JP2019187695A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的かつ高精度にシェーディングを補正する磁気共鳴イメージング装置を提供する。【解決手段】磁気共鳴イメージング装置は、推定部と、画像生成部と、補正部とを含む。推定部は、全身コイルで受信した第１受信信号に基づく第１画像から、送信ＲＦ磁場に生じる送信ムラを推定し、第１画像と表面コイルで受信した第２受信信号に基づく第２画像とから、受信ＲＦ磁場に生じる受信ムラを推定する。画像生成部は、表面コイルで受信した第３受信信号に基づいて、第１画像および第２画像よりも解像度が高い第３画像を生成する。補正部は、推定した送信ムラおよび推定した受信ムラを用いて、前記第３画像を補正する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置に関する。

磁気共鳴イメージング（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ：以下、ＭＲＩとも呼ぶ）装置で用いられる信号を励起するためのＲＦ送信パルスは、生体内での減衰などの影響により不均一なＲＦ磁場（Ｂ_１）を作り出す。よって、得られる磁気共鳴信号は不均一な磁場Ｂ_１の影響を受けるため、最終的な磁気共鳴画像（ＭＲ画像）に部分的な輝度のムラ、すなわちシェーディングが生じてしまう。
このシェーディングを補正するため、撮像したＭＲ画像に対し背景抽出処理およびフィルタ処理などにより得られた画像をシェーディングとして扱うことでシェーディングを推定し、原画像を補正する手法がある。

しかし、撮像画像を元にシェーディングを直接推定する場合、画像のコントラストが高く、輝度のムラのみを抽出することは困難である。さらに、画像内に病変が含まれる場合、当該病変をシェーディングとみなして補正してしまう可能性がある。また、撮像画像の解像度が高いため、計算コストも高くなってしまう。また、腰椎といった、コイルから得られる信号の強い部分と弱い部分とが混在する画像の場合、受信信号が弱い箇所を過度に補正してしまい、補正後の画像の視認性が著しく低下する問題がある。
さらに上述の手法では、同じ患者に対してＴ１強調画像およびＴ２強調画像を撮像するなど複数の画像を撮像する場合、得られた画像全てでシェーディングを推定する必要があるため、処理時間が長くなる。

特許第３６８９５０９号公報

本発明が解決しようとする課題は、効率的かつ高精度にシェーディングを補正することである。

本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、推定部と、画像生成部と、補正部とを含む。推定部は、全身コイルで受信した第１受信信号に基づく第１画像から、送信ＲＦ磁場に生じる送信ムラを推定し、前記第１画像と表面コイルで受信した第２受信信号に基づく第２画像とから、受信ＲＦ磁場に生じる受信ムラを推定する。画像生成部は、前記表面コイルで受信した第３受信信号に基づいて、前記第１画像および前記第２画像よりも解像度が高い第３画像を生成する。補正部は、推定した送信ムラおよび推定した受信ムラを用いて、前記第３画像を補正する。

図１は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成を示す図である。 図２は、第１の実施形態において実行される検査プロトコルの一例を示すフローチャートである。 図３は、マスク画像生成処理の一例を示すフローチャートである。 図４は、補正処理の一例を示すフローチャートである。

以下、添付図面を用いて、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置を説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能および構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

（第１の実施形態）
図１を用いて、本実施形態における磁気共鳴イメージング装置１００の全体構成について説明する。図１は、本実施形態における磁気共鳴イメージング装置１００の構成を示す図である。図１に示すように、磁気共鳴イメージング装置１００は、静磁場磁石１０１と、傾斜磁場コイル１０３と、傾斜磁場電源１０５と、寝台１０７と、寝台制御回路１０９と、送信コイル１１３と、送信回路１１５と、受信コイル１１７と、受信回路１１９と、シーケンス制御回路１２１と、バス１２３と、インタフェース１２５と、ディスプレイ１２７と、記憶装置１２９と、処理回路１３１とを備える。なお、磁気共鳴イメージング装置１００は、静磁場磁石１０１と傾斜磁場コイル１０３との間において中空の円筒形状のシムコイルを有していてもよい。

静磁場磁石１０１は、中空の略円筒形状に形成された磁石である。なお、静磁場磁石１０１は、略円筒形状に限らず、開放型の形状で構成されてもよい。静磁場磁石１０１は、内部の空間に一様な静磁場を発生する。静磁場磁石１０１としては、例えば、超伝導磁石等が使用される。

