JP2009160378A - Magnetic resonance imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検体の原子核スピンをラーモア周波数の高周波(RF: radio frequency)信号で磁気的に励起し、この励起に伴って発生する核磁気共鳴(NMR:nuclear magnetic resonance)信号から画像を再構成する磁気共鳴イメージング(MRI: Magnetic Resonance Imaging)装置に係り、特に、自由呼吸下において心臓等の動きのある部位における3次元(3D: three-dimensional)シネ撮像を行うことが可能な磁気共鳴イメージング装置に関する。 The present invention magnetically excites a subject's nuclear spin with a radio frequency (RF) signal of a Larmor frequency, and re-images the nuclear magnetic resonance (NMR) signal generated by this excitation. The present invention relates to a magnetic resonance imaging (MRI) apparatus, and in particular, magnetic resonance imaging capable of performing three-dimensional (3D) cine imaging in a moving part such as the heart under free breathing. Relates to the device.
磁気共鳴イメージングは、静磁場中に置かれた被検体の原子核スピンをラーモア周波数のRF信号で磁気的に励起し、この励起に伴って発生するMR信号から画像を再構成する撮像法である。 Magnetic resonance imaging is an imaging method in which a nuclear spin of a subject placed in a static magnetic field is magnetically excited with an RF signal having a Larmor frequency, and an image is reconstructed from an MR signal generated by the excitation.
従来、MRIの分野において、心臓のシネ撮像が行われている(例えば特許文献1参照)。MRIによる心臓のシネ撮像は、患者である被検体が10秒前後の息止めをしている間に心電同期下において2次元(2D: two dimensional)撮影を行うものである。通常は、心臓の左心室全体をカバーするように短軸像が取得されるため、10回程度息止め撮影を繰り返すことが必要である。このため、収集すべきk空間(フーリエ空間)データをいくつかの領域に分割(セグメント化)し、1回の息止め中にセグメントごとに複数のk空間データを順次収集する技術、すなわちセグメンテッドシーケンスによりデータを収集する技術が考案されている。
しかしながら、従来のMRIによる心臓のシネ撮像では、息止めが困難な患者の画像を撮影する場合に画像のぶれ等の画質劣化が生じたり、スライス位置がずれるという問題がある。この結果、心機能解析等の診断の精度低下が懸念されている。また、従来のMRIによる心臓のシネ撮像では、息止め撮影を10回程度繰り返すため、患者の負担が大きくなるという問題もある。 However, in conventional cine imaging of the heart by MRI, there are problems that image quality degradation such as image blurring occurs and the slice position shifts when an image of a patient with difficulty in breath holding is taken. As a result, there is a concern that the accuracy of diagnosis such as cardiac function analysis is reduced. In addition, in conventional cine imaging of the heart by MRI, there is a problem that the burden on the patient increases because breath holding imaging is repeated about 10 times.
さらに、従来のMRIによる心臓のシネ撮像では、息止め時間の制約から時間分解能や空間分解能を向上させることが困難であることから、実用的には3D撮影が非現実的と考えられている。 Furthermore, in conventional cine imaging of the heart by MRI, it is difficult to improve temporal resolution and spatial resolution due to the restriction of breath holding time, so 3D imaging is considered impractical in practice.
これに対し、近年考案されている高速撮像法の1つであるパラレルイメージング法によって、時間分解能や空間分解能が向上し、研究レベルでは3D撮影が試みられている。 In contrast, the parallel imaging method, one of the high-speed imaging methods devised in recent years, has improved temporal resolution and spatial resolution, and 3D imaging has been attempted at the research level.
しかしながら、10数秒という長い息止め時間が必要となる上に、分解能をある程度犠牲にせざるを得ない状況である。 However, this requires a long breath-holding time of several tens of seconds, and the resolution must be sacrificed to some extent.
本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、自由呼吸下においてで心臓における高分解能の3Dシネ画像を取得することが可能な磁気共鳴イメージング装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to deal with such a conventional situation, and an object thereof is to provide a magnetic resonance imaging apparatus capable of acquiring a high-resolution 3D cine image in the heart under free breathing. .
本発明に係る磁気共鳴イメージング装置は、上述の目的を達成するために、被検体に一定間隔で連続的に高周波パルス列を印加することによって前記被検体からイメージング用の複数のデータおよび前記被検体の呼吸位置を求めるための複数のプロジェクションデータをそれぞれ収集するデータ収集手段と、前記複数のプロジェクションデータに基づいて求められた前記被検体の呼吸位置を用いて前記複数のデータの動き補正を行う補正手段と、前記動き補正後における複数のデータを前記被検体の心電情報に基づいて心時相順に並べ替えるデータ並べ替え手段と、前記動き補正後の心時相順に並べ替えられた複数のデータに基づいて3次元画像データを再構成する画像再構成手段とを有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a magnetic resonance imaging apparatus according to the present invention applies a high-frequency pulse train to a subject continuously at a constant interval to thereby obtain a plurality of data for imaging from the subject and the subject. Data collection means for collecting a plurality of projection data for obtaining a breathing position, and a correction means for performing motion correction of the plurality of data using the breathing positions of the subject obtained based on the plurality of projection data. And a data rearranging means for rearranging the plurality of data after the motion correction based on the electrocardiographic information of the subject in order of cardiac time phases, and a plurality of data rearranged in the order of the cardiac time phases after motion correction. And image reconstruction means for reconstructing three-dimensional image data based on the image data.
また、本発明に係る磁気共鳴イメージング装置は、上述の目的を達成するために、被検体に一定間隔で連続的に高周波パルス列を印加することによって前記被検体からイメージング用の複数のデータおよび前記被検体の呼吸位置を求めるための複数のプロジェクションデータをそれぞれ収集するデータ収集手段と、前記複数のデータを前記被検体の心電情報に基づいて心時相順に並べ替えるデータ並べ替え手段と、前記複数のプロジェクションデータに基づいて求められた前記被検体の呼吸位置を用いて前記心時相順に並べ替えられた複数のデータの動き補正を行う補正手段と、前記動き補正後の心時相順に並べ替えられた複数のデータに基づいて3次元画像データを再構成する画像再構成手段とを有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above-described object, the magnetic resonance imaging apparatus according to the present invention applies a high-frequency pulse train to a subject continuously at a constant interval to thereby obtain a plurality of data for imaging from the subject and the subject. Data collecting means for collecting a plurality of projection data for determining the respiratory position of the specimen, data sorting means for rearranging the plurality of data in order of cardiac time phase based on the electrocardiogram information of the subject, and the plurality of data Correction means for performing motion correction of a plurality of data rearranged in order of the cardiac time phase using the respiratory position of the subject obtained based on the projection data of the subject, and rearranging in order of the cardiac time phase after the motion correction And image reconstructing means for reconstructing three-dimensional image data based on the plurality of pieces of data.
本発明に係る磁気共鳴イメージング装置においては、自由呼吸下においてで心臓等の動きのある部位における高分解能の3Dシネ画像を取得することができる。 In the magnetic resonance imaging apparatus according to the present invention, it is possible to acquire a high-resolution 3D cine image at a site such as the heart that moves under free breathing.
本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。 Embodiments of a magnetic resonance imaging apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の実施の形態を示す構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a magnetic resonance imaging apparatus according to the present invention.
