特許 7053572 複数勾配エコーＭＲＩにおける場変動の遡及的補正

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-04

(45)【発行日】2022-04-12

(54)【発明の名称】複数勾配エコーＭＲＩにおける場変動の遡及的補正

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/055 20060101AFI20220405BHJP

【ＦＩ】

A61B5/055 376

A61B5/055 311

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2019506522

(86)(22)【出願日】2017-08-03

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2019-10-03

(86)【国際出願番号】 EP2017069596

(87)【国際公開番号】W WO2018029063

(87)【国際公開日】2018-02-15

【審査請求日】2020-07-31

(31)【優先権主張番号】62/372,486

(32)【優先日】2016-08-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】590000248

【氏名又は名称】コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ

【氏名又は名称原語表記】Ｋｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ．

【住所又は居所原語表記】Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈ Ｃａｍｐｕｓ ５２， ５６５６ ＡＧ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

(74)【代理人】

【識別番号】110001690

【氏名又は名称】特許業務法人Ｍ＆Ｓパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】メイネケ ヤン ヤコブ

(72)【発明者】

【氏名】キャッシャー ウーリッヒ

(72)【発明者】

【氏名】ニールセン ティム

【審査官】後藤 順也

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３１４２９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／０７６０７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１０２８７９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／１６９３４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２２１９６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０９１０５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１２６７９５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／０５５

Ｇ０１Ｒ ３３／２０－３３／６４

ＰｕｂＭｅｄ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁気共鳴（ＭＲ）画像再構成方法を実施するためにコンピュータによって可読及び実行可能な命令を記憶した非一時的記憶媒体であって、前記ＭＲ画像再構成方法は、
再構成されたＭＲ画像を生成するために複数勾配エコーＭＲ撮像データの反復再構成を実施するステップであって、前記反復再構成が、前記複数勾配エコーＭＲ撮像データと前記再構成されたＭＲ画像とをリンクするモデルを使用し、前記モデルがパラメータ化磁場変動成分を含む、実施するステップと、
前記反復再構成を前記実施するステップの間に、前記モデルの前記パラメータ化磁場変動成分のパラメータに関して前記再構成されたＭＲ画像の偏導関数に依存するコスト関数を最適化するために、前記モデルの前記パラメータ化磁場変動成分の前記パラメータを更新するステップと
を有し、
前記パラメータ化磁場変動成分が、３つの直交空間軸の各々に沿った線形変動として磁場変動の空間変動をモデル化する、非一時的記憶媒体。

【請求項2】

前記パラメータ化磁場変動成分が

【数16】

を含み、ここで、Ｔ_Ｅがｋ空間ロケーションｋ（ｔ）における前記複数勾配エコーＭＲ撮像データのエコー時間であり、ω（ｒ，ｋ（ｔ））が前記パラメータ化磁場変動成分のパラメータを含む、請求項１に記載の非一時的記憶媒体。

【請求項3】

前記複数勾配エコーＭＲ撮像データと再構成されたＭＲ画像とをリンクする前記モデルが、

【数17】

を含み、
ここで、ｆ（ｒ，Ｔ_Ｅ）が前記再構成されたＭＲ画像であり、ｓ_ｃ（ｒ）及びその複素共役

【数18】

がＭＲ受信コイル感度をモデル化し、ＦＴがフーリエ変換を示し、ＦＴ^－１が逆フーリエ変換を示し、

【数19】

が、磁場変動によって破損した前記再構成されたＭＲ画像である、請求項２に記載の非一時的記憶媒体。

【請求項4】

磁気共鳴（ＭＲ）画像再構成方法を実施するためにコンピュータによって可読及び実行可能な命令を記憶した非一時的記憶媒体であって、前記ＭＲ画像再構成方法は、
再構成されたＭＲ画像を生成するために複数勾配エコーＭＲ撮像データの反復再構成を実施するステップであって、前記反復再構成が、前記複数勾配エコーＭＲ撮像データと前記再構成されたＭＲ画像とをリンクするモデルを使用し、前記モデルがパラメータ化磁場変動成分を含む、実施するステップと、
前記反復再構成を前記実施するステップの間に、前記モデルの前記パラメータ化磁場変動成分のパラメータに関して前記再構成されたＭＲ画像の偏導関数に依存するコスト関数を最適化するために、前記モデルの前記パラメータ化磁場変動成分の前記パラメータを更新するステップと
を有し、
前記パラメータ化磁場変動成分が、空間的に均一な時間磁場変動として磁場変動をモデル化し、前記パラメータ化磁場変動成分が

【数20】

を含み、ここで、Ｔ_Ｅがｋ空間ロケーションｋにおける前記複数勾配エコーＭＲ撮像データのエコー時間であり、ω（ｋ）が前記パラメータ化磁場変動成分のパラメータを含む、非一時的記憶媒体。

