JP2023533132A - ボリュームを網羅する磁気共鳴画像のシーケンスを迅速に取得し再構成する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

被写体（１）の磁気共鳴（ＭＲ）画像のシーケンスを生成する方法、特に、取得し且つ再構成する方法は、ＭＲ画像のシーケンスが、被写体（１）の一連の断面スライス（２）を表し、（ａ）再構築されるべきＭＲ画像の画像コンテンツを含む画像生データの一連の組を提供するステップであって、画像生データは、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置における少なくとも１つのラジオ周波数受信用コイルで収集され、画像生データの各組は、非カーテシアンｋ空間トラジェクトリを使用して、少なくとも１つのラジオ周波数受信用コイルで受信したＭＲＩ信号を空間符号化する勾配エコーシーケンスを有する撮像面で生成されている、複数のデータサンプルを含み、画像生データの各組は、等価の空間周波数コンテンツを有するｋ空間内に、一組の均一に分布する行を含み、画像生データの各組の行は、ｋ空間の中心を横切り、且つ空間周波数の連続範囲を網羅し、画像生データの各組の行の位置は、画像生データの連続する複数の組で異なり、画像生データの各組の行の数は、画像生データの各組が、ナイキスト－シャノンのサンプリング定理で規定されたサンプリングレート制限未満でアンダーサンプリングされるように選択される、ステップと、（ｂ）ＭＲ画像のシーケンスを提供するために、画像生データの組を正則化非線形逆再構成プロセスで処理するステップであって、ＭＲ画像のそれぞれは、少なくとも１つの受信用コイルの感度及び画像コンテンツの同時推定によって、且つ少なくとも１つの受信用コイルの感度及び画像コンテンツの現時点の推定と、少なくとも１つの受信用コイルの感度及び画像コンテンツの以前の推定との相違に依存して生成され、被写体（１）の断面スライス（２）は、所定のスライス厚さを有する隣接する断面スライス（２）であり、画像生データの各組は、隣接する断面スライス（２）のうちの１つを表し、各断面スライスの位置は、被写体（１）のボリュームを網羅するために、撮像面に垂直にスライスシフトΔでシフトされる、ステップとを含む。

Description

本発明は、ボリュームを網羅する磁気共鳴（ＭＲ）画像のシーケンスを生成する方法、特に、取得し再構成する方法に関する。さらに、本発明は、この方法を実施するように構成された、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置に関する。本発明の用途は、ＭＲ撮像、特に、医療用ＭＲ撮像（例えば、臓器の撮像）又は自然科学における非医療用検査（例えば、工作物の検査）の分野で利用可能である。

本明細書では、本発明の技術背景を説明する以下の先行技術、特に、ＭＲ画像の取得及び再構成に関する先行技術が参照される。
［１］Ｊ．Ｆｒａｈｍ ｅｔ ａｌ．，“Ｊ．Ｃｏｍｐｕｔ．Ａｓｓｉｓｔ．Ｔｏｍｏｇｒ．”１０：３６３－３６８，１９８６
［２］米国特許４７０７６５８号明細書
［３］Ｍ．Ｗｅｉｇｅｒ ｅｔ ａｌ．，“ＭＡＧＭＡ”１４：１０－１９，２００２
［４］Ｙ．－Ｃ．Ｋｉｍ ｅｔ ａｌ．，“Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．Ｍｅｄ．”６１：１４３４－１４４０，２００９
［５］Ｇ．Ｈ．Ｇｌｏｖｅｒ，“Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇ．Ｃｌｉｎ．Ｎ．Ａｍ．”２２：１３３－１３９，２０１１
［６］米国特許出願公開２０１１／０２３４２２２号明細書
［７］Ｍ．Ｕｅｃｋｅｒ ｅｔ ａｌ．，“ＮＭＲ Ｂｉｏｍｅｄ．”２３：９８６－９９４，２０１０

１９７３年に磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）の概念が登場して以来、例えば医用撮像において、検査中の被写体のボリュームを迅速にスキャンする方法に関する一般的な必要性から、短い時間内での、且つ動きに対して堅牢な、人体の器官全体の包括的な撮像が実現している。臨床応用の可能性は、（鎮静や麻酔を減らす、或いは完全に避けるために）協力的でない患者、子供、及び乳児の研究から、適切な時間分解能で臓器全体（例えば、乳房、肝臓、前立腺）を繰り返し撮像することが必要な、腹部又は胎児画像及び造影剤注入後の還流研究などの不可避な動きがある場合の研究まで、広い分野にわたっている。

ボリューム網羅に対する主要な且つ多くの場合に有利な解決策は、測定時間が数分で済む、１９８５年のＦＬＡＳＨの発明によって可能になった３Ｄ ＭＲＩである（例えば、［１］、［２］を参照）。ほぼ２０年後に、複数の受信コイルと組み合わせてマイルドなデータのアンダーサンプリングを利用するパラレルＭＲＩ（現在は全ての商用ＭＲＩシステムで標準となっている）の出現により、一次元毎に通常２倍となる更なる高速化が実現した（例えば、［３］を参照）。最近では、高度に特殊化されたアプリケーションにより、３Ｄ ＭＲＩは、数秒の測定時間を達成した（例えば、［４］を参照）。

