JP2004237109A - 磁気共鳴（ｍｒ）映像データを身体の動きに同期化させる方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来装置の欠点に鑑み、影響の少ない優良な画像品質が得られるように改善を行うこと。
【解決手段】動きを生じている患者からＭＲ映像データを取得するステップと、
ＭＲ映像データの少なくとも一部からタイミング情報を抽出するステップと、；該タイミング情報は動きを表すものであり、
前記タイミング情報をＭＲ映像データと動きとの同期化のために使用するステップと、
同期化されたＭＲ映像データを、ＭＲ画像の作成のために使用するステップを有するようにする。
【選択図】図１
【解決手段】動きを生じている患者からＭＲ映像データを取得するステップと、
ＭＲ映像データの少なくとも一部からタイミング情報を抽出するステップと、；該タイミング情報は動きを表すものであり、
前記タイミング情報をＭＲ映像データと動きとの同期化のために使用するステップと、
同期化されたＭＲ映像データを、ＭＲ画像の作成のために使用するステップを有するようにする。
【選択図】図１
Description
本発明は、ＭＲ映像データを身体の動きに同期化させる方法に関する。
ＭＲ映像データを身体の動き、例えば心臓の鼓動や肺の呼吸作用、四肢の動きなどに同期化させることは、診断医にとって関心のある動き、例えば心臓周期のフェーズに対する既知の対応を有する画像の提供につながる。そのような同期化は、ＭＲ画像のシネ映像と静止映像の両方に有用となり得る。このような同期化を達成するためには、身体の位置または位相を表すタイミング信号が必要とされる。例えば心臓造影においては、タイミング信号が各心拍周期の開始を表す。
心臓造影法におけるタイミング信号を提供するための１つの技法では、患者の心電図を監視するための適切な電極が患者に接続される一方でＭＲ映像データが収集される。しかしながらＭＲで用いられる磁場とパルス磁場勾配は、ＥＣＧ信号の採取と干渉しかねない。しかしながらこの問題を克服すべく特殊なアルゴリズムが多くの努力のもとで開発されてきた。例えば公知刊行物“Journal of Magnetic Resonance Imaging”12号（2000年）の678頁〜688頁には“Chia”らによる論述“Performance of QRS Detection for Cardiac Magnetic Resonance Imaging with a Novel Vectorcardiographic Triggering Method”が記載されている。
また公知刊行物“Magnetic Resonance in Medicine”42号（1999年）の361頁〜370頁には、“Fischer”らによる論述“Novel Real-Time k Wave Detectin Algorithm Based on the Vectorcardiogram for Accurate Gated Magnetic Resonance Acquisitions”が記載されている。ＥＣＧ電極の患者への取付けと、ＥＣＧデータ追従のためのセットアップは、比較的複雑で時間を要する。さらに造影中には存続可能なＥＣＧ信号のための電極の割当てを必要とし、これは典型的には、ＭＲ映像獲得の中止とＭＲユニットのボアからの患者の離隔を強いる。
同期化されたＭＲ画像は、詳細にはセグメント化もしくはインタリーブされたシネ映像の中の種々の値であり、ここでは各画像毎のデータが関心をひく動きの様々な周期から導出されている。意味のある画像を得るためには、異なる周期の対応するフェーズからのデータのみが結合されなければならず、それ故に映像データと動きとの同期化が必要とされる。例えばセグメント化された心臓造影においては、各画像毎のｋスペースラインが一呼吸中に生じる１４以上の異なった心臓周期から届く。
セグメント化された若しくはインタリーブされたシネ映像の同期化は、予期的にあるいは遡及的に実施され得る。予期的に行われる場合には、映像データ収集がＥＣＣＩ電極若しくは代替的にフィンガーパルスオキシメータ若しくはその他の心拍周期と同期した生理的信号を監視するように構成されたデバイスからのタイミング信号に応じて開始される。このデータ収集は、典型的には固定された時間間隔で続けられ、収縮期と拡張期を十分にカバーできるだけの十分な長さで行われる。さらに典型的には次のタイミング信号までの静止周期が存在する。さらにこの同期化は代替的に、ＥＣＣＩベースのタイミング信号と非同期の映像データの連続的捕捉によって遡及的に行われてもよい。その間は最後のトリガ信号に関して要求されたデータライン毎に時間が記録される。収集の後では、これらのデータが記録されているタイミングデータに基づいて心拍周期の適切なフェーズに割当てられる。
従来技法では、ＥＣＧ若しくはその他の付加的なタイミング測定器の必要性をなくすために、タイミング情報を直接ＭＲデータから導出することが試みられていた。しかしながらこの試みは、ＭＲ画像の作成に使われない付加的なＭＲデータの収集を当てにしなければならない。
