JP2014069038A

JP2014069038A - 多チャンネル画像合成方法及び磁気共鳴イメージング装置

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Publication number: JP2014069038A
Application number: JP2012220205A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kamata; 康弘鎌田; Masahiro Takizawa; 将宏瀧澤
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2014-04-21
Anticipated expiration: 2032-10-02
Also published as: JP6084420B2

Abstract

【課題】多チャンネル受信コイルを用いて得られた複素画像を合成する際に、撮影者が観察したい位相変化を保持しつつ、チャンネル間の信号の打ち消しあいが生じることなく正しい合成画像を得る。
【解決手段】チャンネル毎の複素画像データから該チャンネル毎の複素画像データの0次位相を減算し、0次位相が減算されたチャンネル毎の複素画像データを合成する。この0次位相データは、チャンネル毎のk空間データの信号強度が最大となるピーク位置の位相とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置で使用される多チャンネルRF受信コイルのチャンネル毎に得られる画像の合成に関し、特に、画像合成の際の位相補正技術に関する。

磁気共鳴イメージング(Magnetic Resonance Imaging;以下MRIと略記する)装置は、被検体、特に人体の組織を構成する原子核スピンが発生するNMR信号を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を2次元的に或いは3次元的に画像化する装置である。撮影においては、NMR信号には、傾斜磁場によって異なる位相エンコード、周波数エンコードが付与される。計測されたNMR信号は、2次元又は3次元フーリエ変換されることにより画像に再構成される。

計測されたNMR信号はデジタル化されて、メモリ内に確保されたk空間と呼ばれるデータ空間に配置される。このk空間データを2次元または3次元フーリエ変換することにより得られたMRI画像は、各ピクセルが複素数であらわされる。一般的なMRI画像としては強度(複素数の絶対値)画像が良く用いられるが、最近ではケミカルシフトや磁化率の影響などを評価できることから、位相画像を用いることもある。

ただしRF受信コイルとして複数受信チャンネルからなるマルチプルアレイコイルを用いた場合、フーリエ変換後にチャンネル合成が必要であるが、一般的な各チャンネル画像の二乗和合成(Sum of Square合成)では位相画像が得られないため、複素画像で合成する必要がある。ただし、各チャンネルの複素画像をそのまま全チャンネル分加算すると、チャンネル間で位相分布が異なるため信号の打ち消し合いが生じ、正しい合成結果が得られない。

このため、複数チャンネル画像を合成した複素画像を作成する方法として、各チャンネルでローパスフィルタを適用した低空間分解能の参照画像を作成し、その位相分布を当該チャンネル画像から減算して位相分布の低周波成分を取り除くことで信号の打ち消し合いを防ぎ、全チャンネルを加算して合成する方法(特許文献1)がある。この他にも、受信チャンネルの空間配置から決まる固定位相を各チャンネル画像から減算し、全チャンネルで加算する方法(特許文献2)、各チャンネルにテスト信号を入力することであらかじめ直接測定したチャンネルごとの振幅および位相の差を用いて振幅・位相補正する方法(特許文献3)や、各チャンネルの位相を変更しながら合成し、合成後の振幅が最大となる位相を求める方法(特許文献4)などがある。

特許第4980662号公報特許第3896007号公報特許第4037385号公報特許第4607928号公報

特許文献1に記載の位相分布の低周波成分を取り除く方法では、ケミカルシフトや磁化率による影響といった、撮影者が観察したい位相変化が失われることがある。

また、特許文献2に記載の受信チャンネルの固定位相を画像から除去する方法では、受信チャンネルの0次位相は、空間配置のみならず伝送経路によっても変化するため、固定位相での対応には限界があると考えられる。

また、特許文献3に記載のテスト信号を用いた位相補正法では、伝送経路を考慮した点で、テスト信号により0次位相を測定する方法、および各チャンネルで得た画像を用いて最適な0次位相を検索する方法は優れているが、近年では受信コイルの多チャンネル化が進んでいるため、テスト信号を用いた測定は煩雑である。
また、特許文献4に記載の最適位相の検索法は、処理負荷の観点で困難になる。

以上のように、多チャンネル受信コイルを用いて得られた複素画像を合成する際に、撮影者が観察したい位相変化を保持しつつ、チャンネル間の信号の打ち消しあいが生じることなく正しい合成が得られるような、簡便な位相補正方法が必要である。

そこで本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、多チャンネル受信コイルを用いて得られた複素画像を合成する際に、撮影者が観察したい位相変化を保持しつつ、チャンネル間の信号の打ち消しあいが生じることなく正しい合成画像が得られる多チャンネル画像合成方法及び該方法を実現できるMRI装置を提供することである。

