JP5072343B2 - 磁気共鳴イメージング装置，磁気共鳴イメージング方法，拡散テンソルカラーマップ画像生成装置，拡散テンソルカラーマップ画像生成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、磁気共鳴イメージング装置，磁気共鳴イメージング方法，拡散テンソルカラーマップ画像生成装置，拡散テンソルカラーマップ画像生成方法に関する。
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置は、核磁気共鳴（ＮＭＲ：Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）現象を用いて、被検体の断層面についての画像を撮影する装置として、特に、医療用途において多く利用されている。
磁気共鳴イメージング装置においては、静磁場空間内に被検体の撮影領域を収容することによって、その撮影領域におけるプロトン（ｐｒｏｔｏｎ）のスピンを、その静磁場の方向へ整列させ、磁化ベクトルを発生させる。そして、共鳴周波数のＲＦパルスを照射することによって、核磁気共鳴現象を発生させることにより、スピンをフリップさせ、そのプロトンの磁化ベクトルを変化させる。その後、磁気共鳴イメージング装置は、そのプロトンが元の磁化ベクトルの状態に戻る際に生成される磁気共鳴（ＭＲ）信号を受信し、その受信された磁気共鳴信号に基づいて、撮影領域についてのスライス画像などの画像を再構成する。
この磁気共鳴イメージング装置においては、たとえば、神経線維などのファイバーが走行する方向などの情報を得るために、拡散テンソル法においてファイバートラッキング法を実施することによって、そのファイバーをトラッキングすることが実施されている。具体的には、拡散テンソルの主軸方向を算出することによって、ファイバーをトラッキングしている。また、このファイバーの走行方向を把握するために、そのファイバーにおいて抽出されるトラクトが走行する曲面について、拡散テンソルカラーマップ画像を再構成し、その再構成した拡散テンソルカラーマップ画像を表示することが実施されている（たとえば、特許文献１，特許文献２，特許文献３，非特許文献１参照）。
ここでは、神経線維などのファイバーと、その周囲の水分子が、そのファイバーの走行方向と平行な方向に拡散する際には、その拡散が制限されないが、そのファイバーの走行方向と異なる方向に拡散する際には、細胞膜によって拡散が制限されるため、その測定される水分子の拡散係数が、ファイバーの走行方向に平行な方向の部分については高くなり、一方で、走行方向に平行でない方向の部分については低くなる現象を利用している。つまり、水分子の拡散の異方性を利用して、拡散テンソルカラーマップ画像としてイメージングしている。
上記のように、拡散テンソルカラーマップ画像を生成する際には、たとえば、被検体の脳を含む３次元領域を撮影領域として、静磁場空間において、その撮影領域についてスキャンを実施することによって、その撮影領域から磁気共鳴信号を収集する。
ここでは、たとえば、複数方向にＭＰＧ（Ｍｏｔｉｏｎ Ｐｒｏｂｉｎｇ Ｇｒａｄｉｅｎｔ）を複数の方向に印加した場合と、ＭＰＧを印加しない場合とにおいて、３次元領域である撮影領域についてスキャンを実施する。
つぎに、磁気共鳴信号から算出される拡散テンソルに基づいて、その撮影領域において走行する神経線維などのファイバーをトラッキングする。
ここでは、上記のスキャンの実施にて得られた磁気共鳴信号から拡散テンソルを、３行３列の対称行列として算出した後に、その拡散テンソルの最大固有値と、その最大固有値に対応する固有ベクトルである主軸ベクトルを算出する。その後、最大固有値と主軸ベクトルとに基づいて、その撮影領域において走行している神経線維などのファイバーに対応する画素を、上記したようなファイバートラッキング法によってトラッキングする。
つぎに、トラッキングしたファイバーにおいて、錐体路などとして抽出されるトラクトを含む曲面に対応するように、拡散テンソルカラーマップ画像を再構成する。
図５は、再構成される拡散テンソルカラーマップ画像の概要を示す図である。図５において（ａ）は、被検体の撮影空間においてトラッキングされたファイバーをｘｙｚ座標にて模式的に示す図である。また、（ｂ）は、生成した拡散テンソルカラーマップ画像の概要を示す図であり、拡散テンソルカラーマップ画像において、「赤」にて表示する部分を、左に垂線を傾斜させた左斜線にてハッチングしており、「緑」にて表示する部分を、右に垂線を傾斜させた右斜線にてハッチングしており、「青」にて表示する部分を、無模様としている。
この図５（ａ）と図５（ｂ）とに示すように、拡散テンソルカラーマップ画像を生成する曲面ＣＳにおいて、ファイバーの走行方向がｙ方向である場合には、「青」で表示し、ファイバーの走行方向がｚ方向である場合には「赤」で表示し、ファイバーの走行方向がｘ方向である場合には「緑」で表示するように、ファイバーの走行方向に応じて３原色のそれぞれを各画素に割り当てて、互いに異なる色にすることによって、この拡散テンソルカラーマップ画像を再構成している。
つまり、拡散テンソルカラーマップ画像においては、以下の数式Ａに示すように、主軸ベクトルｅ１から、マグネットのｘｙｚ座標系における各成分ｅ１ｘ，ｅ１ｙ，ｅ１ｚを求め、その各成分ｅ１ｘ，ｅ１ｙ，ｅ１ｚに対して、ＲＧＢの３原色のそれぞれを割り当てて生成している。
（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（ｅ１ｘ，ｅ１ｙ，ｅ１ｚ） ・・・（Ａ）
このため、図５（ｂ）において点線で示す領域Ｒ１１に示すように、トラクトが蛇行したり、屈曲して走行している場合などにおいては、トラクトとして走行してるファイバーＦ１に対応する画素が複数の異なった色で表示される部分を含むことになるために、この拡散テンソルカラーマップ画像を観察した際には、トラクトの走行方向を的確に把握する事が困難な場合がある。また、スキャンを実施する際に被検体の頭部がマグネットのｘｙｚ座標系の座標軸に対して傾いている場合においても、同様に、このような不具合が発生する場合があり、診断効率を向上させることが困難な場合がある。
したがって、本発明の目的は、拡散テンソルカラーマップ画像において、ファイバーの走行方向を的確に把握することが容易であって、診断効率を向上できる磁気共鳴イメージング装置，磁気共鳴イメージング方法，拡散テンソルカラーマップ画像生成装置，拡散テンソルカラーマップ画像生成方法を提供することにある。
