JP2014069007A - 磁気共鳴イメージング装置及び画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、配置部と、感度導出部と、画像生成部とを備える。前記配置部は、撮像パラメータに基づき定まるk空間のフルサンプリング位置のうち、一部のサンプリング位置に時系列データを配置する。前記感度導出部は、時間方向の変換を施すことで前記時系列データが変換後の係数値で表現される時空間上で、前記時系列データから感度分布を導出する。前記画像生成部は、前記時系列データ及び前記感度分布を用いて、前記時系列データの画像を生成する。
【選択図】図1
Description
図1は、第1の実施形態に係るMRI装置100を示すブロック図である。図1に示すように、MRI装置100は、静磁場磁石101と、傾斜磁場コイル102と、傾斜磁場電源103と、寝台104と、寝台制御部105と、送信コイル106と、送信部107と、受信コイルアレイ108と、受信部109と、シーケンス制御部110と、計算機システム120とを備える。なお、MRI装置100に被検体P(例えば、人体)は含まれない。
図2は、本実施形態において、k−t空間及びx−f空間を説明するための図である。本実施形態においては、後述するように、k空間のフルサンプリング位置のうち、一部のサンプリング位置にのみ時系列データを配置するが、ここではまずフルサンプリングを想定してk−t空間及びx−f空間を説明する。
配置部123aによる配置について説明する。まず、本実施形態において、配置部123aは、シーケンス制御部110によって撮像が行われ、記憶部122に格納された時系列データをk空間に配置する。本実施形態における配置は、以下に説明するように、フルサンプリング位置のうちの一部のサンプリング位置にのみ時系列データを配置する、「間引きサンプリング」であるが、シーケンス制御部110がどのように時系列データを収集したかを問わない。例えば、ある時刻で既知サンプルとされたデータの一部が、その時刻ではない別の時刻に収集した既知サンプルを利用して充填されたものであっても、本実施形態を適用することは可能である。例えば、第1の時刻では、k空間の周辺部分については収集せずに中心部分のみ収集したとする。一方、第2の時刻では、この周辺部分について、収集したとする。この場合、配置部123aは、第1の時刻の時系列データとして、第2の時刻で収集された周辺部分を流用して、k空間に配置してもよい。
データ導出部123bによる欠落サンプルの導出について説明する。本実施形態においては、データ導出部123bによって行われる欠落サンプルの導出を「ビューシェアリング」と称する。一般に、ビューシェアリングとは、欠落サンプルに近い既知サンプルを利用して、欠落サンプルの値を推定する技術であるが、本実施形態においては、欠落サンプルの値を全て『ゼロ』とする操作も含むものとする。
感度導出部123cによる感度マップの補正について説明する。時空間(例えば、x−f空間)でパラレルイメージングを行うために、本実施形態においては、フーリエ変換により再構成された再構成フレームに対して、時間方向に変換を施す。なお、本実施形態においては、時間方向の変換として主にフーリエ変換を想定して説明するが、実施形態はこれに限定されるものではなく、時間方向の変換であれば、フーリエ変換でなくてもよい。
Lt(kI(x,y,z,t))=kLt(I(x,y,z,t))
Lt:時間方向の1次元線形変換
k:時間非依存の空間感度値
I(x,y,z,t)=空間位置(x,y,z)、時刻tの画素値
感度導出部123cによる2値化感度マップの導出について、具体例を3つ挙げて説明する。SENSEでは、信号の無い画素の感度を『ゼロ(0)』とすることで性能を向上できる。しかし、ビューシェアリングで得られたデータにおいては、時間方向で高い周期を持つデータの信頼性は低くなる。したがって、ビューシェアリングで得られたデータに閾値処理を適用し、時空間感度値を『ゼロ』とすることは、感度を持つ位置の感度を『ゼロ』としてしまう可能性を持つ。時空間感度の推定精度を向上させるためには、『ゼロ』でない感度を持つ位置を推定することが好ましい。具体的には、例えば、感度が『ゼロ』であるか否かを示す2値化感度マップを後述する手法で導出した上で、感度が存在しない位置ではその感度を『ゼロ』とすればよい。
図10は、本実施形態において2値化感度マップを導出する処理手順の1例を示すフローチャートである。また、図11〜13は、本実施形態における2値化感度マップの導出を説明するための図である。なお、後述するが、多値で量子化された感度マップを経由せずに2値化感度マップを直接推定してもよい。
N値化を経由せず、データベースを用いて直接2値化を行う場合、次に示す方法で2値化を行うこともできる。
N値化を経由せず、連続的な関数を用いて直接2値化を行う場合、次に示す方法で2値化を行うこともできる。
