JP3706435B2

JP3706435B2 - 磁気共鳴装置のアンテナ装置の感度プロフィールを補償する装置

Info

Publication number: JP3706435B2
Application number: JP18927896A
Authority: JP
Inventors: ワンジアンミン
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-07-21
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2016-07-18
Also published as: JPH0928692A; US5712567A; DE19526778C1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴装置のアンテナ装置（２）の感度プロフィールを補償する装置であって、当該装置は、互いに対向して位置する２つのアンテナ部分装置（４，５）を有しており、該アンテナ部分装置は、それぞれ同一の画像対象のオリジナル磁気共鳴画像（Ａ，Ｂ）を受信し、当該オリジナル磁気共鳴画像は画素から構成されており、画像対象に依存して前記オリジナル磁気共鳴画像の画素に輝度値を割り当てる形式の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
診断用磁気共鳴装置の中には、磁気共鳴信号の受信のために局所アンテナが設けられている。何故ならば局所アンテナは全身アンテナに比してＳＮ比がより良好であるからである。この場合に甘受しなければならない欠点は、アンテナの感度が不均一である点である。受信信号の強度は、信号源即ち磁気共鳴信号を放射する原子核からの間隔が増加するにつれて低下する。局所アンテナの直径が小さい程、強度低下は大きい。従って、局所アンテナから由来する磁気共鳴画像は、何らかの手段を講じない限り不均一である。すなわち、診察領域の中の部分で局所アンテナ近辺に位置する部分は、より遠くに位置する部分に比してより強く強調される。
【０００３】
磁気共鳴装置のアンテナ装置の感度プロフィールを補償できる、又は磁気共鳴画像を均一化できるのは、アンテナ装置の感度プロフィール又は感度分布が既知の場合である。感度プロフィールは１つの均一なファントムで求められる。しかし補償の場合には、アンテナ装置に対する断面の位置を考慮しなければならない。
【０００４】
比較的簡単な方法ではコイルの感度プロフィールを、補償されるべき画像自身から計算する。この方法の出発点となる基礎は、患者又は被検者の断面画像の画像輝度が１つずつの画素毎またはピクセル毎に大きく変化し、これに対して輝度差は、局所アンテナの不均一な感度分布に起因して僅かしか変化しないことにある。局所アンテナの感度プロフィールは、低域フィルタにより、撮像された磁気共鳴画像からろ波して取出して、補償に使用できる。
【０００５】
この方法の利点は、この方法が任意のアンテナ装置、スライス方向及び診察する領域（ＦＯＶ＝ｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗ＝ビューの領域）に適用できる点である。この方法の欠点は、画像対象自身に由来する小さい輝度差もろ波されて除去される点である。従って、フィルタ特性を慎重に選択する必要がある。何故ならば慎重な選択により、局所アンテナの感度プロフィールのできるだけ大きい部分が補償され、画像対象に由来する画像情報はできるだけ僅かしか補償されないようにしなければならないからである。これに関連して実現すると好適であるのは、フィルタ特性をスライス位置及びスライス方向及びＦＯＶに依存して変化させることであるが、しかしこれは実際には実現困難である。
【０００６】
Ｒｏｅｍｅｒ等著の論文”ＮＭＲフェーズドアレイ”（ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅｉｎＭｅｄｉｃｉｎｅ，Ｖｏｌ．１６，１９９０，１９２〜２２５頁）から、互いに隣接して配置され、磁気的に互いからデカップリングされている単一アンテナを有するアンテナアレイを使用して、雑音低減された磁気共鳴画像を得ることが公知である。この場合、アレイの単一アンテナにより受信された磁気共鳴信号の互いに対応する画素の輝度値から二乗和を形成し、次いでこの二乗和から平方根を形成する。単一画像から求められた輝度値から、雑音低減された磁気共鳴画像が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、磁気共鳴画像の位置及び配向とは無関係に、画像情報の損失無しの補償を可能にする、磁気共鳴装置のアンテナ装置の感度プロフィールを補償する装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、２つのオリジナル磁気共鳴画像のそれぞれ互いに対応する画素の輝度値から幾何平均値を形成し、幾何平均値に依存して補償磁気共鳴画像の対応する画素を形成することにより解決される。
【０００９】
