JPH1040365A - 磁気共鳴映像法および装置 - Google Patents

磁気共鳴映像法および装置

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JPH1040365A
JPH1040365A JP9089747A JP8974797A JPH1040365A JP H1040365 A JPH1040365 A JP H1040365A JP 9089747 A JP9089747 A JP 9089747A JP 8974797 A JP8974797 A JP 8974797A JP H1040365 A JPH1040365 A JP H1040365A
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image
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space
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JP9089747A
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English (en)
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Haiying Liu
リウ ハイイン
James B Mcnally
ビー マックナリー ジェームズ
Gordon D Demeester
ディー ディメースター ゴードン
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48NMR imaging systems
    • G01R33/54Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
    • G01R33/56Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
    • G01R33/565Correction of image distortions, e.g. due to magnetic field inhomogeneities
    • 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】 【課題】 磁気共鳴映像における、二次元位相補正 【解決手段】較正データ列は各データ収集期間中に、ゼ
ロ補充されて(86)、完全なデータの組を生成し、そ
れぞれデータ収集期間の一つに対応する一連の低分解能
複素画像(901 、902 、・・・90n ) にフーリエ
変換される(88)。低分解能画像は正規化され(9
2)、それらの複素共役が取られる(94)。映像デー
タ列はデータ収集期間により振分けられ、完全なデータ
の組を生成するためにゼロ補充される(104)。各デ
ータ・サンプリング期間に対応する完全なデータの組
が、部分画像表現(1061 、1062 、106n )へ
とフーリエ変換される。各部分画像が正規化された位相
補正マップ(96)の複素共役と乗算され(108)、
補正された部分画像を生成し、それを総計して(11
2)、合成画像生成する(114)。合成画像は密度補
正される(120)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気共鳴映像方法お
よび装置に関する。本発明は特にエコー平面映像法(E
PI)に関連し、それにつき更に詳しく説明する。しか
しながら、本発明の技術は、例えば、エコー容積映像
(EVI)法、急速スピンエコー(FSE)法、ならび
に勾配スピンエコー(GSE)法等の反復勾配エコー、
スピンエコーあるいは勾配およびスピンエコーの組合せ
からなる、他の急速連続映像法にも利用出来ることが理
解されるべきである。
【0002】
【従来の技術】従来、磁気共鳴映像の被写体は、選択さ
れた双極子が磁場に好ましい方向に整列されるよう、一
時的定常磁場内に置かれていた。無線周波数パルスが印
加されて、好ましい方向に整列された双極子が共鳴し、
ある特性を有する共鳴無線周波数の磁気共鳴信号を放射
するようにされた。共鳴中の双極子からの無線周波数共
鳴信号が読み出されて、画像として再構成され、表現さ
れる。二次元フーリエ変換映像法では、読取り勾配が、
エコーの読み取りの間に、読み取り軸に沿って周波数エ
ンコーディングのために印加され、かつ位相エンコード
勾配が、エコーの間に位相エンコード軸に沿って、段階
的位相エンコーディングのためにパルスとして印加され
る。このようにして、各エコーはk空間中にデータ列を
生成させる。データ列の相対的位相エンコーディング
が、k空間中のそれらの相対的位置を制御している。従
来例では、ゼロ位相エンコーディングのデータ列は、k
空間中心を横切って延びている。段階に増加する位相エ
ンコーディング勾配を有するデータ列は、一般的にk空
間の中心線の上に描かれる。そして段階的に減少する位
相エンコーディング勾配でのデータ列は、k空間の中心
線の下に描かれる。このようにして、256×256、
または512×512でのデータ値マトリックスのよう
なマトリックスがk空間中に生成される。これらの値の
フーリエ変換で、従来の磁気共鳴映像が形成される。
【0003】受信した磁気共鳴信号を強化するために、
普通、最初の信号は再びあるエコーに集束される。これ
は磁場勾配の極性を反転させて、磁場あるいは勾配・エ
コーを誘導させることにより行なわれる。同様に、無線
周波数励振パルスの後に、180°パルスを加えて、信
号をスピン・エコーとして再び集束させてもよい。更
に、磁場勾配の極性の反転を反復して、一連の勾配エコ
ーを、各無線周波数励振パルスの後に生成させることも
出来る。また他の選択肢として、単一の無線周波数励振
パルスの後にスピンおよび勾配エコーを混合して加える
ことも出来る。例えば、ホーランド等の米国特許第4,8
33,408号を参照されたい。20mT/m/msのオ
ーダのスルー・レートと、15mT/mの勾配強度を有
する勾配システムを使用するシングルショットエコー平
面映像(EPI)シークエンスでは、任意の磁化の傾斜
角を生じる単一無線周波数励振パルスに、十分な回数の
勾配反転を続けて、一組のデータ列全部を発生させるこ
とが出来る。被写体からの磁気共鳴データは、磁場勾配
の方向に画像被写体をエンコーディングする振動読取り
