WO2002082994A1 - Magnetic resonance imaging apparatus and image processing method - Google Patents

Magnetic resonance imaging apparatus and image processing method Download PDF

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Yumiko Yatsui
Tetsuhiko Takahashi
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Hitachi Medical Corp
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    • G01R33/48NMR imaging systems
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    • G01R33/56563Correction of image distortions, e.g. due to magnetic field inhomogeneities caused by a distortion of the main magnetic field B0, e.g. temporal variation of the magnitude or spatial inhomogeneity of B0
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    • G01R33/44Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48NMR imaging systems
    • G01R33/4828Resolving the MR signals of different chemical species, e.g. water-fat imaging

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic resonance imaging apparatus (hereinafter, referred to as an MRI apparatus), and particularly when one image includes two or more island-shaped imaging regions, water and fat can be accurately determined for each region.
  • the present invention relates to a technique for acquiring a separated image. Background art
  • the Dixon method is a method of obtaining a water / fat separation image by using a phase change of an MR signal of a water signal and an MR signal of fat in a certain region.
  • An object of the present invention is to provide a magnetic resonance imaging apparatus capable of suppressing the occurrence of artifacts between regions even when two or more regions are divided into several islands in one image. is there.
  • the control means is based on phase values of a plurality of regions.
  • a magnetic resonance imaging apparatus for matching phase values between the respective regions using an evaluation function is disclosed.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the MRI apparatus.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a non-uniform distribution of a magnetostatic field in a conventional F0V.
  • FIG. 3 is a diagram showing an inter-region unwrapping algorithm according to the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an image obtained by imaging a subject composed of a plurality of spatially separated portions.
  • FIG. 5 is a diagram showing a phase profile of an image obtained by imaging an object composed of a plurality of spatially separated portions.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the non-uniform distribution of the static magnetic field in the F0V of the subject composed of the spatially separated portions according to the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the MRI apparatus.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a non-uniform distribution of a magnetostatic field in a conventional F0V.
  • FIG. 3 is a diagram showing an inter-region unwrap
  • FIG. 7 is a diagram showing a comparison of evaluation values of the present invention.
  • 101 is a subject
  • 102 is a static magnetic field magnet
  • 103 is a gradient coil
  • 104 is an RF coil
  • 105 is an RF probe
  • 106 is a signal detector
  • 107 is a signal processor
  • 108 is a display
  • 109 is a gradient power supply
  • 110 denotes an RF transmission unit
  • 111 denotes a control unit
  • 112 denotes a bed.
  • the configuration of the MRI apparatus will be described with reference to FIG.
  • a magnet 102 that generates a static magnetic field around the subject 101
  • a gradient coil 103 that generates a gradient magnetic field in the space
  • an RF coil 104 that generates a high-frequency magnetic field in this region
  • an MR signal generated by the subject 101 There is an RF probe 105 to detect.
  • the gradient magnetic field coil 103 is composed of gradient magnetic field coils in three directions of X, Y, and ⁇ , and generates a gradient magnetic field according to a signal from the gradient magnetic field power supply 109.
  • the RF coil 104 generates a high-frequency magnetic field according to the signal of the RF transmitting unit 110. You.
  • the signal of the RF probe 105 is detected by the signal detection unit 106, processed by the signal processing unit 107, and converted into an image signal by calculation.
  • the image is displayed on the display unit 108.
  • the gradient magnetic field power supply 109, the RF transmission unit 110, and the signal detection unit 106 are controlled by the control unit 111, and the control timing chart is generally called a norse sequence.
  • the bed 112 is for the subject to lie down.
  • FIG. 2 (b) is a static magnetic field non-uniformity map when the subject 208 is imaged
  • FIG. 2 (a) is a diagram in which phase values on the line M ′ in FIG. 2 (b) are plotted.
  • the horizontal axis represents the position
  • the vertical axis represents the amount of phase rotation due to the inhomogeneity of the static magnetic field.
  • the distribution 201 of the amount of phase rotation due to the non-uniformity of the static magnetic field in the subject is shown. Since the signal component outside the object 208 is almost 0, the phase value becomes measurement noise (random phase). No phase value is used.
  • the value 202 whose phase value is equal to or more than + ⁇ takes the value 203 folded back between - ⁇ and + ⁇ .
  • the values 204 and 205 which are equal to or less than - ⁇ also take the values 206 and 207 folded back between - ⁇ and + ⁇ .
  • a discontinuous jump occurs in the folded part from - ⁇ to + ⁇ (dotted line in the figure).
  • an unwrapping (rewinding) process described in USP 5,701,074 and the like is performed.
  • FIG. 6 shows a case where the unwrap target is two divided island-shaped areas.
  • Fig. 6 (b) shows a static magnetic field inhomogeneity map when the larger area is the first area 610 and the smaller area is the second area 611, and
  • Fig. 6 (a) is the map of Fig. 6 (b).
  • FIG. 9 is a diagram in which phase values on the line of M ′ are plotted.
  • the horizontal axis indicates the position
  • the vertical axis indicates the amount of phase rotation due to the non-uniformity of the static magnetic field.
  • a gap 613 exists between the first region 610 and the second region 611. are doing.
  • the inter-area unwrapping algorithm shown in Fig. 3 is applied. Fitting is performed to obtain an approximate function of the phase value of the first area, the phase value of the second area is obtained, and then unwrapping is performed.
  • the inter-region unwrapping algorithm shown in Fig. 3 is applied. First, the first In-area unwrapping is performed on the area 610 (301). Next, two-dimensional fitting is performed only on the phase value after the unwrapping (301) of the first area 610 (302). In the present embodiment, the fitting order is, for example, fourth order. Then, an evaluation value f0 is obtained for the second area 611 by an evaluation function based on the fitting result (303). As the evaluation function, for example, the sum of squares (SD: Standard Deviation standard deviation) of the difference between the fitting result and the pre-fitting phase value in the second region is used.