【請求項5】

前記複数勾配エコーＭＲ撮像データと再構成されたＭＲ画像とをリンクする前記モデルが、

【数21】

を含み、
ここで、

【数22】

が前記複数勾配エコーＭＲ撮像データであり、

【数23】

がＭＲ受信コイル感度をモデル化し、ＦＴ^－１が逆フーリエ変換を示し、ｆ（ｒ，Ｔ_Ｅ，ω（ｋ））が磁場変動によって破損した前記再構成されたＭＲ画像である、請求項４に記載の非一時的記憶媒体。

【請求項6】

前記パラメータ化磁場変動成分が、前記複数勾配エコーＭＲ撮像データを生成したＭＲ撮像データ取得の単一の繰返し時間（ＴＲ）にわたって時間的に一定であるものとして磁場変動をモデル化する、請求項１から５のいずれか一項に記載の非一時的記憶媒体。

【請求項7】

前記コスト関数が総変動（ＴＶ）コスト関数を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の非一時的記憶媒体。

【請求項8】

前記更新するステップが、前記コスト関数を最適化するために前記モデルの前記パラメータ化磁場変動成分の前記パラメータを更新するためにＢｒｏｙｄｅｎ－Ｆｌｅｔｃｈｅｒ－Ｇｏｌｄｆａｒｂ－Ｓｈａｎｎｏ（ＢＦＧＳ）アルゴリズムを適用するステップを有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の非一時的記憶媒体。

【請求項9】

記憶された前記命令が、
Ｒ_２ ^＊マップを生成するために前記再構成されたＭＲ画像を使用するＲ_２ ^＊マッピングと、
感受性強調撮像（ＳＷＩ）画像を生成するために前記再構成されたＭＲ画像を使用する感受性強調撮像（ＳＷＩ）と、
定量的感受性マッピング（ＱＭＳ）マップを生成するために前記再構成されたＭＲ画像を使用する定量的感受性マッピング（ＱＭＳ）と
のうちの１つ又は複数を実施するために、前記コンピュータによって更に可読及び実行可能である、請求項１から８のいずれか一項に記載の非一時的記憶媒体。

【請求項10】

コンピュータと、
再構成された磁気共鳴（ＭＲ）画像を生成するために複数勾配エコーＭＲ撮像データの反復再構成を実施するステップを有するＭＲ画像再構成方法を実施するために前記コンピュータによって可読及び実行可能な命令を記憶した非一時的記憶媒体であって、前記反復再構成が、前記複数勾配エコーＭＲ撮像データと前記再構成されたＭＲ画像とをリンクするモデルを使用し、前記モデルが、前記反復再構成の間に更新されるパラメータを含むパラメータ化磁場変動成分を含む、非一時的記憶媒体と
を備え、
前記反復再構成が、前記パラメータ化磁場変動成分の前記パラメータに関して前記再構成されたＭＲ画像の偏導関数に依存するコスト関数を最適化するために、前記反復再構成の間に前記モデルの前記パラメータ化磁場変動成分の前記パラメータを更新することを含み、
前記パラメータ化磁場変動成分が、３つの直交空間軸の各々に沿った線形変動として磁場変動の空間変動をモデル化する、ＭＲ画像再構成デバイス。

【請求項11】

前記パラメータ化磁場変動成分がω（ｒ，ｋ（ｔ））Ｔ_Ｅの関数を含み、ここで、Ｔ_Ｅがｋ空間ロケーションｋ（ｔ）における前記複数勾配エコーＭＲ撮像データのエコー時間であり、ω（ｒ，ｋ（ｔ））が前記パラメータ化磁場変動成分のパラメータを含み、前記パラメータ化磁場変動成分がω（ｒ，ｋ（ｔ））Ｔ_Ｅの指数関数を含む、請求項１０に記載のＭＲ画像再構成デバイス。

【請求項12】

前記パラメータ化磁場変動成分が、３つの直交空間軸の各々に沿った線形変動を含むものとしてω（ｒ，ｋ（ｔ））をモデル化する、請求項１１に記載のＭＲ画像再構成デバイス。

