JP2017104313A - 磁気共鳴イメージング装置、及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】形状情報だけでなく血流動態などの流れ情報を可視化することが可能なMRI装置を提供する。
【解決手段】フローコンペンセイション機能を備えたMRI装置において、フローコンペンセイション機能の傾斜磁場の各軸、及び各次数モーメントの組み合わせを複数選択して交互に計測を行う。計測された複数の画像の再構成画像の差分処理(313、314)で得られる差分情報から、フローコンペンセイション機能で補正されている情報が1次の成分なのか2次の成分の補正信号なのかを抽出し(315)、抽出した補正信号に対してカラーマップ化などの重み付け処理(316)して、抽出画像を生成し(317)、元画像と抽出画像を合成(321)して、出力・表示する(322)。これにより、ユーザーに流体部の形状情報だけではなく、血流動態情報など、流体信号がどの様な原因により変化しているかの情報を提供する。
【選択図】図3B

Description

本発明は、フローコンペンセイション機能を有する磁気共鳴イメージング装置(以下MRI)における、流体の動態情報の可視化技術に関する。
MRI装置のフローコンペンセイション機能とは、傾斜磁場パルスの印加方法を工夫することにより、動かないプロトンの位相を揃える(0次モーメントを合わせる)だけでなく、一定速度で動くプロトンの位相を揃える(1次モーメントを合わせる)ことや、加速して動く組織の位相を揃える(2次モーメントを合わせる)こと、更に、急に変化するプロトンの位相を揃える(3次モーメントを合わせる)ことを可能とする技術である。
このフローコンペンセイション機能では、傾斜磁場パルスの印加方法を工夫することによって、撮像領域を移動するプロトンの位相を揃えることが可能となり、体内を流れる血液のような組織に対して血流アーチファクトを抑制したり、MRアンギオグラフィ(以下MRA)では血流の動きの状態によって生じる血管の屈曲部等で発生する信号欠損を緩和させ、血流信号を正しく取得するために使用されている。フローコンペンセイション機能の先行技術として、例えば特許文献1がある。
特開平09−253068号公報
上述の通りフローコンペンセイション機能は、1次、2次、3次モーメント等の位相を揃えることで、信号を補正している。例えば、MRAに関しては、血流信号の欠損を起こさないように、フローコンペンセイション機能を適用するが、補正されて得られる最終画像には、信号欠損部がどこであるか、補正された信号が1次モーメントの成分なのか2次モーメントの成分なのか3次モーメントの成分なのかといった情報は含まれず、形状のみの診断となっている。
しかしながら、これらの信号欠損部は、血流信号が正しく取得できている部分とは異なる状態であることを示しており、その様な部位において動脈瘤等の疾患が発生しやすい可能性がある部分であるにも関わらず、現状の診断に使われている形状情報だけでは、どのようなことが血管内部で起こっているかの判断が難しい場合がある。
本発明の目的は、上記の課題を解決し、形状情報だけでなく流体の動態情報を可視化することが可能なMRI装置、及び方法を提供することにある。
上記の目的を達成するため、本発明においては、MRI装置であって、被検体を収容する空間に均一な静磁場と、静磁場へ重畳した傾斜磁場と、高周波磁場を照射し、被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出して画像化する制御部を備え、制御部は、フローコンペンセイション機能を、傾斜磁場の各軸、及び次数モーメントの組み合わせを複数選択して複数の画像の計測し、複数の画像の再構成で得られる複数の再構成画像の差分処理により各次数モーメントの補正信号を抽出する構成のMRI装置を提供する。
また、上記の目的を達成するため、本発明においては、被検体を収容する空間に均一な静磁場と、静磁場へ重畳した傾斜磁場と、高周波磁場を照射し、被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出して画像化する制御部を備えるMRI装置の作動方法であって、制御部は、フローコンペンセイション機能を、傾斜磁場の各軸、及び次数モーメントの組み合わせを複数選択して複数の画像の計測し、複数の画像の再構成で得られる複数の再構成画像の差分処理により各次数モーメントの補正信号を抽出するMRI装置の作動方法を提供する。
