JP2023049144A - 磁気共鳴イメージング装置、画像生成方法、および画像生成プログラム - Google Patents

磁気共鳴イメージング装置、画像生成方法、および画像生成プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】急峻な位相の変化に伴って発生するアーチファクトを低減すること。【解決手段】実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、取得部と、生成部と、を備える。取得部は、複数のコイルに関する第1コイル感度マップと、前記第1コイル感度マップとは位相が異なり前記複数のコイルに関する第2コイル感度マップとを取得する。生成部は、前記第1コイル感度マップと前記複数のコイルに関する磁気共鳴データとに基づいて第1画像を生成し、前記第2コイル感度マップと前記第1コイル感度マップと前記第1画像とに基づいて第2画像を生成し、前記第1画像と前記第2画像とに基づいて、最終画像を生成する。【選択図】図3

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置、画像生成方法、および画像生成プログラムに関する。
磁気共鳴イメージング(Magnetic Resonance Imaging:以下、MRIと呼ぶ)装置において、撮像時間の短縮のために、間引き収集が行われることがある。このとき、間引き収集によって得られた間引きデータからコイル感度のマップを推定することがある。推定されたコイル感度マップを用いて再構成を行った場合、再構成された画像の位相に、滑らかに変化しない個所が発生することがある。
このため、推定されたコイル感度マップを用いて再構成された画像に対して補間処理が実行されると、補間処理後の画像において、位相が大きく変化している部分においてアーチファクトが発生する。
特開2013-240571号公報
本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、急峻な位相の変化に伴って発生するアーチファクトを低減することにある。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。
実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、取得部と、生成部と、を備える。取得部は、複数のコイルに関する第1コイル感度マップと、前記第1コイル感度マップとは位相が異なり前記複数のコイルに関する第2コイル感度マップとを取得する。生成部は、前記第1コイル感度マップと前記複数のコイルに関する磁気共鳴データとに基づいて第1画像を生成し、前記第2コイル感度マップと前記第1コイル感度マップと前記第1画像とに基づいて第2画像を生成し、前記第1画像と前記第2画像とに基づいて、最終画像を生成する。
図1は、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の一例を示すブロック図。 図2は、実施形態に係る画像生成処理の手順の一例を示すフローチャート。 図3は、実施形態に係り、画像生成処理における各種処理と当該各種処理に関するデータとの関連の一例を示す図。 図4は、実施形態に係る推定感度強度画像の一例を示す図。 図5は、実施形態に係り、第1コイル感度マップにおける複数の位相画像の一例を示す図。 図6は、実施形態に係り、複数のコイル画像における強度画像の一例を示す図。 図7は、実施形態に係り、複数のコイル画像における位相画像の一例を示す図。 図8は、実施形態に係る第1画像の一例を示す図。 図9は、実施形態に係り、複数のコイルに対応する複数の分解画像における強度画像の一例を示す図。 図10は、実施形態に係り、複数のコイルに対応する複数の分解画像における位相画像の一例を示す図。 図11は、実施形態に係り、第2コイル感度マップにおける複数の位相画像の一例を示す図。 図12は、実施形態に係り、第3コイル感度マップにおける複数の位相画像の一例を示す図。 図13は、実施形態に係り、コイル合成された第2画像の一例を示す図。 図14は、実施形態に係り、コイル合成された第3画像の一例を示す図。 図15は、実施形態に係る第1補間画像の一例を示す図。 図16は、実施形態に係る第2補間画像の一例を示す図。 図17は、実施形態に係る第3補間画像の一例を示す図。 図18は、実施形態に係る最終画像の一例を示す図。
以下、図面を参照しながら、磁気共鳴イメージング(Magnetic Resonance Imaging:以下、MRIと呼ぶ)装置、画像生成方法、および画像生成プログラムの実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態の技術的思想は、PET(Positron Emission Tomography:陽電子放出コンピュータ断層撮像)-MRI装置、SPECT(single photon emission computed tomography:単一光子放出コンピュータ断層撮像)-MRI装置などのMRI装置と複合的な各種モダリティに適用されてもよい。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係るMRI装置100の一例を示す図である。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103と、傾斜磁場電源105と、寝台107と、寝台制御回路109と、送信回路113と、送信コイル115と、受信コイル117と、受信回路119と、撮像制御回路(撮像制御部)121と、システム制御回路(システム制御部)123と、メモリ125と、入力インターフェース127と、ディスプレイ129と、処理回路131と、を備える。
静磁場磁石101は、中空の略円筒状に形成された磁石である。静磁場磁石101は、内部の空間に略一様な静磁場を発生する。静磁場磁石101としては、例えば、超伝導磁石等が使用される。
傾斜磁場コイル103は、中空の略円筒形状に形成されたコイルであり、円筒形の冷却容器の内面側に配置される。傾斜磁場コイル103は、傾斜磁場電源105から個別に電流供給を受けて、互いに直交するX、Y、及びZの各軸に沿って磁場強度が変化する傾斜磁場を発生する。傾斜磁場コイル103によって発生されるX、Y、Z各軸の傾斜磁場は、例えば、スライス選択用傾斜磁場、位相エンコード用傾斜磁場および周波数エンコード用傾斜磁場を形成する。スライス選択用傾斜磁場は、任意に撮像断面を決めるために利用される。位相エンコード用傾斜磁場は、空間的位置に応じて磁気共鳴信号(以下、MR(Magnetic Resonance)信号と呼ぶ)の位相を変化させるために利用される。周波数エンコード用傾斜磁場は、空間的位置に応じてMR信号の周波数を変化させるために利用される。
