JPH04288142A - 化学種によるｎｍｒ画像の分解方式 - Google Patents
化学種によるｎｍｒ画像の分解方式Info
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- JPH04288142A JPH04288142A JP3222469A JP22246991A JPH04288142A JP H04288142 A JPH04288142 A JP H04288142A JP 3222469 A JP3222469 A JP 3222469A JP 22246991 A JP22246991 A JP 22246991A JP H04288142 A JPH04288142 A JP H04288142A
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- G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は核磁気共鳴（ＮＭＲ）イ
メージング方法および装置に関するものであり、更に詳
しくはこのようなイメージング方法を使用して異なる化
学種の別々の画像を作成する方法に関するものである。
メージング方法および装置に関するものであり、更に詳
しくはこのようなイメージング方法を使用して異なる化
学種の別々の画像を作成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＮＭＲイメージングシーケンスでは、原
点をイメージング対象物の中においたデカルト座標系の
ｚ軸に沿って、一様な分極磁界Ｂ０ がイメージング対
象物に印加される。磁界Ｂ０ の効果は対象物の核スピ
ンをｚ軸に沿って揃えることである。ｘ−ｙ平面の中に
方向づけされた適正な周波数のＲＦパルスに応答して、
核は次式に従ってラーモア（Ｌａｒｍｏｒ）周波数で共
鳴する。
点をイメージング対象物の中においたデカルト座標系の
ｚ軸に沿って、一様な分極磁界Ｂ０ がイメージング対
象物に印加される。磁界Ｂ０ の効果は対象物の核スピ
ンをｚ軸に沿って揃えることである。ｘ−ｙ平面の中に
方向づけされた適正な周波数のＲＦパルスに応答して、
核は次式に従ってラーモア（Ｌａｒｍｏｒ）周波数で共
鳴する。
【０００３】
ω＝γＢ０
（１）但し、ωはラーモア周波数であり、
γは特定の核の特性を表す磁気回転比である。水は生物
組織の中に比較的豊富にあることとその陽子核の性質か
ら、このようなイメージングでは最も重要である。水の
陽子に対する磁気回転比γの値は約４．２６ｋＨｚ ／
ガウスである。したがって、１．５テスラの分極磁界Ｂ
０ では、水の陽子の共鳴周波数すなわちラーモア周波
数は約６３．９ＭＨｚ である。
（１）但し、ωはラーモア周波数であり、
γは特定の核の特性を表す磁気回転比である。水は生物
組織の中に比較的豊富にあることとその陽子核の性質か
ら、このようなイメージングでは最も重要である。水の
陽子に対する磁気回転比γの値は約４．２６ｋＨｚ ／
ガウスである。したがって、１．５テスラの分極磁界Ｂ
０ では、水の陽子の共鳴周波数すなわちラーモア周波
数は約６３．９ＭＨｚ である。
【０００４】水以外の物質、主として脂肪も生物組織の
中に見出されるものであり、これは異なる磁気回転比を
そなえている。脂肪の陽子のラーモア周波数は１．５テ
スラの分極磁界Ｂ０ の中の水の陽子のそれより約２０
３Ｈｚ高い。このような同じ核の異なる同位体または種
類すなわち陽子の間のラーモア周波数の差は化学シフト
と呼ばれ、二つの核種の異なる化学環境を反映している
。
中に見出されるものであり、これは異なる磁気回転比を
そなえている。脂肪の陽子のラーモア周波数は１．５テ
スラの分極磁界Ｂ０ の中の水の陽子のそれより約２０
３Ｈｚ高い。このような同じ核の異なる同位体または種
類すなわち陽子の間のラーモア周波数の差は化学シフト
と呼ばれ、二つの核種の異なる化学環境を反映している
。
【０００５】周知のスライス選択ＲＦパルスシーケンス
では、ＲＦパルスの時点にｚ軸磁界勾配Ｇｚ が印加さ
れることにより、ｘ−ｙ平面内にある対象物のスライス
の核だけが励起されて共鳴する。核の励起後、ｘ軸およ
びｙ軸に沿って磁界勾配が印加され、ＮＭＲ信号が取得
される。ｘ軸に沿った勾配Ｇｘ により、核はｘ軸に沿
った位置で決まる異なる共鳴周波数で歳差運動を行う。 すなわち、Ｇｘ は歳差運動する核を周波数で空間符号
化する。同様に、ｙ軸勾配Ｇｙ は一連の値を有するよ
うに増大し、ｙ位置をＧｙ 勾配振幅の関数として位相
の変化速度に符号化する。このプロセスは通常、位相符
号化と呼ばれる。このデータ組から周知の再構成技術に
従って画像を取得することができる。フーリエ変換に基
ずくこのような画像再構成技術の一般的な説明はディー
・エヌ・キーンおよびエム・エー・スミス著の書物「磁
気共鳴イメージング、原理と応用」（“Ｍａｇｎｅｔｉ
ｃ ＲｅｓｏｎａｎｃｅＩｍａｇｉｎｇ，Ｐｒｉｎｃｉ
ｐｌｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”ｂｙ
Ｄ．Ｎ．Ｋｅａｎ ａｎｄ Ｍ．Ａ．Ｓｍｉｔｈ ）に
記載されている。当業者には周知の通り、他の向きの画
像は勾配方向の回転によって作成することができる。
では、ＲＦパルスの時点にｚ軸磁界勾配Ｇｚ が印加さ
れることにより、ｘ−ｙ平面内にある対象物のスライス
の核だけが励起されて共鳴する。核の励起後、ｘ軸およ
びｙ軸に沿って磁界勾配が印加され、ＮＭＲ信号が取得
される。ｘ軸に沿った勾配Ｇｘ により、核はｘ軸に沿
った位置で決まる異なる共鳴周波数で歳差運動を行う。 すなわち、Ｇｘ は歳差運動する核を周波数で空間符号
化する。同様に、ｙ軸勾配Ｇｙ は一連の値を有するよ
うに増大し、ｙ位置をＧｙ 勾配振幅の関数として位相
の変化速度に符号化する。このプロセスは通常、位相符
号化と呼ばれる。このデータ組から周知の再構成技術に
従って画像を取得することができる。フーリエ変換に基
ずくこのような画像再構成技術の一般的な説明はディー
・エヌ・キーンおよびエム・エー・スミス著の書物「磁
気共鳴イメージング、原理と応用」（“Ｍａｇｎｅｔｉ
ｃ ＲｅｓｏｎａｎｃｅＩｍａｇｉｎｇ，Ｐｒｉｎｃｉ
ｐｌｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”ｂｙ
Ｄ．Ｎ．Ｋｅａｎ ａｎｄ Ｍ．Ａ．Ｓｍｉｔｈ ）に
記載されている。当業者には周知の通り、他の向きの画
像は勾配方向の回転によって作成することができる。
【０００６】ＮＭＲ画像をそれの数個の化学シフト成分
に「分解」したいことがしばしばある。以後説明のため
に使用する陽子の例の場合には、被検者の水および脂肪
の成分を別々の画像として描きたいことがある。これを
遂行する一つの方法は画像の脂肪と水の成分がそれぞれ
同相とπラジアンの位相外れになった二つの画像Ｓ０
およびＳ−１を取得するものである（ディクソン［Ｄｉ
ｘｏｎ ］の手法）。これらの画像を加算および減算す
ることにより、脂肪と水の別々の画像が得られる。ＮＭ
Ｒ信号を取得する前に、脂肪画像からの信号が水に対し
て丁度πの適正角度だけ進むようにＮＭＲシーケンスの
ＲＦパルスのタイミングを取ることによって画像の脂肪
成分と水成分との間の位相シフトを制御することができ
る。
に「分解」したいことがしばしばある。以後説明のため
に使用する陽子の例の場合には、被検者の水および脂肪
の成分を別々の画像として描きたいことがある。これを
遂行する一つの方法は画像の脂肪と水の成分がそれぞれ
同相とπラジアンの位相外れになった二つの画像Ｓ０
およびＳ−１を取得するものである（ディクソン［Ｄｉ
ｘｏｎ ］の手法）。これらの画像を加算および減算す
ることにより、脂肪と水の別々の画像が得られる。ＮＭ
Ｒ信号を取得する前に、脂肪画像からの信号が水に対し
て丁度πの適正角度だけ進むようにＮＭＲシーケンスの
ＲＦパルスのタイミングを取ることによって画像の脂肪
成分と水成分との間の位相シフトを制御することができ
る。
【０００７】上記の理想的な場合には、ＲＦ送信器の周
波数は水のラーモア周波数に合致するように調製される
。分極磁界Ｂ０ が一様であれば、被検者の全体にわた
ってこの共鳴条件が達成される。同様に、脂肪成分に対
する位相外れ条件（πラジアン）は均質磁界条件下の被
検者のすべての位置に対して達成される。この場合、別
々の画像への分解は、水の画像では脂肪が完全に抑圧さ
れ、脂肪の画像では水が完全に抑圧されるという点で理
想的である。
