(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場を発生するマグネット、ＲＦ信号を受信するＲＦコイル、傾斜磁場を発生する勾配コイル、そしてこれらの動作をそれぞれ制御するコンピュータを含むＮＭＲイメージングシステムにおいて、
原子核を有する被検体の定常状態スピン歳差運動イメージングシーケンスを用いる核磁気共鳴（ＮＭＲ）イメージングのためのシーケンスが、
イメージングされる被検体内の原子核を磁気的に方向付けするステップ（１）と、
ＲＦ信号により方向付けされた原子核を回転するステップ（２）と、
方向付けされた原子核におけるゼロ位相傾斜により、方向付けされた原子核からフィールドラインを読み出し、記憶するステップ（３）と、ここで該フィールドラインはフィールド補正のために使用されるｋ−空間におけるデータのラインであり、
ステップ（２）を繰り返すステップ（４）と、
回転された原子核からイメージラインを読み出し、記憶するステップ（５）と、ここで該イメージラインはイメージを生成するために使用されるｋ−空間におけるデータのラインであり、
複数のイメージラインに関しステップ（４）とステップ（５）とを繰り返すステップ（６）と、
所定数のデータ収集のために、ステップ（２）乃至（６）を繰り返すステップ（７）と、
読み出し方向に沿って１次元のフーリエ変換によりフィールドラインを周波数−時間ハイブリッド領域における対応するフィールドプロファイルに変換するステップ（８）と、
時間にわたって異なるフィールドプロファイルの間の位相増分を計算するステップ（９）と、
ステップ（９）において特定されたものによりイメージラインに位相ドリフトを補間することにより複数のイメージライン内の位相ドリフトを補正するステップ（１０）を含むシステム。
【請求項２】
前記シーケンスは、前記ステップ（９）の後に、
位相ラップアラウンドを検出するステップ（９Ａ）と、ここでラップアラウンドは２掛けるπの倍数の位相増分であり、そして
前記ステップ（９Ａ）でラップアラウンドが検出された場合、検出された位相ラップアラウンドの２掛けるπの倍数の数を決定し、そして決定された２掛けるπの倍数の数について適合させることによる補正により、位相ラップアラウンドに関する位相増分を補正するステップ（９Ｂ）とをさらに含む請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記ステップ（９Ｂ）は、加重最小二乗法で位相増分を線形にフィッティングするステップを含む請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記フィールドプロファイルは、読み出し方向に沿った１次元のフーリエ変換を受けたフィールドデータである請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記ステップ（９）は、
１つのフィールドプロファイルを参照プロファイルとして選択するステップ（９Ｃ）と、そして
前記参照プロファイルに対する他のフィールドプロファイルの位相ドリフトを計算するステップ（９Ｄ）とを含む請求項１記載のシステム。
【請求項６】
静磁場を発生するマグネット、ＲＦ信号を受信するＲＦコイル、傾斜磁場を発生する勾配コイル、そしてこれらの動作をそれぞれ制御するコンピュータを含むＮＭＲイメージングシステムにおいて、定常状態スピン歳差運動を有するＮＭＲイメージングの期間における主磁場の変動に関連する位相変化を補正するシーケンスが、
１組のＭＲイメージングデータ内で、位相エンコード用傾斜磁場を加えることなく、イメージデータセットのゼロｋ−空間位置に対応するフィールドデータラインを取得するステップ（１）と、
ステップ１において使用されたものと同じ組のＭＲイメージングデータ内で、位相エンコード用傾斜磁場を加えて複数のＮＭＲイメージラインを取得するステップ（２）と、
時間を通して対応する複数のＭＲイメージングデータセットについて複数の取得のためにステップ（１）と（２）を繰り返すステップ（３）と、
前記ＭＲイメージングデータの組が連続して読み出されそして取得された場合に、前記イメージ゛ラインと共に挿入された前記ゼロｋ−空間フィールドデータラインを用いて時間を通して異なるフィールドプロファイルの間の位相ドリフトを計算するステップ（４）と、そして
ステップ（４）で特定された位相ドリフトに基づいて、ステップ（２）で取得されたＮＭＲイメージラインにそれぞれ対応する位相を補間することにより、前記ＭＲイメージングデータの組の複数のイメージラインの位相ドリフトを補正するステップ（５）を含む、システム。