傾斜磁場電源105は、撮像制御回路121の制御により、傾斜磁場コイル103に電流を供給する電源装置である。
寝台107は、被検体Pが載置される天板1071を備えた装置である。寝台107は、寝台制御回路109による制御のもと、被検体Pが載置された天板1071を、ボア111内へ挿入する。
寝台制御回路109は、寝台107を制御する回路である。寝台制御回路109は、入出力インターフェース17を介した操作者の指示により寝台107を駆動することで、天板1071を長手方向および上下方向、場合によっては左右方向へ移動させる。
送信回路113は、撮像制御回路121の制御により、ラーモア周波数で変調された高周波パルスを送信コイル115に供給する。例えば、送信回路113は、発振部や位相選択部、周波数変換部、振幅変調部、RF(Radio Frequency)アンプなどを有する。発振部は、静磁場中における対象原子核に固有の共鳴周波数のRFパルスを発生する。位相選択部は、発振部によって発生したRFパルスの位相を選択する。周波数変換部は、位相選択部から出力されたRFパルスの周波数を変換する。振幅変調部は、周波数変換部から出力されたRFパルスの振幅を例えばsinc関数に従って変調する。RFアンプは、振幅変調部から出力されたRFパルスを増幅して送信コイル115に供給する。
送信コイル115は、傾斜磁場コイル103の内側に配置されたRFコイルである。送信コイル115は、送信回路113からの出力に応じて、高周波磁場に相当するRFパルスを発生する。
受信コイル117は、傾斜磁場コイル103の内側に配置されたRFコイルである。受信コイル117は、高周波磁場によって被検体Pから放射されるMR信号を受信する。受信コイル117は、受信されたMR信号を受信回路119へ出力する。受信コイル117は、例えば、1以上、典型的には複数のコイルエレメント(以下、複数のコイルと呼ぶ)を有するコイルアレイである。以下、説明を具体的にするために、受信コイル117は、複数のコイルを有するコイルアレイとして説明する。
なお、図1において送信コイル115と受信コイル117とは別個のRFコイルとして記載されているが、送信コイル115と受信コイル117とは、一体化された送受信コイルとして実施されてもよい。送受信コイルは、被検体Pの撮像部位に対応し、例えば、頭部コイルのような局所的な送受信RFコイルである。
受信回路119は、撮像制御回路121の制御により、受信コイル117から出力されたMR信号に基づいて、デジタルのMR信号(以下、MRデータと呼ぶ)を生成する。具体的には、受信回路119は、受信コイル117から出力されたMR信号に対して、検波、フィルタリングなどの信号処理を施した後、当該信号処理が施されたデータに対してアナログ/デジタル(A/D(Analog to Digital))変換(以下、A/D変換と呼ぶ)して、MRデータを生成する。受信回路119は、生成されたMRデータを、撮像制御回路121に出力する。例えば、MRデータは、複数のコイル各々において生成され、複数のコイル各々を識別するタグとともに、撮像制御回路121に出力される。
撮像制御回路121は、処理回路15から出力された撮像プロトコルに従って、傾斜磁場電源105、送信回路113及び受信回路119等を制御し、被検体Pに対する撮像を行う。撮像プロトコルは、検査の種類に応じたパルスシーケンスを有する。撮像プロトコルには、傾斜磁場電源105により傾斜磁場コイル103に供給される電流の大きさ、傾斜磁場電源105により電流が傾斜磁場コイル103に供給されるタイミング、送信回路113により送信コイル115に供給される高周波パルスの大きさや時間幅、送信回路113により送信コイル115に高周波パルスが供給されるタイミング、受信コイル117によりMR信号が受信されるタイミング等が定義されている。撮像制御回路121は、傾斜磁場電源105、送信回路113及び受信回路119等を駆動して被検体Pを撮像した結果、受信回路119からMRデータを受信すると、受信したMRデータを処理回路131へ転送する。
撮像制御回路121は、例えば、間引き(アンダーサンプリング(under-sampling))収集での撮像(以下、間引き撮像と呼ぶ)に関するパルスシーケンスを実行するスキャンにより、MRデータを収集する。以下、説明を具体的にするために、被検体Pに対するスキャンは、k空間において自動校正信号(オートキャリブレーションシグナル(Auto-Calibrated Signal):以下、ACSと呼ぶ))に対応するトラジェクトリーに関するMR信号を収集する撮像プロトコル(以下、ACSプロトコルと呼ぶ)を有するパラレルイメージングであるものとする。例えば、本実施形態におけるスキャンに関するパラレルイメージングは、GRAPPA(generalized autocalibrating partially parallel acquisitions)に類する撮像プロトコルを有する。
なお、当該パラレルイメージングにおけるACSに対応するトラジェクトリーは、GRAPPAのようにk空間の中心付近に限定されず、任意に設定可能である。また、被検体Pに対するスキャンは、ACSプロトコルを有すれば、上記パラレルイメージングに限定されず、圧縮センシング(compressed sensing)に類する撮像プロトコルにより実現されてもよい。また、被検体Pに対するスキャンは、ACSプロトコルを有すれば、圧縮センシングとパラレルイメージングとを組み合わせた撮像プロトコルにより実現されてもよい。
複数のコイル各々においてパラレルイメージングにより収集されたMRデータは、ユーザの指示等により予め設定された間引き率(Redaction factor:R、加速率(acceleration factor)ともいう)に従ってk空間において位相エンコードステップを間引いて収集されたデータと、ACSと、を有する。ACSは、データの間引きの位置に関連するターゲット点(target point)におけるターゲットデータ(target data)とターゲット点の近隣のソース点(source point)におけるソースデータ(source data)と、を有する。
