JP3993799B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は被検体の磁気共鳴イメージング(以下MRIと記す)画像を撮影するMRI装置の改良に関し、特に、被検体の呼吸による体動を簡単にモニター出来る機能を備えたMRI装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、被検体の呼吸による体動に帰因するMRI画像上に表われる体動アーチファクトエラを補正するため、例えば、“Michael V. McConnel et al,Prospective Adaptive Navigator Correction for Breath-Hold MR Coronary Angiography(Magnetic Resonance in Medicine,37:148-152,1977)は、被検体の呼吸動の一つの着目部位である横隔膜を含む狭い関心領域(肺と肝の境界)のみをシリンダー型に局所的に励起する特殊な形の高周波パルスを用いてナビゲーションエコーを取得し、このナビゲーションエコーから横隔膜位置を検出することを開示している。また、着目部位を含む関心領域を設定、特定するため事前にその部分を表わすMRI画像を別に撮影しておきこれを基準に着目部位を検出することも行われていた。
【0003】
しかし、前者では局所励起用の特殊な波形の高周波パルスの導入を必要とし、また後者では事前に余分なMRI画像の撮影を必要とすると共に得られた画像データを基準画像と比較して着目部位を含む関心領域を検索するのに手間もかかり繁雑で処理時間を引伸ばすという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、MRI画像上に現われるおそれのある体動アーチファクトエラを補正する時の基準として利用される着目部位を含む関心領域をカバーする比較的広い本スキャンのスライス面とは独立したスライス面に位相エンコードを付加しない単純なナビゲーションパルスを印加して、そのエコーから関心領域、着目部位を演算によって短時間に正確に自動的に抽出、検出出来る機能を有するMRI装置を提供することであり、従って結果的には画質を向上したMRI装置を提供することである。
【0005】
【発明を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、被検体を撮影する本発明の磁気共鳴イメージング装置は、画像再構成に必要なN個(Nは1以上の整数)の本スキャンデータを取得するにあたり、呼吸による体動をモニターするための着目部位を含む関心領域をカバーする本スキャンのスライス面とは独立したスライス面に位相エンコードを付加しないm個(mは1以上N以下の整数)のナビゲーションエコーを本スキャンデータ毎に取得し、
取得した各ナビゲーションエコーを周波数方向に1次元フーリエ変換し、画素信号の強度として表わされる実空間データを求め、
実空間データから着目部位を含む関心領域を演算で自動的に抽出し、関心領域の実空間データから着目部位の位置を検出するものである。
【0006】
さらにまた、本発明においては、着目部位は該関心領域内で信号値が(最大値+最小値)/2である画素、
または関心領域内の全画素の平均値に等しい信号値を持つ画素とし、
関心領域の自動的抽出から着目部位の位置検出まで、一連の信号処理を同一のナビゲーションエコーを用いて行う。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
図1は本発明が適用されるMRI装置の概略図である。
被検体1の周囲に静磁場を発生する磁石2と、この静磁場空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル3と、この領域に高周波磁場を発生するRFコイル4と被検体1が発生するMR信号を検出するRFプローブ5がある。傾斜磁場コイル3は、X、Y、Zの3方向の傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源9からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。
【0008】
RFコイル4はRF送信部10の信号に応じて高周波磁場を発生する。RFプローブ5の信号は、信号検出部6で検出され、信号処理部7で信号処理され、また演算により画像信号に再構成される。再構成された画像信号は表示部8で表示される。傾斜磁場電源9、RF送信部10、信号検出部6は制御部11で制御され、制御のタイムチャートは一般にパルスシーケンスと呼ばれている。ベッド12は被検体1が横たわるためのものである。
【0009】
現在MRIの撮影対象は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質、プロトンである。
【0010】
MRIではプロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和現象の空間分布を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を2次元もしくは3次元的に撮影する。
