JP4901031B2 - 位相矛盾検出方法および装置、位相矛盾解消方法および装置、並びに、磁気共鳴撮影装置 - Google Patents
位相矛盾検出方法および装置、位相矛盾解消方法および装置、並びに、磁気共鳴撮影装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相矛盾検出方法および装置、位相矛盾解消方法および装置、並びに、磁気共鳴撮影装置に関し、とくに、２次元位相マップ（ｍａｐ）における位相矛盾を検出する方法および装置、２次元位相マップにおける位相矛盾を解消する方法および装置、並びに、そのような装置を備えた磁気共鳴撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴撮影（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置では、マグネットシステム（ｍａｇｎｅｔ ｓｙｓｔｅｍ）の内部空間、すなわち、静磁場を形成した撮影空間に撮影の対象を搬入し、勾配磁場および高周波磁場を印加して対象内のスピン（ｓｐｉｎ）を励起して磁気共鳴信号を発生させ、その受信信号に基づいて画像を再構成する。
【０００３】
撮影に利用する磁気共鳴信号は、水素原子核すなわちプロトン（ｐｒｏｔｏｎ）のスピンから発生する信号である。プロトンは生体を構成する最大の成分である水の中に存在するので、生体を磁気共鳴撮影するための信号として好適である。
【０００４】
プロトンは脂肪中にも存在するので脂肪からも磁気共鳴信号が発生する。ケミカルシフトがあるために、脂肪のプロトンのスピンから発生する磁気共鳴信号は、水のプロトンのスピンから発生する磁気共鳴信号とは周波数が異なる。脂肪の周波数は、水の周波数からその約３．５ｐｐｍ相当の周波数だけ低い周波数となる。
【０００５】
このような周波数の違いを利用して、脂肪を含まない水だけの像または水を含まない脂肪だけの像を得ることが行われる。水だけの像または脂肪だけの像を得るには、水のプロトンのスピンと脂肪のプロトンのスピンの間にπ／２の位相差を生じさせた状態で磁気共鳴信号を獲得し、この磁気共鳴信号に基づいて複素数画像を再構成し、複素数画像データのリアルパート（ｒｅａｌ ｐａｒｔ）によって水像を形成し、イマジナリパート（ｉｍａｇｉｎａｒｙ ｐａｒｔ）によって脂肪像を形成する。
【０００６】
磁気共鳴信号の位相は静磁場強度の不均一の影響を受けるので、磁場不均一に影響されずに水と脂肪を別々に画像化するために、静磁場不均一を表す２次元的な位相分布すなわち２次元位相マップを求め、それに基づいて予め画像の位相補正を行うようにしている。
【０００７】
２次元位相マップは、複素数で与えられる画像データ（ｄａｔａ）の位相をピクセル（ｐｉｘｅｌ）ごとに求めることにより得られる。ノイズ（ｎｏｉｓｅ）の影響を受けない２次元位相マップを得るために、２次元位相マップの元になる複素画像についてローパスフィルタリング（ｌｏｗ−ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）が行われる。
【０００８】
２次元位相マップを形成する過程では、位相のラップアラウンド（ｗｒａｐ ａｒｏｕｎｄ）の有無を検出し、ラップアラウンドがある部分ではラップアラウンドの補正すなわちアンラッピング（ｕｎｗｒａｐｐｉｎｇ）が行われる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
撮影対象の磁化率の変化、水と脂肪の混在による位相変化、血流や体動によるゴースト（ｇｈｏｓｔ）あるいは大きなノイズ（ｎｏｉｓｅ）等によりピクセルデータの位相が局所的に乱れた場合、その部分ではあたかもラップアラウンドがあるかのような位相状態となり、それに基づいてアンラッピングを行うと正しい位相マップを得ることができない。
【００１０】
そこで、本発明の課題は、２次元位相マップにおける局所的な位相の矛盾を検出する方法および装置、２次元位相マップにおける局所的な位相の矛盾を解消する方法および装置、並びに、そのような装置を備えた磁気共鳴撮影装置を実現することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決するための１つの観点での発明は、２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行い、始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定する、ことを特徴とする位相矛盾検出方法である。
【００１２】
（２）上記の課題を解決する他の観点での発明は、２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行う位相アンラッピング手段と、始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定する矛盾検出手段と、を具備することを特徴とする位相矛盾検出装置である。
【００１３】
（１）および（２）に記載の各観点での発明では、２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行い、始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定するので、２次元位相マップにおける位相矛盾を検出することができる。
【００１４】
（３）上記の課題を解決する他の観点での発明は、２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行い、始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定し、前記特定した局所データマトリクスのデータを含む予め定めた領域に限定して前記２次元位相マップを平均化する、ことを特徴とする位相矛盾解消方法である。
【００１５】
（４）上記の課題を解決する他の観点での発明は、２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行う位相アンラッピング手段と、始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定する矛盾検出手段と、前記特定した局所データマトリクスのデータを含む予め定めた領域に限定して前記２次元位相マップを平均化する平均化手段と、を具備することを特徴とする位相矛盾解消装置である。
【００１６】
（３）および（４）に記載の各観点での発明では、２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行い、始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定し、前記特定した局所データマトリクスのデータを含む予め定めた領域に限定して前記２次元位相マップを平均化するので、２次元位相マップにおける位相矛盾を解消することができる。
【００１７】
（５）上記の課題を解決する他の観点での発明は、撮影の対象から磁気共鳴信号を獲得し、この磁気共鳴信号に基づいて画像を生成し、この画像の２次元位相マップを求め、この２次元位相マップを用いて前記画像の位相補正を行う磁気共鳴撮影装置であって、前記２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行う位相アンラッピング手段と、始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定する矛盾検出手段と、前記特定した局所データマトリクスのデータを含む予め定めた領域に限定して前記２次元位相マップを平均化する平均化手段と、を具備することを特徴とする磁気共鳴撮影装置である。
【００１８】
（５）に記載の観点での発明では、磁気共鳴撮影によって得られた断層像の２次元位相マップにについて、局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行い、始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定し、前記特定した局所データマトリクスのデータを含む予め定めた領域に限定して前記２次元位相マップを平均化するので、位相矛盾を解消した２次元位相マップ得ることができ、それを用いて画像の位相補正を正しく行うことができる。
【００１９】
前記閾値は±πであることが、位相矛盾の検出を適切に行う点で好ましい。
前記局所データマトリクスは正方マトリクスであることが、矛盾検出の等方性を維持する点で好ましい。
【００２０】
前記正方マトリクスのマトリクスサイズは２×２であることが、矛盾検出の位置分解能を最高にする点で好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１に磁気共鳴撮影装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置において、２次元位相マップの位相矛盾の検出および位相矛盾の解消が行われる。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００２２】
先ず、磁気共鳴撮影装置の構成およびその撮影動作について説明する。同図に示すように、本装置はマグネットシステム１００を有する。マグネットシステム１００は主磁場コイル（ｃｏｉｌ）部１０２、勾配コイル部１０６およびＲＦコイル部１０８を有する。これら各コイル部は概ね円筒状の形状を有し、互いに同軸的に配置されている。マグネットシステム１００の概ね円柱状の内部空間（ボア：ｂｏｒｅ）に、撮影の対象１がクレードル（ｃｒａｄｌｅ）５００に搭載されて図示しない搬送手段により搬入および搬出される。
【００２３】
主磁場コイル部１０２はマグネットシステム１００の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の方向は概ね対象１の体軸の方向に平行である。すなわちいわゆる水平磁場を形成する。主磁場コイル部１０２は例えば超伝導コイルを用いて構成される。なお、超伝導コイルに限らず常伝導コイル等を用いて構成してもよいのはもちろんである。
【００２４】
勾配コイル部１０６は、互いに垂直な３軸すなわちスライス（ｓｌｉｃｅ）軸、位相軸および周波数軸の方向において、それぞれ静磁場強度に勾配を持たせるための３つの勾配磁場を生じる。
【００２５】
静磁場空間における互いに垂直な座標軸をｘ，ｙ，ｚとしたとき、いずれの軸もスライス軸とすることができる。その場合、残り２軸のうちの一方を位相軸とし、他方を周波数軸とする。また、スライス軸、位相軸および周波数軸は、相互間の垂直性を保ったままｘ，ｙ，ｚ軸に関して任意の傾きを持たせることも可能である。本装置では対象１の体軸の方向をｚ軸方向とする。
【００２６】
スライス軸方向の勾配磁場をスライス勾配磁場ともいう。位相軸方向の勾配磁場を位相エンコード（ｐｈａｓｅ ｅｎｃｏｄｅ）勾配磁場ともいう。周波数軸方向の勾配磁場をリードアウト（ｒｅａｄ ｏｕｔ）勾配磁場ともいう。このような勾配磁場の発生を可能にするために、勾配コイル部１０６は図示しない３系統の勾配コイルを有する。以下、勾配磁場を単に勾配ともいう。
【００２７】
ＲＦコイル部１０８は静磁場空間に対象１の体内のスピン（ｓｐｉｎ）を励起するための高周波磁場を形成する。以下、高周波磁場を形成することをＲＦ励起信号の送信ともいう。また、ＲＦ励起信号をＲＦパルスともいう。ＲＦコイル部１０８は、また、励起されたスピンが生じる電磁波すなわち磁気共鳴信号を受信する。
【００２８】
