JP5591500B2 - Magnetic resonance imaging apparatus and image reconstruction program - Google Patents
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Description
本発明は、被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴信号(以下、NMR信号と呼ぶ)を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を画像化する磁気共鳴イメージング(以下、MRIと呼ぶ)装置に関し、特に、ラディアルサンプリング法を併用したNMR信号の推定技術に関する。 The present invention measures magnetic resonance imaging (hereinafter referred to as NMR signal) from hydrogen, phosphorus, etc. in a subject and images nuclear density distribution and relaxation time distribution (hereinafter referred to as MRI). In particular, the present invention relates to an NMR signal estimation technique using a radial sampling method.
MRI装置は、被検体、特に人体の組織を構成する原子核スピンが発生するNMR信号を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を2次元的に或いは3次元的に画像化する装置である。撮影においては、エコー信号には、傾斜磁場によって異なる位相エンコードが付与されるとともに周波数エンコードされて、時系列データとして計測される。計測されたNMR信号は、計測空間(一般的に「k空間」と呼ばれる空間であり、以下k空間と呼ぶ)に配置され、2次元又は3次元フーリエ変換されることにより画像に再構成される。NMR信号は、FID信号やエコー信号として取得されるが、エコー信号として取得されることがほとんどであるので、以下NMR信号をエコー信号とも呼ぶ。 An MRI apparatus measures an NMR signal generated by nuclear spins constituting a subject, particularly a human tissue, and images its head, abdomen, limbs, etc. in two or three dimensions. Device. In imaging, the echo signal is given different phase encoding depending on the gradient magnetic field and is frequency-encoded and measured as time-series data. The measured NMR signal is arranged in a measurement space (generally called “k space”, hereinafter referred to as k space), and is reconstructed into an image by two-dimensional or three-dimensional Fourier transform. . An NMR signal is acquired as an FID signal or an echo signal, but since it is almost always acquired as an echo signal, the NMR signal is hereinafter also referred to as an echo signal.
k空間へのエコー信号の配置方法の最も一般的な方法として、カーテシアンサンプリング法がある。カーテシアンサンプリング法は、位相エンコードの異なる複数のエコー信号が、周波数エンコードと平行な方向に並ぶように配置する方法である。 The Cartesian sampling method is the most common method for arranging echo signals in the k-space. The Cartesian sampling method is a method in which a plurality of echo signals having different phase encodings are arranged in a direction parallel to the frequency encoding.
カーテシアンサンプリング法以外のk空間へのエコー信号の配置方法の一つに、ラディアルサンプリング法がある。ラディアルサンプリング法は、k空間の原点を中心として回転角の異なる複数のエコー信号が放射状に並ぶように配置する方法である。ラディアルサンプリング法のパルスシーケンスは、例えば特許文献1に記載されている。ラディアルサンプリング法において、角度毎のエコー信号は、Bladeデータと呼ばれる。
There is a radial sampling method as one of methods for arranging echo signals in the k-space other than the Cartesian sampling method. The radial sampling method is a method in which a plurality of echo signals having different rotation angles with respect to the origin of the k space are arranged in a radial pattern. A pulse sequence of the radial sampling method is described in
ラディアルサンプリング法には、(1)位相エンコードを付加しない1つのエコー信号(Blade)を回転角毎に配置するものと、(2)位相エンコードを付加したエコー信号群(Blade)を回転角毎に配置するもの(例えば非特許文献1)の2種類がある。本明細書では、両者を区別する場合には(1)をラディアルスキャン、(2)をハイブリッドラディアルスキャンと呼ぶ。両者を包括して述べる場合にはラディアルサンプリング法と呼ぶ。ラディアルサンプリング法は、放射状にエコー信号が配置されるため、エコー信号の計測時における被検体の体動アーチファクトが、カーテシアンサンプリング法に比べて目立ちにくいと言われている。 In the radial sampling method, (1) one echo signal (Blade) with no phase encoding added is arranged for each rotation angle, and (2) an echo signal group (Blade) with phase encoding added for each rotation angle. There are two types of arrangement (for example, Non-Patent Document 1). In the present specification, when distinguishing between the two, (1) is called a radial scan, and (2) is called a hybrid radial scan. When both are described comprehensively, it is called a radial sampling method. In the radial sampling method, since echo signals are arranged radially, it is said that the body motion artifact of the subject at the time of measuring the echo signal is less noticeable than the Cartesian sampling method.
一方、計測目的によっては、k空間への限られた領域にのみエコー信号を配置するサンプリング方法がある。限られた領域のみにエコー信号を配置する目的には、(1)TE(Echo Time)の短縮、(2)計測時間の短縮の2点が挙げられる。(1)の場合には、エコー信号の時系列上における前側のデータが欠落したフラクショナルエコー(Fractional Echo)信号をMRI装置により計測する(以下、このような計測をフラクショナルエコー計測と呼ぶ)。(2)の場合は、エコー信号の計測数を減らし、パルスシーケンスに依存してある特定の領域のデータを欠落させる(以下、このような計測をフラクショナルスキャン計測と呼ぶ)。このようなk空間の一部のデータが欠落した状態では、再構成画像にトランケーションアーチファクトや、エイリアシングが重畳する。これらアーチファクトを抑制するためには、欠落領域のデータを推定して形成する必要がある(以下、k空間上の欠落領域を推定したデータを「推定データ」、推定データを算出する処理を「推定処理」と呼ぶ)。既存の推定処理として、以下の非特許文献2、特許文献2,3に示すような手法が提案されている。
On the other hand, depending on the purpose of measurement, there is a sampling method in which echo signals are arranged only in a limited area in the k space. The purpose of arranging echo signals only in a limited area includes (1) shortening of TE (Echo Time) and (2) shortening of measuring time. In the case of (1), a fractional echo (Fractional Echo) signal from which the previous data on the time series of the echo signal is missing is measured by the MRI apparatus (hereinafter, such measurement is referred to as “fractional echo measurement”). In the case of (2), the number of echo signal measurements is reduced, and data in a specific area is lost depending on the pulse sequence (hereinafter, such measurement is referred to as fractional scan measurement). In a state where a part of such k-space data is missing, truncation artifacts and aliasing are superimposed on the reconstructed image. In order to suppress these artifacts, it is necessary to estimate and form missing area data (hereinafter, “estimated data” refers to data that estimates missing areas in k-space, and “estimates the process of calculating estimated data”. Process ”). As an existing estimation process, methods as shown in Non-Patent Document 2 and
非特許文献2には、複素共役の性質を利用した推定方法が提案されている。当該手法では、k空間上のデータが複素共役の関係にあることを利用して推定処理を行っている。再構成画像データが実数である場合、k空間上のデータは式(1)に示すように複素共役の関係を持つ。この性質から、k空間上の半分の領域(対角線上にない2つ象限の領域)においてのみエコー信号データF(kx、ky)を計測し、非計測のエコー信号データF(-kx、-ky)を式(1)から推定することができる。ただし、式(1)において、CC( )は、括弧( )内の複素共役であることを示す。
上述した非特許文献2および特許文献2の手法は、2次元のk空間、すなわちkx-ky平面上での処理であるが、特許文献3には、3次元に拡張したk空間に対して推定処理が開示されている。3次元空間上で推定処理を行うことにより、2次元平面上での推定処理よりもエコー信号の計測数を減らすことが可能である。また、特許文献3には、k空間データの一部から位相マップを作成し、共役対称データを補正することが開示されている。
The methods of Non-Patent Document 2 and Patent Document 2 described above are processing on a two-dimensional k-space, that is, the kx-ky plane. A process is disclosed. By performing estimation processing in a three-dimensional space, the number of echo signal measurements can be reduced as compared with estimation processing on a two-dimensional plane.
しかしながら、上述した推定処理にはそれぞれ以下のような問題点がある。
複素共役の性質を利用する非特許文献2の推定方法は、再構成画像データが実数であることが前提であるが、実測データは磁場歪みやノイズ等の要因により位相誤差が付加されるため、再構成画像データが複素数となる場合がある。その場合は、k空間上のデータに複素共役の関係が成り立たない。それ故、推定結果は誤ったものとなり、再構成画像の画質劣化を引き起こす。
However, each of the estimation processes described above has the following problems.
The estimation method of Non-Patent Document 2 using the property of complex conjugate is based on the premise that the reconstructed image data is a real number, but the measured data has a phase error due to factors such as magnetic field distortion and noise. The reconstructed image data may be complex numbers. In that case, the complex conjugate relationship does not hold for the data in the k space. Therefore, the estimation result is incorrect and causes the image quality of the reconstructed image to deteriorate.
特許文献3は,k空間データの一部から複素共役データを求め、データを逆フーリエ変換した空間(画像空間)において位相補正処理を施し推定データを求めている。得られた推定データと計測データは、k空間上に戻して合成される。このため、推定データに、フーリエ変換を施し、再びk空間に戻す必要がある。従って、推定処理全体において実施するフーリエ変換処理の回数は、推定処理を行わない場合に比べて、3倍となる。更に、特許文献3に記載されている繰り返し処理によりリファインを行う場合は、より多くの処理量を必要とする。このため、特許文献3に開示されている手法は処理時間の点で実用的ではないという問題がある。(特許文献3の図1Bを参照)
In
また、特許文献3の図1Cには、代替的な実施形態として、推定データと計測データを画像空間上で合成することが示唆されているが、明細書中に説明がほとんどなく、詳細が不明である。図1Cを見る限り、位相補正データには計測データそのものが用いられているため、得られる位相マップには非対称形状ゆえの位相歪みが生じ得る。このため、位相補正が精度良く行うことができない。また、特許文献3の手法では、推定データと計測データに、k空間上で重なり合う領域(周波数成分)があるため、それらの画像データを加算すると、特定の周波数成分が強調/抑制された画像になり、画質が劣化するという問題も生じる。
Further, FIG. 1C of
一方、特許文献2に記載の推定方法は、Bladeデータ毎に推定処理を行うため、位相補正に用いる位相マップがBladeデータ内の少ないエコー信号を用いて作成される。そのため位相マップのSN比が低く、Bladeデータ毎の推定処理は、推定精度が低い。また、Bladeデータ内の位相エンコード数に応じて位相マップの作成サイズが異なる。そのため、Bladeデータ内の位相エンコード数に依存して推定精度が変化し、画質が安定しないという問題がある。 On the other hand, since the estimation method described in Patent Document 2 performs estimation processing for each blade data, a phase map used for phase correction is created using a small number of echo signals in the blade data. Therefore, the SN ratio of the phase map is low, and the estimation processing for each blade data has low estimation accuracy. Also, the creation size of the phase map differs depending on the number of phase encodings in the blade data. Therefore, there is a problem that the estimation accuracy changes depending on the number of phase encodings in the Blade data, and the image quality is not stable.
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされ、ラディアルサンプリング法に適したエコー信号の高精度な推定処理が可能な磁気共鳴イメージング装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic resonance imaging apparatus capable of highly accurate estimation of an echo signal suitable for the radial sampling method.
