CN101099672B - 磁共振成像装置、磁共振成像方法和图像处理装置 - Google Patents

磁共振成像装置、磁共振成像方法和图像处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明的磁共振成像装置具备：根据来自被检体的磁共振信号，生成扩散增强图像的单元；根据上述扩散增强图像，计算扩散系数的单元；对上述扩散增强图像实施处理，使得相对于其他区域明显地表示出上述扩散系数小于阈值的区域的处理单元。

Description

磁共振成像装置、磁共振成像方法和图像处理装置
本申请主张以2006年7月7日申请的日本专利申请第2006-188284号为优先权，通过参照其内容而添加到本申请中。
技术领域
本发明涉及生成通过扩散增强图像法(diffusion weightedimaging)得到的扩散增强图像(以下称为DWI图像)和扩散系数(apparent diffusion coefficient)图像(以下称为ADC图像的)的磁共振成像装置、磁共振成像方法和处理DWI图像和ADC图像的图像处理装置。
背景技术
磁共振成像是通过拉莫尔频率的高频信号对放置在静磁场中的被检体的原子核自旋进行磁激励，根据伴随着该激励而产生的MR信号重构图像的摄像(imaging)法。
扩散增强图像法是该磁共振成像领域中的摄像法之一，取得表示组织内的水分子的扩散情况(速度或方向等)的DWI图像。DWI图像被用于体干部分等的肿瘤的判别，与其他摄像法相比，有高灵敏度并且高对比度的优点。另外，通过“Le Bihan D，MRM 19(2)：221～227(1991)”、“Takahara T，Radiat Med 22(4)：275～282(2004)”、以及“西村恒彦及其他，diffusion.perfusion MRI一望千里，メジカルビエ一社，2006”，可以了解该扩散增强图像法。
但是，在DWI图像中，有即使没有肿瘤也用高信号描绘T2值大的组织的特征(所谓的T2 shine-through)(参考“Burdette JH，Radiology 212：333～339(1999)”)。因此，在根据DWI图像进行读图时需要注意。另外，在对DWI图像进行MIP(maximum intensityprojection)处理的情况下，有肿瘤被隐藏在高信号的正常组织中的情况。进而，通过在根据b值(b factor)不同的DWI图像作成的ADC图像中测量ADC值，能够某种程度地判别高信号的正常组织和肿瘤，但ADC值是大致的扩散系数，并不是绝对的值，因此不能只用ADC值进行判断。另外，只用ADC图像，难以判断组织自身的形态。进而，由于DWI与ADC是不同的图像，观察比较两者很麻烦。
如上所述，对于DWI图像和ADC图像双方来说，只用单独的图像难以进行正确的读图。
通过观察比较DWI图像和ADC图像，能够进行更正确的读图，但由于DWI图像和ADC图像是不同的图像，所以有观察比较两者麻烦的问题。
由于这样的情况，要求进行辅助使得能够更正确地进行读图。
发明内容
本发明的第一形式的磁共振成像装置包括：根据来自被检体的磁共振信号，生成扩散增强图像的单元；根据上述扩散增强图像，计算扩散系数的单元；对上述扩散增强图像实施处理，使得相对于其他区域明显地表示出上述扩散系数小于阈值的区域的处理单元。
本发明的第二形式的图像处理装置包括：存储被检体的扩散增强图像的第一存储单元；存储与上述扩散增强图像有关的扩散系数图像的第二存储单元；对上述扩散增强图像实施处理，使得相对于其他区域明显地表示出上述扩散系数图像的扩散系数小于阈值的区域的处理单元。
