拡散強調エコープラナー撮像法において高次渦電流に誘発された歪みを予測補正するためのシステムおよび方法
【課題】ＤＷ−ＥＰＩにおいて、ＨＯＥＣ（高次渦電流）に起因する歪みを補正することができるシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】コンピュータは、複数の基底係数および複数の時定数を発生させるためにキャリブレーションデータを処理し、複数の基底係数、複数の時定数、および所与のパルスシーケンスにおける勾配波形に基づいて、複数の基底補正係数を計算するように、プログラムされる。コンピュータは、撮像対象からＭＲデータを取得するためにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用すること、および取得されたＭＲデータに基づいて画像を再構築することを含む、拡散強調撮像スキャンを実行するように、プログラムされる。コンピュータは、再構築された画像においてＨＯＥＣに誘発された歪みを低減するように構成されたＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、ＨＯＥＣにより発生した磁場誤差の補正を適用するように、プログラムされる。
【解決手段】コンピュータは、複数の基底係数および複数の時定数を発生させるためにキャリブレーションデータを処理し、複数の基底係数、複数の時定数、および所与のパルスシーケンスにおける勾配波形に基づいて、複数の基底補正係数を計算するように、プログラムされる。コンピュータは、撮像対象からＭＲデータを取得するためにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用すること、および取得されたＭＲデータに基づいて画像を再構築することを含む、拡散強調撮像スキャンを実行するように、プログラムされる。コンピュータは、再構築された画像においてＨＯＥＣに誘発された歪みを低減するように構成されたＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、ＨＯＥＣにより発生した磁場誤差の補正を適用するように、プログラムされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、磁気共鳴（ＭＲ）撮像法に関し、より詳細には、拡散強調エコープラナー撮像法において、高次渦電流に誘発された歪みを補正することに関する。
【背景技術】
【０００２】
人体組織のような物質が均一な磁場（分極場Ｂ0）を受けるとき、組織内のスピンの個々の磁気モーメントが、この分極場と整列しようとし、しかしながら、その回りをそれぞれの固有のラーモア周波数でランダムに歳差運動する。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磁場（励起場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平面へと回転し、または「傾斜」して、正味の横磁気モーメントＭtを生じ得る。励起信号Ｂ1が終了した後に、励起したスピンによって信号が放出され、この信号が受信され、処理されて、画像を形成することができる。
【０００３】
これらの信号を利用して画像を生成するとき、磁場勾配（Ｇx、Ｇy、およびＧz）が用いられる。典型的には、これらの勾配が、使用している特定の局在化法に従って変化する一連の測定サイクルによって、撮像されるべき領域がスキャンされる。結果として得られる一組の受信ＮＭＲ信号がデジタル化され、多くのよく知られた再構築技法のうちの１つを使用して、画像を再構築するように処理される。
【０００４】
拡散強調エコープラナー撮像法（ＤＷ−ＥＰＩ）が、拡散勾配により発生した渦電流場に起因する、拡散エンコーディング方向に依存した歪みをしばしば受けることはよく知られている。これらの歪みは、補正されない場合、異なる方向のＤＷ画像の中での位置ずれ（ｍｉｓ−ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）、およびＤＷ画像の組合せに関連する任意の後処理操作の誤りにつながることがある。デュアルスピンエコー（２度のリフォーカス（ｔｗｉｃｅ ｒｅｆｏｃｕｓｅｄ）とも呼ばれる）ＤＷ−ＥＰＩが、本来の渦電流を解消する一定レベルを提供するために提案されているが、これは、エコー時間の著しい増加、および信号対雑音比（ＳＮＲ）の減少を伴う。たとえば、３Ｔにおける肝撮像で、典型的なデュアルスピンエコープロトコルは、対応するシングルスピンエコー（Ｓｔｅｊｓｋａｌ−Ｔａｎｎｅｒシーケンスとも呼ばれる）プロトコルの約半分のＳＮＲを発生してよい。多くのケース（たとえば、全身用ＤＷ−ＥＰＩ）では、付随するスキャン時間が長くなることから、ＮＥＸを増加させることは、ＳＮＲを増加させるための選択肢ではない。したがって、実際には、結果として生じる歪みを低減しながら、シングルスピンエコーを維持することが望ましい。
【０００５】
従来の歪み補正方法は、プリエンファシスによって、または勾配波形および受信周波数を明示的に修正することによって、線形および定常の渦電流（Ｂ0渦電流とも呼ばれる）のみを補正することに焦点を当てている。しかしながら、勾配コイルの漏れ磁場に起因する高い空間次数の未補償渦電流、または単に高次渦電流（ＨＯＥＣ）はまた、上昇したｂ値、ならびに最新のＭＲスキャナにおける勾配振幅およびスルーレートを上げる要求により、著しいことがある。これらの渦電流が作り出した磁場により発生した歪みは、高い空間次数のために、拡散勾配方向依存性であるだけでなく、スライス依存性でもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６３３５６２０号明細書
【発明の概要】
【０００７】
したがって、ＤＷ−ＥＰＩにおいて、ＨＯＥＣに起因する歪みを補正することができるシステムおよび方法を有することが望ましいであろう。
【０００８】
本発明の一態様に従って、磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）装置がＭＲＩシステムを含み、ＭＲＩシステムは、ＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリに送信してＭＲ画像を取得するために、マグネットのボアの周囲に配置された複数の勾配コイル、ＲＦトランシーバシステム、およびパルスモジュールによって制御されるＲＦスイッチを有する。ＭＲＩ装置はまた、撮像システムの高次渦電流により発生した磁場誤差を特徴付けるように構成されたキャリブレーションデータをキャリブレーションスキャンから取得するようにプログラムされたコンピュータを含む。コンピュータはまた、複数の基底係数および複数の時定数を発生させるためにキャリブレーションデータを処理し、複数の基底係数、複数の時定数、および所与のパルスシーケンスにおける勾配波形に基づいて、複数の基底補正係数を計算するように、プログラムされる。コンピュータは、撮像対象からＭＲデータを取得するためにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用すること、および取得されたＭＲデータに基づいて画像を再構築することを含む、拡散強調撮像スキャンを実行するように、さらにプログラムされる。コンピュータはまた、再構築された画像において高次渦電流に誘発された歪みを低減するように構成されたＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用するように、プログラムされる。
【０００９】
本発明の別の態様に従って、拡散強調エコープラナー撮像法（ＤＷ−ＥＰＩ）において高次渦電流に誘発された歪みを補正するための方法が、撮像システムの高次渦電流を特徴付けるように構成されたキャリブレーションデータをキャリブレーションスキャンから取得するステップと、複数の基底係数および複数の時定数を発生させるためにキャリブレーションデータを処理するステップと、複数の基底係数に基づいて、および複数の時定数に基づいて、複数の基底補正係数を計算するステップとを含む。方法はまた、撮像対象からＭＲデータを取得するためにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用するステップと、取得されたＭＲデータにおいて高次渦電流に誘発された歪みを低減するようにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用するステップと、取得されたＭＲデータに基づいて、画像を再構築するステップとを含む。
【００１０】
本発明のさらに別の態様に従って、非一時的なコンピュータ可読媒体が、一組の命令を含むコンピュータプログラムを記憶しており、一組の命令は、コンピュータによって実行されるときに、コンピュータに、撮像システムの高次渦電流により発生した磁場誤差を特徴付けるように構成されたキャリブレーションデータをキャリブレーションスキャンから取得させ、キャリブレーションデータを処理させる。一組の命令はまた、コンピュータに、処理されたキャリブレーションデータに基づいて、複数の基底係数および複数の時定数を発生させ、複数の基底係数、複数の時定数、およびＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスにおける勾配波形に基づいて、複数の基底補正係数を計算させる。一組の命令はまた、コンピュータに、撮像対象からＭＲデータを取得するためにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用させ、ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用させ、取得されたＭＲデータに基づいて、画像を再構築させる。
【００１１】
さまざまな他の特徴および効果は、以下の詳細な説明および図面から明らかにされるであろう。
【００１２】
図面は、本発明の実施形態を行うために、現在のところ企図されている実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態と使用するためのＭＲ撮像システムの概略ブロック図である。
【図２】シングルスピンエコー拡散強調ＥＰＩスキャンのための理想的な勾配波形およびＲＦ波形を示すパルスシーケンス図である。
【図３】本発明の実施形態によるＨＯＥＣ補正技法を示す流れ図である。
【図４】本発明の実施形態による図３のＨＯＥＣ補正技法において使用されてよい、ＨＯＥＣキャリブレーションデータ処理アルゴリズムを示す流れ図である。
【図５】本発明の実施形態による図３のＨＯＥＣ補正技法において使用されてよい、別のＨＯＥＣデータ処理アルゴリズムを示す流れ図である。
【図６】本発明の実施形態による図３のＨＯＥＣ補正技法において使用されてよい、ＨＯＥＣ項を計算するためのアルゴリズムを示す流れ図である。
【図７】本発明の実施形態による図３のＨＯＥＣ補正技法において使用されてよい、ＨＯＥＣ項を予測補償するためのアルゴリズムを示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照すると、本発明の実施形態を組み入れる、磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）システム１０の主要なコンポーネントが示されている。システムの動作は、オペレータコンソール１２から特定の機能について制御され、オペレータコンソール１２は、この例では、キーボードまたは他の入力デバイス１３と、コントロールパネル１４と、ディスプレイスクリーン１６とを含む。コンソール１２は、オペレータが画像の作成およびディスプレイスクリーン１６への表示を制御するのを可能にする別個のコンピュータシステム２０と、リンク１８を介して通信する。コンピュータシステム２０は、バックプレーン２０ａを介して互いに通信するいくつかのモジュールを含む。これらのモジュールは、画像プロセッサモジュール２２と、ＣＰＵモジュール２４と、画像データアレイを記憶するためのフレームバッファとして当技術分野で知られているメモリモジュール２６とを含む。コンピュータシステム２０は、高速シリアルリンク３４を介して、別個のシステムコントロール３２と通信する。入力デバイス１３は、マウス、ジョイスティック、キーボード、トラックボール、タッチ作動スクリーン、ライトワンド、音声コントロール、カードリーダ、プッシュボタン、または任意の同様の、もしくは同等の入力デバイスを含むことができ、これらを対話式の幾何学的指示のために使用することができる。
【００１５】