傾斜磁場コイル１０３は、中空の円筒形状に形成されたコイルである。傾斜磁場コイル１０３は、静磁場磁石１０１の内側に配置される。傾斜磁場コイル１０３は、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの各軸に対応する３つのコイルが組み合わされて形成される。Ｚ軸方向は、静磁場の方向と同方向であるとする。また、Ｙ軸方向は、鉛直方向とし、Ｘ軸方向は、Ｚ軸およびＹ軸に垂直な方向とする。傾斜磁場コイル１０３における３つのコイルは、傾斜磁場電源１０５から個別に電流供給を受けて、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸に沿って磁場強度が変化する傾斜磁場を発生させる。

傾斜磁場コイル１０３によって発生するＸ、Ｙ、Ｚ各軸の傾斜磁場は、例えば、周波数エンコード用傾斜磁場（リードアウト傾斜磁場ともいう）位相エンコード用傾斜磁場およびスライス選択用傾斜磁場を形成する。スライス選択用傾斜磁場は、撮像断面を決めるために利用される。位相エンコード用傾斜磁場は、空間的位置に応じて磁気共鳴（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：以下、ＭＲと呼ぶ）信号の位相を変化させるために利用される。周波数エンコード用傾斜磁場は、空間的位置に応じてＭＲ信号の周波数を変化させるために利用される。

傾斜磁場電源１０５は、シーケンス制御回路１２１の制御により、傾斜磁場コイル１０３に電流を供給する電源装置である。

寝台１０７は、被検体Ｐが載置される天板１０７１を備えた装置である。寝台１０７は、寝台制御回路１０９による制御のもと、被検体Ｐが載置された天板１０７１を、ボア１１１内へ挿入する。寝台１０７は、例えば、長手方向が静磁場磁石１０１の中心軸と平行になるように、本磁気共鳴イメージング装置１００が設置された検査室内に設置される。

寝台制御回路１０９は、寝台１０７を制御する回路であり、インタフェース１２５を介した操作者の指示により寝台１０７を駆動することで、天板１０７１を長手方向および上下方向へ移動させる。

送信コイル１１３は、傾斜磁場コイル１０３の内側に配置されたＲＦコイルである。送信コイル１１３は、送信回路１１５からＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）パルスの供給を受けて、高周波磁場に相当する送信ＲＦ波を発生する。送信コイル１１３は、例えば、全身コイル（以下、ＷＢＣ（ｗｈｏｌｅ ｂｏｄｙ ｃｏｉｌ）という）である。ＷＢＣは、送受信コイルとして使用されてもよい。ＷＢコイルと傾斜磁場コイル１０３との間には、これらのコイルを磁気的に分離するための円筒状のＲＦシールドが設置される。

送信回路１１５は、シーケンス制御回路１２１の制御により、ラーモア周波数等に対応するＲＦパルス）を送信コイル１１３に供給する。

受信コイル１１７は、傾斜磁場コイル１０３の内側に配置されたＲＦコイルである。受信コイル１１７は、高周波磁場によって被検体Ｐから放射されるＭＲ信号を受信する。受信コイル１１７は、受信されたＭＲ信号を受信回路１１９へ出力する。受信コイル１１７は、例えば、１以上、典型的には複数のコイルエレメントを有するコイルアレイである。受信コイル１１７は、例えば、フェーズドアレイコイル（以下、ＰＡＣ（Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ｃｏｉｌ）ともいう）である。

受信回路１１９は、シーケンス制御回路１２１の制御により、受信コイル１１７から出力されたＭＲ信号に基づいて、デジタル化された複素数データであるデジタルのＭＲ信号を生成する。具体的には、受信回路１１９は、受信コイル１１７から出力されたＭＲ信号に対して各種信号処理を施した後、各種信号処理が施されたデータに対してアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ））変換を実行する。受信回路１１９は、Ａ／Ｄ変換されたデータを標本化（サンプリング）する。これにより、受信回路１１９は、デジタルのＭＲ信号（以下、ＭＲデータと呼ぶ）を生成する。受信回路１１９は、生成されたＭＲデータを、シーケンス制御回路１２１に出力する。

シーケンス制御回路１２１は、処理回路１３１から出力された検査プロトコルに従って、傾斜磁場電源１０５、送信回路１１５および受信回路１１９等を制御し、被検体Ｐに対する撮像を行う。検査プロトコルは、検査に応じた各種パルスシーケンスを有する。検査プロトコルには、傾斜磁場電源１０５により傾斜磁場コイル１０３に供給される電流の大きさ、傾斜磁場電源１０５により電流が傾斜磁場コイル１０３に供給されるタイミング、送信回路１１５により送信コイル１１３に供給されるＲＦパルスの大きさ、送信回路１１５により送信コイル１１３にＲＦパルスが供給されるタイミング、受信コイル１１７によりＭＲ信号が受信されるタイミング等が定義されている。