【請求項13】

コンピュータと、
再構成された磁気共鳴（ＭＲ）画像を生成するために複数勾配エコーＭＲ撮像データの反復再構成を実施するステップを有するＭＲ画像再構成方法を実施するために前記コンピュータによって可読及び実行可能な命令を記憶した非一時的記憶媒体であって、前記反復再構成が、前記複数勾配エコーＭＲ撮像データと前記再構成されたＭＲ画像とをリンクするモデルを使用し、前記モデルが、前記反復再構成の間に更新されるパラメータを含むパラメータ化磁場変動成分を含む、非一時的記憶媒体と
を備え、
前記反復再構成が、前記パラメータ化磁場変動成分の前記パラメータに関して前記再構成されたＭＲ画像の偏導関数に依存するコスト関数を最適化するために、前記反復再構成の間に前記モデルの前記パラメータ化磁場変動成分の前記パラメータを更新することを含み、
前記パラメータ化磁場変動成分が、空間的に均一な時間磁場変動として磁場変動をモデル化し、前記パラメータ化磁場変動成分が（ω（ｋ））Ｔ_Ｅの関数を含み、ここで、Ｔ_Ｅが、ｋ空間ロケーションｋにおける前記複数勾配エコーＭＲ撮像データのエコー時間であり、ω（ｋ）が前記パラメータ化磁場変動成分のパラメータを含む、ＭＲ画像再構成デバイス。

【請求項14】

前記パラメータ化磁場変動成分が、前記複数勾配エコーＭＲ撮像データを生成したＭＲ撮像データ取得の各繰返し時間（ＴＲ）にわたって時間的に一定であるものとして磁場変動をモデル化する、請求項１０から１３のいずれか一項に記載のＭＲ画像再構成デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

以下は、一般に、磁気共鳴（ＭＲ）撮像技術、勾配エコー（ＧＲＥ）ＭＲ撮像技術、及びＲ_２ ^＊マッピング、感受性強調撮像（ＳＷＩ：ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ）、又は定量的感受性マッピング（ＱＭＳ：ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ ｍａｐｐｉｎｇ）など、関係する撮像技術に関する。

【背景技術】

【0002】

勾配エコー（ＧＲＥ）磁気共鳴（ＭＲ）撮像技法は、比較的短い取得時間において高解像度３次元（３Ｄ）データを有利に取得する。しかしながら、ＧＲＥシーケンスは１８０°リフォーカシング無線周波数パルスがなく、したがって、磁場不均質性に敏感である。オフ共鳴効果に対する敏感性のために、呼吸又は他の対象の動きによって誘起される生理的変動は、関心組織がスキャンの持続時間の間静止したままである場合でもアーティファクトにつながることがある。これは、特に、感受性強調撮像（ＳＷＩ）、定量的感受性マッピング（ＱＭＳ）、又はＲ_２ ^＊マッピングなど、ＧＲＥベースの撮像技法において通常使用されるような長いエコー時間、たとえば、約数十ミリ秒において当てはまる。磁場変動は、それらが位相符号化の間に時間的に変動するので、追加の測定値を使用するために補正され得る。しかし、これは、追加のハードウェアを追加すること、及び／又はナビゲータエコーを追加することなど、取得シーケンスに追加を行うことを伴う。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

以下に、新規の改善されたシステム、デバイス、及び方法を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

１つの開示される態様では、非一時的記憶媒体は、磁気共鳴（ＭＲ）画像再構成方法を実施するためにコンピュータによって可読及び実行可能な命令を記憶する。再構成されたＭＲ画像を生成するために、複数勾配エコーＭＲ撮像データの反復再構成が実施される。反復再構成は、複数勾配エコーＭＲ撮像データと再構成されたＭＲ画像とをリンクするモデルを使用する。モデルは、パラメータ化磁場変動成分を含む。反復再構成の実施の間に、モデルのパラメータ化磁場変動成分のパラメータは、モデルのパラメータ化磁場変動成分のパラメータに関して再構成されたＭＲ画像の偏導関数に依存するコスト関数を最適化するために更新される。いくつかの実施形態では、パラメータ化磁場変動成分は、

【数1】

を含み、ここで、Ｔ_Ｅは、ｋ空間ロケーションｋ（ｔ）における複数勾配エコーＭＲ撮像データのエコー時間であり、ω（ｒ，ｋ（ｔ））はパラメータ化磁場変動成分のパラメータを含む。いくつかの実施形態では、パラメータ化磁場変動成分は、空間的に均一な時間磁場変動として磁場変動をモデル化し、パラメータ化磁場変動成分は、

【数2】

を含み、ここで、Ｔ_Ｅは、ｋ空間ロケーションｋにおける複数勾配エコーＭＲ撮像データのエコー時間であり、ω（ｋ（ｔ））はパラメータ化磁場変動成分のパラメータを含む。いくつかの実施形態では、パラメータ化磁場変動成分は、複数勾配エコーＭＲ撮像データを生成したＭＲ撮像データ取得の単一の繰返し時間（ＴＲ）にわたって時間的に一定であるものとして磁場変動をモデル化する。

