JP7183048B2 - 磁気共鳴イメージングシステム、磁気共鳴イメージング方法、及び磁気共鳴イメージングプログラム - Google Patents

磁気共鳴イメージングシステム、磁気共鳴イメージング方法、及び磁気共鳴イメージングプログラム Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージングシステム、磁気共鳴イメージング方法、及び磁気共鳴イメージングプログラムに関する。
磁気共鳴撮像(MRI)とは、核スピンのラーモア周波数を有するラジオ高周波(RF)パルスによって、静磁場に配置された被検体の核スピンを磁気的に励起させ、係る励起に伴って生成された磁気共鳴信号データから画像を生成する撮像スキャン法である。
MRI装置において、複数のスライスを同時に励起する撮像を実行して、複数のスライスにそれぞれ対応する複数のMR画像を生成した場合、スライス漏れアーチファクトが問題となることがある。
目的は、スライス漏れアーチファクトを低減することにある。
実施形態に係る磁気共鳴イメージングシステムは、アレイRFコイルと、処理部とを具備する。
前記処理部は、前記アレイRFコイルと動作可能に接続される。前記処理部は、複数の同時マルチスライスパラメータと画像ボリュームとによって特徴付けられた同時マルチスライス磁気共鳴撮像に相応の出力信号を前記アレイRFコイルから受信する。前記処理部は、前記画像ボリュームにおいて複数の歪み領域を推定する。前記処理部は、前記画像ボリュームにおいて組織を表す複数のボクセルを有する前記複数の歪み領域の間の重複を最小化することにより、前記複数の同時マルチスライスパラメータについての複数の最適値を取得する。前記処理部は、前記複数の同時マルチスライスパラメータについての前記複数の最適値に基づいて、同時マルチスライス撮像シーケンスを構成して実行する。前記処理部は、前記同時マルチスライス撮像シーケンスの実行に伴って収集された前記出力信号に基づいて、アーチファクトが低減された複数の同時マルチスライス画像を再構成する。
図1は、開示の側面に係る例示的なMRIシステムの概要ビューである。 図2Aは、開示の側面に係る患者についてスキャンされた複数のスライスの概要ビューである。 図2Bは、開示の側面に係る互いに対して空間的にシフトした複数のスライスの二つのスライスの概要ビューである。 図3は、開示の側面に係る同時マルチスライス磁気共鳴イメージング処理におけるアーチファクトを低減するためのアルゴリズムに関するフローチャートである。 図4は、開示の側面に係る、SMSシーケンスパラメータPsmsの最適値を取得するためのアルゴリズムに関するフローチャートである。 図5は、開示の側面に係る、スライスマスクを選択するためのアルゴリズムに関するフローチャートである。
本開示及びそれに伴う利点の多くをより完全に理解するには、付随する図面に関連して検討することにより、以下の詳細な記述を参考することで、理解が更に深まるように、容易に取得することが出来るであろう。
添付の図面に関連して以下に説明される記述は、開示される主題の様々な実施形態の記述として意図されており、必ずしも(複数の)実施形態のみを意図するものではない。特定の場合において、係る記述は、開示される主題の理解を提供する目的に対する特定の詳細を含む。しかし、これらの特定の詳細が無くても実施形態を実行することが出来ることは、当業者にとって明らかであろう。ある場合では、開示される主題の概念を曖昧にすることを避けるために、公知の複数の構造及び複数の構成要素をブロック図で表すことが出来る。
実施形態を通して、「一実施形態」又は「ある実施形態」に対する言及は、一実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、特質、操作又は演算、又は機能が、開示される主題の少なくとも一つの実施形態に含まれるということを意味する。従って、本明細書における「一実施形態において」又は「ある実施形態において」というフレーズの任意の出現も、必ずしも同じ実施形態を指すとは限らない。更に、特定の特徴、構造、特質、操作、又は機能が、一つ又は複数の実施形態において、任意の適切な方法で組み合わせることが出来る。更に、開示される主題の実施形態は、記載される実施形態の変更例や変形例を網羅することが出来るし、また実際に網羅することを意図している。
「左」「右」「上」「下」「前」「後」「側面」「高さ」「長さ」「幅」「上」「下」「内側」「外側」等の用語が本開示で使用される可能性があるが、単に参照地点を説明するだけであり、開示される主題の実施形態を任意の特定の方位又は配置へと必ずしも限定しないことを理解されたい。また更に「第1」「第2」「第3」等の言葉は、本明細書に記載されるような多くの部分、複数の構成要素の数、参照地点、操作及び/又は機能等のうちの一つを特定したに過ぎず、開示される主題の実施形態を任意の特定の配置又は方位へと必ずしも限定するものではない。
開示された主題の実施形態によると、MRIシステムは、アレイ高周波コイルと、前記アレイ高周波コイルに動作可能に接続された処理回路(処理部)と、を具備する磁気共鳴イメージングシステムを含む。前記処理回路は、同時マルチスライスパラメータ及び画像ボリュームによって特徴付けられた同時マルチスライス磁気共鳴撮像に相応の出力信号を前記アレイ高周波コイルから受信し、前記画像ボリュームにおいて歪み領域を推定し、前記画像ボリュームにおいて組織を表す複数のボクセルを有する前記複数の歪み領域の間の重複を最小化することにより、前記複数の同時マルチスライスパラメータについての複数の最適値を取得し、前記同時マルチスライスパラメータについての前記最適値に基づいて同時マルチスライス撮像シーケンスを構成して実行し、前記同時マルチスライス撮像シーケンスの実行に伴って収集された前記出力信号に基づいて、アーチファクトが低減された同時マルチスライス画像を再構成するように構成されている。
