JP2017529960A - アーチファクト抑制を有するプロペラｍｒイメージング - Google Patents

アーチファクト抑制を有するプロペラｍｒイメージング Download PDF

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Abstract

本発明は、患者の身体１０のＭＲイメージングの方法に関する。本発明の目的は、ＰＲＯＰＥＬＬＥＲイメージングとの組み合わせにおいて画像アーチファクトの効率的な補償を実現する方法を提供することである。本発明は、従来のＰＲＯＰＥＬＬＥＲイメージングのようにｋ空間においてではなく、画像空間においてｋ空間ブレードを組み合わせることを提案する。局所的画像アーチファクトは、検出される及び単一ブレードＭＲ画像において補正した。単一ブレードＭＲ画像を組み合わせて最終のＭＲ画像を生成することに先立つ、画像ドメインにおけるアーチファクトの検出及び補正は、局所的アーチファクトのより良好な抑制によって、改善された画像品質をもたらし、ゆえに、増大された信号対雑音を与える。更に、本発明は、ＭＲ装置１、及びＭＲ装置１のためのコンピュータプログラムに関する。

Description

本発明は、磁気共鳴（ＭＲ）イメージングの分野に関する。本発明は、ＭＲ装置の検査ボリュームに配置される身体の一部のＭＲイメージング方法に関する。本発明は、ＭＲ装置、及びＭＲ装置上で実行されるコンピュータプログラムに関する。
今日、磁界と核スピンとの間の相互作用を利用して２次元又は３次元画像を形成する画像形成ＭＲ方法が、特に医療診断の分野において広く使用されており、その理由は、軟組織イメージングに関して、かかる画像形成ＭＲ方法が、多くの点で他のイメージング方法より優れており、イオン化放射線を必要とせず、通常は非侵襲であるからである。
一般のＭＲ方法によれば、被検患者の身体は、強く一様な磁界Ｂ０内に配置され、その磁界の方向は、同時に、測定が関連付けられる座標系の軸（通常はｚ軸）を規定する。磁界Ｂ０は、磁界強度に依存して、個別の核スピンについて異なるエネルギーレベルを生成し、核スピンは、規定された周波数（いわゆるラーモア周波数又はＭＲ周波数）の交番電磁界（ＲＦ場）の印加によって、励起されることができる（スピン共鳴）。巨視的な観点から、個別の核スピンの分布は、適当な周波数（ＲＦパルス）をもつ電磁パルスの印加によって平衡状態から逸脱されうる全体磁化を生成し、このＲＦパルスの対応する磁界Ｂ１は、ｚ軸に対し垂直に延在し、磁化は、ｚ軸を中心に歳差運動を実施する。歳差運動は、開き角がフリップ角と呼ばれる円錐の表面を示す。フリップ角の大きさは、印加される電磁パルスの強度及び持続時間に依存する。いわゆる９０°パルスの場合、磁化は、ｚ軸から横断方向平面（フリップ角９０°）まで逸脱される。
ＲＦパルスの終了後、磁化は、緩和して、元の平衡状態に戻り、その場合、ｚ方向の磁化は、第１の時定数Ｔ１（スピン格子又は縦緩和時間）によって再び構築され、ｚ方向に垂直な方向の磁化は、第２のより短い時定数Ｔ２（スピン−スピン又は横緩和時間）によって緩和する。横方向磁化及びその変化は、磁化の変化がｚ軸に対し垂直な方向において測定されるように、ＭＲ装置の検査ボリューム内に配置され方向付けられる受信ＲＦコイルによって検出されることができる。横方向磁化の崩壊は、局所的な磁界不均一性によって引き起こされるＲＦ励起後に起こるディフェージングを伴い、磁界不均一性は、同じ信号位相を有する秩序ある状態から、すべての位相角が一様に分散された状態への遷移を容易にする。ディフェージングは、リフォーカスＲＦパルス（例えば１８０°パルス）によって補償されることができる。これは、受信コイルにエコー信号（スピンエコー）を生成する。
横方向磁化が、一定の磁界勾配の存在下でもディフェーズすることに留意することが重要である。このプロセスは、いわゆる勾配エコーを形成する適当な勾配反転によって、ＲＦ誘導されるエコーの形成と同様に、反転されることができる。しかしながら、勾配エコーの場合、ＲＦリフォーカスされるエコーとは異なり、主磁界不均一性の効果、化学シフト及び他のオフ共鳴効果が、リフォーカスされない。
身体内の空間解像度を実現するために、３つの主軸に沿って延在する一定の磁界勾配が一様な磁界Ｂ０に重ねられ、これは、スピン共鳴周波数の線形空間依存につながる。受信コイルにおいて収集される信号は、身体内の個々の異なるロケーションに関連付けられることができる周波数成分を含む。受信コイルを通じて取得された信号データは、空間周波数ドメインに対応し、ｋ空間データと呼ばれる。ｋ空間データは、通常、それぞれ異なる位相符号化で取得される複数ラインを含む。各ラインは、複数のサンプルを収集することによってデジタル化される。ｋ空間データの組は、フーリエ変換によってＭＲ画像に変換される。
さまざまなＭＲＩアプリケーションにおいて、被検患者の動きは、画像品質に悪影響を及ぼすことがある。画像再構成のために十分なＭＲ信号の取得は、一定の時間を要する。当該一定の時間の最中の患者の動きは、一般に、再構成されたＭＲ画像に動きアーチファクトをもたらす。従来のＭＲイメージング技法において、ＭＲ画像の所与の解像度が特定される場合、取得時間は、ほんのわずか低減されることができる。医用ＭＲイメージングの場合、動きアーチファクトは、例えば心臓及び呼吸の周期的な動き及び他の生理学的プロセスから生じることがあり、患者の動きからは、ブラーリング、位置ずれ、変形及びゴーストアーチファクトを引き起こす。
