JP2024517621A - 圧縮センシング及びＡＩを用いての加速されるスタックオブスターズ磁気共鳴イメージングのためのｋ空間サンプリング - Google Patents

Abstract

マシン実行可能命令１２０を記憶するメモリ１１０と計算システム１４０とを備える医療システム１００、３００がここに開示される。マシン実行可能命令の実行は、計算システムに、ｋ空間データ１２２を受信（２００）させ、また、ｋ空間データから少なくとも１つの三次元磁気共鳴画像１２４を再構成（２０２）させる。ｋ空間データは、三次元スタックオブスターズサンプリングパターン５００に従ってサンプリングされたｋ空間データライン５１０、５１４を含む。三次元スタックオブスターズは、デカルトサンプリング方向軸５０６に沿って周期的に分散された離散サンプリング面５０８を含む。ｋ空間データラインは、デカルトサンプリング方向軸を通る。ｋ空間ラインは、デカルトサンプリング方向軸に対して垂直である。ｋ空間データライン５１４の少なくとも一部は、離散サンプリング面間に分布される。

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング、特に、磁気共鳴イメージングのためのｋ空間におけるスタックオブスターズサンプリングパターンに関する。

磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）、コンピュータ断層撮影、陽電子放出断層撮影、及び単光子放出断層撮影などの様々な断層撮影医療イメージング技法が、対象者の解剖学的構造の詳細な視覚化を可能にする。これらのイメージングモダリティのすべての共通の特徴は、医療画像を再構成するために必要な医療イメージングデータを取得するのにかなりの時間がかかることである。磁気共鳴イメージング時、データはｋ空間においてサンプリングされる。次いで、測定されたｋ空間データが磁気共鳴画像に再構成される。磁気共鳴画像の取得を加速させる１つの手段は、ｋ空間を意図的にアンダーサンプリングし、圧縮センシング（ＣＳ）アルゴリズムを用いて磁気共鳴画像を再構成することである。アンダーサンプリングの結果、画像アーチファクトが生じる可能性がある。しかしながら、ランダム又は擬似ランダムサンプリングを用いてアンダーサンプリングが行われる場合、アンダーサンプリングアーチファクトは主として、それ自体ノイズとして現れる。磁気共鳴画像は、ｋ空間における画像からまばらに表される。ＭＲＩにおいて、画像を反復的に再構成するために、よく知られたＣＳアルゴリズムが用いられる。

磁気共鳴イメージング時に一般的に直面する困難は、ｋ空間データの取得が数分かかることがあり、対象者が動く可能性があることである。したがって、対象者の動きを補正する手段を有することが望ましい。対象者の動きに対して感度が低い１つの技法は、いわゆるラジアルサンプリングである。デカルトサンプリングパターンを用いてｋ空間データラインを取得する代わりに、ｋ空間データライン又はスポークが、軸の周りに回転された種々の回転角度で面内において取得される。取得されたｋ空間データは、単一周波数及び位相符号化方向を用いて取得されなかったため、動きに対して感度が低い。スタックオブスターズサンプリングパターンは、多くの異なる面で繰り返されるラジアル取得をサンプリングするのに用いられる三次元ｋ空間サンプリングパターンである。

欧州特許公報である欧州特許出願公開第３７０９０４２（Ａ１）号が、対象物のＭＲイメージングの方法を開示している。この欧州特許出願公報は、動きの存在下で強化される画質を提供する３Ｄラジアル又はスパイラル収集方式を使用するＭＲイメージングを開示している。この方法は、対象物を、ＲＦパルス及びスイッチング磁場傾斜を有する撮像シーケンスにかけることによってＭＲ信号を生成するステップと、ｋ空間の中心部分のオーバーサンプリングで３Ｄラジアル又はスパイラル収集方式を用いてＭＲ信号を収集するステップと、ＭＲ信号の収集中に対象物の動き誘導変位及び／又は変形を検出し、収集されるＭＲ信号の各々を動き状態に割り当てるステップと、ｋ空間の中心部分において重み付けされるＭＲ信号からＭＲ画像を再構成するステップであって、より強い重み付けは、より頻繁な動き状態において収集されるＭＲ信号に適用されるのに対し、より弱い重み付けは、より頻繁でない動き状態において収集されるＭＲ信号に適用されるステップと、を有する。さらに、この発明は、ＭＲ装置、及びＭＲ装置のためのコンピュータプログラムに関している。

本発明は、独立請求項における医療システム、コンピュータプログラム、及び方法を提供する。実施形態は、従属請求項において示される。

磁気共鳴イメージング時、ｋ空間のサンプリングは、ｋ空間内の経路を繰り返し横断及びサンプリングすることによって実施される。これらの経路は一般に、ｋ空間ラインと呼ばれる。ｋ空間ラインの配置と個々のｋ空間ラインにおいて選択されるサンプル点とに応じて、種々のタイプのサンプリングパターンを用いることができる。

１つの技法は、いわゆるスタックオブスターズである。スタックオブスターズにおいて、デカルトサンプリング方向が存在する。例のため、デカルトサンプリング方向は任意に、本明細書におけるいくつかの例についてｋ_ｚ方向であるように選択される。デカルトサンプリング方向は、デカルトサンプリング方向軸を有する。また、本明細書における例では、ｋ_ｚ軸は、デカルトサンプリング方向がｋ_ｚ方向にある場合の具体的な例に用いられる。その場合、円筒座標のセットを定義するためにデカルトサンプリング方向軸を用いることができ、デカルトサンプリング方向軸は、高さ軸であり、ｋ_{ａｎｇｌｅ}は、デカルトサンプリング方向において用いられるラジアルｋ空間角を表すために用いられる。

従来のスタックオブスターズサンプリングパターンにおいて、ｋ空間のサンプリングは、デカルトサンプリング方向軸に対して垂直な離散サンプリング面内で実施される。これらの面のそれぞれの面内で、ｋ空間ラインは、デカルトサンプリング方向軸を中心としてｋ空間ラインを回転させることによってサンプリングされる。ｋ空間ラインは、デカルトサンプリング方向軸を通る。ｋ空間ラインの位置を示すプロットを観察すると、パターンは、離散サンプリング面のそれぞれにおいて星形がセンタリングされている状態の星形の積み重なりに似ている。

例は、ｋ空間データラインが離散サンプリング面に限定される要件を緩和することによって画質の向上を提供する。例では、ｋ空間データラインの少なくとも一部は、デカルトサンプリング方向軸に沿って変位される。これらの変位されたｋ空間データラインは、デカルトサンプリング方向軸に対して依然として垂直であり、デカルトサンプリング方向軸を依然として通るが、離散サンプリング面内にあることに限定されない。これは、三次元磁気共鳴イメージング再構成を行う場合に、ｋ空間内でサンプリングされる点がよりよく分布されるという利点を有する。この結果、画質がより良好となる。

別の有利な可能性は、ｋ空間データがアンダーサンプリングされる場合である。ｋ空間データをアンダーサンプリングすることは、結果として得られる磁気共鳴画像にアーチファクトをもたらす可能性がある。ｋ空間内にサンプル点をよりよく分布させることは、より良い類似ノイズとなる、結果として生じるアンダーサンプリングアーチファクトをもたらす。これは同様に、例えば、圧縮センシング（ＣＳ）再構成アルゴリズムを用いて画像を再構成する改善された手段をもたらす。

一態様では、本発明は、マシン実行可能命令を記憶するメモリと、計算システムとを備える医療システムを提供する。マシン実行可能命令の実行は、計算システムに、ｋ空間データを受信させる。ｋ空間データは、三次元スタックオブスターズサンプリングパターンに従ってサンプリングされるｋ空間データラインを含む。スタックオブスターズサンプリングパターンは、ｋ空間データをデカルトサンプリング方向にサンプリングし、次いで、ｋ空間データは、デカルトサンプリング方向に対して垂直である面内で回転的にサンプリングされる。すなわち、デカルトサンプリング方向軸が存在し、特定の面内で、サンプリングされたｋ空間データラインがこのデカルトサンプリング方向軸を中心に回転する。

三次元スタックオブスターズは、デカルトサンプリング方向軸に沿って周期的に分散された離散サンプリング面を含む。周期的にとは、デカルトサンプリング軸に沿って変位される設定された又は規則的な間隔にあることを意味し得る。ｋ空間データラインは、デカルトサンプリング方向軸を通り、デカルトサンプリング方向軸に対して垂直である。ｋ空間データラインの少なくとも一部は、離散サンプリング面間に分布される。通常、スタックオブスターズサンプリングパターンにおいて、ｋ空間ラインは、離散サンプリング面に制限される。この実施形態では、これは厳格な要件ではない。ｋ空間データラインの少なくともいくつか又は一部は、面のうちの２つの間にあるように離散サンプリング面からオフセットされる。これは、ｋ空間データがｋ空間全体中に分布されるという技術的利点を有する。

