JP2007117765A - Epiシーケンスにおける傾斜誘起された交差項磁場の測定および補正 - Google Patents
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Abstract
【課題】EPIシーケンスにおける傾斜誘起された交差項磁場の測定および補正
【解決手段】磁気共鳴イメージング(MRI)システムにおける傾斜誘起された交差項磁場を決定するための方法であって、被検体(対象)を静磁場内に配置する工程と、前記被検体のスライスを空間的に選択するラジオ周波数(RF)励起パルスを印加する工程と、前記スライスの位相に平行な位相エンコード傾斜磁場方向に沿ってインクリメントされる位相エンコード傾斜磁場を印加する工程と、前記スライスにおけるライン(線状部位)を選択するための選択RFリフォーカスパルスを印加する工程と、交差項磁場を引き起こす、スイッチされた読み出し磁場勾配を印加する工程と、前記選択されたラインに沿う位相エンコード勾配および対応するサンプルデータ点のデータアレイを生成することと、前記選択されたラインについて傾斜誘起された交差項磁場を示す中心周波数分布(CF)を決定することを含む方法が開示される。
【選択図】図6
【解決手段】磁気共鳴イメージング(MRI)システムにおける傾斜誘起された交差項磁場を決定するための方法であって、被検体(対象)を静磁場内に配置する工程と、前記被検体のスライスを空間的に選択するラジオ周波数(RF)励起パルスを印加する工程と、前記スライスの位相に平行な位相エンコード傾斜磁場方向に沿ってインクリメントされる位相エンコード傾斜磁場を印加する工程と、前記スライスにおけるライン(線状部位)を選択するための選択RFリフォーカスパルスを印加する工程と、交差項磁場を引き起こす、スイッチされた読み出し磁場勾配を印加する工程と、前記選択されたラインに沿う位相エンコード勾配および対応するサンプルデータ点のデータアレイを生成することと、前記選択されたラインについて傾斜誘起された交差項磁場を示す中心周波数分布(CF)を決定することを含む方法が開示される。
【選択図】図6
Description
本発明は、磁気共鳴イメージング(MRI)、特に高速エコープラナーイメージング(EPI)技術に関する。
EPIは、NMRデータの高速収集のための一般に用いられているMRI技術であり、それにおけるスキャン時間は、概して約100msecである。議論の単純化のために、Z−軸がスライス選択方向として用いられ、X−軸が位相エンコード方向として用いられ、そしてY−軸が読み出し方向として用いられる。しかしながら、ここに説明された発明を用いるときには、他の配置が適用されても良い。
図1および図2に示されるように、従来のEPIパルスシーケンスにおいては、スライス選択磁場勾配(Gslice)12と共に90°ラジオ周波数(RF)励起パルス10が、イメージングされる物体のイメージング平面における原子核を励起するため、イメージング平面、例えば、(Gz)、に垂直な軸に沿って印加される。原子核を空間的にエンコードするための励起パルスの後に、前記イメージング平面に対して平行な軸(Gx)に沿って、位相エンコード勾配(Gphase)14および24が印加される。同様に、k−空間(未処理データ空間)の後続のスキャンを中心におくために、前記イメージング平面に平行で且つ位相エンコーディング勾配に直交する軸(Gy)に沿って、位相シフト勾配(Gread)16が、印加される。180°RFリフェージングパルス18は、励起された原子核からのスピンエコー(SE)レスポンス(ADC)20を生成するために印加される。スライス特定勾配19も、前記180°RFパルスと共に印加されても良い。