システムコントロール３２は、バックプレーン３２ａによって互い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は、ＣＰＵモジュール３６と、シリアルリンク４０を介してオペレータコンソール１２に接続するパルス発生器モジュール３８とを含む。このリンク４０を介して、システムコントロール３２は、実行すべきスキャンシーケンスを指示するオペレータから、コマンドを受信する。パルス発生器モジュール３８は、所望のスキャンシーケンスを実行するようにシステムコンポーネントを動作させ、生成するＲＦパルスのタイミング、強度および形状、ならびにデータ取得ウィンドウのタイミングおよ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に接続して、スキャン中に生成される勾配パルスのタイミングおよび形状を指示する。パルス発生器モジュール３８はまた、生理的取得コントローラ４４から患者データを受信することができ、この生理的取得コントローラ４４は、患者に取り付けられた電極からのＥＣＧ信号などの、患者に接続したいくつかの異なるセンサから信号を受信する。そして最終的に、パルス発生器モジュール３８は、スキャン室インターフェース回路４６に接続し、スキャン室インターフェース回路４６は、患者およびマグネットシステムの状態に関連付けられたさまざまなセンサからの信号を受信する。またこのスキャン室インターフェース回路４６を介して、患者位置決めシステム４８が、患者をスキャンのための所望の位置まで移動させるためのコマンドを受信する。
【００１６】
パルス発生器モジュール３８により生成された勾配波形は、Ｇｘ増幅器、Ｇｙ増幅器、およびＧｚ増幅器を有する勾配増幅器システム４２に適用される。各勾配増幅器は、取得した信号を空間的にエンコードするために使用する磁場勾配を生成するように、全体を５０で示す勾配コイルアセンブリ内の対応する物理的な勾配コイルを励起させる。勾配コイルアセンブリ５０は、分極マグネット５４および全身用ＲＦコイル５６を含む共鳴アセンブリ５２の一部を形成する。システムコントロール３２内のトランシーバモジュール５８は、パルスを生成し、このパルスは、ＲＦ増幅器６０によって増幅され、送信／受信スイッチ６２によってＲＦコイル５６に結合される。患者内で励起した原子核が放出して得られた信号は、同じＲＦコイル５６により検知されて、送信／受信スイッチ６２を介して前置増幅器６４に結合されてよい。増幅したＭＲ信号は、トランシーバ５８の受信機部分で復調され、フィルタ処理され、デジタル化される。送信／受信スイッチ６２は、パルス発生器モジュール３８からの信号により制御されて、送信モードの間、ＲＦ増幅器６０をコイル５６に電気的に接続し、受信モードの間、前置増幅器６４をコイル５６に接続する。送信／受信スイッチ６２はまた、別個のＲＦコイル（たとえば、表面コイル）を、送信モードまたは受信モードのいずれかにおいて使用可能にすることができる。
【００１７】
ＲＦコイル５６によってピックアップされたＭＲ信号は、トランシーバモジュール５８によりデジタル化され、システムコントロール３２内のメモリモジュール６６に転送される。未処理のｋ空間データのアレイがメモリモジュール６６において取得されると、スキャンは完了する。この未処理のｋ空間データは、再構築されるべき画像ごとに、別個のｋ空間データアレイに再配列され、これらの各々が、データを画像データのアレイにフーリエ変換するように動作するアレイプロセッサ６８に入力される。この画像データは、シリアルリンク３４を介してコンピュータシステム２０に搬送され、コンピュータシステム２０においてメモリに記憶される。オペレータコンソール１２から受信したコマンドに応答して、または別のやり方でシステムソフトウェアにより指示されるように、この画像データを、長期ストレージにアーカイブすることができる、あるいは、画像プロセッサ２２によりさらに処理してオペレータコンソール１２に搬送し、ディスプレイ１６上に提示することができる。
【００１８】
本発明の実施形態は、拡散強調エコープラナー撮像法（ＤＷ−ＥＰＩ）において、高次渦電流（ＨＯＥＣ）に誘発された、拡散勾配方向に依存した歪みを補正する。本明細書で使用するとき、「高次」とは、それぞれ次数１および０を意味する線形次数および定数次数と比較して、２以上である空間次数を意味する。しかしながら、本発明の実施形態はまた、線形次数および定数次数にも同様に適用することができる。ＨＯＥＣに起因する歪みは、取得したデータに、特に大きなＦＯＶが使用され、大きなスライス有効範囲が望ましい身体用途の場合に、強く影響することがある。本明細書で論じるように、システムキャリブレーションが、Ｐ以下の空間次数の渦電流を特徴付けるために使用されてよく、ここで、Ｐは通常３から５であるが、一般に任意の次数であってよい。読み出し軸、位相エンコーディング軸、およびスライス軸における勾配、ならびに受信機周波数のための補正振幅をスライスごとに有するＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを利用して、準線形ＨＯＥＣ項の影響をあらかじめ取り除くことができる。
【００１９】
図２を参照すると、それぞれ、９０度ＲＦパルス７２、および１８０度ＲＦパルス７４を含むＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンス７０が示されている。ＲＦパルス７２、７４は、空間情報でエンコードされてよいエコー信号７６を発生させるために、ＲＦコイル５６によって送信されてよい。エコー信号７６はまた、画像の再構築に使用するために、コイル５６によって、または表面コイルなどの別のコイルによって受信されてもよい。
【００２０】
エコープラナー撮像法に従ってエコー信号７６を空間的にエンコードするために、図２に示すシーケンスは、読み出し勾配Ｇro、位相エンコーディング勾配Ｇpe、およびスライス選択勾配Ｇslのそれぞれをさらに含む。読み出し勾配Ｇroは、プリフェイジングパルス７８と、読み出しパルス８０とを含む。同様に、位相エンコーディング勾配Ｇpeは、プリフェイジングパルス８２と、位相エンコーディングパルス８４とを含む。スライス選択勾配Ｇslは、９０度ＲＦパルス７２のためのスライス選択パルス８６、および１８０度ＲＦパルス７４のためのスライス選択パルス８８、ならびにスライスリフォーカスのためのスライス選択パルス８６ａを含む。
【００２１】
さらに図２を参照すると、拡散強調ＥＰＩスキャンに使用される拡散強調勾配Ｇdが示されている。拡散強調勾配Ｇdは、１８０度ＲＦパルス７４の両側に配置された２つの等価な台形パルス９０および９２を含む。一般的に、Ｇdは、３つの論理軸のすべてで成分を含むことができることに留意されたい。以下では、読み出し軸、位相エンコーディング軸、およびスライス軸（すなわち、論理軸）を、それぞれ、ｕ、ｖ、およびｗとして表し、ｕ軸、ｖ軸、およびｗ軸におけるＧdの成分を、それぞれＧu、Ｇv、およびＧwとして表す。物理軸は、ｘ、ｙ、およびｚとして表す。
【００２２】
図３は、本発明の実施形態によるＨＯＥＣ補正技法９４を示す。技法９４は、図１のＭＲＩシステム１０などの、特定の撮像システムの渦電流により発生した磁場誤差を特徴付けるために、ＨＯＥＣキャリブレーションを実行することにより、ブロック９６で始まる。キャリブレーションは、ファントムベース、またはローカルピックアップコイルベースのいずれかであってよい。ファントムベース法では、勾配エコー画像は、渦電流発生勾配の後の複数の時間点においてしばしば収集される。ローカルピックアップコイルベース法では、それぞれが小さなサンプルを有するいくつかのローカルコイルを使用して、そのそれぞれの空間的位置において自由誘導減衰信号を得る。ＨＯＥＣ測定のためにローカルピックアップコイル法を使用するには、ＨＯＥＣ特徴付けのための十分なデータが得られるように、各データ取得においてコイル設備の位置を変えた、複数のデータ取得がしばしば必要とされる。ＨＯＥＣキャリブレーションは、必要なだけ頻繁に行うことができるが、一般には、システム設置ごとに１回、または大幅なシステムハードウェア（たとえば、勾配コイル）の変更があったときに必要とされるにすぎない。４次元（空間における３Ｄおよび時間における１Ｄ）渦電流場データセットが、ＨＯＥＣキャリブレーションスキャンの後で発生する。
【００２３】
ブロック９８で、ブロック９６のＨＯＥＣキャリブレーションからのデータが、最初に前処理され、次いで、上で述べたキャリブレーション法のうちブロック９６で使用されたどちらかに基づいたアルゴリズムに従って基礎となるＨＯＥＣを特徴付けるために、数学的モデルに当てはめられる。図４および図５は、本発明の実施形態による図３のＨＯＥＣ補正技法９４の、ブロック９８で使用されてよいＨＯＥＣデータ処理アルゴリズム１１６、１１８を示す。
【００２４】
図４を参照すると、ＨＯＥＣデータ処理アルゴリズム１１６が、上で説明したようなファントムベース法を使用して技法９４のブロック９６のＨＯＥＣキャリブレーションを実行するときに、使用されている。ブロック１２０で、ＨＯＥＣキャリブレーションスキャンからのデータが取得される。ブロック１２２で、３Ｄ位相アンラッピングがデータの位相角に適用され、ブロック１２４で、位相角はエコー時間に比例した分だけ変倍されて、磁場データセットを生じる。ブロック１２６で、次いで磁場データセットの各時間点が、Ｐまでの次数の多項式基底または球面調和基底に空間的に当てはめられて、基底係数を発生し、ここで、Ｐは通常３から５であるが、一般に任意の次数であってよい。空間的な当てはめの間、規模の重み付けまたはマスクが適宜使用されてよいことに留意されたい。
【００２５】
ブロック１２８で、結果として得られた基底係数は次いで、単一指数関数モデルまたは多重指数関数モデルを使用して、時間軸に沿って時間的に当てはめられる。ＨＯＥＣデータ処理の最終結果は、一組の（αmn，τmn）対であり、ここで、αmnは、基底係数であり、τmnは、拡散ドナー軸ｍを有する、ｎ個の空間基底関数Ｂn（ｘ，ｙ，ｚ）、ｎ＝１，２，・・・Ｎの時定数（表記上単純化するために、単一指数関数を想定する）であり、ここで、ｍは、ｘ、ｙ、またはｚ軸である。Ｂn（ｘ，ｙ，ｚ）は、議論の便宜のために、多項式基底であると想定する。これは、球面調和基底が多項式基底の線形結合であり、容易に多項式に変換できることから、一般化を損なわないことに留意されたい。基底の総数Ｎ＝（Ｐ＋１）（Ｐ＋２）（Ｐ＋３）／６ということもまた留意されたい。ブロック１３０で、（αmn，τmn）対は、今後の使用のために、スキャナのホストコンピュータに保存される、または記憶される。
【００２６】
図５を参照すると、ＨＯＥＣデータ処理アルゴリズム１１８が、上で説明したようなローカルピックアップコイルベース法を使用して技法９４のブロック９６のＨＯＥＣキャリブレーションを実行するときに、使用されている。ブロック１３２で、ＨＯＥＣキャリブレーションスキャンからのデータが取得される。ブロック１３４で、時間微分がデータの位相角で取られて、コイル位置において磁場オフセットを得る。ブロック１３６で、磁場オフセットの各時間点が次いで、Ｐまでの次数の多項式基底または球面調和基底に空間的に当てはめられて、基底係数を発生し、ここで、Ｐは通常３から５であるが、一般に任意の次数であってよい。上で述べたように、空間的な当てはめの間、規模重み付けまたはマスクが適宜使用されてよい。
【００２７】
ＨＯＥＣデータ処理アルゴリズム１１６に関して上で説明したのと同様に、ブロック１３８で、結果として得られた基底係数は次いで、時間軸に沿って時間的に当てはめられ、一組の（αmn，τmn）対が発生する。ブロック１４０で、（αmn，τmn）対は、今後の使用のために、スキャナのホストコンピュータに保存される、または記憶される。
【００２８】
技法９４のブロック９６のＨＯＥＣキャリブレーションスキャンと同様に、ＨＯＥＣデータ処理アルゴリズム１１６および１１８で実行されるＨＯＥＣデータ処理は、システム設置ごとに１回行う必要があるにすぎない。しかしながら、アルゴリズム１１６および１１８は、必要なだけ頻繁に実行されてもよい。
【００２９】
再び図３を参照すると、ブロック１００で、ＤＷ−ＥＰＩプロトコル依存のＨＯＥＣ項が計算される。ブロック１００は、任意の撮像面を扱うことができることに留意されたい。本明細書で使用するとき、任意の撮像面とは、垂直軸方向の、冠状の、または矢状のスキャン面、ならびに任意の傾斜面を意味する。図６に示すように、図３のブロック１００についてのＨＯＥＣ項を計算するためのアルゴリズム１４２が示される。ブロック１４４で、使用されるべきＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスの拡散勾配成分Ｇu、Ｇv、Ｇwが得られる。ブロック１４５で、３×３軸回転行列Ｒを適用することによって、論理勾配Ｇu、Ｇv、Ｇwが、物理成分Ｇx、Ｇy、Ｇzに変換される。
【００３０】
【数１】
ここで、
【００３１】
【数２】
Ｒは、ユニタリ行列（すなわち、Ｒ-1＝ＲT）であることに留意されたい。
【００３２】
ブロック１４６で、技法９４のブロック９６のＨＯＥＣキャリブレーションスキャンから、ブロック９８を介して決定された（αmn，τmn）対が得られ、ブロック１４８で、パルスシーケンスタイプおよびシーケンスタイミング関連定数βmnが計算される。
【００３３】
βmnの微分は、解析的であっても、畳み込みを使用してもよい。βmnを得るために、すべての勾配波形が含まれてよいが、βmnを得るために単純化された解析を見込んだ拡散勾配からの貢献がしばしば有力である。たとえば、図２に示したようなシングルスピンエコーＤＷ−ＥＰＩが使用されるとき、βmnは、以下で導き出すことができる。
