JPH10506308A

JPH10506308A - マルチスライス励起パルスシーケンス

Info

Publication number: JPH10506308A
Application number: JP8511279A
Authority: JP
Inventors: ラーデベックラルフ; ヴェルトナーハーラルト
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1995-09-27
Publication date: 1998-06-23
Also published as: WO1996010755A1; DE4435104A1

Abstract

(57)【要約】本発明によるパルスシーケンスのスキャンは、以下の各ステップからなる：ａ）励起期間中、スライス選択グラジエント（ＧＳ）の作用下で、種々異なった周波数の、時間的にずらされた励起高周波パルス（ＲＦ１）を照射するステップ、ｂ）励起された核スピンを位相エンコーディングし、場合によっては、時間的にずらされた高周波リフォーカシングパルス（ＲＦ２）及び第２のグラジエント（ＧＳ３）によって、スライス選択方向でリフォーカシングし、ｃ）発生した各核磁気共鳴信号（Ｓ）間で、リフォーカシンググラジエント（ＧＳＲ）をスライス選択方向に印加する。

Description

【発明の詳細な説明】マルチスライス励起パルスシーケンス核スピントモグラフィでは、測定時間を出来る限り短く保持することは、一般的な目的である。そのために、例えば、「高速」パルスシーケンスが使用されており、高速パルスシーケンスでは、パルスシーケンスの繰り返し時間は、磁化の動的平衡状態が調整されるように短い。この形式の典型的な実例は、いわゆる「ＦＩＳＰ」シーケンスであり、米国特許第４７６９６０３号明細書に記載されている。複数スライスからのデータ取得時の測定時間短縮の他の試みは、第１のスライスのシーケンスの繰り返し時間内で、少なくとも１つの別のスライスを励起することにある。その際、１シーケンスの繰り返し時間は、核磁気共鳴信号の励起と読み出しとの間の時間、いわゆるエコー時間よりも通常著しく長いという事実が利用される。その際、１スライス内のデータ取得時間と、同じスライス内の直ぐ次の励起との間の時間は、隣接スライスを励起して、そこでスキャンするのに使用される。その種のマルチスライス技術は、例えば、L.E.Crooks他のRadiology 146，頁123(1983)に記載されている。しかし、このマルチスライス技術は、いつでも使えるわけではなく、例えば、繰り返し時間ＴＲが非常に短くて、単一スライスからの画像形成用の最小可能値の近傍である場合には、使えないのである。このことは、例えば、高速グラジエントエコーシーケンスの場合に当てはまる。 e 6、頁364-371(1988)で、マルチ周波数励起スペクトルを有する励起パルスによって、複数スライスを同時に励起することが提案されている。その際、各スライス全てにおいて同時に、エコーが１つしか生じない。しかし、種々のスライスからの各信号は、種々異なる位相を有しているので、この各信号を分離することは可能である。しかし、この装置の場合、少なくとも、各スライスを検査するのに多数の測定を必要とし、その結果、測定時間上の利点は得られない。マルチスライス方法は、更に、論文Journal of Magnetic Resonance Imaging, 1,頁531-538，I.E.Bishop他から公知である。しかし、この方法は、基底磁場の不均一性及び透磁率の影響を受け易い。高周波パルスは、別個の個別パルスとして形成されている。測定時間は、いわゆるシングルポイント画像形成方法では、殊に臨界的であり、このことは、例えば、SMRM Abstracts 1993，頁1215に記載されている。その種の方法により、不均一磁場での画像形成が可能となり、その際、読み出しグラジエントは、位相エンコーディング検査によって代えられている。しかし、その際、スキャン毎に１点しかｋ−空間内で得られず、その結果、１スライスに対して、大きさＮの正方形のローデータマトリックスで繰り返し時間ＴＲの場合、Ｎ× Ｎ×ＴＲの測定時間がかかる。複数スライスの場合、測定時間は、更に相応に長くなる。本発明の課題は、複数スライスからのデータ取得の際、測定時間を短縮することにある。この課題は、本発明によると、請求の範囲第１項の各要件によって、乃至、択一選択的な構成では、請求の範囲第５項の各要件によって解決される。僅かに位置をずらして行うことができるスキャン内部で、多数回励起乃至多数回リフォーカシングすることによって、明らかに測定時間が短縮される。各エコー信号は、時間的にずれて発生するので、各エコー信号は、問題なく分離することができる。