JP2006519677A - 連続的テーブル移動を用いて時間分解ｍｒ画像を取得する方法 - Google Patents

Abstract

三次元ＭＲＡデータセットが取得され、そして時間分解画像が再構成されるにつれて、ＭＲＩシステムのボアを通して患者を移動させることによってＭＲＡデータが拡大視野から取得される。これらの画像では造影剤ボーラスの先端を追跡することができ、ボーラス速度およびボーラス到着時間などのパラメータを計算すると解剖学的情報に加えて機能的情報を提供することができる。時間分解能は、周辺ｋ空間を過少抽出し、そしてｋ区間の中心をより速い時間速度で抽出することによって向上する。

Description

連邦政府により援助を受けた研究に関する記述

本発明は、米国立保健研究所により授与された助成金ＲＯ１ ＨＬ３７３１０号、ＨＬ７０６２０号およびＥＢ００２１２号により政府による後援を受けて実施された。本発明には米合衆国政府が一定の権利を有する。

関連出願の相互参照

本出願は、２００３年３月７日出願の「時間分解連続的移動ＭＲＩ（Time-Resolved Continuous Motion MRI）」と題する米国仮出願第60/452,757号に基づいている。

発明の背景

本発明の分野は、磁気共鳴血管造影法（「ＭＲＡ」）であり、詳しくは、ＮＭＲ信号を増幅する造影剤を使用するヒトの脈管系の研究である。

磁気共鳴血管造影法（ＭＲＡ）は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を利用してヒトの脈管系の画像を作成する。ヒト組織等の物質が均一な磁場（分極磁場Ｂ₀）に晒されると、その組織内におけるスピンの個々の磁気モーメントは、この分極磁場によって整列しようとするが、その周囲ではそれらの固有のラーモア周波数で、でたらめな順序に歳差運動を行う。この物質すなわちこの組織が、ｘ−ｙ平面にあり、かつ、ラーモア周波数に近い磁場（励起磁場Ｂ₁）に晒されると、ネット整列モーメントＭ_zは、そのｘ−ｙ平面に対して回転し、あるいは「傾いて」、ネット横磁気モーメントＭ_tを作り出す。信号がその励起されたスピンによって出力され、励起信号Ｂ₁が終了した後で、この信号が受信及び処理されて画像を形成することができる。

これらの信号を利用して画像を作成する際、磁場勾配（Ｇ_x、Ｇ_y、及びＧ_z）が用いられる。典型的には、撮像すべき領域は、使用される特定の位置決定法に従ってこれらの勾配が変動する連続的な測定サイクルにより走査される。結果として生じる受信ＮＭＲ信号または「ビュー（view）」のセットはディジタル化され、処理されて、広く知られた多くの再構成技術の一つを用いて画像が再構成される。

ＭＲ血管造影法（ＭＲＡ）は、ヒトの脈管系を描出するための磁気共鳴イメージング法の適用例である。ＭＲＡの診断能力を強化するためには、ガドリニウム等の造影剤をＭＲＡスキャンの前に患者に注入することができる。データ取得とボーラス通過とのタイミングが合わせられれば、造影剤増強ＭＲＡを使用して素晴らしい診断画像を取得することができる。

ＭＲＡは非侵襲性であるため、心血管疾患にとって貴重なスクリーニングツールである。スクリーニングを行うには、典型的には血管を大ボリュームで撮像することが必要になる。これは特に、下肢の流出(runoff)血管における疾患に言えることである。ＭＲイメージングにおける視野（ＦＯＶ）は、Ｂ_o磁場均一性のボリュームおよびレシーバーコイルのサイズによって限定される（典型的には、現在市販されているＭＲスキャナ上ではＦＯＶ＜４８ｃｍ）。下肢における関心解剖学的領域は例えば約１００ｃｍであり、完全な試験を行うためには数個のＦＯＶもしくはステーションが必要になる。このためには、患者をマグネット・ボアの内側に再配置し、患者を再ランドマーキングし、調査画像を取得し、各ＦＯＶについて準備走査を実施することが必要になる。これらの追加のステップはいずれも時間がかかり、このために高額の費用がかかる。造影剤増強ＭＲＡを実施する際には、再配置にはさらに追加の造影剤注射も必要となる。

近年、この困難を克服するガドリニウム増強ボーラスチェイス法が報告されている（K. Y. Ho, T. Leiner, M. H. de Hann, J. M. A. van Engleshoven, 「ガドリニウム最適化トラッキング法：ガドリニウムの１回のボーラス投与を使用する大動脈から下肢動脈への新規ＭＲＡ法（Gadolinium optimized tracking technique: a new MRA technique for imaging the peripheral vascular tree from aorta to the foot using one bolus of gadolinium (abs)）」, Proc. 5th Meeting of ISMRM, p203, 1997）。米国特許第５，９２４，９８７号および第５，９２８，１４８号に記載されているように、ＭＲＡデータはスキャン中に患者テーブルを複数の相違する位置へ自動的に移動させて各ステーションで画像を取得することによって大視野から取得される。テーブルの移動は、各ステーションでピークコントラストが達成されるように脈管系を通して造影剤ボーラスを追跡するようにタイミングを合わせることができる。

