(57)【要約】本発明は、空間周波数空間の不完全なサンプリングを用いて、複数の受信コイル（５，６，７，８）によって平行に取得されるＭＲ信号（１，２，３，４）からＭＲ画像（１４）を再構築するための方法に関する。再構築されたＭＲ画像（１４）は連立一次方程式の解として反復的に計算される。画像再構築のために必要とされる演算時間に関して従来技術の改良である平行なＳＥＮＳＥ撮像のための高度化した方法を提供するために、過小サンプリングアーチファクトが反復プロセス中に取得される連立一次方程式の中間解に抑制されるよう、本発明は反復プロセス（１５）が再構築されるべきＭＲ画像（１４）に近似する開始画像（９）から開始することを提案する。
2006524083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間周波数空間の不完全なサンプリングを用いて、複数の受信コイルによって平行に取得されるＭＲ信号からＭＲ画像を再構築し、該再構築された画像は連立一次方程式の解として反復的に計算される方法であって、過小サンプリングアーチファクトが前記反復プロセス中に取得される連立一次方程式の中間解に抑制されるよう、前記反復プロセスは再構築されるべきＭＲ画像に近似する開始画像から開始する、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記開始画像は、前記受信コイルによって取得されるＭＲ信号から前記開始画像の制限されたサブ領域を再構築することによって発生し、前記ＭＲ信号は、前記サブ領域において高感度をそれぞれ有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
過小サンプリングの程度の故に、個々の受信コイルによって取得される前記ＭＲ信号から直接的に再構築され得ない前記開始画像の前記サブ領域において、前記ＭＲ信号全体から欠落画像情報が合成される、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記開始画像は、確定的なＭＲ画像と比べて低減された解像度で、前記ＭＲ信号から再構築される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記開始画像として用いられるものは、既に再構築された画像、及び、未だ再構築されていないＭＲ画像に類似するＭＲ画像である、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
複数のＭＲスライス画像の再構築において、前記開始画像は、既に再構築されたＭＲ画像、及び、未だ再構築されていないＭＲ画像に近接する画像平面を有する少なくとも１つのＭＲ画像から発生する、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
時間経過に伴って広がる一連のＭＲ画像の再構築において、開始画像として用いられるものは、既に再構築された画像、及び、未だ再構築されていないＭＲ画像の前に取得されたＭＲ画像である、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
ＭＲ信号の取得において、前記空間周波数空間の前記サンプリングは、径方向、螺旋状、或いは、任意の他の非デカルト方法で行われる、ことを特徴とする上記請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
検査容積内に均質な静磁界を発生するための主界磁コイルと、
前記検査容積内に傾斜磁場を発生するための複数の傾斜コイルと、
前記検査容積内に高周波磁場を発生するための少なくとも１つの放射コイルと、
前記検査容積からのＭＲ信号の平行取得のための複数の受信コイルと、
前記傾斜コイルと前記放射コイルとを動作するための中央制御ユニットと、
前記ＭＲ信号を処理し且つ表示するための再構築及びディスプレイユニットと、を有するＭＲ装置であって、
前記再構築及びディスプレイユニットは、請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の方法によって動作するプログラム制御手段を有する、
ことを特徴とするＭＲ装置。
【請求項１０】
請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の方法は、当該コンピュータプログラムによって、前記ＭＲ装置の前記再構築及びディスプレイユニットで実施される、ことを特徴とする請求項９に記載のＭＲ装置のための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、空間周波数空間の不完全なサンプリングを用いて、複数の受信コイルから取得されるＭＲ（磁気共鳴）信号からＭＲ画像を再構築する方法に関し、再構築されたＭＲ画像は連立一次方程式の解として反復的に計算される。
【０００２】
本発明は、本方法を実施するためのＭＲ装置、及び、この種の装置のためのコンピュータプログラムにも関する。
【背景技術】
【０００３】