上記課題を解決するために本発明は、チャンネル毎の複素画像データから該チャンネル毎の複素画像データの0次位相を減算し、0次位相が減算されたチャンネル毎の複素画像データを合成する。この0次位相データは、チャンネル毎のk空間データの信号強度が最大となるピーク位置の位相とする。

本発明の多チャンネル画像合成方法及び磁気共鳴イメージング装置によれば、多チャンネル受信コイルを用いて得られた複素画像を合成する際に、撮影者が観察したい位相変化を保持しつつ、チャンネル間の信号の打ち消しあいが生じることなく正しい合成画像が得られる。

本発明に係るMRI装置の一実施例の全体構成を示すブロック図実施例1の機能ブロック図実施例1の処理フローを示すフローチャート図3に示したフローチャートの内のステップ203の処理の詳細処理を示すフローチャート 8チャンネルのRF受信コイルで計測した合成前の各チャンネル(a)強度画像、(b)位相画像 (a)は、図5のデータに本実施例1を適用して算出した各チャンネルの0次位相(b)は、(a)のチャンネル毎の0次位相を減算して複素加算した位相画像実施例2の機能ブロック図実施例2の処理フローを示すフローチャート図8に示したフローチャートの内のステップ801の処理の詳細処理を示すフローチャート実施例3の処理フローを示すフローチャート

以下、添付図面に従って本発明のMRI装置の好ましい実施例について詳説する。なお、発明の実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

最初に、本発明に係るMRI装置を図1に基づいて説明する。図1は、本発明に係るMRI装置の一実施例の全体構成を示すブロック図である。

このMRI装置は、NMR現象を利用して被検体101の断層画像を得るもので、図1に示すように、静磁場発生磁石102と、傾斜磁場コイル103及び傾斜磁場電源109と、RF送信コイル104及びRF送信部110と、RF受信コイル105及び信号処理部107と、計測制御部111と、全体制御部112と、表示・操作部118と、被検体101を搭載する天板を静磁場発生磁石102の内部に出し入れするベッド106と、を備えて構成される。

静磁場発生磁石102は、垂直磁場方式であれば被検体101の体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば体軸方向に、それぞれ均一な静磁場を発生させるもので、被検体101の周りに永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源が配置されている。

傾斜磁場コイル103は、MRI装置の実空間座標系(静止座標系)であるX、Y、Zの3軸方向に巻かれたコイルであり、それぞれの傾斜磁場コイルは、それを駆動する傾斜磁場電源109に接続され電流が供給される。具体的には、各傾斜磁場コイルの傾斜磁場電源109は、それぞれ後述の計測制御部111からの命令に従って駆動されて、それぞれの傾斜磁場コイルに電流を供給する。これにより、X、Y、Zの3軸方向に傾斜磁場Gx、Gy、Gzが発生する。

2次元スライス面の撮像時には、スライス面(撮像断面)に直交する方向にスライス傾斜磁場パルス(Gs)が印加されて被検体101に対するスライス面が設定され、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの2つの方向に位相エンコード傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード(リードアウト)傾斜磁場パルス(Gf)が印加されて、NMR信号(エコー信号)にそれぞれの方向の位置情報がエンコードされる。

また、傾斜磁場コイル103には、シミング電流が供給されて静磁場不均一を低減する補償磁場を発生するシムコイルも配置されている。シムコイルは各次数の補償磁場を発生する成分コイルをそれぞれ有してなる。具体的には、2次成分(x^2、y^2、xy、yz、zx、(x^2-y^2)成分など)、或いは更なる高次成分を含んでも良い。なお、0次(Bo成分)成分はRFパルスの励起周波数f0により補償され、1次成分は傾斜磁場コイルと兼用される。

RF送信コイル104は、被検体101に照射RF磁場パルス(以下、RFパルスと略記する)を照射するコイルであり、RF送信部110に接続され高周波パルス電流が供給される。これにより、被検体101の生体組織を構成する原子のスピンにNMR現象が誘起される。具体的には、RF送信部110が、後述の計測制御部111からの命令に従って駆動されて、高周波パルスを振幅変調し、増幅した後に被検体101に近接して配置されたRF送信コイル104に供給することにより、RFパルスが被検体101に照射される。

RF受信コイル105は、被検体101の生体組織を構成するスピンのNMR現象により放出されるエコー信号を受信するコイルであり、信号処理部107に接続されて受信したエコー信号が信号処理部107に送られる。

信号処理部107は、RF受信コイル105で受信されたエコー信号の検出処理を行う。具体的には、後述の計測制御部111からの命令に従って、信号処理部107が、受信されたエコー信号を増幅し、直交位相検波により直交する二系統の信号に分割し、それぞれを所定数(例えば128、256、512等)サンプリングし、各サンプリング信号をA／D変換してディジタル量に変換する。従って、エコー信号は所定数のサンプリングデータからなる時系列のデジタルデータ(以下、エコーデータという)として得られる。そして、信号処理部107は、エコーデータに対して各種処理を行い、処理したエコーデータを計測制御部111に送る。