波数は水のラーモア周波数に合致するように調製される
。分極磁界Ｂ０ が一様であれば、被検者の全体にわた
ってこの共鳴条件が達成される。同様に、脂肪成分に対
する位相外れ条件（πラジアン）は均質磁界条件下の被
検者のすべての位置に対して達成される。この場合、別
々の画像への分解は、水の画像では脂肪が完全に抑圧さ
れ、脂肪の画像では水が完全に抑圧されるという点で理
想的である。
【０００８】しかし、分極磁界が非均質であるときは、
水が共鳴しない被検者の中の位置がある。この場合、分
解の正確さが低下し、水の画像と脂肪の画像には二つの
核種の混和物が含まれる。これは共鳴外れ条件によって
生じるＮＭＲ信号の付加的な位相シフトに由来する。共
鳴外れ条件が持続する程度は一般に知られていない。し
たがって、このような化学シフト「ディクソン」手法の
正確さは信頼できないことがしばしばある。
水が共鳴しない被検者の中の位置がある。この場合、分
解の正確さが低下し、水の画像と脂肪の画像には二つの
核種の混和物が含まれる。これは共鳴外れ条件によって
生じるＮＭＲ信号の付加的な位相シフトに由来する。共
鳴外れ条件が持続する程度は一般に知られていない。し
たがって、このような化学シフト「ディクソン」手法の
正確さは信頼できないことがしばしばある。
【０００９】磁界の非均質性は分極磁界Ｂ０ の不適切
な調整すなわちシミング（ｓｈｉｍｍｉｎｇ）によって
生じることもあるが、より一般的には分極磁界Ｂ０ を
局部的に歪ませる、軟組織と空気との間、または骨と軟
組織との間のようなイメージング対象物の組織の磁化率
の変動によって生じる「減磁」効果によって生じる。こ
れらの減磁効果は空間的な広がりは短いが、大きさが大
きいので、通常の線形または高次のシミング手法によっ
て除去することはできない。
な調整すなわちシミング（ｓｈｉｍｍｉｎｇ）によって
生じることもあるが、より一般的には分極磁界Ｂ０ を
局部的に歪ませる、軟組織と空気との間、または骨と軟
組織との間のようなイメージング対象物の組織の磁化率
の変動によって生じる「減磁」効果によって生じる。こ
れらの減磁効果は空間的な広がりは短いが、大きさが大
きいので、通常の線形または高次のシミング手法によっ
て除去することはできない。
【００１０】しかし、画像の脂肪と水の成分がそれぞれ
同相、πの位相外れ、−πの位相外れとなるように位相
進展時間を調整した三つの画像Ｓ０ ，Ｓ１ およびＳ
−１を使用するイメージング手法によって減磁の影響に
対処することができる。通常の再構成の後の三つの画像
の各々の複素画像は次のように表すことができる。
同相、πの位相外れ、−πの位相外れとなるように位相
進展時間を調整した三つの画像Ｓ０ ，Ｓ１ およびＳ
−１を使用するイメージング手法によって減磁の影響に
対処することができる。通常の再構成の後の三つの画像
の各々の複素画像は次のように表すことができる。
【００１１】
【数５】但し、ρ１ は（実）緩和重みつきスピン密度
、したがって水成分が寄与する画素の振幅であり、ρ２
は（実）緩和重みつきスピン密度、すなわち脂肪成分
が寄与する画素の振幅であり、φ０ は浸透効果、ＲＦ
送信器と受信器との間の位相シフト、および他の系統的
な成分に起因するＲＦの非均質性によって生じるすべて
の取得に共通な位相シフトである。これらの効果は化学
シフトとは無関係であるが、空間的位置によって左右さ
れる。 画像Ｓ１ およびＳ−１では、前に述べたように脂肪と
水との間のπおよび−πの位相シフトのため振幅ρ１
およびρ２ が減算される。位相シフトφはＢ０ の非
均質性によって生じる未知の共鳴オフセットで生じる。 位相オフセットφ０ は、ρｉ の値が実数であるので
、その偏角φ０ を決めることによって式（２）−（４
）から消去することができる。このとき偏角φ０ を式
（２）−（４）から消去することにより、次の式が得ら
れる。
、したがって水成分が寄与する画素の振幅であり、ρ２
は（実）緩和重みつきスピン密度、すなわち脂肪成分
が寄与する画素の振幅であり、φ０ は浸透効果、ＲＦ
送信器と受信器との間の位相シフト、および他の系統的
な成分に起因するＲＦの非均質性によって生じるすべて
の取得に共通な位相シフトである。これらの効果は化学
シフトとは無関係であるが、空間的位置によって左右さ
れる。 画像Ｓ１ およびＳ−１では、前に述べたように脂肪と
水との間のπおよび−πの位相シフトのため振幅ρ１
およびρ２ が減算される。位相シフトφはＢ０ の非
均質性によって生じる未知の共鳴オフセットで生じる。 位相オフセットφ０ は、ρｉ の値が実数であるので
、その偏角φ０ を決めることによって式（２）−（４
）から消去することができる。このとき偏角φ０ を式
（２）−（４）から消去することにより、次の式が得ら
れる。
【００１２】
【数６】
ρ１ およびρ２ の値は次のように式（２′）−（４
′）に従ってＳ０ ′，Ｓ１ ′およびＳ−１′の測定
値から決めることができる。
′）に従ってＳ０ ′，Ｓ１ ′およびＳ−１′の測定
値から決めることができる。
【００１３】
【数７】
但し、ｓは「スイッチ関数」であり、＋１または−１で
あるので、平方根の符号を決める。平方根の符号の選択
は難しい。これは減磁効果が局部分極磁界Ｂ０ の急激
な変化を生じることがあり、これによってスイッチ関数
の値が画素ごとに変わるからである。
あるので、平方根の符号を決める。平方根の符号の選択
は難しい。これは減磁効果が局部分極磁界Ｂ０ の急激
な変化を生じることがあり、これによってスイッチ関数
の値が画素ごとに変わるからである。
【００１４】
【発明の概要】本発明はＮＭＲ画像を異なる化学種の別
々の画像に明確に分解するのに必要な各画素に対するス
イッチ関数の値を決める方法を提供する。スイッチ関数
はＢ０ 画像の位相角から決められ、位相角には通常、
２πラジアンごとに「重なり合い」（ｗｒａｐ ａｒｏ
ｕｎｄ ）が生じる。本発明はこの重なり合いを検出し
て補正する二つの方法を提供する。これらの方法はＮＭ
Ｒ画像を分解する際、第一および第二のステップとして
使用することが好ましい。
々の画像に明確に分解するのに必要な各画素に対するス
イッチ関数の値を決める方法を提供する。スイッチ関数
はＢ０ 画像の位相角から決められ、位相角には通常、
２πラジアンごとに「重なり合い」（ｗｒａｐ ａｒｏ
ｕｎｄ ）が生じる。本発明はこの重なり合いを検出し
て補正する二つの方法を提供する。これらの方法はＮＭ
Ｒ画像を分解する際、第一および第二のステップとして
使用することが好ましい。
【００１５】第一の方法はＢ０ 画像に低次多項式を当
てはめてＢ０ 画像から低次多項式を減算することによ
り、Ｂ０ 画像から低空間次の位相シフトを除去する。 結果として得られる位相画像のダイナミックレンジが小
さくなるので、重なり合いの生起が減少する。
てはめてＢ０ 画像から低次多項式を減算することによ
り、Ｂ０ 画像から低空間次の位相シフトを除去する。 結果として得られる位相画像のダイナミックレンジが小
さくなるので、重なり合いの生起が減少する。
【００１６】詳しく述べると、第一および第二の化学種
を含む身体から三つの複素ＮＭＲ多画素画像Ｓ０ ，Ｓ
１ およびＳ−１が取得され、三つの画像の相対位相は
０，π，および−πとなる。次にこれらの画像を組み合
わせることにより、未補正画像Ｂ０ が作成される。Ｂ
０画像の連続部分に低次表面が当てはめられ、低次表面
とＢ０ 画像との差を計算することにより、補正された
Ｂ０ 画像が作成される。最後に、スイッチ関数が補正
されたＢ０ 画像の関数として決定される。このスイッ
チ関数を使うことにより、化学種画像の各画素の支配的
な化学種が識別される。
を含む身体から三つの複素ＮＭＲ多画素画像Ｓ０ ，Ｓ
１ およびＳ−１が取得され、三つの画像の相対位相は
０，π，および−πとなる。次にこれらの画像を組み合
わせることにより、未補正画像Ｂ０ が作成される。Ｂ
０画像の連続部分に低次表面が当てはめられ、低次表面
とＢ０ 画像との差を計算することにより、補正された
Ｂ０ 画像が作成される。最後に、スイッチ関数が補正
されたＢ０ 画像の関数として決定される。このスイッ
チ関数を使うことにより、化学種画像の各画素の支配的
な化学種が識別される。
【００１７】したがって、本発明の一つの目的は化学種
によって分解される画像の化学種相互を曖昧さなしに区
別し得るスイッチ関数を作成することである。
によって分解される画像の化学種相互を曖昧さなしに区
別し得るスイッチ関数を作成することである。
【００１８】Ｂ０ 画像の連続部分への低次表面の当て
