JP2005237968A - サジタル面の自動決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サジタルスライス撮影のための後の調整過程を容易にするためにサジタル面決定を容易にする。
【解決手段】磁気共鳴装置により検査すべき被検体範囲のサジタル面の自動決定方法において、検査範囲のほぼコロナルのロカライザ画像撮影が行なわれ、このコロナルのロカライザ画像撮影に基づいて磁気共鳴装置の画像処理ユニットによる自動画像評価によってサジタル面が決定される。
【選択図】図５

Description

本発明は、磁気共鳴装置により検査すべき被検体範囲のサジタル面の自動決定方法に関する。

磁気共鳴装置による被検体の画像撮影の枠内において、撮影しようとするスライス画像の面を正確に規定できるようにするべく磁気共鳴装置の座標系における被検体位置に関する知識を持つためには、被検体に関する特定の優先平面の位置の知識は重要である。更に、繰り返し検査の枠内において同程度のスライス画像を撮影することを可能にするために、このような特色のある平面の知識が必要である。

このような平面の１つがサジタル面（矢状断面）である。用語「サジタル面」は、それぞれ身体の中心面または頭蓋骨の矢状縫合に対して平行な身体平面である。サジタル面の位置すなわちサジタル位置の決定は従来では手動で行なわれていた。まず、磁気共鳴装置では脊柱を撮影しようとする被検体、例えば患者のできるだけ正確な位置決めが重要である。すなわち、医療技術助手は、患者をできるだけまっすぐに平らに横たわるように位置決めすることを重視すべきである。引続いて、多数の基準画像撮影が、場合によっては、例えば縦緩和時間（Ｔ１）値，横緩和時間（Ｔ２）値またはＴ２^＊値に関して異なるコントラストで行なわれる。通常の個数は大抵の医師によって再現される約３〜５回の撮影である。医師は、この撮影に基づいてサジタル面の位置またはサジタル中心位置を光学的評価によっておよび専門知識に基づいて決定する。脊柱が曲がっている場合、医師は妥協による調整を見つけ出そうとするか、または装置製造元の規準に基づく妥協による調整が用いられる。これは一方では非常に労力を要し、他方では比較的厳しい誤りに煩わされる。なぜならば、一方では患者の位置決め時に後続の撮影の評価問題につながる誤りが生じることがあり、他方では時々画像評価時に、特に撮影画像が不良品質であるか、それともサジタル位置の決定に役立つ重要な情報を全く含んでいないか又は不十分にしか含んでいない場合に困難がもたらされるからである。

本発明の課題は、サジタルスライスの撮影のための後の調整過程を簡単にするためにサジタル面の決定を容易にする方法を提供することにある。

この課題の解決のために、冒頭に述べた方法において、本発明によれば、検査範囲のほぼコロナル（冠状断）のロカライザ画像撮影が行なわれ、このコロナルのロカライザ画像撮影に基づいて磁気共鳴装置の画像処理ユニットによる自動画像評価によってサジタル面が決定される。

本発明は、面決定の支援および容易化のためにこの面決定をできるだけ高速の概観画像撮影の適切な評価によって全自動で行なうことを提案する。概観画像撮影は「ロカライザ画像撮影」と呼ばれ、重要な検査範囲を撮影する。ここで、この画像撮影は、サジタル画像の中心位置および装置座標系におけるサジタル面の傾斜を決定するために、磁気共鳴装置の画像処理ユニットにより適切な評価アルゴリズムを用いて処理され評価される。すなわち、従来技術におけるように多数の概観撮影を行なう必要はなく、寧ろ、いわゆる「シングル・ショット・ターボ・スピンエコー・シーケンス（ｓｉｎｇｌｅ−ｓｈｏｔ ｔｕｒｂｏ ｓｐｉｎ−ｅｃｈｏ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）」の撮影によって自動面決定を行なうことで十分である。更に、医師も面決定のために行動を起こすことをもはや要求されない。ただし、それに並行して例えばロカライザ画像撮影に基づいて面を決定し、自動的な評価結果を制御するかどうかは医師にゆだねられている。全体として、本発明による方法によって、面決定過程の明白な時間短縮と同様に面決定過程の容易化がもたらされる。

