特表 2023-541775 ボリュームを網羅する拡散強調磁気共鳴画像のシーケンスを取得し再構成する方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-04

(54)【発明の名称】ボリュームを網羅する拡散強調磁気共鳴画像のシーケンスを取得し再構成する方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/055 20060101AFI20230927BHJP

【ＦＩ】

A61B5/055 382

A61B5/055 312

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023505414

(86)(22)【出願日】2020-07-31

(85)【翻訳文提出日】2023-03-24

(86)【国際出願番号】 EP2020071673

(87)【国際公開番号】W WO2022022836

(87)【国際公開日】2022-02-03

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】500449363

【氏名又は名称】マックス－プランク－ゲゼルシャフト ツール フェルデルンク デル ヴィッセンシャフテン エー．ファウ．

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100173716

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 真理

(72)【発明者】

【氏名】フラーム、イェンス

(72)【発明者】

【氏名】フォイト、ディルク

(72)【発明者】

【氏名】カレンテフ、オレクサンドル

【テーマコード（参考）】

4C096

【Ｆターム（参考）】

4C096AA17

4C096AB12

4C096AD06

4C096BA05

4C096BA13

4C096BB02

4C096DA13

4C096FB01

(57)【要約】

被写体の拡散強調磁気共鳴（ＭＲ）画像の複数のシーケンスを生成する方法が説明され、ＭＲ画像の前記シーケンスはそれぞれ、被写体のボリュームを網羅する、同じ一連の連続する断面スライスを表す。本方法は、（ａ）磁気共鳴撮像装置における少なくとも１つのラジオ周波数受信用コイルを使用して収集される、画像生データの組の複数のシーケンスを提供するステップであって、画像生データの各組は、拡散符号化勾配による、結合された拡散強調スピンエコーとシングルショット刺激エコーとのシーケンスで生成されるデータサンプルを含む、ステップと、（ｂ）拡散強調のない又は低拡散強調のコイル感度及びＭＲ画像のシーケンスを提供するために、ゼロ強度又は低強度の拡散符号化勾配で生成された画像生データの組のシーケンスを、正則化非線形逆再構成プロセスで処理するステップと、（ｃ）拡散強調のない又は低拡散強調のＭＲ画像のシーケンス、及び高強度のＭＲ画像のシーケンスを提供するために、ゼロ又は低強度及び高強度の拡散符号化勾配を有する画像生データの組の全シーケンスを、正則化線形逆再構成プロセスで処理するステップであって、各ＭＲ画像は、断面スライスのうちの１つを表し、ステップ（ｂ）で同じ断面スライスに対して決定された少なくとも１つの受信用コイルの感度を使用して生成され、且つ現時点の画像コンテンツの推定と、隣接する断面スライスの画像コンテンツの推定との相違に依存して生成される、ステップとを含む。さらに、被写体の拡散強調ＭＲ画像のシーケンスを生成するＭＲＩ装置が説明される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

調査中の被写体の拡散強調磁気共鳴（ＭＲ）画像の複数のシーケンスを生成する方法であって、前記ＭＲ画像のシーケンスのそれぞれは、前記調査中の被写体のボリュームを網羅する、同じ一連の連続する断面スライスを表し、
（ａ）磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置における少なくとも１つのラジオ周波数受信用コイルを使用して収集される、画像生データの組の複数のシーケンスを提供するステップであって、
画像生データの各組は、再構成される前記ＭＲ画像のうちの１つの画像コンテンツを含み、
画像生データの各組は、前記断面スライスのうちの１つを示し、
画像生データの各組は、拡散符号化勾配による、結合された拡散強調スピンエコーとシングルショット刺激エコーとのシーケンスで生成される複数のデータサンプルを含み、前記結合されたシーケンスは、非カーテシアンｋ空間トラジェクトリを使用して、前記少なくとも１つのラジオ周波数受信用コイルで受信したＭＲＩ信号を空間符号化し、
前記画像生データの組の複数のシーケンスの前記拡散符号化勾配は、少なくとも２つの異なる強度と、少なくとも３つの異なる方向とを有し、生データの組の前記シーケンスのうちの１つはゼロ強度又は低強度の拡散符号化勾配で生成され、生データの組の別のシーケンスは、高強度の拡散符号化勾配で生成され、
画像生データの各組は、等価の空間周波数コンテンツを有するｋ空間内に、一組の均一に分散した行を含み、
前記画像生データの各組の行は、前記ｋ空間の中心を横切って空間周波数の連続範囲を網羅し、
前記画像生データの各組の行の数は、画像生データの各組が、ナイキスト－シャノンのサンプリング定理で規定されたサンプリングレート制限未満でアンダーサンプリングされるように選択され、
前記画像生データの各組の前記行の位置は、画像生データの組において、隣接する断面スライスとは異なる、ステップと、
（ｂ）拡散強調のない又は低拡散強調のコイル感度及びＭＲ画像のシーケンスを提供するために、ゼロ強度又は低強度の拡散符号化勾配で生成された画像生データの組のシーケンスを、正則化非線形逆再構成プロセスで処理するステップであって、前記画像はそれぞれ、前記断面スライスのうちの１つを表し、前記少なくとも１つの受信用コイルの感度と前記画像コンテンツとの同時推定によって、且つ前記少なくとも１つの受信用コイルの前記感度及び前記画像コンテンツの現時点の推定と、隣接する断面スライスの前記少なくとも１つの受信用コイルの前記感度及び前記画像コンテンツの推定との相違に依存して生成される、ステップと、
（ｃ）拡散強調のない又は低拡散強調のＭＲ画像のシーケンスと、高強度のＭＲ画像のシーケンスとを提供するために、ゼロ又は低強度の拡散符号化勾配、及び高強度の拡散符号化勾配を有する画像生データの組の全シーケンスを、正則化線形逆再構成プロセスで処理するステップであって、前記ＭＲ画像はそれぞれ、前記断面スライスのうちの１つを表し、ステップ（ｂ）で前記同じ断面スライスと決定された前記少なくとも１つの受信用コイルの前記感度を使用して、且つ前記画像コンテンツの現時点の推定と、隣接する断面スライスの前記画像コンテンツの推定との相違に依存して生成される、ステップと、
を含む方法。

【請求項2】

（ｄ）ＭＲ画像の前記シーケンスを、前記調査中の被写体の量的マップの計算で処理するステップであって、
勾配方向にわたって平均化された平均拡散強調ＭＲＩ信号、
拡散特性の表示、特に拡散テンソル、
前記拡散テンソルの追跡、
見かけ拡散係数、
異方性比率、及び
拡散方向の表示、特に主拡散方向
のうちの少なくとも１つのピクセルワイズ計算を含む、ステップ
を更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

ステップ（ｂ）及び（ｃ）のうちの少なくとも１つの前記再構成プロセスは、画像アーチファクトを抑制するフィルタリングプロセスを含む、
請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記フィルタリングプロセスは、各ＭＲ画像に空間フィルタ、特に、ノンローカルミーンフィルタを適用するステップを含む、
請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記画像生データの各組の行の数が、結果として生じるアンダーサンプリングの程度が少なくとも５倍になるように、特に、少なくとも１０倍になるように選択される、
請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記画像生データの各組の行の数が、最大でも３０、特に最大でも２０である、
請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記画像生データの各組の行は、隣接する断面スライスの画像生データの前記組の前記行が、所定の角変位で互いに対して回転されるように選択される、
請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記ゼロ又は低強度の前記拡散符号化勾配の強度が、１００ｓ ｍｍ^－２のｂ値以下、特にゼロである、
請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記画像生データの各組の収集が、周波数選択的飽和用のラジオ周波数パルス及び磁場勾配モジュールに先行される、
請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記画像生データの組のシーケンスが、
前記少なくとも１つの受信用コイルを備える前記ＭＲＩ装置内に前記被写体を配置し、前記被写体を前記結合された拡散強調スピンエコーとシングルショット刺激エコーとのシーケンスで処理し、前記少なくとも１つの受信用コイルを使用して前記画像生データの組のシーケンスを収集するステップ、及び
遠隔のＭＲＩ装置から収集したデータを送信することによって、前記画像生データの組のシーケンスを受信するステップ、
のうちの少なくとも１つによって提供される、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

