JP5686729B2 - 磁気共鳴イメージング装置及び繊維状組織の走行方向表示方法 - Google Patents

磁気共鳴イメージング装置及び繊維状組織の走行方向表示方法 Download PDF

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Description

本発明は、磁気共鳴イメージング(以下、「MRI装置」という)装置に関し、特に繊維状組織の走行方向を表示する技術に関する。
MRI装置は、被検体、特に人体の組織を構成する原子核スピンが発生するNMR信号を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を2次元的に或いは3次元的に画像化する装置である。撮影においては、NMR信号には、傾斜磁場によって異なる位相エンコードが付与されるとともに周波数エンコードされて、時系列データとして計測される。計測されたNMR信号は、2次元又は3次元フーリエ変換されることにより画像に再構成される。
このMRI装置において、拡散強調撮像(diffusion-weighted imaging:DWI)が行われている。DWIは、MPG(Motion Probing Gradient)パルスといわれる大強度の一対の傾斜磁場パルスを被検体に印加して、被検体の組織内で移動するスピンの位相に乱れを起こし、分子レベルの動きを画像化するものである。
さらに、DWIの技術を応用して、MPGパルスの印加方向を異ならせて複数のDWI画像を撮像し、これらのDWI画像データを用いて、水分子の拡散の方向と程度を表す拡散テンソル(3×3行列)を計算し、その拡散テンソルから固有値を求めることでFractional Anisotropy(FA)画像を計算できる(以下、拡散テンソル法という)。FA画像とは、水分子の拡散運動の異方性を表す画像であり、異方的に拡散(特定の方向に拡散)する水分子を有する部分を高信号、等方的に拡散(全方向に平均的に拡散)する水分子を有する部分を低信号として表現した画像である。FA画像の好適例として、神経組織の様に一方向に伸びる繊維状組織の構造を画像化することができる。
さらに、この単純なFA画像では、繊維状組織がどの方向に伸びているのかを十分に把握することは困難であることから、FA画像のカラー化が行われている。カラーFA画像を作製するためには、3次元空間において、拡散テンソルから3つの固有ベクトルを算出し、その3つの固有ベクトルの内、最大の固有値(主値)に対応する固有ベクトル(主ベクトル)の方向(主軸方向)を繊維状組織の方向とし(以下、ファイバートラッキング法という)、主ベクトルの3次元成分(x,y,z)に応じて赤、青、緑色を割り振り、繊維状組織の走行方向を異なる色で表示する。上述したカラーFA画像の表示方法については、例えば、非特許文献1に記載されている。
しかし、繊維状組織の走行方向を表す主ベクトルは、MRI装置に固定した座標系(たとえば、MRI装置の左右方向をx軸、上下方向をy軸、奥行き方向をz軸；第1の座標系)で表されるため、同一被検者を撮像した場合でも、MRI装置に対して被検者の位置が同じでなければ、繊維状組織の色が異なって表示されることになる。そのため、同じ部位を撮像しても、カラーFA画像における繊維状組織の色表示が異なることがあり、診断能を低下させてしまう。
そこで、特許文献1は、トラッキングされた神経線維において抽出されるトラクトを含む曲面に沿って走行する神経線維と、その曲面以外の方向に沿って走行する神経線維とにそれぞれに対応する画素が、互いに異なる色になるように、カラーFA画像を生成している。
特開2008-148981号公報
「新版これでわかる拡散MRI装置」編著者：青木茂樹・阿部修・増谷佳孝
特許文献1に開示された方法は、3次元拡散テンソルカラーマップ画像に適用するための方法であって、2次元カラーFA画像に適用するためのものではない。また、トラッキングされた神経線維において抽出されるトラクトを含む曲面を決定する3次元処理が必要であり、処理が複雑となるので、2次元カラーFA画像の再構成の際に容易に適用できる方法ではない。
そこで本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、MRI装置に対する被検体の配置位置が異なる状態で撮像しても、同じ繊維状組織が同じ色表示となるカラーFA画像を容易に取得できるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、被検体の繊維状組織を含む部位を撮像して取得された複数の拡散強調画像データを用いて拡散テンソルを構成し、該拡散テンソルから固有ベクトルを求め、第1の座標系で表された固有ベクトルを第2の座標系に座標変換して、該第2の座標系で表された固有ベクトルの成分に基づいて、繊維状組織の走行方向を表す画像を取得することを特徴とする。第2の座標系は、好ましくは、撮像断面に基づいて、或いは、撮像断面を撮像して取得された画像内の指定された画素についての固有ベクトルに基づいて、或いは、座標系回転UIで回転設定された座標系の回転角に応じて、求める。
具体的には、本発明のMRI装置は、被検体の繊維状組織を含む部位に拡散強調傾斜磁場を印加して、繊維状組織を含む撮像断面についての複数の拡散強調画像データを取得する撮像部と、複数の拡散強調画像データを用いて拡散テンソルを構成し、該拡散テンソルから第1の座標系で表された固有ベクトルを求める演算を行い、該固有ベクトルに基づいて繊維状組織の走行方向を表す画像を取得する演算処理部と、を有し、演算処理部は、第1の座標系で表された固有ベクトルの成分を第2の座標系に座標変換して、該第2の座標系で表した固有ベクトルの成分に基づいて、繊維状組織の走行方向を表す画像を取得することを特徴とする。
