JPH09294736A - Mriシステムを用いて一連の画像を形成する方法及び装置 - Google Patents
Mriシステムを用いて一連の画像を形成する方法及び装置Info
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Abstract
MRIシステムを用いて一連の画像を形成する方法及び
装置を提供する。 【解決手段】 MR蛍光透視法の時間分解能を高める方
法を記載する。より高い時間分解能を要求する画像の中
央部分は、完全でない新たに収集されたNMRデータを
用いて、より頻繁に更新される。周縁構造によって発生
される信号の逐次的(running)平均を用いて、画像の
周縁を形成すると共に、アーティファクトを発生するデ
ータを完全でないNMRデータから除去する。
Description
の方法及びシステムである。具体的には、本発明は、M
R(磁気共鳴)蛍光透視法(fluoroscopy)に関し、時
間で変動する過程であるが、周期的ではない過程の作像
に関する。
極磁場B0 )にさらされるときに、組織内のスピンの個
々の磁気モーメントは、この分極磁場に沿って整列しよ
うとするが、各スピン固有のラーモア周波数において乱
雑な状態で磁場の周りを歳差運動している。物体、即ち
組織が、x−y平面内に存在すると共にラーモア周波数
に近い磁場(励起磁場B1 )にさらされると、正味の整
列モーメントMz は、x−y平面に向かって回転する、
即ち「傾斜する」ことが可能であって、その結果、正味
の横(方向)磁気モーメントMt を発生する。励起した
スピンによって信号が放出され、励起信号B1 を停止さ
せた後に、この信号を受信すると共に処理して画像を形
成することができる。
きに、磁場勾配(Gx 、Gy 及びG z )が用いられる。
典型的には、作像される領域は、一連の測定サイクルに
よって走査されており、これらのサイクルにおいて、上
述の勾配は、使用されている特定の局在化方法に従って
変化する。結果として得られる1組の受信されたNMR
信号をディジタル化すると共に処理し、多くの周知の再
構成技術のうちの1つを用いて画像が再構成される。各
々の測定サイクルは、実行に短い時間しか要さないが、
一画像を取得するためにすべての測定サイクルを実行す
るのにはかなりの時間を要する可能性がある。
動、又は侵襲的(interventional)作業の監視のよう
に、時間で変動する過程であるが周期的でない過程の作
像に関わるものである。これらの研究では、その主な目
的が被検体内で生起しつつある変化を観測することにあ
るので、データを収集すると共に画像を形成するのに要
求される時間が非常に重要である。更新された画像を形
成するのに要求されるこの時間は、システムの「時間分
解能」(temporal resolution)を決定するので、可能
な限り短時間でなければならない。
られる方法は数多くある。先ず、短い繰り返し時間(T
R)による測定サイクルを用いてもよいし、又は、より
少ない測定サイクルしか要求しないが分解能はより低い
画像を用いてもよい。又、米国特許第4,830,01
2号に記載されているように、新たに収集されたデータ
を以前の画像用に収集されたデータと組み合わせて用
い、より高い時間分解能で画像を「部分的に」更新する
ことにより、必要な測定サイクルのすべてよりも少ない
測定サイクルで新たな画像を再構成することもできる。
加えて、物体が既知の静的構造と既知の動的構造とを有
している場合に、物体の動的な部分が完全なFOV(ビ
ュー領域)のうちの小部分を占有していることがわかっ
ているならば、Magnetic Resonance in Medicine誌、1
994年、第31巻、第691頁〜第694頁に刊行さ
れたHu及びParrishによる「動的な作像のためのビュー
領域の削減」(Reduction of Field of View for Dynam
ic Imaging)に記載されているような方法を用いること
もできる。任意の時間フレームと最初の時間フレームと
の間の差を用いて、差画像を形成する。差画像は、物体
の静的な部分に対しては敏感でない。動的な領域が完全
なFOVのうちの2分の1を占有しているならば、時間