既に述べたように、ロカライザ画像撮影の画像評価のために任意の評価アルゴリズムが、サジタル位置を決定しこのサジタル位置からサジタル面を決定するのに適しているならば、使用可能である。画像内もしくは１つ又は複数の際立った画像範囲内のグレー値分布または輝度分布の解析に基づいて面決定を行なうと望ましい。付加的に又は代替として、画像内もしくは１つ又は複数の際立った画像範囲内の解剖学的目印を検出するためのパターン認識解析に基づいて面決定を行なうことも考え得る。最終的に使用されたアルゴリズムは検査範囲に関係する。使用すべきアルゴリズムの選択は、評価すべきロカライザ画像撮影が画像処理ユニットに存在すれば直ちに画像処理ユニット自体により行なうことができ、あるいは事情によっては撮影すべき検査範囲の相応の指示がある場合には医師によって装置側から予め設定することもできる。

特に、脊柱範囲（頚椎、胸椎、腰椎を含む範囲）全体の脊柱撮影の場合のサジタル面の正しい再現可能な設定の枠内においても問題が生じる。このような検査の場合にできるだけ正確な面決定を行なうために、本発明思想の有利な実施態様によれば、液体の満ちた脊柱管がロカライザ画像内に存在するように脊柱または脊柱部分が撮影され、ロカライザ画像は液体の満ちた範囲が光学的に予め強調されるように、特に明るく表示されるように行なわれる。この基礎をなしている考えは、十分に正確な位置決定もしくは面決定が脊柱の中心を通過する脊柱管に基づいて可能であることにある。脊柱管を自動的な画像評価に使えて処理可能に撮影するために、ロカライザ画像は液体範囲が周囲よりも明白に明るく表示されるように撮影される。このために撮影シーケンスの撮影パラメータの相応な設定を選択すべきである。この種のロカライザ撮影における有効測定時間は約１秒の範囲にある。

面決定のために、撮影されたロカライザ画像の少なくとも２つの互いに隔てられた横断画像面（アキシャル面、軸位断面）が、グレー値分布または輝度分布に関して評価され、脊柱管を光学的に強調する本発明により提案された撮影技術によって、少なくとも２つの横断画像面に生じるグレー値最大値または輝度最大値に基づいて、サジタル面が決定される。できるだけ正確な面決定のために、グレー値分布または輝度分布が３つ以上の横断画像面において求められる。患者の理想的な位置決め並びに曲がりのない解剖学的に理想的な脊柱の場合に一直線上にあるグレー値最大値または輝度最大値に基づいて、最大値位置の決定によって相応のサジタル位置またはサジタル面を正確に決定することができる。

事情によっては、例えば脊柱に傾斜または曲がりがある場合、画像面内の脊柱管の範囲において、唯一の横断画像面の強調され液体の満ちた範囲内に２つまたはそれよりも多いグレー値最大値または輝度最大値が存在するというケースが生じる。これは、例えば頚椎の範囲および患者の頭蓋への移行部近くの横断画像面の位置での撮影の場合には検査範囲および面の位置に関係する。このケースでは２つ又はそれよりも多いグレー値最大値または輝度最大値から、最大値の平均値（または個々の最大値に相応の重み付けをした最大値の平均値）が形成され、引続いてこの最大値の平均値が面決定に取込まれる。

特に、例えば装置における患者の若干不正確な位置決めあるいは解剖学的に制約のある脊柱曲がりにより脊柱の傾斜が与えられている場合、最大値または最大値の平均値が理想的な場合におけるように共通な接続直線上に存在していないことが起こり得る。このような場合、接続直線もしくはこの接続直線から生じる本来のサジタル面は処理すべき最大値内に補間によって決定される。