  • SD Standard Deviation standard deviation
  • step 303 the difference is calculated using the sum of squares of the difference between the phase values before and after fitting.
  • an offset of + 2 ⁇ is given to the phase value of the second region that has been unwrapped in the region (307), and fitting is performed similarly (308) to obtain an evaluation value f2 (309).
  • an offset of -2 ⁇ is given to the phase value of the second region that has been unwrapped in the region (310), fitting is performed (311), and the evaluation value f3 is obtained in this state (312).
  • the evaluation values f0, fl, f2,: f3 obtained are compared to determine which state is optimal (313).
  • fitting is performed on the phase value of the first area without first unwrapping the first area, and an evaluation function is obtained for the second area. After that, the phase values of the first area and the second area are unwrapped, and the respective evaluation function values are compared. And judge which state is the best.
  • the method of comparison is the same as the method shown in FIG.
  • FIG. 4 shows an image obtained by capturing an object composed of two spatially separated portions 401 and 402, and FIG. 5 shows a profile of the phase of this image at a line indicated by BB '.
  • the ranges 403 and 404 in FIG. 4 correspond to the ranges 501 and 502 in FIG.
  • the curve 503 shows the result of phase unwrapping in the range 501
  • the curve 504 shows the result of unwrapping the range 502 in the area using the unwrapping processing in the area shown earlier. Is shown.
  • This curve 504 has an offset of 2 ⁇ , indicating that the actual phase is curve 505.
  • Curves 506 and 507 show the results of fitting using curves 503 'and 504, or curves 503 and 505, respectively.
  • the value is returned to the value before unwrapping in the area in the second area (314). If the evaluation value fl, that is, the phase value after the unwrapping in the area in the second area is considered to be optimal, the value after the unwrapping in the area of the second area is adopted (315). If the evaluation value f2, that is, the phase value after the unwrapping within the area in the second area with an offset of + 2% is deemed to be optimal, the offset value is further increased to + 4 ⁇ , + 6 ⁇ , ...
  • the evaluation value: fn is calculated by changing the value of, the optimum offset value is calculated, and that value is adopted (316).
  • the evaluation value f3 ie, the case where the phase value is offset by ⁇ 2 ⁇ , is determined to be optimal
  • the value of the evaluation function is changed by changing the offset value to ⁇ 4 ⁇ , -6 ⁇ , ...
  • the optimum offset value is calculated, and the value is adopted (316).
  • FIG. (A) is the result of steps 301 and 302. If the difference between the thick line (actual phase value) and the thin line 702 (fitting result) in section 701 is large, the evaluation value fO increases.
  • (B) is the result of steps 304 and 305.
  • the thick line and the thin line 704 in the section 703 take very close values, and the evaluation value fl takes a small value.
  • (C) and (d) are the results of steps 307 and 308 and steps 310 and 311 respectively.
  • the gap between the thick line and the thin line 706 in section 705 and the thick line and the thin line 708 in section 707 are large, and the evaluation values f2 and f3 also take large values.
  • step 315 is optimal.
  • this processing is performed by simultaneous left and right imaging of the thigh (cross section, coronal section), multi-slice imaging of the abdominal cross section and the same coronal section, imaging with large F0V, imaging of the head cross section, When applied to the photographing of ankles and more than 300 images were taken, unwrapping between regions was performed correctly in all images, and water / fat separated images without artifat were obtained.
  • this method was applicable to both gradient echo type 3-point Dixon and spin echo type 3-point Dixon.
  • (a) states that "the static magnetic field created by the magnet changes slowly, the phase map has no local change, and the coefficients of the higher-order terms do not become large in the fitting results.” It is based on that. Performs full Germany coating of about 4 primary in the actual process, and a 4-order term (x4 s x3y, x2y2, xy3 , y4) may Re der value or less there is a coefficient. As a result of experiments, this evaluation function was able to stabilize the processing to some extent. The appropriate threshold varied depending on F0V and site.
  • (b) is an improvement of (a). Instead of giving a threshold value in advance, the value of the evaluation function in each state is relatively compared to determine which state is optimal. In this case, for the same reason as (a), the condition where the value of (b) was minimized was considered optimal. This method was more stable than (a). Note that, as in (a), different imaging conditions resulted in different processing results.
  • the first and second regions among the island regions may be determined by a method other than the size of the area.
  • an island-shaped region located at a more central portion of the image is defined as a first region
  • an island-shaped region located at a peripheral portion is defined as a second region.
  • the sum of squares of the phase difference before and after the fitting in the second region was obtained.However, as another method, the square of the phase difference before and after the fitting in the first and second sum regions was obtained. You may ask for the sum. In this case, the evaluation is It will evaluate the fitting effect of the whole subject instead of the fitting situation. However, since the target area increases and it takes time to calculate the evaluation value, higher-speed processing is required.
  • the case where there are two island regions to be unwrapped has been described.
  • three or more island regions may be provided.
  • a stable result can be obtained in a short time by a method of performing the unwrapping between the regions of the third region after the unwrapping process between the regions of the first region and the second region is completed.
  • the evaluation value for the third area is an unwrap between the first area and the second area, that is, an evaluation value based on the phase value matched between the first area and the second area. It can be obtained by a function.
  • the evaluation value is obtained by the evaluation function based on the phase value matched between the first to third regions.
  • the phase difference between before and after fitting to the first and a sum areas (a is an integer of 3 or more) is calculated.
  • the sum of squares may be obtained to evaluate the fitting effect of the entire subject.
  • the size of the island area to be unwrapped needs to be considered enough to make this process operate stably. This is a natural decision, considering the merits of incorporating small islands at the edges of the image into the calculation of the static magnetic field map.
