(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＲデバイスの検査ボリューム内に配置される物体のＭＲイメージング方法であって、
前記物体に、マルチエコーイメージングシーケンスを与えることによって、エコー信号を発生させるステップと、
前記エコー信号を収集するステップと、
収集された前記エコー信号からＭＲ画像を再構成するステップと、
を含み、
前記物体に、前記マルチエコーイメージングシーケンスの幾つかのショットを与え、各ショットによって、一連のエコー信号が発生し、
各エコー信号は、ｋ空間ラインに帰し、
（ｋｘ，ｋｙ）空間の一部において隣接して配置される幾つかのｋ空間ラインが、繰り返しサンプリングされ、前記幾つかのｋ空間ラインは、繰り返し毎に、異なる順序で、かつ、異なる選択されたスピン条件で、サンプリングされる、方法。
【請求項２】
信号平均化が、前記幾つかのｋ空間ラインの前記繰り返しサンプリングによって行われ、ｋ空間は、中心ｋ空間部と、１つ以上の周辺ｋ空間部とに分割され、前記中心ｋ空間部における信号平均値の数が、前記１つ以上の周辺ｋ空間部における信号平均値の数よりも高く、前記中心ｋ空間部は、前記周辺ｋ空間部よりも高いｋ空間密度でサンプリングされる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ｋ空間の少なくとも１つの部分は、可変密度でサンプリングされ、前記少なくとも１つの部分のサンプリング密度分布は、繰り返し間で異なる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
繰り返しサンプリングされるｋ空間ラインの少なくとも幾つかは、ランダムな順序でサンプリングされる、請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記マルチエコーイメージングシーケンスは、スピンエコーシーケンスであり、そのうちの１つのショットは、
磁気共鳴の励起のための少なくとも１つのＲＦパルスと、
複数のリフォーカシングＲＦパルスと、
各エコー信号の周波数エンコーディングのための複数の切り替え磁場勾配と、
各エコー信号の位相コーディングのための複数の切り替え磁場勾配と、
を含む、請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記マルチエコーイメージングシーケンスは、勾配エコーシーケンスであり、そのうちの１つのショットは、
磁気共鳴の励起のための少なくとも１つのＲＦパルスと、
磁気共鳴をリフォーカスし、各エコー信号を周波数エンコーディングするための複数の切り替え磁場勾配と、
各エコー信号を位相エンコーディングするための複数の切り替え磁場勾配と、
を含む、請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
ｋ空間の少なくとも一部は、不完全にサンプリングされる、請求項１乃至６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
動き情報は、前記繰り返しサンプリングされたｋｘラインから収集される前記エコー信号から導出される、請求項１乃至７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記ＭＲ画像は、圧縮センシングを使用して、再構成される、請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記マルチエコーイメージングシーケンスは、様々なエコー時間が各繰り返しにおいて選択されるＤｉｘｏｎシーケンスであり、前記収集されたエコー信号への水及び脂肪からの信号寄与は分離される、請求項１乃至９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記エコー信号は、２つ以上の異なるエコー時間において収集され、前記エコー信号は、各エコー時間において、前記ｋ空間ラインの異なる順序で収集される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
水及び脂肪からの前記信号寄与は、前記ＭＲ画像を再構成する前記ステップにおいて組み合わされる、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記マルチエコーイメージングシーケンスは、反転回復時間後の励起ＲＦパルスが後に続く反転ＲＦパルスを含む反転回復シーケンスである、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の方法。
【請求項１４】
検査ボリューム内に均一な静磁場を発生させる少なくとも１つの主磁石コイルと、前記検査ボリューム内の様々な空間方向において切り替え磁場勾配を発生させる幾つかの勾配コイルと、前記検査ボリューム内にＲＦパルスを発生させる及び／又は前記検査ボリューム内に配置される物体からのＭＲ信号を受信する少なくとも１つのＲＦコイルと、ＲＦパルス及び切り替え磁場勾配の時間的連続を制御する制御ユニットと、再構成ユニットとを含み、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の方法を行う、ＭＲデバイス。
