JPH09511169A - パルスシーケンスの最適化された磁気共鳴画像化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 無線周波及び傾斜磁場パルス（ＲＦ，Ｇ_x，Ｇ_y，Ｇ_z）からなる画像化シーケンスは、無線周波及び傾斜パルスシーケンスを画像化されるべき対象物又は患者（７）に当てる前に、関係するパラメータ（ＳＡＲ，ＳＮ比等）に関し最適化される磁気共鳴画像化方法が開示されている。この方法によれば、種々のシーケンスの量はオペレータが選択する必要のある制限された数の基本シーケンスに減少し、上記シーケンスを取得されるべき特定の画像に適合させ得るようになる。

Description

【発明の詳細な説明】 パルスシーケンスの最適化された磁気共鳴画像化方法及び装置 本発明は静止した実質的に均一の主磁場に置かれた身体の少なくとも一部分の 磁気共鳴画像化方法に係る。本発明は更に上記のような方法を実施する装置に関 する。 磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）において、パルスシーケンスは、磁気共鳴信号を発 生させ、かつ、上記磁気共鳴信号から次に対象物の画像の再現に使用される情報 を得るため、対象物（患者）に当てられる。開発当初からＭＲＩの医療関連分野 への応用の数は著しく増加している。ＭＲＩは、身体の略あらゆる部分に当てら れ、血流、心臓機能、脳の活動及びその他の多くの機能のような多数の重要な機 能に関する情報を得るため使用されている。各機能に磁気共鳴パルスシーケンス の組が必要である。磁気共鳴パルスシーケンスは、患者の位置及び向きと、寸法 と、分解能と、ＳＮ比と、コントラストと、動きの感度等のような再現画像の特 徴を完全に決める。多様な特徴の組を有する種々の機能の画像を得るため、実現 可能なパルスシーケンスの大きいパッケージを利用可能であることがＭＲＩ装置 の動作に必要である。オペレータは一つの特定のシーケンスを選択する必要があ り、特定の画像への適合は高々僅かな個数の範囲内のパラメータの値の組からの 選択に制限されている。 欧州特許出願第0 567 794 号明細書には、基本パルスシーケンスの形式が複数 の記憶された基本パルスシーケンスの形式から選択されるＭＲＩ装置が開示され ている。選択された基本パルスシーケンスの形式は、所望の画像化条件に対応し て発生されたパルスシーケンスパラメータを用いて更新される。次いで、適当な パルスシーケンスが発生させられ、装置と患者の特徴を考慮してシミュレーショ ンされる。ブロッホの方程式から始まる計算である上記シミュレー ションによって、発生されたパルスシーケンスの影響が求められ、次いで、パル スシーケンスはシミュレーションの結果に従って調整される。 欧州特許出願第0 567 794 号明細書に記載されているように、短時間に必要な 計算を実行するため強力なコンピュータの助けをかりて周知の方法を実行するこ とにより、パルスシーケンスの調整に必要とされる測定値の数と時間は最小限に 抑えられる。しかし、上記周知の方法は、所望の画像化条件を得るようシーケン スを調整するだけであり、パルスシーケンス自体と、発生された磁気共鳴信号を 測定することにより得られるデータの質には影響を与えない。上記周知の方法に よれば、オペレータは適当な選択を行なうため特定のシーケンスによって取得可 能な画像の詳細な知識から解放されない。上記周知の方法は、最良の実現可能な シーケンスを得るため全ての可変パラメータを最適化することはない。 特に、本発明の目的は、最小限のオペレータの助けを用いて取得されるデータ の質は所望の画像化条件の所定の組に対し最大化される磁気共鳴画像化の方法及 び装置を提供することである。 上記目的のため、本発明の方法は、 対象物内に磁気共鳴信号を発生させるため無線周波（ＲＦ）と磁場傾斜パルス の基本シーケンス形を選択する段階と； 上記選択された基本シーケンスと組み合わせて、所望の画像の特徴を表わす動 作的パラメータを選択する段階と； 機械の制約と上記動作的パラメータとを考慮して、上記基本シーケンスの最適 化により無線周波と磁場傾斜パルスの動作的シーケンスを決定する段階と； 上記身体の一部分を上記動作的シーケンスに従わせ、これにより、上記一部分 に磁気共鳴信号を発生させる段階と； 上記磁気共鳴信号を測定し、上記測定された信号から上記身体の一部分の画像 を得る段階とからなる。 