ＭＲ撮像において、検査容積内の原子核の磁化の場所は、一時的に可変で、空間的に非均質な磁場（傾斜磁場）を用いて遂行されるのが普通である。画像を再構築するために用いられるＭＲ信号は、時間領域において、傾斜磁場パルス及び高周波パルスの適切なシーケンスの影響下で検査容積を囲む受信コイル配置において誘起される電圧の形態で記録される。次に、例えば、時間関連信号のフーリエ変換によって、画像の実際の再構築が遂行される。空間周波数空間（所謂ｋ−空間）のサンプリングは、傾斜磁場パルス及び高周波パルスのために存在するシーケンスによって決定され、撮像されるべき容積領域又は視野角（ＦＯＶ）、及び、画像解像度はこの空間によって定められる。ＦＯＶ及び画像解像度によって満足されなければならない要件は、空間周波数空間のサンプリング、よって、撮像シーケンスにおける位相エンコーディング段階の数を事前設定する。ＭＲ撮像に伴う大きな問題はこの直接的な結果として生起する。完全なＦＯＶの所望の解像度の画像を取得するのに、望ましくない長時間を要することが多い。これは、取得されるべき二次元ＭＲ画像のみならず、例えば、追加的なスペクトル次元を有するもののような三次元（又はそれ以上）にも特に当て嵌まる。
【０００４】
ＭＲ撮像分野における多数のさらなる技術開発が画像取得時間の短縮に向けられている。傾斜磁場が可能な限り速く切り替えられるのを可能にする装置の開発は、今日、技術的観点において実現可能なもの及び患者にとって生理的に受容可能なものの限界に達している。しかしながら、多数の用途において、取得時間は依然として長過ぎる。
【０００５】
例えば、所謂ＳＥＮＳＥ（感度符号化）技法のような、最近知られるようになってきた平行方法を用いて、従来技術のＭＲ撮像が被る上述の技術的及び生理的限界を克服する何らかの見込みがありそうである。この後者の方法が基礎とする発見は、用いられる受信コイル配置の空間感度プロファイルが、画像の再構築において用いられ得るＭＲ信号空間情報に印象を与えるということである。各々が異なる空間感度プロファイルを有する複数の別個の受信コイルが平行に、即ち、同時に用いられるとき、空間周波数空間の不完全なサンプリングから各場合に取得されるＭＲ信号を組み合わせることによって、良好な場合には、使用受信コイル数と同一の数だけ、従来技術の方法に比べて、画像の取得時間を低減し得る。
【０００６】
ＳＥＮＳＥ撮像において、特別な重要性が使用受信コイルの空間感度プロファイルに付随するので、従来技術のＭＲ方法において普通であるように、空間周波数空間の不完全なサンプリングによって平行に取得されるＭＲ信号からの画像再構築は、フーリエ変換だけによっては行われ得ない。事実、ＳＥＮＳＥ撮像においては、空間信号処理技法が画像の再構築のために必要とされる。
【０００７】
空間周波数空間のサンプリングがデカルトである場合、ＳＥＮＳＥ撮像のための既知の再構築方法があり、そこでは、先ず、従来技術のフーリエ変換が各受信コイルのために遂行され、これは画像データセットを生成し、過小サンプリングアーチファクトによって影響されて、その数は使用受信コイル数に対応する。第二ステップでは、過小サンプリングアーチファクトが除去されるのを許容するために用いられる受信コイルの空間感度プロファイルについて存在する知識を用いて、これらの画像データが次に組み合わされて確定的なＭＲ画像を生じさせる。
【０００８】
ＳＥＮＳＥ撮像において、もし空間周波数空間のサンプリングが例えば径方向又は螺旋状のような非デカルトの方法で行われるならば、画像の再構築は実質的により複雑であることが判明する。Ｐｒｕｅｓｓｍａｎｎは数値的観点で特に有効な方法を提案し、そこでは、再構築されたＭＲ画像は連立一次方程式の解として計算される（「Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  Ｅｎｃｏｄｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ａｒｂｉｔｒａｒｙ  Ｋ−Ｓｐａｃｅ  Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓ」  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  第４６巻，６３８〜６５１頁，２００１年を参照）。連立一次方程式のサイズの故に、受容可能な演算作業量を伴って、それは所謂共役傾斜（ＣＧ）法によって反復的に解決される。上述の文献において提案されている方法の欠点は、反復プロセスが開始画像として開始するものが「ゼロ画像」、即ち、完全な黒色画像であり、それは確定的なＭＲ画像の粗悪な近似である。これの意味するところは、この開始画像を出発点として取り、既知の反復プロセスは比較的ゆっくりと収束するということである。相応するように、確定的なＭＲ画像を再構築するために、長い演算時間が必要とされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この背景に対して、画像再構築のための所要演算時間に関して改良された、ＳＥＮＳＥ撮像のための再構築方法を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
