【手続補正書】
【提出日】平成17年2月3日(2005.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  磁気共鳴画像化方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】互いに異なる感度プロフィール（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ）を備えた複数の独立した受信アンテナ（６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ）を使用した磁気共鳴画像化方法において、
・高周波励起パルス及び傾斜磁場パルスを撮像ボリュームに送信し、空間エンコーディングされた磁気共鳴信号を発生させ、
・この磁気共鳴信号を受信アンテナ（６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ）で受信し、各受信アンテナ（６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ）の受信信号から、外側のｋ空間行（１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ）と、それより密に配置された中央のｋ空間行（１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ）とを備えたｋ空間データレコード（１２  Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ）が形成され、
・各ｋ空間データレコード（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ）からそれぞれ１つの中間画像（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）を再構成し、
・中央のｋ空間データ行（１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ）から感度プロフィール（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ）を決定し、
・この感度プロフィール（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ）に関係して中間画像（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）を結合し、全体画像（２６）得る
ことを特徴とする磁気共鳴画像化方法。
【請求項２】感度プロフィール（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ）を決定するために、それぞれ中央のｋ空間データ行（１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ）から感度中間画像（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ）が再構成され、この感度中間画像（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ）から感度プロフィール（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ）が決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】感度中間画像（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ）が１つの基準画像（２８）に構成され、感度プロフィール（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ）がそれぞれ感度中間画像（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ）と基準画像（２８）との関係から決定されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】感度中間画像（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ）がそれぞれ画素を含み、この画素が数値により表され、基準画像（２８）の画素が感度中間画像（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ）内の対応する画素を表す数値の平方和から決定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】基準画像（２８）の画素が感度中間画像（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ）の対応する画素の数値の平方和の根から形成されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】ｋ空間データレコード（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ）がノイズ信号に関して互いに相関を解かれることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
【請求項７】中間画像（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）がノイズ信号に関して互いに相関を解かれることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