なお、撮像制御回路121は、被検体Pの撮像に用いられる受信コイル117の感度の分布を示す画像の生成に関するMRデータを、任意の撮像手法により収集してもよい。コイルの感度を示す画像は、複素数のデータで表現される。受信コイル117の感度の分布を示す画像の生成に関するMRデータの収集は、例えば、被検体Pに対するスキャンに先立って、ロケータスキャンなどを含むプリスキャンにおいて撮像制御回路121により実行される。撮像制御回路121は、例えばプロセッサにより実現される。
「プロセッサ」という文言は、例えば、CPU、GPU(Graphics Processing Unit)、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA))等の回路を意味する。
システム制御回路123は、ハードウェア資源として図示していないプロセッサ、ROM(Read-Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等のメモリ等を有し、システム制御機能によりMRI装置100を制御する。具体的には、システム制御回路123は、メモリに記憶されたシステム制御プログラムを読み出してメモリ上に展開し、展開されたシステム制御プログラムに従って本MRI装置100の各回路を制御する。
例えば、システム制御回路123は、入力インターフェース127を介して操作者から入力された撮像条件に基づいて、撮像プロトコルをメモリ125から読み出す。システム制御回路123は、撮像プロトコルを撮像制御回路121に送信し、被検体Pに対する撮像を制御する。システム制御回路123は、例えばプロセッサにより実現される。なお、システム制御回路123は、処理回路15に組み込まれてもよい。このとき、システム制御機能は処理回路15により実行され、処理回路15は、システム制御回路123の代替として機能する。システム制御回路123を実現するプロセッサは、上述と同様な内容なため、説明は省略する。
メモリ125は、システム制御回路123において実行されるシステム制御機能に関する各種プログラム、各種撮像プロトコル、撮像プロトコルを規定する複数の撮像パラメータを含む撮像条件等を記憶する。また、メモリ125は、処理回路15により実現される取得機能33、特定機能35、および生成機能37を、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶する。
また、メモリ125は、取得機能33により取得された各種データ、特定機能35および生成機能37により実施される処理に用いられる各種データ、生成機能37により生成されたMR画像、当該MR画像の生成過程において生成される各種データなどを記憶する。メモリ125に記憶される各種データのついては、後ほど説明する。また、メモリ125は、被検体Pに対するスキャンにより取得されたMRデータおよび当該MRデータに基づいてMR画像を再構成するアルゴリズムを記憶する。
なお、メモリ125は、不図示の通信インターフェースを介して受信された各種データを記憶してもよい。例えば、メモリ125は、放射線情報システム(RIS:Radiology Information System)等の医療機関内の情報処理システムから受信した被検体Pの検査オーダに関する情報(撮像対象部位、検査目的等)を記憶する。
メモリ125は、例えば、ROM、RAM、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、光ディスク等により実現される。また、メモリ125は、CD(Compact Disc)-ROMドライブやDVD(Digital Versatile Disc)ドライブ、フラッシュメモリ等の可搬型記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等で実現されてもよい。
入力インターフェース127は、操作者からの各種指示(例えば、電源投入指示)や情報入力を受け付ける。入力インターフェース127は、例えば、トラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。入力インターフェース127は、処理回路131に接続されており、操作者から受け取った入力操作を電気信号へ変換し処理回路131へと出力する。なお、本明細書において入力インターフェース127は、マウス、キーボードなどの物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、MRI装置100とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路も入力インターフェース127の例に含まれる。
入力インターフェース127は、ディスプレイ129に表示されたプリスキャン画像に対して、ユーザの指示によりFOVを入力する。具体的には、入力インターフェース127は、ディスプレイ129に表示されたロケータ画像において、ユーザによる範囲の設定指示によりFOVを入力する。また、入力インターフェース127は、検査オーダに基づくユーザの指示により、スキャンに関する各種撮像パラメータを入力する。
ディスプレイ129は、処理回路131またはシステム制御回路123による制御のもとで、各種のGUI(Graphical User Interface)や、処理回路131によって生成されたMR画像、生成機能37により生成された最終画像等を表示する。また、ディスプレイ129は、スキャンに関する撮像パラメータ撮像、および画像処理に関する各種情報などを表示する。ディスプレイ129は、例えば、CRTディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、LEDディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイ、モニタ等の表示デバイスにより実現される。
処理回路131は、例えば、上述のプロセッサなどにより実現される。処理回路131は、取得機能33、特定機能35、および生成機能37などを備える。取得機能33、特定機能35、および生成機能37をそれぞれ実現する処理回路131は、取得部、特定部、および生成部に相当する。取得機能33、特定機能35、および生成機能37などの各機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態でメモリ125に記憶されている。例えば、処理回路131は、プログラムをメモリ125から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現する。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路131は、取得機能33、特定機能35、および生成機能37などの各機能を有することとなる。
