CN101455565A - 磁共振成像装置和磁共振成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明的磁共振成像装置具备：通过以一定间隔对被检体连续地施加高频脉冲序列，而从被检体分别收集成像用的多个数据和用于求出被检体的呼吸位置的多个投影数据的数据收集单元；使用根据多个投影数据求出的被检体的呼吸位置，进行多个数据的运动修正的修正单元；根据被检体的心电图信息，将运动修正后的多个数据排序为心时间相位顺序的数据排序单元；根据运动修正后的被排序为心时间相位顺序的多个数据，重构3维图像数据的图像重构单元。

Description

磁共振成像装置和磁共振成像方法

技术领域

本发明涉及用拉莫尔频率的高频(RF：Radio frequency)信号对被检体的原子核自旋进行磁激励，根据伴随着该激励而产生的核磁共振(NMR：nuclear magnetic resonance)信号而重构图像的磁共振成像(MRI：Magnetic Resonance Imaging)装置和磁共振成像方法，特别涉及能够在自由呼吸下进行心脏等有运动的部位的3维(3D：three dimensional)电影摄像的磁共振成像装置和磁共振成像方法。

背景技术

磁共振成像是用拉莫尔频率的RF信号对放置在静磁场中的被检体的原子核自旋进行磁激励，根据伴随着该激励而产生的MR信号重构图像的摄像法。

以前，在MRI的领域中，进行心脏的电影摄像(例如参考日本国特开2007-82753号公报)。基于MRI的心脏的电影摄像是在作为患者的被检体进行10秒左右的屏息的期间在心电图同步下进行2维(2D：two dimensional)摄影。通常为了取得短轴像而覆盖心脏的左心室全体，必须循环进行10次左右的屏息摄影。因此，考虑了以下的技术：将要收集的k空间(傅立叶空间)数据分割为若干个区域(区段(segment)化)，在1次屏息中对每个区段顺序地收集多个k空间数据的技术，即通过分区段时序来收集数据的技术。

但是，在现有的基于MRI的心脏的电影摄像中，有以下这样的问题，即在摄像难以屏息的患者的图像的情况下产生图像的抖动等画质恶化，或者切片位置偏离。其结果是有可能造成心脏机能分析等的诊断的精度降低。另外，在现有的基于MRI的心脏的电影摄像中，由于循环10次左右进行屏息摄影，所以还有患者的负担变大的问题。

进而，在现有的基于MRI的心脏的电影摄像中，因屏息时间的制约而难以提高时间分辨率和空间分辨率，因此在实用上可以认为3D摄影是不现实的。

对此，试着通过近年来提出的高速摄像法之一的并行成像法，来提高时间分辨率和空间分辨率，在研究水平上进行3D摄影。

但是，其状况是在需要十几秒长的屏息时间以外，还要牺牲某种程度的分辨率。

发明内容

本发明就是为了解决现有的问题而提出的，其目的在于：提供一种能够在自由呼吸下取得心脏的高分辨率的3D电影图像的磁共振成像装置和磁共振成像方法。

本发明的磁共振成像装置为了达到上述目的，具有：通过以一定间隔对被检体连续地施加高频脉冲序列，而从上述被检体分别收集成像用的多个数据和用于求出上述被检体的呼吸位置的多个投影数据的数据收集单元；使用根据上述多个投影数据求出的上述被检体的呼吸位置，进行上述多个数据的运动修正的修正单元；根据上述被检体的心电图信息，按照心时间相位顺序对上述运动修正后的多个数据进行排序的数据排序单元；根据上述运动修正后的排序为心时间相位顺序的多个数据，重构3维图像数据的图像重构单元。

另外，本发明的磁共振成像装置为了达到上述目的，具有：通过以一定间隔对被检体连续地施加高频脉冲序列，而从上述被检体分别收集成像用的多个数据和用于求出上述被检体的呼吸位置的多个投影数据的数据收集单元；根据上述被检体的心电图信息，按照心时间相位顺序对上述多个数据进行排序的数据排序单元；根据上述多个投影数据求出的上述被检体的呼吸位置，进行上述按照心时间相位顺序进行了排序的多个数据的运动修正的修正单元；根据上述进行了运动修正后的排序为心时间相位顺序的多个数据，重构3维图像数据的图像重构单元。

另外，本发明的磁共振成像方法为了达到上述目的，具有：通过以一定间隔对被检体连续地施加高频脉冲序列，而从上述被检体分别收集成像用的多个数据和用于求出上述被检体的呼吸位置的多个投影数据的数据收集步骤；使用根据上述多个投影数据求出的上述被检体的呼吸位置，进行上述多个数据的运动修正的修正步骤；根据上述被检体的心电图信息，按照心时间相位顺序对上述运动修正后的多个数据进行排序的数据排序步骤；根据上述进行了运动修正后的排序为心时间相位顺序的多个数据，重构3维图像数据的图像重构步骤。

另外，本发明的磁共振成像装置为了达到上述目的，具有：通过以一定间隔对被检体连续地施加高频脉冲序列，而从上述被检体分别收集成像用的多个数据和用于求出上述被检体的呼吸位置的多个投影数据的数据收集步骤；根据上述被检体的心电图信息，按照心时间相位顺序对上述多个数据进行排序的数据排序步骤；根据上述多个投影数据求出的上述被检体的呼吸位置，进行上述按照心时间相位顺序进行了排序的多个数据的运动修正的修正步骤；根据上述进行了运动修正后的排序为心时间相位顺序的多个数据，重构3维图像数据的图像重构步骤。

