JP6708525B2 - 磁気共鳴測定装置および画像処理方法 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明の磁気共鳴測定装置は、検査対象が発する核磁気共鳴信号を計測する計測部と、計測部が計測した核磁気共鳴信号を用いて検査対象に含まれる分子或いは核種のスペクトル情報を算出する演算部と、前記計測部が計測した計測信号を、当該計測信号の計測中における前記検査対象の周期的運動を表す体動信号と関連付けて記録する体動情報記録部と、を備える。前記演算部は、計測信号からスペクトルを算出するスペクトル算出部と、前記スペクトルの位相変動及び/又は周波数変動と前記周期的運動との関係に基いて、前記計測信号又は前記スペクトルを補正する補正部と、前記補正部によって補正された計測信号及び/又はスペクトルを合成する合成部と、を備えることを特徴とする。
MRI装置は、核磁気共鳴現象を利用して被検体の検査部位の断層画像もしくは生体の機能情報を得るものである。図1に、MRI装置100の概要を示す。図1に示すように、MRI装置100は、検査対象(ここでは人体、以下、被検体と言う)1を載せる寝台10と、被検体1が置かれる空間に静磁場を発生させる静磁場発生磁石20と、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル30と、被検体1に対しRFパルスを照射する送信用高周波コイル50と、被検体1から発せられる核磁気共鳴信号を受信する受信用高周波コイル60と、受信した信号を処理すると共にその他色々な処理や制御を行う制御・信号処理部70と、シーケンサ40と、外部記憶装置80と、操作者が操作する操作部90と、を備えている。制御・信号処理部70の機能の一部又は全部は、CPU75で実現される。
また制御・信号処理部70は、装置とは別に被検体1に取り付けた体動モニタ200からの信号(体動信号)を取り込み、体動信号を用いてNMR信号やそれから派生するデータを補正する。
上述した機能は、制御・信号処理部70に備えられるCPU75が所定のプログラムを読み込み、実行することで実現される。但し機能の一部は、ソフトウェアではなく、ASICやFPGA等のハードウェアで実現される場合も有りえる。
以下、制御・信号処理部70におけるデータ処理の具体的な実施形態を説明する。
本実施形態は、検査対象に含まれる分子や核種の核磁気共鳴周波数分布(スペクトル)の測定(MRS)を対象とする実施形態であり、計測部150が、検査対象の一領域もしくは複数領域から核磁気共鳴信号を計測し、制御・信号処理部70(演算部)が、前記一領域もしくは複数領域のスペクトルを算出する。その際、検査対象の周期的な動きによって変動するスペクトルの位相或いは周波数を補正する。
図5(a)の処理を行う場合を例に、本実施形態のデータ処理の詳細を説明する。
第n回目に取得されたスペクトルを複素数値関数S(f,n)(ただしfは周波数)で表す。第n回目の計測時点での体動を体動時相分類mへマッピングした結果をT(n)と表す。このとき、体動時相分類毎の部分積算スペクトルは、式(1−1)と式(1−2)とで計算される。
[数1]
R(f,m)=Sum{S(f,n);T(n)=m} (1−1)
C(m)=Sum{1; T(n)=m} (1−2)
式(1−1)中、R(f,m)は部分積算スペクトルを表す複素数値関数、式(1−2)中、C(m)は、体動時相分類mに積算されたスペクトルの個数を表す。
[数2]
Mf=F(argmax(C(m))) (2−1)
Mp=Arg(P(argmax(C(m))) (2−2)
これら最頻値Mf及びMpを、それぞれ、参照周波数Mf、参照位相Mpとして、次式(3)により、部分積算スペクトルR(f,m)に周波数補正と位相補正を施し、補正後の部分積算スペクトルR’を得る。
[数3]
R’(f,m)=R(f-(R(m)-Mf),m)× Exp(-i(Arg(P(m))-Mp)) (3)
