JPH057571A - 磁気共鳴影像方法及び装置 - Google Patents

磁気共鳴影像方法及び装置

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JPH057571A
JPH057571A JP3335331A JP33533191A JPH057571A JP H057571 A JPH057571 A JP H057571A JP 3335331 A JP3335331 A JP 3335331A JP 33533191 A JP33533191 A JP 33533191A JP H057571 A JPH057571 A JP H057571A
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pulse
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magnetic resonance
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JP3335331A
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Johannes J M Cuppen
ヨセフス マリア クツペン ヨハネス
Miha Fuderer
フデラー ミハ
Antoon F Mehlkope
フラン メルコツプ アントン
Michael J Duijvestijn
ヨゼフ デユイブステイン ミカエル
Yperen Gerrit H Van
ヘンドリツク ヴアン イピーレン ゲリツト
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Koninklijke Philips NV
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 あるクラスの影像エラー発生源、例えば信号
取得中外部磁界により安定磁界の影響する信号取得中の
対象の剛体運動と対象の変形・計器ドリフト現象による
磁気共鳴撮像中の影像エラー減少方法を提供する。 【構成】 第1のスピンエコーパルス・勾配シーケンス
ps1は対象に印加される。パルス・勾配シーケンスp
s1は対象の核スピンを時点tで送信手段により送信
/受信コイルを介して対象に印加される励起パルスep
1より成り、またディフューズされた核磁化を再集束す
る時点t2で印加される再集束パルスrp1からなる。
プログラム手段を用いて核磁化分布はフーリエ変換によ
りデータセットから再構成され、分布は磁気共鳴影像の
形式で表示される。時点t1′での励起パルスep2と
t2′での再集束パルスpp2と、選択勾配Gzと勾配
Gx・Gyとからなる第2の勾配シーケンスps2が印
加される。磁気共鳴影像が積分変換により補正される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、安定磁界に配置された
対象からの磁気共鳴信号から形成された磁気共鳴影像中
の影像エラーを減少させる磁気共鳴影像方法に係る。
【0002】本発明は又、安定磁界に配置された対象か
らの磁気共鳴信号から形成された磁気共鳴影像の影像エ
ラーを減少させ、安定磁界を発生する手段と、RF電磁
パルスを発生する手段と、安定磁界に重畳された勾配磁
界用手段とからなる磁気共鳴影像装置に係る。
【0003】
【従来の技術】前記の種類の磁気共鳴影像方法及び装置
は欧州特許出願第212526号で公知である。引用の
出願は、エラーが対象の周期的運動、例えば呼吸により
生じる磁気共鳴影像で影像エラーを減少させる方法を開
示する。磁気共鳴信号が、公知の方法、例えば欧州特許
第212526号に開示の如くいわゆるスピンワープシ
ーケンスによって、得られる場合、対象の周期的運動中
にゴーストエラー及びぼけのような影像エラーは共鳴信
号の信号サンプルから生じた磁気共鳴影像中に生じる。
欧州特許第212526号は、如何にかかる影像エラー
がパルス及び勾配シーケンスで、所定のダイヤグラムに
応じてパルス及び勾配シーケンスでの位相符号化勾配の
振幅を選択することにより減少されうるかを示す。従っ
て、欧州特許第212526号は受信した磁気共鳴信号
の周期的変化により本質的に生じる影像エラーを減少さ
せることを目的とする。しかし、影像エラーの他の発生
源は、例えば安定磁界を妨害する可変外部磁界に存在す
る。これらの外部磁界は、MRI装置の近辺のエレベー
タを動かしたり、通る電車又は列車等が通り過ぎること
により生じうる。これは、安定磁界が変動することを意
味する。最後に、影像再構成の後、磁界妨害は磁気共鳴
影像中に影像エラーを生じる。呼吸中に生じる如く対象
の変形をしない対象の剛体運動は又影像エラーを生じ
る。更に、安定磁界が永久磁石により発生される場合、
ドリフト現象は温度変動により安定磁界中に生じる。送
信/受信チェーンの増幅器又は勾配増幅器の遅いドラフ
ト現象は同様の問題を生じうる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ある
クラスの影像エラー発生源、例えば信号取得中外部磁界
により安定磁界の影響する信号取得中の対象の剛体運動
と対象の変形及び計器ドリフト現象により生じる磁気共
鳴影像中の影像エラーを減少させる方法を提供すること
である。
【0005】
【課題を解決するための手段】これを達成する為、本発
明による磁気共鳴影像方法は、磁気共鳴信号は少なくと
も第1及び第2のパルス及び勾配シーケンスにより得ら
れ、その信号サンプルは少なくとも第1及び第2のデー
タセットに蓄積され、各データセットのデータラインは
周波数領域で互いに交差し、交差データラインのデータ
の組合せから影像エラー源用推定が決定され、その後、
決められた推定に基づいて少なくとも1つのデータセッ
トのデータラインのデータが補正され、その後磁気共鳴
影像が積分変換により補正されたデータセットから決め
