(57)【要約】  息こらえの間におけるＭＲデータの心臓ゲート取得は、ハイブリッドＰＲパルスシーケンスを用いて投影ビューを取得し、画像フレームが、投影ビューから各心拍中の複数の心臓位相で再構成されてもよい。合成画像は、全ての心拍中に取得されたインタリーブされた投影ビューを使用して各心臓位相で再構成される。合成画像は、高度に限定された逆投影法を使用して、高度にアンダーサンプリングされた画像フレームを同じ心臓位相で再構成するために使用される。【選択図】図１７
2009508655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムのフィールド・オブ・ビュー（ＦＯＶ）に置かれた対象の画像を生成する方法であって、
ａ）前記ＭＲＩシステムを使用して、複数の心拍の各々の間に複数の心臓位相の各々における投影ビューセットを取得するステップと、
ｂ）複数の心拍中の対応する心臓位相中に取得された投影ビューを使用して、各心臓位相について合成画像を生成するステップであって、各合成画像が、前記対応する心臓位相における前記対象を描写するステップと、
ｃ）前記選択された心臓位相における前記対象の画像を
ｃ）ｉ）選択された心臓位相で取得された投影ビューセットを前記ＦＯＶに逆投影し、及び各画像画素に逆投影された値を、前記選択された心臓位相中に前記対象を描写する前記合成画像内の前記対応する画素の前記値によって重み付けすることと、
ｃ）ｉｉ）前記逆投影された値を各画像画素について総計することと、
によって再構成するステップと、
を含む、ＭＲＩシステムのＦＯＶに置かれた対象の画像を生成する方法。
【請求項２】
各心臓位相で取得された前記投影ビューがインタリーブされる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
各画像画素の逆投影値Ｓnが、ステップｃ）ｉ）で、
【数１】
2009508655.tif 000008
（ここで、Ｐは逆投影されている前記投影ビューの値、Ｃnは前記合成画像内の対応画素の値、Ｓnは前記逆投影経路に沿ったｎ番目の画素の値、Ｎは前記逆投影経路に沿った画素の総数）
として算出される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
ステップｂ）が、前記合成画像を編集して、前記合成画像内の対象物を除去し、それによって、その対象物が前記再構成された画像内に現れるのを実質的に少なくすることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
ステップｃ）が、前記ビューを逆投影する前に各投影ビューをフーリエ変換することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
ステップｃ）が反復されて、複数の心拍の各々における複数の心臓位相の各々で画像を生成する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
ステップａ）が、前記対象の対応する複数のスライスを描写する投影ビューの複数のセットを各心臓位相で取得するハイブリッド２Ｄ  ＰＲパルスシーケンスの指令の下で実行される、請求項１記載の方法。
【請求項８】
ステップｂ）が、各心臓位相で各スライスについて合成画像を生成することを含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
ステップｃ）が、前記選択された心臓位相及びスライスに対応する前記合成画像を使用して、前記選択された心臓位相中に各スライスでの前記対象の画像を再構成することを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
ステップｃ）における前記選択された心臓位相で再構成されたスライス画像の数が、ハイブリッド２Ｄ  ＰＲパルスシーケンスを使用して各心臓位相で取得された投影ビューセットの数よりも大きい、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記選択された心臓位相中に取得されなかった投影ビューを使用して、前記選択された心臓位相で投影ビューの追加セットを生成することを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記の投影ビューの追加セットが、同じ心臓位相であるが前記の選択された心臓位相の前記心拍の前及び後の心拍中に取得された投影ビューセットの間で補間することによって算出される、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムのフィールド・オブ・ビュー（ＦＯＶ）に置かれた対象の画像を生成する方法であって、
ａ）前記ＭＲＩシステムを使用して、複数の心拍の各々の間に複数の心臓位相の各々における対象の複数のビューを取得するステップと、
ｂ）ステップａ）において複数の心拍からかつ選択された心臓位相で取得されたビューを使用して合成画像を再構成するステップであって、前記合成画像が各合成画像画素での値を有し、前記選択された心臓位相における前記ＦＯＶ内の画素位置での前記対象を前記値が表示するステップと、
ｃ）前記対象の画像を
ｃ）ｉ）ステップａ）において、前記選択された心臓位相で取得されたビューから画像データセットを生成することと、
ｃ）ｉｉ）前記画像データセット、及び各逆投影された画像画素を合成画像内の対応する画素値によって重み付けする高度に限定された逆投影法を使用して、前記対象の画像を生成することと、
によって再構成するステップと、
を含む、ＭＲＩシステムのＦＯＶに置かれた対象の画像を生成する方法。
【請求項１４】
ステップａ）が、前記複数の心臓位相の各々で複数の位相コード化投影ビューを取得することを含み、ステップｂ）が、前記選択された心臓位相での各々の位相コード化について合成画像を再構成することを含み、前記合成画像がステップｃ）で使用されて前記対象の前記画像を再構成する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
ステップａ）において、前記選択された心臓位相で取得された前記ビューが、インタリーブされた投影角で連続心拍中に取得された投影ビューであり、ステップｃ）ｉ）で生成された前記画像データセットが、前記投影ビューのセットを選択することを含み、実質的に全ての前記インタリーブされた投影ビューから前記合成画像がステップｂ）で再構成される、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
ステップａ）において、前記ビューが複数の選択された心臓位相で取得され、ステップｂ）において、対応する複数の合成画像が前記ビューから再構成され、ステップｃ）において、複数の画像が、対応する複数の心臓位相で再構成される、請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
ステップｃ）において、複数の画像が、対応する複数の心拍中の前記選択された心臓位相で取得されたビューから生成される、請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
ステップｃ）ｉｉ）が各画像画素を正規化することを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１９】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムを使用してコントラスト増幅心臓ゲート画像を生成する方法であって、
ａ）前記ＭＲＩシステムを使用して、ゲート信号に続く選択された心臓位相及び複数の心拍の各々でビューのセットを取得するステップと、
ｂ）前記選択された心臓位相で取得された実質的に全ての前記ビューからマスク画像を再構成するステップと、
ｃ）造影剤を投与するステップと、
ｄ）前記ＭＲＩシステムを使用して、ゲート信号に続く前記選択された心臓位相及び複数の心拍の各々で造影剤投与後のビューのセットを取得するステップと、
ｅ）前記選択された心臓位相で取得された実質的に全ての前記ビューから、マスクされない合成画像を再構成するステップと、
ｆ）前記マスクされない合成画像から、前記マスク画像を減じることによって合成画像を生成するステップと、
ｇ）一つの心拍中の前記選択された心臓位相で取得された造影剤投与後のビューのセットからフレーム画像を再構成するステップであって、前記合成画像が使用されて前記フレーム画像内の各画素を重み付けするステップと、
を含む、ＭＲＩシステムを使用してコントラスト増幅心臓ゲート画像を生成する方法。
【請求項２０】
前記ビューが投影ビューであり、そして、前記選択された心臓位相で取得された前記造影剤投与後のビューを逆投影することと、逆投影された前記値を前記合成画像内の対応する値によって重み付けすることとを含む高度に限定された逆投影法を使用して、ステップｇ）が実行される、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