【請求項７】
前記ステップ（４）は、
ｋ−空間における読み出し方向としての第１の軸と時間についての第２の軸とを有するフィールドイメージラインのマトリクスにフィールドイメージラインを記憶するステップ（４Ａ）と、
前記フィールドデータラインのマトリクスを時間領域から周波数領域に変換するステップ（４Ｂ）と、そして
前記ステップ（４Ｂ）で変換された異なるフィールドデータライン間の位相ドリフトを計算するステップ（４Ｃ）とを含む
請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記ステップ（４Ｃ）は、
連続するフィールドライン間の位相増分を計算するステップ（４Ｄ）と、
前記位相増分を位相ラップアラウンドに関して補正するステップ（４Ｅ）と、ここでラップアラウンドは２掛けるπの倍数の位相増分であり、そして
前記フィールドライン間の位相ドリフトを計算するステップ（４Ｆ）とを含む請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記ステップ（４Ｆ）は、
前記ステップ（４Ｅ）で特定された位相増分を加重最小二乗法で線形にフィッティングするステップ（４Ｇ）と、
フィールドデータラインを参照値として選択するステップ（４Ｈ）と、そして
前記参照フィールドデータラインと他のフィールドデータライン間の位相差を計算するステップ（４Ｉ）とを含む請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
静磁場を発生するマグネット、ＲＦ信号を受信するＲＦコイル、傾斜磁場を発生する勾配コイル、そしてこれらの動作をそれぞれ制御するコンピュータを含むＮＭＲイメージングシステムにおいて、定常状態のＭＲＩイメージングデータを磁場変動の影響に関して補正するシーケンスが、
異なる時間においてゼロｋ−空間ラインを含むＭＲＩフィールドイメージデータを取得するステップ（１）と、
対応するフィールドプロファイルの系列を得るために、前記ゼロｋ−空間ラインに基づき、ＭＲＩフィールドイメージデータを読み出し方向に沿って時間領域から周波数領域に変換するステップ（２）と、
前記フィールドプロファイルの位相を決定するステップ（３）と、
読み出されている連続するＭＲフィールドイメージデータの組について、イメージデータラインとして連続して取得されたラインを、複数のゼロｋ−空間ラインに関連する位相データ間に補間することにより、連続するフィールドプロファイル間の増分として位相ドリフトを計算するステップ（４）と、そして
前記ステップ（４）において得られた位相ドリフトに従ってＭＲイメージングデータを補正するステップ（５）を含むシステム。
【請求項１１】
前記補正するシーケンスは、前記ステップ（４）の後に、
位相ラップアラウンドを検出するステップ（４Ａ）と、ここで該ラップアラウンドは２掛けるπの倍数の位相増分であり、そして
ステップ（４Ａ）で前記位相ラップアラウンドが検出された場合、検出された位相ラップアラウンドの２掛けるπの倍数の数を決定することにより、そして決定された２掛けるπの倍数の数を適合することにより、前記位相をアンラッピングするステップ（４Ｂ）をさらに含む請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記ステップ（２）は、
読み出し方向×時間の次元を有するフィールドデータのマトリクスを準備するステップ（２Ａ）と、そして
前記マトリクスを周波数×時間の次元を有する対応するフィールドプロファイルに変換するステップ（２Ｂ）とを含む請求項１０記載のシステム。
【請求項１３】
前記ステップ（５）は、
イメージングデータ上に位相ドリフトを線形補間するステップ（５Ａ）を含む請求項１０記載のシステム。
【請求項１４】
補正するシーケンスは変化する位相エンコード傾斜磁場を印加するステップをさらに含み、この補正するシーケンスは、該ステップ（１）の後に、
変化する位相エンコード傾斜磁場を用いて複数のイメージングデータ間のフィールドデータを取得するステップ（１Ａ）をさらに含み、
この補正するシーケンスはステップ（４）の後に、
前記ステップ（４Ｂ）において特定された位相増分を、加重最小二乗法を使って、線形にフィッティングするステップ（４Ｃ）と、
位相参照値としてフィールドプロファイルの１つを使用して該位相ドリフトを計算するステップ（４Ｄ）と、そして
