JP5571907B2 - 磁気共鳴イメージング装置及びシェーディング補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置における画像再構成処理に関し、特に、画像再構成処理を行なう補正処理の実装方法と、その補正の画質改善効果に関する。

磁気共鳴イメージング装置（以下に、「ＭＲＩ装置」と称す）を用いた撮像では、撮像対象領域と受信コイルの感度との関係が画質のよい画像を得るための重要な要素であり、受信コイルの感度分布を用いて画像を補正する技術（特許文献１を参照）や、感度分布を利用した撮像技術などが種々提案されている。

例えば、一般にシェーディング補正と呼ばれている技術では、受信感度の不均一性に依存した画像むらを受信コイルの感度分布を用いて補正する。

コイルの感度分布により生じるシェーディングを補正するための機能として、受信コイルの感度分布に基づくシェーディング補正（または、ＮＡＴＵＲＡＬ補正と称す）処理がある。この受信コイルの感度分布に基づくシェーディング補正処理は、コイルの感度分布に従って、画像の信号値を修正する機能である。これは、対象となる領域の信号の大きさに関係なく行われる。コイルの感度マップが小さい領域では、受信コイルの感度分布に基づくシェーディング補正処理によって、信号値が大きくされる。もし、この領域が、ほとんどノイズしかない領域になった場合でも、この領域の信号は大きくなるという問題がある。この問題を解決する方法として、ノイズ持ち上がり防止処理が知られている。

ところで、画像の画質に影響を与える要因として、上記とは別に体動により生じる体動アーチフェクトがある。この体動アーチフェクトの低減を図るために開発された技術にＲＡＤＡＲ(RADial Acquisition Regime)計測がある。このＲＡＤＡＲ計測は、ｋ空間の充填方法が、従来法とは異なり、独特なｋ空間充填方法にある。すなわち、ｋ空間の中心を軸として、さも回転しているかの様に放射状にｋ空間を充填してく。この独特なｋ空間充填方法により、特定の方向に生じる体動アーチフェクトが低減できる技術である。

特開2008-289646号公報

K.Arfanakis,A.A.Tamhane,M.A.Anastasio, "Evaluation of the Effects of K-Space Under-Sampling in PROPELLER Imaging", Proc.Intl.Soc.Mag. Reson. Med.11, (2004),p.1181

上述したように、従来から一般にＭＲＩ装置において、ＲＡＤＡＲ（Radial Acquisition Regime）計測にて得られたデータを用いたＭＲＩ画像再構成処理によって得られた画像は、位相エンコード数を減らすと、画像の短部に近接する部分においてアーチファクトが強く見られ、このアーチファクトが医療診断の妨げとなっていた（非特許文献１を参照）。この為、このアーチファクトを除去する画像再構成演算処理が必要とされている。

このＲＡＤＡＲ計測において、上記のノイズ持ち上がり防止処理を施すと、griddingの結果、画像の端の領域に、同心円状にアーチファクトが生じてしまう。この結果、画像の端の信号値の平均値をノイズの平均値と解釈すると、ノイズの平均値が、画像の低信号領域とほぼ同じ大きさになってしまう。すなわち、プリサチの結果、低信号となった領域だけでなく、本来、低信号で描出されていた領域の信号も、受信コイルの感度分布に基づくシェーディング補正処理の対象外にされてしまう。このために、受信コイルの感度分布に基づくシェーディング補正処理で持ち上げられる領域が、低信号のまま残ってしまい、結果として、画像のコントラストが落ちてしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、ＲＡＤＡＲ計測における画像短部に近接して且つ画像中心から放射状に伸びて見られるアーチファクトを除去することが可能である磁気共鳴イメージング装置を実現する事である。

