(57)【要約】【課題】対象物の画像を再構成する。【解決手段】本発明の方法は、対象物の較正画像の収集、較正画像内で対象物のエッジを見つける工程、較正画像内で見つけたエッジを使用して、縮小撮像範囲画像内の一ピクセル位置でエイリアシング複製の第１の数を算出する工程、エイリアシング複製の第１の数を使用して縮小撮像範囲画像をアンラッピングして、第１のアンラッピングされた画像を生成する工程、第１のアンラッピングされた画像内で対象物のエッジを見つける工程、第１のアンラッピングされた画像内で見つけたエッジを使用して、縮小撮像範囲画像内の前記ピクセル位置でエイリアシング複製の第２の数を算出する工程、エイリアシング複製の第２の数を使用して縮小撮像範囲画像をアンラッピングして、第２のアンラッピングされた画像を生成する工程を含む。【選択図】　　　　図３
2004000593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物（１６）の縮小撮像範囲画像を再構成するための方法であって、
ａ）対象物（１６）の較正画像を収集する工程と、
ｂ）前記較正画像内で対象物（１６）のエッジを見つける工程と、
ｃ）前記較正画像内で見つけたエッジを使用して、縮小撮像範囲画像内の一ピクセル位置においてエイリアシング複製の第１の数を算出する工程と、
ｄ）前記エイリアシング複製の第１の数を使用して前記縮小撮像範囲画像をアンラッピングして、アンラッピングされた画像を生成する工程と、
ｅ）前記アンラッピングされた画像内で対象物（１６）のエッジを見つける工程と、
ｆ）前記アンラッピングされた画像内で見つけたエッジを使用して、前記縮小撮像範囲画像内の前記ピクセル位置においてエイリアシング複製の第２の数を算出する工程と、
ｇ）前記エイリアシング複製の第２の数を使用して前記縮小撮像範囲画像をアンラッピングして、新しいアンラッピングされた画像を生成する工程と、
を有している方法。
【請求項２】
更に、前記工程ｅ）〜ｇ）を所定回数繰り返す工程を含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
更に、前記の最初のアンラッピングされた画像と新しいアンラッピングされた画像とを比較して、差を決定する工程と、
前記差が所定のレベル以下になるまで前記工程ｅ）〜ｇ）を繰り返す工程と、を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項４】
対象物の画像を再構成するための方法であって、
ａ）対象物（１６）の較正画像を収集する工程と、
ｂ）対象物（１６）の縮小撮像範囲画像を収集する工程であって、該縮小撮像範囲画像は位相エンコーディング軸に沿って撮像範囲寸法Ｄを持っている、当該工程と、
ｃ）前記較正画像を使用してコイル感度を算出する工程と、
ｄ）前記較正画像内で対象物（１６）のエッジを見つける工程と、
ｅ）前記較正画像内で見つけたエッジを使用して、縮小撮像範囲画像内の一ピクセル位置においてエイリアシング複製の第１の数を算出する工程と、
ｆ）前記エイリアシング複製の第１の数及びコイル感度で第１の感度マトリクスを集成する工程と、
ｇ）前記第１の感度マトリクスを使用して前記縮小撮像範囲画像をアンラッピングして、アンラッピングされた画像を生成する工程と、
ｈ）前記アンラッピングされた画像内で対象物（１６）のエッジを見つける工程と、
ｉ）前記アンラッピングされた画像内で見つけたエッジを使用して、前記縮小撮像範囲画像内の前記ピクセル位置においてエイリアシング複製の第２の数を算出する工程と、
ｊ）前記エイリアシング複製の第２の数及びコイル感度で第２の感度マトリクスを集成する工程と、
ｋ）前記第２の感度マトリクスを使用して前記縮小撮像範囲画像をアンラッピングして、新しいアンラッピングされた画像を生成する工程と、
を有している方法。
【請求項５】
更に、前記工程ｈ）〜ｋ）を所定回数繰り返す工程を含んでいる、請求項４記載の方法。
【請求項６】
更に、前記の最初のアンラッピングされた画像と新しいアンラッピングされた画像とを比較して、差を決定する工程と、
前記差が所定のレベル以下になるまで前記工程ｈ）〜ｋ）を繰り返す工程と
を含んでいる請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記較正画像内で見つけたエッジを使用して、縮小撮像範囲画像内の一ピクセル位置においてエイリアシング複製の第１の数を算出する前記工程は、前記較正画像内で見つけたエッジを拡張する工程を含んでいる、請求項１または４に記載の方法。
【請求項８】
前記アンラッピングされた画像内で見つけたエッジを使用して、前記縮小撮像範囲画像内の前記ピクセル位置においてエイリアシング複製の第２の数を算出する前記工程は、前記アンラッピングされた画像内で見つけたエッジを拡張する工程を含んでいる、請求項１または４に記載の方法。
【請求項９】
前記アンラッピングされた画像内で対象物（１６）のエッジを見つける前記工程は、前記アンラッピングされた画像と前記較正画像を重畳する工程を含んでいる、請求項１または４に記載の方法。
【請求項１０】
対象物の縮小撮像範囲画像を再構成するための機械読取り可能なコンピュータ・プログラム・コードでエンコードされた記憶媒体であって、以下の工程ａ）〜ｆ）を含む方法をコンピュータに実行させる命令を含んでいる記憶媒体。
ａ）対象物（１６）の較正画像を使用して対象物（１６）のエッジを見つける工程と、
ｂ）前記較正画像内で見つけたエッジを使用して、縮小撮像範囲画像内の一ピクセル位置においてエイリアシング複製の第１の数を算出する工程と、
ｃ）前記エイリアシング複製の第１の数を使用して前記縮小撮像範囲画像をアンラッピングして、アンラッピングされた画像を生成する工程と、
