JP5468909B2 - 医用画像診断装置 - Google Patents
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Description
本発明は、被検体の動きとともに生じる被検体の所望の部位の変化を観察することが可能な医用画像診断装置及び方法に関する。
磁気共鳴イメージング装置(以下、MRI装置という。)あるいはX線CT装置等の医用画像診断装置では、被検体の所望の位置の断層像を撮像したり、被検体の所望の部位を三次元的画像を撮像したりする。
近年、膝や肘の関節や脊椎等の可動部位の損傷を診断する際、関節等を動かしながらX線透視装置等を用いて撮影を行う「動態撮影」の研究がされている。(例えば、動態撮影システム及び動態撮像方法について特許文献1参照。)なぜならば、膝や肘の関節や脊椎等の可動部位の診断のためには、関節や脊椎等が静止された状態よりも、関節や脊椎等がその動きとともにどのように変化するかを診断することが、関節や脊椎等の不具合(病変)を診断する上で重要だからである。
一方特許文献2では、磁気共鳴イメージング装置を用いて、被検体の動きを検出して、所望の位置の断層面を自動的に検出する技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1は、被検体の関節や脊椎等を駆動する技術については開示されているが、MRI装置等で動態撮影する際の所望の撮影断面位置が、被検体の動きに依存してどう変化しているかを探知する技術は開示されていない。
また、特許文献2では、被検体の頚部の動きを、頭受け部の回動により定量的に検出して所望の断面を表示する技術が開示されている。本技術では撮影の対象とする部位が頭部のように硬い剛体の場合であったので、頭受け部の回動のみで頭全体の動きを検知することが可能であったが、足等のように柔らかい部位を対象とする場合には、より複雑に診断部位が移動すると考えられ、そのような場合支点のみで被検体の動きを推定するのは正確性が不十分であった。
本発明は、被検体の所望の部位の動きを正確に検知して動態撮影を行い、所望の断面を所望の部位の動きに対応して表示することが可能な医用画像診断装置を提供することを目的とする。
前述した目的を達成するための発明は、撮影空間内で被検体の所望の部位の動きと伴に、前記被検体の所望の部位について複数の三次元ボリュームデータを撮像する撮像手段と、前記撮像手段で得られた複数の三次元ボリュームデータを記憶する記憶手段と、前記被検体の所望の部位内の所望断面の位置を入力する入力手段と、前記所望断面の画像を、前記記憶手段に記憶されている三次元ボリュームデータより生成する画像生成手段を備えた医用画像診断装置において、前記被検体の所望の部位の位置情報を検出する検出手段を備える。
そして、前記画像生成手段は、前記検出手段により検出した位置情報を用いて、前記所望断面の前記複数の三次元ボリュームデータの各々から前記所望断面の画像をそれぞれ生成する。
そして、前記画像生成手段は、前記検出手段により検出した位置情報を用いて、前記所望断面の前記複数の三次元ボリュームデータの各々から前記所望断面の画像をそれぞれ生成する。
本発明によれば、被検体の所望の部位の動きを正確に検知して動態撮影を行い、所望の断面を所望の部位の動きに対応して表示することが可能な医用画像診断装置及び方法を提供できる。
V1 所望の複数断面、V2 膝等を曲げる角度の変化された後の所望の複数断面
図1は、本発明が適用される医用画像診断装置の一例であるMRI装置の全体構成を示すブロック図である。図1に示すように、このMRI装置は、主として、静磁場発生系1と、傾斜磁場発生系2と、送信系3と、受信系4と、信号処理系5と、制御系(シーケンサ6とCPU7)とを備えている。
静磁場発生系1は、被検体8の周りの空間(撮影空間)に均一な静磁場を発生させるもので、永久磁石方式、常電導方式或いは超電導方式等の磁石装置からなる。
傾斜磁場発生系2は、例えば静磁場の方向をZ方向とし、それと直交する2方向をX，Yとするとき、これら3軸方向に傾斜磁場パルスを発生する3つの傾斜磁場コイル9と、それらをそれぞれ駆動する傾斜磁場電源10とからなる。傾斜磁場電源10を駆動することにより、X，Y，Zの3軸あるいはこれらを合成した方向に傾斜磁場パルスを発生することができる。傾斜磁場パルスは、被検体8から発生するNMR信号に位置情報を付与するために印加される。
送信系3は、高周波発振器11と、変調器12と、高周波増幅器13と、送信用の高周波照射コイル14とから成る。高周波発振器11が発生したRFパルスを変調器12で所定のエンベロープの信号に変調した後、高周波増幅器13で増幅し、高周波照射コイル14に印加することにより、被検体を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせる電磁波(高周波信号、RFパルス)が被検体に照射される。高周波照射コイル14は、通常、被検体に近接して配置されている。
受信系4は、受信用の高周波受信コイル15と、増幅器16と、直交位相検波器17と、A/D変換器18とから成る。送信用の高周波照射コイル14から照射されたRFパルスの応答として被検体が発生したNMR信号は、受信用の高周波受信コイル15により検出され、増幅器16で増幅された後、直交位相検波器を17介してA/D変換器18によりデジタル量に変換され、二系列の収集データとして信号処理系5に送られる。
