JP5232278B2 - 磁気共鳴イメージング装置および画像データ補正装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明の磁気共鳴イメージング装置に係る一実施形態を図1〜5を参照して説明する。
被検体である生体の空間的な動きには、線形な動きと非線形の動きとがあることは既述した。このうち、「空間的に非線形な動き」とは、その動きの振幅や位相に空間的な分布があることを意味している。周期性に関して言えば、呼吸性や心拍などに因る動きは周期性である場合が多いが、不意の突発的な動き(involuntary motion)は非周期的である。
次いで、上述した非線形な動きの検出及びその補正の具体的な手法を説明する。図3〜5に、かかる手法の概要を示す。
[数1]
Φ0(Ky,n)=2πY(n)Ky
Φ0(Ky,nbase)=2πY(nbase)Ky
ΔΦ0(Ky,n)=Φ0(Ky,n)−Φ0(Ky,nbase)
としてショットn毎に実行される。但しY(n)は、ショットnにおける動きのシフト量である。
[数2]
exp[−iΔΦ0(Ky,n)]
を乗じることで行なわれる。
[数3]
Simg(x,y):イメージングする対象のエコーデータ、
Snavi(x、Ky):1次元フーリエ変換(FT)された、x軸(読出し)方向のナビ・エコー、
Axnavi(x,n):n番目のショットでサンプリングされたx軸方向の動きの振幅、
Aynavi(x,n):n番目のショットでサンプリングされたy軸方向の動きの振幅、
Φxnavi(Kx,n):n番目のショットでサンプリングされたx軸方向のナビ・エコーの位相、
Φynavi(Ky,n):n番目のショットでサンプリングされたy軸方向のナビ・エコーの位相、
WL,M,S(y):人体における動きの支配領域を選択するためのウィンドウ関数、
n:ショット番号(1=1〜Nmax)
とする。
[数4]
Pimg(x,y)
=FT2DKx→x、Ky→y[Simg(Kx,Ky)]
として得られる。このとき、ナビ・エコーSnavi(Ky,n)も同時に収集される。
[数5]
W(y)
=ΔY(y)/{Δymax−Δymin}
(又は、ΔYは位相Φに置換してもよい)
として得られる。必要であれば、このプロファイルW(y)をスムージングしてプロファイルW(y)としてもよい。
[数6]
WL(y)=W(y)
WS(y)=1−WL(y)
となり、仮にk空間データを3分割する場合(図6参照)、ウィンドウ関数WL,M,S(y)は、
[数7]
WL(y)=2・max[W(y)−0.5,0]
WM(y)={1−WL(y)}(W(y)>=0.5のとき)
=W(y)(otherwise)
WS(y)=1−WL(y)−WM(y)
となる。
[数8]
PL(x、y)=WL(y)Pimg(x,y)
(動きの大きい領域の画像データに対して)
PM(x、y)=WM(y)Pimg(x,y)
(動きの中程度の領域の画像データに対して)
PS(x、y)=WS(y)Pimg(x,y)
=Pimg(x,y)−PL(x、y)−PM(x、y)
(動きの小さい領域の画像データに対して)
SL(Kx、Ky)=IFTx→Kx,y→Ky[PL(x、y)]
SM(Kx、Ky)=IFTx→Kx,y→Ky[PM(x、y)]
SS(Kx、Ky)=IFTx→Kx,y→Ky[PS(x、y)]
=S(Kx、Ky)−SL(Kx、Ky)−SM(Kx、Ky)
の演算が行なわれる。
[数9]
Pnavi(y,n)=FTKy→y[Snavi(Ky,n)]
ΔY(y,n)=Y(y,n)−Y(y,nbase)
ΔYmean(n)=∫ΔY(y,n)dy
ΔYmax(n)=max of [ΔY(y,n)]
ここで、ベースのエコーデータはk空間の中心データ(n=Nmax/2)又は全てのΔY(y,n)の平均に基づいて選択される。
[数10]
ΔΦ0(Ky,n)=2πKyΔYmean(n)
ΔΦmax(Ky,n)=2・max of [ΔΦ0(Ky,n)]