ステップｄ）で取得された前記ビューがインタリーブされる、請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
ステップｇ）が反復されて、複数の心拍の各々でフレーム画像を再構成する、請求項１９記載の方法。
【請求項２３】
ステップｄ）、ｅ）、ｆ）、及びｇ）が反復されて、他の選択された心臓位相でフレーム画像を生成する、請求項１９記載の方法。
【請求項２４】
ステップｇ）が反復されて、複数の心拍の各々及び複数の選択された心臓位相の各々でフレーム画像を再構成する、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムを使用してコントラスト増幅心臓ゲート画像を生成する方法であって、
ａ）前記ＭＲＩシステムを使用して、ゲート信号に続く選択された心臓位相及び複数の心拍の各々で造影剤投与前の投影ビューのセットを取得するステップと、
ｂ）造影剤を投与するステップと、
ｃ）前記ＭＲＩシステムを使用して、ゲート信号に続く前記選択された心臓位相及び複数の心拍の各々で造影剤投与後の投影ビューのセットを取得するステップと、
ｄ）前記対応する造影剤投与後の投影ビューから前記造影剤投与前の投影ビューを減じるステップと、
ｅ）前記選択された心臓位相で取得された実質的に全ての前記減じられた投影ビューから合成画像を生成するステップと、
ｆ）前記選択された心臓位相で取得されて前記減じられた投影ビューを逆投影することと、逆投影された前記値を前記合成画像内の対応する値によって重み付けすることとを含む高度に限定された逆投影法を使用して、一つの心拍中の前記選択された心臓位相で取得されて前記減じられた投影ビューのセットからフレーム画像を再構成するステップと、
を含む、ＭＲＩシステムを使用してコントラスト増幅心臓ゲート画像を生成する方法。
【請求項２６】
ステップｄ）で取得された前記ビューがインタリーブされる、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
ステップｆ）が反復されて、複数の心拍の各々でフレーム画像を再構成する、請求項５２記載の方法。
【請求項２８】
ステップｃ）、ｄ）、ｅ）、及びｆ）が反復されて、他の選択された心臓位相でフレーム画像を生成する、請求項２５記載の方法。
【請求項２９】
ステップｆ）が反復されて、複数の心拍の各々及び複数の選択された心臓位相の各々でフレーム画像を再構成する、請求項２８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００５年９月２２日付で出願された、発明の名称が「高度に限定されたイメージの再構成法(HIGHLY  CONSTRAINED  IMAGE  RECONSTRUCTION  METHOD)」の米国特許仮出願第６０／７１９，４４５号、及び２００５年１１月２１日付で出願された、発明の名称が「心臓ゲート磁気共鳴イメージングのための画像再構成法(IMAGE  RECONSTRUCTION  METHOD  FOR  CARDIAC  GATED  MAGNETIC  RESONANCE  IMAGING)」の米国特許仮出願第６０／７３８，４４４号に基づく。
【０００２】
（発明の背景）
本発明の分野は、核磁気共鳴イメージング方法及びシステムである。更に具体的には、本発明は心臓ゲート磁気共鳴取得からの画像再構成に関する。
【背景技術】
【０００３】
ヒト組織等の物質が均一な磁場（分極磁場Ｂ0）に晒されると、その組織内におけるスピンの個々の磁気モーメントは、この分極磁場によって整列しようとするが、その周囲ではそれらの固有のラーモア周波数で、でたらめな順序に歳差運動を行う。この物質すなわちこの組織が、ｘ−ｙ平面にあり、かつ、ラーモア周波数に近い磁場（励起磁場Ｂ1）に晒されると、ネット整列モーメントＭｚは、そのｘ−ｙ平面に対して回転し、あるいは「傾いて」、ネット横磁気モーメントＭｔを作り出す。励起信号Ｂ1が終了した後、信号がその励起されたスピンによって出力され、この信号が受信及び処理されて画像を形成することができる。
【０００４】
これらの信号を利用して画像を作成する際、磁場勾配（Ｇx、Ｇy、及びＧz）が用いられる。典型的には、撮像すべき領域は、使用される特定の位置決定法に従ってこれらの勾配が変動する連続的な測定サイクルにより走査される。当業界では各測定を「ビュー(view)」と呼び、このビューの個数がその画像の分解能を決定する。結果として生じる受信ＮＭＲ信号又はビュー又はｋ空間サンプル数のセットはデジタル化され、処理されて、広く知られた多くの再構成技術の一つを用いて画像が再構成される。合計走査時間は、一部には、一つの画像に対して取得される測定サイクル数又はビューの個数により決定されるため、取得するビューの個数を少なくして画像の分解能を犠牲にすることにより短縮することができる。
【０００５】
画像を再構成できるＮＭＲデータセットを取得するための最も一般的な方法は、「フーリエ変換」イメージング技術又は「スピン−ワープ」技術と呼ばれるものである。この技術は、W.A.Edelsteinらによる「スピン−ワープＮＭＲイメージング法、及び、ヒト全身イメージングへの適用例(Spin-Warp  NMR  Imaging  and  Applications  to  Human  Whole-Body  Imaging)」（Physics  in  Medicine  and  Biology、Vol.25、p.751-756(1980)）と題する論文で検討されている。その方法は、ＮＭＲ信号を取得する前に、可変式振幅位相コード化磁場勾配パルスを使用し、この勾配方向における空間情報を位相コード化する。二次元的な実施態様（２ＤＦＴ）では、例えば、一つの方向に沿った位相コード化勾配（Ｇy）を適用することにより、空間情報がその方向においてコード化され、その後、この位相コード化方向に直交した一つの方向における読取り磁場勾配（Ｇx）の存在下において信号が取得される。スピン−エコーの取得中に存在するこの読取り勾配が、その直交方向における空間情報をコード化する。典型的な２ＤＦＴパルスシーケンスでは、位相コード化勾配パルスＧyの大きさは、走査中に取得される一連のビューで増分（Ｇy）的に増加される。三次元的な実施態様（３ＤＦＴ）では、各信号読取りの前に、第三の勾配（Ｇz）が適用され、その第三の軸に沿ってコード化が為される。この第二の位相コード化勾配パルスＧzの大きさも、走査中の値を通じて段階的に変えられる。これらの２ＤＦＴ法及び３ＤＦＴ法は、図２に示すような直線(rectilinear)パターンでｋ空間をサンプリングし、ｋ空間サンプルはデカルト格子に置かれる。
【０００６】
磁気共鳴血管造影法（ＭＲＡ）は、磁気共鳴現象を利用してヒトの脈管系及び心臓の画像を作成する。ＭＲＡの診断能力を高めるため、ＭＲＡ走査に先立ってガドリニウム等の造影剤を患者に注入することができる。米国特許第５，４１７，２１３号明細書に記載されているように、このコントラスト増幅（ＣＥ）ＭＲＡ法による手段(trick)は、造影剤ボーラスが関心脈管系を通じて流れている時に中央ｋ空間ビューを取得することである。ＣＥＭＲＡ検査を成功させるためには、ピーク動脈増幅中におけるｋ空間の中央線の収集が重要である。造影剤が到達する前にｋ空間の中央線を取得した場合には、苛酷な画像アーチファクトが当該画像の診断情報を制限する可能性がある。その一方で、ピーク動脈造影剤の通過後に取得された動脈画像は、静脈の増幅により不明瞭になる。頸動脈や腎動脈等の多くの解剖学的部位では、動脈増幅と静脈増幅との間の分離が６秒ほどの短時間である場合がある。
【０００７】
ＭＲＡデータの取得は、造影剤ボーラスが関心動脈に到達したときにｋ空間の中央領域が取得されるように時間合わせされる。造影剤の到達を計時する能力はかなり変動し、動脈と静脈の分離増幅を描写する動的研究の場合、多くの適用例では、一連のＭＲＡ画像を取得することが有用である。また、時間的な一連の画像は、疾患によりもたらされる遅延した血管充填パターンを観測する上でも有用である。この要件は、Ｋｏｒｏｓｅｃ  Ｆ．、Ｆｒａｙｎｅ  Ｒ、Ｇｒｉｓｔ  Ｔ．、Ｍｉｓｔｒｅｔｔａ  Ｃ．による「時間分解コントラスト増幅３Ｄ  ＭＲ血管造影法」（Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．Ｍｅｄ．１９９６；３６：３４５−３５１）及び米国特許第５，７１３，３５８号明細書に記載されているように、３Ｄ「フーリエ」取得法を用いて一連の時間分解画像を取得することにより部分的に取り組まれている。
【０００８】