  • the reason is that a very small area may be, for example, a blood flow artifat or a body artefat, and its phase value is unlikely to reflect the static magnetic field distribution.
  • the evaluation value sum of squares
  • the fitting function is of the fourth order, but the order can be changed.
  • the following considerations are required to determine the order.
  • the order is low, the static magnetic field inhomogeneity map of the fitting result obtained becomes smooth. Therefore, the processing result becomes stable, but there is a disadvantage that it cannot follow local magnetic field fluctuation.
  • the magnetic field uniformity generally sharply decreases as the distance from the center of the magnetic field increases. Therefore, when the field of view (F0V) is increased or when imaging is performed at a position other than the center of the magnetic field, the change in the static magnetic field cannot be obtained correctly.
  • the reason why the island-shaped unwrapping target region is created is that pixels having a small absolute value of the signal are regarded as noise and excluded from the calculation target, as described above. This process is a matter of course for those skilled in the art, but it is necessary to carefully consider where to set the threshold value in order to perform the process stably. Typically, 5% to 40% of the maximum value of the image is desirable. If the threshold is too large, the area of each island-shaped region will be small, and a static magnetic field non-uniformity map will be created with a small amount of data. Also, the number of island regions tends to increase.
  • threshold value is small, the number of islands divided is reduced, but the noise component enters, so the accuracy of the static magnetic field inhomogeneity map also decreases. According to the inventors' studies, a threshold value in the range of 10% to 30% was appropriate for stable processing.
  • the number of isolated islands also depends on the nature of the echo being measured. water and When a phase map is created by calculating echoes in which fat is in phase (in-phase echoes), the number of islands decreases. However, if the echo in which water and fat are out of phase (out-phase echo) is used in the calculation to create the phase map, the number of island regions will be increased. The reason is that, in the out-phase image, in the pixel where water and fat are mixed, the respective signal components cancel each other, and the signal value becomes small. Therefore, in order to stably create a static magnetic field inhomogeneity map, it is most desirable to use both the in-phase echo and the phase unwrap between the island-shaped regions according to the present invention.
  • the effect of the present invention even when used in combination with the out-phase echo, greatly improves the stability and accuracy of the processing as compared with the conventional processing.
