JP2018068954A - Magnetic resonance imaging apparatus and image processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴(以下、「NMR」という)信号を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を画像化する核磁気共鳴イメージング(以下、「MRI」という)装置及び画像処理方法に関する。 The present invention measures nuclear magnetic resonance (hereinafter referred to as “NMR”) signals from hydrogen, phosphorus, etc. in a subject, and images nuclear density distribution, relaxation time distribution, etc. The present invention relates to an apparatus and an image processing method.
従来、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MRI装置が知られている。MRI装置での撮影においては、傾斜磁場を生じさせ、被検体に高周波パルス(以下、「RFパルス」という)を照射し、磁気共鳴させることによって被検体から得られるNMR信号を測定し、これを2次元又は3次元フーリエ変換することにより画像を取得する。 2. Description of the Related Art Conventionally, an MRI apparatus that measures NMR signals generated by nuclear spins constituting a subject, particularly a human tissue, and visualizes the form and function of the head, abdomen, limbs, etc. two-dimensionally or three-dimensionally It has been known. In imaging with an MRI apparatus, a gradient magnetic field is generated, a high frequency pulse (hereinafter referred to as “RF pulse”) is irradiated to the subject, and an NMR signal obtained from the subject is measured by magnetic resonance. An image is acquired by two-dimensional or three-dimensional Fourier transform.
計測したNMR信号は、k空間と呼ばれるメモリ上のデータ空間に配置され、k空間データと呼ばれる。基本的なMRI撮像は、1回の計測で取得したk空間データをフーリエ変換し、再構成された画像を読影に用いる。近年、多様な目的のため、1回の計測で複数のk空間データを取得し、夫々フーリエ変換して画像化した後に、これらの画像を合成して画像を得る技術がある。例えば、特許文献1には、1回の計測中に励起周波数を変更しながら複数のk空間データを取得し、得られた複数の画像を合成することで、被検体内にインプラント等の金属がある場合でも金属の境界周辺まで画像化するMRI装置が開示されている(以下、このような計測技術について「金属対応計測」という)。また、特許文献1には、金属対応計測に関して取得した複数画像を合成する際に、MIP(Maximum Intensity Projection;最大値投影)やSOS(Sum Of Square;二乗和合成)を用いることが開示されている。
ここで、MIPによる画像合成を(1)式に、また、SOSによる画像合成を(2)式に示す。
The measured NMR signal is arranged in a data space on a memory called k-space and is called k-space data. In basic MRI imaging, k-space data acquired by one measurement is Fourier-transformed, and a reconstructed image is used for interpretation. In recent years, for various purposes, there is a technique in which a plurality of k-space data is acquired by one measurement, each is subjected to Fourier transform and imaged, and then these images are combined to obtain an image. For example, in
Here, image synthesis by MIP is shown in equation (1), and image synthesis by SOS is shown in equation (2).
しかしながら、特許文献1に開示されたMRI装置のように金属対応計測において1回の計測で取得した複数の画像を合成する場合、複数画像間での画素値分布によっては、MIPまたはSOSを用いると、金属境界付近が正しく画像化できなかったり、SNR(Signal to Noise Ratio;信号雑音比)が低下したりする虞がある。
However, when synthesizing a plurality of images acquired by one measurement in the metal correspondence measurement like the MRI apparatus disclosed in
一般に、金属対応計測では1回の計測で取得した複数の画像において、金属境界付近の画素は金属の影響により組織信号が複数画像に分割され、背景ノイズに相当する画素は複数画像のすべての画像でランダムな雑音信号となる。このような複数画像について、画像合成を行う場合には以下のような問題がある。 In general, in metal-corresponding measurement, in a plurality of images acquired by one measurement, tissue signals are divided into a plurality of images for pixels near the metal boundary, and pixels corresponding to background noise are all images of the plurality of images. A random noise signal. When image synthesis is performed for such a plurality of images, there are the following problems.
例えば、MIPにより画像合成を行うと、分割された組織信号のうち最大のものだけが合成画像に反映されるので、合成画像には本来境界付近の画素に含まれるべき組織信号が少なくなってしまう。従って、合成画像においては、金属境界付近が正しく画像化されていないこととなる。 For example, when image synthesis is performed by MIP, only the largest of the divided tissue signals is reflected in the synthesized image, so that the synthesized image has fewer tissue signals that should originally be included in pixels near the boundary. . Therefore, in the composite image, the vicinity of the metal boundary is not correctly imaged.
一方、例えば、SOSにより画像合成を行うと、雑音信号が二乗で加算されるので、背景ノイズが過剰に高信号になり合成画像のSNRが低下してしまう。このように、金属対応計測を行う場合に、複数画像間での組織信号や雑音信号の分布によって、得られた合成画像の画質が低下してしまう虞がある。 On the other hand, for example, when image synthesis is performed by SOS, noise signals are added in squares, so that background noise becomes excessively high and the SNR of the synthesized image is lowered. As described above, when performing metal-corresponding measurement, there is a possibility that the image quality of the obtained composite image may be deteriorated due to the distribution of tissue signals and noise signals among a plurality of images.
