JP2006507071A

JP2006507071A - 磁気共鳴方法

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Publication number: JP2006507071A
Application number: JP2004554814A
Authority: JP
Inventors: ベーエムワルンチェス，ヤン; ファン　デン　ブリンク，ヨハン　エス
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2003-11-20
Publication date: 2006-03-02
Also published as: AU2003276621A1; US20060058629A1; EP1567881A1; WO2004048992A1

Abstract

多数の受信アンテナの配列から捕捉された複数の信号から対象の画像を形成する新規な磁気共鳴撮像方法が提示される。撮像前に各受信アンテナの感度マップが与えられ、少なくとも２つの隣接するアンテナは、同じ撮像位置から発せられる信号を記録し、画像強度は異なったアンテナによって測定される信号から計算され、位相エンコード・ステップの数はその完全な集合よりも減少される。更に、視野は、内在的な折り返しアーティファクトを生じさせる位相エンコード方向上、対象の大きさよりも小さく設定され、受信アンテナ及の感度マップ及び内在折り返しアーティファクトを示す参照画像は、ＭＲ画像を展開された画像へ再構成するのに用いられる。

Description

本発明は、安定した磁場内に配置された対象の撮像の磁気共鳴（ＭＲ）方法に関連し、この方法により以下の段階、即ち、
対象の一部内のスピンを励起する段階、
読み出し傾斜磁場及び他の傾斜磁場の印加によりｋ空間内の複数のラインを含む所定の軌跡に沿ってＭＲ信号を測定する段階、
ナビゲータＭＲ信号の測定のためにナビゲータ傾斜磁場を印加する段階が繰り返され、
前記方法はまた、測定されたＭＲ信号を補正するよう測定されたナビゲータＭＲ信号の位相及び大きさから位相補正を決定する段階と、補正されたＭＲ信号から対象の一部の画像を決定する段階とを更に含む、方法に関連する。

本発明はまた、かかる方法を実行するＭＲ装置及びコンピュータプログラムプロダクトに関連する。

特許文献１には、水平磁場及び垂直磁場の両方のＭＲＩシステムでＮＭＲ無線周波信号を受信するのに使用される内在的に減結合されたサンドウィッチ型ソレノイド・アレイ・コイルが記載されている。その最も基本的な構成では、アレイコイルは、２つの同軸ＲＦ受信コイルを含む。アレイの第１のコイルは、共通軸に沿って互いから離された２つのソレノイド（又はループ）部分を有する。２つの部分は、直列に電気的に接続されているが、各部分の導体は反対の方向に巻回されており、コイルを通る電流は各部分内に反対の極性の磁場を生成する。コイルアレイの第２のコイルは、第１のコイルの２つの別々のソレノイド部分の間の、組み合わされた反対の磁場がヌルとなるよう打ち消し合う領域に配置される（「挟み込まれている（サンドウィッチ）」）巻回配置及び幾何学的対称性により、アレイの受信コイルは互いから電磁的に「減結合」され、それらの感度をＮＭＲ信号を受信することに向けて維持する。多コイル・アレイ配置はまた、画像データ捕捉中の時間の犠牲なしに画像折り返し問題を防止するよう、より大きい視野（ＦＯＶ）とより小さい視野（ＦＯＶ）との間で選択を行うことを可能とする。また、等しくない構成要素コイル直径、等しくない構成要素コイル巻線、同軸でないコイル形態を含む多の実施例が開示される。

この参考文献のコイル・アレイ配置では、ＦＯＶは、画像が小さい関心領域又は体積から得られる場合に折り返しアーティファクトを克服するために、アレイの幾つかのコイルからＮＭＲ信号を組み合わせることによって大きく、又は、単一のコイルのＮＭＲ信号のみを選択することによって小さく選択されうる。従って、ＦＯＶは、撮像対象のサイズに依存して選択されうる。

更に、特許文献２では、位相エンコード及び読み出し方向の傾斜磁場が、患者の関心領域中で励起されたＭＲ活性核を空間エンコードするために印加される磁気共鳴撮像方法が開示されている。読み出し方向に減少された数の読み出しがとられ、それによりエイリアシングのある減少された視野の画像が作成される。データの収集の時間が減少されるという利点とともに、完全な画像を生成するようエイリアシングされた画像を展開するために、これらのコイルに関する感度情報とともに、少なくとも２つのＲＦ受信コイルが用いられる。感度情報は、画像情報が収集されるよりも低い解像度で収集される。コイルの感度を較正するのに用いられる参照データ中のより低い解像度の効果は、参照データ中のノイズを減少させることであり、従って目標となる展開されたＳＥＮＳＥデータの信号対雑音比は高められる。