となり、y軸方向の1次元投影のプロファイルΔY(y,n)を用いる場合、
[数11]
ΔΦmax(Ky,n)=2πKyΔYmax(y,n)
となる。
[数12]
SL.cor(Kx,Ky)
=SL(Kx,Ky)exp[−iΔΦmax(Ky,n)]
SM.cor(Kx,Ky)
=SM(Kx,Ky)exp[−iΔΦmax(Ky,n)/2]
となる。これで、ショットn毎のループは終る。
Simg.cor(Kx,Ky)
=SL.cor(Kx,Ky)+SM.cor(Kx,Ky)+SS(Kx,Ky)
このようにして求めたk空間全体の補正データSimg.cor(Kx,Ky)を2次元フーリエ変換により実空間の画像データに再構成する(処理8)。これを数式化すれば、
[数14]
Pimg.cor(x,y)
=FT2DKx→x,Ky→y[Simg.cor(Kx,Ky)]
となる。
Φnavi0(n)=arg [Snavi(Ky=0,n)]
ΔΦnavi0(y,n)=Φnavi0(n)−Φnavi0(nbase)
次に、本発明の磁気共鳴イメージング装置に係る一実施形態を、図1,7を参照して説明する。なお、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置のハード的な構成は前述した図1に記載のものと同一であるので、その説明は省略する。
第3の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、マルチコイルに基づく処理(つまり、上述した第2の実施形態で説明される構成)と、画像処理によるウィンドウ処理とによる動き成分の分割(つまり、前述した第1の実施形態で説明される構成)とを組み合わせて実施するものである。すなわち、第3の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置では、動き成分を細分化するために、各コイルエレメントからの画像それぞれにウィンドウ処理を施してデータを分割する。
WL(y) = Wc(y)*W(y)
≒ [W(y)]2 (if Wc(y) ≒ W(y))
WM(y) = Wc(y)*[1-W(y)]+[1-Wc(y)]*W(y)
≒ 2*[W(y)*{1-W(y)}] (if Wc(y) ≒ W(y))
WS(y) = 1-WL(y)-WM(y)
≒ {1-W(y)}2 (if Wc(y) ≒ W(y))
ΔXmax(x,y,z) = max[ΔX(x,y,z,n)]
ΔYmax(x,y,z) = max[ΔY(x,y,z,n)]
ΔZmax(x,y,z) = max[ΔZ(x,y,z,n)]
Wx(x,y,z) = ΔX(x,y,z)/ΔXmax(x,y,z)
Wy(x,y,z) = ΔY(x,y,z)/ΔYmax(x,y,z)
Wz(x,y,z) = ΔZ(x,y,z)/ΔZmax(x,y,z)
PxL,M.S(x,y,z) =P(x,y,z)WxL,M,S(x,y,z)
PyL,M.S(x,y) =P(x,y,z)WyL,M,S (x,y,z)
PzL,M.S(x,y) =P(x,y,z)WzL,M,S (x,y,z)
SxL,M.S(kx,ky,kz)=IFT[PxL,M,S(x,y,z)]
SyL,M.S(kx,ky,kz)=IFT[PyL,M,S(x,y,z)]
SxL,M.S(kx,ky,kz)=IFT[PyL,M,S(x,y,z)]
動き最大部の補正
Sx.cor.L,(kx,ky,kz)=Sx.L(kx,ky,kz)*exp[-iΦxmax(kx,ky,kz)]
Sy.cor.L,(kx,ky,kz)=Sy.L(kx,ky,kz)*exp[-iΦymax(kx,ky,kz)]
Sz.cor.L(kx,ky,kz)=Sz.L(kx,ky,kz)*exp[-iΦzmax(kx,ky,kz)]
動き中間部の補正
Sx.cor.M,(kx,ky,kz)=Sx.M(kx,ky,kz)*exp[-iΦxmax(kx,ky,kz)/2]
Sy.cor.M,(kx,ky,kz)=Sy.M(kx,ky,kz)*exp[-iΦymax(kx,ky,kz)/2]
