JP6809870B2 - 磁気共鳴イメージング装置、および、信号処理方法 - Google Patents
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Description
Planar Reconstruction)による画像処理によって、空間的な位置の把握が可能であるが、撮像時間が長くなってしまうという課題がある。
Imaging等の手法が一般的である。Parallel Imagingは、位相エンコード数やスライスエンコード数を間引くことにより撮像時間を短縮する。位相エンコード及びスライスエンコードの間引きにより折り返しが発生するが、画像再構成によってこの折り返りを除去する。しかしながら、Parallel Imagingでは倍速率に応じてSNRが低下するといった画質劣化が発生する。
Sensing;以下、CSと略す)と呼ばれる手法のMRI装置への応用が研究されており、MRIの撮像時間を更に短縮できるものとして期待されている。CSにより、信号の持つ疎性を利用し、疎な観測結果から本来の信号を高精度に復元することが可能である。疎な観測とは、画像再構成に用いられるデータ量よりも少ないデータ量で観測を行うことである。また、CSを計算機で実施する場合には、繰り返し演算を実施する手法が一般的である。
[第1の実施の形態]
まず、図1を参照して、本発明に係る磁気共鳴イメージング装置(以下、MRI装置1という)の全体構成について説明する。
図1は、本実施形態のMRI装置1の全体構成を示すブロック図である。本実施形態のMRI装置1は、NMR現象を利用して被検体30の断層画像を得るものであり、撮像部と、撮像部の動作を制御する主プロセッサ(CPU;Central Processing Unit)8と、撮像部により計測したデータを受取り画像再構成等の処理を行う信号処理系7とを備える。撮像部は、静磁場発生系2、傾斜磁場発生系3、シーケンサ4、送信系5、及び受信系6、信号処理系7と、静磁場発生系2、傾斜磁場発生系3、シーケンサ4、送信系5、及び受信系等から構成される。
図2に示すように、信号処理系7は、計測データ受取処理部51、信号処理部52、CS再構成処理部53、画像再構成処理部54、画像補正処理部55、画像表示処理部56、及び画像解析処理部57を備える。
信号処理部52は、受け取った計測データに対して各種の信号処理を実施する。
画像再構成処理部54は、CS再構成処理部53により復元されたデータに基づいて画像再構成処理を実施する。
画像補正処理部55は、画像再構成処理により得られた画像に対して各種補正処理を実施する。
画像表示処理部56は、画像補正処理部55により補正された画像を表示装置20に表示するとともに、外部記憶装置19に保存する。
画像解析処理部57は、表示または保存された画像に対して画像解析を実施する。
画像補正処理系102は、主プロセッサ(CPU)8、記憶装置18、及び外部記憶装置19で構成される。
画像表示処理系103は、主プロセッサ(CPU)8、記憶装置18、外部記憶装置19、及び表示装置20で構成される。
図4に示すように、画像再構成処理系101は、計測データ受取処理部51、信号処理部52、CS再構成処理部53、及び画像再構成処理部54として機能する。画像補正処理系102は、画像補正処理部55として機能する。画像表示処理系103は、画像表示処理部56、及び画像解析処理部57として機能する。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
第2の実施の形態では、信号処理系7の別の構成例(信号処理系7B)について説明する。なお、以下の説明において、第1の実施の形態のMRI装置1と同一の各部は同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図6に示すように、第2の実施の形態の信号処理系7Bは、信号処理、画像再構成処理、及び各種の補正を実施する画像再構成処理系201と、画像再構成処理系201で再構成された画像に対して、表示処理と記録処理を実施する画像表示処理系202を備える。
画像表示処理系202は、主プロセッサ(CPU)8、記憶装置18、外部記憶装置19、表示装置20で構成される。
図7に示すように、画像再構成処理系201は、計測データ受取処理部51、信号処理部52、CS再構成処理部53、画像再構成処理部54、画像補正処理部55として機能する。