さまざまな異なる技法が、ＭＲイメージングの動きに関する問題を解決するために開発されている。これらの１つに、いわゆるプロペラ（ＰＲＯＰＥＬＬＥＲ）イメージング技法がある。ＰＲＯＰＥＬＬＥＲの概念において（ＰＲＯＰＥＬＬＥＲ: Periodically Rotated Overlapping ParalEL Lines、James G. Pipe: "Motion Correction With ＰＲＯＰＥＬＬＥＲ ＭＲI: Application to Head Motion and Free-Breathing Cardiac Imaging", Magnetic Resonance in Medicine, vol. 42, 1999, pages 963-969を参照されたい）、ＭＲ信号データは、ｋ空間のＮ個のストリップにおいて取得され、各ストリップは、デカルトベースのｋ空間をサンプリングスキームにおけるＬ個の最低周波数位相符号化ラインに対応するＬ個のパラレルｋ空間ラインを有する。例えば、ｋ空間ブレードとも呼ばれる各ストリップは、全体のＭＲデータセットがｋ空間内の１つの円をスパンするよう、ｋ空間において１８０°／Ｎの角度ずつ回転される。直径Ｍを有する全体のｋ空間データマトリクスが望まれる場合、Ｌ及びＮは、Ｌ×Ｎ＝Ｍ×π／２であるように選択される。プロペラの１つの基本的特性は、直径Ｌを有するｋ空間の中心円形部分が各ｋ空間ブレードについて取得されることである。この中心部分は、各ｋ空間ブレードごとに低解像度のＭＲ画像を再構成するために使用されることができる。低解像度のＭＲ画像は、患者の動きに起因する面内（in-plane）変位及び位相エラーを除去するために互いに比較される。これらのファクタは、ＰＲＯＰＥＬＬＥＲスキームに従って、各々のｋ空間ブレードにおいて補正される。いずれのｋ空間ブレードが大きな面間（through-plane）変位を伴って収集されたか又は他のタイプのアーチファクトを含むかを決定するために、相互相関のような適切な技術が用いられる。ＭＲ信号データが、最終のＭＲ画像の再構成に先立ってｋ空間において組み合わせられるとき、ｋ空間ブレードからのＭＲデータは、アーチファクトが最終のＭＲ画像において低減されるよう、ｋ空間ブレードを相互相関させることによって検出されるアーチファクトレベルに従って重み付けされる。ＰＲＯＰＥＬＬＥＲ技法は、ＭＲ信号の取得中の被検患者の動きに関してロバストであるＭＲ画像取得技法を得るために、ｋ空間の中心部分におけるオーバーサンプリングを使用する。更に、ｋ空間ブレードの加重平均により、ＰＲＯＰＥＬＬＥＲ技法は、ＳＥＮＳＥのようなパラレルイメージング技法がＭＲデータ取得のために使用される場合に不正確なコイル感度マップ又はＢ０不均一性に起因して生じるイメージングアーチファクトを「平均」する。
しかしながら、既知のＰＲＯＰＥＬＬＥＲ技法の欠点は、例えば不正確なコイル感度マップに起因して生じるＳＥＮＳＥアーチファクト（最終のＭＲ画像内にゴーストとして現れる）、ＭＲ画像の一部のみをカバーする小さいバンド内で一般に生ずるフローアーチファクト、又は、ＭＲ画像内の空気／組織インタフェースに頻繁に現れるＢ０不均一性、のような画像アーチファクトが、画像ドメインにおいて局所的な影響しか与えず、すなわち、画像アーチファクトがＭＲ画像内の制限された領域にしか現れないことによる。これは、最終のＭＲ画像内でのアーチファクトの影響を軽減するために全部のｋ空間ブレードを低く重み付けする従来のＰＲＯＰＥＬＬＥＲ技法が、実際に、必要以上の信号対雑音比（ＳＮＲ）をもたらしているという結論につながる。各ｋ空間ブレード内には、画像アーチファクトによって損なわれない多くの量の画像情報がある。しかしながら、この有益は情報もまた、低く重み付けされてしまい、すなわち、従来のＰＲＯＰＥＬＬＥＲインプリメンテーションに従ってｋ空間におけるブレードの組み合わせの最中に事実上「捨てられる」。
前述の記載から、改善されたＭＲイメージング技法のニーズがあることが容易に理解される。従って、本発明の目的は、ＰＲＯＰＥＬＬＥＲイメージングとの組み合わせにおいて画像アーチファクトの効率的な補償を実現する方法を提供することである。
本発明により、ＭＲ装置の検査ボリュームに配置される患者の身体のＭＲイメージングの方法が開示される。方法は、ａ）身体の少なくとも一部を、少なくとも１つのＲＦパルス及び切り替え磁界勾配を含むＭＲイメージングシーケンスにさらすことによって、ＭＲ信号を生成するステップと、ｂ）複数のｋ空間サブセットとしてＭＲ信号を取得するステップであって、各々のｋ空間サブセットが、ｋ空間の異なる部分をカバーし、ｋ空間の少なくとも中心部分の一部が、各ｋ空間サブセットごとに取得される、ステップと、ｃ）各々のｋ空間サブセットから単一サブセットＭＲ画像を再構成するステップと、ｄ）複数の単一のサブセットＭＲ画像を組み合わせて最終のＭＲ画像を生成するステップと、を含む。
好適には、ＭＲイメージングシーケンスは、ＰＲＯＰＥＬＬＥＲシーケンスであり、ｋ空間サブセットは、ＭＲ信号の取得されるデータセット全体がｋ空間において１つの円をスパンするよう、ｋ空間の中心を中心に回転されるｋ空間ブレードである。
本発明の要旨は、従来のＰＲＯＰＥＬＬＥＲイメージングのようにｋ空間内においてではなく、画像空間において、ｋ空間サブセット（ｋ空間ブレード）を組み合わせることである。本発明により、局所的な画像アーチファクトが、単一のサブセット（単一のブレード）ＭＲ画像において、効果的に検出され、補正される。サブセットデータを組み合わせて最終のＭＲ画像を生成するのに先立つ画像ドメインにおけるアーチファクト検出及び補正は、結果的に、局所アーチファクトをより良好に抑制することによって、改善された画像品質をもたらし、ゆえに増大されたＳＮＲを与える。
好適には、アーチファクトを含んでいる画像領域は、本発明によれば単一サブセットＭＲ画像において識別される。これは、例えば、単一サブセットＭＲ画像の整合性解析によって達成されることができる。整合性解析において、各々の単一サブセットＭＲ画像のボクセル値は、他の単一サブセットＭＲ画像のボクセル値と比較される。多くの場合、画像アーチファクトは、単一サブセットＭＲ画像の複数の異なる領域に位置する。これは、所与の画像位置のボクセル値が、ほとんどの単一サブセットＭＲ画像において正しい値を有することを意味する。欠陥のあるボクセルは、それがすべての単一サブセットＭＲ画像からの情報を使用するので、整合性解析によって容易に且つ信頼性をもって検出されることができる。この技法の重要な利点は、すべてのタイプの画像アーチファクトが原則として検出可能なことである。画像アーチファクトを検出するための代替オプションが、より詳しく以下に記述される。
