(57)【要約】撮像されるべき対象が、遅い変化の領域と、制限的なダイナミックＦＯＶを定める速い変化の領域とへ分割される、新規な磁気共鳴撮像方法が記載される。全体ＦＯＶ中の対象は、低減係数でｋ空間中でサンプリングされる。速い変化の領域中のｋ空間サンプリング位置は、フーリエ変換によって空間領域へ変換され、更に時間・周波数領域へ変換される。更に、ｋ空間中のサブサンプリングされた位置から導出される時間・周波数領域中の位置は、一組の受信コイルの空間コイル感度プロファイルに基づいて展開され、一方で、遅い変化の領域に関連する時間・周波数領域の部分はゼロに設定され、時間・周波数領域中の結果として得られるデータは、時間領域へフーリエ変換される。
2005508238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の受信アンテナのアレイによって取得される複数の信号からダイナミック画像を形成する磁気共鳴撮像方法であって、
撮像されるべき対象は、所定の閾値よりも下の遅い変化の領域と、前記撮像されるべき対象の全体ＦＯＶに対してダイナミックＦＯＶが制限されている領域を定める、前記閾値よりも上の速い変化の領域とに分割され、
前記全体ＦＯＶ中の対象は、前記取得用受信アンテナの数及び前記ＦＯＶの分割に依存する低減係数でｋ空間中でサンプリングされ、
前記ダイナミックＦＯＶ中の前記ｋ空間サンプリング位置は、フーリエ変換により空間領域へ変換され、時間・周波数領域へ更に変換され、
前記ｋ空間中のサブサンプリングされた位置から導出される前記時間・周波数領域中の位置は前記受信アンテナのアレイの空間感度プロファイルに基づいて展開され、前記空間・周波数領域のうち前記遅い変化の領域に関連する部分はゼロに設定され、
前記時間・周波数領域中の結果として得られたデータは前記時間領域へフーリエ変換される、磁気共鳴撮像方法。
【請求項２】
前記低減係数は、１よりも大きい整数又は非整数である、請求項１記載の磁気共鳴撮像方法。
【請求項３】
前記ｋ空間から時間・周波数領域への変換はフーリエ変換である、請求項１又は２記載の磁気共鳴撮像方法。
【請求項４】
前記ｋ空間から時間・周波数領域への変換は所定の一組のディジタルフィルタによって行われる、請求項１又は２記載の磁気共鳴撮像方法。
【請求項５】
複数の信号からダイナミック画像を取得する磁気共鳴撮像装置であって、
静磁場及び一時的な傾斜磁場を印加する手段と、
信号を記録する多数の受信アンテナのアレイと、
空間感度プロファイルを有する前記受信アンテナのアレイと、
撮像されるべき対象を、所定の閾値よりも下の遅い変化の領域と、前記撮像されるべき対象の全体ＦＯＶに対してダイナミックＦＯＶが制限されている領域を定める、前記閾値よりも上の速い変化の領域とに分割する手段と、
前記全体ＦＯＶ中の対象を、前記取得用受信アンテナの数及び前記ＦＯＶの分割に依存する低減係数でｋ空間中でサンプリングする手段と、
前記ダイナミックＦＯＶ中の前記ｋ空間サンプリング位置を、フーリエ変換により空間領域へ変換し、時間・周波数領域へ更に変換する手段と、
前記ｋ空間中のサブサンプリングされた位置から導出される前記時間・周波数領域中の位置を前記受信アンテナのアレイの空間感度プロファイルに基づいて展開し、前記空間・周波数領域のうち前記遅い変化の領域に関連する部分をゼロに設定する手段と、
前記時間・周波数領域中の結果として得られるデータを、前記時間領域へフーリエ変換する手段とを有する、磁気共鳴撮像装置。
【請求項６】
磁気共鳴方法によりダイナミック画像を形成する、コンピュータ利用可能な媒体上に格納されたコンピュータプログラムプロダクトであって、
コンピュータに、
静磁場及び一時的な傾斜磁場を印加し、
多数の受信アンテナのアレイにより磁気共鳴信号を取得し、それに対してｋ空間中の磁場の不均一性及び／又はアンダーサンプリングにより前記磁気共鳴画像のエイリアシングが生じ、
撮像されるべき対象を、所定の閾値よりも下の遅い変化の領域と、前記撮像されるべき対象の全体ＦＯＶに対してダイナミックＦＯＶが制限されている領域を定める、前記閾値よりも上の速い変化の領域とに分割し、
