JP2004057226A

JP2004057226A - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP2004057226A
Application number: JP2002215616A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Goto; 後藤　智宏; Tetsuhiko Takahashi; 高橋　哲彦
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: JP3993799B2

Abstract

【課題】呼吸動アーチファクトエラを補正するために使う被検体の基準着目部位として働く、横隔膜位置を、ナビゲーションパルスを使って演算により簡単、迅速、正確に検出する機能を有するＭＲＩ装置を提供する。
【解決手段】被検体を撮影するＭＲＩ装置は、画像再構成に必要なＮ個（Ｎは１以上の整数）のエコー（本スキャンデータ）を取得するにあたり、呼吸動をモニターするための着目部位を含む関心領域２１０をカバーする本スキャンのスライス面とは独立したスライス面に位相エンコードを付加しないｍ個（ｍは１以上Ｎ以下の整数）のナビゲーションエコーを本スキャンデータ毎に取得し、取得した各ナビゲーションエコーを周波数方向に１次元フーリエ変換し、画素信号の強度として表わされる実空間データを求め、実空間データから着目部位を含む関心領域を演算で抽出し、関心領域内の実空間データから着目部位の位置を検出する。
【選択図】　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被検体の磁気共鳴イメージング（以下ＭＲＩと記す）画像を撮影するＭＲＩ装置の改良に関し、特に、被検体の呼吸による体動を簡単にモニター出来る機能を備えたＭＲＩ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被検体の呼吸による体動に帰因するＭＲＩ画像上に表われる体動アーチファクトエラを補正するため、例えば、“Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｖ．　ＭｃＣｏｎｎｅｌ　ｅｔ　ａｌ，Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ　Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｎａｖｉｇａｔｏｒ　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｂｒｅａｔｈ−Ｈｏｌｄ　ＭＲ　Ｃｏｒｏｎａｒｙ　Ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｉｎ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，３７：１４８−１５２，１９７７）は、被検体の呼吸動の一つの着目部位である横隔膜を含む狭い関心領域（肺と肝の境界）のみをシリンダー型に局所的に励起する特殊な形の高周波パルスを用いてナビゲーションエコーを取得し、このナビゲーションエコーから横隔膜位置を検出することを開示している。また、着目部位を含む関心領域を設定、特定するため事前にその部分を表わすＭＲＩ画像を別に撮影しておきこれを基準に着目部位を検出することも行われていた。
【０００３】
しかし、前者では局所励起用の特殊な波形の高周波パルスの導入を必要とし、また後者では事前に余分なＭＲＩ画像の撮影を必要とすると共に得られた画像データを基準画像と比較して着目部位を含む関心領域を検索するのに手間もかかり繁雑で処理時間を引伸ばすという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ＭＲＩ画像上に現われるおそれのある体動アーチファクトエラを補正する時の基準として利用される着目部位を含む関心領域をカバーする比較的広い本スキャンのスライス面とは独立したスライス面に位相エンコードを付加しない単純なナビゲーションパルスを印加して、そのエコーから関心領域、着目部位を演算によって短時間に正確に自動的に抽出、検出出来る機能を有するＭＲＩ装置を提供することであり、従って結果的には画質を向上したＭＲＩ装置を提供することである。
【０００５】
【発明を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、被検体を撮影する本発明の磁気共鳴イメージング装置は、画像再構成に必要なＮ個（Ｎは１以上の整数）の本スキャンデータを取得するにあたり、呼吸による体動をモニターするための着目部位を含む関心領域をカバーする本スキャンのスライス面とは独立したスライス面に位相エンコードを付加しないｍ個（ｍは１以上Ｎ以下の整数）のナビゲーションエコーを本スキャンデータ毎に取得し、
取得した各ナビゲーションエコーを周波数方向に１次元フーリエ変換し、画素信号の強度として表わされる実空間データを求め、
実空間データから着目部位を含む関心領域を演算で自動的に抽出し、関心領域の実空間データから着目部位の位置を検出するものである。
【０００６】
さらにまた、本発明においては、着目部位は該関心領域内で信号値が（最大値＋最小値）／２である画素、
または関心領域内の全画素の平均値に等しい信号値を持つ画素とし、
関心領域の自動的抽出から着目部位の位置検出まで、一連の信号処理を同一のナビゲーションエコーを用いて行う。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明が適用されるＭＲＩ装置の概略図である。