例えば米国特許 USP 4,961,426 明細書並びに公知刊行物“Magnetic Resonance Imaging”8号（1990年)の675頁〜681頁には、“Sparaggins”による論述“Wireless Retrospective Gating:Applicatin to Cine Cardiac Imaging”において、タイミング信号を導出することの可能な付加的な“タイミングスライス”の収集についての記載がある。このタイミングデータ（位相コード化なしのエコーの形態）は、映像データ収集と交互になされ（すなわち他の収集の全てはタイミングデータとなる）、映像かされるべき心臓領域とは異なる領域から得ることが可能である（すなわちより明確な動きのある領域）。公知刊行物“Magnetic Resonance in Medicine”13号（1999年）の25頁には、“Kim”らによる論述“Extraction of Cardiac and Respiratory Motion Cycles by Use of Projection Data and Its Application to NMR Imaging”において、時間データ収集に沿って配向されるライン上で断層画像を投影するための代表的な信号を提供するために、類似の取り組み（付加的なデータが空間領域に変換されることを除いて(“Spraggins”は周波数領域データを直接使用していた））が行われている。
その他の取り組みとしては、公知刊行物“Magnetic Resonance in Medicine”42号（1999年）の82頁〜86頁に、“Vasanwala”らによる論述“Prospective MR Signal Based Cardiac Triggering”があり、そこでは大動脈の血流速度を表す符号化された速度データの獲得のために空間的“トリガリングシーケンス”が用いられている。ここでトリガリング事象が検出された場合には、システムがトリガリングシーケンスからイメージングシーケンスに切換られる。
呼吸性ゲートの領域では、特別な非映像データからのタイミング信号を導出するナビゲーターゲーティングないしナビゲーターエコーとして知られた公知技術があり、例えば公知刊行物“Rakiology”173号（1988年）の255頁〜263頁には、“Ehman & Felnilee”らによる論述“Adaptive technique for high-definition MR1 of moving structures”が参照される。典型的には、横隔膜に対する垂直投影が要求され、その間エッジ検出アルゴリズムが呼吸周期位置確定のために使用される。
米国特許 USP 4,961,426号明細書
"Sparaggins"による論述"Wireless Retrospective Gating:Applicatin to Cine Cardiac Imaging"，刊行物"Magnetic Resonance Imaging"，1990年，第8号，ｐ.675−681
"Kim"らによる論述"Extraction of Cardiac and Respiratory Motion Cycles by Use of Projection Data and Its Application to NMR Imaging"，刊行物"Magnetic Resonance in Medicine"，1990年，第13号，ｐ.25
"Vasanwala"らによる論述"Prospective MR Signal Based Cardiac Triggering"，刊行物"Magnetic Resonance in Medicine"，1999年，第42号，ｐ.82−86
"Ehman & Felnilee"らによる論述"Adaptive technique for high-definition MR1 of moving structures"，刊行物"Rakiology"，1988年，第173号，ｐ.255−263、
"Pipe, James U"による論述"Motion Correction with PROPELLER MRI:Application to Head Motion and Free Breathing Cardiac Imaging", 刊行物"Magnetic Resonance in Medicine",1999年，第42号，ｐ.963-969
本発明の課題は、従来技術における欠点に鑑みこれを解消すべく改善を行うことである。
前記課題は本発明により、
動きを生じている患者からＭＲ映像データを取得するステップと、
ＭＲ映像データの少なくとも一部からタイミング情報を抽出するステップと、；該タイミング情報は動きを表すものであり、
前記タイミング情報をＭＲ映像データと動きとの同期化のために使用するステップと、
同期化されたＭＲ映像データを、ＭＲ画像の作成のために使用するステップを有するようにして解決される。
動きを生じている患者からＭＲ映像データを取得するステップと、
ＭＲ映像データの少なくとも一部からタイミング情報を抽出するステップと、；該タイミング情報は動きを表すものであり、