【0005】

別の開示される態様では、ＭＲ画像再構成デバイスは、コンピュータと、ＭＲ画像再構成方法を実施するためにコンピュータによって可読及び実行可能な命令を記憶した非一時的記憶媒体とを備える。本方法では、再構成されたＭＲ画像を生成するために、複数勾配エコーＭＲ撮像データの反復再構成が実施される。反復再構成は、複数勾配エコーＭＲ撮像データと再構成されたＭＲ画像とをリンクするモデルを使用する。モデルは、反復再構成の間に更新されるパラメータを含むパラメータ化磁場変動成分を含む。いくつかの実施形態では、パラメータ化磁場変動成分はω（ｒ，ｋ（ｔ））Ｔ_Ｅの指数関数又は他の関数を含み、ここで、Ｔ_Ｅは、ｋ空間ロケーションｋ（ｔ）における複数勾配エコーＭＲ撮像データのエコー時間であり、ω（ｒ，ｋ（ｔ））はパラメータ化磁場変動成分のパラメータを含む。いくつかの実施形態では、パラメータ化磁場変動成分は、空間的に均一な時間磁場変動として磁場変動をモデル化し、たとえば、パラメータ化磁場変動成分はω（ｋ（ｔ））Ｔ_Ｅの関数を含み、ここで、Ｔ_Ｅは、ｋ空間ロケーションｋにおける複数勾配エコーＭＲ撮像データのエコー時間であり、ω（ｋ（ｔ））はパラメータ化磁場変動成分のパラメータを含む。ＭＲ画像再構成デバイスは、コンピュータと動作可能に接続されたディスプレイを更に備え、記憶された命令は、定量的感受性マッピング（ＱＭＳ）を実施し、ディスプレイ上にＱＭＳマップを表示するために、コンピュータによって更に可読及び実行可能であり、並びに／又はディスプレイ上に再構成されたＭＲ画像を表示するために、コンピュータによって更に可読及び実行可能である。

【0006】

別の開示される態様では、ＭＲ撮像デバイスは、複数勾配エコーＭＲ撮像データを取得するように構成されたＭＲスキャナと、ＭＲスキャナによって取得された複数勾配エコーＭＲ撮像データを再構成するために動作可能に接続された、直前の段落に記載されているＭＲ画像再構成デバイスとを備える。

【0007】

１つの利点は、再構成されたマルチ勾配エコー（マルチＧＲＥ）磁気共鳴画像における改善された画像品質にある。

【0008】

別の利点は、時間磁場変動に対する再構成されたマルチ勾配エコー（マルチＧＲＥ）磁気共鳴画像の改善されたロバストネスにある。

【0009】

別の利点は、空間的に均一な時間磁場変動に対する再構成されたマルチ勾配エコー（マルチＧＲＥ）磁気共鳴画像の改善されたロバストネスにある。

【0010】

別の利点は、追加のＭＲ撮像データの取得を必要とすることなしに、上記の画像品質利点及びロバストネス利点のうちの１つ又は複数を与えることにある。

【0011】

別の利点は、時間磁場変動の計算効率の良い補償を使用して上記の利点のうちの１つ又は複数を与えることにある。

【0012】

別の利点は、時間磁場変動によって引き起こされる画像劣化に特に敏感である、Ｒ_２ ^＊マッピング、感受性強調撮像（ＳＷＩ）、及び／又は定量的感受性マッピング（ＱＭＳ）のコンテキストにおいて上記の利点のうちの１つ又は複数を与えることにある。

【0013】

所与の実施形態は、上記の利点のいずれをも与えないか、又は上記の利点のうちの１つ、２つ、３つ以上又はすべてを与え、及び／或いは当業者が、本開示を読み、理解すると明らかになるような他の利点を与える。

【0014】

本発明は、様々な構成要素及び構成要素の配列での形態、並びに様々なステップ及びステップの配列での形態をとる。図面は、好ましい実施形態を示すためのものにすぎず、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。別段に記載されていない限り、図面は概略であり、異なる構成要素の相対的な寸法を縮尺するか、例示するためのものであると解釈されるべきではない。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】複数勾配エコー（マルチＧＲＥ）撮像を実施するように構成された磁気共鳴（ＭＲ）スキャナと、磁場変動補償を用いて再構成された画像を生成するためにマルチＧＲＥ撮像データを再構成するように構成された再構成デバイスとを含むＭＲ撮像システムを概略的に示す図である。