計測制御部111は、被検体101の断層画像の再構成に必要なエコーデータ収集のための種々の命令を、主に、傾斜磁場電源109と、RF送信部110と、信号処理部107に送信してこれらを制御する制御部である。具体的には、計測制御部111は、後述する全体制御部112の制御で動作し、ある所定のシーケンスの制御データに基づいて、傾斜磁場電源109、RF送信部110及び信号処理部107を制御して、被検体101へのRFパルスの照射及び傾斜磁場パルスの印加と、被検体101からのエコー信号の検出と、を繰り返し実行し、被検体101の撮像領域についての画像の再構成に必要なエコーデータの収集を制御する。繰り返しの際には、2次元撮像の場合には位相エンコード傾斜磁場の印加量を、3次元撮像の場合には更にスライスエンコード傾斜磁場の印加量も、変えて行なう。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、スライスエンコードの数は、通常16、32、64等の値が選ばれる。これらの制御により信号処理部107からのエコーデータを全体制御部112に出力する。

全体制御部112は、計測制御部111の制御、及び、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等の制御を行うものであって、演算処理部(CPU)114と、メモリ113と、磁気ディスク等の内部記憶部115と、外部ネットワークとのインターフェースを行うネットワークIF116と、を有して成る。

また、全体制御部112には、光ディスク等の外部記憶部117が接続されていても良い。具体的には、計測制御部111を制御してエコーデータの収集を実行させ、計測制御部111からのエコーデータが入力されると、演算処理部114がそのエコーデータに印加されたエンコード情報に基づいて、メモリ113内のk空間に相当する領域に記憶させる。以下、エコーデータをk空間に配置する旨の記載は、エコーデータをメモリ113内のk空間に相当する領域に記憶させることを意味する。

また、メモリ113内のk空間に相当する領域に記憶されたエコーデータ群をk空間データともいう。そして演算処理部114は、このk空間データに対して信号処理やフーリエ変換による画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体101の画像を、後述の表示・操作部118に表示させ、内部記憶部115や外部記憶部117に記録させたり、ネットワークIF116を介して外部装置に転送したりする。

表示・操作部118は、再構成された被検体101の画像を表示する表示部と、MRI装置の各種制御情報や上記全体制御部112で行う処理の制御情報を入力するトラックボール又はマウス及びキーボード等の操作部と、から成る。この操作部は表示部に近接して配置され、操作者が表示部を見ながら操作部を介してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御する。

現在MRI装置の撮像対象核種は、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である水素原子核(プロトン)である。プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報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次元的に撮像する。

(実施例1)
本発明の多チャンネル画像合成方法及びMRI装置の実施例1を説明する。本実施例1は、多チャンネル受信コイルを構成する各チャンネルのRF受信コイルでそれぞれ取得された複素画像データに対して、チャンネル毎のk空間データのピーク位置の位相を用いて該チャンネルの複素画像データを0次位相補正し、0次位相補正後のチャンネル毎の複素画像データを合成する。以下、本実施例1を詳細に説明する。

(実施例1の機能)
最初に、本実施例1の0次位相補正を介した多チャンネル画像合成方法を実現するための演算処理部114の各機能を、図2に示す機能ブロック図に基づいて説明する。本実施例1に係る演算処理部114は、エコーデータ取得部201と、フーリエ変換部202と、ピーク位置検出部203と、0次位相算出部204と、0次位相減算部205と、画像合成部206と、強度補正部206と、を有して成る。なお、ピーク位置検出部203と、0次位相算出部204と、0次位相減算部205とを纏めて位相補正部211ともいう。

エコーデータ取得部201は、多チャンネルRF受信コイルを構成する各チャンネルのRF受信コイルで計測され、メモリー113内のチャンネル毎のk空間領域にそれぞれ記憶されたチャンネル毎のエコーデータ(k空間データ)を、それぞれ読み出して取得する。

フーリエ変換部202は、エコーデータ取得部201で取得されたチャンネル毎のk空間データに逆フーリエ変換を施して、チャンネル毎の複素画像を再構成する。

ピーク位置検出部203は、チャンネル毎のk空間データから、それぞれ信号強度が最大となるピクセル位置(ピーク位置座標)を検出する。

k空間データのピーク位置は、基本的にk空間中心(kx=ky=0)である。各チャンネルの位相分布の傾きにより、kx, ky方向にピーク位置が数ピクセル移動することはあるが、それ以上大きく移動することは無い。このためピーク位置の検索範囲は、例えばk空間中心から10ピクセル以内(-10≦kx≦10、-10≦ky≦10)などと限定しても良い。

