JP2018519050A - スタックオブスター獲得を使用したｍｒ像形成 - Google Patents

Abstract

本発明は、ＭＲデバイス１の検査ボリューム内に位置する少なくとも１つの物体１０のＭＲ像形成の方法に関する。低いレベルの筋状アーチファクトを伴うスタックオブスター獲得スキームを使用して高速ＭＲ像形成を可能にすることが本発明の目的である。本発明の方法は、少なくとも１つのＲＦパルスとスイッチングされる磁場勾配との像形成シーケンスを物体１０に施すステップと、スタックオブスタースキームに従ってＭＲ信号を獲得するステップであって、ＭＲ信号が、スライス方向に沿った異なる位置に配置された複数の平行スライス２１〜２７から、放射状ｋ空間プロファイルＳ１〜Ｓ１２として獲得されｋ空間プロファイルＳ１〜Ｓ１２の放射状密度が、スライス位置の関数として変化し、放射状密度が、より中心のｋ空間位置においてより高く、より周辺のｋ空間位置においてより低く、ｋ空間プロファイルが、より周辺のｋ空間位置におけるスライスからより、より中心の位置におけるスライスから、より高い時間密度で獲得される、ステップと、ＭＲ信号からＭＲ像を再構成するステップとを有する。

Description

本発明は、磁気共鳴（ＭＲ：ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）像形成の分野に関する。本発明は、物体のＭＲ像形成の方法に関係する。本発明は、さらに、ＭＲデバイス上で動作するＭＲデバイス及びコンピュータプログラムに関する。

二次元又は三次元像を形成するために磁場と核スピンとの間における相互作用を使用する像形成ＭＲ方法は、軟組織の像形成の場合において、多くの点で他の像形成方法より優れており、電離放射を必要とせず、通常、非侵襲性であるので、特に医療診断の分野において現在、広く使用されている。

概して、ＭＲ方法によると、物体、例えば、検査される患者の体は、強く一様な磁場内に配置され、同時に磁場の方向が、測定の基準となる座標系の軸（通常はｚ軸）を規定する。磁場は、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）の交番電磁場（ＲＦ場）の印加により、励起（スピン共鳴）され得る磁場強度に応じて、個々の核スピンに対して異なるエネルギーレベルを生成する。巨視的な視点によると、個々の核スピンの分布は、適切な周波数の電磁パルス（ＲＦパルス）の印加により平衡状態から外れることにより磁化がｚ軸周りの歳差運動をもたらし得る全体の磁化を生成する。歳差運動は、コーンの表面を規定し、コーンの開口の角度は、フリップ角と呼ばれる。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期間に依存する。いわゆる９０°パルスの場合、スピンはｚ軸から、横断面（フリップ角９０°）に外れる。

ＲＦパルスの終了後、磁化が緩和して元の平衡状態に戻り、その際、ｚ方向の磁化が第１の時定数Ｔ_１（スピン格子又は縦緩和時間）で再度構築され、ｚ方向に直交する方向の磁化が第２の時定数Ｔ_２（スピン−スピン又は横緩和時間）で緩和する。磁化の変化は、ｚ軸に直交する方向において磁化の変化が測定されるような手法で、ＭＲデバイスの検査ボリューム内に配置及び配向された受信ＲＦコイルにより検出され得る。例えば、９０°パルスの印加後、横磁化の減衰の後に、同位相の秩序状態から、すべての位相角が一様に分布（ディフェーズ）した状態への（局所磁場の不均一さにより誘導される）核スピンの遷移が追随する。ディフェーズは、再合焦パルス（例えば、１８０°パルス）により補償され得る。これが、受信コイル内にエコー信号（スピンエコー）を生成する。

体内における空間分解能を実現するために、３つの主軸に沿って延びる一定の磁場勾配が、一様な磁場に重ね合わされて、スピン共鳴周波数の線形空間依存性をもたらす。受信コイル内において拾われた信号は、したがって、体内の異なる位置に関係付けられ得る異なる周波数の成分を含む。受信コイルを介して取得された信号データは、空間周波数領域に対応し、ｋ空間データと呼ばれる。ｋ空間データは、通常、異なる位相符号化により獲得された複数のラインを含む。各ラインは、多くのサンプルを収集することによりデジタル化される。ｋ空間データのセットが、像再構成アルゴリズムによりＭＲ像に変換される。