ＲＦコイル部１０８は図示しない送信用のコイルおよび受信用のコイルを有する。送信用のコイルおよび受信用のコイルは、同じコイルを兼用するかあるいはそれぞれ専用のコイルを用いる。
【００２９】
勾配コイル部１０６には勾配駆動部１３０が接続されている。勾配駆動部１３０は勾配コイル部１０６に駆動信号を与えて勾配磁場を発生させる。勾配駆動部１３０は、勾配コイル部１０６における３系統の勾配コイルに対応して、図示しない３系統の駆動回路を有する。
【００３０】
ＲＦコイル部１０８にはＲＦ駆動部１４０が接続されている。ＲＦ駆動部１４０はＲＦコイル部１０８に駆動信号を与えてＲＦパルスを送信し、対象１の体内のスピンを励起する。
【００３１】
ＲＦコイル部１０８にはデータ収集部１５０が接続されている。データ収集部１５０は、ＲＦコイル部１０８が受信した受信信号をサンプリング（ｓａｍｐｌｉｎｇ）によって取り込み、それをディジタルデータ（ｄｉｇｉｔａｌ ｄａｔａ）として収集する。
【００３２】
勾配駆動部１３０、ＲＦ駆動部１４０およびデータ収集部１５０には制御部１６０が接続されている。制御部１６０は、勾配駆動部１３０ないしデータ収集部１５０をそれぞれ制御して撮影を遂行する。
【００３３】
制御部１６０は、例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等を用いて構成される。制御部１６０は図示しないメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）を有する。メモリは制御部１６０用のプログラムおよび各種のデータを記憶している。制御部１６０の機能は、コンピュータがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現される。
【００３４】
データ収集部１５０の出力側はデータ処理部１７０に接続されている。データ収集部１５０が収集したデータがデータ処理部１７０に入力される。データ処理部１７０は、例えばコンピュータ等を用いて構成される。データ処理部１７０は図示しないメモリを有する。メモリはデータ処理部１７０用のプログラムおよび各種のデータを記憶している。
【００３５】
データ処理部１７０は制御部１６０に接続されている。データ処理部１７０は制御部１６０の上位にあってそれを統括する。本装置の機能は、データ処理部１７０がメモリに記憶されたプログラムを実行することによりを実現される。
【００３６】
データ処理部１７０は、データ収集部１５０が収集したデータをメモリに記憶する。メモリ内にはデータ空間が形成される。このデータ空間は２次元フーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）空間を構成する。以下、フーリエ空間をｋスペース（ｋ−ｓｐａｃｅ）ともいう。データ処理部１７０は、ｋスペースのデータを２次元逆フ−リエ変換することにより対象１の画像を再構成する。データ処理部１７０は、本発明における画像生成手段の実施の形態の一例である。
【００３７】
データ処理部１７０には表示部１８０および操作部１９０が接続されている。表示部１８０は、グラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。操作部１９０はポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅ）を備えたキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）等で構成される。
【００３８】
表示部１８０は、データ処理部１７０から出力される再構成画像および各種の情報を表示する。操作部１９０は、使用者によって操作され、各種の指令や情報等をデータ処理部１７０に入力する。使用者は表示部１８０および操作部１９０を通じてインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作する。
【００３９】
図２に、他の方式の磁気共鳴撮影装置のブロック図を示す。本装置においても、２次元位相マップの位相矛盾の検出および２次元位相マップの位相矛盾の解消が行われる。同図に示す磁気共鳴撮影装置は、本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００４０】
本装置は、図１に示した装置とは方式を異にするマグネットシステム１００’を有する。マグネットシステム１００’以外は図１に示した装置と同様な構成になっており、同様な部分に同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
マグネットシステム１００’は主磁場マグネット部１０２’、勾配コイル部１０６’およびＲＦコイル部１０８’を有する。これら主磁場マグネット部１０２’および各コイル部は、いずれも空間を挟んで互いに対向する１対のものからなる。また、いずれも概ね円盤状の形状を有し中心軸を共有して配置されている。マグネットシステム１００’の内部空間（ボア）に、対象１がクレードル５００に搭載されて図示しない搬送手段により搬入および搬出される。
【００４２】
主磁場マグネット部１０２’はマグネットシステム１００’の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の方向は概ね対象１の体軸方向と直交する。すなわちいわゆる垂直磁場を形成する。主磁場マグネット部１０２’は例えば永久磁石等を用いて構成される。なお、永久磁石に限らず超伝導電磁石あるいは常伝導電磁石等を用いて構成してもよいのはもちろんである。
【００４３】
勾配コイル部１０６’は、互いに垂直な３軸すなわちスライス軸、位相軸および周波数軸の方向において、それぞれ静磁場強度に勾配を持たせるための３つの勾配磁場を生じる。
【００４４】
静磁場空間における互いに垂直な座標軸をｘ，ｙ，ｚとしたとき、いずれの軸もスライス軸とすることができる。その場合、残り２軸のうちの一方を位相軸とし、他方を周波数軸とする。また、スライス軸、位相軸および周波数軸は、相互間の垂直性を保ったままｘ，ｙ，ｚ軸に関して任意の傾きを持たせることも可能である。本装置でも対象１の体軸の方向をｚ軸方向とする。
【００４５】
スライス軸方向の勾配磁場をスライス勾配磁場ともいう。位相軸方向の勾配磁場を位相エンコード勾配磁場ともいう。周波数軸方向の勾配磁場をリードアウト勾配磁場ともいう。このような勾配磁場の発生を可能にするために、勾配コイル部１０６’は図示しない３系統の勾配コイルを有する。
【００４６】
ＲＦコイル部１０８’は静磁場空間に対象１の体内のスピンを励起するためのＲＦパルスを送信する。ＲＦコイル部１０８’は、また、励起されたスピンが生じる磁気共鳴信号を受信する。
【００４７】
ＲＦコイル部１０８’は図示しない送信用のコイルおよび受信用のコイルを有する。送信用のコイルおよび受信用のコイルは、同じコイルを兼用するかあるいはそれぞれ専用のコイルを用いる。
【００４８】
図３に、磁気共鳴撮影に用いるパルスシーケンス（ｐｕｌｓｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）の一例を示す。このパルスシーケンスは、スピンエコー（ＳＥ：Ｓｐｉｎ Ｅｃｈｏ）法のパルスシーケンスである。
【００４９】
すなわち、（１）はＳＥ法におけるＲＦ励起用の９０°パルスおよび１８０°パルスのシーケンスであり、（２）、（３）、（４）および（５）は、同じくそれぞれ、スライス勾配Ｇｓ、リードアウト勾配Ｇｒ、フェーズエンコード勾配ＧｐおよびスピンエコーＭＲのシーケンスである。なお、９０°パルスおよび１８０°パルスはそれぞれ中心信号で代表する。パルスシーケンスは時間軸ｔに沿って左から右に進行する。
【００５０】
同図に示すように、９０°パルスによりスピンの９０°励起が行われる。このときスライス勾配Ｇｓが印加され所定のスライスについての選択励起が行われる。９０°励起から所定の時間後に、１８０°パルスによる１８０°励起すなわちスピン反転が行われる。このときもスライス勾配Ｇｓが印加され、同じスライスについての選択的反転が行われる。
【００５１】
９０°励起とスピン反転の間の期間に、リードアウト勾配Ｇｒおよびフェーズエンコード勾配Ｇｐが印加される。リードアウト勾配Ｇｒによりスピンのディフェーズ（ｄｅｐｈａｓｅ）が行われる。フェーズエンコード勾配Ｇｐによりスピンのフェーズエンコードが行われる。
【００５２】
スピン反転後、リードアウト勾配Ｇｒでスピンをリフェーズ（ｒｅｐｈａｓｅ）してスピンエコーＭＲを発生させる。スピンエコーＭＲはデータ収集部１５０によりビューデータ（ｖｉｅｗ ｄａｔａ）として収集される。このようなパルスシーケンスが周期ＴＲ（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）で６４〜５１２回繰り返される。繰り返しのたびにフェーズエンコード勾配Ｇｐを変更し、毎回異なるフェーズエンコードを行う。これによって、６４〜５１２ビューのビューデータが得られる。
【００５３】
スピンエコーＭＲは、エコー中心に関して対称的な波形を持つＲＦ信号となる。中心エコーは９０°励起からＴＥ（ｅｃｈｏ ｔｉｍｅ）後に生じる。時間ＴＥを適切に選ぶことにより、水のエコーと脂肪のエコーの位相差をπ／２とすることができる。位相差をπ／２にするＴＥは静磁場強度が０．２Ｔの場合で２τ＋８．６ｍｓまたは２τ−８．６ｍｓ程度である。なお、τは９０°励起から１８０°励起までの時間間隔である。この程度のＴＥで得られるスピンエコーは十分な信号強度を有する。
【００５４】
磁気共鳴撮影用パルスシーケンスの他の例を図４に示す。このパルスシーケンスは、グラディエントエコー（ＧＲＥ：Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｅｃｈｏ）法のパルスシーケンスである。
【００５５】
すなわち、（１）はＧＲＥ法におけるＲＦ励起用のα°パルスのシーケンスであり、（２）、（３）、（４）および（５）は、同じくそれぞれ、スライス勾配Ｇｓ、リードアウト勾配Ｇｒ、フェーズエンコード勾配ＧｐおよびスピンエコーＭＲのシーケンスである。なお、α°パルスは中心信号で代表する。パルスシーケンスは時間軸ｔに沿って左から右に進行する。
【００５６】
同図に示すように、α°パルスによりスピンのα°励起が行われる。αは９０以下である。このときスライス勾配Ｇｓが印加され所定のスライスについての選択励起が行われる。
【００５７】
α°励起後、フェーズエンコード勾配Ｇｐによりスピンのフェーズエンコードが行われる。次に、リードアウト勾配Ｇｒにより先ずスピンをディフェーズし、次いでスピンをリフェーズして、グラディエントエコーＭＲを発生させる。グラディエントエコーＭＲはデータ収集部１５０によりビューデータとして収集される。このようなパルスシーケンスが周期ＴＲで６４〜５１２回繰り返される。繰り返しのたびにフェーズエンコード勾配Ｇｐを変更し、毎回異なるフェーズエンコードを行う。これによって、６４〜５１２ビューのビューデータが得られる。
【００５８】
グラディエントエコーＭＲは、エコー中心に関して対称的な波形を持つＲＦ信号となる。中心エコーはα°励起からＴＥ後に生じる。時間ＴＥを適切に選ぶことにより、水のエコーと脂肪のエコーの位相差をπ／２とすることができる。位相差をπ／２にするＴＥは静磁場強度が０．２Ｔの場合で８．６ｍｓ程度である。この程度のＴＥで得られるグラディエントエコーは十分な信号強度を有する。
【００５９】