分解能の向上のためにSNR(信号対雑音比)に21/2
の低下の生ずることが予想される。しかも、この方法で
は、減算のためにSNRに更に21/2 の低下が生ずる。
加えて著者らは、感度のために信号変化が緩慢にされる
のでアーティファクトが生ずると報告している。本発明
の方法は、従来のこの代替的な方法よりも高いSNRを
提供すると共にアーティファクトを生じ難い方法であ
る。
れるすべての測定サイクルよりも少ない測定サイクルを
用いてMR画像を更新し、これによりシステムの時間分
解能を高める方法である。更に具体的には、本発明は、
ビュー領域全体についてNMRデータを収集すると共に
画像を形成することと、このビュー領域の一部を通して
画像データをゼロに設定して、変更された画像データを
形成することと、変更された画像データを逆変換して、
ビュー領域の前述の一部よりも外側に位置する構造を表
す合成生データを求めることと、完全な走査を行うのに
要求されるすべての測定サイクルよりも少ない測定サイ
クルを用いて新たなNMRデータを収集することと、新
たなNMRデータから合成生データを減算することと、
差NMRデータを用いて画像を再構成して、ビュー領域
の前述した一部の画像を形成することとを含んでいる。
所望されるならば、内側部分の画像を、変更された画像
データと結合させて、完全なビュー領域の画像を形成す
ることもできる。
究では画像の一部しか大幅には変化しないという事実を
利用している。しばしば、大幅に変化するのは画像の中
央部分である。画像の周縁は比較的静的であるので、こ
の周囲領域を描像するためには高い時間分解能は殆ど必
要とされない。にもかかわらず、これらの周囲の静的な
構造からの信号を考慮に入れなければならない。さもな
いと、周囲の構造からの信号が、画像の中央部分に画像
アーティファクトを形成するであろう。これは、周囲構
造によって発生された信号の推定値を保持しておき、こ
の推定値を用いて画像の周縁領域についての合成生デー
タを発生することにより達成される。加えて、新たに収
集されたNMRデータを用いて最終的な画像の中央部分
の画像を再構成する前に、前述の推定値をこの新たに収
集されたNMRデータから減算する。これにより、画像
の中央部分の更新と更新との間で、完全なNMRデータ
・セットよりも少ないデータ・セットを収集することが
可能になり、このようにして、画像のこの部分の時間分
解能を高めることができる。
分解能を高めることにある。例えば、動的な部分が完全
なビュー領域のうちの2分の1を網羅しているならば、
本方法をスピン・ワープ測定サイクルと共に用いて、奇
数番号の位相エンコーディング・ビューを取得すると共
にこのビューを用いて画像を更新し、続いて偶数番号の
位相エンコーディング・ビューを収集して更にもう一度
画像を更新することができる。このように、完全なNM
R画像データ・セットを収集するのに要求される時間内
で、画像は2回更新される。これにより、時間分解能が
実効的に2倍に高まる。
を組み込んだ好適なMRIシステムの主要な構成要素が
示されている。システムの動作は、オペレータ・コンソ
ール100から制御され、オペレータ・コンソール10
0は、キーボード兼制御パネル102と、ディスプレイ
104とを含んでいる。コンソール100はリンク11
6を介して、独立した計算機システム107と交信して
おり、計算機システム107は、オペレータによるスク
リーン104上での画像の形成及び表示の制御を可能に
している。計算機システム107は、バックプレーンを
介して互いに交信している多数のモジュールを含んでい
る。これらのモジュールは、画像処理モジュール106
と、CPUモジュール108と、画像データ配列を記憶
するフレーム・バッファとして当業界で知られているメ
モリ・モジュール113とを含んでいる。計算機システ
ム107は、画像データ及びプログラムを記憶するため
のディスク記憶装置111及びテープ駆動装置112に
結合されていると共に、高速シリアル・リンク115を
介して別個のシステム制御装置122と交信している。
ン118によって互いに接続された1組のモジュールを
含んでいる。これらのモジュールは、CPUモジュール