また、本発明の繊維状組織の走行方向表示方法は、被検体の繊維状組織を含む部位を撮像して取得された複数の拡散強調画像データを用いて拡散テンソルを構成し、該拡散テンソルから第1の座標系で表された固有ベクトルを求める演算を行い、該固有ベクトルに基づいて繊維状組織の走行方向を表す画像を表示する場合に、第2の座標系を求めるステップと、第1の座標系で表された固有ベクトルの成分を第2の座標系に座標変換するステップと、第2の座標系で表された固有ベクトルの成分に基づいて、繊維状組織の走行方向を表す画像を取得するステップと、を有することを特徴とする。
本発明のMRI装置及び繊維状組織の走行方向表示方法によれば、繊維状組織方向を撮像断面座標系で表すことで、MRI装置に対する被検体の配置位置が異なる状態で撮像しても、同じ繊維状組織が同じ色表示となるカラーFA画像を容易に取得できるようになる。
本発明に係るMRI装置の一本実施例における全体基本構成を表すブロック図。 本発明の本実施例1に係り、MRI装置の静磁場空間内に配置された被検体の撮像断面を撮像する場合を示す図。 本発明の本実施例1の処理フローを表すフローチャート。 本発明の本実施例2に係り、MRI装置の静磁場空間内に配置された被検体の撮像断面を撮像して得られた画像上で、所望の画素を指定する場合を示す図。(a)は、MRI装置の静磁場空間内に配置された被検体の撮像断面を撮像する場合を示し、(b)は、(a)の撮像断面を撮像して得られた画像上で、所望の画素を指定する場合を示す。 本発明の本実施例2の処理フローを表すフローチャート。 本発明の本実施例3に係り、MRI装置の静磁場空間内に配置された被検体の撮像断面を撮像して得られた画像と共に、カラー表示基準座標系を設定するためのUIを示す図。(a)は、MRI装置の静磁場空間内に配置された被検体の撮像断面を撮像する場合を示し、(b)は、カラー表示基準座標系を設定するためのUIを示す。 本発明の本実施例3の処理フローを表すフローチャート。 拡散テンソル撮像を行うためのパルスシーケンスの一例を示すシーケンスチャート
以下、添付図面に従って本発明のMRI装置の好ましい実施形態について詳説する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
最初に、本発明に係るMRI装置の一例の全体概要を図1に基づいて説明する。図1は、本発明に係るMRI装置の一本実施例の全体構成を示すブロック図である。このMRI装置は、NMR現象を利用して被検体101の画像を得るもので、図1に示すように、静磁場発生磁石102と、傾斜磁場コイル103及び傾斜磁場電源109と、送信コイル104及びRF送信部110と、受信コイル105及び信号検出部106と、信号処理部107と、計測制御部111と、全体制御部108と、表示・操作部113と、被検体101を搭載してその被検体101を静磁場発生磁石102の内部に出し入れするベッド112と、を備えて構成される。
静磁場発生磁石102は、垂直磁場方式であれば被検体101の体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば体軸方向に、それぞれ均一な静磁場を発生させるもので、被検体101の周りに永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源が配置されている。
傾斜磁場コイル103は、MRI装置の座標系(静止座標系)であるX，Y，Zの3軸方向に巻かれたコイルであり、それぞれの傾斜磁場コイルは、それを駆動する傾斜磁場電源109に接続され電流が供給される。具体的には、各傾斜磁場コイルの傾斜磁場電源109は、それぞれ後述の計測制御部111からの命令に従って駆動されて、それぞれの傾斜磁場コイルに電流を供給する。これにより、X，Y，Zの3軸方向に傾斜磁場Gx，Gy，Gzが発生する。撮像時には、スライス面(撮像断面)に直交する方向にスライス傾斜磁場パルス(Gs)が印加されて被検体101に対するスライス面が設定され、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの2つの方向に位相エンコード傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード傾斜磁場パルス(Gf)が印加されて、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報がエンコードされる。
送信コイル104は、被検体101に高周波磁場パルス(以下、RFパルスという)を照射するコイルであり、RF送信部110に接続され高周波パルス電流が供給される。これにより、被検体101の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴が誘起される。具体的には、RF送信部110が、後述の計測制御部111からの命令に従って駆動されて、高周波パルスを振幅変調し、増幅した後に被検体101に近接して配置された送信コイル104に供給することにより、RFパルスが被検体101に照射される。
受信コイル105は、被検体101の生体組織を構成する原子核スピンのNMR現象により放出されるNMR信号(エコー信号)を受信するコイルであり、信号検出部106に接続されて受信したエコー信号を信号検出部106に送る。信号検出部106は、受信コイル105で受信したエコー信号の検出処理を行う。具体的には、送信コイル104から照射されたRFパルスによって誘起された被検体101の応答のエコー信号が被検体101に近接して配置された受信コイル105で受信され、後述の計測制御部111からの命令に従って、信号検出部106が、受信したエコー信号を増幅し、直交位相検波により直交する二系統の信号に分割し、それぞれを所定数(例えば128,256,512等)サンプリングし、各サンプリング信号をA/D変換してディジタル量に変換し、後述の信号処理部107に送る。 従って、エコー信号は所定数のサンプリングデータからなる時系列のデジタルデータ(以下、エコーデータという)として得られる。