Sz.cor.M(kx,ky,kz)=Sz.M(kx,ky,kz)*exp[-iΦzmax(kx,ky,kz)/2]
但し、
Φxmax(kx,ky,kz)= 2πkx ΔXmax(x,y,z)/Kx
Φymax(kx,ky,kz)= 2πky ΔYmax(x,y,z)/Ky
Φzmax(kx,ky,kz)= 2πkz ΔZmax(x,y,z)/Kz
である。
Sx.cor=Sx.cor.L,(kx,ky,kz)+Sx.cor.M,(kx,ky,kz)+Sx.S(kx,ky,kz)
Sy.cor=Sy.cor.L,(kx,ky,kz)+Sy.cor.M,(kx,ky,kz)+Sy.S(kx,ky,kz)
Sz.cor=Sz.cor.L,(kx,ky,kz)+Sz.cor.M,(kx,ky,kz)+Sz.S(kx,ky,kz)
S.cor= Sx.cor +Sy.cor+ Sz.cor
このようにして3次元的な補正を施したk空間データS.corを得ることができる。
Claims (32)
- 被検体の撮像部位の実空間における動きの大きさの空間分布を示す動き情報を取得する動き情報取得部と、
前記被検体の動きに起因して空間的に劣化した画像データを、前記動き情報を用いて、動きの大きさに応じて複数の空間的な成分に分割する分割手段と、
前記分割した複数の空間的な成分に夫々対応する複数のk空間データに対して、動きの大きさに応じた線形補正を行う補正部と、
前記補正部により補正された前記複数のk空間データをk空間上で合成する合成部と、
前記k空間上で合成されたk空間データを実空間上の画像に再構成する再構成部と、
を備える画像データ補正装置。 - 前記補正部は、前記撮像部位の動きに伴って生じる前記画像データの空間的に不均一な劣化の程度に応じた線形の補正処理を行うように構成される請求項1に記載の画像データ補正装置。
- 前記合成部は、前記画像データの第1の領域に対応する補正後の第1のk空間データと前記画像データの第2の領域に対応する補正後の第2のk空間データとを合成するように構成される請求項1に記載の画像データ補正装置。
- 前記合成部は、前記画像データの第1の領域に対応する補正後の第1のk空間データと前記画像データの第2の領域に対応する非補正の第2のk空間データとを合成するように構成される請求項1に記載の画像データ補正装置。
- 前記動き情報取得部は、前記撮像部位からイメージング用のデータ収集を行うときにナビゲーター用のエコー信号を収集するナビゲーターエコー収集部と、前記エコー信号を処理して前記動き情報を生成する動き情報生成部とを備える請求項1に記載の画像データ補正装置。
- 前記動き情報取得部は、
前記撮像部位の動きを外部から光学的に又は空気圧で検知するセンサと、
前記センサが検知した信号を処理して前記動き情報を生成する動き情報生成部と、
を備える請求項1に記載の画像データ補正装置。 - 前記補正部は、前記画像データの3つ以上の領域についてそれぞれ異なる補正を行うように構成される請求項1に記載の画像データ補正装置。
- 前記動き情報取得部は、
前記撮像部位からイメージング用のデータ収集を行うときにナビゲーター用のエコー信号を収集するナビゲーターエコー収集部と、
前記エコー信号から各部位の動きの振幅および位相の平均値を含む処理情報を得る処理情報取得部と、
前記空間分布の全体のプロファイルを予め測定又は仮定したモデルを用いることにより取得するプロファイル取得部と、
前記プロファイルと前記処理情報とに基づき前記動き情報を生成する動き情報生成部と、
を備える請求項1に記載の画像データ補正装置。 - 前記動き情報取得部は、
前記撮像部位からイメージング用のデータ収集を行うときに当該イメージングに伴うデータ読出し方向および位相エンコード方向のいずれかにおけるナビゲーター用のエコー信号を収集するナビゲーターエコー収集部と、
前記エコー信号を処理してプロジェクションデータを生成するプロジェクションデータ生成部と、
