JP2002248091A - 高時間分解能の自由呼吸ｍｒ画像の収集 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 時間分解能が高い自由呼吸による心臓ＭＲ画
像を収集するためのシステム及び方法を提供すること。 【解決手段】 本技法は、画像収集の直前に患者の心拍
数をモニタリングしてＲ−Ｒ間隔の時間間隔を収集する
こと（１５０）、並びに心拍数モニタリングより得たこ
の時間間隔を用いて以後のＲ−Ｒ間隔（１２２）を予見
推定すること、を含む。次いで、ＭＲデータ（１２４）
の収集をＲ−Ｒ間隔（１２２）内の任意の時点で開始
し、記録した時間間隔にわたって継続することができ
る。このデータ収集は、連続するＲ−Ｒ間隔内で分割し
て収集され（１５６）、次いでこれらを合成して時間分
解能が高い画像を再構成している（１７２）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】本発明は、全般的には磁気共鳴画像（Ｍ
ＲＩ）を収集するための改良した方法に関し、さらに詳
細には、心臓血管系のＭＲ検査で特に有用な時間分解能
が高いＭＲ画像を収集するための方法及び装置に関す
る。

【０００２】人体組織などの物質を均一な磁場（偏向用
磁場Ｂ₀）にかけると、組織中のスピンの個々の磁気モ
ーメントはこの偏向用磁場と整列しようとするが、この
周りをラーマーの特性周波数で無秩序に歳差運動するこ
とになる。この物質（または組織）に、ｘｙ平面内にあ
りラーマー周波数に近い周波数をもつ磁場（励起磁場Ｂ
₁）がかけられると、正味の整列モーメント（すなわ
ち、「縦方向磁化」）Ｍ_zは、ｘｙ平面内にくるように
回転させられ（すなわち、「傾けられ（ｔｉｐｐｅ
ｄ）」）、正味の横方向磁気モーメントＭ_tが生成され
る。励起信号Ｂ₁を停止させた後、励起したスピンによ
り信号が放出され、さらにこの信号を受信し処理して画
像を形成することができる。

【０００３】これらの信号を用いて画像を作成する際に
は、磁場傾斜（Ｇ_x、Ｇ_y及びＧ_z）が利用される。典型
的には、画像化しようとする領域は、使用する具体的な
位置特定方法に従ってこれらの傾斜を変更させている一
連の計測サイクルによりスキャンを受ける。結果として
得られる受信したＮＭＲ信号の組は、ディジタル化され
処理され、よく知られている多くの再構成技法のうちの
１つを用いて画像が再構成される。

【０００４】対象が動いていると、特に画像作成面に対
象が出たり入ったりして動くように画像面が設定されて
いる場合に、画像化が特に困難である。こうした画像化
は、別の周期的運動がこれに付加されると特に困難とな
る。例えば、呼吸をしている被検体内の対象の画像化で
は、内部構造が周期的に運動しており、またさらに、そ
の構造が心臓の近傍にある場合では心臓の拍動運動によ
り画像化がさらに複雑となる。

【０００５】心臓血管系の疾患は、今日ほとんどの工業
化国家において罹患率及び死亡率が最も高い原因となっ
ている。最近まで、心臓のＭＲイメージング法は幾つか
の理由から臨床的価値が限られていた。先ず、この方法
は心拍周期と比較して収集時間が相対的に長く、この結
果心臓の動きによるボケが生じていた。第２に、イメー
ジング・スキャンの持続時間がこのように長いことによ
り、呼吸運動による運動アーチファクトを回避するため
には、患者が過度に長い間呼吸を停止する必要がある。
ｋ空間分割式高速グラジエントエコー（ｆｇｒｅ）ベー
スのシーケンスや、さらに最近では、エコー・プラナー
・イメージング・ベースのシーケンスが出現し、心臓Ｍ
Ｒイメージングはさらに普及してきた。

【０００６】ｋ空間分割法では、呼吸停止した１回の収
集で幾つかの心拍周期にわたるデータを収集している。
データは、その各々が連続するＲ−Ｒ間隔で収集される
幾つかのセグメントに区分している。ある任意のＲ−Ｒ
間隔内で、同じセグメントをＲ−Ｒ間隔内の異なる時点
で繰り返し収集し、これによりＲ−Ｒ間隔全体をカバー
していながら高い時間分解能を有する動画画像が得られ
る。インターリーブ式エコー・プラナー・イメージング
（エコートレイン、あるいは高速グラジエントエコート
レイン（ｆｇｒｅｔ）ともいう）のイメージング法の開
発により、各ＲＦ励起から複数のｋ空間線（ＥＴＬ）を
収集できるようにすることによってイメージング走査に
要する時間が大幅に短縮された。大ざっぱに言えば、収
集時間をＥＴＬの比率だけ短縮しながら同じ時間分解能
を維持するか、あるいは時間分解能をＥＴＬの比率だけ
増加させながら同じ走査時間を維持するかのいずれかが
可能となる。典型的な呼吸停止時間は、ｆｇｒｅベース
の収集では１２〜１６秒であり、またｆｇｒｅｔベース
の収集では６〜８秒である。エコートレイン技法をｋ空
間分割式収集と組み合わせて使用すると、呼吸停止技法
を使用した心臓血管系検査の実施が可能となる。

【０００７】こうした検査の一例は、心電計（ＥＣＧ）
ベースのストレス・テストをＭＲの形に直したものにあ
たる、ＭＲベースの運動誘導または薬剤誘導ストレス機
能検査である。ストレス機能イメージング検査では、患
者を連続してレベルを上昇させた心臓ストレスにかけ、
心拍数が必要とするストレス・レベルで安定化した後
に、典型的には呼吸停止のｋ空間分割式技法を用いてＭ
Ｒ画像を収集している。

