JPS6321048A - 核磁気共鳴画像の歪み補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、フーリエ法を用いた核磁気断層撮像装置（以
下、ＮＭＲ−ＣＴという）の静磁場の不均一性による画
像歪みを補正する方法に関する。

（従来の技術） ＮＭＲ−ＣＴは、−様な静磁場Ｈ８を作る静磁′場コイ
ル及び静磁場Ｈ８と同一方向磁場でｘ、ｙ。

２の各方向に夫々直線勾配をもつ磁場を作る勾配磁場コ
イルから成る磁石部、該磁石部で形成される磁場内に設
置する被検体に高周波パルス（高周波電磁波）を印加し
、被検体からのＮＭＲ信号を検出する送・受信部、該送
・受信部及び前記磁石部の動作を制御したり、検出デー
タの！ｌ！ＩＬ！Ｔ！をして画像表示する制御・画像処
理部等を有している。

以上の構成において、静磁場コイルにより所定の空間（
被検体の設置箇所）に所定強度の静磁場が形成される。

一方、制御・画像処理部の制御の下で、送・受信部は、
スピン・エコー法（ＳｐｉｎＥｃｈｏ法：ＳＥ法）等に
よる励起パルスシーケンス（９０°パルス及び１８０°
パルスを所定のタイミングで発生するシーケンス）及び
フーリエ変換法による勾配磁場シーケンスを出力し、そ
のときのＮＭＲ信号を検出する。又、１ＩＩｌ制御・画
像処理部は、上記シーケンスに従って収集された多数の
ＮＭＲ信号、即ち、生データ（ｒａｗ　ｄａｔａ）を用
いて画像再構成処理をして断層画像の表示を行う。

ところで、静１ｉｔｕ場が不均一であると、その大きさ
に比例した位置歪み、濃度歪み等の画像歪みが生じるこ
とがよく知られている。一方、均一性の高い静磁場を形
成し得る磁石部は、一般的に、高価になる傾向にあるの
で、コスト面から理想的な磁石部を得ることが難しい。

しかも、磁石部の性能を確保するために、磁石部は、周
囲に磁性体が少ない場所を選んで設置される必要がある
（設置場所の制約がある）。又、画像のＳ／Ｎを上げる
には、できるだけ低い読みだし勾配を用いる方がよいこ
とが分っているが、画像の歪みの方は、読みだし勾配を
低くするほど大きくなるため、本来エコー時間や空間分
解能等で決まっている限界まで読みだし勾配を低くでき
ないのが現状である。

これらのことから、画像の歪み補正を行うことにより磁
石部のコスト低減、磁石部の設置場所の制限緩和、低勾
配スキャンによるＳ／Ｎの改善等様々な効果が期待でき
る。

従来から、核磁気共鳴画像の歪みを補正する方法として
、スキャンをする面と同一の面で、予め不均一を測って
おいて、それにより２次元面内での補正を行う方法があ
る（　０２７８−００６２／８５／１２００−０１９３
＄０１．ＯＯ１９８５１ＥＥＥ　１９３〜１９９頁）。

又、３次元での補正を目的としたもので、３次元の不均
一分布を数式でもっていて、それを用いて任意面又は立
体の不均一を計算し、補正を行う方法もある。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上記の前者の方法にあっては、電気的に任意の
断面のイメージングが可能なＮＭＲ−ＣＴにおいて実用
上重要な任意面への拡張が考虞されていないため、実用
的ではないという問題がある。又、後者の方法にあって
は、元来、シムコイルで補正できない高次項を数式とし
てもつことになるが、そのような数式は計１ｆｆｌも多
くなるため、スピードが要求されるオンラインの再構成
には向かないという問題がある。更に、立体での不均一
分布を直接もち、かつ、イメージングのマトリックスと
同程度（１２８３〜２５６３）のサイズをもつ場合、デ
ータ世が膨大なものとなるので実用上の問題もある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、実用性の高い核磁気共鳴画像の歪み補正方法を
提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成する本発明の核磁気共鳴画像の歪み補正
方法は、核磁気共鳴画像の歪み補正をするとぎ、通常の
イメージングに用いられるマトリックスよりも少ないマ
トリックスで立体の不均一分布データを用意し、実際の
補正用データは、前記不均一分布データから所定の補間
を用いて作成するようになっている。

