(57)【要約】  本発明は、人体７の磁気共鳴撮像装置に関する。当該装置1は、検査ボリューム内で実質的に均一な主磁場を構築するための手段2と、当該主磁場へ重畳される、切替え傾斜磁場を生成する手段3、4、5と、人体7へ向けてRFパルスを照射する手段6と、前記傾斜磁場の生成と、RFパルスの生成とを制御する制御手段12と、磁気共鳴信号を受信し、抽出するための手段10と、当該信号サンプルからMR画像を形成するための再構築手段14とを有する。本発明によれば、当該装置は、a）少なくとも人体7の一部を、RFパルスのMR撮像シーケンスと切替え傾斜磁場とに晒すことによって、一連のMRエコー信号20を生成するステップと、b)上記からMR画像データのセット21を再構築するために、MRエコー信号を取得するステップと、c)当該MR画像のデータセットのサブセットから、エコーシフトのパラメータ（SPx、SPy、SPz）を演算することによって傾斜マップ22を計算するステップとを有し、当該エコーシフトのパラメータ（SPx、SPy、SPz）が、k-空間で、傾斜磁場が誘起したエコー位置のシフトを示しており、各サブセットは、MR画像データセット21の、複数（n個）の空間的に隣接するピクセル値又はボクセル値を有する。
2009534082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査ボリューム内で実質的に均一な主磁場を構築するための手段と、
前記主磁場へ重畳される、切替え傾斜磁場を生成する手段と、
人体へ向けてRFパルスを照射する手段と、
前記傾斜磁場の生成と前記RFパルスの生成とを制御する制御手段と、
磁気共鳴信号を受信し、サンプリングするための手段と、
信号サンプルからMR画像を形成するための再構築手段とを有する、検査ボリューム内に置かれた人体の磁気共鳴撮像のための装置であって、
a)前記人体の少なくとも一部を、RFパルスのMR撮像シーケンスと切替え傾斜磁場とに晒すことによって、一連のMRエコー信号を生成し、
b)前記MRエコー信号からMR画像データのセットを再構築するために、前記MRエコー信号を取得し、
c)前記MR画像データのセットのサブセットから、エコーシフトのパラメータを演算することによって傾斜マップを計算し、前記エコーシフトのパラメータは、k-空間内の局所的な傾斜磁場が誘起したエコー位置のシフトを示しており、各サブセットは、前記MR画像データのセットの、複数の空間的に隣接するピクセル値又はボクセル値を有する、装置。
【請求項２】
グレー値を前記エコーシフトのパラメータに割り当てることにより、前記傾斜マップを明確なコントラストの画像へと変換する、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
各サブセットの前記隣接するピクセル値又はボクセル値にわたってフーリエ変換を演算することにより、前記傾斜マップを計算する、請求項1又は請求項2に記載の装置。
【請求項４】
各サブセットに対して、前記フーリエ成分の最大値の位置を決定することにより、前記エコーシフトのパラメータを演算する、請求項3に記載の装置。
【請求項５】
前記MR画像データのセットの各空間方向で、隣接するピクセル値又はボクセル値にわたって、独立した1次元のフーリエ変換を演算する、請求項3又は請求項4に記載の装置。
【請求項６】
異なる空間方向での前記エコーシフトのパラメータから前記局所的な傾斜磁場の強さと方向とを演算することにより前記傾斜マップを計算する、請求項5に記載の装置。
【請求項７】
前記MR画像データのセットの空間的な分解能に比較して、減じられた空間分解能で前記傾斜マップを計算する、請求項1ないし6のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記MR画像データのセットのn個の空間的に隣接するピクセル値又はボクセル値を有するサブセットからエコーシフトのパラメータを演算し、精度を改善するために、n個より大きな数の空間的に隣接するピクセル値又はボクセル値を有するサブセットから再度エコーシフトのパラメータを演算する、請求項1ないし7のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記主磁場の不均一性を補償する目的の補助磁場を作るためのシムコイルを有し、前記傾斜マップからシム電流値を得、前記シム電流値によって決定されたシム電流を各シムコイルに流す、請求項1ないし8のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
