JP6358816B2 - 医用画像診断装置およびそれに用いる画像処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、医用画像診断装置に係り、特に、この装置にて取得した画像の位置情報を設定する方法に関する。

医用画像診断装置の一つとしてＭＲＩ(Magnetic Resonance Imaging)装置がある。ＭＲＩ装置は、磁場中に置かれた被検体の核磁気共鳴（以下「ＮＭＲ(Nuclear Magnetic Resonance)」という）現象から得られる信号を計測し演算処理することにより、被検体中の核スピンの密度分布、緩和時間分布等を断層像として画像表示するものであり、人体や動物を被検体として各種の診断等に使用されている。ＮＭＲ現象から信号を得るためには、空間的、時間的に一様な静磁場中に被検体を置き、高周波コイルによりパルス状に電磁波を被検体に照射し、それによって発生するＮＭＲ信号を高周波コイルにより受信する。さらにＮＭＲ信号に位置情報を与えるために静磁場に傾斜磁場が重畳される。これにより、任意断面の撮像を実現している。

ＭＲＩ装置において、被検体の撮像対象部位の断層像撮像前に、撮像予定面を決定するために用いる位置決め用画像を取得する。取得した位置決め用画像が持つ解剖学的特徴を元に所望の断層像の撮像予定面を自動で算出することができる従来技術として、ＷＯ２０１３／０２７５４０号公報（特許文献１）がある。（以下、この従来技術を自動位置決めという）なお、医用画像では、その画像の三次元的な位置を示す座標と画像の向きを持つ。これらの座標軸は、被検体の体の向きに沿って規定されている。

また、画像の位置を示す座標と画像の向きの情報を元に、画像内の被検体の向きが判定され、それを表示する従来技術として、生成された画像と体位情報がずれている場合の補正を行う、特開２００６−２４６９３７号公報（特許文献２）がある。

ＷＯ２０１３／０２７５４０号公報 特開２００６−２４６９３７号公報

上記特許文献１の課題について図２に基づいて説明する。

図２において、画像の三次元的な位置を示す座標と画像の向きを示す単位ベクトルは、被検者の体の向きに沿って規定された座標軸（２０１，２０２）に従って表される。従来のＭＲＩ装置では、被検体のＭＲＩ装置に対する向きを操作者が撮像前に設定する必要があるが、被検体の向きをＭＲＩ装置に対して直交する方向にしか選択できず、被検体がＭＲＩ装置に対して斜めの方向（２０３）に向いている場合、自動位置決めで撮像する領域（２０４）は変わるが、座標軸（２０１，２０２）は変わらない。このため、取得される画像（２０６）の位置を示す座標（２０７）と、画像（２０６）の向きを示すベクトル（２０８，２０９）の座標軸は被検体に対して斜めを向いた状態になり、例えば被検体にとっての右方向（２１０）が座標上では右後ろの方向となってしまう。また、座標軸の原点の位置と被検体との関係は検査ごとに異なる関係となってしまうという問題があった。

また、特許文献２では、生成された画像を補正した状態で表示するには、この補正機能を備えた装置で表示する必要があり、この補正機能を備えていない装置では対応できないという問題がある。また、補正表示するための体位情報は、画像の上下左右の方向が被検体の上、下、右、左、前、後のどれに対応するかを示すのみであり、４５度刻みの補正しか行えず、大まかな補正しか行えないという問題があった。

よって、本発明の目的は、操作者が撮像前に被検体の向きを指定することなく、被検体ごとの同じ座標軸に対して、取得した画像の座標と画像の向きを示すベクトルとが設定される医用画像診断装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、医用画像診断装置で取得した画像の位置情報を設定する画像処理方法であって、撮像した位置決め画像が持つ解剖学的特徴を元に前記医用画像診断装置固有の座標軸に基づく撮像予定面の位置を示す座標と方向を判定し、該判定された座標と方向から新たな座標軸を算出し、該算出した新たな座標軸に基づき、撮像した本撮像画像の位置を示す座標と向きを示すベクトルを算出する構成とする。

