JP3538726B2 - Magnetic resonance device displaying diffusion coefficient of diffusion tensor - Google Patents

Magnetic resonance device displaying diffusion coefficient of diffusion tensor

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JP3538726B2
JP3538726B2 JP15677097A JP15677097A JP3538726B2 JP 3538726 B2 JP3538726 B2 JP 3538726B2 JP 15677097 A JP15677097 A JP 15677097A JP 15677097 A JP15677097 A JP 15677097A JP 3538726 B2 JP3538726 B2 JP 3538726B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴装置に関
し、特に、神経線維や繊維状の組織などの繊維状の生体
組織の走行状態を求める方法及び求めた繊維状の生体組
織の走行状態を表示するのに好適な表示装置を有する磁
気共鳴装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic resonance apparatus and, more particularly, to a method for determining a running state of a fibrous biological tissue such as a nerve fiber or a fibrous tissue, and a method of determining the running state of the determined fibrous biological tissue. The present invention relates to a magnetic resonance apparatus having a display device suitable for displaying.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気共鳴装置による拡散計測とは、測定
対象に含まれる分子の拡散係数を測定する方法である。
測定された拡散係数には、生体中での細胞膜や細胞内構
造物などの制限や細胞内流動などの流れや運動など様々
な要因が加味されている。このため、純粋な拡散係数を
得ることはできないが、逆に生体の状態を反映した情報
を持つために臨床応用が検討されている。
2. Description of the Related Art Diffusion measurement by a magnetic resonance apparatus is a method for measuring a diffusion coefficient of a molecule contained in an object to be measured.
The measured diffusion coefficient takes into account various factors such as restrictions on cell membranes and intracellular structures in a living body, and flows and movements such as intracellular flow. For this reason, it is not possible to obtain a pure diffusion coefficient, but on the contrary, clinical application is being studied to have information reflecting the state of a living body.

【0003】特に、神経線維走行の計測は、拡散計測の
応用技術の一つである。神経線維およびそれをとりまく
ミエリン鞘内の水分子の拡散は、線維の走行方向と平行
な方向ではほとんど制限されないが、線維の走行方向と
直交する方向では細胞膜の影響で強く制限される。この
ため、拡散係数を測定すると神経繊維の走行と平行な方
向では高く、直交する方向では低くなる。これは拡散異
方性と呼ばれ、磁気共鳴装置によって3行3列の対称行
列からなる拡散テンソルが計測される。この拡散テンソ
ルの主値(最大固有値)と主ベクトル(最大固有値に対
応する固有ベクトル)を計算することで神経線維の走行
方向を求めることが可能となる。これについては、ジャ
ーナル・オブ・マグネチック・レゾナンス誌(Journal
of Magnetic Resonance誌)、B 103号、247-254頁、199
4年発行に報告されている。
[0003] In particular, the measurement of nerve fiber running is one of the applied techniques of diffusion measurement. The diffusion of water molecules in a nerve fiber and the surrounding myelin sheath is hardly restricted in a direction parallel to the running direction of the fiber, but is strongly limited in a direction perpendicular to the running direction of the fiber by the influence of the cell membrane. For this reason, when the diffusion coefficient is measured, it is high in the direction parallel to the running of the nerve fiber and low in the direction perpendicular thereto. This is called diffusion anisotropy, and a magnetic resonance apparatus measures a diffusion tensor composed of a 3-by-3 symmetric matrix. By calculating the principal value (maximum eigenvalue) and principal vector (eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue) of the diffusion tensor, it becomes possible to determine the traveling direction of the nerve fiber. For this, see Journal of Magnetic Resonance (Journal
of Magnetic Resonance), B 103, pp. 247-254, 199
Reported for four years.

【0004】得られた神経線維の走行を表示する方法と
しては楕円球を用いる方法(バイオフィジカル・ジャー
ナル誌(Biophysical Journal誌)、66号、259-267頁、
1994年発行)、マクシマム・インテンシテイ・プロット
(Maximum Intensity Plot:MIP)を用いる方法(特開
平7−371)、矢印や三角形を用いる方法(マグネチ
ック・レゾナンス・イン・メジスン誌(Magnetic Reson
ance in Medicine誌)、 34号、786-791頁、1995年発
行)が提案されている。
[0004] As a method of displaying the running of the obtained nerve fiber, a method using an ellipsoidal sphere (Biophysical Journal, 66, 259-267,
1994), a method using Maximum Intensity Plot (MIP) (JP-A-7-371), a method using arrows and triangles (Magnetic Resonance in Medicine).
ance in Medicine), No. 34, pages 786-791, published in 1995).

