(57)【要約】【課題】磁気共鳴イメージングに用いる手法を提供する。【解決手段】本手法は、動いている走査対象物（１２２）の存在中に非線形で高次の勾配磁場（１２６）を印加することを含む。対象物が非線形勾配磁場内を動いているときにＭＲデータが取得される。この結果得られる像は連続していて、ｋ空間又は像空間の何れかにおいてデータを継ぎ合わせる必要はなく、その結果として、動いている対象物の縦方向にＦＯＶを拡張した像が得られる。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間エンコーディングされたＭＲデータを取得する方法であって、
目的方向に沿って次数が１よりも高い指数関係を持つ勾配磁場を印加する工程と、
前記勾配磁場の中を通るように前記目的方向に走査対象物を動かす工程と、
前記対象物が前記目的方向に連続して動いているときにＭＲデータを取得する工程と、
を含んでいる当該方法。
【請求項２】
前記勾配磁場はＺ方向に印加され、また前記勾配磁場は、任意の所与のＺ位置で前記勾配磁場の値が該所与のＺ位置の線形関数になるように一定の値を持つパルス式位相エンコーディング勾配である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記対象物は全範囲のｋＺデータを取得するために相次ぐＴＲでＺ方向に動かされる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記勾配磁場はパルス式Ｚ２勾配磁場である、請求項１記載の方法。
【請求項５】
更に、取得したＭＲデータを前記目的方向に沿って位相補正する工程と、
前記位相補正したＭＲデータをフーリエ変換する工程と、
前記目的方向の空間エンコーディングにより像を再構成する工程と、
を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項６】
各々が所定の繰返し期間ＴＲ内に生じる一連のＲＦパルスと、
各々のＴＲ中に印加されるときに一貫した値を持つ高次の勾配よりなる位相エンコーディング勾配と、
を有するＭＲパルス・シーケンス。
【請求項７】
更に、各ＴＲの終端部に配置され且つ相次ぐ各ＴＲにおいて一貫した値を持っていて、後続のＲＦパルスより前にスピンを位相戻しするリワインダ勾配を含んでいる請求項６記載のＭＲパルス・シーケンス。
【請求項８】
運動誘導型空間エンコーディングを用いてデータを取得するために当該パルス・シーケンスのＴＲに基づいて値が増分される移動可能なテーブルを持つＭＲ装置に適用される請求項６記載のＭＲパルス・シーケンス。
【請求項９】
更に、３Ｄイメージングにおいて螺旋エンコーディングを行うためにＴＲ中に生じる第１の螺旋励起と共に印加される平面内エンコーディングを含んでいる請求項６記載のＭＲパルス・シーケンス。
【請求項１０】
前記位相エンコーディング勾配は二次Ｚ２勾配であり、また撮像対象物が前記Ｚ２勾配に沿ってＺ方向に動かされているとき、実効Ｚ勾配磁場が前記Ｚ２勾配に対して接線方向にある、請求項６記載のＭＲパルス・シーケンス。
【請求項１１】
拡張したＦＯＶにわたって動いている対象物の連続撮像を行うＭＲ装置であって、
分極磁場を印加するために磁石のボアの周りに配置された複数の勾配コイルを含んでいると共に、ＭＲ像を取得するためにＲＦコイル組立体へＲＦ信号を送信するようにパルス・モジュールによって制御されるＲＦ送受信器システム及びＲＦスイッチを含んでいて、前記複数の勾配コイルのうちの少なくとも１つが高次の勾配磁場を生成するように構成されている、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムと、
縦軸に沿って前記磁石のボア内へ出し入れするように移動可能なテーブルと、一連のＲＦパルスを送出し、該一連のＲＦパルスの各々のパルスの合間に高次の勾配磁場を印加し、前記テーブルを動かしてデータを取得するようにプログラミングされているコンピュータと、
を有しているＭＲ装置。
【請求項１２】
前記コンピュータは更に、各々の周期的なテーブルの動きの後に収集されたデータか連続した像を再構成するようにプログラミングされている、請求項１１記載のＭＲ装置。
【請求項１３】
前記コンピュータは更に、所望のｋＺエンコーディング分解能に基づいて所与の増分で前記テーブルをステップ状に動かすようにプログラミングされている、請求項１１記載のＭＲ装置。
【請求項１４】
前記コンピュータは更に、各ＴＲにおいて一貫した値を持つ高次の勾配を印加するようにプログラミングされている、請求項１１記載のＭＲ装置。
【請求項１５】
前記コンピュータは更に、生のデータ又は複数のアウト・イメージをつなぎ合わせることなくＭＲＩシステムについてのデフォルトＦＯＶよりも長さが長い継ぎ目のない像を再構成するようにプログラミングされている、請求項１１記載のＭＲ装置。