ｄ）前記アンラッピングされた画像内で前記対象物（１６）のエッジを見つける工程と、
ｅ）前記アンラッピングされた画像内で見つけたエッジを使用して、前記縮小撮像範囲画像内の前記ピクセル位置においてエイリアシング複製の第２の数を算出する工程と、
ｆ）前記エイリアシング複製の第２の数を使用して前記縮小撮像範囲画像をアンラッピングして、新しいアンラッピングされた画像を生成する工程。
【請求項１１】
前記方法が更に前記工程ｄ）〜ｆ）を所定回数繰り返す工程を含んでいる、請求項１０記載の記憶媒体。
【請求項１２】
更に、前記の最初のアンラッピングされた画像と新しいアンラッピングされた画像とを比較して、差を決定する工程と、
前記差が所定のレベル以下になるまで前記工程ｄ）〜ｆ）を繰り返す工程と、を含んでいる請求項１０記載の記憶媒体。
【請求項１３】
前記較正画像内で見つけたエッジを使用して、縮小撮像範囲画像内の一ピクセル位置においてエイリアシング複製の第１の数を算出する前記工程は、前記較正画像内で見つけたエッジを拡張する工程を含んでいる、請求項１０記載の記憶媒体。
【請求項１４】
前記アンラッピングされた画像内で見つけたエッジを使用して、前記縮小撮像範囲画像内の前記ピクセル位置においてエイリアシング複製の第２の数を算出する前記工程は、前記アンラッピングされた画像内で見つけたエッジを拡張する工程を含んでいる、請求項１０記載の記憶媒体。
【請求項１５】
前記アンラッピングされた画像内で対象物（１６）のエッジを見つける前記工程は、前記アンラッピングされた画像と前記較正画像を重畳する工程を含んでいる、請求項１０記載の記憶媒体。
【請求項１６】
対象物の画像を再構成するための装置であって、
対象物（１６）の較正画像及び縮小撮像範囲画像を収集する手段と、コンピュータ（１０７）とを有し、該コンピュータが、
ａ）較正画像内で対象物（１６）のエッジを見つけ、
ｂ）前記較正画像内で見つけたエッジを使用して、縮小撮像範囲画像内の一ピクセル位置においてエイリアシング複製の第１の数を算出し、
ｃ）前記エイリアシング複製の第１の数を使用して前記縮小撮像範囲画像をアンラッピングして、アンラッピングされた画像を生成し、
ｄ）前記アンラッピングされた画像内で対象物（１６）のエッジを見つけ、
ｅ）前記アンラッピングされた画像内で見つけたエッジを使用して、前記縮小撮像範囲画像内の前記ピクセル位置においてエイリアシング複製の第２の数を算出し、
ｆ）前記エイリアシング複製の第２の数を使用して前記縮小撮像範囲画像をアンラッピングして、新しいアンラッピングされた画像を生成するように構成されていること、を特徴とする装置。
【請求項１７】
前記コンピュータ（１０７）は更に、前記較正画像内で見つけたエッジを拡張するように構成されている、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記コンピュータ（１０７）は更に、前記アンラッピングされた画像内で見つけたエッジを拡張するように構成されている、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記コンピュータ（１０７）は更に、前記アンラッピングされた画像と前記較正画像とを重畳するように構成されている、請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
対象物（１６）の較正画像及び縮小撮像範囲画像を収集する前記手段は、
対象物（１６）に接近して配置されたコイル・アレイ（１３９）と、
前記コイル・アレイ（１３９）に動作上結合された受信器モジュール（１５０）と、
前記受信器モジュール（１５０）に動作上結合されたメモリ・モジュール（１１３）であって、前記コンピュータ（１０７）に動作上結合されているメモリ・モジュール（１１３）と、
を含んでいる、請求項１６記載の装置。
【請求項２１】
前記コンピュータ（１０７）は更に、前記動作ｄ）〜ｆ）を所定回数繰り返すように構成されている、請求項１６に記載の装置。
【請求項２２】
前記コンピュータ（１０７）は更に、前記の最初のアンラッピングされた画像と新しいアンラッピングされた画像とを比較して、差を決定し、そして前記差が所定のレベル以下になるまで前記動作ｄ）〜ｆ）を繰り返すように構成されている、請求項１６記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイメージング方法及びシステムに関する。より具体的には、本発明は画像（イメージ）再構成用の方法及び装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
人体組織のような物質が一様な磁場（分極磁場Ｂ０）を受けると、該組織内のスピンの個別の磁気モーメントがこの分極磁場と整列しようとするが、その回りをそれぞれの固有のラーモア周波数で不規則に歳差運動する。物質（すなわち、組織）が、ｘ−ｙ平面内にあってラーモア周波数に近い周波数の磁場（励起磁場Ｂ１）を受けると、正味の整列したモーメントＭｚがｘ−ｙ平面へ向かって回転すなわち「傾斜」して、正味の横磁気モーメントＭｔを生じる。励起信号Ｂ１が終了した後、励起されたスピンによって信号が放出され、この信号は画像を形成するように受信し処理することができる。
【０００３】
画像を生成するためにこれらの信号を利用するとき、磁場勾配（Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚ）が用いられる。典型的には、これらの勾配が使用している特定の局在化（ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）法に従って変化するようにした一連の測定サイクルによって、撮像しようとする領域がスキャン（走査）される。その結果の一組の受信ＮＭＲ信号はディジタル化されて、多くの周知の再構成手法の内の一つを使用して画像を再構成するように処理される。
