JP2652653B2

JP2652653B2 - 核磁気共鳴画像撮影装置

Info

Publication number: JP2652653B2
Application number: JP63053345A
Authority: JP
Inventors: 雅博太田; 千嘉男手塚
Original assignee: GE Yokogawa Medical System Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1988-03-07
Filing date: 1988-03-07
Publication date: 1997-09-10
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JPH01227749A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、周期的に動いている体動部分を有する被検
体を撮像する時に生ずる画像上のアーティファクトを低
減するために、正常走査時に体動に応じて位相エンコー
ド勾配を選択して印加し、過剰走査を行って前記正常走
査によって消去し切れない残留位相誤差を低減させる核
磁気共鳴画像撮影装置に関する。

（従来の技術）核磁気共鳴画像診断装置（以下NMR−CTという）は被
検体を静磁場中におき、高周波パルスを静磁場に垂直な
方向に印加し、被検体内の目的とする原子核を共鳴させ
て、その放射エネルギーによる高周波信号を受信して、
所謂NMR現象を観測して診断する装置である。NMRイメー
ジングの方法は数種類あるが、このうち主として用いら
れるフーリエ変換法について説明する。

この手法に用いる高周波磁場及び勾配磁場印加のパル
スシーケンスを第５図に示す。（イ）図において、x,y,
z軸にそれぞれGx,Gy,Gzの勾配磁場を与え、高周波磁場
をｘ軸に印加する状態を示している。（ロ）図はそれぞ
れの磁場を印加するタイミングを示す図である。図にお
いてRFは高周波の回転磁場で90゜パルスと180゜パルス
をｘ軸に印加する。Gxはリード軸と呼ばれるｘ軸に印加
する固定の勾配磁場、Gyはワープ軸と呼ばれるｙ軸に印
加する時間によって振幅を変化させる勾配磁場、Gzはス
ライス軸と呼ばれるｚ軸に印加する固定の勾配磁場であ
る。信号は180゜パルス後のSE信号を示している。期間
は各軸に与える勾配磁場の信号の時期を示すために設け
てある。期間１において90゜パルスと勾配磁場Gz⁺によ
ってｚ＝０を中心とするｚ軸に垂直な断層撮影における
スライス面内のスピンが選択的に励起される。このため
90゜パルスを励起パルスという。期間２のGz⁺はスピン
の位相を乱れさせて180゜パルスで反転させるためのも
ので、ディフェーズ勾配と呼ばれる。又、180゜パルス
は反転パルスと呼ばれる。Gz^-はGz⁺によって乱れたスピ
ンの位相を元に戻すためのものである。期間２では位相
エンコード勾配Gynも印加する。これはｙ方向の位置に
比例してスピンの位相をずらしてやるためのもので、そ
の強度は毎周期異なるように制御される。期間３におい
て、180゜パルスを与えて再び時期モーメントを揃え、
その後に現われるSE信号を観察する。期間４のGz⁺は乱
れた位相を揃え、SE信号を生じさせるための勾配磁場で
読み出し勾配といい、読み出し勾配とディフェーズ勾配
の面積が等しくなったところにSE信号が現れる。

このシーケンスをビューといい、パルス繰り返し周期
T_R後に再び90゜パルスを加え、次のビューを開始する。
前記のワープ勾配は各ビューに対応して変化させてい
る。