しかし、とりわけ脊柱検査のほかに、他の検査対象の撮影の場合にもサジタル面決定が重要であり、例えば膝検査を挙げることができる。この膝検査の場合に、本発明に従って、サジタル面の自動決定が解剖学的な目印としての大腿骨の後顆の検出によって行なわれると望ましい。面検出のために、まず両顆を結ぶ直線が求められ、この直線に対してサジタル面の位置を決定する垂線が求められると望ましい。従って、この場合には面決定がパターン認識および解剖学的目印に基づいて行なわれ、ロカライザ画像撮影に関係する他のパラメータ調整が選択される。

この場合に、まず第１にロカライザ画像撮影がＴ１測定およびＴ１評価の形で行なわれる。

更に、本発明に従って、検査範囲に対するサジタル面のほかにコロナル面も自動的に求められると望ましい。脊柱検査の場合、コロナル面はほとんど曲がっていない脊柱範囲に基づいて求められると好ましく、これは脊柱の本来のＳ字形を考慮して、まず第１に、十分な区間に亘ってほぼ直線状に延びる胸椎の範囲で可能である。膝検査の場合、コロナル面の決定は両顆間で求め得る接続直線に基づいて行なわれる。いずれの場合においても、コロナル面の決定に、サジタル面の求められた位置データも取込まれるかもしくは利用される。

特に脊柱撮影の場合の検査範囲が実際にも自動面決定に重要な全範囲を示すことを保証するために、ロカライザ画像撮影が４０ｍｍ〜１００ｍｍ、特に６０ｍｍ〜８０ｍｍのスライス厚で行なわれると望ましい。従って、厚いスライスのコロナル撮影が重要であり、このコロナル撮影を介して、特に脊柱の場合に脊柱曲がりにもかかわらず、断面において直径で最大約１ｃｍの太さの脊柱管が選択されたスライス厚に基づいて画像内に撮影されることが保証される。

本発明による方法のほかに、本発明は更に上述の方法に基づいた自動面決定のために構成されている磁気共鳴装置もしくはその画像撮影ユニットに関する。

図面に基づく実施例の以下における説明から本発明の他の利点、特徴および詳細を明らかにする。
図１は本発明による方法を実施するために構成された本発明による磁気共鳴装置の原理図、
図２は第１の横断画像面における強調された脊柱管およびグレー値または輝度分布を有する撮影された脊柱範囲の原理図、
図３は第２の横断画像面におけるグレー値分布または輝度分布を有する図２の表示、
図４は第３の横断画像面におけるグレー値分布または輝度分布を有する図３の表示、
図５は求められた最大値に基づく普通のサジタル断面の位置決定を示す。

図１は、患者が通される検査部２と装置運転全体を制御する制御装置３とを含む本発明による磁気共鳴装置１を示す。制御装置３は画像処理ユニット４を組み込まれている。画像処理ユニット４は、画像撮影動作、画像処理動作および画像評価動作のために構成され、以下に説明する本発明による方法を実施するためにも構成されている。更に、モニタ５が設けられており、作成された画像がこのモニタ５に出力される。

画像処理ユニット４は本発明によるサジタル面の自動決定方法を実施するように構成されている。このために、まずロカライザ画像撮影が厚いスライスのコロナル・シングル・ショット・ターボ・スピンエコー・ロカライザ画像撮影の形で行なわれる。このロカライザ画像撮影は、例えば６０〜８０ｍｍのスライス厚を有するコロナル設定および場合によっては固定のスライス位置で、すなわち手動のスライスの位置決めなしに行なわれる。撮像視野（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ）つまり画像撮影範囲は、普通の正味寸法に相当するが、しかし撮影すべき検査範囲に応じて若干小さくてもよい。しかし、見込まれる脊柱の曲がりが大きい場合には、より大きな撮像視野を設定することもできる。