被検体１の周囲に静磁場を発生する磁石２と、この静磁場空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル３と、この領域に高周波磁場を発生するＲＦコイル４と被検体１が発生するＭＲ信号を検出するＲＦプローブ５がある。傾斜磁場コイル３は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向の傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源９からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。
【０００８】
ＲＦコイル４はＲＦ送信部１０の信号に応じて高周波磁場を発生する。ＲＦプローブ５の信号は、信号検出部６で検出され、信号処理部７で信号処理され、また演算により画像信号に再構成される。再構成された画像信号は表示部８で表示される。傾斜磁場電源９、ＲＦ送信部１０、信号検出部６は制御部１１で制御され、制御のタイムチャートは一般にパルスシーケンスと呼ばれている。ベッド１２は被検体１が横たわるためのものである。
【０００９】
現在ＭＲＩの撮影対象は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質、プロトンである。
【００１０】
ＭＲＩではプロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和現象の空間分布を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を２次元もしくは３次元的に撮影する。
【００１１】
ＭＲＩ画像撮影に際しては、傾斜磁場によりそれぞれの空間位置に異なる位相エンコードを与え、それぞれの位相エンコードで得られるエコー信号を検出する。位相エンコードの数は通常１枚の画像あたり、１２８、２５６、５１２等の値が選ばれる。各エコー信号は通常１２８、２５６、５１２、１０２４個のサンプリングデータからなる時系列信号として得られる。これらのデータを２次元フーリエ変換して１枚のＭＲ画像を作成する。
【００１２】
１枚のＭＲ画像を作成する間に被検体が動くと、画像に大きなアーチファクトが生じることが知られている。これを体動アーチファクトと呼ぶ。体動アーチファクトは、所定の計測点に所定の位相エンコード量が与えられるべきところが、動きによって他の計測点に上記位相エンコード量が印加された状態でフーリエ変換され、画像を合成したために生じる。体動アーチファクトの例として、呼吸による体動アーチファクトがある。
【００１３】
図２は本発明で適用される心電同期下におけるナビゲーションエコーと本計測のタイミングを説明する模式図である。
【００１４】
心電波（Ｒ波）１００から一定のディレイタイム１０１で毎回ＭＲデータ計測を行う場合、まず、ナビゲーションシーケンス１０３１においてナビゲーションエコーを取得する。１０３１終了後、画像用の本計測シーケンス１０４１で本スキャンデータを取得する。１０４１終了後、次の心電波１００から一定のディレイタイム１０１後のナビゲーションシーケンス１０３２で次のナビゲーションエコーを取得し、その後１０４２で次の本スキャンデータを得る。同様に１０４２終了後、次のナビゲーションシーケンス１０３３でナビゲーションエコーを取得し、その後本計測シーケンス１０４３で次の本スキャンデータを得る。もし、１０４１と１０４２の間で呼吸動があった場合、呼吸による大きな体動アーチファクトを生じることとなる。そこで、ナビゲーションエコー１０３１と１０３２の位相差を算出し、１０４１と１０４２の間の呼吸動による位置ずれを求め補正を行う。
【００１５】
このような呼吸動による体動アーチファクト抑制に用いられるナビゲーションエコーは、通常横隔膜のｙ方向の位置をモニターすることで呼吸動をモニターする。なお、１０２は心電波１００間の期間で１心拍期間を表わしている。
【００１６】
図３〔Ａ〕，３〔Ｂ〕，３〔Ｃ〕は本発明の一実施例を説明する図である。被検体２０１に対し、心臓２０２を避け、肺２０３と肝２０４を矢状断像に切るスライス断面２０５に位相エンコードを付加しないナビゲーションエコー用の高周波励起パルスを印加する。断面２０５から得られたナビゲーションエコー信号を周波数方向に１次元フーリエ変換した後、その信号強度をプロットして画素信号強度プロファイルライン２０７を得る。２０７は肺２０３側の信号値が相対的に小さく、肝２０４側の信号値が大きくなっており、肺２０３と肝２０４の境界が横隔膜である。本実施例ではこの画素信号強度プロファイルライン２０７を微分して微分曲線２０８を得る。ここで２０７において信号強度が最大の画素２０６に注目する。画素２０６は信号値の相対的に大きな肝２０４側の点である。また、この点は画素信号強度プロファイルライン２０７におけるピーク点であるので微分値は０となる。そこで、この画素２０６をこれら２つの条件から演算で自動的に抽出し、関心領域の始点にとる。次に画素２０６を始点に肺２０３方向へ微分値をチェックして次に微分値が０になる画素点２０９を検出する。そして検出された２画素点２０６と２０９の間２１０を関心領域とする。加えて、横隔膜位置は画素信号強度プロファイルライン２０７において画素点２０６と２０９の中間の信号強度を持つ画素、または関心領域２１０内の全画素の平均信号強度を持つ画素の何れかとして認知される。
【００１７】
