JP4454960B2 - 撮像データの補正方法、核スピントモグラフィ装置およびコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は医用撮像診断法、特に診断薬剤により検査領域内に生ぜしめられた変化の時間的な経過に関する医用画像データセットの評価法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
患者の器官または身体領域内の例えば造影剤または放射性医薬品のような診断用薬剤の伝搬の、磁気共鳴トモグラフィまたはシンチグラフィの手段による検査の叙述力は、さまざまな影響により損なわれる。相応の検査は、異なる相続く時点に対する検査範囲の撮像を供給する測定のシーケンスをもとにして行われる。場合によっては病気が原因の変化の評価のためには、こうして発生された撮像シリーズの像データから、診断薬剤により生ぜしめられた像強度変化が正確に評価されなければならない。
【０００３】
診断用薬剤により生じる像強度変化の信頼できる評価は、主として３つの影響により困難になる。
【０００４】
第１の影響はたとえば心拍または呼吸のような身体機能に基づく身体内の器官の変形およびずれによるものである。従って像の撮像時点は測定シーケンスにおいて特定の身体機能と同期化される。こうして例えば心臓の灌流測定の際には心電図信号が心拍サイクルと撮像を同期化するために使用される。測定シーケンスの個々の撮像はそれにより常に心臓の変形状態と同じ変形状態で得られる。しかし呼吸は心臓のサイクルとは異なるサイクルで行われるので、個々の撮像における心臓またはその表示のずれが生ずることになる。一般にこのことは、検査される器官または検査される身体範囲の等しい領域が撮像シリーズの個々の像の異なる位置に撮像されることを意味する。従って像のなかの検査すべき身体領域の位置の決定は撮像シリーズの他の像に転用され得ない。
【０００５】
呼吸により生じる器官の運きが撮像シリーズの像データの評価を困難にしたり、または全く不可能にすることを避けるため、測定シーケンスの撮像シリーズは何回も呼吸停止のもとに実行される。しかしながらこのことは相応する測定シーケンスの間に患者に大きい負担をかけ、それによってさらに患者の信頼のおけない負荷状況が発生され得る。
【０００６】
さらに評価が像データ発生のために使用される検出器の特性により影響される。特に測定対象物への距離および（または）方向による検出器の感度の変化は、検査領域の異なる位置の測定データまたはそれにより仲介される像強度の比較を困難にする。こうしてたとえば磁気共鳴トモグラフィでは同種の組織が検出器コイルへの間隔に関係して異なる強度を示す。その際に強度はコイルへの間隔の増大と共に低下する。
【０００７】
従って、検出器コイルの近くの組織が検出器からある距離に位置している組織と比較され、両組織が診断薬剤の同一の濃度を含んでいると、コイルの近くの組織内の薬剤はコイルから遠い組織よりも高い像強度を生ずる。
【０００８】
この測定条件に基く信号変化の正しい評価を視覚により行うことは、特に測定される信号強度が検出器コイルまたは測定システムの撮像特性に付加して組織自体の磁気的な特性にも影響されるので、非常に困難である。
【０００９】
類似の状況が、測定される像強度がガンマカメラの撮像特性および組織内の放射性医薬品の濃縮から成っているシンチグラフィでも生ずる。
【００１０】
さらに像強度または測定シーケンスの撮像の像データセットにおける身体領域の像要素の値は、この身体領域自体の組織の寄与と撮像の時点でのこの組織内の診断薬剤の濃度の寄与とから成っているので、像強度から診断薬剤の濃度は推定され得ない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の課題は、検査領域に診断薬剤を入れることにより発生される変化の時間的経過を検査するための測定シーケンスの像データを、これらの変化の確実な評価が可能なように補正することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明の請求項１の特徴により解決される。
【００１３】
本発明によれば、医用診断の撮像システムにより検査対象物において時間的に連続して撮像される測定のシーケンスの撮像データを補正するための方法が提案され、この方法においては、シーケンスの少なくとも第１の像データセットが診断上重要な事象の発生の前の検査対象物に関するものであり、シーケンスの少なくとも第２の像データセットが診断上重要な事象の発生の際および（または）後の検査対象物に関するものであり、第１のステップにおいて、測定シーケンスの撮像における像内容をずらすことによりすべての像における検査対象物の位置がほぼ合致させられることによって像データの第１の補正が行われ、第２のステップにおいて、平均値像が第１のステップで補正された第１の像データセットから形成され、第１のステップで補正された第１および第２の像データセットのすべての像が計算された平均値像に像要素ごとに正規化されることによって像データの第２の補正が行われ、第３のステップにおいて、第１の像データセットの第２のステップで補正された像の構造的に一様な像領域の像要素の値または第１の像データセットにおけるこの領域の像要素の平均値が第１および第２の像データセットにおけるこの領域のすべての像要素の値から差し引かれることによって像データの第３の補正が行われる。
【００１４】
本発明による補正方法は、検査領域の診断薬剤の伝搬の時間的経過の確実な評価が可能にされるように、簡単な仕方で相応の測定シーケンスの撮像から上記の擾乱因子の寄与を消去する。
【００１５】
本発明の有利な構成は請求項２以下にあげられている。
【００１６】
医用診断の撮像システムとしては、好ましくは、磁気共鳴トモグラフィのためのシステムまたはシンチグラフィシステムが使用される。
【００１７】
