JP5177367B2 - 磁気共鳴イメージング装置及びナビゲータデータ解析方法 - Google Patents

磁気共鳴イメージング装置及びナビゲータデータ解析方法 Download PDF

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Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置(MRI:Magnetic Resonance Imaging)及びナビゲータデータ(navigator data)解析方法に関し、特に静磁場空間内において被検体にRFパルス(pulse)を送信し、被検体から磁気共鳴信号を収集するスキャン(scan)を実施することによって、被検体についての画像を生成する磁気共鳴イメージング装置、及びスキャンを実施することによって得られる、被検体における組織の位置を検出するためのナビゲータデータを解析するナビゲータデータ解析方法に関するものである。
磁気共鳴イメージング装置は、静磁場空間内の被検体に電磁波を照射することにより、その被検体内のプロトン(proton)のスピン(spin)を核磁気共鳴現象によって励起させ、その励起されたスピンにより発生する磁気共鳴信号を得るスキャンを実施する。そして、そのスキャンにより得られる磁気共鳴信号に基づいて、被検体の断層面についてスライス画像を生成する装置である。
この磁気共鳴イメージング装置を用いて被検体を撮影する際に被検体に体動が生じた場合には、生成したスライス画像に体動アーチファクト(artifact)が発生する場合がある。たとえば、被検体の心臓や腹部を撮影する場合においては、呼吸運動や心拍運動などの体動によって、体動アーチファクトが発生し、画像の質が低下する。
そこで、この体動アーチファクトによる画像の低下の問題を解決する手法が提案されている。その一つの方法は、例えば、通常呼吸下での撮像において、横隔膜の位置の変化に合わせて、被検体の励起断面をリアルタイムで補正し、常に同一の断面から磁気共鳴信号を計測することにより体動アーチファクトによる画像の低下を防止する。また、取得したナビゲータエコーを利用して、イメージングシーケンスを変更したり、イメージングデータを選択したりすることにより体動アーチファクトによる画像の質の低下を防止する(例えば、特許文献1、2参照)。
これらの技術に用いる横隔膜の位置検出の手法として、ナビゲータエコーを利用して横隔膜の動きを追跡し、得たれたナビゲータデータを利用して呼吸同期、ゲーティング(gating)を行う方法が知られている(例えば、特許文献3参照)。
そして、ナビゲータデータの解析方法として、例えばAhn法、LSQ法、エッジ(edge)検出法などが知られている(例えば、非特許文献1参照)。
特開2007−111188号公報(例えば、段落0047から段落0055参照。) 特開2007−98026号公報(例えば、段落0057から段落0062参照。) 特開平10−277010号公報(例えば、段落0002から段落0006参照。) Yiping P. Du, Manojkumar Saranathan, and Thomas K. F. Foo. "An Accurate, Robust, and Computationally Efficient Navigator Algorithm for Measuring Diaphragm Positions",JOURNAL OF CARDIOVASCULAR MAGNETIC RESONANCE Vol.6, No.2, pp. 483-490, 2004
しかし、図18のコロナル(coronal)画像に示すように、イメージングスキャン(imaging scan)を実施してイメージングデータ(imaging data)を取得するイメージング領域IAがナビゲータデータの取得位置であるナビゲータ領域NAと重なった結果、取得したナビゲータデータにスライス干渉による信号の乱れが発生し、図19の破線部に示すように、取得したナビゲータデータの信号強度Iとナビゲータ領域の位置Lとの関係をプロットした信号強度プロファイル(profile)にノイズ(noise)が発生する。ここで、図19における破線部は、図18におけるイメージング領域IAとナビゲータ領域NAとの重複部分における信号強度プロファイルを示す。そうすると、上記に示す従来のナビゲータデータの解析法で安定した解析結果を得ることは困難であった。
したがって、本発明は、ナビゲータデータの安定した解析結果を得ることにより、画像の低下を防止できる磁気イメージング装置、及びナビゲータデータの安定した解析結果を得ることができるナビゲータデータ解析方法を提供する。
さらに、本発明は、イメージングスキャンの撮影スライスとナビゲータ領域とが重なった場合であっても、ナビゲータデータの安定した解析結果を得ることにより、画像の低下を防止できる磁気イメージング装置、及びナビゲータデータの安定した解析結果を得ることができるナビゲータデータ解析方法を提供する。
本発明は、被検体において体動する組織を含むナビゲータ領域から磁気共鳴信号をナビゲータデータとして得るナビゲータシーケンス(navigator sequence)を実施すると共に、前記被検体においてイメージング領域から磁気共鳴信号をイメージングデータとして得るイメージングシーケンス(imaging sequence)を実施するスキャンを実施することによって、前記イメージング領域について画像を生成する磁気共鳴イメージング装置であって、前記ナビゲータデータの位相と前記ナビゲータ領域の位置との関係を示すように位相プロファイルを生成する位相プロファイル生成部と、前記位相プロファイル生成部によって生成された位相プロファイルについて折り返りを補正する位相補正部と、前記位相補正部によって補正された位相プロファイルに基づいて、前記ナビゲータ領域において体動する組織の位置を検出する位置検出部とを有する。
好適には、前記位相補正部により位相の補正が実施された前記磁気共鳴信号の位相プロファイルにおいて、前記被検体における組織の位置を検出する範囲を設定する範囲設定部を有する。
好適には、前記位置検出部は、エッジ検出法により前記被検体における組織の位置を検出する。
好適には、前記位置検出部は、LSQ法により前記被検体における組織の位置を検出する。
好適には、前記位置検出部は、相関係数法により前記被検体における組織の位置を検出する。
好適には、前記位置検出部は、相互情報量法により前記被検体における組織の位置を検出する。
好適には、前記組織が横隔膜である。
