JP6752064B2 - 磁気共鳴イメージング装置、画像処理装置、及び拡散強調画像計算方法 - Google Patents
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Description
本実施形態は、複数(2以上)のb値を用いてそれぞれ取得した画像(拡散強調画像の原画像であり、一種の拡散強調画像である)の画素値や組織などのパターンを分析することで、拡散係数(ADC)が異常値となる画素(異常画素)を抽出し、各拡散強調画像における異常画素を補正し、補正した各拡散強調画像を用いて拡散係数(ADC)を算出し、算出した拡散係数(ADC)を用いて任意のb値の拡散強調画像を計算して表示する。
本ステップは操作者による処理であり、撮像のための設定を行う。まず操作者は、被検者を静磁場発生部2の撮像空間にセットアップする。そして、操作部25を介して、拡散強調イメージングのためのパルスシーケンスの設定、撮像条件の設定を行う。撮像条件には一般的なTE、TR等の撮像パラメータの他に、MPGパルスの軸やb値の設定が含まれる。本実施形態ではb=0を含む複数のb値を設定する。これらの設定は、ディスプレイ20に表示された設定画面を介して行うことができる。設定処理が終了した後、撮像部による撮像が開始する。
撮像部は、ステップS201で設定された撮像条件で、所定のパルスシーケンスを実行し、被検体の同一断面について、複数のb値で、それぞれ、画像再構成に必要な数のエコー信号を取得する。なお複数のb値には、b値=0を含んでいてもよい。即ち、撮像は少なくとも設定したb値の数と同数以上繰り返される。MPGパルスの印加軸を異ならせる場合には、その印加軸毎にb値=0以外のb値について撮像を行う。画像作成部81は、各撮像で得たエコー信号を再構成し、拡散強調画像を作成し、各画像データを磁気ディスク18に記憶する。以下、説明を簡単にするために、b値が0の場合、及び0以外の所定のb値(bmsr)について複数の印加軸毎の撮像を行った場合を例に説明する。複数の印加軸の撮像でそれぞれ得られた拡散強調画像を区別する場合には、各拡散強調画像をSnと表記する。添え字nは印加軸の種類を表す。
演算処理部8は、必要に応じて、ステップS202で取得した拡散強調画像に対し、公知の体動補正処理を用いて体動補正を行う。体動補正は取得した拡散強調画像に対し事後的に行う処理のみならず、撮像時に行う心電同期撮像や体動を監視するナビゲーターエコーを用いた撮像を前提とする補正処理も含む。また対象とする撮像部位が体動の影響を殆ど受けない部位の場合には本ステップは省略してもよい。
演算処理部8は、操作者が操作部25を介して入力した任意のb値(bfactor)を受け付ける。任意のb値は、拡散画像算出部80が仮想拡散強調画像の計算に用いるb値である。操作者による任意のb値の入力は、拡散画像算出部80が拡散強調画像の計算を行う前に行われていればよく、ステップS201で表示される撮像条件設定画面に入力可能にしてもよいし、拡散強調画像の算出時に、任意のb値の入力を促す画面をディスプレイ20に表示させてもよい。図5に、任意のb値の入力を受け付けるためのディスプレイ20に表示されるGUI500の一例を示す。図5に示す例では、拡散強調画像(DWI)や拡散強調係数マップ(ADC)などの画像表示部510と操作者が入力するためのメニュー表示部320が設けられており、b値の入力はメニュー表示部520の解析設定メニュー521に設定された数値入力ボックスにより行うように構成されている。数値入力の代わりに、スライダーバーなどの操作によりb値の入力を行う構成としてもよい。
拡散画像演算部80の分析部82は、ステップS203で取得したb値=0の拡散強調画像S0と、各軸(MPG印加軸)方向の複数のb値の拡散強調画像Sとを用いて、異常な拡散係数(ADC)となる画素を判定し、抽出する。異常なADCとなるか否かの判定の手法は、b値に対し画素値が単調減少するという関係(従って、b値=0のときの画素値はb値≠0のときの画素値以上である)を利用する。即ちb値=0の拡散強調画像S0の画素値p0と、各MPG印加軸の拡散強調画像Sの画素値pを比較し、p0<pとなった画素を異常画素と判定する。比較は、画像上の位置が同一である画素どうしで行い、画像上の全ての画素について行う。但し画像にROIを設定した場合には、ROI内の画素のみを比較してもよい。
