JP2007511270A - Ｓｅｎｓｅ再構成用の複数静止受信コイルを備える高速連続移動床式磁気共鳴撮像 - Google Patents

Abstract

複数の大局受信コイル（24a、24b、24c）が、磁気共鳴診断撮像装置(10)の固定視野（FOV）の回りに静止状態で配置される。各大局受信コイルは、静止視野から、アンダサンプリングされた位相符号化データ及び周波数符号化データを受信する。被験者は、被験者の動きの長手方向において視野よりも長い、被験者の仮想視野（ｖFOV）にわたってデータが収集されるように、固定視野にわたって連続して移動するにつれて撮像される。大局受信コイル各々から獲得される中心符号化k空間データを用いて、静止視野から仮想視野にマッピングされる(44)コイル感度パターン(42)を生成する。SENSE再構成プロセッサ(54)は、再構成データを、仮想視野感度パターン(48)によって合成し、展開して、仮想視野画像表現(60)を生成する、SENSE再構成を仮想視野データに対して行う。

Description

本願の手法は磁気共鳴撮像技術に関する。SENSE（感度符号化）撮像手法を用いた全身撮像に関して特に応用が見出され、これに対して特に参照することによって説明する。しかし、本発明は、他の伸長領域の走査と、複数静止受信コイルを用いた他の手法とにも適用可能である。

磁気共鳴スキャナは、診断画像を生成するよう被験者の関心領域を配置すべき場所の範囲を定める視野（FOV）を有する。磁気共鳴スキャナは更に、視野に相当する患者の体積を撮像する。通常、関心領域が視野よりも大きい場合、関心領域の一方端が視野内に配置され、体積診断画像が生成される。患者は更に、視野の長手方向の直下に移動させられ、別の体積画像が生成される。後処理では、２つの体積画像における重なりの小領域を用いて、2つの画像を整合させ、それらの間の平滑な遷移を生成する。上記処理は更に、後の体積画像について繰り返し得る。

患者を移動させて一連の体積画像を生成することの欠点の１つは、それが比較的遅く、患者にとって不便であるということである。例えば、磁気共鳴血管撮影では、造影剤を患者の循環系に注入する。患者の体内において造影剤のボーラスをたどることが効果的である。上記移動及び画像の手法は、移動するボーラスに遅れずについていき、かつ、好適な解像度の画像をなお生成するには遅すぎるものである。

この課題に対する１つの解決策として、複数データラインが同時に獲得されるSENSE撮像手法を用いるということがある。例えば、Maki他によるProc. Int’l. Soc. MRM 11:257(2003)、及びFudererによる米国特許第6,552,540号明細書を参照。より高速であるが、この手法は、ボーラスが視野内の一位置にある時点でとられたスナップショットとしてみることができる画像を生成する。

撮像を行っている間に視野にわたって連続して患者を移動させることが効果的となる。エコー毎に単一データラインを獲得するコイルを用いれば、連続した患者の動き及び動きアーチファクトは、個々のデータラインに対して無視できるものであり、データライン全てについて補正することができる。患者にわたって造影剤のボーラスをたどることは、（最大50mm/sの）比較的高い速度を必要とする。SENSE撮像手法はよりすばやく撮像することになるが、SENSE手法は、コイル感度における差に依拠して複数データラインを同時に獲得する。コイル感度は、患者と、コイル内部の患者部分とによって変わってくる。伸長体積に対するSENSE手法において用いる個々のコイルの感度のキャリブレーションを行うために、一連の受信コイルを患者又は患者支持部の長手方向全長に沿って配置し、キャリブレートし、視野にわたって患者とともに移動させることができる。これによって、隣接する患者部分にコイルを予めキャリブレートすることが可能になる。しかし、非常に多数の受信コイルが患者の上に必要になるが、それは、SENSE加速係数がRの場合に、K≧R個のコイルがいつでも視野の範囲に及んでいなければならないからである。コイルの切り換えと、時間のかかるキャリブレーションが必要になる。