調査中の被写体の拡散強調ＭＲ画像のシーケンスを生成するように構成されるＭＲＩ装置であって、
主磁場装置と、少なくとも１つのラジオ周波数励起コイルと、３つの磁場勾配コイルと、少なくとも１つのラジオ周波数受信用コイルとを含むＭＲＩスキャナと、
請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法で、前記画像生データの組の複数のシーケンスを収集し、且つ前記ＭＲ画像のシーケンスを再構成する、前記ＭＲＩスキャナを制御するように適合される、制御装置と、
を備えるＭＲＩ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、拡散コントラストを含む磁気共鳴（ＭＲ）画像のシーケンスを生成する方法、特に、取得し再構成する方法に関し、ＭＲ画像は直接隣接する断面のボリュームを網羅し、磁場不均一性に対する非感受性及び向上した画像品質を提供する。さらに、本発明は、この方法を実施するように構成された、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置に関する。本発明の用途は、ＭＲ撮像、特に、医用ＭＲ撮像（例えば、脳の撮像又は前立腺の撮像）或いは自然科学における医療用でない調査（例えば、工作物の調査）の分野を網羅する。

【背景技術】

【0002】

本明細書では、本発明の技術背景を説明する以下の先行技術、特に、ＭＲ画像の取得及び再構成に関する先行技術が参照される。
［１］Ｖ．Ｂａｌｉｙａｎ ｅｔ ａｌ．ｉｎ ’’Ｗｏｒｌｄ Ｊ Ｒａｄｉｏｌ’’ ８：７８５－７９８，２０１６；
［２］Ｃ．Ｓ．Ｓｃｈｏｕｔｅｎ ｅｔ ａｌ．ｉｎ ’’Ｑｕａｎｔ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｍｅｄ Ｓｕｒｇ’’ ４：２３９－２５０，２０１４；
［３］Ｋ．Ｈｉｒａｔａ ｅｔ ａｌ．ｉｎ ’’Ｍｅｄｉｃｉｎｅ’’ ９７：１９（ｅ０４４７），２０１８；
［４］米国特許第４７４８４０９号明細書（Ｊ．Ｆｒａｈｍ ｅｔ ａｌ．）；
［５］Ｊ．Ｆｒａｈｍ ｅｔ ａｌ．ｉｎ ’’Ｊ Ｍａｇｎ Ｒｅｓｏｎ’’ ６５：１３０－１３５，１９８５；
［６］Ｋ．Ｄ．Ｍｅｒｂｏｌｄｔ ｅｔ ａｌ．ｉｎ ’’Ｍａｇｎ Ｒｅｓｏｎ Ｍｅｄ’’ ２３：１７９－１９２，１９９２；
［７］Ｕ．Ｇ．Ｎｏｌｔｅ ｅｔ ａｌ．ｉｎ ’’Ｍａｇｎ Ｒｅｓｏｎ Ｍｅｄ’’ ４４：７３１－７３６，２０００；
［８］Ａ．Ａ．Ｋｈａｌｉｌ ｅｔ ａｌ．ｉｎ ’’ＰＬｏＳ ＯＮＥ’’ １１：ｅ０１６１４１６，２０１６；
［９］Ａ．Ｂ．Ｂａｋｕｓｈｉｎｓｋｙ ａｎｄ Ｍ．Ｙ．Ｋｏｋｕｒｉｎ ’’Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ’’ Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，Ｄｏｒｄｒｅｃｈｔ，Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ，２００５；
［１０］Ａ．Ｍｅｒｒｅｍ ｅｔ ａｌ．ｉｎ ’’Ｉｎｖｅｓｔ Ｒａｄｉｏｌ’’ ５２：４２８－４３３，２０１７；
［１１］Ａ．Ｍｅｒｒｅｍ，Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ ’’Ｕｎｄｅｒｓａｍｐｌｅｄ Ｒａｄｉａｌ ＳＴＥＡＭ ＭＲＩ Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ’’，Ｇｅｏｒｇ－Ａｕｇｕｓｔ－Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｇｏｅｔｔｉｎｇｅｎ，２０１８；
［１２］Ａ．Ｍｅｒｒｅｍ ｅｔ ａｌ．ｉｎ ’’ＮＭＲ Ｂｉｏｍｅｄ’’ ３２，ｄｏｉ：１０．１００２／ｎｂｍ．４０７４，２０１９；
［１３］米国特許第８３８４３８３号明細書（Ｊ．Ｆｒａｈｍ ｅｔ ａｌ．）；
［１４］Ｍ．Ｕｅｃｋｅｒ ｅｔ ａｌ．ｉｎ ’’ＮＭＲ Ｂｉｏｍｅｄ’’ ２３：９８６－９９４，２０１０；及び
［１５］Ｊ．Ｆｒａｈｍ ｅｔ ａｌ．ｉｎ ’’Ｔｈｅ Ｏｐｅｎ Ｍｅｄ Ｉｍａｇｉｎｇ’’ Ｊ ８：１－７，２０１４．

【0003】

拡散強調（ＤＷ）磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）は、ＭＲ画像の信号強度を変更することによって、水分子の自己拡散及び／又は移送等の動的な分子プロセスに関する情報を提供するＭＲＩ法として知られている。正常な組織と病変のある組織とでは拡散特性が異なるため、この技法は臨床治療との関連性が高く、従って正常な脳組織と虚血性脳組織（即ち脳卒中）、又は正常な組織と腫瘍性組織（即ち癌）の診断に関連するコントラストになる。

【0004】

ＭＲＩ信号の拡散符号化は一般にＤＷスピンエコーシーケンスによって実現され、該シーケンスは、２つのラジオ周波数パルスと、自己補償型の強い磁場勾配の組とを含む。スピンエコーシーケンスは通常、初期励起ラジオ周波数パルス、スピンエコー時間の半分の持続時間ＴＥ／２を伴う第１の間隔、再収束ラジオ周波数パルス、及び（初期励起パルスの中心に対して）時間ＴＥでスピンエコーが形成される前の、別の間隔ＴＥ／２を含む。拡散符号化では、スピンエコーシーケンスは、通常は一対の同一の磁場勾配によって、２つのスピンエコー間隔のそれぞれに１つの勾配が印加されて補完される。このような勾配は、単極性の勾配であっても双極性の勾配であってもよいが、より複雑な勾配波形も可能である。動きがない場合、即ち水分子の空間変位がない場合、水プロトンの核スピンモーメントは、スピンエコー信号内に完全に再収束しており、従って、Ｔ２緩和によってのみ減衰される、最大のスピンエコー信号強度を与える。しかしながら、分子の拡散又は移送が存在する場合、スピンエコー信号は、より低減されるが、これは、励起した水プロトンが、磁場強度が異なる場所に移動するときに、或いはより正確には、第１のスピンエコー間隔における符号化拡散勾配の印加と、第２のスピンエコー間隔における同一の再収束拡散勾配の印加との間に水プロトンが移動するときに、スピンモーメントの完全な再収束が妨害されるためである。関連する「拡散時間」は、スピンエコーシーケンスの第１の間隔及び第２の間隔における、このような互いに補償する勾配(の中央)間の持続時間である。

【0005】

分子移送プロセスによる位置の変位は、微視的なスケールで非常に小さいため、ＤＷ ＭＲＩは、ＤＷ画像と非ＤＷ画像（即ち、拡散符号化勾配以外は同一条件での画像取得）との間で十分なコントラスト（即ち信号強度差）を確実に得るために、通常は非常に強い拡散符号化勾配を使用する。拡散強調が異なるこのような画像は、関連する拡散特性、例えば、見かけ拡散係数（ＡＤＣ）の量的マップの計算に使用される。

