JP7221681B2 - 画像再構成方法、再構成装置、及び磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、画像再構成方法、再構成装置、及び磁気共鳴イメージング装置に関する。

近年、磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）において、多様な高速撮像技術が検討されている。例えば、圧縮センシング（Compressed Sensing：ＣＳ）をＭＲＩに適用した技術（以下、「ＣＳ－ＭＲＩ」と表記）が知られている。このため、ＣＳ－ＭＲＩでは、サンプリングを間引きながらも画像生成できることから、撮像の高速化を実現することができる。ＣＳ－ＭＲＩによる再構成画像の精度は、ｋ空間データの収集におけるランダム性に依存することが知られている。

Michael Lustig他著，「Sparse MRI：The Application of Compressed Sensing for Rapid MR Imaging」，磁気共鳴医学会（Magnetic Resonance in Medicine），6版，58巻，2007年，p.1182-1195

本発明が解決しようとする課題は、高速撮像法における再構成画像の画質を向上させることができる画像再構成方法、再構成装置、及び磁気共鳴イメージング装置を提供することである。

実施形態に係る画像再構成方法は、複数のエレメントを有するＲＦコイルを用いて、前記複数のエレメントのそれぞれにおいて互いに異なる収集時刻のＭＲ信号データを収集する。また、画像再構成方法は、各エレメントで収集された各ＭＲ信号データをｋ空間データに統合して画像データを再構成する。

図１は、第１の実施形態に係るＭＲＩ装置の全体的な構成例を示す図である。 図２は、実施形態に係る受信コイル装置及び受信回路の全体的な構成例を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係るＭＲＩ装置による処理手順を示すフローチャートである。 図４Ａは、第１の実施形態に係る処理機能の処理を対比例とともに説明するための図である。 図４Ｂは、第１の実施形態に係る処理機能の処理を対比例とともに説明するための図である。 図５は、第１の実施形態に係る収集機能の処理を説明するための図である。 図６は、第１の実施形態に係る収集機能の処理を説明するための図である。 図７は、第１の実施形態に係る収集機能の処理を説明するための図である。 図８は、第１の実施形態に係る再構成機能の処理を説明するための図である。 図９は、第１の実施形態の変形例１に係る収集機能の処理を説明するための図である。 図１０は、第１の実施形態の変形例２に係る収集機能の処理を説明するための図である。 図１１は、第１の実施形態の変形例３に係る収集機能の処理を説明するための図である。

以下、図面を参照して、実施形態に係る画像再構成方法、再構成装置、及び磁気共鳴イメージング装置を説明する。なお、実施形態は、以下の実施形態に限られるものではない。また、一つの実施形態に記載した内容は、原則として他の実施形態にも同様に適用可能である。

（実施形態）
図１は、実施形態に係るＭＲＩ装置の全体的な構成例を示す図である。例えば、図１に示すように、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００は、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２、傾斜磁場電源３、ＷＢ（Whole Body）コイル４、受信コイル装置５、寝台６、送信回路７、受信回路８、架台９、インタフェース１０、ディスプレイ１１、記憶回路１２、処理回路１３，１４，１５，１６、及び発振器１７を備える。なお、ＭＲＩ装置１００に被検体Ｓ（例えば、人体）は含まれない。

静磁場磁石１は、被検体Ｓが配置される撮像空間に静磁場を発生させる。具体的には、静磁場磁石１は、中空の略円筒状（中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む）に形成されており、内周側に配置された撮像空間に静磁場を発生させる。例えば、静磁場磁石１は、略円筒状に形成された冷却容器と、当該冷却容器内に充填された冷却材（例えば、液体ヘリウム等）に浸漬された超伝導磁石等の磁石とを有する。なお、静磁場磁石１は、例えば、永久磁石を用いて静磁場を発生させるものであってもよい。

傾斜磁場コイル２は、被検体Ｓが配置される撮像空間に傾斜磁場を発生させる。具体的には、傾斜磁場コイル２は、中空の略円筒状（中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む）に形成されており、径方向に積層された略円筒状の複数の傾斜磁場コイルを有する。ここで、複数の傾斜磁場コイルは、傾斜磁場電源３から供給される電流に基づいて、内周側に配置された撮像空間に、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の各軸方向に沿った傾斜磁場を発生させる。

より具体的には、傾斜磁場コイル２は、Ｘ軸方向に沿った傾斜磁場コイルを発生させるＸコイルと、Ｙ軸方向に沿った傾斜磁場コイルを発生させるＹコイルと、Ｚ軸方向に沿った傾斜磁場コイルを発生させるＺコイルとを有する。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、ＭＲＩ装置１００に固有の装置座標系を構成する。例えば、Ｘ軸は、傾斜磁場コイル２の中心軸に直交する水平方向に設定され、Ｙ軸は、傾斜磁場コイル２の中心軸に直交する鉛直方向に設定される。また、Ｚ軸は、傾斜磁場コイル２の中心軸に沿って設定される。

傾斜磁場電源３は、傾斜磁場コイル２が有するＸコイル、Ｙコイル、及びＺコイルそれぞれに個別に電流を供給することで、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の各軸方向に沿った傾斜磁場を撮像空間に発生させる。具体的には、傾斜磁場電源３は、Ｘコイル、Ｙコイル、及びＺコイルそれぞれに適宜に電流を供給することによって、互いに直交するリードアウト方向、位相エンコード方向、及びスライス方向それぞれに沿った傾斜磁場を発生させる。ここで、リードアウト方向に沿った軸、位相エンコード方向に沿った軸、及びスライス方向に沿った軸は、撮像の対象となるスライス領域又はボリューム領域を規定するための論理座標系を構成する。