在这样的本发明的磁共振成像装置和磁共振成像方法中，能够在自由呼吸下取得心脏等有运动的部位的高分辨率的3D电影图像。

附图说明

图1是表示本发明的磁共振成像装置的实施例的结构图。

图2是图1所示的计算机的功能框图。

图3是表示在图2所示的摄影条件设定部件中设定的脉冲时序的一个例子的图。

图4是表示在图3所示的脉冲时序的成像部分和投影部分中选择的切片以及投影数据的收集用的频率编码用倾斜磁场脉冲的施加方向的设定例子的图。

图5是说明图2所示的数据排序部件的运动修正后的k空间数据的排序的方法的图。

图6是表示由图1所示的磁共振成像装置在自由呼吸下摄像被检体的心脏的3D电影图像时的步骤的流程图。

图7是表示通过由图1所示的磁共振成像装置将k空间数据排序为心时间相位顺序后进行k空间数据的运动修正而进行3D电影图像摄像的情况下的步骤的流程图。

具体实施方式

参考附图，说明本发明的磁共振成像装置和磁共振成像方法的实施例。

图1是表示本发明的磁共振成像装置的实施例的结构图。

磁共振成像装置20在未图示的架台中内置以下的部件而构成：形成静磁场的筒状的静磁场用磁铁21；设置在该静磁场用磁铁21的内部的匀场线圈22、倾斜磁场线圈23和RF线圈24。

另外，在磁共振成像装置20中具备控制系统25。控制系统25具备静磁场电源26、倾斜磁场电源27、匀场线圈电源28、发送器29、接收器30、时序控制器31和计算机32。控制系统25的倾斜磁场电源27包括X轴倾斜磁场电源27x、Y轴倾斜磁场电源27y和Z轴倾斜磁场电源27z。另外，在计算机32中，具备输入装置33、显示装置34、计算装置35和存储装置36。

静磁场用磁铁21具有以下功能：与静磁场电源26连接，通过从静磁场电源26供给的电流，在摄像区域中形成静磁场。另外，静磁场用磁铁21包括超导线圈的情况很多，在励磁时与静磁场电源26连接而被供给电流，但一般在一旦被激磁后就成为非连接状态。另外，也有以下的情况，即用永磁铁构成静磁场用磁铁21，而不设置静磁场电源26。

另外，在静磁场用磁铁21的内侧，在同轴上设置有筒状的匀场线圈22。匀场线圈22与匀场线圈电源28连接，构成为从匀场线圈电源28向匀场线圈22供给电流，使静磁场均匀。

倾斜磁场线圈23包括X轴倾斜磁场线圈23x、Y轴倾斜磁场线圈23y和Z轴倾斜磁场线圈23z，在静磁场用磁铁21的内部形成为筒状。在倾斜磁场线圈23的内侧，设置有卧台37而成为摄像区域，被检体P被设置(set)在卧台37上。RF线圈24也有并不内置在架台中，而设置在卧台37和被检体P近旁的情况。

另外，倾斜磁场线圈23与倾斜磁场电源27连接。倾斜磁场线圈23的X轴倾斜磁场线圈23x、Y轴倾斜磁场线圈23y和Z轴倾斜磁场线圈23z分别与倾斜磁场电源27的X轴倾斜磁场电源27x、Y轴倾斜磁场电源27y和Z轴倾斜磁场电源27z连接。

另外，构成为通过从X轴倾斜磁场电源27x、Y轴倾斜磁场电源27y和Z轴倾斜磁场电源27z分别向X轴倾斜磁场线圈23x、Y轴倾斜磁场线圈23y和Z轴倾斜磁场线圈23z提供的电流，可以在摄像区域中分别形成X轴方向的倾斜磁场Gx、Y轴方向的倾斜磁场Gy、Z轴方向的倾斜磁场Gz。

RF线圈24与发送器29和接收器30连接。RF线圈24具有以下的功能：从发送器29接收RF信号并发送到被检体P的功能；接收伴随着被检体P内部的原子核自旋的RF信号所产生的激励而产生NMR信号，并发送到接收器30。

另一方面，控制系统25的时序控制器31与倾斜磁场电源27、发送器29和接收器30连接。时序控制器31具有以下的功能：存储时序信息的功能，该时序信息记述了驱动倾斜磁场电源27、发送器29和接收器30所需要的控制信息，例如要施加到倾斜磁场电源27的脉冲电流的强度、施加时间、施加定时等动作控制信息；依照所存储的规定的时序，驱动倾斜磁场电源27、发送器29和接收器30，由此产生X轴倾斜磁场Gx、Y轴倾斜磁场Gy、Z轴倾斜磁场Gz和RF信号的功能。

另外，时序控制器31构成为接收通过接收器30中的NMR信号检波和A/D(analog to digital)变换所得到的复数数据，即原始数据(raw data)，并提供给计算机32。

因此，发送器29具有以下的功能：根据从时序控制器31接收到的控制信息，将RF信号提供给RF线圈24的功能，另一方面接收器30具有以下的功能：对从RF线圈24接收到的NMR信号进行检波，直线所需要的信号处理，并且进行A/D变换，从而生成数字化了的复数数据，即原始数据的功能；将所生成的原始数据提供给时序控制器31的功能。

进而，磁共振成像装置20还具备取得被检体P的ECG(electrocardiogram)信号的ECG单元38。构成为将由ECG单元38取得的ECG信号经由时序控制器31输出到计算机32。

另外，也可以代替ECG信号，而取得脉波同步(PPG：peripheralpulse gating)信号。PPG信号例如是将指尖的脉波作为光信号而检测出的信号。在取得PPG信号的情况下，设置有PPG信号检测单元。

另外，通过由计算装置35执行保存在计算机32的存储装置36中的程序，而在计算机32中具备各种功能。但是，并不只限于程序，也可以在磁共振成像装置20中设置具有各种功能的特定的电路。

图2是图1所示的计算机32的功能框图。

计算机32通过程序而作为以下的部件发挥功能，即摄影条件设定部件40、时序控制器控制部件41、k空间数据库42、ECG触发检测部件43、ECG数据库44、呼吸位置计算部件45、选通(gating)部件46、数据修正部件47、数据排序部件48、图像重构部件49、图像数据库50和图像处理部件51。

摄影条件设定部件40具有以下的功能：根据来自输入装置33的指示信息，设定包含脉冲时序在内的摄影条件，将设定的摄影条件提供给时序控制器控制部件41的功能。为此，摄影条件设定部件40具有以下的功能：将摄影条件的设定用画面信息显示在显示装置34上的功能。特别地，摄影条件设定部件40具有以下的功能：设定在自由呼吸下以高分辨率取得心脏等有运动的部位的3D电影图像的脉冲时序的功能。