同時マルチスライス(Simultaneous multislice:SMS)撮像方法は、一つのRFパルスで複数のスライス位置を同時に励起することができ、各励起されたスライスは個別の画像(例えば、各スライス位置に対して一つの画像)として再構成することができる。複数の画像の再構成は、複数のパラレルイメージング技術(例えば、SENSE、GRAPPA)を用いる画像再構成方法によって実行される。これらの画像再構成方法は、複数のスライスにわたって固定および一定が保たれる複数のSMSシーケンスパラメータ(スライスシフト、マルチバンドファクタ、及び/又はスタックコンビネーション/スライス位置)に依存する。
スライスシフトは、SMS撮像方法により取得されたMR信号を再構成することにより生成されたMR画像において、複数のスライスに対応する複数の画像間のシフト量に対応する。マルチバンドファクタは、SMS撮像方法において、1回のRFパルスの送信において同時励起されるスライスの枚数、すなわちMR信号が同時に収集されるスライスの枚数に相当する。また、スタックコンビネーションは、SMS撮像を繰り返す繰り返しの総数に対応する。例えば、SMS撮像方法が適用される複数のスライスの総数(総スライス数)が15枚であって、マルチバンドファクタが3である場合、スタックコンビネーションは、スライス総数15をマルチバンドファクタ3で除した除算値5に対応する。これらの場合、SMS撮像は、5回繰り返される。
複数のSMS撮像技術とそれらに関連する再構成方法とは、スキャン時間を短縮し、スライス数を増やすことができるが、複数のSMS撮像技術に対する現在のアプローチは、様々な欠点や制限を有する。
SMS画像再構成方法は、k-空間(例えばGRAPPA)又は画像空間(例えば、SENSE)のどちらかにおいて複数のスライスを分離するために、複数のマルチチャンネル受信コイルについての局所化された空間感度マップを利用する。折り返し領域を有する画像データが複数のコイル感度マップと空間的に整合しない場合、すなわち歪みが大きな領域が同時に励起され、展開処理に利用されるコイル感度マップと歪み形状とが一致しない場合、正常に折り返しが展開されずに、複数の画像アーチファクトは発生することがある。このミスマッチは、画像歪みの複数の領域、例えば、前頭洞や外耳道等の空気-組織境界に発生する場合がある。これらのアーチファクトは、別のスライスへと移った一つのスライスの画像ピクセル輝度値として現れ、一般的に「スライス漏れ」アーチファクトと呼ばれる。スライス漏れアーチファクトは、高度に局所化され且つ左右非対称である、コヒーレントであってシャープなエッジとして現れる。従って、誤った病気診断へと繋がりかねないこれらのアーチファクトを見抜くことは難しい。
ここでさらに説明されるように、これらのアーチファクトの存在を制限するための方法が示される。これらの方法は、複数のスライスを通して、複数のSMSシーケンスパラメータの変化及び最適化を実行することにより、複数のアーチファクトの存在の出現を制限するものである。
次に図面を参照しながら、参照番号が数枚の図にわたって同一又は対応する部分を指し示すように、図1は、開示された主題の一つ又は複数の側面に係る磁気共鳴イメージング(MRI)システムの例示的な概要図を描いている。MRIシステム100は、ガントリ10(概要的に横断面で示されている)と、それに加えて、インターフェースで接続された様々な関連する複数のシステム構成要素とを有する。少なくともガントリ10は、通常、シールドルームに配置される。図1に描かれた一つのMRIシステムジオメトリは、静磁場B磁石12と、Gx、Gy、Gz傾斜磁場コイルセット14と、大型全身RFコイル(WBC)アセンブリ16とについて、実質的に同軸なシリンダー状の配置を有する。物理的なGx、Gy、Gz傾斜軸は、機能的な軸GRO、GPE、GSS(読出し:readout、位相エンコード:phase encode、スライス選択:slice-selection)を生成するような方法で制御されることができる。円筒の水平軸に沿った複数のエレメントコイルのアレイは、患者テーブル11によって支持された患者9の頭部を実質的に包括するように示された画像ボリューム18である。小さなRFコイル19は、画像ボリューム18において患者9の頭部により近くに合わさるようにして示されている。RFコイル19は、頭部、腕、肩、肱、手首、膝、脚、胸部、背骨等の特定の身体の部分に対して製作される、或いは形成することができる。MRIシステムコントローラ22は、MRIシーケンスコントローラ30とインターフェースで接続され、MRIシーケンスコントローラ30は、RF送信器34や送受信スイッチ36(送受信の両方に同じRFコイルが使用された場合)と同様に、Gx、Gy、Gz傾斜磁場コイルドライバ32を順に制御する。MRIシーケンスコントローラ30は、例えば、SMSパルスシーケンスを含むデータ収集シーケンスを実行するための最適なプログラムコード構造38を含む。MRIシステムコントローラ22は、複数のSMS画像におけるアーチファクトを最小化する最適化された複数のシーケンスパラメータを計算するためのプログラムコード構造を有する格納されたプログラム格納50に接続されている。MRIシステムコントローラ22は、プリンタ28、キーボード26、ディスプレイ24と、インターフェースで任意に接続されてもよい。
様々な関連する複数のシステム構成要素は、入力をデータプロセッサ(処理部)42に提供するRF受信器40を有する。データプロセッサ42は、その後ディスプレイ24へと送られる処理済画像データを作り出すよう構成されている。MRIデータプロセッサ42は、MRI画像メモリ44に格納されたパルスシーケンスの過去に収集されたデータ収集へとアクセスするようにも構成されている。
また、MRIシステムプログラム格納(メモリ)50の一般化された描写が図1に示されている。ここで、(例えば、グラフィカルユーザインターフェースを定義し、且つ当該グラフィカルユーザインターフェースへの操作者入力を受け取る等のための)格納されたプログラムコード構造は、MRIシステムの様々なデータ処理要素へとアクセスが可能な非一時的コンピュータ読み取り可能格納媒体に格納されている。当該プログラム格納50は、少なくとも一部分において、必要に応じて様々な関連する複数のシステム構成要素の異なる要素へと、セグメントされ且つ直接接続されてもよい。
