JP2017513606A - 前パルス及びナビゲータを使用する運動補正を伴う磁気共鳴撮像 - Google Patents

前パルス及びナビゲータを使用する運動補正を伴う磁気共鳴撮像 Download PDF

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Abstract

本発明は、少なくとも1回の前パルス202、204及び複数回の読出し206を含む走査シーケンス200が適用される関心対象120の関心領域142の磁気共鳴(MR)撮像のための方法であって、様々な画像コントラストをもたらす様々な構成を有する少なくとも1回の前パルス202、204後に複数回の読出し206が行われ、様々な構成を使用して1組の基準読出し206を提供するために少なくとも1回の走査シーケンス200を適用するステップ、及び基準読出し206の構成ごとに関心領域142の1つのナビゲータ画像210を持つ1組のナビゲータ画像210を生成するステップを含む準備段階を行うステップと、少なくとも1回の走査シーケンス200を適用することにより走査シーケンス200ごとに関心領域142の少なくとも1つの画像212が生成されるステップを含む検査段階を行うステップと、検査段階の走査シーケンスの少なくとも1つの画像212を比較画像212と同じ構成を有するナビゲータ画像210と比較することによって関心対象120の運動を求めるステップと、少なくとも1つの画像212の関心対象120の求められた運動に基づいて少なくとも1つの画像212の運動補正を行うステップと、運動補正を行った後の画像212に基づいて関心対象120の関心領域142のMRスキャン214を提供するステップとを含む、方法を提供する。本発明は、上記の方法を実行するように適合されるMR撮像システム110、及び上記の方法に従ってMR撮像システム110を制御するための命令を含む、MR撮像システム110をアップグレードするためのソフトウェアパッケージも提供する。

Description

本発明は、前パルスを用いた磁気共鳴撮像の分野に関する。
前パルスを使用する磁気共鳴(MR)撮像の様々な技法が当技術分野、例えば心血管MR撮像の分野で知られている。例えば様々な心筋症を診断するために、縦緩和時間(T1)マッピングが心血管MRにおいて益々重要なツールになっている。T1マッピングは、磁化の回復挙動を問い合わせるために前パルスを使用し、前パルスに対して所与の遅延後に読出しを実行して行われる。所要の読出しを行うのに必要とされる問合せポイントの数により、典型的な走査シーケンスは少なくとも2回の前パルスを必要とする。他の構成では様々なフリップ角が読出しに使用されても良く、やはり様々な画像コントラストを有する画像をもたらす。他の設定では、様々なb値が例えば拡散強調撮像において使用されても良く、やはり様々な画像コントラストを有する画像をもたらす。
上部胸郭の三次元撮像は呼吸運動によって困難に直面し、そのためMR画像の生成は息をこらえた状態で最も上手く行われる。それでもなお、上記のように少なくとも2回の前パルスを伴う典型的なT1走査シーケンスは約16秒間続き得る。とりわけ少なくとも全走査シーケンスの所要の時間にわたって息をこらえた状態を保つのを妨げる場合がある胸郭上部の深刻な問題が原因で、関心対象、即ち患者がMRスキャンを頻繁に受けていることを考えると、こうした走査時間は息をこらえた状態での走査に適していない。従って、例えば臨床上のT1マッピングスキャンは、実現可能な空間分解能及び信号対雑音比が結果として制限される、息をこらえた2Dの取得に大きく制限されてきた。
これらの制限を克服するために、従来の横隔膜1Dナビゲーションによる呼吸運動補正を使用する、自由呼吸の3D T1マッピングが研究されている。検出される呼吸運動を補償するために、横隔膜ビームナビゲータが呼吸運動をゲーティングし、追跡し、又はその両方のために使用され得る。しかし、これは高信頼であることが実証されておらず、長い走査時間及び50%を下回ることさえあり得る低走査効率の原因となる。
学術論文White, Nathan, et al.“PROMO: Real-time prospective motion correction in MRI using image-based tracking.”Magnetic Resonance in Medicine 63.1 (2010): 91-105は、画像ベースの追跡を用いたMRI向けの実時間の予測運動補正であるPROMO磁気共鳴撮像プロトコルを開示する。
学術論文Krishnamurthy, Ramkumar, Benjamin Cheong, and Raja Muthupillai.“Tools for cardiovascular magnetic resonance imaging.”Cardiovascular diagnosis and therapy 4.2 (2014): 104は、画質に対する心臓の動きの有害な影響を最小化するために、ECG信号内の「R」波の上り勾配を検出することによる心臓ゲーティングの使用を開示する。この論文は、息止め、平均化、ROPE(respiratory ordered phase encoding)、及びナビゲータエコーの使用を含む、呼吸運動を補償する幾つかの方法も開示する。ナビゲータエコーは、心臓及び/又は横隔膜が規定のユーザ位置内にない場合にデータを破棄するために使用され、時間がかかり、技術的に実施が困難だと説明されている。
米国特許出願公開第2013/0134976 A1号は、実行ユニット、通知ユニット、検出ユニット、及び決定ユニットを含む実施形態による磁気共鳴撮像機器を開示する。実行ユニットは、一定の周期で対象者のデータを集めるためにパルスシーケンスを実行する。通知ユニットは、パルスシーケンスが実行される周期と同期して呼吸のタイミングを対象者に知らせる。検出ユニットは、対象者の呼吸レベル又は呼吸相を検出する。決定ユニットは、パルスシーケンスが実行されるとき、対象者の呼吸レベル又は呼吸相に従って画像を再構築するためにパルスシーケンスによって集められるデータを使用するかどうかを決定する。
本発明は、磁気共鳴撮像の方法、ソフトウェアパッケージ、及び磁気共鳴(MR)撮像システムを独立請求項の中で提供する。従属請求項の中で実施形態が示される。
本発明は、多岐にわたる関心対象について、とりわけ関心対象の呼吸運動の影響を受ける関心領域内で高効率、高分解能、優れた画質、且つ僅かなアーティファクトで磁気共鳴撮像を可能にする、前パルスを用いた磁気共鳴撮像の方法、上記の方法を実行するためのMR撮像システム、及び上記の方法を実行するためにMR撮像システムをアップグレードするためのソフトウェアパッケージを提供し得る。