より最近は、投影再構成法は、米国特許第６，４８７，４３５号明細書に記載されているように、時間分解ＭＲＡデータを取得するために用いられている。投影再構成法は、時々「ラジアル(radial)」取得と呼ばれ、磁気共鳴イメージング法の開始以来知られている。投影再構成法は、フーリエ・イメージング法で為されるような図２に示されている如き直線走査パターンでｋ空間をサンプリングするのではなく、図３に示されている如く、ｋ空間の中央から外向きに伸びる半径方向の線をサンプリングする一連のビューを取得する。ｋ空間をサンプリングするのに必要なビューの個数は、その走査の長さを決定し、もし不十分な個数のビューが取得された場合には、その再構成画像にストリーク(streak)・アーチファクトが作成される。特許第６，４８７，４３５号明細書に開示されている技術は、連続的にアンダーサンプリングされた画像を、インタリーブビュー(interleaved  view)で取得し、周囲のｋ空間データを連続画像間で共有することによって、このようなストリーキング(streaking)を低減している。
【０００９】
例えば、米国特許第６，７１０，６８６号明細書で説明されているとおり、取得されたｋ空間投影ビューのセットから画像を再構成するのに用いられる２つの方法がある。最も一般的な方法は、半径方向にサンプリングした軌跡上の位置からデカルト格子へ、ｋ空間サンプルを格子変え(regrid)するものである。その後、画像は、格子変えされたｋ空間サンプルを２Ｄ又は３Ｄフーリエ変換することによって再構成される。画像を再構成する第２の方法は、各投影ビューをフーリエ変換することによって、半径方向のｋ空間投影ビューをラドン空間へ変換することである。画像は、これらの信号投影をフィールド・オブ・ビュー（ＦＯＶ）へフィルタリング及び逆投影することによって、それら信号投影から再構成される。当分野でよく知られているとおり、取得された信号投影がナイキストのサンプリング定理を満たすのに数が不足している場合、その再構成画像にはストリーク・アーチファクトが発生する。
【００１０】
標準的な逆投影方法が図４に示されている。各取得信号投影プロファイル１０が、プロファイル１０内で、ＦＯＶ１２を通って、矢印１６で示された投影経路に沿って各信号サンプル１４を投影することによって、ＦＯＶ１２上に逆投影される。ＦＯＶ１２へ各信号サンプル１４を逆投影する際に、対象に関する先験的な情報を何ら有しておらず、ＦＯＶ１２内のＮＭＲ信号が均質であり、信号サンプル１４は、投影経路が通る各画素に均等に分布していると仮定する。例えば、図４では、投影経路１８がＦＯＶ１２内のＮ個の画素を通るときの、単一の投影プロファイル１０における単一の信号サンプル１４についての投影経路１８が示されている。この信号サンプル１４の信号値（Ｐ）は、これらのＮ個の画素の間で均等に分割される。
【数１】
2009508655.tif 000003
（ここで、Ｓnは、Ｎ個の画素を有する投影経路内のｎ番目の画素に分配されるＮＭＲ信号値である。）
【００１１】
明らかに、ＦＯＶ１２のＮＭＲ信号は均等であるという仮定は正しくない。しかし、当分野でよく知られているとおり、各信号プロファイル１０に対してある一定のフィルタリング補正がなされ、十分な個数のフィルタリングされたプロファイルが、対応する個数の投影角で取得されるならば、この誤った仮定により生じる誤差が最小限になり、画像アーチファクトが抑制される。画像再構成の典型的なフィルタ補正逆投影法では、２５６×２５６画素の２Ｄ画像に対しては４００個の投影が必要であり、２５６×２５６×２５６画素の３Ｄ画像に対しては２０３，０００個の投影が必要となる。上で引用した米国特許第６，４８７，４３５号明細書に記載された方法が採用される場合、これらの同じ画像に必要な投影ビューの個数は、１００個（２Ｄ）と２０００個（３Ｄ）に減らすことができる。
【００１２】
或る動脈、例えば、冠状動脈を撮像するとき、鼓動する心臓の動きが問題となる。ＭＲＩ又はＭＲＡ画像内の動きアーチファクトを低減するため、心臓位相を表示するＥＣＧ信号を使用して、ビューの取得を心臓ゲートすることが通常の慣例である。例えば、米国特許第５，３２９，９２５号明細書で説明されるように、ビューのグループ又はセグメントは、各心臓サイクルの間に１つ又は複数の心臓位相の各々で取得される。例えば、８つの異なるビューが特定の心臓位相で取得され、１６回の心臓鼓動の後には、全部で８×１６＝１２８の異なるビューが取得され、それらのビューから画像が再構成される。一回の息こらえ(breath-hold)は典型的には１６〜２０回の心拍であるから、呼吸運動に起因するアーチファクトを避けるために、息こらえ中に全てのデータを取得することが非常に望ましい。
【００１３】
投影再構成法及びビュー共有を使用して、一回の息こらえの間に、適正なシングルスライス２Ｄ画像が１つ又は複数の心臓位相で取得され得るが、従来の方法は、各々の心臓位相で一つの３Ｄ画像又は複数の２Ｄスライスを取得するのに十分なほど高速ではなかった。そのような画像は、検査の対象が単一の２Ｄ平面に横たわっておらず（例えば冠状動脈）、マルチスライス又は３Ｄ画像の取得が要求されるときに必要である。
【発明の開示】
【００１４】
（発明の要約）
本発明は、心臓ゲートＭＲ画像を生成する新しい方法であり、特に、特定の心臓位相で取得された高度アンダーサンプリング画像の品質を改善する方法である。一連のアンダーサンプリング画像フレームは、連続心拍の間に、選択された心臓位相で取得される。連続心拍の間に取得されたビューは、インタリーブされた軌跡をｋ空間でサンプリングし、組み合わせられて、選択された心臓位相で対象を描写する合成画像を再構成するために使用される。この合成画像は、逆投影信号サンプルの分布を重み付けすることによって、各投影ビューの高度に限定された逆投影で使用される。
【００１５】
本発明の発見は、ＦＯＶ１２内のＮＭＲ信号輪郭(contour)の先験的な情報が、仮定した均等信号輪郭の代わりに逆投影画像再構成プロセスで用いられるならば、大幅に少ない取得ビューを用いて良質のフレーム画像を生成できることである。例えば、図５を参照すると、ＦＯＶ１２の信号輪郭は、血管１８及び２０などの構造体を含むことが分かる。実際には、逆投影経路８がこれらの構造体を貫通するとき、信号サンプル１４の各画素へのより正確な分配が、その画素位置で既知のＮＭＲ信号輪郭の関数として分配に重み付けすることによって達成される。その結果、大多数の信号サンプル１４が、構造体１８及び２０と交差する画素で分配される。Ｎ個の画素を有する逆投影経路８については、これは、以下のように表すことができる。
【数２】
2009508655.tif 000004
（ここで、Ｐは、ＮＭＲ信号サンプル値であり、Ｃnは、逆投影経路に沿ったｎ番目の画素における合成画像の信号値である。）
数式（２）の分子は、合成画像において、対応するＮＭＲ信号値を用いた各画素に重み付けし、分母は、全逆投影信号サンプルが、イメージフレームに対する投影総和を反映し、合成画像の総和により乗算されないように、その値を正規化している。この正規化は、逆投影が実行された後に各画素で別個に行われることができるが、多くの臨床使用では、逆投影の前に投影Ｐを正規化する方がはるかに容易であることに留意すべきである。この場合、投影Ｐは、同じビュー角での合成画像を通した投影において対応する値Ｐｃで割ることによって正規化される。次に、正規化された投影Ｐ／Ｐｃは逆投影され、次に、結果として得た画像は合成画像を乗算される。
【００１６】
本発明の３Ｄの実施態様が、ビュー角θとφで特徴付けられる単一の３Ｄ投影ビューに対して、図６に図示されている。この投影ビューは、フーリエ変換されて単一の信号輪郭を形成し、軸１６に沿って逆投影され、逆投影軸１６に沿った距離ｒにおいてラドン平面２１に広がる。投影信号輪郭値がフィルタ処理され、連続したラドン平面に、軸１６に沿って均等に分配されるフィルタリング逆投影の代わりに、投影信号輪郭値が、合成画像内の情報を用いて、ラドン平面２１に分配される。図６における合成画像は、血管１８及び２０を含む。重み付けされた信号輪郭値が、合成画像内の対応する位置ｘ、ｙ、ｚでの強度に基づいて、ラドン平面２１内の画像位置ｘ、ｙ、ｚで置かれる。これは、対応する合成画像のボクセル値と信号プロファイル値との簡単な乗算である。次に、この積は、合成画像から形成された対応画像空間プロファイルからのプロファイル値でこの積を割ることによって正規化される。３Ｄ再構成に対する式は以下になる。
【数３】
2009508655.tif 000005
（ここで、総和（Σ）は、時間フレーム内の全投影であり、特定のラドン平面内のｘ、ｙ、ｚ値は、その平面に対する適正なｒ、θ、φ値におけるプロファイル値Ｐ（ｒ，θ，φ）を用いて算出される。Ｐc（ｒ，θ，φ）は、合成画像からの対応プロファイル値であり、Ｃ（ｘ，ｙ，ｚ）r,θ,φは、（ｒ，θ，φ）での合成画像値である。）
【００１７】
本発明の他の発見は、この画像再構成法が心臓ゲート取得で有利に使用され、一連のアンダーサンプリングされたフレーム画像が同じ心臓位相で取得され得ることである。連続画像フレーム取得のビューをインタリーブすることによって、連続画像フレームからのビューは組み合わせられ、より高い品質の合成画像を再構成するために使用され得る。次に、この合成画像は、各画像フレームの前述した逆投影再構成で使用される。
