JP2598038B2

JP2598038B2 - 磁気共鳴映像装置

Info

Publication number: JP2598038B2
Application number: JP62244355A
Authority: JP
Inventors: 幸三佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-09-30
Filing date: 1987-09-30
Publication date: 1997-04-09
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: EP0335981A4; US4999581A; EP0335981A1; WO1989002723A1; JPS6486958A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は磁気共鳴映像装置に係り、特にベースライ
ン、サンプリング点及び位相等の補正をハードウェアに
行なうことにより、フーリエ変換操作のみによって画像
再構成が可能な磁気共鳴映像装置に関する。

（従来の技術）磁気共鳴映像法（MRI）は既に良く知られているよう
に、固有のスピンとこれに付随する核磁気能率の集団
が、一様な静磁場中に置かれたときに、静磁場の方向と
垂直な面内において特定の周波数で回転する高周波磁界
のエネルギーを共鳴的に吸収する現像を利用して、分子
の化学的および物理的な微視的情報を得ることを可能に
する手法である。

この磁気共鳴映像法を用いて被検体内の特定原子核
（例えば水および脂肪中の水素原子核）の空間的分布を
映像化する方法としては、ローターバー（Lauterbur）
による投影再構成法、クマー（Kumar），ウェルチ（Wel
ti），エルンスト（Ernst）等によるフーリエ法、これ
の変形であるハチソン（Hutchison）等によるスピンワ
ープ法、およびマンスフィールド（Mansfield）による
エコープラナー法等が考案されている。

これらの方法に基づいて磁気共鳴映像を行なう場合、
従来ではデータを収集後第10図に示したような手順によ
って、ベースライン補正、補間操作によるサンプリング
点のシフト、及び位相補正等の各種ソフトウェア的補正
を加えることにより正しいデータを求め、これにフーリ
エ変換操作を加えることにより画像再構成を行なってい
た。特に、これらの補正を行なうことは、フーリエ空間
の原点に対する点対称位置のデータが互いに複素共役で
あることを用いて半空間の測定データから他の半空間の
データを求める、いわゆる半エンコード法においては必
要不可欠な前処理となる。

しかしながら、上記のソウトウェア的補正において
は、これを実行するための演算及びデータの転送にかな
りの時間を必要とし、これを短縮することが磁気共鳴映
像装置のスループットの向上に対して重要となってい
る。マルチスライス法、３次元イメージングを用いた場
合には、取り扱うデータ量が膨大となるため、特に補正
処理に必要な時間を短縮することが強く要求される。ま
た、前記補間操作を充分の精度で行なうには、ナイキス
ト周波数が決まるサンプリングピッチに比べてかなり早
いサンプリングを行なう必要があり、このために、例え
ば（256×256）マトリックスの画像を作る場合において
も、1024点もしくは512点の信号サンプリングを行な
い、これに対して上記の各種補正を加えた後、データを
四点おきに選択して256点にし、２次元フーリエ変換操
作を行なって画像を得ている。この場合には、本来必要
とされる以上のメモリを用意しなければならない上に、
前処理時間も多くなる。さらに、フーリエ空間の原点近
傍（エコーピーク付近）での信号の変化は急激であるた
めに、充分な精度で補間を行なう必要があり、高次補間
を行なうこととなるが、これは多大な計算時間を要す
る。

また、補間操作そのものには、ある程度の誤差が含ま
れるために、できれば補間操作を行なうこと無しに、正
しいフーリエ空間でのデータが求まることが望ましい。

一方、全空間でのエンコードを行なういわゆるフルエ
ンコードでは、補間操作を行なわずにフーリエ変換によ
って得られる実及び虚数画像から絶対値画像を求めるこ
とが可能である。この場合には、当然のこととして絶対
値を求める演算時間が必要となるばかりでなく、位相情
報が失なわれるために反転回復画像（IR像）の負信号領
域が反転して、正しいIR像が得られず、さらには位相情
報を用いて流速分布を画像化することができないという
致命的欠陥を生じる。すなわち、フルエンコードを適用
した場合においても、補間操作を行なうことによって正
しい実数画像を求めることが一般的には必要である。こ
の場合にも、補間操作が半空間のデータ生成上必要不可
欠な半エンコード法の場合と同様の問題が生じる。

