(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＲ装置の検査ボリューム内に配置された少なくとも身体の一部をＭＲ画像化する方法であって、
−  前記身体の一部にＲＦパルスの画像化シーケンスと、切り替えられた磁場勾配とをかけるステップであって、画像化シーケンスは、
ｉ）スライス又はスラブ内に磁気共鳴を励起するために、スライス又はスラブ選択方向の、磁場勾配の存在下で、前記身体の一部に向けて放射された少なくとも１つのスライス又はスラブ選択的励起ＲＦパルスと、
ｉｉ）スピンエコー信号を発生するために、前記励起ＲＦパルスの時間的後に、前記身体の一部に向けて放射された一以上のリフォーカシングＲＦパルスと、
ｉｉｉ）前記スピンエコー信号の位相エンコーディングのために、スライス選択方向の、切り替えられた位相エンコーディング磁場勾配とを含むステップと、
−  複数の空間的に隣接するスライス又はスラブから位相エンコーディングされたスピンエコー信号を取得するステップであって、空間的に隣接したスライス又はスラブがスライス又はスラブ選択方向で少なくとも部分的に重なるように、前記スライス又はスラブの厚さが選択される、ステップと、
−  取得した位相エンコーディングされたスピンエコー信号からＭＲ画像を希薄性制約を用いて再構成するステップであって、各スライス又はスラブのスライス又はスラブ画像が再構成され、ＭＲ画像の画像値が異なるスライス又はスラブのスライス又はスラブ画像からの画像値を結合することにより計算されるステップとを有し、
前記希薄性制約は励起ＲＦパルスの空間的励起プロファイルから得られる、
方法。
【請求項２】
前記空間的励起プロファイルは、主磁場Ｂ０の空間的分布を示すＢ０マップから得られる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ＭＲ画像の再構成は反復的であり、希薄性制約はＭＲ画像の再構成のより先の繰り返しで求められ、ＭＲ画像の再構成のより後の繰り返しにおいて適用される、
請求項１ないし２いずれか一項に記載の方法。
【請求項４】
前記位相エンコーディングされたスピンエコー信号は、スライス又はスラブ選択方向でアンダーサンプリングして各スライス又はスラブから取得される、請求項１ないし３いずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
空間的に隣接するスライス又はスラブは、スライス選択またはスラブ選択方向で５０％だけ重なる、請求項１ないし４いずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
位相エンコーディングされたスピンエコー信号は、スライス又はスラブ選択方向の視角チルト磁場勾配の存在下で取得される、請求項１ないし５いずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記スピンエコー信号は、検査ボリューム内に異なる空間的感度プロファイルを有する少なくとも２つのＲＦコイルを介して、並行信号取得により取得される、請求項１ないし６いずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
スライス画像の再構成は、ＳＥＮＳＥ、ＳＭＡＳＨ又はＧＲＡＰＰＡなどの並行画像再構成により、又は圧縮センシング（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  Ｓｅｎｓｉｎｇ）により行われる、請求項１ないし３いずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
検査ボリューム内に一様で一定の磁場を発生する少なくとも１つの主磁石コイルと、
前記検査ボリューム内に異なる空間的方向で、切り替えられる磁場勾配を発生する複数の勾配コイルと、
前記検査ボリューム内にＲＦパルスを発生する少なくとも１つのＲＦコイルと、
前記検査ボリュームに配置された患者の少なくとも身体の一部からＭＲ信号を受信する少なくとも１つのＲＦコイルと、
ＲＦパルスと、切り替えられた磁場勾配との時間的継起を制御する制御部と、
受信したＭＲ信号からＭＲ画像を再構成する再構成部とを有し、
請求項１ないし８いずれか一項に記載の方法を実行するように構成されたＭＲ装置。
【請求項１０】
ＭＲ装置において実行される、前記ＭＲ装置で請求項１ないし８いずれか一項に記載の方法を実行する命令を含む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）画像化の分野に関する。本発明は、身体の少なくとも一部のＭＲ画像化の方法に関する。本発明は、ＭＲ装置と、ＭＲ装置上で実行されるコンピュータプログラムにも関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成ＭＲ法は、２次元画像または３次元画像を形成するために磁場と核スピンとの間の相互作用を利用するものであるが、特に医療診断の分野で、今日広く使われている。軟組織の画像化では、多くの点で他の画像化法より優れており、電離放射線を必要とせず、通常は非侵襲的だからである。