知られたいわゆる三次元（３Ｄ）スタックオブスター（stack-of-stars）獲得スキーム（例えば、ＷＯ２０１３／１５９０４４Ａ１を参照）において、複数の空間的に非選択的又はスラブ選択的なＲＦ励起が適用され、各々の後に、１つ又は複数のＭＲ信号（例えば、勾配エコー信号）の獲得が続き、各ＭＲ信号は、ｋ空間プロファイルを表す。ＭＲ信号は、複数の平行スライスから放射状ｋ空間プロファイルとして獲得される。スライスは、スライス方向に沿った異なる位置に配置される。中心（ｋ_ｘ＝ｋ_ｙ＝０）の周りで回転する半径方向「スポーク」に沿って各単一スライス内においてＭＲ信号が獲得されながら、スライス方向（例えば、ｋ_ｚ方向）において、標準的なデカルト位相符号化が実施される。これは、積み重ねられたディスク（「スタックオブスター」）から構成される円柱ｋ空間カバレッジをもたらす。技術的に、これは、スライスの面内方向における磁場勾配を同時に生成することにより、及びそれらの振幅を変調することにより実現される。ｋ空間プロファイル獲得ステップの時間的な順序を選択するために、異なるスキームが使用され得る。例えば、異なる角度位置でｋ空間プロファイルが獲得される前に、スライス方向に沿ったすべての位相符号化ステップが連続的に獲得され得る。このことが、デカルトサンプリングの期間が短く維持されることを確実にして、スライスの積み重ね内における高いデータ一貫性をもたらし、スタックオブスターアプローチのための半径方向サンプリングの全体的な動きロバスト性を維持する。デカルト位相符号化ステップは、中心スライスからｋ空間周辺（中心外）に、又は、−ｋ_{ｚ，ｍａｘ}から＋ｋ_{ｚ，ｍａｘ}に線形順序で実施される。角度的な順序付けの場合、像形成シーケンスは、複数のインターリーブを伴う等角距離サンプリング、又は、いわゆる黄金角度スキームを使用し得る。等距離スキームにおいて、角距離は、ΔΦ＝１８０°／ｎ_{ｔｏｔａｌ}に従って計算され、ｎ_{ｔｏｔａｌ}は、スポークの総数である。インターリーブがｋ空間内における時間的なコヒーレンスを低減するので、複数のインターリーブ（又は、「回転」）を使用してスポークを獲得することが有益である。したがって、動きの非一貫性がｋ空間内に広げられ、アーチファクトが減衰される。黄金角度スキームにおいて、ｋ空間プロファイルの角度は、各時点において、１８０°に黄金比を乗算した値に対応するΔΦ＝１１１．２５°ずつインクリメントされる。したがって、続いてサンプリングされたスポークは、以前にサンプリングされたスポークのセット内における最大ギャップを埋めながら、常に補足情報を追加する。その結果、任意の連続的な獲得されたスポークのセットが、ほぼ一様にｋ空間をカバーし、このことが、時間的なサブフレームの再構成を可能にし、黄金角度スキームを動的像形成研究に十分に適したものにする。

上述の３Ｄ半径方向スタックオブスタースキームは、高い動きロバスト性、良性エイリアシングアーチファクト、及びｋ空間中心の連続更新など、臨床ＭＲ像形成のためのいくつかの有望な利点を提案する。しかし、これらの利点にもかかわらず、筋状アーチファクトが多くの場合に問題となる。より高く要求される半径方向サンプリング密度と、その結果としての、より長い走査期間が導かれる。

Ｄ．Ｃ．ＰｅｔｅｒｓらによるＩＳＭＲＭ−アブストラクト２００７ ｐ．２０７「Ｒａｄｉａｌ ｕｎｄｅｒｓａｍｐｌｉｎｇ ｔｈａｔ ｉｓ ｖａｒｉａｂｌｅ ｉｎ ｋ_ｚ」は、ｋ空間内におけるスタックオブスターサンプリングアプローチを開示する。ｋ_ｚ次元において変化する半径方向アンダーサンプリングパターンが使用されて、中心のｋ_ｚ空間に対してより多くの射影を獲得する。

上述の事項により、改善されたＭＲ像形成技術が必要とされることが容易に理解される。したがって、筋状アーチファクトのレベルを低減したスタックオブスター獲得スキームを使用した高速ＭＲ像形成を可能にすることが、本発明の目的である。

本発明によると、ＭＲデバイスの検査ボリューム内に位置する物体のＭＲ像形成の方法が開示される。本方法は、
少なくとも１つのＲＦパルスとスイッチングされる磁場勾配との像形成シーケンスを物体に施すステップと、
スタックオブスタースキームに従ってＭＲ信号を獲得するステップであって、ＭＲ信号が、スライス方向に沿った異なる位置に配置された複数の平行スライスから複数の異なる角度位置で放射状ｋ空間プロファイルとして獲得され、ｋ空間プロファイルの放射状密度がスライス位置の関数として変化し、放射状密度が、より中心のｋ空間位置においてより高く、より周辺のｋ空間位置においてより低く、ｋ空間プロファイルが、より周辺のｋ空間位置におけるスライスからより、より中心のｋ空間位置におけるスライスから、より高い時間密度で、すなわち、単位時間当たりに獲得されたｋ空間プロファイルの数で獲得される、ステップと、
ＭＲ信号からＭＲ像を再構成するステップと、
を有する。

本発明は、修正されたスタックオブスター獲得技法を適用することを提案する。修正は、放射状ｋ空間サンプリング密度（すなわち、スライス当たりの異なるように配向された放射状ｋ空間プロファイルの数）がスライスごとに変更されるというものである。ｋ空間プロファイルの放射状密度は、ｋ空間中心（ｋ_ｚ＝０）により近く位置するスライス内においてより高く、ｋ空間プロファイルの放射状密度は、ｋ空間中心からより遠くに位置するスライス内においてより低い。

