JPH09173316A - Mrデータを収集する方法及び装置 - Google Patents
Mrデータを収集する方法及び装置Info
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- JPH09173316A JPH09173316A JP8213948A JP21394896A JPH09173316A JP H09173316 A JPH09173316 A JP H09173316A JP 8213948 A JP8213948 A JP 8213948A JP 21394896 A JP21394896 A JP 21394896A JP H09173316 A JPH09173316 A JP H09173316A
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Abstract
タを収集する方法及び装置を提供する。 【解決手段】 被検体内の様々な位置からMRスペクト
ル又はMR画像を収集するパルス・シーケンスをインタ
リーブすることにより、MRS走査又はMRI走査を行
う。各々の位置でのMRデータを収集するのに用いられ
るパルス・シーケンスのパラメータを、走査中に動的に
変更して、MR測定を最適化する。
Description
トロスコピイ(MRS)及び磁気共鳴作像(MRI)で
ある。具体的には、本発明は、被検体の多数の領域から
のスペクトル及び画像の収集に関する。
極磁場B0 )にさらされたときに、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において乱
雑な状態で磁場の周りを歳差運動している。物体、即ち
組織がx−y平面内に存在するラーモア周波数に近い磁
場(励起磁場B1 )にさらされると、正味の整列モーメ
ントMz は、x−y平面に向かって回転する、即ち「傾
斜する」ことが可能であって、その結果、正味の横(方
向)磁気モーメントMt を発生する。励起したスピンに
よって信号が放出され、励起磁場B1 を停止した後に、
この信号を受信すると共に処理してスペクトルを形成す
ることができる。
領域を局在化するために、磁場勾配(Gx 、Gy 及びG
z )が用いられる。例えばポイント・リゾルブド・スペ
クトロスコピイ(point resolved spectroscopy(PR
ESS))では、複数の勾配磁場を選択RFパルスと併
用して、3つの直交するスライスの交差部に位置してい
るボクセルからスペクトルを収集する。一方、スペクト
ロスコピック・イメージング(SI)では、1つの勾配
磁場を選択RFパルスと併用して、あるスライス内のス
ピンを励起し、他の2つの勾配を用いて、収集されるN
MRスペクトルを位相エンコードすると共に信号を当該
スライス内のボクセルに局在化させる。
を長くして、収集間で縦方向のスピン磁化を完全に回復
させている。同一の位置からの64〜256の収集を平
均するのが通例なので、1つの位置からスペクトルを収
集する所要時間は非常に長引く。このため、被検体内の
様々な位置から、連続したMRスペクトルを収集するの
に必要な時間は膨大となり、実現不可能である。
の問題は、様々なスライス位置からの収集をインタリー
ブすることにより解決されている。1つのスライス内の
縦磁化が回復している最中に、残りの別個のスライスか
ら画像データが収集される。こうして、1つのスライス
を走査するのに必要な時間中に、多くのスライスについ
ての画像データが収集される。従来のMRIにおいて、
この解決法が可能であるのは、インタリーブされたすべ
てのスライスを走査するのに用いられているパルス・シ
ーケンスが同一であって、変更されるのはスライス位置
のみであるからである。すべてのスライスについて、均
一性、パルス出力及びパルス周波数に対する単一の調節
がなされる。MRS、及び化学シフトに敏感なMRI
(例えば、化学シフト選択的脂肪飽和)では、これらの
パラメータを単一に静的に調節することはしばしば不適
当である。
するためには、取得される特定のスペクトルに応じて、
多数のスペクトロスコピイ・パルス・シーケンス・パラ
メータを調節することが通例である。例えば、ボクセル
の寸法が異なるかもしれないし、シム・コイル補正が異
なるかもしれないし、水抑制又は脂肪抑制のための予備
的パルスが異なるかもしれない。従って、従来のMRI
でなされていたように単純にスペクトロスコピイ収集を
インタリーブすることはできない。
クトル又は画像が各々の位置について最適になるよう
に、各々の収集に先立ってパルス・シーケンス・パラメ
ータを動的に変更することにより、MRSデータ及びM
RIデータの収集をインタリーブする方法及び装置であ
る。具体的には、インタリーブされる収集の各々につい
て最適なスペクトロスコピック・パルス・シーケンス・
パラメータが記憶され、MRシステムは、記憶されたパ
ルス・シーケンス・パラメータに従って走査中にそのパ
ルス・シーケンスを動的に変更するように動作すること