上記目的の達成のために本発明の磁気共鳴イメージング装置は、静磁場空間において被検体の撮影領域にて発生する磁気共鳴信号に基づいて前記撮影領域についての画像を生成する磁気共鳴イメージング装置であって、前記磁気共鳴信号から算出される拡散テンソルに基づいて前記撮影領域において走行するファイバーをトラッキングするファイバートラッキング部と、前記ファイバートラッキング部によってトラッキングされたファイバーにおいて抽出されるトラクトを含む曲面に対応するように、拡散テンソルカラーマップ画像を、前記画像として生成する拡散テンソルカラーマップ画像生成部とを含み、前記拡散テンソルカラーマップ画像生成部は、前記ファイバートラッキング部によってトラッキングされたファイバーにおいて、前記トラクトとして前記曲面に沿って走行するファイバーに対応する画素のそれぞれを同じ色にすると共に、前記トラクトとして前記曲面に沿って走行するファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記トラクトと異なる方向に走行するファイバーに対応する画素とのそれぞれが、互いに異なる色になるように、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。
ここでは、好適には、前記拡散テンソルカラーマップ画像生成部は、前記ファイバートラッキング部によってトラッキングされたファイバーにおいて、前記トラクトとして前記曲面に対応するように走行する第１のファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記曲面の法線方向に走行する第２のファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記第１のファイバーの走行方向と前記第２のファイバーの走行方向とに直交する方向に走行する第３のファイバーに対応する画素とのそれぞれが、当該ファイバーの走行方向に応じて互いに異なる色になるように、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。また、好適には、前記拡散テンソルカラーマップ画像生成部は、前記第１のファイバーと前記第２のファイバーと前記第３のファイバーとに対応する画素のそれぞれを、３原色のそれぞれに対応させることによって、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。また、好適には、前記拡散テンソルカラーマップ画像生成部によって生成された拡散テンソルカラーマップ画像を表示する表示部を有する。
上記目的の達成のために本発明の磁気共鳴イメージング方法は、静磁場空間において被検体の撮影領域にて発生する磁気共鳴信号に基づいて前記撮影領域についての画像を生成する磁気共鳴イメージング方法であって、前記磁気共鳴信号から算出される拡散テンソルに基づいて前記撮影領域において走行するファイバーをトラッキングする第１ステップと、前記第１ステップにてトラッキングされたファイバーにおいて抽出されるトラクトを含む曲面に対応するように、拡散テンソルカラーマップ画像を、前記画像として生成する第２ステップとを含み、前記第２ステップにおいては、前記第１ステップにてトラッキングされたファイバーにおいて、前記トラクトとして前記曲面に沿って走行するファイバーに対応する画素のそれぞれを同じ色にすると共に、前記トラクトとして前記曲面に沿って走行するファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記トラクトと異なる方向に走行するファイバーに対応する画素とのそれぞれが、互いに異なる色になるように、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。
ここでは、好適には、前記第２ステップにおいては、前記第１ステップにてトラッキングされたファイバーにおいて、前記トラクトとして前記曲面に対応するように走行する第１のファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記曲面の法線方向に走行する第２のファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記第１のファイバーの走行方向と前記第２のファイバーの走行方向とに直交する方向に走行する第３のファイバーに対応する画素とのそれぞれが、当該ファイバーの走行方向に応じて互いに異なる色になるように、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。また、好適には、前記第２ステップにおいては、前記第１のファイバーと前記第２のファイバーと前記第３のファイバーとに対応する画素のそれぞれを、３原色のそれぞれに対応させることによって、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。また、好適には、前記第２ステップにて生成された拡散テンソルカラーマップ画像を表示する第３ステップを有する。
上記目的の達成のために本発明の拡散テンソルカラーマップ画像生成装置は、静磁場空間において被検体の撮影領域にて発生する磁気共鳴信号から算出される拡散テンソルに基づいて、前記撮影領域において走行するファイバーをトラッキングするファイバートラッキング部と、前記ファイバートラッキング部によってトラッキングされたファイバーにおいて抽出されるトラクトを含む曲面に対応するように、拡散テンソルカラーマップ画像を生成する拡散テンソルカラーマップ画像生成部とを含み、前記拡散テンソルカラーマップ画像生成部は、前記ファイバートラッキング部によってトラッキングされたファイバーにおいて、前記トラクトとして前記曲面に沿って走行するファイバーに対応する画素のそれぞれを同じ色にすると共に、前記トラクトとして前記曲面に沿って走行するファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記トラクトと異なる方向に走行するファイバーに対応する画素とのそれぞれが、互いに異なる色になるように、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。