本発明によると、フローコンペンセイション機能で、差分処理で抽出された補正信号の情報を可視化することで、流体の動態情報を得ることができる。
実施例1に係るMRI装置の全体の概略構成の一例を示す図。 実施例1に係るMRI装置のディスプレイに表示されたグラフィカルユーザインタフェース(以下GUI)の一例を示す図。 実施例1に係るMRI装置において実行される処理の概要を説明するフローチャート例の前半を示す図。 実施例1に係るMRI装置において実行される処理の概要を説明するフローチャート例の後半を示す図。 実施例1に係るMRI装置において実行されるシーケンスの一例を示す図。 実施例1に係るMRI装置において実行されるk空間の一例を示す図。 実施例1に係るMRI装置において実行される画像処理の一例を示す模式図。
以下、図面を参照しながら本発明の実施するための形態を順次説明する。なお、以下の実施例の説明においては、計測対象である流体として人体の血流を例示して説明するが、本発明はこれに限定されるものでなく、他の被検体内の流体に適用可能である。
実施例1は、被検体を収容する空間に均一な静磁場と、静磁場へ重畳した傾斜磁場と、高周波磁場を照射し、被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出して画像化する制御部を備え、制御部はフローコンペンセイション機能を、傾斜磁場の各軸、及び次数モーメントの組み合わせを複数選択して複数の画像の計測し、複数の画像の再構成で得られる複数の再構成画像の差分処理により各次数モーメントの補正信号を抽出する構成のMRI装置、及びその作動方法の実施例である。
図1は、実施例1に係る、MRI装置の全体概略構成図である。ガントリ101は静磁場コイル102と、傾斜磁場コイル103と、照射コイル104と、受信コイル105とにより構成される。静磁場コイル102は超伝導コイルまたは常伝導コイルを用いて構成され、被検体116に静磁場を与える。傾斜磁場コイル103は被検体116に互いに直行するX,Y,Zの3軸方向に傾斜磁場を与える。照射コイル104は被検体116の生態組織を構成する原子の原子核にNMR現象を起こさせる高周波RFパルスを所定のパルスシーケンスで繰り返し印加する。このNMR現象により放出されるエコー信号を受信コイル105が受信する。傾斜磁場コイル103はX軸傾斜磁場電源108、Y軸傾斜磁場電源109、Z軸傾斜磁場電源110により、照射コイル104は送信系107により、受信コイル105は受信系106によりそれぞれ駆動される。X軸傾斜磁場電源108、Y軸傾斜磁場電源109、Z軸傾斜磁場電源110および送信系107はシーケンサ112によって駆動され、所定のパルスシーケンスに従って傾斜磁場および高周波RFパルスを発生させる。受信系106は中央処理部(以下CPU)111により駆動され、エコー信号の受信と得られたエコー信号のCPU111への送信を行う。本実施例のMRI装置において、CPU111とシーケンサ112とを纏めて制御部と称する。
制御部のシーケンサ112はCPU111により駆動され、ユーザーが設定した撮像パラメータに従ってパルスシーケンスを計算する。パルスシーケンスにおける傾斜磁場は初めSlice、Phase、Frequencyの論理軸で作成し、X、Y、Zの物理軸に変換して各軸の傾斜磁場電源を制御する。論理軸における傾斜磁場は、それぞれ時間を横軸にとると通常は台形の形状をしたパルスである。以下の記述において各論理軸上のパルスを傾斜磁場パルスと総称し、どの論理軸上のパルスであるかは問わないこととする。
制御部のCPU111は受信系105で検出したエコー信号を用いて画像再構成演算を行う信号処理と、シーケンサ112の駆動・制御と、撮像パラメータ設定支援機能115の駆動とその結果の操作卓114への返信とを行う。操作卓114はディスプレイ113にGUIを表示しユーザーからの入力を受け付け、ユーザーが撮像開始または停止の入力をした際にはCPU111を駆動し撮像のコントロールを行い、ユーザーが撮像パラメータの入力をした際にはCPU111を駆動し、撮像パラメータ設定支援機能115を駆動させる。撮像パラメータ設定支援機能115は、本実施例においてはディスプレイ113に、以下で説明するように、対話的にポップアップウインドウを表示する形態をとるが、この構成に限定されるものでない。