ｋ空間中心付近において放射状ｋ空間サンプリングの密度が高められることは、筋状アーチファクトのレベルを低減するとともに、総走査期間が最小に維持され得る。

ｋ空間の中心領域の定期的な更新に起因して、放射状ｋ空間サンプリングが目的の領域内における造影剤の取り込みを追跡することを可能にするので、放射状ｋ空間サンプリングは造影ＭＲ像形成の場合において興味深いことが一般的に知られている。それにもかかわらず、コントラスト操作のためにｋ空間で重み付けされた像コントラスト法（Ｓｏｎｇら、Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、ｖｏｌ．４４、２００４、８２５〜８３２ページを参照）と組み合わせた場合でさえ、従来の放射状スタックオブスター獲得から再構成された時系列に沿ったＭＲ像は、不鮮明な造影プロファイルを示すので、造影剤が特定の像ボクセルに達する時点が明確に識別不能である。これは、本発明の方法により改善され得る。

好ましい実施形態において、本発明は、より周辺のｋ空間位置におけるスライスからより、より中心のｋ空間位置におけるスライスから、放射状ｋ空間プロファイルがより高い時間密度で獲得される獲得順序を提案する。言い換えると、中心のナイキスト楕円体内の放射状ｋ空間プロファイルが、近い時点において獲得される一方で、周辺の放射状ｋ空間プロファイル（すなわち、ナイキスト楕円体の外部）は、より遠い時点においてサンプリングされる。ｋ空間からより多くのサンプルが獲得されるので、内部におけるサンプリングされたｋ空間プロファイルの（半径方向）密度が等しいか又はより高い中心のナイキスト楕円体の寸法に対し、視界のためのナイキスト基準がｋ空間内において半径方向外向きに徐々に上昇し、周辺のｋ空間内におけるサンプリングされたｋ空間プロファイルの（放射状）密度は視界のためのナイキスト基準以下となることに留意されたい。ナイキスト楕円体の実際の寸法は、再構成されたＭＲ像の空間分解能を決定する。

この手法は、造影ＭＲ像形成を改善する。中心のｋ空間楕円体において高められた時間密度は、造影剤が特定の像ボクセルに達するコントラスト時点が捕捉されることを確実にする。

各ＭＲ像は、次に、ナイキスト楕円体内において、（より遠い時点においてサンプリングされた）周辺のｋ空間領域から獲得されたｋ空間プロファイルと組み合わせて、それぞれ最も近い時点において獲得されたｋ空間プロファイルのみを使用して再構成される。これは、互いに時間的に最も近くで獲得されたＭＲ信号部分が、ＭＲ像を再構成するために中心の−完全にサンプリングされた、又はオーバーサンプリングされた−楕円体ｋ空間領域内において選択されることを意味する。周辺のｋ空間ＭＲ楕円体に対しては、外向きの放射状ｋ空間位置から延びた、ｋ空間内における部分的な放射状スポークのみが選択される。これらの部分的なスポークは、周辺のｋ空間ＭＲ楕円体へと外向きになるにつれ、これらの部分的なスポークは、より高い角密度をもつ。

このアプローチによれば、時間的に近くで獲得されたＭＲ信号のみがｋ空間中心内におけるＭＲ像再構成のために使用されるので、造影剤が特定の像ボクセルに達する時点がより明確に識別され得る。したがって、測定された造影プロファイルの不鮮明さが低減する。

楕円体の外部のｋ空間位置におけるＭＲ信号は、ＭＲ像を再構成する前に除去される。これは、ｋ空間内における楕円体「シャッター」を構成する。これは、筋状アーチファクトを効果的に除去する。さらに有益な実施態様において、ｋ空間の中心領域は、（ナイキスト基準より高いサンプリング密度で）オーバーサンプリングされ、このことが、ＭＲ信号の獲得を、動きによるアーチファクトに対してよりロバストなものとする。

ＭＲ像の再構成に対するより改良された実施態様において、周辺のｋ空間からのＭＲ信号は、外向きの放射状ｋ空間位置から延びたｋ空間内の部分的な放射状スポークに沿って選択され、これらの部分的なスポークは、それらの外向きの放射状ｋ空間位置がｋ空間内において、より半径方向外向きであるので、ｋ空間内においてより高い角密度をもつ。部分的なスポークは、スタックオブスターのｋ_ｚ軸から半径方向に分離されたｋ_ｚ平面の各々内にある、それらの外向きの放射状ｋ空間位置から延びる。これは、例えば、まず、黄金角度だけｋ空間内において角度的にオフセットされる（３つの）放射状スポークに沿ってサンプリングすることにより、個々のｋ_ｚ平面内において、中心領域が、完全にサンプリングされるか、又は、さらには、オーバーサンプリングされるという点で、実現される。ｋ空間内における中心領域の周囲における１つ又はいくつかの中間の環状領域内で、再構成のためのＭＲ信号の選択は、ｋ_ｚ軸から生じて中心のｋ空間領域をさらにサンプリングする放射状スポークに沿った選択に加えて、ｋ_ｚ軸からオフセットされた外向きの半径方向位置から延びた、いくつかの部分的な放射状スポークに沿ったものである。ｋ空間の周辺において、１つ又は複数の中間の環状領域を半径方向に越えて、選択は、中間の環状領域を越えて外向きの半径方向位置から延びた、ｋ空間内におけるさらなる部分的なスポークに沿って追加される。ｋ空間内における部分的な放射状スポークの角密度は、半径方向外向きに増加する。