好適には、前記位相補正部により位相の補正が実施された位相プロファイルを平滑化させる位相プロファイル平滑部を有する。
本発明のナビゲータデータ解析方法は、静磁場空間内において被検体にRFパルスを送信し、当該被検体から磁気共鳴信号を収集するスキャンを実施することにより、前記被検体のスライス画像を生成するためのイメージングデータと前記被検体における組織の位置を検出するためのナビゲータデータを取得し、取得した当該ナビゲータデータを解析するナビゲータデータ解析方法であって、前記ナビゲータデータの位相と前記ナビゲータ領域の位置との関係を示すように位相プロファイルを生成する第1ステップと、前記第1ステップにおいて生成された前記位相プロファイルの折り返りを補正する第2ステップと、前記第2ステップにおいて折り返りの補正がされた位相プロファイルに基づいて、前記ナビゲータ領域において体動する組織の位置を検出する第3ステップとを含む。
好適には、前記第2ステップの後、位相の補正が実施された前記位相プロファイルにおいて、前記被検体における組織の位置を検出する範囲を設定するステップを有する。
好適には、前記第3ステップは、エッジ検出法により前記被検体における組織の位置を検出する。
好適には、前記第3ステップは、LSQ法により前記被検体における組織の位置を検出する。
好適には、前記第3ステップは、相関係数法により前記被検体における組織の位置を検出する。
好適には、前記第3ステップは、相互情報量法により前記被検体における組織の位置を検出する。
好適には、前記組織が横隔膜である。
好適には、前記第2ステップの後、前記第2ステップにおいて位相の補正が実施された前記位相プロファイルを平滑化するステップを有する。
本発明によれば、イメージングスキャンの撮影スライスとナビゲータ領域とが重なった場合であっても、ナビゲータデータの安定した解析結果を得ることができる磁気イメージング装置及びナビゲータデータ解析方法を提供することができる。
以下より、本発明に係る一実施形態について図面を参照して説明する。
<第1の実施形態>
(装置構成)
図1は、本発明に係る一実施形態におけるRFコイル部により構成される磁気共鳴イメージング装置の構成を示す構成図である。本装置は、本発明の実施形態の一例である。
図1に示すように、磁気共鳴イメージング装置1は、スキャン部2と、操作コンソール(console)部3とを有している。ここで、スキャン部2は、静磁場マグネット(magnet)部12と、勾配コイル(coil)部13と、RFコイル部14と、クレードル(cradle)15とを有する。そして、操作コンソール部3は、RF駆動部22と、勾配駆動部23と、データ収集部24と、制御部30と、記憶部31と、操作部32と、データ処理部33と、表示部34とを有する。
スキャン部2について説明する。
スキャン部2は、図1に示すように、被検体40における撮影スライス領域が収容される静磁場空間11を含んでいる。そして、スキャン部2は、操作コンソール部3からの制御信号に基づいて、その静磁場が形成される静磁場空間11に収容した被検体40の撮影領域にRFパルスを照射し、その撮影領域から磁気共鳴信号を取得するスキャンを実施する。
本実施形態において、スキャン部2は、被検体40のイメージング領域IAにおいて発生する磁気共鳴信号をイメージングデータとして得るイメージングシーケンスISと、被検体40のナビゲータ領域NAにおいて発生する磁気共鳴信号をナビゲータデータとして取得するナビゲータシーケンスNSとを繰り返し実施する。
スキャン部2の各構成要素について、順次、説明する。
静磁場マグネット部12は、被検体40が収容される静磁場空間11に静磁場を形成するために設けられている。静磁場マグネット部12は、水平磁場型であって、被検体40が収容される静磁場空間11において載置される被検体40の体軸方向(z方向)に沿うように、超伝導磁石(図示なし)が静磁場を形成する。なお、静磁場マグネット部12は、水平磁場型の他に、垂直磁場型であってもよく、永久磁石により構成されていてもよい。
勾配コイル部13は、RFコイル部14が受信する磁気共鳴信号に3次元の位置情報を持たせるために、静磁場空間11に勾配磁場を形成する。勾配コイル部13は、スライス選択勾配磁場、読み取り勾配磁場、位相エンコード勾配磁場の3種類の勾配磁場を形成するために勾配コイルを3系統有する。
RFコイル部14は、たとえば、被検体40を囲むように配置される。RFコイル部14は、静磁場マグネット部12によって静磁場が形成される静磁場空間11内において、制御部30からの制御信号に基づいて、電磁波であるRFパルスを被検体40に送信して高周波磁場を形成する。これにより、被検体40の撮影スライス領域におけるプロトンのスピンを励起する。そして、RFコイル部14は、その励起された被検体40の撮影スライス領域におけるプロトンのスピンが元の磁化ベクトル(vector)へ戻る際に生ずる電磁波を、磁気共鳴信号として受信する。RFコイル部14は、同一のRFコイルによりRFパルスの送受信を行ってもよい。
本実施形態において、RFコイル部14は、ナビゲータシーケンスNSとイメージングシーケンスISとにおいて、RFパルスを送信する。
クレードル15は、被検体40を載置するテーブル(table)を有する。クレードル15は、制御部30からの制御信号に基づいて、静磁場空間11の内部と外部との間でテーブルに載置された被検体40を移動する。
操作コンソール部3について説明する。
操作コンソール部3は、スキャン部2が被検体40についてスキャンを実施するように制御し、そのスキャン部2が実施したスキャンによって得られた磁気共鳴信号に基づいて、被検体40の画像を生成すると共に、その生成した画像を表示する。
操作コンソール部3を構成する各部について、順次、説明する。
RF駆動部22は、RFコイル部14を駆動させて静磁場空間11内に高周波磁場を形成するために、ゲート(gate)変調器(図示なし)とRF電力増幅器(図示なし)とRF発振器(図示なし)とを有する。RF駆動部22は、制御部30からの制御信号に基づいて、RF発振器からのRF信号を、ゲート変調器を用いて所定のタイミング(timing)および所定の包絡線の信号に変調する。そして、ゲート変調器により変調されたRF信号を、RF電力増幅器により増幅した後、RFコイル部14に出力する。
勾配駆動部23は、制御部30の制御信号に基づいて勾配コイル部13を駆動させて、静磁場空間11内に勾配磁場を発生させる。勾配駆動部23は、勾配コイル部13の3系統の勾配コイルに対応して3系統の駆動回路(図示なし)を有する。