本発明の基礎となる認識は、局所アンテナが、軸線方向での感度プロフィールに強く依存し、これに対して横方向での感度プロフィールは、アンテナ導体の直接の近辺での強く高められた感度を除いて、非常に均一であることにある。軸線方向とは、アンテナ装置の磁気軸線の方向のことである。軸線方向での感度低下は、指数関数にほぼ比例する。本発明により、互いに対向して配置されているアンテナ部分装置により得られた画像情報が評価される場合、前述の２つのオリジナル磁気共鳴画像の互いに対応する画素の輝度値を乗算することにより、異なって強調された領域が低減される。これを基礎にしてアンテナ装置の感度プロフィールが補償され、磁気共鳴画像が均一化される。
【００１０】
本発明の１つの有利な実施の形態では、互いに対向して配置したアンテナ部分装置が、それぞれ複数の互いに隣接して配置されている単一アンテナを有し、それぞれの単一アンテナが、同一画像対象の磁気共鳴単一画像を受信し、アンテナ部分装置のうちのそれぞれ１つに所属する単一アンテナの磁気共鳴単一画像から、改善されたＳＮ比を有するオリジナル磁気共鳴画像を形成する。これにより、補償された磁気共鳴画像の雑音成分も僅かである。
【００１１】
本発明の別の１つの有利な実施の形態では、オリジナル磁気共鳴画像の画素を、単一磁気共鳴画像の対応する画素から、まず初めに対応する画素の二乗和を形成し、次いで前記二乗和から平方根を形成することによって形成する。この比較的簡単なＳＮ比改善方法がとりわけ適する場合として、アンテナ部分装置の個々の単一アンテナの間の微弱な雑音相関が存在する場合がある。
【００１２】
本発明の別の１つの有利な実施の形態では、２つのオリジナル磁気共鳴画像の画素から、まず初めに対応する画素の二乗和を形成し、次いで前記二乗和から平方根を形成して中間画像を形成し、前記中間画像と補償磁気共鳴画像を低域ろ波し、低減ろ波中間画像を低域ろ波された補償磁気共鳴画像に関連させて、感度分布の雑音低減画像を形成し、前記中間画像を感度分布の雑音低減画像に関連させて、雑音低減補償磁気共鳴画像を形成する。
【００１３】
前述の方法の変形である本発明の別の１つの有利な実施の形態では、２つのオリジナル磁気共鳴画像の画素から、まず初めに対応する画素の二乗和を形成し、次いで前記二乗和から平方根を形成することによって、中間画像を形成し、中間画像を補償磁気共鳴画像に関連させることによって、感度分布画像を形成し、感度分布の雑音低減画像を、感度分布画像を低域ろ波して形成し、前記中間画像を前記感度分布の雑音低減画像に関連させて、雑音が低減された補償された磁気共鳴画像即ち雑音低減補償磁気共鳴画像を形成する。この場合、前述の実施の形態とは異なり、だた１つの画像のみが低域ろ波される。
【００１４】
前述の２つの方法により、補償された磁気共鳴画像の雑音を更に低減できる。低域フィルタの周波数特性の選択は、高周波雑音成分のみがろ波されて取り除かれ、感度プロフィール自身は変化されないように行う。冒頭に記載の方法と異なり、画像情報がろ波されて取り除かれても支障無い、何故ならばこの場合、ろ波された画像を使用するのは、アンテナの感度分布を得るためであるからである。
【００１５】
【実施の形態】
次に本発明を実施の形態に基づいて図を用いて詳細に説明する。
【００１６】
図１に、診断用磁気共鳴装置のアンテナ装置２が示されている。アンテナ装置２は、２つの互いに対向して位置し同一に形成されているアンテナ部分装置４及び５を有する。２つのアンテナ部分装置４及び５の磁気軸線は１点鎖線６により示され、２つの磁気軸線６は一致する。磁気軸線６は、図示されていない主磁界に対して垂直に位置決めされている。２つのアンテナ部分装置４，５は、診断空間８の境界を定め、診断空間８は２つのアンテナ部分装置４，５の間に位置し、診断空間８の中には患者又は患者の一部を入れることができる。
【００１７】
磁気軸線６に沿っての２つのアンテナ部分装置４，５の感度プロフィールは、第１次近似では指数関数（ｅ＝自然対数の底）に比例する。すなわち、信号強度は、信号源すなわち励起された原子核の場所からの間隔が大きくなるにつれて指数関数に従って減少する。ｘｙｚ座標系１０の原点がその都度にアンテナ部分装置４，５の中心に位置する場合、磁気軸線６はｙ座標に一致し、上部のアンテナ部分装置４においては診断空間８の中の感度は次式により表される。
【００１８】
Ｕ〜ｅｘｐ（ａｙ）
下部のアンテナ部分装置５においては、この感度は次式により表される。
【００１９】
Ｕ〜ｅｘｐ（−ａｙ）
指数関数の中の係数ａは、アンテナ部分装置４，５の形状及び寸法により決まる。係数ａは、２つのアンテナ部分装置４，５の形状が同一の場合には２つのアンテナ部分装置４，５に対して同一である。
【００２０】
アンテナ部分装置４によりオリジナル磁気共鳴画像Ａ（ｉ，ｊ）が、方形マトリクスの中に配置されている画素により作成され、ｉは行番号であり、ｊは列番号である。下部のアンテナ部分装置５により、同一の画像対象の対応するオリジナル磁気共鳴画像Ｂ（ｉ，ｊ）が形成される。補償された磁気共鳴画像すなわち補償磁気共鳴画像Ｃ（ｉ，ｊ）が、オリジナル磁気共鳴画像Ａ（ｉ，ｊ），Ｂ（ｉ，ｊ）から形成され、この形成の第１段階は、互いに対応する画素、すなわち同一の行番号及び列番号を有する対応する場所における画素が、まず初めに互いに乗算されることにある。次いで、それぞれの積から平方根が形成される。数式として、補償磁気共鳴画像の形成は次式により表される。
【００２１】
【数１】

