JPH09187441A - 磁気共鳴像形成方法及びシステム - Google Patents

磁気共鳴像形成方法及びシステム

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JPH09187441A
JPH09187441A JP8329003A JP32900396A JPH09187441A JP H09187441 A JPH09187441 A JP H09187441A JP 8329003 A JP8329003 A JP 8329003A JP 32900396 A JP32900396 A JP 32900396A JP H09187441 A JPH09187441 A JP H09187441A
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echo
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gradient
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JP8329003A
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Gordon D Demeester
ディー デミースター ゴードン
Rao P Gullapalli
ピー ガラパーリ ラオ
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ジェイ ロンカー マーク
Liu Haiying
リウ ハイイング
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 エコー平面像形成及びエコ一体積像形成に使
用される磁気共鳴像形成方法及びシステムを提供する。 【解決手段】 シーケンス制御器４０は、送信器２４及
び勾配増幅器２０が適当な高周波励起及び他のパルスを
送信して、選択されたダイポールに磁気共鳴を誘起する
と共に、その磁気共鳴を励起パルスに続く一連のエコー
へと再収束する。受信器３８は、各エコーをデジタルデ
ータ線に変換する。各データ線は、ｋスペースに均一性
を得るようにレグリディングされる７０。データ線は、
周波数エンコード方向に１次元フーリエ変換される７
２。１次元フーリエ変換されたデータ線は、位相修正ベ
クトルで畳み込みされる８０。位相修正ベクトル決定シ
ステム８２は、一連の校正エコーから励起後の各エコー
番号又は位置に対し対応する位相修正ベクトルを決定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴像形成方
法及びシステムに係る。本発明は、エコー平面像形成
（ＥＰＩ）及びエコー体積像形成（ＥＶＩ）に関連して
特に適用することができ、これについて特に説明する。
しかしながら、本発明の技術は、繰り返し勾配エコー、
スピンエコー、又はこれら勾配及びスピンエコーの組み
合わせを伴う他の迅速像形成シーケンス、例えば、高速
スピンエコー（ＦＳＥ）技術や、勾配及びスピンエコー
（ＧＳＥ）技術にも適用できることを理解されたい。
【０００２】
【従来の技術】これまで、磁気共鳴像形成の対象物は、
一時的な一定磁界内に配置され、選択されたダイポール
が磁界と優先的に整列するようにされる。高周波パルス
が付与されて、その優先的に整列したダイポールが共鳴
させられ、特性共鳴高周波の磁気共鳴信号を放射する。
共鳴ダイポールからの高周波磁気共鳴信号が読み出され
て、像表示へと再構成される。
【０００３】磁気共鳴信号を増強するために、共鳴信号
が一般にエコーへと再収束される。磁界勾配の極性を反
転すると、フィールド即ち勾配エコーが誘起される。同
様に高周波励起パルスに続いて、１８０゜再収束パルス
により、共鳴スピン系がスピンエコーとして再収束され
る。更に、磁界勾配の反転を繰り返すことにより、各高
周波励起パルスに続いて一連の勾配エコーを発生するこ
とができる。同様に、１８０゜高周波再収束パルスを繰
り返すことにより、各高周波励起パルスに続いて一連の
スピンエコーを発生することができる。更に別の選択と
して、単一の高周波励起パルスの後に、スピンエコー及
び勾配エコーの混合を付与することもできる。例えば、
ホーランド氏等の米国特許第４，８３３，４０８号を参
照されたい。
【０００４】２次元のフーリエ変換像形成技術において
は、読み取り軸に沿って周波数エンコードするためにエ
コーの読み出し中に読み取り勾配が付与され、そしてエ
コーとエコーとの間の位相エンコード軸に沿って位相エ
ンコード化を歩進するために位相エンコード勾配がパル
ス付勢される。このように、各エコーは、ｋスペースに
データ線を発生する。データ線の相対的な位相エンコー
ドがｋスペースにおけるそれらの相対的な位置を制御す
る。従来、ゼロ位相エンコードを伴うデータ線は、ｋス
ペースの中心を横切って延びる。位相エンコード勾配が
正のステップで暫時歩進するようなデータ線は、一般
に、ｋスペースの中心線より上に描かれ、そして暫時の
負の位相エンコードステップを伴うデータ線は、ｋスペ
ースの中心線より下に描かれる。このように、ｋスペー
スにおけるデータ値の２５６ｘ２５６又は５１２ｘ５１
２等のマトリクスが形成される。これらの値をフーリエ
変換すると、従来の磁気共鳴像が発生される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】単一のＲＦ励起の後
に、全組（例えば、６４、１２８又は２５６）のデータ
線を発生することができ、これは、単一ショット技術と
いう。もちろん、磁気共鳴信号は、時間と共に減衰し、
各エコーにおいて弱くなっていく。更に、ＲＦ位相は、
観察のたびに一貫してシフトしない傾向がある。単一シ
ョット技術、特に、単一ショットエコー平面像形成の別
