(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
核スピントモグラフィ測定の際に異なる化学シフトを有する２つのスピン集団の像を提供する核スピントモグラフィ装置であって、スピンエコーパルスシーケンスまたは勾配エコーパルスシーケンスを発生し検査すべき対象物に入射する装置を備え、高周波パルスおよび勾配パルスの適当な組み合わせ（パルスシーケンス）によりそれぞれのエコー時点で第１または第２のスピン集団の磁化が互いに平行、垂直および逆平行となり、フーリエ変換後に、３つの複素像Ｓ0、Ｓ1、Ｓ2が得られ、これらの３つの複素像Ｓ0、Ｓ1、Ｓ2は第１および第２のスピン集団の位置に関係する陽子密度から構成され、システムに起因する位置に関係するエボリューション位相φ0のほかにＢ0磁界不均等性に基づいてそれぞれ異なるエボリューション位相φを有する核スピントモグラフィ装置において、
３つの複素像Ｓ0、Ｓ1、Ｓ2から第１または第２のスピン集団の純粋な像を算出するために、φ0の補正の後にφの補正と、続いて第１または第２のスピン集団の対応付けとが行われ、
φの補正のために、像コンピュータ（１７）または設備コンピュータ（２０）内で、隣接する画素間に特定の位相値よりも大きい位相跳躍が起こらないという仮定から出発して、かつ強度閾値としての最小値を超過する信号振幅を有する画素から出発して、隣接画素との順次の比較および位相連続化（位相アンラッピング）により、位相跳躍が起こらない画素の領域が発生される
ことを特徴とする核スピントモグラフィ装置。
【請求項２】
φ0補正された像Ｓ0′、Ｓ1′またはＳ2′を得るために、φ0補正が複素平面内の３つの像Ｓ0、Ｓ1、Ｓ2の−φ0だけの回転により行われることを特徴とする請求項１記載の核スピントモグラフィ装置。
【請求項３】
複数個のコイルによるマルチチャネル撮像の際に、加算前でフーリエ変換後に、別々のφ0補正が各個のチャネルに対して行われることを特徴とする請求項１または２記載の核スピントモグラフィ装置。
【請求項４】
１つの画素が、現在処理される隣接画素への位相差が予め定められた閾値の下に位置するときにのみ、領域の拡張の際に考慮に入れられることを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載の核スピントモグラフィ装置。
【請求項５】
強度閾値の順次の低下に対する閾値が自動的なノイズレベル推定と強度ヒストグラムとに基づいて決定されることを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載の核スピントモグラフィ装置。
【請求項６】
最初に高い信号振幅を有する範囲内でのみ処理され、徐々に順次により小さい振幅の範囲が捕捉されることを特徴とする請求項１ないし５の１つに記載の核スピントモグラフィ装置。
【請求項７】
最初に多数のディスジャンクトな位相連続化された領域が発生され、その領域に対して後にそのつどの最も確率の高い位相オフセットの一義的な決定が行われることを特徴とする請求項１ないし６の１つに記載の核スピントモグラフィ装置。
【請求項８】
それぞれの領域の最も確率の高い位相オフセットの決定が、測定されφ0補正された９０°像Ｓ1′と計算されφ0補正された９０°像Ｓ1′Tとの画素毎の数学的比較に基づいて実行されることを特徴とする請求項７記載の核スピントモグラフィ装置。
【請求項９】
像コンピュータ（１７）または設備コンピュータ（２０）において、画素毎の比較の際に、十分な量の脂肪および十分な量の水含むが等分に含まない最小数の画素が考慮に入れられることを特徴とする請求項８記載の核スピントモグラフィ装置。
【請求項１０】
最も確率の高い位相オフセットとして最多数の画素を有する位相オフセットが決定され、二番目に確率の高い位相オフセットを有する画素の数が特定の閾値だけ最も確率の高い位相オフセットを有する画素の数の下に位置しなければならないことを特徴とする請求項９記載の核スピントモグラフィ装置。
【請求項１１】
請求項９または１０の規範が満足されていない場合、ディスジャンクトな領域が成長プロセスの終了後に隣接領域にそれぞれの境界線に関する情報に関係して統合され、全位相連続化された領域を形成することを特徴とする請求項１０記載の核スピントモグラフィ装置。
【請求項１２】
それぞれの領域の位相オフセットの知識に基づいて、φおよびφ0補正された１８０°像Ｓ2″を得るために、φ0補正された１８０°像Ｓ2′が複素平面内の回転によりφ補正されることを特徴とする請求項１ないし１１の１つに記載の核スピントモグラフィ装置。
【請求項１３】
Ｓ0′とＳ2″との加算により第１のスピン集団の純粋な像が得られ、またはＳ0′とＳ2″との減算により第２のスピン集団の純粋な像が得られることを特徴とする請求項１２記載の核スピントモグラフィ装置。
【請求項１４】
位相補正された像Ｓ０′、Ｓ2″を決定するために、アルゴリズムを計算した位相値がより粗い画素ラスターにわたって補間され、平滑化された像が発生されることを特徴とする請求項１ないし１３の１つに記載の核スピントモグラフィ装置。
【請求項１５】
第１のスピン集団が水を、第２のスピン集団が脂肪を表すことを特徴とする請求項１ないし１４の１つに記載の核スピントモグラフィ装置。
【請求項１６】
核スピントモグラフィ測定の際に異なる化学シフトを有する２つのスピン集団の像を提供する装置であって、
スピンエコーパルスシーケンスまたは勾配エコーパルスシーケンスを発生し検査すべき対象物に入射する手段を備え、高周波パルスおよび勾配パルスの適当な組み合わせ（パルスシーケンス）によりそれぞれのエコー時点で第１または第２のスピン集団の磁化が互いに平行、垂直および逆平行になり、