られるか、又はフーリエ変換を用いて、第3のデータセ
ットがデータセットの1つから決められ、第4のデータ
が推定から決められ、その後磁気共鳴影像が第3のデー
タセットの第4のデータセットとのコンボリューション
により決められることを特徴とする。
【0006】本発明は、異なる影像エラー発生源が周波
数又はフーリエ領域でのデータラインのデータの取得中
少なくとも略一定であり、又は影像エラー発生源のモデ
ルが形成されうるという事実を用いる。実際、データラ
インの信号サンプリングは略15ms又はそれ以下を要
する。これは、影像エラー発生源の結果が1又は少しの
スカラーパラメータにより表わされうることを意味す
る。本発明による方法は、これらのパラメータの推定及
びそれに基づいた磁気共鳴影像での影像エラーの補正に
基づいている。第1及び第2のデータセットの交差ライ
ンは影像補正がなされるのに基いたデータラインエラー
に関して情報を提供する。補正は望ましくは積分変換に
先立って実行されるが、変換がフーリエ変換のような直
線的変換である場合、適用可能であるコンボリューショ
ン定理に基いた変換の後に実行されうる。後者の場合に
おいて、第1の2つの多次元フーリエ変換は、非補正デ
ータ及びエラー発生源の推定で実行され、第3及び第4
のデータセットはコンボリューションによりそれから補
正された影像を得るよう形成される。例えば呼吸運動用
センサ又は外部磁界のような他の影像エラー発生源の測
定用センサのような生理系センサの使用を必要としない
で種々の影像エラー発生源による影像エラーの補正を可
能にする方法が提供される。
【0007】日本国特開平2−45035号は、MRI
装置外部の磁界の変動を測定し、MRI装置の別なコイ
ルによりそれに基いた適切な補償磁界を発生するために
磁界を測定するセンサを用いる方法を示していることが
注目される。従って、この方法は、標準MRI装置に比
べて追加ハードウェアを必要とする。
【0008】ニューヨーク、1990年8月18−24
日の医学での磁気共鳴の学会、アブストラクトの本56
1頁の論文「変換運動アーティファクト補正のアルゴリ
ズム」に対象の剛体運動の場合の影像を補正する方法が
説明され、その方法は単一影像に印加された後処理に基
いていることが注目される。対象の運動がデータライン
のデータの取得中充分遅いとすると、対象シフトにより
生じる位相エラーは、対象が有限の次元を有する前の仮
定下で信号の大きさから推定される。
【0009】本発明による方法の実施例は、第1のパル
ス及び勾配シーケンスは、励起パルスと勾配方向が一致
しないパルス符号化勾配及び読出し勾配とからなり、第
2のパルス及び勾配シーケンスは少なくとも第1のパル
ス及び勾配シーケンスからずれる励起パルスと、位相符
号化勾配及び読出し勾配とからなり、位相符号化勾配及
び読出し勾配が変換されたことを特徴とする剛体及び非
剛体運動で生じる磁気共鳴影像中の影像エラーを減少す
るのに特に適している。相互に交差するデータラインの
剛体は周波数領域、いわゆるK平面で得られ、複素(振
幅、位相)磁気共鳴信号の信号サンプルはマップされ
る。データセットの1つに蓄積されたデータに印加され
る多次元積分変換、例えばフーリエ変換は、例えばグレ
ースケール影像として表示スクリーン上に表示されうる
対象の磁気共鳴分布となる。本発明により、データライ
ンは、第1のデータセットのデータラインjのサンプル
iが第2のデータセットのデータラインiのサンプルj
に対応するよう位相符号化勾配の選択で符号化される。
影像エラーを含む、未知数を含む式の結果の数から、推
定に影像エラーに対して決められ、データセットの1つ
のデータは該推定により補正される。
【0010】剛体運動で生じる影像エラーを減少させる
のに特に適している本発明による方法の更なる実施例
は、データラインの交差の点のデータの位相差がデータ
の組み合せとして用いられ、データラインと関連する対
象シフトが影像エラー発生源の推定として該組み合せか
ら決められることを特徴とする。この点で、対象が1つ
のデータラインのデータの取得中動かないとする。運動
なしに、K空間の交差でのデータは等しいが、対応する
格子点のデータがもはや等しくないように運動はデータ
ラインのシフトを生じる。推定を用いると、データは、
データセットの対応するデータが等しくなるように補正
される。補正されたデータセットの1つから又はその組
み合せからの影像の再構成が実質的により少ない影像エ
ラーを含む影像を発生する。
【0011】非剛体運動、例えば呼吸による運動で生じ
た影像エラーを減少させるのに特に適している本発明に
よる方法の更なる実施例は、データラインの交差の点の
データの位相差がデータの組み合せとして用いられ、対
象のストレッチ係数が影像エラー発生源の推定とに該組
み合せから得られることを特徴とする。この実施例にお
いて、運動は主に腹部−臀部であり、運動は対象の直線
的伸張又は圧縮として作れる。即ち、運動の影響下で組
織が局部的(例えばy方向の)距離c,yに亘って変位
するとする。ここでcはデータライン毎に異なる伸張係
数である。補正は又2つの「互いに垂直な」データセッ
トを基にして再び実行される。
【0012】該実施例において、水又は脂肪の予飽和が
公知の方法で実現されうる。その場合に、更に少ない影
像エラーを含む影像が得られる。
【0013】安定磁界の磁界不均一性をより少なく受け
やすい本発明による方法の実施例は、第1のパルス及び
勾配シーケンスは、励起パルスと、勾配方向が一致しな
いパルス符号化勾配及び読出し勾配とからなり、第2の
パルス及び勾配シーケンスは少なくとも第1のパルス及
び勾配シーケンスからずれる励起パルスと、位相符号化
勾配及び読出し勾配とからなり、第2のパルス及び勾配
シーケンスは同時に読出し勾配を印加される別な位相符
号化勾配からなることを特徴とする。水又は脂肪のよう
な異なる成分又は他の成分を含む対象の安定磁界の磁界
不均一及び化学シフトが第1及び第2のデータセットの
共鳴信号の共鳴の共鳴に差を生じるなら、差は対応する
