JPH08502920A - 整相アレーマルチコイルを用いた位相コントラストｍｒｉ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 マルチコイルの整相アレーにより検出されたＭＲＩ信号が結合され、改善された信号対雑音比で位相コントラスト像信号が形成される。検出された複素像信号は異なる磁気勾配に対して得られ、そしてこれらが結合されて、位相、大きさ、及び大きさで重み付けされた像信号が像形成のために得られる。

Description

【発明の詳細な説明】 整相アレーマルチコイルを用いた位相コントラストＭＲＩ発明の分野 本発明は、一般に、位相コントラスト磁気共鳴像形成（ＭＲＩ）に係り、より 詳細には、磁気共鳴信号検出のためにマルチコイル整相アレーを用いた位相コン トラストＭＲＩに係る。先行技術の説明 ペルク氏等により述べられたように（１９９１年、磁気共鳴四季報、第７巻、 第４号、第２２９−２５４頁に掲載された「位相コントラスト撮影磁気共鳴像形 成（Phase Contrast Cine Magnetic Resonance Imaging）」）、位相コントラス トＭＲＩとは、磁界勾配を通して移動するスピンが静的スピンよりも位相差を得 るという事実を利用して、流れに対して感度が制御された像を形成できるように する一種のＭＲ像形成方法である。位相コントラストＭＲＩの利点は、とりわけ 、流れに対して感度を調整できることであり、そしてある場合には得られるデー タの定量的な性質にある。最も一般的な方法においては、１つの方向に異なる勾 配の第１モーメントをもつ状態で２つのデータセットが収集され、それにより得 られる像におけるピクセルごとの位相差Δφを用いて、勾配変化方向における速 度Ｖが測定される。即ち、Δφ＝γΔＭ₁Ｖ_o但し、ΔＭ₁は勾配第１モーメント の変化であり、そしてγはジャイロ磁気比である。４つの測定値を用いて、全て の速度成分を測定することができる。時には、低レベル信号の領域においてΔφ のノイズが非常に大きいことに関連した審美的な理由で、大きさの像をＭとすれ ばピクセル強度がＭΔφに比例する「大きさで重み付けされた」又は「大きさで マスクされた」速度像が形成される。 整相アレーマルチコイルをＭＲＩに使用して、像の信号対雑音比（ＳＮＲ）を 改善することができる。例えば、１９９０年、マグネチック・レゾナンス・イン ・メディスン、第１６巻、第１９２−２２５頁に掲載されたローマー氏等の「Ｎ ＭＲ整相アレー（The NMR Phased Array）」；１９９０年、マグネチック・レゾ ナンス・イン・メディスン、第１６巻、第１８１−１９１頁に掲載されたハイ氏 等の「多表面コイルアレーから同時に収集されたデータにおけるノイズ相関（No ise Correlations in Data Simultaneously Acquired from Multiple Surface CoilA rrays）」；及び１９９１年、マグネチック・レゾナンス・イン・メディスン、 第１８巻、第３０９−３１９頁に掲載されたハイ氏等の「ＭＲ整相アレーによる 体積像形成（Volume Imaging with MR Phased Arrays）」を参照されたい。基本 的に、マルチコイルは、小さな表面コイルのＳＮＲで大きな視野の像形成を行う ことができる。マルチコイルアレーの各エレメントから個別の像が収集されて再 構成される。これらの個別の像は、単一の像へと結合され、各コイルは、ＳＮＲ が最も高い空間領域を支配している。この結合プロセスに対する種々のアルゴリ ズムが提案されているが、最も一般的に使用されている方法は、個々の像におけ るピクセル値の大きさを使用する。例えば、１つの非常に一般的な方法は、個々 の像の平方の和の平方根として像を形成する。 速度感知像のＳＮＲを改善するには、位相コントラスト技術と整相アレーコイ ルとを組み合わせることが非常に望ましい。しかしながら、種々のコイルから受 け取られる情報であって速度との比例関係を保持するような情報を結合するため の簡単で効果的な方法が要望される。発明の要旨 本発明では、大きさ（Ｍ_i）及び位相（φ_i）を含むマルチコイル整相アレーの 各コイル（ｉ）からの複素像データ（Ｚ_i）を特定のコイル利得係数（Ｗ_i）と共 に使用して、位相、大きさ、及び大きさで重み付けされた像が形成される。 