図３〔Ａ〕，３〔Ｂ〕，３〔Ｃ〕で説明した信号処理を処理フローとして図４に示す。ステップ３０１で横隔膜位置を特定するためのナビゲーションエコーの生データを取得する。取得された生データはステップ３０２で周波数方向に１次元フーリエ変換され、その後絶対値化する（ステップ３０３）。図５にステップ３０３で得られた絶対値化したナビゲーションエコーのデータの実測例を示す。ナビゲーションエコーは位相エンコードを印加していないので絶対値化されたエコーは撮像面のｙ軸への投影像となっている。図５の絶対値画像には、多数の０点が出現し処理が混乱することを防ぐ目的でステップ３０４で平均値フィルタ処理を行う。次にステップ３０５でフィルタ処理後のデータを微分する。微分した後は、既に図３〔Ａ〕，３〔Ｂ〕，３〔Ｃ〕で説明したように、ステップ３０６で微分前に信号値が最大の画素を関心領域の始点にとり、次にステップ３０７で順次微分値を肺側に向かって検証し、次の微分値０の画素までを関心領域として抽出する。抽出された関心領域内で微分前の信号値を検証し、信号値が（最大値＋最小値）／２になっている画素（ステップ３０８）、または関心領域内の全画素の平均値をもつ画素（ステップ３０９）の何れかの位置を横隔膜として検出する。図６にステップ３０８の方法で検出した横隔膜位置の変化の実測例を示す。以下、各データ取得ウインドウ（１０４１，１０４２，１０４３・・・）毎にナビゲーションエコーを取得し、全画像データの取得終了までこの処理を繰り返す。（ステップ３１０）。
【００１８】
以上説明した本実施例には次の特徴がある。
（１）横隔膜と中心とした関心領域が演算で自動的に得られるため、被検者の呼吸が大きく変わっても関心領域が自動的に追従し、正しい横隔膜位置を検出できる。このような自動追従の特徴は関心領域を事前にＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃ　Ｕｓｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）から決める場合には、実現不可能な機能である。この例を図７〔Ａ〕，７〔Ｂ〕で説明する。図７〔Ａ〕のように関心領域を固定した場合、横隔膜位置８０１が事前に設定した関心領域内８０２に入っているときは横隔膜位置を検出できるが、関心領域外８０３にある場合検出不能となる。これに対し関心領域が自動追従する図７〔Ｂ〕に示す本実施例の場合には、横隔膜位置８０１に対し、関心領域８０４が追従しているので、正しく検出できる。
【００１９】
（２）横隔膜位置の自動演算を関心領域内で常に行うので、関心領域外のアーチファクトなどによって演算結果が乱されること無く正確になる。
【００２０】
（３）フィルタリング処理を行っているので、ノイズによる影響を受け難い。
上記実施例では、毎回関心領域を再演算したが、演算時間を短縮する場合は一部を省略しても良い。また、適宜間引いても良い。
上記実施例では、横隔膜の抽出を例としたが、抽出部位は、腹壁、心臓の境界など他の部位でも良い。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明した本発明の装置によって、呼吸による体動を、例えば、横隔膜位置を、ナビゲーションパルスを使って演算により簡単、迅速、正確に検出できるので、この基準着目部位として働く横隔膜位置を使って体動アーチファクトエラを補正出来、高画質のＭＲＩ装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるＭＲＩ装置の概略図。
【図２】本発明で適用される心電同期下におけるナビゲーションエコーと本計測のタイミングを説明するための模式図。
【図３】〔Ａ〕，〔Ｂ〕，〔Ｃ〕本発明の一実施例を説明するための図。
【図４】図３〔Ａ〕，〔Ｂ〕，〔Ｃ〕で説明した信号処理を示す処理フロー図。
【図５】本発明の実施例で得た絶対値化したナビゲーションエコーのデータの実測例。
【図６】本発明の実施例で得た横隔膜位置の変化の実測例。
【図７】〔Ａ〕，〔Ｂ〕本発明の特徴を説明するための図。
【符号の説明】
１００・・・心電波（Ｒ波）
１０３１，１０３２，１０３３・・・ナビゲーションシーケンス
１０４１，１０４２，１０４３・・・本計測シーケンス（データ取得ウインドウ）
２０１・・・被検体
２０２・・・心臓
２０３・・・肺
２０４・・・肝
２０５・・・ナビゲーションパルス用スライス断面
２０７・・・画素信号強度プロファイルライン
２０６，２０９・・・画素点
２０８・・・微分曲線
２１０・・・関心領域

Claims

被検体の磁気共鳴イメージング画像を撮影する磁気共鳴イメージング装置において、
画像再構成に必要なＮ個（Ｎは１以上の整数）のエコー（以下本スキャンデータ）を取得するにあたり、呼吸による体動をモニターするための着目部位を含む関心領域をカバーする本スキャンのスライス面とは独立したスライス面に位相エンコードを付加しないｍ個（ｍは１以上Ｎ以下の整数）のナビゲーションエコーを本スキャンデータ毎に取得する手段、
取得した各ナビゲーションエコーを周波数方向に１次元フーリエ変換し、画素信号の強度として表わされる実空間データを求め、実空間データから着目部位を含む関心領域を演算で抽出する手段、および、
関心領域内の実空間データから着目部位の位置を検出する手段を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
上記関心領域は画素に沿った画素信号の強度として表わされる実空間データのプロファイルラインの微分値０の最大値、最小値間が選ばれることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
上記着目部位は上記関心領域中の画素信号の強度として表わされる実空間データの（最大値＋最小値）／２に相当する画素位置とすることを特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
上記着目部位は上記関心領域中の全画素の画素信号の強度として表わされる実空間データの平均値に相当する画素位置とすることを特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。