本发明的第三形式的磁共振成像方法包括：根据来自被检体的磁共振信号，生成扩散增强图像，根据上述扩散增强图像，计算扩散系数，对上述扩散增强图像实施处理，使得相对于其他区域明显地表示出上述扩散系数小于阈值的区域。
可以通过以下的说明和实施例了解本发明的其他特征和优点。但这些说明和实施例只不过是例子，并不限定本发明。
附图说明
图1是表示本发明的实施例的磁共振成像装置(MRI装置)的结构的图。
图2是表示图1中的控制部件的实施例1的处理步骤的流程图。
图3是表示DWI图像的一个例子的图。
图4是表示ADC图像的一个例子的图。
图5是表示实施例1的2值图像的一个例子的图。
图6是表示实施例1的读图用图像的一个例子的图。
图7是表示图1中的控制部件的实施例2的处理步骤的流程图。
图8是表示实施例2的2值图像的一个例子的图。
图9是表示实施例2的读图用图像的一个例子的图。
图10是表示MIP图像的一个例子的图。
具体实施方式
以下，参考附图说明本发明的实施例。
图1是表示本实施例的磁共振成像装置(MRI装置)100的结构的图。MRI装置100具备静磁场磁铁1、倾斜磁场线圈2、倾斜磁场电源3、卧台4、卧台控制部件5、RF线圈单元6a、6b、6c、发送部件7、选择电路8、接收部件9和计算机系统10。
静磁场磁铁1为中空的圆筒形，在内部的空间中产生均匀的静磁场。作为该静磁场磁铁1，例如使用永磁铁、超导磁铁等。
倾斜磁场线圈2为中空的圆筒形，被配置在静磁场磁铁1的内侧。倾斜磁场线圈2组合了与相互垂直的X、Y、Z的各轴对应的3种线圈。在倾斜磁场线圈2中，上述3种线圈分别从倾斜磁场电源3接受电流供给，产生磁场强度沿着X、Y、Z的各轴倾斜的倾斜磁场。另外，Z轴方向例如与静磁场为同方向。X、Y、Z各轴的倾斜磁场例如分别与切片选择用倾斜磁场Gs、相位编码用倾斜磁场Ge和读出用倾斜磁场Gr对应。为了任意地决定摄影断面而利用切片选择用倾斜磁场Gs。为了与空间位置对应地改变磁共振信号的相位而利用相位编码用倾斜磁场Ge。为了与空间位置对应地改变磁共振信号的频率而利用读出用倾斜磁场Gr。
在将被检体P载置在卧台4的顶板4a上的状态下插入到倾斜磁场线圈2的空洞(摄影空间)内。由卧台控制部件5驱动卧台4，使顶板4a在其长度方向(图1中的左右方向)和上下方向上移动。通常，将卧台4设置得其长度方向与静磁场磁铁1的中心轴平行。
将一个或多个线圈容纳在圆筒状的壳体内而构成RF线圈单元6a。将RF线圈单元6a配置在倾斜磁场线圈2的内侧。RF线圈单元6a从发送部件7接受高频脉冲(RF脉冲)的供给，产生高频磁场。
RF线圈单元6b、6c被载置在顶板4a上，或内置在顶板4a中，或者被安装在被检体P上。另外，在摄影时，与被检体P一起被插入到倾斜磁场线圈2的摄影空间内。作为RF线圈单元6b、6c，利用阵列线圈。即，RF线圈单元6b、6c分别具有多个元件线圈。RF线圈单元6b、6c所具备的元件线圈分别接收从被检体P发射的磁共振信号。元件线圈各自的输出信号分别被输入到选择电路8。接收用的RF线圈单元并不只限于RF线圈单元6b、6c，可以任意地安装各种类型的线圈。另外，也可以安装一个或3个以上的接收用的RF线圈单元。
发送部件7将与拉莫尔频率对应的RF脉冲供给RF线圈单元6a。
选择电路8选择从RF线圈单元6b、6c输出的多个磁共振信号中的若干个信号。另外，选择电路8将选择出的磁共振信号提供给接收部件9。从计算机系统10指示选择哪个信道。
接收部件9具备多个信道的具有放大器、相位检波器和模拟数字变换器的处理系统。分别将选择电路8选择的磁共振信号输入到这些多个信道的处理系统。放大器对磁共振信号进行放大。相位检波器对从放大器输出的磁共振信号的相位进行检波。模拟数字变换器将从相位检波器输出的信号变换为数字信号。接收部件9分别输出由各处理系统得到的数字信号。