後の画像評価に必要な光学的に強調される表示で脊柱管または脊髄を表示する脊柱撮影のために、画像撮影のための動作パラメータが相応に設定される。高速画像撮影のために約５００ｍｓのＴＥ値（ＴＥ＝ｅｃｈｏ ｔｉｍｅ；エコー時間）が設定され、スペクトル脂肪飽和設定は画質を損ねることなしに測定を高速にするために一般に行なわれない。

有効測定時間が約１秒である非常に短いロカライザ測定の撮影後に、模範的な図２に示す画像が得られる。これは、ここではサジタル面の検出を考慮して自動的に画像処理ユニット４により評価される。このために異なる横断画像面においてディジタル画像の画素のグレー値または強度または輝度の分布が求められ評価される。

図２は横断画像面Ｂ１に対するピクセル内容の評価の際に求められたグレー値または強度分布Ｖ１を示す。脊柱管Ｓの範囲において画像面Ｂ１の位置に関して急峻なピークＰ１もしくは顕著な最大値が明白に認められ、その位置は画像面Ｂ１を表わす直線上に示され、Ｍ１を付されている。

図３は図２の撮影されたロカライザ画像ＬＢを示し、相応の横断線によって示された第２の画像面Ｂ２について、同様にグレー値または輝度分布Ｖ２が求められる。この場合にも脊柱管Ｓの範囲において画像面Ｂ２の直線上に示された位置で最大値Ｍ２を有する顕著なピークＰ２が現れる。

図４におけるように、ロカライザ画像ＬＢが、直線により示されている画像面Ｂ３に対して同様に扱われている。しかしながら、ここでは脊柱管Ｓの範囲に、２つの顕著なピークＰ３ａ，Ｐ３ｂが現われ、両者が最大値Ｍ３ａ，Ｍ３ｂをもたらす。これらの両最大値Ｍ３ａ，Ｍ３ｂから、場合によっては異なる重み付け（例えばピークの強さに応じた重み付け）によって最大値の平均値Ｍ３が求められ、これが横断画像面Ｂ３のための直線上に示されている。

図５に基づいて、サジタル面の位置を最大値からどのようにして求めるかを明らかにする。ここでもロカライザ画像ＬＢが示され、各画像面Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３に対してそれぞれの最大値Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３が示されている。図示の例では全部で３つの最大値Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３がほぼ共通の接続直線Ｌ上にある。この接続直線Ｌは同時にこの上に垂直に立つサジタル面ＳＥを規定する。従って、説明したように自動的に速やかに脊柱部分の中心およびサジタル面の最適なサジタル経過の傾斜を、個々の分布の強度最大値またはグレー値最大値と場合によっては重み付けアルゴリズム評価とによって求めることができる。脊柱部分の中心における求められたスライス位置と場合によっては起こり得る傾斜とが後続のスライス画像撮影のための実効プロトコルに複写される。すなわち、このようにして求められた脊柱管の普通のサジタル経過およびサジタルスライス案内の中心が、他の画像撮影のための設定パラメータとして使われる。

既に述べたように、図５に示された最大値Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は理想的にはほぼ接続直線Ｌ上にある。脊柱が大きく曲がっているか又は傾斜している場合、最大値は必ずしも共通な接続直線Ｌ上に位置しておらず、寧ろ共通な接続直線Ｌに対してずれている。直線決定は補間法によって場合によっては重み付けして行なわれる。すなわち、直線Ｌおよびそれに従ったサジタル面ＳＥの位置を決定するために、個々の最大値の位置は異なる強さで補間アルゴリズムに取り込まれる。

サジタル面ＳＥに対して求められた位置パラメータに基づいて、検査範囲に対するコロナル面の位置を決定することも考え得る。これは、脊柱撮影については、まず、コロナル面がサジタル面に対して垂直に延びる胸椎の如き比較的直線的であまり曲がっていない脊柱部分の検査に向いている。