前記フィールドプロファイルの位相ドリフトを時間の関数として記憶するステップ（４Ｅ）とをさらに含み、そして
前記ステップ（５）は、前記時間の関数としてのフィールドプロファイルの位相ドリフトを、前記ステップ（１Ａ）で取得されたイメージングデータに、線形補間するステップ（５Ａ）を含む、
請求項１０記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）イメージングに係り、特に静磁場の時間変動に起因する画像アーチファクトを補正するＮＭＲイメージング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）は、商業上利用価値の高い広く普及した技法である。この技法によると、ＮＭＲ現象に敏感な原子核を多く有する被検体（人体）の内部構造をディジタル可視画像として取得できる。ＭＲＩにおいて、強い静磁場Ｈ0 を印加すると、ある種の原子核が分極する。この原子核を使って画像化を行う。この分極した状態で、ＲＦパルスを特定のＮＭＲ周波数で印加することにより、特定の原子核を選択的に励起することができる。このようなＲＦパルスや傾斜磁場を所定の手順に従って印加し、それにより得られたＲＦ信号を適当に処理して、ＮＭＲ信号のマップ又は画像を得、このマップをフーリエ解析することにより、原子核の空間分布を表すデータを再構成して、ＣＲＴに表示することができる。
【０００３】
図１に示すように、ＮＭＲイメージングシステムは、一般的に、静磁場を発生するマグネット１０と、傾斜の向きが直交する３種の傾斜磁場を発生する勾配コイル１２と、原子核にＲＦパルスを印加し、また原子核からのＲＦ信号を受信するＲＦコイル１４とを有している。ＲＦコイル１４で受信されたＮＭＲ信号はコンピュータ１６に送られ、これに基づいてディスプレイ１８に表示するための画像データが再構成される。またコンピュータ１６は、 ＲＦ増幅器２０と傾斜磁 場増幅器２２とを介してＲＦコイル１４と勾配コイル１２の動作をそれぞれ制御するようになっている。
【０００４】
図２に、２次元ＭＲＩにおいてこれらコイルがどのようにＮＭＲ信号を発生させるか、その一例を定常状態における典型的なＮＭＲ収集シーケンスにより示している。最初に、傾斜磁場Ｇzを印加する。そしてＲＦパルスを特定の周波数で 印加すると、この周波数に応じたスライス内の原子核が、静磁場に直交する向きに倒れて歳差運動を行う。次に、傾斜磁場Ｇｙを印加すると、Ｙ軸の場所によって原子核の周波数が変化する。この周波数の違いは、傾斜磁場Ｇｙを切った後に位相の違いとして保存される（位相エンコード）。そして傾斜磁場Ｇxで原子核 をディフェーズし、そしてリフェーズすると、フィールドエコーが生じる。このフィールドエコーの継続期間中、傾斜磁場Ｇxを印加して、スライス内の原子核 をＸ軸方向に周波数でエンコードする。そしてこのエコー信号をフーリエ変換により解析する。その解析の周波数（領域）のプロットは、原子核の密度に関する情報をフーリエ空間上で表すために適当にスケールされている。このスケールは実空間上ではＸＹＺ位置に相当する。
【０００５】
上述の例は原子核を分極する静磁場が変動しないことを前提にしている。静磁場が時間的に変動すると、スライス選択、位相エンコード、データ収集の間の周波数エンコードに異常が生じる。理論上では、静磁場は変動しないと仮定している。この静磁場には、例えばＹ方向に線形に変化し他の方向には一様な位相エンコード傾斜磁場Ｇy が重畳される。この場合、磁場強度はＨ0 とＧy の合計になる。これにより原子核の位相によってＹ方向の位置を信号にエンコードすることができる。
【０００６】
しかし実際には、静磁場は微少ながら変動する。静磁場が時間的に変動すると、スライス位置、原子核の位相や周波数に誤差が生じる。これらの誤差を補正しないと、空間的なエンコードに異常が生じて、ＮＭＲ画像にアーチファクトが発生してしまう。
【０００７】
例えば、傾斜磁場により渦電流が形成され、この渦電流により時間的に変動する渦磁場が誘導され、その結果、静磁場は変動する。これは特に他の傾斜磁場パルスより強度が強く継続時間の長い例えばスライス選択のための傾斜磁場パルスにおいて顕著で、この傾斜磁場パルスが最大の源である。また、他にシステムや環境（温度、システム振動等）によっても静磁場が変動し、またドリフトする。
【０００８】
