JP2009172296A - 磁気共鳴診断装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁気共鳴診断装置は、高周波コイル107を含むコイルアセンブリ100と、高周波コイルを介して被検体の特定原子核の磁化を励起する送信部108Tと、高周波コイルを介して磁気共鳴信号を受信するために検波部121とローパスフィルター123とアナログディジタル変換器125とを有する受信部108Rと、ローパスフィルターの通過帯域を撮影視野から決まる周波数帯域の3以上の奇数倍程度に設定するとともに、アナログディジタル変換器のサンプリング周波数を信号帯域を超えるオーバーサンプリングに設定する制御部106と、受信部の出力に基づいてノイズ空間分布を発生するノイズ空間分布発生部110とを具備する。
【選択図】図1
Description
同一条件で撮像した画像の差分をとり、再現性のある成分(信号のほかにギブスリンギングなども含む)を取り除くことで、ランダムノイズに相当する成分を抽出する。この標準偏差(Standard Deviation: 標準偏差SD)を計測する。ファントムを対象とした場合には適当な方法である。ただし、同一条件で繰り返し撮像することが、人を対象とした場合、特に臨床例の場合では困難である点が、問題とされる。
信号成分がフラットであることが要求されるが、MR画像ではさまざまな要因により低次の空間成分(なだらかな信号変化)がある場合が多くなかなか満たされない。人が被検体であれば、もともとの解剖構造などがどうしても存在するため、さらに満たされない場合が多い。これも人の場合には解決困難であり、この方法も適当な方法とはいえない。
信号成分は関心領域ROIで計測するが、ノイズ成分は信号のない背景部の標準偏差SDまたは平均値で代用する。絶対値画像の背景部ではノイズの特性が異なるので、背景での計測値を有信号部のノイズ振幅に換算する。従来最も広く使用されていた方法である。シングルコイルで得られた画像や、アレイコイルの代表的な画像生成方法であるサムオブスクエア法(SOS法、正確にはSquare Root of Sum-of-Square法)により得られた画像では、問題はあまりなかった。
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1) MRIのデータ収集条件(読み出し方向)
MRIのデータ収集においては、撮影条件(撮影視野FOV、マトリクス数、位相ノーラップ指定など)から、読み出し用傾斜磁場強度、データサンプリング点数、データサンプリングレート(ピッチ)などが決められる。その帯域BWs = BW_smplに見合ったアナログ的なローパスフィルターBW = BW_lpfがかけられる。ディジタルフィルターが標準的であるが、元のハイレートのサンプリングデータからデータを生成する際に、これと同等な処理が行われている。いずれの場合も、2つの帯域、サンプリング帯域BWs = BW_smplとアナログフィルタ帯域BWf = BW_lpfを念頭において、以下の議論を進めるものとする。単に帯域といった場合には後者のBWf = BW_lpfを指すものとする。
さて、StecknerのISMRM抄録にある さて、非特許文献7に従えば、single acquisition, two-image difference method 法、は、読み出し方向に2倍のオーバーサンプリングを行って、2倍の収集点数を1点おきに2つのグループに分けて再構成する。すなわち奇数番目のデータから1つの画像Iodd(=I1)を得て、もう一つの偶数番目のデータからもうひとつの画像Ieven(=I2)を得る。2倍のBWfと2倍のBWsが標準的なオーバーサンプリングモードである。2つの画像は、フーリエ変換のシフト定理から、読み出し方向(時間方向)に1点ずれている分だけ、画像上では読み出し方向に位相の捩れが入る。絶対値を取ればまったく同じ画像になる。一方ノイズは独立になる。通常サンプリング1点分の時間差で生じる装置のドリフトは無視できるので、この2画像の差分N=I1-I2を計算することにより、本来の信号成分は完全に除去でき、ノイズの画像のみが得られる。
実験は1.5テスラのMRI装置を用いて行われた。まず、均一ファントムを使って全身コイルにより行われた。本実施形態のノイズ空間分布のノイズ(標準偏差)を通常の画像のノイズと比較した。実験には5チャンネルの頭部コイルが用いられた。パラメータとしては、スピンエコー法(TR;500msec、TE;15msec)、256x256マトリクス(256 収集ステップ), 撮影視野FOV 20×20cm, NEX;2, スライス厚;5mm, 感度補正, 後処理フィルタなし、とされた。次の画像がノイズ評価のために収集された。
B) 標準の2倍の通過帯域BW, 標準の2倍のサンプリング周波数: BW=83.3kHz, 512収集ステップ, RO-FOV 40cm,
C) 標準の3倍の通過帯域BW, 標準の4倍のサンプリング周波数: BW=125kHz, 1024 収集ステップ, RO-FOV 80cm.
