JP6608435B2 - Mriシステムにおいて側波帯域を抑制するための方法、コンピュータプログラム、rfパルス生成器、該rfパルス生成器を含むmriシステム - Google Patents

Mriシステムにおいて側波帯域を抑制するための方法、コンピュータプログラム、rfパルス生成器、該rfパルス生成器を含むmriシステム Download PDF

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Description

本発明は、磁気共鳴イメージング、特にマルチバンドRFパルスを生成する方法に関する。
マルチバンド励起は、2つ以上のスライスを例えば同時に励起及び取得することによりマルチスライス磁気共鳴イメージング(MRI)スキャンを加速させる。しかし、RFハードウェア制限により、マルチバンド励起は、特に高周波変調マルチバンド励起及び/又は高出力スキャンが用いられる場合は得られる画像に側波帯域アーチファクトを示す。例えば、側波帯域アーチファクトはメインローブと重複する或いはメインローブに折り込まれるスペクトル又は側波帯域信号の結果である。
米国特許出願US2011/0267053は、幾つかのスラブが連続してスキャンされ、各TR間隔内の幾つかのスラブからデータが取得される3D TSE撮像法に関連する。
米国特許出願US2014/0167752は、ハーフRFパルスを使用する、正及び負の勾配パルスを追加することによりサイドローブ信号が打ち消されるUTEシーケンスに関連する。
様々な実施形態により、独立請求項の主題に記載されるような、マルチバンドRFパルスを生成する改良された方法、改良されたコンピュータプログラム製品、改良された磁気共鳴イメージングMRIシステム及び改良されたRFパルス生成器が提供される。有利な実施形態が従属請求項に記載される。
一態様では、本発明は、MRIシステムにおいて側波帯域を抑制するための方法に関する。方法は、被検体の少なくとも2つのスライスを第1及び第2の周波数帯域において同時に励起するための第1のマルチバンドRFパルスを提供し、MRIシステムを使用して、励起された2つのスライスからの信号と、2つのスライスとは異なるスライスの側波帯域励起から生じる第3の周波数帯域における少なくとも1つの追加信号とを取得すること(ステップa))を含む。例えば信号は、同時に取得される磁気共鳴信号である。励起された2つのスライスからの信号の周波数及び振幅を示す周波数スペクトル又は周波数プロファイルは、取得された信号を使用して再構成される。MRIシステムは、イメージングゾーンを有するメイン磁場を生成するための磁石を含み、被検体の少なくとも一部はイメージングゾーン内にある。
方法は更に、データ内の追加信号を決定するために第1のマルチバンドRFパルスを使用すること(ステップb))と、第1のマルチバンドRFパルス及び追加信号から事前補償項を導き、事前補償項を第1のマルチバンドRFパルスに加えて第2のマルチバンドRFパルスを取得することにより、第1のマルチバンドRFパルスを、追加信号の少なくとも一部を抑制するために第2のマルチバンドRFパルスで置き換えること(ステップc))とを含む。加えることは、事前補償項を第1のマルチバンドRFパルスと結合することを含む。第1のマルチバンドRFパルス及び追加信号から事前補償項を導くことは、第1のマルチバンドRFパルス、追加信号の振幅及び/又は第3の周波数帯域から事前補償項を導くことを含む。つまり、本発明は、第2のマルチバンドRFパルスにより被検体の少なくとも2つのスライスを励起すると同時に追加信号の少なくとも一部の抑制を実現する。
「決定すること(determining)」という言葉は、予測、検出、測定及び/又は識別を指す。
励起は、第1のマルチバンドRFパルスによるある領域又はスライスへの磁化の傾斜又は励起を制限する。「周波数帯域」とは、特定の位置においてスライス厚さにマッピングする周波数範囲を指す。マルチバンドとは複数の周波数範囲を指す(マルチスライス)。「スライス」という言葉は、選択的及び/又は再フォーカス励起による影響を受ける領域を指す。「スライス」という言葉は、MR画像又はスペクトルで表される磁化の物理的領域又は空間分布を指す。
これらの特徴は、非意図的に励起されたスライスを回避又は抑制するための予防法を提供するという利点を有する。言い換えれば、本方法によって、スライスの非意図的な励起から生じる側波帯域の事前補正が行われる。これによって、取得されたMRデータの品質が向上し、さもなければ再構成された画像内の側波帯域の事後補正に必要な処理資源が節約される。
一実施形態によれば、追加信号を決定することは、第1のマルチバンドRFパルスを使用して2つのスライスを励起することと、第1のマルチバンドRFパルスに応答して2つのスライスについて取得されたMRデータを使用して画像を再構成することと、再構成された画像を使用して追加信号を識別することとを含む。この実施形態の機能は、MRIシステムの較正スキャンの間に実行される。較正スキャンは典型的には被検体の診断スキャンの前に実行される。この実施形態は、追加信号(本明細書では側波帯域信号、サイドローブ又はサイドローブ信号とも呼ばれる)を識別するための正確な方法を提供するという利点を有する。
一実施形態によれば、MRIシステムは、MRIシステムで生成されたRFパルスを増幅するためのRF増幅器を備え、追加信号を決定することは、第1のマルチバンドRFパルスを使用して2つのスライスを励起することと、第1のマルチバンドRFパルスをRF増幅器の出力として又はMRIシステムのRFコイルの出力として受信することと、受信された第1のマルチバンドRFパルスの周波数スペクトルを取得するために、受信された第1のマルチバンドRFパルスにフーリエ変換又はブロックシミュレーションを施すことと、周波数スペクトル内の追加信号を識別することとを含む。例えば、RF増幅器及び/又はRFコイルは、その出力(RFパルス)を、追加信号を識別するMRIシステムのRFパルス生成器に送信するように構成される。この実施形態の機能は、較正スキャンの間又は診断スキャンの間に実行される。例えば、診断スキャンの間に、MRIシステムは、第1のマルチバンドRFパルスを置き換えた後に第2のマルチバンドRFパルスが印加される、即ち第1のマルチバンドRFパルスが印加されないように制御される。この方法によって、追加信号を識別するために(例えばスライスを励起し、画像を再構成することなく)MRIシステムの完全実行が回避される。
