磁界勾配のイメージングシーケンスに曝すステップであって、前記イメージングシーケンスが、
    ｉ）読み出し方向及び読み出し強度を有する読み出し磁界勾配をセットするステップと、
    ｉｉ）前記読み出し磁界勾配の存在下、ＲＦパルスを放射するステップと、
    ｉｉｉ）前記読み出し磁界勾配の存在下、半径方向のｋ空間サンプルを表すＦＩＤ信号を取得するステップと、
    ｉｖ）前記読み出し方向を徐々に変化させるステップと、
    ｖ）前記読み出し強度が反復と反復との間に変更されるようにして前記ステップｉ）乃至ｉｖ）を繰り返すことによって、ｋ空間の球形ボリュームをサンプリングするステップであって、サンプリングの都度前記読み出し強度の異なる値を用いてｋ空間の個別の位置が少なくとも２回サンプリングされるように、前記読み出し強度が変えられ、前記ｋ空間の位置が、２又はそれ以上の異なるサンプリング時間にサンプリングされる、ステップと
    を含むゼロエコー時間シーケンスである、ステップと、
    前記取得されたＦＩＤ信号からＭＲ画像を再構成するステップであって、前記取得されたＦＩＤ信号に対する２又はそれ以上の化学種の信号寄与が分離される、ステップと、
    を有するＭＲイメージング方法であって、
    前記ＦＩＤ信号に対する２又はそれ以上の化学種の信号寄与が、前記読み出し強度の変更によってもたらされる前記取得されたＦＩＤ信号の位相差から導き出され、
    前記信号寄与の分離は、少なくとも前記化学種の各々のＭＲスペクトルを含む信号モデルに基づいて実施される、ＭＲイメージング方法。
  2. 前記信号モデルが、前記検査ボリュームの主磁界不均一性を更に含む、請求項１に記載のＭＲイメージング方法。
  3. 位相マップが、前記取得されたＦＩＤ信号から導き出され、前記主磁界不均一性が、前記主磁界不均一性によって引き起こされる位相シフトが空間にわたって滑らかに変化することを利用することによって、前記位相マップから導出される、請求項２に記載のＭＲイメージング方法。
  4. 前記読み出し強度が、２又はそれ以上の予め選択された値の間でそれを切り替えることによって変更される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＭＲイメージング方法。
  5. ｋ空間が、セグメント化された形でサンプリングされ、各セグメントが、所与の壁厚をもつ中空の球体形状を有し、
    前記読み出し強度の２又はそれ以上の予め選択された値の異なる組み合わせが、各セグメントをサンプリングする際に印加される、請求項４に記載のＭＲイメージング方法。
  6. 前記ｋ空間の球形ボリュームが、前記読み出し方向及び前記読み出し強度をランダムに変化させることによってサンプリングされる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＭＲイメージング方法。
  7. 圧縮センシングが、ＭＲ画像を再構成するために及び／又は２つの化学種の信号寄与を分離するために用いられる、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＭＲイメージング方法。
  8. 検査ボリューム内に一様な安定した磁界を生成する少なくとも１つの主磁石コイルと、
    前記検査ボリューム内の異なる空間方向に、切り替えられる磁界勾配を生成する複数の勾配コイルと、
    前記検査ボリューム内にＲＦパルスを生成し、及び／又は前記検査ボリュームに位置付けられる対象からのＭＲ信号を受信する、少なくとも１つのＲＦコイルと、
    ＲＦパルス及び切り替えられる磁界勾配の時間連続を制御する制御ユニットと、
    再構成ユニットと、
    を有するＭＲ装置であって、前記ＭＲ装置は、
    ＲＦパルス及び切り替えられる磁界勾配のイメージングシーケンスに対象を曝す処理であって、前記イメージングシーケンスが、
    ｉ）読み出し方向及び読み出し強度を有する読み出し磁界勾配をセットするステップと、
    ｉｉ）前記読み出し磁界勾配の存在下、ＲＦパルスを放射するステップと、
    ｉｉｉ）前記読み出し磁界勾配の存在下、半径方向のｋ空間サンプルを表すＦＩＤ信号を取得するステップと、
    ｉｖ）前記読み出し方向を逐次に変化させるステップと、
    ｖ）前記読み出し強度が反復と反復との間に変更されるようにして前記ステップｉ）乃至ｉｖ）を繰り返すことによって、ｋ空間の球形ボリュームをサンプリングするステップであって、サンプリングの都度前記読み出し強度の異なる値を用いてｋ空間の個別の位置が少なくとも２回サンプリングされるように、前記読み出し強度が変えられ、前記ｋ空間の位置が、２又はそれ以上の異なるサンプリング時間にサンプリングされる、ステップと、
    を含むゼロエコー時間シーケンスである、処理と、
    前記取得されたＦＩＤ信号からＭＲ画像を再構成しする処理であって、前記取得されたＦＩＤ信号に対する２又はそれ以上の化学種の信号寄与が分離される、処理と、
    を実施するＭＲ装置。
  9. ＭＲ装置において実行されるコンピュータプログラムであって、
    ＲＦパルス及び切り替えられる磁界勾配のイメージングシーケンスを生成する命令であって、前記イメージングシーケンスが、
    ｉ）読み出し方向及び読み出し強度を有する読み出し磁界勾配をセットするステップと、
    ｉｉ）前記読み出し磁界勾配の存在下、ＲＦパルスを放射し、と、
    ｉｉｉ）前記読み出し磁界勾配の存在下、半径方向のｋ空間サンプルを表すＦＩＤ信号を取得するステップと、
    ｉｖ）前記読み出し方向を徐々に変化させるステップと、
    ｖ）前記読み出し強度が反復と反復との間に変更されるようにして前記ステップｉ）乃至ｉｖ）を繰り返すことによって、ｋ空間の球形ボリュームをサンプリングするステップであって、サンプリングの都度前記読み出し強度の異なる値を用いてｋ空間の個別の位置が少なくとも２回サンプリングされるように、前記読み出し強度が変えられ、前記ｋ空間の位置が、２又はそれ以上の異なるサンプリング時間にサンプリングされる、ステップと、
    を含むゼロエコー時間シーケンスである、命令と、
    前記取得されたＦＩＤ信号からＭＲ画像を再構成する命令であって、前記取得されたＦＩＤ信号に対する２又はそれ以上の化学種の信号寄与が分離される、命令と、
    をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、
    前記ＦＩＤ信号に対する２又はそれ以上の化学種の信号寄与が、前記読み出し強度の変更によってもたらされる前記取得されたＦＩＤ信号の位相差から導き出され、
    前記信号寄与の分離は、少なくとも前記化学種の各々のＭＲスペクトルを含む信号モデルに基づいて実施される、
    コンピュータプログラム。
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