119と、パルス発生器モジュール121とを含んでお
り、パルス発生器モジュール121は、シリアル・リン
ク125を介してオペレータ・コンソール100と接続
している。リンク125を介して、システム制御装置1
22は実行されるべき走査シーケンスを指示する命令
(コマンド)をオペレータから受信する。パルス発生器
モジュール121は、システムの構成要素を動作させて
所望の走査シーケンスを実行する。モジュール121
は、発生されるべきRFパルスのタイミング、強度及び
形状、並びにデータ収集ウィンドウのタイミング及び長
さを指示するデータを発生する。パルス発生器モジュー
ル121は、1組の勾配増幅器127に接続されてお
り、走査中に発生される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は又、患
者に接続された多数の異なるセンサからの信号、例えば
電極からの心電図(ECG)信号又はベローからの呼吸
信号を受信する生理学データ収集制御装置129から患
者のデータを受信する。そして最後に、パルス発生器モ
ジュール121は、患者の状態及びマグネット・システ
ムの状態と関連している様々なセンサからの信号を受信
する走査室インタフェイス回路133に接続している。
走査室インタフェイス回路133を介して、患者位置決
めシステム134も又、走査の間に所望の走査位置に患
者を移動させるための命令を受信する。
生された勾配波形は、Gx 増幅器と、Gy 増幅器と、G
z 増幅器とで構成されてい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、全体的に参照番号
139を付したアセンブリ内の対応する勾配コイルを励
起して、位置エンコーディング信号の収集に用いられる
磁場勾配を発生する。勾配コイル・アセンブリ139
は、マグネット・アセンブリ141の一部を形成してお
り、マグネット・アセンブリ141は、分極マグネット
140と、全身型RFコイル152とを含んでいる。シ
ステム制御装置122内の送受信モジュール150はパ
ルスを発生し、これらのパルスは、RF増幅器151に
よって増幅されると共に、送信/受信(T/R)スイッ
チ154によってRFコイル152に結合される。患者
内の励起核によって放出された結果として生ずる信号
は、同じRFコイル152によって検知されると共に送
信/受信スイッチ154を介して前置増幅器153に結
合されることができる。増幅されたNMR信号は、送受
信器150の受信部において復調され、濾波されると共
にディジタル化される。送信/受信スイッチ154は、
パルス発生器モジュール121からの信号によって制御
されて、送信モード中にはRF増幅器151をコイル1
52に電気的に接続し、受信モード中には前置増幅器1
53をコイル152に電気的に接続する。送信/受信ス
イッチ154は又、送信モード又は受信モードのいずれ
の場合でも、分離型RFコイル(例えば、頭部コイル又
は表面コイル)を用いることを可能にしている。
R信号は、送受信モジュール150によってディジタル
化されると共に、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。走査が完了してデータ
配列全体がメモリ・モジュール160内に収集されたと
きに、アレイ・プロセッサ161が動作してこのデータ
を画像データ配列へフーリエ変換する。この画像データ
は、シリアル・リンク115を介して計算機システム1
07へ伝送されて、ここでディスク・メモリ111内に
記憶される。オペレータ・コンソール100から受信し
た命令に応答して、この画像データをテープ駆動装置1
12に保管することもできるし、又は画像処理装置10
6で更に処理してオペレータ・コンソール100へ伝送
すると共にディスプレイ104に表示することもでき
る。
許第4,952,877号及び同第4,992,736
号に記載されており、両特許はここに参照されるべきも
のである。本発明は、位相エンコードされる方向につい
てビュー領域の中央にあたる2分の1が「動的」であ
り、外側にあたる2分の1が「静的」であるような応用
について記載される。当業者は、本発明の他の応用が可
