WO2006109550A1

WO2006109550A1 - 磁気共鳴イメージング装置及び方法

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Publication number: WO2006109550A1
Application number: PCT/JP2006/306076
Authority: WO
Inventors: Norimasa Nakai
Original assignee: Hitachi Medical Corporation
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2006-10-19
Also published as: JPWO2006109550A1; US7956611B2; JP4975614B2; US20090206835A1

Abstract

　複数個の高周波受信コイルと、前記複数個の高周波受信コイルの感度分布情報をそれぞれの高周波受信コイルについて導出する感度分布情報導出手段と、前記感度分布情報を記憶する感度分布記憶手段と、k空間のエンコードステップを間引いて磁気共鳴信号を得る計測手段と、前記磁気共鳴信号を基に画像を再構成する画像再構成手段と、前記感度分布情報と前記画像を基に折り返し除去演算を行い、折り返し除去画像を得る磁気共鳴イメージング装置において、　背景領域の前記感度分布情報を被検体領域の前記感度分布情報を基に推定する手段と、前記複数個の高周波受信コイルの感度分布情報を互いに用いてそれぞれの前記背景領域における前記感度分布情報を更新して、前期折り返し除去画像に含まれるノイズ成分を抑制する手段を備える。

Description

明細書

磁気共鳴イメージング装置及び方法

技術分野

[0001] 本発明は、磁気共鳴イメージング装置 (以下、 MRI装置)及び方法に係り、特にパラレルイメージング法における画質向上技術に関する。

背景技術

[0002] MRI装置では近年、被検体から発生する NMR信号を検出する受信コイルとして、マルチプル RFコイルあるいはフェイズドアレイコイルと呼ばれるものが多用されて!、る。このコイルは、高感度な小型 RF受信コイルを複数個並べたものである。また、マルチプル RFコイルを利用して、位相エンコードを間引いて撮像する方法が特許文献 1に開示されている。

[0003] この方法はパラレルイメージング法と呼ばれ、マルチプル RFコイルを構成する複数個の小型 RF受信コイルの感度分布が空間的に互いに異なることを利用して、位相ェンコードを間引いた際に生じる折り返しを除去する方法である。

特許文献 1：特開 2002-315731号公報

[0004] 特許文献 1では特に、画像の背景領域に含まれるノイズに起因して生じるアーチファクトを低減するために、背景領域における各小型 RF受信コイルの感度をゼロあるヽは定数として、折り返しを除去する方法が開示されている。

し力しながら、特許文献 1記載のパラレルイメージングの方法では、被検体領域と背景領域との境目において、感度情報が急減に変化するため、折り返し除去をして得られた画像が不自然になり新たなアーチファクトが発生することがあった。

発明の開示

[0005] 本発明の目的は、ノラレルイメージングにおいて折り返し除去画像に生じるアーチファクトを低減するとともに、生成される画像の高画質ィ匕が可能な磁気共鳴イメージング装置及び方法を提供することにある。

[0006] 上記目的を解決するために、本発明の MRI装置は、複数個の高周波受信コイルと、前記複数個の高周波受信コイルの感度分布情報をそれぞれの高周波受信コイルにっヽて導出する感度分布情報導出手段と、前記感度分布情報を記憶する感度分布記憶手段と、 k空間のエンコードステップを間引いて磁気共鳴信号を得る計測手段と、前記磁気共鳴信号を基に画像を再構成する画像再構成手段と、前記感度分布情報と前記画像を基に折り返し除去演算を行ヽ、折り返し除去画像を得る手段を備えた磁気共鳴イメージング装置にお!ヽて、背景領域の前記感度分布情報を被検体領域の前記感度分布情報を基に推定する手段と、前記複数個の高周波受信コイルの感度分布情報を互いに用いてそれぞれの前記背景領域における前記感度分布情報を更新して、前記折り返し除去画像に含まれるノイズ成分を抑制する手段を備えたことを特徴としている。

[0007] また、本発明の MRI方法は、

(1)複数個の高周波受信コイルを用いて k空間のエンコードステップを間引いて磁気共鳴信号を得る工程と、

(2)前記工程 (1)で得られた磁気共鳴信号を基に画像を再構成する工程と、

(3)前記複数個の高周波受信コイルの感度分布情報と前記画像を基に、折り返しを除去演算をして折り返し除去画像を得る工程を備えた磁気共鳴イメージング方法において、

(4)背景領域の前記感度分布情報を、被検体領域の前記感度分布情報を基に推定する工程と、

(5)前記複数個の高周波受信コイルの感度分布情報を互いに用いてそれぞれの前記背景領域における前記感度分布情報を更新して、前記折り返し除去画像に含まれるノイズ成分を抑制する工程を備えたことを特徴としている。

[0008] 上記本発明によれば、ノラレルイメージングにお、て折り返し除去画像に生じるァーチファクトを低減するとともに、生成される画像の高画質ィ匕が可能な MRI装置及び方法が提供される。

