JPH0217039A - Nmrイメージングにおける画像再構成方法 - Google Patents

Nmrイメージングにおける画像再構成方法

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JPH0217039A
JPH0217039A JP63166707A JP16670788A JPH0217039A JP H0217039 A JPH0217039 A JP H0217039A JP 63166707 A JP63166707 A JP 63166707A JP 16670788 A JP16670788 A JP 16670788A JP H0217039 A JPH0217039 A JP H0217039A
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    • G01R33/56554Correction of image distortions, e.g. due to magnetic field inhomogeneities caused by acquiring plural, differently encoded echo signals after one RF excitation, e.g. correction for readout gradients of alternating polarity in EPI
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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、高速NMRイメージング法として成功をおさ
めているエコープレチー法における像再生手法に関する
[従来の技術] エコプレチー法はジャーナル・オブ・フィジックス・C
:ソリッドステートフィジックス10。
(J 、 Phys. C : Solid Stat
e Physics 1 0 )L55−8 (197
7)に述べられている。この方法では振動傾斜磁場の振
幅Gxと定常的に印加する傾斜磁場の振幅GYどの間に
は、 Gx=2MGv ・・・ (1) の関係がある。ここでMは画像マトリックスのサイズで
ある.(画像マトリックスにはMXMの画素が含まれて
いるとしている。)ここで、視野およびピクセルの形は
x,y方向で等しいとした。
Gアは通常0 、 2 gauss/cm程度は必要で
あると言われており、M=128とすると.GX=5 
1 、 2 gauss/ cmが必要である。このよ
うな大振幅の傾斜磁場切り変えは実際上はほとんど不可
能である。
一方,前述のような問題点を解決するために。
ファースト・フーリエ・イメージング( F astF
 ourier I waging)と呼ばれる方法が
マグネチック・レゾナンス・インメティシン( M a
gneticResonance in Medici
ne)第2巻203−217頁(1985)にて提案さ
れている。
エコープレチー法は原理的には1回の90’パルス印加
に続く信号測定で画像を構成できる。それに対して,通
常行なわれるフーリエ・イメージングではM回の測定が
必要である。一方、このファーストフーリエイメージン
グ法は、このエコープレチー法とフーリエイメージング
の折中案を提供するものである。すなわち、これらの方
法では1<N≦MであるようなN回の測定を必要とする
が、(1)式に対応する傾斜磁場の振幅に対する要請は
と緩和させる.前述の数値例ではN=32とすると、G
x= 1 、 6 gauss/c一となる。ちなみに
、この値ですら実用的にはかなり困難な値である。実用
的な範囲Gx< 1 gauss/cmとするには、こ
の数値例では、N=64としなければならず、フーリエ
イメージングの測定回数128@に比べわずかに半分に
なるだけである。
さて、本発明にもっとも近い公知例としては。
本発明の発明者らの執筆によるマグネチック・レゾナン
ス・イン・メディシンa (MagneticReso
nance in Medicine) 、第5巻,第
485〜491頁(1 9 8 7)に記載された方法
がある。