【００３４】
【数３】
ここで、ｔ1、ｔ2、およびｔ3は、図２に示したシーケンスタイミング関連定数である。デュアルスピンエコーＤＷ−ＥＰＩまたは誘導エコーＤＷ−ＥＰＩなどの、他のパルスシーケンスについてのβmnもまた、解析的に決定されてよいことに留意されたい。
【００３５】
ブロック１４９で、最後の拡散勾配の後で、時間ｔにおけるｎ個の基底関数Ｂn（ｘ，ｙ，ｚ）についてのＨＯＥＣ物理基底係数ｄn（ｔ）が、以下の式
【００３６】
【数４】
に基づいて計算される。
ここで、Ｇmは、拡散勾配振幅のｘ、ｙ、またはｚの成分である。
【００３７】
ブロック１５０で、別の回転行列、基底回転行列Ｆの転置が、ｄ1（ｔ），ｄ2（ｔ），・・・，ｄN（ｔ）に適用されて、それらをＨＯＥＣ論理基底係数ｃ1（ｔ），ｃ2（ｔ），・・・，ｃN（ｔ）に変換する。
【００３８】
【数５】
ここで、「Ｔ」は、行列転置を表す。Ｆは、論理座標から物理座標へと多項式基底を変換するＮ×Ｎの行列である。Ｆの実際の形式は、多項式次数、および基底関数がどのように番号付けされているかに依存する。一般化を損なわずに、基底は、以下の次数、１、ｘ、ｙ、ｚ、ｘ2、ｘｙ、ｘｚ、ｙ2、ｙｚ、ｚ2、ｘ3、ｘ2ｙ、ｘ2ｚ、ｘｙ2、ｘｙｚ、ｘｚ2、ｙ3、ｙ2ｚ、ｙｚ2、ｚ3、・・・にあり、ここで、より低い次数基底はより高い次数基底の先になり、同じ多項式次数を有する基底の場合、より高いｘ指数を有する基底が先になり、または、同じｘ指数の場合は、より高いｙ指数を有する基底が先になる。Ｆは、Ｂn（ｘ，ｙ，ｚ）とＢn（ｕ，ｖ，ｗ）との関係によって決定されてよく、ここで、
【００３９】
【数６】
である。たとえば、三次多項式までについて、
【００４０】
【数７】
である。ブロック１５１で、すべてのＨＯＥＣ論理基底係数が、今後の使用のために保存される。
【００４１】
再び図３を参照すると、プロトコル依存のＨＯＥＣ項が、ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスにおいて、あらかじめ技法９４で補償されてよい。予測補償は、ブロック１０６で、撮像スキャンの間に使用されるＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスに、ＨＯＥＣ補正を適用することを含む。図７は、本発明の実施形態による、ブロック１０６のための予測補償アルゴリズム１５２を示す。Ｆの適用により、基底はここで論理軸にあることに留意されたい。ｗp、ｕｗp、ｖｗp（ｐ≧０）であるそれらの形式を有する基底関数を、本明細書においてタイプＡ項と呼ぶ。残りのすべての基底関数（たとえば、ｕｖ、ｕ2ｗ）を、本明細書においてタイプＢ項と呼ぶ。ブロック１５４で、タイプＡ項が識別される。タイプＡ項は、所与のスライス位置ｗ＝ｗ0において評価されるときに、それらが線形Ｇu勾配、Ｇv勾配、Ｇw勾配になる、またはＢ0オフセットになるという意味において、準線形である。ブロック１５６で、各スライス位置における基底が評価され、ブロック１５８で、ｗ＝ｗ0におけるスライスの場合に、対応するｃn（ｔ）に
【００４２】
【数８】
を掛けることによって、基底ｕｗpもしくはｖｗpからの実効勾配、または基底ｗpからのＢ0オフセットを得ることができる。これらのＧu勾配、Ｇv勾配、Ｇw勾配は、それぞれ、せん断歪み、ＦＯＶ圧縮／膨張、および信号喪失を引き起こし、Ｂ0オフセットは、ＦＯＶシフトを引き起こすことに留意されたい。
【００４３】
ブロック１６０で、すべてのタイプＡ項が、ソフトウェアレベル（すなわち、パルスシーケンス）、またはファームウェア／ハードウェアレベルのいずれかにおいて、補償されてよい。ソフトウェア補償では、読み出し勾配、位相エンコーディング勾配、およびスライス勾配、ならびに受信機周波数などのＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンス要素が、パルスシーケンスにおいてスライスごとに調整される。ファームウェア／ハードウェア補償では、パルスシーケンスコマンドは変化しないままであるが、実際の勾配波形および中心周波数オフセットが、スライスごとに、ファームウェア／ハードウェアコマンドによって舞台裏で増大する。たとえば、修正されていないパルスシーケンスコマンドが、図１の勾配増幅器４２への入力などの増幅器入力に提供されてよい。次いで、勾配増幅器入力は、ファームウェア／ハードウェア補償によって制御されて、受信したＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンス要素のうちの１つまたは複数を調整することができる。どちらにしても、時間変動補償が好ましく、時間変動補償は、真の指数関数、区分線形（すなわち高次）、または区分定数の補償を含むが、これらに限定されない。補償はまた、単純化するために、エコートレイン全体にわたる定数であってもよく、このケースの場合、ｋ空間中心（すなわち、エコー時間における）に対応するエコーでの補正が、エコートレイン全体に適用される。
【００４４】
再び図３を参照すると、ブロック１０６でＨＯＥＣ項があらかじめ補償された後で、ブロック１０８で、補償されたデータに基づいて画像を再構築することができる。ブロック１１０で、再構築された画像は、ユーザに表示される、または今後の使用のために画像記憶データベースに記憶されてよい。
【００４５】
本発明の実施形態によれば、ＤＷ−ＥＰＩのための、ＨＯＥＣに誘発された歪みの補償により、シングルスピンエコーＤＷ−ＥＰＩをより実用的なものにすることができる。シングルスピンエコーは、デュアルスピンエコーＤＷＩに比べて、ＳＮＲおよびスキャン時間の利点を有するが、本発明の実施形態は、デュアルスピンエコーに、および他のＤＷ−ＥＰＩシーケンスの変形にも適用して、歪みを低減することができる。本発明の実施形態は、長いスキャン時間、低いＳＮＲ、および大きな画像歪みを有することがある全身用ＤＷＩに著しい影響力をもたらすことができる。特に、ＳＮＲが問題となり得る、高ｂ値、パラレル撮像ファクタの大きいケースについて、脳用ＤＷＩも同様に利益を得ることができる。
【００４６】
開示された方法および装置についての技術的な貢献は、拡散強調エコープラナー撮像法において高次渦電流に誘発された歪みを、コンピュータ実装により補正することを提供する。
【００４７】
当業者は、本発明の実施形態が、コンピュータプログラムを記憶しているコンピュータ可読記憶媒体とインターフェース接続され、それにより制御されてよいことを理解するであろう。コンピュータ可読記憶媒体は、１つまたは複数の電子コンポーネント、ハードウェアコンポーネント、および／またはコンピュータソフトウェアコンポーネントなどの複数のコンポーネントを含む。これらのコンポーネントは、シーケンスの１つもしくは複数の実装形態または実施形態の１つもしくは複数の部分を実行するための、ソフトウェア、ファームウェア、および／またはアセンブリ言語などの命令を一般に記憶する、１つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体を含むことができる。これらのコンピュータ可読記憶媒体は、一般に、非一時的かつ／または有形である。そのようなコンピュータ可読記憶媒体の例には、コンピュータおよび／または記憶デバイスの記録可能なデータ記憶媒体が含まれる。コンピュータ可読記憶媒体は、たとえば、磁気的、電気的、光学的、生物学的、かつ／またはアトミックなデータ記憶媒体のうちの１つまたは複数を利用することができる。さらに、そのような媒体は、たとえば、フロッピー（商標）ディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスクドライブ、および／または電子メモリの形態を取ることができる。ここに挙げられていない非一時的かつ／または有形なコンピュータ可読記憶媒体の他の形態が、本発明の実施形態と共に利用されてもよい。
【００４８】
そのようないくつかのコンポーネントは、システムの実装形態において組み合わせる、または分割することができる。さらに、当業者であれば理解するように、そのようなコンポーネントは、任意のいくつかのプログラミング言語で書かれた、またはプログラミング言語で実装される、一組の、および／または一連のコンピュータ命令を含むことができる。加えて、搬送波などのコンピュータ可読媒体の他の形態が、一連の命令を表すコンピュータデータ信号を具体化するために利用されてよく、一連の命令は、１つまたは複数のコンピュータによって実行されるとき、１つまたは複数のコンピュータに、シーケンスの１つもしくは複数の実装形態または実施形態の１つもしくは複数の部分を実行させる。
【００４９】
したがって、本発明の実施形態によれば、磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）装置がＭＲＩシステムを含み、ＭＲＩシステムは、ＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリに送信してＭＲ画像を取得するために、マグネットのボアの周囲に配置された複数の勾配コイル、ＲＦトランシーバシステム、およびパルスモジュールによって制御されるＲＦスイッチを有する。ＭＲＩ装置はまた、撮像システムの高次渦電流により発生した磁場誤差を特徴付けるように構成されたキャリブレーションデータをキャリブレーションスキャンから取得するようにプログラムされたコンピュータを含む。コンピュータはまた、複数の基底係数および複数の時定数を発生させるためにキャリブレーションデータを処理し、複数の基底係数、複数の時定数、および所与のパルスシーケンスにおける勾配波形に基づいて、複数の基底補正係数を計算するように、プログラムされる。コンピュータは、撮像対象からＭＲデータを取得するためにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用すること、および取得されたＭＲデータに基づいて画像を再構築することを含む、拡散強調撮像スキャンを実行するように、さらにプログラムされる。コンピュータはまた、再構築された画像において高次渦電流に誘発された歪みを低減するように構成されたＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用するように、プログラムされる。
【００５０】
本発明の別の実施形態によれば、拡散強調エコープラナー撮像法（ＤＷ−ＥＰＩ）において高次渦電流に誘発された歪みを補正するための方法が、撮像システムの高次渦電流を特徴付けるように構成されたキャリブレーションデータをキャリブレーションスキャンから取得するステップと、複数の基底係数および複数の時定数を発生させるためにキャリブレーションデータを処理するステップと、複数の基底係数に基づいて、および複数の時定数に基づいて、複数の基底補正係数を計算するステップとを含む。方法はまた、撮像対象からＭＲデータを取得するためにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用するステップと、取得されたＭＲデータにおいて高次渦電流に誘発された歪みを低減するようにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用するステップと、取得されたＭＲデータに基づいて、画像を再構築するステップとを含む。
【００５１】
本発明のさらに別の実施形態によれば、非一時的なコンピュータ可読媒体が、一組の命令を含むコンピュータプログラムを記憶しており、一組の命令は、コンピュータによって実行されるときに、コンピュータに、撮像システムの高次渦電流により発生した磁場誤差を特徴付けるように構成されたキャリブレーションデータをキャリブレーションスキャンから取得させ、キャリブレーションデータを処理させる。一組の命令はまた、コンピュータに、処理されたキャリブレーションデータに基づいて、複数の基底係数および複数の時定数を発生させ、複数の基底係数、複数の時定数、およびＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスにおける勾配波形に基づいて、複数の基底補正係数を計算させる。一組の命令はまた、コンピュータに、撮像対象からＭＲデータを取得するためにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用させ、ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用させ、取得されたＭＲデータに基づいて、画像を再構築させる。
【００５２】