上記のNMR−CTにおいて、撮像対象領域中の或る部分
が周期的に変動する成分であるとすると、時間軸上のデ
ータをフーリエ変換して周波数軸のデータに移す時、サ
ンプリングの周期によって周波数軸上の周波数は異なっ
てくる。従って、データ取得のタイミングと変動の周期
成分の周波数によって決まる周波数が高い時はその部分
から離れた位置に、周波数が低い時は近い位置にアーテ
ィファクトがゴーストとして現れる。このゴーストを防
止するために考えられた一つの方法が特開昭62−79047
号に示されている。これを第６図から第８図によって説
明する。説明と簡単にするために１スキャンとビュー数
を８とする。従って、位相エンコード勾配（以下ワープ
勾配という）は、８種類の強度のものを毎ビュー変化さ
せてワープ軸に印加している。第６図の（イ）におい
て、実線は体動によって物体の動く移動量の時間的変化
を示している。（ロ）はデータのサンプリングのタイミ
ング（毎ビュー１個のサンプリング）を示している。
（ハ）はワープ勾配の大きさの順序を示しており、〜
の順に負の最大値から正の最大値まで変化する。図の
（ハ）のように各タイミングに〜のワープ勾配を順
次に印加する通常のスキャンでは（イ）の点線のように
データを取得してこのデータの曲線の周波数に該当する
位置にゴーストが現れる。（ニ）は（ロ）に示す各タイ
ミングにおけるデータの大きさの順にワープ勾配を割り
当てた状態を示し、（ホ）は画像再構成においてワープ
勾配を大きさの順即ち〜の順にデータを並べ換えた
場合、体動による偏移の状態を示している。（ホ）の状
態でデータを取得すれば、周波数は小さくなっているの
でゴーストは物体の像の極めて近くに移動することにな
り、画面上物体の位置の１画素以内になっている。

第６図の場合は体動の偏移の大きさとサンプリング時
のワープ勾配の大きさとが全部にわたって一致した場合
の説明であったが、実際には体動の偏移に合わせてワー
プ勾配の大きさを選んでも、後になるに従って最適のワ
ープ勾配が先に使われてしまっていて、必ずしも最適と
はいえないワープ勾配を使わざるを得ない場合が生じて
くる。第７図はワープ勾配割り当て時に生ずる信号の位
相誤差の説明図である。図において、横欄は８ビューの
データサンプリングのタイミングの順序を示し、縦軸は
８ビュー分のワープ勾配を大きさの順に記してある。大
きさは＞＞…＞である。第１ビューではワープ
を割り当て、第２ビューではワープを割り当てる。第
３ビューではワープが最適であるが、既に第１ビュー
で使ったのでワープを割り当てる。以下同様にして、
第７ビューではワープを選ぶ所をワープ，ワープ
が既に使われているのでワープを割り当てる。結局、
第３ビューで１ワープ差分の位相誤差を生じ、第７ビュ
ーで２ワープ差分の誤差を生じている。このため、ゴー
ストが消し切れないで残ってしまう。これを解決するた
めに過剰走査を行ってワープ勾配の割り当て不良による
信号の位相誤差を少なくする方法が考えられている。こ
こで、過剰走査というのは１スキャン終った後で余分に
行う走査のことである。

第８図は過剰走査による位相誤差低減の説明図であ
る。図は正常の走査において発生した位相誤差を示して
いる。ここで、位相誤差はワープ差分で表す。図におい
て、a,b,cはそれぞれワープ勾配の大きさを示す値であ
る。ワープ勾配ａで得たデータD₁は５ワープ差の位相誤
差を持つデータ、データD₂,データD₃はそれぞれワープ
勾配b,ワープ勾配ｃによって得たデータで１ワープ差及
び４ワープ差の位相誤差を持っている。過剰走査時に勾
配の大きさｂのワープ勾配をデータD₁に割り当てると、
ｂはａに対して２ワープの差があるため残留誤差は２と
なり、位相誤差が３ワープ差分減少する。次にデータD₂
に割り当てるとワープ勾配の大きさは合致しているため
残留誤差は０となり、位相誤差が１ワープ差分減少す
る。次にデータD₃に割り当てるとワープ勾配ｂが２ワー
プ分右へ移動することになるので、残留誤差は２とな
り、位相誤差は２ワープ差分の減少となる。結局、過剰
走査においてワープ勾配ｂを割り当てる場合、データD₁
に割り当てた時が位相誤差の減少が最も大きい。