本発明によれば、操作者が撮像前に被検体の向きを指定することなく、被検体ごとの同じ座標軸に対して、取得した画像の座標と画像の向きを示すベクトルとが設定される医用画像診断装置を提供することができる。

実施例１に係るＭＲＩ装置と外部の画像保存システムの一例の全体概要である。 発明が解決しようとする課題の説明図である。 実施例１の処理フローチャートとその説明図である。 実施例２の処理フローチャートとその説明図である。 実施例３の処理フローチャートである。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。

本実施例に係る医用画像診断装置の一例として、ＭＲＩ装置を用いて以下説明する。ＭＲＩ装置は、ＮＭＲ現象を利用して被検体中の所望の検査部位における原子核スピンの密度分布や緩和時間分布等を計測して、その計測から被検体の任意の断面を画像表示するものである。図１にその模式図を示す。

図１において、被検体に静磁場を与える静磁場コイル（１０１）と、被検体に傾斜磁場を与える傾斜磁場コイル（１０２）と傾斜磁場電源（１０３）と、被検体の生態組織を構成する原子の原子核にＮＭＲ現象を起こさせる高周波パルス（以下ＲＦパルスという）を所定のパルスシーケンスで繰り返し印加する照射コイル（１０４）と、この照射コイルからのＲＦパルスにより被検体にＲＦ磁場を照射する送信系（１０５）と、ＮＭＲ現象により放出されるエコー信号を検出する受信コイル（１０６）と受信系（１０７）と、この受信系で検出したエコー信号を用いて画像再構成演算を行う信号処理およびフィルムへ出力を行う処理系（ＣＰＵ）（１０８）と、画像を表示する表示手段（ディスプレイ）（１０９）と、これらを制御するための操作卓（１１０）と、データを蓄積する記憶装置（１１１）を備えている。傾斜磁場は、エコー信号に位置情報を与えるために与えられるもので、直行する３軸方向の傾斜磁場がそれぞれ所定のパルスシーケンスにより印加される。これらのＭＲＩ装置により、被検体（１１２）の任意断面画像を得る。すなわち、被検体から得られる信号を、受信コイル（１０６）や受信系（１０７）からなる計測部で計測し、該計測部からの信号を演算処理し、処理系（ＣＰＵ）（１０８）からなる信号処理部で処理することで画像データを構成する。

取得された被検体の任意断面の画像データは、図示していない出力端子からＤＩＣＯＭ形式（詳細は後で説明する）で、ネットワークケーブルや、可搬媒体などを介して、ＭＲＩ装置の外部の画像サーバ（１１３）に送られる。さらに画像サーバから外部のディスプレイを備えた画像表示装置（１１４）に送られ、画像が表示される。

次に本実施例に係る処理概要を図３に基づいて説明する。図３は、右側に本実施例の処理フローチャートを、左側にその説明図を示している。

図３において、例えば被検体の頭部の撮像を行う場合、まず、Ｓ３１において、被検体（３００）の所望の撮像予定面を決定するために用いる位置決め画像（３０１）（３０２）（３０３）を取得する。例えば、位置決め画像（３０２）は、図３の左側図３０４の撮像位置を撮像したものである。

次に、Ｓ３２において、取得した位置決め画像が持つ解剖学的特徴を元に、所望の断層像の撮像予定面を自動で算出する特許文献１記載の従来技術などにより、ＭＲＩ装置固有の座標軸に基づく三次元的な撮像予定面（３０５）を決定する。そして、Ｓ３３において、三次元的な撮像位置（３０５）の座標と方向から、左図に示すような、その被検体で好適な座標軸（３０６）と原点（３０９）の位置を算出する。これらの座標軸と原点は、位置決め画像を撮像した際の原点（３０７）と座標軸（３０８）とは異なる。そして、Ｓ３４において、左図に示すように、位置決め画像（３０２）の撮像位置（３０４）の座標軸（３０６）における画像の位置を示す座標（３１０）と画像の向きを示すベクトル（３１１，３１２）を算出し、位置決め画像（３０２）の座標と画像方向として保存する。