計測制御部111は、被検体101の断層画像の再構成に必要なデータ収集のための種々の命令を、主に、傾斜磁場電源109と、RF送信部110と、信号検出部106に送信してこれらを制御する制御部である。具体的には、計測制御部111は、後述する全体制御部108の制御で動作し、ある所定のパルスシーケンスに基づいて、傾斜磁場電源109、RF送信部110及び信号検出部106を制御して、被検体101へのRFパルスと傾斜磁場パルスの印加及び被検体101からのエコー信号の検出を繰り返し実行し、被検体101の画像の再構成に必要なエコーデータを収集する。特に計測制御部111は、本発明に係る拡散強調撮像の制御を行う。
全体制御部108は、計測制御部111の制御、及び、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等の制御を行うものであって、CPU及びメモリを有する演算処理部と、光ディスク、磁気ディスク等の記憶部とを有して成る。具体的には、計測制御部111を制御してエコーデータの収集を実行させ、信号処理部107からのエコーデータが入力されると、演算処理部が信号処理、フーリエ変換による画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体101の画像を、後述の表示・操作部108に表示させると共に記憶部に記録させる。特に、演算処理部は、本発明に係るカラーFA画像の再構成の演算を行う。
表示・操作部113は、被検体101の画像を表示するディスプレイと、MRI装置の各種制御情報や上記全体制御部108で行う処理の制御情報を入力するトラックボール又はマウス及びキーボード等の操作部と、から成る。この操作部はディスプレイに近接して配置され、操作者がディスプレイを見ながら操作部を通してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御する。
なお、図1において、送信側の送信コイル104と傾斜磁場コイル103は、被検体101が挿入される静磁場発生磁石102の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体101に対向して、水平磁場方式であれば被検体101を取り囲むようにして設置されている。また、受信側の受信コイル105は、被検体101に対向して、或いは取り囲むように設置されている。
現在のMRI装置の撮像対象核種は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質である水素原子核(プロトン)である。プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を2次元もしくは3次元的に撮像する。
(カラーFA画像の取得)
次に、カラーFA画像を取得するための拡散テンソル法の概要について図8に基づいて説明する。
図8は、拡散テンソル撮像用のパルスシーケンスの一例を示す。計測制御部111は、上記各部を制御して以下の処理を行う。即ち、RFパルス21を印加し、撮像対象部位にNMR現象を誘起する。RF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RFパルス22を印加することで磁化を反転し、エコー信号23を発生させる。また、エコー信号23の発生の前後でX方向にリードアウト傾斜磁場25を印加し、X方向の位置情報をエコー信号に付与する。また、Y方向の位置情報をエコー信号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。
水分子の拡散の情報を付与するために、RFパルス21と反転RFパルス22との間、および反転RFパルス22とエコー信号23との間に、それぞれ、互いに補償する拡散傾斜磁場(MPGパルス)27を組み合わせて一対にして印加する。該MPGパルスは、X方向の傾斜磁場、Y方向の傾斜磁場、およびZ方向の傾斜磁場の合成または単独として与えられる。この一対のMPGパルスの各々の強度の時間積分が等しくなるように、各MPGパルスの印加量を調整する。このとき、もし水分子の拡散運動がなければ、第1番目のMPGパルスでディフェーズされた磁化の位相は、第2番目のMPGパルスで完全にリフェーズされ、一対のMPGパルス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。

Figure 0005686729


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(b-ファクター)とよばれ、MPGパルスの印加時間と印加強度とから次式で計算される。
Figure 0005686729

拡散テンソルを計算するためには、MPGパルスを印加しない1回の計測と、一対のMPGパルスの印加方向を変えた少なくとも6回の計測と、を行って、それぞれDWI画像を取得し、複数のDWI画像の同じ画素の値を用いて、(1)式により、画素毎の拡散テンソルを算出する。
拡散テンソルから線維状組織の走行を求めるには、拡散テンソルの固有値と固有ベクトルを用いる。特に、最大固有値を主値といい、その主値に対応する固有ベクトルを主ベクトルという。主ベクトルは拡散係数の最も高い方向を示しており、これが線維状組織の走行方向と一致する。
以下、第1の座標系で表された固有ベクトルの各成分を第2の座標系に座標変換して、該第2の座標系で表した固有ベクトルの成分に基づいて、繊維状組織の走行方向を表す画像を取得する本発明のMRI装置及び繊維状組織の走行方向表示方法の各本実施例を説明する。
次に、本発明のMRI装置及び繊維状組織の走行方向表示方法の実施例1について説明する。本実施例は、MRI装置座標系(第1の座標系の一例)で求められた繊維状組織の走行方向を表す固有ベクトルの各成分を、該繊維状組織を含む撮像断面に基づいて求めた撮像断面座標系(第2の座標系の一例)での値に変換し、撮像断面座標系で表された固有ベクトルの各座標成分をそれぞれ所定の色で表してカラーFA画像を取得する。以下、図2、3に基づいて本実施例を説明する。