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、被検体内に金属が含まれる場合であっても、金属境界付近を正しく画像化すると共にSNRを向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to correctly image the vicinity of a metal boundary and improve the SNR even when a metal is contained in a subject.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、予め定めた撮像シーケンスに従って複数の高周波パルスを周波数帯域を変化させながら被検体に照射し、該被検体から得られた複数のNMR信号に基づいて複数の画像を取得する画像取得部と、複数の前記画像における注目画素の対応画素の画素値に基づいて、前記注目画素が、前記被検体内の金属周辺組織を表す金属周辺画素であるかを判定する画素判定部と、該画素判定部により前記注目画素が前記金属周辺画素であると判定された場合に、複数の前記画像における対応画素の画素値が高い順に予め定めた数の画素の画素値を用いて当該注目画素の合成を行って合成画像を生成する画像合成部と、を備えた磁気共鳴イメージング装置を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following means.
In one embodiment of the present invention, a subject is irradiated with a plurality of high-frequency pulses while changing a frequency band according to a predetermined imaging sequence, and a plurality of images are acquired based on a plurality of NMR signals obtained from the subject. An image acquisition unit; and a pixel determination unit that determines whether the target pixel is a metal peripheral pixel representing a metal peripheral tissue in the subject based on pixel values of corresponding pixels of the target pixel in the plurality of images. When the pixel determination unit determines that the pixel of interest is the metal peripheral pixel, the pixel values of the predetermined number of pixels are used in descending order of the pixel values of the corresponding pixels in the plurality of images. There is provided a magnetic resonance imaging apparatus including an image composition unit that performs composition of pixels to generate a composite image.
本発明によれば、被検体内に金属が含まれる場合であっても、金属境界付近を正しく画像化すると共にSNRを向上させることができる。 According to the present invention, even when a metal is contained in a subject, the vicinity of the metal boundary can be correctly imaged and the SNR can be improved.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置(以下、単にMRI装置という)は、予め定めた撮像シーケンスに従って複数の高周波パルスを周波数帯域を変化させながら被検体に照射し、該被検体から得られた複数のNMR信号に基づいて複数の画像を取得する画像取得部と、複数の前記画像における注目画素の対応画素の画素値に基づいて、前記注目画素が、前記被検体内の金属周辺組織を表す金属周辺画素であるかを判定する画素判定部と、該画素判定部により前記注目画素が前記金属周辺画素であると判定された場合に、複数の前記画像における対応画素の画素値が高い順に予め定めた数の画素の画素値を用いて当該注目画素の合成を行って合成画像を生成する画像合成部と、を備えている。 A magnetic resonance imaging apparatus (hereinafter simply referred to as an MRI apparatus) according to an embodiment of the present invention irradiates a subject with a plurality of high-frequency pulses while changing the frequency band according to a predetermined imaging sequence, and is obtained from the subject. An image acquisition unit that acquires a plurality of images based on a plurality of NMR signals, and the pixel-of-interest in the subject based on pixel values of corresponding pixels of the pixel-of-interest in the plurality of images. A pixel determination unit that determines whether the pixel is a metal peripheral pixel to be represented, and when the pixel determination unit determines that the pixel of interest is the metal peripheral pixel, the pixel values of the corresponding pixels in the plurality of images are in descending order An image composition unit that composes the pixel of interest using pixel values of a predetermined number of pixels and generates a composite image.
また、画像合成部が、画素判定部により注目画素が前記金属周辺画素でないと判定された場合に、複数の画像における注目画素の対応画素が所定の閾値以上の画素値を示す画素の画素値を用いて当該注目画素の合成を行う。 In addition, when the image synthesis unit determines that the target pixel is not the metal peripheral pixel by the pixel determination unit, the pixel value of the pixel in which the corresponding pixel of the target pixel in the plurality of images indicates a pixel value equal to or greater than a predetermined threshold value. And the target pixel is synthesized.
<第1の実施形態>
具体的には、図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係るMRI装置は、静磁場発生系2、傾斜磁場発生系3、送信系5、受信系6、信号処理系7、シーケンサ4、及び中央処理装置(CPU)8を備えている。
<First Embodiment>
Specifically, as shown in FIG. 1, the MRI apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a static magnetic
静磁場発生系2は、垂直磁場方式であれば、被検体1の周りの空間にその体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば、体軸方向に均一な静磁場を発生させる。被検体1の周りに永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源を配置することにより静磁場発生系2を実現する。
The static magnetic
傾斜磁場発生系3は、MRI装置の座標系(静止座標系)であるX,Y,Zの3軸方向の傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル9と、各傾斜磁場コイル9を駆動する傾斜磁場電源10とを備えている。後述するシ−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軸方向に傾斜磁場Gx,Gy,Gzを印加する。撮影時には、スライス面(撮影断面)に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス(Gs)を印加して被検体1に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの2つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス(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。
