(57)【要約】磁気共鳴画像化システムは再構成手段を有し、前記再構成手段は磁気共鳴信号から複素数値ピクセルの複素画像を再構成するように構成されている。また、前記複素画像の位相の値の分布を計算し、前記複素画像に位相補正を適用して補正磁気共鳴画像を形成する。前記位相補正は前記複素画像の前記位相の値の分布に基づき制御される。特に、ヒストグラム検定力関数は位相補正の正確性を効果的に示す。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
再構成手段を有する磁気共鳴画像化システムであって、前記再構成手段は
−磁気共鳴信号から複素数値ピクセルの複素画像を再構成し、
−前記複素画像の位相の値の分布を計算し、
−前記複素画像に位相補正を適用して補正磁気共鳴画像を形成し、
−前記複素画像の前記位相の値の分布に基づき、前記位相補正を制御する、
ように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気共鳴画像化システムであって、前記複素画像の前記位相の値の分布は前記複素画像の前記位相の値のヒストグラムにより表されることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気共鳴画像化システムであって、前記位相補正は前記ヒストグラムのテスト関数に基づき制御されることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気共鳴画像化システムであって、前記ヒストグラムのテスト関数は、前記ヒストグラムの分布中のピークを識別し、特に前記ピークを強調することを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項４に記載の磁気共鳴画像化システムであって、前記テスト関数はヒストグラム検定力関数であることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項１に記載の磁気共鳴画像化システムであって、前記再構成手段は多項式位相補正に基づき前記位相補正を行うよう構成され、前記多項式はその多項式係数により表されることを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項６に記載の磁気共鳴画像化システムであって、前記再構成手段は前記多項式位相補正の多項式係数を調整することにより前記位相補正を制御するよう構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項３に記載の磁気共鳴画像化システムであって、前記再構成手段は、
−多項式位相補正に基づき前記位相補正を行い、
−前記テスト関数を最適化するため前記多項式位相補正の多項式係数を調整することにより前記位相補正を制御する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項８に記載の磁気共鳴画像化システムであって、前記多項式係数は前記テスト関数に基づき制御された試行改良アルゴリズムにより調整されることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
磁気共鳴画像化方法であって、
磁気共鳴信号から複素数値ピクセルの複素画像を再構成するステップと、
前記複素画像の位相の値の分布を計算するステップと、
前記複素画像に位相補正を適用し、補正磁気共鳴画像を形成するステップと、
前記複素画像の位相の値の分布に基づき前記位相補正を制御するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項１１】
コンピュータに、
複素画像の位相の値の分布を計算する手順と、
前記複素画像に位相補正を適用して補正磁気共鳴画像を形成する手順と、
前記複素画像の位相の値の分布に基づき前記位相補正を制御する手順と、
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は磁気共鳴画像化の位相補正を伴う磁気共鳴画像化システムに関する。
【０００２】
位相補正を用いた磁気共鳴画像化は、C.B.AhnとZ.H.Choによる論文「自己相関とヒストグラム分析に基づくNMR画像化における新しい位相補正方法」IEEE  Trans.MI  6(1987)32-36により知られている。
【０００３】
その既知の磁気共鳴画像化方法では、１次の位相エラーを推定することにより、複素数値ピクセルの位相を補正することを提案している。この１次の位相エラーは複素画像におけるピクセル位置に線形に依存する位相エラーに寄与している。この１次の位相エラーは隣接するピクセル間の自己相関を計算することにより求められる。この１次の位相エラーの推定に基づき、１次位相エラー補正画像が得られる。１次位相エラー補正画像の位相のヒストグラムを作る。このヒストグラム中の１つのピークの位置、または１８０度離れた複数のピークの位置から、０次の位相エラーを推定する。この０次の位相エラーが複素画像におけるピクセルの位置に依存しない全体的な寄与である。
本発明の目的は、本質的に複雑な位相エラーをより正確に補正する磁気共鳴画像化方法を提供することである。
【０００４】
この目的は、本発明による再構成手段を有する磁気共鳴画像化システムにより達成できる。この再構成手段は、