しかしながら３Ｄ ＭＲＩ技術は全て、本質的に動きに対して鋭敏で、これは、画像再構成の時間フットプリントが総取得時間と一致するため、即ち言い換えれば、３Ｄ ＭＲＩデータセット全体が、遡及的に再構成される画像面のそれぞれに寄与するためである。この性質により、３Ｄ取得中に被写体が動くと、３Ｄボリューム全体の再構成が妨げられるという一般的な欠点が現れる。

ボリュームを網羅するための代替的な解決策は、断面画像の複数スライスを収集することによる。例えば、断面画像毎の時間測定が１秒のＦＬＡＳＨ技術を使用すると、１５０ｍｍの厚さのボリュームが、厚さ３ｍｍの隣接する５０枚の断面で順次スキャンされると、この技術による測定時間は５０秒になる。しかしながら、個々の画像は、個々の取得時間より速い動き（例えば、心拍動）の悪影響を未だ受けている場合があり、まだ多くの医療用途にとっては、総測定時間が遅すぎる。

断面撮像にエコープラナー撮像（ＥＰＩ）技術を使用すると、より高速な複数スライスの取得が可能になる。このような実装は、ヒトの脳のファンクショナルＭＲＩ検査に一般に採用されている（例えば、［５］参照）。血液酸素化レベル依存（ＢＯＬＤ）コントラストを用いて、脳全体を網羅するために一組の隣接区画が連続して取得されれば、脳全体の網羅は２～３秒以内に達成され得る。しかしながら、ＥＰＩに基づく技術に最も関連のある欠点は、磁場不均一性に鋭敏なことである。必然的にエコー時間が増加する多数の勾配エコー取得に依存するマルチエコーの勾配エコーシーケンスは、全ての勾配エコーが１回のラジオ周波数励起に従うシングルショット技術として通常適用されるため、ＥＰＩは、生体組織で磁化率が異なるために人体内では避けがたい磁場不均一性に対する固有且つ強い鋭敏性の問題を有する。この不均一性感度は、常磁性デオキシヘモグロビンの局所集中の活動に誘発される変化に依存するＢＯＬＤ ＭＲＩにとって望ましい特徴である一方で、ＥＰＩ画像内の望ましくない結果としては、影響を受けた領域における幾何学的歪み、人為的な正信号又は負信号の改変があり、或いは完全な信号消失さえある。このような問題は、例えば、脳の下部及び前頭部（即ち空気で満たされた空洞又は歯科修復部の近く）で効果を現し、また前立腺（即ち空気で満たされた直腸の近く）のＭＲＩなど全身で頻繁に生じる。

動的なＭＲ画像のシーケンスを取得し再構成する非常に加速した方法が、［６］で提案されている。断定的なアンダーサンプリング、空間符号化用の非カーテシアントラジェクトリ、及び正則化非線形逆変換による画像再構成を用いた勾配エコーＭＲＩシーケンスの使用により、取得時間が数十ミリ秒の範囲になっている。したがって、検査されるべき動的なプロセスに応じて、検査中の被写体の時間的変化がリアルタイムで監視され得る。しかしながら［６］の技術は主に被写体の単一スライスの画像を収集することに関し、そのため検査中の被写体のボリュームの網羅が得られない。［６］では、被写体の別のスライスの画像を収集することも考慮されているが、これは、５スライス未満など数個のスライスに限られている。さらに、対応用途は、インターリーブ複数スライスデータ取得として実現されており、そのため［６］の技術は、時間分解能を犠牲にし、動きに対する感度を高めている。

本発明の目的は、改良生成方法、特に、従来技術の欠点を回避し、且つ／又はＭＲ撮像の新しい用途を可能にしつつ、画像生データを取得し、検査中の被写体のボリュームを網羅する、断面ＭＲ画像のシーケンスを再構成する方法を提供することである。特に、本発明の目的は、取得速度を上げ、動きに対する感度を下げ、且つ磁場不均一性に対する感度を下げて、隙間なくボリュームを網羅する断面ＭＲ画像のシーケンスを生成する改良方法を提供することである。医用撮像用途の場合、改良ＭＲＩ法により、隙間なく人体のボリュームを網羅することが可能になり、従って人体の器官又は器官システムの包括的な撮像が可能になる。さらに、本発明の目的は、特に、ボリュームを網羅するＭＲ画像のシーケンスを迅速に取得し再構成する方法を行うように適応される、改良ＭＲＩ装置を提供することである。

上述の目的は、独立クレームの特徴を備えるＭＲ画像生成方法及び／又はＭＲＩ装置によって達成される。本発明の好適な実施形態は、従属クレームで規定される。

本発明の第１の一般的な態様によれば、上述の目的は生成方法、特に、画像生データを取得し、検査中の被写体のＭＲ画像のシーケンスを再構成する方法によって達成され、ＭＲ画像のシーケンスは、被写体の一連の隣接する断面スライスを表す。