なお、以下では一例として、論理座標系を構成するリードアウト方向に沿った軸、位相エンコード方向に沿った軸、及びスライス方向に沿った軸が、装置座標系を構成するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸にそれぞれ対応する場合を説明する。しかしながら、論理座標系と装置座標系との対応関係は、これに限定されるものではなく、任意に変更可能である。

そして、リードアウト方向、位相エンコード方向、及びスライス方向それぞれに沿った傾斜磁場は、静磁場磁石１によって発生する静磁場に重畳されることによって、被検体Ｓから発生した磁気共鳴（Magnetic Resonance：ＭＲ）信号に空間的な位置情報を付与する。具体的には、リードアウト方向の傾斜磁場Ｇｒｏは、リードアウト方向の位置に応じてＭＲ信号の周波数を変化させることで、リードアウト方向に沿った位置情報をＭＲ信号に付与する。また、位相エンコード方向の傾斜磁場Ｇｐｅは、位相エンコード方向に沿ってＭＲ信号の位相を変化させることで、位相エンコード方向に沿った位置情報をＭＲ信号に付与する。また、スライス方向の傾斜磁場Ｇｓｓは、スライス方向に沿った位置情報をＭＲ信号に付与する。例えば、スライス方向の傾斜磁場Ｇｓｓは、撮像領域がスライス領域の場合には、スライス領域の方向、厚さ、枚数を決めるために用いられ、撮像領域がボリューム領域である場合には、スライス方向の位置に応じてＭＲ信号の位相を変化させるために用いられる。

ＷＢコイル４は、傾斜磁場コイル２の内側に配置されており、被検体Ｓが配置される撮像空間にＲＦ（Radio Frequency）磁場を印加する送信コイルの機能と、当該ＲＦ磁場の影響によって被検体Ｓから発生するＭＲ信号を受信する受信コイルの機能とを有するＲＦコイルである。具体的には、ＷＢコイル４は、中空の略円筒状（円筒の中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む）に形成されており、送信回路７から供給される高周波パルス信号に基づいて、円筒内に配置された撮像空間にＲＦ磁場を印加する。また、ＷＢコイル４は、ＲＦ磁場の影響によって被検体Ｓから発生するＭＲ信号を受信し、受信したＭＲ信号を受信回路８へ出力する。

受信コイル装置５は、被検体Ｓから発生したＭＲ信号を受信するＲＦコイルである。例えば、受信コイル装置５は、被検体Ｓの部位ごとに用意され、被検体Ｓの撮像が行われる際に、撮像対象の部位の近傍に配置される。そして、受信コイル装置５は、ＷＢコイル４によって印加されるＲＦ磁場の影響によって被検体Ｓから発生したＭＲ信号を受信し、受信したＭＲ信号を受信回路８へ出力する。なお、受信コイル装置５は、被検体ＳにＲＦ磁場を印加する送信コイルの機能をさらに有していてもよい。その場合には、受信コイル装置５は、送信回路７に接続され、送信回路７から供給されるＲＦパルス信号に基づいて、被検体ＳにＲＦ磁場を印加する。

寝台６は、被検体Ｓが載置される天板６ａを備え、被検体Ｓの撮像が行われる際に、被検体Ｓが載置された天板６ａを撮像空間に移動する。例えば、寝台６は、天板６ａの長手方向が静磁場磁石１の中心軸と平行になるように設置されている。

送信回路７は、静磁場中に置かれた対象原子核に固有の共鳴周波数（ラーモア周波数）に対応するＲＦパルス信号をＷＢコイル４に出力する。具体的には、送信回路７は、パルス発生器、ＲＦ発生器、変調器、及び増幅器を有する。パルス発生器は、ＲＦパルス信号の波形を生成する。ＲＦ発生器は、共鳴周波数のＲＦ信号を発生する。変調器は、ＲＦ発生器によって発生したＲＦ信号の振幅をパルス発生器によって発生した波形で変調することで、ＲＦパルス信号を生成する。増幅器は、変調器によって発生したＲＦパルス信号を増幅してＷＢコイル４に出力する。

受信回路８は、ＷＢコイル４又は受信コイル装置５によって受信されたＭＲ信号に基づいてＭＲ信号データを生成する。そして、受信回路８は、生成したＭＲ信号データを処理回路１４に出力する。

ここで、図２を用いて、実施形態に係る受信コイル装置５及び受信回路８の構成例を説明する。図２は、実施形態に係る受信コイル装置５及び受信回路８の全体的な構成例を示す図である。

図２に示すように、例えば、受信コイル装置５は、エレメント５０ａ，５０ｂ，５０ｃ、及びプリアンプ５１ａ，５１ｂ，５１ｃを有する。また、受信回路８は、検波器８０ａ，８０ｂ，８０ｃ、及びＡＤＣ（Analog to Digital Converter）８１ａ，８１ｂ，８１ｃを有する。なお、以下では、エレメント５０ａ，５０ｂ，５０ｃを区別無く総称する場合に「エレメント５０」と記載する。また、プリアンプ５１ａ，５１ｂ，５１ｃを区別無く総称する場合に「プリアンプ５１」と記載する。また、検波器８０ａ，８０ｂ，８０ｃを区別無く総称する場合に「検波器８０」と記載する。また、ＡＤＣ８１ａ，８１ｂ，８１ｃを区別無く総称する場合に「ＡＤＣ８１」と記載する。また、エレメント５０は、「コイルエレメント」とも表記される。