が可能である。物体内の複数の位置からのスペクトロス
コピイ収集又は作像収集は、こうしてインタリーブさ
れ、各々の収集について最適なスペクトロスコピック・
パルス・シーケンスが用いられる。
Rスペクトロスコピイ収集及びMR作像収集をインタリ
ーブすることにある。別個の各々の収集についてパルス
・シーケンス・パラメータを動的に変更することによ
り、各々の位置において最適なMRI及びMRSパルス
・シーケンスが用いられる。
を組み込んだ好適なMR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、オペレータ・コンソー
ル100から制御され、オペレータ・コンソール100
は、キーボード兼制御パネル102とディスプレイ10
4とを含んでいる。コンソール100はリンク116を
介して、独立した計算機システム107と交信してお
り、計算機システム107は、オペレータによるスクリ
ーン104上での画像の生成及び表示の制御を可能にし
ている。計算機システム107は、バックプレーンを介
して互いに交信している多数のモジュールを含んでい
る。これらのモジュールは、画像処理モジュール106
と、CPUモジュール108と、画像データ配列を記憶
するフレーム・バッファとして当業界で知られているメ
モリ・モジュール113とを含んでいる。計算機システ
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及びテープ駆動装置112に
結合されていると共に、高速シリアル・リンク115を
介して別個のシステム制御装置122と交信している。
ン118によって互いに接続された1組のモジュールを
含んでいる。これらのモジュールは、CPUモジュール
119と、パルス発生器モジュール121とを含んでお
り、パルス発生器モジュール121は、シリアル・リン
ク125を介してオペレータ・コンソール100と接続
している。リンク125を介して、システム制御装置1
22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)をオペレータから受信する。パルス発生器
モジュール121は、システムの構成要素を動作させて
所望の走査シーケンスを実行する。モジュール121
は、発生されるべきRFパルスのタイミング、強度及び
形状、並びにデータ収集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する。パルス発生器モジュー
ル121は、1組の勾配増幅器127に接続されてお
り、走査中に発生された勾配パルスのタイミング及び形
状、並びにスペクトルを収集すべき位置内のB0 均一性
を向上させるために発生されるべきあらゆるシム磁場を
指示する。パルス発生器モジュール121は又、患者に
接続された多数の異なるセンサからの信号、例えば電極
からの心電図(ECG)信号又はベローからの呼吸信号
を受信する生理学データ収集制御装置129から患者の
データを受信する。そして最後に、パルス発生器モジュ
ール121は、患者の状態及びマグネット・システムの
状態と関連している様々なセンサからの信号を受信する
走査室インタフェイス回路133と接続している。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も又、所望の走査位置に患者を動かすため
の命令を受信する。
実行する場合には、オペレータはCPUモジュール11
9に、インタリーブされる各々の収集についてのパルス
・シーケンス・パラメータをダウンロードする。これら
のパラメータは、各々を実行する順序を指示するデータ
と共にテーブル内に記憶される。図5に示すように、C
PUモジュール119は、インタリーブ式走査を実行す
るようにプログラムされており、この走査では、これら
のパルス・シーケンス・パラメータは、テーブルから順
次読み出されると共にパルス発生器モジュール121に
よって用いられて、別個のスペクトロスコピイ収集を実
行する。
ときに、処理ブロック22に示すように、パルス・シー
ケンス・テーブル20から、インタリーブされる第1の
スペクトロスコピー収集に対するパラメータが読み出さ
れる。これらのパラメータはパルス発生器モジュール1
21にダウンロードされると共に、処理ブロック24に
示すようにパルス・シーケンスが実行される。マルチス
ライス作像の場合には、収集されたMRデータは、別個
に処理され記憶される。次いで、システムは、判定ブロ
ック26でループ・バックし、処理ブロック28におい
てパルス・シーケンス・パラメータの次の組が指し示さ
れる。このループは、インタリーブされる各々のスペク
トロスコピイ・パルス・シーケンスが、シーケンス各々
についての記憶されているパラメータの組を用いて1回
ずつ実行されるまで繰り返される。
つ行われた後に、システムは、選択されたTR時間が満
了するまで判定ブロック30で待機する。膨大な数の測
定をインタリーブすれば、この待機時間を極めて短くす