【００１８】
本発明の他の局面は、３Ｄハイブリッド投影再構成パルスシーケンスを使用して心臓ゲート走査の間に取得された画像フレームの再構成である。投影ビューは、２Ｄスライス内で半径方向軌跡を有するｋ空間をサンプリングするために取得され、位相コード化は、軸方向に沿って複数スライスを取得するために使用される。合成画像は複数スライス位置の各々について再構成され、これらの合成画像は各画像フレーム内で２Ｄスライスの逆投影再構成中に使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（好ましい実施態様の詳細な説明）
特に図１を参照すると、本発明の好ましい実施態様がＭＲＩシステムに採用される。ＭＲＩシステムは、ディスプレイ１１２及びキーボード１１４を有するワークステーション１１０を備える。ワークステーション１１０は、市販のオペレーティングシステムを走らせている市販のプログラマブルマシンであるプロセッサ１１６を備える。ワークステーション１１０は、スキャン指示をＭＲＩシステムに入力できるようにするオペレータインタフェースを提供する。
【００２０】
ワークステーション１１０は４つのサーバ、すなわちパルスシーケンスサーバ１１８、データ取得サーバ１２０、データ処理サーバ１２２、及びデータ記憶サーバ２３に結合される。好ましい実施態様では、データ記憶サーバ２３は、ワークステーションプロセッサ１１６及び関連するディスクドライブインタフェース回路によって実行される。残りの３つのサーバ１１８、１２０及び１２２は、単一のエンクロージャに搭載され、かつ６４ビットバックプレーンバスを使用して相互接続された別個のプロセッサによって実行される。パルスシーケンスサーバ１１８は、市販のマイクロプロセッサ及び市販の４通信コントローラを用いる。データ取得サーバ１２０及びデータ処理サーバ１２２は両方とも、同じ市販のマイクロプロセッサを用い、データ処理サーバ１２２は、市販のパラレルベクトルプロセッサに基づいた１つ又は複数のアレイプロセッサを更に備える。
【００２１】
ワークステーション１０及びサーバ１１８、１２０及び１２２の各プロセッサは、シリアル通信ネットワークに接続される。このシリアルネットワークは、ワークステーション１１０からサーバ１１８、１２０及び１２２にダウンロードされたデータを伝達するとともに、サーバ間及びワークステーションとサーバの間で通信されるタグデータを伝達する。これに加えて、高速データリンクがデータ処理サーバ１２２とワークステーション１１０の間に設けられて、画像データをデータ記憶サーバ２３に伝達する。
【００２２】
パルスシーケンスサーバ１１８は、ワークステーション１１０からダウンロードされたプログラム要素に応答して、勾配システム２４及びＲＦシステム２６を動作させるように機能する。指定されたスキャンを実行するために必要な勾配波形が生成されて勾配システム２４に与えられ、勾配システム２４はアセンブリ２８内の勾配コイルを励起して、ＮＭＲ信号の位置エンコーディングに使用される磁場勾配Ｇx、Ｇy、及びＧzを生成する。勾配コイルアセンブリ２８は、分極マグネット３２及び全身ＲＦコイル３４を備えるマグネットアセンブリ３０の一部を成す。
【００２３】
ＲＦ励起波形が、ＲＦシステム２６によりＲＦコイル３４に与えられて、指定の磁気共鳴パルスシーケンスを実行する。ＲＦコイル３４により検出される応答性ＮＭＲ信号はＲＦシステム２６により受信され、パルスシーケンスサーバ１１８により生成されるコマンドの命令の下で増幅され、復調され、濾波され、デジタル化される。ＲＦシステム２６は、ＭＲパルスシーケンスに使用される広範なＲＦパルスを生成するＲＦトランスミッタを備える。ＲＦトランスミッタは、スキャン指示及びパルスシーケンスサーバ１１８からの命令に応答して、所望の周波数、位相、及びパルス振幅波形のＲＦパルスを生成する。生成されたＲＦパルスは、全身ＲＦコイル３４に与えることができ、１つ又は複数のローカルコイル又はコイルアレイに与えることができる。
【００２４】
ＲＦシステム２６は、対応する複数のローカルコイルに又はコイルアレイ内の対応する複数のコイル要素に接続されうる１つ又は複数のＲＦレシーバチャネルも備える。各ＲＦレシーバチャネルは、接続されているコイルが受け取ったＮＭＲ信号を増幅するＲＦ増幅器、及び受信したＮＭＲ信号のＩ及びＱ直角位相成分を検出しデジタル化する直角位相検出器を備える。受信したＮＭＲ信号の大きさはこうして、Ｉ成分及びＱ成分の二乗和の平方根によりいずれのサンプリングポイントでも求めることができ、
【数４】
2009508655.tif 000006
また、受信したＮＭＲ信号の位相も求めることができる。
【数５】
2009508655.tif 000007
【００２５】
パルスシーケンスサーバ１１８は任意的に、生理的取得コントローラ３６から患者データを受信する。コントローラ３６は、電極からのＥＣＧ信号又はベローズからの呼吸信号等、患者に接続されたいくつかの異なるセンサから信号を受信する。パルスシーケンスサーバ１１８は通常、このような信号を使用して、スキャンのパフォーマンスを患者の呼吸又は心拍に同期又は「ゲート」させる。
【００２６】
パルスシーケンスサーバ１１８は、患者及びマグネットシステムの状態に関連する各種センサから信号を受信するスキャンルームインタフェース回路３８にも接続する。患者位置合わせシステム４０がスキャン中に患者を所望の位置に移動させるコマンドを受信することもスキャンルームインタフェース回路３８を通してである。
【００２７】
パルスシーケンスサーバ１１８が、スキャン中にＭＲＩシステム要素のリアルタイム制御を行うことが明らかであるべきである。その結果、そのハードウェア要素がランタイムプログラムにより適時に実行されるプログラム命令で動作することが必要である。スキャン指示の指令構成要素は、ワークステーション１１０からオブジェクトの形でダウンロードされる。パルスシーケンスサーバ１１８は、これらオブジェクトを受け取るプログラムを含み、これらオブジェクトをランタイムプログラムに用いられるオブジェクトに変換する。
【００２８】
ＲＦシステム２６により生成される、デジタル化されたＮＭＲ信号サンプルをデータ取得サーバ１２０が受け取る。データ取得サーバ１２０は、ワークステーション１１０からダウンロードされる指令構成要素に応答して動作し、リアルタイムＮＭＲデータを受け取り、データがデータオーバーランにより失われないようにバッファストレージを提供する。スキャンによっては、データ取得サーバ１２０は、取得されたＮＭＲデータをデータプロセッササーバ１２２に渡すにすぎない。しかし、取得されたＮＭＲデータから導出された情報をスキャンのさらなるパフォーマンスの制御に必要とするスキャンでは、データ取得サーバ１２０は、このような情報を生成してパルスシーケンスサーバ１１８に伝達するようにプログラムされる。例えば、プレスキャン中、ＮＭＲデータを取得し、これを使用してパルスシーケンスサーバ１１８により行われるパルスシーケンスを較正する。また、ナビゲータ信号をスキャン中に取得し、これを使用して、ＲＦシステム又は勾配システムの動作パラメータを調整し、又はｋ空間がサンプリングされるビュー順序(view  order)を制御することができる。また、データ取得サーバ１２０を用いて、ＭＲＡスキャン中に造影剤の到着を検出するために使用されるＮＭＲ信号を処理することができる。これら例のすべてにおいて、データ取得サーバ１２０はＮＭＲデータを取得し、リアルタイムで処理して、スキャンの制御に使用される情報を生成する。
【００２９】
データ処理サーバ１２２は、ＮＭＲデータをデータ取得サーバ１２０から受け取り、ワークステーション１１０からダウンロードされた指令構成要素に従って処理する。このような処理には、例えば、未処理のｋ空間ＮＭＲデータをフーリエ変換して２次元画像又は３次元画像を生成すること、再構成された画像にフィルタを適用すること、取得されたＮＭＲデータの逆投影画像再構成を行うこと、機能ＭＲ画像を算出すること、動き又は流れの画像を算出すること等を含むことができる。
【００３０】
データ処理サーバ１２２により再構成される画像は再びワークステーション１１０に伝達されて記憶される。リアルタイム画像はデータベースメモリキャッシュ（図示せず）に記憶され、ここから画像を、マグネットアセンブリ３０付近に配置され担当医師により使用されるオペレータディスプレイ１１２又はディスプレイ４２に出力することができる。バッチモード画像又は選択されたリアルタイム画像は、ディスクストレージ４４上のホストデータベースに記憶される。このような画像が再構成されストレージに転送されるとき、データ処理サーバ１２２はワークステーション１１０上のデータ記憶サーバ２３に通知する。オペレータがワークステーション１１０を使用して、画像の保存、フィルムの生成、又はネットワークを介しての他の施設への画像の送信を行うことができる。
【００３１】