上記説明では、「プロセッサ」が各機能に対応するプログラムをメモリ125から読み出して実行する例を説明したが、実施形態はこれに限定されない。プロセッサが例えばCPUである場合、プロセッサはメモリ125に保存されたプログラムを読み出して実行することで機能を実現する。一方、プロセッサがASICである場合、メモリ125にプログラムを保存する代わりに、当該機能がプロセッサの回路内に論理回路として直接組み込まれる。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて1つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。また、単一の記憶回路が各処理機能に対応するプログラムを記憶するものとして説明したが、複数の記憶回路を分散して配置して、処理回路131は個別の記憶回路から対応するプログラムを読み出す構成としても構わない。
処理回路131は、取得機能33により、複数のコイルに関する第1コイル感度マップを取得する。具体的には、取得機能33は、受信コイル117における複数のコイル各々により取得されたMRデータに基づいて、複数のコイル各々の感度マップを推定する。より詳細には、取得機能33は、例えば、複数のコイル各々に関して、MRデータにおけるACSを用いたESPIRiT(Uecker M, Lai P, Murphy MJ, et al. : ESPIRiT -an eigenvalue approach to autocalibrating parallel MRI : where SENSE meets GRAPPA.Magn Reson Med 2014 ; 71 : 990 1001)により、感度マップを推定する。これにより、取得機能33は、間引き収集されたMRデータに基づいて、複数のコイルに関する感度マップ(以下、推定感度マップと呼ぶ)を推定する。推定感度マップは、複数のコイルにおいて感度の分布を濃淡値で示す強度画像と当該強度画像に対応する位相画像とを有する。なお、感度マップの推定方法は、上記ESPIRiTに限定されず、既知の各種技術が適用可能である。
次いで、処理回路131は、取得機能33により、複数のコイルのうち特定機能35により特定されたコイル(以下、第1特定コイルと呼ぶ)の推定感度マップにおける位相画像を基準として、複数のコイルに関する推定感度マップの位相をシフトさせる。これにより、取得機能33は、複数のコイルに関する第1コイル感度マップを取得する。すなわち、第1コイル感度マップは、複数のコイルに関し、第1特定コイルの推定感度マップにおける位相画像(以下、第1特定位相画像と呼ぶ)の位相を一様にするように、第1特定コイルとは異なる他のコイルに関する推定感度マップにおける位相画像の位相をシフトさせた位相画像を有する。換言すれば、第1コイル感度マップにおいて複数のコイルの感度を濃淡値で示す強度画像は、推定感度マップにおける強度画像と同様であるが、第1コイル感度マップにおける強度画像に対応する位相画像は、第1特定位相画像における位相を一様にするように推定感度マップにおける位相画像の位相をシフトさせた位相画像に相当する。特定機能35による第1特定コイルの特定については、後ほど説明する。
処理回路131は、取得機能33により、第1コイル感度マップにおける位相画像とは位相が異なり複数のコイルに関する第2コイル感度マップを取得する。具体的には、取得機能33は、第1特定コイルとは異なり、特定機能35により特定されたコイル(以下、第2特定コイルと呼ぶ)の推定感度マップにおける位相画像を基準として、複数のコイルに関する推定感度マップにおける位相画像の位相をシフトさせる。これにより、取得機能33は、複数のコイルに亘る第2コイル感度マップを取得する。特定機能35による第2特定コイルの特定については、後ほど説明する。以上により、取得機能31は、複数のコイルのうち1つのコイルの感度をそれぞれ基準として複数のコイルの感度の位相画像における位相を変化させて、第1コイル感度マップと第2コイル感度マップとを取得する。すなわち、第1コイル感度マップと第2コイル感度マップとの相違は、基準となる位相画像が異なることにある。換言すれば、第1コイル感度マップと第2コイル感度マップとは、複数のコイル各々において、強度画像は同一であるが位相画像における位相値が異なる。
なお、処理回路131は、取得機能33により、第1コイル感度マップおよび第2コイル感度マップとは位相が異なり複数のコイルに関する奇数個のコイル感度マップをさらに取得してもよい。例えば、取得機能33は、特定機能35により特定されたコイル(以下、第3特定コイルと呼ぶ)の推定感度マップにおける位相画像を基準として、複数のコイルに関する推定感度マップの位相をシフトさせる。これにより、取得機能33は、複数のコイルに亘る第3コイル感度マップを取得する。以下同様にして、取得機能33は、特定機能35により特定されたコイルを基準に応じて、複数のコイル感度マップを取得する。例えば、複数のコイルが8つの場合、取得機能33は、8つのコイル各々を基準とした8つのコイル感度マップを取得してもよい。
処理回路131は、特定機能35により、複数のコイルに対応する複数の感度マップ(推定感度マップ)の強度画像またはMRデータに基づいて再構成された強度画像に基づいて、位相の変化の基準となる1つのコイルを特定する。具体的には、特定機能35は、複数のコイルに対応する複数の推定感度マップにおける複数の強度画像(以下、推定感度強度画像と呼ぶ)において、例えば、特異値分解により、信号値を多く有している順(以下、多信号値順と呼ぶ)に複数のコイルを特定する。多信号順は、特異値の高い順に相当する。特異値分解は、コイルコンプレッションなどの既知の技術が適用可能であるため、説明は省略する。なお、特異値分解の対象画像は、生成機能37によりMRデータを再構成したコイルごとの強度画像(コントラスト画像)であってもよい。
具体的には、処理回路131は、特定機能35により、特異値分解の結果に基づいて、複数の推定感度強度画像のうち、最も多く信号値を有している推定感度強度画像に対応するコイルを、第1特定コイルとして特定する。特定機能35は、複数の推定感度強度画像のうち、2番目に多く信号値を有している推定感度強度画像に対応するコイルを、第2特定コイルとして特定する。特定機能35は、複数の推定感度強度画像のうち、3番目に多く信号値を有している推定感度強度画像に対応するコイルを、第3特定コイルとして特定する。以下、同様にして、特定機能35は、コイルを特定する。