勾配を用いて一連のエコーの間に収集される。例えば、
P.マンスフィールド(Mansfield)著、J.Phys. Chemis
try Vol. 10. L55−L58頁、(1977年)参
照。更に、k空間中のデータ列を段階的に得るために、
各エコーの前に、読取り勾配方向に垂直な一連の位相エ
ンコーディング勾配パルスが印加される。被写体の画像
がエコー・データの二つの一次元フーリエ変換により得
られることが好ましい。このシングル・ショットEPI
法は、秒以下の時間単位での真の動画映像法用の超高速
画像技術を提供する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シング
ル・ショットEPI法は、(特にシークエンスの最後に
近いエコーについて)比較的低いSN比、低空間的分解
能、化学シフト・アーティファクト、位相エンコーディ
ング方向に沿った形状歪み等を含む欠点がある。内在的
に位相エンコーディング方向に沿ったデータ・サンプリ
ング帯域幅が狭いので、シングル・ショットEPI法
は、化学シフト・アーティファクトと同様、磁場の不均
一性により引起される形状歪みにさらされる傾向がある
が、これは重大な場合もありうる。マルチ・ショットE
PI法は、上記のシングル・ショットEPI法の欠点を
減少させる。従来のマルチ・ショットEPI法では、位
相−周波数空間、すなわちk空間は、例えば4〜16区
分の複数の区分に分られている。共鳴励振の後、読取り
勾配が発振され、k空間中の各区分で一連のエコーを、
それゆえデータ列を生成する。他の励振により各区分中
の複数のデータ列の内の異る列が生成される。k空間が
この交互に繰返される方法で満たされるまで、この過程
が繰返される。
【0005】データ収集の過程で、スライディング・サ
ンプリング・ウインドウ技術を利用して、データ中の位
相と強さの不連続性を平滑化し、あるいは整合を助ける
ことも可能である。ブッツ(Butts)他、著「標準的MR
Iシステムにおける交互的エコー平面映像法」、Mag. R
es. Med. Vol. 31、67−72頁(1994)、または
マキノン著、「標準的スキャナーにおける超高速交互的
勾配エコー平面映像法」Mag. Res. Med. Vol. 30、60
9−619頁、(1993年)参照。スライディング・
ウインドウ技術は、k空間の連続した区分の各対の間の
位相と振幅の転移の平滑化を助ける。これは最終的な復
元された画像のリンギング・アーティファクトを減少さ
せる。k−空間の区分の位相不連続性から生ずるアーテ
ィファクトを減少させる他の先行技術は空間的な一次元
位相補正に基いている。更に詳しくは、データ列につい
ての一次位相補正(first order phase correction) は
異なるエコーからなっている。マイヤー他の米国特許第
5,151,656号参照。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、磁気共
鳴映像のためのシステムと方法が提供されている。本発
明によれば、このシステムは検査領域を通る時間的に一
定な磁場を生成する磁石と、検査領域にある双極子に共
鳴を誘起させ、無線周波数共鳴信号を発生させるための
無線周波数パルス制御器と送信器とを有している。また
このシステムは勾配磁場コイルと勾配磁場制御器とを有
し、少なくとも検査領域を直角方向に横断する位相およ
び読取り磁場勾配パルスを生成させ、かつ読取り勾配を
反復して反転させる。更に、このシステムは受信器を有
し、読み取り勾配が反転する毎にその後、無線周波数信
号を受信して復調し、一連のデータ列を作りだし、かつ
復元された画像表現を記憶する画像メモリーを有してい
る。更にこのシステムの特徴は複数の二次元位相補正マ
トリックスを生成させる二次元位相補正プロセッサーを
有することである。各二次元位相補正マトリックスは、
読取り勾配の反転の一つに対応する。二次元位相補正プ
ロセッサーは、読取り勾配の各反転後のデータ収集期間
に収集されたデータ列を受信して、各データ収集期間に
ついて、対応する二次元位相補正マトリックスを独立に
生成させる。一個の部分画像プロセッサーが各データ収
集期間に生成された画像データを受信する。この部分画
像プロセッサーは、各データ収集期間に収集された一組
の不完全なデータ列を、独立に対応する部分画像に再構
成する。一個のマトリックス乗算器が、各部分画像を同
じデータ収集期間に対応する二次元位相補正マトリック
スと乗算し、複数の二次元的に位相補正された部分画像
を生成する。画像加算器が二次元的に位相補正された部
分画像を加算して、合成画像を生成し、画像メモリーに
記憶する。
【0007】本発明の他の側面によれば、エコーを形成
するよう誘起される双極子に、磁気共鳴が励起される磁
気共鳴映像法が提供されている。エコーは読取り勾配が
存在する時に、読取り軸に沿って読み取られ、一連のデ
ータ列を形成し、出力画像として再構成される。この方
法の特徴はエコーを位相エンコーディングして、k空間
の複数の区分のそれぞれに沿っているデータ列を生成す
ることである。データ列はk空間の複数の区分の中に振
分けられる。位相補正マトリックスは、データ列から生
成される。各マトリックスはk空間の区分の一つに対応
する。複数の部分画像がデータ列から生成される。各部
分画像はk空間の区分の一つに対応する。複数の位相補
正された部分画像が、複数の部分画像と位相補正マトリ
ックスから生成される。位相補正された部分画像のそれ
ぞれは、k空間の区分の一つに対応する。位相補正され
た部分画像が、総計されて合成画像を生成する。
【0008】本発明の利点の一は、二次元位相補正の提
供にある。本発明の他の利点は、それにより多数ショッ
トEPI画像データが容易にえられることである。本発
明の他の利点は、機器の性能向上が不要なことである。
本発明の他の利点は画質の改善で、特に空間的分解能の
改善とギブス(Gibbs)リンギングと歪みとの低減であ
る。本発明の他の利点は、この技術による走査時間の大
きな増加がないことである。本発明の他の利点は、この
技術により更に安定した信頼性のある位相補正が得られ
ることである。
【0009】本発明の更なる他の利点は、較正のために
一時的に保存されるデータの量を減少させることが出来
ることである。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明を添付図面を参照して、実
施例にもとづき更に説明する。図1についてみると、主
磁場制御10が、超伝導または抵抗型磁石12を制御し