  • the present invention is also applicable to a case where a static magnetic field non-uniformity map is obtained from a phase difference between an in-phase echo and an out-phase echo. As a result of applying this processing to such data, the unwrapping of the image of the fundus, the abdominal TRS section, and the abdominal C0R section has been significantly improved.
  • fitting is used as a preparation stage for obtaining an evaluation value.
  • the method of comparing the fitting result with the original data is one of appropriate methods, but is not limited to the above embodiment. In other words, when unwrapping between divided island-shaped regions, multiple unwrapped states are assumed, and a judgment is made for each result using an evaluation function. It suffices if the ball unwrap condition can be adopted.
  • the present invention is configured as described above, the inter-area unwrapping can be appropriately performed even when the area to be unwrapped is divided into several islands.
  • the amount of phase rotation can be accurately obtained, it is possible to suppress the occurrence of artefacts in which a region where a water signal is depicted and a region where a fat signal is depicted are mixed in one image. It becomes possible.

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Description

明 細 書 磁気共嗚ィメ一ジング装置及び画像処理方法 技術分野
本発明は、 磁気共鳴イメージング装置 (以下、 MRI装置という) に係り、 特 に 1つの画像中に 2つ以上の島状の撮影領域を含んでいる場合、 各領域に対し て正確に水 ·脂肪分離画像を取得する技術に関する。 背景技術
磁気共鳴イメージング装置で画像を得る場合、 エコー時間 (TE) や繰り返し 時間(TR)等のパラメータを変化させたり、画像演算を行うことによって、様々 な組織コントラストを持つ画像を得ることができる。 そこで、 コントラストを 持つ画像を得る方法の 1つに Dixon法がある。 Dixon法とは、 ある 1つ領域に おいて、 水信号の MR信号と脂肪の MR信号の位相の変ィヒを利用して水 ·脂肪分 離画像を得る方法である。
近年、 臨床において、 大腿部を左右同時に撮影したり、 頭部脳底部を横断面 で撮影したり、腹部を冠状断面で撮影し、水'脂肪分離画像で診断する機会が増 えている。 このように空間的に離れた複数の部分からなる被検体や、 被検体中 に空気等信号のない部分が存在する被検体など領域が島状にいくつかに分断さ れたときに各領域に対して正確に水 ·脂肪分離画像を取得する従来の技術とし て、 「 Λ New Two - Dimensional Phase Unwrapping A丄 goritnm ror MRI Images ; M. Hedley and D. Rosenfeld ; Magnetic Resonance in medicine,
Vol. 24, 177- 181 (1992)」 がある。 この技術は 2つの分断された島状領域がある 場合、 第 1の領域と第 2の領域間の最近接点の位相のみを単純に比較すること が開示されている。 し力 し、 この技術では局所的に急激な位相変化が起こって いる場所や、 分断された島状領域間が離れている場合には、 所望の画像を得る ことが困難なため、水画像、脂肪画像を分離することができず、 1枚の画像の中 に、 水信号が描出された領域と脂肪信号が描出された領域が混在してしまう。 発明の開示
本発明の目的は 1つの画像中に 2つ以上の領域が島状にいくつかに分断され たときでも、 領域間でのアーチファタトの発生を抑制が可能な磁気共鳴ィメー ジング装置を提供することにある。 本発明ではエコー時間の異なる複数枚の画 像データを取得し、 演算によって画像を得る制御手段を有する磁気共鳴ィメ一 ジング装置において、 前記制御手段は、 複数の各領域の位相値に基づいた評価 関数を用いて、 前記各領域間の位相値の整合を取る磁気共鳴ィメ一ジング装置 を開示する。 図面の簡単な説明
図 1は MRI装置の構成を示すプロック図である。 図 2は従来の F0V内の静磁 場不均一分布を説明する図である。 図 3は本発明の領域間アンラップアルゴリ ズムを示す図である。 図 4は空間的に離れた複数の部分からなる被検体を撮影 した画像を示す図である。 図 5は空間的に離れた複数の部分からなる被検体を 撮影した画像の位相のプロファイルを示す図である。 図 6は本発明の空間的に 離れた部分からなる被検体の F0V内の静磁場不均一分布を説明する図である。 図 7は本発明の評価値の比較を示す図である。 101は被検体、 102は静磁場磁石、 103は傾斜磁場コイル、 104は RFコイル、 105は RFプローブ、 106は信号検出 部、 107は信号処理部、 108は表示部、 109は傾斜磁場電源、 110は RF送信部、 111は制御部、 112はべッドを示す。 発明を実施するための最良の形態