The gradient magnetic
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所定のパルスシーケンスで繰り返し印加するように制御する。シーケンサ4は、後述するCPU8の制御で動作し、被検体1の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系5、傾斜磁場発生系3、及び受信系6に送信する。
The
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、被検体1にRFパルスを照射するものであり、高周波発振器11、変調器12、高周波増幅器13、及び送信側の高周波コイル(送信コイル)14aを備えている。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、RFパルスが被検体1に照射される。
The transmission system 5 irradiates the
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)を検出するものであり、受信側の高周波コイル(受信コイル)14b、信号増幅器15、直交位相検波器16、及びA/D変換器17を備えている。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た被検体1の応答の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、信号増幅器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。
The receiving system 6 detects an echo signal (NMR signal) emitted by nuclear magnetic resonance of nuclear spins constituting the biological tissue of the subject 1, and includes a receiving-side high-frequency coil (receiving coil) 14b, a signal amplifier. 15, a quadrature detector 16, and an A /
信号処理系7は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行うものであり、CPU8と、RAM、ROM等の記憶装置18と、磁気ディスク、光ディスク等の外部記憶装置19と、CRT等のディスプレイ20とを備えている。
CPU8は、MRI装置全体を制御し、CPU8に受信系6からのデータが入力されると、CPU8において信号処理、画像再構成等の処理を実行し、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。
The signal processing system 7 performs various data processing and display and storage of processing results. The CPU 8, a
The CPU 8 controls the entire MRI apparatus. When data from the receiving system 6 is input to the CPU 8, the CPU 8 executes processing such as signal processing and image reconstruction, and the resulting tomographic image of the subject 1 is obtained. The information is displayed on the
すなわち、CPU8は、撮像制御部30、画像取得部31、画素判定部31、画像合成部33の機能を実現する。これらの機能は、記憶装置18内のプログラムをCPUにより読み込んで実行することによりソフトウェアとして実現することもでき、また、ASIC等のハードウェアにより実現することもできる。
That is, the CPU 8 realizes the functions of the
撮像制御部30は、後述する入力部23により入力された撮像条件に基づく撮像シーケンスに従って撮像を制御するためにシーケンサ4を制御する。特に、撮像制御部30は、本実施形態においては、金属対応計測として、予め定めた撮像シーケンスに従って一度の撮影(計測)において高周波パルスを変化させながら被検体に照射して複数のNMR信号を取得するようシーケンサ4を制御する。
The
画像取得部31は、取得したNMR信号に対して再構成等の各種処理を行う。特に、金属対応計測において取得した複数の画像に対して夫々再構成を行い、画像を取得する。
画素判定部32は、処理を行う注目画素がどのような組織に属する画素であるかを判定する。具体的には、画素判定部32は、金属対応計測において得られた複数の画像における注目画素の対応画素の画素値に基づいて、その注目画素が被検体に埋め込まれた金属周辺組織を表す金属周辺画素であるかを判定する。
The
The
画像合成部33は、画像取得部31により金属対応計測において得られた複数の画像を合成し、一枚の合成画像を生成する。このとき、画像合成部33は、画素判定部32により金属周辺画素と判定された画素については、複数の画像における対応画素の画素値が高い順に予め定めた数の画素の画素値を適用して注目画素の合成を行う。
The
また、画像合成部33は、画素判定部32により注目画素が金属周辺画素でない(金属周辺から遠い画素)と判定された場合には、複数の画像における注目画素の対応画素が所定の閾値よりも高い画素値を示す画素の画素値を適用して注目画素についての画素値を生成することにより合成を行う。そして、画像合成部33は、例えば図2に示すような一枚の合成画像100を取得する。なお、図2では、合成画像100中に、被検体に埋め込まれた金属を示す領域101、金属周辺組織を示す領域102、金属から離れた領域103、背景(雑音)を示す領域104が含まれている。
In addition, when the
操作部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あり、入力部23を備えている。入力部23としては、マウス、キーボード又はトラックボール等の入力デバイスを1つ又は複数組み合わせて適用することができる。また、入力部23は撮像条件の入力を受け付け、入力された撮像条件をCPU8に送信する。ここで、撮像条件には、撮像対象の部位、シーケンス、スライス厚、GAP、撮像範囲等が含まれる。
操作部25を、ディスプレイ20に近接して配置することで、操作者がディスプレイ20を見ながら操作部25を介してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御することができる。
The operation unit 25 inputs various control information of the MRI apparatus and control information of processing performed in the signal processing system 7, and includes an input unit 23. As the input unit 23, one or a plurality of input devices such as a mouse, a keyboard, or a trackball can be applied. Further, the input unit 23 receives input of imaging conditions and transmits the input imaging conditions to the CPU 8. Here, the imaging conditions include a site to be imaged, a sequence, a slice thickness, a GAP, an imaging range, and the like.
By disposing the operation unit 25 close to the
なお、図1において、送信側の高周波コイル14aと傾斜磁場コイル9は、被検体1が挿入される静磁場発生系2の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体1に対向して、水平磁場方式であれば被検体1を取り囲むようにして設置されている。また、受信側の高周波コイル14bは、被検体1に対向して、或いは取り囲むように設置されている。
In FIG. 1, the high-frequency coil 14a and the gradient
現在MRI装置の撮像対象核種は、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水素原子核(プロトン)である。プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報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。 At present, the radionuclide to be imaged by the MRI apparatus is a hydrogen nucleus (proton) which is a main constituent material of the subject as widely used clinically. Information on the spatial distribution of the proton density and the spatial distribution of the relaxation time of the excited state is imaged, thereby imaging the form or function of the human head, abdomen, limbs, etc. two-dimensionally or three-dimensionally.
