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JP5819675B2 - Magnetic resonance imaging apparatus and program - Google Patents

Magnetic resonance imaging apparatus and program Download PDF

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光洋 別宮
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  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置及びそのプログラムに関する。特に、サンプリングされていない未サンプリングであるデータを畳み込み積分などの手法により参照データから補完させる磁気共鳴イメージング装置、及びそのプログラムに関する。   The present invention relates to a magnetic resonance imaging apparatus and a program thereof. In particular, the present invention relates to a magnetic resonance imaging apparatus that complements unsampled data that has not been sampled from reference data by a technique such as convolution integration, and a program thereof.

被検体の撮影時間を短縮するために、様々な工夫が磁気共鳴イメージング装置に対してなされている。例えば特許文献1はパラレルイメージング(Parallel Imaging)の手法を開示している。パラレルイメージングの手法は、位相方向のエンコードステップを間引いて被検体からの核磁気共鳴信号を検出する。これによりパラレルイメージングの手法は、撮影時間を短縮して撮影を行い、撮影視野が狭まり折返り偽像(アーチファクト)が存在する画像を生成する。そして、パラレルイメージングの手法は、複数のコイルの感度分布差に基づいて折返り偽像を取り除き、撮影視野が広がった画像を最終的に得ている。パラレルイメージングの手法は、走査時間の低減、画像の不鮮明さ及び幾何歪みの低減、さらに、空間又は時間解像度を改良、及び容積の適用範囲を広げることが可能となっている。   In order to shorten the imaging time of the subject, various ideas have been made for the magnetic resonance imaging apparatus. For example, Patent Document 1 discloses a method of parallel imaging. In the parallel imaging method, the nuclear magnetic resonance signal from the subject is detected by thinning out the encoding step in the phase direction. As a result, the parallel imaging technique performs imaging by shortening the imaging time, and generates an image in which the imaging field of view narrows and is folded back and a false image (artifact) exists. Then, the parallel imaging technique turns back the false image based on the difference in sensitivity distribution of the plurality of coils, and finally obtains an image with a wide field of view. Parallel imaging techniques can reduce scan time, reduce image blur and geometric distortion, improve spatial or temporal resolution, and expand volume coverage.

また、特許文献2においては、パラレルイメージングと圧縮センシング(Compressed Sensing)とを組み合わせた手法が示されている。圧縮センシングは、大部分の医療画像がある程度の「圧縮性」を有することを利用し、かなりの数の値を、画像品質をほとんど損なうことなくゼロに設定する手法である。圧縮センシングは、走査時間の低減、画像の不鮮明さ及び幾何歪みの低減することが可能となっている。パラレルイメージングの手法も圧縮センシングの手法も、アンダーサンプリングされた生データ(raw data 以下は撮影データという)を画像再構成することができる。ここで、アンダーサンプリングはk空間の撮影データの一部が欠けている(未サンプリング)の撮影データをサンプリングする手法である。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 discloses a method in which parallel imaging and compressed sensing are combined. Compressed sensing is a technique that takes advantage of the fact that most medical images have some degree of “compressibility” and sets a significant number of values to zero with little loss in image quality. Compressed sensing can reduce scan time, image blur and geometric distortion. Both parallel imaging techniques and compressed sensing techniques can reconstruct undersampled raw data (raw data). Here, undersampling is a technique for sampling shooting data in which a part of shooting data in k-space is missing (unsampled).

特開 2004−344327号公報JP 2004-344327 A 特開 2009−268901号公報JP 2009-268901 A

しかしながら、k空間の撮影データの一部がない疎のk空間の撮影データは、サンプリングされない未サンプリングのデータである。この疎のk空間の撮影データに基づいて画像再構成するため、パラレルイメージングの手法も圧縮センシングの手法も、画質が劣化してしまうおそれがある。したがって、短い走査時間で、高品質の画像を取得できる画像再構成手法が望まれている。   However, sparse k-space shooting data in which there is no part of k-space shooting data is unsampled data that is not sampled. Since the image is reconstructed based on the sparse k-space image data, both the parallel imaging method and the compression sensing method may deteriorate the image quality. Therefore, an image reconstruction technique that can acquire a high-quality image in a short scanning time is desired.

第1の観点の磁気共鳴イメージング装置は、静磁場中に置かれた被検体に対して高周波磁場パルスを発生する送信コイルと、被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する信号検出手段と、を備える。その磁気共鳴イメージング装置は、k空間の参照データをサンプリングするため送信コイルから発生された第1パルスシーケンスと、k空間の一部のデータが欠けたアンダーサンプリングデータをサンプリングするため、送信コイルから発生された第2パルスシーケンスと、第1パルスシーケンスで得られた参照データと第2パルスシーケンスで得られたアンダーサンプリングデータとに基づいて、参照データとアンダーサンプリングデータとの相関関数を取得する関数取得手段と、相関関数に基づいてk空間の欠けた箇所のデータを画像再構成する画像再構成手段と、を備える。   A magnetic resonance imaging apparatus according to a first aspect includes a transmission coil that generates a high-frequency magnetic field pulse with respect to a subject placed in a static magnetic field, a signal detection unit that detects a nuclear magnetic resonance signal generated from the subject, Is provided. The magnetic resonance imaging apparatus generates a first pulse sequence generated from a transmission coil to sample k-space reference data and an under-sampling data lacking a part of k-space data to generate from a transmission coil. Acquisition of a correlation function between the reference data and the undersampling data based on the second pulse sequence thus performed, the reference data obtained in the first pulse sequence, and the undersampling data obtained in the second pulse sequence Means, and image reconstruction means for reconstructing image data of a portion lacking k-space based on the correlation function.

第2の観点の磁気共鳴イメージング装置は、第1の観点に記載の磁気共鳴イメージング装置において、第1パルスシーケンスが、参照データとしてプロトン密度画像を得るパルスシーケンスを含み、第2パルスシーケンスが、アンダーサンプリングデータとしてT1強調画像、T2強調画像、インフェーズ画像又はアウトオブフェーズ画像を得るパルスシーケンスを含む。   A magnetic resonance imaging apparatus according to a second aspect is the magnetic resonance imaging apparatus according to the first aspect, wherein the first pulse sequence includes a pulse sequence for obtaining a proton density image as reference data, and the second pulse sequence is an underscore. The sampling sequence includes a pulse sequence for obtaining a T1-weighted image, a T2-weighted image, an in-phase image, or an out-of-phase image.

第3の観点の磁気共鳴イメージング装置は、第1の観点に記載の磁気共鳴イメージング装置において、信号検出手段が、第1パルスシーケンスによって発生する核磁気共鳴信号を第1受信コイル及び第2受信コイルで受信し、信号検出手段が、第2パルスシーケンスによって発生する核磁気共鳴信号を第1受信コイル及び第2受信コイルで受信する。   A magnetic resonance imaging apparatus according to a third aspect is the magnetic resonance imaging apparatus according to the first aspect, wherein the signal detection means outputs a nuclear magnetic resonance signal generated by the first pulse sequence to the first reception coil and the second reception coil. The signal detecting means receives the nuclear magnetic resonance signal generated by the second pulse sequence by the first receiving coil and the second receiving coil.

第4の観点の磁気共鳴イメージング装置は、第3の観点に記載の磁気共鳴イメージング装置において、関数取得手段が、第1受信コイル又は第2受信コイルの一方で得られた参照データとアンダーサンプリングデータとに基づいて1つの相関関数を取得し、画像再構成手段が、第1受信コイル又は第2受信コイルの他方のデータの画像再構成に対して1つの相関関数を使用する。   A magnetic resonance imaging apparatus according to a fourth aspect is the magnetic resonance imaging apparatus according to the third aspect, wherein the function acquisition means uses reference data and undersampling data obtained by one of the first reception coil and the second reception coil. Based on the above, one correlation function is obtained, and the image reconstruction means uses one correlation function for image reconstruction of the other data of the first reception coil or the second reception coil.

第5の観点の磁気共鳴イメージング装置は、第1の観点から第4の観点のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、関数取得手段が、アンダーサンプリングデータのうち、k空間の中央領域のアンダーサンプリングデータに基づいて、参照データとアンダーサンプリングデータとの相関関数を取得する。   A magnetic resonance imaging apparatus according to a fifth aspect is the magnetic resonance imaging apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the function acquisition means includes a central region of the k space in the undersampling data. A correlation function between the reference data and the undersampling data is acquired based on the undersampling data.