測定時間上の利点は、不均一磁場に適した「シングルポイント」画像形成の場合には、殊に有意義である。通常のマルチスライス技術に比して、ＴＲ間隔での極めて大きな測定時間を得る場合の利点は、エコー時間ＴＥ（励起と対応のエコー時間との間の時間）がＴＲに比して大きい場合に得られる。励起及びリフォーカシングの際に各スライスグラジエント強度は同じなので、選択された各スライスは、同じ曲率を有しており、その結果、この方法は、各基底磁場不均一性及び各透磁率に比較的影響されない。本発明の有利な各実施例は、各従属請求項に記載されている。本発明について、以下、図１〜２５を用いて詳細に説明する。その際、図面は：図１〜５は、本発明によるパルスシーケンスの第１の実施例を示し、図６〜１０，１１〜１５，１６〜２０及び２１〜２５は、それぞれ各パルスシーケンスの別の実施例を示す。図１〜５は、シングルポイントシーケンスの１スキャンを示す。図１には、高周波パルスＲＦが示されている。各スライス選択グラジエントＧＳ１の作用下で照射される第１の高周波パルスＲＦ１を用いて、核スピンが励起される。高周波パルスＲＦ１は、各スライス選択グラジエントＧＳ１の作用下で照射される複数選択個別高周波パルスの総和から形成されている。個別高周波パルスは、それぞれ時間間隔τだけずらされている。図１には、分かり易くするために、個別高周波パルスが２つだけ示されており、マーク［ｎ］によって、高周波パルスＲＦ１は、実際には、ｎ個の個別高周波パルスから形成されているということが示されている。各スライス選択グラジエントＧＳ１の作用下で、各個別高周波パルスは、周波数が相応にずらされているので、この各個別高周波パルスは、隣接した各スライスを励起する。図２に示されているように、スライス選択グラジエントＧＳの正の部分ＧＳ１によってディフェージングされた核スピンをリフェージングするために、励起後、スライス選択グラジエントＧＳが反転される（ＧＳ２）。このグラジエントパルスＧＳ２と同様に作用するが、第２の高周波パルスＲＦ２後は正の方向に、同じ振幅時間平面のグラジエントパルスが作用する。直ぐ次の期間では、核スピンは、図３及び４に示されているように、相互に垂直な２つの方向で、各位相エンコーディンググラジエントＧＳ１及びＧＳ２によって位相エンコーディングされる。この各位相エンコーディンググラジエントは、スキャン毎に段階的に、図３及び４に細分割線及び矢印によって示されている様に、続けて切り換えられる。直ぐ次の期間では、核スピンは、第２の高周波パルスＲＦ２によってリフォーカシングされる。このために、この第２の高周波パルスＲＦ２のフリップ角は、この実施例では、１８０°である。第２の高周波パルスＲＦ２も、ｎ個の選択的個別高周波パルスの総和から形成されており、この各個別高周波パルスは、スライス選択グラジエントＧＳ３の作用下で照射され、且つ、時間的なずれτを有している。各個別パルスの周波数スペクトルの相応の選択によって、予め励起されている各スライスが再び個別にリフォーカシングされる。両高周波パルスＲＦ１及びＲＦ２は、各個別パルスの加算的な重畳により形成されている。リフォーカシングによって、読み出し期間ｎ内で、核磁気共鳴信号が形成され、この核磁気共鳴信号は、励起パルスＲＦ１での各個別高周波パルスと同じ間隔 τで生じる。従って、それぞれのスライスからの各信号は、個別に識別することができる。各個別エコー信号Ｓに対して、スライス選択方向でリフェージングする必要があり、即ち、グラジエント信号は、スライス選択方向では０であるようにする必要がある。そのために、各個別信号Ｓの間に、それぞれリフェージングパルスＧＳＲがスライス選択方向に印加され、このリフェージングパルスＧＳＲは、上述のグラジエント積分値が０になるように選定されている。このリフェージングパルスＧＳＲ、及び、この時間中作用する磁場不均一性によって、核スピンは、その都度読み出されたスライス内でリフェージングされるが、隣接する各スライスはディフェージングされ、その結果、所望の様に、１スライスからの信号だけが測定される。図１〜５の実施例では、位相エンコーディンググラジエントＧＰ１及びＧＰ２により、位相エンコーディングは、２つの方向で行われるが、しかし、読み出しグラジエントは印加されない。通常の方法で、読み出しグラジエント下での核磁気共鳴信号の読み出しによって、ｋ−空間内の値領域、又は、他の表現をすると、１ローデータマトリックス内の完全な行が検出される間、ここでは、ｋ−空間内で個別点が１つだけ測定される。従って、この画像形成方法は、「シングルポイント」方法とも呼ばれる。各読み出しグラジエントをなくすことによって、各読み出しグラジエントの方向での、磁場の不均一性による歪みを回避することができる。各読み出しグラジエントによつて、理想的な場合、周波数エンコーディング方向での位置ｘと核スピンの対応の共鳴周波数との間に直線状の関係が達成されるはずである。