本願は、上記で参照した課題や他の課題を解決する、新たなものであり、かつ改良された撮像手法を想定している。

本発明の一局面によれば、磁気共鳴撮像装置は、磁気共鳴が励起され、位相及び周波数が符号化される固定視野（FOV）の範囲を定める。複数の固定大局受信コイルが共鳴信号を固定視野から獲得する。磁気共鳴の、励起、並びに位相及び周波数の符号化の間と、磁気共鳴信号の獲得の間とに固定視野にわたって患者を連続して移動させる手段を備える。このようにして、固定大局受信コイルの各々は、固定視野よりも長い伸長仮想視野（ｖFOV）にわたって患者から共鳴信号を同時に受信する。一手段は、大局受信コイルに対する、固定視野に相当するコイル感度パターンを生成する。別の手段は、感度パターンを固定視野から仮想視野にマッピングする。

本発明の別の局面によれば、磁気共鳴方法を備える。データが、被験者が連続して移動することができる視野に対して固定された複数の大局受信コイルによって獲得される。このようにして、磁気共鳴信号を、固定視野にわたって移動させられる被験者の伸長領域によって範囲が定められる仮想視野にわたって獲得することができる。固定視野に相当する感度パターンが、大局受信コイルに対して生成される。感度パターンが、固定視野から仮想視野にマッピングされる。

本発明には、１つの効果として、伸長領域の好適な品質の画像をすばやく生成するということがある。

本発明の別の効果は、全身磁気共鳴撮像にある。

磁気共鳴血管撮影アプリケーションにおける効果は、造影剤のボーラスが患者の循環系に沿って移動する速度と実質的に同じ速度で視野にわたって患者を長手方向に移動させることができるということである。

別の効果は、SENSE撮像手法を、連続して移動する被験者に適合させることにある。

本発明の更に別の効果及び便益は、好ましい実施例の以下の詳細な説明を検討し、理解することによって当業者に明らかとなる。

本発明は、種々の、構成部分、及び構成部分の配置の形態をとり、種々の、工程、及び工程の配置の形態をとり得る。添付図面は、好ましい実施例を例証する目的のために過ぎず、本発明を限定するものとして解されるべきでない。

図1を参照すれば、磁気共鳴撮像システム10は、時間的に一定の磁界Boを長手方向に検査領域14にわたって発生させる主磁石集合体12を備える。傾斜磁界増幅器18が駆動させる傾斜磁界コイル16は、磁界傾斜を検査領域にわたって、好ましくは３つの直交方向に発生させる。無線周波数送信器22を備える静止全身RF共鳴励起コイル集合体20は、検査領域14内の選択されたダイポールの磁気共鳴を励起し、操作する。複数の固定大局受信コイル24a、24b及び24cが各々、検査領域14から共鳴信号を受信するRF受信器26a、26b、26cに関連付けられる。３つの大局受信コイルを、図示を単純にするために図示しているが、より多くの数の、受信コイル、及び関連付けられた受信器が想定されている。

傾斜コイル及びRFコイルは、共鳴が中で励起され、かつ、利用可能な磁気共鳴信号が、撮像するよう受信される検査領域内の中心に視野（FOV）の範囲を定める。

被験者支持部28は、視野にわたって連続して被験者支持部を移動させるモータ30や他の手段によって駆動される。検査領域にわたって被験者が移動するにつれて連続して撮像することによって、データが、視野にわたって平行移動させられる被験者の長手方向に相当する仮想視野（ｖFOV）にわたって獲得される。好ましい全身撮像実施例では、仮想視野は、視野と同じ横断面を有するが、患者の体の全長にわたる。

モータ30が、検査領域14にわたって被験者支持部28及び被験者を連続して移動させるにつれ、シーケンス・コントローラ32は傾斜磁気増幅器18及びＲＦ送信器22を制御して、k空間内の視野に対する選択された軌跡に沿ってデータが位相符号化され、周波数符号化される撮像シーケンスを行う。スキャナは、好ましくは、高速フィールド・エコー・シーケンスにおいて動作させる。

3次元予備測定では、固定視野の静止Boフィールド内の複雑なコイル感度パターンが高精度で監視される。これは、視野に最も広く及ぶよう、肩などの、患者の最も幅広の領域を用いた静止テーブル位置に対して行われる。特に、3次元予備測定からの中心k空間データは、データ・バッファ又はデータ・メモリ34に一時的に記憶される。位置モニタ又は位置符号器36は、被験者支持部28の位置を判定して、予備測定の固定視野（FOV）と、仮想視野（ｖFOV）との相関をとる。

