JP6730995B2 - 環境内に動きがある物体のｍｒ画像を生成する方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、一定の期間内に複数の動作フェーズ（運動フェーズ）を含む動きを実行する物体のＭＲ画像（ＭＲ：磁気共鳴）を生成する分野に関する。本発明は更に、一定の期間内に複数の動作フェーズからなる動きを実行する物体のＭＲ画像を生成する対応するＭＲＩシステムに関する。

心臓ＭＲＩ（ＣＭＲＩ）の適用可能性を低下させる２つの制限要因がある。第１の制限要因は、ＣＭＲＩ検査は実行すべきために必要なスキャナ時間が長く、関連情報が取得されるまでに多くのダミーの計画スキャンを必要とすることである。第２の制限要因は、検査助手が正しい心臓の向きで心臓検査を行うことができるためには、周囲に広めるには困難な高度な訓練が必要なことである。胸部全体をカバーする３Ｄ等方性ボリューム収集がこれらの２つの制限を回避するのに役立ち、心臓検査のワークフローを改善する。

Ｌ．Ｈ．Ｈａｍｉｌｔｏｎらによる科学論文「Ｔｉｍｅ−Ｒｅｓｏｌｖｅｄ ｐａｒａｌｌｅｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ ｒｅｄｕｃｅｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ」；Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．Ｍｅｄ．２０１１；６５：１０６２−７４．には、心臓ＭＲＩ（ＣＭＲＩ）用の加速された動的画像収集のための“Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｎｏｑｕｉｓｔ ｉｎ Ｔａｎｄｅｍ”（ＰＩＮＯＴ）という名前の方法が記載されている。この方法は、パラレルイメージングのＳＰＡＣＥ−ＲＩＰ実装とＮｏｑｕｉｓｔの低減された視野（ｒＦＯＶ）によるイメージング方法とを組み合わせたもので、どちらも画像再構成に直接反転モデルを使用する。

ＰＩＮＯＴ再構成では、画像再構成を可能にするために、次のような線形システム方程式を解くことが求められる。

ここでＳ_０，．．，Ｓ_Ｃ−１は感度マップを表し、Ｍ_Ｓは静的ＦｏＶを埋める領域からのフーリエ変換を表し、Ｍ_Ｄは位置決めのたびごとに更新される領域からのフーリエ変換を表す。３Ｄ心臓ＭＲ画像の場合は、このシステム行列のサイズを管理することが難しくなり、画像再構成を行うシステム反転はＣＰＵに極めて負担がかかる。

ＵＳ２０１４／０３０３４８０には、人の患者の体に発生する動的事象の加速されたＭＲＩスキャンからの信号を処理する方法が記載されている。患者は自分の体の関連部分を含むＭＲＩ検査を受ける。スキャン時間の経過と共に実質的な変化がないボクセルが特定され、スキャン信号全体から差し引かれる。

本発明の目的は上述の制限を克服する方法及びシステムを提供することである。

この目的は独立請求項１及び１１の特徴により達成される。従属請求項は本発明の詳細な有利な実施形態を述べている。

本発明の様々な実施形態によれば、物体のＭＲ画像を生成する方法は、
− 物体の１つの動作フェーズに関する第１のデータセットを提供するステップと、
− 第１のデータセットから関心領域（ＲＯＩ）の第１の画像を生成するステップと、
− 動的領域及び静的領域を第１の画像内で特定するステップであって、これらの領域は一定の期間内に主に動的又は静的である、ステップと、
− 動的領域をマスクして外すことにより第１の画像を編集するステップと、
− 残りの静的領域を示す編集された第１の画像の逆フーリエ変換を実行するステップと、
− 物体の１つの動作フェーズに関する第２のデータセットを提供するステップと、
− 残りの静的領域の逆フーリエ変換されたものを第２のデータセットから差し引くステップと、
− 差し引かれた第２のデータセットにフーリエ変換を実行するステップと、
− 第１の画像の関心領域について低減された関心領域の第２の画像を生成するステップであって、低減された関心領域は動的領域を含む、ステップと、を含む。