【0005】楕円球を用いる方法は各ボクセルで得られ
た拡散テンソルを楕円球で表すものである。楕円球の長
軸が神経線維の走行方向を、楕円球の扁平度が拡散異方
性の度合いを示していることから、各ボクセル内におけ
る神経線維の走行方向を確認するには適している。しか
し、2次元の画像をこの表示方法で表した場合、ボクセ
ル間の関係が明瞭ではなく、全体として神経線維がどの
ように走行しているか把握することは困難になる。さら
に3次元の場合には表示自体も困難である。
The method using an ellipsoidal sphere expresses the diffusion tensor obtained by each voxel with an ellipsoidal sphere. Since the major axis of the ellipsoid indicates the traveling direction of the nerve fiber and the flatness of the ellipsoid indicates the degree of diffusion anisotropy, it is suitable for confirming the traveling direction of the nerve fiber in each voxel. However, when a two-dimensional image is represented by this display method, the relationship between voxels is not clear, and it is difficult to grasp how the nerve fibers travel as a whole. Furthermore, in the case of three dimensions, display itself is also difficult.

【0006】MIPを用いる方法は、ある方向に拡散強
調を施した複数のスライスからなる画像を取得し、その
輝度の高い部分、すなわち神経線維の部分だけを表示す
る方法である。この方法では神経線維の脱髄疾患などの
異常を発見しやすいが、各ボクセルでの神経線維の走行
方向などを観察することはできないという欠点を持つ。
The method using MIP is a method of acquiring an image composed of a plurality of slices subjected to diffusion emphasis in a certain direction, and displaying only a portion having a high luminance, that is, a nerve fiber portion. This method makes it easy to find abnormalities such as demyelinating diseases of nerve fibers, but has the drawback that the running direction of nerve fibers in each voxel cannot be observed.

【0007】矢印などを用いる方法は、拡散テンソルの
主成分を矢印などで表し、形態画像上に重ねて表示する
方法である。この表示方法では、2次元画像では神経線
維の走行を把握しやすいが、3次元の場合に困難になる
点、および空間分解能を落とすか形態画像を拡大して表
示させなければならない点が問題である。
The method using an arrow or the like is a method in which the main component of the diffusion tensor is represented by an arrow or the like and is superimposed on a morphological image and displayed. In this display method, running of nerve fibers is easy to grasp in a two-dimensional image, but it becomes difficult in the case of three-dimensional images, and there is a problem that a spatial resolution must be reduced or a morphological image must be enlarged and displayed. is there.

【0008】以上説明したように、以上の3つの方法で
は神経線維の走行を容易に把握することは困難である。
特に白質の神経線維が灰白質のどの領野を連結している
か、その神経線維の走行に異常はないかなどを同時に把
握することは、各ボクセルでの走行方向の情報とボクセ
ル間での連結情報が不可欠なことから困難であった。
As described above, it is difficult to easily grasp the running of nerve fibers by the above three methods.
In particular, it is necessary to simultaneously grasp which areas of the gray matter are connected to the nerve fibers of the white matter and whether there is no abnormality in the running of the nerve fibers.It is necessary to obtain information on the running direction of each voxel and the connection information between the voxels. Was difficult because it was essential.

【0009】また、神経線維だけでなく心筋などの筋線
維の走行についても上記方法を応用した計測方法が提案
されている。これについては、例えばマグネチック・レ
ゾナンス・イン・メジスン誌、 34号、786-791頁、1995
年発行に報告されている。これについても同様の問題が
ある。
Further, a measurement method applying the above method has been proposed for running not only nerve fibers but also muscle fibers such as myocardium. This is discussed, for example, in Magnetic Resonance in Medicine, No. 34, pages 786-791, 1995.
Reported in the year issuance. This has a similar problem.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、神
経線維の走行を容易に把握できるように表示することは
困難である。特に、ボクセル間で神経線維がどのように
連結しているか把握することが難しいために、神経線維
全体の走行を把握することは困難である。例えば、灰白
質のどの領野が神経線維によって結ばれているか把握す
ることや、その走行に異常が存在しないかを把握するこ
とは困難であった。本発明の課題は、神経線維の走行を
把握するのに好適な表示装置を提供することにある。
In the above-mentioned prior art, it is difficult to display the running of nerve fibers so that they can be easily grasped. In particular, it is difficult to grasp how nerve fibers are connected between voxels, and it is therefore difficult to grasp the running of all nerve fibers. For example, it has been difficult to determine which areas of the gray matter are connected by nerve fibers and to determine whether there is any abnormality in the running. An object of the present invention is to provide a display device suitable for grasping the running of nerve fibers.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明では、画像上の各
点における拡散テンソルを用いて、最も拡散係数の高い
方向にある点を導出し、導出された一連の点からなるデ
ータを作成する処理手段と、作成された一連の点からな
るデータの表示手段を備える表示装置を提供する。具体
的な処理手段は、任意の始点において拡散係数が最も高
い方向を計算し、その方向で前記始点から所定の距離だ
け離れた次の点を導出し、この次の点においても拡散係
数が最も高い方向を計算し、所定の距離だけ離れた次の
点を導出して順次繰返し、この繰返しによって一連の点
からなるデータを作成することからなる。拡散係数の最
も高い方向が神経線維などの繊維状の生体組織の走行方
向と一致するため、この処理によって生体組織の走行に
沿った点が一連のデータとして作成され、この一連のデ
ータを表示することで生体組織の走行が容易に把握可能
となる。
According to the present invention, a point located in the direction with the highest diffusion coefficient is derived using a diffusion tensor at each point on an image, and data comprising a series of derived points is created. Provided is a display device including a processing unit and a display unit for displaying data including a series of generated points. The specific processing means calculates the direction in which the diffusion coefficient is the highest at an arbitrary start point, derives the next point separated by a predetermined distance from the start point in that direction, and also at this next point, the diffusion coefficient is the highest. The high direction is calculated, the next point separated by a predetermined distance is derived, and iteratively repeats, and data consisting of a series of points is created by this repetition. Since the direction with the highest diffusion coefficient matches the running direction of the fibrous biological tissue such as nerve fibers, this process creates points along the running of the biological tissue as a series of data, and displays this series of data. Thus, the running of the living tissue can be easily grasped.