本発明の実施形態は、少なくとも1回の前パルス及び複数回の読出しを含む走査シーケンスが適用される関心対象の関心領域の磁気共鳴(MR)撮像のための方法であって、様々な画像コントラストをもたらす様々な構成で、少なくとも1回の前パルス後に複数回の読出しが行われ、様々な構成を使用して1組の基準読出しを提供するために少なくとも1回の走査シーケンスを適用するステップ、及び基準読出しの構成ごとに関心領域の1つのナビゲータ画像を持つ1組のナビゲータ画像を生成するステップを含む準備段階を行うステップと、少なくとも1回の走査シーケンスを適用することにより走査シーケンスごとに関心領域の少なくとも1つの画像が生成されるステップを含む検査段階を行うステップと、検査段階の走査シーケンスの少なくとも1つの画像を比較画像と同じ構成を有するナビゲータ画像と比較することによって関心対象の運動を求めるステップと、少なくとも1つの画像の関心対象の求められた運動に基づいて少なくとも1つの画像の運動補正を行うステップと、運動補正を行った後の画像に基づいて関心対象の関心領域のMRスキャンを提供するステップとを含む、方法を提供し得る。
上記の例は様々な状況で使用され得る。一部の事例では、この方法が呼吸や心臓の動き等の周期運動を補正するために使用され得る。他の事例では、非周期運動も補正され得る。例えば、走査シーケンスの少なくとも1つの画像がナビゲータ画像のマッチ画像と比較される。対応する画像のコントラストは一致するので、面の並進運動や回転運動等における運動を検出する標準的な方法が容易に検出され得る。或る位置から別の位置への対象者のずれが検出され得る。この技法は周期運動を検出するためにも使用され得る。ナビゲータ画像のコントラストが対応する走査シーケンスの画像のコントラストに対応するので運動の正確な性質が識別され得る。
本目的は、MR撮像システムをアップグレードするためのソフトウェアパッケージによって実現されても良く、ソフトウェアパッケージは上記の方法に従ってMR撮像システムを制御するための命令を含む。
本目的は、MR撮像システムの検査空間内に配置される関心対象の関心領域の画像表現を提供するためのMR撮像システムによって更に実現されても良く、MR撮像システムは磁気共鳴撮像のための上記の方法を実行するように適合される。
準備段階により、関心対象の1組のナビゲータ画像が提供されても良く、1組のナビゲータ画像は、検査段階内の運動検出とも呼ばれる運動決定及び/又は運動補正に役立つ。準備段階及び検査段階内では同じ走査シーケンスが適用されるので、所要の全ての構成について正しいコントラスト特性を有する基準ナビゲータ画像がもたらされ得る。従って、検査段階中に生成される画像は、運動検出及び/又は運動補正を使用して生成され且つ/又は処理され得る。従って、検出される運動は、例えば関心対象の位置を適合させることによって読出しに関する対応策を適用するために使用されても良く、又は例えばMR画像をマッチさせることによってMRスキャンの一貫したデータを与えるために、読出し後のデータ処理を行うために使用されても良い。従って、息をこらえる状態を必要とすることなしに、検査段階の読出しに基づくMR技法を使用して関心対象の関心領域の3Dスキャンがもたらされ得る。
本発明によれば、画像ベースのナビゲーションは、横隔膜ではなく関心領域の直接的な呼吸運動の推定を可能にする。横隔膜と関心領域の運動との間の関係を表す特異的な補正因子等、MR撮像内で横隔膜1Dナビゲータを使用する不利益が回避され得る。特異的な補正因子は関心対象の特性に依存するのでこのことは有益である。画像ナビゲータを使用し、呼吸によって引き起こされる関心領域の変形を補償するために単純なモデルが使用され得る。モデルの複雑さに応じて運動検出の精度が高められ得る。
更に、1D横隔膜ナビゲータを使用する場合の許容できないほど長いことがある走査時間が短縮され得る。更に、1D横隔膜ナビゲータを使用する場合の分解能及び画質の妥協が克服され得る。画像ベースのナビゲーションによって走査効率が著しく高められ得る。
例えば読出しの様々な構成に関する画像の様々な画像特性、例えば様々なコントラストから生じ得る、画像ベースのナビゲーションにおける問題が克服され得る。従って、単一のナビゲータ基準全ての読出し構成を使用することに基づく運動検出及び運動補正の誤りを回避することができ、様々な画像特性、例えば様々な画像コントラストを補償する必要がない。
運動検出は、絶対的基準として常にナビゲータ画像に関して行われ得る。それでもなお、検査段階が開始されると、ナビゲータ画像に関する運動が検出されている任意の画像が運動検出のための相対的基準として使用され得る。
読出しの構成は使用される走査シーケンスに関して固定され得る。従って、検査段階中に与えられる画像ごとに同じ画像特性、例えば同じコントラスト値を有する1つのナビゲータ画像が与えられるので、画像ベースの運動検出が容易にされる。
運動補正を行うための画像を生成するために、走査シーケンスの各読出しが使用され得る。従って、短い遅延を伴う連続した運動補正が使用可能にされる。
読出しに基づいて関心対象の関心領域のMRスキャンを提供することは、検出される運動を考慮して運動の検出/補正に使用される画像を組み合わせることを含み得る。それでもなお、関心対象の関心領域のMRスキャンを提供するために、様々な構成を有する読出しの情報も共通して処理され得る。
様々な構成とは、異なる画像コントラスト等の画像特性をもたらす、読出しのための様々なパラメータ設定を指す。パラメータ設定は、例えばフリップ角やb値の設定を含み得る。パラメータ設定とは、前パルス及び所望のMRスキャン情報の種類に応じた様々なパラメータの設定を指し得る。例えばT1前パルスを使用するT1マッピングでは、フリップ角が変えられ得るのに対し、拡散強調撮像ではb値が変えられ得る。
別の実施形態によれば、少なくとも1回の前パルス後に様々な遅延を伴って複数回の読出しが行われる。従って、少なくとも1回の前パルス後の読出しの様々な遅延は、読出しの様々な構成を指す。好ましくは、読出しの遅延は少なくとも1回の前パルスに関して固定される。従って、検査段階中に与えられる画像ごとに同じ画像特性、例えば同じコントラスト値を有する1つのナビゲータ画像が準備段階内で与えられ得るので、画像ベースの運動検出が容易にされる。前パルスが複数回ある場合、複数回の前パルスの遅延が走査シーケンスにわたって固定されても良く、例えば第1の前パルス後の読出しが第1の固定遅延で行われ、第2の前パルス後の読出しが第2の固定遅延で行われ、その後も同様に続く。