前記プロジェクションデータを前記動き情報として用いる動き情報生成部と、
を備える請求項1に記載の画像データ補正装置。 - 前記動き情報取得部は、
前記撮像部位からイメージング用のデータ収集を行うときにナビゲーター用のエコー信号を収集するナビゲーターエコー収集部と、
前記エコー信号のk空間上の位相分布およびr空間上の少なくとも一方向の位置のいずれかのシフトを前記動き情報として求める動き情報生成部と、
を備える請求項1に記載の画像データ補正装置。 - 前記画像データを単一の受信RFコイルを用いて収集する画像データ収集部を備える請求項1に記載の画像データ補正装置。
- 前記分割手段は、前記撮像部位における前記画像データに互いに異なる重み分布を有する複数のウィンドウ関数を乗じることにより、複数の空間的な成分に分割するように構成される請求項1に記載の画像データ補正装置。
- 前記補正部は、位相および位置のいずれかの平均シフト処理、位相および位置のいずれかのアフィン変換、または前記平均シフト処理と前記アフィン組み合わせで表される線形の補正処理を行うように構成される請求項1記載の画像データ補正装置。
- 前記スキャンを、マルチショットタイプおよびシングルタイプのいずれかのパルス列であって、スピンワープ法、スパイラル法およびラジアル法の何れかに基づくパルス列で構成されたパルスシーケンスを用いて実行する画像データ収集部を備える請求項1記載の画像データ補正装置。
- 前記動き情報取得部は、3次元の空間分布を示す動き情報を取得するように構成される一方、前記補正部は、前記3次元の空間分布を示す動き情報に基づいて、3次元的に補正を行うように構成される請求項1記載の画像データ補正装置。
- 前記情報取得部は、非剛体の動きの大きさの空間分布を示す動き情報を取得するように構成される請求項1記載の画像データ補正装置。
- 前記動き情報取得部は、前記撮像部位における予め仮定された動きの大きさの空間分布を用いるように構成される請求項1に記載の画像データ補正装置。
- 前記補正部は、前記撮像部位の前記画像データにおける少なくとも3つ以上の領域の一部を互いに合成して得られる2つ以上の領域に対して非補正を含む互いに異なる補正を行うように構成される請求項1記載の画像データ補正装置。
- 前記分割手段は、予め前記撮像部位の動きの大きさに応じた感度分布を持って収集する手段である、ことを特徴とする請求項1に記載の画像データ補正装置。
- 前記動き情報取得部は、腹部を前記撮像部位とし、前記腹部の背中側から腹壁側へ向かう方向において各部位の動きの振幅が前記背中側から前記腹壁側に向かって線形に増加する分布を前記空間分布として用いるように構成される請求項17に記載の画像データ補正装置。
- 前記分割手段は、複数のエレメントコイルを用いて複数の画像データ収集する手段であり、前記補正部は、前記収集した複数の画像データの一部を互いに合成することにより前記2つ以上の領域を得るように構成される請求項18に記載の画像データ補正装置。
- 前記分割手段は、前記撮像部位における前記画像データに互いに異なる重み分布を有する複数のウィンドウ関数を乗じることにより、合成対象となる前記3つ以上の画像データを生成するように構成される請求項18に記載の画像データ補正装置。
- 前記分割手段は、互いに異なる感度分布の複数のエレメントコイルを有するマルチコイルを用いて前記画像データを収集するように構成される請求項19に記載の画像データ補正装置。
- 前記分割手段は、腹部を前記撮像部位とし、前記複数のエレメントコイルとして背中側及び腹壁側にそれぞれ配置された2つの表面コイルによって前記画像データを収集するように構成される請求項23に記載の画像データ補正装置。
- 前記分割手段は、腹部を前記撮像部位とし、前記複数のエレメントコイルとして背中側及び腹壁側にそれぞれ配置され、且つ前記背中側及び前記腹壁側の少なくとも一方にて頭部から脚部に向かう方向に沿って複数個所に配置された複数の表面コイルを備えて構成される請求項23に記載の画像データ補正装置。