0次位相算出部204は、ピーク位置検出部203で検出されたチャンネル毎のk空間データのピーク位置のエコーデータの位相値をそれぞれ求め、この求めたチャンネル毎の位相値を各チャンネルの0次位相とする。

0次位相の計算式は、(1)式の通りである。ここで、Rawreal_nとRawImag_nはnチャンネル目のk空間データの実部と虚部、pkx_n,pky_nはピーク位置検出部203で求めたnチャンネル目のk空間データにおけるkx方向、ky方向のピーク位置、arctanは正接関数(tan)の逆関数をそれぞれ示す。

各チャンネル画像の位相は、チャンネルの空間配置に起因する0次成分と、各スピンとチャンネルとの位置関係に起因する1次成分からなる。フーリエ変換の性質より、画像空間とk空間との関係では、位相画像の0次成分はk空間ピーク位置での位相、位相画像の1次成分はk空間ピーク位置のシフト量、にそれぞれ相当する。本発明は、このフーリエ変換の性質を利用しているため、簡便に各チャンネルの0次位相が抽出できる。

0次位相減算部205は、フーリエ変換部202で算出された各チャンネルの複素画像データから、0次位相算出部204で算出された各チャンネルの0次位相データ303をそれぞれ減算する。

0次位相減算の計算式は、(2)式の通りである。ここで、x,yは画像内の座標、nはチャンネル番号(1≦n≦N、Nは使用する受信用コイルのチャンネル数)、OrgReal_n(x,y)とOrgImag_n(x,y)はnチャンネル目の0次位相減算前の画像データの実部と虚部、Real_n(x,y)とImag_n(x,y)はnチャンネル目の0次位相減算後の画像データの実部と虚部、θ_nはnチャンネル目の0次位相データをそれぞれ示す。

画像合成部206は、0次位相減算部205で作成された各チャンネルの0次位相減算後画像データを全て複素加算する。

複素加算は、実部画像、虚部画像をそれぞれ全チャンネル分加算する。複素加算の計算式は、(3)式の通りである。ここで、RealSynAmp(x,y)とImageSynAmp(x,y)は全チャンネル分加算後の画像データの実部と虚部を示す。

強度補正部207は、画像合成部206で作成された複素加算画像に強度補正を施す。

0次位相を減算した画像データを全チャンネル分加算した画像データは、全チャンネルを接続した大きなチャンネルで受信したかのような、均一度の高い強度分布と位相分布となる。しかし、画像再構成処理後に画像フィルタや補正などを適用する都合で、強度分布を従来再構成と同様としたい場合などは、本強度補正処理を実施して処理を終了する。

強度補正処理の計算式は、(4)式の通りである。ここで、RealSynAmp(x,y)とImageSynAmp(x,y)は強度補正後の画像データの実部と虚部、AmpCorr(x,y)は強度補正係数をそれぞれ示す。

強度補正係数AmpCorr(x,y)は、(5)式で求められる。ここで、OrgAbs(x,y)は従来再構成(Sum of Square合成)による強度分布、AbsSyn(x,y)は0次位相を減算して全チャンネル分加算した画像の強度分布をそれぞれ示す。なお、ここでは従来再構成による強度分布OrgAbs(x,y)は、一般的なSum of Square合成を例として挙げたが、これに限らずその他の合成方法を用いても良い。

(実施例1の処理フローの概要)
次に、本実施例1の多チャンネル画像合成方法であって、多チャンネルRF受信コイルのチャンネル毎のエコーデータ(k空間データ)を用いて再構成したチャンネル毎の複素画像を合成する処理を実現するための、上記各機能部が連携して行なう処理フローを図3に示すフローチャートに基づいて説明する。本処理フローは、予めプログラムとして内部記憶装置115に記憶されており、演算処理部114が内部記憶装置115からそのプログラムを読み込んで実行することにより実施される。以下、各処理ステップの処理内容を詳細に説明する。

ステップ301で、エコーデータ取得部201は、各チャンネルのエコーデータ(k空間データ)をメモリー113から読み出す。

ステップ302で、ステップ301で読み出された各チャンネルk空間データの0次位相が算出される。このステップの詳細は後述する。本ステップ302の処理結果として各チャンネルの0次位相303が得られる。

ステップ304で、フーリエ変換部202は、ステップ301で読み出された各チャンネルのk空間データをそれぞれ逆フーリエ変換して、各チャンネル複素画像データを得る。

ステップ305で、0次位相減算部205は、ステップ304で取得された各チャンネル複素画像データから、ステップ302で算出された各チャンネルの0次位相データ303をチャンネル毎にそれぞれ減算して、チャンネル毎の0次位相減算後画像データを作成する。0次位相の減算の詳細は前述したとおりである。