一実施形態によれば、追加信号を決定することは、追加信号が第3の周波数帯域における側波帯域信号であることを示すデータをMRIシステムのユーザから受信することを含む。例えば、データの受信は、ユーザが第1のマルチバンドRFパルスの印加から生じる追加信号を示すことを促されることに応答して行われる。
一実施形態によれば、追加信号を決定することは、1つ以上のマルチバンドRFパルス及び関連付けられた周波数スペクトルを示す履歴データを提供することと、第1のマルチバンドRFパルスに対応する1つ以上のマルチバンドRFパルスの1つのマルチバンドRFパルスを識別することと、識別されたマルチバンドRFパルスに関連付けられた周波数スペクトルを使用して追加信号を識別することとを含む。例えば、第2のマルチバンドRFパルスは、1つ以上のマルチバンドRFパルスのうち、その関連付けられた周波数スペクトルが追加信号を有しない第1のマルチバンドRFパルスの予想周波数スペクトルに対応する1つのマルチバンドRFパルスとして選択される。この実施形態は、追加(側波帯域)信号を識別するための自動化方法を提供するという利点を有する。
一実施形態によれば、識別することは、被検体の形状又は大きさを決定することと、決定された形状又は大きさを使用して、周波数スペクトルにおける第1及び第2の周波数帯域の周辺領域を決定することと、周辺領域内の追加信号を識別することとを含む。決定される被検体の形状又は大きさは、例えばMRIシステムのイメージングゾーン内にある撮像される被検体の一部の形状又は大きさを含む。これによって、所望の画像に影響を及ぼす側波帯域信号のみを抑制するための効率的な方法が提供される。例えば、撮像された被検体の一部をカバーする画像領域にアーチファクト効果をもたらさない側波帯域信号は処理又は識別されない。
一実施形態によれば、第1のマルチバンドRFパルスは、Aei(φ+2πft)+Aei(φ−2πft)=Aeiφ・2・cos(2πf・t)と定義され、第2のマルチバンドRFパルスは、Aeiφ・(2・cos(2πf・t)−h(f,t))と定義される。ここで、
は事前補償項であり、skは第1又は第2の周波数帯域における信号の1つの信号の振幅と第(2k+1)の周波数帯域における追加信号の振幅との間の比を表すチューニングパラメータであり、φkは追加信号と2つのスライスからの信号の1つの信号との間の位相差であり、Nは少なくとも1つの追加信号の数を決定する。所与の周波数帯域における信号の振幅は、所与の周波数帯域の中心周波数における振幅である。別の例では、所与の周波数帯域における信号の振幅はその信号下の表面である。第1又は第2の周波数帯域における1つの信号は無作為に選択される。別の例では、第1又は第2の周波数帯域における1つの信号は、第3の周波数帯域により近い周波数帯域を有する信号である。別の例では、第1又は第2の周波数帯域における1つの信号は、最高振幅を有する信号である。例えば、第1又は第2の周波数帯域における1つの信号及び第3の周波数帯域における追加信号の振幅は、(例えば、追加スライス、及び第1又は第2の周波数帯域における1つの信号に関連付けられた2つのスライスのうちの1つにおける同じプロトン密度に)正規化され、その後正規化された信号の振幅の比をとることが行われる。
一実施形態によれば、第2のマルチバンドRFパルスは、Aeiφ・g(f・t)・m(f,t)と定義され、ここで、m(f,t)は調和関数であり、g(f,t)m(f,t)のtについてのフーリエ変換は、f及び−fにおいて1に近く、それ以外では0に近い応答を与え、g(f,t)=2・cos(2πf・t)である。
これらの実施形態によって、相互に照合される事前補償項を決定するための代替的な方法が提供される。
一実施形態によれば、方法は更に、抑制された追加信号の少なくとも一部が所定の最小側波帯域信号振幅よりも高くなるまで、ステップb)において第2のマルチバンドRFパルスを第1のマルチバンドRFパルスとして使用して、追加信号を決定すること、及び導くステップc)を繰り返すことを含む。これは、複数のメインローブ信号に対して、不所望のサイドローブ又は追加信号を更に減らすという利点を有する。
一実施形態によれば、方法は更に、MRIシステムの複数のRFコイルからの信号を再構成するために第2のマルチバンドRFパルスを使用して2つのスライスを励起することを含み、複数のRFコイルの1つのRFコイルからの信号を再構成することは、公式S*(f*x)q,1に従って行われる。ここで、qは2つのスライスのうちの1つのスライス及び追加スライスを指し、SはqについてのRFコイルの感度であり、fはqにおける信号の正規化された振幅であり、xはqからの信号である。先の実施形態により説明された第1の抑制方法を実行した後もなおサイドローブが残っているため、本方法は、残っているサイドローブにより生じるアーチファクトをメインローブの画像から減らす又は取り除くという利点を有する。更に、メインローブ信号は等しくなく、その差は再構成公式の「f」に反映されているため、メインローブにおける差も補正される。例えば、MRIシステムは、2つのスライス及び追加スライスのうちの1スライスにつき少なくとも1つのRFコイルを含む。この実施形態は物理的スキャンの間に行われる。
別の態様では、本発明は、先行する実施形態の何れか1つの方法の方法ステップを実行するコンピュータ実行可能命令を含むコンピュータプログラム製品に関する。