磁気共鳴映像装置に用いられる計算機は、通常ミニコ
ンピュータであり、これに専用演算装置を付加した場合
でも、（256×256）マトリックスの画像再構成に対して
数秒程度の演算時間が必要であるために、上記の各種ソ
フト的補正を必要とする方式では、短時間（例えば10ms
ec程度）のうちに画像再構成を行ない、心臓のような動
的対象の画像を実時間的にCRT上に表示することは不可
能である。しかしながら、近年の磁気共鳴観測技術の進
歩によるS/N比の向上により、励起のフリップ角を通常
一般に用いられる90゜に比べて充分小さくする（例えば
10゜）ことにより、熱平衡状態への回復をスピン格子緩
和時間（T₁）に比べて充分に速めることができるので、
従来とは異なり熱平衡状態への回復のための待ち時間を
零にしてスピン系の準連続励起が可能となっている。

このような微少フリップ角の使用とエコープラナー、
高速フーリエ等の高速イレージングの手法を同時適用す
ることにより、実時間磁気共鳴映像装置の実現が可能で
あり、これに伴って画像再構成時間の著しい短縮が望ま
れている。この場合、磁気共鳴映像装置においては、本
来フーリエ変換操作のみによって画像再構成が可能であ
ることに注目し、前処理及び後処理を不必要とするよう
な方法及びシステム構成を考案する必要が生じる。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来の磁気共鳴映像装置においては、各種
前処理を計算機内でソフトウェア的に行なうために、画
像化に長時間と本来不要なメモリ容量を必要とし、これ
らを解決する対策が望まれていた。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決するた
めになされたもので、簡単なハードウェアを付加し、簡
単な手順によって、前処理に相当する補正操作をハード
ウェアによって実行することにより、正しいフーリエデ
ータを生成し、前処理無しの単なる２次元フーリエ変換
（３次元画像の場合には３次元フーリエ変換）のみによ
って画像再構成ができるようにし、もって再構成時間を
従来に比べて著しい短縮した磁気共鳴映像装置を提供す
ることを目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するために、磁気共鳴信号の
ベースラインを補正するベースライン補正回路と、磁気
共鳴信号のサンプリング点を補正するサンプリング点補
正回路（または読出し用勾配磁場の印加時間微調回
路）、及び磁気共鳴信号の位相検波用参照波の位相を補
正する参照波位相補正回路を付加し、かつ必要な場合に
ついては所定の手順によって求めたデータに基づいて計
算機からこれらの回路に補正値を供給することによっ
て、自動的に正しい画像再構成のための磁気共鳴信号の
サンプリングデータが得られるようにしたものである。

すなわち、本発明は一様な静磁場中に置かれた被検体
に高周波磁場と、スライス用、位相エンコード用および
読出し用の各勾配磁場を所定のシーケンスに従って印加
することにより、被検体内から磁気共鳴信号を検出する
磁気共鳴信号検出手段と、この磁気共鳴信号を位相検波
した後、サンプリングしディジタル化するデータ収集手
段と、このデータ収集手段からの磁気共鳴信号のサンプ
リングデータに基づいて画像再構成を行なう画像再構成
手段とを備えた磁気共鳴映像装置において、データ収集
手段における位相検波用参照波の位相を補正する参照波
位相補正回路と、磁気共鳴信号検出手段により検出され
た磁気共鳴信号のベースラインを補正するベースライン
補正回路と、データ収集手段における磁気共鳴信号のサ
ンプリング点を補正するサンプリング点補正回路とを有
する。

そして、画像再構成に先立ち、位相エンコード用勾配
磁場を印加しない状態で磁気共鳴信号を収集し、ベース
ラインを補正するとともに、磁気共鳴信号のエコーピー
クを検出し、このエコーピークのずれに基づいて磁気共
鳴信号のサンプリング点を補正する。次いで、再び位相
エンコード用勾配磁場を印加しない状態で読出し用勾配
磁場を印加して磁気共鳴信号を収集し、位相検波用参照
波の位相誤差を決定して、位相検波用参照波の位相を補
正する。

（作用）本発明においては、上記３つの補正回路によって、ハ
ードウェア的に正しい画像再構成用磁気共鳴データが得
られる。すなわち、本発明では画像再構成に先立ち、位
相エンコード用勾配磁場を印加しない、いわゆる零エン
コードの状態で、読出し用勾配磁場を印加して磁気共鳴
信号を収集し、ベースライン補正回路によりベースライ
ンを補正するとともに、磁気共鳴信号のエコーピークを
検出し、このエコーピークのずれに基づいて磁気共鳴信
号のサンプリング点を補正する。このサンプリング点の
補正により、エコーピークとサンプリング点の位相は一
致するので、再び零エンコードの状態で読出し用勾配磁
場を印加して磁気共鳴信号を収集すれば、位相検波用参
照波の位相誤差を決定できるので、参照波位相補正回路
により位相検波用参照波の位相を補正することにより、
前処理が完了する。

