JP2023029225A - 画像分割装置、画像分割方法及び磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置決め画像における臓器の迅速な分割を実現すること。【解決手段】実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置は、取得部と、仮位置決め部と、分割部とを備える。取得部は、臓器の三次元又は複数層の二次元の位置決め画像を取得する。仮位置決め部は、前記位置決め画像に基づいて、当該位置決め画像に含まれる複数のスライスの層方向における前記臓器が存在するセグメントを仮位置決めする。分割部は、前記臓器が存在するセグメント内の位置決め画像に対して画像分割処理を行い、前記臓器の分割結果を取得する。【選択図】図１

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、画像分割装置、画像分割方法及び磁気共鳴イメージング装置に関する。

磁気共鳴検査は、画像診断における一種の検査方法であり、現在の臨床において多く用いられている。磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）は、ラーモア周波数の高周波信号を用いて磁気励起を行うことにより、静磁場中に位置する被検体の原子核を自転させ、その磁気励起に伴って発生する核磁気共鳴（Nuclear Magnetic Resonance：ＮＭＲ）信号に基づいて画像を再構成する撮影方法である。

臨床上、例えば、腹部（肝胆膵系）の磁気共鳴イメージングでは、肝胆膵等の消化器系臓器の画像情報を提供することが求められるため、腹部に含まれる複雑な多数の臓器をスキャンするために、必要に応じて造影剤を注射して造影剤増強スキャンを行いつつ、一連のスキャンを行う必要がある。この一連のスキャンを計画する作業は、技術者が個人的なスキル・経験に基づいて手動操作で行うことが多く、時間がかかり、且つ、スキャン位置の一致性及び正確性を保証することが難しく、場合によっては再スキャンが必要となることもある。従って、腹部の磁気共鳴イメージングにおいて、スキャン計画を自動化することは、臨床的に高い価値を有する。

従来の磁気共鳴イメージングにおけるスキャン自動計画技術には、例えば、構造対称性を利用して、頭部、脊椎、膝関節、肩関節の自動計画を行う方法があるが、この構造対称性を利用する方法は、非対称的な腹部の臓器には適用できないため、腹部の自動計画を実現することができない。

また、例えば、従来技術における肝臓領域の位置決め方法には、肝臓下縁の代わりに、肋骨下縁の位置を用いる方法があるが、この方法では、肝臓下縁の位置を正確に表現することができない。

また、腹部の多臓器スキャンでは、複数の臓器の位置や大きさの情報を参照してスキャン計画を行う必要がある。例えば、肝臓領域の場合には、肝臓上縁の横隔膜の位置、膵臓や総胆管の位置等の情報が必要である。また、磁気共鳴イメージングの効率的なスキャン、さらには自動スキャンを実現するためには、腹部のスキャン計画の正確さ、標準化、迅速さが要求される。また、スキャン中は患者が磁気共鳴イメージング装置の機器内に置かれるため、スキャン時間をできるだけ短くする必要がある。そのため、スキャン計画では、時間に対する要求が高く、数秒内の、さらにはリアルタイムな検出及び自動計画が要求される。さらに、スキャン計画では、各臓器の位置や大きさの分割及び位置決めの速度を速めることが要求される。

しかしながら、腹部の各臓器の位置や大きさの分割及び位置決めに適用されている従来技術では、例えば、臓器全体（例えば、肝臓全体）の画像分割を行う場合に、長い時間を要する。そのため、現在の各臓器に関する位置や大きさの分割アルゴリズムは、上述した要求を満たすことができない。

米国特許第８６９３７６０号明細書 中国特許第１０５６７８７４６号明細書 特開２０２０－１０９６１４号公報 特開２０１２－１１５４３４号公報 特開２００７－１１１１２３号公報

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、位置決め画像における臓器の迅速な分割を実現することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置付けることもできる。

実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置は、取得部と、仮位置決め部と、分割部とを備える。取得部は、臓器の三次元又は複数層の二次元の位置決め画像を取得する。仮位置決め部は、前記位置決め画像に基づいて、当該位置決め画像に含まれる複数のスライスの層方向における前記臓器が存在するセグメントを仮位置決めする。分割部は、前記臓器が存在するセグメント内の位置決め画像に対して画像分割処理を行い、前記臓器の分割結果を取得する。

図１は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置の構成の一例を示す模式図である。 図２は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図３は、第１の実施形態に係る画像分割装置の仮位置決め部が横断面二次元画像を選択する一例を示す模式図である。 図４は、第１の実施形態に係る画像分割装置の分割部がセグメント内の横断面二次元画像に対して行う画像分割処理の一例を示す模式図である。 図５は、第１の実施形態に係る画像分割装置の仮位置決め部が、横断面二次元画像を選択する他の例を示す模式図である。 図６は、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置の構成の一例を示す模式図である。 図７は、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図８は、第２の実施形態に係る画像分割装置の最適化部が最適化処理を行う局部特徴の一例を示す模式図である。 図９は、第２の実施形態に係る画像分割装置の最適化部が最適化処理を行う局部特徴の他の例を示す模式図である。 図１０は、第２の実施形態に係る画像分割装置の最適化部が行う最適化処理の一例を示す模式図である。 図１１は、第３の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置の構成の一例を示す模式図である。 図１２は、第３の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図１３は、第３の実施形態に係る画像分割装置の体部輪郭検出部が行う検出処理の一例を示す模式図である。 図１４は、他の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置の実施例１を示す模式図である。 図１５は、他の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置の実施例１を示す他の模式図である。 図１６は、他の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置の実施例２を示す模式図である。 図１７は、他の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置の実施例２を示す他の模式図である。 図１８は、第４の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成の一例を示す模式図である。

以下で説明する実施形態は、上述した課題を解決するためになされたものであり、磁気共鳴イメージング用の画像分割装置、画像分割方法及び磁気共鳴イメージング装置を提供する。一実施形態によれば、位置決め画像における臓器の迅速な分割を実現することができる。また、一実施形態によれば、迅速な分割を十分に利用して臓器の完全な位置及び大きさの情報を提供することができ、迅速な位置決めを実現することができる。また、一実施形態によれば、構造対称性の制限を受けることなく、非対称性構造を検出・分割・位置決めすることができ、三次元空間における多臓器の位置及び大きさ等の特徴情報及び正確な位置決めを提供することができ、腹部多臓器のスキャン自動計画を実現することができる。また、一実施形態によれば、腹部スキャンの標準化や正確化、操作フローの簡単化や時間短縮化を実現し、高効率の自動スキャン計画、高性能の自動スキャン及び三次元レンダリングを実現することができ、磁気共鳴イメージング装置の性能を向上することができる。

一実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置は、臓器の三次元又は複数層の二次元の位置決め画像を取得する取得部と、前記位置決め画像に基づいて、当該位置決め画像に含まれる複数のスライスの層方向における前記臓器が存在するセグメントを仮位置決めする仮位置決め部と、前記臓器が存在するセグメント内の位置決め画像に対して画像分割処理を行い、前記臓器の分割結果を取得する分割部とを備える。

また、一実施形態に係る画像分割装置において、前記仮位置決め部は、探索アルゴリズムに基づいて、前記位置決め画像に基づいて取得された複数枚の横断面二次元画像の中から２枚以上の横断面二次元画像を選択し、選択された横断面二次元画像に対して画像分割処理を行って、前記層方向における前記臓器の端部に対応する横断面二次元画像を特定することで、前記層方向における前記臓器が存在するセグメントを仮位置決めする。

また、一実施形態に係る画像分割装置において、前記仮位置決め部は、等間隔選択方式、ランダム選択方式、又は、前記臓器の分布に基づく選択方式で、前記２枚以上の前記横断面二次元画像を選択する。

また、一実施形態に係る画像分割装置は、前記臓器の分割結果に基づいて、前記臓器の局部特徴を最適化する最適化部をさらに備える。

また、一実施形態に係る画像分割装置において、前記最適化部は、前記臓器の分割結果に基づいて、局部特徴領域を選択し、選択された局部特徴領域に基づいて三次元曲面検出又は二次元エッジ検出を行うことで、前記臓器の局部特徴の頂点の位置を算出して最適化する。