【0006】

しかしながら同時に、強い磁場勾配により、使用可能なＤＷ ＭＲＩ技法が、（肉眼的な）運動に対して非常に鋭敏になる。例えば、医用撮像ではこの問題は、呼吸、心拍、又は蠕動による動き同様、不随意の身体動作に関わる。したがって、拡散符号化スピンエコーシーケンスを高速の（好ましくはシングルショットの）読出しＭＲＩシーケンスと組み合わせるのが標準的な実施であり、その結果、実際の状態を効果的に「フリーズ」させたＤＷ画像、即ち動きに誘発されたアーチファクトがない画像になる。過去数十年間に、この方策についてはいくつかの技術的提案がなされてきた。

【0007】

ＤＷ ＭＲＩの、動きに対する鋭敏性を克服する好ましい解決策は、近年の論文［１］で述べられているような、エコープラナー撮像（ＥＰＩ）読出しを使用することである。今日では、ＤＷ ＥＰＩは唯一商業的に利用可能なＤＷ ＭＲＩの方法である。これは、いくつかの深刻な問題にもかかわらず、一般に（排他的ではないにせよ）医用ＭＲ撮像に使用され、臨床用途に広く受け入れられている。ＤＷ ＥＰＩの主な短所は、勾配エコーＭＲＩ技法が、１回のラジオ周波数励起パルスの印加と、エコー時間が必然的に増加する複数の勾配エコーの取得とに依存しているために、ＥＰＩが、磁場不均一性に対する顕著な鋭敏性の悪影響を受けることである。例えば、人体では、このような磁場歪みは、異なる組織の避けがたい磁化率の相違によって引き起こされる。これは、しばしばＥＰＩ画像における深刻な幾何学的歪み、並びに正又は負の信号変更の誤りにつながり、診断精度を落としている。例えば、不均一性の影響は、脳の下部及び前頭部（即ち空気で満たされた空洞又は歯科用インプラントに近い部分）で生じ、また前立腺（即ち空気で満たされた直腸の近く）のＭＲＩなど全身でより頻繁に生じる。それにもかかわらず、臨床の状況において、ＤＷ ＥＰＩは、画像が良好な信号対雑音比（ＳＮＲ）を示すため、現行では唯一選択されている方法である。

【0008】

磁場不均一性に対する鋭敏性を回避し且つ高速取得をなお可能にする、ＤＷ ＭＲＩの代替的な解決策は、シングルショットのスピンエコーＭＲＩシーケンスを使用することである（例えば、［２］及び［３］を参照）。この技法は、画像再構成用に複数のスピンエコー信号を生成し空間符号化するために、複数のラジオ周波数再収束スピンエコー（ＥＰＩ用としての勾配エコーではなく）を使用する。しかしながら、この手法の深刻な欠点は、何回もの大出力ラジオ周波数励起（即ちフリップ角が大きい再収束パルス）が必要なことであり、これは、一般的に、人体内のエネルギー堆積に対する特定の比吸収率（ＳＡＲ）の制限に違反することにつながる。結果として、このようなシングルショットスピンエコー法は、人体用途には一般的に使用されていない。

【0009】

シングルショットＤＷ ＭＲＩに対する更なる提案は、ＤＷスピンエコーシーケンスを、一連のラジオ周波数再収束刺激エコーを含む読出しシーケンスと組み合わせることである。シングルショットＳＴＥＡＭ（刺激エコー取得モード）ＭＲＩシーケンスについては、早くも１９８４年に論じられている（例えば、［４］及び［５］を参照）。この事例では、フリップ角が小さいラジオ周波数パルスによって複数の刺激エコーが生成されて、ＳＡＲの問題を回避する。さらに最近では、ＤＷ ＥＰＩの磁化率の問題を解決する、ＤＷシングルショットＳＴＥＡＭ ＭＲＩのいくつかのバージョンが開発されているが、ＤＷ ＥＰＩよりＳＮＲが低いという欠点がある（［６］、［７］、及び［８］を参照）。結果として、ＤＷ ＳＴＥＡＭ ＭＲＩは、まだ臨床的に受け入られていない。

【0010】

脳への特定用途に対するＤＷ ＳＴＥＡＭ ＭＲＩのＳＮＲの不備を克服するために、この技法をアンダーサンプリングされたラジアル取得モードと組み合わせて、まず隣接する断面のコイル感度に対する正則化による非線形逆変換で、画像生データの組の非ＤＷシーケンスのコイル感度を決定する、２ステップの手順で画像再構成を実現することが提案されている。非ＤＷ画像とそのコイル感度との結合再構成は、例えば、テキストブック［９］で説明されているように、反復正則化ガウス・ニュートン法によって解決される。第２のステップでは、全ての非ＤＷ画像及びＤＷ画像が、更に空間正則化することなく、非ＤＷ画像のコイル感度を使用した線形逆変換によって再構成された（［１０］、［１１］）。あいにく、コイル感度は、非常に低い空間周波数の情報しか提供しないため、弱い正則化での再構成では、前述の問題を大幅に改善することはできず、数値的な不安定性にさえつながる場合がある。

【0011】

ＤＷ ＳＴＥＡＭ ＭＲＩのもう１つの以前のバージョンは、前立腺への特定用途用に開発されたもの（［１２］）であり、マルチショット取得法を採用している。この手法は、これも隣接するコイル感度のみによる弱い正則化を使用する（或いは空間正則化さえ使用しない）だけでなく、巨視的運動の様々な状態を参照して複数回取得することによってＤＷ画像の結合再構成を実現するため、更に複雑な数学的処理を必要とする。

【0012】

［９］に記載された、先行画像及びその全コイル感度による正則化を使用した、動的な非ＤＷ ＭＲ画像のシーケンスを取得し再構成する非常に加速した方法が、［１３］及び［１４］で提案されている。顕著なアンダーサンプリングによる勾配エコーＭＲＩシーケンスの使用、空間符号化のための非カーテシアントラジェクトリ、及び正則化非線形逆変換による画像再構成により、取得時間が数十ミリ秒の範囲になる。したがって、調査されるべき動的なプロセスに応じて、調査中の被写体の時間的変化が、高い時間的忠実度でリアルタイムに監視され得る（［１５］）。しかしながら［１３］及び［１４］の技術は、主に被写体の単一スライスの画像を収集することに関し、そのため調査中の被写体のボリュームの網羅も拡散強調も得られない。［１３］及び［１４］では、被写体の別のスライスの画像を収集することも考慮されているが、これは５スライス未満など数個のスライスに限られている。さらに、対応用途は、インターリーブ複数スライスデータ取得として実現されており、そのため［１３］及び［１４］の技術は、時間分解能を犠牲にし、動きに対する感度を高めている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】米国特許第４７４８４０９号明細書

【特許文献2】米国特許第８３８４３８３号明細書

【非特許文献】

【0014】

【非特許文献1】Ｖ．Ｂａｌｉｙａｎ ｅｔ ａｌ．“Ｗｏｒｌｄ Ｊ Ｒａｄｉｏｌ” ８：７８５－７９８，２０１６

【非特許文献2】Ｃ．Ｓ．Ｓｃｈｏｕｔｅｎ ｅｔ ａｌ．“Ｑｕａｎｔ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｍｅｄ Ｓｕｒｇ” ４：２３９－２５０，２０１４