要約すれば、従来行われている体動によるゴーストの
防止方法は、正常走査時に使用したワープ勾配に対する
理想的な信号位相と、実際の信号位相との位相誤差を記
憶しておいて（第８図）、更に一定ビュー数の過剰走査
を行って位相誤差を少なくするようにワープ勾配を有り
当てる方法である。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、実際の作像において、信号の位相誤差
のゴーストに対する影響の大きいのは、ワープ勾配が０
付近の部分であり、ワープ勾配の−Max及び＋Max付近に
おける誤差の影響はさほど大きくない。従って、前記の
ようにワープ勾配の誤差を過剰走査によりすべての誤差
に対して修正して誤差の絶対量を減らすのは効率的では
ないという問題がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、その
目的は、被検体の動く部分による画像のアーティファク
トを効率的に低減する各磁気共鳴画像撮影装置を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段）被検体の動く部分による画像のアーティファクトを低
減するために、正常走査及び過剰走査を行ない該動く部
分の動きに合わせたワープ勾配の割り当て不良による位
相誤差を低減する処理を行なう処理手段と、前記位相誤
差に重み付けをし、該重み付けされたデータを実効的な
位相誤差として前記処理手段に供給する手段とを備える
特徴とする該磁気共鳴画像撮影装置であることを特徴と
する。

（作用）体動を検出して体動に適応したワープ勾配を割り当て
て正常走査を行い、不完全な割り当てにより生ずる位相
誤差に重み付けを行い、過剰走査時に重み付けされた実
効残留位相誤差の大きい順に低減させるようにワープ勾
配を割り当てる。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１図は本発明の方法の一実施例の重み付け曲線によ
って位相誤差を重要度を加味した誤差曲線とする過程の
説明図である。（イ）図は正常走査によって１スキャン
（10ビューとする）終って得られた画像データに生じた
位相誤差の図で、体動のデータによりワープ勾配を割り
当ててゆき第６図で説明した理由により生じたワープ差
分で表した位相誤差である。（ロ）図は誤差がより小さ
い方が好ましい部分に大きな値を持つような重み倍率の
曲線図である。通常、ゴーストの出現に大きな影響があ
るのはワープ勾配の０付近なので図の正規分布関数曲線
を選んだものである。（ハ）図は（イ）図の各値に
（ロ）図の重み倍率を乗じて得た実効誤差の図である。
ワープ勾配を体動に応じて割り当てを行うCPU等の計算
機構にこの（ハ）図の値を記憶させて、実効誤差の大き
さに比例する重要度によって判断してワープ勾配の割り
当てを行う。

以下に過剰走査時に行うワープ勾配の割り当ての選択
において、重み付けをした場合のMR画像に対する影響の
度合いについて第４図により一例をもって説明する。図
において、（イ）図は正常走査によって得たデータD₄,D
₅,D₆に生じた位相誤差の図で、ワープ勾配ａのビューに
おけるデータD₄の位相誤差が６、ワープ勾配ｂのビュー
におけるデータD₅の位相誤差が１、ワープ勾配ｃのビュ
ーにおけるデータD₆の位相誤差が４の場合を示してい
る。（ロ）図は重み倍率曲線の一部で、ワープ勾配a,b,
cの近傍のみを示した図である。図によれば、ワープ勾
配a,b,cにおいて重み倍率はそれぞれ1,1.5,2となってい
る。（ハ）図は（イ）図の各データD₄,D₅,D₆のもつ位相
誤差に重み倍率を掛けた実効誤差を示す図で、各データ
D₄,D₅,D₆の実効誤差は次の通りである。

データD₄ 実効誤差６×１＝６データD₅ 実効誤差１×1.5＝1.5 データD₆ 実効誤差４×２＝８今、過剰走査の或るビューにおいて体動に対応したワ
ープ勾配がｂであったとする。このワープ勾配ｂをD₄,D
₅,D₆のいずれかに適用した場合の位相誤差の減少分は
（ビュー前の誤差）−（ビュー後の誤差）であるからデータD₄に対して６−１＝５（（ニ）図参照）データD₅に対して１−０＝１データD₆に対して４−１＝３（（ホ）図参照）となる。この例ではワープ勾配ｂをデータD₄に用いるの
がデータD₅に用いるのに比べて誤差の減少が大きく最適
のように見える。しかし、MR画像に及ぼす影響の度合い
を加味した実効誤差を考えた時その減少分は（ビュー前
の実効誤差）−（ビュー後の実効誤差）であるから、データD₄に対して６−（１×１）＝５（（ヘ）図参照）データD₅に対して 1.5−（０×1.5）＝1.5 データD₆に対して８−（１×２）＝６（（ト）図参照）となりデータD₆に対して用いた方が減少分が大きく、よ
りよい画像を得ることができると言える。