この方法は傾斜磁場が正で出て来るエコー群と。
負で出て来るエコー群と同時に像再構成に用いることに
より振動傾斜磁場の振幅および周波数を半分にすること
をねらったものであるが計算の途中に入る割り算のため
,最終画像においてノイズを増してしまうと言う欠点が
存在する。このノイズ増加については上記文献に詳細に
議論されている。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の目的は最終画像においてノイズの増加なしにエ
コープレーナ法における傾斜磁場の振幅及び周波数を半
分にし、もって高速のイメージングを容易に実現できる
画像再成方法を提供するにある。
[課題を解決するための手段] エコープレチー法、ファーストフーリエイメージングと
も従来知られている像再構成手法は、すべて傾斜磁場が
正で印加されている場合に生じるエコー群と,負で印加
されている場合に生じるエコー群とを別々に組み合わせ
て像再構成を行なっている.発明者らの先の発表文献に
おいては、これらを同時に用いて像再構成することによ
り、振動傾斜磁場の振幅に対するソ請をさらにf、滅さ
せ、2アーストフーリエイメージングでならG x ”
     G y         ・・ (2)′図
(+))に示すように右」−りの直線Fのデータ点群と
、左上りの直線上のデータ点に分は別々にフーリエ変換
していた。この場合、ky力方向データグリッドの間隔
Δkyは、振動傾斜磁場の一周期を4Twとして。
とすることを意図したものである。しかしながら、この
発明では最終像においてノイズを増してしまうと言う欠
点があった。
本発明においては画像ノイズを増すことなしに前述の両
エコー群を組み合わせて画像再構成を行なうこととによ
り、振動傾斜磁場の振幅および周期を半減することを意
図したものである。
本発明を以下に説明する。
第1図(a)にエコープラナ−法を実行した場合のデー
タ点の空間周波数領域における軌跡を示す。軌跡は図示
されているようにジグザグ線をえかく、ここで、に、、
 kyはそiI4ぞれ、X13’方向の空間周波数を示
す。さて、従来の像再構成法では、このトランジエクト
リー上のデータ点を第1Δ k、= γGY(4T冒)
     ・・・ (3)で表わされる。ここでy方向
の視野のIlj r−vは、で表わされる。ところでピ
クセルのサイズを1)とすると。
の関係があるので、結乃 の関係がなければならない。
本発明は、ここで°、前述の右りりの直線上に並ぶデー
タ点と、左上りの直線上に並ぶデータ点を同時に用いる
ことにより、振動傾斜磁場の振幅が半分の場合すなわち
、G y、 = M G vであるような場合でも正確
な画像を構成する手法に関するものである。
第1図(b)の左側に振動傾斜磁場が正の場合に取得で
きるデータ群を、右側に負の場合に取得できるデータ群
を示す。以下この左側に示されたデータアレイをFP 
(kg、 ky)と表記し、右側に示されたデータアレ
イをFN (k−、ky)と表記する。本発明において
は、ある推定画像をm(x、y)と表記し、まず、以下
の式で示されたMP (tcx、 ky)とMN (k
m、 ky)を計算する。
Ms(kg、ky)= / m(x、y)exp[i(
ηy−xkh−yky)コdxdy     (’y 
)ここで、傾斜磁場が矩形即動の場合η=(ay/GX
)kXであり、Gx、Gyはそれぞれ−X+ 3’傾斜
磁場の振幅である。
さて、FP (k−、ky)、FN (k−、ky)の
にツ方向の開隔をΔkyとすると、今、ΔkyはΔk 
y ” 4π/LFに等しいと仮定している。ここでL
yはy方向の視野幅である。このΔkyはサンプリング
定理の2倍の大きさである。一方、上の(6)、(7)
式から得られるMP (k−、ky)MN (kx、k
y)はm(x+y)が−L y / 2≦y≦Ly/2
で定義されているのでky力方向関し、Δky/2の間
隔し持っla較点が計算により求まる。したがって、m
(x+y)が測定データにどの程度合っているかを示す
指標x2を MP(kx+ky)=/m(x、y)exp[j(qy
+xkh+yky)ldxdy   (6)+1M11
(kX、(2η+1)〜)−FN(kx+ηΔky)!