信号の無い画素の感度を『ゼロ』とする別の手法として、折り返しによって重なり合う感度値のそれぞれについて、感度マップ上の折り返し位置にある感度値を全て抽出し、それらのうち絶対値が最大になる感度値MaxSを算出した上で、各感度値の絶対値をMaxSで除した値(以下、感度減衰率と呼ぶ)が別途定めた閾値を下回る場合に、その感度値を『ゼロ』とする手法がある。
本実施形態における手法を利用すると、本撮像データのみでも時空間の感度マップを生成することができる。したがって、例えば、キャリブレーション撮像を必要としないし、キャリブレーション撮像と本撮像とを同時に行うサンプリングパターンと比べても、少ない撮像データからのキャリブレーションが可能である。しかしながら、追加撮像を行うことを否定するものではない。例えば、再構成において知識との統合を行うための撮像を本撮像に含める方法が考えられる。例えば、正則化データのための撮像を追加し、それを利用した正則化を行う手法も利用できる。
本実施形態の装置を構成する場合、従来より知られる感度マップとは別に、2値化感度マップを保持することになる(但し、2値化感度マップに相当する値を生成し、即座に2値化感度マップの値がゼロとなる位置について感度マップ値をゼロとすれば、2値化感度マップを保持しなくてもすむ)。これらのマップは時空間全体に対して保持することも可能であるが、後述するステップS103〜S110の処理は個々のUnfoldingで利用する画素についてのみ同時に行えば十分である。例えば、1/4間引きサンプリングを行うのであれば、図3(B)及び図3(C)からもわかるように、各画素の折り返し信号の影響は4つの画素に対してのみあらわれるから、「4つの画素に対してS103〜S110を適用する」処理を、全画素を処理するまで繰り返せば、感度マップ及び2値化感度マップに必要なメモリは4画素の処理に必要な量ですみ、メモリ消費量を抑えられる。
図14は、本実施形態の具体例に係る処理手順を示すフローチャートであり、図15〜17は、本実施形態の具体例における出力を示す図であり、図18は、本実施形態の具体例における最終感度マップの導出を説明するための図である。なお、以下に説明する具体例は、一例に過ぎず、本実施形態は、以下に説明する具体例に限定されるものではない。また、図6に示した処理手順においては、S01〜03が『準備』の段階、S04が『感度マップの導出』の段階、S05が『MR画像の生成』の段階に相当した。図14に示す処理手順においては、S100〜102が『準備』の段階、S103〜109が『感度マップの導出』の段階、S110〜112が『MR画像の生成』に相当する。
ステップS100:配置部123aは、記憶部122に格納された時系列データを間引きサンプリングする。例えば、配置部123aは、k空間が2次元の場合、周波数エンコード方向は間引かずにフルサンプリング位置をサンプリング位置とし、位相エンコード方向については1/4をサンプリング位置とし、かつ、各時刻についてそのサンプリング位置を位相エンコード方向に1ずつずらす。例えば、配置部123aは、時系列データを、図7に示すように、配置する。なお、図7においては図示を省略するが、配置部123aは、例えば3チャネル分の時系列データをそれぞれ配置する。
ステップS102:次に、感度導出部123cは、チャネル毎に、ステップS100でサンプリング位置に配置された既知サンプル、及び、ステップS101で導出された推定サンプルを合わせた時系列データを用いて、空間方向についてフーリエ変換による再構成を行い、また、時間方向について変換(例えば、フーリエ変換)を行う。こうして、感度導出部123cは、例えば、図15に示すように、3チャネル分の撮像データ(例えば、x−f空間のスペクトルデータ)を出力する。なお、時間方向の変換は、他の変換であってもよい。この場合、感度導出部123cは、x−f空間に限定されない時空間の変換データを出力する。また、変換は、直交変換でなくてもよい。
ステップS110:続いて、画像生成部123dは、各チャネルの時系列データをフレーム毎にフーリエ変換し、更に時間方向に変換(例えば、フーリエ変換)することで、各チャネルのx−f空間のスペクトルデータを得る。また、画像生成部123dは、同じくx−f空間上で導出された各チャネルの感度マップを用いてこのスペクトルデータを展開する。
上述した実施形態の中で示した処理手順に示された指示は、ソフトウェアであるプログラムに基づいて実行されることが可能である。汎用の計算機システムが、このプログラムを予め記憶しておき、このプログラムを読み込むことにより、上述した実施形態のMRI装置や画像処理装置による効果と同様な効果を得ることも可能である。上述した実施形態で記述された指示は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク(フレキシブルディスク、ハードディスクなど)、光ディスク(CD−ROM、CD−R、CD−RW、DVD−ROM、DVD±R、DVD±RWなど)、半導体メモリ、又はこれに類する記録媒体に記録される。コンピュータ又は組み込みシステムが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であってもよい。コンピュータは、この記録媒体からプログラムを読み込み、このプログラムに基づいてプログラムに記述されている指示をCPUで実行させれば、上述した実施形態のMRI装置や画像処理装置と同様な動作を実現することができる。もちろん、コンピュータがプログラムを取得する場合又は読み込む場合はネットワークを通じて取得又は読み込んでもよい。