第6の観点の磁気共鳴イメージング装置は、第1の観点から第4の観点のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、関数取得手段は、アンダーサンプリングデータのうち、k空間の振幅の大きい領域のアンダーサンプリングデータに基づいて、参照データとアンダーサンプリングデータとの相関関数を取得する。   A magnetic resonance imaging apparatus according to a sixth aspect is the magnetic resonance imaging apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the function acquisition means includes the amplitude of the k space in the undersampling data. A correlation function between reference data and undersampling data is acquired based on undersampling data in a large area.

第7の観点の磁気共鳴イメージング装置は、第1の観点から第6の観点のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、 k空間の参照データをREF(kx、ky)とし、k空間のアンダーサンプリングデータをCON(kx、ky)としたとき、下記数式1を満たすカーネル(積分核)F(kx、ky)が相関関数であることを特徴としている。
CON(kx、ky) = F(kx、ky)* REF(kx、ky)…数式1
但し、*はコンボリューション(畳み込み積分)である。
A magnetic resonance imaging apparatus according to a seventh aspect is the magnetic resonance imaging apparatus according to any one of the first to sixth aspects, wherein the k-space reference data is REF (kx, ky), and the k-space When the undersampling data is CON (kx, ky), the kernel (integral kernel) F (kx, ky) satisfying the following formula 1 is a correlation function.
CON (kx, ky) = F (kx, ky) * REF (kx, ky)...
However, * is convolution (convolution integration).

第8の観点の磁気共鳴イメージング装置は、第1の観点から第7の観点のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、画像再構成手段は、信号検出手段の感度の空間依存性を利用して画像の空間又は時間解像度を改良するパラレルイメージングを行うとともに、k空間の欠けた箇所のデータを画像再構成する。   The magnetic resonance imaging apparatus according to an eighth aspect is the magnetic resonance imaging apparatus according to any one of the first to seventh aspects, wherein the image reconstruction unit has a spatial dependence of the sensitivity of the signal detection unit. Parallel imaging for improving the space or temporal resolution of the image is used to reconstruct the data of the portion lacking k-space.

第9の観点のプログラムは、磁気共鳴イメージング装置による被検体の撮像に際して、パルスシーケンス時間を短くして高画質の画像を得るプログラムある。そのプログラムは、磁気共鳴イメージング装置に用いられるコンピュータに、k空間の参照データをサンプリングする第1パルスシーケンスを発生させる手順と、k空間の一部のデータが欠けたアンダーサンプリングデータをサンプリングする第2パルスシーケンスを発生させる手順と、参照データとアンダーサンプリングデータとに基づいて、参照データとアンダーサンプリングデータとの相関関数を取得する関数取得手順と、相関関数に基づいて、アンダーサンプリングデータの間引かれた箇所のデータを画像再構成する画像再構成手順と、を実行させる。   The program according to the ninth aspect is a program for obtaining a high-quality image by shortening the pulse sequence time when an object is imaged by the magnetic resonance imaging apparatus. The program causes a computer used in the magnetic resonance imaging apparatus to generate a first pulse sequence for sampling k-space reference data, and a second to sample undersampling data lacking some data in k-space. A procedure for generating a pulse sequence, a function acquisition procedure for acquiring a correlation function between the reference data and the undersampling data based on the reference data and the undersampling data, and a thinning of the undersampling data based on the correlation function And an image reconstruction procedure for reconstructing the image of the data at the selected location.

本発明の磁気共鳴イメージング装置は、参照データとアンダーサンプリングの撮影データとの相関関数から未サンプリングのk空間の撮影データを算出する。未サンプリングのk空間の撮影データを補間することができるので、この補間されたk空間の撮影データに基づいて磁気共鳴イメージング装置は高品質な画像を取得することが可能となる。   The magnetic resonance imaging apparatus of the present invention calculates unsampled k-space imaging data from a correlation function between reference data and undersampling imaging data. Since unsampled k-space imaging data can be interpolated, the magnetic resonance imaging apparatus can acquire a high-quality image based on the interpolated k-space imaging data.

磁気共鳴イメージング装置10の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a magnetic resonance imaging apparatus 10. FIG. (a)は、所定の部位におけるk空間の撮影データの一例である。 (b)は、確率密度関数のkxのライン上の確率密度分布の一例である。(A) is an example of the imaging data of k space in a predetermined part. (B) is an example of the probability density distribution on the kx line of the probability density function. 確率密度関数の中で、確率がしきい値THよりも大きくなる領域を示す図である。It is a figure which shows the area | region where a probability becomes larger than threshold value TH in a probability density function. コントラストイメージCI2の取得手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the acquisition procedure of contrast image CI2. (a)は、二次元配列されたリファレンスイメージRIのk空間の模式図である。 (b)は、画像再構成されたリファレンスイメージRIの模式図である。(A) is a schematic diagram of the k space of the reference image RI arranged two-dimensionally. (B) is a schematic diagram of the reconstructed reference image RI. (a)は、二次元配列されたコントラストイメージCI1のk空間の模式図である。 (b)は、画像再構成されたコントラストイメージCI1の模式図である。(A) is a schematic diagram of the k space of the contrast image CI1 two-dimensionally arranged. (B) is a schematic diagram of a contrast image CI1 reconstructed. 画像空間における数式2の関係式を示した図である。It is the figure which showed the relational expression of Numerical formula 2 in the image space. k空間のアンダーサンプリングされたコントラストイメージCI1の撮影データci1、フルサンプリングされたリファレンスイメージRIの撮影データri、相関関数f1(kx,ky)の模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of imaging data ci1 of a contrast image CI1 undersampled in k space, imaging data ri of a fully sampled reference image RI, and a correlation function f1 (kx, ky). (a)はコントラストイメージCI1のk空間の未サンプリングの撮影データd(x,y)と、相関関数F(kx,ky)と、リファレンスイメージRIの撮影データREF(kx,ky)の模式図である。 (b)は、密な撮影データci2を示した図である。 (c)は、密な撮影データci2を用いてフーリエ変換FTしたコントラストイメージCI2を示した図である。(A) is a schematic diagram of unsampled shooting data d (x, y) in the k space of the contrast image CI1, a correlation function F (kx, ky), and shooting data REF (kx, ky) of the reference image RI. is there. (B) is a diagram showing dense photographing data ci2. (C) is a diagram showing a contrast image CI2 that has been subjected to Fourier transform FT using dense photographing data ci2. (a)は、マルチレシーバ80の一例を示した図である。 (b)は、第1受信コイル群を示した図である。 (c)は、第2受信コイル群を示した図である。(A) is a figure showing an example of multi-receiver 80. (B) is the figure which showed the 1st receiving coil group. (C) is the figure which showed the 2nd receiving coil group.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲はこれらの形態に限られるものではない。
<磁気共鳴イメージング装置の構成>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The scope of the present invention is not limited to these forms.
<Configuration of magnetic resonance imaging apparatus>

図1は、本実施の形態の磁気共鳴イメージング装置10の概略構成図である。図1を参照して、本実施形態の磁気共鳴イメージング装置10の構成及びその基本動作について述べる。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnetic resonance imaging apparatus 10 of the present embodiment. With reference to FIG. 1, the configuration and basic operation of the magnetic resonance imaging apparatus 10 of the present embodiment will be described.

本実施形態の磁気共鳴イメージング装置10は、マグネットシステム100、勾配コイル駆動部130、RFコイル駆動部140、データ収集部150、シーケンス制御部160、データ処理部170、表示部180及び操作部190を有する。   The magnetic resonance imaging apparatus 10 of the present embodiment includes a magnet system 100, a gradient coil drive unit 130, an RF coil drive unit 140, a data collection unit 150, a sequence control unit 160, a data processing unit 170, a display unit 180, and an operation unit 190. Have.

マグネットシステム100は、主磁場コイル部102、勾配コイル部106及びRFコイル部108を有している。これら各コイル部は概ね円筒状の形状を有し、概ね円柱状のボアに互いに同軸状に配置されている。ボア内には被検者SBが寝台200に載置されており、寝台200は、撮影部位に応じて、マグネットシステム100内のボア内を移動可能になっている。   The magnet system 100 includes a main magnetic field coil unit 102, a gradient coil unit 106, and an RF coil unit 108. Each of these coil portions has a substantially cylindrical shape, and is arranged coaxially with each other in a substantially columnar bore. The subject SB is placed on the bed 200 in the bore, and the bed 200 can move in the bore in the magnet system 100 according to the imaging region.