ここでは、好適には、前記拡散テンソルカラーマップ画像生成部は、前記ファイバートラッキング部によってトラッキングされたファイバーにおいて、前記トラクトとして前記曲面に対応するように走行する第１のファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記曲面の法線方向に走行する第２のファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記第１のファイバーの走行方向と前記第２のファイバーの走行方向とに直交する方向に走行する第３のファイバーに対応する画素とのそれぞれが、当該ファイバーの走行方向に応じて互いに異なる色になるように、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。また、好適には、前記拡散テンソルカラーマップ画像生成部は、前記第１のファイバーと前記第２のファイバーと前記第３のファイバーとに対応する画素のそれぞれを、３原色のそれぞれに対応させることによって、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。また、好適には、前記拡散テンソルカラーマップ画像生成部によって生成された拡散テンソルカラーマップ画像を表示する表示部を有する。
上記目的の達成のために本発明の拡散テンソルカラーマップ画像生成方法は、静磁場空間において被検体の撮影領域にて発生する磁気共鳴信号から算出される拡散テンソルに基づいて、前記撮影領域において走行するファイバーをトラッキングする第１ステップと、前記第１ステップにてトラッキングされたファイバーにおいて抽出されるトラクトを含む曲面に対応するように、拡散テンソルカラーマップ画像を生成する第２ステップとを含み、前記第２ステップにおいては、前記第１ステップにてトラッキングされたファイバーにおいて、前記トラクトとして前記曲面に沿って走行するファイバーに対応する画素のそれぞれを同じ色にすると共に、前記トラクトとして前記曲面に沿って走行するファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記トラクトと異なる方向に走行するファイバーに対応する画素とのそれぞれが、互いに異なる色になるように、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。
ここでは、好適には、前記第２ステップにおいては、前記第１ステップにてトラッキングされたファイバーにおいて、前記トラクトとして前記曲面に対応するように走行する第１のファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記曲面の法線方向に走行する第２のファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記第１のファイバーの走行方向と前記第２のファイバーの走行方向とに直交する方向に走行する第３のファイバーに対応する画素とのそれぞれが、当該ファイバーの走行方向に応じて互いに異なる色になるように、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。また、好適には、前記第２ステップにおいては、前記第１のファイバーと前記第２のファイバーと前記第３のファイバーとに対応する画素のそれぞれを、３原色のそれぞれに対応させることによって、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。また、好適には、前記第２ステップにて生成された拡散テンソルカラーマップ画像を表示する第３ステップを有する。
以上のように、本発明によれば、拡散テンソルカラーマップ画像において、ファイバーの走行方向を把握することが容易であって、診断効率を向上できる磁気共鳴イメージング装置，磁気共鳴イメージング方法，拡散テンソルカラーマップ画像生成装置，拡散テンソルカラーマップ画像生成方法を提供することができる。
以下より、本発明にかかる実施形態の一例について図面を参照して説明する。
（装置構成）
図１は、本発明にかかる実施形態において、磁気共鳴イメージング装置１の構成を示す構成図である。
図１は、本発明にかかる実施形態において、磁気共鳴イメージング装置１の構成を示す構成図である。
図１に示すように、本実施形態の磁気共鳴イメージング装置１は、スキャン部２と、操作コンソール部３とを有しており、静磁場空間においてスキャン部２が被検体の撮影領域へＲＦパルスを送信し、そのＲＦパルスが送信された撮影領域にて発生する磁気共鳴信号を得るスキャンを実施した後に、そのスキャンの実施によって得られた磁気共鳴信号に基づいて、その撮影領域についての画像を操作コンソール部３が生成する。
スキャン部２について説明する。
スキャン部２は、図１に示すように、静磁場マグネット部１２と、勾配コイル部１３と、ＲＦコイル部１４と、クレードル１５と、ＲＦ駆動部２２と、勾配駆動部２３と、データ収集部２４とを有している。スキャン部２は、静磁場が形成された撮像空間Ｂ内において、被検体ＳＵのスピンを励起するように被検体ＳＵにＲＦパルスを送信すると共に、そのＲＦパルスが送信された被検体ＳＵに勾配パルスを送信することによって、被検体ＳＵにおいて発生する磁気共鳴信号を得るスキャンを実施する。
スキャン部２の各構成要素について、順次、説明する。
静磁場マグネット部１２は、たとえば、超伝導磁石（図示なし）により構成されており、被検体ＳＵが収容される撮像空間Ｂに静磁場を形成する。ここでは、静磁場マグネット部１２は、クレードル１５に載置される被検体ＳＵの体軸方向（ｚ方向）に沿うように静磁場を形成する。なお、静磁場マグネット部１２は、一対の永久磁石により構成されていてもよい。
勾配コイル部１３は、静磁場が形成された撮像空間Ｂに勾配磁場を形成し、ＲＦコイル部１４が受信する磁気共鳴信号に空間位置情報を付加する。ここでは、勾配コイル部１３は、静磁場方向に沿ったｚ方向と、ｘ方向と、ｙ方向との互いに直交する３軸方向に対応するように３系統からなる。これらは、撮像条件に応じて、周波数エンコード方向と位相エンコード方向とスライス選択方向とのそれぞれに勾配磁場を形成するように、勾配パルスを送信する。具体的には、勾配コイル部１３は、被検体ＳＵのスライス選択方向に勾配磁場を印加し、ＲＦコイル部１４がＲＦパルスを送信することによって励起させる被検体ＳＵのスライスを選択する。また、勾配コイル部１３は、被検体ＳＵの位相エンコード方向に勾配磁場を印加し、ＲＦパルスにより励起されたスライスからの磁気共鳴信号を位相エンコードする。そして、勾配コイル部１３は、被検体ＳＵの周波数エンコード方向に勾配磁場を印加し、ＲＦパルスにより励起されたスライスからの磁気共鳴信号を周波数エンコードする。