の欠点は、位相エンコード方向に沿ったデータサンプリ
ング帯域巾が本来低いためにフィールドの非均質性によ
って幾何学的な歪が生じることである。又、低いサンプ
リング帯域巾は、著しい化学的シフト欠陥も生じさせ
る。各高周波励起に続くデータ線の一部分、例えば、１
／４のみを収集することにより強い信号が収集されそし
てエラーが減少されており、これは、多ショット技術と
いう。
【０００６】データの位相及び強度の不連続性を平滑化
するために、スライド窓を使用してデータ収集を窓処理
することができる。「標準ＭＲＩシステムにおけるイン
ターリーブ型エコー平面像形成（Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ
ｄ Ｅｃｈｏ−ＰｌａｎａｒＩｍａｇｉｎｇ Ｏｎ ａ
Ｓｔａｎｄａｒｄ ＭＲＩ Ｓｙｓｔｅｍ）」、Ｋ．
バット氏等、ＭＲＭ３１：６７−７２（１９９４年）を
参照されたい。このスライド窓技術は、データサンプリ
ング窓をショットごとに移動することにより像の質を改
善する。これは、データ線間の強度不連続性を効果的に
平滑化する。しかしながら、像形成システムの複雑さを
増大すると共に、ある高次の位相不連続性を無修正のま
ま残す。全体的な位相修正と第１次の位相修正の組み合
わせは、ほぼ完全な場合にのみ有効である。この低次の
位相修正は、システムの校正がずれると、直ちに無効と
なる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、検査領
域にわたって一時的な一定磁界を発生するための磁石
と、上記検査領域のダイポールに共鳴を誘起して、高周
波共鳴信号が発生されるようにするための高周波パルス
コントローラ及びデジタル送信器と、上記検査領域にわ
たって少なくとも位相及び読み取り磁界勾配パルスを直
交方向に発生しそして読み取り勾配を繰り返し反転する
ための勾配磁界コイル及び勾配磁界コントローラと、上
記読み取り勾配の各反転後に高周波磁気共鳴信号を受け
取って復調し、一連のデータ線を形成するための受信器
と、再構成される像表示を記憶するための像メモリとを
備えた磁気共鳴像形成システムであって、ｋスペースの
読み取り方向に均一になるように各データ線を調整する
ためのレグリディング（再グリッド処理）（ｒｅｇｒｉ
ｄｄｉｎｇ）プロセッサと、各々のレグリディングされ
たデータ線において読み取り方向に１次元フーリエ変換
を実行するための第１アレープロセッサと、各々のフー
リエ変換されたデータ線に位相修正ベクトルを乗算する
ための高次位相修正ベクトル乗算器とを備え、高次と
は、少なくとも２次であり、そして更に、位相修正され
たデータ線を像メモリへと位相エンコード方向にフーリ
エ変換するための第２アレープロセッサを備えたことを
特徴とする磁気共鳴像形成システムが提供される。
【０００８】更に、本発明によれば、高周波励起パルス
が、選択されたダイポールにおいて磁気共鳴を励起し、
その誘起された共鳴は、各励起に続いて複数のエコーを
形成するようにされ、これらエコーは、読み取り勾配の
存在中に第１軸に沿って読み出され、各磁気共鳴エコー
は、像メモリにおける像表示へと再構成されるデジタル
データ線を形成するようにデジタル化及び復調されるよ
うな磁気共鳴像形成の方法において、ｋスペースの周波
数エンコード方向に均一性を得るように各データ線を調
整し、各データ線を周波数エンコード方向に１次元フー
リエ変換し、各データ線を位相修正ベクトルで修正する
と共に、その位相修正されたデータ線をデータ線メモリ
にロードし、そしてデータ線メモリからのデータを像メ
モリへと位相エンコード方向にフーリエ変換することを
特徴とする方法が提供される。
【０００９】各位相修正されたデータ線の振幅を調整す
るために強度修正プロセッサが設けられる。
【００１０】位相修正ベクトルは、一連の校正エコーか
ら決定され、これら校正エコーは、高周波励起パルスを
付与して共鳴を誘起し、そしてこの磁気共鳴を２次元の
全ての切片又は３次元の全ての体積に対する複数の校正
エコーへと再形成することにより発生される。これら校
正エコーは、フーリエ変換されそして正規化されて、単
位ベクトルを発生する。各単位ベクトルの複素共役が、
位相修正ベクトルとして使用するために決定される。位
相修正ベクトルはメモリに記憶される。像形成中に、各
データ線は、位相修正ベクトルの対応する１つで乗算さ
れる。
【００１１】各校正データ線におけるデータ値の数は、
各複素共役ベクトルが減少された数のデータ値をもつよ
うに減少される。位相ベクトル乗算段階の前に、複素共
役ベクトルは、位相修正ベクトル及びデータ線における
データ値の数が一致するように拡張される。
【００１２】位相修正されたデータ線の大きさは調整さ
れる。より詳細には、１組の各位相修正された複素デー
タ線が記憶される。各データ線が受け取られると、次の
位相エンコードされたデータ線の予想が、予想アルゴリ
ズムで行われる。次の位相修正されたデータ線の大きさ
は、その予想される大きさに基づいて修正又は調整され
る。
【００１３】本発明の１つの効果は、多ショット多エコ
ー像形成技術の設定及び収集を容易にすることである。
【００１４】本発明の別の効果は、多エコー像形成技術
を従来の勾配ハードウェア及び臨床像形成システムに使
用できるようにすることである。
【００１５】本発明の更に別の効果は、空間分解能が高
く且つ信号対雑音比が高いことである。本発明の別の効
果は、高次の位相修正の結果として像の質が高くなるこ
とである。又、本発明の技術の別の効果は、校正データ
のためのコンピュータメモリ需要を減少することであ
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照し、本発明
を一例として詳細に説明する。図１を参照すれば、主磁
界制御器１０は、検査領域１４を通してｚ軸に沿って実
質的に均一の一時的に一定の磁界が形成されるように超