図３または図４のパルスシーケンスによって得られたビューデータが、データ処理部１７０のメモリに収集される。なお、パルスシーケンスはＳＥ法またはＧＲＥ法に限るものではなく、例えばファーストスピンエコー（ＦＳＥ：ＦａｓｔＳｐｉｎ Ｅｃｈｏ）法やエコープラナーイメージング（ＥＰＩ：Ｅｃｈｏ Ｐｌａｎａｒ Ｉｍａｇｉｎｇ）等、他の適宜の技法のものであってよいのはいうまでもない。
【００６０】
データ処理部１７０は、ビューデータを２次元逆フーリエ変換して対象１の断層像を再構成する。再構成した画像はメモリに記憶する。データ処理部１７０は、再構成した画像から、水分を画像化した像および脂肪分を画像化した像をそれぞれ生成する。以下、水分を画像化した像を水像、脂肪分を画像化した像を脂肪像ともいう。
【００６１】
水像および脂肪像を生成するに当たり、データ処理部１７０は、静磁場の強度分布に相当する位相分布すなわち２次元位相マップを求め、それを用いて、磁場不均一の影響を除去する位相補正を行う。以下、２次元位相マップを単に位相マップともいう。なお、位相マップは水・脂肪分離撮影のためばかりでなく、通常の撮影における位相補正のために求めるようにしてもよいのはもちろんである。
【００６２】
水像と脂肪像を分離して生成する観点から見たデータ処理部１７０のブロック図を図５に示す。同図の各ブロックの機能は、大部分が例えばコンピュータプログラム（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｐｒｏｇｒａｍ）等により実現される。以下同様である。
【００６３】
同図に示すように、データ処理部１７０はフィルタリング部７０４を有する。
フィルタリング部７０４には、前段の画像再構成部７００から再構成画像が入力される。再構成画像としては、例えば標準ファントム（ｐｈａｎｔｏｍ）を撮像して得た像等が用いられる。なお、標準ファントムは水成分だけを含むものである。
【００６４】
再構成画像のピクセルデータ（ｐｉｘｅｌ ｄａｔａ）は複素数で与えられる。すなわち、ピクセルデータは実数成分と虚数成分を有する。以下、実数成分および虚数成分をそれぞれリアルパート（ｒｅａｌ ｐａｒｔ）およびイマジナリパート（ｉｍａｇｉｎａｒｙ ｐａｒｔ）ともいう。
【００６５】
このような入力画像について、フィルタリング部７０４がフィルタリングを行う。フィルタリングは例えばローパスフィルタリング（ｌｏｗ−ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）であり、これによってピクセルデータに含まれるノイズが除去される。
【００６６】
フィルタリング後の画像につき、位相マップ形成部７０６で位相マップを形成する。位相マップ形成部７０６は、ピクセルごとに複素数データの位相すなわちリアルパートとイマジナリパートのアークタンジェント（ａｒｃ ｔａｎｇｅｎｔ）を求め、この位相をピクセル値とする画像すなわち位相マップを形成する。
【００６７】
位相マップの模式図を図６の（ａ）に示す。同図は、位相マップの１次元プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）である。位相マップの１次元プロファイル（以下、単に位相マップという）は、静磁場が均一な場合は、同図の一点鎖線で示すように、位相０に相当する水平な直線になるべきであるが、例えば静磁場がリニア（ｌｉｎｅａｒ）に変化するような不均一性を持つとすると、それに対応した傾斜で位相が変化する位相マップとなる。撮影空間での静磁場強度は予めシミング（ｓｈｉｍｍｉｎｇ）が行われているにより、局所的に急激に変化することはなく概ね滑らかに変化する。
【００６８】
位相マップには、±πの範囲を逸脱した位相が±πの範囲内に折り返すいわゆるラップアラウンドが生じる。このような位相マップにつき位相アンラッピング（ｕｎｗｒａｐｐｉｎｇ）部７０８で位相アンラッピングを行う。
【００６９】
位相アンラッピング部７０８は、図６の（ａ）に示すようにラップアラウンドすなわち２πの位相差が生じている部分で、位相差とは逆符号で２πを加算し、位相マップを（ｂ）のようにラップアラウンドのないものにする。位相アンラッピングが施された位相マップは位相マップメモリ７１２に記憶される。
【００７０】
位相マップメモリ７１２に記憶された位相マップは、位相補正部７１４において再構成画像の位相補正に利用される。位相補正部７１４は、画像再構成部７００から位相補正すべき再構成画像を入力し、そのピクセルデータの位相を位相マップにおける対応するピクセルの位相によって補正する。
【００７１】
位相を補正した複素画像は水・脂肪分離部７１６に入力される。水・脂肪分離部７１６は、位相補正済みの複素画像のリアルパートを用いて水像を生成し、イマジナリパートを用いて脂肪像を生成する。これによって、正確な水像および脂肪像を得ることができる。生成した水像は水像メモリ７１８に記憶し、脂肪像は脂肪像メモリ７２０に記憶する。
【００７２】
位相マップを求めるための元画像として対象１を撮影したものを用いる場合は、上記のパルスシーケンスにより、水像と脂肪像はπ／２の位相差を持つので、位相マップは脂肪像に相当するところでは静磁場不均一よる位相からπ／２異なる位相を持つ。
【００７３】
このような位相マップで位相補正を行うと、水像と脂肪像の位相差までも補正してしまい、水・脂肪分離画像を得ることができなくなる。そこで、対象１を撮影した画像から位相マップを求める場合は次のような処理を行う。
【００７４】
図７に、水像と脂肪像がπ／２の位相差を持つ画像から位相マップを求める観点でのデータ処理部１７０のブロック図を示す。同図に示すように、データ処理部１７０はパワー（ｐｏｗｅｒ）画像形成部９０２および位相分布計算部９０４を有する。パワー画像形成部９０２および位相分布計算部９０４には、再構成画像が入力される。
【００７５】
パワー画像形成部９０２は、ピクセルごとの複素数データのパワーを求め、このパワーをピクセル値とする画像すなわちパワー画像を形成する。位相分布計算部９０４は、再構成画像の位相分布を求める。求められた位相分布の模式図を図８の（ａ）に示す。同図は、断層像が脂肪像とその周囲を囲む水像からなる場合の、位相分布の１次元プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）である。
【００７６】
位相分布の１次元プロファイル（以下、単に位相分布という）は、静磁場が均一であるとすると、水像の位相が０になることにより、同図の一点鎖線で示すような図形になるべきであるが、例えば静磁場がリニアに傾斜す不均一性を持つとすると、実線で示すような位相分布となる。
【００７７】
位相分布は位相４倍部９０６に入力される。位相４倍部９０６は位相分布における各位相を４倍する。これにより、図８の（ｂ）に示すような位相分布が得られる。同図に示すように、４倍したことにより水と脂肪の位相差が２πになり両者は同相となる。なお、位相分布にはラップアラウンドが生じる。また、それに加えて、水と脂肪の境界部分では位相の不連続ないし急変が生じる。
【００７８】
このような位相分布が複素画像形成部９０８に入力される。複素画像形成部９０８にはパワー画像形成部９０２からパワー画像も入力される。複素画像形成部９０８は、位相分布とパワー画像に基づいて複素画像を形成する。
【００７９】
複素画像のリアルパートは、パワー画像データのコサイン（ｃｏｓｉｎｅ）として求められる。複素画像のイマジナリパートは、パワー画像データのサイン（ｓｉｎｅ）として求められる。なお、コサインおよびサインの演算に用いる角度は位相角度である。
【００８０】
複素画像はローパスフィルタ部９１０を通して位相分布計算部９１２に入力される。位相分布計算部９１２は、ローパスフィルタリングされた複素画像から位相分布を形成する。ローパスフィルタリングにより、位相分布は、図９の（ａ）に示すような位相の不連続ないし急変部分が、例えば（ｂ）に示すように連続化ないし急変緩和されたものとなる。
【００８１】
このような位相分布が矛盾検出・解消部９１４を経て位相アンラッピング部９１６に入力される。矛盾検出・解消部９１４については後にあらためて説明する。位相アンラッピング部９１６は、図１０の（ａ）に示すようにラップアラウンドしている位相を（ｂ）のようにアンラッピングする。
【００８２】
アンラッピングされた位相分布は位相１／４倍部９１８に入力される。位相１／４倍部９１８は入力位相を１／４倍する。これにより、図１０の（ｃ）に示すような位相分布が得られる。この位相分布は、対象１が水だけからなる場合の位相分布に相当する。したがって、この位相分布は静磁場の強度分布すなわち静磁場不均一を表すものとなる。このような位相マップを、図５に示した位相補正部７１４における位相補正に使用することにより、脂肪像に影響されない位相マップを得ることができる。
【００８３】
次に、位相マップの位相矛盾の検出および位相矛盾の解消について説明する。位相マップに位相矛盾が生じる例を図１１および図１２によって説明する。１ピクセル中に水と脂肪が混在する場合、そのピクセルの位相は水の位相と脂肪の位相の中間的な値を持つ。このため、位相分布計算部９０４で計算した位相マップは例えば図１１に示すようになり、水・脂肪混在部分において、位相が水の位相から脂肪の位相へ連続的に変化するようになる。
【００８４】
このような位相マップについて位相４倍部９０６で位相４倍処理を行うことにより、図１２の（ａ）に示すような４倍位相マップが得られる。このような４倍位相マップに基づいて複素画像形成部９０８で複素画像を形成し、ローパスフィルタ部９１０でローパスフィルタリングし、位相分布計算部９１２で位相分布を計算することにより、同図の（ｂ）に示すような位相マップが得られる。
【００８５】
同図に示すように、水・脂肪混在部分での位相変化は位相のラップアラウンドに匹敵するほど大きなものとなる。このような位相マップについて位相アンラッピング部９１６で位相アンラッピングを行うと、水・脂肪混在部分をラップアラウンド部を見なして位相アンラッピングが行われるおそれがある。
【００８６】
この部分は、破線で示すように、本来はリニアな位相を持つはずのところであって位相アンラッピングを行うべきところではない。したがって、もしここで位相アンラッピングが行われた場合は位相マップが意味をなさなくなる。そこで、矛盾検出・解消部９１４で位相マップにおける矛盾を検出して解消する。
【００８７】
図１３に、矛盾検出・解消部９１４の動作のフロー（ｆｌｏｗ）図を示す。同図に示すように、ステップ（ｓｔｅｐ）９２２で、マトリクス（ｍａｔｒｉｘ）設定が行われる。これによって、例えば位相マップの中央に所定の大きさの画素マトリクスが設定される。マトリクスサイズは例えば図１４に示すように２×２である。この画像マトリクスにおける各画素をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとする。画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれ位相を持つ。
【００８８】
なお、マトリクスサイズは２×２に限るものではなく適宜でよい。ただし、２×２のマトリクスは矛盾検出の位置分解能を最高にする点で好ましい。また、正方マトリクスの代わりに適宜の異方マトリスとしてもよい。ただし、正方マトリクスは、矛盾検出の等方性を維持する点で好ましい。
【００８９】
次に、ステップ９２４で、画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの位相について周回アンラッピングを行う。周回アンラッピングとは、例えば画素Ａを出発点として時計回りに順次に画素間の位相差を調べて、ラップアラウンドしている位相について位相アンラッピングを行うことである。なお、出発点はいずれの画素であってもよく、また周回方向は反時計回りであってもよい。ステップ９２４で周回アンラッピングを行うデータ処理部１７０は、本発明における位相アンラッピング手段の実施の形態の一例である。