本発明の方法は、再構成されるべきＭＲ画像の画像コンテンツを含む画像生データの一連の組を提供するステップを含む。画像生データは、磁気共鳴撮像装置における少なくとも１つのラジオ周波数受信用コイルを使用して収集されたデータである。画像生データの各組は、非カーテシアンｋ空間トラジェクトリを使用して少なくとも１つのラジオ周波数受信用コイルで受信したＭＲＩ信号を空間符号化する勾配エコーシーケンスを用いて撮像面で生成されている、複数のデータサンプルを含む。さらに、画像生データの各組は、等価の空間周波数コンテンツを有するｋ空間内に、一組の均一に分散した行を含み、画像生データの各組の行は、ｋ空間の中心を横切り、空間周波数の連続範囲を網羅し、且つ画像生データの各組の行の位置は、画像生データの連続する複数の組で異なる。画像生データの各組の行の数は、画像生データの各組が、ナイキスト－シャノンのサンプリング定理（ウィテカー－コテルニコフ－シャノンのサンプリング定理としても知られる）で規定されたサンプリングレート制限未満でアンダーサンプリングされるように選択される。

さらに、本発明の方法は、ＭＲ画像のシーケンスを提供するために、画像生データの組を正則化非線形逆再構成プロセスで処理するステップを含む。ＭＲ画像のそれぞれは、少なくとも１つの受信用コイルの感度及び画像コンテンツの同時推定によって、且つ少なくとも１つの受信用コイルの感度及び画像コンテンツの現時点の推定と、少なくとも１つの受信用コイルの感度及び画像コンテンツの以前の推定との相違に依存して生成される。

本発明によれば、被写体の断面スライスは、所定のスライス厚さを有する、隣接する断面スライスである。前述した画像生データの各組は、前述した隣接する断面スライスの異なる１つを表し、即ち画像生データの各組は、特に、断面スライスのうちの１つの画像情報を含む。各断面スライスの位置は、検査中の被写体のボリュームを網羅するために、スライスシフトによって撮像面に垂直な方向へシフトされる。スライスシフトは、撮像面に垂直な方向に直接隣接する平行な断面スライス同士の間の距離であり、断面スライスの一定の割合（０％超且つ最大１００％）のスライス厚さと等しい。撮像面の空間的配向、例えば、ＭＲＩ装置の主磁場のｚ方向に対する空間的配向は、撮像タスクに依存して、例えば、人体内の撮像される臓器の解剖学的配向に依存して選択され得る。撮像面の空間的配向は、ＭＲＩ装置の空間符号化磁場勾配の方向によって設定され得る。

好適には、本発明は、検査中の被写体の断面勾配エコーＭＲ画像のシーケンスを、ある程度のアンダーサンプリングで、好ましくはラジアルエンコーディングで、迅速に取得できるようにする方法を提供し、該方法は、スライスシフトによって各断面スライス（即ち各撮像面）の位置を順次前進させることによって、被写体のボリュームを網羅するものである。一連の画像の再構成、及びそれに対応するコイル感度マッピングは、正則化非線形逆再構成プロセスによって達成され、該プロセスは、先行画像及びそれに対応する（関連付けられる）コイル感度に対する、現在再構成されている画像の空間的類似性を利用しながら、各画像とそれに対応する（関連付けられる）コイル感度マッピングとを連帯的に推定する。

非線形逆再構成プロセスは、各反復ステップにおいて、測定されるべき未知のスピン密度とそのコイル感度とを、少なくとも１つの受信用コイルから取得したデータにマッピングする非線形ＭＲＩ信号方程式の正則化線形化を解く、反復プロセスである。発明者らは、［６］で説明されているような、所与の画像面の時間的に連続する画像の類似性を利用する非線形逆再構成プロセスが、隣接する断面スライスの空間的に連続する画像、即ち異なる撮像面の画像の再構成に使用され得ることを見出した。本発明以前では、隣接する断面スライスは、内部のスピン密度が階段状に変化する被写体であっても、非線形逆再構成プロセスをうまく適用するのに十分なほどの類似性を有しているとは考えられていなかったため、これは驚くべき成果である。

［６］に反して、本発明の方法は本来、時間的に変化する（動的な）ＭＲ画像のシーケンスを提供するものではなく、被写体の空間的に分布した（静的な）ＭＲ画像のシーケンスを提供するものであり、その結果、特に被写体のボリューム網羅に関してＭＲ撮像の新しい拡張用途となっており、向上した取得速度で取得され得る。取得速度が向上するため、動きに対する鋭敏性の低減が得られる。

本発明の特別な利点は、各断面スライスの、個々のアンダーサンプリングされた勾配エコー画像の測定時間が短いことにより、動きに誘発されたアーチファクトが効果的に削減される、或いは完全に回避さえされるという事実に関連している。特に医用撮像については、内臓又は全身等のボリューム全体を網羅するための測定時間もまた、通常はわずか数秒になることが更なる利点となる。