【０００４】
そこから画像を再構成することのできるＮＭＲデータ集合を収集する方法は「スピン・ワープ」法として知られており、これは、周知のフーリエ変換（ＦＴ）イメージング法の変形である。スピン・ワープ法は、【非特許文献１】「Ｐｈｙｓｉｃｓ　ｉｎ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ　ａｎｄ　Ｂｉｏｌｏｇｙ」誌、第２５巻（１９８０年）、７５１〜７５６頁に所載のＷ．Ａ．　Ｅｄｅｌｓｔｉｎｅ等による論文「Ｓｐｉｎ−Ｗａｒｐ　ＮＭＲ　Ｉｍａｇｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｔｏ　Ｈｕｍａｎ　Ｗｈｏｌｅ−Ｂｏｄｙ　Ｉｍａｇｉｎｇ」に記載されている。この手法は、ＮＭＲスピン・エコー信号を収集する前に可変振幅の位相エンコーディング磁場勾配パルスを用いて、この勾配の方向に空間情報を位相エンコーディングする。例えば、２次元の実施（２ＤＦＴ）の際、空間情報を一方向にエンコーディングするために、その方向に位相エンコーディング勾配（Ｇｙ）を印加し、次いで該位相エンコーディング方向に対して直交する一方向に読出し磁場勾配（Ｇｘ）の存在下でスピン・エコー信号を収集する。スピン・エコーの収集の際に存在する読出し勾配は該直交方向に空間情報をエンコーディングする。典型的な２ＤＦＴ画像の収集において、一連のパルス・シーケンスが実行され、その際、パルス・シーケンス内の位相エンコーディング勾配パルスＧｙは（ΔＧｙずつ）増分される。その結果としてスキャン中に収集される一連のビュー（ｖｉｅｗ）はＮＭＲ画像データ集合を形成し、該データ集合から画像を再構成することができる。各々の位相エンコーディングされたビューの収集には有限の時間が必要であり、所定の撮像範囲（ＦＯＶ：ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｖｉｅｗ）及び分解能の画像を得るために必要とされるビューの数をより多くすればするほど、全スキャン時間がより長くなる。
【０００５】
ＭＲイメージングの分野における技術開発はデータ収集時間を短縮することを目標とするものが多い。このような技術開発の一つが並列イメージングとして知られており、その手法では、複数の受信コイルを使用してスキャン時間を短縮している。
【０００６】
並列イメージング手法では、スキャン時間の短縮はｋ空間ラインを省略すること、又は等価的にラインの間隔を更に離すことに由来する。しかしながら、ｋ空間ラインの減少はＦＯＶを縮小させる作用を持ち、従って、対象物が位相エンコーディング方向において該縮小したＦＯＶの外側へ延在している場合は画像ラッピング（ｗｒａｐｐｉｎｇ）又はエイリアシングが生じる。
【０００７】
並列イメージングに伴うエイリアシングは一般的な２つの手法の内の一方を使用して除去し得る。１つの手法では、受信コイル感度（Ｂ１磁場）空間情報を使用して、不足しているｋ空間ラインを合成し、次いでフーリエ変換を行って、エイリアシングの無い画像を再構成している。この手法は、「ＳＭＡＳＨ（ＳｉＭｕｌｔａｎｅｏｕｓ　Ａｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｐａｔｉａｌ　Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ：空間高調波の同時収集）法」と呼ばれており、【非特許文献２】「Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　Ｉｎ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、１９９７、３８：５９１−６０３」にＳｏｄｉｃｋｓｏｎ等によって記述されている。もう１つの手法では、受信コイル感度を使用して、各コイルから再構成されたエイリアスされた画像を組み合わせて、エイリアシングを相殺している。この手法は、「ＳＥＮＳＥ（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　ｅｎｃｏｄｉｎｇ：感度エンコーディング）法」と呼ばれており、【非特許文献３】「Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　Ｉｎ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、４２，９５２−９６２（１９９９）」にＫ．Ｐ．　Ｐｒｕｅｓｓｍａｎｎ等によって記述されている。これらは最も普通の２つの並列イメージング方法であるが、これらの手法の様々な特徴が他の一般化された並列イメージング方法では組み合わされている。
【０００８】
ＳＥＮＳＥ法の考え方は、位相エンコーディング・ビュー相互の間のステップ・サイズ（ΔＧｙ）を増大すること、或いは等価的にＦＯＶを縮小することによって、収集時間を短縮することである。いずれの場合でも、全ビュー数を減少させて、その結果、スキャン時間を短縮している。しかしながら、縮小したＦＯＶの外側に対象物が延在している場合、エイリアシング又はラップアラウンド（ｗｒａｐ−ａｒｏｕｎｄ）が位相エンコーディング方向に生じる。ＳＥＮＳＥ法は、このエイリアシングを除くために、表面コイル受信範囲（これは「感度」とも呼ばれる）の知識を使用して、エイリアスされていないスピン分布を見つけている。この知識は、縮小ＦＯＶ（ＳＥＮＳＥ）スキャンより前に感度較正スキャンを実行することによって得られる。例えば、感度較正データは、【特許文献１】「感度エンコーディングＭＲＩ収集に使用するための較正方法」と題する２００１年５月９日出願の米国特許出願番号０９／８５１７７５に記載されているような表面コイルからの組み合わされた信号を使用して求めることができる。