ｋ空間の中心領域のサンプリングは、外向きの（ｋ空間内の軸方向及び半径方向の）領域内でサンプルを追加する場合より高い時間レートでサンプルが追加されるように行われる。信号獲得において、スタックオブスターのそのスライスの中心から半径方向外向きに延びた半径方向プロファイルに沿ってｋ空間プロファイルを獲得することが好ましい。再構成のために、部分的なスポークからのＭＲ信号のみが選択され得る。知られたＰＲＯＰＥＬＬＥＲ像形成技術において獲得されたｋ空間プロファイルは、本発明の意味における放射状ｋ空間プロファイルともみなされることに注意が必要である。ＰＲＯＰＥＬＬＥＲ概念において、ＭＲ信号は、デカルトベースのｋ空間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した、各々がＬ個の平行なｋ空間プロファイルからなる、Ｎ個のストリップ内のｋ空間内において獲得される。ｋ空間ブレードとも呼ばれる各ストリップが、ｋ空間内で、例えば１８０°／Ｎの角度だけ回転されることにより、ＭＲ信号セットの総セットがｋ空間内の円にわたって広がる。したがって、本発明の意味において、スタックオブスターは、「スタックオブブレード」と同じである。

本発明の好ましい実施形態によると、ｋ空間プロファイルの放射状密度は、所与の視界（ＦＯＶ：ｆｉｅｌｄ−ｏｆ−ｖｉｅｗ）に従ったナイキスト基準がｋ空間の中心の周囲の楕円体内で満たされるように変化する。楕円体の寸法は、個々の像形成タスクの獲得速度と像品質との間で必要とされるトレードオフに従って選択され得る。本発明は、像エネルギーの支配的な中心のｋ空間内でオーバーサンプリング（すなわち、ナイキスト基準により要求されるものより高い半径方向サンプリング密度）を提供しながら、全走査期間を最小化する。半径方向サンプリング密度は、周辺のｋ空間領域内のより低い半径方向サンプリング密度まで徐々に低下する。周辺の領域内、すなわち、楕円体の外部において、放射状ｋ空間サンプリング密度は、像品質に重大な影響を与えることなく、ナイキスト閾値未満にさえなる。ｋ空間のオーバーサンプリングは、上述のように、ナイキスト楕円体内において本発明の方法に従って発生する。これは、像品質について妥協することなくＭＲ像の各々を再構成するために、オーバーサンプリングされた中心のｋ空間領域内において互いに時間的に最も近くで獲得されたＭＲ信号のみを選択することを可能にする。

本発明の好ましい実施形態によると、連続的に獲得されたｋ空間プロファイルの角度インクリメントは、黄金角度である。これは、上述の黄金角度スキームに対応し、黄金角度スキームにおいて、ｋ空間プロファイルの角度は、各時点においてΔΦ＝１１１．２５°ずつインクリメントされる。これは、動的像形成の場合に特に有益である。

好ましくは、ｋ空間プロファイルは、異なる角度位置でさらなるｋ空間プロファイルを獲得する前に、同じ角度位置で少なくとも２つの異なるスライスから獲得される。言い換えると、スライス方向に沿った位相符号化ステップは、異なる黄金角度位置でｋ空間プロファイルが獲得される前に、連続的に獲得される。これは、デカルトサンプリングの期間が短く維持されることを確実にし、このことが、スライスの積み重ね内における高いデータ一貫性をもたらし、全体的な動きロバスト性を維持する。

本発明に従って、ｋ空間が可変密度でサンプリングされる。これは、（動き最適化された）可変密度の圧縮された検出により、走査期間を短くするために使用される。ｋ空間プロファイルは、さらには、周辺のｋ空間領域内、すなわち、中でｋ空間が完全にサンプリングされる楕円体の外部において不規則に分布する。ＣＳの理論は、大幅な信号データの低減のための大きな可能性を含むことが知られている。ＣＳ理論において、変換領域内のスパース表現を含む信号データセットは、適切な正規化アルゴリズムの適用により、アンダーサンプリングされた測定値から復元され得る。アンダーサンプリングの可能性は、大幅に短くなった獲得期間をもたらす。信号のサンプリング及び再構成ための数学的枠組みとして、ＣＳが条件を規定し、この条件の下で、ｋ空間サンプリング密度がナイキスト基準にはるかに満たない場合でも、信号データセットが厳密に、又は少なくとも高い像品質で再構成され得、ＣＳはこのような再構成のための方法をさらに提供する。多くの既存のＣＳベースのＭＲ獲得及び再構成スキームにおいて、ＭＲ信号データが変換領域内に散在するという条件のみを利用する基本ＣＳ式が使用される。未知のＭＲ像に関する追加的な事前情報が、特定の用途において利用可能であるので、ＣＳ再構成内にこの事前情報を組み込むことが有益であることがさらに知られている。