この書面による説明は、最良の形態を含む本発明の実施形態を開示し、また当業者が任意のデバイスまたはシステムを作成し、使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含め、本発明の実施形態を実践できるようにするための例を使用している。本発明の実施形態の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求項の文字通りの言語と相違しない構造的要素を有する場合、または、特許請求項の文字通りの言語と実質のない相違を有する均等な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲内であることを意図する。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）システム
１２ オペレータコンソール
１３ 入力デバイス
１４ コントロールパネル
１６ ディスプレイスクリーン
１８ リンク
２０ コンピュータシステム
２０ａ バックプレーン
２２ 画像プロセッサモジュール
２４ ＣＰＵモジュール
２６ メモリモジュール
３２ システムコントロール
３２ａ バックプレーン
３４ 高速シリアルリンク
３６ ＣＰＵモジュール
３８ パルス発生器モジュール
４０ シリアルリンク
４２ 勾配増幅器
４４ 生理的取得コントローラ
４６ スキャン室インターフェース回路
４８ 患者位置決めシステム
５０ 勾配コイルアセンブリ
５２ 共鳴アセンブリ
５４ 分極マグネット
５６ 全身用ＲＦコイル
５８ トランシーバモジュール
６０ ＲＦ増幅器
６２ 送信／受信スイッチ
６４ 前置増幅器
６６ メモリモジュール
６８ アレイプロセッサ
７０ ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンス
７２ ９０度ＲＦパルス
７４ １８０度ＲＦパルス
７６ エコー信号
７８ プリフェイジングパルス
８０ 読み出しパルス
８２ プリフェイジングパルス
８４ 位相エンコーディングパルス
８６ スライス選択パルス
８６ａ スライス選択パルス
８８ スライス選択パルス
９０ 台形パルス
９２ 台形パルス
９４ ＨＯＥＣ補正技法
１１６ ＨＯＥＣデータ処理アルゴリズム
１１８ ＨＯＥＣデータ処理アルゴリズム
１４２ アルゴリズム
１５２ 予測補償アルゴリズム
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、磁気共鳴（ＭＲ）撮像法に関し、より詳細には、拡散強調エコープラナー撮像法において、高次渦電流に誘発された歪みを補正することに関する。
【背景技術】
【０００２】
人体組織のような物質が均一な磁場（分極場Ｂ0）を受けるとき、組織内のスピンの個々の磁気モーメントが、この分極場と整列しようとし、しかしながら、その回りをそれぞれの固有のラーモア周波数でランダムに歳差運動する。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磁場（励起場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平面へと回転し、または「傾斜」して、正味の横磁気モーメントＭtを生じ得る。励起信号Ｂ1が終了した後に、励起したスピンによって信号が放出され、この信号が受信され、処理されて、画像を形成することができる。
【０００３】
これらの信号を利用して画像を生成するとき、磁場勾配（Ｇx、Ｇy、およびＧz）が用いられる。典型的には、これらの勾配が、使用している特定の局在化法に従って変化する一連の測定サイクルによって、撮像されるべき領域がスキャンされる。結果として得られる一組の受信ＮＭＲ信号がデジタル化され、多くのよく知られた再構築技法のうちの１つを使用して、画像を再構築するように処理される。
【０００４】
拡散強調エコープラナー撮像法（ＤＷ−ＥＰＩ）が、拡散勾配により発生した渦電流場に起因する、拡散エンコーディング方向に依存した歪みをしばしば受けることはよく知られている。これらの歪みは、補正されない場合、異なる方向のＤＷ画像の中での位置ずれ（ｍｉｓ−ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）、およびＤＷ画像の組合せに関連する任意の後処理操作の誤りにつながることがある。デュアルスピンエコー（２度のリフォーカス（ｔｗｉｃｅ ｒｅｆｏｃｕｓｅｄ）とも呼ばれる）ＤＷ−ＥＰＩが、本来の渦電流を解消する一定レベルを提供するために提案されているが、これは、エコー時間の著しい増加、および信号対雑音比（ＳＮＲ）の減少を伴う。たとえば、３Ｔにおける肝撮像で、典型的なデュアルスピンエコープロトコルは、対応するシングルスピンエコー（Ｓｔｅｊｓｋａｌ−Ｔａｎｎｅｒシーケンスとも呼ばれる）プロトコルの約半分のＳＮＲを発生してよい。多くのケース（たとえば、全身用ＤＷ−ＥＰＩ）では、付随するスキャン時間が長くなることから、ＮＥＸを増加させることは、ＳＮＲを増加させるための選択肢ではない。したがって、実際には、結果として生じる歪みを低減しながら、シングルスピンエコーを維持することが望ましい。
【０００５】
従来の歪み補正方法は、プリエンファシスによって、または勾配波形および受信周波数を明示的に修正することによって、線形および定常の渦電流（Ｂ0渦電流とも呼ばれる）のみを補正することに焦点を当てている。しかしながら、勾配コイルの漏れ磁場に起因する高い空間次数の未補償渦電流、または単に高次渦電流（ＨＯＥＣ）はまた、上昇したｂ値、ならびに最新のＭＲスキャナにおける勾配振幅およびスルーレートを上げる要求により、著しいことがある。これらの渦電流が作り出した磁場により発生した歪みは、高い空間次数のために、拡散勾配方向依存性であるだけでなく、スライス依存性でもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６３３５６２０号明細書
【発明の概要】
【０００７】
したがって、ＤＷ−ＥＰＩにおいて、ＨＯＥＣに起因する歪みを補正することができるシステムおよび方法を有することが望ましいであろう。
【０００８】
本発明の一態様に従って、磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）装置がＭＲＩシステムを含み、ＭＲＩシステムは、ＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリに送信してＭＲ画像を取得するために、マグネットのボアの周囲に配置された複数の勾配コイル、ＲＦトランシーバシステム、およびパルスモジュールによって制御されるＲＦスイッチを有する。ＭＲＩ装置はまた、撮像システムの高次渦電流により発生した磁場誤差を特徴付けるように構成されたキャリブレーションデータをキャリブレーションスキャンから取得するようにプログラムされたコンピュータを含む。コンピュータはまた、複数の基底係数および複数の時定数を発生させるためにキャリブレーションデータを処理し、複数の基底係数、複数の時定数、および所与のパルスシーケンスにおける勾配波形に基づいて、複数の基底補正係数を計算するように、プログラムされる。コンピュータは、撮像対象からＭＲデータを取得するためにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用すること、および取得されたＭＲデータに基づいて画像を再構築することを含む、拡散強調撮像スキャンを実行するように、さらにプログラムされる。コンピュータはまた、再構築された画像において高次渦電流に誘発された歪みを低減するように構成されたＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用するように、プログラムされる。
【０００９】
本発明の別の態様に従って、拡散強調エコープラナー撮像法（ＤＷ−ＥＰＩ）において高次渦電流に誘発された歪みを補正するための方法が、撮像システムの高次渦電流を特徴付けるように構成されたキャリブレーションデータをキャリブレーションスキャンから取得するステップと、複数の基底係数および複数の時定数を発生させるためにキャリブレーションデータを処理するステップと、複数の基底係数に基づいて、および複数の時定数に基づいて、複数の基底補正係数を計算するステップとを含む。方法はまた、撮像対象からＭＲデータを取得するためにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用するステップと、取得されたＭＲデータにおいて高次渦電流に誘発された歪みを低減するようにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用するステップと、取得されたＭＲデータに基づいて、画像を再構築するステップとを含む。
【００１０】
本発明のさらに別の態様に従って、非一時的なコンピュータ可読媒体が、一組の命令を含むコンピュータプログラムを記憶しており、一組の命令は、コンピュータによって実行されるときに、コンピュータに、撮像システムの高次渦電流により発生した磁場誤差を特徴付けるように構成されたキャリブレーションデータをキャリブレーションスキャンから取得させ、キャリブレーションデータを処理させる。一組の命令はまた、コンピュータに、処理されたキャリブレーションデータに基づいて、複数の基底係数および複数の時定数を発生させ、複数の基底係数、複数の時定数、およびＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスにおける勾配波形に基づいて、複数の基底補正係数を計算させる。一組の命令はまた、コンピュータに、撮像対象からＭＲデータを取得するためにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用させ、ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用させ、取得されたＭＲデータに基づいて、画像を再構築させる。
【００１１】
さまざまな他の特徴および効果は、以下の詳細な説明および図面から明らかにされるであろう。
【００１２】
図面は、本発明の実施形態を行うために、現在のところ企図されている実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態と使用するためのＭＲ撮像システムの概略ブロック図である。
【図２】シングルスピンエコー拡散強調ＥＰＩスキャンのための理想的な勾配波形およびＲＦ波形を示すパルスシーケンス図である。
【図３】本発明の実施形態によるＨＯＥＣ補正技法を示す流れ図である。
【図４】本発明の実施形態による図３のＨＯＥＣ補正技法において使用されてよい、ＨＯＥＣキャリブレーションデータ処理アルゴリズムを示す流れ図である。
【図５】本発明の実施形態による図３のＨＯＥＣ補正技法において使用されてよい、別のＨＯＥＣデータ処理アルゴリズムを示す流れ図である。
【図６】本発明の実施形態による図３のＨＯＥＣ補正技法において使用されてよい、ＨＯＥＣ項を計算するためのアルゴリズムを示す流れ図である。
【図７】本発明の実施形態による図３のＨＯＥＣ補正技法において使用されてよい、ＨＯＥＣ項を予測補償するためのアルゴリズムを示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照すると、本発明の実施形態を組み入れる、磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）システム１０の主要なコンポーネントが示されている。システムの動作は、オペレータコンソール１２から特定の機能について制御され、オペレータコンソール１２は、この例では、キーボードまたは他の入力デバイス１３と、コントロールパネル１４と、ディスプレイスクリーン１６とを含む。コンソール１２は、オペレータが画像の作成およびディスプレイスクリーン１６への表示を制御するのを可能にする別個のコンピュータシステム２０と、リンク１８を介して通信する。コンピュータシステム２０は、バックプレーン２０ａを介して互いに通信するいくつかのモジュールを含む。これらのモジュールは、画像プロセッサモジュール２２と、ＣＰＵモジュール２４と、画像データアレイを記憶するためのフレームバッファとして当技術分野で知られているメモリモジュール２６とを含む。コンピュータシステム２０は、高速シリアルリンク３４を介して、別個のシステムコントロール３２と通信する。入力デバイス１３は、マウス、ジョイスティック、キーボード、トラックボール、タッチ作動スクリーン、ライトワンド、音声コントロール、カードリーダ、プッシュボタン、または任意の同様の、もしくは同等の入力デバイスを含むことができ、これらを対話式の幾何学的指示のために使用することができる。
【００１５】