２００１年１１月２６日出願の「連続的テーブル移動を使用して大視野からＭＲＩデータを取得する方法（Method For Acquiring MRI Data From A Large Field Of View Using Continuous Table Motion）」と題する同時係属の米国特許出願第０９／９９３，１２０号に記載されているように、拡大視野にわたるＭＲＡ画像は患者テーブルをスキャナに通して連続的に移動させる間に取得することができる。さらに、手技(procedure)をモニタリングするのに役立つようにスキャンを実施するにつれて二次元画像を再構成できる。これらの末梢血管試験の最終結果は、血管構造を描出する１枚以上の画像である。これらは、試験中の１つの瞬間における血管構造を示している静的な解剖学的画像である。それらは様々な状態の造影剤増強で血管構造を描出できる時間分解能を有していない。血管内へ造影剤が流入する時機および性質は、それ自体が臨床診断的価値を有しており、造影剤の流入の測定はその後のスキャンを最適化する際に有用である。

発明の概要

本発明は、連続的患者テーブル移動を使用して拡大長手視野にわたり時間分解画像を取得するためにＭＲＩシステムを作動させる方法である。被検者がＭＲＩシステムを通して移動させられるにつれて、時系列の三次元画像が取得される。これは、ｋ空間の中心が周辺ｋ空間より早い時間速度で抽出され、そして周辺ｋ空間が放射状区域において過少抽出（アンダーサンプリング(undersample)）されるｋ空間過少抽出パターンを使用して達成される。

本発明の１つの目的は、時間分解三次元画像の再構成を可能にする連続的移動テーブル式末梢試験中にデータを取得することである。これらの画像を使用すると、末梢血管内への造影剤の流入の時機を調査することができる。

本発明における前記の及び他の目的と利点は、以下の説明から明らかとなる。説明では、本明細書の一部を形成し、実例として本発明の好ましい実施態様が示されている添付図面が参照される。しかし、そのような実施態様は必ずしも本発明の全範囲を表すものではなく、従って、本発明の範囲を解釈するためには、本明細書中の請求の範囲を参照すべきである。

好ましい実施態様の説明

最初に図１を参照すると、本発明を取り入れた好ましいＭＲＩシステムの主要な構成要素が示される。システムの操作は、オペレータコンソール１００から制御される。オペレータコンソール１００には、キーボード付きコントロールパネル１０２、およびディスプレイ１０４が含まれる。コンソール１００は、リンク１１６を通じて別のコンピュータシステム１０７とコミュニケートするため、オペレータはスクリーン１０４上でイメージの作成と表示を制御することができる。コンピュータシステム１０７には、バックプレーンを通じて互いにコミュニケートするいくつかのモジュールが含まれる。これらのモジュールには、イメージプロセッサモジュール１０６、ＣＰＵモジュール１０８、メモリモジュール１１３などが含まれる。メモリモジュール１１３は、当該技術ではイメージデータアレイを格納するためのフレームバッファとして知られる。コンピュータシステム１０７は、イメージデータとプログラムを保存するためのディスク記憶装置１１１とテープドライブ１１２にリンクされており、高速シリアルリンク１１５を通じて別のシステムコントロール１２２とコミュニケートする。

システムコントロール１２２には、バックプレーンによって一緒に接続される一連のモジュールが含まれる。これらのモジュールには、ＣＰＵモジュール１１９とパルス発生器モジュール１２１などが含まれる。パルス発生器モジュール１２１は、シリアルリンク１２５を通じてオペレータコンソール１００と接続する。システムコントロール１２２は、オペレータから実行すべきスキャンシーケンスを示すコマンドを、このリンク１２５を通じて受け取る。パルス発生器モジュール１２１は、システム構成要素を動作させて所望のスキャンシーケンスを実行する。パルス発生器モジュール１２１は、発生させるＲＦパルスのタイミング、強度、および形状、ならびにデータ取得ウィンドウのタイミングと長さを示すデータを生成する。パルス発生器モジュール１２１は、一連の勾配増幅器１２７と接続して、スキャン中に発生する勾配パルスのタイミングと形状を示す。さらに、パルス発生器モジュール１２１は、生理的取得コントローラ１２９から患者のデータを受信する。生理的取得コントローラ１２９は、患者に接続されたいくつかの異なるセンサーから信号を受信する。これらの信号には、電極からのＥＣＧ信号またはベローからの呼吸信号などがある。最終的には、パルス発生器モジュール１２１は、患者およびマグネットシステムの状態と対応した様々なセンサーからの信号を受信するスキャンルームインターフェース回路１３３と接続する。患者位置合わせシステム１３４が、本発明によるスキャンを実施する目的でスキャナを通して患者を移動させるためにパルス発生器モジュール１２１からのコマンドを受信するのも、スキャンルームインターフェース回路１３３を通してである。スキャン中のいずれかの時点のテーブルの現在位置はシステムコントロール１２２内に読み込まれ、これを使用して以下でより詳細に説明されるように本発明により取得されたＮＭＲデータが調整される。オペレータは、キーボードおよびコントロールパネル１０２を通して患者位置合わせシステム１３４の操作を制御できる。これには、スキャン中のテーブル移動速度の制御も含まれる。