図面の簡単な説明

[0009] [図 1]本発明を構成する MRI装置のシステム構成である。

[図 2]本発明が適用されるマルチプル RFコイルの信号検出系の一部を示す図である [図 3]本発明が適用されるパラレルイメージング法の概念を説明するための図である

[図 4]実施例 1にお、て適用されるパルスシーケンスの例を示す図である。

[図 5]本発明の実施例 1にお、て各小型 RF受信コイルの感度情報 (感度分布)を計算等する場合の概念図である。

[図 6]図 5で計算した被検体領域における感度情報を基に、背景領域の感度情報を推定する様子を示す図である。

[図 7]2個の小型 RF受信コイルの場合にっ、て図 6のように背景領域の感度情報を推定する様子を示した図である。

[図 8]感度情報の更新毎に各小型 RF受信コイルの感度情報がどのように変化するかを示す図である。

[図 9]本実施例におけるパラレルイメージング法の具体的手順を説明するフローチヤートを示す図である。

[図 10]ステップ 906において行う感度分布情報の更新の詳細を説明するフローチヤ一トを示す図である。

[図 11]式 15によって求められる係数 |8 (x、 y)を r'(x、 y)に対してプロットした図である。

[図 12]小型 RF受信コイルの個数力 ¾個の場合、全体画像の画素値によって重み付けを行う様子を示す図である。

[図 13]実施例 2において示される区分線形関数の例を示す図である。

[図 14]実施例 3において示される区分余弦関数の例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0010] 以下、本発明を構成する MRI装置のシステム構成を図 1により詳細に説明する。

MRI装置は大別して、中央処理装置 (以下、 CPUと略称する) 1と、シーケンサ 2と、送信系 3と、静磁場発生用磁石 4と、受信系 5と、傾斜磁場発生系 21と、信号処理系 6とから構成されている。

[0011] CPU1は、予め定められたプログラムに従って、シーケンサ 2、送信系 3、受信系 5、信号処理系 6を制御する。シーケンサ 2は、 CPU1からの制御指令に基づいて動作し、被検体 7の断層面の画像データ収集に必要な種々の命令を送信系 3、傾斜磁場発生系 21、受信系 5に送る。

[0012] 送信系 3は、高周波発振器 8と、変調器 9と、照射コイル 11と RFシールド等を備え、シ一ケンサ 2の指令により高周波発振器 8からの基準高周波パルスを変調器 9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 10を介して増幅して照射コィル 11に供給することにより、所定のパルス状の電磁波を被検体に照射する。

[0013] 静磁場発生用磁石 4は、被検体 7の周りの所定の方向に均一な静磁場を発生させた。この静磁場発生用磁石 4の内部には、照射コイル 11と、傾斜磁場コイル 13と、受信コイル 14とが配置されている。傾斜磁場コイル 13は傾斜磁場発生系 21に含まれ、傾斜磁場電源 12より電流の供給を受け、シーケンサ 2の制御のもとに傾斜磁場を発生させる。

[0014] 受信系 5は、被検体の生体組織の原子核の核磁気共鳴により放出される高周波信号 (NMR信号)を検出するもので、受信コイル 14と増幅器 15と直交位相検波器 16と A/ D変 l7とを有しており、上記照射コイル 11から照射された電磁波による被検体の応答の高周波信号 (NMR信号)は被検体に近接して配置された受信コイル 14で検出され、増幅器 15及び直交位相検波器 16を介して A/D変 17に入力され、ディジタル量に変換され、その信号が CPU1に送られる。

[0015] 信号処理系 6は、磁気ディスク 20、光ディスク 19などの外部記憶装置と、 CRTなど力らなるディスプレイ 18とを備え、受信系 5からのデータが CPU1に入力されると、 CPU1 が信号処理、画像再構成などの処理を実行し、その結果である被検体 7の所望の断層面の画像をディスプレイ 18で表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク 20など B己 ΐ す 0

[0016] 更に本発明では、受信コイル 14として、複数の小型 RF受信コイルで構成された「マルチプル RFコイル」もしくは「フェーズドアレイコイル」と呼ばれるものを用いる。このマルチプル RFコイルとは、比較的高感度な小型 RF受信コイルを複数個並べて、各小型 RF受信コイルで取得した信号を合成することにより、高い感度を保ったまま視野を拡大し、広範囲の領域を高感度で計測することを可能とした受信専用 RF受信コイルのことである。

[0017] 本発明が適用されるマルチプル RFコイルの信号検出系の一部を図 2を用い説明する。図 2において、 201は 4個の小型 RF受信コイルを示し、それぞれは 202で示されたプリアンプに接続されて、全体でマルチプル RFコイル 203が構成される。更に 4個のプリアンプの出力はそれぞれ 4個の A/D変換'直交検波回路 204に接続される。 4個の A/D変換'直交検波回路 204により信号検出部 205が構成され、ここで信号が検出される。 A/D変換 ·直交検波回路 204の出力はそれぞれ信号処理部 206に接続され、 A /D変換'直交検波回路 204によって検波された信号は信号処理部 206でフーリエ変換、フィルタリング、合成演算される。ただし、信号処理部 206において行われる処理は、予めプログラムとして組み込まれている。なお、小型 RF受信コイルの個数は図 2 では 4個の場合が示されて、るが、 2個以上であれば良、。