【0012】また、本発明は、始点となる一点もしくは
ある領域の中の複数の始点からそれぞれ一連のデータを
作成してもよい。これにより、注目したい点もしくは領
域のみの繊維状の生体組織を選択することが可能とな
る。
According to the present invention, a series of data may be created from one point serving as a starting point or a plurality of starting points in a certain area. As a result, it is possible to select a fibrous biological tissue of only a point or a region of interest.

【0013】また、次の点までの距離を設定する際に、
計算された拡散係数の大きさに応じて該距離を変化させ
ても良い。ボクセル内で繊維状の生体組織の曲率が小さ
い箇所ではこの組織が同一方向に整った形状を成すため
に、この方向での拡散係数が高くなる。このため、拡散
係数の高い箇所で該距離を大きくすることで、誤差はあ
まり大きくならないが、繰り返し計算の回数低減、すな
わち、処理時間の短縮が可能となる。
When setting the distance to the next point,
The distance may be changed according to the magnitude of the calculated diffusion coefficient. In a portion of the voxel where the curvature of the fibrous biological tissue is small, the tissue has a uniform shape in the same direction, and the diffusion coefficient in this direction is high. For this reason, by increasing the distance at a location where the diffusion coefficient is high, the error does not increase so much, but the number of repetition calculations can be reduced, that is, the processing time can be reduced.

【0014】また、導出された点における信号強度の大
きさが所定の値よりも小さい場合、または拡散係数の拡
散異方性が小さい場合の少なくとも一方の条件が満たさ
れた場合には繰り返しする処理を終了しても良い。これ
により対象物体の存在しない点や信号強度が低く十分な
精度が得られない点、もしくは繊維状の生体組織の走行
が整っておらず拡散異方性が小さくなった点を一連のデ
ータから除外することが可能となる。
If the magnitude of the signal strength at the derived point is smaller than a predetermined value, or if at least one of the conditions when the diffusion anisotropy of the diffusion coefficient is small is satisfied, the processing is repeated. May be terminated. As a result, points where the target object does not exist, points where the signal intensity is low and sufficient accuracy is not obtained, or points where fibrous biological tissue is not properly run and diffusion anisotropy is reduced are excluded from the series of data. It is possible to do.

【0015】また、一連の点からなるデータを表示する
手段において、該データを折れ線もしくは曲線で連結
し、磁気共鳴装置により得られた画像上に重ねて表示し
ても良い。これにより、形態画像と繊維状の生体組織の
走行の両方を同時に観察可能なことから、繊維状の生体
組織の位置が把握可能になる。
In the means for displaying data consisting of a series of points, the data may be connected by a broken line or a curve, and displayed on an image obtained by the magnetic resonance apparatus. Accordingly, since both the morphological image and the running of the fibrous biological tissue can be observed at the same time, the position of the fibrous biological tissue can be grasped.

【0016】また、一連のデータを連結した線上に縞模
様を描画し、この縞模様が連結した方向に時間的に移動
するように動画表示しても良い。これにより、複数の一
連の点からなるデータを同時に表示した場合に、それぞ
れのデータを判別しやすくなる。また、ある所定の領域
に含まれる繊維状の生体組織の走行を観察する場合に、
領域内でのその組織の走行方向に縞模様が移動するよう
に動画表示されることから、該領域全体でのその組織の
走行が把握しやすくなる。
Further, a stripe pattern may be drawn on a line connecting a series of data, and a moving image may be displayed so as to move temporally in a direction in which the stripe pattern is connected. This makes it easier to determine each data when data consisting of a plurality of series of points is displayed at the same time. Further, when observing the running of the fibrous biological tissue included in a certain predetermined area,
Since the moving image is displayed so that the stripe pattern moves in the running direction of the tissue in the region, the running of the tissue in the entire region can be easily grasped.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】図1は本発明にかかる磁気共鳴装置の概略
構成図である。図1において、1は静磁場を発生する磁
石、2は測定対象、3は高周波磁場の発生と測定対象2
から生じる磁気共鳴信号の検出のためのコイル、4、
5、6はそれぞれX方向、Y方向およびZ方向の傾斜磁
場を発生させるための傾斜磁場発生コイルである。7は
上記各傾斜磁場発生コイル4、5、6に電流を供給する
ためのコイル駆動装置である。8は各装置の動作を制御
するための計算機、9は測定されたデータの処理および
表示を行う表示装置である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnetic resonance apparatus according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a magnet that generates a static magnetic field, 2 denotes an object to be measured, and 3 denotes an object to generate and measure a high-frequency magnetic field.
Coils for the detection of magnetic resonance signals arising from the
Reference numerals 5 and 6 denote gradient magnetic field generating coils for generating gradient magnetic fields in the X, Y and Z directions, respectively. Reference numeral 7 denotes a coil driving device for supplying a current to the gradient magnetic field generating coils 4, 5, and 6. Reference numeral 8 denotes a computer for controlling the operation of each device, and 9 denotes a display device for processing and displaying measured data.