图3是表示在图2所示的摄影条件设定部件40中设定的脉冲时序的一个例子的图。

在图3中，BREATH表示参考用所示的呼吸所产生的心脏的运动量，ECG表示ECG信号，RF表示RF脉冲，Gss表示切片选择(sliceselection)用倾斜磁场脉冲(也称为切片编码(SE：slice encode)用倾斜磁场脉冲)，Gro表示读出(RO：readout)用倾斜磁场脉冲(频率编码(frequency encode)用倾斜磁场脉冲)，Gpe表示相位编码(PE：phase encode)用倾斜磁场脉冲，Gproj表示用于求出被检体P的呼吸位置的投影(projection)数据收集用的频率编码用倾斜磁场脉冲。

图3所示的脉冲时序是被平衡了(balanced)的自由旋进运动(SSFP：Steady-state Free Precession)时序。即，通过在一定的循环时间(TR：repetition time)中连续施加RF脉冲，而维持磁化的恒定状态，产生NMR信号。其中，也可以使用FLASH(fast low angleshot)时序、FISP(fast imaging with steady-state precession)时序、或PSIF(time reversed FISP)时序等与SSFP时序不同的其他种类的梯度回波(gradient echo)时序。

如图3所示那样在自由呼吸下取得有运动的部位的3D电影图像的脉冲时序具有成像部分(imaging part)和投影部分(projection part)。更具体地说，交替循环地执行成像部分和投影部分。

另外，脉冲时序与ECG信号不同步地，无关系地被执行。即，不是心电图同步摄影。但是，在脉冲时序的执行中，在ECG单元38中始终收集心电图信息并记录。收集的心电图信息可以是ECG信号的波形自身，也可以是R波等时间标记信息。

在脉冲时序的成像部分中，将读出用倾斜磁场脉冲与切片选择用倾斜磁场脉冲Gss和相位编码用倾斜磁场脉冲Gpe的2方向的相位编码脉冲一起作为1方向的频率编码脉冲进行施加。由此，在施加读出用倾斜磁场脉冲的过程中，作为成像用的数据而收集NMR信号。

成像部分可以是为了通过摄影高速化而实现高时间分辨率的3D摄像而使用了分段k-space法(segment k-space method)的时序。分段k-space法是通过将k空间(频率空间，也称为傅立叶空间)分割为若干个区域而分段化，对每个段顺序地取得k空间数据的方法。为此，对每个段分别将相位编码用倾斜磁场脉冲Gpe的强度设定为多个不同的值，分别收集全部段内的多个数据，从而覆盖k-space内的全部数据。另外，至少跨过1个心跳以上地循环施加具有与某段对应地被设定为多个值的强度的多个相位编码用倾斜磁场脉冲Gpe。以下，说明脉冲时序是分段k-space法的分段时序的情况。

在图3的例子中，设定为接着第n个段内的用于收集数据的成像部分后面而执行第n+1个投影部分，接着第n+1个投影部分后面而执行第n+1个段内的用于收集数据的成像部分。进而，在第n+1个段内的用于收集数据的成像部分的后面，执行第n+2个投影部分。这样，顺序地交替循环进行设置在分别与N个段对应的N个成像部分和相邻的成像部分之间的投影部分。

另外，通过在成像部分中施加切片选择用倾斜磁场脉冲Gss，选择地激励包含摄像对象的断面。在图3的例子中，在与RF脉冲一样的定时下，施加切片选择用倾斜磁场脉冲Gss。

另一方面，在投影部分中，在与呼吸运动的方向相同的方向、或与呼吸运动的方向接近的方向上，施加用于求出被检体P的呼吸位置的投影部分数据收集用的频率编码用倾斜磁场脉冲Gproj。另外，通过施加投影数据收集用的频率编码用倾斜磁场脉冲Gproj，从而作为用于求出被检体P的呼吸位置的投影数据而收集NMR信号。

另外，通过成像部分中的切片选择用倾斜磁场脉冲Gss，在选择了切片的状态下，执行投影部分。即，设定脉冲时序，使得通过成像部分和投影部分而共有切片选择用倾斜磁场脉冲Gss，在选择了在投影部分之前的成像部分中最后选择了的切片的状态下，执行投影部分。因此，如图3所示那样，在可以使用SSFP时序的情况下，在投影部分中也能够维持磁化的恒定状态。

进而，在通过成像部分中的RF脉冲的施加而激励了的状态下，执行投影部分。即，设定脉冲时序，使得通过成像部分和投影部分而共有RF脉冲，在通过投影部分之前的成像部分的最后RF脉冲施加而激励了的状态下，执行投影部分。另外，在一定的循环时间内施加成像部分和投影部分的RF脉冲，维持恒定状态。因此，在从成像部分到投影部分、从投影部分到成像部分之间，不设置冗余的空时间。

图4是表示在图3所示的脉冲时序的成像部分和投影部分中选择的切片以及投影数据收集用的频率编码用倾斜磁场脉冲Gproj的施加方向的设定例子的图。

图4表示了在摄影被检体P的心脏的情况下设定的典型的摄影断面以及各倾斜磁场脉冲的方向。在摄影被检体P的心脏的情况下，在摄影计划时将包含心脏的体(volume)作为成像层(slab)。另外，将成像层设定在包含心脏的左心室的短轴断面上。因此，将切片选择用倾斜磁场脉冲Gss设定为与心脏的短轴断面垂直的方向，将成像部分中的读出用倾斜磁场脉冲Gro设定为心脏的短轴方向，将相位编码用倾斜磁场脉冲Gpe设定为与切片选择用倾斜磁场脉冲Gss和读出用倾斜磁场脉冲Gro的施加方向双方都垂直的方向。