伝導又は抵抗性磁石１２を制御する。磁気共鳴エコー手
段は、一連の高周波（ＲＦ）及び磁界勾配パルスを付与
して、磁気スピンを反転又は励起し、磁気共鳴を誘起
し、磁気共鳴を再収束し、磁気共鳴を操作し、磁気共鳴
を空間的及びその他でエンコードし、スピンを飽和し、
等々を行って磁気共鳴像形成及び分光シーケンスを形成
する。より詳細には、勾配パルス増幅器２０は、全身勾
配コイル２２の選択された１つ又は対に電流パルスを付
与し、検査領域１４のｘ、ｙ及びｚ軸に沿って磁界勾配
を形成する。デジタル高周波送信器２４は、高周波パル
ス又はパルスパケットを全身ＲＦコイル２６に送信し、
検査領域にＲＦパルスを送信するようにする。典型的な
高周波パルスは、巾の短い至近隣接するパルスセグメン
トのパケットで構成され、これらは、互いに且つ付与勾
配とあいまって、選択された磁気共鳴操作を達成する。
これらのＲＦパルスは、検査領域の選択された部分にお
いて、飽和、共鳴の励起、磁化の反転、共鳴の収束、又
は共鳴の操作を行うのに使用される。全身用途の場合に
は、共鳴信号が全身ＲＦコイル２６により一般的にピッ
クアップされる。
【００１７】対象物の限定された領域の像を形成するた
めに、局部コイルが、選択された領域に隣接して一般的
に配置される。例えば、挿入可能な頭部コイル３０は、
穴の等中心において選択された脳領域を取り囲むように
挿入される。この挿入可能な頭部コイルは、好ましく
は、局部勾配コイル３２を備え、これは、勾配増幅器２
０から電流パルスを受け取って、頭部コイル内の検査領
域にｘ、ｙ及びｚ軸に沿って磁界勾配を形成する。局部
高周波コイル３４は、磁気共鳴を励起すると共に患者の
頭部から放出される磁気共鳴信号を受け取るのに使用さ
れる。或いは又、受信専用の局部高周波コイルを用い
て、身体−コイルＲＦ送信により誘起された共鳴信号を
受け取るようにしてもよい。ＲＦスクリーン３６は、Ｒ
Ｆ頭部コイルからのＲＦ信号が勾配コイル及びその周囲
の構造体に渦電流を誘起するのを防止する。得られる高
周波信号は、全身ＲＦコイル２６、局部ＲＦコイル３４
又は他の特殊なＲＦコイルによってピックアップされ、
そして受信器３８、好ましくはデジタル受信器によって
復調される。
【００１８】シーケンス制御回路４０は、エコー平面像
形成、エコー体積像形成、勾配及びスピンエコー像形
成、高速スピンエコー像形成、等の複数の多エコーシー
ケンスのいずれかを形成するように勾配パルス増幅器２
０及び送信器２４を制御する。選択されたシーケンスに
対し、受信器３８は、各ＲＦ励起パルスに続いて複数の
データ線を迅速に相次いで受け取る。アナログ／デジタ
ルコンバータ４２は、各データ線をデジタルフォーマッ
トに変換する。このアナログ／デジタルコンバータ４２
は、高周波受信コイルとデジタル受信器との間でアナロ
グ受信器から下流に配置される。優れた像の質のため
に、各データ線を複数回発生し、そして平均化回路４４
で平均化することができる。
【００１９】図２には、多ショットのエコー平面像形成
シーケンスが説明上示されている。高周波パルス５０
は、切片選択勾配５２と同時に付与され、対象物の単一
の切片に共鳴を励起させる。位相エンコード勾配５４、
切片選択勾配の逆極性部分５６及び読み取り勾配の逆極
性部分５８は、同時に付与される。読み取り勾配は迅速
に反転し、即ち発振する。特に、読み取り勾配は、逆極
性部分５８の長さのほぼ２倍の第２の正の部分６０を有
する。勾配エコー６２は、読み取り勾配部分６０の間に
生じ、エコーの中心は、読み取り勾配パルス６０の下の
領域が反転勾配パルス５８の下の領域に等しくなる点に
ある。この等しい点の後に、磁気共鳴成分がデフェーズ
（ｄｅｐｈａｓｅ）を開始する。位相エンコード勾配成
分６４は、読み取り勾配が反転したときに付与され、逆
極性の部分６６を形成する。付加的な勾配エコー６８
は、読み取り勾配パルス６６の下の領域が読み取り勾配
６０のエコー中心点と読み取り勾配６０の端との間の領
域に等しい点にその中心がある状態で、誘起される。読
み取り勾配を振動させそして位相エンコード勾配をパル
ス付勢するこのプロセスは、多数回繰り返される。
【００２０】図３を参照すれば、各エコーは、ｋスペー
スにおける複数のデータ線の１つを形成する。ここに示
す実施形態では、エコー６２が共鳴信号を発生し、これ
は、受信器及びアナログ／デジタルコンバータによりデ
ータ線６２’に変換される。同様に、エコー６８は、デ
ータ線６８’を生じる。ここに示す実施形態では、４つ
のエコーが示されていて、ｋスペースの１／６だけ各々
オフセットした４つの対応するデータ線を形成する。こ
の実施形態では、位相エンコードパルス６４の各々は、
ｋスペースの長さの１／６だけ次の勾配データ線を歩進
させるサイズにされる。明瞭化のために４つのエコーが
示されている。好ましくは、各高周波励起パルスに続い
て、８、１６、２４、３２、６４等々の多数のエコーが
発生される。
【００２１】図４を参照すれば、各データ線は、例え
ば、２５６、５１２等の個別の数のデジタルデータ値へ
とデジタル化される。理想的には、これらの値は、ｋス
ペースにおいて等離間される。しかしながら、データ値
の間隔は、読み取り勾配パルス６４、６６等の磁界勾配
強度に基づく。実際には、読み取り勾配は、勾配スルー
率に制約があるために、エコーの縁において低くなりそ
して中心において高くなる傾向がある。
【００２２】再び図１を参照すれば、レグリディング
（ｒｅｇｒｉｄｄｉｎｇ）回路７０は、データ値の間隔
をｋスペースにおいて一貫したものとするように補間す
る。アレープロセッサ７２は、各データ線が受け取られ
るときにそれに対して１次元フーリエ変換を実行する。
【００２３】図５を参照すれば、多エコー技術は、デー
タ線ごとに位相不整合及び時間シフトの問題を本来有し
ている。一連のデータ線が、共通の位相エンコード状態
で各エコー位置に延びるときには、それらの振幅の中心