前記タイミング情報をＭＲ映像データと動きとの同期化のために使用するステップと、
同期化されたＭＲ映像データを、ＭＲ画像の作成のために使用するステップを有するようにして解決される。
基本的には第１の観点として本発明は、タイミングのために単独で取得された付加的データのみを当てにするＭＲ映像データからタイミング情報を抽出することによって、ＭＲ映像データを患者の動き（例えば心臓の鼓動など）に同期化させることを特徴としている。ＭＲ映像データからのタイミング情報の導出によって、優良な画像品質が可能となる。例えば心臓造影の場合では、画像は、息を止めている単独の期間中に収集されたデータに基づいており、息止め期間中に得られるさらなる時間は、映像データ収集のために使用され得る。
外部からの何らかの生理的な信号若しくは画像形成に使用されないＭＲ信号からの間接的な測定よりも上質な画像品質は、ＭＲデータと動きとの直接の同期化の結果として得られる。
臨床的な生産性は、増大する。なぜならデータ収集時間が短縮され、ＭＲ検査のための患者への準備に要する時間が少なくなるからである（例えばＥＣＧ電極の取付け等は必要ない）。
本発明では、ＭＲユニットの過酷な環境の中でのＥＣＧ信号獲得の問題が解消される。信頼性の高いＥＣＧ信号を獲得することができないことは、誤った心臓ＭＲ検査への共通の原因となる。費用と複雑な設備（例えばＥＣＧモニター装置）は、タイミング情報の生成には必要ない。
本発明は例えば筋肉の収縮や咀嚼などの随意の動きのみならず、呼吸などの不随意の動きも含めて身体の中の動きに対して幅広い対応の同期化が可能である。呼吸運動は、胸部および腹部のＭＲ映像の画像品質を落とす主な人為的現象の原因となり得る。この呼吸運動情報は、ＭＲデータから直接抽出でき、呼吸サイクルの静止周期との画像データの同期化に使用できる。従って不所望な人為的動きが回避できる。このことは、自身の呼吸コントロールが難しい患者にとって（例えば老人の患者や乳児など）、自由に呼吸している間にデータが収集されることを可能にし、胸部及び腹部のＭＲＩ撮影のために呼吸の一時停止が普通に求められることが避けられる。
タイミング信号は、胎児ＭＲデータからも導出でき、複雑な胎児ＥＣＧ測定が回避され、今日まで不可能であった胎児心臓の高度な時間的及び空間的分解能のＭＲ画像の獲得が可能となる。
本発明の第１の観点の有利な実施形態は以下の特徴を１つ以上含んでいる。
映像データは半径方向又は螺旋方向のｋスペーストラジェクトリーに沿って収集され、それによってタイミング情報は、原点若しくは原点近傍の頻繁に採取されるｋスペースポイントから抽出される。抽出の方法に応じて、タイミング情報は、ｋスペース生データから取得されたり、空間領域に変換されるｋスペースデータから取得される。このタイミング情報は、生データのエコーピークとして周知のｋスペースの中心に基づいている。有利には、コンピュータ処理された一時投影に基づくか、空間領域へのＭＲ生データの変換による二次画像に基づいてもよい。１つ以上の投影は、画像群の中心のコンピュータ処理を可能にするために用いられる。投影は、関心のある動きへの感度を高めるために選択された配向を伴ってｋスペース上におかれる。有利にはタイミング情報は、低解像度画像の相関付けに基づく。これは交互のデータ収集の使用で得られる（例えばｋスペースの分散領域をカバーするｋスペーストラジェクトリーのグループからなるインターリーフを伴う）。タイミング情報は、低解像度阿蔵の選択された領域から抽出されてもよい。
抽出されたタイミング情報は、動きとの時間的な対応を提供するために処理され得る（例えば動きが開始された時点の時間を表す時間値や、動きの生じている間の他の事象の時間など）。この処理は、時間変化信号のピーク、フェーズ、レートの抽出からなり得る。
有利にはタイミング情報は、ＭＲ映像データと動きとの予期的もしくは遡及的同期化に使用されてもよい。患者の動きは、周期的であり得る（例えば心臓もしくは肺の周期的な動きなど）。有利にはタイミング情報は、動きの周期に関する値の中で変化する時間変化信号であってもよい。またＭＲ画像データは、セグメント化されたシネ画像データであってもよい。
タイミング情報は、ＭＲ画像データから単独で抽出されてもよいし、ＭＲ画像データと付加的な非画像データとの組合わせから抽出されてもよい。
当該方法は、動きの生じ得る身体の部位に配置されたＲＦコイルを使用して実施してもよい（例えばＲＦコイルを心臓の上に配置してもよい）。基本的に第２の観点においては、本発明は、少なくとも第１のコイルと第２のコイル上でＲＦ信号を同時に形成するパルスシーケンスを供給し、第１のコイル上で取得されたＲＦ信号を、ＭＲ映像データの抽出のために処理し、第２のコイル上で取得されたＲＦ信号を、映像データ以外のデータ抽出のために処理し、ＭＲ映像データをＭＲ画像作成のために使用するようにしたことを特徴とするＭＲ映像のための方法からなる。