次に、このような原理に基づく本発明方法を実施する
ためのNMR−CTの要部構成図を第３図に示す。図におい
て、１は内部に被検体を挿入するための空間部分（孔）
を有し、この空間部分を取巻くようにして、被検体に一
定の静磁場を印加する静磁場コイルと勾配磁場を発生す
る勾配磁場コイル（勾配磁場コイルはＸ、Ｙ、Ｚの３軸
のコイルを備えている。）と被検体内の原子核のスピン
を励起するためのRFパルスを与えるRF送信コイルと被検
体からのNMR信号を検出する受信コイル等が配置されて
いるマグネットアセンブリである。静磁場コイル、勾配
磁場コイル、RF送信コイル、及び受信コイルは、それぞ
れ静磁場電源２、勾配磁場駆動回路３、RF電力増幅器４
及び前置増幅器５に接続されている。シーケンス記憶回
路６は計算機７からの指令に従って任意の開ビューで、
ゲート変調回路８を操作（所定のタイミングでRF発振回
路９のRF出力信号を変調）し、フーリエ変換法に基づく
RFパルス信号をRF電力増幅器４からRF送信コイルに印加
する。又、シーケンス記憶回路６は、同じくフーリエ変
換法に基づくシーケンス信号によって勾配磁場駆動回路
３を操作して、第５図に示すようにx,y,zの３軸にそれ
ぞれ勾配磁場を供給する。10はRF発振回路９の出力を参
照信号として、前置増幅器５の受信信号出力を位相検波
する位相検波器である。この出力信号はAD変換器11にお
いてディジタル信号に変換され、計算機７に入力され
る。12は計算機７の種々のパルス・シーケンスの実現の
ための指示及び種々の設定値等の入力をするための操作
コンソール、13は計算機７で再構成された画像を表示す
る表示装置で、14は被検体の体動を測定して計算機７に
入力する体動検出センサである。

次に、上記のように構成された装置の動作を説明しな
がら実施例の方法を説明する。

操作コンソール12を操作してパルス・シーケンスのタ
イミング、RFパルスの振幅、パルス幅等の設定を行い、
計算機７に前記設定値に基づく信号を入力する。計算機
７は前記設定値に基づいて制御信号を発生し、シーケン
ス記憶回路６に送る。シーケンス記憶回路６は前記の信
号に基づき勾配磁場駆動回路３を制御して所定のパルス
シーケンスの勾配磁場を作らせ、又、ゲート変調回路８
を制御する。ゲート変調回路８はRF発振回路９で発振し
出力されたRF信号を設定されたパルス幅、振幅を有する
信号に変調し、変調RFパルスをRF電力増幅器４に供給す
る。この変調RFパルスはRF電力増幅器４において増幅さ
れ、マグネットアセンプリ１に静磁場電源２によって生
ずる静磁場中において、勾配磁場駆動回路３によって各
軸に与えられた勾配磁場と相俟って励起したスピンを共
鳴させる。共鳴により生じたSE信号は、受信され、前置
増幅器５によって増幅され、位相検波器10に入力され
る。位相検波器10は、RF発振回路９の出力を参照信号と
して入力NMR信号を位相検波し、その出力信号をAD変換
器11に送る。AD変換器11においてディジタル信号に変換
されたNMR信号は、計算機７においてスキャンシーケン
スに応じた所定の処理により、画像再構成されて表示装
置13により表示される。計算機７はシーケンス記憶回路
６の内容を書き換えることができ、これによって種々の
スキャンシーケンスを実現できる。