このドリフトによって画質が影響を受ける。フーリエ変換（ＦＴ）を利用したＭＲＩにおいては、数ミリ秒のオーダーで各エコー信号が収集される（読み出される）。一方、データ収集の総時間（トータル時間）は数分のオーダーである。静磁場が読み出し時間よりは緩やかに、トータル時間よりは速く時間的に変動すると、主に位相エンコード方向に関して画像アーチファクトが表れる。これらのアーチファクトにより画像は使いものにならなくなる場合が多い。変動で信号に位相エラーが生じると、フーリエ変換では原子核の場所が誤認されてしまう。この誤認はＣＲＴディスプレイにアーチファクトとして表れる。
【０００９】
静磁場の変動を補正するために以前開発されたスペクトロスコピック技法（米国特許番号４，８８５，５４２）は、静磁場の時間変動を測定するために高精度のＮＭＲ信号を必要とする。これらの静磁場の変化を記録した信号を使って、磁場変動を補正し、それに関わっている画像アーチファクトを削除する。この方法では、位相エンコードや周波数エンコードを与えないで各スライスからテンプレート又はキャリブレーションＮＭＲ応答を取得する。このＮＭＲ信号の周波数から静磁場の強度を計る。スライスのＮＭＲ信号はキャリブレーション応答に従って補正される。実際、例えば所望のプロジェクション数、つまり位相エンコードステップ数が１２８であるとき、静磁場の変動を記録しまた画像再構成に使う１２８サイクルに、補正のためのキャリブレーションの９サイクルを加えて、１３７サイクルで測定がなされる。
【００１０】
多くの場合、このスペクトロスコピックのアプローチにより申し分のない結果が得られるが、それには制約が付けられている。第１に、キャリブレーションのために高精度のＮＭＲ信号を収集しなければならないことがあげられる。高い周波数分解能でＮＭＲ信号を収集するには、収集時間を長くしなければならないし、またフィールド情報を得るためのシーケンスセグメントのＲＦ特性や傾斜特性をイメージングセグメントと大きく相違させる必要がある。画像データ収集中にこのようなセグメントを挿入すると、画像コントラストが変わってしまうおそれがある。第２に、イメージングシーケンスによっては、核スピンが定常状態で歳差運動をすることが必要とされるが、上記のようなスペクトロスコピックキャリブレーションセグメントを挿入することにより、この定常状態が崩れてしまう。これは画像コントラストに影響を及ぼすばかりでなく、画像アーチファクトをも生じさせてしまう。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、静磁場のドリフトに起因する位相エラーを効果的に補正できるＭＲＩシーケンスを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＭＲＩシーケンスにおいて、イメージング対象の被検体内の原子核の位置を磁気的に決定するステップ（１）と、ＲＦ信号により前記原子核を回転するステップ（２）と、位相エンコードをかけずに前記原子核からフィールドラインを読み出し、記憶するステップ（３）と、前記ステップ（２）を繰り返すステップ（４）と、前記回転された原子核からイメージラインを読み出し、記憶するステップ（５）と、前記ステップ（４）とステップ（５）とを繰り返して、複数のイメージラインを読み出し、記憶するステップ（６）と、前記ステップ（２）乃至（６）を繰り返して、所定数のデータを収集するステップ（７）と、読み出し方向に関する１次元のフーリエ変換により、前記フィールドデータをハイブリッド領域のフィールドプロファイルに変換するステップ（８）と、異なる時間に得たフィールドデータの間の位相増分を計算するステップ（９）と、前記ステップ（９）で計算された位相増分に基づいて位相ドリフトを前記イメージラインに補間することにより、前記イメージラインの位相ドリフトを補正するステップ（１０）とからなる。
【００１３】
また本発明は、ＮＭＲイメージングの間の静磁場変動に起因する位相ドリフトを補正する方法において、位相エンコード用傾斜磁場を重畳することなく、イメージデータセットのｋ−空間上でのゼロ位置に対応するフィールドデータラインを収集するステップ（１）と、複数のＮＭＲイメージラインを収集するステップ（２）と、データ収集を繰り返すためにステップ（１）と（２）を繰り返すステップ（３）と、時間の異なるフィールドプロファイルの間の位相ドリフトを計算するステップ（４）と、ステップ（４）で計算された位相ドリフトに基づいて、ステップ（２）で収集されたＮＭＲイメージラインに位相を補間することにより、複数のイメージラインの位相ドリフトを補正するステップ（５）とからなる。
【００１４】
