JP5595873B2 - 磁気共鳴イメージング装置、サンプリングパターン作成方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、サンプリングパターンに基づいて被検体を撮影する磁気共鳴イメージング装置、サンプリングパターン作成方法、およびプログラムに関する。

被検体をスキャンするときのスキャン時間を短縮する方法として、Compressed
Sensingという方法が知られている（特許文献１参照）。

特開2009-268901号公報

特許文献１の方法では、ｋ空間のデータを部分的にサンプリングするので、スキャン時間を短縮することができるという利点があるが、一方で、サンプリングされないデータが存在するので、画質が劣化してしまうことがある。したがって、短いスキャン時間で、高品質の画像を取得できることが望まれている。

本発明の第１の態様は、複数の被検体の各々の所定の部位から収集されたｋ空間のデータに基づいて作成された確率密度関数を用いて、被検体の前記所定の部位を撮影するときのｋ空間のデータのサンプリングパターンを作成するサンプリングパターン作成手段を有する磁気共鳴イメージング装置である。

本発明の第２の態様は、複数の被検体の各々の所定の部位から収集されたｋ空間のデータに基づいて作成された確率密度関数を用いて、被検体の前記所定の部位を撮影するときのｋ空間のデータのサンプリングパターンを作成するステップを有するサンプリングパターン作成方法である。

本発明の第３の態様は、複数の被検体の各々の所定の部位から収集されたｋ空間のデータに基づいて作成された確率密度関数を用いて、被検体の前記所定の部位を撮影するときのｋ空間のデータのサンプリングパターンを作成する処理を計算機に実行させるプログラムである。

確率密度関数を、複数の被検体の各々の所定の部位から収集されたｋ空間のデータに基づいて作成することによって、所定の部位の撮影に適した確率密度関数を求められるので、高品質な画像を得ることができる。

本発明の一形態の磁気共鳴イメージング装置の概略図である。 確率密度関数作成手段９１のブロック図の一例を示す図である。 確率密度関数を作成する手順を示すフロー図である。 各被検体ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎの頭部のｋ空間のデータＤＫ_１〜ＤＫ_ｎの一例を示す図である。 確率密度関数を求めるときの説明図である。 被検体１２の頭部を撮影するときのフロー図である。 確率密度関数ＤＫ_ｓの中で、確率がしきい値ＴＨよりも大きくなる領域を示す図である。 ｋ空間に設定されたサンプリング点を示す図である。 領域Ｒ_ｏｕｔの中にもサンプリング点を発生させたときの様子を示す図である。

以下、発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本発明は、以下の形態に限定されることはない。

図１は、本発明の一形態の磁気共鳴イメージング装置の概略図、図２は、確率密度関数作成手段９１のブロック図の一例を示す図である。

磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置と呼ぶ。ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging））１００は、磁場発生装置２、テーブル３、受信コイル４などを有している。

磁場発生装置２は、被検体１２が収容されるボア２１、超伝導コイル２２、勾配コイル２３、および送信コイル２４などを有している。超伝導コイル２２は静磁場Ｂ0を印加し、勾配コイル２３は勾配磁場を印加し、送信コイル２４はＲＦパルスを送信する。尚、超伝導コイル２２の代わりに、永久磁石を用いてもよい。

テーブル３は、クレードル３１を有している。クレードル３１は、ボア２１に移動できるように構成されている。クレードル３１によって、被検体１４はボア２１に搬送される。

受信コイル４は、被検体１２の頭部に取り付けられている。受信コイル４は、被検体１２からの磁気共鳴信号を受信する。

ＭＲＩ装置１００は、更に、シーケンサ５、送信器６、勾配磁場電源７、受信器８、中央処理装置９、操作部１０、および表示部１１を有している。

シーケンサ５は、中央処理装置９の制御を受けて、被検体のスキャンを実行するための情報を送信器６および勾配磁場電源７に送る。

送信器６は、シーケンサ５から送られた情報に基づいて、ＲＦコイル２４を駆動する駆動信号を出力する。

勾配磁場電源７は、シーケンサ５から送られた情報に基づいて、勾配コイル２３を駆動する駆動信号を出力する。

受信器８は、受信コイル４で受信された磁気共鳴信号を信号処理し、信号処理により得られたデータを中央処理装置９に出力する。

中央処理装置９は、シーケンサ５および表示部１１に必要な情報を伝送したり、受信器８から受け取った信号に基づいて画像を再構成するなど、ＭＲＩ装置１００の各種の動作を実現するように、ＭＲＩ装置１００の各部の動作を制御する。中央処理装置９は、例えばコンピュータ（computer）によって構成される。中央処理装置９は、確率密度関数作成手段９１およびサンプリング作成手段９２などを有している。