【0019】次に本装置の動作の概要を説明する。測定
対象2の核スピンを励起する高周波磁場は、シンセサイ
ザ10により発生させた高周波を変調器11で波形整
形、電力増幅し、コイル3に電流を供給することにより
発生させる。コイル駆動装置7から電流を供給された傾
斜磁場発生コイル4、5、6は傾斜磁場を発生し、測定
対象2からの磁気共鳴信号を変調する。該変調信号はコ
イル3により受信され、増幅器12で増幅、検波器13
で検波された後、計算機8に入力される。計算機8は入
力データを表示装置9に転送し、表示装置9でデータ処
理および処理結果を表示する。なお、処理の高速化のた
めに計算機8でデータ処理を行う場合もある。また、計
算機8は予めプログラムされたタイミング、強度で各装
置が動作するように制御を行う。該プログラムの内、特
に高周波磁場、傾斜磁場、信号受信のタイミングや強度
を記述したものはシーケンスと呼ばれている。
Next, an outline of the operation of the present apparatus will be described. The high-frequency magnetic field for exciting the nuclear spins of the measurement target 2 is generated by shaping the waveform of the high frequency generated by the synthesizer 10 with the modulator 11, amplifying the power, and supplying the coil 3 with current. The gradient magnetic field generating coils 4, 5, and 6 supplied with current from the coil driving device 7 generate gradient magnetic fields and modulate magnetic resonance signals from the measurement target 2. The modulated signal is received by the coil 3, amplified by the amplifier 12, and detected by the detector 13
, And is input to the computer 8. The computer 8 transfers the input data to the display device 9 and displays the data processing and the processing result on the display device 9. In some cases, the computer 8 performs data processing in order to speed up the processing. The computer 8 controls each device to operate at a timing and intensity programmed in advance. Among the programs, those describing the high-frequency magnetic field, the gradient magnetic field, and the timing and intensity of signal reception are called a sequence.

【0020】図2にシーケンスの一例を示す。励起高周
波磁場パルス21を印加し、測定対象に磁気共鳴現象を
誘起する。高周波磁場パルス印加と同時にスライス傾斜
磁場24を印加し、Z方向のスライスを選択する。反転
高周波磁場パルス22を印加することで磁化を反転し、
エコー23を発生させる。発生したエコー23はADサ
ンプリングにて、データとして格納される。また、AD
サンプリングと同時にX方向にリードアウト傾斜磁場2
5を印加し、X方向の位置情報をデータに付与する。ま
た、Y、Z方向の位置情報をデータに付与するために位
相エンコード傾斜磁場26を印加し、繰り返し計測毎に
その強度を変化させる。拡散の情報を付与するために励
起高周波磁場パルス21と反転高周波磁場パルス22と
の間、および反転高周波磁場パルス22とエコー23と
の間に互いに補償する二つの拡散傾斜磁場27を印加す
る。該拡散傾斜磁場は、傾斜磁場発生コイル4から発生
するX方向の傾斜磁場、傾斜磁場発生コイル5から発生
するY方向の傾斜磁場、および傾斜磁場発生コイル6か
ら発生するZ方向の傾斜磁場の合成または単独として与
えられる。この二つの拡散傾斜磁場を強度の時間積分が
等しくなるように調整する。このとき、もし拡散運動が
なければ、第1番目の拡散傾斜磁場でディフェーズされ
た磁化の位相は、第2番目の拡散傾斜磁場で完全にリフ
ェーズされ、拡散傾斜磁場が印加されない場合と比較し
て信号強度は減衰しない。しかし、拡散があれば完全に
リフェーズできなくなるために、その激しさに応じた割
合で信号強度が減衰する。理想的な場合、信号強度の減
衰は次式で与えられる。
FIG. 2 shows an example of the sequence. An excitation high-frequency magnetic field pulse 21 is applied to induce a magnetic resonance phenomenon in a measurement target. The slice gradient magnetic field 24 is applied simultaneously with the application of the high-frequency magnetic field pulse, and a slice in the Z direction is selected. The magnetization is inverted by applying the inversion high frequency magnetic field pulse 22,
An echo 23 is generated. The generated echo 23 is stored as data by AD sampling. Also, AD
Readout gradient magnetic field 2 in X direction at the same time as sampling
5 is applied to add the position information in the X direction to the data. In addition, a phase encoding gradient magnetic field 26 is applied to give position information in the Y and Z directions to the data, and the intensity is changed every time measurement is repeated. Two diffusion gradient magnetic fields 27 are applied between the excitation high-frequency magnetic field pulse 21 and the inverted high-frequency magnetic field pulse 22 and between the inverted high-frequency magnetic field pulse 22 and the echo 23 to provide diffusion information. The diffusion gradient magnetic field is a combination of a gradient magnetic field in the X direction generated from the gradient magnetic field generating coil 4, a gradient magnetic field in the Y direction generated from the gradient magnetic field generating coil 5, and a gradient magnetic field in the Z direction generated from the gradient magnetic field generating coil 6. Or given alone. The two diffusion gradient magnetic fields are adjusted so that the time integral of the intensity becomes equal. At this time, if there is no diffusion motion, the phase of the magnetization dephased by the first diffusion gradient magnetic field is completely rephased by the second diffusion gradient magnetic field and compared with the case where no diffusion gradient magnetic field is applied. The signal strength does not attenuate. However, if the spread occurs, the phase cannot be completely rephased, so that the signal intensity attenuates at a rate corresponding to the intensity. In the ideal case, the signal strength attenuation is given by:

【0021】[0021]

【数1】 (Equation 1)

【0022】ここで、Dは拡散テンソルを表し、3行3
列の対称行列である。bは傾斜磁場因子とよばれ、拡散
傾斜磁場の印加時間と印加強度とから次式で計算され
る。
Here, D represents a diffusion tensor, 3 rows 3
It is a symmetric matrix of columns. b is called a gradient magnetic field factor, and is calculated by the following equation from the application time and the applied intensity of the diffusion gradient magnetic field.

【0023】bij=∫γ2{∫Gi(τ)dτ∫Gj(τ)dτ}dt 拡散テンソルを計算するためには、傾斜磁場因子の印加
方向を変えて少なくとも7回の計測を行い、(数1)に
より算出する。拡散テンソルから線維の走行を求めるに
は主値と主ベクトルが大きな意味をもつ。主ベクトルは
拡散係数の最も高い方向を示しており、これが線維の走
行方向と一致する。固有値および固有ベクトルの計算方
法は、例えば数値計算ハンドブック、大野、磯田、監
修、オーム社、1990年発行に詳述されているのでこ
こでは省略する。
Bij = ∫γ 2 {∫Gi (τ) dτ∫Gj (τ) dτ} dt In order to calculate the diffusion tensor, measurement is performed at least seven times by changing the application direction of the gradient magnetic field factor. It is calculated by Equation 1). Principal values and principal vectors have a significant meaning in obtaining the fiber running from the diffusion tensor. The main vector indicates the direction of the highest diffusion coefficient, which coincides with the running direction of the fiber. The method of calculating eigenvalues and eigenvectors is described in, for example, Numerical Computation Handbook, edited by Ohno, Isoda, and supervised by Ohmsha, 1990, and will not be described here.

【0024】次に、本発明の表示装置の動作について説
明する。本発明の表示装置は拡散テンソルデータを処理
する処理手段と該処理手段により得られたデータを表示
する手段を備える。具体的な処理手段および表示手段は
図3に示すアルゴリズムによる。まず、始点となる所定
の点aにおいて拡散係数が最も高い方向、すなわち主ベ
クトルの方向を導出する。次に前記方向で点aから所定
の距離bだけ離れた点bを導出する。次に、導出された点
bを始点として、この処理を繰り返す。繰り返し処理で
導出された一連の点からなるデータを作成し、これを表
示する。図4に画像上での本処理の模式図を示す。図4
において画像の画素に相当する格子の上の矢印は、上記
方法により算出された主ベクトルを表している。まず、
始点となる点p0を設定する。次に、この点p0での主値、
主ベクトルを計算する。この際、点p0が格子上にある場
合には算出されている主値、主ベクトルを用い、格子上
にない場合には、周囲の格子点から線形補間などにより
算出する。これにより点p0での神経線維の走行方向が導
出される。算出した主ベクトルの方向に所定の距離離れ
た点p1を導出する。次に点p1を始点としてこの処理を繰
り返し、一連のデータp0、 p1、 ...、pnを作成する。
これにより神経線維に沿った点からなる一連のデータが
得られる。最後にこの一連のデータを表示する。
Next, the operation of the display device of the present invention will be described. The display device of the present invention includes processing means for processing diffusion tensor data and means for displaying data obtained by the processing means. Specific processing means and display means are based on the algorithm shown in FIG. First, the direction in which the diffusion coefficient is the highest at the predetermined point a serving as the starting point, that is, the direction of the main vector is derived. Next, a point b that is separated from the point a by a predetermined distance b in the above direction is derived. Next, the derived points
This process is repeated starting from b. Create data consisting of a series of points derived in the iterative process and display it. FIG. 4 shows a schematic diagram of this processing on an image. FIG.
, The arrow on the grid corresponding to the pixel of the image indicates the main vector calculated by the above method. First,
Set the start point p0. Next, the principal value at this point p0,
Compute the principal vector. At this time, when the point p0 is on the grid, the calculated main value and main vector are used, and when it is not on the grid, it is calculated from the surrounding grid points by linear interpolation or the like. Thereby, the running direction of the nerve fiber at the point p0 is derived. A point p1 separated by a predetermined distance in the direction of the calculated main vector is derived. Next, this process is repeated with the point p1 as a starting point, and a series of data p0, p1,... Pn is created.
This results in a series of data consisting of points along the nerve fibers. Finally, this series of data is displayed.