【請求項１５】
請求項１乃至１２の何れか一項に記載の方法を行うための命令を含む、ＭＲデバイス上で実行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、磁気共鳴（ＭＲ）イメージングの分野に関する。本発明は、物体のＭＲイメージング方法に関する。本発明は更に、ＭＲデバイスと、ＭＲデバイス上で実行されるコンピュータプログラムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日では、２次元又は３次元画像を形成するために磁場と核スピンとの相互作用を利用する画像形成ＭＲ方法は、軟組織のイメージングにおいて、他のイメージング方法よりも多くの側面において優れ、電離放射線を必要とせず、また、通常、侵襲的ではないため、特に医療診断分野において、広く使用されている。
【０００３】
ＭＲ方法では、一般に、例えば検査される患者の身体である物体は、強力な均一磁場内に配置される。当該磁場の方向は、同時に、測定の基準となる座標系の軸（通常は、ｚ軸）を規定する。磁場は、所定の周波数（いわゆるラーモア（Larmor）周波数又はＭＲ周波数）の交流電磁場（ＲＦ場）の印加によって励起（スピン共鳴）可能である磁場強度に依存して、個々の核スピンに対し様々なエネルギーレベルを生成する。巨視的観点では、個々の核スピンの分布は、適切な周波数の電磁パルス（ＲＦパルス）の印加によって、平衡状態から外れる全般的な磁化を生成し、これにより、磁化は、ｚ軸周りの歳差運動を行う。歳差運動は、円錐面を描き、その開口角は、フリップ角と呼ばれる。フリップ角の大きさは、印加される電磁パルスの強度及び持続時間に依存する。いわゆる９０°パルスの場合、スピンは、ｚ軸から横断面へと偏向される（フリップ角９０°）。
【０００４】
ＲＦパルスの終了後、磁化は、第１の時定数Ｔ１（スピン格子又は縦緩和時間）で、ｚ方向における磁化が再び蓄積される元の平衡状態に緩和して戻り、また、ｚ方向に垂直な方向における磁化は、第２の時定数Ｔ２（スピンスピン又は横緩和時間）で緩和する。磁化の変化は、当該磁化の変化がｚ軸に垂直な方向において測定されるように、ＭＲデバイスの検査ボリューム内に配置され、方向付けられている受信ＲＦコイルによって検出される。横方向磁化の減衰は、例えば９０°パルスの印加後、同じ位相を有する秩序状態から、すべての位相角が均一に分布している（ディフェージング）状態への核スピンの遷移（局所的な磁場の不均一性によって誘起される）を伴う。ディフェージングは、リフォーカシングパルス（例えば１８０°パルス）によって相殺される。これは、受信コイルにおいてエコー信号（スピンエコー）を生成する。
【０００５】
身体内における空間分解能を実現するために、３つの主軸に沿って延在する定磁場勾配が、均一磁場に重畳され、スピン共鳴周波数の線形空間的依存性につながる。このとき、受信コイルにおいて捕捉される信号は、身体内の様々な場所に関連付けることができる様々な周波数成分を含む。受信コイルを介して得られる信号データは、空間周波数領域に対応し、ｋ空間データと呼ばれる。ｋ空間データは、通常、異なる位相エンコーディングで収集される複数のラインを含む。各ラインは、幾つかのサンプルを集めることによって、２値化される。ｋ空間データのセットは、画像再構成アルゴリズムによって、ＭＲ画像に変換される。
【０００６】
いわゆる「ターボスピンエコー」（ＴＳＥ）シーケンスは、よく知られたマルチエコーイメージングシーケンスである。ＴＳＥシーケンスの１つの「ショット」は、複数の高速印加される（通常１８０°の）リフォーカシングＲＦパルスが後に続く、磁気共鳴励起のための初期ＲＦパルスを含み、異なって位相エンコードされた一連のスピンエコー信号が生成される。エコー信号が収集され、各エコー信号は、ｋ空間ライン、即ち、ｋ空間の１次元サンプルを表し、ｋ空間ラインの位置は、シーケンスの印加された周波数エンコーディングと位相エンコーディングとが切替わった磁場勾配によって決定される。いわゆる「ターボ係数」（ＴＦ）は、各励起後に収集されたエコーの数である。通常、収集されたｋ空間プロファイルからＭＲ画像を再構成することができるようにするために、マルチエコーシーケンスの複数のショットが、ｋ空間を完全にサンプリングするために印加される。ｋ空間は、通常、各セグメントが、シーケンスの各ショットによって生成される一連のエコーにおける１つのエコー指数に帰するようにセグメント化される。つまり、各ショットは、通常、ｋ空間のすべてのセグメントからｋ空間プロファイルを収集し、ｋ空間におけるセグメント数は、ＴＦに等しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