僅かな費用でシーケンスの種々の像における検査対象物の位置適応を達成するため、像データの第１の補正が相関解析を使用して有利に行われる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を一層詳細に説明する。
【００１９】
たとえば磁気共鳴トモグラフィのような診断方法において、検査される身体領域の内部の像表示が得られる。
【００２０】
図１は本発明による対象物の核スピン像を発生するための磁気共鳴撮像または核スピントモグラフィ装置の概要図を示す。この核スピントモグラフィ装置の構成は従来通常のトモグラフィ装置の構成に相当する。基本磁界磁石１は、人体の検査すべき部分のような対象物の検査範囲における核スピンのポラライゼーションまたは方向付けをするための時間的に一定の強い磁界を発生する。核スピン共鳴測定のために必要な基本磁界の高い均一性はたとえば球状の測定ボリウムＭのなかで定められており、そのなかに人体の検査すべき部分が入れられる。均一性の要求を支援するため、特に時間的に不変の影響を消去するため、適切な個所に強磁性材料から成るいわゆるシム板が取り付けられる。時間的に変化する影響は、シム電流源１５により駆動されるシムコイル２により消去される。
【００２１】
基本磁界磁石１のなかに、３つの部分巻線から成る円筒状の傾斜コイルシステム３が入れられている。各部分巻線は増幅器１４から、直交座標系の各方向に線形の傾斜磁界を発生するための電流を供給される。その際に傾斜コイルシステム３の第１の部分巻線はｘ方向に傾斜磁界Ｇxを、第２の部分巻線はｙ方向に傾斜磁界Ｇyを、また第３の部分巻線はｚ方向に傾斜磁界Ｇzを発生する。各増幅器１４は、シーケンス制御部１８により傾斜バルスを時間的に正しく発生するために駆動されるディジタル-アナログ変換器を含んでいる。
【００２２】
傾斜磁界システム３の内側に、高周波電力増幅器から発せられる高周波パルスを、検査すべき対象物または対象物の検査すべき範囲の核の励起および核スピンの方向付けを行うための交番磁界に変換する高周波アンテナ４が位置している。高周波アンテナ４は、１つまたは複数の高周波送信コイルおよび１つまたは複数の高周波受信コイル、場合によってはコンポーネントコイルの配置（一般的な名称“アレイコイル”または“フェイズドアレイコイル”）から成っている。高周波アンテナ４の高周波受信コイルからは、歳差運動する核スピンから出発する交番磁界が、すなわち通例は１つまたは複数の高周波パルスおよび１つまたは複数の傾斜パルスから成るパルスシーケンスにより生じる核スピンエコー信号が、増幅器７を介して高周波システム２２の高周波受信チャネル８に供給される電圧に変換される。高周波システム２２はさらに送信チャネル９を含んでおり、そのなかで磁気的な核共鳴を励起するための高周波パルスが発生される。その際に各高周波パルスは設備計算機２０により予め定められたパルスシーケンスに基づいてシーケンス制御部１８においてディジタルに複素数の列として表される。この数列は実数部分および虚数部分としてそれぞれ入力端１２を介して高周波システム２２のなかのディジタル-アナログ変換器に、またそこから送信チャネル９に供給される。送信チャネル９においてパルスシーケンスは、測定ボリウム内の核スピンの共鳴周波数に相当するベース周波数を有する高周波搬送信号に重畳される。
【００２３】
送信作動から受信作動への切換は送信受信切換器６を介して行われる。高周波アンテナ４の高周波送信コイルは測定ボリウムＭ内に核スピンを励起するための高周波パルスを放射し、その結果として生ずるエコー信号を高周波受信コイルを介して検出する。相応して得られた核共鳴信号は高周波システム２２の受信チャネル８のなかで位相に関して復調され、その各アナログ-ディジタル変換器を介して測定信号の実数部分および虚数部分に変換される。像計算機１７によりこうして得られた測定データから像が再構成される。測定データ、像データおよび制御プログラムの管理は設備計算機２０を介して行われる。制御プログラムによる設定に基づいてシーケンス制御部１８がそれぞれ望まれるパルスシーケンスの発生およびｋ空間の相応の走査をコントロールする。特にシーケンス制御部１８はその際に傾斜の時間的に正しい切換、定められた位相および振幅を有する高周波バルスの送り出しならびに核共鳴信号の受信を制御する。高周波システム２２およびシーケンス制御部１８に対するタイムベースはシンセサイザー１９から与えられる。核スピン像を発生するための相応の制御プログラムの選択ならびに発生された核スピン像の表示は、キーボードならびに１つまたは複数の像スクリーンを含むターミナル２１を介して行われる。ターミナル２１はさらに核スピン像の本発明による評価をするために用いられる。
【００２４】
像要素の強度は磁気共鳴トモグラフィでは撮像される組織の特性および測定システムの特性により決定される。造影剤を与えることにより像強度は高められ得る。このような造影剤法は特にたとえば心臓のような器官における潅流測定の際に応用される。その際に注入により患者に投与された造影剤は血液循環を介してある時間の間に検査される器官に達し、そこで分散され、最後に再びゆっくりと身体から排出される。
【００２５】
心筋層の潅流測定の過程では種々の心筋領域のなかへの造影剤の浸透の時間的経過が観察される。そのために測定シーケンスの枠内で、造影剤の注入またはその直前の時点で始まって、心臓の複数の撮像が時間的に順次に行われる。造影剤が心筋のなかに浸透すると、各撮像におけるこの心筋に該当する像要素の強度が高くなる。
【００２６】
潅流測定の際には組織領域の撮像における造影剤により生じる強度上昇が時間的に追跡される。評価のためにこの組織領域の像点の強度値が時間の関数としてまたは類似の仕方で測定のシーケンスの撮像の順序を横軸にとって記入される。相応の評価が図２に示されている。
【００２７】