本発明による方法を実施するために構成された本発明による磁気共鳴装置を原理図 第１の横断画像面における強調された脊柱管およびグレー値または輝度分布を有する撮影された脊柱範囲の原理図 第２の横断画像面における強調された脊柱管およびグレー値または輝度分布を有する撮影された脊柱範囲の原理図 第３の横断画像面における強調された脊柱管およびグレー値または輝度分布を有する撮影された脊柱範囲の原理図 求められた最大値に基づく普通のサジタル断面の位置決定を示す説明図

符号の説明

１ 磁気共鳴装置
２ 検査部
３ 制御装置
４ 画像処理ユニット
５ モニタ
ＬＢ ロカライザ画像
Ｓ 脊柱管
Ｂ１ 画像面
Ｂ２ 画像面
Ｂ３ 画像面
Ｍ１ 最大値位置
Ｍ２ 最大値位置
Ｍ３ａ 最大値位置
Ｍ３ｂ 最大値位置
Ｍ３ 最大値位置（最大値の平均値位置）
Ｖ１ グレー値または強度の分布
Ｖ２ グレー値または強度の分布
Ｐ１ ピーク
Ｐ２ ピーク
Ｐ３ａ ピーク
Ｐ３ｂ ピーク
Ｌ 接続直線

Claims (15)

1. 磁気共鳴装置により検査すべき被検体範囲のサジタル面の自動決定方法において、検査範囲のほぼコロナルのロカライザ画像撮影が行なわれ、このコロナルのロカライザ画像撮影に基づいて磁気共鳴装置の画像処理ユニットによる自動画像評価によってサジタル面が決定されることを特徴とするサジタル面の自動決定方法。
2. 面決定は、画像内もしくは１つ又は複数の際立った画像範囲内のグレー値分布または輝度分布の解析に基づいて、あるいは画像内もしくは１つ又は複数の際立った画像範囲内の解剖学的目印を検出するためのパターン認識解析に基づいて行なわれることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 画像内に撮影すべき被検体範囲は液体の満ちた脊柱管を有する脊柱または脊柱部分であり、ロカライザ画像撮影は液体の満ちた範囲が光学的に予め強調されるように行なわれることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 面決定のために少なくとも２つの互いに隔てられた横断画像面においてグレー値分布または輝度分布が求められ、グレー値最大値または輝度最大値に基づいてサジタル面が決定されることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. グレー値分布または輝度分布が３つ以上の横断画像面において求められることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. １つの横断画像面の強調され液体の満ちた範囲内に２つ以上のグレー値最大値または輝度最大値がある場合に、面決定に取込まれる最大値の平均値が形成されることを特徴とする請求項４又は５記載の方法。
7. サジタル面は、個々の画像面の求められた最大値または最大値の平均値を結ぶ直線、あるいは個々の画像面に基づいて補間法によって求められた直線に基づいて決定されることを特徴とする請求項４乃至６の１つに記載の方法。
8. 画像内に撮影すべき被検体範囲は膝であり、サジタル面の自動決定が解剖学的な目印としての大腿骨の後顆の検出によって行なわれることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
9. 面検出のために、まず両顆を結ぶ直線が求められ、この直線に対してサジタル面の位置を決定する垂線が求められることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. サジタル面のほかにコロナル面も自動的に求められることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
11. 脊柱検査において、コロナル面が曲がっていない脊柱範囲に基づいて行なわれることを特徴とする請求項１０記載の方法。
12. コロナル面は付加的にサジタル面の位置データの検出に基づいて求められることを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 膝検査において、コロナル面が両顆間で求め得る接続直線に基づいて決定されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
14. ロカライザ画像撮影が４０ｍｍ〜１００ｍｍのスライス厚で行なわれることを特徴とする請求項１乃至１３の１つに記載の方法。
15. 請求項１乃至１４の１つに記載の方法を実施するために構成された磁気共鳴装置。

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