【００９０】
図１５に、周回アンラッピングの一例を示す。同図の（ａ）に示すように、画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの位相はそれぞれ０，３π／４，−３π／４，０であるとする。これらの位相を極座標平面における単位ベクトル（ｖｅｃｔｏｒ）で表したものが同図の（ｂ）である。
【００９１】
最初に画素Ａから画素Ｂを見た位相差を調べるとこれは３π／４となる。この位相差は±π以内であるので、画素Ｂの位相はラップアラウンドしていないと判定する。したがって、位相アンラッピングを行わない。なお、ラップアラウンドの有無の判定は±πに限らず予め定めた適宜の閾値を基準として行ってよい。ただし、±πは理論に忠実な判定を行う点で好ましい。以下、閾値が±πである例で説明するが、他の値の場合も同様になる。
【００９２】
次に、画素Ｂから画素Ｃを見た位相差を調べるとこれは−６π／４となる。この位相差は±πを超えているので、画素Ｃの位相はラップアラウンドしていると判定し、位相アンラッピングを行う。
【００９３】
すなわち、画素Ｃの位相はラップアラウンドにより見かけ上−３π／４になっているもの判定し、位相アンラッピングによりラップアラウンド前の位相に戻す。これによって、画素Ｃの位相は極座標平面において反時計回り測った位相５π／４となる。
【００９４】
次に、ラップアラウンド後の画素Ｃから画素Ｄを見た位相差を調べるとこれは−５π／４となる。この位相差は±πを超えているので、画素Ｄの位相はラップアラウンドしていると判定し、位相アンラッピングによりラップアラウンド前の位相に戻す。これによって、画素Ｄの位相は極座標平面において反時計回り測った位相２πとなる。
【００９５】
次に、ラップアラウンド後の画素Ｄから画素Ａを見た位相差を調べるとこれは−２πとなる。この位相差は±πを超えているので、画素Ａの位相はラップアラウンドしていると判定することになるが、画素Ａは周回アンラッピングの出発点であり、その位相はラップアラウンドしていないことを前提としているので矛盾が生じる。
【００９６】
図１６に、周回アンラッピングの他の例を示す。同図の（ａ）に示すように、画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの位相はそれぞれ０，π／４，π／２，π／４であるとする。これらの位相を極座標平面における単位ベクトルで表すと同図の（ｂ）のようになる。
【００９７】
最初に画素Ａから画素Ｂを見た位相差を調べるとこれはπ／４となる。この位相差は±π以内であるので、画素Ｂの位相はラップアラウンドしていないと判定する。したがって、位相アンラッピングを行わない。
【００９８】
次に、画素Ｂから画素Ｃを見た位相差を調べるとこれはπ／４となる。この位相差も±π以内であるので、画素Ｂの位相はラップアラウンドしていないと判定する。したがって、位相アンラッピングを行わない。
【００９９】
次に、画素Ｃから画素Ｄを見た位相差を調べるとこれは−π／４となる。この位相差は±π以内であるので、画素Ｂの位相はラップアラウンドしていないと判定する。したがって、位相アンラッピングを行わない。
【０１００】
次に、画素Ｄから画素Ａを見た位相差を調べるとこれは−π／４となる。この位相差は±π以内であるので、画素Ｂの位相はラップアラウンドしていないと判定する。したがって、位相アンラッピングを行わない。画素Ａは周回アンラッピングの出発点であり、その位相はラップアラウンドしていないことを前提としているので矛盾は生じない。
【０１０１】
上記の要領で周回アンラッピングを行った後に、ステップ９２６で、矛盾の有無を検出する。ステップ９２４で矛盾の有無を検出するデータ処理部１７０は、本発明における矛盾検出手段の実施の形態の一例である。矛盾がある場合は、ステップ９２８で矛盾があった画素の位置を特定しその位置を記憶する。
【０１０２】
次に、ステップ９３０で、マトリクスを更新する。これによって、例えば図１７の（ａ）示すように、隣のマトリクス等が次の矛盾検出の対象として設定され、このマトリクスについて、ステップ９２４の周回アンラッピングおよびステップ９２６の矛盾検出がそれぞれ行われる。なお、更新するマトリクスは隣のマトリクスに限らず適宜でよい。また、隣のマトリクスを構成する画素は、例えば図１７の（ｂ）および（ｃ）に示すように、部分的に重複していても良い。
【０１０３】
ステップ９２８で矛盾が検出されないときは、ステップ９３２で、すべてのマトリクスすなわち位相マップ全体について処理済みであるか否かを判定し、否の場合はステップ９３０でマトリクスを更新する。そして、ステップ９２４の周回アンラッピングおよびステップ９２６の矛盾検出をそれぞれ行う。以下、同様な処理を繰り返す。
【０１０４】
すべてのマトリクスについて上記の処理を済ませた後は、ステップ９３４で、位置限定ローパスフィルタリングを行う。位置限定ローパスフィルタリングとは、上記のようにして矛盾を検出した画素を中心とする所定の半径の領域についてのみ、位相のローパスフィルタリングすなわち位相平均を行う処理である。この位置限定ローパスフィルタリングも、複素画像を形成したうえで行うことはいうまでもない。ステップ９３４で位置限定ローパスフィルタリングを行うデータ処理部１７０は、本発明における平均化手段の実施の形態の一例である。
【０１０５】
このように位置限定ローパスフィルタリングを行うことにより、例えば図１８の（ａ）に示すように、水・脂肪混在により位相が急変した部分においては、位相分布が例えば図１５に示したようになって矛盾が検出されることにより強いローパスフィルタリングが行われ、脂肪だけまたは水だけの部分では位相分布が例えば図１６に示したようになることにより矛盾が検出されず、強いローパスフィルタリングは行われない。
【０１０６】
したがって、同図の（ｂ）に示すように、位相の急変が大幅に緩和され本来の位相マップにほぼ一致する位相マップを得ることができる。強いローパスフィルタリングは位相が急変した部分についてのみ行われるので、それ以外の部分まで過度に平滑化されることはない。
【０１０７】
位相マップの矛盾は水・脂肪混在部分ばかりでなく、撮影対象の磁化率の変化、血流や体動によるゴーストあるいは大きなノイズ等によても生じるが、それらに由来する矛盾も上記の処理によって検出および解消できることはもちろんである。したがって、矛盾検出・解消部９１４は図５に示したブロックにおいて位相マップ形成部７０６と位相アンラッピング部７０８の間に設けるようにしてもよい。
【０１０８】
また、位相マップは水・脂肪分離画像を撮影するための位相マップに限るものではなく、例えばマグネットシステムの静磁場強度分布を自動補正するためのオートシミング（ａｕｔｏ ｓｈｉｍｍｉｎｇ）用の位相マップ等、他の用途の位相マップであってよい。
【０１０９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、２次元位相マップにおける局所的な位相の矛盾を検出する方法および装置、２次元位相マップにおける局所的な位相の矛盾を解消する方法および装置、並びに、そのような装置を備えた磁気共鳴撮影装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態の一例の装置が実行するパルスシーケンスの一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の一例の装置が実行するパルスシーケンスの一例を示す図である。
【図５】データ処理部のブロック図である。
【図６】図５に示したデータ処理部の機能を説明する図である。
【図７】データ処理部のブロック図である。
【図８】図７に示したデータ処理部の機能を説明する図である。
【図９】図７に示したデータ処理部の機能を説明する図である。
【図１０】図７に示したデータ処理部の機能を説明する図である。
【図１１】図７に示したデータ処理部の機能を説明する図である。
【図１２】図７に示したデータ処理部の機能を説明する図である。
【図１３】図７に示したデータ処理部の動作のフロー図である。
【図１４】周回アンラッピングを説明するための図である。
【図１５】周回アンラッピングを説明するための図である。
【図１６】周回アンラッピングを説明するための図である。
【図１７】局所マトリクスを示す図である。
【図１８】図７に示したデータ処理部の機能を説明する図である。
【符号の説明】
１ 対象
１００，１００’ マグネットシステム
１０２ 主磁場コイル部
１０２’ 主磁場マグネット部
１０６，１０６’ 勾配コイル部
１０８，１０８’ ＲＦコイル部
１３０ 勾配駆動部
１４０ ＲＦ駆動部
１５０ データ収集部
１６０ 制御部
１７０ データ処理部
１８０ 表示部
１９０ 操作部
５００ クレードル
７００ 画像再構成部
７０４ フィルタリング部
７０６ 位相マップ形成部
７０８ 位相アンラッピング部
７１２ 位相マップメモリ
７１４ 位相補正部
７１６ 水・脂肪分離部
７１８ 水像メモリ
７２０ 脂肪像メモリ
９０２ パワー画像形成部
９０４ 位相分布計算部
９０６ 位相４倍部
９０８ 複素画像形成部
９１０ ローパスフィルタ部
９１２ 位相分布計算部
９１４ 矛盾検出・解消部
９１６ 位相アンラッピング部
９１８ 位相１／４倍部
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相矛盾検出方法および装置、位相矛盾解消方法および装置、並びに、磁気共鳴撮影装置に関し、とくに、２次元位相マップ（ｍａｐ）における位相矛盾を検出する方法および装置、２次元位相マップにおける位相矛盾を解消する方法および装置、並びに、そのような装置を備えた磁気共鳴撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴撮影（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置では、マグネットシステム（ｍａｇｎｅｔ ｓｙｓｔｅｍ）の内部空間、すなわち、静磁場を形成した撮影空間に撮影の対象を搬入し、勾配磁場および高周波磁場を印加して対象内のスピン（ｓｐｉｎ）を励起して磁気共鳴信号を発生させ、その受信信号に基づいて画像を再構成する。
【０００３】
撮影に利用する磁気共鳴信号は、水素原子核すなわちプロトン（ｐｒｏｔｏｎ）のスピンから発生する信号である。プロトンは生体を構成する最大の成分である水の中に存在するので、生体を磁気共鳴撮影するための信号として好適である。
【０００４】
プロトンは脂肪中にも存在するので脂肪からも磁気共鳴信号が発生する。ケミカルシフトがあるために、脂肪のプロトンのスピンから発生する磁気共鳴信号は、水のプロトンのスピンから発生する磁気共鳴信号とは周波数が異なる。脂肪の周波数は、水の周波数からその約３．５ｐｐｍ相当の周波数だけ低い周波数となる。
【０００５】
このような周波数の違いを利用して、脂肪を含まない水だけの像または水を含まない脂肪だけの像を得ることが行われる。水だけの像または脂肪だけの像を得るには、水のプロトンのスピンと脂肪のプロトンのスピンの間にπ／２の位相差を生じさせた状態で磁気共鳴信号を獲得し、この磁気共鳴信号に基づいて複素数画像を再構成し、複素数画像データのリアルパート（ｒｅａｌ ｐａｒｔ）によって水像を形成し、イマジナリパート（ｉｍａｇｉｎａｒｙ ｐａｒｔ）によって脂肪像を形成する。
【０００６】