これは、ｋ空間データから三次元磁気共鳴画像を再構成する場合に著しい利点を有する。例えば、ｋ空間データがアンダーサンプリングされる場合、画像を再構成するために圧縮センシング又は人工知能ベースの再構成アルゴリズムなどのアルゴリズムが用いられる。これらの技法は典型的に、バックグラウンドノイズとして現れるアンダーサンプリングアーチファクトに依拠する。ｋ空間データのサンプルがｋ空間全体中によりよく分布されていることによって、類似ノイズとアンダーサンプリングアーチファクトとの近似が良くなる。その場合、圧縮センシング又は人工知能ベースの再構成アルゴリズムは、よりよく機能し、より高い加速度係数が達成されることができる。

マシン実行可能命令の実行はさらに、計算システムに、ｋ空間データから少なくとも１つの三次元磁気共鳴画像を再構成することをさせる。

別の実施形態では、離散サンプリング面間に分布されるｋ空間データラインの少なくとも一部は、デカルトサンプリング方向軸に沿って線形方向に不規則に分布される。換言すると、離散サンプリング面内にないｋ空間データラインは、不規則に分布されるようにデカルトサンプリング方向軸に沿ってオフセットされる。それらｋ空間データラインは、規則パターンに従わない。それらｋ空間データラインは例えば、ランダムに又は擬似ランダムに分布され得る。このことは、ｋ空間データを不規則的によりよく分布するとともに例えば圧縮センシング画像再構成の品質を改善するという効果を有する。

別の実施形態では、離散サンプリング面間に分布されるｋ空間ラインの少なくとも一部は、デカルトサンプリング方向軸に沿って線形方向に規則的に分布される。例えば、特定のサンプリングパターンを用いて、どのようにｋ空間データラインが離散サンプリング面からオフセットされるか配分することができる。

別の実施形態では、離散サンプリング面間に分布されるｋ空間ラインの少なくとも一部は、デカルトサンプリング方向軸に沿って線形方向に不規則的又は規則的に分布されることができる。この実施形態では、サンプリング面からオフセットされるｋ空間ラインの一部は、デカルトサンプリング方向軸に沿って線形的に分布されてもよく、又はデカルトサンプリング方向軸から線形にオフセットされてもよい。しかしながら、ｋ空間ラインの一部は不規則に分布されてもよい。例えば、デカルトサンプリング方向軸の原点の近くに、十分にサンプリングされたｋ空間を有することが有益である。中心領域内において、ｋ空間データラインは、この中心領域内で規則的分布され得る。ｋ空間データラインは、１つが中心領域外にあるため、ランダム又は擬似ランダムオフセットを用いて離散サンプリング面からオフセットされ得る。これはまた、再構成された磁気共鳴画像の品質を改善するという利点を有する。

別の実施形態では、三次元スタックオブスターズサンプリングパターンのサンプル点間に最大距離が存在する。このことは、ｋ空間データラインに当てはまるだけでなく、様々なライン間のサンプリング点にも当てはまる。最大距離を設定することは、ｋ空間の特定の最小サンプリングが存在することを確実にする。

別の実施形態では、三次元スタックオブスターズサンプリングパターンのサンプル点間に最小距離が存在する。この例では、サンプル点は、互いに対して近すぎないようにされる。このことは、より均一な又は分布したｋ空間サンプリングを強いるため、有益である。このことはまた、アンダーサンプリングされるデータに特に有益である。

別の実施形態では、サンプル点間の最大距離は、ｋ空間における位置及び／又は角度依存性であり、サンプル点間の最小距離は、ｋ空間における位置及び／又は角度依存性である。少なくとも１つの三次元磁気共鳴画像は、矩形視野に対応することができ、サンプル点間の最大距離及びサンプル点間の最小距離が、矩形視野を規定する。

ｋ空間データの取得前、磁気共鳴イメージングシステムのオペレータは一般的に、画像に対する視野を規定し、これは本質的に、撮像対象の空間内のボリュームである。磁気共鳴イメージングにおいて、ｋ空間においてサンプリングされた位置が視野を決定する。デカルトｋ空間サンプリングを行う場合、矩形視野を得るためにサンプル位置を規定することが直接的である。ラジアルサンプリングにおいて、ラジアル角は、以下の
Ｌａｒｓｏｎら著「Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｆｉｅｌｄ－ｏｆ－Ｖｉｅｗｓ ｉｎ Ｒａｄｉａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ」（ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＭＥＤＩＣＡＬ ＩＭＡＧＩＮＧ，第２７巻、第１号、２００８年１月、４７～５７）又は
Ｗｕら著「Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｆｉｅｌｄ－ｏｆ－Ｖｉｅｗ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ Ｇｏｌｄｅｎ Ａｎｇｌｅ Ｒａｄｉａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ」（Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ． Ｍｅｄ． ２０１６年７月；７６（１）：２２９～２３６． ｄｏｉ：１０．１００２／ｍｒｍ． ２５８９８）
において記載されているような矩形視野を得るために規定される。

別の実施形態では、ｋ空間サンプル点間の最小及び最大距離は、指定又は所定の矩形視野に従ってスケーリングされる。

別の実施形態では、マシン実行可能命令の実行は、計算システムに、矩形視野の選択を受信させる。マシン実行可能命令の実行はさらに、計算システムに、矩形視野を表すボリュームについてｋ空間データラインにおけるｋ空間サンプリング位置間の最小及び最大距離を算出させる。マシン実行可能命令の実行はさらに、計算システムに、スタックオブスターズサンプリングパターンを、ｋ空間におけるサンプル点間の最大距離及びサンプル点間の最小距離に合うように変更させる。デカルト方向におけるｋ空間ラインのいくつかの部分は、等距離間隔に配置することができる。これらの部分は、脂肪抑制パルスのようなプレパルスが続いて起こる１つのショット内で測定することができる。後続のショットにおいて、不規則的にシフトされるショットがサンプリングされることができる。プレパルスは、いくつかの規則的にシフトされたショットにわたって共有されることもできる。さらに、ラジアルｋ空間ラインが、デカルト方向に規則的又は不規則的にシフトされ、再構成時に、適用された位相シフトを補正することができる。

別の実施形態では、ｋ空間データラインにおけるｋ空間サンプルの位置は、（純粋な）不規則的なサンプリング密度を提供するためにポワソンディスクアルゴリズムを用いて決定される。

別の実施形態では、三次元スタックオブスターズサンプリングパターンは、デカルトサンプリング方向軸の原点からの距離が増加するにつれて減少するサンプル点密度を有する。換言すると、デカルトサンプリング方向におけるｋ空間中心の近くの低いｋ空間データのサンプリングはより高い。このことは、空間が高い方のｋ空間情報が、画像内容を過度に損失させることなくアンダーサンプリングされることができるため、特に有益である。この原理は概して、圧縮センシングにおいて一般的に適用されるものとして画像の圧縮性に適用される。ｋ空間データの中心領域がよりよくサンプリングされることを確実にすることは、それが再構成される場合に、より高い品質の画像を提供する。サンプリング密度減衰は、強い減衰、中間の減衰又は低い減衰に調整することができ、これは、予期される画像内容に応じて決まる。画像内容が管の高コントラスト及びバックグラウンドの低いコントラストによって決定される血管造影法の場合では、強いサンプリング強度減衰が用いられることで、高い加速係数がもたらされ、より弱いコントラストについては、中間の減衰が適切である。

別の実施形態では、ｋ空間データラインの少なくとも一部の個々のラインのサンプル点は、個々のラインのそれぞれに従い、長さ方向に不規則的及び／又は規則的に分布される。この実施形態では、３つの場合があり、特定のラインにおけるｋ空間データが、不規則的に分布される場合、又は規則的に分布される場合、及び、その２つの組み合わせである場合である。ｋ空間データが不規則的に分布されていることは本質的に、アンダーサンプリングに起因するいかなるアーチファクトもノイズ分布に酷似することを確実にするのに役立つ。

いくつかの例では、例えば、ｋ空間データの一部を、完全なサンプリングを用いて、次いで、別の領域においてアンダーサンプリングを用いてサンプリングすることが有益である。例えば、ｋ空間データの中心領域は、規則的なパターンを用いてサンプリングすることができ、したがって、中心領域外では次いで、サンプリングは不規則的となる。他の任意選択では、規則的なパターンが各場合に用いられる。この規則的なサンプリングは例えば、他のタイプのサンプリング、例えば、デカルトサンプリング方向軸に沿った線形方向におけるｋ空間ラインの分布と組み合わされてもよい。１つの例では、離散サンプリング面内におけるサンプリングは、規則的とすることができ、次いで、離散サンプリング面からオフセットされるｋ空間ラインは、不規則とすることができる。これは、少なくとも１つの磁気共鳴画像の再構成をよりよく可能にするサンプリングパターンももたらす。

別の実施形態では、ｋ空間データの少なくとも一部は、ｋ空間におけるせん断格子に従って配置される。サンプル点は例えば、それらサンプル点の一部が離散サンプリング面にあるとともにｋ空間サンプリング点のいくつかが離散サンプリング面外又は離散サンプリング面間にあるように配置される。いくつかの例では、ｋ空間サンプリングパターン全体が、ｋ空間サンプリング点について又はいくつかの例においてせん断構造に従う。