信号処理系5は、CPU7と、記憶装置19と、操作部20とから成り、CPU7において受信系4が受信したデジタル信号にフーリエ変換、補正係数計算、画像再構成等の種々の信号処理を行う。記憶装置19は、ROM21、RAM22、光磁気ディスク23、磁気ディスク24等を備え、例えば、経時的な画像解析処理および計測を行うプロブラムやその実行において用いる不変のパラメータなどをROM21に、全計測で得た計測パラメータや受信系で検出したエコー信号などをRAM22に、再構成された画像データを光磁気ディスク23や磁気ディスク24にそれぞれ格納する。操作部20は、トラックボール或いはマウス25、キーボード26などの入力手段と、入力に必要なGUIを表示するとともに信号処理系5における処理結果などを表示するディスプレイ27とを備えている。CPU7が行う各種処理や制御に必要な情報は、操作部20を介して入力される。また撮影により得られた画像はディスプレイ27に表示される。
制御系は、シーケンサ6とCPU7とから成り、上述した傾斜磁場発生系2、送信系3、受信系4および信号処理系5の動作を制御する。特に傾斜磁場発生系2および送信系3が発生する傾斜磁場パルスおよびRFパルスの印加タイミングならびに受信系4によるエコー信号の取得タイミングは、シーケンサ6が撮影方法によって決まる所定のパルスシーケンスに基づいて制御する。
次に、本発明のMRI装置が備える三次元のグラディエントエコー型のマルチショットエコープレナー法について、図2を用いて説明する。図2において、Gs、Gp、Gr、はそれぞれ、スライス選択傾斜磁場、位相エンコード傾斜磁場、周波数エンコード傾斜磁場の軸を表し、RF、AD、EchoはそれぞれRFパルス、サンプリングウインド、エコー信号を表す。また、201はRFパルス、202はスライス選択傾斜磁場パルス、203はスライスエンコード傾斜磁場パルス、204は位相エンコード傾斜磁場パルス、205は位相ブリップ傾斜磁場パルス群、206は周波数ディフェイズ傾斜磁場パルス、207は周波数エンコード傾斜磁場パルス群、208はサンプリングウインド群、209はエコー信号群である。
エコープレナー法では、シーケンサ4は、一回のRFパルス201の照射毎に、読み出し傾斜磁場パルス207の極性を変えながら、各読み出し傾斜磁場パルス207についてエコー信号209を計測する。これを時間間隔210(繰り返し時間TR)で繰り返し実行し、画像再構成に必要な数のエコー信号を計測する。画像再構成に必要なエコー信号の数としては、作成する画像のマトリクスに応じて、一般的には64、128、256程度である。なお、-(アンダースコア)後の数字は、繰り返し番号を表す。図2は、複数回の繰り返しの内の最初の第1回目のシーケンスを示しており、2回目以降の繰り返しのシーケンスは、第1回目と同様なので省略している。
このように、エコープレナー法では、一回のRFパルスで複数のエコー信号が計測されるため、一回のRFパルスで1つのエコー信号を計測するシーケンスと比べて高速に画像を取得できる。図2の場合は、一回のRFパルス201で6個のエコー信号209を計測しているので、6倍高速に撮影できる。
（実施例１）
次に、本発明の実施例1を説明する。本発明の実施例1では、図1によって示された構成のMRI装置を用い、図2によって示された撮影シーケンスを用いて、三次元の撮影をする。
次に、本発明の実施例1を説明する。本発明の実施例1では、図1によって示された構成のMRI装置を用い、図2によって示された撮影シーケンスを用いて、三次元の撮影をする。
本実施例における三次元の撮影では、例えばMRI装置の撮影空間(FOV)に、直交座標系における3軸(X軸、Y軸、Z軸)を規定する。さらに、該3軸方向のいづれかを、図2のシーケンス図におけるスライスエンコード方向、位相エンコード方向、周波数エンコード方向のいずれかとして、連続的に撮影を行い、ボリュームデータを連続的に収集して、さらに得られた三次元ボリュームデータを記憶装置19に順次記憶する。
本発明の対象とする動態撮影とは、例えばMRI装置の撮影空間に規定された撮影領域(FOV)内で、被検体が足、膝等を図3のように動かし、その動きとともに足、膝等の関節がどのように変化するかを医者(術者)等が診断するものである。例えば足等の角度(あるいは膝を曲げる角度)を所定の位置(A地点)から別の位置(B地点)へ被検体が変えながら、MRI装置により三次元ボリュームデータを100個時系列的に得て、各ボリュームデータそれぞれについて、診断の対象とする撮影断面の画像再構成、表示をしてその変化を観察する。
例えば、足の関節の診断をしたい場合には、被検体が膝を折り曲げる角度をいろいろと変化させて、各角度で得られたボリュームデータそれぞれより、膝から足方向への断面や、足のつま先からかかとへの断面等の所望の断面像を時系列的に切り出し表示し、医者又は術者は所望の断面(膝の位置から足方向、あるいは足のつま先からかかとへの断面)の時間的変化を観察する。
しかしながら、このような動態撮影では、膝を折り曲げる角度が逐次変化するために、所望の断面(膝の位置から足方向、あるいは足のつま先からかかとへの断面)の位置が三次元ボリュームデータ内で逐次変わる。従来は、MRI装置のディスプレイ27上に三次元ボリュームデータに基づいてサジタル、コロナル、アクシアルの3画面(前記3軸についてのXY平面、YZ平面、ZX平面)が表示され、該画面上に所望の断面位置を表す線分が逐次(ボリュームデータ毎に)入力され、逐次観察の対象とする断面がそれぞれの三次元ボリュームデータについて表示される必要があった。
本発明の実施例1に係るMRI装置では、被検体の診断の対象とする部位の動きを検出する検出手段を備え、検出手段で検出された対象部の動きに対応して観察の対象とする断面を再構成して表示できるようにした。以下、詳細を説明する。