磁気共鳴画像を形成するために必要な時間は、従来普通に使用されている測定シーケンスにおいて画像の大きさ及び分解能が予め定められている場合空間分解能のために使用された傾斜磁場の強さによって決められる。傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルは益々性能が向上し、これにより測定が益々高速化している。しかし、高速に遮断・投入される磁場及びこれにより患者の組織に誘起される電圧のために、生理学的に越えることが許されない予め定められた限界（刺戟限界）がある。
【０００２】
【従来の技術】
最近、コイル感度及びエンコーディング方法或いは部分並列データ収集（ＰＰＡ）と称される方法が開発された。この方法は、空間分解能に必要な位相エンコーディングステップを削減し、これにより測定時間を短縮するために、アンテナアレイの個別アンテナの感度プロフィールを利用している。
【０００３】
例えば、ハッチンソン及びラフ氏の論文「マルチ検出器を使用する高速ＭＲＩデータ収集」、（「医学における磁気共鳴」第６巻、８７〜９１頁（１９８８）所載）には、画像を作成するために位相エンコーディングステップを必要とする方法が記載されている。この方法においては、位相エンコーディング傾斜磁場による従来のシーケンシャル位相エンコーディングにおける位相エンコーディングステップ数に丁度一致する数の独立した個別アンテナと高周波チャネルとを備えたアンテナアレイが利用されている。この方法は受信チャネルの必要数が大きいので今日でもこれを実現するのに困難がある。
【０００４】
ジェイムス・Ｒ．ケルトン、リチャード・Ｌ．マージン及びスチーブン・Ｍ．ライト氏の論文「マルチ受信コイルを利用する高速画像化のためのアルゴリズム」、（１９８９年、アムステルダムにおける「ＳＭＲＭ第８回年次会議議事録」、１１７２頁所載）には、ハッチンソンとラフ氏の構想を拡張した測定方法が記載されている。アンテナアレイにおける個別アンテナの数はそこでは２の冪乗である。この数に応じて測定時間は低減する。独立の高周波受信チャネルの数は、画像化のためにさもなければ必要な位相エンコーディングステップ数より明らかに小さく選ばれている。
【０００５】
Ｊ．Ｂ．ラ及びＣ．Ｙ．リム氏はその寄稿論文「サブエンコーディング・データ・セットを備えたマルチ受信コイルによる高速画像化法」、（１９９１年サンフランシスコで開催された「ＳＭＲＭ第１０回年次会議議事録」、１２４０頁所載）において、位相エンコーディング方向のアンダースキャンにもかかわらず画像化される範囲（撮像領域）の一義的な、畳み込みのない画像が得られる方法を記載している。このために受信信号は複数の独立した受信アンテナによってフーリエ変換により中間画像に再構成されるが、この画像はなお多義的である。使用されたアンテナの感度プロフィールを利用してこれらの中間画像は畳み込みのない最終画像に処理される。
【０００６】
Ｊ．Ｂ．ラ及びＣ．Ｙ．リム氏の論文「マルチ検出器からのサブエンコーディング・データ・セットを使用した高速画像化」、（１９９３年発行の「医学における磁気共鳴」第３０巻、１４２〜１４５頁に所載）には、前述の方法が４チャネルシステムでもってファントムについて検証された。測定時間の加速は４倍で達成された。そこには、加速係数を独立の受信アンテナの数より小さく選ぶことのできる方法も記載されている。
【０００７】
ケルトン氏他、またラ及びリム氏によって記載された画像化方法をさらに展開したものは国際公開第９９／５４７４６号パンフレットにより公知である。そこでは中間画像の処理の際に必要な反転感度マトリクスが一般化された反転感度マトリクスによって置換されている。最終画像の再構成に必要な感度プロフィールを決定するために、本来の撮像の前に、本来の画像作成の場合と同じ又は小さい解像度で基準測定が行われる。磁気共鳴信号はそのためにアンテナアレイの個別アンテナ並びに磁気共鳴装置に固定的に設置された全身アンテナで測定される。全身アンテナの感度プロフィールは充分に一定であるので、基準として採択することができる。フーリエ変換に従って得られた個別アンテナの複合した（数学的な意味で）画像は互いに対比され、個別アンテナの複合した（数学的な意味で）感度プロフィールが得られる。これらは、それから、その後に続く本来の、再構成のための測定において使用される。この場合、必要な測定時間がいわゆる「プリスキャン」によって延びるという欠点がある。一般的に、磁気共鳴画像の測定の際にＳＮ比は測定時間の平方根に比例する。しかしながら、プリスキャンはそこではアンテナアレイの個別アンテナの感度プロフィールを求めるために使用されるので、測定時間が延長されるにもかかわらずＳＮ比は改善されない。測定時間に対するＳＮ比は、この場合、プリスキャンのために必要な時間を考慮すると、従来の方法の場合より悪くなる。
【０００８】
米国特許第５９１０７２８号明細書により、位相エンコーディングステップを省略することによって測定時間を減少させる方法が知られている。この方法でも独立の個別アンテナを備えたアンテナアレイが使用される。位相エンコーディングステップを省略した再構成は、この場合勿論、空間周波数範囲（ｋ空間）において行われ、前述方法の場合のように画像空間においては行われない。この欠けているｋ空間行の再構成の特別な方式によりこの方法はＳＭＡＳＨ（特殊高調波の同時取得）と呼ばれる。しかし、この方法においては、個別アンテナの感度プロフィールは周波数エンコーディング方向において大きくは変化しないということが前提とされている。さらに、磁気共鳴画像の畳み込みのない再構成のための前提は、使用される個別アンテナの感度プロフィールが正確に分かっていることである。感度プロフィールは患者にも関係するから、通常、患者についてその検査部位において測定されねばならない。