また本発明は、ＭＲＩイメージングデータを磁場変動の影響に関して補正する方法において、ゼロｋ−空間ラインのフィールドデータを異なる時間に収集するステップ（１）と、前記フィールドデータを読み出し方向に関して時間領域から周波数領域に変換して、フィールドプロファイルの系列を得るステップ（２）と、前記フィールドプロファイルの位相を求めるステップ（３）と、連続するフィールドプロファイルの間の増分を位相ドリフトとして計算するステップ（４）と、前記ステップ（４）で計算された位相ドリフトに従ってイメージングデータを補正するステップ（５）とからなる。
【００１５】
（作用）
本発明によれば、ゼロｋ−空間ラインの収集を繰り返し、連続するゼロｋ−空間ラインの間の位相の変化を、フィールド変動の指標として使い、フィールドドリフトの時間変化を計り、これによりフィールドの変動の影響を補正して、画像アーチファクトを補正できる。イメージングシーケンスをそのまま使って収集したゼロｋ−空間ラインでフィールド補正を行っているので、ＭＲＩデータ収集の間、スピンの歳差運動の定常状態を妨害することもない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。周知の通り、原子核は特定の周波数、特定の位相で歳差運動をする。そして傾斜磁場を印加することにより、歳差運動の周波数と位相によって原子核を空間的にエンコードすることができる。つまり、ある１方向の傾斜磁場下において、任意のスライス内の原子核だけを選択的に励起すると、そのスライス内の原子核からＮＭＲ信号が生じるようになる。そして、スライス内の直交２方向の一方に関しては、原子核の歳差運動の周波数を使って空間的にエンコードし、他方向に関しては歳差運動の位相を使って空間的にエンコードする。こうしてエンコードして得たＮＭＲ信号の周波数と位相とを解析することにより、スライス内の原子核の密度に関する情報を取得することができる。
【００１７】
図２にスピンが定常状態で歳差運動をする典型的な２次元ＭＲＩ収集シーケンスを示している。図２には、ＲＦ送信パルスのエコー時間（ＴＥ）後にＮＭＲ信号が生じる。また、ＲＦ送信パルスから繰り返し時間（ＴＲ）後に次のＲＦ送信パルスが送信される。まず、送信パルスＴｘを傾斜磁場Ｇｚと共に印加して、特定のスライス内の原子核だけを選択的に励起する。そして、傾斜磁場Ｇｙを印加して、スライス内の原子核を位相エンコードする。次に傾斜磁場Ｇｘを印加して、スライス内の原子核を周波数によりエンコードする。これら原子核の周波数や位相は、ＮＭＲ信号の周波数や位相に表れる。そして、このＲＦ送信パルスＴｘから始まるシーケンスを繰り返す。このシーケンスから分かるように、原子核の歳差運動の定常性は、イメージングシーケンスに依存している。従って、イメージングシーケンスに特殊なシーケンスを挿入すると、この定常性は乱れてしまうことがある。このため送信パルスや傾斜磁場を挿入するには、原子核のリアクションを予想して、ＮＭＲシーケンスの間、原子核の定常性を妨害しないように十分な注意が必要である。
【００１８】
例えば、周波数や位相を空間的にエンコードするための傾斜磁場の印加中、静磁場Ｂ0 は完全に安定していることが理想的である。しかし、実際には、静磁場は変動するので、これによる磁場ドリフトに応じてＮＭＲデータを補正する必要がある。本発明では、スピンが定常状態で歳差運動する状態でＭＲＩ収集を行い、静磁場Ｂ0 の変動による影響を、異なる時間に収集されたｋ−空間のゼロラインの位相情報を解析することにより補正できる。
【００１９】
空間的に一様な静磁場は、次の（１）式で与えられる。
【数１】
0003970371.tif 000002
【００２０】
ここでＢ00は静磁場の無変動成分の強度、ΔＢ00(t) は時間変動成分の強度をそれぞれ表している。
【００２１】
２次元イメージングシーケンスで収集されたＭＲ信号はｋ−空間上で次の（２）式で表される。
【００２２】
【数２】
0003970371.tif 000003
【００２３】
ここでＭ（ｘ，ｙ）はスライス内の位置（ｘ，ｙ）での磁化を表し、ｔはイメージングシーケンスの最初から信号Ｓ（ｋｘ＝０，ｋｙ）の収集までの時間間隔を表している。またφ0(t)は全てのエンコード用傾斜磁場がゼロの時の位相を表している。このφ0 は基準位相又はキャリブレーション位相として使う。ここでは１本のｋｘ−ラインを収集している間の磁場変動は極僅かであると仮定する。なお、このｋｘ−ラインの間のφ0 の変動が、磁場変動に関わる画像のアーチファクトを引き起こしている。
