JP5631605B2 - 磁気共鳴イメージング装置、基準点設定方法、およびプログラム - Google Patents

磁気共鳴イメージング装置、基準点設定方法、およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、被検体に対して座標系を位置決めするための基準点を設定する磁気共鳴イメージング装置、基準点設定方法、およびプログラムに関する。
磁気共鳴イメージング装置で患者を撮影する場合、患者はマグネットのボアに搬送される。このとき、ボアに搬送された患者の撮影部位がマグネットセンターからずれていると、高品質な画像を得ることができない。そこで、患者の撮影部位がマグネットセンターに位置決めされるように、オペレータは、患者をボアに搬送する前に、患者の体表面の所定位置にランドマークを設定する。ランドマークを設定することによって、患者の撮影部位をマグネットセンターに位置決めすることができる。
しかし、オペレータは、患者ごとに手作業でランドマークを設定する必要がある。したがって、ランドマークを設定する作業は、オペレータにとっては手間の掛かる作業である。そこで、ランドマークを設定せずに患者の撮影部位をマグネットセンターに自動的に搬送する技術が知られている(特許文献1)。
特開2004-202143号公報
被検体から磁気共鳴信号を収集する場合、被検体に対して座標系を設定する必要がある。座標系を設定する場合、一般的には、座標系を設定するための基準点が必要になるが、特許文献1では、座標系の基準点の決め方は説明されていない。したがって、座標系の基準点を決めることができるようにする必要がある。
被検体に仮の座標系を設定するための仮の基準点を位置決めする仮基準点位置決め手段と、
前記被検体の画像データから、前記被検体の所定の部位を抽出する抽出手段と、
前記所定の部位の標準モデルと、前記被検体に座標系を設定するための基準点との相対的な位置関係に基づいて、抽出された前記所定の部位に対して新たな基準点を位置決めする新基準点位置決め手段と、
を有する磁気共鳴イメージング装置。

被検体に仮の座標系を設定するための仮の基準点を位置決めする仮基準点位置決めステップと、
前記被検体の画像データから、前記被検体の所定の部位を抽出する抽出ステップと、
前記所定の部位の標準モデルと、前記被検体に座標系を設定するための基準点との相対的な位置関係に基づいて、抽出された前記所定の部位に対して新たな基準点を位置決めする新基準点位置決めステップと、
を有する基準点設定方法。

被検体に仮の座標系を設定するための仮の基準点を位置決めする仮基準点位置決め処理と、
前記被検体の画像データから、前記被検体の所定の部位を抽出する抽出処理と、
前記所定の部位の標準モデルと、前記被検体に座標系を設定するための基準点との相対的な位置関係に基づいて、抽出された前記所定の部位に対して新たな基準点を位置決めする新基準点位置決め処理と、
を計算機に実行させるためのプログラム。
仮の基準点に基づいて被検体をスキャンした後、被検体から収集された磁気共鳴信号に基づいて、被検体の所定の部位を抽出する。その後、所定の部位の標準モデルと基準点との相対的な位置関係に基づいて、新たな基準点を決定している。したがって、基準点を所望の位置に設定することが可能となる。
本発明の一実施形態の磁気共鳴イメージング装置1の概略図である。 本実施形態におけるMRI装置1の処理フローの一例を示すフローチャートである。 被検体14が搬送された様子を示す図である。 仮の基準点の位置を概略的に示す図である。 仮の基準点PRと被検体14の頭部14aとの位置関係を示す図である。 仮の基準点PRによって設定された仮の人体座標系を示す図である。 得られた画像データを概略的に示す図である。 抽出された脳14bの3次元画像を示す斜視図である。 データベース11を概略的に示す図である。 脳の標準モデルMBの一例を示す図である。 脳の標準のモデルMBと抽出した脳14bとの位置関係を概略的に示す図である。 変換後の基準点の位置を示す図である。 変換後の基準点PN’と被検体14の頭部14aとの位置関係を示す図である。 仮の人体座標系が更新された様子を示す図である。 設定されたスライスSの一例である。