て、ほぼ均一な時間的に一定な磁場を検査領域14を通
るz軸に沿って形成する。磁気共鳴エコー手段が、磁気
共鳴映像生成と分光学的シーケンスを形成するために、
一連の高周波(RF)と磁場勾配パルスを印加し、磁気
スピンを反転、または励起し、磁気共鳴を誘導し、磁気
共鳴を再集束し、磁気共鳴を走査し、空間的およびその
他で磁気共鳴をエンコードし、スピンを飽和させる等を
行なう。更に詳しくは、勾配パルス増幅器20が、全身
勾配コイル22の選ばれたもの、あるいは対に電流パル
スを印加し、検査領域14のx、y、z軸に沿って磁場
勾配を生みだす。デジタル無線周波数送信器24が無線
周波数パルス、あるいはパルス・パケットを全身RFコ
イル26へと送信し、RFパルスを検査領域へと送信す
る。典型的な無線周波数パルスは直接連続する短かい継
続期間のパルス区分のパケットからなり、それらは互に
かつ印加された勾配と相俟って、選択された磁気共鳴操
作を達成する。RFパルスはスピンを飽和させ、共鳴を
励起し、磁化を反転させ、共鳴を再集束し、検査領域の
選択された部分での共鳴を操作する。全身撮影のために
は、共鳴信号は通常全身RFコイル26によりピックア
ップされる。
【0011】被写体の限定された領域の画像の生成のた
めには、局所コイルが通常選択された領域の近傍に置か
れる。例えば挿入可能な頭部コイル30が、挿入孔と同
心点の選択された頭脳領域を囲んで挿入される。挿入可
能な頭部コイル30は、好ましくは局所勾配コイル32
を有し、局所勾配コイル32は勾配増幅器20から電流
パルスを受けて、頭部コイル30内の検査領域のx、
y、z軸に沿って磁場勾配を生みだす。局所無線周波数
コイル34が、磁気共鳴を励振し、患者の頭部から発す
る磁気共鳴信号を受信するために使用される。それに代
り、受信専用局所無線周波数コイルが、身体−コイルR
F送信により誘導される共鳴信号を受信するために使用
出来る。一枚のRFスクリーン36により、RF頭部コ
イルからのRF信号が、勾配コイルと周囲の構造物中に
うず電流を誘起させることを阻止している。その結果生
じる無線周波数信号は全身RFコイル26、局所無線周
波数コイル34、あるいは他の専用RFコイルによって
ピックアップされ、受信器38により復調される。
【0012】シーケンス制御回路40が、勾配パルス増
幅器20と、送信器24とを制御して、エコー平面映
像、エコー容積映像、勾配およびスピンエコー映像、急
速スピンエコー映像等を含む、複数の多エコーシーケン
スのどれかを発生させる。選択されたシーケンスについ
て、受信器38は各RF励振パルスに続いて、急速に連
続して複数のデータ列を受信する。受信器38はデジタ
ル受信器であるか、あるいはここに示されるように、各
データ列をデジタル形式に変換するため、A−Dコンバ
ータ42を伴なっていることが好ましい。図1および2
において、デジタルデータ列は先ず、較正データ列と画
像データ列とに区別される44。較正データ列とk空間
中でエコー番号により区分1から区分nにまで46で区
別される。画像データ・ラインは同様に48でk空間の
n個の区分中に分けられる。
【0013】図3においてエコー平面映像シークエンス
は、任意に条件設定ルーチン50、例えばスライス選択
勾配パルスを伴なう180°反転パルスで開始出来る。
適当な遅延を加えることにより、例えば反転回復画像が
生成される。一つの無線周波数励振パルス52がスライ
ス選択勾配54と同時に印加され、選択されたスライス
内で、選択された磁化傾斜角、例えばエルンスト(Erns
t)角で磁化を傾斜させる。位相エンコード勾配56が、
k空間のn個の区分の最初の一つに与えられるる。一個
の負極性の読取り勾配部分58が読み取り、あるいは周
波数エンコード方向に沿って位相を乱れ(dephase)させ
る。その後、逆極性の読取り勾配部分60が、磁化の位
相を勾配エコー62の位相に再び合わせる(rephase)
が、勾配エコー62は、位相エンコード勾配56によ
り、設定された位相で位相エンコーディングされる。そ
の後、読取り勾配は複数回反転され(図示された実施例
では4回)、対応する数の勾配エコーを発生させる。位
相エンコード勾配パルス64が、各勾配エコーの間に印
加され、次に、k空間のn個の領域の何れかの後続の勾
配エコーからのデータ列を得る。それにより、読取り勾
配はn回反転されて、n個の勾配エコーを発生させる
が、これはk空間のn個の区分のそれぞれについて一個
となる。図3はn=4の実施例を図示している。図3に
示されたEPIシーケンスのスピン・エコーもまた好ま
しく、そこでは再集束RFパルスは、励振パルス52と
読取り勾配60の間に挟まれる。
【0014】最後の勾配エコーが読まれた後、位相乱し
ルーチン(dephasing routine)66が印加される。位相
乱しルーチンには、位相アンラップ(unwrap) 勾配68
が含まれてもよく、位相アンラップ勾配68は、位相エ
ンコード勾配56と全ての位相エンコード勾配パルス6
4の合計の負数に等しい。位相乱し法はまた、残存位相
エンコーディングを乱すための、スポイラ勾配70を含
んでもよい。これにより次の繰返しがほぼ直に開始する
ことが可能となる。これにかわり、マルチ・スライス法
では、スライス内での位相エンコーディングが時間の経
過中と共に位相を乱して、他の画像スライスの一つから
nデータ列を集めるために、シーケンスを直に繰り返し
ても良い。較正期間中、位相エンコーディング標点(bl
ips)64は、各エコーが同じ位相エンコーディングを有
するようにゼロに設定される。各繰り返しにおいて、最
初の位相エンコーディング勾配56が、ゼロ位相エンコ
ード原点の近くの少数の位相エンコード値のそれぞれに
与えられる。較正シーケンスは、その都度異なる位相エ
ンコーディングで約2〜64回繰り返すことが好まし
く、その位相エンコーディングは全てのnエコーに共通
である。
【0015】更に図3および図2において、各エコーに
対応する較正データ列は、46で一連の対応する較正デ
ータ列メモリ801 、802 、・・・、80n に振分け
られる。再度、好ましい実施例では、n個のエコー位置
のそれぞれについて、約2〜64のデータ列が発生され
る。好ましくは、ブラックマン(blackman)、ハニング
(Hanning)、ハミング(Hamming)、あるいはガウス(Ga
ussian) フィルタであるフィルタ82が、各データ列を
読み取り方向に濾波する。濾波されたデータ列は、対応
する較正データ列メモリ841 、842 、・・・、84