また、一実施形態に係る画像分割装置において、前記臓器の局部特徴は、前記臓器の位置範囲を画定する６つの端部のうちのいずれかである。

また、一実施形態に係る画像分割装置において、前記層方向は、頭足方向、前後方向又は左右方向のいずれかである。

また、一実施形態に係る画像分割装置において、前記臓器の分割結果は、臓器の輪郭、大きさ及び位置を表すデータである。

また、一実施形態に係る画像分割装置において、前記探索アルゴリズムは、線形探索、二分探索、ツリー構造による探索、ハッシュ探索のいずれかである。

また、一実施形態に係る画像分割装置において、前記画像分割処理は、画像分割アルゴリズム又は深層学習を適用する。

また、一実施形態に係る画像分割装置は、前記位置決め画像に基づいて取得された複数枚の横断面二次元画像に基づいて、前記横断面二次元画像における体表面範囲を検出する検出部をさらに備え、前記最適化部は、前記体表面範囲及び前記臓器の分割結果に基づいて、前記臓器の局部特徴を最適化する。

また、一実施形態に係る画像分割装置において、前記臓器は、肝臓、腎臓、膵臓、脾臓、心臓のうちのいずれかである。

また、一実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割方法は、臓器の三次元又は複数層の二次元の位置決め画像を取得するステップと、前記位置決め画像に基づいて、当該位置決め画像に含まれる複数のスライスの層方向における前記臓器が存在するセグメントを仮位置決めするステップと、前記臓器が存在するセグメント内の位置決め画像に対して画像分割処理を行い、前記臓器の分割結果を取得するステップとを含む。

また、一実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、前記画像分割装置を備える。

また、一実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、前記臓器の分割結果に基づいて、当該臓器を位置決めする位置決め部をさらに備える。

また、一実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、前記臓器の分割結果に基づいて、スキャンＲＯＩ（Region Of Interest）の位置、方向、及び、ＦＯＶ（Field of View）の大きさを計画する計画部をさらに備える。

また、一実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、前記臓器の分割結果に基づいて、当該臓器の三次元形態レンダリングを行うレンダリング部をさらに備える。

一実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置、画像分割方法及び磁気共鳴イメージング装置によれば、位置決め画像における臓器の迅速な分割を実現することができる。また、一実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置、画像分割方法及び磁気共鳴イメージング装置によれば、迅速な分割を十分に利用して臓器の完全な位置及び大きさの情報を提供することができ、迅速な位置決めを実現することができる。一実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置、画像分割方法及び磁気共鳴イメージング装置によれば、構造対称性の制限を受けることなく、非対称性構造を検出・分割・位置決めすることができ、三次元空間における多臓器の位置及び大きさ等の特徴情報及び正確な位置決めを提供することができ、腹部多臓器のスキャン自動計画を実現することができる。一実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置、画像分割方法及び磁気共鳴イメージング装置によれば、腹部スキャンの標準化や正確化、操作フローの簡単化や時間短縮化を実現し、高効率の自動スキャン計画、高性能の自動スキャン及び三次元レンダリングを実現することができ、磁気共鳴イメージング装置の性能を向上することができる。

以下、図面を参照して、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置の構成及び動作について説明する。

また、本明細書及び図面では、本願が開示する技術に関連する部材のみについて説明及び図示することとし、他の部材については説明及び図示を省略する。

また、本明細書及び図面では、同一又は類似の機能を有する部材には同一の符号を付すこととし、重複する説明を適宜省略する。

（第１の実施形態）
（画像分割装置１００の構成）
図１は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置１００の構成の一例を示す模式図である。

本実施形態において、臓器は、主に腹部の各臓器を指し、例えば、肝臓、腎臓、膵臓、脾臓等である。しかしながら、臓器はこれらに限定されず、心臓等の臓器であってもよい。なお、本実施形態では、臓器が肝臓である場合を例として説明する。

図１に示すように、画像分割装置１００は、位置決め画像取得部１０１と、仮位置決め部１０２と、分割部１１０とを備える。

位置決め画像取得部１０１は、臓器の三次元又は複数層の二次元の画像を位置決め画像として取得する。例えば、スキャンにより一連の三次元空間内の腹部画像を取得して位置決め画像としてもよく、画像のＦＯＶ内に、臓器（例えば、肝臓）領域を含む。また、ＦＯＶは、臓器領域を含んでいればよく、臓器領域より大きいこともあり得る。また、当該一連の三次元空間内の腹部画像は、複数層の二次元画像であってもよいし、三次元ボリュームイメージング画像であってもよい。また、当該一連の三次元空間内の腹部画像は、層方向に配列された一連の画像である。この層方向は、スキャンされる各スライスが並ぶ方向である。また、この層方向は、例えば、人体の頭足方向、前後方向又は左右方向のうちのいずれかである。

仮位置決め部１０２は、位置決め画像取得部１０１によって取得された位置決め画像に基づいて、当該位置決め画像に含まれる複数のスライスの層方向における臓器が存在するセグメントを仮位置決めする。例えば、仮位置決め部１０２は、探索アルゴリズムに基づいて、位置決め画像に基づいて取得された複数枚の横断面二次元画像の中から２枚以上の横断面二次元画像を選択し、選択された横断面二次元画像に対して画像分割処理を行って、層方向における臓器の端部に対応する横断面二次元画像を特定することで、層方向における臓器が存在するセグメントを仮位置決めしてもよい。

ここで、位置決め画像取得部１０１によって取得された位置決め画像が横断面スキャン画像である場合、当該位置決め画像を横断面二次元画像とすることができる。一方、位置決め画像取得部１０１によって取得された位置決め画像が横断面スキャン画像ではない場合、位置決め画像に基づいて横断面ＭＰＲ（Multi Planar Reconstruction）を行うことで、複数の横断面二次元画像を取得する。位置決め画像に基づいて横断面ＭＰＲ（多平面再構成）を行う方法としては、公知の方法を用いることができ、ここでは詳述しない。

また、仮位置決め部１０２は、例えば、等間隔選択方式、ランダム選択方式、臓器の分布に基づく選択方式、又は、他の探索アルゴリズムで、位置決め画像に基づいて取得された複数の横断面二次元画像中から２枚以上の横断面二次元画像を選択してもよい。

また、探索アルゴリズムは、例えば、線形探索、二分探索、ツリー構造による探索、ハッシュ探索等の順序及び無順序の探索アルゴリズムであってもよいし、肝臓の位置の分布に関する統計学的な規則に基づいて探索するものであってもよい。

分割部１１０は、仮位置決め部１０２によって仮位置決めされた臓器が存在するセグメント内の位置決め画像に対して画像分割処理を行い、臓器の分割結果を取得する。ここで、画像分割処理は、例えば、画像分割アルゴリズム又は深層学習を適用する。また、臓器の分割結果は、臓器の輪郭、大きさ及び位置を示すデータである。例えば、分割部１１０は、層方向において臓器の一方の端部（例えば、肝臓頂層）から他方の端部（例えば、肝臓底層）まで横断面二次元画像毎に画像分割処理を行うことで、即ち、層ごとに横断面の臓器分割を行うことで、臓器（例えば、肝臓）の分割結果を取得してもよい。

（画像分割装置１００の動作）
次に、図２～図５を参照して、画像分割装置１００の動作について説明する。図２は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。図３は、第１の実施形態に係る画像分割装置１００の仮位置決め部１０２が横断面二次元画像を選択する一例を示す模式図である。図４は、第１の実施形態に係る画像分割装置１００の分割部１１０がセグメント内の横断面二次元画像に対して行う画像分割処理の一例を示す模式図である。図５は、第１の実施形態に係る画像分割装置１００の仮位置決め部１０２が横断面二次元画像を選択する他の例を示す模式図である。

図２に示すように、画像分割装置１００は、動作を開始した後に、ステップＳ１００において、位置決め画像取得部１０１が、三次元又は複数層の二次元の腹部の位置決め画像を取得する。ここでは、位置決め画像取得部１０１が、例えば、図３の左側及び右側に示すような、層方向に並ぶ３１層の横断面の二次元の腹部の位置決め画像を取得したとする。図３に示す各層は、図４の左側の列で上中下に示すような一枚の画像を表す。また、この例は、横断面の二次元の腹部の位置決め画像であるため、層方向は、頭と足とを接続する方向である頭足方向に対応する。