另一方面，在与呼吸的运动方向相同的方向、或与呼吸的运动方向接近的方向，施加投影数据收集用的频率编码用倾斜磁场脉冲Gproj。因此，在图4的例子中，将投影数据收集用的频率编码用倾斜磁场脉冲Gproj的施加方向设定为被检体P的体轴方向。因此，成像部分中的读出用倾斜磁场脉冲Gro和投影部分中的投影数据收集用的频率编码用倾斜磁场脉冲Gproj的各施加方向相互不同。相反，在成像部分和投影部分之间共有切片选择用倾斜磁场脉冲Gss和RF脉冲。因此，在成像部分和投影部分之间，包含切片选择用倾斜磁场脉冲Gss和RF脉冲的施加定时的条件是相同的。

另外，构成为从摄影条件设定部件40向时序控制器控制部件41提供包含这样设定的脉冲时序的摄影条件。

时序控制器控制部件41具有以下的功能：依照来自输入装置33的摄影开始指示信息，向时序控制器31提供包含脉冲时序的摄影条件而进行驱动控制的功能。另外，时序控制器控制部件41具有以下的功能：从时序控制器31接收原始数据，并保存到k空间数据库42中的功能。

因此，在k空间数据库42中，将在接收器30中生成的各原始数据作为k空间数据而保存。即，将通过执行在摄影条件设定部件40中设定的脉冲时序而收集到的与多个段对应的成像数据和用于求出被检体P的呼吸位置的投影数据顺序地写入到k空间数据库42中进行保存。

ECG触发检测部件43具有以下的功能：经由时序控制器31和时序控制器控制部件41，取得在执行脉冲时序而收集数据的过程中由ECG单元38另外取得的ECG信号的功能；根据取得的ECG信号，检测出基于R波等心电图信息的触发信号的功能。其中，也可以构成为在ECG单元38中检测出基于R波等心电图信息的触发信号。在该情况下，由ECG触发检测部件43，经由时序控制器31和时序控制器控制部件41，取得在ECG单元38中检测出的基于心电图信息的触发信号。另外，ECG触发检测部件43构成为将所得到的基于心电图信息的触发信号写入到ECG数据库44中。

因此，在ECG数据库44中，积蓄了在执行脉冲时序而收集数据的过程中收集到的基于心电图信息的触发信号。

呼吸位置计算部件45具有以下的功能：从k空间数据库42读入通过执行脉冲时序的投影部分而间断地收集到的时序的多个投影数据，根据读入的时序的多个投影数据，计算出收集到N个段n(n＝1、2、3、......N)内的k空间数据的定时下的被检体P的呼吸位置的功能。

具体地说，通过分别在读出方向上对时序的多个投影数据进行傅立叶变换(FT：Fourier transform)，能够作成表示呼吸性运动的实空间的多个投影数据。然后，通过参照投影数据，能够求出收集到各投影数据的定时下的被检体P的心脏等摄影部位的因呼吸产生的运动量。可以作为摄影部位相对于某基准位置的相对移动量来求出被检体P的摄影部位的因呼吸产生的运动量。作为求出摄影部位相对于基准位置的相对移动量的方法，例如可以列举通过取得与基准位置对应的投影数据与要求出相对移动量的投影数据之间的相互相关性，来求出相对位置偏移量的方法。

由于分别与各段n对应地在各段n的之前或之后收集各投影数据，所以可以将收集到各投影数据的定时看作是分别收集到对应的段n的定时。因此，可以将收集到各投影数据的定时的呼吸位置，即因呼吸产生的运动量，看作是收集到对应的各段n内的多个k空间数据的定时下的运动量。

其中，收集到各投影数据的定时下的呼吸位置数据相当于收集到各段n内的多个k空间数据的定时前后的呼吸位置数据。因此，如果通过计算出收集到各投影数据的定时下的呼吸位置数据之间的平均值、或内插值，来补插呼吸位置数据，则能够精度更高地计算出收集各段n内的任意位置k(Kro、Kpe、Kse)的k空间数据S(Kro、Kpe、Kse)的定时的呼吸位置r(Kro、Kpe、Kse)。即，能够计算出被检体P的呼吸位置的时间变化。

选通部件46根据需要发挥功能。另外，选通部件46具有以下的功能：从k空间数据库42读入通过执行脉冲时序的成像部分而收集到的各段n内的位置k(Kro、Kpe、Kse)处的k空间数据S(Kro、Kpe、Kse)，根据在呼吸位置计算部件45中计算出的收集各k空间数据S(Kro、Kpe、Kse)的定时的各个呼吸位置r(Kro、Kpe、Kse)而施加选通(gating)，由此只将除了在因呼吸产生的运动量、或呼吸位置r(Kro、Kpe、Kse)处于预先决定的阈值的范围以外的状态下收集到的k间数据以外的k空间数据S(Kro、Kpe、Kse)提供给数据修正部件47的功能。

由此，能够抽出除了因被检体P的自由呼吸而产生的运动量大而不适合在生成电影图像数据时使用的k空间数据以外的k空间数据S(Kro、Kpe、Kse)，选择地将抽出的k空间数据S(Kro、Kpe、Kse)提供给数据修正部件47，在生成电影图像数据时使用。

数据修正部件47具有以下的功能：针对由选通部件46抽出的k空间数据S(Kro、Kpe、Kse)、或从选通部件46读入并通过执行成像部分而收集到的k空间数据S(Kro、Kpe、Kse)，使用从呼吸位置计算部件45取得的与各k空间数据S(Kro、Kpe、Kse)分别对应的被检体P的呼吸位置数据r(Kro、Kpe、Kse)，实施运动修正，从而求出运动修正后的k空间数据S’(Kro、Kpe、Kse)的功能。即，根据与各段n对应地收集到的投影数据计算出的呼吸位置数据r(Kro、Kpe、Kse)，对各段n内的k空间数据S(Kro、Kpe、Kse)进行运动修正。

通过使用呼吸位置数据r(Kro、Kpe、Kse)对运动修正前的k空间数据S(Kro、Kpe、Kse)进行运动修正，从而可以如公式(1)那样表示将运动修正前的k空间数据S(Kro、Kpe、Kse)变换为运动修正后的k空间数据S’(Kro、Kpe、Kse)的公式。