计算机系统10具有接口部件11、数据收集部件12、重构部件13、存储部件14、显示部件15、输入部件16和主控制部件17。
接口部件11与倾斜磁场电源3、卧台控制部件5、发送部件7、接收部件9和选择电路8等连接。接口部件11在这些连接的各部件和计算机系统10之间进行发送接收信号的输入输出。
数据收集部件12收集从接收部件9输出的数字信号。数据收集部件12将收集到的数字信号，即磁共振信号数据存储在存储部件14中。
重构部件13对存储在存储部件14中的磁共振信号数据执行后处理，即执行傅立叶变换等重构，求出被检体P内的希望原子核自旋的频谱数据或图像数据。重构部件13具备生成DWI图像的功能。
存储部件14针对每个患者存储磁共振信号数据、频谱数据或图像数据。
显示部件15在主控制部件17的控制下，显示频谱数据或图像数据等各种信息。作为显示部件15，可以利用液晶显示器等显示设备。
输入部件16接受来自操作者的各种指令和信息输入。作为输入部件16，可以适当地利用鼠标或跟踪球等指示设备、模式切换开关等选择设备、或键盘等输入设备。
主控制部件17具有未图示的CPU和存储器等，统一地控制MRI装置100。主控制部件17具备生成ADC图像、低ADC值区域图像(低区域图像)、读图用图像和MIP图像的功能。
以上，是MRI装置100的结构。本实施例的特征在于进行DWI摄影的情况下的图像处理。因此，以下详细说明该图像处理。
(实施例1)
图2是表示实施例1的主控制部件17的处理步骤的流程图。
如果需要执行使用了DWI法的诊断，则主控制部件17开始图2所示的处理。
在步骤Sa1中，主控制部件17控制各部件使得进行DWI摄像。可以通过现有技术的方法进行该DWI摄像。即，例如通过在自旋回波(SE)法、自旋回波型回波平坦(SE-EPI)法的时序中的180°脉冲的前后施加MPG(motion probing gradient)脉冲，来使与有扩散的分子有关的信号比与没有扩散的分子有关的信号低。由此，能够相对于没有产生扩散的区域而增强产生了扩散的区域。另外，在该DWI摄像中，由重构部件13生成多个切片的DWI图像。图3是表示DWI图像的一个例子的图。
在步骤Sa2中，主控制部件17生成与各个DWI图像有关的ADC图像。也可以通过现有技术的方法来生成该ADC图像。即，通过根据用任意不同的b值(b1、b2)摄像了的2个DWI图像计算出每个像素的扩散系数(diffusion coefficient)，来生成ADC图像。可以根据基于公式(1)的公式(2)求出扩散系数D。
ln(M/M0)＝-bD    ......(1)
D ＝-[ln(M/M0)/b]＝-[ln(S/S0)/b]......(2)
在此，如果设用b1、b2摄像的2个DWI图像中的相同像素的信号强度为S1、S2，则如下式(3)和式(4)那样表示它们。
S1/S0＝exp(-b1D)......(3)
S2/S0＝exp(-b2D)......(4)
如果求出这些公式(3)和公式(4)的比，则导出下式(5)。
S1/S2＝exp[-(b1-b2)D]......(5)
进而，根据公式(5)导出下式(6)。
D＝-[ln(S1/S2)/(b1/b2)]......(6)
另外，作为具有根据该公式(6)求出的扩散系数D作为各像素的像素值的图像而生成ADC图像。
其中，这样求出的扩散系数D并不能说是纯粹的扩散系数，是DWI图像中的各像素的大致的扩散系数(apparent diffusioncoefficient)。另外，对于与在DWI图像中不具有有意义的信息的像素(与被检体P外的区域对应的像素等)对应的ADC图像的像素，将像素值设置为“0”。图4是表示ADC图像的一个例子的图。