本発明の他の好適な実施形態において、複数の単一サブセットＭＲ画像は、それら単一サブセットＭＲ画像の重み付き重ね合わせによって組み合わせられて、最終のＭＲ画像にされる。画像ドメインにおける重み付き重ね合わせは、最終のＭＲ画像内における局所的な画像アーチファクトの効果的且つ目標とされる除去を実現する。重み付き重ね合わせの重み係数は、複数の単一サブセット画像内における画像アーチファクトの空間分布から導き出され、それにより、低減された重みを、アーチファクトを含む画像領域内の単一サブセット画像のボクセル値に適用することによって、局所的な画像アーチファクトが「マスキング除去」される。ここで重み付き重ね合わせは、欠陥のある画像領域の外側にある単一サブセットＭＲ画像に含まれる価値のある画像情報が、最適ＳＮＲが得られるよう、維持され及び最終のＭＲ画像に充分に伝達されることを確実にする。
本発明の実現可能な実際の実施形態において、重み係数を各々の画像位置に属させるマップである重みマップが、上記で説明したように計算される（及び任意に正規化される）。各々の単一サブセットＭＲ画像は、重みマップを乗じられる。こうして、重み付けされた単一サブセットＭＲ画像が、ｋ空間に逆変換され、結果として得られる修正されたｋ空間サブセットが、従来のＰＲＯＰＥＬＬＥＲスキームのように、組み合わせられ、最終のＭＲ画像に再構成される。それゆえ、本発明の意味において複数の単一サブセットＭＲ画像を重ね合わせて最終のＭＲ画像を生成することは、重ね合わせが画像空間において直接行われることを必ずしも示さない。同様に、（重み付けされた）単一サブセットＭＲ画像のｋ空間表現の組み合わせが、ｋ空間において実施されることができ、この場合、得られた組み合わされたｋ空間データが、最終のＭＲ画像に再構成される。
従来のＰＲＯＰＥＬＬＥＲイメージングのように、本発明の方法は、ｋ空間サブセットにおいて、動きにより引き起こされた変位及び位相エラーを評価し修正するステップを更に有することができる。例えば、ｋ空間サブセットの中心ｋ空間データから再構成される低解像度のＭＲ画像は、患者の動きによってもたらされる面内変位及び位相エラーを除去するために、互いに比較される。これらのファクタは、単一サブセットＭＲ画像を再構成するのに先立って、本発明により各々のｋ空間サブセットにおいて補正されるべきである。これは、ＭＲ信号の取得中の被検患者の動きに関して本発明の方法をロバストにする。
本発明の方法の１つの変形例において、ｋ空間サブセットのデータは、画像ドメインにおいて完全に組み合わせられ、これは、言い換えると、高解像度の最終のＭＲ画像が、すべての（高解像度の）単一サブセットＭＲ画像から、直接計算されることを意味する。最終のＭＲ画像を計算するこの技法は、実現可能な最良の画像品質を生成するが、計算量（computational effort）は、ｋ空間におけるｋ空間ブレードの組み合わせを伴う標準のＰＲＯＰＥＬＬＥＲ再構成スキームにおける計算量よりも非常に大きいものでありうる。第１の画像に対する時間及び全体の再構成時間は、ＭＲ装置のユーザにとって重要でありうるので、本発明の方法のこの変形例は、計算スピードの対応する増加をもたらす適当なハードウェアの変更なしには、実現可能でないことがある。
本発明の代替の変形例において、計算量が標準のＰＲＯＰＥＬＬＥＲ技法にほぼ等しくなるようにｋ空間サブセットを組み合わせるハイブリッドスキームが、適用されることができる。ここで「ハイブリッド」という語は、ｋ空間においてサブセットデータを組わせること及び画像空間においてサブセットデータを組み合わせることの組み合わせを使用することを意味する。このために、複数の単一サブセットＭＲ画像は、ｋ空間サブセットの中心ｋ空間データのみから再構成されることができ、この場合、複数の単一サブセットＭＲ画像は、組み合わせられて、１つの低解像度のＭＲ画像を生成する。これは、単に、低解像度の単一サブセットＭＲ画像の（加重）平均を計算することによって実施されることができる。更に、本発明の方法のこの変形例は、ｋ空間サブセットを組み合わせて完全なｋ空間データセットを生成するステップと、完全なｋ空間データセットを、低解像度のＭＲ画像のｋ空間表現と組み合わせて、組み合わされた完全なｋ空間データセットを生成するステップと、組み合わされた完全なｋ空間データセットから、最終のＭＲ画像を再構成するステップと、を含む。これは、言い換えると、従来のＰＲＯＰＥＬＬＥＲ技法によるｋ空間サブセットのｋ空間ベースでの組み合わせに次いで、低解像度の単一サブセットＭＲ画像が、画像空間において組み合わせられることを意味し、この場合、その後、キーホール技法が、高解像度の最終のＭＲ画像を得るために適用される。ｋ空間データの中心部分（当該中心部分から最終のＭＲ画像が再構成される）は、組み合わされた低解像度のＭＲ画像に基づき、周辺のｋ空間データは、ｋ空間において直接取得されたｋ空間サブセットの組み合わせに基づく。低解像度のＭＲ画像は、最大限のＳＮＲ（上述したように）を維持しながら、アーチファクトなしにされるので、最終の高解像度ＭＲ画像は、従来のＰＲＯＰＥＬＬＥＲ画像と比較して、大幅に低減されたアーチファクトレベル及びより高いＳＮＲを有する。本発明の方法のこの変形例の重要な利点は、少ない計算量であり、性能は、従来のＰＲＯＰＥＬＬＥＲインプリメンテーションに匹敵する。
こうして記述される本発明の方法は、検査ボリューム内に一様な安定した磁界Ｂ０を生成する少なくとも１つの主磁石コイルと、検査ボリューム内の異なる空間方向に切り替え磁界勾配を生成する複数の勾配コイル、検査ボリューム内にＲＦパルスを生成し及び／又は検査ボリュームに位置付けられる患者の身体からＭＲ信号を受信する少なくとも１つの身体ＲＦコイルと、ＲＦパルス及び切り替え磁界勾配の時間的な連続を制御する制御ユニットと、受け取ったＭＲ信号からＭＲ画像を再構成する再構成ユニットと、を有するＭＲ装置によって実施されることができる。本発明の方法は、ＭＲ装置の再構成ユニット及び／又は制御ユニットの対応するプログラミングによって実現されることができる。