はめは、Ｂ０ 画像を空間微分して微分画像を作成し、
各画素での微分画像の値を所定の閾値と比較して重み関
数を作成し、不連続な重なり合い点を識別して捨てるた
めにその閾値を通過した場合にその画素に対する重み関
数を零に設定することにより行うことができる。重みつ
き曲線当てはめプロセスで重み関数を使って、微分され
たＢ０ 画像に微分された多項式を当てはめることがで
きる。 次にこの微分された多項式を積分することにより低次表
面を作成する。
はめは、Ｂ０ 画像を空間微分して微分画像を作成し、
各画素での微分画像の値を所定の閾値と比較して重み関
数を作成し、不連続な重なり合い点を識別して捨てるた
めにその閾値を通過した場合にその画素に対する重み関
数を零に設定することにより行うことができる。重みつ
き曲線当てはめプロセスで重み関数を使って、微分され
たＢ０ 画像に微分された多項式を当てはめることがで
きる。 次にこの微分された多項式を積分することにより低次表
面を作成する。
【００１９】したがって、本発明の一つの目的はＢ０
画像の「重なり合い」を識別し、必要に応じてＢ０ 画
像の範囲を拡張することによりスイッチ関数を作成する
手段を提供することである。Ｂ０ 画像の微分によって
重なり合い点の識別が容易になり、低次表面がＢ０ 画
像から減算するための基線を提供することにより重なり
合いの問題が低減される。
画像の「重なり合い」を識別し、必要に応じてＢ０ 画
像の範囲を拡張することによりスイッチ関数を作成する
手段を提供することである。Ｂ０ 画像の微分によって
重なり合い点の識別が容易になり、低次表面がＢ０ 画
像から減算するための基線を提供することにより重なり
合いの問題が低減される。
【００２０】第一の方法に続き得る、Ｂ０ 画像を補正
する第二の方法は前の画素から後続の画素の位相を予測
する。重なり合いはその画素の位相の予測値と実際値と
の間の差によって検出される。
する第二の方法は前の画素から後続の画素の位相を予測
する。重なり合いはその画素の位相の予測値と実際値と
の間の差によって検出される。
【００２１】第二の方法では、初期位相値に対してＢ０
画像の開始画素が使用される。隣接する画素の位相値
が予測され、隣接画素の実際の位相値と比較される。予
測値と実際値との差が所定の閾値より大きければ、隣接
画素の位相が２πだけ補正されることにより、補正済み
の位相値が作成される。画像全体にわたって補正済みの
位相値が得られるまで、このプロセスが反復される。
画像の開始画素が使用される。隣接する画素の位相値
が予測され、隣接画素の実際の位相値と比較される。予
測値と実際値との差が所定の閾値より大きければ、隣接
画素の位相が２πだけ補正されることにより、補正済み
の位相値が作成される。画像全体にわたって補正済みの
位相値が得られるまで、このプロセスが反復される。
【００２２】したがって、本発明のもう一つの目的は、
Ｂ０ 画像が早く変わるので微分によって不連続が容易
に識別されないときにＢ０ 画像の重なり合いを補正す
る方法を提供することである。
Ｂ０ 画像が早く変わるので微分によって不連続が容易
に識別されないときにＢ０ 画像の重なり合いを補正す
る方法を提供することである。
【００２３】本発明の上記および他の目的および利点は
以下の説明から明らかとなろう。説明では付図を参照す
るが、付図は本明細書の一部を構成し、本発明の一実施
例を図示している。しかし、このような実施例は必ずし
も本発明の全範囲を表すものではないので、本発明の範
囲の解釈に当たっては請求の範囲を参照すべきである。
以下の説明から明らかとなろう。説明では付図を参照す
るが、付図は本明細書の一部を構成し、本発明の一実施
例を図示している。しかし、このような実施例は必ずし
も本発明の全範囲を表すものではないので、本発明の範
囲の解釈に当たっては請求の範囲を参照すべきである。
【００２４】
【実施例の説明】図１には本発明の実施に適した型のＮ
ＭＲイメージングシステムが示されている。このＮＭＲ
イメージングシステムに含まれているコンピュータ１０
はパルス制御モジュール１２を介して勾配コイル電力増
幅器１４を制御する。パルス制御モジュール１２および
勾配増幅器１４は共同して、スピンエコーのパルスシー
ケンスのための後述するような適切な勾配波形Ｇｘ ，
Ｇｙ ，およびＧｚ を作成する。勾配波形は磁石３４
の内腔のまわりに配置された勾配コイル４０に接続され
ているので、勾配Ｇｘ ，Ｇｙ ，およびＧｚ がそれ
らのそれぞれの軸に沿って磁石３４からの分極磁界Ｂ０
に印加される。
ＭＲイメージングシステムが示されている。このＮＭＲ
イメージングシステムに含まれているコンピュータ１０
はパルス制御モジュール１２を介して勾配コイル電力増
幅器１４を制御する。パルス制御モジュール１２および
勾配増幅器１４は共同して、スピンエコーのパルスシー
ケンスのための後述するような適切な勾配波形Ｇｘ ，
Ｇｙ ，およびＧｚ を作成する。勾配波形は磁石３４
の内腔のまわりに配置された勾配コイル４０に接続され
ているので、勾配Ｇｘ ，Ｇｙ ，およびＧｚ がそれ
らのそれぞれの軸に沿って磁石３４からの分極磁界Ｂ０
に印加される。
【００２５】パルス制御モジュール１２はＲＦトランシ
ーバシステムの一部である無線周波数シンセサイザ１８
の制御も行う。ＲＦトランシーバシステムの構成要素は
破線のブロック３６で囲まれている。パルス制御モジュ
ール１２は無線周波数シンセサイザ１８の出力を変調す
るＲＦ変調器２０の制御も行う。その結果得られたＲＦ
信号は電力増幅器２２によって増幅され、送／受スイッ
チ２４を介してＲＦコイル２６に印加された後、イメー
ジング対象物（図示しない）の核スピンを励起するため
に使用される。
ーバシステムの一部である無線周波数シンセサイザ１８
の制御も行う。ＲＦトランシーバシステムの構成要素は
破線のブロック３６で囲まれている。パルス制御モジュ
ール１２は無線周波数シンセサイザ１８の出力を変調す
るＲＦ変調器２０の制御も行う。その結果得られたＲＦ
信号は電力増幅器２２によって増幅され、送／受スイッ
チ２４を介してＲＦコイル２６に印加された後、イメー
ジング対象物（図示しない）の核スピンを励起するため
に使用される。
【００２６】イメージング対象物の励起された核からの
ＮＭＲ信号はＲＦコイル２６によってピックアップされ
、送／受スイッチ２４を介して前置増幅器２８に与えら
れ、増幅された後、直角位相検出器３０によって処理さ
れる。検出された信号は高速Ａ／Ｄ変換器３２によって
ディジタル化され、コンピュータ１０に送られて、そこ
で処理されて、対象物のＮＭＲ画像が作成される。
ＮＭＲ信号はＲＦコイル２６によってピックアップされ
、送／受スイッチ２４を介して前置増幅器２８に与えら
れ、増幅された後、直角位相検出器３０によって処理さ
れる。検出された信号は高速Ａ／Ｄ変換器３２によって
ディジタル化され、コンピュータ１０に送られて、そこ
で処理されて、対象物のＮＭＲ画像が作成される。
【００２７】以下の説明では、上記の装置で作成され、
本発明に使用するのに適したスピンエコーパルスシーケ
ンスについて考える。しかし当業者には明らかなように
、本発明には他のパルスシーケンスを使用することもで
きる。
本発明に使用するのに適したスピンエコーパルスシーケ
ンスについて考える。しかし当業者には明らかなように
、本発明には他のパルスシーケンスを使用することもで
きる。
【００２８】図２に示すように、スピンエコーのパルス
シーケンスは狭帯域の無線周波数（ＲＦ）パルス５０の
送出で始まる。この初期ＲＦパルス５０のエネルギーお
よび位相を制御することにより、それの終了時に個々の
核の磁気モーメントがｘ−ｙ平面の中でｚ軸を中心とし
て歳差運動を行うようにすることができる。このような
エネルギーと継続時間のパルスは９０°ＲＦパルスと呼
ばれる。
シーケンスは狭帯域の無線周波数（ＲＦ）パルス５０の
送出で始まる。この初期ＲＦパルス５０のエネルギーお
よび位相を制御することにより、それの終了時に個々の
核の磁気モーメントがｘ−ｙ平面の中でｚ軸を中心とし
て歳差運動を行うようにすることができる。このような
エネルギーと継続時間のパルスは９０°ＲＦパルスと呼
ばれる。
【００２９】ＲＦパルス５０とｚ軸勾配パルスＧｚ （
図示しない）とを組み合わせた結果として、ｘ−ｙ平面
に沿ったイメージング対象物の狭いスライスの核スピン
が励起されて共鳴する。組み合わさった磁界Ｇｚ およ
びＢ０ のもとでの、ＲＦパルス５０の周波数に等しい
ラーモア周波数のスピンだけが励起される。したがって
、スライスの位置は勾配Ｇｚ のオフセットまたはＲＦ