磁気共鳴イメージング装置20は、静磁場を形成する筒状の静磁場用磁石21と、この静磁場用磁石21の内部に設けられたシムコイル22、傾斜磁場コイル23およびRFコイル24とを図示しないガントリに内蔵した構成である。
The magnetic
また、磁気共鳴イメージング装置20には、制御系25が備えられる。制御系25は、静磁場電源26、傾斜磁場電源27、シムコイル電源28、送信器29、受信器30、シーケンスコントローラ31およびコンピュータ32を具備している。制御系25の傾斜磁場電源27は、X軸傾斜磁場電源27x、Y軸傾斜磁場電源27yおよびZ軸傾斜磁場電源27zで構成される。また、コンピュータ32には、入力装置33、表示装置34、演算装置35および記憶装置36が備えられる。
In addition, the magnetic
静磁場用磁石21は静磁場電源26と接続され、静磁場電源26から供給された電流により撮像領域に静磁場を形成させる機能を有する。尚、静磁場用磁石21は超伝導コイルで構成される場合が多く、励磁の際に静磁場電源26と接続されて電流が供給されるが、一旦励磁された後は非接続状態とされるのが一般的である。また、静磁場用磁石21を永久磁石で構成し、静磁場電源26が設けられない場合もある。
The static
また、静磁場用磁石21の内側には、同軸上に筒状のシムコイル22が設けられる。シムコイル22はシムコイル電源28と接続され、シムコイル電源28からシムコイル22に電流が供給されて静磁場が均一化されるように構成される。
A
傾斜磁場コイル23は、X軸傾斜磁場コイル23x、Y軸傾斜磁場コイル23yおよびZ軸傾斜磁場コイル23zで構成され、静磁場用磁石21の内部において筒状に形成される。傾斜磁場コイル23の内側には寝台37が設けられて撮像領域とされ、寝台37には被検体Pがセットされる。RFコイル24はガントリに内蔵されず、寝台37や被検体P近傍に設けられる場合もある。
The gradient
また、傾斜磁場コイル23は、傾斜磁場電源27と接続される。傾斜磁場コイル23のX軸傾斜磁場コイル23x、Y軸傾斜磁場コイル23yおよびZ軸傾斜磁場コイル23zはそれぞれ、傾斜磁場電源27のX軸傾斜磁場電源27x、Y軸傾斜磁場電源27yおよびZ軸傾斜磁場電源27zと接続される。
The gradient
そして、X軸傾斜磁場電源27x、Y軸傾斜磁場電源27yおよびZ軸傾斜磁場電源27zからそれぞれX軸傾斜磁場コイル23x、Y軸傾斜磁場コイル23yおよびZ軸傾斜磁場コイル23zに供給された電流により、撮像領域にそれぞれX軸方向の傾斜磁場Gx、Y軸方向の傾斜磁場Gy、Z軸方向の傾斜磁場Gzを形成することができるように構成される。
The X-axis gradient magnetic
RFコイル24は、送信器29および受信器30と接続される。RFコイル24は、送信器29からRF信号を受けて被検体Pに送信する機能と、被検体P内部の原子核スピンのRF信号による励起に伴って発生したNMR信号を受信して受信器30に与える機能を有する。
The
一方、制御系25のシーケンスコントローラ31は、傾斜磁場電源27、送信器29および受信器30と接続される。シーケンスコントローラ31は傾斜磁場電源27、送信器29および受信器30を駆動させるために必要な制御情報、例えば傾斜磁場電源27に印加すべきパルス電流の強度や印加時間、印加タイミング等の動作制御情報を記述したシーケンス情報を記憶する機能と、記憶した所定のシーケンスに従って傾斜磁場電源27、送信器29および受信器30を駆動させることによりX軸傾斜磁場Gx、Y軸傾斜磁場Gy,Z軸傾斜磁場GzおよびRF信号を発生させる機能を有する。
On the other hand, the
また、シーケンスコントローラ31は、受信器30におけるNMR信号の検波およびA/D (analog to digital)変換により得られた複素データである生データ(raw data)を受けてコンピュータ32に与えるように構成される。
In addition, the
このため、送信器29には、シーケンスコントローラ31から受けた制御情報に基づいてRF信号をRFコイル24に与える機能が備えられる一方、受信器30には、RFコイル24から受けたNMR信号を検波して所要の信号処理を実行するとともにA/D変換することにより、デジタル化された複素データである生データを生成する機能と生成した生データをシーケンスコントローラ31に与える機能とが備えられる。
For this reason, the
さらに、磁気共鳴イメージング装置20には、被検体PのECG (electro cardiogram)信号を取得するECGユニット38が備えられる。ECGユニット38により取得されたECG信号はシーケンスコントローラ31を介してコンピュータ32に出力されるように構成される。
Further, the magnetic
尚、ECG信号の代わりに脈波同期(PPG: peripheral pulse gating)信号を取得することもできる。PPG信号は、例えば指先の脈波を光信号として検出した信号である。PPG信号を取得する場合には、PPG信号検出ユニットが設けられる。 Note that a pulse wave synchronization (PPG) signal can be acquired instead of the ECG signal. The PPG signal is, for example, a signal obtained by detecting a fingertip pulse wave as an optical signal. When acquiring the PPG signal, a PPG signal detection unit is provided.
また、コンピュータ32の記憶装置36に保存されたプログラムを演算装置35で実行することにより、コンピュータ32には各種機能が備えられる。ただし、プログラムによらず、各種機能を有する特定の回路を磁気共鳴イメージング装置20に設けてもよい。
Further, the
図2は、図1に示すコンピュータ32の機能ブロック図である。
FIG. 2 is a functional block diagram of the
コンピュータ32は、プログラムにより撮影条件設定部40、シーケンスコントローラ制御部41、k空間データベース42、ECGトリガ検出部43、ECGデータベース44、呼吸位置計算部45、ゲーティング部46、データ補正部47、データ並べ替え部48、画像再構成部49、画像データベース50および画像処理部51として機能する。
The
撮影条件設定部40は、入力装置33からの指示情報に基づいてパルスシーケンスを含む撮影条件を設定し、設定した撮影条件をシーケンスコントローラ制御部41に与える機能を有する。そのために、撮影条件設定部40は、撮影条件の設定用画面情報を表示装置34に表示させる機能を備えている。特に、撮影条件設定部40は、自由呼吸下において心臓等の動きのある部位の3Dシネ画像を高分解能で取得するためのパルスシーケンスを設定する機能を備えている。
The imaging
図3は、図2に示す撮影条件設定部40において設定されるパルスシーケンスの一例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a pulse sequence set in the imaging
図3において、BREATHは、参考用に示す呼吸による心臓の動き量を、ECGは、ECG信号を、RFは、RFパルスを、Gssは、スライス選択(slice selection)用傾斜磁場パルス(スライスエンコード(SE: slice sncode)用傾斜磁場パルスとも言う)を、Groは、リードアウト(RO: readout)用傾斜磁場パルス(周波数エンコード(frequency encode)用傾斜磁場パルスとも言う)を、Gpeは、位相エンコード(PE: phase encode)用傾斜磁場パルスを、Gprojは、被検体Pの呼吸位置を求めるためのプロジェクションデータの収集用の周波数エンコード用傾斜磁場パルスを、それぞれ示す。 In FIG. 3, BREATH is the amount of heart motion due to respiration shown for reference, ECG is an ECG signal, RF is an RF pulse, Gss is a slice selection gradient magnetic field pulse (slice encoding ( SE is also called gradient magnetic field pulse for slice sncode), Gro is gradient magnetic field pulse for readout (RO) (also called gradient magnetic field pulse for frequency encode), Gpe is phase encoding ( PE (phase encode) gradient magnetic field pulse, Gproj represents a frequency encoding gradient magnetic field pulse for collecting projection data for obtaining the respiratory position of the subject P, respectively.
図3に示すパルスシーケンスは、バランスされた(balanced)自由歳差運動(SSFP: Steady-state Free Precession)シーケンスである。すなわち、RFパルスが一定の繰り返し時間(TR: repetition time)で連続して印加されることによって磁化の定常状態が維持され、NMR信号が発生する。ただし、FLASH (fast low angle shot)シーケンス、FISP (fast imaging with steady-state precession)シーケンスあるいはPSIF (time reversed FISP)シーケンス等のSSFPシーケンスと異なる別種のグラジエントエコー(gradient echo)シーケンスを用いてもよい。 The pulse sequence shown in FIG. 3 is a balanced free precession (SSFP) sequence. That is, by applying RF pulses continuously at a constant repetition time (TR), a steady state of magnetization is maintained, and an NMR signal is generated. However, a different gradient echo sequence such as a FLASH (fast low angle shot) sequence, FISP (fast imaging with steady-state precession) sequence, or PSIF (time reversed FISP) sequence may be used. .
図3に示すように自由呼吸下において動きのある部位の3Dシネ画像を取得するためのパルスシーケンスは、イメージングパート(IMAGING PART)およびプロジェクションパート(PROJECTION PART)を有する。より具体的には、イメージングパートとプロジェクションパートとが交互に繰り返して実行される。 As shown in FIG. 3, a pulse sequence for acquiring a 3D cine image of a region that moves under free breathing has an imaging part (IMAGING PART) and a projection part (PROJECTION PART). More specifically, the imaging part and the projection part are executed alternately and repeatedly.
尚、パルスシーケンスは、ECG信号と同期せずに、無関係に実行される。すなわち心電同期撮影ではない。ただし、パルスシーケンスの実行中は、ECGユニット38において心電情報が常に収集されて記録される。収集される心電情報は、ECG信号の波形そのものでも良いし、R波等のタイムスタンプ情報であっても良い。
Note that the pulse sequence is executed independently of the ECG signal without being synchronized. In other words, it is not ECG synchronous imaging. However, during the execution of the pulse sequence, the
パルスシーケンスのイメージングパートでは、スライス選択用傾斜磁場パルスGssおよび位相エンコード用傾斜磁場パルスGpeの2方向の位相エンコードパルスとともに、リードアウト用傾斜磁場パルスが1方向の周波数エンコードパルスとして印加される。これにより、リードアウト用傾斜磁場パルスの印加中にNMR信号がイメージング用のデータとして収集される。 In the imaging part of the pulse sequence, a readout gradient magnetic field pulse is applied as a frequency encoding pulse in one direction together with a two-phase phase encoding pulse of a slice selection gradient magnetic field pulse Gss and a phase encoding gradient magnetic field pulse Gpe. Thus, NMR signals are collected as imaging data during application of the readout gradient magnetic field pulse.