システムコントロール３２は、バックプレーン３２ａによって互い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は、ＣＰＵモジュール３６と、シリアルリンク４０を介してオペレータコンソール１２に接続するパルス発生器モジュール３８とを含む。このリンク４０を介して、システムコントロール３２は、実行すべきスキャンシーケンスを指示するオペレータから、コマンドを受信する。パルス発生器モジュール３８は、所望のスキャンシーケンスを実行するようにシステムコンポーネントを動作させ、生成するＲＦパルスのタイミング、強度および形状、ならびにデータ取得ウィンドウのタイミングおよ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に接続して、スキャン中に生成される勾配パルスのタイミングおよび形状を指示する。パルス発生器モジュール３８はまた、生理的取得コントローラ４４から患者データを受信することができ、この生理的取得コントローラ４４は、患者に取り付けられた電極からのＥＣＧ信号などの、患者に接続したいくつかの異なるセンサから信号を受信する。そして最終的に、パルス発生器モジュール３８は、スキャン室インターフェース回路４６に接続し、スキャン室インターフェース回路４６は、患者およびマグネットシステムの状態に関連付けられたさまざまなセンサからの信号を受信する。またこのスキャン室インターフェース回路４６を介して、患者位置決めシステム４８が、患者をスキャンのための所望の位置まで移動させるためのコマンドを受信する。
【００１６】
パルス発生器モジュール３８により生成された勾配波形は、Ｇｘ増幅器、Ｇｙ増幅器、およびＧｚ増幅器を有する勾配増幅器システム４２に適用される。各勾配増幅器は、取得した信号を空間的にエンコードするために使用する磁場勾配を生成するように、全体を５０で示す勾配コイルアセンブリ内の対応する物理的な勾配コイルを励起させる。勾配コイルアセンブリ５０は、分極マグネット５４および全身用ＲＦコイル５６を含む共鳴アセンブリ５２の一部を形成する。システムコントロール３２内のトランシーバモジュール５８は、パルスを生成し、このパルスは、ＲＦ増幅器６０によって増幅され、送信／受信スイッチ６２によってＲＦコイル５６に結合される。患者内で励起した原子核が放出して得られた信号は、同じＲＦコイル５６により検知されて、送信／受信スイッチ６２を介して前置増幅器６４に結合されてよい。増幅したＭＲ信号は、トランシーバ５８の受信機部分で復調され、フィルタ処理され、デジタル化される。送信／受信スイッチ６２は、パルス発生器モジュール３８からの信号により制御されて、送信モードの間、ＲＦ増幅器６０をコイル５６に電気的に接続し、受信モードの間、前置増幅器６４をコイル５６に接続する。送信／受信スイッチ６２はまた、別個のＲＦコイル（たとえば、表面コイル）を、送信モードまたは受信モードのいずれかにおいて使用可能にすることができる。
【００１７】
ＲＦコイル５６によってピックアップされたＭＲ信号は、トランシーバモジュール５８によりデジタル化され、システムコントロール３２内のメモリモジュール６６に転送される。未処理のｋ空間データのアレイがメモリモジュール６６において取得されると、スキャンは完了する。この未処理のｋ空間データは、再構築されるべき画像ごとに、別個のｋ空間データアレイに再配列され、これらの各々が、データを画像データのアレイにフーリエ変換するように動作するアレイプロセッサ６８に入力される。この画像データは、シリアルリンク３４を介してコンピュータシステム２０に搬送され、コンピュータシステム２０においてメモリに記憶される。オペレータコンソール１２から受信したコマンドに応答して、または別のやり方でシステムソフトウェアにより指示されるように、この画像データを、長期ストレージにアーカイブすることができる、あるいは、画像プロセッサ２２によりさらに処理してオペレータコンソール１２に搬送し、ディスプレイ１６上に提示することができる。
【００１８】
本発明の実施形態は、拡散強調エコープラナー撮像法（ＤＷ−ＥＰＩ）において、高次渦電流（ＨＯＥＣ）に誘発された、拡散勾配方向に依存した歪みを補正する。本明細書で使用するとき、「高次」とは、それぞれ次数１および０を意味する線形次数および定数次数と比較して、２以上である空間次数を意味する。しかしながら、本発明の実施形態はまた、線形次数および定数次数にも同様に適用することができる。ＨＯＥＣに起因する歪みは、取得したデータに、特に大きなＦＯＶが使用され、大きなスライス有効範囲が望ましい身体用途の場合に、強く影響することがある。本明細書で論じるように、システムキャリブレーションが、Ｐ以下の空間次数の渦電流を特徴付けるために使用されてよく、ここで、Ｐは通常３から５であるが、一般に任意の次数であってよい。読み出し軸、位相エンコーディング軸、およびスライス軸における勾配、ならびに受信機周波数のための補正振幅をスライスごとに有するＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを利用して、準線形ＨＯＥＣ項の影響をあらかじめ取り除くことができる。
【００１９】
図２を参照すると、それぞれ、９０度ＲＦパルス７２、および１８０度ＲＦパルス７４を含むＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンス７０が示されている。ＲＦパルス７２、７４は、空間情報でエンコードされてよいエコー信号７６を発生させるために、ＲＦコイル５６によって送信されてよい。エコー信号７６はまた、画像の再構築に使用するために、コイル５６によって、または表面コイルなどの別のコイルによって受信されてもよい。
【００２０】
エコープラナー撮像法に従ってエコー信号７６を空間的にエンコードするために、図２に示すシーケンスは、読み出し勾配Ｇro、位相エンコーディング勾配Ｇpe、およびスライス選択勾配Ｇslのそれぞれをさらに含む。読み出し勾配Ｇroは、プリフェイジングパルス７８と、読み出しパルス８０とを含む。同様に、位相エンコーディング勾配Ｇpeは、プリフェイジングパルス８２と、位相エンコーディングパルス８４とを含む。スライス選択勾配Ｇslは、９０度ＲＦパルス７２のためのスライス選択パルス８６、および１８０度ＲＦパルス７４のためのスライス選択パルス８８、ならびにスライスリフォーカスのためのスライス選択パルス８６ａを含む。
【００２１】
さらに図２を参照すると、拡散強調ＥＰＩスキャンに使用される拡散強調勾配Ｇdが示されている。拡散強調勾配Ｇdは、１８０度ＲＦパルス７４の両側に配置された２つの等価な台形パルス９０および９２を含む。一般的に、Ｇdは、３つの論理軸のすべてで成分を含むことができることに留意されたい。以下では、読み出し軸、位相エンコーディング軸、およびスライス軸（すなわち、論理軸）を、それぞれ、ｕ、ｖ、およびｗとして表し、ｕ軸、ｖ軸、およびｗ軸におけるＧdの成分を、それぞれＧu、Ｇv、およびＧwとして表す。物理軸は、ｘ、ｙ、およびｚとして表す。
【００２２】
図３は、本発明の実施形態によるＨＯＥＣ補正技法９４を示す。技法９４は、図１のＭＲＩシステム１０などの、特定の撮像システムの渦電流により発生した磁場誤差を特徴付けるために、ＨＯＥＣキャリブレーションを実行することにより、ブロック９６で始まる。キャリブレーションは、ファントムベース、またはローカルピックアップコイルベースのいずれかであってよい。ファントムベース法では、勾配エコー画像は、渦電流発生勾配の後の複数の時間点においてしばしば収集される。ローカルピックアップコイルベース法では、それぞれが小さなサンプルを有するいくつかのローカルコイルを使用して、そのそれぞれの空間的位置において自由誘導減衰信号を得る。ＨＯＥＣ測定のためにローカルピックアップコイル法を使用するには、ＨＯＥＣ特徴付けのための十分なデータが得られるように、各データ取得においてコイル設備の位置を変えた、複数のデータ取得がしばしば必要とされる。ＨＯＥＣキャリブレーションは、必要なだけ頻繁に行うことができるが、一般には、システム設置ごとに１回、または大幅なシステムハードウェア（たとえば、勾配コイル）の変更があったときに必要とされるにすぎない。４次元（空間における３Ｄおよび時間における１Ｄ）渦電流場データセットが、ＨＯＥＣキャリブレーションスキャンの後で発生する。
【００２３】
ブロック９８で、ブロック９６のＨＯＥＣキャリブレーションからのデータが、最初に前処理され、次いで、上で述べたキャリブレーション法のうちブロック９６で使用されたどちらかに基づいたアルゴリズムに従って基礎となるＨＯＥＣを特徴付けるために、数学的モデルに当てはめられる。図４および図５は、本発明の実施形態による図３のＨＯＥＣ補正技法９４の、ブロック９８で使用されてよいＨＯＥＣデータ処理アルゴリズム１１６、１１８を示す。
【００２４】
図４を参照すると、ＨＯＥＣデータ処理アルゴリズム１１６が、上で説明したようなファントムベース法を使用して技法９４のブロック９６のＨＯＥＣキャリブレーションを実行するときに、使用されている。ブロック１２０で、ＨＯＥＣキャリブレーションスキャンからのデータが取得される。ブロック１２２で、３Ｄ位相アンラッピングがデータの位相角に適用され、ブロック１２４で、位相角はエコー時間に比例した分だけ変倍されて、磁場データセットを生じる。ブロック１２６で、次いで磁場データセットの各時間点が、Ｐまでの次数の多項式基底または球面調和基底に空間的に当てはめられて、基底係数を発生し、ここで、Ｐは通常３から５であるが、一般に任意の次数であってよい。空間的な当てはめの間、規模の重み付けまたはマスクが適宜使用されてよいことに留意されたい。
【００２５】
ブロック１２８で、結果として得られた基底係数は次いで、単一指数関数モデルまたは多重指数関数モデルを使用して、時間軸に沿って時間的に当てはめられる。ＨＯＥＣデータ処理の最終結果は、一組の（αmn，τmn）対であり、ここで、αmnは、基底係数であり、τmnは、拡散ドナー軸ｍを有する、ｎ個の空間基底関数Ｂn（ｘ，ｙ，ｚ）、ｎ＝１，２，・・・Ｎの時定数（表記上単純化するために、単一指数関数を想定する）であり、ここで、ｍは、ｘ、ｙ、またはｚ軸である。Ｂn（ｘ，ｙ，ｚ）は、議論の便宜のために、多項式基底であると想定する。これは、球面調和基底が多項式基底の線形結合であり、容易に多項式に変換できることから、一般化を損なわないことに留意されたい。基底の総数Ｎ＝（Ｐ＋１）（Ｐ＋２）（Ｐ＋３）／６ということもまた留意されたい。ブロック１３０で、（αmn，τmn）対は、今後の使用のために、スキャナのホストコンピュータに保存される、または記憶される。
【００２６】
図５を参照すると、ＨＯＥＣデータ処理アルゴリズム１１８が、上で説明したようなローカルピックアップコイルベース法を使用して技法９４のブロック９６のＨＯＥＣキャリブレーションを実行するときに、使用されている。ブロック１３２で、ＨＯＥＣキャリブレーションスキャンからのデータが取得される。ブロック１３４で、時間微分がデータの位相角で取られて、コイル位置において磁場オフセットを得る。ブロック１３６で、磁場オフセットの各時間点が次いで、Ｐまでの次数の多項式基底または球面調和基底に空間的に当てはめられて、基底係数を発生し、ここで、Ｐは通常３から５であるが、一般に任意の次数であってよい。上で述べたように、空間的な当てはめの間、規模重み付けまたはマスクが適宜使用されてよい。
【００２７】
ＨＯＥＣデータ処理アルゴリズム１１６に関して上で説明したのと同様に、ブロック１３８で、結果として得られた基底係数は次いで、時間軸に沿って時間的に当てはめられ、一組の（αmn，τmn）対が発生する。ブロック１４０で、（αmn，τmn）対は、今後の使用のために、スキャナのホストコンピュータに保存される、または記憶される。
【００２８】
技法９４のブロック９６のＨＯＥＣキャリブレーションスキャンと同様に、ＨＯＥＣデータ処理アルゴリズム１１６および１１８で実行されるＨＯＥＣデータ処理は、システム設置ごとに１回行う必要があるにすぎない。しかしながら、アルゴリズム１１６および１１８は、必要なだけ頻繁に実行されてもよい。
【００２９】
再び図３を参照すると、ブロック１００で、ＤＷ−ＥＰＩプロトコル依存のＨＯＥＣ項が計算される。ブロック１００は、任意の撮像面を扱うことができることに留意されたい。本明細書で使用するとき、任意の撮像面とは、垂直軸方向の、冠状の、または矢状のスキャン面、ならびに任意の傾斜面を意味する。図６に示すように、図３のブロック１００についてのＨＯＥＣ項を計算するためのアルゴリズム１４２が示される。ブロック１４４で、使用されるべきＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスの拡散勾配成分Ｇu、Ｇv、Ｇwが得られる。ブロック１４５で、３×３軸回転行列Ｒを適用することによって、論理勾配Ｇu、Ｇv、Ｇwが、物理成分Ｇx、Ｇy、Ｇzに変換される。
【００３０】
【数１】
ここで、
【００３１】
【数２】
Ｒは、ユニタリ行列（すなわち、Ｒ-1＝ＲT）であることに留意されたい。
【００３２】
ブロック１４６で、技法９４のブロック９６のＨＯＥＣキャリブレーションスキャンから、ブロック９８を介して決定された（αmn，τmn）対が得られ、ブロック１４８で、パルスシーケンスタイプおよびシーケンスタイミング関連定数βmnが計算される。
【００３３】
βmnの微分は、解析的であっても、畳み込みを使用してもよい。βmnを得るために、すべての勾配波形が含まれてよいが、βmnを得るために単純化された解析を見込んだ拡散勾配からの貢献がしばしば有力である。たとえば、図２に示したようなシングルスピンエコーＤＷ−ＥＰＩが使用されるとき、βmnは、以下で導き出すことができる。
【００３４】
【数３】
