JP2750866B2

JP2750866B2 - 磁気共鳴画像化装置

Info

Publication number: JP2750866B2
Application number: JP63197300A
Authority: JP
Inventors: ディ．デメスターゴードン; エル．パトリックジョン; ホーランドジー．ネイル
Original assignee: Picker International Inc
Current assignee: Philips Nuclear Medicine Inc
Priority date: 1987-08-14
Filing date: 1988-08-09
Publication date: 1998-05-13
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: EP0306135B1; EP0306135A3; DE3851496D1; US4780675A; JPS6462148A; EP0306135A2; DE3851496T2

Description

【発明の詳細な説明】（１）発明の分野本発明は核磁気共鳴画像化装置に関するものである。

更に詳細に述べれば、本発明は医療診断用核磁気共鳴
画像化装置に関するものであり、特にフーリエ変換によ
る画像化に適用されるものである。ここでは特に前記フ
ーリエ変換による画像化について説明するが、部分的ま
たは不完全なデータセツトのみ利用可能なその他の画像
化ならびに分光方法にも本発明を応用できる。

（２）従来の技術前記医療診断用核磁気共鳴画像化方法には、画像化し
ようとする領域の無線周波数信号および磁界勾配を逐次
パルス化する段階が通常含まれている。二次元画像化を
行なう場合、まずほぼ均一な主要磁界中の当該領域に患
者が位置決めされる。次いで前記磁界にスライス選択勾
配をかけ、画像化しようとする患者のスライス、または
その他の領域が選択されるが、その際のRF励起パルスが
印加される。前記選択されたスライスの軸の一方に沿つ
て位相符号化勾配が印加され、選択された位相符号化方
式で物質が符号化される。後続の前記パルスシーケンス
の反復で、前記位相符号化勾配は負の最大位相符号化勾
配から正の最大位相符号化勾配へ零位相符号化勾配を介
して歩進される。前記負および正の位相符号化勾配に対
応する一対のビユー（データライン）は、理論上対称的
な関係にある。しかしながら、この対称的な関係はシー
ケンスならびに磁界に依存した位相分であるため、実際
には予測することができない。このような問題を解決す
るため、通常は正の位相符号化ビユーと負の位相符号化
ビユーとを収集し、位相とは関係のない値による画像が
生成される。

次いで、核磁気共鳴エコーを生じさせるために、磁化
操作パルスが印加される。各パルスシーケンスに続いて
前記エコーが発生している間に、通常はビユー、すなわ
ちステツプと称される１組のデータ点がサンプリングさ
れる。各ビユー内の前記データ点は、所定の周波数範囲
f₀±Δｆに対応する。但し、f₀は前記ビユーの中心デー
タ値の周波数である。零位相符号化ビユーの場合、デー
タ周波数f₀±Δf₁はデータ周波数f₀−Δf₁と関連してい
る。周波数f₀＋Δf₁に対応する正の位相符号化ビユーに
対するデータ値も、周波数f₀−Δf₁の対応する負の位相
符号化ビユーと共役対称と関連している。このように、
空間ｋの各データ点は、共役対称の基本的特性によりも
う一方の点と関連している。完全なビユーセツトを二次
元の逆フーリエ変換で演算することによつて、画像表示
が行なわれる。

その他の方法としては、半セツトのビユー、すなわち
正のビユーのみ、または負のビユーのみを利用して画像
を再構成する方法がある。このように半分のデータで再
構成が行なわれる場合は、零または最小の位相符号化値
に隣接するビユーが８個ほど付加的に収集される。前記
零位相符号化値まわりの16個の中心ビユーを利用して、
位相マツプが得られる。この収集されたデータをフイル
タリングし、零で充填することによつてデータセツトが
補完される。次いでこのデータセツトのフーリエ変換を
前記位相マツプで位相補正することにより、最終的な再
構成が行なわれる。しかしながらこの方法では、満足の
ゆく画像を得ることができない。これは、移動による位
相誤差が生じたために発生するアーテイフアクトに画像
が影響されやすいためである。