MR装置の検査ボリューム内に置かれた人体の少なくとも一部をMR撮像するための方法であって、
a)人体の少なくとも一部を、RFパルスのMR撮像シーケンスと切替え傾斜磁場とに晒すことによって、一連のMRエコー信号を生成するステップと、
b)前記MRエコー信号からMR画像データのセットを再構築するために、前記MRエコー信号を取得するステップと、
c)前記MR画像データのセットのサブセットから、エコーシフトのパラメータを演算することによって傾斜マップを計算するステップとを有し、前記エコーシフトのパラメータが、k-空間で局所的な傾斜磁場が誘起した前記エコー位置のシフトを示しており、各サブセットは、前記MR画像データのセットの複数の空間的に隣接するピクセル値又はボクセル値を有する、方法。
【請求項１１】
前記傾斜マップが、グレー値を前記エコーシフトのパラメータに割り当てることにより、明確なコントラストの画像へと変換される、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップc)において、各サブセットの前記隣接するピクセル値又はボクセル値にわたってフーリエ変換を演算するステップと、
各サブセットに対する前記フーリエ成分の最大値の位置を決定することにより、前記エコーシフトのパラメータを演算するステップとによって前記傾斜マップが計算される、請求項10又は請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
前記傾斜マップが、前記MR画像データのセットの前記空間的な分解能に比較して減じられた空間分解能で計算される、請求項10ないし12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記検査ボリューム内の主磁場の均一性を最適にするための補助磁場を作る目的で、シム電流値が前記傾斜マップから得られ、前記シム電流値によって決定されたシム電流がシムコイルを流れる、請求項10ないし13のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
a)MR画像パルス列を生成する命令と、
b)前記MR画像パルス列からMR画像データのセットを再構築するためのMRエコー信号を取得する命令と、
c)前記MR画像データのセットのサブセットからエコーシフトのパラメータを演算することによって傾斜マップを計算する命令とを有するMR装置用のコンピュータプログラムであって、前記エコーシフトのパラメータは、k-空間で、局所的な傾斜磁場が誘起した前記エコー位置のシフトを示しており、各サブセットが、前記MR画像データのセットの複数の空間的に隣接するピクセル値又はボクセル値を有する、コンピュータプログラム。
【請求項１６】
前記プログラムが、グレー値を前記エコーシフトのパラメータに割り当てることによって、前記傾斜マップを明確なコントラストの画像へと変換するための命令を更に有する、請求項15に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１７】
前記プログラムが、MR装置のシムコイルを流れるシム電流を決定するシム電流値を、前記傾斜マップから得るための命令を更に有する、請求項15又は請求項16に記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査ボリューム内に置かれた人体の磁気共鳴撮像装置に関する。
【０００２】
更に、本発明は磁気共鳴撮像の方法と、磁気共鳴装置用のコンピュータプログラムとに関する。
【背景技術】
【０００３】
磁気共鳴撮像（MRI）では、RFパルスのパルス列と切替え傾斜磁場とが、MR装置の検査ボリューム内の均一な磁場内に置かれた対象物（患者）に印加される。この態様で、対象物からの情報を得るため及び当該情報の画像を再構築するためにRF受信アンテナを用いて走査される、位相がエンコードされた磁気共鳴信号が生成される。MRIの初期の開発以来、MRIのアプリケーションの多数の臨床的に関連した分野が非常に成長した。MRIは殆ど体全体に適用されることができ、人体の多数の重要な機能についての情報を得るために使われることができる。MRIの走査中に印加されるパルス列は、対象物の位置及び配向、寸法、分解能、S/N比、コントラスト、動きに対する感度等々などの、再構築された画像の特性の決定に重要な役割を果たす。MRI装置の操作者は、適切なパルス列を選択し、個々のアプリケーションに対して、パルスのパラメータを調節し、最適化せねばならない。
