JP2005111276A - 低信号領域を伴うｓｅｎｓｅのための画質改善 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＥＮＳＥ画像においてエイリアシング劣化を最小限にしＳＥＮＳＥ信号対ノイズ比を改善させる。
【解決手段】ＭＲＩシステム（２）のための撮像方法は、スキャン用ボリュームの内部で低信号領域を特定する工程を含む。スキャン用ボリュームに関して重複計算を作成する。低信号領域を重複計算から実質的に排除し、これにより調整済み重複構造を作成する。この調整済み重複構造に応答してＳＥＮＳＥ計算が作成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、全般的には磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムに関し、さらに詳細には、画質を改善するための方法及びシステムに関する。

磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）は、患者に関する詳細な１次元、２次元及び３次元画像を核磁気共鳴（ＮＭＲ）の手法を用いて取得するためのよく知られた医学的手技である。ＭＲＩは、軟部組織の描出によく適しており、また主に疾病の病状や内部の損傷を診断するために使用される。

典型的なＭＲＩシステムは、患者または患者の一部分の周りに強力で均一な磁場を発生することが可能な超伝導マグネットと、送信器及び受信器コイルを含み同じく患者の一部分を囲繞するか該一部分上に作用を及ぼしている無線周波数（ＲＦ）送信器及び受信器システムと、同じく患者の一部分を囲繞している磁場傾斜コイル・システムと、受信器コイルからフーリエ変換形式で信号を受け取りかつこの信号を処理して視覚的画像などの解釈可能なデータにしているコンピュータ処理／画像化システムと、を含んでいる。

超伝導マグネットは、ＭＲＩデータの収集シーケンス中に主磁場内に制御された傾斜のシーケンスを発生させるように時間的パルス操作を受ける磁場傾斜コイル・アセンブリと連携して使用される。

ＳＥＮＳＥ（ＳＥＮＳｉｔｉｖｉｔｙ Ｅｎｃｏｄｉｎｇ）は複数の表面コイルアレイを用いてＭＲＩデータ収集時間を短縮させるための一技法である。一般的にＳＥＮＳＥは、フーリエ変換の位相エンコード・ライン間のステップサイズを増大させること、あるいは撮像域（ＦＯＶ）を縮小することによって収集時間を短縮させている。しかし、被検体が縮小させた撮像域の外部まで延びていると、位相エンコード方向にエイリアシング（すなわち、折り返し（ｗｒａｐ−ａｒｏｕｎｄ））が生じる。このエイリアシングには、位相エンコード方向での被検体の繰り返し（エイリアシング反復（ａｌｉａｓｅｄ ｒｅｐｌｉｃａｔｅ）とも云う）が含まれる。この反復の間隔は、フーリエ変換の位相エンコード・ライン間のステップサイズに対して反比例の関係にある。したがってＳＥＮＳＥを用いてスキャン時間を短縮させると、画像内のエイリアシング反復間の間隔が短くなる。ＳＥＮＳＥ処理はエイリアシングのある多重コイル画像を合成して最終画像からエイリアシングを除去している。

エイリアシング反復（「重複（ｏｖｅｒｌａｐ）」）が有するコイル荷重係数は異なるために、多重コイル画像からエイリアシングを除去することが可能である。各画素の位置におけるエイリアシング反復の予測数のことを「重複構造（ｏｖｅｒｌａｐ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）」と規定する。ＳＥＮＳＥ処理では、予測される重複構造を計算し、次いで（以前に計測した）表面コイルの受信Ｂ１磁場（「感度（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）」）を使用して多重コイル・データを合成させて最終画像からエイリアシングを除去している。最適なＳＥＮＳＥ画質には、コイル感度の厳密な計測並びに重複構造の正確な計算が必要である。コイル感度が厳密でないと最終画像に未補正のエイリアシングが生じることになる。重複計算が不正確であると、最終画像に未補正のエイリアシングかノイズの増加を生じることになる。コイル感度は厳密に計測することが困難でありかつノイズ・エイリアシングを折り返し解除しようとすると最終画像内のノイズが増加するため、低信号のスキャン領域（「穴（ｈｏｌｅ）」）があるとＳＥＮＳＥ画質の劣化につながる。