本発明の第２の一般的な態様によれば、前述の目的は、検査中の被写体のＭＲ画像のシーケンスを生成するように構成され、且つＭＲＩスキャナと制御装置とを備えるＭＲＩ装置によって達成される。本発明によれば、制御装置は、本発明の第１の態様による方法又はその実施形態のうちの１つを用いて画像生データの一連の組を収集し且つＭＲ画像のシーケンスを再構成するために、ＭＲＩスキャナを制御するように適合される。ＭＲＩスキャナは、主磁場装置と、少なくとも１つのラジオ周波数励起コイルと、３つの磁場勾配コイルと、少なくとも１つのラジオ周波数受信用コイルとを備える。

本発明の好ましい実施形態によれば、再構成する方法は、被写体、特にその網羅されたボリュームの三次元画像を生成するために、ＭＲ画像を結合する別のステップを含む。ＭＲ画像を結合するステップは、隣接する断面スライスの画像情報を記録すること、及び断面スライスが重なっている場合に、冗長な画像情報を任意選択で削除することを含む。好適には、本発明のこの実施形態によって、例えば、個々の断面画像の組を３Ｄ表示に適したソフトウェアで処理したときに、任意の配向に沿って特別に再構成された撮像面又は投影によって、網羅されたボリュームの三次元表示を生成することが更に可能になる。例えば、医用撮像では、血管構造の磁気共鳴血管造影図を得るための、結合データの最大値投影を生成することが可能になる。被写体の三次元画像を生成するための規格化された画像処理ソフトウェアは、全ての商用ＭＲＩシステムで使用可能である。

本発明の更に好ましい実施形態によれば、再構成プロセスは、画像アーチファクトを抑制するフィルタリングプロセスを含む。好適には、フィルタリングによって画像品質が向上する。特に好ましい変形例では、少数の連続する断面画像にメディアンフィルタが適用され、且つ／又は各画像に空間ノンローカルミーンフィルタが適用される。

本発明の別の利点によれば、連続する断面スライスのスライスシフトは、特定の撮像タスクの要件に応じて選択されてよく、特に、撮像されるボリュームの次元、撮像速度、及び得られる空間分解能に応じて選択され得る。

第１の変形例によれば、垂直方向に連続する断面スライスのスライスシフトは、断面スライスのスライス厚さと等しい。「断面スライスのスライス厚さと等しい」という用語により、正確なスライス厚さ又はスライス厚さに近い、例えば、スライス厚さの８０％を上回る範囲内の、任意のスライスシフトが網羅される。この実施形態は、撮像速度に関して特定の利点を有する。特に、速度が速いこと、及びスライスシフトがスライス厚さの１００％又はほぼそれに近い大きさであることは、好ましくは、スピン密度、シングルエコー又はマルチエコーＦＬＡＳＨ（ｆａｓｔ ｌｏｗ－ａｎｇｌｅ ｓｈｏｔ）シーケンスを使用したＴ１又はＴ２＊コントラストで、直接隣接する断面画像のシーケンスをスキャンするための好ましい選択肢になり得る。

第２の変形例によれば、垂直方向に連続する断面スライスのスライスシフトは、断面スライスのスライス厚さの１０％～８０％の範囲で選択される。好適には、この実施形態は、改善した画像品質及び空間分解能を提供する。特に、Ｔ２／Ｔ１タイプのコントラストが望ましい選択肢であれば、例えば、再収束された、又は完全にバランスされた勾配を含むＦＬＡＳＨシーケンスを使用しているときに、横磁化のための定常状態を確立するために、好ましくは水プロトンのより多くのラジオ周波数励起が与えられる。

本発明の更なる利点として、ＭＲ画像のシーケンスを再構成する方法は、異なる勾配エコーシーケンスを用いて実施され得る。撮像タスクに応じて、例えば、シングルエコーＦＬＡＳＨ（ｆａｓｔ ｌｏｗ－ａｎｇｌｅ ｓｈｏｔ）シーケンス、マルチエコーＦＬＡＳＨシーケンス、再収束読み取り勾配を含むＦＬＡＳＨシーケンス、逆再収束読み取り勾配を含むＦＬＡＳＨシーケンス、又は完全にバランスされた読み取り及びスライス勾配を含むＦＬＡＳＨシーケンス等の、特定の勾配エコーシーケンスが選択され得る。

本発明の更なる利点として、画像生データは、高程度なアンダーサンプリングで、即ち完全サンプリング基準に対して選択されてもよく、これは例えば、回転された直線を用い且つサンプリング定理に従ったラジアル符号化の場合、行毎のデータサンプル数をπ／２倍して求められる。アンダーサンプリングの程度は、少なくとも５倍、特に、少なくとも１０倍であってもよく、従って、リアルタイムＭＲＩ（例えば、［７］を参照）で説明されているものと同じ方法で、データ取得を加速する。したがって、画像生データの各組の行の数が削減され得る。特に医用撮像では、高品質のＭＲ画像シーケンスを取得するための行の数は、３０以下であり、特に、２０以下で十分なことが分かっている。

さらに、個々の断面画像の取得時間は、１００ｍｓ以下、特に５０ｍｓ以下になり得る。したがって、本発明は、動きに対して鋭敏になることなくボリュームを迅速にスキャンするための解決策を提供する。本発明を実践することにより、所定のスライスシフトでボリュームを通過する際に、毎秒２０画像のスキャン速度に相当する取得時間を５０ｍｓ程に短縮して、高品質な画像が得られる。