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されることはない。
図1は、本発明の一実施形態の磁気共鳴イメージング装置1の概略図である。
磁気共鳴イメージング(MRI(Magnetic Resonance Imaging))1は、コイルアセンブリ2、テーブル3、テーブル4、受信コイル5などを有している。
コイルアセンブリ2は、被検体14が収容されるボア2aと、超伝導コイル2bと、勾配コイル2cと、送信コイル2dとを有している。超伝導コイル2bは静磁場B0を印加し、勾配コイル2cは勾配磁場を印加し、送信コイル2dはRFパルスを送信する。
クレードル4は、テーブル3からボア2aに移動できるように構成されている。クレードル4によって、被検体14はボア2aに搬送される。
受信コイル5は、被検体14の頭部14aに取り付けられている。受信コイル5は、被検体14の頭部14aからの磁気共鳴信号を受信する。
MRI装置1は、更に、シーケンサ6、送信器7、勾配磁場電源8、受信器9、中央処理装置10、データベース11、入力装置12、および表示装置13を有している。
シーケンサ6は、中央処理装置10の制御を受けて、RFパルスの情報(中心周波数、バンド幅など)を送信器7に送り、勾配磁場の情報(勾配磁場の強度など)を勾配磁場電源8に送る。
送信器7は、シーケンサ6から送られた情報に基づいて、RFコイル2dを駆動する駆動信号を出力する。
勾配磁場電源8は、シーケンサ6から送られた情報に基づいて、勾配コイル2cを駆動する駆動信号を出力する。
受信器9は、受信コイル5で受信された磁気共鳴信号を信号処理し、中央処理装置10に伝送する。
データベース11は、被検体14の所定の部位の標準モデルと、被検体14に座標系を設定するための基準点との相対的な位置関係を規定したデータの集合である(図9参照)。
中央処理装置10は、シーケンサ6および表示装置13に必要な情報を伝送したり、受信器9から受け取った信号に基づいて画像を再構成するなど、MRI装置1の各種の動作を実現するように、MRI装置1の各部の動作を総括する。中央処理装置10は、仮基準点位置決め手段101〜スライス設定手段106を有している。
仮基準点位置決め手段101は、被検体14に仮の座標系を設定するための仮の基準点PR(例えば、図5参照)を位置決めする。
抽出手段102は、収集された磁気共鳴信号に基づいて、所定の部位を抽出する。
新基準点位置決め手段103は、所定の部位の標準モデルと、被検体に座標系を設定するための基準点との相対的な位置関係に基づいて、抽出された所定の部位に対して新たな基準点を位置決めする。
基準点置換手段104は、仮の基準点を新たな基準点に置き換える。
座標系更新手段105は、仮の基準点に対して設定された仮の座標系を、新たな基準点に基づいて更新する。
スライス設定手段106は、スライスを設定する。
中央処理装置10は、例えばコンピュータ(computer)によって構成される。尚、中央処理装置10は、仮基準点位置決め手段101〜スライス設定手段106の一例であり、所定のプログラムを実行することにより、これらの手段として機能する。
入力装置12は、オペレータ15の操作に応答して、中央処理装置10に種々の命令などを伝送する。表示装置13は、画像などを表示する。
MRI装置1は、上記のように構成されている。次に、MRI装置1の動作について説明する。
図2は、本実施形態におけるMRI装置1の処理フローの一例を示すフローチャートである。
ステップS1では、オペレータ15が被検体14の頭部14aに受信コイル5を設置する。その後、受信コイル5のコイル中心位置がマグネットセンターに一致するまで、被検体14をボア2aに搬送する。受信コイル5のコイル中心位置がマグネットセンターに一致するように被検体14を搬送させる方法としては、例えば、特開2004-202143号に記載された方法を応用することができる。具体的には、受信コイル5に赤外線レーザダイオードを備え、赤外線レーザダイオードから発せられるレーザ光に基づいて受信コイル5の位置を認識することによって、受信コイル5のコイル中心位置がマグネットセンターに一致するように被検体14を搬送することができる。