【００２２】
ただし、１≦ｉ≦Ｍ及び１≦ｊ≦Ｎ。実施例ではＭ＝Ｎ＝２５６である。
【００２３】
すなわち、２つのオリジナル磁気共鳴画像Ａ（ｉ，ｊ），Ｂ（ｉ，ｊ）の互いに対応する画素から、幾何平均値が形成され、幾何平均値は、１つの補償磁気共鳴画像Ｃ（ｉ，ｊ）の対応する画素を形成し、この補償磁気共鳴画像Ｃ（ｉ，ｊ）は表示装置１２に表示される。
【００２４】
図２は、補償磁気共鳴画像を形成する方法を形成する重要な段階を示し、この方法は、図１の基本的方法に比して、補償され雑音が低減された磁気共鳴画像すなわち雑音低減補償磁気共鳴画像Ｆを形成する。この場合、オリジナル磁気共鳴画像Ａ（ｉ，ｊ），Ｂ（ｉ，ｊ）から、前述の補償磁気共鳴画像Ｃ（ｉ，ｊ）が中間画像として形成され、この中間画像の画素は、オリジナル磁気共鳴画像Ａ（ｉ，ｊ），Ｂ（ｉ，ｊ）の対応する画素から、幾何平均値の形成により形成される。同様にオリジナル磁気共鳴画像Ａ（ｉ，ｊ），Ｂ（ｉ，ｊ）から、雑音低減画像Ｄ（ｉ，ｊ）が形成され、この形成は、オリジナル磁気共鳴画像Ａ（ｉ，ｊ）及びＢ（ｉ，ｊ）の個々の画素に対応する値の二乗和が形成され、次いで二乗和から平方根が形成されることにより行われ、これは次式により表される。
【００２５】
【数２】