ＲＦコイル部１４は、静磁場マグネット部１２によって静磁場が形成される撮像空間Ｂ内において、電磁波であるＲＦパルスを被検体ＳＵの撮影領域に送信して高周波磁場を形成し、被検体ＳＵの撮影領域におけるプロトンのスピンを励起する。そして、ＲＦコイル部１４は、その励起された被検体ＳＵの撮影領域内のプロトンから発生する電磁波を磁気共鳴信号として受信する。本実施形態においては、ＲＦコイル部１４は、図１に示すように、第１ＲＦコイル１４ａと、第２ＲＦコイル１４ｂとを有する。ここで、第１ＲＦコイル１４ａは、たとえば、バードゲージ型のボディコイルであり、被検体ＳＵの撮影領域を囲むように配置されており、たとえば、ＲＦパルスを送信する。一方、第２ＲＦコイル１４ｂは、表面コイルであり、たとえば、磁気共鳴信号を受信する。
クレードル１５は、被検体ＳＵを載置するテーブルを有する。クレードル１５は、制御部３０からの制御信号に基づいて、撮像空間Ｂの内部と外部との間においてテーブルを移動する。
ＲＦ駆動部２２は、ＲＦコイル部１４を駆動させて撮像空間Ｂ内にＲＦパルスを送信させて、撮像空間Ｂに高周波磁場を形成させる。ＲＦ駆動部２２は、制御部３０からの制御信号に基づいて、ゲート変調器（図示なし）を用いてＲＦ発振器（図示なし）からの信号を所定のタイミングおよび所定の包絡線の信号に変調した後に、そのゲート変調器により変調された信号を、ＲＦ電力増幅器（図示なし）によって増幅してＲＦコイル部１４に出力し、ＲＦパルスを送信させる。
勾配駆動部２３は、制御部３０からの制御信号に基づいて、勾配パルスを勾配コイル部１３に印加して駆動させ、静磁場が形成されている撮像空間Ｂ内に勾配磁場を発生させる。勾配駆動部２３は、３系統の勾配コイル部１３に対応して３系統の駆動回路（図示なし）を有する。
データ収集部２４は、制御部３０からの制御信号に基づいて、ＲＦコイル部１４が受信する磁気共鳴信号を収集する。ここでは、データ収集部２４は、ＲＦコイル部１４が受信する磁気共鳴信号をＲＦ駆動部２２のＲＦ発振器（図示なし）の出力を参照信号として位相検波器（図示なし）が位相検波する。その後、Ａ／Ｄ変換器（図示なし）を用いて、このアナログ信号である磁気共鳴信号をデジタル信号に変換して出力する。
操作コンソール部３について説明する。
操作コンソール部３は、図１に示すように、制御部３０と、データ処理部３１と、操作部３２と、表示部３３と、記憶部３４とを有する。
操作コンソール部３の各構成要素について、順次、説明する。
制御部３０は、コンピュータと、コンピュータに所定のデータ処理を実行させるプログラムを記憶するメモリとを有しており、各部を制御する。ここでは、制御部３０は、操作部３２からの操作データが入力され、その操作部３２から入力される操作データに基づいて、ＲＦ駆動部２２と勾配駆動部２３とデータ収集部２４とのそれぞれに制御信号を出力し、所定のスキャンを実行させる。そして、これと共に、データ処理部３１と表示部３３と記憶部３４とへ、制御信号を出力し、制御を行う。
データ処理部３１は、コンピュータと、そのコンピュータを用いて所定のデータ処理を実行するプログラムを記憶するメモリとを有しており、制御部３０からの制御信号に基づいて、データ処理を実施する。ここでは、データ処理部３１は、スキャン部２がスキャンを実行することによって得られた磁気共鳴信号をローデータとし、被検体ＳＵの撮影領域についての画像を生成する。そして、データ処理部３１は、その生成した画像を表示部３３に出力する。
図２は、本発明にかかる実施形態において、データ処理部３１の要部を示すブロック図である。
図２に示すように、データ処理部３１は、ファイバートラッキング部３１１と、拡散テンソルカラーマップ画像生成部３１２とを有する。
ここで、ファイバートラッキング部３１１は、スキャン部２が３次元の撮影領域についてスキャンを実施し得た磁気共鳴信号から算出される拡散テンソルに基づいて、その３次元の撮影領域において走行する神経線維などのファイバーをトラッキングする。
そして、拡散テンソルカラーマップ画像生成部３１２は、ファイバートラッキング部３１１によってトラッキングされた神経線維などのファイバーにおいて、錐体路などとして抽出されるトラクトを含む曲面に対応するようにリフォーマットすることによって、拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。
本実施形態においては、拡散テンソルカラーマップ画像生成部３１２は、ファイバートラッキング部３１１によってトラッキングされたファイバーにおいて、抽出されるトラクトを含む曲面に沿ってトラクトとして走行するファイバーに対応する画素と、そのトラクト以外としてトラクトと異なる方向に走行するファイバーに対応する画素とのそれぞれが、互いに異なる色になるように、その拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。すなわち、拡散テンソルカラーマップ画像生成部３１２は、ファイバートラッキング部３１１によってトラッキングされたファイバーにおいて、錐体路などのトラクトに対応する画素を同じ色にすると共に、その錐体路などのトラクト以外において、そのトラクトと異なる方向に走行するファイバーに対応する画素が、そのトラクトに対応する画素と異なる色になるように、この拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。