（実施例） 以下、本発明について詳細に説明する。

第１図は、本発明の補正方法が実施されるＮＭＲ−ＣＴ
の概念構成回である。マグネットアセンブリ１は、内部
に被検体を挿入するための空間部分（孔）を有し、この
空間部分を取巻くようにして、被検体に一定の静磁場を
印加する静磁場コイルと、勾配磁場を発生するための勾
配ｌｉ場ココイル勾配磁場コイルは、ｘ、ｙ、ｚの各軸
のコイルを備えている）と、被検体内の原子核のスピン
を励起するための高周波パルスを与えるＲＦ送信コイル
と、被検体からのＮＭＲ信号を検出する受信コイル等が
配置されている。静磁場コイル、勾配磁場コイル、ＲＦ
送信コイル及び受信コイルは、静磁揚重′ＩＱ（主磁場
電源）２、勾配磁場駆動回路３、ＲＦ電力増幅器４及び
前置増幅器５夫々に接続されている。シーケンス記憶回
路６は、泪Ω磯７からの指令に従って任意のビューで、
ゲート変調回路８を操作（所定のタイミングによってＲ
Ｆ発振回路９の高周波出力信号を変調）し、ＳＲ法に基
づく高周波パルス信号をＲＦＦ力増幅３４からＲＦ送１
８コイルに印加する。又、シーケンス記憶回路６は、フ
ーリエ変換法に基づくシーケンス信号によって勾配磁場
駆動回路３、ゲート変調回路８及びＡ／Ｄ変換器１０を
操作する。位相検波器１１は、ＲＦ発発註回路９出力を
参照信号とし、前置増幅器５の出力信号（受信コイルで
検出されたＮＭＲ信号）を位相検波してＡ／Ｄ変換器１
０に与える。Ａ／Ｄ変換器１０は、位相検波器１１を介
して得られるＮＭＲ信号をアナログ・ディジタル変換し
て計算機７に入力する。計算機７は、操作コンソール１
２との間で情報の授受や秤々のスキャンシーケンスを実
現するために、シーケンス記憶回路６の動作の切替えや
メモリの書替えを′したり、Ａ／Ｄ変換器１０データを
用いてスキャンシーケンスに応じた所定の処理をして、
画像化した後、ディスプレイ１３に画像表示をする。

次に、上記構成の動作について説明する。

計算様７における補正演算は、補正に必要な静磁場の不
均一分布データを得るためのキャリブレイションの部分
と、そのデータに基づいて実際の補正を行う補正部分と
に大別できる。キＶリプレイジョンは、オフラインの作
業であり、頻度も低いのでこれにかかる時間や処理の複
雑さは余り問題ではない。これに対し、補正部分は、オ
ンラインの処理であり、できる限り簡単で、演算量の少
ないことが要求される。

第２図に不均一測定シーケンスの例を示す。ここに示し
た方法は、９０°〜１８０°の時［１εと１８０゜〜エ
コー中心の時間とを等しくでとしてスキャンしたデータ
と、その間隔をτ−ε／２、τ＋ε／２としてスキャン
したデータとから得られる２つの複素画像間の位相差φ
（ｘ、　ｙ、　ｚ）から、（１）式に基づいて不均一分
布Ｄ（ｘ、　ｙ、　ｚ）を求めるものである。

φ（ｘ、ｙ、ｚ） Ｄ（ｘ、ｙ、ｚ）＝　−（１） ２πγε 但し、γ・・・磁気回転比 この方法は、リードアウト方向へ不均一分布に応じた位
置歪みが生ずるので、それが十分小さくなるよう強い勾
配を用いるか、後で何かの位置補正を行う必要がある。