n にロードされる。ゼロ−補充ルーチン(zero-filling
routine) 86が、濾波後の較正データ列メモリ8
1 、842 、・・・84n の中の空データ列を満たし
て、メモリ841 、842 、・・・84n の中に、完全
な矩形マトリックスを形成する。二次元フーリエ変換ル
ーチン88が、濾波後の較正データ列メモリ841 、8
2 、・・・84n のそれぞれの中のゼロ補充されたデ
ータを二次元フーリエ変換し、対応する低分解能複素画
像を生成して、対応する低分解能画像メモリ901 、9
2 、・・・90n の中に記憶する。同じ二次元フーリ
エ変換ルーチンを直列に使用して、各データ列を処理す
ることも出来るし、あるいは複数のルーチンを備えて、
データ列を並列処理して高速化することも出来る。低分
解能複素画像はそれぞれ92で正規化され、その大きさ
を1に等しく設定することが好ましい。一または複数の
複素共役ルーチン94が、正規化された低分解能複素画
像のそれぞれの複素共役を計算するが、その画像の位相
は位相マップを表わす。このようにして、二次元位相補
正マトリックス961 、962 、・・・、96n が、k
空間のn個の区分のそれぞれに、すなわち、エコー位置
のそれぞれに一個ずつ生成される。
【0016】画像データの収集の間に、第1から第nエ
コーまでのそれぞれから集められた画像データ列は、4
8で画像データ列メモリ1001 、1002 、・・・、
100n の中にそれぞれ振分けられる。データ列は、そ
れぞれが表わすk空間の区分に対応するメモリの適当な
部分に位置される。ゼロ補充ルーチン102が、各メモ
リをゼロ補充して、画像データ・メモリ1001 、10
2 、・・・、100n の中に正方マトリックスを生成
する。二次元フーリエ変換プロセッサ104が、二次元
的に各ゼロ補充された正方マトリックスをフーリエ逆変
換して複素部分画像を生成し、対応する複素画像メモリ
1061 、1062 、・・・、106n の中に記憶す
る。画像乗算ルーチン1081 、1082 、・・・10
n が、対応する一つのメモリ106x からの複素部分
画像と、対応する一つのメモリ96x からの正規化され
た低分解能画像の複素共役とを、各点ごとに複素乗算す
る。このようにして、各エコーに対応する複素部分画像
が同じエコーに対応する位相マップに従って補正され
る。画像総計ルーチン112が、位相補正された部分画
像1101 、1102 、・・・、110n を総計し、画
像を生成して画像メモリ114に記憶する。
【0017】画像メモリ114からの合成画像は、一次
元で位相エンコード方向に沿って、プロセッサ116に
より、フーリエ逆変換され、データをk空間に位相エン
コードのためにのみ帰還させる。k空間データは一時的
メモリ118に記憶される。密度補正プロセッサ120
は、合成k空間画像データに対して、密度補正マトリッ
クス・メモリ122から検索した密度補正マトリックス
で各点毎に演算し、密度補正されたk空間データを生成
する。k空間区分が重畳した時には、k空間サンプリン
グ密度は、単純な正規化をすることにより補正出来る。
複素共役プロセッサ124は、密度補正されたデータで
演算して、欠落したデータをその複素共役データから得
て補充し、完全な画像を生成して画像メモリ126に記
憶する。プロセッサ130は位相エンコード方向に沿っ
て、一次元フーリエ変換を行ない、メモリ126の密度
補正された画像を変換して画像空間に戻し、密度補正さ
れた合成画像を生成し、出力合成画像メモリ132に記
憶する。ビデオ・プロセッサ134が、合成画像を適当
なフォーマットに変換して、ビデオ・モニタ136ある
いはその他の人間が読み取れる出力ディスプレイ装置に
表示する。
【0018】画像データ列は、k空間を通る異なる軌跡
により集められてもよい。例えば、図3および4におい
て、位相エンコード勾配56が、k空間の頂部で位相エ
ンコード・ステップに付けられるが、それは第一区分1
40の頂部であり、かつ位相エンコード標点64のそれ
ぞれが、位相エンコーディングをk空間の次の最低区分
142の頂部データ列へ、次の最低区分144へ、そし
て最低部の区分146へとステップさせて行く。その後
の反復で、位相エンコード勾配が、当初位相エンコード
・ステップを、最初の区分の次第に低くなるデータ列に
設定する。区分148中のデータは、区分146のデー
タに対するその複素共役関係により生成される。それに
代り、n個の区分の一つから開始しないで、位相エンコ
ード勾配56は、中心区分の一つの中の、一ステップを
選択してもよい。位相エンコード勾配標点64は、位相
エンコーディングが予め選択された順序で、中心、正、
および負の位相エンコーディング・ステップ間で、ステ
ップについて外方にステップするように、様々な正、負
の極性と振幅のものでもよい。様々な他の映像シークエ
ンスが考えられるが、それらでは、各エコー位置は常に
k空間の同じ区分に一致させられる。
【0019】任意的に、位相エンコード勾配56は、各
区分が隣接する次の区分に(図4には図示せず)数デー
タ列伸長するよう、位相エンコーディングを制御するた
めに使用してもよい。このようにして、数ラインの重畳
が生み出され、k空間を完全に満たすよう確保され、か
つ区分の境界において起り得る位相の不連続の補正を助
ける。図5、6A、6B、6Cにおいて、k空間の中央
セクション152と、k空間の同じ側にある二つのk空
間セクション154と156とのデータから形成される
複素画像114は、少なくとも列、すなわち垂直な方向
に、158でフーリエ逆変換され、一連の一次元フーリ
エ変換されたデータ列を生成し、それらが、k空間のセ
クション152、154、156を満たすが、ここで1
52はk空間の中央にある。ゼロ補充ルーチン160
は、k空間の二つの空区分162と164をゼロ補充す
る。図6Aに図示されるフィルタ166は、k空間の中
央のデータ列以外は全て除去する。更に詳しくは、フィ
ルタ機能はセクション152の中央を通る単位値(unit
y value)と、セクション152の外部のゼロ値への円滑
な転移を生みだす。
【0020】k空間の中央セクションからのデータは、
170で列方向フーリエ変換をされ、低空間分解能画像
をk空間の中央セクションのデータから生成する。複素
低分解能画像は、その位相を維持しながら単位値の偏角
を有するように正規化される。このようにして、低分解
能画像位相マップが生成され、低分解能画像位相マップ
・メモリ172に記憶される。フィルタ174は、図6