本発明の好適な実施態様を実施するため、ＮＭＲデータが、投影再構成、又はラジアル(radial)な、図７に示すようなパルスシーケンスを用いて取得される。これは、選択的、非対称的に切り取られたｓｉｎｃ  ｒｆ励起パルス２００がスライス選択勾配２０２の存在下で生成される高速グラジエント・リコールド・エコーパルスシーケンスである。ｒｆパルス２００のフリップ角は、典型的には３０°〜４０°であるＴ1が短縮された血液に対するＥｒｎｓｔ角の近くに設定されている。
【００３２】
以下により詳細に述べるように、このパルスシーケンスは、単一のｋ空間の円スライスでサンプリングすることによって単一の２Ｄスライスを得るために用いるか、又は、このパルスシーケンスは、図８中の２０４、２０６及び２０８で示されているとおり、複数の円形ｋ空間平面をサンプリングするために用いることができる。複数の２Ｄスライスが取得されるとき、軸勾配２０２は、位相コード化勾配ローブ２１０及び逆極性の巻き戻し(rewinder)勾配ローブ２１２に続くスラブ選択勾配である。この軸方向位相コード化勾配２１０は、２Ｄのｋ空間スライス２０４、２０６及び２０８のそれぞれからサンプリングするために、走査中に値を通して段差をつけられる。
【００３３】
ＮＭＲエコー信号２１８の取得の間に２つの面内読出し勾配２１４及び２１６を実行して、２Ｄ平面２０４、２０６又は２０８内で半径方向軌跡に沿ってｋ空間をサンプリングする。これらの面内勾配２１４及び２１６は、軸方向勾配に対して垂直であり、それらは相互に直交している。以下により詳細に述べるように、走査の間、これらの面内勾配は、半径方向サンプリング軌跡のビュー角を回転させるために、一連の値を通して段差をつけられる。各面内読取り勾配は、プリフェージング勾配ローブ２２０及び２２２に先行し、巻き戻し勾配ローブ２２４及び２２６が続く。
【００３４】
ｋ空間の周辺境界上の一点から、ｋ空間の中心を通ってｋ空間の周辺境界上の反対側の点まで延びる好ましい直線軌跡以外のサンプリング軌跡が用いられてもよいことが、当業者には理解されるべきである。１つの変形形態は、サンプリングされたｋ空間容積の全範囲にわたっては延びていない軌跡に沿ってサンプリングする、部分的なＮＭＲエコー信号２１８を取得することである。直線投影再構成パルスシーケンスと等価である別の変形形態は、直線ではなく曲線経路に沿ってサンプリングすることである。このようなパルスシーケンスは、例えば、Ｆ．Ｅ．Ｂｏａｄａらによる「高速３次元ナトリウムイメージング法(Fast  Three  Dimensional  Sodium  Imaging)」（ＭＲＭ，３７：７０６−７１５，１９９７）及び、Ｋ．Ｖ．Ｋｏｌａｄｉａらによる「螺旋投影イメージング法を用いた高速３Ｄ  ＰＣ−ＭＲＡ(Rapid  3D  PC-MRA  Using  Spiral  Projection  Imaging)」（Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔｌ．Ｓｏｃ．Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．Ｍｅｄ．１３（２００５））及び、Ｊ．Ｇ．ＰｉｐｅとＫｏｌａｄｉａによる「螺旋投影イメージング法：新しい高速３Ｄ軌跡(Spiral  Projection  Imaging：a  new  fast  3D  trajectory)」（Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔｌ．Ｓｏｃ．Ｍａｇ．Ｒｅｓｏｎ．Ｍｅｄ．１３（２００５））において述べられている。本発明は、これらのサンプリング方法の２Ｄバージョンだけでなく３Ｄバージョンで利用可能であり、本明細書において用いられる用語の「画素」は、２Ｄ又は３Ｄ画像のいずれかにおける位置を指すことを意図されている、ことも理解されるべきである。
【００３５】
前述したパルスシーケンスは、図１のＭＲＩシステムによって用いられ、一連の心臓ゲートフレーム画像を取得する。最初の好ましい実施態様において、単一の２Ｄスライスのみが各画像フレーム内で取得される。図１及び図９を参照すると、対象がＭＲＩシステムのボアの中に置かれ、ＥＣＧ信号が生理的取得コントローラ３６へ結合された後、決定ブロック３００で示されるように、システムはＥＣＧトリガ信号を待機する。トリガ信号が受信されたとき、３０２で概略的に示されるように、画像フレームのセットが取得される。これは図１０で図示され、心臓サイクルは３０４でＥＣＧトリガ信号によって開始され、後続のＲＲ区間中に、所定の時間又は「心臓位相」で６つの画像フレーム３０６〜３１１のセットが取得される。好ましい実施態様において、プロセスブロック３１２における各画像フレームの取得は１０個の投影ビューから構成され、これらのビューは２次元ｋ空間をできるだけ均一にサンプリングするビュー角へ設定される。これは高度にアンダーサンプリングされたデータセットであり、本発明が存在しないとき典型的な画像再構成を実行すれば、非常に貧弱な品質の画像を生じる。
【００３６】
決定ブロック３１４で決定されるように、最後の画像フレームがＲＲ区間中に取得されたとき、システムはループバックし、決定ブロック３００で次のＥＣＧトリガ信号を待機する。次のＲＲ区間中に画像フレームの類似のセットが取得されるが、後続のＲＲ区間中に各画像フレーム３０６〜３１１について取得された１０個のビューの各々が、前に取得されたビューとインタリーブされることが例外である。これは図１１で示され、点線２３０によって示された投影ビューは一つのＲＲ区間中に取得され、破線２３２によって示された投影ビューは他のＲＲ区間中に取得され、実線２３４によって示された投影ビューは更に他のＲＲ区間で取得される。典型的な息こらえの間に、そのようなインタリーブされた投影ビューの１６〜２０個のセットが取得されてもよい。
【００３７】
上記で指摘したように、各々の取得された画像フレーム内のビューは、できるだけ均一にｋ空間をサンプリングするように配列され、図１１で示されるように、半径ｒまでナイキストサンプリング規準を満足させる。組み合わされインタリーブされた投影２３０、２３２、及び２３４は、更に、できるだけ均一にｋ空間をサンプリングするが、より稠密にｋ空間をサンプリングし、はるかに大きい半径Ｒまでナイキストサンプリング規準を満足させる。結果として、図９の決定ブロック３１６で検出されるように、息こらえ中の全心拍についてデータが取得されたとき、各々の心臓位相について、かなりの数のインタリーブ及び均一分布されたビューが、図１０の３１８で示される合成データセット内に取得されている。
【００３８】
依然として図９を参照すると、プロセスブロック３２０で示されるように、各々の心臓位相について、合成画像が合成データセット３１８を使用して再構成される。１６〜２０回の心拍から成る典型的息こらえの間に、合成データセットは、単一画像フレーム内に含まれるデータの１６〜２０倍を含み、従来のフィルタリング逆投影技術を使用して、アーチファクトを合理的に含まない画像が再構成され得る。プロセスブロック３２１で示されるように、結果の合成画像は、更に、編集又はフィルタリングされ、所望されない構造体を除去されてもよい。これは手作業により合成画像を表示して所望されない構造体を削除するか、自動的に、検出可能な構造体又は組織をフィルタリングすることによって行うことができる。
【００３９】
プロセスブロック３２４で示されるように、ここで各々の心臓位相について一連の画像フレームが再構成されてもよい。以下より、一つの画像フレームの再構成が説明される。本発明の重要な局面は、心臓位相の合成画像が使用され、この心臓位相についてフレーム画像が再構成されることである。
【００４０】
特に図１２を参照すると、プロセスブロック３３０で示されるように、最初のステップは、画像フレームのｋ空間投影（好ましい実施態様では１０個）をフーリエ変換することによってラドン空間へ変換することである。結果は、図５で示されるように、信号プロファイル１０のセットである。プロセスブロック３３２で示されるように、これら信号プロファイルの各々は、図５の経路８で描写されるようにＶＯＩへ逆投影される。この逆投影は、式（２）を参照して前に説明されたように、合成画像によって重み付けられる。すなわち、任意の画素（ｎ）における逆投影値（Ｐ）は、合成画像内の同じ画素の大きさ（Ｃｎ）によって重み付けられる。
【００４１】
プロセスブロック３３４で示されるように、逆投影信号値（Ｓｎ）は再構成されている画像フレームへ加えられる。次に、システムは決定ブロック３３６でループバックし、プロセスブロック３３８及び３３２で示されるように、次の信号プロファイル１０を逆投影する。したがって、全ての逆投影された信号プロファイル１０の信号値（Ｓｎ）は、より高い品質の合成画像内の対応する画素値によって決定された重みと共に画像フレームへ加えられる。合成画像は、ずっと多くの投影ビューから再構成され、より少ないアーチファクトを有するため、より高品質である。また、合成画像は、再構成するために使用される投影ビューがずっと長い時間帯にわたって取得されるため、より高品質である。一般的に、画像フレームのＳＮＲは、取得持続時間の平方根に比例する。本発明の発見は、この独特の高度に限定された再構成プロセスによって、合成画像の一層高い品質が画像フレームへ移転されることである。