ることができ、走査は最大の効率で実行される。TR時
間が満了したら、判定ブロック32で走査が完了したか
どうかを決定する検査が行われる。典型的には、結果を
平均すると共に各々の選択された位置で収集されるスペ
クトルのSN比を向上させるために、インタリーブされ
た64〜128の収集が繰り返される。
生された勾配波形は、Gx 増幅器と、Gy 増幅器と、G
z 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を付したアセンブリ内の対応する勾配コイルを励
起して、収集される信号の位置エンコーディングとシム
磁場の生成とのために用いられる磁場勾配を発生する。
これらの勾配磁場は又、分極磁場を「シム」して(シム
作用を及ぼして)、MRデータを収集する位置での分極
磁場の均一性を保証するためにも用いられる。
ット・アセンブリ141の一部を形成しており、マグネ
ット・アセンブリ141は、分極マグネット140と、
全身型RFコイル152とを含んでいる。システム制御
装置122内の送受信モジュール150はパルスを発生
し、これらのパルスは、RF増幅器151によって増幅
されると共に、送信/受信(T/R)スイッチ154に
よってRFコイル152に結合される。患者内の励起核
によって放出された結果信号は、同じRFコイル152
によって検知され得ると共に、送信/受信スイッチ15
4を介して前置増幅器153に結合される。増幅された
MR信号は、送受信器150の受信部において復調さ
れ、濾波されると共にディジタル化される。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、送信モード中にはRF増幅
器151をコイル152に電気接続し、受信モード中に
は前置増幅器153をコイル152に電気接続する。送
信/受信スイッチ154は又、送信モード又は受信モー
ドのいずれの場合でも、分離型RFコイル(例えば、頭
部コイル又は表面コイル)を用いることも可能にしてい
る。
信号は、送受信モジュール150によってディジタル化
されると共に、システム制御装置122内のメモリ・モ
ジュール160に転送される。走査が完了してデータ配
列全体がメモリ・モジュール160内に収集されたとき
に、アレイ・プロセッサ161が動作してこのデータを
要求に応じてフーリエ変換する。この変換されたデータ
は、シリアル・リンク115を介して計算機システム1
07に伝送されて、ここでディスク・メモリ111内に
記憶される。オペレータ・コンソール100から受信し
た命令に応答して、この変換されたデータをテープ駆動
装置112に保管することもできるし、又は画像処理装
置106で更に処理してオペレータ・コンソール100
に伝送すると共にディスプレイ104に提示することも
できる。
器150は、電力増幅器151を介してコイル152A
の所にRF励起磁場B1 を発生すると共に、コイル15
2B内で誘導された結果信号を受信する。上述のよう
に、コイル152A及びコイル152Bは、図2に示す
ような分離型であってもよいし、又は図1に示すような
単一の全身型コイルであってもよい。RF励起磁場の基
本周波数、即ち搬送周波数は、周波数合成器200の制
御下で発生される。周波数合成器200は、CPUモジ
ュール119及びパルス発生器モジュール121から1
組のディジタル信号(CF)を受信する。これらのディ
ジタル信号は、出力201の所で発生されているRF搬
送波信号の周波数及び位相を示している。命令に応じた
RF搬送波は、変調器兼アップ・コンバータ202に印
加され、同様にパルス発生器モジュール121から受信
された信号R(t)に応答して変調器兼アップ・コンバ
ータ202で振幅変調を受ける。信号R(t)は、発生
されるRF励起パルスの包絡線を画定していると共に、
記憶された一連のディジタル値を順次読み出すことによ
りモジュール121内で発生されている。これらの記憶
されたディジタル値は、オペレータ・コンソール100
から逐次変更することが可能であり、所望のどのような
RFパルス包絡線でも発生することができる。
振幅は、バックプレーン118からディジタル命令TA
を受信している励起信号減衰回路206によって減衰さ
れる。減衰したRF励起パルスは、RFコイル152A
を駆動する電力増幅器151に印加される。送受信器1
22のこの部分についてのより詳細については、米国特
許第4,952,877号に記載されており、本特許は
ここに参照されるべきものである。
検体によって発生された信号は、受信コイル152Bに
よって捕えられると共に、前置増幅器153を介して受
信信号減衰器207の入力に印加される。受信信号減衰
器207は、バックプレーン118から受信されたディ
ジタル減衰信号(RA)によって決定されている量まで
信号を更に増幅する。
れに近い周波数であり、この高周波信号は、ダウン・コ
ンバータ208によって次の2段階で(下降変換)ダウ
ン・コンバートされる。即ち、先ず、MR信号を線20
