JP2007020829A - Method and system for analyzing image data - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and system for analysis which supports discrimination of a tissue by analyzing a time-series multi-level image composed of time-lapse change of a plurality of measured quantities. <P>SOLUTION: A similar area is extracted by a method for analysis having: a step for setting a unified map for normalizing a plurality of images; a step for deforming the time-series multi-level image based on the unified map; a step of setting a distance to a vector composed of the measured quantities at a plurality of times related to respective pixels in the respective pixels of the deformed time-series multi-level image; and a step of clustering the pixels by the distance. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、医用画像データの解析方法を搭載した情報システムや医用画像診断装置に関する。   The present invention relates to an information system and a medical image diagnostic apparatus equipped with a medical image data analysis method.

医用画像診断装置の発展に伴い、様々な物理現象を表す物理量が経時的に得られるようになってきた。特に、Magnetic Resonance Imaging (MRI)では、高精度診断を実現するために、非常に多数の物理量を計測するようになってきている。例えば、物理量としては、核スピン密度、縦緩和時間T1、横緩和時間T2、磁場不均一による見かけ上の横緩和時間T2*、拡散係数、組織・細胞の制限拡散を表す見かけ上の拡散係数(Apparent Diffusion Coefficient、ADC)、血流などの流速、代謝物などの物質の差を表すケミカルシフトなどが挙げられる。これらの組み合わせや、造影剤などの投与による前記物理量の変化など、副次的な情報も含めると、非常に多くの計測量が取得さられるようになってきている。また、従来、主に計測されてきた水素原子核以外の炭素13やリン31など他核と呼ばれる原子核について、前記物理量を取得することもできるようになってきた。これらの組み合わせを考えると、得られる計測量は膨大となってきている。また、時間方向については、Echo Planar Imaging (EPI)などデータを高速に取得する方法が開発され、1秒間隔での画像取得も可能となってきている。さらにボリュームデータの高速取得方法の開発とあいまって、時間方向についても、得られる情報は膨大になってきている。   With the development of medical image diagnostic apparatuses, physical quantities representing various physical phenomena have been obtained over time. In particular, in Magnetic Resonance Imaging (MRI), a large number of physical quantities have been measured in order to realize high-precision diagnosis. For example, physical quantities include nuclear spin density, longitudinal relaxation time T1, transverse relaxation time T2, apparent transverse relaxation time T2 * due to magnetic field inhomogeneity, diffusion coefficient, and apparent diffusion coefficient representing the restricted diffusion of tissues and cells ( Examples include Apparent Diffusion Coefficient (ADC), flow rate such as blood flow, and chemical shift indicating the difference between substances such as metabolites. Including secondary information such as a combination of these and changes in the physical quantity due to administration of a contrast medium or the like, a very large amount of measurement has been acquired. In addition, it has become possible to acquire the physical quantities of nuclei called other nuclei such as carbon 13 and phosphorus 31 other than hydrogen nuclei that have been mainly measured. Considering these combinations, the amount of measurement obtained is enormous. In the time direction, a method for acquiring data at high speed, such as Echo Planar Imaging (EPI), has been developed, and images can be acquired at intervals of 1 second. Furthermore, coupled with the development of a high-speed volume data acquisition method, the amount of information that can be obtained in the time direction has become enormous.

複数の計測量を表す画像を用いた診断技術の例としては、虚血の診断が挙げられる。虚血診断では、核スピン密度、T2、ADC、Perfusion(造影剤を用いた血流量、血液量、平均到達時間)の画像を計測し、組織のダメージを統合的に判断する。他の例としては、がんの確定診断が挙げられる。がんの確定診断では、核スピン密度、T1、T2、ADC、ケミカルシフトによる代謝物濃度などの画像を計測し、悪性度や組織性状などを統合的に判断する。   An example of a diagnostic technique using images representing a plurality of measurement amounts is diagnosis of ischemia. In ischemia diagnosis, images of nuclear spin density, T2, ADC, and Perfusion (blood flow volume, blood volume, average arrival time using contrast medium) are measured, and tissue damage is judged in an integrated manner. Another example is a definitive diagnosis of cancer. In the definitive diagnosis of cancer, images such as nuclear spin density, T1, T2, ADC, and metabolite concentration due to chemical shift are measured, and the malignancy and tissue properties are comprehensively determined.

一方で、単一の計測量ではあるが時系列画像を用いた診断技術の例としては、虚血の診断が挙げられる。虚血診断では、上述した血流量や、血液量、平均到達時間などを計測するために、造影剤投与後のT2画像の変化を追跡している。他の例としては、脳の賦活部位を観測するためのFunctional MRI (fMRI)が挙げられる。fMRIでは、感覚刺激や運動刺激とT2*の経時変化との関連性を計測・解析している。   On the other hand, an example of a diagnostic technique using a time-series image although it is a single measurement amount is a diagnosis of ischemia. In the ischemia diagnosis, changes in the T2 image after contrast medium administration are tracked in order to measure the above-described blood flow volume, blood volume, average arrival time, and the like. Another example is Functional MRI (fMRI) for observing brain activation sites. fMRI measures and analyzes the relationship between sensory and motor stimuli and T2 * changes over time.

しかし、まだ複数の計測量の時系列画像からの計測・解析技術は確立されていない。一つの理由は、診断に要する労力の飛躍的な増大である。これは、前述したように、観察しなければならない物理量、その変化、一枚の画像のデータ量が増加しており、全てを短時間で見ることは不可能に近くなっているためである。このような診断にかかる労力の増加は、見落としや誤診などを招くこともあるために少しでも軽減することが望まれている。この課題を解決するために、医用画像データを解析する方法がいくつか提案されている。   However, a measurement / analysis technique from time-series images of a plurality of measurement quantities has not been established yet. One reason is the dramatic increase in labor required for diagnosis. This is because, as described above, the physical quantity to be observed, its change, and the data amount of one image are increasing, and it is almost impossible to see all of them in a short time. Such an increase in the labor required for the diagnosis may be overlooked or misdiagnosed, and therefore, it is desired to reduce it as much as possible. In order to solve this problem, several methods for analyzing medical image data have been proposed.

非特許文献1、2では、脳虚血領域を判別するために、核スピン密度、T2、ADC、Perfusionを用いて画素をクラスタリングする方法が提案されている。また、非特許文献3では、腫瘍の組織判別を行うために、核スピン密度、T2、ADCを用いて画素をクラスタリングする方法が提案されている。画素をクラスタリングする場合、計測された複数の物理量を各軸とする多次元空間に適当な距離を導入し、例えばk-means法などを用いて距離の近い画素を同一な組織としてまとめていく。ただし、これら方法では、時間方向には解析を行わず、一時点での組織判別を繰り返し行っている。   Non-Patent Documents 1 and 2 propose a method of clustering pixels using nuclear spin density, T2, ADC, and Perfusion in order to discriminate the cerebral ischemic region. Non-Patent Document 3 proposes a method of clustering pixels using nuclear spin density, T2, and ADC in order to discriminate tumor tissue. In the case of clustering pixels, an appropriate distance is introduced into a multidimensional space having a plurality of measured physical quantities as axes, and pixels having close distances are collected as the same organization using, for example, the k-means method. However, in these methods, analysis in the time direction is not performed, and tissue discrimination at a temporary point is repeatedly performed.

非特許文献4では、アテローム性動脈硬化組織を判別するために、核スピン密度、T1、T2を用いた多次元分析を行う方法が提案されている。本方法では、各画素の物理量だけでなく、各画素の空間的距離も考慮してクラスタリングを行っている。すなわち、非特許文献1、2、3では画素間の空間的な距離は考慮していなかったが、非特許文献4では物理量の軸だけでなく、空間的な距離も軸とした多次元空間に適当な距離を導入している。これにより、離れた領域にある同一性状の組織は別のものとしてクラスタリングされるという効果がある。   Non-Patent Document 4 proposes a method of performing multidimensional analysis using nuclear spin density, T1, and T2 in order to discriminate atherosclerotic tissue. In this method, clustering is performed in consideration of not only the physical quantity of each pixel but also the spatial distance of each pixel. That is, in Non-Patent Documents 1, 2, and 3, the spatial distance between pixels was not considered, but in Non-Patent Document 4, not only a physical quantity axis but also a multidimensional space with a spatial distance as an axis. An appropriate distance is introduced. Thereby, there is an effect that the tissue having the same property in the distant region is clustered as another.

非特許文献5では、虚血後のADC変化と乳酸信号量の変化を経時的に計測し、虚血中心やまだ治療が可能と考えられる虚血周辺部を描出できることが示唆されている。これは、虚血領域では、ADCが正常組織の約半分に低下し、乳酸信号が増加していくことを利用している。   Non-Patent Document 5 suggests that ADC changes after ischemia and changes in the amount of lactic acid signal can be measured over time to depict the ischemic center and the ischemic peripheral part that can still be treated. This is due to the fact that in the ischemic region, ADC decreases to about half of normal tissue and the lactate signal increases.