続いて、ステップＳ２００において、仮位置決め部１０２が、腹部の位置決め画像に基づいて、層方向における肝臓が存在するセグメントを仮位置決めする。具体的には、例えば、仮位置決め部１０２は、第１のステップとして、ステップＳ１００で取得された３１層の横断面の二次元の位置決め画像に基づいて、プローブ層とする横断面の二次元の位置決め画像を選択する。また、仮位置決め部１０２は、第２のステップとして、プローブ層とする横断面の二次元の位置決め画像に対して、肝臓の画像分割処理を行う。また、仮位置決め部１０２は、第３のステップとして、画像分割処理の結果に基づいて、探索アルゴリズムを用いて肝臓領域を迅速に探索し、肝臓の層方向（ここでは、頭足方向）における肝臓の端部が存在する層（即ち、横断面の二次元の位置決め画像）を特定することで、層方向における臓器が存在するセグメントを仮位置決めする。そして、仮位置決め部１０２は、層方向における肝臓の端部（肝臓頂部及び肝臓底部）が存在する層の面を特定するまで、プローブ層の位置を調整しながら第１～第３のステップを繰り返し実行する。

ここで、プローブ層は、代表的な層であり、隣り合うプローブ層の分割処理結果に基づいて、臓器（ここでは、肝臓）の分布状況を確定することができる。例えば、層方向に隣り合う２つのプローブ層のうち、層方向の一方に位置するプローブ層の分割処理結果が臓器領域を含まず、かつ、層方向の他方に位置するプローブ層の分割処理結果が臓器領域を含む場合、臓器の層方向における一の端部が、この２つのプローブ層の間のある層に位置することを確定することができる。この場合に、当該２つのプローブ層によって画定されるセグメントを、出現セグメントとみなす。また、層方向に隣り合う２つのプローブ層のうち、層方向の一方に位置するプローブ層の分割処理結果が臓器領域を含み、かつ、層方向の他方に位置するプローブ層の分割処理結果が臓器領域を含まない場合、臓器の層方向における他の端部が、この２つのプローブ層の間のある層に位置することを確定することができる。この場合に、当該２つのプローブ層によって画定されるセグメントを、消失セグメントとみなす。また、層方向に隣り合う２つのプローブ層の分割処理結果がいずれも臓器領域を含まない場合、臓器がこの２つのプローブ層の間のいずれの層にも存在しないことを確定することができる。この場合に、当該２つのプローブ層によって画定されるセグメントを、非存在セグメントとみなす。また、層方向に隣り合う２つのプローブ層の分割処理結果がいずれも臓器領域を含む場合、臓器がこの２つのプローブ層の間のいずれかの層に存在することを確定することができる。この場合に、当該２つのプローブ層によって画定されるセグメントを、存在セグメントとみなす。

ここで、プローブ層の選択については、出現セグメント及び消失セグメントから選択されるのが好ましい。出現セグメント及び消失セグメントについて、さらに探索アルゴリズムを利用して検索することで、肝臓頂層及び肝臓底層を特定することができる。また、選択の方法は多種多様であり、例えば、位置決め画像から取得した複数枚の横断面二次元画像の中から、ランダムに選択してもよいし、等間隔に選択してもよいし、臓器の分布に基づいて選択してもよいし、又は、他のデータ探索アルゴリズムに基づいて選択してもよい。また、探索アルゴリズムは、線形探索、二分探索、ツリー構造による探索、ハッシュ探索のいずれか１種であってもよい。

続いて、ステップＳ３００において、分割部１１０が、肝臓が存在するセグメント内の位置決め画像に対して画像分割処理を行い、肝臓の分割結果を取得する。具体的には、分割部１１０は、ステップＳ２００で仮位置決めされた層方向における肝臓が存在するセグメント、即ち、肝臓頂層から肝臓底層までのセグメントに基づいて、当該セグメントに対して層（横断面の二次元の位置決め画像）ごとに肝臓分割を行い、分割結果を取得する。

以下、図３及び図４を用いて、第１の実施形態の画像分割装置１００の動作の適用例について説明する。本適用例では、例えば、肝臓を分割することを目的とし、位置決め画像取得部１０１が、頭足方向に対応する層方向に並ぶ３１層の横断面の二次元の腹部の位置決め画像を取得することとする。ここで、図３に示す各層は、図４の左側の列で上中下に示すような一枚の画像を表している。また、図３及び図４において、破線の層は、プローブ層として選択される層を表し、一点鎖線の層は、画像分割結果が臓器を含むこととなる層を表す。

本適用例では、図３に示すように、位置決め画像取得部１０１は、層方向に並ぶ３１層の横断面の二次元の腹部の位置決め画像を取得する。その後、仮位置決め部１０２は、例えば、頭側に最も近い層及び足側に最も近い層をそれぞれプローブ層として選択し、さらに、等間隔に選択する方式で６つのプローブ層を選択し（図３の左側に示す破線の層）、各プローブ層に対して画像分割処理を行う。即ち、仮位置決め部１０２は、図４の左側に示すような横断面の二次元画像に対して画像分割処理を行う。ここでは、肝臓領域を分割したプローブ層を一点鎖線の層で表す。この画像分割処理の結果として、例えば、８つのプローブ層のうち、４つのプローブ層の分割結果が、肝臓領域を含むこととなる（図３の右側に示す一点鎖線の層）。これにより、図３の右側に示すように、層方向の上から下へ、順に、非存在セグメント、出現セグメント、存在セグメント、存在セグメント、存在セグメント、消失セグメント、非存在セグメントが画定される。次に、仮位置決め部１０２は、出現セグメント及び消失セグメントについて、プローブ層をさらに設置し、探索アルゴリズムを用いて検索することで、肝臓頂層（図４に示す上から一番目の一点鎖線の層）及び肝臓底層（図４に示す下から一番目の一点鎖線の層）を特定する。そして、分割部１１０は、肝臓頂部層及び肝臓底部層によって画定されるセグメント内の各層面を分割し、三次元空間内の肝臓の輪郭、位置、大きさ等の情報（図４に示す中間の列の各図を参照）を肝臓の分割結果として取得する。なお、図３に示す例において、頭側に最も近い層及び足側に最も近い層は、必ずしもプローブ層として選択されなくてもよい。

上述したように、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置１００によれば、位置決め画像取得部１０１は、臓器の三次元又は複数層の二次元の位置決め画像を取得する。また、仮位置決め部１０２は、位置決め画像に基づいて、層方向における臓器が存在するセグメントを仮位置決めする。そして、分割部１１０は、臓器が存在するセグメント内の各位置決め画像に対して画像分割処理を行い、臓器の分割結果を取得する。このように、仮位置決め部１０２の処理により、少量の画像分割処理で層方向における臓器が存在するセグメントを仮位置決めし、その後、臓器が存在するセグメント内の各横断面二次元画像に対して画像分割処理を行う。これにより、少量の演算で臓器を迅速に仮位置決めすることができ、画像分割処理を行う必要がある範囲を縮小し、臓器分割に必要な演算量を減少させ、処理速度を向上させ、処理時間を短縮することができる。また、他方では、臓器が存在するセグメント内の各横断面二次元画像に対して画像分割処理を行って、臓器分割結果を取得することにより、より完全な臓器の位置、大きさ等の空間情報を提供することができる。即ち、第１の実施形態に係る画像分割装置１００によれば、より完全な臓器の位置、大きさ等の空間情報を迅速に提供することができ、迅速な位置決めを実現することができる。また、構造対称性の制限を受けることなく、非対称性構造を検出・分割・位置決めすることができ、三次元空間における多臓器の位置及び大きさ等の特徴情報及び正確な位置決めを提供することができ、磁気共鳴イメージング装置の性能を向上することができる。

