JP5873280B2 - 磁気共鳴イメージング装置、及び、位相アンラップ方法 - Google Patents
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Description
本実施の形態のMRI装置では、画像化するエコー信号を計測する本計測(ステップ220)と、本計測とは別に実行される前計測(ステップ210)を実行する。ここでは、ステップ210の計測を「前計測」と呼んでいるが、前計測を実行するタイミングは、本計測の前と後のいずれでもよい。
本計測(ステップ220)及び前計測(ステップ210)では、シングルショット又はマルチショットEPIシーケンスにより、1回の励起で複数のエコー信号を計測する。図3及び図4に、本計測および前計測で用いられるパルスシーケンスの一例を示す。これらパルスシーケンスは公知のSpin Echo系EPIシーケンスであり、簡単に説明する。
本計測および前計測で得られたエコー信号20、30をそれぞれ周波数方向にフーリエ変換し、x−kyデータとする。周波数方向のフーリエ変換は、計測空間(kx−ky空間)におけるエコー信号のピークずれを、x−ky空間上で位相補正するために行われる。即ち、計測空間におけるエコー信号のピークずれは、フーリエ変換後の空間(x−ky空間)での位相変化に対応するので、前計測のx−kyデータから求めた位相変化を用いて、x−ky空間上で本計測データの位相を補正することにより、本計測データのピークずれが補正される。
前計測エコーをフーリエ変換した後のx−kyデータ(以下、エコーデータという)を、奇数エコーと偶数エコーに分けて、それぞれについて補正用データを得る。以下、奇数エコーと偶数エコー各処理の詳細を説明する。
奇数エコー間の位相差分を求める。奇数エコー間或いは偶数エコー間で位相差分した場合、周波数エンコード傾斜磁場の印加タイミングとサンプリング時間の誤差はキャンセルされるので、位相エンコード方向のオフセット誤差のみが位相差分として求められる。この位相差分は、周波数方向に直線となるものであり、位相差分後の前計測データをフィッティングすることにより求められる。
2つの奇数エコー間で位相差分する際に、信号強度が低く位相値の信頼性が低いデータをフィッティングに用いないために、エコーデータから信号強度が低いデータを除外する。除外するデータは、所定の閾値以下、例えば対象とするエコーデータの最大振幅値に対して所定の比率(例えば20%)以下のデータとする。閾値Thresholdは次式(1)で表わされる。
(数1)
Threshold=Signalmax×0.2 (1)
ここで、Signalmaxはエコーデータ内の最大振幅値を意味する。
次に2つのエコーデータを位相差分したデータに対し、周波数方向のフィッティングを行う。フィッティングは、最小二乗法等の公知の手法を用いることができ、式(2)で表わされる一次関数と実際の各データ点における位相差との差が最小となるように、式(3)及び(4)により、式(2)の係数a、bを求める。
またマルチスライス計測の場合には、スライス毎に奇数エコー間の位相差分を求めて、これを平均してもよいし、特許文献1に記載されるように、スライスの信号を合成した後、エコー間の位相差分を求めてもよい。
2つのエコーデータ間の位相差は、位相エンコード方向のオフセット誤差に対応し、位相エンコード方向のオフセット誤差はエコートレイン方向に蓄積されるものである。そこで、上記フィッティングステップで求めた位相差を、エコートレイン方向に位相累積する。具体的には、位相累積を開始する基準となるエコーをエコートレインの(2×B+1)番目のエコーであるとすると、位相累積後の(2×i+1)番目のエコーの位相変化Pは、次式(5)で表わされる。
P(x,2×i+1)=P(x,2×B+1)+ Difo(x)×(i-B) (5)
偶数エコーデータ22については、周波数エンコード傾斜磁場の印加タイミングおよびサンプリング時間の誤差と、位相エンコード方向のオフセット誤差とを同時に補正するために、まず奇数エコーとの位相差分を行い(ステップ214)、位相差分データについて周波数方向のフィッティングを行う(ステップ230)。奇数エコーと偶数エコーとの位相差分も、理論的には一次直線でフィッティングできるものであるが、奇数エコー間或いは偶数エコー間の位相差分が小さい値の範囲に留まるのに対し、スケール(値が変化する範囲)が大きくなるため、適切な位相アンラップ処理を行えない可能性があり、単純な一次フィッティングを行った場合、フィッティング誤差が生じる可能性が高まる。
まず、奇数エコーデータに対する閾値処理212と同様に、エコーデータの振幅値に対して閾値(例えば最大振幅値の20%)を設定し、それ以下の周波数方向の点は、これ以降のステップから除外する(ステップ231)。
位相アンラップは、主値回りが生じる点で本来の位相変化よりも±2πの変化が生じることを利用して、隣り合う点同士で位相差が十分に小さくなるよう、±2π加算する処理を行う。しかし、本実施形態では、±2π加算するのではなく、位相差を単位ベクトルに変換することで、位相差を−π〜+πの間の主値内に納める簡易な位相アンラップ処理を行う。