医療システムは、磁気共鳴イメージングシステムをさらに備える。メモリが、磁気共鳴イメージングシステムを制御して、三次元スタックオブスターズサンプリングパターンを用いてｋ空間データを取得するように構成されたパルスシーケンスコマンドをさらに含む。マシン実行可能命令の実行はさらに、計算システムに、パルスシーケンスコマンドにより磁気共鳴イメージングシステムを制御することによってｋ空間データを取得させる。

計算システムは種々の例において種々のタイプのシステムを表してもよいことを留意されたい。例えば、前の実施形態と併せて、計算システムは磁気共鳴イメージングシステムのための制御システムに組み込まれ得る。そこで例えば再構成が実施され得る。別の例では、計算システムは、１つ又は複数の計算又はコンピュータシステムを表してもよい。例えば、磁気共鳴イメージングシステムの制御及び磁気共鳴画像の再構成は、分けられてもよい。ｋ空間データは、磁気共鳴イメージングシステムによって取得され、次いで、ｋ空間データは、例えば放射線科におけるサーバに、又はさらにはクラウドベースの再構成システムに送信され得る。例えば、この場合、データは、磁気共鳴イメージングシステムを使用して取得され得、次いで、ｋ空間データは、磁気共鳴画像を再構成するためにリモート又はクラウドベースのシステムに送信され、このシステムが次いで、それを放射線科医のワークステーション又はコンピューティングシステムにさらに送信し、放射線科医が次いでその画像を診断する。

ｋ空間データの取得前、磁気共鳴イメージングシステムのオペレータは一般的に、画像に対する視野を規定し、これは本質的に、撮像対象の空間内のボリュームである。磁気共鳴イメージングにおいて、ｋ空間においてサンプリングされた位置が視野を決定する。デカルトｋ空間サンプリングを行う場合、矩形視野を得るためにサンプル位置を規定することが直接的である。ラジアルサンプリングにおいて、サンプル位置は、Ｗｕらの「Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｆｉｅｌｄ－ｏｆ－Ｖｉｅｗ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ Ｇｏｌｄｅｎ Ａｎｇｌｅ Ｒａｄｉａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ」（Ｍａｇｎ Ｒｅｓｏｎ Ｍｅｄ． ２０１６年７月；７６（１）：２２９～２３６． ｄｏｉ：１０．１００２／ｍｒｍ． ２５８９８）、又はＬａｒｓｏｎら著「Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｆｉｅｌｄ－ｏｆ－Ｖｉｅｗｓ ｉｎ Ｒａｄｉａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ」（ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＭＥＤＩＣＡＬ ＩＭＡＧＩＮＧ，第２７巻、第１号、２００８年１月、４７～５７）の第５の項の第１の段落において記載されているような、ラジアル角及び矩形視野スケールファクタによって規定される。

別の実施形態では、マシン実行可能命令の実行は、計算システムに、矩形視野の選択を受信させる。マシン実行可能命令の実行はさらに、計算システムに、矩形視野を表すボリュームについてｋ空間データラインにおけるｋ空間サンプリング位置間の最小及び最大距離を算出させる。マシン実行可能命令の実行はさらに、計算システムに、スタックオブスターズサンプリングパターンを、ｋ空間におけるサンプル点間の最大距離及びサンプル点間の最小距離に合うように変更させる。別の実施形態では、ｋ空間サンプリング密度の減衰は、ｋｚに関して調整される。強い、中間の又は弱いサンプリング密度減衰が使用されることができる。別の実施形態では、医療システムは、取得加速度制御部を有するユーザインタフェースを含む。これは例えば、グラフィカルユーザインタフェースにおける制御部とすることができる。これは例えば、加速度係数を入力又は選択することができるスライダノブ又は場所を有してもよい。取得加速度制御部は、選択された加速度係数を提供するように構成される。加速度係数は多くの場合、減少係数とも呼ばれ、実際に収集又はサンプリングされる量に対する、十分にサンプリングされるのに必要とされるｋ空間データの量の比率として定義される。例えば、十分にサンプリングされる必要があるｋ空間データの半分だけがサンプリングされるのであれば、加速度係数は２である。

マシン実行可能命令の実行はさらに、計算システムに、取得加速度制御部から選択された加速度係数を受信させる。マシン実行可能命令の実行はさらに、計算システムに、三次元スタックオブスターズサンプリングパターンの現在の加速度係数がｋ空間データを取得する前の選択された加速度係数と一致するように、三次元スタックオブスターズサンプリングパターンからサンプル点分布を算出させる。換言すると、選択された加速度係数を受信した後、パルスシーケンスコマンドは、より少ないｋ空間サンプルが取得されるように変更されることができる。このことは、オペレータが取得時間と再構成された画像の品質との折り合いを有することを可能にする。

サンプル点は、種々の技法を用いて三次元スタックオブスターズサンプリングパターンから移されることができる。サンプル点は例えば、ランダム又は擬似ランダムに移され得る。他の場合では、先に移されるサンプリング点は、予めプログラムされてもよく、又はリストに含まれてもよい。他の例では、特定の選択された加速度係数は、矩形ＦＯＶスケールファクタ、並びに、強い、中間の及び低い信号密度減衰を考慮して、ｋ_ｚ及びｋ_{ａｎｇｌｅ}方向にわたって均等に分配することによってプログラムされる。これを実施するとともに三次元スタックオブスターズサンプリングパターンからサンプル点を移すことを達成する種々のやり方が存在する。

別の実施形態では、三次元スタックオブスターズサンプリングパターンは、ｋ空間データの取得時に、近接したｋ空間データラインが黄金角回転スキーム又は擬似黄金角回転スキームを用いて回転されるように配置される。黄金角回転スキームの使用は、いくつかの状況において有用である。多くの場合、黄金角回転スキームの使用は、再構成された画像内のエイリアスパターンを減少させることに有用であり、また、黄金角回転スキームの使用は、動き時、磁気共鳴イメージングｋ空間データのビニング、ソーティング又はソフトゲーティングが行われる場合に有用である。黄金角は、約１１１．２５°である。サンプリングパターンにおいて回転が存在するスキームにおいて、黄金角が用いられる場合がある。擬似黄金角回転スキームも同様に黄金角を用いるが、等距離ラジアルグリッドで合うように僅かに調整される。黄金角に加え、［Ｍａｇｎ Ｒｅｓｏｎ Ｍｅｄ． ２０１６年６月；７５（６）：２３７２－８．Ｇｏｌｄｅｎ ｒａｔｉｏ ｓｐａｒｓｅ ＭＲＩ ｕｓｉｎｇ ｔｉｎｙ ｇｏｌｄｅｎ ａｎｇｌｅｓ，Ｗｕｎｄｒａｋら］に記載されているような、小さな黄金角もまた、例えば平衡シーケンスについて用いられて大きなｋ空間ジャンプ（ｊｕｍｐｓ）を回避することができる。

別の実施形態では、ｋ空間データは、四次元データセットである。すなわち、ｋ空間データは、三次元であるが時間分解もされる。マシン実行可能命令の実行はさらに、計算システムに、ｋ空間データを異なるグリッドでの時間分解されたｋ空間データへと組み立てさせる。「時間分解されたｋ空間データ」という用語は本明細書において、特定の時間間隔又は対象者の動き位相のいずれかに従ってビニング又はソーティングされたｋ空間データとして言及する。例えば、時間単位は、造影剤投与後の対象者の動的位相、対象者の心位相及び／又は呼吸位相に関して測定され得る。ｋ空間データの組み立ては、種々のやり方で達成することができる。述べたように、ｋ空間ラインは、ビニングされる（別個にソーティングされる）ことができるか、又は、ソフトゲーティングが用いられることもできる。ソフトゲーティングにおいて、ｋ空間データは、特定の時間又は動き位相に寄与する程度及び特定の時間間隔又は対象者の動きの位相に適合する程度に従って重み付けされる。

異なるグリッドに対するｋ空間データの組み立ては、再サンプリング動作を指す。例えば、ｋ空間データは、種々の回転位置において、また、デカルトサンプリング方向に沿った種々の場所において取得された。次いで、特定の時間間隔についてのｋ空間データが再サンプリングされ、これが再構成に役立つ。マシン実行可能命令の実行はさらに、計算システムに、時間分解されたｋ空間データから四次元画像シーケンスを再構成させる。前述したように、これは、時間を通じての進展を示す四次元画像であるか、又は、時間が、対象者の動き位相に関して測定される。例えば、四次元画像シーケンスは、心臓位相及び呼吸位相の両方を補償される心臓シネ画像である、動的位相画像であり得る。