処理回路131は、生成機能37により、第1コイル感度マップと複数のコイルに関するMRデータとに基づいて第1画像を生成する。具体的には、生成機能37は、複数のコイル各々に関するMRデータに基づいて、複数のコイル各々に対応する画像(以下、コイル画像と呼ぶ)を再構成する。MRデータは被検体Pに対する間引き収集により取得されているため、コイル画像は、折り返しを有する画像となる。生成機能37は、複数のコイルに対応する複数のコイル画像と、第1コイル感度マップとに基づく複素展開処理により、折り返しの無い1枚の第1画像を生成する。複素展開処理は、例えば、FISTA(Fast ISTA(Iterative Shrinkage Soft-thresholding Algorithm)などの既知の技術が適用可能であるため、説明は省略する。
処理回路131は、生成機能37により、第2コイル感度マップと第1コイル感度マップと第1画像とに基づいて第2画像を生成する。例えば、生成機能37は、第1画像と第1コイル感度マップとに基づいて、複数のコイルに応じて第1画像を分解し、分解画像を生成する。分解画像は、複数のコイル各々に対応し、複数のコイル各々の感度を反映した折り返しの無いMR画像である。第1画像を分解した分解画像を生成する分解処理は、既知の技術が適用可能であるため、説明は省略する。生成機能37は、第2コイル感度マップを用いて複数のコイルに対応する複数の分解画像を合成すること(以下、コイル合成と呼ぶ)により、第2画像を生成する。
処理回路131は、生成機能37により、第1画像と第2画像とに基づいて、最終画像を生成する。例えば、生成機能37は、第1画像に対して補間処理を実行して、第1補間画像を生成する。生成機能37は、第2画像に対して補間処理を実行して、第2補間画像を生成する。補間処理は、例えば、複素補間などによる高解像度化を実現する処理(Zoom)であって、例えば超解像処理に相当する。超解像処理は、隣接する画素における画素値の線形補間、またはk空間におけるゼロフィルなど、既知の技術が適用可能であるため、説明は省略する。
処理回路131は、生成機能37により、第1補間画像と第2補間画像とに基づいて最終画像を生成する。具体的には、処理回路131は、生成機能37により、第1補間画像と第2補間画像とに対して統計処理を実行して、最終画像を生成する。より詳細には、生成機能37は、統計処理として、第1補間画像と第2補間画像とにおいて対応する位置の2つの画素における2つの画素値の平均を計算すること、または当該2つの画素値のうち最大値または中央値を選択することにより、最終画像を生成する。
また、取得機能33により、第1コイル感度マップおよび第2コイル感度マップとは位相が異なり複数のコイルに関する奇数個のコイル感度マップがさらに取得された場合、処理回路131は、生成機能37により、奇数個のコイル感度マップと第1コイル感度マップと第1画像とに基づいて奇数個の画像を生成する。次いで、生成機能37は、第1画像と第2画像と奇数個の画像とにおいて対応する奇数個の画素における奇数個の画素値において中央値を選択することにより、第1画像と第2画像と奇数個の画像とに基づく最終画像を生成する。
以上のように構成された本実施形態のMRI装置100により実行される画像生成処理について、図2乃至図18を用いて説明する。画像生成処理は、急峻な位相の変化に伴って発生するアーチファクトを低減して、例えば、超解像画像を最終画像として生成する処理である。以下、説明を具体的にするために、受信コイル117における複数のコイルは8つであって、特定機能35により特定されるコイルは、3つであるものとする。
図2は、画像生成処理の手順の一例を示すフローチャートである。図3は、画像生成処理における各種処理と当該各種処理に関するデータとの関連の一例を示す図である。
(画像生成処理)
(ステップS201)
撮像制御回路121は、被検体Pに対して間引き撮像を実行する(Pr1)。これにより、処理回路131は、取得機能33により、複数のコイル各々に関するMRデータDA1を取得する。
(ステップS202)
処理回路131は、取得機能33により、間引き収集されたMRデータDA1に基づいて、例えば、ESPIRiTにより、複数のコイル各々において推定感度マップを推定する(Pr2)。これにより、取得機能33は、複数のコイルに対応する複数の推定感度マップDA2を生成する。このとき、特定機能35は、推定感度マップDA2における推定感度強度画像に対する特異値分解により、多信号順に3つのコイル、すなわち第1特定コイルと第2特定コイルと第3特定コイルとを特定する。なお、特定機能35は、コイル画像DA4に対する特異値分解により、多信号順に3つのコイルを特定してもよい。このとき、ステップS204は、ステップS203より前に実行されることとなる。
図4は、推定感度強度画像ESIの一例を示す図である。特定機能35は、推定感度強度画像ESI各々において特異値分解を行い、当該特異値分解の結果に基づいて、多信号順に、第1特定コイルと第2特定コイルと第3特定コイルとを特定する。
(ステップS203)
処理回路131は、取得機能33により、複数の推定感度マップDA2に基づいて、所定のコイルに対応する推定感度マップを基準とした第1コイル感度マップDA3を生成する。具体的には、取得機能33は、第1特定コイルに対応する推定感度マップの位相画像(以下、第1位相画像と呼ぶ)を基準として、複数のコイルにおける位相画像の位相をシフトさせる(Pr3)。これにより、取得機能33は、第1コイル感度マップDA3を生成する。
図5は、第1コイル感度マップDA3における複数の位相画像PI1の一例を示す図である。図5に示すように、第1位相画像PI11は、位相シフトにより、均一な値となる。換言すれば、位相シフトは、特定された第1特定コイルに対応する第1位相画像PI11を均一にするように、推定感度マップにおける複数の位相画像における位相をシフトさせることに対応する。
(ステップS204)
処理回路131は、生成機能37により、MRデータDA1に基づいて、複数のコイルに対応する複数のコイル画像DA4を再構成する(Pr4)。図6は、複数のコイル画像DA4における強度画像CIMの一例を示す図である。図6に示すように、複数のコイル画像DA4における強度画像は、間引き撮像により、折り返しアーチファクトを有する。図7は、複数のコイル画像DA4における位相画像CIPの一例を示す図である。図6および図7に示す複数のコイル画像DA4は、第1画像DA5の生成に用いられる。なお、本ステップにおける処理は、ステップS201の後の任意の段階で実行可能である。