バス１２３は、インタフェース１２５と、ディスプレイ１２７と、記憶装置１２９と、処理回路１３１との間でデータを伝送させる伝送路である。バス１２３には、ネットワーク等を介して、各種生体信号計測器、外部記憶装置、各種モダリティなどが適宜接続されてもよい。例えば、生体信号計測器として、不図示の心電計がバスに接続される。

インタフェース１２５は、操作者からの各種指示や情報入力を受け付ける回路を有する。インタフェース１２５は、例えば、マウス等のポインティングデバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスに関する回路を有する。なお、インタフェース１２５が有する回路は、マウス、キーボードなどの物理的な操作部品に関する回路に限定されない。例えば、インタフェース１２５は、本磁気共鳴イメージング装置１００とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、受け取った電気信号を種々の回路へ出力するような電気信号の処理回路を有していてもよい。

ディスプレイ１２７は、処理回路１３１におけるシステム制御機能１３１１による制御のもとで、画像生成機能により生成された各種ＭＲ画像、撮像および画像処理に関する各種情報などを表示する。ディスプレイ１２７は、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイ、モニタ等の表示デバイスである。

記憶装置１２９は、画像生成機能１３１３を介してｋ空間に配列されたＭＲデータ、画像生成機能１３１３により生成された画像データ等を記憶する。記憶装置１２９は、各種検査プロトコル、検査プロトコルを規定する複数の撮像パラメータを含む撮像条件等を記憶する。記憶装置１２９は、処理回路１３１で実行される各種機能に対応するプログラムを記憶する。記憶装置１２９は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスクドライブ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｄｒｉｖｅ）、ソリッドステートドライブ（ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｄｒｉｖｅ）、光ディスク等である。また、記憶装置１２９は、ＣＤ−ＲＯＭドライブやＤＶＤドライブ、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であってもよい。

処理回路１３１は、ハードウェア資源として図示していないプロセッサ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ等のメモリ等を有し、本磁気共鳴イメージング装置１００を統括的に制御する。処理回路１３１は、システム制御機能１３１１と、画像生成機能１３１３と、マスク生成機能１３１５と、ムラ推定機能１３１７と、補正機能１３１９とを有する。システム制御機能１３１１、画像生成機能１３１３にて行われる各種機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶装置１２９へ記憶されている。処理回路１３１は、これら各種機能に対応するプログラムを記憶装置１２９から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読みだした状態の処理回路１３１は、図１の処理回路１３１内に示された複数の機能等を有することになる。

なお、図１においては単一の処理回路１３１にてこれら各種機能が実現されるものとして説明したが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路１３１を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。換言すると、上述のそれぞれの機能がプログラムとして構成され、１つの処理回路が各プログラムを実行する場合であってもよいし、特定の機能が専用の独立したプログラム実行回路に実装される場合であってもよい。

上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）或いは、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。

プロセッサは、記憶装置１２９に保存されたプログラムを読み出し実行することで各種機能を実現する。なお、記憶装置１２９にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、寝台制御回路１０９、送信回路１１５、受信回路１１９、シーケンス制御回路１２１等も同様に、上記プロセッサなどの電子回路により構成される。

処理回路１３１は、システム制御機能１３１１により、磁気共鳴イメージング装置１００を制御する。具体的には、処理回路１３１は、記憶装置１２９に記憶されているシステム制御プログラムを読み出してメモリ上に展開し、展開されたシステム制御プログラムに従って本磁気共鳴イメージング装置１００の各回路を制御する。例えば、処理回路１３１は、システム制御機能１３１１により、インタフェース１２５を介して操作者から入力される撮像条件に基づいて、検査プロトコルを記憶装置１２９から読み出す。なお、処理回路１３１は、撮像条件に基づいて、検査プロトコルを生成してもよい。処理回路１３１は、検査プロトコルをシーケンス制御回路１２１に送信し、被検体Ｐに対する撮像を制御する。