【０００８】しかし、連続するストレス・レベル間での
遷移時間中に、心臓壁の動きの変化や虚血に関連する心
臓発作などの任意の心臓機能の異常を発見するように患
者を連続してモニタリングする必要がある。モニタリン
グは上述の呼吸停止技法を使用して実施することができ
るが、この種の患者では呼吸停止の繰り返しにより極め
て消耗をきたすことがある。したがって、連続するスト
レス・レベル間の遷移期間中のモニタリングで使用でき
る高速ＭＲ収集法が必要である。こうした方法では、虚
血性発作に関連する心臓壁の動きの異常をほぼリアルタ
イムで検出できるような十分な空間的及び時間的分解能
をもつ自由呼吸画像を収集できなければならない。より
高いストレス・レベルで見られる高い心拍数のためにそ
の心拍周期（Ｒ−Ｒ時間間隔）が大幅に短縮しているよ
うなストレス・テストでは、時間分解能が高いという要
件が特に重要である。心収縮期の視覚化では、典型的に
は、１回のＲ−Ｒ間隔あたり概ね１０枚の画像が適当で
ある。壁運動の異常を検出するには、その空間分解能要
件は概ね３ｍｍまたはそれ以上の分解能となる。

【０００９】しかし、ＥＣＧゲート制御では別の問題を
生じる。こうしたゲート制御では、オペレータ依存性、
患者間のバラツキ、ＥＣＧ導線の遊離、イメージング用
傾斜磁場からのノイズによるＥＣＧ信号の破損といった
多くの問題が起こる。ＥＣＧゲート制御が問題となるよ
うな状況では、代替案の１つは、ＥＣＧゲート制御と比
べてより複雑でなく、かつ多くの場合信頼性がより高い
末梢ゲート制御を使用することである。しかし、末梢ゲ
ート制御では、ＥＣＧゲート制御に対する遅延が持ち込
まれるという制限が生じ、このため、心臓のＲ波の正確
な時点を特定することができない。より一般的には、任
意のゲート制御トリガに対するリアルタイムでの検出を
必要としない技法があることが望ましい。

【００１０】この問題に対する可能な解決策の１つとし
て、データに対するリアルタイムでの収集、再構成及び
表示のためにインターリーブ式ＥＰＩ ｆｇｒｅｔなど
の非ゲート制御の高速イメージング・シーケンスを利用
しているＭＲ透視法（ＭＲｆｌｕｏｒｏｓｃｏｐｙ）が
ある。ＭＲ透視法は魅力ある解決策の１つのようではあ
るが、高速で画像再構成及び表示をするための計算上の
要件、並びに空間分解能要件により、達成可能な最大フ
レームレートが毎秒１２〜１５フレームに制限され、こ
の結果、時間分解能は６６〜８５ｍｓに制限される。心
収縮期を有効に視覚化するには、こうした分解能は、概
ね１５０〜１８０拍動毎分（ｂｐｍ）の心拍数では受容
しがたい。可能な別の解決策は、小さなＶＰＳ値（セグ
メントあたりのビュー数）をもつｋ空間分割式シネシー
ケンスを使用することである。しかし、これでもまだ、
収集を完了するのにかなり多くの心拍動を必要とするよ
うな状況では、収集の間に呼吸アーチファクトがかなり
大きくなるという問題が生じる。したがって、これもま
た、この問題に対する望ましい解決策となっていない。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の問題を
解決している、時間分解能が高い自由呼吸の心臓ＭＲ画
像を収集するためのシステム及び方法に関する。

【００１２】本発明は、ユーザにより入力できるか、あ
るいはＥＣＧ導線または末梢導線から直接得ることがで
きるかのいずれかであるような心拍数の尺度を、以後の
Ｒ−Ｒ間隔に対する予見推定値として使用している。デ
ータは、Ｒ波の発現からではなくＲ−Ｒ間隔の任意の時
点から収集する。

【００１３】本発明は、高い時間分解能及び短い全収集
時間という要件のためにこれまでは可能でなかったよう
な心臓血管系検査を可能にするようなｋ空間収集の分割
を含んでいる。本発明は、広範に使用されているＥＣＧ
ベースのストレス・テストをＭＲの形に直したものにあ
たるような、ＭＲベースのストレス機能を使用した検査
を提供する。先ず患者を、心拍数の上昇を導くような連
続してレベルを上昇させた心臓ストレスにかける。スト
レスは、物理的運動により誘導することも、ドブタミン
などの薬剤の投与により誘導することもできる。心拍数
が所与のストレス・レベルに関して安定化した後、標準
のＥＣＧ装置または末梢パルスゲート制御装置を使用し
てＲ−Ｒ間隔を計測して記録する。記録した後は、ＭＲ
スキャナはＥＣＧ読み値を無視し、記録したこのＲ−Ｒ
間隔を実際のＲ−Ｒ間隔の始点や終点と無関係な収集時
間間隔として使用しながらＭＲデータを収集するような
ＭＲスキャンが開始される。現在のセグメントに対する
データ収集は、分割式シネ収集の場合と同様に、予測さ
れるＲ−Ｒ時間間隔の終点に達するまで継続される。ｋ
空間ビューは、次のセグメントのために更新され、さら
に、この処理はすべてのデータを収集し終えるまで継続
される。画像の再構成及び表示は、シネデータ組を再構
成するのに必要なすべてのデータを収集し終えた時点で
開始される。データを分割すること、並びに様々なセグ
メントを連続した収集により収集することにより、より
分解能が高い画像を達成することができる。本方法は、
スキャン開始の直前での心拍周期の間隔計測によって心
拍周期の終了の発生を推定することによる仮想的な心臓
トリガを使用している。この方式では、時間分解能が高
いｋ空間分割式の高速シネスキャンを完了させるため
に、ＥＣＧゲートまたは末梢ゲートのトリガを実際に待
つ必要がない。スキャン中に適当なＥＣＧトリガが存在
するか、あるいは末梢パルスゲート制御を使用していれ
ば、ＭＲスキャナは連続する収集の間に心拍周期間隔を
定期的に更新することができる。心拍周期（すなわち、
時間間隔）のこうした更新は自動化することができ、ま
た手作業のオペレータ制御の下におくこともできる。

【００１４】本発明の一態様によれば、自由呼吸ＭＲ画
像を収集する方法は、Ｒ−Ｒ間隔の時間間隔を収集する
ために画像収集の直前に被検体の心拍数をモニタリング
すること、並びに心拍数モニタリングによるこの時間間
隔を記録して以後のＲ−Ｒ間隔を予見推定することを含
む。本方法は次に、その第１のＭＲデータ収集が任意の
点で開始されると共に記録された時間間隔にわたって延
長するようなｎ組のＭＲデータを収集することを含む。

