JP5042862B2 - 短いエコー時間での磁気共鳴イメージング - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴分野に関する。肺組織、アテローム斑、腱といった磁気共鳴減衰時間が短い物質の磁気共鳴イメージング、高濃度の磁気共鳴造影剤が注入された組織のイメージング、水素より重い原子からの核磁気共鳴を用いる物質のイメージング等に特定の用途を見出し、本書ではそれらを参照して特に説明が行われることになる。より一般的には、イメージング用、分光法用といった磁気共鳴システムに適用可能である。

磁気共鳴減衰時間が短いことは、イメージングシーケンスにおけるエコー時間が短いという制限を課す。磁気共鳴の減衰時間(例えば、T2減衰時間又はT2*減衰時間)が、磁気共鳴イメージングスキャナにより達成可能な最小エコー時間に匹敵するとき、イメージング品質は一般的に妥協される。スキャナの最小エコー時間は、無線周波数励起の終わりと使用可能な磁気共鳴サンプリングが開始することができる時間との間の有限レイテンシ時間により制限される。ある磁気共鳴イメージングスキャナにおいては、無線周波数リカバリによるレイテンシ時間が、約100マイクロ秒である。２次元イメージングにおいては、送信又は励起フェーズと受信又は読み出しフェースとの間のレイテンシ時間が、スライス選択的傾斜磁場の除去により課されるランプダウン(ramp-down)又は再フォーカス遅延を含む可能性もある。

短い磁気共鳴減衰時間を用いてイメージングするのに、放射状サンプリング(radial sampling)が有利である。放射状読み出しライン(radial readout line)は、最初に低周波数の再構成画像構造を規定するk-空間の中央領域をサンプリングするのに使用され、続いて、精細な画像詳細に貢献するk-空間の高周波数エッジのサンプリングに使用されることができる。放射状ラインは、k-空間中心に収束するので、放射状サンプリングもまたk-空間の中央領域の適切なサンプリングを進展させる。k-空間の周辺領域でのサンプリングは、比較的まばらである。短いエコー時間を用いるイメージングのために、Paulty等による米国特許第5,025,216号は、磁気共鳴イメージングシーケンスの送信及び受信フェーズ間のレイテンシ時間を減らすため、ショートシェイプト(short shaped)無線周波数パルスを用いることを開示する。短いエコー時間を用いるイメージングにおける更なる追加的な改良は、スライス選択的な傾斜磁場を省略する非選択的RF励起を伴う３次元イメージングを用いて達成されることができる。

斯かる技術と共に放射状サンプリングを用いると、短いエコー時間でのイメージングの際、画像品質が改善される。しかしながら、短いエコー時間での磁気共鳴イメージングにおける更なる改善の必要性が当分野では残されている。

本書は、上述の制限その他を克服する改善された装置及び方法を提供する。

１つの側面によれば、磁気共鳴イメージング方法が提供される。第１の読み出し傾斜磁場プロファイルを用いて、k-空間の内側部分におけるインナー放射状読み出しラインが取得される。第１の読み出し傾斜磁場プロファイルとは異なる第２の読み出し傾斜磁場プロファイルを用いて、k-空間の内側部分より実質的に外側に配置されるk-空間の外側部分におけるアウター放射状読み出しラインが取得される。取得されたインナー及びアウター放射状読み出しラインは、再構成画像を生成するために再構成される。

別の側面によれば、ある磁気共鳴イメージング方法を実行する磁気共鳴イメージングシステムが開示される。その方法では、第１の読み出し傾斜磁場プロファイルを用いて、k-空間の内側部分におけるインナー放射状読み出しラインが取得され、第１の読み出し傾斜磁場プロファイルとは異なる第２の読み出し傾斜磁場プロファイルを用いて、k-空間の内側部分より実質的に外側に配置されるk-空間の外側部分におけるアウター放射状読み出しラインが取得され、及び取得されたインナー及びアウター放射状読み出しラインが、再構成画像を生成するために再構成される。

１つの利点は、短いエコー時間を用いて改善された画像品質を得られる点にある。

別の利点は、放射状サンプリングにおける信号対ノイズ比を改善できる点にある。

別の利点は、放射状読み出しラインを用いてk-空間における一層一様なサンプリングを行える点にある。

別の利点は、画像取得時間を減らせる点にある。

以下の詳細な説明を読めば、様々な追加的な利点及び利益が当業者には明らかとなるであろう。

本発明は、様々な要素及び要素の配置、並びに様々な処理動作及び処理動作の配置の形式を取ることができる。図面は、好ましい実施形態の説明目的であるに過ぎず、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。

図１を参照して、磁気共鳴イメージングスキャナ１０は、患者又は他のイメージング対象物１６が配置される検査領域１４を規定する筐体１２を含む。筐体１２に配置される主磁石２０は、実質的に空間的にも時間的にも一定な主磁場を検査領域１４内に生成する。通常、主磁石２０は、クライオシュローディング(cryoshrouding)２４により囲まれる超半導体磁石である；しかしながら、常伝導主磁石も使用されることができる。選択された傾斜磁場を検査領域１４内の主磁場に重畳させるよう、傾斜磁場コイル３０は、筐体１２内又は上に配置される。通常、傾斜磁場コイル３０は、検査領域１４内で選択された方向に、かつ選択された傾斜強度で傾斜磁場を生成するための複数のコイルを含む。例えば、傾斜コイル３０は、いずれかの選択された方向に選択された傾斜磁場を共働的に生成するx方向、y方向及びz方向の傾斜コイルを含むことができる。無線周波数励起パルスを検査領域１４に投入し、かつ、生成された磁気共鳴信号を検出するよう、例えば囲いシールド３４を備える絶縁誘電フォーマに配置されるストリップラインコイル、剛体導電ラング及びリングを備えるバードケージコイル等といった全身無線周波数コイル３２が、筐体１２内又は上に配置される。ボアライナ３６は、検査領域からコイルを分離する。「又は」あるいは「更に」、例えば、ヘッドコイル、表面コイル又はコイルアレイ等の１つ又は複数の局所コイル(図示省略)が励起又は受信のために提供されることができる。

