JP2006527617A - 読み出し方向での感度エンコーディングのあるｍｒ撮像 - Google Patents

Abstract

磁気共鳴撮像システムが選択された空間解像度をもつ選択された撮像領域の最終的な画像を取得する。磁気共鳴撮像スキャナ（１０）は複数の受信コイル（１４）を使って位相エンコード方向および読み出し方向において磁気共鳴標本値をエンコードし、受信する。エンコードと受信は読み出し方向に不足サンプリングする。再構築プロセッサ（３０）は複数の受信コイル（１４）のそれぞれによって取得された磁気共鳴標本値を再構築して対応する複数の中間再構築画像にする。各中間再構築画像は読み出し方向における標本抽出の減少のため、エイリアシングを有し、いくつかの側面において劣化した高空間周波特性を有する。組み合わせプロセッサ（４０）はコイル感度因子（４２）に基づいて前記複数の中間再構築画像を組み合わせ、読み出し方向において選択された撮像領域および選択された空間解像度をもつ最終的な画像を生成する。

Description

以下は診断撮像技術に関するものである。高速もしくは高解像度またはその両方での磁気共鳴撮像にとりわけ用途がある。しかしまた、磁気共鳴撮像一般において、磁気共鳴分光において、そして超高速磁気共鳴シーケンスの調整においても用途がある。

より高解像度を、より高速のスキャン時間を実現しようとする絶えざる欲求を動機として、データ取得レートを上げ、画質を改善するために複数の無線周波読み取りコイルを使った磁気共鳴撮像スキャナが開発されている。フェーズドアレイ法では、受信コイルは撮像対象の異なる領域を若干の重なりをもって標本抽出して空間的に並列的なデータ取得を実現するよう構成されている。

感度エンコーディング法では、複数の受信コイルが異なる空間感度をもつことが撮像時間を短縮したり解像度を改善したりするのに利用される。同じ空間体積を複数のコイルを使って標本抽出するというのはちょっと考えたところでは冗長データを与えるだけのように思えるが、実は、コイルの検出感度の相違のため追加的な情報内容が得られることが立証されている。感度エンコーディング（SENSE: sensitivity encoding）では、位相エンコード段階をスキップすることで撮像時間が短縮される。減少した位相エンコード段階数は、スキップされる位相エンコード線の数の減少に対応するＳＥＮＳＥ因子だけ撮像時間を短くする。たとえば、位相エンコード線が一つおきにスキップされれば、ＳＥＮＳＥ因子２が実現される。

標本抽出される位相エンコード線の数が減少した結果、位相エンコード方向での不足サンプリングが生じる。位相エンコード方向でｋ空間の完全な周波数範囲にわたって高速フーリエ変換再構築が実行される場合、再構築される画像は、空間周波数の不足サンプリングのため撮像領域の繰り返しが減っているというエイリアシングを含む。画像の撮像領域が減るため、より高い空間位置に対応する部分がエイリアシングによって折りたたまれてその減少した撮像領域にはいってくる。

ＳＥＮＳＥでは、複数のコイルによって取得された折りたたまれた再構築画像が組み合わされて折りたたみのない画像を生じる。組み合わせは、各コイルの位相に関係した画像乱れが異なる原因となる、コイルの感度因子に基づいている。たとえば、４つのコイルを用いる場合、折りたたみのないピクセルは次の線形連立方程式を解くことによって得られる。

P₁＝ρ₁β_1,1＋ρ₂β_1,2＋ρ₃β_1,3＋ρ₁β_1,4
P₂＝ρ₁β_2,1＋ρ₂β_2,2＋ρ₃β_2,3＋ρ₁β_2,4 （１）
P₃＝ρ₁β_3,1＋ρ₂β_3,2＋ρ₃β_3,3＋ρ₁β_3,4
P₄＝ρ₁β_4,1＋ρ₂β_4,2＋ρ₃β_4,3＋ρ₁β_4,4
ここで、値P_xはコイルxによって測定された折りたたまれたピクセル値、β_x,yは折りたたまれていないピクセルyにおけるコイルxの感度因子、ρ_yは折りたたまれていないスピン密度のピクセル値で、これが計算すべきものである。測定された値P_xは折りたたまれた中間画像に対応したものであり、４つのコイルについて、各ピクセルに対する４つの折りたたまれていないピクセルρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄からの寄与は、不足サンプリングに起因する位相エンコード方向へのエイリアシングおよびコイル属性のため異なっている。折りたたまれていないピクセルρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄の位相エンコード方向における空間位置は、ナイキストの標本化定理を使って容易に決定できる。コイル感度因子β_x,yは撮像対象の較正画像（低解像度画像でよい）から、あるいは画像取得の間に追加的なｋ空間ビューを集めることによって得られる。方程式（１）を折りたたまれていないピクセル値ρ_yについてピクセルごとに解くことは、多様な既知の線形方程式解法のいずれによってでも好適に実行できる。ある好適な方法では、方程式（１）は感度因子β_x,yが感度行列［β］をなす行列形式に書かれ、方程式（１）を解くことはその感度行列［β］の逆を求めることになる。

可変密度ＳＥＮＳＥでは、標本抽出される位相エンコード線の分布はｋ空間で非一様に分布している。好ましくは、ｋ空間の中心付近では標本抽出密度が高く、ｋ空間の外側の端ではよりまばらな標本抽出となる。従来型のＳＥＮＳＥと同様、さまざまなコイルによって取得された再構築画像は線形連立方程式を使って組み合わされる。その連立方程式をピクセル値について解くことによって組み合わせた画像を得るのである。

複数の受信コイルを用いた感度エンコーディングのこれら過去の諸方法は磁気共鳴撮像におけるデータ取得におけるある残った欠陥に対処するものではない。標本抽出ハードウェアの速度が限られているために課される標本抽出レートの限界、高解像度でｋ空間を標本抽出するために使われる傾斜磁場プロファイルの長時間の読み出しによって課される撮像速度に対する限界といったものである。