（３）発明の概要本発明の目的は、上記問題を解決する核磁気共鳴画像
化装置を提供することにある。

本発明による核磁気共鳴画像化装置には、第１の中心
符号化データ値セツトと残りのデータ値の半分から成る
第２の符号化データ値セツトとを発生する核磁気共鳴デ
ータ手段と、前記第１のデータセツトから位相マツプを
発生する位相マツプ発生手段と、前記第２のデータセツ
トの複素共役値から第３のデータセツトを発生する共役
対称手段と、前記第１および第２のデータセツトをフー
リエ変換し、第１の画像表示出力を生ずると共に、前記
第３のデータセツトをフーリエ変換し、第２の画像表示
出力を生ずるフーリエ変換手段と、前記位相マツプに従
つて前記第１ならびに第２の画像表示出力を位相補正
し、位相補正された第１ならびに第２の画像表示出力を
生ずる位相補正手段と、および前記位相補正された第１
ならびに第２の画像表示出力を合成し、合成画像を生ず
る合成手段とが備えられている。

本発明の第１の利点は、本発明を利用することによつ
て位相符号化ビユーの数を低減し、それによつてデータ
収集時間を短縮できることである。

本発明の第２の利点は、サンプリングすべきエコーの
半分より少し多めのエコーを選択することによつてNMR
（核磁気共鳴）シーケンス能力が改良されることであ
る。

本発明の第３の利点は、合成画像が改善されることで
ある。

次に、上記本発明による核磁気共鳴画像化装置につい
て、添付の図面を参照しながら実施例を挙げて更に詳し
く説明する。

（４）実施例第１図の説明をする。図示の核磁気共鳴画像化装置に
おいて、まず画像化領域内の水素の核スピンが磁気共鳴
に励起される。すなわち、主要磁界制御器10と複数の電
磁石12とを備えた主要磁界発生手段によつて、前記画像
化領域を貫いてほぼ均一な主要磁界が発生される。超電
導磁石の場合は、磁界をランプアツプ、およびランプダ
ウンする場合にのみ前記制御器10が利用される。勾配磁
界制御手段20は、勾配磁界コイル22により前記主要磁界
への勾配磁界の印加を選択的に制御する。前記勾配磁界
コイルの適当なコイルに電流パネルを選択的に印加する
ことによつて、スライス選択勾配、位相符号化勾配およ
び読取り勾配が互いに直交する軸に沿つて選択的に印加
される。前記スライス選択勾配は画像化スライスすなわ
ち画像化領域を定め、前記位相符号化勾配および読取り
勾配は前記スライス内の前記軸に沿つた磁気共鳴を符号
化する。

送信機30は、RFコイル32に無線周波数パルスを選択的
に印加して前記画像化領域の双極子を核磁気共鳴に励起
すると共に、前記共鳴している双極子の磁化の操作、す
なわち方向付けを行なう。共鳴する前記双極子から発生
された核磁気共鳴信号は、特に磁化がエコー中に再集束
された場合、前記RFコイル32によつて受信される。無線
周波数受信機34は、受信した前記無線周波数信号をf₀±
Δｆの帯域幅に復調する。但し、前記帯域幅、すなわち
スペクトル±Δｆの望ましい中心周波数は零である。

受信された前記核磁気共鳴信号は、直角位相検出さ
れ、次いでアナログ／デイジタル変換器36により、通常
はビユー、すなわちデータラインと生ずる各エコーから
のデイジタル信号でデイジタル化される。シーケンス制
御手段38は、勾配ならびに無線周波数パルスのタイミン
グおよび印加を制御し、先行技術で周知のスピンエコー
シーケンス、勾配エコーシーケンス、反転回復シーケン
スならびにその他の画像化シーケンスを実行する。