(ステップS205)
処理回路131は、生成機能37により、複数のコイル画像DA4と第1コイル感度マップDA3とに基づいて、第1画像DA5を生成する。具体的には、生成機能37は、複数のコイル画像DA4と第1コイル感度マップDA3とを用いたFISTAなどの複素展開処理を実行する(Pr5)。これにより、生成機能37は、第1画像を生成する(DA5)。図8は、第1画像DA5の一例を示す図である。図8に示すように、第1画像DA5において、折り返しは解消されている。
(ステップS206)
処理回路131は、生成機能37により、第1コイル感度マップDA3を用いて第1画像DA5を分解する(Pr6)。これにより、生成機能37は、複数のコイルに対応する複数の分解画像DA6を生成する。図9は、複数のコイルに対応する複数の分解画像DA6における強度画像DIMの一例を示す図である。図9に示す強度画像DIMは、図6に示す強度画像CIMに比べて、折り返しアーチファクトが低減されていることにある。図10は、複数のコイルに対応する複数の分解画像DA6における位相画像DIPの一例を示す図である。図9および図10に示す複数の分解画像DA6は、第2画像の生成に用いられる。
(ステップS207)
処理回路131は、生成機能37により、第1コイル感度マップDA3に基づいて、第1コイル感度マップDA3とは位相が異なる第2コイル感度マップDA7を生成する。具体的には、生成機能37は、第1コイル感度マップDA3において、第2特定コイルに対応する位相画像(以下、第2位相画像と呼ぶ)PI22を基準として、複数のコイルにおける位相画像の位相をシフトさせる(Pr7)。これにより、取得機能33は、第2コイル感度マップDA7を生成する。
図11は、第2コイル感度マップDA7における複数の位相画像PI2の一例を示す図である。図11に示すように、図5に示す第2位相画像PI22は、位相シフトにより、均一な値となる。換言すれば、位相シフトは、第1コイル感度マップDA3における第2位相画像PI22を均一にするように、第1コイル感度マップDA3における複数の位相画像の位相をシフトさせることに対応する。
処理回路131は、生成機能37により、第2コイル感度マップDA7に基づいて、第1コイル感度マップDA3および第2コイル感度マップDA7とは位相が異なる第3コイル感度マップDA8を生成する。具体的には、生成機能37は、第2コイル感度マップDA7において、第3特定コイルに対応する位相画像(以下、第3位相画像と呼ぶ)PI33を基準として、複数のコイルにおける位相画像の位相をシフトさせる(Pr8)。これにより、取得機能33は、第3コイル感度マップDA8を生成する。
図12は、第3コイル感度マップDA8における複数の位相画像PI3の一例を示す図である。図12に示すように、図11に示す第3位相画像PI33は、位相シフトにより、均一な値となる。換言すれば、位相シフトは、第2コイル感度マップDA7における第3位相画像PI33を均一にするように、第2コイル感度マップDA7における複数の位相画像の位相をシフトさせることに対応する。
(ステップS208)
処理回路131は、生成機能37により、分解画像DA6と第2コイル感度マップDA7とに基づいて、第2画像DA9を生成する(Pr9)。具体的には、生成機能37は、第2コイル感度マップDA7を用いて、分解画像DA6に対してコイル合成を実行し、第2画像DA9を生成する。
図13は、コイル合成された第2画像DA9の一例を示す図である。図13に示す第2画像DA9と、図8に示す第1画像DA5との差異は、第2画像DA9における位相画像PI9と、第1画像DA5における位相画像PI5とが、位相シフトの影響により異なることにある。
処理回路131は、生成機能37により、分解画像DA6と第3コイル感度マップDA8とに基づいて、第3画像DA10を生成する(Pr10)。具体的には、生成機能37は、第3コイル感度マップDA8を用いて、分解画像DA6に対してコイル合成を実行し、第3画像DA10を生成する。
図14は、コイル合成された第3画像DA10の一例を示す図である。図14に示す第3画像DA10と、図8に示す第1画像DA5と、図13に示す第2画像DA9との差異は、第3画像DA10における位相画像PI10と、第2画像DA9における位相画像PI9と、第1画像DA5における位相画像PI5とが、位相シフトの影響により異なることにある。
(ステップS209)
処理回路131は、生成機能37により、第1画像DA5に対して補間処理Pr11を実行し、第1補間画像DA11を生成する。第1補間画像の生成は、第1画像DA5の生成の後であれば、任意の段階で実施可能である。
図15は、第1補間画像DA11の一例を示す図である。図15に示すように、第1補間画像DA11における強度画像MI11には、アーチファクトAが発生している。図15に示すように、アーチファクトAの発生位置は、第1補間画像DA11における位相画像PI11において、急峻な位相の変化が発生している位置(以下、位相急峻変化位置と呼ぶ)に対応する。
処理回路131は、生成機能37により、第2画像DA9に対して補間処理Pr12を実行し、第2補間画像DA12を生成する。第2補間画像の生成は、第2画像DA9の生成の後であれば、任意の段階で実施可能である。
図16は、第2補間画像DA12の一例を示す図である。図16に示すように、第2補間画像DA12における強度画像MI12には、アーチファクトAが発生している。図16に示すように、アーチファクトAの発生位置は、第2補間画像DA12における位相画像PI12において、急峻な位相の変化が発生している位置に対応する。
処理回路131は、生成機能37により、第3画像DA10に対して補間処理Pr13を実行し、第3補間画像DA13を生成する。第3補間画像の生成は、第3画像DA10の生成の後であれば、任意の段階で実施可能である。
図17は、第3補間画像DA13の一例を示す図である。図17に示すように、第3補間画像DA13における強度画像MI13には、アーチファクトAが発生している。図17に示すように、アーチファクトAの発生位置は、第3補間画像DA13における位相画像PI13において、急峻な位相の変化が発生している位置に対応する。
図15乃至図17に示すように、位相シフトの影響により、アーチファクトAの発生位置はそれぞれ異なる。また、図15乃至図17に示すように、アーチファクトAの画素値は、アーチファクトAの周辺の画素値に比べて黒く、すなわち小さい画素値となる。
(ステップS210)