【０００３】
一般的にＭＲ法によると、検査する患者の身体を強い一様な磁場（Ｂ０磁場）中に配置する。この磁場の方向は、同時に、測定が基づく座標系の軸（通常はｚ軸）を確定する。磁場は、磁場強度と具体的なスピン特性に応じて、個々の核スピンに対して異なるエネルギーレベルに分離する。スピン系は、確定した周波数（いわゆるラーマー周波数又はＭＲ周波数）の交流電磁場（ＲＦ場、Ｂ１場とも呼ばれる）の印加により励起（スピン共鳴）できる。巨視的な観点から、個々の核スピンの分布により全体的な磁化が生じ、これが、対応するＢ１磁場がｚ軸に垂直に延在している間に、上記の適当な無線周波数の電磁パルス（ＲＦパルス）を印加することにより、磁化がｚ軸の周りを歳差運動するように、平衡状態からゆがめられる。歳差運動は円錐面を描き、その開口核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ＲＦ電磁パルスの強さと長さに依存する。いわゆる９０°パルスの場合、スピンはｚ軸から横断面まで偏向させられる（フリップ角９０°）。
【０００４】
ＲＦパルスの終了後、磁化が緩和して元の平衡状態に戻る。この平衡状態では、ｚ方向の磁化が第１の時定数Ｔ１（スピン格子または縦緩和時間）で増大し、ｚ方向に垂直な方向の磁化が第２の時定数（スピン・スピンまたは横緩和時間）で緩和する。磁化の変化は、ｚ軸に垂直な方向で磁化の変化を測定するように、ＭＲ装置の検査ボリューム内に配置及び配向された一以上の受信ＲＦコイルにより検出できる。例えば、９０°パルスの印加後、位相が同じ整列状態からすべての位相角が一様に分布した状態（位相の散逸）への（局所的磁場不均等性により誘起される）核スピンの遷移により、横方向磁化の崩壊が起こる。位相散逸はリフォーカシングパルス（例えば、１８０°パルス）により補償できる。これにより受信コイルにエコー信号（スピンエコー）が生じる。
【０００５】
身体内における空間的解像を実現するため、一様磁場に、３つの主軸方向に沿って延在する線形磁場勾配を重ね合わせる。これによりスピン共鳴周波数の線形な空間的依存性が生じる。受信コイルでピックアップされた信号は、身体の異なる位置に関連付けし得る異なる周波数の成分を含む。ＲＦコイルを介して得られるＭＲ信号データは、空間的周波数ドメインに対応し、ｋ空間データと呼ばれる。ｋ空間データは、通常、十分なカバレージを実現するため、異なる位相エンコード値で複数のラインに沿って取得される。各ラインは読み取り時に多数のサンプルを収集することによりデジタル化される。ｋ空間データのセットはフーリエ変換によりＭＲ画像に変換される。
【０００６】
人口が高齢化し、金属インプラントを有する患者数が増えるにつれて、金属がある軟組織のＭＲ画像化への必要性が増している。合併症の診断や手術後の処置のために、この軟組織の画像化を可能にするため、金属耐性（metal  resistant）ＭＲ画像化が必要である。金属周辺のＭＲ画像化は、一般的に、局所的に画像形成に用いられる磁場を劣化する磁化率問題（susceptibility  issues）により妥協される。診断ＭＲ画像化スキャンでは、メタルパーツの磁化率（susceptibility）により、ＭＲ信号集積、信号ボイド及びその他の幾何学ひずみが生じる。スキャン時間（これは必要とされる周波数カバレージにスケールする）が長くなっても診断ＭＲ画像化における磁化率問題を解決しようとするＳＥＭＡＣ（非特許文献１参照）、ＭＡＶＲＩＣ（非特許文献２参照）、ＭＡＶＲＩＣ−ＳＥＭＡＣハイブリッド（非特許文献３参照）などのマルチスペクトル画像化手法が提案されている。
【０００７】
ＳＥＭＡＣ手法はマルチスライスＴＳＥ（ターボスピンエコー）取得に基づき、スライス選択方向（すなわち、スループレーン）の追加的位相エンコードを適用してスライスゆがみを補正する。ＳＥＭＡＣにより金属誘導アーティファクト（metal-induced  artefacts）を大幅に低減できることが、多くの調査により示されている。（歪められた）各スライスからスピンエコー信号を取得する場合、３次元ボリュームをエンコードして、ＭＲ信号貢献の正しい位置の再構成を可能にする。各スライスに対して（３次元）スライス画像を再構成して、異なるスライスのスライス画像からの画像値を結合することにより、最終的ＭＲ画像の画像値を計算する。
【０００８】
ＳＥＭＡＣは、金属があることによる磁化率アーティファクトを低減する有効な取得手法である。しかし、金属パーツの近くに、残差アーティファクトが見えることが多く、これは以下の説明ではリップル・アーティファクトと呼ぶ。同じアーティファクトはＭＡＶＲＩＣ−ＳＥＭＡＣハイブリッドでも見られる。リップル・アーティファクトは、隣接する画像スライス間の遷移、又は隣接する選択されたスラブ間の遷移が最適でないことにより生じることを示せる。これらの遷移において、スピンエコー信号強度の振幅は各スライス又はスラブの中心の振幅よりも大幅に小さい。最終的なＭＲ画像に貢献する多くのスライス画像又はスラブ画像からの画像値を用いて、特に、金属パーツに近いＢ０変化が強いエリアにおいては、これらの振幅変化がリップル・アーティファクトとして見えるようになる。