本発明の技術は、完全にサンプリングされた小さな中心のｋ空間楕円体と、周辺のｋ空間領域内におけるアンダーサンプリングとを伴う、ＣＳに十分に適した３Ｄ可変密度ｋ空間サンプリングスキームを可能にする。

本発明の方法は、直接的な手法で従来のビューシェアリング、キーホール、又はｋ−ｔサンプリング技術と組み合わされる。半走査などの加速技術、又は、ＳＥＮＳＥ又は反復ＳＥＮＳＥのような平行像形成技術を使用して、ｋ空間プロファイルが獲得され、ＭＲ像へと再構成される。

例えば、時系列に沿ったＭＲ像は、連続的に獲得されたＭＲ信号から再構成され、周辺のｋ空間位置から獲得されたＭＲ信号は、時間分解能を高めるために、系列の２つ以上の連続したＭＲ像の間で共有（ビューシェアリング）される。

これまで説明された本発明の方法は、今のところ、検査ボリューム内に一様な静磁場を生成するための少なくとも１つの主電磁コイルと、検査ボリューム内において異なる空間的方向にスイッチングされる磁場勾配を生成するための複数の勾配コイルと、検査ボリューム内にＲＦパルスを生成するための、及び／又は、検査ボリューム内に位置する物体からＭＲ信号を受信するための少なくとも１つのＲＦコイルと、ＲＦパルスの時間的な連続性とスイッチングされる磁場勾配とを制御するための制御ユニットと、受信されたＭＲ信号からＭＲ像を再構成するための再構成ユニットとを含むＭＲデバイスにより実行され得る。本発明の方法は、例えば、ＭＲデバイス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ムにより実施され得る。

本発明の方法は、現在の臨床用の多くのＭＲデバイスにおいて有益に実行され得る。この目的を達成するために、ＭＲデバイスが本発明の上述の方法のステップを実施するようにＭＲデバイスが制御されるコンピュータプログラムを使用することが必要であるにすぎない。コンピュータプログラムは、ＭＲデバイス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するために、データ担体上に存在するか、又は、データネットワーク内に存在する。

添付の図面は、本発明の好ましい実施形態を開示する。しかし、図面は単に例示を目的として描かれることと、本発明の限定の定義を示すのではないこととが理解されなければならない。

本発明の方法を実施するためのＭＲデバイスを示す図である。 本発明のサンプリングスキームの一実施形態を概略的に示すｋ空間の図である。 ナイキスト限界に近い、より低い放射状密度で従来のように獲得されたＭＲ像（図３ａ）と比較して、本発明に従った、中心のｋ空間スライス内においてより高い放射状密度で獲得及び再構成されたＭＲ像（図３ｂ）を示す図である。 動的像形成のための本発明の適用を概略的に示すｋ空間の図である。

図１を参照すると、ＭＲデバイス１が示される。本デバイスは、実質的に一様で時間的に一定の主磁場が、検査ボリュームを通してｚ軸に沿って生成されるように、超伝導又は抵抗主電磁コイル２を備える。

磁気共鳴生成及び操作システムは、核磁気スピンを反転又は励起し、磁気共鳴を誘導し、磁気共鳴を再合焦し、磁気共鳴を操作し、磁気共鳴を空間的に及び別のやり方で符号化し、スピンを飽和させるなどのために、一連のＲＦパルスとスイッチングされる磁場勾配とを印加して、ＭＲ像形成を実施する。

より具体的には、勾配パルス増幅器３は、検査ボリュームのｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に沿って全身勾配コイル４、５、及び６のうちの選択されたものに電流パルスを印加する。デジタルＲＦ周波数送信器７は、送信／受信スイッチ８を介して全身ボリュームＲＦコイル９にＲＦパルス又はパルスパケットを送信して、検査ボリューム内にＲＦパルスを送信する。典型的なＭＲ像形成シーケンスは、互いに一緒に取得された短い持続期間のＲＦパルスセグメントのパケットから構成され、任意の印加された磁場勾配が核磁気共鳴の選択された操作を達成する。ＲＦパルスは、飽和させるために、共鳴を励起するために、磁化を反転させるために、共鳴を再合焦するために、又は共鳴を操作するために、及び検査ボリューム内に位置する物体１０の一部を選択するために使用される。ＭＲ信号は、全身ボリュームＲＦコイル９によっても拾われる。

物体１０の制限された領域のＭＲ像の生成のために、ローカルアレイＲＦコイル１１、１２、１３のセットが、像形成のために選択された領域に連続して位置する。アレイコイル１１、１２、１３は、全身コイルＲＦ送信により誘導されたＭＲ信号を受信するために使用され得る。