【０００９】
ＳＥＮＳＥスキャン及び較正スキャンの両方の際に、患者は呼吸運動によるアーティファクトを最小にするために息を止めることを要求されることがある。患者及び／又はコイルが較正スキャンとＳＥＮＳＥスキャンとの間に位相エンコーディング方向に動いた場合、例えば、患者が各々のスキャンの際に異なる量の空気を吸い込んだ場合、未補正のエイリアシングに起因するアーティファクトが生じる恐れがある。
【００１０】
較正スキャンとＳＥＮＳＥスキャンとの間での患者の動きに起因するアーティファクトを低減する一方法は、例えば線形補外を用いて、感度測定を、較正スキャンにおいて検出された対象物境界の外側に拡張することである。感度を拡張することに関連して、対象物境界もまた、較正スキャンにおいて測定されたものより外側にあるように拡張される。感度及びエッジが充分に拡張されている場合、対象物内の全てのピクセルにおける感度がＳＥＮＳＥスキャンの際にその位置で推定され、その上、エイリアスされた複製（ａｌｉａｓｅｄ　ｒｅｐｌｉｃａｔｅ）の数が全てのピクセルにおける複製の実際の数より大きいか又はそれに等しい。典型的なスキャンの規定（ｐｒｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ）及び典型的な呼吸運動について、１０〜２０ピクセルのエッジ及び感度拡張が充分であることが分かった。これにより、たとえ対象物が較正スキャン後に動いたとしても、全てのピクセルにおいて正確なエイリアシング・アンラッピング（ｕｎｗｒａｐｐｉｎｇ）が可能になる。しかしながら、最終的な画像ノイズは、エイリアスされた複製の数が過大推定されるピクセルにおいて一層高くなる。この増大したノイズは、目立ち且つ不快になるほど大きな領域にまたがることが多い。
【００１１】
エイリアスされた複製の数が過大推定されている場合、画像ノイズを低減するために、ＳＥＮＳＥ再構成の適応ピクセル依存正則化が使用されていた。適応正則化は、逆問題の解においてノイズを低減するために用いられる周知の数値法である。しかしながら、適応正則化を妨げる一つの障害は、最適な正則化を決定するために多くの繰返しを必要とし、従って、長い再構成時間を必要とすることである。
【００１２】
較正スキャンとＳＥＮＳＥスキャンとの間での患者の動きに起因するアーティファクトを低減する別の方法は、患者が１回息を止めている間に両方のスキャンを組み合わせることである。較正スキャンとＳＥＮＳＥスキャンとの間での患者の動きに起因するアーティファクトを低減する更に別の方法は、患者に自由に呼吸させながら、較正スキャンの際に複数の平均を取ることである。これらの方法は、しかしながら、ＳＥＮＳＥスキャン時間を増大させ、従って、ＳＥＮＳＥ法の利点の幾分かを部分的に無効にする。
【００１３】
【発明の概要】
上述の欠点及び欠陥は、対象物の画像（イメージ）を再構成するための方法によって克服又は軽減される。この方法は、対象物の較正画像を収集する工程と、較正画像内で対象物のエッジを見つける工程と、較正画像内で見つけたエッジを使用して、縮小撮像範囲画像内の一ピクセル位置でエイリアシング複製の第１の数を算出する工程と、エイリアシング複製の第１の数を使用して縮小撮像範囲画像をアンラッピングして、第１のアンラッピングされた画像を生成する工程と、第１のアンラッピングされた画像内で対象物のエッジを見つける工程と、第１のアンラッピングされた画像内で見つけたエッジを使用して、縮小撮像範囲画像内の前記ピクセル位置でエイリアシング複製の第２の数を算出する工程と、エイリアシング複製の第２の数を使用して縮小撮像範囲画像をアンラッピングして、第２のアンラッピングされた画像を生成する工程とを含んでいる。
【００１４】
本発明の上記及びその他の特徴及び利点は、以下の詳しい説明並びに図面から当業者によって評価され且つ理解されよう。図面において、幾つかの図では同様な要素には同じ参照符号を付している。
【００１５】
【発明の詳しい説明】
先ず図１には、本発明を取り入れるＭＲＩシステムの一実施形態を示す。このシステムの動作は、キーボード及び制御パネル１０２と表示装置１０４とを含むオペレータ・コンソール１００から制御される。コンソール１００はリンク１１６を介して別個のコンピュータ・システム１０７と連絡しており、該コンピュータ・システム１０７はオペレータが表示装置画面１０４上の画像の生成及び表示を制御することを可能にする。コンピュータ・システム１０７は、バックプレーンを介して互いに連絡する複数のモジュールを含む。これらのモジュールには、画像処理装置モジュール１０６、ＣＰＵモジュール１０８、及び画像データ・アレイを記憶するフレーム・バッファとして当該分野で知られているメモリ・モジュール１１３が含まれる。コンピュータ・システム１０７は、画像データ及びプログラムの記憶のためにディスク記憶デバイス１１１及びテープ駆動装置１１２に結合されており、且つ高速直列リンク１１５を介して別個のシステム制御装置１２２と連絡する。
【００１６】