上記目的を達成する為、信号処理装置において、本発明は次に示す画像再構成演算処理を設ける。

ＲＡＤＡＲ計測においては、ｋ空間上に対し、ｋ空間中央を中心としてプロペラ状に点対称に複数回の励起が行なわれる。励起の領域（以下、ブレードと称す）は直方体の形をしており、ＲＡＤＡＲ計測では、それらの励起領域は複数個得られる。本提案では、まず、このブレードに対して２次元フーリエ変換を施しブレードの画像空間データを得る。この画像空間データは実虚を持つデータであるが、これに対し絶対値導出演算を行い、ブレードの絶対値画像を得る。この絶対値画像は信号領域とノイズ領域を持つ。この信号領域と画像領域を分離するために、あらかじめ定めた閾値を用いてノイズ判別処理を行なう。ノイズ判別処理にてノイズ領域が得られ、このノイズ領域から平均値を導出する計算を行い、ひとつのブレードにおけるノイズの平均値を求める。この平均値導出は、すべてのブレードに対して行なわれる。この結果、ブレード個数だけ得られた平均値が得られる。これら複数個の平均値から、さらに平均値を求め、最終的にひとつの平均値を求める。

信号処理装置における画像再構成処理において、ＲＡＤＡＲ計測によって得られた上述のノイズの平均値を、公知のノイズ持ち上がり防止処理の演算に用いることを特徴とする。

このように構成された磁気共鳴イメージング装置によれば、ＲＡＤＡＲ計測で得られた画像に見られる放射状のアーチファクトを除去することが可能となる。

本発明によれば、信号処理装置間に二種類の特徴を持った伝送経路を設け、一意のアルゴリズムによって信号合成を効率よく行なうことが可能となる。

本実施例で示すＭＲＩ装置の全体構成を示すブロック図。 本実施例で示すＲＡＤＡＲ補正処理を示すデータフロー図。

以下、本発明の一実施例について添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明によるＭＲＩ装置の全体構成を示すブロック図である。このＭＲＩ装置は、磁気共鳴現象を利用して被検体８の断層像を得るもので、図１に示すように、静磁場発生磁石１と、磁場勾配発生系２と、送信系３と、受信系４と、信号処理系５と、シーケンサ６とを備えて成る。

上記磁場発生磁石１は、被検体８の周りにその体軸方向または体軸と直交する方向に均一な静磁場を発生させるもので、上記被検体８の周りのある広がりを持った空間に永久磁石方式または常電導方式あるいは超伝導方式の磁場発生手段が配置されている。

磁場勾配発生系２は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル９と、それぞれの傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源１０とからなり、後述のシーケンサ６からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源１０を駆動することにより、Ｘ、Ｙ、Ｚの三軸方向の傾斜磁場Gx,Gzを被検体８に印加するようになっている。この傾斜磁場の加え方により被検体８に対するスライス面を設定することができる。

送信系３は、後述のシーケンサ６から送り出される高周波磁場パルスにより被検体８の組織を構成する原子の原子核に磁気共鳴を起こさせるために高周波磁場パルスを照射するもので、高周波発振器１１と変調器１２と高周波増幅器１３と照射コイル１４とからなり、上記高周波発振器１１から出力された高周波パルスを後述シーケンサ６の命令に従って変調器１２で振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器１３で増幅した後に被検体８に近接して配置された照射コイル１４に供給することにより、電磁波が上記被検体８に照射されるようになっている。

受信系４は、被検体８の組織の原子核の磁気共鳴により放出されるエコー信号を検出するもので、受信側の高周波受信コイル１５と受信回路１６とＡ／Ｄ変換機１７とから成り、上記送信側の照射コイル１４から照射された電磁波による被検体８の応答の電磁波は被検体８に近接して配置された高周波受信コイル１５で検出され、受信回路１６を介してＡ／Ｄ変換機１７に入力されることでディジタル量に変換され、その信号が後述信号処理系５に送られるようになっている。

信号処理系５は、ＣＰＵ７と信号処理装置１８と、メモリ１９及び磁気ディスク２０及び光ディスク２１などの記憶装置と、ＣＲＴ等のディスプレイ２２とから成り、ＣＰＵ７は前述メモリ１９からパルスシーケンスの印加パターンを読み出し後述シーケンサ６へ計測のパルスシーケンスの印加パターンを命令し、メモリ１９は任意の撮像条件によるパルスシーケンスの印加パターン及び上記受信系にて得られた収集データなどの情報を上記ＣＰＵ７の制御により記憶することができる。