短エコー時間磁気共鳴イメージング・シーケンス・データベース４８が、短いエコー時間でのイメージングに適した放射状読み出しシーケンスを格納する。磁気共鳴イメージングコントローラ５０は、選択された一の短エコー時間磁気共鳴イメージングシーケンスを実行する。コントローラ５０は、選択された傾斜磁場を検査領域１４における主磁場に重畳させるため、傾斜コイル３０に結合される傾斜磁場コントローラ５２を動作させ、選択された無線周波数励起パルスをおよそ磁気共鳴周波数で検査領域１４に投入するため、図示されるような無線周波数コイル３２、又は局所コイル、表面コイル、コイルアレイ等に結合される無線周波数送信機５４を動作させる。２次元イメージングのため、無線周波数励起は、傾斜システム３０、５２により課される同時スライス選択的傾斜磁場も含む。

無線周波数励起パルスは、上記選択された短エコー時間磁気共鳴イメージングシーケンスに基づき、選択された方向に選択された傾斜強度で傾斜磁場を適用することにより空間的に放射状にエンコードされるイメージング対象物１６における磁気共鳴信号を励起させる。放射状の読み出し磁気共鳴信号を受信するよう、上記選択された短エコー時間磁気共鳴イメージングシーケンスに基づき、イメージングコントローラ５０は、図示されるような無線周波数コイル３２、又は局所コイル、表面コイル、コイルアレイ等に接続される無線周波数受信機５６を動作させる。受信された放射状の読み出しデータは、放射状読み出しデータメモリ６０に格納される。

再構成プロセッサ６１は、デカルト格子に補間されるデータを生成するよう、放射状読み出しデータの放射対デカルト座標変換を行うデカルト座標変換プロセッサ６２を含む。高速フーリエ変換プロセッサ６３は、検査領域１４内に存在するイメージング対象物１６又はその選択された一部の再構成画像へと、デカルト格子化されたイメージングデータを再構成する。他の再構成アルゴリズムで再構成プロセッサ６１が置き換えられることもできる；例えば、画像再構成を行うのに、フィルタ逆投影再構成プロセスが放射状読み出しに対して適用されることができる。

再構成された画像は、画像メモリ６４に格納され、ユーザインタフェース６６に表示され、ローカルエリアネットワーク又はインターネットを介して送信され、プリンタにより印刷され、又は他の態様で利用されることができる。図示される実施形態においては、放射線科医又は他のユーザが、データベース４８から短エコー時間磁気共鳴イメージングシーケンスを選択すること、及びイメージングコントローラ５０と対話することもそのユーザインタフェース６６が可能にする。他の実施形態においては、スキャナ１０を動作させるため、及び再構成された画像を表示又はその他操作するための分離したユーザインタフェースが提供される。

上述された磁気共鳴イメージングシステムは、説明のための例示に過ぎない。一般に、実質上いずれの磁気共鳴イメージングスキャナも、本書で開示される短エコー時間イメージングシーケンス及びその均等の範囲を実行することができる。例えば、スキャナはオープン磁石、垂直ボア磁石、低磁場磁石、高磁場磁石等を含むことができる。

図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、例示的な短エコー時間磁気共鳴イメージングシーケンスが説明される。図２Ａは、k-空間における複数の放射状読み出しラインの軌跡を図式的に示す。放射状読み出しラインは、内側k-空間部分１０２における複数のインナー放射状読み出しライン１００と、外側k-空間部分１０６における複数のアウター放射状読み出しライン１０４とを含む。各インナー放射状読み出しライン１００は、k-空間中心で始まり、内側及び外側k-空間領域１０２、１０６を分離する境界１０８へと選択された半径方向に外側に向かって延び、同じ半径方向に沿ったアウター放射状読み出しライン１０４の対応する一つとして連続的な態様で続く。

図２Ｂは、選択された半径方向における連続的なインナー及びアウター放射状読み出しライン１００、１０４のそれぞれ対応するペアを取得するための適切なパルスシーケンスを図式的に示す。図２Ｂと、戻って図１とを参照すると、無線周波数励起は、無線周波数コイル３２上で動作する無線周波数送信機５４により生成される無線周波数パルス１１０と、オプションで１つ又は複数の傾斜磁場コイル３０上で動作する傾斜磁場コントローラ５２により生成されるスライス選択的な傾斜磁場パルス１１２とを含む。本書において使用される単数形の「パルス(pulse)」という用語は、パケット、無線周波数パルス１１０を共働的に規定する複数若しくはシーケンス状のパルス、又は傾斜磁場パルス１１２を含むものとして広く解釈されるべきである。図２Ｂ又は続く図３Ｂ、図４Ｂ及び図５Ｂに説明されるような励起パルスは、更に、図示省略されるペアの他の要素に組み合わされることになるデータを生成するよう、励起のペアの１つの要素であってもよい。通常、２次元イメージングに対して、スライス選択的な傾斜磁場パルス１１２が、その励起されたスライスを選択するのに適用される；他方、３次元イメージングに対しては、３次元ボリュームが励起されるよう、スライス選択的な傾斜磁場パルス１１２は通常省略される。無線周波数励起は、レイテンシ期間d_latencyにより後続され、そのレイテンシ期間の間、ハードウェアが送信モードから受信モードへ切り替わる。無線周波数パルス１１０の送信は、通常、無線周波数コイル３２上の数百ボルトを生成することを含む。受信無線周波数回路５６は、損傷を避けるべく斯かる大電圧から保護されなければならない場合がある。磁気共鳴信号が同じコイル又は異なる無線周波数コイルにより正確に受信されることができる前に、この電圧は、実質的に除去されるべきである。このレイテンシ期間の間、容量を変更する、又はPINダイオード等をバイアス(bias)することにより、通常１つ又は複数の無線周波数デバイスの動作特性を電子的に変更することが必要である。レイテンシ期間d_latencyは、オプションでスライス選択的な傾斜磁場パルス１１２を除去又は再フォーカスするための遅延も含むことができる。図示される実施形態において、無線周波数パルス１１０は、例えばPauly等による米国特許第5,025,216号に述べられるような、レイテンシ期間d_latencyの無線周波数成分を減らすショートシェイプト無線周波数パルスである。