このように構成されたMRI装置における、金属対応計測処理について図3のフローチャートに従って説明する。
まず、金属対応計測処理の開始に先立って、MRI装置に被検体登録を行う。具体的には、入力部23が、操作者による被検体の氏名、年齢、等被検体に係る情報の入力を受け付ける。入力部23は、入力された被検体情報をCPU8に送信し、CPU8が被検体情報を記憶装置18等に記憶させることによりMRI装置に対して被検体登録を行う。そして、入力部23が操作者による金属対応計測に係る撮像条件の入力を受け付け、CPU8が入力部23から撮像条件を受け取り、撮像条件に基づく撮像シーケンスを設定し、金属対応計測に係る撮像が開始される。
The metal measurement processing in the MRI apparatus configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, prior to the start of the metal-corresponding measurement process, the subject is registered in the MRI apparatus. Specifically, the input unit 23 receives input of information related to the subject such as the name, age, and the like of the subject by the operator. The input unit 23 transmits the input subject information to the CPU 8, and the CPU 8 stores the subject information in the
ステップS11において、画像取得部31が、受信系6により異なる複数の周波数帯域の高周波パルスを照射するパルスシーケンスによって得られた複数のNMR信号に基づいて、夫々再構成等の必要な処理を行い、複数の画像を取得する。
次のステップS12では、画素判定部32が、ステップS11で取得した複数の画像において、注目画素の対応画素を、例えば図4(A)に示すように、撮影順に並べた画素値と画像番号との分布を示すグラフを生成する。さらに、図4(A)を画素値順にソートすることにより、例えば図4(B)に示すような画素値分布を生成する。
In step S11, the
In the next step S12, the
続いて、ステップS13では、画素判定部32が、ステップS12で生成された図4(B)の画素値分布に基づいて、画素値分布の半値幅が所定値以上であるか否かを判定する。判定の結果、半値幅が所定値以上である場合にはステップS14に進み、半値幅が所定値より下回っている場合にはステップS15に進む。
Subsequently, in step S13, the
ステップS13で画素値分布の半値幅が所定値以上であるか否かを判定することにより、注目画素が金属周辺組織を示す金属周辺画素であるか否かを判定することができる。ここで、金属周辺組織は、図5(A)に示すように、高周波パルスの周波数帯域を変化させながら複数の画像を取得した場合に、対応画素の画素値はなだらかに変化する特性を有する。一方、金属周辺画素でない、例えば、金属周辺から離れた画素は図5(B)に示すように、特定の数枚の画像のみが高い画素値を示すのみで、これ以外の対応画素の画素値は無視できるほど低い画素値を示す。また、背景(雑音)に相当する画素は、図5(C)に示すように対応画素が略全て同程度の画素値を示す特性を有している。 By determining whether or not the half value width of the pixel value distribution is greater than or equal to a predetermined value in step S13, it is possible to determine whether or not the target pixel is a metal peripheral pixel indicating a metal peripheral structure. Here, as shown in FIG. 5A, the metal surrounding structure has a characteristic that the pixel value of the corresponding pixel gently changes when a plurality of images are acquired while changing the frequency band of the high frequency pulse. On the other hand, pixels that are not metal peripheral pixels, for example, pixels that are away from the metal periphery, as shown in FIG. 5B, only a specific number of images show high pixel values, and pixel values of other corresponding pixels. Indicates a pixel value that is negligibly low. Further, the pixels corresponding to the background (noise) have characteristics that the corresponding pixels all have substantially the same pixel value as shown in FIG.
そこで、画素判定部32は、この画素値分布の半値幅が所定値以上であるか否かを判定することにより注目画素が金属周辺画素であるか否かを判定することができる。
従って、ステップS13における判定で、半値幅が所定値以上である場合には金属周辺画素であると判定され(ステップS14)、半値幅が所定値より下回っている場合には金属周辺画素ではないと判定される(ステップS15)。
Therefore, the
Therefore, in the determination in step S13, if the half-value width is greater than or equal to the predetermined value, it is determined that the pixel is a metal peripheral pixel (step S14). If the half-value width is less than the predetermined value, it is not a metal peripheral pixel. Determination is made (step S15).
ステップS16では、画像合成部33が金属周辺画素について、複数の画像における対応画素の画素値が高い順に予め定めた数の画素の画素値を適用して合成を行う。具体的には、以下のように画像合成が行われる。対応画素の画素値が高い順、すなわち、画素値順にソートして生成した画素値分布の上位にあたる画素のうち、予め定めた数の画素を選択して合成に適用し、下位の画素は合成に適用しない。
In step S16, the
まず、合成処理に用いる境界の順位を閾値Torderとして決定する(図6(A))。なお、閾値Torderを定める上位の画素数は経験的に定数として定めることができる他、画素値順方向の画素値分布に基づいて定めることもできる。そして、図6(A)中、閾値Torderを境界として、画素値分布の下位にあたる画素については合成に適用せず、上位にあたる画素についてのみ合成に適用する。 First, the rank of the boundary used for the synthesis process is determined as the threshold value T order (FIG. 6A ). The number of upper pixels that determine the threshold T order can be determined empirically as a constant, or can be determined based on a pixel value distribution in the forward direction of the pixel value. In FIG. 6A , with the threshold value Torder as a boundary, the pixel lower in the pixel value distribution is not applied to the synthesis, and only the upper pixel is applied to the synthesis.
すなわち、以下に示す式(3)のように、これは画素値分布において閾値Torder以上となる画素に重み係数を1.0、閾値Torder未満となる画素について重み係数を0.0としていることと等価である(図6(B))。このように重み係数を決定することで、画素値が高い順にソートして画素値分布を生成したときに、下位になる画素値が合成されないため、雑音信号が過剰に合成されるのを防ぐことができる。 That is, as shown in the following equation (3), this sets the weighting factor to 1.0 for pixels that are greater than or equal to the threshold T order in the pixel value distribution and 0.0 for the pixels that are less than the threshold T order . (FIG. 6B). By determining the weighting factor in this way, when the pixel value distribution is generated by sorting in descending order of the pixel values, the lower pixel values are not synthesized, thus preventing the noise signal from being synthesized excessively. Can do.
なお、このようにして決定した合成に適用する画素の画素値を用いて、例えば二乗和合成を行うことにより、注目画素が金属周辺画素である場合の画像合成が完了する。 Note that, by using, for example, square sum synthesis using the pixel values of the pixels applied to the synthesis determined in this way, image synthesis when the pixel of interest is a metal peripheral pixel is completed.