システム制御装置１２２はバックプレーンによって一緒に接続された一組のモジュールを含む。これらのモジュールには、ＣＰＵモジュール１１９及びパルス発生器モジュール１２１が含まれ、パルス発生器モジュール１２１は直列リンク１２５を介してオペレータ・コンソール１００に接続される。このリンク１２５を介して、システム制御装置１２２は、実行すべきスキャン・シーケンスを指示する指令（コマンド）をオペレータから受け取る。パルス発生器モジュール１２１は、所望のスキャン・シーケンスを実施するためにシステムの構成要素を動作させる。パルス発生器モジュールは、生成すべきＲＦパルスのタイミング、大きさ及び形状を指示するデータ、並びにデータ収集窓のタイミング及び長さを指示するデータを生成する。パルス発生器モジュール１２１は、一組の勾配増幅器１２７に接続されて、スキャン中に生成すべき勾配パルスのタイミング及び形状を指示する。パルス発生器モジュール１２１はまた、生理情報収集制御装置１２９から患者データを受け取る。生理情報収集制御装置１２９は、患者に接続された複数の異なるセンサからの信号、例えば、電極からのＥＣＧ信号又はベローズからの呼吸信号を受け取る。最後に、パルス発生器モジュール１２１は、患者及び磁石システムの状態に関連した様々なセンサからの信号を受け取るスキャン室インターフェース回路１３３に接続されている。また、スキャン室インターフェース回路１３３を介して、患者位置決めシステム１３４がスキャンのために患者を所望の位置へ動かす指令（コマンド）を受け取る。
【００１７】
パルス発生器モジュール１２１によって発生された勾配波形が、Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚ増幅器よりなる勾配増幅器システム１２７に印加される。各々の勾配増幅器は、全体を１３９で示した組立体内の対応する勾配コイルを励振して、収集される信号を位置エンコーディングするために使用される磁場勾配を生成させる。この勾配コイル組立体１３９は磁石組立体１４１の一部を構成し、この磁石組立体１４１は分極用磁石１４０及び全身用ＲＦコイル１５２も含んでいる。
【００１８】
システム制御装置１２２内の送受信器モジュール１５０がパルスを発生し、これらのパルスはＲＦ増幅器１５１によって増幅されてＲＦコイル１５２に結合される。その結果として患者内の励起された核によって放射される信号が同じＲＦコイル１５２によって検知してもよいが、好ましい実施形態では、局部コイル・アレイ１５４が採用される。局部コイル・アレイ１５４は、撮像しようとする患者の解剖学的構造の周りに配置されて、スキャン中に発生されるＮＭＲ信号を受け取る４つの別々のコイル素子（図２に示す）を含んでいる。これらのＮＭＲ信号は前置増幅器１５３によって別々に増幅されて、送受信器１５０内の４つの別々の受信器の入力に印加される。増幅されたＮＭＲ信号は、送受信器１５０の受信部で復調され濾波されディジタル化されて、４つの別々のｋ空間データ集合を生成する。
【００１９】
局部コイル・アレイ１５４は、
【特許文献２】米国特許第４８２５１６２号に開示されているものと同様であってよい。図２を参照すると、各々の多重コイル・セットが２つの可撓性パドル１０及び１２で構成されており、各パドルは、可撓性プラスチック基板上の銅をエッチングすることによって製作された２つの表面コイル素子を備えていて、全部で４つのコイル素子が設けられている。各コイル素子はほぼ１２×２５ｃｍの矩形のループであり、隣り合う素子は相互インダクタンスを最小にするようにオーバーラップしている。これらの素子は、各素子の周りに分布したコンデンサを使用して同調させるようにし、またＲＦ送信中に該素子の離調を可能にするインターフェース回路が付加される。これらのコイルは、図２に示されているように、撮像ボリュームの前方及び後方に配置されている。当業者には明らかであると思われるが、本発明は特定の局部コイル・アレイに限定されず、多くの代替の局部コイルがこの目的に適していて商業上入手可能である。
【００２０】
コイル・アレイ１５４によって検知されたＮＭＲ信号は送受信器モジュール１５０によってディジタル化されて、システム制御装置１２２内のメモリ・モジュール１６０へ転送される。撮像スキャンが完了したとき、得られた４つのｋ空間データ集合が以下に詳しく述べるように処理される。このデータは直列リンク１１５を介してコンピュータ・システム１０７へ送られ、そこでディスク・メモリ１１１に記憶される。オペレータ・コンソール１００から受け取った指令に応答して、このデータはテープ駆動装置１１２に保管するか、或いは画像処理装置１０６によって更に処理して、オペレータ・コンソール１００へ送って表示装置１０４上で表示することもできる。
【００２１】
上述のＭＲＩシステムは、磁石１４１のボア（中孔）内に位置決めされた患者について多くの規定のスキャンを実行するために使用し得る。このような規定は使用すべき撮像パルス・シーケンスのタイプ（例えば、ＧＲＥ、ＦＳＥ、ＥＰＩなど）を特定し、且つ選択されたパルス・シーケンスについての特定のスキャン・パラメータ（例えば、ＴＲ、ＴＥ、フリップ角など）を特定する。本発明は任意のこのような規定のスキャンに使用し得る。
【００２２】
具体的に図３を参照して説明すると、図３には、図１のシステムによって採用し得る画像再構成方法を参照符号２００で示している。撮像ボリュームを定めるスキャン・パラメータがオペレータによって他の走査パラメータと共に入力される。スキャン・パラメータは、ブロック２０２で示すように、較正予備スキャンのパラメータを決定する為に用いられる。図４に、３つのこのような規定された位相エンコード・カラム（ｃｏｌｕｍｎ）１４を示している。図５に表しているように、これらの位相エンコード・カラムのＦＯＶは、撮像中の対象物１６よりも大きい。好ましい実施形態では、較正予備スキャンは図２の表面コイル素子１０及び１２を用いて、前記の米国特許出願番号０９／８５１７７５に開示されているようにそれらの感度を決定するためのデータを収集する。較正予備スキャンを実行するために多数の異なる撮像パルス・シーケンスを用い得るが、速度やその他の周知の品質のために高速２Ｄリコール（ｒｅｃａｌｌｅｄ）エコー・パルス・シーケンスを用いてもよい。較正予備スキャンのために４５°のフリップ角、１００ミリ秒のＴＲ及び６ミリ秒のＴＥが規定される。撮像ボリューム全体は、各スライスが１２８×１２８ボクセルを持ち且つ厚さが５〜１０ｍｍの連続したスライスを使用してカバーされる。これらのパラメータは典型的な撮像用の規定よりも分解能が低いが、その分解能は、較正予備スキャンを制限しながら品質の高い感度マトリクスＳを生成するのに充分である。