画像表示処理系202は、画像表示処理部56、画像解析処理部57として機能する。
CS再構成処理部53と信号処理部52との間、及びCS再構成処理部53と画像再構成処理部54との間に依存関係がある場合は、図5(b)に示すタイムチャートのように、CS再構成処理部53を付加プロセッサ(GPU)24で実施するため、処理時間を短縮することが可能である。また、CS再構成処理部53と信号処理部52との間に依存関係があり、CS再構成処理部53と画像再構成処理部54の一部の処理との間に依存関係がある場合は、図5(c)に示すタイムチャートのように、付加プロセッサ(GPU)24でCS再構成処理を実施中であっても、画像再構成処理部54で用いるデータがCS再構成処理部53で処理されている必要がないものについては、主プロセッサ(CPU)8で画像再構成処理を開始することが可能である。そのため、図5(b)の場合と比較して更に処理時間を短縮可能である。
第3の実施の形態では、第1の実施の形態の信号処理系7A(図3)または第2の実施の形態の信号処理系7B(図6)を有するMRI装置1において、CS再構成処理部53と、信号処理部52及び画像再構成処理部54の間に依存関係があるが、信号処理部52、CS再構成処理部53、画像再構成処理部54の各処理を複数の処理単位に分割することができる場合の処理手順の例を示す。
図8に示すように、GPU(付加プロセッサ24)では、主プロセッサ(CPU)8により分割された処理単位((1)、(2)、(3))毎にCS再構成処理を実施する。そして、CS再構成処理が完了した処理単位のデータから順に、主プロセッサ(CPU)8で画像再構成処理を実施する。そのため、主プロセッサ(CPU)8で信号処理を実施している間にGPU(付加プロセッサ24)でCS再構成処理を開始したり、付加プロセッサ(GPU)24でCS再構成処理を実施中に主プロセッサ(CPU)8で画像再構成処理を開始することが可能である。その結果、付加プロセッサ(GPU)24が実施するCS再構成処理の時間は、主プロセッサ(CPU)で実施する信号処理または画像再構成処理の時間内に収まる。これにより撮像終了から再構成終了までの時間を短縮することが可能となる。
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。
第4の実施の形態では、信号処理系7の別の構成例(信号処理系7C)について説明する。
図9に示す信号処理系7Cは、信号処理及び画像再構成処理及び各種の補正を実施する装置である画像再構成処理系301と、画像再構成処理系301で再構成された画像に対して表示処理と記録処理を実施する装置である画像表示処理系302と、高負荷な処理であるCS再構成処理を実施する装置である高負荷処理系303とを備える。
画像表示処理系302は、主プロセッサ(CPU)8、記憶装置18、外部記憶装置19、表示装置20を備えて構成される。
高負荷処理系303は、主プロセッサ(CPU)8、記憶装置18、外部記憶装置19、付加プロセッサ(GPU)24を備えて構成される。
図10に示すように、画像再構成処理系301は、計測データ受取処理部51、信号処理部52、CS再構成処理部53、画像再構成処理部54、画像補正処理部55として機能する。そして、CS再構成処理については、画像再構成処理系301から高負荷処理系303へデータ転送され、高負荷処理系303でCS再構成処理部53の処理が実施される。CS再構成処理が実施されると処理済みのデータが高負荷処理系303から画像再構成処理系301へ転送される。
画像表示処理系302は、画像表示処理部56、画像解析処理部57として機能する。
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。
第5の実施の形態では、信号処理系7の別の構成例(信号処理系7D)について説明する。
図12に示す信号処理系7Dは、信号処理を実施する装置である信号処理系401と、画像再構成処理及び各種の補正を実施する装置である画像再構成処理系402と、表示処理と記録処理を実施する装置である画像表示処理系403と、高負荷な処理を実施する装置である高負荷処理系404とを備える。
信号処理系401は、主プロセッサ(CPU)8、記憶装置18、外部記憶装置19を備える。
画像再構成処理系402は、主プロセッサ(CPU)8、記憶装置18、外部記憶装置19を備える。