動作的パラメータには、例えば、視野、断層の厚さ、エコー又は繰り返しの時 間、位置及び方向がある。最適化は、例えば、画質に関係のある付随的パラメー タに関し行なわれる。或いは、総画像化時間、時間的又は空間的分解能、視野、 画像のコントラスト、短いエコー時間、流れの情報、ＳＡＲ（特定の吸収率）又 は音響ノイズ等に関係のあるパラメータを選択してもよい。最適化処理は、コン ピュータ内で適当なアルゴリズムを有するプログラムを実行することにより行な われるので、オペレータは所望の画像に必要な特徴の選択だけに集中することが 可能である。オペレータは、所望の画像条件とＭＲＩ装置の技術的制約に関して 基本パルスシーケンスの多数の変化の各々に関係のある専門的事項に注意する必 要はない。 好ましくは、本発明の方法において、上記選択段階は上記最適化の段階とは機 能的に分離され、上記最適化の段階は、上記動作的シーケンスの決定とは無関係 に行なわれるような態様で組み込まれている。パルスシーケンスの発生を最適化 から分離することにより、最適化の段階は、一般的な態様で組み込むことが可能 になるので、新しいパルスシーケンスの採用は、最適化アルゴリズムを広範に亘 って再定式化することなく実現可能である。 特に、本発明の方法によれば、上記動作的シーケンスは、上記発生された磁気 共鳴信号を測定する周期又は上記発生された磁気共鳴信号に期待されるＳＮ比の 最大化による上記基本シーケンスの最適化によって決定される。ＳＮ比は画質の 決定に重要なパラメータである。磁気共鳴信号から得られたデータサンプルのＳ Ｎ比は、各サンプルを得るため利用可能な時間的周期の増大と共に増加する。 本発明による方法の一実施例によれば、最初に、基本シーケンス形から、無線 周波パルスのタイミングと上記無線周波パルスと同時に印加された磁場の強さと からなる上記動作的シーケンスの概略的な表わし方が定められ、次に、上記最適 化は、該概略的な表わし方には与えられていない間隔で上記磁場傾斜の波形を定 めるため行な われる。上記２段階の処理において、時間的にある点の無線周波パルスと、ある 間隔内の磁気傾斜場の発生が確定される。次いで、最適化の処理において、磁場 傾斜の詳細な位置、長さ及び強さが別のパルスシーケンスの間隔に定められる。 本発明の更なる実施例によれば、最初に、基本シーケンス形から、上記動作的 シーケンスの概略的な表わし方が定められ、次に、上記最適化は、無線周波パル ス及び磁場傾斜波形のタイミングと、長さと、強さとを定めるため行なわれる。 この実施例の場合、無線周波パルス自体の特徴は、最適化処理にも含まれている 。上記特徴をある限界の範囲内で最適化することが可能であり、無線周波パルス に関する最適化は、例えば、ＳＡＲを制限する必要が有る場合、有利である。Ｓ ＡＲは、無線周波場の面積に比例し、その持続時間に反比例し、一方、無線周波 場の磁化への影響は時間的に積分された強さに比例する。 上記実施例には、上記磁場傾斜波形は区分的線形関数であるという更なる特徴 がある。区分的線形関数は、多数の直線エッジから構成されている。線形関数を 含む計算は比較的高速であるので、最適化処理は適当な計算能力で行なうことが できる。磁場傾斜の区分的線形波形によって、画像化中に望ましいあらゆる傾斜 波形の十分な近似が得られる。 本発明は磁気共鳴方法を実施する磁気共鳴装置にも関する。かかる磁気共鳴装 置は、主磁場を確定する手段と；上記主磁場に重ね合わされる傾斜磁場を発生さ せる手段と；身体に向けて無線周波パルスを照射する手段と；上記傾斜磁場と上 記無線周波パルスの発生を司る制御手段と；無線周波パルスのシーケンスと切り 換えられた傾斜磁場とによって発生された磁気共鳴信号を受信し、サンプリング する手段と；該信号のサンプルから画像を形成する再現手段とからなり、上記制 御手段は： − 限定された数の基本シーケンスの概略的な表わし方と； − 得られるべき画像の所望の特徴を表わす動作的パラメータ（Ｔ_R，Ｔ_E，位置 ）を入力し、基本シーケンスを選択するオペレータ入力部と； − 機械の制約と該動作的パラメータを考慮して、該基本シーケンスの最適化に より無線周波の動作的シーケンスと磁場傾斜パルスを決める計算手段とを更に有 する。 