能であることを認められよう。本発明の好適な実施例で
は、被検体の走査中に、米国特許第4,471,306
号に開示されているようなスピン・ワープNMRパルス
・シーケンスを用いてNMRデータを収集している。各
々が個別の位相エンコーディング値にある合計128の
個別の測定サイクルを用いてデータを収集し、このデー
タから、ビュー領域全体の完全な画像を再構成すること
ができる。しかしながら、単調な順序で(−63から+
64までの)128の「ビュー」を収集するのではな
く、奇数番号のビュー(即ち、−63,−61,−5
9,…,61,63)のすべてを収集する。従って、図
2に模式的に示す通り、走査が時間を経て進行するにつ
れて、NMRデータは、漸次変化する一連の画像を形成
するために、奇数のビューと、偶数のビューとについて
交互に収集される。従来の画像再構成方法を用いると、
完全なビュー領域の更新された画像は、奇数のビューと
偶数のビューとの両者で構成された完全な1組が収集さ
れた後に形成される。従って、時間分解能は、奇数のビ
ューと偶数のビューとの両者を収集するのに要求される
時間となる。
画像を形成することにより、時間分解能を2倍に高め
る。更に具体的には、すべての奇数番号のビューを収集
した後に、更新された画像を形成し、すべての偶数番号
のビューを収集した後に、もう1つの更新された画像を
形成する。これは、走査動作中に以下の2つの個別の手
順を実行することにより達成される。即ち、矢印200
に示すように、各々の奇数のデータと各々の偶数のデー
タとを収集した後に、動的な画像を更新し、矢印202
で示すように、各々の完全なデータ・セット(即ち、奇
数のビューと偶数のビューとの両者)を収集した後に、
静的な画像を更新するのである。これらの更新手順は、
アレイ・プロセッサ161(図1)によって、図3及び
図4に示す各工程に従って実行される。
位相エンコードされたビューで構成された各々の完全な
k空間データ・セットが収集された後に、処理ブロック
210で示すように2次元フーリエ変換(「2DF
T」)を実行することにより、このデータ・セットから
通常の方式で画像が再構成される。この「カレント」
(現在)の画像は、処理ブロック212に示すように、
以前に収集された画像と平均されて、「静的」な画像を
形成する。
られる画像の数は、「静的」な領域の時間分解能を制御
する。このような画像が全く用いられないか、又はごく
僅かしか用いられない場合には、システムは、静的な領
域内での相当数の動きを取り扱い得るようになるが、雑
音及びシステム不安定性に対して敏感になることがあ
る。平均される期間を長くすれば、これらの影響は小さ
くなる。従って、平均される期間は、外側部分が相当に
静的である時間に匹敵するように選択されなければなら
ず、一般にこの時間は数秒間である。
に、更新された静的な画像の中央領域をゼロに設定し、
処理ブロック216に示すように、これを位相エンコー
ディング軸に沿って逆フーリエ変換して合成データを発
生する。ゼロに設定された中央領域は、画像のビュー領
域の2分の1を包含しており、この領域は、走査中に急
速に変化するあらゆる構造を包含していなければならな
い。この中央領域の外側の構造は、静的であるか、又は
緩慢に変化するかのいずれかでなければならない。なぜ
なら、静的な画像は、比較的低い時間分解能で更新され
るからである。
コーディング・ビュー又は偶数の位相エンコーディング
・ビューのいずれかで構成された部分的なデータの各々
が収集された後に、アレイ・プロセッサ161は、処理
ブロック220で示すように、収集された部分的なデー
タ・セットに対して1次元フーリエ変換を行う。この変
換は、読み出し勾配軸(好適な実施例では、x軸)に沿
って行われる。奇数のビューのみ又は偶数のビューのみ
で構成された部分的なデータ・セットは、完全なビュー
領域のうちの2分の1(例えば、動的な部分)を網羅す
る物体についての高空間分解能画像を形成するのに必要
な情報を含んでいる。当業界では周知のように、この領
域の外側の信号発生領域の存在によって、空間的エイリ
アシング・アーティファクト(spatial aliasing artif
act)が生ずる。本発明の教示によれば、これらのアー
