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    公开号:WO1988000453A1
    申请号:PCT/JP1987/000518
    申请日:1987-07-16
    公开日:1988-01-28
    发明作者:Kazuya Hoshino
    申请人:Yokogawa Medical Systems, Ltd.；
    IPC主号:G01R33-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] N M Rィメージング装置のための画像歪み補正方法
    [0003] (技術分野）
    [0004] 本発明は、 N M Rイメージング裝置のための画像歪み補正方法に関するもので、 さ らに詳しくは、 静磁場の不均一による再構成画像の歪みを補正する方法に関するもの でめる。
    [0005] (背景技術）
    [0006] N M Rイメージング裝置は、 一様な静磁場を作る静磁場コイルと、 静磁場と同一方 向磁場で X， y , zの各方向にそれぞれ直線的な勾配をもつ磁場を作る勾配磁場コィ ルとを有する磁石部、 磁石部で形成される磁場内に設置された被検体に高周波パルス (高周波電磁波) を加え、 被検体からの N M R信号を検出する送♦受信部、 および送 •受信部や磁石部の動作を制御したり、 検出データの処理をして画像を再構成する制 御 ·画像処理部等を有している。 このような N M Rイメージング装置において、 被検 体を収容する所定の空間に、 静磁場コイルにより所定強度の静磁場が形成され、 制御
    [0007] ♦画像処理部の制御の下で、 例えばフーリエ法による励起パルスシーケンスおよび勾 配磁場シーケンスが実行されて N M R信号が測定され、 測定データに基づいて被検体 の断面の画像が再構成される。 その場合、 静磁場が不均一であると、 再構成画像には 位置歪みや濃度歪み等の画像歪みが生じる。 このような画像歪みを生じないようにす るためには、 均一性の髙ぃ静磁場を形成し得る磁石部を用いる必要があるが、 そのよ うな磁石部は高価なものになり、 しかも、 その性能を確保するために周囲に磁性体が 少ない場所を選んで設置しなければならないので設置場所の制約を受ける。 また、 画 像の SZNを上げるには、 できるだけ低い読出し勾配を用いる方がよいが、 画像の歪 みは、 読出し勾配を低くするほど大きくなるため、 読出し勾配をエコー時間や空間分 解能で決まる本来の限界まで低くできないのが現状である。 しかし、 静磁場の不均一 があっても画像の歪みを適切に補正することができるならば、 磁石部のコス卜低減、 磁石部の設置場所の制限緩和、 低読出し勾配による S/Nの改善等が期待できる。 画像の歪みを補正する方法の従来例の一つとして、 予め 3次元空間の静磁場の不均 一を測っておき、 その測定データを用いて画像の歪みを補正する方法（IEEE Transac tion on Hedicai I讓 aging, Vol . HI-4, No.4, Deceiber 1985 193-199頁）がある, また他の倒としては、 静磁場の不均一性を 3次元空園の関数として表わす数式を持ち, それによつて所望のスキャン面における静磁場の不均一を計算し、 その計算植を用い て画像歪みを補正する方法もある。 しかし、前者の方法にあっては、 3次元の静磁場 の不均一を表わす分布データを画像再構成のマ卜リックスサイズと同程度（ 1283〜 2563 )のサイズで持とうとすると、データ量が驗大なものとなるので実甩的でない, また、後者の:^法にあっては、 シムコイルで補正できない静磁場不均一の高次項を数 式として持つことになるので計算量が多くなり、 スピードが要求されるオンラインの 画像補正には向かない。
    [0008] (発明の開示） .