図1は、ここに説明される例示的な実施形態を実行するように、いくつか変形例があるMRIシステムの簡略化された図を示している。複数のシステム構成要素は、「複数のボックス」の異なる集合(collection)へと分割されてもよく、例えば、高速アナログ/デジタル変換、フーリエ変換、そしてアレイ処理を実行するよう構成される多数のデジタル信号プロセッサ、マイクロプロセッサ、そして専用用途処理回路を有していてもよい。これらの処理回路各々は、クロック化された「状態機械(state machine)」であってもよい。ここで、複数の物理的なデータ処理回路は、各クロックサイクル(或いは所定数のクロックサイクル)の発生の下で、一つの物理的な状態から別の物理的状態へと進む。
操作経過にわたり、処理回路(例えば、複数のCPU、複数のレジスタ、複数のバッファ、複数の計算ユニット等)の物理的状態が、一つのクロックサイクルから別のクロックサイクルへと次第に変化するだけでなく、関連するデータ格納媒体(例えば、磁気格納媒体における複数のビット格納場所)の物理的状態も、その様なシステムの操作の間に、ある状況から別の状況へと変換される。例えば、SMS撮像再構成処理の終わりに、物理的格納媒体におけるコンピュータ読み取り可能アクセス可能データ値格納場所のアレイは、ある以前の状態から新たな状態へと(例えば全て均一な0の値から全て1の値へと)変換される。ここで、アレイの様な物理的な複数の場所での物理的な複数の状態は、実世界の物理的な複数のイベントと複数の状況(例えば、画像化されたボリューム空間にわたる患者の内部的な物理的構造)とを表現すための最小値と最大値との間で変化する。格納された複数のデータ値についてのその様な複数のアレイは、命令レジスタへと連続してロードされ且つ様々な関連する複数のシステム構成要素の一つ以上のCPUによって実行された場合、MRIシステムにおいて動作状態の特定のシーケンスを引き起こし且つ遷移するコンピュータ制御プログラムの特定の構造と同様に、物理的構造を表現しそしてまた構成する。
図2A及び2Bは、開示の特定の側面に係る、患者9についてスキャンされた複数のスキャンスライス{0,...,m,...,N-1}、及び互いから面内にシフトされた複数のスキャンスライス{0,...,m,...,N-1}について二つ同時に収集されたスライス{m,n}の概略的なビューである。
MRIシーケンスコントローラ30は、RF送信器34と送受信スイッチ36とを通してアレイRFコイル19へ入力信号Siを送るよう構成され、一方、MRIデータプロセッサ42は、RF受信器40及び送受信スイッチ36から出力信号Soを受け取るよう構成される。入力信号Si及び出力信号Soは、同時マルチスライス(SMS)撮像方法を通して、患者9に対してスキャンを実行することに相応する。SMS撮像方法は、図2A及び2Bに描かれている通り、複数のスキャンパラメータPsと複数のSMSシーケンスパラメータPsmsとによって特徴付けられた、複数のスタックにおいてグループ化された複数のスキャンスライス{0,...,m,...,N-1}を通して、患者9の頭部9hをスキャンすることに依存する。複数のスキャンパラメータPsは、複数のスライス数(総スライス数)N及び撮像視野FOVを含んでいてもよく、一方、複数のSMSシーケンスパラメータPsmsは、スライスシフトφ、マルチバンドファクタMB、複数のスタックコンビネーションCstackを含んでいてもよい。
MRIデータプロセッサ42は、RF受信器40からデータを受信し、MRIシステムコントローラ22を通してプログラム格納50にアクセスし、複数のSMS画像におけるアーチファクトの発現を防ぐ為に複数のSMSシーケンスパラメータPsmsの最適化を実行し、MRIシステムコントローラ22を通して、最適化された複数のSMSシーケンスパラメータPsmsをMRIシーケンスコントローラ30に伝えるよう構成されている。
MRIシーケンスコントローラ30は、SMS撮像シーケンスを、最適化された複数のSMSシーケンスパラメータPsmsを用いて実行するよう構成されている。
MRIデータプロセッサ42は、最適化された複数のSMSシーケンスパラメータPsmsを使用して収集された出力信号Soを受信し、SMS画像再構成を実行し、係るSMS画像を表示するよう構成されている。
図3は、開示の特定の側面に係る、同時マルチスライス磁気共鳴イメージング処理における、アーチファクトの発現を防ぐためのアルゴリズムに関するフローチャートである。
ステップS1000において、プリスキャンは、MRIシステムコントローラ22及び/又はMRIデータプロセッサ42において実行されたソフトウェア命令を通して実行される。係るプリスキャンは、例えば複数のオフ共鳴周波数マップ(撮像対象領域に含まれる複数のスライス各々において、オン共鳴周波数からのずれを示すマップ、言い換えると静磁場不均一性を示すマップ)dFを推定するために、低解像度での傾斜磁場がリコールされたマルチエコー撮像シーケンスを用いるデータ収集を有する。スキャン効率の為に、プリスキャンデータを収集する代わりに、複数のオフ共鳴領域のモデルが、複数の人体ボランティアの大きな一団について収集された画像データに基づいて、定義されてもよい。
SENSE等画像空間法を使用して再構成された複数のSMS画像における複数のアーチファクトの主な原因は、コイル感度マップと主要な複数のスキャン画像との空間的なミスマッチ(ずれ)である。これらの複数のミスマッチの主要な原因は、画像歪みである。特に、SMS法は、典型的には、メインデータ収集に対するエコープラナー撮像(ecoh-planar imaging:EPI)シーケンスを用いる。EPIシーケンスはEPIのフェーズエンコード方向における低バンド幅のリードアウト(読み出し)のために、大きな複数の画像歪みを生成する。複数のコイル感度マップは、一般に、傾斜磁場が呼び戻されたエコーシーケンス(gradient-recalled echo:GRE)を用いて収集される。GREシーケンスは、GREの高バンド幅のリードアウトのため、最小限の画像歪みを生成する。従って、通常、主要な複数のEPI画像と複数のコイル感度マップとの間には空間的なミスマッチが存在する。
