JP2955723B2

JP2955723B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP2955723B2
Application number: JP3504272A
Authority: JP
Inventors: ジェイ．プロヴォウスト，テランス
Original assignee: Picker International Inc
Current assignee: Philips Nuclear Medicine Inc
Priority date: 1990-02-23
Filing date: 1991-02-22
Publication date: 1999-10-04
Anticipated expiration: 2014-10-04
Also published as: EP0470224B1; JPH04505410A; EP0470224A1; DE69126928D1; US5109854A; WO1991013367A1; DE69126928T2

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景本発明は、撮像装置に関する。本発明の用途は、磁気
共鳴像の再構成に関連しているので、これを参照して以
下本発明を説明するが、本発明は変換、例えばフーリエ
変換を周期的に繰り返す数学的演算によりアンダーサン
プリングされた信号を処理する他の信号処理技術にも用
いることができると解すべきである。

高速のデータ収集、例えばシングルショットの心臓の
像形成をするため、像の矩形フィールドを使用してデー
タ収集時間を短縮することが多い。心臓の像形成に特定
して説明すると、像の一般的フィールドは、患者の胴体
の境界により定められる。当然ながら、心臓は、この像
フィールドの一部しか占めていない。像フィールドの大
きさは、位相エンコード化勾配が隣接像間でステップ状
に変化、すなわち増減する量に関係する。データの発生
および収集は、位相エンコード勾配ステップ量を適当に
選択することにより、胴全体の像フィールドの半分、４
分の１または他の分数に限定できる。

フーリエ演算は、対象が一定スペースで同じ対象が無
限に連続しているかのように像データを処理する。所定
の像フィールドの境界を定める構成は、所定の像フィー
ルドに置換されて、フーリエ変換演算により合成像に重
ねられる。すなわち、フーリエ変換は、所定像フィール
ドおよび隣接像フィールドが同一サンプルを含んでいる
とし、これらの像を重ねる。このような重ねられた像フ
ィールド像の構成を以下ロールオーバー状エリアシング
と称す。心臓の位置する患者の中心部しか像形成または
撮像しないような心臓の像形成例では、アンダーサンプ
リングされたデータの上方の患者部分からの患者データ
およびアンダーサンプリングされたデータに対応する患
者部分より下方からのデータが人為的な像として合成像
上に重なる。このような人為的像を抑制するためこれま
で種々の技術が用いられている。

予飽和法では、主要像形成シーケンス前にRFパルスを
印加し、当該所望の領域外にある像スライス中間でスピ
ンを飽和させる。上記の心臓の像形成の例では、この予
飽和パルスは心臓がアンダーサンプリング領域に対応し
て位置する患者の中心部分の上下にある組織のスピンを
飽和させる。スピンが飽和状態にある予飽和操作の直後
に像形成法を実施する。予飽和領域内のスピンは、長手
方向の磁化を回復するのに極く短時間しか必要としない
ので、合成像データセットにはほとんどの信号は寄与せ
ず、エリアシング信号を低減できる。

また選択ボリューム法では、当該所定領域内のみで磁
化を励起し、再合焦するよう２つ以上の高周波パルスを
印加する。ある態様では、スライス選択勾配を有する90
゜および180゜の高周波パルスをスピンエコーシーケン
スで２本の軸の各々に印加する。双方のRFパルスを受け
る容積内の材料、すなわち２つの直交する領域の交点の
みがデータ収集中に再合焦すべき適当な位相ヒストリー
を有する信号を発生する。

選択的アンダーサンプリング法では、ゼロ位相エンコ
ード軸に当該領域の中心を置く。このゼロ位相エンコー
ダ像は、像のうちで最大のエネルギーを有し、最高位相
エンコード像は最小のエネルギーを有する。当該領域を
中心像に対応させると、像あたり最大のエネルギーを有
する像が形成されるが、比較的弱い像は形成されない。
エネルギーすなわち信号の振幅のほとんどは元のデータ
セットの中心像に位置するので、エネルギーのほとんど
はエリアシング（折りかえす）されない。すなわち完全
にサンプリングされる。アンダーサンプリングされた高
周波の情報は、本質的にはエリアシングを生じない。こ
のような高い空間周波数の情報は抑制されない。しかし
ながら、高い空間周波数の情報は、エネルギーレベルす
なわち信号振幅が充分に低いので、合成像に寄与するエ
リアシングは比較的弱く、認めることが困難である。