[0018] また、本発明が適用されるパラレルイメージング法の概念を図 3を用い説明する。

パラレルイメージング法では、マルチプル RFコイルを用いて、位相エンコードの繰り返し回数を一定の割合で間引いて計測することにより、高速撮影を行う。位相ェンコードを間引く割合は減少因子と呼ばれ、例えば減少因子が 2の場合に位相ェンコ一ドの繰り返し回数は半分になる。そして、減少因子 2で位相エンコードを間引いて計測すると、 k空間上のデータは、図 3の 301に示されるように一つ置きに埋められる。このような k空間データに 2次元フーリエ変換を施して画像を得ると、位相エンコード数を半分に間引いたことにより位相エンコード方向に折り返しが発生し、 302のようになる。一方、折り返しが発生しない場合の画像は 303のようである。 302で示されるように折り返しが発生した画像は、 SENSE法と呼ばれる信号処理法によって、折り返しの除去を行うことができる (非特許文献 1参照。 )o

非特干文献 1 : Klaas P.Pruessmann et al, 'SENSE: sensitivity Encoding for Fast MRI "Magnetic Resonance in Medicine 42:952-962(1999)

[0019] 次に、 SENSE法によるパラレルイメージングの折り返し除去方法について、説明する位相エンコード数が 1/Nになるように等間隔に間引、て計測を行った場合には、上述したように 2次元フーリエ変換後の画像には N回の折り返しが発生する。そこで、パラレルイメージング法にお!、ては、 N以上である整数である M個の受信コイルを用いて 1/Nに間引いた計測を行い、 N回折り返しの発生した M個の画像を取得する。そして、 M個の受信コイルの感度分布を用いて N回の折り返し画像を逆行列展開し、折り返しの除去された 1枚の画像を取得する。

[0020] 例えば、折り返しのある画像の各画素位置にぉ、て、各小型 RF受信コイルにより得られた画像の画素値と、各小型 RF受信コイルの感度分布情報と、折り返し除去後の被検体の画像の各折り返し位置における画素値との間には、次のような関係式がある。

[数 1] cし 12 . .. r w― p、

rし 21 cし 22 . -. r 2N

二

— rし Ml し JW 2 .. rレ MN―

[数 2]

. · S二 CP のようになる。

[0021] 式 1において、左辺のベクトルは、 M個の小型 RF受信コイルにより得られた画像における画素値を示す。右辺左側の行列におけるマトリクス Cは、 i番目の小型 RF受信コイルの j番目の折り返し位置における感度を示す。また、右辺右側のベクトルは、折り返し除去後の被検体画像の各折り返し位置における画素値であり、式 1は折り返し画像が N個の折り返しがあることに対応させて、 N個の画素値で構成されている。式 2 は、式 1を簡略ィ匕して表したものである。パラレルイメージング法における折り返しの除去は、式 2において Sで表された各小型 RF受信コイルのよる画像に、式 2における C の逆行列等を演算して、 Pを求めることにより、処理することができる。

具体的には、次式 3を計算することにより行う。

[数 3]

H:随伴行列 - 1 :逆行列

[0022] 一方、式 3により逆行列等の演算を行って折り返しのない被検体の画像 Pを求めるためには、各小型 RF受信コイルの感度分布情報 Cを求めなければならない。特許文献 1記載の従来技術では、背景領域における各小型 RF受信コイルの感度情報をゼ口あるいは定数として行列 Cを求めていたので、被検体領域と背景領域との境目において、感度情報が急減に変化するため、折り返し除去をして得られた画像が不自然になり新たなアーチファクトが発生する問題があった。本発明では、下記の記載の実施例に示されるように背景領域における感度情報を推定して、行列 Cを算出する。更に行列 Cを最適化して、折り返し除去画像に含まれるノイズ成分を抑制する。以下順に説明する。

実施例 1

[0023] 先ず、実施例 1において適用されるノルスシーケンスの例を図 4を用い説明する。

図 4で示されたパルスシーケンスはスピンエコー法であり、最初に RFパルス 401の照射とスライス選択の傾斜磁場パルス 402を同時に印加して、目的とする断層面のみを励起する。次に、位置情報をエンコードするために位相エンコードの傾斜磁場パルス 403を印加する。そして、時間とともにばらついたプロトンの位相を 180° 反転させて、再び位相を揃えさせてエコー信号を発生させるために RFパルス 404及びスライス選択の傾斜磁場パルス 405を照射する。最後に信号読み出しの傾斜磁場パルス 406を印加すると伴に、エコー信号を 407のように収集する。