在步骤Sa3中，主控制部件17设置阈值。可以将在此设置的阈值设置为由操作者指定的值，也可以设置为缺省的值。在步骤Sa4中，主控制部件17对高ADC值进行阈值处理而对ADC图像进行二值化。即，主控制部件17通过将阈值以上的像素值置换为“0”，将小于阈值的像素值置换为“1”，来对ADC图像进行二值化。其中，原来为“0”的像素值原样为“0”。图5是表示在此得到的二值图像的一个例子的图。其中，不进行将原来为“0”的像素值原样设置为“0”的处理，也可以单纯地进行二值化。
在步骤Sa5中，主控制部件17向像素值为“1”的像素例如分配“红”等的颜色信息，生成低区域图像。即低区域图像是只在ADC值小于阈值的区域中具有颜色信息的图像。在步骤Sa6中，主控制部件17通过将低区域图像重叠到DWI图像上，生成读图用图像。具体地说，例如将在低区域图像中具有颜色信息的各像素设置为具有该颜色信息表示的颜色并且具有与DWI图像中的像素值对应的像素值的像素，将低区域图像中的像素值为“0”的各像素设置为具有与DWI图像中的像素值对应的像素值的黑白像素。主控制部件17针对进行了DWI摄像的多个切片分别进行步骤Sa4～步骤Sa6的处理。由此，生成多个读图用图像。
在步骤Sa7中，主控制部件17将多个读图用图像中的由操作者选择出的一个或多个图像显示在显示部件15上。主控制部件17与操作者的指示对应地变更所显示的读图用图像。也可以将多个读图用图像的全部排列起来显示在显示部件15上。
在这样显示出读图用图像的状态下，主控制部件17在步骤Sa8和步骤Sa9中，等待接收阈值变更的指定、或确定读图用图像的指示。如果在处于该等待接收状态时，操作者通过输入部件16进行操作而指定了阈值变更，则主控制部件17从步骤Sa8前进到步骤Sa10。
在步骤Sa10中，主控制部件17与操作者的指示对应地再设置阈值。然后，主控制部件17从步骤Sa10返回到步骤Sa4，再次执行步骤Sa4以后的处理。即，主控制部件17使用再设置的阈值，重新生成读图用图像。
如果在处于步骤Sa8和步骤Sa9的等待接收状态时操作者通过输入部件16指示了读图用图像的确定，则主控制部件17从步骤Sa9前进到步骤Sa11。在步骤Sa11中，主控制部件17保存最新生成的读图用图像。此处的读图用图像的保存目的地可以是存储部件14，也可以是外部的图像服务器等。
图6是表示读图用图像的一个例子的图。图6是黑白表示的，因此难以理解，但在图6中与在图5所示的二值图像中用白色表示的区域对应的区域例如被着色为红色。例如对存在于圆C1中的高像素值的区域进行着色，但不对分别存在于圆C2、C3中的高像素值的区域进行着色。另外，图6所示的图像中的像素值与DWI图像的像素值对应，着色的有无表示ADC值是否小于阈值。对于肿瘤，DWI图像中的像素值变大，并且ADC值变小，因此如存在于圆C1中的区域那样的高像素值并且着色了的区域有可能是肿瘤。与此相对，对于T2 shine-through，DWI图像中的像素值大，并且ADC值也大，因此如存在于圆C2、C3中的区域那样的高像素值并且没有着色的区域有可能是T2shine-through。如果根据这样在实施例1中生成的读图用图像，则能够一边同时确认DWI图像所具有的信息和ADC图像所具有的信息，一边进行读图，因此能够支持正确并且简单地进行读图。
另外，在实施例1中，能够由操作者任意地设置阈值，因此即使ADC值根据患者和摄影条件等而变化，也可以与之对应地设置最优的阈值。
另外，在实施例1中，在变更了阈值的情况下，自动地使用该变更后的阈值生成读图用图像，所显示的读图用图像也更新，因此操作者能够一边确认读图用图像，一边设置适当的阈值。
(实施例2)
图7是表示实施例2的主控制部件17的处理步骤的流程图。
如果需要执行使用了DWI法的诊断，则主控制部件17开始图7所示的处理。