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様によれば、以下のような磁気共鳴イメージング装置が提供される。すなわち、被検体に高周波パルスと傾斜磁場を印加して、核磁気共鳴信号を取得する信号取得部と、核磁気共鳴信号から画像を再構成する信号処理部とを有する装置であって、信号取得部は、計測空間において、原点を中心として放射状に配置される複数の核磁気共鳴信号データを取得する。信号処理部は、計測空間において、原点を含み、原点から所定の範囲の第1領域のデータ、および、第1領域よりも原点から離れた範囲を含む第2領域のデータを選択するためのフィルタ設定部と、前記フィルタ設定部で選択された第1および第2領域の核磁気共鳴信号データをそれぞれ逆フーリエ変換し、第1領域逆フーリエ変換後データおよび第2領域逆フーリエ変換後データを得る逆フーリエ変換部と、第2領域逆フーリエ変換後データの複素共役データを求めることにより推定データを得る複素共役部と、第2領域逆フーリエ変換後データまたは複素共役データから第1領域逆フーリエ変換後データの位相値を減算または加算することにより位相補正を行う位相補正部と、第1領域逆フーリエ変換後データと第2領域逆フーリエ変換後データと推定データとを加算することにより再構成画像を得る加算部とを備える。フィルタ設定部は、推定データをフーリエ変換して計測空間に仮想的に配置した場合に、計測空間において、該フーリエ変換後の推定データが、前記第1および第2の領域のデータと重なり合わないように前記第1および第2領域のデータをそれぞれ選択する。このように、中心を含む第1領域およびその外側を含む第2領域のデータを選択することにより、画像空間上で推定データと加算して再構成画像を得ることができる。なお、本発明において、「重なり合わない」という意味は、k空間データの一部を強調/抑制しないという意味であり、k空間上の座標位置が重複しないという意味に限定されない。例えば、領域の座標が重なりあっていても、データが割合を変えてフィルタリング(選択)されている場合には、k空間データは強調/抑制されないので、本発明の「重なり合わない」に含まれる。以下、本明細書において同様の意味を意図して「重なり合わない」、「重ならない」もしくは「重なり合う領域が生じない」という表現を用いる。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the following magnetic resonance imaging apparatus is provided. That is, an apparatus having a signal acquisition unit that acquires a nuclear magnetic resonance signal by applying a high-frequency pulse and a gradient magnetic field to a subject, and a signal processing unit that reconstructs an image from the nuclear magnetic resonance signal. The unit acquires a plurality of nuclear magnetic resonance signal data arranged radially from the origin in the measurement space. The signal processing unit includes a filter for selecting, in the measurement space, data of a first region that includes an origin, a predetermined range from the origin, and data of a second region that includes a range farther from the origin than the first region. The first and second region nuclear magnetic resonance signal data selected by the setting unit and the filter setting unit are subjected to inverse Fourier transform to obtain first region inverse Fourier transformed data and second region inverse Fourier transformed data. Inverse Fourier transform unit, complex conjugate unit that obtains estimated data by obtaining complex conjugate data of second region inverse Fourier transformed data, and first region inverse Fourier transform from second region inverse Fourier transformed data or complex conjugate data A phase correction unit that performs phase correction by subtracting or adding the phase value of the post-data, the data after the first region inverse Fourier transform, and the second region inverse Fourier transform And an addition unit to obtain a reconstructed image by adding the data and the estimated data. When the estimated data is subjected to Fourier transform and virtually arranged in the measurement space, the estimated data after the Fourier transform does not overlap with the data in the first and second regions in the measurement space. In this manner, the data of the first and second areas are selected. As described above, by selecting the data of the first region including the center and the second region including the outside thereof, it is possible to obtain the reconstructed image by adding the estimated data in the image space. In the present invention, the meaning of “not overlapping” means not emphasizing / suppressing a part of k-space data, and is not limited to the meaning that coordinate positions in k-space do not overlap. For example, even if the coordinates of the regions overlap, if the data is filtered (selected) by changing the ratio, the k-space data is not emphasized / suppressed, and thus is included in the “non-overlapping” of the present invention. . Hereinafter, the expression “does not overlap”, “does not overlap” or “does not cause overlapping regions” is used in the present specification with the same meaning.
上記フィルタ設定部は、例えば、計測空間において、前記第1領域のデータと、前記第2領域のデータとが重なり合わないように前記第1および第2領域のデータをそれぞれ選択する構成とする。 For example, the filter setting unit is configured to select the data of the first and second regions so that the data of the first region and the data of the second region do not overlap in the measurement space.
信号取得部の取得する核磁気共鳴信号データは、計測空間において、原点から所定距離以上離れた領域の一部において、データが欠落している構成であってもよい。 The nuclear magnetic resonance signal data acquired by the signal acquisition unit may be configured such that data is missing in a part of a region that is a predetermined distance or more away from the origin in the measurement space.
信号取得部は、例えば、計測空間に配置した場合に、原点を中心として相互に点対称の関係にならないように複数の核磁気共鳴信号データを取得する構成とする。 The signal acquisition unit, for example, is configured to acquire a plurality of nuclear magnetic resonance signal data so as not to have a point-symmetric relationship with respect to the origin when arranged in a measurement space.
また、例えば、信号取得部は、高周波磁場パルスとして時間軸方向に対称関数をエンベロープとするパルスの前半のみを印加し、核磁気共鳴信号として、計測空間の原点を始点とする信号を取得する、いわゆる超短TE撮像法を用いることが可能である。 Further, for example, the signal acquisition unit applies only the first half of a pulse having a symmetric function envelope in the time axis direction as a high-frequency magnetic field pulse, and acquires a signal starting from the origin of the measurement space as a nuclear magnetic resonance signal. It is possible to use a so-called ultra-short TE imaging method.
また、本発明の第2の態様によれば、以下のような磁気共鳴イメージング装置が提供される。すなわち、被検体に高周波パルスと傾斜磁場を印加して、核磁気共鳴信号を取得する信号取得部と、核磁気共鳴信号から画像を再構成する信号処理部とを有する装置であって、信号取得部は、計測空間において、原点を中心として放射状に配置される複数の核磁気共鳴信号データを取得する。信号処理部は、計測空間において、原点を含み、原点から所定の範囲の第1領域のデータ、および、前記第1領域よりも原点から離れた範囲を含む第2領域のデータを選択するためのフィルタ設定部と、前記フィルタ設定部で選択された第1および第2の領域の核磁気共鳴信号データ、および、計測空間全体の前記核磁気共鳴信号データをそれぞれ逆フーリエ変換し、第1領域逆フーリエ変換後データおよび第2領域逆フーリエ変換後データと全体逆フーリエ変換後データとを得る逆フーリエ変換部と、第2領域逆フーリエ変換後データの複素共役データを求めることにより推定データを得る複素共役部と、第2領域逆フーリエ変換後データまたは複素共役データから第1領域逆フーリエ変換後データの位相値を減算または加算することにより位相補正を行う位相補正部と、全体逆フーリエ変換後データと推定データとを加算することにより再構成画像を得る加算部とを含む。 According to the second aspect of the present invention, the following magnetic resonance imaging apparatus is provided. That is, an apparatus having a signal acquisition unit that acquires a nuclear magnetic resonance signal by applying a high-frequency pulse and a gradient magnetic field to a subject, and a signal processing unit that reconstructs an image from the nuclear magnetic resonance signal. The unit acquires a plurality of nuclear magnetic resonance signal data arranged radially from the origin in the measurement space. The signal processing unit is configured to select, in the measurement space, data of a first area that includes an origin, a predetermined range from the origin, and data of a second area that includes a range farther from the origin than the first area. The filter setting unit, the nuclear magnetic resonance signal data of the first and second regions selected by the filter setting unit, and the nuclear magnetic resonance signal data of the entire measurement space are subjected to inverse Fourier transform, respectively, and the first region is inverted. Inverse Fourier transform unit for obtaining post-Fourier transform data, second region inverse Fourier transform data and overall inverse Fourier transform data, and complex data for obtaining estimated data by obtaining complex conjugate data of the second region inverse Fourier transform data By subtracting or adding the phase value of the data after the first region inverse Fourier transform from the conjugate part and the data after the second region inverse Fourier transform or the complex conjugate data A phase correction unit that performs phase correction, and an addition unit that obtains a reconstructed image by adding the data after the entire inverse Fourier transform and the estimation data.
信号取得部が取得する複数の核磁気共鳴信号は、例えば複数の群に分かれ、各群を構成する複数の核磁気共鳴信号は、計測空間において平行に位置し、各群は、原点を中心に放射状に並んでいる構成とする。 The plurality of nuclear magnetic resonance signals acquired by the signal acquisition unit are divided into a plurality of groups, for example, and the plurality of nuclear magnetic resonance signals constituting each group are positioned in parallel in the measurement space, and each group is centered on the origin. The structure is arranged in a radial pattern.
また、各群を構成する平行な複数の核磁気共鳴信号は、例えば原点に対して非対称に偏って位置する構成とする。この場合、各群を構成する平行な複数の核磁気共鳴信号は、原点を一様の密度で取り囲むように配置されていることが望ましい。 In addition, a plurality of parallel nuclear magnetic resonance signals constituting each group are configured to be positioned asymmetrically with respect to the origin, for example. In this case, it is desirable that the plurality of parallel nuclear magnetic resonance signals constituting each group are arranged so as to surround the origin with a uniform density.
フィルタ設定部は、各群を構成する平行な複数の核磁気共鳴信号のうち、群内において原点を中心として対称な核磁気共鳴信号が存在しない非対称な核磁気共鳴信号データを前記第2領域のデータとして選択することが望ましい。 The filter setting unit outputs asymmetric nuclear magnetic resonance signal data of the second region in which no symmetric nuclear magnetic resonance signal exists around the origin in the group among a plurality of parallel nuclear magnetic resonance signals constituting each group. It is desirable to select as data.
また、本発明の第3の態様によれば、以下のような画像再構成プログラムが提供される。すなわち、計測空間において、原点を中心として放射状に配置される複数の核磁気共鳴信号データについて、原点を含み、原点から所定の範囲の第1領域のデータ、および、第1領域よりも原点から離れた範囲を含む第2領域のデータを選択するためのフィルタ設定手段、
フィルタ設定手段で選択された第1および第2領域の核磁気共鳴信号データをそれぞれ逆フーリエ変換し、第1領域逆フーリエ変換後データおよび第2領域逆フーリエ変換後データを得る逆フーリエ変換手段、
第2領域逆フーリエ変換後データの複素共役データを求めることにより推定データを得る複素共役手段、
第2領域逆フーリエ変換後データまたは複素共役データから第1領域逆フーリエ変換後データの位相値を減算または加算することにより位相補正を行う位相補正手段、および、
第1領域逆フーリエ変換後データと第2領域逆フーリエ変換後データと推定データとを加算することにより再構成画像を得る加算手段、
として機能させるためのプログラムであって、
フィルタ設定手段は、推定データをフーリエ変換して計測空間に仮想的に配置した場合に、計測空間において、フーリエ変換後の推定データが、第1および第2領域のデータと重なり合わないように第1および第2領域をそれぞれ設定する画像再構成プログラムである。
Moreover, according to the 3rd aspect of this invention, the following image reconstruction programs are provided. That is, in the measurement space, a plurality of nuclear magnetic resonance signal data arranged radially about the origin, including the origin, data of the first area within a predetermined range from the origin, and farther from the origin than the first area Filter setting means for selecting data of the second region including the range,
Inverse Fourier transform means for performing inverse Fourier transform on the nuclear magnetic resonance signal data of the first and second regions selected by the filter setting means, respectively, and obtaining data after the first region inverse Fourier transform and data after the second region inverse Fourier transform;
Complex conjugate means for obtaining estimated data by obtaining complex conjugate data of the second domain inverse Fourier transformed data;
Phase correction means for performing phase correction by subtracting or adding the phase value of the data after the first region inverse Fourier transform from the data after the second region inverse Fourier transform or the complex conjugate data; and
Adding means for obtaining a reconstructed image by adding the data after the first region inverse Fourier transform, the data after the second region inverse Fourier transform and the estimated data;
Is a program for functioning as
When the estimated data is Fourier-transformed and virtually arranged in the measurement space, the filter setting means is configured so that the estimated data after the Fourier transform does not overlap with the data in the first and second regions in the measurement space. This is an image reconstruction program for setting the first and second areas.