本発明の方法は、今日の臨床用ＭＲ装置において有利に実施されることができる。このために、ＭＲ装置が本発明の上記に説明された方法ステップを実施するようＭＲ装置がコンピュータプログラムによって制御される当該コンピュータプログラムを利用することが単に必要である。コンピュータプログラムは、データ担体上に存在し、又はデータネットワークに存在し、それにより、ＭＲ装置の制御ユニットへのインストールのためにダウンロードされることができる。１つの変形例において、コンピュータプログラムは、ＭＲ装置上でランされることができ、ａ）少なくとも１つのＲＦパルス及び切り替え磁界勾配のＭＲイメージングシーケンスを生成する命令であって、ＭＲイメージングシーケンスはＰＲＯＰＥＬＬＥＲシーケンスである、命令と、ｂ）複数のｋ空間サブセット（２１−２９）としてＭＲ信号を取得する命令であって、各々のｋ空間サブセット（２１−２９）が、ｋ空間の個々の異なる部分をカバーし、ｋ空間の少なくとも中心部分（３０）の一部が、各ｋ空間サブセット（２１−２９）ごとに取得され、ｋ空間サブセット（２１−２９）は、ｋ空間の中心を中心に回転され、それにより、ＭＲ信号の全体の取得されたデータセットが、ｋ空間内の円をスパンする、命令と、ｃ）各々のｋ空間サブセット（２１−２９）から、すなわち各ｋ空間サブセット（２１−２９）の中心ｋ空間データのみから、単一サブセットＭＲ画像を再構成する命令と、個々の単一サブセットＭＲ画像は、前記重み係数に従う単一サブセットＭＲ画像の重み付き重ね合わせによって組み合わせられることにより、低解像度のＭＲ画像が生成され、アーチファクトを含む画像領域が、単一サブセットＭＲ画像において識別され、重み付き重ね合わせのために、単一サブセット画像内の画像アーチファクトの空間分布から重み係数を導き出すことを含む、命令と、ｄ）単一サブセットＭＲ画像を組み合わせて最終のＭＲ画像を生成する命令と、を有する。
別の変形例において、コンピュータプログラムは、ＭＲ装置上でランされることができ、ａ）身体の少なくとも一部（１０）を、少なくとも１つのＲＦパルス及び切り替え磁界勾配のＭＲイメージングシーケンスにさらすことによって、ＭＲ信号を生成する命令であって、ＭＲイメージングシーケンスはＰＲＯＰＥＬＬＥＲシーケンスである、命令と、ｂ）複数のｋ空間サブセット（２１−２９）としてＭＲ信号を取得する命令であって、各々のｋ空間サブセット（２１−２９）はｋ空間の個々の異なる部分をカバーし、ｋ空間の中心部分（３０）の少なくとも一部が、ｋ空間サブセット（２１−２９）ごとに取得され、ｋ空間サブセット（２１−２９）は、ＭＲ信号の取得されたデータセット全体がｋ空間において１つの円をスパンするように、ｋ空間の中心を中心に回転されるｋ空間ブレードである、命令と、ｃ）各ｋ空間サブセット（２１−２９）から単一サブセットＭＲ画像を再構成する命令であって、アーチファクトを含む画像領域が、単一サブセットＭＲ画像において識別され、複数の単一サブセット画像における画像アーチファクトの空間分布から、重み付き重ね合わせのための重み係数を導き出す、命令と、ｄ）前記重み係数に従う複数の単一サブセットＭＲ画像の重み付き重ね合わせによって単一サブセットＭＲ画像を組み合わせて、低解像度のＭＲ画像を生成する命令と、ｅ）ｋ空間のサブセットを組み合わせて完全なｋ空間データセットを生成する命令と、ｆ）完全なｋ空間データセットを低解像度のＭＲ画像のｋ空間表現と組み合わせて、組み合わされた完全なｋ空間データセットを生成する命令と、ｇ）組み合わされた完全なｋ空間データセットから最終の画像を再構成する命令と、を有する。
添付の図面は、本発明の好適な実施形態を開示する。しかしながら、図面は説明の目的でのみ示され、本発明の範囲を規定するものとして示されていないことが理解されるべきである。
本発明の方法を実施するＭＲ装置を示す図。 本発明のＰＲＯＰＥＬＬＥＲ取得スキームを概略的に示す図。 局所的な画像アーチファクトを含む単一ブレードＭＲ画像を示す図。 本発明の方法の一実施形態を示すブロック図。 本発明のキーホール技法を示すｋ空間の図。 ＳＥＮＳＥアーチファクトを検出するためのＸＩマップの例を示す図。
図１を参照して、ＭＲ装置１が示されている。ＭＲ装置１は、超電導又は抵抗性主磁石コイル２を有し、それにより、実質的に一様で、時間的に一定の主磁界Ｂ０が、検査ボリュームを通るｚ軸に沿って生成される。ＭＲ装置は更に、（１次、２次、及び該当する場合は３次の）シミングコイルの組２'を有し、組２の個別のシミングコイルを通る電流は、検査ボリューム内におけるＢ０の逸脱を最小にするよう制御可能である。
磁気共鳴生成及び操作システムは、一連のＲＦパルス及び切り替え磁界勾配を印加して、核磁気スピンを反転させ又は励起させ、磁気共鳴を誘起し、磁気共鳴をリフォーカスして、磁気共鳴を操作し、空間的に及び他のやり方で磁気共鳴を符号化し、スピンを飽和させる等を行って、ＭＲイメージングを実施する。
より具体的には、勾配増幅器３は、検査ボリュームのｘ、ｙ及びｚ軸に沿って全身勾配コイル４、５及び６の選択されたものに電流パルス又は波形を印加する。デジタルＲＦ周波数送信器７は、検査ボリュームにＲＦパルスを送信するために、送信／受信スイッチ８を通じて身体ＲＦコイル９にＲＦパルス又はパルスパケットを送信する。典型的なＭＲイメージングシーケンスは、短い持続時間のＲＦパルスセグメントのパケットで構成され、かかるＲＦパルスセグメントのパケットは、印加される磁界勾配と共に、核磁気共鳴信号の選択された操作を達成する。ＲＦパルスは、飽和させ、共鳴を励起し、磁化を反転し、共鳴をリフォーカスし、又は共鳴を操作するために及び検査ボリュームに位置付けられた身体１０の一部を選択するために、使用される。ＭＲ信号は、身体ＲＦコイル９によっても収集される。