フーリエ変換後に３つの複素像Ｓ0、Ｓ1、Ｓ2を得る手段を備え、３つの複素像Ｓ0、Ｓ1、Ｓ2が第１および第２のスピン集団の位置に関係する陽子密度から構成され、システムに起因する位置に関係するエボリューション位相φ0のほかにＢ0磁界不均等性に基づいてそれぞれ異なるエボリューション位相φを有する、
異なる化学シフトを有する２つのスピン集団の像を提供する装置において、
異なる位相φ／２またはφに基づいて最初にφ0の補正が、次いでφの補正が、最後にそれぞれのスピン集団の対応付けが行われ、
φの補正のために、像コンピュータ（１７）または設備コンピュータ（２０）内で、隣接する画素の間に特定の位相値よりも大きい位相跳躍が起こらないという仮定から出発して、かつ強度閾値としての最小値を超過する信号振幅を有する画素から出発して、隣接画素との順次の比較および位相連続化（位相アンラッピング）により、位相跳躍が起こらない画素の領域が発生される
ことを特徴とする異なる化学シフトを有する２つのスピン集団の像を提供する装置。
【請求項１７】
φ0補正が複素平面内の３つの像Ｓ0、Ｓ1、Ｓ2の−φ0だけの回転により行われ、φ0補正された像Ｓ0′、Ｓ1′、Ｓ2′が得られることを特徴とする請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
複数個のコイルによるマルチチャネル撮像の際に、加算前でフーリエ変換後に、別々のφ0補正が各個のチャネルに対して行われることを特徴とする請求項１６または１７記載の装置。
【請求項１９】
１つの画素が、現在処理される隣接画素への位相差が予め定められた閾値の下に位置するときにのみ、領域の拡張の際に考慮に入れられることを特徴とする請求項１６ないし１８の１つに記載の装置。
【請求項２０】
強度閾値の順次の低下に対する閾値が自動的なノイズレベル推定と強度ヒストグラムとに基づいて決定されることを特徴とする請求項１６ないし１９の１つに記載の装置。
【請求項２１】
最初に高い信号振幅を有する範囲内でのみ処理され、徐々に順次により小さい振幅の範囲が捕捉されることを特徴とする請求項１６ないし２０の１つに記載の装置。
【請求項２２】
最初に多数のディスジャンクトな位相連続化された領域が発生され、その領域に対して後にそのつどの最も確率の高い位相オフセットの一義的な決定が行われることを特徴とする請求項１６ないし２１の１つに記載の装置。
【請求項２３】
それぞれの領域の最も確率の高い位相オフセットの決定が、測定されφ0補正された９０°像Ｓ1′と計算されφ0補正された９０°像Ｓ1′Tとの画素ごとの数学的比較に基づいて実行されることを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
像コンピュータ（１７）または設備コンピュータ（２０）内で、画素ごとの比較の際に、十分な量の脂肪および十分な量の水を含むが等分に含まない最小数の画素が考慮に入れられることが確かめられることを特徴とする請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
最も確率の高い位相オフセットとして最多数の画素を有する相オフセットが決定され、二番目に確率の高い位相オフセットを有する画素の数が特定の閾値だけ最も確率の高い位相オフセットを有する画素の数の下に位置しなければならないことを特徴とする請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
請求項２４または２５の規範が満足されていない場合、ディスジャンクトな領域が成長プロセスの終了後に隣接領域にそれぞれの境界線に関する情報に関係して統合されて、全位相連続化された領域を形成することを特徴とする請求項２５記載の装置。
【請求項２７】
それぞれの領域の位相オフセットの知識に基づいて、φおよびφ0補正された１８０°像Ｓ2″を得るために、φ0補正された１８０°像Ｓ2′が複素平面内の回転によりφ補正されることを特徴とする請求項１６ないし２６の１つに記載の装置。
【請求項２８】
Ｓ0′とＳ2″との加算により第１のスピン集団の純粋な像が得られ、またはＳ0′とＳ2″との減算により第２のスピン集団の純粋な像が得られることを特徴とする請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
位相補正された像Ｓ0′、Ｓ2″を決定するために、アルゴリズムを計算した位相値がより粗い画素ラスターにわたって補間され、平滑化された像が発生されることを特徴とする請求項１６ないし２８の１つに記載の装置。
【請求項３０】
第１のスピン集団が水を、第２のスピン集団が脂肪を表すことを特徴とする請求項１６ないし２９の１つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に、医学分野で患者の検査のために応用されるような核スピントモグラフィ（ＫＳＴ、同義語：磁気共鳴トモグラフィ）に関する。特に本発明は、３点Ｄｉｘｏｎ法に基づいてアルゴリズムが大きい磁界不均等性にもかかわらず異なる化学シフトを有するスピン集団からの像情報の分離を可能にする核スピントモグラフィ装置ならびに異なる化学シフトを有する２つのスピン集団の像を提供する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
核スピントモグラフィは、先ず第一に高いコントラスト分解能により優れている医学的診断のための断層撮像方法である。軟組織の優れた表示に基づいて核スピントモグラフィは、Ｘ線コンピュータトモグラフィをはるかに凌駕する方法に発展している。核スピントモグラフィは現在、分のオーダーの測定時間の際に優れた像質を可能にするスピンエコーシーケンスおよび勾配エコーシーケンスの応用に基づいている。