画像歪みとこのようなコイルマップとのミスマッチは、前頭洞や外耳道における空気-組織境界のような高度に且つ不均一な磁場勾配の複数の領域において、大いに言明されている。従って、これらの領域が、複数のSMS画像における大半のアーチファクトを生成する。これらの領域は、周辺の組織に比べて著しくより高いオフ共鳴周波数dF値を示す前記複数の臨界領域Rcを構成する。ステップS2000において、アーチファクトの発現が予測される臨界領域Rc(図2B参照)は、推定される。複数の臨界領域Rcの推定は、プリスキャン及び/又はモデルから結果として生じる複数のスキャンスライス{0,...,m,...,N-1}における複数のオフ共鳴周波数マップdFの目視検査を通して操作者により手動で実行され、ディスプレイ24に表示されてもよい。代わりに、複数の臨界領域Rcは、MRIシステムコントローラ22及び/又はMRIデータプロセッサ42で実行されるソフトウェア命令を通して、自動的に計算されてもよい。複数の臨界領域Rcは、複数のオフ共鳴周波数マップdFの複数の値を所定の複数のしきい値と比較することにより、推定されてもよい。所定の複数のしきい値は、MRIデータプロセッサ42において実行されたソフトウェア命令のセットを通して、手動で設定或いは自動で計算されてもよい。
ステップS3000において、処理は、複数のSMSシーケンスパラメータPsmsの複数の最適値を取得するよう構成されている。ステップS3000は、次のパラグラフ及び図4で更に深く説明されている。
ステップS4000において、SMS撮像シーケンスは、最適化された複数のSMSシーケンスパラメータPsmsを用いて実行され、k-空間データは、複数のSMSスライス{0,...,m,...,N-1}から収集される。ステップS5000において、複数のSMS画像Im{0,...,m,...,N-1}は、複数のスキャンスライス{0,...,m,...,N-1}から再構成される。複数のSMS画像Im{0,...,m,...,N-1}の再構成は、画像空間(例えば、SENSE)、K-空間(例えば、GRAPPA)、或いはハイブリッド空間(例えば、ARC)に基づく方法のような任意の再構成法に基づいて、MRIデータプロセッサ42に実行されたソフトウェア命令を通して実行されてもよい。
加えて、複数のSMSシーケンスパラメータPsmsの複数の最適値は、MRIデータプロセッサ42及び/又はMRIシステムコントローラ22の、メモリ、ライブラリ、及び/又はデータベース(例えば、プログラム格納50及び/又はMRI画像メモリ44)に格納されてもよい。
図4は、開示の特定の側面に係る、複数のSMSシーケンスパラメータPsmsの複数の最適値を取得するためのアルゴリズムに関するフローチャートである。
ステップS3100において、複数のオフ共鳴周波数マップdF{0,...,m,...,N-1}が、複数のスキャンスライス{0,...,m,...,N-1}のスライス{m}各々についての歪みの量を示すために、複数のスキャンスライス{0,...,m,...,N-1}に対して生成される。例えば、ソフトウェア命令は、各スキャンスライス{m}の各ピクセル画像に、歪み強度(強さ、明暗度)Δfoを結びつけるために、MRIデータプロセッサ42によって実行されてもよい。画像歪みはオフ共鳴周波数に直接的に比例するので、オフ共鳴周波数マップdFの強度は、歪み強度の計測として、直接利用されてもよい。
ステップS3200において、複数の頭部マスクBM及び複数の歪み領域マスクDRMが、複数のスキャンスライス{0,...,m,...,N-1}に対して計算される。複数の頭部マスクBM及び複数の歪み領域マスクDRMは、複数のオフ共鳴周波数マップdF{0,...,m,...,N-1}に所定の複数のしきい値を適用することで、MRIデータプロセッサ42で実行されたソフトウェア命令を通して、計算されてもよい。
例えば、処理部42は、オフ共鳴周波数マップ各々に対して、オフ共鳴周波数マップ各々のスライス位置に対応する閾値を当該オフ共鳴周波数マップに適用する閾値処理を実行することで、頭部マスクBMを生成する。頭部マスクBMは、例えば、対応するスライス位置における患者9の頭部領域を1とし、非頭部領域を0とした2値化画像に対応する。なお、頭部マスクBMは、2値化画像に限定されず、多値化画像であってもよい。
複数の頭部マスクBMに対して、所定の複数のしきい値は、複数の独立したしきい値IT{0,...,m,...,N-1}を有することができる。ここで、複数の独立したしきい値IT{0,...,m,...,N-1}のうちの各独立したしきい値IT{m}は、各スキャンスライス{m}に対して独立して選択される。例えば、各独立したしきい値IT{m}は、複数のプリスキャン画像P{0,...,m,...,N-1}の各プリスキャン画像P{m}について局所最大画像輝度値に基づいてもよい。
複数の歪み領域マスクDRMに対して、所定の複数のしきい値は、複数のスキャンスライス{0,...,m,...,N-1}にわたって共通して選択された従属のしきい値DTを有することが出来る。例えば、従属しきい値DTは、複数のオフ共鳴周波数マップdF{0,...,m,...,N-1}にわたる大域的な最大歪み値に基づいてもよい。
例えば、処理部42は、オフ共鳴周波数マップ各々に対して従属しきい値DTを適用する閾値処理を実行することで、歪み領域マスクDRMを生成する。歪み領域マスクDRMは、例えば、2値化画像に対応する。なお、歪み領域マスクDRMは、2値化画像に限定されず、多値化画像であってもよい。