即ちピーク点がシフトする。例えば、多数のエコーの各
々に対応する一連のゼロ位相エンコードデータ線は、本
来の位相不整合により、図５に示すようにそれらの振幅
が食い違っている。図１の位相修正回路８０は、校正シ
ーケンスから決定された対応する位相修正で、各テータ
線において動作する。より詳細には、各データ線は、各
成分の位相角を正規化し即ち標準化する複素修正ベクト
ルが乗算される。位相エラー修正ベクトルは、位相修正
ベクトルサブシステム８２からエコー切片位置ごとのベ
ースで検索される。
【００２４】各データ線が位相修正された後に、強度修
正プロセッサ９０は、エコー対エコーの強度を正規化し
即ち標準化する。上記したように、各ショットの後に、
各エコーの強度は、フィールドエコーＥＰＩの場合に手
前のエコーより小さくなる。大きさ修正回路９２は、一
連の各エコーに対し適当な振幅修正を決定し、そして強
度修正回路９０は、各データ線の振幅を対応的に調整す
る。
【００２５】データ線は整然と収集されないので、分類
ルーチン９４は、データ線をｋスペースにおけるそれら
の位相エンコード位置によって分類し、そしてそれらを
メモリ９６に記憶する。フィルタ９８は、メモリ９６か
らデータのカラムを検索し、そして第１アレープロセッ
サ７２により行われた１次元フーリエ変換に直交する方
向、特に位相エンコード方向にそれをフィルタする。第
２アレープロセッサ１００は、フィルタされたデータに
対し１次元フーリエ変換を実行する。フーリエ変換され
たデータ線は、像メモリ１０２に記憶される。好ましく
は、上記シーケンスが複数の平行な切片の各々に対して
繰り返されて、体積像表示を形成し、これが像メモリ１
０２に記憶される。或いは又、第１及び第２のフーリエ
変換方向に直交する別のフーリエ変換を実行するため
に、データ線を第２の次元においても位相エンコード
し、そして第３アレープロセッサを含む体積再構成アル
ゴリズムで処理することもできる。ビデオプロセッサ１
０４は、個々の切片、斜めの切片、表面レンダリング、
及びこの分野で良く知られた他の表示フォーマットの像
のような再構成された像表示の選択された部分を検索
し、そしてそれらを人間に読めるモニタ１０６上の適当
な表示に対してフォーマットする。
【００２６】好ましい実施形態では、校正ベクトル導出
回路８２は、シーケンス制御回路４０に校正シーケンス
を実行させ、該シーケンスにおいては、高周波励起パル
スに続いて、多エコーシーケンスが、像形成シーケンス
と同数のエコー及び切片で、しかもゼロ位相エンコード
で行われる。この校正シーケンスにおいては、フィルタ
又はトリミング回路１１０がデータ線の端を減衰又は切
断して、中央のデータ値のみを保持する。好ましい実施
形態では、データの中央の半分が保持されて、前の１／
４と後の１／４が切断される。平滑フィルタ１１２は、
切断されたデータを平滑し、ガウス関数に滑らかに適合
させる。任意であるが、トリミング及び平滑化機能は、
単一のフィルタ機能に合成することもできる。切断され
た校正データは、平均化され（４４）、レグリディング
回路７０を用いてレグリディングされ、そして第１アレ
ープロセッサ７２を用いて１次元フーリエ変換される。
【００２７】単位位相ベクトルプロセッサ１１４は、各
々の平均化された校正データ線に対して単位複素ベクト
ルを計算する。例えば、各データ線をその大きさで除算
し、単位複素ベクトルを形成する。複素共役回路１１６
は、各単位ベクトルの複素共役を決定する。位相修正メ
モリ１１８は、複素共役の各々をエコー及び切片番号に
基づいて記憶する。各々の像データ線が位相修正回路８
０により受け取られると、同じエコー及び切片番号に対
する複素共役位相修正ベクトルがメモリ１１８から検索
され、データ線の長さに対して補間され（１２０）、そ
して２つが畳み込みされる（８０）。
【００２８】校正データが正確であるよう保証するため
に、校正手順は複数回実行される。平均化回路４４は、
各エコー番号に対する結果を平均化する。統計学的分析
回路１２２は、各エコー番号に対する複素共役値を、位
相修正複素共役メモリ１１８からの平均及び分布と比較
し、そして統計学的分析を行って、位相修正プロセスの
精度で予め選択されたレベルの信頼を得るために実行さ
れるべき繰り返しの数を決定する。以下に詳細に述べる
ように、統計学的分析回路は、信号対雑音比を測定し、
同じ番号のエコーの信号対雑音比の経歴に対する各現在
エコーの信号対雑音比の偏差を決定する。この偏差か
ら、平均化の精度の信頼のレベルが決定される。全ての
エコー番号に対する信頼のレベルが予め選択された最小
値に達したときに、統計学的分析回路１２２は、校正手
順を終わらせる。
【００２９】別の実施形態においては、複数の校正デー
タ線が再び取り上げられるが、全ての校正データ線をゼ
ロ位相エンコードで発生するのではなく、全組のエコー
に対するデータ線が複数の位相エンコードの各々で取り
上げられる。位相エンコードはｋスペースの中心付近に
ある。即ち、校正データ線は、一般的にｋスペースの中
央の四半分において低いゼロ付近の位相エンコード角即
ちステップを有する。
【００３０】好ましい実施形態においては、強度修正回
路９２は、各位相修正されたデータ線を、校正データか
ら得た比で乗算する。電力加算回路１３０は、ｋスペー
スの位相エンコードステップ即ち角度の各々に伴うデー
タ線の電力和を計算する。比の回路１３２は、電力和の
各々と、ゼロ位相エンコードをもつｋスペースの予め選
択された標準的な、好ましくは中央のデータ線との比を
決定する。これら複素データ比は、データメモリ１３４
に記憶される。その後、各位相修正された像形成データ
線が強度修正回路９０へ通されるときに、それに対応す
るエコー番号に対する比がメモリ１３４から検索され、
そして位相修正されたデータ線で乗算される。
【００３１】図６及び７を参照すれば、予想技術を伴う