先ず、本実施例における画像再構成の基礎となる座標変換について説明する。ここでの座標変換処理は、より具体的にはMRI装置が、検出手段で検出された対象部の動きに対応させて、画像再構成の対象とする観察対象断面の位置を計算するために用いる座標変換である。
図4は、本発明における座標変換を模式的に示したものである。ただし、図4で説明する座標変換は、100個時系列的に得たボリュームデータの最初の一枚で、医者又は術者がどの断面の位置を診断の対象とするかを入力した後、MRI装置が上記検出手段により検出した診断対象部位の動き(回転角度等)に応じて、入力された診断対象断面の位置が時系列的にどのように変化するかを算出するために用いる。
例えば、図4(a)はマルチスライスから成る所望の複数断面が1番目のボリュームデータ上に設定された様子を示したものである。図4(a)はボリュームデータ内に、例えば、複数のスライスV1を所望の複数断面として術者あるいは医者が入力して規定する。
V1は、C11からC1ｎの複数個の所望断面より成っている。次に本実施例において時間の経過とともに、膝等を曲げる角度が変わると、被検体の観察部位の位置がボリュームデータ内で変化するので、複数個の所望断面(V1：C11〜C1ｎ)の位置も変化させられなければならない。
図4(b)は、膝等を曲げる角度が変わった後において、設定されるべき所望の複数断面を図示したものであり、膝等を曲げる角度の変化に応じて、所望の複数断面の設定位置(V1：C11〜C1ｎ)が変更されて(V2：C21〜C2ｎ)とされたものである。ここで、複数個の所望断面(V1：C11〜C1ｎ)の(V2：C21〜C2ｎ)への変更は、例えば膝等を曲げる角度の変化をαとした場合の回転行列R12を用いて
C2＝R12・C1 式(1)
といった行列式で表すことができる。ただし、式(1)におけるC1及びC2は、複数個の所望断面の位置あるいは方向を規定したものであり、位置ベクトルあるいは方向ベクトル等より成るものである。以下、式(1)の詳細な例について説明する。
C2＝R12・C1 式(1)
といった行列式で表すことができる。ただし、式(1)におけるC1及びC2は、複数個の所望断面の位置あるいは方向を規定したものであり、位置ベクトルあるいは方向ベクトル等より成るものである。以下、式(1)の詳細な例について説明する。
例1：回転座標変換の例(X軸を回転軸として回転する場合)
被検体の所望部位の回転がX軸を回転軸とする場合には、式(1)における回転行列は次のように表される。
式(2)においてαは、膝等を曲げる回転角度を表す。ただし、角度αは、例えば後述するようにマーカーの位置座標が回転前と比較してどう変化したかを基に、求めることができる。例えば、回転前にマーカーAの位置座標が(xa、ya、za)で回転後に(xa'、ya'、za')に変化したとすると、次式(3)と(4)のような連立方程式を用いることにより、角度αを求めることができる。
被検体の所望部位の回転がX軸を回転軸とする場合には、式(1)における回転行列は次のように表される。
ya'=ya・cosα＋za・sinα 式(3)
za'= -ya・cosα＋za・sinα 式(4)
例2：回転座標変換の例(Y軸を回転軸として回転する場合)
被検体の所望部位の回転がY軸を回転軸とする場合には、式(1)における回転行列は次のように表される。
ただし、角度αは、例えば後述するようにマーカーの位置座標が回転前と比較してどう変化するかを、求めることができる。例えば、回転前にマーカーAの位置座標が(xa、ya、za)で回転後に(xa'、ya'、za')に変化したとすると、次式(6)と(7)のような連立方程式を用いることにより、角度αを求めることができる。
za'= -ya・cosα＋za・sinα 式(4)
例2：回転座標変換の例(Y軸を回転軸として回転する場合)
被検体の所望部位の回転がY軸を回転軸とする場合には、式(1)における回転行列は次のように表される。
xa'=xa・cosα-za・sinα 式(6)
za'= xa・sinα＋za・sinα 式(7)
例3：回転座標変換の例(Z軸を回転軸として回転する場合)
被検体の所望部位の回転がZ軸を回転軸とする場合には、式(1)における回転行列は次のように表される。
za'= xa・sinα＋za・sinα 式(7)
例3：回転座標変換の例(Z軸を回転軸として回転する場合)
被検体の所望部位の回転がZ軸を回転軸とする場合には、式(1)における回転行列は次のように表される。
ただし、角度αは、例えば後述するようにマーカーの位置座標が回転前と比較してどう変化するかを、求めることができる。例えば、回転前にマーカーAの位置座標が(xa、ya、za)で回転後に(xa'、ya'、za')に変化したとすると、次式(9)と(10)のような連立方程式を用いることにより、角度αを求めることができる。
xa'=xa・cosα-ya・sinα 式(9)
ya'= xa・sinα＋ya・sinα 式(10)
xa'=xa・cosα-ya・sinα 式(9)
ya'= xa・sinα＋ya・sinα 式(10)
例4：回転座標変換の例(X、YあるいはZ軸のいずれをも回転軸として回転しない場合)
上述した例1から例3のように、X、YあるいはZ軸のいずれをも回転軸とせず、極座標系でλ、φの角度からλ＋Δλ、φ＋Δφへ移動する場合には、式(1)における回転行列は次のように表される。
式(11)
ただし、本例では、回転角度に関するパラメータが複数個あるので、複数個のマーカーの位置座標の変化を基に、それぞれのパラメータを求める必要がある。