また、詳細については後述するが、ここでは、拡散テンソルカラーマップ画像生成部３１２は、ファイバートラッキング部３１１によってトラッキングされたファイバーにおいて、その抽出されたトラクトを含む曲面に対応するようにトラクトとして走行する第１のファイバーと、その曲面の法線方向にトラクト以外として走行する第２のファイバーと、その第１のファイバーの走行方向と第２のファイバーの走行方向とのそれぞれに直交する方向にトラクト以外として走行する第３のファイバーとのそれぞれに対応する画素が、それぞれのファイバーの走行方向に応じて互いに異なる色になるように、拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。たとえば、拡散テンソルカラーマップ画像生成部３１２は、第１のファイバーと第２のファイバーと第３のファイバーとに対応する画素のそれぞれが、３原色のそれぞれに対応するように、拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。具体的には、上記の曲面にて走行するトラクトである第１のファイバーに対応する画素を「青」で表示し、その曲面の法線方向に走行する第２ファイバーに対応する画素を「緑」で表示し、第１ファイバーと第２ファイバーとの走行方向のそれぞれに直交する方向に走行する第３ファイバーに対応する画素を「赤」で表示するように、ファイバーの走行方向に応じて３原色のそれぞれを割り当てることによって、拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。なお、本実施形態において、ファイバーまたはトラクトは、ファイバートラッキングされた結果として得られた領域であり、拡散テンソルカラーマップは、各画素に対応する拡散テンソルの主軸ベクトルの方向により、色が決定されるものであり、必ずしも、得られたファイバー上に画素が無くとも色が決定される。
操作部３２は、キーボードやポインティングデバイスなどの操作デバイスにより構成されている。操作部３２は、オペレータによって操作データが入力され、その操作データを制御部３０に出力する。
表示部３３は、ＣＲＴなどの表示デバイスによって構成されており、制御部３０からの制御信号に基づいて、表示画面に画像を表示する。たとえば、表示部３３は、オペレータによって操作部３２に操作データが入力される入力項目についての画像を表示画面に複数表示する。また、表示部３３は、被検体ＳＵからの磁気共鳴信号に基づいて生成される被検体ＳＵの画像についてのデータをデータ処理部３１から受け、表示画面にその画像を表示する。本実施形態においては、表示部３３は、拡散テンソルカラーマップ画像生成部３１２によって生成された拡散テンソルカラーマップ画像を表示する。
記憶部３４は、メモリにより構成されており、各種データを記憶している。記憶部３４は、その記憶されたデータが必要に応じて制御部３０によってアクセスされる。
（動作）
以下より、上記の本発明にかかる実施形態の磁気共鳴イメージング装置１が被検体ＳＵの撮影領域について拡散テンソルカラーマップ画像を生成する際の動作について、説明する。
以下より、上記の本発明にかかる実施形態の磁気共鳴イメージング装置１が被検体ＳＵの撮影領域について拡散テンソルカラーマップ画像を生成する際の動作について、説明する。
図３は、本発明にかかる実施形態において、拡散テンソルカラーマップ画像を生成する際の動作を示すフロー図である。
拡散テンソルカラーマップ画像を生成する際においては、まず、図３に示すように、被検体の撮影領域について、スキャンを実施する（Ｓ１１）。
ここでは、たとえば、被検体の脳のように、拡散異方性構造を含む３次元領域を撮影領域として、静磁場空間において、その撮影領域についてスキャンを実施し、その撮影領域についての磁気共鳴信号を収集する。
本実施形態においては、３次元領域である撮影領域において撮影するスライスとスライス枚数とを設定した後に、たとえば、スピンエコー（Ｓｐｉｎ Ｅｃｈｏ）法において１８０°パルスを挟んで等しい大きさのＭＰＧが対称に、たとえば、６通りの方向に印加されるように配置されたパルスシーケンスと、そのＭＰＧが配置されていないパルスシーケンスとに対応するように、その撮影領域についてスキャンを実施する。これにより、ＭＰＧの配置の組み合わせに対応するように、各スライスについての磁気共鳴信号が収集される。
つぎに、図３に示すように、被検体の撮影領域において走行するファイバーに対応する画素をトラッキングする（Ｓ２１）。
ここでは、３次元の撮影領域についてスキャンを実施し得た磁気共鳴信号から算出される拡散テンソルに基づいて、その３次元の撮影領域において走行する神経線維などのファイバーを、ファイバートラッキング部３１１がトラッキングする。
具体的には、まず、上記のスキャンの実施にて得られた磁気共鳴信号から拡散テンソルを、３行３列の対称行列として各画素に対応するように算出する。
たとえば、６通りの方向に印加されたＭＰＧにおいて、ｉ方向に印加するＭＰＧの強度Ｇｉは、以下の数式（１）のように示され、その際に得られるＭＲ信号の強度Ｓｉは、以下の数式（２）にて示される拡散テンソルＤを用いて、以下の数式（３）のように示されるため、異なる複数方向にＭＰＧを印加した場合には、数式（１）と数式（２）とにより、以下の数式（４）が導かれる。よって、この数式（４）を解くことにより、拡散テンソルＤを算出することができる。なお、下記において、ｂは、ｂ値であり、Ｓ０は、ｂ＝０でのＴ２強調画像の信号強度である。
そして、上記のようにして求めた拡散テンソルについて、最大固有値と、その最大固有値に対応する固有ベクトルである主軸ベクトルを算出する。
その後、その算出した最大固有値と主軸ベクトルとに基づいて、その撮影領域において走行している神経線維などのファイバーに対応する画素を、ファイバートラッキング法によってトラッキングする。
ここでは、上述したように、得られた拡散テンソルの固有値において最大値を示す最大固有値は、拡散テンソル楕円体の主軸ベクトルの方向を表し、脳内の水分子の拡散においては、この主軸ベクトルの方向と、神経線維などのファイバーの方向が一致することになるため、この最大固有値と主軸ベクトルとを利用して、ファイバーをトラッキングする。
具体的には、上記のようにして求められた拡散テンソルを用いて生成される等分性拡散強調画像またはＦｒａｃｔｉｏｎａｌ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ画像などを表示部３３が表示し、その表示された画像上において錐体路に対応する領域を、たとえば、２個所、関心領域として設定する。その後、その設定した関心領域を開始点として、各画素における拡散テンソルの最大固有ベクトルの情報を用いて、ファイバーをトラッキングする。これにより、神経線維などのファイバーに対応する画素を抽出する。
つぎに、図３に示すように、トラッキングしたファイバーにおいて抽出されるトラクトを含む曲面に対応するように、拡散テンソルカラーマップ画像を再構成する（Ｓ３１）。
ここでは、上記のようにトラッキングされた神経線維などのファイバーにおいて、錐体路などとして抽出されるトラクトを含む曲面に対応するようにリフォーマットすることによって、拡散テンソルカラーマップ画像生成部３１２が拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。