磁気共鳴信号の位相は静磁場強度の不均一の影響を受けるので、磁場不均一に影響されずに水と脂肪を別々に画像化するために、静磁場不均一を表す２次元的な位相分布すなわち２次元位相マップを求め、それに基づいて予め画像の位相補正を行うようにしている。
【０００７】
２次元位相マップは、複素数で与えられる画像データ（ｄａｔａ）の位相をピクセル（ｐｉｘｅｌ）ごとに求めることにより得られる。ノイズ（ｎｏｉｓｅ）の影響を受けない２次元位相マップを得るために、２次元位相マップの元になる複素画像についてローパスフィルタリング（ｌｏｗ−ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）が行われる。
【０００８】
２次元位相マップを形成する過程では、位相のラップアラウンド（ｗｒａｐ ａｒｏｕｎｄ）の有無を検出し、ラップアラウンドがある部分ではラップアラウンドの補正すなわちアンラッピング（ｕｎｗｒａｐｐｉｎｇ）が行われる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
撮影対象の磁化率の変化、水と脂肪の混在による位相変化、血流や体動によるゴースト（ｇｈｏｓｔ）あるいは大きなノイズ（ｎｏｉｓｅ）等によりピクセルデータの位相が局所的に乱れた場合、その部分ではあたかもラップアラウンドがあるかのような位相状態となり、それに基づいてアンラッピングを行うと正しい位相マップを得ることができない。
【００１０】
そこで、本発明の課題は、２次元位相マップにおける局所的な位相の矛盾を検出する方法および装置、２次元位相マップにおける局所的な位相の矛盾を解消する方法および装置、並びに、そのような装置を備えた磁気共鳴撮影装置を実現することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決するための１つの観点での発明は、２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行い、始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定する、ことを特徴とする位相矛盾検出方法である。
【００１２】
（２）上記の課題を解決する他の観点での発明は、２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行う位相アンラッピング手段と、始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定する矛盾検出手段と、を具備することを特徴とする位相矛盾検出装置である。
【００１３】
（１）および（２）に記載の各観点での発明では、２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行い、始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定するので、２次元位相マップにおける位相矛盾を検出することができる。
【００１４】
（３）上記の課題を解決する他の観点での発明は、２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行い、始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定し、前記特定した局所データマトリクスのデータを含む予め定めた領域に限定して前記２次元位相マップを平均化する、ことを特徴とする位相矛盾解消方法である。
【００１５】
（４）上記の課題を解決する他の観点での発明は、２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行う位相アンラッピング手段と、始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定する矛盾検出手段と、前記特定した局所データマトリクスのデータを含む予め定めた領域に限定して前記２次元位相マップを平均化する平均化手段と、を具備することを特徴とする位相矛盾解消装置である。
【００１６】
（３）および（４）に記載の各観点での発明では、２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行い、始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定し、前記特定した局所データマトリクスのデータを含む予め定めた領域に限定して前記２次元位相マップを平均化するので、２次元位相マップにおける位相矛盾を解消することができる。
【００１７】
（５）上記の課題を解決する他の観点での発明は、撮影の対象から磁気共鳴信号を獲得し、この磁気共鳴信号に基づいて画像を生成し、この画像の２次元位相マップを求め、この２次元位相マップを用いて前記画像の位相補正を行う磁気共鳴撮影装置であって、前記２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行う位相アンラッピング手段と、始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定する矛盾検出手段と、前記特定した局所データマトリクスのデータを含む予め定めた領域に限定して前記２次元位相マップを平均化する平均化手段と、を具備することを特徴とする磁気共鳴撮影装置である。
【００１８】
（５）に記載の観点での発明では、磁気共鳴撮影によって得られた断層像の２次元位相マップにについて、局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行い、始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定し、前記特定した局所データマトリクスのデータを含む予め定めた領域に限定して前記２次元位相マップを平均化するので、位相矛盾を解消した２次元位相マップ得ることができ、それを用いて画像の位相補正を正しく行うことができる。
【００１９】
前記閾値は±πであることが、位相矛盾の検出を適切に行う点で好ましい。
前記局所データマトリクスは正方マトリクスであることが、矛盾検出の等方性を維持する点で好ましい。
【００２０】
前記正方マトリクスのマトリクスサイズは２×２であることが、矛盾検出の位置分解能を最高にする点で好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１に磁気共鳴撮影装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置において、２次元位相マップの位相矛盾の検出および位相矛盾の解消が行われる。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００２２】
先ず、磁気共鳴撮影装置の構成およびその撮影動作について説明する。同図に示すように、本装置はマグネットシステム１００を有する。マグネットシステム１００は主磁場コイル（ｃｏｉｌ）部１０２、勾配コイル部１０６およびＲＦコイル部１０８を有する。これら各コイル部は概ね円筒状の形状を有し、互いに同軸的に配置されている。マグネットシステム１００の概ね円柱状の内部空間（ボア：ｂｏｒｅ）に、撮影の対象１がクレードル（ｃｒａｄｌｅ）５００に搭載されて図示しない搬送手段により搬入および搬出される。
【００２３】
主磁場コイル部１０２はマグネットシステム１００の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の方向は概ね対象１の体軸の方向に平行である。すなわちいわゆる水平磁場を形成する。主磁場コイル部１０２は例えば超伝導コイルを用いて構成される。なお、超伝導コイルに限らず常伝導コイル等を用いて構成してもよいのはもちろんである。
【００２４】
勾配コイル部１０６は、互いに垂直な３軸すなわちスライス（ｓｌｉｃｅ）軸、位相軸および周波数軸の方向において、それぞれ静磁場強度に勾配を持たせるための３つの勾配磁場を生じる。
【００２５】
静磁場空間における互いに垂直な座標軸をｘ，ｙ，ｚとしたとき、いずれの軸もスライス軸とすることができる。その場合、残り２軸のうちの一方を位相軸とし、他方を周波数軸とする。また、スライス軸、位相軸および周波数軸は、相互間の垂直性を保ったままｘ，ｙ，ｚ軸に関して任意の傾きを持たせることも可能である。本装置では対象１の体軸の方向をｚ軸方向とする。
【００２６】
スライス軸方向の勾配磁場をスライス勾配磁場ともいう。位相軸方向の勾配磁場を位相エンコード（ｐｈａｓｅ ｅｎｃｏｄｅ）勾配磁場ともいう。周波数軸方向の勾配磁場をリードアウト（ｒｅａｄ ｏｕｔ）勾配磁場ともいう。このような勾配磁場の発生を可能にするために、勾配コイル部１０６は図示しない３系統の勾配コイルを有する。以下、勾配磁場を単に勾配ともいう。
【００２７】
ＲＦコイル部１０８は静磁場空間に対象１の体内のスピン（ｓｐｉｎ）を励起するための高周波磁場を形成する。以下、高周波磁場を形成することをＲＦ励起信号の送信ともいう。また、ＲＦ励起信号をＲＦパルスともいう。ＲＦコイル部１０８は、また、励起されたスピンが生じる電磁波すなわち磁気共鳴信号を受信する。
【００２８】
ＲＦコイル部１０８は図示しない送信用のコイルおよび受信用のコイルを有する。送信用のコイルおよび受信用のコイルは、同じコイルを兼用するかあるいはそれぞれ専用のコイルを用いる。
【００２９】
勾配コイル部１０６には勾配駆動部１３０が接続されている。勾配駆動部１３０は勾配コイル部１０６に駆動信号を与えて勾配磁場を発生させる。勾配駆動部１３０は、勾配コイル部１０６における３系統の勾配コイルに対応して、図示しない３系統の駆動回路を有する。
【００３０】
ＲＦコイル部１０８にはＲＦ駆動部１４０が接続されている。ＲＦ駆動部１４０はＲＦコイル部１０８に駆動信号を与えてＲＦパルスを送信し、対象１の体内のスピンを励起する。
【００３１】
ＲＦコイル部１０８にはデータ収集部１５０が接続されている。データ収集部１５０は、ＲＦコイル部１０８が受信した受信信号をサンプリング（ｓａｍｐｌｉｎｇ）によって取り込み、それをディジタルデータ（ｄｉｇｉｔａｌ ｄａｔａ）として収集する。
【００３２】
勾配駆動部１３０、ＲＦ駆動部１４０およびデータ収集部１５０には制御部１６０が接続されている。制御部１６０は、勾配駆動部１３０ないしデータ収集部１５０をそれぞれ制御して撮影を遂行する。
【００３３】
制御部１６０は、例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等を用いて構成される。制御部１６０は図示しないメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）を有する。メモリは制御部１６０用のプログラムおよび各種のデータを記憶している。制御部１６０の機能は、コンピュータがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現される。
【００３４】
データ収集部１５０の出力側はデータ処理部１７０に接続されている。データ収集部１５０が収集したデータがデータ処理部１７０に入力される。データ処理部１７０は、例えばコンピュータ等を用いて構成される。データ処理部１７０は図示しないメモリを有する。メモリはデータ処理部１７０用のプログラムおよび各種のデータを記憶している。
【００３５】
データ処理部１７０は制御部１６０に接続されている。データ処理部１７０は制御部１６０の上位にあってそれを統括する。本装置の機能は、データ処理部１７０がメモリに記憶されたプログラムを実行することによりを実現される。
【００３６】