また、図３では、等間隔に選択する方式でプローブ層を選択し、さらに、画像分割結果及び探索アルゴリズムによって、肝臓が存在するセグメントを特定する例を示したが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、等間隔で均一にプローブ層を選択するのではなく、臓器の層方向における分布を考慮して、臓器の端部が存在する可能性が大きいセグメントについて、より多くのプローブ層を選択し、臓器が連続的に出現する可能性が大きいセグメント、及び、臓器が存在しない可能性が大きいセグメントについて、より少ないプローブ層を選択するようにしてもよい。なお、図５に示す例において、頭側に最も近い層及び足側に最も近い層は、必ずしもプローブ層として選択されなくてもよい。これにより、より少量の演算で臓器を迅速に仮位置決めすることができ、また、画像分割処理を行う必要がある範囲をさらに縮小することができ、臓器分割に必要な演算量をさらに減少させることができる。この結果、処理速度をさらに向上させることができ、処理時間をさらに短縮することができる。

（第２の実施形態）
（画像分割装置１００ａの構成）
図６は、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置１００ａの構成の一例を示す模式図である。本実施形態では、第１の実施形態と同様に、臓器が肝臓である場合を例として説明する。また、本実施形態では、第１の実施形態と同一又は類似する部材については、同一の符号を付すこととして詳細な説明を省略し、異なる箇所のみについて詳細に説明する。

図６に示すように、画像分割装置１００ａは、位置決め画像取得部１０１と、仮位置決め部１０２と、最適化部１０３と、分割部１１０とを備える。

ここで、位置決め画像取得部１０１、仮位置決め部１０２及び分割部１１０については、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

最適化部１０３は、分割部１１０によって取得された臓器の分割結果に基づいて、臓器の局部特徴を最適化する。ここで、臓器の局部特徴は、例えば、臓器の位置範囲を画定する６つの端部のうちのいずれかである。例えば、最適化部１０３は、臓器の分割結果に基づいて、局部特徴領域を選択し、選択された局部特徴領域に基づいて三次元曲面検出又は二次元エッジ検出を行うことで、臓器の局部特徴の頂点の位置を算出して最適化してもよい。ここで言う頂点は、例えば、局部特徴領域の中心、重心、又は、加重平均等の計算方法によって得られる他の境界点であってもよい。

また、肝臓を例とすると、肝臓は横隔膜に近いため、横隔膜の動きの影響を受ける。そのため、呼吸による肝臓頂部の位置への影響を考慮する必要がある場合には、エッジ・境界点に対する要求が高くなり、肝臓頂部領域をより正確に検出して、当該肝臓頂部領域における頂点の位置を精度よく特定する必要がある。また、肝臓の形態学的な大きさを判定する必要がある場合に、例えば、肝臓の肥大を判定するためには、肝臓頂部と肝臓底部との距離を測定する必要がある。この場合、肝臓底部に対してもより精細な検出を行って、肝臓底部領域における頂点の位置を精度よく特定する必要がある。最適化部１０３は、これらのような場合に適用されるのが好ましい。

（画像分割装置１００ａの動作）
次に、図７～図１０を参照して、画像分割装置１００ａの動作について説明する。図７は、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置１００ａの動作の一例を示すフローチャートである。図８は、第２の実施形態に係る画像分割装置１００ａの最適化部１０３が最適化処理を行う局部特徴の一例を示す模式図である。図９は、第２の実施形態に係る画像分割装置１００ａの最適化部１０３が最適化処理を行う局部特徴の他の例を示す模式図である。図１０は、第２の実施形態に係る画像分割装置１００ａの最適化部１０３が行う最適化処理の一例を示す模式図である。

ここで、図７に示すステップＳ１００～Ｓ３００については、図２に示したステップＳ１００～Ｓ３００と同様であるため、説明を省略する。

図７に示すように、画像分割装置１００ａは、ステップＳ３００において、分割部１１０が、ステップＳ２００で仮位置決めされた層方向における肝臓が存在するセグメント、即ち、肝臓頂層から肝臓底層までのセグメントに基づいて、当該セグメントに対して層ごとに肝臓分割を行って分割結果を取得した後、処理を終了せずに、ステップＳ４００に進む。

続いて、ステップＳ４００において、最適化部１０３が、ステップＳ３００で取得された肝臓の分割結果に基づいて、肝臓の局部特徴を最適化する。

ここで、肝臓の局部特徴は、例えば、図８及び図９に示すような、肝臓の位置範囲を画定する６つの端部である、前端部Ａ、後端部Ｐ、右端部Ｒ、左端部Ｌ、頂端部（肝臓頂部境界点ともいう）Ｈ、底端部（肝底境界点ともいう）Ｆのうちのいずれかである。

具体的には、最適化部１０３は、まず、肝臓の分割結果に基づいて、肝臓頂部境界点Ｈを抽出する。その後、最適化部１０３は、抽出された肝臓頂部境界点Ｈを参照点とし、患者の肝部領域の大きさ及び位置、身体輪郭の大きさ及び位置に基づいて、肝臓頂部の微細領域を局部特徴領域として選択する。次に、最適化部１０３は、例えば、図１０に示すように、選択された局部特徴領域内で、三次元曲面検出又は二次元エッジ検出を行うことで、肝臓頂層となる肝臓頂部局面を再構成する。次に、最適化部１０３は、臨床的な精度要求に応じて設定された閾値に基づいて、肝臓頂部局面、又は、隣接するいくつかの層で構成された肝臓頂部曲面の集合を選択する。次に、最適化部１０３は、選択された肝臓頂部曲面又は肝臓頂部曲面の集合に基づいて、肝臓頂部の中心位置を総合的に算出することで、最適化を完了する。ここで、肝臓頂部の中心位置を算出する具体的な計算方法としては、例えば、多点の中心、重心又は加重平均等を算出する方法を用いることができる。

なお、ここでは、肝臓頂部境界点Ｈを例として説明したが、最適化部１０３は、肝臓の他の端部に対して、同様な方法を適用して最適化を行ってもよい。

上述したように、第２の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置１００ａによれば、第１の実施形態の構成に加えて、臓器の分割結果に基づいて臓器の局部特徴をより精細に検出して最適化する最適化部１０３を備える。これにより、第１の実施形態と同様の効果に加えて、三次元空間における臓器のより正確で精細な位置及び大きさ等の特徴情報を提供すること、並びに、三次元空間における臓器のより正確な位置決めを提供することができ、磁気共鳴イメージング装置の性能をさらに改善することができる。

（第３の実施形態）
（画像分割装置１００ｂの構成）
図１１は、第３の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置１００ｂの構成の一例を示す模式図である。本実施形態では、第１及び第２の実施形態と同様に、臓器が肝臓である場合を例として説明する。また、本実施形態では、第１及び第２の実施形態と同一又は類似する部材については、同一の符号を付すこととして詳細な説明を省略し、異なる箇所のみについて詳細に説明する。

図１１に示すように、画像分割装置１００ｂは、位置決め画像取得部１０１と、仮位置決め部１０２と、最適化部１０３と、体部輪郭検出部１０４と、分割部１１０とを備える。

ここで、位置決め画像取得部１０１、仮位置決め部１０２及び分割部１１０については、第１及び第２の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

体部輪郭検出部１０４は、位置決め画像取得部１０１によって取得された位置決め画像に基づいて取得された複数枚の横断面二次元画像に基づいて、横断面二次元画像における体表面範囲を検出する。

そして、本実施形態では、最適化部１０３は、体部輪郭検出部１０４によって検出された体表面範囲、及び、分割部１１０によって取得された臓器の分割結果に基づいて、臓器の局部特徴を最適化する。

（画像分割装置１００ｂの動作）
次に、図１２～図１３を参照して、画像分割装置１００ｂの動作について説明する。図１２は、第３の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置１００ｂの動作の一例を示すフローチャートである。図１３は、第３の実施形態に係る画像分割装置１００ｂの体部輪郭検出部１０４が行う検出処理の一例を示す模式図である。

ここで、図１２に示すステップＳ１００～Ｓ３００は、図２に示したステップＳ１００～Ｓ３００と同様であるため、説明を省略する。

図１２に示すように、画像分割装置１００ｂは、ステップＳ５００において、体部輪郭検出部１０４が、ステップＳ１００で取得された位置決め画像から取得された複数枚の横断面二次元画像に基づいて、横断面二次元画像における体表面範囲を検出する。例えば、図１３に太線の枠で示すように、横断面二次元画像において体表面に接する枠を体表面範囲として検出する。ここで、横断面二次元画像における体表面範囲を検出する方法としては、公知のエッジ検出方法又はグレースケール値解析方法等の様々な方法を応用して実現することができ、ここでは詳述しない。