具体的には、上記のように抽出されたファイバー上において、たとえば、各スライス上の重心点などを対応点として抽出し、トラクト上の対応点を含むように曲面を決定する。そして、そのトラクトを含む曲面に画像をリフォーマットし、各画素の色を設定することによって、拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。
図４は、本発明にかかる実施形態において、拡散テンソルカラーマップ画像における各画素について色を設定する様子を示す図である。図４において（ａ）は、被検体の撮影空間においてトラッキングされたファイバーをｘｙｚ座標にて模式的に示す図である。また、（ｂ）は、（ａ）に示すファイバーをｘｙｚ座標におけるｙｚ面に投影した図を示している。そして、（ｃ）は、（ａ）に示すファイバーをｘｙｚ座標におけるｘｚ面に投影した図を示している。また、（ｄ）は、生成した拡散テンソルカラーマップ画像の概要を示す図である。この（ｄ）における拡散テンソルカラーマップ画像は、（ａ）においては、トラクトとして抽出されたファイバーＦ１の走行方向ａに対応する曲面ＣＳにリフォーマットされたものであり、（ｂ）においては、そのファイバーＦ１の走行方向ａと、紙面に対して垂直な方向ｃとによって規定される曲面ＣＳにリフォーマットされたものである。そして、（ｄ）においては、「赤」にて表示する部分を、左に垂線を傾斜させた左斜線にてハッチングしており、「緑」にて表示する部分を、右に垂線を傾斜させた右斜線にてハッチングしており、「青」にて表示する部分を、無模様としている。
本実施形態において、拡散テンソルカラーマップ画像における各画素について色を設定する際には、トラッキングされたファイバーにおいて抽出されるトラクトを含む曲面に沿った方向に、各画素における拡散テンソルの主軸ベクトルの方向が向いている画素と、そのトラクトが走行する方向以外に沿った方向に、各画素における拡散テンソルの主軸ベクトルの方向が向いている画素とのそれぞれが、互いに異なる色になるように、その拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。
換言すると、図４に示すように、トラッキングされたファイバーにおいて抽出されるトラクトを含む曲面に沿ってトラクトとして走行するファイバーＦ１に対応する画素と、そのトラクトが走行する走行方向以外の方向に沿ってトラクト以外として走行するファイバーＦ２に対応する画素とのそれぞれが、互いに異なる色になるように、その拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。すなわち、図４（ａ），図４（ｂ），図４（ｃ）に示すように、トラッキングされたファイバーにおいて錐体路などのトラクトとして走行する第１ファイバーＦ１に対応する画素のそれぞれについては、図４（ｄ）に示すように、いずれも同じ「青」にする。
そして、図４（ａ），図４（ｂ），図４（ｃ）に示すように、ｘｙｚ座標にて規定される３次元領域である撮影領域において、この錐体路などのトラクト以外のファイバーＦ２に対応する画素については、図４（ｄ）に示すように、そのトラクトとして走行するファイバーＦ１に対応する画素と異なる色にする。
具体的には、３次元領域である撮影領域にてトラクト以外のファイバーＦ２として走行するものにおいて、図４（ｂ）に示すように、そのトラクトが走行する曲面ＣＳの法線の方向ｂに走行する第２ファイバーＦ２２に対応する画素については、図４（ｄ）に示すように、「緑」とする。
そして、３次元領域である撮影領域にてトラクト以外のファイバーＦ２として走行するものにおいて、図４（ｃ）に示すように、この両方向ａ，ｂに直交する方向ｃに走行する第３ファイバーＦ２３に対応する画素については、図４（ｄ）に示すように、「赤」とする。
すなわち、３次元領域である撮影領域にて抽出されるトラクトに対応する画素の拡散テンソルにおいて、第１固有ベクトルの方向ａであって、そのトラクトを含む曲面ＣＳに沿って走行している第１ファイバーＦ１に対応する画素を「青」とし、その第２固有ベクトルの方向ｂであって、そのトラクト以外として走行している第２ファイバーＦ２２に対応する画素を「赤」とし、その第３固有ベクトルの方向ｃであって、そのトラクト以外として走行している第３ファイバーＦ２３に対応する画素を「緑」に示すように、３原色のそれぞれを各画素に割り当てて、拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。また、ここでは、ファイバーが太い部分については、局所での平均値を用いる。また、トラクト以外のファイバーであってリフォーマット面に含まれる画素に関しては、リフォーマットの際に、トラクト内のベクトル場を補間することにより生成されたベクトル場の情報を用いることにより配色する。補間には、たとえば、Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ法などを使用することができる。
具体的には、図４にて示す第１ファイバーＦ１に対応する画素については、トラッキングされたファイバー上の画素（ｉ＝１，・・・・，Ｎ）の位置ｒｉをｘｙｚ座標において以下の数式（５）で示し、これらの画像上での拡散テンソルの主軸ベクトルの方向ｅ１（ｒｉ）を以下の数式（６）で示した場合に、任意の位置ｒにおける第１ファイバーＦ１の方向ｅ１‘（ｒ）が、これらの既知の主軸ベクトルの方向の情報の適当な線形結合として、以下の数式（７）のように示される。なお、第１ファイバーＦ１の方向ｅ１’（ｒ）は、仮想的な主軸方向となる。
ここで、数式（７）における係数ａｉについては、従来法であるＢ−Ｓｐｉｎｅ法や、動径基底関数法などを用いれば決定可能である。
また、図４に示すように、上記の方向に直交する方向ｅ２’（ｒ），ｅ３’（ｒ）についても、上記と同様にして、以下の数式（８）と数式（９）とに示すように、決定される。
このため、位置ｒでの実際の拡散主軸ベクトルがｅ１（ｒ）であるときは、そのｅ１（ｒ）のｅ１’（ｒ１），ｅ２’（ｒ），ｅ３’（ｒ）方向への射影Ｐ１（ｒ），Ｐ２（ｒ）、Ｐ３（ｒ）は、それぞれ、以下の数式（１０），数式（１１），数式（１２）にて示される。