別の態様では、本発明は、側波帯域抑制のための磁気共鳴イメージング(MRI)システムのRFパルス生成器に関し、被検体の少なくとも2つのスライスを第1及び第2の周波数帯域において同時に励起するための第1のマルチバンドRFパルスが提供され、MRIシステムを使用して、励起された2つのスライスからの信号と、2つのスライスとは異なるスライスの側波帯域励起から生じる第3の周波数帯域における少なくとも1つの追加信号とを取得する。RFパルス生成器は、追加信号を決定するために第1のマルチバンドRFパルスを使用し、第1のマルチバンドRFパルス及び追加信号から事前補償項を導き、事前補償項を第1のマルチバンドRFパルスに加えて第2のマルチバンドRFパルスを取得することにより、追加信号の少なくとも一部を抑制するために第1のマルチバンドRFパルスを第2のマルチバンドRFパルスで置き換えるように構成される。
別の態様では、本発明は、先の実施形態によるRFパルス生成器を含む磁気共鳴データを取得するためのMRIシステムに関する。
当業者には理解されるように、本発明の態様は、装置、方法又はコンピュータプログラムプロダクトとして具体化され得る。従って、本発明の態様は、全面的にハードウェア実施形態、全面的にソフトウェア実施形態(ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む)又は本明細書において全て一般的に「回路」、「モジュール」若しくは「システム」と称され得るソフトウェア及びハードウェア態様を組み合わせた実施形態の形態をとり得る。更に、本発明の態様は、それ上で具体化されたコンピュータ実行可能コードを有する1つ又は複数のコンピュータ可読媒体において具体化されたコンピュータプログラムプロダクトの形態をとり得る。
本発明の態様は、本発明の実施形態による方法、装置(システム)及びコンピュータプログラムプロダクトのフローチャート、図及び/又はブロック図を参照して説明される。フローチャート、図、及び/又はブロック図の各ブロック又は複数のブロックの一部は、適用できる場合、コンピュータ実行可能コードの形態のコンピュータプログラム命令によって実施され得ることが理解されよう。相互排他的でなければ、異なるフローチャート、図、及び/又はブロック図におけるブロックの組み合わせが組み合わせられてもよいことが更に理解される。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介して実行する命令がフローチャート及び/又はブロック図の1つ又は複数のブロックにおいて指定された機能/行ためを実施するための手段を生じさせるように機械を作るために、汎用コンピュータ、特定用途コンピュータ、又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサへと提供されてもよい。
1つ又は複数のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせが利用されてもよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体又はコンピュータ可読ストレージ媒体でもよい。本明細書で使用される「コンピュータ可読ストレージ媒体」は、コンピューティングデバイスのプロセッサによって実行可能な命令を保存することができる任意の有形ストレージ媒体を包含する。コンピュータ可読ストレージ媒体は、コンピュータ可読非一時的ストレージ媒体と称される場合もある。コンピュータ可読ストレージ媒体はまた、有形コンピュータ可読媒体と称される場合もある。一部の実施形態では、コンピュータ可読ストレージ媒体はまた、コンピューティングデバイスのプロセッサによってアクセスされることが可能なデータを保存可能であってもよい。コンピュータ可読ストレージ媒体の例は、フロッピー(登録商標)ディスク、磁気ハードディスクドライブ、半導体ハードディスク、フラッシュメモリ、USBサムドライブ、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み取り専用メモリ(ROM)、光ディスク、磁気光学ディスク、及びプロセッサのレジスタファイルを含むが、これらに限定されない。光ディスクの例は、例えば、CD−ROM、CD−RW、CD−R、DVD−ROM、DVD−RW、又はDVD−Rディスクといったコンパクトディスク(CD)及びデジタル多用途ディスク(DVD)を含む。コンピュータ可読ストレージ媒体という用語は、ネットワーク又は通信リンクを介してコンピュータデバイスによってアクセスされることが可能な様々な種類の記録媒体も指す。例えば、データは、モデムによって、インターネットによって、又はローカルエリアネットワークによって読み出されてもよい。コンピュータ可読媒体上で具体化されたコンピュータ実行可能コードは、限定されることはないが、無線、有線、光ファイバケーブル、RF等を含む任意の適切な媒体、又は上記の任意の適切な組み合わせを用いて送信されてもよい。
コンピュータ可読信号媒体は、例えばベースバンドにおいて又は搬送波の一部として内部で具体化されたコンピュータ実行可能コードを備えた伝搬データ信号を含んでもよい。このような伝搬信号は、限定されることはないが電磁気、光学的、又はそれらの任意の適切な組み合わせを含む様々な形態の何れかをとり得る。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読ストレージ媒体ではない任意のコンピュータ可読媒体や、命令実行システム、装置、若しくはデバイスによって又はそれと関連して使用するためのプログラムを通信、伝搬、又は輸送できる任意のコンピュータ可読媒体でもよい。
「コンピュータメモリ」又は「メモリ」は、コンピュータ可読ストレージ媒体の一例である。コンピュータメモリは、プロセッサに直接アクセス可能な任意のメモリである。「コンピュータストレージ」又は「ストレージ」は、コンピュータ可読ストレージ媒体の更なる一例である。コンピュータストレージは、任意の不揮発性コンピュータ可読ストレージ媒体である。一部の実施形態では、コンピュータストレージは、コンピュータメモリであってもよい又はその逆でもよい。