ステップＳ４００において、最適化部１０３が、ステップＳ５００で検出された体表面範囲、及び、ステップＳ３００で取得された肝臓の分割結果に基づいて、肝臓の局部特徴を最適化する。

上述したように、第３の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置１００ｂによれば、第１及び第２の実施形態の構成に加えて、横断面二次元画像における体表面輪郭を検出する体部輪郭検出部１０４を備える。これにより、腕範囲を除去することができ、体前後左右（ＡＰＬＲ）中心及び解剖学的に有効な構造の範囲を迅速で効率的に位置決めすることができ、最適化部１０３に対して干渉を与えるデータを除去することができる。この結果、第１及び第２の実施形態と同様の効果に加えて、三次元空間における臓器のより正確で精細な位置及び大きさ等の特徴情報を提供すること、並びに、三次元空間における臓器のより正確な位置決めをさらに提供することができ、磁気共鳴イメージング装置の性能をさらに改善することができる。

以上、臓器が肝臓である場合を例として、いくつかの実施形態について説明したが、本願が開示する技術の実施形態はこれらに限定されるものではなく、他の実施形態によって実現されてもよい。以下に、他の実施形態に係る画像分割装置の実施例１及び実施例２について説明する。

ここで、実施例１及び実施例２では、第１～第３の実施形態のいずれかで説明した構成及び動作のフローチャートを用いることができる。以下では、第１の実施形態の構成及び動作のフローチャートを用いて説明する。

（実施例１）
まず、図１４及び図１５を参照して、実施例１について説明する。図１４は、他の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置の実施例１を示す模式図である。図１５は、他の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置の実施例１を示す他の模式図である。

実施例１では、図１４に示すように、位置決め画像取得部１０１が、臓器の三次元又は複数層の二次元の腹部の位置決め画像を取得する。ここでは、位置決め画像取得部１０１は、例えば、図１４の左側及び右側に示すような、層方向に並ぶ複数層の横断面の二次元の腹部の位置決め画像を取得することとする。図１４に示す各層は、図１５の左側に示すような一枚の画像を表している。ここでは、横断面の二次元の腹部の位置決め画像であるため、層方向は、頭と足とを接続する方向である頭足方向に対応する。なお、実施例１では、腎臓の分割を例として説明する。

詳細には、実施例１では、位置決め画像取得部１０１は、層方向に並ぶ複数層の横断面の二次元の腹部の位置決め画像を取得する。ここで、腎臓は、腹部の下部（例えば、下から１／２～１／３の箇所）に分布することが多い。そのため、仮位置決め部１０２は、例えば、層方向に並ぶ複数層の横断面の二次元の腹部の位置決め画像における下から１／２～１／３の箇所についてはプローブ層を密に選択し、他の箇所についてはプローブ層を疎に選択し（図１４の左側に示す破線の層）、各プローブ層に対して画像分割処理を行う。即ち、仮位置決め部１０２は、図１５の左側に示すような横断面の二次元画像に対して画像分割処理を行う。ここでは、腎臓領域を分割したプローブ層を一点鎖線の層で表す。この画像分割処理の結果として、例えば、８つのプローブ層のうち、３つのプローブ層の分割結果が、腎臓領域を含むこととなる（図１４の右側に示す一点鎖線の層）。これにより、図１４の右側に示すように、層方向の上から下へ、順に、非存在セグメント、非存在セグメント、出現セグメント、存在セグメント、存在セグメント、消失セグメント、非存在セグメントが画定される。なお、図１４に示す例において、頭側に最も近い層及び足側に最も近い層は、必ずしもプローブ層として選択されなくてもよい。次に、仮位置決め部１０２は、出現セグメント及び消失セグメントについて、プローブ層をさらに設置し、探索アルゴリズムを用いて検索することで、腎臓頂層（図１４に示す上から一番目の一点鎖線の層）及び腎臓底層（図１４に示す下から一番目の一点鎖線の層）を特定する。そして、分割部１１０は、腎臓頂層及び腎臓底層によって画定されるセグメント内の各層面を分割し（図１５に示す一点鎖線の層を参照）、三次元空間内の腎臓の輪郭、位置、大きさ等の情報（図１５の中央に示す図を参照）を腎臓の分割結果として取得する。

このように、実施例１によれば、第１の実施形態と同様の効果に加えて、腎臓位置分布の統計学における規則に基づいて、プローブ層をより正確に選択することができる。これにより、より少量の演算で臓器を迅速に仮位置決めすることができ、画像分割処理を行う必要がある範囲をさらに縮小し、臓器分割に必要な演算量をさらに減少させ、処理速度をさらに向上させ、処理時間をさらに短縮することができる。

（実施例２）
次に、図１６及び図１７を参照して、実施例２について説明する。図１６は、他の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置の実施例２を示す模式図である。図１７は、他の実施形態に係る磁気共鳴イメージング用の画像分割装置の実施例２を示す他の模式図である。

実施例２では、図１５に示すように、位置決め画像取得部１０１が、臓器の三次元又は複数層の二次元の腹部の位置決め画像を取得する。ここでは、位置決め画像取得部１０１は、例えば、図１６の左側及び右側に示すような、層方向に並ぶ複数層の冠状面の二次元の腹部の位置決め画像を取得することとする。図１６に示す各層は、図１７の左側に示すような一枚の画像を表している。ここでは、冠状面の二次元の腹部の位置決め画像であるため、層方向は、体の前と後とを接続する方向である前後方向に対応する。なお、実施例２では、腎臓の分割を例として説明する。

詳細には、実施例２では、位置決め画像取得部１０１は、層方向に並ぶ複数層の冠状面の二次元の腹部の位置決め画像を取得する。ここで、腎臓は、腹部における後部（例えば、後から２／５の箇所）に分布することが多い。そのため、仮位置決め部１０２は、例えば、層方向に並ぶ複数層の冠状面の二次元の腹部の位置決め画像における後から２／５の箇所についてはプローブ層を密に選択し、他の箇所についてはプローブ層を疎に選択し（図１６の左側に示す破線の層）、プローブ層に対して画像分割処理を行う。即ち、仮位置決め部１０２は、図１７の左側に示すような冠状面の二次元画像に対して画像分割処理を行う。ここでは、腎臓領域を分割したプローブ層を一点鎖線の層で表す。この画像分割処理の結果として、例えば、６つのプローブ層のうち、２つのプローブ層の分割結果が、腎臓領域を含むこととなる（図１６の右側に示す一点鎖線の層）。これにより、図１６の右側に示すように、層方向の前から後へ、順に、非存在セグメント、出現セグメント、存在セグメント、消失セグメント、非存在セグメントが画定される。なお、図１６に示す例において、前側に最も近い層及び後側に最も近い層は、必ずしもプローブ層として選択されなくてもよい。次に、仮位置決め部１０２は、出現セグメント及び消失セグメントについて、プローブ層をさらに設置し、探索アルゴリズムを用いて検索することで、腎臓前層（図１７に示す左から一番目の一点鎖線の層）及び腎臓後層（図１７に示す右から一番目の一点鎖線の層）を特定する。そして、分割部１１０は、腎臓前層及び腎臓後層によって画定されるグメント内の各層面を分割し（図１７に示す一点鎖線の層を参照）、三次元空間内の肝臓の輪郭、位置、大きさ等の情報（図１７の中央に示す図を参照）を腎臓の分割結果として取得する。

このように、実施例２によれば、第１の実施形態及び実施例１と同様の効果に加えて、冠状面の位置決めを用いて腎臓を迅速に分割し、位置決めすることができる。

また、上述した実施形態及び実施例では、本願が開示する技術が画像分割装置及び画像分割方法によって実現される場合の例を説明したが、本願が開示する技術は、磁気共鳴イメージング装置によって実現されてもよい。

例えば、本願が開示する技術は、上述した実施形態及び実施例のいずれかで説明した画像分割装置を備える磁気共鳴イメージング装置として実現することができる。以下、本願が開示する技術を磁気共鳴イメージング装置に適用した例を第４の実施形態として説明する。