処理回路１３１は、画像生成機能１３１３により、リードアウト傾斜磁場の強度に従って、ｋ空間のリードアウト方向に沿ってＭＲデータを充填する。処理回路１３１は、ｋ空間に充填されたＭＲデータに対してフーリエ変換を行うことにより、ＭＲ画像を生成する。例えば、処理回路１３１は、複素のＭＲデータから絶対値（Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）画像を生成することが可能である。また、処理回路１３１は、複素のＭＲデータにおける実部データと虚部データとを用いて位相画像を生成することが可能である。処理回路１３１は、絶対値画像および位相画像などのＭＲ画像を、ディスプレイ１２７や記憶装置１２９に出力する。

次に、本実施形態において実行される検査プロトコルの一例について、図２のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ２０１では、システム制御機能１３１１を実行することで処理回路１３１が、検査オーダーなどから被検体Ｐに関する撮像条件（被検体ＩＤ、撮像部位など）を取得する。

ステップＳ２０２では、撮像条件に従って位置決めスキャン（ロケータスキャン）が実行され、被検体Ｐに対する撮像視野（ＦＯＶ：Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ）が決定される。具体的に、位置決めスキャンでは、天板１０７１に被検体Ｐが載置され、ＰＡＣが被検体Ｐ上に配置される。寝台制御回路１０９により、被検体Ｐがガントリ内の撮像空間に位置するように、天板１０７１が移動する。その後、位置決めスキャンが実行されることで得られる位置決め画像に基づいて、ＦＯＶが決定される。なお、位置決めスキャンについては、一般的な処理を用いればよく、ここでの詳細な説明は省略する。

ステップＳ２０３では、キャリブレーションスキャンが実行される。キャリブレーションスキャンでは、例えば、静磁場分布（Ｂ_０）の補正、中心周波数（ＣＦ）の補正、ＲＦコイルの送受信における空間感度分布を示す感度マップの生成が行われる。キャリブレーションスキャンを実行することで、画像生成機能１３１３を実行することで処理回路１３１は、キャリブレーション画像を生成する。画像生成機能１３１３を実行することで処理回路１３１は、キャリブレーション画像に基づき、感度マップを生成する。キャリブレーションスキャンでは、複数のスライスが撮像されてもよいし（マルチスライス撮像）、１つのスライスが撮像されてもよい。
また、キャリブレーション画像は、本スキャンにより撮像されるＭＲ画像のような高解像度は要求されず、キャリブレーションのために必要な解像度であればよい。本実施形態で想定するキャリブレーション画像は、例えば６４×６４画素程度の解像度を有する。

本実施形態では、キャリブレーション画像として２つの画像が生成されることを想定する。１つは、ＷＢＣでＭＲ信号を受信することで得られた受信信号に基づくＷＢＣマップ（第１画像ともいう）である。ＷＢＣマップは、ＷＢコイルを用いて得られた生データに対してフーリエ変換を実行することで生成される。
もう１つは、ＰＡＣでＭＲ信号を受信することで得られた受信信号に基づくＰＡＣマップ（第２画像ともいう）である。複数のＰＡＣごとに得られた生データに対してそれぞれフーリエ変換を実行することで、ＰＡＣごとの画像データを得る。各画像データの２乗和の平方根（ＳＯＳ：Ｓｕｍ ｏｆ Ｓｑｕａｒｅ）を算出したＳＯＳ画像が、本実施形態に係るＰＡＣマップである。

ここでは、ＷＢＣマップおよびＰＡＣマップは、同じ分解能を有する画像であることを想定するが、互いに異なる解像度であってもよい。また、ＷＢＣマップおよびＰＡＣマップは、例えば、プロトン密度強調画像（ＰＤＷＩ：Ｐｒｏｔｏｎ Ｄｅｎｓｉｔｉｙ Ｗｅｉｇｈｔｅｄ Ｉｍａｇｅ）である。

ステップＳ２０４では、検査プロトコルに従って、例えばシステム制御機能１３１１を実行することで処理回路１３１が、本スキャンの撮像シーケンスを実行し、診断画像であり補正対象画像となるＭＲ画像が撮像される。ＭＲ画像は、診断に用いられる画像であるため、例えば５１２×５１２画素程度の解像度を有し、キャリブレーション画像よりも解像度が高い。ＭＲ画像は、例えば、Ｔ１強調画像、Ｔ２強調画像、ＦＬＡＩＲ（Ｆｌｕｉｄ−ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｒｅｃｏｖｅｒｙ）画像である。

