(57)【要約】  傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルを含む磁気共鳴装置により撮影され、撮像ボリューム内にある種々の測定点における測定信号を処理するアルゴリズムを用いて画像歪を生じる傾斜磁場の非線形性に関して歪補正された２Ｄまたは３Ｄ再構成画像を処理する方法であって、そのアルゴリズムが、このアルゴリズムによって処理される各信号に関して、信号の実際の測定点に生じる実際の傾斜磁場を表す第１の入力値を処理する方法において、歪補正された再構成画像を歪補正されていない再構成画像に逆変換するために、その第１のアルゴリズムまたは第１のアルゴリズムに相当する第２のアルゴリズムが使用され、第１のアルゴリズムまたは第２のアルゴリズムには、それによって処理された各信号に関して、第２の入力値として、処理された信号が現れるそれぞれの歪まされた測定点における仮想傾斜磁場を表す値が与えられ、仮想傾斜磁場が理想的な線形傾斜磁場に比べて実際の傾斜磁場の非線形磁場成分だけ増大または低下させられている。
2009502281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルを含む磁気共鳴装置により撮影され、撮像ボリューム内にある種々の測定点における測定信号を処理するアルゴリズムを用いて画像歪を生じる傾斜磁場の非線形性に関して歪補正された２Ｄまたは３Ｄ再構成画像を処理する方法であって、そのアルゴリズムが、このアルゴリズムによって処理される各信号に関して、信号の実際の測定点に生じる実際の傾斜磁場を表す第１の入力値を処理する方法において、歪補正された再構成画像を歪補正されていない再構成画像に逆変換するために、その第１のアルゴリズムまたは第１のアルゴリズムに相当する第２のアルゴリズムが使用され、第１のアルゴリズムまたは第２のアルゴリズムには、それによって処理された各信号に関して、第２の入力値として、処理された信号が現れるそれぞれの歪まされた測定点における仮想傾斜磁場を表す値が与えられ、仮想傾斜磁場が理想的な線形傾斜磁場に比べて実際の傾斜磁場の非線形磁場成分だけ増大または低下させられていることを特徴とする磁気共鳴装置により撮影され歪補正された２Ｄまたは３Ｄ再構成画像の処理方法。
【請求項２】
画像点固有の第２の入力値を決定するために、
２つまたは３つの各空間方向における歪補正された２Ｄまたは３Ｄ再構成画像の処理された信号の実際の各測定点においてそれぞれの非線形磁場成分を決定するステップ、
３つの空間方向における幾何学的歪を決定し、それぞれの歪まされた測定点の位置を求めるステップ、
それぞれの非線形磁場成分と歪まされた測定点における理想的な線形傾斜磁場の磁場成分とに基づいて第２の入力値を決定するステップ
を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１のアルゴリズムまたは第２のアルゴリズムとして、傾斜磁場の多極展開の展開係数が与えられるアルゴリズムが使用され、展開係数が第２の入力値に基づいて求められることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
測定された信号を処理し画像再構成を行う画像処理装置を含み、請求項１乃至３の１つに記載の方法を実施するように構成されている磁気共鳴装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルを含む磁気共鳴装置により撮影され、撮像ボリューム内にある種々の測定点における測定信号を処理するアルゴリズムを用いて画像歪を生じる傾斜磁場の非線形性に関して歪補正された２Ｄまたは３Ｄ再構成画像を処理する方法であって、そのアルゴリズムが、このアルゴリズムによって処理される各信号に関して、信号の実際の測定点に生じる実際の傾斜磁場を表す第１の入力値を処理する方法に関する。
【０００２】