別の実施形態において強度の修正が行われる。位相修正
プロセッサ８０からの各位相修正されたデータ線は、分
類器１４０へ送られ、この分類器は、データ線を切片及
びエコー番号で分類し、そしてそれらを像平面によりメ
モリ１４２に記憶する。図６に示す簡単な例では、ｋス
ペースは、各像励起に続く第１、第２、第３、第４、第
５及び第６エコーに対応する６個のセグメントに分割さ
れる。ここでも、上記のように、各励起に続いて相当に
多数のエコーが通常は発生される。全組のデータ線か
ら、予想回路１４４は、予想モデルを使用して隣接セグ
メントからの対応するデータ値のカラムを比較する。予
想モデルは、データ値の大きさの軌跡をエコー番号でプ
ロットし、そして次のエコー振幅を予想する。次のエコ
ーを受け取ると、予想の精度が決定され、予想マシン
は、次に予想される大きさを更に正確なものにするよう
に調整される。このように、エコー番号による各データ
線の各データ値の大きさ修正が発生される。強度修正回
路９０は、各位相修正されたデータ線の各データ値をそ
れに対応する予想された大きさで乗算する。
【００３２】図８及び９を参照すれば、別の実施形態に
おいて、読み取り勾配パルス６０、６６等は、異なる一
時的な巾を有する。読み取り勾配の巾が短縮されるとき
は、データ線の有効長さが短縮されるが、データ収集は
加速される。一般に、ｋスペースの中心付近のデータ線
は、像の再構成において最も重要であり、ｋスペースの
離れた縁におけるデータ線は、重要性が低い。位相エン
コード勾配は、読み取り勾配に対し、ｋスペースの中心
に最も近いセグメントのデータ線が最も長い読み取り勾
配と共に取られ、ｋスペースの縁に最も近いデータ線が
最も短い読み取り勾配と共に取られ、そしてそれらの間
のデータ線が、次第に短くなる読み取り勾配と共に取ら
れるように適用される。このように、一般的に楕円形の
１組のデータ線が図９に示すように発生される。処理の
簡単化のために、短いデータ線の端における空きスペー
スは、ゼロで埋められる。
【００３３】上記プロセスの数学理論に注目すると、単
一ショットのエコー平面像形成は、１秒以下の時間スケ
ールにおいて真の動的な像形成を行うための超高速技術
をもたらす。多エコーでの２次元磁気共鳴像形成におい
ては、各選択的励起ＲＦパルスが、プロトン核スピン密
度ρ（ｘ、ｙ、ｚ）で視野（ＦＯＶ）において３次元物
体に磁気共鳴を誘起する。収集した誘導信号即ち即ち生
のデータ線Ｒは、時間ｔ、対応視野ｋｐｅ、エコー番号
ｑ、切片番号ｓ及びショット番号ｐにより次のように表
される。 但し、Ｇｒｄはデータ収集中の時間従属磁界勾配（読み
出し）であり、ΔＢ（ｘ、ｙ、ｚ）は主磁界の非均質性
で、磁石及び磁化率の両方の作用を含み、そしてＴＥ
（ｑ）はｑ番目のエコーのエコー時間である。横方向の
スピン弛緩はＴ２により考慮される。渦電流の磁界作用
は、式（１）には含まれない。
【００３４】多切片収集を加速するために、振動性読み
取り勾配又は多数の再収束ＲＦパルスを用いて各励起の
後に多数の勾配又はスピンエコーが得られる。異なるエ
コーは一般に異なる仕方でエンコードされて、複数の異
なる位相エンコードされた線が得られる。各励起に対
し、２つ以上の位相エンコードされた線が多数のエコー
から得られるような多数の機構が意図される。位相エン
コードは、位相エンコード軸における１組の勾配パルス
に基づき、選択されたｋスペース軌跡をたどる。エコー
のサブ組が、有効エコー時間Ｅｎ（又は擬似エコー時
間）をもつ像切片の多数の位相エンコード線として使用
される。 但し、ｋｐｅ及びＮｎは各々位相エンコードステップ及
び擬似エコー番号である。励起即ちショットインデック
スｐ及びエコーインデックスｑは、次のように表され
る。 ｐ＝１、・・・Ｎｓｈｏｔ （３ａ） ｑ＝１、・・・Ｎｅｃｈｏ （３ｂ） 但し、Ｎｓｈｏｔは励起の数を表し、そしてＮｅｃｈｏ
はエコーの数を表す。順次の位相エンコードマッピング
機構については、位相エンコードステップの数が位相エ
ンコード方向におけるｋスペースセグメントの数に次の
ように関連している。 Ｎｐｅ＝ＮｓｈｏｔＮｓｅｇ （４ａ） そして擬似エコーＮｐｓｅｕｄｏ ｅｃｈｏの数は次の
ように表される。 Ｎｐｓｅｕｄｏ ｅｃｈｏ＝Ｎｅｃｈｏ／Ｎｓｅｇ （４ｂ） 位相エンコードマッピングは、（ｐ、ｑ）と（Ｋｐｅ、
Ｅｎ）との間の１対１のマッピングテーブルとして形成
される。周波数エンコードのための読み取り勾配パルス
の波形は、台形波又は正弦波のような多数の従来の適当
な形状のいずれでもよい。好ましくは、データは、読み
出し勾配の振動周期中に連続的にサンプリングされ、そ
して多数のデータ線に分割される。勾配系の立上り時間
の制約のために、読み出し勾配は、通常、データサンプ
リングの窓全体の間に形状が一定でない。このような状
態で収集されるデータ線は、この一定でない形状を補償
するためにフーリエ変換の前に調整される。
【００３５】サンプリングされたデジタルデータＭは、
次のように表される。 但し、ｋｉはｉ番目のサンプリングが行われるところの
ｋ値である。レグリディングプロセッサ７０により行わ
れる好ましいレグリディングプロセスにおいて、非直線
的なサンプリングされた生のデータは、１組の均一に離
間されたグリッド点における１組の直線的なサンプリン
グされた生のデータへと補間される。非均一な生のデー
タは、適切なカーナル関数Ｃ（ｋ）で畳み込みされ、重
み付けされると共に、収集された軌跡からＧ（ｋ）で示
された１組の均一に離間されたグリッド格子点へと広げ
られる。全ての格子点における値が累積される。均一に
離間された格子グリッドにおける実際の補間された生の
データは、次の式で与えられる。 但し、デルタは、均一なｋスペースグリッド格子におけ
る最も近い２つの点間の間隔である。Ｃ（ｋ）は、像に
最小のぼけを導入する補間カーナルであるように選択さ
れる。
【００３６】種々のエコー時間に得た異なるエコーから