エレメント５０は、ＷＢコイル４によって印加されるＲＦ磁場の影響によって被検体Ｓから発生したＭＲ信号を受信する。プリアンプ５１は、エレメント５０によって受信されたＭＲ信号を増幅する。検波器８０は、プリアンプ５１によって増幅されたＭＲ信号から共鳴周波数の成分を差し引いたアナログ信号を検波する。ＡＤＣ８１は、発振器１７から供給されるクロック信号を用いて、検波器８０によって検波されたアナログ信号をデジタル信号に変換することでＭＲ信号データを生成する。なお、図２において発振器１７は複数のＡＤＣ８１、および検波器８０に対して１つ設けられているが、複数の発振器１７をＡＤＣ１７ごとに設けてもよい。生成されたＭＲ信号データは、処理回路１４へ出力される。

なお、図２にて説明した構成はあくまで一例であり、図示の構成に限定されるものではない。例えば、受信コイル装置５が有するエレメント５０の数は、任意に変更可能である。つまり、受信コイル装置５は、複数のエレメントを有していれば良い。また、プリアンプ５１が受信回路８に備えられていても良いし、検波器８０及びＡＤＣ８１が受信コイル装置５に備えられていても良い。

図１の説明に戻る。架台９は、略円筒状（中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む）に形成された中空のボア９ａを有し、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２、及びＷＢコイル４を支持している。具体的には、架台９は、静磁場磁石１の内周側に傾斜磁場コイル２を配置し、傾斜磁場コイル２の内周側にＷＢコイル４を配置し、ＷＢコイル４の内周側にボア９ａを配置した状態で、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２、及びＷＢコイル４それぞれを支持している。ここで、架台９が有するボア９ａ内の空間が、被検体Ｓの撮像が行われる際に被検体Ｓが配置される撮像空間となる。

なお、ここでは、ＭＲＩ装置１００が、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２及びＷＢコイル４それぞれが略円筒状に形成された、いわゆるトンネル型の構成を有する場合の例を説明するが、実施形態はこれに限られない。例えば、ＭＲＩ装置１００は、被検体Ｓが配置される撮像空間を挟んで対向するように一対の静磁場磁石、一対の傾斜磁場コイルユニット及び一対のＲＦコイルを配置した、いわゆるオープン型の構成を有していてもよい。この場合には、一対の静磁場磁石、一対の傾斜磁場コイルユニット及び一対のＲＦコイルによって挟まれた空間が、トンネル型の構成におけるボアに相当する。

インタフェース１０は、操作者から各種指示及び各種情報の入力操作を受け付ける。具体的には、インタフェース１０は、処理回路１６に接続されており、操作者から受け取った入力操作を電気信号へ変換して処理回路１６に出力する。例えば、インタフェース１０は、撮像条件や関心領域（Region Of Interest：ＲＯＩ）の設定等を行うためのトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。なお、本明細書において、インタフェース１０は、マウス、キーボード等の物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路もインタフェース１０の例に含まれる。

ディスプレイ１１は、各種情報及び各種画像を表示する。具体的には、ディスプレイ１１は、処理回路１６に接続されており、処理回路１６から送られる各種情報及び各種画像データを表示用の電気信号に変換して出力する。例えば、ディスプレイ１１は、液晶モニタやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）モニタ、タッチパネル等によって実現される。

記憶回路１２は、各種データを記憶する。具体的には、記憶回路１２は、ＭＲ信号データや画像データを記憶する。例えば、記憶回路１２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子やハードディスク、光ディスク等によって実現される。

処理回路１３は、寝台制御機能１３ａを有する。寝台制御機能１３ａは、制御用の電気信号を寝台６へ出力することで、寝台６の動作を制御する。例えば、寝台制御機能１３ａは、インタフェース１０を介して、天板６ａを長手方向、上下方向又は左右方向へ移動させる指示を操作者から受け付け、受け付けた指示に従って天板６ａを移動するように、寝台６が有する天板６ａの移動機構を動作させる。

処理回路１４は、収集機能１４ａを有する。収集機能１４ａは、各種のパルスシーケンスを実行することで、被検体ＳのＭＲ信号データを収集する。具体的には、収集機能１４ａは、処理回路１６から出力されるシーケンス実行データに従って、傾斜磁場電源３、送信回路７及び受信回路８を駆動することで、パルスシーケンスを実行する。ここで、シーケンス実行データは、パルスシーケンスを表すデータであり、傾斜磁場電源３が傾斜磁場コイル２に電流を供給するタイミング及び供給する電流の強さ、送信回路７がＷＢコイル４に供給するＲＦパルス信号の強さや供給タイミング、受信回路８がＭＲ信号を検出する検出タイミング等を規定した情報である。そして、収集機能１４ａは、パルスシーケンスを実行した結果として、受信回路８からＭＲ信号データを受信し、受信したＭＲ信号データを記憶回路１２に記憶させる。ここで、収集機能１４ａによって受信されたＭＲ信号データの集合は、前述したリードアウト傾斜磁場、位相エンコード傾斜磁場、及びスライス傾斜磁場によって付与された位置情報に応じて２次元又は３次元に配列されることで、ｋ空間を構成するデータとして記憶回路１２に記憶される。

処理回路１５は、再構成機能１５ａを有する。再構成機能１５ａは、記憶回路１２に記憶されたＭＲ信号データに基づいて画像データを生成する。具体的には、再構成機能１５ａは、収集機能１４ａによって記憶回路１２に記憶されたＭＲ信号データを読み出し、読み出したＭＲ信号データに後処理、すなわち、フーリエ変換等の再構成処理を施すことで画像データを生成する。また、再構成機能１５ａは、生成した画像データを記憶回路１２に記憶させる。