【００１５】本発明の別の態様によれば、時間分解能が
高い画像を収集するためのＭＲＩ装置は、ＲＦ送受信装
置システムと、偏向磁場を印加するためのマグネットの
ボアの周りに配置した複数の傾斜コイルとを有している
磁気共鳴イメージング・システムを含む。ＲＦスイッチ
は、ＲＦ信号をＲＦコイル・アセンブリに送信してＭＲ
画像を収集させているパルスモジュールにより制御を受
ける。コンピュータは、患者の心拍数をモニタリングす
ること、心拍数のＲ−Ｒ間隔の時間間隔を収集するこ
と、並びにこのＲ−Ｒ間隔の時間間隔を記憶すること、
を行うようにプログラムされている。このコンピュータ
はさらに、ＭＲＩシステムを有効にしてＲ−Ｒ間隔内の
任意の時点で患者のＭＲスキャンを開始すること、並び
に記憶した時間間隔に匹敵する時間にわたってＭＲデー
タの収集を継続すること、を行うようにプログラムされ
ている。次いで、記憶した時間間隔により推定されるよ
うな少なくとも１回のＲ−Ｒ間隔にわたって収集された
ＭＲデータを用いてＭＲ画像を再構成することができ
る。

【００１６】本発明のさらに別の態様は、コンピュータ
で実行させた際にそのコンピュータに対して、患者の心
拍周期を意味するＲ−Ｒ間隔を示す時間間隔信号を受け
取ること、並びにＲ−Ｒ間隔に等しい第１の収集期間中
に第１組の部分的ＭＲ画像データを収集すること、を行
わせる命令の組を有するコンピュータ・プログラムを含
む。次いで、Ｒ−Ｒ間隔に等しい第２の収集期間中に第
２組の部分的ＭＲ画像データを収集し、次いで、第１組
の部分的ＭＲ画像データと第２組の部分的ＭＲ画像デー
タを合成することによりＭＲ画像を再構成させることが
できる。

【００１７】この方式では生理学的トリガ制御の必要が
ないため、このパルスシーケンスは心収縮サイクルの開
始位相と同期させる必要がない。このため、ＥＣＧ波形
を収集し、その画像収集をＥＣＧ波形のＲ−Ｒ間隔に合
わせてゲート制御しようとする必要がない。ＥＣＧ波形
（すなわち、ＥＣＧから収集した信号）の場合では磁場
傾斜の印加により歪む可能性があることから、ゲート制
御が不正確になるおそれや、この結果生じる可能性があ
る画像のボケを無くすことができる。

【００１８】本発明のその他の様々な特徴、目的及び利
点は、以下の詳細な説明及び図面より明らかとなろう。

【００１９】

【発明の実施の形態】図面では、本発明を実施するよう
に目下のところ企図されている好ましい実施の一形態を
図示している。

【００２０】図１を参照すると、本発明を組み込んでい
る好ましいＭＲＩシステム１０の主要コンポーネントを
表している。本システムの動作は、キーボードその他の
入力デバイス１３、制御パネル１４及びディスプレイ１
６を含むオペレータ・コンソール１２から制御を受けて
いる。コンソール１２は、オペレータが画像の作成及び
スクリーン１６上への画像表示を制御できるようにする
独立のコンピュータ・システム２０と、リンク１８を介
して連絡している。コンピュータ・システム２０は、バ
ックプレーン２０ａを介して互いに連絡している多くの
モジュールを含んでいる。これらのモジュールには、画
像プロセッサ・モジュール２２、ＣＰＵモジュール２
４、並びに当技術分野でフレーム・バッファとして知ら
れている画像データ・アレイを記憶するためのメモリ・
モジュール２６が含まれている。コンピュータ・システ
ム２０は、画像データ及びプログラムを記憶するために
ディスク記憶装置２８及びテープ駆動装置３０とリンク
しており、さらに高速シリアル・リンク３４を介して独
立のシステム制御部３２と連絡している。入力デバイス
１３は、マウス、ジョイスティック、キーボード、トラ
ックボール、タッチスクリーン、光学読取り棒、音声制
御器、その他同様のデバイスを含むことができ、また入
力デバイス１３は、対話式の幾何学的指定をするために
使用することができる。

【００２１】システム制御部３２は、バックプレーン３
２ａにより互いに接続させたモジュールの組を含んでい
る。これらのモジュールには、ＣＰＵモジュール３６
や、シリアル・リンク４０を介してオペレータ・コンソ
ール１２に接続させたパルス発生器モジュール３８が含
まれる。システム制御部３２は、実行すべきスキャン・
シーケンスを指示するオペレータからのコマンドをリン
ク４０を介して受け取っている。パルス発生器モジュー
ル３８は、各システム・コンポーネントを動作させて所
望のスキャン・シーケンスを実行させ、発生した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しているデータを
発生させている。パルス発生器モジュール３８は、スキ
ャン中に発生させる傾斜パルスのタイミング及び形状を
指示するために、１組の傾斜増幅器４２と接続させてい
る。パルス発生器モジュール３８はさらに、患者に接続
した多数の異なるセンサからの信号（例えば、患者に装
着した電極からのＥＣＧ信号）を受け取っている生理学
的収集制御器４４から患者データを受け取っている。ま
た最終的には、パルス発生器モジュール３８はスキャン
室インタフェース回路４６と接続させており、スキャン
室インタフェース回路４６はさらに、患者及びマグネッ
ト系の状態に関連する様々なセンサからの信号を受け取
っている。このスキャン室インタフェース回路４６を介
して、患者位置決めシステム４８はスキャンのために患
者を所望の位置に移動させるコマンドを受け取ってい
る。