【０００９】
Ｐ．Ｍ．ヤコブ、Ｍ．Ａ．グリスウォルド、Ｒ．Ｒ．エーデルマン、Ｄ．Ｋ．ソディクソン氏の論文「オートＳＭＡＳＨ：ＳＭＡＳＨ画像化のための自動校正技術」（１９９８年発行「物理、生物学及び医学における磁気共鳴材料」第７巻、４２〜５４頁に所載）において、ＳＭＡＳＨ位相エンコーディングステップの低減に付加して校正ステップがそれぞれに応じた位相エンコーディングで行われている。これから測定中に個別アンテナの感度プロフィールが決定され、その際アンダースキャンのＳＭＡＳＨ信号と付加的な校正信号との間の相関が評価される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、アンテナアレイにおける個別アンテナの感度プロフィールを簡単に求めることができる磁気共鳴画像化方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この課題は、互いに異なる感度プロフィールを備えた複数の独立した受信アンテナを使用した磁気共鳴画像化方法において、
・高周波励起パルス及び傾斜磁場パルスを撮像ボリュームに送信し、空間エンコーディングされた磁気共鳴信号を発生させ、
・この磁気共鳴信号を受信アンテナで受信し、各受信アンテナの受信信号から、外側のｋ空間行と、それより密に配置された中央のｋ空間行とを備えたｋ空間データレコードが形成され、
・各ｋ空間データレコードからそれぞれ１つの中間画像を再構成し、
・中央のｋ空間データ行から感度プロフィールを決定し、
・この感度プロフィールに関連して中間画像を結合し、全体画像を得る
ことにより解決される。
【００１２】
この方法においては個別アンテナの感度プロフィールを求めるための測定ステップが本来の測定に組み込まれる。これは、低空間周波数の範囲においてｋ空間が位相エンコーディング方向において位相エンコーディング傾斜磁場を適用して完全に占められることにより行われる。この範囲以外では、即ち高空間周波数の範囲では位相エンコーディングステップがラリム氏或いはケルトン氏他によって提案された方法に相応して低減され、測定時間が減少される。
【００１３】
低空間周波数の範囲の磁気共鳴信号から、この場合、それぞれ対応する個別アンテナに属する、粗い解像度の個別画像が再構成される。個別アンテナの感度プロフィール自体も主として低い空間周波数成分からなるので、それ故、感度プロフィールを決定するために必要な情報は完全に求められる。個別アンテナの感度プロフィールに関して付加的な情報は必要でない。
【００１４】
全体の測定時間はこれにより確かに若干長くなる。しかしながら、ｋ空間の中央範囲における付加的な位相エンコーディングされた磁気共鳴信号はＳＮ比を上げるために、従って画像品質を改善するために、個別画像の、従って全体画像の再構成に使用される。感度プロフィールが本来の画像化のために得られた信号と同様な測定から派生することも特に有利であり、従ってこの方法はかなり強い空間歪みを持つシーケンスにおいても感度プロフィールの決定に機能する。この例はＥＰＩシーケンスである（ＥＰＩはエコープラナ−イメージングの略語）。高速ＥＰＩシーケンスにおいてはいわゆるカメラぶれアーチファクト或いは歪みが発生することは知られている。基準画像が同じ歪みをもつので、再構成は比較的強い空間歪みにおいても機能する。
【００１５】
なお、プリスキャンを行う方法において、ノイズのないコイルプロフィールを得るためにフィルタが必要であることが指摘される。これらのフィルタは撮像範囲のサイズ及びコイルサイズに合わせられねばならない。このことは設置の際にある程度のコストを必要とする。これに対して、本発明においてコイルプロフィールはフィルタリングする必要はない。ｋ空間の中央範囲だけの信号を使用することは低域フィルタリングに相当する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施例を２つの図を基準して説明する。
【００１７】
図１は、撮像ボリューム４に均一磁場を形成するための静磁場発生装置と、互いに垂直な３空間方向に傾斜磁場を発生する傾斜磁場システムと、磁気共鳴信号を励起し、受信するための高周波アンテナシステムと、これらの磁気共鳴装置における機器を制御するための制御装置とを備えた磁気共鳴診断装置２を概略的に示す。傾斜磁場は磁気共鳴信号の空間エンコーディングのために予め定められた時間間隔で選ばれたシーケンスに関係して予め定められた強度で投入される。傾斜磁場は、スライス選択傾斜磁場、位相エンコーディング傾斜磁場及び周波数エンコーディング傾斜磁場に分けられる。例えば多くのシーケンスにおいて、１つのスライスにおいて核のみが励起され、同時に高周波励起パルスにスライスエンコーディング傾斜磁場が与えられる。空間エンコーディングは、位相エンコーディング方向に励起されたスライスに位相エンコーディング傾斜磁場を与えることにより行われる。磁気共鳴信号の位相は位相エンコーディング傾斜磁場の傾斜時間面によって決定される。最後に磁気共鳴信号の受信の際に位相エンコーディングに対して垂直な方向の周波数エンコーディングが周波数エンコーディング傾斜磁場の投入によって行われる。
【００１８】
高周波アンテナシステムは、磁気共鳴信号の励起ならびに受信のために形成されている全身アンテナを含む。さらに、全身アンテナと異なり限られた１つの領域のみを撮像する互いに独立した個別アンテナ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄを備えたアンテナアレイ６が設けられている。これは並列的にデータを取得する高速磁気共鳴画像化方法において利用される。この方法では位相エンコーディング方向の空間エンコーディングは最早完全に位相エンコーディング傾斜磁場によって行われる必要がない。この方法は公知である。例えば前述したケルトン氏他の論文を基準されたい。個別アンテナ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄはそれぞれ独立した高周波チャネル８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄに接続され、この中で個別アンテナ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄによって受信された磁気共鳴信号の増幅、位相感応復調及びデジタル化が行われる。