本発明の別の好ましい実施形態によれば、画像生データの各組の行は、画像生データの一連の組の行が、所定の角変位で互いに対して回転されるように選択され得る。利点として、この回転により、画像再構成において、正則化及びフィルタリングプロセスの両方の効果が向上する。

本発明の別の好適な実施形態によれば、画像生データの各組又は画像生データの選択可能な数の組の集まりは、空間事前飽和又は周波数選択的飽和のためにラジオ周波数及び勾配モジュールでインターリーブされる。ラジオ周波数及び勾配モジュールは、検査中の被写体に対するラジオ周波数励起パルス及び磁場勾配の印加を含み、撮像タスクに応じて特定のコントラストを達成するために選択される。例えば、被写体のボリュームの少なくとも一部を空間飽和させるためのモジュールにより、断面画像の撮像面を流れる水プロトンからの信号を両側から抑制する（即ち除去する）ことが可能になる。例えば、片側のみに印加すれば、この技術は、静脈の血流と動脈の血流とを区別し得る。代替的な好ましい実施形態では、インターリーブされたモジュールは、水プロトン又は脂質プロトンのいずれかに属するプロトン共鳴信号の周波数選択飽和（即ち除去）を達成し、従って一連の水のみ又は脂肪のみの画像を提供する。

本発明は、主に複数の断面スライスの静的な画像を収集することに関するが、特に、動的変化の特性時定数が、再構成されるべきＭＲ画像の画像コンテンツを含む画像生データの一連の組を提供するステップ、及びＭＲ画像のシーケンスを提供するために、画像生データの組を正則化非線形逆再構成プロセスで処理するステップ中において、被写体が十分に静的とみなせるようなものである場合、被写体の動的な変化も撮像されてもよい。したがって、本発明の別の好ましい実施形態によれば、被写体の動的変化を監視するために、これらのステップが繰り返されてもよい。

好適には、本発明のＭＲ画像のシーケンスを再構成する方法は、ＭＲＩ装置における少なくとも１つのラジオ周波数受信用コイルでの画像生データの収集中及び／又は収集直後に行われ得る。この場合、画像生データの一連の組を提供するステップは、少なくとも１つの受信用コイルを備えるＭＲＩ装置内に被写体を配置するステップと、被写体を勾配エコーシーケンスで処理するステップと、少なくとも１つの受信用コイルを使用して画像生データの一連の組を収集するステップとを含む。ＭＲ画像のシーケンスの再構成は、リアルタイムで、即ち画像生データの収集に対して無視できるほどの遅延で行われ得る。あるいは再構成は、ＭＲ画像のシーケンスを示す際にある程度の遅延につながる多少の時間を必要としてもよい。

代替的な実施形態によれば、本発明のＭＲ画像のシーケンスを再構成する方法は、所定の測定条件で画像生データを収集するステップとは独立して行われ得る。この場合、画像生データの組は、例えば、データクラウドストレージ内にあるようなデータストレージ、及び／又は遠隔のＭＲＩ装置からのデータ送信から受信され得る。

本発明の更なる詳細及び利点が、添付の図面を参照しながら以下に記載される。

本発明に係るＭＲ画像再構成方法の好ましい実施形態の概略図である。 本発明に係るＭＲＩ装置の好ましい実施形態の概略図である。 スライスシフトが異なる、ヒトの腹部のＴ１強調ＭＲ画像の例である。 スライスシフトが異なる、ヒトの脳のＴ２／Ｔ１強調ＭＲ画像の例である。 ５．０秒間のボリューム網羅スキャンから選択された、ヒトの脳のＴ２／Ｔ１強調ＭＲ画像の例である。 ６．４秒間のボリューム網羅スキャンから選択された、ヒトの頸動脈のＴ１強調ＭＲ画像及び３Ｄ再構成の例である。 ６．０秒間のボリューム網羅スキャンから選択された、ヒトの肝臓の、インターリーブ脂肪抑制を用いたＴ１強調ＭＲ画像の例である。 ６．０秒間のボリューム網羅スキャンから選択された、ヒトの前立腺の、インターリーブ脂肪抑制を用いたＴ２／Ｔ１強調ＭＲ画像の例である。

本発明の好ましい実施形態は、本発明の再構成プロセスにおけるデータの流れ、本発明のＭＲＩ装置の基本構成部品、及び実際の適用例を特に参照しながら以下で説明される。

勾配エコーシーケンス、ｋ空間トラジェクトリ、生データ取得、並びに正則化非線形逆再構成の数学的定式化及び実行の設計の詳細は、［６］で開示されている通りに提供される。特に、正則化非線形逆再構成プロセスは、検査中の被写体のＭＲ画像の時系列を再構成するために、［６］で開示されている通りに実施される。したがって、［６］は、特に検査中の被写体の断面傾斜エコーＭＲ画像のシーケンスのデータ取得及び画像再構成の全詳細に関して、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。［６］における、生データの組及びＭＲ画像のシーケンスの時系列に適用される全ての手順ステップは、隣接する断面スライスを表す生データの一連の組及びＭＲ画像のシーケンスに、同じ方法で適用され得る。