好ましくは、特定することは第１の画像上で静的及び動的領域を手動で選択することにより実行される。例えば心臓周囲のボックスは動的領域として選択することができ、これによってボックス外側の領域は静的領域として選択される。

前述のように、動きがある物体は総期間内に複数の動作フェーズからなる動きを実行する。提供された第１及び第２のデータセットのデータは、ＭＲＩスキャナを使用したデータ収集により予め収集される。ステップ（ｇ）において、残りの静的領域の逆フーリエ変換を第２のデータセットから差し引くために、（ステップ（ｅ）で生成されると共に第１のデータセットに基づく）このフーリエ変換された画像は、第２のデータセットと同じサンプリング方式に従ってアンダーサンプリングされる。

本発明の思想は、概ね静的な環境にある動きがある物体の（予め収集された）データを提供して、データの冗長性及び高いＳＥＮＳＥ加速係数を利用して等方性解像度に到達することに基づく。この方法は、３Ｄ収集が上述のＰＩＮＯＴ再構成について想定する再構成問題に対処する新しいアプローチを用いる。ＰＩＮＯＴ収集と同様に、２つの異なるデータセットが区別され得る。第１のデータセットでは、静的及び動的な情報を収集するｋ空間ラインが収集される。第２のデータセットでは、ｋ空間ラインのサブグループが、一部の情報を最終的な再構成を行うことができるように完全なデータセットから回復することができるという考えに基づいて物体の動作フェーズ（運動フェーズ）ごとに収集される。ＰＩＮＯＴとの相違点であるこのアプローチでは、式（１）に記載されたような行列式全体を構築する必要がない。

本発明の好適な実施形態によれば、全ての画像又は少なくとも第２の画像は、ＳＥＮＳＥ再構成を使用することにより生成される。感度エンコーディング（ＳＥＮＳＥ）アプローチでは、複数の同時に動作される受信器コイルのアレイが信号収集に使用される。アレイ素子は通常、不均一性の強い互いに異なる空間感度を示す表面コイルである。ＳＥＮＳＥアプローチの基本原理は、コイル感度の影響を勾配エンコーディングと類似のエンコーディング効果と見なすことである。実際、感度効果は勾配エンコーディングに数学的に概ね類似している。しかし、勾配概念に優る重要な利点は、感度機構によって、受信器アレイの複数の異なる感度での同時エンコーディングが可能になることである。従って、スキャン時間の相当な節約が、順次的な勾配切り替えを並列感度エンコーディングで部分的に置換することにより達成され得る。

感度エンコーディングは、受信器感度が一般に線形場勾配によりフーリエ前処理に対して相補的なエンコーディング効果を有するという事実に基づいている。従って、複数の受信器コイルを並列に使用することにより、フーリエ撮像におけるスキャン時間が相当短縮され得る。感度エンコーディングされたデータからの画像再構成の問題は一般的なやり方で定式化され、任意のコイル設定及びｋ空間サンプリングパターンについて解決される。

本発明の別の好適な実施形態によれば、動きを実行する物体は心臓であり、ＭＲ画像は心臓ＭＲ画像であり、物体の動作フェーズは心臓領域からの心フェーズである。概ね静的な環境における動きがある物体は、データの冗長性及び高いＳＥＮＳＥ加速係数を利用して一回の息止めで心臓シネ画像の等方性解像度に到達する角のない環状ボリュームを有する胸部全体である。この収集及び再構成手法によって、息止め期間に数分の再構成時間で３Ｄ等方性の心臓画像を取得することができる。

本発明の更に別の好適な実施形態によれば、少なくとも１つの別の画像が、９つのステップ（ａ−ｉ）のうちのステップ（ｆ）〜（ｉ）をそれぞれ頻繁に繰り返すことにより生成される。これらの他の画像は、別の動作フェーズ（運動フェーズ）ＰＨ２〜ＰＨＮに関連する。