【０００３】
しかしながら、脂肪と水との間の境界層における患者の組織を表示する際、化学シフトの影響に起因するアーティファクトが生ずる。化学シフトとは、核が位置している化学結合の形式に関係して共鳴振動数が磁界強度に比例してわずかにシフトする特性をいう。人体内のその濃度に基づいて主として自由水および脂肪の水素核が像に寄与する。それらの相対的な共鳴振動数差は約３ｐｐｍ（１００万分の１）である。この振動数差はデータ取得の間に能動的な勾配（“読出し勾配”または“振動数コーディング勾配”）方向の両スピン種の像の相対的なシフトを生じる。シフトの大きさは画素あたりの読出し帯域幅に、またそれによってなかんずく視野（ＦＯＶ）およびマトリックスの大きさに関係する。
【０００４】
しばしば診断情報は単一のスピン集団から（すなわち純粋な水像または純粋な脂肪像から）より良く取得される。従って、それぞれスピン集団の信号成分が抑制され、こうして両方の互いに化学的にシフトされたスピン集団が発生される核スピントモグラフィ装置およびこのような装置の作動方法を提供することは本発明の課題である。
【０００５】
Ｗ．Ｔ．Ｄｉｘｏｎの原論文“Ｓｉｍｐｌｅ  Ｐｒｏｔｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ”、Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ，第１５３巻、１９８４、第１８９〜１９４頁に、２つのエコー（勾配エコーまたはスピンエコー）により脂肪像および水像の分離が達成される方法が提案された。脂肪および水の像情報を分離するためのＤｉｘｏｎのアンディアにはここで提案されるアルゴリズムの理解のために必要なかぎりでのみ立ち入られるものとする。
【０００６】
Ｄｉｘｏｎ法による脂肪信号および水信号の分離の基礎は脂肪陽子と水陽子との間の化学シフトである。これは上述のように陽子種の異なる歳差運動振動数に通ずる。対称なスピンエコー実験では、化学シフトにより（または磁界不均等性によっても）生ぜしめられた位相が再び再焦点合わせをされる。脂肪磁化および水磁化はエコー時点で理想的には互いに平行している。いま意図的にこの条件が、エコー時点で脂肪磁化および水磁化が互いに垂直または逆平行になるように、変更される。これは、例えば再焦点合わせを時間ΔＴ＝π／２Δω（逆平行）、またはΔＴ＝π／４Δω（互いに垂直）だけずらすことによって達成される（Δωは化学シフトに基づく脂肪陽子および水陽子の円振動数の差である）。もちろん前記の相対的な磁化方法付けは適当な勾配エコー実験によっても発生される。いまこれらの３つの状況が実現されるならば、すなわちいま相応の位相エボリューション時間を有する像が撮像されるならば、ローカルに位相関係０°、９０°、１８０°を有するスピン種が準備される。フーリエ変換を実行するならば、水および脂肪の位置に関係する陽子密度（Ｗ（ｒ）およびＦ（ｒ））から成る３つの複素像が得られる。
Ｓ0＝（Ｗ（ｒ）＋Ｆ（ｒ））ｅｘｐ（ｉφ0（ｒ））
Ｓ1＝（Ｗ（ｒ）＋ｉＦ（ｒ））ｅｘｐ（ｉφ0（ｒ）＋φ（ｒ）／２））
Ｓ2＝（Ｗ（ｒ）−Ｆ（ｒ））ｅｘｐ（ｉφ0（ｒ）＋φ（ｒ）））
【０００７】
Ｓ0は水および脂肪が同相であるとき、すなわち互いに０°の角度を有するとき、の磁化である。Ｓ1は９０°、Ｓ2は１８０°の際の磁化である。φ0は励起コイルのＢ1不均等性に基づいて、またはスペクトロメータ内の信号通過時間により最初の像内に生ぜしめられている、システムに起因する位置に関係する位相である。
【０００８】
原Ｄｉｘｏｎ法ではスピン種の互いに平行な方向付けの像ならびに逆平行な方向付けの像のみが、磁界不均等性を考慮に入れることなしに、使用された。後続の発表物では、関連する画素範囲の位相連続化（位相アンラッピング）のためのアルゴリズムが開発された。このアルゴリズムにより確かに初めて磁界不均等性を考慮に入れられたが、小さいＳＮ比を有する範囲にわたる領域増大により誤りを生じやすかった。位相情報が信号情報なしの像範囲にわたって外挿された位相アンラッピングアルゴリズムは同じく誤りを生じやすいことが判明している。初めて（上記のように）平行、逆平行および垂直の磁化ベクトルに基づいて脂肪と水との画素毎の対応付けを可能にし、ローカルの領域増大に基づいて後からの補正を可能にする方法は解決のための良い端緒である。しかしながら、これらは与えられる情報が最大限に利用されないという欠点を有する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、２つのスピン集団（例えば脂肪および水）の対応付けを簡単な仕方で行い得るように、自由になる情報を最大限利用する方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、独立請求項の特徴により解決される。従属請求項は本発明の中心的な考え方を実施する。
【００１１】
本発明の出発点は、０°像、９０°像、１８０°像が撮像されている３点Ｄｉｘｏｎ法である。標準的な３点Ｄｉｘｏｎ法は０°、１８０°、３６０°を利用する。９０°像の重要性は後で判明する。勾配エコーシーケンスでは（スピンエコーと異なり）０°像の撮像は可能でないので、その代わりに磁化位相位置ｎ×３６０°＋０°／＋９０°／＋１８０°を有する像に遡及される。
【００１２】
どのように位相エボリューションが所与の（固定の）エボリューション時間内で不均等性に関係するか、すなわちどのようにＳ0、Ｓ1、Ｓ2に対する上の式が導き出されるかがもう一度示される。