別の実施形態では、ｋ空間データは、ｋ空間重み付け再構成アルゴリズムを用いて又は確実性マップ再構成を用いて組み合わせられる。この１つの例は、ｋ空間データがｋ空間強調画像コントラスト（ＫＷＩＣ）重み付け再構成を用いて組み合わされることである。ＫＷＩＣ再構成は、ｋ空間強調画像コントラスト再構成としても知られている。この特定の実施形態では、ｋ空間のラジアル中心領域が高度にオーバーサンプリングされる。ｋ空間データの取得時、ｋ空間データのイオンが、種々の動的位相、呼吸位相及び心臓位相からｋ空間データの収集を行うグループ又はパスで取得される。ｋ空間は、要求される時間位相について最適な画像コントラストを提供する目的で再構成時に重み付けされる。これは、圧縮センシング及びＡＩアルゴリズムに重み又は確実性マップを提供することによって達成することができる。この実施形態は、結果として得られる磁気共鳴画像におけるストリーキングアーチファクトをなくす十分なＳＮＲ及び解像度を有する高品質画像を提供するという利点を有する。

別の実施形態では、時間分解ｋ空間データは、動き分解ｋ空間データであり、自律ナビゲーション又は対象者動きセンサデータを用いて組み立てられる。例えば、オーバーサンプリングされたラジアルｋ空間データが、コイル素子情報を考慮して自律ナビゲーションに使用され得る。他の例では、例えば、対象者動きデータを記録するために対象者にＥＣＧ又は呼吸センサ（例えばカメラ）が存在する。これは、データをビニング又はソフトゲーティングするのに使用される。ｋ空間データはさらに、ビニング又はソフトゲーティングを用いて、動き分解されたｋ空間データへと組み立てられる。計算システムが、自律ナビゲーション又は対象者動きセンサデータを用いて時間分解ｋ空間データを組み立てるように構成又はプログラムされる。計算システムはさらに、マシン実行可能命令の実行が、ビニング又はソフトゲーティングを用いて、ｋ空間データが、動き分解されたｋ空間データへと組み立てられるように構成される。

別の実施形態では、ｋ空間データはアンダーサンプリングされる。この実施形態は例えば、離散サンプリング面からオフセットされるｋ空間データラインがサンプリングされていることは、アンダーサンプリング画像のよりよい再構成を提供する。

別の実施形態では、少なくとも１つの三次元磁気共鳴画像は、圧縮センシング再構成アルゴリズムを用いて再構成される。

別の実施形態では、少なくとも１つの三次元磁気共鳴画像は、ニューラルネットワーク再構成アルゴリズムを用いて再構成される。この実施形態は、種々の形態をとり得る。例えば、アンダーサンプリングされたｋ空間データから画像を完全に再構成するように訓練されたニューラルネットワークが存在し得る。しかしながら、多くの場合、ニューラルネットワーク再構成アルゴリズムは、ニューラルネットワークを圧縮センシングアルゴリズムに組み込んでいる圧縮センシング再構成アルゴリズムである。

圧縮センシングアルゴリズム内で、画像は現在のｋ空間データから再構成され、次いで、ノイズ除去フィルタが適用され、このノイズ除去フィルタはその後、日常の一貫性（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ）ステップにおいて反復的に使用され、画像の品質が改善される。圧縮センシングアルゴリズムのこれらの様々なステップのいずれかにニューラルネットワークを用いることができる。ニューラルネットワークをノイズ除去フィルタとして用いることは多くの場合、圧縮センシングアルゴリズムの品質を改善することに非常に有効である。例えば、ノイズ除去フィルタは、特定のビュー又はタイプの画像について訓練されることができる。この場合、ノイズ除去フィルタは、ストレートノイズフィルタであるだけでなく、行われる磁気共鳴イメージングスキャンのタイプに関する予備知識を本質的に組み入れることもできる。ｋ空間重み／確実性マップに関して時間及び動き情報についての予備知識が、圧縮センシングアルゴリズム及び／又はニューラルネットワークに提供され得る。これは、十分にサンプリングされた画像又は画像を生成するために用いられる十分にサンプリングされたｋ空間データセット（おそらくはＫＷＩＣフィルタリングされた）を用いることによって訓練され、この十分にサンプリングされたｋ空間データの一部をとることによって、シミュレートされたアンダーサンプリングデータが作製されることができる。このシミュレートされたアンダーサンプリングｋ空間データは次いで、圧縮センシングアルゴリズムにおいて使用されることができ、結果として得られた画像がニューラルネットワークに入力されることができる。この画像は次いで、十分にサンプリングされたデータセットから構成された画像と比較されることができる。

別の態様では、本発明は、医療システムを制御する計算システムによる実行のためのマシン実行可能命令を含むコンピュータプログラムを提供する。マシン実行可能命令の実行は、計算システムに、ｋ空間データを受信させる。ｋ空間データは、三次元スタックオブスターズサンプリングパターンに従ってサンプリングされたｋ空間データラインを含む。三次元スタックオブスターズは、デカルトサンプリング方向軸に沿って周期的に分散された離散サンプリング面を含む。ｋ空間データラインは、デカルトサンプリング方向軸を通り、デカルトサンプリング方向軸に対して垂直でもある。ｋ空間データラインの少なくとも一部は、離散サンプリング面間に分けられる。マシン実行可能命令の実行はさらに、計算システムに、ｋ空間データから少なくとも１つの三次元磁気共鳴画像を再構成させる。

別の態様では、本発明は、医療イメージングの方法を提供する。方法は、ｋ空間データを受信することを有する。ｋ空間データは、三次元スタックオブスターズサンプリングパターンに従ってサンプリングされたｋ空間データラインを含む。三次元スタックオブスターズは、デカルトサンプリング方向軸に沿って周期的に分散された離散サンプリング面を含む。ｋ空間データラインは、デカルトサンプリング方向軸を通る。ｋ空間データラインは、デカルトサンプリング方向軸に対して垂直でもある。ｋ空間データラインの少なくとも一部は、離散サンプリング面間に分布される。方法は、ｋ空間データから少なくとも１つの三次元磁気共鳴画像を再構成することをさらに有する。

本発明の上述の実施形態のうちの１つ又は複数は、組み合わせられた実施形態が相互排他的でない限り、組み合わせられることを理解されたい。

当業者によって理解されるように、本発明の態様は、装置、方法又はコンピュータプログラム製品として具現化される。したがって、本発明の態様は、全面的にハードウェア実施形態、全面的にソフトウェア実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）又は本明細書において全て一般的に「回路」、「モジュール」若しくは「システム」と呼ばれることがあるソフトウェア及びハードウェア態様を組み合わせた実施形態の形態をとることができる。さらに、本発明の態様は、コンピュータ実行可能コードが具現化されている１つ又は複数のコンピュータ可読媒体において具現化されたコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。

１つ又は複数のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせが利用されてもよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体又はコンピュータ可読ストレージ媒体であってもよい。本明細書において使用される「コンピュータ可読ストレージ媒体」は、コンピューティングデバイスのプロセッサ又は計算システムによって実行可能である命令を記憶する任意の有形ストレージ媒体を包含する。コンピュータ可読ストレージ媒体は、コンピュータ可読非一時的ストレージ媒体と呼ばれることがある。コンピュータ可読ストレージ媒体はまた、有形コンピュータ可読媒体と呼ばれることもある。いくつかの実施形態では、コンピュータ可読ストレージ媒体はまた、コンピューティングデバイスの計算システムによってアクセスされることが可能であるデータを記憶することができる。コンピュータ可読ストレージ媒体の例は、フロッピーディスク、磁気ハードディスクドライブ、ソリッドステートハードディスク、フラッシュメモリ、ＵＳＢサムドライブ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、光ディスク、磁気光学ディスク、及び計算システムのレジスタファイルを含むが、これらに限定されない。光ディスクの例は、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＷ、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＷ、又はＤＶＤ－Ｒディスクである、コンパクトディスク（ＣＤ）及びデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）を含む。コンピュータ可読ストレージ媒体という用語は、ネットワーク又は通信リンクを介してコンピュータデバイスによってアクセスされることが可能な様々なタイプの記録媒体も指す。例えば、データは、モデムによって、インターネットによって、又はローカルエリアネットワークによって読み出されてもよい。コンピュータ可読媒体において具現化されたコンピュータ実行可能コードは、無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦなどを含むが、これらに限定されない任意の適切な媒体、又は上記の任意の適切な組み合わせを用いて送信されてもよい。

コンピュータ可読信号媒体は、例えばベースバンドにおいて又は搬送波の一部としてコンピュータ実行可能コードが具現化されている伝搬データ信号を含んでもよい。そのような伝搬信号は、電磁気、光学的、又はそれらの任意の適切な組み合わせを含むが、これらに限定されない様々な形態のいずれかをとり得る。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読ストレージ媒体ではない任意のコンピュータ可読媒体であって、命令実行システム、装置、若しくはデバイスによって又はそれと関連して使用するためのプログラムを通信、伝搬、若しくは輸送することができる任意のコンピュータ可読媒体でもよい。

「コンピュータメモリ」又は「メモリ」は、コンピュータ可読ストレージ媒体の一例である。コンピュータメモリは、計算システムに直接アクセス可能な任意のメモリである。「コンピュータストレージ」又は「ストレージ」は、コンピュータ可読ストレージ媒体の更なる一例である。コンピュータストレージは、任意の不揮発性コンピュータ可読ストレージ媒体である。いくつかの実施形態では、コンピュータストレージはまた、コンピュータメモリであってもよく、又はその逆の場合もある。