主磁場コイル部102は、マグネットシステム100の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の方向は概ね被検者SBの体軸の方向に平行であり水平磁場を形成する。主磁場コイル部102は、通常、超伝導コイルを用いて構成されるが、超伝導コイルに限らず永久磁石等を用いて構成してもよい。   The main magnetic field coil unit 102 forms a static magnetic field in the internal space of the magnet system 100. The direction of the static magnetic field is generally parallel to the direction of the body axis of the subject SB and forms a horizontal magnetic field. The main magnetic field coil unit 102 is normally configured using a superconducting coil, but may be configured using a permanent magnet or the like without being limited to the superconducting coil.

勾配コイル部106は、互いに直交する3軸、すなわち、スライス軸、位相軸及び周波数軸の方向において、それぞれ主磁場コイル部102によって形成された静磁場強度に勾配を持たせるための3種の勾配磁場を発生する。このような勾配磁場の発生を可能にするために、勾配コイル部106は図示しない3系統の勾配コイルを有する。勾配コイル部106には勾配コイル駆動部130が接続されており、勾配コイル駆動部130は勾配コイル部106に駆動信号を与えて勾配磁場を発生させる。勾配コイル駆動部130は、勾配コイル部106における3系統の勾配コイルに対応して、図示しない3系統の駆動回路を有する。   The gradient coil unit 106 has three types of gradients for imparting gradients to the static magnetic field strength formed by the main magnetic field coil unit 102 in the three axes orthogonal to each other, that is, in the direction of the slice axis, the phase axis, and the frequency axis. Generate a magnetic field. In order to make it possible to generate such a gradient magnetic field, the gradient coil unit 106 has three gradient coils (not shown). A gradient coil drive unit 130 is connected to the gradient coil unit 106, and the gradient coil drive unit 130 gives a drive signal to the gradient coil unit 106 to generate a gradient magnetic field. The gradient coil drive unit 130 has three drive circuits (not shown) corresponding to the three gradient coils in the gradient coil unit 106.

スライス軸方向の勾配磁場をスライス勾配磁場と言い、位相軸方向の勾配磁場を位相エンコード勾配磁場(又はフェーズエンコード勾配磁場)と言い、周波数軸方向の勾配磁場をリードアウト勾配磁場(又は、周波数エンコード勾配磁場)と言う。   The gradient magnetic field in the slice axis direction is called a slice gradient magnetic field, the gradient magnetic field in the phase axis direction is called a phase encode gradient magnetic field (or phase encode gradient magnetic field), and the gradient magnetic field in the frequency axis direction is read out gradient magnetic field (or frequency encode) Gradient magnetic field).

静磁場空間における互いに直交する座標軸をX軸,Y軸,Z軸としたとき、いずれの軸もスライス軸とすることができる。本実施形態においては、スライス軸を被検者SBの体軸の方向をZ軸方向とし、残り2軸のうちの一方を位相軸とし、他方を周波数軸とする。なお、スライス軸、位相軸及び周波数軸は、相互間の直交性を保ったまま、X,Y,Z軸に関して任意の傾きを持たせることも可能である。   When the coordinate axes orthogonal to each other in the static magnetic field space are the X axis, the Y axis, and the Z axis, any of the axes can be a slice axis. In the present embodiment, the slice axis is the body axis direction of the subject SB is the Z-axis direction, one of the remaining two axes is the phase axis, and the other is the frequency axis. Note that the slice axis, the phase axis, and the frequency axis can have an arbitrary inclination with respect to the X, Y, and Z axes while maintaining the orthogonality therebetween.

RFコイル部108は、静磁場空間に被検者SBの体内のスピンを励起するための高周波磁場を形成する。高周波磁場を形成することをRF励起信号の送信といい、RF励起信号をRFパルスという。RFコイル部108にはRFコイル駆動部140が接続されており、RFコイル駆動部140はRFコイル部108に駆動信号を与え、その駆動信号に基づいてRFコイル部108はRFパルスを送信する。励起されたスピンが生じる電磁波すなわち核磁気共鳴信号は、RFコイル部108によって受信される。RFコイル部108にはデータ収集部150が接続されている。データ収集部150は、RFコイル部108が受信したエコー信号(又はMR受信信号)をデジタルデータとして収集する。   The RF coil unit 108 forms a high-frequency magnetic field for exciting spins in the body of the subject SB in the static magnetic field space. Formation of a high-frequency magnetic field is called transmission of an RF excitation signal, and the RF excitation signal is called an RF pulse. An RF coil drive unit 140 is connected to the RF coil unit 108. The RF coil drive unit 140 provides a drive signal to the RF coil unit 108, and the RF coil unit 108 transmits an RF pulse based on the drive signal. An electromagnetic wave generated by the excited spin, that is, a nuclear magnetic resonance signal is received by the RF coil unit 108. A data collection unit 150 is connected to the RF coil unit 108. The data collection unit 150 collects echo signals (or MR reception signals) received by the RF coil unit 108 as digital data.

具体的には、RFコイル部108は、複数の受信コイルを用いたマルチレシーバ80(Multi Receiver)(図10を参照)を用いることができる。RFコイル部108で空間的に均一なRFの送受信を行い、RFコイル部とは別のマルチレシーバ(体に巻く等するRF受信コイル)によりRF受信を行う。マルチレシーバ80は、相対的に高感度な受信コイルを複数個並べる構成である。マルチレシーバ80は、各コイルで取得した信号を合成する。これにより磁気共鳴イメージング装置10は、受信コイルの高い感度を保ったまま視野を拡大し、高感度化を図っている。   Specifically, the RF coil unit 108 can use a multi receiver 80 (see FIG. 10) using a plurality of receiving coils. The RF coil unit 108 performs spatially uniform RF transmission / reception, and RF reception is performed by a multi-receiver (an RF receiving coil wound around the body) different from the RF coil unit. The multi-receiver 80 has a configuration in which a plurality of relatively highly sensitive receiving coils are arranged. The multi-receiver 80 synthesizes signals acquired by the coils. As a result, the magnetic resonance imaging apparatus 10 expands the field of view while maintaining the high sensitivity of the receiving coil to increase the sensitivity.

RFコイル部108で検出しデータ収集部150で収集した核磁気共鳴信号は、周波数ドメイン(周波数領域)、例えばフーリエ空間の信号となる。位相軸方向及び周波数軸方向の勾配により、核磁気共鳴信号のエンコードを2軸で行う。このため、核磁気共鳴信号は、たとえば、周波数空間をフーリエ空間で例示すると、二次元フーリエ空間における信号として得られる。二次元フーリエ空間をk空間(K-space)ともいう。位相(フェーズ)エンコード勾配磁場及び周波数エンコード(リードアウト)勾配磁場は、二次元フーリエ空間における信号のサンプリング位置を決定する。   The nuclear magnetic resonance signal detected by the RF coil unit 108 and collected by the data collecting unit 150 becomes a signal in the frequency domain (frequency domain), for example, Fourier space. The nuclear magnetic resonance signal is encoded in two axes by the gradient in the phase axis direction and the frequency axis direction. For this reason, the nuclear magnetic resonance signal can be obtained as a signal in a two-dimensional Fourier space, for example, when the frequency space is illustrated as a Fourier space. The two-dimensional Fourier space is also referred to as k-space. The phase encoding and magnetic field encoding (readout) gradient fields determine the sampling position of the signal in two-dimensional Fourier space.

勾配コイル駆動部130、RFコイル駆動部140及びデータ収集部150にはシーケンス制御部160が接続されている。   A sequence control unit 160 is connected to the gradient coil drive unit 130, the RF coil drive unit 140, and the data collection unit 150.

シーケンス制御部160は、操作者に入力された撮影条件、すなわち撮影プロトコルに従い、勾配コイル駆動部130及びRFコイル駆動部140を駆動させる。   The sequence control unit 160 drives the gradient coil driving unit 130 and the RF coil driving unit 140 in accordance with the imaging conditions input by the operator, that is, the imaging protocol.