一方、ステップS17では、ステップS15で注目画素が金属周辺画素ではないと判定されたことを受けて、複数の画像の注目画素の対応画素が所定の閾値以上の画素値を示す画像を適用して注目画素について画像合成を行う。
このため、先ず、図7(A)に示すように、閾値Tvalueを決定する。閾値Tvalueは組織信号と雑音信号を区別することにより、雑音信号が過剰に合成されるのを防ぐために決定する。この決定方法は、計測した画像から作成したヒストグラムを用いる判別分析法や、背景ノイズ領域の平均値および標準偏差などを用いる方法、画素値順方向の画素値分布に基づいて定める方法、また簡易的に最大画素値の10%などから求める方法などがある。また、閾値Tvalueは計測した複数画像の対応画素全てを用いて定めることができる他、複数画像のうち画像全体の特性を表している一部の画像を用いて定めることもできる。
On the other hand, in step S17, in response to the determination that the target pixel is not a metal peripheral pixel in step S15, an image in which the corresponding pixel of the target pixel in the plurality of images has a pixel value equal to or greater than a predetermined threshold is applied. Image synthesis is performed for the pixel of interest.
For this reason, first, as shown in FIG. 7A, a threshold value Tvalue is determined. The threshold value Tvalue is determined in order to prevent the noise signal from being excessively synthesized by distinguishing the tissue signal from the noise signal. This determination method includes a discriminant analysis method using a histogram created from a measured image, a method using an average value and standard deviation of a background noise region, a method of determining based on a pixel value distribution in a pixel value forward direction, and a simple method There is a method of obtaining from 10% of the maximum pixel value. Further, the threshold value Tvalue can be determined using all the corresponding pixels of the plurality of measured images, or can be determined using a part of the images representing the characteristics of the entire image.
そして、計測した複数の画像における対応画素のうち、画素値が閾値Tvalue以上である画素を画像合成に適用する。一方、計測した複数の画像における対応画素のうち、画素値が閾値Tvalue未満である画素は画像合成に適用しない。合成に適用する画像と合成に適用しない画像は、図7(A)のようになる。
つまり、以下に示す式(4)のように、閾値Tvalue以上の画素値を示す画素に重み係数を1.0、閾値Tvalue以上未満の画素値を示す画素について重み係数を0.0としていることと等価である(図7(B))。このように重み係数を決定することで、画素値が閾値未満の画像が合成されないため、雑音信号が過剰に合成されるのを防ぐことができる。
Then, among the corresponding pixels in the plurality of measured images, a pixel whose pixel value is greater than or equal to the threshold value Tvalue is applied to image synthesis. On the other hand, among the corresponding pixels in the plurality of measured images, a pixel whose pixel value is less than the threshold value Tvalue is not applied to image synthesis. An image applied to composition and an image not applied to composition are as shown in FIG.
In other words, as shown in Equation (4) shown below, a weighting factor to a pixel which indicates the threshold T value or more pixel values 1.0, the weighting factor as 0.0 for pixels indicating the pixel values below the threshold T value or more (FIG. 7B). By determining the weighting factor in this way, an image having a pixel value less than the threshold value is not synthesized, so that it is possible to prevent noise signals from being synthesized excessively.
このようにして決定した合成に適用する画素を用いて、例えば二乗和合成を行うことにより、注目画素が金属周辺画素でない場合の画像合成が完了する。 Image synthesis in the case where the pixel of interest is not a metal peripheral pixel is completed by performing, for example, square sum synthesis using the pixels applied to the synthesis determined in this way.
ステップS18では、ステップS16における金属周辺画素の合成結果及びステップS17における金属周辺画素でない画素の合成結果に基づいて、最終的に一枚の合成画像を生成し、金属対応計測を終了する。 In step S18, based on the synthesis result of the metal peripheral pixels in step S16 and the synthesis result of the pixels that are not metal peripheral pixels in step S17, finally one composite image is generated, and the metal correspondence measurement is terminated.
このように本実施形態によれば、注目画素がどのような特性であるか、すなわち、注目画素の属する領域に応じて適切な画像合成を行うことで、画質の向上に寄与する画像をもれなく合成すると共に、画質を低下させる恐れのある画像の合成を抑制することができる。したがって、被検体内に金属が含まれる場合であっても、金属境界付近をも正しく画像化することができ、SNRを向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, by combining appropriate images according to the characteristics of the target pixel, that is, the region to which the target pixel belongs, it is possible to combine all the images that contribute to the improvement of the image quality. In addition, it is possible to suppress the synthesis of images that may reduce the image quality. Therefore, even when a metal is contained in the subject, the vicinity of the metal boundary can be correctly imaged, and the SNR can be improved.
(変形例)
上述した第1の実施形態に係るMRI装置では、金属周辺画素については、対応画素の画素値が高い順、すなわち、画素値順にソートして生成した画素値分布の上位にあたる予め定めた数の画素を合成に適用し、それ以外の画素は画像合成に適用しないこととした。また、金属周辺でない画素には、注目画素の対応画素が所定の閾値以上の画素値を示す画像を画像合成に適用し、閾値よりも低い画素値を示す画素について画像合成に適用しないこととした。
(Modification)
In the MRI apparatus according to the first embodiment described above, with respect to the metal peripheral pixels, a predetermined number of pixels corresponding to the top of the pixel value distribution generated by sorting the corresponding pixel values in descending order, that is, in order of pixel values. Is applied to composition, and other pixels are not applied to image composition. In addition, for pixels that are not around the metal, an image in which the pixel corresponding to the target pixel has a pixel value equal to or greater than a predetermined threshold is applied to image composition, and a pixel having a pixel value lower than the threshold is not applied to image composition. .