（第４の実施形態）
（磁気共鳴イメージング装置２００の構成）
図１８は、第４の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成の一例を示す模式図である。

図１８に示すように、磁気共鳴イメージング装置２００は、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２、傾斜磁場電源３、全身用ＲＦコイル４、局所用ＲＦコイル５、送信回路６、受信回路７、ＲＦシールド８、架台９、寝台１０、入力インタフェース１１、ディスプレイ１２、記憶回路１３、画像分割装置１００、及び、処理回路１４～１７を備える。

静磁場磁石１は、架台９が有するボア９ａ内の空間に静磁場を発生させる。具体的には、静磁場磁石１は、中空の略円筒状（中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む）に形成されており、その内周側に配置されたボア９ａ内の空間に静磁場を発生させる。例えば、静磁場磁石１は、超伝導磁石や永久磁石等である。ここでいう超伝導磁石は、例えば、液体ヘリウム等の冷却剤が充填された容器と、当該容器に浸漬された超伝導コイルとから構成される。

傾斜磁場コイル２は、静磁場磁石１の内側に配置されており、架台９が有するボア９ａ内に傾斜磁場を発生させる。具体的には、傾斜磁場コイル２は、中空の略円筒状（中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む）に形成されており、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸それぞれに対応するＸコイル、Ｙコイル及びＺコイルを有している。Ｘコイル、Ｙコイル及びＺコイルは、傾斜磁場電源３から供給される電流に基づいて、各軸方向に沿って線形に変化する傾斜磁場を発生させる。ここで、Ｚ軸は、静磁場磁石１によって発生する静磁場の磁束に沿うように設定される。また、Ｘ軸は、Ｚ軸に直交する水平方向に沿うように設定され、Ｙ軸は、Ｚ軸に直交する鉛直方向に沿うように設定される。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、磁気共鳴イメージング装置２００に固有の装置座標系を構成する。

傾斜磁場電源３は、傾斜磁場コイル２に電流を供給することで、上述した傾斜磁場を発生させる。具体的には、傾斜磁場電源３は、傾斜磁場コイル２のＸコイル、Ｙコイル及びＺコイルに個別に電流を供給することで、互いに直交するリードアウト方向、位相エンコード方向及びスライス方向それぞれに沿って線形に変化する傾斜磁場を発生させる。ここで、リードアウト方向に沿った軸、位相エンコード方向に沿った軸、及びスライス方向に沿った軸は、撮像の対象となるスライス領域又はボリューム領域を規定するための論理座標系を構成する。

具体的には、リードアウト方向、位相エンコード方向及びスライス方向それぞれに沿った傾斜磁場は、静磁場磁石１によって発生する静磁場に重畳されることで、被検体Ｓから発生するＮＭＲ信号に空間的な位置情報を付与する。具体的には、リードアウト方向の傾斜磁場は、リードアウト方向の位置に応じてＮＭＲ信号の周波数を変化させることで、リードアウト方向の位置情報をＮＭＲ信号に付与する。また、位相エンコード方向の傾斜磁場は、位相エンコード方向の位置に応じてＮＭＲ信号の位相を変化させることで、位相エンコード方向の位置情報をＮＭＲ信号に付与する。また、スライス方向の傾斜磁場は、スライス方向の位置情報をＮＭＲ信号に付与する。例えば、スライス方向の傾斜磁場は、スライス断面の撮像（２Ｄ撮像）が行われる場合には、スライス断面の方向、厚さ及び枚数を決めるために用いられ、ボリュームデータの撮像（３Ｄ撮像）が行われる場合には、スライス方向の位置に応じてＮＭＲ信号の位相を変化させるために用いられる。

全身用ＲＦコイル４は、傾斜磁場コイル２の内周側に配置されており、架台９のボア９ａ内に配置された被検体ＳにＲＦパルス（励起パルス等）を印加し、当該ＲＦパルスの影響によって被検体Ｓから発生するＮＭＲ信号（エコー信号等）を受信する。具体的には、全身用ＲＦコイル４は、中空の略円筒状（中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む）に形成されており、送信回路６から供給されるＲＦパルス信号に基づいて、架台９のボア９ａ内に配置された被検体ＳにＲＦパルスを印加する。そして、全身用ＲＦコイル４は、ＲＦパルスの影響によって被検体Ｓから発生するＮＭＲ信号を受信し、受信したＮＭＲ信号を受信回路７へ出力する。例えば、全身用ＲＦコイル４は、バードケージ型コイルや、ＴＥＭ（Transverse Electromagnetic）コイルである。

局所用ＲＦコイル５は、撮像時に被検体Ｓとともに架台９のボア９ａ内に配置され、被検体Ｓから発生するＮＭＲ信号を受信する。具体的には、局所用ＲＦコイル５は、被検体Ｓの部位ごとに用意されており、被検体Ｓの撮像が行われる際に撮像対象の部位の近傍に配置され、全身用ＲＦコイル４によって印加されたＲＦパルスの影響によって被検体Ｓから発生するＮＭＲ信号を受信する。そして、局所用ＲＦコイル５は、受信したＮＭＲ信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してＮＭＲデータを生成し、生成したＮＭＲデータを処理回路１５に出力する。例えば、局所用ＲＦコイル５は、サーフェスコイルや、複数のサーフェスコイルをコイルエレメントとして組み合わせて構成されたフェーズドアレイコイルである。

送信回路６は、静磁場内に置かれた対象原子核に固有の共鳴周波数（ラーモア周波数）に対応するＲＦパルス信号を全身用ＲＦコイル４に出力する。具体的には、送信回路６は、パルス発生器、ＲＦ発生器、変調器、及び増幅器を有する。パルス発生器は、ＲＦパルス信号の波形を生成する。ＲＦ発生器は、共鳴周波数のＲＦ信号を発生する。変調器は、ＲＦ発生器によって発生したＲＦ信号の振幅をパルス発生器によって発生した波形で変調することで、ＲＦパルス信号を生成する。増幅器は、変調器によって生成されたＲＦパルス信号を増幅して全身用ＲＦコイル４に出力する。

受信回路７は、全身用ＲＦコイル４から出力されるＮＭＲ信号に基づいてＮＭＲデータを生成し、生成したＮＭＲデータを処理回路１５に出力する。具体的には、受信回路７は、選択器、前段増幅器、位相検波器、及び、Ａ／Ｄ変換器を備える。選択器は、全身用ＲＦコイル４から出力されるＮＭＲ信号を選択的に入力する。前段増幅器は、選択器から出力されるＮＭＲ鳴信号を増幅する。位相検波器は、前段増幅器から出力されるＮＭＲ信号の位相を検波する。Ａ／Ｄ変換器は、位相検波器から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換してＮＭＲデータを生成し、生成したＮＭＲデータを処理回路１５に出力する。なお、ここで、受信回路７が行うものとして説明した各処理は、必ずしも全ての処理が受信回路７で行われる必要はなく、全身用ＲＦコイル４で一部の処理（例えば、Ａ／Ｄ変換器による処理等）が行われてもよい。

ＲＦシールド８は、傾斜磁場コイル２と全身用ＲＦコイル４との間に配置されており、全身用ＲＦコイル４によって発生するＲＦパルスから傾斜磁場コイル２を遮蔽する。具体的には、ＲＦシールド８は、中空の略円筒状（円筒の中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む）に形成されており、傾斜磁場コイル２の内周側の空間に、全身用ＲＦコイル４の外周面を覆うように配置されている。

架台９は、略円筒状（中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む）に形成された中空のボア９ａを有し、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２、全身用ＲＦコイル４、及びＲＦシールド８を収容している。具体的には、架台９は、ボア９ａの外周側に全身用ＲＦコイル４を配置し、全身用ＲＦコイル４の外周側にＲＦシールド８を配置し、ＲＦシールド８の外周側に傾斜磁場コイル２を配置し、傾斜磁場コイル２の外周側に静磁場磁石１を配置した状態で、それぞれを収容している。ここで、架台９が有するボア９ａ内の空間は、撮像時に被検体Ｓが配置される撮像領域となる。

寝台１０は、被検体Ｓが載置される天板１０ａを備え、被検体Ｓの撮像が行われる際に、被検体Ｓが載置された天板１０ａを架台９のボア９ａ内へ移動する。例えば、寝台１０は、天板１０ａの長手方向が静磁場磁石１の中心軸と平行になるように設置されている。