本明細書において使用される「計算システム」は、プログラム又はマシン実行可能命令又はコンピュータ実行可能コードを実行することができる電子構成要素を包含する。「計算システム」の例を含む計算システムへの言及は、場合によっては、１つよりも多くの計算システム又は処理コアを含むと解釈されるべきである。計算システムは例えば、マルチコアプロセッサであってもよい。計算システムはまた、単一コンピュータシステム内の計算システムの集合体、又は複数のコンピュータシステム間に分散された計算システムの集合体を指すことがある。計算システムという用語はまた、場合によっては、プロセッサ又は計算システムをそれぞれ含むコンピューティングデバイスの集合体又はネットワークを指すと解釈されるべきである。マシン実行可能コード又は命令は、同じコンピューティングデバイス内にあってもよいか又はグラフィカル処理ユニット（ＧＰＵ）の複数のコンピューティングコアなどの複数のコンピューティングデバイスにわたって分散されてさえもよい複数の計算システム又はプロセッサによって実行され得る。

マシン実行可能命令又はコンピュータ実行可能コードは、プロセッサ又は他の計算システムに本発明の態様を行わせる命令又はプログラムを含んでもよい。本発明の態様に関する動作を実施するためのコンピュータ実行可能コードは、Ｊａｖａ、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、又はＣ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、及び「Ｃ」プログラミング言語又は類似のプログラミング言語などの従来の手続きプログラミング言語を含む１つ又は複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで書かれてもよく、また、マシン実行可能命令にコンパイルされてもよい。いくつかの例では、コンピュータ実行可能コードは、高水準言語の形態又は事前コンパイル形態であってもよく、また、臨機応変にマシン実行可能命令を生成するインタプリタと併せて使用されてもよい。他の例では、マシン実行可能命令又はコンピュータ実行可能コードは、プログラマブルロジックゲートアレイのためのプログラミングの形態であってもよい。

コンピュータ実行可能コードは、完全にユーザのコンピュータ上で、部分的にユーザのコンピュータ上で、スタンドアローンソフトウェアパッケージとして、部分的にユーザのコンピュータ上で及び部分的にリモートコンピュータ上で又は完全にリモートコンピュータ若しくはサーバ上で実行することができる。後者のシナリオでは、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）若しくは広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを通じてユーザのコンピュータに接続されてもよく、又はこの接続は外部コンピュータに対して（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用したインターネットを通じて）行われてもよい。

本発明の態様は、本発明の実施形態による方法、装置（システム）及びコンピュータプログラム製品のフローチャート、例示及び／又はブロック図を参照しながら説明される。フローチャート、例示及び／又はブロック図の各ブロック又は複数のブロックの一部は、適用できる場合、コンピュータ実行可能コードの形態のコンピュータプログラム命令によって実施することができることが理解される。相互排他的でなければ、異なるフローチャート、例示及び／又はブロック図におけるブロックの組み合わせが組み合わせられてもよいことがさらに理解される。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置の計算システムを介して実行する命令がフローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／行為を実施するための手段を生じさせるようにマシンをつくり出すために、汎用コンピュータ、特定用途コンピュータ、又は他のプログラム可能データ処理装置の計算システムに提供されてもよい。

これらのマシン実行可能命令又はコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ可読媒体に記憶された命令がフローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／行為を実施する命令を含む製品をつくり出すように、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、又は他のデバイスにある特定の方法で機能するように命令することができるコンピュータ可読媒体に記憶されてもよい。

マシン実行可能命令又はコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ又は他のプログラム可能装置上で実行する命令がフローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／行為を実施するためのプロセスを提供するように、一連の動作ステップがコンピュータ、他のプログラム可能装置又は他のデバイス上で行われるようにしてコンピュータ実施プロセスを生成するために、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、又は他のデバイス上にロードされてもよい。

本明細書において使用される「ユーザインタフェース」は、ユーザ又はオペレータがコンピュータ又はコンピュータシステムとインタラクトすることを可能にするインタフェースである。「ユーザインタフェース」は、「ヒューマンインタフェースデバイス」と呼ばれることもある。ユーザインタフェースは、情報若しくはデータをオペレータに提供することができ、及び／又は情報若しくはデータをオペレータから受信することができる。ユーザインタフェースは、オペレータからの入力がコンピュータによって受信されることを可能にしてもよく、また、コンピュータからユーザへ出力を提供してもよい。換言すると、ユーザインタフェースは、オペレータがコンピュータを制御又は操作することを可能にしてもよく、また、インタフェースは、コンピュータがオペレータの制御又は操作の結果を示すことを可能にしてもよい。ディスプレイ又はグラフィカルユーザインタフェース上のデータ又は情報の表示は、情報をオペレータに提供する一例である。キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、指示棒、グラフィックタブレット、ジョイスティック、ゲームパッド、ウェブコム、ヘッドセット、ペダル、有線グローブ、リモコン、及び加速度計を介してのデータの受信は、オペレータから情報又はデータの受信を可能にするユーザインタフェース要素のすべての例である。

本明細書において使用される「ハードウェアインタフェース」は、コンピュータシステムの計算システムが外部コンピューティングデバイス及び／又は装置とインタラクトする及び／又はそれを制御することを可能にするインタフェースを包含する。ハードウェアインタフェースは、計算システムが外部コンピューティングデバイス及び／又は装置へ制御信号又は命令を送ることを可能にし得る。ハードウェアインタフェースはまた、計算システムが外部コンピューティングデバイス及び／又は装置とデータを交換することを可能にし得る。ハードウェアインタフェースの例は、ユニバーサルシリアルバス、ＩＥＥＥ１３９４ポート、パラレルポート、ＩＥＥＥ１２８４ポート、シリアルポート、ＲＳ－２３２ポート、ＩＥＥＥ４８８ポート、ブルートゥース（登録商標）接続、無線ローカルエリアネットワーク接続、ＴＣＰ／ＩＰ接続、イーサネット接続、制御電圧インタフェース、ＭＩＤＩインタフェース、アナログ入力インタフェース、及びデジタル入力インタフェースを含むが、これらに限定されない。

本明細書において使用される「ディスプレイ」又は「ディスプレイデバイス」は、画像又はデータを表示するようになっている出力デバイス又はユーザインタフェースを包含する。ディスプレイは、視覚、音声、及び／又は触覚データを出力する。ディスプレイの例は、コンピュータモニタ、テレビスクリーン、タッチスクリーン、触覚電子ディスプレイ、点字スクリーン、陰極線管（ＣＲＴ）、蓄積管、双安定ディスプレイ、電子ペーパー、ベクターディスプレイ、平面パネルディスプレイ、真空蛍光ディスプレイ（ＶＦ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、エレクトロルミネッセントディスプレイ（ＥＬＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオードディスプレイ（ＯＬＥＤ）、プロジェクタ、及びヘッドマウントディスプレイを含むが、これらに限定されない。

ｋ空間データは、本明細書において、磁気共鳴イメージングスキャン中に磁気共鳴装置のアンテナを使用して原子スピンにより発せられた無線周波数信号の記録された測定結果として定義される。磁気共鳴データは、断層撮影医療画像データの一例である。

磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）画像又はＭＲ画像は、本明細書において、磁気共鳴イメージングデータ内に含まれる解剖学的データの再構成された二次元又は三次元視覚化として定義される。この視覚化は、コンピュータを使用して行うことができる。

以下で本発明の好ましい実施形態を、単なる例示として、図面を参照しながら説明する。

医療システムの一例を示す。 図１の医療システムを使用する方法を示すフローチャートを示す。 医療システムの一例を示す。 図３の医療システムを使用する方法を示すフローチャートを示す。 座標系を示す。 取得加速度制御部の一例を示す。 ｋ空間サンプリングパターンの一例を示す。 信号密度関数のいくつかの例を示す。

これらの図において同様の番号を付された要素は、同等の要素であるか又は同じ機能を実施する。前述した要素は、機能が同等である場合、以降の図で必ずしも述べられるとは限らない。

図１は、医療システム１００の一例を示す。この例では、医療システム１００は、コンピュータ１０２を備えるように示されている。コンピュータ１０２は、１つ又は複数の位置に分散される１つ又は複数のコンピュータシステムを表す。コンピュータ１０２は、計算システム１０４を含むものとして示されている。計算システム１０４はまた、１つ又は複数のマシン内に配置される１つ又は複数の計算システムを表すことを意図したものである。計算システム１０４は、任意選択のハードウェアインタフェース１０６及び任意選択のユーザインタフェース１０８と通信するものとして示されている。ハードウェアインタフェース１０６は例えば、医療システム１００の他の構成要素が存在する場合はそれらと通信するための計算システム１０４であってもよい。ユーザインタフェース１０８は、オペレータが操作及び機能を制御するとともに医療システム１００とインタラクトすることを可能にする。