処理回路１６は、主制御機能１６ａを有する。主制御機能１６ａは、ＭＲＩ装置１００が有する各構成要素を制御することで、ＭＲＩ装置１００の全体制御を行う。具体的には、主制御機能１６ａは、操作者から各種指示及び各種情報の入力操作を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）をディスプレイ１１に表示する。そして、主制御機能１６ａは、インタフェース１０を介して受け付けられた入力操作に応じて、ＭＲＩ装置１００が有する各構成要素を制御する。例えば、主制御機能１６ａは、インタフェース１０を介して操作者から撮像条件の入力を受け付ける。そして、主制御機能１６ａは、受け付けた撮像条件に基づいてシーケンス実行データを生成し、当該シーケンス実行データを処理回路１４に送信することで、各種のパルスシーケンスを実行する。また、例えば、主制御機能１６ａは、操作者からの要求に応じて、記憶回路１２から画像データを読み出してディスプレイ１１に出力する。

ここで、上述した処理回路１３，１４，１５，１６は、例えば、プロセッサによって実現される。この場合に、各処理回路が有する処理機能は、例えば、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路１２に記憶される。各処理回路は、記憶回路１２から各プログラムを読み出して実行することで、各プログラムに対応する機能を実現する。ここで、各処理回路は、複数のプロセッサによって構成され、各プロセッサがプログラムを実行することによって各処理機能を実現するものとしてもよい。また、各処理回路が有する処理機能は、単一又は複数の処理回路に適宜に分散又は統合されて実現されてもよい。また、ここでは、単一の記憶回路１２が各処理機能に対応するプログラムを記憶するものとして説明したが、複数の記憶回路を分散して配置して、処理回路が個別の記憶回路から対応するプログラムを読み出す構成としても構わない。

発振器１７は、所定の周波数で振幅変化を繰り返すクロック信号を生成し、生成したクロック信号をＭＲＩ装置１００内の各部に供給する。例えば、発振器１７は、水晶振動子を用いて構成される。

本実施形態に係るＭＲＩ装置１００は、ＣＳ－ＭＲＩを実行可能な装置である。ＣＳ－ＭＲＩを実行する場合、ＭＲＩ装置１００は、ｋ空間上の個々のデータ（ＭＲ信号データ）を、例えば、ウェーブレット変換によりスパース空間（ウェーブレット空間）のデータに変換し、このスパース空間上で画像を推定（再構成）する。

ここで、ＣＳ－ＭＲＩによる再構成画像の画質は、ｋ空間上のＭＲ信号データのランダム性を上げることにより向上することが報告されている（非特許文献１）。例えば、ランダムな間引きサンプリングを行う場合に、スライス間で異なる間引き方とすることで、再構成画像の画質が向上することが報告されている。

そこで、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００は、圧縮センシングによる再構成画像の画質を向上させるために、以下の処理を実行する。

図３を用いて、実施形態に係るＭＲＩ装置１００による処理手順を説明する。図３は、実施形態に係るＭＲＩ装置１００による処理手順を示すフローチャートである。図３に示す処理手順は、例えば、操作者により入力された撮像開始要求を契機として開始される。

なお、図３では、図４Ａ、図４Ｂ、図５、図６、図７、及び図８を参照しつつ説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、第１の実施形態に係る処理機能の処理を対比比例とともに説明するための図である。図５、図６、及び図７は、実施形態に係る収集機能１４ａの処理を説明するための図である。図８は、実施形態に係る再構成機能１５ａの処理を説明するための図である。

ステップＳ１０１において、主制御機能１６ａは、撮像条件を設定する。例えば、主制御機能１６ａは、インタフェース１０を介して操作者から撮像条件の入力を受け付ける。そして、主制御機能１６ａは、受け付けた撮像条件に基づいてシーケンス実行データを生成し、生成したシーケンス実行データを収集機能１４ａに送信する。

ステップＳ１０２において、収集機能１４ａは、準備スキャンを実行する。例えば、収集機能１４ａは、主制御機能１６ａから出力されるシーケンス実行データに従って、傾斜磁場電源３、送信回路７及び受信回路８を駆動することで、準備スキャンを実行する。準備スキャンには、例えば、位置決め用の画像を収集するスキャンや、静磁場の不均一性を補正するシミングスキャン、感度分布情報を収集するスキャンなどが含まれる。感度分布情報は、「感度マップ」とも呼ばれる。

例えば、収集機能１４ａは、各エレメント５０の感度分布情報を収集する。具体例を挙げると、収集機能１４ａは、ＷＢコイル４及び各エレメント５０のそれぞれについて個別のスキャンを行う。そして、収集機能１４ａは、ＷＢコイル４によりスキャンされた情報（又は画像データ）と、各エレメント５０によりスキャンされた情報（又は画像データ）とを比較することによって、各エレメント５０の感度分布情報を生成する。これにより、収集機能１４ａは、エレメント５０ａ，５０ｂ，５０ｃそれぞれの感度分布情報を収集する。

ステップＳ１０３において、収集機能１４ａは、本スキャンを実行する。例えば、収集機能１４ａは、主制御機能１６ａから出力されるシーケンス実行データに従って、傾斜磁場電源３、送信回路７及び受信回路８を駆動することで、本スキャンを実行する。

