JP-2026076968-A - 磁気共鳴イメージング装置、および中心周波数調整方法

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Abstract

【課題】中心周波数の設定精度を向上させること。【解決手段】本実施形態に係るＭＲＩ装置は、少なくとも１つの化学種を第１の抑制状態に抑制する第１のシーケンス条件に基づき収集された第１のデータセット、および化学種を第２の抑制状態に抑制する第２のシーケンス条件に基づき収集された第２のデータセットを取得し、第１のデータセットの第１の信号形状に対応する第１のモデルカーネルを用いて第１のデータセットに対してフィッティングを実施して第１のフィッティング結果を取得し、第２のデータセットの第２の信号形状に対応する第２のモデルカーネルを用いて第２のデータセットに対してフィッティングを実施して同じ周波数シフト値によって第２のフィッティング結果を取得し、第１および第２のフィッティング結果に基づいて、中心周波数を補正する処理回路を有する。少なくとも１つの化学種は、第１、第２の抑制状態において異なる方法で抑制される。【選択図】図３

Inventors

アンドリュー・ジェームズ・ウィートン

Assignees

キヤノンメディカルシステムズ株式会社

Dates

Publication Date: 20260512
Application Date: 20251017
Priority Date: 20241024

Claims (14)

少なくとも１つの化学種を第１の抑制状態に抑制する第１のシーケンス条件に基づき収集された第１のデータセット、および前記化学種を第２の抑制状態に抑制する第２のシーケンス条件に基づき収集された第２のデータセットを取得し、前記第１のデータセットの第１の信号形状に対応する第１のモデルカーネルを用いて前記第１のデータセットに対してフィッティングを実施して、第１のフィッティング結果を取得し、前記第２のデータセットの第２の信号形状に対応する第２のモデルカーネルを用いて、前記第２のデータセットに対してフィッティングを実施して、同じ周波数シフト値によって第２のフィッティング結果を取得し、前記第１のフィッティング結果および前記第２のフィッティング結果に基づいて、中心周波数を補正する、処理回路を備え、前記少なくとも１つの化学種は、第１のシーケンスの前記第１の抑制状態と、第２のシーケンスの前記第２の抑制状態とにおいて異なる方法で抑制される、磁気共鳴イメージング装置。
前記第１のモデルカーネルは、前記第１のシーケンス条件の前記第１の抑制状態にある少なくとも２つの化学種の相対的な予測信号位置に対応する第１の形状を有する第１のカーネルに対応する、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記第２のモデルカーネルは、前記第２のシーケンス条件の前記第２の抑制状態にある前記少なくとも２つの化学種の相対的な予測信号位置に対応する第２の形状を有する第２のカーネルに対応する、請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記第１のデータセットの第１の信号形状に対応する第１のモデルカーネルを用いて前記第１のデータセットに対してフィッティングを実施して、前記第１のフィッティング結果を取得することは、前記第１のデータセットと前記第１のモデルカーネルとの畳み込み演算によって一連の前記第１のフィッティング結果を取得することを含む、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記第２のデータセットの第２の信号形状に対応する第２のモデルカーネルを用いて前記第２のデータセットに対してフィッティングを実施して、前記第２のフィッティング結果を取得することは、前記第２のデータセットと前記第２のモデルカーネルとの畳み込み演算によって一連の前記第２のフィッティング結果を取得することを含む、請求項４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記第１のフィッティング結果および前記第２のフィッティング結果に基づいて前記中心周波数を補正することは、前記一連の第１のフィッティング結果および前記一連の第２のフィッティング結果の加重和を取得すること、および、前記一連の第１のフィッティング結果および前記一連の第２のフィッティング結果に対して取得された加重和の内最大の加重和を有する周波数に対応するように中心周波数を補正することを含む、請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記一連の第１のフィッティング結果および前記一連の第２のフィッティング結果の加重和を取得することは、前記第１のフィッティング結果および前記第２のフィッティング結果のうちの、前記第１のモデルカーネルおよび前記第２のモデルカーネルのうちより高い抑制状態にあるモデルカーネルに対応するフィッティング結果に対してより大きな重みを用いることを含む、請求項６に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記第１の抑制状態および前記第２の抑制状態は、ＳＴＩＲオンおよびＳＴＩＲオフである、請求項１乃至７のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記第１の抑制状態および前記第２の抑制状態は、飽和回復パルスのオンと飽和回復パルスのオフである、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記第１の抑制状態および前記第２の抑制状態は、長いエコー時間（ＴＥ）と短いエコー時間である。請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記第１の抑制状態および前記第２の抑制状態は、同位相のエコー時間（ＴＥ）と逆位相のエコー時間である、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記第１のモデルカーネルおよび前記第２のモデルカーネルは、同一の振幅極性を持つ少なくとも２つのカーネルを含む、請求項３に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記第１のモデルカーネルおよび前記第２のモデルカーネルは、異なる振幅極性を持つ少なくとも２つのカーネルを含む、請求項３に記載の磁気共鳴イメージング装置。
少なくとも１つの化学種を第１の抑制状態に抑制する第１のシーケンス条件に基づき収集された第１のデータセット、および前記化学種を第２の抑制状態に抑制する第２のシーケンス条件に基づき収集された第２のデータセットを取得し、前記第１のデータセットの第１の信号形状に対応する第１のモデルカーネルを用いて前記第１のデータセットに対してフィッティングを実施して、第１のフィッティング結果を取得し、前記第１のデータセットおよび前記第２のデータセットのフィッティング時に、前記第２のデータセットの第２の信号形状に対応する第２のモデルカーネルを用いて、前記第２のデータセットに対してフィッティングを実施して、同じ周波数シフト値によって第２のフィッティング結果を取得し、前記第１のフィッティング結果および前記第２のフィッティング結果に基づいて中心周波数を補正し、前記少なくとも１つの化学種は、第１のシーケンスの前記第１の抑制状態と、第２のシーケンスの前記第２の抑制状態とにおいて異なる方法で抑制される、中心周波数調整方法。