すなわち、何れも、画像合成に適用する画素についての重み係数を1.0とし、画像合成に適用しない画素についての重み係数を0としたが、重み係数は適宜決定することができる。本変形例では、重み係数を適宜定める例について説明する。例えば、図8に示すように、中央処理装置(CPU)が、重み決定部34をさらに備える構成とすることができ、重み決定部34により重み係数を算出し定めることができる。
That is, in all cases, the weighting coefficient for pixels applied to image composition is set to 1.0 and the weighting coefficient for pixels not applied to image composition is set to 0. However, the weighting coefficient can be determined as appropriate. In this modification, an example in which weighting factors are determined as appropriate will be described. For example, as shown in FIG. 8, the central processing unit (CPU) can further include a
まず、金属周辺画素について、閾値Torderを境界として、画像合成に適用する複数の画像における対応画素に対する重み係数を決定する。各対応画素の重み係数は、ソートした画素値分布と閾値の関数として一般化され、以下の式(5)のように表すことができる。 First, for metal peripheral pixels, the threshold T order is used as a boundary to determine weighting factors for corresponding pixels in a plurality of images applied to image synthesis. The weighting coefficient of each corresponding pixel is generalized as a function of the sorted pixel value distribution and the threshold value, and can be expressed as the following Expression (5).
また、金属周辺でない(金属周辺から遠い)画素の場合には、計測した複数の画像における対応画素の画素値と閾値Tvalueを用いて、各対応画素の重み係数を決定する。各画像における対応画素の重み係数は、計測した画像の画素値と閾値Tvalueの関数として一般化され、以下に示す式(7)のように表すことができる。 In the case of a pixel that is not a metal periphery (far from the metal periphery), the weight coefficient of each corresponding pixel is determined using the pixel value of the corresponding pixel and the threshold value Tvalue in the plurality of measured images. The weighting coefficient of the corresponding pixel in each image is generalized as a function of the measured pixel value of the image and the threshold value Tvalue , and can be expressed as the following equation (7).
<第2の実施形態>
以下、本発明の第2の実施形態について説明する。上述した第1の実施形態に係るMRI装置では、画素判定部32により注目画素が金属周辺画素であるか否かを判定し、その結果に基づいて合成手法を異ならせる例について説明した。本実施形態においては、画素判定部32が、注目画素が背景領域を示す背景画素であるかを判定し、金属周辺画素からなる領域、金属周辺から遠い組織の領域、及び背景画素からなる領域のそれぞれに適した合成手法を適用する。
<Second Embodiment>
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. In the MRI apparatus according to the first embodiment described above, the
なお、本実施形態におけるMRI装置の構成は上記した第1の実施形態におけるMRI装置と同様であり、背景画素の判定及び背景画素についての合成処理以外の処理についても同様であるので、それらの説明を省略する。
本実施形態に係るMRI装置における、金属対応計測処理について図10のフローチャートに従って説明する。以下の説明において、上記第1の実施形態に係るMRI装置における金属対応計測処理と同様の処理については説明を省略する。
The configuration of the MRI apparatus in the present embodiment is the same as that of the MRI apparatus in the first embodiment described above, and the same applies to processes other than the background pixel determination and the synthesis process for the background pixels. Is omitted.
The metal corresponding measurement process in the MRI apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. In the following description, the description of the same process as the metal corresponding measurement process in the MRI apparatus according to the first embodiment will be omitted.
まず、金属対応計測処理の開始に先立って、MRI装置に被検体登録を行い、ステップS21で、画像取得部31が、金属対応計測に係る撮像によって得られた複数のNMR信号に基づいて、複数の画像を取得する。続いてステップS22において、注目画素と複数の画像における対応画素を、撮影順に並べた画素値と画像番号との分布を示すグラフを生成し(図4(A))、さらにこれを画素値順にソートして画素値分布を生成する(図4(B))。ステップS23では、画素判定部32が、複数の画像における各対応画素のうち、最大画素値が所定の閾値を超えるか否かを判定する。
First, prior to the start of the metal-corresponding measurement process, subject registration is performed in the MRI apparatus. In step S21, the
この判定において、最大画素値が所定の閾値を超えない場合にはステップS24に進み、超える場合にはステップS25に進む。上述したように、背景(雑音)に相当する画素は、図5(C)に示すように対応画素が略全て同程度の画素値を示す特性を有している。このため、ステップS24では、最大画素値を示す画素の画素値が所定の閾値を超えないと判定された画素について背景画素と判定する。画素判定部32により注目画素が背景画素と判定された場合には、ステップS26に進み、当該画素について画像合成部33が最大値投影を行う。すなわち、複数の対応画素の画素値のうち、最大値を示す画素値を注目画素の画素値とする。
In this determination, if the maximum pixel value does not exceed the predetermined threshold value, the process proceeds to step S24, and if it exceeds, the process proceeds to step S25. As described above, the pixels corresponding to the background (noise) have characteristics that the corresponding pixels all have substantially the same pixel value as shown in FIG. For this reason, in step S24, a pixel determined to have a pixel value indicating a maximum pixel value not exceeding a predetermined threshold is determined as a background pixel. When the
一方、ステップS23の判定において最大画素値を示す画素の画素値が所定の閾値を超えたと判定された場合には、ステップS25において、図4(B)の画素値分布に基づいて、画素値分布の半値幅が所定値以上であるか否かを判定する。判定の結果、半値幅が所定値以上である場合にはステップS27に進み金属周辺画素と判定し、半値幅が所定値より下回っている場合にはステップS29に進み金属周辺画素でないと判定する。 On the other hand, if it is determined in step S23 that the pixel value of the pixel indicating the maximum pixel value has exceeded a predetermined threshold value, in step S25, the pixel value distribution is based on the pixel value distribution in FIG. It is determined whether or not the half-value width is greater than or equal to a predetermined value. As a result of the determination, if the half-value width is greater than or equal to the predetermined value, the process proceeds to step S27 and is determined to be a metal peripheral pixel. If the half-value width is less than the predetermined value, the process proceeds to step S29 and is determined not to be a metal peripheral pixel.