これらの３つの方法は、それぞれ欠点を有している。
選択ボリューム法は、RFスピンエコーシーケンスが限ら
れている。かかるスピンエコーシーケンスは、フィール
ドエコーに使用される単一のRFパルスと異なって２つの
RFパルスを必要とする。従って、スピンエコーは本質的
には小さいので、フィールドエコーよりも高速の像形成
に適する。更にこのスピンエコーシーケンスは、フィー
ルドエコーよりも高速の固有吸収レートを必要とする。
選択的ボリューム法も位相エンコーディング／スライス
選択方向に沿ってスライスの輪郭が不完全になり、この
結果像が不均一となる。理想フィールド像よりも大きい
位相エンコーディングにより補償をすると、この結果位
相エンコーディング像の最小数の最適低減数よりも少な
くなる。

予飽和パルス法は、アンダーサンプリングされた領域
を不均一にさせるようにスライスの輪郭が不完全にな
る。またこの方法は、高周波の較正が不完全になり、こ
のためエリアシングが生じた情報を完全に抑制できな
い。全生データセットを収集する前に一つの準備用予飽
和パルスのみを印加すると、長手方向磁化が大きく回復
し、エリアシングのレベルが大きくなる。２つ以上の予
飽和パルスを使用すると、例えば各位相エンコーディン
グ像の前に一つのパルスを印加すると、勾配の要求およ
び固有吸収レートが大幅に増加する。予飽和パルスは、
高周波パルスの較正が不完全となるので、この結果エリ
アシングの抑制が不適当となる。更に予飽和パルスのサ
イドローブにより、当該像領域内に人為的かつ不均一な
像が生じる。

選択的アンダーサンプリング法は、高い空間周波数情
報のエリアシングを防止しようとはしていない。中心像
における高い空間周波数情報における低いエネルギーレ
ベルは、人為的像を目立たなくしかつ純正の構造と区別
しにくくするので、合成像を診断のため解釈する上でよ
り不確実となる。更にサンプリングされていない高い周
波数に対応する解像度の情報が失なわれてしまう。

本発明は、アンダーサンプリングされたデータ内にエ
リアシングを抑制するための新規でかつ改善された装置
を提供するものである。

発明の概要本発明によれば、像フィールドの所定サブ領域に対応
するアンダーサンプリングデータセットを収集する。ア
ンダーサンプリングされたデータセットは、像フィール
ド内であって、所定サブ領域の外の構成に対応するロー
ルオーバー状エリアシング人為的像を本質的に含む。こ
のアンダーサンプリングされたデータセットを像表示に
再構成すると、この像には所定サブ領域の外の像フィー
ルドの領域からの人為的像を含むことになる。所定サブ
領域の外の像フィールドの第２サブ領域に対応するデー
タを少なくとも一部に含むデータセットから第２の像表
示を発生する。第１像表示から第１像内のエリアシング
の人為的像に対応する第２像表示部分を減算すると、エ
リアシングの人為的像が補正された像表示が発生する。

本発明のより限定された様用によれば、アンダーサン
プリングされたデータセットと同時期に取られた像フィ
ールドのデータの完全にサンプリングされたセットから
第２像表示が発生される。

本発明に別の様相によれば、アンダーサンプリングさ
れたデータセットの組み合わせから第２像表示を発生す
る。

本発明の利点の一つは、高速像データ収集にある。

本発明の別の利点は、フィールドエコーに匹敵するこ
とにある。

本発明の別の利点は、固有吸収レート、勾配立上がり
時間、デュティーサイクルおよび高周波アンプに対する
厳しい条件がゆるやかになることである。

本発明の別の利点は、エリアシングの抑制が像形成中
の組織の緩和時間と無関係になることである。

本発明の更に別の利点は、空間周波数の全レンジにわ
たってエリアシングを抑制できることにある。

本発明の更に別の利点は、好ましい実施態様について
の下記の説明を読んで理解すれば当業者には明らかとな
ろう。

図面の簡単な説明本発明は、種々の部品、部品の配列および種々の工程
および工程の配列を種々の形態にできる。図面は単に好
ましい実施態様の説明のためのものにすぎず、本発明は
限定するものと解してはならない。