ＦＯＶが撮像された対象よりも小さい場合、内在的な折り返しアーティファクトが生ずる。内在的な折り返しアーティファクトは、関心となる領域、即ち心臓、が対象のスライスよりも遙かに小さい心臓撮像に、又は、腕が折り曲げられる、腹部の撮像に、及び、大きいＦＯＶの変形されたエッジが使用されない全身ＭＲ撮像に使用される。ＳＥＮＳＥ又はＳＭＡＳＨのような並列撮像法では、内在的な折り返しアーティファクトはコイル感度行列を決定させないため、位相エンコード方向上、対象の寸法よりも小さい視野を選択することは許されない。ＳＥＮＳＥが用いられる場合、操作者は対象全体を囲む大きい視野を選択することが強制され、これはＳＥＮＳＥ方法によって与えられる時間の減少を部分的に無駄なものとする。
米国特許公開第２００２−００１３５２６号明細書欧州特許第１１０２０７６号明細書

本発明は、ＳＥＮＳＥ又はＳＭＡＳＨといった並列撮像技術の効率を更に高めることを目的とする。

本発明のこの目的は、請求項１に記載の方法によって達成される。本発明は更に、請求項４に記載の装置、並びに、請求項５に記載のコンピュータ・プログラム・プロダクトに関連する。

本発明は、減少されたＦＯＶが選択されるという主な利点を有する。内在的な折り返しアーティファクトが発生される結果として、参照画像の計算によって解決されうる。

本発明の上述の及び他の利点は、従属項、及び、添付の図面を参照して本発明の典型的な実施例が記載されている以下の説明に開示されている。

磁気共鳴撮像法では、より短い期間内に許容可能な画像を得るという一般的な傾向がある。このために、近年、スイス連邦工科大学チューリッヒ校、生体工学及び医療情報学研究所（Institute of Biomedical Engineering and Medical Informatics）により、「ＳＥＮＳＥ」と称される感度エンコード法が開発された。ＳＥＮＳＥ法は、磁気共鳴装置のコイルによって検出されるように画像に対して直接作用するアルゴリズムに基づくものである。画像に対する位相エンコード・ステップの数は、Ｒ倍だけ減少され、その倍数だけ信号捕捉を加速させ、Ｒは１よりも大きい任意の数でありうる。即ち、（位相）エンコード・ステップの数は、完全な集合のエンコード・ステップに対して減少される。この完全な集合は、再構成されるＭＲ画像の予め選択された空間解像度に対して十分なｋ空間内のＭＲ信号をサンプリングするのに必要なエンコード・ステップを生じさせる。結果として得られる、多数のコイルからのエイリアシングされた画像は、単一のＲ回折り返された画像を発生するようＳＥＮＳＥアルゴリズムによって用いられる。ＳＥＮＳＥ方法に重要なものは、いわゆる感度マップとして配置されたコイルの感度の知識である。この方法を加速させるために、シングルコイル参照の「平方和」による、又は、ボディコイル参照による分割を通じて取得されうる生感度マップを使用することが提案される（例えば、K.Pruessmann外、ＩＳＭＲＭ議事録、１９９８年、アブストラクト第５７９頁、７９９頁、８０３頁及び２０８７頁参照）。実際、ＳＥＮＳＥ法は、意図的にｋ空間をアンダーサンプリングすることにより、即ち捕捉すべき対象よりも小さい視野（ＦＯＶ）を意図的に選択することにより、走査時間を減少させることを可能とする。このアンダーサンプリングから、異なったコイル感度パターンを有する一組の別個のコイルについての知識を用いて分解又は展開される、折り返しアーティファクトが得られる。アンダーサンプリングは、両方の位相エンコード方向のうちのいずれかでありうる。

ＮＭＲ撮像法では、内在的な折り返しアーティファクトの方法が用いられ、例えば、関心領域、即ち心臓が対象のスライスよりも遙かに小さい心臓撮像に、又は、腕が折り曲げられる、腹部の撮像に、及び、大きいＦＯＶの変形されたエッジが使用されない全身ＭＲ撮像に使用される。ＳＥＮＳＥ又はＳＭＡＳＨのような並列撮像法では、内在的な折り返しアーティファクトはコイル感度行列を決定させないため、位相エンコード方向上、対象の寸法よりも小さい視野を選択することは許されない。ＳＥＮＳＥが用いられる場合、操作者は対象全体を囲む大きい視野を選択することが強制され、これはＳＥＮＳＥ方法によって与えられる時間の減少を部分的に無駄なものとする。この制限は、ＳＥＮＳＥのような並列撮像法に用いられるときに数学に基づいて克服されることが不可能であると考えられる。