レイテンシ期間d_latencyの後、読み出しフェーズが始まる。同じ半径方向を持つインナー放射状読み出しライン１００及び対応するアウター放射状読み出しライン１０４の両方が、同じ無線周波数励起に応じて読み出される。インナー放射状読み出しライン１００の読み出しの間、第１の傾斜磁場プロファイル１２０がゼロから上昇し、サンプリング１２２が開始される。説明を分かりやすくするため、パルスシーケンスのこれらの特徴は、図２Ａにおいてインナー放射状読み出しライン１００を説明するのに使用されたのと同じ実線を用いて図示される。放射状読み出しライン１００の方向は、第１の傾斜磁場プロファイル１２０の読み出し傾斜磁場の方向により選択される。対応するアウター放射状読み出しライン１０４の取得が、インナー放射状読み出しライン１００の取得完了のすぐ後に連続して続く。アウター放射状読み出しライン１０４の取得は、傾斜強度において減衰する第２の読み出し傾斜磁場プロファイル１２４を用いる。サンプリング１２６は、アウター放射状読み出しライン１０４の取得の間継続する。説明を分かりやすくするため、パルスシーケンスのこれらの特徴は、図２Ａにおいてアウター放射状読み出しライン１０４を説明するのに使用されたのと同じ点線を用いて図示される。

第２の放射状読み出し傾斜磁場プロファイル１２４は、k-空間中で比較的一様なサンプリングを提供し、かつ信号対ノイズ比を増加させるよう選択される非一様形状を持つ。一般に、k-空間軌跡、k_read(t)と、読み出し傾斜磁場G_read(t)との間の関係が、

で与えられる。ここで、式(1)において、γは磁気回転比である。k-空間軌跡速度、dk/dtは、

で与えられる。従って、k-空間軌跡速度は、読み出し傾斜磁場の強度に比例する。更に、一定のサンプリングレートに対して、k-空間軌跡速度が速いことは、k-空間においてサンプリングが一層まばらであることに対応し、一方、k-空間軌跡速度が遅いことは、k-空間においてサンプリングが一層密であることに対応する。

出来る限り高速に内側k-空間領域１０２をサンプリングするために、第１の読み出し傾斜磁場プロファイル１２０は、急速に上昇する。すべてのインナー放射状読み出しライン１００がk-空間中心(図２Ａにおいて「k=0」とラベル付けされる)に収束することが原因で、内側k-空間領域１０２における適切なサンプリングの密度が与えられる。ある実施形態においては、第１の読み出し傾斜磁場プロファイル１２０が、傾斜磁場システム３０、５２のスルーレートで線形に上昇する。

外側k-空間領域１０６において、アウター放射状読み出しライン１０４によるk-空間サンプリングは、減衰する第２の読み出し傾斜磁場プロファイル１２４により指定される徐々に減少する読み出し傾斜磁場強度を用いる。これは、アウター放射状読み出しライン１０４がk-空間中心から離れるにつれ、増加的に密度を増すk-空間サンプリングをもたらす、k-空間軌跡の段階的な低速化を生み出す。減少する傾斜磁場強度は、k-空間における所与の位置での瞬間的な帯域幅に比例するノイズ分散が、２次元スキャンにおける係数1/r又は３次元スキャンにおける係数1/r²に関連付けられた放射状重みを実質的に打ち消すよう選択される。

k-空間における放射状ジオメトリは、サンプルの固有密度を持つ。３次元(球面極)の場合、これは、型(1/r²)を持ち、それは、デカルト座標系と極座標系との間の変換のとき、座標系の変化に関連付けられるヤコビアンとして理解されることができる。サンプルの密度は順に、局所ノイズ平均化又は減少に関連付けられ、そこでは、ノイズ分散がサンプリング密度の逆数におよそ対応する。典型的なノイズマグニチュード従属性(noise magnitude dependence)は、平方根に対応する。つまり「r」は３次元の場合に対するものである。デカルト座標における一様なサンプリングを実現するために、k-空間におけるユニットボリュームあたりのノイズが実質的に一様になるよう放射状軌跡の速度が選択される。３次元イメージングに対して、これは、第２の傾斜磁場プロファイル１２４を、

にセットすることに対応する。ここで、t₀は、第２の傾斜磁場プロファイル１２４の開始時間である。これを式(1)に代入すると、k-空間軌跡は、

となる。２次元の場合、k-空間における放射状ジオメトリは、(1/r)のサンプルの固有密度を持ち、対応する解析によって、２次元の場合における第２の傾斜磁場プロファイル１２４が、

であり、２次元の場合におけるk-空間軌跡が、

となることを生み出す。より一般には、第２の傾斜磁場プロファイル１２４は、

という形状を持つ。ここで、Dは、本書でのいわゆる傾斜減衰指数である。式(3)の３次元の場合、D = -2/3であり、式(5)の２次元の場合、D = -1/2である。減衰する第２の傾斜磁場プロファイル１２４は、0と-1との間にある傾斜減衰指数Dの値に対して与えられる。信号対ノイズ比の最大量の近傍では、信号対ノイズ比の改善量は、傾斜減衰指数Dの正確な値とは比較的関係がない。更に、画像取得時間の短縮、傾斜スルーレート又はピーク傾斜強度に関するハードウェア制限等の他の考慮要素が、式(3)及び(5)の考慮要素以外の傾斜減衰指数値の選択の動機付けになりうる。例えば、渦電流、振動機械モード、共鳴電気回路又は電磁気回路の放電等の観点から偶然好ましいものとなる傾斜減衰指数を選択することが有利な場合がある。更に、第２の傾斜磁場プロファイル１２４に対する減衰指数関数形式が説明され議論されるが、読み出しの信号対ノイズ比を実質的に減らす他の単調的に減少するプロファイルも同様に使用されることができる。