今日では、ＴＳＥシーケンスが、ほぼすべての応用において適用されている。その幅広い使用にも関わらず、セグメント化されたｋ空間の分散収集によって、動きに対して非常に敏感であることが知られている。例えば皮下脂肪の撮像物体の小さな動きが、関心部分に重なるゴーストを発生させ、走査の全体的な診断価値を妨げてしまう。
【０００８】
上記ｋ空間セグメンテーションの原理及び問題は、スピンエコー（ＴＳＥ）及び勾配エコーシーケンス（ＴＦＥ）と、「エコープラーナ―イメージング」−ＥＰＩ−シーケンスとの両方に当てはまる。
【０００９】
米国特許第８，１５５，３８９号から、位相エンコーディングラインのセット間の相関関係から動き情報を導出することが知られている。
【００１０】
米国特許出願公開第２００８／０６１７７９号は、３次元ＭＲイメージング用の磁気共鳴データ収集に関する。このデータ収集は、部分収集の分散である（３Ｄｋ空間における）ｋラインを採用する。つまり、各部分収集は、（周波数エンコーディング方向における）幾つかのｋｘプロファイルを含む。各ｋｘプロファイルは、異なる（ｋｙ，ｋｚ）２次元位相エンコーディングを有する。特に、（ｋｙ，ｋｚ）平面では、ラジアル走査アプローチが採用される。測定時間全体に亘って、ｋプロファイルの均等分布が、中心及び周辺ｋ空間において（２次元位相エンコーディング平面に亘って）採用される。
【００１１】
上記から、改良されたＭＲイメージング技術が必要であることは、すぐに理解できる。したがって、本発明は、動きに対し、よりロバストである高速ＭＲイメージングを可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、ＭＲデバイスの検査ボリューム内に配置された物体のＭＲイメージング方法が開示される。当該方法は、
物体に、イメージングシーケンスを与えることによって、エコー信号を発生させるステップと、
エコー信号を収集するステップと、
収集したエコー信号からＭＲ画像を再構成するステップとを含み、各エコー信号は、ｋ空間ラインに帰し、ｋ空間の一部において隣接して配置される幾つかのｋ空間ラインが、繰り返しサンプリングされ、当該幾つかのｋ空間ラインは、繰り返し毎に異なる順序でサンプリングされる。
【００１３】
ｋ空間走査アプローチは、読み出しによってスパンする（周波数エンコーディング方向（ｋｘ）及び位相エンコーディング方向（ｋｙ））２次元ｋ空間（ｋ平面）に適用される。本発明によれば、ｋ空間の一部からの幾つかのｋ空間ラインが、繰り返しサンプリングされる。これは、同じ幾つかのｋ空間ラインが、２回以上サンプリングされることを意味する。サンプリングは、例えば信号平均化のために繰り返される。様々な繰り返しにおいて、スピン条件又は磁化条件が、異なるように選択される。例えば平均化は、磁化の異なる、特に逆の位相において、繰り返し行われる。Ｄｉｘｏｎ収集において、様々な繰り返しにおいて、異なるエコー時間が選択される。位相感応性反転収集では、様々な繰り返しが、それぞれ、スピン反転の適用あり及び適用なしで行われる。繰り返しサンプリングされる各ｋ空間ラインは、動きアーチファクトを相殺するために、繰り返し毎に異なる順番でサンプリングされる。順番は、ｋ空間ラインが連続的にサンプリングされる順序を規定する。順番は、収集したエコー信号の連続における各エコー信号の位置に対する各ｋ空間ラインのｋ空間位置（即ち、位相エンコーディング）の帰属によって決定される。これは、つまり、ｋ空間ラインがイメージングシーケンスによってサンプリングされる（例えばランダムな）順番は、繰り返し毎に変えられることを意味し、これは、上記幾つかのｋ空間ラインが収集される時間的な連続が、通常、ｋ空間の対応する部分における対応する空間ラインの順次的な配列とは異なることを暗示する。このアプローチは、動きアーチファクトの特に効果的な平均化を達成する。
【００１４】
本発明にしたがって適用されるイメージングシーケンスは、シングルエコースピンエコー（ＳＥ）又は勾配エコー（ＧＥ）シーケンスである。代替実施形態では、イメージングシーケンスは、マルチエコーイメージングシーケンスであってよい。物体に、マルチエコーイメージングシーケンスの幾つかのショットが与えられ、各ショットによって、一連のエコー信号が発生する。この実施形態では、当該幾つかのｋ空間ラインが収集される順番は、各ショットによって発生される一連のエコー信号における各エコー信号の数を示すエコー指数に対する各ｋ空間ラインのｋ空間位置の帰属によって決定される。
【００１５】
本発明の更なる好適な実施形態では、ｋ空間は、中心ｋ空間部と、１つ以上の周辺ｋ空間部とに分割される。中心ｋ空間部における信号平均値の数が、周辺ｋ空間部における信号平均値の数よりも高い。この実施形態によれば、本発明は、ｋ空間の中心部が、動きアーチファクトを相殺するために、信号平均化を目的とした多数の収集でサンプリングされる動きに反応しない部分平均化アプローチを提案する。異なる信号平均化が、中心ｋ空間部と周辺ｋ空間部とに、それぞれ適用される。周辺ｋ空間部よりも中心ｋ空間部においてより多い数の信号平均値を適用することによって、再構成されたＭＲ画像において、動きアーチファクトは効率的に平均される。これは、中心ｋ空間データが、画像全体のコントラストを主に決定するからである。