【００２２】パルス発生器モジュール３８が発生させる
傾斜波形は、Ｇ_x増幅器、Ｇ_y増幅器及びＧ_z増幅器を有
する傾斜増幅器システム４２に加えられる。各傾斜増幅
器は、収集した信号の空間的エンコーディングに使用す
る磁場傾斜を生成させるために一般に指定されるような
アセンブリ内の対応する物理的傾斜コイル５０を励起さ
せている。傾斜磁場コイル・アセンブリ５０は、偏向用
マグネット５４及び全身用ＲＦコイル５６を含んでいる
マグネット・アセンブリ５２の一部を形成している。シ
ステム制御部３２内の送受信器モジュール５８は、ＲＦ
増幅器６０により増幅を受け送信／受信スイッチ６２に
よりＲＦコイル５６に結合しているパルスを発生させて
いる。患者内の励起された原子核が放出して得た信号
は、同じＲＦコイル５６により検知し、送信／受信スイ
ッチ６２を介して前置増幅器６４に結合させることがで
きる。増幅されたＭＲ信号は、送受信器５８の受信器部
分で復調され、フィルタ処理され、さらにディジタル化
される。送信／受信スイッチ６２は、パルス発生器モジ
ュール３８からの信号により制御し、送信モードではＲ
Ｆ増幅器６０をコイル５６と電気的に接続させ、受信モ
ードでは前置増幅器６４を電気的に接続させる。送信／
受信スイッチ６２によりさらに、送信モードと受信モー
ドのいずれに関しても同じ単独のＲＦコイル（例えば、
表面コイル）を使用することが可能となる。

【００２３】ＲＦコイル５６により取り込まれたＭＲ信
号は送受信器モジュール５８によりディジタル化され、
システム制御部３２内のメモリ・モジュール６６に転送
される。スキャンが完了すると、未処理のｋ空間データ
のアレイがメモリ・モジュール６６に収集されている。
以下でより詳細に説明することにするが、この未処理の
ｋ空間データは、各画像を再構成させるように別々のｋ
空間データ・アレイの形に配列し直している。さらに、
これらの各々は、データをフーリエ変換して画像データ
のアレイにするように動作するアレイ・プロセッサ６８
に入力される。この画像データはシリアル・リンク３４
を介してコンピュータ・システム２０に送られ、コンピ
ュータ・システム２０において画像データはディスク記
憶装置２８内に記憶される。この画像データは、オペレ
ータ・コンソール１２から受け取ったコマンドに応じ
て、テープ駆動装置３０上にアーカイブしたり、画像プ
ロセッサ２２によりさらに処理してオペレータ・コンソ
ール１２に伝達したりディスプレイ１６上に表示させた
りすることができる。

【００２４】本発明は、患者の呼吸停止に依存しない高
時間分解能のＭＲ画像が収集されるようにＭＲ画像を取
得するための、上記で参照したＭＲシステム、あるいは
同様の任意のシステムや同等のシステムでの使用に適し
た方法及びシステムを含む。本発明は心臓血管系のＭＲ
検査で特に有用である。

【００２５】本発明の高時間分解能の自由呼吸ＭＲ画像
は、ＭＲスキャナの磁場傾斜とＥＣＧ収集の間の干渉が
ないように、ＭＲスキャナが待機状態にある間にＥＣＧ
を定期的にモニタリングして心拍数を計測することによ
り収集される。本発明によれば、ＭＲベースのストレス
機能検査の間に、患者に対して先ず、心拍数の増加につ
ながるような連続してレベルを上昇させた心臓ストレス
がかけられる。このストレスは、物理的運動やドブタミ
ンなどの薬剤の投与により誘導することができる。次い
で、ＥＣＧにより心拍数をモニタリングし、心拍数が所
望のストレス・レベルで安定化した後、この検査法はＭ
Ｒデータ収集のための以後のＲ−Ｒ間隔を推定するため
にＲ−Ｒ間隔の時間間隔を記録することを含む。すなわ
ち、ＥＣＧゲート制御のためのＥＣＧ信号を収集する際
にスキャン時の磁場傾斜により生じる可能性があるよう
な干渉を回避するために、所望のストレス・レベルに到
達しＲ−Ｒ間隔の時間間隔を記録した後は、心拍数モニ
タリングはもはや必要とせず、かつＭＲデータを直ちに
収集することができる。この非ゲート制御のＭＲデータ
収集は、Ｒ−Ｒ間隔を推定し、この各間隔にわたってＲ
−Ｒ間隔の実際の始点と終点とは無関係にデータを収集
するように記録した時間間隔を用いて実行することがで
きる。換言すると、このＭＲデータ収集は、ＥＣＧトリ
ガに合わせたゲート制御をしておらず、したがって磁場
傾斜を印加した際にＥＣＧ波形が大きく歪むことにより
生ずる可能性があるような不正確さに影響を受けない。

【００２６】本発明によれば、ｋ空間データ収集を複数
のＲ−Ｒ間隔にわたって分割している。このデータ収集
は、心拍数が一定と見なすことができ呼吸によるアーチ
ファクトが最小となるような少ない回数のＲ−Ｒ間隔に
わたって実行することが好ましい。収集するＭＲデータ
の各フレームが区分され（すなわち、分割され）ている
ようなｎ組のＭＲデータを収集している場合、パルスシ
ーケンスは、生データのマトリックス（ｋ空間）をｎ個
のセグメントに区分すると共に、連続するＲ−Ｒ間隔で
各部分を収集する。例えば、ｎ＝２であるような実施の
一形態では、ｋ空間データの上半分と下半分は、２回の
連続する心拍動で収集することができる。別法では、修
正型エコートレイン軌道を用いて、ｋ空間マトリックス
の偶数番の線と奇数番の線を連続する心拍動で収集する
ことができる。しかし、遷移境界における位相と振幅の
差を最小限にするようなｋ空間の適当な任意の分割も可
能であることに留意されたい。

【００２７】図２を参照すると、従来型のリアルタイム
のデータ収集方式１００を表している。この例では、１
１個のデータフレーム１０２が単一のＲ−Ｒ間隔１０４
で収集される。基準点として、各フレームは時間Ｔで収
集される。データ収集１０２が開始されるフレーム１０
６の位置が示すように、この収集はＲ−Ｒ間隔１０８の
開始によりゲート制御している。しかし、直前のデータ
収集１１０からの磁場傾斜により、Ｒ−Ｒ間隔１０８の
開始を表すＥＣＧ信号の読み値は、真の正確なＲ−Ｒ間
隔１０４に合わせたデータ収集の適正なゲート制御が多
くの場合に困難となる程の大幅な歪みを受けることがあ
る。多くの場合、実際上の収集は時間的に幾分後の点で
得られるが、歪みのためにこの時点は不明である。ＥＣ
Ｇ信号の歪みは必ずしも各データ収集で同じでないた
め、ｋ空間データを分割した後に合成すると、得られる
再構成画像にはかなりのボケが生じる。