また、本発明の第4の態様によれば、以下のような画像再構成プログラムが提供される。すなわち、計測空間において、原点を中心として放射状に配置される複数の核磁気共鳴信号データについて、原点を含み、原点から所定の範囲の第1領域のデータ、および、第1領域よりも原点から離れた範囲を含む第2領域のデータを選択するためのフィルタ設定手段、
フィルタ選択手段で選択された第1および第2領域の核磁気共鳴信号データ、および、計測空間全体の核磁気共鳴信号データをそれぞれ逆フーリエ変換し、第1領域逆フーリエ変換後データと第2領域逆フーリエ変換後データと全体逆フーリエ変換後データとを得る逆フーリエ変換手段、
第2領域逆フーリエ変換後データの複素共役データを求めることにより推定データを得る複素共役手段、
第2領域逆フーリエ変換後データまたは複素共役データから第1領域逆フーリエ変換後データの位相値を減算または加算することにより位相補正を行う位相補正手段、および、
全体逆フーリエ変換後データと前記推定データとを加算することにより再構成画像を得る加算手段、
として機能させるための画像再構成プログラムである。
Moreover, according to the 4th aspect of this invention, the following image reconstruction programs are provided. That is, in the measurement space, a plurality of nuclear magnetic resonance signal data arranged radially about the origin, including the origin, data of the first area within a predetermined range from the origin, and farther from the origin than the first area Filter setting means for selecting data of the second region including the range,
The first and second regions of the nuclear magnetic resonance signal data selected by the filter selection means and the entire nuclear magnetic resonance signal data of the measurement space are subjected to inverse Fourier transform, and the first region inverse Fourier transformed data and the second region Inverse Fourier transform means for obtaining data after inverse Fourier transform and data after overall inverse Fourier transform,
Complex conjugate means for obtaining estimated data by obtaining complex conjugate data of the second domain inverse Fourier transformed data;
Phase correction means for performing phase correction by subtracting or adding the phase value of the data after the first region inverse Fourier transform from the data after the second region inverse Fourier transform or the complex conjugate data; and
An adding means for obtaining a reconstructed image by adding the total inverse Fourier transformed data and the estimated data;
This is an image reconstruction program for functioning as
本発明によれば、ラディアルサンプリング法を併用したフラクショナルエコー計測及びフラクショナルスキャン計測時に、k空間のエコーが配置されていない欠落領域のデータを高精度に推定し、再構成画像に現れるトランケーションアーチファクト及びエイリアス成分の混入を抑えることができる医用画像処理装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, truncation artifacts and aliases appearing in a reconstructed image can be estimated with high accuracy by estimating data of a missing region in which k-space echoes are not arranged during fractional echo measurement and fractional scan measurement combined with a radial sampling method. It is possible to provide a medical image processing apparatus that can suppress mixing of components.
以下、添付図面に従って本発明のMRI装置の実施形態について詳説する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the MRI apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments of the invention, and the repetitive description thereof is omitted.
(第1実施形態)
最初に、第1実施形態のMRI装置の全体概要を図1に示したブロック図に基づいて説明する。このMRI装置は、NMR現象を利用して被検体の断層画像を得るものである。図1に示すように、MRI装置は、静磁場発生系2と、傾斜磁場発生系3と、送信系5と、受信系6と、信号処理系7と、シーケンサ4と、操作部25とを備えて構成される。
(First embodiment)
First, an overall outline of the MRI apparatus of the first embodiment will be described based on the block diagram shown in FIG. This MRI apparatus obtains a tomographic image of a subject using an NMR phenomenon. As shown in FIG. 1, the MRI apparatus includes a static magnetic field generation system 2, a gradient magnetic
静磁場発生系2は、被検体1の周りに配置された静磁場発生源を含み、被検体1の周りの空間に均一な静磁場を発生させる。静磁場の方向は、水平磁場方式であれば体軸方向に、垂直磁場方式であれば体軸と直交する方向に設定する。静磁場発生源は、永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式のいずれであっても構わない。
The static magnetic field generation system 2 includes a static magnetic field generation source arranged around the
送信系5は、被検体1の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、被検体1に高周波(RF)パルスを照射するもので、高周波発振器11と変調器12と高周波増幅器13と送信側の高周波コイル(送信コイル)14aとを備えている。変調器12は、高周波発振器11から出力された高周波パルスを受け取って、シーケンサ4からの指令によるタイミングにより振幅変調して高周波増幅器13に出力する。高周波増幅器13は、高周波パルスを増幅した後、被検体1に近接して配置された高周波コイル14aに供給する。これにより、高周波コイル14aからRFパルスが被検体1に照射され、被検体1の生体組織の原子核スピンに核磁気共鳴が生じ、核磁気共鳴信号(NMR信号)が発生する。
The
傾斜磁場発生系3は、MRI装置の座標系(静止座標系)であるX、Y、Zの3軸方向にそれぞれ巻かれた複数のコイルを含む傾斜磁場コイル9と、それぞれの傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源10とを備えて構成されている。傾斜磁場電源10は、後述のシーケンサ4からの命令に従ってそれぞれのコイルに電流を供給することにより、X、Y、Zの3軸方向に傾斜磁場Gx、Gy、Gzを印加する。撮影時には、スライス面(撮影断面)に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス(Gs)を印加して被検体1に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの2つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス(Gf)を印加して、NMR信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。
The gradient magnetic
受信系6は、受信側の高周波コイル(受信コイル)14bと信号増幅器15と直交位相検波器16と、A/D変換器17とを備える。被検体1からのNMR信号は、被検体1に近接して配置された高周波コイル14bで検出され、信号増幅器15で増幅された後、シーケンサ4からの指令によるタイミングで直交位相検波器16により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA/D変換器17でディジタル量に変換されて、信号処理系7に送られる。
The reception system 6 includes a reception-side high-frequency coil (reception coil) 14b, a
シーケンサ4は、信号処理系7のディジタル信号処理装置8の制御で動作し、被検体1の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系5、傾斜磁場発生系3、および受信系6に送る。これにより、被検体1には、RFパルスと傾斜磁場パルスが所定のパルスシーケンスで繰り返し印加され、NMR信号として例えばエコー信号を取得する。
The
信号処理系7は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行うもので、光ディスク19、磁気ディスク18、ROM21、RAM22等の記憶装置と、CRT等のディスプレイ20とを有する。受信系6からのデータは、ディジタル信号処理装置8に入力され、ディジタル信号処理装置8が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体1の断層画像をディスプレイ20に表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク18等に記録する。
The
また、ディジタル信号処理装置8は、図1に示すようにエコー信号推定処理装置301を含んでいる。エコー信号推定処理装置301は、k空間上のエコー信号を取得していない領域についてのデータを推定する処理を行う。エコー信号推定処理装置301の構成については、後で詳しく説明する。
Further, the digital
操作部25は、MRI装置の各種制御情報や上記信号処理系7で行う処理の制御情報を操作者が入力するもので、トラックボール又はマウス23、及び、キーボード24を備えている。この操作部25はディスプレイ20に近接して配置され、操作者がディスプレイ20を見ながら操作部25を通してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御することができる。
The
図1において、送信側の高周波コイル14aと傾斜磁場コイル9は、被検体1が挿入される静磁場発生系2の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体1に対向して、水平磁場方式であれば被検体1を取り囲むようにして設置されている。また、受信側の高周波コイル14bは、被検体1に対向して、或いは取り囲むように設置されている。
In FIG. 1, the high-
MRI装置の撮像対象核種は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質である水素原子核(プロトン)である。プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を撮像することができる。 The radionuclide to be imaged by the MRI apparatus is a hydrogen nucleus (proton) that is a main constituent material of the subject as widely used in clinical practice. By imaging information on the spatial distribution of proton density and the spatial distribution of relaxation time in the excited state, the form or function of the human head, abdomen, limbs, etc. can be imaged.
第1実施形態のMRI装置の全体動作を説明する。特に、エコー信号推定処理装置301の構成と動作について詳しく説明する。
The overall operation of the MRI apparatus of the first embodiment will be described. In particular, the configuration and operation of the echo signal
本実施形態では、ラディアルサンプリング法によりフラクショナルエコー信号を計測する。ラディアルサンプリング法は、k空間の原点を中心として回転角の異なる複数のエコー信号が放射状に並ぶように配置する方法である。図2(a),(b)のデータ201、202は、本実施形態で取得するフラクショナルエコー信号データをk空間に配置した例である。図2(a)のデータ201は、ラディアルスキャンによるk空間データの一例であり、位相エンコードを付加しない1つのエコー信号(Blade)が回転角毎に配置されている。図2(b)のデータ202はハイブリッドラディアルスキャンによるk空間データの一例であり、位相エンコードを付加したエコー信号群(Blade)が回転角毎に配置されている。データ201,202ともに、ky<0の領域では、一部のみエコー信号が配置されている。Blade数をN、Blade番号をnとしたとき、各Bladeのk空間配置角度 [rad]は、例えば下記式(2)に従って設定される。
各Bladeのk空間配置角度 [rad]が上式(2)で設定される図2(a)のデータ201または図2(b)のデータ202を実現するための、パルスシーケンスの一例を図3に示す。図3のパルスシーケンスは、グラディエントエコー法によるラディアルサンプリング法の例である。図3の横軸は全て時間軸[s]であり、縦軸はRFパルス(RF)の振幅、傾斜磁場パルス(Gs、Gp、Gf)については傾斜磁場強度[T/m]であり、エコー信号(Echo)については受信エコーの電圧振幅[V]である。図3のパルスシーケンスからわかるように、ラディアルサンプリング法ではRFパルス2101を照射した後、位相エンコード傾斜磁場2103 および周波数エンコード傾斜磁場パルス2104を同時に印加しながらエコー信号を受信する。この時、パルスシーケンスの各繰り返し時間2106毎にGp、Gr軸に印加する傾斜磁場強度IGp、IGfを変えることで、k空間配置角度を変更する。具体的には、傾斜磁場強度IGp、IGfを次式(3−1)〜(3−2)に従って設定する。
An example of a pulse sequence for realizing the
このように、図3のパルスシーケンスをシーケンサ4が実行することにより、図2(a)または図2(b)のk空間データ201、202が取得される。
As described above, the
本実施形態では、取得されたk空間データのうち、データが取得されていない領域のデータをエコー信号推定処理装置301により推定する。
In the present embodiment, the echo signal
図4を用いてエコー信号推定処理装置301の構成を説明する。エコー信号推定処理装置301は、図1中のディジタル信号処理装置8内に配置されている。図4に示すように、エコー信号推定処理装置301は、k空間配置処理系302、周波数成分分離処理系304、2次元フーリエ変換処理系305、位相補正処理系306、複素共役処理系307、及び合成処理系308を有する。エコー信号推定処理装置301は、例えば、演算装置と、予めプログラムが格納されたメモリにより構成することが可能であり、演算装置がプログラムを読み込んで実行することにより、k空間配置処理系302、周波数成分分離処理系304、2次元フーリエ変換処理系305、位相補正処理系306、複素共役処理系307、及び合成処理系308として機能する。
The configuration of the echo signal
図4のエコー信号推定処理装置301の各部の処理動作について図5のフローチャートを参照しながら説明する。受信系6のA/D変換器17から出力されるエコー信号は複素信号F(kr,θ)であり、ラディアルサンプリング法を用いているために極座標系で表される。k空間配置処理系302は、極座標系データF(kr,θ)を、位相エンコード・周波数エンコードに応じて直交座標系データF(kx,ky)へと変換してRAM22に配置し、k空間を形成する(ステップ51)。RAM22には、任意の個数の複素信号F(kr,θ)から構成されたk空間データF(kx,ky)が記憶される。
The processing operation of each part of the echo signal
周波数成分分離処理系304は、RAM22に記憶されたk空間データF(kx,ky)を読み出して、高周波成分データF_HF(kx,ky)と低周波成分データF_LF(kx,ky)に分離して2次元フーリエ変換処理系305に出力する(ステップ52、53)。このとき、高周波成分データF_HF(kx,ky)と低周波成分データF_LF(kx,ky)と、後のステップで位相補正後に高周波成分データの位相共役をとることにより求める推定データの3つに、k空間上で重なり合う領域(周波数成分)が生じないように、高周波成分データF_HF(kx,ky)と低周波成分データF_LF(kx,ky)に分離する。また、低周波数成分データは、k空間において、k空間の原点を中心とする点対称形状とすることが望ましい。