【００１６】
なお、信号平均化は、ｋ空間において、本発明にしたがって、又は、画像空間において、例えば反復ＭＲ画像再構成技術を使用して行われる。
【００１７】
好適には、（中心及び／又は周辺ｋ空間部の）少なくとも幾つかの繰り返しサンプリングされるｋ空間ラインは、順不同でサンプリングされる。ランダム化によって、収集されたｋ空間データの動きによって生じた不連続性が分布される。これにより、動きによって破損したｋ空間データの規則的なｋ空間間隔が回避され、したがって、再構成されたＭＲ画像におけるゴースト発生が回避される。
【００１８】
本発明の更に別の好適な実施形態では、ｋ空間の少なくとも一部が、可変密度でサンプリングされる。これは、つまり、収集されたｋ空間ラインは、位相エンコーディング方向において、不規則に分布されることを意味する。可変ｋ空間密度は、ｋ空間における動きによって破損したｋ空間サンプルの規則的分布を回避することによって、ゴースト発生を更に減少させる。
【００１９】
更に、ｋ空間の少なくとも一部、好適には、周辺ｋ空間部は、不完全にサンプリングされる。これは、各ｋ空間領域におけるサンプリング密度が、イメージングされる視野に関して、ナイキスト制限を下回ることを意味する。
【００２０】
これは、例えば、動き最適化された可変密度の圧縮センシング（ＣＳ）による走査時間を短縮するために採用される。ＣＳ理論は、大幅な信号データ削減の大きな可能性を有することが知られている。ＣＳ理論では、変換領域においてスパーズ表現を有する信号データセットが、適切な正則化アルゴリズムの適用によって、アンダーサンプリングされた測定値から復元可能である。アンダーサンプリングの可能性は、収集時間を著しく短縮する。信号サンプリング及び再構成の数学的枠組みとして、ＣＳは、信号データセットが正確に、又は、ｋ空間サンプリング密度がナイキスト基準をはるかに下回る場合であっても、少なくとも高画質で再構成できる条件を規定し、また、そのような再構成のための方法も提供する。ほとんどの既存のＣＳベースのＭＲ収集及び再構成スキームでは、ＭＲ信号データが変換領域において少ないという必須条件のみを利用する基本的なＣＳ公式が使用される。
【００２１】
更に、本発明の方法は、それ自体は知られている「部分行列」技術と組み合わされる。「部分行列」は、ｋ空間の複素共役性を利用する走査時間短縮方法である。負のｋ空間位置からのｋ空間プロファイルは、対応する正のｋ空間位置からの複素共役ｋ空間プロファイルと実質的に同一であるため、本発明では、周辺の正又は負の部分のみがサンプリングされて、ｋ空間全体のサンプリングが再現される。これは、最大分解能を維持しつつ、走査時間を大幅に短縮する。
【００２２】
本発明の好適な実施形態によれば、本発明のマルチエコーイメージングシーケンスは、スピンエコーシーケンスであり、そのうちの１つのショットは、
磁気共鳴の励起のための少なくとも１つのＲＦパルスと、
複数のリフォーカシングＲＦパルスと、
各エコー信号の周波数エンコーディングのための複数の切り替え磁場勾配と、
各エコー信号の位相コーディングのための複数の切り替え磁場勾配とを含む。つまり、本発明の方法は、ＴＳＥ又はスピンエコータイプのＥＰＩといったそれ自体は知られている「ターボ」スピンエコーシーケンスと組み合わせて適用される。或いは、マルチエコーイメージングシーケンスは、勾配エコーシーケンスであってもよく、そのうちの１つのショットは、
磁気共鳴の励起のための少なくとも１つのＲＦパルスと、
磁気共鳴をリフォーカスし、各エコー信号を周波数エンコーディングするための複数の切り替え磁場勾配と、
各エコー信号を位相エンコーディングするための複数の切り替え磁場勾配とを含む。つまり、本発明の方法は、ＴＦＥ又はＥＰＩといったそれ自体は知られている「ターボ」勾配エコーシーケンスと組み合わせて適用される。
【００２３】
本発明の方法は、デカルトｋ空間サンプリングスキームと組み合わされるのに特に適している。しかし、本発明の方法は、非デカルトサンプリングと組み合わせて適用されてもよい。あらゆるタイプのｋ空間サンプリングについて、本発明の意味において「中心ｋ空間部」との用語は、ｋ空間原点に近い又はｋ空間原点を取り囲むｋ空間プロファイルを指す。
【００２４】
更に別の好適な実施形態では、動き情報が、繰り返しサンプリングされたｋ空間ラインから収集されたエコー信号から導出される。例えば同じｋ空間位置から、異なる時点において収集されたエコー信号が関連付けられて、動き情報が抽出される。動き情報は、適切な後処理による収集された信号データの対応する動き補償のために利用される。或いは、検出された動きが、補償されるには重大過ぎることが分かると、動きによって破損したｋ空間プロファイルは廃棄するように自動的に決定されてもよい。したがって、動きアーチファクトは、本発明にしたがって平均されるか、破損データを補正又は廃棄することによって、完全に回避される。
【００２５】