身体１０の制限された領域のＭＲ画像を生成するために又はパラレルイメージングによってスキャンを加速するために、局所アレイＲＦコイル１１、１２、１３の組が、イメージングのために選択される領域に隣接して配置される。アレイコイル１１、１２、１３は、身体コイルのＲＦ送信によって誘導されるＭＲ信号を受信するために使用されることができる。
結果として得られるＭＲ信号は、身体ＲＦコイル９によって及び／又はアレイＲＦコイル１１、１２、１３によって収集され、好適にはプリアンプ（図示せず）を有する受信器１４によって復調される。受信器１４は、送信／受信スイッチ８を通じてＲＦコイル９、１１、１２及び１３に接続される。
ホストコンピュータ１５は、例えばエコープラナーイメージング（ＥＰＩ）、エコーボリュームイメージング、勾配及びスピンエコーイメージング、高速スピンエコーイメージング等の複数のＭＲイメージングシーケンスのいずれかを生成するように、シミングコイル２'並びに勾配パルス増幅器３及び送信器７を制御する。選択されたシーケンスのために、受信器１４は、各々のＲＦ励起パルスに続いて、単一の又は複数のＭＲデータラインを高速に連続して受信する。データ取得システム１６は、受け取った信号のＡＤ変換を実施し、各々のＭＲデータラインを、更なる処理に適したデジタル形式に変換する。今日のＭＲ装置において、データ取得システム１６は、生画像データの取得に特化した別個のコンピュータである。
最後に、デジタル生画像データは、再構成プロセッサ１７によって画像表現に再構成され、再構成プロセッサ１７は、フーリエ変換又はＳＥＮＳＥ又はＧＲＡＰＰＡのような他の適当な再構成アルゴリズムを適用する。ＭＲ画像は、患者を横切る平面スライス、平行な平面スライスのアレイ、３次元ボリューム等を表現することができる。画像は、画像メモリに記憶され、これは、画像表現のスライス、投影又は他の部分を、例えばビデオモニタ１８を通じた視覚化のための適当なフォーマットに変換するためにアクセスされることができ、ビデオモニタ１８は、結果として得られるＭＲ画像の人間可読のディスプレイを提供する。
図２は、本発明によるＰＲＯＰＥＬＬＥＲ ＭＲイメージングのｋ空間サンプリングを示す。図２の左側に示すように、９つのｋ空間サブセット（ブレード）２１−２９が取得される。各々のブレード２１−２９は、ｋ空間の異なる部分をカバーし、ｋ空間の中心の円形部分３０は、各々のブレード２１−２９について取得される。ブレード２１−２９は、ｋ空間の中心を中心に回転され、それにより、取得されたＭＲデータセットの全体が、ｋ空間における円をスパンする。図２の右側に示されるように、ＳＥＮＳＥを使用して取得される単一のｋ空間ブレード２１が図示されている。ブレード方向に対する位相符号化方向及び読み出し方向の向きが、ｋ空間ブレード２１−２９のすべての回転角度について維持される。
図３は、矢印によって示されるような画像アーチファクトを含む８つの単一サブセット（単一ブレード）ＭＲ画像の例を示す（１つのＭＲ画像は、各々のブレードから再構成されている）。アーチファクトは、局所的な特徴を有しており、これは、各々の単一ブレードＭＲ画像のより大きい部分が正しいことを意味する。アーチファクトは、各々の単一ブレードＭＲ画像の異なる位置に位置する。それゆえ、解剖学的構造の単一ロケーションについて、多くの単一ブレードＭＲ画像は、正しいピクセル値を有する。
本発明によれば、複数の単一ブレードＭＲ画像が、画像アーチファクトの局所的特徴を考慮するために、画像空間において組み合わせられて最終のＭＲ画像にされる。単一ブレードＭＲ画像は、線形逆問題を解くことによって、画像空間において組み合わせられることができる。逆問題は、以下のように公式化されることができる：
Figure 2017529960
上式で、Ｎは、ブレードの数であり、ｐｂｌａｄｅ， ｉは、単一ブレードＭＲ画像のピクセル値をもつベクトルであり、ｐは、最終のＭＲ画像のピクセル値をもつベクトルであり、Ａｉは、最終のＭＲ画像のピクセル値と単一ブレードＭＲ画像のピクセル値との間の関係を反映するスパース（sparse）マトリクスである。Ａマトリクスは、各々の取得されたブレードのｋ空間位置の知識を使用して導き出されることができる。言い換えると、Ａｉは、ブレードの角度及び解像度（resolutions）を反映する。逆問題は、線形であり、ゆえに凸関数であり、これは、それがユニークな解を有し、任意の最小２乗アルゴリズムによって解くことが可能であることを意味する。単一ブレードＭＲ画像において局所的なアーチファクトの位置を検出するいくつかのやり方がある。２つの可能な技法が、以下に詳しく説明される。可能性のある欠陥のあるボクセルの情報が、画像ドメインにおいて単一ブレードＭＲ画像ごとに知られているという前提において、それは、それを重み付きの逆問題に拡張することによって、容易に逆問題に組み込まれることができる：
Figure 2017529960
上式において、Ｗｉは、欠陥のある単一ブレードボクセルを含む式に低い重みを割り当てる対角重みマトリクスである。
上述した実施形態において、最終のＭＲ画像ｐは、完全な単一サブセットＭＲ画像ｐｂｌａｄｅ，ｉから、直接計算される。代替の実施形態（図４及び図５に示される）において、計算量が大幅に低減されるようにブレードを組み合わせるハイブリッドスキームが適用される。
ステップ４１において、ｋ空間ブレードが、図１に示すように取得される。ステップ４２において、ブレード内の、動きにより引き起こされる変位及び位相エラーが、従来ＰＲＯＰＥＬＬＥＲイメージングの場合のように検出され、補正される。ステップ４３において、低解像度の単一ブレードＭＲ画像ｐｂｌａｄｅ，ｉが、ブレードの中心ｋ空間データ（部分３０、図２を参照）のみから再構成される。動き補正された低解像度の単一ブレードＭＲ画像ｐｂｌａｄｅ，ｉは、共通グリッドにリグリッド（regridded）される。これが行われると、ステップ４４における、低解像度のＭＲ画像ｐを生成するための低解像度の単一ブレードＭＲ画像ｐｂｌａｄｅ，ｉの重み付き組み合わせのための逆問題は、以下のように書くことができる：