上述した例1から例3のように、X、YあるいはZ軸のいずれをも回転軸とせず、極座標系でλ、φの角度からλ＋Δλ、φ＋Δφへ移動する場合には、式(1)における回転行列は次のように表される。
ただし、本例では、回転角度に関するパラメータが複数個あるので、複数個のマーカーの位置座標の変化を基に、それぞれのパラメータを求める必要がある。
次に本実施例におけるMRI装置の動態撮影を行うための内部構成を図５を用い説明する。
51は、図1におけるROM21、RAM22、光磁気ディスク23、磁気ディスク24等に相当し、上述した三次元撮影により収集したエコー信号を記憶するためのデータ記憶部である。
次に52は、データ記憶部51に接続され、本実施に係る画像再構成である任意多断面再構成処理(MPR)を行うMPR処理部である。任意多断面再構成処理とは、複数の二次元画像から任意の位置の断面の再構成画像を作成する処理のことをいう。例えば、図4の説明では複数の二次元画像から成るボリュームデータより、所望の位置(例えば、足のつま先からかかとへの断面の位置)の複数断面(C21〜C2Ｎ等)を再構成するための処理をいう。
次に53は、MPR処理部52に接続され、MPR処理された画像を後述する画像表示部54へ表示するための処理を行う表示処理部である。
次に54は表示処理部53に接続され、MPR処理された画像を表示するための画像表示部である。例えば、図１におけるディスプレイ27は、表示処理部53に接続され、MPR処理された画像を表示するために画像表示部54として用いられる。
次に55はMPR処理部52、表示処理部53、画像表示部54 に接続され、MPR処理部52、表示処理部53、画像表示部54を操作するための操作部である。図１におけるトラックボール又はマウス25、キーボード26は、MPR処理部、信号処理部、表示処理部を走査するための操作部55として用いられる。
次に本実施例における動態撮影のフローについて図6を用い説明する。以下図6のフローチャートの各ステップを順に説明する。
(ステップ1)動態撮像の実施
医者又は術者が被検体をMRI装置内に配置して、複数の三次元ボリュームデータを時系列的に取得する動態撮像をMRI装置により行い、MRI装置により得られた三次元ボリュームデータをデータ記憶部51に入力する。ただし、本ステップにおける動態撮像では、MRI装置の撮影空間内に設定された直交座標系における3軸(X軸、Y軸、Z軸)に沿って形成された撮影領域(FOV)内で足等を動かしながら行う。
医者又は術者が被検体をMRI装置内に配置して、複数の三次元ボリュームデータを時系列的に取得する動態撮像をMRI装置により行い、MRI装置により得られた三次元ボリュームデータをデータ記憶部51に入力する。ただし、本ステップにおける動態撮像では、MRI装置の撮影空間内に設定された直交座標系における3軸(X軸、Y軸、Z軸)に沿って形成された撮影領域(FOV)内で足等を動かしながら行う。
(ステップ2)MPR基準入力画面の作成表示
MRI装置により時系列的に得られた複数の三次元ボリュームデータの内一つを取り出し、MPR基準面入力画面を作成して表示する。MPR基準面入力画面とは、MPR処理における所望の断面を入力するための画面であり、例えばサジタル、コロナル、アクシアル断面の画像をいう。
MRI装置により時系列的に得られた複数の三次元ボリュームデータの内一つを取り出し、MPR基準面入力画面を作成して表示する。MPR基準面入力画面とは、MPR処理における所望の断面を入力するための画面であり、例えばサジタル、コロナル、アクシアル断面の画像をいう。
(ステップ3)MPR処理の対象とする所望の断面の設定
ステップ2で表示されたMPR基準面入力画面(例えば、サジタル、コロナル、アクシアル断面のいずれか)上で、医者又は術者がMPR処理の対象とする所望の断面(以下、カットPlane)を設定するためにパラメータ等を入力する。入力画面の詳細は、後述する。例えば、医者又は術者は複数の平行な曲線または直線を入力したり、一つの画面に垂直な軸を中心にRadial状に線分を設定したりする。例えば、マルチスライスでカットPlaneを指定する場合には、マルチスライスそれぞれを構成するカットPlaneの厚さ、カットPlane上の関心領域、カットPlane間の間隔、カットPlaneの数などが設定される。具体的には、複数の平行な曲線または直線の設定について、中心となる一本の線が設定され、カットPlane間の間隔、カットPlaneの数が入力され、複数のカットPlaneが設定される。また、Radial状に線分を設定する場合には、中心点位置と、角度間隔あるいは線の数により、MPR処理の対象とする所望の断面を設定すれば良い。
ステップ2で表示されたMPR基準面入力画面(例えば、サジタル、コロナル、アクシアル断面のいずれか)上で、医者又は術者がMPR処理の対象とする所望の断面(以下、カットPlane)を設定するためにパラメータ等を入力する。入力画面の詳細は、後述する。例えば、医者又は術者は複数の平行な曲線または直線を入力したり、一つの画面に垂直な軸を中心にRadial状に線分を設定したりする。例えば、マルチスライスでカットPlaneを指定する場合には、マルチスライスそれぞれを構成するカットPlaneの厚さ、カットPlane上の関心領域、カットPlane間の間隔、カットPlaneの数などが設定される。具体的には、複数の平行な曲線または直線の設定について、中心となる一本の線が設定され、カットPlane間の間隔、カットPlaneの数が入力され、複数のカットPlaneが設定される。また、Radial状に線分を設定する場合には、中心点位置と、角度間隔あるいは線の数により、MPR処理の対象とする所望の断面を設定すれば良い。