画像表示処理系403は、主プロセッサ(CPU)8、記憶装置18、外部記憶装置19、表示装置20を備える。
高負荷処理系404は、主プロセッサ(CPU)8、記憶装置18、外部記憶装置19、付加プロセッサ(GPU)24を備える。
図13に示すように、信号処理系401は、計測データ受取処理部51、信号処理部52として機能し、画像再構成処理系402は画像再構成処理部54、画像補正処理部55として機能し、画像表示処理系403は、画像表示処理部56、画像解析処理部57として機能する。そして、高負荷処理系404がCS再構成処理部53として機能する。
次に、本発明の第6の実施の形態について説明する。
第6の実施の形態では、第1から第5の実施の形態のMRI装置1(信号処理系7A,7B,7C,7D)が実行するCS再構成処理の好適な演算手法について、図14〜図16を参照して説明する。
上述の第1から第6の実施の形態のMRI装置1において、CS(圧縮センシング処理)を実施するか否かを選択可能とすることが望ましい。第7の実施の形態のMRI装置1は、圧縮センシング処理(CS再構成処理)を実施するか否かの選択を受け付けるユーザインターフェース(GUI;Graphical User Interface)を備える。また、当該ユーザインターフェースにおいて、CS再構成処理を実施すると選択された場合に、圧縮率または倍速率の指定を受け付けることが望ましい。
2・・・・・・・・・静磁場発生系
3・・・・・・・・・傾斜磁場発生系
4・・・・・・・・・シーケンサ
5・・・・・・・・・送信系
6・・・・・・・・・受信系
7、7A〜7D・・・信号処理系
8・・・・・・・・・主プロセッサ(CPU)
9・・・・・・・・・傾斜磁場コイル
10・・・・・・・・傾斜磁場電源
11・・・・・・・・高周波発振器
12・・・・・・・・変調器
13・・・・・・・・高周波増幅器
14a・・・・・・・送信コイル(送信側高周波コイル)
14b・・・・・・・受信コイル(受信側高周波コイル)
15・・・・・・・・信号増幅器
16・・・・・・・・直交位相検波器
17・・・・・・・・A/D変換器
18・・・・・・・・記憶装置
19・・・・・・・・外部記憶装置
20・・・・・・・・表示装置
21・・・・・・・・ポインティングデバイス(トラックボール、マウス)
22・・・・・・・・キーボード
23・・・・・・・・操作部
24・・・・・・・・付加プロセッサ
30・・・・・・・・被検体
51・・・・・・・・計測データ受取処理部
52・・・・・・・・信号処理部
53・・・・・・・・CS再構成処理部
54・・・・・・・・画像再構成処理部
55・・・・・・・・画像補正処理部
56・・・・・・・・画像表示処理部
57・・・・・・・・画像解析処理部
61、62、63・・GUI
71・・・・・・・・対象画像
72・・・・・・・・横方向Wavelet変換後画像データ
73・・・・・・・・転置処理(回転処理)後画像データ
74・・・・・・・・画像データ73を横方向Wavelet変換した画像データ
75・・・・・・・・画像データ74を転置処理(回転処理)した画像データ
81・・・・・・・・対象画像
83・・・・・・・・分割された処理エリア
84・・・・・・・・処理エリア83のWavelet変換後データ
86・・・・・・・・Wavelet変換後データ
101、201、301、402・・・画像再構成処理系
102、・・・・・・画像補正処理系
103、202、302、403・・・画像表示処理系
303、404・・・高負荷処理系
401・・・・・・・信号処理系
Claims (9)
- 静磁場の中に置かれた被検体に高周波磁場及び傾斜磁場を印加して前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する撮像部と、
前記撮像部の動作制御を行う主プロセッサと、
前記主プロセッサとは異なる演算器である付加プロセッサと、を備え、
前記撮像部により検出された核磁気共鳴信号を受取り、前記核磁気共鳴信号に基づき画像を生成し、生成した画像を表示する処理を前記主プロセッサ及び前記付加プロセッサが分担して行い、
前記核磁気共鳴信号に基づき画像を生成する処理には、前記撮像部により間引いて収集された核磁気共鳴信号から画像生成に必要なデータを復元する圧縮センシング処理と、復元されたデータに基づいて画像を再構成する画像再構成処理とを含み、