【００１３】
個所ｒにおける特定の画素内で第１の種（水）の陽子密度はＷ（ｒ）であり、第２の種（脂肪）の陽子密度はＦ（ｒ）である。両方の構成要素の歳差運動振動数の差はΔωCSである。システムに起因する現象に基づいて（時間的に一定な）位相オフセットφ0（ｒ）が存在する。さらに基本磁石磁界が基準点に比べてΔＢ（ｒ）だけずらされている（磁石磁界の不均等性）。両方の信号成分（スピン集団１および２）はそれらの位相エボリューションを別々に考察される。
【００１４】
水に対して、歳差運動継続時間の間の位相エボリューションは
φ1（ｒ）＝φ0（ｒ）＋γΔＢ（ｒ）ｔ
として記述される。ここでγは核（この場合には水素）の磁気回転比である。
【００１５】
脂肪に対して、位相エボリューションは
φ2（ｒ）＝φ0（ｒ）＋γΔＢ（ｒ）ｔ＋ΔωCSｔ
として記述される。
【００１６】
測定された重ね合わされた信号は
0004203259.tif 000002
となる。
【００１７】
ｔ180°＝π／ΔωCSに対してはφ（ｒ）＝γΔＢ（ｒ）π／ΔωCSとして
0004203259.tif 000003
【００１８】
ｔ90°＝π／２ΔωCSに対しては
Ｓ1（ｒ）＝（Ｗ（ｒ）＋ｉＦ（ｒ））ｅｘｐ（ｉφ0（ｒ））ｅｘｐ（ｉφ0（ｒ））
【００１９】
位相エボリューションφ（ｒ）／２ならびにφ（ｒ）は所与の（固定の）有効エボリューション時間の際の基本磁界（Ｂ0）不均等性の影響を表す（例えばｔ180°＝π／ΔωCSまたはｔ90°＝π／２ΔωCS、ここでｔは歳差運動継続時間、ΔωCSは両方のスピン集団の歳差運動振動数の差を表す）。
【００２０】
いま目的は、連立方程式から位相項を消去するために、像データからφ0（ｒ）もφ（ｒ）も求めることである。Ｓ0＋Ｓ2またはＳ0−Ｓ2から次いで純粋な水像または純粋な脂肪像が計算される。
【００２１】
この手順の主な問題は、関連する画素範囲にわたる位相の連続化である（位相アンラッピング）。すなわち、像情報から連続的な変数φ（ｒ）が複素指数関数の周期性に基づいて１８０°までしか正確に決定され得ない。しかし一義的な対応付けのためには３６０°の精度が必要である。
【００２２】
本発明によれば、核スピントモグラフィ測定の際に異なる化学シフトを有する２つのスピン集団の像を提供する核スピントモグラフィ装置であって、スピンエコーパルスシーケンスまたは勾配エコーパルスシーケンスを発生し検査すべき対象物に入射する装置を備え、高周波パルスおよび勾配パルスの適当な組み合わせ（パルスシーケンス）によりそれぞれのエコー時点で第１または第２のスピン集団の磁化が互いに平行、垂直および逆平行となり、フーリエ変換後に、３つの複素像Ｓ0、Ｓ1、Ｓ2が得られ、これらの像が第１および第２のスピン集団の位置に関係する陽子密度から構成され、システムに起因する位置に関係するエボリューション位相φ0のほかにＢ0磁界不均等性に基づいてそれぞれ異なるエボリューション位相φを有する核スピントモグラフィ装置において、３つの複素像から第１または第２のスピン集団の純粋な像を算出するために、φ0の補正の後にφの補正と、続いて第１または第２のスピン集団の対応付けとが行われることを特徴とする核スピントモグラフィ装置が請求される。
【００２３】
さらに本発明によれば、核スピントモグラフィ測定の際に異なる化学シフトを有する２つのスピン集団の像を提供する方法であって、スピンエコーパルスシーケンスまたは勾配エコーパルスシーケンスを発生し検査すべき対象物に入射し、高周波パルスおよび勾配パルスの適当な組み合わせ（パルスシーケンス）によりそれぞれのエコー時点で第１または第２のスピン集団の磁化が互いに平行、垂直および逆平行となるステップと、フーリエ変換の後に、３つの複素Ｓ0、Ｓ1、Ｓ2が得られ、これらの像が第１および第２のスピン集団の位置に関係する陽子密度から構成され、システムに起因する位置に関係するエボリューション位相φ0のほかにＢ0磁界不均等性に基づいてそれぞれ異なるエボリューション位相φを有するステップとを有する方法において、異なる位相φ／２またはφに基づいて、最初にφ0の補正が、次いでφの補正が、最後にそれぞれのスピン集団の対応付けが行われることを特徴とする異なる化学シフトを有する２つのスピン集団の像を提供する方法が請求される。
【００２４】
すなわち位相補正を３つのステップで行うことが提案される。
１．φ0（ｒ）の補正
２．φ（ｒ）の補正
３．脂肪および水の対応付け
【００２５】
以下ではφ0（ｒ）補正された像は一重ダッシュ（´）により、φ0（ｒ）およびφ（ｒ）補正された像は二重ダッシュ（″）により示されている。
【００２６】
最初に、すべての像に対して等しい位相係数φ0が補正される。φ0補正は一重に行われる。位相カードは０°像を直接に悪い（Ｓ0）として与える。複素平面内の回転により３つのデータセットの各々が相応に補正される。
Ｓ′0＝（Ｗ（ｒ）＋Ｆ（ｒ））
Ｓ′1＝（Ｗ（ｒ）＋ｉＦ（ｒ））ｅｘｐ（ｉφ（ｒ）／２））
Ｓ′2＝（Ｗ（ｒ）−Ｆ（ｒ））ｅｘｐ（ｉφ（ｒ））
【００２７】
マルチチャネル撮像の際には、すなわち多数のコイル（チャネル）によるマルチチャネル撮像の際には、しばしばコイルの位相応答の偏差する空間的な分布が存在するので、加算された０°像／９０°像／１８０°像による正確なφ0補正はもはや可能でない。従って、別々のφ0補正が各個のチャネルに対して、すなわち加算前でフーリエ変換後に、別々のφ０補正が各個のチャネルに対して行われると有意義である。
【００２８】
位相φ（ｒ）を決定するためには像情報に遡及される。振幅係数の正負符号は二乗により消去される。