非特許文献４には、ＳＥＭＡＣ−ＭＡＶＲＩＶＣハイブリッド法のアイデアから拡張された画像化スピードの向上方法が記載されている。最適な実装（視角チルト（ＶＡＴ）したマルチスラブ取得勾配は、可変フリップ角リフォーカシングＲＦパルスと高サンプリング効率（ＳＰＡＣＥ）の単一スラブ３次元ターボスピンエコー（ＴＳＥ）に基づくシーケンスを用いる（ＭＳＶＡＴ−ＳＰＡＣＥと略される））は次のフィーチャを含むと説明されている：１）長いエコートレイン取得においてぼけを低減する可変リフォーカシングＲＦパルスフリップ角と高磁場システムにおけるＳＡＲ制限を有する３次元ターボスピンエコーシーケンスに基づく；２）選択的励起とリフォーカシングパルスを用いてスライス軸方向のＶＡＴ勾配がインプレーン歪みを完全にリカバーできるようにする；３）ｚ位相エンコーディングステップを拡張し隣接するスラブ間でオーバーラップさせた複数のスラブ取得を用いて、スループレーン歪みを補正し、信号強度の不連続性を低減する；４）所望のスライスカバレージとスループレーン歪みの程度に応じて励起の厚さとスラブの総数を調整し、各ＴＲのインターリーブされたサンプリングが非常に効率的になる；５）楕円サンプリング、部分的フーリエ取得、及び並行取得法を実装しスキャン時間をさらに短縮する。
非特許文献５には、ＳＥＭＡＣに基づく適応的方法が記載されている。ＳＥＭＡＣの効率を改善するため、励起される各スライスの幅（すなわち、ｚ方向の厚さ）と位相エンコードされる視野（ＦＯＶ）の位置を、予想歪みをフィットするように合わせられ、励起されるスライスの総数を低減できる。ｚ位相エンコード解像度はすべてのスライスで一定に保たれる。これによりＳＥＭＡＣにおける最終的なスルースライス画像解像度が決まるからである。適切なスライス厚を選択するため、スペクトルプリスキャンを（数秒間）行う。周波数・スライス分布を提供する読み出し勾配と位相エンコード勾配はオフにして、すべての２次元スライスが励起され、画像化される。オペレータは信号を含む領域を選択する単純なインタフェースを用いる。アルゴリズムで、厚さが異なるスライスを適応的に配置して、全領域を含める。スライス歪みの程度はスライス厚と、励起される周波数範囲とに比例するので、アルゴリズムはこれらの定数の積（各ボックスの面積により可視化される）を保持する。ｚＦＯＶはボックス中のオフセンター周波数分布に応じてシフトされる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Lu  et  al,  ISMRM  2008,  p.  838,  or  Magnetic  Resonance  in  Medicine  2009,  vol.  62,  p.  66-76
【非特許文献２】Koch  et  al,  ISMRM  2008,  p.  1250,  or  Magnetic  Resonance  in  Medicine  2009,  vol.  61,  p.  381-390
【非特許文献３】Koch  et  al,  ISMRM  2010,  p.  139,  or  Magnetic  Resonance  in  Medicine  2011,  vol.  65,  p.  71-82
【非特許文献４】Li,  G.  et  al.:  "MSVAT-SPACE  for  fast  metal  implants  imaging",  Proc.  Intl.  Soc.  Mag.  Reson.  Med.  19  (2011),  p.3171
【非特許文献５】Hargreaves,  B.A.  et  al.,  “Adaptive  Slice  Encoding  for  Metal  Artifact  Correction”,  Proc.  Intl.  Soc.  Mag.  Reson.  Med.  18  (2010),  p.  3083
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の内容から、言うまでもなく、磁化率効果（susceptibility  effects）に対してロバストなＭＲ画像化手法の改良が必要である。
【００１１】
本発明の一態様によると、ＭＲ装置の検査ボリューム内に配置された少なくとも身体の一部のＭＲ画像方法を開示する。この方法は次のステップを有する：
−  前記身体の一部にＲＦパルスの画像化シーケンスと、切り替えられた磁場勾配とをかけるステップであって、画像化シーケンスは、
ｉ）スライス又はスラブ内に磁気共鳴を励起する、スライス又はスラブ方向（ｚ）に、磁場勾配の存在下で、前記身体の一部に向けて放射された少なくとも１つのスライス又はスラブ選択的励起ＲＦパルスと、
ｉｉ）スピンエコー信号を発生するために、前記励起ＲＦパルスの時間的後に、前記身体の一部に向けて放射された一以上のリフォーカシングＲＦパルスと、
ｉｉｉ）前記スピンエコー信号の位相エンコーディングのために、スライス選択方向の、切り替えられた位相エンコーディング磁場勾配とを含むステップと、