式中、iは虚数単位を表す。
[数31]
R’(f,m)=R(f-(F(m)-Mf),m) (31)
[数32]
R’(f,m)=R(f,m)×Exp(-i(Arg(P(m))-Mp)) (32)
[数33]
R’(f,m)=R(f,m)×Exp(-i((p1(m)-Mp1)f+(p0(m)-Mp0))) (33)
これら周波数補正や位相補正としては例えば特許文献2に詳細が開示されている。
[数4]
Q(f)=Sum{R’(f,m)×C(m), m}/Sum{C(m), m} (4)
加重積算することにより、積算後のスペクトルのSNRを上昇することが可能である。
[数41]
Q(f)=Sum{R’(f,m), m} (41)
[数5]
SNR=(ピークの絶対値)/(ピークのない部分での標準偏差) (5)
Q(f)=Sum{R’(f,m)*SNR(m), m}/Sum{SNR(m); m} (6)
これにより信号対雑音比を最大にするような加重積算が可能となる。
第一実施形態では、体動信号をその大きさ(振幅)によって予め複数の分類群に分類し、計測信号或いはそれから算出したスペクトルをいずれかの分類群に関連付けたが、本変形例では、計測信号或いはスペクトルの位相及び/又は周波数と体動信号の時相とを周期的な関数(ここでは時相関係式という)に近似し、時相との関連付けを行う。
最後に、合成部737が補正された各スペクトルを積算し、積算スペクトルを算出する(S806)。
なお、本変形例では個々のスペクトルでフィッティングをする場合を説明したが、例えば、第一実施形態と同様に、所定の時相の群ごとに部分積算処理を行ってからフィッティング処理を行ってもよい。この場合、フィッティングする各点のSNRが上昇しフィッティングしやすくなるという利点がある。
本変形例は、1H MRSを取得する場合に適用され、水からの信号(以下、水信号という)のスペクトルから周波数及び/又は位相補正するための補正値を算出することが特徴である。1H MRSでは、水抑制を行った測定(水抑制測定)と水抑制をしない測定(水抑制無測定)を行う。水抑制測定では、巨大な水信号で代謝物信号が隠されてしまうのを防ぐために水抑圧を行ってスペクトルを取得する。水抑制無測定では、代謝物の濃度を推定するために、水抑圧をせずに水のスペクトル(以下、水スペクトルという)を取得する。水抑圧無測定で得た水スペクトルは一般にSNRが高い。そこで水抑制無で得たデータを用いて、水抑制測定で得たスペクトルの周波数補正や位相補正を行う。
第一実施形態では、MRI装置の外部装置である体動モニタ200から体動信号を得たが、本変形例は、体動信号を計測部150が計測したナビゲータエコーから取得することが特徴であり、特に呼吸動を対象とする補正に好適に適用される。本変形例では、図3に示すブロック図において、体動検出部200の代わりに、演算部73内にナビゲータエコーを用いて体動信号を算出する体動検出部が備えられる。また計測部150は、ナビゲータエコーを取得するパルスシーケンスを実行する。
第一実施形態は、本発明をMRS測定に適用した実施形態であるが、本実施形態はMRSI測定に適用した実施形態である。即ち、本実施形態の磁気共鳴測定装置は、計測部は、検査対象の、断面に含まれる複数の領域から核磁気共鳴信号を計測し、演算部は、断面に含まれる分子或いは核種毎の画像を作成する画像作成部を備える。その際、画像作成部は、体動信号に基く分類毎に部分平均スペクトロスコピックイメージを算出する。演算部はこれら部分平均スペクトロスコピックイメージに対し、位相補正或いは周波数補正の少なくとも一方を適用した後、補正後の部分平均スペクトロスコピックイメージを積算する。
第一実施形態は、本発明をMRS測定に適用した実施形態であるが、本実施形態はDWS測定に適用した実施形態である。即ち、本実施形態の磁気共鳴測定装置では、計測部が、検査対象に対し、所定の1ないし複数の方向にMPGパルスを印加して一つもしくは複数の領域から前記核磁気共鳴信号を計測し、演算部が、前記一つの領域の拡散強調スペクトルを算出する。その際、複数の計測で得られた拡散強調スペクトルの位相変動を補正した後、補正後の拡散強調スペクトルを積算する。