【００２６】
雑音低減磁気共鳴画像Ｄ（ｉ，ｊ）のこの形成方法は、冒頭に記載のＲｏｅｍｅｒ等著の論文から公知である。しかし雑音低減中間画像Ｄ（ｉ，ｊ）においてアンテナ装置２の感度プロフィールが検出されるべきである。画像の中に見られる変動する感度は、補償されなければならない。この補償を実現するために、雑音低減中間画像Ｄ（ｉ，ｊ）を、画素毎に補償磁気共鳴画像Ｃ（ｉ，ｊ）と関連させることによってアンテナ装置２の感度プロフィール又は感度分布Ｅ（ｉ，ｊ）が形成される。この関連は次式により表される。
【００２７】
Ｅ（ｉ，ｊ）＝Ｄ（ｉ，ｊ）／Ｃ（ｉ，ｊ）
基本的にこの式により既に感度分布は表されているが、しかしこの感度分布は更に、フィルタ装置１４で低域ろ波にかけられ、これにより雑音低減感度プロフィールＥ′（ｉ，ｊ）が形成される。次いで、画素毎に雑音低減中間画像Ｄ（ｉ，ｊ）を低域ろ波された感度プロフィールＥ′（ｉ，ｊ）と関連させることにより、雑音低減補償磁気共鳴画像Ｆ（ｉ，ｊ）が求められる。これは次式により表される。
【００２８】
Ｆ（ｉ，ｊ）＝Ｄ（ｉ，ｊ）／Ｅ′（ｉ，ｊ）
次いで雑音低減補償磁気共鳴画像Ｆ（ｉ，ｊ）は表示装置１２に供給される。
【００２９】
図３の実施の形態が、図２に基づいて説明された実施の形態と異なる点は、それぞれ１回の低域ろ波がフィルタ装置１６，１８で中間画像Ｄ（ｉ，ｊ）及び補償磁気共鳴画像Ｃ（ｉ，ｊ）に対して行われる点である。これにより、低域ろ波された中間画像Ｄ′（ｉ，ｊ）及びＣ′（ｉ，ｊ）が形成され、これにより、低域ろ波された感度分布
Ｅ′（ｉ，ｊ）＝Ｄ′（ｉ，ｊ）／Ｃ′（ｉ，ｊ）
が画素毎に得られる。
【００３０】
図４及び図５は、本発明の方法の前述の実施の形態の変形を示し、この変形実施の形態ではアンテナ部分装置４及び５はそれぞれ、互いに隣接して配置されている単一アンテナ４．１及び４．２又は５．１及び５．２を有するアンテナアレイとして形成されている。単一アンテナ４．１，４．２及び５．１，５．２はそれぞれ、磁気的に大幅に互いからデカップリングされている。それぞれの単一アンテナ４．１，４．２，５．１，５．２により単一画像Ａ_１（ｉ，ｊ），Ａ_２（ｉ，ｊ），Ｂ_１（ｉ，ｊ），Ｂ_２（ｉ，ｊ）が形成される。
【００３１】
単一画像Ａ_１（ｉ，ｊ），Ａ_２（ｉ，ｊ）から雑音低減磁気共鳴画像Ａ（ｉ，ｊ）が形成され、これはまず初めに、単一画像Ａ_１（ｉ，ｊ）及びＡ_２（ｉ，ｊ）の二乗和が形成され、次いで二乗和から平方根が形成されることにより実現され、これは次式により表される。
【００３２】
【数３】

【００３３】
これと同様に、下部の単一画像Ｂ_１（ｉ，ｊ）及びＢ_２（ｉ，ｊ）から雑音低減磁気共鳴画像
【００３４】
【数４】

が得られる。
【００３５】
次いで雑音低減磁気共鳴画像Ａ（ｉ，ｊ），Ｂ（ｉ，ｊ）が、図２及び図３に基づいて前に説明したように適用され、これにより第１に、雑音低減中間画像Ｄと、均一化された磁気共鳴画像すなわち均一化磁気共鳴画像Ｃが形成され、次いで更に処理されて雑音低減均一化磁気共鳴画像Ｆが形成される。
【００３６】
図５の変形実施の形態が、図４の変形実施の形態と異なる点は、直接に磁気共鳴単一画像Ａ_１（ｉ，ｊ），Ａ_２（ｉ，ｊ），Ｂ_１（ｉ，ｊ），Ｂ_２（ｉ，ｊ）から雑音低減中間画像Ｄが形成される点である。これは、まず初めに単一画像Ａ_１（ｉ，ｊ），Ａ_２（ｉ，ｊ），Ｂ_１（ｉ，ｊ），Ｂ_２（ｉ，ｊ）の二乗和が形成され、次いでこの二乗和から平方根が形成されることにより実現され、これは次式により表される。
【００３７】
【数５】

【００３８】
この方法を形成するその他の段階は、図４に基づいて前に説明した段階と同様である。
【００３９】
ＳＮ比を更に改善する１つの方法は、この場合に使用された直線偏波部分アンテナ４，５又は単一アンテナ４．１，４．２，５．１，５．２の代りに円偏波アンテナが使用されることにある。円偏波アンテナは、２つの互いに垂直の方向からの２種類の信号を同時に受信し、これらの２種類の信号は、９０゜互いに移相されてから合成される。次いで、円偏波アンテナにより受信された画像情報から、実施の形態に基づいて前に説明したように、均一化された磁気共鳴画像即ち均一化磁気共鳴画像を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】補償方法を形成する重要な段階を概略的に示すブロック回路図である。
【図２】雑音低減補償磁気共鳴画像形成の第１実施形態のブロック回路図である。
【図３】雑音低減補償磁気共鳴画像形成の第２実施形態のブロック回路図である。
【図４】アンテナアレイの補償方法の第１の実施例のブロック回路図である。
【図５】アンテナアレイの補償方法の第２の実施例のブロック回路図である。
【符号の説明】
２アンテナ装置
４，５アンテナ部分装置
６１点鎖線（磁気軸線）
８診断空間
１０座標系
１２表示装置
１４，１６，１８フィルタ装置