信号サンプリングの間、交互読み出し磁場勾配(Gread)22が、k−空間をスキャンするために印加され、そして励起された原子核からSE信号サンプル20を収集する。前記読み出し勾配と協同して、連続的な位相エンコード勾配(Gphase)24が、図3に示されるように、位相エンコード(Gx)方向に沿って移動させるスキャンを生じさせるべく、印加されてもよい。スキャントラジェクト24は、交互読み出し勾配22と連続位相エンコード勾配24によってk−空間を通してのジクザグパターンを形成する。代わりに、位相エンコード勾配が、図4に示されている通り、k−空間の行を通る各パスの後にスキャントラジェクトリ30をシフトさせるべく前記読み出し勾配の反転と位置合わせされたブリップパルス23として、印加されるようにしても良い。
図3および図4に示される通り、データは通常、k−空間を通してのラスタスキャントラジェクトリにおけるFPIシーケンスの期間にサンプリングされ、そこでは、読み出し勾配に対応する個々のスキャンラインは、順次にサンプリングされる。各スキャンライン32がサンプリングされた後に、前記k−空間トラジエクトリは、位相勾配方向に沿って次のスキャンライン34にシフトされる。前記読み取り勾配22の反転は、読み出し勾配に沿ってk−空間トラジェクトリに反転を生じさせる。前記トラジェクトリを反転することによって、k−空間を通るスキャンは、ラインシーケンスによって、ライン上の読み出し勾配に沿い往復して進行し得る。
位相エンコード勾配24,28は、データ収集トラジェクトリのライン毎トラジェクトリに垂直である。位相エンコード勾配に平行なラインに沿うデータは、k−空間の完全ナスキャンの経過の間にゆっくりと収集される。対照的に、前記読み出し勾配に平行な各ラインに沿って収集されるデータは、スキャンシラジェクトリが、スキャンシラジェクトリの一つのラインを通過するにつれて、速やかに収集される。したがって、位相エンコード勾配方向におけるデータは、読み出し勾配方向に沿って集められるデータよりもより遅い速度で収集される。
読み出し勾配期間中に収集されるNMR信号サンプルは、フーリエ変換のような、従来の数学的技術を用いて、k−空間領域から空間領域へ変換されてもよい。前記空間領域におけるデータは、イメージングのために選択されたスライスに対応する物体の断面のNMR画像を生成するために使用される。
EPIシーケンスを用いて生成される画像は、磁場不均一性およびMRIシステムの他の異常によって生起される歪およびアーチファクトを受け易い。EPIシーケンスを用いて生成される高速画像については、位相エンコード方向に沿った画像歪は、該方向に沿う相対的に遅いデータサンプリングレート故に、特に深刻である。
誘起される磁場歪は、画像歪の発生源である。誘起磁場歪は、MRイメージングシーケンス、EPIシーケンスにおいてスイッチされる傾斜磁場によって磁場が誘起されるときに、生ずる。前記誘起される磁場は、誘起している傾斜磁場に直交するときに、交差磁場である。誘起される交差磁場歪は、MRIシステムにおける渦電流(EC)およびマクスウェルの電磁場から結果として生じ得る。例えば、EPIシーケンスの間に、誘起される交差磁場は、データサンプリング期間の間に高速でスイッチされる読み出し勾配によって、位相エンコード方向に沿って生じ得る。
位相エンコード方向に沿う(Gphase)相対的に遅いサンプリングレートを考慮して、スイッチされる読み出し勾配(Gread)により誘起される傾斜交差磁場が、位相エンコード方向に沿う実質的な画像歪を結果として生じ得る。画像歪は、読み出し勾配がデータサンプリングの間繰り返し反転されるEPIシーケンスから生成される画像において特に深刻である。画像歪、特に誘起される交差磁場が読み出し勾配によって生成される、EPIシーケンスから結果として生じる歪を作る、誘起された交差磁場を補償するための技術が長い間必要とされていた。
誘起された交差磁場に起因する画像データにおける歪、そして特にスイッチされる読み出し勾配によって生成される歪、について補償するための技術が開発された。前記補償技術は、誘起された交差磁場に起因する画像における歪が実質的に低減することを可能とする。誘起された交差磁場歪は、位相エンコード勾配に対応する方向に沿って、しばしば深刻である。前記補償技術は、位相エンコード方向に沿う画像歪の低減に最も有用である。