磁気共鳴装置は検査対象の画像の撮影もしくは作成に用いられ、検査対象において高周波励起から生じる信号が収集され、引続いて信号に基づいて画像が算出もしくは再構成される。このために静磁場磁石を介してできるだけ均質な静磁場が発生され、静磁場は均質性が規定された均質性ボリュームを有する。画像撮影のために、静磁場に、傾斜磁場コイルにより発生されｘ，ｙ，ｚ方向の成分を有する傾斜磁場が重畳される。信号発生を生じるスピン励起のために、高周波コイルを介して高周波パルスが与えられる。磁気共鳴装置の構成および動作態様は専門家に十分に知られていて、これ以上の説明を必要としない。
【０００３】
磁気共鳴画像つまり断層画像の撮影は、ほぼ球状の均質ボリュームの中心いわゆるアイソセンタにおいて行なわれると好ましい。最近導入されたいわゆる「アイソセンタリング（isocentering）」の考え方の枠内において、使用されるプロトコルの測定ごとに、つまり画像化のための信号取得ごとに、測定すべき断層セットが自動テーブル移動によって同心に位置決めされる。すなわち、患者が、撮影すべき断層ごとに、必要なかぎり、断層が存在する身体領域が同心に位置決めされるように追跡される。それによって、撮像ボリュームに関して、最善の静磁場均質性および傾斜磁場直線性が保証され、したがって画質が保証される。断層計画、つまり撮影すべき断層の確定の際にシステマチック誤差を避けるために、アイソセンタリングの考え方の枠内では断層計画が歪補正された画像上で行なわれることしか許されない。このような画像は、傾斜磁場非線形性から生じる幾何学的な歪に関して補正される。１つまたは複数のアルゴリズムにより取得された測定信号に基づく磁気共鳴画像の構成の枠内において、まず理想的な線形の傾斜磁場から出発する。しかしながら、実際の傾斜磁場はこの理想化された線形経過と相違し、非線形成分を有する。この付加的な非線形性は、第１の実際の位置で測定された信号が再構成後に間違って第２の他の位置において現れる。いわゆる歪補正を介して、この間違いが、傾斜磁場の空間的非線形性の知識に基づいて、相応の補正部分を有するアルゴリズムにより補正される。この歪補正された画像は結果として幾何学的もしくは解剖学的に正しい画像であるので、測定された画像の全てに歪補正を適用するように努力がなされている。
【０００４】
例えば分光器を使用する特定用途については、プロトコル計画ならびに画像評価の絶対的な位置決め精度の保証のために、強制的に変形されていない画像を使用しなければならないので、処理されて歪補正された画像もしくはデータセットが保存されるのではなくて、非線形性に基づいた歪を有する本来の測定されたデータセットが保存される。本来の取得された画像データセット、つまり歪のある２Ｄまたは３Ｄ再構成画像と同様に、歪補正された再構成画像もデータバンクに格納することは考慮に値しない。なぜならば、これによって記憶すべき画像データボリュームが倍増するからである。したがって、大部分の場合において歪補正された画像に基づいて行なわれる断層計画の枠内での画像評価にとって、本来の測定データから常に新たに算出することが必要である。それゆえ、標準動作において、２〜３の用途のために変形されていない画像データが存在しなければならないという要求から生じる著しい時間のかかる計算能力を準備すべきである。
【０００５】
本発明の課題は、それに対して改善された方法を提供することにある。
【０００６】
課題の解決のために、冒頭に述べた如き２Ｄまたは３Ｄ再構成画像処理方法において、歪補正された再構成画像を歪補正されていない再構成画像に逆変換するために、第１のアルゴリズムまたは第１のアルゴリズムに相当する第２のアルゴリズムが使用され、第１のアルゴリズムまたは第２のアルゴリズムには、それによって処理された各信号に関して、第２の入力値として、処理された信号が現れるそれぞれの歪まされた測定点における仮想傾斜磁場を表す値が与えられ、仮想傾斜磁場が理想的な線形傾斜磁場に比べて実際の傾斜磁場の非線形磁場成分だけ増大または低下させられている。
【０００７】