【００２４】
フィールド補正法の狙いは、磁場ドリフトの影響を補償するように、ＭＲＩデータを補正することにある。磁場ドリフトを完全に補償すると、ＭＲＩデータは（３）式のようになる。
【００２５】
【数３】
0003970371.tif 000004
【００２６】
ｋ−空間上のＭＲＩデータラインは、位相エンコード用傾斜磁場強度が同じの読み出された信号の平均値を表している。ここでは位相エンコード用傾斜磁場がゼロのデータラインをゼロｋ−空間ラインと称する。読み出し方向をＸとすれば、ゼロｋ−空間ラインはＫｙ＝０に相当する。本発明は、ゼロｋ−空間ラインの系列を、イメージングシーケンスと同じシーケンスで収集する。従ってフィールドデータは、位相エンコードが無いときに得たイメージングデータと同じである。
【００２７】
ＭＲＩ信号が単一成分からなり、信号の平均値の間に重大な位相ドリフトが無い場合、異なる時刻に繰り返し収集されたゼロｋ−空間ラインは（４）式のように表される。
【００２８】
【数４】
0003970371.tif 000005
【００２９】
システム上の不安定さが無いと仮定すると、ゼロライン間の変化の原因は、フィールドドリフトである。換言すると、ゼロライン間の位相差を測定することにより、ゼロライン系列からＭＲＩデータの位相ドリフト量を計測できる。ゼロライン系列からこれらのフィールドドリフト量を計測するためのアルゴリズムについて後述する。
【００３０】
ゼロライン系列はＭＲＩデータのためのシーケンスと同じシーケンスをそのまま使って得ているので、イメージングシーケンスでのスピンの歳差運動の定常性を妨害することなくフィールドドリフト量を計測することができる。
【００３１】
図３（ａ）はＭＲＩデータの収集を示している。この収集では、フィールド補正のためのゼロｋ−空間ラインも収集される。ｋ−空間データラインの全域に関して収集が繰り返される。Ｆｉは、フィールド補正に用いられるゼロｋ−空間ライン（フィールドライン）を表している。Ｉｉは、イメージデータラインを表している。ＮＦは収集するフィールドラインの合計数を表している。ＮＬは２つの連続したフィールドラインの間に収集されるイメージライン数を表している。ＮＩは収集するイメージラインの合計数を表している。これらＮＦ、ＮＬ、ＮＩは次の（５）式の関係にある。
【００３２】
【数５】
0003970371.tif 000006
【００３３】
フィールドラインの収集時に位相エンコード用傾斜磁場を停止する以外は同じシーケンスでフィールドラインとイメージラインを収集する。収集されたデータは２つのマトリクス、つまり図３（ｂ）のイメージデータマトリクスと、図３（ｃ）のフィールドデータマトリクスとに振り分けられる。図３（ｃ）のフィールドデータは、読み出し方向に関する１次元のフーリエ変換により図３（ｄ）のハイブリット領域に移される。ｋ−空間におけるゼロラインの系列であるフィールドデータは、ハイブリット領域のプロファイル（フィールドプロファイルと称する）の系列を含んでいる。
【００３４】
このフィールドプロファイルから、後述のアルゴリズムを使って静磁場強度を計測し、そしてＭＲＩデータ上でのフィールドドリフトの影響を補正する。
【００３５】
読み出し方向に関する１次元のフーリエ変換されたフィールドデータは次の（６）式で表される。
【００３６】
【数６】
0003970371.tif 000007
【００３７】
ここでΔｘは、読み出し方向の空間分解能を表している。
フィールドプロファイルの位相は、次の（７）式で決定される。
【００３８】
【数７】
0003970371.tif 000008
【００３９】
２つの連続するフィールドプロファイルの間の位相増分は、次の（８）式で計算される。
【００４０】
【数８】
0003970371.tif 000009
【００４１】
φF は±πの範囲内で一義的に決まるので、φF が（９）式を満たすとき、位相ラップアラウンド（φF が±πの範囲内に収まらないこと）が検出され、（９’）式に従って、アンラッピング処理（φF を±πの範囲内に収める処理）を行って、φ’F を求める。
【００４２】
【数９】
0003970371.tif 000010
【００４３】
一方、φF が（９）式を満たさないとき、位相ラップアラウンドがないとして、（１０）式の通り、（８）式の結果をそのままφ’F に代入する。
【００４４】
【数１０】
0003970371.tif 000011
【００４５】