1の搬送波信号と混成し、次いで結果の差信号を線20
4の2.5MHzのレファランス信号と混成する。ダウ
ン・コンバートされたMR信号は、アナログからディジ
タルへの(A/D)変換器209の入力に印加され、A
/D変換器209は、アナログ信号をサンプリングして
ディジタル化すると共に、この信号をディジタル検出器
兼信号処理装置210に印加し、ディジタル検出器兼信
号処理装置210は、受信した信号に対応する16ビッ
トの同相(in-phase(I))値及び16ビットの直角位
相(quadrature(Q))値を発生する。受信信号をディ
ジタル化したI値及びQ値の結果ストリームは、バック
プレーン118を介してメモリ・モジュール160に出
力され、そこで画像を再構成するために用いられる。
kHzのサンプリング信号、並びに5MHz、10MH
z及び60MHzのレファランス信号は、レファランス
周波数発生器203によって、共通の20MHzマスタ
・クロック信号から生成されている。受信器についての
より詳細は、米国特許第4,992,736号に記載さ
れており、本特許はここに参照されるべきものである。
ピイ・イメージングのパルス・シーケンスを用いて、本
発明に従ってインタリーブ式走査を行うことができる。
この実施例では、被検体全体にわたる複数の様々なスラ
イスからスペクトルが収集されており、図3のパルス・
シーケンスのためのパラメータは、各々のスライスにつ
いて微調節されている。反転回復のための予備的RFパ
ルス300、続いてスポイラ勾配301を用いて、時間
間隔TIによって決定されるものとして脂肪又は水から
の信号を抑制することができる。この抑制方法の成功如
何は、スペクトルを収集するスライス内でのB0 磁場の
均一性、RF周波数及びRF出力に大きく依存する。従
って、これらのパラメータは、各々のスライス位置につ
いて別個に決定される。B0 磁場の均一性は、適当な勾
配磁場を印加して各々のスライス内でのB0 磁場をシム
する(B0 磁場にシム作用を及ぼす)ことにより、各々
のスライスについて別個に整えられる。同様に、RF出
力は、RF反転パルス300がスライス内に所望のフリ
ップ角を生成するように調節され、パルス300の周波
数は、水又は脂肪のスピンに合わせて設定される。
て、Gz スライス選択勾配306の存在下で印加される
選択RF励起パルス304によって、スライス内に横磁
化が生成される。次いで、Gx 位相エンコーディング・
パルス308及びGy 位相エンコーディング・パルス3
10が印加されると共に180°RFリフェイジング
(再位相合わせ)・パルス312が印加されて、スピン
・エコーMR信号が発生し、この信号はデータ収集ウィ
ンドウ314内で収集される。RFパルス304及び3
12の周波数及び出力は、当該走査における各々のスラ
イスについて別個に調節され、B0 磁場の均一性は、各
々のスライスについて別個に整えられる。インタリーブ
式走査の各々のスライスについてこれらのパルス・シー
ケンス・パラメータを別個に調節することにより、正確
なスペクトルを収集することができる。
ルブド・スペクトロスコピイ(PRESS)のパルス・
シーケンスも又、RF反転パルス316及びスポイラ勾
配318によって水又は脂肪のスピンからの信号が抑制
されるような予備的段階を含んでいる。上述したSIパ
ルス・シーケンスの場合と同様に、RFパルス316の
周波数及び出力は、スペクトルを収集したい各々のボク
セルについて別個に調節され、B0 磁場は別個にシムさ
れる。
置、寸法及び形状は、それぞれGzスライス選択勾配パ
ルス326、Gy スライス選択勾配パルス328及びG
x スライス選択勾配パルス330の存在下で実行される
3つの選択RFパルス320、322及び324によっ
て決定される。RFパルス320は、選択90°励起パ
ルスであって、このパルスは、z軸に沿った位置及び厚
みを有しているx−yスライス内の横磁化を生成し、こ
れらの位置及び厚みは、RFパルス320の周波数及び
バンド幅、並びにGz 勾配326の大きさによって決定
される。RFパルス322は、励起されたx−y平面内
の線を選択する180°リフェイジング・パルスであ
り、RFパルス324は、この線に沿ったボクセルを選
択する180°リフェイジング・パルスである。パルス
322及びパルス324の正確な周波数及びバンド幅、
並びに勾配パルス328及び勾配パルス330の強度に
よって、それぞれy勾配軸及びx勾配軸に沿ってボクセ
ルの位置及び寸法が決定される。反転回復の予備のため
のパラメータ及び選択されたボクセルの寸法及び位置を
決めるパラメータは、インタリーブ式走査中に動的に変
更される。加えて、B 0 磁場は、シム勾配磁場を動的に
変更することによって、各々のボクセル位置において別
個にシムされる。この後者の調節(シム)は、データ収
集ウィンドウ332の最中にスペクトルが収集されてい
るときに特に重要である。
るようないかなるスペクトロスコピイ・パルス・シーケ