【００４２】
図９のフローチャートへ戻って、一つの心臓位相の画像フレームが、対応する合成画像で再構成され、次にプロセスブロック３４０で示されるように、次の心臓位相の画像フレームが再構成される。決定ブロック３４２で決定されるように、全ての心臓位相の画像フレームが再構成されたとき、画像フレームはプロセスブロック３４４で示されるように多くの方法で表示されてもよい。
【００４３】
上記で説明された走査は、複数の心臓位相の各々で一連の画像フレームを生成する。これは図１３に示され、各々の再構成された画像フレーム３４５が、特定の心臓位相及び特定の心拍に関連づけられる。これらの画像フレーム３４５は、多くの異なる方法で表示されてもよい。第一に、息こらえ（すなわち、心拍）中の選択された時点において、連続した心臓位相での対象を描写する画像が表示され得る。例えば、対象がヒトの心臓であれば、連続した心臓位相の画像は、一つの心拍中に変化する心臓の構造体を示すであろう。
【００４４】
特定の心臓位相での画像３４５は、更に、連続した心拍にわたって観察され得る。この場合、心臓の動きは凍結され、時間の経過に従って構造体がどのように変化するかを見ることができる。この表示モードが特に有用な場合は、造影剤が使用されて、造影剤がフィールド・オブ・ビューへ流入するのを一連の画像３４５が描写するときである。本発明の、そのようなコントラスト増幅実施態様が、以下より説明される。
【００４５】
ＥＣＧゲート走査で造影剤を使用する好ましい方法が、図１４で描写される。この特定の実施態様は２回の息こらえを採用する。プロセスブロック３５０で示されるように、最初のステップは患者に命じて、最初の参照息こらえを確立することである。これは、モニタデバイス、例えば、「ＭＲイメージングの息こらえモニタ(Breath-hold  Monitor  For  MR  Imaging)」と題する米国特許第５，３６３，８４４号明細書で開示されるモニタデバイスを使用して行われてもよい。モニタデバイスは、呼吸運動に関して患者へ視覚的フィードバックを提供する。プロセスブロック３５２で示されるように、この初期息こらえの間では、一連の心臓位相画像フレームが前述したようにして取得される。
【００４６】
次に、プロセスブロック３５４で示されるように造影剤が投与され、プロセスブロック３５６で示されるように第二の息こらえが参照位置で再確立される。例えば、前述した息こらえモニタを使用して、参照位置に到達したことをモニタ上のフィードバックライトが指摘するまで、患者は吸入して吐き出す。プロセスブロック３５８で示されるように、この第二の息こらえ中に造影剤がフィールド・オブ・ビューへ流入するとき、心臓位相画像フレームの他のセットが取得される。
【００４７】
プロセスブロック３６０で示されるように、各々の心臓位相について造影剤投与前のマスク画像が生成される。これは各心臓位相で最初の息こらえによって取得された全投影を組み合わせて、その組み合わせられた投影で従来のフィルタリング逆投影画像再構成を実行することによって行われる。例えば、この最初の息こらえ中に２０回の心拍が起こり、各心臓位相中に１０個のインタリーブされた投影ビューが取得されるとすれば、全部で１０×２０＝２００の投影ビューが使用されて、各々のマスク画像を再構成する。こうして、図１５で示されるように、各心臓位相についてマスク画像３６２が生成される。
【００４８】
次に、プロセスブロック３６４で示されるように、各心臓位相について、マスクされない合成画像が再構成される。これは造影剤投与後の第二の息こらえ中に各心臓位相で取得された全てのインタリーブ投影を組み合わせて、その組み合わせられた（例えば、２００個の）インタリーブ投影で従来のフィルタリング逆投影画像再構成を実行することによって行われる。こうして、図１５で示されるように、マスクされない合成画像３６６が各心臓位相について生成される。
【００４９】
ここで、プロセスブロック３６８で示されるように、最終の合成画像が各心臓位相について生成される。これは、各心臓位相のマスク画像３６２を、対応するマスクされない合成画像３６６から減じることによって行われる。こうして、図１５で示されるように、合成画像３７０が各心臓位相について生成される。マスクされた合成画像３７０は、造影剤の到着によって強度を変化させた画像画素を表示する。このような画像画素は、ＭＲＡ研究における動脈であるか、心臓研究における心室であってもよい。更に、造影剤投与前の投影ビューを、対応する造影剤投与後の投影ビューから減じ、差分の投影ビューからマスク合成画像３７０を再構成することによって、同じマスク合成画像３７０を生成できることが明らかであろう。
【００５０】
ここで、プロセスブロック３７２で示されるように、各心臓位相について画像フレームのセットが再構成され得る。これは、前述したように、また図１２で示されるように、心臓位相のマスク合成画像３７０及び心臓位相について各心拍中に取得された投影を使用して行われる。この高度に限定された逆投影再構成のために所望の疎データセットを生成するため、この画像フレームを再構成するために使用された投影ビューから、対応するマスク投影ビューが減じられる。こうして、図１５で示されるように、各心拍及び各心臓位相について画像フレーム３７４が再構成される。これらの画像フレームは、前述したように、またプロセスブロック３８０で示されるように、多くの異なる方法で表示され得る。
【００５１】
本発明の他の好ましい実施態様は、図７のハイブリッドＰＲパルスシーケンスのマルチスライス能力を用いて、各々の心拍中及び各々の心臓位相でマルチスライス画像フレームを取得する。複数の連続スライスは３Ｄ体積を提供し、最大強度投影（ＭＩＰ）画像は３Ｄ体積から生成され得る。これは、一つの２Ｄ平面内に完全には横たわらない構造体が撮像されているときに重要である。このマルチスライス実施態様は、図１４を参照して上記で説明されたコントラスト増幅取得で採用されてもよいが、ここで図１６を参照して、コントラスト増幅を使用しないマルチスライス実施態様が説明される。この実施態様は、図１０を参照して上記で説明した実施態様と多くの点で類似し、本質的に同じステップは、図１６において同じ参照番号で同定される。
【００５２】
図１６及び図１７を具体的に参照すると、息こらえ中の各心拍の間に一連の画像フレームが複数の心臓位相で取得される心臓トリガ走査が遂行される。各心拍の間に、一連の画像フレーム３０６〜３１１がプロセスブロック３０１で取得される。このブロックは前述したブロックと類似している。しかし、単一のｋ空間スライスをサンプリングする１０個の投影ビューから成る単一セットを取得する代わりに、１０個の投影ビューから成る２つのセットが各心臓位相中に取得される。１０個の投影ビューから成る各セットは、軸方向勾配に沿って異なるように位相コード化され（図７）、ｋ空間の２つの隣接２Ｄスライスがサンプリングされる。これから説明するように、３つの２Ｄスライスから構成される画像フレームが、最終的に各心臓位相で形成される。図８を参照すると、これらのスライスは「Ａ」として下記で参照される中央ｋ空間スライス２０６、及び「Ｂ」及び「Ｃ」として下記で参照される２つの周辺ｋ空間スライス２０４及び２０８を含む。しかし、各画像フレームを取得するために必要な走査時間を低減するため、これら３つのスライスの２つだけが、任意の単一の心臓位相中に取得される。
【００５３】
図１７で最良に示されるように、特定の心臓位相におけるフレーム画像の各々の取得中に、周辺スライスＢ又はＣの一つと一緒に中央スライスＡが取得される。サンプリング・パターンは、任意の心臓位相で、中央スライスＡが取得され、周辺スライスＢ又はＣの一つが取得され、他の周辺スライスが時間隣接取得から生成され得るパターンである。例えば、図１７において、息こらえのｎ番目の心拍中に取得された第一の心臓位相画像フレーム３８０は、図７のパルスシーケンスが２０回反復される間に、Ａ及びＢスライスを取得する。ｎ−１及びｎ＋１の心拍の同じ心臓位相中に、Ａ及びＣスライスが３８２及び３８４で取得される。したがって、ｎ番目の心拍の第一心臓位相について画像フレームを再構成するとき、ｎ−１及びｎ＋１の心拍中に３８２及び３８４で取得された時間隣接Ｃスライスの間を補間することによって、スライスＣデータが算出される。
【００５４】