【0025】ここで、始点から次の点までの距離は小さ
いほど誤差が小さくなるが、計算時間が長くなるという
問題が生じる。実際には、この距離は格子の幅よりも小
さい値に設定しておけば十分である。また、この距離を
主値の大きさに応じて変化させることで、計算時間を短
縮することが可能である。なぜなら、ボクセル内で神経
線維の曲率が小さい場合には神経線維が同一方向に整っ
た形状を成し、主値が大きくなる。このため、主値の大
きな点で次の点までの距離を大きくすることで、誤差は
あまり大きくならないが、繰り返し計算の回数低減、す
なわち処理時間の短縮が可能となる。
Here, as the distance from the starting point to the next point becomes smaller, the error becomes smaller, but there is a problem that the calculation time becomes longer. In practice, it is sufficient to set this distance to a value smaller than the width of the grid. Also, by changing this distance according to the magnitude of the main value, it is possible to reduce the calculation time. This is because, when the curvature of the nerve fiber is small in the voxel, the nerve fiber has a uniform shape in the same direction, and the main value increases. For this reason, by increasing the distance to the next point at a point where the main value is large, the error does not increase so much, but the number of repetitive calculations, that is, the processing time can be reduced.

【0026】また、点p1での信号強度が予め設定された
閾値よりも小さい場合もしくは点p0での拡散異方性の度
合いが小さい場合のいずれか、もしくは両方が成立した
場合には、繰り返し操作を終了するステップを備えても
良い。これにより、測定対象の存在しない点や信号強度
が小さく十分な精度が得られない点、もしくは神経線維
が整った形状をしていない点を除外することが可能とな
る。なお、図4では簡単のため主ベクトルの方向にのみ
点を導出しているが、主ベクトルとは逆方向にも導出し
ていく。これにより、線維の中間点を始点としても両方
向に点が導出される結果、線維全体を描出可能となる。
また、一方向に点を導出していくと、誤差が累積してい
き、本来の線維から離れた点を導出してしまう可能性が
ある。これを抑制するために、終点や中間点から点の導
出を始めて前記データを補正しても良い。
If either the signal intensity at the point p1 is smaller than a preset threshold value or the degree of the diffusion anisotropy at the point p0 is small, or both are satisfied, the repetitive operation is performed. May be provided. This makes it possible to exclude points where there is no measurement target, points where the signal intensity is small and sufficient accuracy is not obtained, or points where nerve fibers are not in a well-formed shape. Although points are derived only in the direction of the main vector in FIG. 4 for simplicity, the points are also derived in the direction opposite to the main vector. As a result, the points are derived in both directions even when the intermediate point of the fiber is set as the starting point, so that the entire fiber can be drawn.
In addition, when points are derived in one direction, errors accumulate, and points far from the original fiber may be derived. In order to suppress this, the data may be corrected by starting derivation of a point from an end point or an intermediate point.

【0027】本発明の表示手段による表示結果の一例を
図5に示す。図5では、磁気共鳴装置で測定された形態
画像上に、一連の点からなるデータを折れ線または曲線
で連結して表示している。これにより、神経線維の形態
画像上での位置が把握しやすくなる。また、形態画像を
白黒濃淡で表現し、神経線維を表す線を他の色で表現し
たり、その色の濃淡を主値の大きさにより変化させたり
することで、神経線維の走行をより把握しやすくでき
る。また、図5では2次元で表現しているが3次元画像
でも同様な表示が可能である。このときには、ボリュー
ムレンダリング等で表示された3次元形態画像上に一連
の点からなるデータを折れ線または曲線で描画する。ま
た、立体視可能なディスプレイを用いて表示すること
で、奥行き情報を持たせることも可能である。
FIG. 5 shows an example of a display result by the display means of the present invention. In FIG. 5, on the morphological image measured by the magnetic resonance apparatus, data consisting of a series of points is displayed by being connected by a polygonal line or a curve. This makes it easier to grasp the position of the nerve fiber on the morphological image. In addition, the morphological image is expressed in black and white shades, and the line representing the nerve fiber is expressed in another color, and the shade of the color is changed according to the magnitude of the main value, so that the running of the nerve fiber can be grasped more. Easy to do. Although FIG. 5 shows a two-dimensional representation, a similar display is possible with a three-dimensional image. At this time, data consisting of a series of points is drawn as a polygonal line or a curve on a three-dimensional image displayed by volume rendering or the like. In addition, depth information can be provided by displaying the image using a stereoscopic display.