図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、他の例示的な短エコー時間磁気共鳴イメージングシーケンスが示される。このシーケンスは、図２Ａ及び図２Ｂに図示されるものと同様であり、内側k-空間部分２０２における複数のインナー放射状読み出しライン２００と、外側k-空間部分２０６における複数のアウター放射状読み出しライン２０４とを含む。各インナー放射状読み出しライン２００は、k-空間の中心(k=0)から始まり、外側に延び、その後、同じ半径方向に延びるアウター放射状読み出しライン２０４の１つが続く。無線周波数パルス２１０と、オプションでスライス選択的な傾斜磁場パルス２１２とを含む無線周波数励起の後に、レイテンシ期間d_latencyが続き、レイテンシ期間の間、ハードウェアが送信モードから受信モードへと切り替わる。レイテンシ期間d_latencyの後、インナー放射状読み出しライン２００を取得するため、第１の読み出し傾斜磁場プロファイル２２０がゼロから上昇し、サンプリング２２２が開始される。オプションで、第１の読み出し傾斜磁場プロファイル２２０が、傾斜システム３０、５２の最大スルーレートで上昇することができる。対応するアウター放射状読み出しライン２０４の取得は、傾斜強度において減衰する第２の読み出し傾斜磁場プロファイル２２４を用いた後に起こる。サンプリング２２６が、アウター放射状読み出しライン２０４の取得の間発生する。

しかしながら、図３Ａ及び図３Ｂのイメージングシーケンスは、アウター放射状読み出しライン２０４の取得が対応するインナー読み出し放射状ライン２００の取得の直後に続くものではないという点で図２Ａ及び図２Ｂのとは異なる。これは、上昇する第１の読み出し傾斜磁場プロファイル２２０が、傾斜システム３０、５２の限界によりピーク限界にされる(peak-limited)という理由による。従って、ミドル放射状読み出しライン２３０が、インナー及びアウター放射状読み出しライン２００、２０４のそれぞれ対応するペアの間に挟まれ、同じ選択された半径方向に向けられる。ミドル放射状読み出しライン２３０は、内側k-空間部分２０２と外側k-空間部分２０６との間に配置される環状k-空間部分２３２においてk-空間サンプルを取得する。図３Ｂに見られるように、ミドル放射状読み出しライン２３０の取得は、第１の読み出し傾斜磁場プロファイル２２０の後連続的に続き、かつ、傾斜磁場システム３０、５２によりピーク限界にされる一定の傾斜磁場強度を持つ第３の読み出し傾斜磁場プロファイル２４０を利用する。第３の読み出し傾斜磁場プロファイル２４０の間、サンプリング２４２が続行される。説明を分かりやすくするため、パルスシーケンスのこれらの特徴は、図３Ａにおいてミドル放射状読み出しライン２３０を説明するのに使用されたのと同じ二重線を用いて図示される。第２読み出し傾斜磁場プロファイル２２４が、第３の読み出し傾斜磁場プロファイル２４０の終点の後、直ちにかつ連続的に続く。

図４Ａ及び図４Ｂを参照して、別の例示的な短エコー時間磁気共鳴イメージングシーケンスが説明される。このシーケンスは、図３Ａ及び図３Ｂに説明されるのと似ており、内側k-空間部分３０２における複数のインナー放射状読み出しライン３００と、環状k-空間部分３３２における複数のミドル放射状読み出しライン３３０と、外側k-空間部分３０６における複数のアウター放射状読み出しライン３０４とを含む。更に、別の複数のミドル放射状読み出しライン３３０'が、環状k-空間部分３３２と外側k-空間部分３０６との間に挟まれる別の環状k-空間部分３３２'をサンプリングする。各インナー放射状読み出しライン３００は、k-空間中心で始まり、外側に向かって延び、同じ半径方向に従う第１のミドル放射状読み出しライン３３０の対応する１つとして連続的な態様で続き、同じ半径方向に従う第２のミドル放射状読み出しライン３３０'の対応する１つとして連続的な態様で続き、及び同じ半径方向に従うアウター放射状読み出しライン３０４の対応する１つとして連続的な態様で続く。

図４Ｂは、対応するパルスシーケンスを示す。無線周波数パルス３１０とオプションのスライス選択的な傾斜磁場パルス３１２とを含む無線周波数励起の後に、その間、ハードウェアが送信モードから受信モードへと切り替わるレイテンシ期間d_latencyが続く。レイテンシ期間d_latencyの後、第１の読み出し傾斜磁場プロファイル３２０がゼロから上昇し、インナー放射状読み出しライン３００を取得するためサンプリング３２２が開始される。オプションで、第１の読み出し傾斜磁場プロファイル３２０は、傾斜システム３０、５２によりスルー限界にされる(slew-limited)ことができる。第１の読み出し傾斜磁場プロファイル３２０が、生成されることができるピーク傾斜強度に達すると、第１のミドル読み出し傾斜磁場プロファイル３４０が、サンプリング３４２と共に後続する。第１のミドル読み出し傾斜磁場プロファイル３４０は傾斜システム３０、５２によりピーク限界にされる一定の傾斜磁場強度を持つ。