図2に本実施例のMRI装置のディスプレイ113に表示されるGUIの一例を示す。本実施例のGUIとして、患者情報表示領域201、図形操作による撮像パラメータ設定入力領域202、値の入力による撮像パラメータ設定入力領域203、撮像の開始・終了を指示する撮像コントロール領域204により構成されるポップアップウインドウが表示される。
図形操作による撮像パラメータ設定入力領域202では、領域上に表示されたパラメータ入力補助図形を操作することにより、スライス断面の位置の移動や回転等の撮像パラメータ変更を行うことができ、値の入力による撮像パラメータ設定入力領域203と併せてパラメータ変更を受け付ける領域である。本実施例のMRI装置においては、このGUIの値の入力による撮像パラメータ設定入力領域203にて、マルチフローコンペンセイション機能を指定するパラメータ、すなわち、Rephrase Map205で各軸および各次数モーメントの組み合わせを選択する。各次数はn次で示され、ここでnはゼロを含む1以上の自然数である。
図3A、図3Bに本実施例の構成において実行される処理全体のフローチャートを示す。本実施例のMRI装置における処理フローチャートは、撮像パラメータ設定支援機能115を含む制御部が実行する。ユーザーが撮像目的に適したパルスシーケンスを選択し、そのシーケンスの既存のプロトコルを開いた場合、あるいは新規のプロトコルを選択すると、図形操作による撮像パラメータ設定入力領域202、及び値の入力による撮像パラメータ設定入力領域203の撮像パラメータに値が入力される。
図3Aにおいて、ユーザーは処理301で表示される値の入力による設定入力領域203の撮像パラメータにおいて、例えばRephase Map205をONに設定することで、本実施例の撮像パラメータ設定支援機能115が使用可能となる(302)。Rephase Map205がONの場合で撮像を開始して(303)、エコー取得ループ(304)に入り、フローコンペンセイション機能がOFFのパルスシーケンスで計測を実施(305)する。次にフローコンペンセイション機能の計測ループ(処理306)に入り、フローコンペンセイション機能を設定する軸、すなわちスライス軸、位相軸、周波数軸を設定(307)、また、フローコンペンセイションの次数モーメント、0次〜n次を設定(308)する。そして設定されたパルスシーケンスでフローコンペンセイション機能がONの計測を実施する(309)。ここで、フローコンペンセイション機能の各軸、各次数モーメントの組み合わせを変更し、繰り返して計測ループを実行する(306)。これにより、複数のフローコンペンセイション機能処理データを取得する。
続いて、元画像用のデータを取得する(310)。ここで、エコー取得ループ(304)により処理305〜310を繰り返して設定したエンコード数分のエコーを取得する。エコー取得後、元画像とフローコンペンセイション機能の処理データ取得画像のエンコード数が異なる場合は、元画像の残りデータを取得する(311、312)。
図3Aの丸Aに続く図3Bにおいて、全エコーの取得が終了した後、複数のフローコンペンセイション機能処理データを用いて、各フローコンペンセイション機能の組み合わせの画像各々を再構成する(313)。そして、再構成された各再構成画像を差分処理し(314)、各フローコンペンセイション機能を適用することによって補正された補正信号を抽出する(315)。この補正信号の信号値をカラー化などの重みづけ処理を実行し(316)、各フローコンペンセイション機能を適用することによって補正された信号を抽出した抽出画像を生成する(317)。
すなわち、制御部は、傾斜磁場の各軸に対して、例えば、0次モーメントのみを合わせた撮像、0次と1次モーメントを合わせた撮像、0次と1次と2次モーメントを合わせた撮像を行い、取得した複数の再構成画像の差分処理によりフローコンペンセイション機能による補正信号を抽出し、カラー化して抽出画像とした後、得られた抽出画像と元画像を合成して、ディスプレイ113に表示する。