一般的に、MRI装置に対して被検体が異なる配置位置となっても、撮像断面は被検体に対して設定される。そのため、撮像断面に応じて主ベクトルを表す第2の座標系を求めることで、第2の座標系の向きは、MRI装置に対して被検体が異なる配置位置となっても、所望の繊維状組織の走行方向に対して実質的に同一となる。本実施例は、この一般的事実に基づく。
最初に、図2に基づいて本実施例の概要を説明する。図2は、MRI装置の静磁場空間内に配置された被検体201の撮像断面202を撮像する場合を示している。なお、説明の便宜上、被検体201を細長い円柱物体として表し、円柱物体の軸方向204に水分子が拡散しやすい構造を有しているものとする。被検体201の任意の位置は装置座標系(X、Y、Z)203(第1の座標系の一例)で表すことができる。ここで装置座標系(X、Y、Z)203は、MRI装置に固定された座標系であり、例えば、静磁場方向をZ軸とし、静磁場方向に垂直であって互いに直交する2方向をそれぞれX方向及びY方向とする。この装置座標系203は、被検体及びその撮像断面によらずに常に一定の固定された(所定の)座標系となる。この装置座標系203に対して、被検体201は斜めに配置されている。また、撮像断面202は、被検体201の軸方向204に対して、例えば垂直に設定された断面であって、装置座標系203に対して斜め(オブリークされて)に設定されることになる。
一方、撮像断面202に基づいて撮像断面座標系205(第2の座標系の一例)を求める。例えば撮像断面202に垂直な方向、つまりスライス方向をΓ(ガンマ)方向とし、Γ方向に垂直であって互いに直交する2方向をそれぞれΑ(アルファ)方向及びΒ(ベータ)方向とする。
Α方向及びΒ方向の設定は任意にできるが、例えば、位相エンコード方向をΒ方向、周波数エンコード方向をΑ方向とすることができる。
前述した通り、繊維状組織の方向は、拡散強調画像から得られる拡散テンソルの最大固有値を有する固有ベクトル(主ベクトル)として表され、主ベクトルの成分は装置座標系203で求められる。本実施例では、この装置座標系203で求められた主ベクトルの各座標成分の値を、撮像断面座標系205での値に変換して、撮像断面座標系205で主ベクトルを表す。具体的には、装置座標系203から撮像断面座標系205への座標変換行列をTaとし、装置座標系203での主ベクトルをV,撮像断面座標系205での主ベクトルをΜ(ミュー)とすると、座標変換は、M＝Ta・V と表すことができる。ここで座標変換行列Taは、撮像前に操作者により設定された撮像条件、即ち、スライス方向、位相エンコード方向及び周波数エンコード方向に基づいて自動的に定まる。座標変換行列Taの詳細は後述する。
最後に、撮像断面座標系205で表された主ベクトルΜの各座標成分(α、β、γ)に応じて、それぞれ赤、青、緑の色を割り当てカラーFA画像を再構成する。
本実施例は、以上のように繊維状組織の走行方向をカラー表示する。つまり、撮像断面のオブリーク角度に応じて主ベクトルを表す第2の座標系を求めることで、所望の撮像断面の画像における同じ繊維状組織が同じ色表示となるカラーFA画像を容易に取得できるようになる。即ち、撮像断面における繊維状組織が実質的に同じ態様で表示されるように、撮像断面に基づいて第2の座標系を求め、この第2の座標系に基づいてカラーFA画像を取得する。
次に、図3に基づいて本実施例の動作を詳細に説明する。図3は、本実施例の処理フローを表すフローチャートである。本処理フローはプログラムとして予め磁気ディスク等の記憶部に記憶されており、CPUが必要に応じてメモリに読み込んで実行することにより実施される。以下、各ステップを詳細に説明する。
ステップ301で、操作者は、被検体201の配置位置に対応して撮像条件を設定する。
具体的には、被検体201の配置位置に対応して、所望の繊維状組織が撮像断面内となるようにスライス位置及びスライス方向を設定してオブリーク撮像断面を設定し、この撮像断面上で位相エンコード方向と周波数エンコード方向を設定する。上述したように、撮像断面は被検体に対して設定されるため、たとえMRI装置に対して被検体が異なる配置位置となっても、所望の繊維状組織の撮像を目的として設定された撮像断面は、被検体に対して実質的に同じ配置となる。
そして、操作者は、拡散テンソル撮像を起動すると、計測制御部111は、設定された撮像条件に基づいて、指定された撮像断面についての拡散テンソル撮像を行うために、MPGパルスの印加方向を異ならせてDWIを行い、MPGパルスの印加方向毎にDWI画像の再構成に必要なエコーデータの計測を行う。そして、演算処理部は、計測されたエコーデータを用いて、MPGパルスの方向毎にDWI画像を再構成する。
ステップ302で、演算処理部は、設定された撮像条件、即ちスライス方向、位相エンコード方向及び周波数エンコード方向の各方向ベクトル(単位ベクトル)に基づいて、装置座標系203から撮像断面座標系205への座標変換行列Taを求める。
具体的には、スライス方向の方向ベクトル(撮像断面に垂直なベクトル)Vz，位相エンコード方向の方向ベクトル(撮像断面の縦方向又は横方向ベクトル)Vy，及び周波数エンコード方向の方向ベクトル(撮像断面の横方向又は縦方向ベクトル)Vx、は撮像条件から求められ、それぞれ装置座標系203で表される。尚、これらの方向ベクトルは互いに直交するベクトルであるから、任意の一つの方向ベクトルは他の2つの方向ベクトルの外積で算出できる。これにより、撮像断面座標系205はVx、Vy、Vzで構成でき、装置座標系203から撮像断面座標系205への座標変換行列Taは、Vx、Vy、Vzの成分で(3)式のように定義できる。

Figure 0005686729
ステップ303で、演算処理部は、MPGパルスの方向を変えて取得された複数のDWI画像における同じ画素位置の画素値を用いて拡散テンソルD(3×3行列)を計算し、その拡散テンソルから3つの固有ベクトルE1、E2、E3、および固有値λ1、λ2、λ3を算出する(固有ベクトルEiは固有値λi と対応している)。