この新規技法では、ＳＥＮＳＥ画像におけるエイリアシング劣化を最小限にすべきであり、またＳＥＮＳＥ信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を改善させるべきである。本発明はこれらの目的を目指したものである。

本発明の一態様では、ＭＲＩシステムのための撮像方法は、スキャン用ボリュームの内部で少なくとも１つの低信号領域を特定する工程と、スキャン用ボリュームの重複構造を計算する工程（以下において、重複計算を云う）と、この重複計算から少なくとも１つの低信号領域を実質的に排除し、これにより調整済み重複構造を作成する工程と、この調整済み重複構造に応答して少なくとも１つのＳＥＮＳＥ計算を作成する工程と、を含んでいる。

本発明の別の態様では、ＭＲＩシステムはスキャン用ボアを画定している実質的に円筒状の部材を含んでいる。第１のコイルを含むコイル・アセンブリは、スキャン用ボア内に装着されていると共に、スキャン信号を受け取るように適合されており、さらにこのスキャン信号に応答して画像信号を発生させるように適合されている。画像再構成装置は、スキャン用ボリュームの内部で低信号領域を特定すること、このスキャン用ボリュームの重複計算を作成すること、この重複構造計算から低信号領域を実質的に排除しこれにより調整済み重複構造を作成すること、並びにこの調整済み重複構造に応答してＳＥＮＳＥ計算を作成することを行うように適合させたロジックを介して、画像信号を受け取りかつこれから画像を再構成するように適合されている。スキャン制御装置はスキャン信号を作成するように適合されている。

本発明の利点には、画像境界内部に低信号領域を有するＳＥＮＳＥスキャンにおいて、ノイズが下がるために画質が改善されること及び未補正のエイリアシングが低減されることが含まれる。詳細には、本発明によってＳＥＮＳＥは、例えば両側乳房スキャンで利用されるものなど低いコイル感度を有する大きな中央領域を備えたコイルに関して効率のよい技法となる。

本発明自体、並びにその付随する利点は、添付の図面と関連させて取り上げた以下の詳細な説明を参照することによって最適に理解できよう。

本発明についてより完全に理解するために、ここで本発明の一例として添付の図面でより詳細に図示しかつ以下に記載している実施形態を参照することにする。

画像内部の低信号領域を重複計算から除去することによってＳＥＮＳＥ画質を最適化するための方法に関連して本発明を記載しているが、本発明は磁気共鳴スペクトロスコピー・システムや磁気共鳴アンギオグラフィを含め多くのタイプのＭＲスキャンにＳＥＮＳＥを適用する際に使用できることは当業者であれば理解されよう。

以下の説明では、構築した１つの実施形態に関する様々な動作パラメータや構成要素について記載している。これらの特定のパラメータや構成要素は一例として含めたものであり、限定を意味しない。

さらに以下の説明において、ＭＲＩシステムの構成要素は、超伝導マグネット、超伝導マグネット支持構造、傾斜マグネット・アセンブリ、ＳＥＮＳＥ処理ロジックを含んだ画像再構成装置１５、及び当技術分野で周知の別の任意のＭＲＩシステム構成要素のうちのいずれか１つを含むことがある。

本発明は、画像内の低信号領域によってＳＥＮＳＥ画質が劣化する問題を、重複構造のＳＥＮＳＥ計算に穴の位置特定を含めることを介して解決している。低い（バックグラウンド）信号領域は例えば、較正スキャン・データに対するしきい値処理によって特定される。これらの領域は、特定された後はＳＥＮＳＥスキャンにおいてエイリアシングを生じさせないものと見なされる。これらの領域は正規の重複計算から除去され（すなわち、該計算に含めず）、そのコイル感度（計測が不十分なコイル感度）はＳＥＮＳＥ計算に算入されない。最終のＳＥＮＳＥ画像では、この（一般に、情報をもたない）穴領域は再構成されるか、再構成されることなく「ブランク状態（ｂｌａｎｋｅｄ）」にされるかのいずれかとなる。当業者であれば、ＳＥＮＳＥを本発明で利用すると、必要なフーリエ計測が減少することによってスキャン時間が短縮されることを理解されよう。