再構成プロセッサ40は、感度パターン・メモリ又は正規化画像メモリ44に記憶される感度パターン内又は正規化画像内に予備測定からのデータを再構成する正規化画像再構成プロセッサ若しくは手段42又は感度パターン再構成プロセッサ若しくは手段42を備える。好ましくは、腹部などの別の基準位置において、予備測定が繰り返され、更なる感度パターンが生成され、感度パターン・メモリに記憶される。固定視野から仮想視野にマッピングするプロセッサ又は手段46は、収集された固定視野（FOV）の基準フレームからの感度パターンを仮想視野（ｖFOV）にわたってマッピングする。感度プロットは仮想視野（ｖFOV）感度パターン・メモリ48に記憶され、以下に説明するSENSE展開手順において仮想視野の画像データを展開するのに用いられる。

しかし、受信コイル26a乃至26cの感度マップは患者の負荷によって変動し、患者は通常、その全長に沿って一様でないので、複数の感度パターンが好ましくは、患者の長手方向に沿って生成される。こうした更なる感度パターンは、固定視野内の、被験者の種々の選択された部分の予備測定において生成することができ、又は、撮像シーケンス中にインタリーブされた測定によって生成することができる。例えば、k空間の各ゼロ交差又は選択されたゼロ交差に隣接して、中心k空間データラインのアンダサンプリングされた群ではなく完全な群を感度パターン再構成プロセッサに向けて生成して、感度パターンを更新するのに用いることができる。

図2Aを参照すれば、好ましい実施例では、画像データが、最大の負の位相の符号化で始まり、ゼロ位相符号化点を通って最大の正の位相の符号化まで時間とともに漸進的に進んでk空間にわたって線形軌跡に沿って生成される。連続した被験者の動き、すなわちz方向が、磁気共鳴シーケンスの周波数符号化方向（読み出し）に平行に選ばれる。位相符号化は、垂直方向(x,y)に行われる。上記シーケンスは更に、視野にわたって連続して被験者が移動している間ずっと繰り返される。複数の大局受信コイル26a、26b、26cは、視野基準フレームにおいて同時にk空間の、アンダサンプリングされた複数のデータラインを読み出す。受信コイル毎のデータラインは、画像データを仮想視野（ｖFOV）に固定視野から平行移動する編成で被験者支持部位置とともに、参照メモリ又は参照バッファ34の視野フレームの相当する部分に任意的に記憶されるかバッファリングされる。

大局受信コイルの各々からのデータは、展開画像メモリ又は展開画像バッファ52に記憶される展開画像内に各大局受信コイルからのアンダサンプリングされたデータを再構成する再構成プロセッサ40の展開画像データ再構成プロセッサ又は展開画像データ再構成手段50に転送される。SENSE展開プロセッサ又はSENSE展開手段54は、仮想視野全体に相当する単一全身画像を形成するようｖFOV感度パターン・メモリ44からの仮想視野にマッピングされた感度パターンを用いて、折りたたまれた画像を合成し、展開する。全身画像は、全身画像メモリ60又は仮想視野画像メモリ60に記憶される。ビデオ・プロセッサ62は、全身画像のうちの選択された部分を引き出し、画像データを、モニタ64上の表示に適切な形式にフォーマッティングする。

図２Bを参照すれば、連続して移動する仮想視野（ｖFOV）と固定視野（FOV）との間の関係は複雑な関係であるが、コイル感度パターンは平滑な空間関数である。マッピング手段46は、k=0の獲得が仮想視野に収集される対象の時点での画像データに相当する仮想視野内の領域に各コイルのコイル感度パターンをマッピングする。k空間内の感度は、低い、中心の空間周波数に集中している。図2Bは、走査シーケンスがk=0を周期的に通過する、図2Aの線形獲得順序を用いてデータを獲得する受信コイルのうちの１つについての仮想視野感度マップ46の構成を示す。図示した線形のケースでは、k=0の測定に相当する感度パターンを、k空間にわたる相当する線形掃引内のデータライン全てに用いる。高い空間周波数がk空間のエッジ近くで獲得された場合、患者の長手方向の水平移動によって、仮想視野内の仮定領域から感度パターンがずれてしまうことになる。原則として、このことはSENSE再構成において高周波ゴーストにつながり得るが、実用的な条件の下では、影響は無視できるものであり、無視してよいことが明らかになった。動きの方向におけるコイル感度パターンの変形は、平滑関数である。

