(57)【要約】本発明は、少なくとも１つの磁気共鳴画像法を含む、医用画像形成方法において画像化される対象物の動きを決定するための方法に関連し、ｋｒ＜０．２／ｃｍ、好ましくはｋｒ＜０．１５／ｃｍ、特に好ましくはｋｒ＜０．１／ｃｍのｋ空間における第１の球状リサージュナビゲータを用いた磁気共鳴断層撮影装置（１００）によって記録される、対象物の第１のナビゲータデータに基づいて、数学的変換の第１の係数を決定するステップ（ここでｋｒは波数ベクトルの絶対値ｋを表す）、ｋｒ＜０．２／ｃｍ、好ましくはｋｒ＜０．１５／ｃｍ、特に好ましくはｋｒ＜０．１／ｃｍの前記ｋ空間における第２の球状リサージュナビゲータを用いた前記磁気共鳴断層撮影装置（１００）によって記録される、前記対象物の第２のナビゲータデータに基づいて、数学的変換の第２の係数を決定するステップ（ｋｒは波数ベクトルの絶対値ｋを表す）、前記第１の係数および前記第２の係数に基づく数理最適化を用いて、前記対象物の回転を計算するステップ、を含む、方法。【選択図】図１
2021525156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの磁気共鳴画像法を含む、医用画像形成方法において画像化される対象物の動きを決定するための方法であって、
ｋｒ＜０．２／ｃｍ、好ましくはｋｒ＜０．１５／ｃｍ、特に好ましくはｋｒ＜０．１／ｃｍのｋ空間における第１の球状リサージュナビゲータを用いた磁気共鳴断層撮影装置（１００）によって記録される、対象物の第１のナビゲータデータに基づいて、数学的変換の第１の係数を決定するステップ（ここでｋｒは波数ベクトルの絶対値ｋを表す）、
ｋｒ＜０．２／ｃｍ、好ましくはｋｒ＜０．１５／ｃｍ、特に好ましくはｋｒ＜０．１／ｃｍの前記ｋ空間における第２の球状リサージュナビゲータを用いた前記磁気共鳴断層撮影装置（１００）によって記録される、前記対象物の第２のナビゲータデータに基づいて、数学的変換の第２の係数を決定するステップ（ｋｒは波数ベクトルの絶対値ｋを表す）、
前記第１の係数および前記第２の係数に基づく数理最適化を用いて、前記対象物の回転を計算するステップ、
を含む、方法。
【請求項２】
前記第１の係数が球面調和関数の第１の係数であり、前記第２の係数が球面調和関数の第２の係数である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記磁気共鳴断層撮影装置（１００）によって前記対象物の前記第１ナビゲータデータを記録するステップ、
前記磁気共鳴断層撮影装置（１００）によって前記第２のナビゲータデータを記録するステップ、
をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のナビゲータデータは第１の信号振幅を含み、前記第２のナビゲータデータは第２の信号振幅を含み、前記第１の信号振幅および前記第２の信号振幅は、それぞれ球面上の規則的なグリッドに補間される、前記請求項の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のリサージュナビゲータおよび前記第２のリサージュナビゲータは、好ましくは、ｋ空間軌道によって決定され、
ｋｘ＝ｋｒ  ｓｉｎ（ωθｔ）＊ｃｏｓ（ωθｔ）
ｋｙ＝ｋｒ  ｓｉｎ（ωθｔ）＊ｓｉｎ（ωθｔ）
ｋｚ＝ｋｒ  ｃｏｓ（ωθｔ）
ここで、ｔは時間、ωθ＝ｎθ＊２＊π／δｎａｖ、及びωΦ＝ｎΦ＊２＊π／δｎａｖであり、δｎａｖはネットナビゲータ期間であり、ｎθ及びｎΦは積分であり、前記ネットナビゲータ期間は、２０ｍｓよりも小さく、好ましくは１５ｍｓよりも小さく、特に好ましくは１０ｍｓよりも小さく、ｎθ及びｎΦは、５〜２５から選択される、前記請求項の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記対象物の回転は、前記球面調和関数の回転定理によって決定される、請求項２乃至５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記対象物の回転が、前記回転定理により、前記球面調和関数の前記第１の係数を前記球面調和関数の前記第２の係数に最適に変換するように、前記対象物の回転が決定される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
2021525156.tif 000007
【請求項９】
前記対象物の移動は、前記第１のナビゲータデータと前記第２のナビゲータデータから直接計算される、前記請求項の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のナビゲータデータの記録と前記第２のナビゲータデータの記録との間に、前記対象物の画像データを前記磁気共鳴断層撮影装置（１００）によって記録する、前記請求項の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