以上のNMR−CTの体動効果の抑制のための動作を第２
図のフローチャートを参照して説明する。操作コンソー
ル12に各動作条件等を入力してNMR−CTを動作させる。
先ず、正常走査を行う。第１ビュー開始の信号と共に体
動検出センサ14が検出した体動による信号の位相データ
を計算機７に書き込む（ステップ１）。計算機７は既に
書き込まれているワープ勾配の中から位相誤差が最小の
勾配を決定する。第２ビュー以後では未使用で位相誤差
が最小のワープ勾配を見付けて決定する（ステップ
２）。計算機７に別に書き込まれている第１図（ロ）の
重み倍率を、ステップ２で決定したワープ勾配により生
ずべき位相誤差に掛けて、第１図（ハ）に示す実効誤差
を計算し、計算機７の記憶装置に記憶させる（ステップ
３）。走査を開始し、そのビューのデータを取る（ステ
ップ４）。正常走査の全ビューが終了したかどうかをチ
ェックし、未了であればステップ１に戻り、終ればステ
ップ６に進む（ステップ５）。ステップ６からは過剰走
査に入り、ステップ１と同様にビュー開始信号により体
動検出センサ14からの信号の位相データを計算機７に書
き込む（ステップ６）。ステップ３で得た実効誤差の減
少が最大となるワープ勾配を決定する（ステップ７）。
ステップ７によって選ばれたワープ勾配によっても尚残
留する位相誤差に第１図（ロ）の重み倍率を掛けて新た
に実効誤差を計算し、計算機７中の記憶装置に記憶させ
る（ステップ８）。決定したワープ勾配を用いて走査を
行ってデータを取る（ステップ９）。所定の回数の過剰
走査が終ったかチェックし、未了であればステップ６に
戻り、繰り返す。ステップ７においては、その都度新た
に決定された実効誤差データに基づいてワープ勾配を選
択するものである。所定の回数の過剰走査が終ればスキ
ャンを終了する（ステップ10）。

一般に、過剰走査のビュー数が多い程位相誤差は減少
し、ゴーストを低減したMR画像を取ることができる。し
かし、ビュー数を多くすればそれだけ走査時間が長くな
り、被検体に対する負担を増すことになる。本実施例の
ように重み付けをして過剰走査をすれば、ビュー数を多
くしなくても画像に撮影の大きい誤差から優先的に減少
させることにより、従来と同じ走査期間でもゴースト抑
制により効果を増すことができる。

尚、本発明は上記実施例に限定するものではない。重
み付けの関数は、第９図（イ）又は（ロ）のような関数
を使用しても差支えない。その他、目的を達するのに最
も効果的な任意の関数が使用可能である。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明によれば、残留す
る位相誤差に重み付けをすることにより、画像に影響の
大きい誤差から優先的に減少させることにより、従来と
同じ走査期間でゴースト抑制に一層の効果を上げること
ができるようになり、実用上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の一実施例の説明図、第２図は本
発明の方法を実施するフローチャート、第３図は本発明
方法を実施するNMR−CRのブロック図、第４図は重み付
けを行ったデータに対する位相誤差低減の効果の説明
図、第５図はNMR−CTの磁場のパルスシーケンスを示す
図、第６図は体動効果抑制の従来の一方法の説明図、第
７図はワープ勾配割り当て時に生ずる信号の位相誤差の
説明図、第８図は過剰走査による位相誤差低減の説明
図、第９図は他の実施例の重み倍率曲線の図である。１……マグネットアセンブリ２……静磁場電源、３……勾配磁場駆動回路４……RF電力増幅器、６……シーケンス記憶回路７……計算機、12……操作コンソール 13……表示装置、14……体動検出センサ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体の動く部分による画像のアーティフ
ァクトを低減するために、正常走査及び過剰走査を行な
い該動く部分の動きに合わせたワープ勾配の割り当て不
良による位相誤差を低減する処理を行なう処理手段と、前記位相誤差に重み付けをし、該重み付けされたデータ
を実効的な位相誤差として前記処理手段に供給する手段
とを備えることを特徴とする該磁気共鳴画像撮影装置。