MRI装置の構成を図 1により説明する。被検体 101の周囲に静磁場を発生する 磁石 102と、 該空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル 103と、 この領域に 高周波磁場を発生する RFコイル 104と被検体 101が発生する MR信号を検出す る RFプロープ 105がある。 傾斜磁場コイル 103は、 X、 Y、 Ζの 3方向の傾斜磁 場コイルで構成され、 傾斜磁場電源 109からの信号 応じてそれぞれ傾斜磁場 を発生する。 RFコイル 104は RF送信部 110の信号に応じて高周波磁場を発生す る。 RFプロープ 105の信号は、 信号検出部 106で検出され、 信号処理部 107で 信号処理され、 また計算により画像信号に変換される。 画像は表示部 108で表 示される。 傾斜磁場電源 109、 RF送信部 110、 信号検出部 106は制御部 111で 制御され、 制御のタイムチャートは一般にノルスシーケンスと呼ばれている。 べッド 112は被検体が横たわるためのものである。
図 2 (b)は被検体 208を撮影した場合の静磁場不均一マップであり、 図 2 (a) は、 図 2 (b)の M'の線上の位相値をプロットした図である。 図 2(a)で、 横軸は 位置を示し、 縦軸は静磁場不均一による位相の回転量を表している。 そして、 被検体内の静磁場不均一による位相回転量の分布 201を示す。 被検体 208の外 部の信号成分はほぼ 0なので、 位相値は計測ノイズ (ランダム位相) となって しまうので、 通常、 信号の絶対値でしきい値を設け、 信号値が一定値以下の領 域の位相値は使用しない。
図 2 (a)では、 位相値が + π以上となっている値 202は- πから + πの間に折り 返された値 203を取る。 また、 - π以下である値 204、 205も- πから + πの間に 折り返された値 206、 207を取る。 このように、 折り返された部分では位相値が - πから + πと不連続な飛び (図中点線) が生じる。 し力 し、 実際の磁場ではこ のような不連続な飛びが生じることはありえない。 そこで、 不連続な飛ぴを除 去し、 滑らかな静磁場不均一マップを得るために、 USP5, 701, 074等に記載され ているアンラップ (巻き戻し) 処理を行う。
アンラップ対象が 2つの分断された島状領域となっている場合を図 6に示す。 図 6 (b)は領域面積の大きいほうを第 1の領域 610、小さいほうを第 2の領域 611 としたときの静磁場不均一マップを示し、 図 6 (a)は図 6 (b)の M'の線上の位相 値をプロットした図である。 図 6 (a)で、 横軸は位置を示し、 縦軸は静磁場不均 一による位相の回転量を表しており、 第 1の領域 610と第 2の領域 611の間に 空隙 613が存在している。
このような処理対象に対して、 図 3に示す領域間アンラップアルゴリズムを 適用する。 第 1の領域の領域の位相値の近似関数を求めるフィッティングを行 い、 第 2の領域の位相値を求め、 その後アンラップをする方法を行う。
また、 図 3に示す領域間アンラップアルゴリズムを適用する。 まず、 第 1の 領域 610に対して領域内アンラップを行う (301)。 次に、 第 1の領域 610のァ ンラップ (301) 後の位相値のみに対して 2次元フィッティングを行う (302)。 本実施形態ではフィッティング次数を例えば 4次とする。 そして、 第 2の領域 611に対してこのフイツティング結果に基づく評価関数によって評価値 f0を求 める (303)。 評価関数としては、 例えば上記フィッティング結果と第 2の領域 におけるフイツティング前位相値の差の 2乗和 (SD: Standard Deviation標準 偏差) を用いる。
続いて、第 2の領域 611に対して領域内アンラップを行う (304)。次に、第 1 の領域 610のアンラップ (301) 後の位相値と第 2の領域のアンラップ (304) 後の位相値に対して、 フィッティングを行う (305)。 そして、 同様に評価関数 によって評価値 flを求める(306)。ステップ 306はステップ 303と同じくフィ ッティング前後の位相値の差の 2乗和を用いて求める。
そして、 領域内アンラップを行った第 2の領域の位相値に +2 πのオフセット を与え(307)、同様にフイツティングを行い(308)、評価値 f 2を求める(309)。 さらに、 領域内アンラップを行った第 2の領域の位相値に - 2 πのオフセットを 与え(310)、 フィッティングを行い(311)、 この状態において評価値 f3を求め る (312)。 ここで、 それぞれ求めた評価値 f0, fl, f2, : f3を比較し、 どの状態 が最適であるかを判定する (313)。
また、 他の方法として、 最初に第 1 の領域に対してアンラップをせず、 第 1 の領域の位相値に対してフィッティングを行い、 第 2の領域に対して評価関数 を求める。 その後、 第 1の領域及ぴ第 2の領域の位相値のアンラップを行い、 それぞれの評価関数値について、 比較を行う。 そして、 どの状態が最適である 力判断する。 比較の行い方は、 図 3に示した方法と同様である。
この判定は、例えば最も小なる 2乗和を選択する。 このことを図 4、図 5 'を用 いて説明する。 図 4は空間的に離れた 2つの部分 401、 402からなる被検体を撮 影した画像を示し、 図 5はこの画像の位相の B- B'で示したラインでのプロファ ィルを示す。 図 4における範囲 403、 404が、 図 5の範囲 501、 502に対応して いる。 曲線 503は範囲 501で位相アンラップした結果を示し、 曲線 504は先に 示した領域内アンラップ処理を用いて、 範囲 502を領域内アンラップした結果 を示す。 この曲線 504は 2ηπのオフセットを持ち、 実際の位相は曲線 505であ ることを示している。 曲線 503'と曲線 504、 もしくは、 曲線 503と曲線 505を 使つて、 それぞれフイツティングした結果を曲線 506、 曲線 507で示す。
ここで、 曲線 504と曲線 506、 曲線 505と曲線 507を比較すると、 曲線 505 と曲線 507の軌跡はほぼ一致しているのに対し、 曲線 504と曲線 506の軌跡は 範囲 502 内において、 値の差が大きくなつている。 このことから、 領域内アン ラップ後の位相とフイツティング結果の差の 2乗和が最小になる状態が最も適 切と判定される。
ステップ 313で判定の結果、 評価値 f0、 すなわち第 2の領域において領域内 アンラップ前の位相値が最適とみなされた場合は、 第 2の領域の領域内アンラ ップを行う前の値に戻す(314)。評価値 fl、すなわち第 2の領域において領域 内アンラップ後の位相値が最適とみなされた場合は、 第 2の領域の領域内アン ラップ後の値を採用する (315)。 評価値 f2、 すなわち第 2の領域において領域 内アンラップ後の位相値に +2 %のオフセットを与えたものが最適とみなされた 場合は、さらに +4 π,+6 π,…とオフセットの値を変化させて評価値: fnを求めて いき、 最適なオフセット値を求め、 その値を採用する (316)。 同様に、 評価値 f3、 すなわち位相値に- 2 πのオフセットを与えた場合が最適と判断された場合 も、 - 4 π,-6 π,…とオフセットの値を変化させて評価関数の値を求めていき、 最適なオフセット値を求め、 その値を採用する (316)。