第2の位相アンラップ処理を行うために、まず複数の島のうち、連続するデータ点の数が最も多い最大島の探索する(ステップ233)。次いで、最大島の位相データに対して、最小二乗法を用いたフィッティング処理を行って、近似関数Dif(x)を算出し、その1次の傾きを求める(ステップ234)。最小二乗法を用いたフィッティングは、奇数エコーのフィッティング(ステップ214)で説明した式(2)〜(4)と同様の式を用いることができる。
第2アンラップ処理を終えた後、除去されたデータ点以外の全てのエコーデータの位相値を用いて、再度最小二乗法を用いてフィッティング処理を行う(ステップ236)。フィッティング処理は、奇数エコーのフィッティングで用いた式と同様の式(14)〜(16)を用いて、フィッティング関数を求める。
フィッティングデータの限定的な使用は、マルチスライス計測の場合に、エコー全体の信号が弱いスライスのみを対象とし、十分な信号値が得られたスライス内ではエコーデータのうち信号値の弱い領域のみを対象とする。
再び図2を参照して、ステップ230以降の処理を説明する。
偶数エコーについても、エコートレイン方向のピークずれを補正するために偶数エコー間の位相差分を行う必要がある。偶数エコー間の位相差分の処理は、奇数エコーと同様に、2つの偶数エコー、例えばエコートレインの2番目のエコーと4番目のエコーについて、エコーデータ(x−kyデータ)の位相差分を取り、周波数方向にフィッティングすることにより求めることもできるが、本実施形態では、ステップ214或いはステップ230で求めた奇数エコーと偶数エコーとの位相差分について、エコートレイン方向の位相変化(差分)を求める。これにより、N/2アーチファクトの原因である奇数エコーと偶数エコーのピークずれを併せて補正できるデータを得ることができる。具体的には、ステップ230で求めた奇数エコーの基準エコー(奇数基準エコー)と偶数エコーの基準エコー(偶数基準エコー)との位相差分に対する、他の隣接する奇数エコーと偶数エコーとの位相差分との差分を取ることになる。
(数7)
Difoe(x)=[DifOE(x)]+ex+g (17)
式中、[DifOE(x)]は、ステップ230で最終的に得られた、偶数基準エコーと奇数基準エコーとの位相差分を表し、eは一次関数の傾き、gは切片を示す。
位相累積は、奇数エコーの処理と同様に、基準エコーを開始点として、偶数エコー間の位相差分を順次エコートレイン方向に累積する。
(数8)
P’(x,2*i+2)=P’(x,2*i+1)+Difoe(x) (18)
式中「P’(x,ky)」は位相累積後の前計測データの位相変化である。
周波数方向にフーリエ変換した本計測データ(x−kyデータ)の位相に対し、上記ステップ217及び218で得た、前計測の奇数エコーの位相と偶数エコーの位相を加算することにより、x−ky空間上で本計測データの位相が補正される(ステップ222)。x−ky空間上での位相補正は、k空間上でのピークずれの補正を意味し、この補正によってk空間上でのピークずれが解消される。マルチスライス計測の場合には、補正用データはスライス毎に用意されるので、本計測の各スライスに対し、対応するスライスの補正用データを用いて位相補正する。
本発明によれば、MRI信号処理の基本的な位相アンラップ技術として、簡便で且つフィッティング誤差の少ない位相アンラップ技術が提供される。
Claims (10)
- 検査対象の核磁気共鳴により発生するエコー信号を取得する撮像部と、前記撮像部が取得したエコー信号を処理し、核磁気共鳴画像を作成する画像処理部とを備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記画像処理部が処理するエコー信号は、第1の計測で取得した第1計測データと、第2の計測で取得した第2計測データとを含み、且つ第1計測データ及び第2計測データは、それぞれ、異なる極性の読出し傾斜磁場を用いて取得した第1群のエコーデータと第2群のエコーデータを含み、
前記画像処理部は、前記第1計測データを用いて前記第2計測データを補正する補正手段を備え、
前記補正手段は、前記第1計測データの第1群のエコーデータと第2群のエコーデータとの位相差分データ、前記第1群のエコーデータ間の位相差分、及び前記第2群のエコーデータ間の位相差分を用いて補正用データを作成するものであり、
前記第1群のエコーデータと第2群のエコーデータとの位相差分は、前記第1群のエコーデータ間の位相差分を算出する際の基準となる第1群中のエコーデータと、前記第2群のエコーデータ間の位相差分を算出する際の基準となる第2群中のエコーデータと、の位相差分であり、
前記補正手段は、前記補正用データを作成する際に、前記第1計測データの前記第1群のエコーデータと第2群のエコーデータとの位相差分データを周波数方向に連続する位相差分データに変換し、その際、信号強度が閾値以下の周波数方向のデータ点または領域のみを予め求めたフィッティングデータで置換することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 検査対象の核磁気共鳴により発生するエコー信号を取得する撮像部と、前記撮像部が取得したエコー信号を処理し、核磁気共鳴画像を作成する画像処理部とを備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記画像処理部が処理するエコー信号は、第1の計測で取得した第1計測データと、第2の計測で取得した第2計測データとを含み、且つ第1計測データ及び第2計測データは、それぞれ、異なる極性の読出し傾斜磁場を用いて取得した第1群のエコーデータと第2群のエコーデータを含み、