【図2】本明細書で報告される数値ファントム実験の場合の、正弦波的に変動する磁場オフセット＋線形ドリフトに対応するｋ空間データ変更をプロットする図である。

【図3】本明細書で報告される数値ファントム実験によって生成された数値ファントム再構成画像を提示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本明細書で開示されるいくつかの例示的な実施形態では、再構成されたＭＲ画像を生成するために、複数勾配エコー（マルチＧＲＥ）ＭＲ撮像データの反復再構成が実施される。反復再構成は、複数勾配エコーＭＲ撮像データと再構成されたＭＲ画像とをリンクするモデルを使用する。モデルは、パラメータ化磁場変動成分を含む。反復再構成を実施する間に、モデルのパラメータ化磁場変動成分のパラメータは、モデルのパラメータ化磁場変動成分のパラメータに関して再構成されたＭＲ画像の偏導関数に依存するコスト関数を最適化するために更新される。

【0017】

マルチＧＲＥ撮像の特性のアプリオリな知識を活用するパラメータ化モデルを使用することによって、計算効率の良いやり方で、時間磁場変動補償が実施され得る。たとえば、パラメータ化磁場変動成分は、磁場変動が単一の繰返し時間（ＴＲ）にわたって比較的一定であるはずであるという予想において、複数勾配エコーＭＲ撮像データ取得の単一のＴＲにわたって一定であるとして磁場変動をモデル化する。追加又は代替として、パラメータ化磁場変動成分は、３つの直交空間軸の各々に沿った線形変動を有するパラメータを採用する。これは、多数のモデルパラメータを導入することなしに、空間的に変動する時間磁場変動のより正確な補償を与える。

【0018】

図１を参照すると、磁気共鳴（ＭＲ）スキャナ１０は、（例示的な例では水平ボア１４として配置された）検査領域１４において静（Ｂ_０）磁場を生成するように配置された磁石（ただし、一般的には、必ずしも超伝導とは限らない）と、たとえば、直交するｘ、ｙ、及びｚ方向に沿って磁場勾配を生成するための磁場勾配コイルのセットとを含む構成要素（図示せず）を含んでいるか又はその上に取り付けられたハウジング１２を含む。磁気共鳴を励起し、読み取るために、脳撮像の場合のヘッドコイルなど、１つ又は複数の無線周波数コイル（ＲＦコイル、図示せず）が採用される。ＭＲスキャナ１０は、一般的にマイクロプロセッサ又は他のプログラマブル電子プロセッサを含むコンピュータ又は他の電子デバイスであるＭＲコントローラ１６を更に含むか、又はＭＲコントローラ１６と動作可能に接続される。一般的な動作パラダイムでは、超伝導磁石は、検査領域１４において（名目上）空間的に及び時間的に一定のＢ_０磁場を作り出すためにランプされ、安定させられ、ＭＲコントローラ１６は、^１Ｈ原子又は撮像対象の他の標的核（たとえば、磁気共鳴脳撮像の場合、医療患者の脳）において磁気共振周波数における核磁気共鳴を励起するように（１つ又は複数の）ＲＦコイルを制御し、励起された磁気共鳴を空間的に符号化し、及び／又は勾配エコーなどを生成するように磁場勾配コイルを制御し、励起された磁気共鳴を読み取るように（１つ又は複数の）ＲＦコイルを制御する。得られたＭＲ撮像データは、ＭＲ撮像データストレージ１８、たとえばハードディスクドライブ、ＲＡＩＤディスクアレイ、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などに記憶される。

【0019】

本明細書で開示される例示的な実施形態では、ＭＲコントローラ１６は、詳細には、複数勾配エコー（マルチＧＲＥ）ＭＲ撮像取得シーケンスを実行するためにＭＲスキャナ１０を動作させるようにプログラムされる。ＧＲＥシーケンスでは、反対の極性の磁場勾配が、勾配エコーを生成するために順次適用され、マルチＧＲＥでは、このプロセスは、複数勾配エコーＭＲ撮像データ取得の単一の繰返し時間（ＴＲ）の過程にわたってそれぞれのエコー時間（ＴＥ）において、対応する２つ又はそれ以上の連続勾配エコーを生成するために２回又はそれ以上繰り返される。マルチＧＲＥシーケンスは、たとえば、脳或いは別の標的器官又は組織の急速なＲ_２ ^＊マッピング、感受性強調撮像（ＳＷＩ）、及び／又は定量的感受性マッピング（ＱＭＳ）を実施するために使用され得る。たとえば、一般的なＳＷＩ又はＱＭＳ取得では、各ＲＦ励起パルスは、そのＲＦ励起のためのＴＲにわたって所与の位相符号化ステップを用いて連続ＴＥ値における複数の勾配エコーを生成するために操作される。これは、３Ｄ画像ｆ（ｒ，Ｔ_Ｅ）を取得するために連続位相符号化ステップの間繰り返され、ここで、ｒは空間位置を示し、Ｔ_Ｅは（本明細書ではＴＥとして示されることもある）エコー時間である。所与の空間位置の場合、Ｔ_Ｅの関数としての信号減衰は、Ｔ_２ ^＊減衰（又は等価的にＲ_２ ^＊緩和）の測度を与え、したがって、Ｒ_２ ^＊マッピングを可能にする。ＳＷＩ及びＱＭＳは、（脳撮像において）小さい出血、急速な脈管形成を呈する腫瘍、或いはいくつかの他のタイプの脳損傷又は異常についての臨床的に有用なコントラストを与える、感受性強調画像又は定量的感受性マップを作り出すために、画像フィルタ処理及び／又は他の画像処理とともに、連続ＴＥ値における、位相画像、又は大きさと位相の両方を含む複素画像を活用する関係技法である。これらの撮像技法では、（いくつかの撮像シーケンスにおいて数十ミリ秒程度の）長いＴＥ時間は、通常、感受性効果に対する感度を向上させるために使用される。しかしながら、ＧＲＥ撮像における長いＴＥ時間とスピンリフォーカシングの欠如との組合せにより、Ｒ_２ ^＊マッピング、ＳＷＩ、及びＱＭＳ撮像が、時間磁場変動による画像品質劣化に敏感であるという結果になる。