【非特許文献3】Ｋ．Ｈｉｒａｔａ ｅｔ ａｌ．“Ｍｅｄｉｃｉｎｅ” ９７（１９）：ｅ０４４７，２０１８

【非特許文献4】Ｊ．Ｆｒａｈｍ ｅｔ ａｌ．“Ｊ Ｍａｇｎ Ｒｅｓｏｎ”６５：１３０－１３５，１９８５

【非特許文献5】Ｋ．Ｄ．Ｍｅｒｂｏｌｄｔ ｅｔ ａｌ．“Ｍａｇｎ Ｒｅｓｏｎ Ｍｅｄ” ２３：１７９－１９２，１９９２

【非特許文献6】Ｕ．Ｇ．Ｎｏｌｔｅ ｅｔ ａｌ．“Ｍａｇｎ Ｒｅｓｏｎ Ｍｅｄ” ４４：７３１－７３６，２０００

【非特許文献7】Ａ．Ａ．Ｋｈａｌｉｌ ｅｔ ａｌ．“ＰＬｏＳ ＯＮＥ” １１：ｅ０１６１４１６，２０１６

【非特許文献8】Ａ．Ｂ．Ｂａｋｕｓｈｉｎｓｋｙ ａｎｄ Ｍ．Ｙ．Ｋｏｋｕｒｉｎ “Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ” Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，Ｄｏｒｄｒｅｃｈｔ，Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ，２００５

【非特許文献9】Ａ．Ｍｅｒｒｅｍ ｅｔ ａｌ．“Ｉｎｖｅｓｔ Ｒａｄｉｏｌ” ５２：４２８－４３３，２０１７

【非特許文献10】Ａ．Ｍｅｒｒｅｍ，Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ “Ｕｎｄｅｒｓａｍｐｌｅｄ Ｒａｄｉａｌ ＳＴＥＡＭ ＭＲＩ Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，Ｇｅｏｒｇ－Ａｕｇｕｓｔ－Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｇｏｅｔｔｉｎｇｅｎ，２０１８

【非特許文献11】Ａ．Ｍｅｒｒｅｍ ｅｔ ａｌ．“ＮＭＲ Ｂｉｏｍｅｄ” ３２，ｄｏｉ：１０．１００２／ｎｂｍ．４０７４，２０１９

【非特許文献12】Ｍ．Ｕｅｃｋｅｒ ｅｔ ａｌ．“ＮＭＲ Ｂｉｏｍｅｄ” ２３：９８６－９９４，２０１０

【非特許文献13】Ｊ．Ｆｒａｈｍ ｅｔ ａｌ．“Ｔｈｅ Ｏｐｅｎ Ｍｅｄ Ｉｍａｇｉｎｇ” Ｊ ８：１－７，２０１４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明の目的は、改良された生成方法、特に、画像生データを取得し、調査中の被写体のボリュームを網羅するＤＷ ＭＲ画像のシーケンスを再構成する方法を提供することであり、前記の方法により、従来技法の欠点を克服でき、且つ／又はＭＲ撮像の新しい用途が可能になる。特に、本発明の目的は、取得速度を上げ、動きに対する鋭敏性を低減し（又はなくし）、ＳＮＲを向上させ、且つ／或いは磁場不均一性に対する鋭敏性を低減して（又はなくして）、隙間なくボリュームを網羅する断面ＤＷ ＭＲ画像のシーケンスを生成する、改良された方法を提供することである。医用撮像目的では、特に、動きに対する鋭敏性を低減して（又はなくして）、且つ磁場不均一性に対する鋭敏性を低減して（又はなくして）、隙間なく人体のボリュームを網羅するＤＷ ＭＲ画像のシーケンスを生成する方法を提供することが目的であり、従って医用ＭＲ撮像の方法を、人体全体又はその部分に適用可能にする。さらに、本発明の目的は、改良されたＭＲＩ装置を提供することであり、特に、ボリュームの拡散強調ＭＲ画像の空間的に連続するシーケンスを取得して、再構成する方法を行うように適用される。

【課題を解決するための手段】

【0016】

上述の目的は、独立クレームの特徴を備えるＭＲ画像生成方法及び／又はＭＲＩ装置によって達成される。本発明の好適な実施形態は従属クレームで規定される。

【0017】

本発明の第１の一般的な態様によれば、前述の目的は、調査中の被写体の拡散強調ＭＲ画像のシーケンスを生成する方法、特に、画像生データを取得して、拡散強調ＭＲ画像を再構成する方法によって達成され、ＭＲ画像の前記シーケンスのそれぞれは、被写体のボリュームを網羅する、同じ一連の連続する断面スライスを表す。

【0018】

本発明の方法は、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置における少なくとも１つのラジオ周波数受信用コイルを使用して収集される、画像生データの組の複数のシーケンスを提供するステップを含む。

【0019】

画像生データの各組は、再構成されるＭＲ画像のうちの１つの画像コンテンツを含み、画像生データの各組は、断面スライスのうちの１つを示し、即ち再構成されるＭＲ画像のそれぞれが、断面スライスのうちの１つを表す。断面スライスは、被写体のボリュームを網羅する、一連の直接隣接する断面を提供する。各断面スライスの位置は、調査中の被写体のボリュームを網羅するために、スライスシフトによって撮像面に垂直な方向へシフトされる。スライスシフトは、断面スライスの所定のスライス厚さと等しい。直接隣接する断面の画像生データを提供するとは、画像生データが、隣接する断面の画像コンテンツの重なりがないか又は無視できるほどの重なりで、且つ隣接する断面の画像コンテンツ間に隙間がないか又は無視できるほどの隙間で提供されることを意味する。撮像面の空間的配向、例えば、ＭＲＩ装置の主磁場の長手方向ｚに対する空間的配向は、撮像タスクに依存して、例えば、人体内の撮像される臓器の解剖学的配向に依存して選択され得る。撮像面の空間的配向は、ＭＲＩ装置の空間符号化磁場勾配の方向によって設定され得る。

【0020】

さらに、画像生データの各組は、拡散符号化勾配による、結合された拡散強調スピンエコーとシングルショット刺激エコーとのシーケンス（以下でＤＷシングルショットＳＴＥＡＭシーケンスとして示されている）で生成される、複数のデータサンプルを含む。ＤＷシングルショットＳＴＥＡＭシーケンスは、少なくとも１つのラジオ周波数受信用コイルで受信したＭＲＩ信号（即ち画像生データの組）を、非カーテシアンの、好ましくはラジアルのｋ空間トラジェクトリを使用して空間符号化する。

【0021】

画像生データの各組における、前述した複数のシーケンスの拡散符号化勾配は、少なくとも２つの異なる強度と、少なくとも３つの異なる方向とを有する。したがって、画像生データの組の各シーケンスは、所定の拡散符号化勾配強度（勾配振幅であって、ゼロでもよい）、及び所定の拡散符号化勾配方向によって区別され、画像生データの組の少なくとも２つのシーケンスは、異なる拡散符号化勾配強度を使用し、且つ画像生データの組の少なくとも３つの異なるシーケンスは、異なる拡散符号化勾配方向を使用する。

【0022】

生データの組のシーケンスの少なくとも１つは、ゼロ強度又は低強度の拡散符号化勾配で生成される。「ゼロ又は低強度のシーケンス」としても示され得るこのシーケンスは、拡散符号化勾配なしで、又は画像生データの組の残りのシーケンスの拡散符号化勾配強度より低い拡散符号化勾配強度で生成される。少なくとも１つのゼロ又は低強度のシーケンスは、印加された全ての拡散符号化勾配強度のうち最低の強度で、或いは拡散符号化勾配なしで収集される。

【0023】

生データの組の別のシーケンスは、高強度の拡散符号化勾配で生成される。「高強度のシーケンス」としても示され得るこのようなシーケンスは、ゼロを上回る拡散符号化勾配強度で、或いはゼロ又は低強度のシーケンスの拡散符号化勾配強度より高い拡散符号化勾配強度で生成される。

【0024】

任意選択で、画像生データのシーケンスは、ノイズ低減が有利に得られるように繰り返し取得されてもよく、即ち画像生データの組のシーケンスは、等しい強度又は方向を有する別の画像生データのシーケンスを含み得る。したがって、この好ましい変形例により、ゼロ又は低強度のシーケンス、及び／又は少なくとも１つの高強度のシーケンスが繰り返し収集され得る。