【００２８】図３を参照すると、データの組１２４を収
集するために推定したＲ−Ｒ間隔１２２を用いているよ
うな、本発明によるリアルタイムのデータ収集方式１２
０を表している。データは、その各々がｎ回の連続する
Ｒ−Ｒ間隔で収集されるようなｎ個のセグメントに区分
している。好ましい実施の一形態では、各データフレー
ム収集のための収集時間はＴ／２であり、したがってフ
レームを２倍多く収集することができる。しかし、これ
を行うためには、データは、その各々が連続するＲ−Ｒ
間隔で収集されるようなセグメントに区分している。こ
の方式では、その心拍周期の長さが心拍数が大きいため
に大幅に短縮されている場合であっても、時間分解能が
高い画像を収集することができる。図示した例では、１
つのＲ−Ｒ間隔内に２２個のデータフレームをはめ込ん
でおり、これにより心収縮期の視覚化が向上すると共に
空間分解能を向上させることができ、患者の呼吸停止を
必要とせずに壁の動きの異常を検出することができる。
推定した各Ｒ−Ｒ間隔１２２の間で、各フレーム１２６
に対するｋ空間データの一部分を収集する。ＭＲデータ
の組１２４内のフレーム１２８で示すようにしてｋ空間
の第１の部分が収集され、また第２組のＭＲデータ１３
０内で、フレーム１３２に示すようにｋ空間の第２の部
分が収集される。画像を再構成するためには、推定した
Ｒ−Ｒ間隔１２２内の間隔が同じフレームを続いて収集
したフレームと合成させる。例えば、フレーム１２８と
フレーム１３２を合成することにより、より高い分解能
の画像１３４が得られる。実施の一形態では、ｎ＝２の
場合には各セグメントに対するｋ空間画像データの半分
を収集でき、ｎ＝３ではその３分の１が収集でき、以下
同様となる。別法として、ｋ空間データの偶数番線と奇
数番線を連続するＲ−Ｒ間隔で収集することができる。

【００２９】図４を参照すると、時間分解能が高い画像
をほぼリアルタイムで収集するための流れ図を表してい
る。画像収集の直前に患者の心拍数をモニタリングした
後、上述したように、Ｒ−Ｒ時間間隔を計測して現在の
心拍数から時間間隔を収集し、有効なＲ−Ｒ時間間隔を
推定している（１５０）。次いで、この時間間隔をメモ
リ内に記録（すなわち、記憶）し、以後のＲ−Ｒ間隔を
予見推定する。次いで、ＥＣＧモニタリングを停止し、
Ｒ−Ｒ間隔内の任意の時点でＭＲスキャンを開始するこ
とができる（１５２）。第１のデータ組の収集は、個々
の各データフレームを収集すること（１５６）によりブ
ロック１５４で開始することができる。次いで、内部ク
ロックによりデータフレームを収集している時間間隔を
監視し、推定したＲ−Ｒ間隔の終点となるまで（１５
８、１６０）、データフレームの収集を継続させる。推
定したＲ−Ｒ間隔の終点（１５８、１６２）に達する
と、システムは、すべてのデータ組を収集し終えている
か否かを確認し（１６４）、追加のデータ組の収集を要
する場合（１６６）には、ブロック１６８において続き
のデータ組の収集を開始し、推定したＲ−Ｒ間隔の次の
終点となるまで（１５８、１６２）収集を継続する。す
べてのデータを収集し終えた後（１６４、１７０）、ス
キャンは完了し、ブロック１７２において画像を再構成
することができる。追加のスキャンを希望する場合（１
７４）は上述のアルゴリズムを反復する。追加のスキャ
ンがなければ、ブロック１７６において画像が表示され
検査は終了する。

【００３０】したがって、本発明は、患者の心拍数をモ
ニタリングしながら患者を連続してレベルが上昇する心
臓ストレスにかけているような検査の実施方法を含む。
心拍数が所望のストレス・レベルで安定化した後、本検
査法は、Ｒ−Ｒ間隔の時間間隔を記録すること、次いで
推定したＲ−Ｒ間隔に合わせて記録した時間間隔を用い
て非ゲート制御のＭＲデータを収集すること、を含む。
ＭＲデータを収集するこのステップは、各データフレー
ムのセグメントを連続するＲ−Ｒ間隔にわたって収集す
ることを含むことができる。この場合では、本システム
は、各フレームからのセグメントを合成して患者呼吸停
止を必要とせずに時間分解能が高い画像を再構成するこ
とを含む。

【００３１】本発明は、図１を参照しながら記載した構
成などをしたコンピュータを有するＭＲＩスキャナで使
用するためのコンピュータ・プログラムを含んでおり、
このコンピュータ・プログラムは、実行させた際にコン
ピュータに対して、患者の心拍周期を意味するＲ−Ｒ間
隔を示す時間間隔信号を受け取ること、次いでＲ−Ｒ間
隔に等しい第１の収集期間中に第１組の部分的ＭＲ画像
データを収集すること、を行わせる命令の組を有してい
る。本コンピュータ・プログラムは次いで、コンピュー
タに対して、同じくＲ−Ｒ間隔に等しい第２の収集期間
中に第２組の部分的ＭＲ画像データの収集を行わせる。
本コンピュータ・プログラムは、第１組の部分的ＭＲ画
像データと第２組の部分的ＭＲ画像データを合成するこ
とによりＭＲ画像を再構成させるような命令を有してい
る。当業者であれば容易に理解するであろうように、本
発明のこの態様は２組の部分的ＭＲ画像データの収集に
限定されず、第３組、第４組、第５組などの部分的ＭＲ
画像データ組まで拡張することができる。一般に、本コ
ンピュータ・プログラムは、部分的ＭＲ画像データであ
って、その各データフレームがＲ−Ｒ間隔中で各部分的
ＭＲデータ組の対応するデータフレームと同様の時点で
収集されているようなｎ組の部分的ＭＲ画像データを収
集するように設計されている。