The frequency component
2次元フーリエ変換処理系305は、高周波成分データF_HF(kx,ky)と低周波成分データF_LF(kx,ky)をそれぞれ逆フーリエ変換することにより高周波成分データf_HF(x,y)と低周波成分データf_LF(x,y)を得て、位相補正処理系306及び合成処理系308に出力する(ステップ54,55)。
The two-dimensional Fourier
位相補正処理系306は、高周波成分データf_HF(x,y)の位相値から、対応するx、y位置の低周波成分データf_LF(x,y)の位相値(位相マップ)を減算することにより、位相補正後の高周波成分データf_HF'(x,y)を得て、複素共役処理系307に出力する(ステップ56)。このとき、低周波数成分データF_LF(kx,ky)の範囲をk空間原点に対して点対称の範囲に設定しているため、位相マップがk空間上において点対称になり、画像空間上で位相歪が生じないため、精度よく位相補正を行うことができる。しかも、本実施形態では、k空間の原点周辺の計測点の密度が高い、ラディアルサンプリング法でデータ取得を行っているため、低周波成分データF_LF(kx,ky)のSN比が高く、そのため位相マップの精度が高くなり、より精度良い位相補正を行うことができる。
The phase
複素共役処理系307は、位相補正後の高周波成分データf_HF'(x,y)の複素共役データCC(f_HF'(x,y))を算出し、合成処理系308に出力する(ステップ57)。なお、CC( )は、括弧( )内の複素共役データであることを表す。複素共役データCC(f_HF'(x,y))が推定データである。
The complex
合成処理系308は、入力された推定データCC(f_HF'(x,y))と高周波成分データf_HF(x,y)と低周波成分データf_LF(x,y)とを加算処理することにより再構成画像データf_composition(x,y)を得る(ステップ58)。得られた再構成画像データf_composition(x,y)は、磁気ディスク18、光ディスク19、及びディスプレイ20に出力し、格納および表示する。低周波成分データと高周波成分データと推定データがk空間上で重なり合わないように、低周波成分データと高周波成分データとが分離されているため、画像空間上で加算されたときに、強調/抑制される成分(周波数成分)が生じない。よって、合成処理系308では、逆フーリエ変換後のデータを画像空間(逆フーリエ変換後のデータ空間)において加算するだけの簡単な処理で位相補正された画像を得ることができる。
The
周波数成分分離処理系304の構成及び処理動作についてさらに説明する。図6は、周波数成分分離処理系304の構成図である。図6に示すように、周波数成分分離処理系304は、RAM22に格納された低域通過型フィルタ振幅伝達特性記憶部401、乗算処理系402、及び減算処理系403を有する。低域通過型フィルタ振幅伝達特性記憶部401の低域通過型フィルタの振幅伝達特性L(kx,ky)は、下記式(4−1)〜(4−2)により表わされる。
周波数成分分離処理系304において、振幅伝達特性L(kx,ky)とk空間データF(kx,ky)を乗算処理系402で乗算することにより、k空間の中心からの距離が、部分502の長さ(FilterPoints)よりも小さいサンプル点のデータのみが選択され、低周波成分データF_LF(kx,ky)が得られる。
次に、k空間データF(kx,ky)から低周波成分データF_LF(kx,ky)を減算処理系403で減算することにより、高周波成分データF_HF(kx,ky)が得られる。
式(6)においては、後の式(11)で行われる合成処理で合成される、高周波成分データF_HF(kx,ky)と低周波成分データF_LF(kx,ky)と推定データ(複素共役データ)CC(f_HF'(x,y))の3つに、k空間上で重なり合う領域(周波数成分)が生じないように、高周波成分データF_HF(kx,ky)を決定している。具体的には、後述の式(10)の処理で得られる推定データが配置されるk空間上の領域(ここではky≦0の領域)には、0を割り当てている。これにより、低周波成分データと高周波成分データとが、重なりあわず、かつ、後の処理で求められる推定データが加算された時に強調/抑制される成分がないように、分離することができる。ただし、式(6)は、図2(a)、(b)に示したようにky<0の領域の一部に計測していない領域が存在するk空間データを対象とする場合の式である。エコー信号のk空間配置方向などが変われば式(6)中の分岐条件も変わることは言うまでもない。 In the equation (6), the high frequency component data F_HF (kx, ky), the low frequency component data F_LF (kx, ky), and the estimated data (complex conjugate data) synthesized by the synthesis process performed in the following equation (11). ) The high-frequency component data F_HF (kx, ky) is determined so that three regions CC (f_HF ′ (x, y)) do not have overlapping regions (frequency components) in the k space. Specifically, 0 is assigned to an area in k space (here, an area where ky ≦ 0) in which estimated data obtained by the processing of equation (10) described later is arranged. As a result, the low frequency component data and the high frequency component data can be separated so that there is no overlap and there is no component that is emphasized / suppressed when estimated data obtained in later processing is added. However, the equation (6) is an equation in the case where the target is k-space data in which a region not measured in a part of the region of ky <0 exists as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). is there. It goes without saying that if the k-space arrangement direction of the echo signal changes, the branching condition in equation (6) also changes.
なお、本実施形態において、「重なり合わない」という意味は、k空間データの一部を強調/抑制しないという意味であり、k空間上の座標位置が重複しないという意味に限定されない。例えば、領域の座標が重なりあっていても、式(4−1)、(4−2)のフィルタL(kx,ky)で設定される低周波成分データF_LF(kx,ky)のように、選択されるデータの割合が徐々に変化するようにフィルタリング(選択)されている場合には、高周波成分データF_HF(kx,ky)と座標としては重なりあっていても、領域のk空間データは強調/抑制されないので、本発明の「重なり合わない」に含まれる。以下、本明細書において同様の意味を意図して「重なり合わない」、「重ならない」もしくは「重なり合う領域が生じない」という表現を用いる。 In the present embodiment, “does not overlap” means that a part of k-space data is not emphasized / suppressed, and is not limited to the meaning that coordinate positions in k-space do not overlap. For example, even if the coordinates of the areas overlap, the low frequency component data F_LF (kx, ky) set by the filter L (kx, ky) in equations (4-1) and (4-2) When filtering (selection) is performed so that the ratio of the selected data gradually changes, the k-space data of the region is emphasized even if the coordinates overlap with the high-frequency component data F_HF (kx, ky). / Because it is not suppressed, it is included in the “non-overlap” of the present invention. Hereinafter, the expression “does not overlap”, “does not overlap” or “does not cause overlapping regions” is used in the present specification with the same meaning.
また、式(6)より、低周波数成分データF_LF(kx,ky)の範囲をk空間原点に対して点対称の範囲に設定しているため、位相マップがk空間上において点対称になり、画像空間上で位相歪が生じないため、後の工程で行う位相補正を精度よく行うことができる。しかも、本実施形態では、k空間の原点周辺の計測点の密度が高い、ラディアルサンプリング法でデータ取得を行っているため、低周波数成分データF_LF(kx,ky)のSN比が高く、そのため位相マップの精度が高く、より精度良い位相補正を行うことができる。 Further, from the equation (6), since the range of the low-frequency component data F_LF (kx, ky) is set to a point-symmetrical range with respect to the k-space origin, the phase map becomes point-symmetrical on the k-space, Since phase distortion does not occur in the image space, phase correction performed in a later process can be performed with high accuracy. In addition, in the present embodiment, since the data acquisition is performed by the radial sampling method in which the density of the measurement points around the origin of the k space is high, the SN ratio of the low frequency component data F_LF (kx, ky) is high, and thus the phase Map accuracy is high, and phase correction can be performed with higher accuracy.
ここでは、低域通過型フィルタ振幅伝達特性L(kx,ky)を用いているため、分離後の低周波成分データと高周波成分データを逆フーリエ変換したデータに生じるリンギングを抑制することができる。リンギングが強く生じていた場合、位相マップに歪みを引き起こし、適切な位相補正ができなくなるが、式(4−1)、(4−2)に示す低域通過型フィルタ振幅伝達特性L(kx,ky)の振幅伝達特性を用いることにより、リンギングを抑制することができる。ただし、低域通過型フィルタ振幅伝達特性L(kx,ky)の関数は、式(4−1)、(4−2)に限らず、逆フーリエ変換後のデータのリンギングを抑えることができる関数であればよく、他の関数を用いることも可能である。例えば、ハニング関数やガウス関数、カイザ・ベッセル関数などを好適に用いることができる。 Here, since the low-pass filter amplitude transfer characteristic L (kx, ky) is used, it is possible to suppress ringing that occurs in data obtained by inverse Fourier transforming the separated low-frequency component data and high-frequency component data. If the ringing is strong, the phase map is distorted and appropriate phase correction cannot be performed. However, the low-pass filter amplitude transfer characteristics L (kx, By using the amplitude transfer characteristic of ky), ringing can be suppressed. However, the function of the low-pass filter amplitude transfer characteristic L (kx, ky) is not limited to the equations (4-1) and (4-2), and is a function that can suppress ringing of data after inverse Fourier transform. Any other function can be used. For example, a Hanning function, Gaussian function, Kaiser-Bessel function, or the like can be suitably used.
上記の処理で得られたk空間データF(kx,ky)と低周波成分データF_LF(kx,ky)と高周波成分データF_HF(kx,ky)との関係は、式(7)に示すようになる。
式(7)のように低周波成分データと高周波成分データとが重なりあわず、かつ、後の処理で求められる推定データとも重なり合わないように分離されている関係にあるため、合成処理系308では、逆フーリエ変換後のデータを画像空間(逆フーリエ変換後のデータ空間)において加算するだけの簡単な処理で位相補正された画像を得ることができる。もし、低周波成分データと高周波成分データが式(7)の関係にない場合に、画像空間において加算処理を行うと、特定の周波数成分が強調された、もしくは抑制された画像となる。そのため、式(6)の関係が成り立たない場合には、合成処理系308において複素共役データCC(f_HF'(x,y))、高周波成分データf_HF(x,y)、低周波成分データf_LF(x,y)をそれぞれ一旦フーリエ変換してk空間に戻した後に合成処理を行い、高周波成分データと低周波成分データが重なりあう領域のデータ値を補正し、再度逆フーリエ変換を行う必要があり、処理が複雑になる。
Since the low-frequency component data and the high-frequency component data are separated so as not to overlap with each other and the estimated data obtained in the subsequent processing as in Expression (7), the
ただし、式(7)は、式(6)と同様に、図2(a)、(b)に示したようにky<0の領域の一部に計測していない領域が存在するk空間データにおいて、低周波成分データと高周波成分データとが、重なりあわず、かつ、推定データとも重なりあうことなく分離されている場合の式である。エコー信号のk空間配置方向などが変われば式(7)中の分岐条件も変わることは言うまでもない。 However, Expression (7) is similar to Expression (6), as shown in FIGS. 2A and 2B, k-space data in which a region not measured is present in a part of the region of ky <0. In the equation, the low-frequency component data and the high-frequency component data do not overlap with each other and are separated without overlapping with the estimation data. It goes without saying that if the k-space arrangement direction of the echo signal changes, the branching condition in equation (7) also changes.
次に、図4の2次元フーリエ変換処理系305の処理動作について詳しく説明する。2次元フーリエ変換処理系305は、入力された低周波成分データF_LF(kx,ky)と高周波成分データF_HF(kx,ky)をそれぞれ次式に従って、逆フーリエ変換を施し、逆フーリエ変換後の低周波成分データf_LF(x,y)と高周波成分データf_HF(x,y)を得る。
次に、位相補正処理系306、複素共役処理系307、合成処理系308のについて詳しく説明する。位相補正処理系306は、入力された逆フーリエ変換後の低周波成分データf_LF(x,y)の位相値(位相マップ)を求め、逆フーリエ変換後の高周波成分データf_HF(x,y)の対応するx、y位置の位相値から減算する。これにより、高周波成分データの位相補正を行う。具体的には次式(9)に従い、位相補正後の高周波成分データf_HF'(x,y)を得る。
式(9)の処理により、逆フーリエ変換後のデータに対して位相補正を行うため、最終的な再構成画像データが複素数である場合でも位相補正および複素共役によるデータ推定が可能である。 Since the phase correction is performed on the data after the inverse Fourier transform by the processing of Expression (9), even when the final reconstructed image data is a complex number, the data can be estimated by the phase correction and the complex conjugate.