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置、および中心周波数調整方法に関する。例えば、本明細書に開示される実施形態は、一般に、ここに記載される磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置を制御するための方法、システム、処理回路、およびコンピュータプログラム・プロダクトに関する。また、一実施形態において、ＭＲＩ画像データの取得に用いられる中心周波数を制御するための方法、システム、処理回路、およびコンピュータプログラム・プロダクトに関する。公知のＭＲＩシステムにおいて、一般に、臨床のＭＲスキャナに対して、スキャン対象である特定の被検体に対する中心周波数（ＣＦ：ＣｅｎｔｅｒＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）を校正するプレスキャン処理が実施される。患者によるＢ０磁場の歪みはそれぞれ独特であるため、中心周波数は、患者毎に、ＲＦコイル毎に校正する必要がある。また、校正とはスキャン対象の生体構造に対し特異的である。不正確なＣＦ校正によって、水信号の減少、不十分な脂肪抑制、および／または幾何学上の不正確性に起因する画像品質（ｉｍａｇｅｑｕａｌｉｔｙ：ＩＱ）の損失を生じる場合がある。ＭＲＩ処理の一部として、異なる化学種（例えば、水、脂肪族の脂肪、オレフィン脂肪、シリコン等）は、その化学構造に因って特性の異なる共鳴周波数を持つ。種間の周波数分離は物理的な化学モデルと室内実験に基づき先験的に既知である。一般に、大半のＭＲ撮像は組織内の水分を重視するため、ＭＲスキャナは水周波数をＣＦとして選択することを目指す。ある公知のＣＦ校正手法において、ＣＦは単純にプレスキャンのスペクトル内のピーク信号の周波数に割り当てられる。しかしながら、この手法は、脂肪質の組織など、スキャンした解剖学的に特定のプレスキャン領域に水分より多くの脂肪が含まれる場合には、誤ってＣＦを特定することもあり得る。別の公知のＣＦ校正手法は、理想的なピークのモデルカーネルを構築したモデルフィッティングを適用する。カーネルは、それぞれ所定の化学的分離によって構成された脂肪と水（または脂肪、水、およびシリコン）を含み得る。かかる構成において、カーネルは測定スペクトルに対して畳み込まれる。測定スペクトルは、反転回復法による脂肪抑制モード（しばしばＳＴＩＲモードと称される）をオフにした状態（ＳＴＩＲｏｆｆ）で、スペクトルを周波数ステップでシフトさせ、相互相関値を算出することによって取得される。最も高い相互相関値に相当するシフト値をＣＦに適用する調整値として選択する。図１Ａに示すとおり、上述のモデルベースの手法は、モデルが予測スペクトルの楕円形状を活用するため、ある種のノイズの多いデータが存在する場合でも、正確なＣＦ予測が可能である。あるいは、図１Ｂに示すように、脂肪信号が水信号より大幅に高い場合、予測ＣＦが実際には脂肪領域内にあるとしても相互相関が意図せず最も高くなるため、処理は失敗に終わる。本明細書において、「ＳＴＩＲｏｎ」とは、サンプルに対して非選択的脂肪抑制法（ｓｈｏｒｔｔａｕｉｎｖｅｒｓｉｏｎｒｅｃｏｖｅｒｙ：ＳＴＩＲ）のＲＦパルスを印加することを意味する。脂肪と水の縦緩和時間の差（脂肪の方が短い）を利用することによって、脂肪信号は大半が抑制され、水信号の大半はそのままとなる反転回復時間（ＴＩ）が選択される。ＳＴＩＲｏｆｆの場合は、反転回復ＲＦパルスは存在しない。従って、ＳＴＩＲｏｆｆデータでは脂肪信号と水信号はどちらも抑制されない。出願人の既知のＭＲＩシステム（米国特許番号９，６６２，０３７号に開示される）が用いる別の公知の手法は取得された２つのスペクトルからの情報を利用する。該スペクトルの１つはＳＴＩＲをオフにして取得され（ＳＴＩＲｏｆｆ）、もう１つは反転回復による脂肪抑制をオンにした（ＳＴＩＲｏｎ）状態で取得される。