以上の判定の手順を図 7を使って模式的に示す。 (a)はステップ 301、 302の 結果である。 区間 701の太線 (実際の位相値) と細線 702 (フィッティング結 果) のずれが大きいと、評価値 fOは大きくなる。 (b)はステップ 304、 305の結 果である。 区間 703の太線と細線 704は非常に近い値をとり、評価値 flは小さ い値をとる。 (c)、 (d)はそれぞれ、 ステップ 307、 308、 及ぴステップ 310、 311 の結果である。 区間 705の太線と細線 706、 区間 707の太線と細線 708のずれ は大きく、 評価値 f2、 f3も大きな値をとる。 図 7の例では、 評価値 flが最小 値をとり、 ステップ 313で比較、 判定の結果、 ステップ 315が最適となる。 実際にこの処理を大腿部の左右同時撮影 (横断面、 冠状断面) や腹部横断面 同冠状断面などのマルチスライス撮影、 大 F0Vでの撮影、 頭部横断面の撮影、 足首の撮影などに適用し、 300枚以上の撮影を行ったところ、 全画像において、 領域間アンラップが正しく行われ、アーチファタトのない水'脂肪分離画像が得 られた。 また、 本手法は、 グラジェントエコータイプの 3点 Dixon、 スピンェ コータイプの 3点 Dixonの双方に適用できた。
なお、 評価関数と判定式の他の例としては、 次のようなものも考えられる。
(a)静磁場不均一による位相回転量分布図を多項式でブイッティングしたとき の、 最高次数項の係数がすべて定めたしきい値以下である力否かを判定し、 し きい値以下なら正しいとする。
(b) 上記フィッティングにおいて、最高次数項の係数の 2乗和を求め、 その最 小値を採用する。
ここで、 (a) は、 「磁石の作る静磁場は緩やかに変化し、 位相マップは局所 的な変化をもたず、 フィッティング結果において、 高次項の係数は大きな値に なることはない」 ということを根拠としている。 実際の処理では 4次程度のフ イツティングを行い、 4次項 (x4s x3y, x2y2, xy3, y4) の係数がある値以下であ ればよいとした。 実験の結果、 この評価関数である程度の処理の安定化ができ た。 なお、 適切なしきい値は F0Vや部位に依存して変化した。
(b) は (a) に改良を加えたもので、 あらかじめしきい値を与えるのでなく、 各状態での評価関数の値を相対的に比較し、 どの状態が最適かを判断する。 こ の場合、 (a) と同じ理由により、 (b) の値が最小になる状態が最適であると考 えられた。 この手法は (a) よりも安定であった。 なお、 (a) と同様に撮影条件 が異なると処理結果に違いが生じた。
上記実施形態において、島状領域のうち、第 1の領域と第 2の領域の決定は、 面積の大小以外の方法で決定しても良い。 例えば、 画像のより中心部に存在す る島状領域を第 1の領域とし、周辺部に存在する島状領域を第 2の領域とする。 すなわち、 処理の手順として面積が多く中心部に位置する領域からアンラップ をスタートすることが、 早く安定にアンラップを行うために重要である。
評価関数の求め方について、 第 2領域についてフイツティング前後の位相差 の 2乗和を求めたが、 他の方法として第 1と第 2の合計の領域に対してフィッ ティング前後の位相差の 2乗和を求めても良い。 この場合、 評価は局所的なフ ィッティングの状況ではなく被検体全体のフィッティング効果を評価すること になる。 ただし、 対象面積が増え評価値の計算に時間を要するため、 より高速 な処理が必要となる。
また、 上記実施形態では、 アンラップすべき島状領域が 2つの場合で説明し たが、 島状領域は 3つ以上であっても良い。 この場合、 第 1の領域と第 2の領 域の領域間アンラップ処理が完成してから、 第 3の領域の領域間アンラップを 行う方法で、 短時間で安定な結果を得ることができる。 なお、 第 3の領域に対 する評価値は、 第 1の領域と第 2の領域の領域間アンラップ、 つまり、 第 1の 領域と第 2の領域との間で整合された位相値に基づく評価関数にて求められる。 さらに、第 4の領域がある場合には第 1〜第 3の領域間で整合された位相値に基 づく評価関数にて評価値が求められる。 また、 第 1 と第 2の合計の領域のフィ ティング効果を評価する手段と同様に、第 1と第 a (aは 3以上の整数) の合計 の領域に対してフィッティング前後の位相差の 2乗和を求め、 被検体全体のフ ィッティング効果を評価しても良い。
アンラップ対象となる島状領域の大きさをどの程度までにするかは、 本処理 を安定に動作させるために十分な検討が必要である。 小さくて画像の端にある 島状領域を静磁場マップの計算に組み込むことがどの程度のメリットがあるか を考えれば、 この判断は自然につく。 典型的には、 256 X 256 の画像において、 画素数 100程度以下の島状領域については、 無視して静磁場マップの確定に使 用しないことが望ましい。 その理由は、 あまり小さな領域は例えば血流アーチ ファタトゃ体動アーチファタトである可能性があり、 その位相値が静磁場分布 を反映している可能性が低いからである。 また、 小さな島状領域で評価値 (2 乗和) を求めても、 その精度が必ずしも高い保証が無い。 さらに、 小さな島状 領域が、 フィッティング関数の全体に与える影響は小さいので、 静磁場分布の 結果に大きな影響を与えない場合が多い。 また、 島状領域の数が増えると、 演 算時間が延長することの考慮も必要である。 また画像の端部に臨床上重要な部 位が少ないことも判断の基準になる。 アンラップ処理の対象とする島状領域の 数を制限する方法も有効である。 例えば島状領域を画素数の大きい順に 5個の み演算対象とする。 このような制限を用いれば、 演算時間をある範囲以内に制 限できるメリットがある。
さらに、 上記実施形態では、 フィッティング関数を 4次としたが、 その次数 は変更可能である。 この場合、 次数の決定には下記の配慮が必要である。 次数 が低いと得られるフィッティング結果の静磁場不均一マップはなだらかになる。 従って、 処理結果は安定になるが局所的な磁場の変動に追随できない欠点があ る。 例えば、 オープン型磁石を使った MRI装置では一般に磁場中心から離れる と急激に磁場均一性が低下することが知られている。 従って、 撮影視野 (F0V) を大きくしたり、 磁場中心以外の位置で撮影を行ったりするときに、 静磁場の 変化を正しく求められなくなる。 その結果として、 静磁場補正を施した水脂肪 分離画像に水と脂肪が混在することになり、臨床診断の制度は著しく低下する。 また、 生体起因の静磁場乱れとして、 例えば鼻腔、 副鼻腔など空隙が複雑に入 り込んでいる部位は局所的に静磁場が乱れる事が知られている。 このような部 位についても、 次数を下げると正しくフィッティングが出来なくなる。 他方、 フィッティング次数を増やすとこれらの問題はなくなるが、 被検体の周辺部で フィッティング結果が発散し不安定になる場合がある。 また、 フィッティング の演算時間が延びる傾向もある。 発明者らはこのような経験から、 フイツティ ング次数を 4次として良好な結果を得た。 具体的には、 オープン MRI装置にお いて、 F0V320雇程度まで安定な処理が行えた。