−  複数の空間的に隣接するスライス又はスラブから位相エンコーディングされたスピンエコー信号を取得するステップであって、空間的に隣接したスライス又はスラブがスライス又はスラブ選択方向（ｚ）で少なくとも部分的に重なるように、前記スライス又はスラブの厚さを選択するステップと、
−  希薄性制約を用いて取得した位相エンコーディングされたスピンエコー信号からＭＲ画像を再構成するステップであって、各スライス又はスラブのスライス又はスラブ画像が再構成され、ＭＲ画像の画像値が異なるスライス又はスラブのスライス又はスラブ画像からの画像値を結合することにより計算されるステップ。
追加的に、本発明によるＭＲ画像の再構成において希薄性制約（sparsity  constraint）を用いる。並行画像再構成の不安定性は、反転問題に予備知識を加えることにより、本発明のこの態様により解決できる。各スライスに対してスキャンされた３次元ボリュームは、１つだけの（歪んだ）スライスを含む。そのため、各インプレーン位置では、受信されるスピンエコー信号は、スライス選択方向の限られた数の位置からのものである。この予備知識を、スライス画像の再構成を大幅に安定してレンダリングする希薄性制約として用いる。
【００１２】
本発明により、スライス選択方向において、空間的に隣接するスライスが少なくとも部分的に重なるようにスライスの厚さを選択することにより、リップル・アーティファクトを抑制される。空間的に隣接するスライスは、スライス選択方向で、少なくとも１０％、好ましくは少なくとも３０％、最も好ましくは少なくとも５０％だけ重なる。言い換えると、ＳＥＭＡＣ取得方式はスライス選択プロファイルに関しては適応される。リップル・アーティファクトを抑制するため、スライス選択プロファイルを、異なるスライスからの画像値の組み合わせができるだけスムースであるようにしなければならない。実際には、これは、空間的スライス選択プロファイルが、スライス選択方向において、通常の約２倍広くなければならない。これは、広ＲＦ帯域のスライス又はスラブ選択励起ＲＦパルスを維持しつつ、励起ＲＦパルスを放射する時に存在するスライス選択磁場勾配の強さを低減することにより実現される。所望のスライス又はスラブ距離を維持するように、励起ＲＦパルスのＲＦ周波数オフセットを選択する。スライス選択磁場勾配の強さを低減することによるスライス歪みの増大のため、各スライスの取得に用いる３次元ボリュームのスループレーンの必要な範囲いをカバーするため、スループレーン位相エンコーディングステップがより多く必要となる。リップル・アーティファクトの低減により、インプラント補正（implant  revision）が必要な範囲を判断するため、または外科手術の複雑性や金属インプラント自体により生じる複雑性を診断するために、金属インプラントなどの近くの軟組織のＭＲ画像化と評価が可能となる。本発明を用いて、現在利用できるスキャニング手法を用いて、または従来のＳＥＭＡＣを用いるよりも、金属インプラントの近くで、軟組織の診断画像化を行え、インプラントの周りの軟組織の評価の信頼性が高くなる。
【００１３】
ＭＡＶＲＩＣ−ＳＥＭＡＣハイブリッド取得における勾配選択されたボリュームのスラブ選択に重なりを適用することは、本発明の範囲内に入る。
【００１４】
上記の通り、従来のＳＥＭＡＣ及び特に本発明によるスライスを重ね合わせるＳＥＭＡＣは金属アーティファクトを大幅に低減できるが、スライス一つずつの３次元エンコーディングの結果、スキャン時間が極端に長くなる。これはＳＥＭＡＣの主要な欠点のひとつである。
【００１５】
マルチスペクトルＭＲ信号取得を加速するための既知の並行取得手法を用い得る。このカテゴリーの方法はＳＥＮＳＥ（Sensitivity  Encoding、感度エンコーディング）である。ＳＥＮＳＥその他の（ＳＭＡＳＨやＧＲＡＰＰＡなどのような）並行取得手法は、複数のＲＦ受信コイルから並行して得られるアンダーサンプリングされたｋ空間データ取得を用いる。これらの方法では、複数のＲＦ受信コイルからの（複素）信号データを、最終的に再構成されるＭＲ画像中のアンダーサンプリングアーティファクト（エイリアシング）を抑制するように、複素加重と結合する。このタイプのＲＦコイルアレイ複素信号結合は、空間フィルタリングと呼ばれることもあり、ｋ空間領域または（ＳＥＮＳＥでは）画像領域における結合、及びハイブリッドである方法も含む。ＳＥＮＳＥ画像化では、コイル感度プロファイルは一般的には低解像度基準データから推測される。次いでこのコイル感度情報を用いて、直接反転アルゴリズムを用いて、画像空間中の折り返し雑音を有するピクセルを「アンラップ（unwrap）」する。
【００１６】
