JP2008536556A - 連続的に動く対象物の磁気共鳴イメージング - Google Patents

Abstract

運動方向を横切る「横方向」読み出しが実行されるような、連続的な移動式テーブル磁気共鳴イメージング方法が提案される。移動対象物を画像化するこの磁気共鳴イメージング方法は、空間的に選択的なRF励起が個別の位相エンコーディングに対して適用されることを含む。サブボリュームは、１次位相エンコーディングの個別のサブセットに対する対象物の動きに合わせて動く、その空間的に選択的なRF励起により励起される。磁気共鳴信号の取得は、対象物の３次元サブボリュームから行われる。磁気共鳴信号は、対象物の運動方向を横切る方向に読み出しエンコードされ、少なくとも対象物の運動方向に位相エンコードされる。

Description

本発明は、連続的に動く対象物の磁気共鳴イメージング方法に関する。磁気共鳴イメージングシステムにおける有効撮像野より大きい対象物の磁気共鳴イメージングについての一般的な必要性が存在する。更に、連続的に動く対象物のイメージングは、その対象物の画像を形成するのに、多数のステーションに対して段階的に対象物を動かし、個々のステーションで取得される画像を結合するより魅力的であると考えられる。

一般的に「連続移動テーブルイメージング」と称されるタイプの磁気共鳴イメージング方法が、米国特許出願第2004/0155654号より知られている。

その知られた磁気共鳴イメージング方法は、磁気共鳴信号を取得する間、z軸に沿った連続的なテーブル動作を用いる。大きい有効撮像野における磁気共鳴画像が磁気共鳴信号から再構築される。テーブルのそれぞれの位置で、完全なz空間エンコーディングデータが得られる。これらの完全なzデータは、z方向にフーリエ変換され、補間され、保存され、及び生体構造z位置に適合するよう揃えられる。z方向に沿って揃えられたデータから、対象物の最終画像が再構成される。

本発明の目的は、既に知られた移動テーブルMR方法より効率的な「連続移動テーブル」タイプの磁気共鳴イメージング方法を提供することにある。

上記目的は、動く対象物をイメージングする本発明による磁気共鳴イメージング方法により実現され、その方法は、
‐ 個別の位相エンコーディングに空間的に選択的なRF励起を適用し、上記空間的に選択的なRF励起により励起されるサブボリュームを上記対象物の動きに合わせて１次位相エンコーディングの個別のサブセットに対して動かすステップと、
‐ 上記対象物の３次元サブボリュームから磁気共鳴信号を取得するステップとを含み、
‐ 上記磁気共鳴信号が、
‐ 上記対象物の動きの方向を横切る方向に読み出しエンコードされ、かつ
‐ 少なくとも上記対象物の動きの方向に位相エンコードされる。

本発明によれば、その励起されたサブボリュームは、検査される対象物、例えば検査対象の患者に合わせて、位相エンコーディングステップの特定のサブセットに対して動く。特に、そのサブボリュームは、最初の位置から最後の位置まで動き、位相エンコーディングステップの後続サブセットに対する最初の位置に定期的に戻る(この処理は、「スラブジッタ」と呼ばれる)。RF励起を用いて横方向磁化が生成されるサブボリュームは、ある位相エンコーディングステップから次のステップまで空間的に離れている。その励起されたサブボリュームは、その対象物と同じ速度で動くので、位相エンコーディングステップのこのサブセットの間、磁気共鳴信号が、対象物のほぼ同じ部分から取得される。そのサブセットは通常、横方向(y)におけるある位相エンコーディングステップ(１次位相エンコーディング)に対して一貫性のあるデータセットを取得するため、動き方向zにおける位相エンコーディング(２次位相エンコーディング)の完全なセットを有する。これは、すべてのy及びzエンコーディングステップの間、RF励起が患者と共に連続的に動く既知のスラブトラッキング方法とははっきり区別される。にもかかわらず、本発明によれば、あるスラブ動作期間に対する任意数のyエンコーディングステップが実現されることができる。更に、本発明によれば、周波数エンコーディング(又は読み出し)が対象物の運動方向を横切る、例えば垂直な、横方向に適用される。運動方向を横切り、かつ周波数エンコーディング方向を横切る、例えば直交する向きに１次位相エンコーディングが適用されるよう、更に位相エンコーディングが適用される。３次元サブボリュームの真のボリュームエンコーディングに対して、２次位相エンコーディングが動きの方向に沿って適用される。また、励起されたサブボリュームは、スライスにおけるある１次位相エンコーディングから次のエンコーディングへと対象物と共に動く２次元スライスであってよい。しかしながら、２つの独立した位相エンコーディングでの３次元ボリュームからの磁気共鳴信号の取得は、そのスライスにおける唯一の方向の位相エンコーディングでの２次元スライスからの磁気共鳴信号の取得より好適な信号対ノイズ比を生み出すことに留意されたい。本発明による磁気共鳴信号の取得は、より効率的である。なぜなら、横方向における周波数エンコーディングは、特にシステムの不完全性、主磁場の不均一性が原因によるアーチファクトを回避しつつ、その対象物の全体の幅の完全な被覆(coverage)を提供するからである。こうして、本発明の磁気共鳴イメージング方法は、磁気共鳴信号の取得においてより効率的であり、かつ磁気共鳴画像におけるアーチファクトを減少させる傾向にある。横方向での周波数エンコーディングは、患者の体の幅(例えば、肩幅)を畳み込みアーチファクト(fold-over artefact)無しに完全に覆うことを可能にする。特に、横方向での時間消費の大きい高サンプリング密度位相エンコーディングが回避される。更に、取得された磁気共鳴信号の、例えば対象物の動きを規定するk空間でのラインに沿った追加的な位置揃えが容易に実現される。