本発明は、前述した制限その他を克服する改良された装置および方法を考察するものである。

ある側面によれば、磁気共鳴撮像システムが開示される。少なくとも読み出し方向に磁気共鳴をエンコードする手段が提供される。エンコードは、読み出し傾斜磁場プロファイルを加えることを含む。複数の受信コイルが磁気共鳴信号を受信するために設けられる。ある測定標本抽出レートで各受信コイルから標本値を取得するために、読み出し傾斜磁場プロファイルの印加中に受信コイルを標本抽出するための標本抽出手段が設けられる。各コイルから取得された磁気共鳴標本値を再構築して対応する中間再構築画像を得るための手段が設けられる。該中間再構築画像はある測定撮像領域を有し、読み出し方向でのある測定空間解像度を有している。コイル感度因子に基づいて中間再構築画像を組み合わせて、読み出し方向での最終的な撮像領域および最終的な空間解像度を有する最終的な再構築画像を生成するための手段が設けられる。最終撮像領域および最終空間解像度の少なくとも一つは、読み出し方向での測定撮像領域および測定空間解像度のうちの対応する一つに対して向上させられる。

別の側面によれば、磁気共鳴撮像方法が提供される。少なくとも読み出し方向に磁気共鳴信号が読み出し傾斜磁場プロファイルを用いてエンコードされる。磁気共鳴信号は複数の受信コイルを使って読み出し方向に標本抽出され、測定標本抽出レートで各コイルから磁気共鳴標本値を取得する。各コイルから取得された磁気共鳴標本値は再構築されて対応する中間再構築画像にされる。該再構築画像はある測定撮像領域を有し、読み出し方向でのある測定空間解像度を有している。コイル感度因子に基づいて中間再構築画像が組み合わされて、読み出し方向での最終的な撮像領域および最終的な空間解像度を有する最終的な再構築画像が生成される。最終撮像領域および最終空間解像度の少なくとも一つは、読み出し方向での測定撮像領域および測定空間解像度のうちの対応する一つに対して向上させられる。

一つの効果は、所与の受信器帯域幅について読み出し解像度が改善されることにある。

もう一つの効果は、読み出し時間が短縮されることにある。

さらにもう一つの効果は、読み出し解像度の改善と読み出し時間の短縮が組み合わされることにある。

好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を読めば通常の技量を有する当業者には数多くの追加的な利点や恩恵が明らかとなることであろう。

本発明はさまざまな構成要素および構成要素の配置の形において、またさまざまな処理工程および処理工程の配置において実施することができる。図面は好ましい実施形態を解説する目的のためだけであって、本発明を限定するものと解釈してはならない。

図１を参照すると、磁気共鳴撮像システムは磁気共鳴撮像スキャナ１０を含んでおり、これは代表例としての実施形態では、フィリップス社から発売されているインテラ３．０Ｔ（Intera 3.0T）という短軸・高磁場（3.0T）の磁気共鳴撮像スキャナである。ただし、主磁石と、スライス、位相エンコード、読み出し磁場勾配を提供するための傾斜磁場コイルと、撮像対象における核磁気共鳴を励起するための無線周波送信機とを含む実質あらゆる磁気共鳴撮像スキャナが利用可能である。インテラ３．０Ｔは有利には全身撮像ができるよう構成されるが、より小さな撮像領域を撮影するスキャナも用いることができる。また、主磁場がより低い、あるいはより長軸もしくは開放型の、あるいはその両方であるスキャナを用いることもできる。

磁気共鳴撮像スキャナ１０は検査領域１２内で軸方向すなわちｚ方向の一定の主磁場を与える。スキャナ１０によって実施される典型的な磁気共鳴撮像シーケンスでは、ｚ方向にスライス選択勾配が加えられる。ただし、ｚ方向での位相エンコードも考えられる。スライス選択勾配が存在する間は、無線周波励起パルスまたはパルス束がスキャナ１０の検査領域１２に送出されて撮像対象のある軸スライス内に磁気共鳴を励起する。その軸スライスを選択するのがスライス選択勾配である。無線周波励起およびスライス選択勾配を除去して少したったのち、位相エンコード磁場勾配が位相エンコード方向すなわちｙ方向に沿って加えられる。これは一般に軸方向すなわちｚ方向に直交する方向で、励起されたスライスの磁気共鳴を位相エンコード方向に沿って位相エンコードするためのものである。位相エンコード磁場勾配を除去して少したったのち、読み出し傾斜磁場プロファイルが一般にｙ方向およびｚ方向に直交するｘ方向に沿って加えられる。読み出し傾斜磁場プロファイルを加えている間に、磁気共鳴の標本値がｘ方向に取得される。ｘ方向は読み出し方向とも呼ばれる。典型的には、磁気共鳴撮像シーケンスは、交互に発生する位相エンコード勾配および読み出し勾配の連続を含み、これが磁気共鳴標本抽出をｋ空間を通じて循環させる。

記載されている磁気共鳴撮像シーケンスは単に例としてのものである。当業者は記載されているシーケンスを特定の用途に適合するよう容易に修正することができる。シーケンスは任意的に、一つまたは複数の１８０°反転パルス、一つまたは複数の磁気共鳴スポイラー勾配、などといったその他の特徴をも含む。さらに、スライス選択方向、位相エンコード方向、読み出し方向の向きは任意である。たとえば、スライス選択方向は図１に示すようなｚ方向以外の方向でもよい。ここでは説明上の目的のため、便宜上、上で述べたｘ方向、ｙ方向、ｚ方向という呼び方を使う。当業者は、ここに記載されている感度エンコーディング技術は一般に標本抽出解像度を上げるために、あるいは撮像時間を短縮するために、あるいはその両方のために、実質あらゆる種類の磁気共鳴撮像シーケンスについて適用できることを認識するであろう。

磁気共鳴撮像スキャナ１０は、代表例としての実施形態では４つの受信コイルを含む複数受信コイル配列１４を含んでいる。受信コイルの数はこれ以外でもよい。たとえば、８つの感度エンコーディング（ＳＥＮＳＥ）受信チャンネルを規定する８つの受信コイルを含む８チャンネルのＳＥＮＳＥヘッドコイルがフィリップス社から発売されている。用いる受信コイルは奇数個でもよい。それどころか２以上のいかなる数のコイルを用いてもよい。ただし、４つ以上のコイルを使用したほうが柔軟性が増す。