この本発明の観点の有利な実施例においては、以下に述べる１つまたは複数の特徴が含まれる。この発明も、ＭＲ画像データを患者の動きに同期化させる。有利には、前記方法は、ＭＲ映像データを患者の動きに同期化させる方法であり、この場合映像データ以外のデータは、タイミングデータであり、さらに、タイミングデータからのタイミング情報であって動きを表しているタイミング情報を抽出し、該タイミング情報を、ＭＲ映像データと動きの同期化のために使用する。コイルアレイを形成している複数の第１のＲＥコイルが存在しており、さらに各々のコイルがＭＲ映像データ取得のために最初にサイズ統制されて配置される。第２のＲＥコイルは、動きのある身体の部分に配置される。前記ＭＲ映像データは、心臓造影データからなり、前記第２のＲＥコイルは、心臓近傍の胸部領域に配置される。前記タイミング情報は、専ら第２のＲＥコイルから取得されたタイミングデータから抽出される法。前記ＭＲ映像データは、専ら第１のＲＦコイルから取得されたＲＥ信号から取得される。
さらに第３の観点では本発明は、ＥＣＧからでもなくその他の信号からでもない、ＭＲデータからのタイミング情報を抽出することによってＭＲ胎児心臓造影データを胎児心臓の動きに同期化させることを特徴とする。
この本発明の観点の有利な実施例は以下の１つまたは複数の特徴を含む。タイミング情報はＭＲ画像データから抽出される（例えば本発明の第１の観点のように）。代替的にタイミング情報は、ＭＲ画像データとして使用されないＭＲデータから抽出されてもよい。
本発明のさらに別の有利な実施例は従属請求項に記載される。
次に本発明を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。
本発明では種々異なる多数の実施例が可能であり、ここでそれらの全てに立ち入るには多すぎるので、以下ではそのうちのいくつかの有利な実施例を記載する。しかしながらそれらは本発明の説明であるといっても言い過ぎではなく、また本発明はそれらの詳細な実施例に限定されるものでもない。それらは請求項においては広義のことばで表されている。
図１には、それらの実施例の多くに共通のステップが示されている。ここではまずＭＲ映像データが取得される。タイミング情報は、このＭＲ映像データから抽出される。このタイミング情報は、関心のある動きとの時間的な対応を提供するために処理される。そして映像データは動きと同期化される。同期化されたＭＲ映像データは、ＭＲ画像の作成のために使用される。
ＭＲ映像データは、患者の動きを反映したタイミング情報の抽出が可能となるように獲得される。このことは有利には、空間領域画像のＤＣ（又は平均）値の代表であるエコーピークを含むｋスペースの原点における値として、ｋスペースの中心（若しくは原点）を頻繁に通過するｋスペーストラジェクトリーに沿ったデータの取得によってなされる。画像の平均値が体の動きとしてタイミング情報の抽出に非常に有用であるならば、平均値における変動と互いに関連した傾向となる。大半のＭＲ画像の収集には、ｋスペースの中心を通過するいくつかのｋスペーストラジェクトリーが含まれるが、基本的には、それらのトラジェクトリーは、タイミング信号の獲得に有用となるべく頻繁に中心を通過する。
ｋスペース原点データが頻繁に集められるのを保証するように実施される種々のデータ収集ストラテジが存在する。例えば映像データは、本質的にｋスペース原点１０においてデータが頻繁に採取されるように、半径方向若しくは螺旋方向のｋスペーストラジェクトリーに沿って収集可能である（図２及び図３参照）。同心性の角形ストライプ、いわゆるプロペラＭＥと称されるものの使用が有利である（“Pipe, James U”による論述“Motion Correction with PROPELLER MRI:Application to Head Motion and Free Breathing Cardiac Imaging”, 刊行物“Magnetic Resonance in Medicine”,1999年，第42号，ｐ.963-969参照）。応用にデカルトトラジェクトリーが適応化されてもよい。それにより有用なタイミング信号の抽出を可能にするｋスペース中心領域からの十分に頻繁なデータの収集が可能となる。
全てのデータ収集トラジェクトリーがｋスペース原点を通過する必要はないが、しかしながら有利にはデータ収集期間中にこのことが比較的頻繁に生じたほうがよく、それによって抽出されたタイミング情報は、関心のある身体の動きを十分に高いレベルで表わせる時間的な解像度を提供する。つまり、データを収集するｋスペース原点の正確な通過が必ずしも必要とされるのではない。ほとんど原点に近いが厳密にはそこから離れている箇所のｋスペースから抽出されるタイミング情報も利用可能である。
有利には、映像データの収集に使用されるｋスペーストラジェクトリー自身は、タイミング情報を提供するのに十分である。しかしながらいくつかの実施例においては、タイミング情報は、主にｋスペース映像データから抽出されるだけでなく、映像には使用されないいくつかの付加的なｋスペースデータからも抽出される。