【0025】

画像生データの各組は、等価の空間周波数コンテンツを有するｋ空間内に、一組の均一に分散した行を含み、画像生データの各組の行は、ｋ空間の中心を横切って空間周波数の連続範囲を網羅し、且つ画像生データの各組の行の数は、画像生データの各組が、ナイキスト－シャノンのサンプリング定理（ウィテカー－コテルニコフ－シャノンのサンプリング定理としても知られる）で規定されたサンプリングレート制限未満でアンダーサンプリングされるように選択される。アンダーサンプリングされたラジアルトラジェクトリを空間符号化に使用することで、速い取得速度で収集された画像生データを有利に提供する。画像生データの各組の行の位置は、画像生データの組において、隣接する断面スライスとは異なる。

【0026】

さらに、本発明の方法は、（残りのＭＲ画像と比較して）拡散強調のない又は低拡散強調のコイル感度及びＭＲ画像のシーケンスを提供するために、ゼロ強度又は低強度の拡散符号化勾配で生成された画像生データの組のシーケンス、即ちゼロ又は低強度のシーケンスを、正則化非線形逆再構成プロセスで処理するステップ（第１の再構成ステップ）を含む。コイル感度及びＭＲ画像は、それぞれ断面スライスのうちの１つを表し、コイル感度及びＭＲ画像はそれぞれ、少なくとも１つの受信用コイルの感度及び画像コンテンツの同時推定によって、且つ少なくとも１つの受信用コイルの感度及び画像コンテンツの現時点の推定と、隣接する断面スライスの少なくとも１つの受信用コイルの感度及び画像コンテンツの推定との相違に依存して生成される。

【0027】

さらに、本発明の方法は、拡散強調のない又は低拡散強調のＭＲ画像の少なくとも１つのシーケンス、及び高強度のＭＲ画像の少なくとも１つのシーケンスを提供するために、ゼロ又は低強度及び高強度の拡散符号化勾配を有する画像生データの組の全シーケンス、即ち画像生データの組の全ての収集シーケンスを、正則化線形逆再構成プロセスで処理するステップ（第２の再構成ステップ）を含み、各ＭＲ画像は、断面スライスのうちの１つを表し、同じ断面スライスに対して第１の再構成ステップで規定された少なくとも１つの受信用コイルの感度を使用して、且つ画像コンテンツの現時点の推定と、隣接する断面スライスの画像コンテンツの推定との相違に依存して生成される。好ましくは、少なくとも空間の３つの直交方向に対してＤＷ画像を取得するために、高強度のＭＲ画像の少なくとも３つのシーケンスが提供される。

【0028】

好適には、［１０］及び［１１］とは対照的に、完全な空間正則化による線形逆変換の問題の解決策として、全ての非ＤＷ画像及びＤＷ画像が取得される。特に、第１の再構成ステップにおいて、本発明は、非線形逆変換の正則化の問題を、直接隣接する画像（空間周波数成分が低い及び高い）、並びに全てのその関連するコイル感度の両方に拡張する。さらに、第２の再構成ステップにおける線形逆変換の問題は、第１の再構成ステップで決定したコイル感度を用いながら、直接隣接する画像に対して正則化を行うことに関与する。結果として再構成は、高度なデータのアンダーサンプリング及び高い取得速度が可能になる。さらに、計算上の堅牢性、並びに各断面画像の高い空間的忠実度及び品質の向上を達成する。

【0029】

実際に、第１及び第２の再構成ステップにおける数値的な解決策は、元来動的リアルタイムＭＲＩ（［１３］及び［１４］）用に開発されたものと同様の正則化を正式に採用しているが、現時点は、時間ではなく空間におけるものである。言い換えると、本発明は、連続する、即ち直接隣接する画像の類似性を利用し（第１及び第２のステップ）、且つコイル感度を利用して（第１のステップ）、先行画像及びそのコイル感度による時間正則化を使用したときに、時間的忠実度に関して以前に証明されたもの（［１５］）と同程度の空間忠実度を達成している。

【0030】

言い換えると、非線形逆再構成プロセスは、各反復ステップにおいて、測定されるべき未知のスピン密度とそのコイル感度とを、少なくとも１つの受信用コイルから取得したデータにマッピングする非線形ＭＲＩ信号方程式の正則化線形化を解く、反復プロセスである。同様に、線形逆再構成プロセスは、各反復ステップにおいて、少なくとも１つの受信用コイルから取得したデータに、測定されるべき未知のスピン密度をマッピングする線形ＭＲＩ信号方程式を解き、一方で、非線形再構成プロセスで規定されたコイル感度を使用する、反復プロセスである。両方の事例において、非線形及び線形逆再構成は、好ましくは反復正則化ガウス・ニュートン法を使用して実現される。発明者らは、［１３］及び［１４］で説明されているような、所与の画像面の時間的に連続する画像の類似性を利用する逆再構成プロセスが、連続する断面スライスの空間的に連続する画像の、即ち異なる撮像面の画像の再構成に使用され得ることを見出した。本発明以前は、隣接する断面スライスは、内部のスピン密度が段階的に変化する被写体であっても、正則化逆再構成プロセスをうまく適用するのに十分なほどの類似性を有しているとは考えられていなかったため、これは驚くべき成果である。［１３］及び［１４］に反して、本発明の方法は、本来、時間的に変化する（動的な）ＭＲ画像のシーケンスを提供するものではなく、被写体の空間的に分布した（静的な）ＭＲ画像のシーケンスを提供するものであり、更なる拡散コントラストを有する。

【0031】

［１１］及び［１２］とは対照的に、本発明は、直接隣接する画像に対する正則化による全画像の線形逆再構成と共に、ＤＷシングルショットＳＴＥＡＭ ＭＲＩ取得に依存している。本発明による方法は従って、［１１］及び［１２］と比較して、より高い空間周波数が、第１及び第２の再構成ステップにおける非線形逆変換及び線形逆変換の両方にそれぞれ導入されるため、空間分解能の改善に適用される。好適には、本発明は、医用撮像に特別な利点を提供し、異なる臓器系、特にヒトの脳及び前立腺の両方に直接適用可能である。

【0032】

要約すると、本発明は、磁化率アーチファクトがなく、且つ先行する方法と比較して画像品質が改善された、ボリュームのＤＷシングルショットＳＴＥＡＭ ＭＲＩの技法を提供する。本発明は、一連の直接隣接する断面の非ＤＷ及びＤＷデータセットを取得し、調査中の被写体のボリュームを隙間なく網羅する。これは、第１の再構成ステップにおける非ＤＷデータセットの非線形逆再構成によって最適なコイル感度を決定し、一方で、隣接画像に対する空間正則化による線形逆変換の問題の解決策として、全ての非ＤＷ画像及びＤＷ画像の主要な再構成が実現される。本発明は、（ｉ）ボリュームに磁場不均一性に対する鋭敏性のないＤＷ ＭＲＩを提供して、ＤＷ ＥＰＩとは対照的に、幾何学的歪み、信号無効化、及び正信号と負信号との変更の誤りを回避する。前述のＤＷ ＳＴＥＡＭ ＭＲＩ法と比較して、本発明は更に、（ｉｉ）より高度なデータのアンダーサンプリングによる測定時間の低減、（ｉｉｉ）向上した計算安定性、速度、及び空間忠実度、（ｉｖ）向上した空間分解能及びＳＮＲ、（ｖ）様々な臓器系に対する汎用性、並びに（ｖｉ）医用撮像の場合での、臨床的に実行可能なスキャン時間を提供する。

【0033】

本発明の第２の一般的な態様によれば、前述の目的は、調査中の被写体の拡散強調ＭＲ画像のシーケンスを生成するように構成され、且つＭＲＩスキャナと制御装置とを備える、ＭＲＩ装置によって達成される。ＭＲＩスキャナは、主磁場装置と、少なくとも１つのラジオ周波数励起コイルと、３つの磁場勾配コイルと、少なくとも１つのラジオ周波数受信用コイルとを備える。本発明によれば、コンピュータ機器のような制御装置は、本発明の第１の態様による方法又はその実施形態のうちの１つを用いて、画像生データの組の複数のシーケンスを収集しＭＲ画像のシーケンスを再構成するために、ＭＲＩスキャナを制御するように適用される。

