JP2022045474A - 磁気共鳴撮像装置、及び、画像生成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
最初に、図1を参照して、本発明が適用されるMRI装置の一実施形態を説明する。このMRI装置10は、図1に示すように、大きく分けて、被検体101から発生する核磁気共鳴信号の計測を行う計測部100と、計測部100が計測した核磁気共鳴信号を用いて画像再構成、補正その他の演算を行う演算部200と、計測部100や演算部200の動作を制御する制御部300とを備える。なお図1に示す実施形態では、演算部200と制御部300の機能は、一つの計算機500で実現する構成としているが、これらは別々の手段であってもよい。
次に本実施形態のMRI装置(主として計算機500)の動作の概要を説明する。
まず、入力装置509を介してユーザーによる撮像シーケンスや撮像条件の設定を受け付ける(S301)。撮像シーケンスは、ラディアルサンプリングが設定され、撮像時間の短縮のために、ブレード毎に空間的に重なり合った信号を計測する撮像手法(PI法)が選択され、設定される。空間的に重なり合った信号とは、実空間における異なる位置からの信号が傾斜磁場によりエンコードされないで重なっている信号を言い、アンダーサンプリングすることで空間的に重なり合った信号(いわゆる折り返しを含む信号)を含む。なお検査プロトコルとしてこれら撮像条件等が設定されている場合には、検査プロトコルに設定された条件等を読み込む。
このようなパルスシーケンスの実行により、受信コイル毎かつブレード毎に計測空間データが収集される。
本実施形態は、グリッディングにより最終的な画像を得る前に、個々のブレード画像にノイズ除去を行う。またPI法の演算として、ブレード毎にSENSE法により空間的に重なり合った信号を分離する方法を採用する。
複素ブレード画像算出部221は、図3のS302で、複数の受信コイルで計測したエコー信号を、ブレード毎に、ブレードの角度方向及びそれと直交するブレード内の位相エンコード方向を軸とする計測空間上に配置して計測空間データ(図7:701)とし、この計測空間データを逆フーリエ変換することによって、ブレード毎に複素ブレード画像(図7、702)を算出する。ここで、ブレード毎に計測空間の座標系が回転しているので、得られる複素ブレード画像の座標系も、図7に示すように、ブレード毎の計測空間の関係と同様に回転した形状となる。また、位相エンコードを間引いていることから、各ブレード画像は、例えば、図8に示すように、被検体800の位相エンコード方向の両側(斜線で示す部分)801、802がその反対側に(右側部分は左側に、左側部分は右側に)折り返り、空間的に重なり合った画像810となる。図では二つの受信コイルC1、C2の画像を示す。
ブレード画像算出部222は、空間的に重なり合った複素ブレード画像702を、複数の受信コイルの感度分布を用いてSENSE法を用いて分離する。ここで、一つのブレードを例にする説明すると、位置n(nは1~Nの整数:Nは画像の重なり数即ち倍速数:但し本例では2)における分離後のブレード画像の信号をρn、位置nにおける受信コイルm(mは1~Mの整数)の感度をCmnとすると、受信コイルmから生成したブレード画像の信号Smは式(1)で表される。
ノイズ除去部230は、制約条件として定義する関数を最小にするように繰り返し演算(反復処理)を行い、ノイズ除去処理を行う。本実施形態では、繰り返し演算の制約条件として、ノイズ除去前のブレード画像とノイズ除去後のブレード画像とが略等しいという制約条件(以下、ノイズ除去前後画像制約という)、g-factorを用いた制約条件(ノイズ除去前の画像とノイズ除去後の画像においてノイズ量の多いところが離れすぎないにする制約条件)(以下、ノイズ関連制約という)、およびブレード画像をスパース空間に写像した画像のノイズが略ゼロに等しいという制約条件(以下、スパース空間制約という)を用いる場合を説明する。
次に、各処理の詳細を説明する。
g-factor算出部234は、式(3)で用いたブレード毎の感度行列Cblとその複素転置行列CH bl、及び受信コイル間のノイズ相関行列Ψを用いて、式(4)によりブレード毎のg-factorマップを算出する。
ノイズ除去前後画像制約部231は、ノイズ除去前のブレード画像をρ1およびρ2とし、ノイズ除去後のブレード画像をそれぞれI1およびI2とするとき、式(5)で定義される関数E1(I1、I2、bl)を生成する。