ステップＳ２０５では、マスク生成機能１３１５およびムラ推定機能１３１７を実行することで処理回路１３１が、ＷＢＣマップおよびＰＡＣマップに基づいて送信ムラ推定画像および受信ムラ推定画像を生成する。その後、ムラ推定機能１３１７を実行することで処理回路１３１が、ムラ推定画像を生成する。送信ムラ推定画像は、送信ＲＦ磁場に生じる送信ムラを示す画像である。受信ムラ推定画像は、受信ＲＦ磁場に生じる受信ムラを示す画像である。

ステップＳ２０６では、補正機能１３１９を実行することで処理回路１３１が、補正対象画像に対し補正処理を実行して補正画像を生成する。生成された補正画像は、例えばディスプレイ１２７に表示されることで、ユーザに補正画像が提示される。

なお、図２のフローチャートでは、キャリブレーションスキャンが本スキャン前に実行される例を示す。これに限らず、キャリブレーションスキャンは、ステップＳ２０２の位置決めスキャンの前に行われてもよいし、ステップＳ２０４の本スキャン後に行われてもよい。また、ステップＳ２０５に示すムラ推定画像の生成処理についても、ステップＳ２０４の本スキャンの前に行われてもよいし、ステップＳ２０４の本スキャンと並行して行われてもよい。

次に、ステップＳ２０５のムラ推定画像の生成処理について、図３のフローチャートを参照して説明する。まず、マスク生成機能１３１５を実行することで処理回路１３１が、マスク生成処理を行う。

ステップＳ３０１では、マスク生成機能１３１５により処理回路１３１が、ＷＢＣマップの輝度ヒストグラムの分布割合が閾値に達する輝度値の範囲を算出する。これは、ＷＢＣマップのうち、被検体Ｐの生体組織領域と被検体Ｐ以外の背景領域（空気領域）とを分離するためである。具体的には、例えば輝度ヒストグラムのうち全体の９９パーセントを占める輝度値の範囲を算出する。なお、輝度値の最大値に対して数パーセント以下なら空気とする処理により輝度値の範囲を算出してもよいし、累積確率の略９９パーセントとなる輝度値の範囲を算出してもよい。

ステップＳ３０２では、マスク生成機能１３１５により処理回路１３１が、ステップＳ３０１で算出した輝度値の範囲のうち、上位Ｎパーセント以上（Ｎは正数であり、ここでは１０）の輝度値の領域および上位Ｎパーセント以下の輝度値の領域をそれぞれ抽出する。本実施形態に係るＮの値は、ＷＢＣマップのＳ／Ｎ比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）、画像ＳＤ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）などを考慮して適宜決定されればよい。マスク生成機能１３１５により処理回路１３１が、上位Ｎパーセント以上の輝度値の領域に対して「１」、それ以外を「０（ゼロ）」とする２値化処理を行い、第１の２値化画像を生成する。なお、「１」「０」に限らず、２種の値に設定されればよい。

一方、上位Ｎパーセント以下の輝度値の領域に対して「１」、それ以外を「０（ゼロ）」とする２値化処理を行い、第２の２値化画像を生成する。第２の２値化画像は、空気と生体組織との境界部、換言すれば、被検体Ｐの皮膚領域に対応する。なお、第２の２値化画像として、第１の２値化画像を反転させた画像を用いてもよい。

ステップＳ３０３では、マスク生成機能１３１５により処理回路１３１が、第１の２値化画像に対して膨張処理を行う。具体的には、膨張処理は、第１の２値化画像の画素値「１」の各ボクセルを、例えば半径１ボクセルで膨張させるモルフォロジ演算を行えばよい。なお、本実施形態に係る膨張処理は、一般的な画像処理で用いられる処理を適用すればよいため、詳細な説明は省略する。

ステップＳ３０４では、マスク生成機能１３１５により処理回路１３１が、ステップＳ３０３の処理により膨張させた２値化画像に対してぼかし処理を行い、ＷＢＣマップから抽出された背景領域に基づくエアマスク（第１マスク画像ともいう）を生成する。具体的には、ぼかし処理は、例えばガウシアンフィルタといった平滑化フィルタを適用して半径１ボクセルで境界をぼかす処理である。なお、本実施形態に係るぼかし処理についても、一般的な画像処理で用いられる処理を適用すればよいため、詳細な説明は省略する。

ステップＳ３０５では、マスク生成機能１３１５により処理回路１３１が、第２の２値化画像に対して膨張処理を行い、ＷＢＣマップにおける空気と生体組織との境界に関するスキンマスク（第２マスク画像ともいう）を生成する。具体的に膨張処理は、第２の２値化画像の皮膚領域の各ボクセルを、例えば半径２ボクセルで膨張させる。
以上でマスク画像生成処理を終了する。なお、エアマスクに関するステップＳ３０３およびステップＳ３０４の処理と、スキンマスクに関するステップＳ３０５の処理との順序は問わず、どちらのマスクが先に生成されてもよいし、エアマスクとスキンマスクとに関する処理が並行してもよい。