このようにタイミング情報の抽出のための特殊な技法は数多く存在する。例えばタイミング情報は、１）ｋスペース中心の生データ、２）一次投影空間領域、３）多重の一次投影空間領域（キモグラム）、又は４）低解像度二次画像、から抽出されてもよい。第１の例では、タイミング情報がｋスペース生データから直接取得される。その他ではタイミング情報が変換された空間領域データから抽出されている。その他にもｋスペース生データと変換されたデータの両方が使用される多くの別の技法も可能である。
第１の例では、単純にｋスペースの中心からのタイミング情報が抽出されている。多くの（例えば半径方向または螺旋方向の）ｋスペーストラジェクトリーは、その接近に伴って頻繁にｋスペースの中心を通過する。タイミング情報は、単独の一次投影データ（第２の例）からか、若しくは変動する角度での複数のｋスペースラインから得られる多重投影データ（第３の例）から抽出されてもよい。ｋスペースラインに沿って取得されたｋスペースデータのコンピュータ処理による高速変換は、ラインに対して垂直方向に沿った投影画像を提供する。単独の投影画像を用いれば、解剖学的調査を考慮して選択された方向に沿った対象の中心の変化を提供する。タイミング情報は、そのような単独の一次投影データ（第２の例）から抽出されてもよいし、（各々が異なった角度で半径方向のラインに対応している）複数の一次投影データから抽出されてもよい（第３の例）。異なる角度の半径方向ラインからの投影データの結合は、タイミング情報を提供し得る画像スライスの対象中心部の二次元的なコンピュータ処理を可能にする。
第４の例では、データ収集が、一連の低解像度の二次元画像を提供するインターリーブされた（螺旋方向若しくは半径方向の）ｋスペーストラジェクトリーによって実施される。それらの画像は基準画像と比較され（例えば相互相関）、タイミング情報は、この比較の結果に基づいて抽出される（例えばコンピュータ処理された相関係数の時間変化がタイミング情報を提供し得る）。複数の低解像度画像は、関心のある運動対象をかなりの確率で含んだ全体画像あるいは副領域たりえる。図４及び図５には、インターリーブされた半径方向のｋスペーストラジェクトリーの例が示されている。図４中に符号Ａ〜Ｄで表されている、半径方向の複数のトラジェクトリのセットは、動きの少なくとも１つの完全な周期毎に繰り返し取得されている。図５でも同じように符号Ｅ〜Ｈの付された複数の半径方向トラジェクトリーのセットが続いており、これらも動きの少なくとも１つの全周期毎に繰り返し取得されている（さらにこれらに続いてインターリーブ型の複数のトラジェクトリーセットが可能である）。低解像度の二次元画像は、それぞれのトラジェクトリーセットから導出可能である（例えば図４及び図５のセットＡ〜Ｇ、セットＢ〜Ｈ）。代替的に、螺旋方向のｋスペーストラジェクトリーが使用される場合には、各螺旋方向トラジェクトリーはそれ自身で低解像度の二次元画像（そこからはタイミング情報が抽出可能）を提供できる。
タイミング情報が抽出された後では、関心のある動きとの時間的な対応を提供するために当該情報が処理される。この場合多くの異なった処理技法が使用できる。例えばタイミング情報は、有利な実施形態において、動きに対応した経時変化信号に処理され、それらの信号の中で関心をひく時間的な事象（あるいは関心をひく動きの複数のフェーズ）に対応する特徴が認識できるように、所定のアルゴリズムが用いられる。しかしながらタイミング情報が、通常の向きの経時変化信号として存在すること自体は本質をなすものではない。同期化のために必要される情報としては、観察すべき動きの各周期毎の単独の時間値であってもよいし、経時変化信号を導出する中間ステップを用いないで単純に出力時間値を生成するためにタイミング情報をアルゴリズムで処理するものであってもよい。タイミング情報に基づいて処理された結果は、有利には、画像データの収集開始に使用されるトリガ信号となされる。
タイミング情報が経時変化信号であるケースにおいては、信号の種々の特性、例えば、振幅、位相、変化レートなどが、対応する映像データとの同期化に有用となる。心臓シネ造影法においては、経時変化信号が、ＭＲユニットによって監視されている組織の断層部位に流入する若しくはそこから流出する血流量を表す信号となり得る。典型的には、短軸面若しくは長軸面の配向で、心室内の血液プール量の変化の結果から周期的な変動がわかる。並列比較形シーケンス若しくは“TueFISP”形シーケンスの収集技法を用いれば、経時変化信号は心拍周期の拡張フェーズの終端に最大振幅を有し、収縮フェーズの終端に最小振幅を有する。従って信号の振幅は、心臓が確かな心拍周期フェーズにある時点の確定に直接の有効な手だてとなる。
心臓映像は、有用な経時変化信号のフェーズの例を提供する。後続するＲＦ励磁を供給するグラジエントに沿った映像の向きに応じて、信号のフェーズは、環流血液プールの速度の変化と相関付けられる。このことは、心臓映像データに対するタイムスタンプの割当てに使用されるフェーズに対して可能となる。
信号の振幅とフェーズは既に前述しているが、いくつかの有利な実施例では、信号の実数成分または虚数成分が直接の同期化に用いられる。
経時変化信号の変化率も値となり得る。例えば信号における最大レート又は最小レートは、心臓周期、呼吸周期、あるいは患者のその他の随意/不随意の動きの複数のポイントに対する収集された映像データの同期化のために有用となり得る。