よって、この結果を用いて、以下の数式（１３）に示すように、ＲＧＢの３原色のそれぞれを割り当てる。つまり、Ｐ１（ｒ）のｘ，ｙ，ｚ成分によって、決定する。具体的には、位置ｒの拡散テンソル主軸が、ｅ１’と平行である場合は、Ｐ１（ｒ）＝１，Ｐ２（ｒ）＝０，Ｐ３（ｒ）＝０となるため、赤で表示される。同様に、ｅ２’に平行な場合は、Ｐ１（ｒ）＝０，Ｐ２（ｒ）＝１，Ｐ３（ｒ）＝０で緑となる。このため、第１ファイバーＦ１に対応する画素については、「青」（Ｂ）のみで表示する。
また、第２ファイバーＦ２において、上記の曲面の法線方向ｂに走行するファイバーＦ２２に対応する画素についても、上記と同様にして、色を設定する。ここでは、ベクトル場補間に、このファイバーの情報を追加する。
そして、第２ファイバーＦ２において、上記の両方向ａ，ｂに直交する方向ｃに走行するファイバーＦ２３に対応する画素についても、上記と同様にして、色を設定する。
つぎに、図３に示すように、拡散テンソルカラーマップ画像を表示する（Ｓ４１）。
ここでは、拡散テンソルカラーマップ画像生成部３１２によって生成された拡散テンソルカラーマップ画像を表示部３３が表示する。
以上のように、本実施形態は、トラッキングされたファイバーにおいて抽出されるトラクトを含む曲面に沿って、そのトラクトとして走行するファイバーに対応する画素のそれぞれを同一の色にすると共に、そのトラクトとして走行するファイバーに対応する画素と、その曲面以外の方向に沿ってトラクト以外として走行するファイバーに対応する画素とのそれぞれが、互いに異なる色になるように、拡散テンソルカラーマップ画像を生成する。このため、図４（ｄ）において点線で示す領域Ｒ２１に示すように、トラクトが蛇行したり、屈曲して走行している場合であっても、トラクトの走行方向に沿った画素が同一の色で表示されるため、この拡散テンソルカラーマップ画像を観察した際には、トラクトの走行方向を把握する事が容易になる。したがって、本実施形態は、拡散テンソルカラーマップ画像において、ファイバーの走行方向を把握することが容易であって、診断効率を向上できる。
なお、上記の実施形態において、磁気共鳴イメージング装置１は、本発明の磁気共鳴イメージング装置に相当する。また、上記の実施形態において、表示部３３は、本発明の表示部に相当する。また、上記の実施形態において、ファイバートラッキング部３１１は、本発明のファイバートラッキング部に相当する。また、上記の実施形態において、拡散テンソルカラーマップ画像生成部３１２は、本発明の拡散テンソルカラーマップ画像生成部に相当する。
また、本発明の実施に際しては、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例を採用することができる。
たとえば、トラクトから所定距離を超えて遠く離れたピクセルについては、従来と同様に、マグネット座標系に対応するように３原色を割り当て、トラクトから所定距離以下の近くにあるピクセルについては、補間法で配色を決定してもよい。また、ファイバートラッキング法によってトラッキングされ抽出されたファイバーが１本のみであるときであっても、トラクト上の点からリフォーマット曲面を構成させればよく、トラクトが太い方向を面の一方向にするように構成させてもよい。
また、この他に、トラッキングされたファイバーにおいて、トラクトとして抽出されたファイバーに対応する画素については、赤・緑・青の３原色のうちの１つ（たとえば、青）を用いて同一色にし、その他のファイバーに対応する画素ついては、従来と同様に、マグネット座標系に対応するように３原色を割り当て加法混色させて表示するように、拡散テンソルカラーマップ画像を生成してもよい。
１：磁気共鳴イメージング装置（磁気共鳴イメージング装置）
２：スキャン部、
３：操作コンソール部、
１２：静磁場マグネット部、
１３：勾配コイル部、
１４：ＲＦコイル部、
１４ａ…第１ＲＦコイル、
１４ｂ…第２ＲＦコイル
１５：クレードル、
２２：ＲＦ駆動部、
２３：勾配駆動部、
２４：データ収集部、
３０：制御部、
３１：データ処理部、
３２：操作部、
３３：表示部（表示部）、
３４：記憶部、
３１１：ファイバートラッキング部（ファイバートラッキング部）、
３１２：拡散テンソルカラーマップ画像生成部（拡散テンソルカラーマップ画像生成部）、
Ｂ：撮像空間（静磁場空間）
２：スキャン部、
３：操作コンソール部、
１２：静磁場マグネット部、
１３：勾配コイル部、
１４：ＲＦコイル部、
１４ａ…第１ＲＦコイル、
１４ｂ…第２ＲＦコイル
１５：クレードル、
２２：ＲＦ駆動部、
２３：勾配駆動部、
２４：データ収集部、
３０：制御部、
３１：データ処理部、
３２：操作部、
３３：表示部（表示部）、
３４：記憶部、
３１１：ファイバートラッキング部（ファイバートラッキング部）、
３１２：拡散テンソルカラーマップ画像生成部（拡散テンソルカラーマップ画像生成部）、
Ｂ：撮像空間（静磁場空間）
Claims (12)
- 静磁場空間において被検体の撮影領域にて発生する磁気共鳴信号に基づいて前記撮影領域についての画像を生成する磁気共鳴イメージング装置であって、
前記磁気共鳴信号から算出される拡散テンソルに基づいて前記撮影領域において走行するファイバーをトラッキングするファイバートラッキング部と、
前記ファイバートラッキング部によってトラッキングされたファイバーにおいて抽出されるトラクトを含む曲面に対応するようにリフォーマットすることにより、拡散テンソルカラーマップ画像を、前記画像として生成する拡散テンソルカラーマップ画像生成部とを含み、
前記拡散テンソルカラーマップ画像生成部は、前記リフォーマットすることにより生成された拡散テンソルカラーマップ画像における前記ファイバートラッキング部によってトラッキングされたファイバーにおいて、前記トラクトとして前記曲面に対応するように走行する第１のファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記曲面の法線方向に走行する第２のファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記第１のファイバーの走行方向と前記第２のファイバーの走行方向とに直交する方向に走行する第３のファイバーに対応する画素とのそれぞれが、当該ファイバーの走行方向に応じて互いに異なる色になるように、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する磁気共鳴イメージング装置。 - 前記拡散テンソルカラーマップ画像生成部は、前記第１のファイバーと前記第２のファイバーと前記第３のファイバーとに対応する画素のそれぞれを、３原色のそれぞれに対応させることによって、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。 - 前記拡散テンソルカラーマップ画像生成部によって生成された拡散テンソルカラーマップ画像を表示する表示部を有する