次に、ムラ推定機能１３１７を実行することで処理回路１３１が、ムラ推定処理を行う。
ステップＳ３０６では、ムラ推定機能１３１７により処理回路１３１が、ＷＢＣマップおよびＰＡＣマップそれぞれに対し、クロージング処理を行う。具体的には、ＷＢＣマップおよびＰＡＣマップそれぞれに対し、例えば半径２０ｍｍに対応するボクセルに対してクロージング処理を行う。なお、クロージング処理を行うサイズは、被検体Ｐの撮像部位に応じて決定されればよい。例えば、撮像部位とクロージング処理サイズとを関連づけた対応テーブルを用意しておき、処理回路１３１が、クロージング処理の際に当該対応テーブルを参照し、クロージング処理サイズを決定すればよい。

ステップＳ３０７では、ムラ推定機能１３１７により処理回路１３１が、クロージング処理が行われたＷＢＣマップおよびＰＡＣマップのそれぞれについて、マスク内膨張処理を行う。具体的には、ＷＢＣマップに対してステップＳ３０５で生成したスキンマスクを適用（重畳）し、スキンマスク内のボクセルについて、半径２ボクセルの膨張処理を行う。同様に、ＰＡＣマップにもスキンマスクを適用（重畳）し、スキンマスク内のボクセルについて、半径２ボクセルの膨張処理を行う。スキンマスクをＷＢＣマップおよびＰＡＣマップの両方に適用することで、生体組織と生体組織外の背景（空気）との境界にまたがるボクセルにおけるパーシャルボリューム効果を低減することができる。

ステップＳ３０８では、ムラ推定機能１３１７により処理回路１３１が、マスク内膨張処理を行ったＷＢＣマップおよびＰＡＣマップそれぞれについて、ぼかし処理を行う。ぼかし処理は、具体的には、半径１ボクセルのぼかし処理を行う。当該ぼかし処理を実行したＷＢＣマップに基づく画像を送信ムラ推定画像と呼ぶ。送信ムラ推定画像は、ステップＳ３０６からステップＳ３０８までの処理により、組織コントラストが抑制され、送信ムラが反映されている。
一方、ぼかし処理を実行したＰＡＣマップに基づく画像を送受信ムラ推定画像と呼ぶ。送受信ムラ推定画像は、送信ムラおよび受信ムラの両方が反映されている。

ステップＳ３０９では、ムラ推定機能１３１７により処理回路１３１が、送受信ムラ推定画像から送信ムラの成分を除去し、受信ムラ推定画像を生成する。送受信ムラ推定マップは、ＰＡＣで受信する際に送信ムラを含む状態であるため、ＰＡＣマップに基づく送受信ムラ推定画像をＷＢＣマップに基づく送信ムラ推定画像で除算することにより、送信ムラの成分が除去される。受信ムラ推定画像についても、ステップＳ３０６からステップＳ３０８までの処理により、組織コントラストが抑制され、受信ムラが反映されている。

なお、ＷＢＣに基づく送信ムラ推定画像とＰＡＣに基づく送受信ムラ推定画像との生成処理は、上述のクロージング処理、ぼかし処理などに限定されない。つまり、組織コントラストを抑制しつつ感度ムラが表現されるような画像処理であればよい。例えば、フィルタ処理（線形フィルタ、バンドパスフィルタおよびモルフォロジフィルタなど）、関数へのフィッティング処理、および、ディープニューラルネットワーク（ＤＮＮ）などに代表されるニューラルネットワークの機械学習の少なくとも１つがＷＢＣマップおよびＰＡＣマップに適用されることで、送信ムラ推定画像および送受信ムラ推定画像がそれぞれ生成されてもよい。

また、受信ムラ推定画像を生成する際に平均化フィルタなど線形な処理が適用される場合は、先にＰＡＣマップをＷＢＣマップで除算してから、上述の処理を実行してもよい。但し、受信ムラ推定画像を生成する際にモルフォロジフィルタなど非線形な処理を適用する場合は、先にＰＡＣマップをＷＢＣマップで除算し画像処理を行う場合と、図３に示すフローチャートのような画像処理の後に送受信ムラ推定画像を送信ムラ推定画像で除算する場合とで、結果が異なる点に留意する。