好ましくは、第１の画像はフルサンプル画像を使うことにより生成され、第２の画像（及び次の全ての他の画像）は、好ましくはＳＥＮＳＥ再構成を用いることにより生成される。

本発明の別の好適な実施形態によれば、第１のデータセット及び第２のデータセットに提供されたデータは、ＭＲＩ走査ユニット（ＭＲＩスキャナ）を使用したデータ収集により生成される。好ましくは、関心領域（ＲＯＩ）はＭＲＩ走査ユニットの視野（ＦｏＶ）により決定される。従って、低減された関心領域は低減された視野（ｒＦｏＶ）と呼ばれる。

好ましくは、複数の受信器コイルがデータ収集に使用される。好ましくは、編集された第１の画像は、複数の画像に分割され、各画像はｋ空間領域で逆フーリエ変換される。各コイルに対するフーリエ変換された画像は、第２のデータセットのサンプリングと同じサンプリング方式に従ってアンダーサンプリングされる。

本発明の別の好適な実施形態によれば、複数の画像の各画像は、逆フーリエ変換を行う前に受信器コイルのうち対応する受信器コイルのコイル感度により重み付けされる。

本発明の様々な実施形態によれば、以下のステップを実行する、物体のＭＲ画像を生成するＭＲＩシステムが確立される：
− 物体の１つの動作フェーズに関する第１のデータセットを提供するステップ；
− 第１のデータセットから関心領域の第１の画像を生成するステップ；
− 動的領域及び静的領域を第１の画像内で特定し、これらの領域は一定の期間内に主に動的又は静的である、ステップ；
− 動的領域をマスクして外すことにより第１の画像を編集するステップ；
− 残りの静的領域を示す編集された第１の画像の逆フーリエ変換を実行するステップ；
− 物体の１つの動作フェーズに関する第２のデータセットを提供するステップ；
− 残りの静的領域を含む編集された第１の画像の逆フーリエ変換を第２のデータセットから差し引くステップ；
− 差し引かれた第２のデータセットにフーリエ変換を実行するステップ；及び
− 第１の画像のＲＯＩについて低減された関心領域の第２の画像を生成し、低減された関心領域は動的領域を含む、ステップ。

動きがある物体は、一定の期間内に複数の動作フェーズからなる動きを実行し、この期間は総収集時間である。

本発明の好適な実施形態によれば、システムは、周囲に動きがある物体、特に胸部の心臓のＭＲ画像を生成する上述の方法を実行するために確立される。

本発明の別の好適な実施形態によれば、ＭＲＩシステムは、（ｉ）複数の同時に動作される受信器コイルのアレイを備えた、データ記録用のＭＲＩ走査ユニットと、（ｉｉ）磁気共鳴撮像の画像収集のためのコンピュータによるデータ処理ユニットとを備える。ステップ（ａ）〜（ｉ）は、ＭＲＩシステムのデータ処理ユニットにより実行される。ステップ（ａ）及び（ｆ）に続くデータ収集ステップは、ＭＲＩ走査ユニットを使用することにより実行される。

本発明の様々な他の実施形態は、上述の方法を特に上述のＭＲＩシステムを使用することにより実行するコンピュータプログラム製品に関する。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明される実施形態から明らかとなり、以下に説明される実施形態を参照して理解されるであろう。

図１は、本発明の好適な実施形態による、心臓ＭＲ画像を生成することを表示するための手順の図解を示す。

以下の考察では、撮像される物体として心臓について言及する。しかし本発明は、他の器官等の他の物体にも適用可能である。心臓は単に例として選択されている。

図１は、静的情報及びＳＥＮＳＥ収集を同時に使用した全ての再構成ステップの略図を示す。この略図は、ＲＯＩ内に角のない環状ボリュームを有する胸部の心臓ＭＲ（ＣＭＲ）画像１０、２０を総期間内に生成する手順を表す。