データ収集部24は、RFコイル部14が受信する磁気共鳴信号を収集するために、位相検波器(図示なし)とアナログ/デジタル変換器(図示なし)とを有する。データ収集部24は、RFコイル部14からの磁気共鳴信号を、RF駆動部22のRF発振器の出力を参照信号として、位相検波器によって位相検波し、アナログ/デジタル変換器に出力する。そして、位相検波器により位相検波されたアナログ信号である磁気共鳴信号を、アナログ/デジタル変換器によってデジタル信号に変換して、データ処理部33に出力する。
制御部30は、コンピュータ(computer)と、コンピュータを用いて所定のスキャンに対応する動作を各部に実行させるプログラム(program)とを有する。そして、制御部30は、後述する操作部32に接続されており、操作部32に入力された操作信号を処理し、クレードル15とRF駆動部22と勾配駆動部23とデータ収集部24との各部に、制御信号を出力し制御を行う。また、制御部30は、所望の画像を得るために、操作部32からの操作信号に基づいてデータ処理部33、表示部34を制御する。
本実施形態においては、制御部30は、RF駆動部22と勾配駆動部23とを制御して、スキャン部2にナビゲータシーケンスNS及びイメージングシーケンスISを実施させる。制御部30は、ナビゲータシーケンスNSを実施して得られたナビゲータデータに基づいて、スキャン部2が実施するイメージングシーケンスISの制御を実施し、またデータ処理部33を制御することにより、イメージングデータの補正をする。
記憶部31は、コンピュータとコンピュータに所定のデータ処理を実行させるプログラムとを有する。そして、記憶部31は、データ収集部24に収集された画像再構成処理前の磁気共鳴信号、後述するデータ処理部33で画像再構成処理された画像データ等を記憶する。
操作部32は、キーボード(keyboard)やマウス(mouth)などの操作デバイス(device)により構成されている。操作部32は、オペレータ(operator)によって操作データ、撮像プロトコル(protocol)などが入力され、またイメージングシーケンスISを実施する領域、ナビゲータシーケンスNSを実施する領域の設定がされ、その操作データ、撮像プロトコル、設定領域に関するデータを制御部30に出力する。
データ処理部33は、コンピュータと、そのコンピュータを用いて所定のデータ処理を実行するプログラムを記憶するメモリとを有しており、制御部30からの制御信号に基づいて、データ処理を実施する。
ここで、図2は、本発明に係る一実施形態におけるデータ処理部33の構成を示すブロック(block)図である。
図2に示すように、データ処理部33は、画像再構成部331と、位相プロファイル生成部332と、位相補正部333と、位置検出部334とを有する。
データ処理部33の各部について順次説明する。
画像再構成部331は、コンピュータとコンピュータに所定のデータ処理を実行させるプログラムを記憶するメモリとを有する。そして、画像再構成部331は、被検体40の撮影領域についてのイメージングシーケンスISの実施によってイメージングデータとして得られた磁気共鳴信号を、ローデータとして用いることによって、その被検体40の撮影領域についての画像を画像再構成する。すなわち、本実施形態においては、スキャン部2によるイメージングシーケンスISの実施において、RFコイル部14が撮影領域へRFパルスを送信し、その撮影領域において発生する磁気共鳴信号を、RFコイル部14が受信することによって収集したイメージングデータに基づいて、スライス画像を画像再構成する。そして、画像再構成されたスライス画像を表示部34に出力する。
位相プロファイル生成部332は、例えば、被検体40のイメージング領域IAについてのイメージングシーケンスISの実施前に実施されたナビゲータシーケンスNSによってナビゲータデータとして得られた磁気共鳴信号を、ローデータとして用いることによって、その被検体40のナビゲータ領域NAについての位相プロファイルを生成する。すなわち、本実施形態においては、スキャン部2によるナビゲータシーケンスNSの実施において、RFコイル部14がナビゲータ領域NAへRFパルスを送信し、その撮影領域において発生する磁気共鳴信号を、RFコイル部14が受信することによってデータ収集部24に収集されたナビゲータデータを一次元フーリエ(Fourier)変換し、一次元フーリエ変換したデータの位相Pと位置Lとの関係をプロット(plot)することにより位相プロファイルを生成する。
位相補正部333は、位相プロファイル生成部332が生成した位相プロファイルの補正を実施する。本実施形態において、位相補正部333は、折り返された位相プロファイルを補正する。例えば、位相プロファイルが折り返されて、0°から360°の範囲内にある位相を補正し、実際の位相とする。
位置検出部334は、コンピュータとコンピュータに所定のデータ処理を実行させるプログラムを記憶するメモリとを有しており、制御部30からの制御信号に基づいて、被検体40における組織の位置を検出する。本実施形態において、位置検出部334は、位相プロファイル生成部332により1次元フーリエ変換が実施されたナビゲータデータの位相プロファイルにおいて、被検体40における組織の境界bの位置Lを検出する。例えば、予め閾値Pthを設定しておき、位相プロファイルにおける位相Pが閾値Pthとなる位置Lthを境界bとして検出する。被検体40における組織の境界bの位置Lとして、例えば、被検体40における肺臓と肝臓の境界にある横隔膜の位置を検出する。
表示部34は、ディスプレイ(display)などの表示デバイスにより構成されており、制御部30からの制御信号に基づいて、表示画面に画像を表示する。表示部34は、例えば、オペレータによって操作部32に操作データが入力される入力項目についての画像を表示画面に表示する。また、表示部34は、データ処理部33が生成する被検体40のスライス画像を表示する。
(動作)
以下より、本実施形態の磁気共鳴イメージング装置1を用いて、被検体40を撮像する際の動作について説明する。