本明細書で使用される「ユーザインタフェース」は、ユーザ又はオペレータがコンピュータ又はコンピュータシステムとインタラクトすることを可能にするインタフェースである。「ユーザインタフェース」は、「ヒューマンインタフェースデバイス」と称される場合もある。ユーザインタフェースは、情報若しくはデータをオペレータに提供することができる及び/又は情報若しくはデータをオペレータから受信することができる。ユーザインタフェースは、オペレータからの入力がコンピュータによって受信されることを可能にしてもよい及びコンピュータからユーザへ出力を提供してもよい。つまり、ユーザインタフェースはオペレータがコンピュータを制御する又は操作することを可能にしてもよい、及びインタフェースはコンピュータがオペレータの制御又は操作の結果を示すことを可能にしてもよい。ディスプレイ又はグラフィカルユーザインタフェース上のデータ又は情報の表示は、情報をオペレータに提供する一例である。キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、指示棒、グラフィックタブレット、ジョイスティック、ゲームパッド、ウェブコム、ヘッドセット、ギアスティック、ステアリングホイール、ペダル、有線グローブ、ダンスパッド、リモコン、及び加速度計を介したデータの受信は、オペレータから情報又はデータの受信を可能にするユーザインタフェース要素の全例である。
本明細書で使用される「ハードウェアインタフェース」は、コンピュータシステムのプロセッサが外部コンピューティングデバイス及び/又は装置とインタラクトする及び/又はそれを制御することを可能にするインタフェースを包含する。ハードウェアインタフェースは、プロセッサが外部コンピューティングデバイス及び/又は装置へ制御信号又は命令を送ることを可能にしてもよい。ハードウェアインタフェースはまた、プロセッサが外部コンピューティングデバイス及び/又は装置とデータを交換することを可能にしてもよい。ハードウェアインタフェースの例は、ユニバーサルシリアルバス、IEEE1394ポート、パラレルポート、IEEE1284ポート、シリアルポート、RS−232ポート、IEEE488ポート、ブルートゥース(登録商標)接続、無線LAN接続、TCP/IP接続、イーサネット(登録商標)接続、制御電圧インタフェース、MIDIインタフェース、アナログ入力インタフェース、及びデジタル入力インタフェースを含むが、これらに限定されない。
本明細書で使用される「プロセッサ」は、プログラム、機械実行可能命令、又はコンピュータ実行可能コードを実行可能な電子コンポーネントを包含する。「プロセッサ」を含むコンピューティングデバイスへの言及は、場合により、2つ以上のプロセッサ又は処理コアを含むと解釈されるべきである。プロセッサは、例えば、マルチコアプロセッサである。プロセッサは、また、単一のコンピュータシステム内の、又は複数のコンピュータシステムの中へ分配されたプロセッサの集合体も指す。コンピュータデバイスとの用語は、各々が一つ又は複数のプロセッサを有するコンピュータデバイスの集合体又はネットワークを指してもよいと理解されるべきである。コンピュータ実行可能コードは、同一のコンピュータデバイス内の、又は複数のコンピュータデバイス間に分配された複数のプロセッサによって実行される。
磁気共鳴(MR)データは、本明細書においては、磁気共鳴イメージングスキャン中に磁気共鳴装置のアンテナによって原子スピンにより発せられた無線周波数信号の記録された測定結果として定義される。磁気共鳴データは、医療画像データの一例である。磁気共鳴イメージング(MRI)画像は、本明細書においては、磁気共鳴イメージングデータ内に含まれる解剖学的データの復元された2次元又は3次元視覚化として定義される。この視覚化は、コンピュータを使用して行うことができる。
本発明の上述した実施形態の1つ又は複数は、組み合わされる実施形態が相互に排他的でない限り組み合わされ得ることを理解されたい。
以下において、本発明の好適な実施形態が、単なる例として次の図面を参照して説明される。
図1は、磁気共鳴イメージングシステムを示す。 図2は、側波帯域信号を回避又は抑制するための方法のフローチャートである。 図3は、スライスプロファイルを示す。 図4は、本方法の少なくとも一部を適用する前後のスライスプロファイルを示す。 図5は、側波帯域信号を決定するための例示的な方法のフローチャートである。 図6は、側波帯域信号を決定するための別の例示的な方法のフローチャートである。 図7は、スライスプロファイルを示す。
以下において、図において似通った参照符号を付された要素は、同様の要素であるか、等価な機能を実行するかの何れかである。先に考察された要素は、機能が等価である場合は、後の図においては必ずしも考察されない。
図においては、当業者によく知られた詳細事項で本発明を不明瞭にしないように、単に説明の目的で、様々な構造、システム及びデバイスが模式的に描かれている。それにもかかわらず、添付の図面は、開示された主題の説明に役立つ例を記述及び説明するために含められている。
図1は、磁気共鳴イメージングシステム100の一例を示す。磁気共鳴イメージングシステム100は、磁石104を含む。磁石104は、当該磁石104を貫通するボア106を有した超伝導円筒型磁石である。異なる種類の磁石の使用も可能であり、例えば、分割円筒磁石及び所謂開放磁石の両方を使用することも可能である。分割円筒磁石は、クライオスタットが2つの部分に分割されて、磁石の等平面へのアクセスを可能にする点を除いて、標準的な円筒磁石に類似し、斯かる磁石は、例えば荷電粒子ビーム療法と共に使用される。開放磁石は、2つの磁石部分を有し、被検体118を受容するのに十分な大きさの空間を間に有して一方が他方の上にあり、2つの部分の領域の配置は、ヘルムホルツコイルのものと類似する。被検体が閉じ込められる度合いが低いことから、開放磁石が普及している。円筒磁石のクライオスタットの内部には、超伝導コイルの一群が存在する。円筒磁石104のボア106内部には、磁気共鳴イメージングを行うのに十分な程、磁場が強く均一であるイメージングゾーン108が存在する。