【０００４】
周囲とは異なる磁化率をもっている対象物は、主磁場Boの局所的な不均一性を作る。この不均一性は、（手術道具、インプラント、又は他の装置などの）金属性の対象物、ヘモグロビンが減少している血液のような鉄を含有している物質、又は酸化鉄ベースの造影剤若しくはラベル付けされた細胞に生じる。（ガスで満たされた）空の領域と、周囲の細胞組織との間で強い磁化率の差があるので、この不均一性は、撮像された人体内の空の領域にも生じる。この効果の利用は、（例えばSPIOなど）造影剤の検知から（カテーテル、移植可能なステント等の）装置の位置の特定までの範囲にわたる、種々異なるMR撮像のアプリケーションに対して重要なツールである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
磁化率のコントラストが強調されたMR撮像は、T2又はT2*（いずれも病変部を強調して撮像するための時定数）で重み付けされたパルス列を介して通常は実施される。これらのパルス列では、局所的に磁場の乱れた場所での信号損失により、コントラストが作られる。これらの既知の技術によって生成された画像においては、磁場の不均一性に起因する暗い画像の特徴が、信号の損失につながる他の効果に起因する特徴から区別されることができない。
【０００６】
この暗い画像のコントラストを、明確な（明るい）コントラストへと変換する幾つかの概念が提案された。例えば、欧州特許公開公報EP 1 471 362 A1は傾斜エコー（GE）撮像シーケンスに基づいたMR法を開示している。この既知の技術によれば、背景の細胞組織と、局所的な磁場の不均一性を作り出している対象物との間で明確な（明るい）コントラストを示すMR画像を生成するために、切替え傾斜磁場の特定の不均衡、又は追加された傾斜が印加される。この既知の技術の欠点は、最適で明確な画像のコントラストを得るために、磁化率の傾斜の強さについての予備知識が必要とされるか、又は少なくとも入念な、時間のかかる最適化の手順が実施されねばならないかの何れかであることである。
【０００７】
これゆえ、明確な（明るい）磁化率のコントラストをもつ像の生成を目的とする磁気共鳴撮像のための、改善された装置に対するニーズがあることが容易に理解される。したがって、最適で明確なコントラストを得るために事前の最適化を必要としない、磁化の撮像を可能にするMR装置を供することが、本発明の目的である。特別なMR撮像シーケンス、又は従来には無いMR撮像シーケンスを使用することなく、明確な磁化のコントラストをもつ画像を作り出すことができるMR装置を供することが、本発明の他の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、検査ボリューム内に置かれた人体の磁気共鳴撮像のためのMR装置が開示され、当該装置は、
−  検査ボリューム内で実質的に均一な主磁場を構築するための手段と、
−  当該主磁場へ重畳される、切替え傾斜磁場を生成する手段と、
−  人体へ向けてRFパルスを照射する手段と、
−  前記傾斜磁場の生成とRFパルスの生成とを制御する制御手段と、
−  磁気共鳴信号を受信し、サンプリングするための手段と、
−  当該信号サンプルからMR画像を形成するための再構築手段とを有する。本発明によれば、当該装置は、
a)少なくとも人体の一部を、RFパルスのMR撮像シーケンスと切替え傾斜磁場とに晒すことによって、一連のMRエコー信号を生成し、
b)上記からMR画像データのセットを再構築するために、MRエコー信号を取得し、
c)当該MR画像のデータセットのサブセットから、エコーシフトのパラメータを演算することによって傾斜マップを計算し、当該エコーシフトのパラメータは、k-空間（画像データが存在している実空間が、フーリエ変換された空間）内で、傾斜磁場が誘起したエコー位置のシフトを示しており、各サブセットは、MR画像データのセットの、複数の空間的に隣接するピクセル値又はボクセル値を有する。