算出された回転に応じて、前記磁気共鳴断層撮影装置（１００）の記録領域が調整される、前記請求項の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
静磁場を生成するための静磁場生成装置（１１５）と、勾配コイル（１１４）、ならびに時間的に可変の磁場勾配を生成するために前記勾配コイル（１１４）に結合された勾配コイル制御（１１０）と、高周波コイル（１２２）、ならびに励起パルスを生成するために前記高周波コイル（１２２）に結合された高周波制御（１２０）と、受信コイル（１３５）と、前記受信コイル（１３５）からの測定データを受信するように構成された信号処理システム（１３０）、ならびに前記静磁場発生装置（１０５）、前記勾配コイル制御（１１０）前記高周波制御及び前記信号処理システムに結合された制御システム（１５０）と、を備え、ｋｒ＜０．２／ｃｍ、好ましくはｋｒ＜０．１５／ｃｍ、特に好ましくはｋｒ＜０．１／ｃｍのｋ空間で第１の球状リサージュナビゲータを用いて、対象物の第１のナビゲータデータを記録するように構成され、ここで、ｋｒは波数ベクトルｋの絶対値であり、前記第１のナビゲータデータに基づいて、数学的変換の第１の係数を決定し、さらに、ｋｒ＜０．２／ｃｍ、好ましくはｋｒ＜０．１５／ｃｍ、特に好ましくはｋｒ＜０．１／ｃｍのｋ空間で第２の球面リサージュナビゲータを使用して前記対象物の第２のナビゲータデータを記録し、前記第２のナビゲータデータに基づいて、数学的変換の第２係数を決定し、前記第１の係数及び前記第２の係数に基づく数理最適化を用いて前記対象物の回転を計算するように構成される、磁気共鳴断層撮影装置（１００）。
【請求項１３】
前記高周波制御（１２０）は、前記第１のナビゲータデータを記録するための少なくとも１つの励磁パルスと、前記第２のナビゲータデータを記録するための少なくとも１つの励磁パルスとを前記高周波コイル（１２２）によって生成するように構成され、前記勾配コイル制御（１１０）は、前記勾配コイル（１４４）によって、好ましくは、前記第１および第２のナビゲータデータを記録するための第１および第２の球状リサージュナビゲータを生成するように構成され、前記受信コイルは、前記第１のナビゲータデータおよび前記第２のナビゲータデータを記録するように構成され、前記第１のナビゲータデータは第１の信号振幅を含み、前記第２のナビゲータデータは第２の信号振幅を含み、前記信号処理システム（１３０）は、前記受信コイル（１３５）によって前記第１のナビゲータデータおよび前記第２のナビゲータデータを受信するように構成され、前記信号処理システム（１３０）は、前記第１の信号振幅および前記第２の信号振幅を、それぞれ球面上の規則的なグリッドに補間されるようにさらに構成され、前記信号処理システム（１３０）は、前記第１の信号振幅を用いて、前記第１の係数を計算するように構成され、ここで、前記第１の係数は球面調和関数の第１の係数であり、前記信号処理システム（１３０）は、前記第２の信号振幅を用いて、前記第２の係数を計算するように構成され、ここで、前記第２の係数は球面調和関数の第２の係数である、請求項１２に記載の磁気共鳴断層撮影装置（１００）。
【請求項１４】
算出された回転に応じて、前記対象物の画像データを決定するための記録領域を調整するように構成される、請求項１２または１３の何れか一項に記載の磁気共鳴断層撮影装置（１００）。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４の何れか一項に記載の磁気共鳴断層撮影装置（１００）又は評価コンピュータの記憶装置に記憶されるよう適合されたコンピュータコード手段を含むコンピュータプログラムであって、前記コンピュータコード手段は、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の方法の方法ステップが請求項１２乃至１４の何れか一項に記載の磁気共鳴断層撮影装置（１００）のプロセッサで実行されることができるように構成される、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）と、対応するように配置された磁気共鳴断層撮影装置と、関連するコンピュータプログラム製品とを含む医用画像形成方法において、画像化される対象物の動きを決定するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるナビゲータスキャンとは、ＭＲＩ検査中にｋ空間の一部を読み出す短い中間スキャンのことである。外部の運動計測装置とは対照的に、ナビゲータは各磁気共鳴断層撮影装置またはＭＲＩスキャナで既に使用されている技術を用いるだけでよい。そのため、ナビゲータは、日常の臨床現場では非常に実用的な装置とみなされている。
【０００３】