第１のミドル読み出し傾斜磁場プロファイル３４０の後には、減衰する傾斜磁場プロファイルが続く。しかしながら、図４Ａ及び図４Ｂのパルスシーケンスにおいて、信号対ノイズ比の最適化により必要とされる減衰するプロファイル(例えば、式(3)(5)又は(7)で与えられる)が、傾斜磁場システム３０、５２のスルーレートより大きな傾斜磁場強度における初期減少率を必要とすることになる。従って、第２のミドル放射状読み出しライン３３０'が、第２のミドル読み出し傾斜磁場プロファイル３４０'と、第１のミドル読み出し傾斜磁場プロファイル３４０のすぐ後に連続的に続くサンプリング３４２'とを用いて得られる。説明を分かりやすくするため、パルスシーケンスのこれらの特徴は、図４Ａにおいて第２のミドル放射状読み出しライン３３０'を説明するのに使用されたのと同じ厚い実線を用いて図示される。第２のミドル読み出し傾斜磁場プロファイル３４０'は、傾斜磁場システム３０、５２のスルーレートで強度において減少する傾斜磁場を持つ。第２のミドル読み出し傾斜磁場プロファイル３４０'は、信号対ノイズ比の最適化により必要とされる傾斜磁場強度の減衰率(例えば、式(3)(5)又は(7)で与えられる)が、傾斜システム３０、５２のスルーレート以下に減少するまで延びる。そのポイントで、減衰する読み出し傾斜磁場プロファイル３２４と対応するサンプリング３２６とを用いたアウター放射状読み出しライン３０４の取得が始まる。

オプションで、望まない信号コヒーレンシーをディフェイズ(dephase)又はスポイル(spoil)するため、又は定常状態信号を再フォーカスするためのサンプリングの後、追加的な傾斜磁場(図示省略)が適用されることができる。斯かる追加的な傾斜は、同じボリュームにおけるより長いT2物質から派生する望まないアーチファクトを制御するのに役に立つ場合がある。放射状軌跡に対する斯かる均衡FFE(高速フィールドエコー)のような方法が、例えば、斯かる追加的な傾斜を利用することが出来る。

画像に対する磁気共鳴信号は、傾斜強度、Larmor定数及び画像の空間的広がり(spatial extent)の３つの係数の積である帯域幅を横切り延在する。その信号帯域の外側からの周波数は、ノイズのみを含み、最終的な画像に表示されることから除外されるべきである。これは、周波数フィルタリングと再構成とのいくつかの組み合わせによりなされる。所望のイメージング信号帯域幅の約２倍の周波数をカットアウトするアナログフィルタを復調された受信信号に適用することはありふれた手法である。所望のイメージング帯域幅に関連付けられるナイキストサンプリングレートより明らかに高いサンプリングレートでサンプリングし、続いて所望の最終帯域幅の約２倍の周波数をカットアウトするためデジタルフィルタリングを適用することもまたありふれた手法である。

上述される実施形態において、恐らく２よりずっと大きな係数により、傾斜強度は明らかに変化することができることに留意されたい。この方法のため、振幅の範囲を組み込む読み出し傾斜がデータ取得の間適用されるので、信号帯域幅の外側からのノイズが最終的な画像で顕著なエイリアシング(aliasing)を示すことを避けるべく適切なフィルタリングが行われるよう注意する必要がある。オプションで、データをサンプリングするのに時間変化する読み出し傾斜を適用するとき、その方法は時間変化するフィルタリングの処理を含むことができる。斯かるフィルタリングは、再構成処理の初期に適用されるデジタル処理として実行されることができる。ある特定の実施形態において、各読み出しデータラインは、セグメントに分割されることができ、各セグメントは、瞬間的な傾斜強度の範囲に基づき、瞬間信号帯域幅の範囲を含むものとして分類されることができる。ノイズが、瞬間信号帯域幅の３倍を超えるすべての周波数に対して拒絶されるが、瞬間信号帯域幅内からの信号は忠実に通過されるよう、各セグメントがデジタルフィルタでフィルタリングされる。斯かる実施形態において、読み出しラインのセグメントは、セグメント内の瞬間帯域幅が、３より少ない何らかの係数で変化するよう選択されるべきである。その結果、１つの信号デジタルフィルタがセグメント内のすべてのデータに対して適用されることができる。すると、そのフィルタリングに続くフーリエ変換等の再構成ステップは、信号帯域幅の３倍内にある残りのノイズ周波数帯域を拒絶することができる。エイリアスド・ノイズ(aliased noise)による画像劣化を減らす他の技術が容易に生成されることができる。

図５Ａ及び図５Ｂを参照して、別の例示的な短エコー時間磁気共鳴イメージングシーケンスが説明される。ここで、内側k-空間部分４０２におけるインナー放射状読み出しライン４００は、外側k-空間部分４０６におけるアウター放射状読み出しライン４０４とは異なる無線周波数励起に応答して得られる。この構成は、データ取得をデザインする際に一定の自由度を提供する。例えば、内側及び外側k-空間部分４０２、４０６は、オプションで重複領域４０８において重複する。インナー及びアウター放射状読み出しライン４００、４０４は、遷移を平滑化するのに使用されることができる重複領域４０８における冗長サンプリングを提供する。更に、インナー放射状読み出しライン４００の数は、アウター放射状読み出しライン４０４の数とは異なっていてよい。k-空間中心でのインナー放射状読み出しライン４００の収束が原因で、内側k-空間部分４０２におけるサンプリング密度は本来的に高いので、通常、インナー放射状読み出しライン４００の数と比べて実質的に多数のアウター放射状読み出しライン４０４を持つことが有利である。ある実施形態においては、アウター放射状読み出しライン４０４の数は、インナー放射状読み出しライン４００の数より少なくとも５倍多い。