図3は、本発明に係る一実施形態において、被検体を撮像する際の動作を示すフロー(flow)図である。また、図4は、本発明に係る一実施形態において、被検体40をスキャンする際のシーケンスを示すシーケンス図である。横軸が時間軸tである。また、図5は、本発明に係る一実施形態において、ナビゲータ領域NA及びイメージング領域IAを示すコロナル画像を示す図である。図5におけるz方向は、後述する図8における横軸の位置Lの方向である。なお、ここでは、黒色領域は肺臓を示す。また、灰色領域は肝臓を示し、肺臓と肝臓の間に横隔膜が位置する。また、横隔膜にほぼ直交するz軸方向に長辺が配置された矩形領域は、ナビゲータシーケンスNSを実施するナビゲータ領域NAである。また、コロナル画像における肝臓において、横隔膜にほぼ平行なx軸方向に平行となるように配置された領域は、イメージングシーケンスISを実施するイメージング領域IAである。図6は、本発明に係る一実施形態におけるナビゲータシーケンスを示すパルスシーケンスを示す図である。Gはスライス選択傾斜磁場、Gφは位相エンコーディング(encoding)傾斜磁場、Gは周波数エンコーディング傾斜磁場を示し、RFは高周波パルスを示す。なお、ここでは、縦軸が強度を示し、横軸が時間を示す。図7は、本発明に係る一実施形態におけるシリンドリカルグラジエントエコー型ナビゲータシーケンスであるパルスシーケンスを示す図である。RFは高周波パルスを示す。xgradはx軸方向に印加する傾斜磁場、ygradはy軸方向に印加する傾斜磁場、zgradはz軸方向に印加する傾斜磁場を示し、RFは高周波パルスを示す。なお、ここでは、縦軸が強度を示し、横軸が時間を示す。
まず、図3に示すように、ナビゲータシーケンスNSを実施する(ST10)。
ここでは、被検体40における組織の境界bの位置Lを検出するために、スキャン部2が被検体40のナビゲータシーケンスNSを実施することによりナビゲータデータを取得する。
例えば、ナビゲータシーケンスNSは、図4に示すように、ナビゲータシーケンスNSの実施が開始される時点t1から、所定時間D1が経過した時点t2までの間において実施される。具体的には、ナビゲータシーケンスNSを実施する前に、図5に示すように、コロナル画像50を表示部34が表示する。そして、表示部34が表示するコロナル画像50上にナビゲータシーケンスを実施する領域をナビゲータ領域NAとして、例えば、オペレータが操作部32により設定する。設定されるナビゲータ領域NAはイメージングシーケンスISを実施するイメージング領域IAと重なっていてもよい。図5に示すように、本実施形態の場合、ナビゲータ領域NAは、例えば肺臓60と肝臓61との間に位置する横隔膜62と交差し、横隔膜62とほぼ垂直であるz軸方向に平行な長辺を有する矩形領域として設定する。
そして、ナビゲータ領域NAにおいて、図6に示すように、フリップアングル(flip angle)90°の高周波パルスRF1と共に第1のスライス選択傾斜磁場G1を印加することによって、被検体40において横隔膜を含む第1のスライス面を選択的に90°励起する。その後、第2のスライス選択傾斜磁場G2を被検体40に印加することによって位相を戻した後、フリップアングル180°の高周波パルスRF2と共に第3のスライス選択傾斜磁場G3と第1の位相エンコーディング傾斜磁場Gφ1とを印加することによって、横隔膜を含む領域において第1のスライス面と交差する第2のスライス面を180°励起する。
そして、周波数エンコードするように第1と第2との周波数エンコーディング傾斜磁場G1,G2を印加し、被検体40において第1のスライス面と第2のスライス面とが交差する領域からの磁気共鳴信号Eを、スキャン部2がナビゲータデータとして取得する。
また、ナビゲータ領域NAにおいて、図7に示すように、例えば、RFパルスの送信と同時に、y方向およびz方向に極性が交互に連続的に変化するように傾斜磁場を印加し線状に被検体40のスライスを選択し、そしてx方向に読み取り傾斜磁場を印加するシリンドリカルグラジエントエコー型ナビゲータシーケンスを実施してもよい。
ここで、本実施形態において図5に示すように、ナビゲータデータは、横隔膜とほぼ垂直な方向(z軸方向)の位置情報を必要とし、横隔膜とほぼ平行な方向(x軸方向)の位置情報は必要としない。従って、ナビゲータシーケンスNSは、x軸方向の空間情報を取得する位相エンコード傾斜磁場を印加しないナビゲータデータを取得するシーケンスである。
つぎに、図3に示すように、ナビゲータデータの位相プロファイルを生成する(ST20)。
ここでは、ステップST10においてナビゲータシーケンスNSを実施することにより取得したナビゲータデータに対して、位相プロファイル生成部332が1次元フーリエ変換を実施する。そして、一次元フーリエ変換を実施したナビゲータデータにおける位相と、図5に示すナビゲータ領域NAにおけるz軸方向の位置との関係をプロットすることにより、位相プロファイルを生成する。ここで、図8は、本発明に係る一実施形態において、ナビゲータデータを1次元フーリエ変換し、位相をプロットした位相プロファイルを示す図である。縦軸は位相P、横軸は位置Lを示す。ここで、位置Lは、図5に示すナビゲータ領域NAにおけるz軸方向の位置である。また、位相Pが小さい領域Sは図5における肺臓60の位相を示し、位相Pが大きい領域Bは図5における肝臓61の位相を示す。以下の図においても同様である。
具体的には、位相プロファイル生成部332がスキャン部2によって取得したナビゲータデータに対し、図5に示すz軸方向に1次元フーリエ変換を実施する。
そして、図8に示すように、1次元フーリエ変換を実施したナビゲータデータの位相と位置との関係をプロットし、ナビゲータデータの位相プロファイルを生成する。
つぎに、図3に示すように、位相プロファイルの補正を実施する(ST30)。
ここでは、ステップST20において位相をプロットすることにより生成した位相プロファイルの補正を、位相補正部333が実施する。ここで、図9は、本発明に係る一実施形態において、位相の補正を実施した位相プロファイルを示す図である。縦軸は位相P、横軸は位置Lを示す。
具体的には、図8に示すように、位相プロファイルにおいて、破線で囲んだ位相Pが急激に低下している部分100、すなわち位相Pが離散的に変化している部分が存在する。これは、位相Pが360°になると0°に折り返され、位相Pが360°を超えると360°を超えた分が0°から起算した値になるためである。従って、0°に折り返された位相を実際の位相に補正するために、折り返された位相プロファイルの補正を実施する。例えば、0°位相は360°位相に、10°位相は370°位相とする補正を実施する。補正を実施した後の位相プロファイルは、図9に示すようなプロファイルを奏する。より具体的には、例えば、隣り合うピクセルの位相差が180°を超える場合、その差が180°以下になるように360°×n(nは正負の整数)を片方のピクセルにおける位相に加え、全領域において隣り合うピクセルの位相差が180°以下になるように、位相の補正を実施して、位相プロファイルにおける折り返しを除去する。