読み出し傾斜磁場プロファイルを加えている間、標本抽出回路１６は複数受信コイル配列１４の４つのチャンネルを使って磁気共鳴の標本値を選択されている測定標本抽出レートで取得する。たとえば、標本抽出間隔５μｓにあたる測定標本抽出レート２００ｋＨｚでは、各５μｓの標本抽出間隔の間に４つの標本値が取得される。複数受信コイル配列１４の４つのコイルのそれぞれによって一つの標本値が取得されるのである。複数受信コイル配列１４のコイルは検査領域１２の実質同一の空間領域の標本抽出をする。取得された磁気共鳴標本値は、受信コイル配列１４の４つの受信コイルに対応するｋ空間メモリ２０、２２、２４、２６に保存される。

再構築プロセッサ３０は４つのｋ空間メモリ２０、２２、２４、２６のそれぞれの磁気共鳴標本値の高速フーリエ変換再構築を実行して対応する中間再構築画像を生成し、該中間再構築画像は中間画像メモリ３２、３４、３６、３８に保存される。図１では、単一の再構築プロセッサ３０が４つの画像再構築について時間的に多重化された、すなわち並列の処理を提供している。ｋ空間メモリ２０、２２、２４、２６のそれぞれに対して別個のフーリエ変換再構築プロセッサを取り入れることも考えられる。画像メモリ３２に保存される中間再構築画像は、コイル配列１４の一つの受信コイルによって取得され、ｋ空間メモリ２０に保存された磁気共鳴標本値から再構築される。同様に、画像メモリ３４に保存される中間再構築画像は、別の受信コイルによって取得され、ｋ空間メモリ２２に保存された磁気共鳴標本値から再構築される。画像メモリ３６に保存される中間再構築画像は、さらに別の受信コイルによって取得され、ｋ空間メモリ２４に保存された磁気共鳴標本値から再構築される。そして画像メモリ３８に保存される中間再構築画像は、さらにもう一つの別の受信コイルによって取得され、ｋ空間メモリ２６に保存された磁気共鳴標本値から再構築される。

中間再構築画像は読み出し方向に不足サンプリングされており、任意的に、位相エンコード方向にも不足サンプリングされている。所望の画像はある選択された撮像領域とある選択された解像度とをもつが、読み出し方向の不足サンプリングはより小さな撮像領域に対応するため、各中間再構築画像は、前記選択された画像特性に比較して少なくとも読み出し方向において短縮された撮像領域の画像を生成する。さらに、より高い空間周波数は任意的に読み出し方向において標本抽出されていなくてもよく、その場合、中間画像は目的画像に望まれる解像度に比較して解像度も低いことになる。

感度デコーディングプロセッサ４０は前記中間再構築画像を一組のコイルの感度パラメータ［β］４２に基づいて組み合わせ、読み出し方向において前記選択された撮像領域および前記選択された画像解像度をもつ最終的な再構築画像４４を計算する。同様に、感度デコーディングプロセッサ４０によって実行される画像の組み合わせは、短縮された撮像領域や、位相エンコード方向における任意的な不足サンプリングによって導入されたその他の画像劣化を補正する。感度行列［β］４２のコイル感度パラメータはコイル感度プロセッサ４６によって低解像度画像に基づいて事前に計算される。好ましいやり方では、全身コイル（図示せず）を使って取得された画像が複数受信コイル配列１４のコイルの感度パラメータ［β］４２を決定する際に一様性基準として使われる。

ユーザーインターフェース５０は最終的な再構築画像４４を受け取り、好適な画像処理を実行して、ユーザーインターフェース５０の表示モニタ上で表示される、人間が見ることのできる表示画像を生成する。たとえば、二次元断面像や三次元表現を生成・表示することができる。それに代わって、あるいは追加として、最終的再構築画像４４は紙に印刷されたり、電子的に保存されたり、構内ネットワークやインターネットを通じて送信されたり、その他の処理をされたりすることができる。

ユーザーインターフェース５０は好ましくは、関係する放射線技師またはその他のユーザーが、感度エンコーディングパラメータメモリ５２に保存されている感度エンコーディングパラメータを選択できるようにする。ユーザーインターフェース５０は好ましくはさらに、関係する放射線技師またはその他のユーザーが、感度エンコーディングパラメータメモリ５２の内容によって指定される感度エンコーディングまたは感度エンコーディングの組み合わせを用いる選択された磁気撮像シーケンスが磁気共鳴スキャナ１０によって実行されるのを制御することを可能にする。

引き続き図１を参照しつつ、さらに図２を参照すると、感度エンコーディングパラメータメモリ５２はさまざまな感度エンコーディング方式および感度エンコーディング方式の組み合わせを実装するためのパラメータを保存している。読み出し感度エンコーディングパラメータセット６０は読み出し測定標本抽出レート６２を含んでいる。これは任意的に、選択された最終的画像解像度を提供するのに十分な標本抽出レートに比べて低くてもよい。標本抽出レートは、好ましくは、標本抽出ハードウェアが１標本値のビット数を最大にして標本抽出できるのに十分なだけ遅い。読み出し感度エンコーディングパラメータセット６０はまた、読み出し傾斜磁場プロファイルの面積を指定する読み出し勾配プロファイルパラメータ６４を含んでいる。好ましい実施形態では、読み出し傾斜磁場プロファイルは一定の勾配の大きさG_readをもつ正方形のプロファイルであり、読み出し勾配プロファイルパラメータ６４は読み出し傾斜磁場プロファイルの時間的長さを指定する。感度エンコーディングパラメータメモリ５２はまた、位相エンコード感度エンコーディングパラメータセット７０を保存している。これは、従来型の位相エンコーディングＳＥＮＳＥを実装するための位相エンコーディングステップサイズ７２および可変密度位相エンコーディングＳＥＮＳＥを実装するための可変位相エンコーディングステップ密度プロファイル７４を含む。任意的に、感度エンコーディングパラメータメモリ５２はさらに送信感度エンコーディングパラメータセット８０を含んでいてもよい。

代表例としての複数受信コイル配列１４の４つのコイルにより、所与の磁気共鳴撮像シーケンスに対して得られる標本値の数が４倍に増える。標本抽出におけるこの４倍の増加はさまざまな種類の読み出し方向もしくは位相エンコーディング方向またはその両方におけるコイル感度エンコーディングについて使用できる。いくつかの好ましい感度エンコーディング方式について以下に議論する。