表示部180は、グラフィックディスプレー等で構成されている。表示部180はデータ処理部170に接続されている。表示部180は操作画面、及び画像再構成された画像などを表示することができる。   The display unit 180 is configured by a graphic display or the like. The display unit 180 is connected to the data processing unit 170. The display unit 180 can display an operation screen, an image reconstructed image, and the like.

操作部190は、ポインティングデバイスを有するキーボード等で構成される。操作部190はデータ処理部170に接続されている。操作部190は、操作者によって表示部180を介して操作される。操作部190は、キーボード等の代わりに表示部180にタッチパネルを配置してもよい。   The operation unit 190 includes a keyboard having a pointing device. The operation unit 190 is connected to the data processing unit 170. The operation unit 190 is operated by the operator via the display unit 180. The operation unit 190 may arrange a touch panel on the display unit 180 instead of a keyboard or the like.

データ処理部170は演算部171及び記憶部172で構成され、データ処理部170は各種データの処理及びプログラムを実行する。なお、データ処理部170は磁気共鳴イメージング装置10とは別のネットワークに繋がったワークステーションであってもよい。演算部171には関数取得部175と画像再構成部176とが備えられる。関数取得部175はk空間の参照データとアンダーサンプリングデータとの相関関係を取得し、画像再構成部176はk空間の撮影データをフーリエ変換FTすることで画像を作成する。記憶部172は、各種撮影プロトコル、各種プログラム及び各種データが記憶され、データ等を適宜読み出し及び書き込みする。   The data processing unit 170 includes an arithmetic unit 171 and a storage unit 172. The data processing unit 170 executes various data processing and programs. The data processing unit 170 may be a workstation connected to a network different from the magnetic resonance imaging apparatus 10. The calculation unit 171 includes a function acquisition unit 175 and an image reconstruction unit 176. The function acquisition unit 175 acquires the correlation between the k-space reference data and the undersampling data, and the image reconstruction unit 176 creates an image by performing Fourier transform FT on the k-space imaging data. The storage unit 172 stores various shooting protocols, various programs, and various data, and appropriately reads and writes data and the like.

データ収集部150が収集した多くの核磁気共鳴信号がデータ処理部170に入力される。データ処理部170は、データ収集部150が収集した撮影データを記憶部172に記憶させる。記憶部172内には上述したk空間に対応するデータ空間が形成される。以下、本実施形態における撮影データ処理方法を説明する。   Many nuclear magnetic resonance signals collected by the data collection unit 150 are input to the data processing unit 170. The data processing unit 170 causes the storage unit 172 to store the shooting data collected by the data collection unit 150. In the storage unit 172, a data space corresponding to the k space described above is formed. Hereinafter, the photographing data processing method in this embodiment will be described.

<撮影データ処理方法>
一般に、磁気共鳴イメージング装置10は同一なスライス面において複数種類のパルスシーケンスで撮影する。磁気共鳴イメージング装置10はパルスシーケンスのパラメータを変化させて複数のコントラストの画像を取得する。例えば、磁気共鳴イメージング装置10は同一なスライス面をT1強調画像、T2強調画像及びプロトン(proton)密度画像などで撮影する。医師等の観察者は同一なスライス面において複数のコントラストが異なる画像を比較することで病気を診断する。
<Shooting data processing method>
In general, the magnetic resonance imaging apparatus 10 performs imaging with a plurality of types of pulse sequences on the same slice plane. The magnetic resonance imaging apparatus 10 acquires a plurality of contrast images by changing the parameters of the pulse sequence. For example, the magnetic resonance imaging apparatus 10 captures the same slice plane with a T1-weighted image, a T2-weighted image, a proton density image, and the like. An observer such as a doctor diagnoses a disease by comparing a plurality of images having different contrasts on the same slice plane.

例えば、磁気共鳴イメージング装置10は、所定部位の一連の撮影において同一なスライス面においてT1強調画像、T2強調画像及びプロトン密度画像を撮影する。T1強調画像、T2強調画像及びプロトン密度画像の撮影はそれぞれ対応するパルスシーケンスを用いて撮影が行われて撮影データが収集される。このためT1強調画像、T2強調画像及びプロトン密度画像を得るためには3回の撮影が行われる。それぞれの二次元配列されたk空間の撮影データが密に埋められ、3回分のフルサンプリング(full sampling)された撮影データが収集される。3回分のフルサンプリングされた撮影データはそれぞれ撮影時間(収集時間)が異なるが、フルサンプリングするために約3倍の撮影時間が必要となっている。このため、所定部位の一連の撮影には3回分のデータ量と約3倍の撮影時間とが必要である。   For example, the magnetic resonance imaging apparatus 10 captures a T1-weighted image, a T2-weighted image, and a proton density image on the same slice plane in a series of photographing of a predetermined part. The T1-weighted image, the T2-weighted image, and the proton density image are photographed using corresponding pulse sequences, and photographing data is collected. For this reason, in order to obtain a T1-weighted image, a T2-weighted image, and a proton density image, photographing is performed three times. Each two-dimensionally arrayed k-space imaging data is densely filled, and three times of full sampling imaging data is collected. Although the three full-sampled shooting data have different shooting times (collection times), about three times the shooting time is required for full sampling. For this reason, a series of imaging of a predetermined part requires three times of data amount and about three times the imaging time.

さて、プロトン密度画像は水素原子の密度が画像化されている。プロトン密度画像は画像コントラストが低いが、被検体の体内には水素原子が多く含まれているため撮影データの情報量が多くSNR(Signal to Noise ratio)に優れ形態情報に有用とされている。   In the proton density image, the density of hydrogen atoms is imaged. The proton density image has a low image contrast, but since the body of the subject contains a large amount of hydrogen atoms, the amount of imaging data is large and the signal to noise ratio (SNR) is excellent, which is useful for morphological information.

T1強調画像はプロトン密度画像のT1緩和時間を強調した画像であり、T2強調画像はプロトン密度画像のT2緩和時間を強調した画像である。言い換えると、T1強調画像及びT2強調画像はプロトン密度画像のコントラストが変化した画像であり、変換式用いて表現することができるため、プロトン密度画像から変換式を用いてT1強調画像及びT2強調画像を作成することが可能である。また、T1強調画像はプロトン密度画像のT1緩和時間成分を取り出した画像であるとも表現でき、T2強調画像はプロトン密度画像のT2緩和時間成分を取り出した画像であるとも表現することができる。   The T1-weighted image is an image in which the T1 relaxation time of the proton density image is emphasized, and the T2-weighted image is an image in which the T2 relaxation time of the proton density image is emphasized. In other words, the T1-weighted image and the T2-weighted image are images in which the contrast of the proton density image is changed, and can be expressed using a conversion formula. Therefore, the T1-weighted image and the T2-weighted image are converted from the proton density image using the conversion formula. Can be created. The T1-weighted image can also be expressed as an image obtained by extracting the T1 relaxation time component of the proton density image, and the T2-weighted image can also be expressed as an image obtained by extracting the T2 relaxation time component of the proton density image.

磁気共鳴イメージング装置10において、画像再構成される画像は、k空間の撮影データをフーリエ変換FTすることで作成されている。二次元配列されたk空間はその全領域が撮影データで埋められた密な状態(フルサンプリング)で高品質の画像が作成される。一方、k空間の撮影データが疎の状態(アンダーサンプリング(under sampling))においても画像再構成させる手法が圧縮センシングである。圧縮センシングはアンダーサンプリングの撮影データにおいても画像再構成し撮影を高速化しているが、撮影データの量も減少するため画質が劣化しにくいサンプリング方法とは言い難い。   In the magnetic resonance imaging apparatus 10, an image to be reconstructed is created by performing Fourier transform FT on k-space imaging data. A high-quality image is created in a dense state (full sampling) in which the entire area of the two-dimensionally arranged k-space is filled with photographing data. On the other hand, compressed sensing is a technique for reconstructing an image even in a sparse state (under sampling) in the k-space. Compressed sensing reconstructs an image even in undersampling shooting data and speeds up shooting, but it is difficult to say that it is a sampling method in which image quality is hardly deteriorated because the amount of shooting data is also reduced.