更に、運動方向を横切るような横方向に周波数エンコーディングが適用されるので、k空間における磁気共鳴信号の非常に高いサンプリング密度が、磁気共鳴信号を取得するためのスキャン時間の実質的な増加なしに実現される。再構成の際、これは、血管の方向を横切る向きに沿って非常に高い空間分解能を可能にし、その結果、非常に薄い血管が分解されることができる。

本発明の磁気共鳴イメージング方法は、一般的に適用可能で非常に柔軟性が高く、多くのタイプの取得シーケンスにも互換性があり、特に、k空間における放射状及びらせん状取得軌跡と互換性がある。

横方向に沿って周波数エンコーディングを適用することは、それ自体はO.Dietrich及びJ.V.Hajanlによる会議議事録「Extending the coverage of true volume scans by continuous movement of the subject」、Proc. ISMRM 7 (1999) 1653に述べられていることに留意されたい。その手法は、磁気一様性における制限によりサポートされるより多くの空間領域にわたるスキャンを可能にするという点で効率的であるに過ぎない。しかしながら、本発明による可変スラブジッタ又はスラブトラッキングとの組み合わせが、テーブル速度及び他のスキャンパラメタに関するあらゆる範囲の用途を可能にする。スラブトラッキングのおかげで、運動方向における位相エンコーディングは、一貫性を保ち、アーチファクトが少ないままにされる。

本発明のこれら及び他の側面が、従属項に規定される実施形態を参照して更に説明されることになる。

本発明の追加的な側面によれば、動きの方向を横切る対象物の最大寸法(dimension)に沿って、周波数エンコーディングが適用される。臨床的なプラクティスにおいて、患者の左右方向に周波数エンコーディングが適用される。一方、患者は長手方向である頭部足部方向に沿って動かされる。従って、最も時間効率の良い空間的(つまり周波数)エンコーディングは、最大横方向寸法に沿って適用される。そのことは、問題のサブボリュームの位相及び周波数エンコードされた磁気共鳴信号の個別のセットに対する磁気共鳴信号を取得するためのスキャン時間を相対的に減らす。

そのサブボリュームは、長手方向の動きより横方向の動きにおける広がりが大きい、横方向平面における矩形スラブの形状をしている。こうして、空間的に非一様な傾斜磁場と定常磁場とが原因による移動テーブルイメージングにおける悪影響が回避される。サブボリュームが比較的小さいサイズを持つような方向に沿って、１次及び２次位相エンコーディングが適用されるので、その位相エンコーディング方向は効率的にサンプリングされることができる。

更に、動きの方向に沿ったサブボリュームのサイズが比較的小さいので、磁気共鳴画像におけるアーチファクトが回避される。なぜなら、特に、正確に一様な主磁場B₀が存在し、かつRF励起場B₁の正確な制御が存在するような領域内でサブボリュームが十分に(comfortably)残るからである。言い換えると、動きの方向におけるサブボリュームのサイズが小さくなればなるほど、磁気共鳴信号を取得するとき、B₀及び／又はB₁の不均等性の有効領域がより多く回避される。

本発明の別の側面によれば、プリセットされた数の位相エンコーディングに対する磁気共鳴信号を取得するのに必要な時間にサブボリュームが移動する(traverse)距離に基づき、サブボリュームのサイズがセットされる。プリセットされた数は、磁気共鳴画像のプリセットされた空間分解能に関連付けられるk空間におけるフルサンプリング密度から得られることができる。また、プリセット数は、k空間におけるプリセットされたアンダーサンプリングによる(undersampled)サンプリング密度から得られることもできる。k空間における位相エンコーディング方向での斯かるアンダーサンプリングが適用されるとき、磁気共鳴信号が受信される受信機アンテナ(受信コイル)の空間感度プロファイルに基づき、磁気共鳴画像が再構成される必要がある。k空間におけるアンダーサンプリング及び空間感度プロファイルを使用するこの手法は、一般にパラレルイメージングとして知られる。プリセット数の位相エンコーディングを取得する間に移動される距離に基づき、サブボリュームのサイズがセットされるので、動く対象物のイメージングの空間被覆の良好な制御が実現される。特に、動きの方向に沿ったサブボリュームのサイズが、プリセット数の位相エンコーディングの間サブボリュームが移動する距離に等しいとき、移動するサブボリュームに対する位相エンコードされた磁気共鳴信号の連続するセットの正確なフィッティングが得られる。移動距離が短い場合、主磁場の一様なゾーンを残すことなく、そのサブボリュームは大きく作られることができる。