パルス発生器モジュール１２１によって生成された勾配波形は、増幅器Ｇ_x、Ｇ_y、Ｇ_zから成る勾配増幅器システム１２７に加えられる。各勾配増幅器は、一般に１３９として指定されるアセンブリ内で、対応する勾配コイルを励起して、取得された信号の位置コード化に使用する磁場勾配を生成する。階調度コイルアセンブリ１３９は、分極マグネット１４０と全身ＲＦコイル１５２を含むマグネットアセンブリ１４１の一部を形成する。システムコントロール１２２にあるトランシーバーモジュール１５０はパルスを発生させる。これらのパルスは、ＲＦ増幅器１５１によって増幅され、送信／受信スイッチ１５４によってＲＦコイル１５２と結合される。患者内で励起された核によって放射された結果の信号は、同じＲＦコイル１５２によって感知され、送信／受信スイッチ１５４によってプリアンプ１５３に結合される。増幅されたＮＭＲ信号は、トランシーバー１５０の受信機部分で復調、濾波、およびディジタル化される。

ＲＦローカルコイルによって受信されるＮＭＲ信号は、トランシーバーモジュール１５０によってディジタル化され、システムコントロール１２２内のメモリモジュール１６０に転送される。アレイプロセッサ１６１が作動してデータをイメージデータアレイにフーリエ変換する。このイメージデータは、シリアルリンク１１５を通じてコンピュータシステム１０７に伝達され、そこでディスクメモリ１１１に格納される。オペレータコンソール１００から受信されたコマンドに対応して、このイメージデータをテープドライブ１１２に格納したり、またはイメージプロセッサ１０６によってさらに処理して、オペレータコンソール１００に伝達してからディスプレイ１０４上に提示することもできる。

トランシーバー１５０についてのより詳細な説明については、参照してここに組み込まれる米国特許第４，９５２，８７７号および第４，９２２，７３６号を参照されたい。

本発明は多数のパルスシーケンスにより使用可能であるが、好ましい実施態様では、ＮＭＲデータを取得するために３Ｄ勾配リコールエコーパルスシーケンスを用いる。特に図２を参照すると、スラブ選択勾配パルス２２２の存在下において４５゜のフリップ角を有するＲＦ励起パルス２２０が生成し、米国特許第４，４３１，９６８号で開示されたように、関心３Ｄ体積における横磁化が発生する。これにｚ軸に沿って向けられた位相コード化勾配パルス２２４とｙ軸に沿って向けられた位相コード化勾配パルス２２６が引き続く。ｘ軸に沿って向けられた読出勾配パルス２２８が続き、部分エコー（６０％）ＮＭＲ信号２３０が以上で説明されているように取得され、ディジタル化される。取得後、米国特許第４，６６５，３６５号で開示されたように、当該パルスシーケンスが繰り返される前にリワインダー勾配パルス２３２及び２３４がその磁化をリフェーズするのに適用される。

当業界で周知のように、パルスシーケンスが繰り返され、位相コード化パルス２２４および２２６が一連の値を通じてステップ処理され、視野内の三次元ｋ空間の抽出が行われる。１つの実施態様では、ｚ軸に沿って１６個の位相コード化が用いられ、ｙ軸に沿って１２８個の位相コード化が用いられるが、空間分解能を向上させるためにはより多数の位相コード化を使用できる。ｋ_x軸に沿った抽出は、各パルスシーケンス中に、読出勾配パルス２２８の存在下においてエコー信号２３０を抽出することによって実施される。当業者であれば、ｋ_x軸に沿った部分的な抽出のみが実施され、そしてこれが達成されると、欠落データはホモダイン再構成を用いるかもしくはゼロ充填により計算されることが理解されよう。これにより、当該パルスシーケンスのエコー時間（ＴＥ）を１．０ミリ秒まで短縮することができ、そして、パルス繰り返し時間（ＴＲ）を４．８ミリ秒以下まで短縮することができる。

本発明は、典型的ＭＲＩスキャナによって許容される静的ＦＯＶに比較して何倍も大きくてよい視野（ＦＯＶ）にわたって被検者を撮像することを可能にする移動式テーブル取得とともに使用される。ＭＲＩスキャナは、患者テーブルが均一な静的磁場および線形磁場勾配の最高の組み合わせを提示するスキャナボリュームの部分を通して連続的に移動させられる間に妨害されずに作動する。この領域は、典型的にはスキャナの「スイートスポット」として知られている。これはテーブルの移動方向に沿った任意の大ＦＯＶの取得を可能にする。

移動式テーブル取得は、一般にＭＲＩスキャナのボア１０を略図で示している図３を参照しながら説明できる。この考察のために、冠状方向付けされたスラブ１２が撮像されている。読み出し方向（Ｘ軸）はテーブルの移動方向に沿っており、スラブ選択方向はＺ軸に沿っている。３ＤＦＴイメージングのためにはＹ軸およびＺ軸の両方に沿って位相コード化が実施される。典型的な実施態様における冠状イメージングスラブの全視野はｘ軸に沿って１２０ｃｍ、ｙ軸に沿って３０ｃｍ、およびｚ軸に沿って１０ｃｍである。