ステップＳ３１０では、ムラ推定機能１３１７により処理回路１３１が、全体的な感度ムラの推定結果として、ムラ推定画像を生成する。具体的には、送信ムラ推定画像をＴｘＭ、受信ムラ推定画像をＲｘＭとすると、全体的にムラを推定したムラ推定画像は、以下の式（１）のように記述できる。
ムラ推定画像＝ＴｘＭ^β×ＲｘＭ・・・（１）
ここで、ＴｘＭの上付き「β」の値は、送信ムラ推定画像と受信ムラ推定画像とが同じ割合となるように「１」と決定されてもよいが、撮像シーケンスによって定まる実数として決定されてもよい。つまり、撮像シーケンスに基づいて送信ムラ推定画像の重み付けを決定し、重み付けした送信ムラ推定画像と受信ムラ推定画像とを乗算することで、ムラ推定画像を得る。

βの値は、撮像シーケンスに応じて経験的に決定されてもよいし、撮像パラメータ（フリップアングルなど）の組合せに応じて与えられるテーブルを参照して決定してもよい。また、ディープラーニングなどのニューラルネットワークにより、撮像シーケンスに対して送信ムラ推定画像をどの程度寄与させるかを機械学習させ、機械学習結果を用いて、βの値を決定してもよい。
以上で、ムラ推定処理が終了し、ステップＳ２０５に示すムラ推定画像の生成処理が終了する。

次に、ステップＳ２０６に示す補正処理について図４のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ４０１では、補正機能１３１９により処理回路１３１が、ムラ推定画像の輝度ヒストグラムのうち、全体のＮパーセント以上の輝度値の領域を抽出する。例えば、ステップＳ３０１と同様に、輝度ヒストグラムのうち全体の９９パーセントを占める輝度値の範囲を算出すればよい。

ステップＳ４０２では、補正機能１３１９により処理回路１３１が、補正対象画像の座標および解像度にあわせて、ムラ推定画像およびエアマスクのリスライス処理を行う。
キャリブレーション画像を撮像する断面と補正対象画像を得る本スキャンにおける断面とは異なることがほとんどであるため、補正対象画像の座標系へムラ推定画像およびエアマスクの座標系を変換する行列（変換行列）を計算する。変換行列により、例えば、撮像対象画像の座標位置（ｘ，ｙ）の画素に対応するムラ推定画像の座標位置（ｘ’，ｙ’）の画素の輝度値が得られればよい。なお、変換行列の算出方法については、一般的な画像処理による算出方法を適用すればよいため、ここでの詳細な説明は省略する。

また、補正対象画像にあわせてムラ推定画像およびエアマスクの解像度を増加させるために、線形補間などの補間処理を行えばよい。なお、解像度の増加方法についても、一般的な画像処理による補間方法を適用すればよいため、ここでの詳細な説明は省略する。

ステップＳ４０３では、補正機能１３１９により処理回路１３１が、補正ファクタの計算を行う。補正ファクタは、以下の式（２）により算出する。

すなわち、ムラ推定画像に対して制限付きの逆数変換を行う。式（２）に示す「Ｍａｘ（ムラ推定画像の画素値，Ｙ×γ）」の逆数は、ムラ推定画像の輝度ヒストグラムの輝度分布のうちの閾値Ｙ以上の領域は、単純に逆数を取り、閾値Ｙ未満の領域は一定値を取るように設定することを示す。つまり、背景などの暗部が、逆数にした場合に過度に輝度値が持ち上がらないようにするためである。なお、γの値は、例えば「０．２」とするが、上述のβの値と同様に、撮像部位または撮像シーケンスに応じて変更される、テーブルを参照して決定されるなど適宜決定されればよい。
また、補正ファクタの一成分としてエアマスクを含むことで、背景における輝度を低くすることができ、背景ノイズを抑制することができる。

ステップＳ４０４では、補正機能１３１９により処理回路１３１が、補正対象画像を補正する。具体的には、補正対象画像に補正ファクタを乗算することで、最終的にコイルの感度ムラが補正された補正画像を生成できる。以上で補正処理を終了する。

以上に示した本実施形態によれば、ＷＢＣマップおよびＰＡＣマップに対して上述のマスク処理、クロージング処理、膨張処理およびぼかし処理などの画像処理を行うことで、組織コントラストを抑制しつつ、送信ムラおよび受信ムラをそれぞれ個別に高精度に推定できる。個別に推定された送信ムラおよび受信ムラに基づいてムラ推定画像を生成することで、ＰＡＣマップから推定される送受信ムラ推定画像のみを用いるよりも高精度に、ＲＦパルスの送受信に係る磁場の不均一性を推定できる。