Ｓ′22＝（Ｗ（ｒ）−Ｆ（ｒ））2ｅｘｐ（ｉ２φ（ｒ））
【００２９】
Ｓ′22の位相は最初に、指数関数の周期性に基づいて付加的定数ｎ×２πまで位置に関係して決定される２倍にされた不均等性位相２φを与える。すなわち、２倍にされた位相角度は間隔〔−π，π〕内に位置する。いま、位相を連続化すること、すなわちこの値範囲を〔−∞，∞〕に広げることが大事である。
【００３０】
この問題を解決するためのアイデアは、シード点から出発して連続化された位相の領域がノイズレベルまでではなく、多数のディスジャンクト（ｄｉｓｊｕｎｃｔ）な領域が順次に連続的に低下するレベルまで増大されることにより、既存の位相アンラッピングアルゴリズムと本質的に相違する新しい形式の位相アンラッピングアルゴリズムに基づいている。それにより、高い振幅の範囲内で良好に定められた位相情報が最大限に利用される。続くステップで最後に脂肪‐水対応付けの一貫性が確かめられる。すなわち既存のアルゴリズムと異なり、関連する像情報の各範囲をノイズの下まで増大させる必要性はない。
【００３１】
多数の隣接する画素の考察からこの新しいアルゴリズムは実際の２倍にされた不均等性位相２φを決定しようと試みる。根拠は、隣接する画素間にπよりも大きい位相跳躍が起こらず、基本磁界が過度に不均等でないという仮定である。この根拠の上に、高い信号振幅を有する画素から出発して隣接画素との比較により、位相跳躍が起こらない領域を大きくすることが試みられる。２つの画素の間にπよりも大きい位相跳躍が生ずると直ちに、これが位相の“ラップアラウンド”として解釈される。２πの倍数の加算または減算によりこのような位相跳躍が消去され、また各領域内で位相２φが連続化される。
【００３２】
この過程の結果は、連続化された位相を有する一連のディスジャンクト（ｄｉｓｊｕｎｃｔ）な領域を含んでいるカードである。しかしながら領域間の位相関係はこの時点では一義的に定められておらず、ここではπの倍数の位相跳躍が依然として可能である。すぐ次のステップで初めてこの点が解かれ、また同時に脂肪および水の一義的な対応付けが行われる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の他の利点、特徴および特性は以下において図面を参照して実施例により一層詳細に説明される。
【００３４】
図１は本発明により対象物の核スピン像を発生する核スピントモグラフィ装置の概要図を示す。この核スピントモグラフィ装置の構成は従来のトモグラフィ装置の構成に相当する。基本磁界磁石１が例えば人体の検査すべき部分のような対象物の検査範囲内の核スピンの偏向または方向付けをするための時間的に一定の強い磁界を発生する。核スピン共鳴の測定に必要な基本磁石磁界の高い均等性は、人体の検査すべき部分が入れられる球状の測定ボリュームＭ内に定められている。均等性の要求を支援するために、また特に時間的に不変の影響を消去するために、適当な個所に強磁性材料から成るいわゆるシム板が取付けられている。時間的に変化する影響はシム電流源１５により駆動されるシムコイル２により消去される。
【００３５】
基本磁界磁石１内に、３つの部分巻線から成る例えば円筒状の勾配コイルシステム３が入れられている。各部分巻線は増幅器１４からデカルト座標系のそれぞれの方向に直線状の磁界を発生するための電流を供給される。勾配コイルシステム３の第１の部分巻線はｘ方向に勾配Ｇｘを、第２の部分巻線はｙ方向に勾配Ｇｙを、第３の部分巻線はｚ方向に勾配Ｇｚを発生する。各増幅器１４は、シーケンス制御装置１８により勾配パルスを時間的に正しく発生するべく駆動されるディジタル‐アナログ変換器ＤＡＣを含んでいる。
【００３６】
勾配コイルシステム３の内側に１つのまたはマルチチャネル撮像の際には多数の高周波アンテナ４が位置し、これらのアンテナが高周波電力増幅器３０から発せられた高周波パルスを、検査すべき対象物または対象物の検査すべき範囲の核の励起および核スピンの方向付けを行うための交番磁界に変換する。各アンテナは一般に実部分および虚部分に対する固有のＡＤＣパスを有する。それぞれの高周波アンテナ４により、歳差運動する核スピンから出発する交番磁界（すなわち一般に１つまたは多数の高周波パルスと１つまたは多数の勾配パルスとから成るパルスシーケンスに起因する核スピン信号）が電圧に変換され、この電圧は増幅器７を介して高周波システム２２の高周波受信チャネル８に供給される。高周波システム２２はさらに送信チャネル９を含んでおり、そのなかで核磁気共鳴を励起するための高周波パルスが発生される。それぞれの高周波パルスは設備コンピュータ２０により予め定められたパルスシーケンスに基づいてシーケンス制御装置１８内でディジタル的に複素数の列として表される。この数列は実部分および虚部分としてそれぞれ入力端１２を経て高周波システム２２内のディジタル‐アナログ変換器ＤＡＣに、これから送信チャネル９に供給される。送信チャネル９内でパルスシーケンスは高周波搬送波信号に変調され、その基本周波数は測定ボリューム内の核スピンの共鳴振動数に相当する。
【００３７】