信号処理装置１８は、上記収集データをフーリエ変換し、補正計算及び画像再構成等の処理を行ない、処理結果をメモリ１９に出力する。上記メモリ１９に出力された処理結果は、ディスプレイ２２に断層像として表示するようになっている。

磁気ディスク２０、及び光ディスク２１は、信号処理装置１８によって前述のような処理を施された信号データ及び信号データを再構成して得られた画像データ及び患者データなどを保存することができる。

シーケンサ６は、上記被検体８の組織を構成する原子の原子核に磁気共鳴を起こさせる高周波磁場パルスを或る所定のパルスシーケンスで繰り返し印加するもので、ＣＰＵ７の制御で動作し、被検体８の断層像のデータの収集に必要な種々の命令を、送信系３及び磁場勾配発生系２ならびに受信系４に送るようになっている。

図２は、本発明による前述の信号処理装置１８で実行される画像演算処理を示す処理フロー図（データフローダイアグラム）である。
ＲＡＤＡＲ計測で得られたＲＡＤＡＲ計測ｋ空間２３は、２次元フーリエ変換処理２４により補正前画像２５を得る。

一方、ＲＡＤＡＲ計測ｋ空間２３のそれぞれのブレード２３ａからブレードデータ２６が取り出され、２次元フーリエ変換処理２４によりブレード２３ａの画像空間データ２７が得られる。ブレードの画像空間データ２７に対してノイズ領域抽出処理２８を施し、ブレードノイズデータ２９を得る。このブレードノイズデータ２９からノイズ平均値導出処理３０を用いて、ブレードごとのノイズ平均値３１を得る。

上述した処理２４、２８、３０は、前述したＲＡＤＡＲ計測により取得したブレードの個数の回数だけ繰り返される。これにより、ブレードごとのノイズ平均値３１はブレードの個数だけ生成される。
このブレードごとのノイズ平均値３１を用い、さらに平均値導出処理３２が行なわれ、全ブレード平均値３３を得る。ここで得られた全ブレード平均値３３と、前述した２次元フーリエ変換処理２４により得られた補正前画像２５を用いて、ノイズ持ち上がり防止処理３４を行なうことにより、所望する補正後の最終画像３５を得る。

すなわち、本発明で特徴的な点は、ＲＡＤＡＲ補正処理で求めた全ブレード平均値３３を上記ノイズ持ち上がり防止処理３４にける減算処理および加算処理を用いる点にある。

この補正後の最終画像３５の画像は、上記課題の項で述べたＲＡＤＡＲ特有の放射状アーチファクトが除去されたものになる。

上記のノイズ領域抽出処理２８は、以下のようにして得られる。ブレードの画像空間データ２７の画像を(１，０)処理を行い、画像部を反転してマスク領域を作成し、その後に、ブレードの画像空間データ２７から反転された画像部であるマスク領域の差分を抽出し、これをブレードノイズデータ２９とする。このブレードノイズデータ２９で示されるように、画像部が黒色で示され、画像部以外の周辺部のノイズ領域が抽出されていることが判る。なお、上記のマスク領域を作成後に、その領域を拡大する処理を施し、拡大された反転マスク領域を作成しても良い。

上記ノイズ持ち上がり防止処理３４は、通常用いられるノイズ補正の一手法であるが、以下にこの処理について、簡単にのべる。

ＮＡＴＵＲＡＬ補正では、コイルの感度分布に従って、画像の信号値を修正する機能である。これは、対象となる領域の信号の大きさに関係なく行われる。コイルの感度マップが小さい領域では、ＮＡＴＵＲＡＬ補正によって、信号値が大きくされる。もし、この領域が、ほとんどノイズしかない領域になった場合でも、この領域の信号は大きくなる。しかし、この領域はノイズしかないので、結果として、ＮＡＴＵＲＡＬ補正によりノイズが持ち上げられてしまう。図２で示すように、この問題を回避するために、画像全体からノイズ領域の平均値を引き算（減算）し、ノイズ領域の信号を小さくしておいて、ＮＡＴＵＲＡＬ補正を行い、その後に、画像全体に先に減算した分に相当するノイズ領域の平均値を加える（加算）。この処理を行うことで、画像全体の信号を変えることなく、ノイズの持ち上がりが起こらないようにしている。このノイズの平均値をＮＡＴＵＲＡＬ補正の前後で、引いて足す処理を、ノイズ持ち上がり防止処理と呼んでいる。