本発明は、そのアルゴリズムまたは一般的に歪補正に使用されるアルゴリズムが使用されるが、しかしアルゴリズムに傾斜磁場を表す異なった入力値が与えられる枠内での逆歪補正の考えを基礎としている。この入力値は、逆変換を記述する、つまり歪補正の枠内で考慮された如き非線形磁場成分を逆変換もしくは逆描出する「仮想傾斜磁場」または「実効傾斜磁場」を表す。これによって、実際に取得された測定信号の歪補正に基づく変換、すなわち歪に基づく測定位置から実際の測定位置への変換が取消しもしくは逆変換される。すなわち補正により実際の測定位置に現れる歪補正された画像の信号が、歪に基づく「誤った」測定位置へ戻し記述される。
【０００８】
したがって、本発明による方法は、歪補正された２Ｄまたは３Ｄ画像データセットもしくは再構成画像だけを画像メモリに格納することを許容する。これは通常の事例においてうまく機能する。しかしながら、断層計画などのために最初の画像をひき出さなければならないことが必要である場合には、本発明による方法を使用して簡単に歪補正を逆変換して、歪補正された再構成画像から、最初に撮影されて歪補正されていない再構成画像を求めることができる。このためには歪補正に使用したのと同じアルゴリズムを使用することが有利であり、逆補正を行なうために異なった入力値を求めて与えるだけでよいので、本発明による逆変換を非常に簡単に行なうことができる。
【０００９】
逆補正方法の中心的な「要素」は、上述のように、それぞれの画像点または測定点に固有の入力値である。歪補正の枠内においても逆変換の枠内においても、能力的な理由から一般的に、全ての測定位置における全ての画像点もしくは信号が処理されるのではなく、補間される信号集合または測定点集合だけが処理される。非常に高い画質が望まれる場合にかぎり、各画像点もしくは各信号が処理されるとよい。画像点固有の第２の入力値を決定するために次のステップが実行される。
【００１０】
２つまたは３つの各空間方向における歪補正された２Ｄまたは３Ｄ再構成画像の処理される信号の実際の各測定点においてそれぞれの非線形磁場成分を決定するステップ、
３つの空間方向における幾何学的歪を決定し、それぞれの歪まされた測定点の位置を求めるステップ、
それぞれの非線形磁場成分と歪まされた測定点における理想的な線形傾斜磁場の磁場成分とに基づいて第２の入力値を決定するステップ。
【００１１】
第１の方法ステップの枠内において、歪補正された２Ｄまたは３Ｄ再構成画像における各測定点で、理想的な線形傾斜磁場と比較して、この点においてこの点で発生される実際の傾斜磁場と理想的な傾斜磁場との間に生じている非線形磁場成分が決定される。引続いて、実際の歪補正された測定点における実際の非線形傾斜磁場の値に基づいて、線形傾斜磁場曲線上における相応の磁場値と付属の歪まされた測定点とが決定される。すなわち、歪補正された画像における各測定点について３つの各空間方向における歪が求められる。これに続いて、歪まされた測定点における理想的な線形傾斜磁場の磁場成分の値（実際の測定点における実際の磁場成分の値に相当する。）と非線形磁場成分とからなる「実効傾斜磁場値」に相当する第２の入力値が決定される。引続いて、それぞれの歪まされた測定点におけるこの「実効傾斜磁場値」が逆変換の基礎として使用され、それぞれ実際に歪補正された測定点における信号に適用される。この手法が２つもしくは３つの空間方向の全てに関して実行される。この「実効傾斜磁場値」または「仮想傾斜磁場値」もしくは既知の実際の非線形傾斜磁場および実際の線形傾斜磁場からなる傾斜磁場の決定は極めて簡単であり、非常に迅速に行なうことができる。
【００１２】
好ましくは、第１のアルゴリズムまたは第２のアルゴリズムとして、傾斜磁場の多極展開の展開係数が与えられるアルゴリズムが使用され、展開係数が第２の入力値に基づいて求められる。公知の歪補正方法は、磁場が異なった項の和として表される球関数展開である傾斜磁場のいわゆる多極展開である。この展開の枠内において、それぞれ考慮された位置におけるそれぞれの非線形性を表す展開係数ａ，ｂが使用される。この展開係数は、このような歪補正アルゴリズムを使用する場合、前述のような仮想傾斜磁場または実効傾斜磁場に基づいて求めることができる。専門家には多極展開もしくは多極展開の展開係数を使用した歪補正は十分に知られており、これに関して詳しく立ち入る必要はない。