在步骤Sb1中，主控制部件17控制各部件而进行DWI摄像。可以通过现有技术的方法进行该DWI摄像。另外，在该DWI摄像中，由重构部件13生成多个切片的DWI图像。在步骤Sb2中，主控制部件17生成与各个DWI图像有关的ADC图像。也可以通过现有技术的方法生成该ADC图像。
在步骤Sb3中，主控制部件17设置阈值。可以将在此设置的阈值设置为由操作者指定的值，也可以设置为缺省的值。在步骤Sb4中，主控制部件17对低ADC值进行阈值处理而对ADC图像进行二值化。即，主控制部件17通过将阈值以上的像素值置换为“1”，将小于阈值的像素值置换为“0”，来对ADC图像进行二值化。图8是表示在此得到的二值图像的一个例子的图。
在步骤Sb5中，主控制部件17通过使用在步骤Sb4中得到的二值化图像对DWI图像进行掩模处理，生成读图用图像。具体地说，将与在上述二值化图像中像素值为“1”的像素对应的DWI图像的像素的像素值置换为“0”。不对与在上述二值化图像中像素值为“0”的像素对应的DWI图像的像素的像素值进行变更。图9是表示读图用图像的一个例子的图。主控制部件17分别对进行了DWI摄像的多个切片进行步骤Sb4和步骤Sb5的处理。由此，生成多个读图用图像。在步骤Sb6中，主控制部件17对上述多个读图用图像进行MIP处理，生成MIP图像。图10是表示MIP图像的一个例子的图。
在步骤Sb7中，主控制部件17将MIP图像和多个读图用图像中的由操作者选择出的一个或多个图像显示在显示部件15上。主控制部件17与操作者的指示对应地变更所显示的读图用图像。也可以将MIP图像和多个读图用图像的全部排列起来显示在显示部件15上。
在这样显示出MIP图像和读图用图像的状态下，主控制部件17在步骤Sb8和步骤Sb9中，等待接收阈值变更的指示、或确定读图用图像的指示。如果在处于该等待接收状态时，操作者通过输入部件16进行操作而指定了阈值变更，则主控制部件17从步骤Sb8前进到步骤Sb10。
在步骤Sb10中，主控制部件17与操作者的指示对应地再设置阈值。然后，主控制部件17从步骤Sb10返回到步骤Sb4，再次执行步骤Sb4以后的处理。即，主控制部件17使用再设置的阈值，重新生成读图用图像和MIP图像。
如果在处于步骤Sb8和步骤Sb9的等待接收状态时，操作者通过输入部件16指示了读图用图像的确定，则主控制部件17从步骤Sb9前进到步骤Sb11。在步骤Sb11中，主控制部件17保存最新生成的读图用图像和MIP图像。此处的读图用图像和MIP图像的保存目的地可以是存储部件14，也可以是外部的图像服务器等。
在读图用图像和MIP图像中，针对ADC值为阈值以上的区域的像素用像素值“0”进行掩模，其他区域的像素具有DWI图像中的像素值。因此，ADC值大的T2 shine-through被用像素值“0”进行掩模的可能性高，但ADC值小的肿瘤不被掩模而剩下。因此，在读图用图像中，如图9所示的存在于圆C4中的高像素值的区域那样，另外在MIP图像中，如图10所示的存在于圆C5中的高像素值的区域那样，明显地表示出与肿瘤对应的可能性高的区域。根据这样在实施例2中生成的读图用图像，能够一边同时确认DWI图像所具有的信息和ADC图像所具有的信息，一边进行读图，因此能够支持正确并且简单地进行读图。
另外，在实施例2中，能够由操作者任意地设置阈值，因此即使ADC值根据患者和摄影条件等而变化，也可以与之对应地设置最优的阈值。
另外，在实施例2中，在变更了阈值的情况下，自动地使用该变更后的阈值生成读图用图像和MIP图像，所显示的读图用图像和MIP图像也更新，因此，操作者能够一边确认读图用图像和MIP图像，一边设置适当的阈值。
本实施例可以进行如下这样的各种变形实施。