前記補償技術は、最初に、誘起された交差磁場を、好ましくはファントム被検体をイメージングすることによって、測定することを含む。ファントムにおける前記誘起された交差磁場の影響の測定は、交差項補正係数を生成するために用いられる。この係数は受診者の身体の信号サンプリングの間に誘起される交差磁場に起因する画像歪およびアーチファクトを低減するために使用される。
一つの態様においては、本発明は、磁気共鳴イメージング(MRI)システムにおける勾配誘起された交差項磁場を決定するための装置であって:
a.被検体が中に配置される静磁場を形成する手段と、
b.前記被検体のスライスの原子核を空間的に飽和させるラジオ周波数(RF)飽和パルスを被検体に印加する手段と、
c.前記ラジオ周波数(RF)飽和パルスが被検体に印加された後に、前記被検体のスライスの画像を形成するためにエコープラナーイメージング(EPI)シーケンスを適用する手段とを具備する装置。
a.被検体が中に配置される静磁場を形成する手段と、
b.前記被検体のスライスの原子核を空間的に飽和させるラジオ周波数(RF)飽和パルスを被検体に印加する手段と、
c.前記ラジオ周波数(RF)飽和パルスが被検体に印加された後に、前記被検体のスライスの画像を形成するためにエコープラナーイメージング(EPI)シーケンスを適用する手段とを具備する装置。
図5に示されるように、MRイメージングシステム40は、典型的には、静磁場(B0)をかけるための磁石42、三つのそれぞれ直交する座標に沿う勾配を有する空間的に分布される傾斜磁場(Gx,Gy,およびGz)をかけるための勾配コイル44、ならびにイメージングされる物体の選択された原子核へRF信号を送信し、該原子核からRF信号を受信するためのRFコイル46を含む。受診者48は、イメージングされるべき受診者の部位が、該MRIシステムの視野(FOV)を定義する、磁石とコイルの間の「イメージングボリューム」内となるように、受診者寝台50上に横たわる。
勾配コイル44の動作によって生成される電磁場は、前記イメージングボリュームにおける交差磁場を誘起し得る。誘起される交差磁場の大きさは、勾配コイルのスイッチングおよび該コイル内の電流に依存する。誘起される交差磁場は、エコープラナーイメージング(EPI)シーケンスの信号サンプリングの間、読み出し勾配(Gread)の極性が繰り返し反転されるように、勾配コイルが高速にスイッチされるかぎり、相対的に大きくてよい。前記誘起される交差磁場は、前記イメージングボリューム内の物体の原子核のフェージングに作用し、それによってMRイメージングについて集められるNMR信号に影響する。
図6は、交差項磁場補正係数を生成するための方法の図である。該方法は、誘起される交差項磁場、そして特にスイッチされる読み出し勾配によって引き起こされるものについて補正する。ステップ54において、NMR信号データへの影響を隔離するために、前記イメージングボリュームのアイソセンタにファントム試料が配置される。ファントム試料は、ベビーオイルのような水素を多量に含有する流体によって満たされた容器であっても良い。ファントムの一例は、ベビーオイルで満たされた10cm×10cm×30cmの直方体柱状容器である。前記ファントム被検体は、後に受診者をイメージングするのに用いられるであろうものと同一のEPIシーケンスでイメージングされる。特に、前記ファントム被検体は、後に受診者をイメージングするときに用いられるものと同一の読み出し勾配反転レートおよびサンプリング期間を用いるEPIシーケンスによってイメージングされ得る。
前記交差項の計測は、励起ライン技術58または飽和ライン技術60を用いてなされ得る。さらにまた、励起ライン技術58は、交差項のみが測定される一ライン励起62、または交差項と読み出し勾配トラジェクトリタイミングの両者が測定される二ライン励起64として実行され得る。前記一および二ライン励起およびライン飽和技術は、各々から交差項磁場補正係数(BI(Y))68が生成される。