より詳細には、Ｚ_1i及びＺ_2iをシーケンス１及び２でコイルｉから再構成され た複素像とし、そして大きさ像Ｍ_iを次式に等しいとし、 Ｍｉ＝（｜Ｚ_1i｜＋｜Ｚ_2i｜）／２ 位相像φ_iを次式に等しいとし、 φ_i＝位相（Ｚ_1iＺ_2i＊） ここで、＊は共役複素数を表し、そして 位相（Ｚ）＝arctan２（虚数（Ｚ），実数（Ｚ）） とする。更に、Ｗ_iをコイルｉの利得係数とする。 従って、本発明によれば、位相、大きさ、及び大きさで重み付けされた像は、 次の式で与えられる。 Δφ＝arctan２（虚数（Ｃ），実数（Ｃ）） 大きさで重み付けされた像＝ＭΔφ 但し、 Ｃ＝Σ〔（Ｚ_1iＺ_2i＊）／Ｗ_i ²〕 である。 本発明は、整相アレーマルチコイルをもつ位相コントラストＭＲＩを使用する 従来よりも簡単で且つ最適な方法を提供する。 本発明並びにその目的および特徴は、添付図面を参照した以下の説明及び請求 の範囲から容易に明らかとなろう。図面の簡単な説明 図１Ａないし１Ｄは、ＭＲＩ装置の構成及びそこに発生される磁界を示す図で ある。 図２は、ＭＲ像形成装置の機能ブロック図である。 図３は、ＮＭＲ装置に使用されるＭＲＩ整相アレーの概略図である。好ましい実施例の詳細な説明 添付図面を参照すれば、図１Ａは、ＭＲ像形成システムにおけるコイル装置を 示す部分断面斜視図であり、そして図１Ｂないし１Ｄは、図１Ａの装置で発生す ることのできる磁界勾配を示す図である。簡単に述べると、コイル対１０より成 る磁石によって均一な静磁界Ｂ。が発生される。シリンダ１２に巻き付けること のできる複素勾配コイルセットにより勾配磁界Ｇ（Ｘ）が発生される。ＲＦ磁界 Ｂ，は、サドルコイル１４によって発生される。像形成を受ける患者は、サドル コイル内でＺ軸に沿って配置される。図１ＢにはＸ勾配磁界が示されており、こ れは、静磁界Ｂ₀に平行であって且つＸ軸に沿って距離と共に直線的に変化する が、Ｙ軸又はＺ軸に沿って距離と共に変化しない。図１Ｃ及び１Ｄは、各々、Ｙ 勾配及びＺ勾配磁界を同様に表している。 図２は、従来の像形成装置の機能ブロック図である。コンピュータ２０は、Ｎ ＭＲ装置の動作を制御しそしてそこから検出されたＦＩＤ信号を処理するように プログラムされる。勾配磁界は、勾配増幅器２２によって付勢され、そしてラー モア周波数でＲＦ磁気モーメントを付与するＲＦコイルは、送信器２４及びＲＦ コイル２６によって制御される。選択された核がフリップされた後に、ＲＦコイ ル２６を用いてＦＩＤ信号が検出され、これが受信器２８へ通されそしてデジタ イザ３０に通されてコンピュータ２０により処理される。 図３は、ローマー氏の米国特許第５，０８６，２７５号に開示されたように、 ＭＲＩに使用するための従来の整相アレーを示す概略図である。ＮＭＲ整相アレ ー１０は、複数の高周波（ＲＦ）受信コイル１２（コイル１ないしＮ_c）を備え ており、これらは、サンプルのＮＭＲ像形成のための像形成体積、例えば、人間 の背骨のＮＭＲ医療診断像形成のための像形成体積を画成する。個別の表面コイ ル１２が同様に構成され、視野（ＦＯＶ）はオーバーラップするが隣接コイル間 に実質的に相互作用がないように至近離間関係で配列される。コイル１２は、図 １及び２に示したようなＮＭＲ像形成装置の一部分として用いられ、像形成体積 に包囲されたサンプルの関連部分から各々引き出された複数のＮＭＲ応答信号の 異なる１つを同時に受信する。図示されたように、各コイル１２は、受信回路１ ５及びアナログ／デジタルコンバータ１６を含むそれ自身の処理チャンネル１４ を有している。このデータ処理構成は、各チャンネル１４の関連コイル１２によ って受信されたＮＭＲ応答信号からそのチャンネル１４に対するサンプル部分の 異なるＮＭＲ像を構成し、そしてこのように構成された複数の異なる像をその後 にポイントごとのベースで像ドメインにおいて結合し、コイル１２によりＮＭＲ 信号が受け取られたところの全てのサンプル部分についての単一の最終的なＮＭ Ｒ像を形成する。ローマー氏によって更に説明されたように、高い信号対雑音比 （ＳＮＲ）を得るためにアレー１０の個々のコイル１−Ｎ_cからの信号を最適に 結合又は重み付けすることは、特定の体積エレメント（ｖｏｘｅｌ）の位置によ って左右される。