しかし、各磁場の不均一性によって、この関係は、非直線状になってしまう。これは、直線状の読み出しグラジエントに、基底磁場の不均一性を示すグラジエントが重畳されていることに起因する。それに対して、位相エンコーディング方向での磁場不均一性によっては、読み出し期間中の磁場は一定であるという前提下では、歪みは生じないのである。と言うのは、この場合には、主として、順次連続する各位相エンコーディングステップ間での信号差が重要であるからである。不均一磁場に適しているシングルポイント方法の主要な欠点は、長い測定時間に起因している。と言うのは、既述の様に、スキャン毎に１つの点しかｋ−空間内で測定されないからである。他方では、不均一磁場用のパルスシーケンスが重要であり、と言うのは、磁場の不均一性の要求が小さい場合には、この磁場装置は、著しく安価且つ小型に製造することができるからである。更に、そのような磁場装置は、「開いた」構造形式を有することができ、即ち、患者に関して、例えば、介入を目的としたＭＲ用途の場合、アプローチが改善され、患者にとっての快適性が改善される。特別な用途、例えば、ＭＲ− 乳房撮影法でも、そのような磁場装置は、良好に適している。図１〜５を用いて説明したパルスシーケンスによると、複数スライスからのデータ取得用の測定時間を明らかに低減することができる。と言うのは、そうすることによって、１スキャン内部で、複数スライスから各ｋ−空間点を測定することができるからである。スライス毎に、何れにせよ相変わらずデータ点が１つしか測定されない。高周波パルスＲＦ１及びＲＦ２の各個別パルス間並びに得られる各エコー信号Ｓ間の時間ずれτは、主として、各エコー信号Ｓが必然的に時間的に分離できる状態であるようにして特定される。読み出し間隔は、正にシングルポイント方法の場合、誤差のある各読み出しグラジエントのために非常に短いので、エコー信号Ｓも非常に短く、時間ずれτも短くすることができる。基底磁場の不均一性が強くなればなる程、時間ずれτは、小さく選定することができる。と言うのは、エコー信号は、比較的速く減衰するからである。直線状の磁場不均一性B_inhomに対しては、以下の式が成立する： τ≧４π/γB_inhom=τ_min その際、各主最大値が重畳していない場合、２つのエコー信号は、分離できるものとする。例えば： B_inhom=G_S・d_S （G_S=スライスグラジエント、d_S=スライス厚）２つのスライス間の時間ずれは、任意に選定することができ（τ≧τ_minである限り）、全てのスライス間隔に対して、必ずしも一定である必要はない。短い測定時間を達成するために、当然、高速パルスシーケンスを使用することも重要である。その際、磁化の平衡状態が調整される。何れにせよ、そのためには、各スキャン後、核スピンの位相エンコーディングが再度リセットされるようにする必要がある。これは、核磁気共鳴信号Ｓの読み出し後、付加的な各位相エンコーディンググラジエントＧＰ１’及びＧＰ２’によって達成される。それぞれの第１の位相エンコーディンググラジエントＧＰ１及びＧＰ２と各リフェージンググラジエントＧＰ１’及びＧＰ２’との間には、それぞれ、磁化を反転する１８０°高周波パルスが位置しているので、各位相エンコーディンググラジエント及び各リフェージンググラジエントは、同じ極性を有しているが、逆方向に作用し、従って、スキャンについて見ると互いに相殺される。磁場の形状に関しては、全空間方向で完全に均一にする代わりに、１空間方向で所定の磁場不均一性がある状態にする方が著しく効果があることもある。１空間方向で、このように磁場不均一性がある状態は、パーマネントグラジエントに相応する。図７に示されているように、この磁場不均一性は、パーマネントスライス選択グラジエントＧＳとして使用することができる。有利には、この磁場不均一性は、直線状にするとよい。と言うのは、さもないと、スライス厚がスライス位置に依存して変わってしまうからである。しかし、非直線状の磁場不均一性を、パーマネントグラジエントとして使用することもできる（但し、この磁場不均一性が分かっていて、高周波パルスの帯域幅を、種々のスライスに対して、各スライスが一定スライス厚で励起されてリォーカシングされるように変える場合）。スライス選択方向でのパーマネントグラジエントＧＳの場合には、このスライス選択方向でグラジエントをその都度切り換える必要がある。また、スライス選択方向での核スピンのリフェージング（図２の実施例では、別々のリフェージンググラジエントＧＲＳによって行われている）は、図６〜１０の実施例では、パーマネントグラジエントＧＳによって作用されている。時間間隔τだけは、この時間間隔内でのグラジエント積分値がリフェージングにとって充分であるように選定する必要がある。各位相エンコーディンググラジエントＧＰ１及びＧＰ２の切換は、図１〜５の実施例での様にして行われる。