ステップS27で金属周辺画素と判定された場合には、ステップS28で複数の画像のうち、対応画素の画素値が高い順に予め定めた数の画素を適用して合成を行う。また、ステップ29で金属周辺画素でないと判定された場合には、ステップS30に進み、複数の画像のうち、注目画素の対応画素が所定の閾値以上の画素値を示す画素を適用して注目画素について画像合成を行う。画像合成処理の詳細は、上述した第1の実施形態と同様であるのでここでの説明は省略する。 If it is determined in step S27 that the pixel is a metal peripheral pixel, in step S28, a predetermined number of pixels are applied in descending order of the corresponding pixel values in the plurality of images, and the images are combined. On the other hand, if it is determined in step 29 that the pixel is not a metal peripheral pixel, the process proceeds to step S30, and a pixel of interest corresponding to the pixel of interest having a pixel value equal to or greater than a predetermined threshold is applied from the plurality of images. Perform image composition for. The details of the image composition processing are the same as those in the first embodiment described above, and a description thereof is omitted here.
ステップS31では、ステップS26における最大値投影の結果、ステップS28における金属周辺画素の合成結果及びステップS30における金属周辺画素でない画素の合成結果に基づいて、最終的に一枚の合成画像を生成し、金属対応計測を終了する。 In step S31, one composite image is finally generated based on the result of the maximum value projection in step S26, the composite result of the metal peripheral pixels in step S28, and the composite result of the non-metal peripheral pixels in step S30. End metal measurement.
このように本実施形態によれば、注目画素がどのような特性であるか、すなわち、注目画素の属する領域に応じて適切な画像合成を行うことで、画質の向上に寄与する画像をもれなく合成すると共に、画質を低下させる恐れのある画像の合成を抑制することができる。したがって、被検体内に金属が含まれる場合であっても、金属境界付近をも正しく画像化することができ、SNRを向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, by combining appropriate images according to the characteristics of the target pixel, that is, the region to which the target pixel belongs, it is possible to combine all the images that contribute to the improvement of the image quality. In addition, it is possible to suppress the synthesis of images that may reduce the image quality. Therefore, even when a metal is contained in the subject, the vicinity of the metal boundary can be correctly imaged, and the SNR can be improved.
上述した各実施形態に係るMRI装置において、上述した領域毎の合成は自動的に行うことができる。また、例えば、図11に示すようなユーザインターフェースを通じて、ユーザにより各組織の合成方法を指定することもできる。この場合、ユーザが、上述した合成方法のうち、最適と思われるものを各組織に割り当てる。これは画像の計測前に指定しても良いが、画像の計測後に合成結果を確認しながら合成することもできる。これによりユーザが当該画像において最適な合成方法を探しながら合成画像を確認することもできる。 In the MRI apparatus according to each embodiment described above, the above-described synthesis for each region can be automatically performed. In addition, for example, the synthesis method of each organization can be designated by the user through a user interface as shown in FIG. In this case, the user allocates the combination method described above that seems to be optimal to each organization. This may be specified before measuring the image, but may be combined while confirming the combined result after measuring the image. Thereby, the user can also confirm the composite image while searching for an optimal composite method in the image.
また、上述した例では、画素値分布を基準に合成方法を切り替える例を示したが、画素値分布以外にも調整目的などであらかじめ取得している情報、例えば共鳴周波数スペクトル形状(高さ、半値幅)、ノイズレベルなどを用いて、計測画像の特性を推定し、合成結果が最適となるように合成方法(重み係数)を切り替えることもできる。 Further, in the above-described example, the example in which the synthesis method is switched based on the pixel value distribution has been described. However, in addition to the pixel value distribution, information acquired in advance for adjustment purposes, for example, the resonance frequency spectrum shape (height, half It is also possible to estimate the characteristics of the measurement image using the value width), the noise level, etc., and to switch the synthesis method (weighting factor) so that the synthesis result is optimal.