最大固有値(主値)に対応する固有ベクトル(主ベクトル)の方向が繊維状組織の走行方向とみなせるため、λ1を主値とすれば、繊維状組織の走行方向は、主値λ1に対応する主ベクトルE1の方向となる。以降、λ1を主値として、これに対応する主ベクトルE1を装置座標系固有ベクトルと呼ぶ。
ステップ304で、演算処理部は、ステップ302で求めた装置座標系固有ベクトルE1に、ステップ302で求めた座標変換行列Taを施し、撮像断面座標系205で表現した固有ベクトルΜ1を算出する。

Figure 0005686729
以降、この固有ベクトルΜ1を撮像断面座標系固有ベクトルと呼ぶ。
ステップ305で、演算処理部は、ステップ304で求めた撮像断面座標系固有ベクトルΜ1の各成分(α、β、γ)にそれぞれRGB値を割り当てる。
具体的には、演算処理部は、α値に応じて赤色(R)値(0〜255)を割り当て、β値に応じて緑色(G)値(0〜255)を割り当て、γ値に応じて青色(B)値(0〜255)を割り当てる。
ステップ306で、演算処理部は、上記ステップ303〜ステップ305の各処理を、各DWI画像の同じ画素毎に演算することにより、撮像断面座標系205におけるカラーFA画像を再構成する。
以上迄が本実施例の処理フローの説明である。以上の処理フローに基づいて、演算処理部は、撮像断面における繊維状組織が実質的に同じ態様で表示されるように、撮像断面のオブリーク角度に応じて撮像断面座標系を求めて、この撮像断面座標系に基づいてカラーFA画像する。
以上説明したように、本実施例のMRI装置又は繊維状組織の走行方向表示方法によれば、装置座標系で求められた繊維状組織の走行方向を表す固有ベクトルを、被検体の配置位置に対応して設定される撮像断面に応じて求めた撮像断面座標系における固有ベクトルに変換し、該撮像断面座標系で表された固有ベクトルの各座標成分に基づいて、画素の色づけを行う。その結果、複雑な3次元処理をすることなく、単純な座標変換処理のみで、MRI装置に対する被検体の配置位置が異なる状態で撮像しても、同じ繊維状組織が同じ色表示となるカラーFA画像を容易に取得できるようになる。
次に、本発明のMRI装置及び繊維状組織の走行方向表示方法の実施例2について説明する。本実施例は、設定された撮像断面で撮像された画像上で指定した画素についての固有ベクトルから成る座標系を繊維状組織座標系(第2の座標系の一例)として求める。そして、装置座標系(第1の座標系の一例)で求められた固有ベクトルを繊維状組織座標系に変換して、繊維状組織座標系で表された固有ベクトルの各座標成分をそれぞれ所定の色で表してカラーFA画像を取得する。以下、本実施例の前述の実施例1と異なる箇所を図4，5に基づいて説明し、同じ箇所の説明は省略する。
最初に、図4に基づいて本実施例の概要を説明する。図4(a)は、MRI装置の静磁場空間内に配置された被検体201の撮像断面402を撮像する場合を示している。また、図4(b)は撮像断面402を撮像して取得された複数のDWI画像又はこれらのDWI画像データに基づいて再構成されたFA画像の内から選択されてディスプレイに表示された画像411を示す。
設定された撮像条件で拡散テンソル撮像を行い、装置座標系(X、Y、Z)203(第1の座標系)での固有ベクトル及びFA画像を取得する。そして、複数のDWI画像又はFA画像の内から任意に選択された一つの画像411上で、所望の画素が指定される。
次に、指定された画素における3つの固有ベクトルE1、E2、E3を用いて座標系を構築する。この固有ベクトルE1、E2、E3は、互いに直交するベクトルであり、その最大固有値に対応する固有ベクトルが、その画素における繊維状組織の走行方向を表すベクトルであり、他の2つの固有ベクトルは、繊維状組織の走行方向に直交すると共に互いに直交するベクトルである。従って、これらの3つの固有ベクトルE1、E2、E3を軸とする座標系を容易に構築でき、本実施例はこのようにして構築された座標系を繊維状組織座標系401(第2の座標系)という。このように構築された繊維状組織座標系401のいずれか一つの軸は、指定された画素における繊維状組織の走行方向に平行となる。その結果、MRI装置に対する被検体の配置位置によらずに、指定された画素における繊維状組織の走行方向に対応して実質的に同じ座標系を構築できることになる。
最後に、他の画素における装置座標系で表された3つの固有ベクトルを、この繊維状組織座標系401に座標変換されて表わす。そして、繊維状組織座標系401であらわされた固有ベクトルの各座標成分にそれぞれRGB値を割り当てて、該他の画素を色づける。この装置座標系で表された固有ベクトルの繊維状組織座標系401へ座標変換と、繊維状組織座標系401で表された固有ベクトルの各座標成分へのRGB値の割り当てを、全ての他の画素で繰り返すことによりカラーFA画像を取得する。
以上を纏めると、指定された画素を含む画像の撮像断面に所定の角度で走行する繊維状組織が実質的に同じ態様で表示されるように第2の座標系を求め、この第2の座標系に基づいてカラーFA画像を取得する。これにより、再構成されたカラーFA画像は、繊維状組織内の所望の位置を基準とした座標系で色づけされることになるので、MRI装置に対する被検体の配置位置によらずに、指定した画素における繊維状組織のみならず、該繊維状組織と同じ走行方向の繊維状組織を同じ色づけで表すことが可能になる。
次に、図5に基づいて本実施例の動作を詳細に説明する。図5は、本実施例の処理フローを表すフローチャートである。本処理フローはプログラムとして予め磁気ディスク等の記憶部に記憶されており、CPUが必要に応じてメモリに読み込んで実行することにより実施される。以下、各ステップを詳細に説明する。
ステップ501で、操作者は、被検体201の配置位置に対応して撮像条件を設定する。次に、計測制御部111は、設定された撮像条件に基づいて、指定されたオブリーク撮像断面についての拡散テンソル撮像を行う。具体的内容は、前述のステップ301と同じなので詳細は省略する。