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]   (1)

×exp[-I×(Gse·Gproj)×Kse×{r(Kro，Kpe，Kse)-r0}/FOVse]

在公式(1)中，FOVro、FOVpe、FOVse分别是频率编码方向、相位编码方向和切片编码方向的摄影视野(FOV：field of view)，r0是呼吸位置的基准位置。另外，记号·表示内积。

通过这样的公式(1)的运动修正，运动修正后的时序的各段n内的多个k空间数据S’(Kro、Kpe、Kse)分别与从被固定在基准位置上的状态的摄影部位收集到的k空间数据等价。即，实际上，摄影部位由于呼吸而在层内移动，但可以看作是固定在基准位置上而处理。

数据排序部件48具有以下的功能：从数据修正部件47取得运动修正后的每个段n的时序的k空间数据S’(Kro、Kpe、Kse)，另一方面，从ECG数据库44取得基于心电图信息的触发信号，根据基于心电图信息的触发信号、运动修正后的时序的k空间数据S’(Kro、Kpe、Kse)的数据收集时刻和触发信号的取得时刻，使运动修正后的k空间数据S’(Kro、Kpe、Kse)与心时间相位对应起来的功能；按照心时间相位从早到晚的顺序，对与心时间相位对应起来的运动修正后的各k空间数据S’(Kro、Kpe、Kse)进行排序(sorting)的功能。将运动修正后的k空间数据配置在分别与心脏的心时间相位对应的多个k空间上的各位置上。

图5是说明图2所示的数据排序部件48中的运动修正后的k空间数据的排序方法的图。

图5(a)表示在生成电影图像数据时使用的时序的k空间和配置在k空间上的k空间数据列。如图5(a)所示那样，在生成电影图像数据时，需要与各心时间相位t＝t1、t2、t3......对应的各个k空间上的k空间数据。另外，在图5(a)中，2维地表示了k空间数据，但实际上，需要多个切片的k空间数据。另外，由于脉冲时序是分段时序，所以各k空间被分割为N个段n(n＝1，2，3......，N)。另外，在k空间上顺序地配置各段n内的各位置k＝kn1、kn2、kn3......处的运动修正后的多个k空间数据列。

另外，图5(a)中的k空间的段分割是一个例子，有任意的分割方法。

另外，图5(b)是表示使通过执行脉冲时序的成像部分而与ECG信号非同步地按照段n的不同而收集到的运动修正后的k空间数据Sn’{(Kro、Kpe、Kse)}与心时间相位对应起来的例子的图。即，求出各段n内的各位置k处的k空间数据Sn(k)的收集时刻相对于R波等触发信号的取得时刻的延迟时间TDn(k)，能够使运动修正后的时序的各k空间数据Sn’(k)与心时间相位关联起来。其结果是如图5(b)所示那样，可以使R波的定时和运动修正后的各k空间数据Sn’(k)的收集定时关联起来。

如图5(b)所示那样，与ECG信号非同步地按照段n的不同顺序地收集k空间数据Sn’(k)，因此，并不只限于在相同的心时间相位t＝t1、t2、t3......时收集k空间中的段n内的同一位置k处的时序的k空间数据Sn’(k)。例如，在接近心时间相位t1的心时间相位t1’时收集到段n＝1内的位置k11处的k空间数据S1’(k11)后，在接近心时间相位t2的心时间相位t2’时收集到段n＝2内的位置k21处的k空间数据S1’(k21)的情况下，将在心时间相位t1’时收集到的段n＝1内的位置k11处的k空间数据S1’(k11)作为对应的心时间相位t1的电影图像数据用的原始数据而使用，另一方面，将在心时间相位t2’时收集到的段n＝2内的位置k21处的k空间数据S1’(k21)作为心时间相位t2的电影图像数据用的原始数据而使用。另一方面，将在其他数据收集定时下在接近心时间相位t1的心时间相位t1’时收集到的段n＝2内的位置k21处的k空间数据S1’(k21)作为心时间相位t1的电影图像数据用原始数据而使用。

因此，如果按照心时间相位t从早到晚的顺序对某段n的k空间上的位置k处的运动修正后的k空间数据Sn’(k)进行排序，则可以将心时间相位最早的运动修正后的k空间数据Sn’(k)作为心时间相位t1的电影图像数据用的原始数据而使用，接着，将心时间相位早的运动修正后的k空间数据Sn’(k)作为心时间相位t2的电影图像数据用的原始数据而使用。进而，同样地，可以按照心时间相位早到晚的顺序将运动修正后的k空间数据Sn’(k)作为心时间相位的电影图像数据用的原始数据而使用。换一种说法，与最早的心时间相位相关联的运动修正后的各段n的各k空间上的位置k处的全部k空间数据群Sn’(k)(n＝1，2，3......，N；k＝k11，k12，k13......，k21，k22，k23......，k31，k32，k33......，kn1，kn2，kn3......，kN1，kN2，kN3......)成为最早的心时间相位t1的电影图像数据用的原始数据。另外，同样地，按照心时间相位从早到晚的顺序，全部的运动修正后的k空间数据群Sn’(k)成为对应的心时间相位t的电影图像数据用的原始数据。

图像重构部件49具有以下的功能：从数据排序部件48顺序地取得运动修正后的排序后的心时间相位顺序的k空间数据，实施包含FT在内的图像重构处理，由此重构作为实空间数据的被检体P的每个心时间相位的图像数据的功能；将重构所取得的每个心时间相位的时序的图像数据写入到图像数据库50中的功能。

因此，图像数据库50保存在图像重构部件49中重构出的图像数据。由于保存的图像数据是根据用于取得在摄影条件设定部件40中设定的心脏等有运动的部位的3D电影图像的3D脉冲时序而收集到的数据，所以是3D电影图像数据。