一方で、各フローコンペンセイション機能処理データ(OFFとONの各データ)のの加算処理を実施し(318)、加算処理で得られた処理データを再構成することで(319)、元画像を生成する(320)。処理318で各フローコンペンセイション機能処理データを加算処理することで、SNRの向上、及び体動アーチファクトの抑制が得られる。処理317で得られた差分処理に基づく抽出画像と、処理320で得られた加算処理に基づく元画像を合成し(321)、合成画像を出力することで(322)、形状以外に動くプロトンの状態情報、例えば血流の動態情報を含む画像を得ることができる。
図4は本実施例のMRI装置で利用されるフローコンペンセイション機能の傾斜磁場パルスの一例を示している。ここでは、グラディエントエコーを取得するシーケンスを例にしているが、その他シーケンスでもフローコンペンセイション機能を併用できるものにも本実施例の撮像パラメータ設定支援機能は適用可能である。
同図において、401、405、409はRFパルスであり、402はスライス選択傾斜磁場パルスとリフォーカスパルスであり、403は位相エンコードパルス、404は周波数ディフェーズパルスと周波数エンコードパルスである。401〜404はスライス軸、位相エンコード軸、周波数エンコード軸の各軸において、0次モーメントのみが合っている場合であり、フローコンペンセイション機能がOFFのエコーを取得する。405〜408は各軸において0次モーメントと1次モーメントの位相が揃うフローコンペンセイション機能がONのエコーを取得するパルスシーケンスの例であり、409〜412は各軸において0次モーメントと1次モーメントと2次モーメントの位相が揃うフローコンペンセイション機能がONのエコーを取得するパルスシーケンスの例である。軸の組み合わせ、及び次数モーメントの組み合わせ、更には各軸および各次数モーメントの画像取得時に取得するエコーのエンコード数を、撮像パラメータ設定支援機能115を用いて、自由に選択可能とする。例えば、スライス軸において0次モーメントと2次モーメントの位相が揃うパルスシーケンスなどを選択することもできる。本実施例のMRI装置においては、これらのシーケンスで取得されるエコーを取得することによって、フローコンペンセイション機能の補正効果が異なる複数の信号を取得する。
図5は本実施例のMRI装置におけるk空間の一例を示している。501は、元画像のk空間である。502〜514はフローコンペンセイション機能による各種補正情報取得のための計測である。上述のように、取得するエコーのエンコード数は、周波数エンコード、位相エンコード、スライスエンコード共に元画像と同じであってもよいし、同じでなくても良く、撮像パラメータ設定支援機能115を使って、自由に選択可能である。各エンコード数を減らすと分解能は低下するが、どの領域がどの補正成分であるかを示す上では、元画像k空間501と同一の分解能は必ずしも必要とならないため、本実施例の構成においては、撮像時間短縮を目的にエコーのエンコード数の調整を可能とする。
同図において、502はフローコンペンセイション機能がOFFの場合のk空間である。503〜514はフローコンペンセイション機能を適用した場合のk空間で、503〜506はスライス軸の各次数モーメントをn次まで増やしていった場合のもの、507〜510は位相軸の各次数モーメントを増やしていった場合のもの、511〜514は周波数軸の各次数モーメントを増やしていった場合のものである。更に、例えば、スライス軸+位相軸、スライス軸+周波数軸、位相軸+周波数軸、スライス軸+位相軸+周波数軸で、各次数モーメントをn次まで増やしていく場合のような、各軸の組み合わせも可能である。これにより、更に多くのフローコンペンセイション機能処理データを取得することができ、流れがある部分の方向性などの情報を得ることが可能となる。