【０００９】
本発明のMR装置は、検査を受ける人体構造の撮像のために従来から使われている標準の撮像シーケンスを用い、ステップa)及びステップb)においてMR画像データのセットを取得する。従って、取得されたMR画像データのセットは完全な人体構造の情報を含んでいる。これに加え、傾斜マップが、人体構造の画像データのセットからステップc)において計算される。当該傾斜マップは、局所的な磁化で誘起された傾斜磁場の強さについての量的な情報を含んでいる。この情報は、例えば、何ら追加の測定無しで、対応する明確なコントラストの画像を生成するため、又は検査ボリューム内の金属性の対象物の位置を特定するために使われることができる。
【００１０】
本発明の基本的なアイデアは、再構築されたMR画像データのセットの、空間的に隣接するピクセル又はボクセルの各サブセットに含まれている局所的な磁場の不均一性に関する情報を使用することである。本発明は、局所的な（磁化が誘起される）傾斜が、撮像中の切替え傾斜磁場に加えて、k-空間でのエコー信号の最大値のシフトの原因となる局所的な傾斜に作用するとの知見に基づいている。本発明によれば、局所的なエコーシフトのパラメータが、対応するピクセル又はボクセルのサブセットから計算される。このエコーシフトのパラメータは、k-空間でのエコー位置のシフトを示しており、このシフトは、個別のサブセットのピクセル又はボクセルに影響を及ぼす傾斜磁場から端を発する。このように、局所的な傾斜の強さは、当該エコーシフトのパラメータから決定することができる。
【００１１】
磁化率傾斜マップは、単にグレー値をエコーシフトのパラメータに割り当てることによって、明確なコントラストをもつ画像へと変換されることができる。
【００１２】
本発明の装置は、検査ボリューム内の局所的な傾斜磁場の分布の抽出を可能にし、且つ、従来からの（2D又は3Dの）人体構造のMR画像データのセットの単なるポストデータ処理によって、明確な磁化率のコントラストをもつ画像の作成を可能にする。最適で、明確なコントラストをもつ画像が、専用のシーケンスを使用する事無く、及び追加の最適化手順無しで実現される。
【００１３】
好ましくは当該装置は、ステップc)において、各サブセットの隣接するピクセル値又はボクセル値にわたってフーリエ変換を演算することにより、本発明に従って更に傾斜マップを計算する。各サブセットに対するフーリエ成分の最大値の位置を決定することにより、エコーシフトのパラメータが、演算されることができる。当該フーリエ成分の最大値の位置は、k-空間での個別のエコーの位置に対応している。MR画像データのセットの各空間方向において、隣接するピクセル値又はボクセル値にわたって、独立した1次元のフーリエ変換が演算される。これに基づき、種々異なる空間方向でのエコーシフトのパラメータから傾斜の方向及び強さを演算することにより、傾斜マップが計算されることができる。この態様にて、局所的な傾斜ベクトルが計算される。当該傾斜ベクトルは、方向の解析と、局所的な傾斜磁場の異方性の分布の解析とを可能にする。
【００１４】
本発明の現実的な実施例では当該傾斜マップは、MR画像データのセットの空間分解能よりも低い空間分解能で計算される。例えば、エコーシフトのパラメータが、n個の隣接するピクセル又はボクセルのサブセットから計算される場合、磁化率の傾斜マップの空間分解能は、MR画像データのセットよりも1/n低い分解能で計算される。
【００１５】
本発明のMR装置は、最初は、MR画像データのセットのより少ない数の空間的に隣接するピクセル値又はボクセル値を有するサブセットから、エコーシフトのパラメータを演算する。エコーシフトのパラメータは、次に、より多くの数の空間的に隣接するピクセル値又はボクセル値を有するサブセットから再度演算される。この段階的なアプローチによって、傾斜マップの計算精度が増加的に改善されることができる。
【００１６】