球体ナビゲータでは、ｋ空間内の球体の表面は、全体的または部分的にサンプリングされる。球体は、絶対値ｋｒまたは波数ベクトルｋによって与えられる半径によって特徴づけられる。撮像対象物（例えば、患者の脳）は、ＭＲＩ検査中のごくわずかな変形に関しては、剛体として近似される。６段階の自由度（３段階の回転自由度と３段階の並進自由度）を持つ剛体の運動を迅速かつ同時に測定するために、現在の最新技術では、２つの基本的なタイプの球体ナビゲータ：１．ヘリカルスパイラルナビゲータ（helical spiral navigators）、及び２．リサージュナビゲータ（Lissajous navigators）が知られている。ヘリカルスパイラルナビゲータでは、半径ｋｒのｋ空間球体の表面がヘリカルスパイラル上でスキャンされる。軌道は通常、球体の赤道から始まり、極に向かって螺旋状に移動する。この軌道は、両方の半球に対して繰り返される。リサージュナビゲータでは、球体は３Ｄリサージュ図形上でサンプリングされる。
【０００４】
ウェルチらの科学論文（Welch, E.B., Manduca, A., Grimm, R.C., Ward, H.A. and Jack Jr, C.R . Spherical navigator echoes for full 3D rigid body motion measurement in MRI. Magnetic Resonance in Medicine 2002; 47: 32-41）は、磁気共鳴画像法でスキャンされる物体の運動、特に回転を決定するためのヘリカルスパイラルナビゲータの適用が記載されている。ウェルチらの論文は、特に図２に関連して、回転を決定するために特に必要とされる信号振幅の項目化の対象（objective）と、関連する信号対雑音比（ＳＮＲ）との矛盾について記述している。さらなる態様では、ウェルチらの論文の前述の図２は、図４としてより詳細に論じられている。
【０００５】
ウェルチらの論文に基づいて、２０１２年のマーカス・ゲルゲ・ウルリッシュの２０１２年の論文“A Navigator-Based Rigid Body Motion Correction for Magnetic Resonance Imaging”（http://publications.rwthaachen.de/record/82888？ln=de）は、特に回転を決定するための球状リサージュナビゲータの応用について説明している。この論文では、ウェルチが述べた対象の矛盾も確認されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、好ましくは磁気共鳴断層撮影装置を介した画像データの記録中に、画像化される対象物の動きを決定するための改良された方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様によると、少なくとも１つの磁気共鳴画像法を含む、医用画像形成方法において画像化される対象物の動きを決定するための方法が提供される。この方法は、以下のステップを含む。
−対象物の第１のナビゲータデータに基づいて、数学的変換の第１の係数、好ましくは球面調和関数の第１の係数を決定すること、前記第１のナビゲータデータは、ｋｒ＜０．２／ｃｍ、好ましくはｋｒ＜０．１５／ｃｍ、特に好ましくはｋｒ＜０．１／ｃｍのｋ空間における第１の球状リサージュナビゲータを用いた磁気共鳴断層撮影装置によって記録され、ｋｒは波数ベクトルの絶対値ｋを表し、
−前記対象物の第２のナビゲータデータに基づいて、数学的変換の第２の係数、好ましくは球面調和関数の第２の係数を決定すること、前記第２のナビゲータデータは、ｋｒ＜０．２／ｃｍ、好ましくはｋｒ＜０．１５／ｃｍ、特に好ましくはｋｒ＜０．１／ｃｍのｋ空間における第２の球状リサージュナビゲータを用いた磁気共鳴断層撮影装置によって記録され、ｋｒは波数ベクトルの絶対値ｋを表し、
−前記第１の係数および前記第２の係数に基づく数理最適化を用いて、前記対象物の回転を計算すること。
【０００８】
この方法は、任意で、以下のステップをさらに含む。
−前記磁気共鳴断層撮影装置によって前記対象物の第１のナビゲータデータを記録すること、
−前記磁気共鳴断層撮影装置によって第２のナビゲータデータを記録すること。
【０００９】
上述した最新技術とは対照的に、この方法は、特に、波数ベクトルの小さな絶対値について、撮像対象物の回転を決定または測定することを可能にする。既知の方法の以下のような欠点が特に回避されている。
【００１０】
最新技術（特に、上記のウェルチらの論文を参照）で説明されている回転を決定するためのパターンマッチングアルゴリズムは、計算集約型であり、その結果、ナビゲータの記録と運動パラメータの計算全体との間に長い待ち時間が生じる。
【００１１】
また、パターンマッチングアルゴリズムは、正確に機能するためには、信号の大きさの中で十分に高い特徴量の豊富さを必要とする。このような特徴量の豊富さは、０．３４／ｃｍを超える非常に大きなｋｒのナビゲータを測定することによってのみ達成できる。しかし、大きなｋｒの場合は、ＳＮＲが低く、これも問題となる。したがって、最新技術の説明で述べたように、最適なｋｒは、特徴量の豊富さとＳＮＲとの妥協点である。
【００１２】