データ処理部１７０は、データ収集部１５０が収集したデータをメモリに記憶する。メモリ内にはデータ空間が形成される。このデータ空間は２次元フーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）空間を構成する。以下、フーリエ空間をｋスペース（ｋ−ｓｐａｃｅ）ともいう。データ処理部１７０は、ｋスペースのデータを２次元逆フ−リエ変換することにより対象１の画像を再構成する。データ処理部１７０は、本発明における画像生成手段の実施の形態の一例である。
【００３７】
データ処理部１７０には表示部１８０および操作部１９０が接続されている。表示部１８０は、グラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。操作部１９０はポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅ）を備えたキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）等で構成される。
【００３８】
表示部１８０は、データ処理部１７０から出力される再構成画像および各種の情報を表示する。操作部１９０は、使用者によって操作され、各種の指令や情報等をデータ処理部１７０に入力する。使用者は表示部１８０および操作部１９０を通じてインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作する。
【００３９】
図２に、他の方式の磁気共鳴撮影装置のブロック図を示す。本装置においても、２次元位相マップの位相矛盾の検出および２次元位相マップの位相矛盾の解消が行われる。同図に示す磁気共鳴撮影装置は、本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００４０】
本装置は、図１に示した装置とは方式を異にするマグネットシステム１００’を有する。マグネットシステム１００’以外は図１に示した装置と同様な構成になっており、同様な部分に同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
マグネットシステム１００’は主磁場マグネット部１０２’、勾配コイル部１０６’およびＲＦコイル部１０８’を有する。これら主磁場マグネット部１０２’および各コイル部は、いずれも空間を挟んで互いに対向する１対のものからなる。また、いずれも概ね円盤状の形状を有し中心軸を共有して配置されている。マグネットシステム１００’の内部空間（ボア）に、対象１がクレードル５００に搭載されて図示しない搬送手段により搬入および搬出される。
【００４２】
主磁場マグネット部１０２’はマグネットシステム１００’の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の方向は概ね対象１の体軸方向と直交する。すなわちいわゆる垂直磁場を形成する。主磁場マグネット部１０２’は例えば永久磁石等を用いて構成される。なお、永久磁石に限らず超伝導電磁石あるいは常伝導電磁石等を用いて構成してもよいのはもちろんである。
【００４３】
勾配コイル部１０６’は、互いに垂直な３軸すなわちスライス軸、位相軸および周波数軸の方向において、それぞれ静磁場強度に勾配を持たせるための３つの勾配磁場を生じる。
【００４４】
静磁場空間における互いに垂直な座標軸をｘ，ｙ，ｚとしたとき、いずれの軸もスライス軸とすることができる。その場合、残り２軸のうちの一方を位相軸とし、他方を周波数軸とする。また、スライス軸、位相軸および周波数軸は、相互間の垂直性を保ったままｘ，ｙ，ｚ軸に関して任意の傾きを持たせることも可能である。本装置でも対象１の体軸の方向をｚ軸方向とする。
【００４５】
スライス軸方向の勾配磁場をスライス勾配磁場ともいう。位相軸方向の勾配磁場を位相エンコード勾配磁場ともいう。周波数軸方向の勾配磁場をリードアウト勾配磁場ともいう。このような勾配磁場の発生を可能にするために、勾配コイル部１０６’は図示しない３系統の勾配コイルを有する。
【００４６】
ＲＦコイル部１０８’は静磁場空間に対象１の体内のスピンを励起するためのＲＦパルスを送信する。ＲＦコイル部１０８’は、また、励起されたスピンが生じる磁気共鳴信号を受信する。
【００４７】
ＲＦコイル部１０８’は図示しない送信用のコイルおよび受信用のコイルを有する。送信用のコイルおよび受信用のコイルは、同じコイルを兼用するかあるいはそれぞれ専用のコイルを用いる。
【００４８】
図３に、磁気共鳴撮影に用いるパルスシーケンス（ｐｕｌｓｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）の一例を示す。このパルスシーケンスは、スピンエコー（ＳＥ：Ｓｐｉｎ Ｅｃｈｏ）法のパルスシーケンスである。
【００４９】
すなわち、（１）はＳＥ法におけるＲＦ励起用の９０°パルスおよび１８０°パルスのシーケンスであり、（２）、（３）、（４）および（５）は、同じくそれぞれ、スライス勾配Ｇｓ、リードアウト勾配Ｇｒ、フェーズエンコード勾配ＧｐおよびスピンエコーＭＲのシーケンスである。なお、９０°パルスおよび１８０°パルスはそれぞれ中心信号で代表する。パルスシーケンスは時間軸ｔに沿って左から右に進行する。
【００５０】
同図に示すように、９０°パルスによりスピンの９０°励起が行われる。このときスライス勾配Ｇｓが印加され所定のスライスについての選択励起が行われる。９０°励起から所定の時間後に、１８０°パルスによる１８０°励起すなわちスピン反転が行われる。このときもスライス勾配Ｇｓが印加され、同じスライスについての選択的反転が行われる。
【００５１】
９０°励起とスピン反転の間の期間に、リードアウト勾配Ｇｒおよびフェーズエンコード勾配Ｇｐが印加される。リードアウト勾配Ｇｒによりスピンのディフェーズ（ｄｅｐｈａｓｅ）が行われる。フェーズエンコード勾配Ｇｐによりスピンのフェーズエンコードが行われる。
【００５２】
スピン反転後、リードアウト勾配Ｇｒでスピンをリフェーズ（ｒｅｐｈａｓｅ）してスピンエコーＭＲを発生させる。スピンエコーＭＲはデータ収集部１５０によりビューデータ（ｖｉｅｗ ｄａｔａ）として収集される。このようなパルスシーケンスが周期ＴＲ（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）で６４〜５１２回繰り返される。繰り返しのたびにフェーズエンコード勾配Ｇｐを変更し、毎回異なるフェーズエンコードを行う。これによって、６４〜５１２ビューのビューデータが得られる。
【００５３】
スピンエコーＭＲは、エコー中心に関して対称的な波形を持つＲＦ信号となる。中心エコーは９０°励起からＴＥ（ｅｃｈｏ ｔｉｍｅ）後に生じる。時間ＴＥを適切に選ぶことにより、水のエコーと脂肪のエコーの位相差をπ／２とすることができる。位相差をπ／２にするＴＥは静磁場強度が０．２Ｔの場合で２τ＋８．６ｍｓまたは２τ−８．６ｍｓ程度である。なお、τは９０°励起から１８０°励起までの時間間隔である。この程度のＴＥで得られるスピンエコーは十分な信号強度を有する。
【００５４】
磁気共鳴撮影用パルスシーケンスの他の例を図４に示す。このパルスシーケンスは、グラディエントエコー（ＧＲＥ：Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｅｃｈｏ）法のパルスシーケンスである。
【００５５】
すなわち、（１）はＧＲＥ法におけるＲＦ励起用のα°パルスのシーケンスであり、（２）、（３）、（４）および（５）は、同じくそれぞれ、スライス勾配Ｇｓ、リードアウト勾配Ｇｒ、フェーズエンコード勾配ＧｐおよびスピンエコーＭＲのシーケンスである。なお、α°パルスは中心信号で代表する。パルスシーケンスは時間軸ｔに沿って左から右に進行する。
【００５６】
同図に示すように、α°パルスによりスピンのα°励起が行われる。αは９０以下である。このときスライス勾配Ｇｓが印加され所定のスライスについての選択励起が行われる。
【００５７】
α°励起後、フェーズエンコード勾配Ｇｐによりスピンのフェーズエンコードが行われる。次に、リードアウト勾配Ｇｒにより先ずスピンをディフェーズし、次いでスピンをリフェーズして、グラディエントエコーＭＲを発生させる。グラディエントエコーＭＲはデータ収集部１５０によりビューデータとして収集される。このようなパルスシーケンスが周期ＴＲで６４〜５１２回繰り返される。繰り返しのたびにフェーズエンコード勾配Ｇｐを変更し、毎回異なるフェーズエンコードを行う。これによって、６４〜５１２ビューのビューデータが得られる。
【００５８】
グラディエントエコーＭＲは、エコー中心に関して対称的な波形を持つＲＦ信号となる。中心エコーはα°励起からＴＥ後に生じる。時間ＴＥを適切に選ぶことにより、水のエコーと脂肪のエコーの位相差をπ／２とすることができる。位相差をπ／２にするＴＥは静磁場強度が０．２Ｔの場合で８．６ｍｓ程度である。この程度のＴＥで得られるグラディエントエコーは十分な信号強度を有する。
【００５９】
図３または図４のパルスシーケンスによって得られたビューデータが、データ処理部１７０のメモリに収集される。なお、パルスシーケンスはＳＥ法またはＧＲＥ法に限るものではなく、例えばファーストスピンエコー（ＦＳＥ：ＦａｓｔＳｐｉｎ Ｅｃｈｏ）法やエコープラナーイメージング（ＥＰＩ：Ｅｃｈｏ Ｐｌａｎａｒ Ｉｍａｇｉｎｇ）等、他の適宜の技法のものであってよいのはいうまでもない。
【００６０】
データ処理部１７０は、ビューデータを２次元逆フーリエ変換して対象１の断層像を再構成する。再構成した画像はメモリに記憶する。データ処理部１７０は、再構成した画像から、水分を画像化した像および脂肪分を画像化した像をそれぞれ生成する。以下、水分を画像化した像を水像、脂肪分を画像化した像を脂肪像ともいう。
【００６１】
水像および脂肪像を生成するに当たり、データ処理部１７０は、静磁場の強度分布に相当する位相分布すなわち２次元位相マップを求め、それを用いて、磁場不均一の影響を除去する位相補正を行う。以下、２次元位相マップを単に位相マップともいう。なお、位相マップは水・脂肪分離撮影のためばかりでなく、通常の撮影における位相補正のために求めるようにしてもよいのはもちろんである。
【００６２】
水像と脂肪像を分離して生成する観点から見たデータ処理部１７０のブロック図を図５に示す。同図の各ブロックの機能は、大部分が例えばコンピュータプログラム（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｐｒｏｇｒａｍ）等により実現される。以下同様である。
【００６３】
同図に示すように、データ処理部１７０はフィルタリング部７０４を有する。
フィルタリング部７０４には、前段の画像再構成部７００から再構成画像が入力される。再構成画像としては、例えば標準ファントム（ｐｈａｎｔｏｍ）を撮像して得た像等が用いられる。なお、標準ファントムは水成分だけを含むものである。
【００６４】
再構成画像のピクセルデータ（ｐｉｘｅｌ ｄａｔａ）は複素数で与えられる。すなわち、ピクセルデータは実数成分と虚数成分を有する。以下、実数成分および虚数成分をそれぞれリアルパート（ｒｅａｌ ｐａｒｔ）およびイマジナリパート（ｉｍａｇｉｎａｒｙ ｐａｒｔ）ともいう。
【００６５】
このような入力画像について、フィルタリング部７０４がフィルタリングを行う。フィルタリングは例えばローパスフィルタリング（ｌｏｗ−ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）であり、これによってピクセルデータに含まれるノイズが除去される。
【００６６】