Ｘ軸方向に沿った全所望視野をＦＯＶ_tot、いずれかの単一ＮＭＲ信号を読み出すためのＸ軸に沿った視野をＦＯＶ_sと定義する。全ＦＯＶに対する画像を提供するためにテーブル移動を必要とする場合はＦＯＶ_tot＞ＦＯＶ_sであると想定される。

被検者がスキャナを通してｘ軸に沿って移動させられるにつれて、一連のイメージングパルスシーケンスによってスラブ１２からＭＲＩデータが取得される。各パルスシーケンス中に、コード化ｋ空間データの読み出しがＸ軸方向で実施される。ｋ空間生データは、典型的にはアンチエイリアス濾波され、引き続いて読み出し（Ｘ軸）方向において一部のＦＯＶ_sを想定する帯域幅で抽出される。

図４を参照すると、ｋ空間生データが一連のイメージングパルスシーケンスで取得され、読み出し方向でフーリエ変換（ＦＴ）が各ＮＭＲ信号について実施され、結果はＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向における所望の分解能を提示するメモリマトリックス１６に置かれる。この一度変換されたビューは、マトリックス１６内に置かれ、ＮＭＲエコー信号が取得された時点の患者の位置を提示する位置へ向かってＸ軸方向へシフトさせられた一連のデータである。標準位置と比較した患者テーブルの位置は各エコー読み出しに対して判明する。データ取得は、全ＦＯＶ_totが取得されるまで実施されるが、画像は以下で説明するように全スキャン中に再構成される。

データマトリックス１６内の取得された各ビューの位置は、該ビューが取得された時点におけるビュー番号と患者テーブルの位置の２つの要素によって決定される。これは単調なビュー順序を用いる二次元取得についての図４に図示されている。第１ビューは、標準位置として機能するエコー位置ｘ(０)で取得される。その後のビューは、ｙ軸位相コード化がその値を通してステップ処理されるにつれて取得される。ｋ_y軸に沿ったデータマトリックス１６における位置は、該ビューに対するＧ_y位相コード化によって決定される。矢印２６０によって示した通りに、ｘ軸に沿ったフーリエ変換後に連続的に取得された各ＮＭＲエコー信号の中心もまたテーブル移動を原因としてｘ軸に沿ってシフトする。標準位置ｘ(０)からのこのシフトの量は電子空間エンコーダを使用して、または下記の方程式

あるいはまた

を使用することによってビュー取得時点に測定される。式中、Ｖ_refはテーブル速度、ｔはスキャン開始以降に経過した時間、ｎはスキャン開始以降のパルスシーケンス繰り返し数、そしてＴＲは１回のパルスシーケンス繰り返しのために必要な時間である。ｋ空間格納パターンは通常のデカルトｋ空間抽出パターンに類似しているが、これはテーブル移動によって歪曲させられる。３Ｄ取得では一連のｋ_z位相コード化ビューもまた各ｋ_y位相コード化で取得され、そしてこれらは同一方法で３Ｄデータマトリックス１６へシフトされて格納される。取得されたｋ空間データが格納および処理される方法についてのより詳細な説明については、２００１年１１月２６日に出願された「連続的テーブル移動を使用して大視野からＭＲＩデータを取得する方法（Method For Acquiring MRI DATA From A Large Field Of View Using Continuous Table Motion）」と題する同時係属米国特許出願第０９/９９３，１２０号を参照されたい。

ｋ_y位相コード値の１サイクルが完了してデータマトリックス１６へ格納された後にこの工程が繰り返され、位相コード化が二度目に循環(cycle)されることを見て取ることができる。位相コード化数および患者テーブル速度に依存して、二度目にはビューが特定位相コード化に対して取得され、ｘ軸方向に沿ったデータマトリックス１６へのエコー信号サンプルの配置はその位相コード化で以前の測定に対して取得された一部のエコー信号サンプルと重複することも重複しないこともある。図４に示した２Ｄサンプルでは、そのようなビューがｘ（ｎ）で示されており、時機は以前に取得されたｘ（０）でのビューと重複するサンプルがないような時機である。一般にいくらかの重複が発生し、最も初期、最も新しい、または平均化した信号サンプルのいずれかを使用できる。

本発明の１つの目的は、スキャンが実施されるにつれて画像が再構成されて視認できるような方法でｋ空間データを取得することである。これを成し遂げるためには、ｋ_y／ｋ_z位相コード化シーケンスが繰り返される前に全部に満たないｋ空間が取得される。１つの典型的な実施態様では、ＦＯＶ_totを通って流れる造影剤ボーラス流の最先端を見ることを可能にする時間分解能を提供するために２．５秒毎に新しい画像が取得かつ表示される。このためには、位相コード化シーケンスを通る各サイクルが２．５秒で実施されること、そして所望の分解能を備えるアーチファクトのない画像を再構成するために十分なｋ空間サンプルが取得されることを必要とする。以下で説明するように、これは独特の過少抽出パターンを使用して遂行される。