Bのフィルタでデータを濾波する。図6Bのフィルタ
は、k空間のセクション154と156のデータ全て
と、セクション152のデータの殆どを保持している。
しかしながら、セクション152のデータと、セクショ
ン162と164のゼロ補充されたデータとの間に平滑
な遷移が行なわれる。
【0021】最初の反復では、一次元フーリエ変換プロ
セッサ176が、フィルタ174からのデータに、列方
向に一次元フーリエ変換を行ない画像を生成する。絶対
値ルーチン178が、画像から位相データを除去する。
乗算器180が、絶対値ルーチン178からの画像の各
画素の強度の値を、低分解能画像位相マップメモ172
からの対応する位相と結合し、複素画像を生成する。乗
算器180により形成された複素画像データは、182
で列方向に一次元フーリエ逆変換をされ、k空間を補充
する行方向に変換されたデータ列の他の系列を生成す
る。この過程により、k空間のセクション162と16
4内のゼロデータ列は、第1近似データ列に置き換えら
れている。フィルタ184は、図6Cのフィルタでデー
タ列を濾波し、セクション162と164内のデータ以
外のデータの全ての部分を除去し、マトリックスの残り
の部分について、ゼロ値への平滑な遷移を達成させる。
フィルタ174と184との間には、データの完全な集
合が規定されていることに注目すべきである。これらの
二つのデータの部分集合が186で総計され、この過程
が反復される。すなわち、セクション162と164に
ついての第1近似データと、k空間のセクション15
2、154、156からの実データとを有する完全なデ
ータの集合が、176でフーリエ変換されて、複素画像
を規定する。位相情報は178で除去され、180で低
分解能画像位相マップメモリ172からの位相情報で置
き換えられる。その結果得られる複素画像が182で列
方向にフーリエ逆変換されると、k空間のセクション1
62と164についてのデータ列の第2近似値でデータ
の集合を再生成する。この過程はセクション162と1
64についての第2近似データ列が第3近似値を生成さ
せる等々により反復される。結果として得られる画像が
最後に反復されたものとほぼ同じであれば、それが正確
なものであると決定される等により、セクション162
と164からのデータが、正確さで満足すべきものであ
れば、その結果得られる画像は最終画像メモリ132へ
と送られる。
【0022】図7において、他の駆動平衡シーケンスも
構想される。図7では図3と同様な要素は同じ参照番号
を付されているが、ダッシュ(’)がついている。例え
ば、一個のα°の励振パルス52’に、180°反転パ
ルス190が続いている。勾配エコー58’、60’の
タイミングは、180°再集束パルスと励振パルスに関
連して調整され、生成されたエコーの一つ62s ’が、
スピン・エコーで残りは勾配・エコーであるようになさ
れる。一以上の追加の180°の再集束パルスが印加さ
れて、共鳴をそれに続くスピン・エコーに再集束させ
る。図8に図示ささるように、図3と同様な要素は二重
ダッシュ(”)がついた同じ参照番号を付されており、
180°再集束パルス192の数が、エコーの数に合う
ように増加されると、一連のスピン・エコー62s ”が
生成される。任意的に、勾配パルスが、共鳴励振パルス
と第一の反転パルスとの間に生成されてもよい。較正デ
ータ列を生成させるために、勾配エコーを有利に使用
し、かつスピン・エコーに関する帯域幅を減少させるこ
とが出来る。
【0023】図9において、図3と同様な要素は三重ダ
ッシュ(''')がついた同じ参照番号を付されており、位
相エンコード勾配200が、「スライス選択」軸上に印
加されて、その方向に沿って位相をステップさせる。こ
の容積映像法では、k空間は三次元矩形プリズムとして
想定される。標点64''' は、k空間中を位相エンコー
ド軸に沿ってステップする。スラブ選択勾配202が共
鳴励振パルスと同時に印加されて、励振をスラブ一個に
制限することが好ましい。発明の原理を更に明確に説明
するために、一般的に図3と4において、多重エコーを
有する二次元磁気共鳴画像について考慮する。スライス
選択励振52の後に、その結果得られる水素原子核スピ
ン密度ρ(x,y)の三次元物体の磁気共鳴磁化誘導信
号は、下記の式によって与えられる。
【0024】
【数1】
【0025】ここで、qはエコーの数、krd(t) とkpe
(t) は読み取りと位相エンコーディング勾配のk空間軌
跡をそれぞれ表わす。
【0026】
【数2】
【0027】ここで、GrdとGpeは信号読み取り時の時
間依存磁場読み取り勾配と位相エンコーディング勾配
で、△Φ(x,y)は磁石の主磁場の磁化率の両者によ
る影響を含む主磁場の不均一性による位相誤差を表わ
す。横方向スピン緩和はT2 を含む項により考慮に入れ
られている。勾配うず電流の磁界効果は、計算を簡略化
するためにこの式には含まれていない。スライス選択信
号取り込み(slice selection acquisition)速度を早め
るには、図3、5、6、7に見られるように、振動読み
取り勾配あるいは多重高周波集束パルスを用いて、いく
つかの勾配および/またはスピン・エコーが、各スピン
励振毎に得られる。位相補正に用いられる較正データ列
は、全てのエコーと全ての空間スライスについて得られ
る。較正データ列は画像データと較正データとの間の解
剖図の動揺の可能性を最小にするために、区分化された
画像取り込みの前、後、あるいはその間に挟まれて得る
ようにしてもよい。位相エンコーディング標点64につ
いて、ゼロに近い振幅での映像と同じシークエンスを用
いて、k空間180の原点の周囲の一組の共通位相エン
コーディング・ステップのもとに、各エコー毎に較正デ
ータが得られる。位相エンコーディング・ステップの数
は、比較的少なくてもよく、あるいは区分の一つ162
のサイズでもよい。もし位相エンコーディング・ステッ
プが、区分の一つのサイズである場合には、較正データ
は画像データとしても使用可能で、その区分から再びデ
ータを集める必要がなくなる。
【0028】様々なデータ時点において得られた、異な
るエコーから取り込まれた複数の位相エンコードされた
データ列を結合して、一つのk空間データ領域とし、ア
ーティファクトのない画像を形成するためには、隣接す
るk空間区分の間の位相不連続性を最小化するために、
下記に説明する位相補正がデータについて行なわれる。
二次元フーリエ逆変換で画像を再構成するには、異なる