さらに、機械学習を用いて、次のステップの画素の補正を行うことも考えられる。例えば、拡散強調画像の画素と、各種の基準値または補正値を用いて補正した場合に最も適する手法を、機械学習アルゴリズムを用いて、部位ごとに学習し、画素から最適な補正方法を判定するモデルを作成する。このモデルを用いて、前期判定部で異常と判定された画素に最適な補正方法を判定する。
分析部82で異常画素と判定され抽出された画素に対し、補正部83が補正を行う。補正は、b値=0の拡散強調画像S0の画素を補正する場合とb値≠0の拡散強調画像Sの画素を補正する場合が有りえるが、ここでは、拡散強調画像S0の画素値を補正する。具体的には、ステップS205で抽出した画素における拡散強調画像S0の画素値を、拡散強調画像Sの画素値に置き換える。置き換える拡散強調画像Sの画素値は、複数の印加軸の拡散強調画像S(S1、S2・・・Sn)がある場合には、各拡散強調画像の対応画素の画素値のうち最大のものを用いることができる。また一つの画素だけでなく、その周囲の画素の画素値も含む複数の画素値の平均値を用いてもよい。また、b値≠0の拡散強調画像が複数ある場合には、他のb値の拡散強調画像の画素や複数の拡散強調画像の画素から算出する値を用いてもよい。
以下の説明では、b値=0の拡散強調画像S0の画素値を補正した場合を例に説明する。異常画素を補正した後の拡散強調画像をS0crtと表記する。
拡散係数算出部84が、ステップS206で補正した拡散強調画像S0crtと拡散強調画像Snを用いて、例えば、次式により拡散係数ADCを算出する。
仮想拡散強調画像算出部85が、ステップS207で算出した拡散係数ADCと、ステップS204で入力された任意のb値(bfactor)を用いて、任意のb値の拡散強調画像(Sbfactor)を以下の式(3)又は式(3’)を用いて計算する。
表示制御部86は、ステップS208で算出した任意のb値(bfactor)の拡散強調画像をディスプレイ20に表示する。図5に示す画面500では、画像表示部510に原画像から求めた拡散強調画像DWI及びADCマップ(ADCの値を画素値とする画像)と並んで、仮想拡散強調画像cDWIが表示される。これらの画像は、所定の記憶装置に保存される。
第一実施形態では、分析部82が画素値どうしを比較することにより異常画素を抽出したが、さらに、撮像条件の情報を用いて異常画素の判定と抽出を行ってもよい。
操作者による撮像条件設定、撮像部による拡散強調イメージングに基く撮像、必要に応じた体動補正、及び、仮想拡散強調画像算出のためのb値設定を行う。
分析部82は、異常画素を判定する際に、撮像条件を参照して対比する画素の画素値を決定する。例えば、参照する撮像条件が積算回数の場合、各b値の拡散強調画像の各画素における中央値pcを算出する。中央値pcとは、積算回数ごとに、同一画素における拡散強調画像の各画素を、画素値の大きさでソートし、その中央となる値である。算出した各画素における中央値pcと、b値=0の拡散強調画像S0の各画素p0を比較し、p0が中央値pcよりも小さくなる画素を抽出する。なお画素値の判定に用いる値は、中央値ではなく平均値などでもよい。
補正部83は、撮像条件に対応する値を用いて異常画素を補正する。例えば、ステップS301で抽出した画素において、b値=0の拡散強調画像S0の各画素の画素値をステップS301で算出した各画素の中央値に置き換える。或いは各画素の平均値に置き換える。
本実施形態も、演算処理部8が行う処理は基本的には第一実施形態と同様であり、2以上のb値を用いて取得した拡散強調画像から、各拡散強調画像の画素値を分析することで、拡散係数が異常値となる画素を抽出し、各拡散強調画像における抽出画素を補正し、補正した各拡散強調画像を用いて、拡散係数ADCを算出し、算出したADCを用いて任意のb値の拡散強調画像を計算して表示する。ただし本実施形態は、補正部83による補正の強さを調整可能にしたこと(補正部が調整部を有すること)が特徴である。補正の強さの調整は、操作者の設定により或いは自動で行う場合がある。以下、本実施形態の演算処理部の処理について、第一実施形態と異なる点を中心に説明する。
第一実施形態と同様に、操作者による撮像条件設定、撮像部による拡散強調イメージングに基く撮像、必要に応じた体動補正、及び、仮想拡散強調画像算出のためのb値設定を行う。
拡散強調画像演算部80は、撮像により取得した複数の拡散強調画像について、まずADCが異常となる画素を判定、抽出し、その画素について画素値の補正を行う(S205、S206)。補正の手法は第一実施形態或いはその変形例で説明した手法と同様の手法を採用できる。その後、補正された拡散強調画像を用いてADCを算出し(S207)、算出したADCとb値=0の拡散強調画像S0(補正前の原画像或いは補正後の拡散強調画像S0cor)を用いてS204で設定されたb値の仮想拡散強調画像を算出し(S208)、表示する(S209)。