結果として得られるＭＲ信号は、全身ボリュームＲＦコイル９により、及び／又は、アレイＲＦコイル１１、１２、１３により拾われ、好ましくは、前置増幅器（図示せず）を含む受信器１４により復調される。受信器１４は、送信／受信スイッチ８を介して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、勾配パルス増幅器３と送信器７とを制御して、例えば、エコープラナー像形成（ＥＰＩ：ｅｃｈｏ ｐｌａｎａｒ ｉｍａｇｉｎｇ）、エコーボリューム像形成、勾配及びスピンエコー像形成、高速スピンエコー（ＴＳＥ）像形成など、複数のＭＲ像形成シーケンスのうちの任意のものを生成する。選択されたシーケンスに対して、受信器１４は、各ＲＦ励起パルスに続いて迅速に連続して、単一又は複数のＭＲデータラインを受信する。データ獲得システム１６は、受信された信号のアナログ・デジタル変換を実施して、各ＭＲデータラインをさらなる処理に適したデジタル形式に変換する。現代のＭＲデバイスにおいて、データ獲得システム１６は、生の像データの獲得に特化した独立したコンピュータである。

最終的に、デジタルの生の像データは、フーリエ変換又は他の適切な再構成アルゴリズムを適用する再構成プロセッサ１７により像表現へと再構成される。ＭＲ像は、患者を通した平面スライス、平行な平面スライスのアレイ、三次元ボリュームなどを表す。次に、像が像メモリに記憶され、スライス、射影、又は像表現の他の部分を、例えば、結果として得られるＭＲ像の、人間により可読な表示を提供するビデオ表示器１８を介した可視化のための適切な形式に変換するために、像メモリにおいて像がアクセスされる。

続けて図１を参照し、図２〜図４をさらに参照すると、本発明の像形成アプローチの実施形態が説明される。

図２ａに示されるように、３Ｄスタックオブスター獲得スキームに従って、（例えば、従来の勾配エコー像形成シーケンスを使用して）ＭＲ信号が獲得される。複数の空間的に非選択的又はスラブ選択的なＲＦ励起の各々の後、１つ又は複数のＭＲ信号が獲得され、各ＭＲ信号は、ｋ空間プロファイルを表す。ＭＲ信号は、複数の（図２ａに示す実施形態における７つの）平行スライス２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７から、放射状ｋ空間プロファイルとして獲得される。スライスは、スライス方向ｋ_ｚに沿って異なる位置に配置される。中心（ｋ_ｘ＝ｋ_ｙ＝０）の周りで回転する半径方向「スポーク」Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８に沿って各単一スライス内においてＭＲ信号が獲得されながら、ｋ_ｚ方向においてデカルト位相符号化が実施される。これは、積み重ねられたディスクから構成された円柱ｋ空間カバレッジをもたらす。図示された実施形態において、異なる角度位置でｋ空間プロファイルが獲得される前に、スライス方向ｋ_ｚに沿った位相符号化ステップが連続的に獲得される。スポークＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８の角度的な順序付けに対して、上述の黄金角度スキームが使用される。スポークの角度は、各時点においてΔΦ＝１１１．２５°ずつインクリメントされる。本発明によると、ｋ空間プロファイルの放射状密度、すなわち、スライス当たりの獲得されたスポークＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８の数は、スライス位置の関数として変化し、放射状密度は、より中心のｋ空間位置においてより高く、より周辺のｋ空間位置においてより低い。これは、例えば、次のように、図２ａに示す実施形態において達成される。すなわち、第１のステップにおいて、スポークＳ１は、内側の３つのスライス２３、２４、及び２５から獲得される。これは、スポークＳ２及びＳ３に対して連続的に行われる。高いデータ一貫性と全体的な動きロバスト性とを確実なものとするために必須の異なる黄金角度位置でｋ空間プロファイルをサンプリングする前に、スライス方向に沿った位相符号化ステップの連続した獲得が実施される。第２のステップにおいて、内側の５つのスライス２２、２３、２４、２５、及び２６からのみ、スポークＳ４及びＳ５が獲得される。第３のステップにおいて、黒矢印により示されるように、すべての７つのスライス２１、２２、２３、２４、２５、２６、及び２７から、スポークＳ６、Ｓ７、及びＳ８が獲得される。このように、ｋ空間中心（ｋ_ｚ＝０の周囲）は、ｋ空間周辺より密にサンプリングされる。所与のＦＯＶに従ったナイキスト基準が、ｋ空間の中心の周囲（ｋ_ｘ＝ｋ_ｙ＝ｋ_ｚ＝０）で楕円体２９内において満たされる（図２ｂ参照）ように、ｋ空間プロファイル（スポーク）の放射状密度は、この手法により変えられる。図２ａに示されるように、楕円体は楕円２９に沿ってスライス２１と交差する。楕円２９内において、ナイキスト基準が満たされるとともに、ｋ空間は、楕円２９の外部においてアンダーサンプリングされる。スライス２２、２３、２４内におけるそれぞれの楕円の半径は、これに対応してｋ_ｚ＝０に向けて大きくなる。任意選択的に、楕円体２８が十分に大きなｋ空間の中心領域をカバーするので、そのｋ空間内において十分に大きな楕円体が楕円体「シャッター」として機能することが、獲得されたＭＲ信号からＭＲ像を再構成する前に、楕円体２９の外部のｋ空間位置におけるＭＲ信号を除去することにより使用される。