123 制御部
123a 配置部
123b データ導出部
123c 感度導出部
123d 画像生成部
Claims (11)
- 撮像パラメータに基づき定まるk空間のフルサンプリング位置のうち、一部のサンプリング位置に時系列データを配置する配置部と、
時間方向の変換を施すことで前記時系列データが変換後の係数値で表現される時空間上で、前記時系列データから感度分布を導出する感度導出部と、
前記時系列データ及び前記感度分布を用いて、前記時系列データの画像を生成する画像生成部と
を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 前記配置部は、時間方向の空間と画像空間とを含む空間において、少なくともひとつの方向に関して、フルサンプリング位置のうち、一部のサンプリング位置に時系列データを配置す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。
- 前記感度導出部は、k空間に配置された時系列データに対して時間方向の変換を施すことで、前記時系列データが変換後の係数値で表現された変換データを算出し、算出した変換データに基づいて、前記感度分布を導出することを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記感度導出部は、前記変換データを2値化することで、時間方向の感度の有無を示す2値化感度分布を導出し、導出した2値化感度分布において感度が存在しない画素の感度をゼロとすることで、前記感度分布を導出することを特徴とする請求項3に記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記感度導出部は、前記変換データをN値化した後に、N値化後の変換データを、時間方向のパターンを利用して修正し、修正後の変換データを2値化することを特徴とする請求項4に記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記感度導出部は、前記変換データに基づいて第1の感度分布を導出し、導出した第1の感度分布に対して、チャネル毎に得られる空間上の感度分布による補正を施すことで、第2の感度分布を導出し、
前記画像生成部は、前記時系列データ及び前記第2の感度分布を用いて、前記時系列データの画像を生成することを特徴とする請求項3〜5のいずれかひとつに記載の磁気共鳴イメージング装置。 - 前記感度導出部は、チャネル毎に得られる空間上の感度分布が時間方向に変動しないとして、前記補正を施すことを特徴とする請求項6に記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記感度導出部は、前記サンプリング位置に配置された時系列データ、及び、前記フルサンプリング位置のうち時系列データが配置されていない位置の時系列データとして導出された時系列データを用いて、前記時空間上で、前記感度分布を導出することを特徴とする請求項1〜7のいずれかひとつに記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記感度導出部は、前記時系列データが配置されていない位置の時系列データを、ゼロとして導出することを特徴とする請求項8に記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記配置部は、k空間の所定方向について、時系列で連続するフレームのサンプリング位置が変化するように、時系列データを配置することを特徴とする請求項1〜9のいずれかひとつに記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 撮像パラメータに基づき定まるk空間のフルサンプリング位置のうち、一部のサンプリング位置に時系列データを配置する配置部と、
時間方向の変換を施すことで前記時系列データが変換後の係数値で表現される時空間上で、前記時系列データから感度分布を導出する感度導出部と、
前記時系列データ及び前記感度分布を用いて、前記時系列データの画像を生成する画像生成部と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
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