現在のところ、ＳＥＮＳＥ測定は、基本的には以下のように与えられる。
１．患者の解剖学的細部なしに、ＳＥＮＳＥ法で用いられるコイルの各素子についての低解像度画像を得るための予備走査が行われる。
２．全ての素子のエイリアシングされた画像を生じさせるＳＥＮＳＥ走査が行われる。
３．コイルの感度プロファイル及びＳＥＮＳＥ走査画像は、実際の画像を再構成するようＳＥＮＳＥアルゴリズムによって使用される。ボディコイル参照スキャンもまた、規則かのために用いられる。通常は、特定のＭＲ検査では全てのＳＥＮＳＥ走査のために一回の予備走査で十分である。

内在的な折り返しアーティファクトを可能とするために、ステップ２の後に１つの付加的なステップが追加されるべきである。

２ｂ．予備走査の画像から、内在的な折り返しを示すコイル素子の感度プロファイル及び内在的な折り返しを示す参照画像が計算される。この走査は、再構成処理の一部として、又は走査中に、数分の一秒でなされうる。続いて、これらの明示的に折り返された画像は、ＳＥＮＳＥアルゴリズムで使用されうる。

この方法では、約３０％の時間短縮を得ることができる。例として、幅４０ｃｍの対象を用いる。１ｍｍの解像度では４００のエンコード・ステップが必要である。関心領域がわずか２０ｃｍであり、内在的な折り返しアーティファクトが許されると、３０ｃｍの視野が選定されえ、３００のエンコード・ステップが必要である。３倍の縮小率で必ず４０ｃｍの視野のＳＥＮＳＥのみを用いるとき、１３３のエンコードステップのみが必要である。更に、ＳＥＮＳＥ法で内在的な折り返しアーティファクトが許され、３０ｃｍの視野が用いられるとき、わずか１００のエンコード・ステップが必要である。関心領域内のノイズは、３倍の減少の通常のＳＥＮＳＥ法によって形成される画像のノイズに等しい。しかしながら、内在的な折り返しアーティファクトを有する提示される方法は、３０％高速である。

ＳＥＮＳＥが導入されたとき、ＳＥＮＳＥ法の数学的な原理に基づき、内在的な折り返しアーティファクトを有するいかなる組合せも不可能であると考えられた。しかしながら、実験により、実際は、ＳＥＮＳＥの数学が依然として成り立つが、上述の方法は非常にうまくいくことが示されている。以下の例について考える。視野ＦＯＶは、3/4*対象（mFOV=0.75&対象）であると定義され、３倍のSENSE減少係数が、mFOVの減少された視野に適用され、即ち、SENSE折り返し距離Δｘ＝1/3*mFOV=1/4*対象である。ここで、全てのコイル素子ｉのエイリアシングされた画像の中の画素ｍは、対象内の４つの位置から信号を導出し、ＳＥＮＳＥ減少係数３に内在的な折り返しアーティファクトを加えると、

であり、式中、ｃ_i（ｘ）は、位置ｘにおけるコイル素子ｉの感度であり、Ｓ（ｘ）は位置ｘから受信したＲＦ信号である。信号強度Ｓ（ｘ＋Δｘ）及びＳ（ｘ＋２Δｘ）のみが関心領域内であり、崩壊（corruption）なしに再構成されうるため、信号の現実の値Ｓ（ｘ）及びＳ（ｘ＋３Δｘ）はもはや重要ではない。ＳＥＮＳＥ係数３が減少されたｍＦＯＶに適用されると、画素ｍ_iについて、以下の式、

と書くことができる。係数ｃ_i,eff（ｘ）は、各走査の前に減少されたｍＦＯＶで参照データを捕捉することによって取得されえ、この方法は遅く、且つ、望ましくなく、又は、ｃ_i,eff（ｘ）は、再構成において参照データの明示的な折り返しを適用し、以下の式、

を想定することによって近似されうる。即ち、減少されたＦＯＶ（Δｘ）だけ離れた整数倍であるアンテナ感度値から有効アンテナ感度が拒否される。数学的な観点の唯一の問題は、この近似にあり、なぜならば、ｃ_i,effは、複素コイル素子信号Ｓ_iを複素直交ボディコイル信号Ｓ_QBCで割り算したものだからであり、従って、