第二実施形態は、本発明をMRSI測定に適用した実施形態であるが、本実施形態はDWSI測定に適用した実施形態であり、本実施形態の処理は、第二実施形態における処理(図14)において、スペクトロスコピックイメージを拡散強調スペクトロスコピックイメージと読み替えた処理となる。即ち、本実施形態の磁気共鳴測定装置は、計測部が、検査対象に対し、所定の1ないし複数の方向にMPGパルスを印加して、検査対象の、断面に含まれる複数の領域からから核磁気共鳴信号を計測し、演算部は、第三実施形態の構成に加えて、前記断面に含まれる分子或いは核種毎の画像を作成する画像作成部を備える。画像作成部は、第二実施形態と同様に、体動信号に基く分類毎に部分平均スペクトロスコピックイメージを算出し、演算部はこれら部分平均スペクトロスコピックイメージに対し、位相補正或いは周波数補正の少なくとも一方を適用した後、補正後の部分平均スペクトロスコピックイメージを積算する。
Claims (13)
- 検査対象が発する核磁気共鳴信号を計測する計測部と、
計測部が計測した核磁気共鳴信号を用いて検査対象に含まれる分子或いは核種のスペクトル情報を算出する演算部と、
前記計測部が計測した計測信号を、当該計測信号の計測中における前記検査対象の周期的運動を表す体動信号と関連付けて記録する体動情報記録部と、を備え、
前記演算部は、
核磁気共鳴信号からスペクトルを算出するスペクトル算出部と、
前記スペクトルの位相変動及び/又は周波数変動と前記周期的運動との関係に基いて、前記計測信号又は前記スペクトルを補正する補正部と、
前記補正部によって補正された計測信号又はスペクトルを合成する合成部と、
前記計測信号又は前記スペクトルを、当該計測信号計測時の体動信号に応じて分類する分類部と、
前記分類部による分類された計測信号又はスペクトルを分類群ごとに積算する部分積算部と、を備え、
前記補正部は、前記部分積算部によって積算された部分積算スペクトル又は前記部分積算部によって積算された部分積算計測信号から算出した部分積算スペクトルに対し、位相及び/又は周波数を補正することを特徴とする磁気共鳴測定装置。 - 検査対象が発する核磁気共鳴信号を計測する計測部と、
計測部が計測した核磁気共鳴信号を用いて検査対象に含まれる分子或いは核種のスペクトル情報を算出する演算部と、
前記計測部が計測した計測信号を、当該計測信号の計測中における前記検査対象の周期的運動を表す体動信号と関連付けて記録する体動情報記録部と、を備え、
前記演算部は、
核磁気共鳴信号からスペクトルを算出するスペクトル算出部と、
前記スペクトルの位相変動及び/又は周波数変動と前記周期的運動との関係に基いて、前記計測信号又は前記スペクトルを補正する補正部と、
前記補正部によって補正された計測信号又はスペクトルを合成する合成部と、を備え、
前記演算部は、前記スペクトルの位相変動及び/又は周波数変動と前記周期的運動との時相関係式を算出し、
前記補正部は、前記時相関係式を用いて前記スペクトルを補正することを特徴とする磁気共鳴測定装置。 - 請求項1または2に記載の磁気共鳴測定装置であって、
前記体動情報記録部は、検査対象に装着した体動検出装置からの信号を体動信号として記録することを特徴とする磁気共鳴測定装置。 - 請求項1または2に記載の磁気共鳴測定装置であって、
前記計測部は、スペクトル情報を得るための計測信号とは別に、ナビゲーションエコーを計測し、
前記演算部は、前記ナビゲーションエコーを用いて体動情報を検出し、前記体動情報記録部に渡すことを特徴とする磁気共鳴測定装置。 - 請求項1または2に記載の磁気共鳴測定装置であって、
前記体動情報記録部は、前記周期的運動として呼吸動又は心拍動の体動信号を記録することを特徴とする磁気共鳴測定装置。 - 請求項1または2に記載の磁気共鳴測定装置であって、