[0024] 図 5は、本発明の実施例 1にお!/ヽて各小型 RF受信コイルの感度情報 (感度分布)を計算等する場合の概念図を示したものである。図 5において上側の図は、ファントムを MRIにより撮像した図を示し、 501は、被検体 (ここでは円柱形状のファントム)を撮像した画面の図、 502は、ファントム像を示す被検体領域、 503は、背景領域である。図 5〖こおいて下側の図は、ファントムの MR画像を基に、画像上被検体領域について、小型 RF受信コイルの感度分布を計算した例であり、各小型 RF受信コイル毎にファントムを撮像して得られた画像の各画素値をマルチプル RFコイル全体のファントム画像の各画素値で割って被検体領域 (ファントム領域)における感度情報として 504のように計算する様子を示したものである。更に図 6は、図 5で計算した被検体領域における感度情報を基に、背景領域の感度情報を推定する様子を示したものである。より具体的には下記に示す 2次元フィッティング処理により、外挿して 601のように推定する。一方、図 5及び図 6では、小型 RF受信コイル 1個についての感度情報について示している力実際のパラレルイメージング法では、複数個の小型 RF受信コイルを用いる。図 7は、図 6のように背景領域の感度情報を推定する様子を示した図を 2個の小型 RF受信コイルの場合について示したものである。図 7において、 701は図の向かって左側に配置された小型 RF受信コイルのよる感度情報を示し、 702は図の向かって右側に配置された小型 RF受信コイルのよる感度情報を示す。本実施例では更に、下記に示す計算方法により背景領域における感度情報を各小型 RF受信コイルで互いに異なるように更新をして、背景領域に含まれるノイズに起因して生じる折り返し除去画像の SNRの低下を抑制した。図 8は、感度情報の更新毎に各小型 RF受信コイルの感度情報がどのように変化するかを示したものである。図 8によれば、感度情報の更新の度に、背景領域において 2つの小型 RF受信コイルの感度情報が互いに異なる (直交する)ように変化して、ることがわかる。その結果背景領域に含まれる起因して生じる折り返し除去画像の SNRの低下を抑制できる。

以下に、本実施例におけるパラレルイメージング法の具体的手順を図 9のフローチヤートを用い説明する。

(ステップ 901)

マルチプル RFコイルを用いて被検体を撮像し、マルチプル RFコイルを構成する各小型 RF受信コイル毎に、被検体の画像を取得する。

(ステップ 902)

ステップ 901で得られた各小型 RF受信コイル毎の被検体画像を合成し、マルチプル RFコイル全体の被検体画像を取得する。

(ステップ 903)

ステップ 902にお!/、て得られたマルチプル RFコイル全体の被検体画像を基に、マスクを作成する。マスクは、マルチプル RFコイル全体の被検体画像に 2値ィ匕処理を施すことにより、画像における被検体領域と背景領域を識別するものである。

(ステップ 904)

ステップ 902で得られた被検体領域にお、て、ステップ 901で得られた各小型 RF受信コイル毎の被検体の画像の画素値をステップ 902で得られたマルチプル RFコイル全体の被検体の画像の画素値で除する割算を行 \被検体領域における各小型 RF 受信コイル毎の感度分布を求める。

(ステップ 905)

2次元フィッティング処理を行、、背景領域における各小型 RF受信コイルの感度分布を求める。

(ステップ 906)

感度分布情報 (感度分布行列)の更新処理を行、、各小型 RF受信コイル毎の感度分布が背景領域にぉ、て互ヽに異なるようにする (直交化する)。

(ステップ 907)

パラレルイメージング法により、位相エンコードを間引いて折り返しのある被検体の画像を得る。

(ステップ 908)

ステップ 906で求めた各小型 RF受信コイル毎の感度分布を用い、ステップ 907で求めた折り返しのある被検体の画像の折り返し除去演算を行！ヽ、折り返しのな！ヽ画像を得る。

[0026] 次に上記図 9で示した各ステップにおいて用いる計算式の例を以下に順に説明する。

先ず、次式 4は、ステップ 902において各小型 RF受信コイル毎の被検体画像を合成し、マルチプル RFコイル全体の被検体画像を取得する際の計算式である。

[数 4]

[0027] 式 4にお、て、 iは各小型 RF受信コイルの番号を表す添え字、 Mは各小型 RF受信コィルの数、 w.(x, y)は各小型 RF受信コイルによって得られた画像、 r(x、 y)は、ステップ 902により得られるマルチプル RFコイル全体の被検体画像を示す。式 4によれば、マルチプル RFコイル全体の被検体画像は加重平均により求められる。

[0028] 次に次式 5は、ステップ 903において求めるマスクの計算式を表したものである。

[数 5] wO，） = 1 ただし rO， >

^ 10 w ( ，） = 0 ただし r0，v)く^ ^

[0029] マスクは、画像における被検体領域と背景領域を識別するものであり、マルチプル RFコイル全体の被検体画像 _r(_x、 _y)に 2値ィ匕処理を施すことにより求められる。この 2値化処理は、例えばマルチプル RFコイル全体の被検体画像の最大画素値の 10分の 1 をしきい値として用い、 0と 1の値を持つ画像を式 5により求めて生成する。式 5において m(x、 y)はマスクであり、 r はマルチプル RFコイル全体の被検体画像における最大 max

画素値である。式 5におけるしきい値は、マルチプル RFコイル全体の被検体画像のヒストグラムを作成し、そのヒストグラムから定めても良ぐマルチプル RFコイル全体の感度分布画像のノイズレベル力算出しても良、。