つぎに、図3に示すように、位相プロファイルにおいて、被検体の組織の境界を検出する(ST40)。
ここでは、ステップST30において位相の補正が実施された位相プロファイルにおいて、被検体40の組織の境界bの位置Lを、例えばエッジ検出法、LSQ法、相関係数法、相互情報量法などを用いて、位置検出部334が検出する。
ここで、図10は、本発明の一実施形態において、組織の境界bの位置Lが検出された位相プロファイルを示す図である。縦軸は位相P、横軸は位置Lを示す。
具体的には、図10に示すように、例えば、エッジ検出法により、位置検出部334が、位相の補正を実施した位相プロファイルにおける位相Pの最大位相Pmaxと最小位相Pminの平均値(Pmax+Pmin)/2を算出し、この平均値を閾値Pthとする。そして、位相プロファイルにおいて、位相が閾値Pth以上となる位置Lが所定の長さ、例えば10ピクセル分以上継続した場合、位相Pが閾値Pthとなる位置Lthを被検体40における組織の境界bの位置Lとして、位置検出部334が検出する。
また、例えば、LSQ法(最小二乗法)により、ナビゲータデータの空間プロファイルf(x)と基準ナビゲータデータプロファイルf(x)を用い、以下の数式(1)で示される最小二乗誤差l(d)が最小となる変位dを位置検出部334が算出し、算出した変位dを被検体40における組織の境界bの位置Lとして、位置検出部334が検出する。
x1、x2:処理を行う区間
また、例えば、相関値から被検体40における組織の境界bの位置Lを位置検出部334が検出する相関係数法、相互情報量から被検体40における組織の境界bの位置Lを位置検出部334が検出する相互情報量法などを用いてもよい。
ステップST30において補正を実施していない図8に示す位相プロファイルにおいて、本ステップの被検体の組織の境界を検出した場合、破線で囲んだ位相Pが急激に低下している部分100にも位相が閾値Pth以上となる位置Lが所定の長さ、例えば、10ピクセル分以上継続する場合がある。その場合、実際には部分100には被検体40における組織の境界bは存在しないが、部分100における位相Pが閾値Pthとなる位置Lthを被検体40における組織の境界bの位置Lとして検出してしまう可能性がある。従って、ステップST30において、位相プロファイルの補正を実施する。
以上のように検出できる被検体40における組織の境界として、例えば、被検体40における肺臓60と肝臓61の境界にある横隔膜62などが挙げられる。
つぎに、図3に示すように、組織の境界の位置が許容範囲内であるかの判断を行う(ST50)。
ここでは、ステップST40において位置検出部334が検出した位相プロファイルにおいて検出された被検体40における組織の境界bの位置Lが許容範囲内であるかの判断を制御部30が比較処理する。
具体的には、位置検出部334により検出された被検体40における組織の境界bの位置Lと、予め定められた許容範囲の上下限値とを制御部30が比較処理することにより、許容範囲内であるか否かを判断する。
境界bの位置と予め定められた許容範囲の上下限値とを比較した結果、境界bの位置が上限値以下であって下限値以上である場合、許容範囲内であると判断し、境界bの位置が上限値を超える、あるいは下限値未満である場合、許容範囲でないと判断する。
そして、図3に示すように、境界bの位置が許容範囲内でないと判断した場合(NO)においては、再びナビゲータシーケンスを実施(ST10)、ナビゲータデータの位相プロファイルを生成(ST20)、位相プロファイルの補正を実施(ST30)、位相プロファイルにおいて、被検体の組織の境界を検出(ST40)する。
つぎに、図3に示すように、イメージングシーケンスを実施する(ST60)。
ここでは、ステップST50において境界bの位置が許容範囲内であると判断した場合(YES)に、スキャン部2が被検体40のイメージングシーケンスISを実施することによりイメージングデータを取得する。
具体的には、図4、5に示すように、スキャン部2が被検体40におけるイメージング領域IAにおいて、イメージングシーケンスISを実施して、イメージングデータとしての磁気共鳴信号を取得する。例えば、被検体40の肝臓61におけるイメージング領域IAにおいて、イメージングシーケンスISを実施してイメージングデータを取得する。このイメージングシーケンスISは、図4に示すように、ナビゲータシーケンスが終了した時点t2から所定の時間D2の経過後であって、イメージングシーケンスISが開始する時点t3から所定の時間D3を経過後の時点t4までの間において実施される。
そして、k空間において全ての位相エンコードステップに対応するように、イメージング領域IAにおいて複数回イメージングシーケンスISを実施して、イメージングデータを取得する。
つぎに、図3に示すように、スライス画像の画像再構成を実施する(ST70)。
ここでは、ステップST60において取得されたイメージングデータを用いて、画像再構成部331が被検体40のスライス画像を画像再構成する。例えば、画像再構成部331は被検体40における肝臓61のスライス画像を画像再構成する。そして、画像再構成部331は、画像再構成したスライス画像を表示部34に出力する。
以上のように、本発明の一実施形態は、ナビゲータ領域NAを設定し、設定したナビゲータ領域NAにおいてナビゲータシーケンスNSを実施する。そして、取得したナビゲータデータに対して、1次元フーリエ変換を実施する。そして、一次元フーリエ変換を実施したナビゲータデータにおける位相をプロットした位相プロファイルを生成する。そして、生成した位相プロファイルの補正を実施する。そしてエッジ検出法により、補正を実施した位相プロファイルの最大位相と最小位相の平均値を算出し、その値を閾値Pthと設定する。そして、位相プロファイルにおいて、位相が閾値Pth以上となる位置Lが所定の長さ、例えば、10ピクセル分以上継続した場合、位相Pが閾値Pthとなる位置Lthを被検体40における組織の境界bの位置Lとして検出する。また、LSQ法の場合、ナビゲータデータの空間プロファイルf(x)と基準ナビゲータデータプロファイルf(x)との最小二乗誤差l(d)が最小となるdを算出し、変位dを被検体40における組織の境界bの位置Lとする。そして、境界bの位置Lが許容範囲内である場合、イメージングシーケンスISを実施してイメージングデータを取得する。そして、取得されたイメージングデータを用いて、画像再構成部が被検体のスライス画像を画像再構成する。