2]  (8)に示す式で計算する。ここでσは測定デ
ータに含まれるノイズのrms値である。
推定画像m(Xyy)としてはこのX′を最小とするよ
うに選ぶ。このようなm(xty)の求め方は最急降下
法、共役勾配法などの標準的な手法が存在し、広く知ら
れている。
ただ、エコーブレチー法を用いて取得したデータは通常
SN比が悪く、このような場合には最大エントロピー法
を本発明と組み合せて用いるのが実用的である。これは
、Sを推定画像m(x+y)の持つエントロピーとして
、x2をある範囲におさえつつ、Sを最大とするように
m(x+y)を決めるものであり、この方法によれば分
解能を特性にさせずにノイズをおさえた画像が再生でき
る。
画像エントロピーの定義あるいは、最大エントロピー法
を用いた画像再構成については、たとえば、ネーチャー
(Nature) Vol、 272 、20 。
April 1978に記載されている。
また、さらに測定データのSNが悪い場合には、Dとし
て推定画像の2次微分の和の2乗を計算し、m Ext
 y)をx2をある範囲におさえつつDを最小にするよ
うに決めることもできる。
ただし、このようにして得られたm (x、y)はノイ
ズが極めて押えられる半面1分解能はかなり劣化したも
のとなる。
[実施例] 以下1本発明の一実施例を図面により説明する。
第2図は1本発明の一実施例による核磁共鳴を用いた検
査装置(以下、単に「検査装置」と呼ぶ)の概略構成図
である。
第2図において、1は静磁場H0を発生させる電磁石、
2は対象物体、3は高周波磁場を発生させると同時に、
対象物体2から生ずる信号を検出する信号を検出するた
めのコイル、 4X、 4v、および5は、それぞれX
方向、Y方向、Z方向の傾斜磁場を発生させるための傾
斜磁場発生コイルである。傾斜磁場発生コイル5として
は、互いに逆向きに電流が流れるように配線された円線
軸を用いる。6,7.8はそれぞれ上記各傾斜磁場発生
コイル4X、4Y、5に電流を供給するための駆動装置
である。9は計算機、10は静磁場発生用の電磁石1の
ための電源、11は対象物容積計量装置である。傾斜磁
場発生コイル4X# 4Yl 5により発生する傾斜磁
場の強度は、上記対象物容積計量装置11からの指令に
より変化させることができる。
次に本検査装置の動作を概略的に説明する。
対象物体2の該スピンを励振する高周波磁場は、シンセ
サイザ12により発生させた高周波を変調袋M13で波
形整形・電力増幅し、コイル3に電流を供給することに
より発生させる。対象物体2からの信号はコイル2によ
り受信され、増幅装置14を通った後、検波器15で直
交検波され計算機9に入力される。計算機9は、信号処
理後、核スピンの密度分布、あるいは緩和時間分布に対
応する画像をCRTディスクプレイ16に表示する。
17は計算の途中のデータあるいは最終データを格納す
るメモリーである。このような装置で本発明を実施する
には第3図のようなシーフェンスを用いる。ここで図の
面積S□IS2は等しく取る。
また、180°パルスはマルチスライス法と組み合わせ
ることには選択照射パルスを用いる。
ここで時間原点とは、静磁場、Xy y方向傾斜磁場に
よる位相回転がゼロとなる時刻である。
また、ここで、4Twは印加傾斜磁場の周期である。さ
て、このようなシーフェンスにより得られたデータに本
発明を適用するのは以下の様に行なう。
まず測定された。スピンエコー群を偶数番号のエコーと
奇数番目のエコーに分け、2次元のデータアレイをそれ
ぞれについて作る。第4図に奇数番目のエコーから作ら
れたデータアレイを、第5図に偶数番目のエコーからの
データアレイをそれぞれ示す。ここでkx、kyはX方
向、y方向についての空間周波数であり、kx”YGx
Tx、ky=γG y T yで定義される。ここで第
6図に示されるとと<TXはそれぞれのエコーの中心か
らの時間、T、は時間原点く第3図参照)からの時間で
ある。
第4図に示された奇数番目のエコー群から作られたデー
タアレイをFP(v、u)と表記し、第5図に示されて
偶数番口のエコー群から作られたデータアレイをFN(
v、μ)と表記する。ここでシ、μはそれぞれkx、k
yを離散量で表記したもので ν=0. 1.  ・・・1M−1 μ=0.1・・・、−1 とする、FP(シ、μ)およびFN(シ、μ)は第1図