ティファクトは、処理ブロック222に示すように、変
換された奇数のビュー又は偶数のビューから対応する合
成データを減算することにより抑制され得る。換言すれ
ば、合成データの奇数のビューが、最も近い過去に収集
されたデータの対応する変換された奇数のビューから減
算されるか、又は、合成データの偶数のビューが、最も
近い過去に収集されたデータの対応する変換された偶数
のビューから減算される。次いで、処理ブロック224
で示すように、この差データは、位相エンコーディング
勾配軸(好適な実施例では、y軸)に沿って変換され
て、ビュー領域の中央部分の実際の空間内の画像を形成
する。
を含んでいる画像を形成することが望ましい場合があ
る。このような画像は、外側部分についての推定された
平均画像内に、動的な内側のFOV画像を挿入すること
により形成され得る。従って、処理ブロック226に示
すように、中央領域の「動的」な画像が周囲領域の「静
的」な画像と結合されて、更新された完全なビュー領域
の画像が形成される。この更新された画像は、表示及び
更なる画像処理を行うために前述の計算機システム10
7へ出力される。
となく好適な実施例から多数の変更を行うことが可能で
あることは明らかであろう。好適な実施例では、外側の
静的な画像は、収集されたデータに先行するフレームの
単純平均によって取得されているが、指数平均を用いる
こともできるし、補外法を用いて静的な画像を形成する
こともできる。例えば、各々の位相エンコーディング値
について、進行中のデータ収集を用いて線形適合値(li
near fit)を形成し、この適合値を用いて関心フレーム
についての静的な画像データを予測することができる。
FOVの中央にあり、FOVのうちの外側部分は静的で
あるものと仮定したが、動的な部分が中央にない場合に
も本方法を用いることができる。この場合には、すべて
の測定データに、適当な線形的に変化する(k空間内
で)位相シフトを予め乗算すればよい。当業界では公知
のように、k空間内での線形的な位相シフトは画像空間
の空間的シフトを発生する。位相シフトは、物体の動的
な部分を、シフトされたFOVの中央に向かって平行移
動させるように選択されている。
ビュー領域の2分の1を網羅しており、この知識を用い
て時間分解能を2倍に高めた。一般的には、動的な部分
がビュー領域の小部分(1/n)であれば、時間分解能
はn倍に高まり得る。本発明は又、スピン・ワープ作像
以外の手法にも適用され得る。MR作像の1つの方策で
は、フーリエ変換空間(k空間)内で螺旋状にフーリエ
変換データを収集する。しばしば、多数のインタリーブ
された螺旋型軌跡を用いて、必要な空間分解能及びFO
Vを取得する。インタリーブされた軌跡は一般的には、
k空間内の当初の軌跡を(360/L)°回転させるこ
とにより取得される。ここで、Lはインタリーブの数で
ある。インタリーブされた軌跡同士の間のk空間距離、
従って、Lの数がビュー領域を決定する。スピン・ワー
プ作像で本発明を用いた方法と類似の方式で本発明を用
いて、インタリーブされた螺旋型軌跡によるダイナミッ
ク・スタディの時間分解能を高めることができる。同様
に、本発明をインタリーブされたエコー・プラナ作像
(EPI)と共に用いることもできる。
である。いかなる時間フレームについても、完全なFO
Vを描像するには十分でない部分的なk空間のサンプリ
ングを用いる。しかしながら、1つの時間フレーム内で
のサンプルは、他の時間フレーム内でのサンプルでイン
タリーブされ得るので、これらを一緒にして完全なFO
Vを適切に描像することができる。完全なビュー領域の
画像を処理して、完全なビュー領域のうちの静的な部分
についての推定生NMRデータを求める。これらのデー
タを収集された部分的なk空間データから減算して、ビ
ュー領域のうちの動的な部分の高品質画像を形成する。
ら記載してきたが、この記載は本発明を説明するもので
あって、本発明を限定するものと解釈してはならない。
当業者は、特許請求の範囲によって画定された発明の要
旨から逸脱することなく様々な応用及び改変を創出する
ことができるであろう。
ある。
新頻度の模式図である。
方法を表す流れ図である。