大きなｋｒの場合の更なる問題は、データから小さな移動（small translations）しか容易に決定できないことである。ナビゲータデータから直接決定できる移動範囲（range of translations）は、０．５／ｋｒで与えられる。移動が大きくなると、最初に位相アンラッピングアルゴリズムを適用しなければならず、これにより計算労力とそれに関連した時間の労力がさらに増大する。
【００１３】
ヘリカルスパイラルナビゲータは、上述の最新技術に記載されているように、特に極付近で問題のある勾配の特徴（高いスルーレートと振幅）を伴うｋ空間軌道を使用する。
【００１４】
ヘリカルスパイラルナビゲータは、２つの励磁コイルを必要とするため、記録時間が長くなり、メインシーケンスの磁気的定常状態に強く介入する。上述したウェルチらの論文には、例えば、ヘリカルスパイラルナビゲータの記録時間が２５ｍｓ以上であることが記載されている。
【００１５】
ヘリカルスパイラルナビゲータは、非常に小さなｋｒでは測定できない。なぜなら、そうしなければｚ勾配の振幅が非常に小さくなり（磁化率勾配と同じオーダー）、ｋ空間軌道が非常に不正確になり、使用できなくなる。必要とされる大容量のｋｒは、２５ｍｓ以上の長い記録時間に寄与している。
【００１６】
この方法では、第１および第２の球状リサージュナビゲータを使用して記録される、半径ｋｒの小さなｋ空間を介して、第１および第２のナビゲータデータを、運動データ（回転および任意の移動）の決定の精度を損なうことなく、非常に短い測定時間で記録することが可能になる。ウェルチらの論文に記載されている対象の矛盾は、このようにして解決される。このようにして、画像化される対象物（例えば患者の脳）の動きは、高精度で、同時に、より迅速に生じることができる（したがって、時間分解能も改善される）。また、２回のナビゲータスキャン（第１ナビゲータデータ及び第２ナビゲータデータの記録）の間に記録された撮像対象物の動き（回転と任意で移動）の測定は、例えば、２回のナビゲータスキャンの間に記録された撮像対象物のＭＲＩ画像データのリアルタイム補正などに利用することができる。あるいは、計算された回転および任意の移動は、外部コンピュータまたはコンピュータシステムにおけるＭＲＩ画像データのその後の処理に使用することもできる。また、例えばＭＲ-ＰＥＴ測定において、ＭＲＩ画像データを記録することなく、運動データを記録することもできる。この場合、運動データを用いてＰＥＴ測定の運動補正を行うことができる。移動の決定は、このようにして、例えば、ウェルチら（特に、参照により本明細書に組み込まれる３３頁右欄の「移動の決定」の章を参照）およびウルリッシュ（特に、参照により本明細書に組み込まれる６０頁から始まる４．３章を参照）の上述の論文に記載されているような、既に知られている方法を用いて実施することができる。二つ、三つ、四つ、または複数の球状のリサージュナビゲータは、ＭＲＩスキャン中の対象物の運動の時間的経過を決定するために使用することができる（例えば、図６参照）。
【００１７】
好ましくは、第１のナビゲータデータは第１の信号振幅を含み、第２のナビゲータデータは第２の信号振幅を含み、ここで、第１の信号振幅および第２の信号振幅は、それぞれ、好ましくは、球面上の規則的なグリッド（例えば、緯度経度グリッド）に補間される。規則的なグリッドの代替として、第１の係数および第２の係数は、（例えば、ランダムに分布している）球面の任意の点上で計算または解釈することもできる。しかしながら、規則的なグリッド上での計算の実施は、一般的なコンピュータまたはコンピュータシステム上での必要な計算時間に関して有利であることが証明されている。
【００１８】
第１のリサージュナビゲータおよび第２のリサージュナビゲータは、好ましくは、ｋ空間軌道によって指定される。
ｋｘ＝ｋｒ  ｓｉｎ（ωθｔ）＊ｃｏｓ（ωθｔ）
ｋｙ＝ｋｒ  ｓｉｎ（ωθｔ）＊ｓｉｎ（ωθｔ）
ｋｚ＝ｋｒ  ｃｏｓ（ωθｔ）
ここで、ｔは時間、ωθ＝ｎθ＊２＊π／δｎａｖ、及びωΦ＝ｎΦ＊２＊π／δｎａｖであり、δｎａｖはネットナビゲータ期間であり、ｎθ及びｎΦは積分である。ネットナビゲータ期間は、２０ｍｓよりも小さく、好ましくは１５ｍｓよりも小さく、特に好ましくは１０ｍｓよりも小さい。ｎθ及びｎΦは、好ましくは５〜２５から選択される。ネットナビゲータ期間とは、k空間軌道が球面上に位置する時間のことである。ｎθ及びｎΦの値は、球面上のリサージュ図形が広がる網の形状と密度を規定する。５よりも小さい値では、回転の決定において高精度を実現するために必要とされる表面を十分に密にカバーすることができない。逆に、２５を超える値では、回転の決定が大幅に改善されることはないが、ナビゲータの測定にかかる時間的な労力が大幅に増加することになる。
【００１９】