サンプルのサンプリング時間で生じる。これらの時間差
は、データセットの全データラインに対する全対応サン
プルに対して励起とサンプリング間の時間経過を保つこ
とにより除去される。
【0014】該時間差を推定する本発明による方法の他
の実施例は、第1のパルス及び勾配シーケンスは、励起
パルスと、勾配方向が一致しないパルス符号化勾配及び
読出し勾配とからなり、第2のパルス及び勾配シーケン
スは少なくとも第1のパルス及び勾配シーケンスからず
れる励起パルスと、位相符号化勾配及び読出し勾配とか
らなり、別な勾配は第1のパルス及び勾配シーケンスの
位相符号化パルスに重畳され、また読出し勾配中に印加
され、第2のパルス及び勾配シーケンスの位相符号化勾
配に読出し勾配中に印加される逆の別勾配が重畳される
ことを特徴とする。
【0015】推定は該実施例で繰返して決定されうる。
【0016】外部磁界により影像エラーを減少するのに
特に適している本発明による方法の実施例は、第1のパ
ルス及び勾配シーケンスは、励起パルスと、勾配方向が
一致しないパルス符号化勾配及び読出し勾配とからな
り、第2のパルス及び勾配シーケンスは又少なくとも第
1のパルス及び勾配シーケンスからずれる励起パルス
と、位相符号化勾配及び読出し勾配とからなり、読出し
勾配と一致する更なる勾配は、読出し勾配の勾配からず
れた勾配方向を印加され、3次元影像の場合に、更なる
位相符号化勾配が第1及び第2のパルス及び勾配シーケ
ンスに印加され、第3のパルス及び勾配シーケンスは推
定及び補正用の第3のデータセットを得るため印加さ
れ、励起パルスと磁気共鳴信号から読出す間アクティブ
である3つの勾配とからなり、その勾配方向は一致して
いないことを特徴とする。安定磁界が1つのデータライ
ンのデータの取得中ほどよく一定であるとすると、影像
エラーはデータラインに亘って直線的に増える位相エラ
ーとして作られうる。磁界妨害が影像に比較的に強い影
響を有するいわゆる勾配エコー法での如く、データライ
ンの取得時間がエコー時間に比べて短い場合、影像エラ
ーはデータラインに亘って一定の位相シフトとして更に
作られうる。データセットの影像エラー減少は、2次元
の場合1つ又は数データラインからなるデータセットを
基にして実行されうる、3次元の場合、補正さるべきデ
ータセットより実質的に少ないデータラインからなるデ
ータセットを基にして実行されうる。
【0017】外部磁界による影像エラーを減少させるの
に適し、該位相推定を用いる本発明による方法の実施例
は、非常に単純である。2次元の場合において、補正用
に用いるべきデータセットは単に1つのデータラインか
らなる。雑音効果に関して改善を行なう為に、補正デー
タセットは数データラインからなり、位相エラーを推定
するように平均値がとられうる。
【0018】全実施例において、推定は影像品質を改善
するために雑音に関して重み付けされうる。
【0019】
【実施例】本発明を以下図面を参照して詳細に説明す
る。
【0020】図1は、RF電磁パルスを送信/受信コイ
ル4を介して対象5に送信する送信手段2と、均一安定
磁界に位置する対象5にRF電磁パルスで発生される各
磁気共鳴信号を受信する受信手段3とからなる本発明に
よる磁気共鳴影像装置1を概略的に示す。送信/受信コ
イルは単一コイルであるが、代りに別体の送信コイル及
び別体の受信コイルを設けてもよい。装置1は安定磁界
を発生する手段6からなる。手段6は磁石コイル7から
なり、抵抗磁石又は超伝導磁石の場合には、直流電源8
からなる。永久磁石の場合には、直流電源8はない。装
置1の動作中対象は磁石コイル7内に配置され、僅か過
剰な該スピン(磁気モーメントを有する核)は平衡の状
態で安定磁界の方向に向けられる。巨視的な見地から、
これは平衡磁化である磁化M0 として考えられる。装置
1は又送信手段2と受信手段3に結合される処理手段9
と、処理手段9及び送信手段に結合される処理コンピュ
ータ10と、共鳴信号から決定され、受信手段3で受信
され、復調され、その信号サンプリング(共鳴信号の検
出)の後核磁化分布を表示する表示手段11とからな
る。特に、送信手段2は、搬送波信号を発生するRF発
振器13と、搬送波信号の振幅及び/又は位相及び周波
数変調用変調器14と、電力増幅器15と、送信/受信
コイル4に結合される方向性結合器16とからなる。R
F発振器13は処理手段9に結合され、変調器14は処
理コンピュータ10に結合される。励起パルスが、プロ
グラム手段12の制御下で送信手段2を介して、例えば
陽子のいわゆるラーモア周波数の近辺の周波数内容で、
対象5に印加される時、磁気共鳴信号が発生し、それか
ら陽子核スピン分布は例えばフーリエ変換によりプログ
ラムされた手段12で決定されうる。共鳴信号を受信す
る受信手段3は方向性結合器16と、受信及び復調ユニ
ット17とからなる。ユニット17は、出力信号が第1
及び第2のアナログディジタル変換器18,19により
夫々サンプルされる二重位相感知検出器でよい。A/D
変換器18及び19は処理手段9に結合される。或い
は、送信手段2及び受信手段3はいわゆる位相コーヒー
レンスディジタル送信器/受信器により形成されうる。
装置1は又安定均一磁界に重畳される勾配磁界を発生す
る手段20からなる。手段20は勾配磁界Gx,Gy及
びGzを各々発生する。勾配磁石コイル21,22及び
23と、処理コンピュータ10で活動され:別々に活動
可能である勾配磁石コイル21,22及び23に通電す
るよう働く電源24とからなる。図示の実施例では、勾
配磁石コイルの空間の装置は、勾配磁界の磁界方向が均
一安定磁界の方向に一致し、勾配方向が図1の3つの相
互に垂直な軸X,Y及びZにより示される如く、互いに
垂直に延在するようにされている。フーリエ変換により
再構成されうる核ヒスピン分布からの磁気共鳴信号はい
わゆるパルス及び勾配シーケンスにより得られる。
【0021】図2の(A)は本発明による方法の実施例
のパルス及び勾配シーケンスを示す。この方法によれ
ば、第1のいわゆるスピンエコーパルス及び勾配シーケ