補正係数(BI(y))は、後に、受診者をスキャンする際に集められたデータを補正するために適用される。前記ファントム試料によって生じる誘起交差項は、受診者がイメージングされるときに生じるであろう誘起交差項と実質的に同一であると仮定される。それ故、ファントム試料を用いて生成される補正係数(BI(y))は、受診者の画像データにおける交差項についての補正に適用することができる。補正係数(BI(Y))98は、受診者のEPIスキャンから集められる未処理イメージングデータ72を、従来の画像補正アルゴリズム70を用いて、補正するために用いられる。補正された未処理画像データを用いて生成される画像は、誘起交差項磁場に起因するアーチファクトを大きく免れているはずである。
図7は、スイッチされたEPI読み出し勾配パルスによって誘起される交差磁場を計測するための修正されたスピンエコーEPIシーケンス74を示している。修正されたシーケンス74は、スライス方向に沿うスライス選択勾配78パルスと共に、空間的に選択的な90°RF励起パルス76と、読み出し方向に沿って空間的に選択的な180°RFリフォーカスパルス80と、前記90°および180°RFパルスの間に印加されるインクリメントされる位相エンコード勾配89と、そしてNMR信号(ADC)86の収集の間に正および負の極性の間で交互する、スイッチされるEPI読み出し勾配84とを含む。前記読み出し勾配パルスは、受信者の定常のEPIイメージング応用におけるのと同一であってもよい。
修正されたEPIシーケンス74は、前記EPI読み出し勾配パルス84によって誘起される交差磁場を決定するために使用されるNMR信号データを収集するために用いられる。ファントム被検体のスライスは、前記スライス勾配78の存在状態において印加される前記空間的に選択的な90°パルス76によって選択される。続いて、前記スライスからのラインが、読み出し方向に沿う勾配88の存在状態において印加される空間的に選択的な180°RFパルス80によって選択される。好ましくは、前記選択されたラインは、前記スライス方向に沿って厚く、例えば約1cm(センチメートル)であり、そして前記読み出し方向に沿って薄く、例えば約2から3mm(ミリメートル)の範囲内である。前記選択された直線は、前記ラインの方向に沿ってインクリメントされる位相エンコード勾配パルス89によって位相エンコードされる。
前記選択されたラインから収集されるNMR信号は、前記EPIスイッチされる読み出し勾配によって誘起される交差磁場の影響を証明する。直線が選択され且つファントム試料がイメージングされるから、前記ラインに沿うNMR周波数の変動は、前記スイッチされるEPI読み出し勾配パルスによって誘起される交差磁場に起因する。
前記励起ライン法58は、誘起された交差磁場のみ、または前記交差磁場および前記EPI読み出し勾配トラジェクトリの両者を測定するのに用いられ得る。前記誘起された交差磁場のみを測定するために、MRIシステムの前記アイソセンタを通過する単一のラインが選択される。前記ライン(群)は、そのために交差磁場が測定される方向、例えばGphase、に沿って選択され且つ読み出しは、前記誘起される勾配パルス、例えば、Gread、の方向に沿っている。
前記測定は、S(km,tn)、但し、m=1,2,…,M、およびn=1,2,…,Nで表現されるデータアレイを与える。このデータアレイにおいて、kmは、位相エンコード勾配のk値であり、tnは、EPI読み出しウィンドウ内で各データ点が収集されたときの時間をあらわし、MおよびNは、それぞれ、位相エンコードおよび読み出し次元に沿って収集されるデータ点の数である。データアレイS(km,tn)は、スイッチされるEPI読み出し勾配のような、傾斜磁場によって誘起される交差磁場に起因するNMR信号の歪の情報を含む。
前記EPI読み出し勾配のトラジェクトリと前記読み出し勾配によって誘起される交差磁場の両者が測定されると、そのときは二つの平行ライン64が、対をなすデータアレイの収集のために選択される。前記ラインは、等しく、しかしそれぞれ+Lおよび−Lだけ読み出し方向に沿ってアイソセンタから異なる方向にオフセットされる。前記ラインは、交差項、例えばGphaseの方向に平行である。前記二つの選択されたラインに沿うNMRデータの測定は、各アレイが選択されたラインの一方に対応する、二つのデータアレイ、S+L(km,tn)およびS−L(km,tn)、を与える。