島状のアンラップ対象領域が生まれる理由は、 前述したように、 信号の絶対 値が小さい画素をノイズとみなして、 演算対象からはずすためである。 この処 理は、 同業者にとっては当然の処理であるが、 その閾値をどこにするかは、 処 理を安定に行うために十分検討する必要がある。 典型的には、 画像の最大値の 5%から 40%程度が望ましい。 あまり閾値が大きいと各島状領域の面積が小さ くなり、 少ないデータで静磁場不均一マップを作るため、 求める静磁場不均一 マップの精度が下がる。 また島状領域の数が増える傾向がある。 閾値が小さい と島状領域が分断される数は減るがノィズ成分が入り込むので、 やはり静磁場 不均一マップの精度が下がる。発明者らの検討によれば、 閾値は 10%から 30% の範囲が安定に処理を行うために適当であった。
分断される島状領域の数は、 測定するエコーの特質によっても変わる。 水と 脂肪が同相になるエコー (インフェイズエコー) 同士の演算で位相マップを作 成すると、 島状領域の数は少なくなる。 しかし、 水と脂肪が逆相になるエコー (アウトフェイズエコー) を位相マップを作成する演算に使用すると、 島状領 域の分断数は多くなる。 その理由は、 アウトフェイズ画像では、 水と脂肪が混 在する画素においてそれぞれの信号成分が打ち消し合い、 信号値が小さくなる ためである。 従って、 静磁場不均一マップを安定に作成するには、 インフェイ ズエコーと本発明の島状領域間の位相アンラップを併用することが最も望まし い。 なお、 本発明の効果は、 アウトフェイズエコーとの併用であっても、 従来 の処理に比べ大幅に処理の安定性と精度が向上することは、 前述の説明で明ら かである。 また、 インフェイズエコーとアウトフェイズエコーの位相差で静磁 場不均一マップを求める場合にも本発明は適用できる。 実際にこのようなデー タに本処理を適用した結果、 脳底部の画像や、 腹部 TRS断面、 腹部 C0R断面の アンラップ処理が著しく向上した。
分断された島状領域をどの順番でアンラップしていくのかも重要である。 経 験的には、 画像中心部に近い領域から行うのが望ましい。 その理由は、 画像中 心は磁場中心に一致することが多いので、 静磁場均一度が高く空隙内でのアン ラップ数も少なく、 得られる結果が正しい確率が高いからである。 または、 大 きな島状領域から行うのがよい。 その理由は、 大きな島状領域では前述のよう に評価値の精度が高いので正確な判定が出来るため、 得られる結果が正しい確 率が高いからである。 さらには、 アンラップ済みの領域との空隙が狭い島状領 域から行うのが良い。 これも空隙内でのアンラップ数も少なく、 得られる結果 が正しい確率が高いからである。 すなわち正しい結果が得られやすい領域から 順にアンラップを適用していく。 また、 これらの処理順番は、 すべて簡単な数 式のみで記述できるため、 処理の自動化を妨げることは無い。
上記実施形態では、 評価値を求める準備段階として、 フィッティングを用い ている。 フィッティング結果と元データを比較する方法は適切な方法の一つで はあるが、 上記実施形態に限定されるものではない。 すなわち、 分断された島 状領域間のアンラップを行う際に、 複数のアンラップ状態を想定し、 それぞれ の結果に対して評価関数を使って判定を行い、 最も適切と思われる評価値、 つ まりアンラップ条件を採用することができればよい。
上記実施例では、 2次元の画像に対して説明を行ったが、 3次元画像への拡張 は当然可能であることは、 言うまでも無い。
本発明は、 以上のように構成されたので、 アンラップすべき領域が島状にい くつかに分断されたときでも、 適切に領域間アンラップ行うことができる。 よ つて、位相回転量を正確に求めることができるため、 1枚の画像の中に水信号が 描出された領域と脂肪信号が描出された領域が混在するようなアーチファタト の発生を抑制することが可能となる。

Claims

求 の
1. エコー時間の異なる複数枚の画像データを取得し、 演算によって画像を得 る制御手段を有する磁気共鳴ィメ一ジング装置において、 前記制御手段は、 複数の各領域の位相値に基づいた評価関数を用いて、前記各領域間の位相値 の整合を取ることを特徴とする磁気共鳴ィメ一ジング装置。
2. 前記制御手段は、 位相回転量の主値周りを除去するアンラップ処理を複数 領域に対し実行すると共に前記各領域間の位相値の整合を取ることを特徴 とする請求項 1記載の磁気共鳴ィメ一ジング装置。
3. 前記制御手段は、 複数の各領域間の位相値に基づいた評価値を複数求め、 前記複数の評価値から所望の評価値を選択し、前記所望の評価値に基づき前 記各領域間の位相値の整合を取ることを特徴とする請求項 2記載の磁気共鳴 イメージング装置。
4. 前記制御手段は、 前記評価値を前記位相回転量の分布図をアンラップ後に フィッティングした位相値とフイツティング前の位相値とに基づいて求め ることを特徴とする請求項 3記載の磁気共鳴ィメ一ジング装置。
5. 前記制御手段は、 前記複数の評価値のうち最小となる評価値を選択するこ とを特徴とする請求項 3又は請求項 4記載の磁気共鳴ィメ一ジング装置。
6. 被検体の置かれた空間に静磁場を発生するための静磁場発生手段と、 前記 被検体に対し核磁気共鳴現象を起こすための高周波パルスを繰り返し印加 する高周波パルス印加手段と、 前記被検体にスライス、位相エンコード、読 み出し方向の各傾斜磁場を印加する傾斜磁場発生手段と、前記被検体からの 複数のエコー信号を検出する受信手段と、前記高周波パルスの 1回の繰り返 し時間内にエコー時間を異ならせた複数のエコー信号を発生させると共に 前記各エコー信号の発生と共に読み出し傾斜磁場を印加し、繰り返し毎に位 相ェンコ一ドを変化させるよう各手段を制御する制御手段を有する磁気共 鳴イメージング装置において、前記制御手段は、分断された領域を持つ被検 体に対し各領域毎に位相値の整合を行う第 1のアンラップ処理を実行し、各 領域間の位相値の整合を行う第 2のアンラップ処理を実行すると共に、前記 第 2のアンラップ処理は複数の位相値整合のパターンを求め、この複数のパ ターンから所望のパターンを選択して位相値整合を行うことを特徴とする 磁気共鳴イメージング装置。
7. ェコ一時間の異なる複数枚の画像に対し水と脂肪に分離した画像を得るた めの画像処理をするための画像処理方法において、
(a) 分断された領域が複数存在する画像に対し各領域毎に静磁場不均一に よる位相回転量の分布図を求めるためのアンラップ処理を行うステップ、