また、送信ムラ推定画像および受信ムラ推定画像を個別に生成し、撮像シーケンスに適した重み付けにより乗算することで、シーケンスに応じて高精度に送受信ムラが推定されたムラ推定画像を生成できる。
よって、当該ムラ推定画像を用いて補正することで、高効率かつ高精度に画像のシェーディングを補正することができる。

なお、本実施形態で推定したムラ推定画像に基づいて、送信磁場を制御するＢ_１シミングを実行してもよい。例えば、ムラ推定画像から不均一な磁場分布の特性が分かるので、当該磁場分布の逆特性となるようなＲＦパルスの振幅および位相を設計して、ＲＦパルスの送信を制御すればよい。これによって、均一なＢ_１分布を得ることができる。

例えば、ＲＦパルスを印加する際、ｋ空間上のトラジェクトリに沿って複数のサブパルスを印加するＳｐｏｋｅ技術を用いて、ＲＦパルスのパラメータ（ｋ空間上の位置、振幅および位相）を設計すればよい。これにより、不均一な磁場分布の逆特性を比較的容易に作り出すことができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００…磁気共鳴イメージング装置
１０１…静磁場磁石
１０３…傾斜磁場コイル
１０５…傾斜磁場電源
１０７…寝台
１０９…寝台制御回路
１１１…ボア
１１３…送信コイル
１１５…送信回路
１１７…受信コイル
１１９…受信回路
１２１…シーケンス制御回路
１２３…バス
１２５…インタフェース
１２７…ディスプレイ
１２９…記憶装置
１３１…処理回路
１０７１…天板
１３１１…システム制御機能
１３１３…画像生成機能
１３１５…マスク生成機能
１３１７…ムラ推定機能
１３１９…補正機能。

Claims (10)

1. 全身コイルで受信した第１受信信号に基づく第１画像から、送信ＲＦ磁場に生じる送信ムラを推定し、前記第１画像と表面コイルで受信した第２受信信号に基づく第２画像とから、受信ＲＦ磁場に生じる受信ムラを推定する推定部と、
   前記表面コイルで受信した第３受信信号に基づいて、前記第１画像および前記第２画像よりも解像度が高い第３画像を生成する画像生成部と、
   推定した送信ムラおよび推定した受信ムラを用いて、前記第３画像を補正する補正部と、
   を具備する磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記第１画像は、キャリブレーションスキャンにより得られる全身コイルの感度分布を示す感度マップであり、前記第２画像は、前記キャリブレーションスキャンにより得られるフェーズドアレイコイルの感度分布を示す感度マップであり、前記第３画像は、本スキャンにより得られる診断画像である請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記推定部は、撮像シーケンスに基づいて重み付けされた前記送信ムラに基づく送信ムラ推定画像と前記受信ムラに基づく受信ムラ推定画像とを用いて、ムラ推定画像を生成する請求項１または請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記第１画像から抽出された背景領域に基づく第１マスク画像を生成するマスク生成部をさらに具備し、
   前記補正部は、前記ムラ推定画像および前記第１マスク画像を用いて、前記第３画像を補正するための補正ファクタを生成する請求項３に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記マスク生成部は、前記第１画像を用いて空気と生体組織との境界に関する第２マスク画像を生成し、
   前記推定部は、前記第１画像および前記第２画像に対し、前記第２マスク画像を適用する請求項４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記第１画像および前記第２画像は、キャリブレーションスキャンで得られる同一の分解能を有する画像である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記第１画像および前記第２画像は、プロトン密度強調画像である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
8. 前記推定部は、前記第１画像に対し、フィルタ処理、フィッティング処理およびニューラルネットワークに基づく機械学習の少なくともいずれか１つを適用することで、送信ムラ推定画像を生成する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
9. 前記推定部は、前記第２画像に対し、フィルタ処理、フィッティング処理およびニューラルネットワークに基づく機械学習の少なくともいずれか１つを適用することで、送受信ムラ推定画像を生成する請求項８に記載の磁気共鳴イメージング装置。
10. 前記推定部は、前記送受信ムラ推定画像から前記送信ムラ推定画像に関する成分を除去することで、受信ムラ推定画像を生成する請求項９に記載の磁気共鳴イメージング装置。