本発明の追加的な側面によれば、位相エンコーディングが適用される間、周波数(RF)励起(スラブ)のサブボリュームが動かされる。ある位相エンコーディングから次の位相エンコーディングまでの間、対象物は移動する。検査対象の患者の生体構造といった対象物の同じ部分から磁気共鳴信号を生成するため、励起されるサブボリュームが１つの位相エンコーディングから次の位相エンコーディングへと移動される。より詳細には、個別の１次位相エンコーディングに対して、初期位置から個別の２次位相エンコーディングのための後続位置へとサブボリュームが動かされる。所定数の１次位相エンコーディングの後、所定数の位相エンコーディングが得られるまで、サブボリュームが初期位置へと再度セットされる。その後、その処理は、そのサブボリュームの次の初期位置に対して、定期的に繰り返される。こうして、RF励起されたサブボリュームが対象物と共に動くよう、「スラブジッタ」タイプが実行される。所定数の１次位相エンコーディングが、完全なk空間通過域(passage)を有する場合、その処理は「スラブトラッキング」として知られるものとなる。

本発明の別の側面によれば、２次位相エンコーディング方向におけるオーバーサンプリングが適用される。このオーバーサンプリングは、RF励起されエンコードされる空間スラブの形式でのサブボリュームが、画像形成のために必要なものより密集するよう実行される。再構成において、オーバーサンプリングされたデータは、データ平均化のため捨てられるか、又は使用されるかのどちらかである。結果的に、サブボリューム(スラブ)のRF励起の空間分布の不完全性によるアーチファクトは除去される。

全くオーバーサンプリングが適用されないとき、磁気共鳴信号の取得に必要なスキャン時間は、動き方向の撮像野の広がりとは関係がない。なぜなら、小さい撮像野は、それに比例して少ない数の２次位相エンコーディングステップしか必要としないからである。オーバーサンプリングが適用されるとき、撮像野が小さくされるにつれ、スキャン時間におけるいくらかの増加が生じる。

本発明の更なる側面として、k空間におけるライン毎に磁気共鳴信号に対する位相訂正が適用される。即ち、例えば、個別の２次位相エンコーディングに対して、磁気共鳴信号の位相が対象物の動きに合わせて訂正される。こうして、対象物の同じ部分から得られる磁気共鳴信号は、対象物の基準フレーム内で適切に空間エンコードされることにもなる。位相訂正は、磁気共鳴信号の信号値に適切な位相係数を掛けることにより実行されることができる。また、位相訂正は、受信機の位相を適合させることにより磁気共鳴信号の受信の間に行われることができる。

本発明の更なる側面として、プリセット数の１次位相エンコーディングの連続セットの間、サブボリュームが移動する距離に対して、その対象物の動きに対するエンコーディングの訂正がなされる。磁気共鳴信号により表されるデータは、ハイブリッド空間におけるデータサンプルへと再構成される。このハイブリッド空間は、k空間において２次元(dimension)であり、対象物の幾何学空間においては１次元である。このハイブリッド空間において再構成されるデータラインに対して、動き方向におけるシフトが適用される。

本発明は、k空間におけるデカルト座標であるサンプリングスキームや、k空間における放射状又は螺旋状といった取得スキームのような、異なるMR取得ストラテジにも適用可能であることに留意されたい。

本発明は、本発明の様々な側面を実行するよう構成される磁気共鳴イメージングシステムにも関する。特に、本発明の磁気共鳴イメージングシステムは、本発明の方法による磁気共鳴イメージングシステムを動作させるよう機能する制御ユニットを具備する。本発明は、本発明の様々な側面を実行するための命令を有するコンピュータプログラムにも関する。特に、本発明のコンピュータプログラムは、CD-ROMといったデータ担体で提供されることができるか、又はワールドワイドウェブといったデータネットワークからダウンロードされることができる。本発明のコンピュータプログラムは、磁気共鳴イメージングシステムの制御ユニットに通常含まれるコンピュータにインストールされる。本発明のコンピュータプログラムを備えるコンピュータは、磁気共鳴イメージングシステムの様々な機能を制御するよう機能する。

本発明のこれら及び他の側面が、以下の実施形態及び対応する図面を参照して説明されることになる。

以下、本発明は、k空間がライン毎にサンプリングされる３次元MRシーケンスの場合に対して説明される(デカルトサンプリングスキーム、例えばグラジエントエコーシーケンス)。しかしながら、本方法は、この種のサンプリングスキームに限定されるものではない。図１を参照すると、xは水平(右／左又はRL)方向を表し、yは垂直(前方／後方又はAP)方向を表し、zは長手(上／下又はSI)方向を表す。動きの方向は、z方向に沿うと仮定される。周波数エンコーディング方向は、x方向に沿う向きにされ、１次及び２次位相エンコード方向であるpe1及びpe2は、y方向及びz方向にそれぞれ沿う向きにされる。また、周波数エンコーディング及び第１の位相エンコーディングの方向は、入れ替えられることができる。k空間を完全に覆うのに使用される１次及び２次位相エンコーディングの数は、それぞれN1及びN2で表される。