引き続いて、Ｓ３５において、本撮像予定面（３０５）で関心領域の本撮像を行い、本撮像の画像（３１３）を取得する。最後に、Ｓ３６において、左図に示すように、変更した座標軸（３０６）に対する本撮像の画像の位置を示す座標（３１４）と画像の向きを示すベクトル（３１５，３１６）を算出する。この画像の座標（３１４）とベクトル（３１５，３１６）を本撮像の画像（３１３）の座標と画像方向として保存し、その後の装置上での表示や、外部へ出力する画像データの位置情報として用いる。

すなわち、本実施例は、まず撮像予定面を決定するために用いる位置決め用画像を取得する。次に取得した位置決め用画像が持つ解剖学的特徴を元に所望の断層像の撮像予定面を自動で算出する従来技術により、ＭＲＩ装置固有の座標軸に基づく三次元的な撮像予定面を決定する。この三次元的な撮像予定面を基に被検体の方向を特定し、撮像予定面の座標と向きに即して画像の座標を示す際に使用する座標軸を算出する。ＭＲＩ装置固有の座標軸と、撮像予定面に合わせた新しい座標軸の原点の位置の移動量と回転角を基に、ＭＲＩ装置で取得された画像の座標と画像の向きを示すベクトルの情報に変換する。変換された座標と画像の向きのベクトルは、画像の位置情報として、ＭＲＩ装置上での表示や、ＭＲＩ装置の外部に出力した先での表示に用いられる。

言い換えれば、本実施例は、医用画像診断装置、または、医用画像診断装置で取得した画像の位置情報を設定する画像処理方法であって、取得した位置決め画像が持つ解剖学的特徴を元に医用画像診断装置固有の座標軸に基づく撮像予定面の位置を示す座標と方向を判定し、該判定された座標と方向から、新たな座標軸を算出し、該算出した新たな座標軸に基づき、本撮像画像の位置を示す座標と向きを示すベクトルを算出する。

さらに言い換えれば、本実施例は、自動位置決めで対象部位の断層撮像面が決まったら、その撮像面に合わせて座標軸を回転し、また原点を移動することで、常に被検者の体の向きと位置に対して一定の関係となる座標軸に補正された画像データを作成することが出来る。また、本実施例では画像の方向を示すベクトルの座標情報そのものを直接変更するため、４５度未満の方向の補正も可能となる。また、本実施例によれば、画像を表示する装置では、補正した体位情報を表示する機能は必要なく、補正された画像と補正されていない画像を区別して扱う必要もないという特徴がある。

また、外部へ出力する画像データは、医用画像のフォーマットとそれらの画像を扱う医用画像機器間の通信プロトコルを定義した標準規格であるＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）の形式となり、座標はＤＩＣＯＭのImage Position、画像の方向を示すベクトルはImage OrientationのタグにＤＩＣＯＭの付帯情報として付加される。よって、本実施例によれば、同一の被検体の画像であれば、装置に対する該被検体の向きによらず、また異なる検査、異なるＭＲＩ装置で取得した画像であっても、同一の座標軸における座標で示すことができるため、ＤＩＣＯＭの付帯情報である、これらの座標が属する座標軸を識別するユニークなＩＤであるFrame of Reference UIDは同一のものとして設定することができる。

以上のように本実施例によれば、被検体の向きによらず常に一定の方向を向いた座標軸を持った画像を取得できる。また撮像開始前に操作者が被検者の姿勢を入力する必要がないため、ＭＲＩ装置での撮像に掛かる操作者の操作を簡略化し、検査に掛かる時間を短縮することができる。また、ＭＲＩ装置で撮像した画像を画像処理で任意方向の断面の画像を作成する場合でも、表示される被検体の正しい向きを表示することができ、また、事前に設定された画像処理での回転方向などを被検体の向きに合わせて調整する必要がなくなり、検査に掛かる時間を短縮することができる。これらにより短時間で必要な画像が撮像可能なＭＲＩ装置を提供することができる。