磁石のボア106内部には、磁気共鳴データの取得のために使用されて、磁石104のイメージングゾーン108内で標的体積の磁気スピンを空間的に符号化する磁場勾配コイル110のセットも存在する。磁場勾配コイル110は、磁場勾配コイル電源112に接続される。磁場勾配コイル110は、代表的なものである。一般的に、磁場勾配コイル110は、3つの直交する空間方向に空間的に符号化を行うための3つの別々のコイルセットを含む。磁場勾配電源は、電流を磁場勾配コイルに供給する。磁場勾配コイル110に供給される電流は、時間の関数として制御され、傾斜がつけられる又はパルス出力される。
MRIシステム100は更に、被検体118の上方にあり、イメージングゾーン108に隣接するRF励起パルスを生成するためのRF送信コイル114を含む。RF送信コイル114は、例えば表面コイル又は他の特殊RFコイルのセットを含む。RF送信コイル114は、RFパルスの送信のため及び磁気共鳴信号の受信のために交互に使用され、例えばRF送信コイル114は複数のRF送信コイルからなる送信アレイコイルとして実装される。RF送信コイル114はRF増幅器115に接続される。RF増幅器115はRFパルス生成器164に接続される。RFパルス生成器164は、例えばイメージングゾーン108内で被検体118の複数のスライスを同時に励起するためのマルチバンドRFパルスを生成する(例えばCaipirinhaアプローチ等)。
磁場勾配コイル電源112及びRFパルス生成器164はコンピュータシステム126のハードウェアインターフェース128に接続される。コンピュータシステム126は更にプロセッサ130を含む。プロセッサ130は、ハードウェアインターフェース128、ユーザインターフェース132、コンピュータストレージ134、及びコンピュータメモリ136に接続される。
コンピュータメモリ136は制御モジュール160を含むものとして示されている。制御モジュール160は、プロセッサ130が磁気共鳴イメージングシステム100の動作及び機能を制御可能にするコンピュータ実行可能コードを含む。制御モジュール160はまた、磁気共鳴データの取得等の磁気共鳴イメージングシステム100の基本動作を可能にする。
コンピュータストレージ134は、例えば1つ以上のマルチバンドRFパルス及び関連周波数スペクトルを示すデータベースの形をとる履歴データ170を含むものとして示されている。周波数スペクトルは、MRIシステム100の1つ以上のマルチバンドRFパルスの1つのマルチバンドRFパルスに対する応答(例えば再構成された画像)である。周波数スペクトルは、マルチバンドRFパルスが印加された場合のMRIシステム100の応答のシミュレーションを使用して取得される。シミュレーションはMRIシステム100のモデルに基づく。別の例では、周波数スペクトルは、MRIシステム100を使用した較正スキャン又は診断スキャンを使用して取得される。
マルチバンドRFパルスをスライスに印加することに応答して、MRIシステム100は、励起されたスライスからの信号を含む周波数スペクトル(即ちスライスプロファイル)を再構成する。しかし、少なくともRF増幅器115及び/又はRF送信コイル114の応答の非線形性によって、少なくとも1つの追加信号(側波帯域信号)が当該スライスとは異なる1つのスライスの励起(即ち側波帯域励起)から生じる周波数スペクトルに存在する。本発明による側波帯域抑制は、不要な側波帯域の発生源とは無関係に達成されることに留意されたい。つまり、不要な側波帯域の原因が何であれ、抑制は事前補償項により同じように行われる。RF増幅器の欠陥は側波帯域の原因の一例に過ぎないが、側波帯域を抑制する本発明の解決策は正確な発生源には依存しない。
図2は、追加信号を回避又は抑制するための方法のフローチャートである。追加信号309〜312及び対象とする/所望のスライスからの信号307〜308(メインローブ又はメインローブ信号とも呼ばれる)の一例が、図3のスライスプロファイル即ち周波数スペクトル300に示されている。単純化するために、2つのスライスのみが、例えば第1の周波数帯域301及び第2の周波数帯域303においてマルチバンドRFパルスにより励起されたものとして説明される。また、追加信号309は、例えば第3の周波数帯域305における追加(不所望の)スライスの励起から生じる。
マルチバンドRFパルスは2つの個別のRFパルス波形の合計として取得される。
パルス#1+パルス#2:Aei(φ+2πft)+Aei(φ−2πft)=Aeiφ・2・cos(2πf・t)
マルチバンドRFパルスは、Aeiφ・g(f,t)として表される。
ここで、Aeiφはパルス波形を定義し、g(f,t)=2・cos(2πf・t)は周波数変調関数である。
ステップ201において、マルチバンドRFパルス(即ち前述の第1のマルチバンドRFパルス)はRFパルス生成器164により使用され、追加信号309〜312を決定する。追加信号309〜312を決定することは、例えば、マルチバンドRFパルスを印加することに応答してMRIシステム100により取得又は再構成される周波数スペクトル300において、追加信号を予測すること、及び/又は追加信号309〜312を識別することを含む。
例えば、追加信号309〜312の決定は、MRIスキャンを実行する又は完了する前、即ちMRIシステム100を使用して2つのスライスを励起する前に行われる。追加信号を決定するための方法についての更なる詳細は図5〜図6を参照して説明される。
少なくとも1つの追加信号309〜312の数は、例えば撮像された被検体118の一部の形状及び/又は追加信号の振幅に依存する。例えば、脳が撮像される場合は、追加信号は、脳の形状や大きさと一致する、例えば数センチの周辺領域で識別される。別の例では、図3において追加信号309は撮像領域に近接するもの又は撮像領域内にあるものと識別される一方、別の追加信号310〜312は識別されない。
ステップ203において、事前補償項Aeiφ・h(f,t)が、マルチバンドRFパルスAeiφ・g(f,t)から、及び追加信号、例えば追加信号309の第3の周波数帯域305及び/又は振幅313から導かれる。事前補償項は、(修正)マルチバンドRFパルスが印加された場合に、第3の周波数帯域305において得られる事前補償信号が、RF増幅器115及び/又はRFコイル114の非線形性によりもたらされる追加信号309と相殺するように結合されるように導かれる。このように、追加信号309は少なくとも部分的に抑制される。事前補償項は次の側波帯域モデル