手順は次のステップを含む：
ステップ１（Ｓ１）： 心臓部から（第１の）心フェーズの第１のデータセットを提供すること；
ステップ２（Ｓ２）： 第１のデータセットからＲＯＩの第１の画像１０を生成すること；
ステップ３（Ｓ３）： それぞれ主に総期間内において動的又は静的な動的領域１２及び静的領域１４を第１の画像１０内で特定すること；
ステップ４（Ｓ４）：動的領域１２をマスクすることにより第１の画像１０を編集すること；
ステップ５（Ｓ５）： 残りの静的領域１４を示す編集された第１の画像１６の逆フーリエ変換（ＦＦＴ−１）を実行すること；
ステップ６（Ｓ６）： 心臓部から（第２の）心フェーズに関する第２のデータセットを提供すること；
ステップ７（Ｓ７）： 残りの静的領域１４を含む編集された第１の画像１６の逆フーリエ変換（ＦＦＴ^−１）を第２のデータセットから差し引くこと；
ステップ８（Ｓ８）： 差し引かれた第２のデータセット１８にフーリエ変換を実行すること；及び
ステップ９（Ｓ９）： 少なくとも動的領域１２を含む低減された関心領域（ｒＲＯＩ）の第２の画像２０を生成すること。

好ましくは、特定することは第１の画像上で静的及び動的領域を手動で選択することにより実行される。例えば心臓周囲のボックスは動的領域として選択することができ、これによってボックス外側の領域は静的領域として選択される。

提供された第１及び第２のデータセットのデータはデータ収集により予め収集される。上述の総期間は総収集時間である。ステップ１（Ｓ１）に備えて、例えばフルＦｏＶでの一回の収集が折り重なりアーチファクトを除去するために行われる。ステップ６（Ｓ６）に備えて、心フェーズごとに低減されたＦｏＶ（ｒＦｏＶ）を更新するためにｋｙ−ｋｚ空間のアンダーサンプリング収集が行われる。フルＦｏＶという用語は（完全な）ＲＯＩに対応し、ｒＦｏＶという用語は低減されたＲＯＩに対応する。

当業者は、第２のデータセット（ｒＦｏＶ）が第１のデータセットと比較してアンダーサンプリングされる場合は、好ましくはステップ５ａがステップ５及びステップ７の間に適用されることを理解するであろう。ステップ５ａでは、編集された第１の画像１６の逆フーリエ変換（ＦＦＴ^−１）は、第２のデータセットを提供（収集）する際に使用されたアンダーサンプリングと同じやり方でアンダーサンプリングされる。従って手順は次のステップを含む：
ステップ１（Ｓ１）： 心臓部から（第１の）心フェーズの第１のデータセットを収集すること；
ステップ２（Ｓ２）： 第１のデータセットからＲＯＩの第１の画像１０を生成すること；
ステップ３（Ｓ３）： 動的領域１２及び静的領域１４を第１の画像１０内で特定することであって、これらの領域は総期間内に主に動的又は静的であること；
ステップ４（Ｓ４）： 動的領域１２をマスクして外すことにより第１の画像１０を編集すること；
ステップ５（Ｓ５）： 残りの静的領域１４を示す編集された第１の画像１６の逆フーリエ変換（ＦＦＴ−１）を実行すること；
ステップ５ａ（Ｓ５ａ）： 編集された第１の画像１６の逆フーリエ変換（ＦＦＴ−１）をアンダーサンプリング戦略を用いてアンダーサンプリングし、これによってアンダーサンプリングされた第１のデータセット３０を提供すること；
ステップ６（Ｓ６）： 心臓部から（第２の）心フェーズに関する第２のデータセットを収集すること。ここで第２のデータセットは、第２のデータセットの収集中にアンダーサンプリング戦略を用いることにより第１のデータセットと比較してアンダーサンプリングされる；
ステップ７（Ｓ７）： アンダーサンプリングされた第１のデータセット３０を第２のデータセットから差し引くこと；
ステップ８（Ｓ８）： 差し引かれた第２のデータセット１８にフーリエ変換（ＦＦＴ）を実行すること；及び
ステップ９（Ｓ９）： 低減された関心領域（ｒＲＯＩ）の第２の画像２０を生成し、低減された関心領域は少なくとも動的領域１２を含むこと。