【請求項１６】
対象物の縦方向にＦＯＶを拡張してＭＲ像を取得する方法であって、
走査対象物の運動方向を規定する工程と、
縦軸が前記運動方向に沿って位置決めされるように前記対象物を配置する工程と、
前記運動方向に非線形勾配磁場を印加する工程と、
前記印加した非線形勾配磁場の中を通るように前記対象物を動かす工程と、
前記運動方向の空間エンコーディングによりｋ空間データを取得する工程と、を有している方法。
【請求項１７】
前記高次の勾配が空間Ｚ２勾配であり、前記対象物を動かす工程が更に、前記対象物を所与の距離ΔＺ動かすものとして規定されている、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
更に、充分なｋＺエンコーディングを行うために前記高次の空間勾配磁場の基づいてΔＺを算出する工程を含んでいる、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記高次の空間勾配は一次の空間勾配以外の勾配である、請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
更に、各ＴＲ期間について同じ値の高次の空間勾配を印加する工程を含んでいる、請求項１６記載の方法。
【請求項２１】
更に、各ＴＲ期間中にスピンを位相戻しするためにリワインダ勾配を印加する工程を含み、該リワインダ勾配は各期間について同じ値で印加される、請求項１６記載の方法。
【請求項２２】
コンピュータによって実行されたときに、コンピュータに以下の動作を行わせる命令、すなわち、
Ａ）撮像対象物へ向けてＲＦ信号の送信を開始させ、
Ｂ）高次の勾配コイルを付勢させ、
Ｃ）ＭＲデータを取得させ、
Ｄ）前記撮像対象物を動かし、
Ｅ）前記工程Ａ〜Ｄを、運動方向と一致する前記撮像対象物の所望の長さに沿って充分なＭＲデータが取得されるまで繰り返させ、
Ｆ）前記所望の長さの前記対象物の連続した像を再構成させる
命令を有しているコンピュータ・プログラム。
【請求項２３】
前記高次の勾配コイルによりＺ２勾配磁場を供給させ、また連続したＺ方向カバー範囲を達成するために前記撮像対象物を最大＋Ｚ位置から最大−Ｚ位置まで連続的に動かす、請求項２２記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項２４】
前記高次の勾配コイルを付勢して、撮像空間全体にわたって一貫した値を持つ磁場を供給する、請求項２２記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項２５】
前記コンピュータは更に、撮像対象物の動く方向において取得したＭＲデータを位相補正し、該位相補正したＭＲデータをフーリエ変換し、撮像対象物の所望の長さにわたって取得されたＭＲデータにより単一の連続した像を再構成するようにプログラミングされている、請求項２２記載のコンピュータ・プログラム。
【請求項２６】
拡張したＦＯＶによりＭＲ像を取得する方法であって、
ＭＲスキャナの特性に基づいてデフォルトＦＯＶを規定する工程と、
前記デフォルトＦＯＶよりも大きい所望のＦＯＶを規定する工程と、
前記ＭＲスキャナに通すように対象物を動かすための運動軸を規定する工程と、
非線形勾配磁場を印加する工程と、
前記運動軸に沿って前記非線形勾配磁場の中を通るように前記対象物を動かす工程と、
前記所望のＦＯＶにわたってｋ空間データを取得して、前記所望のＦＯＶにわたって連続した像を再構成する工程と、
を有している方法。
【請求項２７】
前記非線形勾配磁場は前記運動軸に沿った位置に関して二次依存性を有する、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記二次依存性は、該二次依存性のものと等しい傾斜を持つ局部勾配磁場を提供する、請求項２７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に云えば磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）に関し、より具体的には、高次の勾配磁場を用いて、動いている対象物の空間エンコーディングを行う方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
人体組織のような物質が一様な磁場（分極磁場Ｂ０）を受けると、該組織内のスピンの個別の磁気モーメントがこの分極磁場と整列しようとするが、その回りをそれぞれの固有のラーモア周波数で不規則に歳差運動する。そこで、物質（すなわち、組織）が、ｘ−ｙ平面内にあってラーモア周波数に近い周波数の磁場（励起磁場Ｂ１）を受けると、正味の整列したモーメント（すなわち、縦磁化）Ｍｚがｘ−ｙ平面へ向かって回転すなわち「傾斜」して、正味の横磁気モーメントＭｔを生じる。励起信号Ｂ１が終了した後、励起されたスピンによって信号が放出される。この信号は受信して処理することにより像（ｉｍａｇｅ）を構成することができる。