ＳＥＭＡＣは、少なくとも２つの位相エンコーディング方向（インプレーンとスループレーン）を用い、それゆえ２つの空間方向における並行画像化の候補である。それゆえ、本発明の好ましい実施形態に従って、スピンエコー信号は、スライス選択方向でアンダーサンプリングされた各スライスから取得される。言い換えると、本発明は、金属耐性画像化のため、スループレーン方向の位相エンコーディングをアンダーサンプリングしたＳＥＭＡＣを適用することを提案する。アンダーサンプリングは、ＳＥＭＡＣで各スライスの取得に用いられる３次元ボリュームの幾何学的サイズに関して、ナイキスト基準により要求されるより少ない位相エンコーディングステップを実行することを意味する。位相エンコーディングステップの数を低減した結果、スキャン時間が大幅に短くなる。アンダーサンプリングにより生じるエイリアシングアーティファクトは、ＳＥＮＳＥ、ＳＭＡＳＨ又はＧＲＡＰＰＡなどの並行画像再構成アルゴリズムを用いることにより、又はそれ自体は既知のＣｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  Ｓｅｎｓｉｎｇアプローチを用いることにより、除去できる。スピンエコー信号は、検査ボリューム内の異なる空間的感度プロファイルを有する少なくとも２つのＲＦコイルを介した並行信号取得により、取得される。エイリアシングアーティファクトを展開（unfold）するには、空間的感度プロファイルの知識を用いる。
【００１７】
しかし、ＳＥＭＡＣで各スライスの取得に用いられる３次元ボリュームは、一般的には、スループレーン方向では小さい。空間的スライス選択プロファイルの最大期待歪みをカバーするだけの大きさである。この小さい３次元ボリュームは、スループレーン方向において並行画像再構成手法を不安定にし、これは主にスループレーン方向における小さいＲＦ受信コイル感度の違いにより生じる。スライス選択方向で互いに近いところにある異なる位置からのＭＲ信号貢献から生じるエイリアシングアーティファクトの展開により、並行画像化アーティファクトとノイズのブレイクスルーが得られる。
【００１８】
これらの問題は、スライス選択方向で大幅に広い空間的スライス選択プロファイルを有する重なったスライス（またはスラブ）を用いることにより、本発明に従って解決できる。 本発明の重要な態様の一つは、このように一以上の希薄性制約を用いて、ＳＥＭＡＣで、スライス選択方向でアンダーサンプリングして取得した３次元スピンエコーデータからの安定した再構成を可能とする。本発明の好ましい実施形態では、２つの異なる希薄性制約を用いる：
３次元ボリュームの各インプレーン位置について、限られた数のスループレーン座標が信号貢献を含む。これらの座標は、スループレーン方向の歪んだスライス選択に対応する。信号が選択されたこの領域は、スライスエンコーディング方向の各スライスの取得に用いられる３次元ボリュームの全体サイズよりも大幅に小さい。
【００１９】
スループレーン方向の歪んだスライス選択の座標の位置は、インプレーン座標の関数として比較的スムースに変化する。
【００２０】
これらの希薄性制約は、有利にも、例えば、並行画像再構成の反転問題の数値解における規格化項として用い得る。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態では、ＭＲ画像の再構成は反復的であり、希薄性制約はＭＲ画像の再構成の早い繰り返しで求められ、ＭＲ画像の再構成の遅い繰り返しに適用される。このアプローチは、反復的ＳＥＮＳＥアルゴリズムを用いる、本発明によるＭＲ画像再構成によく合っている。
【００２２】
本発明のさらに別の好ましい実施形態では、３次元スライスボリューム内のスピンエコー信号貢献の空間的原点の予測を用いる。この目的を達成するために、励起ＲＦパルスの空間的励起プロファイルから希薄性制約を求める。空間的励起プロファイルは、例えば、検査される身体部分内の金属パーツの近くにおける主磁場Ｂ０の空間的分布を示すＢ０マップから、スライス歪みマップとして求められる。このスライス歪みマップを用いて、ＳＥＭＡＣの各スライスに用いられる３次元ボリューム内の、信号貢献が期待されていない領域を、ゼロに設定または規格化でき、スライス画像の再構成を安定化できる。
【００２３】
ＭＡＶＲＩＣ−ＳＥＭＡＣハイブリッド取得においてスループレーン方向で並行画像化を改善する希薄性制約の適用も、本発明の範囲に入る。
【００２４】
これまで説明してきた本発明の方法は、次を含むＭＲ装置により実行され得る：検査ボリューム内に一様で一定の磁場を発生する少なくとも１つの主磁石コイルと、前記検査ボリューム内に異なる空間的方向で、切り替えられる磁場勾配を発生する複数の勾配コイルと、検査ボリューム内にＲＦパルスを発生する、及び／又は検査ボリューム中に配置された患者の身体からＭＲ信号を受信する少なくとも１つのＲＦコイルと、ＲＦパルスと、切り替えられた磁場勾配との時間的並びを制御する制御部と、受信したＭＲ信号からＭＲ画像を再構成する再構成部とを有する。本発明の方法は、好ましくは、ＭＲ装置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ムにより実装される。
【００２５】
本発明の方法は、好都合にも、現在のところ臨床で使用されているほとんどのＭＲ装置で実施することができる。このため、ＭＲ装置は、本発明の上記の方法ステップを実行するように制御す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、ＭＲ装置の制御ユニット及び／又は再構成ユニットにダウンロードしてインストールするため、データ担体上にあっても、データネットワーク中にあってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