(ステップ4)マーカーの位置指定
後述するステップにおいて、医者又は術者が被検体の診断対象部位の回転角度を検出するための基準となるマーカーを指定する。被検体の診断対象部位の回転角度の検出は、例えば(a)公知の組織追跡技術、(b)被検体の診断部位にNMR信号を大きく発生する治具を配置して、画像上より自動的あるいは手動で該治具を検出する方法、(c)国際公開WO03/026505A1号公報に記載されているような光学的なシステムを利用する方法等が考えられる。本ステップにおけるマーカーの位置指定は、被検体の診断対象部位の回転角度の検出の方法に応じてそれぞれ変える。
後述するステップにおいて、医者又は術者が被検体の診断対象部位の回転角度を検出するための基準となるマーカーを指定する。被検体の診断対象部位の回転角度の検出は、例えば(a)公知の組織追跡技術、(b)被検体の診断部位にNMR信号を大きく発生する治具を配置して、画像上より自動的あるいは手動で該治具を検出する方法、(c)国際公開WO03/026505A1号公報に記載されているような光学的なシステムを利用する方法等が考えられる。本ステップにおけるマーカーの位置指定は、被検体の診断対象部位の回転角度の検出の方法に応じてそれぞれ変える。
例えば、被検体の診断部位にNMR信号を大きく発生する治具を配置して、画像上より自動的あるいは手動で検出する方法を用いる場合には、足の一部にマーカーを配置し、その画像上での画素強度及び大きさをMRI装置に入力して記憶させ、画像上よりパターンマッチングで各ボリュームデータ内の二次元画像データより認識できるようにする。また、公知の組織追跡技術により被検体の回転角度を検出する場合には、所定の臓器のパターンの画像(例えば足の一部の画像(ROI))を、ステップ2で表示された画面上に入力できるようにする。国際公開WO03/026505A1号公報に記載されているような光学的なシステムを用いる場合には、例えば発光体、反射体をMRI装置のガントリ内や被検体の一部に配置したりする。
また、本ステップで設定するマーカーの数は、被検体の診断対象部位の回転の自由度により異ならせる。例えば、足を回転させる場合膝等が何らかの治具に固定されていて膝より先を回転させる場合で、回転軸が上述のX軸、Y軸、Z軸のいずれかであり、回転中心が膝等で固定されている場合には、被検体の診断対象部位(膝より先)の動きが膝より足側に設置されたマーカー1つの位置により一義的に定まるので、マーカーの数は1個のみで良い。また、回転軸が上述のX軸、Y軸、Z軸のいずれかでない場合には、被検体の診断対象部位(膝より先)の動きが一義的に定まらず、前述の例4のように回転することが考えられるので、マーカーの数が2つ以上必要と考えられる。また、更に足が膝を軸に回転するのみならず、足首でも回転する場合には、足首付近の被検体の診断部位は複雑に動くと考えられるので、その場合にはマーカーの数は3つ以上必要と考えられる。
(ステップ5)ボリュームデータそれぞれについて、マーカーの位置及び診断対象部位の角度検出
ステップ2で指定したボリュームデータ以外のボリュームデータそれぞれについて、順次(ステップ4)で指定したマーカーの位置を順次上記(a)〜(c)のそれぞれの方法に応じて検出し、それと伴に上記例1〜例4に準じた手法により被検体の診断対象部位の回転角度をそれぞれのボリュームデータについて検出する。
ステップ2で指定したボリュームデータ以外のボリュームデータそれぞれについて、順次(ステップ4)で指定したマーカーの位置を順次上記(a)〜(c)のそれぞれの方法に応じて検出し、それと伴に上記例1〜例4に準じた手法により被検体の診断対象部位の回転角度をそれぞれのボリュームデータについて検出する。
(ステップ6)各ボリュームデータそれぞれについて、所望の断面の位置を計算
ステップ5で検出した回転角度に応じて、図4で示したように、ステップ3で設定した所望の断面の位置を、各ボリュームデータそれぞれについて計算する。所望の断面の位置の変化を計算する際には、上述の例1から4に示されたような行列式を用いる。ただし、被検体の診断対象部位の動きが回転運動のみならず、平行移動もある場合には、(ステップ5)で各ボリュームデータ毎に平行移動の量をマーカーの位置検出により検出して、例1から4に示されたような行列式による回転座標変換に、公知の平行移動の変換を付加すれば良いと考えられる。例えば、式(1)を式(12)のように変形して、平行移動を表すオフセット項が付加されるようにすれば良い。
ステップ5で検出した回転角度に応じて、図4で示したように、ステップ3で設定した所望の断面の位置を、各ボリュームデータそれぞれについて計算する。所望の断面の位置の変化を計算する際には、上述の例1から4に示されたような行列式を用いる。ただし、被検体の診断対象部位の動きが回転運動のみならず、平行移動もある場合には、(ステップ5)で各ボリュームデータ毎に平行移動の量をマーカーの位置検出により検出して、例1から4に示されたような行列式による回転座標変換に、公知の平行移動の変換を付加すれば良いと考えられる。例えば、式(1)を式(12)のように変形して、平行移動を表すオフセット項が付加されるようにすれば良い。
C2＝R12・C1＋P12 (12)
式(12)におけるP12は、位置ベクトルあるいは方向ベクトル等より成るC1の各成分に、オフセットのための項を付加するベクトルである。
式(12)におけるP12は、位置ベクトルあるいは方向ベクトル等より成るC1の各成分に、オフセットのための項を付加するベクトルである。
(ステップ7)補間処理により断面像を生成