エコーからのデータは、通常読み取りおよび位相の両方
向に、タイム・シフトあるいは位相補正される必要があ
る。各エコーについての磁場誘導位相誤差マップC
(x,y,q)は、各エコーについての一組の二次元較
正データから、k空間の中央の周囲に対称的に少数の位
相エンコーディング・ステップを用いて決定される。
【0029】
【数3】
【0030】ここで、r(t,v,q)は、視野vとエ
コーqのサンプリング時間tの関数としての生データ列
を表わす。
【0031】
【数4】
【0032】ここで、fl (t,v)は、位相と読み取
りの両方向に沿った、二次元平滑フィルタ関数を表わ
し、Φ(x,y,q)は、エコー時qでの、磁場誤差に
ついての低空間分解能位相推定(low spatial resoluti
on phase estimate)を表わす。較正データのための視野
の数は、いくつでもよいが、8、16、または32が好
ましい。エコーqの低空間分解能位相誤差を表わす単位
複素数的二次元画像マトリックスが、較正データの第q
エコーから下記のように得られる。
【0033】
【数5】
【0034】収集した映像データ列は、サンプリング時
間内に先ずフィルタされ、それらが受取られた順序で一
次元的にフーリエ逆変換される。この段階で一次元的に
フーリエ変換されたデータ・ラインは、k空間の連続す
る一組の区分を形成する同じエコー・インデックスに対
応するデータ列に選別される。インデックス整数qによ
り表わされるあるエコー区分が完全に満たされると直に
その区分は取出され、対応する視野位置の二次元複素画
像データ・バッファ内に置かれる。残余のエコー区分
は、それから102によりゼロ補充される。一次元的な
列方向のフーリエ変換が行なわれる。これに代り、二次
元フーリエ変換が、ゼロ補充の後に行なわれてもよい。
二次元フーリエ変換を使用する場合には、エコーqの中
間的画像が下記のように得られる。
【0035】
【数6】
【0036】ここで、Vseg は各k空間の区分の幅で、
O はその区分の中央視野インデックスを表わし、2D
−FTはデータ・サンプリング時間(t)と視野(v)
方向に沿った、離散的二次元フーリエ変換を表わし、Π
(x)はk空間をエコー位置または時間により複数区分
に分割する標準的矩形ウインドウ関数を表わす。このよ
うにして、代表的4エコー複数ショットEPI撮影の各
画像スライスは、対応する4個のk空間区分から4個の
中間画像を生みだす。これらの中間二次元画像は、複素
画像メモリ106に記憶される。二次元位相補正は、各
k空間データ区分に対応する各中間画像について独立し
て行なわれる。各部分またはサブ(sub)画像R(x,
y,q)は画像領域で下記により補正される。
【0037】
【数7】
【0038】ここで、* は複素共役演算を表わす。最終
補正済み複素画像は、112で異なるエコーに対応する
全ての個別位相補正済み中間画像を総合することで生成
される。
【0039】
【数8】
【0040】ここで、1m(x,y,En )は、疑似エ
コー時間En の最終画像を表わし、E n は使用された中
央k空間データのエコー時間を表わす。どの二つの隣接
するk空間区分も、二次元位相方向に、間隙があっても
重複してもよい。これは二次元位相補正後、k空間の軌
跡を検証して決定される。この結果生じるk空間サンプ
リング密度の変化は、k空間データ中で容易に補正され
る。周波数エンコーディングのための読み取り勾配パル
スの波形は、台形でも、正弦波でも、あるいはその他の
適当な波形でもよい。データは読取り勾配の発振期間全
体を通して、連続的にサンプルすることが出来る。もし
サンプル・データがk空間で等距離でなければ、データ
は等距離離散的表示に再等間隔化されることが望まし
い。
【0041】ガラス、ハニング、ブラックマン等の適当
な低域フィルタが、生データの信号ピーク位置を中央に
位置させる。低域フィルタは収集されたデータの性格に
最適化された、n項コサイン拡張形式のような一般的な
ものでよい。例えば、副ローブ出力は、分解能に大きな
損失なしに最小化出来る。較正データはこのフィルタで
平滑化され、決定される位相値でのノイズ・レベルを減
少させる。その結果生じる補正二次元位相アレイは、空
間的DC、線形、および高次(high order) 成分を含ん
でいる。離散的形式では、画素位置(i,j)での単位
複素数補正ベクトルは、下記のとおりである。
【0042】
【数9】
【0043】ここでΦijは一組の整数(i,j)により
表示された画素位置での位相誤差を表し、一般的に空間
内で比較的平滑な関数である。位相誤差は通常相当に平
滑な関数であるので、複素数マトリックスの間引きされ
た一組のみを保存すればよい。マトリックスは乗算段階
の前に、補完によって容易に拡張出来る。全てのデータ
区分を総合して実効総k空間データ・サンプリング密度
は、全ての区分についての寄与の総計によって得られ
る。
【0044】
【数10】
【0045】ここで、異なるk空間の区分は、当初のデ
ータ取り込みにおいて互いに重なり合ってもよい。実際
でのk空間におけるこの不均一サンプリング密度に対す
る補償のために、k空間で二次元位相補正済みサブ画像
が、結合されるや否や、結合された画像は画像空間間か
らk空間へと、フーリエ逆変換されて戻される。すなわ
ち:
【0046】
【数11】
【0047】ここで、スーパースクリプト「com 」は結
合された画像を、qは区分、すなわちエコー番号インデ
ックスを表わす。本記述での約束として、Rは画像表現
を、rは生表現を表わすものとする。結合されたk空間
データの信号強度は、各点毎にサンプリング密度に従
い、尺度(スケール)が直される。すなわち:
【0048】
【数12】
【0049】最終の補正された複素画像が、標準的二次
元フーリエ変換を使用して、再構成される。すなわち
【0050】
【数13】
【0051】強度と位相画像は、単に複素画像の絶対値
と位相値とを採ることで得られる。すなわち
【0052】
【数14】
【0053】これに代り、k空間中の不等距離サンプリ
ング・データに対する標準的等間隔化法が、区分された
k空間データの結合と補正に使用出来る。較正エコー・
データは、画像再構成について所望のT2 重みずけを実
現するために使用出来る。位相アレイ・コイルと共に使
用される場合には、較正データ・ラインは、全てのRF
受信チャネルから同時に得られる。個別の受信コイルに
対応する画像は別々に補正され、再構成され、最後で結
合されて、最終合成画像を生成する。較正データと映像