画像取得：スライス選択的なRFパルスがz方向に沿って厚みLのスラブを選択するのに適用される。スラブが対象物と同じ速度で同じ方向に動くよう、各位相エンコーディングステップに対して異なるスラブ位置が選択される。図２ａに図示されるように、選択されたスラブの位置は、開始位置から終了位置まで変化する。その両極位置間でスラブにより移動された距離がDで表される。スラブの開始位置は、撮像野において中心化される位置に対してdz = - D/2分変位される(通常、磁石のアイソセンタに一致する)。スラブの終了位置は、dz = + D/2分変位される。スラブがdz = - D/2からdz = + D/2まで移動する時間の間(その移動こそがスイープと呼ばれるものである)、N1個すべての１次位相エンコーディングのサブセットΔN1が適用され、一方、N2個の２次位相エンコーディングのフルセットが、各１次位相エンコーディングに対して適用される。１次及び２次位相エンコーディングの組み合わせがスイープの間に適用される順序は任意である。１回のスイープの間に取得されるMRデータは、更なる処理のため中間ストレージデバイスに格納される。その後、スラブ位置は、dz = - D/2に再びセットされ、ΔN1に含まれる１次及びN2個の２次位相エンコーディングからの組み合わせとなる次のセットが適用される。すべての１次及び２次位相エンコーディングが適用されるとき、k空間は一度スキャンされたことになる。画像化される対象物全体に対するすべてのk空間データが取得されるまで、そのサイクルが繰り返される。

スラブ厚Lと、テーブル速度vと、反復時間TRと、位相エンコーディングN1及びN2の数との間の関係が、画像化される対象物の各部分に対してk空間データの１セットが取得されるよう、選ばれる。これは、式
L = v・TR・N1・N2 (1)
に基づき、関連するパラメタを選択することにより実現される。スラブ移動距離は、
D = v・TR・ΔN1・N2 (2)
に基づき、選択される。第２式は第１式を用いて、
D = L・ΔN1/N1 (3)
と変形されることができる。すると、データが取得されるz方向に沿った撮像野の長さは、
FOVz = L + D (4)
となる。ここで、FOVzは、信号が取得される領域のz方向における長さを表す。例えば、理想的でないフィールド条件(傾斜の非線形性、主磁場の非一様性、RFコイルの非一様性)によりもたらされる画像劣化を避けるため、FOVzは、MRイメージングにおいて通常使用される撮像野の広がり(extension)より短くてよい。

画像再構成：その処理は、繰り返し適用される２つの交互に生じるステップを有するものとして理解されることができる。第１のステップにおいて、k空間の取得されたラインがその開始及び終了位置間でのスラブの動きによりもたらされる位相エラーに対して訂正される。FOVにおける中央位置(例えばアイソセンタ)又は他のいずれかの位置が基準位置として使用されることができる。その訂正は、各k空間ラインにおけるk空間サンプルにexp(-i・Δφ)を掛けることによりなされる。ここで、
であり、
Δφ = k_z・dz (5)
である。ここで、k_zはアイソセンタに対してスラブが変位dzを持つとき、適用されるk空間値を表わす。スラブが１回のスイープを完了した後、周波数エンコーディング方向と２次位相エンコード方向とにより覆われる(spanned)k空間のΔN1平面は、テーブル移動に対して訂正される。第２のステップにおいて、こうして訂正されるk空間平面は、z方向においてフーリエ変換され、(k_x、k_y、z)データ構造(ハイブリッド空間)に格納される。それまでに経過したスキャン時間に対して、１回のスイープに属する平面の動きを補償するよう、z方向におけるシフトが適用される。１回のスイープのデータに対するハイブリッド空間でのz位置は、
z_m = v・t_m + z₀ (6)
で与えられる。ここで、t_mはスイープ番号mの取得が開始される時間を表し、z₀は、任意の定数である。ここで、一定のテーブル速度が想定される。しかしながら、対応する訂正が受け入れられなければならない一方、速度変化は可能である。対象物全体に対してすべてのデータが取得された後、残りのフーリエ変換が適用され、その後、対象物の３次元画像表現が得られる。

また、リアルタイムに受信機の位相を適合させることにより、データ取得処理の間、位相エラーΔφに対する訂正がなされることができる。再構成処理の開始時、合間又は終了時に、周波数エンコーディング(x)方向におけるフーリエ変換がなされることができる。開始時になされる場合、ハイブリッド空間は(x、k_y、z)にまで広げられるが、その方法の本質は変わらない。

その方法の改善：RFパルスによるスラブの選択は、実際は理想的ではない。例えば、幾つかの信号励起は通常、選択されたスラブの外側でも生じ、それは結果として幾つかの外部強度が、所望のスラブ強度上にオーバーレイされることを生じさせる。この効果を防ぐために、又は少なくとも僅かな程度に抑えるために、z方向にオーバーサンプリングが適用される。そのため、z方向における位相エンコーディングは、ΔN2分増加され、その結果、Lより長いz方向の広がりを持つ領域からのデータが取得される。δがz方向におけるボクセルサイズを表すとすると、dL = ΔN2・δは、データが取得される追加的な長さとなる。再構成処理において、これらの追加的なデータは、データ平均化のために捨てられるか又は使用されるかのいずれかである。これは、サンプリング時間の増加により、画像品質を改善し、かつSNRの幾分の改善を与える。その追加的な長さは、選択されたスラブの開始及び終了に関して対称的に追加されることができる。つまり、図２ｂに示されるように、選択されたスラブの開始と終了とにそれぞれdL/2が追加される。しかし、対称性は必須ではない。更に、RFプロファイルは実際は、スラブ境界において、階段状関数のようにゼロに減少するものではないので、RF励起された領域の長さは、z方向に沿って拡張されることができ、その結果、選択されたスラブ厚より長くなる。追加的な励起長は、オーバーサンプリング長dLに等しいよう選択されることができるが、RFプロファイルの特性に応じて他の選択をすることも可能である。RF励起厚を長くすることの追加的な利点は、再構成においてデータが使用される領域にこれらのスピンが入るとき、(少なくともある程度)定常状態の横方向磁化を確立するため、スピンシステムに幾分の時間が与えられることである。