ステップS3300において、各スキャンスライス{M}に対して、スライスマスクIは、複数の頭部マスクBMと複数の歪み領域マスクDRMとの間で選択される。ステップS3300は、次のパラグラフ及び図5で更に深く説明されている。
ステップS3400において、複数のSMSシーケンスパラメータPsmsの値が最適化されたかどうかが判定される。
複数のSMSシーケンスパラメータPsmsの複数の値が最適化されたという判定は、MRIデータプロセッサ42で実行されたソフトウェア命令を通して、実行されてもよい。
例えば、MRIデータプロセッサ42は、複数のスキャンスライス{0,...,m,...,N-1}と複数のSMSシーケンスパラメータPsmとに亘ってコスト関数Cを計算し、且つコスト関数Cを所定のコストしきい値Coと比較するソフトウェア命令を実行するよう構成されてもよい。
例えば、コスト関数Cが所定のコストしきい値Coに比べて小さい場合、複数のSMSシーケンスパラメータPsmsの値は最適化されたと判定される。
例えば、コスト関数Cは、次のように表すことが出来る。
Figure 0007183048000001
ここでImは、ステップS3300において選択されたスキャンスライス{m}のスライスマスクであり、xは空間変数(例えば、スキャンスライス{m}に対応する画素マトリクス画像の素子)、Smはスキャンスライス{m}がシフトされる空間的単位であり、XmはスライスマスクImが正であり且つゼロでない箇所の空間的指標であり、そして
Figure 0007183048000002
は、複数のSMSシーケンスパラメータPsmsにわたる最小値に対応する。
スライスマスクImは、例えば、複数のスライスのうちひとつのオフ共鳴領域(スライスマスクが2値化画像である場合、「1」の領域)を有する。空間的指標Xmは、例えば、SMSスタックCstackに属する選択された複数のスキャンスライス(例えば複数の2値化画像)すべてにおいて「1」の画素値を有する複数の画素の位置を示している。空間的単位Smは、スライスシフトφに対応する。また、空間変数xは、空間的指標Xmに含まれる画素の位置を示す変数(座標、インデックス)に相当する。
複数のスライスマスクImの中にある(組織などの)重要なオフ共鳴領域における重複に関心があるため、コスト関数Cにおける和は、基本的には、複数のスライスマスクImにおいて、位置的に重複する複数の画素の数をカウントすることに対応する。このため、上記コスト関数Cは、より詳細には、以下のように表される。なお、コスト関数Cの表現は、以下の式に限定されない。
Figure 0007183048000003
上式右辺において、外側の和記号Σにおけるxは、すべてのスライスマスクImに亘ってスライスマスクにおける値(例えば、スライスマスクImが2値化画像である場合、画素値1)が重複する画素の位置を示すサフィックスである。
複数のSMSシーケンスパラメータPsmsの値が最適化されたと判定されると、処理はステップS4000へと進む。そうでなければ、ステップS3600へとプロセスは進む。
ステップS3600において、複数のSMSシーケンスパラメータPsmsの複数の値は、調整される(例えば、増加する、及び/又は、低下する)。複数のSMSシーケンスパラメータPsmsの複数の値の調整は、キーボード26を通してエンターされた入力データを用いて、及び/又はディスプレイ24に表示されMRIシステムコントローラ22によって実行されたグラフィカルユーザインターフェース指示を用いて、操作者により手動で実行されてもよい。及び/又は、複数のSMSシーケンスパラメータPsmsの複数の値の調整は、MRIデータプロセッサ42のメモリ、ライブラリ、及び又はデータベースに格納された所定の増加量(インクリメント)による複数のSMSシーケンスパラメータPsmsの複数の値を増やす及び/又は減らすMRIデータプロセッサ42によって実行されたソフトウェア命令を用いて自動的に実行されてもよい。
各スキャンスライス{m}と、特にスライスシフトφの値、マルチバンドファクタMB、および複数のスキャンスライス{0,...,m,...,N-1}の間のスタックコンビネーションCstackとに対する複数のSMSシーケンスパラメータPsmsの調整は、スキャンスライス{M}の複数の位置に依存する場合がある。
ある例において、複数の歪み領域に実質的に近い複数のスキャンスライス(例えば、図2Aにおいてスキャンスライス{0}及び{1}で描かれている様な、前頭洞、及び/又は外耳道)は、マルチバンドファクタMBの値が1(即ちスライス加速無し)で収集されてもよい。一方、残りの複数のスキャンは、残りの複数のスキャンスライスへの複数の歪み領域の複数のピクセル画像の漏れとアーチファクトの発現とを回避するために、マルチバンドファクタMBの値が2(即ち2倍スライス加速)で収集されてもよい。
別の例において、複数のスタックコンビネーションCstackは、複数の歪み領域に実質的に近い複数のスキャンスライスを、歪んでいない領域(例えば、図2Aにおいてスライス{N-2}及び/又は{N-1}により描かれたような、頭部9hの一番上)に実質的に近い複数のスキャンスライスとペアを組むように修正されてもよい。
処理部42は、複数のSMSシーケンスパラメータPsmsの値の最適化により、例えば、複数のスライス各々における空気-組織境界からスライスの端までの長さ(以下、空気幅と呼ぶ)を加味して、漏れアーチファクトの原因となる歪み領域に関するスライスと、歪み領域を有さないスライスとをペアを組むように、スタックコンビネーションCstackを設定する。具体的には、マルチバンドファクタが2である場合、処理部42は、スタックコンビネーションCstackに含まれる複数のスライスにおいて、図2Aにおけるスライス1(歪み領域を有するスライス)とスライス13(歪み領域を有さないスライス)とをペアを組むようにスタックコンビネーションCstackを設定する。このとき、処理部42は、歪み領域が比較的少ない領域を有する複数のスライス(スライス4乃至10)に関して、空気幅を加味して、2つのスライスが隣接しないように、スタックコンビネーションCstackに含まれる複数のスライスを設定する。