別の実施形態によれば、MR撮像のための方法が心血管MR撮像のための方法として行われ、関心対象の関心領域が関心対象の心臓である。心臓のMR撮像を行うときは前パルスが頻繁に使用され、そのため、提案される方法は心血管MR撮像での使用に適している。心血管MR撮像内で2D/3Dナビゲータ画像を使用することにより、横隔膜1Dナビゲータを使用することの不利益が克服され得る。MR撮像内で1Dナビゲータを使用することは、横隔膜と心臓の動きとの間の関係を表す特定の補正因子に概して基づく。補正因子は、典型的には関心対象に依存し、従ってMRスキャンを行う前に決定される必要がある。2D/3D画像ナビゲータを使用する場合、補正因子の使用が回避され、それによりMRスキャンを生成するための作業の流れを加速することができる。画像ナビゲータを使用し、呼吸によって引き起こされる心臓の変形を補償するために単純なモデルが使用され得る。それでもなお、モデルの複雑さに応じて運動検出の精度が高められ得る。
別の実施形態では、関心領域が、肝臓、脾臓、直腸、腎臓、腹部臓器、肺、及びそれらの組合せのうちの何れか1つである。
別の実施形態によれば、準備段階を行うステップが、息をこらえる指示を関心対象に出すステップと、息が止められた状態で少なくとも1回の走査シーケンスを実行するステップとを含む。従って、準備段階はナビゲータ画像の生成に関して高信頼度で行うことができ、それにより、高信頼のナビゲータ画像に基づいて運動の検出/補正も高信頼度で行われ得る。例えば健康状態により関心対象が息をこらえるのは大変な場合があるが、息を止めた状態は限られた時間である準備段階にだけ適用され得る。それにより関心対象の労力が制限され得る。典型的な準備段階は10秒未満の息止め状態で行われても良く、従って追加の走査時間を僅かに長くするだけである。更に好ましくは、準備段階における走査シーケンスは1回しか行われず、そのため走査シーケンスの持続時間にわたる1回の成功裏の息止めしか必要とされない。準備段階における走査シーケンスは複数の部分を有する中断されるシーケンスとして行われ、それにより関心対象が走査シーケンスの異なる部分の間で呼吸することを可能にし得る。例えば走査シーケンスが複数回の前パルスを含む場合、第1の部分は第1の前パルスとそれに続く読出しとを含むことができ、第2の部分及び更に続く部分は第2の前パルス又はその後のそれぞれの前パルスと、第2の前パルス又はその後のそれぞれの前パルスに続くそれぞれの読出しとを含む。従って、息をこらえる時間が短時間、即ち全走査シーケンスよりも短い時間に限定され得る。
別の実施形態によれば、準備段階を行うステップが、1Dナビゲータを使用して自由呼吸の条件下で少なくとも1回の走査シーケンスを実行するステップを含む。従って準備段階は、関心対象が準備段階で協力する必要なしに短時間で行われ得る。従って準備段階は、関心対象が例えば無意識の場合や他の理由で息をこらえることができない場合にも行われ得る。標準の1D横隔膜ナビゲータは準備段階でしか使用されない。従って、前パルスが2回ある走査シーケンスを使用する場合、準備段階は10秒未満の典型的な時間内に終えられ得る。
別の実施形態によれば、少なくとも1回の走査シーケンスを適用するステップが、T1パルス又はT2パルスとして前パルスを印加するステップを含む。T1パルス及びT2パルスはどちらも、例えば関心対象の心血管情報を提供するのに適している。T1パルスは、関心対象の関心領域の磁気飽和又は磁気反転を実現するための飽和パルス又は反転パルスを指す。前パルス後の様々な遅延として様々な構成が好ましくは提供される。遅延は典型的には反転時間と呼ばれる。T1パルスは、縦緩和時間T1とも呼ばれるスピン格子緩和を決定するために使用される。T2パルスは、横緩和時間T2とも呼ばれるスピンスピン緩和を決定するために使用される。T1加重画像は、例えば大脳皮質を評価すること、脂肪組織を識別すること、肝臓の局所性病変を特徴付けること、及びポストコントラスト撮像に概して有用である。T2加重画像は、例えば浮腫を検出すること、白質病変を明らかにすること、並びに前立腺及び子宮の層解剖を評価することに概して有用である。
別の実施形態によれば、少なくとも1回の走査シーケンスを適用するステップが、複数回の前パルス及び複数回の読出しを有する走査シーケンスを適用するステップを含み、各前パルスの後には少なくとも1回の読出しが続く。従って、様々な構成を有する読出しを容易に適用することができ、例えば第1の前パルス後に読出しのうちの1回が行われ、第2の前パルス後に同じ遅延だがパラメータが異なる、例えばフリップ角が異なる他の読出しが行われる場合、同じ遅延及び異なるパラメータを有する読出しが行われ得る。更に、前パルス後のほんの僅かな遅延差を伴う複数回の読出しが必要とされる場合、時間制約的になることなしに読出しの処理が行われ得る。このことは、読出し後に読出しデータを直ちに処理することを可能にする。例えばT1マッピングの典型的な走査シーケンスは2〜3回の走査シーケンスであり、第1のT1前パルス後に2回の読出しが行われ、第2のT1前パルス後に3回の読出しが行われる。
別の実施形態によれば、複数回の前パルス及び複数回の読出しを有する走査シーケンスを適用するステップが、前パルスを生成する前に回復時間を追加するステップを含む。回復は、とりわけ走査シーケンス内で印加される前パルスの種類に応じて必要とされる場合があり、例えばT1前パルスの場合、磁気スピンが完全に回復するのを確実にするために各反転パルスの前に回復時間が挿入され得る。この場合の回復時間は、例えば3回の心拍に及び得る。回復時間は、好ましくは第2の前パルス及びその後の各前パルスの前に適用される。従って回復時間は、少なくとも走査シーケンスの後続の前パルスの間に挿入され得る。前パルスの前に回復時間が挿入された状態で、高信頼のMR撮像、例えば心血管MR撮像が確実にされ得る。走査シーケンスの応用にもよるが、第1の前パルスの前に回復時間を追加することが有益な場合もある。
別の実施形態によれば、この方法が関心対象の運動検出信号をモニタするステップを含み、少なくとも1回の走査シーケンスを適用するステップが、関心対象の運動検出信号に基づいて走査シーケンスを引き起こすステップを含む。好ましくは、少なくとも1回の前パルスが関心対象の運動検出信号に基づいて引き起こされる。従って、関心対象の運動検出信号に基づいて走査シーケンスが全体として引き起こされ得る。或いは、複数回の前パルスを有する走査シーケンスでは、対象者の所望の運動状態で読出しを行えるようにするために、前パルスのそれぞれが個々に引き起こされ得る。従って、前パルス後の様々な遅延を伴う、同じ運動状態を有する読出しが取得され得る。例えば、リラックス状態にある心臓又は肺の状態において測定を行うことが好ましい場合がある。それでもなお、前パルスに関して様々な遅延を有する読出しが行われ得る。従って、対象者の所望の運動状態を伴う所望の読出しが行われる場合、前パルス後の読出しの所望の遅延に応じて引き起こしが適合され得る。走査シーケンスの引き起こしにより、読出しが前パルスのタイミング及び対象者の運動に関して常に同じ構成で行われ得る。