かかる装置の更なる実施例によれば、上記ユーザの制御手段は、上記オペレー タに上記シーケンスの最適化の結果を通知し、上記オペレータに付加的パラメー タの適用を許可する出力からなる。これにより、オペレータは、単一の解決法を 見出せない場合、ある程度最適化処理に介入し得るようになる。オペレータは、 所望の設定値に従う解決法を見つけられない場合、いくつかの可能性のある提示 された解決法の中で使用すべきものを決定するか、或いは、何らかのパラメータ を追加、変更又は制限することが可能である。 上記及び他のより詳細な本発明の面は、その例に限定されることなく添付図面 を参照して明らかにされる。 図１は本発明による方法に適する磁気共鳴画像化装置の概略図である。 図２は、励起無線周波パルスと、リフォーカシング無線周波パルスと、断層選 択、位相符号化及び測定傾斜パルスとを有するスピンエコー（ＳＥ）シーケンス を示す図である。 図３は区分的線形関数と不一致ノードとを有する磁場傾斜波形の図である。 図４ａ及び４ｂはスピンエコーシーケンスに対し得られた僅少の傾斜波形の図 である。 図５ａ及び５ｂは、本発明による方法の種々の段階の間の関係を表わす機能的 ブロック図と、最適化処理を例示するフローチャートである。 図１には磁気共鳴画像化装置が概略的に示されている。上記装置 は、静止した均一の主磁場を発生させる一組の主磁気コイル２と、選択された方 向に傾斜を有し制御可能な強さのある付加磁場を重ね合わせる三組の傾斜コイル ３、４及び５とからなる。通常、主磁場の方向は、ｚ方向と呼ばれ、ｚ方向に垂 直な二つの方向はｘ及びｙ方向と呼ばれる。傾斜コイルは電源１１によって給電 される。上記装置は、照射エミッタ６と、無線周波パルス（ＲＦパルス）を身体 ７に放射するアンテナ又はコイルとを更に有し、放射エミッタは、ＲＦパルスを 発生し変調する変調器８に結合されている。ＮＭＲ（核磁気共鳴）信号を受ける 受信機が更に設けられ、受信機はエミッタ６と同一でもよく、或いは、別々でも よい。エミッタと受信機が同図に示す如く、物理的に同一のアンテナ又はコイル である場合、送受信スイッチ９は放射されるべきパルスから受信した信号を分離 するため配設されている。受信されたＮＭＲ信号は復調器１０に入力される。変 調器８と、エミッタ６と、傾斜コイル３、４及び５用の電源１１は、所定の無線 周波パルスのシーケンスと、磁場傾斜パルスを発生させるため制御装置１２によ って統括される。復調器１０は、受信した信号を、例えば、可視表示ユニット１ ５上の可視化させ得る画像に変換するデータ処理ユニット１４、例えば、コンピ ュータに結合されている。 磁気共鳴画像化装置１が磁場に置かれた身体７を用いて動作させられたとき、 身体の少し過剰の核双極子モーメント又は核スピンは磁場の方向に整列される。 これによって平衡状態において身体７の物質に磁場と平行して向けられた正味の 磁化Ｍ₀が生じる。この巨視的磁化Ｍ₀は、次いで、身体を、核のラーモア角周波 数と一致する周波数を有する無線周波パルスに晒すことにより操作され、これに より、核双極子モーメントを励起状態に移し、磁化Ｍ₀をもう一度配向させる。 適当な無線周波パルスを当てることにより、巨視的磁化ベクトルの回転が得られ 、この回転の角度はフリップ角と呼ばれている。傾斜磁場を印加することにより 磁場に意図的な変化を採 り入れることは、共鳴周波数と磁化に局部的に影響を与える。上手に選択された 無線周波パルス及び磁場傾斜パルスのシーケンスの印加後、ＮＭＲ信号は身体か ら放射され、この信号は、ある種の核、例えば、水素原子核の密度と、水素原子 核が発生した物質とに関する情報を提供する。放射された信号と、放射された信 号の画像の形式としての表われ方を解析することにより、身体７の内部構造に関 する情報を得ることできる。