処理回路131は、生成機能37により、第1補間画像DA11と第2補間画像DA12と第3補間画像DA13とに対して統計処理を実行する(Pr14)。これにより、生成機能37は、最終画像DA14を生成する。具体的には、生成機能37は、第1補間画像DA11における強度画像MI11と第2補間画像DA12における強度画像MI12と第3補間画像DA13における強度画像MI13とにおいて、同一の位置の画素における3つの画素値に対して最大値または中央値(Median)を選択する。生成機能37は、当該画素値の選択を強度画像の全画素について実行し、選択された画素値を用いて最終画像DA14を生成する。このような画素値の選択により、アーチファクトAに対応する画素値は、非選択となる。
図18は、最終画像DA14の一例を示す図である。図18に示すように、最終画像DA14では、図15に示す強度画像MI11におけるアーチファクトAと、図16に示す強度画像MI12におけるアーチファクトAと、図17に示す強度画像MI13におけるアーチファクトAとが除去されている。
システム制御回路123は、生成された最終画像DA14をディスプレイ129に表示する。また、システム制御回路123は、生成された最終画像DA14を、メモリ125に記憶する。以上により、画像生成処理は終了する。
以上に述べた実施形態に係るMRI装置100は、複数のコイルに関する第1コイル感度マップDA3と、第1コイル感度マップDA3とは位相が異なり複数のコイルに関する第2コイル感度マップDA7とを取得し、第1コイル感度マップDA3と複数のコイルに関するMRデータDA1とに基づいて第1画像DA5を生成し、第2コイル感度マップDA7と第1コイル感度マップDA3と第1画像DA5とに基づいて第2画像DA9を生成し、第1画像DA5と第2画像DA9とに基づいて、最終画像DA14を生成する。
具体的には、本MRI装置100は、第1画像DA5に対して補間処理Pr11を実行して、第1補間画像DA11を生成し、第2画像DA9に対して補間処理Pr12を実行して、第2補間画像DA12を生成し、第1補間画像DA11と第2補間画像DA12とに基づいて最終画像DA14を生成する。より詳細には、本MRI装置100は、第1補間画像DA11と第2補間画像DA12とに対して統計処理Pr14を実行して、最終画像DA14を生成する。例えば、本MRI装置100は、統計処理Pr14として、第1補間画像DA11と第2補間画像DA12とにおいて対応する位置の2つの画素における2つの画素値の平均を計算すること、または2つの画素値のうち最大値または中央値を選択することにより、最終画像DA14を生成する。
また、本MRI装置100は、第1コイル感度マップDA3および第2コイル感度マップDA7とは位相が異なり複数のコイルに関する奇数個のコイル感度マップ(例えば、第3コイル感度マップDA8)をさらに取得し、奇数個のコイル感度マップと第1コイル感度マップDA3と第1画像DA5とに基づいて奇数個の画像(例えば、第3画像DA10)を生成し、第1画像DA5と第2画像DA9と奇数個の画像とに関して対応する奇数個の画素における奇数個の画素値において中央値を選択することにより、第1画像DA5と第2画像DA9と奇数個の画像とに基づく最終画像DA14を生成する。
また、本MRI装置100は、間引き収集されたMRデータDA1に基づいて、複数のコイルに関する推定感度マップDA2を推定し、推定された推定感度マップDA2に基づいて、第1コイル感度マップDA3を取得する。
これらのことから、実施形態に係るMRI装置100によれば、感度マップにおける位相をシフトさせることで、異なる位相シフトに応じたコイル合成後の複数の位相画像におおいて、アーチファクトAの発生位置を移動させることができる。このため、本MRI装置100によれば、アーチファクトAの発生位置となる位相急峻変化位置を避けて、最終画像DA14を生成することができる。
以上のことから、本MRI装置100によれば、アーチファクトAを低減させて、または、アーチファクトAを効果的に除去して、例えば、高解像度化された最終画像DA14を生成することができる。したがって、本MRI装置100によれば、最終画像DA14における画質を改善することができ、被検体Pに対する検査効率および診断効率を向上させることができる。なお、本実施形態の変形例として、特定機能85による処理を省略してもよい。この場合においても、実施形態と同様な効果を実現することができる。
また、本MRI装置100は、複数のコイルのうち1つのコイルの感度を基準として複数のコイルの感度の位相画像における位相を変化させて、第1コイル感度マップDA3と第2コイル感度マップDA7とを取得する。このとき、本MRI装置100は、複数のコイルに対応する複数の推定感度マップの強度画像またはMRデータに基づいて再構成されたコイル画像の強度画像に基づいて、位相の変化の基準となる1つのコイルを特定する。
これらのことから、実施形態に係るMRI装置100によれば、全てのコイルに亘って位相シフトを行ってコイル感度マップを生成する必要はなく、位相シフトによる影響が大きい順に、例えば第1画像DA5、第2画像DA9、第3画像DA10などを用いて、最終画像DA14を生成することができる。これにより、本MRI装置100によれば、画像生成処理における計算コストを抑えて、位相急峻変化位置を効率的に移動させることができる。このため、本MRI装置100によれば、計算コストに関する各種費用を低減し、かつ計算時間を短縮することができる。したがって、本MRI装置100によれば、最終画像DA14における画質を改善しつつ、被検体Pに対する検査効率および診断効率をさらに向上させることができる。
実施形態における技術的思想を画像生成方法で実現する場合、当該画像生成方法は、複数のコイルに関する第1コイル感度マップDA3と、第1コイル感度マップDA3とは位相が異なり複数のコイルに関する第2コイル感度マップDA7とを取得し、第1コイル感度マップDA3と複数のコイルに関するMRデータDA1とに基づいて第1画像DA5を生成し、第2コイル感度マップDA7と第1コイル感度マップDA3と第1画像DA5とに基づいて第2画像DA9を生成し、第1画像DA5と第2画像DA9とに基づいて、最終画像DA14を生成する。本画像生成方法に関する画生成処理の手順および効果は、実施形態における記載と同様なため、説明は省略する。