である。しかしながら、コイル素子の感度は距離とともに急速に低下するため、式（４）内の２つの要素のうちの一方は、常に他方よりもはるかに大きく、近似は有効となる。

上述のようなフォーカスされたＳＥＮＳＥの近似のために、８つの感度マップを得るために８つの素子のヘッドコイルを有するＭＲＩ装置が使用された。感度マップの解像度は、ＳＥＮＳＥ画像の解像度に等しい。参照として、１６ｃｍ直径の水で充填されたファントムと、１４×１６ｃｍ²のＦＯＶが用いられ、それにより画像中に内在的な折り返しアーティファクトがある。感度マップは、より大きな体積に亘って測定された。より小さいmＦＯＶを有するＳＥＮＳＥ再構成は、感度マップが上述のステップ２ｂのように人工的に後ろに折り返されているとき、図１ａに示すようなアーティファクトを示す。１４×１６ｃｍ²ＦＯＶ中の１つの素子の結果として得られる（絶対値）画像を、図１ｂに示す。素子は、右上に配置されている。後ろに折り返された感度マップが入力として用いられると、ＳＥＮＳＥ再構成は細かく作用する。再構成の後、図１ｃに示すように、内在的な折り返しアーティファクトのみが残される。通常は、感度マップの解像度は、実際のＳＥＮＳＥ画像の解像度よりも小さいよう選択される。図１ｄに示すように、後ろへ折り返された鮮鋭なエッジは、これらのアーティファクトを生じさせうる。しかしながら、多くの場合、後ろへ折り返されたエッジにおける感度は低く（例えば心臓画像中）、アーティファクトははっきりしたものではなく、従って無視されうる。

図２乃至図４は、ファントムが左から右（ＬＲ）方向に３倍のＳＥＮＳＥ係数で測定される画像を示す。視野は、ファントムよりも小さいよう選定され、内在的な折り返しアーティファクトを生じさせる。ＳＥＮＳＥを用いて展開するとき、感度推定値は、左側の一組の画像からわかるように重大なアーティファクトを生じさせる内在的な折り返しにより、誤っている。図２ａ中、等距離の水柱を伴うファントムが用いられ、図３ａ中、図２ａと同じファントムからの、更に大きい水柱をファントムが側方にあり、図４ａ中、均質に充填された水のファントムが示される。これらの画像は、操作者があまりにも小さいＦＯＶを選択したときに通常は何が生ずるかを示す。同じファントムの右側の一組の画像は、内在的な折り返しアルゴリズムを含むＳＥＮＳＥと共にとられる。内在的な折り返しアーティファクトは、対象のエッジの内在的な折り返しを除き消滅する。この急速な可能な例では、参照スキャンは、図１ｄのシミュレーションに示すのと同じリンギング・アーティファクトを生じさせる実際のＳＥＮＳＥスキャンよりも低い解像度でとられたものである。両方のスキャンの解像度及びリンギングフィルタの適用のよりよい一致は、画像を改善させる。この例では、エッジにおける全体感度は、この特定のコイルでは対象の中心の全体感度よりもはるかに大きく、強いエッジアーティファクトを生じさせる。意図されたコイル、即ちＳＥＮＳＥ心臓コイル、については、エッジアーティファクトは、位相エンコード方向が前頭面のいずれかの場所に選定されると、前頭面内のエッジにおける感度が中心よりも低くなるため、かなり減少される。従って、図２ｂ、図３ｂ、及び図４ｂ中の画像は正しく展開され、はっきりとした関心領域と、側に幾つかの折り返しアーティファクトを残す。