前記画像処理部は、前記第1計測データを用いて前記第2計測データを補正する補正手段を備え、
前記補正手段は、前記第1計測データの第1群のエコーデータと第2群のエコーデータとの位相差分データを周波数方向に連続する位相差分データに変換して補正用データを作成し、その際、第1群及び第2群のエコーデータのうち、閾値以上のデータ点を選択し、選択されなかったデータ点または領域によって隔てられたデータ点の領域(島領域)毎に、位相差分を周波数方向に連続する処理を行い、
隣接する島領域と不連続な点或いは領域によって隔てられた島領域について、当該島領域の端部の位相値を、前記隣接する島領域から外挿によって予測される目標値と実際の位相値との差異を最小にするように決定し、
信号強度が閾値以下の周波数の方向のデータ点または領域のみをフィッティングデータで置換することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項2に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記補正手段は、前記島領域が複数存在するとき、データ点数が最大である島領域を検索し、前記最大の島領域の位相差情報をフィッティングすることにより近似関数を求め、当該近似関数の傾きを用いて前記目標値を算出することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1ないし3のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記画像処理部が処理する第1計測データ及び第2計測データは、それぞれ、複数のスライスの計測データを含み、
前記補正手段は、複数のスライスの計測データのうち、信号強度がスライス間で設定された閾値以下のスライスについては、第1群のエコーデータと第2群のエコーデータとの位相差分を、フィッティングデータで置換することにより補正用データを作成することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1ないし3のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記補正手段が行う位相差を周波数方向に連続する処理は、隣接する2つのデータ点の位相差を複素数に変換するステップと、前記複素数の実部と虚部の値から位相値を算出するステップと、前記隣接する2つのデータ点の一方のデータ点の位相に、前記算出された位相値を加算し、他方のデータ点の位相とするステップとを含むことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 核磁気共鳴により発生するエコー信号から取得される、位相の主値回りを生じているデータに対し、主値回りを除去する位相アンラップ方法であって、
アンラップ方向の先端にあるデータ点の位相値(第1位相値)とそれに隣接するデータ点の位相値(第2位相値)の位相差が±2πを超えるときに、
前記第1位相値と前記第2位相値との位相差を複素数に変換するステップと
前記複素数の実部と虚部の値から位相値を算出するステップと、
前記算出された位相値を前記第1位相値に加算した値を、第2位相値に置き換えるステップと、を含む位相アンラップ方法。 - 請求項6に記載の位相アンラップ方法であって、
位相アンラップに先立ち、位相値が閾値以下であるデータ点の位相値をゼロとするステップを含み、
位相値がゼロであるデータ点からなる区間によって隔てられた、位相値が閾値を超えるデータ点からなる島領域のデータについて、それぞれ独立して位相アンラップ処理を行うステップと、
島領域のうち最もデータ点数の大きい島領域について、位相アンラップ処理後の位相値の傾斜をフィッティングするステップと、
隣り合う2つの島領域の端部のデータ点の一方について、他方のデータ点の位相値と前記フィッティングするステップで求めたフィッティング関数の傾斜を用いて位相目標値を算出するステップと、
前記一方のデータ点の実際の位相値とフィッティング関数を用いて算出された位相目標値との位相差を求め、当該位相差を前記位相目標値に加算した値を実際の位相値に置換するステップとを含むことを特徴とする位相アンラップ方法。 - 請求項7に記載の位相アンラップ方法であって、
前記位相値がゼロであるデータ点からなる区間の位相値を、当該区間に隣接する島領域の端部の位相値を用いて線形補間して求めることを特徴とする位相アンラップ方法。 - 請求項7に記載の位相アンラップ方法であって、
前記位相値がゼロであるデータ点からなる区間の位相値を、前記フィッティングステップで求めたフィッティング関数を用いて決定することを特徴とする位相アンラップ方法。 - 請求項6ないし9のいずれか一項に記載の位相アンラップ方法であって、前記位相の主値回りを生じているデータは、複数のエコーデータ間の位相差分データであることを特徴とする位相アンラップ方法。
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