実施形態における技術的思想を画像生成プログラムで実現する場合、当該画像生成プログラムは、コンピュータに、複数のコイルに関する第1コイル感度マップDA3と、第1コイル感度マップDA3とは位相が異なり複数のコイルに関する第2コイル感度マップDA7とを取得し、第1コイル感度マップDA3と複数のコイルに関するMRデータDA1とに基づいて第1画像DA5を生成し、第2コイル感度マップDA7と第1コイル感度マップDA3と第1画像DA5とに基づいて第2画像DA9を生成し、第1画像DA5と第2画像DA9とに基づいて、最終画像DA14を生成すること、を実現させる。
例えば、MRI装置100などのモダリティやPACSサーバなどにおけるコンピュータに画像生成プログラムをインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても、画像生成処理を実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク(ハードディスクなど)、光ディスク(CD-ROM、DVDなど)、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することも可能である。画像生成プログラムによる画像生成処理の手順および効果は、実施形態と同様なため、説明は省略する。
以上説明した少なくとも1つの実施形態等によれば、急峻な位相の変化に伴って発生するアーチファクトを低減することができる。
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
33 取得機能
35 特定機能
37 生成機能
100 磁気共鳴イメージング装置
101 静磁場磁石
103 傾斜磁場コイル
105 傾斜磁場電源
107 寝台
109 寝台制御回路
111 ボア
113 送信回路
115 送信コイル
117 受信コイル
119 受信回路
121 撮像制御回路
123 システム制御回路
125 メモリ
127 入力インターフェース
129 ディスプレイ
131 処理回路

Claims (10)

  1. 複数のコイルに関する第1コイル感度マップと、前記第1コイル感度マップとは位相が異なり前記複数のコイルに関する第2コイル感度マップとを取得する取得部と、
    前記第1コイル感度マップと前記複数のコイルに関する磁気共鳴データとに基づいて第1画像を生成し、前記第2コイル感度マップと前記第1コイル感度マップと前記第1画像とに基づいて第2画像を生成し、前記第1画像と前記第2画像とに基づいて、最終画像を生成する生成部と、
    を備える磁気共鳴イメージング装置。
  2. 前記生成部は、
    前記第1画像に対して補間処理を実行して、第1補間画像を生成し、
    前記第2画像に対して補間処理を実行して、第2補間画像を生成し、
    前記第1補間画像と前記第2補間画像とに基づいて前記最終画像を生成する、
    請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  3. 前記生成部は、前記第1補間画像と前記第2補間画像とに対して統計処理を実行して、前記最終画像を生成する、
    請求項2に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  4. 前記生成部は、前記統計処理として、前記第1補間画像と前記第2補間画像とにおいて対応する位置の2つの画素における2つの画素値の平均を計算すること、または前記2つの画素値のうち最大値または中央値を選択することにより、前記最終画像を生成する、
    請求項3に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  5. 前記取得部は、前記第1コイル感度マップおよび前記第2コイル感度マップとは位相が異なり前記複数のコイルに関する奇数個のコイル感度マップをさらに取得し、
    前記生成部は、
    前記奇数個のコイル感度マップと前記第1コイル感度マップと前記第1画像とに基づいて奇数個の画像を生成し、
    前記第1画像と前記第2画像と前記奇数個の画像とに関して対応する奇数個の画素における奇数個の画素値において中央値を選択することにより、前記第1画像と前記第2画像と前記奇数個の画像とに基づく前記最終画像を生成する、
    請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  6. 前記取得部は、間引き収集された前記磁気共鳴データに基づいて、複数のコイルに関する感度マップを推定し、前記推定された感度マップに基づいて、前記第1コイル感度マップを取得する、
    請求項1乃至5のうちいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  7. 前記取得部は、前記複数のコイルのうち1つのコイルの感度を基準として前記複数のコイルの感度の位相画像における前記位相を変化させて、前記第1コイル感度マップと前記第2コイル感度マップとを取得する、
    請求項1乃至6のうちいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  8. 前記複数のコイルに対応する複数の感度マップの強度画像または前記磁気共鳴データに基づいて再構成された強度画像に基づいて、前記位相の変化の基準となる前記1つのコイルを特定する特定部をさらに備える、
    請求項7に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  9. 複数のコイルに関する第1コイル感度マップと、前記第1コイル感度マップとは位相が異なり前記複数のコイルに関する第2コイル感度マップとを取得し、
    前記第1コイル感度マップと前記複数のコイルに関する磁気共鳴データとに基づいて第1画像を生成し、
    前記第2コイル感度マップと前記第1コイル感度マップと前記第1画像とに基づいて第2画像を生成し、
    前記第1画像と前記第2画像とに基づいて、最終画像を生成すること、
    を備える画像生成方法。
  10. コンピュータに、
    複数のコイルに関する第1コイル感度マップと、前記第1コイル感度マップとは位相が異なり前記複数のコイルに関する第2コイル感度マップとを取得し、
    前記第1コイル感度マップと前記複数のコイルに関する磁気共鳴データとに基づいて第1画像を生成し、
    前記第2コイル感度マップと前記第1コイル感度マップと前記第1画像とに基づいて第2画像を生成し、
    前記第1画像と前記第2画像とに基づいて、最終画像を生成すること、
    を実現させる画像生成プログラム。
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