Carano RAD、 Takano K、 Helmer KG、 Tatlisumak T、 Irie K、 Petruccelli JD、 Fisher M、 Sotak CH. Determination of focal ischemic lesion volume in the rat brain using multispectral analysis. J Magn Reson Imaging 1998;8:1266-1278.Carano RAD, Takano K, Helmer KG, Tatlisumak T, Irie K, Petruccelli JD, Fisher M, Sotak CH. Determination of focal ischemic lesion volume in the rat brain using multispectral analysis.J Magn Reson Imaging 1998; 8: 1266-1278.

Carano RAD、 Li F、 Irie K、 Helmer KG、 Silva MD、 Fisher M、 Sotak CH. Multispectral analysis of the temporal evolution of cerebral ischemia in the rat brain. J Magn Reson Imaging 2000;12:842-858.Carano RAD, Li F, Irie K, Helmer KG, Silva MD, Fisher M, Sotak CH.Multispectral analysis of the temporal evolution of cerebral ischemia in the rat brain.J Magn Reson Imaging 2000; 12: 842-858. Carano RAD、 Ross AL、 Ross J、 Williams SP、 Koeppen H、 Schwall RH、 Van Bruggen N、 Quantification of tumor tissue populations by multispectral analysis. Magn Reson Med 2004;51:542-551.Carano RAD, Ross AL, Ross J, Williams SP, Koeppen H, Schwall RH, Van Bruggen N, Quantification of tumor tissue populations by multispectral analysis.Magn Reson Med 2004; 51: 542-551. Itskovich VV、 Samber DD、 Mani V、 Aguinaldo JGS、 Fallon JT、 Tang CY、 Fuster V、 Fayad ZA. Quantification of human atherosclerotic plaques using spatially enhanced cluster analysis of multicontrast-weighted magnetic resonance images. Magn Reson Med 2004;52:515-523.Itskovich VV, Samber DD, Mani V, Aguinaldo JGS, Fallon JT, Tang CY, Fuster V, Fayad ZA.Quantification of human atherosclerotic plaques using spatially enhanced cluster analysis of multicontrast-weighted magnetic resonance images.Magn Reson Med 2004; 52: 515 -523. Takegami T、 Ebisu T、 Bito Y、 Hirata S、 Yamamoto Y、 Tanaka C、 Naruse S、 Mineura K. Mismatch between lactate and the apparent diffusion coefficient of water in progressive focal ischemia. NMR in Biomed 2001;14:5-11.Takegami T, Ebisu T, Bito Y, Hirata S, Yamamoto Y, Tanaka C, Naruse S, Mineura K. Mismatch between lactate and the apparent diffusion coefficient of water in progressive focal ischemia.NMR in Biomed 2001; 14: 5-11.

前記従来技術では、時系列多値の画像の解析方法が提案されていない。非特許文献5では、虚血後のADC変化と乳酸信号量の変化を経時的に計測し、虚血中心やまだ治療が可能と考えられる虚血周辺部を描出することが示唆はされているが、解析方法は報告されていない。   In the prior art, a time-series multivalue image analysis method has not been proposed. Non-Patent Document 5 suggests that ADC changes after ischemia and changes in the amount of lactic acid signal are measured over time to depict the ischemic center and the ischemic peripheral area that can still be treated. No analysis method has been reported.

非特許文献1、2、3、4では、核スピン密度、T1、T2、ADCといった多値画像から組織を判別する方法が提案されているが、時間方向については解析を行っていない。ここで示されている方法では、時間をそれぞれ止めて、各時点での組織判別を行っているのみである。   Non-Patent Documents 1, 2, 3, and 4 propose a method for discriminating a tissue from multi-value images such as nuclear spin density, T1, T2, and ADC, but no analysis is performed in the time direction. In the method shown here, only the time is stopped and the organization is determined at each time point.

本発明が解決しようとする課題は、複数の計測量の時系列画像である時系列多値画像を解析し、組織判別を支援する医用画像データ解析方法およびシステムを提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is to provide a medical image data analysis method and system for analyzing a time-series multilevel image, which is a time-series image of a plurality of measurement amounts, and supporting tissue discrimination.

本発明は、複数の計測量の時系列画像を解析する画像データ解析方法であって、画像抽出手段が、複数の計測量の時系列画像を抽出するステップと、画像距離設定手段が、複数の計測量の時系列画像の各画素において、各画素を固定したときに得られる複数時点での計測量からなるベクトルに距離を設定するステップと、クラスタリング手段が、設定した距離により、画素をクラスタリングするステップとからなることを特徴とする。   The present invention is an image data analysis method for analyzing time series images of a plurality of measurement amounts, wherein the image extracting means extracts the time series images of the plurality of measurement quantities, and the image distance setting means comprises a plurality of In each pixel of the time-series image of the measurement amount, a step of setting a distance to a vector composed of the measurement amounts at a plurality of time points obtained when each pixel is fixed, and the clustering unit clusters the pixels according to the set distance. It consists of steps.

本発明は、複数の計測量の時系列画像を解析する画像データ解析方法であって、画像抽出手段が、複数の計測量の時系列画像と、複数の画像を標準化するための統一マップを抽出するステップと、画像変形手段が、時系列画像を統一マップに基づき変形するステップと、画像距離設定手段が、変形された複数の計測量の時系列画像の各画素において、各画素を固定したときに得られる複数時点での計測量からなるベクトルに距離を設定するステップと、クラスタリング手段が、設定した距離により、画素をクラスタリングするステップとからなることを特徴とする。
また、画像重み付け手段が、変形された複数の計測量の時系列画像の各画素において、各画素を固定したときに、時間軸を定義域に複数の計測量を値域とする関数を計算するステップとを有することを特徴とする。また、画像表示手段が、画素のクラスリング結果を表示するステップを有することを特徴とする。
The present invention is an image data analysis method for analyzing time series images of a plurality of measurement amounts, wherein the image extraction means extracts a time series image of the plurality of measurement amounts and a unified map for standardizing the plurality of images. And a step in which the image deformation means deforms the time-series image based on the unified map, and an image distance setting means fixes each pixel in each of the deformed time-series images of the plurality of measurement amounts. And a step of clustering pixels according to the set distance by the clustering means.
Further, the step of calculating a function having the time axis as a defined area and the plurality of measured quantities as a range when the image weighting unit fixes each pixel in each of the transformed time series images of the measured quantities. It is characterized by having. Further, the image display means includes a step of displaying a result of classifying the pixels.

本発明は、時系列画像を解析する画像データ解析システムであって、複数の計測量の時系列画像と、前記複数の画像を標準化するための統一マップとを抽出する画像抽出手段と、時系列画像を統一マップに基づき変形する画像変形手段と、変形された時系列画像の各画素において、各画素を固定したときに得られる複数時点での計測量からなるベクトルに距離を設定する画像距離設定手段と、設定された距離により、画素をクラスタリングするクラスタリング手段とを有することを特徴とする。   The present invention is an image data analysis system for analyzing a time series image, an image extraction means for extracting a time series image of a plurality of measurement amounts, and a unified map for standardizing the plurality of images, and a time series Image deformation means for deforming an image based on a unified map, and image distance setting for setting a distance to a vector consisting of measurement amounts at multiple points obtained when each pixel is fixed in each pixel of the deformed time-series image And clustering means for clustering pixels according to the set distance.

また、変形された複数の計測量の時系列画像の各画素において、各画素を固定したときに、時間軸を定義域に複数の計測量を値域とする関数を計算する画像重み付け手段を有することを特徴とする。また、画素のクラスリング結果を表示する画像表示手段を有することを特徴とする画像データ解析システム。   In addition, each pixel of the modified time series image of the plurality of measurement amounts has an image weighting unit that calculates a function having the time axis as a domain and the plurality of measurement amounts as a range when each pixel is fixed. It is characterized by. An image data analysis system comprising image display means for displaying pixel classing results.

本発明の医用画像データ解析方法によれば、複数の計測値の時間変化から同一な経時変化をとる領域をクラスタとして纏めることが可能となり、全ての画像を詳細に見るための労力を低減することが可能となる。クラスタ結果を観察し、計測値の経時変化をみることで組織判別を支援することが可能となる。また、微小で他とは異なる経時変化をとるような領域を見逃す可能性を低くすることが可能となる。また、ある領域が既知の組織に属する可能性を定量的に評価することも可能となる。すなわち、がんの性状がある物理量の組で表現されている場合、測定された領域がそのがんの性状にどれぐらい近いのかを評価可能となる。   According to the medical image data analysis method of the present invention, it is possible to collect a region that takes the same time-dependent change from a plurality of time-varying measurement values as a cluster, thereby reducing labor for viewing all images in detail. Is possible. It is possible to support the tissue discrimination by observing the cluster result and observing the change of the measured value with time. In addition, it is possible to reduce the possibility of missing a small area that changes with time different from others. It is also possible to quantitatively evaluate the possibility that a certain region belongs to a known tissue. That is, when a cancer property is expressed by a set of physical quantities, it is possible to evaluate how close the measured region is to the cancer property.

