JPH0856920A

JPH0856920A - 磁気共鳴イメージング方法

Info

Publication number: JPH0856920A
Application number: JP6198678A
Authority: JP
Inventors: Akira Taniguchi; 陽谷口; Yukari Onodera; 由香里小野寺; Etsuji Yamamoto; 悦治山本; Hiroshi Nishimura; 博西村
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1994-08-23
Filing date: 1994-08-23
Publication date: 1996-03-05
Anticipated expiration: 2017-11-18
Also published as: JP3346903B2

Abstract

(57)【要約】【目的】磁気共鳴イメージング法において、磁気共鳴
周波数と検波用参照波の周波数ずれに起因する偽像のな
い画像を得る。【構成】位相エンコード傾斜磁場を印加しないで参照
用データを計測し（４０１）、参照用データのエコーセ
ンタを検出（４０２）した後、各エコーセンタの時刻と
位相から単位時間当たりの位相ずれを検出する（４０
３）。画像再構成用データの位相を位相ずれ分だけ戻し
（４０４）、位相ずれが補正されたデータを用いて画像
再構成を行う（４０５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気共鳴イメージング
（ＭＲＩ）に係わり、特にエコープラナー画像の再構成
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１に、磁気共鳴を用いた検査装置（以
下、単に検査装置という）の構成の一例を示す。図にお
いて、１０１は静磁場を発生するマグネット、１０２は
傾斜磁場を発生するコイル、１０３は検査対象である。
検査対象１０３は、マグネット１０１およびコイル１０
２内に設置される。また、シーケンサ１０４は傾斜磁場
電源１０５と高周波磁場発生器１０６に命令を送り、傾
斜磁場および高周波磁場を発生する。高周波磁場はプロ
ーブ１０７を通じて検査対象１０３に印加される。検査
対象１０３から発生した信号はプローブ１０７によって
受波され、受信器１０８を通って計算機１０９に送ら
れ、ここで信号処理が行われる。結果はディスプレイ１
１０に表示される。必要に応じて、記憶媒体１１１に信
号や測定条件を記憶させることもできる。静磁場均一度
を調整する必要があるときは、シムコイル１１２を使
う。シムコイル１１２は複数のチャネルからなり、シム
電源１１３により電流が供給される。静磁場均一度調整
時には各コイルに流れる電流をシーケンサ１０４により
制御する。シーケンサ１０４はシム電源１１３に命令を
送り、静磁場不均一を補正するような付加的な磁場をコ
イル１１２より発生させる。なお、シーケンサ１０４は
予めプログラムされたタイミング、強度で各装置が動作
するように制御を行う。該プログラムの内、特に高周波
磁場、傾斜磁場、信号受信のタイミングや強度を記述し
たものはパルスシーケンスと呼ばれている。

【０００３】撮影原理の概略を超高速撮影法であるエコ
ープラナー法を例に説明する。静磁場中に検査対象を置
き、高周波磁場パルスを印加して水素原子などの磁化を
励起した後、位相エンコード傾斜磁場とリードアウト傾
斜磁場を印加して各磁化に位置情報を与えながら、磁気
共鳴信号（エコー）を計測する。リードアウト傾斜磁場
については、正のパルスと負のパルスを交互に印加しな
がら１個のパルスに付き１個のエコーを計測する。ま
た、位相エンコード傾斜磁場については、エコーの直前
にステップ状のパルスを印加するか、あるいは強度の小
さいオフセット傾斜磁場を連続的に印加する。サンプリ
ング点数は１個のエコーに付き通常６４から５１２であ
り、計測するエコーの数は６４から２５６である。

【０００４】計測終了後、２次元平面の横方向をサンプ
リング方向、縦方向をエコー方向として全エコーを配置
し、２次元逆フーリエ変換により画像再構成し、断層像
を得る。画像のマトリックスサイズは（１個のエコーの
サンプリング点数）×（エコー数）となる。このほか
に、計測するエコーの数を約半分にし、残りのエコーを
計測したエコーから推定するハーフフーリエ法もある。
なお、エコープラナ撮影法の詳細は、Journal of Magne
tic Resonance, vol.29, pp.355-373, 1978 に記載され
ている。エコープラナー法を変形した方法に、計測空間
分割型エコープラナー法がある。この方法は、エコーを
配置する２次元平面を複数のブロックに分割し、１回の
励起につき１つのブロック内ブロック内のエコーだけを
計測するか、あるいは、１回の励起で数ラインおきにエ
コーを計測する方法である。全計測空間のエコーを計測
するために、複数回の励起を行う必要があるが、画質の
良い画像が得られる。