磁気共鳴画像化方法と、磁気共鳴画像化装置をより 詳細に説明するため、この問題に関し詳細に亘る文献、例えば、フォスター(M.A ．Foster)とハッチソン(Hutchison)により編集され、1987年にＩＲＬプレスから 出版された書物“実際的な核磁気共鳴画像化(Practical NMR Imaging)”を引用 する。 例えば、図２には、励起無線周波パルスと、リフォーカシング無線周波パルス からなる所謂スピンエコー（ＳＥ）シーケンスが示されている。フラッシュ（Ｆ ＬＡＳＨ）、レア（ＲＡＲＥ）、グレース（ＧＲＡＳＥ）又はイーピーアイ−ス パイラル（ＥＰＩ−ｓｐｉｒａｌ）のような他のシーケンスを使用してもよい。 同図には、ＲＦという名前が付けられ時間の関数として無線周波パルスの発生を 示す行と、ｘ−、ｙ−及びｚ夫々の方向で磁気傾斜場の発生を示すＧ_x、Ｇ_y及び Ｇ_zと、無線周波及び傾斜パルスによって誘起された身体７内の磁気共鳴信号の 発生を示すＭＲとからなる５行が示されている。 時点ｔ₀で励起無線周波パルス２１はフリップ角αで印加され、次いで、時点 ｔ₁でフリップ角βのリフォーカシング無線周波パルス２２が続く。α及びβの 値は、夫々、通常、９０°及び１８０°になるよう選択されているが、他のフリ ップ角の値でも構わない。励起無線周波パルス２１の次に、ＭＲ行に示された自 由誘導減衰（ＦＩＤ）核磁気共鳴信号６５が発生され、この信号は、個別の歳差 核磁気双極子モーメントが磁場内の局部的な変化に起因して位相コヒーレンスを 外れる（位相をずらす）とき、急速に消失する。リ フォーカシング無線周波パルス２２は、局部磁場に影響を与えずに上記個々の磁 気双極子モーメントの向きを反転させる。従って、位相のずれは、反転されて再 度位相を合わせ、この位相合わせによって、磁場傾斜パルスが存在しない場合、 ｔ₀後の２（ｔ₁−ｔ₂）周期のエコー時間ｔ_Eで核磁気共鳴スピンエコー信号６２ が得られる。エコー時間ｔ_Eの選択は、エコー時間の種々の値が身体の多様な形 の組織の別個のコントラストを生じさせるという事実によって決定される。 取得された信号の空間分解能を得るため、ｘ−、ｙ−及びｚ−方向の傾斜磁場 が印加される。ｚ−方向の傾斜５１及び５２を無線周波パルスと同時に印加する ことにより、核スピンは一つの断層だけで励起される。この傾斜は断層に垂直な 方向でスピンの位相のずれを生じさせるので、反対方向に傾斜のある補償場５１ ’が印加される。ｘ−方向の分解能のため、ｘ−方向に傾斜のある磁場３１はリ フォーカシング無線周波パルス２２の前に印加され、この傾斜場は核スピンの初 期の位相のずれを生じさせる。リフォーカシング無線周波パルス２２によるスピ ンの反転後、磁気共鳴信号６２が空間依存性の周波数で発生されるよう磁場測定 傾斜３２を印加する。好ましくは、上記二つのｘ−傾斜３１及び３２は、ｔ₀と ｔ₁の間で時間的に積分された上記傾斜の強さがｔ₁とｔ₂の間で時間的に積分さ れた強さと一致し、時間ｔ₂でｘ−傾斜の正味の影響はなく、最大のスピンエコ ー信号が得られる。ｙ−方向の空間的選択のため、傾斜４２は、リフォーカシン グ無線周波パルスの前後の何れかで核磁気共鳴信号の測定の前に印加され、これ により、核磁気共鳴信号の位相と、核磁気共鳴信号源のｙ方向の位置との間に関 係が得られる。繰り返された測定値を垂直向きの矢印で示されたｙ−方向の傾斜 の種々の値と組み合わせることにより、ｙ−方向に空間分解能が得られる。通常 、空間画像内で時間的に積分された別々のｘ−及びｙ−傾斜で得られた測定値の 変換のため２次元フーリエ変換が使用 される。 取得されたデータの品質は、測定された各信号サンプルに対し利用可能な時間 の量と共に増加する。この理由は、ＳＮ比が総測定周期の長さの平方根に比例す るからである。利用可能な測定周期は、傾斜の物理的及び技術的制約に従うと同 時に、できるだけ長くすることが望ましい。主の物理的制約は、ｚ方向の傾斜の あらゆる正味の位相のずれを回避する要求と、ｘ方向の傾斜のｔ₀とｔ_Eの間にゼ ロの正味の位相のずれを有する要求と、無線周波パルスの間に他の傾斜は存在し ないと同時にｚ方向に固定の強さの傾斜を印加することである。