１：静磁場発生磁石、
２：静磁場勾配発生系、
３：送信系、
４：受信系、
５：信号処理系、
６：シーケンサ、
７：中央処理装置、
８：披検体、
９：傾斜磁場コイル、
１０：傾斜磁場電源、
１１：高周波発信器、
１２：変調器、
１３：高周波増幅器、
１４：照射コイル、
１５：高周波受信コイル、
１６：受信回路、
１７：Ａ／Ｄ変換器
１８：信号処理装置、
１９：メモリ、
２０：磁気ディスク、
２１：光ディスク、
２２：ディスプレイ、
２３：ＲＡＤＡＲ計測ｋ空間、
２４：２次元フーリエ変換処理（２次元ＦＴ）、
２５：補正前画像、
２６：ブレードデータ、
２７：ブレードの画像空間データ、
２８：ノイズ領域抽出処理、
２９：ブレードノイズデータ、
３０：ノイズ平均値導出処理、
３１：ブレードごとのノイズ平均値、
３２：平均値導出処理、
３３：全ブレード平均値、
３４：ノイズ持ち上がり防止処理、
３５：補正後最終画像。

Claims (4)

1. 受信コイルを用いて、ｋ空間における複数の平行軌跡を有して成るブレード領域のデータを、前記ｋ空間の原点の周りに前記ブレード領域を回転させて計測する計測制御手段と、
   前記ブレード領域のデータを用いて補正前画像を再構成する画像再構成手段と、
   前記補正前画像における前記受信コイルの感度むらに基づくシェーディングの補正を行ってシェーディング補正画像を得るシェーディング補正手段と、
   を備え、
   前記シェーディング補正手段は、
   前記ブレード領域のデータを用いてノイズ平均値を求め、
   前記補正前画像から前記ノイズ平均値を引き算してノイズ引き算画像を得て、
   前記ノイズ引き算画像に対して前記シェーディングの補正を行い、
   前記シェーディングの補正を行った画像に前記ノイズ平均値を加算して前記シェーディング補正画像を得ることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
   前記シェーディング補正手段は、前記ブレード領域のデータを再構成して得た画像から該ブレード領域のブレードノイズ平均値を求め、複数のブレード領域のブレードノイズ平均値の平均値を前記ノイズ平均値として用いることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
3. 受信コイルを用いて、ｋ空間における複数の平行軌跡を有して成るブレード領域のデータを、前記ｋ空間の原点の周りに前記ブレード領域を回転させて計測する計測制御手段と、
   前記ブレード領域のデータを用いて画像を再構成する画像再構成手段と、
   を備えた磁気共鳴イメージング装置において、前記画像における前記受信コイルの感度むらに基づくシェーディングの補正を行うシェーディング補正方法であって、
   前記ブレード領域のデータを用いてノイズ平均値を求めるステップと、
   前記画像から前記ノイズ平均値を引き算してノイズ引き算画像を得るステップと、
   前記ノイズ引き算画像に対して前記シェーディングの補正を行うステップと、
   前記シェーディングの補正を行った画像に前記ノイズ平均値を加算するステップと、
   を有して成ることを特徴とするシェーディング補正方法。
4. 請求項３記載のシェーディング補正方法において、
   前記ノイズ平均値を求めるステップは、前記ブレード領域のデータを再構成して得た画像から該ブレード領域のブレードノイズ平均値を求めるステップと、複数のブレード領域のブレードノイズ平均値の平均値を前記ノイズ平均値として求めるステップと、を有して成ることを特徴とするシェーディング補正方法。

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