図４Ａ、図４Ｂ、図５、及び図６を用いて、収集機能１４ａにより実行される本スキャンのパルスシーケンスについて説明する。まず、本実施形態に係る収集機能１４ａにより実行されるパルスシーケンスとの対比例を図４Ａ及び図４Ｂに示す。図４Ａは、一般的なグラジエントエコー系のパルスシーケンスを示しており、上から順に、ＲＦパルスおよびエコー信号、スライス方向の傾斜磁場Ｇｓｓ、リードアウト方向の傾斜磁場Ｇｒｏ、及び位相エンコード方向の傾斜磁場Ｇｐｅを示している。一般的には、リードアウト方向の傾斜磁場Ｇｒｏを印加してエコー信号を収集するのに先行して、位相エンコード方向の傾斜磁場Ｇｐｅが印加される。図４Ｂは、本実施形態の収集機能１４ａにより実行されるパルスシーケンスを示しており、図４Ａの対比例との違いは、位相エンコード方向の傾斜磁場Ｇｐｅがリードアウト方向の傾斜磁場Ｇｒｏと位相エンコード方向の傾斜磁場Ｇｐｅを各エレメント５０による収集タイミングと同時に印加されている点にある。簡単のため、位相エンコード方向の傾斜磁場Ｇｐｅを矩形波ｅ１と正弦波ｅ２に分けているが、これらは合成されて傾斜磁場コイル２によって印加される。なお、一例としてグラジエントエコー系のパルスシーケンスに基づいて説明しているが、シーケンス種を限定することは意図していない。

例えば、収集機能１４ａは、複数のエレメント５０を有する受信コイル装置５を用いて、複数のエレメント５０のそれぞれにおいて互いに異なる収集時刻のＭＲ信号データを収集する。図５に示す例では、収集機能１４ａは、各エレメント５０におけるサンプリングの開始位相を異ならせることで、ＭＲ信号データを収集する。具体的には、収集機能１４ａは、エレメント５０ａ、エレメント５０ｂ、及びエレメント５０ｃの順にサンプリングを開始させる。なお、エレメント５０ａ、エレメント５０ｂ、及びエレメント５０ｃのサンプリングの間隔（周波数）は、互いに同じである。これにより、収集機能１４ａは、エレメント５０ａ、エレメント５０ｂ、エレメント５０ｃ、エレメント５０ａ、エレメント５０ｂ、エレメント５０ｃ・・・の順に、互いに異なる収集時刻のＭＲ信号データを収集する。

また、収集機能１４ａは、各エレメント５０における各ＭＲ信号データの収集時刻をそれぞれ別々に収集する。そして、収集機能１４ａは、収集した各エレメント５０の収集時刻を収集時刻テーブルに記録する。なお、収集時刻テーブルは、例えば、記憶回路１２に格納される。

図６を用いて、収集機能１４ａにより記録される収集時刻テーブルについて説明する。図６には、上から順に、各エレメント５０による収集タイミングと、収集時刻テーブルにおける記録タイミングとを例示する。なお、各エレメント５０による収集タイミングについては、図５に図示した内容と同様である。また、図６の横軸は、経過時間に対応する。

図６に示すように、収集機能１４ａは、各エレメント５０においてＭＲ信号データが収集された収集時刻を収集する。例えば、収集機能１４ａは、発振器１７からクロック信号の供給を受け（図２参照）、各ＡＤＣ８１によってＭＲ信号からＭＲ信号データに変換された時刻を収集時刻として収集する。そして、収集機能１４ａは、各エレメント５０により収集されたそれぞれのＭＲ信号データの収集時刻を、収集時刻テーブルに記録する。ここで、収集機能１４ａは、各収集時刻においてＭＲ信号の収集を行ったエレメント５０を識別可能な状態で収集時刻を記録する。図６に示す例では、黒丸印は、エレメント５０ａにおける収集時刻を示し、ハッチングの丸印は、エレメント５０ｂにおける収集時刻を示し、白丸印は、エレメント５０ｃにおける収集時刻を示す。

図５の説明に戻り、収集機能１４ａは、図示しない傾斜磁場Ｇｓｓを印加した後に、傾斜磁場Ｇｒｏ及び傾斜磁場Ｇｐｅを同時に印加する。ここで、収集機能１４ａは、波形ｅ１及び波形ｅ２を組み合わせることで、傾斜磁場Ｇｐｅを印加する。具体的には、収集機能１４ａは、波形ｅ１及び波形ｅ２を重ね合わせた波形の制御信号を傾斜磁場電源３に入力する。傾斜磁場電源３は、収集機能１４ａにより入力された制御信号の波形（波形ｅ１及び波形ｅ２の重ね合わせ波形）に応じた電流を傾斜磁場コイル２に供給する。傾斜磁場コイル２は、波形ｅ１及び波形ｅ２を重ね合わせた波形に対応する傾斜磁場Ｇｐｅを撮像空間に印加する。これにより、収集機能１４ａは、複数の波形の組み合わせによりｋ空間上のサンプリングパターンを制御する。

図７を用いて、収集機能１４ａにより収集されるｋ空間のサンプリングパターンの１つの例について説明する。図７には、ｋ空間上に配置される複数のＭＲ信号データ（ｋ空間データ）を例示する。図７において、横方向はリードアウト（ＲＯ）方向に対応し、縦方向は位相エンコード（ＰＥ）方向に対応する。図６に示す曲線は、サンプリングの軌跡に対応する。また、サンプリングの軌跡上の丸印は、各エレメント５０により収集されたＭＲ信号データに対応する。具体的には、黒丸印は、エレメント５０ａにより収集されたＭＲ信号データに対応し、ハッチングの丸印は、エレメント５０ｂにより収集されたＭＲ信号データに対応し、白丸印は、エレメント５０ｃにより収集されたＭＲ信号データに対応する。