特に図５を参照すると、三次元ｋ空間が十分に抽出されると、スキャン時間Ｎ_y・Ｎ_z・ＴＲを必要とするｋ_y／ｋ_z空間における各点が抽出されるように２回の位相コード化が繰り返される。これを実施するためには２．５秒をはるかに超える時間を必要とするであろうが、本発明の１つの態様は図５に示した放射状パターンでｋ空間を過少抽出する方法である。このパターンは米国特許第５，７１３，３５８号に記載された過少抽出３ＤＦＴフーリエ法およびVigen KK et al.,「過少抽出投影再構成イメージング（Undersampled Projection Reconstruction Imaging）」, Magn. Reson. Med. 2000, 43(2):P170-176によって記載された過少抽出投影再構成（ＰＲ）法の両方の長所を利用することを意図している。過少抽出３ＤＦＴ法はｋ空間を中心領域と１つ以上の周辺環状領域に分割し、そして位相コード化は環状領域内の周辺ｋ空間がｋ空間の中心より低い時間分解能で抽出されるように繰り返される。ＰＲ法を用いると、ｋ空間は、その全部がｋ空間の中心で交差する放射状の直線に沿って抽出される。過少抽出は、これらの放射状投影取得の回数を単純に減らすことによって達成される。この放射状抽出パターンは、当然ながらｋ空間の中心をより密に、そしてより高頻度で抽出するが、それは放射状抽出軌道はすべて中心で収束するためである。周辺ｋ空間において発生する過少抽出によって作り出されるアーチファクトは、対応する３ＤＦＴ過少抽出のエイリアシングアーチファクトまたは低い分解能よりも目障りではない。他方、３ＤＦＴ法は、その使用を好ましいものにするまた別の長所を有している。図５に示した抽出パターンは３ＤＦＴ法を用いて実施されるが、これはＰＲ法のアーチファクト低下特性を利用している。

さらになお図５を参照すると、ｋ空間（ｋ_y−ｋ_z）は最初に中心領域（Ｒ１）、内側環状領域（Ｒ２）および外側環状領域（Ｒ３）に分割される。これらの領域Ｒ１−Ｒ３の各々における抽出頻度は相違する。中心領域Ｒ１内の全抽出点は各位相コード化サイクル中に抽出され、領域Ｒ２内の抽出点の半分ずつは各位相コード化サイクル中に交互に抽出され、領域Ｒ３内の抽出点の連続する４分の１は４回の連続位相サイクルの間に順に抽出される。これを言い換えると、領域Ｒ２のｋ空間抽出の時間分解能は中心領域Ｒ１の半分であり、領域Ｒ３の時間分解能は中心領域Ｒ１の４分の１に過ぎない。

位相コード化の完全４サイクルシーケンス中に、周辺領域Ｒ２およびＲ３は各々波線３００および３０１で示された放射状区域内で抽出される。ＰＲ法を用いた場合と同様に、これらの放射状抽出区域３００および３０１はｋ空間の中心のより近くに収束しており、それらはｋ空間の中心の周囲で一様に分布しているので、ＰＲ取得に特徴的なアーチファクトの低下という長所を提供できる。

位相コード化ｋ_y−ｋ_zの４サイクルシーケンスの展開(playout)は図６に示されている。ｋ_y／ｋ_z位相コード化を通る第１サイクル中には、ｋ空間区域Ｒ３ａと表示した外側環状領域Ｒ３内の放射状区域３０１の４分の１が抽出される。これに、Ｒ２ａと表示した環状領域Ｒ２内の２分の１の放射状区域３００、および３０２と表示した中心領域Ｒ１の全部が続く。矢印３０４によって示したように、次にこの取得したｋ空間データを用いて３Ｄ画像再構成が実行される。中心ｋ空間領域Ｒ１は再構成の直前に抽出されるので、表示待ち時間は最小である。上記に示したように、ｋ空間データの各ビューが取得されるにつれて、各ビューはｘ軸（テーブル移動の軸）に沿ってフーリエ変換され、その取得時点にテーブル位置によって決定される場所でデータマトリックス１６内に格納される。したがって、画像再構成は、２本の位相コード化ｙ軸およびｚ軸に沿った２ＤＦＴに沿ってフーリエ変換を実施することによって完成される。

位相コード化勾配の第２、第３および第４サイクルは類似方法で実行され、矢印３０６−３１０によって示したように各サイクル後には対応する画像が再構成される。第２サイクル中にはＲ３ｂと表示した領域Ｒ３内の区域３０１の別の４分の１が抽出され、次にＲ２ｂと表示した領域Ｒ２内の区域３００のもう１つの半分が、そして中心領域Ｒ１が再び抽出される。第３サイクルはＲ３ｃと表示した領域Ｒ３内の区域３０１のまた別の４分の１の取得、区域Ｒ２ａおよび領域Ｒ１の繰り返しの取得を含んでいる。第４サイクルはＲ３ｄと表示した領域Ｒ３内の区域３０１の最後の４分の１の取得、区域Ｒ２ｂおよび領域Ｒ１の繰り返しの取得を含んでいる。画像は、これらの位相コード化勾配の各２．５秒間サイクル後に再構成かつ表示され、第４サイクルシーケンスが実施された後は、第４の再構成画像３１０は図５に示した全ｋ空間パターンからのｋ空間データを使用する。テーブルは全取得中に移動しているので、この画像はさらにまた視野ＦＯＶ_pos1にわたって取得される。