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

本発明の時系列多値画像のデータ解析方法について、図面を用いて説明する。図1に本発明の時系列多値データ解析のフローチャートを表す。
先ず、ステップ11について説明する。統一マップB(x、y、z)とは、解析する上で空間的な基準を表すものである。x、y、zを空間的な座標を表し、B(x、y、z)は各座標についてある物理量をマップしている関数である。このような統一マップは、複数計測のデータを空間的に統一的に扱うためのものである。例えば、それぞれ異なった空間的な歪がデータに含まれるような計測方法を使用する場合や、異なる患者から標準的な傾向を導き出したい場合に、このような統一マップは必要である。また、このような統一マップの設定は、脳の標準マップのように明示的に示す場合もあれば、一連の計測の内、測定位置を決めるための画像を使用するなど、必ずしも明示的に示さない場合もある。
なお、画素を(x、y、z)で表しているが、2次元空間の(x、y)であっても構わない。
A data analysis method for a time-series multilevel image according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a flowchart of time-series multivalue data analysis of the present invention.
First, step 11 will be described. The unified map B (x, y, z) represents a spatial standard for analysis. x, y, and z represent spatial coordinates, and B (x, y, z) is a function that maps a physical quantity for each coordinate. Such a unified map is for handling data of a plurality of measurements in a spatially uniform manner. For example, such a unified map is necessary when using a measurement method in which different spatial distortions are included in the data, or when it is desired to derive a standard tendency from different patients. In addition, such a unified map setting may be shown explicitly, such as a standard brain map, or may be shown explicitly, such as using an image to determine the measurement position in a series of measurements. There may be no.
Although the pixel is represented by (x, y, z), it may be (x, y) in a two-dimensional space.

次に、ステップ12で、設定した統一マップB(x、y、z)にしたがって、時系列多値画像S(m、tm、x、y、z)を変形する。ここで、時系列多値画像とは測定装置を用いてある測定法法により得られる計測データである。x、y、zは空間的な座標を表し、mは計測する物理量、tmは計測する時間を表している。なお、時間tmは絶対的な時刻、もしくは虚血発作開始などの基準となるイベントからの経過時間を表す。計測データ取得に要する計測時間が長い場合には、例えば計測開始時間で代表するなどの操作が為される。   Next, in step 12, the time-series multivalued image S (m, tm, x, y, z) is deformed according to the set unified map B (x, y, z). Here, the time-series multivalued image is measurement data obtained by a certain measuring method using a measuring apparatus. x, y, and z represent spatial coordinates, m represents a physical quantity to be measured, and tm represents a measurement time. The time tm represents an absolute time or an elapsed time from a reference event such as the start of an ischemic attack. When the measurement time required to acquire measurement data is long, an operation such as representing the measurement start time is performed.

時系列多値画像の変形は、計測方法によって異なるために、各計測量mについてそれぞれ変形を行うことが一般的である。変形には、 (1)空間的な位置の違いを合わせるためのアフィン変換、(2)画素値の個数、解像度の違いを合わせるための補間処理、(3)信号量のむらを合わせるための輝度変換、等を用いる。例えば、(1)については次のような場合がある。B(x、y、z)がSpine Echo (SE)画像であって、S(1、t1、x、y、z)がEcho Planar Imaging (EPI)で取得される画像の場合である。このような場合、EPIでは傾斜磁場の高速なスイッチングによって空間的な位置ずれが生じる。この位置ずれを補正するために、画像重心を計算して平行移動をし、画像内の特徴点を追跡して回転移動と拡大縮小を行うなどの変形処理を行う。例えば、(2)については次のような場合がある。B(x、y、z)がSE画像であって、S(2、t2、x、y、z)がSpectroscopic Imaging (SI)で取得される画像の場合である。このような場合、SIで取得される画像の解像度は低く、画素数も少ない。このため、解像度や画素数を合わせるために線形補間などの空間的な補間処理を行う。例えば、(3)については次のような場合がある。B(x、y、z)が通常のボリュームコイルを用いたSE画像で、S(3、t3、x、y、z)がSNを上げるために局所サーフェスコイルを用いて計測したSI画像の場合である。、サーフェスコイルでは近傍に強い感度を持つので、信号の空間的むらを抑制するために、輝度変換を行う。   Since the deformation of the time-series multi-value image differs depending on the measurement method, it is common to perform the deformation for each measurement amount m. The transformation includes (1) affine transformation to match spatial differences, (2) interpolation processing to match the number of pixel values and differences in resolution, and (3) luminance conversion to match signal amount unevenness. , Etc. are used. For example, (1) may be as follows. This is a case where B (x, y, z) is a Spine Echo (SE) image and S (1, t1, x, y, z) is an image acquired by Echo Planar Imaging (EPI). In such a case, in EPI, a spatial displacement occurs due to high-speed switching of the gradient magnetic field. In order to correct this misalignment, deformation processing is performed such as calculating the image center of gravity and performing parallel movement, tracking feature points in the image, and performing rotational movement and enlargement / reduction. For example, (2) may be as follows. This is a case where B (x, y, z) is an SE image and S (2, t2, x, y, z) is an image acquired by Spectroscopic Imaging (SI). In such a case, the resolution of the image acquired by SI is low and the number of pixels is small. For this reason, spatial interpolation processing such as linear interpolation is performed to match the resolution and the number of pixels. For example, (3) may be as follows. B (x, y, z) is an SE image using a normal volume coil, and S (3, t3, x, y, z) is an SI image measured using a local surface coil to increase SN It is. Since the surface coil has a strong sensitivity in the vicinity, luminance conversion is performed to suppress the spatial unevenness of the signal.

なお、抗癌剤による組織変化を解析するような場合、核スピン密度を計測する時系列画像S(1、t1、x、y、z)の変形量を用いて、乳酸を計測する時系列画像S(2、t2、x、y、z)を変形する場合もある。このように、計測量ごとに独立に変形を行えない場合もある。また、この例のように同一の計測量であっても変形量が時間と共に変化する場合もある。   In addition, when analyzing tissue changes due to anticancer agents, the time series image S (1, t1, x, y, z) is used to measure lactic acid, using the deformation amount of the time series image S (1, t1, x, y, z) for measuring the nuclear spin density. 2, t2, x, y, z) may be deformed. In this way, there may be a case where deformation cannot be performed independently for each measurement amount. Further, as in this example, even if the measurement amount is the same, the deformation amount may change with time.

ステップ13では、変形後の時系列画像S(m、tm、x、y、z)を集めて、各画素(x、y、z)が時系列多値となる時系列多値画像S(m、tm、x、y、z)を作成する。なお、解析プログラムの内部処理としては、S(m、tm、x、y、z)のために新たにメモリを使用することなく、変形したS(m、tm、x、y、z)を用いて処理を行ってもよい。   In step 13, the time-series images S (m, tm, x, y, z) after the transformation are collected, and the time-series multi-value images S (m , Tm, x, y, z). As internal processing of the analysis program, modified S (m, tm, x, y, z) is used without using a new memory for S (m, tm, x, y, z). May be processed.

図2は、この時系列多値画像S(m、tm、x、y、z)の模式図である。時系列多値画像は、関数S(m、tm、x、y、z)で表される。ここで、mは多値画像の各計測量を表し、m=1、2、…Mの値をとる。Mは計測量の個数である。tmは、各計測量mに関する計測時点を表し、計測量mに応じた離散値となる。(x、y、z)は空間的な位置を表す。図面左上のグラフは、横軸にx、縦軸にyをとった空間を表し、各セルは画素を表している。各画素には、計測量であるM個の時系列計測値が割り当てられている。図面では、ある画素(x0、y0、z0)に3種類の時系列計測値が割り当てられている場合を示している。右側一段目はm1の時系列データを示している。S(m1、t、x0、y0、z0)の値が、計測時点t11、t12、t13、t14、t15、t16、t17で構成されている。2段目と3段目は、同一の計測で2種類の計測値を得ている場合に相当する。例えば、Spectroscopic Imaging (SI)画像では様々な代謝物質の信号量を同時に計測することが可能である。このような場合に、乳酸、コリン、クレアチンなどの時系列信号をとっている場合に相当する。   FIG. 2 is a schematic diagram of this time-series multivalued image S (m, tm, x, y, z). A time-series multilevel image is represented by a function S (m, tm, x, y, z). Here, m represents each measurement amount of the multi-valued image, and takes values m = 1, 2,. M is the number of measured quantities. tm represents a measurement time point for each measurement quantity m, and is a discrete value corresponding to the measurement quantity m. (x, y, z) represents a spatial position. The graph in the upper left of the drawing represents a space with x on the horizontal axis and y on the vertical axis, and each cell represents a pixel. Each pixel is assigned M time-series measurement values that are measurement quantities. In the drawing, a case where three types of time-series measurement values are assigned to a certain pixel (x0, y0, z0) is shown. The first row on the right shows m1 time series data. The value of S (m1, t, x0, y0, z0) is composed of measurement time points t11, t12, t13, t14, t15, t16, and t17. The second and third stages correspond to the case where two types of measurement values are obtained by the same measurement. For example, signal amounts of various metabolites can be simultaneously measured in Spectroscopic Imaging (SI) images. Such a case corresponds to a case where time series signals of lactic acid, choline, creatine, etc. are taken.