【0011】
MRI画像撮影に際しては、傾斜磁場によりそれぞれの空間位置に異なる位相エンコードを与え、それぞれの位相エンコードで得られるエコー信号を検出する。位相エンコードの数は通常1枚の画像あたり、128、256、512等の値が選ばれる。各エコー信号は通常128、256、512、1024個のサンプリングデータからなる時系列信号として得られる。これらのデータを2次元フーリエ変換して1枚のMR画像を作成する。
【0012】
1枚のMR画像を作成する間に被検体が動くと、画像に大きなアーチファクトが生じることが知られている。これを体動アーチファクトと呼ぶ。体動アーチファクトは、所定の計測点に所定の位相エンコード量が与えられるべきところが、動きによって他の計測点に上記位相エンコード量が印加された状態でフーリエ変換され、画像を合成したために生じる。体動アーチファクトの例として、呼吸による体動アーチファクトがある。
【0013】
図2は本発明で適用される心電同期下におけるナビゲーションエコーと本計測のタイミングを説明する模式図である。
【0014】
心電波(R波)100から一定のディレイタイム101で毎回MRデータ計測を行う場合、まず、ナビゲーションシーケンス1031においてナビゲーションエコーを取得する。1031終了後、画像用の本計測シーケンス1041で本スキャンデータを取得する。1041終了後、次の心電波100から一定のディレイタイム101後のナビゲーションシーケンス1032で次のナビゲーションエコーを取得し、その後1042で次の本スキャンデータを得る。同様に1042終了後、次のナビゲーションシーケンス1033でナビゲーションエコーを取得し、その後本計測シーケンス1043で次の本スキャンデータを得る。もし、1041と1042の間で呼吸動があった場合、呼吸による大きな体動アーチファクトを生じることとなる。そこで、ナビゲーションエコー1031と1032の位相差を算出し、1041と1042の間の呼吸動による位置ずれを求め補正を行う。
【0015】
このような呼吸動による体動アーチファクト抑制に用いられるナビゲーションエコーは、通常横隔膜のy方向の位置をモニターすることで呼吸動をモニターする。なお、102は心電波100間の期間で1心拍期間を表わしている。
【0016】
図3〔A〕,3〔B〕,3〔C〕は本発明の一実施例を説明する図である。被検体201に対し、心臓202を避け、肺203と肝204を矢状断像に切るスライス断面205に位相エンコードを付加しないナビゲーションエコー用の高周波励起パルスを印加する。断面205から得られたナビゲーションエコー信号を周波数方向に1次元フーリエ変換した後、その信号強度をプロットして画素信号強度プロファイルライン207を得る。207は肺203側の信号値が相対的に小さく、肝204側の信号値が大きくなっており、肺203と肝204の境界が横隔膜である。本実施例ではこの画素信号強度プロファイルライン207を微分して微分曲線208を得る。ここで207において信号強度が最大の画素206に注目する。画素206は信号値の相対的に大きな肝204側の点である。また、この点は画素信号強度プロファイルライン207におけるピーク点であるので微分値は0となる。そこで、この画素206をこれら2つの条件から演算で自動的に抽出し、関心領域の始点にとる。次に画素206を始点に肺203方向へ微分値をチェックして次に微分値が0になる画素点209を検出する。そして検出された2画素点206と209の間210を関心領域とする。加えて、横隔膜位置は画素信号強度プロファイルライン207において画素点206と209の中間の信号強度を持つ画素、または関心領域210内の全画素の平均信号強度を持つ画素の何れかとして認知される。
【0017】
図3〔A〕,3〔B〕,3〔C〕で説明した信号処理を処理フローとして図4に示す。ステップ301で横隔膜位置を特定するためのナビゲーションエコーの生データを取得する。取得された生データはステップ302で周波数方向に1次元フーリエ変換され、その後絶対値化する(ステップ303)。図5にステップ303で得られた絶対値化したナビゲーションエコーのデータの実測例を示す。ナビゲーションエコーは位相エンコードを印加していないので絶対値化されたエコーは撮像面のy軸への投影像となっている。図5の絶対値画像には、多数の0点が出現し処理が混乱することを防ぐ目的でステップ304で平均値フィルタ処理を行う。次にステップ305でフィルタ処理後のデータを微分する。微分した後は、既に図3〔A〕,3〔B〕,3〔C〕で説明したように、ステップ306で微分前に信号値が最大の画素を関心領域の始点にとり、次にステップ307で順次微分値を肺側に向かって検証し、次の微分値0の画素までを関心領域として抽出する。抽出された関心領域内で微分前の信号値を検証し、信号値が(最大値+最小値)/2になっている画素(ステップ308)、または関心領域内の全画素の平均値をもつ画素(ステップ309)の何れかの位置を横隔膜として検出する。図6にステップ308の方法で検出した横隔膜位置の変化の実測例を示す。以下、各データ取得ウインドウ(1041,1042,1043・・・)毎にナビゲーションエコーを取得し、全画像データの取得終了までこの処理を繰り返す。(ステップ310)。