    [0009] 本発明の巨的は、静磁場の不均一による再構成画像の歪みを補正する方法として、 実用性の高い方法を提供することにある。
    [0010] 本発明の方法は、 3次元の静磁場の不均一を測定してその測定データを睡像再構成 用のマ卜リツクスサイズよりも小さなマ卜リックスサイズで記憶し、 しの記憶データ のマ卜リックスから、補正すべき再構成画像のスライス面に相当する 2次元平面上の データを切り出し、 これらのデータから歪み補正用のテーブルを生成し、 この歪み補 正用のテープルを再構成画像のマ卜リックスサイズに合わせて拡大し、 この拡大され た歪み補正用のテーブルを用いて画像の歪みを補正するようにしたものである。
    [0011] (図面の簡単な説明）
    [0012] 第 1図は、本発明の方法を実施する NMRイメージング装置の概念的構成図、 第 2図は、 静磁場の不均一を測定するパルスシーケンスの説明図、
    [0013] 第 3図は、 本発明の方法に基づく画像の歪み補正処理のフローチヤ一卜、
    [0014] 第 4図および第 5図は、 画像の位置歪み補正の説明図である。
    [0015] (発明を実施するための最良の形態）
    [0016] 第 1図において、 マグネヅ卜アセンブリ 1は、 内部に被検体を収容するための空園 部分を有し、 この空間部分を取巻くようにして、被検体に静磁場を印加する静磁場コ ィルと、 勾配磁場を印加するための X , y , zの勾配磁場コイルと、 被検体内の特定 の原子核のスピンを励起するための高周波パルスを与える R F送信コイルと、被検体 からの NM R信号を検出する受信コイル等が配置されている （図略） 。 静¾場コイル、 勾配磁場コイル、 R F送信コイル、 および受信コイルは、 それぞれ主磁場電源 2、 勾 配磁場駆動回路 3、 R F電力増幅器 4および前置増幅器 5に接続されている。 シーケ ンス記憶回路 1 0は、 計算機 1 3からの指令に従って、 予め記憶しているシーケンス により勾配磁場駆動回路 3およびゲー卜変調回路 6を操作して、 勾配磁場および髙周 波パルス信号を発生させる。位相検波器 8は、 R F発振回路 7の出力を参照信号とし、 受信コイルで検出され前置増幅器 5を介して与えられる N M R信号を位相検波して A ZD変換器 1 1に与える。 AZD変換器 1 1は、 位相検波器 8の出力信号をアナログ •ディジタル変換して計算機 1 3に入力する。 計算機 1 3は、 操作コンソール 1 2と— の間で情報の授受を行って、 種々のスキャンシーケンスを実行するためにシーケンス 記憶回路 1〇の動作の切替えやそのメモリの書替えを行うとともに、 A/D変換器 1 1からのデータを用いて画像再構成のための演算等を行う。 計算機 1 3は、 再構成し た画像について以下に説明するような方法で歪み補正を行い、 補正済みの再構成像デ ータを表示装置 9に出力する。
    [0017] 計算機 1 3による画像歪み補正のための演算は、 静磁場の不均一を表わす分布デー タを得るためのキヤリプレイシヨン部と、 そのデータに基づいて画像データの補正を 行う補正部とに大別できる。 キヤリブレイシヨン部の演算は、 オフラインの作業であ り頻度も低いのでこれにかかる時間や処理の複雑さは余り問題ではない。 これに対し、 補正部の演算は、 オンラインの処理であるから、 できる限り簡単で演算量の少ないこ とが要求される。
    [0018] 第 2図に、 キヤリブレイシヨン部によって行われる静磁場不均一測定のためのパル スシーケンスの一例を示す。 ここに示したパルスシーケンスは、 フーリエ法のパルス シーケンスと類似なシーケンスで所定のファン卜ムをスキャンすることを示している。 ここで、 90。 パルスから 0° パルスまでの時間 P 隔と、 0。 パルスからスピンェ コー中心までの時間間隔とを共にてとしてスキャンしたデータと、 それらの間隔をそ れぞれて一 ε /2およびて + ε/2としてスキャンしたデータとがそれぞれ測定される。 そして、 このようにして測定された 2群のデータから 2つの画像が再構成され、 これ ら 2つの複素画像間の位相差 Φ (Χ, ν ） から、 下記の (1 ) 式に基づいて静磁場の不均 —を表おす分布データ ΰ ， y, ら 。
    [0019] Φ (χ, γ,ζ)
    [0020] 0(x, y, z) = (1 )
    [0021] 2 π τ ε 但し、 ァ ··*磁気回転比
    [0022] この方法の他に、静磁場の不均一を求める方法としては、 3方向ともワープを行い、 読出し勾配をかけずに信号を読出して、各ポクセルの出す N M R信号の周波数から静 磁場の不均一を求める方法もある。 これらの測定は、 いずれも不均一を測りたい静磁 場領域全体を力パーするファントムを用いて行う。 なお、本発明においては、 静磁場 不均一の測定方法を特に限定する必要はないので、 どのような測定方法を甩いてもよ い。