MRI装置は、ステップ3で複数の三次元ボリュームデータの内一つについて設定し、ステップ6で各ボリュームデータそれぞれについて求めた所望の断面の各位置についての断面像を、補間処理により求める。より具体的にMRI装置は、所望の断面の配置される方向が上記X、Y、Z3軸に対して斜めになっている場合には、複数の二次元データから成る三次元ボリュームデータのデータ配置位置と画像再構成する所望の断面の各画素の位置が必ずしも一致しない場合があり、そのような場合には位置が必ずしも一致しない場所の画素値を補間により求める。
MRI装置は、ステップ3で複数の三次元ボリュームデータの内一つについて設定し、ステップ6で各ボリュームデータそれぞれについて求めた所望の断面の各位置についての断面像を、補間処理により求める。より具体的にMRI装置は、所望の断面の配置される方向が上記X、Y、Z3軸に対して斜めになっている場合には、複数の二次元データから成る三次元ボリュームデータのデータ配置位置と画像再構成する所望の断面の各画素の位置が必ずしも一致しない場合があり、そのような場合には位置が必ずしも一致しない場所の画素値を補間により求める。
(ステップ8)表示処理
ステップ7で求めた各所望の断面の再構成画像を、画像表示部54へ表示するための表示処理を表示処理部53が行う。本ステップにより表示される画面は図6のようになっている。以下、図6の表示画面について説明する。図7において、71は、画像表示部上に表示された4つの画面である4つの画面の内右上は、サジタル方向画面、左上はコロナル方向画面、左下はアクシアル方向画面、右下はMPR処理によって得られた断層像を示す。
ステップ7で求めた各所望の断面の再構成画像を、画像表示部54へ表示するための表示処理を表示処理部53が行う。本ステップにより表示される画面は図6のようになっている。以下、図6の表示画面について説明する。図7において、71は、画像表示部上に表示された4つの画面である4つの画面の内右上は、サジタル方向画面、左上はコロナル方向画面、左下はアクシアル方向画面、右下はMPR処理によって得られた断層像を示す。
次に72は、スクロールバーを示し、ステップ1により時系列的に得られた複数の三次元ボリューム画像の表示を切り替えるためのものである。例えば、スクロールバーが左端に位置している場合には、時系列的に始めのタイミングで得られたボリュームデータを示し、スクロールバーを右へ動かすに従って、表示画面が時系列的に新しいものへ切り替わることを示す。73は、ボリュームデータの番号を示す。例えば、ボリュームデータの番号が1〜100である場合に、番号1が最も時系列的に早い番号のもの、番号100が最も時系列的に遅い番号のものを示す。74は、各ボリュームデータにおける、足等の診断対象部位の回転角度が指定するためのものである。この回転角度が指定されることにより、CPU7は診断対象部位が指定された角度にある場合のボリュームデータを選択して表示するようになっている。
75は、それぞれのボリュームデータについて、71の右下の画面への表示断面を切り替えて、それぞれのボリュームデータのどれを表示するかを選択するためのスクロールバーである。より具体的にはステップ3において、所望の断面が複数である場合も指定可能であるが、その場合に右下の画面への表示断面をスクロールバーを動かすことにより複数の所望の断面の表示を順次切り替えることができる。76は、医者又は術者がステップ3でMPR処理の対象とする所望の断面に関する情報を入力するためのものである。例えば、ステップ3に記載されているようなカットPlaneの厚さ、カットPlane上の関心領域、カットPlane間の間隔、カットPlaneの数等のパラメータを入力するためのものである。
77は、断面共有範囲を設定するためのものであり、所望の断面の位置が、三次元ボリュームデータ全範囲(例えば1〜100個まで)で共有化されているか、前半部分(例えば1〜50個まで)で共有化されていてその一部であるのか、後半部分(例えば51〜100個まで)で共有化されていてその一部であるのかを示したものである。
78は、複数の三次元ボリュームデータについて、ボリュームデータの番号と被検体の診断対象部位の角度との関係を示すものである。例えば、ボリュームデータの番号が増え、時系列的に時間が進むのに従って、被検体の診断対象部位の角度が増えることが表として表されている。
以上説明したように、本実施例によれば、1回のMPR処理パラメータの設定(所望の断面の設定)を1つの三次元ボリュームデータについて行うのみで、被検体の所望の部位の動きに対応して、他の三次元ボリュームデータについての所望の断面像の表示を行うことができる。すなわち、撮影空間内で被検体の所望の部位の動きと伴に、前記被検体の所望の部位について複数の三次元ボリュームデータを撮像する撮像手段と、前記撮像手段で得られた複数の三次元ボリュームデータを記憶する記憶手段と、前記被検体の所望の部位内の所望断面の位置を入力する入力手段と、前記所望断面の画像を、前記記憶手段に記憶されている三次元ボリュームデータより生成する画像生成手段を備えた医用画像診断装置において、前記被検体の所望の部位の位置情報を検出する検出手段を備え、前記画像生成手段は、前記検出手段により検出した位置情報を用いて、前記所望断面の前記複数の三次元ボリュームデータの各々から前記所望断面の画像をそれぞれ生成する。