第１図は、本発明に係る磁気共鳴スキャナーシステム
の略図である。

第2A図〜第2E図は、補正されたアンダーサンプリング
された像の展開図であり、第2A図は完全にサンプリング
されたデータセットを示し、第2B図はエリアシング人為
的像を有するアンダーサンプリングされたデータを含
み、第2C図はエリアシング人為的像に対応する第2A図の
部分を示し、第2D図は第2C図の像部分を並進させて、組
み合わせることにより作成されたエリアシング補正像を
示し、第2E図は第2B図から第2D図を減算することにより
得たエリアシング補正アンダーサンプリング像を示す。

好ましい実施態様の詳細な説明第１図を参照する。磁気共鳴画像形成装置は、検査領
域に実質的に均一な磁界を発生するための主磁界手段Ａ
を含む。高周波手段Ｂは、当該領域内の所定の双極子を
励起させるための高周波励起パルスを選択的に送信す
る。この高周波手段は所定の磁化成分、例えば90゜パル
ス、180゜パルス等を選択的に回転したりまたは操作す
る高周波パルスも発生する。勾配磁界手段Ｃは、好まし
くは検査領域を横断する３本の選択可能な直交軸に沿っ
て勾配磁界を選択的に印加する。パルスシーケンス制御
手段Ｂは、勾配磁界手段内の高周波手段を制御し、所定
のパルスシーケンス、好ましくは勾配エコーシーケンス
を発生させる。像手段Ｅは、受信した磁気共鳴信号また
は像を処理し、記録ビデオモニタ等上でディスプレイで
きるよう電子画像を再構成する。

磁界手段Ｅは制御回路10と磁界を発生するための複数
の超電導または抵抗コイル12とを含む。制御回路は、特
に中心に位置する検査すなわち像領域14内に軸方向に実
質的に均一な磁界を磁石が発生するようにする。磁界の
均一性を改善するための従来技術の磁界シム装置（図
示）を設けてもよい。

高周波手段Ｂは、検査領域14を囲む高周波コイル20、
例えば矩形コイルを含む。高周波送信機22は、RFコイル
に高周波パルスを選択的に印加し、検査領域内の所定双
極子の磁化の磁気共鳴を励起しこれを操作する。

勾配磁界手段Ｃは、主磁界に選択可能な角度の勾配を
発生させるための勾配コイル30を含む。勾配磁界制御手
段32は、勾配コイルに電流パルスを印加し、３本の直交
軸（一般にスライス選択軸、読み出し軸および位相エン
コード軸または方向と称される）に沿って勾配を発生す
る。勾配磁界制御手段は、一般に読み出し軸に沿ってリ
ニアな勾配を発生させ、読み出し方向にリニアな周波数
エンコードを行う。勾配磁界制御手段は、位相エンコー
ド軸に沿って位相エンコード勾配を印加するが、この勾
配は各シーケンス、繰り返しまたは像ごとに一定のステ
ップまたは増分で大きさを変える。一般に位相エンコー
ディングは、中心像において一定ステップでゼロすなわ
ち無位相エンコーディングから正の最大位相エンコーデ
ィングまで変わり、またアナログ定ステップではゼロ位
相エンコーディングから負の最大位相エンコーディング
まで変わる。従来は、必要な位相エンコーディングステ
ップすなわち像の数は、２つの偶数乗、例えば32,64,12
8等であった。位相エンコード勾配のステップの大きさ
は、負の最大の位相エンコード像から正の最大の位相エ
ンコード像までの像が像の所定のフィールドを広げるよ
う選択される。スライス選択方向に沿う勾配は、一つの
スライスを画定するように印加でき、多数スライスまた
は容積を画定するよう位相エンコード軸に沿う勾配に類
似するようステップ状にしてもよい。