収集された多数の位相エンコードされたデータ線を単一
のデータ領域へと合成しそして欠陥のない像を形成する
ために、データはレグリディングされるだけでなく、位
相修正もされる。データサンプリング間隔が均一であり
そして読み取り勾配がこのようなサンプリング窓の間に
一定である場合には、レグリディングは不要となる。欠
陥を伴わずに２次元フーリエ変換で像を再構成するため
に、異なるエコーからのデータは、位相エンコード方向
に沿って最後にフーリエ変換される前に、時間シフトさ
れ位相修正される。
【００３７】収集したデータ線は、第１アレープロセッ
サ７２によりサンプリング時間即ち行方向にフィルタさ
れサンプリングされる。１次元フーリエ変換は、データ
線を受け取った順序で実行される。 但し、ＦＴｔは、データサンプリング時間（ｔ）の方向
に沿った離散的フーリエ変換を表す。位相修正回路８０
は、各シーンごとに各々の１次元フーリエ変換されたデ
ータ線を次のように位相修正する。 Ｒｆ（Ｘ，ｑ，ｓ）＝ＦＴｔ｛ｒ（ｔ，ｑ，ｓ）・ｆＬ（ｔ）｝ （１１ａ） 但し、ｒ（ｔ、ｑ、ｓ）は、エコーｑ及び切片ｓのゼロ
位相エンコードに対応する校正生データを示し、そして
ｆＬ（ｔ）は、ローパスフィルタであり、そして次のよ
うになる。 好ましいローパスフィルタは、生データのピーク位置を
センタリングするようなガウス、ハミング、ブラックマ
ン等を含む。低周波数のフィルタは、ｎ項コサイン拡張
式のような一般的なものでよい。修正データは、このフ
ィルタで平滑化され、決定されるべき位相値におけるノ
イズを減少する。これにより得られた修正位相アレー
は、ＤＣ、直線的及び高次成分を含む。離散的な形態に
おいては、時間ｔｊの複素修正ベクトルは、次のように
なる。 但し、φｉは位相エラーであり、比較的滑らかな関数で
あると仮定する。
【００３８】修正されたデータは、次いで、異なる擬似
エコーに対応するように分類され、そして第２アレープ
ロセッサ９８により第２の次元即ち位相エンコード方向
に沿って次のようにフーリエ変換される。 但し、ｉｍ（ｘ、ｙ、Ｅｎ）は、擬似エコーＥｎの最終
像を表す。分類プロセスにおいて、ｋスペースセグメン
トは、異なる擬似エコーと共に共有することができる。
【００３９】 収集の前に決定される。或いは又、校正データ線は、像
形成の後に累積することもできるし、多ショット像形成
手順のセグメント間で混合することもできる。これら修
正ベクトルを一時的に記憶するに必要なメモリ量を減少
して最適な計算効率を得るために、修正ベクトルの長さ
は、生データのレベルにおいて少なくとも２の係数で短
縮される（１１０）。校正生データ線の長さが短い状態
では、メモリ節約の目的で、修正ベクトルの長さも短縮
される。２の係数の減少の場合に、最終的な位相修正の
前に、複素データ線と修正ベクトルとの長さを一致させ
るために、次のように簡単な補間（１２０）が行われ
る。 Φｊ′Φｊ＋１ Φｊ＋１／２ 或いは又、減少された長さの校正データ線にゼロを埋め
て適当な長さにし、次いで、フーリエ変換してもよい。
【００４０】校正データを収集するときには、回路１２
４は、予め選択された信頼レベルをもつ信号対雑音比を
与えるに充分な修正データ線が収集されたかどうかを決
定する。校正データの信号対雑音比は、平均の回数に関
連している。 信号レベル及び信号対雑音比のような当該推定値の信頼
性は、好ましい実施形態では、研究室のＴテストに基づ
いて試験される。Ｘｉ、ｉ＝１、・・・ｎとして得られ
る１組のサンプルに対し、平均値をμ０、変数をσ２そ
してμ０の推定値をμとする。ｎが大きく、例えば、３
０より大きい場合には、Ｔはほぼ正規分布となる。 但し、μはサンプリングされたＸの平均値であり、そし
てｎは自由度である。
【００４１】この式における変数は、エコーの中心から
最も遠いデータを用いて単一の校正走査からおおよそ決
定される。予め選択された信頼レベルμ及び信頼係数１
−αの場合には、間隔は次のようになる。 但し、ｔα／２は、Ｔテストテーブルに見られる信頼レ
ベルα％に対応する拒絶領域の値である。Ｔテストは、
種々の方法で使用することができる。１つの方法におい
ては、μについての片側の信頼間隔テストが実行され
る。この例では、μは多スポット走査に対する信号対雑
音比の尺度である。所与の信頼係数１−αに対するテス
ト不確実性比μ／μ０は、次の通りである。
【００４２】Ｔ２信号減衰は、エコーごとに信号強度を
変化させる。強度修正（９０）は、好ましいが、ｋスペ
ースの次数が信号減衰の単調な関数であるときには不要
である。好ましい強度修正技術においては、標準的な直
線的予想（ＬＰ）方法が位相エンコード方向に沿って次
のように使用される。 但し、｛ｘｉ｝は、列方向に沿ったセグメントの１つか
らの１組の複素データ値であり、 は、各々前方及び後方予想値であり、そしてｆｉ及びｂ
ｉは２つのモデル係数であり、パラメータｐ及びｑは各
々前方及び後方ＬＰ方法の次数であり、そしてＢは、ｋ
スペースセグメント内の１組の測定点を示す。これらの
モデル係数｛ｆｉ及びｂ ｉ｝を決定するために、各セグ
メント内で使用できるデータを用いてエラー関数Ｊが最
小にされる。セグメントの境界において、前方及び後方
の両予想式を用いて、他のセグメントへのデータが予想
される。予想と、得られるデータとの比較により、強度
比と、２つの隣接するｋスペースセグメント間の位相差
とを容易に決定することができる。
【００４３】好ましい多ショットエコー平面像形成技術
において、２次元多切片収集に対する収集及び位相修正
シーケンスは次の通りである。全て０番目の位相エンコ
ードをもつ校正データが各エコー及び切片に対して収集
される。このデータは、読み取り方向に沿ってガウスフ
ィルタ１１２で平滑化される。読み出し方向において各
行のデータに対し１次元フーリエ変換７２が実行され
る。これらの１次元フーリエ変換された校正線からの修