この方法では、特にｋ空間の小さな半径ｋｒにより、球面上の測定点に基づいて、（高い信号対ノイズ比と低減されたＴ２＊効果により）第１および第２の係数を迅速かつ高精度に決定することができる。好ましくは３０００以下の測定点、より好ましくは２０００以下の測定点、特に好ましくは１０００以下の測定点が、十分な精度で第１および第２の係数を決定するために使用される。ネットナビゲーション期間の間、かなり多くの（例えば１００００）非常に短い測定ポイントも記録され、これらは、要約または選択されて、最後に、例えば２０００の測定ポイントのみが係数を決定するために使用される。
【００２０】
また、上述した方法によれば、第１のナビゲータと第２のナビゲータとをそれぞれ、磁気共鳴断層撮影装置のＨＦコイルの高周波励磁パルスである１回の励磁パルスのみで決定することができる。また、球状ナビゲータの測定時間を短縮することができる。
【００２１】
撮像対象物の回転は、好ましくは、球面調和関数の回転定理を用いて決定される。
【００２２】
2021525156.tif 000003
【００２３】
2021525156.tif 000004
【００２４】
一般化された関連するルジャンドル多項式は、例えば、Phinney R.A.、Burridge Rの論文“一般化された球面調和関数による球体地球モデルの弾性重力励起の描写（Representation of the elastic-gravitational excitation of a spherical earth model by generalized spherical harmonics）”に記載されている。Geophysical Journal International 34 (1973)のp.451-487は参照としてここに組み込まれる。
【００２５】
2021525156.tif 000005
【００２６】
この場合、回転も、ＺＹＺ系のオイラー角によって定義される。ウィグナー回転行列に関する詳細は、たとえば、Michael A.MorrisonおよびGregoryA.Parkerの“A Guideto Rotations in Quantum Mechanics”、Australian Journal of Physics 40.4（1987）、p465-498に記載されており、これは、参照により本明細書に組み込まれる。
【００２７】
上記方法は、好ましくは、第１のナビゲータデータと第２のナビゲータデータから直接的に対象物の移動を計算するステップをさらに含む。ナビゲータデータから直接決定できる移動の範囲は、ｋｒが小さいため、引用されている最新技術のものよりも著しく大きくなっている。前述の０．５／ｋｒよりも小さい移動への制限に関しては、位相アンラッピングアルゴリズムなしで、ｋｒ＜０．２／ｃｍについて２．５ｃｍを超える移動を計算することが可能であり、好ましくはｋｒ＜０．１／ｃｍについて５ｃｍを超える移動を計算することが可能である。通常、これは、例えば頭部を撮像する場合など、現実的なすべての移動をカバーしており、一般的に、計算量の多い位相アンラッピングアルゴリズムを使用する必要はない（図６の議論も参照）。
【００２８】
第１のナビゲータデータの記録と第２のナビゲータデータの記録との間に、好ましくは、対象物の画像データが磁気共鳴断層撮影装置によって記録される。このようにして、画像データの複数のシーケンスは、シーケンス間の回転を連続的に決定することにより、リアルタイムまたはその後に補正されることができる。
【００２９】
磁気共鳴断層撮影装置の記録領域（視野）は、計算された回転と任意の移動に応じてリアルタイムで調整されることが代替的または追加的に可能である。例えば磁場勾配の調整による記録領域の逐次調整を行うことで、撮像対象物の位置に対する記録領域の相対的な位置がより安定するため、撮像対象物の撮像性をさらに向上させることができる。これにより、画像再構成の品質が向上する。
【００３０】
本発明のさらなる目的は、改良された磁気共鳴断層撮影装置を提供することである。
【００３１】
磁気共鳴断層撮影装置は、静磁場生成装置（例えば、静磁場コイルまたは代わりに永久磁石）と、勾配コイル、ならびに時間的に可変の磁場勾配を生成するために勾配コイルに結合された勾配コイル制御と、高周波コイル、ならびに励起パルスを生成するための高周波コイルに結合された高周波制御と、（好ましくは、検査される対象物に結合されるように適合され、或いは磁気共鳴断層撮影装置に統合される）受信コイルと、前記受信コイルからの測定データを受信するように構成された信号処理システムと、前記静磁場発生装置、前記勾配コイル制御、前記高周波制御及び前記信号処理システムに結合された制御システムと、を備える。磁気共鳴断層撮影装置は、ｋｒ＜０．２／ｃｍ、好ましくはｋｒ＜０．１５／ｃｍ、特に好ましくはｋｒ＜０．１／ｃｍのｋ空間で第１の球状リサージュナビゲータを用いて、対象物の第１のナビゲータデータを記録するように構成され、ここで、ｋｒは波数ベクトルｋの絶対値であり、第１のナビゲータデータに基づいて、数学的変換の第１の係数、好ましくは球面調和関数の第１の係数を決定する。磁気共鳴断層撮影装置は、さらに、ｋｒ＜０．２／ｃｍ、好ましくはｋｒ＜０．１５／ｃｍ、特に好ましくはｋｒ＜０．１／ｃｍのｋ空間で第２の球面リサージュナビゲータを使用して対象物の第２の及びさらなるナビゲータデータを記録し、第２のナビゲータデータに基づいて、数学的変換の第２の及びさらなる係数、好ましくは球面調和関数の第２の及びさらなる係数を決定するように構成される。磁気共鳴断層撮影装置は、さらに、前記第１の係数及び前記第２の係数に基づく数理最適化を用いて前記対象物の回転を計算するように構成される。