図1のステップ14は、 (m、tm)の重み付けである。これは、各計測量の重要性を指定するものである。例えば、ADCと乳酸の信号量を二つの計測量とする場合、重み付け無しで比較することは難しい場合もある。例えば、ADCは正常な脳実質であれば約0.8x10-9 m2/sである。乳酸の信号量は任意単位とすると性質も異なり、単位も異なる値を同列で比較することは難しい。これに対して、各計測量に重み付けを行えば、統合的に扱うことが可能となる。もちろん、必ずしもこのステップは必要ではない。例えば、後述するように距離の定義に組み込むことも可能である。 Step 14 in FIG. 1 is a weighting of (m, tm). This specifies the importance of each measured quantity. For example, when the ADC and lactic acid signal amounts are two measured amounts, it may be difficult to compare without weighting. For example, the ADC is about 0.8 × 10 −9 m 2 / s for normal brain parenchyma. The amount of signal of lactic acid is different in arbitrary units, and it is difficult to compare values with different units in the same column. On the other hand, if each measured quantity is weighted, it can be handled in an integrated manner. Of course, this step is not necessary. For example, as will be described later, it can be incorporated into the definition of distance.

また、各計測量mだけでなく、計測時点tmについても重み付けを設定することができる。例えば、計測時点を細かくとった場合には低く、計測時点を粗くとった場合には高く重み付けを行う。これにより不等間隔で計測を行うような場合に、各計測点の重み付けを適切にし、解析精度を高めることが可能となる。
ステップ15では、ステップ14で設定した(m、tm)の重み付けを用いて時系列多値画像S(m、tm、x、y、z)に 重み付け処理を行い、これを時系列多値画像W(m、tm、x、y、z)とする。もちろん、ステップ14で重み付けが行われない場合には、このステップは必要ない。
Moreover, weighting can be set not only for each measurement amount m but also for the measurement time point tm. For example, when the measurement time is taken fine, the weight is low, and when the measurement time is coarse, the weight is high. As a result, when measurement is performed at unequal intervals, it is possible to appropriately weight each measurement point and improve analysis accuracy.
In step 15, the time-series multivalued image S (m, tm, x, y, z) is weighted using the (m, tm) weighting set in step 14, and the time-series multivalued image W is processed. (m, tm, x, y, z). Of course, if no weighting is performed in step 14, this step is not necessary.

ステップ16では、各画素(x、y、z)を固定した時の時系列多値ベクトルW(m、tm、x、y、z)を、Σtm (m=1、2、…M)次元空間での点と見做し、距離を設定する。図3に本多次元空間の模式図を示す。各矢印は計測量mとその計測時点tmの組を表している。次元数としては全計測時点のΣtm (m=1、2、…M)となる。各画素(x0、y0、z0)を固定したときに相当するベクトルW(m、tm、x0、y0、z0)は、この多次元空間の中の点と考えることができる。この空間に距離を設定する。距離としては、例えばユークリッド距離や、マンハッタン距離、マハラノビス距離を用いることが可能である。   In step 16, the time series multi-value vector W (m, tm, x, y, z) when each pixel (x, y, z) is fixed is converted into a Σtm (m = 1, 2,... M) dimensional space. Set the distance as if it were a point at. FIG. 3 shows a schematic diagram of the present multidimensional space. Each arrow represents a set of the measurement amount m and the measurement time tm. The number of dimensions is Σtm (m = 1, 2,... M) at all measurement points. A vector W (m, tm, x0, y0, z0) corresponding to each pixel (x0, y0, z0) fixed can be considered as a point in this multidimensional space. Set the distance in this space. As the distance, for example, the Euclidean distance, the Manhattan distance, and the Mahalanobis distance can be used.

ステップ17では、設定した多次元空間の距離を用いて、画素(x、y、z)をクラスタリングする。クラスタリング手法としては、k-means、k-nearest neighbor、fuzzy c-clusteringなどの非階層的クラスタリング手法や最近隣法、メジアン法、群平均法などの階層的クラスタリングを利用する。また、組織の性状が大きく異なる場合があるので、このようなクラスタリング手法を数段階に分けて適用してもよい。   In step 17, the pixel (x, y, z) is clustered using the set distance in the multidimensional space. As a clustering method, non-hierarchical clustering methods such as k-means, k-nearest neighbor, and fuzzy c-clustering, and hierarchical clustering such as nearest neighbor method, median method, and group average method are used. In addition, since the tissue properties may differ greatly, such a clustering method may be applied in several stages.

最後に、ステップ18では、画素(x、y、z)のクラスタリング結果を表示する。通常、この表示は統一マップB(x、y、z)を用いて行われる。もちろん、クラスタリング結果を各時系列画像に逆変換して重畳表示するなどしてもよい。また、バッチ処理が行われているような場合には、必ずしも表示は必要なく、解析結果を保存するだけでもよい。   Finally, in step 18, the clustering result of the pixel (x, y, z) is displayed. Normally, this display is performed using the unified map B (x, y, z). Of course, the clustering result may be inversely converted into each time-series image and superimposed. Further, when batch processing is performed, display is not necessarily required, and the analysis result may be saved.

本実施例では、複数の計測量に関する時系列の各計測時点を軸とする多次元空間を考えたが、さらに軸として空間軸x、y、zを入れて距離を設定することも可能である。すなわち、次元数としては3+Σtm (m=1、2、…M)次元の多次元空間で各点をクラスタリングすることとなる。これにより、例えば空間的に近い画素は、多次元空間の中でなるべく近い距離になるように設定することが可能となる。なお、このような空間的に近い画素を同一のクラスタに入れやすくなる方法として、時系列多値画像に空間的に平滑化するフィルタ関数を適用する方法もある。どちらの方法を用いてもよいことは言うまでもない。   In this embodiment, a multi-dimensional space is considered with the time series of measurement points related to a plurality of measurement quantities as axes. However, it is also possible to set a distance by including space axes x, y, and z as axes. . That is, the points are clustered in a multi-dimensional space of 3 + Σtm (m = 1, 2,... M) dimensions as the number of dimensions. Thereby, for example, pixels that are spatially close can be set to be as close as possible in a multidimensional space. Note that there is a method of applying a spatial smoothing filter function to a time-series multi-valued image as a method for making it easy to put such spatially close pixels in the same cluster. It goes without saying that either method may be used.

図4に、本アルゴリズムを用いた医用画像データ解析方法を搭載した解析システムの機能構成図を示す。本解析システムは大きく三つの手段からなる。一つ目の手段は、本解析プログラムへの画像データの入出力を行う画像データ入出力手段である。これには、画像を蓄積した画像データベースもしくは画像診断装置から画像データを入力する画像抽出手段と、解析した結果の画像を画像データベースに保存する画像保存手段が含まれる。二つ目の手段は、画像をユーザに示す画像表示手段である。これには、統一マップを表示する統一マップ表示手段、解析する元データである時系列多値画像を表示する時系列多値画像表示手段、解析した結果を表示する解析結果表示手段が含まれる。三つ目は画像解析手段である。これには、前記解析アルゴリズムで説明したように、時系列多値画像の統一マップへの変形手段、時系列多値画像の重み付け手段、時系列多値画像の距離設定手段、時系列多値画像の各画素のクラスタリング手段が含まれる。   FIG. 4 shows a functional configuration diagram of an analysis system equipped with a medical image data analysis method using this algorithm. This analysis system consists of three main means. The first means is image data input / output means for inputting / outputting image data to / from this analysis program. This includes an image extraction means for inputting image data from an image database or an image diagnostic apparatus in which images are stored, and an image storage means for saving the analyzed image in the image database. The second means is an image display means for showing an image to the user. This includes a unified map display means for displaying a unified map, a time series multi-value image display means for displaying a time-series multi-value image as original data to be analyzed, and an analysis result display means for displaying the analysis result. The third is image analysis means. For this purpose, as described in the analysis algorithm, a time series multi-value image transforming means into a unified map, a time series multi-value image weighting means, a time series multi-value image distance setting means, a time series multi-value image, Clustering means for each pixel is included.

先ずユーザの入力に従い、画像抽出手段は所定の統一マップと時系列多値画像を画像データベースから抽出する。ここで、統一マップとして、時系列多値画像のうちの一画像、もしくは平均などの計算画像を使う場合がある。このときには、ユーザは直接統一マップの選択を行うことなく、画像抽出手段が所定の方法に従って統一マップを選択もしくは所定の方法で計算する。また、画像診断装置から直接画像を取り込む場合、画像抽出手段が計測画像を抽出する。また、画像データの構造であるが、DICOM形式を用いるのが一般的であるが、装置固有のデータ構造であっても構わない。また、時系列多値画像の場合、これを1枚の画像データとするデータ構造で行っても、複数の画像データの集合として扱っても構わない。また、時系列を表すための時間情報は絶対時間であっても、あるイベントからの経過時間であってもよく、そのデータは画像データ構造に含んでも、また別データとして保持していても構わない。ただし、別データとして保持している場合には、それらを読み込む手段が必要となる。   First, in accordance with a user input, the image extraction means extracts a predetermined unified map and a time-series multi-value image from the image database. Here, as the unified map, one of time-series multi-value images or a calculated image such as an average may be used. At this time, the user does not directly select the unified map, but the image extracting means selects or calculates the unified map according to a predetermined method. In addition, when an image is directly captured from the image diagnostic apparatus, the image extraction unit extracts a measurement image. The image data structure is generally the DICOM format, but may be a data structure unique to the apparatus. Further, in the case of a time-series multi-value image, it may be performed with a data structure in which one image data is used, or may be handled as a set of a plurality of image data. The time information for representing the time series may be an absolute time or an elapsed time from a certain event, and the data may be included in the image data structure or held as separate data. Absent. However, if it is held as separate data, a means for reading them is required.