図２は造影剤投与による潅流測定の間の目立たない心筋層組織を有する心筋の４種類の組織領域（丸印、四角印、三角印、ペケ印）の像強度の時間的な変化を示す。検出器コイルへの組織領域の間隔は異なっており、その際に領域２（四角印）はコイルから最も遠く離れている。
【００２８】
個々の組織領域の位置および広がりは測定シーケンスの像表示のなかで決められる。このようにして定められた組織領域の像強度は測定シーケンスの各撮像において決められ、像番号を横軸にとって図２に記入されている。
【００２９】
個々の撮像のなかの定められた組織領域の、測定中の対象物の動きにより生じる位置ずれに基づいて、各撮像における各領域の位置が他のものに無関係に決められなければならない。従って本発明によれば個々の領域の強度値の決定の前に運動補正が実行される。
【００３０】
そのために測定シーケンスのすべての像のなかの検査対象物の撮像の位置が、像のなかの対象物の撮像が同一の位置を占めるように補正される。これはたとえば撮像シリーズの像の相関解析により実現され得る。相関解析のために使用される像領域はその際に全体像、その部分、または全体像のディスジャンクトな像領域（全体像の中において分離している像領域）により形成され得る。運動補正の結果として、組織領域が常に同一の位置にある撮像シリーズが得られる。
【００３１】
運動補正により撮像シリーズのすべての像に対して有効な、組織領域の幾何学的な特徴および位置の決定がシリーズのただ１つの像から可能にされる。図２に対してはいま像強度値が各決定された組織領域に対して別々に読み出され、撮像の順序で記入される。
【００３２】
時間ｔの関数としての組織領域ｉからの測定信号Ｓi(ｔ)の時間的に変化する値は原組織の時間に無関係な信号寄与Ｓi 0および組織変化の時間的に変化し得る信号寄与ΔＳi(ｔ)ならびにノイズ成分Ｓnから成っている。像強度Ｂiへの組織領域ｉからの測定信号Ｓiの変換は使用される検出器により、撮像される領域の像強度Ｂiが
Ｂi(ｔ)＝ｋi・（Ｓi 0＋ΔＳi(ｔ)）＋Ｓn （１）
として計算されるように、重み付けｋiを受ける。
【００３３】
叙述力のある解析のためにノイズ成分は像強度Ｂiへの決定的な影響を有しておらず、従って以下では無視される。
【００３４】
潅流測定の際に造影剤が検査される組織内に投与されないかぎり、組織表示の像強度は変化しない。注入された造影剤が組織に達し、そこで広がると、組織の強度は時間と共に組織からの造影剤の排出により像強度値がゆっくりと再び元の時間に無関係な値に減少するまで増大する。従って、像強度への時間に関係する寄与は検査される組織のなかの造影剤の濃度に対する尺度である。
【００３５】
組織領域ｉの像強度への幾何学的感度または重み付け係数ｋiの影響を消去するため、後続の第２の補正ステップで測定シーケンスのすべての撮像が平均値像で正規化される。
【００３６】
そのために先ず、時間的に変化し得る信号変化ΔＳi(ｔ)がまだ像強度Ｂi(ｔ)に寄与を与えない像が決定される。換言すれば組織領域ｉの１つのなかに造影剤が出現する前に撮像シリーズから像の選択が行われる。この選択から、たとえば選択を代表する像が選び出されるか、または平均値像がたとえば像要素ごとの算術的平均値形成または二乗平均値形成に基づいて選択された或る数の像から計算されることによって、平均値像が決定される。一般に選択されたすべての像が使用される。最適な結果を得るため、比較的大きいノイズ成分を有する像は平均値形成から除外され得る。平均値像としての代表的な像の選択はたとえば低いノイズ成分Ｓnおよび（または）先行の運動補正の際の像内容の可能なかぎりわずかな変化のような規範に基づき得る。こうしてこの平均値像は造影剤の最初の出現の前の検査対象物の平均的な撮像に相当する。
【００３７】
すぐ次のステップとして、個々の像要素の平面上において運動補正された撮像の像強度が平均値像の像強度Ｂi mにより除算されることによって、測定シーケンスのすべての撮像がこの平均値像で正規化される。従って一般に検査対象物の正規化された撮像のなかの組織領域ｉの像強度Ｂi norm(ｔ)に対して
Ｂi norm(ｔ)＝Ｂi(ｔ)/Ｂi m＝ｋi・(Ｓi 0＋ΔＳi(ｔ))/(ｋi・Ｓi m)
＝(Ｓi 0＋ΔＳi(ｔ))/ Ｓi m （２）
が得られる。ここで(ｋi・Ｓi m)は平均値像における組織領域ｉの像強度、またＳi mはこの像強度に対応付けられている組織の中央の信号強度を示す。
【００３８】
この正規化により、検査される組織の各々の場所に対して像強度への異なる重み付け係数ｋiの影響が消去される。従って相対的な像強度は正規化された像において検出器コイルの影響に無関係、特に検出器コイルと撮像される組織領域との間の間隔に無関係である。
【００３９】
潅流測定の際には専ら造影剤投与の結果としての組織の変化の時間的な経過が関心の対象である。組織のなかの造影剤の濃度および分布を確実に決定するため、像強度へのネーティブな組織の影響が消去されなければならない。このことは特に測定シーケンスの像のなかのわずかな造影剤濃度を検知するための前提条件でもある。
【００４０】
像強度Ｂi norm(ｔ)へのネーティブな組織の寄与は測定シーケンスの撮像のなかで時間に無関係な強度寄与Ｓi 0として与えられている。この強度寄与はいわゆる組織のなかの造影剤を検知するためのバックグラウンドを形成する。このバックグラウンドは正規化された平均値像に相当する。
【００４１】
検査される組織領域の測定シーケンスの間に生ずる変化の強度寄与Ｂi k(ｔ)を像強度Ｂi norm(ｔ)から抽出するためには、ネーティブな組織の寄与が像強度Ｂi norm(ｔ)から差し引かれなければならない。
【００４２】
従って強度Ｂi kは領域ｉに対して下式により生ずる。
Ｂi k(ｔ)＝Ｂi norm(ｔ)−１＝（Ｓi 0−Ｓi m＋ΔＳi(ｔ)）/Ｓi m
⇒Ｂi k(ｔ)≒ΔＳi(ｔ)/ Ｓi m Ｓi m≒Ｓi 0に対して (３)