【０００３】
これらの信号を利用して像を生成するとき、空間的に線形の磁場勾配（Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚ）が使用される。典型的には、これらの勾配が特定の使用する局在化（ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）法にしたがって変えられる一連の測定サイクルによって、撮像しようとする領域を走査する。その結果得られる一組の受信ＮＭＲ信号はディジタル化されて、多くの周知の再構成手法のうちの１つを使用して像を再構成するように処理される。
【０００４】
典型的には、これらの線形磁場勾配はＭＲイメージング（撮像）の際に空間エンコーディングを行うために使用される。例えば、通常の線形Ｚ勾配は位相エンコーディング勾配として使用することができ、その場合、対象物が静止状態に留まっている間に、全ての所要のｋ空間値にわたって位相エンコーディング勾配を歩進させる（ステップ状に変える）ことによって、空間エンコーディングが行われる。しかしながら、このようなシステムは磁石の撮像範囲（ＦＯＶ；ｆｉｅｌｄ　ｏｆｖｉｅｗ）に制限されており、或いは、移動可能なテーブルが用いられている場合には、動きの影響を相殺するためのステップを取る必要がある。オーバーサイズの磁石を必要とせずに患者の縦軸を撮像することが望ましい。このような大きなＺ方向のＦＯＶは、走査しながら患者を動かし、次いで像再構成の際に又はその後でデータを組み合わせることによって得ることが出来る。
【０００５】
縦方向に拡張したＦＯＶの像を取得するために使用される従来技術の方法は、典型的には、患者の動きの影響を相殺するように修正された通常の磁場勾配Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚを使用している。すなわち、線形勾配を用いたエンコーディングに依存しているこのような従来技術の方法は、生のデータをつなぎ合わせて像を再構成するか、或いは複数の再構成された「小像（ｓｕｂ−ｉｍａｇｅ）」をつなぎ合わせることが必要である。
【０００６】
従って、ｋ空間又は像空間においてデータを継ぎ合わせ（ｐａｔｃｈ）することを必要とせずに、対象物が磁石内を通っている間に該対象物を走査することのできる方法及び装置を提供することは望ましいと考えられる。
【０００７】
【発明の概要】
本発明は、上述の問題を克服するように、対象物が勾配磁場の中を通るときにデータを取得するために高次の勾配磁場を用いて空間エンコーディングされたＭＲデータを取得することのできる方法及び装置を提供する。本発明はまた、上記のことを達成するためにＭＲ像（ｉｍａｇｅ）の取得に使用するためのパルス・シーケンスを含んでいる。
【０００８】
本発明は、意図的な対象物の動きと高次の勾配磁場とを組み合わせて空間エンコーディングを達成するエンコーディング手法を含む。任意の所与のＺ位置においてＺ２勾配磁場のような二次（ｑｕａｄｒａｔｉｃ）勾配磁場を使用すると、局部的な勾配は近似的に線形（一次）勾配になり、従って、この勾配の値はＺ位置の線形（一次）関数である。パルス・シーケンスを相次いで繰り返しているときに対象物をＺ方向に動かすことによって、全範囲の有効なｋＺデータを収集することができる。ｋＺに沿った二次位相補正とその後のフーリエ変換を行うことにより、ｋ空間又は像空間の何れかにおいて継ぎ合わせを必要としない像を生成する。
【０００９】
本発明は、空間エンコーディングされたＭＲデータを取得する方法を開示する。本方法は、目的方向に沿って次数が１よりも高い指数関係を持つ勾配磁場を印加する工程を含む。また本方法は、勾配磁場の中を通るように目的方向に走査対象物を動かす工程と、対象物が目的方向に連続して動いているときにＭＲデータを取得する工程とを含んでいる。
【００１０】
本発明で開示するパルス・シーケンスは一連のＲＦパルスを含んでおり、各々のＲＦパルスは所定の繰返し期間内に生じる。本パルス・シーケンスはまた、非線形位相エンコーディング勾配を含んでいる。該勾配は、パルス・シーケンスの各繰返しにおいて印加される一貫した値を持つ高次の勾配で構成される。
【００１１】