【００１３】
更に、本発明は、方法自体のほかに、測定された信号を処理し画像再構成を行う画像処理装置を含み、上述の方法を実施するように構成されている磁気共鳴装置に関する。
【００１４】
本発明の他の利点、特徴および詳細を、以下に説明する実施例からならびに図面に基づいて明らかにする。
図１は磁気共鳴装置の原理図を示し、
図２は仮想傾斜磁場もしくは実効傾斜磁場を求めるための図解ダイアグラムを示す。
【００１５】
図１は本発明による磁気共鳴装置１を示す。磁気共鳴装置１は、詳しく示されていない静磁場磁石、傾斜磁場コイル３ならびに詳しく示されていない高周波コイルならびに他の構成要素を含む信号取得部２からなり、詳細な説明を必要としない。磁石は、公知のように、例えばシム鉄板またはシムコイルのような適切なシム装置の使用により均質化されている均質ボリュームを有する静磁場を発生する。これらのシム装置は同様に詳しく示されていないが専門家には十分に知られている。傾斜磁場コイル３を介して、それぞれの空間方向ｘ，ｙ，ｚを示す３つの磁場成分を有する傾斜磁場が公知のように発生される。傾斜磁場は実際にはある程度の非線形性を有する。
【００１６】
更に、全体的な装置動作を制御し従って画像撮影動作も制御する制御装置４が示されている。制御装置４は画像処理装置５と画像データメモリ６とを備え、画像処理装置５を介して作成された３Ｄ再構成画像を表示するためのモニタ７を付設されている。制御装置４は、信号取得部２において適切な信号取得装置もしくはアンテナを介して受信された画像化信号を与えられ、この信号は画像処理装置５において処理される。画像処理装置５は、３Ｄ再構成を行いかつ傾斜磁場の非線形性から生じる画像歪の補正を行なうように構成されている。このために、少なくとも１つまたは場合によっては複数の再構成アルゴリズムもしくは補正アルゴリズムが格納されている。専門家には種々の再構成アルゴリズムもしくは補正アルゴリズムが十分に知られている。本発明による磁気共鳴装置の場合、画像メモリ６には歪補正された画像データセットもしくは再構成画像が格納されるが、しかし実際に取得された画像データセットもしくは信号セットは格納されない。ここで、歪補正された画像の代わりに、最初に取得されて補正されていない撮影画像をモニタ７に出力することが必要である場合、画像処理装置５を介して画像データメモリ６内のそれぞれの画像データセットへアクセスして、画像データの逆変換が行なわれる。つまり、最初に取得されたのと同じ画像データが求められる。これらの画像データに基づいて歪まされた２Ｄまたは３Ｄ再構成画像が求められる。
【００１７】
次に、一方では歪補正の原理を、他方では本発明による逆変換を可能にするための逆歪補正の原理を説明する。
【００１８】
磁気共鳴画像化は、傾斜磁場の適用下における磁気共鳴信号の時間に依存した測定を基礎としている。測定された信号を用いた画像再構成において、この傾斜磁場は線形項のみを有するものと仮定する。次に、説明を簡単にするためにｘ軸について例により当該関係を述べる。もちろん、ｙ軸およびｚ軸に関しても相応の関係が当てはまる。
【００１９】
位置ｘに依存する理想的な磁場Ｂi（ｘ）は、
Ｂi（ｘ）＝Ｇ・ｘ
によって与えられている。ただし、Ｇは傾斜磁場強度を示す一定値である。
【００２０】
もちろん、有限の広がりのコイルジオメトリを持つ実際の傾斜磁場は、再構成された画像の位置歪を生じる非線形性を有する。
【００２１】
理想的な分布からの実際の磁場Ｂr（ｘ）の偏差は次のとおり表される。
Ｂr（ｘ）＝Ｂi（ｘ）＋ΔＢr（ｘ）＝Ｇ・ｘ＋ΔＢr（ｘ）
ただし、ΔＢr（ｘ）は非線形磁場成分（ここではｘ方向）を表す。この付加的な非線形磁場成分は、位置ｘt、つまり実際の測定位置の測定信号が再構成後に間違って位置ｘmに現れるという結果を生じる。この場合に、本当の位置ｘtに対して次が当てはまる。
ｘt＝ｘm＋ΔＢr（ｘt）／Ｇ
【００２２】