図１を参照すると、ＭＲＩシステム２のブロック概要図を表している。このＭＲＩシステム２は、スキャン用ボア６を画定している実質的に円筒状の部材４を含んでいる。このスキャン用ボア６は、第１のコイル９がその内部に装着されたコイル・アセンブリ８を含んでいる。第１のコイル９の動作は、以下でより詳細に検討することにするスキャン制御装置１３（シーケンス制御装置）を介して制御されている。コイル・アセンブリには画像再構成装置１５も結合させており、これについても以下で検討することにする。

ＭＲＩシステム２はさらに、スキャン用ボア６を画定すると共にその中心３０にある長手方向の軸と平行に延びる円筒状の部材４を含んだ環状の真空容器４６を含んでいる。この円筒状部材４のうちスキャン用ボア６の中心３０から最も遠く離れている長手方向面である第１の外部面５０上には、磁場傾斜コイル・アセンブリ５２がある。この磁場傾斜コイル・アセンブリ５２には無線周波数（ＲＦ）シールド５８を付与している。

スキャン用ボア６の内部に装着したコイル・アセンブリ５２は第１のコイル３１を含んでいる。コイル・アセンブリ５２は、スキャン信号を受け取り、かつこのスキャン信号に応答して典型的にはフーリエ変換の離散組の形式をした画像信号を発生させる。

ＭＲＩシステム２はさらに、スキャン用ボア６の長手方向ｚ軸に沿って時間に関して一定の磁場を発生させる複数の超伝導磁場コイル１６を有する超伝導マグネット１４を含んだ静止マグネット構造１２を含んでいる。この超伝導マグネット・コイル１６は超伝導マグネット・コイル支持構造２０によって支持されている。

スキャン制御装置１３（シーケンス制御装置）及び第１のコイル３１にはＲＦ送信器６４が接続されている。スキャン制御装置１３は、磁場傾斜コイル・アセンブリ５２に接続された傾斜コイル制御装置７０を介して一連の電流パルス発生装置６８を制御している。スキャン制御装置１３と連携してＲＦ送信器６４は、静止マグネット構造１２を介してスキャン用ボア６内部にある対象の一部分の選択した双極子内で磁気共鳴を励起しかつ操作するための無線周波数信号パルスを発生させる。これにより信号が発生し、これが画像信号または正規の画像データを作成するように後で配列されることは当業者であれば理解するであろう。

スキャン制御装置１３はさらに、スキャン用ボリューム内部にある低信号領域を特定するための較正スキャンを発生させ、これから較正スキャン信号を作成している。較正スキャンは、正規のスキャンの前に実施されるのが典型的であることは当業者であれば理解するであろう。

一実施形態では、その画像再構成装置１５は画像信号と較正スキャン信号を受け取っている。この動作は、第１のコイル３１と接続されており、対象の検査を受ける部分から発せられた磁気共鳴信号を復調するための無線周波数受信器７２を介して実施される。画像再構成装置１５は受け取った磁気共鳴信号（画像信号）を電子的画像表現に再構成させ、これが画像メモリ７６に格納される。

本実施形態では、画像再構成装置１５は、重複計算を作成すること、この重複計算から低信号領域を実質的に排除しこれにより調整済み重複構造を作成すること、並びにこの調整済み重複構造に応答してＳＥＮＳＥ計算を作成することを行うロジックを介して、画像信号を受け取りこれから画像を再構成させている。

画像再構成装置１５はさらに、上で言及したように、較正スキャン信号を受け取り、これに応答して重複計算から低信号領域を実質的に排除している。

デカルト系におけるＳＥＮＳＥ計算を介したＳＥＮＳＥ再構成は、先ず離散形フーリエ変換（ＤＦＴ）を用いて各アレイ素子ごとにエイリアシングを受けた画像を作成することによって実施される。

第２の工程はこの中間画像の組からフルＦＯＶ画像を作成することである。この工程では、折り返し効果の元になっている信号の重なり合いを分解させることが不可欠である。すなわち、縮小させたＦＯＶ内の各画素において、フルＦＯＶ内の多数の位置からの信号寄与を分離させる。これらの位置は縮小させたＦＯＶの大きさに等しい距離だけ分離させている。