本発明の別の一面によれば、拡張したＦＯＶにわたって動いている対象物を連続して撮像するＭＲＩ装置を開示する。本ＭＲＩ装置は、分極磁場を印加するために磁石のボア（中孔）の周りに配置された複数の勾配コイルを含んでいる磁気共鳴イメージング・システムを有する。ＲＦ送受信器システム及びＲＦスイッチが、ＭＲ像を取得するためにＲＦコイル組立体へＲＦ信号を送信し且つＲＦコイル組立体からＲＦ信号を受信するようにパルス・モジュールによって制御される。複数の勾配コイルのうちの少なくとも１つは、高次の勾配磁場を生成するように構成される。本ＭＲＩ装置はまた、縦軸に沿って磁石のボア内へ出し入れするように移動可能なテーブルも含んでいる。少なくとも１つの高次の勾配コイルは、移動可能なテーブルの縦軸の方向に沿って非線形勾配磁場を生成するように構成されている。ＭＲＩ装置はまた、一連のＲＦパルスを送出し、且つ一連のＲＦパルスの各々のパルスの合間に高次の勾配磁場を印加するようにプログラミングされたコンピュータも含んでいる。コンピュータはまた、テーブルを動かし、且つ空間エンコーディング用の高次の勾配磁場の存在中にデータを取得するようにプログラミングされている。
【００１２】
本発明の更に別の一面によれば、動いている対象物の縦方向にＦＯＶを拡張してＭＲ像を取得する方法を開示する。本方法は、縦軸が運動方向に沿って位置決めされるように走査対象物の運動方向を規定し、縦軸が運動方向に沿って位置決めされるように対象物を配置する工程を含む。本方法はまた、運動方向に非線形勾配磁場を印加し、印加した非線形勾配の中を通るように対象物を動かし、運動方向の空間エンコーディングによりｋ空間データを取得する工程も含んでいる。
【００１３】
本発明はまた、コンピュータによって実行されたときにコンピュータに以下の動作を行わせる命令を持つコンピュータ・プログラムを含み、該命令による動作は、撮像対象物へ向けてＲＦ信号の送出を開始し、高次の勾配コイルを付勢し、撮像対象物を連続して動かして又は撮像対象物をステップ状に動かしてＭＲデータを取得することを含む。上記の動作は、運動方向と一致する撮像対象物の所望の長さに沿って充分なＭＲデータが取得されるまで繰り返される。次いで、所望の長さの対象物についての連続した像を構成することができる。
【００１４】
本発明の様々な他の特徴、目的及び利点は、以下の説明及び図面から明らかになろう。
【００１５】
図面は、本発明を実施するために現在考えられる好ましい実施形態を例示している。
【００１６】
【発明の好適な実施の形態】
図１は、本発明を取り入れる好ましい磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム１０の主要構成要素を示す。このシステムの動作は、キーボードのような入力装置１３と制御パネル１４と表示装置１６とを含むオペレータ・コンソール１２から制御される。コンソール１２はリンク１８を介して別個のコンピュータ・システム２０と連絡しており、該コンピュータ・システム２０はオペレータが表示装置１６上の像の生成及び表示を制御することを可能にする。コンピュータ・システム２０は、バックプレーン２０ａを介して互いに連絡する複数のモジュールを含む。これらのモジュールには、イメージ・プロセッサ・モジュール２２、ＣＰＵモジュール２４、及び像データ・アレイを記憶するフレーム・バッファとして当該分野で知られているメモリ・モジュール２６が含まれる。コンピュータ・システム２０は、像データ及びプログラムの記憶のためにディスク記憶装置２８及びテープ駆動装置３０を含み、且つ高速直列リンク３４を介して別個のシステム制御装置３２と連絡する。入力装置１３としては、マウス、ジョイスティック、キーボード、トラック・ボール、接触作動画面、ライト・ペン型スキャナ、音声制御装置、或いは任意の同様な又は等価な入力装置が挙げられ、この入力装置は対話型のジオメトリイの規定のために用いてもよい。
【００１７】
システム制御装置３２はバックプレーン３２ａによって相互に接続された一組のモジュールを含む。これらのモジュールには、ＣＰＵモジュール３６及びパルス発生器モジュール３８が含まれ、パルス発生器モジュール３８は直列リンク４０を介してオペレータ・コンソール１２に接続される。このリンク４０を介して、システム制御装置３２は、実行すべき走査シーケンスを指示するオペレータからの指令（コマンド）を受け取る。パルス発生器モジュール３８は、所望の走査シーケンスを実行するためにシステムの構成要素を動作させ、且つ生成すべきＲＦパルスのタイミング、大きさ及び形状を指示するデータ、並びにデータ取得窓のタイミング及び長さを指示するデータを生成する。パルス発生器モジュール３８は、一組の勾配増幅器４２に接続されて、走査中に生成すべき勾配パルスのタイミング及び形状を指示する。パルス発生器モジュール３８はまた生理学的データ取得制御装置４４から患者データも受け取ることができる。生理学的データ取得制御装置４４は、患者に接続された複数の異なるセンサからの信号、例えば、患者に取り付けられた電極からのＥＣＧ信号を受け取る。パルス発生器モジュール３８は、患者及び磁石システムの状態に関連した様々なセンサからの信号を受け取る走査室インターフェース回路４６に接続されている。また、患者位置決めシステム４８が走査室インターフェース回路４６から、走査のためにテーブル４９上の患者を所望の位置へ動かす指令（コマンド）を受け取る。患者テーブル４９は好ましくは、患者の長さと一致した縦軸に沿ってスキャナ内に出し入れするように自動的に動かすことができる。テーブル４９は連続的に又はステップ状に動かしてよい。