【００４３】
式（３）に従って補正された像データはいま検査される組織のなかに造影剤により生じた変化を表す。それらは潅流による組織変化を検知するための敏感な方法である。
【００４４】
式（３）に従って補正された像は同様に図３に示されているような補正された信号-時間曲線を簡単に作成するための出発点を形成する。
【００４５】
信号-時間曲線は測定シーケンスの撮像の順序で選択された組織領域の像強度をグラフ表示で表す。撮像の各々は特定の時点で作成されたので、この表示は選択された組織領域に対する像強度の時間的経過をも示す。図２の信号-時間ダイアグラム３０に示されている信号-時間曲線３１、３２、３３および３４は領域１、領域２、領域３および領域４と呼ばれる組織領域の像強度Ｂi(ｔ)の時間的経過に相当し、像データセットの運動補正に基づいて作成された。
【００４６】
それに対し図３の信号-時間ダイアグラム４０は、付加的に正規化されまたバックグラウンド差し引きにより補正された像データＢi kから求められた同一の組織領域、領域１、領域２、領域３および領域４、の補正された信号-時間曲線４１、４２、４３および４４を表す。
【００４７】
本発明による補正方法の応用により、たとえば検出器コイルからの検査される組織領域の間隔のような信号値へのローカルな影響が補正され、互いの信号変化の確実な評価が可能にされることは図３から明らかである。
【００４８】
検出器コイルへのより大きい間隔に基づいて、専ら運動補正された像データセットにおける領域２に対する像強度の造影剤により生じる上昇は他の３つの領域の１つにおけるそれよりも明らかにわずかである。このことは他の信号-時間曲線３１、３３および３４と比較しての信号-時間曲線３２のわずかな上昇から読み取れる。正規化によりこのローカルな影響が、すべての４つの領域のなかに等しい造影剤濃度の際に像強度の同一の増大が達成されるように補償される。さらにバックグラウンド差し引きにより信号-時間曲線が直接的に比較可能である。
【００４９】
例として示された潅流測定の結果として、異なる心筋層領域、領域１、領域２、領域３および領域４、の血液潅流に有意な差が存在しないことは図３から明らかである。
【００５０】
本発明による補正方法は核スピントモグラフィ装置における心筋層の潅流測定を例として説明されたが、本方法は組織内の診断薬剤の時間的に変化する分布または時間的に変化する濃度を測定する医学診断のすべての撮像による測定方法に使用され得る。従って本発明による方法は肺または腎臓潅流測定の際ならびにシンチグラフィにも応用され得る。
【００５１】
本方法は撮像による測定システムのデータ処理装置または測定システムと無関係なデータ処理装置上で実行するためのコンピェータソフトウェアとして実現され得る。コンピェータソフトウェアはそのためにデータ処理装置のメモリのなかにロードされ、その処理ユニット、たとえばデータ処理装置のプロセッサにより実行される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による核スピントモグラフィ装置の概要図。
【図２】潅流測定の時間的経過において心筋層の４つの相異なる領域の像強度の経過を示すダイアグラム。
【図３】潅流測定の時間的経過において心筋層の４つの相異なる領域の本発明によ補正された像強度の経過を示すダイアグラム。
【符号の説明】
１ 基本磁界磁石
２ シムコイル
３ 勾配磁界システム
４ 高周波アンテナ
５ 対象物台
６ 受信切換器
７ 増幅器
８ 高周波受信チャネル
９ 送信チャネル
１１ 出力端
１２ 入力端
１７ 像計算機
１８ シーケンス制御部
１９ シンセサイザー
２０ 設備計算機
２１ ターミナル
２２ 高周波システム
３０ 運動補正に基づく信号-時間ダイアグラム
３１ 領域１の信号-時間ダイアグラム
３２ 領域２の信号-時間ダイアグラム
３３ 領域３の信号-時間ダイアグラム
３４ 領域４の信号-時間ダイアグラム
４０ 像データの完全な本発明による補正に基づく信号-時間ダイアグ
ラム
４１ 領域１の信号-時間ダイアグラム
４２ 領域２の信号-時間ダイアグラム
４３ 領域３の信号-時間ダイアグラム
４４ 領域４の信号-時間ダイアグラム
【発明の属する技術分野】
本発明は医用撮像診断法、特に診断薬剤により検査領域内に生ぜしめられた変化の時間的な経過に関する医用画像データセットの評価法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
患者の器官または身体領域内の例えば造影剤または放射性医薬品のような診断用薬剤の伝搬の、磁気共鳴トモグラフィまたはシンチグラフィの手段による検査の叙述力は、さまざまな影響により損なわれる。相応の検査は、異なる相続く時点に対する検査範囲の撮像を供給する測定のシーケンスをもとにして行われる。場合によっては病気が原因の変化の評価のためには、こうして発生された撮像シリーズの像データから、診断薬剤により生ぜしめられた像強度変化が正確に評価されなければならない。
【０００３】
診断用薬剤により生じる像強度変化の信頼できる評価は、主として３つの影響により困難になる。
【０００４】
第１の影響はたとえば心拍または呼吸のような身体機能に基づく身体内の器官の変形およびずれによるものである。従って像の撮像時点は測定シーケンスにおいて特定の身体機能と同期化される。こうして例えば心臓の灌流測定の際には心電図信号が心拍サイクルと撮像を同期化するために使用される。測定シーケンスの個々の撮像はそれにより常に心臓の変形状態と同じ変形状態で得られる。しかし呼吸は心臓のサイクルとは異なるサイクルで行われるので、個々の撮像における心臓またはその表示のずれが生ずることになる。一般にこのことは、検査される器官または検査される身体範囲の等しい領域が撮像シリーズの個々の像の異なる位置に撮像されることを意味する。従って像のなかの検査すべき身体領域の位置の決定は撮像シリーズの他の像に転用され得ない。