別の実施形態では、運動検出信号が呼吸信号である。
別の実施形態によれば、この方法が関心対象の心拍信号をモニタするステップを含み、少なくとも1回の走査シーケンスを適用するステップが、関心対象の心拍信号に基づいて走査シーケンスを引き起こすステップを含む。好ましくは、少なくとも1回の前パルスが関心対象の心拍信号に基づいて引き起こされる。従って、関心対象の心拍信号に基づいて走査シーケンスが全体として引き起こされ得る。或いは、複数回の前パルスを有する走査シーケンスでは、心臓の所望の運動状態で読出しを行えるようにするために、前パルスのそれぞれが個々に引き起こされ得る。従って、前パルス後の様々な遅延を伴う、同じ心拍状態を有する読出しが取得され得る。例えば、リラックス状態にある心臓の状態において測定を行うことが好ましい場合がある。それでもなお、前パルスに関して様々な遅延を有する読出しが行われ得る。従って、心臓の所望の運動状態を伴う所望の読出しが行われる場合、前パルス後の読出しの所望の遅延に応じて引き起こしが適合され得る。走査シーケンスの引き起こしにより、読出しが前パルスのタイミング及び心臓の運動に関して常に同じ構成で行われ得る。
心拍信号は、一例ではECG信号であり得る。走査シーケンスの引き起こしは、心臓ゲーティングを使用して行われ得る。例えば、ECG信号内の「R」波の上り勾配が誘因として使用され得る。誘因は、ECG信号内の「R」波の上り勾配の検出からの所定の遅延でも良い。
心拍信号による走査シーケンスの引き起こしは様々なやり方で実現され得る。例えば、心拍信号の波形がモニタされ得る。対象者の心拍は通常、認識可能なパターン又は波形を有する。その結果、走査シーケンスの適用を高信頼且つ予測可能な方法で引き起こすために心拍信号が使用され得る。それを行う簡単なやり方は、閾値を使用して走査シーケンス又は前パルスの適用を引き起こすことである。例えば、最大値又は最小値が誘因として設定され得る。誘因が生じるときを制御するために遅延が使用されても良い。
同様の例では、心拍信号の導関数(derivative)が誘因として使用され得る。その場合、心拍内で誘因が生じるときを制御するために遅延が使用されても良い。
とりわけECGに関して心拍が規則的なパターンを有するとき、走査シーケンスを引き起こすために他の方法が使用され得る。例えば、対象者の心臓の位相又は状態を識別し、走査シーケンスを引き起こすためにパターン認識アルゴリズムが使用され得る。
一例では、検査段階が準備段階の完了後に行われる。
別の実施形態によれば、検査段階を行うステップが、区分化されたk空間の取得を行うステップを含む。MR心血管スキャンの空間分解能を改善し、アーティファクトを減らすために様々なk空間のセグメントが使用され得る。運動の検出/補正に基づき、関心領域のMRスキャンをもたらすために様々なk空間のセグメントが組み合わせられ得る。
別の実施形態によれば、基準読出しの構成ごとに1つのナビゲータ画像を持つ1組のナビゲータ画像を生成するステップが、基準読出しの構成ごとに2D又は3Dナビゲータ画像を生成するステップを含む。従って、検査段階の少なくとも1回の走査シーケンスの読出しに基づく画像も2D又は3Dのそれぞれでなければならない。2D又は3D画像に基づき、運動検出が二次元又は三次元で行われ得る。関心対象の頭−足及び左右の方向に及ぶ面内の運動補正を可能にするために2D画像が好ましくは提供される。典型的にはこの面は水平面(即ち関心対象が横たわっている状態でMR撮像が行われる場合)を指す。3Dの運動検出/補正は好ましいが、より高い計算量を必要とする。
別の実施形態によれば、検査段階を行うステップが、検査段階を自由呼吸の検査段階として行うステップを含む。従ってこの方法は、健康状態による制限がある場合や意識がない場合でさえ、全ての関心対象に適している。
別の実施形態によれば、検査段階の走査シーケンスの少なくとも1つの画像を比較画像と同じ構成を有するナビゲータ画像と比較することによって関心対象の運動を求めるステップが、関心対象の運動を実時間で求めるステップを含む。実時間の運動検出では、運動が1対の任意の画像について、典型的には1対の任意の後続の画像について検出され得る。従って、MR撮像システムが効率的に動作させられるように、画像の運動補正が検査段階中に既に適用され得る。
別の実施形態によれば、実時間で求められた関心対象の運動に基づいて運動補正を行うステップが、関心対象の検出済みの運動を補償するためにMR走査パラメータを調節することによって実時間の運動補正を行うステップを含む。このステップは、読出しが生成されるとき又は読出しを行う前にさえ早くも運動を補正することを可能にする。従って、画像の後処理、及び/又は所望の読出しを取得した後の読出し情報の後処理が減らされ得る。
別の実施形態によれば、関心対象の検出済みの運動を補償するためにMR走査パラメータを調節することによって実時間の運動補正を行うステップが、読出し方向における検出頻度、読出し方向における検出位相、及びスライスエンコード方向を調節するステップを含む。走査パラメータを調節する場合、読出しに関して運動補正が容易に行われ得る。運動補正は、運動が検出される読出しに関して、好ましくは読出しを行った後で行われる。或いは、それぞれの運動補正が事前に適用され得るように、運動補正を読出しの前に早くも行うことができ、即ち運動が例えば前の読出しに基づいて読出しの前に推定され得る。検出位相を調節することは、撮像シーケンスのそれぞれのk空間ラインに適用される位相シフトを制御することを可能にする。スライスエンコード方向を調節することは、とりわけ3D撮像を使用する場合に適している。
当業者なら理解するように、本発明の態様はシステム、方法、又はコンピュータプログラム製品として具体化され得る。従って、本発明の態様は完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態(ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む)、又は「回路」、「モジュール」、若しくは「システム」として本明細書で全て広く呼ばれ得るソフトウェアとハードウェアとの態様を組み合わせる実施形態の形を取り得る。更に、本発明の態様は、コンピュータ可読プログラムコードが実装された1つ又は複数のコンピュータ可読媒体内に具体化されるコンピュータプログラム製品の形を取り得る。