【００３２】
係数の決定および回転の計算は、磁気共鳴断層撮影装置に統合された演算システム、例えば信号処理システムを用いて行うことができる。或いは、回転の計算は、磁気共鳴断層撮影装置に含まれる外部の演算システムで行うことができる。
【００３３】
磁気共鳴断層撮影装置の記載された構成要素は、純粋に機能的な性質のものである。したがって、様々な制御は、例えば、中央制御及び対応するプログラムによって実現することができる。
【００３４】
好ましくは、前記高周波制御は、前記第１のナビゲータデータを記録するための少なくとも１つの励磁パルスと、前記第２のナビゲータデータを記録するための少なくとも１つの励磁パルスとを高周波コイルによって生成するように構成される。好ましくは、前記勾配コイル制御は、前記勾配コイルによって、（ｋ空間軌道を実現するために）前記第１および第２のナビゲータデータを記録するための第１および第２の球状リサージュナビゲータを生成するように構成されている。前記受信コイルは、好ましくは、第１のナビゲータデータおよび第２のナビゲータデータを記録するように構成されている。前記第１のナビゲータデータは第１の信号振幅を含み、前記第２のナビゲータデータは第２の信号振幅を含む。前記信号処理システムは、前記受信コイルによって前記第１のナビゲータデータおよび前記第２のナビゲータデータを受信するように構成されている。前記信号処理システムは、前記第１の信号振幅および前記第２の信号振幅を、それぞれ球面上の規則的なグリッドに補間されるようにさらに構成されている。前記信号処理システムは、第１の信号振幅によって、例えば球面調和関数の第１の係数を計算するようにさらに構成されている。前記信号処理システムは、最終的に、第２の信号振幅によって、例えば球面調和関数の第２の係数を計算するように構成される。回転または移動と同様に、第１および第２の係数の計算は、制御システムにおいて行われてもよい。
【００３５】
好ましくは、前記磁気共鳴断層撮影装置は、算出された回転または移動に応じて、対象物の画像データを決定するための記録領域を調整するように構成される。
【００３６】
さらなる態様によると、コンピュータプログラム製品が提供される。前記コンピュータプログラム製品は、上記磁気共鳴断層撮影装置の実施態様の記憶装置または評価コンピュータの記憶装置に記憶可能なコンピュータコード手段を含む。前記コンピュータコード手段は、上記方法の実施態様による方法ステップが、上記磁気共鳴断層撮影装置の実施態様のプロセッサまたは評価コンピュータのプロセッサ上で実行されるように構成される。
【００３７】
特に、第１のナビゲータデータ及び第２のナビゲータデータに基づく球面調和関数の第１の係数及び第２の係数の決定と、第１の係数及び第２の係数に基づく数理最適化を用いた対象物の回転の計算は、外部の評価用コンピュータで行うことができる。この場合、ナビゲータデータは、磁気共鳴断層撮影装置から評価用コンピュータに生データとして好適な形式で送信される。
【００３８】
前記記憶装置は、各々適切なストレージデバイス、特に光ストレージまたはソリッドステートストレージのようなデジタルストレージデバイスを含む。前記プロセッサは、マイクロプロセッサまたは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の各タイプで構成されている。
【００３９】
上記磁気共鳴断層撮影装置は、上記の説明、及び特に従属請求項に記載されているような方法と同様および／または同一の実施態様を含むことは明らかである。
【００４０】
また、本発明の好ましい実施形態は、独立請求項と対応する従属請求項とのすべての組み合わせを表すことも明らかである。
【００４１】
さらなる好ましい実施形態を以下に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
本発明のこれらのおよび他の態様は、以下の図面に詳細に示されている。
【図１】磁気共鳴断層撮影装置を示す概略図である。
【図２】球状のリサージュナビゲータの概略図である。
【図３】球状のリサージュナビゲータの勾配の経過を示している。
【図４】波数ベクトルの絶対値の様々な値に対する信号振幅のマップを示す図である。
【図５】波数ベクトルｋｒ≦０．２／ｃｍの絶対値に対する信号振幅のマップを示す図である。
【図６】回転・移動の決定の結果を示す図である。
【図７】処理のフローを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図中の描写は、特に指定のない限り、縮尺に正確ではない。図中の図は例示的なものであり、限定的なものとみなされてはならない。