サンプリング方法の一例として、k空間において確率密度関数を用いたサンプリングパターンによって取得する方法がある。サンプリングパターンは確率密度関数によりk空間におけるサンプリングの領域が算出される。   As an example of the sampling method, there is a method of obtaining by a sampling pattern using a probability density function in k-space. In the sampling pattern, a sampling area in the k space is calculated by a probability density function.

図2(a)は、所定の部位におけるk空間の撮影データの一例である。図示されるように、X軸であるkx及びY軸であるkyで示される撮影データは、信号強度が大きいほど白色に近くなり信号強度が小さいほど黒色に近くなるように示されている。なお、信号強度が大きいとはエコー信号の振幅が大きいことをいう。したがって、図2(a)を観察すると、k空間の中心及びその周辺の信号強度が大きく、k空間の辺縁に近づくにつれて信号強度が小さくなっていることが理解される。信号強度分布から確率密度関数が算出され、図2(b)には、確率密度関数のkxのライン上の確率密度分布の一例が示されている。なお、kxは周波数エンコード方向であり、kyは位相エンコード方向である。   FIG. 2A is an example of imaging data in k space at a predetermined part. As shown in the drawing, the photographing data indicated by kx which is the X axis and ky which is the Y axis is shown to be closer to white as the signal intensity is higher and closer to black as the signal intensity is lower. Note that high signal strength means that the amplitude of the echo signal is large. Accordingly, when observing FIG. 2A, it is understood that the signal intensity at the center of k-space and the periphery thereof is large, and the signal intensity decreases as the edge of the k-space is approached. A probability density function is calculated from the signal intensity distribution, and FIG. 2B shows an example of the probability density distribution on the kx line of the probability density function. Note that kx is the frequency encoding direction, and ky is the phase encoding direction.

サンプリングパターンは、確率密度関数の中で確率がしきい値THよりも大きくなる領域を特定する。図3は、確率密度関数の中で、確率がしきい値THよりも大きくなる領域を示す図である。   The sampling pattern specifies a region in the probability density function where the probability is greater than the threshold value TH. FIG. 3 is a diagram illustrating a region in the probability density function where the probability is greater than the threshold value TH.

確率がしきい値TH以上になる領域Rがサンプリングパターンとなり、その領域R内が所定のパルスシーケンスによって撮影データが収集される。しきい値TH以下の領域はサンプリングされない未サンプリングの領域となる。本実施形態では、このようなサンプリングを、k空間の撮影データが密に埋められるフルサンプリング(full sampling)と比較して、アンダーサンプリングと呼ぶ。アンダーサンプリングは、k空間の撮影データの一部がサンプリングされず、k空間の撮影データは疎になっている。   A region R in which the probability is equal to or higher than the threshold value TH is a sampling pattern, and imaging data is collected in the region R by a predetermined pulse sequence. The area below the threshold TH is an unsampled area that is not sampled. In the present embodiment, such sampling is referred to as undersampling, as compared with full sampling in which imaging data in k space is densely filled. In undersampling, a part of k-space shooting data is not sampled, and k-space shooting data is sparse.

例えば、アンダーサンプリングは、図3に示された領域Rのk空間の領域をだけを取得し、領域R以外の領域が欠けたサンプリングである。このようなアンダーサンプリングは、走査時間を低減する。しかし、圧縮センシングの手法を用いても、このアンダーサンプリングされたk空間データに基づいて画像再構成された画像は、アーティファクトが残ってしまう。したがって、以下に説明する方法を用いて高品位な画像を取得する。   For example, undersampling is sampling in which only the k-space region of the region R shown in FIG. 3 is acquired and regions other than the region R are missing. Such undersampling reduces the scanning time. However, even if the compression sensing method is used, artifacts remain in the image reconstructed based on the undersampled k-space data. Therefore, a high-quality image is acquired using the method described below.

本実施形態は、アンダーサンプリングされたT1強調画像及びT2強調画像をプロトン密度画像と比較して、未サンプリングの撮影データを演算によって求める。そして、本実施形態は高品位なT1強調画像及びT2強調画像を画像再構成する。   In the present embodiment, the undersampled T1-weighted image and T2-weighted image are compared with the proton density image, and unsampled imaging data is obtained by calculation. In this embodiment, high-quality T1-weighted images and T2-weighted images are reconstructed.

以下、代表してプロトン密度画像からT1強調画像を作成する方法を説明する。なお、プロトン密度画像から作成される画像は、アンダーサンプリングされたT1強調画像及びT2強調画像だけでなくインフェーズ画像及びアウトオブフェーズ画像においても作成可能である。なお、インフェーズ画像とは水と脂肪との水素原子の総和の画像をいい、アウトオブフェーズ画像とは脂肪の水素原子と水の水素原子との差の画像をいう。   In the following, a method for creating a T1-weighted image from a proton density image will be described as a representative. Note that images created from proton density images can be created not only in undersampled T1-weighted images and T2-weighted images, but also in in-phase images and out-of-phase images. The in-phase image refers to an image of the sum of water and fat hydrogen atoms, and the out-of-phase image refers to an image of the difference between fat hydrogen atoms and water hydrogen atoms.

<作成手順>
前述されたように、T1強調画像は、プロトン密度画像のコントラストが変化した画像と捉えることができる。本実施形態は、プロトン密度画像をリファレンスイメージRI(Ref Image)とし、T1強調画像をコントラストイメージCI(Contrast Image)として説明する。その他、コントラストイメージCIは、T2強調画像、インフェーズ画像及びアウトオブフェーズ画像としても同様である。
<Creation procedure>
As described above, the T1-weighted image can be regarded as an image in which the contrast of the proton density image is changed. In the present embodiment, the proton density image is described as a reference image RI (Ref Image), and the T1-weighted image is described as a contrast image CI (Contrast Image). In addition, the contrast image CI is the same as a T2-weighted image, an in-phase image, and an out-of-phase image.

図4は、コントラストイメージCI2の取得手順を示したフローチャートである。
ステップS11において、操作者はリファレンスイメージRIの撮影データriを取得する。データ収集部150は、リファレンスイメージRIのフルサンプリング用のパルスシーケンスによって撮影データを収集する。リファレンスイメージRIの撮影データriは、メモリ172内の2次元配列されたk空間に記憶される。
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for acquiring the contrast image CI2.
In step S11, the operator acquires shooting data ri of the reference image RI. The data collection unit 150 collects imaging data using a pulse sequence for full sampling of the reference image RI. The imaging data ri of the reference image RI is stored in a two-dimensionally arranged k space in the memory 172.

図5(a)は、二次元配列されたリファレンスイメージRIのk空間の模式図である。図示されるようにリファレンスイメージRIの撮影データriはフルサンプリングされているためk空間において撮影データが密となっている。なお、図示される実線はk空間(kx及びky)における領域のサンプリングされた撮影データを示し、kxは周波数エンコード方向であり、kyは位相エンコード方向である。   FIG. 5A is a schematic diagram of the k space of the reference image RI arranged two-dimensionally. As shown in the drawing, since the photographing data ri of the reference image RI is fully sampled, the photographing data is dense in the k space. Note that the solid line shown in the drawing indicates sampled image data of a region in the k space (kx and ky), where kx is a frequency encoding direction and ky is a phase encoding direction.

図5(b)は、画像再構成されたリファレンスイメージRIの模式図である。画像再構成部176が、図5(a)の撮影データriを画像再構成することにより、図5(b)に示されるリファレンスイメージRIを形成する。リファレンスイメージRIの画像再構成はデータ処理部170の画像再構成部176によりフルサンプリングされた撮影データをフーリエ変換FTさせることで作成できる。リファレンスイメージRIはリファレンスイメージRIの基となる情報量が被検体内に多く存在するため、比較的短時間で撮影データを収集可能である。また、リファレンスイメージRIはSNRに優れた高品位な画像を取得することが可能となっているが、コントラストは低くなっている。   FIG. 5B is a schematic diagram of the reconstructed reference image RI. The image reconstruction unit 176 forms the reference image RI shown in FIG. 5B by reconstructing the captured data ri in FIG. 5A. The image reconstruction of the reference image RI can be created by performing Fourier transform FT on the imaging data fully sampled by the image reconstruction unit 176 of the data processing unit 170. Since the reference image RI has a large amount of information as a basis for the reference image RI in the subject, it is possible to collect imaging data in a relatively short time. The reference image RI can acquire a high-quality image having an excellent SNR, but has a low contrast.