図１６を再び参照すると、決定ブロック３１６で決定されるように、息こらえ中の全心拍について全画像フレームが取得された後、プロセスブロック３２３で示されるように、取得されたデータから合成画像のセットが再構成される。最初に、取得されたｋ空間データセットの軸方向位相コード化軸に沿って、１次元高速フーリエ変換が実行される。結果のハイブリッド空間データセットの各々は、図８で示されるように、投影ビューの３つの軸方向スライス（Ａ、Ｂ、及びＣ）から構成される。各心臓位相について、各スライスＡ、Ｂ、及びＣについて１つずつ、３つの合成画像が再構成される。更に具体的には、各心臓位相について、全息こらえ中に取得されたスライスＡの投影は、第二の心臓位相のために図１７で示されるように組み合わせられて合成Ａデータセット３９０を形成し、スライスＢの投影は、組み合わせられて合成Ｂデータセット３９２を形成し、スライスＣの投影は、組み合わせられて合成Ｃデータセット３９４を形成する。組み合わせられて合成データセット３９０、３９２、及び３９４を形成した投影は、図１１を参照して説明したようにインタリーブされ、ｋ空間スライスＡ、Ｂ、及びＣを実質的に均一にサンプリングする。重要なことは、合成データセット３９０、３９２、及び３９４が、心臓位相中に取得されたいずれの画像フレームよりも、より稠密にスライスＡ、Ｂ、及びＣをサンプリングすることである。結果として、各心臓位相のために従来の画像再構成法を使用して形成された合成データセット３９０、３９２、及び３９４から、合成画像が再構成されてもよい。３つのスライスの各々は、従来の２次元画像再構成法を使用して別々に再構成される。この従来の方法は、フィルタリング逆投影又は各スライスにおける２Ｄ投影格子変え、及び後続する２次元高速フーリエ変換であってもよい。
【００５５】
合成画像の再構成に続いて、プロセスブロック３２５で示されるように、各心臓位相の画像フレームが再構成される。前述した実施態様と同じく、この画像再構成は、高度に限定された逆投影法及び合成画像を使用し、ＳＮＲを向上し、高度にアンダーサンプリングされた画像フレーム内で画像アーチファクトを低減する。
【００５６】
各画像フレームの再構成は、多くの異なる方法で行われ得る。第一に、心臓位相のＡ、Ｂ、及びＣ位相コード化投影ビューの限定セットは、軸方向位相コード化勾配軸に沿ってフーリエ変換され、３つのスライスを形成してもよい。得られた３つのスライスの各々は投影ビューの限定セットから構成され、図１２で示された前述の方法を使用して、スライス画像が限定セットから再構成される。すなわち、各投影ビューはラドン空間へフーリエ変換され、次にスライスの合成画像を使用して逆投影され、各々の逆投影された値を重み付けする。こうして、各心拍中の各心臓位相について３つの連続画像フレームスライスが再構成され、これらが３次元画像として表示されてもよい。更に、３次元画像から最大強度画素投影（ＭＩＰ）画像が生成されてもよい。
【００５７】
前述した再構成法では、軸方向位相コード化勾配軸に沿ったフーリエ変換が最初に行われた。これが好ましい場合は、再構成されている画像フレーム内のＡ、Ｂ、及びＣ位相コード化投影ビューが相互にインタリーブされない場合である。それらがインタリーブされるならば、代替の方法が好ましい。代替の方法では、勾配軸に沿ってフーリエ変換を実行する前に、前述した高度に限定された逆投影法及び合成画像重み付けを使用して、それぞれのＡ、Ｂ、及びＣ位相コード化投影ビューが別々に逆投影される。次に、結果のデータセットが格子変えされ、軸方向位相コード化軸に沿ってサンプルを整列する。次に、軸方向位相コード化勾配軸に沿ったフーリエ変換が、結果の格子変えされたハイブリッドデータセットの上で実行される。
【００５８】
画像再構成プロセスを３つの２Ｄスライスのプロセスへ変換するのではなく、各心臓位相におけるＡ、Ｂ、及びＣ位相コード化データセットの３次元再構成が直接実行されてもよい。これを行う多くの方法は、「高度に限定された画像再構成法(HIGHLY  CONSTRAINED  IMAGE  RECONSTRUCTION  METHOD)」と題して２００６年７月７日に出願された同時係属米国特許出願第１１／４８２，３７２号明細書で説明される。これらの方法は、参照により本明細書に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明を用いるＭＲＩシステムのブロック図である。
【図２】フーリエ変換技術を使用するｋ空間サンプリングの図である。
【図３】投影再構成技術を使用するｋ空間サンプリングの図である。
【図４】従来の逆投影再構成法の図である。
【図５】本発明に従って２Ｄ  ＰＲ画像を再構成する逆投影法の図である。
【図６】３Ｄ  ＰＲ画像を再構成する逆投影法の図である。
【図７】本発明の好ましい実施態様を実施するときにおける、図１のＭＲＩシステムによって実行されるハイブリッドＰＲパルスシーケンスのグラフである。
【図８】図５のハイブリッドパルスシーケンスを使用するｋ空間サンプリングの図である。
【図９】本発明の好ましい実施態様におけるステップのフローチャートである。
【図１０】一つの心拍中におけるデータの心臓ゲート取得の図である。
【図１１】半径方向サンプリング軌跡によるｋ空間のインタリーブサンプリングの図である。
【図１２】本発明に従って２Ｄ画像フレームを再構成するステップのフローチャートである。
【図１３】図１０の方法を使用して生成された画像の図である。
【図１４】本発明の第二のコントラスト増幅実施態様におけるステップのフローチャートである。
【図１５】図１４の方法を使用して生成された画像の図である。
【図１６】本発明の他の好ましい実施態様におけるステップのフローチャートである。
【図１７】図１６の方法を実施するときにおける、一つの心拍中のデータの心臓ゲート取得の図である。
【図１】
2009508655.tif 000009
【図２】
2009508655.tif 000010
【図３】
2009508655.tif 000011
【図４】
2009508655.tif 000012
【図５】
2009508655.tif 000013
【図６】
2009508655.tif 000014
【図７】
2009508655.tif 000015
【図８】
2009508655.tif 000016
【図９】
2009508655.tif 000017
【図１０】
2009508655.tif 000018
【図１１】
2009508655.tif 000019
【図１２】
2009508655.tif 000020
【図１３】
2009508655.tif 000021
【図１４】
2009508655.tif 000022
【図１５】
2009508655.tif 000023
【図１６】
2009508655.tif 000024
【図１７】
2009508655.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月27日(2008.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムのフィールド・オブ・ビュー（ＦＯＶ）に置かれた対象の画像を生成する方法であって、
ａ）前記ＭＲＩシステムを使用して、複数の心拍の各々の間に複数の心臓位相の各々における投影ビューセットを取得するステップであって、各セットが、異なるビュー角で取得された投影ビューを含むステップと、
ｂ）複数の心拍中の対応する心臓位相中に取得された投影ビューを使用して、各心臓位相について合成画像を生成するステップであって、各合成画像が、前記対応する心臓位相における前記対象を描写し、また前記ＦＯＶ内の前記対象に関する先験的情報を提供するステップと、
ｃ）前記選択された心臓位相における前記対象の画像を
ｃ）ｉ）前記選択された心臓位相中に前記対象を描写する前記合成画像を使用して各画像画素に逆投影された信号値を正規化及び重み付けすることによって、前記選択された心臓位相で取得された投影ビューセットを前記ＦＯＶに逆投影することと、
ｃ）ｉｉ）前記逆投影された信号値を各画像画素について総計することと、
によって再構成するステップと、
を含む、ＭＲＩシステムのＦＯＶに置かれた対象の画像を生成する方法。
【請求項２】
複数の心拍中に各心臓位相で取得された前記投影ビューがインタリーブされる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
各画像画素の逆投影信号値Ｓnが、ステップｃ）ｉ）で、
【数１】
2009508655.tif 000026
（ここで、Ｐは逆投影されている前記投影ビューの値、Ｃnは前記合成画像内の対応画素の信号値、Ｓnは前記逆投影経路に沿ったｎ番目の画素の信号値、Ｎは前記逆投影経路に沿った画素の総数）
として算出される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
ステップｂ）が、前記合成画像を編集して、前記合成画像内の対象物を除去し、それによって、その対象物が前記再構成された画像内に現れるのを実質的に少なくすることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
ステップｃ）が、前記ビューを逆投影する前に各投影ビューをフーリエ変換することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
ステップｃ）が反復されて、複数の心拍の各々における複数の心臓位相の各々で画像を生成する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