被験者が20-35センチメートルの視野にわたって40ミリメートル/秒で移動し、ボクセル・サイズが1ミリメートルであり、読み出しが4ミリ秒である例示的な実施例では、１つのデータラインの獲得の間の動きは、ボクセルよりもかなり少ない。よって、データライン読み出しにおける動きアーチファクトは無視できるものである。通常の仮想視野は、2.0メートルにわたる。

更に特定の実施例では、固定視野は25センチメートルであり、仮想視野は2.0メートルである。予備設定モードでは、少なくとも低周波データラインが、全長が仮想視野に及ぶ８つの25センチメートルの固定視野に対して生成される。６つの固定視野毎の低周波データは感度パターンに再構成され、感度パターンは固定視野から仮想視野にマッピングされる。更に、連続した動き及びデータの獲得中に、患者は、ｋ空間の軌跡の一反復分に沿ってデータを収集するのに要する時間中に患者が25センチメートル移動するような、データ獲得速度に対する速度で移動させられる。k空間軌跡に沿って収集された画像データは、ｖFOVにおける感度パターンを用いて展開される、折りたたんだ画像に再構成される。

図1に示すようにk空間を線形にサンプリングするのではなく、他のk空間サンプリング・パターンも想定される。例えば、図3Aに示すように、k空間は、ゼロで始まり、k空間の反対の高周波部分に交互に進んでサンプリングされる。高空間周波数と低空間周波数との交互の走査は、2倍の周期を備える、図3Bに示す、視野と仮想視野との間のより複雑なマッピングにつながる。公知の、らせん状、放射状等などの、k空間の他のマッピングも想定される。

本発明は好ましい実施例を参照しながら説明した。修正及び改変は、前述の詳細な説明を検討し、理解することによって他者に分かるものである。本発明が、本特許請求の範囲記載の範囲内又はその均等物の範囲内に収まる限り、そうした修正及び改変の全てを備えるものと解されることが意図されている。

本発明による磁気共鳴撮像システムを示す図である。 線形位相符号化軌跡を時間に対して示す図である。 図２Aの線形獲得順序を備える受信コイルのうちの例示的な１つについて仮想視野感度マップの構成を示す図である。 後の高及び低の空間周波数走査順序を示す図である。 図３Aの獲得順序を用いた受信コイルのうちの１つについての仮想視野感度マップの構成を示す図である。

Claims (18)