【００３２】こうしたシステムを用いたＭＲデータの収
集では、ＥＣＧトリガ信号に合わせたゲート制御がなさ
れておらず、また、部分的ＭＲデータの各組はＲ−Ｒ間
隔の始点や終点と無関係な時点で収集できるので有利で
ある。ｋ空間データは任意の多くの方法で分割すること
ができる。これらの方法のうちの２つの例としては、ｎ
＝２の場合に所与のセグメントに対するｋ空間データの
半分を収集すること、あるいは連続するＲ−Ｒ間隔でｋ
空間データの偶数番線と奇数番線を収集することのいず
れかがある。本発明は、そのコンピュータ・プログラム
がコンピュータに対して、心拍数をモニタリングするこ
と、並びにＭＲスキャナが待機状態にある間で患者の現
在のＲ−Ｒ間隔を示すＲ−Ｒ時間間隔を発生させるこ
と、を行わせるように拡張することができる。このプロ
グラムは、心拍数を定期的にモニタリングしＭＲデータ
の収集が完了した後にＲ−Ｒ時間間隔を発生させる。し
たがって、ＭＲスキャナがＥＣＧ波形と干渉するおそれ
のある磁場傾斜を生成している間はＥＣＧ信号を収集す
る必要がない。

【００３３】図１を参照しながら開示したようなコンピ
ュータを有するＭＲＩシステムを含んでいる、時間分解
能が高い画像を収集するためのＭＲＩ装置を開示する。
このコンピュータは、患者の心拍数をモニタリングする
こと、その心拍数からＲ−Ｒ間隔の時間間隔を収集する
こと、並びにこのＲ−Ｒ間隔の時間間隔を記憶するこ
と、を行うようにプログラムされている。コンピュータ
はさらに、ＭＲＩシステムを有効にして、Ｒ−Ｒ間隔内
の任意の時点で患者のＭＲスキャンを開始するようにプ
ログラムされている。ＭＲデータは、記憶した時間間隔
に匹敵する時間にわたって収集される。次いでコンピュ
ータは、その時間間隔で推定されるようなＲ−Ｒ間隔に
わたって収集したＭＲデータを用いてＭＲ画像を再構成
する。コンピュータをさらに、各収集の間にデータの一
部分を収集し、次いでこれらを合成して分解能がより高
いＭＲ画像が再構成されるように、データ収集を分割さ
せるようにプログラムしておくことができる。一般に、
このコンピュータは、その各々がｍ個のフレームを有す
るｎ組のＭＲデータであって、その各フレームはｎ個の
セグメントに分割されていると共にこのｍ個のフレーム
が１回のＲ−Ｒ間隔内にはめ込まれるようなｎ組のＭＲ
データを収集するようにプログラムされている。

【００３４】好ましい実施の一形態では、コンピュータ
は、各ＲＦ励起から複数のｋ空間線を収集することを許
容することによりイメージング走査時間を大幅に短縮さ
せることができるパルスシーケンスの２つの例である高
速グラジエントエコー・パルスシーケンスまたは定常自
由歳差運動パルスシーケンスを利用するようにプログラ
ムされている。当業者であれば、分割しているｋ空間デ
ータの収集が可能な別のパルスシーケンスも同様に利用
可能であることを容易に理解するであろう。

【００３５】本発明では生理学的トリガは不要であるた
め、そのパルスシーケンスを心収縮サイクルの開始位相
と同期させる必要がない。上述したように、使用するパ
ルスシーケンスはｋ空間分割式エコートレイン・データ
収集方式を利用している。データはｎ個のセグメントに
区分されているため、その時間分解能は、空間分解能が
同じとしてＭＲ透視法を使用して得られる時間分解能の
ｎ倍となる。例えば、１回の収集あたりの心拍数をｎ、
シーケンス反復時間をＴＲ、エコートレイン長さをＥＴ
Ｌ、またデータマトリックス内の線の総数をＹＲＥＳと
すれば、このシーケンスの時間分解能は、セグメントあ
たりのビュー数（ＶＰＳ）をエコートレイン長さ（ＥＴ
Ｌ）で割り算し、この結果にさらにシーケンス反復時間
（ＴＲ）を掛け算することにより、以下のようにして得
ることができる。

【００３６】 （ＶＰＳ／ＥＴＬ）×ＴＲ （式１） ここで、ＶＰＳはデータマトリックス内の線の総数をｎ
で除したものであり、したがって、シーケンスの時間分
解能は次式で与えられる。

【００３７】 （ＹＲＥＳ×ＴＲ）／（ＥＴＬ×ｎ） （式２） エコートレイン長さ（ＥＴＬ）が８であり、データマト
リックス内の線の総数（ＹＲＥＳ）が４８となるように
位相ＦＯＶを０．５に等しくした画像マトリックスが１
２８×９６であり、またシーケンス反復時間（ＴＲ）が
１１ｍｓであるような典型的なパラメータを使用した場
合、ｎ＝２で達成可能な時間分解能は３３ｍｓとなる。
ｎ＝４では、その時間分解能は１６．５ｍｓとなる。時
間分解能のこうした値は、ｎ＝２では１８０ｂｐｍまで
の心拍数に対して適当であり、ｎの値をより大きくすれ
ばさらに高い心拍数に対応することができる。ＭＲ透視
法は、ｎ＝１として６６ｍｓの時間分解能が得られるよ
うな特殊なケースとして扱うことができる。

【００３８】本発明を好ましい実施形態について記載し
てきたが、明示的に記述した以外に、本特許請求の範囲
の域内で等価、代替及び修正が可能であることを理解さ
れたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で使用するためのＮＭＲイメージング・
システムのブロック概要図である。