Figure 2017529960
この逆問題は、ボクセルごとに解くことができる。Ｗｉは、対角行列であるので、個別のボクセルの間の結合(coupling)はない。解は、単に、低解像度の単一ブレードＭＲ画像の加重平均を計算することによって導き出されることができる：
Figure 2017529960
これは、アーチファクトのない低解像度ＭＲ画像ｐｋをもたらす。しかしながら、最終のＭＲ画像は、高解像度のＭＲ画像であるべきである。これを達成するために、ステップ４５において、取得されたｋ空間ブレードが、（従来のＰＲＯＰＥＬＬＥＲ再構成のように、）ｋ空間において組み合わせられる。ステップ４６において、低解像度のＭＲ画像ｐｋのｋ空間表現（ｋ空間の中心部分のみをカバーする）が、ステップ４５において生成された完全なｋ空間データセットと組み合わせられる。データを組み合わせるこのやり方は、図５に示すようなキーホール技法に対応する。ステップ４１、４２及び４３において取得され、動き補正され、組み合わせられた完全なｋ空間データの中心ｋ空間部分５１が、ステップ４４において計算された低解像度のＭＲ画像のｋ空間表現と置き換える。周囲のｋ空間データ５２は、維持される。最終の高解像度ＭＲ画像は、この組み合わされたｋ空間データセットから再構成される。その結果は、低減されたアーチファクトレベル及び改善されたＳＮＲを有する高解像度のＭＲ画像が得られる。
本発明のスキームの重要な特徴は、アーチファクトが位置する単一ブレードＭＲ画像内の画像領域を検出する能力である。アーチファクトを含む画像領域は、複数の単一ブレードＭＲ画像の整合性解析によって識別されることができる。欠陥のある画像領域を検出する２つのやり方が、以下に記述される。
第１のオプションは、いわゆるＸＩマップを使用することである。ＸＩマップは、再構成された単一ブレードＭＲ画像を折り畳まれた画像空間（すなわち、ＳＥＮＳＥ展開（unfolding）の前に単一コイルｋ空間ブレードが再構成される画像空間）へ投影することによって、単一ブレードＭＲ画像ごとに計算される。その後、投影と折り畳まれた単一コイル／単一ブレードＭＲ画像ｍｉｊとの間で差の二乗平均誤差が計算される：
Figure 2017529960
上式で、Ｃは、ｋ空間ブレードのＳＥＮＳＥ取得において使用されたＲＦコイル１１、１２、１３の数であり、Ｓｉｊは、ブレードｉのＳＥＮＳＥ符号化マトリクスである。ＸＩマップは、例えばＳＥＮＳＥ展開（図６を参照）において使用された不正確なコイル感度マップから生じるＳＥＮＳＥアーチファクト又はフローアーチファクトのような、任意の不整合性を含む画像領域を「強調表示」する。この方法は、所与の画像領域において感受性をもつコイルの数が有効加速ファクタを越える場合、すなわち冗長な画像データがある場合に、良好に機能する。この方法の利点は、アーチファクト位置の情報が個別のｋ空間ブレードの解像度で、すなわち読み出し方向において高解像度を有する単一ブレードＭＲ画像のグリッド上で、利用可能であることである。この方法の欠点は、アーチファクトのすべてのタイプが等しく良好に検出されるだけではないことである。
図６は、頭部スキャンにおけるＸＩマップ及びＳＥＮＳＥアーチファクトの例を示す。左の画像は、（矢印によって示される）ＳＥＮＳＥアーチファクトを含むＳＥＮＳＥ再構成されたＭＲ画像である。右の画像は、ＳＥＮＳＥアーチファクトのロケーションを「強調表示」する対応するＸＩマップである。
別のオプションは、（各ｋ空間ブレードのｋ空間の中心部分３０から再構成される）低解像度の単一ブレードＭＲ画像を使用することである。どの単一ブレードＭＲ画像が所与の画像位置に欠陥のあるボクセルを含んでいるかを決定するために、当該位置における「真」のボクセル値が何であるかが最初に決定されるべきである。
多くの場合、アーチファクトは、単一ブレードＭＲ画像ごとに異なる位置に位置することが知られており、これは、大部分の単一ブレードＭＲ画像が画像位置ごとに正しいボクセル値を有することを意味する。それゆえ、「真」の値を求めることは、以下の簡単な問題を解くことによって達成されることができる：
Figure 2017529960
この問題は、加重最小二乗法の求解アルゴリズムを使用して、効率的に解くことができる。出力は、ｐの値、及びどの単一ブレードＭＲ画像が、画像アーチファクトを示す欠陥のあるボクセル値を含むかを示す重みマトリクスである。これらの重みは、ＸＩマップ（上記参照）と比較されることができ、又は単一ブレードＭＲ画像の重み付き組み合わせにおいて、直接使用されることができる。この方法の利点は、すべてのアーチファクトが原則として検出可能であることである。欠点は、情報が低解像度においてのみ利用可能であることである。結果は、おそらくより低い重み付けが、単一ブレードＭＲ画像の組み合わせの最中に適用されることであり、これは、最終のＭＲ画像に或る量のブラーリングをもたらす。
多くの欠陥ボクセルが単一ブレードＭＲ画像内にある場合、重み付き逆問題（上記を参照）は不適当（ill-conditioned）になることがある。解が真の解剖学的構造を表現することを確実にするために、付加の正則化が問題を安定させるために必要でありうる。これは、例えば以下のように公式化されることができる：
Figure 2017529960
上式で、Ｗｒｅｇは、アーチファクトを含む画像領域の知識に基づく重みマトリクスである。∇は、解の空間微分の組である。画像領域が単一ブレードＭＲ画像の１つにおいて損なわれている場合、重みは非ゼロでされる。これは、解が、（単一ブレードＭＲ画像内のアーチファクトのため）情報が失われている画像領域においてより低い解像度であることをもたらす。言い換えると、アーチファクトレベルは、局所的ブラーリングを犠牲にして低減される。

Claims (9)

  1. ＭＲ装置の検査ボリュームに配される患者の身体のＭＲイメージング方法であって、