データとは共に、鋭い上昇および下降ランプの台形読み
取り勾配の間に集めることが出来る。これに代り、正弦
波形の読み取り勾配が使用出来るが、但し、周波数方向
での非直線性にたいする対応する調整をしなければなら
ない。
【0054】部分フーリエ再構成についての反復法で、
一次元において画像再構成のために、部分データのみし
か得られないものとすれば:
【0055】
【数15】
【0056】ここで、s(k)は部分位相エンコーディ
ング(PE)視野について規定されているのみで、数学
的には下記のように表される。
【0057】
【数16】
【0058】反復法は三つの段階を含んでいる。先ず中
央対称部分データで、完全サイズへのゼロ補充とフィル
タされたフーリエ変換により、低周波数複素画像が得ら
れ、それから低周波数位相マップが構成される。画像再
構成において起り得る周辺部でのぼやけや、リンギング
を減少させるために、位相エンコーディング方向に沿っ
てフィルタ(図6B)が、下記のように定義される。
【0059】
【数17】
【0060】ここで、nw はフィルタの遷移領域の幅を
表わしている。低空間分解能画像は先ず、生k空間デー
タの中央部分から下記のように決定される。
【0061】
【数18】
【0062】同時に、信頼出来る低周波数位相マップが
規定され、それが位相制約として使用される。この位相
は主磁場不均一性の位相誤差の尺度である。第二に反復
再構成のための最初の画像が、下記のように生成され
る。
【0063】
【数19】
【0064】ここで、フィルタ関数wo (k)(図6
A)は、下記となる。
【0065】
【数20】
【0066】第三に、反復は下記のように行なわれる。
第q反復段階で、新しい複素画像が、その前のものから
下記のように構成される。
【0067】
【数21】
【0068】逆FTを取れば、新しい生データが下記の
ように取られる。
【0069】
【数22】
【0070】次の反復の新しい生データが下記のように
構成される。
【0071】
【数23】
【0072】ここで、w(k)は、重みづけ関数(図6
C)を表わし、それは下記のように規定される。
【0073】
【数24】
【0074】ここで、nt は混合関数(mixing functio
n)についての、遷移領域の幅を規定する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図2とともに本発明による磁気共鳴映像システ
ムを図示する略線図である。
【図2】図1とともに本発明による磁気共鳴映像システ
ムを図示する略線図である。
【図3】好ましいエコー平面映像シーケンスの一回分を
示す図である。
【図4】k空間区分の代表的補充例を示す図である。
【図5】部分的フーリエ再構成のための反復法を示す略
線図である。
【図6】図6A、図6B、図6Cは、図4の方法で使用
されるフィルタの関数を示す図である。
【図7】好ましい勾配スピンエコー(GSE)映像シー
ケンスを示す図である。
【図8】好ましい急速スピンエコー(FSE)映像シー
ケンスを示す図である。
【図9】好ましいエコー容積映像シーケンスを示す図で
ある。
【符号の説明】
10 主磁場制御器 12 超伝導または抵抗性磁石 14 検査領域 20 勾配パルス増幅器 22 全身勾配コイル 24 デジタル無線周波数送信器 26 全身RFRコイル 30 挿入可能な頭部コイル 32 局所勾配コイル 34 局所無線周波数コイル 36 RFスクリーン 38 受信器 40 シーケンス制御回路 42 A−Dコンバータ 44 選別器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ ビー マックナリー アメリカ合衆国 オハイオ州 44022 シ ャグリン フォールズ ラークスパー レ ーン 7919 (72)発明者 ゴードン ディー ディメースター アメリカ合衆国 オハイオ州 44092 ウ ィクリフ デニス ドライヴ 1613

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 検査領域(14)を通る時間的に一定な
    磁場を発生させる磁石(12)と、前記検査領域にある
    双極子に共鳴を誘起して、無線周波数共鳴信号を発生さ
    せるための無線周波数パルス制御器(40)と送信器
    (24)と、少なくとも前記検査領域を直角方向に横断
    する位相および読取り磁場勾配パルスを生成させ、かつ
    前記読取り勾配を反復して反転させる勾配磁場コイル
    (22)と勾配磁場制御器と、前記読取り勾配が反転す
    る毎にその後、前記無線周波数磁気共鳴信号を受信して
    復調し、一連のデータ列を作りだす受信器(38)と、
    再構成された画像表現を記憶する画像メモリーを有して
    いる磁気共鳴映像システムにおいて、 前記読取り勾配の反転の一つに各々対応する複数の二次
    元位相補正マトリックスを生成し、この生成が、前記読
    取り勾配の各反転後のデータ収集期間に収集されたデー
    タ列を受信して各データ収集期間に対応して前記二次元
    位相補正マトリックスを独立に生成することにより行わ
    れる二次元位相補正プロセッサ(88、90、92、9
    4)と、 各前記データ収集期間中に生成された画像データを受信
    し、各前記データ収集期間に収集された一組の不完全な
    データ列を対応する部分画像に独立に再構成する部分画
    像プロセッサ(104)と、 各部分画像を同じ前記データ収集期間に対応する前記二
    次元位相補正マトリックスに乗算し複数の二次元的に位
    相補正された部分画像を生成するマトリックス乗算器
    (108)と、 前記二次元的に位相補正された部分画像を加算して合成
    画像を生成し前記画像メモリ(114)に記憶する画像
    加算器(112)を有することを特徴とする磁気共鳴映
    像システム。
  2. 【請求項2】 各データ収集期間に対応する較正データ
    列を処理して位相が位相誤差マップを表す対応する低空
    間分解能複素画像を生成させるフーリエ変換プロセッサ
    と、各低空間分解能複素画像を正規化するためのプロセ
    ッサと、各正規化された低分解能複素画像の複素共役を
    計算して各データ収集期間に対応する前記二次元位相補
    正マトリックスを生成させるための複素共役プロセッサ
    を有する前記二次元位相補正プロセッサを更に備えるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の磁気共鳴映像システ