次に、それぞれＳＴＩＲｏｎスペクトルとＳＴＩＲｏｆｆスペクトルにおける周波数Ｆ０ｏｎおよびＦ０ｏｆｆ、すなわちピーク信号Ｓ１ｏｎおよびＳ１ｏｆｆをそれぞれ特定することによって各スペクトルの水周波数の推定値を特定する。該処理は、通常、初期推定値（Ｆ０ｏｎ、Ｆ０ｏｆｆ）から－３から－４ｐｐｍダウンフィールドのスペクトルを分析し、スペクトル内の水の位置に対する脂肪のケミカルシフトは－３．５ｐｐｍであるという事実に基づき、その領域内のピーク信号（Ｓ２ｏｎ、Ｓ２ｏｆｆ）を特定する。すなわち、ピーク信号の理想的な位置は、Ｓ２ｏｎ＠Ｆ０ｏｎ－３．５ｐｐｍとＳ２ｏｆｆ＠Ｆ０ｏｆｆ－３．５ｐｐｍである。次に、該処理はＳ１ｏｎ、Ｓ１ｏｆｆ、Ｓ２ｏｆｆ、およびＳ２ｏｎの値を用いてＣＦの補正後の値の決定を容易にする。例えば、脂肪信号が予想通りにＳＴＩＲｏｎスペクトルにおいて適切に抑制される場合、（Ｓ２ｏｆｆ／Ｓ２ｏｎ）＞（Ｓ１ｏｆｆ／Ｓ１ｏｎ）であるため、ＣＦはＦ０ｏｎであることが確認される。しかしながら、水と脂肪に対応することが推定されるスペクトル領域におけるピーク信号を利用することにより、該処理は中心周波数の予測を誤る場合がある。例えば、図１Ｃに示すように、実際のより適切な予測としては、中心周波数は幅の広い水のピークの中心にあるにもかかわらず、該処理はその幅の広いピークのエッジ近傍のピークを中心周波数として検出することもある。図１Ｄの場合、大きな脂肪信号の存在によって、処理は水の周波数（右側ピーク）ではなく脂肪の周波数（左側ピーク）を中心周波数とする誤った予測をしてしまう。特許第５８５８７１６号公報米国特許第９６６２０３７号明細書図１Ａは、中心周波数として用いられる水周波数を特定するためのモデルベースの相互相関処理の概要を示す図である。図１Ｂは、脂肪質組織から生じたピーク信号の存在により、水周波数を誤って特定するモデルベースの相互相関処理の概要を示す図である。図１Ｃは、幅の広い水のピークを含むノイズの多いスペクトルの先のピークを考慮したため、水周波数（中心周波数として使用される）を誤って特定するアルゴリズム処理の概要を示す図である。図１Ｄは、水のピークに対する高い脂肪のピークを考慮したため、水周波数（中心周波数として使用される）を誤って特定するアルゴリズム処理の概要を示す図である。図２は、ＭＲＩ装置の概略図である。図３は、本明細書に記載される中心周波数補正処理の概要を示すフローチャートである。図４は、中心周波数補正値決定処理の疑似コードベースの実施例を示す図である。図５Ａは、異なる抑制状態で取得されたスペクトルと共に用いる２つのカーネル例を表形式で示す図である。図５Ｂは、異なる抑制状態で取得されたスペクトルと共に用いる図５Ａの２つのカーネル例をグラフで示す図である。本明細書において、「１つ」は１つまたは１つ以上を指すと定義する。また、「複数」は２つまたは２つ以上を指すと定義する。また、「他の」は少なくとも２番目以降を指すと定義する。また、「～を含む」および／または「～を有する」という表現は、「～を備える（すなわち、非限定的用語）」として定義する。本明細書を通して、「一実施形態」、「複数の実施形態」、「実施形態」、「実施例」、「例」または他の類似表現は、該当する実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、または特性等が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。すなわち、本明細書の多くの個所に見られる該表現が同一の実施形態を意味するとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、限定されることなく、１つ以上の実施形態において任意の方法で適宜組み合わせが可能である。本開示は、異なる抑制条件に基づき第１及び第２のシーケンス条件において取得された複数のスペクトルに対して複数のモデルを共同で適用することによってＭＲＩ画像を取得する際に、ＭＲＩシステムによって用いられる中心周波数を補正するための方法、システム、およびコンピュータ読み取り可能な指示を記憶する非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体に関する。