なお、ここでは、磁気共鳴イメージング装置２００が、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２及び全身用ＲＦコイル４それぞれが略円筒状に形成された、いわゆるトンネル型の構造を有する場合の例を説明するが、実施形態はこれに限られない。例えば、磁気共鳴イメージング装置２００は、被検体Ｓが配置される撮像領域を挟んで対向するように一対の静磁場磁石、一対の傾斜磁場コイル及び一対のＲＦコイルが配置された、いわゆるオープン型の構造を有していてもよい。このようなオープン型の構造では、一対の静磁場磁石、一対の傾斜磁場コイル及び一対のＲＦコイルによって挟まれた空間が、トンネル型の構造におけるボアに相当する。

入力インタフェース１１は、操作者から各種指示及び各種情報の入力操作を受け付ける。具体的には、入力インタフェース１１は、処理回路１７に接続されており、操作者から受け取った入力操作を電気信号へ変換して処理回路１７に出力する。例えば、入力インタフェース１１は、撮像条件やスキャンＲＯＩの設定等を行うためのトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。なお、本明細書において、入力インタフェース１１は、マウス、キーボード等の物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置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、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路も入力インタフェース１１の例に含まれる。

ディスプレイ１２は、各種情報を表示する。具体的には、ディスプレイ１２は、処理回路１７に接続されており、処理回路１７から送られる各種情報のデータを表示用の電気信号に変換して出力する。例えば、ディスプレイ１２は、液晶モニタやＣＲＴモニタ、タッチパネル等によって実現される。

記憶回路１３は、各種データを記憶する。具体的には、記憶回路１３は、処理回路１４～１７に接続されており、各処理回路によって入出力される各種データを記憶する。例えば、記憶回路１３は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子やハードディスク、光ディスク等によって実現される。

処理回路１４は、寝台制御機能１４ａを有する。寝台制御機能１４ａは、制御用の電気信号を寝台１０へ出力することで、寝台１０の動作を制御する。例えば、寝台制御機能１４ａは、入力インタフェース１１を介して、天板１０ａを長手方向、上下方向又は左右方向へ移動させる指示を操作者から受け付け、受け付けた指示に従って天板１０ａを移動するように、寝台１０が有する天板１０ａの移動機構を動作させる。

処理回路１５は、収集機能１５ａを有する。収集機能１５ａは、処理回路１７から出力される撮像シーケンスに基づいて、被検体Ｓのｋ空間データを収集する。具体的には収集機能１５ａは、処理回路１７から出力される各種の撮像シーケンスに従って、傾斜磁場電源３、送信回路６、受信回路７及び局所用ＲＦコイル５を駆動することで、ＮＭＲデータを収集する。ここで、撮像シーケンスは、傾斜磁場電源３が傾斜磁場コイル２に電流を供給するタイミング及び供給される電流の強さ、送信回路６が全身用ＲＦコイル４にＲＦパルス信号を供給するタイミング及び供給されるＲＦパルス信号の強さ、受信回路７がＮＭＲ信号をサンプリングするタイミング等を規定した情報である。そして、収集機能１５ａは、受信回路７及び局所用ＲＦコイル５から出力されるＮＭＲデータを記憶回路１３に記憶させる。ここで、記憶回路１３に記憶されるＮＭＲデータは、前述した各傾斜磁場によってリードアウト方向、位相エンコード方向及びスライス方向の各方向に沿った位置情報が付与されることで、２次元又は３次元のｋ空間を表すｋ空間データとして記憶される。

処理回路１６は、生成機能１６ａを有する。生成機能１６ａは、処理回路１５の収集機能１５ａによって収集された被検体Ｓのｋ空間データから画像を生成する。具体的には、生成機能１６ａは、処理回路１５の収集機能１５ａによって収集されたｋ空間データを記憶回路１３から読み出し、読み出したｋ空間データにフーリエ変換等の再構成処理を施すことで、２次元又は３次元の画像を生成する。そして、生成機能１６ａは、生成した画像を記憶回路１３に記憶させる。

処理回路１７は、入力インタフェース１１を介して操作者から撮像条件の入力を受け付け、入力された撮像条件に基づいて、被検体Ｓのｋ空間データを収集するための撮像シーケンスを生成する。また、処理回路１７は、生成された撮像シーケンスを処理回路１５に出力することで、処理回路１５の収集機能１５ａにｋ空間データを収集させる。また、処理回路１７は、処理回路１６を制御することで、処理回路１５の収集機能１５ａによって収集されたｋ空間データから画像を再構成させる。また、処理回路１７は、操作者からの要求に応じて、記憶回路１３に記憶されている画像を読み出し、読み出した画像をディスプレイ１２に表示させる。

ここで、例えば、処理回路１４～１７は、それぞれプロセッサによって実現される。この場合に、各処理回路が有する処理機能は、例えば、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回路１３に記憶される。そして、各処理回路は、記憶回路１３から各プログラムを読み出して実行することで、各プログラムに対応する処理機能を実現する。換言すると、各プログラムを読み出した状態の各処理回路は、図１８の各処理回路内に示された各処理機能を有することとなる。

また、処理回路１４～１７は、それぞれが単一のプロセッサによって実現されるものに限られない。例えば、各処理回路は、複数の独立したプロセッサを組み合わせて構成され、各プロセッサがプログラムを実行することによって各処理機能を実現するものとしてもよい。また、各処理回路が有する処理機能は、単一又は複数の処理回路に適宜に分散又は統合されて実現されてもよい。また、上述した説明では、単一の記憶回路１３が各処理機能に対応するプログラムを記憶することとしたが、実施形態はこれに限られない。例えば、複数の記憶回路が処理回路ごとに分散して配置され、各処理回路が個別の記憶回路から対応するプログラムを読み出す構成としても構わない。

このような構成のもと、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置２００は、上述した第１の実施形態で説明した画像分割装置１００を備える。なお、ここでは、第１の実施形態で説明した画像分割装置１００が用いられる場合の例を説明するが、本実施形態はこれに限られず、磁気共鳴イメージング装置２００は、第２の実施形態で説明した画像分割装置１００ａ、又は、第３の実施形態で説明した画像分割装置１００ｂを備えてもよい。

そして、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置２００は、処理回路１７が、位置決め機能１７ａと、計画機能１７ｂと、レンダリング機能１７ｃとを備える。ここで、位置決め機能１７ａは、位置決め部の一例である。また、計画機能１７ｂは、計画部の一例である。また、レンダリング機能１７ｃは、レンダリング部の一例である。

位置決め機能１７ａは、画像分割装置１００の分割部１１０によって取得された臓器の分割結果に基づいて、当該臓器を位置決めする。

計画機能１７ｂは、分割部１１０によって取得された臓器の分割結果に基づいて、スキャンＲＯＩの位置、方向、及び、ＦＯＶの大きさを計画する。

レンダリング機能１７ｃは、分割部１１０によって取得された臓器の分割結果に基づいて、当該臓器の三次元形態レンダリングを行う。

例えば、処理回路１７は、腹部の磁気共鳴イメージングが行われる際に、位置決め機能１７ａ及び計画機能１７ｂによって、腹部に含まれる複数の臓器をスキャンするためのスキャン計画を自動的に行う。また、処理回路１７は、腹部の磁気共鳴イメージングが行われる際に、レンダリング機能１７ｃによって、腹部に含まれる臓器の三次元形態レンダリングを行う。

上述したように、第４の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置２００は、上述した実施形態及び実施例のいずれかで説明した画像分割装置と、臓器の分割結果に基づいて、当該臓器を位置決めする位置決め部とを備える。このような構成によれば、迅速な位置決めを実現することができ、構造対称性の制限を受けることなく、非対称性構造を検出・分割・位置決めすることができ、三次元空間における多臓器の位置及び大きさ等の特徴情報及び正確な位置決めを提供することができ、磁気共鳴イメージング装置の性能を向上することができる。