図3は、被検体14が搬送された様子を示す図である。
被検体14を搬送した後、オペレータ15は、入力装置12を操作して撮影命令を入力する。この撮影命令が入力されると、ステップS2に進む。
ステップS2では、仮基準点位置決め手段101(図1参照)が、被検体14に仮の人体座標系を設定するための仮の基準点を位置決めする。本実施形態では、受信コイル5のコイル中心位置を検出し、検出したコイル中心位置を仮の基準点に位置決めする。本実施形態では、ステップS1において被検体14を搬送するときに受信コイル5のコイル中心位置をマグネットセンターに一致させているので、マグネットセンターの位置から、受信コイル5のコイル中心位置を検出することができる。したがって、仮の基準点を位置決めすることができる。
図4は、仮の基準点の位置を概略的に示す図である。
仮の基準点PRは、受信コイル5の中心に位置している。
図5は、仮の基準点PRと被検体14の頭部14aとの位置関係を示す図である。
図5(a)は、被検体14と仮の基準点PRとの位置関係を、被検体14の頭部14aの正面側から見た図であり、図5(b)は、被検体14と仮の基準点PRとの位置関係を、被検体14の頭部14aの側面側から見た図である。
図5(a)を参照すると、仮の基準点PRは、被検体14の脳14bの外側に位置していることが分かる。
仮の基準点PRを位置決めすることによって、被検体14に仮の人体座標系が設定される。
図6は、仮の基準点PRによって設定された仮の人体座標系を示す図である。
図6(a)は、被検体14と仮の人体座標系との位置関係を、被検体14の頭部14aの正面側から見た図であり、図6(b)は、被検体14と仮の人体座標系との位置関係を、被検体14の頭部14aの側面側から見た図である。
仮の人体座標系は、仮の基準点PRを原点とした3軸(AP軸、SI軸、およびRL軸)によって表される。
仮の基準点PRを位置決めした後、ステップS3に進む。
ステップS3では、シーケンサ6は、中央処理装置10の制御を受けて、パルスシーケンスを実行するための情報(RFパルスの情報、勾配磁場の情報)を送信器7および勾配磁場電源8に送る。これによって、パルスシーケンスが実行され、被検体9の磁気共鳴信号が収集される。収集された磁気共鳴信号を処理することによって、画像データが得られる。
図7は、得られた画像データを概略的に示す図である。
図7に示すように、再構成された画像データDVは、被検体14の頭部14aを表している。ただし、仮の基準点PRは、受信コイル5の中心位置に位置決めされている。したがって、被検体14の頭部14aの大きさや、被検体14の頭部14aと受信コイル5との位置関係によっては、仮の基準点PRが必ずしも最適な位置に設定されているとは限らない。そこで、本実施形態は、ステップS3において得られた画像データを利用して、最適な基準点の位置を算出している。最適な基準点を算出するために、ステップS4に進む。
ステップS4では、抽出手段102(図1参照)が、画像データDVから脳14bを抽出する。本実施形態では、後述するステップS5において、被検体14の脳14bを、脳の標準モデルにマッチングさせる処理が行われるので、その前処理として、ステップS4において、画像データDVから脳14bを抽出する処理が行われる。
図8は、抽出された脳14bの3次元画像を示す斜視図である。
図8から、脳14bのみが抽出されていることがわかる。尚、図8には、脳14bの他に、仮の基準点PRも示されており、脳14bと仮の基準点PRとの相対的な位置関係が示されている。図5を参照しながら説明したように、仮の基準点PRは、脳14bの外側に位置している。
脳14bを抽出した後、ステップS5に進む。
ステップS5では、新基準点位置決め手段103(図1参照)が、抽出した脳14bと脳の標準モデルとのマッチングを行う。本実施形態では、アフィン(Affine)変換を用いて、脳の標準のモデルを抽出した脳14bにマッチングさせる。アフィン変換では、以下のパラメータを用いることによりマッチングが行われる。
(1)移動パラメータt
(2)角度(回転)パラメータr
(3)スケーリングパラメータs