【０００５】
呼吸により生じる器官の運きが撮像シリーズの像データの評価を困難にしたり、または全く不可能にすることを避けるため、測定シーケンスの撮像シリーズは何回も呼吸停止のもとに実行される。しかしながらこのことは相応する測定シーケンスの間に患者に大きい負担をかけ、それによってさらに患者の信頼のおけない負荷状況が発生され得る。
【０００６】
さらに評価が像データ発生のために使用される検出器の特性により影響される。特に測定対象物への距離および（または）方向による検出器の感度の変化は、検査領域の異なる位置の測定データまたはそれにより仲介される像強度の比較を困難にする。こうしてたとえば磁気共鳴トモグラフィでは同種の組織が検出器コイルへの間隔に関係して異なる強度を示す。その際に強度はコイルへの間隔の増大と共に低下する。
【０００７】
従って、検出器コイルの近くの組織が検出器からある距離に位置している組織と比較され、両組織が診断薬剤の同一の濃度を含んでいると、コイルの近くの組織内の薬剤はコイルから遠い組織よりも高い像強度を生ずる。
【０００８】
この測定条件に基く信号変化の正しい評価を視覚により行うことは、特に測定される信号強度が検出器コイルまたは測定システムの撮像特性に付加して組織自体の磁気的な特性にも影響されるので、非常に困難である。
【０００９】
類似の状況が、測定される像強度がガンマカメラの撮像特性および組織内の放射性医薬品の濃縮から成っているシンチグラフィでも生ずる。
【００１０】
さらに像強度または測定シーケンスの撮像の像データセットにおける身体領域の像要素の値は、この身体領域自体の組織の寄与と撮像の時点でのこの組織内の診断薬剤の濃度の寄与とから成っているので、像強度から診断薬剤の濃度は推定され得ない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の課題は、検査領域に診断薬剤を入れることにより発生される変化の時間的経過を検査するための測定シーケンスの像データを、これらの変化の確実な評価が可能なように補正することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明の請求項１の特徴により解決される。
【００１３】
本発明によれば、医用診断の撮像システムにより検査対象物において時間的に連続して撮像される測定のシーケンスの撮像データを補正するための方法が提案され、この方法においては、シーケンスの少なくとも第１の像データセットが診断上重要な事象の発生の前の検査対象物に関するものであり、シーケンスの少なくとも第２の像データセットが診断上重要な事象の発生の際および（または）後の検査対象物に関するものであり、第１のステップにおいて、測定シーケンスの撮像における像内容をずらすことによりすべての像における検査対象物の位置がほぼ合致させられることによって像データの第１の補正が行われ、第２のステップにおいて、平均値像が第１のステップで補正された第１の像データセットから形成され、第１のステップで補正された第１および第２の像データセットのすべての像が計算された平均値像に像要素ごとに正規化されることによって像データの第２の補正が行われ、第３のステップにおいて、第１の像データセットの第２のステップで補正された像の構造的に一様な像領域の像要素の値または第１の像データセットにおけるこの領域の像要素の平均値が第１および第２の像データセットにおけるこの領域のすべての像要素の値から差し引かれることによって像データの第３の補正が行われる。
【００１４】
本発明による補正方法は、検査領域の診断薬剤の伝搬の時間的経過の確実な評価が可能にされるように、簡単な仕方で相応の測定シーケンスの撮像から上記の擾乱因子の寄与を消去する。
【００１５】
本発明の有利な構成は請求項２以下にあげられている。
【００１６】
医用診断の撮像システムとしては、好ましくは、磁気共鳴トモグラフィのためのシステムまたはシンチグラフィシステムが使用される。
【００１７】
僅かな費用でシーケンスの種々の像における検査対象物の位置適応を達成するため、像データの第１の補正が相関解析を使用して有利に行われる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を一層詳細に説明する。
【００１９】
たとえば磁気共鳴トモグラフィのような診断方法において、検査される身体領域の内部の像表示が得られる。
【００２０】
図１は本発明による対象物の核スピン像を発生するための磁気共鳴撮像または核スピントモグラフィ装置の概要図を示す。この核スピントモグラフィ装置の構成は従来通常のトモグラフィ装置の構成に相当する。基本磁界磁石１は、人体の検査すべき部分のような対象物の検査範囲における核スピンのポラライゼーションまたは方向付けをするための時間的に一定の強い磁界を発生する。核スピン共鳴測定のために必要な基本磁界の高い均一性はたとえば球状の測定ボリウムＭのなかで定められており、そのなかに人体の検査すべき部分が入れられる。均一性の要求を支援するため、特に時間的に不変の影響を消去するため、適切な個所に強磁性材料から成るいわゆるシム板が取り付けられる。時間的に変化する影響は、シム電流源１５により駆動されるシムコイル２により消去される。
【００２１】
基本磁界磁石１のなかに、３つの部分巻線から成る円筒状の傾斜コイルシステム３が入れられている。各部分巻線は増幅器１４から、直交座標系の各方向に線形の傾斜磁界を発生するための電流を供給される。その際に傾斜コイルシステム３の第１の部分巻線はｘ方向に傾斜磁界Ｇxを、第２の部分巻線はｙ方向に傾斜磁界Ｇyを、また第３の部分巻線はｚ方向に傾斜磁界Ｇzを発生する。各増幅器１４は、シーケンス制御部１８により傾斜バルスを時間的に正しく発生するために駆動されるディジタル-アナログ変換器を含んでいる。
【００２２】