のちに例証するように、読み出し感度エンコーディングは任意的に位相エンコード方向における感度エンコーディングと組み合わせられる。しかし、そのような組み合わせは受信コイルの数によって限定される。４つのコイルを用い、従来型の位相エンコードＳＥＮＳＥがＳＥＮＳＥ因子４で用いられる場合、代表例としての複数受信コイル配列１４の４つのコイルによって提供される標本抽出の４倍増は完全に位相エンコード方向に適用され、追加的な読み出し方向における感度エンコーディングは利用できない。他方、従来型の位相エンコーディングＳＥＮＳＥがＳＥＮＳＥ因子をたったの２として用いられる場合には、標本抽出の４倍増のうち２倍分が位相エンコーディングＳＥＮＳＥのために実質的に適用され、残りの２倍分の標本抽出増は読み出し方向における感度エンコーディングのために利用できる。さらに別の方式では、標本抽出の４倍増全体が読み出し方向における感度エンコーディングに適用され、この場合は位相エンコード方向における感度エンコーディングは利用できない。受信コイルがＮ個の一般の場合について、標本抽出のＮ倍増を完全に読み出し方向の感度エンコーディングに適用することもできるし、標本抽出のＮ倍増を完全に位相エンコード方向における感度エンコーディングに適用することもできるし、標本抽出のＮ倍増を読み出し方向と位相エンコード方向との間で分配することもできる。

図３は、読み出し方向の感度エンコーディングが適用されない、従来型の参照用の磁気共鳴読み出しを示している。この従来型の磁気共鳴読み出しにおいては、勾配の大きさがG_readで継続時間がT₀の読み出し傾斜磁場プロファイルが加えられ、その間に磁気共鳴標本値（図３では図式的に垂直線で示している）が標本抽出間隔Δt₀で取得される。読み出し磁場勾配の大きさG_readが共鳴周波数の範囲を決定する。その範囲にわたって選択された撮像領域がエンコードされるのである。換言すれば、勾配の大きさG_readはｋ空間の広がりを決定する。磁気共鳴標本抽出レート1/Δt₀は、読み出し磁場勾配の大きさG_readによって定義される周波数範囲についてエイリアシングを避けるに十分なだけ高い。さらに、読み出し傾斜磁場プロファイルの面積G_read・T₀は読み出し方向における空間解像度に比例する。勾配プロファイルの継続時間T₀は、読み出し方向における選択された空間解像度を提供するよう選択される。

引き続き図３を参照しつつさらに図４〜６を参照して、読み出し方向における第一の好ましい感度エンコーディング方式について説明する。ここでは、４つのコイルによる標本抽出の４倍増の全体が読み出し方向に適用される。この技術では、撮像領域は標本抽出の間は犠牲にされるが、折りたたみ解消工程の間に回復される。図４に見られるように、読み出し傾斜磁場プロファイルは変わらない。すなわち、勾配の大きさはG_readのままであり、勾配の継続時間はT₀のままである（つまり、T₁＝T₀）。しかし、図４における磁気共鳴標本抽出の標本抽出間隔Δt₁は図３の標本抽出間隔Δt₀の４倍の長さがある。すなわち、図４の磁気共鳴標本抽出の標本抽出レート1/Δt₁は図３の標本抽出レート1/Δt₀の1/4の長さしかないのである。より遅い標本抽出は各標本値のデジタル化したビット数を増加させるのに有利である。

図５はこの標本抽出レートの低下の効果をｋ空間で示すものである。図４の感度エンコーディングされた読み出しにおける低下した標本抽出レート1/Δt₁では、図３の参照用の読み出しに比べて、読み出し方向においてｋ空間標本値の1/4しか取得されない。図５では、図４の読み出しによって取得されるｋ空間標本値が大きな黒丸として示され、図４の読み出しにおける低下した標本抽出レート1/Δt₁によってスキップされるｋ空間標本値は小さな点で示してある。図３の参照用の読み出しは、大きな黒丸で示されたものと小さな点で示されたものを含め、全部の標本値を取得する。

図６は、図４および図５の感度エンコーディングを使って得られる折りたたまれた中間再構築画像の一つの折りたたみを示す概略図である。この中間再構築画像の撮像領域ＦＯＶ_measは図３の読み出しによって取得される選択された撮像領域ＦＯＶ_selectedの1/4の大きさしかない。この撮像領域の縮小は、空間周波数の標本抽出密度を減らしたことの結果である。縮小した測定（measurement）視野領域ＦＯＶ_measの外にある選択された撮像領域の部分（図６では点線で表されている）は、十分に標本抽出されていない周波数成分によって周波数エンコードされている。不足サンプリングされた周波数成分は、図６の中間再構築画像における折りたたまれた、すなわちエイリアシングされた特徴９０として現れている。

当業者は、図５に示されたｋ空間標本抽出および図６の折りたたまれた画像と、従来式の位相エンコードＳＥＮＳＥによって得られたｋ空間標本抽出および画像折りたたみとの間のいくつかの類似を認識するであろう。ＳＥＮＳＥ因子４を使った位相エンコードＳＥＮＳＥは、位相エンコード線の４本に１本しか記録しないことに対応するもので、位相エンコード方向に1/4に縮小された撮像領域と位相エンコード方向における折りたたみのある、折りたたまれた画像を生成する。

この類似は、画像の組み合わせにも及ぶ。図４〜図６の読み出し感度エンコーディングによって導入された読み出し方向におけるエイリアシングは、感度デコーディングプロセッサ４０によって除去される。感度デコーディングプロセッサ４０は折りたたまれた中間再構築画像を展開するための展開プロセッサとしてはたらく。式（１）と同様な線形連立方程式が好適に用いられるが、このたびは折りたたまれていないスピン密度ピクセルρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄がエイリアシングされるのは読み出し方向、すなわちｘ方向に沿ってである。スピン密度ピクセルρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄の読み出し方向における位置はナイキストの標本化定理を使って好適に決定される。結果として得られる折りたたまれていない最終的な画像は読み出し方向におけるエイリアシングがなく、最終的画像の選択された撮像領域は測定された撮像領域ＦＯＶ_measはの４倍の大きさである。