４サイクルの位相コード化シーケンスが繰り返され、画像は全ＦＯＶ_totが取得されるまで連続視野ＦＯＶ_pos2、ＦＯＶ_pos3などにわたって再構成される。これらの画像の各々は中心領域Ｒ１から時間的に最新のｋ空間データを使用して再構成される。当業界において既知であるように、大きな対象におけるコントラストを明らかにするのは、造影剤の流入を明白に見ることのできる結果を伴うこのｋ空間の中心領域である。環状領域Ｒ２およびＲ３からの時間的に少し遅延するｋ空間データはさもなければ所定の分解能での過少抽出に起因して発生するアーチファクトを抑制するには十分である。図６を参照すると、長手ｘ軸に沿った任意の点を５枚の連続する再構成画像で見ることができる。

上記の考察は、テーブルが位相コード化勾配の１回の２．５秒間サイクルの時間中にＦＯＶ_sの４分の１にわたり移動するような速度で移動することを想定している。このため全ＦＯＶ_sにわたる移動中、全位相コード化は少なくとも１回抽出される。そこでテーブル移動速度Ｖ_refは：

によって与えられる（式中、
ＦＯＶ_s＝ｘ軸に沿ったスキャナの視野
ＴＲ＝１つのビュー取得のための時間
Ｎ₁＝Ｒ１内のｋ空間ビュー抽出点の数
Ｎ₂＝Ｒ２内のｋ空間ビュー抽出点の数
Ｎ₃＝Ｒ３内のｋ空間ビュー抽出点の数）。
より詳細には、ｆ（ｋ_y，ｋ_z）がそれを用いてビュー（ｋ_y，ｋ_z）が取得される相対頻度であると定義され、整数を有すると制約されている場合は、

である。

ＦＯＶ_sは方程式（３）を用いて計算し、３０〜４０ｃｍで変動した。実際のスキャン中に、２０ｍＬのＧｄ−ＤＴＰＡ造影剤を静脈内注射した。次に腎動脈の高さでテーブル移動を行わずに時間分解シーケンスが開始される。画像データは上述したように取得され、１つの実施態様では最大強度投影（ＭＩＰ）画像は２．５秒間毎にリアルタイムで表示される。造影剤の到着が所見されると、オペレータによってテーブル移動および移動しているテーブルに対するデータ取得が開始させられる。テーブルは次にスキャナを通して被検者を所定距離だけ移動させ、通常はイメージングフィールド(imaging field)内で下肢をカバーしている最終ＦＯＶで停止する。

好ましい実施態様で使用されるイメージングパラメータは、１ボクセルにつき画像５枚のアップデートで２．５秒間の時間分解能で画像を入手することを可能にする。勾配直線性内のマグネットの「スウィートスポット」での４０ｃｍまでの合理的ＦＯＶ_sは約４．０ｃｍ／秒の最高速度を提供する。７．０ｃｍ／秒を越える極めて高い造影剤速度を用いると、テーブル速度は、同一回数の画像アップデートおよび時間分解能の上昇を維持するために、空間分解能を犠牲にして増加させることができる。領域の数、および図５のｋ空間パターンで抽出される各領域内の区域数は、順に各ＦＯＶ_sにおける時間分解能および画像アップデート数を変動させる可能性がある特定の臨床状態へ容易に特別仕立てすることができる。３６ｃｍのＦＯＶ_s、５ミリ秒のＴＲおよび２．５秒の時間分解能に対する小数の抽出パターンは表１に示されている。極端な実施態様では、Ｋ_z位相コード化の数を、高時間分解能を備える時間分解２Ｄ投影画像を有効に提供しうる１回まで減少させることができる。

我々は、単回造影剤ボーラス注射で全末梢血管構造をカバーするための時間分解イメージングシーケンスを提示した。この方法は、診断目的のためにそれ自体で、または非時間分解、高空間分解能、全造影剤用量、拡大ＦＯＶ試験を誘導するための試験ボーラスシーケンスとしてのいずれかで使用できる。

特に図７を参照すると、本発明はボーラス到着時間および局所ボーラス速度を決定するために末梢ＭＲＡ試験において使用できる。被検者は、スキャナのＦＯＶの内側に腎動脈が入るようにＭＲＩシステム内に配置される。患者には次に工程ブロック４００に示したように造影剤が注射される。次に、テーブル移動を行わずに上述したパルスシーケンスおよび位相コード化抽出パターンが開始される。画像が再構成されてオペレータに表示され、造影剤ボーラスがＦＯＶ内に進入すると、これは工程ブロック４０２に示したように容易に検知できる。その後、オペレータは工程ブロック４０４に示したようにテーブル移動を開始し、ボーラスは末梢血管構造を通って流れるにつれて追跡される。