周波数によって制御することができる。
図示しない）とを組み合わせた結果として、ｘ−ｙ平面
に沿ったイメージング対象物の狭いスライスの核スピン
が励起されて共鳴する。組み合わさった磁界Ｇｚ およ
びＢ０ のもとでの、ＲＦパルス５０の周波数に等しい
ラーモア周波数のスピンだけが励起される。したがって
、スライスの位置は勾配Ｇｚ のオフセットまたはＲＦ
周波数によって制御することができる。
【００３０】９０°ＲＦパルス５０の後、ある化学種の
スピンを他に比べて速く歳差運動させる化学シフトに従
って、歳差運動するスピンは位相外しされ始める。９０
°ＲＦパルス５０の印加から時間ＴＥ／２後に、１８０
°ＲＦパルス５４を印加することができる。これはスピ
ンの位相戻しを行う効果があり、９０°ＲＦパルス５０
から時間ＴＥ後にスピンエコー５６を生じさせる。この
スピンエコー信号５６は読み出し勾配５３の間に取得さ
れる。
スピンを他に比べて速く歳差運動させる化学シフトに従
って、歳差運動するスピンは位相外しされ始める。９０
°ＲＦパルス５０の印加から時間ＴＥ／２後に、１８０
°ＲＦパルス５４を印加することができる。これはスピ
ンの位相戻しを行う効果があり、９０°ＲＦパルス５０
から時間ＴＥ後にスピンエコー５６を生じさせる。この
スピンエコー信号５６は読み出し勾配５３の間に取得さ
れる。
【００３１】当業者には理解されるように、９０°ＲＦ
パルス５０の後ではあるが読み出し勾配の前に位相外し
パルス５２が印加されることにより、スピンエコーは読
み出し勾配の中心に位置することになる。
パルス５０の後ではあるが読み出し勾配の前に位相外し
パルス５２が印加されることにより、スピンエコーは読
み出し勾配の中心に位置することになる。
【００３２】時点ＴＥ／２を中心とする１８０°ＲＦパ
ルス５４で、脂肪と水の陽子スピンは完全に位相戻しさ
れるので、スピンエコー５６の時点に相互の間に位相シ
フトは無い。このタイミングでＳ０ 信号が生じる。し
かし、１８０°ＲＦパルス５４の時点は時点ＴＥ／２か
ら時間τだけ前または後ろにシフトし得る。この場合、
脂肪と水の陽子のスピンは同相でなく、相互に２τωｃ
ｓだけシフトされる。但し、ωｃｓは水と脂肪のラーモ
ア周波数の差である。τをπ／２ωｃｓに等しく選定す
れば、脂肪と水の陽子スピンは相互にπおよび−πだけ
シフトされ、Ｓ１ およびＳ−１信号が作成される。
ルス５４で、脂肪と水の陽子スピンは完全に位相戻しさ
れるので、スピンエコー５６の時点に相互の間に位相シ
フトは無い。このタイミングでＳ０ 信号が生じる。し
かし、１８０°ＲＦパルス５４の時点は時点ＴＥ／２か
ら時間τだけ前または後ろにシフトし得る。この場合、
脂肪と水の陽子のスピンは同相でなく、相互に２τωｃ
ｓだけシフトされる。但し、ωｃｓは水と脂肪のラーモ
ア周波数の差である。τをπ／２ωｃｓに等しく選定す
れば、脂肪と水の陽子スピンは相互にπおよび−πだけ
シフトされ、Ｓ１ およびＳ−１信号が作成される。
【００３３】当業者には理解されるように、上記のシー
ケンスは異なるＧｙ勾配パルス５７で反復され、三つの
ＮＭＲデータセットが取得される。この三つのＮＭＲデ
ータセットから、フーリエ変換を使用する通常の再構成
技術に従って、イメージング対象物の断層撮影像Ｓ０
，Ｓ１ およびＳ−１を再構成することができる。
ケンスは異なるＧｙ勾配パルス５７で反復され、三つの
ＮＭＲデータセットが取得される。この三つのＮＭＲデ
ータセットから、フーリエ変換を使用する通常の再構成
技術に従って、イメージング対象物の断層撮影像Ｓ０
，Ｓ１ およびＳ−１を再構成することができる。
【００３４】上記のように、三つの波形を使うことによ
り脂肪と水の陽子の画像を分解する手法の欠点はスイッ
チ関数ｓが知られていないということである。式（５）
および（６）から、スイッチ関数ｓの符号はρ１ およ
びρ２ の相対的な大きさを知ることによって決定し得
ることがわかる。また、ρ１ およびρ２ の相対的に
大きさを確かめるのに必要な情報は式（３′）または（
４′）から決定することができる。すなわち、式（４′
）により、次式が得られる。
り脂肪と水の陽子の画像を分解する手法の欠点はスイッ
チ関数ｓが知られていないということである。式（５）
および（６）から、スイッチ関数ｓの符号はρ１ およ
びρ２ の相対的な大きさを知ることによって決定し得
ることがわかる。また、ρ１ およびρ２ の相対的に
大きさを確かめるのに必要な情報は式（３′）または（
４′）から決定することができる。すなわち、式（４′
）により、次式が得られる。
【００３５】
（ρ１ −ρ２ ）＝Ｓ−１′ｅｉ（−φ）
（７）Ｓ
−１′の値は既知の測定量であるので、ρ１ およびρ
２ の相対的な大きさ、したがってスイッチ関数値はφ
が決定できれば決定することができる。以下に説明する
ように、φが±π／２の範囲内にあれば、Ｓ１ ′Ｓ−
１′＊ に等しいＢ０ 画像からφを決定することがで
きる。この範囲を拡張するため、二つの手法を使って±
π／２の値でφの「重なり合い」を検出して、これを補
正する。φの拡張値を使ってスイッチ関数を決定するこ
とができる。
（７）Ｓ
−１′の値は既知の測定量であるので、ρ１ およびρ
２ の相対的な大きさ、したがってスイッチ関数値はφ
が決定できれば決定することができる。以下に説明する
ように、φが±π／２の範囲内にあれば、Ｓ１ ′Ｓ−
１′＊ に等しいＢ０ 画像からφを決定することがで
きる。この範囲を拡張するため、二つの手法を使って±
π／２の値でφの「重なり合い」を検出して、これを補
正する。φの拡張値を使ってスイッチ関数を決定するこ
とができる。
【００３６】Ｉ．Ｂ０ 画像の決定図３に示すように、
各画素に対するφの値を決定する第一のステップはプロ
セスブロック６０により画素Ｓ０ ，Ｓ１ およびＳ−
１を含む画像Ｓ０ ，Ｓ１ およびＳ−１を得るもので
ある。次にプロセスブロック６２で、画素毎に画像Ｓ１
に画像Ｓ−１の共役複素数を乘算して偏角を抽出する
ことによりＢ０ 画像φｍ が作成される。すなわち、 φｍ ＝ａｒｇ（Ｓ１ ′Ｓ−１′＊ ）＝ａ
ｒｇ（Ｓ１ Ｓ−１′＊ ） （８）または式（３）
および（４）により、 φｍ ＝ａｒｇ（［（ρ１ −ρ２ ）ｅｉ（φ）］［
（ρ１ −ρ２ ）ｅｉ（φ）］）
（９） φｍ ＝ａｒｇ（（ρ１ −ρ２ ）
２ ｅｉ２φ）
（１０）したがって、Ｂ０ 画像を使って次のようにφ
を決定することができる。
各画素に対するφの値を決定する第一のステップはプロ
セスブロック６０により画素Ｓ０ ，Ｓ１ およびＳ−
１を含む画像Ｓ０ ，Ｓ１ およびＳ−１を得るもので
ある。次にプロセスブロック６２で、画素毎に画像Ｓ１
に画像Ｓ−１の共役複素数を乘算して偏角を抽出する
ことによりＢ０ 画像φｍ が作成される。すなわち、 φｍ ＝ａｒｇ（Ｓ１ ′Ｓ−１′＊ ）＝ａ
ｒｇ（Ｓ１ Ｓ−１′＊ ） （８）または式（３）
および（４）により、 φｍ ＝ａｒｇ（［（ρ１ −ρ２ ）ｅｉ（φ）］［
（ρ１ −ρ２ ）ｅｉ（φ）］）
（９） φｍ ＝ａｒｇ（（ρ１ −ρ２ ）
２ ｅｉ２φ）
（１０）したがって、Ｂ０ 画像を使って次のようにφ
を決定することができる。
【００３７】
φｍ ＝２φ
（１１）ここで注意すべきことは、三角関
数の周期性の結果、Ｂ０ 画像が一意に定められるのは
｜φ｜≦π／２の場合だけであるということである。φ
がπ／２より大きいか、または−π／２より小さい場合
、φｍ が「重なり合い」、したがってφは曖昧となる
。図４（ａ）に示すように、この重なり合い６１は式（
１１）によりφｍ ＝πおよびφｍ ＝−πで生じる。 一般に、πから−πまでのこの範囲は、Ｂ０ の変化に
よって生じる周波数シフトをωｃｓ／２より小さくしな
ければならないので、余りに限定的である。
（１１）ここで注意すべきことは、三角関
数の周期性の結果、Ｂ０ 画像が一意に定められるのは
｜φ｜≦π／２の場合だけであるということである。φ
がπ／２より大きいか、または−π／２より小さい場合
、φｍ が「重なり合い」、したがってφは曖昧となる
。図４（ａ）に示すように、この重なり合い６１は式（
１１）によりφｍ ＝πおよびφｍ ＝−πで生じる。 一般に、πから−πまでのこの範囲は、Ｂ０ の変化に
よって生じる周波数シフトをωｃｓ／２より小さくしな
ければならないので、余りに限定的である。
【００３８】重なり合い６１は２段階のプロセスで除去
される。第一の段階は図３および４（ａ）−（ｃ）に示
され、第二の段階は図５−８に示されている。
される。第一の段階は図３および４（ａ）−（ｃ）に示