ンスps1は時間tの関数として対象5に印加される。
パルス及び勾配シーケンスps1は、対象5の核スピン
を励起するため時点t=t1で送信手段2により送信/
受信コイル4を介して対象5に印加される励起パルスe
p1よりなり、また、ディフェーズされた核磁化を再集
束するため時点t=t2で印加される再集束パルスrp
1からなる。時点t=t3で、受信手段3は、対象5か
ら生じ、送信/受信コイル4で検出される磁気共鳴信号
を受信する。RF電磁励起パルスの適用中勾配磁界Gz
は対象のスライスの選択に対しアクティブであり、即ち
磁気共鳴信号は対象5のスライスから選択的に生じる。
更に、パルスep1とrp1との間に、核スピンの位相
符号化する位相符号勾配Gyが印加され、核スピンの周
波数符号化するための磁気共鳴信号の読出し中読出勾配
Gxが印加される。勾配Gx,Gy及びGzは勾配磁石
コイル21,22及び23を介して安定磁界に重畳され
る。シーケンスps1は、位相符号化勾配Gyの異なる
値に対して多数回例えば256回繰り返される。Gyの
各値に対して、磁気共鳴信号が受信及び復調ユニット1
7で受信され、復調され、サンプルの形式で、第1のデ
ータセットの蓄積の為A/D変換器18及び19を介し
て処理手段9に印加される。各Gyに対して、K空間の
データラインが満たされる。
【0022】プログラムされた手段12を用いて、核磁
化分布はフーリエ変換によりデータセットから再構成さ
れ、分布は表示手段11により磁気共鳴影像の形式で表
示されうる。本発明により、時点t=t1’での励起パ
ルスep2と、時点t=t2’での再集束パルスrp2
と、第1のシーケンスps1に関して交換された選択勾
配Gz及び更なる勾配Gx及びGyとからなる第2のパ
ルス及び勾配シーケンスps2が印加される。これは、
第1のシーケンスにより得られたデータラインに垂直に
延在するK空間でのデータラインとなる。第2のシーケ
ンスにより得られた磁気共鳴信号のサンプルは第2のデ
ータセットに蓄積される。
【0023】図2の(B)は図2の(A)に示すシーケ
ンスに関連したK空間での交差ラインを示す。2次元影
像に関する本実施例では、核スピン密度関数P0 (x,
y)のフーリエ変換FはK空間の軸Kx及びKyに沿っ
てプロットされる。本発明はいわゆるK軌道記述の言葉
で下記に説明される。K軌道記述の本質は、時間マップ
での勾配が磁気共鳴信号S(t)で直接に対象の空間・
周波数領域内容を変えることにある。
【0024】
【数1】
【0025】K(t)は勾配の整数であり、又空間・周
波数座標のベクトル、即ち
【0026】
【数2】
【0027】であり、ここで、Fは対象の磁気共鳴分布
であるf(x)のフーリエ変換である。更に、上式
【0028】
【数3】
【0029】において、xはベクトルの形式での空間座
標の2次元又は2次元セットであり、γはいわゆる磁気
回転比であり、T2 は横緩和時間であり、Bは磁界の強
度である。S(t)は対象に対応する空間周波数分布F
〔K(t)〕の重み付け(及び雑音による妨害)観測と
して考えられるべきものである。磁気共鳴影像におい
て、核スピンの符号化処理は時間的に変わる勾配で決定
された一組の軌道に沿ったサンプリングからなり、復号
化処理は元の空間分布の推定である離散的影像にK空間
の該サンプルを変換することからなる。パルス及び勾配
シーケンスがいわゆるフーリエツォイクマトグラフィ
(zeugmatography)方法と関連する場
合、一連の異なる勾配は、勾配Gの瞬時値で、式dK/
dt=G(一定測定勾配に対して、Kx=γ・Gx・
t)によって決められる速度でKxKy平面の「偏り」
として考えられ、S(t)の瞬時値はKxKy平面に到
る点でF値を発生する。K空間のサンプルのフーリエ変
換は対象の核スピン磁化分布を発生する。K空間の直交
格子でプロットされるサンプルは離散的フーリエ領域影
像のデータ値として考えられるべきであって、離散的空
間領域影像はフーリエ領域影像を2D−FT又は3D−
FTにすることによって得られうる。サンプルが(いわ
ゆるエコー平面パルス又は勾配シーケンスに対する場合
である如く)K空間の格子点と一致しない場合、ある種
の補間方法は、F(K)が離散的FTの実行前格子点に
対して推定されることを確実にするよう用いられるべき
である。
【0030】図6は、図2の(A)に示す如き第1実施
例に対する式を示し、ここでは、記載シーケンスps1
及びps2は図2の(B)に示す如くK空間にアップさ
れた第1及び第2のデータセットを作った。この実施例
は剛体運動で生じた影像エラーを減少させるのに適して
いる。かかる剛体運動は、例えば対象が更に押さえつけ
手段を用いるにも拘らず動きを行なう人間対象の膝の影
像の場合、生きている対象の手足のMR影像に生じう
る。そのような場合には、各データラインはその元の位
置の対象から生じるデータを含まない。データラインは
その元の位置に関して(δx,δy)画素によりシフト
された対象からのデータも一般的に含む。シフトは、勿
論、従来公知でなく、データライン毎に変化しうる。図
示の実施例では、水成分又は脂肪成分のいずれかが公知
の方法で予め飽和され、安定磁界の異質性が無視出来る
ほど小さいとする。対象の位置は、第1のデータセット
ではδx及びδyがKxに依存せず、専らKyに依存す
るように、1つのデータラインのサンプリング中固定さ
れると考えられるとした。プログラムされた手段がわず
かにより複雑になるとしても、これらの仮定が有効でな
い場合、それらは原証的に上記の方法に対応する。同様
に、エラーがKxだけを依存することが第2のデータセ
ットに対して成り立つ。各シフトは、第1のデータセッ
トA用
【0031】
【数4】
【0032】として示される。本発明による方法の普遍
性を損なうことなく、たとえば、パルス及び勾配シーケ
ンスps1の位相符号化ステップna の数及びデータラ
インの数がパルス及び勾配シーケンスps2での位相符
号化ステップn6 の数に等しく、サンプル又は周波数符