【００１８】
パルス発生器モジュール３８によって発生された勾配波形が、Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚ及びＧｚ２増幅器を持つ勾配増幅器システム４２に印加される。各々の勾配増幅器は、全体を５０で示した勾配コイル組立体内の対応する物理的な勾配コイルを励磁して、取得される信号を空間エンコーディングするために使用される磁場勾配を生成させる。この勾配コイル組立体５０は磁石組立体５２の一部を構成し、この磁石組立体５２は分極用磁石５４及び全身用ＲＦコイル５６を含んでいる。システム制御装置３２内の送受信器モジュール５８がパルスを発生し、これらのパルスはＲＦ増幅器６０によって増幅されて、送受信切換え（Ｔ／Ｒ）スイッチ６２によりＲＦコイル５６に結合される。その結果として患者内の励起された核によって放出される信号は同じＲＦコイル５６によって検知されて、送受信切換えスイッチ６２を介して前置増幅器６４に結合することができる。増幅されたＭＲ信号が送受信器５８の受信器部で復調され、フィルタ処理され、ディジタル化される。送受信切換えスイッチ６２はパルス発生器モジュール３８からの信号によって制御されて、送信モード中はＲＦ増幅器６０をコイル５６に電気接続し、且つ受信モード中は前置増幅器６４をコイル５６に接続する。送受信切換えスイッチ６２はまた、別個のＲＦコイル（例えば、表面コイル）を送信又は受信モードのいずれかで使用できるようにすることができる。
【００１９】
ＲＦコイル５６によって検知されたＭＲ信号は送受信器モジュール５８によってディジタル化されて、システム制御装置３２内のメモリ・モジュール６６へ転送される。生のｋ空間データ・アレイがメモリ・モジュール６６に収集されたとき、走査が完了する。この生のｋ空間データ・アレイは再構成すべき各々の像について別々のｋ空間データ・アレイに配列し直され、これらのアレイの各々はアレイ・プロセッサ６８に入力され、アレイ・プロセッサ６８はデータをフーリエ変換して像データ・アレイを作成するように動作する。この像データは直列リンク３４を介してコンピュータ・システム２０へ送られ、そこでディスク記憶装置２８のようなメモリに記憶される。オペレータ・コンソール１２から受け取った指令に応答して、この像データはテープ駆動装置３０のような長期間記憶装置に保管してもよいし、或いはイメージ・プロセッサ２２によって更に処理して、オペレータ・コンソール１２へ送って表示装置１６上に表示してもよい。
【００２０】
本発明によれば、上記の装置は、高次の勾配磁場Ｇｚ２を生成するように構成されている少なくとも１つの勾配コイルを含んでいる。この高次の勾配コイルは移動可能なテーブル４９の縦軸の方向に沿って非線形勾配磁場を生成するように設計されている。本発明は、上述のＮＭＲシステム、或いはＭＲ像を得るための任意の同様な又は等価なシステムに使用するのに適した方法、装置、システム及び手法を含んでいる。動きを無視してエンコーディングを行うか又は動きを補償しなければならない従来の方法と異なり、本発明の手法は動きを利用する。本手法では、生のデータを連続して、すなわち継ぎ目なく取得し、従って、連続した、すなわち継ぎ目のない複数の像を再構成する能力が提供される。
【００２１】
ここで図２を参照すると、Ｚ軸について位相エンコーディングを行う際に使用するための典型的な通常のパルス・シーケンスが示されている。ＲＦ信号１００の送信後に、第１の線形Ｚ位相エンコーディング勾配１０２が印加されて、第１の繰返し期間ＴＲ１中にデータを取得することができる（１０４）。オプションとして、好ましくは、Ｚエンコーディング勾配１０２の振幅と等しい振幅を持つリワインダ（ｒｅｗｉｎｄｅｒ）勾配１０６が、次のＲＦパルス１０６より前に印加される。このような従来技術の位相エンコーディング手法では、線形Ｚ勾配はビュー（ｖｉｅｗ）毎に又は各ＴＲ毎に増分される。図２に示されているように、線形位相エンコーディング勾配１０８が前のＺ位相エンコーディング勾配１０２よりも増分され、それに続いて別のデータ取得１１０が行われる。増分させたリワインダ勾配１１２の印加の後、シーケンスは別のＲＦパルス１１４と更に増分させた別の線形Ｚ位相エンコーディング勾配１１６を用いて繰り返され、続いてデータ取得１１８が行われ、次いでリワインダ勾配１２０が同様に印加される。このような通常の線形Ｚ勾配位相エンコーディングは、対象物が静止状態に留まっている間に、全ての所要のｋ空間値にわたって位相エンコーディング勾配を歩進させる（ステップ状に変える）ことによって達成される。この従来技術の手法では、線形Ｚ勾配パルスが各ＴＲ毎に異なる値で印加される。従って、Ｚ軸において空間エンコーディング行うために何らの動きも必要とされない。結果として、テーブル移動型ＭＲＩにおけるように動きが存在する場合、従来技術の手法では、動きを考慮するために線形エンコーディングを修正し、生のデータ又は再構成像をつなぎ合わせて一つの連続した像を取得しなければならない。