このように、ナビゲータ領域NAとイメージング領域IAとが重なっていても、位相をプロットした位相プロファイルは、イメージングスキャンの干渉による信号の乱れが発生しないため、補正を実施した位相プロファイルにおいて、被検体における組織の境界の位置を正確に検出することができる。そして、組織の境界の位置を正確に検出することができるため、画像再構成されたスライス画像において体動アーチファクトの発生を防止することができ、画像品質の良いスライス画像を得ることができる。
<第2の実施形態>
(装置構成)
図11は、本発明に係る一実施形態におけるデータ処理部33の構成を示すブロック図である。本データ処理部は、本発明の実施形態の一例である。
第2の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置1の構成である範囲設定部335以外の部分は第1の実施形態と同じである。そのため、重複する箇所については、記載を省略する。
図11に示すように、データ処理部33は、画像再構成部331と、位相プロファイル生成部332と、位相補正部333と、位置検出部334と、範囲設定部335を有する。
範囲設定部335は、例えば、位相補正部333により補正が実施された位相プロファイルにおいて、被検体40における組織の境界bの位置Lを検出する範囲を設定する。本実施形態において、範囲設定部335は、オペレータが操作部32により、位相プロファイルに設定した被検体40における組織の境界bの位置Lを検出する範囲を認識し、決定する。
(動作)
以下より、本実施形態の磁気共鳴イメージング装置1を用いて、被検体40を撮像する際の動作について図12により説明する。
動作フローにおけるステップST35である被検体の組織の境界を検出する範囲の設定及び、ステップST36である被検体の組織の境界を検出以外の部分は第1の実施形態と同じである。そのため、重複する箇所については、記載を省略する。
図12は、本発明に係る一実施形態において、被検体を撮像する際の動作を示すフロー図である。
図12に示すように、位相プロファイルにおける組織の境界を検出する範囲を設定する(ST35)。
ここでは、ステップST30において、補正を実施した位相プロファイルにおいて、被検体40における組織の境界bの位置Lを検出する範囲200の設定を、オペレータが操作部32により実施する。ここで、図13は、本発明に係る一実施形態における組織の境界bの位置Lを検出する範囲を設定した位相プロファイルを示す図である。破線部が、組織の境界bの位置を検出する範囲200である。
具体的には、図13に示すように、ステップST30において、オペレータが操作部32により、位相の補正を実施した位相プロファイルに被検体40における組織の境界bの位置Lを検出する矩形状の領域を設定する。例えば、この矩形状の領域は、ナビゲータの分解能が256の場合、位相プロファイルにおける位置Lの中央を中心に128ピクセル(pixel)分の位置Lの領域を、境界bを検出する範囲200として設定する。
つぎに、図12に示すように、位相プロファイルにおいて、被検体の組織の境界を検出する(ST36)。
ここでは、ステップST35において位相プロファイルにおける組織の境界bの位置Lを検出する範囲200が設定された位相プロファイルにおいて、被検体40における組織の境界bの位置Lを、例えばエッジ検出法、LSQ法、相関係数法、相互情報量法などを用いて、位置検出部334が検出する。
ここで、図14は、本発明の一実施形態において、組織の境界bの位置Lが検出された位相プロファイルを示す図である。縦軸は位相P、横軸は位置Lを示す。
具体的には、図14に示すように、例えば、エッジ検出法により、境界bを検出する範囲200を設定した位相プロファイルにおいて、設定した範囲200内における位相Pの最大値Pmaxと最小値Pminの平均値(Pmax+Pmin)/2を、位置検出部334が算出し、この平均値を閾値Pthとする。そして、位相プロファイルにおいて、位相が閾値Pth以上となる位置Lが所定の長さ、例えば10ピクセル分以上継続した場合、位相Pが閾値Pthとなる位置Lthを被検体40における組織の境界bの位置Lとして、位置検出部334が検出する。
また、LSQ法により、ナビゲータデータの空間プロファイルf(x)と基準ナビゲータデータプロファイルf(x)を用い、以下の数式(1)で示される最小二乗誤差l(d)が最小となる変位dを位置検出部334が算出し、算出した値を被検体40における組織の境界bの位置Lとして、位置検出部334が検出する。
また、例えば、相関値から被検体40における組織の境界bの位置Lを位置検出部334が検出する相関係数法、相互情報量から被検体40における組織の境界bの位置Lを位置検出部334が検出する相互情報量法などを用いてもよい。
以上のように、本発明の第2の実施形態は、位相の補正を実施した位相プロファイルにおいて、オペレータが被検体40における組織の境界bの位置Lを検出する範囲200を設定する。そして、位相プロファイルに設定した範囲200において、エッジ検出法により補正を実施した位相プロファイルの最大位相と最小位相の平均値を算出し、その値を閾値Pthと設定し、位相プロファイルにおいて、位相が閾値Pth以上となる位置Lが所定の長さ、例えば10ピクセル分以上継続した場合、位相Pが閾値Pthとなる位置Lthを被検体40における組織の境界bの位置Lとして検出する。また、LSQ法の場合、位相プロファイルに設定した範囲200において、ナビゲータデータの空間プロファイルf(x)と基準ナビゲータデータプロファイルf(x)との最小二乗誤差l(d)が最小となるdを算出し、変位dを被検体40における組織の境界bの位置Lとする。
このように、位相プロファイルに被検体における組織の境界の位置を検出する範囲を設定することにより、位相プロファイルにおいて被検体における組織の境界の位置をより正確に検出することができる。そして、組織の境界の位置をより正確に検出することができるため、画像再構成されたスライス画像において体動アーチファクトの発生を防止することができ、画像品質の良いスライス画像を得ることができる。
<第3の実施形態>
(装置構成)
図15は、本発明に係る一実施形態におけるデータ処理部33の構成を示すブロック図である。本データ処理部は、本発明の実施形態の一例である。
第3の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置1の構成である位相プロファイル平滑部336以外の部分は第2の実施形態と同じである。そのため、重複する箇所については、記載を省略する。