しかしながら、こうした見かけ上の類似にもかかわらず、図４〜図６の読み出し感度エンコーディングは画像生成に対して従来型の位相エンコードＳＥＮＳＥとは非常に違った効果をもつ。当業者には知られているように、従来式の位相エンコードＳＥＮＳＥは標本抽出される位相エンコード線の数を減らすことによって撮像時間の短縮を実現する。それに対して、図４〜図６を参照しつつ説明した読み出し感度エンコーディングは撮像時間の短縮はしない。位相エンコード線の数は減らず、それぞれの位相エンコード線のための読み出し時間は読み出し勾配継続時間T₁によって設定されている。この値も読み出し感度エンコーディングによっては修正されない。

その代わり、図４〜図６において示した読み出し感度エンコーディングは磁気共鳴標本値の読み出し時間を増す。読み出し感度エンコーディングのない図３の撮像においては、磁気共鳴標本値（sample）読み出し時間t_samp,0は対応する標本抽出間隔Δt₀より小さい。図４では、磁気共鳴標本値読み出し時間t_samp,1は同様に対応する標本抽出間隔Δt₁より小さい。しかし、Δt₁＝4Δt₀であるから、図４で示されている読み出し感度エンコーディングを用いた磁気共鳴標本値読み出し時間t_samp,1は参照用の磁気共鳴標本値読み出し時間t_samp,0に比べて４倍に増やすことができる。

図４〜図６の感度エンコーディングは少なくとも二つの異なる方法で使うことができる。第一の用途は図４を図３と直接比較することによって示される。ここでは、標本抽出間隔はΔt₀からΔt₁に増えている。これは磁気共鳴標本値読み出し時間t_samp,1をより長くすることができ、それは磁気共鳴標本値のより正確な測定ということになる。磁気共鳴標本値の大きさの解像度に対応するデジタル化された標本値のビット数は、標本抽出時間によって決まるのである。換言すれば、最終的な再構築画像の輝度の中間階調の深さが増すのである。

図４〜図６の感度エンコーディングの第二の用途は、読み出し標本抽出レートが無線周波標本抽出プロセッサ１６のスピードによってハードウェア的に制限されているような磁気共鳴撮像システムにとって有益である。図４〜図６の感度エンコーディングなしでは、標本抽出レートへのハードウェア的な制限は、読み出し磁場勾配の大きさG_readが与えられているとき、読み出し方向における撮像領域への制限ということになる。この第二の用途では、標本抽出レートはたとえばΔt₀と高いままに保たれており、読み出し感度エンコーディングは、画像の展開を通じて、測定された撮像領域ＦＯＶ_measに比べて撮像領域を４倍に拡大するのに使われる。

図７および図８を参照すると、別の感度エンコーディングの実施形態が記載されている。ここでは図４〜図６の読み出し感度エンコーディングが従来型の位相エンコードＳＥＮＳＥと組み合わされている。この組み合わせによって、低下した標本抽出レートで読み出し感度エンコーディングの読み出し時間が伸びる利点が、位相エンコードＳＥＮＳＥによって与えられる撮像時間の短縮とともに与えられる。図７は、そのような標本抽出についてのｋ空間マップを図３の参照用の読み出しによる標本抽出との比較で示している。図５と同様に、図７でもスキップされたｋ空間標本値は小さな点で示され、取得されたｋ空間標本値は大きな黒丸で示されている。

位相エンコード方向での感度エンコーディングを適用するために、読み出し方向における感度エンコーディングは標本抽出レートの４倍減から標本抽出レートの２倍減へと減少する。すなわち、読み出し標本抽出間隔は図３の標本抽出間隔Δt₀の２倍である、あるいは同じことだが読み出し標本抽出レートは図３の標本抽出レート1/t₀の半分である。受信コイルが４つあることによって与えられる残りの２倍の標本抽出増は位相エンコード方向に適用されて、位相エンコード方向におけるＳＥＮＳＥ因子２を可能にする。よって、撮像時間は位相エンコードＳＥＮＳＥによってほぼ1/2に短縮され、その一方、磁気共鳴標本値読み出し時間は図３に示した参照読み出しの読み出し時間t_samp,0に比べてほぼ２倍増加させられる。

図８は、図７のｋ空間標本抽出に対応する、折りたたまれた中間再構築画像の一つの折りたたみを示す概略図である。読み出し（readout）方向における中間再構築画像の撮像領域ＦＯＶ_meas,readは、読み出し標本抽出レートを半分にしたため、図３の読み出しによって取得される選択された読み出し撮像領域ＦＯＶ_sel,readの半分の大きさでしかない。さらに、従来型の位相エンコードＳＥＮＳＥでは普通であるように、位相エンコード（phase encode）方向における撮像領域ＦＯＶ_meas,p.e.もまた、スキップされた位相エンコード線のため、選択された位相エンコード撮像領域ＦＯＶ_sel,p.e.に比べて半分に縮小される。読み出し方向における不足サンプリングは、図８の中間再構築画像における折りたたまれた、すなわちエイリアシングされた特徴９２として現れる。位相エンコード方向への不足サンプリングは、図８の中間再構築画像における折りたたまれた、すなわちエイリアシングされた特徴９４につながる。さらなる折りたたまれた、すなわちエイリアシングされた特徴９６は読み出し方向および位相エンコード方向での不足サンプリングの組み合わせの結果として現れる。式（１）は、中間再構築画像のそれぞれの測定されたピクセルに寄与する位相エンコード方向および読み出し方向の両方に沿った和の形にすぐ変更でき、感度デコーディングプロセッサ４０はその修正された線形連立方程式を構築し、解いて、折りたたみのないスピン密度ピクセル値ρを計算する。

図９および図１０を参照すると、さらにもう一つの好ましい感度エンコーディング方式において、読み出し傾斜磁場プロファイルを短くする、すなわち打ち切ることによって読み出し標本抽出の減少が得られている。この技術では、読み出しの間は読み出しスピードを上げるために解像度が犠牲にされるが、展開工程で解像度は回復される。図９を参照用の図３と比較すると、図９の感度エンコーディングされた読み出しの標本抽出間隔Δt₂は標本抽出間隔Δt₀と同じである。すなわち、Δt₂＝Δt₀である。標本抽出レートが変わっていないので、空間周波数成分が十分に標本抽出され、撮像領域は縮小されない。しかし、図９の読み出しの読み出し勾配継続時間T₂は図３の参照読み出しの読み出し勾配継続時間T₀の1/4でしかない。再構築された画像の空間解像度は勾配プロファイルの面積に比例するので、勾配継続時間T₂の短縮は、図３の標本抽出から再構築された画像と比較して読み出し方向における空間解像度の低下した中間再構築画像を与える結果になる。図１０は図９の標本抽出をｋ空間で示している。ｋ_readout＝０を中心としたｋ空間の中心の1/4の部分だけが読み出し方向で標本抽出されており、高い読み出しｋ値の標本抽出はない。