【００１９】
受信チャネル８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄは相関ユニット１０に接続され、これにより受信チャネルによってさらに処理された信号がノイズに関して相関を解かれる。従って、以下に続く再構成（これについてはさらに後で詳しく記載する）の際に最適なＳＮ比が得られる。このために、既に前もって個別アンテナ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄの純粋なノイズ受信信号からノイズ相関マトリクスＣＯＲが求められている。ノイズ相関マトリクスＣＯＲに対する反転マトリクスＣＯＲ-1から、本来の有効信号を互いにノイズに関して相関を解くために、重み付け係数を含んでいる脱相関マトリクスＫが決められる。この脱相関マトリクスを決定するために、ノイズ受信信号Ｘ1（ｔ），Ｘ2（ｔ），Ｘ3（ｔ），Ｘ4（ｔ）は位相感応復調の後以下の一般的関係に従ってさらに処理される。
【００２０】
ノイズ受信信号Ｘ1（ｔ），Ｘ2（ｔ），Ｘ3（ｔ），Ｘ4（ｔ）は列ベクトルＸ（ｔ）として表すことができる。ノイズ相関マトリクスＣＯＲの要素は、列ベクトルＸ（ｔ）と、成分が共役して複合のノイズ受信信号Ｘ（ｔ）を形成する行マトリクスＸ*（ｔ）とのマトリクス積、並びにそれに続く時間に関する積分により決定される。本来の測定信号のノイズ相関を解くための重み付け係数を持った脱相関マトリクスＫは反転ノイズ相関マトリクスＣＯＲ-1の根から生ずる。
【００２１】
受信信号は、それから、位相エンコーディング傾斜磁場によって与えられる位相エンコーディングに応じてｋ空間マトリクス１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄのそれぞれの行に読み込まれ、それぞれ１つのｋ空間データレコードを形成する。位相エンコーディングステップ数は、従来のシーケンスに較べて、より高空間周波数の範囲に対して、即ち外側範囲１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄにおいて削減されている。従って、ｋ空間マトリクス１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄのこれらの範囲における行は完全には信号で占められていない。これに対してより低空間周波数の範囲、即ちｋ空間の中央範囲１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄにおいてｋ空間は完全に占められている。部分的にのみ完全に占められているｋ空間における信号から高速フーリエ変換１８を介してそれぞれ中間画像２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄが作られる。これらの中間画像２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは位相エンコーディング方向のアンダースキャンにより畳み込みを備えている。例えば円形状の構造に、図１において強調して概略図示されるように、画面においてなお２つのずれた半円が重畳する。
【００２２】
ノイズの相関解除は、前述のような空間周波数空間の場合に代わって、画像空間においても同じ結果で中間画像２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄに適用される。その場合、図１において相関ユニット１０は省略され、それに代わって、図１において破線で図示された相関ユニット１０Ａが使用される。
【００２３】
中間画像２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄから、次に、個別アンテナ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄの複合（数学的意味において）コイルプロフィール２２によって再構成ユニット２４に検査範囲の畳み込みのない全体画像２６が作られる。再構成方法は既に他の場所、例えばケルトン氏他の文献に記載され、その本質は、全体画像２６の画素の値は全ての中間画像２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの対応する画素から重み付け加算により求められることにある。この重み付け係数は、個別アンテナ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄの複合感度マトリクスの反転によって生ずる１つのマトリクスである。
【００２４】
図２を基準して個別アンテナ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄの複合感度プロフィールを求める方法を説明する。磁気共鳴信号を作る際、前述のように、位相エンコーディングステップは、ｋ空間の中央範囲１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄが完全に値で占められているように選ばれている。中央のｋ空間行から感度中間画像２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄが大まかな分解能で再構成される。さらに、個々の感度中間画像２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄから基準画像２８として採択される積算画像２８が形成される。それ故、全身アンテナにより作られた基準画像を省略することができる。