前記全体ＦＯＶ中の対象を、前記取得用受信アンテナの数及び前記ＦＯＶの分割に依存する低減係数でｋ空間中でサンプリングし、
前記ダイナミックＦＯＶ中の前記ｋ空間サンプリング位置を、フーリエ変換により空間領域へ変換し、時間・周波数領域へ更に変換し、
前記ｋ空間中のサブサンプリングされた位置から導出される前記時間・周波数領域中の位置を前記受信アンテナのアレイの空間感度プロファイルに基づいて展開し、前記空間・周波数領域のうち前記遅い変化の領域に関連する部分をゼロに設定し、
前記時間・周波数領域中の結果として得られるデータを、前記時間領域へフーリエ変換することについての実行を制御させるコンピュータ読み取り可能なプログラム手段を有する、コンピュータプログラムプロダクト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段に記載の、多数の受信アンテナのアレイによって取得される複数の信号からダイナミック画像を形成する磁気共鳴方法に関連する。本発明はまた、請求項５の前段に記載の高速ダイナミック画像を取得する磁気共鳴撮像装置、並びに、請求項６の前段に記載のコンピュータプログラムプロダクトに関連する。
【０００２】
磁気共鳴撮像法では、一般的に、より短い時間内に許容可能な画像を取得しようとする傾向がある。このため、近年、スイス国、チューリッヒ大学及び工科大学、生体医用工学及び医療情報学研究所によって、「ＳＥＮＳＥ」と称される感度エンコード方法が開発された。ＳＥＮＳＥ法は、磁気共鳴装置のコイルによって検出される画像に直接作用するアルゴリズムに基づくものであって、アルゴリズムの続く符号化段階は飛ばされても良く、従って画像化のための信号の取得が２乃至３倍に加速されうる。ＳＥＮＳＥ法に重要なことは、いわゆる感度マップに配置されたコイルの感度について知っていることである。この方法を加速させるため、単一のコイルの基準の「平方和」又は任意のボディコイルの基準によって分割を通じて得ることができる生の（raw）感度マップを用いることが提案されている（例えば、ケイ・プルスマン（K.  Pruessmann）外、ＩＳＭＲＭの議事録、１９９８年、アブストラクト、第５７９、７９９、８０３及び２０８７頁参照）。実際に、ＳＥＮＳＥ法は、ｋ空間を故意にアンダーサンプリングすることにより、即ち、取得される対象よりも小さい視野（ＦＯＶ）を故意に選択することにより、走査時間を減少させることを可能としている。このアンダーサンプリングにより、異なる感度パターンを有する一組の別個のコイルについての知識を用いることにより分解（resolve）又は展開（unfold）がされうる折り返しアーティファクトが得られる。アンダーサンプリングは、両方の位相エンコード方向のうちのいずれかの方向で行われうる。
【０００３】
ＳＥＮＳＥ法は、結果として動作時間を大きく減少させる磁気共鳴撮像についての信号取得の加速のために望ましい。しかしながら、方法は、コイル感度が正確にわかっているときにのみ正しく使用されうる。そうでない場合は、欠陥により折り返しアーティファクト（エイリアシング）が生じ、これは正しくない画像を生じさせる。実際上は、コイル感度は完全には推定されえず、時間に関する変動（患者の動き、温度の影響等）によって左右されることとなる。
【０００４】
ＳＥＮＳＥ法の他の重大な問題は、結果として得られる画像中の空間的に変化するノイズレベルである。より特定的には、結果として得られる画像は、コイルパターンによって与えられる情報の局所的な「過小決定（underdetermination）」による非常に高いノイズレベルの領域を有しうる。
【０００５】