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・・・高周波発振器、12・・・変調器、13・・・高周波増幅器、14a,14b・・・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・・・ディスプレイ、23・・・入力部、25・・・操作部、30・・・撮像制御部、31・・・画像取得部、32・・・画素判定部、33・・・画像合成部、34・・・重み決定部 2 ... Static magnetic field generation system, 3 ... Gradient magnetic field generation system, 4 ... Sequencer, 5 ... Transmission system, 6 ... Reception system, 7 ... Signal processing system, 8 ... Central processing unit (CPU), 9 ... gradient coil, 10 ... gradient power supply, 11 ... high frequency oscillator, 12 ... modulator, 13 ... high frequency amplifier, 14a, 14b ... High frequency coil, 15 ... signal amplifier, 16 ... quadrature detector, 17 ... A / D converter, 18 ... storage device, 19 ... external storage device, 20 ... display, DESCRIPTION OF SYMBOLS 23 ... Input part, 25 ... Operation part, 30 ... Imaging control part, 31 ... Image acquisition part, 32 ... Pixel determination part, 33 ... Image composition part, 34 ... Weight determination unit
Claims (7)
複数の前記画像における注目画素の対応画素の画素値に基づいて、前記注目画素が、前記被検体内の金属周辺組織を表す金属周辺画素であるかを判定する画素判定部と、
該画素判定部により前記注目画素が前記金属周辺画素であると判定された場合に、複数の前記画像における対応画素の画素値が高い順に予め定めた数の画素の画素値を用いて当該注目画素の合成を行って合成画像を生成する画像合成部と、を備えた磁気共鳴イメージング装置。 An image acquisition unit that irradiates a subject while changing a frequency band with a plurality of high-frequency pulses according to a predetermined imaging sequence, and acquires a plurality of images based on a plurality of NMR signals obtained from the subject;
A pixel determination unit that determines whether the target pixel is a metal peripheral pixel representing a metal peripheral tissue in the subject based on pixel values of corresponding pixels of the target pixel in the plurality of images;
When the pixel determination unit determines that the pixel of interest is the metal peripheral pixel, the pixel of interest using the pixel values of a predetermined number of pixels in descending order of the pixel values of the corresponding pixels in the plurality of images And an image synthesizing unit that generates a synthesized image by synthesizing the magnetic resonance imaging apparatus.
前記画像合成部が、前記画素判定部により前記注目画素が前記金属周辺画素でないと判定された場合に、複数の前記画像における前記注目画素の対応画素が所定の閾値以上の画素値を示す画素の画素値を用いて当該注目画素の合成を行う磁気共鳴イメージング装置。 The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1.
When the image composition unit determines that the target pixel is not the metal peripheral pixel by the pixel determination unit, the corresponding pixel of the target pixel in the plurality of images has a pixel value equal to or greater than a predetermined threshold value. A magnetic resonance imaging apparatus that synthesizes a pixel of interest using pixel values.
前記画素判定部が、複数の前記画像における前記注目画素の対応画素の画素値に基づいて、前記注目画素が背景領域を示す背景画素であるかを判定し、
前記画像合成部が、前記画素判定部により前記注目画素が背景画素であると判定された場合に、複数の前記画像における前記注目画素の複数の対応画素の画素値が最大値を示す画素の画素値を用いて当該注目画素の合成を行う磁気共鳴イメージング装置。 The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1 or 2,
The pixel determination unit determines whether the target pixel is a background pixel indicating a background region based on a pixel value of a corresponding pixel of the target pixel in the plurality of images;
When the image composition unit determines that the pixel of interest is a background pixel by the pixel determination unit, a pixel of a pixel in which pixel values of a plurality of corresponding pixels of the pixel of interest in the plurality of images have a maximum value A magnetic resonance imaging apparatus that synthesizes the pixel of interest using a value.
前記画像合成部による画像合成の際に適用する画像に対して、画素毎に重み係数を決定する重み決定部をさらに備え、
前記画像合成部が、前記重み決定部により決定された重み係数を適用して合成を生成する磁気共鳴イメージング装置。 The magnetic resonance imaging apparatus according to any one of claims 1 to 3,
A weight determining unit that determines a weighting coefficient for each pixel with respect to an image to be applied when the image is combined by the image combining unit;
The magnetic resonance imaging apparatus in which the image synthesis unit generates a synthesis by applying the weighting factor determined by the weight determination unit.
前記重み決定部が、前記注目画素の複数の対応画素のうち画素値が高い順により大きい重み係数を決定する磁気共鳴イメージング装置。 The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 4.
The magnetic resonance imaging apparatus, wherein the weight determination unit determines a larger weight coefficient in descending order of pixel values among a plurality of corresponding pixels of the target pixel.
前記画素判定部が、前記注目画素について、複数の前記画像における対応画素の画素値を画素値の高い順に並べ替えた画素値分布を生成し、画素値分布の形状に基づいて前記注目画素が金属周辺画素であるかを判定する磁気共鳴イメージング装置。 The magnetic resonance imaging apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The pixel determination unit generates a pixel value distribution in which the pixel values of corresponding pixels in the plurality of images are rearranged in descending order of pixel values for the target pixel, and the target pixel is metal based on the shape of the pixel value distribution. A magnetic resonance imaging apparatus that determines whether a pixel is a peripheral pixel.
複数の前記画像における注目画素の対応画素の画素値に基づいて、前記注目画素が、前記被検体内の金属周辺組織を表す金属周辺画素であるかを判定するステップと、
前記注目画素が前記金属周辺画素であると判定された場合に、複数の前記画像における対応画素の画素値が高い順に予め定めた数の画素の画素値を用いて当該注目画素の合成を行って合成画像を生成するステップと、を備えた画像処理方法。 Irradiating a subject while changing a frequency band with a plurality of high-frequency pulses according to a predetermined imaging sequence, and acquiring a plurality of images based on a plurality of NMR signals obtained from the subject;
Determining whether the target pixel is a metal peripheral pixel representing a metal peripheral tissue in the subject based on pixel values of corresponding pixels of the target pixel in the plurality of images;
When it is determined that the target pixel is the metal peripheral pixel, the target pixel is synthesized using pixel values of a predetermined number of pixels in descending order of the pixel values of the corresponding pixels in the plurality of images. An image processing method comprising: generating a composite image.
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