抽出された統一マップと時系列多値画像は、それぞれ統一マップ表示手段と時系列多値画像表示手段によってコンピュータ画面上に表示される。ここで統一マップが明に指定されない場合、特に表示する必要はない。   The extracted unified map and time-series multi-value image are displayed on the computer screen by the unified map display means and the time-series multi-value image display means, respectively. If the unified map is not explicitly specified here, there is no need to display it.

統一マップと時系列多値画像は画像解析手段に渡される。ここで、ユーザは表示された画像に応じて解析手法やパラメータを選択し、解析を実行する。画像解析手段では必要に応じてユーザの解析手法やパラメータ入力を促すダイアログなどを表示し、前記アルゴリズムにしたがって解析処理を実行する。なお、ここでの解析処理は前記アルゴリズムだけに限ったものではなく、他の実施例で説明するような他の解析処理を行うことも可能である。   The unified map and the time-series multi-value image are passed to the image analysis means. Here, the user selects an analysis method and parameters according to the displayed image, and executes the analysis. The image analysis means displays a user analysis method, a dialog for prompting parameter input, and the like as necessary, and executes analysis processing according to the algorithm. Note that the analysis processing here is not limited to the above-described algorithm, and other analysis processing as described in other embodiments can be performed.

結果の画像および時系列グラフなどは解析結果表示手段に渡され、コンピュータ画面上に表示される。ユーザは、必要があれば再度解析を行ったり、解析結果の保存を行ったりする。解析結果の保存が指定された場合、画像保存手段は解析結果を画像データベースに保存する。なお、ここで解析結果の保存先は画像データベースに限らず、印刷やメールや通常のファイルシステムへの保存が行われる場合がある。   The resulting image, time series graph, etc. are passed to the analysis result display means and displayed on the computer screen. The user performs the analysis again if necessary or saves the analysis result. When storage of the analysis result is designated, the image storage unit stores the analysis result in the image database. Here, the storage destination of the analysis result is not limited to the image database, but may be printed, stored in e-mail, or stored in a normal file system.

図5に、医用画像データ解析方法の画面構成例を示す。本例では画面構成は大きく三つに分かれている。上段は画像解析コントロールパネルで解析対象画像の選択と、解析手法や解析パラメータをユーザが選択できるようにするためのインタフェースである。例えば、左端は統一マップと時系列多値画像を選択するためのボタンが配置されている。その横には解析処理で必要となる重み付け処理の有無や重み付け処理が必要な場合にはその方法が選択できるようにボタンなどが配置される。その右横には時系列多値画像間の距離を設定するためのボタンが配置される。その右横にはクラスタリング手法の選択とそのパラメータを入力するためのボタンと欄が配置される。なお、これらはボタンではなく、メニュー形式や入力欄形式の入力手段であっても構わない。   FIG. 5 shows a screen configuration example of the medical image data analysis method. In this example, the screen configuration is roughly divided into three. The upper part is an interface for selecting an analysis target image and allowing the user to select an analysis method and an analysis parameter on the image analysis control panel. For example, a button for selecting a unified map and a time-series multi-valued image is arranged at the left end. Next to that, buttons and the like are arranged so that the presence / absence of a weighting process required for the analysis process and the method when the weighting process is required can be selected. A button for setting a distance between time-series multi-valued images is arranged on the right side. On the right side are buttons and columns for selecting a clustering method and inputting parameters thereof. Note that these may not be buttons but input means in a menu format or an input field format.

中段は、ユーザが画像解析コントロールパネルを介して指定したファイルを抽出した画像の表示パネルである。左側に統一マップ、右側に時系列多値画像が表示されている。時系列多値画像では上下で異なる計測量を表し、左右が時間変化を表している。この例では上がADCで、下が乳酸の信号量を表し、白いほどそれぞれの値が高いことを表している。また、統一マップの輪郭線が重畳表示されている。なお、この例では省力してあるが、これら画像のコントラストなどを制御する設定パネルが配置されてもよい。また、ADCと乳酸の二値、時間方向が3枚などでなくても良いことは言うまでもない。   The middle row is an image display panel obtained by extracting a file designated by the user via the image analysis control panel. The unified map is displayed on the left, and the time-series multivalued image is displayed on the right. In the time-series multivalued image, different measurement amounts are shown on the upper and lower sides, and the left and right show time changes. In this example, the upper part is ADC and the lower part is a signal amount of lactic acid, and the whiter the higher the respective values are. In addition, the contour line of the unified map is superimposed and displayed. In this example, labor is saved, but a setting panel for controlling the contrast of these images may be arranged. Needless to say, the binary and time directions of ADC and lactic acid need not be three.

下段は解析結果を表示するパネルである。左側は各画素をクラスタリングし、同一クラスタに属する画素は同一色で表示している。右側の折線グラフは、各画素のADCと乳酸の経時変化を表している。クラスタに従って、折線の色を設定している。
なお、本例は典型的な画面表示を示すもので、このような配置や構成でなくてもよいことは言うまでもない。
The lower panel is a panel that displays the analysis results. On the left side, each pixel is clustered, and pixels belonging to the same cluster are displayed in the same color. The line graph on the right side shows the change over time of ADC and lactic acid in each pixel. The line color is set according to the cluster.
In addition, this example shows a typical screen display, and needless to say, it is not necessary to have such an arrangement or configuration.

図6に、本実施例のアルゴリズムの典型的な変形例を示す。図1と図6との違いはステップ69にある。それ以外の処理ステップは同等である。   FIG. 6 shows a typical modification of the algorithm of this embodiment. The difference between FIG. 1 and FIG. Other processing steps are the same.

空間(x、y、z)方向や時間tm方向のフィルタリングは、低SN比による解析精度の低下を回避するものである。計測量によってはSN比が低く、このままデータ解析を行うと判別結果がノイズの影響を大きく受けてしまう場合がある。これを抑制するために、空間的に平滑化するフィルタの適用や、時間方向の移動平均の計算、などを行ってもよい。この処理は、図4の画像解析手段にフィルタ手段を設けることよって行う。   Filtering in the space (x, y, z) direction and time tm direction avoids a decrease in analysis accuracy due to a low SN ratio. Depending on the amount of measurement, the signal-to-noise ratio is low, and if the data is analyzed as it is, the determination result may be greatly affected by noise. In order to suppress this, a spatially smoothing filter may be applied, or a moving average in the time direction may be calculated. This processing is performed by providing filter means in the image analysis means of FIG.

時間tm方向の統計値の計算は、解析すべき軸を代表値で置き換え、解析精度を高める場合などに使用する。また、計測量によって計測時点の個数が極端に違う場合などには、計測時点の間引き処理などを行っても良い。また計測時点における計測値の差分などを計算しても良い。これによって経時変化を抽出しやすくなるという効果もある。   The calculation of the statistical value in the time tm direction is used when the axis to be analyzed is replaced with a representative value to increase the analysis accuracy. In addition, when the number of measurement points is extremely different depending on the measurement amount, thinning processing for the measurement points may be performed. Further, a difference between measured values at the time of measurement may be calculated. This also has the effect of making it easier to extract changes over time.

さらに、いくつかの計測量mの画像から、計算画像を算出することも可能である。例えば、複数のDiffusion-weighted Imaging (DWI)画像からADC画像を算出する場合のように、指数減衰関数でフィッティングして複数毎の画像を一つに纏めてもよい。この場合、計測量の個数Mや計測時点tmの個数が変化するので、後の処理で次元数を計算する場合に個数を減らすなどの処理が必要である。   Furthermore, it is also possible to calculate a calculation image from images of several measurement amounts m. For example, as in the case where an ADC image is calculated from a plurality of diffusion-weighted imaging (DWI) images, fitting with an exponential decay function may be performed to combine the plurality of images into one. In this case, since the number M of measurement quantities and the number of measurement points tm change, a process such as reducing the number is necessary when calculating the number of dimensions in a later process.

なお、ステップ69で示した処理は、必ずしもフローの中のこの位置で行う必要はない。計測量mで独立に行える空間方向や時間方向の演算処理などは変形前に行うことも可能である。また複数画像の間の画像演算も、それぞれが既に空間的に整合性がおれていれば、変形前に演算処理を行うことも可能である。後で示す実施例4では、一部順序を変更している。   Note that the processing shown in step 69 is not necessarily performed at this position in the flow. The calculation processing in the spatial direction and the time direction that can be performed independently with the measurement amount m can be performed before deformation. In addition, image processing between a plurality of images can also be performed before transformation if each of them is already spatially consistent. In Example 4 to be described later, the order is partially changed.

また、ある画素が、複数の計測量の経時変化が既に知られている組織とどれぐらい近いかを定量的に評価することも可能である。この計算には、ステップ16もしくは66で設定された距離を使えばよい。   It is also possible to quantitatively evaluate how close a certain pixel is to a tissue whose change over time of a plurality of measurement quantities is already known. For this calculation, the distance set in step 16 or 66 may be used.