ステップ502で、演算処理部は、ステップ501で計測されたエコーデータを用いて、MPGパルスの方向毎にDWI画像を再構成する。そして、演算処理部は、複数のDWI画像を用いて、装置座標系(X、Y、Z)203での画素毎の拡散テンソルを計算し、3つの固有値及び固有ベクトルを求めてFA画像を取得する。
ステップ503で、操作者は、ステップ502で取得された、複数のDWI画像又はFA画像の内から一つの画像411を選択して、ディスプレイに表示させる。そして、操作者は、選択した画像411内に描出されたいずれかの繊維状組織の内の所望の画素を、トラックボール又はマウス及びキーボード等の操作部を介して、画像411上で自由に移動するポインター412(画素指定UI(ユーザーインターフェース))で指定する。
ステップ504で、演算処理部は、ステップ503で指定された画素における3つの固有ベクトルE1、E2、E3を軸とする繊維状組織座標系を構築する。その際、例えば、最大固有値に対応する固有ベクトル(ここでは、E3とする)をz軸とし、残りの固有ベクトルE1、E2をそれぞれ、Y軸とX軸として繊維状組織座標系(E1、E2、E3)401を構築する。なお、固有ベクトルの座標軸への割り当て方は、これに限らず(E1、E2、E3)と(X軸、Y軸、Z軸)との対応は任意にすることができる。
ステップ505で、演算処理部は、装置座標系(X、Y、Z)203で表された各画素の固有ベクトルを、ステップ504で求めた繊維状組織座標系(E1、E2、E3)401に座標変換して表すための座標変換行列Tbを求める。装置座標系203から繊維状組織座標系401への座標変換行列Tbは、(2)式と同様に、3つの固有ベクトルE1、E2、E3の成分で(5)式のように定義できる。
Figure 0005686729
ステップ506で、演算処理部は、ステップ505で求めた座標変換行列Tbを用いて、ステップ502で求めた装置座標系(X、Y、Z)203で表された各画素の固有ベクトルを、ステップ504で求めた繊維状組織座標系(E1、E2、E3)401に座標変換して表す。装置座標系203の固有ベクトルEから繊維状組織座標系401で表現した固有ベクトルΜへの座標変換は、(3)式と同様に(6)式を用いて行うことができる。
Figure 0005686729
ステップ507で、演算処理部は、ステップ506で求めた繊維状組織座標系401で表現した各画素の固有ベクトの各座標成分に、それぞれRGB値を割り当てる。これにより、ステップ503で指定された繊維状組織座標系401で表現したカラーFA画像を取得することができる。
以上までが本実施例の処理フローの説明である。
以上説明したように、本実施例のMRI装置又は繊維状組織の走行方向表示方法によれば、被検体の配置位置に対応して設定される撮像断面の画像上で指定された、繊維状組織内の所望の画素のおける固有ベクトルに基づいて繊維状組織座標系を構築する。そして、装置座標系で表された各画素の固有ベクトルをこの繊維状組織座標系に座標変換して表す。最後に、繊維状組織座標系で表された固有ベクトルの各座標成分にそれぞれRGB値を割り当てカラーFA画像を再構成する。その結果、所望の画素における繊維状組織の走行方向に基づいて他の画素の繊維状組織を色づけすることができるようになる。従って、複雑な3次元処理をすることなく、単純な座標変換処理のみで、MRI装置に対する被検体の配置位置が異なる状態で撮像しても、所望の繊維状組織が同じ色表示となるカラーFA画像を容易に取得できるようになる。
次に、本発明のMRI装置及び繊維状組織の走行方向表示方法の実施例3について説明する。本実施例は、カラーFA画像表示の基準となる座標系を、操作者が、任意に回転させて設定できるようにする座標系回転UI(ユーザーインターフェース)を備える。そして、操作者が座標系回転UIで設定した座標系の回転角に応じてカラー表示基準座標系(第2の座標系の一例)を求め、MRI装置座標系(第1の座標系の一例)で求められた繊維状組織の走行方向を表す固有ベクトルの各成分をこのカラー表示基準座標系に変換し、カラー表示基準座標系に基づいてカラーFA画像を構成する。以下、本実施例の前述の各実施例と異なる箇所を図6，7に基づいて説明し、同じ箇所の説明を省略する。
最初に、図6に基づいて本実施例の概要を説明する。図6(a)は、MRI装置の静磁場空間内に配置された被検体201の撮像断面603を撮像する場合を示している。また、図6(b)は、ディスプレイに表示された、DWI画像又はFA画像611と、カラーFA画像を再構成するための基準座標系となるカラー表示基準座標系612(第2の座標系)と、示す。
操作者は、このカラー表示基準座標系612を、トラックボール又はマウス及びキーボード等の操作部を介して、所望の角度に回転させる。そして、DWI画像又はFA画像の画素毎に装置座標系(第1の座標系)で算出された最大固有値を有する固有ベクトル(主ベクトル)を、回転されたカラー表示基準座標系612へ座標変換して、カラー表示基準座標系612で表された固有ベクトルを求める。
最後に、カラー表示基準座標系612で表された固有ベクトルの各座標成分の値に応じて、色づけすることによりカラーFA画像を再構成する。操作者は、所望のカラーFA画像が取得されるまで、カラー表示基準座標系602を回転させながらディスプレイに表示されるカラーFA画像の確認を繰り返す。
以上を纏めると、設定された座標系の一軸に並行な前記繊維状組織が実質的に同じ態様で表示されるように、第2の座標系を求め、この第2の座標系に基づいてカラーFA画像を取得する。これにより、再構成されたカラーFA画像は、操作者が設定した所望の座標系を基準として色づけされることになるので、MRI装置に対する被検体の配置位置によらずに、操作者が所望するカラーFA画像を取得することが可能になる。即ち、MRI装置に対する被検体の配置位置応じて変る繊維状組織の走行方向の変化に依存することなく、所望の繊維状組織を実質的に同じ色づけで表したカラーFA画像を取得することが可能になる。