【００２２】
説明を簡単にするために、対象物の動きの方向（運動方向）がＺ方向であると仮定すると、本発明は、Ｚ２勾配磁場のような高次の勾配を具現化することによって、Ｚ方向の空間エンコーディングを行う従来技術の手法を修正する。高次の勾配は、動いている対象物の空間エンコーディングを達成するために運動方向に印加される。本書で用いる「高次」とは、次数が１よりも高い指数関係を持つ任意の勾配磁場、例えばＺ勾配磁場について表す。ｋ空間エンコーディングにおける必要な変化は、対象物がＺ方向に、すなわち、高次の勾配磁場が印加される方向に沿って動かされているときに達成される。言い換えると、対象物の相次ぐ各々の励起時に、対象物は、非線形磁場の中を対象物が動く結果として、異なる大きさのＺ方向勾配磁場を受ける。
【００２３】
例えば、図３に示されているように、動いている対象物１２２は、第１の所与の位置Ｚｎで、非線形勾配磁場１２６上のそのＺ位置に比例する勾配強度を持つほぼ線形の実効勾配磁場１２４を受ける。従って、実効線形勾配は空間位置の関数として変化する。対象物の一部分が最大＋Ｚ位置から最大−Ｚ位置へと進むとき、対象物は＋Ｇｚ〜−Ｇｚの全範囲の勾配強度に遭遇する。高次の勾配の強度を一定に保つと共に、Ｚ方向における対象物の位置を変えることによって、必要なＺ方向ｋ空間データを対象物に与えて、Ｚ方向における空間局在化を達成する。
【００２４】
ここで図４を参照すると、対象物１２２は距離ｍ動いてＺ位置Ｚｎ＋ｍにある。位置Ｚｎ＋ｍにおける実効、すなわち見かけの線形勾配１２８は、非線形勾配１２６に沿って未だほぼ線形であるが、異なる値すなわち勾配強度を持っている。従って、この場合、勾配磁場はＺ２に比例する空間依存性を持ち、「見かけの」線形勾配は空間位置の関数として変化する。当業者には容易に認められるように、図３及び４に示された２つの位置は相次ぐＴＲを表していないが、対象物が２つの位置を隔てる距離にわたって動かされるとき多数のＴＲによって隔てられている。従って、本手法は、Ｚ方向読出し勾配か又はステップ式Ｚ方向位相エンコーディングのいずれかを使用して行われる伝統的なＺ方向ｋ空間エンコーディング方式と置き換えられる。本手法は単一のＺ２勾配パルスを含み、このパルスにより、２Ｄ−ＦＴ、螺旋（ｓｐｉｒａｌ）、又はその他の投影法のような通常の手段によって平面内（Ｘ及びＹ）空間エンコーディングを達成できるようにしながら、全ｋＺカバー範囲が得られる。
【００２５】
図５を参照すると、この運動誘導型空間エンコーディング手法を取り入れたパルス・シーケンス１３０が示されており、このシーケンスは、ＲＦパルス１３４，１３６，１３８等に続いて、各ＴＲ毎に同じ値で印加される高次のエンコーディング・パルス１３２を含んでいる。同じ値の二次エンコーディング勾配１３２が各ＴＲ中に印加され、データが１４０，１４２，１４４等で取得される。オプションとして、同様な強度のリワインダ勾配１４６を印加して、次のＴＲ中の次のＲＦパルスより前にスピンを位相戻し（ｒｅｐｈａｓｅ）する。対象物の動きの正確な値を算出して、非線形磁場の二次関係に基づいてｋＺエンコーディング方式での正しい増分を与える。対象物は連続的に又はステップ状に動かしてよいことに留意されたい。
【００２６】
他の空間エンコーディング・パルス・シーケンスも可能であり、本発明の範囲内にあると見なされる。このような他のパルス・シーケンスによっては、Ｘ及び／又はＹ方向にも空間エンコーディングを取り入れることができる。図６は、このような１つのパルス・シーケンス１５０を示しており、該シーケンスにおいて、平面貫通方向（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｐｌａｎｅ）エンコーディング１５８のためにＺ２勾配を用いながら、動いている対象物の平面内（Ｘ及びＹ）エンコーディング１５２，１５４，１５６のために螺旋型取得を用いている。ＴＲ１中に、対象物は位置Ｚ１にあり、平面内エンコーディング１５２は第１の螺旋励起１５４，１５６と共に印加される。ＴＲ２では、対象物は量ΔＺだけ動いており、螺旋励起の位相は進められる。螺旋励起を間挿する数は、１つの実効Ｋｚエンコーディング距離を表す動きの増分ΔＺの数に等しいか又はそれより少なくする。これは、対象物の位置、実効勾配Ｚ内での変化、及び高次の勾配Ｚ２内での動きに基づくものである。前に示したように、高次の勾配は、対象物がその中を通っているとき一貫して等しい強度で印加される。Ｚ２勾配の形状のため、対象物がＺ方向に動かされるとき、追加のＢ０位相シフトが観察されることがある。この位相シフトは、像再構成の際に対応するビュー依存性位相シフトで補償し得る。Ｚ２勾配の全範囲にわたって対象物を動かすことにより、完全な３Ｄデータ・セットが得られ、このデータ・セットは再構成して完全な３Ｄ像を生成することができる。