図4に戻り、ステップS12において、操作者はコントラストイメージCI1の撮影データci1を取得する。データ収集部150は、アンダーサンプリングされたコントラストイメージCI1のアンダーサンプリング用のパルスシーケンスによって撮影データを収集する。コントラストイメージCI1の撮影データci1はメモリ172内の2次元配列されたk空間に記憶される。   Returning to FIG. 4, in step S12, the operator obtains the photographing data ci1 of the contrast image CI1. The data collection unit 150 collects imaging data using an undersampling pulse sequence of the undersampled contrast image CI1. Shooting data ci1 of the contrast image CI1 is stored in a two-dimensionally arranged k-space in the memory 172.

図6(a)は、二次元配列されたコントラストイメージCI1のk空間の模式図である。図示されるようにコントラストイメージCI1の撮影データci1は、アンダーサンプリングされているためk空間において撮影データが疎となっている。なお、図示されるように実線はk空間(kx及びky)における領域のサンプリングされた撮影データを示し、破線は撮影データがサンプリングされていない未サンプリングの状態を示している。理解を助けるため、図6(a)では、位相エンコード方向に一行おきに実線と破線とが描かれている。実際には図3で示されたエコー信号の振幅が大きい、すなわち信号強度が大きい領域をアンダーサンプリングすることが好ましい。図3に示されたように、信号強度が大きい領域は一般にk空間の中央領域である。   FIG. 6A is a schematic diagram of the k space of the two-dimensionally arranged contrast image CI1. As shown in the drawing, since the photographing data ci1 of the contrast image CI1 is undersampled, the photographing data is sparse in the k space. As shown in the drawing, the solid line indicates the sampled image data of the region in the k space (kx and ky), and the broken line indicates an unsampled state in which the image data is not sampled. In order to help understanding, in FIG. 6A, a solid line and a broken line are drawn every other line in the phase encoding direction. In practice, it is preferable to undersample the region where the amplitude of the echo signal shown in FIG. As shown in FIG. 3, the region where the signal intensity is large is generally the central region of k-space.

図6(b)は、画像再構成されたコントラストイメージCI1の模式図である。データ処理部170の画像再構成部176が、図6(a)の撮影データci1を圧縮センシングの手法を用いた画像再構成することにより、図5(b)に示されるリファレンスイメージCI1を形成する。コントラストイメージCI1は、アンダーサンプリングされた撮影データに基づいているため、画質が劣化し医師の観察に適さない画像が形成される場合がある。   FIG. 6B is a schematic diagram of the contrast image CI1 reconstructed. The image reconstruction unit 176 of the data processing unit 170 forms the reference image CI1 shown in FIG. 5B by reconstructing the imaged data ci1 of FIG. 6A using the compression sensing technique. . Since the contrast image CI1 is based on undersampled photographing data, an image that is deteriorated in image quality and is not suitable for a doctor's observation may be formed.

図4に戻り、ステップS13において、演算部171はコントラストイメージCI1の撮影データci1とリファレンスイメージRIの撮影データriの相関関係を算出する。   Returning to FIG. 4, in step S <b> 13, the calculation unit 171 calculates the correlation between the shooting data ci <b> 1 of the contrast image CI <b> 1 and the shooting data ri of the reference image RI.

撮影データの相関関係は、演算部171の関数取得部175によって算出される。相関関係は、リファレンスイメージRIの画像関数をref(x,y)とし、コントラストイメージCI1の画像関数をcon(x,y)とし、コントラスト変換関数をf(x,y)としたとき、画像空間において数式1の関係式が成り立つ。
ref(x,y)=con(x,y) / f(x,y) …数式1
数式1は数式2の形式に変形される。
con(x,y)=f(x,y) × ref(x,y) …数式2
The correlation of the photographing data is calculated by the function acquisition unit 175 of the calculation unit 171. The correlation is such that the image function of the reference image RI is ref (x, y), the image function of the contrast image CI1 is con (x, y), and the contrast conversion function is f (x, y). The relational expression of Formula 1 is established.
ref (x, y) = con (x, y) / f (x, y)...
Equation 1 is transformed into Equation 2.
con (x, y) = f (x, y) × ref (x, y)...

画像空間における数式2は、図示すると図7に示される関係になる。
また、k空間のアンダーサンプリングされたコントラストイメージCI1の撮影データci1をCON(kx,ky)とし、フルサンプリングされたリファレンスイメージRIの撮影データriをREF(kx,ky)とし、相関関数をF(kx,ky)とする。数式2はk空間において、数式3に示された畳み込み積分(Convolution)の形で表現することができる。
Expression 2 in the image space has a relationship shown in FIG.
Further, the imaging data ci1 of the undersampled contrast image CI1 in k space is CON (kx, ky), the imaging data ri of the fully sampled reference image RI is REF (kx, ky), and the correlation function is F ( kx, ky). Equation 2 can be expressed in the form of convolution as shown in Equation 3 in k-space.

CON(kx、ky) = F(kx、ky)* REF(kx、ky)…数式3
但し、*はコンボリューション(畳み込み積分)である。
CON (kx, ky) = F (kx, ky) * REF (kx, ky) ... Formula 3
However, * is convolution (convolution integration).

数式3で示されるカーネル(積分核)F(kx,ky)は、リファレンスイメージRIの撮影データriとコントラストイメージCI1の撮影データci1とから算出することが可能となる。   The kernel (integral kernel) F (kx, ky) expressed by Equation 3 can be calculated from the shooting data ri of the reference image RI and the shooting data ci1 of the contrast image CI1.

つまり、相関関数であるカーネルF(kx,ky)は、アンダーサンプリングされたコントラストイメージCI1の撮影データci1とフルサンプリングされたリファレンスイメージRIの撮影データriを解析することで算出される。   That is, the correlation function kernel F (kx, ky) is calculated by analyzing the undersampled imaging data ci1 of the contrast image CI1 and the fully sampled imaging data ri of the reference image RI.

図8は、k空間のアンダーサンプリングされたコントラストイメージCI1の撮影データci1、フルサンプリングされたリファレンスイメージRIの撮影データri、相関関数f1(kx,ky)の模式図である。コントラストイメージCI1のk空間の撮影データの点c1(x,y)は、フルサンプリングされたリファレンスイメージRIの撮影データriの領域r1(x,y)との相関があるため、相関関数f1(kx,ky)の連立式が求まる。また、異なるコントラストイメージCI1のk空間の撮影データの点c2(x,y)は、フルサンプリングされたリファレンスイメージRIの撮影データriの領域r2(x,y)との相関があるため相関関数f2(kx,ky)の連立式が求まる。同様にして、m番目のコントラストイメージCI1のk空間の撮影データの点cm(x,y)は、リファレンスイメージRIの撮影データriの領域rm(x,y)からfm(kx,ky)が求まる。mは3以上の整数。なお図8では点c1(x,y)及びr1(x,y)のみ図示されている。   FIG. 8 is a schematic diagram of the imaging data ci1 of the undersampled contrast image CI1 in the k space, the imaging data ri of the fully sampled reference image RI, and the correlation function f1 (kx, ky). Since the point c1 (x, y) of the k-space shooting data of the contrast image CI1 has a correlation with the region r1 (x, y) of the shooting data ri of the fully sampled reference image RI, the correlation function f1 (kx , Ky) is obtained. Further, since the point c2 (x, y) of the imaging data ri in the k space of the different contrast image CI1 is correlated with the region r2 (x, y) of the imaging data ri of the fully sampled reference image RI, the correlation function f2 A simultaneous equation of (kx, ky) is obtained. Similarly, the point cm (x, y) of the imaging data ri in the k-space of the mth contrast image CI1 is obtained as fm (kx, ky) from the region rm (x, y) of the imaging data ri of the reference image RI. . m is an integer of 3 or more. In FIG. 8, only points c1 (x, y) and r1 (x, y) are shown.

関数取得部175は、未知数より連立式を多くすることで、複数の相関関数f1(kx,ky)、f2(kx,ky)、・・・fm(kx,ky)、・・・fn(kx,ky)の連立式から、連立方程式が解く。そして関数取得部175は、カーネルF(kx,ky)を取得する。   The function acquisition unit 175 increases the number of simultaneous equations from the unknown, so that a plurality of correlation functions f1 (kx, ky), f2 (kx, ky), ... fm (kx, ky), ... fn (kx , Ky), the simultaneous equations are solved. Then, the function acquisition unit 175 acquires the kernel F (kx, ky).