ビデオ・プロセッサ７８などの画像再構成デバイスは、格納した電子画像をビデオ・モニタ７９上に表示させるための適当な形式に変換している。

図２を参照すると、ＳＥＮＳＥ計算をしていないデータサンプル８０と、同じ被検体に関してＳＥＮＳＥ計算を用いているデータサンプル８２と、を表している。図２にはさらに、画質を改善させるための本発明におけるエッジ情報の利用について表している。このエッジ情報は円８３のエッジ８１を検知するための別のスキャン（例えば、較正スキャン）を介して取得している。本質的には、エッジ情報は、エイリアシングを有しないエリアに対するＳＥＮＳＥ計算で使用される重複数を減少させることによってＳＥＮＳＥ画質（ＩＱ）を改善させている。

サンプル８０に関する規定の撮像域（ＦＯＶ）８４は、エイリアシング反復８６のうちの１つを囲繞している。ＦＯＶ８４の両側には、最も近くにある２つのエイリアシング反復８８、９０を表している。番号８０で表したケースはＳＥＮＳＥを使用していない（撮像域の縮小がない）。このケースでは、これらのエイリアシング反復は十分に離れているため要素の重複は全く存在しない。

ＳＥＮＳＥデータサンプル８２は、１つのフーリエ変換要素９４を囲繞するＦＯＶ９２と、最も近くにある２つのエイリアシング反復９６、９８と、を有するように表している。番号８２で表したケースで使用しているフーリエ領域の間隔は番号８０で表したケースの２倍離れている。結果として、スキャン時間は短縮されるがエイリアシング反復はより接近する。２つのセクション１００、１０１は２つのエイリアシング反復を含んでおり、また被検体の残りの部分は１つの反復を伴って図示している。

換言すると、エッジを考慮しなかった計算には各画素位置ごとに２つの反復が存在する。エッジを含めることによって、ＳＥＮＳＥ処理は、画像の中心（データ組９４）を含め幾つかの領域において出現する反復を１つだけにしている。

図３を参照すると、ＳＥＮＳＥ計算をしていないデータサンプル１０６と、被検体（ここでは、中央穴１０９を含む対象として図示している）に関してＳＥＮＳＥ計算を用いているデータサンプル１０８と、を表している。中央穴１０９は、そこから発生するのが低信号となる領域である。低信号は例えば、コイル感度が低い、組織が存在しない、あるいはパルスシーケンスによる信号抑制を有する領域から発生される。

サンプル１０６に関する規定の撮像域（ＦＯＶ）１１０はエイリアシング反復のうちの１つ（１１２）を囲繞している。ＦＯＶ１１０の両側には、最も近くにある２つのエイリアシング反復１１４、１１６を表している。この図示したケースでは、隣接するエイリアシング反復間隔が十分に離れているため要素の重複は全く存在していない。

ＳＥＮＳＥデータサンプル１０８は、１つのエイリアシング反復１２０とその最も近くにある２つのエイリアシング反復１２２、１２４とを囲繞するＦＯＶ１１８を有するように図示している。このフーリエ領域の間隔は番号１０６で表したケースの２倍離れている。結果として、スキャン時間は短縮されるがエイリアシング反復はより接近する。４つのセクション１２６、１２８、１３０、１３２は２つのエイリアシング反復を含んでおり、また被検体の残りの部分は１つの反復と重複セクション１２６、１２８、１３０、１３２の間にある穴１３４、１３６、１３８とを伴うように図示している。

その被検体内に低信号領域が存在する場合、ＳＥＮＳＥ画像内の追加的な領域においてエイリアシング反復の数が減少する。上述した例では、穴及びエッジを考慮すると、リング１２０、１２２、１２４が重複する場所である４つの正方形領域１２６、１２８、１３０、１３２を除くすべての箇所でそのエイリアシング反復の数は１つまで減少する。

ＳＥＮＳＥ計算において穴を考慮に入れると、穴と信号領域が重複するエリアにおいてエイリアシング反復の数が減少する。ＳＥＮＳＥ画質は重複構造と関連するため、これらのエリアは、補正すべきエイリアシングの発生が少ないより長いＳＥＮＳＥスキャン（穴がない）によって作成された画像と同様の画質を有することができる。