图像处理部件51具有以下的功能：从图像数据库50取得3D电影图像数据，进行MIP(Maximum Intensity Projection)处理、MPR(multi-planar reconstruction)处理等图像处理，生成显示用的2D电影图像数据的功能；将所生成的显示用的电影图像数据电影地显示在显示装置34上的功能。

接着，说明磁共振成像装置20的动作和作用。

图6是由图1所示的磁共振成像装置20在自由呼吸下摄像被检体P的心脏的3D电影图像时的步骤的流程图，图中，对S附加了数字的符号表示流程图的各步骤。

首先，在步骤S1中，在摄影条件设定部件40中设定脉冲时序，依照所设定的脉冲时序，开始自由呼吸下的摄影。

为此，预先将被检体P设置到卧台37上，在通过静磁场电源26励磁了的静磁场用磁铁21(超导磁铁)的摄像区域中，形成静磁场。另外，从匀场线圈电源28向匀场线圈22供给电流，使在摄像区域中形成的静磁场均匀。

另外，通过经由显示在显示装置34上的摄影条件的设定用画面进行的输入装置33的操作，向摄影条件设定部件40提供具有图3所示那样的成像部分和投影部分的分段3D脉冲时序的选择信息，在摄影条件设定部件40中将选择出的分段3D脉冲时序设定为摄影条件。这时，如图4所示那样，经由摄影条件的设定用画面，将成像部分中的读出用倾斜磁场脉冲Gro的施加方向设定为心脏的短轴方向，另一方面，将投影数据收集用的频率编码用倾斜磁场脉冲Gproj的施加方向设定为被检体P的体轴方向。

然后，从输入装置33向时序控制器控制部件41，提供使用了分段3D脉冲时序的被检体P的心脏处的3D电影图像摄像开始指示。

这样，在步骤S2中，在被检体P的自由呼吸下，执行具有投影部分的分段3D脉冲时序，顺序地收集分段的时序的k空间数据、分别与各段对应的时序的投影数据。

即，时序控制器控制部件41从摄影条件设定部件40取得具有成像部分和投影部分的分段3D脉冲时序，并提供给时序控制器31。时序控制器31依照从时序控制器控制部件41接收到的分段3D脉冲时序，驱动倾斜磁场电源27、发送器29和接收器30，由此在设置了被检体P的摄像区域中形成倾斜磁场，并且从RF线圈24产生RF激励脉冲信号。

因此，通过被检体P内部的核磁共振而产生的NMR信号被RF线圈24接收，并提供给接收器30。接收器30从RF线圈24接收NMR信号，在执行了需要的信号处理后，进行A/D变换，由此生成作为数字数据的NMR信号的原始数据。接收器30将所生成的原始数据提供给时序控制器31。时序控制器31将原始数据提供给时序控制器控制部件41，时序控制器控制部件41将原始数据作为k空间数据写入到k空间数据库42。

在此，由于根据分段3D脉冲时序收集k空间数据，所以在k空间数据库42中保存每个段的k空间数据。

另一方面，在步骤S3中，由ECG单元38对摄像中的被检体P的ECG信号的波形进行监视。在此，根据需要，ECG单元38从收集到的ECG信号中检测出基于R波等心电图信息的触发信号。然后，收集到的ECG信号或触发信号经由时序控制器31和时序控制器控制部件41，提供给ECG触发检测部件43。然后，在ECG触发检测部件43中，在提供的不是触发信号而是ECG信号的情况下，在ECG触发检测部件43中检测出基于R波等心电图信息的触发信号。进而，将所得到的基于心电图信息的触发信号从ECG触发检测部件43写入到ECG数据库44中进行保存。

接着，计算每个段n的k空间数据的收集定时下的被检体P的运动量，以及根据运动量进行k空间数据的每个段n的运动修正。

为此，在步骤S4中，将1代入n，选择第1个段n＝1。

接着，在步骤S5中，根据投影数据，计算出收集到第1个段n＝1内的各k空间数据的定时下的被检体P的呼吸位置。

即，呼吸位置计算部件45从k空间数据库42读入通过执行脉冲时序的投影部分而间断地收集到的时序的多个投影数据，在读出方向上实施FT，由此作成表示呼吸性运动的实空间上的时序的投影数据。然后，顺序地排序在各时刻收集到的时序的多个投影数据和在摄影部位位于基准位置的时刻收集到的投影数据之间的相互相关性，由此，可以作为呼吸位置而求出收集到投影数据的各时刻，即收集到各段n内的k空间数据的定时前后的摄影部位相对于基准位置的相对移动量。进而，使用平均值或内插值对所求出的时序的被检体P的呼吸位置数据进行补插，由此可以求出任意时刻的被检体P的呼吸位置。

因此，能够求出收集到第1个段n＝1内的各k空间数据的各个时刻的被检体P的呼吸位置。

接着，在步骤S6中，在数据修正部件47中，使用收集到第1个段n＝1内的各k空间数据的各个时刻的被检体P的呼吸位置，进行各空间数据的运动修正。即，通过根据呼吸位置而进行运动修正，将运动修正前的第1个段n＝1内的各k空间数据分别变换为运动修正后的k空间数据。可以如上所述那样，用公式(1)表示该运动修正的变换处理。

另外，在不将在因被检体P的呼吸所产生的运动变大的定时下收集到的k空间数据作为电影图像数据生成用的原始数据的情况下，可以在运动修正之前，在选通部件46中，执行用于将与针对呼吸位置预定设定的阈值范围外的呼吸位置对应的k空间数据除外的选通处理。在该情况下，将通过选通处理抽出的k空间数据作为运动修正的对象。

另外，通过这样的运动修正，第1个段内的k空间数据与在成像层内实际由于呼吸而移动了的摄像对象被固定在基准位置上的状态下收集到的数据等价。

接着，在步骤S7中，判断成为运动修正的对象的段n是否是最后的段N，在段不是最后的段N的情况下，在步骤S8中，将n+1代入到n，选择下一个段n。然后，针对下一个段n，再次进行步骤S5和步骤S6中的呼吸位置的计算和基于呼吸位置的运动修正。通过从段1到段N循环地进行这样的处理，而进行全部段n内的k空间数据的运动修正。