各ラインからの収集データは、まず、位相エンコード方向に沿って一次元(1D)フーリエ変換(FT)され、そしてそれから前記EPI読み出し勾配トラジェクトリおよびEPI読み出し勾配により誘起される前記交差磁場を測定するためのさらなる処理ステップに供される。
前記EPI読み出し勾配トラジェクトリの測定のために、前記位相エンコード方向に沿う1D FTの後に、位置Ymおよび時間tnに対応する瞬時周波数f(Ym,tn)が、下の式1に従って信号位相から決定される。
式中、S′(Ym,tn−1)は、S(Ym,tn−1)の共役であり、そしてarg{}は、複素入力についての主位相値を返す。
式中、f(Ym,tn)は、各データ点が前記選択されたラインに沿って収集されるとき、位置Ymおよび時間tnにおける前記瞬時周波数であり、そしてL(+および−)は、アイソセンタからの前記選択されたラインのオフセットである。
式中、tpは、縮小されたデータアレイの対応する点が収集されたときの時間をあらわす。
サブアレイS(Ym,tp)は、各EPIエコーから中心点をとることによって導かれる。もしも、偶数および奇数の両エコーが、EPI画像の製作に使用されると、前記サブアレイは、完全なEPIエコー列のエコー中心点を表すデータからなる。
単一ライン測定62の場合において、CF(Ym)を与えるためのf(Ym,tp)の1D FTの後に、瞬時周波数が、直接的に使用され且つ最小二乗法のようなアルゴリズムを用いてYmの多項関数に適合させられてもよい。適合からの多項関数は、選択されたラインに沿う中心周波数分布CF(Ym)をあらわし、それは交差磁場分布についての計測の方向にある。前記中心周波数分布は、γBI(Ym)=CF(Ym)、式中BIは誘起された交差磁場をあらわす、によって誘起される交差磁場に関連している。
二重ライン測定64の場合において、前記勾配トラジェクトリも測定されるとき、二つの対称的にシフトされたラインからの瞬時周波数の付加が使用され、Ymの多項関数に適合され、再びf+(Ym,tp)の1D FTの後、次のような、式5を用いて中心周波数分布(CF(Ym))を決定すべく、CF(Ym)を与えるために適合される。
図8は、前記スイッチされるEPI読み出し勾配パルスによって誘起される交差磁場を測定するための他の修正されたスピンエコーEPIシーケンス90を示している。当該シーケンスは、位相エンコード方向と読み出し方向の間に角度付けされたスピンのスライスを選択的に飽和させるための位相エンコード方向と読み出し方向の両者に沿う空間的に選択的である90°RF励起パルス92および勾配94を含む。最初の90°RFパルス92の後に、他の90°RFパルス98を誘起する定常的なスピンエコーEPIシーケンス96が印加される。収集された2D EPI画像における暗いラインとして示す、飽和スライスの空間的分布、が誘起される交差磁場を示す。位相エンコード位置ΔXm(Xm)の関数としての位相エンコード位置変位ΔXmは、交差磁場を定量化するための多項関数に適合され得る。
データ収集および処理のための手順は、種々のラインまたは方向についてそしてEPI読み出し勾配波形の、受診者をイメージングすべくMRIシステムによって使用される動作モードについて誘起される交差磁場をモデル化するために必要とされるほど、多くのバリエーションを伴って繰り返され得る。さらに、これらの手順は、MRIスキャナを特徴づけるべく適用されるシステム較正パッケージの一部であっても良い。これらの手順の結果は、システム使用パラメータの一部として格納されても良い。これらの手順の結果は、画像を補正し、または交差磁場に起因する画像歪またはアーチファクトを低減すべくシステムを調整するために適用されても良い。