このような解析方法により、通常把握が困難な複数の時系列画像を、単純化できるという利点がある。特に同一な経時変化を見せる画素は同一のクラスタに入るので、代表的な値のみを見ればそれがどのような性状をもつ組織なのか判別するのも容易になるという効果がある。また、完全にこの解析方法だけでは組織判別できない場合でも、この判別結果をもとに元の時系列画像を詳細に観察することも可能になる。さらに、複数の時系列画像を全てみるという多大な労力のもと、見落とす可能性のある微細な他とはことなる経時変化をとる組織などを、抽出しやすくなるという効果もある。   By such an analysis method, there is an advantage that a plurality of time-series images that are usually difficult to grasp can be simplified. In particular, since pixels that show the same temporal change are in the same cluster, there is an effect that it is easy to determine what type of tissue it is by looking at only representative values. Even when the tissue cannot be completely discriminated only by this analysis method, the original time-series image can be observed in detail based on the discrimination result. In addition, there is an effect that it is easy to extract a tissue or the like that changes with the passage of time that is unlikely to be overlooked under the great effort of viewing all of a plurality of time-series images.

実施例2は、実施例1のアルゴリズムのうち、ステップ14以降が変わっている。本アルゴリズムでは、計測時点を多次元空間の軸として各画素をその中の点と考えるのではなく、計測時間から多値への関数空間の中の点と考える。   In the second embodiment, step 14 and subsequent steps are changed in the algorithm of the first embodiment. This algorithm considers each pixel as a point in the function space from measurement time to multiple values, rather than considering each pixel as a point in the measurement time as an axis in the multidimensional space.

本アルゴリズムを図7を用いて説明する。
実施例1と異なるステップ74から説明する。それまでのステップは実施例1、特に図1と同等である。ステップ74では、先ず各画素(x、y、z)について関数F(m、t)で計測値をフィッティングする。最も単純な場合、関数Fとして、各計測値と計測時点を始点とする階段関数を用いる。ただし、最後の計測の終了時間は、例えば、計測時点の間隔の平均値とするか、計測時点が等間隔であれば、その間隔を用いる。また、関数Fとして、各計測値と計測時点を結ぶ折線グラフで指定される関数としてもよい。また、あるパラメータで規定される関数Fを用いても構わない。例えば、ある計測量に関して、ある時定数で減衰するモデルが適用されると考えられる場合には、計測値を減衰関数でパラメータフィッティングし、その減衰関数をF(m、t)とする。このフィッティングは各計測量mについて独立な場合もあるし、複数の計測量に基づいて行われる場合もある。この選択は適用するモデルに依存する。
This algorithm will be described with reference to FIG.
The description starts from step 74 different from the first embodiment. The steps so far are the same as those of the first embodiment, particularly FIG. In step 74, first, the measured value is fitted with the function F (m, t) for each pixel (x, y, z). In the simplest case, as the function F, a step function starting from each measurement value and the measurement time point is used. However, the end time of the last measurement is, for example, the average value of the intervals at the measurement time points, or if the measurement time points are equal intervals, the interval is used. The function F may be a function specified by a line graph connecting each measurement value and the measurement time point. A function F defined by a certain parameter may be used. For example, when a model that attenuates with a certain time constant is considered to be applied to a certain measurement quantity, the measured value is parameter-fitted with an attenuation function, and the attenuation function is set to F (m, t). This fitting may be independent for each measurement amount m, or may be performed based on a plurality of measurement amounts. This choice depends on the model applied.

次にステップ75で、図1のステップ14と同様に計測量の重み付けを設定する。但し、時間tmに関する重み付けは、ここでは必ずしも必要ない。時間方向に重み付けを行いたい場合には、後のステップステップ77で関数空間の距離を設定する箇所で行うことも可能である。   Next, at step 75, weighting of the measurement amount is set in the same manner as at step 14 in FIG. However, the weighting regarding the time tm is not necessarily required here. If weighting is desired in the time direction, it can also be performed at a location where the distance of the function space is set in step 77 later.

ステップ76で、計測量mに関する重み付けに従って、多値時間関数画像F(m、t、x、y、z)を重み付けし、多値時間関数画像G(m、t、x、y、z)を計算する。これは、実施例1で述べたように、複数の計測量を統合して扱うためである。この重み付けは、所望のクラスタリング結果が得られるまで、繰り返し変更しながら実施しても良い。   In step 76, the multi-value time function image F (m, t, x, y, z) is weighted according to the weighting on the measurement quantity m, and the multi-value time function image G (m, t, x, y, z) is obtained. calculate. This is because, as described in the first embodiment, a plurality of measurement amounts are integrated and handled. This weighting may be performed with repeated changes until a desired clustering result is obtained.

ステップ77では、各画素(x、y、z)を固定したときの多値時間関数G(m、t、x、y、z)を、時間を定義域にm次元の値を値域とする関数空間の中の点と見做す。この関数空間の中に、距離を定義する。この距離としては、例えば、二乗積分距離や積分距離が利用できる。二乗積分距離とは、二つの関数が与えられたときに、その差分を二乗して時間方向に積分し、積分値の平方根を計算し、それを二つの関数の距離とするものである。   In step 77, a multi-value time function G (m, t, x, y, z) when each pixel (x, y, z) is fixed, a function having time as a domain and an m-dimensional value as a range. Think of it as a point in space. In this function space, we define distances. As this distance, for example, a square integral distance or an integral distance can be used. The square integration distance is a function in which, when two functions are given, the difference is squared and integrated in the time direction to calculate the square root of the integral value, which is used as the distance between the two functions.

ステップ78では、設定した関数空間の距離を用いて、画素(x、y、z)をクラスタリングする。クラスタリング手法としては、k-means、k-nearest neighbor、fuzzy c-clusteringなどの非階層的クラスタリング手法や最近隣法、メジアン法、群平均法などの階層的クラスタリングを利用する。また、組織の性状が大きく異なる場合があるので、このようなクラスタリング手法を数段階に分けて適用してもよい。   In step 78, the pixel (x, y, z) is clustered using the set function space distance. As a clustering method, non-hierarchical clustering methods such as k-means, k-nearest neighbor, and fuzzy c-clustering, and hierarchical clustering such as nearest neighbor method, median method, and group average method are used. In addition, since the tissue properties may differ greatly, such a clustering method may be applied in several stages.

最後に、ステップ79で、画素(x、y、z)のクラスタリング結果を表示する。通常、この表示は統一マップB(x、y、z)を用いて行われる。もちろん、クラスタリング結果を各時系列画像に逆変換して重畳表示するなどしてもよい。   Finally, in step 79, the clustering result of the pixel (x, y, z) is displayed. Normally, this display is performed using the unified map B (x, y, z). Of course, the clustering result may be inversely converted into each time-series image and superimposed.

このような解析方法により、通常把握が困難な複数の時系列画像を、単純化できるという利点がある。特に同一な経時変化を見せる画素は同一のクラスタに入るので、代表的な値のみを見ればそれがどのような性状をもつ組織なのか判別するのも容易になるという効果がある。また、完全にこの解析方法だけでは組織判別できない場合でも、この判別結果をもとに元の時系列画像を詳細に観察することも可能になる。さらに、複数の時系列画像を全てみるという多大な労力のもと、見落とす可能性のある微細な他とはことなる経時変化をとる組織などを、抽出しやすくなるという効果もある。   By such an analysis method, there is an advantage that a plurality of time-series images that are usually difficult to grasp can be simplified. In particular, since pixels that show the same temporal change are in the same cluster, there is an effect that it is easy to determine what type of tissue it is by looking at only representative values. Even when the tissue cannot be completely discriminated only by this analysis method, the original time-series image can be observed in detail based on the discrimination result. In addition, there is an effect that it is easy to extract a tissue or the like that changes with the passage of time that is unlikely to be overlooked under the great effort of viewing all of a plurality of time-series images.

実施例1との違いは、関数Fへのフィッティングを使っているため、不等間隔の計測時点でも同様な取り扱いが可能なこと、ノイズに強いことが挙げられる。これにより、計測データによっては、実施例1の方法よりも解析精度を向上できるという効果がある。   The difference from the first embodiment is that, since the fitting to the function F is used, the same handling is possible even at the measurement time of unequal intervals, and it is resistant to noise. Thereby, depending on measurement data, there exists an effect that an analysis precision can be improved rather than the method of Example 1. FIG.