計算システム１０４は、メモリ１１０と通信するものとしてさらに示されている。メモリ１１０は、計算システム１０４がアクセス可能である種々のタイプのメモリを表すことを意図したものである。

メモリ１１０は、マシン実行可能命令１２０を含むものとして示されている。マシン実行可能命令１２０は、計算システム１０４が数値計算及び画像処理などの様々なデータタスクを実施することを可能にする。医療システム１００がさらなる構成要素を備える場合において、マシン実行可能命令１２０はまた、計算システム１０４がこれらのさらなる構成要素を制御することを可能にするように構成されてもよい。例えば、医療システム１００が磁気共鳴イメージングシステムを備えるのであれば、マシン実行可能命令１２０は、計算システム１０４が磁気共鳴イメージングシステムを制御することを可能にするであろう。

メモリ１１０は、ｋ空間データ１２２を含むものとしてさらに示されている。ｋ空間データは、三次元スタックオブスターズサンプリングパターンに従ってサンプリングされたｋ空間データラインを含む。三次元スタックオブスターズは、デカルトサンプリング方向軸に沿って周期的に分散された離散サンプリング面を含む。ｋ空間データラインは、デカルトサンプリング方向軸を通る。ｋ空間データラインは、デカルトサンプリング方向軸に対して垂直である。ｋ空間データラインの少なくとも一部は、離散サンプリング面間に分布される。メモリ１１０はさらに、ｋ空間データ１２２から再構成された三次元磁気共鳴画像１２４を含むものとして示されている。マシン実行可能命令１２０は、ｋ空間データ１２２から三次元磁気共鳴画像１２４の再構成を行うように構成される。

図２は、図１の医療システム１００を動作させる方法を示すフローチャートを示す。最初に、ステップ２００において、ｋ空間データ１２２を受信する。次いで、ステップ２０２において、ｋ空間データ１２２から三次元磁気共鳴画像１２４を再構成する。

図３は、医療システム３００のさらなる例を示す。図３に示す医療システム３００は、医療システム３００が、計算システム１０４によって制御される磁気共鳴イメージングシステム３０２をさらに備えること以外、図１の医療システム１００と同様である。

磁気共鳴イメージングシステム３０２は、磁石３０４を備える。磁石３０４は、ボア３０６が貫通している超伝導円筒型磁石である。異なる種類の磁石の使用も可能であり、例えば、分割された円筒磁石といわゆるオープンマグネットとの両方を使用することも可能である。分割された円筒磁石は、クライオスタットが磁石のアイソ面へのアクセスを可能にするために２つのセクションに分割されていること以外、標準の円筒磁石と同様であり、そのような磁石は例えば、荷電粒子ビーム療法と併せて使用されてもよい。オープンマグネットは、対象者を収容するのに十分に大きいスペースを間に有する、一方が他方の上方にある２つの磁石セクションを有し、２セクションエリアの配置は、ヘルムホルツコイルの配置と同様である。対象者が比較的閉じ込められないため、オープンマグネットが一般的である。円筒磁石のクライオスタットの内側に、超伝導コイルの集合体が存在する。

円筒磁石３０４のボア３０６内には、イメージングゾーン３０８が存在し、イメージングゾーン３０８において、磁場は、磁気共鳴イメージングを実施するのに十分に強いとともに均一である。イメージングゾーン３０８内に視野３０９が示されている。取得される磁気共鳴データは典型的に、視野３０９について取得される。対象者３１８は、対象者３１８の少なくとも一部分がイメージングゾーン３０８及び視野３０９内にあるように対象者支持体３２０によって支持されるものとして示されている。

磁石のボア３０６内にはまた、一セットの磁場勾配コイル３１０が存在し、磁場勾配コイル３１０は、磁石３０４のイメージングゾーン３０８内の磁気スピンを空間的に符号化するために予備的磁気共鳴データの取得に使用される。磁場勾配コイル３１０は、磁場勾配コイル電源３１２に接続される。磁場勾配コイル３１０は典型例であることを意図したものである。典型的には、磁場勾配コイル３１０は、３つの直交する空間的方向において空間的に符号化するための３つの別個のセットのコイルを含む。磁場勾配電源は、磁場勾配コイルに電流を供給する。磁場勾配コイル３１０に供給される電流は、時間の関数として制御され、ランプ状又はパルス状とすることができる。

イメージングゾーン３０８内の磁気スピンの配向を操作するための、また、同じくイメージングゾーン３０８内のスピンからの無線伝送を受信するための無線周波数コイル３１４が、イメージングゾーン３０８に近接している。無線周波数アンテナが複数のコイル素子を含む。無線周波数アンテナは、チャネル又はアンテナと呼ばれることもある。無線周波数コイル３１４は、無線周波数トランシーバ３１６に接続されている。無線周波数コイル３１４及び無線周波数トランシーバ３１６は、別個の送信コイル及び受信コイル並びに別個の送信機及び受信機に置き換えられてもよい。無線周波数コイル３１４及び無線周波数トランシーバ３１６は典型例であることが理解される。無線周波数コイル３１４はまた、特別な送信アンテナ及び特別な受信アンテナを表すことを意図したものである。同様に、トランシーバ３１６もまた、別個の送信機及び受信機を表してもよい。無線周波数コイル３１４はまた、複数の受信／送信素子を有してもよく、無線周波数トランシーバ３１６は、複数の受信／送信チャネルを有してもよい。

トランシーバ３１６及び勾配制御装置３１２は、コンピュータシステム１０２のハードウェアインタフェース１０６に接続されるものとして示されている。

メモリ１１０は、パルスシーケンスコマンド３３０を含むものとして示されている。パルスシーケンスコマンドは、ｋ空間データ３３２を取得するように磁気共鳴イメージングシステム３０２を制御するのに用いることができるコマンドに変換することができるコマンド又はデータである。パルスシーケンスコマンド３３０は、ｋ空間データラインが三次元スタックオブスターズサンプリングパターンに従って取得されるようにｋ空間データ１２２を取得するように構成される。サンプリングパターンは、デカルトサンプリング方向軸に沿って周期的に分散された離散サンプリング面を有する。ｋ空間データラインは、デカルトサンプリング方向軸を通り、この軸に対して垂直である。ｋ空間データラインの少なくとも一部は、離散サンプリング面間に分布される。

図４は、図３の医療システム３００を動作させる方法を示すフローチャートを示す。最初に、ステップ４００において、計算システム１０４がパルスシーケンスコマンド３３０を用いて磁気共鳴イメージングシステム３０２を制御してｋ空間データ１２２を取得する。次に、方法は、図２に示すようなステップ２００及び２０２に進む。

図５は、ｋ空間におけるスタックオブスターズサンプリングパターン５００の例示を示す。ｋ_ｘ軸５０２、ｋ_ｙ軸５０４、及びｋ_ｚ軸５０６が見てとれる。この例では、ｋ_ｚ軸５０６は、デカルトサンプリング方向軸５０６であるとみなされる。この特定の例では、見てとれる３つの離散サンプリング面５０８がある。通常、スタックオブスターズサンプリングパターンにおいて、ｋ空間ラインは、面５０８に限定される。面５０８のうちの１つにおいて、デカルトサンプリング方向軸５０６を中心に回転するものとして示されている、２つの面内サンプリングｋ空間ライン５１０が示されている。円５１２は、軸５０６を中心とした回転を示す。本例では、ｋ空間データラインの少なくとも一部は、離散サンプリング面５０８間に分散される。図５において、３つのｋ空間データラインのうちの１つのライン５１４が示されている。面外サンプリングｋ空間データライン５１４は、軸５０６に沿っての面５０８からオフセット５１６がある。

図６は、取得加速度制御部６００の一例を示す。これは例えば、ユーザインタフェースについてグラフィカルユーザインタフェースとして実施され得る。取得加速度制御部６００は、ウィンドウ６００として表示されている。ウィンドウ６００は、表示される及び／又は編集可能な取得加速度係数６０２を有する。加速度係数を変更するために、スライダ制御部６０４も存在する。ボタン、ダイアル又は他のグラフィカルユーザインタフェース制御部などの他の制御部も用いることができる。適正な加速度係数が選択されると、表示された加速度係数６０２を受諾又は選択するためのボタン６０６が存在する。ボタン６０６が押された後、次いで、図３に示すシステムが作動し、取得されるｋ空間データが６０２の値と一致する加速度係数を有するようにパルスシーケンスコマンド３３０を編集する。これを行う１つの直接的なやり方は、指定の（矩形）ＦＯＶ及びサンプリング密度関数を考慮してｋ空間データのためのサンプリングパターンを計算すること、次いで、ｋ空間データが適切な加速度係数を有するように（入力基準によって指定されるような）ｋ_ｚ及びｋ_{ａｎｇｌｅ}方向の両方においてサンプルを一様に分布させることであり得る。一様な分布について、近接するプロファイルに対する距離は、ラジアルｋ空間ラインを中間ｋ_ｚ面にシフトすることを考慮され得る。ディザリングを用いて不規則的なグリッドにおいてｋ空間ラインをシフトさせることは、改善されたノイズ特性を有するｋ空間サンプリングをさらに分布させる。ｋ_ｚ及びｋ_{ａｎｇｌｅ}方向におけるサンプルの分布を最適化するためにコイル感度プロファイルがさらに考慮され得る。