前記EPI読み出し勾配によって誘起される交差磁場は、静磁場不均一性と同じように位相エンコード方向に沿う画像歪内にあらわれる。したがって、交差磁場測定の結果は、B0不均一補正についてと同様のアルゴリズムを適用することによって画像補正のために使用され得る。B0不均一補正のアルゴリズムの例は、Chang,H.およびFitzpatrick,J.M.,「磁場不均一の存在状態における正確な磁気共鳴イメージングのための技術(A Technique for Accurate Magnetic Resonance Imaging in the Presence of Field Inhomogeneities)」,IEEE Transactions on Medical Imaging 11:319−329,1992年;O'Donnell, M.,およびEdelstein,W.A.,「磁場不均一および傾斜磁場非線形性が存在する場合のNMRイメージング(NMR Imaging in the Presence of Magnetic Field Inhomogeneities and Gradient Field Nonlinearities)」,Med.Phys.12:20−26,1985年;ならびにSekihara,K.,Matsui,S.,およびKohno,H.,「大きな不均一性を有する磁石のためのNMRイメージング(NMR Imaging for Magnets with Large Nonuniformities)」,IEEE Transactions on Medical Imaging MI−4:193−199,1985年に述べられている。不均一性補正手順はEPI画像歪を低減するための交差項補正と共に適用されても良い。
本発明は、現時点で最も現実的でかつ好ましいと考えられる実施の形態に関連して説明されてきており、本発明は、開示された実施の形態に限定されるべきでなく、添付された特許請求の範囲の精神および視野の範囲内においてもたらされる種々の変更および等価的な構成を包含することを意図している。
54 アイソセンタにおける位置ファントム試料
56 誘起された交差項磁場を計測
58 励起ライン技術
60 飽和ライン法
62 1ライン
64 2ライン
66 勾配トラジェクトリ係数K(t)
68 交差項磁場補正係数BI(y)を発生
70 BI(y)を用いて画像補正を適用
72 受診者をスキャンして未処理EPI画像データを収集
73 NMR画像を生成
56 誘起された交差項磁場を計測
58 励起ライン技術
60 飽和ライン法
62 1ライン
64 2ライン
66 勾配トラジェクトリ係数K(t)
68 交差項磁場補正係数BI(y)を発生
70 BI(y)を用いて画像補正を適用
72 受診者をスキャンして未処理EPI画像データを収集
73 NMR画像を生成
Claims (4)
- 磁気共鳴イメージング(MRI)システムにおける勾配誘起された交差項磁場を決定するための装置であって:
a.被検体が中に配置される静磁場を形成する手段と、
b.前記被検体のスライスの原子核を空間的に飽和させるラジオ周波数(RF)飽和パルスを被検体に印加する手段と、
c.前記ラジオ周波数(RF)飽和パルスが被検体に印加された後に、前記被検体のスライスの画像を形成するためにエコープラナーイメージング(EPI)シーケンスを適用する手段と
を具備する装置。 - 前記RF飽和スライスは、前記EPIシーケンスの読み出し方向と位相エンコード方向の間に配置される請求項1に記載の装置。
- 前記RF飽和スライスは、前記被検体のスライスの画像において暗い飽和ラインとしてあらわれ、且つ交差磁場補正係数を与えるべく飽和ラインの空間分布を分析する手段をさらに具備する請求項1に記載の装置。
- e.前記被検体のスライスの画像を使用する交差磁場補正係数を生成する手段と、
f.第二の被検体の他の画像を補正すべく交差磁場補正係数を適用し、それによって、前記EPI読み出し勾配パルスにより誘起される交差項磁場に起因する画像歪を低減する手段と
をさらに具備する請求項1に記載の装置。
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