図15に示すように、データ処理部33は、画像再構成部331と、位相プロファイル生成部332と、位相補正部333と、位置検出部334と、範囲設定部335と、位相プロファイル平滑部336とを有する。
位相プロファイル平滑部336は、例えば、位相補正部333により補正が実施された位相プロファイルが不連続の場合、位相プロファイルの平滑化を行う。本実施形態において、位相プロファイル平滑部336は、例えば、入力される位相プロファイルのデータを近傍平均やメディアンフィルタなどのフィルタによりフィルタリングし、位相プロファイルの平滑化を行う。
(動作)
以下より、本実施形態の磁気共鳴イメージング装置1を用いて、被検体40を撮像する際の動作について図16により説明する。
動作フローにおけるステップST31である位相プロファイルの平滑化以外の部分は第2の実施形態と同じである。そのため、重複する箇所については、記載を省略する。
図16は、本発明に係る一実施形態において、被検体を撮像する際の動作を示すフロー図である。
図16に示すように、位相プロファイルの平滑化を実施する(ST31)。
ここでは、ステップST30において、位相の補正を実施した位相プロファイルの平滑化を位相プロファイル平滑部336が実施する。ここで、図17は、本発明に係る一実施形態における位相プロファイルを示す図である。図17(a)は、位相Pの不連続を平滑化する前の位相プロファイルを示す図であり、図17(b)は、位相Pの不連続を平滑化した後の位相プロファイルを示す図である。
具体的には、図17(a)に示すように、ステップST30において位相の補正を実施した位相プロファイルにおいて、位相の不連続が生じる場合がある。その場合、例えば、近傍平均やメディアンフィルタ(median filter)などの平滑化フィルタをかけて位相プロファイルの平滑化を行う。図17(a)に示す位相プロファイルの平滑化を行うことにより、図17(b)に示す位相プロファイルとなる。
ここで、近傍平均は、例えば、位相プロファイルにおけるある位置Lにおいて、当該位置Lにおける位相Pと隣り合う位置Lにおける位相Pとの3点の位相Pの平均値を当該位置Lにおける位相Pとするフィルタリング(filtering)である。メディアンフィルタは、例えば、位相プロファイルにおけるある位置Lにおいて、当該位置Lにおける位相Pと隣り合う位置Lにおける位相Pとの3点の位相Pを位相の大きさ順に並べたときの中央に位置する位相を当該位置Lにおける位相Pとするフィルタリングである。
以上のように、本発明の第3の実施形態は、補正を実施した位相プロファイルの平滑化を位相プロファイル平滑部336が実施する。そして、平滑化として、例えば、近傍平均やメディアンフィルタなどの平滑化フィルタをかけて、位相プロファイルの平滑化を実施する。
このように、位相プロファイルを平滑化することにより、被検体における組織の境界の位置をより正確に検出することができる。そして、組織の境界の位置をより正確に検出することができるため、画像再構成されたスライス画像において体動アーチファクトの発生を防止することができ、画像品質の良いスライス画像を得ることができる。
なお、上記の本実施形態における位置検出部334は、本発明の境界検出部に相当する。
なお、本発明の実施に際しては、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形形態を採用することができる。
本発明の第3の実施形態において、位相プロファイルの平滑化を実施した後に、位相プロファイルにおける組織の境界の位置を検出する範囲を設定しているが、これには限定されず、位相プロファイルにおける組織の境界の位置を検出する範囲を設定した後に、位相プロファイルの平滑化を実施してもよい。
また、本発明の実施形態において、イメージングシーケンスは、被検体における組織の境界の位置を検出した後に実施しているが、これに限定されず、被検体における組織の境界の位置を検出する前に実施してもよい。また、ナビゲータシーケンスを実施する前であってもよい。
また、本発明の実施形態において、取得したナビゲータデータを用いて生成した位相プロファイルにおいて、被検体における組織の境界の位置を検出し、その境界の位置によりイメージングシーケンスを実施するか判断しているが、これには限定されず、境界の位置によりイメージングデータの選択をしてもよい。また、境界の位置によりイメージングデータの補正を行ってもよい。
また、本発明の実施形態において、イメージングシーケンスは、位置検出部により検出された被検体における境界の位置と、予め定められた許容範囲の上下限値とを比較し、許容範囲内の場合、イメージングシーケンスを実施しているが、これには限定されず、許容範囲外の場合、取得したイメージングデータを除去し、許容範囲内の場合、取得したイメージングデータを選択してもよい。また、位置検出部により検出された被検体における境界の位置に基づいて、取得したイメージングデータを補正してもよい。
図1は、本発明に係る一実施形態のRFコイル部により構成される磁気共鳴イメージング装置の構成を示す構成図である。 図2は、本発明に係る一実施形態におけるデータ処理部の構成を示すブロック図である。 図3は、本発明に係る一実施形態において、被検体を撮像する際の動作を示すフロー図である。 図4は、本発明に係る一実施形態において、被検体をスキャンする際のシーケンスを示すシーケンス図である。 図5は、本発明に係る一実施形態において、ナビゲータ領域NA及びイメージング領域IAを示すコロナル画像を示す図である。 図6は、本発明に係る一実施形態におけるナビゲータシーケンスを示すパルスシーケンスを示す図である。 図7は、本発明に係る一実施形態におけるシリンドリカルナビゲータシーケンスを示すパルスシーケンスを示す図である。 図8は、本発明に係る一実施形態において、ナビゲータデータを1次元フーリエ変換し、位相をプロットした位相プロファイルを示す図である。 図9は、本発明に係る一実施形態において、位相の補正を実施した位相プロファイルを示す図である。 。 図10は、本発明に係る一実施形態において、組織の境界の位置が検出された位相プロファイルを示す図である。 図11は、本発明に係る一実施形態におけるデータ処理部の構成を示すブロック図である。 図12は、本発明に係る一実施形態において、被検体を撮像する際の動作を示すフロー図である。 図13は、本発明に係る一実施形態における組織の境界の位置を検出する範囲を設定した位相プロファイルを示す図である。 図14は、本発明に係る一実施形態において、組織の境界の位置が検出された位相プロファイルを示す図である。 図15は、本発明に係る一実施形態におけるデータ処理部の構成を示すブロック図である。 図16は、本発明に係る一実施形態において、被検体を撮像する際の動作を示すフロー図である。 図17は、本発明に係る一実施形態における位相プロファイルを示す図である。 図18は、従来技術を説明するためのナビゲータ領域NA及びイメージング領域IAを示すコロナル画像を示す図である。 図19は、従来技術を説明するための信号強度プロファイルを示す図である。