ステップ306で、ステップ304〜305の処理を全チャンネル分繰り返す。

ステップ307で、画像合成部205は、ステップ306で作成された各チャンネルの0次位相減算後画像データを全て複素加算する。複素加算の詳細は前述したとおりである。
ステップ308で、強度補正部206は、ステップ307で作成された複素加算画像データに対して、必要に応じて前述の強度補正処理を行う。強度補正処理の詳細は前述したとおりである。
以上までが本実施例1の多チャンネル画像合成方法の処理フローの概要である。

(0次位相算出処理)
次に、ステップ302(0次位相算出処理)の詳細について図4に示すフローチャートに基づいて説明する。

ステップ401で、ピーク位置検出部203は、チャンネル毎に、各チャンネルk空間データの内で信号強度が最大となるピクセル位置(ピーク位置)の座標を検出する。詳細は前述したとおりである。

ステップ402で、0次位相算出部204は、ステップ401で検出されたチャンネル毎のk空間データのピーク位置座標の画素値(複素数)を用いて、各チャンネルの0次位相を計算する。詳細は前述したとおりである。

ステップ403で、0次位相算出部204は、ステップ402で求めた0次位相をメモリー113に保存する。保存した0次位相は、図3に示した多チャンネル画像合成方法の処理フローにおいて0次位相303として使用される。

ステップ404で、ステップ401〜402の処理を全チャンネルについて繰り返し、全チャンネルの0次位相を算出したら処理を終了する。
以上までが、ステップ302(0次位相算出処理)の処理フローの説明である。

本発明を用いて、実測データから複素画像を再構成した結果を図5、図6に示す。図5は、8チャンネルのRF受信コイルで計測した合成前の各チャンネル(a)強度画像、(b)位相画像である。図6(a)は、図5のデータに本実施例1を適用して算出した各チャンネルの0次位相を示す。横軸はチャンネル番号、縦軸は0次位相である。また図6(b)は、(a)のチャンネル毎の0次位相を減算して複素加算した位相画像を示す。図より、本発明を用いることで、複素合成した結果画像においても水と脂肪のケミカルシフト周波数差による位相差が正しく残ることが分かる。

以上説明したように、本発明の多チャンネル画像合成方法及びMRI装置は、多チャンネル受信コイルを構成する各チャンネルのRF受信コイルで計測されたk空間データを複素画像に変換して、チャンネル毎の複素画像データを位相補正して複素合成する際に、チャンネル毎のk空間データの信号強度が最大となるピーク位置を検出し、ピーク位置の位相をチャンネル毎の0次位相として算出し、チャンネル毎の複素画像データから該チャンネルの0次位相を減算して、0次位相が減算されたチャンネル毎の複素画像データを合成する。

その結果、多チャンネル受信コイルを用いて得られた複素画像を合成する際に、撮影者が観察したい位相変化を保持しつつ、チャンネル間の信号の打ち消しあいが生じることなく正しい合成画像が得られる。

さらに、本実施例1を用いてk空間データから0次位相を求めると、1チャンネルにつき(1)式の計算を1回実行するだけで算出できるので処理を高速化できる。一方、従来の画像データから0次位相を求めるためには、はじめに画像内のどの領域に被検体があるか認識し、被検体領域のみから0次位相を求める必要がある。また位相分布から1次成分を除いて0次成分のみを抽出する処理が必要である。これに対して、本実施例1では、実測したk空間データ自身から0次位相を求めるため、あらかじめチャンネルの空間配置やテスト信号を用いて固定の0次位相を設定する必要が無く、さらに撮像位置や断面の違いなどにより0次位相が変化しても柔軟に適応できる。

(実施例2)
次に、本発明の多チャンネル画像合成方法及びMRI装置の実施例2を説明する。本実施例2は、本発明の多チャンネル画像合成方法を、位相画像を用いる計測機能(例えば、水脂肪分離計測、磁化率強調計測、Phase Contrast(PC)計測)に適用する。

位相画像を用いる計測機能では、複素合成画像の位相を用いて画像分離やコントラスト強調、速度計算などが実施される。そのため、より高精度に位相を求める必要がある。そこで、本実施例2では、前述の実施例1における0次位相減算処理に加えて、チャンネル毎の複素画像データの信号強度レベルとノイズレベルを補正するレベル補正処理を実施する。以下、本実施例2の、特にレベル補正処理を含めて、詳細を説明する。