本実施形態では、脳の標準モデルの形状ができるだけ抽出した脳14bの形状に近づくように、上記の(1)〜(3)のパラメータの値を決定する。以下に、上記の(1)〜(3)のパラメータの値を決定する手順について説明する。
先ず、データベース11(図1参照)から脳の標準モデルのデータを取り出す。
図9は、データベース11を概略的に示す図である。
データベース11は、人体の所定の部位の標準モデルの3Dデータを有している。本実施形態では、標準モデルは、脳の標準モデルMB(最上段)、肝臓の標準モデルML(上から二段目)、脊椎の標準モデルMC(上から三段目)、一対の腎臓の標準モデルMK(最下段)である。これらの標準モデルMB、ML、MC、およびMKは、例えば、複数の被検体をスキャンすることによって得られた各部位の画像データに基づいて作成することができる。
また、データベース11は、更に、各所定の部位の標準モデルMB、ML、MC、およびMKと、被検体14に人体座標系を設定するための基準点PNとの相対的な位置関係を表すデータも有している。基準点PNは、各所定の部位の標準モデルMB、ML、MC、およびMKごとに規定された基準点である。例えば、脳の標準モデルMBに対しては、脳の内部に基準点PNが規定されており、腎臓の標準モデルMKに対しては、右の腎臓KRと左の腎臓KLとの間に基準点PNが規定されている。基準点PNがどのように使われるかについては、後述する。本実施形態では、アフィン変換によって脳の標準モデルMBと抽出した脳14bとのマッチングを行う必要があるので、データベース11から、脳の標準モデルMBのデータを取り出す。
図10は、脳の標準モデルMBの一例を示す図である。
図10には、脳の標準モデルMBの他に、基準点PNも示されており、脳の標準モデルMBと基準点PNとの相対的な位置関係が示されている。
脳の標準モデルMBを取り出した後、脳の標準モデルMBの形状ができるだけ抽出した脳14b(図8参照)の形状に近づくように、移動パラメータt、角度(回転)パラメータr、およびスケーリングパラメータsを最適化する。
図11(a)は、移動パラメータt、角度(回転)パラメータr、およびスケーリングパラメータsの最適化前において、脳の標準のモデルMBと抽出した脳14bとの位置関係を概略的に示す図である。図11(b)は、移動パラメータt、角度(回転)パラメータr、およびスケーリングパラメータsの最適化後において、脳の標準モデルMBと抽出した脳14bとの位置関係を概略的に示す図である。
尚、図11(a)および(b)には、脳の標準モデルMBおよび抽出した脳14bの他に、仮の基準点PRと、脳の標準モデルMBに対して規定されている基準点PNも示されている。
仮の基準点PRは、抽出した脳14bの外側に位置しているが、脳の標準モデルMBに対して規定されている基準点PNは、脳の標準モデルMBの内側に位置している(図11(a)参照)。
移動パラメータt、角度(回転)パラメータr、およびスケーリングパラメータsは、脳の標準モデルMBの形状ができるだけ抽出した脳14bの形状に近づくように最適化される。最適化後の移動パラメータt、角度(回転)パラメータr、およびスケーリングパラメータsの値は、t=to、r=ro、およびs=soとなる(図11(b)参照)。
マッチングが終了した後、ステップS6に進む。
ステップS6では、新基準点位置決め手段103(図1参照)が、ステップS5で得られたパラメータの値に従って、脳の標準モデルMBに対して規定されている基準点PNの位置を変換する。
図12は、変換後の基準点の位置を示す図である。
脳の標準モデルMBに対して規定されている基準点PNの位置を変換することによって、変換後の基準点PN’は、抽出された脳14bの内側に移動していることが分かる。
図13は、変換後の基準点PN’と被検体14の頭部14aとの位置関係を示す図である。
図13(a)は、変換後の基準点PN’と被検体14の頭部14aとの位置関係を、被検体14の頭部14aの正面側から見た図である。図13(b)は、変換後の基準点PN’と被検体14の頭部14aとの位置関係を、被検体14の頭部14aの側面側から見た図である。