本発明は、ナイキスト基準に適合するｋ空間サンプリングを使用して全走査期間を最小化する。しかし、それはさらに、像エネルギーの支配的な中心のｋ空間内にオーバーサンプリングを提供し得る。半径方向サンプリング密度は、中心のスライス２３、２４、２５から、周辺のスライス２１、２７内におけるより低い半径方向サンプリング密度まで徐々に低下する。楕円体２９の外部において、放射状ｋ空間密度は、像品質に重大な影響を与えることなく、ナイキスト閾値未満にさえなる。

ｋ空間中心の周囲におけるより高い半径方向サンプリング密度に起因して、最小走査期間内で、本発明に従って筋状アーチファクトが効率良く低減される。

図３は、より高い放射状密度の効果を示す。より低い放射状密度で獲得された図３ａに示すＭＲ像と比較して、本発明に従ってより高い放射状密度でサンプリングする図３ｂに示すＭＲ像内において、筋状アーチファクトが効率良く低減される。

ｋ空間の中心領域の定期的な更新に起因して、本発明のｋ空間サンプリング技術は動的造影ＭＲ像形成の場合に興味深い。本発明に従って連続的に獲得されたＭＲ信号から、時系列に沿ったＭＲ像が再構成され、放射状ｋ空間プロファイルは、より周辺のｋ空間位置におけるスライスからより、より中心のｋ空間位置におけるスライスから、より高い時間密度で獲得される。

これは、時間ｔの関数としてのｋ空間サンプリングの進行を示す図４ａに示される。獲得は、ｋ_ｚ＝０における中心のｋ空間スライス（左図）からの、３つのｋ空間スポークの獲得（黄金角度獲得）から始まる。ナイキスト基準は、描かれた塗りつぶした円内において満たされる。次のステップにおいて、さらに３つのスポークが３つの内側スライスの各々から獲得される。後続のステップにおいて、ｋ空間プロファイルが、すべての５つのスライスから別の３つの半径方向に沿って獲得される。中でナイキスト基準が満たされる領域は、すべての３つの図内に塗りつぶした円として示される。このプロファイル順序スキームは、中でＭＲ信号が近い時点において獲得される中心の３Ｄ ｋ空間ナイキスト楕円体２８をもたらす一方で、ｋ空間の楕円体ｋ空間シャッター２９の外部の周辺は、図４ｂに示されるように、より遠い時点においてサンプリングされる。

ｋ空間のオーバーサンプリングは、ナイキスト楕円体２８内において発生する。図４ｃは、連続的に獲得されたスポークＳ１〜Ｓ１２を含む、図４ａに示すスライスの積み重ねのうちのｋ_ｚ＝０のスライスを示す。ｋ空間の最も中心の円形領域内において、スポークＳ１、Ｓ２、Ｓ３のＭＲ信号のみが、像再構成のために選択される。このＭＲ信号データは、ｋ空間の中間環状領域内におけるスポークＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６からのＭＲ信号により補完される。ｋ空間の残りの周辺の領域内におけるすべてのスポークＳ１〜Ｓ１２からのＭＲ信号によりＭＲ信号データが完全なものとなる。このように、より遠い時点においてサンプリングされた、周辺のｋ空間領域から獲得されたｋ空間プロファイルと組み合わせて、それぞれ最も近い時点において獲得されたナイキスト楕円体内のｋ空間プロファイルのみを使用して、時系列の各ＭＲ像が再構成される。図４ａに示される例において、時間が進行するにつれて、まず、より中心のｋ空間位置がサンプリングされ、次に、より周辺のｋ空間位置がサンプリングされる。この順序は、反転されてよい。代替的に、サンプリング位置のｋ_ｚ値は、時間が進行するにつれて、例えば、線形に増加又は減少する。

この技法は、造影ＭＲ像形成の改善を可能にする。目的の領域内における造影剤の取り込みは、従来技術と比べて、より高い精度で追跡され得る。時間的に近くで獲得されたＭＲ信号のみが、ｋ空間中心内におけるＭＲ像再構成のために使用されるので、造影剤が特定の像ボクセルに達する時点が、より明確に識別され得る。したがって、測定された造影プロファイルの不鮮明さが低減される。

Claims (13)