として定義される。ここでsは、主帯域、例えば307又は308の振幅(例えば測定された信号強度即ち振幅はxy磁化(Mxy)の2乗に関する)と側波帯域k309の振幅の比率を表すチューニングパラメータである。ある信号の振幅(例えば側波帯域309又は主帯域307)は、その信号によりカバーされる中心周波数帯域における振幅を含む。別の例では、信号の振幅はその表面を含む。(2k+1)fは側波帯域k309の側波帯域周波数を与える。φは、側波帯域k309と主帯域307又は308の位相差である。Nは幾つの側波帯域(即ち追加信号)を補償すべきかを決定する。
事前補償項Aeiφ・h(f,t)は結合され、例えばマルチバンドRFパルスAeiφ・g(f,t)から差し引かれ、修正されたマルチバンドRFパルス(即ち上述の第2のマルチバンドRFパルス)Aeiφ・(g(f,t)−h(f,t))が取得される。例えば、後続のMRIスキャンのために、マルチバンドRFパルスは追加信号309の少なくとも一部を抑制するために修正されたマルチバンドRFパルスで置き換えられる。本方法の結果は、例えば図4に示されている。図4は、修正マルチバンドRFパルスを印加する前400A及び印加した後400Bからなる、(6kHz周波数変調により得られる)2つの空間スペクトルを示す。図4に示されるように、識別された追加信号401Aは、本方法が適用された後(即ち修正マルチバンドRFパルスが印加された後)の対応する信号401Bと比べて少なくとも部分的に抑制されている。
例えば、事前補償項は、MRIシステム100のユーザがマルチバンドRFパルスの修正を促されることに応答してRFパルス生成器164により受信される。別の例では、事前補償項は、所望の追加信号抑制が達成されるまで繰り返される実験により実験的に取得される。繰り返される実験は、例えばMRIシステム100を使用した較正スキャンにより行われる。別の例では、事前補償項は履歴データを用いて自動的に導出又は取得される;履歴データは事前補償項に関連付けてマルチバンドRFパルスを記憶する又は含む。
別の例では、補償項は調和関数として導出される。この場合には、修正マルチバンドRFパルスは、Aeiφ・g(f,t)・m(f,t)と定義され、m(f,t)は多項式関数であり、g(f,t)m(f,t)のtについてのフーリエ変換は、f及び−fにおいて1に近く、それ以外では0に近い応答を与える。
本開示の別の例では、撮像シーケンスが始まる前にマルチバンドRFパルスを反復的に補償することによりサイドローブ信号問題を解決又は回避する方法が本明細書で開示される。そのため、ステップ201及び203は、抑制された追加信号の少なくとも一部が所定の最小側波帯域信号振幅よりも高くなるまで繰り返される。例えば、(抑制される)最小側波帯域信号振幅は追加信号の99%を含み、その結果、追加信号は完全に抑制される。別の例では、最小側波帯域信号振幅は追加信号の95%である。ステップ201〜203の第1の繰り返し(反復)では、先のステップ203の第2のRFパルスは現在の繰り返し又は反復のステップ201の第1のRFパルスとして使用される。この場合は、事前補償項は次の側波帯域モデルで再定義される。
これによって、偶数及び奇数両方のサイドローブ(図7のスライスプロファイル709に示されるローブ)周波数(±k*f,k=0,1,2,3,等)におけるサイドローブ(即ち追加信号)が抑制される。これはマルチバンドRFパルスが3つ以上のスライス、例えば図7の4つのメインローブ信号701に関連して示される4つのスライスを励起することを目的とする場合に特に有利である。ステップ201〜203(及びこれらの繰り返し)は、撮像シーケンスが始まる前の準備段階である。準備段階は、例えば後に物理的スキャンに使用される撮像条件及び/又は画像再構成等に使用されるデータを決定するための較正スキャン又はプレスキャンである。準備段階は臨床スキャン即ちメインスキャンとは別に行われる。準備段階は臨床又は物理的スキャンの前に行われる。物理的スキャン、臨床スキャン又はメインスキャンという言葉は、T1強調画像等の意図した診断画像を撮像するためのスキャンを指す。
例えば、この準備段階では、ステップ201の第1のマルチバンドRFパルスは、ステップ201〜203を繰り返す毎に送出され、すぐにMRIシステムのスペクトロメータ出力(TX出力)及び/又はRF増幅器(例えば115)のRF増幅器フォワードポートから戻される。TX出力又はRFAフォワードからの信号は、追加信号、即ちサイドローブ信号を決定するのに使用される。TX及び/又はRFAに送信された第1のマルチバンドRFパルスとTX及び/又はRFAから受信されたパルス又は信号の差は第1のマルチバンドRFパルスに追加され、ステップ203の第2のマルチバンドRFパルスが形成される。
準備段階の終わりに、第2のマルチバンドRFパルスは、追加信号が少なくとも部分的に抑制されるために部分的又は完全に補償され、撮像シーケンスに使用される。
しかし、ハードウェアの欠陥が不可避の場合があり、小さなサイドローブが準備段階後も残ってしまう。従って、以下では画像再構成、例えば物理的スキャンにおいてサイドローブスライスを展開するための方法が説明される。この方法は準備段階と併用して又は準備段階とは別に適用される(例えば、これによって反復的な画像再構成の利用が妨げられる)。
従来の画像再構成法では、サイドローブは再構成行列に考慮されていない。しかし、実際には、準備段階の後もサイドローブ、例えば図3の4つのサイドローブ(309〜312)が残っている。図3の場合において、従来の再構成行列が使用される場合は、2つの画像のみが(メインローブ307〜308に関連して)生成されるが、4つのサイドローブからの信号がメインローブ画像に埋め込まれるためアーチファクトが存在する。