傾斜磁界システム３の内側に、高周波電力増幅器から発せられる高周波パルスを、検査すべき対象物または対象物の検査すべき範囲の核の励起および核スピンの方向付けを行うための交番磁界に変換する高周波アンテナ４が位置している。高周波アンテナ４は、１つまたは複数の高周波送信コイルおよび１つまたは複数の高周波受信コイル、場合によってはコンポーネントコイルの配置（一般的な名称“アレイコイル”または“フェイズドアレイコイル”）から成っている。高周波アンテナ４の高周波受信コイルからは、歳差運動する核スピンから出発する交番磁界が、すなわち通例は１つまたは複数の高周波パルスおよび１つまたは複数の傾斜パルスから成るパルスシーケンスにより生じる核スピンエコー信号が、増幅器７を介して高周波システム２２の高周波受信チャネル８に供給される電圧に変換される。高周波システム２２はさらに送信チャネル９を含んでおり、そのなかで磁気的な核共鳴を励起するための高周波パルスが発生される。その際に各高周波パルスは設備計算機２０により予め定められたパルスシーケンスに基づいてシーケンス制御部１８においてディジタルに複素数の列として表される。この数列は実数部分および虚数部分としてそれぞれ入力端１２を介して高周波システム２２のなかのディジタル-アナログ変換器に、またそこから送信チャネル９に供給される。送信チャネル９においてパルスシーケンスは、測定ボリウム内の核スピンの共鳴周波数に相当するベース周波数を有する高周波搬送信号に重畳される。
【００２３】
送信作動から受信作動への切換は送信受信切換器６を介して行われる。高周波アンテナ４の高周波送信コイルは測定ボリウムＭ内に核スピンを励起するための高周波パルスを放射し、その結果として生ずるエコー信号を高周波受信コイルを介して検出する。相応して得られた核共鳴信号は高周波システム２２の受信チャネル８のなかで位相に関して復調され、その各アナログ-ディジタル変換器を介して測定信号の実数部分および虚数部分に変換される。像計算機１７によりこうして得られた測定データから像が再構成される。測定データ、像データおよび制御プログラムの管理は設備計算機２０を介して行われる。制御プログラムによる設定に基づいてシーケンス制御部１８がそれぞれ望まれるパルスシーケンスの発生およびｋ空間の相応の走査をコントロールする。特にシーケンス制御部１８はその際に傾斜の時間的に正しい切換、定められた位相および振幅を有する高周波バルスの送り出しならびに核共鳴信号の受信を制御する。高周波システム２２およびシーケンス制御部１８に対するタイムベースはシンセサイザー１９から与えられる。核スピン像を発生するための相応の制御プログラムの選択ならびに発生された核スピン像の表示は、キーボードならびに１つまたは複数の像スクリーンを含むターミナル２１を介して行われる。ターミナル２１はさらに核スピン像の本発明による評価をするために用いられる。
【００２４】
像要素の強度は磁気共鳴トモグラフィでは撮像される組織の特性および測定システムの特性により決定される。造影剤を与えることにより像強度は高められ得る。このような造影剤法は特にたとえば心臓のような器官における潅流測定の際に応用される。その際に注入により患者に投与された造影剤は血液循環を介してある時間の間に検査される器官に達し、そこで分散され、最後に再びゆっくりと身体から排出される。
【００２５】
心筋層の潅流測定の過程では種々の心筋領域のなかへの造影剤の浸透の時間的経過が観察される。そのために測定シーケンスの枠内で、造影剤の注入またはその直前の時点で始まって、心臓の複数の撮像が時間的に順次に行われる。造影剤が心筋のなかに浸透すると、各撮像におけるこの心筋に該当する像要素の強度が高くなる。
【００２６】
潅流測定の際には組織領域の撮像における造影剤により生じる強度上昇が時間的に追跡される。評価のためにこの組織領域の像点の強度値が時間の関数としてまたは類似の仕方で測定のシーケンスの撮像の順序を横軸にとって記入される。相応の評価が図２に示されている。
【００２７】
図２は造影剤投与による潅流測定の間の目立たない心筋層組織を有する心筋の４種類の組織領域（丸印、四角印、三角印、ペケ印）の像強度の時間的な変化を示す。検出器コイルへの組織領域の間隔は異なっており、その際に領域２（四角印）はコイルから最も遠く離れている。
【００２８】
個々の組織領域の位置および広がりは測定シーケンスの像表示のなかで決められる。このようにして定められた組織領域の像強度は測定シーケンスの各撮像において決められ、像番号を横軸にとって図２に記入されている。
【００２９】
個々の撮像のなかの定められた組織領域の、測定中の対象物の動きにより生じる位置ずれに基づいて、各撮像における各領域の位置が他のものに無関係に決められなければならない。従って本発明によれば個々の領域の強度値の決定の前に運動補正が実行される。
【００３０】
そのために測定シーケンスのすべての像のなかの検査対象物の撮像の位置が、像のなかの対象物の撮像が同一の位置を占めるように補正される。これはたとえば撮像シリーズの像の相関解析により実現され得る。相関解析のために使用される像領域はその際に全体像、その部分、または全体像のディスジャンクトな像領域（全体像の中において分離している像領域）により形成され得る。運動補正の結果として、組織領域が常に同一の位置にある撮像シリーズが得られる。
【００３１】
運動補正により撮像シリーズのすべての像に対して有効な、組織領域の幾何学的な特徴および位置の決定がシリーズのただ１つの像から可能にされる。図２に対してはいま像強度値が各決定された組織領域に対して別々に読み出され、撮像の順序で記入される。
【００３２】
時間ｔの関数としての組織領域ｉからの測定信号Ｓi(ｔ)の時間的に変化する値は原組織の時間に無関係な信号寄与Ｓi 0および組織変化の時間的に変化し得る信号寄与ΔＳi(ｔ)ならびにノイズ成分Ｓnから成っている。像強度Ｂiへの組織領域ｉからの測定信号Ｓiの変換は使用される検出器により、撮像される領域の像強度Ｂiが