正ベクトルが発生されそしてメモリ１１８に記憶され
る。像形成データは、ショットごとにそして切片ごとに
収集される。像形成データは、１次元フーリエ変換７２
を受ける。各データ線は、各行のデータに複素修正ベク
トルを乗算することにより校正データで修正される（８
０）。
【００４４】好ましい実施形態の強度修正について述べ
ると、各エコーｑに対する各１つのフーリエ変換された
校正複素データ線Ｒｉ（ｑ）を用いて、エコー番号ｑに
基づく強度修正係数を次のように形成する。 但し、ｉは、読み出し方向に沿ったピクセルインデック
スであり、そしてｑ０は基準エコー、好ましくはｋスペ
ースの中心セグメントに対応するエコーである。ｋスペ
ースの位相エンコード即ちｊ方向に沿ったローパスフィ
ルタｆｊは、次のように定義される。 但し、ｊは視野インデックスであり、ｊ０は中心視野イ
ンデックスであり、そしてδはフィルタ巾パラメータで
ある。
【００４５】位相エンコード方向（ｊ）に沿った合成さ
れた全体的な強度修正係数（ηｊ）は、次の通りであ
る。 ηｊ＝Ｙｑ（ｊ）ｆｊ （２４ａ） ｊ＝１、・・・Ｎｖ （２４ｂ） 但し、ｊは位相エンコードステップインデックスであ
る。強度修正ステップ９０において、各々の既に位相修
正されたデータ線は、次のように強度修正される。
【００４６】位相及び強度修正は、単一ステップで実行
できることが明らかである。最終的な複素像ｉｍ
ｓ．Ｅｎ（ｘ、ｙ）は、位相エンコード方向に沿った列
の１次元フーリエ変換１００で得られる。 但し、ｓは切片インデックスであり、そしてＥｎは擬似
エコーである。
【００４７】本発明は、他の技術に関連して使用するこ
ともできる。例えば、本発明は、１つ以上の予備パルス
準備ルーチンを伴う多ショットエコー平面像形成と共に
使用することもできる。校正データは、予備パルスに対
する全ての勾配作用を不変に保ちながら予備パルス振幅
をゼロにセットすることによって得ることができる。更
に、本発明は、拡散像形成にも適用できる。位相エンコ
ード勾配をオフにした状態での像形成収集に使用される
全ての拡散勾配パルスステップに対し校正データが得ら
れる。ＰＣＡ及びフロー像形成においては、位相エンコ
ード勾配をゼロにした状態のインターリーブ形態で同じ
勾配作用が達成される。映画（ｃｉｎｅ）心臓像形成に
おいては、心臓位相の１つから校正データが得られる。
同じ修正ベクトルが各一時的位相に適用される。全ての
一時的な位置において校正を得ることもできる。アップ
テイクスタディの多ショットエコー平面像形成において
は、１組の時間過程多ショットエコー平面像形成収集の
始めに校正走査が一度行われる。整相アレー収集では、
全ての高周波受信チャンネルから校正データ線が同時に
収集される。個々のコイルに対応する像が個別に再構成
されそして合成されて最終的な複合像を形成する。校正
走査は、像形成収集の始めと終わりに行うこともできる
し、又は像形成収集内で単にインターリーブすることも
できる。校正データは、動きの修正にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁気共鳴像形成システムの概略図
である。
【図２】エコー平面像形成シーケンスを示す図である。
【図３】図２のエコー平面像形成シーケンスのエコーが
ｋスペースをいかに埋めるかを示す図である。
【図４】一定でない読み取り勾配によるｋスペースのデ
ータ線内の非均一なデータ間隔を示す図である。
【図５】位相エンコード勾配を伴わないデータ線の本来
の時間シフト及び位相不整合を示す図である。
【図６】予想技術を用いた強度修正回路の別の実施形態
を示す図である。
【図７】図６の予想技術を用いたときのｋスペースを通
る軌跡を示す図である。
【図８】交番する読み取り勾配パルスが次第に短くなる
巾を有するような読み取り勾配の別の実施形態を示す図
である。
【図９】読み取り勾配パルス巾の短縮により生じるｋス
ペースのデータ線に対する作用を示す図である。
【符号の説明】
１０ 主磁界制御器 １２ 磁石 １４ 検査領域 ２０ 勾配パルス増幅器 ２２ 勾配コイル ２４ 高周波送信器 ２６ 全身ＲＦコイル ３０ 頭部コイル ３２ 局部勾配コイル ３４ 局部高周波コイル ３６ ＲＦスクリーン ３８ 受信器 ４０ シーケンス制御回路 ４２ アナログ／デジタルコンバータ ４４ 平均化回路 ５０ 高周波パルス ５２ 切片選択勾配 ５４ 位相エンコード勾配 ５８ 読み取り勾配の逆極性部分 ６０ 読み取り勾配の正の部分 ６２ 勾配エコー ６４ 位相エンコード勾配成分 ６６ 読み取り勾配パルス ６８ 付加的な勾配エコー ８０ 位相修正回路 ８２ 位相修正ベクトルサブシステム ９０ 強度修正プロセッサ ９２ 大きさ修正回路 ９４ 分類ルーチン ９６ メモリ ９８ フィルタ １００ 第１アレープロセッサ １０２ 像メモリ １０４ ビデオプロセッサ １０６ モニタ １１０ フィルタ即ちトリミング回路 １１２ 平滑化フィルタ １１４ 単位位相ベクトルプロセッサ １１６ 複素共役回路 １１８ 位相修正メモリ １２２ 統計学的分析回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラオ ピー ガラパーリ アメリカ合衆国 オハイオ州 44143 リ ッチモンド ハイツ ブランフォード レ ーン 345 (72)発明者 マーク ジェイ ロンカー アメリカ合衆国 オハイオ州 44143 リ ッチモンド ハイツ 107 リッチモンド パーク ウェスト 443 (72)発明者 ハイイング リウ アメリカ合衆国 オハイオ州 44132 ユ ークリッド 2165 レイク ショアー ブ ールヴァード 26241

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 検査領域（１４）にわたって一時的な一
    定磁界を発生するための磁石（１２）と、上記検査領域