【００２５】
感度中間画像２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄは、それぞれ数値によって表されている画素を含む。積算画像２８として例えば個々の感度中間画像２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄの平方和の平方根が使用される。個々の中間画像２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄを基準画像２８で割った商３０はそれぞれ個々のアンテナ要素６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄの感度プロフィール２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを形成する。この商３０により人体構造によって形成された組織の対照は消え、画像２６を位相エンコーディングステップを低減して再構成するために使用される純粋の感度プロフィール２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄが残る。
【００２６】
測定シーケンスとしては、特に、それ自体既に短い測定時間を持ち、このシーケンスを基に測定時間をさらに低減するシーケンスが適している。それ故、例えばＥＰＩ或いはＦＩＳＰシーケンスが好適である。
【００２７】
例えばＦＩＳＰシーケンス（定常歳差運動を備えた高速イメージング）においてはスピンの位相を完全に揃えることにより高度の信号が短いパルス繰り返し時間にも係わらず得られる。その場合、位相エンコーディング方向にリフォーカスする傾斜磁場パルスが適用される。
【００２８】
従来の信号収集に対して得られる測定時間の有益性を明らかにするために、例として周波数エンコーディング方向に２５６画素及び位相エンコーディング方向に１９２画素の分解能で矩形状磁気共鳴画像を作るものとする。個々の位相エンコーディングステップは、例えば、ｋ空間が低空間周波数の範囲において４８のｋ空間行で完全に占められるように選択される。これは、従来の畳み込みのない再構成のために必要であったであろうｋ空間行の４分の１に相当する。この中央範囲の外側ではｋ空間は２倍だけ低減した数の行（これはそれだけ低減した数の位相エンコーディングステップに相当する）で占められる。従って、（１９２−４８）／２＝７２の行が得られる。個々の中間画像（例えば４個の中間画像）から再構成された画像は畳み込みがない。測定時間の削減はこの場合１９２／（７２＋４８）＝１．６となる。ＳＮ比は、完全に占められたｋ空間で再構成された画像に対して、ただ１．６1/2倍だけ低下する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
高速磁気共鳴画像化のための信号処理における主要ステップを示す概略図
【図２】
画像化に使用された信号のコイルプロフィールを求めるための主要信号処理ステップを示す概略図
【符号の説明】
２                                    磁気共鳴診断装置
４                                    撮像ボリューム
６                                    アンテナアレイ
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ                個別アンテナ
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ                高周波受信チャネル
１０                                  相関ユニット
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ        ｋ空間マトリクス（ｋ空間データレコ
ード）
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ        ｋ空間の外側範囲
１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ        ｋ空間中の央範囲
１８                                  高速フーリエ変換
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ        中間画像
２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ  複合感度プロフィール（複合感度マト
リクス）
２４                                  再構成ユニット
２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ        感度中間画像
２６                                  全体画像
２８                                  積算画像（基準画像）
３０                                  商