z方向におけるオーバーサンプリングが含まれるとき、上記式(1)、(2)及び(4)は、
L = v・TR・N1・(N2 + ΔN2) (7)
D = v・TR・ΔN1・(N2 + ΔN2) (8)
FOVz = L + D + dL (9)
と修正される。式(3)は、変更されないままである。基本的な方法と比較した場合のMRシーケンスの唯一の修正は、より厚いスラブが、イメージング装置(experiment)によりエンコードされるか、及び／又はRFパルスにより励起される点である。再構成において、オーバーサンプリングされたデータは捨てられる。これは、z方向におけるフーリエ変換の後にサンプリングオフされた(sampled off)追加的なΔN2をカットすることで行われる。また、オーバーサンプリングされたデータが平均化に使用される。

例：デカルトk空間サンプリングを伴う3Dイメージングシーケンスの例として、以下のパラメタを想定する。
L 200 mm
v 10 mm/s
N1 25
ΔN1 5
N2 100
ΔN2 10

式(7)によれば、反復時間TR = 7.27 msが選択される。各スイープの間、スラブが移動される距離Dは、D = 40 mmとして式(3)から得られる。各スイープの開始において、スラブ選択が-D/2 = -20 mm分z方向に変位される。各TRで、スラブ選択は、v・TR分シフトされる。図３は、スラブスイーピングを示す。オーバーサンプリングされた領域はここでは簡単化のため省略される。ΔN1 = 5の１次位相エンコーディング(例えば、図３におけるn = 0 .. 4)の後、それぞれの後にN2 + ΔN2 = 110の２次位相エンコーディングが続き、スラブ選択は、D = v・TR・ΔN1・(N2 + ΔN2)分、つまり40 mm分移動する。データが取得される撮像野は、zに沿って、L + D = 240 mmの長さ(extension)を持つ。式(5)による位相訂正の後、このスイープにおいて取得されたデータは、z方向にフーリエ変換され、ハイブリッド空間に格納される。図４に示されるように、１回のスイープに対するデータは、同じz位置にあるハイブリッド空間に格納される。なぜなら、互いに対して１回のスイープにおけるデータの動き訂正が、式(5)に基づく位相訂正により既に実行されているからである。１回のスイープのデータに対するハイブリッド空間におけるz位置は、式(6)で与えられる。N1/ΔN1 = 5のスイープの後(図３及び４におけるスイープ0 .. 4)、k空間は一度スキャンされたことになる。その後、検査対象物のz方向における長さに応じて、数回のk空間スキャンに対して、このやり方でデータ取得が繰り返される。すべてのMRデータが取得された後、検査対象物の画像を得るため、残りのフーリエ変換がハイブリッド空間データに適用される。

別の例として、上述のパラメタセットのうちN1 = 50及びΔN1 = 1だけ変更したものを想定する。すると、１回のスイープにおいてスラブにより移動される距離Dは、わずか4 mmに過ぎず、データが取得される撮像野は、z方向に沿って長さ L + D = 204 mmを持つ。それは、スラブ厚より僅かに長いに過ぎない。パラメタをこのように選択すると、特に撮像野の効率的な使用を可能にする。なぜなら、できるだけ大きな領域においてMRデータが取得されるからである。

更なる変形：上述の基本的な方法においては、簡単で基礎的なMRシーケンスが仮定されており、そのシーケンスでは、持続時間TRの各セグメントにおいてパルス波形が同じであり、位相エンコーディング方向に沿って線形的な態様でk空間がスキャンされる(例えば、グラジエントエコーシーケンス)。以下の修正が有益である：

対象物の長さLあたりで取得されるk空間スキャンの数は、整数値である必要はない。例えば、境界アーチファクトを抑圧するため、又はテーブル速度の変動を補償するためのデータの平均化に対して、追加的なk空間データが取得され使用されることができる。

サンプリング密度(k空間におけるポイント間の距離)は、一定である必要はない。動き方向に沿ってk空間の中央がより密集してサンプリングされるような可変密度が適用されることができ、それは、選択されたスラブの外側で励起されるスピンからの信号貢献を減じさせるのに役立つ。動き方向に沿ったスラブ選択の効率性は重要である。なぜなら、スラブの外側からの信号が、所望の信号上にオーバーレイされ、再構成画像におけるアーチファクト又は強度変調を生み出す場合があるからである。k空間の中央領域がより密集的にサンプリングされる場合、撮像野は、信号エネルギーの多くが集中している低い空間周波数に対して拡大される。所与の文脈において、z方向に沿って密集したサンプリングは、２、３の追加的な位相エンコーディングステップが必要とされるだけで、エイリアス化された強度を減らすことができる。