【図２】従来技術によるデータ収集シーケンスのタイミ
ング図である。

【図３】本発明によるデータ収集シーケンスのタイミン
グ図である。

【図４】本発明の技法の流れ図である。

【符号の説明】

１０ ＭＲＩシステム １２ オペレータ・コンソール １３ 入力デバイス １４ 制御パネル １６ スクリーン、ディスプレイ １８ リンク ２０ コンピュータ・システム ２０ａ バックプレーン ２２ 画像プロセッサ・モジュール ２４ ＣＰＵモジュール ２６ メモリ・モジュール ２８ ディスク記憶装置 ３０ テープ駆動装置 ３２ システム制御部 ３２ａ バックプレーン ３４ 高速シリアル・リンク ３６ ＣＰＵモジュール ３８ パルス発生器モジュール ４０ シリアル・リンク ４２ 傾斜増幅器 ４４ 生理学的収集制御器 ４６ スキャン室インタフェース回路 ４８ 患者位置決めシステム ５０ 傾斜磁場コイル・アセンブリ ５２ マグネット・アセンブリ ５４ 偏向用マグネット ５６ 全身用ＲＦコイル ５８ 送受信器モジュール ６０ ＲＦ増幅器 ６２ 送信／受信スイッチ ６４ 前置増幅器 ６６ メモリ・モジュール ６８ アレイ・プロセッサ １００ 従来型のリアルタイムのデータ収集方式 １０２ データフレーム １０４ Ｒ−Ｒ間隔 １０６ フレーム １０８ Ｒ−Ｒ間隔の開始 １１０ 直前のデータ収集 １２０ 本発明によるリアルタイムでのデータ収集方式 １２２ 推定したＲ−Ｒ間隔 １２４ ＭＲデータの組 １２６ フレーム １２８ フレーム １３０ ＭＲデータの組 １３２ フレーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マノユクマー・サラナザン アメリカ合衆国、メリーランド州、ロック ビル、ナンバー・202、ダウゲート・コー ト、5508番 (72)発明者 トマス・クウォク−ファー・フー アメリカ合衆国、メリーランド州、ロック ビル、グレート・パインズ・コート、ナン バー10番 (72)発明者 ジョン・アンドリュー・ダービシャー アメリカ合衆国、メリーランド州、ボルテ ィモア、ナンバー・304、ブリクスワー ス・クール、7408番 Ｆターム(参考） 4C096 AA09 AB03 AC04 AD06 AD12 AD27 BA10 BA24 BA41 DA18 DA20