(実施例2の機能)
最初に、本実施例2の0次位相補正及びレベル補正を介した多チャンネル画像合成方法を実現するための演算処理部114の各機能を、図7示す機能ブロック図に基づいて説明する。本実施例2に係る演算処理部114は、図2の機能ブロック図で説明した実施例1の各機能に加えて、ピーク位置強度算出部701と、ノイズ位置強度算出部702と、ピークレベル係数算出部703と、ノイズレベル係数算出部704と、レベル係数乗算部705を備える。なお、ピーク位置強度算出部701と、ノイズ位置強度算出部702と、ピークレベル係数算出部703と、ノイズレベル係数算出部704と、レベル係数乗算部705とを纏めてレベル補正部711ともいう。

ピーク位置強度算出部701は、ピーク位置検出部203で検出された各チャンネルのk空間データの信号強度が最大となるピーク位置の信号強度を算出する。そして、算出したピーク位置の信号強度をメモリー113に保存する。

ピーク位置の信号強度は、各チャンネルk空間データのピーク位置における実部と虚部から、(6)式により求める。ここで、Abs_nはn(1≦n≦チャンネル数)チャンネル目のピーク位置の強度を示す。

ノイズ位置強度算出部702は、ノイズ位置の信号強度を算出する。そして、算出したノイズ位置強度をメモリー113に保存する。

ノイズ位置の信号強度は、k空間データの信号強度の平均値とし、(7)式により求める。ここで、Notse_nはnチャンネル目のノイズ位置の信号強度、kx₁〜kx_Mおよびky₁〜ky_Mは、ノイズ位置の座標をそれぞれ示す。なおノイズ位置の座標は、k空間データの信号強度データについてのヒストグラムを作成し、判別分析法などで信号／ノイズを分割するしきい値を求め、信号強度がしきい値未満となる位置とする。または、k空間データにおいて所定の空間周波数以上の高周波領域の座標とする、などで定義すれば良い。

ノイズレベル係数算出部704は、ノイズ位置強度算出部712で算出されたノイズ位置強度を用いて、(8)式によりノイズレベル係数を求める。そして、求めたノイズレベル係数をメモリー113に保存する。ここで、NoiseCorr_nはnチャンネル目のノイズレベル係数を示す。

ピークレベル係数算出部703は、ピーク位置強度算出部701で算出されたピーク位置の信号強度と、ノイズ位置強度算出部702で算出されたノイズ位置の信号強度と、を用いて、 (9)式により、ピークレベル係数を求める。そして、求めたピークレベル係数をメモリー113に保存する。ここで、PeakCorr_nはnチャンネル目のピークレベル係数、Thresholdはピーク位置とノイズ位置の強度比の下限(例えば10など)をそれぞれ示す。(9)式より、ピーク位置とノイズ位置の強度比がThresholdを下回る、つまりピーク強度がノイズ強度に比べて圧倒的に高いわけではないチャンネルは、ピークレベル係数を0.0に設定する。ピーク位置とノイズ位置の強度比の関数として与えても良い。

レベル係数乗算部705は、ピークレベル係数算出部703で算出されたピークレベル係数と、ノイズレベル係数算出部704で算出されたノイズレベル係数と、を用いて、0次位相減算部205で算出された各チャンネルの0次位相減算後画像データに対して、各チャンネルの複素画像データ間の信号強度レベルおよびノイズレベルを補正することで、複素加算時の信号の打ち消し合いなどの画質劣化を防止する。

レベル補正を加えた0次位相減算の計算式は、(10)式の通りである。ここで、また、Real_n(x,y)とImag_n(x,y)は、0次位相減算処理後の複素画像の実部と虚部を表す。また、RealLevelCorr_n(x,y)とImagLevelCorr_n(x,y)はnチャンネル目の0次位相減算およびレベル補正後の画像データの実部と虚部を表す。

(10)式のように、ノイズレベル補正によりノイズレベルを揃えることで、チャンネル間のゲイン差を除去できるため、複素加算後の画像の精度が向上する。また、ピークレベル補正によりピーク強度がノイズ強度に比べて圧倒的に高いわけではないチャンネルの信号強度を小さくする(本実施例では0.0にする)ことで、ノイズ成分が増加してSNRが低下するのを防止する。

(実施例2の処理フローの概要)
次に、本実施例2の多チャンネル画像合成方法であって、上記各機能部が連携して行なう処理フローを図8に示すフローチャートに基づいて説明する。ただし、前述の図3で説明した実施例1の処理フローと比較して、0次位相算出ステップ302が0次位相・レベル係数算出ステップ801に変わり、さらにレベル補正処理ステップ805が追加されたことが異なる。以下、これらの0次位相・レベル係数算出ステップ801とレベル補正処理ステップ802のみ説明し、他の同一ステップの説明を省略する。本処理フローは、予めプログラムとして内部記憶装置115に記憶されており、演算処理部114が内部記憶装置115からそのプログラムを読み込んで実行することにより実施される。

ステップ801で、レベル補正部711は、各チャンネルの0次位相と、ピークレベル係数と、ノイズレベル係数と、を算出、算出したこれらの値303をメモリー113に保存する。本ステップの処理の詳細は後述する。