ＭＲＩ装置、勾配エコーシーケンスの構成及び撮像される特定の被写体へのその適応、使用可能なソフトウェアツール及び任意選択の別の画像処理ステップを用いた数学的定式化の数値的実施の更なる詳細については、従来のＭＲＩ技術で知られている限りのことについては説明されない。さらに、以下ではパラレルＭＲ撮像に対して例示的な参照がなされ、ここでは、画像生データが、複数のラジオ周波数受信用コイルで受信したＭＲＩ信号を含む。本発明の用途は、パラレルＭＲ撮像に限定されるものではなく、単一の受信用コイルの使用も可能であることが強調される。

（再構成プロセスとＭＲＩ装置）
図１は、本発明の再構成プロセスの完全なデータの流れの概要を表し、該プロセスは、［６］で説明されているように、測定データを収集する第１のステップＳ１と、測定データを前処理する第２のステップＳ２と、ＭＲ画像のシーケンスを反復的に再構成する第３のステップＳ３とを含む。図２は、ＭＲＩスキャナ１０を有するＭＲＩ装置１００を概略的に示し、該装置１００は、主磁場装置１１と、少なくとも１つのラジオ周波数励起コイル１２と、３つの磁場勾配コイル１３と、ラジオ周波数受信用コイル１４とを備える。検査される被写体１は、ＭＲＩ装置１００内に収容されている。さらに、ＭＲＩ装置１００は、図１による方法で画像生データの一連の組を収集し且つＭＲ画像のシーケンスを再構成するために、ＭＲＩスキャナ１０を制御するように適合される制御装置２０を備える。制御装置２０は、少なくとも１つのＧＰＵ２１を備え、これは好ましくは正則化非線形逆変換を実行するために使用される。

ステップＳ１において、再構成されるべきＭＲ画像の画像コンテンツを含む画像生データの一連の組が、ＭＲＩ装置１００のラジオ周波数受信用コイル１４を使用して収集される。被写体１、例えば患者の組織又は臓器は、スライス選択ラジオ周波数励起パルス、及びラジオ周波数受信用コイル１４で受信したＭＲＩ信号を符号化する勾配エコーシーケンスで処理される。勾配エコーシーケンスは、非カーテシアンｋ空間トラジェクトリに沿ってデータサンプルが収集されるように構成される。ラジオ周波数励起パルスを変更することによって、スライスシフトが達成される。

勾配エコーシーケンスの例は、［６］の図３Ａ、図３Ｂ、及び図４Ｂに開示されている。［６］からは逸脱して、画像生データの各組は、図２に挿入された概略図が示すように、隣接する断面スライス２の他方を表している。

ステップＳ２において、画像生データは、任意選択のホワイトニング及び配列圧縮ステップＳ２１、並びに補間ステップＳ２２で処理され、非カーテシアンデータのカーテシアン格子への補間が行われる。ステップ２１及び２２は、［６］で開示されている通りに実行される。

最後に、ステップＳ３において、被写体１のＭＲ画像のシーケンスが正則化非線形逆再構成プロセスによって再構成され、これは［６］で説明されている。第１の断面スライスのＭＲ画像及びコイル感度の初期推定Ｓ３１から始まり、各ＭＲ画像は、受信用コイルの感度及び画像コンテンツの反復的な同時推定Ｓ３２によって生成される。ステップＳ３２は、畳み込みに基づく共役勾配アルゴリズムＳ３３を含む、反復正則化ガウス・ニュートン法を使用した非線形逆再構成を含む。反復回数（ニュートンステップ）は、特定の撮像タスクの画像品質要件への依存度によって選択される。最後に、再構成された一連のＭＲ画像が出力される（Ｓ３５）。画像データの従来の処理における記憶、表示、又は記録といった別のステップを続けて行ってもよい。

（実験例）
本発明の実験例は、医用撮像における用途を特に参照して、以下で説明される。全ての例が、健康なヒトを対象とした研究を参照している。

図３は、腎臓の高さでの腹部のＴ１強調画像（取得時間５０ｍｓ、面内分解能１．２×１．２ｍｍ^２、スライス厚さ４．０ｍｍ）を示し、これらは、シングルエコーＦＬＡＳＨシーケンスを用いて、断面スライス厚さのスライスシフトをそれぞれ２５％（１．０ｍｍ）、５０％（２．０ｍｍ）、７５％（３．０ｍｍ）、及び１００％（４．０ｍｍ）増加させた個別のボリューム網羅スキャンで取得されたものである。この比較は、スライス厚さの１００％までの範囲の、Ｔ１強調画像の有効なスライスシフト範囲（すなわち直接隣接するスライス位置）を示す。画像は、蠕動又は呼吸運動に対する堅牢性（すなわち運動アーチファクトがないこと）も示している。わずかな差異は、４つの画像系列が全て、肝臓、膵臓、及び小腸などの腹部器官の位置に自然に影響を及ぼす自由呼吸中に取得されたことによる。