図７に示すように、収集機能１４ａは、エンコード波形である波形ｅ１及び波形ｅ２の重ね合わせによりサンプリングの軌跡を制御する。ここで、収集機能１４ａは、波形ｅ２として一定の振幅及び周波数を有する正弦波を傾斜磁場Ｇｒｏとともに印加することで、正弦波に沿った軌跡でサンプリングを行うことができる。また、波形ｅ１は、一定の値（オフセット）を有する台形波である。図５に示した傾斜磁場波形により、収集機能１４ａは、図７に示した右肩上がりの正弦波状の軌跡に沿ってサンプリングを行う。

そして、収集機能１４ａは、図７に示した軌跡上を、図５に示した各エレメント５０の収集タイミングで収集する。この結果、収集機能１４ａは、右肩上がりの正弦波状の軌跡上を、エレメント５０ａ、エレメント５０ｂ、エレメント５０ｃ、エレメント５０ａ、エレメント５０ｂ、エレメント５０ｃ・・・の順に収集する。

なお、図５から図７に例示した内容はあくまで一例であり、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、図５では、サンプリングの開始位相を異ならせる場合を説明したが、収集機能１４ａは、サンプリングの間隔（周波数）を異ならせることも可能である。つまり、収集機能１４ａは、各エレメント５０におけるサンプリングの開始位相及び間隔のうち少なくとも一方を異ならせることで、ＭＲ信号データを収集することができる。

上述した収集方法によって、収集機能１４ａは、本スキャンのパルスシーケンスを実行する。これにより、収集機能１４ａは、各ＭＲ信号データをｋ空間上にランダムに配置できる。そして、収集機能１４ａは、収集したｋ空間データを再構成機能１５ａに送る。

また、例えば、図５では、傾斜磁場Ｇｐｅを異なる２つの波形の重ね合わせにより印加する場合を説明したが、収集機能１４ａは、３つ以上の波形の重ね合わせにより傾斜磁場Ｇｐｅを印加することも可能である。また、重ね合わせる波形は、図示のものに限定されるものではなく、例えば、収集機能１４ａは、台形波、矩形波、正弦波、三角波、ノコギリ波など、任意の種類の波形を任意に重ね合わせることができる。

ステップＳ１０４において、再構成機能１５ａは、収集時刻に基づいて、リグリッディング（re-gridding）を実行する。例えば、図７に示したように、ｋ空間データのサンプリングパターンは、複数の傾斜磁場波形（波形ｅ１及び波形ｅ２）と収集時刻とによって複雑に制御されている。そこで、再構成機能１５ａは、図６の収集時刻テーブルを参照し、ｋ空間上の各ＭＲ信号データが収集された収集時刻と、印加された傾斜磁場波形とに基づいて、各ＭＲ信号データの再配置（再配列）を行う。これにより、各ＭＲ信号データは、ｋ空間上の正確な位置に配置される。

このように、再構成機能１５ａは、収集された各ＭＲ信号データの収集時刻に基づいて、ｋ空間に配置された各ＭＲ信号データを再配置することで、各ＭＲ信号データをｋ空間データに統合する。なお、上述した再配置はあくまで一例であり、上記の説明内容により限定されるものではない。

ステップＳ１０５において、再構成機能１５ａは、感度分布情報に基づいて、信号強度を補正する。例えば、異なるエレメント５０によって収集した複数のＭＲ信号データを一つのｋ空間に統合すると、各ＭＲ信号データの信号強度にばらつきが生じる。そこで、再構成機能１５ａは、各エレメント５０の感度分布情報に基づいて、各エレメント５０の感度補正を行う。

図８を用いて、再構成機能１５ａによる感度補正について説明する。図８において、横方向は感度に対応し、縦方向は例えば装置座標系のＸ軸（リードアウト方向）に対応する。つまり、図８に示す曲線は、Ｘ軸方向における各エレメント５０の感度分布情報に対応する。なお、図８では、Ｘ軸方向における感度分布を図示して説明するが、撮像空間（関心領域）における各点（各位置）は、Ｘ軸（リードアウト方向）、Ｙ軸（位相エンコード方向）、及びＺ軸（スライス方向）に応じて異なる感度を有し、この感度に応じた補正が行われる。また、図８では、この曲線のピーク（図中の最右端）の感度を「１００％」として説明する。

図８に示すように、撮像空間のうちの点Ｐ１では、エレメント５０ａの感度が１００％であり、エレメント５０ｂの感度が５０％であり、エレメント５０ｃの感度が２０％である。この場合、再構成機能１５ａは、エレメント５０ａのＭＲ信号データの信号強度を基準として、エレメント５０ｂのＭＲ信号データの信号強度を「１００／５０」倍、エレメント５０ｃのＭＲ信号データの信号強度を「１００／２０」倍にする。

このように、再構成機能１５ａは、各エレメント５０の感度分布情報に基づいて、各エレメント５０によって収集されたＭＲ信号データの信号強度を補正する。なお、上述した感度補正はあくまで一例であり、上記の説明内容により限定されるものではない。

ステップＳ１０６において、再構成機能１５ａは、画像データを再構成する。例えば、再構成機能１５ａは、感度補正後のｋ空間データに対して、ＣＳ－ＭＲＩに対応する再構成処理を実行することで、画像データを生成する。例えば、ＣＳ－ＭＲＩに対応する再構成処理では、ステップＳ１０６において得られる補正後のＭＲ信号データをスパース空間に変換する。再構成機能１５ａは、スパース空間に変換されたデータに対して近似解を求めた後にスパース逆変換を行うことによって、推定された画像データを生成する。また、再構成機能１５ａは、推定された画像データに対してフーリエ変換を施すことでｋ空間データを生成し、上述したスパース空間への変換、画像データの推定を再び行うといった、反復的操作を行うことで、画像を生成する。