如果对最后的段N的运动修正结束，则在步骤S7中，判断为成为运动修正对象的段n是最后的段N。

这样，在步骤S9中，由数据排序部件48按照心时间相位的顺序，对运动修正后的各段的3D的k空间数据进行排序。

为此，根据基于ECG信号的触发信号，使分段的时序的运动修正后的3D的k空间数据与ECG信号同步。即，数据排序部件48从ECG数据库44取得与收集时刻相关联的ECG触发信号。

接着，数据排序部件48求出收集到各k空间数据的时刻相对于ECG触发信号的各个延迟时间。所求出的各延迟时间作为心时间相位分别与对应的运动修正后的k空间数据相关联。然后，全部的段n的全部k空间数据与心时间相位相关联，得到图5(b)所示那样的运动修正后的各k空间数据Sn’(k)的心时间相位信息。

接着，数据排序部件48通过进行与心时间相位对应的运动修正后的各k空间数据的排序，而按照心时间相位从早到晚的顺序，对修正后的各k空间数据进行排序。其结果是能够得到图5(a)所示那样的每个心时间相位的运动修正后的k空间数据的组。在图5(a)虽然没有表示，但按照3D时序收集运动修正后的k空间数据，因此能够对多个切片取得。然后，将排序和运动修正后的每个心时间相位的3D收集数据作为3D电影图像数据生成用的原始数据而积蓄。

接着，在步骤S10中，在图像重构部件49中，对排序和运动修正后的每个心时间相位的3D收集数据，进行图像重构处理。由此，生成被检体P的心脏的3D电影图像数据。将所生成的3D电影图像数据写入到图像数据库50中。

然后，图像处理部件51从图像数据库50读入3D电影图像数据，进行MIP处理、MPR处理等图像处理，生成显示用的2D电影图像数据。进而，将所生成的显示用的2D电影图像数据输出显示到显示装置34上。由此，用户能够观察根据在自由呼吸下收集到的数据作成的被检体P的心脏的电影图像。

即，以上那样的磁共振成像装置20根据设置了用于收集被检体P的呼吸位置检测用的投影数据的投影部分的3D分段时序等脉冲时序，在自由呼吸下在心电图非同步下收集多个时间相位的数据，在使用根据投影数据计算出的呼吸位置进行数据的运动修正后，利用基于另外取得的心电图信息的触发信号按照心时间相位的顺序进行排序，由此重构心脏等有运动的部位的电影图像数据。

因此，根据磁共振成像装置20，通过监视因呼吸产生的运动量并修正，能够高时间分辨率和高空间分辨率地在自由呼吸下取得心脏等有运动的部位的3D电影图像。由此，能够进行3D电影图像的高分辨率化和不匹配脉冲除去。

另外，在图6所示的流程图中，表示了在通过执行脉冲时序而收集投影数据和成像数据后进行成像数据的运动修正和排序的例子，但也可以在收集投影数据和成像数据的过程中，即在摄像过程中，与数据收集并行地实时地进行成像数据的运动修正和排序。

另外，在图6所示的流程图中，表示了在k空间数据的运动修正后将k空间数据排序为心时间相位的顺序的例子，但也可以在将k空间数据排序为心时间相位顺序后，进行k空间数据的运动修正。

图7是表示由图1所示的磁共振成像装置20在将k空间数据排序为心时间相位顺序后进行k空间数据的运动修正从而进行3D电影图像摄像的情况下的步骤的流程图，在图中，对S附加了数字的符号表示流程图的各步骤。另外，在图7中，对与图6一样的步骤附加相同的符号，并省略说明。

在将k空间数据排序为心时间相位顺序后进行k空间数据的运动修正的情况下，在步骤S2中，在通过执行分段3D脉冲时序而收集到k空间数据和投影数据后，在步骤S9中，由数据排序部件48将收集到的各段的3D的k空间数据排序为心时间相位顺序。

然后，在对k空间数据进行了排序后，在从步骤S4到步骤S8中对排序了的k空间数据进行运动修正。其中，投影数据是时序数据，而成为运动修正的对象的k空间数据被排序，第n个段中的k空间数据不是数据收集时的时序的k空间数据。因此，在步骤S6’中，根据k空间数据的排序前后的数据对应信息，根据基于对应的段的投影数据计算出的呼吸位置，对第n个段的排序前的k空间数据进行运动修正。

因此，如图6所示的流程图的步骤那样，如果在k空间数据的运动修正后进行k空间数据的排序，则不需要进行通过选通处理而不作为电影图像数据的原始数据使用的k空间数据的同步处理和排序处理，因此能够降低数据处理量。因此，提高了成像数据的运动修正处理、运动修正后的排序处理的实时性，如上所述，能够容易地在摄像中与数据收集并行地实时地进行成像数据的运动修正和排序。

另外，在将脉冲时序设置为径向收集用的时序的情况、或在每个循环时间使根据多个平行的数据收集轨迹而形成的被称为blade的带状区域旋转，从而非正交状地收集频率区域中的k空间数据并填充的PROPELLER(periodically rotated overlapping parallel lines withenhanced reconstruction)法的时序的情况下，通过对执行这些时序而收集的k空间数据进行FT，能够得到表示心跳运动的时序的投影数据。因此，在使用能够得到表示心跳运动等心电图信息的投影数据的脉冲时序进行数据收集的情况下，即使不取得ECG信号和PPG信号，也能够从具有与ECG信号同样的周期性的投影数据中，检测出基于心电图信息的触发信号。即，能够根据收集到各投影数据的时间相位检测出心电图信息，根据检测出的心电图信息设定触发信号。在该情况下，在计算机32的ECG触发检测部件43中，可以设置以下的功能：从k空间数据库42读入所收集到的k空间数据的功能；根据上述那样的k空间数据，作成表示心电图信息的投影数据，从投影数据检测出心电图信息的功能。