添付した図面には、本発明の好ましい実施形態を開示した。しかし、言うまでもなく、図面は例示のみを目的としたものであり、本発明の限定を意図したものではない。
【００２７】
【図１】本発明の方法を実行するＭＲ装置を示す模式図である。
【図２】本発明により使われるＳＥＭＡＣ画像シーケンスを示す図である。
【図３】従来のＳＥＭＡＣ（左列）を用いて、及び弱い選択勾配を用いてスキャンしたチタン股関節インプラントのＭＲ画像例を示す図である。結果として、リップル・アーティファクトは減少した（右列）。
【図４】インプレーン（in-plane）及びスループレーン（through-plane）方向でアンダーサンプリングした３次元スライス画像に生じるエイリアシングパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１を参照して、ＭＲ装置１を示した。この装置は、検査ボリュームを通るｚ軸に沿って実質的に一様かつ時間的に一定な主磁場Ｂ０を発生する、超伝導または通常伝導（resistive）の主磁石コイル２を有する。この装置は、さらに、シミングコイルのセット２’（１次、２次、及び適切であれば３次）を有する。セット２’の個々のシミングコイルを流れる電流は、検査ボリューム内でのＢ０の偏差を最小化するため、制御可能である。
【００２９】
磁気共鳴発生・操作システムは、一連のＲＦパルスと、スイッチされる磁場勾配（magnetic  field  gradients）を印加して、核磁気スピンを反転または励起し、磁気共鳴を誘起し、磁気共鳴をリフォーカスし、磁気共鳴を操作し、磁気共鳴を空間的その他にエンコードし、スピンを飽和させるなどして、ＭＲ画像化を行う。
【００３０】
より具体的には、勾配パルス増幅器３が、電流パルスを印加して、検査ボリュームのｘ、ｙ、ｚ軸に沿った全身勾配コイル４、５、６のうち１つを選択する。デジタルＲＦ周波数送信器７は、送受スイッチ８を介して、全身ボリュームＲＦコイル９にＲＦパルスまたはパルスパケットを送信し、検査ボリュームにＲＦパルスを送信する。一般的なＭＲ画像化シーケンスは、短いＲＦパルスセグメントが一体となった（which  taken  together  with  each  other）パケットよりなり、印加される磁場勾配により核磁気共鳴の選択された操作を実現する。ＲＦパルスを用いて、共鳴を飽和させ、励起し、磁化を反転し、共鳴をリフォーカスし、共鳴を操作し、検査ボリュームに配置された身体１０の一部を選択する。
【００３１】
並行画像化により身体１０の領域のＭＲ画像を生成するため、ローカルアレイＲＦコイル１１、１２、１３のセットが、画像化のため選択された領域に隣接して配置される。アレイＲＦコイル１１、１２、１３を用いて、ボディコイルＲＦ送信により誘起したＭＲ信号を受信することができる。
【００３２】
その結果得られるＭＲ信号は、ボディＲＦコイル９及び／またはアレイＲＦコイル１１、１２、１３によりピックアップされ、好ましくは前置増幅器（図示せず）を含む受信器１４により復調される。受信器１４は、送受スイッチ８を介してＲＦコイル９、１１、１２、１３に接続されている。
【００３３】
ホストコンピュータ１５は、シミングコイル２’を流れる電流、及び勾配パルス増幅器３と送信器７を制御して、エコープレーナ画像化（ＥＰＩ）、エコーボリューム画像化、勾配・スピンエコー画像化、高速スピンエコー画像化など複数のＭＲ画像化シーケンスを発生する。選択されたシーケンスについて、受信器１４は、信号すなわち各ＲＦ励起パルスにすぐ続く複数のＭＲデータラインを受信する。データ取得システム１６は、受信した信号のアナログ・ツー・デジタル変換を行い、各ＭＲデータラインを後段の処理に適したデジタルフォーマットに変換する。現代のＭＲ装置では、データ取得システム１６は、生画像データの取得に特化した別個のコンピュータである。
【００３４】
最終的に、デジタルの生画像データは、再構成プロセッサ１７により画像表示に再構成される。再構成プロセッサ１７はＳＥＮＳＥのような適当な再構成アルゴリズムを用いる。ＭＲ画像は、例えば、患者の平面スライス、一連の平行な平面スライス、３次元ボリューム、その他を表す。画像は画像メモリに格納される。画像はアクセスされ、スライス、投影、画像表示のその他の部分が、ビデオモニタ１８などを介して視覚化するための適当なフォーマットに変換される。ビデオモニタ１８は得られたＭＲ画像を人間が読むことができるように表示する。
【００３５】