本発明においてＳＥＮＳＥは、両側乳房スキャンにおける２つのサジタル・ボリュームなど２つの分離したボリュームを同時収集する際にコイルを脱結合（ｄｅｃｏｕｐｌｅ）させている。これらのスキャンに関するＳＥＮＳＥ処理は、棄却される中央領域を伴う大きな単一ボリュームとして設定されている。本発明は、中央領域を穴として取り扱うことによってこのタイプのスキャンに関する画質を改善させている。

図４を参照すると、本発明の別の実施形態によるＭＲＩスキャンのための方法の論理フローチャート１５０を表している。

ロジックは、スキャン操作者からの信号に応答するかスキャン制御装置の内部にある事前設定プログラムを介するかのいずれかによって（しきい値処理用）較正スキャンが起動される動作ブロック１５２で開始される。

動作ブロック１５４では、例えばしきい値処理用較正スキャン・データを介して低信号領域が特定される。これらの領域は特定された後では、ＳＥＮＳＥスキャンにエイリアシングを生じさせないものと見なされる。

動作ブロック１５６では、低信号領域が重複計算から除去され（すなわち、該計算に含めず）、これらそれぞれのコイル感度はＳＥＮＳＥ計算に算入されない。

動作ブロック１６０では、ＳＥＮＳＥスキャン動作の間にＳＥＮＳＥ計算が作成され、また最終ＳＥＮＳＥ画像については動作ブロック１６２において、穴領域はＳＥＮＳＥ計算を用いて再構成されるか、再構成させずにブランクとなるかのいずれかになる。

動作時には、ＭＲＩスキャンのための方法は、スキャン用ボリュームに対する較正スキャンを作成しこれによりエッジ情報を取得する工程を含む。このスキャン用ボリューム内において低信号領域が特定される。スキャン用ボリュームに関して重複計算が作成される。低信号領域が重複計算から実質的に排除され、これにより調整済み重複構造が作成される。次いで、ＳＥＮＳＥスキャンを実施し、さらに調整済み重複構造に応答してＳＥＮＳＥ計算が作成される。このＳＥＮＳＥ計算に応答してスキャン用ボリュームの画像が再構成される。

上述の工程は説明のための一例とするように意図したものである。これらの工程はその用途に応じて同期して実行することや、別の順序で実行することができる。当業者にとっては上述した装置を様々な目的に適合させることが可能であり、ＭＲＩシステム、磁気共鳴スペクトロスコピー・システム、及びスキャン動作に続いて画質が問題となるようなその他の用途などのシステムに限定されるものではない。上述した発明はさらに、添付の特許請求の範囲が企図している本発明の精神及び趣旨を逸脱することなく変更することができる。

本発明の一実施形態に従ったＭＲＩシステムのブロック概要図である。 本発明の別の実施形態に従ったスキャン対象に関する再構成前の出力図である。 本発明の別の実施形態に従ったスキャン対象に関する再構成前の別の出力図である。 本発明の別の実施形態に従ったＭＲＩスキャンのための方法の論理フローチャートである。

符号の説明

２ ＭＲＩシステム
４ 円筒状部材
６ スキャン用ボア
８ コイル・アセンブリ
９ 第１のコイル
１２ 静止マグネット構造
１３ シーケンス制御装置
１４ 超伝導マグネット
１６ 超伝導磁場コイル
２０ コイル支持構造
３０ ボア中心
３１ 第１のコイル
４６ 真空容器
５０ 第１の外部面
５２ 磁場傾斜コイル・アセンブリ
５８ ＲＦシールド
６４ ＲＦ送信器
６８ 電流パルス発生装置
７０ 傾斜コイル制御装置
７２ ＲＦ受信器
７６ 画像メモリ
７８ ビデオ・プロセッサ
７９ ビデオ・モニタ
８０ ＳＥＮＳＥ計算をしないデータサンプル
８１ エッジ
８２ ＳＥＮＳＥ計算を用いたデータサンプル
８３ 円
８４ ＦＯＶ
８６ エイリアシング反復
８８ エイリアシング反復
９０ エイリアシング反復
９２ ＦＯＶ
９４ フーリエ変換要素
９６ エイリアシング反復
９８ エイリアシング反復
１００ セクション
１０１ セクション
１０６ ＳＥＮＳＥ計算をしないデータサンプル
１０８ ＳＥＮＳＥ計算を用いたデータサンプル
１０９ 中央穴
１１０ ＦＯＶ
１１２ エイリアシング反復
１１４ エイリアシング反復
１１６ エイリアシング反復
１１８ ＦＯＶ
１２０ エイリアシング反復
１２２ エイリアシング反復
１２４ エイリアシング反復
１２６ セクション
１２８ セクション
１３０ セクション
１３２ セクション
１３４ 穴
１３６ 穴
１３８ 穴