次に、図7に基づいて本実施例の動作を詳細に説明する。図7は、本実施例の処理フローを表すフローチャートである。本処理フローはプログラムとして予め磁気ディスク等の記憶部に記憶されており、CPUが必要に応じてメモリに読み込んで実行することにより実施される。以下、各ステップを詳細に説明する。
ステップ701で、操作者は、被検体201の配置位置に対応して撮像条件を設定する。次に、計測制御部111は、設定された撮像条件に基づいて、指定されたオブリーク撮像断面についての拡散テンソル撮像を行う。具体的内容は、前述のステップ301,501と同じなので詳細は省略する。
ステップ702で、操作者は、ディスプレイに表示されたカラー表示基準座標系612を、トラックボール又はマウス及びキーボード等の操作部を介して、回転させて、所望の角度に設定する。その際、カラー表示基準座標系612の初期位置は装置座標系と同じとするか、又は、前回設定された位置とする。そして、操作者が操作部を介してカラー表示基準座標系602を回転させると、演算処理部は、トラックボール又はマウス及びキーボード等の操作量に応じてカラー表示基準座標系612の回転量を算出し、算出した回転量に基づいてカラー表示基準座標系612を回転設定すると共に、回転したカラー表示基準座標系612をディスプレイに表示させる。
具体的には、回転操作前のカラー表示基準座標系612を張る単位ベクトルをE1、E2、E3とする。これらの単位ベクトルは、その成分が装置座標系で表されたベクトルであり、装置座標系を張る単位ベクトルと同じであれば、例えば、E1=(1,0,0)、E2=(0,1,0)、E3=(0,0,1)と表すことができる。操作者のカラー表示基準座標系612の回転量に応じて、演算処理部は、単位ベクトルE1、E2、E3を回転して、回転後の単位ベクトルΣ1、Σ2、Σ3で張られる座標系を回転後のカラー表示基準座標系612とする。
ステップ703で、演算処理部は、装置座標系からステップ702で設定されたカラー表示基準座標系612への座標変換行列を算出する。座標変換行列Tcは、ステップ702で求めた回転後のカラー表示基準座標系612を張る固有ベクトルΣ1、Σ2、Σ3の成分で(7)式のように定義できる。

Figure 0005686729
ステップ704で、演算処理部は、ステップ701で計測されたエコーデータを用いて、MPGパルスの方向毎にDWI画像を再構成する。そして、演算処理部は、複数のDWI画像を用いて、装置座標系(X、Y、Z)203での画素毎の拡散テンソルを計算して、3つの固有値及び固有ベクトルを求めてFA画像を取得する。
ステップ705で、演算処理部は、ステップ703で求めた座標変換行列Tcを用いて、ステップ704で求めた装置座標系(X、Y、Z)203で表された各画素の主ベクトルを、ステップ702で設定されたカラー表示基準座標系612に座標変換して表す。装置座標系203の主ベクトルEからたカラー表示基準座標系612で表現した主ベクトルΜへの座標変換は、(3)(5)式と同様に(8)式を用いて行うことができる。
Figure 0005686729
ステップ706で、演算処理部は、ステップ702で設定されたカラー表示基準座標系612で表現した各画素の主ベクトの各座標成分に、それぞれRGB値を割り当てる。これにより、ステップ702で設定されたカラー表示基準座標系612で表現したカラーFA画像を取得することができる。
ステップ707で、操作者は、ステップ706で取得されたカラーFA画像の色づけに満足する場合は本処理フローを終了し、満足しなければ、再度ステップ702に戻って、カラー表示基準座標系612の再設定を行う。
以上までが本実施例の処理フローの説明である。
以上説明したように、本実施例のMRI装置又は繊維状組織の走行方向表示方法によれば、操作者がカラー表示のための基準座標系を任意に設定できる座標系回転UIを備える。そして、装置座標系で求められた繊維状組織の走行方向を表す固有ベクトルを、操作者が設定したカラー表示基準座標系に座標変換して表す。そして、カラー表示基準座標系で表された固有ベクトルの各座標成分にそれぞれRGB値を割り当てカラーFA画像を再構成する。
その結果、所望の繊維状組織を、MRI装置に対する被検体の配置位置によらずに、所望に色づることができるようになる。従って、複雑な3次元処理をすることなく、単純な座標変換処理のみで、MRI装置に対する被検体の配置位置が異なる状態で撮像しても、所望の繊維状組織が同じ色表示となるカラーFA画像を容易に取得できるようになる。
以上までが、本発明のMRI装置及び繊維状組織の走行方向表示方法の各実施例の説明である。しかし、本発明のMRI装置及び繊維状組織の走行方向表示方法は、上記各実施例の説明で開示された内容にとどまらず、本発明の趣旨を踏まえた上で他の形態を取り得る。
例えば、前述の各実施例を組み合わせて実施してもよい。例えば、実施例1を実施した後に、実施例2と実施例3のいずれか一方又は両方を実施してもよい。
なお、全ての実施例の説明において、繊維状組織は、例えば脳神経組織や、体幹部や四肢の神経組織等の繊維状の構造を有する組織であれば、いずれの組織に対しても本発明を適用することが可能である。
101 被検体、102 静磁場発生磁石、103 傾斜磁場コイル、104 送信コイル、105 (受信コイル、106 信号検出部、107 信号処理部、108 全体制御部、109 傾斜磁場電源、110 RF送信部、111 計測制御部、112 ベッド、113 表示・操作部

Claims (13)

  1. 被検体の繊維状組織を含む部位に拡散強調傾斜磁場を印加して、前記繊維状組織を含む撮像断面についての複数の拡散強調画像データを取得する撮像部と、
    前記複数の拡散強調画像データを用いて拡散テンソルを構成し、該拡散テンソルから所定の第1の座標系で表された固有ベクトルを求める演算を行い、該固有ベクトルに基づいて前記繊維状組織の走行方向を表す画像を取得する演算処理部と、を有する磁気共鳴イメージング装置であって、
    前記撮像断面は前記第1の座標系に対してオブリークされた断面であり、