イメージングパートは、撮影高速化により高時間分解能での3D撮像を実現するためにセグメントk-space法(segment k-space method)を用いたシーケンスとすることができる。セグメントk-space法は、k空間(周波数空間;フーリエ空間とも言う)をいくつかの領域に分割することによってセグメント化し、セグメントごとに順次k空間データを取り込んでいく方法である。そのために、位相エンコード用傾斜磁場パルスGpeの強度はセグメント毎にそれぞれ複数の異なる値に設定され、全てのセグメント内における複数のデータがそれぞれ収集されることによって、k-space内の全てのデータが埋められる。そして、あるセグメントに対応して複数個の値に設定された強度を有する複数の位相エンコード用傾斜磁場パルスGpeが少なくとも1心拍以上に亘って繰り返し印加される。以下、パルスシーケンスがセグメントk-space法によるセグメンテッドシーケンスである場合について説明する。 The imaging part can be a sequence using a segment k-space method in order to realize 3D imaging with high temporal resolution by speeding up imaging. The segment k-space method is a method in which k-space (frequency space; also referred to as Fourier space) is segmented by dividing it into several regions, and k-space data is captured sequentially for each segment. For this reason, the intensity of the phase encoding gradient magnetic field pulse Gpe is set to a plurality of different values for each segment, and by collecting a plurality of data in all the segments, all the data in the k-space is collected. Buried. A plurality of phase encoding gradient magnetic field pulses Gpe having intensities set to a plurality of values corresponding to a certain segment are repeatedly applied over at least one heartbeat. Hereinafter, a case where the pulse sequence is a segmented sequence by the segment k-space method will be described.
図3の例では、n番目のセグメント内のデータを収集するためのイメージングパートに続いてn+1番目のプロジェクションパートが実行され、n+1番目のプロジェクションパートに続いてn+1番目のセグメント内のデータを収集するためのイメージングパートが実行されるようにパルスシーケンスが設定されている。さらに、n+1番目のセグメント内のデータを収集するためのイメージングパートの後には、n+2番目のプロジェクションパートが実行される。このように、N個のセグメントにそれぞれ対応するN個のイメージングパートと隣接するイメージングパート間に設けられたプロジェクションパートが交互に順次繰り返される。 In the example of FIG. 3, the (n + 1) th projection part is executed following the imaging part for collecting data in the nth segment, and the (n + 1) th segment is followed by the (n + 1) th projection part. The pulse sequence is set so that the imaging part for collecting the data within is executed. Further, after the imaging part for collecting data in the (n + 1) th segment, the (n + 2) th projection part is executed. In this manner, the N imaging parts corresponding to the N segments and the projection parts provided between the adjacent imaging parts are alternately and sequentially repeated.
また、イメージングパートにおけるスライス選択用傾斜磁場パルスGssの印加によって撮像対象を含む断面が選択励起される。図3の例では、RFパルスと同じタイミングでスライス選択用傾斜磁場パルスGssが印加されている。 In addition, the slice including the imaging target is selectively excited by applying the slice selection gradient magnetic field pulse Gss in the imaging part. In the example of FIG. 3, the slice selection gradient magnetic field pulse Gss is applied at the same timing as the RF pulse.
一方、プロジェクションパートにおいては、呼吸の動きの方向と同一方向または呼吸の動きの方向に近い方向に被検体Pの呼吸位置を求めるためのプロジェクションデータの収集用の周波数エンコード用傾斜磁場パルスGprojが印加される。そして、このプロジェクションデータの収集用の周波数エンコード用傾斜磁場パルスGprojの印加によってNMR信号が被検体Pの呼吸位置を求めるためのプロジェクションデータとして収集される。 On the other hand, in the projection part, a frequency encoding gradient magnetic field pulse Gproj for collecting projection data for obtaining the breathing position of the subject P is applied in the same direction as the direction of breathing motion or in a direction close to the direction of breathing motion. Is done. An NMR signal is collected as projection data for determining the breathing position of the subject P by applying the frequency encoding gradient magnetic field pulse Gproj for collecting the projection data.
また、イメージングパートにおけるスライス選択用傾斜磁場パルスGssによって、スライスが選択された状態でプロジェクションパートが実行される。すなわち、スライス選択用傾斜磁場パルスGssがイメージングパートおよびプロジェクションパートによって共有され、プロジェクションパートの直前のイメージングパートで最後に選択されたスライスが選択されている状態でプロジェクションパートが実行されるようにパルスシーケンスが設定される。このため、図3に示すように、SSFPシーケンスが用いられる場合には、プロジェクションパートにおいても磁化の定常状態を維持することができる。 Further, the projection part is executed in a state where the slice is selected by the slice selection gradient magnetic field pulse Gss in the imaging part. That is, the pulse sequence so that the slice selection gradient magnetic field pulse Gss is shared by the imaging part and the projection part, and the projection part is executed in a state where the last selected slice is selected in the imaging part immediately before the projection part. Is set. For this reason, as shown in FIG. 3, when the SSFP sequence is used, the steady state of magnetization can be maintained even in the projection part.
さらに、イメージングパートにおけるRFパルスの印加によって励起された状態で、プロジェクションパートが実行される。すなわち、RFパルスもイメージングパートおよびプロジェクションパートによって共有され、プロジェクションパートの直前のイメージングパートの最後のRFパルスの印加によって励起されている状態でプロジェクションパートが実行されるようにパルスシーケンスが設定される。そして、イメージングパートおよびプロジェクションパートのRFパルスが一定の繰り返し時間で印加されており、定常状態が維持されている。したがって、イメージングパートからプロジェクションパート、プロジェクションパートからイメージングパートの間に、余計な空き時間は設定されていない。 Further, the projection part is executed in a state excited by application of an RF pulse in the imaging part. That is, the RF pulse is also shared by the imaging part and the projection part, and the pulse sequence is set so that the projection part is executed in a state where it is excited by the application of the last RF pulse of the imaging part immediately before the projection part. The RF pulses of the imaging part and the projection part are applied at a constant repetition time, and the steady state is maintained. Therefore, no extra idle time is set between the imaging part and the projection part and between the projection part and the imaging part.
図4は、図3に示すパルスシーケンスのイメージングパートおよびプロジェクションパートにおいて選択されるスライス並びにプロジェクションデータの収集用の周波数エンコード用傾斜磁場パルスGprojの印加方向の設定例を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing a setting example of the application direction of the slice selected in the imaging part and the projection part of the pulse sequence shown in FIG. 3 and the frequency encoding gradient magnetic field pulse Gproj for collecting projection data.
図4は、被検体Pの心臓を撮影する場合において設定される典型的な撮影断面および各傾斜磁場パルスの方向を示している。被検体Pの心臓を撮影する場合には、撮影プラン時に心臓を含むボリュームがイメージングスラブとされる。そして、イメージングスラブは心臓の左室を含む短軸断面に設定される。このため、スライス選択用傾斜磁場パルスGssは、心臓の短軸断面に垂直な方向に、イメージングパートにおけるリードアウト用傾斜磁場パルスGroは、心臓の短軸方向に、位相エンコード用傾斜磁場パルスGpeは、スライス選択用傾斜磁場パルスGssの印加方向およびリードアウト用傾斜磁場パルスGroの印加方向の双方に垂直な方向に、それぞれ設定される。 FIG. 4 shows a typical imaging section and the direction of each gradient magnetic field pulse set when imaging the heart of the subject P. When imaging the heart of the subject P, the volume including the heart is used as an imaging slab during the imaging plan. The imaging slab is set to a short-axis cross section including the left ventricle of the heart. Therefore, the slice selection gradient magnetic field pulse Gss is in the direction perpendicular to the short axis cross section of the heart, the readout gradient magnetic field pulse Gro in the imaging part is in the short axis direction of the heart, and the phase encoding gradient magnetic field pulse Gpe is The slice selection gradient magnetic field pulse Gss is set in a direction perpendicular to both the application direction of the readout gradient magnetic field pulse Gro and the application direction of the readout gradient magnetic field pulse Gro.