−磁気共鳴信号から複素数値ピクセルの複素画像を再構成し、
−前記複素画像の位相の分布を計算し、
−前記複素画像に位相補正を適用して補正磁気共鳴画像を形成し、
−前記複素画像の前記位相の分布に基づき、前記位相補正を制御する、
ように構成されていることを特徴とする。
【０００５】
本発明によれば、複素画像の位相の分布に基づき位相補正を制御する。位相の分布は、位相エラーが複素数値画像中の位置に依存するその依存の仕方に非常に敏感であるように見える。その結果、位相の値の分布は、正確なインジケータとして、有効な位相補正の種類と、位相補正の実際の適用により得られる結果の正確性を示す。本発明の上記その他の態様は、従属項で規定した実施形態を参照してさらに詳しく説明する。
【０００６】
好ましくは、複素画像における位相の値の分布は位相の値のヒストグラムにより表される。複素画像のピクセルの複素数値からヒストグラムを作るには、非常に低い計算能力しか要さず、メモリ容量も少なくてよい。さらに、ヒストグラムの特徴は、複素数値画像にわたり位相エラーが変化するその変化の仕方に非常に敏感であるように見える。さらにまた、ヒストグラムの特徴は位相エラーの補正で達成できる正確性も正確に示している。
【０００７】
ヒストグラムにテスト関数を適用すると、複素数値画像にわたって位相エラーの特定の変化パターンへの感度が強調される。さらに、テスト関数により単純な実数値により補正の正確性の指標を得ることができる。特に、
【０００８】
【数１】
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を満たす関数ｆのクラスから好適な関数を選択することができる。これらのテスト関数はヒストグラムの幅がより広い構造（broader  structures）に対してピークを強調する。位相エラーの正確な補正により、ヒストグラム中のピークが得られ、幅が広い構造（broad  structures）が無くなる。本発明のこの態様によれば、テスト関数によりヒストグラム中のピークが強調されるので、位相エラーの補正の正確性を示す正確な表示となる。具体的に、ヒストグラム検定力関数をテスト関数として用いた時、よい結果が得られる。ヒストグラム検定力関数は
【０００９】
【数２】
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により定義される。ここで、Hはヒストグラムを示し、hjはヒストグラムHのｊ番目の瓶中にある位相の値の数である。ヒストグラム検定力関数は小数の強いピークを有するヒストグラムを強調し、主に幅が広い特徴（broad  features）を有するヒストグラムの場合は小さい値を返す。このように、ヒストグラム検定力関数は、位相補正が正確かどうかを示す有効なテストとなる。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態において多項式位相補正を実行する。かかる多項式位相補正は計算負荷が小さく、計算時間も短くてすむ。従って、短時間で幾通りかの多項式位相補正を試みて、それぞれの位相補正についてヒストグラムを構成し、ヒストグラム検定力関数を計算することができる。そして、ヒストグラム検定力関数の値が最小となる最も有効な補正を選択する。多項式位相補正の多項式係数を適応させ、調整した多項式係数を用いて位相補正を繰り返すだけで、それぞれの多項式位相補正を容易に実行することができる。好ましくは、ヒストグラムのテスト関数の値を最適化するために、多項式係数を調整する。ヒストグラムのテスト関数が最適地を取得するこれらの多項式係数は、最も有効な多項式位相補正に対応する。
【００１１】
位相補正の計算効率をさらに改善するには、試行改良アルゴリズムに基づいて多項式係数をリセットし、ヒストグラムのテスト関数が最適値である（特にヒストグラム検定力関数が最小である）位相分布に対応する一組の多項式係数を求めることにより、位相補正を調整する。
【００１２】
補正磁気共鳴画像は、実際には磁気共鳴信号中の位相エラーに起因するアーチファクトがない。従って、補正磁気共鳴画像の診断値は高く、コントラストが低いかコントラスト解像度が低い細部でも、検査される患者の組織を忠実に画像化する。
【００１３】
本発明は、請求項１０に規定した磁気共鳴画像化方法にも関する。本発明の磁気共鳴画像化方法は、複素数値画像の位相エラーの正確な補正を達成することができる。本発明は、請求項１１に規定したコンピュータプログラムにさらに関する。本発明のコンピュータプログラムは磁気共鳴画像化システムの再構成手段に読み込むことができる。従って、再構成手段は、磁気共鳴画像化システムにより生成された磁気共鳴信号から再構成された複素数値画像中の位相エラーを正確に補正することができる。
【００１４】
本発明の上記その他の態様を以下に説明する実施形態および添付した図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の方法の一実施形態を示すフローチャートである。本発明の磁気共鳴画像化方法は、磁気共鳴信号の取得を伴う。取得した磁気共鳴信号から複素画像を再構成する。複素画像の個々の複素数値ピクセルについて、位相を計算する。ピクセルの位相の値を瓶に分けヒストグラムを求める。すなわち、所定の位相区間（すなわち瓶）にある位相の値をカウントし、それぞれの瓶に入った位相の値の数がヒストグラムHとなる。そのヒストグラムから、ヒストグラム検定力関数