号化ステップnS の数がデータセット当たりの位相符号
化ステップの数に等しいとする。更に、シーケンスps
1及びps2での位相符号化ステップは、第1のデータ
セットAのデータラインjのサンプルiがK空間でのデ
ータラインの交差の点での対応データを得るためにデー
タセットBのデータラインiのサンプルjに対応するよ
うに選択されるべきである。本実施例では、
【0033】
【数5】
【0034】を有する式(na +nb )・nS が未知で
ある場合がある。(即ち、
【0035】
【数6】
【0036】が実際の影像データ及びデータセットのデ
ータラインの(na+nb )の未知のエラーで未知であ
る)本発明による方法において、先ずデータラインのエ
ラーが決められ、それを基にしてデータラインが補正さ
れる。原則的に二倍の全取得時間が用いられるが、本発
明により得られた影像が2つの等しいデータセットの単
純平均の場合より更によいことが注目される。対象5が
完全に停止していた場合、第1及び第2のデータセット
A及びBの対応データは「理想的」データS0 (Kx,
Ky)と等しくなる。しかし、剛体運動の場合には、各
実際のデータSA (Kx,Ky)及びSB (Kx,K
y)は図6の式〔1〕及び〔2〕により与えられる。本
発明により、実際のデータSA 及びSB は、それらが互
いに及びS0 に略等しくなるようにデータラインシフト
の推定に基づいて補正される。先ず、複素データは、*
が複素共役を示す式〔3〕で表わされる如くK空間の格
子点で互いに分割される。1つの画素の大きさのオーダ
での小さいシフトに対し、そこでのeべき数は、近似の
虚数部をとることで式〔4〕が得られるようにそのべき
級数展開の第1の2つの項で近似される。それを基にし
て、量Hx(Kx,Ky)及びHy(Kx,Ky)が各
式〔5〕及び〔6〕で定義され、その量は式〔4〕から
得られる如く決め、x方向およびy方向でのデータセッ
トA及びBのデータラインと関連した対象5の差シフト
は各差シフトの1つが毎回0となる。式〔5〕及び
〔6〕において、文字εはこの方法で0による分割を防
ぐために小さい数、例えばε=0.5、を示す。これら
の所定の量及び式〔4〕を基にして、式〔7〕から〔1
0〕に示す如く、データセットA及びBのデータライン
と関連した対象5の各シフト8に対する所定の推定があ
る。ここで〜は推定又は近似を示す。定義Hx及び式
〔4〕による近似での式〔11〕及び〔12〕を介した
【0037】
【数7】
【0038】に対する近似として、式〔13〕による表
現が用いられ、式〔11〕に続く式〔12〕は、
【0039】
【数8】
【0040】とし、Kxは値の対称的範囲を有し、一方
式〔12〕に続く式〔13〕は式〔12〕の第2の項が
絶対値で他の項に対して大きいとする。第1の近似にお
いて、式〔12〕の第1及び第3の項がインコーヒーレ
ントランダム変数を含み、第2項に対して
【0041】
【数9】
【0042】からnS として関連するので、後者のアプ
ローチは正当化される。式〔12〕の最終項は、Kx用
値の対称範囲の仮定によって零である。他のシフトδに
対する推定が同様な方法で決定される時、データ値SA
及びSB は式〔14〕及び〔15〕により補正されう
る。式〔14〕及び〔15〕による近似が更にS0 から
あまりにも離間している場合、近似処理が繰返されう
る。多数の繰返し、典型的には1から4回の繰返しの
後、磁気共鳴影像は補正データ
【0043】
【数10】
【0044】から再構成され、ここでnは繰返の数を示
す。上記の方法は雑音によりもたらされた不確かさを考
慮するよう適合されうる。式〔16〕から明らかな如
く、推定は次に重み付け係数W(Kx,Ky)により重
み付けされる。式〔17〕は、雑音による推定のエラー
が最小化されるので、望まれるべき重み付け係数を示
す。式〔17〕において、N2 はデータ中の雑音の分散
である。
【0045】図7は、上記シーケンスps1及びps2
が、図2の(B)に示す如くK空間にマップされた第1
及び第2のデータセットを得るのに用いられる図2の
(A)の第2の実施例に対する式を示す。この実施例で
は、非剛体運動、例えば生きている対象5の呼吸運動で
生じる影像エラーを減少するのに適している。例えば、
横影像は生きている対象5の胸部領域からなりうる。胸
部領域において、運動は主に腹部−臀部であり、運動は
直線的伸張又は圧縮として作られる、即ち、組織が局部
的にy方向の距離c,yに亘って変位され、ここでcは
データライン毎に異なるストレッチ係数であるとする。
図6による第1の実施例における様なデータセットの大
きさに関して仮定すると、以下のことがより成り立つ。
図7の式〔18〕において、「理想的」信号S0 (K
x,Ky)が与えられ、式〔19〕において、対象の伸
張により歪まされた信号即ち第1のデータセットAの歪
みデータが与えられる。小さいゆがみ対して,、式〔1
9〕の第1のeべき数はそのべき級数展開の最初の2つ
の項で近似され、従って式〔20〕を得る。コンボリュ
ーション演算子
【0046】
【数11】
【0047】の項で書かれた式〔20〕は、G(Ky)
が関数2πy/nSのフーリエ変換である式〔21〕を
作り、該フーリエ変換は式〔22〕で示される。同様
に、式〔23〕は第2のデータセットBの歪みデータの
近似を生じる。第2の実施例において、歪んだSA 及び
B は、それらが出来るだけ「理想的」信号S0 に近似
するよう補正されるべきである。第1の実施例でのよう
に、量H(Kx,Ky)は式〔21〕及び〔23〕に基
づいた式〔24〕で定義され、ここでS0 (Kx,K
y)は、第1の例では(SA +SB )/2で近似され
る。H(Kx,Ky)は伸張係数CA 及びCB で表わさ
れる式〔25〕に示す形式に略等しいことが単に示され
うる。伸張が、呼吸による運動で仮定されうる如く、デ
ータライン間で多少ランダムであると仮定されうる場
合、伸張係数は式〔26〕及び〔27〕に示す如く推定
され、データは分かった推定により補正されうる。雑音
及び他の不確かさを考慮する時、本発明による方法は、