ここで、ｔ1、ｔ2、およびｔ3は、図２に示したシーケンスタイミング関連定数である。デュアルスピンエコーＤＷ−ＥＰＩまたは誘導エコーＤＷ−ＥＰＩなどの、他のパルスシーケンスについてのβmnもまた、解析的に決定されてよいことに留意されたい。
【００３５】
ブロック１４９で、最後の拡散勾配の後で、時間ｔにおけるｎ個の基底関数Ｂn（ｘ，ｙ，ｚ）についてのＨＯＥＣ物理基底係数ｄn（ｔ）が、以下の式
【００３６】
【数４】
に基づいて計算される。
ここで、Ｇmは、拡散勾配振幅のｘ、ｙ、またはｚの成分である。
【００３７】
ブロック１５０で、別の回転行列、基底回転行列Ｆの転置が、ｄ1（ｔ），ｄ2（ｔ），・・・，ｄN（ｔ）に適用されて、それらをＨＯＥＣ論理基底係数ｃ1（ｔ），ｃ2（ｔ），・・・，ｃN（ｔ）に変換する。
【００３８】
【数５】
ここで、「Ｔ」は、行列転置を表す。Ｆは、論理座標から物理座標へと多項式基底を変換するＮ×Ｎの行列である。Ｆの実際の形式は、多項式次数、および基底関数がどのように番号付けされているかに依存する。一般化を損なわずに、基底は、以下の次数、１、ｘ、ｙ、ｚ、ｘ2、ｘｙ、ｘｚ、ｙ2、ｙｚ、ｚ2、ｘ3、ｘ2ｙ、ｘ2ｚ、ｘｙ2、ｘｙｚ、ｘｚ2、ｙ3、ｙ2ｚ、ｙｚ2、ｚ3、・・・にあり、ここで、より低い次数基底はより高い次数基底の先になり、同じ多項式次数を有する基底の場合、より高いｘ指数を有する基底が先になり、または、同じｘ指数の場合は、より高いｙ指数を有する基底が先になる。Ｆは、Ｂn（ｘ，ｙ，ｚ）とＢn（ｕ，ｖ，ｗ）との関係によって決定されてよく、ここで、
【００３９】
【数６】
である。たとえば、三次多項式までについて、
【００４０】
【数７】
である。ブロック１５１で、すべてのＨＯＥＣ論理基底係数が、今後の使用のために保存される。
【００４１】
再び図３を参照すると、プロトコル依存のＨＯＥＣ項が、ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスにおいて、あらかじめ技法９４で補償されてよい。予測補償は、ブロック１０６で、撮像スキャンの間に使用されるＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスに、ＨＯＥＣ補正を適用することを含む。図７は、本発明の実施形態による、ブロック１０６のための予測補償アルゴリズム１５２を示す。Ｆの適用により、基底はここで論理軸にあることに留意されたい。ｗp、ｕｗp、ｖｗp（ｐ≧０）であるそれらの形式を有する基底関数を、本明細書においてタイプＡ項と呼ぶ。残りのすべての基底関数（たとえば、ｕｖ、ｕ2ｗ）を、本明細書においてタイプＢ項と呼ぶ。ブロック１５４で、タイプＡ項が識別される。タイプＡ項は、所与のスライス位置ｗ＝ｗ0において評価されるときに、それらが線形Ｇu勾配、Ｇv勾配、Ｇw勾配になる、またはＢ0オフセットになるという意味において、準線形である。ブロック１５６で、各スライス位置における基底が評価され、ブロック１５８で、ｗ＝ｗ0におけるスライスの場合に、対応するｃn（ｔ）に
【００４２】
【数８】
を掛けることによって、基底ｕｗpもしくはｖｗpからの実効勾配、または基底ｗpからのＢ0オフセットを得ることができる。これらのＧu勾配、Ｇv勾配、Ｇw勾配は、それぞれ、せん断歪み、ＦＯＶ圧縮／膨張、および信号喪失を引き起こし、Ｂ0オフセットは、ＦＯＶシフトを引き起こすことに留意されたい。
【００４３】
ブロック１６０で、すべてのタイプＡ項が、ソフトウェアレベル（すなわち、パルスシーケンス）、またはファームウェア／ハードウェアレベルのいずれかにおいて、補償されてよい。ソフトウェア補償では、読み出し勾配、位相エンコーディング勾配、およびスライス勾配、ならびに受信機周波数などのＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンス要素が、パルスシーケンスにおいてスライスごとに調整される。ファームウェア／ハードウェア補償では、パルスシーケンスコマンドは変化しないままであるが、実際の勾配波形および中心周波数オフセットが、スライスごとに、ファームウェア／ハードウェアコマンドによって舞台裏で増大する。たとえば、修正されていないパルスシーケンスコマンドが、図１の勾配増幅器４２への入力などの増幅器入力に提供されてよい。次いで、勾配増幅器入力は、ファームウェア／ハードウェア補償によって制御されて、受信したＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンス要素のうちの１つまたは複数を調整することができる。どちらにしても、時間変動補償が好ましく、時間変動補償は、真の指数関数、区分線形（すなわち高次）、または区分定数の補償を含むが、これらに限定されない。補償はまた、単純化するために、エコートレイン全体にわたる定数であってもよく、このケースの場合、ｋ空間中心（すなわち、エコー時間における）に対応するエコーでの補正が、エコートレイン全体に適用される。
【００４４】
再び図３を参照すると、ブロック１０６でＨＯＥＣ項があらかじめ補償された後で、ブロック１０８で、補償されたデータに基づいて画像を再構築することができる。ブロック１１０で、再構築された画像は、ユーザに表示される、または今後の使用のために画像記憶データベースに記憶されてよい。
【００４５】
本発明の実施形態によれば、ＤＷ−ＥＰＩのための、ＨＯＥＣに誘発された歪みの補償により、シングルスピンエコーＤＷ−ＥＰＩをより実用的なものにすることができる。シングルスピンエコーは、デュアルスピンエコーＤＷＩに比べて、ＳＮＲおよびスキャン時間の利点を有するが、本発明の実施形態は、デュアルスピンエコーに、および他のＤＷ−ＥＰＩシーケンスの変形にも適用して、歪みを低減することができる。本発明の実施形態は、長いスキャン時間、低いＳＮＲ、および大きな画像歪みを有することがある全身用ＤＷＩに著しい影響力をもたらすことができる。特に、ＳＮＲが問題となり得る、高ｂ値、パラレル撮像ファクタの大きいケースについて、脳用ＤＷＩも同様に利益を得ることができる。
【００４６】
開示された方法および装置についての技術的な貢献は、拡散強調エコープラナー撮像法において高次渦電流に誘発された歪みを、コンピュータ実装により補正することを提供する。
【００４７】
当業者は、本発明の実施形態が、コンピュータプログラムを記憶しているコンピュータ可読記憶媒体とインターフェース接続され、それにより制御されてよいことを理解するであろう。コンピュータ可読記憶媒体は、１つまたは複数の電子コンポーネント、ハードウェアコンポーネント、および／またはコンピュータソフトウェアコンポーネントなどの複数のコンポーネントを含む。これらのコンポーネントは、シーケンスの１つもしくは複数の実装形態または実施形態の１つもしくは複数の部分を実行するための、ソフトウェア、ファームウェア、および／またはアセンブリ言語などの命令を一般に記憶する、１つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体を含むことができる。これらのコンピュータ可読記憶媒体は、一般に、非一時的かつ／または有形である。そのようなコンピュータ可読記憶媒体の例には、コンピュータおよび／または記憶デバイスの記録可能なデータ記憶媒体が含まれる。コンピュータ可読記憶媒体は、たとえば、磁気的、電気的、光学的、生物学的、かつ／またはアトミックなデータ記憶媒体のうちの１つまたは複数を利用することができる。さらに、そのような媒体は、たとえば、フロッピー（商標）ディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスクドライブ、および／または電子メモリの形態を取ることができる。ここに挙げられていない非一時的かつ／または有形なコンピュータ可読記憶媒体の他の形態が、本発明の実施形態と共に利用されてもよい。
【００４８】
そのようないくつかのコンポーネントは、システムの実装形態において組み合わせる、または分割することができる。さらに、当業者であれば理解するように、そのようなコンポーネントは、任意のいくつかのプログラミング言語で書かれた、またはプログラミング言語で実装される、一組の、および／または一連のコンピュータ命令を含むことができる。加えて、搬送波などのコンピュータ可読媒体の他の形態が、一連の命令を表すコンピュータデータ信号を具体化するために利用されてよく、一連の命令は、１つまたは複数のコンピュータによって実行されるとき、１つまたは複数のコンピュータに、シーケンスの１つもしくは複数の実装形態または実施形態の１つもしくは複数の部分を実行させる。
【００４９】
したがって、本発明の実施形態によれば、磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）装置がＭＲＩシステムを含み、ＭＲＩシステムは、ＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリに送信してＭＲ画像を取得するために、マグネットのボアの周囲に配置された複数の勾配コイル、ＲＦトランシーバシステム、およびパルスモジュールによって制御されるＲＦスイッチを有する。ＭＲＩ装置はまた、撮像システムの高次渦電流により発生した磁場誤差を特徴付けるように構成されたキャリブレーションデータをキャリブレーションスキャンから取得するようにプログラムされたコンピュータを含む。コンピュータはまた、複数の基底係数および複数の時定数を発生させるためにキャリブレーションデータを処理し、複数の基底係数、複数の時定数、および所与のパルスシーケンスにおける勾配波形に基づいて、複数の基底補正係数を計算するように、プログラムされる。コンピュータは、撮像対象からＭＲデータを取得するためにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用すること、および取得されたＭＲデータに基づいて画像を再構築することを含む、拡散強調撮像スキャンを実行するように、さらにプログラムされる。コンピュータはまた、再構築された画像において高次渦電流に誘発された歪みを低減するように構成されたＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用するように、プログラムされる。
【００５０】
本発明の別の実施形態によれば、拡散強調エコープラナー撮像法（ＤＷ−ＥＰＩ）において高次渦電流に誘発された歪みを補正するための方法が、撮像システムの高次渦電流を特徴付けるように構成されたキャリブレーションデータをキャリブレーションスキャンから取得するステップと、複数の基底係数および複数の時定数を発生させるためにキャリブレーションデータを処理するステップと、複数の基底係数に基づいて、および複数の時定数に基づいて、複数の基底補正係数を計算するステップとを含む。方法はまた、撮像対象からＭＲデータを取得するためにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用するステップと、取得されたＭＲデータにおいて高次渦電流に誘発された歪みを低減するようにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用するステップと、取得されたＭＲデータに基づいて、画像を再構築するステップとを含む。
【００５１】
本発明のさらに別の実施形態によれば、非一時的なコンピュータ可読媒体が、一組の命令を含むコンピュータプログラムを記憶しており、一組の命令は、コンピュータによって実行されるときに、コンピュータに、撮像システムの高次渦電流により発生した磁場誤差を特徴付けるように構成されたキャリブレーションデータをキャリブレーションスキャンから取得させ、キャリブレーションデータを処理させる。一組の命令はまた、コンピュータに、処理されたキャリブレーションデータに基づいて、複数の基底係数および複数の時定数を発生させ、複数の基底係数、複数の時定数、およびＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスにおける勾配波形に基づいて、複数の基底補正係数を計算させる。一組の命令はまた、コンピュータに、撮像対象からＭＲデータを取得するためにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用させ、ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用させ、取得されたＭＲデータに基づいて、画像を再構築させる。
【００５２】
この書面による説明は、最良の形態を含む本発明の実施形態を開示し、また当業者が任意のデバイスまたはシステムを作成し、使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含め、本発明の実施形態を実践できるようにするための例を使用している。本発明の実施形態の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求項の文字通りの言語と相違しない構造的要素を有する場合、または、特許請求項の文字通りの言語と実質のない相違を有する均等な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲内であることを意図する。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）システム