(b)の左側および右側のデータアレイにそれぞれ相当
する。
ここで08はG、=MGyを満たすように設定されてい
るので、FP(シ、μ)、Fs(シ、μ)におけるky
力方向最小のデータ間隔Δにアはサンプリング定理の要
求の2倍の値を持ち、視野のy方向の幅Lyとの間にΔ
k x ” 4π/Lyの関係がある、したがって、F
P(v+ μ)、FN(ヤ、μ)をそのままに、、に、
につぃてフーリエ変換した結果はy方向にたたみこみを
生じてしまう、このたたみこみは本発明により除去でき
る。以下、本発明を最も実用的と考えられる最大エンド
こで、I、Jは座標(x、y)を離散量で表わしたも+
7)1?、I=0.1.−、M−1、J=0.1゜・・
・1M−1である。(I、J)から、(6)。
(7)式に対応する次式によってMP(μ、乍)。
MN(μ、v)を計算する。
ここで、μ=o、1.”’、M−1.v==0.L・・
・、M−1である。ξ(μ、J)は、Δyをy方向のピ
クセルサイズとして。
ξ(μ、J):QΔy(J − μ:On=0 +1M5(μ、2n+1)−Fs(μrn)l”コ  
(14)m (I、J)はこのX2の値をx2≦χしの
範囲におさめながら、 を得る。再生像がΔX=Δy、Lx”Lyであればを得
る6 次に測定データFP(μ、ν)、FN(μ、ν)との一
致の程度を(8)式に対応した次式を用いて計算する。
を最大とするものを選ぶ。これはλを正の乗数としてn
=S−λx2を最大とするm (I、J)を選ぶことに
等しい。このようなm (I、J)を求める手法はたと
えば 今野浩、山下浩著「非線形計画法」、口科技連出版社(
1978) あるいは 曲用 −他著「最適化」、森北出版 に詳しく記載されている。ここでは、最も標準的な手法
である最急降下法を用いる方法を例として説明する。
μ  n がm (I、J)は複素数であるので m (■t  J)=mx (rs  J)+1m、(
I、J)である。
であり、 6m (I、J)は−次元探査により、ΔQが最大とな
るようにえらぶ、この−次元査に用いられる手法には黄
金分割法、2次補間法などがあるがいずれも前述の文献
「非線形計画法」あるいは「最適化」に詳しく記載され
ている。
代入。
である。ただし I、J  am(I、J) ΔQが最大となるような6m(I、J)をえらぶ。
4)m (I、J)+δ・m (1,J)を新しいm(
I、J)とする。
5)(1o)、(11L (12)式よりx2を計算し
x2≦XLを満たしているかをしらべるにこで、XLは
通常測定データ数に等しくとる。
(本実施例の場合2N”である、)シかし、これに限る
ものではない、一般に、XLを大きくすれば解はエント
ロピー最大に坊きを置いたものとなり、小さくすれば、
測定データとの一致に重きを置いたものとなる。
6)x2≦XLをみたさない場合、2)へもどり同様の
手順をくり返す、*たしている場合(13)式を用いて
Sを計算し、前のサイクルにおけるSとの差ΔSがある
値Ep以内(ΔS≦Ep)であれば計算を打ち切り、そ
の時のm (I、J)を答えとする。ΔS〉Epであれ
ば2)へもどって、再び計算をくり返す。
二二で定数λは、得られたm (I、J)がエントロピ
ーを大きくすることに重きを置いたものか。
測定データとの一致に重きを置いたものかを調節する働
きをする。λを大きくすればx2がより小さな値に収束
し、λを小さくすれば大きな値に収束することが知られ
ている。したがってx2がほぼXLに収束するようなλ
をあらかじめ経験により知っておき、その値にλをセッ
トして前述の返復計算を始める必要がある。
ところで、第3図に示された振動傾斜磁場の波形で正負
が反転したものを用いる場合にも本発明を用いることが
できることは明らかである。ただし、この場合(12)
式は以下の様に変える必要がある。
μ:0n=0 十IMs(μ、2n)−F*(μ+n)I”]  (2
0)よく知られているように、エコーブレチー法は傾斜
磁場を正弦波で師動しても実現することができる。この
場合は、駆動波形をGxcosc、Itとする。
この場合でも本発明を用いることができることは明らか
である。ただし、この場合には(12)式におけるηは
 η=(Gア/G−)kXではなくrt =(y Gy
/ ω)arcsin[(ω/ Y Gx) kxlと
じなければならない。