また別の例において、スライスシフトφは、スライス{m}と{n}との間の複数の歪み領域での重複を制限することで、その他のスキャンスライス{n}に対する漏れから各スキャンスライス{m}の複数の歪み領域を回避するように、調整されてもよい。
例えば、ステップS3600において、スライスシフトφのようなSMSシーケンスパラメータPsmsを変化させることで、スライスマスクImで表わされるオフ共鳴領域が他のスライスと重複する場所を変化させることができる。ステップS3400とステップS3600との処理を繰り返して、コスト関数Cの値を最小化させることで、複数のスライスマスクImの間における重複を最小化させることができる。
図5は、開示の特定の側面に係る、スライスマスクImを選択するためのアルゴリズムに関するフローチャートである。
ステップS3310において、各スキャンスライス{m}に対して、歪み領域マスクDRMに関連性があるかどうかが決定される。例えば、歪み領域マスクDRMが所定の最小エリアしきい値に比べてより大きいエリアを有する閉じた二次元空間である場合、係る歪み領域マスクDRMは、関連性があるとして判定することができる。例えば、処理部42は、歪み領域マスクDRMにおける「1」を有する閉領域が最小エリアしきい値に比べて大きい場合、当該歪み領域マスクDRMを、関連性ありとして判定する。歪み領域マスクDRMの関連性の判定は、ディスプレイ24に表示されたスキャンスライス{m}についての目視検査を用いて、及び/又は、MRIシステムコントローラ22によって実行されたグラフィカルユーザインターフェース指示を用いて、操作者により手動で実行される。及び/又は、歪み領域マスクDRMの関連性の判定は、歪み領域マスクDRMが所定の最小エリアしきい値に比べてより大きいエリアを伴う閉じた二次元空間であるということを検証するMRIデータプロセッサ42によって実行されたソフトウェア命令を通して、自動的に実行することができる。例えば、所定の最小エリアしきい値は、人体ボランティアの一団からオフ共鳴周波数マップdFのセットの解析に基づいて、決定されてもよい。
歪み領域マスクDRMに関連性あると判定された場合、処理はステップS3320へと進む。そうでなければ、ステップS3340へと処理は進む。
ステップS3320において、同じSMSスタックCstackにおけるスキャンスライス{m}及びその他のスキャンスライス{n}に対する複数の歪み平均は、MRIデータプロセッサ42で実行されたソフトウェア命令を通して、計算される。例えば、スキャンスライス{m}に対する歪み平均は、スキャンスライス{m}にわたるオフ共鳴周波数マップdF{m}の平均に対応する。
ステップS3330において、スキャンスライス{m}の歪み領域マスクDRMがSMSスタックCstackにおけるその他のスキャンスライス{n}に関して関連性があるかどうかが決定される。例えば、スキャンスライス{m}の歪み平均が、その他のスキャンスライス{n}の歪み平均に比べてより大きい場合、スキャンスライス{m}の歪み領域マスクDRMは、そのほかのスキャンスライス{n}に関して関連性があるとして判定することができる。
スキャンスライス{m}の歪み領域マスクDRMがその他のスキャンスライス{n}に関して関連性ありということが判定された場合に、処理はステップS3350へと進む。そうでなければ、ステップS3340へと処理は進む。
ステップS3340において、頭部マスクBMは、コスト関数Cに用いられるスライスマスクImとして選択される。
ステップS3350において、歪み領域マスクDRMは、コスト関数Cに用いられるスライスマスクImとして選択される。
MRIシステム100は、様々な複数の有利な点を有する。例えば、MRIシステム100、より詳細には図3~5において説明された処理は、より正確な複数のSMS画像を提供するために複数のアーチファクトを低減することができ、且つより正確な診断が可能となる。
加えて、アーチファクトを低減するために図3~5に説明された処理は、複数のSMS画像を再構成する方法から独立して、従来的な再構成方法(例えば、SENSE、GRAPPA、及び/又はARC)と合わせて用いられてもよい。
最後に、アーチファクトを低減するために図3~5に説明された処理は、複数のSMSシーケンスパラメータPsmsに対する複数の最適値を提供する。係る最適値は、格納され、当該スキャンされた患者(例えば、年齢、体重、頭部ボリューム及び/又は頭部ジオメトリ)と同様な形態を有するその他の患者で、事後的に使用されてもよい。
以上説明した実施形態等によれば、スライス漏れアーチファクトを低減することができる。
本実施形態におけるMRIシステム100によれば、複数の同時マルチスライスパラメータと画像ボリュームとによって特徴付けられた同時マルチスライス磁気共鳴撮像に相応の出力信号をアレイRFコイルから受信し、プリスキャンデータに基づいて画像ボリュームにおける複数の歪み領域を推定し、画像ボリュームにおいて組織を表す複数のボクセルを有する複数の歪み領域の間の重複を最小化することにより、前記複数の同時マルチスライスパラメータについての複数の最適値を取得し、複数の同時マルチスライスパラメータについての複数の最適値に基づいて、同時マルチスライス撮像シーケンスを構成して実行し、同時マルチスライス撮像シーケンスの実行に伴って収集された前記出力信号に基づいて、アーチファクトが低減された複数の同時マルチスライス画像を再構成することができる。
具体的には、本MRIシステム100によれば、プリスキャンデータに基づいて複数のオフ共鳴周波数マップを計算し、オフ共鳴周波数マップに基づいて複数の脳マスクと複数の歪み領域マスクとを有する複数のマスクを計算し、複数のマスクからアーチファクトの低減に相応のスライスマスクを選択し、スライスマスクに依存し、かつ重複に関するコスト関数を最小化することにより、前記同時マルチスライスパラメータの最適値を取得することができる。