このようにして、本発明ではソフトウェア的な前処理
を用いずにフーリエ変換のみによって磁気共鳴による再
構成画像が得られるので、再構成時間が著しく短縮され
る。これによって診断効率が向上し、さらには実用的な
実時間磁気共鳴映像装置が実現される。

（実施例）以下、図に基づいて本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第２図は本発明の一実施例に係る磁気共鳴映像装置の
構成を示す図である。

同図において、静磁場磁石１および勾配磁場コイル２
はシステムコントローラ10により制御される励磁用電源
２および駆動回路４によってそれぞれ駆動され、寝台６
上の被検体５（例えば人体）に対して一様な静磁場と、
注目する所望の断面（スライス面）内の直交するx,yの
二方向、およびそれに垂直なｚ方向に磁場強度が直線的
に変化する勾配磁場Gx,Gy,Gzを印加する。

被検体５にはさらにシステムコントローラ10の制御の
下で、送信部８からの高周波信号によりプローブ７から
発生される高周波磁場が印加される。プローブ７により
受信された磁気共鳴信号は、受信部８で増幅された後、
システムコントローラ10の制御の下でデータ収集部11に
送られる。

データ収集部11では受信部９を介して取出された磁気
共鳴信号を、第１図に示すように直交位相検波回路21で
直交位相検波してビデオ帯域の信号にした後、ビデオ増
幅器22で増幅し、さらにローパスフィルタ23を介してA/
D変換器24に入力することにより、サンプリングしディ
ジタル化した後、インタフェース25を介して電子計算機
12に送る。

電子計算機12はコンソール13により制御され、データ
収集部11から入力された画像生成用サンプリングデータ
に基づいて画像再構成処理を行ない、画像データを得
る。また、電子計算機12はシステムコントローラ10の制
御をも行なう。電子計算機12により得られた画像データ
は画像ディスプレイ14に供給され、画像表示される。

第１図は第２図におけるシステムコントローラ10内の
本発明に関係する部分（補正回路）と、データ収集部11
の構成を詳しく示したものであり、システムコントロー
ラ10内には直交位相検波回路21に供給する参照波の位相
を補正する参照波位相補正回路26と、ベースライン補正
回路27およびA/D変換器24に供給するサンプリングクロ
ックの遅延を制御するサンプリング点補正回路28が設け
られている。

第３図は第７図で示す２次元フーリエ法のパルスシー
ケンスによって映像化を行なう場合の手順を示す。ま
ず、エンコード用勾配磁場G_Eを印加しない状態（零エン
コードと言う）で読出し用勾配磁場G_Rのみによってエコ
ー信号を観測する（ステップ31）。この時、G_Rを印加す
るタイミング（t₁,t₂,t₃）はエコーピークが所定の時刻
（ｔ＝２τ）に現われるように、パルスシーケンスの調
整時において予め設定されているとする。ベースライン
及び検波部の位相（直交位相検波の絶対位相及び90゜相
対位相）についても同じく調整時にて正しく設定されて
いるとする。ここで行なう一連の操作は、何らかの原因
で起こるこれらのずれを補正することを目的としてい
る。

上記零エンコードデータについて、エコー信号が完全
に減衰した時間領域でベースライン値を求める（ステッ
プ32）。この決定されたベースライン値を用いて第１図
のビデオ増幅器22のオフセットを調節することにより、
ベースラインを補正する（ステップ33）。次に周知の手
順、すなわち、零エンコードデータのノルムから補間操
作によってエコーピークを検出する（ステップ34）。こ
のエコーピークの最近接サンプリング時刻からのずれを
求めて、これを△tsとする。これを用いて、G_Rの印加タ
イミング、例えばt₃を△t_Sだけ前後にシフトして調整す
るか、またはサンプリング点補正回路28によりサンプリ
ング点を補正し（ステップ35）、再度零エンコードデー
タを収集する（ステップ36）。このデータは、既にベー
スラインの補正、及びサンプリング点シフト補正をハー
ド的に行なっているので、直ちにエコーピーク（tr＝
０）において周知のアルゴリズム、すなわちエコーピー
ク点での複素データVr＋iViからtan△φｃ＝Vi/Vrによ
って位相誤差（補正用位相角△φｃ）が決定される（ス
テップ37）。これによって第１図の直交位相検波回路21
に供給される位相検波用参照波の位相を△φｃだけシフ
トして補正する（ステップ38）。