前述した例の補足として、図４は、脳のＴ２／Ｔ１強調画像（取得時間５０ｍｓ、面内分解能１．０×１．０ｍｍ、スライス厚さ６．０ｍｍ）を示し、これらは、再収束読み取り勾配を含むＦＬＡＳＨシーケンスを用いて、スライスシフトをそれぞれ１０％（０．６ｍｍ）、２５％（１．５ｍｍ）、及び５０％（３．０ｍｍ）増加させた、個別のボリューム網羅スキャンで取得されたものである。これらの画像は、完全ラジアルサンプリング及び従来のフーリエ変換再構成で単一の画像として取得された、同位置での基準画像（Ｒｅｆ）と比較される。画像例は、スライスシフトに応じた信号の変化を示しており、脳室内の脳脊髄液など長いＴ２成分（明るい信号）で最も顕著である。この効果は、Ｔ２／Ｔ１様のコントラストの確立には、十分に多数のラジオ周波数励起を経るための、プロトンスピンが必要だという事実による。これは、より長時間の重なり合う励起を保証する小さいスライスシフトでより容易に達成される。

図５は、わずか５．０ｓ（ボリューム１５０ｍｍ、取得時間５０．０ｍｓ、分解能１．０×１．０×６．０ｍｍ^３、スライスシフト２５％＝１．５ｍｍ、画像総数＝１００）内に、再収束読み取り勾配を有するＦＬＡＳＨシーケンスを用いて取得した脳のボリューム網羅スキャンの、（１５枚目毎に）選択したＴ２／Ｔ１強調画像を示す。例は、脳の（画像左上の）上部から脳の（画像右下の）下部までの優れた画像品質（例えば、磁場不均一性を無視できる感度）を示す。

本発明の別の用途が図６に示されており、該図は、わずか６．４ｓ（ボリューム１２８ｍｍ、取得時間４０．０ｍｓ、分解能０．８×０．８×４．０ｍｍ^３、スライスシフト２０％＝０．８ｍｍ、画像総数＝１６０）内に、シングルエコーＦＬＡＳＨシーケンスを用いて取得した頸動脈のボリューム網羅スキャンの、（２０枚目毎に）選択したＴ１強調画像を示す。右下の写真は、結合した１６０枚の一連の断面画像の最大値投影法によって取得された、頸動脈（片側）の磁気共鳴血管造影図である。

本発明の動きに対する堅牢性が図７に示されており、該図は、わずか６．０ｓ（ボリューム１８０ｍｍ、取得時間５０．０ｍｓ、分解能１．２×１．２×６．０ｍｍ^３、スライスシフト２５％＝１．５ｍｍ、画像総数＝１２０）内に、（各画像が）シングルエコーＦＬＡＳＨシーケンス及びインターリーブ脂肪抑制を用いて取得された、肝臓のボリューム網羅スキャンの、（２０枚目毎に）選択したＴ１強調画像を示す。スキャンは、自由呼吸中に、（画像左上の）拍動する心臓の下部から、（画像右下の）腎臓まで行っている。心拍動も、呼吸及び蠕動運動も、個々の画像内において、目に見えるモーションアーチファクトを引き起こしていない。

図８は、わずか６．０ｓ（ボリューム９０ｍｍ、取得時間６６．７ｍｓ、分解能１．０×１．０×４．０ｍｍ^３、スライスシフト２５％＝１．０ｍｍ、画像総数＝９０）内に、再収束読み取り勾配、及び（３枚目の画像毎の）インターリーブ脂肪抑制を含むＦＬＡＳＨシーケンスを用いて取得した前立腺のボリューム網羅スキャンの、（１５枚目毎に）選択したＴ２／Ｔ１強調画像を示す。スキャンは、自由呼吸中に、（画像左上の）前立腺の下方から、（画像右下の）膀胱の上部まで行っている。本例は、本発明が動き及び磁場不均一性に対して鋭敏でないこと、並びにＴ２／Ｔ１コントラスト及び脂肪抑制などの臨床的に重要な機能の統合及び結合の可能性を示している。

本発明の用途は、上述の例におけるような医用撮像には限定されず、同様に、工作物、その他技術的な対象物等の他の被写体を撮像することが可能である。

上述の明細書の記載、図面、及び特許請求の範囲で開示されている本発明の特徴は、個別に、且つ組み合わせ又は下位組み合わせにおいて、本発明をその異なる実施形態で実施するための意義を有し得る。

Claims (16)