[0030] 次に次式 6は、ステップ 904で被検体領域における各小型 RF受信コイル毎の感度分布を求める際の計算式である。

[数 6]

₍ , W ，）式 6において c(x、 y)は各小型 RF受信コイルの感度情報を示す。 c(x、 y)は、各小型 RF受信コイル毎の被検体の画像の各画素値をマルチプル RFコイル全体の被検体の画像の各画素値で除することにより、得ることができる。

[0031] 次に次式 7〜9は、ステップ 905において 2次元フィッティング処理を行い、背景領域における各小型 RF受信コイルの感度情報を求める際に用いる計算式である。ステップ 905における 2次元フィッティング処理は、感度分布の推定値の実部 c (x

real y)及び虚部 c (x y)を式 7として表し、式 8から成る残差方程式が最小となるような式

imgn

4の係数を求めることによって、計算することができる。ただし、式 8が最小となる解を求めるためには、式 9で表された連立方程式を解けば良、。

[数 7]

(ズ， )⁼ +k₂ -y + h-j 'x + kr₄ -y² +kr₅ x² +kr₆ -xy c gn ( ) =お i +お 2 ' +お 3 - x + ki₄ -y¹ +ki₅ x² +ki₆ -xy

[数 8] real (ぶ， )一 c_real (x₉y)Y x m(x,y)

=1^ ( )

y

[数 9]

[0032] 式 7において kr kr(j=l 6)は求めるべき 2次元フィッティングの係数である。式 8において m(x y)は式 5によって求めたマスクである。また、ステップ 905では式 6により求められた被検体領域の感度情報及び、式 7 9により推定で求められた背景領域の感度分布を合わせて c'(x y)とする。

[0033] 次に、ステップ 906において行う感度分布情報の更新の詳細を図 11のフローチヤトを用い説明する。

(ステップ 1001)

感度分布情報 (行列)の変更をどのような大きさで行うかを決める定数である a 'を算出する。より具体的に例えば α'は、次式 10に従い全小型 RF受信コイルの感度分布の絶対値の平均値を求め、上記平均値を 2乗して、例えば 0.3を掛けたものを用いて計算する。

[数 10]

[0034] (ステップ 1002)

ステップ 903で求めたマスクを用いて変更の重み付けを行うか、被検体の画像の画素値を用いて感度分布行列の変更の重み付けを行うかどうかを判断する。マスクにより重み付けを行う場合はステップ 1003へ、画素値を用いて重み付けを行う場合は、 10 05へ移行する。本ステップにおける判断は、磁気共鳴イメージング装置に接続されているコイルの種類や、撮影のために用いるシーケンスの種類等によって任意に決定する。

[0035] (ステップ 1003)

ステップ 903で求めたマスクによる重み付けにより、感度分布の行列の変更を行う。より具体的には、式 11によって求められる係数 αを用い、感度分布の行列の変更を式 12及び式 13に基づいて行う。

[数 11] - (l - m(x_fy)) '

[数 12]

C' = C + ocxC(d - ^lc)^_1

[数 13]

C' = C + ccxC(C 厂¹ ただし、式 12は各コイルに生じるノイズの相関を表すレシーバノイズマトリクスを考慮した時の変更式であり、式 13はレシーバノイズマトリクスを考慮しない時の変更式である。各感度分布の行列の変更は、各画素位置に対応するものすべてについて行う。 [0036] (ステップ 1004)

感度分布の行列の変更を再度行うかを判断する。再度行う場合にはステップ 1003 へ移り、再度行わない場合には終了する。

(ステップ 1005)

被検体の画像の画素値を用いて感度分布行列の変更の重み付けを行う際の係数 β (x、 y)を計算する。この重み付け係数は、全体感度画像における信号強度の大きい領域 (被検体領域)は、小さく感度分布行列の要素の変更を行い、全体感度画像における信号強度の小さ!ヽ領域 (背景領域)は、大きく感度分布行列の要素の変更を行うものである。この係数 j8 (x、 y)は、例えば全体画像を正規化し、ロジスティック関数に代入することによって求めることができる。本実施例における係数 j8 (x、 y)の計算は、例えば次式 14及び 15により行う。

[数 14]

[数 15]

，

l + exp( 0，）一 2)

[0037] 式 14は、全体感度画像を 0から 20の値に規格ィ匕するための等式であり、式 15はロジスティック関数 (下記式 16)を用いて重み付け関数を求めるための等式である。式 15によって求められる係数 i8 (x、 y)を r'(x、 y)に対してプロットすると図 11のようになる。ただし、図 11において横軸の 20の値は画素値の最大値を示し、式 14においてマスクの作成のために用いたしきい値 r /10は、横軸において 2という値で示されている。図 11 max

によれば、式 14及び式 15により、重み付けを行うための係数 β (x、 y)がしきい値 r /1 max

0を境になだらかになるように求められて、ることがわ力る。

[数 16] 1 + exp (- λ)

[0038] (ステップ 1006)