工程ブロック４０６によって示したように、２．５秒毎に十分な画像が取得されて時間分解画像が再構成される。この取得された画像データは上述したように、そして工程ブロック４０８に示したようにデータマトリックス１６内に格納され、工程ブロック４１０に示したようにリアルタイム３Ｄ画像が再構成される。この画像のデータはデータマトリックス１６から抽出され、最新(most recent)の位相コード化サイクル中に取得されるすべてのデータを含む。これはさらに、最新の位相コード化サイクルの直前の最近(recent)の位相コード化サイクルからの末梢血管データも含んでいる。例えば図６を参照すると、最新に取得されたデータが第４サイクルからであれば、次に区域データＲ２ａおよびＲ３ｃが第３サイクルから結合され、区域データＲ３ｂが第２サイクルから結合され、そして区域Ｒ３ａが第１サイクルから結合される。これらの結合したデータは既に移動軸ｘに沿ってフーリエ変換されているので、画像再構成はピクセルの大きさの計算によって追跡される２ＤＦＴである。工程ブロック４１２で示したように、これはｚ軸に沿った３Ｄ画像を通して最高強度投影を生じさせることによって表示される。

さらになお図７を参照すると、下肢をカバーする最遠位位置に到達するまでスキャンは継続する。決定ブロック４１４で示したようにこれが発生すると、テーブル移動は停止するが、データ取得は継続することができる。この時点で、データマトリックス１６はスキャン中に２．５秒間隔で時間分解される三次元画像のためのデータを格納する。これらの画像は、テーブルの位置ずれについて補正しないこと以外は工程ブロック４１０について上述した方法と同一方法で、工程ブロック４１６に示したように再構成される。次に、対応する最高強度ピクセル（ＭＩＰ）画像が、ｚ軸に沿った各３Ｄ画像を通して投影することによって工程ブロック４１８に示したように計算される。

スキャンした血管構造内の各ボクセルに対して、最小５枚のＭＩＰ画像内に対応するピクセルが存在する。これは、各ボクセルが少なくとも５サイクルの位相コード化勾配に対してＭＲＩシステムのＦＯＶ内にあるためである。テーブル移動は造影剤ボーラスを追跡するように維持されるので、これはピクセルの強度レベルがこの画像フレームウィンドウ中のいずれかの時点に増加するはずであることを意味している。このため、これが血管構造における各ボクセル位置で正確にいつ発生したのかを決定することができる。

一般に４２０に示したように、各血管ボクセルのボーラス到着時間が計算されるループが入力される。工程ブロック４２２に示したように、各ボクセルについてその対応するＭＩＰ画像ピクセルはその信号強度が閾値を超える時点を決定するために試験される。それらのウィンドウ中に閾値を超える信号上昇を見ないピクセルは造影剤を含んでいないと推定され、したがって考察されない。さもなければ、ピクセル強度が増加する時点がそのピクセルの位置とともに格納される。末梢血管構造に沿って造影剤が希釈されるのを可能にするために、インテロゲート(interrogate)される領域が視野ＦＯＶ_totに沿って近位から遠位へ移動するにつれて閾値は漸進的に減少する（例えば、４００から４０へ）。これらの計算は、工程ブロック４２４に示したようにＦＯＶ_tot内の全ボクセルが試験されるまで続けられる。

工程ブロック４２６で示したように、時間分解情報を表示するための多数の方法がある。第１に、ＦＯＶ_totにわたる全血管構造の単一解剖学的画像はデータマトリックス４０８内のデータから再構成できる。このＭＩＰ画像内の各ピクセルについて、このピクセルを色変調することによって計算された到着時間を表示できる。すなわち、スキャン中の連続時点は、同時に造影剤を受け入れた血管構造ボクセルが同一色の対応する画像ピクセルを有するように、連続する虹色と一致させられる。これは、２本の下肢における血管構造間の造影剤到着時間における相違を示すために効果的な表示である。

特に図８を参照すると、時間分解情報のさらに別の表示法は、造影剤到着時間の関数としてボクセルｘ軸（すなわち、テーブル移動の軸）の位置を示すグラフ表示を作り出すことである。４０カ所の移動式平均フィルタを使用して、結果として生じる曲線が平滑化される。図９に示したように、図８の位置対時間曲線から、各下肢における血管構造を通って移動するにつれて造影剤ボーラスの局所速度を計算することができる。これらの曲線の局所的傾斜は局所的ボーラス速度の絶対的尺度を生じさせるが、図８における曲線の弁別は各長手ｘ軸の場所での局所的ボーラス速度を提供する。

図１は、本発明を使用したＭＲＩシステムのブロック図である。 図２は、本発明の１つの好ましい実施態様を実施するために図１のＭＲＩシステムによって実施されたパルスシーケンスのグラフである。 図３は、図１のＭＲＩシステムのボアの中で典型的イメージングボリュームの略図である。 図４は、その中に図２のパルスシーケンスを用いて取得されたデータが格納されるデータマトリックスの略図である。 図５は、本発明を実施するために図１のＭＲＩシステムによって使用される好ましいｋ空間抽出パターンを示したグラフである。 図６は、図５のパターンを抽出するための位相コード化勾配シーケンスを示したグラフである。 図７は、本発明を実施するためにＭＲＩシステムを使用するための方法のフローチャートである。 図８は、図７の方法を使用して実施したボーラス到着時間測定値のグラフ表示である。 図９は、図７の方法を使用して実施したボーラス速度測定値のグラフ表示である。

Claims (20)