在上述实施例1中，也可以使用多个阈值预先生成多个群的读图用图像，并显示与由操作者指定的阈值有关的读图用图像。或者，也可以将该多个群的读图用图像输出到图像服务器等，在浏览器中选择性地进行显示。
在上述实施例2中，也可以使用多个阈值预先生成多个群的读图用图像和多个MIP图像，并显示与由操作者指定的阈值有关的读图用图像和MIP图像。或者，也可以将该多个群的读图用图像和多个MIP图像输出到图像服务器等，在浏览器中选择性地进行显示。
通过在与MRI装置独立的计算机中执行上述实施例1中的步骤Sa2～Sa11的处理或步骤Sa3～Sa11的处理，能够作为根据在MRI装置中摄像的DWI图像生成上述实施例1中的读图用图像的图像处理装置来实现。
通过在与MRI装置独立的计算机中执行上述实施例2中的步骤Sb2～Sb11的处理或步骤Sb3～Sb11的处理，能够作为根据在MRI装置中摄像的DWI图像生成上述实施例2中的读图用图像和MIP图像的图像处理装置来实现。
在上述实施例2中，也可以省略MIP图像的生成。
读图用图像并不只限于上述实施例1或实施例2所示的图像，如果是ADC值越低的区域则越能够明显地表示出DWI图像的图像，则可以是任意的图像。
本发明并不只限于这些实施例。在本发明的宗旨的范围内，在实施阶段可以有各种变形和组合，这些变形和组合也包含在本发明中。

Claims (10)

1.一种磁共振成像装置，其特征在于包括：
根据来自被检体的磁共振信号，生成扩散增强图像的单元；
根据上述扩散增强图像，计算扩散系数，生成扩散系数图像的单元；
对上述扩散增强图像实施处理，使得相对于其他区域明显地表示出上述扩散系数图像的扩散系数小于阈值的区域的处理单元。
2.根据权利要求1所述的磁共振成像装置，其特征在于还包括：
将由操作者任意指定的值设置为上述阈值的设置单元。
3.根据权利要求2所述的磁共振成像装置，其特征在于：
上述处理单元与由上述设置单元设置了新的阈值的情况对应地，使用该新的阈值对上述扩散增强图像重新实施上述处理。
4.根据权利要求1所述的磁共振成像装置，其特征在于：
上述处理单元还包括：
生成表示上述扩散增强图像中的上述扩散系数小于上述阈值的区域的低区域图像的低区域图像生成单元；
将上述低区域图像与上述扩散增强图像合成的合成单元。
5.根据权利要求4所述的磁共振成像装置，其特征在于：
作为向上述扩散系数图像中的上述扩散系数小于上述阈值的区域附加了与上述扩散增强图像不同的颜色的图像，上述低区域图像生成单元生成上述低区域图像。
6.根据权利要求4所述的磁共振成像装置，其特征在于：
上述低区域图像生成单元用上述阈值对上述扩散系数图像进行二值化，生成上述低区域图像，
上述合成单元根据上述低区域图像，对上述扩散增强图像实施掩模处理。
7.根据权利要求4所述的磁共振成像装置，其特征在于：
上述处理单元对合成了上述低区域图像后的多个切片位置各自的扩散增强图像实施最大值投影处理。
8.根据权利要求4所述的磁共振成像装置，其特征在于：
上述低区域图像生成单元使用多个阈值生成多个低区域图像，
上述合成单元分别将多个上述低区域图像与上述扩散增强图像进行合成。
9.一种图像处理装置，其特征在于包括：
存储被检体的扩散增强图像的第一存储单元；
存储与上述扩散增强图像有关的扩散系数图像的第二存储单元；
对上述扩散增强图像实施处理，使得相对于其他区域明显地表示出上述扩散系数图像的扩散系数小于阈值的区域的处理单元。
10.一种磁共振成像方法，其特征在于包括：
根据来自被检体的磁共振信号，生成扩散增强图像，
根据上述扩散增强图像，计算扩散系数，生成扩散系数图像，
对上述扩散增强图像实施处理，使得相对于其他区域明显地表示出上述扩散系数图像的扩散系数小于阈值的区域。
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