一方、プロジェクションデータの収集用の周波数エンコード用傾斜磁場パルスGprojは、呼吸の動きの方向と同一方向または呼吸の動きの方向に近い方向に印加される。従って、図4の例では、プロジェクションデータの収集用の周波数エンコード用傾斜磁場パルスGprojの印加方向は、被検体Pの体軸方向に設定されている。このため、イメージングパートにおけるリードアウト用傾斜磁場パルスGroおよびプロジェクションパートにおけるプロジェクションデータの収集用の周波数エンコード用傾斜磁場パルスGprojの各印加方向は互に異なることになる。逆に、スライス選択用傾斜磁場パルスGssおよびRFパルスは、イメージングパートとプロジェクションパートとの間で共有されている。従って、イメージングパートとプロジェクションパートとの間でおり、スライス選択用傾斜磁場パルスGssおよびRFパルスの印加タイミングを含む条件が同一である。 On the other hand, the frequency encoding gradient magnetic field pulse Gproj for collecting projection data is applied in the same direction as the direction of respiration movement or in a direction close to the direction of respiration movement. Therefore, in the example of FIG. 4, the application direction of the frequency encoding gradient magnetic field pulse Gproj for collecting projection data is set to the body axis direction of the subject P. Therefore, the application directions of the readout gradient magnetic field pulse Gro in the imaging part and the frequency encoding gradient magnetic field pulse Gproj for collecting projection data in the projection part are different from each other. Conversely, the slice selection gradient magnetic field pulse Gss and the RF pulse are shared between the imaging part and the projection part. Therefore, the conditions including the application timing of the slice selection gradient magnetic field pulse Gss and the RF pulse are the same between the imaging part and the projection part.
そして、このように設定されたパルスシーケンスを含む撮影条件は、撮影条件設定部40からシーケンスコントローラ制御部41に与えられるように構成される。
The imaging conditions including the pulse sequence set in this way are configured to be given from the imaging
シーケンスコントローラ制御部41は、入力装置33からの撮影開始指示情報に従って、シーケンスコントローラ31にパルスシーケンスを含む撮影条件を与えることにより駆動制御させる機能を有する。また、シーケンスコントローラ制御部41は、シーケンスコントローラ31から生データを受けてk空間データベース42に保存する機能を有する。
The sequence
このため、k空間データベース42には、受信器30において生成された各生データがk空間データとして保存される。すなわち、撮影条件設定部40において設定されたパルスシーケンスの実行によって収集された複数のセグメントに対応するイメージングデータおよび被検体Pの呼吸位置を求めるためのプロジェクションデータがk空間データベース42に順次書き込まれて保存される。
For this reason, each raw data generated in the
ECGトリガ検出部43は、パルスシーケンスの実行によるデータ収集中にECGユニット38により別途取得されたECG信号をシーケンスコントローラ31およびシーケンスコントローラ制御部41を経由して取得する機能と、取得したECG信号からR波等の心電情報に基づくトリガ信号を検出する機能とを有する。ただし、ECGユニット38においてR波等の心電情報に基づくトリガ信号を検出するように構成しても良い。この場合には、ECGユニット38において検出された心電情報に基づくトリガ信号がシーケンスコントローラ31およびシーケンスコントローラ制御部41を経由してECGトリガ検出部43によって取得される。そして、ECGトリガ検出部43は、得られた心電情報に基づくトリガ信号をECGデータベース44に書き込むように構成される。
The ECG
このため、ECGデータベース44には、パルスシーケンスの実行によるデータ収集中に収集された心電情報に基づくトリガ信号が蓄積される。
For this reason, the
呼吸位置計算部45は、k空間データベース42からパルスシーケンスのプロジェクションパートの実行により断続的に収集された時系列の複数のプロジェクションデータを読み込んで、読み込んだ時系列の複数のプロジェクションデータに基づいてN個のセグメントn (n=1, 2, 3, …, N)内のk空間データが収集されたタイミングにおける被検体Pの呼吸位置を計算する機能を有する。
The breathing
具体的には、時系列の複数のプロジェクションデータをそれぞれリードアウト方向にFT (Fourier transform)することにより、呼吸性の動きを示す実空間の複数の投影データを作成することができる。そして、投影データを参照することにより、各プロジェクションデータが収集されたタイミングにおける被検体Pの心臓等の撮影部位の呼吸による動き量を求めることができる。被検体Pの撮影部位における呼吸による動き量は、ある基準位置に対する撮影部位の相対的な移動量として求めることができる。基準位置に対する撮影部位の相対的な移動量の求め方としては、例えば、基準位置に対応する投影データと相対的な移動量を求めようとする投影データとの間における相互相関をとることにより相対的な位置シフト量を求める方法が挙げられる。 Specifically, by performing FT (Fourier transform) on each of a plurality of time-series projection data in the readout direction, a plurality of projection data in real space showing respiratory motion can be created. Then, by referring to the projection data, it is possible to obtain the amount of movement due to respiration of the imaging region such as the heart of the subject P at the timing when each projection data is collected. The amount of movement of the subject P due to respiration in the imaging region can be obtained as a relative movement amount of the imaging region with respect to a certain reference position. As a method of obtaining the relative movement amount of the imaging part with respect to the reference position, for example, the correlation is obtained by taking a cross-correlation between the projection data corresponding to the reference position and the projection data for which the relative movement amount is to be obtained. A method for obtaining a typical position shift amount can be mentioned.
各プロジェクションデータは、それぞれ各セグメントnに対応して各セグメントnの前または後に収集されるため、各プロジェクションデータが収集されたタイミングをそれぞれ対応するセグメントnが収集されたタイミングとみなすことができる。従って、各プロジェクションデータが収集されたタイミングにおける呼吸位置、すなわち呼吸による動き量を対応する各セグメントn内の複数のk空間データが収集されたタイミングにおける動き量とみなすことができる。 Since each projection data is collected before or after each segment n corresponding to each segment n, the timing at which each projection data is collected can be regarded as the timing at which the corresponding segment n is collected. Therefore, the breathing position at the timing when each projection data is collected, that is, the amount of motion due to breathing can be regarded as the amount of motion at the timing when a plurality of corresponding k-space data in each segment n is collected.
ただし、各プロジェクションデータが収集されたタイミングにおける呼吸位置データは、各セグメントn内の複数のk空間データが収集されたタイミング前後における呼吸位置データに相当する。従って、各プロジェクションデータが収集されたタイミングにおける呼吸位置データ間の平均値あるいは内挿値を計算することにより呼吸位置データを補間すれば、各セグメントn内の任意の位置k(Kro, Kpe, Kse)におけるk空間データS(Kro, Kpe, Kse)が収集されるタイミングの呼吸位置r(Kro,Kpe,Kse)をより精度良く計算することができる。すなわち、被検体Pの呼吸位置の時間変化を計算することができる。 However, the breathing position data at the timing when each projection data is collected corresponds to the breathing position data before and after the timing when a plurality of k-space data in each segment n is collected. Therefore, if the respiratory position data is interpolated by calculating an average value or an interpolated value between the respiratory position data at the timing when each projection data is collected, an arbitrary position k (Kro, Kpe, Kse in each segment n is obtained. ), The respiratory position r (Kro, Kpe, Kse) at the timing when the k-space data S (Kro, Kpe, Kse) is collected can be calculated with higher accuracy. That is, the time change of the respiratory position of the subject P can be calculated.
ゲーティング部46は、必要に応じて機能する。そして、ゲーティング部46は、k空間データベース42からパルスシーケンスのイメージングパートの実行によって収集された各セグメントn内の位置k(Kro, Kpe, Kse)におけるk空間データS(Kro, Kpe, Kse)を読み込んで、呼吸位置計算部45において計算された各k空間データS(Kro, Kpe, Kse)が収集されるタイミングのそれぞれの呼吸位置r(Kro,Kpe,Kse)に基づくゲーティングを掛けることにより、呼吸による動き量または呼吸位置r(Kro,Kpe,Kse)が予め決定された閾値の範囲外にある状態で収集されたk空間データを除くk空間データS(Kro, Kpe, Kse)のみをデータ補正部47に与える機能を有する。
The
これより、被検体Pの自由呼吸による動き量が大きくシネ画像データの生成に用いられることが不適切なk空間データを除くk空間データS(Kro, Kpe, Kse)が抽出され、抽出されたk空間データS(Kro, Kpe, Kse)を選択的にデータ補正部47にシネ画像データの生成用に与えることができる。
As a result, k-space data S (Kro, Kpe, Kse) excluding k-space data, which has a large amount of movement due to free breathing of the subject P and is inappropriate to be used for generating cine image data, is extracted and extracted. The k-space data S (Kro, Kpe, Kse) can be selectively given to the
データ補正部47は、ゲーティング部46によって抽出されたk空間データS(Kro, Kpe, Kse)またはゲーティング部46から読み込んだ、イメージングパートの実行により収集されたk空間データS(Kro, Kpe, Kse)に対して、呼吸位置計算部45から取得した各k空間データS(Kro,Kpe,Kse)にそれぞれ対応する被検体Pの呼吸位置データr(Kro,Kpe,Kse)を用いて動き補正を施すことにより動き補正後のk空間データS’(Kro,Kpe,Kse)を求める機能を有する。すなわち、各セグメントn内のk空間データS(Kro, Kpe, Kse)が、各セグメントnに対応して収集されたプロジェクションデータに基づいて計算された呼吸位置データr(Kro,Kpe,Kse)により動き補正される。
The
動き補正前のk空間データS(Kro,Kpe,Kse)に呼吸位置データr(Kro,Kpe,Kse)を用いて動き補正することにより、動き補正前のk空間データS(Kro,Kpe,Kse)を動き補正後のk空間データS’(Kro,Kpe,Kse)に変換する式は式(1)のように表すことができる。
[数1]
S’(Kro,Kpe,Kse) = S(Kro,Kpe,Kse)
×exp[-I×(Gro・Gproj)×Kro×{r(Kro,Kpe,Kse)-r0}/FOVro]
×exp[-I×(Gpe・Gproj)×Kpe×{r(Kro,Kpe,Kse)-r0}/FOVpe]
×exp[-I×(Gse・Gproj)×Kse×{r(Kro,Kpe,Kse)-r0}/FOVse]
…(1)
式(1)において、FOVro, FOVpe, FOVseはそれぞれ周波数エンコード方向、位相エンコード方向およびスライスエンコード方向の撮影視野(FOV: field of view)であり、r0は呼吸位置の基準位置である。また、記号・は内積を表している。
The k-space data S (Kro, Kpe, Kse) before motion correction is corrected by using the respiratory position data r (Kro, Kpe, Kse) for the k-space data S (Kro, Kpe, Kse) before motion correction. ) Is converted into k-space data S ′ (Kro, Kpe, Kse) after motion correction can be expressed as shown in Equation (1).
