JP2009189525A

JP2009189525A - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP2009189525A
Application number: JP2008032573A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Takeda; 義範竹田
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】 MRI装置で撮像された画像の歪み補正処理で発生した枠状アーチファクトを抑制する。
【解決手段】 MRI装置で撮像した画像に対して歪み補正処理を適用した後、その画像を判別分析法で導出した閾値で2値化画像を作成し、設定されたフィルタ範囲パラメータに従ってガウシアンフィルタをその2値化画像に適用してマスク画像を作成する。作成したマスク画像の画素値によって指定された閾値に従って画素値を決定することで、MRI装置で撮像された画像の歪み補正処理で発生した枠状アーチファクトを抑制する。
【選択図】図3

Description

本発明は、核磁気共鳴イメージング(以下、「MRI」という)装置で取得された画像の歪み補正に関する。

MRI装置は、被検体、特に人体の組織を構成する原子核スピンが発生するＮＭＲ信号(エコー信号)を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を2次元的に或いは3次元的に画像化する装置である。撮像においては、エコー信号には、傾斜磁場によって異なる位相エンコードが付与されるとともに周波数エンコードされて、時系列データとして計測される。計測されたエコー信号は、2次元又は3次元フーリエ変換されることにより画像に再構成される。

上記MRI装置を用いて撮像して得られた画像には、その撮像方法によっては歪みが発生する場合があり、その歪みを補正する処理を行う必要がある。画像歪み補正補方法として、(非特許文献1)に記載の方法が知られている。

Andrew Janke, Huawei Zhao, Gray J. Cowin, Graham J. Galloway, and David M. Doddrell Use of Spherical Harmonic Deconvolution Methods to Compensate for nonlinear Gradient Effects on MRI Images Magnetic Resonance in Medicine 2004 52:115-122

MRI装置で撮像した画像に対して歪み補正を適用した場合、処理領域の移動等によって補正前には画像の外部であった領域が画像の内部へ侵入してくるという現象が発生してしまう。通常、この外部から進入してきた領域は画像データを持たないため、その画素値を0に設定する。しかし、MRI画像においては、画像の端の領域ほど画像の歪みが大きくなり補正処理が大きく適用されてしまう。その結果、画像においては、この歪み補正処理を受けた領域と画像の外部から侵入してきた領域が接することになり、それらのコントラスト差が大きくなって、これら領域間の境界が枠状アーチファクトとして目立つことになってしまう。

そこで、本発明は、MRI装置で撮像された画像の歪み補正処理で発生した枠状アーチファクトを抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のMRI装置は以下のように構成される。即ち、
被検体からのエコー信号を用いて該被検体の画像を再構成すると共に、該画像に生じた歪みを補正する演算処理手段を備え、演算処理手段は、歪み補正した画像に生じる枠状アーチファクトを抑制する演算を行う。

具体的には、MRI装置で撮像した画像に対して歪み補正処理を適用した後、その画像を判別分析法で導出した閾値で2値化画像を作成し、設定されたフィルタ範囲パラメータに従ってガウシアンフィルタをその2値化画像に適用してマスク画像を作成する。作成したマスク画像の画素値によって指定された閾値に従って画素値を決定することで、MRI装置で撮像された画像の歪み補正処理で発生した枠状アーチファクトを抑制する。

本発明のMRI装置によれば、撮像された画像の歪み補正処理で発生した枠状アーチファクトを抑制することが出来るようになる。

以下、本発明のMRI装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

最初に、本発明のMRI装置の一例の概略を図1に基づいて説明する。図1は本発明のMRI装置の一例の全体構成を示すブロック図である。このMRI装置は、核磁気共鳴(NMR)現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、図1に示すように、静磁場発生系2と、傾斜磁場発生系3と、送信系5と、受信系6と、信号処理系7と、シーケンサ4と、中央処理装置(CPU)8と、を備えて構成される。

静磁場発生系2は、被検体1の周りの空間にその体軸方向または体軸と直交する方向に均一な静磁場を発生させるもので、被検体1の周りに永久磁石方式または常電導方式あるいは超電導方式の磁場発生手段が配置されている。

傾斜磁場発生系3(傾斜磁場発生手段)は、X，Y，Zの3軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル9と、それぞれの傾斜磁場コイル9を駆動する傾斜磁場電源10とから成り、後述のシ−ケンサ4からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源10を駆動することにより、X，Y，Zの3軸方向の傾斜磁場Gs，Gp，Gfを被検体1に印加する。より具体的には、X、Y、Zのいずれかの1方向にスライス選択傾斜磁場パルス(Gs)を印加して被検体1に対するスライス面を設定し、残り2つの方向に位相エンコード傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード(又は、読み出し)傾斜磁場パルス(Gf)を印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。