(b) 各領域間の位相値の整合を取るため複数のパラメータを求め、複数の パラメータから所望のパラメータを選択し、選択されたパラメータに基づい て各領域間のアンラップ処理を行うステップ、を含むことを特徴とする画像 処理方法。
8. ェコ一時間の異なる複数枚の画像に対し水と脂肪に分離した画像を得るた めの画像処理をするための画像処理方法において、
(a) 分断された領域が複数存在する画像に対し基準となる領域に対し静磁 場不均一による位相回転量の分布図を求めるためのアンラップ処理を行う ステップ、
(b) 前記基準領域の静磁場不均一による位相回転量の分布図に対しフィッ ティング処理を行うステップ、
(c) 前記基準領域と隣り合う第 1の領域の位相値と、 ステップ (b) によ り得られた基準領域の位相値とにより評価値を求めるステップ、
(d) 第 1の領域に対しアンラップ処理を行うステップ、
(e) 基準領域と第 1の領域に対しフイツティング処理を行うステップ、
(f) 基準領域と第 1の領域の位相値と、 ステップ (e) により得られた基 準領域と第 1の領域の位相値とにより評価値を求めるステップ、
(g) 第 ηの領域に対し所望のオフセットを与えるステップ、
(h) 基準領域と第 1の領域に対しフイツティング処理を行うステップ、
(i) 基準領域と第 1の領域の位相値と、 ステップ (h) により得られた基 準領域と第 1の領域の位相値とにより評価値を求めるステップ、
(j) オフセット値を変えて (g) 〜 (i) を所望の回数繰り返すステップ、 (k)ステップ(c) , (f), (i)及びステップ(j)の繰り返しにて得られた 複数の評価関数を比較するステップ、
(1) ステップ (k) の比較結果に基づいて所望の評価値を選択するステツ プ、
On) ステップ (1) にて選択された評価値に基づいて基準領域と第 1の領 域との位相値の整合を行うステップ、を含むことを特徴とする画像処理方法。
9. 前記画像処理方法において、 分断された領域が 3個以上存在する場合にお いて、 さらに
(n) ステップ (m) で位相値整合された基準領域と第 1 の領域とを新たな 基準領域とし、 ステップ (a)〜 (n) を繰り返すステップ、 を含むことを特 徴とする請求項 8記載の画像処理方法。
10. 前記制御手段は、少なくとも 2つ以上に分断された領域を含む画像を撮り、 第 1の領域の位相値に対して近似関数を求め、前記第 1の領域と対向する第 2の領域の位相値は前記近似関数に適応させ、 水 ·脂肪分離画像を得ること を特徴とする請求項 1曾己載の磁気共鳴ィメ一ジング装置。
11. 前記制御手段は、前記第 1の領域に対して静磁場不均一による位相回転を 補正し、前記近似関数を求め、前記第 2の領域の位相値は前記近似関数に適 応させることを特徴とする請求項 10記載の磁気共鳴ィメ一ジング装置。
12. 前記第 1 の領域は前記画像の中心付近に位置することを特徴とする請求 項 10記載の磁気共鳴ィメ一ジング装置。
13. 前記第 1 の領域は画像の最も広い領域であることを特徴とする請求項 10 記載の磁気共鳴ィメ一ジング装置。
14. 前記第 2の領域は前記第 1の領域と空隙が狭い領域から選択されることを 特徴とする請求項 10記載の磁気共鳴ィメ一ジング装置。
15. 第 n ( nは 3以上の整数) の領域の位相値を求める際、 前記第 1の領域か ら第 n- 1の領域の位相値の近似関数を求め、前記第 nの領域の位相値は前記 第 1の領域から前記第 n-lの領域の位相値の前記近似関数に適応させること を特徴とする請求項 10記載の磁気共鳴ィメ一ジング装置。
16. 被検体から画像データを取得し、演算によって画像を得る制御手段を有す る磁気共鳴ィメ一ジング装置において、前記制御手段は少なくとも 2つ以上 に分断された領域を含む画像を取り、第 1の領域及び前記第 1の領域と対向 する第 2の領域の合計領域に対してそれぞれの位相値の評価関数を求め、前 記評価関数から前記第 1の領域の位相値に前記第 2の領域の位相値を適応さ せ、第 1の領域及び第 2の領域の水 ·脂肪分離画像を得ること特徴とする磁 気共鳴イメージング装置。
17. 前記制御手段は前記第 1の領域及び前記第 2の領域に対して静磁場不均一 による位相回転を補正し、それぞれの位相値の評価関数を求めること特徴と する請求項 16記載の磁気共鳴ィメ一ジング装置。
18. 前記第 1 の領域は前記画像の中心付近に位置することを特徴とする請求 項 16記載の磁気共鳴ィメ一ジング装置。
19. 前記第 1 の領域は画像の中で最も広い領域であることを特徴とする請求 項 16記載の磁気共鳴ィメ一ジング装置。
20. 前記第 2の領域は前記第 1の領域と空隙が狭い領域から選択されることを 特徴とする請求項 16記載の磁気共鳴ィメ一ジング装置。
21. 第 n ( nは 3以上の整数) の領域の位相値を求める際、 前記第 nの領域の 位相値は第 1の領域から第 nの領域の合計領域の前記近似関数に適応させる ことを特徴とする請求項 16記載の磁気共鳴ィメ一ジング装置。
22. 複数枚の画像に対し水と脂肪に分離した画像を得るための画像処理をす るための画像処理方法において、
(a)分断された領域が複数存在する画像に対し基準となる第 1の領域に対 し静磁場不均一による位相回転量の分布図を求めるためのアンラップ処理 を行うステップと、
(b)前記第 1の領域の静磁場不均一による位相回転量の分布図に対しフィ ッティング処理を行うステップと、
(c) 前記第 1の領域と隣り合う第 2の領域の位相値及びステップ (b ) に より得られる前記第 1の領域の位相値により評価値を求めるステップとを 含むことを特徴とする画像処理方法。
23. (d) 前記第 2の領域に対しアンラップ処理を行うステップと、 (e)前記第 1の領域と前記第 2の領域に対しフイツティング処理を行うス テツプと、
(f) 前記第 1の領域と前記第 2の領域の位相値及ぴステップ (e) により 得られる前記第 1の領域と前記第 2の領域の位相値とにより評価値を求める ステップとを含むことを特徴とする請求項 22記載の画像処理方法。
24. (g) 第 2の領域の位相値に ± 2m π (mは自然数) のオフセットを与え評 価値を求めるステップを含むことを特徴とする請求項 23記載の画像処理方 法。
25. (j)ステップ(c) , (f), (g)にて得られた複数の評価値に対する評価関 数を比較し、所望の評価値を選択するステップを含むことを特徴とする請求 項 24記載の画像処理方法。
26. ( ) 前記第 1の領域と前記第 2の領域の位相値と第 X ( Xは 3以上の整 数) の領域の位相値に対し、 フッティング処理を行うステップを含むことを 特徴とする請求項 25記載の画像処理方法。
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