歪補正のための既存のアルゴリズムは、傾斜磁場のこの空間的な非線形性ΔＢr（ｘ）の認識を基礎としている。この非線形性はシステムの特性であり、典型的には多極展開の係数としてパラメータ化されている。
【００２３】
本発明による方法は、既存の方法つまり「標準的な」歪補正のアルゴリズムを用いて、歪補正された画像を、歪補正されていない画像へ逆変換する簡単な可能性を提供する。唯一の相違は、逆変換を記述するいわゆる「実効傾斜磁場」もしくは「仮想傾斜磁場」の使用である。この傾斜磁場Ｂe（ｘ）は、
Ｂe（ｘ）＝Ｇ・ｘ−ΔＢe（ｘ）
で表すことができる。ただし、ΔＢe（ｘ）は「実効傾斜磁場」の非線形成分である。したがって、この「実効傾斜磁場」は、上記の方程式に対して完全類似にて、ｘmを
ｘm＝ｘt＋ΔＢ e（ｘm）／Ｇ
にしたがって算出しなければならない。ただし、実効傾斜磁場の非線形成分は、
ΔＢe（ｘm）＝ΔＢr（ｘt）
にしたがって決定される。
【００２４】
この関係は一目瞭然に図２から得られる。図２では横座標に位置ｘ、縦座標に傾斜磁場の磁場強度Ｂが取られている。一方では、破線で示された直線が示され、これは理想的な線形傾斜磁場Ｂi（ｘ）を記述する。更に、曲線Ｂr（ｘ）による実際の傾斜磁場と、実効傾斜磁場Ｂe（ｘ）とが示されている。
【００２５】
逆歪補正の枠内で逆変換しようとする１つの点における「実効傾斜磁場」を算出するために、先ず歪補正された実際の測定点ｘtにおいて非線形磁場成分ΔＢr（ｘt）が決定される。非線形磁場成分ΔＢr（ｘt）は、位置ｘtにおける理想的な傾斜磁場ΔＢi（ｘt）と実際の傾斜磁場Ｂr（ｘt）との差から得られる。引続いて、理想的な傾斜磁場曲線Ｂi（ｘ）上において点ｘtにおける実際の傾斜磁場値Ｂr（ｘt）に対応する磁場値が求められる。これから図２から一目瞭然にわかるような歪まされた測定点ｘmが得られる。点ｘmにおける実効傾斜磁場値を決定するために、これが今や、
Ｂe（ｘm）＝Ｇ・ｘm−ΔＢr（ｘt）
で決定される。すなわち、理想的な磁場曲線上における傾斜磁場値が、点ｘtにおける実際の傾斜磁場値の非線形磁場成分の符号に応じて、この値だけ増加または低減される。したがって、実効非線形性ΔＢe（ｘm）は実際の実効非線形性ΔＢr（ｘt）に一致する。
【００２６】
この算出が、ｘ軸のみに沿った例から出発して今や、点集合ｘtiに対して行なわれる。したがって、この点集合についてもそれぞれの歪Δｘi＝ΔＢ（ｘti）／Ｇが算出される。
【００２７】
ひき続いて、それぞれの位置ｘmi＝ｘti＋Δｘiにおいて、実効傾斜磁場が、
Ｂe（ｘmi）＝Ｇ・ｘmi−ΔＢr（ｘti）
で決定される。点ｘmiにおけるこの磁場値は、使用される歪補正方法すなわち使用される補正アルゴリズムのための入力値として用いられ、その方法つまりアルゴリズムにより、例えば既に最初の処理の枠内で歪補正が行なわれている。
【００２８】
歪補正方法に磁場の多極展開の展開係数を使用する場合、これは、既に説明したように、点ｘmiにおける磁場値Ｂe（ｘmi）から求めることができる。
【００２９】
最後にもう一度指摘しておくに、実効傾斜磁場の上述の算出は、３Ｄ再構成画像が存在する場合には３つの空間方向の全てにおいて点集合ｘti，ｙti，ｚtiの各点について行なわれ、２Ｄ再構成画像の場合にはもちろん関係する２つの空間方向のみが用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】磁気共鳴装置の原理図
【図２】仮想傾斜磁場もしくは実効傾斜磁場を求めるためのダイアグラム
【符号の説明】
【００３１】
１        磁気共鳴装置
２        信号取得部
３        傾斜磁場コイル
４        制御装置
５        画像処理装置
６        画像データメモリ
７        モニタ
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2009502281.tif 000008
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