次式 17によって求められる係数 aを用い、感度分布の行列の変更を式 12及び式 13 に基づいて行う。

[数 17] = ^(x_ty) x ^f 本ステップにお、て、式 17で表される値を用いて式 12あるいは式 13により感度分布の変更を行うことにより、例えば、小型 RF受信コイルの個数力 ^個の場合、図 12に示されるように全体画像中信号強度の大きい領域 (つまり被検体領域)は感度分布の変更が小さく変更され、全体画像中信号強度の小さい領域 (つまり背景領域)は感度分布の変更が大きく変更されるような重み付けを行うことができる。

[0039] (ステップ 1007)

感度分布の行列の変更を再度行うかを判断する。再度行う場合にはステップ 1005 へ移り、再度行わない場合には終了する。

[0040] 次に、式 12、 13による感度分布の行列の変更により、折り返し除去後の画像の SNR が改善されることの証明を行う。

先ず、パラレルイメージング法によって求めた画像の S/Nは次にようである。すなわち、非特許文献 1の式 24によれば、折り返しを除去して得られた画像の S/Nは、通常の磁気共鳴イメージング方法によって得られた画像の S/Nによって、次式で表すことができる。

[数 18]

[0041] 式 18において SNR は 1/Nに位相エンコードを間引いて得られた画像の S/Nを表し、 SNR は通常の磁気共鳴イメージング方法によって得られた画像の S/Nを表す。添

P

え字 Pは、折り返し除去を行う際の信号の分離に伴う添え字であり、折り返し除去前画像における座標 (x、 y)の画素値を基に折り返し除去を行って得られる p番目（1≤p≤N )の画素位置についての SNRの関係式であることを示している。式 18における分母の g はジオメトリファクタと呼ばれ、その最小値は 1であり、各小型 RF受信コイルの感度分

P

布が互いに独立であるほど小さくなる変数であり、次式 19及び 20で表される。

[数 19] β_ρ = 7Γ(θΗψ-ΐθΗ]_ρρ ( ψ θ_ρρ >1

[数 20]

>1 ただし、式 19はレシーバノイズマトリクスを考慮した時の式であり、式 20はレシーバノィズマトリクスを考慮しな、時の式である。

次に、式 12及び式 13による感度分布の行列の変更により、式 18におけるジオメトリファクタが小さくなり、式 3によって示される折り返し除去後の画像の SNRが改善されるが、以下に SNRが改善されることの証明を行う。そのために、次式 21及び 22が成立することを示す。

[数 21]

V[(C'H F ， )— ι]_ρ._ρ(σΗψ一，c')_p,_p≤ /[(ΟΨ Ο- _β,_ρ(ΟΗΨ-Ο_Ρ,_Ρ

[数 22]

A/[(C'HC (oc')_p,_p < [(CHC)-] _p._p(oc ただし、式 21はレシーバノイズマトリクスを考慮した時の関係式であり、式 22はレシーバノイズマトリクスを考慮しない時の関係式である。 [0043] 先ず、式 21の証明を行う。ここで、エルミート行列 Vを次式 23により定義する。

[数 23]

V = C^H f 'C 式 21が成立するためには、式 23に示されるエルミート行列 Vが対角化される方向に感度分布の行列 Cが修正されれば良、。

先ず、式 23を用いれば、式 12による感度分布の変更量 dCは、

[数 24] dC = aCV- ¹ と表すことができる。

[0044] 一方、式 12による感度分布の変更によって、エルミート行列 Vの変更量 dVは次式 25 のように求められる。

[数 25] d\ = dC^{U ls}¥^dC

= (ccCV- 'aCV- ¹

= α(ν ^ C^ -'aCV"¹

= ot² (V VV- '

₌ a²(V- = a²V^_1

[0045] エルミート行列 Vおよび V—¹の対角要素は正の実数であるので、これらを加算することによって対角要素の割合は増え、式 21が成立する。また、式 22も同様に求められる。また、式 12及び式 13による感度分布の更新は、数回繰り返して行うことによつても、同様の効果は得られる。

[0046] 上記実施例によれば、ノラレルイメージングにお、て、被検体の存在しな、部分の各受信コイルの感度分布を外挿で求めて折り返し除去演算における逆行列の演算のために用いることにより、従来技術における存在したアーチファクトを低減した。また、外挿によって求めた感度分布の行列の最適化を行ったので、背景領域に含まれるノイズの起因して生じる S/Nの低減を防ぐことができ、良質な画像を得ることができる

[0047] より具体的に感度分布の行列の最適化は、上記実施例におけるジオメトリファクタの値が小さくなるように変更をすることにより行った。別の言い方をすれば、ジオメトリファクタの値を小さくすることにより、複数個の小型 RF受信コイルの感度分布が空間的に互いに異なるようになり、背景領域に含まれるノイズに起因して生じる S/Nの低下を抑制することができる。また、上記感度分布行列の更新処理は、複数個の小型 RF 受信コイルの感度分布情報を互いに用いてそれぞれの背景領域における感度分布情報を更新して、前記折り返し除去画像に含まれるノイズ成分を抑制する処理とも言い表すことができる。