例えば単一のスライスのスピンエコー画像化シーケン
スの場合、前記勾配磁界制御手段20によりスライス選択
勾配が印加され、前記主要磁界に沿つた位置の関数で磁
界強度が変更される。前記送信機30は、無線周波数核磁
気共鳴励起パルスを発生して前記スピン装置とRF磁界と
の間に核磁気共鳴を励起する。その後前記スピン装置は
弛緩するが、その間に前記主要磁界軸から磁化のみが除
去される。前記勾配磁界制御手段は、読取りおよび位相
符号化勾配パルスを印加し、前記スライス内の互いに直
交する軸に沿つて共鳴するデータを符号化する。次いで
前記無線周波数送信機30は、反転パルスを印加し、励起
された共鳴の分散磁化ベクトル、すなわち位相ずれ磁化
ベクトルを収斂させ、エコーを生ずる。このエコー中に
生じた磁気共鳴信号は受信機34によつて受信されるが、
該受信機は前記選択されたスライス外部の周波数成分を
フイルタリングすると共に、前記受信したデータを予め
選択された中心周波数f₀回りの帯域幅±Δｆにヘテロダ
インする。前記データは第１のビユー、すなわちデータ
ラインを生ずるようにデイジタル化される。前記画像化
シーケンスは、異なる位相符号化勾配で反復され、追加
のデータ線を発生するが、該データ線は収集ビユー記憶
装置40に記憶される。上記好適な実施例は、単一スライ
スの画像化について説明してきたが、体積の画像化や多
スライスの画像化等にも本発明を適用できることが判
る。

次に第２図について説明する。各ビユーは、上記共鳴
データを符号化する位相符号化勾配の値で通常識別され
る。異なる位相符号化勾配で前記画像化シーケンスを反
復することによつて、−Gmaxから＋Gmaxへと同じステツ
プで変わる位相符号化勾配に対応する所定数のビユー、
例えば256個のビユーが発生される。各ビユー、すなわ
ち各データラインは前記読取り勾配パルスで周波数符号
化され、複数の周波数成分を含む。各ビユーの中心にお
ける周波数成分はf₀であり、一端におけるそれはf₀−Δ
ｆであり、かつもう一端におけるそれはf₀＋Δｆであ
る。正の位相符号化ビユーの周波数f₀＋Δf₁におけるデ
ータ値は、共役対称により対応する負の位相符号化ビユ
ーの周波数f₀−Δf₁におけるデータ値と関連している。
零位相符号化ビユーの場合、データ値はf₀回りに対称を
成す。

本実施例では、前記画像化シーケンスを反復すること
によつて、零または最小の位相符号化勾配周辺の連続す
る、位相符号化された中心部ビユーセツト42に関するデ
ータが収集される。側部ビユー44に対するデータも、残
りのビユーの半分、望ましくは前記中心部ビユー42と−
Gmaxまたは＋Gmaxのいずれか一方との間の連続するビユ
ー、に対して収集される。中心部ビユーともう一方の±
Gmaxとの間の側部ビユー46は収集されない。このデータ
は、むしろ以下述べるように前記データの対称的特性を
利用して、前記収集されたデータから合成される。

更に第３図について説明する−Gmaxから＋Gmaxまでの
部分的ビユーが全セツト得られても、完全なビユーを得
ることはできない。すなわち、各ビユーにはf₀、つまり
前記ビユーの中心周波数まわりの中心周波数領域42′の
データが含まれている。中心領域と±Δｆの一方との間
の第１の周辺領域44′における周波数からデータが収集
され、前記中心領域と前記ビユーの限界±Δｆのもう一
方との間の周辺データ46′は収集されない。前記データ
の収集されなかつた部分は、やはり前記磁気共鳴データ
の対称特性によつて合成される。