図２は、本発明による画像シーケンスを示す模式図である。図示した画像シーケンスはＳＥＭＡＣシーケンスである。このシーケンスでは、初めに、スライス選択励起ＲＦパルス２１が、スライス選択方向ｚの磁場勾配Ｇｓｌｉｃｅの存在下で身体１０の一部に向けて放射される。図にはさらに、複数のリフォーカシングＲＦパルス２２の最初のパルスが、励起ＲＦパルス２１の時間的に後に身体１０の一部に向けて放射されることを示している。ＲＦパルス２２は、スピンエコー信号（図示せず）が発生するように核磁化をリフォーカスする。スピンエコー信号の位相エンコーディングのために、切り替えられた位相エンコーディング磁場勾配２３が、スライス選択方向に印加される。周波数エンコーディング方向ｘでスピンエコー信号を周波数エンコーディングする読み出し磁場勾配Ｇｒｅａｄｏｕｔの存在下で、かつ視角チルト（ＶＡＴ）磁場勾配２４の存在下で、スピンエコー信号を取得する。金属パーツの近くで有機されるインプレーン歪みを補償するため、ＶＡＴ磁場勾配２４を用いる。さらに、準備方向ｙにもスピンエコー信号を位相エンコーディングするため、位相エンコーディング磁場勾配Ｇｐｈａｓｅ２５を印加する。既知のＳＥＭＡＣ手法により、異なるスライスからｙ方向とｚ方向で位相エンコードされたスピンエコー信号を取得する。本発明によると、各スライスからスライス選択方向ｚでアンダーサンプリングして、及び適切であれば（２Ｄ  ＳＥＮＳＥの場合）準備方向ｙでアンダーサンプリングして、スピンエコー信号を取得する。最後に、取得した位相エンコードスピンエコー信号からＭＲ画像を再構成する。例えば、既知のＳＥＮＳＥアルゴリズムにより、各スライスのスライス画像を再構成する。励起されたスライスのスループレーン歪みを補償するように、ＳＥＭＡＣ方式による異なるスライスのスライス画像からの画像値を結合することにより、最終的ＭＲ画像の画像値を計算する。
【００３６】
ＳＥＭＡＣは金属の存在による磁化率アーティファクトを低減する有効な取得手法であるが、金属パーツに近いところでは残差アーティファクトが残り見えることが多い。リップル・アーティファクトは隣接する画像スライス間の遷移が最適でないことにより生じる。本発明により、スライス選択方向において、空間的に隣接するスライスが少なくとも部分的に重なるようにスライスの厚さを選択することにより、リップル・アーティファクトを抑制できる。リップル・アーティファクトを効果的に抑制するため、スライス選択プロファイルを、異なるスライスからの画像値の組み合わせができるだけスムースであるようにしなければならない。実際には、これは、空間的スライス選択プロファイルが、スライス選択方向において、通常の約２倍広くなければならない。これは、励起ＲＦパルスを放射する時に存在するスライス選択磁場勾配の強さを大きくすることにより実現され得る。金属に近いところを画像化する時には、スライス選択プロファイルが位置ごとに変化する。金属近くでは、画像化スライスの厚さは、金属から遠いところと比較して一般的には小さい。これは（ｉ）スライス選択のバリエーションと、（ｉｉ）周波数エンコーディングプロセスの制限によるものである。これは、特に金属パーツの近くでは（すなわち、リップル・アーティファクトが見えるところ）、隣接するスライス間のギャップが他のところより大きくなり、そのためこのギャップを埋めるためにより弱いスライス選択勾配が必要であり、実際には２倍のスライス選択幅となる。金属パーツから遠いところでは、この弱いスライス選択勾配は、スライスの厚さの５０％まで、選択されたスライスの重なりとなる。
【００３７】
図３は、従来のＳＥＭＡＣで（左列）、及び弱いスライス選択磁場勾配でスキャンしたチタン製股関節インプラントの一例を示す図である。磁場勾配の強さを低減することにより、リップル・アーティファクトが低減した（右列）。図３では、目立ったリップル・アーティファクトを含む領域をハイライトした。図３から分かるように、本発明により、金属インプラントに近い軟組織の診断ＭＲ画像化が、従来のＳＥＭＡＣよりもよくなる。これにより、インプラントの周りの軟組織の評価の信頼性が高くなる。
【００３８】
図４は、準備方向ｙのアンダーサンプリング係数２、スループレーン方向ｚのアンダーサンプリング係数２でｙ方向とｚ方向のアンダーサンプリングをした場合のエイリアシングパターンを示す図である。これによる総加速係数（total  acceleration  factor）は４となる。図から分かるように、４つの画像ピクセルが１つの位置に折り重ね（fold）られている。これは、ｚ方向では折り重ね距離が短いので、ＳＥＮＳＥにより展開（unfold）するのには適していない。ＲＦコイルの感度が短距離ではほとんど変化しないからである。図は、さらに、金属パーツが存在するために歪められた励起スライス３１のプロファイルを示す。スピンエコー信号はスライス領域３１のみから発する。歪められたスライス３１からスピンエコー信号を取得する場合、ＳＥＭＡＣ方式により、３次元ボリューム３２をｘ、ｙ及びｚ方向でエンコードし、スピンエコー信号貢献の正しい位置の再構成を可能にする。図から分かるように、ボリューム３２の大きな部分からは信号貢献は無い。極端な例として、ハイライトされた４つのピクセルのうち、１つのピクセルのみが信号貢献を含む。これは、スライス３１の、スキャンされた３次元ボリューム３２からのスライス画像の再構成の逆問題に、予備知識として加えられる。この予備知識を、スライス画像の再構成をより安定してレンダリングする希薄性制約として用いる。
【００３９】
以下、本発明のアプローチの可能性のある複数の実装を詳細に説明する。
《歪みマップの使用》