図13を参照すると、変換後の基準点PN’は、仮の基準点PRとは異なり、脳14bの内側に設定されていることがわかる。変換後の基準点PN’が、被検体14に人体座標を設定するための新たな基準点となる。新たな基準点PN’が決まった後、ステップS7に進む。
ステップS7では、基準点置換手段104(図1参照)が、仮の基準点PRを新たな基準点PN’に置き換える。基準点の置換えを行った後、ステップS8に進む。
ステップS8では、座標系更新手段105(図1参照)が、仮の基準点PRによって規定された仮の人体座標系(図6参照)を、新たな基準点PN’に基づいて更新する。
図14は、仮の人体座標系が更新された様子を示す図である。
更新前の人体座標系は破線で示されており、更新後の人体座標系が実線で示されている。図14を参照すると、更新後の人体座標系は、新たな基準点PN’が原点になっていることが分かる。人体座標系を更新することによって、ステップS3において得られた画像データの各画素の座標値も更新される。人体座標系を更新した後、ステップS9に進む。
ステップS9では、スライス設定手段106(図1参照)が、座標値が更新された画像データに基づいて、スライスを設定する。
図15は、設定されたスライスSの一例である。
スライスSは、例えば、脳梁14cの位置を基準にして設定される。スライスSが設定されたら、ステップS10に進み、設定されたスライスSに従って、撮影が実行される。
本実施形態では、被検体14に人体座標を設定するための新たな基準点PN’は、データベース11の基準点PNに基づいて位置決めされる。したがって、新たな基準点PN’を、被検体14の撮影部位ごとに最適な位置に位置決めすることができる。
尚、本実施形態では、仮の基準点PR(図5参照)を位置決めするために、特開2004-202143号に記載されている方法を利用しているが、その他の方法によって、仮の基準点を位置決めしてもよい。例えば、仮の基準点PRを位置決めするための撮影を行って被検体14の頭部14aの画像データを収集し、頭部14aにおける信号強度分布に基づいて、受信コイル5の中心位置を算出し、算出した受信コイル5の中心位置を仮の基準点PRとしてもよい。
本実施形態では、仮の基準点PRを受信コイル5のコイル中心位置に位置決めしている。しかし、仮の基準点PRを必ずしも受信コイル5のコイル中心位置に位置決めする必要は無く、受信コイル5の中心位置とは別の位置に位置決めしてもよい。
本実施形態では、ステップS3において頭部14aの画像データを収集した後、画像データから脳14bを抽出し、抽出した脳14bと脳の標準モデルとのマッチングを行うことにより新たな基準点を算出している。しかし、脳14bではなく別の部位を抽出して新たな基準点を算出してもよい。例えば、別の部位として、目を抽出する場合には、データベース11に、目の標準モデルと、被検体14に人体座標系を設定するための基準点PNとの相対的な位置関係を表すデータを備えておけば、新たな基準点を算出することができる。また、脳14bと目との両方を抽出して新たな基準点を算出することも可能である。この場合、データベース11に、脳と目との両方を表す標準モデルと、被検体14に人体座標系を設定するための基準点PNとの相対的な位置関係を表すデータを備えておけば、新たな基準点を算出することができる。
また、本実施形態では、被検体14の頭部14aを撮影する例が示されているが、本発明は、被検体14の頭部14aを撮影する場合には限定されず、別の部位を撮影する場合にも適用できる。以下に、被検体14の頭部14a以外の別の部位を撮影する場合について、以下に、3つの例(A)、(B)、および(C)を簡単に説明する。
(A)被検体14の腹部を撮影する場合
被検体14の腹部を撮影する場合は、ステップS3において被検体14の腹部をスキャンし、腹部の画像データを収集し、ステップS4では、腹部の画像データから、腎臓を抽出すればよい。腎臓を抽出した後、ステップS5において、データベース11から腎臓の標準モデルMK(図9参照)を取り出し、抽出した腎臓と腎臓の標準モデルMKとのマッチングを行えば、ステップS6において、新たな基準点を算出することができる。
(B)被検体14の腹部と胸部との両方の部位を撮影する場合