され、第二の段階は図５−８に示されている。
【００３９】ＩＩ．多項式減算による位相補正やはり図
３のプロセスブロック６２に示すように、Ｂ０ 画像φ
ｍをｘおよびｙについて微分することにより微分画像が
作成される。微分画像では、重なり合い６１は大きさが
大きく、狭いスパイクとして現れる。これらのスパイク
は閾値プロセスで容易に識別され、後述する曲線当ては
めでは零の重みを与えられる。
３のプロセスブロック６２に示すように、Ｂ０ 画像φ
ｍをｘおよびｙについて微分することにより微分画像が
作成される。微分画像では、重なり合い６１は大きさが
大きく、狭いスパイクとして現れる。これらのスパイク
は閾値プロセスで容易に識別され、後述する曲線当ては
めでは零の重みを与えられる。
【００４０】
φｆｘ（ｘ）＝ｐ３ （ｘ−ｘ０ ）３ ＋ｐ２ （ｘ
−ｘ０ ）２ ＋ｐ１ （ｘ−ｘ０ ）＋ｐ０ の形式の多項式φ１ を微分することにより、次式が得
られる。
−ｘ０ ）２ ＋ｐ１ （ｘ−ｘ０ ）＋ｐ０ の形式の多項式φ１ を微分することにより、次式が得
られる。
【００４１】
【数８】
これがプロセスブロック６４で示されるようにｘ軸に対
するφｍ の導関数に当てはめられる。値ｘ０ および
対応する値ｙ０ は後で更に詳しく説明するように画像
の重心の座標である。この曲線当てはめは当業者には充
分に理解されるように重みつき最小自乗法によって行わ
れる。 ここで、重みは特定の画素に於けるＳ０ ′画像の振幅
の関数とすぐ上に述べた閾値プロセスで作成される重み
との積である。すべてのｙ線にわたって平均して係数ｐ
３ ，ｐ２ およびｐ１ を作成することにより、係数
が定められる。次に多項式
するφｍ の導関数に当てはめられる。値ｘ０ および
対応する値ｙ０ は後で更に詳しく説明するように画像
の重心の座標である。この曲線当てはめは当業者には充
分に理解されるように重みつき最小自乗法によって行わ
れる。 ここで、重みは特定の画素に於けるＳ０ ′画像の振幅
の関数とすぐ上に述べた閾値プロセスで作成される重み
との積である。すべてのｙ線にわたって平均して係数ｐ
３ ，ｐ２ およびｐ１ を作成することにより、係数
が定められる。次に多項式
【００４２】
【数９】
を使って一定のｘの値の線に対してこのプロセスが繰り
返される。
返される。
【００４３】プロセスブロック６６で式（１２）および
（１３）の当てはめ関数を積分することにより、次式の
形式の三次多項式φ１ の係数が定められる。
（１３）の当てはめ関数を積分することにより、次式の
形式の三次多項式φ１ の係数が定められる。
【００４４】
【数１０】
値ｃはφｍ （ｘ０ ，ｙ０ ）に等しく設定される。
この多項式表面は図４（ａ）に示すように重なり合い６
１を無視すれば、微分していないＢ０ 画像φｍ に合
致する。
１を無視すれば、微分していないＢ０ 画像φｍ に合
致する。
【００４５】プロセスブロック６８および７６は共同し
てループを構成する。このループには、Ｂ０ 画像の各
画素を順次補正するプロセスブロック７０−７４が含ま
れている。
てループを構成する。このループには、Ｂ０ 画像の各
画素を順次補正するプロセスブロック７０−７４が含ま
れている。
【００４６】プロセスブロック７０では、差関数Δφが
次式のように計算される。
次式のように計算される。
【００４７】
Δφ＝φｍ −φｆ
（１５）図４（ｂ）に示すように関数Δφ（ｘ
，ｙ）において、重なり合い点６１が曖昧でなく、判定
ブロック７２で検出することができる。判定ブロック７
２は大きさが２πより大きいΔφの部分を識別する。こ
れらの部分は、その部分でのΔφの符号に応じてこれら
の部分の値に２πを加算または減算することによりプロ
セスブロック７４で補正される。補正された画像φｃｏ
ｒｒが重なり合い６１無しにΔφに等しく作成される。 φを決めるため、式１１および１５に従ってプロセスブ
ロック７８で各画素に於いて、補正された画像φｃｏｒ
ｒ（ｘ，ｙ）が半分とされ、［φｆ （ｘ，ｙ）］／２
が加算される。これにより、図４（ｃ）に示すように位
相画像φが作成される。
（１５）図４（ｂ）に示すように関数Δφ（ｘ
，ｙ）において、重なり合い点６１が曖昧でなく、判定
ブロック７２で検出することができる。判定ブロック７
２は大きさが２πより大きいΔφの部分を識別する。こ
れらの部分は、その部分でのΔφの符号に応じてこれら
の部分の値に２πを加算または減算することによりプロ
セスブロック７４で補正される。補正された画像φｃｏ
ｒｒが重なり合い６１無しにΔφに等しく作成される。 φを決めるため、式１１および１５に従ってプロセスブ
ロック７８で各画素に於いて、補正された画像φｃｏｒ
ｒ（ｘ，ｙ）が半分とされ、［φｆ （ｘ，ｙ）］／２
が加算される。これにより、図４（ｃ）に示すように位
相画像φが作成される。
【００４８】上記の位相画像φ（ｘ，ｙ）を決める方法
は、当てはめ関数φｆ （ｘ，ｙ）が空間的に速い位相
変化に追従することができないＢ０領域に対して、ある
いは位相の重なり合い６１が２πを超えるときは、失敗
することがある。これらの理由のため、上記の第一段階
で作成される位相画像φ（ｘ，ｙ）に対して次に述べる
プロセスの第二段階が行なわれる。
は、当てはめ関数φｆ （ｘ，ｙ）が空間的に速い位相
変化に追従することができないＢ０領域に対して、ある
いは位相の重なり合い６１が２πを超えるときは、失敗
することがある。これらの理由のため、上記の第一段階
で作成される位相画像φ（ｘ，ｙ）に対して次に述べる
プロセスの第二段階が行なわれる。
【００４９】ＩＩＩ ．傾向分析（ｔｒｅｎｄ ａｎａ
ｌｙｓｉｓ）を使用する位相補正 第二の段階では、前の画素に基づいて指数予測により位
相画像の各画素の位相が予測される。予測と実際に測定
された位相との間の偏差を使うことにより、前は検出さ
れなかった重なり合い点６１が検出され、２πを加算ま
たは減算することにより「重なり合った」画素の重なり
合いが除去される。
ｌｙｓｉｓ）を使用する位相補正 第二の段階では、前の画素に基づいて指数予測により位
相画像の各画素の位相が予測される。予測と実際に測定
された位相との間の偏差を使うことにより、前は検出さ
れなかった重なり合い点６１が検出され、２πを加算ま
たは減算することにより「重なり合った」画素の重なり
合いが除去される。
【００５０】図５および７を参照して説明する。第二段
階の第一ステップでは、プロセスブロック１００に示す
ように、Ｓ０ ′画像の振幅の重心（ｘ０ ，ｙ０ ）
が見出される。
階の第一ステップでは、プロセスブロック１００に示す
ように、Ｓ０ ′画像の振幅の重心（ｘ０ ，ｙ０ ）
が見出される。
【００５１】詳しく述べると、ｘ０ およびｙ０ が次
のように計算される。
のように計算される。
【００５２】
【数１１】
次に、重心に交差する一定のｙの線（ｙ０ 線）に沿っ
て、最大位相の点ｘ１ が識別され、この線に沿ったφ
（ｘ，ｙ０ ）の値が次のように決められる。現在の画
素として、ｙ０ に於ける最大強度の画素（ｘ１ ，ｙ
０ ）から出発して、３画素×３画素のマトリックス（
ｘ１ −１≦ｘ≦ｘ１ ＋１，ｙ０ −１≦ｙ≦ｙ０
＋１）の平均位相が平均化によって決められる。重なり
合いの不連続を避けるように注意が払われている。すな
わち、各画素にπオフセットを加えて第二の平均を行い
、ステップ７０，７２，および７４と同様に２πを加算
または減算することにより結果が±πの範囲内に入るよ
うに調整し、前の平均群で規定される平らな表面に当て
はめられた最小χ２ を有する平均を選択する。この方
法によって決められる位相の値が画素（ｘ１ ，ｙ０
）に対する開始位相φ０ となる。
て、最大位相の点ｘ１ が識別され、この線に沿ったφ
（ｘ，ｙ０ ）の値が次のように決められる。現在の画
素として、ｙ０ に於ける最大強度の画素（ｘ１ ，ｙ
０ ）から出発して、３画素×３画素のマトリックス（
ｘ１ −１≦ｘ≦ｘ１ ＋１，ｙ０ −１≦ｙ≦ｙ０
＋１）の平均位相が平均化によって決められる。重なり
合いの不連続を避けるように注意が払われている。すな
わち、各画素にπオフセットを加えて第二の平均を行い
、ステップ７０，７２，および７４と同様に２πを加算
または減算することにより結果が±πの範囲内に入るよ
うに調整し、前の平均群で規定される平らな表面に当て
はめられた最小χ２ を有する平均を選択する。この方
法によって決められる位相の値が画素（ｘ１ ，ｙ０
）に対する開始位相φ０ となる。
【００５３】次に、ｙ０ の線およびその線に対する点