送信作動から受信作動への切換は送信受信切換装置６を介して行われる。高周波アンテナ４は核スピンを励起するための高周波パルスを測定ボリュームＭ内に入射し、その結果としてのエコー信号を検出する。このようにして得られた核共鳴信号は高周波システム２２の受信チャネル８内で位相判別して復調され、それぞれのアナログ‐ディジタル変換器を介して測定信号の実部分および虚部分に変換される像コンピュータ１７により、こうして得られた測定データから像が再構成される。測定データ像データおよび制御プログラムの管理は像コンピュータ１７または設備コンピュータ２０を介して行われる。制御プログラムによる設定に基づいてシーケンス制御装置１８がそれぞれ所望のパルスシーケンスの発生およびｋ空間の相応の走査を制御する。特にシーケンス制御装置１８は勾配の時間的に正しいスイッチング、定められた位相および振幅を有する高周波パルスの送信ならびに核共鳴信号の受信を制御する。高周波システム２２およびシーケンス制御装置１８に対する時間基準はシンセサイザ１９から与えられる。核スピン像を発生するための制御プログラムの選択ならびに発生された核スピン像の表示は、キーボードならびに１つまたは複数の像ディスプレイ装置を含んでいるターミナル２１を介して行われる。なお、図１において、５は対象物（患者）が載せられる対象物台、１１は高周波システム２２の出力端である。
【００３８】
いま図２、３のフローチャートにより、主としてディスジャンクトな（アンラップされた）領域の位相カードを与える（すなわち連続化された位相情報および、どの領域に画素が対応付けられているかの対応付け）本発明によるアルゴリズムが説明される。
【００３９】
位相連続化のための基礎は先ず像コンピュータ１７により得られる、複素数の二次元のアレイの形態のＳ2像である。同じく像コンピュータ１７により実行される、Ｓ0像に基づくφ0補正の後に、位相カードの計算のためにＳ2像のみが必要とされる。アルゴリズムの終了後に初めて、脂肪像および水像の計算または脂肪‐水対応付けのために像コンピュータまたは設備コンピュータ内で必要とされるのと同じく、Ｓ0像およびＳ1像が必要とされる。
【００４０】
さらに、それぞれの画素の座標対を記憶するために、像コンピュータ１７内に存在している２つのＦＩＦＯメモリ−ソフトウェア側で実行されるキューＱ１、Ｑ２が使用される。
【００４１】
計算された位相φは実数の二次元のアレイ、いわゆる位相カード（φカード）内に書込まれる。これらのカードの各点に対してさらに、正しい位相が既に計算されているかどうかを既述するフラグが存在している。
【００４２】
領域への画素の対応付けは、各画素に対して対応付けられている領域を含んでおり、またはまだ領域への対応付けが行われていない場合には零を含んでいる自然数の二次元のアレイ（いわゆる領域カード）内で行われる。
【００４３】
アルゴリズムの開始時には領域カードは専ら零を含んでおり、位相カード内のフラグはすべての画素に対して“位相がまだ計算されていない”に立っており、Ｑ１、Ｑ２は空であり、現在のキュー（すなわち作業キュー）はＱ１である。
【００４４】
すなわちステップＳ１ではアルゴリズムの開始時にまだ要素が作業キュー内に含まれていないので、ステップＳ２で最初に第１のシード点が見出されなければならない。
【００４５】
最初に、撮像された１８０°像の縁における５×５‐画素ＲＯＩ内で最小の中央の像点強度が探索される。これが係数２による乗算の後にノイズ限界とみなされる。すぐ次のステップとして、より大きい振幅を有するすべての像点に対してヒストグラムが作成される。順次に増大プロセス内でデクレメントされる強度閾値Ｌj、ｊ＝１，２，…、は、各ステップにより例えば像点の１０％が追加的に閾値の上側に位置するというルールから生ずる。レベルがノイズ限界の下側に到達すると直ちに、零が増大限界として利用される。
【００４６】
最初のシード点はまだ領域に対応付けられていなくてよいが、それは上記の方法により計算される強度閾値Ｌjを超過しなければならない（開始時：ｊ＝１）。＞Ｌjの振幅を有する画素のもとでは、固有の振幅と８つの隣接画素の振幅との和が最大であるものが選ばれる。こうして１つの点が見出されると、これにステップＳ３で１つの領域（初めは１）が対応付けられる。ステップＳ４で領域カウンタＮが１だけインクレメントされる。シード点の位相が位相カード内に記入され、フラグが相応に“計算された”として標識される。ステップＳ６でこのシード点が作業キュー内にシフトされる。
【００４７】
いま作業キューが要素（すなわち最初のシード点）を含んでいるので、ステップＳ７でこのシード点Ｅが作業キューから取り出され、またステップＳ８で、ステップ８の最初の到達の際にすべてまだ処理されていないＥのすべての隣接画素が、それらの振幅が上記の方法により特定の最小限界Ｌj+1を超過すると仮定して、作業キュー内に書込まれる。その際に付言すべきこととして、各画素は８つの隣接画素（上、下、左、右、左上、右上、左下、右下）を有する。しかしながらアルゴリズムは４つの隣接画素（上、下、左、右）によっても機能する。
【００４８】
ステップＳ８の最初の到達の際に領域および位相情報が存在しているので、ステップＳ９の後にステップＳ１２が続き、このステップＳ１２で、Ｌj+1よりも大きい振幅を有するＥの隣接画素がそもそも存在するかどうかが質問される。Ｅがこのような隣接画素を有していない場合、Ｅは現在のレベルＬj+1の領域の境界を標識する。従ってステップＳ１３で非現在キュー内に記入される。すぐ次のステップは再びＳ１である。
【００４９】
ステップＳ８の後続の処理の際、現在のＥがまだ領域に対応付けられていないこと、またはＥに対してまだ位相情報が存在しないことがあり得る。従ってステップシ１０で、既に処理されたＥのすべての隣接画素が考察される。これらの隣接画素は種々の領域に対応付けられていてよい。Ｅはいま、付属の隣接画素の振幅の和が最大である領域に対応付けられ、また領域カード内への書込みが行われる。ステップＳ１１でいまこの領域の隣接画素により位相連続化（位相アンラッピング）が実行され、既に処理された隣接画素の位相が現在の画素のそれと比較される。
【００５０】