ステップ802で、レベル補正部711は、ステップ801で算出したピークレベル係数と、ノイズレベル係数と、を用いて、ステップ305で算出された各チャンネルの0次位相減算後画像データのレベル補正を行う。各レベル係数の乗算処理の詳細は前述したとおりである。

次に、上記ステップ801の処理の詳細を、図9のフローチャートに基づいて説明する。

ステップ401,402は、前述の図4で説明した処理と同様である。

ステップ904で、強度セット処理が行われる。この強度セット処理では、各チャンネルのk空間データから、ピーク位置強度算出部701がピーク位置の信号強度を算出し、ノイズ位置強度算出部702がノイズ位置の信号強度を算出する。各々の詳細は前述したとおりである。そして、求められたピーク位置の信号強度とノイズ位置の信号強度はそれぞれメモリー113に保存される(905)。

ステップ906で、ステップ401〜904の処理を全チャンネル分繰り返す。

ステップ907で、レベル係数セット処理が行われる。このレベル係数セット処理では、ノイズレベル係数算出部704がノイズレベル係数を、ピークレベル係数算出部703がピークレベル係数をそれぞれ算出する。詳細は前述したとおりである。算出された各チャンネルのピークレベル係数とノイズレベル係数はメモリー113に保存される(908)。

以上までが本実施例2の多チャンネル画像合成方法の処理フローの概要である。

以上説明したように、本実施例2は、各チャンネルのk空間データの信号強度が最大となるピーク位置の信号強度を算出し、各チャンネルのk空間データのノイズ位置の信号強度を算出し、各チャンネルのノイズ位置強度を用いて、チャンネル毎のノイズレベル係数を算出し、ピーク位置の信号強度とノイズ位置の信号強度とを用いて、ピークレベル係数を算出し、ノイズレベル係数とピークレベル係数とを0次位相が減算されたチャンネル毎の複素画像データに乗算する。

その結果、複素加算時の信号の打ち消し合いなどの画質劣化を防止することができる。具体的には、ノイズレベルを揃えることで、チャンネル間のゲイン差を除去できるため、複素加算後の画像の精度を向上させることができる。また、ピークレベルを揃えることで、ピーク強度がノイズ強度に比べて圧倒的に高いわけではないチャンネルの信号強度を小さくでき、ノイズ成分が増加してSNRが低下するのを防止することができる。

(実施例3)
本発明の多チャンネル画像合成方法及びMRI装置の実施例3を説明する。本実施例3は、本発明の多チャンネル画像合成方法をマルチスライス・マルチエコー計測に適用する。マルチスライス・マルチエコー計測は、例えば公知のFSEシーケンス等を用いて行うことができる。そして、マルチスライスについては全スライス、マルチエコーについては1エコー目のみでそれぞれ0次位相を算出し、スライス毎に算出した0次位相を該スライスの全エコーの複素画像データから減算して位相補正する。以下、マルチスライス・マルチエコー計測で取得された各エコーデータ(k空間データ)に対する本実施例3の処理を詳細に説明する。

(実施例3の機能)
本実施例3の0次位相補正及び／又はレベル補正を介した多チャンネル画像合成方法を実現するための演算処理部114の各機能は、前述の実施例1又は実施例2の機能と同様なので、詳細な説明を省略する。

(実施例3の処理フローの概要)
実施例3の処理フローを図9に示すフローチャートに基づいて説明する。本処理フローは、予めプログラムとして内部記憶装置115に記憶されており、演算処理部114が内部記憶装置115からそのプログラムを読み込んで実行することにより実施される。以下、各処理ステップの処理内容を詳細に説明する。

ステップ1001〜1010で、マルチスライスデータに対するループ処理が実行される。

ステップ1002〜1009で、マルチエコーデータに対するループ処理が実行される。

ステップ1003で、エコー番号について判断され、エコー番号が1であれば、ステップ1004に移行し、1でなければ1006に移行する。

ステップ1004で、前述の実施例1又は実施例2の0次位相算出処理が実行され、算出された0次位相がメモリー113に保存される(1005)。このように、0次位相算出処理1004は、マルチスライスについては全スライス、マルチエコーについては1エコー目のみでそれぞれ実施される。これは、0次位相がスライス位置によって変化する可能性があるためと、マルチエコー間で位相の比較や複素演算をしたい場合に向けてマルチエコー間の位相差を保つためである。なお0次位相は、スライス毎に算出してもスライス方向に連続的に分布するが、より連続性を高めるために各スライス・各チャンネルの0次位相を多項式や三角関数を用いてスライス方向にフィッティングしても良い。