【0034】

本発明の好ましい実施形態によれば、ＤＷ ＭＲ画像のシーケンスを生成する方法は、ＭＲ画像の前記シーケンスを、調査中の被写体の量的マップの計算で処理するステップであって、勾配方向にわたって平均化された平均拡散強調ＭＲＩ信号、拡散特性の表示、特に拡散テンソル、拡散テンソルの追跡、見かけ拡散係数、異方性比率、及び拡散方向の表示、特に主拡散方向、のうちの少なくとも１つのピクセルワイズ計算を含む、ステップを更に含む。量的マップが個別の連続した診断の基礎を提供するため、量的マップの計算は医用撮像にとって特定の利点を有する。

【0035】

本発明の更に好ましい実施形態によれば、第１の再構成ステップ及び第２の再構成ステップのうちの少なくとも１つの再構成プロセスは、画像アーチファクトを抑制するフィルタリングプロセスを含む。好適には、フィルタリングによって画像品質が向上する。特に好ましい変形例では、フィルタリングプロセスは、各ＭＲ画像に空間フィルタ、特に、ノンローカルミーンフィルタを適用するステップを含む。

【0036】

本発明の更なる利点として、画像生データが高程度なアンダーサンプリングで、即ち完全サンプリング基準に対して選択されてもよく、該基準は、例えば、回転された直線を用い、且つサンプリング定理に従ったラジアル符号化の場合、行毎のデータサンプル数をπ／２倍して求められる。アンダーサンプリングの程度は、少なくとも５倍、特に、少なくとも１０倍であってもよく、従って、リアルタイムＭＲＩ（例えば、［１４］を参照）で説明されているものと同じ方法で、データ取得を加速させる。したがって、画像生データの各組の行の数が削減され得る。特に医用撮像では、高品質のＭＲ画像シーケンスを取得するための画像生データの各組の行の数は、３０以下であり、特に、２０以下で十分なことが分かっている。

【0037】

本発明の別の好ましい実施形態によれば、画像生データの各組の行は、画像生データの組の一連の行が、所定の角変位で互いに対して回転されるように選択され得る。利点として、この回転により、画像再構成における正則化の効果が向上する。

【0038】

本発明の別の好ましい実施形態によれば、ゼロ又は低強度の拡散符号化勾配の強度は、１００ｓ ｍｍ^－２のｂ値以下、特にゼロである。この制限を下回る拡散符号化勾配強度では、第１の再構成ステップで計算されたコイル感度が、信号品質が向上した有利な方法で第２の再構成ステップに使用される。さらなる利点として、結果として得られた拡散強調のない又は低拡散強調の画像（のシーケンス）は、見かけ拡散係数等の様々な拡散特性の量的マップ（のシーケンス）を計算するために、高拡散強調の対応画像（のシーケンス）と組み合わせるための改善された基準を提供し、これは、例えば医用ＭＲ撮像では、診断目的にとって重要なものである。

【0039】

低強度の拡散符号化勾配に反して、高強度の拡散符号化勾配の強度は、好ましくは２００ｓ ｍｍ^－２のｂ値以上、特に、８００ｓ ｍｍ^－２のｂ値以上、且つ３０００ｓ ｍｍ^－２のｂ値以下である。例えば、最大１０００ｓ ｍｍ^－２のｂ値は、通常、標準的な神経撮像用途［１］に使用される。

【0040】

本発明の更に好ましい変形例では、画像生データの各組の収集は、周波数選択的飽和用のラジオ周波数パルス及び磁場勾配モジュールに先行される。好適には、周波数選択的飽和により、撮像タスクに応じた特定のコントラストを達成することが可能になる。

【0041】

好適には、本発明のＭＲ画像のシーケンスを再構成する方法は、ＭＲＩ装置における少なくとも１つのラジオ周波数受信用コイルでの画像生データの収集中及び／又は収集直後に行われ得る。この場合、一連の画像生データの組を提供するステップは、少なくとも１つの受信用コイルを備えるＭＲＩ装置内に被写体を配置するステップと、被写体をＤＷシングルショットＳＴＥＡＭシーケンスで処理するステップと、少なくとも１つの受信用コイルを使用して一連の画像生データの組を収集するステップとを含む。ＭＲ画像のシーケンスの再構成は、画像生データ収集の終了後に迅速に完了され得る。

【0042】

代替的な実施形態によれば、本発明のＭＲ画像のシーケンスを再構成する方法は、所定の測定条件で画像生データを収集するステップとは独立して行われ得る。この場合、画像生データの組は、例えば、データクラウドストレージ内にあるようなデータストレージから、及び／又は遠隔のＭＲＩ装置からのデータ送信から受信され得る。

【0043】

本発明の更なる詳細及び利点が、以下に示される概略的な添付図面を参照しながら記載される。

【図面の簡単な説明】

【0044】

【図1】本発明に係るＭＲ撮像方法の好ましい実施形態での生データ取得に使用される、拡散符号化勾配による、結合された拡散強調スピンエコーとシングルショット刺激エコーとのシーケンスである。

【図2】本発明に係るＭＲＩ装置の、好ましい実施形態である。

【図3】本発明に係るＭＲ撮像方法の、好ましい実施形態の特徴を示すフローチャートである。

【図4】本発明に係る、ＭＲ撮像方法の第１の再構成ステップを示すフローチャートである。

【図5】本発明に係る、ＭＲ撮像方法の第２の再構成ステップを示すフローチャートである。

【図6】本発明のＤＷ ＭＲＩの、臨床関連用途の例である。

【図7】本発明のＤＷ ＭＲＩの、別の臨床関連用途の例である。

【発明を実施するための形態】

【0045】

本発明の好ましい実施形態は、本発明の生データ取得及び再構成プロセスにおけるデータの流れ、本発明のＭＲＩ装置の基本構成部品、及び実際の適用例を特に参照しながら以下で説明される。

【0046】

ｋ空間トラジェクトリ並びに逆再構成の数学的定式化及び実施の設計の詳細は、［１３］又は［１４］で開示されている通りに提供されることが好ましい。特に、正則化非線形逆再構成プロセスは、調査中の被写体のＭＲ画像の時系列を再構成するために、［１３］で開示されている通りに実施されることが好ましい。したがって、［１３］は、特に第１の再構成ステップにおける調査中の被写体の断面ＭＲ画像のシーケンスの画像再構成の全詳細に関して、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。［１３］における、生データの組及びＭＲ画像のシーケンスの時系列に適用される全ての手順ステップは、ゼロ又は低強度のシーケンスで生成された生データの組のスライスシーケンスに、同じ方法で適用され得る。第２の再構成ステップにおける線形逆再構成プロセスの実施は、非線形逆再構成プロセスの実施後に行われるが、第１の再構成ステップで決定されたコイル感度を使用する。両方の事例において、隣接する断面に対する空間正則化を用いて、反復正則化ガウス・ニュートン法による数値最適化が実現される。線形逆再構成プロセスは、正則化ガウス・ニュートン法の適用に限定されない。あるいは、逆再構成の問題を解決するために、他の知られている数値的方法が使用されてもよい。

【0047】

ＭＲＩ装置、使用可能なソフトウェアツール、及び任意選択の別の画像処理ステップ又は量的マップを提供するための計算ステップを使った数学的定式化の数値的実施の更なる詳細については、従来のＭＲＩ技術で知られている限りのことについては説明されない。さらに、以下では、並列ＭＲ撮像に対して例示的な参照がなされ、ここでは、画像生データが、複数のラジオ周波数受信用コイルで受信したＭＲＩ信号を含む。本発明の適用は、並列ＭＲ撮像に限定されるものではなく、単一の受信用コイルの使用も可能であることが強調される。