1. 検査中の被写体（１）の磁気共鳴（ＭＲ）画像のシーケンスを生成する方法であって、前記ＭＲ画像のシーケンスは、前記被写体（１）の一連の断面スライス（２）を表し、
   （ａ）再構成されるべき前記ＭＲ画像の画像コンテンツを含む画像生データの一連の組を提供するステップであって、前記画像生データは、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置における少なくとも１つのラジオ周波数受信用コイルを使用して収集され、
   －画像生データの各組は、非カーテシアンｋ空間トラジェクトリを使用して前記少なくとも１つのラジオ周波数受信用コイルで受信したＭＲＩ信号を空間符号化する勾配エコーシーケンスを含む撮像面で生成されている、複数のデータサンプルを含み、
   －画像生データの各組は、等価の空間周波数コンテンツを含むｋ空間内に、一組の均一に分布する行を含み、
   －画像生データの各組の前記行は、前記ｋ空間の中心を横切り、且つ空間周波数の連続範囲を網羅し、
   －画像生データの各組の前記行の位置は、画像生データの連続する複数の組で異なり、
   －画像生データの各組の前記行の数は、画像生データの各組が、ナイキスト－シャノンのサンプリング定理で規定されたサンプリングレート制限未満でアンダーサンプリングされるように選択される、ステップと、
   （ｂ）前記ＭＲ画像のシーケンスを提供するために、前記画像生データの組を正則化非線形逆再構成プロセスで処理するステップであって、前記ＭＲ画像のそれぞれは、前記少なくとも１つの受信用コイルの感度と前記画像コンテンツとの同時推定によって、且つ前記少なくとも１つの受信用コイルの前記感度及び前記画像コンテンツの現時点の推定と、前記少なくとも１つの受信用コイルの前記感度及び前記画像コンテンツの以前の推定との相違に依存して生成され、
   －前記被写体（１）の前記断面スライス（２）は、所定のスライス厚さを有する隣接する断面スライス（２）であり、
   －前記画像生データの各組は、前記隣接する断面スライス（２）のうちの１つを表し、
   －前記各断面スライスの位置は、前記検査中の被写体（１）のボリュームを網羅するために、前記撮像面に垂直な方向へスライスシフトΔでシフトされる、ステップと
   を含む、方法。
2. 前記方法は、前記被写体（１）の三次元画像を生成するために、前記ＭＲ画像を結合する更に別のステップ（ｃ）を含む、請求項１に記載の方法。
3. －前記再構成プロセスは、画像アーチファクトを抑制するフィルタリングプロセスを含む、
   請求項１に記載の方法。
4. 前記フィルタリングプロセスは、
   －複数の連続するフレーム用のメディアンフィルタ、及び
   －各フレーム用の空間フィルタ、
   のうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載の方法。
5. －前記フィルタリングプロセスは、前記各フレーム用の空間フィルタを含み、且つ
   －前記空間フィルタは、ノンローカルミーンフィルタである、
   請求項４に記載の方法。
6. －前記垂直方向に連続するスライス（２）の前記スライスシフトΔは、前記断面スライス（２）の前記スライス厚さと等しい、
   請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
7. －前記垂直方向に連続するスライス（２）の前記スライスシフトΔは、前記断面スライス（２）の前記スライス厚さの１０％から８０％までの範囲で選択される、
   請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記勾配エコーシーケンスは、
   －シングルエコーＦＬＡＳＨシーケンス、
   －マルチエコーＦＬＡＳＨシーケンス、
   －再収束読み取り勾配を含むＦＬＡＳＨシーケンス、
   －逆再収束読み取り勾配を含むＦＬＡＳＨシーケンス、又は
   －完全にバランスされた読み取り及びスライス勾配を含むＦＬＡＳＨシーケンス
   を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. －画像生データの各組の前記行の数は、結果として生じるアンダーサンプリングの程度が少なくとも５倍になるように、特に、少なくとも１０倍になるように選択される、
   請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
10. －画像生データの各組の前記行の数は、最大でも３０、特に最大でも２０である、
    請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
11. －画像生データの各組の収集時間は、最大でも１００ｍｓ、特に最大でも５０ｍｓである、
    請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
12. －画像生データの各組の前記行は、画像生データの連続する複数の組の前記行が、所定の角変位で互いに対して回転されるように選択される、
    請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 画像生データの各組又は画像生データの選択可能な数の組の集まりは、
    －空間事前飽和用のラジオ周波数及び勾配モジュール、又は
    －周波数選択飽和用のラジオ周波数及び勾配モジュール
    でインターリーブされる、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
14. －被写体（１）の動的変化を監視するためにステップ（ａ）及び（ｂ）が繰り返される、
    請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記画像生データの組は、
    －前記少なくとも１つの受信用コイルを備える前記ＭＲＩ装置内に前記被写体（１）を配置し、前記被写体（１）を前記勾配エコーシーケンスで処理し、前記少なくとも１つの受信用コイルを使用して前記画像生データの一連の組を収集するステップ、及び
    －遠隔のＭＲＩ装置から収集したデータを送信することによって、前記画像生データの組を受信するステップ、
    のうちの少なくとも１つによって提供される、請求項１～１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 検査中の被写体（１）のＭＲ画像のシーケンスを生成するように構成されるＭＲＩ装置であって、
    －主磁場装置と、少なくとも１つのラジオ周波数励起コイルと、３つの磁場勾配コイルと、少なくとも１つのラジオ周波数受信用コイルとを含むＭＲＩスキャナと、
    －請求項１～１５のいずれか一項に記載の方法で前記画像生データの一連の組を収集し且つ前記ＭＲ画像のシーケンスを再構成する前記ＭＲＩスキャナを制御するように適合される制御装置と
    を備える、ＭＲＩ装置。

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