前記計測部は、水プロトンからの信号を抑制しない第一測定と、水プロトンからの信号を抑制した第二測定とを実行し、
前記補正部は、前記第一測定で得た計測データを用いて、前記スペクトルを補正するための補正値を算出し、当該補正値を用いて、第二測定で得た計測データについて、補正を行うことを特徴とする磁気共鳴測定装置。 - 請求項1または2に記載の磁気共鳴測定装置であって、
前記計測部は、前記検査対象の、一つもしくは複数の領域から核磁気共鳴信号を計測し、
前記演算部は、前記1つもしくは複数の領域の代謝物スペクトルを算出することを特徴とする磁気共鳴測定装置。 - 請求項1または2に記載の磁気共鳴測定装置であって、
前記計測部は、前記検査対象の、断面に含まれる複数の領域から核磁気共鳴信号を計測し、
前記演算部は、前記断面の代謝物分布を作成することを特徴とする磁気共鳴測定装置。 - 請求項1または2に記載の磁気共鳴測定装置であって、
前記計測部は、前記検査対象に対し、所定の1ないし複数の方向にMPGパルスを印加して一つもしくは複数の領域から前記核磁気共鳴信号を計測し、
前記演算部は、前記一つもしくは複数の領域に含まれる代謝物の拡散強調スペクトルを算出することを特徴とする磁気共鳴測定装置。 - 請求項1または2に記載の磁気共鳴測定装置であって、
前記計測部は、前記検査対象に対し、所定の1ないし複数の方向にMPGパルスを印加して、前記検査対象の、断面に含まれる複数の領域から前記核磁気共鳴信号を計測し、
前記演算部は、前記断面に含まれる代謝物の分子拡散の空間分布を作成することを特徴とする磁気共鳴測定装置。 - 磁気共鳴測定装置で計測した計測データを用いて、計測対象のスペクトル又はスペクトロスコピック画像を生成する画像処理方法であって、
計測データと、当該計測データの計測時における前記計測対象の周期的動きとを関連付けて記録し、
前記計測データに含まれる位相変動及び周波数変動の少なくとも一方を、前記周期的動きと前記位相変動又は周波数変動との関係に基き補正し、
その際、前記計測データを、当該計測データ計測時の体動信号に応じて分類し、分類された計測データを分類群ごとに積算し、積算された部分積算計測データに対し、位相及び/又は周波数を補正することを特徴とする画像処理方法。 - 磁気共鳴測定装置で計測した計測データを用いて、計測対象のスペクトル又はスペクトロスコピック画像を生成する画像処理方法であって、
計測データと、当該計測データの計測時における前記計測対象の周期的動きとを関連付けて記録し、
前記計測データから算出したスペクトルに含まれる位相変動及び周波数変動の少なくとも一方を、前記周期的動きと前記位相変動又は周波数変動との関係に基き補正し、
その際、前記計測データから算出したスペクトルを、前記周期的動きの時相に応じて分類し、分類したスペクトルを、分類ごとに積算して部分積算スペクトルを作成し、前記部分積算スペクトルに対し、前記周期的動きと前記位相変動又は周波数変動との関係に基く補正を行い、
補正後の部分積算スペクトルを合成することを特徴とする画像処理方法。 - 磁気共鳴測定装置で計測した計測データを用いて、計測対象のスペクトル又はスペクトロスコピック画像を生成する画像処理方法であって、
計測データと、当該計測データの計測時における前記計測対象の周期的動きとを関連付けて記録し、
前記計測データから算出したスペクトルに含まれる位相変動及び周波数変動の少なくとも一方を、前記周期的動きと前記位相変動又は周波数変動との関係に基き補正し、
その際、前記スペクトルに含まれる位相変動及び周波数変動の少なくとも一方と、前記周期的動きの時相との関係式を算出し、前記関係式に従い、前記位相変動及び周波数変動の少なくとも一方を補正することを特徴とする画像処理方法。
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