このように、再構成機能１５ａは、各エレメントで収集された各ＭＲ信号データをｋ空間データに統合して画像データを再構成する。そして、再構成機能１５ａは、再構成した画像データを記憶回路１２に格納する。

ステップＳ１０７において、主制御機能１６ａは、画像データを表示させる。例えば、主制御機能１６ａは、記憶回路１２に格納された画像データをディスプレイ１１に表示させる。なお、画像データの表示に際して、主制御機能１６ａは、レンダリング処理などの公知の画像処理技術を適宜適用することができる。

なお、図３にて説明した処理手順はあくまで一例であり、図示の内容に限定されるものではない。例えば、ＭＲＩ装置１００は、処理内容に矛盾の無い範囲で処理手順を適宜入れ替えて実行可能である。

上述してきたように、実施形態に係るＭＲＩ装置１００は、複数のエレメント５０を有する受信コイル装置５を用いて、複数のエレメント５０のそれぞれにおいて互いに異なる収集時刻のＭＲ信号データを収集する。そして、ＭＲＩ装置１００は、各エレメント５０で収集された各ＭＲ信号データをｋ空間データに統合して画像データを再構成する。これによれば、ＭＲＩ装置１００は、圧縮センシングによる再構成画像の画質を向上させることができる。

例えば、ＭＲＩ装置１００は、複数の独立したエレメント５０を用いて、ＭＲ信号データを独立したタイミングでサンプリングを行う。このため、ＭＲＩ装置１００は、エレメント５０の自由度を利用して、ＣＳ－ＭＲＩにおける間引きサンプリングのランダム性を向上させることができ、再構成画像の画質を向上させることができる。

また、例えば、ＭＲＩ装置１００は、異なる収集時刻においてＭＲ信号データのサンプリングを行う。このため、ＭＲＩ装置１００は、収集タイミングの自由度を利用して、ＣＳ－ＭＲＩにおける間引きサンプリングのランダム性を向上させることができるので、再構成画像の画質を向上させることができる。なお、発振器１７をＡＤＣ８１、検波器８０ごとに複数設けた場合においては、各エレメント５０のサンプリングタイミングの独立性が高まり、間引きサンプリングのランダム性をさらに向上させることができる。

また、例えば、ＭＲＩ装置１００は、位相エンコード方向の傾斜磁場Ｇｐｅを、複数の波形の重ね合わせによって印加する。このため、ＭＲＩ装置１００は、位相エンコード方向の傾斜磁場Ｇｐｅの自由度を利用して、ＣＳ－ＭＲＩにおける間引きサンプリングのランダム性を向上させることができるので、再構成画像の画質を向上させることができる。

このように、ＭＲＩ装置１００は、エレメント５０の自由度、収集タイミングの自由度を、及び位相エンコード方向の傾斜磁場Ｇｐｅの自由度の３つの自由度を利用することで、再構成画像の画質を向上させることができる。

また、ＭＲＩ装置１００は、各エレメント５０によりＭＲ信号データが収集された収集時刻を収集時刻テーブルに記録しておくことで、各ＭＲ信号データの再配置を行う。このため、ＭＲＩ装置１００は、複数のエレメント５０の収集タイミングの精密な同期が不要となるため、精度がさほど高くない比較的安価な発振器１７を適用することが可能となる。

（変形例１）
上記の実施形態では、各エレメント５０における収集タイミングを規則的に異ならせる場合を説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、収集機能１４ａは、ランダムサンプリングによってＭＲ信号データを収集することも可能である。

図９は、実施形態の変形例１に係る収集機能１４ａの処理を説明するための図である。図９には、上から順に、各エレメント５０による収集タイミングと、収集時刻テーブルにおける記録タイミングとを例示する。なお、図９の横軸は、経過時間に対応する。

図９に示すように、収集機能１４ａは、各エレメント５０における収集タイミングをランダムに制御する。また、収集機能１４ａは、各エレメント５０においてＭＲ信号データが収集された収集時刻を収集し、収集時刻テーブルに記録する。これにより、ランダムサンプリングの場合にも、再構成機能１５ａは、リグリッディングを行うことができる。

このように、収集機能１４ａは、ランダムサンプリングによってＭＲ信号データを収集する。これにより、収集機能１４ａは、収集タイミングの自由度を利用して、ＣＳ－ＭＲＩにおける間引きサンプリングのランダム性を向上させることができる。

（変形例２）
また、例えば、収集機能１４ａは、各エレメントの感度分布情報に基づいて、各エレメントのサンプリングの頻度を異ならせることも可能である。

図１０は、実施形態の変形例２に係る収集機能１４ａの処理を説明するための図である。図１０には、上から順に、各エレメント５０による収集タイミングと、収集時刻テーブルにおける記録タイミングとを例示する。なお、図１０の横軸は、経過時間に対応する。

例えば、収集機能１４ａは、各エレメント５０の感度分布情報を比較して、関心領域に対する感度が最も高いエレメント５０を選択する。ここで、エレメント５０ａの感度が最も高い場合には、収集機能１４ａは、エレメント５０ａによるサンプリングの頻度が他のエレメント５０ｂ，５０ｃの頻度より多くなるように、各エレメント５０の収集タイミングを決定する。図１０に示す例では、収集機能１４ａは、一定期間におけるエレメント５０ａのサンプリング回数を４回とし、他のエレメント５０ｂ，５０ｃのサンプリング回数を２回ずつとする。そして、収集機能１４ａは、決定した各エレメント５０の収集タイミングに従って、各エレメント５０のサンプリングを行う。サンプリングされたＭＲ信号データは、収集時刻テーブルにおける記録タイミングに基づいてｋ空間上で再配置される。