【0020】

引き続き図１を参照すると、ＭＲ画像再構成デバイス２０が、適切にプログラムされたコンピュータ２２、又は他の適切にプログラムされた電子データ処理デバイスを介して実施される。その上、開示されるＭＲ画像再構成技法の一実施形態は、開示される再構成を実施するためにコンピュータ２２によって可読及び実行可能な命令を記憶した非一時的記憶媒体として具現される。非一時的記憶媒体は、非限定的な例示的な例として、ハードディスクドライブ又は他の磁気記憶媒体、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）又は他の電子記憶媒体、光ディスク又は他の光記憶媒体、それらの様々な組合せなどである。ＭＲ画像再構成デバイスは、再構成されたＭＲ画像を生成するために、ストレージ１８に記憶されたマルチＧＲＥ撮像データを処理し、再構成されたＭＲ画像は、いくつかの実施形態では、ディスプレイ２４上に表示される、Ｒ_２ ^＊、ＳＷＩ、及び／又はＱＭＳ画像を含む。ＭＲ画像再構成デバイス２０は、ＦＯＶ外の対象の動きによって誘起される、たとえば呼吸によって引き起こされる、場変動のためのＭＲ画像の遡及補正を組み込んだ反復画像再構成を実施する。単一のＴＲの短い読出しの間に生理的動きが止められたと見なされ得るので、同時にすべての取得されたエコーについてのデータに基づいて所与の位相符号化ステップについて（又はより一般的には、単一のＴＲについて）、データ補正のためのパラメータが推定される。

【0021】

図１に概略的に示されているように、場変動補正を用いたＭＲ画像再構成は、取得されたマルチＧＲＥ撮像データ（通常、未加工ｋ空間データの形態）を再構成されたＭＲ画像に接続する順方向モデル３０を採用する。順方向モデル３０は、時間磁場変動を補償するパラメータ化磁場変動成分３２を含む。反復再構成プロセスの各反復は、更新された再構成された画像３６を生成するために、再構成された画像を、再構成された画像と、逆フーリエ変換を介して画像空間に変換されたモデルデータとの間の差分を低減するように調整する反復ステップ３４を伴う。反復プロセスとして、プロセスフロー３８は、（たとえば、反復間の改善がしきい値を下回ることによって定義されるように、又は何らかの他の停止基準に従って）最終画像に到達されるまで、再構成された画像３６を反復的に改善するために反復ステップ３４を反復的に繰り返すためにループバックする。画像空間において動作するのではなく、モデル３０は、代わりに、たとえば、再構成された画像に順方向フーリエ変換を適用することと、ｋ空間における撮像データと比較することとによって、ｋ空間において動作する。反復プロセスを開始するために、初期画像推定値３６_０が採用され、初期画像推定値３６_０は、アプリオリ情報が利用可能でない場合に均一な画像である（及び初期条件バイアスを反復再構成に導入する可能性を有利に回避する）か、又はアプリオリな画像推定値が利用可能である場合にそのような画像推定値である。