図6は本実施例のMRI装置における各処理段階で再構成された画像の一例を示している。画像例として、TOF(Time Of Flight)効果を用いた計測を用いる。同図において、601はベースとなる元画像であり、プロトンが移動している部分(以下流体部)である血管内が高信号、白色になって描出されている。602はフローコンペンセイション機能がない場合の画像である。流体部の信号が一部落ち、黒色となっている領域が出てくる。603はそれぞれフローコンペンセイション機能で0次と1次のモーメントがあっている場合の画像である。602のフローコンペンセイション機能がOFFの場合と比較して、一部分信号が補正された領域がある。604はフローコンペンセイション機能で0次と1次と2次のモーメントがあっている場合の画像である。以上は、図3Bの処理313で得られる画像である。画像604では、画像602と画像603と比較して、更に信号が補正された領域が増加している。この後、処理314、処理315が実行され、画像605は、画像603と画像604の差分、画像602と画像603の差分、画像601と画像604の差分の三つの差分画像をそれぞれ抽出して補正信号を得、更に、処理316でカラー化などの重みづけを実行し、処理317で生成された抽出画像、すなわち補正画像を示している。
合成画像606は、更に元画像601と抽出画像605を合成したものである。合成画像606において、速度が速い領域である1次モーメントで補正された領域、加速度的に変化する領域である2次モーメントで補正された領域、渦などの停滞している領域等であるフローコンペンセイション機能以外の要因で補正された領域をカラー化等で区分けして表示でき、それぞれの流れの状態を可視化することができる。
図6の607は元画像601を最大値投影(以下MIP)したものであり、流体部の形状情報が得られる。608は本実施例の構成で得られる合成画像606をMIPしたものであり、形状情報に加えて、流れの状態を示す情報を取得することができる。合成画像(MIP)においても、1次モーメントで補正された領域、2次モーメントで補正された領域、フローコンペンセイション機能以外の要因で補正された領域を表示することができる。なお、合成画像606、608については、各次数モーメントだけでなく、上述したスライス軸、位相軸、周波数軸の各軸別の補正情報を考慮することで、流れの変化がある部分の方向性も示すことができ、より診断に有効な情報となる。
以上詳述したように、本実施例のMRI装置によると、フローコンペンセイション機能で得られる各次数モーメントで補正された信号の情報を使って可視化することで、移動するプロトンがどのような状態であるかを知ることができる。より具体的には、MRAに関しては、フローコンペンセイション機能で0次のみを合わせた撮像と、0次と1次を合わせた撮像、0次と1次と2次を合わせた撮像等を実施して差分処理した信号にカラー化などの重み付けを行い、各フローコンペンセイション機能の差分情報を重ねて表示することにより、信号の欠損が起きやすいと考えられる流速が早い部分や、屈曲部のような加速度的に変化する部分、渦が生じている部分について、何が原因で欠損しているかの判別がつくようになる。
その結果、元画像となるこれまでのMRI装置による診断に使用していた画像に加えて、信号欠損が起きた部位の形状と原因とから、血行、血流動態による各種疾患の好発部位を診断する上で、手がかりとなる情報が加わるという効果がある。また、元画像については、各フローコンペンセイション機能の組合せの画像の加算処理を行うことにより、加算効果に基づきSNRが向上する。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、人体以外の他の被検体に適用する等、様々な変形例が含まれる。また、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
更に、上述した各構成、機能、制御部等は、それらの一部又は全部を実現するプログラムを作成する例を説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。すなわち、制御部の全部または一部の機能は、プログラムに代え、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)などの集積回路などにより実現してもよい。
101 ガントリ
102 静磁場コイル
103 傾斜磁場コイル
104 照射コイル
105 受信コイル
106 受信系
107 送信系
108 X軸傾斜磁場電源
109 Y軸傾斜磁場電源
110 Z軸傾斜磁場電源
111 中央処理部(CPU)