第２図もしくは第３図、またはそれらの合成に関連す
る上述の部分的データセツトは、ビユー記憶装置40に記
憶される。前記データは、中心付け手段50によつて中心
付けられる。スピンエコーまたは勾配エコーによる画像
化の場合、収集されたデータの値は前記データセツトの
中心部で最大となる。すなわち、零または最小の位相符
号化角、および零すなわちf₀中心周波数で収集されたデ
ータ値が最大となる。前記ビユー記憶装置40内のデータ
はシフトされ、その大きな値が判定された中心部データ
値もそうでない中心部データ値も零位相角およびf₀周波
数に対応して記憶座標に移動されるようになつている。
このことは、データラインが上下、または左右にシフト
されることを意味する。データの全くないデータライ
ン、またはデータライン部分は、いずれも零で充填され
る。

前記周波数方向に振幅補正を任意に行ない、T2崩壊を
補正してもよい。全体的位相補正手段52によつて、収集
された全てのデータに位相補正を行ない、起こりうるT2
崩壊を補償、または補正してもよい。しかしながら、後
で説明する位相マツプ内には同じ補正情報がある。全体
的位相補正が行なわれた場合、望ましくはとなる。但し、Fo（kx,ky）は中心付けられたデータで
あり、Fo^＊（0,0）は前記データセツトの中心データ値
の複素共役である。中心付けられ、T2振幅補正および全
体的位相補正も行なわれた前記収集データは、補正収集
データ記憶手段54で記憶されるか、または前記ビユー記
憶装置40に戻される。

位相マツプ再構成手段60は、収集されたデータの中心
データ部（42,42′）から位相マツプを再構成する。更
に詳細に述べれば、まず中心データ選択手段62によつて
零位相ビユーに中心付けられた最大利用可能データマト
リツクス、例えば（0,0）に中心付けられた32×256デー
タマトリツクス、が選択される。前記データ値の残り
（例えば256×256配列の残り）は、零でロードされる。
次いでロールオフフイルタ64によつて、前記選択された
真中のマトリツクスのデータ値が前記のロードされた零
に円滑にロールオフされる。前記ロールオフフイルタと
してはハニングフイルタやハミングフイルタ等の種々の
ロールオフフイルタを利用することができる。前記ロー
ルオフフイルタによつて、実際に収集されたデータから
前記周辺の零値への円滑な遷移が行なわれると共に、リ
ンギング、すなわちアーテイフアクトを生じうる不連続
性が全て排除される。二次元フーリエ変換手段66は、前
記フイルタリングされたデータに逆フーリエ変換を行な
い、位相マツプ68（零えば複素数データ値fp（x,y）の2
56×256配列）を構成する。前記位相マツプは、合成複
素数画像の複素数位相、または1.0の大きさに正規化さ
れた複素数画像のいずれであつてもよい。位相判定手段
70によつて、256×256マトリツクス記憶装置などのよう
な位相記憶装置72で記憶する256×256マトリツクスの複
素数データ値の各値の位相φ（x,y）が判定される。前
記位相記憶装置72に対する値は、各データ値の実数部お
よび虚数部のアークタンジエントを計算して判定され
る。また、前記位相判定手段によつて各複素数データ値
を正規化し、該複素数データ値が前記位相記憶手段72に
記憶される単位長のベクトルとなるようにしてもよい。

前記第１ならびに第２の領域42および44、または42′
および44′から実際に収集されたデータはハミングフイ
ルタなどのロールオフフイルタ80でフイルタリングさ
れ、その結果前記データをランプダウンし、第１の領域
42の零を通過させるようにする。フイルタリングされた
前記データは二次元フーリエ変換手段82によつて逆フー
リエ変換され、第１の画像表示出力f1（x,y）を生ずる
が、この表示出力f1（x,y）は第１の画像表示出力記憶
手段84に記憶される。第１の位相補正手段86は、位相記
憶手段72の位相情報に従つて前記第１の画像表示出力を
位相補正する。更に詳細に述べれば、位相補正複素共役
手段88によつて、位相記憶手段72内の各値の複素共役が
計算される。例えば、単位ベクトルｅ^{ｉφ（x,y）}の複
素共役は、ｅ^{−ｉφ（x,y）}である。次いで前記位相補
正手段86は、前記第１の画像表示出力の各（x,y）値に
前記対応する（x,y）位置に対する前記位相記憶手段72
内の値の複素共役を乗ずる。好適な実施例における前記
補正は、 f1（x,y）ｅ^{−ｉφ（x,y）} （２）となる。