ｘ１ から出発して、漸進的なｙ線の重なり合いが除去
される。図８に示すように、重なり合いを除去すべき線
のｙの値を逐次減少させるためのプロセスブロック１０
４および１１２で形成されるループにより、ｙ０ 線お
よびその下でこれらの線が解析される。このループの中
のプロセスブロック１０６で示されるように、再び各線
の最大位相値ｘ１ が決められる。そして図８の矢印Ｉ
Ｉで示すように画素ｘ１ から右に画像境界まで、図５
のプロセスブロック１０８により、線の重なり合いが除
去される。次に、図８の矢印ＩＩＩ で示すように画素
ｘ１ から左に向かって、図５のプロセスブロック１１
０により、線の重なり合いが除去される。続いて、次の
下のｙ線の重なり合いが除去され、前に述べたように図
５のプロセスブロック１０４および１１２のループに従
って図８の矢印Ｉで示される方法に向かって上記のプロ
セスが繰り返される。
ｘ１ から出発して、漸進的なｙ線の重なり合いが除去
される。図８に示すように、重なり合いを除去すべき線
のｙの値を逐次減少させるためのプロセスブロック１０
４および１１２で形成されるループにより、ｙ０ 線お
よびその下でこれらの線が解析される。このループの中
のプロセスブロック１０６で示されるように、再び各線
の最大位相値ｘ１ が決められる。そして図８の矢印Ｉ
Ｉで示すように画素ｘ１ から右に画像境界まで、図５
のプロセスブロック１０８により、線の重なり合いが除
去される。次に、図８の矢印ＩＩＩ で示すように画素
ｘ１ から左に向かって、図５のプロセスブロック１１
０により、線の重なり合いが除去される。続いて、次の
下のｙ線の重なり合いが除去され、前に述べたように図
５のプロセスブロック１０４および１１２のループに従
って図８の矢印Ｉで示される方法に向かって上記のプロ
セスが繰り返される。
【００５４】画像の下部の重なり合いを除去したとき、
図５のプロセスブロック１１４および１２２で形成され
るループに従ってｙ０ 線より上の後続のｙ線の重なり
合いが除去される。プロセスブロック１１６で示される
ように、各線の重心および最大位相値ｘ１ が決められ
る。 このようなｙ線の各々に対する位相の重なり合い除去は
まず図５のプロセスブロック１１８に従って画素ｘ１
から図８の矢印Ｖで示される方向に沿って、次に図５の
プロセスブロック１２０に従って図８の矢印ＶＩで示さ
れる方向に行われる。図５のプロセスブロック１１４お
よび１２２のループに従って図８の矢印ＩＶで示される
ように、より高いｙ線に対してこのプロセスが繰り返さ
れ、やがて画像の上のへりに達する。
図５のプロセスブロック１１４および１２２で形成され
るループに従ってｙ０ 線より上の後続のｙ線の重なり
合いが除去される。プロセスブロック１１６で示される
ように、各線の重心および最大位相値ｘ１ が決められ
る。 このようなｙ線の各々に対する位相の重なり合い除去は
まず図５のプロセスブロック１１８に従って画素ｘ１
から図８の矢印Ｖで示される方向に沿って、次に図５の
プロセスブロック１２０に従って図８の矢印ＶＩで示さ
れる方向に行われる。図５のプロセスブロック１１４お
よび１２２のループに従って図８の矢印ＩＶで示される
ように、より高いｙ線に対してこのプロセスが繰り返さ
れ、やがて画像の上のへりに達する。
【００５５】図６に示すように、プロセスブロック１１
０，１１８および１２０でも使用されるプロセスを代表
するプロセスブロック１０８の重なり合い除去プロセス
では画素ｘ１ に隣接する画素から始めて、与えられた
ｙ線上の各画素の位相が検査される。この検査はプロセ
スブロック１３０および１５０で形成されるループによ
って制御される。プロセスブロック１３２で表されるこ
のループの中の第一のステップは次式のように前の画素
を参照することにより現在の画素での位相φｐ を予測
するものである。 φｐ （ｘ，ｙ）＝（１−α′）
（１８
）但し、 １−α′＝（１−α）［（｜Ｓ０ ′（ｘ，ｙ）｜／｜
Ｓ０ ′（ｘｍ ，ｙ）｜）］
（
１９）α＝０．６
（２０）ｘｍ は最大振幅｜Ｓ０ ′
｜の現在の線上の画素である。 このステップは重みつき傾向予測である。
０，１１８および１２０でも使用されるプロセスを代表
するプロセスブロック１０８の重なり合い除去プロセス
では画素ｘ１ に隣接する画素から始めて、与えられた
ｙ線上の各画素の位相が検査される。この検査はプロセ
スブロック１３０および１５０で形成されるループによ
って制御される。プロセスブロック１３２で表されるこ
のループの中の第一のステップは次式のように前の画素
を参照することにより現在の画素での位相φｐ を予測
するものである。 φｐ （ｘ，ｙ）＝（１−α′）
（１８
）但し、 １−α′＝（１−α）［（｜Ｓ０ ′（ｘ，ｙ）｜／｜
Ｓ０ ′（ｘｍ ，ｙ）｜）］
（
１９）α＝０．６
（２０）ｘｍ は最大振幅｜Ｓ０ ′
｜の現在の線上の画素である。 このステップは重みつき傾向予測である。
【００５６】通常レベルの当業者には明らかなように、
０≦α≦１であるようなαの他の値を選択してもよい。 αの値が大きいと、実際に測定される位相φに、より遅
く合致する予測値φｐ が得られる。画像の振幅｜Ｓ０
′｜でαを重みつけすることにより、予測値φｐ は
振幅が小さいときφのじかの位相情報を殆ど使わず、そ
のかわりに、振幅が大きい先行する画素からの平均を保
持し、信号が小さい所の画像中の「孔」にわたっても位
相の傾向に追従することができる。
０≦α≦１であるようなαの他の値を選択してもよい。 αの値が大きいと、実際に測定される位相φに、より遅
く合致する予測値φｐ が得られる。画像の振幅｜Ｓ０
′｜でαを重みつけすることにより、予測値φｐ は
振幅が小さいときφのじかの位相情報を殆ど使わず、そ
のかわりに、振幅が大きい先行する画素からの平均を保
持し、信号が小さい所の画像中の「孔」にわたっても位
相の傾向に追従することができる。
【００５７】プロセスブロック１３４に示すように現在
の位相φの回転重みつき平均φａｖｅ は次式のように
現在の画素ｘを中心とする経験的に定められた幅２Ｎ＝
１２の画素の窓に対して維持される。
の位相φの回転重みつき平均φａｖｅ は次式のように
現在の画素ｘを中心とする経験的に定められた幅２Ｎ＝
１２の画素の窓に対して維持される。
【００５８】
【数１２】
この平均を予測値φｐ と比較することにより、次式の
ように第一の誤差値Δ１ が得られる。 Δ１ （ｘ，ｙ）＝φＰ （ｘ，ｙ）−φａｖｅ （ｘ
，ｙ） （２２）Δ１ の大き
い値は重なり合いを示すので、判定ブロック１３８でΔ
１ の値が所定の最大値πを超えた場合には、プロセス
ブロック１４０で次式のように２πを加算または減算す
ることにより現在の位相φの重なり合いが除去される。 φ（ｘ，ｙ）＝φ（ｘ，ｙ）−ｓｇｎ（Δ１ （ｘ，ｙ
））＊２π （２３）いずれの場合も、プロセスブロ
ック１４２で次式のように先行するｙ線の対応する画素
に対して重みつき平均φａｖｅ ′が計算される。
ように第一の誤差値Δ１ が得られる。 Δ１ （ｘ，ｙ）＝φＰ （ｘ，ｙ）−φａｖｅ （ｘ
，ｙ） （２２）Δ１ の大き
い値は重なり合いを示すので、判定ブロック１３８でΔ
１ の値が所定の最大値πを超えた場合には、プロセス
ブロック１４０で次式のように２πを加算または減算す
ることにより現在の位相φの重なり合いが除去される。 φ（ｘ，ｙ）＝φ（ｘ，ｙ）−ｓｇｎ（Δ１ （ｘ，ｙ
））＊２π （２３）いずれの場合も、プロセスブロ
ック１４２で次式のように先行するｙ線の対応する画素
に対して重みつき平均φａｖｅ ′が計算される。
【００５９】
【数１３】
この平均を現在の位相値φの値と比較することにより、
次式のように第二の誤差値Δ２ （ｘ，ｙ）が得られる
。 Δ２ （ｘ，ｙ）＝φ（ｘ，ｙ）−φａｖｅ ′（ｘ，
ｙ） （２５）Δ２ （ｘ，ｙ
）の大きい値は付加的な重なり合いを示す。したがって
判定ブロック１４６でΔ２ の値が零に近くなければ、
すなわち大きさがπより小さければ、プロセスブロック
１４８で次式のように２πを加算または減算することに
より現在の位相φの重なり合いが除去される。 φ（ｘ，ｙ）＝φ（ｘ，ｙ）−ｓｇｎ（Δ２ （ｘ，ｙ
）＊２π （２６）続いて次の画素が調べられ、
説明したようにプロセスブロック１３０および１５０で
形成されるループによってプロセスが反復される。ＩＶ
．スイッチング関数の決定φ（ｘ，ｙ）がわかれば、ス
イッチ関数ｓは次式のように原理的に式（４）から決定
することができる。 ｓ＝ｓｇｎ（ρ１ −ρ２ ）＝ｓｇｎ（Ｓ−１′ｅｉ
φ） （２７）便宜上、連続的