【0048】

図１は、図２に示されているＭＲＩ装置１００の実施形態を適用されて収集された、拡散符号化勾配による、結合された拡散強調スピンエコーとシングルショット刺激エコーとのシーケンスの実施形態を概略的に示す。ＭＲＩ装置１００は、主磁場装置１１と、少なくとも１つのラジオ周波数励起コイル１２と、３つの磁場勾配コイル１３と、ラジオ周波数受信用コイル１４とを含む、ＭＲＩスキャナ１０を備える。主磁場装置１１は、ＭＲスキャナ穴の縦軸、例えばｚ軸と平行な、静的な主磁場を生成する。調査される被写体１は、ＭＲＩ装置１００内に収容されている。さらに、ＭＲＩ装置１００は、図３から図５に示されているように、図示されている実施形態のステップＳ１において、画像生データの組のシーケンスを収集しＭＲ画像のシーケンスを再構成するために、ＭＲＩスキャナ１０を制御するように適用される制御装置２０を備える。制御装置２０は、少なくとも１つのＧＰＵ２１を備え、該ＧＰＵ２１は、好ましくは、図４及び図５にそれぞれ図示されている、非線形逆変換及び線形逆変換のアルゴリズムを実施するために使用される。

【0049】

図３によれば、本発明による方法の好ましい実施形態は、ＤＷシングルショットＳＴＥＡＭシーケンスで収集された、画像生データの組の複数のシーケンスを提供する生データ取得ステップＳ１と、ゼロ又は低強度のシーケンスの正則化非線形逆再構成を行う第１の再構成ステップＳ２と、同じ断面スライスのゼロ又は低強度のシーケンスの少なくとも１つのコイル感度を使用して、非ＤＷ画像及びＤＷ画像の全シーケンスの正則化線形逆再構成を行う第２の再構成ステップＳ３と、量的マップを計算する計算ステップＳ４とを含む。

【0050】

したがって、本発明の方法の１つの部分は、拡散符号化勾配なしの又は低拡散符号化勾配の複数のスライスのための、断面ＳＴＥＡＭ ＭＲ画像のシーケンスの再構成を含み、ＳＴＥＡＭ ＭＲ画像及び関連するコイル感度は、隣接する画像及びそのコイル感度に対する、正則化による非線形逆再構成プロセスによって取得される（第１の再構成ステップＳ２）。本発明の方法の別の部分は、隣接画像に対する正則化による、同じスライスの全ての非ＤＷ及びＤＷ ＳＴＥＡＭ ＭＲ画像の線形逆再構成を含む（第２の再構成ステップＳ３）。このステップは、特定の用途に対して、ゼロ若しくは低強度、又は高強度の異なる拡散符号化勾配（例えば、強度が異なる又は方向が異なる、或いはＳＮＲを向上させるための類似の強度の勾配）が必要なだけ印加され得る。

【0051】

（生データ取得）
図２の挿入図に概略的に示されているように、生データを提供するため、特に取得するために、スライス厚さが一定の複数の直接隣接するスライス２が、患者の臓器などの調査中の被写体１のボリューム内で画定される。スライス２の数及び厚さは、臓器の大きさ、使用されるスライス厚さ、測定時間及び／又は取得される撮像分解能に依存して選択される。ヒトの脳の撮像の実施例として、スライス厚さ３ｍｍの約５０スライスが画定されている。後述するように、各スライスに対して、様々なＤＷシングルショットＳＴＥＡＭシーケンスが適用される。

【0052】

本発明による方法の生データ取得ステップＳ１において、画像生データの組の複数のシーケンスが提供され、これらは図１に示すようなＤＷシングルショットＳＴＥＡＭシーケンスで収集される。画像生データの組の各シーケンスは、スライスの１つを表している。被写体１、例えば患者の組織又は臓器は、ラジオ周波数受信用コイル１４で受信したＭＲＩ信号を符号化する、図１のＤＷシングルショットＳＴＥＡＭシーケンスで処理される。括弧内の部分は、ｋ空間内で各行毎に繰り返される。ＤＷシングルショットＳＴＥＡＭシーケンスは、非カーテシアンｋ空間トラジェクトリに沿ってデータサンプルが収集されるように構成される。ラジオ周波数励起パルスを変更することによって、スライス厚さと等しくなるスライスシフトΔが実現される。

【0053】

図１の各ＤＷシングルショットＳＴＥＡＭ ＭＲＩシーケンスは、先行するスピンエコーシーケンス（拡散符号化勾配あり又はなし）と、シングルショットＳＴＥＡＭ ＭＲＩ読出しシーケンスとを組み合わせている。図１に図示され、図６及び図７に示す臨床関連用途を得るために使用されているバージョンは、２パルスのスピンエコーシーケンス（ＳＥ＝スピンエコー）における一対の単極拡散符号化勾配（斜線で示す）、及びシングルショットＳＴＥＡＭ ＭＲＩシーケンスにおけるラジアル符号化勾配（Ｇ_ｘ，Ｇ_ｙ）による好ましい例を示す（ＳＴＥ＝刺激エコー、Ｇ_ｓ＝スライス選択勾配、ＲＦ＝ラジオ周波数パルス、点付き＝スポイラー勾配）。一般に、拡散符号化スピンエコーモジュールの様々な変形例が可能であり、例えば、より複雑な勾配波形を含み、或いは２つ以上の再収束パルスを使用する。

【0054】

本発明の実際の実施において、図１のＤＷシングルショットＳＴＥＡＭシーケンスは、ｎ回適用される。例として、生データの組のシーケンスの１つ（ゼロ又は低強度のシーケンス）は、先行するスピンエコーシーケンス内で、拡散符号化勾配なしで生成され、一方で、生データの組の別のシーケンスは、高強度の拡散符号化勾配で生成される。最低回数であるｎ＝４回の繰り返しでの実施は、ゼロ又は低強度の拡散符号化勾配での１回のみの印加、及び高強度且つ方向が異なる拡散符号化勾配での３回の印加を表す。しかしながら、例えば、線維トラクトグラフィ等の先進的な後処理用途を可能にするために、１２８の勾配方向及び複数の平均値を使用するときは、数ｎは、数百回の繰り返しにも対応し得る。

【0055】

拡散特性の方向差による曖昧さを回避するために、ＤＷ ＭＲＩ技法の臨床用途では、通常、３方向又は６方向の異なる配向の拡散符号化勾配を用いて、それぞれ少なくとも３方向、好ましくは６方向のＤＷ画像を測定している。このようなプロトコルは、「等方性」を有する（即ち配向に依存しない）拡散強調を含む画像を取得するために、拡散符号化方向にわたって平均化された、平均ＤＷ画像の計算に使用される。

【0056】

さらに、ＤＷ ＭＲＩの臨床用途は、通常は２つ以上の異なる勾配強度（例えば、０及び１０００ｓ ｍｍ^－２のｂ値で特徴付けられる）に依存する。複数の勾配方向を有するＤＷ画像と共に、このような情報は、配向に依存しない平均ＤＷ画像、拡散テンソル、並びに対応するＡＤＣのマップ及び他の拡散特性のマップ（例えば、異方性比率マップ）の計算に使用される。ＤＷ ＭＲＩの特定の用途では、例えば最大１０の、２つを超える勾配強度が印加され得る。

【0057】

ＳＮＲを向上させるために、生データの組のゼロ又は低強度のシーケンス、及び／或いは生データの組の高強度のシーケンスが、繰り返し収集され得る。繰り返しの回数は、ＭＲＩ法の適用条件への依存度によって選択され得る。

【0058】

（画像再構成）
まず、正則化非線形逆再構成プロセスによって、ゼロ又は低拡散強調のＭＲ画像のシーケンスが取得され（図３の第１の再構成ステップＳ２）、該プロセスは、各画像とその関連するコイル感度とを共に推定し、一方で、（例えば、反復正則化ガウス・ニュートン法を使用して）直接隣接する画像とそのコイル感度に対する空間類似性を使用する。