複素共役手段90は、領域44,44′の補正された側部デ
ータ値（kx,ky）に対する複素共役を計算し、領域46,4
6′の側部データ値に対応する第３のデータセツトを発
生する。フイルタ92は、前記フイルタ80の補数に当る変
化分で前記対称化されたデータをランプアツプする。フ
ーリエ変換手段94は、前記複素共役データに逆の二次元
フーリエ変換を行ない、第２の画像表示出力記憶手段96
に記憶する第２の画像表示出力f2（x,y）を生ずる。第
２の位相補正手段98は、位相記憶手段72からの対応する
（x,y）点の位相に従つて前記第２の画像表示出力の各
データ値を補正する。好適な実施例における第２の位相
補正は、 f2（x,y）ｅ^{ｉφ（x,y）} （３）となる。

このように、前記合成データ、すなわち画像表示出力
を同じデータから発生された位相マツプで補正する位相
補正が前記第１および第２の補正手段86,98によつて行
なわれる。同じデータを利用して位相マツプを生ずるこ
とによつて、後続の走査、または該後続の走査のエコー
から収集されたデータなどのような、異なるデータを利
用した場合に生じうる位相誤差の発生が防止される。

加算手段100は、複素数加算過程で前記位相補正され
た第１および第２の画像表示出力を総和し、合成画像記
憶手段102で記憶する合成画像表示出力ｆ（x,y）を生ず
る。前記合成画像は当然複素数画像であり、各画像デー
タ値は実数部と虚数部とを有する複素数である。表示手
段104は、前記合成画像記憶手段102と作動的に接続して
おり、前記合成画像の実成分、虚成分、またはその合成
を表示する。前記合成画像記憶手段102には、当然、そ
の他のデータ記憶手段や画像表示強調回路も相互接続さ
れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による核磁気共鳴画像化装置のブロツク
図を示し、第２図は前記本発明による核磁気共鳴画像化
方法において、共役対称による追加のビユーを合成する
方法を概念化するのに有用なグラフ図であり、かつ第３
図は前記本発明による核磁気共鳴画像化方法において、
共役対称による周波数スペクトルデータの拡張を概念化
するのに有用なグラフ図である。図中、10は主要磁界制御器、12は電磁石、20は勾配磁界
制御手段、22は勾配磁界コイル、30は無線周波数送信
機、32はRFコイル、34は無線周波数受信機、36はアナロ
グデイジタル変換器、38はシーケンス制御手段、40はビ
ユー記憶装置、50は中心付け手段、52は全体的位相補正
手段、54は被補正収集データ記憶手段、60は位相マツプ
再構成手段、62は中心データ選択手段、64はロールオフ
フイルタ、66は二次元フーリエ変換手段、68は位相マツ
プ、70は位相判定手段、72は位相記憶装置、80はロール
オフフイルタ、82は二次元フーリエ変換手段、84は第１
の画像表示出力記憶手段、86は第１の位相補正手段、88
は位相補正複素共役手段、90は複素共役手段、92はフイ
ルタ、94はフーリエ変換手段、96は第２の画像表示出力
記憶装置、98は第２の位相補正手段、100は加算手段、1
02は合成画像記憶装置、および104は表示手段を夫々示
す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジー．ネイルホーランドアメリカ合衆国オハイオ州 44022, シャグリンフォールズ，デイジィレーン 48 (56)参考文献特開昭62−8747（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−182973（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−272644（ＪＰ，Ａ) ＳＰＩＥＶｏｌ．593 ＭｅｄｉｃａｌＩｍａｇｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（1985），Ｐ．６−13