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読媒体内に記憶される命令が、流れ図及び/又はブロック図の1つ若しくは複数のブロックの中で規定される機能/動作を実施する命令を含む製品をもたらすよう、特定の方法で機能するようにコンピュータ、他のプログラム可能データ処理機器、又は他の装置に指示することができるコンピュータ可読媒体内に記憶されても良い。
一連の動作ステップをコンピュータ、他のプログラム可能機器、又は他の装置上で実行させて、コンピュータによって実施されるプロセスをもたらし、それによりコンピュータ又は他のプログラム可能機器上で実行される命令が流れ図及び/又はブロック図の1つ若しくは複数のブロックの中で規定される機能/動作を実施するためのプロセスをもたらすように、コンピュータプログラム命令がコンピュータ、他のプログラム可能データ処理機器、又は他の装置上にロードされても良い。
組合せが互いに排他的でない限り、本発明の上記の実施形態及び/又は例の1つ若しくは複数が組み合わせられても良いことが理解されよう。
本発明のこれらの及び他の態様が以下に記載の実施形態から明らかになり、かかる実施形態に関して説明される。但しかかる実施形態は必ずしも本発明の全範囲を表すものではなく、従って本発明の範囲を解釈するために特許請求の範囲及び本明細書が参照される。
本発明による磁気共鳴(MR)撮像システムの一部の概略図である。 第1の好ましい実施形態による、心血管磁気共鳴(MR)撮像のための方法を示す流れ図である。 第1の実施形態による方法による走査シーケンスを示す図である。 第1の実施形態による方法による、様々な反転時間に関する準備段階で撮られた1組のナビゲータ画像及び検査段階で撮られた1組の画像を示す図である。 第1の実施形態による方法による、様々な反転時間を有する様々なナビゲータ画像のコントラストを示す図である。 第1の実施形態による方法による、運動の検出及び補正を示す図である。 第1の実施形態による方法による、読出し並びにその後の画像検出及び画像補正のタイミングを示す例示的タイミング図である。
これらの図面内で同様の番号が付けられた要素は、等価の要素であるか同じ機能を実行する。機能が等価である場合、前に論じられている要素は必ずしも後の図面内で解説されない。
図1は、本発明による磁気共鳴(MR)撮像システム110の一実施形態の概略図を示す。MR撮像システム110は、MR撮像を行うために、とりわけ心血管MR撮像を行うために後で詳細に説明されるように動作させられる、当技術分野で知られているMR撮像システムとすることができる。
MR撮像システム110は、MRスキャナ112を含む。MR撮像システム110は、静磁場を発生させるために設けられる主磁石114を更に含む。主磁石114は、内部に配置される通常患者である関心対象120の中心軸118のまわりの検査空間116を提供する中央孔を有する。この実施形態では、主磁石114の中央孔、従って静磁場が中心軸118に従って水平の向きを有する。代替的実施形態では、例えば垂直の向きを有する静磁場をもたらすために主磁石114の向きが異なり得る。更に、MR撮像システム110は、静磁場に重畳される勾配磁場を発生させるために設けられる磁場勾配コイルシステム122を含む。当技術分野で知られているように、磁場勾配コイルシステム122は主磁石114の孔内に同心円状に配置される。
更に、MR撮像システム110は、管状の本体を有する全身用コイルとして設計される高周波(RF)アンテナ装置140を含む。RFアンテナ装置140は、MR画像によって対象として含まれるべき関心対象120、とりわけ関心領域142内の核を励起するために、RF伝送段階中に検査空間116にRF磁場を加えるために設けられる。心血管MR撮像に関して、関心領域142は関心対象120の心臓を含む胸部領域を指す。RFアンテナ装置140は、励起された核からRF受信段階中にMR信号を受信するためにも設けられる。MR撮像システム110の動作状態において、RF伝送段階及びRF受信段階は連続した方法で起こる。RFアンテナ装置140は、主磁石114の孔内に同心円状に配置される。当技術分野で知られているように、円柱状の金属製RFスクリーン124が磁場勾配コイルシステム122とRFアンテナ装置140との間に同心円状に配置される。
更に、MR撮像システム110は、取得されるMR信号からMR画像を再構築するために設けられるMR画像再構築ユニット130、及び当技術分野で一般に知られているようにMRスキャナ112の機能を制御するために設けられるモニタユニット128を有する、MR撮像システム制御ユニット126を含む。MR撮像システム制御ユニット126と、RF伝送段階中にRFスイッチングユニット136を介してMR高周波のRF出力をRFアンテナ装置140に供給するために設けられるRF送信機ユニット134との間に制御線132が設置される。更には、RFスイッチングユニット136もMR撮像システム制御ユニット126によって制御され、その目的を果たすためにMR撮像システム制御ユニット126とRFスイッチングユニット136との間に別の制御線138が設置される。RF受信段階中、RFスイッチングユニット136がRFアンテナ装置140からのMR信号をプレアンプ後にMR画像再構築ユニット130に宛てる。
図2を参照し、第1の好ましい実施形態による、磁気共鳴(MR)撮像のための方法が次に説明される。第1の実施形態によれば、心血管MR撮像が行われる。
ステップS100で、上記のMR撮像システム110が提供される。更に、関心対象120が検査空間116内に配置される。また更にこのステップでは、図3で見ることができる走査シーケンス200が定められる。走査シーケンス200は、T1マッピングのための2〜3回の走査シーケンス200であり、2回のT1前パルス202、204及び5回の読出し206を含み、2回の読出し206は第1のT1前パルス202の後で行われ、3回の読出し206は第2のT1前パルス204の後で行われる。T1前パルス202と204とは約8秒のタイミング間隔がある。T1前パルス202、204は、関心対象120の磁気飽和又は磁気反転を実現するための飽和パルス又は反転パルスを指す。