サイドローブ及びメインローブの異なるフリップ角を考慮するために、再構成行列(即ち公式)は、Sc,q*(f*x)q,1=Cc,1と定義され、公式中の「1」は行列が1列しか有しないことを意味する。ここでqは、1からメインローブの数に無視できないサイドローブ(即ちサイドローブは所定の最大雑音振幅よりも高い振幅を有する)の数を加えた数まで変化する数であり、Sc,qはスライスqにおけるコイルcの感度であり、xq,1はスライスqからの空間依存信号であり、Cc,1は受信コイルcの信号であり、fは全てのローブ(メイン及びサイドローブ)のフリップ角差を確定するために使用される。「f」は準備段階の間に取得されたRF信号から計算され、fは準備段階後の全てのローブ(メインローブ及びサイドローブ)の正規化された測定信号振幅である。正規化は、例えば所要のフリップ角、例えば1640を計算するために使用される値である単一値について行われる。別の例では、正規化は、メインローブ信号及び/又はサイドローブ信号の振幅の最大又は平均振幅について行われる。例えば、4つのメインローブ701及び4つのサイドローブ703〜707からなる図7のスライスプロファイル700の場合は、「f」は、信号701〜707の正規化された信号振幅である値を有する8要素アレイ(及びq=1,2,3..又は8)である。
再構成が行われた後、従来の再構成における4つではなく8つの画像が生成される。4つのサイドローブ信号は4つの個別の画像として再構成され、破棄される。従って、メインローブ画像にはアーチファクトが存在しない。また、メインローブ信号は等しくなく、その差は再構成公式の「f」に反映されているため、メインローブにおける差も補正される。これによって4つのメインローブにおける明度差が補正される。例えば、これによって図4の2つのメインローブの等しくない振幅が補正される。
IQ、撮像速度要件及びハードウェア欠陥の重症度に応じて、パルス事前歪み又は再構成確定を別々に使用する又は併用することができる。
修正された再構成行列を使用することにより、コイルの数がqよりも多い限り、アーチファクトのないサイドローブスライスを含む全てのスライスを展開することができる。異なるフリップ角に起因する信号差も「f」により補正される。
図3は、例えば2f=16kHzにおいて、10%以下の側波帯域信号が生成される(シミュレーションデータからの)スライスプロファイル300を示す。理論的な又は設計されたスライスプロファイル(即ち、RF増幅器の制限等のハードウェア制限のない)は2つの信号307及び308のみからなる。
図5は、追加信号309、401Aを決定するための方法のフローチャートである。
ステップ501において、マルチバンドRFパルスは2つのスライスを同時に励起するために印加される。
ステップ503において、MRデータが、印加されたマルチバンドRFパルスに応答してMRIシステム100を使用して取得される。
ステップ505において、取得されたMRデータを使用して画像が再構成される。
ステップ507において、RFパルス生成器164は、再構成された画像内に、例えば所定の最小振幅値よりも高い振幅を有する非ゼロ振幅を有する信号を識別する。RFパルス生成器164は、識別された信号の周波数帯域を決定し、これを第1及び第2の周波数帯域と比較する。決定された周波数が第1又は第2の周波数帯域とは異なる(例えば重複しない、又は少なくとも部分的に重複する)場合は、関連信号は追加(不所望の側波帯域)信号である。
図6は、追加信号309、401Aを自動的に決定するための別の方法のフローチャートである。
ステップ601において、RFパルス生成器164は、履歴データ170内で1つ以上のマルチバンドRFパルスのうち、マルチバンドRFパルスに対応するテンプレートマルチバンドRFパルスを識別する。
ステップ603において、RFパルス生成器164は、識別されたテンプレートマルチバンドRFパルスに関連付けられた周波数スペクトル300を使用して追加信号を識別する。
100 磁気共鳴イメージングシステム
104 磁石
106 磁石のボア
108 イメージングゾーン
110 磁場勾配コイル
112 磁場勾配コイル電源
114 高周波コイル
115 RF増幅器
118 被検体
126 コンピュータシステム
128 ハードウェアインターフェース
130 プロセッサ
132 ユーザインターフェース
134 コンピュータストレージ
136 コンピュータメモリ
160 制御モジュール
164 RFパルス生成器
170 履歴データ
300 スライスプロファイル
301〜305 周波数帯域
307〜308 主帯域(メインローブ)信号
309〜312 側波帯域(サイドローブ)信号
313 振幅
400A〜B スライスプロファイル
401A〜B 側波帯域信号
700 スライスプロファイル
701 メインローブ信号
703〜707 サイドローブ信号

Claims (13)

  1. MRIシステムにおいて側波帯域を抑制するための方法であって、前記方法は、
    被検体の少なくとも2つのスライスを第1及び第2の周波数帯域において同時に励起するための第1のマルチバンドRFパルスを提供し、前記MRIシステムを使用して、励起された2つのスライスからのMR信号と、前記2つのスライスとは異なるスライスの第1のマルチバンドRFパルスによる側波帯域励起から生じる第3の周波数帯域における少なくとも1つの追加MR信号とを取得するステップa)と、
    前記第1のマルチバンドRFパルス及び前記追加MR信号から事前補償項を導き、前記事前補償項を前記第1のマルチバンドRFパルスに加えて第2のマルチバンドRFパルスを取得し、これにより、前記第2のマルチバンドRFパルスにより被検体の前記少なくとも2つのスライスを励起する際に前記追加MR信号の少なくとも一部を抑制するため前記第1のマルチバンドRFパルスを前記第2のマルチバンドRFパルスで置き換えるステップb)と、
    を含む、方法。