また、磁気共鳴イメージング装置２００は、上述した実施形態及び実施例のいずれかで説明した画像分割装置と、臓器の分割結果に基づいて、スキャンＲＯＩの位置、方向、及び、ＦＯＶの大きさを計画する計画部とを備える。このような構成によれば、腹部多臓器のスキャン計画の自動化を実現することができ、腹部スキャンの標準化や正確化、操作フローの簡単化や時間短縮化を実現し、高効率の自動スキャン計画、及び高性能の自動スキャンを実現することができ、磁気共鳴イメージング装置の性能を向上することができる。

また、磁気共鳴イメージング装置２００は、上述した実施形態及び実施例のいずれかで説明した画像分割装置と、臓器の分割結果に基づいて、当該臓器の三次元形態レンダリングを行うレンダリング部とを備える。このような構成によれば、三次元形態レンダリングを実現することができ、磁気共鳴イメージング装置の性能を向上することができる。

また、上述した磁気共鳴イメージング装置２００によれば、上述した実施形態及び実施例のいずれかで説明した画像分割装置を備えるため、上述した実施形態及び実施例と同様の技術的効果を奏する。

以上、本願が開示する技術の実施形態及び実施例について説明したが、上述した実施形態及び実施例における位置決め画像取得部１０１、仮位置決め部１０２、分割部１１０、最適化部１０３及び体部輪郭検出部１０４は、例えば、プロセッサ等の処理回路により実現される。その場合に、位置決め画像取得部１０１、仮位置決め部１０２、分割部１１０、最適化部１０３及び体部輪郭検出部１０４それぞれの処理機能は、例えば、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部に記憶される。そして、処理回路は、記憶部に記憶された各プログラムを読み出して実行することにより、各処理部に対応する処理機能を実現する。換言すると、上述した実施形態及び実施例における画像分割装置は、処理回路が各プログラムを読み出した状態で、図１、図６、図１１に示した各処理機能を有することとなる。その場合に、図２、図７、図１２に示した各ステップの処理は、例えば、処理回路が、各処理機能に対応するプログラムを記憶部から読み出して実行することにより実現される。

また、上述した処理回路は、単一のプロセッサによって実現されるものに限られず、複数の独立したプロセッサを組み合わせて構成され、各プロセッサがプログラムを実行することによって各処理機能を実現するものであってもよい。また、各処理部が有する処理機能は、単一又は複数の処理回路に適宜に分散又は統合されて実現されてもよい。また、各処理部が有する処理機能は、回路等のハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、又は、ハードウェアとソフトウェアとの混合によって実現されても構わない。また、ここでは、各処理機能に対応するプログラムが単一の記憶回路に記憶される場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、各処理機能に対応するプログラムが複数の記憶回路に分散して記憶され、各処理部が、各記憶回路から各プログラムを読み出して実行する構成としても構わない。

また、上述した説明で用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ(Graphics Processing Unit)、又は、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）、及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。ここで、記憶回路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に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。また、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成され、その機能を実現するようにしてもよい。

ここで、プロセッサによって実行されるプログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）や記憶回路等に予め組み込まれて提供される。なお、このプログラムは、これらの装置にインストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ（Compact Disk）－ＲＯＭ、ＦＤ（Flexible Disk）、ＣＤ－Ｒ（Recordable）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な非一過性の記憶媒体に記録されて提供されてもよい。また、このプログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納され、ネットワーク経由でダウンロードされることによって提供又は配布されてもよい。例えば、このプログラムは、上述した各処理機能を含むモジュールで構成される。実際のハードウェアとしては、ＣＰＵが、ＲＯＭ等の記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、各モジュールが主記憶装置上にロードされて、主記憶装置上に生成される。

また、上述した実施形態及び実施例において、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散又は統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散又は統合して構成することができる。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、ＣＰＵ及び当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、或いは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。

また、上述した実施形態及び実施例で説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を手動的に行なうこともでき、或いは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を公知の方法で自動的に行なうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

なお、本明細書において扱う各種データは、典型的にはデジタルデータである。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、位置決め画像における臓器の迅速な分割を実現することができる。

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、実施形態同士の組み合わせ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、１００ａ、１００ｂ 画像分割装置
１０１ 位置決め画像取得部
１０２ 仮位置決め部
１１０ 分割部
１０３ 最適化部
１０４ 体部輪郭検出部
２００ 磁気共鳴イメージング装置

Claims (17)

1. 磁気共鳴イメージング用の画像分割装置であって、
   臓器の三次元又は複数層の二次元の位置決め画像を取得する取得部と、
   前記位置決め画像に基づいて、当該位置決め画像に含まれる複数のスライスの層方向における前記臓器が存在するセグメントを仮位置決めする仮位置決め部と、
   前記臓器が存在するセグメント内の位置決め画像に対して画像分割処理を行い、前記臓器の分割結果を取得する分割部と
   を備える、画像分割装置。
2. 前記仮位置決め部は、探索アルゴリズムに基づいて、前記位置決め画像に基づいて取得された複数枚の横断面二次元画像の中から２枚以上の横断面二次元画像を選択し、選択された横断面二次元画像に対して画像分割処理を行って、前記層方向における前記臓器の端部に対応する横断面二次元画像を特定することで、前記層方向における前記臓器が存在するセグメントを仮位置決めする、
   請求項１に記載の画像分割装置。
3. 前記仮位置決め部は、等間隔選択方式、ランダム選択方式、又は、前記臓器の分布に基づく選択方式で、前記２枚以上の前記横断面二次元画像を選択する、
   請求項２に記載の画像分割装置。
4. 前記臓器の分割結果に基づいて、前記臓器の局部特徴を最適化する最適化部をさらに備える、
   請求項１に記載の画像分割装置。
5. 前記最適化部は、前記臓器の分割結果に基づいて、局部特徴領域を選択し、選択された局部特徴領域に基づいて三次元曲面検出又は二次元エッジ検出を行うことで、前記臓器の局部特徴の頂点の位置を算出して最適化する、
   請求項４に記載の画像分割装置。
6. 前記臓器の局部特徴は、前記臓器の位置範囲を画定する６つの端部のうちのいずれかである、
   請求項４に記載の画像分割装置。
7. 前記層方向は、頭足方向、前後方向又は左右方向のいずれかである、
   請求項１に記載の画像分割装置。
8. 前記臓器の分割結果は、臓器の輪郭、大きさ及び位置を表すデータである、
   請求項１に記載の画像分割装置。
9. 前記探索アルゴリズムは、線形探索、二分探索、ツリー構造による探索、ハッシュ探索のいずれかである、
   請求項３に記載の画像分割装置。
10. 前記画像分割処理は、画像分割アルゴリズム又は深層学習を適用する、
    請求項１に記載の画像分割装置。
11. 前記位置決め画像に基づいて取得された複数枚の横断面二次元画像に基づいて、前記横断面二次元画像における体表面範囲を検出する検出部をさらに備え、
    前記最適化部は、前記体表面範囲及び前記臓器の分割結果に基づいて、前記臓器の局部特徴を最適化する、
    請求項４に記載の画像分割装置。
12. 前記臓器は、肝臓、腎臓、膵臓、脾臓、心臓のうちのいずれかである、
    請求項１～１１のいずれか一つに記載の画像分割装置。
13. 磁気共鳴イメージング用の画像分割方法であって、
    臓器の三次元又は複数層の二次元の位置決め画像を取得するステップと、
    前記位置決め画像に基づいて、当該位置決め画像に含まれる複数のスライスの層方向における前記臓器が存在するセグメントを仮位置決めするステップと、
    前記臓器が存在するセグメント内の位置決め画像に対して画像分割処理を行い、前記臓器の分割結果を取得するステップと
    を含む、画像分割方法。
14. 請求項１～１１のいずれか一つに記載の画像分割装置を備える、
    磁気共鳴イメージング装置。
15. 前記臓器の分割結果に基づいて、当該臓器を位置決めする位置決め部をさらに備える、
    請求項１４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
16. 前記臓器の分割結果に基づいて、スキャンＲＯＩ（Region Of Interest）の位置、方向、及び、ＦＯＶ（Field of View）の大きさを計画する計画部をさらに備える、
    請求項１４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
17. 前記臓器の分割結果に基づいて、前記臓器の三次元形態レンダリングを行うレンダリング部をさらに備える、
    請求項１４に記載の磁気共鳴イメージング装置。

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