図4に戻り、ステップS14において、画像再構成部176は未サンプリングの撮影データをカーネルF(kx,ky)から算出する。   Returning to FIG. 4, in step S14, the image reconstruction unit 176 calculates unsampled shooting data from the kernel F (kx, ky).

図9(a)は、アンダーサンプリングされたコントラストイメージCI1の撮影データCON(kx,ky)と、カーネルF(kx,ky)と、リファレンスイメージRIの撮影データREF(kx,ky)との模式図である。カーネルF(kx,ky)とリファレンスイメージRIの撮影データREF(kx,ky)とに基づいて、画像再構成部176がコントラストイメージCI1の未サンプリングの撮影データd1(x,y)を算出することが可能となる。図示されないその他のコントラストイメージCI1の未サンプリングの撮影データd2(x,y)、d3(x,y)、・・・dn(x,y)も、画像再構成部176によってカーネルF(kx,ky)及びリファレンスイメージRIの撮影データREF(kx,ky)を用いて算出される。   FIG. 9A is a schematic diagram of the imaging data CON (kx, ky) of the undersampled contrast image CI1, the kernel F (kx, ky), and the imaging data REF (kx, ky) of the reference image RI. It is. Based on the kernel F (kx, ky) and the shooting data REF (kx, ky) of the reference image RI, the image reconstruction unit 176 calculates the unsampled shooting data d1 (x, y) of the contrast image CI1. Is possible. Unsampled shooting data d2 (x, y), d3 (x, y),... Dn (x, y) of other contrast images CI1 (not shown) are also converted by the image reconstruction unit 176 into the kernel F (kx, ky). ) And the imaging data REF (kx, ky) of the reference image RI.

画像再構成部176は、コントラストイメージCI1の未サンプリングの撮影データd1(x,y)、d2(x,y)、・・・dn(x,y)の全てを求める。すると、図9(b)に示されるように、k空間において疎であったコントラストイメージCI1の撮影データCi1は、撮影データが補完されて、k空間において密な撮影データci2になる。   The image reconstruction unit 176 obtains all of the unsampled shooting data d1 (x, y), d2 (x, y),... Dn (x, y) of the contrast image CI1. Then, as shown in FIG. 9B, the shooting data Ci1 of the contrast image CI1 that was sparse in the k space is supplemented with the shooting data to become dense shooting data ci2 in the k space.

図4に戻り、ステップS15において、画像再構成部176はコントラストイメージCI1の密な撮影データci2からコントラストイメージCI2を画像再構成する。図9(c)は密な撮影データci2を用いてフーリエ変換FTしたコントラストイメージCI2を示した図である。画像再構成部176は密な撮影データci2を用いてフーリエ変換FTすることができるため高品位なコントラストイメージCI2を画像再構成することができる。   Returning to FIG. 4, in step S15, the image reconstructing unit 176 reconstructs the contrast image CI2 from the dense photographing data ci2 of the contrast image CI1. FIG. 9C is a diagram showing a contrast image CI2 obtained by performing a Fourier transform FT using the dense photographing data ci2. Since the image reconstruction unit 176 can perform the Fourier transform FT using the dense photographing data ci2, it can reconstruct a high-quality contrast image CI2.

ステップS16において、他のコントラストイメージCIを取得するかを判断する。
他のコントラストイメージCIを取得する場合はステップS12に戻り、他のコントラストイメージCIを取得しない場合は終了する。
In step S16, it is determined whether another contrast image CI is acquired.
If another contrast image CI is to be acquired, the process returns to step S12. If another contrast image CI is not to be acquired, the process ends.

ステップS13からステップS15は、磁気共鳴イメージング装置10に装備されたデータ処理部170を用いなくとも、ネットワークに接続されたワークステーションにおいても処理可能である。また図4に示されたフローチャートは、プログラムとして記憶媒体に記憶することが可能である。この記憶媒体に記憶されているプログラムをコンピュータによりインストールさせることで、このデータ処理部170又はワークステーションタに処理を行わせることができる。   Steps S13 to S15 can be performed at a workstation connected to the network without using the data processing unit 170 provided in the magnetic resonance imaging apparatus 10. The flowchart shown in FIG. 4 can be stored in a storage medium as a program. By installing the program stored in the storage medium by a computer, the data processing unit 170 or the workstation can be processed.

以上に示された画像再構成方法は、パラレルイメージング(Parallel Imaging)法を用いた撮影方法と同時に使用可能である。パラレルイメージング法は、マルチコイルの感度の違いを利用した高速撮像法であり、SENSE(Sensitivity Encoding)法やGRAPPA(Generalized Auto calibrating Partially Parallel Acquisition)法などがある。SENSE法はフーリエ変換後の画像に用いる画像再構成方法であり、GRAPPAはk空間上で用いる画像再構成方法である。例えば、パラレルイメージング法は、位相方向のエンコードステップを間引いて被検体からの核磁気共鳴信号を検出することにより撮影時間を短縮して撮影し、さらに撮影視野が狭まり折返り偽像(アーチファクト)が存在する画像を生成する。そして、複パラレルイメージング法は、数のコイルの感度分布差に基づいて折返り偽像を取り除き、撮影視野が広がった画像を最終的に得ている。   The image reconstruction method described above can be used simultaneously with an imaging method using a parallel imaging method. The parallel imaging method is a high-speed imaging method using a difference in sensitivity of multi-coils, and includes a SENSE (Sensitivity Encoding) method and a GRAPPA (Generalized Auto calibrating Partially Parallel Acquisition) method. The SENSE method is an image reconstruction method used for an image after Fourier transform, and GRAPPA is an image reconstruction method used on the k space. For example, in the parallel imaging method, imaging steps are shortened by detecting the nuclear magnetic resonance signal from the subject by thinning out the encoding step in the phase direction, and further, the imaging field is narrowed and a false image (artifact) is generated. Generate an existing image. In the double parallel imaging method, the false image is removed based on the difference in sensitivity distribution of the number of coils, and an image with a wide field of view is finally obtained.

パラレルイメージングはマルチレシーバ80を用いる。図10(a)はマルチレシーバ80の一例を図示されている。マルチレシーバ80は、8つの8の字型の受信コイル81〜88からなり、その2つずつをXY平面上及びYZ平面上にそれぞれ所定の距離をはさんで対向配置する。マルチレシーバ80は、これら受信コイルに囲まれる空間内に置かれる被検体からの核磁気共鳴信号を受信する。   Multi-receiver 80 is used for parallel imaging. FIG. 10A shows an example of the multi-receiver 80. The multi-receiver 80 is composed of eight 8-shaped receiving coils 81 to 88, and two of them are arranged facing each other on the XY plane and the YZ plane with a predetermined distance therebetween. The multi-receiver 80 receives a nuclear magnetic resonance signal from a subject placed in a space surrounded by these receiving coils.

核磁気共鳴信号を受信するために、8個の受信コイルのうち、撮影断面及び位相エンコード方向に基づき最適な2組の受信コイルの組み合わせが選択される。例えば、図10(a)に示すマルチレシーバ80の配置において、Y方向を位相エンコード方向として、YZ平面又はYX平面を撮影する場合を考える。この場合、図10(b)に示されるように、第1受信コイル群81、83、85、87が最適な組み合わせの1つとなる。また、図10(c)に示されるように、第2受信コイル群82、84、86、88が最適な組み合わせの一つとなる。   In order to receive a nuclear magnetic resonance signal, an optimal combination of two receiving coils is selected from the eight receiving coils based on the imaging section and the phase encoding direction. For example, in the arrangement of the multi-receiver 80 shown in FIG. 10A, consider a case where the YZ plane or the YX plane is photographed with the Y direction as the phase encoding direction. In this case, as shown in FIG. 10B, the first receiving coil group 81, 83, 85, 87 is one of the optimum combinations. As shown in FIG. 10C, the second receiving coil group 82, 84, 86, 88 is one of the optimum combinations.