１２ オペレータコンソール
１３ 入力デバイス
１４ コントロールパネル
１６ ディスプレイスクリーン
１８ リンク
２０ コンピュータシステム
２０ａ バックプレーン
２２ 画像プロセッサモジュール
２４ ＣＰＵモジュール
２６ メモリモジュール
３２ システムコントロール
３２ａ バックプレーン
３４ 高速シリアルリンク
３６ ＣＰＵモジュール
３８ パルス発生器モジュール
４０ シリアルリンク
４２ 勾配増幅器
４４ 生理的取得コントローラ
４６ スキャン室インターフェース回路
４８ 患者位置決めシステム
５０ 勾配コイルアセンブリ
５２ 共鳴アセンブリ
５４ 分極マグネット
５６ 全身用ＲＦコイル
５８ トランシーバモジュール
６０ ＲＦ増幅器
６２ 送信／受信スイッチ
６４ 前置増幅器
６６ メモリモジュール
６８ アレイプロセッサ
７０ ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンス
７２ ９０度ＲＦパルス
７４ １８０度ＲＦパルス
７６ エコー信号
７８ プリフェイジングパルス
８０ 読み出しパルス
８２ プリフェイジングパルス
８４ 位相エンコーディングパルス
８６ スライス選択パルス
８６ａ スライス選択パルス
８８ スライス選択パルス
９０ 台形パルス
９２ 台形パルス
９４ ＨＯＥＣ補正技法
１１６ ＨＯＥＣデータ処理アルゴリズム
１１８ ＨＯＥＣデータ処理アルゴリズム
１４２ アルゴリズム
１５２ 予測補償アルゴリズム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリに送信してＭＲ画像を取得するために、マグネットのボアの周囲に配置された複数の勾配コイル、ＲＦトランシーバシステム、およびパルスモジュールによって制御されるＲＦスイッチを有する磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）システムと、
撮像システムの高次渦電流により発生した磁場誤差を特徴付けるように構成されたキャリブレーションデータをキャリブレーションスキャンから取得し、
複数の基底係数および複数の時定数を発生させるために前記キャリブレーションデータを処理し、
前記複数の基底係数、前記複数の時定数、および所与のパルスシーケンスにおける勾配波形に基づいて、複数の基底補正係数を計算し、
撮像対象からＭＲデータを取得するためにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用すること、および取得されたＭＲデータに基づいて画像を再構築することを含む、拡散強調撮像スキャンを実行し、
再構築された画像において高次渦電流に誘発された歪みを低減するように構成された前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用するように
プログラムされたコンピュータと
を含むＭＲＩ装置。
【請求項２】
前記コンピュータが、
ｗp、ｕｗp、ｖｗpからなるグループから選択された形式を有する基底関数であって、ここで、ｐは０以上である、基底関数を識別し、
識別された基底関数に基づいて、実効勾配およびＢ0オフセットのうちの１つを決定し、
前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、前記実効勾配および前記Ｂ0オフセットのうちの決定された１つに基づいて、前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスのパルスシーケンス要素を調整するように
さらにプログラムされる、請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項３】
実効勾配およびＢ0オフセットのうちの１つを決定するように構成されている前記コンピュータが、ｗ＝ｗ0におけるスライスの場合に、実効勾配およびＢ0オフセットのうちの前記１つに
【数１】
を掛けるように構成される、請求項２記載のＭＲＩ装置。
【請求項４】
前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスの前記パルスシーケンス要素を調整するように構成されている前記コンピュータが、受信機周波数、読み出し勾配、位相エンコーディング勾配、およびスライス勾配のうちの１つを、スライスごとに調整するように構成される、請求項２記載のＭＲＩ装置。
【請求項５】
前記コンピュータが、
ｗp、ｕｗp、ｖｗpからなるグループから選択された形式を有する基底関数であって、ここで、ｐは０以上である、基底関数を識別し、
識別された基底関数に基づいて、実効勾配およびＢ0オフセットのうちの１つを決定し、
前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを増幅器入力に提供し、
前記実効勾配および前記Ｂ0オフセットのうちの決定された１つに基づいて、前記増幅器入力を修正するように
さらにプログラムされる、請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項６】
前記コンピュータが、前記高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を任意の撮像面に適用するようにプログラムされる、請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項７】
前記キャリブレーションデータを処理するようにプログラムされている前記コンピュータが、
前記キャリブレーションデータの位相角に３Ｄ位相アンラッピングを適用し、
磁場データセットを発生させるために、アンラップされたキャリブレーションデータを変倍し、
基底係数を発生させるために、前記磁場データセットを調和基底に空間的に当てはめ、
単一指数関数モデルおよび多重指数関数モデルのうちの１つを使用して、前記基底係数を時間軸に沿って時間的に当てはめるように
プログラムされる、請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項８】
前記キャリブレーションデータを処理するようにプログラムされている前記コンピュータが、
コイル位置において磁場オフセットを得るために、前記キャリブレーションデータの位相角で時間微分を取り、
基底係数を発生させるために、前記磁場オフセットの各時間点を調和基底に空間的に当てはめ、
単一指数関数モデルおよび多重指数関数モデルのうちの１つを使用して、前記基底係数を時間軸に沿って時間的に当てはめるように
プログラムされる、請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項９】
前記複数の基底補正係数を計算するようにプログラムされている前記コンピュータが、以下の式
【数２】
に基づいて、前記複数の基底補正係数を計算するようにプログラムされ、
ここで、Ｇmは、拡散勾配振幅のＸ、Ｙ、またはＺの成分であり、βmnは、パルスシーケンスタイプおよびシーケンスタイミング関連定数であり、αmnは、基底係数であり、τmnは、時定数である、請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項１０】
前記コンピュータが、前記再構築された画像をユーザに表示するようにさらにプログラムされる、請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項１１】
拡散強調エコープラナー撮像法（ＤＷ−ＥＰＩ）において高次渦電流に誘発された歪みを補正するための方法であって、
撮像システムの高次渦電流を特徴付けるように構成されたキャリブレーションデータをキャリブレーションスキャンから取得するステップと、
複数の基底係数および複数の時定数を発生させるために前記キャリブレーションデータを処理するステップと、
前記複数の基底係数に基づいて、および前記複数の時定数に基づいて、複数の基底補正係数を計算するステップと、
撮像対象からＭＲデータを取得するためにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用するステップと、
取得されたＭＲデータにおいて高次渦電流に誘発された歪みを低減するように前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用するステップと、
前記取得されたＭＲデータに基づいて、画像を再構築するステップと
を含む方法。
【請求項１２】
前記高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を任意の撮像面に適用するステップをさらに含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用するステップが、
ｗp、ｕｗp、ｖｗpからなるグループから選択された形式を有する基底関数であって、ここで、ｐは０以上である、基底関数を識別するステップと、
識別された基底関数に基づいて、実効勾配およびＢ0オフセットのうちの１つを決定するステップと、
前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、前記実効勾配および前記Ｂ0オフセットのうちの決定された１つに基づいて、前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスのパルスシーケンス要素を調整するステップと
を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
実効勾配およびＢ0オフセットのうちの１つを決定するステップが、ｗ＝ｗ0におけるスライスの場合に、実効勾配およびＢ0オフセットのうちの前記１つに
【数３】
を掛けるステップを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスの前記パルスシーケンス要素を調整するステップが、受信機周波数、読み出し勾配、位相エンコーディング勾配、およびスライス勾配のうちの１つを、スライスごとに調整するステップを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
コンピュータによって実行されるときに、前記コンピュータに、
撮像システムの高次渦電流により発生した磁場誤差を特徴付けるように構成されたキャリブレーションデータをキャリブレーションスキャンから取得させ、
前記キャリブレーションデータを処理させ、
処理されたキャリブレーションデータに基づいて、複数の基底係数および複数の時定数を発生させ、
前記複数の基底係数、前記複数の時定数、およびＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスにおける勾配波形に基づいて、複数の基底補正係数を計算させ、
撮像対象からＭＲデータを取得するために前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用させ、
前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用させ、
取得されたＭＲデータに基づいて、画像を再構築させる
一組の命令を含むコンピュータプログラムを記憶している非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１７】
前記コンピュータが、前記高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を任意の撮像面に適用するようにプログラムされる、請求項１６記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１８】
前記コンピュータが、
基底関数を識別し、
識別された基底関数に基づいて、実効勾配およびＢ0オフセットのうちの１つを決定し、
前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、前記実効勾配および前記Ｂ0オフセットのうちの決定された１つに基づいて、前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスのパルスシーケンス要素を調整するように
さらにプログラムされる、請求項１６記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスの前記パルスシーケンス要素を調整するように構成されている前記コンピュータが、受信機周波数、読み出し勾配、位相エンコーディング勾配、およびスライス勾配のうちの１つを、スライスごとに調整するように構成される、請求項１８記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