別の実施例は、図１１〜１５に示されてる。図１〜５の実施例とは相違して、ここでは、１方向で１つの位相エンコーディンググラジエントＧＰだけが切換られる。そのために、その方向に対して垂直な第２の方向に、核磁気共鳴信号Ｓの読み出しの間、その都度１つの読み出しグラジエントＧＲが印加されている。その際、両高周波パルスＲＦ１及びＲＦ２との間では、プリフェージングパルスが読み出し方向に印加されている。読み出し方向での第１のパルスの下で、第１の核磁気共鳴信号が読み出され、読み出し方向での順次連続するバイポーラパルスの正の各部分パルスの下では、別の核磁気共鳴信号Ｓが読み出される。その際、読み出し方向でのグラジエントパルスシーケンスは、各信号時点で、核スピンが読み出し方向でリフェージングされるように形成されている。従って、従来の方法での様に、スキャン毎に、ローデータマトリックスの完全な１行が得られる。本発明によるマルチスライス励起に基づいて、こでは、僅かな時間ずれτで、複数スライスのローデータマトリックスに対して、それぞれ１行が得られる。磁場不均一性による、読み出し方向での歪みは、公知の方法を用いて補償することができる。図１〜１５のパルスシーケンスの場合、核磁気共鳴信号Ｓは、リフォーカシング高周波パルスに基づいて、スピンエコーとして形成される。しかし、リフォーカシング高周波パルスＲＦ２及び所属のスライス選択グラジエントＧＳ３をなくすことによって、グラジエントエコーを形成することもでき、その際、リフェージングパルスＧＳＲは、リフォーカシング高周波パルスＲＦ２の反転作用をなくしたことにより、負方向にする必要がある。その種の変更は、特に、図１〜５の方法、つまり、シングルポイント方法では有利である。従って、例えば、ケミカルシフトイメージング方法を実行することができ、その際、その方法で得られる共鳴周波数は、各パイクセルに対してスライス選択的であるように決められる。１適用実例は、脂肪−水−識別である。別の実施例では、図１〜５及び１１〜１５のパルスシーケンスは、スライス選択グラジエントＧＳ３をなくすことによって、高周波リフォーカシングパルスＲＦ２が非選択的であるように変えることができる。従って、種々のスライスに対して、種々のエコー時間ＴＥを調整することができる。その際、それぞれのスライスからのスピンエコー信号は、励起時の列シーケンスとは反対の列シーケンスで形成される。非選択リフォーカシング高周波パルスＲＦ２を用いる場合、エコー時間を短縮することができ、高速で繰り返されるシーケンスの場合には、全測定時間も短縮することができる。と言うのは、非選択リフォーカシングパルスの時間は、比較的短いからである。本発明の方法の別の実施例は、図１６〜２０に示されている。その際、励起高周波パルスＲＦ１は、非スライス選択的であり、リフォーカシング高周波パルスＲＦ２は、スライス選択的である。その他の点では、この実施例は、図１１〜１５の実施例に相応する。非スライス選択的リフォーカシング高周波パルスを用いる場合の様に、この場合にも、リフォーカシング高周波パルスＲＦ２の時間位置決めによって、それぞれのスライスに対して、種々異なるエコー時間ＴＥを調整することができる。読み出し方向でのプリフェージンググラジエントの読み出し及び切換のために、図１１〜１５の変形実施例の場合よりも２倍の時間が掛かる。と言うのは、各核磁気共鳴信号間の間隔は、τ（各高周波パルス−リフォーカシングパルスＲＦ２間の間隔）から２τに倍増する。従って、読み出しグラジエントの振幅を低減することができ、従って、各グラジエント切換時間への各要求も小さくすることができる。更に、非選択的励起パルスを用いることにより、図１１〜１５の実施例に対して、更に最小エコー時間を小さくすることもできる。図１６〜２０には、非選択的励起高周波パルスＲＦ１が、読み出しグラジエントＧＲと共に示されている。しかし、図１のシングルポイント方法と組合せることも同様に可能である。図２１〜２５の実施例では、図１１〜１５の実施例に対して、各スライスの列シーケンスは、リフォーカシングの際に反転され、即ち、最初に励起されたスライスは、最後にリフォーカシングされる。そうすることによって、各スライスの種々異なったエコー時間が得られる。更に、それぞれの核磁気共鳴信号Ｓの間隔 τ（２つの励起乃至リフォーカシング高周波パルス間の間隔）は、τから３τに延長し、その結果、読み出しのために使える時間は、時間間隔τに関して延長される。従って、本来の読み出しパルス乃至リフェージングパルス用の読み出しグラジエントＧＲに対して、比較的小さなグラジエント振幅を選定することもでき、その結果、グラジエント増幅器への諸要求が比較的小さくなる。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】