Ｂi(ｔ)＝ｋi・（Ｓi 0＋ΔＳi(ｔ)）＋Ｓn （１）
として計算されるように、重み付けｋiを受ける。
【００３３】
叙述力のある解析のためにノイズ成分は像強度Ｂiへの決定的な影響を有しておらず、従って以下では無視される。
【００３４】
潅流測定の際に造影剤が検査される組織内に投与されないかぎり、組織表示の像強度は変化しない。注入された造影剤が組織に達し、そこで広がると、組織の強度は時間と共に組織からの造影剤の排出により像強度値がゆっくりと再び元の時間に無関係な値に減少するまで増大する。従って、像強度への時間に関係する寄与は検査される組織のなかの造影剤の濃度に対する尺度である。
【００３５】
組織領域ｉの像強度への幾何学的感度または重み付け係数ｋiの影響を消去するため、後続の第２の補正ステップで測定シーケンスのすべての撮像が平均値像で正規化される。
【００３６】
そのために先ず、時間的に変化し得る信号変化ΔＳi(ｔ)がまだ像強度Ｂi(ｔ)に寄与を与えない像が決定される。換言すれば組織領域ｉの１つのなかに造影剤が出現する前に撮像シリーズから像の選択が行われる。この選択から、たとえば選択を代表する像が選び出されるか、または平均値像がたとえば像要素ごとの算術的平均値形成または二乗平均値形成に基づいて選択された或る数の像から計算されることによって、平均値像が決定される。一般に選択されたすべての像が使用される。最適な結果を得るため、比較的大きいノイズ成分を有する像は平均値形成から除外され得る。平均値像としての代表的な像の選択はたとえば低いノイズ成分Ｓnおよび（または）先行の運動補正の際の像内容の可能なかぎりわずかな変化のような規範に基づき得る。こうしてこの平均値像は造影剤の最初の出現の前の検査対象物の平均的な撮像に相当する。
【００３７】
すぐ次のステップとして、個々の像要素の平面上において運動補正された撮像の像強度が平均値像の像強度Ｂi mにより除算されることによって、測定シーケンスのすべての撮像がこの平均値像で正規化される。従って一般に検査対象物の正規化された撮像のなかの組織領域ｉの像強度Ｂi norm(ｔ)に対して
Ｂi norm(ｔ)＝Ｂi(ｔ)/Ｂi m＝ｋi・(Ｓi 0＋ΔＳi(ｔ))/(ｋi・Ｓi m)
＝(Ｓi 0＋ΔＳi(ｔ))/ Ｓi m （２）
が得られる。ここで(ｋi・Ｓi m)は平均値像における組織領域ｉの像強度、またＳi mはこの像強度に対応付けられている組織の中央の信号強度を示す。
【００３８】
この正規化により、検査される組織の各々の場所に対して像強度への異なる重み付け係数ｋiの影響が消去される。従って相対的な像強度は正規化された像において検出器コイルの影響に無関係、特に検出器コイルと撮像される組織領域との間の間隔に無関係である。
【００３９】
潅流測定の際には専ら造影剤投与の結果としての組織の変化の時間的な経過が関心の対象である。組織のなかの造影剤の濃度および分布を確実に決定するため、像強度へのネーティブな組織の影響が消去されなければならない。このことは特に測定シーケンスの像のなかのわずかな造影剤濃度を検知するための前提条件でもある。
【００４０】
像強度Ｂi norm(ｔ)へのネーティブな組織の寄与は測定シーケンスの撮像のなかで時間に無関係な強度寄与Ｓi 0として与えられている。この強度寄与はいわゆる組織のなかの造影剤を検知するためのバックグラウンドを形成する。このバックグラウンドは正規化された平均値像に相当する。
【００４１】
検査される組織領域の測定シーケンスの間に生ずる変化の強度寄与Ｂi k(ｔ)を像強度Ｂi norm(ｔ)から抽出するためには、ネーティブな組織の寄与が像強度Ｂi norm(ｔ)から差し引かれなければならない。
【００４２】
従って強度Ｂi kは領域ｉに対して下式により生ずる。
Ｂi k(ｔ)＝Ｂi norm(ｔ)−１＝（Ｓi 0−Ｓi m＋ΔＳi(ｔ)）/Ｓi m
⇒Ｂi k(ｔ)≒ΔＳi(ｔ)/ Ｓi m Ｓi m≒Ｓi 0に対して (３)
【００４３】
式（３）に従って補正された像データはいま検査される組織のなかに造影剤により生じた変化を表す。それらは潅流による組織変化を検知するための敏感な方法である。
【００４４】
式（３）に従って補正された像は同様に図３に示されているような補正された信号-時間曲線を簡単に作成するための出発点を形成する。
【００４５】
信号-時間曲線は測定シーケンスの撮像の順序で選択された組織領域の像強度をグラフ表示で表す。撮像の各々は特定の時点で作成されたので、この表示は選択された組織領域に対する像強度の時間的経過をも示す。図２の信号-時間ダイアグラム３０に示されている信号-時間曲線３１、３２、３３および３４は領域１、領域２、領域３および領域４と呼ばれる組織領域の像強度Ｂi(ｔ)の時間的経過に相当し、像データセットの運動補正に基づいて作成された。
【００４６】
それに対し図３の信号-時間ダイアグラム４０は、付加的に正規化されまたバックグラウンド差し引きにより補正された像データＢi kから求められた同一の組織領域、領域１、領域２、領域３および領域４、の補正された信号-時間曲線４１、４２、４３および４４を表す。
【００４７】
本発明による補正方法の応用により、たとえば検出器コイルからの検査される組織領域の間隔のような信号値へのローカルな影響が補正され、互いの信号変化の確実な評価が可能にされることは図３から明らかである。
【００４８】
検出器コイルへのより大きい間隔に基づいて、専ら運動補正された像データセットにおける領域２に対する像強度の造影剤により生じる上昇は他の３つの領域の１つにおけるそれよりも明らかにわずかである。このことは他の信号-時間曲線３１、３３および３４と比較しての信号-時間曲線３２のわずかな上昇から読み取れる。正規化によりこのローカルな影響が、すべての４つの領域のなかに等しい造影剤濃度の際に像強度の同一の増大が達成されるように補償される。さらにバックグラウンド差し引きにより信号-時間曲線が直接的に比較可能である。