４Ｄラジアルスタックオブスターズは、著しくより高い動きロバスト性及び良性エイリアシングアーチファクトのような、臨床走査のためのいくつかの有望な利点を提供する。その利点にもかかわらず、現在の技術は、Ｔ１コントラスト強調される、自由呼吸中の身体のイメージングに必要とされる、時間的及び空間的忠実度を依然として提供しておらず、対照的にモーションブラーを示す。本発明は、ＣＳＥＮＳＥ及びＡＩについて最適化された不規則的な３Ｄ及び４Ｄラジアルサンプリングスキームを示唆する。

３Ｄラジアルスタックオブスターズは、著しくより高い動きロバスト性、エイリアシングアーチファクトが無いこと、及び良性アンダーサンプリング動作のような、臨床走査のためのいくつかの有望な利点を提供する。その利点にもかかわらず、現在の技術は、Ｔ１コントラスト強調される、自由呼吸中の身体のイメージングに必要とされる、時間的及び空間的な忠実度を依然として提供しておらず、対照的にモーションブラーを示す。いくつかの例は、ＣＳＥＮＳＥ（圧縮センシング再構成）及びＡＩ（例えば、ニューラルネットワークをそのアルゴリズムに組み込んでいる再構成）について最適化され得る不規則的な３Ｄ及び４Ｄラジアルサンプリングスキームを提供する。

いくつかの例は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含み得る：
－ ｋ空間の中心部分がオーバーサンプリングされる、ｋ空間における可変密度ラジアルサンプリング。
－ Ｋ_{ａｎｇｌｅ}－ｋ_ｚ空間は、より高いｋ空間へアンダーサンプリングされた、不規則的な黄金角ラジアルである。
－ コイル感度は、方向ごとに異なり得るｋ_{ａｎｇｌｅ}－ｋ_ｚ空間における最適化された分布を考慮される。
－ 単一加速度ユーザインタフェースパラメータが、ｋ_{ａｎｇｌｅ}－ｋ_ｚ空間における最適な分布を計算して提供される。
－ ３Ｄ磁気共鳴画像を再構成するためにＣＳＥＮＳＥ又はＡＩが使用される。
－ ４Ｄイメージングについて、連続した黄金角サンプリングが行われ、その後の動的スキャンを再構成するためにビューシェアリングが使用される。ｋ空間の中心部分は、より強いＣＳＥＮＳＥサンプリング減衰の使用によって周辺ｋ空間よりもＫｔ空間においてより頻繁にサンプリングされる。

いくつかの例は、以下で図７に示すように、ｋ_{ａｎｇｌｅ}－ｋ_ｚ空間における不規則的なアンダーサンプリングによって高い加速度係数を保証するラジアルサンプリングスキームを提供する。

図７は、様々なタイプのｋ空間サンプリングパターンを示す。第１の縦列において、様々なスタックオブスターズサンプリングパターン５００が示されている。各スタックオブスターズサンプリングパターンは、離散サンプリング面７００、７０２、及び７０４によって表されている。離散サンプリング面７００、７０２、及び７０４のそれぞれの面内に、ｋ空間のサンプリングライン７０６がある。各例においてサンプリングライン７０６は１つだけ符号を付されている。これらの例では、サンプリングライン７０６はもっぱら、離散サンプリング面７００、７０２、及び７０４内あるものとして描かれている。図７に示す例のすべてにおいて、個々のサンプリングライン７０６は、面外に変位されてもよい。

スタックオブスターズサンプリングパターン５００のそれぞれの隣に、オーバーサンプルグリッドとして表された、サンプリング点の位置を示す二次元プロット７００がある。縦軸はデカルトサンプリング方向５０６を表し、横軸はラジアル角ｋ空間方向７０２を表す。

グリッドにおけるドット７０４は、ｋｚ空間点がオーバーサンプルグリッドに示される、ｋ空間におけるサンプル点を表す。例えばドット７０４は１つだけ符号を付されている。

スタックオブスターズサンプリングパターン７０６及びオーバーサンプルグリッド７０８は、従来の規則的な３Ｄラジアルスタックオブスターズサンプリングパターンを表す。

スタックオブスターズサンプリングパターン７１０及びオーバーサンプルグリッド７１２は、共有ｋ空間サンプリングパターン１００２の一例を表す。この例では、奇数のラジアルｋ空間ラインごとにボクセルの半分だけシフトされている。この単純なシフトは、改善されたｋ空間分布をもたらす。

スタックオブスターズサンプリングパターン７１４及びオーバーサンプルグリッド７１６は、１つのｋ空間サンプリング点が原点からさらに離れるにつれてｋ空間サンプリング点の密度において遅い減衰（信号密度減衰が弱い）が存在する可変ｋ空間サンプリングパターンの一例を表す。

スタックオブスターズサンプリングパターン７１８及びオーバーサンプルグリッド７２０は、可変ｋ空間サンプリングパターンのさらなる例を表す。パラメータサンプリング密度は、サンプリングパターンの第２の主要な特性を記述するのに使用される。その特性は、一定又は可変とすることができる。局所的な平均サンプリング密度がｋ空間における（ラジアル）位置に応じて決まる程度を記述する。この場合、１つのｋ空間サンプル点が原点からさらに離れるにつれてｋ空間サンプル点の密度において非常に急な減衰が存在する。上述したように、例７１４及び７１６は遅い減衰を表す。

スタックオブスターズパターン７２２及びオーバーサンプルグリッド７２４は、中心ｋ空間が増大ｋ空間角密度でオーバーサンプリングされる一方、周辺ｋ空間がアンダーサンプリングされる、不規則的なサンプリングを表す。サンプルは、デカルト方向５０６及びラジアル方向７０２の両方に不規則に分布される。近接するｋ_{ａｎｇｌｅ}点は、ソーティングされた黄金角である。さらなるスキャン時間短縮のために、それらの外ｋｚ及び角ｋ空間点をサンプリングするのではなく、ｋ空間シャッターが適用できることに留意されたい。

可変密度アンダーサンプリングは、より高いｋ空間周波数の高いアンダーサンプリングを保証する。これによって、サンプリング密度は、ｋｚ空間における位置に依存する。中心ｋ空間は、より密にサンプリングされる。高いｋ空間へ向かうほどラジアル密度が減少する。

図８は、３Ｄ ＣＳサンプリングスキームによる、弱い信号密度減衰（ＳＤＣ）関数８００及び強い信号密度減衰関数８０２の一例を示す。

典型的に、デカルトｋ_ｚラインは、動き関連ｋ空間不連続を回避するために先にサンプリングされ、最適な分布のために黄金角を増大させることによって続けられる。不規則的なサンプリングパターンは、より高い加速度係数の可能性を提供するラジアルアンダーサンプリングアーチファクトを分散させるのに役立つ。

ユーザインタフェースにおける単一加速度係数を用いてラジアル及びデカルト関数において最適な加速度分布を計算することができる。ここではコイル感度プロファイルが考慮される。３Ｄ磁気共鳴画像を再構成するためにＣＳＥＮＳＥ又はＡＩが使用される。

４Ｄイメージングについて、連続した黄金角サンプリングが行われ、その後の動的スキャンを再構成するために、時間方向においてビューシェアリング又はより高度のｋ－ｔ技法又は圧縮センシングが用いられる。ｋ空間の中心部分は、より強いＣＳＥＮＳＥサンプリング減衰（ＳＤＣ）の使用によって、周辺ｋ空間よりもｋ_ｔ空間においてより頻繁にサンプリングされる。

純粋な不規則的なサンプリング密度のためにポワソンディスクアルゴリズム（ランダムネス、ギャップ、クラスタリング）「ディザリング」を使用することができる。これは、以下の制約内で、ｋ空間における基礎となるデカルト格子において不完全な（サブサンプリングされた）サンプル点セットを生成するために使用される。
１．サンプルはランダムに分布される。
２．（局所的に平均化された）サンプリング密度は、何らかの規定されたサンプリング密度関数、典型的には、ｋ空間原点からのラジアル距離の関数に従わねばならない。
３．サンプルは、クラスタリングされてはならず、これは、任意の対の２つのサンプル間の距離が何らかの最小値よりも小さいものであってはならないことを意味する。矩形ＦＯＶサンプリングにおいて使用されるような変化するサンプリング密度又は可変角密度サンプリングの場合において、最小距離はサンプリング密度と対応する。
４．大きなギャップが存在せず、これは、以前の最小距離要件を依然として満たしつつ、サンプリングされ得たいかなるサンプリングされていない格子点も存在しないことを意味する。

本発明は、図面及び前述の説明において詳細に例示及び説明されてきたが、そのような例示及び説明は説明的又は例示的であり、限定的ではないと見なされるべきであり、本発明は開示される実施形態に限定されない。