複素共役処理系307は、式(9)により算出されたf_HF'(x,y)を入力値として次式(10)の計算を行うことにより、位相補正後の高周波成分データf_HF'(x,y)の複素共役データCC(f_HF'(x,y))を算出する。
合成処理系308は、算出された推定データCC(f_HF'(x,y))と、逆フーリエ変換後の低周波成分データf_LF(x,y)及び逆フーリエ変換後の高周波成分データf_HF(x,y)を次式(11)に従って合成する。
図8は、式(11)を概念的に図説したものである。図8に示すように、推定データCC(f_HF'(x,y))と高周波成分データf_HF(x,y)と低周波成分データf_LF(x,y)とが加算処理されることで、元々のk空間データF(kx,ky)が有していたデータの欠落領域が補われ、f_composition(x,y)は、完全なk空間データとして形成されていることがわかる。 FIG. 8 conceptually illustrates equation (11). As shown in FIG. 8, the estimated data CC (f_HF ′ (x, y)), the high frequency component data f_HF (x, y), and the low frequency component data f_LF (x, y) are added to each other, so that It can be seen that the missing region of the data included in the k-space data F (kx, ky) is supplemented, and f_composition (x, y) is formed as complete k-space data.
上述してきたように、本実施形態では、逆フーリエ変換後の低周波成分データf_LF(x,y)から位相値を求め、逆フーリエ変換後の高周波成分データの位相値を式(9)のように補正し、補正後の高周波成分データから複素共役データを求めている。これにより、計測データと推定データの間に位相の相違を生じさせず良好な再構成画像データを得ることができる。よって従来の非特許文献2に記載の複素共役の性質を利用した推定処理のように、再構成画像データが複素数となる場合の推定結果が画質劣化する現象を回避できる。また、推定データCC(f_HF'(x,y))をフーリエ変換してk空間上に戻した場合、フーリエ変換後の推定データは、k空間上で、低周波成分データF_LF(kx,ky)と高周波成分データF_HF(kx,ky)と重なり合わないため、画像空間上で強調/抑制される周波数成分は生じない。 As described above, in the present embodiment, the phase value is obtained from the low-frequency component data f_LF (x, y) after the inverse Fourier transform, and the phase value of the high-frequency component data after the inverse Fourier transform is expressed by equation (9). The complex conjugate data is obtained from the corrected high frequency component data. Thereby, good reconstructed image data can be obtained without causing a phase difference between the measurement data and the estimation data. Therefore, unlike the conventional estimation process using the complex conjugate property described in Non-Patent Document 2, it is possible to avoid a phenomenon in which the estimation result when the reconstructed image data is a complex number deteriorates the image quality. When the estimated data CC (f_HF ′ (x, y)) is Fourier transformed and returned to the k space, the estimated data after the Fourier transformation is the low frequency component data F_LF (kx, ky) on the k space. And the high frequency component data F_HF (kx, ky) do not overlap with each other, so that no frequency component that is emphasized / suppressed in the image space is generated.
また、位相補正に用いる低周波成分データは、ラディアルサンプリング法により形成されたk空間データの中央領域の全体を用いている。ラディアルサンプリング法により形成されたk空間データの中央領域は、複数のBladeデータが重なりあって形成された領域であるため、k空間データの中で最もSN比が高い領域である。従って、複数のBladeデータが加算されたk空間データの中央領域全体の低周波領域データを用いて位相マップを作成することにより、従来の一つのBladeデータを用いて位相補正する特許文献2に記載の技術よりも、磁場歪みやノイズ等による誤差の少ない、高精度な位相マップを得ることができる。故に、高精度な位相マップを用いてk空間上の欠落領域を推定する本実施形態では、従来法に比べて精度の高い推定データを得ることができ、これを用いて高精度な再構成画像が得られる。 The low-frequency component data used for phase correction uses the entire central region of k-space data formed by the radial sampling method. Since the central region of the k-space data formed by the radial sampling method is a region formed by overlapping a plurality of blade data, it is the region having the highest SN ratio in the k-space data. Therefore, Patent Document 2 discloses that phase correction is performed using a single conventional blade data by creating a phase map using low-frequency region data of the entire central region of k-space data obtained by adding a plurality of blade data. It is possible to obtain a highly accurate phase map with less errors due to magnetic field distortion, noise, and the like than the above technique. Therefore, in the present embodiment in which the missing region in the k space is estimated using a highly accurate phase map, it is possible to obtain estimated data with higher accuracy than the conventional method, and using this, a highly accurate reconstructed image can be obtained. Is obtained.
さらに、本実施形態では、簡素な処理により推定処理を行うことができるため、実用的な処理速度を実現することができる。具体的には、k空間データを式(7)の関係性を保つように高周波成分データと低周波成分データとに分離しているため、合成処理系308における合成処理を画像空間における単純加算処理にすることが可能となり、合成処理時の処理時間を大幅に短縮することが可能である。これに対し、従来技術の特許文献3に記載の画像形成方法は、処理量の増加による実用性の低下が懸念される。
Furthermore, in this embodiment, since the estimation process can be performed by a simple process, a practical processing speed can be realized. Specifically, since the k-space data is separated into the high-frequency component data and the low-frequency component data so as to maintain the relationship of Expression (7), the synthesis processing in the
なお、第1の実施形態では、図5のステップ56において高周波成分データを位相補正した後、ステップ57において複素共役を求めて推定データを得ている。しかしながら、本発明はこの方法に限らず、ステップ56とステップ57とを入れ替え、高周波成分データの複素共役を求めた後、位相補正を行って推定データを得る構成にすることも可能である。この場合、複素共役データの位相に位相マップの位相を加算して位相補正を行う。
In the first embodiment, after phase correction is performed on the high frequency component data in
(第2実施形態)
上述した第1実施形態では、図2(a),(b)に示したように、k空間の一部(例えばky<0)の領域でエコー信号データが欠落しているk空間データ201、202に対して、推定処理を行い、再構成画像を得たが、第2実施形態では、図9(a)、(b)に示すように、フラクショナルエコーのデータ欠落部分が、2つのエコー信号の間に挟まれるように分散配置されているk空間データ601、602に対して推定処理を行い再構成画像を得る。図9(a),(b)のk空間データ601,602は、エコー信号データの欠落部分が、図2(a),(b)と比較してk空間全体に分散しているため、第1実施形態のように欠落部分が特定の領域(たとえばky<0)にまとまっているk空間データと比較して、再構成画像のアーチファクトが目立ちにくいという利点がある。
(Second Embodiment)
In the first embodiment described above, as shown in FIGS. 2A and 2B, k-
図9(a)のデータ601は、ラディアルスキャンによるk空間データの一例であり、図9(b)のデータ602はハイブリッドラディアルスキャンによるk空間データの一例であり、Blade数をN、Blade番号をnとしたとき、各Bladeのk空間配置角度BladeAngle [rad]を、例えば下記式(12)に従って設定することにより、取得できる。
具体的なパルスシーケンスは、第1実施形態の図3のパルスシーケンスと同様であるが、図3に示す傾斜磁場強度 IGp、IGfの値を、式(12)で決定されるBladeAngle[rad]の値と、式(3−1)および式(3−2)とを用いて決定することにより実現できる。 The specific pulse sequence is the same as the pulse sequence of FIG. 3 of the first embodiment, but the values of the gradient magnetic field strengths IGp and IGf shown in FIG. 3 are represented by BladeAngle [rad] determined by Expression (12). It is realizable by determining using a value, Formula (3-1), and Formula (3-2).
このようにして決定されたパルスシーケンスを実行して図9(a),(b)に示すk空間データ601,602が得られたならば、本実施形態ではエコー信号推定処理装置701により、データ欠落部分のエコー信号を推定し、画像再構成を行う。エコー信号推定処理装置701は、第1実施形態のエコー信号推定処理装置301同様に図1の構成のMRI装置のディジタル信号処理装置8内に配置されている。他の装置構成は、第1実施形態と同様であるので、他の構成についてはここでは説明を省略する。
If the k-
図10を用いて、エコー信号推定処理装置701の構成について説明する。図10に示すように、エコー信号推定処理装置701は、k空間配置処理系702、周波数成分分離処理系704、2次元フーリエ変換処理系705、位相補正処理系706、複素共役処理系707、及び合成処理系708を有する。
The configuration of the echo signal
本実施形態の処理の動作について図10を用いて説明する。k空間配置処理系702は、A/D変換器17から受信する複素信号F(kr,θ)を、式(12)及び位相エンコード・周波数エンコードに応じて直交座標系データへと変換してRAM22に配置し、k空間データを形成する。このとき第2実施形態では、k空間配置処理系702が、図11(a)に示す低周波成分用データ(F_LFpre(kx,ky))803と高周波成分用データ(F_HFpre(kx,ky))804の2種類の直交座標系k空間データを作成する。よって、RAM22には、2つのk空間データ803,804が記憶される。周波数成分分離処理系704は、RAM22に記憶された低周波成分用データ(F_LFpre(kx,ky))803と高周波成分用データ(F_HFpre(kx,ky))804を読み出して、低域通過型フィルタと高域通過型フィルタの振幅伝達特性をそれぞれ掛け合わせることにより、低周波成分データF_LF(kx,ky)と高周波成分データF_HF(kx,ky)を算出し、2次元フーリエ変換処理系705に出力する。
The processing operation of this embodiment will be described with reference to FIG. The k-space
2次元フーリエ変換処理系705は、高周波成分データF_HF(kx,ky)と低周波成分データF_LF(kx,ky)をそれぞれ逆フーリエ変換した高周波成分データf_HF(kx,ky)と低周波成分データf_LF(kx,ky)を算出し、位相補正処理系706及び合成処理系708に出力する。位相補正処理系706は、高周波成分データf_HF(kx,ky)から低周波成分データf_LF(kx,ky)の位相値を減算しすることにより位相補正し、得られた位相補正データf_HF'(kx,ky)を複素共役処理系707に出力する。複素共役処理系707は、位相補正データf_HF'(kx,ky)の複素共役データCC(f_HF'(kx,ky))を算出し、合成処理系708に出力する。複素共役データCC(f_HF'(kx,ky))は、図9(a),(b)のデータ欠落部の推定データである。
The two-dimensional Fourier
合成処理系708は、推定データである複素共役データCC(f_HF'(kx,ky))と高周波成分データf_HF(kx,ky)と低周波成分データf_LF(kx,ky)とを加算処理することで再構成画像データf_composition(x,y)を得て、磁気ディスク18、光ディスク19、及びディスプレイ20に出力し、格納および表示させる。
The
k空間配置処理系702の構成及び処理動作について図12を用いてさらに詳細に説明する。図12に示すように、k空間配置処理系702は、低周波成分用データ作成処理系801と高周波成分用データ作成処理系802を有する。本実施形態では、k空間配置処理の段階で低周波成分と高周波成分のデータを分離する。そのためにk空間領域を2つ用意して配置処理を行う。低周波成分用データ作成処理系801は、図7に示したフラクショナルエコー信号から部分503の範囲の信号のみを取り出し、RAM22上の領域に配置することにより、低周波成分用データによるk空間データ(F_LFpre(kx,ky))803を形成する。高周波成分用データ作成処理系802は、図7に示すフラクショナルエコー信号から部分504の範囲の信号のみを取り出し、RAM22上の領域に配置することにより、高周波成分用データによるk空間データ(F_HFpre(kx,ky))804を形成する。図11は、ハイブリッドラディアルスキャン時の低周波成分用データによるk空間803とハイブリッドラディアルスキャン時の高周波成分用データによるk空間804の一例である。これらk空間形成処理は、具体的には式(13−1)〜(13−2)に従う。
また、式(13−1)においてSymmetricRangeは、図7中の部分502の長さを表す。
The configuration and processing operation of the k space
Further, in formula (13-1), SymmetricRange represents the length of the
本実施形態で、k空間データとして、高周波成分用データと低周波成分データの2種類用意する目的は、この後の処理で、周波数帯域を重複していない推定データと計測データを得るためである。推定データと計測データの周波数帯域を重複させないことにより、合成処理系708において、推定データと計測データを単純加算することが可能となる。
In the present embodiment, the purpose of preparing high-frequency component data and low-frequency component data as k-space data is to obtain estimated data and measurement data that do not overlap frequency bands in the subsequent processing. . By not overlapping the frequency bands of the estimated data and the measured data, the
次に、周波数成分分離処理系704の処理動作について図13を用いて詳しく説明する。図13に示すように、周波数成分分離処理系704は、RAM22に格納された、低域通過型フィルタ振幅伝達特性記憶部1001および高域通過型フィルタ振幅伝達特性記憶部1002と、二つの乗算処理系1003とを有する。k空間配置処理系702によって、低周波成分用データ(F_LFpre(kx,ky))803と高周波成分用データ(F_HFpre(kx,ky))804の2種類のデータが用意されているため、周波数成分分離処理系704では、それら2種類のデータにフィルタの振幅伝達特性を掛け合わせる処理を行う。低域通過型フィルタの振幅伝達特性L(kx,ky)は、第1実施形態の式(4−1)〜(4−2)によって設定する。高域通過型フィルタの振幅伝達特性H(kx,ky)は、下記式(14)によって設定する。
低域通過型フィルタの振幅伝達特性L(kx,ky)と低域成分用データ(F_LFpre(kx,ky))803を、式(15)のように掛け合わせることにより、低周波成分データF_LF(kx,ky)を得る。
ここで得られた低周波成分データF_LF(kx,ky)に逆フーリエ変換を施すことにより、位相補正処理系306で位相補正処理を行う際の位相マップとなるf_LF(kx,ky)が得られる。
By performing inverse Fourier transform on the low-frequency component data F_LF (kx, ky) obtained here, f_LF (kx, ky) serving as a phase map when the phase
次いで、高域通過型フィルタの振幅伝達特性H(kx,ky)と高周波成分用データ(F_HFpre(kx,ky))804を式(16)のように掛け合わせることにより、高周波成分データF_HF(kx,ky)を得る。
第2実施形態においても低周波成分データF_LF(kx,ky)と高周波成分データF_HF(kx,ky)とは、第1実施形態の式(7)と同様の関係式が成り立つ。具体的には、低周波成分データと高周波成分データとが、重なりあわず、かつ、推定データとも重なりあうことなく分離されている。直交座標系では分岐条件が複雑になるため、極座標系で関係式を表すと式(17)のように示される。
2次元フーリエ変換処理系705、位相補正処理系706、複素共役処理系707、合成処理系708の動作は、上述した通りである。すなわち、2次元フーリエ変換処理後の高周波成分データf_HF(x,y)から低周波成分データf_LF(x,y)の位相値を減算しすることにより位相補正し、得られた位相補正データf_HF'(x,y)の複素共役データCC(f_HF'(x,y))を算出する。合成処理系708は、推定データである複素共役データCC(f_HF'(x,y))と高周波成分データf_HF(x,y)と低周波成分データf_LF(x,y)とを加算処理することで再構成画像データf_composition(x,y)を得ることができる。
The operations of the two-dimensional Fourier
上述してきたように、第2実施形態では、フラクショナルエコーのデータ欠落部分が、2つのエコー信号の間に挟まれるように分散配置されているk空間データを図2(a),(b)のように取得し、欠落部分の推定データを算出して、再構成画像を得ることができる。エコー信号データの欠落部分が、図2(a),(b)と比較してk空間全体に分散しているため、第1実施形態のように欠落部分が特定の領域(たとえばky<0)にまとまっているk空間データと比較して、再構成画像のアーチファクトを抑制できる。 As described above, in the second embodiment, the k-space data in which the data missing portion of the fractional echo is dispersedly arranged so as to be sandwiched between two echo signals is shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). Thus, the estimated data of the missing part is calculated, and a reconstructed image can be obtained. Since the missing portion of the echo signal data is distributed over the entire k space as compared with FIGS. 2 (a) and 2 (b), the missing portion is a specific region (for example, ky <0) as in the first embodiment. Compared with the k-space data that is gathered together, artifacts of the reconstructed image can be suppressed.