【００２３】
ブロック２０４で、較正スキャンが実行されて、各々のコイルについて較正データを得る。これはＭＲＩシステム内に患者を位置決めした状態で行う。最後の較正スライスを収集した後、ブロック２０６で示すように、規定の画像（ＳＥＮＳＥ）スキャンを実行する。前に述べたように、任意の撮像パルス・シーケンスを用い得るが、ＲＦ励起はＲＦボディ・コイル１５２を用いて実行し、且つＮＭＲ信号の収集は局部コイル・アレイ１５４を用いて実行する。
【００２４】
ＳＥＮＳＥ法では、１つ以上の位相エンコーディング軸に沿って縮小係数Ｒで撮像範囲（ＦＯＶ）を縮小させることによってより高速なスキャンが可能になる。撮像範囲を位相エンコーディング軸において係数Ｒの割合で縮小させると、スキャン時間もそれに対応して係数Ｒの割合で短縮される。しかしながら、再構成された画像は位相エンコーディング方向においてＦＯＶ／Ｒ＝Ｄの倍数でエイリアスされ又は複製され、そこでエイリアシング複製はオーバーラップして、その結果として診断有用性が失われる。例えば、図６は、縮小ＦＯＶ（「Ｄ」として示す）によるＳＥＮＳＥ画像の１つの位相エンコード・カラムを示す。画像の様々な領域内の各ピクセルについてエイリアシング複製の数が示されている。診断有用性のあるＳＥＮＳＥ画像であるためには、画像はアンラッピングされていること（エイリアスされていないこと）が必要である。以下の説明において、図６では、位相エンコーディング勾配軸をｙ軸として示しているが、位相エンコーディング軸は任意の軸であってよく、本発明が特定の勾配軸方向に限定されないことを理解されたい。
【００２５】
再び図３を参照して説明すると、ＳＥＮＳＥデータを収集した後、方法２００の次のステップは、ブロック２０８で示されるように、各々の局部コイルｊ＝０，１，２，．．．Ｎ−１によって生成された各々のエイリアスされたＳＥＮＳＥ画像Ｉｊ（ｙ）を再構成することである。これは、エイリアスされたＳＥＮＳＥ画像データについて２Ｄフーリエ変換を行い、各々の位置ｘについての複素強度値をアレイ（配列）Ｉに構成することを含んでいてよい。ここで、ｙは所与のｘにおける位相エンコード位置である。
【００２６】
【数１】
2004000593.tif 000003
【００２７】
ブロック２１０で示されるように、ブロック２０４で収集された較正データを使用して、位相エンコーディング勾配軸ｙにおいて各々の表面コイルｊ＝０，２，．．．Ｎ−１について一組の較正画像Ｉｊｃａｌ（ｙ）を再構成する。この再構成は２次元複素フーリエ変換であってよく、これにより各局部コイルによって収集された各スライスについて複素ピクセル強度値の１２８×１２８アレイを生じる。
【００２８】
次いで、各局部コイルｊについての感度Ｓｊ（ｙ）をブロック２１２で算出する。コイル感度は任意の既知の手法を使用して算出してもよいが、模範的な２つの実施形態は下記の通りである。一実施形態では、局部コイル感度Ｓｊ（ｙ）が次のように算出される。
【００２９】
【数２】
2004000593.tif 000004
【００３０】
上式で、Ｎは局部コイルの数であり、Ｉｊｃａｌ（ｙ）は表面コイルｊにより撮像ボリュームの全ＦＯＶにわたって収集された複素画像である。
【００３１】
別の一実施形態では、感度Ｓｊ（ｙ）が下記のように定義される。
【００３２】
【数３】
2004000593.tif 000005
【００３３】
式３の感度の定義による利点は、複素磁化が完全に該定義から脱落し、その結果として再構成された画像における位相情報が一層正確になることである。
【００３４】
局部コイル感度Ｓｊ（ｙ）を算出するこれらの両方の方法は、本質的に局部コイル自身の較正画像強度と全ての局部コイル較正画像強度の和との比を算出する。
【００３５】
較正画像Ｉｊｃａｌ（ｙ）は必ずしもそれらの対応するＳＥＮＳＥ画像平面と整列しない。というのは、異なる画像が異なるスライス配向及び異なる画像分解能により収集されることがあるからである。従って、次の工程は、ブロック２１４で示されるように、較正対象物画像Ｉｊｃａｌ（ｙ）をそれらの対応するＳＥＮＳＥ画像平面と整列させることである。これは、較正対象物画像ピクセルの線形補間によって達成することができる。
【００３６】
次いで、図３のブロック２１６で示すように、較正画像において対象物のエッジ（図５に示されている）の位置を突き止める。これは、設定閾値よりも高い強度を持つピクセルが突き止められるまで位相エンコーディング方向に沿って較正画像のエッジから内向きに探索することによって実行し得る。この位置より前にある全てのピクセルはゼロにセットされ、画像の中心に達した場合にはその経路に沿った探索は中止される。結果として、対象物１６の外側にある全てのピクセルがゼロにセットされた較正画像が生成される。
【００３７】
ブロック２１８で、較正スキャンとＳＥＮＳＥスキャンとの間に起こり得る対象物１６の動きを補償するのに役立てるために、例えば線形補外を用いて、感度測定を対象物の境界の外側へ拡張してもよい。ブロック２１９で、対象物の境界も、測定した境界の外側へ拡張してもよい。感度エッジが充分遠くに拡張された場合、対象物内の全てのピクセルにおける感度がＳＥＮＳＥスキャンの際にその位置で推定される。その上、エイリアスされた複製の算出された数は全てのピクセルにおける複製の実際の数より大きいか又はそれに等しい。典型的なスキャンの規定及び典型的な呼吸運動では、たとえ対象物が較正スキャンとＳＥＮＳＥスキャンとの間に動いたとしても、１０〜２０ピクセルまでのエッジ及び感度の拡張が、全てのピクセルにおいて正確なエイリアシング・アンラッピングを可能にするのに充分であることが分かった。