【0028】また、図5において、白十字は設定した始
点を表している。始点の設定手段として、マウス等のポ
インティングデバイスや、キーボードなどによる座標値
の入力手段を備えても良い。
In FIG. 5, a white cross indicates a set starting point. As a starting point setting means, a pointing device such as a mouse, or a coordinate value input means using a keyboard or the like may be provided.

【0029】また、一連のデータを連結する線分の輝度
値が縞模様を成すように描画し、その縞模様が連結した
方向に移動するように動画表示しても良い。これによ
り、複数の始点が設定された場合でも、複数の折れ線ま
たは曲線の区別が容易になる。なお、縞模様を描画する
のに輝度ではなく明度や彩度など色彩を変えても良い。
また、縞模様としては、点線や破線のように輝度の設定
を2値化する関数を用いる方法やサイン関数などの連続
値をとる関数を用いる方法が使用可能である。
Further, a drawing may be made such that the luminance value of a line segment connecting a series of data forms a stripe pattern, and a moving image may be displayed so as to move in the direction in which the stripe pattern is linked. Thereby, even when a plurality of start points are set, it is easy to distinguish a plurality of polygonal lines or curves. Note that instead of luminance, colors such as lightness and saturation may be changed to draw a stripe pattern.
As the stripe pattern, a method using a function for binarizing the setting of luminance, such as a dotted line or a broken line, or a method using a function for taking a continuous value such as a sine function can be used.

【0030】なお、始点の設定手段だけではなく、始点
となる領域の設定手段を備えても良い。例えば、画像上
で観察したい領域を設定するためのポインティングデバ
イスや座標値を入力する手段、または信号強度に閾値を
設定し、閾値以上の信号強度の領域を抽出する手段、拡
散異方性に閾値を設定し、閾値以上の拡散異方性をもつ
領域を抽出する手段などがある。また、始点となる領域
が設定された場合、次のようにデータ処理を行う。領域
内のある1点を始点として、前記方法で一連の点からな
るデータを作成し、この一連のデータを領域から除く。
この処理を領域内に点が無くなるまで繰り返し、複数の
一連のデータを作成する。このデータから表示データを
次のように作成する。まず、各データの端点を基準とし
て各データを表す折れ線または曲線上に縞模様が描画さ
れるように輝度値を割り当てる。各ボクセルに含まれる
輝度値が複数ある場合にはその平均もしくは代表値を計
算し、それを輝度値とする画像を1枚作成する。次に該
縞模様が連結した方向に時間的に移動するように輝度値
を割り当て直し、各ボクセルの輝度値を前期と同様に計
算した2枚目の画像を作成する。これを繰り返し、得ら
れた一連の画像データを動画表示する。図6に作成され
た1枚の画像の模式図を示す。点線で囲まれた領域は設
定された観察領域を表し、画像上の縞模様は、一連の点
からなるデータごと割り振られた縞模様から算出された
ものである。この縞模様が神経線維の走行方向に時間的
に移動するように動画表示されることとなり、神経線維
の走行を容易に把握可能にできる。
It is to be noted that not only a starting point setting means but also a starting point area setting means may be provided. For example, a pointing device or a means for inputting coordinate values for setting an area to be observed on an image, or a means for setting a threshold value for signal strength and extracting a region having a signal strength equal to or greater than the threshold value, and a means for setting a threshold value for diffusion anisotropy For extracting a region having a diffusion anisotropy greater than or equal to a threshold. In addition, when an area serving as a start point is set, data processing is performed as follows. Starting from a certain point in the area, data consisting of a series of points is created by the above-described method, and this series of data is removed from the area.
This process is repeated until there are no more points in the area to create a plurality of series of data. Display data is created from this data as follows. First, a luminance value is assigned so that a stripe pattern is drawn on a polygonal line or a curve representing each data with reference to an end point of each data. When there are a plurality of luminance values included in each voxel, the average or representative value is calculated, and one image having the luminance values is created. Next, a luminance value is reassigned so that the stripe pattern moves temporally in the connected direction, and a second image in which the luminance value of each voxel is calculated in the same manner as in the previous period is created. By repeating this, a series of obtained image data is displayed as a moving image. FIG. 6 shows a schematic diagram of one created image. The area surrounded by the dotted line represents the set observation area, and the striped pattern on the image is calculated from the striped pattern assigned to each data consisting of a series of points. This striped pattern is displayed as a moving image so as to temporally move in the running direction of the nerve fiber, and the running of the nerve fiber can be easily grasped.