また、第2実施形態では、上述の式(12)を満たすようにエコー信号のk空間配置角度を設定しているため、計測される全てのBladeのエコー信号データがk空間の原点を中心として点対称にならず、推定処理により得られる推定データが、計測されたエコー信号と重ならない。これにより、推定処理後のk空間データの信号密度が推定処理前に比べて密になり、エイリアシングなどのアーチファクトの低減できる。 In the second embodiment, since the k-space arrangement angle of the echo signal is set so as to satisfy the above equation (12), all the measured echo signal data of the Blade is centered on the origin of the k-space. It is not point-symmetric and the estimated data obtained by the estimation process does not overlap with the measured echo signal. As a result, the signal density of the k-space data after the estimation process becomes denser than that before the estimation process, and artifacts such as aliasing can be reduced.
また、第2実施形態では、エコー信号のデータ欠落部分が2つのエコー信号の間に挟まれるように分散配置されている複雑なパターンのk空間データ(図9(a),(b))でありながら、図11のように周波数成分を区別して、k空間配置を行うことにより、逆フーリエ変換後の空間上での推定処理及び合成処理が可能となる。 Further, in the second embodiment, the k-space data (FIGS. 9 (a) and 9 (b)) having a complicated pattern in which the missing data portion of the echo signal is distributed so as to be sandwiched between the two echo signals. However, as shown in FIG. 11, the frequency components are distinguished and k-space arrangement is performed, so that estimation processing and synthesis processing on the space after the inverse Fourier transform can be performed.
また、第2実施形態においても第1実施形態と同様に、逆フーリエ変換後に位相補正を行い、複素共役データを求めるため、再構成画像が複素画像である場合も精度よく推定データを得られる。また、位相補正に用いるデータは、k空間中心の複数のBladeデータが加算されて形成された領域であるためSN比が高く、精度の良い補正を行うことができる。 Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the phase correction is performed after the inverse Fourier transform to obtain complex conjugate data, so that estimation data can be obtained with high accuracy even when the reconstructed image is a complex image. The data used for phase correction is an area formed by adding a plurality of Blade data centered on k-space, so that the SN ratio is high, and accurate correction can be performed.
なお、処理量に関しては、第1実施形態と比較して、k空間データを低域成分用と高域成分用の2種類を用意する分だけ処理量は増えるが、最も処理時間を要する逆フーリエ変換処理は第1実施形態と同様であるため、処理量全体の増加率は大きくなく、実用化可能である。 As for the processing amount, compared to the first embodiment, the processing amount increases by preparing two types of k-space data for low-frequency components and high-frequency components, but the inverse Fourier that requires the most processing time. Since the conversion process is the same as that of the first embodiment, the increase rate of the entire processing amount is not large and can be put into practical use.
(第3実施形態)
第3実施形態のMRI装置は、超短TE撮像(UTE撮像)と呼ばれているパルスシーケンスにより、エコー信号データを取得し、データ欠落部分について推定データを得て、再構成画像を生成する。装置構成については第1実施形態と同様である。
(Third embodiment)
The MRI apparatus of the third embodiment acquires echo signal data by a pulse sequence called ultra-short TE imaging (UTE imaging), obtains estimated data for a data missing portion, and generates a reconstructed image. The device configuration is the same as in the first embodiment.
UTE撮像方法は、公知の撮像方法であり、例えば、米国特許5025216号公報、米国特許5150053号公報に開示されている。本実施形態では、図14のパルスシーケンスによってエコー信号の取得を行う。図14において、横軸は全て時間軸[s]であり、縦軸は、RFパルスについては振幅、傾斜磁場Gs、Gp、Gfについては傾斜磁場強度[T/m]であり、エコー信号(Echo)については受信エコーの電圧振幅[V]である。このパルスシーケンスは、対称関数(例えばsinc関数)をエンベロープとするRFパルスの、前半の波形のハーフRFパルス2201をスライス選択傾斜磁場Gsと同時に照射してスピンを励起し、ディフェイズ傾斜磁場を用いずに、傾斜磁場Gs、Gfの立ち上がりからエコー信号を計測する。これにより、スピン励起から極めて短時間(TE)で信号を計測できる。TEを短縮することにより、皮層骨、アキレス腱、靭帯等の横緩和時間T2の短い組織を画像化することができる。
The UTE imaging method is a known imaging method, and is disclosed in, for example, US Pat. No. 5,025,216 and US Pat. No. 5,515,0053. In the present embodiment, an echo signal is acquired by the pulse sequence of FIG. In FIG. 14, the horizontal axis is the time axis [s], and the vertical axis is the amplitude for the RF pulse, the gradient magnetic field strength [T / m] for the gradient magnetic fields Gs, Gp, and Gf, and the echo signal (Echo ) Is the voltage amplitude [V] of the received echo. This pulse sequence excites spins by irradiating a
ハーフRFパルス2201による励起で得られるエコー信号2205は、k空間のスライス軸を考えた時に、その原点に対して片側からの計測データである。エコー信号2205は、図14のように、k空間において、図7の部分502で示す区間のサンプル点数がゼロである。このため、超短TE撮像では、図14のようにハーフRFパルスとともに印加するスライス選択傾斜磁場Gsの極性を異ならせた2回の計測を行い、2回の計測で得られたエコー信号を複素加算することにより、フルRFパルスを用いた時と等価な信号を得る。本実施形態ではラディアルサンプリング法を用いるため、繰り返し2206毎に、傾斜磁場Gp2203と傾斜磁場パルス2204の傾斜磁場強度 IGp、IGfを変えることで、k空間配置角度を変更する。具体的には、第2実施形態の式(12)で決定されるBladeAngle[rad]と、第1実施形態の式(3−1)〜(3−2)に基づき傾斜磁場強度 IGp、IGfを設定することにより、図15(a)または(b)の配置のk空間データ1101、1102を得る。
The
本実施形態のMRI装置のディジタル信号処理装置8には、図1の構成と同様にエコー信号推定処理装置301を含んでおり、図15(a)、(b)のk空間データ1101、1102のエコー信号を取得していない領域についてのデータを推定し、画像再構成を行う。処理の動作は、第1実施形態とほぼ同様であるが、第1実施形態と異なる点は、図6のRAM22に格納された低域通過型フィルタ振幅伝達特性記憶部401の処理動作である。これを説明するため、第1実施形態で示した式(4−1)と式(4−3)を再掲する。
第1実施形態では、上式(4−2)のFilterpointsを図7の部分502に示す長さと定義していたが、第3実施形態では、エコー信号に部分502のサンプル点数がゼロであるため、Filterpointsの長さを任意の長さに指定して処理を実施することが可能である。例えば一例として、次式(18)のように定義する。
このように本実施形態では、任意にFilterpointsを定めることができるため、ラディアルサンプリング法を適用した超短TE撮像法のように、エコー信号の図7中の部分502で示す区間の点数がゼロの場合でも推定処理を行うことができる。カーテシアンサンプリング法では、図7中の502で示す区間の点数がゼロの場合には位相マップのもつ周波数帯域に偏りが生じ、適切な推定結果を得ることができないが、本実施形態のようにラディアルサンプリング法と式(10)に示すBlade配置方法を用いることで、周波数帯域に大きな偏りの生じない位相マップが得られ、推定処理を実施することが可能となる。
Thus, in this embodiment, since Filterpoints can be arbitrarily determined, the number of points in the section indicated by the
(第4実施形態)
上述した第1実施形態〜第3実施形態のMRI装置は、フラクショナルエコー計測時のエコー信号推定処理を行う構成であったが、本実施形態のMRI装置は、フラクショナルスキャン計測時のエコー信号推定処理を行う。本実施形態では、形成されるk空間データの中央部分に信号密度の偏りが生じないようにBlade内の一部のエコー信号を欠落させる。これにより、中央領域のデータを用いて、精度よく推定処理を行うことができる。
(Fourth embodiment)
The MRI apparatuses of the first to third embodiments described above are configured to perform echo signal estimation processing at the time of fractional echo measurement, but the MRI apparatus of the present embodiment is configured to perform echo signal estimation processing at the time of fractional scan measurement. I do. In the present embodiment, a part of the echo signal in the blade is deleted so that the signal density is not biased in the central part of the k-space data to be formed. Thereby, it is possible to perform the estimation process with high accuracy using the data in the central region.