【００４４】
図１は、磁気共鳴断層撮影装置１００を示す概略図である。磁気共鳴断層撮影装置１００は、静磁場を発生させるための静磁場発生装置１０５（例えば、静磁場コイル、永久磁石等）を含む。静磁場コイルは、例えば、静磁場を制御するように構成された制御システム１５０に結合される。磁気共鳴断層撮影装置１００は、勾配コイル１１４と、時間的に可変な磁場勾配を生成するために勾配コイル１１４に結合された勾配コイル制御１１０をさらに含む。磁気共鳴断層撮影装置１００は、さらに、高周波コイル１２２と、励起パルスを生成するために高周波コイル（１２２）に結合された高周波制御１２０と、検査対象物に結合されるように適合された受信コイル１３５とを含む。さらに、信号処理装置１３０は、受信コイル１３５が受信した測定データを受信するように構成されている。静磁場コイルの他に、制御システム１５０は、勾配コイル１１０の制御、高周波制御１２０、および信号処理システム１３０に結合されている。磁気共鳴断層撮影装置１００は、ｋｒ＜０．２／ｃｍ、好ましくはｋｒ＜０．１５／ｃｍ、特に好ましくはｋｒ＜０．１／ｃｍのｋ空間において第１の球状リサージュナビゲータを用いて対象物の第１のナビゲータデータを受信するように構成されており、ここで、ｋｒは波数ベクトルｋの絶対値であり、第１のナビゲータデータに基づいて球面調和関数の第１の係数を決定する。磁気共鳴断層撮影装置１００は、さらに、ｋｒ＜０．２／ｃｍ、好ましくはｋｒ＜０．１５／ｃｍ、特に好ましくはｋｒ＜０．１／ｃｍのｋ空間において第２の球状リサージュナビゲータを用いて、対象物の第２のナビゲータデータを受信して、第２のナビゲータデータに基づいて球面調和関数の第２の係数を決定するように構成されている。磁気共鳴断層撮影装置１００は、第１の係数と第２の係数とに基づいて、数理最適化を用いて対象物の回転を計算するようにさらに構成されている。
【００４５】
第１および第２の係数の決定、ならびに回転の計算は、信号処理システム１３０または制御システム１５０のいずれかにおいて選択的に行われることができる。磁気共鳴断層撮影装置１００は、任意で、外部評価コンピュータまたはコンピュータシステムにさらなる処理を行わずにナビゲータデータを転送するように構成された図示しないインターフェースを含む。磁気共鳴断層撮影装置１００は、測定プログラムを入力するための、及び任意に測定結果を評価するための図示しないユーザインタフェースをさらに含む。
【００４６】
図２は、半径ｋｒが０．２／ｃｍよりも小さいｋ空間における球状のリサージュナビゲータ４２の概略図である。軸ｋｘは１０、軸ｋｙは２０、軸ｋｚは３０で指定されている。リサージュナビゲータのｋ空間軌道は、すでに説明した形式で数学的に説明することができる。
ｋｘ＝ｋｒ  ｓｉｎ（ωθｔ）＊ｃｏｓ（ωθｔ）
ｋｙ＝ｋｒ  ｓｉｎ（ωθｔ）＊ｓｉｎ（ωθｔ）
ｋｚ＝ｋｒ  ｃｏｓ（ωθｔ）
ここで、ｔは時間、ωθ＝ｎθ＊２＊π／δｎａｖ、及びωΦ＝ｎΦ＊２＊π／δｎａｖであり、δｎａｖは既に説明したネットナビゲータ期間であり、ｎθ及びｎΦは積分である。図２に示す球状のリサージュナビゲータ４２は、ｎθ＝２１、ｎΦ＝２０であることを特徴とする。黒い点は、ナビゲータ４２の期間δｎａｖ上に均等に配置された２０００の測定点を表している。したがって、ドットはリサージュ軌道上に均等に分布し、その後、球体表面の緯度経度に沿った規則的な格子に補間されることができる。
【００４７】
図３は、リサージュナビゲータの磁場勾配の経過を、ｋｒ＝０．１／ｃｍ、δｎａｖ＝８ｍｓについて示したものである。ライン４４は、ｘ軸に沿った勾配Ｇｘ［ｍＴ／ｍ］の時間的経過を示す。ライン４６は、ｙ軸に沿った勾配Ｇｙ［ｍＴ／ｍ］の時間的経過を示す。ライン４８は、ｚ軸に沿った勾配Ｇｚ［ｍＴ／ｍ］の時間的経過を示す。経過は全ての軸で正弦波になっている。破線は、ｋ空間の球（図２参照）の表面上の右スタート位置とスタート方向に到達するためのスタートアップ勾配を表している。該点線はシャットダウン勾配（shut-down gradient）を表しており、用途に応じてクラッシャー勾配（crusher gradient）に置き換えることができる。
【００４８】
図４は、波数ベクトルｋの絶対値の様々な値に対する信号振幅５５のマップを示す図である。図４は、既に述べたように、ウェルチらの論文の中では図２として示されている。信号振幅５５のマップは、図４において左から右に、半径ｋｒ＝１／ｃｍのａ、半径ｋｒ＝０．６３／ｃｍのｂ、半径ｋｒ＝０．４２／ｃｍのｃ、半径ｋｒ＝０．２１／ｃｍのｄについて作成されている。グレースケールは信号の振幅または信号の大きさを表し、ここで、４つの図示されたグレースケールのレベルは異なる正規化が施されている。信号振幅の特徴量の豊富さは半径が大きくなるにつれて増加するが、同時にＳＮＲは悪化する。しかしながら、図示ｃに対応する特徴量の豊富さは、物体の回転後にパターンマッチングアルゴリズムを用いて信号振幅５５のマップを十分な精度で互いに転写し、それによって回転を決定することができるようにするために必要とされる（ウェルチらの論文中の対応する説明も参照）。