ステップａ）が、前記対象の対応する複数のスライスを描写する投影ビューの複数のセットを各心臓位相で取得するハイブリッド２Ｄ  ＰＲパルスシーケンスの指令の下で実行される、請求項１記載の方法。
【請求項８】
ステップｂ）が、各心臓位相で各スライスについて合成画像を生成することを含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
ステップｃ）が、前記選択された心臓位相及びスライスに対応する前記合成画像を使用して、前記選択された心臓位相中に各スライスでの前記対象の画像を再構成することを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
ステップｃ）における前記選択された心臓位相で再構成されたスライス画像の数が、ハイブリッド２Ｄ  ＰＲパルスシーケンスを使用して各心臓位相で取得された投影ビューセットの数よりも大きい、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記選択された心臓位相中に取得されなかった投影ビューを使用して、前記選択された心臓位相で投影ビューの追加セットを生成することを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記の投影ビューの追加セットが、同じ心臓位相であるが現在の心拍の前及び後の心拍中に取得された投影ビューセットの間で補間することによって、前記現在の心拍について算出される、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムのフィールド・オブ・ビュー（ＦＯＶ）に置かれた対象の画像を生成する方法であって、
ａ）前記ＭＲＩシステムを使用して、一つの心拍中に、及び複数の心拍の各々の間に複数の心臓位相の各々における対象の複数のビューを取得するステップと、
ｂ）ステップａ）において複数の心拍からかつ選択された心臓位相で取得されたビューを使用して合成画像を再構成するステップであって、前記合成画像が各合成画像画素での信号値を有し、前記選択された心臓位相における前記ＦＯＶ内の画素位置での前記対象の先験的情報を前記値が含むステップと、
ｃ）前記対象の画像を
ｃ）ｉ）ステップａ）において、前記選択された心臓位相で取得されたビューから画像データセットを生成することと、
ｃ）ｉｉ）前記画像データセット、並びに合成画像を使用して各逆投影された画像画素を正規化及び重み付けする高度に限定された逆投影法を使用して、前記対象の画像を生成することと、
によって再構成するステップと、
を含む、ＭＲＩシステムのＦＯＶに置かれた対象の画像を生成する方法。
【請求項１４】
ステップａ）が、前記複数の心臓位相の各々で複数の位相コード化投影ビューを取得することを含み、ステップｂ）が、前記選択された心臓位相での各々の位相コード化について合成画像を再構成することを含み、前記合成画像がステップｃ）で使用されて前記対象の前記画像を再構成する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
ステップａ）において、前記選択された心臓位相で取得された前記ビューが、インタリーブされた投影角で連続心拍中に取得された投影ビューであり、ステップｃ）ｉ）で生成された前記画像データセットが、前記投影ビューのセットを選択することを含み、実質的に全ての前記インタリーブされた投影ビューから前記合成画像がステップｂ）で再構成される、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
ステップａ）において、前記ビューが複数の選択された心臓位相で取得され、ステップｂ）において、対応する複数の合成画像が前記ビューから再構成され、ステップｃ）において、複数の画像が、対応する複数の心臓位相で再構成される、請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
ステップｃ）において、複数の画像が、対応する複数の心拍中の前記選択された心臓位相で取得されたビューから生成される、請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
ステップｃ）ｉｉ）が、前記合成画像から引き出された値で割ることによって、各画像画素を正規化することを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１９】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムを使用してコントラスト増幅心臓ゲート画像を生成する方法であって、
ａ）前記ＭＲＩシステムを使用して、ゲート信号に続く選択された心臓位相及び複数の心拍の各々でビューのセットを取得するステップと、
ｂ）前記選択された心臓位相で取得された実質的に全ての前記ビューからマスク画像を再構成するステップと、
ｃ）前記ＭＲＩシステムを使用して、ゲート信号に続く前記選択された心臓位相及び複数の心拍の各々で造影剤投与後のビューのセットを取得するステップと、
ｄ）前記選択された心臓位相で取得された実質的に全ての前記ビューから、マスクされない合成画像を再構成するステップと、
ｅ）前記マスクされない合成画像から、前記マスク画像を減じることによって合成画像を生成するステップと、
ｆ）一つの心拍中の前記選択された心臓位相で取得された造影剤投与後のビューのセットからフレーム画像を再構成するステップであって、前記合成画像が使用されて前記フレーム画像内の各画素を正規化及び重み付けするステップと、
を含む、ＭＲＩシステムを使用してコントラスト増幅心臓ゲート画像を生成する方法。
【請求項２０】
前記ビューが投影ビューであり、そして、前記選択された心臓位相で取得された前記造影剤投与後のビューを逆投影することと、逆投影された前記値を前記対応する位置における前記合成画像内の信号値によって重み付けすることとを含む高度に限定された逆投影法を使用して、ステップｆ）が実行される、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
ステップｃ）で取得された前記ビューがインタリーブされる、請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
ステップｆ）が反復されて、複数の心拍の各々でフレーム画像を再構成する、請求項１９記載の方法。
【請求項２３】
ステップｃ）、ｄ）、ｅ）、及びｆ）が反復されて、他の選択された心臓位相でフレーム画像を生成する、請求項１９記載の方法。
【請求項２４】
ステップｆ）が反復されて、複数の心拍の各々及び複数の選択された心臓位相の各々でフレーム画像を再構成する、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムを使用してコントラスト増幅心臓ゲート画像を生成する方法であって、
ａ）前記ＭＲＩシステムを使用して、ゲート信号に続く選択された心臓位相及び複数の心拍の各々で造影剤投与前の投影ビューのセットを異なるビュー角で取得するステップと、
ｂ）造影剤を投与するステップと、
ｃ）前記ＭＲＩシステムを使用して、ゲート信号に続く前記選択された心臓位相及び複数の心拍の各々で、異なるビュー角の造影剤投与後の投影ビューのセットを取得するステップと、
ｄ）前記対応するビュー角で取得された前記造影剤投与後の投影ビューから前記造影剤投与前の投影ビューを減じるステップと、
ｅ）前記選択された心臓位相で取得された実質的に全ての前記減じられた投影ビューから合成画像を生成するステップと、
ｆ）前記選択された心臓位相で取得されて前記減じられた投影ビューを逆投影することと、前記合成画像を使用して逆投影された前記値を正規化及び重み付けすることとを含む高度に限定された逆投影法を使用して、一つの心拍中の前記選択された心臓位相で取得されて前記減じられた投影ビューのセットからフレーム画像を再構成するステップと、
を含む、ＭＲＩシステムを使用してコントラスト増幅心臓ゲート画像を生成する方法。
【請求項２６】
ステップｃ）で取得された前記ビューがインタリーブされる、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
ステップｆ）が反復されて、複数の心拍の各々でフレーム画像を再構成する、請求項２５記載の方法。
【請求項２８】
ステップｃ）、ｄ）、ｅ）、及びｆ）が反復されて、他の選択された心臓位相でフレーム画像を生成する、請求項２５記載の方法。
【請求項２９】
ステップｆ）が反復されて、複数の心拍の各々及び複数の選択された心臓位相の各々でフレーム画像を再構成する、請求項２８記載の方法。
【国際調査報告】
2009508655.tif 000027
2009508655.tif 000028
2009508655.tif 000029
2009508655.tif 000030