W(Kx,Ky)が第1の例での如く重み付け係数であ
る式〔28〕から〔34〕に示す如くわずかに適合され
うる。コンボリューションの期間を制限するために、G
(Ky)の最初の4から6の最も大きい素子だけを用い
ることが許される。方法がわずかだけより複雑になるに
しても、エラーが運動のより複雑なパターン、例えば対
象の患者らの頭部の横影像の頭部の回転によるが、呼吸
により生じる、腹のサジタル影像の長手方向(尾−頭方
向)の非直線的伸張により生じる場合、わずか影像エラ
ーを含む影像はそれにも拘らず得られる。
【0048】図3の(A)は、励起パルスep3と、再
集束パルスrp3と、スライス選択勾配Gzと、位相符
号化勾配Gyと、測定勾配Gxとからなる第1のパルス
及び勾配シーケンスps3からなる本発明による方法の
パルス及び勾配シーケンスの更なる例を示す。パルスe
p3及びrp3は時点t1及びt2で夫々印加され、磁
気共鳴信号は略時点t3で検出される。シーケンスps
3は位相符号化勾配の多数のステップ、例えば256ス
テップに対し繰り返される。更に、時点t1’での励起
パルスep4と時点t2’での再集束パルスrp4とか
らなるパルス及び勾配シーケンスps4が示される。シ
ーケンスps4は、位相符号化ステップの数の半分がK
空間の一方の側に位置し、固定、追加勾配Gyが各シー
ケンスps4の磁気共鳴信号から読出す間に印加される
シーケンスps3からずれる。図3の(B)に示す如
く、走行のこの方法は、斜データラインがシーケンスp
s4と関連する間、水平データラインがシーケンスps
3と関連するK空間での交差データラインのパターンに
なる。
【0049】図3の(C)は本発明による方法の他の例
と関連するK空間での交差データラインを示す。関連し
たデータセットを有するデータラインのこのパターン
は、通例のシーケンスのように周波数符号化勾配を含む
が、Gyと追加勾配の和と通例スピンエコー又はスピン
ラップシーケンスのような通例シーケンスでの如き波形
を有するGy及び追加勾配間の差とで各形成される位相
符号化勾配が印加される2つのパルス及び勾配シーケン
ス(図示せず)によって得られる。追加勾配は又、読出
勾配中正及び負の感覚で印加される。従って、データラ
インを相互に、垂直に交差するパターンが、データライ
ンがK空間の軸に関して+45°及び−45°の各角度
で被うK空間で得られる。図3の(A)から図3の
(C)に示すシーケンスは、安定磁界の異質又は化学シ
フトによる問題が起こる図2に示す如き対応サンプル間
の時間差による問題を起こさない。図3の(A)に示す
シーケンスにおいて、サンプルiの励起とサンプリング
の間の時間経過は両データセットの全データラインに対
して一定に保たれる。推定及び補正式は類似した方法で
決定されうる。
【0050】図4の(A)は例えばMRI装置近くの動
くエレベータ、通る電車等からの外部磁界による影像エ
ラーを減少させるに適した本発明によるパルス及び勾配
シーケンスの例を示す。この図は、励起パスep5と公
知のスピンワープ又は磁界エコーシーケンスでのような
勾配とからなり、位相符号化勾配の代わりに、シーケン
スps5でのように、勾配Gxと等しく、それと同時に
印加される単一勾配が印加されるが、その勾配方向が異
なるシーケンスep5からずれた磁界エコーシーケンス
ps6からなるパルス及び勾配シーケンスps5を示
す。これは図4の(B)に示す如くK空間の交差ライン
のパターンになる。補正さるべき第1のデータセットA
は図4の(B)の水平データラインのデータを含み、補
正用に使われる第2のデータセットBは図4の(B)の
斜データラインのデータを含む。磁界妨害は1つのデー
タライン用取得時間に関して遅いが、完全磁気共鳴影像
用データを得るための全体取得時間に関して速いとす
る。図示の例は、磁界変化で生じた効果が最も大きい磁
界エコーシーケンスに使われるが、なかんずくスピンエ
コーシーケンス(90°−180°エコー)のような他
のシーケンスに対しても用いられうる。磁界エコーシー
ケンスにおいて、安定磁界の磁界妨害はデータラインの
サンプルされたデータの周波数オフセットを生じる。磁
界がデータラインの取得中一定であるとするので、エラ
ーはデータラインに亘って位相エラーを直線的に増すと
してモデル化されうる。取得時間が励起及び取得間の時
間経過であるエコー時間と比較して短い場合、エラーは
データラインに亘って一定の位相シフトで近似されう
る。本実施例において、データセットは夫々がNS サン
プルを有するNA データラインを含み、但しNA
S 、データセットBはNS サンプルを有する1つのデ
ータラインを含む。セットBは、「理想的」場合におい
て、SB (KB )がSA (KB ,KB )と同じ信号を含
むようにセットアップされる。前記の理由によって、励
起パルスep5とSA (Kx,Ky)のサンプリング間
の時間経過が励起パルスep6とSB (Kx)のサンプ
リング間の時間経過に等しいことが確実とされる。
【0051】図4の(C)は信号S0 (Kx,Ky)が
理想的に生じる仮定に基づいて図4の(A)の実施例に
対する式を示す。式〔35〕及び〔36〕は該位相エラ
ーにより検出される実際のデータを示す。ここで、Nx
はサンプルの数であり、tac q はデータラインの取得時
間である図示のアプローチはtacq の小さい値に対して
成り立つ。式〔37〕から分かる如く、φB は、中央サ
ンプリングが現実でなければならないという知識を基に
補正され、その後、全体データラインBは式〔38〕に
応じて補正される。次に、データセットAの全データラ
インの位相エラーは式〔39〕により補正され、該位相
エラー推定はデータセットAの位相補正に対して用いら
れる。磁気共鳴影像は補正データセットAから再構成さ
れる。本発明による方法は更に改良されうる。例えば、
推定補正係数は雑音の効果を減少させる為に重み付けさ
れうる。データセットBがいくつかのデータラインから
なる場合、雑音の効果は位相エラーの推定を平均化する