1. ＭＲデバイスの検査ボリューム内に位置する物体のＭＲ像形成の方法であって、前記方法が、
   少なくとも１つのＲＦパルスとスイッチングされる磁場勾配との像形成シーケンスを前記物体に施すステップと、
   スタックオブスター（stack-of-stars）スキームに従って、ＭＲ信号を獲得するステップであって、前記ＭＲ信号が、複数の異なる角度位置で半径方向にｋ空間プロファイルとして、及び、スライス方向に沿った異なる位置に配置された複数の平行スライスから獲得され、前記ｋ空間プロファイルの放射状密度が、スライス位置の関数として変化し、前記放射状密度が、より中心のｋ空間位置においてより高く、より周辺のｋ空間領域内の位置においてより低く、前記ｋ空間プロファイルが、より周辺のｋ空間位置におけるスライスからより、より中心のｋ空間位置におけるスライスから、より高い時間密度で獲得されるステップと、
   前記ＭＲ信号からＭＲ像を再構成するステップと、
   を有する、方法。
2. 前記ＭＲ像を再構成するために、ｋ空間内における放射状スポークに沿って、互いに時間的に最も近くで獲得されたＭＲ信号が、ｋ空間の中心の周りの楕円体内において選択され、前記ｋ空間プロファイルの前記放射状密度は、所与の視界に従ったナイキスト基準が前記ｋ空間の中心の周りの前記楕円体内において満たされるように、放射状密度変化する、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記ＭＲ像を再構成するために、中心の楕円体を越えた周辺のｋ空間領域内にあるｋ空間内の部分的な放射状スポークからのＭＲ信号のみが選択され、前記ｋ空間内のる前記部分的な放射状スポークは、外向きの放射状ｋ空間位置から延び、前記部分的な放射状スポークは外向きに周辺のｋ空間ＭＲ楕円体となるにつれて、前記部分的な放射状スポークがより高い角密度をもつ、
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記楕円体の外部のｋ空間位置におけるＭＲ信号が、前記ＭＲ像を再構成する前に除去される、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記ｋ空間プロファイルが、異なる角度位置でさらなるｋ空間プロファイルを獲得する前に、同じ角度位置で少なくとも２つの異なるスライスから獲得される、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記楕円体の外部よりも前記楕円体内において、所与の視界に従ったナイキスト基準より高い放射状密度が使用され、前記楕円体の外部における前記ｋ空間プロファイルの前記放射状密度が、前記ナイキスト基準以下であるように、前記ｋ空間プロファイルの前記放射状密度が変化する、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 連続的に獲得されたｋ空間プロファイルの角度インクリメントが、黄金角度である、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ｋ空間プロファイルが、ｋ空間の周辺の領域内において不規則に分布する、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記ＭＲ像が、圧縮された検出を使用して再構成される、
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
10. 時系列のＭＲ像が、連続的に獲得されたＭＲ信号から再構成され、前記楕円体を越えた周辺のｋ空間位置から獲得されたＭＲ信号が、前記時系列の２つ以上の連続したＭＲ像の間で共有される、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記ＭＲ信号が、複数のＲＦ受信アンテナを介して並列に獲得され、前記ＭＲ像が、ＳＥＮＳＥを使用して再構成される、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 検査ボリューム内に一様な静磁場を生成するための少なくとも１つの主電磁コイルと、前記検査ボリューム内において異なる空間的方向にスイッチングされる磁場勾配を生成するための複数の勾配コイルと、前記検査ボリューム内にＲＦパルスを生成するための、及び／又は、前記検査ボリューム内に位置する物体からＭＲ信号を受信するための少なくとも１つのＲＦコイルと、前記ＲＦパルスの時間的な連続性とスイッチングされる磁場勾配とを制御するための制御ユニットと、受信された前記ＭＲ信号からＭＲ像を再構成するための再構成ユニットと、を含むＭＲデバイスであって、前記ＭＲデバイスが、
    少なくとも１つのＲＦパルスとスイッチングされる磁場勾配との像形成シーケンスを前記物体に施すことと、
    スタックオブスター（stack-of-stars）スキームに従ってＭＲ信号を獲得することであって、前記ＭＲ信号が、スライス方向に沿った異なる位置に配置された複数の平行スライスから、半径方向のｋ空間プロファイルとして獲得され、前記ｋ空間プロファイルの放射状密度が、スライス位置の関数として変化し、前記放射状密度が、より中心のｋ空間位置においてより高く、より周辺のｋ空間領域内においてより低く、前記ｋ空間プロファイルが、より周辺のｋ空間位置におけるスライスからより、より中心のｋ空間位置におけるスライスから、より高い時間密度で獲得される、前記ＭＲ信号を獲得することと、
    前記ＭＲ信号からＭＲ像を再構成することと、
    を実施する、ＭＲデバイス。
13. ＭＲデバイス上で動作するコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムが、
    少なくとも１つのＲＦパルスとスイッチングされる磁場勾配との像形成シーケンスを生成することと、
    スタックオブスター（stack-of-stars）スキームに従ってＭＲ信号を獲得することであって、前記ＭＲ信号が、スライス方向に沿った異なる位置に配置された複数の平行スライスから、半径方向のｋ空間プロファイルとして獲得され、前記ｋ空間プロファイルの前記放射状密度が、スライス位置の関数として変化し、前記放射状密度が、より中心のｋ空間位置においてより高く、より周辺のｋ空間領域内においてより低く、
    前記ｋ空間プロファイルが、より周辺のｋ空間位置におけるスライスからより、より中心のｋ空間位置におけるスライスから、より高い時間密度で獲得される、前記ＭＲ信号を獲得することと、
    前記ＭＲ信号からＭＲ像を再構成することと、
    を行うための命令を含む、コンピュータプログラム。

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