ンス又は作像パルス・シーケンスに対しても本発明を用
い得ることが、当業者には明らかであろう。各々の位置
において正確なスペクトルを得ることを保証するパラメ
ータは、走査中に動的に調節されている。
る。
信器の電気ブロック図である。
ロスコピック・イメージングのパルス・シーケンスのグ
ラフである。
Sのパルス・シーケンスのグラフである。
好適な方法を示すフローチャートである。
Claims (8)
- 【請求項1】 MRシステムの分極磁場内に配置された
被検体内の複数の位置から単一の走査中にMRデータを
収集する方法であって、 (a) 第1の組のMRパルス・シーケンス・パラメー
タを前記MRシステムに設けられたパルス発生器にダウ
ンロードする工程と、 (b) 該第1の組のMRパルス・シーケンス・パラメ
ータを用いて前記MRシステムで第1のMRパルス・シ
ーケンスを実行する工程と、 (c) 前記被検体内の第1の位置からMRデータを収
集して、該データを第1のデータ・セット内に記憶する
工程と、 (d) 第2の組のMRパルス・シーケンス・パラメー
タを前記MRシステムに設けられた前記パルス発生器に
ダウンロードする工程と、 (e) 該第2の組のMRパルス・シーケンス・パラメ
ータを用いて前記MRシステムで第2のMRパルス・シ
ーケンスを実行する工程と、 (f) 前記被検体内の第2の位置からMRデータを収
集して、該データを第2のデータ・セット内に記憶する
工程と、 (g) 前記第1のデータ・セット及び前記第2のデー
タ・セットが完成するまで前記工程(a)〜(f)を繰
り返す工程とを備えたMRデータを収集する方法。 - 【請求項2】 前記走査中に、MRパルス・シーケンス
・パラメータの追加の組が前記パルス発生器にダウンロ
ードされ、対応する追加のMRパルス・シーケンスが実
行されると共に、前記被検体内の対応する追加の位置か
らMRデータが収集されて、対応する追加のデータ・セ
ット内に記憶される請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記MRパルス・シーケンス・パラメー
タは、特定のスピン種からのMR信号を抑制するのに用
いられるRFパルスの周波数を含んでいる請求項1に記
載の方法。 - 【請求項4】 前記MRパルス・シーケンス・パラメー
タは、MRデータが収集される位置における分極磁場の
均一性を整えるために印加される勾配磁場の値を含んで
いる請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 前記MRパルス・シーケンス・パラメー
タは、MRデータが収集される場所の位置、形状及び寸
法を確定するために前記MRパルス・シーケンス内で用
いられる勾配磁場の値を含んでいる請求項1に記載の方
法。 - 【請求項6】 前記MRパルス・シーケンス・パラメー
タは、前記第1の位置及び前記第2の位置におけるB1
励起磁場内の変動を補償するように最適化されるRF出
力を含んでいる請求項1に記載の方法。 - 【請求項7】 前記MRパルス・シーケンスは、スペク
トロスコピック・パルス・シーケンスであり、前記MR
データは、MRスペクトルである請求項1に記載の方
法。 - 【請求項8】 MRシステムの分極磁場内に配置された
被検体内の複数の位置から単一の走査中にMRデータを
収集する装置であって、 (a) 第1の組のMRパルス・シーケンス・パラメー
タを前記MRシステムに設けられたパルス発生器にダウ
ンロードする手段と、 (b) 該第1の組のMRパルス・シーケンス・パラメ
ータを用いて前記MRシステムで第1のMRパルス・シ
ーケンスを実行する手段と、 (c) 前記被検体内の第1の位置からMRデータを収
集すると共に、該データを第1のデータ・セット内に記
憶する手段と、 (d) 第2の組のMRパルス・シーケンス・パラメー
タを前記MRシステムに設けられた前記パルス発生器に
ダウンロードする手段と、 (e) 該第2の組のMRパルス・シーケンス・パラメ
ータを用いて前記MRシステムで第2のMRパルス・シ
ーケンスを実行する手段と、 (f) 前記被検体内の第2の位置からMRデータを収
集すると共に、該データを第2のデータ・セット内に記
憶する手段と、 (g) 前記第1のデータ・セット及び前記第2のデー
タ・セットが完成するまで前記手段(a)〜(f)を繰
り返し動作させる手段とを備えたMRデータを収集する
装置。
Applications Claiming Priority (2)
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US08/516265 | 1995-08-17 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH09173316A true JPH09173316A (ja) | 1997-07-08 |
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