【００１６】
【数３】
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を計算し、ヒストグラム検定力関数の値に基づき、多項式位相補正を選択し複素画像に適用する。反復的に、ヒストグラムとヒストグラム検定力関数を再度計算し、新しい多項式位相補正を選択し、複素画像に適用する。ヒストグラム検定力関数が最小値となったときに繰り返しを終了する。ヒストグラム検定力関数が最小値となることは、ヒストグラムが小数の強いピークを含むことを示し、位相補正が適当なものであることを示している。任意的に、ヒストグラム検定力関数が最小値となるヒストグラムに基づき最後の位相補正を実行してもよい。例えば、任意的な最終位相補正は正確な水−脂肪シフトを伴う。この水−脂肪シフト補正はヒストグラム中の主な２つのピークに基づく。
【００１７】
図２は、本発明が利用された磁気共鳴画像化システムを示す概略図である。本磁気共鳴画像化システムには一組の主コイル１０が含まれ、これにより安定した一様な磁場が生成される。主コイルは、例えば、トンネル状の検査空間を含むように構成されている。検査される患者はこのトンネル状の検査空間に滑り込ませる。本磁気共鳴画像化システムには、傾斜磁場コイル１１、１２も含まれており、それにより（特に個々の方向において一時的傾斜磁場状の）空間的に変化する磁場が生成され、一様な磁場に重畳される。傾斜磁場コイル１１、１２は制御可能電源手段２１に接続されている。傾斜磁場コイル１１、１２は、その電源手段２１により電力が供給されることにより駆動される。傾斜磁場の強さ、方向、時間は電源手段を制御することにより制御される。本磁気共鳴画像化システムは、RF励起パルスを生成する送信コイル１３と磁気共鳴信号をピックアップする受信コイル１６も含む。送信コイル１３は全身用コイル１３として構成されることが好ましく、それにより検査対象（の一部）が囲まれる。通常、検査される患者３０が磁気共鳴画像化システム中に配置されている時、その患者３０が全身用コイル１３に囲まれるように、全身用コイルが磁気共鳴画像化システムにおいて配置される。全身用コイル１３はRF励起パルスおよびRFリフォーカスパルスの送信用の送信アンテナとして動作する。好ましくは、全身用コイル１３により送信されたRFパルス（RFS）の強度分布は空間的に一様である。通常、同じコイルすなわちアンテナが送信コイルおよび受信コイルとして交互に使用される。さらにまた、送信および受信コイルは通常コイル状であるが、送信および受信コイルがRF信号の送受信アンテナとして動作する幾何学的形状であればよい。送受信コイル１３は電子送受信回路１５に接続されている。
【００１８】
留意すべきことは、別の受信コイル１６を使用してもよいことである。例えば、表面コイル１６を受信コイルとして使用してもよい。かかる表面コイルは比較的小さな体積で高い感度を有している。表面コイル等の送信コイルはデモジュレータ２４に接続され、受信した磁気共鳴信号（MS）がそのデモジュレータ２４により復調される。復調された磁気共鳴信号（DMS）は再構成手段に入力される。受信コイルはプリアンプ２３に接続される。プリアンプ２３は受信コイル１６により受信されたRF共鳴信号（MS）を増幅し、増幅されたRF共鳴信号はデモジュレータ２４に入力される。デモジュレータ２４は増幅されたRF共鳴信号を復調する。復調された共鳴信号には、画像化対称の一部における局所的スピン密度に関する情報が含まれている。さらにまた、送受信回路１５はモジュレータ２２に接続されている。モジュレータ２２と送受信回路１５は、送信コイル１３を駆動してRF励起およびリフォーカスパルスを送信する。再構成手段は復調された磁気共鳴信号（DMS）から少なくとも１つの画像信号を導き出す。その画像信号は検査対象の画像化された部分の画像情報を表している。再構成手段２５は実際には、好ましくはデジタル画像処理手段２５として構成されており、復調された磁気共鳴信号から画像化対象の部分の画像情報を表す画像信号を導き出すようにプログラムされている。再構成手段２５から出力される信号はモニター２５に入力され、磁気共鳴画像が表示される。あるいは、再構成手段２５からの信号を、さらに処理するまでの間、バッファ手段２７に格納してもよい。
【００１９】
本発明による磁気共鳴画像化システムの再構成手段は処理手段も備えている。この処理手段は、例えば（マイクロ）プロセッサを含むコンピュータ等である。再構成手段の処理手段は、複素数値画像中の位相の値の分布に基づき（例えばヒストグラムとして表される）、その複素数値画像に位相補正を実行するように構成されている。このため、本発明によるコンピュータプログラムは、例えば再構成手段２５の処理手段にロードされる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２】本発明を利用した磁気共鳴画像化システムを示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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