前記圧縮センシング処理において、画像を転置処理または回転処理することにより横方向のメモリアクセスで畳み込み処理を実施することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 前記付加プロセッサが前記圧縮センシング処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 静磁場の中に置かれた被検体に高周波磁場及び傾斜磁場を印加して前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する撮像部と、
前記撮像部の動作を制御する制御部と、
前記撮像部により検出された核磁気共鳴信号を受取り、前記核磁気共鳴信号に基づき画像を生成し、生成した画像を表示する処理を行う画像処理部と、
前記撮像部の動作制御を行う主プロセッサと、
前記主プロセッサとは異なる演算器である付加プロセッサと、を備え、
前記主プロセッサ及び前記付加プロセッサが、前記画像処理部が実行する処理を分担して行い、
前記撮像部は前記核磁気共鳴信号を間引いて収集し、
前記画像処理部は、前記撮像部により間引いて収集された核磁気共鳴信号から画像生成に必要なデータを復元する圧縮センシング処理及び復元されたデータに基づいて画像を再構成する画像再構成処理を含む処理を実行し、
前記圧縮センシング処理において、画像を転置処理または回転処理することにより横方向のメモリアクセスで畳み込み処理を実施することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 前記付加プロセッサが前記圧縮センシング処理を実行することを特徴とする請求項3に記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記画像再構成処理に用いるデータであって、前記圧縮センシング処理が行われている必要がないデータについては、その他のデータについての前記付加プロセッサによる前記圧縮センシング処理と平行して前記主プロセッサにより画像再構成処理を実施することを特徴とする請求項2または4に記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 処理を複数の処理単位に分割し、分割された処理単位毎に前記付加プロセッサにより前記圧縮センシング処理を実施し、前記圧縮センシング処理が完了した処理単位のデータから順に、前記主プロセッサで画像再構成処理を実施することを特徴とする請求項2または4に記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記付加プロセッサは高速アクセス可能なメモリ領域を備え、
前記高速アクセス可能なメモリ領域に応じたサイズに前記画像を分割し、分割した領域毎に前記高速アクセス可能なメモリ領域を使用して演算を実施することを特徴とする請求項2または4に記載の磁気共鳴イメージング装置。 - 前記圧縮センシング処理を実施するか否かの選択を受け付けるとともに、実施すると選択された場合に圧縮率または倍速率の指定を受け付けるユーザインターフェースを備えることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 静磁場の中に置かれた被検体に高周波磁場及び傾斜磁場を印加して前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する撮像部と、前記撮像部の動作を制御する制御部と、を備えた磁気共鳴イメージング装置における信号処理方法であって、
前記撮像部が前記核磁気共鳴信号を間引いて収集し、
前記撮像部の動作制御を行う主プロセッサと、前記主プロセッサとは異なる演算器である付加プロセッサとが、前記撮像部により収集された核磁気共鳴信号を受け取る処理、受け取った核磁気共鳴信号から画像生成に必要なデータを復元する圧縮センシング処理、復元されたデータに基づいて画像を生成する画像再構成処理、及び生成した画像を表示する画像表示処理を分担して行い、
前記圧縮センシング処理において、画像を転置処理または回転処理することにより横方向のメモリアクセスで畳み込み処理を実施することを特徴とする信号処理方法。
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