【００４９】
例として示された潅流測定の結果として、異なる心筋層領域、領域１、領域２、領域３および領域４、の血液潅流に有意な差が存在しないことは図３から明らかである。
【００５０】
本発明による補正方法は核スピントモグラフィ装置における心筋層の潅流測定を例として説明されたが、本方法は組織内の診断薬剤の時間的に変化する分布または時間的に変化する濃度を測定する医学診断のすべての撮像による測定方法に使用され得る。従って本発明による方法は肺または腎臓潅流測定の際ならびにシンチグラフィにも応用され得る。
【００５１】
本方法は撮像による測定システムのデータ処理装置または測定システムと無関係なデータ処理装置上で実行するためのコンピェータソフトウェアとして実現され得る。コンピェータソフトウェアはそのためにデータ処理装置のメモリのなかにロードされ、その処理ユニット、たとえばデータ処理装置のプロセッサにより実行される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による核スピントモグラフィ装置の概要図。
【図２】潅流測定の時間的経過において心筋層の４つの相異なる領域の像強度の経過を示すダイアグラム。
【図３】潅流測定の時間的経過において心筋層の４つの相異なる領域の本発明によ補正された像強度の経過を示すダイアグラム。
【符号の説明】
１ 基本磁界磁石
２ シムコイル
３ 勾配磁界システム
４ 高周波アンテナ
５ 対象物台
６ 受信切換器
７ 増幅器
８ 高周波受信チャネル
９ 送信チャネル
１１ 出力端
１２ 入力端
１７ 像計算機
１８ シーケンス制御部
１９ シンセサイザー
２０ 設備計算機
２１ ターミナル
２２ 高周波システム
３０ 運動補正に基づく信号-時間ダイアグラム
３１ 領域１の信号-時間ダイアグラム
３２ 領域２の信号-時間ダイアグラム
３３ 領域３の信号-時間ダイアグラム
３４ 領域４の信号-時間ダイアグラム
４０ 像データの完全な本発明による補正に基づく信号-時間ダイアグ
ラム
４１ 領域１の信号-時間ダイアグラム
４２ 領域２の信号-時間ダイアグラム
４３ 領域３の信号-時間ダイアグラム
４４ 領域４の信号-時間ダイアグラム
Claims (8)
- 医用診断の撮像システムにより検査対象物において時間的に連続して撮像される測定のシーケンスの撮像データを補正するための方法において、シーケンスの少なくとも第１の像データセットが診断上重要な事象の発生の前の検査対象物に関するものであり、シリーズの少なくとも第２の像データセットが診断上重要な事象の発生の際および（または）後の検査対象物に関するものであり、
第１のステップにおいて、測定シーケンスの撮像のなかの像内容をずらすことによりすべての像のなかの検査対象物の位置がほぼ合致させられることによって、像データの第１の補正が行われ、
第２のステップにおいて、第１のステップで補正された第１の像データセットから平均値像が形成され、第１のステップで補正された第１および第２の像データセットのすべての像がその計算された平均値像で像要素ごとに正規化されることによって、像データの第２の補正が行われ、
第３のステップにおいて、第１の像データセットの第２のステップで補正された像の構造的に一様な像領域の像要素の値または第１の像データセットのなかのこの領域の像要素の平均値が第１および第２の像データセットのなかのこの領域のすべての像要素の値から差し引かれることによって、測定データの第３の補正が行われる
ことを特徴とする撮像データの補正方法。 - 像データの第１の補正が相関解析により行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 平均値像が第１のステップで補正された像データセットのある数の像の像要素ごとの算術的または二乗的な平均値形成により求められることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
- 平均値像として第１のステップで補正された像データセットのある数の像からわずかなノイズ成分および（または）像データの第１の補正によるわずかな変化を有する像が選ばれることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
- 医用診断の撮像システムが磁気共鳴トモグラフィシステムであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の方法。
- 医用診断の撮像システムがシンチグラフィックシステムであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
- 請求項１ないし６のいずれか１つに記載の方法により核スピン測定のシーケンスの撮像の像データを補正するための装置を有する核スピントモグラフィ装置において、
ユーザーによる補正のために像データを選ぶため、ユーザーによる選ばれた像データの補正をさせるため、また補正結果を表示するためのユーザーインタフェース（２１）と、
補正方法に従ってユーザーにより選ばれた像データを処理するための処理ユニット（２９）と
を有することを特徴とする核スピントモグラフィ装置。 - 医用診断の撮像システムにより検査対象物において時間的に順次撮像された測定のシーケンスの撮像の像データを補正するために、データ処理設備のメモリ装置への記憶および処理装置による実行の際に請求項１ないし６のいずれか１つに記載の方法を実行するための命令を有するコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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