被検体14の腹部と胸部との両方の部位を撮影する場合には、腹部と胸部との両方の部位の画像データを収集した後、収集した画像データから肝臓を抽出し、データベース11から肝臓の標準モデルMLを取り出しマッチングを行えば、新たな基準点を算出することができる。尚、肝臓を抽出する代わりに、腎臓を抽出して新たな基準点を算出してもよい。
(C)被検体14の背中を撮影する場合
被検体14の背中を撮影する場合には、背中の画像データを収集した後、背中の画像データから脊椎を抽出し、データベース11から脊椎の標準モデルMCを取り出してマッチングを行う。これによって、新たな基準点を算出することができる。
尚、本実施形態では、一つの部位の標準モデルに一つの基準点PNが規定されているが(図9参照)、複数の部位の標準モデルの組合せに対して一つの基準点PNを規定してもよい。
また、本実施形態では、座標系を設定するための基準点は、座標系の原点として使用されているが、座標系を設定することができるのであれば、基準点は、必ずしも座標系の原点である必要は無い。
1 MRI装置
2 コイルアセンブリ
4 テーブル
5 受信コイル
6 シーケンサ
7 送信器
8 勾配磁場電源
9 受信器
11 データベース
10 中央処理装置
12 入力装置
13 表示装置
14 被検体
15 オペレータ

Claims (7)

  1. 被検体に第1の座標系を設定するための第1の基準点の位置を決定する第1の位置決め手段と、
    前記第1の基準点が位置決めされた後に、前記被検体の画像データを取得するための第1の撮影を実行する手段と、
    前記第1の撮影により取得された画像データから、前記被検体の所定の部位を抽出する抽出手段と、
    前記被検体に第2の座標系を設定するための第2の基準点のデータと、前記所定の部位の標準モデルとを有するデータベースであって、前記標準モデルに対する前記第2の基準点の位置を表す位置情報を含むデータベースを用いて、前記標準モデルと前記画像データから抽出された前記所定の部位とのマッチングを実行し、前記画像データから抽出された前記所定の部位に対する前記第2の基準点の位置を決定する第2の位置決め手段と、
    を有し、
    前記実行する手段は、
    前記第2の基準点が位置決めされた後に、前記所定の部位を含む撮影部位からデータを収集するための第2の撮影を実行する、磁気共鳴イメージング装置。
  2. 前記第1の座標系を前記第2の基準点に基づいて更新する座標系更新手段を有する、請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  3. 前記実行する手段は、
    前記第1の撮影を実行する前に、前記所定の部位を含む撮影部位の他の画像データを取得するための第3の撮影を実行し、
    前記第1の位置決め手段は、
    前記他の画像データに基づいて、前記第1の基準点の位置を決定する、請求項1又は2に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  4. 前記第1の位置決め手段は、
    前記他の画像データから得られる信号強度分布に基づいて、前記第1の基準点の位置を決定する、請求項3に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  5. 前記第2の位置決め手段は、
    前記マッチングを行うためにアフィン変換を用いる、請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  6. 前記第2の位置決め手段は、
    前記アフィン変換のパラメータの値に基づいて、前記第2の基準点を位置決めする、請求項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  7. 前記第1の基準点は前記第1の座標系の原点であり、前記第2の基準点は前記第2の座標系の原点である、請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
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