    [0023] このようにして測定された 3次元の静磁場不均一を表わす分布データを記憶すると きに、 そのサンプリング点を余り細かくすると、 データ量が勝大なものとなって実用 的でなくなるので、 これを画像再構成に通常使用するマ卜リックスサイズの数分の Ί に縮小して記憶する。静磁場不均一を表わす分布データのサンプル園隔は、 5〜10驄 程度あれば、 特に磁石設置を意識しないで作られた建屋において、通常のシミングで 達成できる程度の不均一は十分に表現できる。 そこで、 例えば、 サンプル間隔を 7翻、 マトリックスサイズを 643 とすれば、 約 450 職の立方体領域をカバーすることができ る。 643マ卜リックスのデータ数は 262 Κポイントであり、 この程度のデータ量は現 在の N M Rイメージング装置の情報処理系 おいては十分高速に扱うことができる量 である。
    [0024] 第 3図は、 再構成画像の歪み補正のフローチヤ一卜である。 まず、 予め縮小マ卜リ ックスで記憶している 3次元の静磁場不均一分布データから、補正したい再構成画像 のスライス面と同一面内の 2次元の静磁場不均一分布データを切出す。 このとき必要 に応じて適当な補園を行う。次に、 画像データを収集したときの読出し勾配の方向と その強さの情報に基づいて、 この 2次元の分布データから位置歪みテーブルを作る。 この位置歪みテーブルは、 各ピクセルが静磁場不均一によりどのような位置へシフ卜 するかを示すデータを格納したテーブルである。静磁場^均一による位置歪みは、 ス ピン♦ワープ法においては、 読出し方向へのみ生じ、 その大きさ S(U,V)は、 下記の (2) 式のょラになる。
    [0025] S(u,v)= D(u,v)/gpr (2) 但し、 D(u,v)…静磁場不均一の大きさ
    [0026] gpr^…読出し勾配の大きさ
    [0027] したがって、 仮に u軸を読出し軸とした場合、 点 (u,v) は、 {u+S(u,v),v}という位 置にシフ卜することになる。
    [0028] 次に、 位置歪みの情報から濂度補正テーブルを作る。 一般に、 （u,v) →(u',V) と いう位置歪みが生ずると、 それに応じて下記の（3) 式に示すヤコービアン （Jacobian) J(u，v)に反比例した濂度歪みが生ずる。
    [0029] 9u ' Θν ' Su ' 9v "
    [0030] J(u,v)= 一
    [0031] 8u 8ν θν 8u ー(3) そこで、 濃度歪みを補正するために濃度補正係数 J(u,v)を位置歪みに応じて求めて 濃度補正テーブルを作る。 なお、 このとき、 位置歪みは数式で与えられていないので, 数値微分によつて濃度補正係数」 (u, V)を求める。
    [0032] 以上により得られた位置歪みテーブルと濂度補正テーブルは、 縮小マ卜リックスに 基づくものなので、 マ卜リックスサイズおよびピクセルサイズ共に被補正画像のそれ とは異なる。 そこで、 所定の補間によりこれらのテーブルのマ卜リックスサイズとピ クセルサイズを被補正画像に合わせた後、 画像の補正に使用される。
    [0033] 第 4図は、 位置歪みの補正を概念的に示したものである。 補正後の座標 (u，v) に位 置するべきピクセルは、 補正前は座標 (υ', ν')に存在することが位置歪みテーブルか ら分るので、 補正前のイメージで座標 ( ， ν')の画像データの値をとつてきて補正後 のイメージプレーンの座標 (u,v) に格納すればよい。 一般に、 座標 (υ' ,ν' ) は、 ピ クセル位置とは正確に一致しないので、 周囲のピクセルから所定の補間により求めら れる。 このようにして、 位置歪みを補正した後、 各ピクセルに濂度歪み補正係数 J(u,v)をかければ、 位置歪みと濃度歪みが共に補正された画像が得られる。 位置歪み 補正のときには、 補正前後のイメージの F0V が等しいと、 取ってくるべきデータの位 置がイメージの外へ出てしまうことがある。 このため、 補正前のイメージの F0V は補 正後のそれに比べて多少大きく設定しておくことが望ましい。 なお、 次に説明する口 一タリー式の補正を単独、 または、上記の F0V の操作と組合せて用いることができる c 第 5図は、 ロータリー式の補正方法を示したものである。 ここではイメージの範囲外 の部分には、 同一のイメージが操返し並んでいるとして、 座標 (u " , v " ) からとつて きたデータを座標 (u，v) に植えている。 これは、 フーリエ法に基づく画像がロータリ 一的性質をもつことを利用したものである。