一実施形態において、本開示はシステムとみなすことができる。実施形態の例としてＭＲＩ装置を参照するが、他のシステム構成は他の医用撮像装置（例えば、ＣＴシステムおよびＭＲＩとＣＴの統合システム）を用いてもよい。次に図面を参照する。図２は、ＭＲＩ装置１の全体構成を示すブロック図である。ＭＲＩ装置１は、ガントリ１００、制御キャビネット３０、コンソール４０、寝台５０、無線周波数（ＲＦ）コイル２０を備える。ガントリ１００、制御キャビネット３０および寝台５０によって、スキャナすなわち撮像部が構成される。ガントリ１００は、静磁場磁石１０、傾斜磁場コイル１１、全身用（ｗｈｏｌｅｂｏｄｙ：ＷＢ）コイル１２を備え、これらのコンポーネントは円筒形の筐体に収容される。寝台５０は寝台本体５２とテーブル５１を含む。制御キャビネット３０は、３つの傾斜磁場コイル電源３１（Ｘ軸用３１ｘ、Ｙ軸用３１ｙ、Ｚ軸用３１ｚ）、コイル選択回路３６、ＲＦ受信機３２、ＲＦ送信機３３、シーケンスコントローラ３４を備える。コンソール４０は、処理回路４５、メモリ４１、ディスプレイ４２、入力インターフェース４３を備える。コンソール４０はホストコンピュータとして機能する。ガントリ１００の静磁場磁石１０は、略円筒形状を有し、患者などの物体が移動されるボア内部に静磁場を生成する。ボアとは、ガントリ１００の円筒形構造内の空間である。静磁場磁石１０は、内部に超電導コイルを有する。超電導コイルは、液体ヘリウムによって極度の低温まで冷却される。静磁場磁石１０は、励起モードにおいて静磁場電源（不図示）から超電導コイルに電流を供給することによって、静磁場を生成する。その後、静磁場磁石１０は、永久電流モードに移行し、静磁場電源は分離される。永久電流モードに移行した静磁場磁石１０は、例えば、１年を超える長期間に亘って強い静磁場を生成し続ける。また、傾斜磁場コイル１１も略円筒形状を有し、静磁場磁石１０内部に固定される。傾斜磁場コイル１１は、傾斜磁場コイル電源３１ｘ、３１ｙ、３１ｚから供給される電流を用いて、物体に対して、それぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に傾斜磁場（例えば、勾配パルス）を印加する。寝台５０の寝台本体５２は、テーブル５１を垂直および水平方向に移動可能である。撮像前に、寝台本体５２は、物体が載置されたテーブル５１を所定の高さまで移動させる。そして、物体の撮像時に、寝台本体５２はテーブル５１を水平方向に移動させて、物体をボア内部に移動させる。ＷＢコイル１２は、物体を囲む略円筒形状を有し、傾斜磁場コイル１１内部に固定される。ＷＢコイル１２は、ＲＦ送信機３３から送信されるＲＦパルスを物体に印加する。また、ＷＢコイル１２は、水素原子核の励起に因って物体から発せられる磁気共鳴（ｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＭＲ）信号を受信する。図２に示すように、ＭＲＩ装置１は、ＷＢコイル１２に加えてＲＦコイル２０を含み得る。各ＲＦコイル２０は物体の体表面近傍に配置されるコイルである。ＲＦコイル２０には様々な種類がある。例えば、図２に示すように、ＲＦコイル２０の種類として、物体の胸部、腹部、脚部に装着される体用コイル、物体の背面に装着される脊椎用コイルなどがある。また、ＲＦコイル２０の別の種類として、例えば、物体の頭部を撮像するための頭部用コイルがある。大半のＲＦコイル２０は受信専用であるが、頭部用コイル等の一部のＲＦコイル２０は送受信の両方を行う。ＲＦコイル２０は、ケーブルを介してテーブル５１に対し装着・取り外し可能である。ＲＦ送信機３３は、シーケンスコントローラ３４からの指示に基づいて、各ＲＦパルスを生成する。生成されたＲＦパルスはＷＢコイル１２に送信され、物体に印加される。１つまたは複数のＲＦパルスの印加によってＭＲ信号が物体から発せられる。各ＭＲ信号は、ＲＦコイル２０またはＷＢコイル１２