ＰＩＮＯＴ収集と同様に、図示された手順は２つの異なるデータセットを区別することができる。第１のデータセットでは、静的及び動的な情報を収集するｋ空間ラインが収集される。第２のデータセットでは、ｋ空間ラインのサブグループが、一部の情報を最終的な再構成を行うことができるように完全なデータセットから回復することができるという考えに基づいて心フェーズ（心臓フェーズ）ごとに収集される。ＰＩＮＯＴとの相違点であるこのアプローチでは、式（１）に記載されたような行列式全体を構築する必要がない。対照的に、再構成は３つの異なる段階に分かれる。

第１の段階： この再構成段階では、フル画像１０が上記第１のデータセットを使用して１つの心フェーズに対して生成される（Ｓ２）。この画像１０は、従来のＳＥＮＳＥ再構成又はフルサンプル画像を使用して生成され、信号精度を改善することができる。

第２の段階： この再構成段階では、フル再構成画像内の規定の動的領域は、全ての心フェーズで等しい静的領域１４からのみ情報を得るために０に設定される（Ｓ４）。この再構成段階では、画像１６は、各コイルのコイル感度により重み付けされ、ｋ空間領域で逆フーリエ変換される（Ｓ５）。各コイルに対するフーリエ変換された画像は、上記第２のデータセットと同じサンプリング方式に従ってアンダーサンプリングされる（Ｓ５及びＳ７間の未表示の矢印により示される）。最後に、静的領域から生成されたｋ空間ラインは、心フェーズごとに更新されたｋ空間ラインから差し引かれる（Ｓ７）。

第３の段階： この再構成段階では、第２の段階で生成された画像は、画像空間へとフーリエ変換され（Ｓ８）、低減されたＦｏＶから情報を取り出すのみで従来のＳＥＮＳＥ再構成を使用して再構成される（Ｓ９）。

このアプローチに従えば、ＳＥＮＳＥ再構成及びＮｏＱＵＩＳＴ流の再構成はかなり分離される。ＳＥＮＳＥ情報は第３の段階でのみ使用されるのに対し、ＮｏＱＵＩＳＴ流の情報は再構成の第２の段階でのみ使用される。更に、再構成の第３の段階では低減された領域のみが再構成され、３Ｄケースについての従来のＳＥＮＳＥ再構成と比較して再構成速度が向上する。

本発明は、図面及び前述の記載において詳細に図示及び説明されたが、このような図示及び記載は、説明的又は例示的であって限定するものではないと見なされるべきである。すなわち本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。開示された実施形態のその他の変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解されて実現され得る。請求項において、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む、備える）」という単語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙され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用いられないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

本発明に繋がる研究は、助成契約第２４２０３８の下で欧州連合第７フレームワークプログラム（ＦＰ−７−ＨＥＡＬＴＨ−２００９）からの資金提供を受けた。

Claims (8)