シーケンサ4は、高周波磁場パルス(以下、「RFパルス」という)と傾斜磁場パルスをある所定のシーケンスで繰り返し印加してエコー信号の計測を制御する計測制御手段である。シーケンサ4は、CPU8の制御で動作し、被検体1の断層画像の再構成に必要なエコー信号の計測のための種々の命令を送信系5、傾斜磁場発生系3、および受信系6に送って、これらの系を制御することにより、エコー信号の計測を制御する。

送信系5は、被検体1の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるためにRFパルスを照射するもので、高周波発振器11と変調器12と高周波増幅器13と送信側の高周波コイル14aとから成る。高周波発振器11から出力された高周波パルスをシーケンサ4からの指令によるタイミングで変調器12により振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器13で増幅した後に被検体1に近接して配置された高周波コイル14aに供給することにより、電磁波(RFパルス)が被検体1に照射される。

受信系6は、被検体1の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号(NMR信号)を検出するもので、受信側の高周波コイル14bと増幅器15と直交位相検波器16と、A/D変換器17とから成る。送信側の高周波コイル14aから照射された電磁波によって誘起される被検体1の応答の電磁波(NMR信号)が被検体1に近接して配置された高周波コイル14bで検出され、増幅器15で増幅された後、シーケンサ4からの指令によるタイミングで直交位相検波器16により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA/D変換器17でディジタル量に変換されて、信号処理系7に送られる。

信号処理系7は、光ディスク19、磁気ディスク18等の外部記憶装置(記憶手段)と、CRT等からなるディスプレイ20とを有し、受信系6からのエコー信号のデータがCPU8に入力されると、CPU8(演算処理手段)が信号処理、画像再構成等の演算処理を実行し、その結果である被検体1の断層画像をディスプレイ20に表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク18等に記録する。また、CPU8は、K空間に対応するメモリを内部に備えてエコー信号のデータを記憶する。以下、エコー信号のデータをK空間に配置する旨の記載は、エコー信号のデータがこのメモリに書き込まれて記憶されることを意味する。

操作系25は、MRI装置の各種制御情報や上記信号処理系7で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス23、及び、キーボード24から成る。この操作系25はディスプレイ20に近接して配置され、操作者がディスプレイ20を見ながら操作系25を通してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御する。

なお、図1において、送信側及び受信側の高周波コイル14a，14bと傾斜磁場コイル9は、被検体1の周りの空間に配置された静磁場発生系2の静磁場空間内に設置されている。

現在MRI装置の撮像対象スピン種は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質であるプロトンである。プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和現象の空間分布を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を2次元もしくは3次元的に撮像する。

次に、本発明のMRI装置の一実施形態を説明する。本実施形態は、MRI装置の撮像で取得した元画像に対して歪み補正処理を行う際に、元画像を2値化した2値化画像にガウシアンフィルタを適用してマスク画像を作成し、マスク画像の画素値に対応して、元画素の画素値を調整する処理を実行する。以下、図2、3に基づいて、本実施形態の、MRI装置で撮像した画像に対する歪み補正処理の適用に伴う枠状アーチファクトを抑制する処理を説明する。

最初に、本実施形態の枠状アーチファクト抑制処理を実行するための、ディスプレイ20に表示されるＵＩの一例を図2に基づいて説明する。図2は、歪み補正処理で発生した枠状アーチファクトの抑制を実行するためのＵＩを示し、入力画像を選択するボタン(201)と、入力画像を表示する領域(202)と、枠状アーチファクトの抑制を実行した出力画像を表示する部分(203)と、フィルタ範囲パラメータを設定する部分(204)と、マスク画像を適用する際の輝度補正閾値1を指定する部分(205)と、マスク画像を適用する際の輝度補正閾値2を指定する部分(206)と、枠状アーチファクト抑制処理を実行するためのボタン(207)と、で構成される。各パラメータを指定する部分(205, 206)には初期値が表示されており、操作者によって変更可能である。

フィルタ範囲パラメータはフィルタ適用範囲を制御するパラメータであって、その値が大きい場合は、平滑化の範囲が広くなり、枠状アーチファクト抑制の効果が大きくなるが、輪郭がぼやけた画像となる。また、フィルタ範囲パラメータの値が小さい場合は、平滑化の範囲が狭くなり、枠状アーチファクト抑制の効果は大きくないが、輪郭がぼやけた画像にはなりにくくなる。

輝度補正閾値は出力画像の画質を制御するパラメータであって、閾値1を変更した場合は画像のエッジの滑らかさに影響を与え、閾値2を変更した場合は背景除去の効果に影響を与える。

実際には、適度なフィルタ範囲パラメータと閾値1，2の値をあらかじめ設定しておく。

次に、本実施形態の処理フローの一例を図3に基づいて説明する。この処理フローは、プログラムとして磁気ディスク18等に保存されており、CPU8が画像歪み補正処理を行う際に読み出して実行する。