患者の体の検査部位の精度の良い、歪の無い画像を取得することが可能であるために、検査ボリューム内で均一な主磁場Boを構築することがMR撮像では大変重要であることは、よく知られた事実である。均一な主磁場を供する通常の態様は、主磁石を用いて静磁場Boを生成すること、及び当該静磁場の不均一性を補償するために、調節可能な補助磁場を生成することである。当該補助磁場は、形状及び電流路が、主磁石によって生成された場の不均一性の効果的な補償ができる、所謂シムコイルによって生成される。当該シムコイル内を適切なシム電流が通過することにより、静磁場Boを補正するプロセスは、通常シミングと呼ばれている。各シムコイルを流れるシム電流を決めているシム電流値は、通常、準備フェーズ中に一旦決められる。従って、例えば動的に変化する磁化率の影響（患者の動き）によって誘起される局所的な傾斜磁場は、従来のシミング・ストラテジでは補償されることができない。
【００１７】
このように、改善された主磁場分布をもつシミングを可能にするMR装置を供することが、本発明の更なる目的である。
【００１８】
対象となる領域に対する最適なシム電流値を決定するために、ここでこれまで説明された技術によって得られた傾斜マップが好都合に使われることができることが、本発明の知見である。従って、本発明によれば、シム電流値が傾斜マップから得られ、検査ボリューム内の主磁場の均一性を最適化するための補助磁場を作るために、対応するシム電流がMR装置のシムコイルに流される。MR装置の使用者は、取得されたMRのエコー信号から主磁場のシムが自動的に決定される、対象となる領域を対話形式で選択することができる。即ち、余計な測定は必要としない。種々異なる領域に対するシム電流値は、全く同一のMR信号データのセットから容易に決められることができる。主磁場のシムの連続した更新を可能にするために、この自動シミングの技術は動的MR撮像法に、及び実時間MR撮像法にも、好都合に統合されることができる。この態様にて、磁場の不完全さに起因する画像歪は効果的に最小化される。即ち、画像品質は顕著に改善される。
【００１９】
従来のMRシステムでは、シムコイルによって生成された補助磁場をモデル化するために、例えばルジャンドル多項式などの3次元の多項式級数が使われ、そこでは、各シム電流値は多項式の一つの係数に対応している。線形なシム電流値が対象となる領域内の傾斜の値から直接得られること、及び従来のシムコイルのセットが使えることが、本発明の長所である。所与の、対象となる領域内のシミングに対するシム電流値が、例えばこの領域内の傾斜値を平均化することにより決定される。
【００２０】
本発明は装置に関するのみならず、MR装置の検査ボリューム内に置かれた人体の少なくとも一部の磁気共鳴撮像のための方法にも関している。当該方法は、
a)少なくとも人体の一部を、RFパルスのMR撮像シーケンスと切替え傾斜磁場とに晒すことによって、一連のMRエコー信号を生成するステップと、
b)上記からMR画像データのセットを再構築するために、MRエコー信号を取得するステップと、
c)当該MR画像データのセットのサブセットから、エコーシフトのパラメータを演算することによって傾斜マップを計算するステップとを有し、当該エコーシフトのパラメータが、k-空間で、磁化が誘起したエコー位置のシフトを示しており、各サブセットは、MR画像データのセットの複数の空間的に隣接するピクセル値又はボクセル値を有する。
【００２１】
本発明の撮像手順を実行するためのコンピュータプログラムが、磁気共鳴スキャナの制御用の、現在臨床用途である、どの一般的なコンピュータハードウエア上でも好都合に実行されることができる。当該コンピュータプログラムは、CD-ROM又はディスケットなどの適切なデータ担体にて供されることができる。代替的には、インターネットサーバから、使用者によってダウンロードされることもできる。
【００２２】
添付の図面が、本発明の好ましい実施例を開示している。しかしながら、これらの図面は例示の目的のためのみに作られたもので、本発明の制限規定として作られたものではないことが理解されねばならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図1では、本発明によるMR撮像装置1がブロック線図として示されている。当該装置1は、静止した、実質的に均一な主磁場を生成するための主磁気コイル2のセットと、強さが制御可能で、選択した方向に磁場の傾斜をもつ追加磁場を重畳するための3セットの傾斜コイル3、4及び5とを有する。従来から、主磁場の方向はz-方向にラベル付けされ、これに直交する二つの方向は、x-方向及びy-方向にラベル付けされている。当該傾斜コイル3、4及び5は、電源11を介して活性化される。撮像装置1は、更にラジオ周波数（RF）のパルスを人体7へ照射するためのRF伝送アンテナ6を有する。