【０００５】エコープラナー法の他に、グラディエント
スピンエコー法と呼ばれる方法がある。この方法は、１
回の励起で複数の１８０゜パルスによりスピンエコーと
呼ばれるエコー信号を発生させ、その前後に正負交互の
リードアウト傾斜磁場を印加してグラディエントエコー
と呼ばれるエコー信号を発生させる方法である。１８０
゜パルスが静磁場の不均一による磁化の乱れをキャンセ
ルするため、スピンエコーは性質の良いエコー信号であ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】静磁場の不均一や調整
ずれなどによって信号計測時の検波用参照波の周波数と
磁気共鳴の周波数がずれた場合、逆フーリエ変換による
画像再構成では、再構成された画像上にゴーストが発生
する。以下に、このゴーストについて詳細に説明する。

【０００７】図２は、エコープラナー撮影法のパルスシ
ーケンスの典型的な例である。スライス傾斜磁場２０１
の印加とともに磁化励起用高周波磁場（ＲＦ）パルス２
０２を印加し、対象物体内のあるスライス内に磁気共鳴
現象を誘起する。２個のパルス２０３と２０４は磁化の
位相を一旦負にするために印加するディフェーズ用傾斜
磁場パルスである。

【０００８】磁気共鳴信号（エコー）２０５は、磁化の
位相に位相エンコード方向の位置情報を付加するための
位相エンコード傾斜磁場２０６を印加し、リードアウト
方向の位置情報を付加するためのリードアウト傾斜磁場
パルス２０７を印加しながら計測される。リードアウト
傾斜磁場パルスは正負交互に印加され、その間、複数の
エコーが計測される。計測されたエコーは周波数空間
（ｋ空間）上に並べられ、通常、逆フーリエ変換される
ことによって画像が作られる。このとき、偶数番目のエ
コーは、図３に示すように、奇数番目のエコーと反対向
きに並べられる。

【０００９】エコーの計測時、検波用参照波の周波数と
磁気共鳴の周波数にずれがあると、計測データの位相に
ずれが生じる。周波数のずれをΔｆ［Ｈｚ］とすると、
単位時間当たりの位相ずれは、２π・Δｆ［ｒａｄ.］
となる。前述のように、奇数番目のエコーと偶数番目の
エコーとは、反対向きに並べられているので、周波数空
間の左右端へ行くほど、奇数・偶数エコーの位相差が大
きくなる。たとえば、サンプリングレートをΔｔ、サン
プリング点数をｎとすると、図３の右端では、奇数番目
（ｉ番目）のエコーの位相は下式（１）となり、一方、
（ｉ＋１）番目のエコーの位相は下式（２）となる。Ｐ_i＋２π・Δｆ・Δｔ・ｎ／２（１）Ｐ_i+1−２π・Δｆ・Δｔ・ｎ／２（２）

【００１０】ここで、Ｐ_iはｉ番目のエコーの中央の位
相である。通常、Ｐ_iはｉに対してなめらかに変化する
ため、ｉ番目と（ｉ＋１）番目のエコーの右端の位相差
は、下式（３）のようになる。２×２π・Δｆ・Δｔ・ｎ／２（３）各エコーの位相が交互に変化しているため、このまま、
フーリエ変換によって画像を再構成すると、図８に示す
ように、本来の画像１０の上下にゴースト１１，１２が
発生する。

【００１１】計測空間分割型エコープラナー法において
も、同様の問題が発生する。この方法では、ｋ空間上で
のエコーの並びが例えば図９のようになる。従って、エ
コー間で位相のギャップが生じる部分があり、このまま
逆フーリエ変換すればゴーストが発生する。