ＭＲ装置の実際的な実施例について図５に示し、図５は安定した磁場を発生する第１の磁石系２と、傾斜磁場コイル３として知られる手段であるＸ，Ｙ，Ｚ方向に傾斜を有する追加的な磁場を発生する手段とを含む。しかしながら、コイル３は、上述のように非常に非線形であり、磁場のパターン即ち「傾斜磁場」は、通常のＭＲシステムのようにＸ，Ｙ，Ｚのうちの１つのみに向けられるのではない。図示の座標系のＺ方向は、慣習通り磁石系２内の安定した磁場の方向に対応し、これは線形で線形でありさえすればよい。使用されるべき測定座標系ｘ，ｙ，ｚは、図２に示すＸ，Ｙ，Ｚ系と独立に選定されうる。傾斜磁場コイル３は、電源装置４によって給電される。ＲＦ送信コイル５はＲＦ磁場を発生するのに役立ち、ＲＦ送信及び変調器６に接続される。受信コイルは、例えば人間又は動物の体である、検査されるべき対象７中にＲＦ磁場を発生するよう磁気共鳴信号を受信するのに用いられる。このコイル５は、ＲＦ送信コイル５と同じコイルであってもよく、又は、多数の受信アンテナの配列（図示せず）であってもよい。コイル５は、非フェーズド・アレイ受信アンテナであり、これは多数の受信アンテナの配列とは異なる。更に、磁石系２は、検査されるべき体７の一部を収容するのに十分に大きい検査空間を囲む。ＲＦコイル５は、この検査空間内で検査されるべき体７の一部の周り又はその上に配置される。ＲＦ送信コイル５は、送信／受信回路９を介して信号増幅及び復調ユニット１０に接続される。制御ユニット１１は、ＲＦパルス及び傾斜磁場を含む特別なパルスシーケンスを発生するよう、ＲＦ送信及び変調器６と電源ユニット４とを制御する。制御ユニット１１は、復調ユニット１０から得られる位相及び振幅が処理ユニット１２に印加されるＭＲ信号の検出を制御する。制御ユニット１１と、夫々の受信コイル３及び５は、下位繰り返し時間基準（一般的には、１０ミリ秒未満）で検出経路間での切り換えを可能とする制御手段を具備する。これらの手段は、特に、アンテナの信頼性の高い位相動作を確実とする電流／電圧安定化ユニット、及び、コイルと処理ユニット１２の間の信号経路中の１つ又はそれ以上のスイッチ及びアナログ・ディジタル変換器を含むことを意味する。処理ユニット１２は、変換により画像を形成するよう提示された信号値を処理する。この画像は、例えばモニタ１３により視覚化されうる。

アーティファクトを示す小さいＦＯＶを有するＳＥＮＳＥ再構成を示す図である。等距離の水柱を伴うファントムからのＳＥＮＳＥ再構成ＭＲ画像を示す図である。図２と同じファントムからの、更に大きい水柱をその側方に示すＳＥＮＳＥ再構成ＭＲ画像を示す図である。均質に充填された水のファントムからのＳＥＮＳＥ再構成ＭＲを示す図である。本発明による方法を実行する装置である。

Claims

受信アンテナによって捕捉された複数の信号から対象の画像を形成し、前記各受信アンテナの感度マップが与えられ、適用される符号化ステップの数はその完全な集合に対して減少される、磁気共鳴撮像方法であって、
前記視野は、エンコード方向上、対象の寸法よりも小さく設定され、前記受信アンテナの感度マップ及び内在折り返しアーティファクトを示す参照画像は前記ＭＲ画像を展開された画像へ再構成するのに用いられることを特徴とする、磁気共鳴撮像方法。
前記展開された画像に、エッジアーティファクトを除去するエッジフィルタリングが適用されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
前記展開された画像に、リング・アーティファクトを除去するリンギングフィルタリングが適用されることを特徴とする、請求項２記載の方法。
複数の信号からＭＲ画像を取得する磁気共鳴装置であって、
前記対象の一部内でスピンを励起する手段と、
複数の受信アンテナと、
読み出し傾斜磁場及び他の傾斜磁場の印加によりｋ空間内に複数のラインを含む所定の軌跡に沿ってＭＲ信号を測定し、前記位相エンコードステップの数はその完全な集合に対して減少される、手段と、
各受信アンテナの夫々に対して感度マップを与える手段と、
前記視野を前記対象寸法よりも小さく設定する手段と、
前記受信アンテナの感度マップ及び内在折り返しアーティファクトを示す参照画像を用いることにより、前記ＭＲ画像を前記測定されたＭＲ信号から折り返された画像へ再構成する手段とを有する、磁気共鳴撮像装置。
磁気共鳴方法により画像を形成するようコンピュータ使用可能な媒体上に格納されたコンピュータプログラムプロダクトであって、
前記コンピュータに、
磁気共鳴撮像装置が複数の信号からＭＲ画像を取得することの実行を制御させ、前記コンピュータプログラムは、
前記対象よりも小さい視野を設定し、
前記受信アンテナの感度マップ及び内在折り返しアーティファクトを示す参照画像を用いて前記ＭＲ画像を展開された画像へ再構成する
ための命令を有する、
コンピュータ読み取り可能なプログラム手段を有する、コンピュータプログラムプロダクト。