読出し206は様々な画像コントラストをもたらす様々な構成で行われ、即ち読出し206は、この実施形態では前パルス202、204に対して様々な遅延を有する。読出し206の遅延は、反転時間(TI)とも呼ばれる。様々な読出し206の反転時間は、第1のT1前パルス202からそれぞれ60ms及び1060ms後、並びに第2のT1前パルス204からそれぞれ500ms、1500ms、及び2500ms後である。反転時間は全方法にわたって固定される。図3に示されている心電図(ECG)208から見て取れるように、この走査シーケンス200は、第2の前パルス204の前にこの実施形態では3回の心拍に対応する回復時間を設ける。
ステップS110で、準備段階が行われる。従って、息をこらえる指示が関心対象120に出され、息が止められた状態で1回の走査シーケンス200が実行される。図3で見ることができるように、読出し206を取得するのに必要な走査シーケンス200の部分、即ち第1の前パルス202から第2の前パルス204までの時間及び第2のT1前パルス204後の最大反転時間は約10秒である。ECG208内で見られる関心対象120の心拍信号は、走査シーケンス200を引き起こすために使用される。図3では、心拍頻度が約60回/秒であり、与えられている時間値はそれぞれの前パルス202、204後の読出し206の遅延を指すことに留意されたい。準備段階では、T1前パルス202、204に対する基準読出し206の遅延ごとに1つのナビゲータ画像210を持つ1組のナビゲータ画像210を生成するために、読出し206が基準読出し206として使用される。iNAVREFとラベル付けされた1組のナビゲータ画像210を図4で見ることができる。図5で詳細に見ることができるように、ナビゲータ画像210のコントラストは反転時間に応じて異なる。以下で詳細に説明されるように関心対象120の頭−足及び左右の方向に及ぶ面内の運動を補正するために、図4又は図5で見られるように、ナビゲータ画像210が、それぞれの基準読出し206の遅延ごとに1つの2Dナビゲータ画像210として与えられる。
ステップS120で、検査段階が行われる。従って、複数回の走査シーケンス200が適用される。ステップS110に関して論じられたように、走査シーケンス200はECGによって引き起こされる。従って、準備段階及び検査段階の両方について、読出し206は関心対象120の心臓の同じ運動状態で常に行われる。読出し206ごとに、図4に示されている画像212が生成され、例として3回の走査シーケンス200の読出し206の画像212が図示されている。図3に示されているように、走査シーケンス200はk空間の2つのセグメントをカバーし、それにより区分化されたk空間の取得を行う。図3の右側の部分に見られるように読出し206は組み合わせられ、組み合わせられた読出し206が単一のT1前パルス202、204に対して示される。検査段階は、自由呼吸の検査段階として行われる。検査段階中、第1の前パルス202の前にも回復時間が適用される。
ステップS130で、画像212ごとに運動が実時間で求められる。従って関心対象120の運動を求めるために、走査シーケンス200の各画像212が、比較画像212と同じ遅延を有するナビゲータ画像210と比較される。この実施形態の運動検出は、常にナビゲータ画像210に対して行われる。代替的実施形態では、運動検出が、ナビゲータ画像210に基づいて第1の走査シーケンス200についてのみ行われる。その後の走査シーケンス200の運動検出は、前の走査シーケンス200のそれぞれの画像212に対して行われ、即ち運動検出は同じ構成を有する読出し206に対応する前の画像212に対して行われる。
ステップS140で、関心対象120の求められた運動に基づいて運動補正が実時間(RT:real time)で行われる。従って、関心対象120の読出し206内の検出済みの運動を補償するための対応策が取られる。従って、各読出し206の後、関心対象120の検出済みの運動を補償するためにMR走査パラメータが調節される。とりわけ、読出し方向における検出頻度、読出し方向における検出位相、及びスライスエンコード方向が、関心対象120の検出済みの運動に基づいて適合される。
運動検出ステップS130及び運動補正ステップS140に関する詳細が図6及び図7に示されている。図6では、走査シーケンス200のうちの1つの画像212について運動補正が例として示されている。画像212は、走査シーケンス200のうちの、それぞれの基準画像と同じ読出し206に対応する。従って、同じ反転時間に対応する一連の画像212が比較される。運動の検出及び補正が、以下に示される原理に従って各走査シーケンス200の全ての画像212に適用される。従って、読出し206の様々な構成、即ちT1前パルス202、204後の読出し206の様々な反転時間に基づく図4に見られる画像212のコントラスト修正が運動の決定及び補正に影響を及ぼすことはない。
ナビゲータ画像210及び検査段階中に与えられる画像212に基づき、高走査効率を実現するために並進運動補正が足−頭及び左右の方向に行われる。
図6に見られるように、区分化されたk空間の取得における画像212ベースのナビゲーションが行われる。2Dナビゲータ画像210が再構築され、取得されたk空間のセグメントに対して運動補正が実時間で適用される。ナビゲータ画像210は、準備段階の中で上記のように取得される。図6のb及びcに関して示されている画像212は検査段階中に取得される。3Dスキャン216のその後の取得が運動について補正される。この例では、T1前パルス202、204後の一連の画像212のうち、反転時間TI=60msの1つの画像212について運動補正が示されている。様々なコントラストを有する一連の画像212が、図5のナビゲータ画像210の中で例として見られ得る。
更なる詳細を図7で見ることができ、図7は読出し206及び実時間画像補正の例示的なタイミング図を示す。図7の上部はMR撮像システム110のスペクトロメティック操作(spectrometic operation)を示し、前パルス202、204が生成され、所与の反転時間後に読出し206が行われる。図7の下部は、関心対象120の検出済みの運動に基づく画像の再構築、即ち運動補正を示す。図7に見られるように、運動検出及び運動補正は、読出し206のk空間サンプルの取得中に既に開始されている。まず、図7にiNAV RECONとして示されているようにナビゲータ画像210が認識され、この実施形態では認識に約60msかかる。次に、図7にiNAV REGとして示されているようにナビゲータ画像210が位置合せされ、即ちナビゲータ画像210に対して運動が検出され、この実施形態では位置合せに約100msかかる。最後に、図7に3D T1 CORRとして示されている運動補正が行われ、この実施形態では運動補正に約30msかかる。