ことで更に減少されうる。データセットBがいくつかの
データラインからなる場合にK空間のデータライン間に
ある距離が存在する場合、この事実は直線的に増加する
位相エラー成分を推定するのに用いられうる。物理的不
完全により、データセットBのデータラインは、S
B (Kx)が正確にSA (Kx,Ky)に対応せず、む
しろSA (Kx,Ky+Δ)に対応するようにK空間で
わずかにシフトされた。一般的に、Δは1より少ない非
整数である。その場合において、隣る値SB (Kx)と
B (Kx−1)からの値SB ’(Kx−Δ)及びSA
(Kx,Ky)とSA (Kx−1,Ky)からの値
A ’(Kx−Δ、Ky)を補間することが必要であ
る。次に位相エラーφA (Ky)はSB ’(Kx−Δ)
とSA ’(Kx−Δ,Ky)間の位相差として計算され
る。
【0052】図5は、外部磁界による影像エラーが減少
し、図4の(A)に対応するパルス及び勾配が対応する
方法で表わされる3次元影像用パルス及び勾配シーケン
スを示す。図4の(A)と比較して、励起パルスep7
を有する更なるパルス及び勾配シーケンスps7が設け
られる。シーケンスps5はシーケンスps6のような
更なる位相符号化勾配Gzからなる。シーケンスps7
は、読出し勾配Gxと、更にこれと一致した勾配Gy及
びGzとからなる。シーケンスps7の各勾配の勾配方
向が異なる。シーケンスps5,ps6及びsp7はK
空間のデータラインを交差する3つのデータセットA,
B及びCを発生する。データセットAは、補正の後そこ
から磁気共鳴影像を再構成するのに用いられ、「単一
斜」データセット及び「二重斜」データセットCは補正
目的の為に用いられる。データが立方であるとし、励起
とサンプリング間の時間経過が対応するサンプルに対し
同じであることが確実とされる。
【0053】図9は図8に示す式と類似の図5の3次元
実施例に対する式を示す。式〔41〕から〔43〕は近
似データからなり、式〔44〕から〔49〕は順次にS
A 用推定ステップを提供する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による磁気共鳴影像装置の概略を示す図
である。
【図2】(A)は本発明による方法の実施例のパルス及
び勾配シーケンスを示す図、(B)は(A)に示すシー
ケンスと関連したK空間の交差データラインを示す図で
ある。
【図3】(A)は本発明による方法のパルス及び勾配シ
ーケンスの更なる実施例を示し、(B)は図3の(A)
に示すシーケンスに関連したK空間の交差データライン
を示し、(C)は本発明による方法の他の実施例に関連
したK空間の交差データラインを示す図である。
【図4】(A)は外部磁界により影像エラーを減少させ
るのに適している本発明によるパルス及び勾配シーケン
スの実施例を示し、(B)は図4の(A)に示すシーケ
ンスに関連したK空間の交差データラインを示す図であ
る。
【図5】外部磁界により影像エラーを減少させるための
3次元影像用パルス及び勾配シーケンスを示す図であ
る。
【図6】図2の(A)に示す如く第1の実施例用の式を
示す図である。
【図7】図2の(A)に示す如く第2の実施例用の式を
示す図である。
【図8】図4の(A)による実施用の式を示す図であ
る。
【図9】図5による実施例用の式を示す図である。
【符号の説明】
1 磁気共鳴影像装置 2 送信手段 3 受信手段 4 送信/受信コイル 5 対象 6 磁界発生手段 7 磁石コイル 8,24 電力供給源 9 処理手段 10 処理コンピュータ 11 表示手段 12 プログラム手段 13 RF発振器 14 変調器 15 電力増幅器 16 方向性結合器 17 復調ユニット 18,19 アナログディジタル変換器 20 磁界勾配発生手段 21,22,23 勾配磁石コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 9118−2J G01N 24/08 Y (72)発明者 ミハ フデラー オランダ国 5621 ビーエー アインドー フエン フルーネヴアウツウエツハ 1番 地 (72)発明者 アントン フラン メルコツプ オランダ国 5621 ビーエー アインドー フエン フルーネヴアウツウエツハ 1番 地 (72)発明者 ミカエル ヨゼフ デユイブステイン オランダ国 5621 ビーエー アインドー フエン フルーネヴアウツウエツハ 1番 地 (72)発明者 ゲリツト ヘンドリツク ヴアン イピー レン オランダ国 5621 ビーエー アインドー フエン フルーネヴアウツウエツハ 1番 地

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 安定磁界に配置された対象からの磁気共
    鳴信号から形成された磁気共鳴影像中の影像エラーを減
    少させる磁気共鳴影像方法であって、磁気共鳴信号は少
    なくとも第1及び第2のパルス及び勾配シーケンスによ
    り得られ、その信号サンプルは少なくとも第1及び第2
    のデータセットに蓄積され、各データセットのデータラ
    インは周波数領域で互いに交差し、交差データラインの
    データの組合せから影像エラー源用推定が決定され、そ
    の後、決められた推定に基いて少なくとも1つのデータ
    セットのデータラインのデータが補正され、その後磁気
    共鳴影像が積分変換により補正されたデータセットから
    決められるか、又はフーリエ変換を用いて、第3のデー
    タセットがデータセットの1つから決められ、第4のデ
    ータが推定から決められ、その後磁気共鳴影像が第3の
    データセットの第4のデータセットとのコンボリューシ
    ョンにより決められることを特徴とする磁気共鳴影像方
    法。
  2. 【請求項2】 第1のパルス及び勾配シーケンスは、励
    起パルスと、勾配方向が一致しないパルス符号化勾配及
    び読出し勾配とからなり、第2のパルス及び勾配シーケ