高周波手段Ｂは、高周波受信機34も含む。この受信機
34は、少なくとも誘導された磁気共鳴エコーの間で磁気
共鳴信号を受信する。受信機からの磁気共鳴信号または
像はアナログ−デジタルコンバータ36によりデジタル化
され、デジタルデータラインまたは像の個々の画素を発
生する。一般的にこのアナログ−デジタルコンバータ
は、２の偶数乗、例えば32,64,128,256等のサンプリン
グによりアナログ磁気共鳴信号をデジタル化する。サン
プリングレートおよび読み出し勾配の傾きは、デジタル
データラインまたは像が読み出しまたは周波数エンコー
ド方向へ像の所定フィールドを広げるよう選択される。
一般に、像の数が各像内のテジタル化された画素数に一
致するよう正方形の像フィールド128×128が選択され
る。しかしながら、本発明は長方形およびその他の非正
方形の配置にデータを収集するのにも適用できると解す
べきである。

続けて第１図を参照しながら新たに第２図を参照す
る。シーケンス制御手段Ｄは、勾配制御手段32および高
周波送信機34が磁気共鳴データの完全サンプリングデー
タセットを発生するようにこれらを制御する。すなわち
アナログ−デジタルコンバータ36は、各像をＮ回デジタ
ル化する。各シーケンスを繰り返す時に位相エンコード
勾配は、各ステップを−（Ｎ−１）/2とN/2との間にす
る。共鳴データメモリ手段40は、完全にサンプリングさ
れたデータセットを格納するための完全にサンプリング
されたデータのメモリ手段Ｂを含む。フーリエ変換手段
44、好ましくは高速フーリエ変換手段は、完全にサンプ
リングされた共鳴データを完全にサンプリングされた複
素像表示（これらの実数および虚数成分は完全にサンプ
リングされた像のメモリ手段46に格納される）にフーリ
エ変換する。ビデオモニタ46は、完全にサンプリングさ
れた像表示を像50として選択的にディスプレイする。従
来は、この像は、各画像に対応する実数像データ値の２
乗とおよび虚数データ値の２乗の和の平方根であった。

例えば、心臓の像形成を行う場合、像50は、患者の胴
の輪郭52と患者の心臓の輪郭54を含む。スライスは、胴
体の輪郭52内と心臓の輪郭52内の組織の細部を含むが、
図解を簡単にするためこれらの細部は第２図では省略し
てある。像のうちのフィールドの所定領域すなわち当該
サブ領域の境界58a,58bを指示するのに当該サブ領域指
示手段56が使用される。好ましくは、この当該サブ領域
は、好ましい高速フーリエ変換の利用を容易にするよう
に２つの偶数乗である像のN/2,N/4,N/8または他の分数
により定められる。２の偶数乗でないサブ領域は、米個
特許第4,478,411号に示されている技術およびハードウ
エアを用いて高速フーリエ変換により処理できる。当該
サブ領域選択手段56は、像部分の境界58aと58bの指示フ
ィールド間の位相エンコード像が発生され、これらがソ
ーティング手段60を通って共鳴データ手段40のアンダー
サンプリングデータメモリ手段または部分62に入るよう
シーケンス制御手段Ｄを制御する。高速フーリエ変換手
段44は、アンダーサンプリングデータセットをアンダー
サンプリング像表示にフーリエ変換し、この像表示はア
ンダーサンプリング像メモリ手段64に格納される。