ステップ301で、歪み補正処理を適用する画像を選択すると共に、本実施形態に係る各種パラメータを必要に応じて設定する。具体的には、図2に示したUI上で、操作者が、マウス等を用いて入力画像選択ボタン201を押下すると、入力画像表示領域202に入力画像が表示される。また、操作者が、フィルタ範囲パラメータ設定部204と、輝度補正閾値1，2設定部205,206にそれぞれの値を設定する。なお、これらのパラメータには予め初期値が設定されているので、設定操作をスキップしても良い。最後に、操作者が、処理実行ボタン207を押下すると、選択された入力画像に対して歪み補正処理と枠状アーチファクト抑制処理が開始する。

ステップ302で、MRI装置で撮像された元画像であって、ステップ301で選択された入力画像に対して歪み補正処理を行う。歪み補正処理は、たとえば、非特許文献1に開示された方法を用いることができる。

ステップ303で、ステップ302で歪み補正処理が行われた入力画像に対して、2値化処理を行う。たとえば、歪み補正処理された入力画像の全画素値データを用いて判別分析を行い、ノイズレベルの画素値と被検体画像レベルの画素値とを判別するための閾値を求める。そして、求められた閾値以上の画素値を有する画素を1に、閾値未満の画素値を有する画素を0とする2値化を行い、2値化画像を取得する。この2値化処理により、歪み補正処理が行われた入力画像の穴を埋められた2値化画像を取得できる。

ステップ304で、ステップ303で取得した2値化画像に対してガウシアンフィルタを適用してマスク画像を作成する。ガウシアンフィルタフィルタを適用する際には、ステップ301で設定されたフィルタ範囲パラメータに基づいてガウシアンフィルタを調整する。

ステップ305で、ステップ304で取得したマスク画像の画素値と輝度補正閾値1を比較する。マスク画像の画素値が輝度補正閾値1よりも大きい場合は、ステップ306に移行する。マスク画像の画素値が輝度補正閾値1以下の場合は、ステップ307に移行する。

ステップ306で、従来どおり、歪み補正処理された入力画像の画素値を出力画像の画素値として出力し、ステップ310に移行する。

ステップ307で、マスク画像の画素値と輝度補正閾値2を比較する。マスク画像の画素値が輝度補正閾値2よりも大きい場合は、ステップ308に移行する。マスク画像の画素値が輝度補正閾値2以下の場合はステップ309に移行する。

ステップ308で、ステップ302で歪み補正処理された入力画像の画素値に対して「マスク画像の画素値 / 輝度補正閾値1」を係数として作用させて、歪み補正処理された入力画像の画素値を小さくして出力画像の画素値として出力する。処理後は、ステップ310に移行する。

ステップ309で、出力画像の画素値として0を出力する。処理後は、ステップ310に移行する。

ステップ310で、マスク画像の全ての画素について、出力画像の画素値を出力したか否かをチェックする。未出力の画素値が残っている場合は、ステップ305に戻って、未処理の画素についてステップ305〜309を繰り返す。未処理画素がなければ、ステップ311に移行する。

ステップ311で、各ステップ305〜309で求めた画素毎の出力値を有する出力画像を出力画像表示部203に表示する。

以上までが、本実施形態の処理フローの一例の説明である。

以上説明したように、本実施形態のMRI装置によれば、撮像された元画像の歪み補正処理で発生した枠状アーチファクトを抑制することが出来るようになる。即ち、MRI装置で撮像した画像に対して、歪み補正処理を適用した後、その画像を判別分析法で導出した閾値で2値化して画像の穴を埋める。その後、指定されたフィルタ範囲パラメータに従って、ガウシアンフィルタをその2値化画像に適用してマスク画像を作成し、マスク画像の画素値によって指定された閾値に従って出力画像の画素値を決定する。これにより、MRI装置で撮像された画像の歪み補正処理で発生した枠状アーチファクトを抑制することが可能となる。また、マスク画像を作成するときのガウシアンフィルタのフィルタ範囲とマスク画像の適用処理で用いる閾値を指定可能とすることで元画像に応じた処理を適用することが可能となる。

本発明に係るMRI装置の全体構成の概要を示す図。本発明のMRI装置で指定する枠状アーチファクト抑制パラメータ設定画面の概要を示す図。本発明の一実施形態における操作および処理の流れを示す図。

符号の説明

1 被検体、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 信号処理系、8 中央処理装置(CPU)、9 傾斜磁場コイル、10 傾斜磁場電源、11 高周波発信器、12 変調器、13 高周波増幅器、14ａ高周波コイル(送信コイル)、14b 高周波コイル(受信コイル)、15 信号増幅器、16 直交位相検波器、17 A/D変換器、18 磁気ディスク、19 光ディスク、20 ディスプレイ、21 ROM、22 RAM、23 トラックボール又はマウス、24 キーボード、51 ガントリ、52 テーブル、53 筐体、54 処理装置

Claims

被検体からのエコー信号を用いて該被検体の画像を再構成すると共に、該画像に生じた歪みを補正する演算処理手段を備えた磁気共鳴イメージング装置において、
前記演算処理手段は、前記歪み補正した画像に生じる枠状アーチファクトを抑制する演算を行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。