[Equation 1]
S '(Kro, Kpe, Kse) = S (Kro, Kpe, Kse)
× exp [-I × (Gro ・ Gproj) × Kro × {r (Kro, Kpe, Kse) -r0} / FOVro]
× exp [-I × (Gpe ・ Gproj) × Kpe × {r (Kro, Kpe, Kse) -r0} / FOVpe]
× exp [-I × (Gse ・ Gproj) × Kse × {r (Kro, Kpe, Kse) -r0} / FOVse]
… (1)
In Expression (1), FOVro, FOVpe, and FOVse are imaging fields of view (FOV: field of view) in the frequency encoding direction, phase encoding direction, and slice encoding direction, respectively, and r0 is a reference position of the respiratory position. The symbol “·” represents the inner product.
このような式(1)による動き補正により、動き補正後における時系列の各セグメントn内における複数のk空間データS’(Kro,Kpe,Kse)は、それぞれ基準位置に固定されている状態の撮影部位から収集されたk空間データと等価となる。すなわち、撮影部位は実際には、スラブ内において呼吸により移動しているが、基準位置に固定されているものとして扱うことができる。 As a result of the motion correction according to Equation (1), a plurality of k-space data S ′ (Kro, Kpe, Kse) in each time-series segment n after motion correction is fixed to the reference position. This is equivalent to the k-space data collected from the imaging region. That is, the imaging region is actually moved by breathing in the slab, but can be handled as being fixed at the reference position.
データ並べ替え部48は、データ補正部47から動き補正後のセグメントnごとの時系列のk空間データS’(Kro,Kpe,Kse)を取得する一方、ECGデータベース44から心電情報に基づくトリガ信号を取得して、心電情報に基づくトリガ信号、動き補正後における時系列のk空間データS’(Kro,Kpe,Kse)のデータ収集時刻およびトリガ信号の取得時刻に基づいて動き補正後におけるk空間データS’(Kro,Kpe,Kse)を心時相に対応付ける機能と、心時相に対応付けられた動き補正後における各k空間データS’(Kro,Kpe,Kse)を心時相の早い順に並べ替える(ソーティングする)機能とを有する。動き補正後におけるk空間データは、心臓の心時相にそれぞれ対応する複数のk空間上の各位置に配置されることとなる。
The
図5は、図2に示すデータ並べ替え部48における動き補正後のk空間データの並べ替えの方法を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of rearranging k-space data after motion correction in the
図5(a)は、シネ画像データの生成に用いられる時系列のk空間およびk空間上に配置されるk空間のデータ列を示す。図5(a)に示すように、各心時相t=t1, t2, t3, …に対応するそれぞれのk空間上のk空間データがシネ画像データの生成用に必要となる。尚、図5(a)ではk空間データを2次元的に示しているが、実際には複数のスライス分のk空間データが必要である。また、パルスシーケンスがセグメンテッドシーケンスであるため、各k空間は、N個のセグメントn (n=1, 2, 3, …, N)に分割される。そして各セグメントn内の各位置k=kn1, kn2, kn3, …における動き補正後の複数のk空間データ列がk空間に順次配置されることとなる。 FIG. 5A shows a time-series k space used for generating cine image data and a k-space data string arranged in the k space. As shown in FIG. 5 (a), k-space data on each k-space corresponding to each cardiac time phase t = t1, t2, t3,... Is required for generating cine image data. In FIG. 5 (a), the k-space data is shown two-dimensionally, but actually k-space data for a plurality of slices is required. Since the pulse sequence is a segmented sequence, each k space is divided into N segments n (n = 1, 2, 3,..., N). A plurality of k-space data strings after motion correction at each position k = kn1, kn2, kn3,... In each segment n are sequentially arranged in the k-space.
尚、図5(a)におけるk空間のセグメント分割は1例であって、任意の分割方法がある。 Note that the segmentation of the k space in FIG. 5A is an example, and there is an arbitrary division method.
また、図5(b)は、パルスシーケンスのイメージングパートの実行によってECG信号と非同期でセグメントn別に収集された動き補正後のk空間データSn’{k(Kro,Kpe,Kse)}を心時相と対応付けた例を示す図である。すなわち、各セグメントn内の各位置kにおけるk空間データSn(k)の収集時刻のR波等のトリガ信号の取得時刻からの遅延時間TDn(k)を求めることにより、動き補正後における時系列の各k空間データSn’(k)を心時相と関連付けることができる。この結果、図5(b)に示すように、R波のタイミングと動き補正後における各k空間データSn’(k)の収集タイミングを関連付けることができる。 FIG. 5 (b) shows the k-space data Sn ′ {k (Kro, Kpe, Kse)} after motion correction collected for each segment n asynchronously with the ECG signal by executing the imaging part of the pulse sequence. It is a figure which shows the example matched with the phase. That is, by obtaining the delay time TDn (k) from the acquisition time of the trigger signal such as the R wave at the collection time of the k space data Sn (k) at each position k in each segment n, the time series after motion correction Each k-space data Sn ′ (k) can be associated with a cardiac phase. As a result, as shown in FIG. 5B, the timing of the R wave and the collection timing of each k-space data Sn ′ (k) after the motion correction can be correlated.
図5(b)に示すように、k空間データSn’(k)は、ECG信号と非同期でセグメントn別に順次収集されるため、k空間におけるセグメントn内の同一の位置kにおける時系列のk空間データSn’(k)が同じ心時相t=t1, t2, t3, …で収集されるとは限らない。例えば、セグメントn=1内の位置k11におけるk空間データS1’(k11)が心時相t1に近い心時相t1’で収集された後に、セグメントn=2内の位置k21におけるk空間データS1’(k21)が心時相t2に近い心時相t2’で収集された場合には、心時相t1’で収集されたセグメントn=1内の位置k11におけるk空間データS1’(k11)は、心時相t1のシネ画像データ用の元データとして用いられる一方、心時相t2’で収集されたセグメントn=2内の位置k21におけるk空間データS1’(k21)は、心時相t2のシネ画像データ用の元データとして用いられることとなる。一方、別のデータ収集タイミングで心時相t1に近い心時相t1’’で収集されたセグメントn=2内の位置k21におけるk空間データS1’(k21)は、心時相t1のシネ画像データ用の元データとして用いられることとなる。 As shown in FIG. 5B, since the k-space data Sn ′ (k) is sequentially collected for each segment n asynchronously with the ECG signal, the time-series k at the same position k in the segment n in the k-space. Spatial data Sn ′ (k) is not necessarily collected at the same cardiac phase t = t1, t2, t3,. For example, after k-space data S1 ′ (k11) at position k11 in segment n = 1 is collected at cardiac time phase t1 ′ close to cardiac time phase t1, k-space data S1 at position k21 in segment n = 2 If '(k21) was collected at cardiac phase t2' close to cardiac phase t2, k-space data S1 '(k11) at position k11 within segment n = 1 collected at cardiac phase t1' Is used as the original data for the cine image data of the cardiac phase t1, while the k-space data S1 ′ (k21) at the position k21 in the segment n = 2 collected in the cardiac phase t2 ′ is the cardiac phase It will be used as the original data for the cine image data at t2. On the other hand, the k-space data S1 ′ (k21) at the position k21 in the segment n = 2 collected at the cardiac phase t1 '' close to the cardiac phase t1 at another data collection timing is the cine image of the cardiac phase t1. It will be used as the original data.