メモリ64内のアンダーサンプリング像表示の大きさ
が、ビデオモニタ上にディスプレイされる場合、像66が
発生される。第2B図を参照すると、像66は、胴体の側部
部分52aと52bおよび心臓の全周54を含む。しかしながら
本願の「発明の背景」で述べたように境界58aより上方
の胴体周辺の頂部52aはアンダーサンプリング像66内へ
ロールオーバし、心臓の像に重なった、許容できないエ
リアシング人為的像となる。境界58aと患者の胴の上方
周辺内の組織構造もロールオーバし、アンダーサンプリ
ングされた像に重なる。これと同じロールオーバ人為的
変化は、患者の胴の下方周辺52dおよび境界58bと胴の下
方周辺との間の組織をアンダーサンプリング像66内へロ
ールオーバしかつこれに重ねる。心臓の周囲54の内部に
表示された組織は、心臓組織と、胴の下方部分および上
方部分が重なっているものであるので、アンダーサンプ
リングされた像の診断値は中間値である。当該サブ領域
指示手段56は、完全にサンプリングされた像50の部分72
および74を読み出すよう完全にサンプリングされた像の
メモリ読み出し手段70を制御する。像部分72は、境界58
aより上の像50の一部であり、像部分74は、境界58bより
下方の像50部分である。読み出し手段70は、上方像部分
72を変換手段78に読み出し、変換手段78は下方表面が境
界58b、すなわちアンダーサンプリングされた像66の最
下方表面と同じ物理的位置となるように上方像72を下方
に並進する。読み出し手段は、下方の像部分74を変換手
段82までに通過させ、変換手段82は最上表面が境界58a
の位置、すなわちアンダーサンプリングされた像66の最
上エッジまでシフトするよう下方像部分74の位置を並進
させる。また任意に、加算手段84で上方部分72と下方部
分74を加算して一つの複合補正像86（第2D図）を形成し
てもよい。

補正手段88は、アンダーサンプリングされた像66の対
応する実数および虚数成分から複合補正像86の実数およ
び虚数成分すなわち上方像部分72および下方像部分74を
別々に減算する。大きさ計算像手段90は、対応する実数
値および虚数値の平方の和の平方根から補正されたアン
ダーサンプリング像90の各ピクセルの大きさを計算す
る。この補正されたアンダーサンプリングされた像は、
補正されたアンダーサンプリングされた像のメモリ94に
格納される。

第2E図を参照する。減算手段は、心臓の周囲52内の組
織が心臓の組織のみを表示し、胴の上方部分および下方
部分と組織が重ならないようロールオーバした人為的像
部分を除く。適当であれば、加算手段84により複合補正
像86の大きさを調節できる。

心臓の像形成を例とする実施態様では、心臓の一連の
高速フリーズフレーム像を得ることが好ましい場合が多
い。この目的のため、初期に変位した像の短時間の後に
変位した後のアンダーサンプリングされた像を受けるた
めの一連のアンダーサンプリングされたデータのメモリ
100が設けられている。フーリエ変換手段44および他の
ハードウェアが許す限り、別個のアンダーサンプリング
された像のメモリを設けるかわりに単一のアンダーサン
プリングされた像データのメモリを設け、これをシリア
ルに使用してもよい。こうして補正像メモリ94または他
のメモリ手段に一連の合成補正アンダーサンプリング像
を格納する。

一般に一呼吸サイクルの間に有効な補正量を維持する
限り複合補正像86を利用できる。一般に、患者は、一連
の心臓の像を撮影する間息を止める。像50のうちの境界
58aより上方および境界58bより下方の組織が静止してい
れば、複合補正像86も有効である。一般に肺の運動は、
その組織を活動させる。従って、呼吸サイクルごとに新
しい完全サンプリング像を撮影することが好ましい。

図解の便宜上まず完全サンプリングデータセットを発
生するものとして本装置を説明したが、この完全サンプ
リングデータセットは、シリーズの開始点、シリーズの
終了点、シリーズ中のある点、またはシリーズ中に分散
した時期を含む、高速アンダーサンプリング像のシリー
ズ中の任意の時に撮影してもよいと解すべきである。完
全サンプリング像のうちの境界58aおよび58bの間の位相
エンコード像に対応するデータはソーティング手段60に
よりアンダーサンプリング像メモリ手段62および完全サ
ンプリング像メモリ手段42の双方まで通過させ、一連の
高速心臓像の一つとして処理してもよい。