ステップS206でなされた補正が適切になされなかった場合には(S901)、補正の強さを変更する(S902)。補正が適切になされたか否かは、例えば、操作者がステップS209でディスプレイ20に表示されたADCマップやcDWIを確認することにより行ってもよいし、ADCの値などをもとに拡散強調画像演算部80(例えば補正部)が自動的に判断してもよい。
本変更例は、仮想拡散強調画像算出のための原画像である拡散強調画像のほかに、画素の補正がなされたことを表す補正画像を作成し、ディスプレイに表示させることが特徴である。
本実施形態は、第一実施形態とは、拡散強調画像における異常画素判定の手法が異なる。すなわち本実施形態のMRI装置は、撮像部が3以上のb値、例えばb値=0の拡散強調画像の他に2以上のb値、で撮像を行い3以上の拡散強調画像を得ること、拡散強調画像演算部(演算部)が画素値をフィッティングするフィッティング部を備えること、が特徴であり、異常画素を補正する補正部はフィッティング結果に従い画素の補正を行う。
本実施形態においても、まず操作者による撮像条件の設定等(S201)に続いて、撮像部が設定された条件で撮像を行う(S202)。但し、条件設定では、b値としてb値=0のほかに、2以上のb値を設定する。撮像部は、設定された複数のb値で所定のMPG印加軸について拡散強調イメージングによる撮像を行い、複数のb値に対応する複数の拡散強調画像を取得する。画像再構成部81は、拡散強調画像の再構成と共に、必要に応じて体動補正を行う(S203)。さらにステップS204において、仮想拡散強調画像算出のための任意のb値を設定する。
拡散強調画像演算部80(フィッティング部87)は、上記ステップで得られた複数の拡散強調画像を用いて、それら画像の各画素のフィッティングを行う。フィッティングでは、b値が異なる各画像の対応する画素について、画素値と近似曲線との距離を最小とする近似曲線を求める。この際、何らかの拘束条件(例えば、「if b1>b2, p1>p2」、「if b0=0、p0≧pmax」など:ここでb1、b2は任意のb値、p0、p1、p2は、それぞれ、b値が0、b1、b2のときの画素値を表す。pmaxは、フィッティングの対象画素値のうち最大の画素値を表す)を設けてもよい。
フィッティング部87によるフィッティングと補正を行った拡散強調画像を用いて、ADCを算出し、このADCを用いてS204で設定されたb値を用いて、設定b値における拡散強調画像(cDWI)を算出すること、これら画像を表示し、保存することは第一実施形態と同様である。
本実施形態は、第一〜第三実施形態のMRI装置に対し、補正すべき拡散強調画像の画質に応じて、撮像のやり直しを行う機能を追加したことが特徴である。
第一実施形態と同様に、撮像から拡散強調画像の取得までを行う。
分析部82は、まず拡散強調画像を分析し異常画素を判定する。この分析手法は、第一〜第三実施形態で採用した手法のいずれでもよい。異常画素の判定の後、さらに、異常の程度や異常の発生割合を判定する。異常の程度の判定は、例えば、b値=0の拡散強調画像の画素p0と、b値=b1の拡散強調画像の画素p1を比較したときに、両方の値が大きくかい離しているか否かを判定する。例えば、画素値に対する割合[(p1−p0)/p1]、画素値の差[p1−p0]について所定の閾値を設定し、これらの値が所定の閾値を超えた場合(例えば異常画素の画素値がb値=0の拡散強調画像の画素値の2倍を超えた場合など)には、異常の程度が「大」と判定する。異常の発生割合については、例えば、画素数全体に対し異常と判定された画素の数(異常画素数/全画素数)が所定の割合(例えば50%)を超えたときには、異常の程度が「大」と判定する。両者を組み合わせて、画素の異常を判定する閾値(第一閾値)と割合を判定する閾値(第二閾値)をそれぞれ設定し、画素値が第一閾値以上の画素の割合が第二閾値以上になったときに異常の程度が「大」と判定してもよい。或いは公知のパターン認識技術を用いて、複数の拡散強調画像の中で特に異常の程度の大きい拡散強調画像を抽出してもよい。
そして異常の程度が「大」と判定された場合には(S911)、それが最初の判定であれば(ステップS912)、ステップS913に進み、異常の程度が「大」と判定された拡散強調画像のみを対象とする再撮像を行う。例えば所定のb値の画像について「異常大」と判定された場合には、そのb値の撮像だけを行う。また複数のスライスの撮像を行った場合において、所定のスライスの画像が「異常大」と判定された場合には、そのスライスだけを再撮像する。