この実施形態では、画像212の位置合せにテンプレートマッチングアルゴリズムが使用され、それにより図6に見られるように運動情報を実時間(RT)で導出している。テンプレートマッチングアルゴリズムに使用される類似性測度は正規化相互相関であり、このコンテキストにおいてアルゴリズムは、この実施形態では関心対象120の頭−足及び左右の方向に対応する画像の2つのディメンションに沿って並進運動の変位情報を提供する。本明細書ではf(x,y)と呼ばれる画像212及びテンプレートt(u,v)の正規化相互相関γ(u,v)は
によって表わすことができ、x,yの合計はテンプレート下のf(x,y)の領域であり、t及びfは領域内のそれぞれの関数の平均(means)である。RT運動補正は、読出し方向における検出頻度を調節することによって、及び位相内の撮像シーケンスのそれぞれのk空間ラインに適用される位相シフトとして実施される。MR撮像が3D撮像を指す場合、スライスエンコード方向も調節される。スライス選択方向における補正は、撮像シーケンスのそれぞれの高周波パルスのスライス又はスラブ位置のオフセットによって実現される。自らの2つのディメンションに沿ったナビゲータの運動推定を撮像シーケンスの頻度、位相、及びスライスエンコードに関係させるために、撮像シーケンスの座標系上への2Dnavエンコード方向のスカラー投影vが計算される。各運動投影の寄与度を合計することによってショットtのエンコード方向Aに沿った総位相シフトθAが計算され:
及びvは、撮像座標系上への2Dnav読出し及び位相エンコードの方向それぞれのスカラー投影を表し、Δ及びΔは、ショットtにおけるナビゲータ運動測定である。
代替的実施形態では、対応策が、関心対象120の位置の適合及び/又は読出し206後のデータの後処理を含む。
この方法はステップS120に戻り、所要の全てのk空間サンプルが取得されるまで検査段階を続ける。所要の全てのk空間サンプルが取得されると、この方法はステップS150で続行する。
ステップS150で、読出し206に基づいて関心対象120の心臓のMRスキャンが提供される。運動検出及び運動補正に基づき、図4に示されている心臓の3D MRスキャン214、即ちこの実施形態では心血管MRスキャンをもたらすために、様々なk空間セグメントが組み合わせられる。従って、3D心血管MRスキャン214を生成するために、検査段階中に適用される走査シーケンス200の全ての読出し206が使用される。従って、3D心血管MRスキャン214を提供するために検出される運動の考慮下で画像212が組み合わせられ、5つの異なる反転時間を表す画像212に基づいてT1マップが生成される。2mmの等方性分解能、さもなければ標準的なT1マッピングの撮像パラメータ、例えばフリップ角35°及びTR=2.4msで、全関心領域142、即ち心臓を対象として含むT1マップが取得される。
一実施形態では、MR撮像システム110の制御ユニット126に上記の方法を実行させる1組の命令を含む、記憶装置、フロッピディスク、コンパクトディスク、CD、デジタル多用途ディスク、DVD、ブルーレイディスク、ランダムアクセスメモリ、RAM等のコンピュータ可読媒体が提供される。
従って、コンピュータ使用可能プログラムコードを含むコンピュータ使用可能媒体を含むコンピュータプログラム製品が提供され、コンピュータ使用可能プログラムコードは上記の方法を実行するように適合される。
更なる実施形態では、MR撮像システム110をアップグレードするためのソフトウェアパッケージが提供され、ソフトウェアパッケージは、上記の方法を実行するようにMR撮像システム110を制御するための命令を含む。
本発明が図面及び上記の説明の中で図示され詳細に説明されてきたが、かかる説明図及び説明は、制限的ではなく説明的又は例示的と見なされるべきであり、本発明は開示された実施形態に限定されない。図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲を検討することにより、特許請求の範囲に記載の本発明を実施する際、開示された実施形態に対する他の改変形態が当業者によって理解され実践され得る。特許請求の範囲では、「含む」という用語は他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「a」又は「an」は複数形を排除しない。或る手段が互いに異なる従属請求項の中で引用されるという単なる事実は、それらの手段の組合せを有利に使用できないことを示すものではない。特許請求の範囲の中の如何なる参照記号も範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
110 磁気共鳴(MR)撮像システム
112 磁気共鳴(MR)スキャナ
114 主磁石
116 RF検査空間
118 中心軸
120 関心対象
122 磁場勾配コイルシステム
124 RFスクリーン
126 MR撮像システム制御ユニット
128 モニタユニット
130 MR画像再構築ユニット
132 制御線
134 RF送信機ユニット
136 RFスイッチングユニット
138 制御線
140 高周波(RF)アンテナ装置
142 関心領域
200 走査シーケンス
202 第1のT1前パルス
204 第2のT1前パルス
206 読出し
208 心電図、心拍信号
210 ナビゲータ画像
212 画像
214 MRスキャン
216 3Dスキャン

Claims (22)

  1. 少なくとも1回の前パルス及び複数回の読出しを含む走査シーケンスが適用される関心対象の関心領域の磁気共鳴(MR)撮像のための方法であって、様々な画像コントラストをもたらす様々な構成で前記少なくとも1回の前パルス後に前記複数回の読出しが行われ、
    前記様々な構成を使用して1組の基準読出しを提供するために前記走査シーケンスを適用するステップ、及び前記基準読出しの構成ごとに前記関心領域の1つのナビゲータ画像を持つ1組のナビゲータ画像を生成するステップを含む準備段階を行うステップと、
    前記走査シーケンスを適用することにより走査シーケンスごとに前記関心領域の少なくとも1つの画像が生成されるステップを含む検査段階を行うステップと、
    前記検査段階の前記走査シーケンスの少なくとも1つの画像を比較画像と同じ構成を有する前記ナビゲータ画像と比較することによって前記関心対象の運動を求めるステップと、