当業者は、図１０に示されたｋ空間標本抽出と、可変密度位相エンコードＳＥＮＳＥによって得られるｋ空間標本抽出との間にいくつかの類似を認識するであろう。可変密度位相エンコードＳＥＮＳＥは、高い位相エンコードｋ値ではよりまばらに標本抽出を行い、位相エンコード線をｋ空間の中央領域、すなわちｋ_{phase encode}＝０周辺に集中させる。さらに、図９および図１０の読み出し標本抽出と可変密度位相エンコードＳＥＮＳＥ技術とは両方とも原則として著しい撮像時間短縮の利点がある。

しかしながら、可変密度位相エンコードＳＥＮＳＥと違って、図９および図１０の読み出し感度エンコーディングは高い読み出しｋ値の標本抽出を完全に省略する。完全な省略は、読み出し勾配プロファイル継続時間T₂を短くすることによって撮像時間を短くする。図９および図１０の読み出し感度エンコーディングでは、撮像時間は勾配継続時間T₂によって決定される。たとえ一つでも高い読み出しｋ値を含めることは勾配継続時間T₂をそのｋ値まで延長することになり、コンパクトな図９および図１０の読み出し感度エンコーディングを用いて得られる撮像時間の短縮を無にしてしまう。

当業者は、可変密度位相エンコードＳＥＮＳＥでは、高い位相エンコードｋ値を完全に省略しても同じような利点は得られないことを認識するであろう。可変密度位相エンコードＳＥＮＳＥにおいていくつかの高い位相エンコードｋ値を含めることは上記のような勾配の延長を必要としない。位相エンコード方向では、高い位相エンコードｋ値を完全に省略しても、ｋ空間の中央近くに集中しているが若干の高いｋ値を含む位相エンコード線の可変分布に比べて著しい撮像時間上の利点は得られないのである。これは、位相エンコードＳＥＮＳＥにおいては、撮像時間の短縮は標本抽出される位相エンコード線の数の減少に対応するものであり、ｋ空間内で保持される位相エンコード線の分布とは強い関係はないためである。

図９のように短くした読み出し傾斜磁場プロファイルによってもたらされる空間解像度低下を克服するため、感度デコーディングプロセッサ４０はいくつかの低解像度の中間再構築画像を組み合わせて高空間解像度の最終的再構築画像を生成する。この組み合わせのため、好ましくは式（１）を変形して次のような行列形式で書き直す。

P(k_x)＝β(r_x,k_x)ρ(r_x) （２）
ここで、k_xは読み出しｋ値の指標であり、P(k_x)は中間再構築画像の測定されたピクセル値を含んでおり、ρ(r_x)は最終的な再構築画像の列r_xの真のピクセル値を含んでおり、β(r_x,k_x)は画像の列r_xおよび対応するｋ値k_xに沿ったコイル感度を含んでいる。行列β(r_x,k_x)のコイル感度要素は、可変密度位相エンコードＳＥＮＳＥで使われる類似のフーリエ変換項に対応するフーリエ変換項を含んでいる。これらのフーリエ項が含まれるのは、中間画像が位相エンコード方向においてのみフーリエ変換され、式（１）の場合のように位相エンコード方向と読み出し方向との両方でフーリエ変換されるのではないためである。求めようとしている真のスピン密度ピクセル値ρ(r_x)は、感度デコーディングプロセッサ４０によって、感度行列β(r_x,k_x)の逆行列を求めることによって引き出される。ｋ値は典型的には１２８、２５６または５１２個の標本値にわたって広がるので、感度行列β(r_x,k_x)の逆行列を求める際には好ましくは正則化技法が用いられる。しかし、逆行列の計算は有利には各r_xについて一度だけ実行される。

式（２）を解く際に、図９および図１０における標本抽出において高い読み出しｋ値を完全に省略したことに起因する問題が生じる。受信コイルが高い空間周波数で感度が低いとすると、感度行列β(r_x,k_x)は悪条件である場合があり、逆行列の計算が不正確であったり実行できなかったりすることがありうる。好ましくは、複数受信コイル配列１４のコイルは、この問題を克服するために、高い空間周波数で大きな感度を与えるよう設計される。

図１１を参照すると、図９および図１０の読み出し感度エンコーディングが従来型位相エンコードＳＥＮＳＥと組み合わされるさらにまた別の感度エンコーディングの実施形態が記載されている。この組み合わせでは、短縮された勾配継続時間の読み出し感度エンコーディングでの撮像時間短縮が、位相エンコードＳＥＮＳＥによって与えられる撮像時間のさらなる短縮とともに与えられる。図１１は、そのような標本抽出についてのｋ空間マップを図３の参照用の読み出しによる標本抽出との比較で示している。他のｋ空間マップと同様に、図１１でもスキップされたｋ空間標本値は小さな点で示され、取得されたｋ空間標本値は大きな黒丸で示されている。

ここでもまた、位相エンコード方向での感度エンコーディングを適用するために、読み出し方向における感度エンコーディングは標本抽出レートの４倍減から標本抽出レートの２倍減へと減少する。すなわち、読み出し方向において、ｋ_readout＝０を中心とするｋ空間の中央の半分が標本抽出される。受信コイルが４つあることによって与えられる残りの２倍の標本抽出増は位相エンコード方向に適用されて、位相エンコード方向ＳＥＮＳＥ因子２を可能にする。