ティー・ジェイ・プロヴォスト（Ｔ．Ｊ．Ｐｒｏｖｏｓｔ）によるＳＭＲＩ１９９０、Ｗｏｒｋｓ−ｉｎ−ｐｒｏｇｒｅｓｓ，ａｂｓｔｒａｃｔ４６２に記載されたように、ダイナミック撮像において他の種類のアンダーサンプリングが適用されうる。対象の一部が静止していることがわかっていれば、この知識を有利に用いることができる。ＦＯＶの丁度半分が静的であるとわかっているという最も単純な場合は、ｋ空間密度は半分に減少されうる。これにより、画像データが折り返される結果となる。しかしながら、動的な対象領域の丁度１つの画素が静的な領域の丁度１つの画素と重なり合う。どのような方法にしても、静的な画像が分かっていれば、静的なエイリアシングは必要とされる動的な画像部分から差し引かれうる。その静的な画像は、エイリアシングされていない（しかし時間的には不鮮明な）画像を再構成するために、予め、又は後に、又は１つのフレームから次のフレームへとｋ空間の列をシフトさせることによって、測定されうる（Madore,  Glover  and  Pelc,  MRM42,  p.813-828(1999)参照）。
【０００６】
本発明は、上述のＳＥＮＳＥ法の撮像を更に加速させることを目的とする。
【０００７】
本発明のこの目的及び他の目的は、請求項１記載の方法、請求項５記載の装置、及び請求項６記載のコンピュータプログラムプロダクトによって達成される。
【０００８】
本発明の主な面は、ＳＥＮＳＥ法の加速が、記録コイルの数を増加させることだけでなく、撮像されるべき対象についての本質的な知識を用いることによっても可能であるという考えに基づく。
【０００９】
本発明の上述の利点及び他の利点は、特許請求の範囲に従属項として、また、添付の図面を参照して本発明の典型的な実施例について記載されている以下の説明によって開示されている。
【００１０】
ここで説明する方法は、デカルトフレームであるか非デカルトフレーム（例えば放射状又は螺旋状）であるかにかかわらず、ダイナミックＭＲＩシーケンスに適用される。調べられている対象の少なくとも一部は、最大でｆ／２の変化を有する関心時間周波数を有すると想定され、即ち、フレームはＴD＝１／ｆ秒毎に取得されねばならないことを意味する。対象は、全体として、或る寸法の視野（ＦＯＶ）を有し、このことは、ｋ空間のステップ又は非デカルト走査の場合は密度がΔｋよりも大きくないことを示す。一方で、加速技術は用いられないと想定する。
【００１１】
撮像されるべき領域は、２次元スライスであろうと３次元ボリュームであろうと、「別個の時間的な可変性」の領域へと分割される。このことは、所定の閾値の下の遅い変化の領域があり、この閾値の上の速い変化の領域があることを意味する。この分割（セグメンテーション）は、走査されるべき対象のアプリオリ（a  priori）データを必要とする。このデータは、操作者の解剖学的な知識又は予備走査によって取得されうる。少なくとも２種類の領域がある。夫々の種類は、その領域における時間周波数の予想される範囲によって特徴付けられる。いかなる所与の可変性の種類に属する領域も、連続していなくともよい。
【００１２】
本発明の方法の取得シーケンスは以下の特徴を有する。
【００１３】
整数又は非整数でありうる任意の所望の低減係数ａによるｋ空間中のアンダーサンプリング。ａの最大の許容可能な値は、遅い動きの領域及び速い動きの領域においてＦＯＶを分割するために、取得用コイルの数によって、また、対象から分かっているデータによって決定される。１つの位相エンコード方向のみがある２次元デカルト撮像法の場合、ｋ空間距離はａΔｋへと増加される。２つの位相エンコード方向での非デカルト又は３次元撮像法では、ｋ空間サンプル又はプロファイルは係数ａで低減される。
【００１４】
ｋ空間サンプリング位置のフレームからフレームへの変化、即ち変化のパターンは、反復的であり、（ｋ，ｔ）空間の充填の「結晶構造」を与える。周期又は反復パターンの選択は、サンプリングされたデータを展開（unfold）するためにＳＥＮＳＥ法に重点を置きたいか、走査される対象のセグメンテーション又は「可変性で制限された」知識によって展開することに重点を置きたいかに依存する。
【００１５】
再構成法は、本質的にはＳＥＮＳＥ再構成法である。その特徴的な性質は、展開（unfolding）が純粋に空間方向で行われるのではなく、少なくとも空間次元及び時間・周波数次元に広がる空間で行われること、並びに、時間周波数に対する領域的な制限についての知識が規則化のための入力データとして与えられることである。