【0059】

［１３］からは逸脱して、画像生データの各組は、図２に挿入された概略図が示すように、連続する断面スライス２の他方を表している。

【0060】

図４は、［１３］で説明されているような、測定された生データを提供する生データ取得ステップＳ１及び測定データを前処理する任意選択の前処理ステップＳ１．１の後の、第１の再構成ステップＳ２を含むデータの流れの概要を表す。

【0061】

前処理ステップＳ１．１では、画像生データが勾配遅延補正Ｓ１．１Ａで処理されて、ｋ空間の行におけるｋ空間の中心からの意図しないシフトが補正され、補間ステップＳ１．１Ｂでは、非カーテシアンデータのカーテシアン格子への補間が行われる。ステップＳ１．１Ａ及びＳ１．１Ｂは、［１３］で開示されている通りに実施され得る。

【0062】

その後、第１の再構成ステップＳ２において、［１３］に記載の正則化非線形逆再構成プロセスによって、コイル感度及び被写体１のＭＲ画像のシーケンスが再構成される。最初の断面スライスのＭＲ画像及びコイル感度の初期推定Ｓ２１から始まり、各ＭＲ画像は、受信用コイルの感度及び画像コンテンツの反復的な同時推定Ｓ２２によって生成される。ステップＳ２２は、畳み込みに基づく共役勾配アルゴリズムＳ２３を含む、反復正則化ガウス・ニュートン法を使用した、非線形逆再構成を含む。反復回数（ニュートンステップ）は、特定の撮像タスクの画像品質要件への依存度によって選択される。最後に、コイル感度の再構成されたシーケンスは、第２の再構成ステップ（Ｓ２５）で更に処理するために出力される。

【0063】

ステップＳ２の結果として、それぞれがスライス２のうちの１つを表す断面ＳＴＥＡＭ ＭＲ画像及び関連するコイル感度のシーケンスが取得され、ＳＴＥＡＭ ＭＲ画像及び関連するコイル感度は、拡散符号化勾配なしで又は低拡散符号化勾配で生成される。好ましくは、ステップＳ３での更なる処理には、コイル感度のみが使用され、ステップＳ２で取得されたＭＲ画像が廃棄される。

【0064】

その後、図５に示すように、図３の第２の再構成ステップＳ３が行われる。ステップＳ３１では、第１の再構成ステップＳ２の結果として、個別の断面画像の複合のコイル感度が提供される。図５のステップＳ３２に示すように、コイル感度は、空間正則化を用いた線形逆変換による、任意の拡散強調を有する同じ断面のＳＴＥＡＭ ＭＲ画像の全シーケンスの計算に使用される。線形逆再構成もまた、反復正則化ガウス・ニュートン法を使用し、反復回数（ニュートンステップ）は、特定の撮像タスクの画像品質要件への依存度によって選択される。

【0065】

ステップＳ３２において、ゼロ又は低強度の拡散符号化勾配による画像生データの組の各シーケンスと、高強度の拡散符号化勾配による画像生データの組の各シーケンスとが、正則化線形逆再構成プロセスで処理される。ゼロ又は低強度の拡散符号化勾配による画像生データの組の少なくとも１つのシーケンスを処理すると、対応して、拡散強調のない又は低拡散強調の少なくとも１つのＭＲ画像のシーケンスができる。さらに、高強度の拡散符号化勾配による画像生データの組の少なくとも１つのシーケンスを処理すると、対応して、高強度の少なくとも１つのＭＲ画像のシーケンスができる。

【0066】

言い換えると、ＭＲ画像の全シーケンスが、その拡散強調にかかわらず、隣接する画像による線形逆変換及び正則化を用いて計算される（図３のステップＳ２で既に知られているように、コイル感度のシーケンスは固定されている）。各シーケンス内の各ＭＲ画像は、断面スライスのうちの１つを表す。各ＭＲ画像は、同じ断面スライスの少なくとも１つの受信用コイルの感度を使用して生成され（線形逆変換）、且つ画像コンテンツ、即ち画像生データの現時点の組の現時点の推定と、隣接する断面スライスの画像コンテンツ、即ち先行する画像生データの組の推定との相違に依存して生成される（正則化）。結果として、取得されるＭＲ画像は、更に処理するためにステップＳ３３に提供される。

【0067】

第１の再構成ステップＳ２及び第２の再構成ステップＳ３における、最初の数枚の画像の非線形逆再構成及び線形逆再構成はそれぞれ、空間正則化の利益を十分に得られない。特に、各シーケンスの最初の画像の逆再構成では、事前情報が存在しない、即ち隣接するスライスからの画像がない。この問題は、複数の方法で回避され得る。第１には、最初の数枚（例えば、５枚）の画像の出力及び表示が廃棄されてもよい。第２には、網羅されるべきターゲットボリュームの外部にあるいくつかの追加のスライスを含むように、データ取得が拡張されてもよい。あるいは第３には、再構成時間を犠牲にして、最初の再構成の最後の画像及びそのコイル感度で再構成を初期化して、再構成が逆順に繰り返されてもよい。

【0068】

ＳＮＲを向上させるために、ステップＳ１において、生データの組のゼロ又は低強度のシーケンス及び高強度のシーケンスが繰り返し収集されてもよい。拡散強調が同一の複数のＭＲ画像が、更に処理するために平均化されてもよい。また、従来の処理における画像データの記憶、表示、又は記録といった別のステップを続けて行ってもよい。拡散強調がゼロ若しくは低強度又は高強度の別のＭＲ画像を計算すると、ステップＳ４におけるマップの計算が有利になる（以下を参照）。

【0069】

医用撮像では、再構成ステップＳ３で取得したＭＲ画像のシーケンスが、調査中の被写体の量的マップの計算に使用される（図３のステップＳ４）。量的マップの計算は、勾配方向にわたって平均化された平均拡散強調ＭＲＩ信号や見かけ拡散係数などの、様々な拡散特性のピクセルワイズ計算に関する。ステップＳ４は、従来技術で知られているとおりに実施される。

【0070】

（実験例）
本発明の実験例は、医用撮像における用途を特に参照して、以下で説明される。全ての例が、健康なヒトを対象とした研究を参照している。

【0071】

本発明のＤＷ ＭＲＩの脳に対する臨床関連用途を表す例が、図６に示されている。これは、正常なヒトの脳のＤＷシングルショットＳＴＥＡＭ ＭＲＩ調査における、（上から下への）３つの選択された断面の概要を表し、拡散強調のない画像及びある画像（ｂ＝０及び１０００ｓ ｍｍ^－２、６拡散方向）は、測定時間２分３０秒で、合計５１の直接隣接する断面に対して取得されたものである。結果は、非ＤＷ画像（左側）、平均ＤＷ画像（中央）、及び計算されたＡＤＣマップ（右側）を示している。画像が磁化率差の小さい脳横断面（上段）を表しているか、或いは磁化率差の強い脳横断面（下段）を表しているかにかかわらず、全ての画像に、ＤＷ ＥＰＩ測定に典型的な不均一性アーチファクト（即ち幾何学的歪みや信号の変化）がない。

【0072】

腹部スキャンでも同じ所見が当てはまる。図７は、臨床上非常に重要な別の分野に対応する、正常なヒトの前立腺のＤＷシングルショットＳＴＥＡＭ ＭＲＩ調査の選択された結果を表す。この事例では、測定時間４分３０秒で取得した合計３１の直接隣接する断面から、（図６と同じ構成の）非ＤＷ画像、平均ＤＷ画像（ｂ＝０及び６００ｓ ｍｍ^－２、６勾配方向）、及びＡＤＣマップの３つの部分が選択された。

【0073】

本発明の適用は、上述の例におけるような医用撮像には限定されず、対応して、工作物、その他技術的な対象物等の被写体を撮像することが可能である。

【0074】

上述の説明、図面、及び特許請求の範囲で開示されている本発明の特徴は、個別に、且つ組み合わせ又は下位組み合わせにおいて、本発明をその異なる実施形態で実施するための意義を有し得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】