技術的又は機械 的な制約は、装置のハードウェアによって得られる最大の傾斜の強さと勾配であ る。本発明は上記制約の範囲内で最良の信号を得る方法を提供することを目的と する。 異なる制約を生じる磁気共鳴画像化の他の特徴は、例えば、流れの補償の必要 性である。流れの補償は、パラメータの最適化を犠牲にすることなく行なうこと が可能であり、必要があれば、流れの補償は、最適化されるべきパラメータに関 し最適解を犠牲にして改善してもよい。その上、シーケンス内において無線周波 パルスと傾斜場の相対的な時間は著しく関連しているので、最適化処理に含まれ るパラメータの数を削減することが可能になる。 上記物理的及び技術的制約の範囲内において、実現可能な傾斜波形の数は実質 的に制限されていないので、最適化処理において変え得るパラメータの数を制限 するため付加的な制約が必要である。上記付加的な制約は基本的ではなく、他の 制約によって置き換えることが可能であり、或いは、最適化アルゴリズムが許容 するならば取り除いてもよい。第１の可能な付加的な制約は、一定の上昇及び下 降時間のある台形状の磁場傾斜を規定する。パラメータの量はここで制限され、 パラメータ間の関係は線形であり、最大の可能な値を超えることのない傾斜の勾 配及び強さから生じる１乃至２個の非線形の不等式の制約がある。 最適解を見つける第１の方法において、測定傾斜の間隔は、最大値、即ち、対 称性のリフォーカシング無線周波パルス２２に対し２（ｔ_E−ｔ₁−Δ）と等しく 設定され、ここで、Δは無線周波パルスの半分の長さである。次いで、これと両 立する他の傾斜に対する解が存在するかどうかを探索する。解が見つからなかっ た場合、測定傾斜の長さは小さいステップδ減少させられ、何らかの解を見つけ る新たな試みが行なわれる。上記処理は可能な解が見つけられるまで繰り返され る。位相符号化傾斜の変動に対し実行するため、解は二つの極端な値に対し探索 される。測定傾斜３２の長さが最も短い場合の解は全体の解として得られる。 傾斜場、磁気共鳴信号の繰り返しを生じる複数のリフォーカシング無線周波パ ルスよりなるＴＳＥ（ターボスピンエコー）又はＲＡＲＥ（繰り返しエコーによ る急速取得）、交番極性測定傾斜を有するＥＰＩ（エコー平面画像化）、又は、 交番極性測定傾斜及び繰り返されるリフォーカシング無線周波パルスを有するＧ ＲＡＳＥ（傾斜及びスピンエコー）によってエコーが生成されるようなより複雑 なシーケンスに対し、同様の制約の組が定式化され、同様の解の探索法を適用す ることができる。 上記解法には欠点がある。第１に、画質は改善され、取得時間は減少した磁気 共鳴画像化における新しい画像化技術が常に開発されているので、新しい物理的 制約が取り込まれる可能性がある点である。上記方法は採用された新しい各制約 に適合することが必要である。かかる制約には非線形性が含まれる可能性がある ため、上記方法の重要な調整を行なうことは困難である。第２に、制限された数 のパラメータだけが変化し、一つの可能性のある解だけが探索されるので、上記 解はより多くのパラメータを用いて得られる最適解である必要はない。最後に、 離散的なステップδのため、最適値は不正確にならざるを得ない。δのより小さ い値を選択することによって精度を増加させることは、計算時間を増加させる。 本発明による方法の第２の実施例において、特に、より多数のパラメータと非 線形の制約を与える制約の組のより柔軟性のある定式化が提案されている。上記 の最適化問題の一般的な定式化は、（非線形）制約関数：ｊ＝１，．．．，ｍ₁ に対し、ｃ_j＝（ｘ₁，．．．，ｘ_n）＝０ 及び ｊ＝ｍ_l＋１，．．．，ｍに対 し、ｃ_j＝（ｘ₁，．．．，ｘ_n）≦０の条件下で、（非線形）目的関数ｆ（ｘ₁， ．．．，ｘ_n）の最小値を決定することである。このような系の解は、例えば、 ジル(P.E．Gill)等による“プラクティカル最適化(Practical 0ptimization)” 、アカデミックプレス、ロンドン（１９８１）に記載されている連続的な二次プ ログラミング法によって見つけることができる。