位相エンコーディングが取得される順序は、線形である必要はない。(線形取得においては、各k空間方向が、最小から最大へ、又はその逆へスキャンされる。例えば、k_y,minからk_y,maxへ及びk_z,minからk_z,maxへと行われる。)他の位相エンコーディングの順序は、例えば、コントラストを操作するのに実際には重要である。例えば、１次位相エンコーディングがi = 0,1, ...,N1で表されるとすると、偶数奇数の取得順が選択されることができる。そこでは、まずi = 0,2, ...,N1-2の位相エンコーディングが取得され、次に、i = 1,3, ...,N1-1の位相エンコーディングが取得される。本発明において説明される方法は、いずれの取得順序とも互換性がある。なぜなら、この点に関する前提条件(assumption)は課されないからである。唯一の制約は、k_zのエンコードされたデータの完全なセットが各スイープの終わりに必要とされる点である。

基本的なMRシーケンスは、一定又は変化する時間間隔で適用される予備パルスの追加により修正されることができる。この機能を含むために要求される唯一の修正は、グラジエント及びRFパルスのタイミングにおけるわずかな変更である。

本方法は、上述のようなk空間がライン毎にスキャンされるようなMR方法に限定されるものではなく、適切な修正をすることでEPI(エコープラナーイメージング)、螺旋状又は放射状スキームといった他のk空間スキャンスキームにも適用されることができる。例えば、螺旋MRスキームを考える。ここでは、k空間平面(coverage)につき２つのインターリーブが存在する場合の図５に示されるように、k空間が、螺旋状の軌跡又はインタリーブされた螺旋状軌跡のセットによりスキャンされる。３次元イメージングのため、螺旋状軌跡は、デカルトサンプリングスキーム(いわゆる、螺旋イメージングのスタック)におけるのと同じく３次元において位相エンコーディングが適用されることができるような１つの平面に適用されることができる。その螺旋は、矩形の撮像野に好適に適合するよう変形されることができる。好ましい実施形態において、螺旋は、例えばxz平面のようなz方向を含む平面において方向付けされ、位相エンコーディングはyに沿った向きを向く。N_s螺旋インターリーブがk空間平面k_xk_zを完全に覆うのに必要であることを仮定すると、移動式テーブルイメージングは以下の処理をする：y方向におけるすべてのΔN1位相エンコーディングステップに対して、スラブ位置が各インターリーフ(interleaf)で量dz = v・TR分進む間、螺旋インターリーブが連続的に展開される。ΔN1位相エンコーディングの後、N_s螺旋インターリーブが続き、スラブ終了位置に達すると、そのサイクルが繰り返される。各螺旋インターリーフからのMR信号は、式(5)の拡張、つまりΔφ(t) = k_z(t)・d_z(t)を用いて、現在のスラブ位置に基づき位相訂正される。Ns螺旋インターリーブのそれぞれのセットは、xz平面において再構成され、その動き訂正されたz位置でハイブリッド空間(x,z,k_y)に格納される。同様に、移動式テーブル方法は、エコープラナーイメージング(EPI)に適用可能である。その処理は、上述の螺旋の場合と似ており、螺旋インターリーブがインターリーブされたEPIセグメントに置換される。また、本方法は、螺旋インターリーブを放射状ラインのセットに置換することで放射状イメージングにも適用可能である。別の方法は、残りの位相エンコーディング方向が、テーブルの動き方向(z)に揃えられるような、「スター(star)のスタック」又は「螺旋のスタック」取得であろう。

非理想的な磁場に関する訂正が含まれることができる。例えば、傾斜磁場の非線形性の効果が訂正されることができる。傾斜磁場の非線形性に対する斯かる訂正は、米国特許第6,707,300号よりそれ自体は知られている。

図６は、本発明が使用される磁気共鳴イメージングシステムを図式的に示す。磁気共鳴イメージングシステムは、主コイル１０のセットを含み、それにより、定常で一様な磁場が生成される。例えばトンネル形状の検査空間を囲うような態様で、主コイルは構築される。検査される患者は、このトンネル形状の検査空間の中へスライドする患者担体上に配置される。磁気共鳴イメージングシステムは、多数の傾斜コイル１１、１２も含み、それにより、特に、それぞれの方向における時間的傾斜の形態で空間変動を表す磁場が生成され、一様な磁場上に重畳される。傾斜コイル１１、１２は、制御可能な電源供給ユニット２１に接続される。傾斜コイル１１、１２は、電源供給ユニット２１を用いて電流の印加により活動状態にされる。このため、電源供給ユニットは、適切な時間的形状の傾斜パルス(「傾斜波形」とも呼ばれる)を生成するよう、電流を傾斜コイルに適用する電子傾斜増幅回路で適合される。傾斜の強度、方向及び持続時間は、電源供給ユニットの制御により制御される。磁気共鳴イメージングシステムは、RF励起パルスを生成する送信コイル１３と、磁気共鳴信号を受信する受信コイル１６も有する。送信コイル１３は、好ましくは、身体コイル１３として構築される。それにより、検査対象物(の一部)が囲まれることができる。通常検査される患者３０が磁気共鳴イメージングシステムに配置されるとき、身体コイル１３により囲まれるよう、身体コイルは、磁気共鳴イメージングシステムに配置される。身体コイル１３は、RF励起パルス及びRF再フォーカス化パルスの送信のための送信アンテナとしても機能する。好ましくは、身体コイル１３は、送信RFパルス(RFS)の空間的に一様な強度分布を含む。送信コイルとして及び受信コイルとして交互に、同じコイル又はアンテナが通常は使用される。更に、送信及び受信コイルは通常、コイルとして形状化されており、特にソレノイドである。RF電磁信号に対する送信及び受信アンテナの他の幾何学形状も同様に実現可能である。送信及び受信コイル１３は、電子送信及び受信回路１５に接続される。