    [0034] なお、 本発明は、 上記実施例にのみ限定するものではなく、 3次元法による立体の イメージングの歪み補正にも適甩できる。 その場合、 第 3図において、 任意面内の不 均一データの切出しを省き、 その後の処 全て 3次元で行えばよい。 但し、 そのと ぎ' 、 位置歪み、 濃度補正係数の拡大後の 3次元テーブルは、 非常に大きくなる場合 があるので、 テーブルとはしないで、 補正計算の途中で位置歪み及び濃度補正係数の 値を求めながら補正を行う等の工夫が必要となる。 また、 本発明の方法のかなりの部 分を、 勾配磁場の非直線性により生ずる画像歪みの補正に共用することができる。 勾 配磁場の非直線性による歪みは、 静磁場の不均一による歪みとは加算の関係になるた め、 第 3図の位置歪みテーブルに、 勾配磁場の非直線性によって生ずる歪みのデータ を加えれば、 それ以後の処理は全て共用することができる。
    [0035] 以上、 説明の通り、 本発明の補正方法によれば、 実現可能なメモリ容量および演算 量で、 任意の切断面、 または、 立体のイメージに対して、 静磁場の不均一性から生じ る位置歪みおよび濃度歪みを効果的に除去することが可能となる。 その結果、 静磁場 の均一性の劣る磁石を用いても、 均一度の良い磁石を用いた場合と同等の画像が得ら れ、 同一設置条件ならば、 磁石のコストを下げることが可能となる。 また、 同一の磁 石ならば、 より設置条件の悪い場所にも設置することが可能となる。 さらに、 読出し 勾配を低くして再構成画像の S ZNを上げることができる。
    [0036] 以上、 本発明を実施するための最良の形態について説明したが、 本発明が属する技 術の分野の通常の知識を有する者にとって、 下記の請求の範囲の記載を逸脱すること なく種々の変形をすることは容易である。
    权利要求:
    Claims 請求の範囲
    1 . N M Rイメージング装置のための、 静磁場の不均一による再構成画像の歪みを補 正する方法において、
    3次元の静磁場の不均一を測定してその測定データを画像再構成用のマ卜リックス サイズよりも小さなマ卜リックスサイズで記憶すること、
    この記憶された測定データのマ卜リックスから補正すべき再構成画像のスライス面 に相当する 2次元平面上のデータを切り出し、 これらの切り出しデータから歪み補正 用のテーブルを生成すること、
    この歪み補正用のテーブルを再構成画像のマ卜リックスサイズに合わせて拡大する こと、 および
    この拡大された歪み補正用のテーブルを用いて画像の歪みを補正することを具備す る画像歪み補正方法。
    2 . N M Rイメージング装置のための、 静磁場の不均一による再構成画像の歪みを補 正する方法において、
    3次元の静磁場の不均一を測定してその測定データを画像再構成用のマ卜リックス サイズよりも小さなマ卜リックスサイズで記憶すること、
    この記憶された測定データのマ卜リックスから補正すべき再構成画像のスライス面 に相当する 2次元平面上のデータを切り出し、 これらの切り出しデータから位置歪み 補正用のテーブルを生成すること、
    この位置歪み補正用のテーブルを再構成画像のマ卜リックスサイズに合わせて拡大 すること、 および
    この拡大された位置歪み補正用のテーブルを用いて画像の位置歪みを補正すること を具備する画像歪み補正方法。
    3 . N M Rイメージング裝置のための、 静磁場の不均一による再構成画像の歪みを補 正する方法において、 3次元の静磁場の不均一を測定してその測定データを画像再構成用のマ卜リックス サイズよりも小さなマ卜リックスサイズで記億すること、
    この記憶された測定データのマ卜リックスから補正すべき再構成画像のスライス面 に相当する 2次元平面上のデータを切り出し、 これらの切り出しデータから位置歪み 補正用のテーブルを生成すること、
    この位置歪み補正用のテーブルから穰度歪み補正用のテーブルを生成すること、 前記位置歪み補正用のテーブルを再構成画像のマ卜リックスサイズに合わせて拡大 すること、
    前記漉度歪み補正用のテーブルを再構成画像のマ卜リックスサイズに合わせて拡大 すること、 および.
    これら拡大された位置歪み補正用のテーブルと濃度歪み補正用のテーブルを用いて 画像の位置歪みと濃度歪みをそれぞれを補正することを具備する画像歪み補正方法。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    公开号 | 公开日
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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