【００２７】
本方法では、複数の小像から像を遡及的に継ぎ合わせることなく、またｋ空間データをつなぎ合わせることなく、ＭＲシステムの固定した撮像範囲に関係なく任意の長さの対象物の連続的な撮像が可能になる。更に、本方法は完全な３Ｄ像の時間効率のよい取得を行い、また修正ＦＩＥＳＴＡ（ＳＳＦＰ）シーケンスのような高速勾配呼び戻し法を使用した高速高分解能の全身用走査を可能にする。代替例として、本手法は周知の線又はスライス選択法を使用した１Ｄ又は２Ｄ像の取得を含む。
【００２８】
従って、本発明は、空間エンコーディングされたＭＲデータを取得する方法を提供する。本方法は、目的方向に沿って次数が１よりも高い指数関係を持つ勾配磁場を印加する工程、及び該勾配磁場を通って目的方向に走査対象物を動かす工程を含んでいる。本方法はまた、対象物が目的方向に連続して動いているときにＭＲデータを取得する工程も含んでいる。
【００２９】
好ましくは、上記の勾配磁場はＺ方向に印加され、またエンコーディング勾配は、任意の所与の位置で勾配磁場の値が所与のＺ位置の線形関数になるように、一定の値を持つ。対象物は、好ましくは、全範囲のｋＺを取得するために相次ぐＴＲ時にＺ方向に動かされる。取得したＭＲデータを目的方向に沿って位相補正し、この位相補正したＭＲデータをフーリエ変換した後、目的方向の空間エンコーディングを用いて像を再構成することができ、これらの像は拡張したＦＯＶにわたって連続した像である。前に述べたように、本発明は、各々が繰返し期間ＴＲを規定する少なくとも一連のＲＦパルスと、各ＴＲ中に一貫した値で印加される高次の勾配よりなる位相エンコーディング勾配とを含むＭＲパルス・シーケンスを提供する。
【００３０】
好ましくは、上記のパルス・シーケンスは各ＴＲの終端部に配置されたリワインダ勾配を含んでおり、このリワインダ勾配は相次ぐ各ＴＲにおいて一貫した値を持っていて、次に来るＲＦパルスより前にスピンを位相戻し（ｒｅｐｈａｓｅ）する。このパルス・シーケンスは、運動誘導型空間エンコーディングを用いてデータを取得するためにパルス・シーケンスのＴＲに基づいて値が増分される移動可能なテーブルを持つＭＲ装置に適用し得る。
【００３１】
本発明はまた、拡張したＦＯＶにわたって動いている対象物の連続撮像を行うＭＲＩ装置を提供する。本装置は、前に述べたように、少なくとも１つの勾配コイルが高次の勾配コイルであるＭＲＩシステムを含んでいる。好ましくは、高次の勾配コイルは通常の線形Ｘ、Ｙ及びＺ勾配コイルに追加して設けられるが、通常のこれらのコイルの内の１つと置換してもよい。移動可能なテーブルが、磁石のボア（中孔）内へ出し入れするように撮像対象物を縦軸に沿って運ぶために設けられる。コンピュータが、一連のＲＦパルスを送信させ、該一連のＲＦパルスの中の各ＲＦパルスの間に高次の勾配磁場を印加させるようにプログラミングされている。コンピュータはまた、テーブルを動かして、本発明に従ってデータを取得するようにプログラミングされている。
【００３２】
模範的なシールド無しのＺ２勾配コイルを設計し、その設計に、単層の円筒形巻型上の離散的なワイヤ位置を決定するためにシミュレーション・パッケージに書き込まれたビオサバール・シミュレーション・コードを使用した。ビオサバール・シミュレーション・コードを組み込むことのできるこのようなシミュレーション・パッケージの一例は、米国マサチューセッツ州ナティック所在のマスワークス社（ＭａｔｈＷｏｒｋｓ，　Ｉｎｃ．）から入手できるＭＡＴＬＡＢ（商標）である。コイルは、長さ３６インチ、直径１４インチのＰＶＣ製円筒形巻型上に機械加工した溝の中に＃４エナメル線を巻線し、ポッティングし、その上にガラス繊維とエポキシを巻き付けることによって製作した。その結果得られるＺ２磁場マップは、コイルに異なるレベルのＤＣ電流を印加することにより、ファントムの位相マップを用いて測定した。Ｚ２勾配コイルの内側に嵌合するように移動可能なプラットフォームを製作し、可変速度ＤＣ電動機を使用して該プラットフォームを動かすようにした。ボディ・コイル送信／受信構成を持つ、米国ウィスコンシン州ミルウォーキ所在のＧＥメディカル・システムズ事業部製造の１．５Ｔ　ＧＥ　Ｌｘ臨床用スキャナを使用して撮像実験を行った。全てのｋＺビューについて一定の位相エンコーディングを保つ修正勾配エコー・パルス・シーケンスを用いて、Ｚ軸位相エンコーディングによりコロナル（ｃｏｒｏｎａｌ）平面内で１０ｃｍの球状ファントムの満足のいく像が取得された。位相エンコーディング方向に二次位相補正を加えた後、２Ｄフーリエ変換を行って、像を再構成した。代替例では、オンライン・スキャナ・ソフトウエアを使用して像を再構成することが可能である。このためには、位相エンコーディング・ステップ数の自乗に比例する位相変調を適用するようにパルス・シーケンスを修正することが必要である。その結果得られる像は二次位相を持つことがあり、これはその大きさを取ることによって除くことができる。