これは、各ＲＦ受信コイルＣ_iの信号が、コイルにより形成さ れる磁界Ｂ_iに比例して核スピンに反応する一方、ノイズは、像にわたって均一 に分布された「ホワイトノイズ」だからである。従って、得られるＳＮＲは位置 の関数となる。 上記したように、位相コントラスト磁気共鳴像形成（ＭＲＩ）は、流れ従属の コントラストを用いて像を形成する。最も一般的な方法では、１つの方向におい て異なる勾配の第１モーメントで２つのデータセットが収集され、そしてそれに より得られる像におけるピクセルごとの位相差Δφを用いて勾配変化方向におけ る速度Ｖが測定される。即ち、Δφ＝γΔＭ₁Ｖ_o但し、ΔＭ₁変化する勾配第１ モーメントであり、そしてγは磁気比である。 本発明によれば、マルチコイルから受け取られる情報であって速度と比例関係 を保持する情報を結合するための簡単で効率的な方法が提供される。 単一速度成分（２つの測定値）の位相コントラスト像形成について考慮し、シ ーケンス１及び２でコイルｉから再構成された複素像をＺ_1i及びＺ_2iとする。同 様に、コイルｉからの大きさ像及び位相像を、 Ｍ_i＝（｜Ｚ_1i｜＋｜Ｚ_2i｜）／２ φⁱ＝位相（Ｚ_1iＺ_2i＊） とする。但し、＊は共役複素数を示す。更に、 位相（Ｚ）＝arctan２（虚数（Ｚ），実数（Ｚ）） とする。セット｛φ，｝は、真の速度で誘起された位相シフトΔφの推定値とし て考えることができる。コイルが非接続である限り、｛φ_i｝におけるノイズは 非相関であるが、異なる変数を有する。ψ_iにおける変数σ² _iは、Ｍ_i ²に逆比例 する。 この変数を最小にする｛φ_i｝の直線的な結合は、σ² _iに逆比例するコイルｉの 重みを使用する。従って、Δφを推定するための１つの改良されたアルゴリズム は、次の通りである。 大きさで重み付けされた像は、次式によりＭΔφとして形成される。 この最後の式は、従来の大きさマルチコイル像である。大きさで重み付けされた 位相像は、次の通りである。 この方法は、各コイルごとに、個別の大きさ及び位相シフト（アークタンジェン ト）像の計算を必要とする。 別の好ましい方法は、アークタンジェントの前に多数のコイルからのデータ苓 結合する。各複素像、例えば、Ｚ_1iは、所望の速度成分以外のソースからの位朴 シフトを含む。これらの不所望な位相シフトは、Ｚ_2iにも含まれ、Ｚ１ｉ／Ｚ_2i の位相は、理想的には、所望の運動のみによるものである。（Ｚ_1iＺ_2i＊）の位 相は厳密に同じである。このため、並びに計算効率及び２πレンジへの自動マッ ピングのために、φ_iに対する上記式をしばしば用いて位相シフトが計算される 。量（Ｚ_1iＺ_2i＊）は、その方向における単位べクトルφ_iに（ほぼ）Ｍ_i ²を凍 算したものである。各コイルは同様のべクトルを与えると共に、ノイズを除き、 同じ方向の全てのポイントを与える。即ちΔφである。従って、（Ｚ_1iＺ_2i＊） とができる。第１次に対しては、これら推定値は、Ｍ_i ²／Ｗ_i ²に比例する重みを もたねばならない。従って、次のようになる。 Ｃ＝Σ〔（Ｚ_1iＺ_2i＊）／Ｗ_i ²〕 Δφ＝arctan（虚数（Ｃ），実数（Ｃ）） （１１ｂ） 大きさで重み付けされた像＝ＭΔφ （１１ｃ） 整相アレーマルチコイルをもつ位相コントラストＭＲＩのための方法及び装置 であって、速度との比例関係を保持しながら種々のコイルからの情報を結合でき るような方法及び装置を以上に説明した。特定の実施例を参照して本発明を述ベ たが、これは単に本発明を解説するものであって、本発明をこれに限定するもの ではない。請求の範囲に定められた本発明の精神及び範囲から逸脱せずに種々の 変更がなされ得ることが当業者に明らかであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｇ０１Ｒ 33/54 7707−2Ｊ Ｇ０１Ｎ 24/04 ５１０ Ｙ 7707−2Ｊ 24/02 ５３０ Ｙ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．