開示される実施形態に対する他の変形は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、特許請求される発明を実施する際に当業者によって理解及び達成することができる。請求項において、「有する、備える、含む」は、他の要素又はステップを除外せず、単数形の要素は複数を除外しない。単一プロセッサ又は他のユニットが、特許請求の範囲に列挙されるいくつかのアイテムの機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又は他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体などの適切な媒体上に記憶／配布され得るが、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介するなど、他の形態で配布されてもよい。請求項におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

１００ 医療システム
１０２ コンピュータ
１０４ 計算システム
１０６ 任意選択のハードウェアインタフェース
１０８ 任意選択のユーザインタフェース
１１０ メモリ
１２０ マシン実行可能命令
１２２ ｋ空間データ
１２４ 三次元磁気共鳴画像
２００ ｋ空間データを受信
２０２ ｋ空間データから少なくとも１つの三次元磁気共鳴画像を再構成
３００ 医療システム
３０２ 磁気共鳴イメージングシステム
３０４ 磁石
３０６ 磁石のボア
３０８ イメージングゾーン
３０９ 視野
３１０ 磁場勾配コイル
３１２ 磁場勾配コイル電源
３１４ 無線周波数コイル
３１６ トランシーバ
３１８ 対象者
３２０ 対象者支持体
３３０ パルスシーケンスコマンド
４００ パルスシーケンスコマンドにより磁気共鳴イメージングシステムを制御することによってｋ空間データを取得
５００ ｋ空間におけるスタックオブスターズサンプリングパターン
５０２ ｋ_ｘ軸
５０４ ｋ_ｙ軸
５０６ ｋ_ｚ軸（デカルトサンプリング方向軸）
５０８ 離散サンプリング面
５１０ 面内サンプリングｋ空間ライン
５１２ デカルトサンプリング方向軸を中心とした回転を示す
５１４ 面外サンプリングｋ空間データライン
５１６ デカルトサンプリング方向軸に沿っての離散サンプリング面からの線形オフセット
６００ 取得加速度制御部
６０２ 表示される及び／又は編集可能な加速度係数
６０４ スライダ制御部
６０６ 選択加速度係数ボタン
７００ サンプリング点の位置を示すオーバーサンプルグリッド
７０２ ラジアル角ｋ空間方向
７０４ サンプリング位置
８００ 弱いＳＤＣ関数
８０２ 強いＳＤＣ関数

Claims (14)

1. マシン実行可読命令を記憶するメモリと、計算システムとを備える医療システムであって、
   前記マシン実行可能命令の実行が、前記計算システムに、
   ｋ空間データを受信させることであって、前記ｋ空間データは、三次元スタックオブスターズサンプリングパターンに従ってサンプリングされたｋ空間データラインを含み、前記三次元スタックオブスターズサンプリングパターンは、デカルトサンプリング方向軸に沿って周期的に分散された離散サンプリング面を含み、前記ｋ空間データラインは、前記デカルトサンプリング方向軸を通り、前記ｋ空間データラインは、前記デカルトサンプリング方向軸に対して垂直であり、前記ｋ空間データラインの少なくとも一部は、前記離散サンプリング面間に分布される、当該ｋ空間データを受信させ、
   前記ｋ空間データから少なくとも１つの三次元磁気共鳴画像を再構成させ、
   前記離散サンプリング面間に分布された前記ｋ空間ラインの前記少なくとも一部は、前記デカルトサンプリング方向軸と位置合わせされた線形方向に不規則的に分布される、医療システム。
2. 前記三次元スタックオブスターズサンプリングパターンのサンプル点間に最大距離が存在し、前記三次元スタックオブスターズサンプリングパターンの前記サンプル点間に最小距離が存在し、及び／又は前記ｋ空間データラインにおけるサンプル点位置を決定するためにポワソンディスクアルゴリズムが用いられる、請求項１に記載の医療システム。
3. ｋ空間サンプル点間の距離は、所定の矩形視野に従ってスケーリングされる、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記三次元スタックオブスターズサンプリングパターンは、前記デカルトサンプリング方向軸の原点からの距離が増加するにつれて減少するサンプル点密度を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の医療システム。
5. 前記ｋ空間データラインの少なくとも一部の個々のラインのサンプル点は、前記個々のラインのそれぞれに従う長さ方向に不規則的及び／又は規則的に分布される、請求項１から４のいずれか一項に記載の医療システム。
6. 前記ｋ空間データの少なくとも一部は、ｋ空間におけるせん断格子に従って配置される、請求項１から５のいずれか一項に記載の医療システム。
7. 前記医療システムは、磁気共鳴イメージングシステムをさらに備え、前記メモリは、前記磁気共鳴イメージングシステムを制御して、前記三次元スタックオブスターズサンプリングパターンを用いて前記ｋ空間データを取得するように構成されたパルスシーケンスコマンドをさらに含み、前記マシン実行可能命令の実行はさらに、前記計算システムに、前記パルスシーケンスコマンドにより前記磁気共鳴イメージングシステムを制御することによって前記ｋ空間データを取得させる、請求項１から６のいずれか一項に記載の医療システム。
8. 前記医療システムは、取得加速度制御部を有するユーザインタフェースを備え、前記取得加速度制御部は、選択された加速度係数を提供するように構成され、前記マシン実行可能命令の実行はさらに、前記計算システムに、
   前記取得加速度制御部から前記選択された加速度係数を受信させ、
   前記三次元スタックオブスターズサンプリングパターンの現在の加速度係数が前記ｋ空間データを取得する前の前記選択された加速度係数と一致するように、前記三次元スタックオブスターズサンプリングパターンからサンプル点分布を算出させる、請求項７に記載の医療システム。
9. 前記三次元スタックオブスターズサンプリングパターンは、前記ｋ空間データの取得時に、近接したｋ空間データラインが黄金角回転スキーム又は擬似黄金角回転スキームを用いて回転されるように配置される、請求項１、２、又は３に記載の医療システム。
10. 前記ｋ空間データは、四次元データセットであり、前記マシン実行可能命令の実行はさらに、前記計算システムに、
    前記ｋ空間データを異なるグリッドでの時間分解されたｋ空間データへと組み立てさせ、及び
    前記時間分解されたｋ空間データから四次元画像シーケンスを再構成させる、請求項１から９のいずれか一項に記載の医療システム。
11. 前記ｋ空間データは、ｋ空間重み付け再構成アルゴリズムを用いて又は確実性マップを用いて組み合わせられる、請求項１０に記載の医療システム。
12. ｋ空間データは、アンダーサンプリングされ、以下のこと、すなわち、
    前記少なくとも１つの三次元磁気共鳴画像は、圧縮センシング再構成アルゴリズムを用いて再構成されること、
    前記少なくとも１つの三次元磁気共鳴画像は、ニューラルネットワーク再構成アルゴリズムを用いて再構成されること、
    のうちのいずれか１つが当てはまる、請求項１から１１のいずれか一項に記載の医療システム。
13. 計算システムによる実行のためのマシン実行可能命令を含むコンピュータプログラムであって、前記マシン実行可能命令の実行は、前記計算システムに、
    ｋ空間データを受信させることであって、前記ｋ空間データは、三次元スタックオブスターズサンプリングパターンに従ってサンプリングされたｋ空間データラインを含み、前記三次元スタックオブスターズサンプリングパターンは、デカルトサンプリング方向軸に沿って周期的に分散された離散サンプリング面を含み、前記ｋ空間データラインは、前記デカルトサンプリング方向軸を通り、前記ｋ空間データラインは、前記デカルトサンプリング方向軸に対して垂直であり、前記ｋ空間データラインの少なくとも一部は、前記離散サンプリング面間に分布される、当該ｋ空間データを受信させ、
    前記ｋ空間データから少なくとも１つの三次元磁気共鳴画像を再構成させ、
    前記離散サンプリング面間に分布された前記ｋ空間ラインの前記少なくとも一部は、前記デカルトサンプリング方向軸と位置合わせされた線形方向に不規則的に分布される、
    コンピュータプログラム。
14. 医療イメージングの方法であって、前記方法は、
    ｋ空間データを受信するステップであって、前記ｋ空間データは、三次元スタックオブスターズサンプリングパターンに従ってサンプリングされたｋ空間データラインを含み、前記三次元スタックオブスターズサンプリングパターンは、デカルトサンプリング方向軸に沿って周期的に分散された離散サンプリング面を含み、前記ｋ空間データラインは、前記デカルトサンプリング方向軸を通り、前記ｋ空間データラインは、前記デカルトサンプリング方向軸に対して垂直であり、前記ｋ空間データラインの少なくとも一部は、前記離散サンプリング面間に分布される、当該ｋ空間データを受信するステップと、
    前記ｋ空間データから少なくとも１つの三次元磁気共鳴画像を再構成するステップとを有し、
    前記離散サンプリング面間に分布された前記ｋ空間ラインの前記少なくとも一部は、前記デカルトサンプリング方向軸と位置合わせされた線形方向に不規則的に分布される、
    方法。

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