ステップS911で異常の程度が「小」と判定された場合、ステップS206以降のステップに進み、異常画素の補正(S206)、ADCの算出(S207)、仮想拡散強調画像の算出・表示を行う(S208、S209)。これらの処理内容は、第一実施形態で説明したとおりである。
なお図15に示す実施形態では、判定が1回目かそれ以降かによって再撮像の処理を異ならせたが、最初からステップ202に戻って再撮像を行ってもよいし、判定結果で「異常大」の結果が所定の回数に達したときにステップ202に戻るようにしてもよい。
本実施形態によれば、異常になる値が多い場合には、再撮像を行い、再撮像後の画像を用いて仮想拡散強調画像を作成する。これにより検査効率の向上、検査時間の短縮が期待される。
Claims (19)
- 複数の異なるMPGパルス印加条件で複数の撮像を行い、各撮像毎に核磁気共鳴信号を取得する撮像部と、前記撮像部が取得した核磁気共鳴信号を用いて画像を再構成する画像再構成部と、MPGパルス印加条件の異なる複数の前記画像を用いて拡散強調画像の計算を行う演算部と、を備え、
前記演算部は、MPGパルス印加条件が異なる複数の画像を分析し、前記複数の画像の画素値間の関係に基づき異常画素の有無を判定する分析部を有し、前記分析部の結果に基づき補正された画像を含む前記複数の画像を用いて拡散強調画像を算出することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記演算部は、分析により異常と判断された画素を補正する補正部と、前記補正部により画素が補正された画像を含む前記複数の画像を用いて拡散強調係数を算出する拡散係数算出部とをさらに備え、前記拡散係数算出部が算出した拡散強調係数を用いて拡散強調画像を算出することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項2に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記演算部は、前記補正部により画素が補正された前記複数の画像または補正前の前記複数の画像と、前記拡散係数算出部が算出した拡散強調係数を用いて、任意のMPGパルス印加条件における仮想の拡散強調画像を算出する拡散強調画像算出部をさらに備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記分析部は、異常の程度を、b値の大きさに応じた所定の閾値を用いて判定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記分析部は、分析の対象である画像の撮像条件、画素値、及び組織のいずれかに応じて異常画素を判定する条件を異ならせることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記演算部は、前記分析部による画像の分析、又は、前記異常画素の有無の分析、又は画素の補正を機械学習アルゴリズムに基いて行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記複数の異なるMPGパルス印加条件は、複数の異なるb値を含み、
前記分析部は、複数の異なるb値の拡散強調画像の画素値を比較することにより異常画素を判定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項7記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記複数の異なるMPGパルス印加条件は、複数の異なるMPG印加軸、または複数の異なるb値を含み、
前記演算部は、前記分析部による前記画素値の比較を、それらのMPG印加条件の拡散強調画像における画素と機械学習アルゴリズムに基づいて、異常画素を判定する、または、拡散強調画像の補正を行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記複数の異なるMPGパルス印加条件は、複数の異なるMPG印加軸を含み、