マルチコイル磁気共鳴像形成システムにおいて、上記マルチコイルにより 検出された信号を結合して位相コントラスト像形成する方法は、 ａ）各コイルｉにより、異なる磁気勾配をもつ２つの励起シーケンスで複素像 信号Ｚ_1i及びＺ_2iを検出し、 ｂ）結合像Ｃを、（Ｚ_1iＺ_2i＊）／Ｗ_i ²の和として得、但し、Ｚ_2i＊はＺ_2iの 共役複素数であり、Ｗ_iはコイルｉの利得係数であり、そして ｃ）Ｃに基づく出力像を形成する、 という段階を備えたことを特徴とする方法。 ２．ｄ）位相φ、大きさＭ、及び大きさで重み付けされた像ＭΔφを次のよう にして得る、 Δφ＝arctan２（虚数（Ｃ），実数（Ｃ）） 段階を更に備えた請求項１に記載の方法。 ３．上記結合された像を用いて領域における速度を像形成する段階を更に備え た請求項１に記載の方法。 ４．上記磁気勾配は１つの方向に変化し、そして上記速度は勾配変化方向にあ る請求項３に記載の方法。 ５．２つの付加的な複素像信号Ｚ_3i及びＺ_4iを検出する段階を更に備え、上記 磁気勾配は３つの次元において変化し、上記複素像信号は上記３つの次元におけ る速度の成分を与える請求項１に記載の方法。 ６．位相コントラスト磁気共鳴像形成装置において、 ａ）磁界を発生する手段と、 ｂ）少なくとも１つの磁界勾配を発生する手段と、 ｃ）各コイルｉにより、異なる磁気勾配をもつ２つの励起シーケンスで複素像 信号Ｚ_1i及びＺ_2iを検出するマルチコイルと、 ｄ）結合像Ｃを、（Ｚ_1iＺ_2i＊）／Ｗ_i ²の和として得る手段とを組み合わせて 備え、但し、Ｚ_2i＊はＺ_2iの共役複素数であり、Ｗ_iはコイルｉの利得係数であ り、そして ｅ）Ｃに基づく出力像を形成する手段を更に組み合わせて備えたことを特徴と する装置。 ７．ｆ）位相φ、大きさＭ、及び大きさで重み付けされた像ＭΔφを次のよう にして得る手段 Δφ＝arctan２（虚数（Ｃ），実数（Ｃ）） を更に備えた請求項６に記載の組合せ。 ８．上記結合された像を用いて領域における速度を像形成する手段を更に備え た請求項６に記載の組合せ。 ９．上記磁気勾配は１つの方向に変化し、そして上記速度は勾配変化方向にあ る請求項６に記載の組合せ。 １０．上記マルチコイルは２つの付加的な複素像信号Ｚ_3i及びＺ_4iを検出し、 上記磁気勾配は３つの次元において変化し、上記複素像信号は上記３つの次元に おける速度の成分を与える請求項６に記載の組合せ。 １１．マルチコイル磁気共鳴像形成システムにおいて、上記マルチコイルによ り検出された信号を結合して、位相コントラスト像形成する方法は、 ａ）各コイルｉにより、異なる磁気勾配をもつ２つの励起シーケンスで複素像 信号Ｚ_1i及びＺ_2iを検出し、そして ｂ）速度で誘起された位相シフト像Δφを次のように決定する、 但し、Ｍ_i＝（｜Ｚ_1i｜＋｜Ｚ_2i｜）／２ φ_i＝位相（Ｚ_1iＺ_2i＊） ＊＝共役複素数 Ｗ_i＝コイルの利得係数 という段階を備えたことを特徴とする方法。 １２．大きさで重み付けされた位相像を次のように決定する、 段階を更に備えた請求項１１に記載の方法。 １３．上記大きさで重み付けされた位相像を用いて領域における速度を像形成 する段階を更に備えた請求項１２に記載の方法。 １４．上記大きさのマルチコイル像を用いて領域における速度を像形成する段 階を更に備えた請求項１１に記載の方法。 １５．上記磁気勾配は１つの方向に変化し、そして上記速度は勾配変化方向に ある請求項１１に記載の方法。 １６．２つの付加的な複素像信号Ｚ_3i及びＺ_4iを検出する段階を更に備え、上 記磁気勾配は３つの次元において変化し、上記複素像信号は上記３つの次元にお ける速度の成分を与える請求項１１に記載の方法。 １７．磁気共鳴像形成を行う装置において、 ａ）磁界を発生する手段と、 ｂ）少なくとも１つの磁界勾配を発生する手段と、 ｃ）各コイルｉにより、異なる磁気勾配をもつ２つの励起シーケンスで複素像 信号Ｚ_1i及びＺ_2iを検出するマルチコイルと、 ｄ）速度で誘起される位相シフトΔφ及び大きさマルチコイル像Ｍを次のよう に決定する手段、 但し、Ｍ_i＝（｜Ｚ_1i｜＋｜Ｚ_2i｜）／２ φｉ＝位相（Ｚ_1iＺ_2i＊） ＊＝共役複素数 Ｗ_i＝コイルの利得係数 とを組み合わせて備えたことを特徴とする装置。 １８．上記磁気マルチコイル像Ｍを用いて領域における速度を像形成する手段 を更に備えた請求項１７に記載の組合せ。