当該アンテナ6は、当該RFパルスを生成し、変調するための変調器9と結合されている。MR信号を受信するための受信器も供されており、当該受信器は、伝送アンテナ6と同一であったり、別個のものであったりする。伝送アンテナ6と受信器とが図1に示されるように物理的に同一のアンテナである場合、送受信の切替えスイッチ8が、照射されるべきパルスから、受信した信号を分離するために配置されている。受信したMR信号は、復調器10へ入力される。送受信の切替えスイッチ8、変調器9、並びに傾斜コイル3、4及び5用の電源11は、制御システム12によって制御されている。制御システム12は、アンテナ6へ供給されたRF信号の位相と振幅とを制御する。当該制御システム12は、通常はメモリ及びプログラム制御付きのマイクロコンピュータである。復調器10は、例えば視覚表示ユニット15上で可視できるような画像へと受信信号の変換をするための再構築手段14、例えばコンピュータと結合されている。更に、MR撮像装置1は、3個のシムコイル16、17、及び18のセットを有する。補助磁場は、シム電流電源19から隔てられたシムチャネルを介してシムコイル16、17及び18を流れるシム電流によって生成される。主磁場の均一性を最適化するために、シム電流の強さが制御システム12によって制御される。本発明の現実的な実施例では、MR装置1は、上で説明した方法を実行するためのコンピュータプログラムを有する。
【００２４】
図2は本発明の方法を遷移図として例示している。最初のステップでは、3DのMRデータのセット20が、従来の3D傾斜のエコー撮像シーケンス（例えば3D EPI）を用いて取得される。次に、当該エコー信号データのセット20が、標準的な画像再構築技術を介し（複雑な）3DのMR画像データのセット21へと変換される。次のステップとして、3次元の傾斜マップ22が計算される。この目的のために、全ての3つの次元x、y、及びzで別々に、n個の隣接するボクセルのサブセットに対する1Dのフーリエ変換が行われる。図2では、一つの空間次元での1個の傾斜値の決定方法が例示的に示されている。1Dのフーリエ変換23は、-n/2からn/2-1までのフーリエ成分を有する。図2で見てとれるように、これらのフーリエ成分の最大値は当該フーリエ変換の方向に作用する局所的な傾斜磁場に比例してシフトされている。最大値の位置が、離散値であるフーリエ成分23から最小二乗適合手順を用いて、サブフーリエ成分分解能に準じた場所に決められる。当該最大値の位置が、ボクセルの個々のサブセットに対するエコーシフトのパラメータSPxを決定する。同じ手順が、残りの次元のSPy及びSPzを決定するために繰り返される。全ての3つの次元に対して別々に最大値を決定することは、ボクセルの個々のサブセットに対して（例えば、磁化が誘起した）傾斜磁場の強さと方向とを表しているベクトルの組成を可能にする。n個のボクセルをもつ全サブセットに対して決定されたこれらのベクトルの大きさが、傾斜マップ22を構成している。当該傾斜マップ22は、MR画像データのセット21に比べると、1/nに減じられた空間分解能をもっている。線形補間により、及びグレー値を傾斜22に割り当てることによって、最適で明確なコントラストをもつ画像データのセット24が生成される。画像データのセット24が、従来の画像レベルの操作及びウィンドウ操作を介して、弱い磁化傾斜及び高い磁化傾斜に容易に適応されることができる。図1に示されるように、傾斜磁場によって誘起された明確なコントラストの可視化のために、データセット24の一つのスライス面が表示ユニット15を用いて表示される。代替的には、シム電流値が当該傾斜マップ22から得られ、MR装置1の検査ボリューム内で主磁場の均一性を最適化するための補助磁場を作るために、当該シム電流値によって決定されたシム電流がシムコイル16、17、18を流れる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明によるMRスキャナを示す。
【図２】本発明の方法を例示している略図を示す。
【図１】
2009534082.tif 000003
【図２】
2009534082.tif 000004
【国際調査報告】
2009534082.tif 000005
2009534082.tif 000006
2009534082.tif 000007