【0031】なお、本発明では神経線維の走行について
説明を行ったが、他の線維状の構造物、例えば心筋など
の筋線維などにも本発明は適用可能である。
In the present invention, the running of nerve fibers has been described. However, the present invention can be applied to other fibrous structures, for example, muscle fibers such as myocardium.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、拡散係数が最も高い方向に応じる1連の点の主
ベクトルそれぞれを導出し、主ベクトルから得られるデ
ータを折れ線または曲線、もしくはこれらを縞模様で表
示できるようにしたことで、神経線維等の繊維状の生体
組織の状態を好敵に表示できる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, each of the main vectors of a series of points corresponding to the direction having the highest diffusion coefficient is derived, and the data obtained from the main vector is represented by a broken line or a curve. Alternatively, by displaying them in a striped pattern, the state of a fibrous biological tissue such as a nerve fiber can be displayed favorably.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の適用装置である磁気共鳴装置の装置構
成の一例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a device configuration of a magnetic resonance apparatus which is an application apparatus of the present invention.

【図2】神経線維描画に用いられる基本的シーケンスの
一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a basic sequence used for drawing a nerve fiber.

【図3】本発明の表示装置が備える処理手段と表示手段
のアルゴリズムを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an algorithm of processing means and display means provided in the display device of the present invention.

【図4】本発明の処理手段と表示手段のアルゴリズムを
画像上で模式的に示した図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing an algorithm of a processing unit and a display unit of the present invention on an image.

【図5】本発明の表示手段による表示結果を示す模式図
である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a display result by a display unit of the present invention.

【図6】本発明の表示手段による表示結果の他の一例を
示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing another example of a display result by the display unit of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 静磁場発生用磁石 2 測定対象 3 高周波磁場発生および信号検出用コイル 4、5、6 傾斜磁場発生用コイル 7 コイル駆動装置 8 計算機 9 表示装置 10 シンセサイザ 11 変調器 12 増幅器 13 検波器 21 励起高周波磁場パルス 22 反転高周波磁場パルス 23 エコー 24 スライス傾斜磁場 25 リードアウト傾斜磁場 26 位相エンコード傾斜磁場 27 拡散傾斜磁場 1 Magnet for generating static magnetic field 2 Measurement target 3 High frequency magnetic field generation and signal detection coil 4,5,6 gradient coil 7 Coil drive 8 Calculator 9 Display device 10 Synthesizer 11 Modulator 12 Amplifier 13 Detector 21 Excitation RF pulse 22 Inverted high frequency magnetic field pulse 23 echo 24 slice gradient magnetic field 25 Readout gradient magnetic field 26 Phase Encoding Gradient Magnetic Field 27 Diffusion gradient magnetic field

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−371(JP,A) 特開 平7−313487(JP,A) 特表 平9−501330(JP,A) 特表 平8−500021(JP,A) 中田力,磁気共鳴軸索画像,日独医 報,日本,1997年,第42巻第2号,p 255−263 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/055 JICSTファイル(JOIS)Continuation of the front page (56) References JP-A 7-371 (JP, A) JP-A 7-313487 (JP, A) JP 9-501330 (JP, A) JP 8-500021 (JP , A) R. Nakata, Magnetic Resonance Axon Image, German-Japanese Medical Journal, Japan, 1997, Vol. 42, No. 2, p. 255-263 (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) A61B 5/055 JICST file (JOIS)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 磁気共鳴によって生体中の分子の拡散テ
ンソルを計測して得られる前記生体中の各点での拡散テ
ンソルデータを処理して前記生体中の繊維状の生体組織
の走行状態を求める処理手段と、該処理手段により得ら
れた前記走行状態を表示する表示手段とを備え、 前記処理手段は、任意の点を始点としてその始点におけ
る拡散係数が最も高い方向を計算し、その方向で前記始
点から所定の距離だけ離れた次の点を導出し、この次の
点においても拡散係数が最も高い方向を計算し、所定の
距離だけ離れた次の点を導出して順次繰返し、この繰返
しによって一連の点からなるデータを作成し、 前記表示手段は、前記処理手段により得られた一連の点
からなるデータを連結して表示することを特徴とする磁
気共鳴装置。
1. A method for determining a running state of a fibrous living tissue in a living body by processing diffusion tensor data at each point in the living body obtained by measuring a diffusion tensor of a molecule in the living body by magnetic resonance. Processing means, and display means for displaying the running state obtained by the processing means, the processing means calculates the direction in which the diffusion coefficient at the start point is the highest from an arbitrary point, and Deriving the next point separated by a predetermined distance from the start point, calculating the direction in which the diffusion coefficient is the highest also at this next point, deriving the next point separated by a predetermined distance, and sequentially repeating the same. A magnetic resonance apparatus, wherein data consisting of a series of points are generated by the processing means, and the display means connects and displays the data consisting of a series of points obtained by the processing means.
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