有利な実施例によれば、種々の信号調整プロセスが、映像データの同期化のための値を高めるために経時変化信号上で実施される。例えば信号の最大振幅を決定するピーク検出アルゴリズムに対する信号の通過に先立たせて低域ろはフィルタまたは帯域ろはフィルタを通される。
タイミング情報が、関心をひく動きとの所期の時間的対応を提供すべく処理された後では、映像データが動きと同期化される。既に前述したように、処理は、時間値（例えば動きの開始時点、動きの生じている間の別のフェーズないし時間的事象など）をもたらすか、なんらかのトリガ信号をもたらす。映像データの同期化は、予期的に実施されてもよいし（例えば映像データの収集開始に対してトリガ信号を出力するなど）、遡及的に実施されてもよい（例えば動きの開始時の時間値と映像データに割当てられたタイムスタンプとの比較など）。
遡及的同期化の実施例は図６に示されている。これらのデータは、セグメント方式で収集されている。それにより、所定の収集ウインドウ内で、シネ映像フレームに対応するｋスペースラインの部分のみが収集される。例えば図６においては、各ｋスペースセグメントが収集ウインドウ内で１２回取得される。このウインドウは推定される最長心拍周期よりも長くなるように設定される。各セグメントは１１のｋスペースラインを有し、データは同じ息止めの出現中に１５の収集ウインドウに亘って取得される（図では２つの周期のみが示されている）。各画像フレームは、１１のｋスペースラインの１５のセグメントからなり、画像フレーム全体では１６５のｋスペースラインとなる。これらのセグメントは、連続的に取得され、映像データから抽出されたタイミング情報は、データ収集が完了した後で遡及的に、取得されたデータとの同期化に用いられる。心拍周期との映像データの同期化に対しては、取得された映像データのタイムスタンプが（例えば各取得ライン毎に）対応する心拍周期が開始された時のデータの取得された時間を作成する（この時間は、映像データから抽出されたタイミング情報から導出されたものであり得る）。
予期的に行われる実施例においては、タイミング情報の抽出と処理がリアルタイムで、若しくはほぼリアルタイムで十分にできるように行われる。トリガ信号は映像データの収集に作用する。例えばセグメント方式の心臓シネ映像のケースでは、映像データのセグメントの収集が、トリガ信号がＲ波の検出を表した場合に開始される。予期的なトリガリングと共に、トリガがｋスペースの１つのセグメントの収集を開始する。シネ映像においては、データの１つ以上のラインの同じセグメントが、次のトリガの出現まで繰り返し要求される。出現時点では、データ収集が次のｋスペースデータのセグメントに切り替わる。
従来のＭＲユニットでは、ＭＲ映像データの獲得に、前述したようにｋスペーストラジェクトリーに沿って収集されたデータが用いられる。全身用ＲＦ送信コイルは、ＲＦパルスの送信に用いられ、４から８のＲＦ受信コイルの平面アレイは、ＲＦ信号の獲得に用いられる（図７にはそのような４つの平面アレイコイルが示されている）。周知のようにここではグラジエントコイルが用いられる。ＭＲユニットはパルスシーケンスの非常にワイドな多様性を使用し得る。そのうちの１つが図８に示されている（これは半径方向のｋスペーストラジェクトリーを生じる）。所期のｋスペーストラジェクトリーの提供と映像データ収集の連鎖能力は、タイミング要求が十分になるだけ速さを十分に持ち合わせている。例えば、心臓の同期化に対しては、調整情報を取得するのに少なくとも１０ｍｓおきが望ましく、なんらかのデータ収集の連鎖能力にこのレートは十分となる。
典型的には胸部または腹部のＭＲＩは、Ｓ/Ｎ比の最適化のために、独立した多重形のＲＦ（radio frequency）コイルエレメントアレイが使用される（図７参照）。それらのコイルの各々は、ビューイメージフィールドの１つの領域にいおいて信号をもたらし、コイルの感応領域は、典型的には相互に重畳する。この多重形コイルからの信号は、独立した受信チャンネルによって取得され、さらに別個に再構成される。多重形コイルからの情報の結合は、典型的には生データの代わりに画像領域において行われる。アレイの中のコイルの全てが画像に対する有効情報をもたらすのに対して、画像データ内では、心臓の動きに関連する信号が心臓上に直接配置されたコイルにおいて最強の変化をもたらす。このコイルの感応領域は、心臓からの信号によって支配され、心臓の動きによって最大の影響を受ける。従って、タイミング情報を抽出する映像データ源として、映像コイルの１つを選択することが有利となる（この選択は動きの間の信号変化の振幅に基づいて自動的に行われる）。
代替的に、付加的な小型のローカルＨコイルを、造影すべき解剖学的構造部近傍（例えば心臓造影のために患者の胸部上）に配置し、そのコイルによって受信した信号からタイミング情報を抽出することは有利である。この付加的コイルは、映像データを収集するのに用いられるコイルよりもサイズ的に小さくても大きくてもよいが、付加的コイルを小型にすること自体は有利となる。このことは、動きと抽出されたタイミング情報の相関付けを改善する方向に導く。このケースでは、付加的コイルからのデータ、すなわち同じイメージングパルスシーケンスからの結果であって、コイルアレイによって取得される映像データと実質的に同時に取得されるデータは、映像のためには用いられない。そのような実施は、本発明の第２の観点からの可能な実施例であり得る。