Claims (10)

1. スキャン用ボリュームの内部で少なくとも１つの低信号領域を特定する工程と、
   前記スキャン用ボリュームの重複計算を作成する工程と、
   前記重複計算から前記少なくとも１つの低信号領域を実質的に排除し、これにより調整済み重複構造を作成する工程と、
   前記調整済み重複構造に応答して少なくとも１つのＳＥＮＳＥ計算を作成する工程と、
   を含むＭＲＩシステム（２）のための撮像方法。
2. スキャン用ボリュームに対する較正スキャンを作成し、これによりエッジ情報を取得する工程をさらに含む請求項１に記載の撮像方法。
3. 前記ＳＥＮＳＥ計算に応答して前記スキャン用ボリュームの画像を再構成する工程をさらに含む請求項１に記載の撮像方法。
4. 前記調整済み重複構造に応答して少なくとも１つのＳＥＮＳＥ計算を作成する前記工程は、
   前記調整済み重複構造に応答したＳＥＮＳＥスキャンを作成する工程と、
   前記ＳＥＮＳＥスキャンに応答して前記スキャン用ボリュームの画像を再構成する工程と、
   をさらに含んでいる、請求項１に記載の撮像方法。
5. 前記再構成の工程はフルＳＥＮＳＥ計算を用いた再構成の工程をさらに含んでいる、請求項４に記載の撮像方法。
6. 前記再構成の工程は前記少なくとも１つの低信号領域をブランクにする工程をさらに含んでいる、請求項４に記載の撮像方法。
7. スキャン用ボリュームの内部で少なくとも１つの低信号領域を特定する前記工程は、しきい値較正スキャンを介して少なくとも１つの低信号領域を特定する工程をさらに含んでいる、請求項１に記載の撮像方法。
8. スキャン用ボリュームに対する較正スキャンを作成し、これによりエッジ情報を取得する工程と、
   前記スキャン用ボリュームの内部で低信号領域を特定する工程と、
   前記スキャン用ボリュームの重複計算を作成する工程と、
   前記重複計算から前記低信号領域を実質的に排除し、これにより調整済み重複構造を作成する工程と、
   前記調整済み重複構造に応答したＳＥＮＳＥスキャンを作成する工程と、
   前記ＳＥＮＳＥスキャンに応答して前記スキャン用ボリュームの画像を再構成する工程と、
   を含むＭＲＩシステム（２）のための撮像方法。
9. 前記再構成の工程はフルＳＥＮＳＥ計算を用いた再構成の工程をさらに含んでいる、請求項８に記載の撮像方法。
10. スキャン用ボア（６）を画定している実質的に円筒状の部材（４）と、
    前記スキャン用ボア（６）内に装着されると共に第１のコイル（９）を備えたコイル・アセンブリ（８）であって、スキャン信号を受け取るように適合されており、さらに前記スキャン信号に応答して画像信号を発生させるように適合されているコイル・アセンブリ（８）と、
    重複計算を作成すること、前記重複計算から低信号領域を実質的に排除しこれにより調整済み重複構造を作成すること、並びに前記調整済み重複構造に応答してＳＥＮＳＥ計算を作成することを行うように適合させたロジックを介して、前記画像信号を受け取りかつこれから画像を再構成するように適合されている画像再構成装置（１５）と、
    前記スキャン信号を作成するように適合されたスキャン制御装置（１３）と、
    を備えるＭＲＩシステム。

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