ＭＲイメージング分野の当業者には知られているように、多くの場合、水及び脂肪といった様々な化学種の信号全体への相対的寄与に関する情報を得て、これらの化学種の幾つかの寄与を抑制するか、これらの化学種の全ての寄与を別々に又は一緒に解析することが望まれる。これらの寄与は、異なるエコー時間において収集された２つ以上の対応するエコーからの情報が組み合わされると計算することができる。これは、化学シフトエンコーディングと考えられる。化学シフトエンコーディングでは、追加の次元、即ち、化学シフト次元が規定され、少し異なるエコー時間において２つ以上のエコー信号データセットを収集することによって符号化される。特に、水−脂肪分離のために、これらのタイプの実験は、しばしば、Ｄｉｘｏｎ式測定と呼ばれる。Ｄｉｘｏｎイメージング又はＤｉｘｏｎ水／脂肪イメージングによって、水／脂肪分離は、異なるエコー時間において収集された２つ以上の対応するエコーから、水及び脂肪の寄与を計算することによって達成される。一般に、このような分離は、脂肪及び水において、水素の既知の歳差運動周波数差があることによって可能である。その最も単純な形において、水及び脂肪の画像は、「同位相（in phase）」及び「逆位相（out of phase）」データセットの加算か、減算かの何れかによって生成される。
【００２６】
好適な実施形態では、本発明の方法は、Ｄｉｘｏｎイメージングと組み合わせられる。したがって、つまり、イメージングシーケンスは、Ｄｉｘｏｎシーケンスであり、収集されたエコー信号への水及び脂肪からの信号寄与は分離される。本発明の特に動きロバストである収集スキームはＤｉｘｏｎイメージングによく適し、再構成されたＭＲ画像における動きアーチファクトが少ないことにより、診断画質が高くなることは、本発明の重要な見識である。Ｄｉｘｏｎイメージングの場合、同一ｋ空間ラインの繰り返しサンプリングは、繰り返し毎に異なるエコー時間で行われることが有利である。
【００２７】
最も好適には、エコー信号は、Ｄｉｘｏｎシーケンスの各エコー時間において、異なるｋ空間ラインの順序で収集される。収集順序の異なるランダム化は、動きアーチファクトを最適に平均する。
【００２８】
これは、特に、いわゆる重み係数付加された（modulus-added weighted）脂肪及び水画像の再構成と組み合わせて適用され、水及び脂肪からの信号寄与は、ＭＲ画像を再構成するステップにおいて組み合わされる。重み係数付加された脂肪及び水画像を再構成するために、ｎ乗された脂肪寄与の係数と、ｎ乗された水寄与の係数との加重和のｎ乗根が、各画像ピクセル又はボクセルについて計算される。
【００２９】
より一般的に、本発明の方法は、ｋ空間ラインが繰り返し収集され、繰り返し毎に、少なくとも１つのイメージングパラメータが変更される任意のタイプのイメージング技術と組み合わされてよい。したがって、本発明の方法は、反転回復技術（ＩＲ／ＰＳＩＲ）、拡散強調イメージング、磁化移動コントラスト（ＭＴＣ）、化学交換飽和移動（ＣＥＳＴ）等と有利に組み合わせることができる。
【００３０】
本発明の更なる態様では、位相感応性磁気共鳴画像が、収集された磁気共鳴信号の位相情報が再構成において保たれるという点において、再構成される。つまり、再構成された磁気共鳴画像のピクセルは、複素数の値である。
【００３１】
ここまで説明してきた本発明の方法は、検査ボリューム内に均一な静磁場を発生させる少なくとも１つの主磁石コイルと、検査ボリューム内の様々な空間方向において切り替え磁場勾配を発生させる幾つかの勾配コイルと、検査ボリューム内にＲＦパルスを発生させる及び／又は検査ボリューム内に配置される物体からのＭＲ信号を受信する少なくとも１つのＲＦコイルと、ＲＦパルス及び切り替え磁場勾配の時間的連続を制御する制御ユニットと、再構成ユニットとを含むＭＲデバイスによって実行される。本発明の方法は、例えばＭＲデバイスの再構成ユニット及び／又は制御ユニットの対応するプログラミングによって実施される。
【００３２】
本発明の方法は、今日、臨床使用されているほとんどのＭＲデバイスにおいて有利に実行可能である。このためには、ＭＲデバイスが上記された本発明の方法のステップを行うように、当該ＭＲデバイスが制御されるコンピュータプログラムを利用するだけでよい。コンピュータプログラムは、データ担体上にあるか、又は、ＭＲデバイスの制御ユニット内へのインストールのために、ダウンロードされるようにデータネットワーク内にあってよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
添付の図面は、本発明の好適な実施形態を開示する。しかし、当然ながら、図面は、例示目的のみにデザインされたものであり、本発明の制限の定義としてデザインされたものではない。
【００３４】
【図１】図１は、本発明の方法を実行するＭＲデバイスを示す。
【図２】図２は、本発明のサンプリングスキームの第１の実施形態を概略的に示すｋ空間の図を示す。
【図３】図３は、本発明のサンプリングスキームの第２の実施形態を概略的に示すｋ空間の図を示す。
【図４】図４は、本発明のサンプリングスキームの第３の実施形態を概略的に示すｋ空間の図を示す。