本発明の別の実施例として、一連のアンダーサンプリ
ングデータセット上に完全サンプリングデータセットの
集合を分散させる。例えば、第１のアンダーサンプリン
グ像は、（Ｎ−１）/2とN/2との間の位相エンコード像
の第１の分数、例えば４番目ごとの像とすることができ
る。第２のアンダーサンプリング像は、像のうちの別の
４分の１とし、第３および第４のアンダーサンプリング
像は別の４分の１等々とすることができる。４つのデー
タセットの各々はアンダーサンプリングされているが、
これらは累積して一つの完全にサンプリングされたデー
タセットを構成できる。この実施例では、ソーティング
手段60は４つのすべての像を完全サンプリングデータセ
ットに累積する完全サンプリング像メモリ42と同じよう
にアンダーサンプリング像の各々をアンダーサンプリン
グ像メモリの一つに向ける。上記フーリエ変換および減
算を繰り返し、４回変位し、補正されたアンダーサンプ
リング像を発生する。

好ましい心臓の画像形成を例とした実施態様を参照し
て本発明を説明したが、本発明のは他の診断用画像形成
にも用途があるだけでなく、ロールオーバタイプのエリ
アシングを生じる他の画像形成および信号処理分野にも
用途がある。上記の詳細な説明を読んで、理解すれば種
種の変形例、改善例、および別の用途が想到できよう。
添附した請求の範囲に入る限り本発明はこれらの変形
例、改善例のすべてを含むものと解すべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61B 5/055

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対象の当該所定領域を通る像フィールドに
対応する完全サンプリングデータセットを格納するため
の第１データメモリ手段と、像フィールドの所定部分に対応するアンダーサンプリン
グデータセットをそれぞれが格納する複数の第２データ
メモリ手段と、（ｉ）第１データメモリ手段からの完全サンプリングデ
ータセットを像フィールドに対応する、第１変換データ
メモリ手段に格納される完全サンプリング像表示に変換
し、（ii）その各第２データメモリ手段からのそれぞれ
のアンダーサンプリングデータセットを、第２変換デー
タメモリ手段に格納されるアンダーサンプリング像表示
が所定部分の外の像フィールド内の対象の領域のロール
オーバーエリアシング表示分を含む像フィールドの所定
部分に対応するそれぞれのアンダーサンプリング像表示
に変換するためのフーリエタイプの変換手段と、その各第２変換データメモリ手段からのそれぞれのアン
ダーサンプリング像表示を第１変換データメモリ手段か
らの完全サンプリング像表示の部分と減算的に組み合わ
せてロールオーバーエリアシングをキャンセルし、補正
されたアンダーサンプリングデータメモリ手段に格納さ
れる補正されたアンダーサンプリング像表示を発生する
減算手段とからなることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】前記完全サンプリングデータセットとアン
ダーサンプリングデータセットを発生するための手段
は、静磁界発生手段と、検査領域に勾配磁界及び高周波パルスを印加し検査領域
内の所定ダイポールの磁気共鳴を誘導する手段と、検査領域から発生する磁気共鳴信号を受信し、前記完全
サンプリングデータセットとアンダーサンプリングデー
タセットを発生する受信手段とを更に含む請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】前記第１変換データメモリ手段に格納され
たデータは前記各第２変換データメモリ手段に格納され
たデータに対応する第１部分と、前記各第２変換データ
メモリ手段に格納されたデータに対応しない少なくとも
一つの第２部分とを有し、更に、前記第２部分又は前記
各第２部分を識別し、それを前記減算手段に転送するた
めの手段を含む請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】前記識別された第２部分又は前記識別され
た各第２部分を減算手段へ転送される前に並進させるた
めの並進手段を更に含み、前記第２部分又は各第２部分
は前記所定部分にエリアシングされた像フィールドの所
定部分の外の像フィールド内の対象の領域に関係し、前
記並進は前記第２部分又は各第２部分の位置を前記第２
部分又は各第２部分に対応する前記エリアシングの像フ
ィールドの所定部分の位置に対応する位置に並進させシ
フトするための前記手段によって達成される請求項３記
載の撮像装置。