歪みマップ（これはＢ０マッピングスキャンまたは粗解像度ＳＥＭＡＣスキャンにより得られる）を用いて、歪んだスライス３１の形状について予測できる。この予測は粗いものでよい。しかし、この予測の誤差は、スライスエンコーディング方向ｚではＳＥＮＳＥ折り重ね距離より小さくなければならない。
【００４０】
極端な例として、歪みマップにより信号貢献が期待されていないエリアでは、ピクセル値はゼロに設定してもよい。３次元ボリューム３２の大きな部分でピクセル値をゼロに設定することにより、ＳＥＮＳＥ逆問題の解決はもっと安定したものとなる。歪みマップを用いて、ｘ座標とｙ座標の各ペアに対してスピンエコー信号貢献が期待できるｚ座標区間を判断する。
【００４１】
図４でハイライトした４つのピクセルの場合、歪みマップを用いて、再構成されたピクセルＰ（ｙ１，ｚ１）とＰ（ｙ２，ｚ２）をゼロに設定できる。そのため、ＳＥＮＳＥ再構成は安定したものとなる。これは、（ｉ）２つのピクセルのみを展開（unfold）しなければならず、（ｉｉ）これらのピクセル間の距離が大きいからである（そのため、ＲＦコイルの感度は異なり、行列反転が安定する）。
【００４２】
これは、ボリュームの大部分で信号をゼロに設定する替わりに、可変ＳＥＮＳＥ正規化を適用することにより、よりスムースに行い得る。正規化は、信号貢献が期待されるエリアの通常の正規化から、信号貢献が期待されないエリアにおける強い正規化までスムースに変化する。Ｒを通常のＳＥＮＳＥ正則行列とすると、これを歪みマップ（ＥΔＢ０）からの期待信号とかけて、新しい正則行列ＲΔＢ０（＝ＥΔＢ０＊Ｒ）を計算できる。Ｓを磁化率行列、Ψをノイズ無相関行列とすると、ＳＥＮＳＥ結合係数Ｈは、
【００４３】
【数１】
0006333293.tif 000002
により計算される。
【００４４】
留意点として、歪みマップを用いることにより、異なる空間的コイル感度プロファイルを用いて歪んだスライスの形状を判断する必要はない。ボディコイル９などの１つのＲＦ受信コイルのみを介して信号取得して、スライスエンコーディング方向にアンダーサンプリングを適用することも可能である。
《自動校正》
別のスキャンを用いて歪みマップを判断する替わりは、ＳＥＭＡＣスキャンにおいて、余分なスライスのセット（全スライスのサブセット）を、スループレーンアンダーサンプリングせずに、粗い格子上で取得することである。粗い格子を用いることにより、自動校正データを取得するスキャン時間を大幅に短縮できる。（エイリアシングの無い）自動校正スライスの再構成を用いて、励起されたスライスの形状をおおまかに判断する。自動校正データの取得により、総スキャン時間は少し長くなるが、別途Ｂ０マッピングスキャンをする必要が無くなる。
《反復的再構成》
通常の２次元ＳＥＮＳＥ再構成を用いると、すなわち、希薄性制約（sparsity  constraints）を用いないと、スライス画像の再構成の安定性が低下する。しかし、結果として得られるアーティファクトを含むスライス画像を、歪んだスライスの形状を判断するための第１の推定として用いることができる。そのため、通常の正規化Ｒを用いる第１のＳＥＮＳＥ再構成の後、今度は第１の再構成の出力を用いてＳＥＮＳＥ再構成を繰り返し、次の繰り返し
【００４５】
【数２】
0006333293.tif 000003
でＲｉｔｅｒを用いてより強い正規化をできる。
【００４６】
これは一以上の繰り返しで行い得る。前の繰り返しのスライス画像は、平滑化され、及び／またはノイズを低減するためフィルタされる。
《最小誤差再構成》
前述の通り、２次元ＳＥＮＳＥ再構成において折り重ねられたピクセルの各セットについて、取得されるスピンエコー信号には幾つかのピクセルのみが貢献する。可能性のある実装は、異なるピクセル値を低い値に任意的に正規化する、またはそれらをゼロに設定しつつ、ＳＥＮＳＥ方程式を解くことである。このように、複数のＳＥＮＳＥ解を計算する（それぞれ、低い値に正規化する、またはゼロに設定するピクセル値の選択は異なる）。最後に、取得した信号データを最も良く記述するＳＥＮＳＥ解をスライス画像として選択する。ピクセル値の低い値への正規化やピクセル値のゼロへの設定は、各インプレーン位置ｘ、ｙについて、スループレーン方向の限られた数の座標のみが信号貢献を含み、歪んだスライスの形状はインプレーン座標ｘ、ｙの関数として比較的スムースに変化するとの知識を用いて行える。
【００４７】
図４でハイライトした４つのピクセルの場合、次のピクセルが異なるＳＥＮＳＥ再構成において、低い値に正規化され、またはゼロに設定される：｛Ｐ（ｙ１，ｚ１）＝Ｐ（ｙ２，ｚ１）＝０｝、｛Ｐ（ｙ１，ｚ１）＝Ｐ（ｙ２，ｚ２）＝０｝、｛Ｐ（ｙ１，ｚ２）＝Ｐ（ｙ２，ｚ１）＝０｝、｛Ｐ（ｙ１，ｚ２）＝Ｐ（ｙ２，ｚ２）＝０｝。これらの４つのＳＥＮＳＥ再構成から、Ｐ（ｙ２，ｚ１）を大きな値に設定する解により、誤差が最小となり、正しいスライス画像として選択される。
【図１】
0006333293.tif 000004
【図２】
0006333293.tif 000005
【図３】
0006333293.tif 000006
【図４】
0006333293.tif 000007