上記方法はＮＡＧフォートラン ライブラリのルーチン“Ｅ０４ＵＣＦ”（ＮＡＧフォートランライブラリマニュ アル マーク１５、第１版（１９９１年６月）、ニューメリカルアルゴリズムグ ループリミティッド(The Numerical Algorithm Group Limited)、オックスフォ ード）に組み込まれている。他の標準的な利用可能な最適化ルーチンを同様に使 用することが可能である。 上記実施例において、傾斜磁場は区分的線形波形、即ち、線形のセグメントか らなる連続関数として与えられている。線形セグメントが接合するノードは、強 制的にｘ−、ｙ−及びｚ−の各方向で傾斜波形と時間的に一致させられる。この モデルは、特に、付加的な制約の導入はモデル全体の再定式化を必要としない点 で、上記第１の実施例よりも柔軟性のあるモデルであるが、場合によっては全体 的な最適化が見つけられない制限が要求されることがある。 本質的に、磁場傾斜の波形は、プリセット値は要求されず、即ち、無線周波パ ルスが放射されていないか、或いは、データの取得が行なわれている間隔で任意 の形状を有する。物理的及び技術的制約だけに従うことが必要である。上記領域 の任意の波形には、最適解が実際に得られる潜在的な利点がある。しかし、任意 の関数、例えば、 三角関数を選択することにより、最適化処理中、非線形制約の大きい組が得られ 、パラメータ化は困難になり最適化処理は長引く。 本発明の第３の実施例によれば、波形は、区分的線形関数によって表わされて いるが、傾斜波形のノードはｘ−、ｙ−及びｚ−方向で一致していない。かかる 波形の一例を図３に示す。同図において、行Ｇ_x、Ｇ_y及びＧ_zはｘ−、ｙ−及び ｚ−方向に磁気傾斜場が存在することを示している。傾斜波形の固定部分は実線 で表わされ、最適化中に変化する位置はノードのある破線で表わされている。時 間的に積分された傾斜の強さは、区分的線形関数に関し表わされ、物理的制約は 、異なる間隔に積分された強さの間の関係で表わされている。上記時間的に積分 された傾斜の強さは、各線形部分の寄与全体の和からなる。例えば、ｘ−方向傾 斜、即ち、スピンエコーシーケンスのパルスの励起とリフォーカシングの間の間 隔の測定傾斜の時間的に積分された強さは以下の式で表わすことができる： 式中、Ｇｘ_iおよびτ_iは各ノードの傾斜の強さと時間とを表わしている。ｉ＝０ とｉ＝１の場合のノードは、励起無線周波パルスの中心と端とを表わし、ｉ＝ｎ −１とｉ＝ｎの場合のノードは、リフォーカシング無線周波パルスの先頭と中心 とを表わしている。上記ノードは、時間と傾斜の強さの両方に関し固定されてい る。ｉ＝２，．．．，ｎ−２の場合のノードは、時間及び傾斜の強さの両方に関 し変化する。可変ノードの強さと時間が変化するので、あらゆる物理的制約は非 線形の関係になり、その制約の数は可変ノードの数とは無関係である。 装置の制約は以下の式： −Ｍ_mx≦Ｇ_xi≦Ｍ_mx 及び によって表わされ、式中、Ｍ_mxは傾斜の最大の強さを表わし、Ｓ_mxは傾斜の最大 の勾配を表わしている。勾配に関する制約は、可変ノードが時間的に増加する順 序：τ_i+1≧τ_iで並べられている場合、 （Ｇｘ_i+1−Ｇｘ_i）−Ｓ_mx（τ_i+1−τ_i）≦０ 及び （Ｇｘ_i+1−Ｇｘ_i）＋Ｓ_mx（τ_i+1−τ_i）≧０ と等価である。付加的な制約は、準備フェーズが３個の各傾斜方向で同時に終了 する必要があることと、測定周期中、位相符号化及び断層選択傾斜はスイッチオ フされていることである。 図４ａ及び４ｂには、断層選択及び測定傾斜の傾斜波形に対する可能な解が示 されている。図４ａに示された波形は、リフォーカシング無線周波パルスの両側 に２個の可変ノードを有し、図４ｂに示された波形は、両側に６個の可変ノード を有する。実質的に同一の波形が最適化処理により得られることが分かる。可変 ノードの数が多い程、より良い解が得られるが、より多くの計算時間を消費する 。従って、ノードの数は制限しても十分であると考えられる。 技術的な視点から不所望な磁場傾斜波形を回避するため、ペナルティ関数を採 用してもよい。上記ペナルティ関数は、所望の特徴のある解を僅かに優先する。 