実施例 2

[0048] 次に実施例 2の説明を行う。実施例 2は、実施例 1のステップ 1005において用いる重み付け関数の別の例である。実施例 2において用いる関数は区分線形関数と呼ばれるものであり、次式 26及び図 13によって示される。ただし、式 26を一般式で表すと、式 27のようである。

[数 26] β (x,y) = 1 (r' (x,y)< 1)

β (χ,γ) = - 1 /2 r' (x,y)+ 2 (1≤ r' (x,y);

β (x,y) = 0 (3 <r， (x,y))

[数 27]

7? = 1 ( A <a)

= — c x λ + a x c+ 1 (a≤A≤a + 1/c)

= 0 (a- 式 27において aは、線形関数開始点 cは線形関数の傾き (符号反転)である。本実施例における区分線形関数を用いても、全体感度画像における信号強度の大きい領域 (被検体領域)は、小さく感度分布行列の要素の変更を行い、全体感度画像における信号強度の小さ、領域 (背景領域)は、大きく感度分布行列の要素の変更を行うようにして重み付け係数を求めることができる。

実施例 3

[0049] 次に実施例 3の説明を行う。実施例 3は、実施例 1のステップ 1105において用いる重み付け関数の別の例である。実施例 3において用いる関数は区分余弦関数と呼ばれるものであり、式 28及び図 14によって示される。ただし、式 28を一般式で表すと、式 29 のようである。

[数 28] β (x,y) = 1 (r' (x,y)< 1) β (x,y) = 0.5 + 0.5 x cos( 7T /2 * (r， (x，y)— 1)) (1≤ r (x,y)≤3) β (x,y) = 0 (3< r' (x_Ty))

[数 29] 77 = 1 ( A <a)

η = 0.5 + 0.5 X cos( 7T / * ( A—a)) (a≤A≤a+d)

7? = 0 (a + d< A ) 式 29において、 aは余弦関数開始点、 dは余弦関数の範囲である。本実施例における区分余弦関数を用いても、全体感度画像における信号強度の大き！ヽ領域 (被検体領域)は、小さく感度分布行列の要素の変更を行い、全体感度画像における信号強度の小さい領域 (背景領域)は、大きく感度分布行列の要素の変更を行うようにして重み付け係数を求めることができる。

[0050] 本発明は上記実施例に限定されるものではなぐ本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施できる。

上記式 12あるいは式 13により感度分布の行列の変更による最適化は、少なくとも 1 回以上、例えば 3回程度行えば良い。

[0051] また、本発明において適用されるシーケンスは図 4で示したスピンエコー法に限定されない。グラディエントエコー、高速スピンエコー法等にも本発明は適用できることは言うまでもない。また、上記実施例では、位相エンコード方向いデータの間引きと折り返しを行うパラレルイメージング法にっ、て説明したが、信号読み出し方向にも本発明のパラレルイメージング法は適用できる。

[0052] また、本発明が適用されるマルチプル RFコイルとしては、水平磁場頭部用マルチプル RFコイルとして非特許文献 2に記載されてヽるもの、水平磁場頭部用 QDコイルとして非特許文献 3に記載されて!ヽるもの、水平磁場服部用 QDコイルとして非特許文献 4に記載されて、るもの等が考えられる。

非特干文献 2： Chnstoph Leussier, Array Head Coil for Improved Functional MRi 1 996 ISMRM abstract P249

非特許文献 3 : H.A. Stark et al. 'Helmet anc Cylindrical Shaped CP Array Coils for Brain Imaging:A Comparison of Signa to- Noise Characteristics", 1996 ISMRM abstr act P1412

非特許文献 4 : T.Takahashi et al. "Four-Channel Wrap- Around Coil with Inductive D ecoupler for 1.5 T Body Imaging", 1995 ISMRM abstract P1418

[0053] また、ステップ 1105において用いる重み付け関数はロジスティック関数や区分線形関数、区分余弦関数でなくても良ぐ他の関数でも良い。また、 i8 (_X、y)を被検体領域力もの距離に依存させて求める方法は、実施例 4の方法でなくても良ぐ他の方法でも良い。マニュアルで任意に領域を指定することによつても、好適な β (x、 y)を求めることが可能と考えられる。

Claims

請求の範囲

[1] 複数個の高周波受信コイルと、前記複数個の高周波受信コイルの感度分布情報をそれぞれの高周波受信コイルにっ、て導出する感度分布情報導出手段と、前記感度分布情報を記憶する感度分布記憶手段と、 k空間のエンコードステップを間引いて磁気共鳴信号を得る計測手段と、前記磁気共鳴信号を基に画像を再構成する画像再構成手段と、前記感度分布情報と前記画像を基に折り返し除去演算を行い、折り返し除去画像を得る磁気共鳴イメージング装置において、

背景領域の前記感度分布情報を被検体領域の前記感度分布情報を基に推定する手段と、それぞれの前記背景領域における前記感度分布情報を前記複数個の高周波受信コイルの感度分布情報を互いに用いて更新して、前記折り返し除去画像に含まれるノイズ成分を抑制する手段を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