本実施形態では、図16(a)にk空間データ1201を示すように、ハイブリッドラディアルスキャンの各Blade内のエコー信号数を低減するフラクショナルスキャン計測を行う。図17を用いてパルスシーケンスを説明する。図17のパルスシーケンスは、グラディエントエコー法によるラディアルサンプリング法の例である。図17の横軸は全て時間軸[s]であり、縦軸は、RFパルスについては振幅、傾斜磁場パルスGs、Gp、Gfについては傾斜磁場強度[T/m]であり、エコー信号(Echo)については受信エコーの電圧振幅[V]である。図17に示すように、ハイブリッドラディアルスキャンではRFパルス2301を照射した後、Gs軸とGp軸に位相エンコーディングのための傾斜磁場2307及び2308、もしくは、傾斜磁場2309及び2310を印加する。傾斜磁場2307及び2308と、傾斜磁場2309及び2310は、それぞれ傾斜磁場強度の符号を反転させたものであり、図18に示すように各Bladeの位相エンコードパターン1301、1302内の位相エンコードを実現するために印加される。その後、位相エンコード傾斜磁場2303、周波数エンコード傾斜磁場パルス2304を印加してエコー信号2305を得る。
In the present embodiment, as shown in the k-
パルスシーケンスの各繰り返し2306及び2311毎に傾斜磁場パルス2303,2304(Gp 、Gr)の傾斜磁場強度 IGp、IGfを変えることで、k空間配置角度を変更する。具体的には、第1実施形態の式(2)に従ってBladeデータのk空間配置角度BladeAngleを設定し、式(3−1)〜(3−2)に従って傾斜磁場強度 IGp、IGfを設定することにより、図16のようにk空間データに配置されるエコー信号を取得することができる。
The k-space arrangement angle is changed by changing the gradient magnetic field strengths IGp and IGf of the gradient
図16のk空間データ1201は、図18(a),(b)に示す2種類の位相エンコードパターン1301、1302をk空間配置角度ごとに交互に配置した構成となっている。図18(a),(b)中の実線矢印1303は計測するエコー信号であり、点線矢印1304は推定処理により算出するエコー信号を表す。図13の位相エンコードパターン1301は、計測するエコー信号がマイナス側の位相エンコードに偏ったパターンであり、位相エンコードパターン1302は、計測するエコー信号がプラス側の位相エンコードに偏ったパターンである。本実施形態では、位相エンコードパターン1301と1302をk空間配置角度BladeAngle毎に交互に実施して計測を行う。結果として図16(a)のk空間データ1201を実現できる。
The k-
このように、プラスおよびマイナス側にそれぞれ偏った位相エンコードパターン1301,1302をk空間配置角度ごとに交互に配置するkとにより、形成されるk空間データ1201の中央部分は、原点を取り囲むようにエコー信号が並ぶ形状になるため、信号密度の偏りが生じない。これにより、推定処理で用いる位相マップとなるk空間データの中央部分に、信号密度の偏り、すなわち歪みが生じない。
As described above, the center portion of the k-
MRI装置の装置構成については第1実施形態と同様であるが、第1実施形態と異なるのは、図1のディジタル信号処理装置8の内部に、図19に示す推定エコー信号推定処理装置1401が配置されている点である。図19に示すように、エコー信号推定処理装置1401は、k空間配置処理系1402、周波数成分分離処理系1404、2次元フーリエ変換処理系1405、位相補正処理系1406、複素共役処理系1407、及び合成処理系1408を有する。
The apparatus configuration of the MRI apparatus is the same as that of the first embodiment, but differs from the first embodiment in that an estimated echo signal
図19の各部の動作について、図20のフローを用いて説明する。k空間配置処理系1402は、A/D変換器17から受信する複素信号F(kr,θ)を、上述の式(12)及び位相エンコード・周波数エンコードに応じて直交座標系データへと変換してRAM22に配置することにより、k空間を形成する。このとき直交座標系データとして、図16(a)の全周波成分用データF_OF(kx,ky)1201と、図16(b)の高周波成分用データF_HFpre(kx,ky)1202の2種類を作成する(ステップ71、72)。高周波成分用データF_HFpre(kx,ky)1202は、位相エンコードパターン1301,1302において、位相エンコード量0を中心として対称な位相エンコード量のエコー信号が存在しないエコー信号(高域非対象領域のエコー信号)1305を、計測したBladeごとにエコー信号から選択することにより作成する。この処理については後で詳しく説明する。
The operation of each unit in FIG. 19 will be described using the flow in FIG. The k-space
周波数成分分離処理系1404は、RAM22に記憶された全周波成分用データF_OF(kx,ky)1201と高周波成分用データF_HFpre(kx,ky)1202を読み出して、図16(c)の低周波成分データF_LF(kx,ky)1203と、図16(d)の高周波成分データF_HF(kx,ky)1204とを算出して2次元フーリエ変換処理系1405に出力する(ステップ73,74)。算出方法については、後で詳しく述する。同時に、周波数成分分離処理系1404は、全周波成分データF_OF(kx,ky)1201をそのまま2次元フーリエ変換処理系1405へ出力する。
The frequency component
2次元フーリエ変換処理系1405は、全周波成分データF_OF(kx,ky)1201と、高周波成分データF_HF(kx,ky)1204と、低周波成分データF_LF(kx,ky)1203とをそれぞれ逆フーリエ変換し、全周波成分データf_OF(x,y)と、高周波成分データf_HF(x,y)と、低周波成分データf_LF(x,y)を算出する(ステップ75,76,77)。
The two-dimensional Fourier
逆フーリエ変換後の全周波成分データf_OF(x,y)は、合成処理系1408に入力され、高周波成分データf_HF(x,y)と低周波成分データf_LF(x,y)は、位相補正処理系1406に入力される。位相補正処理系1406は、高周波成分データf_HF(x,y)から低周波成分データf_LF(x,y)の位相値を減算することにより位相補正後のデータf_HF'(x,y)を得て、複素共役処理系1407に出力する(ステップ78)。複素共役処理系1407は、f_HF'(x,y)の複素共役データCC(f_HF'(x,y))を算出し、合成処理系1408に出力する(ステップ79)。このCC(f_HF'(x,y))が推定データとなる。合成処理系1408は、入力された推定データCC(f_HF'(x,y))と全周波成分データf_OF(x,y)を加算処理することで再構成画像データf_composition(x,y)を得て、磁気ディスク18、光ディスク19、及びディスプレイ20に出力する(ステップ80)。
The total frequency component data f_OF (x, y) after the inverse Fourier transform is input to the
ここで、k空間配置処理系1402の処理動作についてさらに詳しく説明する。図21は、k空間配置処理系1402の構成図である。図21に示すように、k空間配置処理系1402は、全周波成分用データ作成処理系1501と高周波成分用データ作成処理系1502を有する。本実施形態では、k空間配置処理の段階で全周波成分と高周波成分のデータを分離するために、RAM22に2つのk空間領域1503,1504を用意して配置処理を行う。
Here, the processing operation of the k space
全周波成分用データ作成処理系1501は、図18に示す各Bladeの位相エンコードパターン1301,1302で取得したフラクショナルスキャン信号全て(図18のエコー信号1305と1306)を取り出し、RAM22上のk空間領域1503に配置することにより全周波成分用データF_OF(kx,ky)1201を形成する(上述のステップ71)。
The data
高周波成分用データ作成処理系1502は、図18に示す各Bladeの位相エンコードパターン1301,1302のエコー信号の内、高域非対称領域のエコー信号1305の信号のみを取り出し、RAM22上のk空間領域1504に配置し、高周波成分用データF_HFpre(kx,ky)1202を形成する(上述のステップ72)。高域非対称領域は、位相エンコード量0を中心として対称な位相エンコード量のエコー信号が存在しない領域である。この高域非対称領域のエコー信号1305の複素共役を算出することにより、エコー信号1305に対して対称な未計測のエコー信号1304を推定により取得することができる。そのため、ここでは、高域非対称領域のエコー信号1305の信号のみを取り出し、高周波成分用データF_HFpre(kx,ky)1202を形成する。
The high frequency component data
なお、エコー信号1306は、位相エンコード量0を中心として対称な位相エンコード量のエコー信号が存在する領域のエコー信号である。
Note that the
このように、k空間データを2種類用意する目的は、ステップ79で得る推定データと計測データの周波数帯域を重複させないことである。推定データと計測データの周波数帯域を重複させないことにより、第1実施形態で示した式(7)において説明したように、合成処理系1408において、推定データと計測データを単純加算することが可能となる。
As described above, the purpose of preparing two types of k-space data is to prevent the frequency bands of the estimation data obtained in
次に、周波数成分分離処理系1404の構成と処理動作を図22を用いてさらに詳しく説明する。周波数成分分離処理系1404は、RAM22に格納された低域通過型フィルタ振幅伝達特性記憶部1601、高域通過型フィルタ振幅伝達特性記憶部1602、及び乗算処理系1603を有する。低域通過型フィルタの振幅伝達特性L(kx,ky)は、例えば第1実施形態の式(4−1)〜(4−2)及び式(18)により設定する。すなわち、第4実施形態においては、Filterpoints として任意の長さを設定できる。
Next, the configuration and processing operation of the frequency component
次式(19)により、低域通過型フィルタの振幅伝達特性L(kx,ky)と全周波成分データF_OF(kx,ky)1201とを掛け合わせ、低周波成分データF_LF(kx,ky)を得る(上述のステップ73)。低周波成分データF_LF(kx,ky)の一例を図16(c)に示す。
一方、高域通過型フィルタの振幅伝達特性H(kx,ky)は、例えば次式(20)により設定する。
尚、第4実施形態に関しては、低周波成分データF_LF(kx,ky)は、図20から明らかなようにステップ80において合成処理系1408で他のデータと加算されない。このため、本実施形態では、第2実施形態の式(14)とは異なり、L(kx,ky)とH(kx,ky)で重複しない関係を成り立たせる必要は無い。すなわち、L(kx,ky)とH(kx,ky)は、個別に任意に設定できる。
Regarding the fourth embodiment, the low frequency component data F_LF (kx, ky) is not added to other data in the
次に、高域通過型フィルタの振幅伝達特性H(kx,ky)と高周波成分用データF_HFpre(kx,ky)1202を次式(21)に従って掛け合わせ、高周波成分データF_HF(kx,ky)を抜き出す(上記ステップ74)。
2次元フーリエ変換処理系1405、位相補正処理系1406、複素共役処理系1407の動作は、前述した通りである。合成処理系1408は、推定データである複素共役データCC(f_HF'(x,y))と、逆フーリエ変換後の全周波成分データf_OF(x,y)を次式(22)に従って合成する。
第4実施形態のように、ラディアルサンプリング法にフラクショナルスキャンを適用する場合であっても、逆フーリエ変換後の位相補正および複素共役処理により推定データを得ることができる。また、第4の実施形態では、フラクショナルスキャンの際にk空間データの中央部分に信号密度の偏りが生じないようにBlade内の一部のエコー信号を欠落させることにより、中央領域のデータを用いて、精度よく推定データを得ることができる。これにより、アーチファクトの少ない再構成画像を得ることができる。 Even when a fractional scan is applied to the radial sampling method as in the fourth embodiment, estimated data can be obtained by phase correction and complex conjugate processing after inverse Fourier transform. In the fourth embodiment, data in the central region is used by deleting some echo signals in the blade so that the signal density is not biased in the central portion of the k-space data during the fractional scan. Thus, the estimated data can be obtained with high accuracy. Thereby, a reconstructed image with few artifacts can be obtained.
第4実施形態では、図16(a)および図18(a),(b)のようにブレードごとに複数のエコー信号を取得しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ブレードごとに1本のエコー信号を取得する構成であってもよい。その場合、取得するエコー信号がk空間の原点を通らないように位相エンコード量を図18(a),(b)において設定する。 In the fourth embodiment, a plurality of echo signals are acquired for each blade as shown in FIGS. 16 (a) and 18 (a), (b), but the present invention is not limited to this, The configuration may be such that one echo signal is acquired for each blade. In this case, the phase encoding amount is set in FIGS. 18A and 18B so that the acquired echo signal does not pass through the origin of the k space.
なお、本発明は、上述した第1〜第4実施形態に限定されない。例えば、フラクショナルエコー計測とフラクショナルスキャン計測を組み合わせた計測にも同様の手順でエコー信号の推定を実現することもできる。 In addition, this invention is not limited to the 1st-4th embodiment mentioned above. For example, the estimation of the echo signal can also be realized by the same procedure for the measurement combining the fractional echo measurement and the fractional scan measurement.