この方法の他に３方向ともワーブを行い、読みだし勾配
をかけずに信号を読みだして（従ってデータは４次元と
なる）、各ボクセルのだすＮＭＲ信号の周波数から不均
一分布を求める方法もある。これは、時間がかかるが位
置歪みはない。これらは、いずれも不均一分布を測りた
い領域全体をカバーするファントムを用いて測定を行う
。尚、本発明は、不均一測定方法を限定する必要はない
ので、この他の測定方法によって不均一分布を求めるよ
うにしてもよい。

こうして特定された３次元の不均一分布を保存するとぎ
に、そのサンプリング点を余り細かくすると、データｍ
が膨大なものとなって実用的でなくなるので、これをイ
メージングに通常使用するマトリックスサイズの数分の
１の大きさで保存する。不均一分布データのシンブル間
隔は、５〜１０酬程度あれば、特に磁石部設置を意識し
ないで作られた建屋において、通常のシミングで達成で
きる程度の不均一は十分に再現できる。そこで、例えば
、サンプル間隔７＃、６４３マトリツクスとすれば、約
４５０．の立方体領域をカバーすることができる。６４
３９２６２　Ｋポイントであり、この程度のデータタ隋
は現在のＮＭＲ−ＣＴシステムの情報処理系においては
十分に扱うことができる聞であると言える。

第３図は、通常の２次元スキセンの場合の歪み補正のフ
ローチャートである。まず、立体の不均一分布データか
ら、補正したいイメージのスライス面と同一面内の不均
一分布を所定の補間演算により切出す。次に、読みだし
勾配の方向とその強さの情報に基づいて不均一分布から
位置歪みテーブル（各々のビクセルが不均一によりどの
ような位置ヘシフトするかを格納したテーブル）を作る
。

不均一による位置歪みは、スピン・ワーブ法においては
、読みだし方向へのみ生じ、その大きさＳ（ｕ、ｖ）は
、（２）式となる。

Ｓ（ｕ、ｖ）＝　Ｄ（ｕ、ｖ）／　ｇｐｒ　　　　　　
　　（２）但し、Ｄ（ｕ、ｖ）・・・不均一の大きざＱ
、ｒ・・・読みだし勾配の大きさ いま、仮にＵ軸が読みだし軸とした場合、点（ｕ、ｖ）
は、（ｕ＋ｓ（ｕ、　ｖ）、　ｖ）という位置シフトす
ることになる。次に、位置歪みの情報から濃度歪みの補
正テーブルを作る。一般に、（ｕ、ｖ）→（ｕ−、ｖ−
）という位置歪みが生ずると、それに応じて（３）式に
示すＪ（ｕ、ｖ）　（Ｊａｃｏｂｉａｎ）に反比例した
濃度歪みが生ずる。

ａｕ−Ｅｌｖ−９ｕ′　９ｖ− Ｊ（ｕ、ｖ）＝　−−−□ ａｕ　　　ｅＶ　　　　ａｖ　　　９Ｕ・・・（３） そこで、その位置歪みを補正するには、Ｊ（ｕ、ｖ）を
求めて乗ずればよい。そのとき、位置歪みは、数式で与
えられていないので数値微分を用いる。

以上により得られた位置歪みと濃度歪みの補正データは
、一般にマトリックスサイズ及びピクセルサイズ共に被
補正イメージのそれとは異なるので、所定のりサンプル
（補間）をして、サイズを揃えた後、補正に使用される
。

第４図は、位置歪みの補正を示したものである。

補正後の（正しい座標系での）座標（Ｕ、Ｖ）に位置す
るビクセルは、補正前は（歪んだ座標系では）座標（ｕ
′、ｖ″）に存在することが位置歪みテーブルから分る
ので、補正前のイメージで（Ｕ、Ｖ）の値をとってきて
補正済みのイメージブレーンの（Ｕ、Ｖ）に格納すれば
よい。一般に、（ｕ′、ｖ−）は、ビクセル位置とは正
確に一致しないので、周囲のビクセルから所定の補間に
より求められる。このようにして、位置歪みを補正した
後、各ビクセルにａ度歪み補正係数Ｊ（ｕ、ｖ）をかけ
れば、位置歪み及び濃度歪みが補正された画像が得られ
る。位置補正のとぎには、補正前後のイメージのＦＯＶ
が等しいと、とってくるべきデータの位置がイメージの
外へ出てしまうことがある。このため、補正前のイメー
ジのＦＯＶは補正後のそれに比べて多少大きく設定して
おくことが望ましい。又、以下に説明するロータリー式
の補正を単独、又は、前記の「ＯＶの操作と組合せて用
いることができる。第５図は、その方法を示したもので
ある。ここではイメージの範囲外の部分には、同一のイ
メージが繰返し並んでるとして、（Ｕ“、Ｖ“）からと
ってきたデータを（１１，Ｖ）に植えている。、これは
、フーリエ法画像が本来ロータリー的性質をもつことを
利用したものである。