【0018】
以上説明した本実施例には次の特徴がある。
(1)横隔膜と中心とした関心領域が演算で自動的に得られるため、被検者の呼吸が大きく変わっても関心領域が自動的に追従し、正しい横隔膜位置を検出できる。このような自動追従の特徴は関心領域を事前にGUI(Graphic User Interface)から決める場合には、実現不可能な機能である。この例を図7〔A〕,7〔B〕で説明する。図7〔A〕のように関心領域を固定した場合、横隔膜位置801が事前に設定した関心領域内802に入っているときは横隔膜位置を検出できるが、関心領域外803にある場合検出不能となる。これに対し関心領域が自動追従する図7〔B〕に示す本実施例の場合には、横隔膜位置801に対し、関心領域804が追従しているので、正しく検出できる。
【0019】
(2)横隔膜位置の自動演算を関心領域内で常に行うので、関心領域外のアーチファクトなどによって演算結果が乱されること無く正確になる。
【0020】
(3)フィルタリング処理を行っているので、ノイズによる影響を受け難い。
上記実施例では、毎回関心領域を再演算したが、演算時間を短縮する場合は一部を省略しても良い。また、適宜間引いても良い。
上記実施例では、横隔膜の抽出を例としたが、抽出部位は、腹壁、心臓の境界など他の部位でも良い。
【0021】
【発明の効果】
以上説明した本発明の装置によって、呼吸による体動を、例えば、横隔膜位置を、ナビゲーションパルスを使って演算により簡単、迅速、正確に検出できるので、この基準着目部位として働く横隔膜位置を使って体動アーチファクトエラを補正出来、高画質のMRI装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されるMRI装置の概略図。
【図2】本発明で適用される心電同期下におけるナビゲーションエコーと本計測のタイミングを説明するための模式図。
【図3】〔A〕,〔B〕,〔C〕本発明の一実施例を説明するための図。
【図4】図3〔A〕,〔B〕,〔C〕で説明した信号処理を示す処理フロー図。
【図5】本発明の実施例で得た絶対値化したナビゲーションエコーのデータの実測例。
【図6】本発明の実施例で得た横隔膜位置の変化の実測例。
【図7】〔A〕,〔B〕本発明の特徴を説明するための図。
【符号の説明】
100・・・心電波(R波)
1031,1032,1033・・・ナビゲーションシーケンス
1041,1042,1043・・・本計測シーケンス(データ取得ウインドウ)
201・・・被検体
202・・・心臓
203・・・肺
204・・・肝
205・・・ナビゲーションパルス用スライス断面
207・・・画素信号強度プロファイルライン
206,209・・・画素点
208・・・微分曲線
210・・・関心領域
Claims (4)
- 被検体の体動を検出するためのナビゲーションエコーの取得と、前記被検体の画像を再構成するための本スキャンデータの取得を制御する計測制御手段と、
前記ナビゲーションエコーを用いて前記体動を検出すると共に、該体動に基づいて前記画像に発生するアーチファクトを低減するように前記本スキャンデータを補正して前記画像を再構成する信号処理手段を備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記信号処理手段は、前記ナビゲーションエコーを1次元フーリエ変換した後の絶対値から画素信号強度プロファイルを求め、前記画素信号強度プロファイルから該体動を検出するための着目部位を含む関心領域を該体動に追従させて抽出し、前記関心領域内で前記着目部位の位置を検出し、前記着目部位の位置変化から前記体動を検出することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記信号処理手段は、前記画素信号強度プロファイルにおける2つの極値(極大値又は極小値)の間を前記関心領域とすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項2記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記信号処理手段は、前記着目部位の位置を、前記関心領域においてその両端の前記極値の平均値に相当する信号強度を持つ画素位置とすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項2記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記信号処理手段は、前記着目部位の位置を、前記関心領域の画素値の平均値に相当する信号強度を持つ画素位置とすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
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