限局性のＲＦコイル（それが映像化に使用されるコイルのうちの１つであろうと映像化に使用されない付加的な限局性コイルであろうと）、心臓（若しくは動きを生じるその他の対象）のみを含む小さな局所的領域に対する映像データの限定化に役立ち、それによって所期のタイミング情報とは無関係の雑音源に対する影響のされやすさが低減される。
本発明には、前述してきた実施例の他にもさらに多くの別の実施例も含まれる。それらは以下の請求項によって定められる。請求項において“ＭＲ映像データ”とは、ＭＲ画像の生成に使用されるデータを指すものであり、専ら他の目的のために取得されるデータ、例えばタイミング情報の提供のみに取得される付加的データを指すものではない。
本発明の１つの観点のために要求される特徴は、本発明の別の観点の実施に必ずしも要求されるものとは限らない。例えばその最も広い観点においては、タイミング情報の抽出に本発明の第２の観点の実施は必ずしも必要ない。またタイミング情報が抽出される実施例において、Ｍ映像データから抽出されることは必ずしも必要でない（例えば前述したような付加的な限局性のコイルから取得されたタイミングデータからの抽出も可能である）。本発明の第３の観点を実施するさらなる実施例は、ＭＲ映像データから取得されるタイミング情報は要求しない。
本発明の第１の観点の別の実施例のいくつかは以下に示す。
タイミング情報は、専ら映像データから抽出されるべき必要性をもたない。本発明のいくつかの利点は、タイミング情報が主に映像データから抽出され得るが、タイミングの目的のためにだけ取得した付加的なデータとの組合わせも可能なことである。
さらにタイミング情報の抽出に対しては１以上の技法が用いられてもよく、その選択は、動きとの所期の時間的な対応を達成する技法の能力に基づいて使用される技術に対して行われてもよい。また２つの技術の結果の組合わせを重み付けしてタイミング情報を抽出してもよい。
データの選択的フィルタリングを用いれば、心拍と呼吸の両方のタイミング情報が同じＭＲ映像データから典型的に抽出され得る。
本発明の実施は、タイミング情報の得られるその他の技法と組み合わせることも可能である。例えば呼吸の動きを、本発明の実施例を用いて同期化させることも可能である一方で、心臓造影データの同期化を従来のＥＣＧベースのタイミングによって処理してもよい。
Claims (43)
- ＭＲ映像データを患者の動きに同期化させる方法において、
動きを生じている患者からＭＲ映像データを取得するステップと、
ＭＲ映像データの少なくとも一部からタイミング情報を抽出するステップと、；該タイミング情報は動きを表すものであり、
前記タイミング情報をＭＲ映像データと動きの同期化のために使用するステップと、
同期化されたＭＲ映像データを、ＭＲ画像の作成のために使用するステップとを有することを特徴とする方法。 - 前記画像データは、半径方向又は螺旋方向のｋスペーストラジェクトリーに沿って収集され、それによってタイミング情報が原点若しくは原点近傍のｋスペースポイントから頻繁に抽出される、請求項１記載の方法。
- 前記タイミング情報は、ｋスペース生データから抽出される、請求項２記載の方法。
- 前記タイミング情報は、空間領域に変換されたｋスペースデータから抽出される、請求項２記載の方法。
- 前記タイミング情報は、ｋスペースの中心に基づいている、請求項３記載の方法。
- 前記タイミング情報は、半径方向のｋスペーストラジェクトリーに沿って収集されたｋスペース生データの変換によってそれぞれ導出された１つ又は複数のコンピュータ処理された一次プロジェクトリーに基づいている、請求項４記載の方法。
- 前記タイミング情報は、複数のコンピュータ処理された一次プロジェクトリーに基づいている、請求項６記載の方法。
- 前記タイミング情報は、コンピュータ処理された画像群のほぼ中心に基づいている、請求項７記載の方法。
- 前記タイミング情報は、動きに対するタイミング情報の感度の増加のために選ばれた配向を伴うｋスペースラインに基づいたコンピュータ処理された一次投影に基づいている、請求項６記載の方法。
- 前記タイミング情報は、低解像度の画像の相関付けに基づいている、請求項４記載の方法。
- 前記低解像度画像は、交互データ収集方式を用いて取得されており、この場合のインターリーフはｋスペースの分散された領域をカバーするｋスペーストラジェクトリーのグループから構成されている、請求項１０記載の方法。
- 前記タイミング情報は、動きの方向に関する値野中で変化する時間変化信号からなっている、請求項１記載の方法。
- 前記方法にはさらに、動きに伴う時間的な対応を提供するためにタイミング情報を処理するステップが含まれている、請求項１記載の方法。