    （１４）のダイポールに共鳴を誘起して、高周波共鳴信
    号が発生されるようにするための高周波パルスコントロ
    ーラ（４０）及びデジタル送信器（２４）と、上記検査
    領域にわたって少なくとも位相及び読み取り磁界勾配パ
    ルスを直交方向に発生しそして読み取り勾配を繰り返し
    反転するための勾配磁界コイル（３２）及び勾配磁界コ
    ントローラ（２０，４０）と、上記読み取り勾配の各反
    転の後に高周波磁気共鳴信号を受け取って復調し、一連
    のデータ線を形成するための受信器（３８）と、再構成
    される像表示を記憶するための像メモリ（１０２）とを
    備えた磁気共鳴像形成システムにおいて、 ｋスペースの読み取り方向に均一になるように各データ
    線を調整するためのレグリディングプロセッサ（７０）
    と、 各々のレグリディングされたデータ線において読み取り
    方向に１次元フーリエ変換を実行するための第１アレー
    プロセッサ（７２）と、 各々のフーリエ変換されたデータ線に位相修正ベクトル
    を乗算するための高次位相修正ベクトル乗算器（８０）
    とを備え、高次とは、少なくとも２次であり、そして更
    に、 位相修正されたデータ線を像メモリ（１０２）へと位相
    エンコード方向にフーリエ変換するための第２アレープ
    ロセッサ（１００）を備えたことを特徴とする磁気共鳴
    像形成システム。
  2. 【請求項２】 各位相修正されたデータ線の振幅を調整
    するための強度修正プロセッサ（９０）を備えた請求項
    １に記載の磁気共鳴像形成システム。
  3. 【請求項３】 位相修正ベクトルを発生するためのシス
    テム（８２）を備え、該システムは、 ゼロ位相エンコードをもつ校正データ線から複数の単位
    ベクトルを発生するためのシステム（１４）と、 各単位ベクトルの複素共役ベクトルを決定して位相修正
    ベクトルを発生するための複素共役プロセッサ（１１
    ６）と、 複数のデータ線の各々に対し位相修正ベクトルを記憶す
    るための修正ベクトルメモリ（１１８）とを含む請求項
    １又は２に記載の磁気共鳴像形成システム。
  4. 【請求項４】 高周波励起パルスが、選択されたダイポ
    ールにおいて磁気共鳴を励起し、その誘起された共鳴
    は、各励起に続いて複数のエコーを形成するようにさ
    れ、これらのエコーは、読み取り勾配の存在中で第１軸
    に沿って読み出され、各磁気共鳴エコーは、像メモリに
    おける像表示へと再構成されるデジタルデータ線を形成
    するようにデジタル化及び復調されるような磁気共鳴像
    形成の方法において、 ｋスペースの周波数エンコード方向に均一性を得るよう
    に各々のデータ線を調整し、 各データ線を周波数エンコード方向に１次元フーリエ変
    換し、 各データ線を位相修正ベクトルで修正すると共に、その
    位相修正されたデータ線をデータ線メモリにロードし、
    そしてデータ線メモリからのデータを像メモリへと位相
    エンコード方向にフーリエ変換することを特徴とする方
    法。
  5. 【請求項５】 高周波励起パルスを付与して磁気共鳴を
    誘起すると共に、その磁気共鳴が複数の順次校正エコー
    へと変換されるようにし、 各校正データ線を１次元フーリエ変換し、 各１次元フーリエ変換された校正データ線から単位ベク
    トルを発生し、 各単位ベクトルから複素共役ベクトルを形成し、 複素共役ベクトルをＲＦ励起パルスに続くエコー数に基
    づいて記憶し、そして像形成中に、各データ線に、記憶
    された複素共役ベクトルの対応する１つを乗算するとい
    う段階を更に含む請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 各校正データ線におけるデータ値の数を
    減少して、各複素共役ベクトルが、減少された数のデー
    タ値を有するようにし、そして乗算段階の前に各複素共
    役ベクトルを拡張するという段階を更に含む請求項５に
    記載の方法。
  7. 【請求項７】 各エコーに対し読み取り勾配パルスの極
    性を交番し、読み取り勾配パルスは、複数の巾を有する
    ものである請求項４、５及び６のいずれかに記載の方
    法。
  8. 【請求項８】 ｋスペースの複数のセグメントの各々に
    対し１組の位相修正されたデータ線を記憶し、 各々のｋスペースセグメントがファイルされるときに、
    次の位相修正されるデータ線の複素値を予想アルゴリズ
    ムで予想し、そして次の位相修正されるデータ線の大き
    さをその予想された複素値に基づいて修正するという段
    階を更に含む請求項４ないし７のいずれかに記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 校正データ線の平均的な大きさをエコー
    番号に基づいて決定し、 励起に続く第１エコーに対応するデータ線の平均の大き
    さと、各その後のエコー番号に対応するデータ線の大き
    さとの比を決定し、そして各位相修正されたデータ線の
    強度を、対応するエコー番号の比の逆数に基づいて修正
    するという段階を更に備えた請求項４ないし８のいずれ
    かに記載の方法。
  10. 【請求項１０】 複数の組の校正データ線を発生し、各
    組の校正データ線は共鳴の励起からの一時的な変位でイ
    ンデックスされ、各組の校正データ線は、ｋスペースの
    中央領域に隣接する複数の位相エンコードの１つで位相
    エンコードされる請求項４ないし９のいずれかに記載の
    方法。
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