Claims (32)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自由呼吸ＭＲ画像を収集する方法であっ
   て、 Ｒ−Ｒ間隔（１２２）の時間間隔を収集するために、画
   像収集の直前に被検体の心拍数をモニタリングするステ
   ップ（１５０）と、 心拍数モニタリングからの時間間隔を記録し、以後のＲ
   −Ｒ間隔（１２２）を予見推定するステップと、 その第１のＭＲデータ収集がＲ−Ｒ間隔内の任意の点で
   開始され記録された時間間隔にわたって延長するような
   ｎ組のＭＲデータを収集するステップ（１５４）と、を
   含む方法。
2. 【請求項２】 さらに、各ＭＲデータ収集をｎ個のセグ
   メントに分割するステップ（１５６）と、ｎ回の連続す
   る心拍動においてそれぞれのセグメントを反復して収集
   するステップ（１６８）と、を含む請求項１に記載の方
   法。
3. 【請求項３】 さらに、ｎ個のＭＲデータ組を合成し、
   Ｒ−Ｒ間隔全体に及ぶような高い時間分解能をもつＭＲ
   画像の組を形成するステップ（１７２）を含む請求項２
   に記載の方法。
4. 【請求項４】 さらに、ＭＲ画像データを収集する前に
   心拍数モニタリングを停止するステップ（１７４）を含
   む請求項１に記載の方法。
5. 【請求項５】 第１組のＭＲデータの収集後に直ちに第
   ２組のＭＲデータを収集する請求項１に記載の方法。
6. 【請求項６】 透視イメージングに関してはｎ＝１であ
   る請求項２に記載の方法。
7. 【請求項７】 ＭＲデータを収集する前記ステップが高
   速グラジエントエコー・パルスシーケンス及び定常自由
   歳差運動パルスシーケンスのうちの１つを使用して実行
   されている、請求項１に記載の方法。
8. 【請求項８】 さらに、 前記モニタリングのステップの間に、心拍数が必要とす
   るストレス・レベルで安定化するまで、患者を連続して
   上昇する段階評価レベルの心臓ストレスにかけるステッ
   プと、 ストレス・テストの任意の一部分の間に心臓機能をモニ
   タリングするために、心臓筋肉の少なくとも一部分の長
   軸ビューと短軸ビューの幾つかに対する収集ステップに
   従ってＭＲデータ（１２４）を収集するステップと、を
   含む請求項１に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記心臓ストレスを物理的ストレスまた
   は薬剤投与のいずれか一方により誘導している、請求項
   ８に記載の方法。
10. 【請求項１０】 コンピュータ（２０）を有するＭＲＩ
    スキャナ（５２）で使用するためのコンピュータ・プロ
    グラムであって、実行させた際にコンピュータ（２０）
    に対して、 患者の心拍周期を意味するＲ−Ｒ間隔（１２２）を示す
    時間間隔信号を受け取ること、 Ｒ−Ｒ間隔（１２２）に等しい第１の収集期間中に第１
    組の部分的ＭＲ画像データを収集する（１５４）こと、 Ｒ−Ｒ間隔（１２２）に等しい第２の収集期間中に第２
    組の部分的ＭＲ画像データを収集する（１６８）こと、 第１組の部分的ＭＲ画像データと第２組の部分的ＭＲ画
    像データを合成することによりＭＲ画像を再構成する
    （１７２）こと、を行わせる命令の組を有しているコン
    ピュータ・プログラム。
11. 【請求項１１】 さらに、ｎ組の部分的ＭＲ画像データ
    を収集させる（１５６）命令であって、部分的ＭＲデー
    タ組の各データフレームがＲ−Ｒ間隔（１２２）の間に
    各部分的ＭＲデータ組内の対応するデータフレームの同
    じ時点で収集させるような命令を有している請求項１０
    に記載のコンピュータ・プログラム。
12. 【請求項１２】 ＭＲデータ（１２４）の前記収集がＥ
    ＣＧトリガに合わせたゲート制御をしてない、請求項１
    ０に記載のコンピュータ・プログラム。
13. 【請求項１３】 部分的ＭＲデータの各組の前記収集
    （１５４、１６８）がＲ−Ｒ間隔（１２２）の始点と終
    点のいずれとも無関係な時点で収集されている請求項１
    ０に記載のコンピュータ・プログラム。
14. 【請求項１４】 ＭＲデータ（１２４）の各一部分がＭ
    Ｒデータ組（１２４）の１つのセグメントである、請求
    項１０に記載のコンピュータ・プログラム。
15. 【請求項１５】 所与のセグメントに対するｋ空間画像
    データの半分が各Ｒ−Ｒ時間間隔（１２２）の間に収集
    されている、請求項１０に記載のコンピュータ・プログ
    ラム。
16. 【請求項１６】 ｋ空間マトリックスの偶数番線と奇数
    番線とが連続するＲ−Ｒ間隔（１２２）内に収集されて
    いる、請求項１０に記載のコンピュータ・プログラム。
17. 【請求項１７】 さらに、ＭＲスキャナ（５２）が待機
    状態にある間に心拍数をモニタリングさせると共に患者
    の現在のＲ−Ｒ間隔（１２２）を示すＲ−Ｒ時間間隔を
    生成させる（１５０）ような命令を有している請求項１
    ０に記載のコンピュータ・プログラム。
18. 【請求項１８】 さらに、ＭＲデータ（１２４）の収集
    中でないＭＲデータ（１２４）の各収集の前後で心拍数
    を定期的にモニタリングさせ、かつＲ−Ｒ時間間隔を生
    成させる（１５０）ような命令を有している、請求項１
    ０に記載のコンピュータ・プログラム。
19. 【請求項１９】 時間分解能が高い画像を収集するＭＲ
    Ｉ装置であって、 偏向磁場を印加するためのマグネット（５４）のボアの
    周りに配置した複数の傾斜コイル（４２）、並びにＲＦ
    信号をＲＦコイル・アセンブリ（５０）に送信してＭＲ
    画像を収集する（１５４）ようにパルスモジュールによ
    り制御を受けているＲＦ送受信装置システム（５８）及
    びＲＦスイッチ（６２）を有している磁気共鳴イメージ
    ング（ＭＲＩ）システム（１０）と、 コンピュータであって、 患者の心拍数をモニタリングすること、 心拍数のＲ−Ｒ間隔の時間間隔を収集すること（１５
    ０）、 Ｒ−Ｒ間隔（１２２）の前記時間間隔を記憶すること、 ＭＲＩシステム（１０）を有効にしてＲ−Ｒ間隔（１２
    ２）内の任意の時点で患者のＭＲスキャンを開始するこ
    と、 記憶した前記時間間隔に匹敵する時間にわたってＭＲデ
    ータ（１２４）の収集を継続すること、 記憶した前記時間間隔により推定されるような少なくと
    も１回のＲ−Ｒ間隔（１２２）にわたって収集したＭＲ
    データ（１２４）を用いてＭＲ画像を再構成する（１７
    ６）こと、を行うようにプログラムされているコンピュ
    ータと、を備えるＭＲＩ装置。
20. 【請求項２０】 前記コンピュータがさらに、 各収集の間にデータ（１２４）の一部分が収集されるよ
    うにデータ収集を分割すること（１５６）、 収集した前記分割データを合成してＭＲ画像を再構成す
    ること（１７２）、を行うようにプログラムされてい
    る、請求項１９に記載のＭＲＩ装置。
21. 【請求項２１】 前記コンピュータがさらに、その各々
    がｍ個のフレームを有しているｎ組のＭＲデータであっ
    て、その各フレームがｎ個のセグメントに分割されてい
    ると共にｍ個のフレームが１つのＲ−Ｒ間隔（１２２）
    内にはめ込まれるようなｎ組のＭＲデータを収集する
    （１５６）ようにプログラムされている、請求項１９に
    記載のＭＲＩ装置。
22. 【請求項２２】 前記コンピュータがさらに、高速グラ
    ジエントエコー・パルスシーケンス及び定常自由歳差運
    動パルスシーケンスのうちの一方を適用するようにプロ
    グラムされている、請求項１９に記載のＭＲＩ装置。
23. 【請求項２３】 前記コンピュータがさらに、各Ｒ−Ｒ
    時間間隔の間に所与のセグメントに対するｋ空間画像デ
    ータの半分を収集するようにプログラムされている、請
    求項１９に記載のＭＲＩ装置。
24. 【請求項２４】 前記コンピュータがさらに、ｋ空間マ
    トリックスの偶数番線と奇数番線とを連続するＲ−Ｒ間
    隔（１２２）内に収集するようにプログラムされてい
    る、請求項１９に記載のＭＲＩ装置。
25. 【請求項２５】患者を連続してレベルを上昇させた心臓
    ストレスにかけるステップと、 心拍数をモニタリングするステップと、 心拍数が所望のストレス・レベルで安定化した後に、Ｒ
    −Ｒ間隔（１２２）の時間間隔を記録するステップ（１
    ５０）と、 Ｒ−Ｒ間隔の推定のために記録した前記時間間隔を使用
    してゲート制御されていないＭＲデータを収集するステ
    ップ（１５２、１５４）と、を含む検査方法。
26. 【請求項２６】 前記心臓ストレスを物理的運動または
    薬剤投与のいずれか一方により誘導している、請求項２
    ５に記載の検査方法。
27. 【請求項２７】 ＭＲデータを収集する前記ステップ
    （１５２、１５４）が、連続するＲ−Ｒ間隔（１２２）
    にわたって各データフレームのセグメントを収集するこ
    とを含む、請求項２５に記載の検査方法。
28. 【請求項２８】 さらに、各フレームに対するセグメン
    トを合成し、患者呼吸停止を必要とせずに時間分解能の
    高い画像を再構成するステップ（１７２）を含む請求項
    ２５に記載の検査方法。
29. 【請求項２９】 全ｋ空間の一部を各心拍Ｒ−Ｒ間隔
    （１２２）の間に収集している、請求項２５に記載の検
    査方法。
30. 【請求項３０】 ＭＲデータを収集する前記ステップ
    （１５４）が、シネデータ組用のデータ収集を完了させ
    る（１７４）ために、連続するｎ回のＲ−Ｒ間隔にわた
    って各データフレームのセグメントを収集することを含
    む、請求項２９に記載の検査方法。
31. 【請求項３１】 さらに、各ｎ回のＲ−Ｒ間隔（１２
    ２）ごとにシネデータ組を更新できるように前記収集を
    反復するステップ（１７４）を含む請求項３０に記載の
    検査方法。
32. 【請求項３２】 さらに、オペレータが心臓壁の動きを
    リアルタイムでモニタリングできるように心臓壁の連続
    的な運動活動を表示するステップを含む請求項３１に記
    載の検査方法。