従って、ペナルティ関数は、実質的に等価な解の組の中から最も望ましい特徴の ある解、例えば、隣接するノードで等しい傾斜の強さのある解、或いは、各ノー ドで勾配の変化が制限されている解を選択する。 第４の実施例によれば、可変ノードは一定の時間的関係が課され、磁場傾斜の 強さは独立変数だけとして残されている。これにより、 全ての制約は制限され、従って、最適化処理は非常に高速化する利点が得られる 。最後の可変ノードを固定した後、他の可変ノードは、等距離で関連する間隔に 配分される。かかる実施例を実装する場合、解の存在はＮＡＧフォートランライ ブラリのルーチン“Ｅ０４ＭＢＦ”を用いて定められる。この方法の欠点は、最 適解、例えば、最大の測定周期のある解を直接見つけることができない場合があ る点である。最大の測定時間の場合に解が得られなくても、最小の許容測定時間 で解に到達し得るならば、上記実施例において、解が存在する最大測定時間を決 めるため二分探索が行なわれる。上記例の場合、制限された数の可変ノードは許 容可能な解に対し十分であることが分かる。多数のノード点を用いることにより 、傾斜波形は滑らかにさせられ、即ち、隣接するエッジ間の勾配の差は制限され るような利点が得られる。 上記説明において、印加された磁気傾斜は、ｘ−、ｙ−及びｚ方向であること が想定されている。しかし、実際上、異なる方向の断層を画像化させ得るため、 相互に垂直な各組が使用され、かつ、使用することができる。“機械”の方向ｘ 、ｙ、ｚと画像の方向ｍ、ｐ、ｓ（測定、位相符号化及び断層選択方向）の間の 関係は、以下の回転： によって表わすことができる。次いで、物理的な制約が画像化（ｍ，，ｐ，ｓ） 系に加えられ、同時に、技術的制約が機械（ｘ，ｙ，ｚ）系に加えられる。磁気 共鳴装置内に発生されたような傾斜と、画像化されるべき身体に存在する有効な 磁場傾斜の間の種々の関係を除いて、画像化されるべき断層の回転によって基本 的な差は生成さ れない。しかし、最適化の問題は、主として線形からかなり複雑かつ非線形の問 題に変わる。 図５ａには、本発明による方法の種々の段階の間の基本的な関係を表わすブロ ック図が示され、図５ｂには上記方法のフローチャートが示されている。上記機 能は図１に示したように制御ユニット１２に収容されている。ユーザインタフェ ースユニット９０における初期化（ボックス１００）の後、基本パルスシーケン スと、フレームレート、関連するパラメータのエコー時間Ｔ_E及び繰り返し時間 Ｔ_R、断層の厚さ及び方向と視野のような物理的な関係のあるパラメータとを選 択するためオペレータからの指示が受けられる（ボックス１１０）。最適化の規 準も同時に選択される。ボックス１２０において、記憶装置９２から得られ、或 いは、記憶されたコンピュータプログラムのコードに既に格納された全体的な表 わし方は、パルス発生ユニット９４において特定のパラメータと組み合わされ、 適用されるべき制約からなるパルスシーケンスの全体的な物理的表わし方が得ら れる。上記全体的な物理的表わし方には、種々の傾斜場の面積と相対的なタイミ ングが含まれている。無線周波パルス自体が最適化処理と関連付けられているな らば、全体的な物理的表わし方には、そのタイミングと時間的に積分された強さ が更に含まれる。ボックス１３０には、適用されるべき技術的制約が示されてい る。最適化部９６において、シーケンスの詳細は、最適化処理に従って定められ る（ボックス１４０）。これにより得られた結果は、ユーザインタフェース９０ を介してオペレータに伝達される（ボックス１７０）。次いで、オペレータは、 最適化処理が繰り返される前に、制約を補正し、或いは、付加的な制約を加えて もよい。オペレータが最適化処理の結果を許容する場合、その結果は画像化用制 御インタフェース９８を介して磁気共鳴画像化装置を制御するため使用される（ ボックス１６０）。 本発明の方法によれば、磁気共鳴画像化シーケンスの物理的な必要条件と、そ の詳細な記述とを分離することができ、詳細な記述は最適化処理によって定めら れるようになる。最適化処理は一般的な方法で組み込むことができるので、新し い制約又は異なる制約のあるシーケンスを容易に実施することができる。 