もう一つの考えられる手法では、図９および図１０の短縮された勾配継続時間の読み出し感度エンコーディングは送信感度エンコーディングパラメータセット８０（図２参照）を使った送信ＳＥＮＳＥと組み合わされる。送信ＳＥＮＳＥは空間的に選択的な無線周波パルスを短くする。そのようなパルスは励起ｋ空間を通じた軌跡に基づいている。送信ＳＥＮＳＥを図９および図１０の短縮された勾配継続時間の読み出し感度エンコーディングを組み合わせることで、スライス選択パルスを短くすることができる。スライス選択パルスは、励起ｋ空間を通じての１次元での軌跡をもつ空間的に選択的なパルスである。１次元スライス選択送信ＳＥＮＳＥについて記載しているが、２次元または３次元パルスにおいても送信ＳＥＮＳＥを適用することができる。この組み合わせは、スライス選択パルスがシーケンス繰り返し時間ＴＲのかなりの部分を占めるような超高速磁気共鳴撮像シーケンスを短くするためにとりわけ有益である。

同様に、図９および図１０の短縮された勾配継続時間の読み出し感度エンコーディングは、磁気共鳴分光測定を短くするために適用することもできる。複数受信コイル配列１４のコイルが高い空間周波数で良好な感度を与えるよう設計されていれば、コイル配列１４はスペクトルの欠けている部分の再構築を可能にする。

図７、図８、図１１を参照しつつ、読み出し方向での感度エンコーディングを位相エンコード方向での感度エンコーディングと組み合わせる二つの例を説明した。これらの例のどちらにおいても、従来式の位相エンコード方向には位相エンコーディングＳＥＮＳＥが適用されている。しかし、これらの組み合わせ、また同様な組み合わせにおいて、従来式の位相エンコーディングＳＥＮＳＥに代わって可変密度位相エンコーディングＳＥＮＳＥを用いることができることは理解されるであろう。

本発明は好ましい実施形態を用いて説明されてきた。明らかに、上記の詳細な説明を読み、理解すれば他の者にも修正や変更が思いつくであろう。本発明は、付属の特許請求の範囲またはその等価物の範囲内にはいる限りのあらゆるそのような修正および変更を含むものと解釈されることが意図されている。

位相エンコード方向および読み出し方向のうちの選択された一方または両方での感度エンコーディングを用いた撮像のための４チャンネル磁気共鳴受信コイルを含む磁気共鳴撮像システムを示す概略図である。 図１のメモリ中のＳＥＮＳＥモードパラメータの構成設定を示す概略図である。 感度エンコーディングを含まない参照用の磁気共鳴読み出しを示す概略図である。 磁気共鳴標本値読み出し時間を増加させるために低下した標本抽出レートを使う感度エンコーディング磁気共鳴読み出しを示す概略図である。 図４の感度エンコーディング磁気共鳴読み出しのためのｋ空間標本抽出を示す概略図である。 図４および図５の標本抽出によって生成される中間再構築画像の一つの折りたたみを示す概略図である。 読み出し方向および位相エンコード方向の両方が、読み出し方向での低下した標本抽出レートおよび位相エンコード方向での増加した位相エンコードステップサイズを使って感度エンコードされる感度エンコーディングの組み合わせのためのｋ空間標本抽出を示す概略図である。 図７の標本抽出によって生成される中間再構築画像の一つの折りたたみを示す概略図である。 読み出し時間を短縮するために短くした読み出し傾斜磁場プロファイルを使う感度エンコーディング磁気共鳴読み出しを示す概略図である。 図９の感度エンコーディング磁気共鳴読み出しのためのｋ空間標本抽出を示す概略図である。 読み出し方向が、読み出し方向での短くした読み出し傾斜磁場プロファイルおよび位相エンコード方向での増加した位相エンコードステップサイズを使って感度エンコードされる感度エンコーディングの組み合わせのためのｋ空間標本抽出を示す概略図である。

符号の説明

１６ ＲＦ標本抽出プロセッサ
２０ ｋ空間メモリ
２２ ｋ空間メモリ
２４ ｋ空間メモリ
２６ ｋ空間メモリ
３０ 再構築プロセッサ
３２ 中間画像メモリ
３４ 中間画像メモリ
３６ 中間画像メモリ
３８ 中間画像メモリ
４０ 感度デコーディングプロセッサ（組み合わせプロセッサ）
４２ コイル感度因子［β］
４４ 最終画像
４６ コイル感度プロセッサ
５２ 感度エンコーディングパラメータメモリ
５４ ＭＲ制御
６０ 読み出し感度エンコーディングパラメータセット
６２ 読み出し測定標本抽出レート
６４ 読み出し勾配プロファイルパラメータ
７０ 位相エンコード感度エンコーディングパラメータセット
７２ 位相エンコーディングステップサイズ
７４ 可変位相エンコーディングステップ密度プロファイル
８０ 送信感度エンコーディングパラメータセット

Claims (21)