従って、あるセグメントn のk空間上の位置kにおける動き補正後におけるk空間データSn’(k)を心時相tの早い順次に並べ替えれば、最も心時相が早い動き補正後におけるk空間データSn’(k)を心時相t1のシネ画像データ用の元データとして用い、次に、心時相が早い動き補正後におけるk空間データSn’(k)を心時相t2のシネ画像データ用の元データとして用いることができる。さらに同様に、心時相の早い順に動き補正後におけるk空間データSn’(k)を対応する心時相のシネ画像データ用の元データとして用いることができる。換言すれば、最も早い心時相に関連付けられた動き補正後における各セグメントnの各k空間上の位置kにおける全てのk空間データ群Sn’(k) (n=1, 2, 3, …, N; k=k11, k12, k13, …, k21, k22, k23, …, k31, k32, k33, …, kn1, kn2, kn3, …, kN1, kN2, kN3, …)が最も早い心時相t1のシネ画像データ用の元データとなる。そして、同様に心時相の早い順に全ての動き補正後におけるk空間データ群Sn’(k)が対応する心時相tのシネ画像データ用の元データとなる。 Therefore, if k-space data Sn ′ (k) after motion correction at a position k on a k-space of a certain segment n is rearranged in order with the earliest cardiac phase t, the k-space after motion compensation with the earliest cardiac phase t. The data Sn ′ (k) is used as the original data for the cine image data of the cardiac phase t1, and then the k-space data Sn ′ (k) after the motion correction with the early cardiac phase is used as the cine image of the cardiac phase t2. It can be used as original data for data. Similarly, k-space data Sn ′ (k) after motion correction can be used as the original data for the corresponding cardiac phase cine image data in the order of early cardiac phase. In other words, all k-space data groups Sn ′ (k) (n = 1, 2, 3,... At the position k in each k-space of each segment n after motion correction associated with the earliest cardiac time phase. , N; k = k11, k12, k13,…, k21, k22, k23,…, k31, k32, k33,…, kn1, kn2, kn3,…, kN1, kN2, kN3,…) This is the original data for the cine image data of phase t1. Similarly, the k-space data group Sn ′ (k) after all the motion corrections is the original data for the corresponding cine image data of the cardiac phase t in the order of early cardiac phase.
画像再構成部49は、データ並べ替え部48から動き補正後であり並べ替え後における心時相順のk空間データを順次取得してFTを含む画像再構成処理を施すことにより実空間データである被検体Pの心時相ごとの画像データを再構成する機能と、再構成して得られた心時相ごとの時系列の画像データを画像データベース50に書き込む機能とを有する。
The
このため、画像データベース50は、画像再構成部49において再構成された画像データが保存される。保存される画像データは、撮影条件設定部40において設定された心臓等の動きのある部位の3Dシネ画像を取得するための3Dパルスシーケンスによって収集されたデータであるため、3Dシネ画像データとなる。
For this reason, the
画像処理部51は、画像データベース50から3Dシネ画像データを取り込んでMIP (Maximum Intensity Projection)処理やMPR (multi-planar reconstruction)処理等の画像処理を行って表示用の2Dシネ画像データを生成する機能と、生成した表示用のシネ画像データを表示装置34にシネ表示させる機能を有する。
The
次に磁気共鳴イメージング装置20の動作および作用について説明する。
Next, the operation and action of the magnetic
図6は、図1に示す磁気共鳴イメージング装置20により自由呼吸下において被検体Pの心臓の3Dシネ画像を撮像する際の手順を示すフローチャートであり、図中Sに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。
FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for capturing a 3D cine image of the heart of the subject P under free breathing by the magnetic
まずステップS1において、撮影条件設定部40においてパルスシーケンスが設定され、設定されたパルスシーケンスに従って、自由呼吸下における撮影が開始される。
First, in step S1, a pulse sequence is set in the imaging
そのために、予め寝台37に被検体Pがセットされ、静磁場電源26により励磁された静磁場用磁石21(超伝導磁石)の撮像領域に静磁場が形成される。また、シムコイル電源28からシムコイル22に電流が供給されて撮像領域に形成された静磁場が均一化される。
For this purpose, the subject P is set on the
また、表示装置34に表示された撮影条件の設定用画面を通じた入力装置33の操作によって、図3に示すようなイメージングパートとプロジェクションパートとを有するセグメント化3Dパルスシーケンスの選択情報が撮影条件設定部40に与えられ、選択されたセグメント化3Dパルスシーケンスが撮影条件設定部40において撮影条件として設定される。このとき、図4に示すように撮影条件の設定用画面を介してイメージングパートにおけるリードアウト用傾斜磁場パルスGroの印加方向が心臓の短軸方向に設定される一方、プロジェクションデータの収集用の周波数エンコード用傾斜磁場パルスGprojの印加方向が被検体Pの体軸方向に設定される。
The selection information of the segmented 3D pulse sequence having the imaging part and the projection part as shown in FIG. 3 is set by the operation of the
そして、入力装置33からシーケンスコントローラ制御部4140にセグメント化3Dパルスシーケンスを用いた被検体Pの心臓における3Dシネ画像の撮像開始指示が与えられる。
Then, an instruction to start imaging a 3D cine image in the heart of the subject P using the segmented 3D pulse sequence is given from the
そうすると、ステップS2において、被検体Pの自由呼吸下においてプロジェクションパートを有するセグメント化3Dパルスシーケンスが実行され、セグメント化された時系列のk空間データおよび各セグメントにそれぞれ対応する時系列のプロジェクションデータが順次収集される。 Then, in step S2, a segmented 3D pulse sequence having a projection part under the free breathing of the subject P is executed, and segmented time-series k-space data and time-series projection data corresponding to each segment are obtained. Collected sequentially.
すなわち、シーケンスコントローラ制御部41は撮影条件設定部40からイメージングパートとプロジェクションパートとを有するセグメント化3Dパルスシーケンスを取得してシーケンスコントローラ31に与える。シーケンスコントローラ31は、シーケンスコントローラ制御部41から受けたセグメント化3Dパルスシーケンスに従って傾斜磁場電源27、送信器29および受信器30を駆動させることにより被検体Pがセットされた撮像領域に傾斜磁場を形成させるとともに、RFコイル24からRF励起パルス信号を発生させる。
That is, the sequence
このため、被検体Pの内部における核磁気共鳴により生じたNMR信号が、RFコイル24により受信されて受信器30に与えられる。受信器30は、RFコイル24からNMR信号を受けて、所要の信号処理を実行した後、A/D変換することにより、デジタルデータのNMR信号である生データを生成する。受信器30は、生成した生データをシーケンスコントローラ31に与える。シーケンスコントローラ31は、生データをシーケンスコントローラ制御部41に与え、シーケンスコントローラ制御部41はk空間データベース42に生データをk空間データとして書き込む。
Therefore, an NMR signal generated by nuclear magnetic resonance inside the subject P is received by the
ここで、k空間データは、セグメント化3Dパルスシーケンスによって収集されるため、k空間データベース42には、セグメントごとのk空間データが保存されることとなる。
Here, since the k-space data is collected by the segmented 3D pulse sequence, the k-space data for each segment is stored in the k-
一方、ステップS3において、撮像中における被検体PのECG信号の波形がECGユニット38によりモニタリングされる。ここで、必要に応じてECGユニット38は収集したECG信号からR波等の心電情報に基づくトリガ信号を検出する。そして、収集されたECG信号またはトリガ信号は、シーケンスコントローラ31およびシーケンスコントローラ制御部41を経由してECGトリガ検出部43に与えられる。そして、ECGトリガ検出部43に、トリガ信号ではなくECG信号が与えられた場合には、ECGトリガ検出部43においてR波等の心電情報に基づくトリガ信号が検出される。さらに、得られた心電情報に基づくトリガ信号は、ECGトリガ検出部43からECGデータベース44に書き込まれて保存される。
On the other hand, in
次に、セグメントnごとのk空間データの収集タイミングにおける被検体Pの動き量の計算および動き量に基づくk空間データのセグメントnごとの動き補正が行われる。 Next, the motion amount of the subject P is calculated at the collection timing of the k-space data for each segment n, and the motion correction for each segment n of the k-space data based on the motion amount is performed.
そのためにステップS4においてnに1が代入されて1番目のセグメントn=1が選択される。 Therefore, in step S4, 1 is substituted for n and the first segment n = 1 is selected.
次に、ステップS5において、1番目のセグメントn=1内の各k空間データが収集されたタイミングにおける被検体Pの呼吸位置がプロジェクションデータに基づいて計算される。 Next, in step S5, the breathing position of the subject P at the timing when each k-space data in the first segment n = 1 is collected is calculated based on the projection data.