別の実施例として、分離した受信及び／又は送信コイル１６を使用することが可能であることに留意されたい。例えば、表面コイル１６が受信及び／又は送信コイルとして使用されることができる。斯かる表面コイルは、比較的小さな容積に高い感度を備えている。表面コイルのような受信コイルは、復調器２４に接続され、受信された磁気共鳴信号(MS)は、復調器２４を用いて復調される。復調された磁気共鳴信号(DMS)は、再構成ユニットに適用される。各受信コイルが、プリアンプ２３に接続される。プリアンプ２３は、受信コイル１６により受信されるRF共鳴信号(MS)を増幅し、増幅されたRF共鳴信号が復調器２４に適用される。復調器２４は、増幅されたRF共鳴信号を復調する。その復調された共鳴信号は、画像化される対象物の一部における局所スピン密度に関する実際の情報を含んでいる。更に、送信及び受信回路１５が、変調器２２に接続される。RF励起及び再フォーカス化パルスを送信するよう、変調器２２並びに送信及び受信回路１５が送信コイル１３を始動させる。再構成ユニットは、復調された磁気共鳴信号(DMS)から１つ又は複数の画像信号を得る。その画像信号は、検査対象物の画像化される部分の画像情報を表す。好ましくは、再構成ユニット２５は、実際には、画像化される対象物の一部の画像情報を表す画像信号を復調された磁気共鳴信号から得るようプログラムされるデジタル画像処理ユニット２５として構築される。その信号は、再構成モニタ２６に出力され、その結果、モニタは磁気共鳴画像を表示することができる。また、更なる処理を待つ間に、再構成ユニット２５からの信号をバッファユニット２７に格納することも可能である。

本発明による磁気共鳴イメージングシステムは、例えば、(マイクロ)プロセッサを含むコンピュータの形式で制御ユニット２０も具備する。制御ユニット２０はRF励起の実行及び時間的傾斜磁場の適用を制御する。このため、本発明によるコンピュータプログラムが、例えば制御ユニット２０及び再構成ユニット２５にロードされる。

3D移動テーブルイメージングシーケンスのために想定される配置を示す図であり、周波数エンコーディング傾斜(読み出し傾斜)が動き方向に垂直な方を向き、２次位相エンコーディング傾斜が、動き方向に平行であり、K空間データが長さLのスラブから得られることを示す図である。 3D移動テーブルイメージングシーケンスのために想定される配置を示す図であり、周波数エンコーディング傾斜(読み出し傾斜)が動き方向に垂直な方を向き、２次位相エンコーディング傾斜が、動き方向に平行であり、K空間データが長さLのスラブから得られることを示す図である。 オーバーサンプリングが何ら使用されない基本的な方法のスラブスイーピング法を示す図であり、(図における影付き領域として示される長さLの)スラブ内の領域から得られるデータが再構成に使用され、画像品質を改善するため、(例えば長さdL/2の)スラブの境界での追加的な領域がサンプリングされることを示し、Dがスラブが追跡される距離であるような図である。 オーバーサンプリングが使用されるスラブスイーピング法を示す図であり、(図における影付き領域として示される長さLの)スラブ内の領域から得られるデータが再構成に使用され、画像品質を改善するため、(例えば長さdL/2の)スラブの境界での追加的な領域がサンプリングされることを示し、Dがスラブが追跡される距離であるような図である。 スラブスイーピング法の実施例を示す図であり、ここでは、１つのk空間スキャンが25の１次位相エンコーディングで構成され(n1 = 0からn1 = 24で示される)、5の１次位相エンコーディングが各スイープの間適用され、例えば、スイープ番号0に対してn1 = 0から4であり、各１次位相エンコーディングに対して、すべての２次位相エンコーディングが適用され(図示省略)、5のスイープが完了した後、検査対象物が距離L動き、次のk空間スキャンが始まることを示す図である。 ハイブリッド空間(k_y,z)におけるデータの例を示す図であり、第３の次元がx又はk_x(図示省略)のいずれかであり、各ラインが１つの１次位相エンコーディングステップで得られるデータを表し、5の１次位相エンコーディングステップが、スイープ毎に適用され、5のスイープで１つのk空間スキャンが完了し、その相対位置が式(5)を用いて既に訂正されているという理由で、１回のスイープの間に得られるデータが、ハイブリッド空間における同じz位置に配置され、次のk空間スキャンに対するデータ(図示省略)がスイープ0からのデータの右側に揃うことになることを示す図である。 インターリーブされた螺旋軌跡の例を示す図である。 本発明が使用される磁気共鳴イメージングシステムを概略的に示す図である。