【００３３】
この非線形の実験コイルは１０ｋＨｚにおいてインダクタンスが１３３μＨ、抵抗が０．０５７オームであった。インダクタンスが低いので、コイルは、勾配増幅器の要件に適合させるために１ｍＨの誘導性負荷と直列に接続した。
【００３４】
本発明は対象物の縦方向にＦＯＶを拡張してＭＲ像を取得する方法を提供し、本方法は、走査対象物の運動方向を規定し、縦軸が運動方向に沿って位置決めされるように対象物を配置する工程を含む。このプロセスは、運動方向に非線形勾配磁場を印加し、印加した非線形勾配の中を通るように対象物を動かす工程を含んでいる。従って、運動方向の空間エンコーディングによりｋ空間データを取得することができる。
【００３５】
本発明はまた、コンピュータによって実行されたときにコンピュータに以下の動作を行わせる一組の命令を持つコンピュータ・プログラムを提供し、該命令による動作は、撮像対象物へ向けてのＲＦ信号の送信を開始させ、高次の勾配コイルを付勢し、ＭＲデータを取得し、撮像対象物を動かすことを含む。上記の動作は、運動方向と一致する撮像対象物の所望の長さに沿って充分なＭＲデータが取得されるまで繰り返される。次いで、所望の長さの対象物についての連続した像が再構成される。
【００３６】
好ましくは、高次の勾配コイルはＺ２勾配磁場を供給し、撮像対象物は最大＋Ｚ位置から最大−Ｚ位置まで連続的に動かされて、連続したＺ方向カバー範囲を達成する。高次の勾配コイルは付勢されて、撮像空間全体にわたって一貫した値を持つ磁場を供給する。コンピュータは更に、撮像対象物の動く方向において取得したＭＲデータを位相補正し、該位相補正されたＭＲデータをフーリエ変換し、撮像対象物の所望の長さにわたって取得されたＭＲデータにより単一の連続した像を再構成するようにプログラミングされている。
【００３７】
従って、本発明はまた、拡張したＦＯＶによりＭＲ像を取得する方法を提供し、本方法は、ＭＲスキャナの特性に基づいてデフォルトＦＯＶを規定し、デフォルトＦＯＶよりも大きい所望のＦＯＶを規定することを含む。本方法は、ＭＲスキャナに通すように対象物を動かすための運動軸を規定し、非線形勾配磁場を印加することを含んでいる。本方法はまた、運動軸に沿って非線形勾配磁場の中を通るように対象物を動かし、所望のＦＯＶにわたってｋ空間データを取得して、所望のＦＯＶにわたって連続した像を再構成することを含んでいる。
【００３８】
好ましくは、非線形勾配磁場は運動軸に沿った位置に関して二次依存性を有する。二次依存性は、該二次依存性のものと等しい傾斜を持つ局部勾配磁場を提供する。
【００３９】
本発明を好ましい実施形態について説明したが、明記したものの他に、等価物、代替物及び変更物が可能であり、それらが特許請求の範囲内にあることが認められよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いるためのＭＲイメージング・システムの概略ブロック図である。
【図２】従来技術によるパルス・シーケンスのタイミング・ブロック図である。
【図３】本発明による非線形勾配磁場内の動いている対象物を表すグラフである。
【図４】本発明による非線形勾配磁場内の動いている対象物を表すグラフである。
【図５】本発明による図３及び４に示したような効果を達成するための従来技術によるパルス・シーケンスのタイミング図である。
【図６】本発明によるパルス・シーケンスの別の実施形態のタイミング図である。
【符号の説明】
１０　磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム
１２　オペレータ・コンソール
１３　入力装置
１４　制御パネル
１６　表示装置
１８　リンク
２０　コンピュータ・システム
２０ａ　バックプレーン
２８　ディスク記憶装置
３０　テープ駆動装置
４９　テーブル
５０　勾配コイル組立体
５２　磁石組立体
５４　分極用磁石
５６　全身用ＲＦコイル
１２２　動いている対象物
１２４　実効勾配磁場
１２６　非線形勾配磁場
１２８　実効線形勾配
１３０　パルス・シーケンス
１３２　高次のエンコーディング・パルス
１３４，１３６，１３８　ＲＦパルス
１３６　リワインダ勾配
１５０　パルス・シーケンス
１５２，１５４，１５６　平面内（Ｘ及びＹ）エンコーディング
１５８　平面貫通方向エンコーディング
【図１】
2004000590.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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