なスイッチ角θは次式のように定義することができる。 θ＝ａｒｇ（Ｓ−１′ｅｉφ）
（２
８）ρ１ のρ２ に対する優勢に応じてθの値は−π
またはπに近くなる。連続的なスイッチ関数により、脂
肪と水の境界に人工的な「輪郭」線が発生することが避
けられる。したがって、連続的なスイッチ関数ｓ′とし
て何か他の関数を運ぶこともできるが、次式のように選
択することもできる。 ｓ′＝ｃｏｓ（θ）
（２９）以上、本発明を特定の実施例および例を参照
して説明してきたが、当業者は上記の開示から投影再構
成イメージング技術に対する応用のような他の変形およ
び変更を考えつき得る。たとえば、補正プロセスの第一
段階の直後にφ（ｘ，ｙ）からスイッチ関数を決定して
もよいし、あるいはその代わりに補正プロセスの第二段
階だけを使用してもよい。また、脂肪と水以外の化学種
にこの技術を使用してもよい。したがって、本発明はこ
こに述べた実施例に限定されるものではなく、請求の範
囲で規定されるものである。
次式のように第二の誤差値Δ２ （ｘ，ｙ）が得られる
。 Δ２ （ｘ，ｙ）＝φ（ｘ，ｙ）−φａｖｅ ′（ｘ，
ｙ） （２５）Δ２ （ｘ，ｙ
）の大きい値は付加的な重なり合いを示す。したがって
判定ブロック１４６でΔ２ の値が零に近くなければ、
すなわち大きさがπより小さければ、プロセスブロック
１４８で次式のように２πを加算または減算することに
より現在の位相φの重なり合いが除去される。 φ（ｘ，ｙ）＝φ（ｘ，ｙ）−ｓｇｎ（Δ２ （ｘ，ｙ
）＊２π （２６）続いて次の画素が調べられ、
説明したようにプロセスブロック１３０および１５０で
形成されるループによってプロセスが反復される。ＩＶ
．スイッチング関数の決定φ（ｘ，ｙ）がわかれば、ス
イッチ関数ｓは次式のように原理的に式（４）から決定
することができる。 ｓ＝ｓｇｎ（ρ１ −ρ２ ）＝ｓｇｎ（Ｓ−１′ｅｉ
φ） （２７）便宜上、連続的
なスイッチ角θは次式のように定義することができる。 θ＝ａｒｇ（Ｓ−１′ｅｉφ）
（２
８）ρ１ のρ２ に対する優勢に応じてθの値は−π
またはπに近くなる。連続的なスイッチ関数により、脂
肪と水の境界に人工的な「輪郭」線が発生することが避
けられる。したがって、連続的なスイッチ関数ｓ′とし
て何か他の関数を運ぶこともできるが、次式のように選
択することもできる。 ｓ′＝ｃｏｓ（θ）
（２９）以上、本発明を特定の実施例および例を参照
して説明してきたが、当業者は上記の開示から投影再構
成イメージング技術に対する応用のような他の変形およ
び変更を考えつき得る。たとえば、補正プロセスの第一
段階の直後にφ（ｘ，ｙ）からスイッチ関数を決定して
もよいし、あるいはその代わりに補正プロセスの第二段
階だけを使用してもよい。また、脂肪と水以外の化学種
にこの技術を使用してもよい。したがって、本発明はこ
こに述べた実施例に限定されるものではなく、請求の範
囲で規定されるものである。
【図１】ＮＭＲシステムの概略ブロック図である。
【図２】図１のＮＭＲシステムで作成することができ、
本発明と一緒に使用するのに適したスピンエコーパルス
シーケンスを示すグラフである。
本発明と一緒に使用するのに適したスピンエコーパルス
シーケンスを示すグラフである。
【図３】スイッチ関数を決定するようにＢ０ 画像の位
相を補正するための本発明の方法の第一の段階を示すフ
ローチャートである。
相を補正するための本発明の方法の第一の段階を示すフ
ローチャートである。
【図４】４ａは本発明の補正方法の第一段階の前のＢ０
画像φｍの単一の線を描き、当てはめられた曲線φｆ
を示すグラフである。４ｂは曲線φｆ の減算後のＢ
０ 画像φｍ に等しい差関数Δφの単一の線を描き、
曖昧さなしにφｍ の重なり合いを示すグラフである。 ４ｃは本発明の方法の第一段階による補正後の補正済み
Ｂ０ 画像φｃｏｒｒの単一の線を描いたグラフである
。
画像φｍの単一の線を描き、当てはめられた曲線φｆ
を示すグラフである。４ｂは曲線φｆ の減算後のＢ
０ 画像φｍ に等しい差関数Δφの単一の線を描き、
曖昧さなしにφｍ の重なり合いを示すグラフである。 ４ｃは本発明の方法の第一段階による補正後の補正済み
Ｂ０ 画像φｃｏｒｒの単一の線を描いたグラフである
。
【図５】
スイッチ関数を決定するために使用すべきＢ０ 画像を
補正するための本発明の方法の第二段階を示すフローチ
ャートである。
補正するための本発明の方法の第二段階を示すフローチ
ャートである。
【図６】図５の代表的な重なり合い除去段階を示す詳細
フローチャートである。
フローチャートである。
【図７】図５の方法で使用される重心と最大点ｘ１ を
示す一つのｙ線に沿った画像Ｓ０ ′の三次元グラフで
ある。
示す一つのｙ線に沿った画像Ｓ０ ′の三次元グラフで
ある。
【図８】ｘ０ とｙ０ の画像の重心からの重なり合い
除去の方向を示す図７の画像の画像空間のグラフである
。
除去の方向を示す図７の画像の画像空間のグラフである
。
１０ コンピュータ
１２ パルス制御モジュール
１４ 勾配コイル電力増幅器
１６ 勾配コイルアセンブリ
１８ 周波数シンセサイザ
２０ ＲＦ変調器
２２ ＲＦ電力増幅器
２４ 送／受スイッチ
２６ ＲＦコイルアセンブリ
３０ 位相検出器
３２ Ａ／Ｄ変換器
３４ 磁石
４０ シムコイルアセンブリ
Claims (22)
- 【請求項１】 イメージング対象物の三つの複素ＮＭ
Ｒ多画素画像Ｓ０ ，Ｓ１ およびＳ−１から、三つの
画像Ｓ０ ，Ｓ１ およびＳ−１に於ける相対位相シフ
トがそれぞれ０，πおよび−πであるイメージング対象
物中の第一の化学種および第二の化学種の別々の画像を
作成する方法に於いて、ＮＭＲ画像を組み合わせること
によりＢ０画像を作成するステップ、低次表面をＢ０
画像の連続部分に当てはめるステップ、低次表面とＢ０
画像との差を測定するステップ、互いに隣接した画素
の間の差が所定値を超えた場合にＢ０ 画像の位相を補
正するステップ、補正されたＢ０ 画像に応じてスイッ
チ関数を作成するステップ、およびＮＭＲ多画素画像を
組み合わせることにより、スイッチ関数を使って第一お
よび第二の化学種画像を作成して、化学種画像中の各画
素の優勢な化学種を識別するステップを含むことを特徴
とする、イメージング対象物の第一の化学種および第二
の化学種の別々の画像を作成する方法。 - 【請求項２】 低次表面をＢ０ 画像の連続部分に当
てはめる上記ステップは、Ｂ０ 画像を微分することに
より、微分された画像を作成するステップ、各画素の微
分された画像の値を所定の閾値と比較することにより重
み関数を作成し、閾値を通った場合にその画素に対する
重み関数を零に設定するステップ、重み曲線当てはめプ
ロセスで重み関数を使って、微分されたＢ０ 画像に微
分された多項式を当てはめるステップ、および微分され
た多項式を積分することにより低次表面を作成するステ
ップを含んでいる請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 微分された多項式を積分することによ
り得られた積分定数が画像の垂直方向の質量中心の線に
対する最大振幅画素で測定された位相に等しく設定され
る請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 閾値を通過しない場合には重み関数が
複素ＮＭＲ画像の振幅に比例する請求項２記載の方法。 - 【請求項５】 画素毎に画像Ｓ１ ′に画像Ｓ−１′
の共役複素数を乘算してその積の偏角をとることにより
Ｂ０ 画像が作成され、ここで 【数１】 である請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 低次表面が三次多項式である請求項１
記載の方法。 - 【請求項７】 ＮＭＲ多画素画像の組み合わせによっ
て第一および第二の化学種画像が作成され、第一の化学
種画像の画素の振幅はρ１ に比例し、第二の化学種画
像の画素の振幅はρ２ に比例し、ここで 【数２】 であり、ｓがスイッチ関数である請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 各画素に対するスイッチ関数がｓｇｎ
（Ｓ−１′ｅｉφ）に等しく、φがその画素に対する補
正されたＢ０ 画像である請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 各画素に対するスイッチ関数がｃｏｓ
（Ｓ−１′ｅｉφ）に等しく、φがその画素に対する補
正されたＢ０ 画像である請求項１記載の方法。 - 【請求項１０】 イメージング対象物の三つの複素Ｍ