図５Ｂを参照して、インナー及びアウター放射状読み出しライン４００、４０４のそれぞれは以下のようにして得られる。無線周波数励起は、無線周波数励起パルス４１０と、オプションでスライス選択的な傾斜磁場パルス４１２とを含む。インナー放射状読み出しライン４００の１つを取得する場合、無線周波数励起の後に、レイテンシ期間d_latencyが続き、そのレイテンシ期間の間、読み出し傾斜は適用されない。レイテンシ期間d_latencyの後、インナー又は第１の読み出し傾斜磁場プロファイル４２０が、サンプリング４２２と共に適用される。インナー読み出し傾斜磁場プロファイル４２０は、線形ランプ(linear ramp)であり、オプションで、傾斜システム３０、５２のスルーレートで増加する。傾斜プロファイル４２０は、オプションで、重複領域４０８に対応する安定期又は下降(ramp-down)部分(図示省略)を含む。以前に説明されたパルスシーケンスとは異なり、インナー読み出し傾斜磁場プロファイル４２０の後に、アウター放射状読み出しラインの１つを取得することが行われることはない。

代わりに、各アウター放射状読み出しライン４０４の取得が、個別の無線周波数励起に応じて行われる。図５Ｂに示される実施形態において、アウター放射状読み出しライン４０４の取得のための無線周波数励起の後に、レイテンシ期間d_latencyの間傾斜磁場強度を上昇させ始めるアウター又は第２の読み出し傾斜磁場プロファイル４２４が続く。使用可能なk-空間サンプリングは、一般に、レイテンシ期間d_latencyの間行われることができないことを理解されたい；しかしながら、レイテンシ期間d_latencyの間傾斜磁場強度を上昇させることにより、サンプリング４２６は、既に高い値での傾斜磁場強度で始まる。式(1)によれば、レイテンシ期間d_latencyの間の上昇効果は、使用可能なサンプリングが実現可能になればすぐ(つまり、レイテンシ期間d_latencyの直後に)、アウター放射状読み出しライン４０４の取得が開始することができるよう、使用可能なk-空間軌跡の始点をk-空間中心から離れた位置へ動かすことである。

インナー及びアウター放射状読み出しライン４００、４０４の両方によりサンプリングされるオプションの重複k-空間領域４０８は、インナー読み出し傾斜磁場プロファイル４２０の部分４５０と、アウター読み出し傾斜磁場プロファイル４２４の部分４５２とに対応する。部分４５０、４５２は、同じk-空間領域４０８をサンプリングし、従って、遷移を平滑化するのに使用されることができる冗長なデータを提供する。ある他の実施形態では、斯かる重複は何ら提供されない；代わりに、レイテンシ期間d_latencyの間の傾斜磁場の上昇(ramping)が、アウターk-空間軌跡４０４の使用可能なサンプリングの開始前に、内側k-空間領域４０２のまさにエッジへk-空間軌跡を移動させるのに十分である。

図５Ａ及び図５Ｂの例示的なパルスシーケンスのインナー及びアウター放射状読み出しラインの取得が、個別の無線周波数励起を利用するので、取得の順番は変更されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、すべてのインナー放射状読み出しライン４００が最初に取得され、続いて、すべての放射状読み出しライン４０４が取得される。また、インナー及びアウター放射状読み出しラインの取得がインターリーブされることができる。例えば、インナー放射状読み出しライン、アウター放射状読み出しライン、インナー放射状読み出しライン等と交互に取得することができる。以前に説明されたのと同じく、インナー放射状読み出しライン４００の数は、アウター放射状読み出しライン４０４の数とは異なっていてよい。更に、インナー及びアウター放射状読み出しライン４００、４０４の半径方向間に何の対応関係も課されない。例えば、インナー放射状読み出しライン４００により取得される半径方向のセットは、アウター放射状読み出しライン４０４により取得される半径方向のセットとは部分的又は完全に異なっていてよい。

図２Ａ及び図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂ、図４Ａ及び図４Ｂ、又は図５Ａ及び図５Ｂの短エコー時間磁気共鳴イメージングシーケンスが、２次元イメージング又は３次元イメージングのいずれかに使用されることができる。図２Ａ及び図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂ、並びに図４Ａ及び図４Ｂの例示的なイメージングシーケンスにおいて、同じ無線周波数励起に応じる、対応するインナー及びアウター放射状読み出しラインの取得は、同じ励起ジオメトリ(２次元又は３次元)が、インナー及びアウター読み出しラインの両方に使用されることができることを課す。対照的に、図５Ａ及び図５Ｂの例示的なパルスシーケンスのインナー及びアウター放射状読み出しラインの取得は、異なる無線周波数励起を使用するので、３次元励起ジオメトリを用いる放射状読み出しラインの１つのセットと、２次元励起ジオメトリを用いる放射状読み出しラインの他のセットとを取得することが想定される。

図６を参照し、かつ引き続き図５Ａ及び図５Ｂを参照して、斯かる手法の１つにおいて、３次元ボリューム５００が、無線周波数励起から省略されるスライス選択的傾斜磁場４１２で、インナー放射状読み出しライン４００を用いて取得される。一方、２次元スライス５０２が、無線周波数励起に含まれるスライス選択的傾斜磁場４１２で、アウター放射状読み出しライン４０４を用いて取得される。３次元k-空間サンプリング密度は、３次元イメージングに対して(1/r²)として減少するので、比較的少数のインナー放射状読み出しライン４００が、小さな３次元の内側k-空間ボリューム５００をサンプリングすることができる。一方、より多くの数の放射状読み出しラインが、完全な３次元ボリュームを適切にサンプリングすることを必要とされることになる。更に、インナー放射状読み出しライン４００を取得するとき、スライス選択的な傾斜磁場４１２を省略することにより、レイテンシ期間d_latencyが、インナー放射状読み出しライン４００に対して短縮されることができる。なぜなら、スライス傾斜の下降、リフェーズする(rephasing)傾斜磁場の適用等を待つ必要がないからである。