なお、Δφthreshold は２つの隣り合うフィールドプロファイルの間の予想される位相ドリフトの最大値であり、sign（）は入力が正のとき＋１を返し、負のとき−１を返すことを意味している。
【００４６】
ＭＲＩ信号が単一成分を含んでいるとき、ＭＲＩ信号上のフィールド変化に起因する位相シフトが全体的に起こるので、Δφ´F （ｎx ，ｎt ）は、ｎt が同じ全てのｎx で同じになる。従って、Δφ´F （ｎx ，ｎt ）はｎx によらず一定になり、ΔφF fit （ｎt ）が得られる。ノイズの影響を効果的に低減するために、（１１）式のように信号振幅で加重した最小二乗法を使って線形フィッティングを行う。
【００４７】
【数１１】
0003970371.tif 000012
【００４８】
ここで、Ｎｘは読み出し方向のデータポイントの総数である。
フィールドプロファイルの１つ、つまりイメージデータセットの中のゼロｋ−空間ラインと収集時刻が最も近いフィールドプロファイルは、初期的位相参照値として扱われる。そして、他のフィールドプロファイルの相対的な位相ドリフトは、次の（１２）式により計算される。
【００４９】
【数１２】
0003970371.tif 000013
【００５０】
なお、ｎt ref は位相参照値として用いられるフィールドデータプロファイルである。
【００５１】
フィールドデータセットの位相ドリフトから、線形データ補間を使って、イメージデータセットの位相ドリフトを得る。２つの連続するフィールドプロファイルの間での位相ドリフトが単調であると仮定できるようにフィールドラインの繰り返しレートが制御されており、しかも２つの隣り合うフィールドラインの間の近似値を単純線形データ補間法で得ることができるほどに２つの隣り合うフィールドラインの間の位相変化が十分小さいとしたら、線形補間によりイメージデータライン間のベース位相の増分をフィールドデータから得ることができる。Ｐthのフィールドデータラインの収集後にＱ+ thのイメージデータラインとして収集されるイメージデータライン（ｎy ）に対して、イメージラインの位相ドリフトは（１３）式に従って得られる。
【００５２】
【数１３】
0003970371.tif 000014
【００５３】
次に、イメージデータをフィールドドリフトで（１４）式に従って補正する。
【００５４】
【数１４】
0003970371.tif 000015
【００５５】
ここで、ＴＥはイメージングシーケンスのエコー時間であり、またｆx は読み出し方向のサンプリングレートである。
【００５６】
この補正にはゼロオーダーの位相補正と第１オーダーの位相補正との両方が含まれる。ゼロオーダーの位相補正によりフィールド変化に起因する位相ドリフトを補償でき、また第１オーダーの位相補正によりフィールドドリフトに起因する読み出し方向のピクセルシフトを解明できる。
【００５７】
位相変化やフィールドの変動が非線形性と空間依存性とを有しているような場合であっても、ゼロｋ−空間ラインから計測される位相ドリフトは、フィールドの変動に起因するＭＲＩデータの位相変化を忠実に表している。ゼロｋ−空間ラインに基づいてＭＲＩデータを補正することにより、画像アーチファクトを十分低減できる。
【００５８】
イメージシーケンスを使ってゼロｋ−空間ラインを収集するので、ＭＲＩシステムのルーチン・スキャン・シーケンスに特殊なシーケンスを追加する必要がない。
【００５９】
これまで空間的に一様な静磁場での２次元ＭＲＩに関して説明してきたが、３次元や一様でない静磁場にも適用できる。
【００６０】
（実験的検証）
上述した解析を検証するために、0.064Teslaの永久磁石を装備している東芝製のACCESSを使って実験を行った。４ｍガウスの振幅で、0.03Hzの周波数の正弦波で磁場変化を起こす外部磁場発生器を使って、静磁場の時間変化を起こした。
【００６１】
この実験は２つのコンテナファントムを使って行った。一方のコンテナには水が充填され、他方にはベビーオイル（脂肪）が充填されている。発明者の一人の頭部画像を収集した。
【００６２】
全てのデータを、ＴＥ＝30ms、ＴＲ＝55ms、ＦＯＶ＝35cm×35cm×16cm、マトリクスサイズが256×256×16、ＲＦスポイリングを用いたフリップアングル30゜という条件下で、グラディエント・エコー・シーケンスを使い３次元モードで収集した。１つの信号平均を複数のファントム画像に対して収集した。頭部画像を、位相エンコードループ前に実行した２つの信号平均を用いて収集した。
【００６３】