Ｒ多画素画像Ｓ０ ，Ｓ１ およびＳ−１から、三つの
画像Ｓ０ ，Ｓ１ およびＳ−１に於ける相対位相シフ
トがそれぞれ０，πおよび−πであるイメージング対象
物の第一の化学種および第二の化学種の別々の画像を作
成する方法に於いて、（ａ）画像を組み合わせることに
より多画素二軸のＢ０ 画像を作成するステップ、（ｂ
）初期位相値のＢ０ 画像の中の開始画素を識別するス
テップ、（ｃ）開始画素に隣接する画素の位相値を予測
するステップ、（ｄ）隣接画素の予測された位相値を実
際の位相値と比較するステップ、（ｅ）予測された値と
実際の値との差が所定値より大きい場合に隣接画素の位
相を２πだけ補正することにより、補正された位相値を
作成するステップ、（ｆ）画像全体にわたって補正され
た位相値を得られるまで、隣接画素を開始画素としてス
テップ（ａ）−（ｅ）を反復するステップ、（ｇ）２回
補正された位相値に応じてスイッチ関数を作成するステ
ップ、および（ｈ）Ｓ０ ，Ｓ１ およびＳ−１画像を
組み合わせることにより、スイッチ関数を使って第一お
よび第二の化学種画像を作成して、第一および第二の化
学種画像の各画素の化学種を識別するステップを含むこ
とを特徴とするイメージング対象物の第一の化学種およ
び第二の化学種の別々の画像を作成する方法。 - 【請求項１１】 開始点が画像の垂直方向の質量中心
での線に対する最大振幅画素である請求項１０記載の方
法。 - 【請求項１２】 イメージング対象物の三つの複素Ｎ
ＭＲ多画素画像Ｓ０ ，Ｓ１ およびＳ−１から、三つ
の画像Ｓ０ ，Ｓ１ およびＳ−１に於ける相対位相シ
フトがそれぞれ０，πおよび−πであるイメージング対
象物中の第一の化学種および第二の化学種の別々の画像
を作成する装置に於いて、ＮＭＲ画像を組み合わせるこ
とによりＢ０ 画像を作成する手段、低次表面をＢ０
画像の連続部分に当てはめる手段、低次表面とＢ０ 画
像との差を測定する手段、互いに隣接した画素の間の差
が所定値を超えた場合にＢ０ 画像の位相を補正する手
段、補正されたＢ０ 画像に応じてスイッチ関数を作成
する手段、およびＮＭＲ多画素画像を組み合わせること
により、スイッチ関数を使って第一および第二の化学種
画像を作成して、化学種画像中の各画素の優勢な化学種
を識別する手段を含むことを特徴とする、イメージング
対象物の第一の化学種および第二の化学種の別々の画像
を作成する装置。 - 【請求項１３】 低次表面をＢ０ 画像の連続部分に
当てはめる上記手段は、Ｂ０ 画像を微分することによ
り、微分された画像を作成する手段、各画素の微分され
た画像の値を所定の閾値と比較することにより重み関数
を作成し、閾値を通った場合にその画素に対する重み関
数を零に設定する手段、重み曲線当てはめプロセスで重
み関数を使って、微分されたＢ０ 画像に微分された多
項式を当てはめる手段、および微分された多項式を積分
することにより低次表面を作成する手段を含んでいる請
求項１２記載の装置。 - 【請求項１４】 微分された多項式を積分することに
より得られた積分定数が画像の垂直方向の質量中心の線
に対する最大振幅画素で測定された位相に等しく設定さ
れる請求項１３記載の装置。 - 【請求項１５】 閾値を通過しない場合には重み関数
が複素ＮＭＲ画像の振幅に比例する請求項１３記載の装
置。 - 【請求項１６】 画素毎に画像Ｓ１ ′に画像Ｓ−１
′の共役複素数を乘算してその積の偏角をとることによ
りＢ０ 画像が作成され、ここで 【数３】 である請求項１２記載の装置。 - 【請求項１７】 低次表面が三次多項式である請求項
１２記載の装置。 - 【請求項１８】 ＮＭＲ多画素画像の組み合わせによ
って第一および第二の化学種画像が作成され、第一の化
学種画像の画素の振幅はρ１ に比例し、第二の化学種
画像の画素の振幅はρ２ に比例し、ここで【数４】 であり、ｓがスイッチ関数である請求項１２記載の装置
。 - 【請求項１９】 各画素に対するスイッチ関数がｓｇ
ｎ（Ｓ−１′ｅｉφ）に等しく、φがその画素に対する
補正されたＢ０ 画像である請求項１２記載の装置。 - 【請求項２０】 各画素に対するスイッチ関数がｃｏ
ｓ（Ｓ−１′ｅｉφ）に等しく、φがその画素に対する
補正されたＢ０ 画像である請求項１２記載の装置。 - 【請求項２１】 イメージング対象物の三つの複素Ｍ
Ｒ多画素画像Ｓ０ ，Ｓ１ およびＳ−１から、三つの
画像Ｓ０ ，Ｓ１ およびＳ−１に於ける相対位相シフ
トがそれぞれ０，πおよび−πであるイメージング対象
物の第一の化学種および第二の化学種の別々の画像を作
成する装置に於いて、（ａ）画像を組み合わせることに
より多画素二軸のＢ０ 画像を作成する手段、（ｂ）初
期位相値のＢ０ 画像の中の開始画素を識別する手段、
（ｃ）開始画素に隣接する画素の位相値を予測する手段
、（ｄ）隣接画素の予測された位相値を実際の位相値と
比較する手段、（ｅ）予測された値と実際の値との差が
所定値より大きい場合に隣接画素の位相を２πだけ補正
することにより、補正された位相値を作成する手段、（
ｆ）画像全体にわたって補正された位相値が得られるま
で、隣接画素を開始画素として上記手段（ａ）−（ｅ）
を順次反復して作動する手段、（ｇ）２回補正された位
相値に応じてスイッチ関数を作成する手段、および（ｈ
）Ｓ０ ，Ｓ１ およびＳ−１画像を組み合わせること
により、スイッチ関数を使って第一および第二の化学種
画像を作成して、第一および第二の化学種画像の各画素
の化学種を識別する手段を含むことを特徴とするイメー
ジング対象物の第一の化学種および第二の化学種の別々
の画像を作成する装置。 - 【請求項２２】 開始点が画像の垂直方向の質量中心
での線に対する最大振幅画素である請求項２１記載の装
置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/566,199 US5144235A (en) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | Method of decomposing nmr images by chemical species |
| US566,199 | 1990-08-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04288142A true JPH04288142A (ja) | 1992-10-13 |
| JPH0616756B2 JPH0616756B2 (ja) | 1994-03-09 |
Family
ID=24261913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22246991A Expired - Fee Related JPH0616756B2 (ja) | 1990-08-10 | 1991-08-08 | 化学種によるｎｍｒ画像の分解方式 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5144235A (ja) |
| EP (1) | EP0470845A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0616756B2 (ja) |
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| WO2002082994A1 (en) * | 2001-04-11 | 2002-10-24 | Hitachi Medical Corporation | Magnetic resonance imaging apparatus and image processing method |
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- 1991-08-08 JP JP22246991A patent/JPH0616756B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH0616756B2 (ja) | 1994-03-09 |
| US5144235A (en) | 1992-09-01 |
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| PHASE | c12) United States Patent |
Legal Events
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