ステップ1006で、前述の実施例1又は実施例2の0次位相補正処理が行われる。具体的には、位相補正部211は、ステップ1004で1エコー目のみで算出された0次位相を用いて、マルチエコーの全エコーについて前述の実施例1又は実施例2で説明した複素画像データの位相補正処理(0次位相の算出と該0次位相の複素画像データからの減算)を行う。位相補正部211は、このような0次位相補正処理を全てのスライスについて同様に実行する。

ステップ1007で、レベル補正部711は、必要に応じて前述の実施例2のレベル補正処理を行う。

ステップ1008で、画像合成部205は、ステップ1006で作成された各チャンネルの0次位相減算後画像データ(又は、必要ステップ1007でレベル補正された各チャンネルの0次位相減算後画像データ)を、スライス毎、エコー毎に、全て複素加算する。詳細は前述したとおりである。
以上までが本実施例3の処理フローの説明である。

以上説明したように、本発明の多チャンネル画像合成方法及びMRI装置は、マルチスライス・マルチエコー計測の際に、マルチスライスについては全スライス、マルチエコーについては1エコー目のみでそれぞれ0次位相を算出し、スライス毎に算出した0次位相を該スライスの全エコーの複素画像データから減算する。

その結果、マルチスライス・マルチエコー計測において、0次位相がスライス位置によって変化する可能性に備え、マルチエコー間で位相の比較や複素演算をしたい場合に向けてマルチエコー間の位相差を保って、つまり撮影者が観察したい位相変化を保持しつつ、チャンネル間の信号の打ち消しあいが生じることなく正しい合成画像が得られることになる。

101 被検体、102 静磁場発生磁石、103 傾斜磁場コイル、104 送信RFコイル、105 RF受信コイル、106 寝台、107 信号処理部、108 全体制御部、109 傾斜磁場電源、110 RF送信部、111 計測制御部、113 メモリー、114 演算処理部(CPU)、115 内部記憶部、116 ネットワークIF、117 外部記憶部、113 表示・操作部

Claims

多チャンネルＲＦ受信コイルを構成する各チャンネルのＲＦ受信コイルで計測されたｋ空間データから、チャンネル毎の複素画像データを取得するフーリエ変換部と、
前記チャンネル毎の複素画像データをそれぞれ位相補正する位相補正部と、
位相補正されたチャンネル毎の複素画像データを合成する画像合成部と、
を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
前記位相補正部は、前記チャンネル毎の複素画像データから該チャンネル毎の複素画像データの０次位相を減算し、
前記画像合成部は、前記０次位相が減算されたチャンネル毎の複素画像データを合成することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置であって、前記位相補正部は、
前記チャンネル毎のｋ空間データの信号強度が最大となるピーク位置を検出するピーク位置検出部と、
前記ピーク位置の位相を前記０次位相として算出する０次位相算出部と、
前記チャンネル毎の複素画像データから前記チャンネル毎の０次位相を減算する０次位相減算部と、
を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項１又は２記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記チャンネル毎の複素画像データの信号強度レベルとノイズレベルを補正するレベル補正部を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項３記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記レベル補正部は、
各チャンネルのｋ空間データの信号強度が最大となるピーク位置の信号強度を算出するピーク位置強度算出部と、
各チャンネルのｋ空間データのノイズ位置の信号強度を算出するノイズ位置強度算出部と、
前記各チャンネルのノイズ位置強度を用いて、チャンネル毎のノイズレベル係数を算出するノイズレベル係数算出部と、
前記ピーク位置の信号強度と、前記ノイズ位置の信号強度とを用いて、ピークレベル係数を算出するピークレベル係数算出部と、
前記ノイズレベル係数と前記ピークレベル係数とを、前記０次位相が減算されたチャンネル毎の複素画像データに乗算するレベル係数乗算部と、
を備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、マルチスライス・マルチエコー計測の際に、
前記位相補正部は、マルチスライスについては全スライス、マルチエコーについては１エコー目のみでそれぞれ０次位相を算出し、スライス毎に算出した前記０次位相を該スライスの全エコーの複素画像データからそれぞれ減算することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
多チャンネルＲＦ受信コイルを構成する各チャンネルのＲＦ受信コイルで計測されたｋ空間データから、チャンネル毎の複素画像データを取得するフーリエ変換ステップと、
前記チャンネル毎の複素画像データをそれぞれ位相補正する位相補正ステップと、
位相補正されたチャンネル毎の複素画像データを合成する画像合成ステップと、
を備えた磁気共鳴イメージング装置における多チャンネル画像合成方法であって、
前記位相補正ステップは、前記チャンネル毎の複素画像データから該チャンネル毎の複素画像データの０次位相を減算し、
前記画像合成ステップは、前記０次位相が減算されたチャンネル毎の複素画像データを合成することを特徴とする多チャンネル画像合成方法。