以上1本発明をオリジナルなエコープラナ−法に適用す
る場合の実施例について説明したが、本発明は、先に説
明したファーストフーリエイメージングにも適用できる
。第9図に3つのエコートレインを組み合わせる場合の
ファーストフーリエイメージングについて、データ点の
に一トラジエクトリーを示す0本発明を用いない場合、
白色で表わされた(あるいは黒色で表わされた)データ
明らかである。
また、最近提案されている振動傾斜磁場を用いた高速ス
ペクトロスコーピソクイメージングσ;〔松井他〔位相
変調されたエコートレインを用いたスペクト・ロスコー
ピックイメージング」ジャーナル オブ マグネティッ
クレゾナンス”  (Spatially  Re5o
lvecI NMR5pectroseoyg TJS
ing Phase−ModulatedSpin−E
cho  Trains”  Joarnal  of
  MadneticResonance) 、 vo
167+ 1Ja3 pp476−490゜(1986
))にも本発明が適用可能であることも明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図はエコープラナ−法におけるデータ点のに一空間
(空間周波数領域)での軌跡を表オ〕す。 第2図は本発明を実施する装置構成の一例をフJ−す6 第3図はエコープラナ−法を実施する際に用いられるパ
ルスシーフェンスの一例。 第4図は、奇数番目のエコー群から構成された2次元デ
ータアレイを示す。 第5図は偶数番目のエコー群から構成された2次元デー
タアレイを示す。 第6図はT−、Tyの説明図。 第7図はファーストフーリエイメージングにおけるデー
タ点のk・−空間における軌跡を示す。 第7図 (呻 (1,) FP(翫〜) FN(Aズ、 A、) 第 目

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、静磁場、傾斜磁場および高周波磁場の各磁場発生手
    段と、検査対象からの核磁気共鳴信号を検出する信号検
    出手段と、該信号検出手段の検出信号の演算を行う計算
    機および該計算機による演算結果の出力手段を有し、時
    間的に定常な第1の傾斜磁場を1方向に印加するととも
    に周期的に振動する第2の傾斜磁界をそれと垂直な方向
    に印加しながら信号を観測し、観測された信号を印加傾
    斜磁場周期波形の正の部分からの信号のグループと負の
    部分からの信号のグループに分け、所定の試し画像m(
    I、T)にデータ点の空間周波数を空間における軌跡の
    傾きに対応した位相シフトξ(μ、J)をほどこし逆フ
    ーリエ変換した結果M_Pと前述の正の部分からの信号
    との差の絶対値|M_P−F_P|またはその2乗を計
    算し、試し画像の前記第2の傾斜磁界の方向の符号を反
    転させたものに同様の位相シフトをほどこし逆フーリエ
    変換した結果M_Nを前述の負の部分からの信号との差
    の絶対値|M_N−F_N|またはその2乗を計算し、
    前記の正の部分からの信号との差の絶対値との和x^2
    を計算し、この和の大きさを参照しながら前記試し画像
    を変更して行く事を特徴とするNMRイメージングにお
    ける画像再構成手法。 2、所定の試し画像にデータ点の空間周波数空間におけ
    る軌跡の傾きに対応した位相シフトをほどこし逆フーリ
    エ変換した結果と前述の正の部分からの信号との差(M
    _P−F_P)に対して、前記位相シフトと大きさは同
    しで等号が逆の位相シフト−ξ(μ、J)を与えた後に
    フーリエ変換したものと、前記試し画像の前記第2の傾
    斜磁界の方向の符号を反転させたものに第1請求項記載
    の位相シフトをほどこし逆フーリエ変換した結果を前述
    の負の部分からの信号との差(M_N−F_N)に対し
    て、前記位相シフトと大きさは同じで等号が逆の位相シ
    フトを与えた後にフーリエ変換したものを加えた加算結
    果A(I、J)を前記試し画像を変化させる方向に含む
    ことを特徴とする第1請求項記載の像再構成手法。
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