    ンスは少なくとも第1のパルス及び勾配シーケンスから
    ずれる励起パルスと、位相符号化勾配及び読出し勾配と
    からなり、位相符号化勾配及び読出し勾配が交換された
    ことを特徴とする請求項1記載の磁気共鳴影像方法。
  3. 【請求項3】 データラインの交差の点のデータの位相
    差がデータの組み合せとして用いられ、データラインに
    関連した対象シフトが影像エラー源の推定として該組み
    合せから決められることを特徴とする請求項2記載の磁
    気共鳴影像方法。
  4. 【請求項4】 データラインの交差の点のデータの位相
    差がデータの組み合せとして用いられ、対象のストレッ
    チ係数が影像エラー源の推定として該組み合せから生じ
    ることを特徴とする請求項2記載の磁気共鳴影像方法。
  5. 【請求項5】 対象の水又は脂肪成分は、磁気共鳴信号
    の取得以前に予め飽和されることを特徴とする請求項
    2,3又は4記載の磁気共鳴影像方法。
  6. 【請求項6】 第1のパルス及び勾配シーケンスは、励
    起パルスと、勾配方向が一致しないパルス符号化勾配及
    び読出し勾配とからなり、第2のパルス及び勾配シーケ
    ンスは少なくとも第1のパルス及び勾配シーケンスから
    ずれる励起パルスと、位相符号化勾配及び読出し勾配と
    からなり、第2のパルス及び勾配シーケンスは同時に読
    出し勾配を印加される別な位相符号化勾配からなること
    を特徴とする請求項1記載の磁気共鳴影像方法。
  7. 【請求項7】 第1のパルス及び勾配シーケンスは、励
    起パルスと、勾配方向が一致しないパルス符号化勾配及
    び読出し勾配とからなり、第2のパルス及び勾配シーケ
    ンスは少なくとも第1のパルス及び勾配シーケンスから
    ずれる励起パルスと、位相符号化勾配及び読出し勾配と
    からなり、別な勾配は第1のパルス及び勾配シーケンス
    の位相符号化パルスに重畳され、また読出し勾配中に印
    加され、第2のパルス及び勾配シーケンスの位相符号化
    勾配に読出し勾配中に印加される逆の別勾配が重畳され
    ることを特徴とする請求項1記載の磁気共鳴影像方法。
  8. 【請求項8】 第1のパルス及び勾配シーケンスは、励
    起パルスと、勾配方向が一致しないパルス符号化勾配及
    び読出し勾配とからなり、第2のパルス及び勾配シーケ
    ンスは又少なくとも第1のパルス及び勾配シーケンスか
    らずれる励起パルスと、位相符号化勾配及び読出し勾配
    とからなり、読出し勾配と一致する更なる勾配は読出し
    勾配の勾配からずれた勾配方向を印加され、3次元影像
    の場合に、更なる位相符号化勾配が第1及び第2のパル
    ス及び勾配シーケンスに印加され、第3のパルス及び勾
    配シーケンスは推定及び補正用の第3のデータセットを
    得るため印加され、励起パルスと磁気共鳴信号から読出
    す間アクティブである3つの勾配とからなり、その勾配
    方向は一致していないことを特徴とする請求項1記載の
    磁気共鳴影像方法。
  9. 【請求項9】 データラインの交差の点のデータの位相
    はデータの組み合せとしてとられ、位相は第1及び第2
    のデータセットの影像エラー源の推定として該組み合せ
    から順次に推定され、データラインのデータは推定位相
    に基づいて補正され、3次元影像の場合、第3のデータ
    セットの位相が推定され、データラインのデータが推定
    位相に基づいて補正されることを特徴とする請求項8記
    載の磁気共鳴影像方法。
  10. 【請求項10】 2次元影像の場合、第2のデータセッ
    トは1つのデータラインからなり、3次元影像の場合、
    第3のデータセットは1つのデータラインからなること
    を特徴とする請求項8又は9記載の磁気共鳴影像方法。
  11. 【請求項11】 2次元影像の場合、第2のデータセッ
    トはいくつかのデータラインからなり、推定はその位相
    を平均化することで決められ、3次元影像の場合、第3
    のデータセットは数データラインからなり、推定はその
    位相を平均化することにより決められることを特徴とす
    る請求項8又は9記載の磁気共鳴影像方法。
  12. 【請求項12】 推定は繰返して決められることを特徴
    とする請求項1乃至7のうちいずれか一項記載の磁気共
    鳴影像方法。
  13. 【請求項13】 推定は雑音に関して重み付けされるこ
    とを特徴とする請求項1乃至12のうちいずれか一項記
    載の磁気共鳴影像方法。
  14. 【請求項14】 安定磁界に配置された対象からの磁気
    共鳴信号から形成された磁気共鳴影像の影像エラーを減
    少させ、安定磁界を発生する手段と、RF電磁パルスを
    発生する手段と、安定磁界に重畳された勾配磁界用手段
    とからなる磁気共鳴影像装置であって、対象から磁気共
    鳴信号を少なくとも第1及び第2のパルス及び勾配シー
    ケンスにより得るためのプログラムされた手段からな
    り、該信号の信号サンプルは少なくとも第1及び第2の
    データセットに蓄積され、各データセットのデータライ
    ンは周波数領域で互いに交差し、交差データラインのデ
    ータの組合せから影像エラー源の推定を決定し、決めら
    れた推定に基いて少なくとも1つのデータセットのデー
    タラインのデータを順次補正し、その後磁気共鳴影像が
    積分変換により補正されたデータセットから決められる
    のに適しているプログラム手段を特徴とする磁気共鳴影
    像装置。
JP3335331A 1990-12-21 1991-12-18 磁気共鳴影像方法及び装置 Pending JPH057571A (ja)

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