確率密度関数作成手段９１は、複数の被検体ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎの各々の頭部から収集されたｋ空間のデータＤＫ_１〜ＤＫ_ｎに基づいて、頭部のｋ空間のデータの確率密度関数を作成する（図５参照）。確率密度関数作成手段９１は、図２に示すように、平均手段９１ａおよび平滑化手段９１ｂを有している。

平均手段９１ａは、ｋ空間のデータＤＫ_１〜ＤＫ_ｎ（図５（ａ）参照）を平均し、頭部のｋ空間の平均データＤＫ_ｍｅａｎ（図５（ｂ）参照）を求める。平滑化手段９１ｂは、平均手段９１ａにより得られたｋ空間の平均データＤＫ_ｍｅａｎを平滑化する。

サンプリングパターン作成手段９２は、確率密度関数ＤＫ_ｓを用いて、サンプリングパターンを作成する。

中央処理装置９は、確率密度関数作成手段９１およびサンプリングパターン作成手段９２の一例であり、所定のプログラムを実行することにより、これらの手段として機能する。中央処理装置９は、課題を解決するための手段に記載された計算機の一例である。

操作部１０は、オペレータ１３の操作に応じて、種々の命令を中央処理装置９に入力する。表示部１１は種々の情報を表示する。

ＭＲＩ装置１００は、上記のように構成されている。次に、ＭＲＩ装置１００を用いて、被検体１２の所定の部位を撮影する場合の方法について説明する。尚、以下の説明では、被検体１２の頭部を２Ｄスキャンを用いて撮影する場合について説明するが、本発明は、被検体１２の頭部以外の別の部位を撮影する場合にも適用することができるし、２Ｄスキャンの代わりに３Ｄスキャンを用いて撮影する場合にも適用することができる。

本形態では、被検体１２の頭部を撮影する前に、頭部のｋ空間のデータの確率密度関数を作成する。以下に、確率密度関数を作成する方法の一例について説明する。

図３は、確率密度関数を作成する手順を示すフロー図である。
ステップＳＴ１では、複数の被検体ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎの各々の頭部をスキャンし、各被検体の頭部のｋ空間のデータを収集する（図４参照）。図４に、各被検体ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎの頭部のｋ空間のデータＤＫ_１〜ＤＫ_ｎの一例を示す。図４では、ｋ空間のデータＤＫ_１〜ＤＫ_ｎは、信号強度が大きいほど白色に近くなり、信号強度が小さいほど黒色に近くなるように、示されている。したがって、ｋ空間の中心およびその周辺の信号強度が大きく、ｋ空間の辺縁に近づくにつれて信号強度が小さくなっていることが分かる。
これらのデータを収集した後、ステップＳＴ２に進む。

ステップＳＴ２では、ｋ空間のデータＤＫ_１〜ＤＫ_ｎに基づいて、頭部のｋ空間のデータの確率密度関数を求める（図５参照）。

図５は、確率密度関数を求めるときの説明図である。
本形態では、確率密度関数を求めるために、ステップＳＴ２は、ステップＳＴ２１およびＳＴ２２を有している。以下に、各ステップＳＴ２１およびＳＴ２２について説明する。

ステップＳＴ２１では、平均手段９１ａ（図２参照）が、ステップＳＴ１で得られたｋ空間のデータＤＫ_１〜ＤＫ_ｎ（図５（ａ）参照）を平均し、頭部のｋ空間の平均データＤＫ_ｍｅａｎ（図５（ｂ）参照）を求める。
ｋ空間の平均データＤＫ_ｍｅａｎを求めた後、ステップＳＴ２２に進む。