請求項１又は請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。 - 静磁場空間において被検体の撮影領域にて発生する磁気共鳴信号に基づいて前記撮影領域についての画像を生成する磁気共鳴イメージング方法であって、
前記磁気共鳴信号から算出される拡散テンソルに基づいて前記撮影領域において走行するファイバーをトラッキングする第１ステップと、
前記第１ステップにてトラッキングされたファイバーにおいて抽出されるトラクトを含む曲面に対応するようにリフォーマットすることにより、拡散テンソルカラーマップ画像を、前記画像として生成する第２ステップとを含み、
前記第２ステップにおいては、前記リフォーマットすることにより生成された拡散テンソルカラーマップ画像における前記トラッキングされたファイバーにおいて、前記トラクトとして前記曲面に対応するように走行する第１のファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記曲面の法線方向に走行する第２のファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記第１のファイバーの走行方向と前記第２のファイバーの走行方向とに直交する方向に走行する第３のファイバーに対応する画素とのそれぞれが、当該ファイバーの走行方向に応じて互いに異なる色になるように、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する磁気共鳴イメージング方法。 - 前記第２ステップにおいては、前記第１のファイバーと前記第２のファイバーと前記第３のファイバーとに対応する画素のそれぞれを、３原色のそれぞれに対応させることによって、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する
請求項４に記載の磁気共鳴イメージング方法。 - 前記第２ステップにて生成された拡散テンソルカラーマップ画像を表示する第３ステップを有する
請求項４又は請求項５に記載の磁気共鳴イメージング方法。 - 静磁場空間において被検体の撮影領域にて発生する磁気共鳴信号から算出される拡散テンソルに基づいて、前記撮影領域において走行するファイバーをトラッキングするファイバートラッキング部と、
前記ファイバートラッキング部によってトラッキングされたファイバーにおいて抽出されるトラクトを含む曲面に対応するようにリフォーマットすることにより、拡散テンソルカラーマップ画像を生成する拡散テンソルカラーマップ画像生成部とを含み、
前記拡散テンソルカラーマップ画像生成部は、前記リフォーマットすることにより生成された拡散テンソルカラーマップ画像における前記ファイバートラッキング部によってトラッキングされたファイバーにおいて、前記トラクトとして前記曲面に対応するように走行する第１のファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記曲面の法線方向に走行する第２のファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記第１のファイバーの走行方向と前記第２のファイバーの走行方向とに直交する方向に走行する第３のファイバーに対応する画素とのそれぞれが、当該ファイバーの走行方向に応じて互いに異なる色になるように、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する拡散テンソルカラーマップ画像生成装置。 - 前記拡散テンソルカラーマップ画像生成部は、前記第１のファイバーと前記第２のファイバーと前記第３のファイバーとに対応する画素のそれぞれを、３原色のそれぞれに対応させることによって、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する
請求項７に記載の拡散テンソルカラーマップ画像生成装置。 - 前記拡散テンソルカラーマップ画像生成部によって生成された拡散テンソルカラーマップ画像を表示する表示部を有する
請求項７又は請求項８に記載の拡散テンソルカラーマップ画像生成装置。 - 静磁場空間において被検体の撮影領域にて発生する磁気共鳴信号から算出される拡散テンソルに基づいて、前記撮影領域において走行するファイバーをトラッキングする第１ステップと、
前記第１ステップにてトラッキングされたファイバーにおいて抽出されるトラクトを含む曲面に対応するようにリフォーマットすることにより、拡散テンソルカラーマップ画像を生成する第２ステップとを含み、
前記第２ステップにおいては、前記リフォーマットすることにより生成された拡散テンソルカラーマップ画像における前記トラッキングされたファイバーにおいて、前記トラクトとして前記曲面に対応するように走行する第１のファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記曲面の法線方向に走行する第２のファイバーに対応する画素と、前記トラクト以外として前記第１のファイバーの走行方向と前記第２のファイバーの走行方向とに直交する方向に走行する第３のファイバーに対応する画素とのそれぞれが、当該ファイバーの走行方向に応じて互いに異なる色になるように、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する拡散テンソルカラーマップ画像生成方法。 - 前記第２ステップにおいては、前記第１のファイバーと前記第２のファイバーと前記第３のファイバーとに対応する画素のそれぞれを、３原色のそれぞれに対応させることによって、前記拡散テンソルカラーマップ画像を生成する
請求項１０に記載の拡散テンソルカラーマップ画像生成方法。 - 前記第２ステップにて生成された拡散テンソルカラーマップ画像を表示する第３ステップを有する
請求項１０又は請求項１１に記載の拡散テンソルカラーマップ画像生成方法。
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