【図５】図５は、本発明のサンプリングスキームの第４の実施形態を概略的に示すｋ空間の図を示す。
【図６】図６は、本発明のサンプリングスキームの第５の実施形態を概略的に示すｋ空間の図を示す。
【図７】図７は、動きゴースト寄与を有する同位相画像、逆位相画像、水画像及び脂肪画像を概略的に示す。
【図８】図８は、Ｄｉｘｏｎ測定における同位相及び逆位相のサンプリングを概略的に示すｋ空間の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１を参照するに、ＭＲデバイス１が示される。デバイスは、実質的に均一で、時間的に一定の主磁場が、検査ボリュームを通るｚ軸に沿って作成されるように、超電導又は抵抗主磁石コイル２を含む。
【００３６】
磁気共鳴発生及び操作システムは、一連のＲＦパルス及び切り替え磁場勾配を印加して、核磁気スピンを反転又は励起し、磁気共鳴を誘導し、磁気共鳴をリフォーカスし、磁気共鳴を操作し、磁気共鳴を空間的及び他の方法でエンコードし、スピンを飽和させて、ＭＲイメージングを行う。
【００３７】
より具体的には、勾配パルス増幅器３が、電流パルスを、検査ボリュームのｘ、ｙ及びｚ軸に沿った全身勾配コイル４、５及び６のうちの選択された全身勾配コイルに印加する。デジタルＲＦ周波数送信器７が、ＲＦパルス又はパルスパケットを、送信／受信スイッチ８を介して、全身ボリュームＲＦコイル９に送信して、ＲＦパルスを検査ボリューム内に送信する。典型的なＭＲイメージングシーケンスは、互いに一緒に取られる短い持続時間のＲＦパルスセグメントからなるパケットで構成され、任意の印加磁場勾配は、核磁気共鳴の選択された操作を達成する。ＲＦパルスは、飽和し、共鳴を励起し、磁化を反転し、共鳴をリフォーカスし、又は、共鳴を操作し、また、検査ボリューム内に位置付けられた身体１０の一部を選択するように使用される。ＭＲ信号は更に、全身ボリュームＲＦコイル９によって捕捉される。
【００３８】
身体１０の限定部位のＭＲ画像を生成するために、一組の局所アレイＲＦコイル１１、１２、１３が、イメージングのために選択された部位に隣接して配置される。アレイコイル１１、１２、１３は、全身コイルＲＦ送信によってもたらされるＭＲ信号を受信するように使用される。
【００３９】
結果として得られるＭＲ信号は、全身ボリュームＲＦコイル９及び／又はアレイＲＦコイル１１、１２、１３によって捕捉され、好適には前置増幅器（図示せず）を含む受信器１４によって復調される。受信器１４は、送信／受信スイッチ８を介して、ＲＦコイル９、１１、１２及び１３に接続されている。
【００４０】
ホストコンピュータ１５が、勾配パルス増幅器３及び送信器７を制御して、エコープラナーイメージング（ＥＰＩ）、エコーボリュームイメージング、勾配及びスピンエコーイメージング、高速スピンエコー（ＴＳＥ）イメージング等といった複数のＭＲイメージングシーケンスのうちの何れかが生成される。選択されたシーケンスについて、受信器１４は、各ＲＦ励起パルスの後に続いて、単一又は複数のＭＲデータラインを高速連続で受信する。データ収集システム１６が、受信信号のアナログ‐デジタル変換を行い、各ＭＲデータラインを、更なる処理に適したデジタル形式に変換する。最新式のＭＲデバイスでは、データ収集システム６は、ロー画像データの収集に特化した別個のコンピュータである。
【００４１】
最終的には、デジタルロー画像データは、再構成プロセッサ１７によって、画像表現に再構成される。再構成プロセッサ１７は、フーリエ変換、又は、他の適切な再構成アルゴリズムを適用する。ＭＲ画像は、患者の平面スライス、平行平面スライスのアレイ、３次元ボリューム等を表す。次に、画像は、画像メモリに記憶される。画像メモリにおいて、画像は、スライス、投影又は画像表現の他の部分を、例えばビデオモニタ１８を介する可視化のための適切な形式に変換するためにアクセスされる。ビデオモニタ１８は、結果として得られるＭＲ画像の人間が読み取り可能な表示を提供する。
【００４２】
図１を引き続き参照し、更に図２乃至図５を参照するに、本発明の動きロバストな部分平均化アプローチの実施形態について説明する。
【００４３】
本発明によれば、身体１０に対し、例えばＴＳＥシーケンスといったマルチエコーイメージングシーケンスの幾つかのショットを行う。シーケンスの各ショットによって、一連のエコー信号が生成される。エコー信号は、収集され、各エコー信号は、ｋ空間ラインに帰する。ｋ空間ラインは、図２乃至図５において、ｋｘ軸に平行に延在する細い水平ラインとして表される。信号平均化は、ｋ空間ラインの少なくとも幾つかを繰り返しサンプリングすることによって行われる。繰り返しサンプリングするとは、同一のｋ空間ラインが、最終ＭＲ画像の再構成する信号収集処理中に、２回以上サンプリングされることを意味する。信号対ノイズ比の向上が、同じｋ空間位置からそれぞれ収集された幾つかのエコー信号の平均を取ることによって達成される。平均値の数は、収集の数（ＮＳＡ）とも呼ばれる。信号対ノイズ比（ＳＮＲ）の向上の近似量は、平均値の数の平方根として計算される。
【００４４】