【００１２】グラディエントスピンエコー法でも同様の
問題が発生する。以下、これについて説明する。図１０
は、この撮影法のパルスシーケンスの典型的な例であ
る。この例では、１回の励起で１５個のエコーを計測す
る。スライス傾斜磁場２１の印加とともにＲＦパルス２
２を印加し、対象物体内のあるスライス内の磁化を励起
する。パルス２３は、磁化の位相を一旦負にするための
ディフェーズ用傾斜磁場パルスである。その後、１８０
゜パルス２４を印加して静磁場不均一によって乱れた磁
化をリフォーカスさせ、スピンエコー２５を発生させ
る。スピンエコーの前後には、正負交互のリードアウト
傾斜磁場２６によってグラディエントエコー２７，２８
を発生させる。各エコーの発生前には、各エコーにｙ方
向の位置情報を与えるため、Ｇｙパルスを印加する。必
要なエコーを全て計測するため、このパルスシーケンス
を繰り返し実行する。ｋ空間上でのエコーの並びは、例
えば図１１のようになる。ここでも、ｋ空間上でエコー
間の位相にギャップの生じる部分があり、このまま逆フ
ーリエ変換すればゴーストが発生する。

【００１３】以上のように、ｋ空間上に反転されたエコ
ーが存在する場合には、虚像が発生する。本発明の目的
は、この偽像の発生を抑える磁気共鳴イメージング方法
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的は、位相ずれを
補正してから画像再構成することによって達成される。
すなわち、本発明では、位相エンコード傾斜磁場を印加
しないで参照用エコー信号を計測し、磁気共鳴周波数と
検波用参照波の周波数ずれに起因する位相ずれを参照用
エコー信号から検出する。そして、画像再構成用エコー
信号の位相を前記位相ずれだけ戻した後、画像の再構成
を行う。

【００１５】位相ずれの検出は、参照用エコー信号のピ
ークを検出し、そのピークの時刻とその時のエコー信号
の位相から単位時間当たりの位相ずれを計算することに
よって行うことができる。位相ずれの検出は、また、リ
ードアウト傾斜磁場の符号に応じて参照用エコー信号を
時間方向に反転させ、反転させたエコーと反転させてい
ないエコーの位相の差分を計算し、位相の差分とそのサ
ンプリング点の時刻とから単位時間当たりの位相ずれを
計算することによっても行うことができる。計算の過程
では最小二乗法を用いることができる。

【００１６】

【作用】位相ずれを検出してそれを戻すことによって、
位相ずれのない信号を得ることができ、偽像のない画像
を再構成することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。〔実施例１〕位相補正を行って画像再構成する手順の一
例を、図４に示す。パルスシーケンスは図２に示したも
のを使用する。まず、画像用データの計測前あるいは計
測後に、位相エンコードを印加しないでエコーを計測す
る（４０１）。具体的には、図２に示すパルスシーケン
スにおいて、Ｇｙに印加しているパルス２０３，２０６
をすべてゼロにして一連のエコーを計測する。計測する
エコーの数は最低２個必要である。以下、このデータを
参照用データと呼ぶ。次に、参照用データの各エコーの
センタを検出する（４０２）。エコーセンタとは、例え
ば図６（ａ）に矢印で示すように、最も信号強度の大き
い位置である。

【００１８】そして、各エコーセンタの位相から単位時
間当たりの位相ずれを計算する（４０３）。すなわち、
ｉ番目のエコーのセンタの時刻をＴ_i、位相をＰ_iとす
ると各エコーセンタの時刻と位相の組（Ｔ₁，Ｐ₁），
（Ｔ₂，Ｐ₂），…，（Ｔ_i，Ｐ_i），…，（Ｔ_n，Ｐ_n）が
できる。図６（ｂ）のように、Ｔ_iを横軸、Ｐ_iを縦軸
にとって各点をプロットすると、その傾きが単位時間当
たりの位相ずれΔｐになる。この傾きは、例えば、最小
二乗法による直線のフィッティングによって求めればよ
い。以上で、位相ずれの検出ができる。