πよりも大きい位相差の際、ｎ×２πの加算によりπよりも小さい位相差を得るために、必要なｎが決定される。ｎに対して１よりも大きい値が結果として得られた場合、隣接画素の振幅により重み付けされ、最も確率の高い値がとられる。
【００５１】
こうしてステップＳ１〜Ｓ１３により特定の振幅までのすべての画素が１つまたは多数のディスジャンクトな位相連続化された領域に対応付けられる。しかし予め定められた振幅範囲内にシード点がもはや見出され得ないならば、ステップＳ１４でキューが切換えられ、ステップＳ１５で増大閾値Ｌjが下げられる（ｊ＝ｊ＋１）。新しい作業キュー内には画素が位置している。詳細には、最後の増大レベルの際に境界として識別された画素が位置している。いま新しい領域が（新しいシード点を経て）大きくされる前に、最初に既に存在する領域が縁からさらに大きくされることが確かめられている。その後に初めて、減ぜられた強度閾値でステップＳ２で再び、その後のステップで再び新しい領域を形成する新しいシード点が探索される。
【００５２】
しかし増大振幅の零限界Ｌw＝０が到達されると、すなわちｊ＞ｗになると、すべての像点が捕捉され、アルゴリズムが終了されている（ステップＳ１６）。
【００５３】
このアルゴリズムは水内の島の像により具象的に説明される。最初の反復の際には水位が高く、いくつかの頂上のみが突出している。高い振幅および位相の高い精度を有するこれらの小さい島が処理される、すなわち位相連続化される。すぐ次の反復の際（キューの切換）、水位が低下し、島は大きくなり、また先行の反復の“ストランド”から出発して引き続いて処理される。このようにして、小さい強度を有する画素を越える範囲が大きくされることが防止される。水位の低下の後に“古い”島がストランドから大きくされるだけでなく、新たに姿を表した島も捕捉される。
【００５４】
この過程の結果は、図４に示されているように、連続化された位相を有する一連のディスジャンクトな領域（例えばＡおよびＢ）を含んでいるカードである。しかしながら領域間の位相関係はまだ一義的に定められていない。ここではπの倍数だけの位相跳躍が依然として可能である。すぐ次のステップで初めてこの点が解かれ、同時に脂肪および水の一義的な対応付けが行われる。
【００５５】
ｎ×πの位相差を有する測定に基づいて、両方の磁化成分のどれが水に対応付けられているかどれが脂肪に対応付けられているかの決定が可能でないことは明らかである。確かに、脂肪陽子の磁化がより遅く歳差運動をすることは知られており、水陽子の回転座標系内のその回転方向は知られている。しかし０°および１８０°における瞬間撮像から回転方向を導き出すことはできない。そのためには、その中間に位置する角度（例えば９０°）における像が必要とされる。
【００５６】
上述のように１つの領域の最初の画素（すなわちシード画素）に対してはまだπに正確に決定し得ない。しかし全領域がこの点から広げられるので、この全領域に対してこの不確実さが与えられている。１８０°像はπの倍数までしか正確に補正されない。しかしπの位相誤りは、ｅｘｐ（ｉπ）＝−１であるから、まさに符号の切換に相当し、このことは脂肪および水の交換を招くであろう。こうして、Ｓ2′像（すなわち補正された１８０°像）に基づいて得られる位相カードはπの倍数を加算されなければならない（すなわちφ（ｒ）＋ｎπ）。各領域に対して個別にｎが決定されなければならない。
【００５７】
Ｓ2″（すなわちφ0およびφ補正された１８０°像）の符号を一義的に決定するためには、ｎが偶数か奇数かを知れば十分である。この情報はＳ1′（すなわちφ0補正された９０°像）から得られる。しかしながらＳ1′の位相はπ／２の倍数までしか知られていない。位相補正はここで
φ（ｒ）／２＋ｎπ／２
だけの回転により行われる。
【００５８】
これはＳ1′の４つの可能な重要な位相オフセット（０、π／２、π、３π／２（ｎ＝０、１、２、３））を生じる。
【００５９】
目的は、測定された０°像および１８０°像に基づいて計算された９０°データセット
Ｓ1′T＝（ＷT＋ｉＦT）ｅiφT/2
（すなわち、φ補正なし、しかしφ0補正ありで期待すべき９０°像）を画素ごとに比較することである。インデックスＴは、必要とされる量Ｗ（ｒ）、Ｆ（ｒ）およびφ（ｒ）が直接的な測定によっては得られず、計算によって得られることを示す。
【００６０】
こうして４つの解が生ずる。測定されたものからの最小の偏差を有するものが正しいと解釈される。
１．ｎ＝０；
Ｓ2′が−φだけ補正される；
Ｓ1′Tが位相φ／２＋０×π／２を得る；
【数１】
0004203259.tif 000004
２．ｎ＝１；
Ｓ2′が−（φ＋π）だけ補正される；
Ｓ1′Tが位相φ／２＋１×π／２を得る；
【数２】
0004203259.tif 000005
３．ｎ＝２；
Ｓ2′が−（φ＋２π）だけ補正される；
Ｓ1′Tが位相φ／２＋２×π／２を得る；
【数３】
0004203259.tif 000006
４．ｎ＝３；
Ｓ2′が−（φ＋３π）だけ補正される；
Ｓ1′Tが位相φ／２＋３×π／２を得る；
【数４】
0004203259.tif 000007
【００６１】