図２に示されるように、ｋ空間２０は、中心ｋ空間部２１と、第１の周辺ｋ空間部２２と、第２の周辺ｋ空間部２３とに分割される。図示される実施形態では、中心ｋ空間部２１は、ＴＳＥシーケンスの各ショットによってサンプリングされ、第１の周辺ｋ空間部２２は、２番目のショット毎にサンプリングされ、第２の周辺ｋ空間部２３は、４番目のショット毎にサンプリングされる。提案される部分平均化アプローチによれば、ｋ空間位置の可変の繰り返しサンプリングが行われ、中心ｋ空間部２１は、周辺部２２、２３に比べて、より頻繁に収集される。ｋ空間ラインのその限定されたセットを有する中心ｋ空間部２１は、非常に頻繁にサンプリングされる。動き情報は、中心部２１の繰り返しサンプリングされたｋ空間ラインから収集されたエコー信号から導出される。例えば、様々な平均化ステップ中に収集されたｋ空間データの相互相関が計算される。これに基づいて、自動動き補償が行われる。検出された動きが、重大過ぎることが分かると、対応するエコー信号データは拒絶される。撮像物体の位置が、動きによって不可逆的に変更されていることが分かると、走査パラメータが、位置シフトに従って自動的に更新される。ｋ空間ラインのより大きいセットを有する中間周辺ｋ空間部２２は、それほど頻繁ではないが、走査されて、動きを平均し、アーチファイト及びＴ２緩和といった信号減衰効果を相殺し、少なくともＳＮＲの特定の向上を提供する。第２の周辺部２３は、１回しか収集されない。第２の周辺部２３は、例えばＣＳ及び／又は部分行列技術が使用されるかどうかに依存して、１回未満で収集されてもよい。最後に、ＭＲ画像が、収集されたエコー信号から再構成される。この一般的なアプローチは、ＦＦＥ、ＳＥ、ＴＦＥ、ＴＳＥ及びＥＰＩシーケンスといったあらゆるタイプのシーケンスに適用可能である。
【００４５】
図３乃至図５に示される本発明の更なる態様は、中心ｋ空間部２１においては、密度の高いサンプリングで、周辺ｋ空間部２２、２３においては、より密度の低いサンプリングで、ｋ空間サンプリングが、可変密度で行われることである。図３乃至図５に示されるように、収集されたｋ空間ラインは、位相エンコーディング方向ｋｙにおいて、不規則に分布する。可変ｋ空間密度は、ｋ空間２０における動きによって破損したｋ空間サンプルの規則的分布を回避することによって、ゴースト発生を減少させる。この可変密度収集は、画像コントラストが保たれ、基本的に、周辺ｋ空間部２２、２３における収集の数の選択とは独立しているＴＳＥ又はＴＦＥといったターボシーケンスにおいて特に有利である。図２に示される実施形態において見られるように、中心ｋ空間部は、より頻繁に更新される一方で、周辺ｋ空間部２２、２３は、低い頻度で更新される。したがって、中心ｋ空間部２１からの最も関連性のある信号支配的なｋ空間ラインが、短期間（例えばマルチエコーイメージングシーケンスの各ショット内）内に更新される。更に、ｋ空間部２１、２２、２３のサイズは、外側ｋ空間まで増加し、これは、ｋ空間２０に亘る、動きによって生じたｋ空間の不連続性の更なる分布をもたらす。
【００４６】
図４は、それぞれ、ＡＣＱ１及びＡＣＱ２と表される第１及び第２の収集ステップ中に収集されたｋ空間ラインを示す。この実施形態では、周辺ｋ空間部２２におけるｋ空間ラインの位置が、第２の収集ステップＡＣＱ２において、ｋｙ方向にシフトされている。第１の収集ステップＡＣＱ１におけるｋ空間ラインのｋｙ位置は、説明のために、図４の右図において、点線で示されている。対照的に、中心ｋ空間２１では、第１の収集ステップＡＣＱ１及び第２の収集ステップＡＣＱ２中に走査されるｋ空間ラインのｋｙ位置は、維持され、結果として、中心ｋ空間部２１におけるｋ空間ラインは、対応して繰り返しサンプリングされる一方で、周辺ｋ空間部２２における各ｋ空間ラインは、１回しか走査されない。各個別の収集ステップＡＣＱ１、ＡＣＱ２中、周辺ｋ空間部２２は、不完全にサンプリングされる。これは、ｋｙ方向におけるサンプリング密度が、ナイキスト閾値よりも低いことを意味する。両方の収集ステップＡＣＱ１、ＡＣＱ２においてサンプリングされたｋ空間ラインの組み合わせは、完全にサンプリングされたデータセットをもたらす。
【００４７】
本発明の主な特徴は、各繰り返しにおいて異なる順序で、各ｋ空間ラインを繰り返しサンプリングすることであり、サンプリングの順序は、ｋ空間ラインがサンプリングされる時間的順序を規定する。好適には、異なるランダムな順序が、収集ステップ毎に適用される。図２乃至図５に示される本発明のすべての実施形態と組み合わせて適用される本発明の技術は、動きアーチファクトを平均し、収集されたｋ空間データの、動きによって生じた不連続性を分布させ、結果として、動きによって破損したｋ空間データの不規則なｋ空間間隔がもたらされる。このようにすると、再構成されたＭＲ画像におけるゴースト発生が回避される。例えば図４を参照するに、収集ステップＡＣＱ２中に、中心ｋ空間部２１からｋ空間ラインがサンプリングされる（好適にはランダムな）時間的順序は、収集ステップＡＣＱ１中に、中心ｋ空間部２１に適用される時間的サンプリング順序とは異なる。
【００４８】