1. 特定の視野（ＦＯＶ）を有する磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムにおいて、ＦＯＶより大きい拡大視野（ＦＯＶ_tot）にわたり被検者の一連の時間分解画像を作成する方法であって、
   ａ） 拡大視野（ＦＯＶ_tot）が特定の視野（ＦＯＶ）を通過するように被検者をＭＲＩシステムを通して移動させるステップ；
   ｂ） ステップａ）が実施される間に、所定の抽出パターンにしたがって三次元ｋ空間を繰り返し抽出するためにＭＲＩシステムを用いて三次元パルスシーケンスを繰り返し実施し、所定の抽出パターンがｋ空間の中心領域を十分に抽出してｋ空間の周辺領域を過少抽出することによって三次元画像データを取得するステップ；
   ｃ） その取得中にテーブル移動を相殺するためにステップｂ）で取得された三次元画像データを調整するステップ；および
   ｄ） 連続する時点に取得された調整された三次元画像データから一連の時間分解三次元画像を再構成するステップ
   を含む方法。
2. ＭＲＩシステムが１台のテーブルを有し、そしてステップａ）が、
   ｉ） 被検者をテーブル上に載せるステップ；および
   ｉｉ） 該テーブルを移動させるステップ
   によって実施される請求項１に記載の方法。
3. ステップａ）が実施される間に該テーブルが連続的に移動させられる請求項２に記載の方法。
4. ステップａ）が実施される間に該テーブルが様々な速度で移動させられる請求項２に記載の方法。
5. 被検者に造影剤を注入するステップ；および
   造影剤が拡大視野（ＦＯＶ_tot）を通って移動するにつれて該造影剤を追跡する速度で該テーブルが移動させられること
   を含む請求項２に記載の方法。
6. 所定の抽出パターンが、連続する位相コード化サイクルで抽出され、そして各位相コード化サイクル中にｋ空間の中心領域が十分に抽出されて、周辺ｋ空間の一部分が抽出される請求項１に記載の方法。
7. 前記の周辺ｋ空間の一部分が、前記中心領域から外向きに伸びるｋ空間の放射状区域を含む請求項６に記載の方法。
8. 前記の周辺ｋ空間の一部分が、前記中心領域から外向きに伸びるｋ空間の複数の放射状区域を含む請求項６に記載の方法。
9. 周辺ｋ空間の相違する一部分が、連続する位相コード化サイクル中に抽出される請求項６に記載の方法。
10. 前記の所定の抽出パターンが前記のｋ空間の周辺領域の放射状区域を抽出する請求項１に記載の方法。
11. 前記放射状区域が前記のｋ空間の中心領域から外向きに伸びており、前記のｋ空間の中心領域の周囲に分布している、請求項１０に記載の方法。
12. 前記の所定の抽出パターンによって抽出された前記のｋ空間の周辺領域が、前記のｋ空間の中心領域を取り囲む第１環状領域、および該第１環状領域を取り囲む第２環状領域を含む請求項１に記載の方法。
13. 前記の所定の抽出パターンが、連続する位相コード化サイクルにおいて抽出され、そして各位相コード化サイクル中に前記のｋ空間の中心領域が十分に抽出され、前記第１および第２環状領域の一部分が抽出される請求項１２に記載の方法。
14. 該第１環状領域内の所定サンプルの全部が２回の連続位相コード化サイクル中に取得される請求項１３に記載の方法。
15. 第２環状領域内の所定サンプルの全部が４回の連続位相コード化サイクル中に取得される請求項１４に記載の方法。
16. 前記の所定の抽出パターンが前記第１および第２環状領域の放射状区域を抽出する請求項１２に記載の方法。
17. 特定の視野（ＦＯＶ）を有する磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムにおいて、ＦＯＶより大きい拡大視野（ＦＯＶ_tot）にわたり被検者の画像を作成する方法であって、
    ａ） 該被検者に造影剤を注射するステップ；
    ｂ） 拡大視野（ＦＯＶ_tot）が特定の視野（ＦＯＶ）を通過するように該被検者をＭＲＩシステムを通して移動させるステップ；
    ｃ） ステップｃ）が実施される間に、所定の抽出パターンにしたがって三次元ｋ空間を繰り返し抽出するためにＭＲＩシステムを用いて三次元パルスシーケンスを繰り返し実施することによって三次元画像データを取得するステップ；
    ｄ） その取得中にテーブル移動を相殺するためにステップｃ）で取得された三次元画像データを調整するステップ；
    ｅ） 連続する時点に取得された調整された三次元画像データから一連の時間分解三次元画像を再構成するステップ；
    ｆ） 造影剤がその中に到達した時点を決定するために該再構成された一連の時間分解三次元画像内でピクセルの大きさを試験するステップ；および
    ｇ） 拡大視野（ＦＯＶ）を通して該被検者の造影剤増強血管構造を描出する調整された三次元画像データから１枚の画像を再構成するステップ
    を含む方法。
18. 該被検者の血管構造の画像が、造影剤がその中の各場所へ到達した時点を示すためにステップｆ）で決定された到達時点を用いて色変調される、請求項１７に記載の方法。
19. ステップｆ）で決定された到達時点から移動軸に沿った場所の関数として造影剤到達時点を計算するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
20. 計算された造影剤到達時点の関数から移動軸に沿った場所の関数として造影剤速度を計算するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
    

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