すなわち、呼吸位置計算部45は、k空間データベース42からパルスシーケンスのプロジェクションパートの実行により断続的に収集された時系列の複数のプロジェクションデータを読み込んで、リードアウト方向にFTを施すことにより呼吸性の動きを示す実空間上の時系列の投影データを作成する。そして、各時刻において収集された時系列の複数の投影データと撮影部位が基準位置にある時刻において収集された投影データとの相互相関を順次とることによって、プロジェクションデータが収集された各時刻、つまり各セグメントn内のk空間データが収集されたタイミング前後における撮影部位の基準位置からの相対的な移動量を呼吸位置として求めることができる。さらに、求めた時系列の被検体Pの呼吸位置データを平均値や内挿値を用いて補間することによって、任意の時刻における被検体Pの呼吸位置を求めることができる。
That is, the respiration
このため、1番目のセグメントn=1内の各k空間データが収集されたそれぞれの時刻における被検体Pの呼吸位置を求めることができる。 Therefore, the respiratory position of the subject P at each time when each k-space data in the first segment n = 1 is collected can be obtained.
次に、ステップS6において、データ補正部47において、1番目のセグメントn=1内の各k空間データが収集されたそれぞれの時刻における被検体Pの呼吸位置を用いて、各k空間データの動き補正が行われる。すなわち、動き補正前における1番目のセグメントn=1内における各k空間データは、呼吸位置に基づく動き補正によってそれぞれ動き補正後のk空間データに変換される。この動き補正の変換処理は上述したように式(1)で表すことができる。
Next, in step S6, the movement of each k-space data using the breathing position of the subject P at each time when each k-space data in the first segment n = 1 is collected in the
尚、被検体Pの呼吸による動きが大きくなったタイミングで収集されたk空間データをシネ画像データの生成用の元データとしない場合には、動き補正に先立って、呼吸位置に対して予め設定された閾値の範囲外の呼吸位置に対応するk空間データを除外するためのゲーティング処理をゲーティング部46において実行することができる。この場合には、ゲーティング処理によって抽出されたk空間データが、動き補正の対象とされる。
If the k-space data collected when the movement of the subject P due to respiration is not used as the original data for generating cine image data, the respiration position is set in advance prior to the movement correction. The
そして、このような動き補正によって1番目のセグメント内におけるk空間データは、イメージングスラブ内において実際には呼吸によって移動した撮像対象が基準位置に固定されている状態で収集されたデータと等価になる。 The k-space data in the first segment is equivalent to data collected in such a manner that the imaging object actually moved by respiration is fixed at the reference position in the imaging slab by such motion correction. .
次に、ステップS7において、動き補正の対象となったセグメントnが最後のセグメントNであるか否かが判定され、セグメントが最後のセグメントNでない場合には、ステップS8において、nにn+1が代入されて次のセグメントnが選択される。そして次のセグメントnについて再びステップS5およびステップS6における呼吸位置の計算および呼吸位置に基づく動き補正が行われる。このような処理をセグメント1からセグメントNまで繰り返し行うことにより、全てのセグメントn内におけるk空間データの動き補正が行われる。
Next, in step S7, it is determined whether or not the segment n subject to motion correction is the last segment N. If the segment is not the last segment N, n + 1 is added to n in step S8. Is substituted to select the next segment n. Then, for the next segment n, the calculation of the breathing position and the motion correction based on the breathing position are performed again in step S5 and step S6. By repeating such processing from
最後のセグメントNについての動き補正が終了すると、ステップS7において動き補正の対象となったセグメントnが最後のセグメントNであると判定される。 When the motion correction for the last segment N is completed, it is determined in step S7 that the segment n targeted for motion correction is the last segment N.
そうすると、ステップS9において、データ並べ替え部48により、動き補正後における各セグメントの3Dのk空間データが心時相順に並べ替えられる。
Then, in step S9, the
そのために、セグメント化された時系列の動き補正後における3Dのk空間データは、ECG信号に基づくトリガ信号に基づいてECG信号と同期化される。すなわち、データ並べ替え部48は、ECGデータベース44から収集時刻に関連付けられたECGトリガ信号を取得する。
For this purpose, the 3D k-space data after the segmented time-series motion correction is synchronized with the ECG signal based on a trigger signal based on the ECG signal. That is, the
次に、データ並べ替え部48は、各k空間データが収集された時刻のECGトリガ信号からのそれぞれの遅延時間を求める。求められた各遅延時間は、心時相としてそれぞれ対応する動き補正後におけるk空間データに関連付けられる。そして、全てのセグメントnの全てのk空間データが心時相と関連付けられ、図5(b)に示すような動き補正後における各k空間データSn’(k)の心時相情報が得られる。
Next, the
次に、データ並べ替え部48は、心時相に対応付けられた動き補正後における各k空間データのソーティングを行うことによって、心時相の早い順に動き補正後における各k空間データを並べ替える。この結果、図5(a)に示すような心時相ごとの動き補正後におけるk空間データのセットが得られる。図5(a)には示されていないが、動き補正後におけるk空間データは3Dシーケンスによって収集されるため、複数のスライスについて得られる。そして、並べ替えおよび動き補正後における心時相ごとの3D収集データは、3Dシネ画像データの生成用の元データとして蓄積される。
Next, the
次に、ステップS10において、画像再構成部49において、並べ替えおよび動き補正後における心時相ごとの3D収集データに対する画像再構成処理が行われる。これにより被検体Pの心臓における3Dシネ画像データが生成される。生成された3Dシネ画像データは、画像データベース50に書き込まれる。
Next, in step S10, the
そして、画像処理部51は、画像データベース50から3Dシネ画像データを読み込んでMIP処理やMPR処理等の画像処理を行って表示用の2Dシネ画像データを生成する。さらに生成された表示用の2Dシネ画像データは、表示装置34に出力表示される。これにより、ユーザは、自由呼吸下において収集したデータに基づいて作成された被検体Pの心臓におけるシネ画像を観察することが可能となる。
Then, the
つまり以上のような磁気共鳴イメージング装置20は、被検体Pの呼吸位置検出用のプロジェクションデータを収集するプロジェクションパートを設けた3Dセグメンテッドシーケンス等のパルスシーケンスによって自由呼吸下において心電非同期で複数時相分のデータ収集を行い、プロジェクションデータに基づいて計算された呼吸位置を用いてデータの動き補正を行った後に、別途取得した心電情報に基づくトリガ信号を利用して心時相順に並べ替えることによって、心臓等の動きのある部位におけるシネ画像データを再構成するものである。
In other words, the magnetic
このため、磁気共鳴イメージング装置20によれば、呼吸による動き量をモニタして補正することによって自由呼吸下において心臓等の動きのある部位の3Dシネ画像を高時間分解能および高空間分解能で取得することができる。これにより、3Dシネ画像の高分解能化や不整脈除去を行うことが可能となる。
For this reason, according to the magnetic
尚、図6に示すフローチャートには、パルスシーケンスの実行によるプロジェクションデータおよびイメージングデータの収集後にイメージングデータの動き補正および並べ替えを行う例が示されているが、プロジェクションデータおよびイメージングデータの収集中、つまり撮像中においてデータ収集と並行してリアルタイムにイメージングデータの動き補正や並べ替えを行うこともできる。 In the flowchart shown in FIG. 6, an example of performing motion correction and rearrangement of the imaging data after the collection of the projection data and the imaging data by executing the pulse sequence is shown. During the collection of the projection data and the imaging data, That is, it is also possible to perform motion correction and rearrangement of imaging data in real time during data acquisition in parallel with data collection.
また、図6に示すフローチャートには、k空間データの動き補正後にk空間データの心時相順への並べ替えを行う例を示したが、心時相順へのk空間データの並べ替えを行った後に、k空間データの動き補正を行うようにしてもよい。 In the flowchart shown in FIG. 6, an example is shown in which k-space data is rearranged in the cardiac phase sequence after motion correction of the k-space data. However, the k-space data is rearranged in the cardiac phase sequence. After performing, k-space data motion correction may be performed.