これらのことから、本MRIシステム100によれば、同一のSMSスタックにおいて、他のスライスのあらゆる組織に含まれる複数の画素と一つのスライスのオフ共鳴領域との重複を最小化するSMSシーケンスパラメータPsmsの最適化により、複数のオフ共鳴領域からのスライス漏れアーチファクトを最小化することができる。例えば、SMSスタックにおいて他のスライスにおける背景の複数の空気ボクセルの領域に、オフ共鳴領域(スライスマスクIm)を落とし込むことにより、スライス漏れアーチファクトが現れないMR画像を生成することができる。すなわち、本MRIシステム100によれば、前頭洞や外耳道等による歪みが大きな領域が同時に励起されるスライスに重ならないように、SMSにおける複数のスタックごとに、複数のオフ共鳴周波数マップdFを用いて、SMS撮像シーケンスの実行による高速化率は最大化しつつ、かつスライス漏れアーチファクトが発生しないように、SMSシーケンスパラメータPsms(スライスシフトφ、マルチバンドファクタMB、複数のスタックコンビネーションCstackなど)を決定することができる。これにより、本MRIシステム100によれば、SMS撮像を実行した場合において、スライス漏れアーチファクトを低減させることができる。
本実施形態の応用例として、本MRIシステム100の技術的思想は、処理部42により実行される各種処理に関するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。例えば、磁気共鳴イメージングプログラムは、コンピュータに、複数の同時マルチスライスパラメータと画像ボリュームとによって特徴付けられた同時マルチスライス磁気共鳴撮像に相応の出力信号をアレイRFコイルから受信し、画像ボリュームにおける複数の歪み領域を推定し、画像ボリュームにおいて組織を表す複数のボクセルを有する複数の歪み領域の間のとの重複を最小化することにより、複数の同時マルチスライスパラメータについての複数の最適値を取得し、複数の同時マルチスライスパラメータについての複数の最適値に基づいて、同時マルチスライス撮像シーケンスを構成して実行し、同時マルチスライス撮像シーケンスの実行に伴って収集された出力信号に基づいて、アーチファクトが低減された複数の同時マルチスライス画像を再構成すること、を実現させる。コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリなどの各種可搬型記憶媒体に格納して頒布することも可能である。
ここまで説明された主題の実施形態を説明してきたが、上記は単なる例示であって限定するものではなく、また単なる例示として提示されたものであることは、当業者には明らかである。従って、ここでは特定の構成について論じたが、その他の構成が使用されてもよい。多くの修正及びその他の実施形態(例えば、組み合わせ、再編成等)は、本開示によって可能となり、また当業者の技術の範囲内となり、開示された主題及びそれと等価なものの範囲内に入るものとして意図される。開示された実施形態の特徴は、追加の実施形態を生み出すために、本発明の範囲内で組み合わせ、再編成、省略等をすることができる。また更に、特定の特徴は、その他の特徴の対応する使用無しで有利に使用する場合がある。従って、出願人は、開示された主題の趣旨及び範囲内にあるその様な全ての代替例、変形例、均等物及び変形を包含することを意図している。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
9…患者
9h…頭部
10…ガントリ
11…患者テーブル
12…静磁場磁石
14…傾斜磁場コイルセット
16…全身RFコイル
18…画像ボリューム
19…アレイRFコイル
22…MRIシステムコントローラ
24…ディスプレイ
26…キーボード
28…プリンタ
30…MRIシーケンスコントローラ
32…傾斜磁場コイルドライバ
34…RF送信器
36…送受信スイッチ
38…プログラムコード構造
40…RF受信器
42…MRIデータプロセッサ
42…データプロセッサ(処理部)
44…MRI画像メモリ
50…MRIシステムプログラム格納部
100…MRIシステム

Claims (20)

  1. アレイRFコイルと、
    前記アレイRFコイルと動作可能に接続された処理部と、
    を具備し、
    前記処理部は、
    複数の同時マルチスライスパラメータと画像ボリュームとによって特徴付けられた同時マルチスライス磁気共鳴撮像に相応の出力信号を前記アレイRFコイルから受信し、
    前記画像ボリュームにおいて複数の歪み領域を推定し、
    前記画像ボリュームにおいて組織を表す複数のボクセルを有する前記複数の歪み領域の間の重複を最小化することにより、前記複数の同時マルチスライスパラメータについての複数の最適値を取得し、
    前記複数の同時マルチスライスパラメータについての前記複数の最適値に基づいて、同時マルチスライス撮像シーケンスを構成して実行し、
    前記同時マルチスライス撮像シーケンスの実行に伴って収集された前記出力信号に基づいて、アーチファクトが低減された複数の同時マルチスライス画像を再構成する、
    磁気共鳴イメージングシステム。
  2. 前記処理部によって最適化された前記同時マルチスライスパラメータは、複数のスライスシフトと、複数のマルチバンドファクタと、複数のスタックコンビネーションとのうちの少なくとも一つを有する、
    請求項1に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
  3. 前記処理部は、プリスキャンデータに基づいて前記歪み領域を推定する、
    請求項1または2に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
  4. 前記処理部は、
    前記プリスキャンデータに基づいて複数のオフ共鳴周波数マップを計算し、