このように、収集機能１４ａは、感度が良好なエレメント５０によるＭＲ信号データを多く収集することで、再構成画像の画質のＳＮＲ（Signal-to-Noise Ratio）を更に向上させることができる。

（変形例３）
また、例えば、収集機能１４ａは、様々な種類の波形を任意数重ね合わせて、傾斜磁場Ｇｐｅを印加することも可能である。

図１１は、実施形態の変形例３に係る収集機能１４ａの処理を説明するための図である。図１１には、位相エンコード方向の傾斜磁場Ｇｐｅの波形を例示する。なお、図１１の横軸は、経過時間に対応する。

図１１に示すように、収集機能１４ａは、エンコード波形の波形ｅ１、波形ｅ２、及び波形ｅ３を組み合わせることで、傾斜磁場Ｇｐｅを印加する。ここで、波形ｅ１及び波形ｅ２は、図５に例示した波形ｅ１及び波形ｅ２と同様であるので説明を省略する。また、波形ｅ３は、一定の振幅及び周波数を有する三角波である。収集機能１４ａは、波形ｅ１及び波形ｅ２に加え、正弦波の波形ｅ３を重ね合わせることにより、１回のリードアウト傾斜磁場Ｇｒｏの印加の間に複数ラインのｋ空間を充填することになり、効率を上げることができる。

このように、収集機能１４ａは、３つ以上の波形の重ね合わせにより傾斜磁場Ｇｐｅを印加することが可能である。また、収集機能１４ａは、図示の波形に限らず、台形波、矩形波、正弦波、三角波、ノコギリ波など、任意の種類の波形を任意に重ね合わせることができる。

（その他の実施形態）
上述した実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてもよい。

また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。更に、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、ＣＰＵ及び当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、或いは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。

また、上記の実施形態及び変形例において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を手動的に行なうこともでき、或いは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を公知の方法で自動的に行なうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

また、上記の実施形態及び変形例で説明した画像再構成方法は、予め用意された画像再構成プログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することによって実現することができる。この画像再構成プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。また、この画像再構成プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、圧縮センシングによる再構成画像の画質を向上させることができる。

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。

１００ ＭＲＩ装置
１４，１５ 処理回路
１４ａ 収集機能
１５ａ 再構成機能

Claims (9)

1. 複数のエレメントを有するＲＦコイルを用いて、前記複数のエレメントのそれぞれにおいて互いに異なる収集時刻のＭＲ信号データを収集し、
   各エレメントで収集された各ＭＲ信号データをｋ空間データに統合して画像データを再構成する、
   ことを含み、
   前記再構成する処理は、前記ｋ空間データをスパース空間に変換し、前記スパース空間に基づいて前記画像データを推定する処理を含む、
   画像再構成方法。
2. 前記収集する処理は、各エレメントにおける各ＭＲ信号データの収集時刻を収集し、
   前記再構成する処理は、収集された各ＭＲ信号データの収集時刻に基づいて、ｋ空間に配置された各ＭＲ信号データを再配置することで、各ＭＲ信号データを前記ｋ空間データに統合する、
   請求項１に記載の画像再構成方法。
3. 前記収集する処理は、更に、各エレメントの感度分布情報を収集し、
   前記再構成する処理は、各エレメントの前記感度分布情報に基づいて、各エレメントによって収集された前記ＭＲ信号データの信号強度を補正する、
   請求項１又は２に記載の画像再構成方法。
4. 前記収集する処理は、各エレメントにおけるサンプリングの開始位相及び間隔のうち少なくとも一方を異ならせることで、前記ＭＲ信号データを収集する、
   請求項１～３のいずれか一つに記載の画像再構成方法。
5. 前記収集する処理は、ランダムサンプリングによって前記ＭＲ信号データを収集する、
   請求項１～３のいずれか一つに記載の画像再構成方法。
6. 前記収集する処理は、更に、各エレメントの前記感度分布情報に基づいて、各エレメントのサンプリングの頻度を異ならせる、
   請求項３に記載の画像再構成方法。
7. 前記再構成する処理は、前記スパース空間に基づいて前記画像データを推定した後に、推定した前記画像データをｋ空間データに変換し、当該ｋ空間データに対して前記スパース空間への変換と画像データの推定を再び行う反復的処理を含む、
   請求項１～６のいずれか一つに記載の画像再構成方法。
8. 複数のエレメントを有するＲＦコイルを用いて、前記複数のエレメントのそれぞれにおいて互いに異なる収集時刻のＭＲ信号データを収集する収集部と、
   各エレメントで収集された各ＭＲ信号データをｋ空間データに統合して画像データを再構成する再構成部と
   を備え、
   前記再構成部は、前記ｋ空間データをスパース空間に変換し、前記スパース空間に基づいて前記画像データを推定する、
   再構成装置。
9. 複数のエレメントを有するＲＦコイルを用いて、前記複数のエレメントのそれぞれにおいて互いに異なる収集時刻のＭＲ信号データを収集する収集部と、
   各エレメントで収集された各ＭＲ信号データをｋ空間データに統合して画像データを再構成する再構成部と
   を備え、
   前記再構成部は、前記ｋ空間データをスパース空間に変換し、前記スパース空間に基づいて前記画像データを推定する、
   磁気共鳴イメージング装置。
   

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