図7は、図1に示す磁気共鳴イメージング装置20により心時相順へのk空間データの並べ替えを行った後にk空間データの動き補正を行うことによって3Dシネ画像撮像を行う場合の手順を示すフローチャートであり、図中Sに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。尚、図7において図6と同様のステップには同符号を付して説明を省略する。
FIG. 7 shows a procedure for performing 3D cine image capturing by performing k-space data motion correction after rearranging k-space data in the order of cardiac phases by the magnetic
心時相順へのk空間データの並べ替えを行った後にk空間データの動き補正を行う場合には、ステップS2において、セグメント化3Dパルスシーケンスの実行によるk空間データおよびプロジェクションデータの収集が行われた後、ステップS9において、データ並べ替え部48により、収集された各セグメントの3Dのk空間データが心時相順に並べ替えられる。
When k-space data motion correction is performed after the k-space data is rearranged in the cardiac phase order, k-space data and projection data are collected by executing a segmented 3D pulse sequence in step S2. After that, in step S9, the
そして、k空間データの並べ替え後に、ステップS4からステップS8において並べ替えられたk空間データの動き補正が行われる。ただし、プロジェクションデータは時系列データである一方、動き補正の対象となるk空間データは並べ替えられており、n番目のセグメントにおけるk空間データはデータ収集時における時系列のk空間データではない。従って、ステップS6’では、k空間データの並べ替え前後におけるデータ対応情報に基づいて、n番目のセグメントにおける並べ替え前におけるk空間データが、対応するセグメントのプロジェクションデータに基づいて計算された呼吸位置に基づいて動き補正される。 Then, after rearrangement of the k-space data, motion correction of the k-space data rearranged in steps S4 to S8 is performed. However, while the projection data is time-series data, k-space data to be subjected to motion correction is rearranged, and k-space data in the nth segment is not time-series k-space data at the time of data collection. Therefore, in step S6 ′, based on the data correspondence information before and after the rearrangement of the k-space data, the k-space data before the rearrangement in the nth segment is calculated based on the projection data of the corresponding segment. The motion is corrected based on the above.
従って、図6に示すフローチャートの手順のように、k空間データの動き補正後にk空間データの並べ替えを行うようにすれば、ゲーティング処理によってシネ画像データの元データとして使用されないk空間データの同期化処理や並べ替え処理が不要となるため、データ処理量を低減させることができる。このため、イメージングデータの動き補正処理や動き補正後の並べ替え処理のリアルタイム性が向上し、上述したように、撮像中においてデータ収集と並行してリアルタイムにイメージングデータの動き補正や並べ替えを行うことが容易となる。 Therefore, if the k-space data is rearranged after the motion correction of the k-space data as in the procedure of the flowchart shown in FIG. 6, the k-space data that is not used as the original data of the cine image data by the gating process. Since synchronization processing and rearrangement processing are not required, the amount of data processing can be reduced. For this reason, the real-time property of the imaging data motion correction process and the rearrangement process after motion correction is improved, and as described above, the motion correction and rearrangement of the imaging data is performed in real time in parallel with the data collection during imaging. It becomes easy.
また、パルスシーケンスをラジアル収集用のシーケンスとする場合や、周波数領域におけるk空間データを、複数の平行なデータ収集軌跡により形成されるbladeと呼ばれる帯状領域を繰り返し時間毎に回転させることによって、非直交状に収集して充填するPROPELLER (periodically rotated overlapping parallel lines with enhanced reconstruction)法に従うシーケンスとする場合には、これらのシーケンスの実行によって収集されるk空間データをFTすることにより心拍の動きを示す時系列の投影データを得ることができる。従って、心拍の動き等の心電情報を示す投影データを得ることが可能なパルスシーケンスを用いてデータ収集を行う場合には、ECG信号やPPG信号を取得しなくても、ECG信号と同様な周期性を有する投影データから心電情報に基づくトリガ信号を検出することが可能である。すなわち、各投影データが収集された時相から心電情報を検出し、検出した心電情報からトリガ信号を設定することができる。この場合には、コンピュータ32のECGトリガ検出部43に、k空間データベース42から収集されたk空間データを読み込む機能および上述したようなk空間データから心電情報を示す投影データを作成し、投影データから心電情報を検出する機能を設ければ良い。
In addition, when the pulse sequence is a sequence for radial acquisition, the k-space data in the frequency domain is non-rotated by repeatedly rotating a band-like region called a blade formed by a plurality of parallel data acquisition trajectories every time. In the case of a sequence according to the PROPELLER (periodically rotated overlapping parallel lines with enhanced reconstruction) method of collecting and filling orthogonally, the motion of the heartbeat is shown by FT k-space data collected by the execution of these sequences. Time series projection data can be obtained. Therefore, when data collection is performed using a pulse sequence that can obtain projection data indicating electrocardiographic information such as heartbeat motion, the same as the ECG signal can be obtained without obtaining an ECG signal or a PPG signal. It is possible to detect a trigger signal based on electrocardiographic information from projection data having periodicity. That is, electrocardiogram information can be detected from the time phase when each projection data is collected, and a trigger signal can be set from the detected electrocardiogram information. In this case, the ECG
また、パルスシーケンスを、スライス非選択のラジアル収集3Dシーケンスとすることもできる。この場合、ラジアル収集3Dシーケンスはイメージング用の複数のプロジェクションデータおよび呼吸位置を求めるための複数のプロジェクションデータを収集する。さらに、イメージング用と呼吸位置検出用ともにプロジェクションデータであるので、同一方向のプロジェクションデータをイメージング用と呼吸検出用で共用してもよい。 In addition, the pulse sequence can be a slice non-selected radial acquisition 3D sequence. In this case, the radial acquisition 3D sequence collects a plurality of projection data for imaging and a plurality of projection data for obtaining a respiratory position. Further, since both the imaging data and the breathing position detection are projection data, the projection data in the same direction may be shared by the imaging and the breathing detection.
20 磁気共鳴イメージング装置
21 静磁場用磁石
22 シムコイル
23 傾斜磁場コイル
24 RFコイル
25 制御系
26 静磁場電源
27 傾斜磁場電源
28 シムコイル電源
29 送信器
30 受信器
31 シーケンスコントローラ
32 コンピュータ
33 入力装置
34 表示装置
35 演算装置
36 記憶装置
37 寝台
38 ECGユニット
40 撮影条件設定部
41 シーケンスコントローラ制御部
42 k空間データベース
43 ECGトリガ検出部
44 ECGデータベース
45 呼吸位置計算部
46 ゲーティング部
47 データ補正部
48 データ並べ替え部
49 画像再構成部
50 画像データベース
51 画像処理部
P 被検体
20 Magnetic
Claims (9)
前記複数のプロジェクションデータに基づいて求められた前記被検体の呼吸位置を用いて前記複数のデータの動き補正を行う補正手段と、
前記動き補正後における複数のデータを前記被検体の心電情報に基づいて心時相順に並べ替えるデータ並べ替え手段と、
前記動き補正後の心時相順に並べ替えられた複数のデータに基づいて3次元画像データを再構成する画像再構成手段と、
を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 Data collecting means for collecting a plurality of data for imaging and a plurality of projection data for obtaining a breathing position of the subject by applying a high-frequency pulse train to the subject continuously at regular intervals;
Correction means for performing motion correction of the plurality of data using the respiration position of the subject obtained based on the plurality of projection data;
Data rearranging means for rearranging the plurality of data after the motion correction in order of cardiac phases based on the electrocardiogram information of the subject;
Image reconstruction means for reconstructing three-dimensional image data based on a plurality of data rearranged in order of cardiac phases after the motion correction;
A magnetic resonance imaging apparatus comprising:
前記複数のデータを前記被検体の心電情報に基づいて心時相順に並べ替えるデータ並べ替え手段と、
前記複数のプロジェクションデータに基づいて求められた前記被検体の呼吸位置を用いて前記心時相順に並べ替えられた複数のデータの動き補正を行う補正手段と、
前記動き補正後の心時相順に並べ替えられた複数のデータに基づいて3次元画像データを再構成する画像再構成手段と、
を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 Data collecting means for collecting a plurality of data for imaging and a plurality of projection data for obtaining a breathing position of the subject by applying a high-frequency pulse train to the subject continuously at regular intervals;
Data rearranging means for rearranging the plurality of data in order of cardiac phase based on electrocardiographic information of the subject;
Correction means for performing motion correction of the plurality of data rearranged in order of the cardiac phase using the breathing position of the subject obtained based on the plurality of projection data;
Image reconstruction means for reconstructing three-dimensional image data based on a plurality of data rearranged in order of cardiac phases after the motion correction;
A magnetic resonance imaging apparatus comprising:
前記画像再構成手段は、抽出された動き補正後の心時相順に並べ替えられたデータに基づいて前記3次元画像データを再構成するように構成されることを特徴とする請求項1または2記載の磁気共鳴イメージング装置。 Further comprising data extraction means for extracting data collected in a state where the respiration position of the subject is within a predetermined threshold range from the plurality of data;
The said image reconstruction means is comprised so that the said three-dimensional image data may be reconfigure | reconstructed based on the data rearranged in order of the extracted cardiac time phase after the motion correction. The magnetic resonance imaging apparatus described.
前記データ並べ替え手段は、前記投影データから検出された心電情報に基づいて前記複数のデータを心時相順に並べ替えるように構成されることを特徴とする請求項1または2記載の磁気共鳴イメージング装置。 The data collection means is configured to collect the plurality of data using a pulse sequence capable of obtaining projection data indicating electrocardiogram information of the subject,
3. The magnetic resonance according to claim 1, wherein the data rearranging unit is configured to rearrange the plurality of data in order of cardiac phases based on electrocardiographic information detected from the projection data. Imaging device.
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