図５に示される実施形態では、周辺ｋ空間部２２に、ｋ空間サンプリンググリッドのランダム分布が適用されている。収集ステップＡＣＱ１中に収集し損ねた周辺ｋ空間部２２におけるｋ空間ラインが、収集ステップＡＣＱ２中にサンプリングされる。両方の収集ＡＣＱ１、ＡＣＱ２の組み合わせは、完全にサンプリングされたデータセットをもたらす。図４の実施形態と同様に、中心ｋ空間部２１は、繰り返しサンプリングが達成されるように、各収集ステップＡＣＱ１、ＡＣＱ２中に、完全にサンプリングされる。各収集ステップＡＣＱ１、ＡＣＱ２中の周辺ｋ空間部２２のランダムなアンダーサンプリングは、ｋ空間に亘る動きによって破損したｋ空間サンプルの更に向上された分布、したがって、更に向上された動きロバスト性がもたらされる。
【００４９】
図６に示される実施形態では、再び、ｋ空間２０は、中心ｋ空間部２１と、周辺ｋ空間部２２とに分割される。中心ｋ空間部２１は、図示される実施形態では、シングルエコースピンエコー（ＳＥ）シーケンスの、対応して繰り返される適用によって、繰り返しサンプリングされる。中心ｋ空間部２１は、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５と表される隣接して配置される有限数のｋ空間ラインを含む。各ｋ空間ラインＫ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５は、ＳＥシーケンスによって生成されたエコー信号に対応する。ｋ空間ラインＫ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５は、本発明によれば、繰り返し毎に、異なる順序で繰り返しサンプリングされる。順序は、例えば４回の繰り返しの間に、次の通りに変えられる。
１回目の繰り返し：Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５
２回目の繰り返し：Ｋ２、Ｋ１、Ｋ４、Ｋ３、Ｋ５
３回目の繰り返し：Ｋ２、Ｋ４、Ｋ１、Ｋ５、Ｋ３
４回目の繰り返し：Ｋ３、Ｋ５、Ｋ２、Ｋ４、Ｋ１
【００５０】
信号平均化は、これに基づいて行われて、動きを平均し、アーチファクト及びＴ２緩和といった信号減衰効果を相殺し、ＳＮＲの向上を提供する。周辺ｋ空間部２２は、１回しか走査されない。最後に、ＭＲ画像が、収集されたエコー信号から再構成される。
【００５１】
Ｄｉｘｏｎ式測定では、動きゴーストは、通常、図７の単純な同位相逆位相Ｄｉｘｏｎ例について示されるように、スペクトル源に依存して、水又は脂肪の画像においてエンコードされる（Ｗ＝ＩＰ＋ＯＰ、Ｆ＝ＩＰ−ＯＰ）。ここでは、水の動きは、脂肪画像ではなく、水画像において、全振幅を有する動きゴーストにつながる。図７の左部分は、相関していない動きに関し、図７の右部分は、相関している動きに関する。
【００５２】
左下の単純な同位相逆位相Ｄｉｘｏｎ例について示されるように、動きが相関されていない場合、動きゴーストは、水画像及び脂肪画像の両方に存在するが、アーチファクトは、２倍減少される。この平均化効果は、動きアーチファクトを効果的に減少させるように使用される。
【００５３】
ＤＩＸＯＮのＴＳＥでは、Ｄｉｘｏｎ収集毎に、異なるプロファイル順序が、以下に示されるショットの異なる、例えばランダムにされた順序によって達成される。ショット毎に、プロファイルが、１つのｋ空間セグメントあたりに収集される（図８の例では、７個のｋ空間セグメントから７個のプロファイルがサンプリングされる）。ショットにおけるプロファイルの非等距離又はランダムサンプリング（青線）は、Ｄｉｘｏｎ収集について、例えばＩＰ及びＯＰ収集について変えられる。動きがある場合、このＤｉｘｏｎ収集毎の異なるサンプリングは、ＩＰ及びＯＰ収集において相関していない動きゴーストにつながる。Ｄｉｘｏｎ再構成を適用すると、この動きゴーストは平均化される。
【００５４】
本発明の一態様によれば、ｋ空間部は、Ｄｉｘｏｎ収集毎に、異なる順序、好適には、ランダムな順序で、ランダムに順序付けられる。
【００５５】
ＴＳＥ又はＴＦＥといったターボシーケンスについて、ショットに亘り収集され、したがって、ｋ空間セグメント内のｋ空間において近くに配置されるプロファイルは、ランダムに分布し、このランダムな順序は、Ｄｉｘｏｎ収集と共に変化する。
【００５６】
ＦＦＥといった非ターボシーケンスについて、ｋ空間は、ランダムセグメント順序でｋ空間セグメントに分割される。ランダムセグメント順序は、Ｄｉｘｏｎ収集毎に変えられる。
【００５７】
平均化効果は、より多くのＤｉｘｏｎ収集が使用されるほど、高められる。したがって、典型的に６つのエコーが使用されるＤｉｘｏｎ量子化の場合、平均化効果は、最適化される。
【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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【図８】
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