另外，也可以将脉冲时序设置为切片非选择的径向收集3D时序。在该情况下，在径向收集3D时序下收集成像用的多个投影数据和用于求出呼吸位置的多个投影数据。进而，由于成像用和呼吸位置检测用都是投影数据，因此也可以将同一方向的投影数据在成像用和呼吸检测用时共用。

Claims (18)

1.一种磁共振成像装置，其特征在于包括：

通过以一定间隔对被检体连续地施加高频脉冲序列，而从上述被检体分别收集成像用的多个数据和用于求出上述被检体的呼吸位置的多个投影数据的数据收集单元；

使用根据上述多个投影数据求出的上述被检体的呼吸位置，进行上述多个数据的运动修正的修正单元；

根据上述被检体的心电图信息，将上述运动修正后的多个数据排序为心时间相位顺序的数据排序单元；

根据上述运动修正后的被排序为心时间相位顺序的多个数据，重构3维图像数据的图像重构单元。

2.一种磁共振成像装置，其特征在于包括：

通过以一定间隔对被检体连续地施加高频脉冲序列，而从上述被检体分别收集成像用的多个数据和用于求出上述被检体的呼吸位置的多个投影数据的数据收集单元；

根据上述被检体的心电图信息，按照心时间相位顺序对上述多个数据进行排序的数据排序单元；

使用根据上述多个投影数据求出的上述被检体的呼吸位置，进行被排序为上述心时间相位顺序的多个数据的运动修正的修正单元；

根据上述运动修正后的被排序为心时间相位顺序的多个数据，重构3维图像数据的图像重构单元。

3.根据权利要求1所述的磁共振成像装置，其特征在于：

上述数据收集单元构成为对上述被检体施加倾斜磁场，使得在用于收集上述成像用数据的成像部分和用于收集投影数据的投影部分中，共有倾斜磁场脉冲。

4.根据权利要求1所述的磁共振成像装置，其特征在于：

上述数据收集单元构成为施加上述高频脉冲序列，使得在用于收集上述成像用数据的成像部分和用于收集投影数据的投影部分中，共有高频脉冲。

5.根据权利要求1所述的磁共振成像装置，其特征在于：

上述数据收集单元构成为对设定在k空间上的每个段收集上述多个数据，并收集分别与上述多个段对应的多个投影数据。

6.根据权利要求1所述的磁共振成像装置，其特征在于还包括：

从上述多个数据中抽出在上述被检体的呼吸位置处于预先决定的阈值的范围内的状态下收集到的数据的数据抽出单元，其中

上述图像重构单元构成为根据抽出的运动修正后的被排序为心时间相位顺序的数据，重构上述3维图像数据。

7.根据权利要求1所述的磁共振成像装置，其特征在于：

上述数据收集单元构成为使用能够取得表示上述被检体的心电图信息的投影数据的脉冲时序，收集上述多个数据，

上述数据排序单元构成为根据从上述投影数据检测出的心电图信息，将上述多个数据排序为心时间相位顺序。

8.根据权利要求1所述的磁共振成像装置，其特征在于：

上述数据收集单元构成为使用施加上述高频脉冲序列的Steady-state Free Precession时序收集上述多个数据，使得在被检体内维持磁化的恒定状态。

9.根据权利要求1所述的磁共振成像装置，其特征在于：

上述修正单元构成为在收集上述成像用的多个数据和上述多个投影数据的过程中，进行上述运动修正。

10.一种磁共振成像方法，其特征在于包括：

通过以一定间隔对被检体连续地施加高频脉冲序列，而从上述被检体分别收集成像用的多个数据和用于求出上述被检体的呼吸位置的多个投影数据的步骤；

使用根据上述多个投影数据求出的上述被检体的呼吸位置，进行上述多个数据的运动修正的步骤；

根据上述被检体的心电图信息，将上述运动修正后的多个数据排序为心时间相位顺序的数据排序步骤；

根据上述运动修正后的被排序为心时间相位顺序的多个数据，重构3维图像数据的图像重构步骤。

11.一种磁共振成像方法，其特征在于包括：

通过以一定间隔对被检体连续地施加高频脉冲序列，而从上述被检体分别收集成像用的多个数据和用于求出上述被检体的呼吸位置的多个投影数据的步骤；

根据上述被检体的心电图信息，将上述多个数据排序为心时间相位顺序的步骤；

使用根据上述多个投影数据求出的上述被检体的呼吸位置，进行被排序为上述心时间相位顺序的多个数据的运动修正的步骤；

根据上述运动修正后的被排序为心时间相位顺序的多个数据，重构3维图像数据的步骤。

12.根据权利要求10所述的磁共振成像方法，其特征在于：

对上述被检体施加倾斜磁场，使得在用于收集上述成像用数据的成像部分和用于收集投影数据的投影部分中，共有倾斜磁场脉冲。

13.根据权利要求10所述的磁共振成像方法，其特征在于：

施加上述高频脉冲序列，使得在用于收集上述成像用数据的成像部分和用于收集投影数据的投影部分中，共有高频脉冲。

14.根据权利要求10所述的磁共振成像方法，其特征在于：

对设定在k空间上的每个段收集上述多个数据，并收集分别与上述多个段对应的多个投影数据。

15.根据权利要求10所述的磁共振成像方法，其特征在于还包括：

从上述多个数据中抽出在上述被检体的呼吸位置处于预先决定的阈值的范围内的状态下收集到的数据的步骤，其中

根据抽出的运动修正后的被排序为心时间相位顺序的数据，重构上述3维图像数据。

16.根据权利要求10所述的磁共振成像方法，其特征在于：

使用能够取得表示上述被检体的心电图信息的投影数据的脉冲时序，收集上述多个数据，

根据从上述投影数据检测出的心电图信息，将上述多个数据排序为心时间相位顺序。

17.根据权利要求10所述的磁共振成像方法，其特征在于：

使用施加上述高频脉冲序列的Steady-state Free Precession时序收集上述多个数据，使得在被检体内维持磁化的恒定状态。

18.根据权利要求10所述的磁共振成像方法，其特征在于：

在收集上述成像用的多个数据和上述多个投影数据的过程中，进行上述运动修正。

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