Claims

磁気共鳴装置のアンテナ装置（２）の感度プロフィールを補償する装置であって、
当該装置は、互いに対向して配置された２つのアンテナ部分装置（４，５）を有しており、該アンテナ部分装置は、それぞれ同一の画像対象のオリジナル磁気共鳴画像（Ａ，Ｂ）を受信し、当該オリジナル磁気共鳴画像は画素から構成されており、
画像対象に依存して前記オリジナル磁気共鳴画像（Ａ，Ｂ）の画素に輝度値を割り当てる形式の装置において、
当該装置は、２つのオリジナル磁気共鳴画像（Ａ，Ｂ）のそれぞれ互いに対応する画素の輝度値から幾何平均値を形成し、当該幾何平均値に依存して、補償された磁気共鳴画像すなわち補償磁気共鳴画像（Ｃ）の対応する画素を形成する手段を有している、
ことを特徴とする、磁気共鳴装置のアンテナ装置の感度プロフィールを補償する装置。
前記装置は、互いに対向して配置されたアンテナ部分装置（４，５）を有しており、該アンテナ部分装置はそれぞれ、互いに隣接して配置されている複数の単一アンテナ（４．１，４．２又は５．１，５．２）を有しており、
前記各単一アンテナ（４．１，４．２，５．１，５．２）によって同一の画像対象の磁気共鳴単一画像が受信され、
前記装置は、前記アンテナ部分装置（４，５）のうちのそれぞれ１つに所属する単一アンテナの前記磁気共鳴単一画像（Ａ _１，Ａ _２，Ｂ _１，Ｂ _２）から、改善されたＳＮ比を有するオリジナル磁気共鳴画像（Ａ，Ｂ）を形成する手段を有している、請求項１記載の装置。
前記装置は、初めに二乗和を形成し、次いで前記二乗和から平方根を形成することによって、単一磁気共鳴画像（Ａ _１，Ａ _２又はＢ _１，Ｂ _２）の対応する画素からオリジナル磁気共鳴画像（Ａ，Ｂ）の画素を形成する手段を有している、請求項２記載の装置。
前記装置は、初めに対応する画素の二乗和を形成し、次いで前記二乗和から平方根を形成することによって、２つのオリジナル磁気共鳴画像（Ａ，Ｂ）の画素から、雑音が低減された中間画像即ち雑音低減中間画像（Ｄ）を形成する手段を有しており、
前記装置は、当該中間画像（Ｄ）を前記補償磁気共鳴画像（Ｃ）に関連させることによって感度分布画像（Ｅ）を形成する手段を有しており、
前記装置は、当該感度分布画像（Ｅ）を低域ろ波して感度分布の雑音低減画像（Ｅ′）を形成する手段を有しており、
前記装置は、前記中間画像（Ｄ）を前記感度分布の雑音低減画像（Ｅ′）に関連させて、雑音が低減された補償された磁気共鳴画像即ち雑音低減補償磁気共鳴画像（Ｆ）を形成する手段を有している、請求項１から請求項３のうちのいずれか１つの請求項に記載の装置。
前記装置は、初めに対応する画素の二乗和を形成し、次いで前記二乗和から平方根を形成することによって、２つのオリジナル磁気共鳴画像（Ａ，Ｂ）の画素から中間画像（Ｄ）を形成する手段を有しており、
前記装置は前記中間画像（Ｄ）と前記補償磁気共鳴画像（Ｃ）を低域ろ波にかける手段を有しており、
前記装置は、低減ろ波された中間画像（Ｄ´）を低域ろ波された補償磁気共鳴画像（Ｃ′）に関連させて、感度分布の雑音低減画像（Ｅ′）を形成する手段を有しており、
前記装置は、前記中間画像（Ｄ）を前記感度分布の雑音低減画像（Ｅ′）に関連させて、雑音低減補償磁気共鳴画像（Ｆ）を形成する手段を有している、請求項１から請求項３のうちのいずれか１つの請求項に記載の装置。
前記装置は、前記中間画像（Ｄ）をオリジナル磁気共鳴画像（Ａ）から形成するのではなく、択一的に、初めに磁気共鳴単一画像（Ａ _１，Ａ _２，Ｂ _１，Ｂ _２）の二乗和を形成し、次いで前記二乗和から平方根を形成して、前記中間画像（Ｄ）を形成する手段を有している、請求項４又は請求項５に記載の装置。