具体的に最適な受信コイルは、第1受信コイル群及び第2受信コイル群全体としての感度分布を合成したときに、位相エンコード方向に感度分布の低領域がないことと、第1受信コイル群及び第2受信コイル群の感度分布が互いに同じではないこととを考慮して組み合わされる。なお、最適な受信コイルの組み合わせ方法は、受信コイルの配置が一定であれば、撮影断面及び位相エンコード方向によって決まる。どのスライス面が撮影されるかが設定されると、自動的に最適な受信コイル組み合わせが選択されるようになっている。   Specifically, the optimal receiving coil is that when the sensitivity distributions of the first receiving coil group and the entire second receiving coil group are combined, there is no low region of the sensitivity distribution in the phase encoding direction, and the first receiving coil group And the second receiving coil group are combined in consideration of the fact that the sensitivity distributions are not the same. Note that the optimal method of combining the receiving coils is determined by the imaging section and the phase encoding direction if the arrangement of the receiving coils is constant. When which slice plane is to be photographed is set, the optimum receiving coil combination is automatically selected.

また、マルチレシーバ80はそれぞれの受信コイルにおいてカーネルF(kx,ky)が変化しない。このため第1受信コイル群81で使用したカーネルF(kx,ky)を、第2受信コイル群82のコントラストイメージCIの画像再構成に適用できる。このためマルチレシーバ80は、受信コイルの倍数分だけ連立式を増やすことができる。   In the multi-receiver 80, the kernel F (kx, ky) does not change in each receiving coil. Therefore, the kernel F (kx, ky) used in the first receiving coil group 81 can be applied to the image reconstruction of the contrast image CI of the second receiving coil group 82. Therefore, the multi-receiver 80 can increase the simultaneous type by a multiple of the receiving coil.

10 磁気共鳴イメージング装置
80 マルチレシーバ
100 マグネットシステム
102 主磁場コイル部
106 勾配コイル部
108 コイル部
130 勾配コイル駆動部
140 コイル駆動部
150 データ収集部
160 シーケンス制御部
170 データ処理部
171 演算部
172 記憶部
175 関数取得部
176 画像再構成部
180 表示部
190 操作部
200 寝台
CI コントラストイメージ
FT フーリエ変換
RI リファレンスイメージ
SB 被検者
TH しきい値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Magnetic resonance imaging apparatus 80 Multi receiver 100 Magnet system 102 Main magnetic field coil part 106 Gradient coil part 108 Coil part 130 Gradient coil drive part 140 Coil drive part 150 Data collection part 160 Sequence control part 170 Data processing part 171 Calculation part 172 Storage part 175 Function acquisition unit 176 Image reconstruction unit 180 Display unit 190 Operation unit 200 Bed
CI Contrast image FT Fourier transform RI Reference image SB Subject TH Threshold

Claims (6)

k空間のデータをサンプリングするための第1パルスシーケンスと、k空間の一部のデータが欠けたアンダーサンプリングデータをサンプリングするための第2パルスシーケンスとを実行する磁気共鳴イメージング装置であって、  A magnetic resonance imaging apparatus that executes a first pulse sequence for sampling k-space data and a second pulse sequence for sampling under-sampling data lacking a part of k-space data,
前記第1パルスシーケンスで得られたk空間のデータと前記第2パルスシーケンスで得られた前記アンダーサンプリングデータとに基づいて、前記第1パルスシーケンスで得られたk空間のデータと前記アンダーサンプリングデータとの相関関数を求める手段と、  Based on the k-space data obtained in the first pulse sequence and the under-sampling data obtained in the second pulse sequence, the k-space data and the under-sampling data obtained in the first pulse sequence. Means for obtaining a correlation function with
前記相関関数に基づいて、前記アンダーサンプリングデータにおいて欠けた箇所のデータを補い、データが補われた後のk空間のデータを用いて画像を再構成する再構成手段と、  Based on the correlation function, reconstructing means that compensates for missing portion data in the undersampling data and reconstructs an image using k-space data after the data is supplemented;
を備え、With
前記第1パルスシーケンスでは、プロトン密度画像を得るためのk空間のデータがサンプリングされ、  In the first pulse sequence, k-space data for obtaining a proton density image is sampled,
前記第2パルスシーケンスでは、T1強調画像、T2強調画像、インフェーズ画像、又はアウトオブフェーズ画像を得るためのアンダーサンプリングデータがサンプリングされる、磁気共鳴イメージング装置。  The magnetic resonance imaging apparatus in which undersampling data for obtaining a T1-weighted image, a T2-weighted image, an in-phase image, or an out-of-phase image is sampled in the second pulse sequence.
前記相関関数を求める手段は、  The means for obtaining the correlation function is:
前記第1パルスシーケンスで得られたk空間のデータと、前記第2パルスシーケンスで得られた前記アンダーサンプリングデータのうちのk空間の中央領域におけるデータとに基づいて、前記相関関数を求める、請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。  The correlation function is obtained based on k-space data obtained by the first pulse sequence and data in a central region of k-space among the undersampling data obtained by the second pulse sequence. Item 2. The magnetic resonance imaging apparatus according to Item 1.
前記相関関数を求める手段は、  The means for obtaining the correlation function is:
前記第1パルスシーケンスで得られたk空間のデータと、前記第2パルスシーケンスで得られた前記アンダーサンプリングデータのうちのk空間の振幅の大きい領域のデータとに基づいて、前記相関関数を求める、請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。  The correlation function is obtained based on k-space data obtained by the first pulse sequence and data of a region having a large amplitude in k-space among the undersampling data obtained by the second pulse sequence. The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1.
前記第1パルスシーケンスで得られたk空間のデータをREF(kx、ky)とし、前記第2パルスシーケンスで得られた前記アンダーサンプリングデータをCON(kx、ky)としたとき、下記数式1を満たすカーネル(積分核)F(kx、ky)が前記相関関数である請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。  When k-space data obtained by the first pulse sequence is REF (kx, ky) and the undersampling data obtained by the second pulse sequence is CON (kx, ky), The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1, wherein a satisfying kernel (integral kernel) F (kx, ky) is the correlation function.
CON(kx、ky) = F(kx、ky)* REF(kx、ky)…数式1CON (kx, ky) = F (kx, ky) * REF (kx, ky)...
但し、*はコンボリューション(畳み込み積分)である。However, * is convolution (convolution integration).
前記第1パルスシーケンスおよび前記第2パルスシーケンスのうちの少なくともいずれか一方のパルスシーケンスは、パラレルイメージング法が用いられたパルスシーケンスである、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。  5. The pulse sequence according to claim 1, wherein at least one of the first pulse sequence and the second pulse sequence is a pulse sequence using a parallel imaging method. 6. Magnetic resonance imaging device. k空間のデータをサンプリングするための第1パルスシーケンスであって、プロトン密度画像を得るためのk空間のデータをサンプリングするための第1パルスシーケンスと、k空間の一部のデータが欠けたアンダーサンプリングデータをサンプリングするための第2パルスシーケンスであって、T1強調画像、T2強調画像、インフェーズ画像、又はアウトオブフェーズ画像を得るためのアンダーサンプリングデータをサンプリングするための第2パルスシーケンスとを実行する磁気共鳴イメージング装置に適用されるプログラムであって、  A first pulse sequence for sampling k-space data, the first pulse sequence for sampling k-space data for obtaining a proton density image, and an under lacking a part of k-space data A second pulse sequence for sampling sampling data, the second pulse sequence for sampling undersampling data for obtaining a T1-weighted image, a T2-weighted image, an in-phase image, or an out-of-phase image; A program applied to a magnetic resonance imaging apparatus to be executed,
前記第1パルスシーケンスで得られたk空間のデータと前記第2パルスシーケンスで得られた前記アンダーサンプリングデータとに基づいて、前記第1パルスシーケンスで得られたk空間のデータと前記アンダーサンプリングデータとの相関関数を求める処理と、  Based on the k-space data obtained in the first pulse sequence and the under-sampling data obtained in the second pulse sequence, the k-space data and the under-sampling data obtained in the first pulse sequence. A process for obtaining a correlation function with
前記相関関数に基づいて、前記アンダーサンプリングデータにおいて欠けた箇所のデータを補い、データが補われた後のk空間のデータを用いて画像を再構成する再構成処理と、  Based on the correlation function, reconstructing processing that compensates for missing data in the undersampling data and reconstructs an image using k-space data after the data is supplemented;
をコンピュータに実行させるためのプログラム。A program that causes a computer to execute.
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