１６のイメージライン毎に１つずつフィールドラインを収集した。その結果、各データセットの合計２５７のフィールドラインを得た。また２つの連続するフィールドライン間の時間差をファントム画像では 935msに、頭部画像では1870msにした。
【００６４】
図４（ａ）に、読み出し方向（水平）に関する１次元のフーリエ変換後のハイブリッド領域でのフィールドデータの位相を示している。図４（ｂ）に、加重最小二乗法を使った線形フィッティングによりフィールドデータから計測した位相ドリフトを示している。図４（ｃ）に、補正前のファントム画像を示し、図４（ｄ）に本発明による補正後のファントム画像を示している。
【００６５】
図５（ａ）にハイブリッド領域における２つの連続するフィールドデータライン間の位相変化を読み出し方向に関し、また同図（ｂ）は時間軸に関して示している。
【００６６】
図６（ａ）はフィールド補正前のＭＲ人頭画像を、同図（ｂ）は加重最小二乗法を使った線形フィッティングにより得られたフィールドデータの位相ドリフトを示し、同図（ｃ）は本発明によるフィールド補正後のＭＲ人頭画像を示している。
【００６７】
スピン定常状態の下でＭＲデータを収集するとき、このスタディで開発したフィールド補正法は非常に効果的である。イメージングシーケンスをＭＲＩデータとフィールドデータとの両方を収集するにのに用いたので、スピンの歳差運動がフィールドデータの収集で乱されることもない。つまりデータ収集の間ずっとスピンが定常状態で歳差運動をする。これは、横定常状態の磁化をＲＦパルスでスポイルして、スピン定常状態を維持する場合に特に重要である。
【００６８】
磁場の時間変動は、イメージングシステム以外でも起こり得る。例えば機能的ＭＲＩ（ｆＭＲＩ）において、ヘモグロビンの酸素濃度により磁場が局所的に変動する。より高い時間分解能を得るために機能的ＭＲＩをスピンが定常状態で歳差運動している状態で行う。ｆＭＲＩデータを補間するに際しては、ＭＲＩシーケンスそのものによるフィールド変化の影響を、画像アーチファクトの可能性という観点から、考慮する必要がある。
【００６９】
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々変形して実施可能である。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、ゼロｋ−空間ラインの収集を繰り返し、連続するゼロｋ−空間ラインの間の位相の変化を、フィールド変動の指標として使い、フィールドドリフトの時間変化を計り、これによりフィールドの変動の影響を補正して、画像アーチファクトを補正できる。イメージングシーケンスをそのまま使って収集したゼロｋ−空間ラインでフィールド補正を行っているので、ＭＲＩデータ収集の間、スピン定常状態を妨害することもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＲＩシステムの概略図。
【図２】スピンが定常状態で自由に歳差運動をする２次元ＭＲＩパルスシーケンスを示す図。
【図３】フィールド及び画像データを得るタイミングと、フィールド及び画像データを再配列することにより得られるｋ−空間内の画像及びフィールドのデータマトリクスと、読み出し方向に１次元フーリエ変換をした後のフィールドデータマトリクスとを示す図。
【図４】読み出し方向に１次元フーリエ変換をした後のフィールドデータセットの位相画像に関するディスプレイに表示した中間調画像の写真と、このフィールドデータの位相ドリフトを示す図と、フィールド補正していないＭＲＩ画像に関するディスプレイに表示した中間調画像の写真と、フィールド補正したＭＲＩ画像に関するディスプレイに表示した中間調画像の写真。
【図５】読み出し方向と時間軸それぞれに関して２つの連続的なフィールドラインの間の位相増分を模式的に示す図。
【図６】フィールド補正をしていない人頭のＭＲＩ画像に関するディスプレイに表示した中間調画像の写真と、この画像データを共に収集したフィールドデータの位相ドリフトを示す図と、フィールド補正をした人頭のＭＲＩ画像に関するディスプレイに表示した中間調画像の写真。
【符号の説明】
１０…マグネット、
１２…傾斜コイル、
１４…ＲＦコイル、
１６…コンピュータ、
１８…画像ディスプレイ、
２０…ＲＦ増幅器、
２２…傾斜磁場増幅器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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