1. 少なくともある読み出し方向において読み出し傾斜磁場プロファイルを加えることを含む方法で磁気共鳴をエンコードする手段と、
   磁気共鳴信号を受信する複数の受信コイルと、
   ある測定標本抽出レートで各受信コイルから標本値を取得するために、読み出し傾斜磁場プロファイルの印加中に受信コイルを標本抽出するための標本抽出手段と、
   各コイルから取得された磁気共鳴標本値を再構築して、読み出し方向においてある測定撮像領域を有し、ある測定空間解像度を有する対応する中間再構築画像にする手段と、
   コイル感度因子に基づいて前記中間再構築画像を組み合わせて、読み出し方向での最終的な撮像領域および最終的な空間解像度を有する最終的な再構築画像を生成するための手段とを有しており、前記最終撮像領域および最終空間解像度の少なくとも一つが読み出し方向での測定撮像領域および測定空間解像度のうちの対応する一つに対して向上させられることを特徴とする、磁気共鳴撮像システム。
2. 較正画像に基づいてコイル感度データを計算するコイル感度プロセッサ
   をさらに含むことを特徴とする、請求項１記載の磁気共鳴撮像システム。
3. 前記組み合わせ手段が最終的な再構築画像のピクセル値を計算するために前記中間再構築画像のピクセル値とコイル感度プロセッサによって計算されるコイル感度データとを関係付ける線形連立方程式を解くことを特徴とする、請求項２記載の磁気共鳴撮像システム。
4. 前記磁気共鳴をエンコードする手段が、
   位相エンコード方向および読み出し方向の両方において磁気共鳴標本値をエンコードする磁気共鳴撮像スキャナを含むことを特徴とする、請求項１記載の磁気共鳴撮像システム。
5. 前記標本抽出手段が位相エンコード方向においてエンコードされた磁気共鳴標本値をも取得し、前記磁気共鳴撮像スキャナおよび前記受信コイルが位相エンコード方向における感度エンコーディングを実施するために協力することを特徴とする、請求項４記載の磁気共鳴撮像システム。
6. 前記標本抽出手段が位相エンコード方向においてエンコードされた磁気共鳴標本値をも取得し、前記磁気共鳴撮像スキャナおよび前記受信コイルが位相エンコード方向における可変密度感度エンコーディングを実施するために協力することを特徴とする、請求項４記載の磁気共鳴撮像システム。
7. 前記磁気共鳴信号が位相エンコード方向においてエンコードされており、前記標本抽出手段が、前記中間再構築画像が位相エンコード方向および読み出し方向のそれぞれにおいてエイリアシングされるほど十分低い標本抽出密度をもって位相エンコード方向および読み出し方向においてエンコードされた標本値を取得し、
   前記組み合わせ手段によって実行される組み合わせが前記中間再構築画像を位相エンコード方向および読み出し方向の両方において展開して前記エイリアシングが除去された前記最終的再構築画像を生成する、
   ことを特徴とする、請求項４記載の磁気共鳴撮像システム。
8. 前記標本抽出手段が前記磁気共鳴標本値を短縮された読み出し勾配プロファイルにわたって読み、それにより前記再構築手段が生成する前記中間再構築画像が読み出し方向における前記最終空間解像度に比べて劣化した読み出し方向における測定空間解像度となるよう前記受信コイルを標本抽出し、
   前記標本抽出手段が、位相エンコード方向において、前記再構築手段が生成する前記中間再構築画像が位相エンコード方向におけるエイリアシングをもつほど十分に低い標本抽出レートで前記受信コイルを標本抽出し、
   前記組み合わせ手段によって実行される組み合わせが、読み出し方向における空間解像度の低下も位相エンコード方向におけるエイリアシングも除去された前記最終再構築画像を生成する、
   ことを特徴とする、請求項４記載の磁気共鳴撮像システム。
9. 前記標本抽出手段が、読み出し方向において、ｋ空間の低周波読み出し値に対応し、該ｋ空間のより高周波の読み出し値には対応しない標本値を取得する、
   ことを特徴とする、請求項１記載の磁気共鳴撮像システム。
10. 前記標本抽出手段がｋ空間の前記低周波読み出し値を短縮した読み出し勾配プロファイルにわたって標本抽出することを特徴とする、請求項９記載の磁気共鳴撮像システム。
11. 前記標本抽出手段が、前記中間再構築画像が少なくとも読み出し方向にエイリアシングを含むよう低下した標本抽出レートで前記受信コイルを不足サンプリングし、前記組み合わせ手段が前記エイリアシングを前記組み合わせの間に除去することを特徴とする、請求項１記載の磁気共鳴撮像システム。
12. 前記標本抽出手段が、各標本値について、ある最大読み出し標本抽出レートにおける標本抽出のための最小標本抽出時間よりも長い標本抽出時間を使って前記不測サンプリングされた受信を実行することを特徴とする、請求項１１記載の磁気共鳴撮像システム。
13. 前記測定標本抽出レートが読み出し方向において前記中間再構築画像にエイリアシングが生じるほど十分低く、前記組み合わせ手段が前記中間再構築画像を前記コイル感度因子に基づいて展開して前記読み出し方向における前記エイリアシングを除去し、前記最終的撮像領域が前記測定撮像領域に対して増加することを特徴とする、請求項１記載の磁気共鳴撮像システム。
14. 前記読み出し傾斜磁場プロファイルが短縮され、それにより前記測定空間解像度が前記最終空間解像度より小さくなり、前記組み合わせ手段が前記コイル感度因子から構築される感度行列の逆行列を求めることを実装することを特徴とする、請求項１記載の磁気共鳴撮像システム。
15. 各中間再構築画像が読み出し方向における減少した標本抽出のために劣化した高空間周波特性を有し、前記組み合わせ手段によって実行される組み合わせが前記最終再構築画像において前記高空間周波特性を復元することを特徴とする、請求項１記載の磁気共鳴撮像システム。
16. 読み出し方向における前記劣化した高空間周波特性が該読み出し方向におけるエイリアシングおよび縮小した撮像領域を含むことを特徴とする、請求項１５記載の磁気共鳴撮像システム。
17. 少なくとも読み出し方向において磁気共鳴信号を読み出し傾斜磁場プロファイルを用いてエンコードし、
    前記磁気共鳴信号を複数の受信コイルを使って読み出し方向において標本抽出して測定標本抽出レートで各コイルから磁気共鳴標本値を取得し、
    各コイルから取得された磁気共鳴標本値を再構築して、読み出し方向におけるある測定撮像領域およびある測定空間解像度を有する対応する中間再構築画像にし、
    コイル感度因子に基づいて前記中間再構築画像を組み合わせて、読み出し方向での最終的な撮像領域および最終的な空間解像度を有する最終的な再構築画像を生成し、ここで前記最終撮像領域および前記最終空間解像度の少なくとも一つが読み出し方向での測定撮像領域および測定空間解像度のうちの対応する一つに対して向上させられる、
    ことを含むことを特徴とする、磁気共鳴撮像法。
18. 前記磁気共鳴信号のエンコードが、
    送信ＳＥＮＳＥを使って磁気共鳴信号をエンコードすることを含むことを特徴とする、請求項１７記載の磁気共鳴撮像法。
19. 前記コイル感度に基づく前記組み合わせが、読み出し方向において前記中間再構築画像のどれよりも高い空間周波成分を有する最終再構築画像を生成することを特徴とする、請求項１７記載の磁気共鳴撮像法。
20. 前記最終再構築画像の高い空間周波成分が、前記組み合わせの間に、前記中間再構築画像の読み出し方向におけるエイリアシングを前記中間再構築画像の撮像領域外の画像データに変換することによって生成されることを特徴とする、請求項１９記載の磁気共鳴撮像法。
21. 前記標本抽出が、
    前記組み合わせが読み出し方向における解像度を復元するよう、短縮した傾斜磁場プロファイルにわたって標本抽出するか、
    前記組み合わせが読み出し方向における撮像領域を復元するよう、低下した標本抽出レートで標本抽出するか、
    のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１７記載の方法。

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