【００４９】
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【００５０】
小さなｋｒについて、球状のリサージュナビゲータを適用すると、１回の励起パルスだけで８ｍｓ未満でナビゲータ全体を記録することができる。したがって、測定時間はヘリカルスパイラルナビゲータよりも大幅に短くなり、意図しないＴ２＊効果を減少させることができる。さらに、この方法は、これまでの文献で知られているすべてのヘリカルスパイラルナビゲータよりも、メインシーケンス（画像データの記録）の定常状態への介入が少ない。記載されたアルゴリズムは、ｋｒが小さいため、信号振幅または信号の大きさに特徴量が少ない球形データから正確な回転パラメータを計算することができる。小さなｋｒでリサージュナビゲータを用いて測定する可能性があるため、ＳＮＲは上述のアルゴリズムを適用するのに十分高い。ＳＮＲが低い場合、このアルゴリズムは信頼性の高い結果を提供しない。また、このアルゴリズムは最小限の計算量で済むため、リアルタイムでの応用が可能である。
【００５１】
図６は、ＭＲＩスキャン中に撮像対象物の運動を決定するために、ＭＲＩスキャン中に経時的に記録された複数の連続した球状のリサージュナビゲータ７０を用いて回転・移動を決定した結果を示す図である。リサージュナビゲータは、ｋ空間半径ｋｒ＝０．１／ｃｍ、ｎθ＝１１、ｎΦ＝１０、δｎａｖ＝４．４ｍｓであることを特徴としている。球面の補間には１１００点の測定点を使用している。図６は、実測条件での人間の頭部の５回の測定結果を示す図である。左側にはそれぞれの回転［°］６３と右側には移動［ｍｍ］６５が示されている。実線６４は、時間または連続するナビゲータ７０の関数として、３つの回転軸に関する回転を表す。破線６６は、時間または連続したナビゲータ７０の関数として、３つの空間軸に沿った移動を表す。一連の５つの測定は、ＭＲＩスキャン中の０〜４回の意図的な頭の動きを（上から下へ）示している。この測定結果から、特に回転６３を高精度に決定できることがわかる。さらに、測定結果は移動運動が非常に小さいことを示しており、先に述べたように、小さなｋ空間半径の場合には、測定データから移動を直接決定できることを示している。
【００５２】
図７は処理フローの概略図を示している。ステップ２１０において、球面調和関数の第１の係数は、対象物の第１のナビゲータデータに基づいて決定され、ここで、第１のナビゲータデータは、ｋｒ＜０．２／ｃｍ、好ましくは、ｋｒ＜０．１５／ｃｍ、特に好ましいｋｒ＜０．１／ｃｍのｋ空間において第１の球状リサージュナビゲータを用いて磁気共鳴断層撮影装置によって記録され、ここで、ｋｒは、波数ベクトルｋの絶対値を指す。ステップ２２０において、球面調和関数の第２の係数は、対象物の第２のナビゲータデータに基づいて決定され、ここで、第２のナビゲータデータは、ｋｒ＜０．２／ｃｍ、好ましくはｋｒ＜０．１５／ｃｍ、特に好ましくはｋｒ＜０．１／ｃｍのｋ空間において第２の球状リサージュナビゲータを用いて磁気共鳴断層撮影装置によって記録される。対象物の回転の計算は、第１の係数および第２の係数に基づく数理最適化を使用して、ステップ２３０で実行される。
【００５３】
本発明のさらなる変形およびその実施形態は、先行する開示、図および特許請求の範囲から当業者にもたらされる。
【００５４】
特許請求の範囲で使用される「構成する（comprise）」、「含む（include）」、「有する（have）」、「含む（contain）」などの用語は、さらなる要素またはステップを排除するものではない。不定冠詞の使用は複数を排除するものではない。単一の装置は、特許請求の範囲に記載された複数のユニットまたは装置の機能を実行することができる。特許請求の範囲に示された参照数字は、適用された手段およびステップを限定するとみなされてはならない。
【符号の説明】
【００５５】
１０  ｋｘ［１／ｃｍ］
２０  ｋｙ［１／ｃｍ］
３０  ｋｚ［１／ｃｍ］
４０  時間
４２  球状リサージュナビゲータ
４４  Ｇｘ［ｍＴ／ｍ］
４６  Ｇｙ［ｍＴ／ｍ］
４８  Ｇｚ［ｍＴ／ｍ］
５０  信号振幅［任意の単位］
５５  球状ナビゲータの信号振幅マップ
６３  回転［°］
６４  時間関数としての回転
６５  移動［ｍｍ］
６６  時間関数としての移動
７０  ナビゲータ
１００  磁気共鳴断層撮影装置
１０５  静磁場発生装置
１１０  勾配コイル制御
１１４  勾配コイル
１２０  高周波制御
１２２  高周波コイル
１３０  信号処理システム
１３５  受信コイル
１５０  制御システム
２１０  第１の係数の決定
２２０  第２の係数の決定
２３０  対象物の回転の計算
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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