２次元及び３次元の放射状読み出しデータの取得された組み合わせは、様々な態様で使用されることができる。１つの手法において、インナー放射状読み出しライン４００が、低空間周波数成分を含む低分解能３次元画像ボリュームへと再構成される。アウター放射状読み出しライン４０４は、高空間周波数成分を含む２次元画像スライスへと再構成される。高分解能な最終画像スライスを生成するよう、２次元画像スライスに対応する低分解能３次元画像ボリュームのスライスが抽出され、画像空間において結合される。また、低分解能３次元画像ボリュームから抽出される２次元画像部分が、アウター放射状読み出しライン４０４に組み合わされる投影データを生成するよう、再投影されることができる。オプションで、重複領域４０８におけるデータに基づき、平滑化又は強度正規化が行われ、最終画像スライスを生成するよう再構成される。

オプションで、スライス５０２といった複数の２次元スライスが、追加的なパラレルスライス５０２'、５０２"(図６におけるファントムに示される)と共に取得される。その追加的なスライス５０２'、５０２"において低周波数k-空間データを埋めるよう、３次元ボリューム５００において取得されるk-空間データの３次元性をうまく利用し、各追加的なスライス５０２'、５０２"が、スライス５０２と同じ様に再構成される。スライス５０２、５０２'、５０２"の再構成された画像を組み合わせることが、マルチスライスな３次元画像を生み出す。

追加的なパラレルスライス５０２'、５０２"に関して、マルチスライス画像の生成についての少なくとも２つの明らかな変形例が想定される。k-空間データのデータセットを特定するため、データ点のk-空間位置と、信号を生成するために行われる励起の空間ジオメトリとの両方を記載する必要がある。１つの変形例において、追加的なスライス５０２'、５０２"等は、同一のk-空間位置及び同一の読み出し傾斜エンコーディングを示す場合がある。しかしながら、異なる選択的励起を用いることにより、それらは異なる物理スライスから生成されることができる。斯かるデータから画像を再構成するため、各追加的なスライスが、２次元画像として分離して再構成されることができ、３次元k-空間データ５００から生成された適切なデータと組み合わされることができる。第２の変形例において、追加的なスライス５０２'、５０２"等が、同じ励起パルスで励起されることができ、有限厚スラブとして規定される同じ空間ジオメトリを共有することができる。しかしながら、それらはk-空間においてはっきり異なる位置を持つことができる。第２の変形例において、k-空間におけるスライス方向は、スライス方向に沿った傾斜位相エンコーディングを示すことができる。デカルト座標では、位相エンコードされたk-空間ジオメトリはしばしば第２の位相エンコーディングと呼ばれる。この第２の変形例に対して、規定された厚の励起されたスラブが、フーリエ変換等を用いて、より薄いスライスへと更に細分され、３次元k-空間データ５００から生成されるデータと組み合わされる。これら及び他の可能なスライスエンコーディング変形例は、控えめな数のスライスが、非選択な３次元技術を用いて同等の分解能を収集するのに必要とされるよりも、より好適な分解能で、かつ、より少ないデータ取得で生成されることができるという非常に好ましい特徴を示す。更に、その取得は、通常のスライス選択的な技術で可能であるより短い読み出し時間で行われることができる。

本発明は、好ましい実施形態を参照して説明されてきた。明らかに、前述の詳細な説明を読み理解すれば、第三者は、修正及び変形を思いつくであろう。本発明は、こうした修正及び変形を、それらが添付された請求項又はその均等物の範囲に含まれる限りにおいて含むものであると解釈されるものである。

無線周波数コイルを用いる磁気共鳴イメージングシステムを図式的に示す図である。 k-空間における複数のインナー及びアウター放射状読み出しラインの軌跡を図式的に示す図である。 図２Ａの放射状読み出しラインを取得するためのパルスシーケンスを図式的に示す図である。 k-空間における複数のインナー、ミドル及びアウター放射状読み出しラインの軌跡を図式的に示す図である。 読み出し傾斜磁場プロファイルの一部がピーク限界であるような、図３Ａの放射状読み出しラインを取得するためのパルスシーケンスを図式的に示す図である。 k-空間における別の複数のインナー、ミドル及びアウター放射状読み出しラインの軌跡を図式的に示す図である。 読み出し傾斜磁場プロファイルの一部がピーク限界であり、かつ、読み出し傾斜磁場プロファイルの一部がスルーレート限界であるような、図４Ａの放射状読み出しラインを取得するためのパルスシーケンスを図式的に示す図である。 インナー放射状読み出しラインが、アウター放射状読み出しラインとは別に取得されるような、k-空間における別の複数のインナー及びアウター放射状読み出しラインの軌跡を図式的に示す図である。 図５Ａの放射状読み出しラインを取得するためのパルスシーケンスを図式的に示す図である。 内側k-空間部分が３次元で、外側k-空間部分が２次元であるような、内側及び外側k-空間部分を図式的に示す図である。

Claims (21)