実際上、最適化処理を行なうため必要な時間の量は殆ど許容し得る。パラメー タの初期値が異なる２Ｄ及び３Ｄのスピンエコーの最適化実行の殆どの場合に、 最適化処理に要する時間はＨＰ９０００／７３５コンピュータ上で略１０秒未満 であり、例外的に２０秒以内に終了しない場合があった。得られた結果は、パラ メータの初期値と共に大きく変化した。数は少ないが、初期値の組から結果が得 られない場合があったが、同一のシーケンス及び制約に対し、結果が得られる別 の初期値の組が常に存在した。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 静止した実質的に均一の主磁場に置かれた身体の少なくとも一部分を磁気 共鳴画像化する方法であって： 対象物内に磁気共鳴信号を発生させるため無線周波（ＲＦ）と磁場傾斜パルス の基本シーケンス形を選択する段階と； 上記選択された基本シーケンスと組み合わせて、所望の画像の特徴を表わす動 作的パラメータを選択する段階と； 機械の制約と該動作的パラメータとを考慮して、該基本シーケンスの最適化に より無線周波及び磁場傾斜パルスの動作的シーケンスを決定する段階と； 該身体の一部分を該動作的シーケンスに従わせ、これにより、該一部分に磁気 共鳴信号を発生させる段階と； 該磁気共鳴信号を測定し、該測定された信号から該身体の一部分の画像を得る 段階とからなる磁気共鳴画像化方法。 ２． 上記選択段階は上記最適化の段階から機能的に分離され、上記最適化段階 は、その実行が上記動作的シーケンスの決定と無関係に行なわれるような態様で 組み込まれている請求項１記載の磁気共鳴画像化方法。 ３． 上記動作的シーケンスは、上記発生された磁気共鳴信号を測定する周期又 は上記発生された磁気共鳴信号の期待されるＳＮ比の最大化による上記基本シー ケンスの最適化によって決定される請求項１又は２記載の磁気共鳴画像化方法。 ４． 最初に、基本シーケンス形から、無線周波パルスのタイミングと上記無線 周波パルスと同時に印加された磁場の強さとからなる上記動作的シーケンスの概 略的な表わし方が定められ、 次に、該概略的な表わし方には与えられていない間隔で上記磁場傾斜の波形を 定めるため上記最適化が行なわれる請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の磁 気共鳴画像化方法。 ５． 最初に、基本シーケンス形から上記動作的シーケンスの概略的な表わし方 が定められ、 次に、無線周波パルス及び磁場傾斜波形のタイミングと、長さと、強さとを定 めるため上記最適化が行なわれる請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の磁気 共鳴画像化方法。 ６． 上記磁場傾斜波形は区分的線形関数である請求項５記載の磁気共鳴画像化 方法。 ７． 主磁場を確定する手段（２）と；上記主磁場に重ね合わされる傾斜磁場を 発生させる手段（３，４，５）と；身体（７）に向けて無線周波パルスを照射す る手段（６，８）と；上記傾斜磁場と上記無線周波パルスの発生を統括する制御 手段（１２）と；無線周波パルスのシーケンスと切り換えられた傾斜磁場とによ って発生された磁気共鳴信号を受信しサンプリングする手段（６，１０）と；該 信号のサンプルから画像を形成する再現手段とからなり、静止した実質的に均一 の主磁場に置かれた身体の磁気共鳴画像化装置であって、上記制御手段（１２） は： − 限定された数の基本シーケンスの概略的な表わし方と； − 得られるべき画像の所望の特徴を表わす動作的パラメータ（Ｔ_R，Ｔ_E，位置 ）を入力し、基本シーケンスを選択するオペレータ入力部と； − 機械の制約と該動作的パラメータを考慮して、該基本シーケンスの最適化に より無線周波の動作的シーケンスと磁場傾斜パルスを決める計算手段とを更に有 する、請求項１乃至６のうちいずれか１ 項記載の方法に従う磁気共鳴画像化装置。 ８． 上記ユーザ制御手段は、上記オペレータに上記シーケンスの最適化の結果 を通知し、上記オペレータに付加的パラメータの適用を許可する出力からなる請 求項７記載の磁気共鳴画像化装置。