<結果>
本実施形態の方法では、図10(c)に例示するように、ノイズは読み出し方向ROの画像中央に現れる。標準偏差は33.6であった。計算上の比率は、2.51である。図10(a)は再構成画像、図10(b)は従来のノイズ空間分布、図10(c)は本実施形態のノイズ空間分布を示している。従来のノイズ空間分布では矢印で示した画像中央でノイズレベルが低下しているのが分かる。本実施形態のノイズ空間分布では画像中央でノイズレベルが維持され、辺縁で低下しているのが分かる。図11はパラレルイメージングで得られたそれぞれスピーダファクタがSF=1, 2 and 3の再構成画像とそれぞれ対応するノイズ空間分布を示している。SFによる空間ノイズの変化は一目瞭然である。図10(d)の画像は、gファクタのノイズ空間分布である。
アーチファクトの少ないノイズ空間分布が得られた。本実施形態の手法は、パラレルイメージングで効果的であった。このオーバーサンプリング法の読み出し方向ROに画像が分離し、位相エンコード方向には広がった。このようにパラレルイメージングとの併用も可能であること、コイルの感度不均一性やパラレルMRIの展開処理時のgファクタの影響も正確に反映できることがわかる。
サブサンプリング時、各画像i1, I2,,,,はサンプリング位置時間軸上で異なるので、フーリエ変換後の周波数領域(線形磁場により空間領域)にて位相の捩れが生じる。本来の標準的な1点がちょうど実空間のFOV分で1回転に相当するので、2倍BWsなら1/2捩れ(FOV分で180度位相が回る)、一般にn倍BWsなら1/n捩れとなる。絶対値画像であればこの位相シフトは消失してしまうが、複素画像ないし、実部または居部画像、あるいは位相画像を作成する場合には位相シフトの補正(ここでは位相補正という)を行う。
文献7のsingle acquisition, two-image difference method 法(従来法)は、直交座標系のパラレルMRIに対して好適である。本願においてはさらに、上述の読み出し方向の位相補正処理を併用することにより、原点を中心とした長方形領域Rを回転させるpropeller法にも適用できる。そのほか、ラジアルスキャンに適用する場合も適宜位相シフト処理を施す。
読み出し方向に大きな被検体について本法を適用する例を示しておく(図11)。所望のFOVが被検体よりも小さい場合、通常は読み出し方向にフィルターでカットするか、通常の折り返し防止のオーバーサンプリングを行う。ここではノイズを折り返すことが重要であるので、少し工夫がいる。被検体の大きさをLp、FOVをL0とした場合、たとえばLp/L0=1.5の場合、折り返し防止は1.25倍のオーバーサンプリングですむため、単純に3・1.25=3.75倍とすると、カットオフの特性が特異な領域を画像の折り返し領域にできる。式でいえば、
3・(1+((Lp/L0)-1)/2)倍である。
Claims (5)
- 高周波コイルを含むコイルアセンブリと、
前記高周波コイルを介して被検体の特定原子核の磁化を励起する送信部と、
前記高周波コイルを介して磁気共鳴信号を受信するために検波部とローパスフィルターとアナログディジタル変換器とを有する受信部と、
前記ローパスフィルターの通過帯域を撮影視野から決まる周波数帯域の3以上の奇数倍程度に設定するとともに、前記アナログディジタル変換器のサンプリング周波数を信号帯域を超えるオーバーサンプリングに設定する制御部と、
前記受信部の出力に基づいてノイズ空間分布を発生するノイズ空間分布発生部とを具備することを特徴とする磁気共鳴診断装置。 - 前記制御部は、前記ローパスフィルターの通過帯域を前記撮影視野から決まる周波数帯域の3倍に設定し、前記アナログディジタル変換器のサンプリング周波数を前記信号帯域の2倍に設定し、
前記ノイズ空間分布発生部は、前記アナログディジタル変換器でオーバーサンプリングされたデータから1点おきにリサンプリングしたデータから2つの画像を生成し、前記2つの画像を差分することにより前記ノイズ空間分布を発生することを特徴とする請求項1記載の磁気共鳴診断装置。 - 前記制御部は、前記ローパスフィルターの通過帯域を前記撮影視野から決まる周波数帯域の3倍に設定し、前記アナログディジタル変換器のサンプリング周波数を前記信号帯域の3倍に設定し、
前記ノイズ空間分布発生部は、前記アナログディジタル変換器でオーバーサンプリングされたデータから2点おきにリサンプリングしたデータから複数の画像を生成し、前記複数の画像を差分することにより前記ノイズ空間分布を少なくとも一つ発生することを特徴とする請求項1記載の磁気共鳴診断装置。 - 前記制御部は、前記ローパスフィルターの通過帯域を前記撮影視野から決まる周波数帯域の4倍に設定し、前記アナログディジタル変換器のサンプリング周波数を前記信号帯域の3倍に設定し、
前記ノイズ空間分布発生部は、前記アナログディジタル変換器でオーバーサンプリングされたデータから3点おきにリサンプリングしたデータから複数の画像を生成し、前記複数の画像を差分することにより前記ノイズ空間分布を少なくとも一つ発生することを特徴とする請求項1記載の磁気共鳴診断装置。 - 前記画像は絶対値画像又は複素数値画像であることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか一項記載の磁気共鳴診断装置。
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