112 シーケンサ
113 ディスプレイ
114 操作卓
115 撮像パラメータ設定支援機能
201 患者情報表示領域
202 図形操作による撮像パラメータ設定入力領域
203 値の入力による撮像マラメータ設定入力領域
204 撮像コントロール領域
205 Rephase Map
401、405、409 RFパルス
402、406、410 スライス選択傾斜磁場パルス
403、407、411 位相エンコードパルス
404、408、412 周波数エンコードパルス
501 元画像のk空間
502 フローコンペンセイション機能無しの場合のk空間
503〜506 スライス軸のn次数モーメントの場合のk空間
507〜510 位相軸のn次数モーメントの場合のk空間
511〜514 周波数軸のn次数モーメントの場合のk空間
601 元画像
602 フローコンペンセイション機能無し画像
603、604 フローコンペンセイション機能有り画像
605 抽出画像
606 合成画像
607 元画像(MIP)
608 合成画像(MIP)

Claims (7)

  1. 磁気共鳴イメージング(以下、MRI)装置であって、
    被検体を収容する空間に均一な静磁場と、前記静磁場へ重畳した傾斜磁場と、高周波磁場を照射し、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出して画像化する制御部を備え、
    前記制御部は、フローコンペンセイション機能を、前記傾斜磁場の各軸、及び次数モーメントの組み合わせを複数選択して複数の画像の計測を行い、当該複数の画像の再構成で得られる複数の再構成画像の差分処理により各次数モーメントの補正信号を抽出する、
    ことを特徴とするMRI装置。
  2. 請求項1に記載のMRI装置であって、
    表示部を更に備え、
    前記制御部は、
    前記フローコンペンセイション機能において、前記複数の再構成画像の差分処理により、各次数モーメントの前記補正信号を抽出し、前記補正信号に重み付けした後、前記表示部に表示するよう制御する、
    ことを特徴とするMRI装置。
  3. 請求項1に記載のMRI装置であって、
    表示部を更に備え、
    前記制御部は、
    前記傾斜磁場の各軸に対して、0次モーメントのみを合わせた撮像、0次と1次モーメントを合わせた撮像、0次と1次と2次モーメントを合わせた撮像を行い、取得した前記複数の画像の再構成画像の差分処理により前記フローコンペンセイション機能による前記補正信号を抽出し、カラー化して抽出画像とした後、前記抽出画像と元画像を合成して、前記表示部に表示するよう制御する、
    ことを特徴とするMRI装置。
  4. 請求項1に記載のMRI装置であって、
    前記制御部は、
    計測された複数の前記核磁気共鳴信号を加算し、加算された核磁気共鳴信号を再構成する、
    ことを特徴とするMRI装置。
  5. 請求項1に記載のMRI装置であって、
    前記制御部は、
    前記傾斜磁場の各軸、及び次数モーメントの組み合わせを選択するための撮像パラメータ設定支援機能を備える、
    ことを特徴とするMRI装置。
  6. 請求項5に記載のMRI装置であって、
    前記制御部の撮像パラメータ設定支援機能は、
    前記傾斜磁場の各軸、及び次数モーメントの組み合わせを複数選択して複数の画像の計測を行う画像取得時に取得するエコー数を選択する、
    ことを特徴とするMRI装置。
  7. 被検体を収容する空間に均一な静磁場と、前記静磁場へ重畳した傾斜磁場と、高周波磁場を照射し、前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出して画像化する制御部を備えるMRI装置の作動方法であって、
    前記制御部は、フローコンペンセイション機能を、前記傾斜磁場の各軸、及び次数モーメントの組み合わせを複数選択して複数の画像の計測を行い、当該複数の画像の再構成で得られる複数の再構成画像の差分処理により各次数モーメントの補正信号を抽出する、
    ことを特徴とするMRI装置の作動方法。
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