    ａ）前記身体の少なくとも一部を、少なくとも１つのＲＦパルス及び切り替え磁界勾配のＰＲＯＰＥＬＬＥＲ ＭＲイメージングシーケンスにさらすことによって、ＭＲ信号を生成するステップと、
    ｂ）複数のｋ空間サブセットとして前記ＭＲ信号を取得するステップであって、各ｋ空間サブセットは、ｋ空間の異なる部分をカバーし、ｋ空間の中心部分の少なくとも一部が、各ｋ空間サブセットについて取得され、前記複数のｋ空間サブセットは、ＭＲ信号の取得されるデータセット全体がｋ空間における１つの円をスパンするよう、ｋ空間の中心を中心に回転されるｋ空間ブレードである、ステップと、
    ｃ）各ｋ空間サブセットから単一サブセットＭＲ画像を再構成するステップと、
    ｄ）前記複数の単一サブセットＭＲ画像において、アーチファクトを含む画像領域を識別し、前記複数の単一サブセット画像内の画像アーチファクトの空間分布から重み係数を導き出すステップであって、前記重み係数は、前記単一サブセット画像のアーチファクトを含む前記画像領域内のボクセル値の重みを低くするものである、ステップと、
    ｅ）前記重み係数を使用した前記複数の単一サブセットＭＲ画像の重み付き重ね合わせによって前記単一サブセットＭＲ画像を組み合わせて、最終のＭＲ画像を生成するステップと、
    を含むＭＲイメージング方法。
  2. ＭＲ装置の検査ボリュームに配される患者の身体のＭＲイメージング方法であって、
    ａ）前記身体の少なくとも一部を、少なくとも１つのＲＦパルス及び切り替え磁界勾配のＰＲＯＰＥＬＬＥＲ ＭＲイメージングシーケンスにさらすことによって、ＭＲ信号を生成するステップと、
    ｂ）複数のｋ空間サブセットとして前記ＭＲ信号を取得するステップであって、各ｋ空間サブセットは、ｋ空間の異なる部分をカバーし、ｋ空間の中心部分の少なくとも一部が、各ｋ空間サブセットについて取得され、前記複数のｋ空間サブセットは、ＭＲ信号の全体の取得されたデータセットがｋ空間における１つの円をスパンするように、ｋ空間の中心を中心に回転されるｋ空間ブレードである、ステップと、
    ｃ）前記複数の単一サブセットＭＲ画像において、アーチファクトを含む画像領域を識別し、前記複数の単一サブセット画像内の画像アーチファクトの空間分布から重み係数を導き出すステップであって、前記重み係数は、前記単一サブセット画像のアーチファクトを含む前記画像領域内のボクセル値の重みを低くするものである、ステップと、
    ｄ）各ｋ空間サブセットの中心ｋ空間データから、低解像度の単一サブセットＭＲ画像を再構成するステップと、
    ｅ）前記重み係数に従う前記複数の単一サブセットＭＲ画像の重み付き重ね合わせによって前記単一サブセットＭＲ画像を組み合わせて、低解像度のＭＲ画像を生成するステップと、
    ｆ）前記ｋ空間サブセットを組み合わせて、完全なｋ空間データセットを生成するステップと、
    ｇ）前記完全なｋ空間データセットを前記低解像度のＭＲ画像のｋ空間表現と組み合わせて、組み合わされた完全なｋ空間データセットを生成するステップと、
    ｈ）前記組み合わされた完全なｋ空間データセットから最終の画像を再構成するステップと、
    を含むＭＲイメージング方法。
  3. アーチファクトを含む前記画像領域が、前記単一サブセットＭＲ画像の整合性解析によって識別される、請求項１又は２に記載のＭＲイメージング方法。
  4. 前記重み付き重ね合わせが、線形逆問題を解くことによって計算される、請求項１に記載のＭＲイメージング方法。
  5. 前記単一サブセットＭＲ画像を再構成するステップの前に、前記ｋ空間サブセットにおいて動きにより引き起こされた変位及び位相エラーを評価し、補正するステップを更に含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＭＲイメージング方法。
  6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＭＲイメージング方法を実施するＭＲ装置であって、前記ＭＲ装置は、
    検査ボリューム内に一様な定常磁場を生成する少なくとも１つの主磁石コイルと、
    前記検査ボリューム内に異なる空間方向の切り替え磁界勾配を生成する複数の勾配コイルと、
    前記検査ボリューム内にＲＦパルスを生成する、及び／又は前記検査ボリュームに位置付けられる患者の身体からＭＲ信号を受信する、少なくとも１つのＲＦコイルと、
    時間的に連続するＲＦパルス及び切り替え磁界勾配を制御する制御ユニットと、
    受け取られたＭＲ信号からＭＲ画像を再構成する再構成ユニッとを、
    有し、前記ＭＲ装置は、
    ａ）前記身体の少なくとも一部を、少なくとも１つのＲＦパルス及び切り替え磁界勾配のＰＲＯＰＥＬＬＥＲ ＭＲイメージングシーケンスにさらすことによって、ＭＲ信号を生成するステップと、
    ｂ）複数のｋ空間サブセットとして前記ＭＲ信号を取得するステップであって、各ｋ空間サブセットは、ｋ空間の異なる部分をカバーし、ｋ空間の中心部分の少なくとも一部が、各ｋ空間サブセットについて取得され、前記複数のｋ空間サブセットは、ＭＲ信号の取得されるデータセット全体がｋ空間における１つの円をスパンするように、ｋ空間の中心を中心に回転されるｋ空間ブレードである、ステップと、
    ｃ）前記複数の単一サブセットＭＲ画像において、アーチファクトを含む画像領域を識別し、前記複数の単一サブセット画像内の画像アーチファクトの空間分布から重み係数を導き出すステップであって、前記重み係数は、前記単一サブセット画像のアーチファクトを含む前記画像領域内のボクセル値の重みを低くするものである、ステップと、
    ｄ）各ｋ空間サブセットの中心ｋ空間データから低解像度の単一サブセットＭＲ画像を再構成するステップと、
    ｅ）前記重み係数に従う前記複数の単一サブセットＭＲ画像の重み付き重ね合わせによって前記単一サブセットＭＲ画像を組み合わせて、低解像度のＭＲ画像を生成するステップと、
    ｆ）前記ｋ空間サブセットを組み合わせて、完全なｋ空間データセットを生成するステップと、