    前記オフ共鳴周波数マップに基づいて複数のマスクを計算し、
    前記複数のマスクから、前記アーチファクトの低減に相応のスライスマスクを選択する、
    請求項3に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
  5. 前記処理部によって計算された前記複数のマスクは、複数の脳マスクと複数の歪み領域マスクとを有する、
    請求項4に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
  6. 前記処理部は、前記スライスマスクに依存し、かつ前記重複に関するコスト関数を最小化することにより、前記同時マルチスライスパラメータの前記最適値を取得する、
    請求項4または5に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
  7. 前記処理部によって取得された前記同時マルチスライスパラメータの前記最適値は、メモリに格納される、
    請求項1乃至6のうちいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
  8. 複数の同時マルチスライスパラメータと画像ボリュームとによって特徴付けられた同時マルチスライス磁気共鳴撮像に相応の出力信号をアレイRFコイルから受信し、
    前記画像ボリュームにおいて複数の歪み領域を推定し、
    前記画像ボリュームにおいて組織を表す複数のボクセルを有する前記複数の歪み領域の間の重複を最小化することにより、前記複数の同時マルチスライスパラメータについての複数の最適値を取得し、
    前記複数の同時マルチスライスパラメータについての前記複数の最適値に基づいて同時マルチスライス撮像シーケンスを構成して実行し、
    前記同時マルチスライス撮像シーケンスの実行に伴って収集された前記出力信号に基づいて、アーチファクトが低減された複数の同時マルチスライス画像を再構成すること、
    を具備する磁気共鳴イメージング方法。
  9. 前記同時マルチスライスパラメータは、複数のスライスシフトと、複数のマルチバンドファクタと、複数のスタックコンビネーションとのうちの少なくとも一つを有する、
    請求項8に記載の磁気共鳴イメージング方法。
  10. 前記複数の歪み領域を推定することは、プリスキャンデータに基づいて、前記画像ボリュームにおける前記歪み領域を推定する、
    請求項8または9に記載の磁気共鳴イメージング方法。
  11. 前記プリスキャンデータに基づいて複数のオフ共鳴周波数マップを計算し、
    前記オフ共鳴周波数マップに基づいて複数のマスクを計算し、
    前記複数のマスクから、前記アーチファクトの低減に相応のスライスマスクを選択すること、をさらに具備する、
    請求項10に記載の磁気共鳴イメージング方法。
  12. 前記複数のマスクは、複数の脳マスクと複数の歪み領域マスクとを有する、
    請求項11に記載の磁気共鳴イメージング方法。
  13. 前記同時マルチスライスパラメータについての前記複数の最適値を取得することは、前記スライスマスクに依存しかつ前記重複に関するコスト関数を最小化することにより取得される、
    請求項11または12に記載の磁気共鳴イメージング方法。
  14. 前記同時マルチスライスパラメータの前記最適値をメモリに格納すること、
    をさらに具備する請求項8乃至13のうちいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング方法。
  15. コンピュータに、
    複数の同時マルチスライスパラメータと画像ボリュームとによって特徴付けられた同時マルチスライス磁気共鳴撮像に相応の出力信号をアレイRFコイルから受信し、
    前記画像ボリュームにおける複数の歪み領域を推定し、
    前記画像ボリュームにおいて組織を表す複数のボクセルを有する前記複数の歪み領域の間のとの重複を最小化することにより、前記複数の同時マルチスライスパラメータについての複数の最適値を取得し、
    前記複数の同時マルチスライスパラメータについての前記複数の最適値に基づいて、同時マルチスライス撮像シーケンスを構成して実行し、
    前記同時マルチスライス撮像シーケンスの実行に伴って収集された前記出力信号に基づいて、アーチファクトが低減された複数の同時マルチスライス画像を再構成すること、
    を実現させる磁気共鳴イメージングプログラム。
  16. 前記同時マルチスライスパラメータは、複数のスライスシフトと、複数のマルチバンドファクタと、複数のスタックコンビネーションとのうちの少なくとも一つを有する、
    請求項15に記載の磁気共鳴イメージングプログラム。
  17. 前記歪み領域を推定することは、プリスキャンデータに基づいて、前記画像ボリュームにおける前記歪み領域を推定する、
    請求項15または16に記載の磁気共鳴イメージングプログラム。
  18. 前記プリスキャンデータに基づいて複数のオフ共鳴周波数マップを計算し、
    前記オフ共鳴周波数マップに基づいて複数のマスクを計算し、
    前記複数のマスクから、前記アーチファクトの低減に相応のスライスマスクを選択すること、
    をさらに実現させる請求項17に記載の磁気共鳴イメージングプログラム。
  19. 前記複数のマスクは、複数の脳マスクと複数の歪み領域マスクとを有する、
    請求項18に記載の磁気共鳴イメージングプログラム。
  20. 前記同時マルチスライスパラメータについての前記複数の最適値を取得することは、前記スライスマスクに依存しかつ前記重複に関するコスト関数を最小化することにより取得される、
    請求項18または19に記載の磁気共鳴イメージングプログラム。
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