また、前記検出手段は、前記所望の部位の特定位置の位置情報を検出することを特徴とし、前記所望の部位が固定された支点部位を中心に動く場合には、前記特定位置が1ヵ所設けられていて、前記被検体の所望の部位の動きは、前記医用画像診断装置の撮像空間に設定された直交座標系におけるＸ軸あるいはＹ軸、Ｚ軸を回転軸として回転することを特徴とする。また、前記被検体の所望の部位の動きが、極座標系における２つの回転軸を回転中心とする回転運動を含む場合は、前記特定位置の数を２ヶ所以上設定し、前記検出手段は前記２ヶ所以上の特定位置を検出することにより前記所望の部位の位置を検出することを特徴とする。
また、前記時系列的に得られた三次元ボリュームデータより任意の１個以上を選択する選択手段を備え、前記入力手段は、前記選択手段により選択された三次元ボリュームデータより得られたた二次元画像上に、所定断面の位置を入力し、前記検出手段により検出した前記所望の部位の位置情報に基づいて、前記選択手段により選択されていない他の三次元ボリュームデータについて、前記所定断面の位置を算出する算出手段を備えたことを特徴とする。前記所望断面は複数ある場合もあれば、前記所望断面は平面である場合や曲面である場合を含む。
また、本実施例によれば、撮影空間内で被検体の所望の部位を動きと伴に、前記被検体の三次元ボリュームデータを複数撮像する工程(1)と、(2)前記工程(1)で撮像された前記三次元ボリュームデータより、基準画面を生成する工程(2)と、前記工程(2)により生成された基準画面上に画像生成のための所望の断面位置を入力する工程(3)と、前記工程(3)で入力された所望の断面位置の画像を生成する工程(4)を備えた医用画像診断方法であって、前記工程(1)により得られた複数の三次元ボリュームデータより、任意の1個以上の三次元ボリュームデータを選択する工程(5)を備え、前記工程(2)は前記工程(5)で選択された三次元ボリュームデータについて基準画面を生成し、前記被検体の所望の部位の位置変化を前記複数の三次元ボリュームデータそれぞれについて検出する工程(6)と、前記工程(6)により検出した所望の部位の位置変化に基づいて、他の三次元ボリュームデータにおける前記所望断面位置を算出する工程(7)を備え、前記工程(4)は、前記工程(3)で入力され、前記工程(7)で位置変化が検出された所望断面位置の画像を生成することを特徴とする医用画像診断方法が提供される。
また、撮影空間内で被検体の所望の部位を動きと伴に、前記被検体の三次元ボリュームデータを複数撮像する工程(1)と、前記工程(1)により得られた複数の三次元ボリュームデータより、任意の１個以上の三次元ボリュームデータを選択する工程(2)と、前記工程(2)により選択された三次元ボリュームデータより、基準画面を生成する工程(3)と、前記工程(3)により生成された基準画面上に画像生成のための所望断面位置を入力する工程(4)と、前記被検体の所望の部位の位置変化を前記複数の三次元ボリュームデータそれぞれについて検出する工程(5)と、前記工程(5)により検出した所望の部位の位置変化に基づいて、他の三次元ボリュームデータにおける前記所望断面位置を算出する工程(6)と、前記工程(4)で入力あるいは前記工程(6)により算出した断面位置の画像を生成する工程(7)を備えたことを特徴とする医用画像診断方法が提供される。
その結果、複数の三次元ボリュームデータの各々から同じ切断面のMPR像の取得が容易になると共に、カットPlaneパラメータの設定操作が容易になり操作者の負担が低減できるようになる。
（実施例２）
次に、本発明の実施例2を説明する。本発明の実施例2は、実施例1とほぼ同じであるが、以下の点が異なる。すなわち、実施例1ではステップ1において三次元ボリュームデータを時系列的にすべての時相においてとり終わってからステップ2以下の処理を行うが、本実施例では、三次元ボリュームデータを収集している最中にステップ2以下の処理を行う。例えば、全体で1〜100の三次元ボリュームデータがある場合、1〜50番目についての動態撮像が終わった段階で、MRI装置がステップ2以下のMPR像を表示し始め、51〜100番目の三次元ボリュームデータが収集された段階で51〜100番目について、MRI装置がステップ2以下のMPR像を表示し始めるようにする。
（実施例２）
次に、本発明の実施例2を説明する。本発明の実施例2は、実施例1とほぼ同じであるが、以下の点が異なる。すなわち、実施例1ではステップ1において三次元ボリュームデータを時系列的にすべての時相においてとり終わってからステップ2以下の処理を行うが、本実施例では、三次元ボリュームデータを収集している最中にステップ2以下の処理を行う。例えば、全体で1〜100の三次元ボリュームデータがある場合、1〜50番目についての動態撮像が終わった段階で、MRI装置がステップ2以下のMPR像を表示し始め、51〜100番目の三次元ボリュームデータが収集された段階で51〜100番目について、MRI装置がステップ2以下のMPR像を表示し始めるようにする。
その際、1番目のボリュームデータについて行うステップ3のMPR処理の対象とする所望の断面の設定と、51番目のボリュームデータについて行うステップ3のMPR処理の対象とする所望の断面の設定が、被検体の診断の対象における同じ位置であっても良いし、違う位置であっても良い。このようにすることで、複数の三次元ボリュームデータの前半と後半で被検体の診断の対象の回転軌跡が異なる場合に好適に対応できたり、前半と後半とで回転の支点が異なる場合等に好適に対応できたりする利点がある。
また、MPRの処理がされた画像が実施例1の場合より、素早くディスプレイに得られたMPR画像が表示され、すぐ診断ができるという利点がある。
（実施例３）