【００１９】次に、検出した位相ずれの補正を行う（４
０４）。奇数番目のエコーの場合、下式（４）と画像用
データのエコーの各ｋ_xのサンプリング点の積をとり、
位相ずれを戻す。また、偶数番目のエコーの場合には、
同様に下式（５）と画像用データのエコーの各ｋ_xのサ
ンプリング点の積をとり、位相ずれを戻す。式中、ｊは
虚数単位を表す。

【００２０】ｅｘｐｊ（−Δｐ・Δｔ・ｋ_x−Ｐ_i）（４）（ｋ_x＝−ｎ／２，−ｎ／２＋１，…，ｎ／２−１）ｅｘｐｊ（Δｐ・Δｔ・ｋ_x−Ｐ_i）（５）（ｋ_x＝−ｎ／２，−ｎ／２＋１，…，ｎ／２−１）これで、位相ずれの補正は完了する。最後に、逆フーリ
エ変換して画像を再構成する（４０５）。この時、各エ
コーのセンタがずれている場合には、各エコーを横方向
にシフトし、センタの位置をそろえてから逆フーリエ変
換する。

【００２１】〔実施例２〕位相ずれの検出方法として別
の方法を採ることもできる。別の再構成の手順を図５に
示す。まず、上述の手順と同様、図２に示すパルスシー
ケンスにおいて、Ｇｙに印加しているパルス２０３，２
０６をすべてゼロにして一連のエコーを計測し、参照用
データを計測する（５０１）。次に、画像用データのエ
コーを並び替えたのと同様に、図７（ａ）に矢印で示す
ように、参照用データを並び替える（５０２）。具体的
には偶数番目のエコーを時間方向に反転する。次に、参
照用データの各エコーのセンタを検出し、各エコーを横
方向にシフトし、センタの位置をそろえる（５０３）。
計測時の調整が十分に行われており、エコーのセンタが
すでにそろっている場合にはこの処理は省略できる。こ
の時点で、奇数番目のエコーのｋ_xにおける位相θ
_i（ｋ_x）は下式（６）となり、偶数番目のエコーのｋ_x
における位相θ_i+1（ｋ_x）は下式（７）となる。

【００２２】 θ_i（ｋ_x）＝Δｐ・Δｔ・ｋ_x＋Ｐ_i （６） θ_i+1（ｋ_x）＝−Δｐ・Δｔ・ｋ_x＋Ｐ_i+1 （７）次に、両者の差〔θ_i（ｋ_x）−θ_i+1（ｋ_x）〕をとり、
図７（ｂ）のように、その（Δｔ・ｋ_x）に対する傾きを
求めて２で割り、位相ずれΔｐを求める（５０４）。こ
こで、両者の差分は、下式（８）で表され、（Δｔ・
ｋ_x）に対する傾きを求めて２で割れば、位相ずれΔｐ
が求められることになる。

【００２３】２Δｐ・Δｔ・ｋ_x＋（Ｐ_i−Ｐ_i+1）（８）傾きを求めるには、例えば最小二乗フィッティングを用
いることができる。以上で、位相ずれの検出が終了し、
後は、上述と同じ方法で位相補正を行い（５０５）、逆
フーリエ変換によって画像を再構成する（５０６）。以
上、いずれの手順によっても、位相ずれのないデータを
作成することができるため、偽像のない画像を再構成す
ることができる。

【００２４】計測空間分割型エコープラナー法の場合に
も、同様の手順により虚像のない画像が得られる。すな
わち、Ｇｙに印加しているパルスを全てゼロにして参照
用データを計測し、上述のいずれかの手順により単位時
間当たりの位相ずれΔｐを求め、各エコーの位相ずれを
補正して逆フーリエ変換を行って画像を再構成する。さ
らに、図１０に示したグラディエントスピンエコー法の
場合にも同様である。ただし、図１２に示すように、１
８０゜パルスを隔てたエコー同士の間では、位相の連続
性が保たれていないため、単位時間当たりの位相ずれΔ
ｐを求めるための参照用データには、１回の励起で得ら
れる全てのエコーを用いることはしない。位相エンコー
ドパルスを全てゼロとして計測したエコーを用いるのは
同じであるが、２つの１８０゜パルスに挟まれた一連の
エコーだけを参照データとする。この時、１回目と２回
目の１８０゜パルスの間のエコーを用いた方が信号強度
が大きいので、誤差が小さくなって良い。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、検
波用参照波の周波数ずれに起因する位相ずれを計測デー
タから検出し補正することにより、装置の調整を必ずし
も厳密に行わなくとも、アーチファクトのない画像を撮
影することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁気共鳴を用いた検査装置の一例を示す図。