どの位相オフセット（すなわちどのｎ）を領域に対して選ぶべきかの決定は、測定された９０°像Ｓ1′との比較により行われる。そのために最初に１つの領域の各画素に対して正確に、偏差Ｗn＝（（Ｒｅ（Ｓ1′T）−Ｒｅ（Ｓ1′））2）＋（（Ｉｍ（Ｓ1′T）−Ｉｍ（Ｓ1′））2）が最小であるｎ∈〔０，１，２，３〕が決定される。どのｎをすべての領域に対して選ぶべきかの後続の決定に対しては、脂肪も水も含んでいる画素のみが考慮に入れられる。それは｜｜Ｓ0｜−｜Ｓ1｜｜も｜｜Ｓ0｜−｜Ｓ2｜｜も決定された閾値（例えば画素振幅の１０％、５％）の上に位置し、また｜Ｓ2｜が同じく決定された閾値（例えば振幅｜Ｓ0｜の１０％）の上に位置し、また｜Ｓ2｜が同じく決定された閾値（例えば振幅｜Ｓ0｜の１０％）の上に位置する場合である。各ｎ∈〔０，１，２，３〕に対していま領域の内側で、このｎが最適であった画素の振幅の和が求められる。和が最も大きい重みを得るｎは最も確率が高いものとみなされる。複素平面内での回転によりいま像Ｓ2′内の各領域が求められた位相係数により補正される。Ｓ2″＝Ｓ2′ｅ-1(φ+nπ)。Ｓ0′およびＳ2″の加算によりいま純粋な水像が得られ、それらの減算により純粋な脂肪像が得られる。
【００６２】
しかしながら、この進め方では、いくつかの領域内で、水および脂肪の有意義な識別を可能にする少数の画素しか見出されない恐れがある。このことはこれらの領域の内側の脂肪および水の誤りのある対応付けに通じ得る。この場合には下記の方策がある：
−１つの領域内の脂肪および水の一義的かつ有意義な対応付けに対する規範は
・上に定められた規範による十分に相違する割合を有する十分な量の脂肪および水内の決定された最小数の画素を含んでいること、
・最も確率の高いｎの重みが決定された閾値だけ２番目に確率の高いｎの重みの上側に位置していること
にある。
−この規範が満足されていない場合、可能なかぎり高い振幅を有する可能なかぎり長い境界線が延びている隣接領域（ΣＡiが最大である。ここでΣＡiは現在の領域と隣接領域との間の境界を形成する画素の振幅の和）が探索されることによって、隣接領域との合一に努められる。
−共通の連続化された位相を得るためには、境界線の各画素に対して、πのどの倍数が加算されなければならないかが決定されなければならない。その後に再び画素振幅による重み付けを解して、どのｋが最も確率が高いかが決定される（なぜならばもちろん、両方の領域が正しくアンラッピングされているかぎり、ただ１つのｋが正しいｋであり得るからである）。各々の場合に強調されるべきこととして、再び“情報の最大化”の原理が応用される。
−両方の領域は場合によってはｋπだけの現在の領域の位相シフトの後に合一され得る。両方の領域のすべての脂肪‐水情報を考慮に入れて、いま上記の進め方により、いま脂肪‐水対応付けのために十分な情報が存在しているかどうかが評価される。まだ十分な情報が存在していない場合には、その他の領域からも情報が取り入れられなければならない。
【００６３】
それによって、得られた核スピントモグラフィ像の処理は終了されている。Ｓ0″およびＳ2″の加算は純粋な水像を与え、それらの減算は純粋な脂肪像を与える。その結果としての像のＳＮ比は２つの平均化により得られるＳＮ比に相当する。原理的には、３つの平均化に相当するＳＮ比を得るために、９０°像もｅ-i(φ/2+n×π/2)だけの位相補正の後に、脂肪像または水像の計算に入れられ得る。
【００６４】
以上に説明された増大過程ではこれまで隣接画素への位相差の大きさは考慮に入れられなかった。しかし、このことは、それによって危険なく強い不均等性を有する点を越えて大きくされることを意味する。このことは、しばしばローカルに強い位相特性しかないとしても増大の際に伝搬する誤った対応付けに通じる。このことを防止するために、画素は、現在処理される隣接画素への位相差が閾値（例えば９０°）よりも小さいときにのみ、作業キュー内に受け入れられる。画素はそれによって完全に増大プロセスから排除されていない。なぜならば、他の隣接画素から増大されると直ちに、規範が新たにチェックされるからである。
【００６５】
最後に、ＳＮ比が小さい際の問題にも言及すべきであろう。本発明によるアルゴリズムはある意味でＳＮ比に依存している。もしＳＮ比が非常に小さく、また一定の位相の補正の際にも不均等位相の補正の際にも画素ごとに処理されるならば、問題が生じる。しかし、より粗いラスター上の位相カードの情報で十分であるので、個々の画素の位相がその８つの隣接画素を利用して計算されることによって、アルゴリズムの開始前に平均化（補間）を実行することは目的にかなっている。それによりＳＮ比に、アルゴリズムをより安定にする或る係数が得られる。アルゴリズムが計算に用いる位相を決定するために、画素の原位相が用いられるのではなく、３×３画素ラスターにわたる平均値が形成される。位相カードが相応に粗いラスターにより計算された後に、それによってＳ1′像およびＳ2′像が補正される。平滑化は位相カードの計算のためにしか使用されず、発生される脂肪像および水像の分解能は変化しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】核スピントモグラフィ装置の概要を示す図。
【図２】本発明によるアルゴリズムのフローチャート。
【図３】本発明によるアルゴリズムのフローチャート。
【図４】アルゴリズムの経過中の強度カードの概要を示す図。
【符号の説明】
１    基本磁界磁石
２    シムコイル
３    勾配コイルシステム
４    高周波アンテナ
５    対象物台
６    送信受信切換装置
７    増幅器
８    高周波受信チャネル
９    送信チャネル
１１  出力端
１２  入力端
１４  増幅器
１５  シム電流源
１７像コンピュータ
１８  シーケンス制御装置
１９  シンセサイザ
２０  設備コンピュータ
２１  ターミナル
２２  高周波システム
【図１】
0004203259.tif 000008
【図２】
0004203259.tif 000009
【図３】
0004203259.tif 000010
【図４】
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