    前記少なくとも1つの画像の前記関心対象の求められた前記運動に基づいて前記少なくとも1つの画像の運動補正を行うステップと、
    運動補正を行った後の前記画像に基づいて前記関心対象の前記関心領域のMRスキャンを提供するステップと
    を含む、方法。
  2. 前記複数回の読出しが前記少なくとも1回の前パルス後に様々な遅延を伴って行われる、
    請求項1に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  3. MR撮像のための方法が胴のMR撮像のための方法として行われ、前記関心対象の前記関心領域が前記関心対象の胴の内部にある、
    請求項1又は2に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  4. 前記胴のMR撮像の方法が心血管MR撮像のための方法であり、前記関心対象の前記関心領域が前記関心対象の心臓である、請求項3に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  5. 前記関心領域が、肝臓、脾臓、直腸、腎臓、腹部臓器、肺、及びこれらの組合せのうちの何れか1つである、請求項3に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  6. 準備段階を行う前記ステップが、息をこらえる指示を前記関心対象に出すステップと、息が止められた状態で少なくとも1回の走査シーケンスを実行するステップとを含む、
    請求項1乃至5の何れか一項に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  7. 準備段階を行う前記ステップが、1Dナビゲータを使用して自由呼吸の条件下で少なくとも1回の走査シーケンスを実行するステップを含む、
    請求項1乃至6の何れか一項に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  8. 少なくとも1回の走査シーケンスを適用する前記ステップが、複数回の前パルス及び複数回の読出しを有する走査シーケンスを適用するステップを含み、各前パルスの後には少なくとも1回の読出しが続く、
    請求項1乃至7の何れか一項に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  9. 複数回の前パルス及び複数回の読出しを有する走査シーケンスを適用する前記ステップが、前パルスを生成する前に回復時間を追加するステップを含む、
    請求項8に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  10. 前記方法が前記関心対象の運動検出信号をモニタするステップを含み、
    少なくとも1回の走査シーケンスを適用する前記ステップが、前記関心対象の前記運動検出信号に基づいて前記走査シーケンスを引き起こすステップを含む、
    請求項1乃至9の何れか一項に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  11. 前記運動検出信号が呼吸信号である、請求項10に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  12. 前記運動検出信号が心拍信号である、請求項10に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  13. 前記心拍信号がECG信号である、請求項12に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  14. 検査段階を行う前記ステップが、区分化されたk空間の取得を行うステップを含む、
    請求項1乃至13の何れか一項に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  15. 前記基準読出しの構成ごとに1つのナビゲータ画像を持つ1組のナビゲータ画像を生成する前記ステップが、前記基準読出しの構成ごとに2D又は3Dナビゲータ画像を生成するステップを含む、
    請求項1乃至14の何れか一項に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  16. 検査段階を行う前記ステップが、前記検査段階を自由呼吸の検査段階として行うステップを含む、
    請求項1乃至15の何れか一項に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  17. 前記検査段階の前記走査シーケンスの少なくとも1つの画像を前記比較画像と同じ構成を有する前記ナビゲータ画像と比較することによって前記関心対象の運動を求める前記ステップが、前記関心対象の前記運動を実時間で求めるステップを含む、
    請求項1乃至16の何れか一項に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  18. 実時間で求められた前記関心対象の運動に基づいて運動補正を行う前記ステップが、前記関心対象の検出済みの運動を補償するためにMR走査パラメータを調節することによって実時間の運動補正を行うステップを含む、
    請求項17に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  19. 前記関心対象の検出済みの運動を補償するためにMR走査パラメータを調節することによって実時間の運動補正を行う前記ステップが、読出し方向における検出頻度、前記読出し方向における検出位相、及び/又はスライスエンコード方向を調節するステップを含む、
    請求項18に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  20. 前記前パルスがT1パルス又はT2パルスである、請求項1乃至19の何れか一項に記載の磁気共鳴撮像のための方法。
  21. 請求項1乃至20の何れか一項に記載の方法に従ってMR撮像システムを制御するための命令を含む、
    MR撮像システムをアップグレードするためのソフトウェアパッケージ。
  22. MR撮像システムの検査空間内に配置される関心対象の関心領域の画像表現を提供するためのMR撮像システムであって、
    請求項1乃至20の何れか一項に記載のMR撮像のための方法を実行する、
    MR撮像システム。
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