JP6753798B2 - 医用撮像装置、画像処理方法及びプログラム - Google Patents
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Description
実施形態の医用撮像装置の概要を図1に示す。図示するように、この医用撮像装置10は、大きく分けて、撮像部100、データ処理部200、制御部300及び操作部400から構成される。
本実施形態では、MRI装置を例に、データ処理部の処理を説明する。MRI装置の撮像部100の構成は、公知のMRI装置と同様であり、図4に示すように、主な要素として、静磁場発生部102、傾斜磁場発生部103、送信部104、受信部105、シーケンサ107、中央処理装置(CPU)108を含む。静磁場発生部102は、被検体101の周囲の空間に、均一な磁場を発生させる、永久磁石または常電導方式もしくは超電導方式の磁場発生手段が配置される。傾斜磁場発生部103は、傾斜磁場コイル109、および傾斜磁場コイル109を駆動する傾斜磁場電源110から構成され、傾斜磁場を被検体101に印加する。
まずCS部211が行う圧縮センシングについて説明する。
撮像部100が収集した疎な観測データを読み込み、係数(us、bs)及びパラメータの初期値をセットする。MRI装置の撮像部100が収集する観測データは、k空間データであり、疎な観測データは、k空間の位相エンコード方向のデータを間引いたデータ、ラジアルスキャンの場合の放射線状のデータを間引いたデータ、k空間を点状に収集したデータなどである。
画像再構成部210(CS部211)は、観測信号との2乗誤差を最小化する。具体的には、以下の式により推定画像uを算出する。ここでは繰り返し回数i=k+1の場合の例について述べる。
基底選択部215が、当該繰り返し処理において用いる基底変換をひとつ選択する。基底変換の候補としては、TV、Wavelet変換、Curvelet変換、Ridgelet変換、Contourlet変換、フーリエ変換、離散コサイン変換、KLT変換等の既知の直交変換があげられる。
基底選択部215により選択された基底変換を用いて、L1ノルムを最小化する。L1ノルムを最小化する手法として、shrinkage処理が一般的に知られている。shrinkage処理のひとつであるsoft−shrinkage処理は次式で定義される。
L1ノルム最小化S64によって算出された各係数から更新ベクトルを算出する。また必要に応じてパラメータの更新を行う。
繰り返し回数iが所定の回数mに達するまで、上述した処理S61〜S64を繰り返す。即ちk+1回目の処理では、S64で算出した更新ベクトルを初期値として誤差最小化ステップS62以降の処理を行う。
図示する例では、繰り返し回数が所定の回数mに達した時点で繰り返し演算を終了しているが、繰り返しの終了判定は、繰り返し回数の他に、更新ベクトルの大きさ、前回の推定結果との差分を終了条件としても良い。即ち更新ベクトルや差分が所定の大きさ(閾値)以下になったときを終了条件とする。
実施形態1では、予め定めた基底変換の順番に従って基底選択部215が基底変換を選択したが、本実施形態では、基底変換を選択する際に選択基準を動的に変更させることで、より高速もしくは高画質な再構成画像を取得可能にする。
本実施形態においても、装置の全体構成は実施形態1と同様であり、重複する説明は省略する。以下、実施形態1と異なる点を中心に、本実施形態の画像再構成部の処理、特に基底選択部215の処理を説明する。
重み算出部217は、各基底変換における重みwを算出し、基底選択部215に送信する。重みwは基底変換の候補数と同じ次元のベクトルであり、一般には0〜1の値を持つ。
重みの算出には、各基底変換後のL1ノルム、更新ベクトルの大きさ、入力部から送信されたユーザの嗜好、撮像部100から送信された撮影パラメータ等のうちからひとつ、もしくはそれらの組み合わせを利用する。
上述した実施形態1及び実施形態2では、CS演算の繰り返し毎に、複数の基底変換候補から一つの基底変換を選択する場合を示したが、基底選択部は、複数の基底変換候補から、複数の基底変換を選択するようにしてもよい。また各繰り返しにおいて、選択する基底変換の数を異ならせてもよい。
複数の基底を選択する場合、選択方法としては様々な手法が考えられ、どのような手法を用いてもよく、例えば、実施形態1のように予め定めた基底変換の順番に従ってもよいし、実施形態2のように重みを利用してもよい。
実施形態3は、医用撮像装置が、超音波診断装置の場合の実施形態である。