フィルタリング後の画像につき、位相マップ形成部７０６で位相マップを形成する。位相マップ形成部７０６は、ピクセルごとに複素数データの位相すなわちリアルパートとイマジナリパートのアークタンジェント（ａｒｃ ｔａｎｇｅｎｔ）を求め、この位相をピクセル値とする画像すなわち位相マップを形成する。
【００６７】
位相マップの模式図を図６の（ａ）に示す。同図は、位相マップの１次元プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）である。位相マップの１次元プロファイル（以下、単に位相マップという）は、静磁場が均一な場合は、同図の一点鎖線で示すように、位相０に相当する水平な直線になるべきであるが、例えば静磁場がリニア（ｌｉｎｅａｒ）に変化するような不均一性を持つとすると、それに対応した傾斜で位相が変化する位相マップとなる。撮影空間での静磁場強度は予めシミング（ｓｈｉｍｍｉｎｇ）が行われているにより、局所的に急激に変化することはなく概ね滑らかに変化する。
【００６８】
位相マップには、±πの範囲を逸脱した位相が±πの範囲内に折り返すいわゆるラップアラウンドが生じる。このような位相マップにつき位相アンラッピング（ｕｎｗｒａｐｐｉｎｇ）部７０８で位相アンラッピングを行う。
【００６９】
位相アンラッピング部７０８は、図６の（ａ）に示すようにラップアラウンドすなわち２πの位相差が生じている部分で、位相差とは逆符号で２πを加算し、位相マップを（ｂ）のようにラップアラウンドのないものにする。位相アンラッピングが施された位相マップは位相マップメモリ７１２に記憶される。
【００７０】
位相マップメモリ７１２に記憶された位相マップは、位相補正部７１４において再構成画像の位相補正に利用される。位相補正部７１４は、画像再構成部７００から位相補正すべき再構成画像を入力し、そのピクセルデータの位相を位相マップにおける対応するピクセルの位相によって補正する。
【００７１】
位相を補正した複素画像は水・脂肪分離部７１６に入力される。水・脂肪分離部７１６は、位相補正済みの複素画像のリアルパートを用いて水像を生成し、イマジナリパートを用いて脂肪像を生成する。これによって、正確な水像および脂肪像を得ることができる。生成した水像は水像メモリ７１８に記憶し、脂肪像は脂肪像メモリ７２０に記憶する。
【００７２】
位相マップを求めるための元画像として対象１を撮影したものを用いる場合は、上記のパルスシーケンスにより、水像と脂肪像はπ／２の位相差を持つので、位相マップは脂肪像に相当するところでは静磁場不均一よる位相からπ／２異なる位相を持つ。
【００７３】
このような位相マップで位相補正を行うと、水像と脂肪像の位相差までも補正してしまい、水・脂肪分離画像を得ることができなくなる。そこで、対象１を撮影した画像から位相マップを求める場合は次のような処理を行う。
【００７４】
図７に、水像と脂肪像がπ／２の位相差を持つ画像から位相マップを求める観点でのデータ処理部１７０のブロック図を示す。同図に示すように、データ処理部１７０はパワー（ｐｏｗｅｒ）画像形成部９０２および位相分布計算部９０４を有する。パワー画像形成部９０２および位相分布計算部９０４には、再構成画像が入力される。
【００７５】
パワー画像形成部９０２は、ピクセルごとの複素数データのパワーを求め、このパワーをピクセル値とする画像すなわちパワー画像を形成する。位相分布計算部９０４は、再構成画像の位相分布を求める。求められた位相分布の模式図を図８の（ａ）に示す。同図は、断層像が脂肪像とその周囲を囲む水像からなる場合の、位相分布の１次元プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）である。
【００７６】
位相分布の１次元プロファイル（以下、単に位相分布という）は、静磁場が均一であるとすると、水像の位相が０になることにより、同図の一点鎖線で示すような図形になるべきであるが、例えば静磁場がリニアに傾斜す不均一性を持つとすると、実線で示すような位相分布となる。
【００７７】
位相分布は位相４倍部９０６に入力される。位相４倍部９０６は位相分布における各位相を４倍する。これにより、図８の（ｂ）に示すような位相分布が得られる。同図に示すように、４倍したことにより水と脂肪の位相差が２πになり両者は同相となる。なお、位相分布にはラップアラウンドが生じる。また、それに加えて、水と脂肪の境界部分では位相の不連続ないし急変が生じる。
【００７８】
このような位相分布が複素画像形成部９０８に入力される。複素画像形成部９０８にはパワー画像形成部９０２からパワー画像も入力される。複素画像形成部９０８は、位相分布とパワー画像に基づいて複素画像を形成する。
【００７９】
複素画像のリアルパートは、パワー画像データのコサイン（ｃｏｓｉｎｅ）として求められる。複素画像のイマジナリパートは、パワー画像データのサイン（ｓｉｎｅ）として求められる。なお、コサインおよびサインの演算に用いる角度は位相角度である。
【００８０】
複素画像はローパスフィルタ部９１０を通して位相分布計算部９１２に入力される。位相分布計算部９１２は、ローパスフィルタリングされた複素画像から位相分布を形成する。ローパスフィルタリングにより、位相分布は、図９の（ａ）に示すような位相の不連続ないし急変部分が、例えば（ｂ）に示すように連続化ないし急変緩和されたものとなる。
【００８１】
このような位相分布が矛盾検出・解消部９１４を経て位相アンラッピング部９１６に入力される。矛盾検出・解消部９１４については後にあらためて説明する。位相アンラッピング部９１６は、図１０の（ａ）に示すようにラップアラウンドしている位相を（ｂ）のようにアンラッピングする。
【００８２】
アンラッピングされた位相分布は位相１／４倍部９１８に入力される。位相１／４倍部９１８は入力位相を１／４倍する。これにより、図１０の（ｃ）に示すような位相分布が得られる。この位相分布は、対象１が水だけからなる場合の位相分布に相当する。したがって、この位相分布は静磁場の強度分布すなわち静磁場不均一を表すものとなる。このような位相マップを、図５に示した位相補正部７１４における位相補正に使用することにより、脂肪像に影響されない位相マップを得ることができる。
【００８３】
次に、位相マップの位相矛盾の検出および位相矛盾の解消について説明する。位相マップに位相矛盾が生じる例を図１１および図１２によって説明する。１ピクセル中に水と脂肪が混在する場合、そのピクセルの位相は水の位相と脂肪の位相の中間的な値を持つ。このため、位相分布計算部９０４で計算した位相マップは例えば図１１に示すようになり、水・脂肪混在部分において、位相が水の位相から脂肪の位相へ連続的に変化するようになる。
【００８４】
このような位相マップについて位相４倍部９０６で位相４倍処理を行うことにより、図１２の（ａ）に示すような４倍位相マップが得られる。このような４倍位相マップに基づいて複素画像形成部９０８で複素画像を形成し、ローパスフィルタ部９１０でローパスフィルタリングし、位相分布計算部９１２で位相分布を計算することにより、同図の（ｂ）に示すような位相マップが得られる。
【００８５】
同図に示すように、水・脂肪混在部分での位相変化は位相のラップアラウンドに匹敵するほど大きなものとなる。このような位相マップについて位相アンラッピング部９１６で位相アンラッピングを行うと、水・脂肪混在部分をラップアラウンド部を見なして位相アンラッピングが行われるおそれがある。
【００８６】
この部分は、破線で示すように、本来はリニアな位相を持つはずのところであって位相アンラッピングを行うべきところではない。したがって、もしここで位相アンラッピングが行われた場合は位相マップが意味をなさなくなる。そこで、矛盾検出・解消部９１４で位相マップにおける矛盾を検出して解消する。
【００８７】
図１３に、矛盾検出・解消部９１４の動作のフロー（ｆｌｏｗ）図を示す。同図に示すように、ステップ（ｓｔｅｐ）９２２で、マトリクス（ｍａｔｒｉｘ）設定が行われる。これによって、例えば位相マップの中央に所定の大きさの画素マトリクスが設定される。マトリクスサイズは例えば図１４に示すように２×２である。この画像マトリクスにおける各画素をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとする。画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれ位相を持つ。
【００８８】
なお、マトリクスサイズは２×２に限るものではなく適宜でよい。ただし、２×２のマトリクスは矛盾検出の位置分解能を最高にする点で好ましい。また、正方マトリクスの代わりに適宜の異方マトリスとしてもよい。ただし、正方マトリクスは、矛盾検出の等方性を維持する点で好ましい。
【００８９】
次に、ステップ９２４で、画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの位相について周回アンラッピングを行う。周回アンラッピングとは、例えば画素Ａを出発点として時計回りに順次に画素間の位相差を調べて、ラップアラウンドしている位相について位相アンラッピングを行うことである。なお、出発点はいずれの画素であってもよく、また周回方向は反時計回りであってもよい。ステップ９２４で周回アンラッピングを行うデータ処理部１７０は、本発明における位相アンラッピング手段の実施の形態の一例である。
【００９０】
図１５に、周回アンラッピングの一例を示す。同図の（ａ）に示すように、画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの位相はそれぞれ０，３π／４，−３π／４，０であるとする。これらの位相を極座標平面における単位ベクトル（ｖｅｃｔｏｒ）で表したものが同図の（ｂ）である。
【００９１】
最初に画素Ａから画素Ｂを見た位相差を調べるとこれは３π／４となる。この位相差は±π以内であるので、画素Ｂの位相はラップアラウンドしていないと判定する。したがって、位相アンラッピングを行わない。なお、ラップアラウンドの有無の判定は±πに限らず予め定めた適宜の閾値を基準として行ってよい。ただし、±πは理論に忠実な判定を行う点で好ましい。以下、閾値が±πである例で説明するが、他の値の場合も同様になる。
【００９２】
次に、画素Ｂから画素Ｃを見た位相差を調べるとこれは−６π／４となる。この位相差は±πを超えているので、画素Ｃの位相はラップアラウンドしていると判定し、位相アンラッピングを行う。
【００９３】
すなわち、画素Ｃの位相はラップアラウンドにより見かけ上−３π／４になっているもの判定し、位相アンラッピングによりラップアラウンド前の位相に戻す。これによって、画素Ｃの位相は極座標平面において反時計回り測った位相５π／４となる。
【００９４】
次に、ラップアラウンド後の画素Ｃから画素Ｄを見た位相差を調べるとこれは−５π／４となる。この位相差は±πを超えているので、画素Ｄの位相はラップアラウンドしていると判定し、位相アンラッピングによりラップアラウンド前の位相に戻す。これによって、画素Ｄの位相は極座標平面において反時計回り測った位相２πとなる。
【００９５】
次に、ラップアラウンド後の画素Ｄから画素Ａを見た位相差を調べるとこれは−２πとなる。この位相差は±πを超えているので、画素Ａの位相はラップアラウンドしていると判定することになるが、画素Ａは周回アンラッピングの出発点であり、その位相はラップアラウンドしていないことを前提としているので矛盾が生じる。
【００９６】