Claims (13)

1. 動く対象物を画像化する磁気共鳴イメージング方法において、
   ‐ 個別の位相エンコーディングに空間的に選択的なRF励起を適用し、前記空間的に選択的なRF励起により励起されるサブボリュームを前記対象物の動きに合わせて１次位相エンコーディングの個別のサブセットに対して動かすステップと、
   ‐ 前記対象物の３次元サブボリュームから磁気共鳴信号を取得するステップとを含み、
   ‐ 前記磁気共鳴信号が、
   ‐ 前記対象物の動きの方向を横切る方向に読み出しエンコードされ、かつ
   ‐ 少なくとも前記対象物の動きの方向に位相エンコードされる、磁気共鳴イメージング方法。
2. 前記読み出しエンコーディング方向が、前記対象物の動き方向を横切る前記サブボリュームの最大寸法に対応する横方向に沿っている、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング方法。
3. 前記横方向に沿った前記サブボリュームのサイズが、前記対象物の動き方向に沿った前記サブボリュームのサイズより大きい、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング方法。
4. プリセットされた数の位相エンコーディングが、前記サブボリュームからの磁気共鳴信号のk空間における所定のサンプリング密度に対応する前記サブボリュームに適用され、
   前記サブボリュームのサイズは、前記プリセット数の位相エンコーディングの取得時間の間に前記サブボリュームが動く距離に基づきセットされ、特に、前記動き方向に沿った前記サブボリュームの寸法が、前記プリセット数の位相エンコーディングの前記取得時間の間に前記サブボリュームが動く距離に等しい、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング方法。
5. 前記取得するステップが、
   ‐ １次位相エンコーディングと個別の１次位相エンコーディングに対する反復２次位相エンコーディングとの連続的なセットの周期的な反復において行われ、
   ‐ 前記励起されたサブボリュームが動く距離は、１次位相エンコーディングの個別のセットの間、前記テーブルが移動する距離に等しい、請求項４に記載の磁気共鳴イメージング方法。
6. 前記動き方向に沿った前記RF励起されたサブボリュームの寸法が、前記プリセット数の位相エンコーディングの前記取得時間の間、前記サブボリュームが移動する距離より長いよう、前記２次位相エンコーディング方向におけるオーバーサンプリングが適用される、請求項４に記載の磁気共鳴イメージング方法。
7. 個別の１次位相エンコーディングに対して、後続する２次位相エンコーディングが適用され、
   前記RF励起されたサブボリュームが個別の２次位相エンコーディングに対して連続する位置に動かされる、請求項５に記載の磁気共鳴イメージング方法。
8. ２次位相エンコーディングのセットに対する位相訂正された磁気共鳴信号を生成するため、k空間における個別のラインの磁気共鳴信号の前記位相が、前記動き方向に対応するk_z方向に沿って訂正される、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング方法。
9. 位相訂正された磁気共鳴信号が、ハイブリッド空間における個別のデータラインに対するデータサンプルへと再構成され、
   １次位相エンコーディングの個別のセットに対して動く対象物により移動された距離に基づき、前記動き方向に沿って前記データサンプルを変換することにより、シフトされたデータサンプルが生成される、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング方法。
10. 前記磁気共鳴信号が、k空間における放射状又は螺旋状エンコーディング軌跡を用いて取得される、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング方法。
11. 個別の位相エンコーディングに選択的なRF励起を適用し、前記空間的に選択的なRF励起により励起されるサブボリュームを前記対象物の動きに合わせて個別の位相エンコーディングに対して動かし、
    前記対象物の３次元サブボリュームから磁気共鳴信号を取得するよう構成され、
    前記磁気共鳴信号が、
    ‐ 前記対象物の動きの方向を横切る方向に読み出しエンコードされ、かつ
    ‐ 少なくとも前記対象物の動きの方向に位相エンコードされる、磁気共鳴イメージングシステム。
12. 個別の位相エンコーディングに選択的なRF励起を適用し、前記空間的に選択的なRF励起により励起されるサブボリュームを前記対象物の動きに合わせて個別の位相エンコーディングに対して動かす命令と、
    前記対象物の３次元サブボリュームから磁気共鳴信号を取得する命令とを有し、
    前記磁気共鳴信号が、
    ‐ 前記対象物の動きの方向を横切る方向に読み出しエンコードされ、かつ
    ‐ 少なくとも前記対象物の動きの方向に位相エンコードされる、コンピュータプログラム。
13. 前記対象物の動きの方向を横切る方向に読み出しエンコードされ、かつ
    少なくとも前記対象物の動きの方向に位相エンコードされる磁気共鳴信号にアクセスする命令と、
    ２次位相エンコーディングのセットに対する位相訂正された磁気共鳴信号を生成するため、k空間における個別のラインの磁気共鳴信号の前記位相を、前記動き方向に対応するk_z方向に沿って訂正する命令とを有し、
    位相訂正された磁気共鳴信号が、ハイブリッド空間における個別のデータラインに対するデータサンプルへと再構成され、
    １次位相エンコーディングの個別のセットに対して動く対象物により移動された距離に基づき、前記動き方向に沿って前記データサンプルを変換することにより、シフトされたデータサンプルが生成される、請求項１２に記載のコンピュータプログラム。