ステップＳＴ２２では、平滑化手段９１ｂ（図２参照）が、ステップＳＴ２１で得られたｋ空間の平均データＤＫ_ｍｅａｎを平滑化する。平滑化の方法としては、例えば移動平均法を用いることができる。図５（ｃ）に、平滑化により得られたｋ空間の平滑化データＤＫ_ｓを示す。ｋ空間の平滑化データＤＫ_ｓが、頭部のｋ空間のデータの確率密度関数として用いられる。確率密度関数ＤＫ_ｓを参照すると、ｋ空間の中心およびその周辺の信号強度が大きく、ｋ空間の辺縁に近づくにつれて信号強度が小さくなっていることが分かる。図５（ｄ）には、確率密度関数ＤＫ_ｓのビュー番号０のライン上の確率分布の一例が示されている。

上記のようにして、確率密度関数ＤＫ_ｓを算出する。本形態では、図３に示すフローに従って作成された確率密度関数ＤＫ_ｓに基づいて、被検体１２の頭部を撮影する。以下に、被検体１２の頭部を撮影するときのフローについて説明する。

図６は、被検体１２の頭部を撮影するときのフロー図である。
ステップＳＴ１では、被検体１２の撮影条件を設定する。撮影条件を設定した後、ステップＳＴ２に進む。

ステップＳＴ２では、サンプリングパターン作成手段９２（図１参照）が、確率密度関数ＤＫ_ｓ（図５（ｃ）参照）を用いて、サンプリングパターンを作成する。以下に、サンプリングパターンの作成手順について説明する。

サンプリングパターン作成手段９２は、確率密度関数ＤＫ_ｓの中で、確率がしきい値ＴＨよりも大きくなる領域を特定する（図７参照）。

図７は、確率密度関数ＤＫ_ｓの中で、確率がしきい値ＴＨよりも大きくなる領域を示す図である。

しきい値ＴＨは、確率が小さいか大きいかを表す基準となる値である。ｋ空間の中心およびその周辺では、確率が大きくなるので、確率がしきい値ＴＨ以上になる領域Ｒが得られる。サンプリングパターン作成手段９２は、領域Ｒ内に位置する格子点を、サンプリング点とする（図８参照）。

図８は、ｋ空間に設定されたサンプリング点を示す図である。
図８では、サンプリング点を黒丸で示してある。サンプリング点Ｐ_１〜Ｐ_ｚは、確率がしきい値ＴＨ以上となる領域Ｒに含まれている。領域Ｒは、ｋ空間の中心部を囲んでいるので、サンプリング点Ｐ_１〜Ｐ_ｚに従って被検体１２からデータを収集することによって、高コントラストの画像を得ることができる。しかし、領域Ｒは、ｋ空間の辺縁部は含んでいないので、サンプリング点Ｐ_１〜Ｐ_ｚのデータしか収集しない場合、撮影部位に含まれる各組織の輪郭を強調して描出することができない可能性がある。そこで、本形態では、サンプリングパターン作成手段９２は、領域Ｒの外側の領域Ｒ_ｏｕｔの中にも、サンプリング点も発生させる（図９参照）。

図９は、領域Ｒ_ｏｕｔの中にもサンプリング点を発生させたときの様子を示す図である。図９では、領域Ｒ_ｏｕｔの中のサンプリング点を黒丸で示してある。

領域Ｒ_ｏｕｔの中にサンプリング点を発生させる方法としては、例えば、一様乱数を用いる方法などがある。領域Ｒ_ｏｕｔの中に含まれる格子点をサンプリング点とすることによって、ｋ空間の辺縁部側の格子点をサンプリング点とすることができるので、撮影部位に含まれる各組織の輪郭を強調して描出することが可能となる。

上記のようにして、サンプリングパターンが作成される。サンプリングパターンを作成したら、ステップＳＴ３に進み、作成されたサンプリングパターンに従って、本スキャンを実行し、フローを終了する。

本形態では、複数の被検体ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎのから収集された頭部のｋ空間のデータＤＫ_１〜ＤＫ_ｎを平均し、頭部のｋ空間の平均データＤＫ_ｍｅａｎを平滑化することにより、頭部のｋ空間のデータの確率密度関数ＤＫ_ｓを求めている。確率密度関数ＤＫ_ｓの確率は、ｋ空間の信号強度の大きさを表しているので、確率密度関数ＤＫ_ｓに従ってサンプリングパターンを作成させることによって、ｋ空間の中で信号強度が大きくなる領域のデータを効率よくサンプリングすることができる。したがって、短い撮影時間で、高品質のＭＲ画像を得ることが可能となる。