本実施例は実施例1と実施例2で説明した医用画像データ解析方法を搭載するシステムに関するものである。図8に本システムの概略構成図を示す。図8上段は本解析方法が搭載されるデータ解析システム81を示す。データ解析システムは演算処理を行うCPU、高速に演算処理を行うために一時的にプログラムやデータを記憶するメモリ、プログラムやデータを保存する記憶装置、ユーザからの入力を受け付ける入力装置、ユーザに演算結果などを示す出力装置、医用画像診断装置や他の計算機との通信を行う通信装置から成る。医用画像データ解析方法を記述したプログラムは、記憶装置に保存される。また、医用画像診断装置から通信装置を経由して取得された計測データや計測条件などのデータは、記憶装置に記憶される。ユーザからの本プログラムの起動命令を受けて、本プログラムはメモリに保存される。本プログラムに基づいて、CPUはデータの演算処理を行い、必要であればパラメータ設定などのユーザ入力を促すための入力画面を出力装置に出力し、ユーザからの入力を入力装置で受け付ける。CPUで演算処理された解析結果は出力装置に出力される。   The present embodiment relates to a system equipped with the medical image data analysis method described in the first and second embodiments. FIG. 8 shows a schematic configuration diagram of this system. The upper part of FIG. 8 shows a data analysis system 81 in which the present analysis method is mounted. A data analysis system includes a CPU that performs arithmetic processing, a memory that temporarily stores programs and data for high-speed arithmetic processing, a storage device that stores programs and data, an input device that accepts input from the user, and performs arithmetic operations for the user It consists of an output device that shows the results, a medical image diagnostic device, and a communication device that communicates with other computers. A program describing the medical image data analysis method is stored in a storage device. In addition, measurement data, measurement conditions, and other data acquired from the medical image diagnostic apparatus via the communication device are stored in the storage device. In response to a start command for the program from the user, the program is stored in the memory. Based on this program, the CPU performs data calculation processing, outputs an input screen for prompting user input such as parameter setting to the output device if necessary, and accepts input from the user by the input device. The analysis result calculated by the CPU is output to the output device.

図8下段は、医用画像診断装置82を表す。ここでは、MRI装置を例に取って説明する。MRIは静磁場発生磁石83、傾斜磁場コイル84、RFコイル85、計算機86、シンセサイザ、変調器、増幅器、AD変換器で構成される。測定対象87の核スピンを励起する高周波磁場は、シンセサイザにより発生させた高周波を変調器で波形整形、電力増幅し、RFコイル85に電流を供給することにより発生させる。傾斜磁場電源から電流を供給された傾斜磁場発生コイル84は傾斜磁場を発生し、測定対象87からの磁気共鳴信号を変調する。該変調信号はRFコイル85により受信され、増幅器で増幅、AD変換器で信号取得された後、計算機86に入力される。取得されたデータは、計算機でデータ処理され保存される。なお、計算機は予めプログラムされたタイミング、強度で各装置が動作するように制御を行う。保存されたデータは、所定のタイミングで通信装置を介して、データ解析システムに送信される。   The lower part of FIG. 8 represents the medical image diagnostic apparatus 82. Here, an MRI apparatus will be described as an example. The MRI includes a static magnetic field generating magnet 83, a gradient magnetic field coil 84, an RF coil 85, a computer 86, a synthesizer, a modulator, an amplifier, and an AD converter. The high-frequency magnetic field that excites the nuclear spin of the measurement object 87 is generated by supplying the current to the RF coil 85 by shaping the waveform of the high-frequency generated by the synthesizer with a modulator and power amplification. The gradient magnetic field generating coil 84 supplied with a current from the gradient magnetic field power source generates a gradient magnetic field and modulates a magnetic resonance signal from the measurement target 87. The modulated signal is received by the RF coil 85, amplified by an amplifier, acquired by an AD converter, and input to a computer 86. The acquired data is processed and stored in a computer. The computer performs control so that each device operates at a timing and intensity programmed in advance. The stored data is transmitted to the data analysis system via the communication device at a predetermined timing.

なお、本実施例ではデータ解析システム81と医用画像診断装置82を別システムとして記述した。もちろん、データ解析システム81と計算機86とを同一とすることで、医用画像診断装置自体がデータ解析システムとなることも可能である。   In this embodiment, the data analysis system 81 and the medical image diagnostic apparatus 82 are described as separate systems. Of course, by making the data analysis system 81 and the computer 86 the same, the medical image diagnostic apparatus itself can be a data analysis system.

また、本実施例では、MRIを用いて説明したが、X線CTやPET、超音波診断など他の医用診断装置にも適用可能なことは言うまでもない。また、データ解析システムを複数の医用画像診断装置につなぎ、複数の装置で取得されるデータを解析できるようにすることも可能である。この場合、実施例1および2の計測量が複数の装置で得られることになる。   In this embodiment, the MRI is used for explanation, but it goes without saying that the present invention can also be applied to other medical diagnostic apparatuses such as X-ray CT, PET, and ultrasonic diagnosis. It is also possible to connect the data analysis system to a plurality of medical image diagnostic apparatuses so that data acquired by the plurality of apparatuses can be analyzed. In this case, the measurement amounts of Examples 1 and 2 are obtained by a plurality of apparatuses.

本実施例では、MRIの計測プロトコルと取得される時系列多値画像、その解析方法および解析結果を示しながら、本発明を説明する。
図9に、本計測プロトコルを示す。上段のグラフは、横軸に時間[分]をとり、計測の流れを示している。計測開始から、まず位置決めなどの計測準備を行い、SE画像を計測する。次に、30分後からADC計測と、SI計測を交互に3回繰り返す。下にADC計測の撮像シーケンスと、SI計測の撮像シーケンスを示す。シーケンスは横軸に時間、縦軸に各RFやスライス傾斜磁場Gs、リードアウト傾斜磁場Gr、エンコード傾斜磁場Geの強度を表している。ここで、ADC計測は、真ん中のGs、Gr、Geに階段状に示した拡散傾斜磁場を変更しながら複数のDWI計測を行う。ADC画像は、複数のDWI画像から指数関数フィッティングを行って計算される。また、SI計測は、Geの階段状のエンコード傾斜磁場を変更しながら繰り返しデータを計測する。
In the present embodiment, the present invention will be described while showing an MRI measurement protocol, a time-series multi-value image acquired, an analysis method and an analysis result thereof.
FIG. 9 shows this measurement protocol. The upper graph shows the flow of measurement, with time [minutes] on the horizontal axis. From the start of measurement, measurement preparation such as positioning is first performed, and an SE image is measured. Next, after 30 minutes, ADC measurement and SI measurement are alternately repeated three times. The imaging sequence for ADC measurement and the imaging sequence for SI measurement are shown below. In the sequence, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the strength of each RF, slice gradient magnetic field Gs, readout gradient magnetic field Gr, and encode gradient magnetic field Ge. Here, in ADC measurement, a plurality of DWI measurements are performed while changing the diffusion gradient magnetic field shown in steps in the middle Gs, Gr, and Ge. The ADC image is calculated by performing exponential fitting from a plurality of DWI images. In SI measurement, data is repeatedly measured while changing the stepwise encoding gradient magnetic field of Ge.

図8の下段に示したMRI装置は、本シーケンスに記述されたタイミング、強度で稼動し、計測データを取得する。この計測プロトコルによれば、ADC画像とSIで得られる複数の代謝物質画像が、それぞれ3時点の時系列画像として得られる。以降、簡単のため、SI計測で得られる画像を乳酸画像1種類として説明する。すなわち、本計測プロトコルで得られる時系列多値画像は、ADCと乳酸信号の2つの値をとり、時間方向にはそれぞれ3点の計測点をもつこととなる。   The MRI apparatus shown in the lower part of FIG. 8 operates at the timing and intensity described in this sequence, and acquires measurement data. According to this measurement protocol, an ADC image and a plurality of metabolite images obtained by SI are obtained as time-series images at three time points. Hereinafter, for simplicity, an image obtained by SI measurement will be described as one type of lactic acid image. That is, the time-series multivalued image obtained by this measurement protocol takes two values, ADC and lactic acid signal, and has three measurement points in the time direction.

なお、本実施例では、本プロトコルにより、脳虚血後のADCと乳酸の経時変化を計測した。   In this example, the time course of ADC and lactic acid after cerebral ischemia was measured using this protocol.

図10に、本発明を適用した解析フローチャートを示す。比較のため図6のステップも参照しながら説明する。   FIG. 10 shows an analysis flowchart to which the present invention is applied. For comparison, description will be made with reference to the steps of FIG.

ステップ101は、ステップ61の統一マップの設定に相当する。統一マップの定義域を、SE画像の最大値の10%以上となる信号領域に設定する。
ステップ102は、複数の計測量の画像から一つの計測量の画像を演算処理するステップ69に相当する。
Step 101 corresponds to the unified map setting in step 61. The definition area of the unified map is set to a signal area that is 10% or more of the maximum value of the SE image.
Step 102 corresponds to step 69 in which one measurement amount image is calculated from a plurality of measurement amount images.

ステップ103、104、105は、統一マップへの変形ステップ68に相当する。SI画像は、画素値が少なく空間分解能も低いため、周波数空間でのゼロフィリングを使って、統一マップに合わせている。   Steps 103, 104, and 105 correspond to the transformation step 68 into the unified map. Since SI images have low pixel values and low spatial resolution, they are matched to the unified map using zero filling in the frequency space.

ステップ106は、ステップ63と66に相当する。今回は、ADCと乳酸の2値で、各計測が3時点からなっているため、6次元の値をとる時系列多値画像となる。   Step 106 corresponds to steps 63 and 66. This time, it is a binary multi-value image of ADC and lactic acid, and each measurement is made at 3 time points, so it becomes a time-series multi-valued image taking 6-dimensional values.