- 動きの開始された時間、又は動いている間の他のイベントの時間を表す時間値を提供する時間的な対応を提供するための処理ステップが含まれている、請求項１３記載の方法。
- 前記タイミング情報は、動きの周期に関する値の中で変化する時間変化信号からなっている、請求項１３記載の方法。
- 時間変化信号のフェーズ若しくはレートのピークを抽出するための時間変化信号の処理からなる時間的対応を提供するための処理ステップが含まれている、請求項１５記載の方法。
- 動きに伴ってＭＲ映像データを遡及的に同期化するためのタイミング情報を使用することからなる同期化のためのタイミング情報を使用するステップが含まれている、請求項１記載の方法。
- ＭＲ映像データは、セグメント化されたシネ映像データである、請求項１記載の方法。
- 前記方法は、動きのある身体の部分に配置されたＲＦコイルを用いて実施される、請求項１記載の方法。
- 前記ＲＦコイルは、心臓の上に配置されている、請求項１９記載の方法。
- 前記ＲＦコイルは、ＰＰ受信コイルであり、別個のＰＰ送信コイルは、ＲＦ励起の供給のために用いられる、請求項１９記載の方法。
- 患者の動きは、周期的である、請求項１記載の方法。
- 前記動きは、心臓の周期的動きである、請求項２２記載の方法。
- 前記動きは、呼吸中の肺の周期的な動きである、請求項２２記載の方法。
- 前記動きは、呼吸中の肺の動きと心臓の周期的な動きの両方からなり、この場合、選択的フィルタリングが用いられており、それによって、両方の動きの同期化のためのタイミング情報が、同じＭＲ画像データから抽出される、請求項２４記載の方法。
- 抽出されたタイミング情報は、ＭＲ映像データと１つまたは２つの動きとの間の同期化のために用いられ、その他の動きは、タイミング情報の別のソースを用いて同期化される、請求項１記載の方法。
- 抽出されたタイミング情報を用いて同期化される動きは、呼吸中の肺の動きであり、その他の動きは心臓の周期的動きであり、心臓を同期化するためのタイミング情報の他のソースは、ＥＣＧ信号である、請求項２６記載の方法。
- 前記タイミング情報は、ＭＲ映像データと付加的な非映像データの組合わせから抽出される、請求項１記載の方法。
- 前記ＭＲ映像データは、タイミング情報の一次情報源である、請求項２８記載の方法。
- 前記タイミング情報は、ＭＲ映像データから単独で抽出される、請求項１記載の方法。
- タイミング情報の抽出のために１つ以上の技法が使用され、この場合動きとの所望の時間的対応を達成する技法の性能に基づいて使用される技法が選択される、請求項１記載の方法。
- タイミング情報の抽出のために１つ以上の技法が使用され、さらに抽出されたタイミング情報は、２つの技法の結果の結合である、請求項１記載の方法。
- ＭＲ映像のための方法において、
少なくとも第１のコイルと第２のコイル上でＲＦ信号を同時に形成するパルスシーケンスを供給し、
第１のコイル上で取得されたＲＦ信号を、ＭＲ映像データの抽出のために処理し、
第２のコイル上で取得されたＲＦ信号を、映像データ以外のデータ抽出のために処理し ＭＲ映像データをＭＲ画像作成のために使用するようにしたことを特徴とする方法。 - 前記方法は、ＭＲ映像データを患者の動きに同期化させる方法であり、この場合映像データ以外のデータは、タイミングデータであり、さらに、
タイミングデータからのタイミング情報であって動きを表しているタイミング情報を抽出し、
該タイミング情報を、ＭＲ映像データと動きの同期化のために使用する、請求項３３記載の方法。 - 前記第１及び第２のＲＥコイルは、パルスシーケンスの間のＲＦ励起の送信には使用しない、請求項３３記載の方法。
- コイルアレイを形成している複数の第１のＲＥコイルが存在しており、さらに各々のコイルがＭＲ映像データ取得のために最初にサイズ統制されて配置される、請求項３４記載の方法。
- 第２のＲＥコイルは、動きのある身体の部分に配置される、請求項３４記載の方法。
- 前記ＭＲ映像データは、心臓造影データからなり、前記第２のＲＥコイルは、心臓近傍の胸部領域に配置される、請求項３７記載の方法。
- 前記タイミング情報は、専ら第２のＲＥコイルから取得されたタイミングデータから抽出される、請求項３４記載の方法。
- 前記ＭＲ映像データは、専ら第１のＲＦコイルから取得されたＲＥ信号から取得される、請求項３４記載の方法。
- ＭＲ胎児心臓造影データを胎児心臓の動きに同期化させる方法において、
胎児からＭＲデータを取得するステップと、
胎児心臓画像を作成するためにＭＲ映像データとしてＭＲデータの少なくとも一部を使用するステップと、
ＭＲデータからタイミング情報を抽出するステップと、；該タイミング情報は、胎児心臓の動きを表すものであり、
ＭＲ映像データを胎児心臓の動きに同期化させるために前記タイミング情報を使用するステップとを有していることを特徴とする方法。 - 前記タイミング情報は、ＭＲ映像データから抽出される、請求項４１記載の方法。
- 前記タイミング情報は、ＭＲ映像データとして使用されないＭＲデータから抽出される、請求項４１記載の方法。
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