【図２】エコープラナー法の説明図。

【図３】計測空間を示す図。

【図４】本発明の一実施例のフローチャート。

【図５】本発明の他の実施例のフローチャート。

【図６】図４の手順の一部を説明する図。

【図７】図５の手順の一部を説明する図。

【図８】ゴースト像の説明図。

【図９】計測空間分割型エコープラナー法の計測空間を
示す図。

【図１０】グラディエントスピンエコー法の説明図。

【図１１】グラディエントスピンエコー法の計測空間を
示す図。

【図１２】グラディエントスピンエコー法のエコー信号
とその位相の関係を示す図。

【符号の説明】

１０…本来の画像、１１，１２…ゴースト、１０１…静
磁場を発生するマグネット、１０２…傾斜磁場コイル、
１０３…検査対象、１０４…シーケンサ、１０５…傾斜
磁場電源、１０６…高周波磁場発生器、１０７…プロー
ブ、１０８…受信器、１０９…計算機、１１０…ディス
プレイ、１１１…記憶媒体、１１２…シムコイル、１１
３…シム電源、２０１…スライス傾斜磁場パルス、２０
２…高周波磁場パルス、２０３…ディフェーズ用傾斜磁
場パルス、２０４…ディフェーズ用傾斜磁場パルス、２
０５…エコー、２０６…位相エンコード傾斜磁場パル
ス、２０７…リードアウト傾斜磁場パルス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西村博東京都千代田区内神田一丁目１番14号株式会社日立メディコ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静磁場中の検査対象に対し、磁化励起用
の高周波磁場と、励起領域を決定するスライス傾斜磁場
と、磁化に位置情報を与えるための正負交互のリードア
ウト傾斜磁場と位相エンコード傾斜磁場とを印加してエ
コー信号を収集し、収集されたエコー信号に基づいて画
像を再構成する磁気共鳴イメージング方法において、前記位相エンコード傾斜磁場を印加しないで参照用エコ
ー信号を計測するステップと、磁気共鳴周波数と検波用
参照波の周波数ずれに起因する位相ずれを前記参照用エ
コー信号から検出するステップと、画像再構成用エコー
信号の位相を検出された位相ずれだけ戻すステップと、
位相ずれが戻された画像再構成用エコー信号を用いて画
像を再構成するステップを含むことを特徴とする磁気共
鳴イメージング方法。
【請求項２】前記位相ずれを検出するステップは、前
記参照用エコー信号のピークを検出するステップと、前
記ピークの時刻とその時のエコー信号の位相から単位時
間当たりの位相ずれを計算するステップを含むことを特
徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング方法。
【請求項３】前記位相ずれを検出するステップは、前
記リードアウト傾斜磁場の符号に応じて前記参照用エコ
ー信号を時間方向に反転するステップと、前記反転させ
たエコー信号と反転させていないエコー信号の位相の差
分を計算するステップと、前記差分とそのサンプリング
点の時刻とから単位時間当たりの位相ずれを計算するス
テップを含むことを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴
イメージング方法。
【請求項４】前記単位時間当たりの位相ずれを計算す
るステップは、最小二乗法を用いることを特徴とする請
求項２又は３記載の磁気共鳴イメージング方法。
【請求項５】前記高周波磁場と各傾斜磁場の印加順序
がエコープラナー撮影法を構成することを特徴とする請
求項１〜４のいずれか１項記載の磁気共鳴イメージング
方法。
【請求項６】前記高周波磁場と各傾斜磁場の印加順序
が計測空間分割型エコープラナー撮影法を構成すること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の磁気共
鳴イメージング方法。
【請求項７】前記高周波磁場と各傾斜磁場の印加順序
がグラディエントスピンエコー撮影法を構成することを
特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の磁気共鳴
イメージング方法。