[2] 前記感度分布情報の更新は、前記複数個の高周波受信コイルの感度分布情報が空間的に互いに異なるように更新することを特徴とする請求項 1記載の磁気共鳴ィメ一ジング装置。

[3] 前記感度分布情報の更新は、前記複数個の高周波受信コイルの感度分布情報が互いに直交するように更新する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装置。

[4] 前記感度分布情報の更新は、少なくとも一つの高周波受信コイルについては、感度分布情報を増加させ、少なくとも一つの高周波受信コイルについては、感度分布情報を減少させることにより行う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装置。

[5] 前記感度分布情報の更新は、前記被検体の画像の画素値に依存させた重み付けを行い、画素値が低い領域程重み付けを大きくして、更新を行うことを特徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載の磁気共鳴イメージング装置。

[6] 前記重み付けは、ロジスティック関数を用いて重み付けを行うことを特徴とする請求項 5記載の磁気共鳴イメージング装置。

[7] 前記感度分布情報は、行列により表され、前記行列は行数あるいは列数が、前記エンコードステップを間引く数あるいは前記高周波受信コイルの数であり、前記感度分布情報の更新は、前記行列のジオメトリファクタの値を低減することにより、前記折り返し除去画像に含まれるノイズ成分を抑制することを特徴とする請求項 1〜6のいずれかに記載の磁気共鳴イメージング装置。

[8] 前記行列を C、各高周波受信コイル間のノイズの相関を表す行列を Ψ、随伴行列の演算を Ηとして表した場合、前記感度分布情報の更新は、行列式 C(C^H¥— — ¹又は C(C^HC)^_1に所望の係数を掛けた行列を前記行列 Cに加算することにより行うことを特徴とする請求項 7記載の磁気共鳴イメージング装置。

[9] 前記所望の係数を入力する手段を備えたことを特徴とする請求項 8記載の磁気共鳴イメージング装置。

[10] 前記感度分布情報導出手段は、前記各高周波受信コイルにより得られた被検体の画像の画素値を、前記複数個の高周波受信コイルすべてにより得られた画像の画素値で割ることにより、前記感度分布情報を得ることを特徴とする請求項 1〜9の、ずれかに記載の磁気共鳴イメージング装置。

[11] 前記被検体の画像より、背景領域の属する画素位置と被検体領域の属する画素位置を判別するマスク処理手段を備えたことを特徴とする請求項 1〜10のいずれかに記載の磁気共鳴イメージング装置。

[12] 前記マスク処理手段により得られた背景領域における感度分布情報は、前記被検体領域における前記感度分布情報を基に外挿処理により生成されることを特徴とする請求項 11記載の磁気共鳴イメージング装置。

[13] (1)複数個の高周波受信コイルを用いて k空間のエンコードステップを間引いて磁気共鳴信号を得る工程と、

(4)背景領域の前記感度分布情報を、被検体領域の前記感度分布情報を基に推定する工程と、 (5)前記複数個の高周波受信コイルの感度分布情報を互いに用いてそれぞれの前記背景領域における前記感度分布情報を更新して、前記折り返し除去画像に含まれるノイズ成分を抑制する工程を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング方法

[14] 前記工程 (1)から工程 (5)の前に、

(6)前記複数個の高周波受信コイルを用い、通常の撮像方法により被検体を撮像して磁気共鳴信号を得る工程と、

(7)前記工程 (6)により得られた磁気共鳴信号を基に、各高周波受信コイル毎の前記被検体の磁気共鳴画像を再構成する工程と、

(8)前記工程 (7)により得られた磁気共鳴画像より、前記複数個の高周波受信コイル毎の感度分布情報を導出する工程

を備えたことを特徴とする請求項 13記載の磁気共鳴イメージング方法。

[15] 前記工程 (8)は、

(9)前記工程 (7)により得られた前記各高周波受信コイル毎の磁気共鳴画像について、各画素毎の加算平均を計算して、平均画像を生成する工程と、

(10)前記工程 (7)により得られた前記各高周波受信コイル毎の磁気共鳴画像を前記平均画像で割って、前記複数個の高周波受信コイル毎の感度分布情報を導出する工程

を含むことを特徴とする請求項 14記載の磁気共鳴イメージング方法。

[16] (11)前記工程 (9)によって得られた平均画像について、そのマスク処理を行い、背景領域と被検体領域の判別をする工程を備え、

前記背景領域における前記工程 (10)での感度分布情報の導出は、前記被検体領域における感度分布情報を基に外挿処理により行うことを特徴とする請求項 15記載の磁気共鳴イメージング方法。

[17] 前記工程 (5)における感度分布情報の更新は、前記工程 (9)によって得られた平均画像の画素値に依存させた重みを付けて行、、画素値が低!、領域ほど重み付けを大きくして更新を行うことを特徴とする請求項 15又は 16記載の磁気共鳴イメージング方法。 [18] 前記工程 (5)を、複数回行うことを特徴とする請求項 13〜17のいずれかに記載の磁気共鳴イメージング方法。