冒頭段落に定められる種類の方法から開始して、この目的は、過小サンプリングアーチファクトが反復プロセス中に取得される連立方程式の中間解に抑制されるよう、反復プロセスが再構築されるべき画像に近似する開始画像から開始するという事実によって達成される。
【００１１】
「ゼロ画像」が反復のための開始画像として用いられるとき、反復の第一ステップ後に存在する中間画像が顕著な過小アーチファクトを示すことが分かった。その場合には、そのような過小サンプリングアーチファクトが完全に除去され、且つ、確定的なＭＲ（磁気共鳴）画像が解として入手可能となる以前に、比較的多数の反復が必要とされる。本発明によれば、もし開始画像として選択されるものが、通常用いられるゼロ画像よりも、再構築されるべきＭＲ画像により近似する画像であるならば、ＭＲ画像を再構築するために比較的より少数の反復が必要とされる。これが実際に保証するものは、過小サンプリングアーチファクトが、反復プロセス中に計算される中間画像に抑制されることである。有利な可能性が、反復プロセスが開始する開始画像を相応して予備設定することに関して存在する。本発明がこのようにして達成するものは、確定的なＭＲ画像の再構築のために必要とされる演算作業が従来技術に比べ大幅に削減されることである。
【００１２】
本発明に従った有利な変形において、開始画像は再構築される開始画像の制限的なサブ領域によって、関連するサブ領域における高い感度の受信コイルによってそれぞれ受信されるそれらのＭＲ信号から生成されている。それ故に、開始画像は部分画像から組み立てられ、部分画像の数は使用受信コイル数に対応し、各部分画像は個別の受信コイルに関連付けられたＭＲ信号から直接的に再構築される。この場合、サブ領域は関連する受信コイルの空間感度プロファイルのジオメトリに一致して選択される。反復的再構築プロセスの特に速い収束が、適度な減少係数に関して、この手順によって得られる。
【００１３】
過小サンプリングの程度の故に、開始画像の特定のサブ領域が、開始画像が過小サンプリングアーチファクトを過剰に高度に被ることなしに、上述の方法で個々の受信コイルから取得されるＭＲ信号から直接的に再構築され得ない場合も想定される。しかしながら、高度の過小サンプリング（高減少係数）があるときでさえ、少なくとも個々のサブ領域における少数の過小サンプリングアーチファクトを用いて、開始画像を直接的に再構築し得る。その場合には、これらのサブ領域のための画像情報を基礎として取ることによって、依然として欠落している開始画像のサブ領域において予想され得る過小サンプリングアーチファクトを推定することに関する可能性が存在する。この場合には、画像を取得するのに用いられるサンプリングパターンに関する存在する知識、即ち、特に所謂点広がり関数に関する知識を用い得る。次に、欠落領域において起こる過小サンプリングアーチファクトの推定と一致する欠落領域におけるＭＲ信号から直接的に再構築される画像を補正することによって、開始画像内の欠落画像情報をＭＲ画像から合成し得る。この後、画像は全体として最小限の過小サンプリングアーチファクトを有する。
【００１４】
代替的に、確定的なＭＲ画像に比べ低減された解像度で開始画像を再構築し得る。この場合には、所望の解像度はさらなる再構築プロセス中に取得されるだけである。
【００１５】
例えば、スライス画像から生成されるべき容積画像を許容するために、空間において近接するＦＯＶを有する複数のＭＲ画像が発生する場合、或いは、例えば、動的プロセスの撮像において、時間経過に伴って広がる一連のＭＲ画像が発生する場合のいずれかにおいて、開かれた可能性は、本発明に従って、既に存在する画像、及び、その時に再構築されるべきＭＲ画像に類似するＭＲ画像を開始画像として用いることである。既に再構築されたＭＲ画像は如何なる過小サンプリングアーチファクトをも含まず、それは、そのような画像を開始画像として用いることによって、本発明に従った再構築方法のために特に速い収束が保証されることを意味する。それ故に、開始画像として用いられ得るものは、例えば、既に再構築された画像、及び、その画像平面が再構築されるべきＭＲ画像に近接する画像である。時間経過に伴って広がる一連のＭＲ画像を取得するときに、開始画像として用いられ得るものは、以前に連続の部分として取得された画像、及び、既に再構築されたＭＲ画像である。開始画像が既に再構築された既存のＭＲ画像からの補間又は補外によって生成されることも想定され得る。
【００１６】
上記に概説された再構築方法は  ＭＲ信号の取得のための空間周波数空間のサンプリングが、とりわけ、径方向、螺旋状、又は、他の非デカルト方法で行われるときに適している。しかしながら、本発明に従った方法は、空間周波数空間のデカルトサンプリングが用いられる場合にも用いられることも想定される。
【００１７】