    前記演算処理部は、前記撮像断面に基づいて第2の座標系を求め、前記第1の座標系で表された固有ベクトルの各成分を前記第2の座標系に座標変換して、該第2の座標系で表した固有ベクトルの成分に基づいて、前記繊維状組織の走行方向を表す画像を取得することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  2. 請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記演算処理部は、前記撮像断面における前記繊維状組織が実質的に同じ態様で表示されるように、前記オブリークの角度に応じて前記第2の座標系を求めることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  3. 請求項1又は2記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記演算処理部は、前記撮像断面の法線方向が前記第2の座標系の内の一軸となるように該第2の座標系を設定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記演算処理部は、スライス方向と位相エンコード方向と周波数エンコード方向とをそれぞれ座標軸とする座標系を前記第2の座標系とすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  5. 請求項1又は2記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記撮像断面を撮像して取得された画像内の所望の画素の指定を受け付ける画素指定UIを備え、
    前記演算処理部は、前記画素指定UIを介して指定された画素についての固有ベクトルに基づいて前記第2の座標系を求めることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  6. 請求項5記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記演算処理部は、前記画素指定UIを介して指定された画素において、該画素を含む画像の撮像断面に所定の角度で走行する前記繊維状組織が実質的に同じ態様で表示されるように前記第2の座標系を求めることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  7. 請求項1又は2記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    座標系の回転操作を受け付けるための座標系回転UIを備え、
    前記演算処理部は、前記座標系回転UIで設定された座標系の回転角に応じて、前記第2の座標系を求めことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  8. 請求項7記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記演算処理部は、前記座標系回転UIでの座標系の回転角の設定毎に、前記第2の座標系を求め、前記固有ベクトルの成分を該回転設定された第2の座標系に座標変換し、該座標変換した固有ベクトルの成分に基づいて、前記繊維状組織の走行方向を表す画像を取得することを繰り返すことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  9. 請求項7又は8記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記演算処理部は、前記座標系回転UIで設定された座標系の一軸に並行な前記繊維状組織が実質的に同じ態様で表示されるように、前記第2の座標系を求めることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  10. 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
    前記演算処理部は、前記座標変換した固有ベクトルの成分毎に所定の色を割り当てて、前記繊維状組織の走行方向を色で表す画像を取得することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  11. 被検体の繊維状組織を含む部位を撮像して取得された複数の拡散強調画像データを用いて拡散テンソルを構成し、該拡散テンソルから第1の座標系で表された固有ベクトルを求める演算を行い、該固有ベクトルに基づいて前記繊維状組織の走行方向を表す画像を表示する繊維状組織の走行方向表示方法であって、
    前記第1の座標系に対してオブリークされた撮像断面に基づいて第2の座標系を求めるステップと、
    前記第1の座標系で表された固有ベクトルの成分を、第2の座標系に座標変換して該第2の座標系で表すステップと、
    前記第2の座標系で表された固有ベクトルの成分に基づいて、前記繊維状組織の走行方向を表す画像を取得するステップと、を有することを特徴とする繊維状組織の走行方向表示方法。
  12. 請求項11記載の繊維状組織の走行方向表示方法において、
    撮像断面を撮像して取得された画像内の所望の画素の指定を受け付けるステップを備え、
    前記第2の座標系を求めるステップは、前記指定された画素についての拡散テンソルから前記固有ベクトルを求め、該指定された画素の固有ベクトルに基づいて前記第2の座標系を求めることを特徴とする繊維状組織の走行方向表示方法。
  13. 請求項11記載の繊維状組織の走行方向表示方法において、
    座標系の回転操作を受け付けるステップを備え、
    前記第2の座標系を求めるステップは、前記座標系の回転操作の回転角に応じて、前記第2の座標系を求めることを特徴とする繊維状組織の走行方向表示方法。
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