本形態では、各被検体ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎのｋ空間のデータＤＫ_１〜ＤＫ_ｎを平均し、頭部のｋ空間の平均データＤＫ_ｍｅａｎを平滑化することによって、確率密度関数ＤＫ_ｓを求めている。しかし、別の方法で、確率密度関数ＤＫ_ｓを求めてもよい。例えば、ｋ空間の平均データＤＫ_ｍｅａｎを平滑化する前に、ｋ空間の平均データＤＫ_ｍｅａｎに一定の重み付けをし、重み付けされた後のｋ空間の平均データＤＫ_ｍｅａｎ′を平滑化することにより、確率密度関数ＤＫ_ｓを求めてもよい。

本形態では、領域Ｒ_ｏｕｔの中にも、サンプリング点を発生させている。しかし、高品質の画像を得ることができるのであれば、必ずしも領域Ｒ_ｏｕｔの中にサンプリング点を発生させる必要はない。

本形態では、被検体１２の頭部を撮影するので、頭部の確率密度関数ＤＫ_ｓを作成しているが、被検体１２の頭部以外の別の部位を撮影する場合には、撮影する別の部位に関する確率密度関数を作成すればよい。

本形態では、ＭＲＩ装置１００は、確率密度関数ＤＫ_ｓを作成するための確率密度関数作成手段９１を有している。しかし、ＭＲＩ装置１００には確率密度関数作成手段９１を備えずに、ＭＲＩ装置１００とは別のＭＲＩ装置を用いて確率密度関数ＤＫ_ｓを作成し、別のＭＲＩ装置を用いて作成された確率密度関数ＤＫ_ｓをＭＲＩ装置１００に記憶させてもよい。

２ 磁場発生装置
３ テーブル
４ 受信コイル
５ シーケンサ
６ 送信器
７ 勾配磁場電源
８ 受信器
９ 中央処理装置
１０ 操作部
１１ 表示部
１２ 被検体
１３ オペレータ
２１ ボア
２２ 超伝導コイル
２３ 勾配コイル
２４ 送信コイル
３１ クレードル
９１ 確率密度関数作成手段
９１ａ 平均手段
９１ｂ 平滑化手段
９２ サンプリングパターン作成手段
１００ ＭＲＩ装置

Claims (9)

1. 複数の被検体の各々の所定の部位から収集されたｋ空間のデータに基づいて作成された確率密度関数を用いて、被検体の前記所定の部位を撮影するときのｋ空間のデータのサンプリングパターンを作成するサンプリングパターン作成手段を有する磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記確率密度関数を作成する確率密度関数作成手段を有する、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記確率密度関数作成手段は、
   前記複数の被検体の各々の前記所定の部位から収集されたｋ空間のデータを平均する平均手段と、
   前記平均手段により得られたｋ空間の平均データを平滑化する平滑化手段と、
   を有する、請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 複数の被検体の各々の所定の部位から収集されたｋ空間のデータに基づいて作成された確率密度関数を用いて、被検体の前記所定の部位を撮影するときのｋ空間のデータのサンプリングパターンを作成するステップを有するサンプリングパターン作成方法。
5. 前記確率密度関数を作成する確率密度関数作成ステップを有する、請求項４に記載のサンプリングパターン作成方法。
6. 前記確率密度関数作成ステップは、
   前記複数の被検体の各々の前記所定の部位から収集されたｋ空間のデータを平均する平均ステップと、
   前記平均ステップにより得られたｋ空間の平均データを平滑化する平滑化ステップと、
   を有する、請求項５に記載のサンプリングパターン作成方法。
7. 複数の被検体の各々の所定の部位から収集されたｋ空間のデータに基づいて作成された確率密度関数を用いて、被検体の前記所定の部位を撮影するときのｋ空間のデータのサンプリングパターンを作成する処理を計算機に実行させるプログラム。
8. 前記確率密度関数を作成する確率密度関数作成処理を計算機に実行させる、請求項７に記載のプログラム。
9. 前記確率密度関数作成処理は、
   前記複数の被検体の各々の前記所定の部位から収集されたｋ空間のデータを平均する平均処理と、
   前記平均処理により得られたｋ空間の平均データを平滑化する平滑化処理と、
   を有する、請求項８に記載のプログラム。