【００３８】
ブロック２２０で示される次の工程は、ＦＯＶ縮小係数Ｒ及びエッジ位置を使用して、エイリアスされた複製の数Ａを算出することである。一旦対象物のエッジが各位相エンコーディング・カラムについて決定されると、該カラム内の各ピクセルについてオーバーラップしたエイリアシング複製の数が次のように決定される。先ず、上側及び下側のエッジのピクセル位置をそれぞれｅＵ及びｅＬとする。左側エッジを右へエイリアス距離Ｄずつ増分して平行移動させて、これを縮小撮像範囲の右側エッジを横切るまで行う。各ピクセルｙについて、そのピクセルがエッジより上方にある位置の数（元の平行移動していない位置を含む）を計数する。その数をｎＬとする。右側エッジを左へエイリアス距離Ｄずつ増分して平行移動させて、これを縮小ＦＯＶの左側エッジを横切るまで行う。各ピクセルｙについて、そのピクセルがエッジより下方にある位置の数（元の平行移動していない位置を含む）を計数する。その数をｎＵとする。ピクセルｙにおけるエイリアスされた複製の数ＡはｎＬ＋ｎＵ−１である。
【００３９】
方法２００は次いでブロック２２１へ続き、そこで、別々のコイル感度Ｓｊ（ｙ）と、エイリアスされた複製の数Ａと、縮小ＦＯＶすなわちＤとを用いて、感度マトリクスＳを次のように集成する。
【００４０】
【数４】
2004000593.tif 000006
【００４１】
ブロック２２２で、ＳＥＮＳＥ画像Ｉｊ（ｙ）をアンラッピングして、アンラッピングされたＳＥＮＳＥ画像（プロトン分布画像）Ｍを生成する。これは、次式を適用することを含んでいてよい。
【００４２】
【数５】
2004000593.tif 000007
【００４３】
上式で、Ｓはブロック２２０からの感度マトリクスであり、Ｉはブロック２０８のエイリアスされたＳＥＮＳＥ画像アレイであり、Ｓ＊は感度マトリクスＳの複素共役転置である。
【００４４】
プロセス・ブロック２２４で、カレント（現在）の繰返しが実行すべき最後の繰返しか否か判定する。２回よりも多い繰返しを行ってもよい。しかしながら、最適な画質を得るためには繰返しは２回のみで充分であると予想される。繰返しの数は予め定めてもよい。この代わりに、繰返しの数は、カレントの繰返しからの画像をその前の繰返しからの画像と比較することによって決定してもよい。差の適当な測定値が充分小さいとき（このような測定値は２つの画像における全てのピクセルについて差の自乗の和であってよい）、繰返しは停止してよい。現在の繰返しが最後の繰返しである場合、方法２００は終了し、プロトン分布画像Ｍが周知の態様で適用される。
【００４５】
もしブロック２２４で現在の繰返しが最後の繰返しでない場合、方法２００はブロック２２６へ進み、そこで、ブロック２２２からのプロトン分布画像Ｍ内で対象物の境界（エッジ）の位置を突き止める。これは、設定閾値よりも高い強度を持つピクセルが突き止められるまで位相エンコーディング方向に沿って画像のエッジから内向きに探索することによって実行し得る。
【００４６】
一実施形態では、エッジの位置が突き止められた後、方法２００はブロック２２０へ戻り、そこで、ＦＯＶ縮小係数Ｒとブロック２２６で決定された新しいエッジ位置とを使用して、エイリアスされた複製の数Ａを算出する。Ａを決定するために使用される方法は、ブロック２２０で使用するために述べたものと同じであってよい。
【００４７】
図３の破線で示されている代替実施形態では、方法はブロック２２６からブロック２１９へ進み、そこで、ブロック２２６で決定されたエッジ位置を拡張してから、エイリアスされた複製の数を算出する。このエッジ位置の拡張は、エッジ検出における何らかのエラーによってＡの過小推定が生じないように保証するのに役立つ。例えば、エッジ位置を１つ又は２つのピクセル分だけ拡張してよく、その場合、画像の小さい領域においてのみ画像ノイズが増大するに過ぎない。
【００４８】
いずれの実施形態でも、Ａを算出した後、方法２００はブロック２２１へ進み、そこで、Ａは、ブロック２１２で決定された別々のコイル感度Ｓｊ（ｙ）及び縮小位相エンコーディングＦＯＶすなわちＤと共に、感度マトリクスＳに組み入れられる。ブロック２２２で、ブロック２２１からの感度マトリクスＳは、例えば式（５）を用いて、ブロック２０８からのＳＥＮＳＥ画像Ｉｊ（ｙ）をアンラッピングするために適用される。方法２００は最後の繰返しが実行されるまで続く。
【００４９】
図７を参照すると、方法２００の代替実施形態が示されている。図７の実施形態は図３の実施形態とほぼ同様であるが、前述のブロック２２４と２２６との間にブロック２３０が追加されている。図７の実施形態では、方法２００は、画像をアンラッピングした後に対象物が完全にＦＯＶ内に包含されていない場合のスキャン規定に適合している。これは、例えば、図８の位相エンコード・カラムにおいて示されているように、正規（非較正）画像のＦＯＶがスキャン中の対象物よりも小さい場合のスキャン規定において生じる。その結果のＳＥＮＳＥ画像は、図９の位相エンコード・カラムにおいてＤとして示されているように縮小ＦＯＶを持ち、且つオーバーラップするエイリアシング複製を生じる。エイリアスされたＳＥＮＳＥ画像のアンラッピングにより、対象物のエッジが含まれていない画像が生じ、従って、アンラッピングされた画像はエッジ検出ブロック２２６で価値のあるものではない。