また、上記実施形態では、式(7)や式(17)の関係を満たすようにすることにより、周波数成分の重なりを生じない推定データと取得データとを画像データとして加算することが可能であり、簡単な画像加算処理でデータを合成することができる。ただし、本発明はこの構成に限定されるものではなく、式(7)や式(17)の関係性をあえて満たさないように設定し、特定の周波数成分を強調もしくは抑制した画像として出力するように設計することもできる。 Further, in the above embodiment, by satisfying the relationship of Expression (7) and Expression (17), it is possible to add estimated data and acquired data that do not cause overlapping of frequency components as image data. Data can be synthesized by simple image addition processing. However, the present invention is not limited to this configuration, and is set so as not to satisfy the relationship of Expression (7) or Expression (17), and is output as an image in which a specific frequency component is emphasized or suppressed. It can also be designed.
各実施形態では上記のような処理動作を行っているが、一部の処理を省略することも可能である。 In each embodiment, the processing operation as described above is performed, but a part of the processing may be omitted.
また、本発明は2次元画像に限定されるものではなく、3次元画像に対しても適用可能である。また、次元ごとに異なる推定方法を実施することも可能である。 Further, the present invention is not limited to a two-dimensional image, and can be applied to a three-dimensional image. It is also possible to implement different estimation methods for each dimension.
1…被検体、2…静磁場発生系、3…傾斜磁場発生系、4…シーケンサ、5…送信系、6…受信系、7…信号処理系、8…中央処理装置(CPU)、9…傾斜磁場コイル、10…傾斜磁場電源、11…高周波発信器、12…変調器、13…高周波増幅器、14a…高周波コイル(送信コイル)、14b…高周波コイル(受信コイル)、15…信号増幅器、16…直交位相検波器、17…A/D変換器、18…磁気ディスク、19…光ディスク、20…ディスプレイ、21…ROM、22…RAM、23…トラックボール又はマウス、24…キーボード、25…操作部、301、701、1401…エコー信号推定処理装置
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記信号取得部は、計測空間において、原点を中心として放射状に配置される複数の核磁気共鳴信号データを取得し、
前記信号処理部は、
前記計測空間において、原点を含み、原点から所定の範囲の第1領域のデータ、および、前記第1領域よりも原点から離れた範囲を含む第2領域のデータをそれぞれ逆フーリエ変換し、第1領域逆フーリエ変換後データおよび第2領域逆フーリエ変換後データを得る逆フーリエ変換部と、
前記第2領域逆フーリエ変換後データの複素共役データを求めることにより推定データを得る複素共役部と、
前記第2領域逆フーリエ変換後データから前記第1領域逆フーリエ変換後データの位相値を減算、または、前記複素共役データに前記第1領域逆フーリエ変換後データの位相値を加算して位相補正を行う位相補正部と、
前記第1領域逆フーリエ変換後データと第2領域逆フーリエ変換後データと前記推定データとを加算することにより再構成画像を得る加算部とを備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 A signal acquisition unit that applies a high-frequency pulse and a gradient magnetic field to the subject to acquire a nuclear magnetic resonance signal, and a signal processing unit that reconstructs an image from the nuclear magnetic resonance signal;
The signal acquisition unit acquires a plurality of nuclear magnetic resonance signal data arranged radially around the origin in the measurement space,
The signal processing unit
In the measurement space, the first area data including the origin and having a predetermined range from the origin, and the second area data including the range farther from the origin than the first area are subjected to inverse Fourier transform, respectively. An inverse Fourier transform unit that obtains data after region inverse Fourier transform and data after second region inverse Fourier transform;
A complex conjugate unit that obtains estimated data by obtaining complex conjugate data of the second region inverse Fourier transformed data;
Phase correction by subtracting the phase value of the data after the first domain inverse Fourier transform from the data after the second domain inverse Fourier transform, or adding the phase value of the data after the first domain inverse Fourier transform to the complex conjugate data A phase correction unit for performing
A magnetic resonance imaging apparatus comprising: an adder that obtains a reconstructed image by adding the data after the first region inverse Fourier transform, the data after the second region inverse Fourier transform, and the estimated data.
前記第1および第2領域のデータをそれぞれ選択するフィルタ設定部をさらに有し、
前記フィルタ設定部は、前記推定データをフーリエ変換して計測空間に仮想的に配置した場合に、計測空間において、該フーリエ変換後の推定データが、前記第1および第2の領域のデータと重なり合わないように前記第1および第2領域のデータをそれぞれ選択することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1.
A filter setting unit for selecting data of the first and second regions, respectively;
The filter setting unit, when the estimated data is Fourier-transformed and virtually arranged in the measurement space, the estimated data after the Fourier transform overlaps with the data of the first and second regions in the measurement space. A magnetic resonance imaging apparatus, wherein data of the first and second regions are selected so as not to match.
前記信号取得部は、計測空間において、原点を中心として放射状に配置される複数の核磁気共鳴信号データを取得し、
前記信号処理部は、
前記計測空間において、原点を含み、原点から所定の範囲の第1領域のデータ、および、前記第1領域よりも原点から離れた範囲を含む第2領域のデータを選択するためのフィルタ設定部と、
前記フィルタ設定部で選択された第1および第2の領域の核磁気共鳴信号データ、および、計測空間全体の前記核磁気共鳴信号データをそれぞれ逆フーリエ変換し、第1領域逆フーリエ変換後データと第2領域逆フーリエ変換後データと全体逆フーリエ変換後データとを得る逆フーリエ変換部と、
前記第2領域逆フーリエ変換後データの複素共役データを求めることにより推定データを得る複素共役部と、
前記第2領域逆フーリエ変換後データから前記第1領域逆フーリエ変換後データの位相値を減算、または、前記複素共役データに前記第1領域逆フーリエ変換後データの位相値を加算して位相補正を行う位相補正部と、
前記全体逆フーリエ変換後データと前記推定データとを加算することにより再構成画像を得る加算部とを含むことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 A signal acquisition unit that applies a high-frequency pulse and a gradient magnetic field to the subject to acquire a nuclear magnetic resonance signal, and a signal processing unit that reconstructs an image from the nuclear magnetic resonance signal;
The signal acquisition unit acquires a plurality of nuclear magnetic resonance signal data arranged radially around the origin in the measurement space,
The signal processing unit
A filter setting unit for selecting, in the measurement space, data of a first region that includes an origin and is within a predetermined range from the origin, and data of a second region that includes a range farther from the origin than the first region; ,
The first and second regions of nuclear magnetic resonance signal data selected by the filter setting unit and the nuclear magnetic resonance signal data of the entire measurement space are subjected to inverse Fourier transform, and the first region inverse Fourier transform data and An inverse Fourier transform unit that obtains data after second region inverse Fourier transform and data after overall inverse Fourier transform;
A complex conjugate unit that obtains estimated data by obtaining complex conjugate data of the second region inverse Fourier transformed data;
Phase correction by subtracting the phase value of the data after the first domain inverse Fourier transform from the data after the second domain inverse Fourier transform, or adding the phase value of the data after the first domain inverse Fourier transform to the complex conjugate data A phase correction unit for performing
A magnetic resonance imaging apparatus comprising: an adding unit that obtains a reconstructed image by adding the data after the entire inverse Fourier transform and the estimated data.
計測空間において、原点を中心として放射状に配置される複数の核磁気共鳴信号データについて、原点を含み、原点から所定の範囲の第1領域のデータ、および、前記第1領域よりも原点から離れた範囲を含む第2領域のデータを選択するためのフィルタ設定手段、
前記フィルタ設定手段で選択された第1および第2領域の前記核磁気共鳴信号データをそれぞれ逆フーリエ変換し、第1領域逆フーリエ変換後データおよび第2領域逆フーリエ変換後データを得る逆フーリエ変換手段、
前記第2領域逆フーリエ変換後データの複素共役データを求めることにより推定データを得る複素共役手段、
前記第2領域逆フーリエ変換後データから前記第1領域逆フーリエ変換後データの位相値を減算、または、前記複素共役データに前記第1領域逆フーリエ変換後データの位相値を加算して位相補正を行う位相補正手段、および、
前記第1領域逆フーリエ変換後データと第2領域逆フーリエ変換後データと前記推定データとを加算することにより再構成画像を得る加算手段、
として機能させるためのプログラムであって、
前記フィルタ設定手段は、前記推定データをフーリエ変換して計測空間に仮想的に配置した場合に、計測空間において、該フーリエ変換後の推定データが、前記第1および第2領域のデータと重なり合わないように前記第1および第2領域のデータをそれぞれ選択することを特徴とする画像再構成プログラム。 Arithmetic unit
In the measurement space, a plurality of nuclear magnetic resonance signal data arranged radially from the origin, including the origin, data of the first area within a predetermined range from the origin, and farther from the origin than the first area Filter setting means for selecting data in the second region including the range;
Inverse Fourier transform for obtaining the first region inverse Fourier transform data and the second region inverse Fourier transform data by performing inverse Fourier transform on the nuclear magnetic resonance signal data of the first and second regions selected by the filter setting means, respectively. means,
Complex conjugate means for obtaining estimated data by obtaining complex conjugate data of the second region inverse Fourier transformed data;
Phase correction by subtracting the phase value of the data after the first domain inverse Fourier transform from the data after the second domain inverse Fourier transform, or adding the phase value of the data after the first domain inverse Fourier transform to the complex conjugate data Phase correction means for performing, and
Adding means for obtaining a reconstructed image by adding the data after the first region inverse Fourier transform, the data after the second region inverse Fourier transform, and the estimated data;
Is a program for functioning as
In the measurement space, when the estimated data is virtually arranged in the measurement space by the Fourier transform, the filter setting means overlaps the estimated data after the Fourier transform with the data in the first and second regions in the measurement space. An image reconstruction program characterized by selecting the data of the first and second areas so as not to exist.
計測空間において、原点を中心として放射状に配置される複数の核磁気共鳴信号データについて、原点を含み、原点から所定の範囲の第1領域のデータ、および、前記第1領域よりも原点から離れた範囲を含む第2領域のデータを選択するためのフィルタ設定手段、
前記フィルタ選択手段で選択された第1および第2領域の前記核磁気共鳴信号データ、および、計測空間全体の前記核磁気共鳴信号データをそれぞれ逆フーリエ変換し、第1領域逆フーリエ変換後データと第2領域逆フーリエ変換後データと全体逆フーリエ変換後データとを得る逆フーリエ変換手段、
前記第2領域逆フーリエ変換後データの複素共役データを求めることにより推定データを得る複素共役手段、
前記第2領域逆フーリエ変換後データから前記第1領域逆フーリエ変換後データの位相値を減算、または、前記複素共役データに前記第1領域逆フーリエ変換後データの位相値を加算して位相補正を行う位相補正手段、および、
前記全体逆フーリエ変換後データと前記推定データとを加算することにより再構成画像を得る加算手段、
として機能させるための画像再構成プログラム。 Arithmetic unit
In the measurement space, a plurality of nuclear magnetic resonance signal data arranged radially from the origin, including the origin, data of the first area within a predetermined range from the origin, and farther from the origin than the first area Filter setting means for selecting data in the second region including the range;
The nuclear magnetic resonance signal data of the first and second regions selected by the filter selection means and the nuclear magnetic resonance signal data of the entire measurement space are each subjected to inverse Fourier transform, and the first region inverse Fourier transform data and Inverse Fourier transform means for obtaining second region inverse Fourier transformed data and overall inverse Fourier transformed data,
Complex conjugate means for obtaining estimated data by obtaining complex conjugate data of the second region inverse Fourier transformed data;
Phase correction by subtracting the phase value of the data after the first domain inverse Fourier transform from the data after the second domain inverse Fourier transform, or adding the phase value of the data after the first domain inverse Fourier transform to the complex conjugate data Phase correction means for performing, and
Adding means for obtaining a reconstructed image by adding the data after the whole inverse Fourier transform and the estimated data;
Image reconstruction program to function as
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