次に、ノイズ制約部232は、式(6)で定義される関数E2(I1、I2、bl)を生成する。
繰り返し演算部235は、前述の3つの各制約部231~233によって生成された制約に基づいた繰り返し演算処理にてノイズを除去する。すなわち、ブレード毎に式(8)で定義される関数Etotal(I1、I2、bl)を最小化することでノイズを除去した分離ブレード画像I1およびI2をブレード毎に算出する。
グリッディング処理部210は、ノイズ除去したブレード画像をフーリエ変換し(図7、707)、計測空間データとした後、角度の異なる各ブレードの計測空間データを、本来のk空間にグリッディングし、データをk空間に配置する(図7、708)。
画像生成部220(再構成部223)は、グリッディングしたk空間データを逆フーリエ変換することで画像を生成する(図7、709)。生成した画像をディスプレイ508に表示し、或いは、記憶装置510に格納したりMRI装置以外の装置等に転送したりすることは図3のステップS308と同様である。
本実施形態は、ブレード画像毎にノイズ除去を実施する第一実施形態と異なり、ブレード画像をグリッディングし、逆フーリエ変換により画像生成したのちに、別途作成した統合g-factorマップを使って、ノイズ除去する実施形態である。なお、以下ではブレード画像をグリッディングし、フーリエ変換により生成された画像をグリッディング画像という。
[非特許文献3]Robson PM, Grant AK, Madhuranthakam AJ, Lattanzi R, Sodickson DK, McKenzie CA. Comprehensive quantification of signal-to-noise ratio and g-factor for image-based and k-space-based parallel imaging reconstructions. Magn Reson Med 2008;60:895-907.
本実施形態におけるノイズ除去の処理フローを図14に示す。
ノイズ除去前後制約部231は、ノイズ除去前のグリッディング画像をそれぞれρとし、ノイズ除去後のグリッディング画像をそれぞれIとするとき、式(8)で定義される関数E1(I)を生成する。
次に、ノイズ制約部232は、式(10)で定義される関数E2(I)を生成する。
次に、スパース空間制約部233は、式(11)で定義される関数E3(I)を生成する。
(10)の関数E3(I)は、Wavelet変換によってスパース空間に写像された画像を、L1ノルムによってさらにスパースな画像とするための制約条件(以下、スパース空間制約と言う)を表す。
繰り返し演算部235は、前述の3つの各制約部231~233によって生成された制約に基づいた繰り返し演算処理にてノイズを除去する。すなわち、式(12)で定義される関数Etotal(I)を最小化することでノイズを除去した画像を算出する。
Claims (11)
- 静磁場空間に配置された被検体に高周波磁場及び傾斜磁場を印加し、被検体から発生する核磁気共鳴信号からなる計測データを複数の受信コイルで計測する計測部と、
前記計測部の動作を制御する制御部と、
前記計測データを処理し画像を作成する演算部と、を備え、
前記制御部は、計測データが配置されるk空間を、複数のブレードに分けて、前記計測部がブレード毎に位相エンコードを間引いて計測する制御を行い、
前記演算部は、前記計測データと前記複数の受信コイルの感度分布とを用いてパラレルイメージング法により画像を生成する画像生成部と、再構成された画像に対し、ノイズに関する制約条件を用いた繰り返し演算によりノイズ除去を行うノイズ除去部とを有することを特徴とする磁気共鳴撮像装置。 - 請求項1に記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記ノイズ除去部は、ブレード毎のg-factorマップを算出するg-factor算出部を備え、前記ノイズに関する制約条件として、g-factorマップを用いた制約関数を設定することを特徴とする磁気共鳴撮像装置。 - 請求項2に記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記画像生成部は、ブレード毎の計測データと前記複数の受信コイルの感度分布とを用いて、ブレード毎の画像を算出するブレード画像算出部を有し、前記ノイズ除去部は、ブレード毎に算出したブレード画像に対し、ブレード毎のg-factorマップを用いてノイズ除去を行うことを特徴とする磁気共鳴撮像装置。 - 請求項1に記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記画像生成部は、ブレード毎の計測データと前記複数の受信コイルの感度分布とを用いて、ブレード毎の画像を算出するブレード画像算出部を有し、前記ノイズ除去部は、ブレード毎に算出したブレード画像に対しノイズ除去を行うことを特徴とする磁気共鳴撮像装置。 - 請求項4に記載の磁気共鳴撮像装置であって、
画像生成部は、計測データをk空間の計測点に再配置するグリッディング部と、グリッディング後のk空間データを用いて画像再構成する再構成部と、を備え、前記グリッディング部は、前記ノイズ除去によって処理されたブレード毎の画像を計測空間に変換し、グリッディングを行うことを特徴とする磁気共鳴撮像装置。 - 請求項1に記載の磁気共鳴撮像装置であって、
画像生成部は、計測データをk空間の計測点に再配置するグリッディング部と、グリッディング後のk空間データを用いて画像再構成する再構成部と、を備え、前記ノイズ除去部は前記再構成部が生成した画像に対しノイズに関する制約条件を用いた繰り返し演算によりノイズ除去を行うことを特徴とする磁気共鳴撮像装置。 - 請求項6に記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記ノイズ除去部は、ブレード毎のg-factorマップを算出するとともにブレード毎のg-factorを用いて統合g-factorマップを算出する統合g-factorマップ算出部を備え、前記ノイズに関する制約条件として、前記統合g-factorマップを用いた制約関数を設定することを特徴とする磁気共鳴撮像装置。 - 請求項1に記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記ノイズ除去部は、繰り返し演算の制約条件として、前記ノイズに関する制約条件を含む2種以上の制約条件を用いることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。 - 複数の受信コイルを備えた磁気共鳴撮像装置を用いて、k空間を複数のブレードに分けて、ブレード毎に位相エンコードを間引いて計測したブレード毎の計測データを処理し画像を生成する方法であって、
各ブレードの計測データと前記複数の受信コイルの感度分布とを用いて、パラレルイメージング法の演算によりブレード毎の画像を生成するステップと、
ブレード毎の画像に対し、繰り返し演算によりノイズ除去処理を行うステップと、
ノイズ除去後のブレード毎の画像を計測空間のデータに変換した後、グリッディングして前記k空間の計測点に再配置するステップと、
グリッディング後のk空間データを用いて画像再構成するステップと、を含む画像生成方法。 - 請求項9に記載の画像生成方法であって、
前記ノイズ処理を行うステップは、ブレード毎のg-factorマップを算出するステップを含み、算出したブレード毎のg-factorマップを繰り返し演算の制約条件に用いてノイズ除去処理を行うことを特徴とする画像生成方法。 - 複数の受信コイルを備えた磁気共鳴撮像装置を用いて、k空間を複数のブレードに分けて、ブレード毎に位相エンコードを間引いて計測したブレード毎の計測データを処理し画像を生成する方法であって、
各ブレードの計測データと前記複数の受信コイルの感度分布とを用いて、パラレルイメージング法の演算によりブレード毎の画像を生成するステップと、
ブレード毎の画像を計測空間のデータに変換した後、グリッディングして前記k空間の計測点に再配置するステップと、
グリッディング後のk空間データを用いて画像を再構成するステップと、
再構成した画像に対し、繰り返し演算によりノイズ除去処理を行うステップと、を含み、
前記ノイズ除去処理を行うステップは、ブレード毎のg-factorマップを算出し、さらにブレード毎のg-factorマップを統合した統合g-factorを算出するステップを含み、前記統合g-factorを繰り返し演算の制約条件に用いてノイズ除去処理を行うことを特徴とする画像生成方法。
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