  2. 抑制された前記追加MR信号の少なくとも一部が所定の最小側波帯域信号振幅よりも高くなるまで、前記追加MR信号を決定するステップと、前記ステップb)において前記第2のマルチバンドRFパルスを前記第1のマルチバンドRFパルスとして使用して導くステップc)とを繰り返すステップを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記MRIシステムのRFコイルからの信号を再構成するために前記第2のマルチバンドRFパルスを使用して前記少なくとも2つのスライスを励起するステップを含み、前記RFコイルの1つのRFコイルから信号を再構成するステップは、式S*(f*x)q,1に従って行われ、ここで、qは前記少なくとも2つのスライスのうちの1つのスライス及び追加スライスを指し、Sはqについての前記1つのRFコイルの感度であり、fはqにおける、全てのローブ(メイン及び追加の信号の成分を表すメインローブ及びサイドローブ)の正規化された測定信号振幅であり、xはqからの信号である、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記追加MR信号を決定するステップは、
    前記第1のマルチバンドRFパルスを使用して前記2つのスライスを励起するステップと、
    前記第1のマルチバンドRFパルスに応答して前記2つのスライスについて取得されたMRデータを使用して画像を再構成するステップと、
    再構成された前記画像を使用して前記追加MR信号を識別するステップとを含む、
    請求項1乃至3の何れか一項に記載の方法。
  5. 前記MRIシステムは、前記MRIシステムで生成されたRFパルスを増幅するためのRF増幅器を備え、前記追加MR信号を決定するステップは、
    前記第1のマルチバンドRFパルスを使用して前記2つのスライスを励起するステップと、
    前記第1のマルチバンドRFパルスを前記RF増幅器の出力として又は前記MRIシステムのRFコイルの出力として受信するステップと、
    受信された前記第1のマルチバンドRFパルスの周波数スペクトルを取得するために、前記受信された第1のマルチバンドRFパルスにフーリエ変換又はブロックシミュレーションを施すステップと、
    前記周波数スペクトル内の前記追加MR信号を識別するステップとを含む、
    請求項1乃至3の何れか一項に記載の方法。
  6. 前記追加MR信号を決定するステップは、前記追加MR信号が前記第3の周波数帯域における側波帯域信号であることを示すデータを前記MRIシステムのユーザから受信するステップを含む、請求項1乃至3の何れか一項に記載の方法。
  7. 前記追加MR信号を決定するステップは、1つ以上のマルチバンドRFパルス及び関連付けられた周波数スペクトルを示す履歴データを提供するステップと、
    前記第1のマルチバンドRFパルスに対応する前記1つ以上のマルチバンドRFパルスの1つのマルチバンドRFパルスを識別するステップと、
    識別された前記マルチバンドRFパルスに関連付けられた周波数スペクトルを使用して前記追加MR信号を識別するステップとを含む、
    請求項1乃至3の何れか一項に記載の方法。
  8. 前記識別するステップは、
    前記被検体のジオメトリを決定するステップと、
    周波数スペクトルにおける前記第1の周波数帯域及び前記第2の周波数帯域の周辺領域を決定するため、決定された前記ジオメトリを使用するステップと、
    前記周辺領域内の前記追加MR信号を識別するステップとを含む、請求項4乃至7の何れか一項に記載の方法。
  9. 前記第1のマルチバンドRFパルスは、Aei(φ+2πft)+Aei(φ−2πft)=Aeiφ・2・cos(2πf・t)と定義され、前記第2のマルチバンドRFパルスは、Aeiφ・(2・cos(2πf・t)−h(f,t))と定義され、ここで、
    は事前補償項であり、sは前記第1の周波数帯域又は前記第2の周波数帯域における前記MR信号の1つの信号の振幅と前記第3の周波数帯域における前記追加MR信号の振幅との間の比を表すチューニングパラメータであり、(2k)fは前記第3の周波数帯域を含み、φkは前記追加MR信号と前記2つのスライスからの前記MR信号の1つの信号との間の位相差であり、Nは少なくとも1つの前記追加MR信号の数を決定する、請求項1乃至8の何れか一項に記載の方法。
  10. 前記第2のマルチバンドRFパルスは、Aeiφ・g(f・t)・m(f,t)と定義され、ここで、m(f,t)は調和関数であり、g(f,t)=2・cos(2πf・t)であり、g(f,t)m(f,t)のtについてのフーリエ変換は、f及び−fにおいて1に近く、それ以外では0に近い応答を与える、請求項1乃至8の何れか一項に記載の方法。
  11. 請求項1乃至10の何れか一項に記載の方法のステップを実行するコンピュータ実行可能命令を含む、コンピュータプログラム。
  12. 側波帯域抑制のための磁気共鳴イメージング(MRI)システムのRFパルス生成器であって、被検体の少なくとも2つのスライスを第1及び第2の周波数帯域において同時に励起するための第1のマルチバンドRFパルスが提供され、前記MRIシステムを使用して、励起された前記2つのスライスからのMR信号と、前記2つのスライスとは異なるスライスの側波帯域励起から生じる第3の周波数帯域における少なくとも1つの追加MR信号とを取得し、前記RFパルス生成器は、前記追加MR信号を決定するために前記第1のマルチバンドRFパルスを使用し、前記第1のマルチバンドRFパルス及び前記追加MR信号から事前補償項を導き、前記事前補償項を前記第1のマルチバンドRFパルスに加えて第2のマルチバンドRFパルスを取得し、これにより、前記第2のマルチバンドRFパルスにより被検体の少なくとも2つのスライスを励起する際に、前記追加MR信号の少なくとも一部を抑制するために前記第1のマルチバンドRFパルスを前記第2のマルチバンドRFパルスで置き換える、RFパルス生成器。
  13. 請求項12に記載のRFパルス生成器を含む、磁気共鳴データを取得するためのMRIシステム。
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