1. 磁気共鳴が励起され、位相及び周波数が符号化される固定視野の範囲が定められる磁気共鳴撮像装置であって、該装置は、
   前記固定視野から共鳴信号を受信する複数の固定大局受信コイルと、
   磁気共鳴の、前記励起、並びに位相符号化及び周波数符号化の間と、前記磁気共鳴の前記受信の間とに前記固定視野にわたって連続して被験者を、前記固定視野よりも長い伸長仮想視野にわたって前記被験者からの共鳴信号を前記固定大局受信コイル各々が受信するように移動させる手段と、
   前記固定大局受信コイルに対して、前記固定視野に相当する静止基準獲得からのコイル感度パターンを生成する手段と、
   前記大局受信コイルに相当する前記固定視野からの前記感度パターンを前記仮想視野にマッピングする手段とを備えることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
2. 請求項1記載の磁気共鳴撮像装置であって、
   前記連続した移動中に獲得された、前記大局受信コイルからの、アンダサンプリングされた共鳴信号を相当する折りたたまれた画像表現に再構成する、折りたたまれた画像を再構成する手段と、
   仮想視野感度パターンによって、前記折りたたまれた画像表現を、仮想視野画像表現に合成し、展開するSENSE再構成手段とを更に備えることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
3. 請求項1記載の磁気共鳴撮像装置であって、
   前記大局受信コイルに相当するk空間共鳴信号を相当する折りたたまれた画像表現に再構成する、折りたたまれた画像を再構成する手段と、
   k空間の完全にサンプリングされた中心領域を、前記連続した移動中に前記大局受信コイルの各々に相当する視野内の更なる感度パターンに再構成する手段と、
   前記固定視野からの前記更なる感度パターンを前記仮想視野にマッピングするマッピング手段と、
   前記仮想視野にマッピングされた前記感度パターンによって、前記折りたたまれた画像表現を展開し、合成するSENSE再構成手段とを更に備えることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
4. 請求項2記載の磁気共鳴撮像装置であって、
   前記大局受信コイルのうちの相当するものに各々が接続された複数の受信器を更に備えることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
5. 請求項2記載の磁気共鳴撮像装置であって、
   前記連続した移動中に、k空間の中心周波数領域及び高周波数領域を通過するk空間軌跡に沿って磁気共鳴データの生成を繰り返し行わせるシーケンス制御プロセッサ32を更に備えることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
6. 磁気共鳴撮像の方法であって、
   被験者が連続して移動することができる視野に対して固定された複数の大局受信コイルによって、連続した動き中及びデータ獲得中に前記固定視野にわたって移動させられる前記被験者の伸長領域によって範囲が定められる仮想視野にわたって磁気共鳴信号を獲得することができるようにデータを獲得する工程と、
   前記大局受信コイルに対する、前記固定視野に相当する感度パターンを生成する工程と、
   前記感度パターンを前記固定視野から前記仮想視野にマッピングする工程とを備えることを特徴とする方法。
7. 請求項6記載の方法であって、
   前記被験者が前記固定視野にわたって連続して移動するにつれて前記複数の大局受信コイルによって、アンダサンプリングされた共鳴データを受信する工程と、
   アンダサンプリングされた磁気共鳴データを、折りたたまれた画像表現に再構成する工程と、
   前記仮想視野にマッピングされた前記感度パターンによって前記折りたたまれた画像表現を合成し、展開する工程とを更に備えることを特徴とする方法。
8. 請求項7記載の方法であって、
   低空間サンプリング周波数を繰り返し通過するk空間軌跡に沿って磁気共鳴データを繰り返し生成する工程を更に備えることを特徴とする方法。
9. 請求項8記載の方法であって、前記軌跡がk空間の中心と交差する時点の磁気共鳴データに相当する仮想視野にマッピングされる感度パターンが、前記相当するk空間軌跡の磁気共鳴データ全てとともに用いられることを特徴とする方法。
10. 請求項8記載の方法であって、前記k空間データが、一方の高周波極端部で始まり、k空間の中心領域を通って他方の高周波極端部まで進む線形k空間軌跡において獲得されることを特徴とする方法。
11. 請求項8記載の方法であって、前記k空間データが、k空間の中心領域とk空間の高周波極端部との間に延びるk空間軌跡に沿って交互に獲得されることを特徴とする方法。
12. 請求項8記載の方法であって、k空間データが、少なくとも高周波領域において各大局受信コイルによってアンダサンプリングされ、更に、
    k空間の低周波領域に隣接したk空間のデータを少なくとも周期的に完全にサンプリングする工程と、
    前記完全にサンプリングされた低周波k空間領域によって前記感度パターンを更新し、再マッピングする工程とを備えることを特徴とする方法。
13. 請求項8記載の方法であって、前記被験者は、長手方向において前記固定視野にわたって連続して移動し、更に、
    動きの長手方向に平行に磁気共鳴を励起し、周波数符号化する工程と、
    前記長手方向に垂直に前記磁気共鳴を位相符号化する工程とを更に備えることを特徴とする方法。
14. 請求項13記載の方法であって、撮像シーケンスは、高速フィールド・エコーを生成する工程を備えることを特徴とする方法。
15. 請求項8記載の方法であって、
    連続する動きの方向における、前記被験者に沿った複数の位置での静止獲得において少なくとも低周波空間周波数データを収集する工程と、
    前記位置の各々に相当する前記固定視野において更なる感度パターンを生成する工程と、
    該更なる感度パターンを前記仮想視野にマッピングする工程とを備えることを特徴とする方法。
16. 請求項15記載の方法であって、前記固定視野において生成された各感度パターンが前記k空間軌跡のうちの１つに相当することを特徴とする方法。
17. 請求項16記載の方法であって、前記少なくとも低空間周波数データが収集される位置は、相当するk空間軌跡中に前記被験者が移動する距離に等しい距離によって間隔が空けられることを特徴とする方法。
18. 空間的に一定の磁界を検査領域にわたって発生させる主磁石と、磁気共鳴信号を励起し、操作し、獲得するRFシステムと、磁気傾斜を前記検査領域にわたって生成する傾斜磁界システムとを備える磁気共鳴撮像スキャナであって、
    請求項6記載の方法を行うプロセッサを更に備えることを特徴とする磁気共鳴撮像スキャナ。

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