1. 一定の期間内に複数の動作フェーズを有する動きを実行する物体のＭＲ画像を生成する方法であって、当該方法は、
   ＳＥＮＳＥアンダーサンプリング方式を用いて、複数の受信器コイルを使用して前記物体の１つの前記動作フェーズに関する第１のデータセットを収集するステップＳ１と、
   ＳＥＮＳＥ再構成によって、前記第１のデータセットから関心領域の第１の画像を再構成するステップＳ２と、
   動的領域及び静的領域を前記第１の画像内で特定するステップＳ３であって、これらの領域は前記一定の期間内に主に動的又は静的である、ステップＳ３と、
   前記動的領域をマスクして外すことにより前記第１の画像を編集するステップＳ４と、
   編集された前記第１の画像を、前記複数の受信器コイルのコイル感度により重み付けするステップＳ５と、
   残りの前記静的領域を示す編集され重み付けされた前記第１の画像の逆フーリエ変換を実行するステップＳ６と、
   複数の受信器コイルを使用して前記物体の１つの前記動作フェーズに関する第２のデータセットを収集するステップＳ７であって、収集中にアンダーサンプリングによって前記第２のデータセットが提供され、前記第１のデータセットの視野と比較して低減された視野が生じ、更に、前記第１のデータセットの収集に対するのと同じＳＥＮＳＥアンダーサンプリング方式を用いる、ステップＳ７と、
   前記残りの静的領域を含む前記編集された第１の画像の逆フーリエ変換されたものを前記第２のデータセットから差し引くステップＳ８と、
   差し引かれた前記第２のデータセットにフーリエ変換を実行するステップＳ９と、
   前記第１の画像の前記関心領域について低減された関心領域の第２の画像を生成するステップＳ１０であって、前記低減された関心領域は動的領域を含む、ステップＳ１０と、
   を含む、方法。
2. 前記動きを実行する物体は心臓であり、前記ＭＲ画像は心臓ＭＲ画像であり、前記物体の前記動作フェーズは心臓領域からの心フェーズである、請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも１つの別の第２の画像が、前記ステップＳ１−Ｓ１０の１０個のステップのうちの前記ステップＳ７−Ｓ１０をそれぞれ頻繁に繰り返すことにより生成される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記編集された第１の画像は、前記複数の受信器コイルに対応する複数の画像に分割され、前記複数の画像の各画像はｋ空間領域で逆フーリエ変換される、請求項１に記載の方法。
5. 一定の期間内に複数の動作フェーズを有する動きを実行する物体のＭＲ画像を生成するＭＲＩシステムであって、当該ＭＲＩシステムは、
   ＳＥＮＳＥアンダーサンプリング方式を用いて、複数の受信器コイルを使用して前記物体の１つの前記動作フェーズに関する第１のデータセットを収集することと、
   ＳＥＮＳＥ再構成によって、前記第１のデータセットから関心領域の第１の画像を再構成することと、
   動的領域及び静的領域を前記第１の画像内で特定することであって、これらの領域は前記一定の期間内に主に動的又は静的である、特定することと、
   前記動的領域をマスクして外すことにより前記第１の画像を編集することと、
   編集された前記第１の画像を、前記複数の受信器コイルのコイル感度により重み付けすることと、
   残りの前記静的領域を示す編集され重み付けされた前記第１の画像の逆フーリエ変換を実行することと、
   複数の受信器コイルを使用して前記物体の１つの前記動作フェーズに関する第２のデータセットを収集することであって、収集中にアンダーサンプリングによって前記第２のデータセットが提供され、前記第１のデータセットの視野と比較して低減された視野が生じ、更に、前記第１のデータセットの収集に対するのと同じＳＥＮＳＥアンダーサンプリング方式を用いる、収集することと、
   前記残りの静的領域を含む前記編集された第１の画像の逆フーリエ変換されたものを前記第２のデータセットから差し引くことと、
   差し引かれた前記第２のデータセットにフーリエ変換を実行することと、
   前記第１の画像の前記関心領域について低減された関心領域の第２の画像を生成することであって、前記低減された関心領域は動的領域を含む、生成することと、
   を実行する、ＭＲＩシステム。
6. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法を実行する、請求項５に記載のＭＲＩシステム。
7. 磁気共鳴撮像の画像生成のためのコンピュータによるデータ処理ユニットを含む、請求項５又は６に記載のＭＲＩシステム。
8. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法を実行するための、コンピュータプログラム。

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