図１６に、周回アンラッピングの他の例を示す。同図の（ａ）に示すように、画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの位相はそれぞれ０，π／４，π／２，π／４であるとする。これらの位相を極座標平面における単位ベクトルで表すと同図の（ｂ）のようになる。
【００９７】
最初に画素Ａから画素Ｂを見た位相差を調べるとこれはπ／４となる。この位相差は±π以内であるので、画素Ｂの位相はラップアラウンドしていないと判定する。したがって、位相アンラッピングを行わない。
【００９８】
次に、画素Ｂから画素Ｃを見た位相差を調べるとこれはπ／４となる。この位相差も±π以内であるので、画素Ｂの位相はラップアラウンドしていないと判定する。したがって、位相アンラッピングを行わない。
【００９９】
次に、画素Ｃから画素Ｄを見た位相差を調べるとこれは−π／４となる。この位相差は±π以内であるので、画素Ｂの位相はラップアラウンドしていないと判定する。したがって、位相アンラッピングを行わない。
【０１００】
次に、画素Ｄから画素Ａを見た位相差を調べるとこれは−π／４となる。この位相差は±π以内であるので、画素Ｂの位相はラップアラウンドしていないと判定する。したがって、位相アンラッピングを行わない。画素Ａは周回アンラッピングの出発点であり、その位相はラップアラウンドしていないことを前提としているので矛盾は生じない。
【０１０１】
上記の要領で周回アンラッピングを行った後に、ステップ９２６で、矛盾の有無を検出する。ステップ９２４で矛盾の有無を検出するデータ処理部１７０は、本発明における矛盾検出手段の実施の形態の一例である。矛盾がある場合は、ステップ９２８で矛盾があった画素の位置を特定しその位置を記憶する。
【０１０２】
次に、ステップ９３０で、マトリクスを更新する。これによって、例えば図１７の（ａ）示すように、隣のマトリクス等が次の矛盾検出の対象として設定され、このマトリクスについて、ステップ９２４の周回アンラッピングおよびステップ９２６の矛盾検出がそれぞれ行われる。なお、更新するマトリクスは隣のマトリクスに限らず適宜でよい。また、隣のマトリクスを構成する画素は、例えば図１７の（ｂ）および（ｃ）に示すように、部分的に重複していても良い。
【０１０３】
ステップ９２８で矛盾が検出されないときは、ステップ９３２で、すべてのマトリクスすなわち位相マップ全体について処理済みであるか否かを判定し、否の場合はステップ９３０でマトリクスを更新する。そして、ステップ９２４の周回アンラッピングおよびステップ９２６の矛盾検出をそれぞれ行う。以下、同様な処理を繰り返す。
【０１０４】
すべてのマトリクスについて上記の処理を済ませた後は、ステップ９３４で、位置限定ローパスフィルタリングを行う。位置限定ローパスフィルタリングとは、上記のようにして矛盾を検出した画素を中心とする所定の半径の領域についてのみ、位相のローパスフィルタリングすなわち位相平均を行う処理である。この位置限定ローパスフィルタリングも、複素画像を形成したうえで行うことはいうまでもない。ステップ９３４で位置限定ローパスフィルタリングを行うデータ処理部１７０は、本発明における平均化手段の実施の形態の一例である。
【０１０５】
このように位置限定ローパスフィルタリングを行うことにより、例えば図１８の（ａ）に示すように、水・脂肪混在により位相が急変した部分においては、位相分布が例えば図１５に示したようになって矛盾が検出されることにより強いローパスフィルタリングが行われ、脂肪だけまたは水だけの部分では位相分布が例えば図１６に示したようになることにより矛盾が検出されず、強いローパスフィルタリングは行われない。
【０１０６】
したがって、同図の（ｂ）に示すように、位相の急変が大幅に緩和され本来の位相マップにほぼ一致する位相マップを得ることができる。強いローパスフィルタリングは位相が急変した部分についてのみ行われるので、それ以外の部分まで過度に平滑化されることはない。
【０１０７】
位相マップの矛盾は水・脂肪混在部分ばかりでなく、撮影対象の磁化率の変化、血流や体動によるゴーストあるいは大きなノイズ等によても生じるが、それらに由来する矛盾も上記の処理によって検出および解消できることはもちろんである。したがって、矛盾検出・解消部９１４は図５に示したブロックにおいて位相マップ形成部７０６と位相アンラッピング部７０８の間に設けるようにしてもよい。
【０１０８】
また、位相マップは水・脂肪分離画像を撮影するための位相マップに限るものではなく、例えばマグネットシステムの静磁場強度分布を自動補正するためのオートシミング（ａｕｔｏ ｓｈｉｍｍｉｎｇ）用の位相マップ等、他の用途の位相マップであってよい。
【０１０９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、２次元位相マップにおける局所的な位相の矛盾を検出する方法および装置、２次元位相マップにおける局所的な位相の矛盾を解消する方法および装置、並びに、そのような装置を備えた磁気共鳴撮影装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態の一例の装置が実行するパルスシーケンスの一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の一例の装置が実行するパルスシーケンスの一例を示す図である。
【図５】データ処理部のブロック図である。
【図６】図５に示したデータ処理部の機能を説明する図である。
【図７】データ処理部のブロック図である。
【図８】図７に示したデータ処理部の機能を説明する図である。
【図９】図７に示したデータ処理部の機能を説明する図である。
【図１０】図７に示したデータ処理部の機能を説明する図である。
【図１１】図７に示したデータ処理部の機能を説明する図である。
【図１２】図７に示したデータ処理部の機能を説明する図である。
【図１３】図７に示したデータ処理部の動作のフロー図である。
【図１４】周回アンラッピングを説明するための図である。
【図１５】周回アンラッピングを説明するための図である。
【図１６】周回アンラッピングを説明するための図である。
【図１７】局所マトリクスを示す図である。
【図１８】図７に示したデータ処理部の機能を説明する図である。
【符号の説明】
１ 対象
１００，１００’ マグネットシステム
１０２ 主磁場コイル部
１０２’ 主磁場マグネット部
１０６，１０６’ 勾配コイル部
１０８，１０８’ ＲＦコイル部
１３０ 勾配駆動部
１４０ ＲＦ駆動部
１５０ データ収集部
１６０ 制御部
１７０ データ処理部
１８０ 表示部
１９０ 操作部
５００ クレードル
７００ 画像再構成部
７０４ フィルタリング部
７０６ 位相マップ形成部
７０８ 位相アンラッピング部
７１２ 位相マップメモリ
７１４ 位相補正部
７１６ 水・脂肪分離部
７１８ 水像メモリ
７２０ 脂肪像メモリ
９０２ パワー画像形成部
９０４ 位相分布計算部
９０６ 位相４倍部
９０８ 複素画像形成部
９１０ ローパスフィルタ部
９１２ 位相分布計算部
９１４ 矛盾検出・解消部
９１６ 位相アンラッピング部
９１８ 位相１／４倍部
Claims (20)
- 磁気共鳴撮影画像の２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行い、
始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定する、
ことを特徴とする位相矛盾検出方法。 - 前記閾値は±πである、
ことを特徴とする請求項１に記載の位相矛盾検出方法。 - 前記局所データマトリクスは正方マトリクスである、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位相矛盾検出方法。 - 前記正方マトリクスのマトリクスサイズは２×２である、
ことを特徴とする請求項３に記載の位相矛盾検出方法。 - 磁気共鳴撮影画像の２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行う位相アンラッピング手段と、
始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定する矛盾検出手段と、
を具備することを特徴とする位相矛盾検出装置。 - 前記閾値は±πである、
ことを特徴とする請求項５に記載の位相矛盾検出装置。 - 前記局所データマトリクスは正方マトリクスである、
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の位相矛盾検出装置。 - 前記正方マトリクスのマトリクスサイズは２×２である、
ことを特徴とする請求項７に記載の位相矛盾検出装置。 - ２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行い、
始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定し、
前記特定した局所データマトリクスのデータを含む予め定めた領域に限定して前記２次元位相マップを平均化する、
ことを特徴とする位相矛盾解消方法。 - 前記閾値は±πである、
ことを特徴とする請求項９に記載の位相矛盾解消方法。 - 前記局所データマトリクスは正方マトリクスである、
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の位相矛盾解消方法。 - 前記正方マトリクスのマトリクスサイズは２×２である、
ことを特徴とする請求項１１に記載の位相矛盾解消方法。 - 磁気共鳴撮影画像の２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行う位相アンラッピング手段と、
始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定する矛盾検出手段と、
前記特定した局所データマトリクスのデータを含む予め定めた領域に限定して前記２次元位相マップを平均化する平均化手段と、
を具備することを特徴とする位相矛盾解消装置。 - 前記閾値は±πである、
ことを特徴とする請求項１３に記載の位相矛盾解消装置。 - 前記局所データマトリクスは正方マトリクスである、
ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の位相矛盾解消装置。 - 前記正方マトリクスのマトリクスサイズは２×２である、
ことを特徴とする請求項１５に記載の位相矛盾解消装置。 - 撮影の対象から磁気共鳴信号を獲得し、この磁気共鳴信号に基づいて画像を生成し、この画像の２次元位相マップを求め、この２次元位相マップを用いて前記画像の位相補正を行う磁気共鳴撮影装置であって、
前記２次元位相マップにおける局所データマトリクスごとに周回順に隣り合うデータ間の位相アンラッピングを順次に行う位相アンラッピング手段と、
始点のデータと終点のデータの間の位相差が予め定めた閾値を超える局所データマトリクスを特定する矛盾検出手段と、
前記特定した局所データマトリクスのデータを含む予め定めた領域に限定して前記２次元位相マップを平均化する平均化手段と、
を具備することを特徴とする磁気共鳴撮影装置。 - 前記閾値は±πである、
ことを特徴とする請求項１７に記載の磁気共鳴撮影装置。 - 前記局所データマトリクスは正方マトリクスである、
ことを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の磁気共鳴撮影装置。 - 前記正方マトリクスのマトリクスサイズは２×２である、
ことを特徴とする請求項１９に記載の磁気共鳴撮影装置。
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