以上の手順によって、第１図における補正回路26,27,
28による補正が完了したことになる。この後は、第７図
のパルスシーケンスに基づいて所定のステップでG_Eによ
る位相エンコードを行なって半空間、例えば第８図
（ａ）のte≧０の領域でのフーリエデータを収集すれ
ば、原点に対して点対称位置によるエコーデータが互い
に複素共役であるという性質によって、第８図（ａ）に
示したように他の半空間（te＜０）の領域の画像データ
が直ちに生成されることになるので、後は２次元フーリ
エ変換操作のみによって求める画像が得られる（ステッ
プ39）。

第４図〜第６図は第２図における各補正回路26,27,28
の具体的な構成を示したものである。

第５図においてビデオ増幅器22は直交位相検波回路21
からの実部および虚部の出力を電圧増幅し、ローパスフ
ィルタ23に供給するもので、２個の差動増幅器51,52か
らなる。ベースライン補正回路27は第３図のステップ32
によって電子計算機12において求められたオフセット値
を、インタフェース51およびD/A変換器54,55を介して差
動増幅器51,52の反転入力端に加えることによって、自
動的にオフセット補正を行なう。

第６図に示したサンプリング点補正回路28は、第１図
のシステムコントローラ10に含まれるサンプリングロッ
ク生成器61の出力パルスを電圧制御型パルス遅延回路62
を介して第１図のA/D変換器24にサンプリングロックと
して供給する。遅延時間は既に述べた手順によって電子
計算機12によって決定され、インターフェース63及びD/
A変換器64を介してパルス遅延回路62に制御電圧として
供給される。遅延時間tdはサンプリングインターバルを
△Tsとして例えば０≦td＜△Tsになる範囲で決定すれば
よい。

第４図に示した参照波位相補正回路26は、参照波発生
器41から出力される位相検波用参照波の位相を電圧制御
移相器42によって、既に述べた方法で決定した補正量△
φｃだけシフトさせる。△φｃに相当する制御電圧は電
子計算機12によって求められ、インタフェース43及びD/
A変換器44を介して電圧制御移相器42に供給される。△
φｃの範囲としては、例えば｜△φc|≦πとすればよ
い。

これまでの説明では直交位相検波の90゜相対位相、及
びチャンネル間の振幅バランスは予め調整されていると
したが、上記の絶対位相補正とほぼ同様のハードウェア
と補正手順を用いることによって、理想状態からのずれ
を自動的に補正することも可能である。

本発明は上に説明したフーリエ法あるいはスピンワー
プ法等に従来用いられている方法の他に、第９図に示し
たエコープラナー法等の高速イメージング手法に対して
も適用することができる。その場合、必要に応じて図に
示した全ての信号（FID,第１エコー，第２エコー等）に
ついて、オフセット補正、サンプリング点補正及び参照
波位相補正を行なう。この補正に際して、一般には各信
号に対して位相補正値が異なる（△φ_１≠△φ_２≠△φ
_３…）ので、第１図のシステムコントローラ10によって
図示したように逐次補正値を変化させる必要がある以外
は、上記実施例と同様のハードウェア及び手順によって
補正される。このような補正法は、第９図のシーケンス
を高速で繰返し、心臓のような動的臓器の実時間イメー
ジングを可能とする実時間磁気共鳴映像装置において特
に効果的であり、第10図に示したような従来行なわれて
いるソフトウェア処理による補正を省くことができるの
で、２次元フーリエ変換のみによって画像再構成が可能
となり、実時間化が実現される。但し、高周波パルスと
して90゜パルスのかわりに微小フリップ角に対応するθ
゜パルス（０＜θ゜＜90゜）を用いる必要が生じる。上
記の実施例の他に、マルチスライス法、３次元MRI、化
学シフトイメージング等の全ての方式に対して、本発明
による補正回路を適用することができる。その他、本発
明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施すること
が可能である。