図12に、実施形態3に係る医用撮像装置としての超音波診断装置の一構成例を示す。図12において、図4に示した構成要素と同様の機能を有する要素に関しては、同一の符号を付してその説明を省略する。図示するように、超音波診断装置90は、超音波撮像部900として、超音波探触子901と、送信部902と、受信部903と、超音波送受信制御部904と、整相加算部905を備えている。
実施形態4は、画像撮像装置が、高画質なCT(Computed Tomography)画像を取得することが可能なCT装置の実施例である。
図13に、本実施例形態に係る医用撮像撮像装置としてのCT装置の一構成例を示す。同図においても、図4に示した構成要素と同一の要素に関しては、同一の符号を付してその説明を省略する。
Claims (12)
- 検査対象から画像再構成に必要なデータを収集する撮像部と、
前記撮像部が収集したデータを処理するデータ処理部と、を備え、
前記データ処理部は、前記撮像部が収集した疎なデータに対し、複数の基底変換を用いた繰り返し演算を行って画像を再構成する画像再構成部と、前記複数の基底変換より少ない数の基底変換を選択する基底選択部とを有し、前記基底選択部が選択する基底変換は、少なくとも2回の繰り返しにおいて異なるものであり、前記画像再構成部は、前記基底選択部が選択した基底変換を用いて繰り返し演算を行うことを特徴とする医用撮像装置。 - 請求項1に記載の医用撮像装置であって、
前記基底選択部は、前記複数の基底変換について予め定めた順番に従って基底変換を選択することを特徴とする医用撮像装置。 - 請求項1に記載の医用撮像装置であって、
前記基底選択部は、基底変換を用いた処理時間及び基底変換後に得られる画像の画質の少なくとも一方をもとに、少なくとも2回の繰り返しにおいて互いに異なる基底変換を選択することを特徴とする医用撮像装置。 - 請求項1に記載の医用撮像装置であって、
前記複数の基底変換について重みを算出する重み算出部をさらに備え、
前記基底選択部は、前記重み算出部が算出した重みを選択確率又は選択頻度として用いて、少なくとも2回の繰り返しにおいて互いに重みが異なる基底変換を選択することを特徴とする医用撮像装置。 - 請求項4に記載の医用撮像装置であって、
基底変換を選択する指標をユーザが入力するための入力部をさらに備え、前記重み算出部は、前記入力部から入力された指標をもとに重みを算出することを特徴とする医用撮像装置。 - 請求項4に記載の医用撮像装置であって、
前記重み算出部は、前記撮像部がデータを取得する際に用いた撮像条件をもとに重みを算出することを特徴とする医用撮像装置。 - 請求項6に記載の医用撮像装置であって、
前記基底選択部は、前記重み算出部が算出した重みを選択確率又は選択頻度として用いて、少なくとも2回の繰り返しにおいて互いに異なる基底変換を選択する順序を定めた選択順序テーブルを作成し、前記選択順序テーブルに従って基底変換を選択することを特徴とする医用撮像装置。 - 請求項1に記載の医用撮像装置であって、
医用撮像装置が、磁気共鳴イメージング装置、超音波撮像装置、及びCT装置のいずれかである医用撮像装置。 - 医用撮像装置の撮像部が取得した疎な観測データを用いて、複数の基底変換を用いた繰り返し最適化演算を行って画像を再構成する画像処理方法であって、
前記複数の基底変換から1ないし前記複数より少ない数の基底変換を選択し、繰り返し毎に、選択する基底変換を変更し、少なくとも2回の繰り返しにおいて異なる基底変換を用いて、繰り返し演算を行うことを特徴とする画像処理方法。 - 請求項9に記載の画像処理方法であって、
複数の基底変換の重みを算出するステップをさらに含み、
前記重みを選択確率又は選択頻度として用いて、繰り返し毎の基底変換を選択することを特徴とする画像処理方法。 - 請求項9に記載の画像処理方法であって、
繰り返し毎に選択する基底変換は1つの基底変換であり、繰り返し演算全体で複数の基底変換を用いることを特徴とする画像処理方法。 - コンピュータに、以下のステップA〜Eを実行させるプログラム。
医用撮像装置が収集した疎な観測データを初期値として、誤差を最小化する推定データを算出するステップA、
複数の基底変換候補から、当該候補の数より少ない数の基底変換を選択するステップB、
誤差最小化ステップAで算出した推定データに対し、選択された基底変換を用いてL1ノルム最小化を行うステップC、
L1ノルム最小化によって得られた係数を用いて、誤差最小化ステップの初期値を更新するステップD、
終了条件に達するまで、ステップAからステップDを繰り返すステップE
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