【００５０】
ブロック２３０で、第１の再構成されたＳＥＮＳＥ画像が、第１のＳＥＮＳＥ画像を再構成するために使用されるブロック２１０からの較正画像に重畳される。図１０の位相エンコード・カラムに示されているように、較正スキャンは対象物全体を通常包含するような大きいＦＯＶを使用し、またＳＥＮＳＥ画像と較正画像とを合成することによって、エッジを決定することができる。ＳＥＮＳＥ画像及び較正画像は異なるスキャン・パラメータ有していてよく、このため小さな強度不連続（図１０に誇張して描いている）を招く。ブロック２３０からのこのＳＥＮＳＥ画像と較正画像との組合せは次いで、エッジを見つけるためにブロック２２６で使用される。そこで、方法２００は図３について説明したように続く。
【００５１】
本書で述べている繰返し（すなわち、逐次）再構成方法２００は、較正スキャンとＳＥＮＳＥスキャンとの間での患者の動きから生じることのある未補正のエイリアシングに起因するアーティファクトを低減する。方法２００において、エッジ境界は、アンラッピングされたＳＥＮＳＥ画像を使用して推定される。結果として、エッジ境界は、たとえ対象物が較正スキャンとＳＥＮＳＥスキャンとの間に動いた場合でも、正しく推定される。エッジ位置が正確であるので、各ピクセルにおけるエイリアスされた複製の数の算出もまた正確であり、その結果として全てのエイリアシングの完全なアンラッピングが各ピクセルにおいて起こり得る最低のノイズと共に生じる。方法２００はこれを、公知の方法に伴う長いスキャン時間又は再構成時間を生じることなく達成する。
【００５２】
本発明は、コンピュータで実行されるプロセス及びそれらのプロセスを実施する装置の形態で具現化することができる。本発明はまた、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードドライブ、又は任意の他のコンピュータ読出し可能な媒体のような有形の媒体に具現化された命令を含んでいるコンピュータ・プログラム・コードの形態で具現化することができ、この場合、コンピュータ・プログラム・コードがコンピュータにロードされ且つコンピュータによって実行されるとき、コンピュータは本発明を実施する装置になる。本発明はまた、例えば、記憶媒体に記憶されているか、コンピュータにロードされ及び／又はコンピュータによって実行されるか、或いは何らかの伝送媒体（例えば、電気配線又はケーブル、光ファイバ、或いは電磁放射）を介して伝送されるかどうかに拘わらず、コンピュータ・プログラム・コードの形態で具現化することができ、この場合、コンピュータ・プログラム・コードがコンピュータにロードされ且つコンピュータによって実行されるとき、コンピュータは本発明を実施する装置になる。汎用マイクロプロセッサで実行されるとき、コンピュータ・プログラム・コードのセグメントは特定の論理回路を作るようにマイクロプロセッサを構成する。
【００５３】
本発明を好ましい実施形態に関して説明したが、当業者に理解されるように、様々な変更をおこなってもよく、またその要素を本発明の範囲内で等価物と置換してもよい。更に、本発明の本質的範囲から逸脱することなく特定の状況及び部材を本発明の教示に合わせるような多数の修正を行ってもよい。従って、本発明は、本発明を実施する最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を含むものである。更に、第１、第２などの用語の使用は特別な順序又は重要性を表しているものではなく、むしろ第１、第２などの用語は各要素を互いから区別するために使用している。
【図面の簡単な説明】
【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】図１のＭＲＩシステム内の患者を取り囲む、４つの局部コイルを有するアレイを表す略図である。
【図３】画像再構成方法を例示するフローチャートである。
【図４】図１のＭＲＩシステムによりスキャンされる対象物の絵画的表現図であって、較正画像の複数の位相エンコード・カラムを例示する。
【図５】図１のＭＲＩシステムによりスキャンされる対象物の一部分の絵画的表現図であって、較正画像の一位相エンコード・カラムを例示する。
【図６】図１のＭＲＩシステムによりスキャンされる対象物の一部分の絵画的表現図であって、ＳＥＮＳＥ画像の一位相エンコード・カラムを例示する。
【図７】画像再構成方法の代替実施形態を例示するフローチャートである。
【図８】正規のＦＯＶよりも大きい対象物の絵画的表現図である。
【図９】図１のＭＲＩシステムによりスキャンされる図８の対象物の絵画的表現図であって、ＳＥＮＳＥ画像の一位相エンコード・カラムを例示する。
【図１０】較正画像とＳＥＮＳＥ画像との組合せの絵画的表現図である。
【符号の説明】
１０、１２　パドル
１４　位相エンコード・カラム
１６　対象物
１００　オペレータ・コンソール
１０２　制御パネル
１０４　表示装置
１１１　ディスク・メモリ
１１２　テープ駆動装置
１３９　勾配コイル組立体
１４０　分極用磁石
１４１　磁石組立体
１５２　ＲＦコイル
２００　画像再構成方法
【図１】
2004000593.tif 000008
【図２】
2004000593.tif 000009
【図３】
2004000593.tif 000010
【図４】
2004000593.tif 000011
【図５】
2004000593.tif 000012
【図６】
2004000593.tif 000013
【図７】
2004000593.tif 000014
【図８】
2004000593.tif 000015
【図９】
2004000593.tif 000016
【図１０】
2004000593.tif 000017