Claims

【特許請求の範囲】１．核スピントモグラフィ装置の作動方法において、以下の各ステップ：ａ）励起期間中、種々異なった周波数スペクトルの、時間的にずらされた励起高周波パルス（ＲＦ１）を照射するステップ、ｂ）励起された核スピンを位相エンコーディングし、励起期間中リフォーカシングするステップ、ｃ）読み出し期間中、発生した各核磁気共鳴信号（Ｓ）間で、各リフォーカシンググラジエント（ＧＳＲ）をスライス選択方向に印加するステップ、ｄ）発生した前記各核磁気共鳴信号（Ｓ）をサンプリングし、デジタル化して、ローデータマトリックス毎に記録するステップ、ｅ）前記各ローデータマトリックスが充填されるまで、前記各ステップａ）〜ｄ）を繰り返すステップ、ｆ）前記各ローデータマトリックスから、被検対象の１スライスの１画像を再構成するステップを有することを特徴とする方法。２．励起高周波パルス（ＲＦ１）に続くリフォーカシング高周波パルス（ＲＦ２）によって、各核磁気共鳴信号を、スピンエコーとして発生する請求の範囲第１項記載の方法。３．リフォーカシング高周波パルス（ＲＦ２）を、グラジエント（ＧＳ３）の下でスライス選択方向に照射し、スライス選択的であるようににする請求の範囲第２項記載の方法。４．励起高周波パルス（ＲＦ１）を加算的に重畳する請求の範囲第１項〜第３項までの何れか１項記載の方法。５．核スピントモグラフィ装置の作動方法において、以下の各ステップ：ａ）励起期間中、励起高周波パルス（ＲＦ１）を照射するステップ、ｂ）励起された核スピンを位相エンコーディングするステップ、ｃ）スライス選択グラジエント（ＧＳ）の作用下で、種々異なった周波数スペクトルの、時間的にずらされたリフォーカシング高周波パルス（ＲＦ２）を照射するステップ、ｄ）読み出し期間中、発生した各核磁気共鳴信号（Ｓ）間で、各リフォーカシンググラジエント（ＧＳＲ）をスライス選択方向に印加するステップ、ｅ）発生した前記各核磁気共鳴信号をサンプリングし、デジタル化して、ローデータマトリックス毎に記録するステップ、ｆ）前記各ローデータマトリックスが充填されるまで、前記各ステップａ）〜ｅ）を繰り返すステップ、ｇ）前記各ローデータマトリックスから、被検対象の１スライスの１画像を再構成するステップを有することを特徴とする方法。６．リフォーカシング高周波パルス（ＲＦ２）を加算的に重畳する請求の範囲第５項記載の方法。７．核磁気共鳴信号（Ｓ）を、読み出しグラジエント（ＧＲ）の下で読み出す請求の範囲第１項〜第６項までの何れか１項記載の方法。８．ステップｂ）での位相エンコーディングを、相互に垂直な２つの方向で行い、励起された各スライスに対する各励起後、ｋ−空間内で１点だけ読み出す請求の範囲第１項〜第７項までの何れか１項記載の方法。９．基底磁場内の所定の磁場不均一性を、スライス選択グラジエント（ＧＳ）として使用し、場合によっては、スライス選択方向でのリフォーカシンググラジエント（ＧＳＲ）として使用する請求の範囲第１項〜第８項までの何れか１項記載の方法。１０．磁場不均一性を直線状にする請求の範囲第９項記載の方法。１１．パルスシーケンスの繰り返し時間を核スピンの緩和時間よりも短くし、その結果、定常状態が調整され、その際、各位相エンコーディンググラジエント（ＧＰ１，ＧＰ２）によって生じるディフェージングを各パルスシーケンス後再度リセットする請求の範囲第１項〜第１０項までの何れか１項記載の方法。１２．励起高周波パルス（ＲＦ１，ＲＦ２）のフリップ角を１８０°−αにし、高周波リフォーカシングパルス（ＲＦ２）のフリップ角を１８０°にする請求の範囲第１１項記載の方法。