と共にこの動的な画像を静的な画像と結合させる方法を
表す流れ図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 (a) 測定値の完全な1組で構成され
たNMRデータを収集する工程と、 (b) 収集された前記NMRデータを変換して、選択
されたビュー領域の静的な画像を再構成する工程と、 (c) 前記静的な画像から、前記ビュー領域の実質的
に静的な部分に位置している構造を示す合成生データを
発生する工程と、 (d) 完全な1組の測定値よりも少ない測定値を用い
て新たなNMRデータを収集する工程と、 (e) 前記新たなNMRデータから前記合成生データ
を減算して、修正された新たなNMRデータを発生する
工程と、 (f) 該修正された新たなNMRデータを変換して、
前記ビュー領域の一部の動的な画像を再構成する工程と
を備えたMRIシステムを用いて一連の画像を形成する
方法。 - 【請求項2】 (g) 前記静的な画像と前記動的な画
像とを結合させて、前記ビュー領域全体の更新された画
像を形成する工程を更に含んでいる請求項1に記載の方
法。 - 【請求項3】 工程(a)〜工程(g)は、一連の走査
において反復されて、対応する一連の更新された画像を
形成する請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 工程(d)において収集される前記新た
なNMRデータは、前記完全な1組の測定値の実質的に
2分の1であり、前記新たなNMRデータは、前記一連
の走査中に、前記完全な1組の測定値の第1の2分の1
と、前記完全な1組の測定値の第2の2分の1とを交互
に繰り返す請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】 工程(b)における前記変換は、フーリ
エ変換であり、前記完全な1組の測定値の各々の測定値
は、個別の位相エンコーディング・ビューである請求項
4に記載の方法。 - 【請求項6】 前記完全な1組の測定値の前記第1の2
分の1は、奇数番号の位相エンコーディング・ビューで
あり、前記完全な1組の測定値の前記第2の2分の1
は、偶数番号の位相エンコーディング・ビューである請
求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 工程(b)及び工程(c)は、工程
(d)において収集される新たなNMRデータを用いて
周期的に繰り返される請求項3に記載の方法。 - 【請求項8】 工程(b)は、前記収集されたNMRデ
ータを2次元でフーリエ変換して前記ビュー領域全体の
画像を形成することと、該画像の動的な部分をゼロに設
定することとを含んでいる請求項1に記載の方法。 - 【請求項9】 工程(c)は、1つの次元に沿って前記
静的な画像を逆フーリエ変換することを含んでいる請求
項8に記載の方法。 - 【請求項10】 工程(d)において収集される前記新
たなNMRデータは、工程(e)において前記合成生デ
ータが減算される前に、1つの次元に沿ってフーリエ変
換される請求項9に記載の方法。 - 【請求項11】 工程(a)及び工程(d)において収
集された前記データは、位相シフトされて、前記画像の
動的な部分を、シフトされたビュー領域の中央に向かっ
て移動させる請求項1に記載の方法。 - 【請求項12】 (a) 測定値の完全な1組で構成さ
れたNMRデータを収集する手段と、 (b) 収集された前記NMRデータを変換して、選択
されたビュー領域の静的な画像を再構成する手段と、 (c) 前記静的な画像から、前記ビュー領域の実質的
に静的な部分に位置している構造を示す合成生データを
発生する手段と、 (d) 完全な1組の測定値よりも少ない測定値を用い
て新たなNMRデータを収集する手段と、 (e) 前記新たなNMRデータから前記合成生データ
を減算して、修正された新たなNMRデータを発生する
手段と、 (f) 該修正された新たなNMRデータを変換して、
前記ビュー領域の一部の動的な画像を再構成する手段と
を備えたMRIシステムを用いて一連の画像を形成する
装置。
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