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】核磁気共鳴画像化装置において、前記装置
は中心符号化データ値の第１データセット（42,42′）
と残りのデータ値（44,46,44′,46′）の半分を含む符
号化データ値の第２データセット（44,44′）とを発生
するための核磁気共鳴データ手段（20,22,30,32,36）
と、前記第１データセット（42,42′）から位相マップ
（φ（x,y））を生ずる位相マップ発生手段（60）と、
前記第２データセット（44,44′）の複素共役値から第
３データセット（46,46′）を生ずる共役対称手段（9
0）と、前記第１データセット（42,42′）及び第２デー
タセット（44,44′）をフーリエ変換して第１画像表示
（f1（x,y））を生ずると共に前記第３データセット（4
6,46′）をフーリエ変換して第２画像表示（f2（x,
y））を生ずるフーリエ変換手段（82,94）と、前記第１
画像表示（f1（x,y））と第２画像表示（f2（x,y））を
前記位相マップに従って位相補正し、位相補正された第
１画像表示（f1（x,y）ｅ^{−ｉφ（x,y）}）及び第２画像
表示（f2（x,y）ｅ^{＋ｉφ（x,y）}）を生ずる位相補正手
段（86,88,98）と、前記位相補正された第１画像表示
（f1（x,y）ｅ^{−ｉφ（x,y）}）並びに第２画像表示（f2
（x,y）ｅ^{＋ｉφ（x,y）}）を合成し、合成画像（ｆ（x,
y））を生ずる合成手段（100）とを備えていることを特
徴とする核磁気共鳴画像化装置。
【請求項２】請求項１記載の磁気共鳴画像化装置におい
て、前記装置は前記合成画像（ｆ（x,y））を表示する
表示手段（104）を更に備えている核磁気共鳴画像化装
置。
【請求項３】請求項１又は２記載の核磁気共鳴画像化装
置において、前記核磁気共鳴データ手段（20,22,30,32,
36）は画像領域内の双極子の核磁気共鳴を励起する手段
（30,32）と、核磁気共鳴エコーを生じさせ、その間に
核磁気共鳴エコー信号を発生する手段（30,32）と、前
記画像化領域に磁界勾配を印加し、前記核磁気共鳴信号
の位相符号化並びに周波数符号化を行う手段（20,22）
と、前記核磁気共鳴エコー信号をディジタル化し、前記
第１データセット（42,42′）及び第２データセット（4
4,44′）を発生するアナログ／ディジタル変換器（36）
とを備えている核磁気共鳴画像化装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の核磁気共
鳴画像化装置において、前記装置は前記第１データセッ
ト（42,42′）並びに第２データセット（44,44′）を含
むデータ値のグリッドを記憶する記憶手段（40）と、前
記第１データセット（42,42′）を前記記憶手段（40）
に中心付けする中心付け手段（50）とを更に備えている
核磁気共鳴画像化装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の核磁気共
鳴画像化装置において、前記位相マップ手段（60）は前
記第１データセットを二次元のロールオフフィルタ（6
4）で演算し、フィルタされた第１データセットを生ず
るフィルタ手段と、前記フィルタされた第１データセッ
トに二次元フーリエ変換の演算を行なうフーリエ変換手
段（66）と、前記位相マップ（φ（x,y））を記憶する
位相マップ記憶手段（72）とを更に備えている核磁気共
鳴画像化装置。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の核磁気共
鳴画像化装置において、前記位相補正手段（86,98）は
前記位相マップ（φ（x,y））の複素共役を判定する複
素共役手段（88）と、前記位相マップ（φ（x,y））又
は該位相マップ（φ（x,y））の複素共役の一方をフー
リエ変換されたデータセット（f1（x,y）,f2（x,y））
に乗ずる乗算手段（86,98）とを含む核磁気共鳴画像化
装置。