前記複数の基底補正係数を計算するようにプログラムされている前記コンピュータが、以下の式
【数４】
に基づいて、前記複数の基底補正係数を計算するようにプログラムされ、
ここで、Ｇmは、拡散勾配振幅のＸ、Ｙ、またはＺの成分であり、βmnは、パルスシーケンスタイプおよびシーケンスタイミング関連定数であり、αmnは、基底係数であり、τmnは、時定数である、請求項１６記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１】
ＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリに送信してＭＲ画像を取得するために、マグネットのボアの周囲に配置された複数の勾配コイル、ＲＦトランシーバシステム、およびパルスモジュールによって制御されるＲＦスイッチを有する磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）システムと、
撮像システムの高次渦電流により発生した磁場誤差を特徴付けるように構成されたキャリブレーションデータをキャリブレーションスキャンから取得し、
複数の基底係数および複数の時定数を発生させるために前記キャリブレーションデータを処理し、
前記複数の基底係数、前記複数の時定数、および所与のパルスシーケンスにおける勾配波形に基づいて、複数の基底補正係数を計算し、
撮像対象からＭＲデータを取得するためにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用すること、および取得されたＭＲデータに基づいて画像を再構築することを含む、拡散強調撮像スキャンを実行し、
再構築された画像において高次渦電流に誘発された歪みを低減するように構成された前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用するように
プログラムされたコンピュータと
を含むＭＲＩ装置。
【請求項２】
前記コンピュータが、
ｗp、ｕｗp、ｖｗpからなるグループから選択された形式を有する基底関数であって、ここで、ｐは０以上である、基底関数を識別し、
識別された基底関数に基づいて、実効勾配およびＢ0オフセットのうちの１つを決定し、
前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、前記実効勾配および前記Ｂ0オフセットのうちの決定された１つに基づいて、前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスのパルスシーケンス要素を調整するように
さらにプログラムされる、請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項３】
実効勾配およびＢ0オフセットのうちの１つを決定するように構成されている前記コンピュータが、ｗ＝ｗ0におけるスライスの場合に、実効勾配およびＢ0オフセットのうちの前記１つに
【数１】
を掛けるように構成される、請求項２記載のＭＲＩ装置。
【請求項４】
前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスの前記パルスシーケンス要素を調整するように構成されている前記コンピュータが、受信機周波数、読み出し勾配、位相エンコーディング勾配、およびスライス勾配のうちの１つを、スライスごとに調整するように構成される、請求項２記載のＭＲＩ装置。
【請求項５】
前記コンピュータが、
ｗp、ｕｗp、ｖｗpからなるグループから選択された形式を有する基底関数であって、ここで、ｐは０以上である、基底関数を識別し、
識別された基底関数に基づいて、実効勾配およびＢ0オフセットのうちの１つを決定し、
前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを増幅器入力に提供し、
前記実効勾配および前記Ｂ0オフセットのうちの決定された１つに基づいて、前記増幅器入力を修正するように
さらにプログラムされる、請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項６】
前記コンピュータが、前記高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を任意の撮像面に適用するようにプログラムされる、請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項７】
前記キャリブレーションデータを処理するようにプログラムされている前記コンピュータが、
前記キャリブレーションデータの位相角に３Ｄ位相アンラッピングを適用し、
磁場データセットを発生させるために、アンラップされたキャリブレーションデータを変倍し、
基底係数を発生させるために、前記磁場データセットを調和基底に空間的に当てはめ、
単一指数関数モデルおよび多重指数関数モデルのうちの１つを使用して、前記基底係数を時間軸に沿って時間的に当てはめるように
プログラムされる、請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項８】
前記キャリブレーションデータを処理するようにプログラムされている前記コンピュータが、
コイル位置において磁場オフセットを得るために、前記キャリブレーションデータの位相角で時間微分を取り、
基底係数を発生させるために、前記磁場オフセットの各時間点を調和基底に空間的に当てはめ、
単一指数関数モデルおよび多重指数関数モデルのうちの１つを使用して、前記基底係数を時間軸に沿って時間的に当てはめるように
プログラムされる、請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項９】
前記複数の基底補正係数を計算するようにプログラムされている前記コンピュータが、以下の式
【数２】
に基づいて、前記複数の基底補正係数を計算するようにプログラムされ、
ここで、Ｇmは、拡散勾配振幅のＸ、Ｙ、またはＺの成分であり、βmnは、パルスシーケンスタイプおよびシーケンスタイミング関連定数であり、αmnは、基底係数であり、τmnは、時定数である、請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項１０】
前記コンピュータが、前記再構築された画像をユーザに表示するようにさらにプログラムされる、請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項１１】
拡散強調エコープラナー撮像法（ＤＷ−ＥＰＩ）において高次渦電流に誘発された歪みを補正するための方法であって、
撮像システムの高次渦電流を特徴付けるように構成されたキャリブレーションデータをキャリブレーションスキャンから取得するステップと、
複数の基底係数および複数の時定数を発生させるために前記キャリブレーションデータを処理するステップと、
前記複数の基底係数に基づいて、および前記複数の時定数に基づいて、複数の基底補正係数を計算するステップと、
撮像対象からＭＲデータを取得するためにＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用するステップと、
取得されたＭＲデータにおいて高次渦電流に誘発された歪みを低減するように前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用するステップと、
前記取得されたＭＲデータに基づいて、画像を再構築するステップと
を含む方法。
【請求項１２】
前記高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を任意の撮像面に適用するステップをさらに含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用するステップが、
ｗp、ｕｗp、ｖｗpからなるグループから選択された形式を有する基底関数であって、ここで、ｐは０以上である、基底関数を識別するステップと、
識別された基底関数に基づいて、実効勾配およびＢ0オフセットのうちの１つを決定するステップと、
前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、前記実効勾配および前記Ｂ0オフセットのうちの決定された１つに基づいて、前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスのパルスシーケンス要素を調整するステップと
を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
実効勾配およびＢ0オフセットのうちの１つを決定するステップが、ｗ＝ｗ0におけるスライスの場合に、実効勾配およびＢ0オフセットのうちの前記１つに
【数３】
を掛けるステップを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスの前記パルスシーケンス要素を調整するステップが、受信機周波数、読み出し勾配、位相エンコーディング勾配、およびスライス勾配のうちの１つを、スライスごとに調整するステップを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
コンピュータによって実行されるときに、前記コンピュータに、
撮像システムの高次渦電流により発生した磁場誤差を特徴付けるように構成されたキャリブレーションデータをキャリブレーションスキャンから取得させ、
前記キャリブレーションデータを処理させ、
処理されたキャリブレーションデータに基づいて、複数の基底係数および複数の時定数を発生させ、
前記複数の基底係数、前記複数の時定数、およびＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスにおける勾配波形に基づいて、複数の基底補正係数を計算させ、
撮像対象からＭＲデータを取得するために前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用させ、
前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を適用させ、
取得されたＭＲデータに基づいて、画像を再構築させる
一組の命令を含むコンピュータプログラムを記憶している非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１７】
前記コンピュータが、前記高次渦電流により発生した磁場誤差の補正を任意の撮像面に適用するようにプログラムされる、請求項１６記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１８】
前記コンピュータが、
基底関数を識別し、
識別された基底関数に基づいて、実効勾配およびＢ0オフセットのうちの１つを決定し、
前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスを適用している間に、前記実効勾配および前記Ｂ0オフセットのうちの決定された１つに基づいて、前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスのパルスシーケンス要素を調整するように
さらにプログラムされる、請求項１６記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
前記ＤＷ−ＥＰＩパルスシーケンスの前記パルスシーケンス要素を調整するように構成されている前記コンピュータが、受信機周波数、読み出し勾配、位相エンコーディング勾配、およびスライス勾配のうちの１つを、スライスごとに調整するように構成される、請求項１８記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
前記複数の基底補正係数を計算するようにプログラムされている前記コンピュータが、以下の式
【数４】
に基づいて、前記複数の基底補正係数を計算するようにプログラムされ、
ここで、Ｇmは、拡散勾配振幅のＸ、Ｙ、またはＺの成分であり、βmnは、パルスシーケンスタイプおよびシーケンスタイミング関連定数であり、αmnは、基底係数であり、τmnは、時定数である、請求項１６記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２４５３５０（Ｐ２０１２−２４５３５０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−９３４４７（Ｐ２０１２−９３４４７）
【出願日】平成２４年４月１７日（２０１２．４．１７）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９３４４７（Ｐ２０１２−９３４４７）
【出願日】平成２４年４月１７日（２０１２．４．１７）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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