【0022】

再構成プロセスはまた、時間磁場変動を補償するパラメータ化磁場変動成分３２のパラメータを反復的に調整する。この目的で、モデル３０のパラメータ化磁場変動成分３２のパラメータに関して、再構成されたＭＲ画像３６の偏導関数に依存する、好適なコスト関数４０が採用される。好適な実施形態では、コスト関数４０は、再構成された画像３６の画像品質と、パラメータ化磁場変動成分３２のパラメータに関するそれのヤコビアン（Ｊａｃｏｂｉａｎ）とを測定する。更新ステップ４２では、パラメータ化磁場変動成分３２のパラメータは、コスト関数４０の値を低減するために変更（すなわち、更新）される。別の見方をすると、順方向モデル３０は画像再構成パイプラインであり、（コイルアレイを採用する撮像の場合）コイル結合と、フーリエ変換及び／又は逆フーリエ変換とを適切に含む。コスト関数４０は、たとえば、（ここで、パラメータ化磁場変動成分３２のパラメータに関して）画像勾配の係数の１ノルムとして定義される総変動コスト関数として実施される。他の空間勾配ベースコスト関数が、コスト関数４０として採用され得る。パラメータ更新ステップ４２は、たとえば、制約なし非線形最適化問題を解決するための反復法であるＢｒｏｙｄｅｎ－Ｆｌｅｔｃｈｅｒ－Ｇｏｌｄｆａｒｂ－Ｓｈａｎｎｏ（ＢＦＧＳ）アルゴリズムを採用する。

【0023】

引き続き図１を参照すると、最後に更新されて再構成された画像３６は、最終再構成された画像である。これは直接使用され、たとえば、選定されたＴＥ値における画像が表示される。臨床評価作業の場合、最終の再構成された画像を処理すること、たとえば、Ｒ_２ ^＊マップ５０、及び／又は感受性強調撮像（ＳＷＩ）によって生成された感受性強調画像５２、及び／又は定量的感受性マッピング（ＱＭＳ）によって生成された定量的感受性マップ５４を生成し、ディスプレイ２４上に表示することはより有用である。

【0024】

以下では、例示的な例が説明される。この例は、補償されるべき時間的に変動する磁場変動が空間的に均一であると仮定する。この仮定の下で、統合されたパラメータ化磁場変動成分３２をもつモデル３０は、次のように適切に実施される。

【数3】

式（１）のモデルでは、ＦＴ^－１は逆フーリエ変換を示し、

【数4】

は、ｃ番目のチャネルについてのコイル感度を表し（たとえば、コイルアレイのｃ番目のコイルはＭＲ読出しにおいて使用され、上付き「^＊」は複素共役を示す）、

【数5】

は、ｃ番目のチャネルについて測定されるｋ空間データである。所与のエコー時間ＴＥについて取得されるｋ空間データ上で空間的に均一変動する磁場オフセットω（ｔ）の効果が、

【数6】

によって与えられるパラメータ化磁場変動成分３２によって表され、ここで、

【数7】

は理想的な（すなわち場変動がない）信号であり、

【数8】

は、時間的に変動するが（この例では）空間的に均一な磁場変動によって破損した信号である。パラメータは、項ω（ｋ（ｔ））である。ここでは、ω（ｋ（ｔ））はすべてのエコーについて同じであり、すなわち、空間変動が、繰返し時間ＴＲにわたって明らかに変化しないと仮定されるので、パラメータは、式（１）においてω（ｋ）として書かれている。コスト関数４０は、非限定的な例として、各エコーについての総変動（ＴＶ）の和であり、以下に従って計算される。

【数9】

ここで、演算子

【数10】

は、パラメータ化磁場変動成分３２のパラメータに対するそれぞれの勾配演算子であり、その勾配演算子は、各エコーＴＥについての再構成された画像ｆ（Ｔ_Ｅ）（式（１）において、ただしエコーＴ_Ｅの場合にのみ、与えられる破損を伴う再構成された画像）と、外部総和（ｏｕｔｅｒ ｓｕｍｍａｔｉｏｎ）によってすべてのエコーにわたって加算された結果とに適用される。パラメータω（ｋ）の最適選定を見つけるために式（３）のコスト関数を最小限に抑えるために、省メモリＢＦＧＳアルゴリズムなど、好適な最小化アルゴリズムが採用される。

【0025】

図２及び図３を参照すると、式（１）～（３）の例を、球体からなる数値ファントムについてテストした。いくつかのエコー時間においてｋ空間データを生成するために人工コイル感度を使用し、付加雑音が３０の信号対雑音比（ＳＮＲ）に対応する。ｋ空間データを、図２に示されているように、正弦波的に変動する磁場オフセット＋線形ドリフトに対応して変更した。最小化アルゴリズムは、図３中で提示される数値ファントム結果に示されているように、場変動に起因するアーティファクトを低減し、場変動を近似的に復元することが可能であった。図３は、図３の下側の列ラベルで示されている様々なエコー時間について、場変動によって破損したデータ（図３の上側の行）と、補正されたデータ（図３の下側の行）とについてグランドトゥルースに関する強度画像（ｍａｇｎｉｔｕｄｅ ｉｍａｇｅ）の差分を示す。