［発明の効果］本発明によれば、磁気共鳴信号のベースラインを補正
するベースライン補正回路と、磁気共鳴信号のサンプリ
ング点を補正するサンプリング点補正回路、及び磁気共
鳴信号の位相検波用参照波の位相を補正する参照波位相
補正回路を設け、零エンコードの状態で読出し用勾配磁
場を印加して磁気共鳴信号を収集して、ベースラインを
補正するとともに、磁気共鳴信号のエコーピークを検出
し、このエコーピークのずれに基づいて磁気共鳴信号の
サンプリング点を補正することで、エコーピークとサン
プリング点の位相を一致させ、次いで再び零エンコード
の状態で読出し用勾配磁場を印加して磁気共鳴信号を収
集して、位相検波用参照波の位相誤差を決定し、位相検
波用参照波の位相を補正することで、処理時間のかかる
ソフトウェア的な処理を必要とすることなく、電子計算
機によるフーリエ変換操作のみにより短時間で画像再構
成ができるので、診断効率の著しく高い磁気共鳴映像装
置、さらには実用的な実時間磁気共鳴映像装置を実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る磁気共鳴映像装置にお
ける主要部の構成を示すブロック図、第２図は磁気共鳴
映像装置全体のブロック図、第３図は同実施例における
補正処理の手順を説明するための図、第４図は同実施例
における参照波位相補正回路の構成を示す図、第５図は
同実施例におけるビデオ増幅器およびベースライン補正
回路の構成を示す図、第６図は同実施例におけるサンプ
リング点補正回路の構成を示す図、第７図は２次元フー
リエ法のパルスシーケンスを示す図、第８図（ａ）
（ｂ）は点対称性による半空間でのデータ構成法をフー
リエ法およびエコープラナー法について示す図、第９図
はθ゜パルスによるエコープラナー法のパルスシーケン
スを示す図、第10図は従来の磁気共鳴映像装置における
ソフトウェア処理による各種補正の手順を示すブロック
図である。１……静磁場磁石、２……励磁用電源、３……勾配磁場
生成コイル、４……駆動回路、５……被検体、６……寝
台、７……プローブ、８……送信部、９……受信部、10
……システムコントローラ、11……データ収集部、12…
…電子計算機、13……コンソール、14……画像ディスプ
レイ、21……直交位相検波回路、22……ビデオ増幅器、
23……ローパスフィルタ、24……A/D変換器、26……参
照波位相補正回路、27……ベースライン補正回路、28…
…サンプリング点補正回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一様な静磁場中に置かれた被検体に高周波
磁場と、スライス用、位相エンコード用および読出し用
の各勾配磁場を所定のシーケンスに従って印加すること
により、被検体内から磁気共鳴信号を検出する磁気共鳴
信号検出手段と、この磁気共鳴信号を位相検波した後、
サンプリングしディジタル化するデータ収集手段と、こ
のデータ収集手段からの磁気共鳴信号のサンプリングデ
ータに基づいて画像再構成を行なう画像再構成手段とを
備えた磁気共鳴映像装置において、前記データ収集手段における位相検波用参照波の位相を
補正する参照波位相補正回路と、前記磁気共鳴信号検出手段により検出された磁気共鳴信
号のベースラインを補正するベースライン補正回路と、前記データ収集手段における磁気共鳴信号のサンプリン
グ点を補正するサンプリング点補正回路とを有し、前記画像再構成に先立ち、前記位相エンコード用勾配磁
場を印加しない状態で磁気共鳴信号を収集し、ベースラ
インを補正するとともに、磁気共鳴信号のエコーピーク
を検出し、このエコーピークのずれに基づいて磁気共鳴
信号のサンプリング点を補正した後、再び前記位相エンコード用勾配磁場を印加しない状態で
磁気共鳴信号を収集し、前記位相検波用参照波の位相誤
差を決定して、前記位相検波用参照波の位相を補正する
ことを特徴とする磁気共鳴映像装置。
【請求項２】当該磁気共鳴映像装置は、フーリエ空間の
半分の領域のフーリエデータのみを求め、このフーリエ
データからフーリエ空間での原点に対する点対称位置の
データが互いに複素共役であることを利用して他の半空
間のデータを求める半エンコード法を用いて画像再構成
を行なうものであることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の磁気共鳴映像装置。
【請求項３】前記磁気共鳴信号検出手段は、前記磁気共
鳴信号として多重エコー信号列を検出するものであり、
前記参照波位相補正回路は、この多重エコー信号列の各
エコー信号毎に個別に前記位相検波用参照波の補正を行
なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁気
共鳴映像装置。