【００１６】
これは、主に、以下のように達成される。
【００１７】
１．受信コイルによってサンプリングされた生データは、ｋ空間領域から時間領域へフーリエ変換される（ｘ，ｙ，ｚ；ｔ）。更に、このデータは時間領域から時間・周波数領域へ変換される（ｘ，ｙ，ｚ，ω）。最後の変換は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）又は２倍フーリエ変換（Ｄｏｕｂｌｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ：ＤＦＴ）である必要はないが、ディジタルフィルタの限られた集合によっても達成されうる。
【００１８】
２．サンプリング格子のフーリエ変換は、（ｘ，ｙ，ｚ，ω）空間中の構造化格子であり、即ち、その空間の点の集合はアンダーサンプリングにより互いに重なり合う。
【００１９】
３．ＳＥＮＳＥ法を用いると、（ｘ，ｙ，ｚ，ω）空間中の折り返しは除去される。走査される対象の制限された可変性に関する知識により、結果として得られる（ｘ，ｙ，ｚ，ω）空間の幾つかの部分はゼロであることが知られている。この知識は、例えば規則化により、ＳＥＮＳＥで展開する間、用いられる。これは、受信コイルの数を超える数の折り返された点を可能とする。
【００２０】
４．結果として得られるデータは、時間・周波数領域から時間領域へフーリエ変換される。
【００２１】
例として、上述の方法は心臓領域のダイナミック２次元撮像に適用される。３つの受信コイルと２つの別個の領域があると想定する。即ち、ＦＯＶのうち６０％が遅い動き（例えば呼吸による動き）を示し、ＦＯＶのうち４０％が速い変化（例えば心臓の領域）を示すと想定する。更に、簡単化のため、速い領域はｘ軸に平行であり、全ての折り返し又は展開はｙ方向即ち位相エンコード方向に行われると想定する。このことは、例えば、通常のサンプリング即ちフルサンプリングと比較して５倍の速度の改善を可能とする。図１中、ｋ空間中の通常のフレームが示され、図中、十文字（「十」）はフルサンプリングを示し、黒丸（「●」）は上述の方法のアンダーサンプリングを表わす。ここで、図１中の黒丸の格子が時間・周波数空間へ変換されると、図２の状態が得られる。この図中、５つの白丸（「○」）１の全ての位置からの情報は、各コイルに対して１つの測定点へと折り返される。このことは、これらの白丸１からの情報が互いに重なり合うことを意味する。同様に、黒丸２からの情報と十文字３からの情報も重なり合う。走査されるべき対象についての知識又は予備的な情報から、時間・周波数領域又は（ｙ，ω）空間の同じ領域が空にされねばならないことがわかる。このことは、ＦＯＶ全体が、限られた時間・周波数帯域幅のみを有するダイナミックＦＯＶ、即ち、走査される対象の遅い動きの部分を表わし、ゼロに設定される、点々で示す領域６の間の空の空間５、に限られることを意味する。従って、実際上、３つの白丸１、３つの十文字２、及び２つの黒丸３のみが展開されればよい。少なくとも３つの受信コイルがあれば、展開は常に可能である。
【００２２】
従って、獲得される加速係数は、部分的にはＳＥＮＳＥ法による展開に帰するものであり、部分的には「動力学に関する知識」又は走査されるべき対象についての情報に帰するものである。
【００２３】
図３に示す装置は、その強さが十分の数テスラ又は数テスラの大きさのオーダである安定した均一な磁場を発生する４つのコイル５１の系を有するＭＲ装置である。コイル５１は、ｚ軸に対して同心状に配置され、球面５２上に設けられてもよい。検査されるべき患者６０は、これらのコイルの内部に配置される台５４の上に配置される。ｚ方向に延び、この方向に線形に変化する磁場（この磁場は以下、傾斜磁場とも称される。）を発生するために、多数の受信アンテナとしての４つのコイル５３が球面５２上に設けられる。また、ｘ方向に（垂直に）やはり延びる傾斜磁場を発生する４つのコイル５７が設けられる。ｚ方向に延び、ｙ方向（図の平面に対して垂直）に傾斜を有する傾斜磁場は、コイル５７と同じであってもよいがそれに対して空間中で９０°ずれるよう配置される４つのコイル５５によって発生される。これらの４つのコイルのうちの２つのみを図示する。