【0026】

前の例は、時間的に変動するが、空間的に均一な磁場変動を仮定する。次に、時間磁場変動の空間的な均一性の仮定を緩和する、より一般的な例示的な例が提示される。ここで、場変動による破損がない（最新の更新の）再構成された画像は、空間的位置ｒとエコー時間Ｔ_Ｅとの関数であるｆ（ｒ，Ｔ_Ｅ）として示される。次いで、空間的及び時間的に変動する場変動、ω（ｒ，ｋ（ｔ））によって破損した画像は、次のモデルによって適切に表される。

【数11】

式（４）において、ＦＴはフーリエ変換であり、ＦＴ^－１は逆フーリエ変換であり、ｓ_ｃ（ｒ）（及びそれの複素共役

【数12】

）は、同じくコイル感度をモデル化する。式（４）において、指数因子

【数13】

は、追加のオフ共鳴によって引き起こされる測定された磁化に対する効果（すなわち、この例では、空間的に均一であると仮定されない、時間的に変動する磁気変動ｂ_０）を表すパラメータ化磁場変動成分３２であり、したがって、いかなる時間ｔにおいても、ω＝γｂ_０であり、ここで、γは磁気回転比であり、ｂ_０は、テスラ単位の場変動である。定義によれば、時間に対するｂ_０の平均は０である。

【0027】

空間的に均質の場変動の場合、式（５）の指数項は、フーリエ変換外でとられ得、空間的に均一な時間的に変動する磁場変動について、式（１）のモデルにつながる。

【0028】

磁場変動が空間的にも変動すると仮定される一般的な場合では、撮像される磁化分布がすでに知られていなければならないという点で、困難が生じる。この困難に対処するための１つの手法は、破損したデータを使用して生成される画像から開始し、最も好適な補正パラメータを決定するために反復再構成を適用することである。別の手法は、場変動の空間成分をモデル化することである。一般に、多くとも、３つの空間軸（たとえば、ｘ、ｙ、及びｚ）に沿った磁場変動の線形空間依存が、マルチＧＲＥ脳撮像において観測される。画像空間における線形位相増加は平行移動して、ｋ空間における同じ軸に沿った傾斜に比例するシフトになる。したがって、線形的に空間的に変動する場変動の効果は、ｋ空間における測定されたデータを数学的にリサンプリングすることによって表され得る。線形空間成分のこのモデルを使用して、式（４）は、次のように書き直され得る。

【数14】

式（６）において、式（５）のパラメータ化磁場変動成分３２は、演算子

【数15】

として書かれており、それは、線形的に変動する位相寄与の場合の均質場変動及びｋ空間シフトをモデル化するために、指数関数での乗算を実施する。式（６）によって、測定されたｋ空間データから直接補正画像の計算が達成され、したがって、式（３）の例示的なコスト関数の効率的な計算が達成され得る。コスト関数を最小限に抑えることは、空間的に均一な磁場変動例についてすでに説明されたように、時間の関数として、改善された画像及び推定された場変動を生じる。

【0029】

３つの直交する空間軸の各々に沿った線形変動として、たとえば、式（６）に従って、空間変動をモデル化するときに、これらの軸のうちの１つ又は複数に沿った線形変動は、０傾斜を有するものとしてモデル化され得、すなわち、その軸に沿って空間的に変動しないものとしてモデル化され得ることに留意されたい。

【0030】

上記の得られた例は例示にすぎない。他のモデルが採用され得る。たとえば、式（１）、（４）、又は（６）の例示的なモデルは、ｋ空間におけるサブサンプリングを含むように拡張され得る。特定の例として、ＳＥＮＳＥ再構成、より一般的には、他の並列撮像技法が組み込まれ得る。

【0031】

総変動（ＴＶ）がコスト関数４０の例示的な例として使用されるが、他のコスト関数が、前に説明されたように企図される。更に、マルチＧＲＥ脳撮像、より詳細には、Ｒ_２ ^＊、ＳＷＩ、及び／又はＱＭＳ脳撮像が例示的な例として本明細書で説明されるが、変動する磁場変動を時間的に（及び随意に空間的にも）補償するための開示される技法は、実質的に任意の撮像対象の任意のタイプのマルチＧＲＥ撮像、たとえば、人間対象の他の解剖学的領域の撮像、或いは犬又は猫又は他の獣医学の対象の脳又は他の解剖学的領域の撮像などにおいて採用され得ることが了解されよう。

【0032】

本発明は、好ましい実施形態に関して説明された。上記の詳細な説明を読み、理解した他者は、変更及び改変に想到する。本発明は、すべてのそのような変更及び改変が、添付の特許請求の範囲又はそれの均等物の範囲内に入る限りにおいて、それらの変更及び改変を含むものと解釈されるものである。

【図1】

【図2】

【図3】