前記分析部は、前記各MPG印加軸の同一画素から基準値を算出し、各MPG軸の画素と前記基準値を比較することにより異常画素を判定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項2記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記補正部は、b値=b1のときの拡散強調画像の画素値を、b値=b2(但しb2≠b1)のときの拡散強調画像の画素値を用いて補正することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項10記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記複数の異なるMPGパルス印加条件は、MPGパルスの印加軸が異なる複数の条件を含み、
前記分析部は、前記b値=b2のときの拡散強調画像の画素値として、MPGパルスの印加軸が異なる複数の条件で得た複数の拡散強調画像から算出した画素値を用いることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項2に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記補正部は、補正の強さを調整する調整部をさらに備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項12に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記調整部は、異常画素の補正に用いる画素値に所定の重み係数を乗算し、補正の強さを調整することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項2に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
拡散強調画像を表示する表示装置をさらに備え、
前記補正部は、補正した前記異常画素を表す補正画像を作成し、前記表示装置に表示させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項2に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記複数の異なるMPGパルス印加条件は、3以上の異なるb値を含み、
前記補正部は、複数のMPGパルス印加条件で得た複数の拡散強調画像の画素値をフィッティングし、前記異常画素の画素値を、フィッティング曲線上の値に置き換えて補正することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記分析部は、異常画素の有無の判定とともに、異常の程度を判定し、異常の程度に応じて、前記撮像部に再撮像を行わせることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項3に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記演算部は、前記拡散強調画像及び前記仮想の拡散強調画像を用いて、拡散テンソル画像を作成する拡散テンソル画像作成部を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - MRI装置を用いて複数のMPGパルス印加条件でそれぞれ取得した拡散強調画像を用いて、任意のMPGパルス印加条件における仮想の拡散強調画像を算出する演算部を有する画像処理装置であって、
前記演算部は、MPGパルス印加条件が異なる複数の拡散強調画像に対し、前記複数の拡散強調画像の画素値間の関係に基づき異常画素を判定し、前記判定した異常画素を補正する補正部と、前記補正部により画素が補正された拡散強調画像を含む前記複数の拡散強調画像を用いて拡散強調係数を算出する拡散係数算出部と、を備え、前記拡散係数算出部が算出した拡散強調係数を用いて前記仮想の拡散強調画像を算出することを特徴とする画像処理装置。 - MPGパルスを印加しない撮像及び1ないし複数のMPGパルスを印加した撮像の、それぞれで得られた核磁気共鳴信号を用いて、所望のMPGパルス印加条件の仮想拡散強調画像を算出する拡散強調画像計算方法であって、
各撮像で得られた核磁気共鳴信号を画像再構成し、複数の拡散強調画像を作成するステップと、
MPGパルス印加条件が異なる複数の拡散強調画像に対し、前記複数の拡散強調画像の画素値間の関係に基づき異常画素を判定するステップと、
異常画素と判定された画素を補正して補正後の拡散強調画像を作成するステップと、
補正後の拡散強調画像を含む前記複数の拡散強調画像を用いて拡散強調係数を算出するステップと、
算出した拡散強調係数を用いて仮想の拡散強調画像を算出するステップと、を含む拡散強調画像計算方法。
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