1. 無線周波数励起を適用するステップと、
   第１の読み出し傾斜磁場プロファイルを用いて、k-空間の内側部分でインナー放射状読み出しラインを取得するステップと、
   前記第１の読み出し傾斜磁場プロファイルとは異なる第２の読み出し傾斜磁場プロファイルを用いて、k-空間の前記内側部分の実質的に外側に配置される外側部分でアウター放射状読み出しラインを取得するステップと、
   再構成画像を生成するよう、前記取得されたインナー及びアウター放射状読み出しラインを再構成するステップとを有し、
   前記第１の読み出し傾斜磁場プロファイルが、時間の増加と共に強度が増加する読み出し傾斜磁場を含み、前記第２の読み出し傾斜磁場プロファイルは、時間の増加と共に強度が減少し、両者の関係が下に凸な曲線区間となる読み出し傾斜磁場を含む、磁気共鳴イメージング方法。
2. k-空間の前記内側及び外側部分が重複する、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング方法。
3. 前記第１の読み出し傾斜磁場プロファイルの前記読み出し傾斜磁場が、時間の増加と共に強度が線形に増加する、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング方法。
4. 前記第１の傾斜磁場プロファイルの前記読み出し傾斜磁場が、傾斜システムにより維持可能な最大スルーレートにほぼ等しいスルーレートで増加する、請求項３に記載の磁気共鳴イメージング方法。
5. 前記第２の傾斜磁場プロファイルが、３次元イメージングに対する無線周波数励起に従い、前記第２の傾斜磁場プロファイルの前記読み出し傾斜磁場は、約-2/3乗の時間差に比例するレートで減少する、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング方法。
6. 前記第２の傾斜磁場プロファイルが、２次元イメージングに対する無線周波数励起に従い、前記第２の傾斜磁場プロファイルの前記読み出し傾斜磁場は、約-1/2乗の時間差に比例するレートで減少する、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング方法。
7. 前記第２の傾斜磁場プロファイルの前記読み出し傾斜磁場が、前記画像の信号対ノイズ比に関してほぼ最適化された非一様なレートで単調に減少する、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング方法。
8. 複数の無線周波数励起を適用するステップを更に含み、各無線周波数励起の後に、前記インナー放射状読み出しラインの１つを取得するステップが続き、順に、前記アウター放射状読み出しラインの１つを取得するステップが続き、前記インナー及びアウター放射状読み出しラインが、同じ読み出し方向を持つ各無線周波数励起の後を追う、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング方法。
9. 前記第１及び第２の読み出し傾斜磁場プロファイルとは異なる第３の読み出し傾斜磁場プロファイルを用いて、k-空間の前記内側及び外側部分の間に実質的に配置されるk-空間の中間部分におけるミドル放射状読み出しラインを取得するステップを更に含み、各ミドル放射状読み出しラインが、前記インナー放射状読み出しラインの１つを取得した後かつ前記対応するアウター放射状読み出しラインを取得する前に取得される、請求項８に記載の磁気共鳴イメージング方法。
10. 前記第３の傾斜磁場プロファイルが、時間の増加があっても強度が一定である読み出し傾斜磁場を備えるプロファイル部分を含む、請求項９に記載の磁気共鳴イメージング方法。
11. 前記第２の傾斜磁場プロファイルの前記読み出し傾斜磁場が、スルーレートより少ないレートで減少し、前記前記第３の傾斜磁場プロファイルは、時間の増加と共に強度がスルーレートで減少する読み出し傾斜磁場を備えるプロファイル部分を含む、請求項９に記載の磁気共鳴イメージング方法。
12. 複数の第１の無線周波数励起を適用するステップであって、各第１の無線周波数励起の後に、前記インナー放射状読み出しラインの１つを取得するステップが続く、ステップと、
    複数の第２の無線周波数励起を適用するステップであって、各第２の無線周波数励起の後に、前記アウター放射状読み出しラインの１つを取得するステップが続く、ステップとを更に含む、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング方法。
13. 前記第１の無線周波数励起が３次元励起であり、前記第２の無線周波数励起は２次元励起である、請求項１２に記載の磁気共鳴イメージング方法。
14. 再構成画像を生成するよう、前記取得されたインナー及びアウター放射状読み出しラインを再構成するステップが、
    中間３次元再構成画像を生成するよう、前記インナー放射状読み出しラインを再構成するステップと、
    中間２次元再構成画像スライスを生成するよう、前記アウター放射状読み出しラインを再構成するステップと、
    最終的な再構成画像を生成するよう、前記中間３次元再構成画像と、前記中間２次元再構成画像スライスとの少なくとも一部を組み合わせるステップとを含む、請求項１３に記載の磁気共鳴イメージング方法。
15. 前記第１の無線周波数励起が、３次元励起であり、前記第２の無線周波数励起は、複数のスライスに対応する２次元励起であり、再構成画像を生成するよう、前記取得されたインナー及びアウター放射状読み出しラインを再構成するステップが、
    中間３次元再構成画像を生成するよう、前記インナー放射状読み出しラインを再構成するステップと、
    複数の中間２次元再構成画像スライスを生成するよう、前記アウター放射状読み出しラインを再構成するステップと、
    最終的な３次元再構成画像を生成するよう、前記中間３次元再構成画像と、前記中間２次元再構成画像スライスとの少なくとも一部を組み合わせるステップとを含む、請求項１２に記載の磁気共鳴イメージング方法。
16. 前記第１及び第２の無線周波数励起がそれぞれ、対応するスライス選択的な傾斜磁場を含む、請求項１２に記載の磁気共鳴イメージング方法。
17. 前記アウター放射状読み出しラインの数が、実質的に前記インナー放射状読み出しラインの数より多い、請求項１２に記載の磁気共鳴イメージング方法。
18. 前記アウター放射状読み出しラインの数が、前記インナー放射状読み出しラインの数より少なくとも５倍である、請求項１２に記載の磁気共鳴イメージング方法。
19. 前記第１の読み出し傾斜磁場プロファイルが、前記第１の無線周波数励起の直後に続くレイテンシ期間を含み、前記レイテンシ期間の間、前記読み出し傾斜磁場強度は実質的にゼロであり、前記第２の読み出し傾斜磁場プロファイルが、前記第２の無線周波数励起に続いてレイテンシ期間なく増加する傾斜磁場強度を含む、請求項１２に記載の磁気共鳴イメージング方法。
20. 前記傾斜プロファイル、Larmor定数及び前記画像の空間的広がりにより規定される帯域幅の外側からの貢献を除去すべく、再構成の前又は再構成の間のいずれかに、前記取得されたインナー及びアウター放射状読み出しラインをフィルタリングするステップを更に含む、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング方法。
21. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージング方法を実行する磁気共鳴イメージングシステム。

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