次に、本発明の実施例3を説明する。本発明の実施例3は、実施例1とほぼ同じであるが、以下の点が異なる。すなわち、実施例1ではステップ1において三次元ボリュームデータを時系列的にすべての時相においてとり終わってから1番目の三次元ボリュームデータのみについてMPR処理の対象とする所望の断面の設定を行っていたが、本実施例はすべての時相の三次元ボリュームデータを2つ以上のいくつかのグループに分け、それぞれのグループ別々にMPR処理を行う。
（実施例３）
次に、本発明の実施例3を説明する。本発明の実施例3は、実施例1とほぼ同じであるが、以下の点が異なる。すなわち、実施例1ではステップ1において三次元ボリュームデータを時系列的にすべての時相においてとり終わってから1番目の三次元ボリュームデータのみについてMPR処理の対象とする所望の断面の設定を行っていたが、本実施例はすべての時相の三次元ボリュームデータを2つ以上のいくつかのグループに分け、それぞれのグループ別々にMPR処理を行う。
例えば、1〜50番目の三次元ボリュームデータのグループについて、1番面の三次元ボリュームデータに所望の断面を設定してMPR処理を行い、51〜100番目の三次元ボリュームデータのグループについて、51番面の三次元ボリュームデータに所望の断面を設定してMPR処理を行うようにしても良い。このようにすることによって、複数の三次元ボリュームデータの前半と後半で被検体の診断の対象の回転軌跡が異なる場合に好適に対応できたり、前半と後半とで回転の支点が異なる場合等に好適に対応できたりする利点がある。
上記本発明の本実施例によれば、MPR処理パラメータの設定(所望の断面の設定)を1個あるいは複数個の三次元ボリュームデータについて行うのみで、他の三次元ボリュームデータについての所望の断面の表示を被検体の所望の部位の動きに対応して行うことができる。その結果、複数の三次元ボリュームデータの各々から同じ切断面のMPR像を取得が容易になると共に、カットPlaneパラメータの設定操作が容易になり操作者の負担が低減できるようになる。
なお、本発明は、以上の各実施形態に開示された内容にとどまらず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種の形態を取り得る。例えば、上記実施形態ではMRI装置で説明したが、X線CT装置等の医用画像診断装置でも良い。また、上記実施形態では医用画像診断装置で動態撮影した後各自相における所望の断面を表示する任意多断面再構成を説明したが、動態撮影で得られた結果を予め記憶装置に記憶し、記憶されたものを任意多断面再構成することのみを行うシステムでも良いことはいうまでもない。このようなシステムでも、上述のように任意多断面再構成をすれば良いと考えられる。
Claims (8)
- 撮影空間内で被検体の所望の部位の動きと伴に、前記被検体の所望の部位について複数の三次元ボリュームデータを撮像する撮像手段と、前記撮像手段で得られた複数の三次元ボリュームデータを記憶する記憶手段と、前記被検体の所望の部位内の所望断面の位置を入力する入力手段と、前記所望断面の画像を、前記記憶手段に記憶されている三次元ボリュームデータより生成する画像生成手段と、前記被検体の特定部位を設定する手段と、前記被検体の所望の部位の特定位置の位置情報を検出する検出手段を備え、
該検出手段は、前記被検体の所望の部位の動きが、極座標系における1つの回転軸を回転中心とする回転運動を含む場合は、前記特定位置の数を1ヶ所設定し、前記検出手段は前記1ヶ所の特定位置を検出することにより前記所望の部位の位置を検出することを特徴とする医用画像診断装置。 - 撮影空間内で被検体の所望の部位の動きと伴に、前記被検体の所望の部位について複数の三次元ボリュームデータを撮像する撮像手段と、前記撮像手段で得られた複数の三次元ボリュームデータを記憶する記憶手段と、前記被検体の所望の部位内の所望断面の位置を入力する入力手段と、前記所望断面の画像を、前記記憶手段に記憶されている三次元ボリュームデータより生成する画像生成手段と、前記被検体の特定部位を設定する手段と、前記被検体の所望の部位の特定位置の位置情報を検出する検出手段を備え、
該検出手段は、前記被検体の所望の部位の動きが、極座標系における2つの回転軸を回転中心とする回転運動を含む場合は、前記特定位置の数を2ヶ所以上設定し、前記検出手段は前記2ヶ所以上の特定位置を検出することにより前記所望の部位の位置を検出することを特徴とする医用画像診断装置。 - 前記画像生成手段は、前記検出手段により検出した位置情報を用いて、前記複数の三次元ボリュームの各々から前記所望断面の画像をそれぞれ生成することを特徴とする請求項1又は2に記載の医用画像診断装置。
- 時系列的に得られた三次元ボリュームデータより任意の1個以上を選択する選択手段を備え、
前記入力手段は、前記選択手段により選択された三次元ボリュームデータより得られた二次元画像上に、所定断面の位置を入力し、前記検出手段により検出した前記所望の部位の位置情報に基づいて、前記選択手段により選択されていない他の三次元ボリュームデータについて、前記所定断面の位置を算出する算出手段を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の医用画像診断装置。 - 前記所望断面は複数あることを特徴とする請求項1又は2記載の医用画像診断装置。
- 前記所望断面は平面であることを特徴とする請求項1又は2記載の医用画像診断装置。
- 前記所望断面は曲面であることを特徴とする請求項1又は2記載の医用画像診断装置。
- 前記医用画像診断装置は、X線CT装置あるいはMRI装置であることを特徴とする請求項1又は2記載の医用画像診断装置。
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