符号の説明
1:磁気共鳴イメージング装置、2:スキャン部、3:操作コンソール部、11:静磁場空間、12:静磁場マグネット部、13:勾配コイル部、14:RFコイル部、15:クレードル、22:RF駆動部、23:勾配駆動部、24:データ収集部、30:制御部、31:記憶部、32:操作部、33:データ処理部、34:表示部、40:被検体、60:肺臓、61:肝臓、62:横隔膜、331:画像再構成部、332:位相プロファイル生成部、333:位相補正部、334:位置検出部、335:範囲設定部、336:位相プロファイル平滑部、NA:ナビゲータ領域、IA:イメージング領域

Claims (18)

  1. 被検体において体動する組織を含むナビゲータ領域から磁気共鳴信号をナビゲータデータとして得るナビゲータシーケンスを実施すると共に、前記被検体においてイメージング領域から磁気共鳴信号をイメージングデータとして得るイメージングシーケンスを実施するスキャンを実施することによって、前記イメージング領域について画像を生成する磁気共鳴イメージング装置であって、
    前記ナビゲータデータの位相と前記ナビゲータ領域の位置との関係を示すように位相プロファイルを生成する位相プロファイル生成部と、
    前記位相プロファイル生成部によって生成された位相プロファイルについて折り返りを補正する位相補正部と、
    前記位相補正部によって補正された位相プロファイルに基づいて、前記ナビゲータ領域において体動する組織の位置を検出する位置検出部と
    を有する、
    磁気共鳴イメージング装置。
  2. 前記スキャンとして、重複する前記イメージング領域と前記ナビゲータ領域とのスキャンを実施する、
    請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  3. 前記位相補正部により位相の補正が実施された前記磁気共鳴信号の位相プロファイルにおいて、前記被検体における組織の位置を検出する範囲を設定する範囲設定部を有する、
    請求項1又は2に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  4. 前記位置検出部は、エッジ検出法により前記被検体における組織の位置を検出する、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  5. 前記位置検出部は、LSQ法により前記被検体における組織の位置を検出する、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  6. 前記位置検出部は、相関係数法により前記被検体における組織の位置を検出する、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  7. 前記位置検出部は、相互情報量法により前記被検体における組織の位置を検出する、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  8. 前記組織が横隔膜である、
    請求項4から7のいずれか1項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  9. 前記位相補正部により位相の補正が実施された位相プロファイルを平滑化させる位相プロファイル平滑部を有する、
    請求項1から8のいずれか1項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  10. 静磁場空間内において被検体にRFパルスを送信し、当該被検体から磁気共鳴信号を収集するスキャンを実施することにより、前記被検体のスライス画像を生成するためのイメージングデータと前記被検体における組織の位置を検出するためのナビゲータデータを取得し、取得した当該ナビゲータデータを解析するナビゲータデータ解析方法であって、
    前記ナビゲータデータの位相と前記ナビゲータ領域の位置との関係を示すように位相プロファイルを生成する第1ステップと、
    前記第1ステップにおいて生成された前記位相プロファイルの折り返りを補正する第2ステップと、
    前記第2ステップにおいて折り返りの補正がされた位相プロファイルに基づいて、前記ナビゲータ領域において体動する組織の位置を検出する第3ステップと
    を含む、
    ナビゲータデータ解析方法。
  11. 前記スキャンとして、重複する前記ナビゲータデータを取得するナビゲータ領域と前記イメージングデータを取得するイメージング領域とのスキャンを実施する、
    請求項10に記載のナビゲータデータ解析方法。
  12. 前記第2ステップの後、位相の補正が実施された前記位相プロファイルにおいて、前記被検体における組織の位置を検出する範囲を設定するステップを有する、
    請求項10又は11に記載のナビゲータデータ解析方法。
  13. 前記第3ステップは、エッジ検出法により前記被検体における組織の位置を検出する、
    請求項10から12のいずれか1項に記載のナビゲータデータ解析方法。
  14. 前記第3ステップは、LSQ法により前記被検体における組織の位置を検出する、
    請求項10から12のいずれか1項に記載のナビゲータデータ解析方法。
  15. 前記第3ステップは、相関係数法により前記被検体における組織の位置を検出する、
    請求項10から12のいずれか1項に記載のナビゲータデータ解析方法。
  16. 前記第3ステップは、相互情報量法により前記被検体における組織の位置を検出する、
    請求項10から12のいずれか1項に記載のナビゲータデータ解析方法。
  17. 前記組織が横隔膜である、
    請求項13から16のいずれか1項に記載のナビゲータデータ解析方法。
  18. 前記第2ステップの後、前記第2ステップにおいて位相の補正が実施された前記位相プロファイルを平滑化するステップを有する、
    請求項10から17のいずれか1項に記載のナビゲータデータ解析方法。
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