ステップ107は、ステップ64と65に相当する。ADCは脳実質のほぼ正常値、乳酸はその計測時間での最大値で規格化するように重み付けを行った。ステップ108は、ステップ47のクラスタリングに相当する。ここでは、距離としてユークリッド距離を用い、クラスタリング手法はk-means法を用いた。クラスタリングの個数kは、想定される組織の種類である5を用いた。もちろん、距離としては、マハラノビス距離などを用いることも可能であるし、クラスタリングの個数もクラスタを判定しながら、設定することも可能である。   Step 107 corresponds to steps 64 and 65. ADC was weighted so that it was normalized by the normal value of the brain parenchyma and lactic acid by the maximum value of the measurement time. Step 108 corresponds to the clustering of step 47. Here, the Euclidean distance was used as the distance, and the k-means method was used as the clustering method. As the number k of clustering, 5 which is an assumed type of organization was used. Of course, the Mahalanobis distance or the like can be used as the distance, and the number of clusters can be set while determining the clusters.

図11に解析結果を示す。上段は、統一マップで濃淡がクラスタの違いを示している。右側の凡例は、これを見たユーザのデータ解釈を記入したものである。下のグラフは、左にADCの時間推移、右に乳酸の時間推移を表したものである。各折線グラフは、画素1点を表している。凡例にあるユーザの解釈は、このグラフを観察して、記入されたものである。ここでは、正常脳実質と考えられる領域、脳室や脳脊髄液と考えられる領域、虚血中心と考えられる領域、虚血周辺部と考えられる領域、虚血していない領域から血液が流れてくる再灌流が起きていると考えられる領域に分けられる可能性が示されている。   FIG. 11 shows the analysis result. The top row shows the difference between clusters in the unified map. The legend on the right contains the user's interpretation of the data that saw it. The graph below shows the time transition of ADC on the left and the time transition of lactic acid on the right. Each line graph represents one pixel. The user's interpretation in the legend was entered by observing this graph. Here, blood flows from an area considered normal brain parenchyma, an area considered ventricular and cerebrospinal fluid, an area considered to be an ischemic center, an area considered to be an ischemic peripheral area, and an area that is not ischemic. There is a possibility that it can be divided into areas where the coming reperfusion is considered to occur.

このように、本解析方法によれば、虚血領域を細部まで細かく判別できるという効果がある。特に、再灌流領域や虚血周辺部と考えられる領域の抽出は、複数の時系列画像を眺めているだけでは難しい。本計測プロトコルと本発明の時系列多値画像解析によって、初めて容易になる組織判別方法と考えられる。   Thus, according to the present analysis method, there is an effect that the ischemic region can be discriminated in detail. In particular, it is difficult to extract a reperfusion region or a region considered to be an ischemic peripheral portion only by looking at a plurality of time-series images. It is considered to be a tissue discrimination method that is easy for the first time by this measurement protocol and the time-series multi-value image analysis of the present invention.

医用画像データを解析し、診断の労力を低減することが可能となる。   It is possible to analyze medical image data and reduce the diagnostic effort.

本発明の医用画像データ解析方法のアルゴリズム。The algorithm of the medical image data analysis method of this invention. 時系列多値画像を表す模式図。The schematic diagram showing a time-sequential multi-value image. 時系列多値画像の各画素を多次元空間での点と見做した模式図。The schematic diagram which considered each pixel of a time-sequential multi-value image as a point in multidimensional space. 医用画像データ解析方法を搭載した解析システムの機能構成図。The functional block diagram of the analysis system carrying a medical image data analysis method. 医用画像データ解析方法を搭載した解析システムの画面表示例。Screen display example of an analysis system equipped with a medical image data analysis method. 本発明の医用画像データ解析方法の別のアルゴリズム。Another algorithm of the medical image data analysis method of the present invention. 本発明の医用画像データ解析方法の別のアルゴリズム。Another algorithm of the medical image data analysis method of the present invention. 本発明の医用画像データ解析方法を搭載するシステムの例。An example of the system carrying the medical image data analysis method of this invention. 時系列多値画像の計測プロトコルの例。An example of a measurement protocol for time-series multivalued images. 本計測プロトコルで計測した時系列多値画像の解析アルゴリズム。Analysis algorithm for time-series multivalued images measured with this measurement protocol. 本計測プロトコルで計測した時系列多値画像の解析結果。Analysis results of time-series multivalued images measured with this measurement protocol.

符号の説明Explanation of symbols

81・・・データ解析システム、82・・・医用診断装置、86・・・計算機。
81: Data analysis system, 82: Medical diagnostic device, 86: Computer.

Claims (8)

複数の計測量の時系列画像を解析する画像データ解析方法において、
画像抽出手段が、複数の計測量の時系列画像を抽出するステップと、
画像距離設定手段が、前記複数の計測量の時系列画像の各画素において、各画素を固定したときに得られる複数時点での計測量からなるベクトルに距離を設定するステップと、
クラスタリング手段が、前記設定した距離により、前記画素をクラスタリングするステップとからなることを特徴とする画像データ解析方法。
In the image data analysis method for analyzing time series images of multiple measurement quantities,
An image extracting means for extracting time series images of a plurality of measurement amounts;
An image distance setting means, in each pixel of the time series image of the plurality of measurement amounts, setting a distance to a vector consisting of measurement amounts at a plurality of time points obtained when each pixel is fixed;
A clustering means comprises a step of clustering the pixels according to the set distance.
複数の計測量の時系列画像を解析する画像データ解析方法において、
画像抽出手段が、複数の計測量の時系列画像と、前記複数の画像を標準化するための統一マップを抽出するステップと、
画像変形手段が、前記時系列画像を前記統一マップに基づき変形するステップと、
画像距離設定手段が、前記変形された複数の計測量の時系列画像の各画素において、各画素を固定したときに得られる複数時点での計測量からなるベクトルに距離を設定するステップと、
クラスタリング手段が、前記設定した距離により、前記画素をクラスタリングするステップとからなることを特徴とする画像データ解析方法。
In the image data analysis method for analyzing time series images of multiple measurement quantities,
A step of extracting a time-series image of a plurality of measurement amounts and a unified map for standardizing the plurality of images;
An image transformation means for transforming the time-series image based on the unified map;
An image distance setting means, in each pixel of the transformed time series image of a plurality of measurement quantities, setting a distance to a vector consisting of measurement quantities at a plurality of time points obtained when each pixel is fixed;
A clustering means comprises a step of clustering the pixels according to the set distance.
請求項1に記載の画像データ解析方法において、画像重み付け手段が、前記変形された複数の計測量の時系列画像の各画素において、各画素を固定したときに、時間軸を定義域に複数の計測量を値域とする関数を計算するステップとを有することを特徴とする画像データ解析方法。   2. The image data analysis method according to claim 1, wherein when the image weighting unit fixes each pixel in each of the transformed time-series images of the plurality of measurement amounts, a plurality of time axes are defined in the domain. And a step of calculating a function having a measured amount as a range. 請求項1乃至3いずれかに記載の画像データ解析方法において、画像表示手段が、前記画素のクラスリング結果を表示するステップを有することを特徴とする画像データ解析方法。   4. The image data analysis method according to claim 1, wherein the image display means includes a step of displaying a result of classifying the pixels. 請求項1乃至4いずれかに記載の画像データ解析方法において、フィルタ手段が、前記時系列画像を空間的に平滑化又は時間方向の移動平均の演算のいずれか1つ以上をおこなうことを特徴とする画像データ解析方法。   5. The image data analysis method according to claim 1, wherein the filter means performs any one or more of spatial smoothing of the time-series image or calculation of moving average in the time direction. Image data analysis method. 時系列画像を解析する画像データ解析システムであって、
複数の計測量の時系列画像と、前記複数の画像を標準化するための統一マップとを抽出する画像抽出手段と、
前記時系列画像を前記統一マップに基づき変形する画像変形手段と、
前記変形された時系列画像の各画素において、各画素を固定したときに得られる複数時点での計測量からなるベクトルに距離を設定する画像距離設定手段と、
前記設定された距離により、前記画素をクラスタリングするクラスタリング手段とを有することを特徴とする画像データ解析システム。
An image data analysis system for analyzing time series images,
Image extracting means for extracting time series images of a plurality of measurement amounts and a unified map for standardizing the plurality of images;
Image deformation means for deforming the time-series image based on the unified map;
Image distance setting means for setting a distance to a vector composed of measurement amounts at a plurality of time points obtained when each pixel is fixed in each pixel of the transformed time-series image;
Clustering means for clustering the pixels according to the set distance, an image data analysis system.
請求項6に記載の画像データ解析システムにおいて、前記変形された複数の計測量の時系列画像の各画素において、各画素を固定したときに、時間軸を定義域に複数の計測量を値域とする関数を計算する画像重み付け手段を有することを特徴とする画像データ解析システム。   7. The image data analysis system according to claim 6, wherein when each pixel is fixed in each pixel of the transformed time series image of the plurality of measurement amounts, the time axis is defined as a range and the plurality of measurement amounts are defined as value ranges. An image data analysis system comprising image weighting means for calculating a function to perform. 請求項6又は7に記載の画像データ解析システムにおいて、前記画素のクラスリング結果を表示する画像表示手段を有することを特徴とする画像データ解析システム。
8. The image data analysis system according to claim 6, further comprising image display means for displaying a result of classifying the pixels.
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