    ｇ）前記完全なｋ空間データセットを前記低解像度のＭＲ画像のｋ空間表現と組み合わせて、組み合わされた完全なｋ空間データセットを生成するステップと、
    ｈ）前記組み合わされた完全なｋ空間データセットから最終の画像を再構成するステップと、
    を実施するよう構成される、ＭＲ装置。
  7. ＭＲ装置上でランされるコンピュータプログラムであって、
    ａ）前記身体の少なくとも一部を、少なくとも１つのＲＦパルス及び切り替え磁界勾配のＰＲＯＰＥＬＬＥＲ ＭＲイメージングシーケンスにさらすことによって、ＭＲ信号を生成する命令と、
    ｂ）複数のｋ空間サブセットとして前記ＭＲ信号を取得する命令であって、各ｋ空間サブセットは、ｋ空間の異なる部分をカバーし、ｋ空間の中心部分の少なくとも一部が、各ｋ空間サブセットについて取得され、前記複数のｋ空間サブセットは、ＭＲ信号の取得されるデータセット全体がｋ空間における１つの円をスパンするように、ｋ空間の中心を中心に回転されるｋ空間ブレードである、命令と、
    ｃ）前記複数の単一サブセットＭＲ画像において、アーチファクトを含む画像領域を識別し、前記単一サブセット画像内の画像アーチファクトの空間分布から重み係数を導き出す命令であって、前記重み係数は、前記単一サブセット画像のアーチファクトを含む前記画像領域内のボクセル値の重みを低くするものである、命令と、
    ｄ）各ｋ空間サブセットの中心ｋ空間データから低解像度の単一サブセットＭＲ画像を再構成する命令と、
    ｅ）前記重み係数に従う前記複数の単一サブセットＭＲ画像の重み付き重ね合わせによって前記単一サブセットＭＲ画像を組み合わせて、低解像度のＭＲ画像を生成する命令と、
    ｆ）前記ｋ空間サブセットを組み合わせて、完全なｋ空間データセットを生成する命令と、
    ｇ）前記完全なｋ空間データセットを前記低解像度のＭＲ画像のｋ空間表現と組み合わせて、組み合わされた完全なｋ空間データセットを生成する命令と、
    ｈ）前記組み合わされた完全なｋ空間データセットから最終の画像を再構成する命令と、
    をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
  8. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＭＲイメージング方法を実施するＭＲ装置であって、前記ＭＲ装置は、
    検査ボリューム内に一様な定常磁場を生成する少なくとも１つの主磁石コイルと、
    前記検査ボリューム内の異なる空間方向に切り替え磁界勾配を生成する複数の勾配コイルと、
    前記検査ボリューム内にＲＦパルスを生成する、及び／又は前記検査ボリュームに位置付けられる患者の身体からＭＲ信号を受信する、少なくとも１つのＲＦコイルと、
    時間的に連続するＲＦパルス及び切り替え磁界勾配を制御する制御ユニットと、受け取られたＭＲ信号からＭＲ画像を再構成する再構成ユニッとを、
    有し、前記ＭＲ装置は、
    ａ）前記身体の少なくとも一部を、少なくとも１つのＲＦパルス及び切り替え磁界勾配のＰＲＯＰＥＬＬＥＲ ＭＲイメージングシーケンスにさらすことによって、ＭＲ信号を生成するステップと、
    ｂ）複数のｋ空間サブセットとして前記ＭＲ信号を取得するステップであって、各ｋ空間サブセットは、ｋ空間の異なる部分をカバーし、ｋ空間の中心部分の少なくとも一部が、各ｋ空間サブセットについて取得され、前記複数のｋ空間サブセットは、ＭＲ信号の取得されるデータセット全体がｋ空間における１つの円をスパンするように、ｋ空間の中心を中心に回転されるｋ空間ブレードである、ステップと、
    ｃ）各ｋ空間サブセットから単一サブセットＭＲ画像を再構成するステップと、
    ｄ）前記複数の単一サブセットＭＲ画像において、アーチファクトを含む画像領域を識別し、前記複数の単一サブセット画像内の画像アーチファクトの空間分布から重み係数を導き出すステップであって、前記重み係数は、前記単一サブセット画像のアーチファクトを含む前記画像領域内のボクセル値の重みを低くするものである、ステップと、
    ｅ）前記重み係数を使用した前記複数の単一サブセットＭＲ画像の重み付き重ね合わせによって前記単一サブセットＭＲ画像を組み合わせて、最終のＭＲ画像を生成するステップと、
    を実行するよう構成される、ＭＲ装置。
  9. ＭＲ装置上でランされるコンピュータプログラムであって、
    ａ）前記身体の少なくとも一部を、少なくとも１つのＲＦパルス及び切り替え磁界勾配のＰＲＯＰＥＬＬＥＲ ＭＲイメージングシーケンスにさらすことによって、ＭＲ信号を生成する命令と、
    ｂ）複数のｋ空間サブセットとして前記ＭＲ信号を取得する命令であって、各ｋ空間サブセットは、ｋ空間の異なる部分をカバーし、ｋ空間の中心部分の少なくとも一部が、各ｋ空間サブセットについて取得され、前記複数のｋ空間サブセットは、ＭＲ信号の取得されるデータセット全体がｋ空間における１つの円をスパンするよう、ｋ空間の中心を中心に回転されるｋ空間ブレードである、命令と、
    ｃ）各ｋ空間サブセットから単一サブセットＭＲ画像を再構成する命令と、
    ｄ）前記複数の単一サブセットＭＲ画像において、アーチファクトを含む画像領域を識別し、前記複数の単一サブセット画像内の画像アーチファクトの空間分布から重み係数を導き出す命令であって、前記重み係数は、前記単一サブセット画像のアーチファクトを含む前記画像領域内のボクセル値の重みを低くするものである、命令と、
    ｅ）前記重み係数を使用した前記複数の単一サブセットＭＲ画像の重み付き重ね合わせによって前記単一サブセットＭＲ画像を組み合わせて、最終のＭＲ画像を生成する命令と、
    をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
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