- 前記分割手段は、前記複数のエレメントコイルを用いて収集した複数の画像データの一部または全部に、互いに異なる重み分布を有する複数のウィンドウ関数を乗じることにより、複数の前記画像データを生成するように構成される請求項23に記載の画像データ補正装置。
- 実空間における被検体の撮像部位の動きの大きさの空間分布を示す動き情報を取得する動き情報取得部と、
前記被検体の動きに起因して空間的に劣化した画像データを、前記動き情報を用いて、動きの大きさに応じて第1の領域と第2の領域に分割する分割手段と、
前記第1の領域における実空間上のデータを、実空間とk空間のハイブリッド空間である第3の領域のデータに変換すると共に、前記第2の領域における実空間上のデータを、実空間とk空間のハイブリッド空間である第4の領域のデータに変換する第1のデータ変換部と、
前記第3の領域における前記k空間上のデータの動きに因る位置シフトおよび位相シフトのいずれかに対し、前記動き情報に基づいて、前記第4の領域と異なる強度で線形の補正処理を施す補正部と、
補正後における前記第3の領域における前記ハイブリッド空間のデータと、前記第4の領域における前記ハイブリッド空間のデータとを合成する合成部と、
合成後における前記ハイブリッド空間のデータを前記実空間上のデータに変換する第2の変換部と、
を備える画像データ補正装置。 - 前記合成部は、補正後における前記第3の領域における前記ハイブリッド空間のデータおよび前記補正と異なる補正後における前記第4の領域における前記ハイブリッド空間のデータを合成するように構成される請求項27に記載の画像データ補正装置。
- 前記合成部は、補正後における前記第3の領域における前記ハイブリッド空間のデータおよび非補正の前記第4の領域における前記ハイブリッド空間のデータを合成するように構成される請求項27に記載の画像データ補正装置。
- 前記補正部は、前記撮像部位の動きに伴って生じる前記実空間上のデータの空間的に不均一な劣化の程度に応じた線形の補正処理を行うように構成される請求項27に記載の画像データ補正装置。
- 被検体の撮像部位の実空間における動きの大きさの空間分布を示す動き情報を取得する動き情報取得部と、
前記被検体の動きに起因して空間的に劣化した画像データを、前記動き情報を用いて、動きの大きさに応じて複数の空間的な成分に分割する分割手段と、
前記分割した複数の空間的な成分に夫々対応する複数のk空間データに対して、動きの大きさに応じた線形補正を行う補正部と、
前記補正部により補正された前記複数のk空間データをk空間上で合成する合成部と、
前記k空間上で合成されたk空間データを実空間上の画像に再構成する再構成部と、
を備える磁気共鳴イメージング装置。 - 磁気共鳴イメージングのスキャンにより被検体の撮像部位における実空間上のデータおよび前記被検体の撮像部位の実空間における動きの大きさの空間分布を示す動き情報を収集するデータ収集部と、
前記被検体の動きに起因して空間的に劣化した画像データを、前記動き情報を用いて、動きの大きさに応じて第1の領域と第2の領域に分割する分割手段と、
前記第1の領域における前記実空間上のデータを、実空間とk空間のハイブリッド空間である第3の領域のデータに変換すると共に、前記第2の領域における前記実空間上のデータを、実空間とk空間のハイブリッド空間である第4の領域のデータに変換する第1のデータ変換部と、
前記第3の領域における前記k空間上のデータの動きに因る位置シフトおよび位相シフトのいずれかに対し、前記動き情報に基づいて、前記第4の領域と異なる強度で線形の補正処理を施す補正部と、
補正後における前記第3の領域における前記ハイブリッド空間のデータと、前記第4の領域における前記ハイブリッド空間のデータとを合成する合成部と、
合成後における前記ハイブリッド空間のデータを前記実空間上のデータに変換する第2の変換部と、
を備える磁気共鳴イメージング装置。
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