本発明に従った方法を遂行するのに適したＭＲ装置は、検査容積内に均質な静磁界を発生するための主界磁コイルと、検査容積内に傾斜磁場を発生するための複数の傾斜コイルと、検査容積内に高周波数磁界を発生するための少なくとも１つの放射コイルと、検査容積からのＭＲ信号の平行取得のための複数の受信コイルと、傾斜コイルと放射コイルとを動作するための中央制御ユニットと、ＭＲ信号を処理し且つ表示するための再構築及びディスプレイユニットとを有する。上述の方法は、再構築及びディスプレイユニットのための適切なプログラム制御手段によって、本発明に従ったＭＲ装置で遂行され得る。
【００１８】
本発明に従った方法は、対応するコンピュータプログラムの形態のＭＲ装置の構成部分の使用者にも利用可能とされ得る。コンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ又はフロッピー（登録商標）ディスクのような適切なデータ担体に記憶され得るし、或いは、インターネット上でＭＲ装置の再構築及びディスプレイユニットにダウンロードされ得る。
【００１９】
本発明のこれら及び他の特徴は以下に記載の実施態様を参照することで明瞭に解明されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、ＭＲ（磁気共鳴）画像再構築に関する本発明に従った方法において採られる手順を示している。再構築の出発点は４つのＭＲ信号データセット１，２，３，４である。ＭＲ信号は、空間周波数空間の不完全な径方向サンプリングによって平行にそれぞれ取得される。検査されるべき円形の撮像領域（ＦＯＶ）に対する受信コイル５，６，７，８の配置が図中に示されている。開始画像９の制限されたサブ領域１０，１１，１２，１３を再構築することによって、開始画像９がＭＲ信号データセット１，２，３，４から生成される。制限されたサブ領域は、これらのサブ領域において高感度をそれぞれ有する受信コイル８，５，６，７によって取得される。確定的なＭＲ画像１４が再構築されるのを許容するために、従来技術から既知の反復プロセスは、このようにして生成される開始画像から開始され、このプロセスは記号１５によって図中に示されている。反復プロセス１５は、連立一次方程式の解として、確定的なＭＲ画像１４を生成する。開始画像が上記のようにＭＲ信号から生成されるという事実は、反復プロセス１５中に取得される過小サンプリングアーチファクトが連立一次方程式の中間値に抑制されることを保証する。
【００２１】
図２に示される本発明に従った方法の変形では、ＭＲ信号データセット１，２，３，４は特に高い程度の過小サンプリングで、即ち、高い減少係数で取得される。これの意味するところは、サブ領域１６において、本発明に従って、個々の受信コイル５，６，７，８によって取得されるＭＲ信号から直接的に開始画像が再構築され得ないことである。しかしながら、開始画像９における欠落画像情報は、ＭＲ信号全体から、サブ領域１６内で合成され得る。これは、上述のように、サブ領域１６内に予想され得る過小サンプリングアーチファクトをサブ領域１０，１１，１２，１３から推測することによってなされ、よって、開始画像が可能な限り少ない過小サンプリングアーチファクトを包含するよう、開始画像９が補正されるのを可能にする。
【００２２】
図３は、ＭＲ装置をブロック図の形態で示している。ＭＲ装置は、患者１８が位置する検査容積内に均質な静磁界を発生するための主界磁コイル１７を含む。ＭＲ装置は、検査容積内の空間における異なる方向に傾斜磁場を発生するための傾斜コイル１９，２０，２１を有する。経時的に検査容積内の空間において採られる傾斜磁場によって採られるパターンは中央制御ユニット２２によって制御され、制御ユニット２２は傾斜増幅器２３を介して傾斜コイル１９，２０，２１に接続されている。図示のＭＲ装置の他の一部を形成するものは、検査容積内に高周波磁界を発生するための放射コイル２４である。検査容積からのＭＲ信号の平行取得のために、３つの受信コイル２５，２６，２７が用いられ、これらの後者は、それらが検査容積内で異なる空間感度プロファイルを有するよう配置され、よって、それらがＳＥＮＳＥ撮像のために用いられるのを可能にしている。放射コイル２４は放射ユニット２８を介して中央制御ユニット２４に接続されている。受信コイル２５，２６，２７によって取得されるＭＲ信号は復調され、受信ユニット２９を用いて増幅され、再構築及びディスプレイユニット３０に供給される。再構築及びディスプレイユニット３０によって処理されるＭＲ信号はスクリーン３１を用いて表示され得る。再構築及びディスプレイユニット３０は上述の方法が遂行されるのを許容する適切なプログラム制御手段を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に従った方法の第一実施態様を示すフロー図である。
【図２】本発明に従った方法の第二実施態様を示すフロー図である。
【図３】本発明に従ったＭＲ装置を示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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