    ム。
  3. 【請求項3】 k空間のある区分に対応する各データ収
    集期間に不完全なデータの組が収集されるようにデータ
    列を受信する前記部分画像プロセッサと、更に収集され
    たデータがないk空間の部分をゼロで満たして前記部分
    画像にと再構成するための完全なデータの組を生成させ
    るゼロ補充手段とを更に有することを特徴とする請求項
    1に記載の磁気共鳴映像システム。
  4. 【請求項4】 各点毎に前記合成画像を密度補正マトリ
    ックスで補正し密度補正済み合成画像を生成させるため
    のk空間サンプリング密度補正プロセッサを更に有する
    ことを特徴とする請求項1に記載の磁気共鳴映像システ
    ム。
  5. 【請求項5】 k空間の中央区分と一方の側にある第一
    の区分に隣接するk空間の第二の区分との中の一連のデ
    ータ列を規定するために前記合成画像をフーリエ逆変換
    するフーリエ変換プロセッサと、k空間の前記中央セク
    ションに他方の側で隣接する第三のk空間区分をゼロ補
    充するためのゼロ補充ルーチンと、k空間の前記中央区
    分から前記データ列を抽出するためのフィルタと、前記
    中央k空間データ列を低分解能画像位相マップにとフー
    リエ変換するフーリエ変換プロセッサと、k空間の中央
    と第二の区分とからの前記データ列を通過させるフィル
    タと、前記第二のフィルタからのk空間の前記中央と第
    二の区分とからの前記データ列を変換するための第二の
    フーリエ変換プロセッサと、前記第二のフーリエ変換プ
    ロセッサからの画像表現の大きさを決定する絶対値ルー
    チンと、前記絶対値ルーチンからの対応する大きさを前
    記低分解能画像位相マップからの位相と結合し複素画像
    を生成する乗算器と、前記複素画像をフーリエ変換しk
    空間の前記中央と第二と第三の区分中のデータ列を含む
    一組のデータ列を生成するフーリエ逆変換手段と、k空
    間の前記第三区分からの前記データ列を通過させる第三
    のフィルタと、前記第二と第三のフィルタからの前記デ
    ータ列を結合し、前記第二のフーリエ変換プロセッサに
    前記データ列を供給する加算器とを有し、それにより前
    記複素画像が前記乗算器からの前記複素画像により反復
    して改良され選択された回数の反復の後、最終画像とさ
    れることを更に特徴とする請求項1に記載の磁気共鳴映
    像システム。
  6. 【請求項6】 双極子中に磁気共鳴が励起され、かつ一
    連の磁気共鳴エコーが誘起され、エコーを読取り勾配の
    存在中に読み取り軸に沿って読み取って一連のデータ列
    を形成し、出力画像表現として再構成する磁気共鳴映像
    法において、前記エコーを位相エンコードしてk空間の
    複数の区分のそれぞれに沿っているデータ列を生成し、
    k空間の前記複数の区分の間に前記データ列を振分け、
    前記データ列から位相補正マトリックスを生成し、各マ
    トリックスはk空間の前記区分の一つに対応し、前記デ
    ータ列から複数の部分画像を生成し、各部分画像はk空
    間の前記区分の一つに対応し、複数の部分画像と位相補
    正マトリックスから複数の位相補正された部分画像を生
    成させ、位相補正された部分画像のそれぞれはk空間の
    前記区分の一に対応し、かつ前記位相補正された部分画
    像を総計して合成画像を生成することを特徴とする磁気
    共鳴映像方法。
  7. 【請求項7】 前記位相補正マトリックスを生成する段
    階において、k空間の各前記区分に対応する位相補充さ
    れた較正データ列をフーリエ変換して一組の低分解能複
    素画像を生成させ、かつ各低分解能画像を正規化して前
    記位相補正マトリックスを生成させることを更に特徴と
    する請求項6に記載の磁気共鳴映像方法。
  8. 【請求項8】 前記位相補正マトリックスを生成する段
    階において、k空間の各区分について、k空間の空部分
    をゼロ補充してゼロ補充された位相エンコードされた較
    正データの組を生成させ、空部分はk空間の他の区分に
    対応し、各ゼロ補充されたデータの組をフーリエ変換し
    て前記位相補正マトリックスの一つを生成させることを
    特徴とする請求項7に記載の磁気共鳴映像方法。
  9. 【請求項9】 前記合成画像を密度補正マトリックスで
    演算して密度補正された合成画像を生成させることを更
    に特徴とする請求項6に記載の磁気共鳴映像方法。
  10. 【請求項10】 (a)少なくとも列方向に前記合成画
    像をフーリエ逆変換し、一組のデータ列を生成させ、そ
    のデータ列の組がk空間の中央部分と前記中央区分の一
    方の側にあるk空間の第二の区分とからのデータ列を含
    み、(b)前記中央区分の他方の側にあるk空間の第三
    の区分をゼロ補充し、(c)前記データ列をフィルタし
    てk空間の前記中央区分からの前記データ列を抽出し、
    前記抽出されたデータ列をフーリエ変換し、低分解能画
    像を生成し、前記低分解能画像を正規化して低分解能画
    像位相マップを生成させ、(d)前記データ列をフィル
    タしてk空間の前記中央と第二の区分とからの前記デー
    タ列を抽出し、(e)前記抽出されたデータ列をフーリ
    エ変換して画像を生成し、大きさ画像を生成するために
    前記画像の絶対値を取り、前記大きさ画像と前記低分解
    能位相マップとを結合複素画像を生成し、(f)少なく
    とも前記列方向に前記複素画像をフーリエ逆変換し、k
    空間の前記中央と第二と第三の区分にデータ列を生成さ
    せ、かつ前記データ列をフィルタして、k空間の前記第
    三区分からの前記データ列を抽出し、(g)k空間の前
    記中央と第二の区分とから抽出された前記データ列をk
    空間の前記第三区分から抽出された前記データと結合
    し、(e)段階と(f)段階を反復して前記生成された
    複素画像が反復して改善されることを更に特徴とする請
    求項6に記載の磁気共鳴映像方法。
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