尚、本発明は、上記実施例にのみ限定するものではなく
、３次元法による立体のイメージングの歪み補正にも適
用できる。その場合、第３図において、任意面内の不均
一データの切出しを省き、その後の処理を全て３次元で
行えばよい。但し、そのときは、位置歪み、濃度補正係
数の拡大後のテーブルは、非常に大きくなる場合がある
ので、テーブルとはしないで、補正計算中に値を求めな
がら補正を行う等の工夫が必要となる。

又、本発明は、勾配磁場の空間非直線性により生ずる画
像歪みの補正と、そのがなりの部分を共用することがで
きる。勾配による歪みは、不均一による歪みと加算の関
係になるため、第３図の位置歪みテーブルに勾配によっ
て生ずる歪みを加えれば、それ以後の処理は全て共用す
ることができる。

（発明の効！Ｊ！） 以上、説明の通り、本発明の核磁気共鳴画像の歪み補正
方法によれば、実現可能なメモリ容量及び演算量で、任
意の切断面、又は、立体のイメージに対して、静磁場の
不均一性から生じる位置歪み及び濃度歪みを効果的に除
去することが可能となるみその結果、均一度特性の劣る
磁石部を用いても均一度の良い磁石部を用いた場合と同
等の画像が得られ、同−設置条件ならば、磁石部のコス
トを下げることが可能となる。又、同一の磁石部ならば
、より設置条件の悪い場所にら設置することが可能とな
る。更に、読みだし勾配を可能な限り（エコー時間■［
や分解能でで決まる限界まで）下げることにより、Ｓ／
Ｎを上げることができる。

従って、本発明によって実用性の高い補正方法が実現さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ＮＭＲ−ＣＴの構成図、第２図は、静磁場の
不均一を測定するシーケンスの説明図、第３図は、通常
の２次元スキャンの場合の歪み補正のフローチャート、
第４図は、位置歪みの補正の説明図、第５図は、ロータ
リー式の位置補正の説明図である。 １・・・マグネットアセンブリ、２・・・静磁場電源、
３・・・勾配磁場駆動回路、４・・・ＲＦ電力増幅器、
５・・・前置増幅器、６・・・シーケンス記憶回路、７
・・・計０１ｆｉ、８＝・・ゲート変調回路、９・・・
ＲＦ発振回路、１０・・・Ａ／Ｄ変換器、１１・・・位
相検波回路、１２・・・操作コンソール、１３・・・表
示装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）静磁場内に設置される被検体に予め定めたシーケ
   ンスに従って勾配磁場及び高周波電磁波を印加して収集
   されるスキャンデータを用いた再構成処理によつて、所
   定のマトリックスで表示される核磁気共鳴画像の歪みを
   補正する方法において、 前記核磁気共鳴画像の歪み補正をするとき、通常のイメ
   ージングに用いられるマトリックスよりも少ないマトリ
   ックスで立体の不均一分布データを用意し、実際の補正
   用データは、前記不均一分布データから所定の補間を用
   いて作成することを特徴とする核磁気共鳴画像の歪み補
   正方法。
2. （２）濃度歪み補正係数は、前記の少ないマトリックス
   サイズのままのデータから数値微分で求めた後、所定の
   大きさに拡大して用いることを特徴とする特許請求範囲
   第１項の核磁気共鳴画像の歪み補正方法。