【００２４】
傾斜磁場を発生するための３つのコイル系５３、５５、及び５７は夫々、球面に対して対称的に配置されているため、球面の中心における磁界の強さは、コイル５１の安定した均一な磁場によってのみ決定される。また、安定した均一な磁場の方向に垂直に（即ちｚ方向に垂直に）延びる略均一なＲＦ磁場を発生するＲＦコイル６１が設けられる。ＲＦコイルは、各ＲＦパルス中にＲＦ発生器からＲＦ変調された電流を受信する。ＲＦコイル６１はまた、検査ゾーン中で発生されたスピン共鳴信号を受信するために使用されうる。
【００２５】
図４に示すように、ＭＲ装置中で受信されたＭＲ信号は、ユニット７０によって増幅され、ベースバンドへ置き換えられる。このようにして得られるアナログ信号は、アナログ・ディジタル変換器７１によって一連のディジタル値へ変換される。アナログ・ディジタル変換器７１は、読み出し位相中にのみディジタルデータワードを発生するよう制御ユニット６９によって制御される。アナログ・ディジタル変換器７１の後に、ＭＲ信号のディジタル化によって得られる一連のサンプリング値に亘って１次元フーリエ変換を行うフーリエ変換ユニット７２が続き、実行は非常に高速であるため、フーリエ変換は次のＭＲ信号が受信される前に終了する。
【００２６】
このようにしてフーリエ変換によって生じた生データは、数組の生データを格納するのに十分な記憶容量を有するメモリ７３へ書き込まれる。これらの生データの組から、合成ユニット７４は、上述の方法で合成画像を発生する。この合成画像は、多数の連続する合成画像８０を格納するのに十分な記憶容量を有するメモリ７５内に格納される。これらのデータの組は、異なる時点に対して計算され、その間隔は、一組のデータの取得に必要な測定期間よりも短いことが望ましい。連続する画像の合成を行う再構成ユニット７６は、このようにして取得されたデータの組からＭＲ画像を生成し、これらのＭＲ画像は格納される。ＭＲ画像は、所定の時点における検査ゾーンを表わす。このようにデータから得られた一連のＭＲ画像は、検査ゾーン中のダイナミックなプロセスを適切に再現する。
【００２７】
ユニット７０乃至７６は、制御ユニット６９によって制御される。下向きの矢印によって示すように、制御ユニットはまた、傾斜コイルシステム５３、５５、及び５７中の電流の時間の変化を与え、ＲＦコイル６１によって発生されるＲＦパルスの中央周波数、帯域幅及び包絡線に変化を与える。メモリ７３及び７５、並びに、再構成ユニット７６中のＭＲ画像メモリ（図示せず）は、適当な容量の単一のメモリによって実現されうる。フーリエ変換ユニット７２、合成ユニット７４、及び再構成ユニット７６は、上述の方法によりコンピュータプログラムを実行するのに非常に良く適したデータプロセッサによって実現されうる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】空間領域中のボクセルを画像領域中の画素に配置する通常のイメージングを示す図である。
【図２】画像領域中の画素へイメージングされる空間領域中のクラスタを示す図である。
【図３】本発明による方法を実行する装置を示す図である。
【図４】図３に示す装置の回路図である。
【図２】
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【国際公開パンフレット】
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2005508238.tif 000014
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【国際調査報告】
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