また、ＭＲＩ装置外に画像を送信して自動位置決め機能を持たない装置にて画像表示、画像処理に使用する際に、異なる検査の画像でも常に同じ座標軸で表された座標と画像の向きで画像を扱うことができ、座標の比較だけで異なる検査の画像を同じ位置に表示させることが可能になる。

なお、本実施例ではＭＲＩ装置を例に説明したが、ＭＲＩ装置以外でもＣＴ装置でも同様に適用することができる。また、本実施例では頭部を例に挙げて説明したが、頭部以外の部位でも解剖学的形状によって自動位置決めが可能であり、同様に座標軸を補正することができる。例えば、胸部、腹部、手、足などにも適用できる。また、ヒト以外の動物でも座標軸の向きは規格で規定されており、ヒト以外の動物でも解剖学的形状によって自動位置決めが可能であり、被検体がヒト以外の動物の場合にも本実施例を適用することができる。

本実施例では、撮像後、操作者が座標軸を任意に変更することができ、任意に変更した座標軸は撮像した全ての画像に反映されて、実施例１と同様の変換が行われる例について説明する。

図４において、右側には本実施例の処理フローチャートを、左側にその説明図を示している。図４において、まず、Ｓ４１において撮像予定面（４０１）を指定し、Ｓ４２において複数枚の画像（４０２）を取得する。そして、Ｓ４３において撮像で得られた画像（４０３）を表示する。

次に、Ｓ４４において、左図に示すように、操作者（ユーザ）は座標軸の原点（４０４）と座標の向きを表す座標軸（４０５）を任意に指定する。そして、Ｓ４５において、撮像した全ての画像で、左図に示すように、操作者が指定した座標軸に対する画像の位置を示す座標（４０６）と画像の向きを示すベクトル（４０７，４０８）を計算する。

最後に、Ｓ４６において、外部に出力する際には操作者が指定した座標軸に対する画像の位置を示す座標（４０６）と画像の向きを示すベクトル（４０７，４０８）を付加する。

すなわち、本実施例は、医用画像診断装置で取得した画像の位置情報を設定する画像処理方法であって、画像を撮像するステップと、操作者が座標軸を指定するステップと、を有し、前記医用画像診断装置固有の座標軸に基づく前記撮像した画像の位置を示す座標と方向を、前記操作者が指定した座標軸に基づく前記撮像した画像の位置を示す座標と向きを示すベクトルに変換する。

以上のように、本実施例によれば、操作者が座標軸を任意に変更することができ、また、自動位置決めのアルゴリズムがなくても、操作者側で設定できるという利点がある。

本実施例では、複数の部位にまたがって撮像した場合でも、その中で最も関心のある領域の被検体を操作者が指定することによって、画像の位置情報を補正することができる例について説明する。

図５に本実施例の処理フローチャートを示す。図５において、まず、Ｓ５１において一つめの撮像領域で位置決め像を撮像する。次に、Ｓ５２において、位置決め画像から所望の撮像予定面の座標と方向を自動で判定する。

Ｓ５３において、操作者が指定した基準となる部位である場合は、Ｓ５４において、その撮像予定面を基に好適な座標軸と原点の位置を算出し、Ｓ５５において、その撮像予定面で撮像を行う。基準となる部位でない場合は座標軸の向きと原点の位置は算出せず、Ｓ５５において、その撮像予定面で撮像を行う。

次に、Ｓ５６において、未撮像の領域があればＳ５７において次の撮像領域に移動し、同様に撮像を行う。未撮像の領域がなくなれば、Ｓ５８において、撮像して得られた全ての画像で、基準となる部位での撮像面を基に算出された座標軸に対する画像の位置を示す座標と画像の向きを示すベクトルを算出し、これを保存する。

すなわち、本実施例は、医用画像診断装置で取得した画像は複数部位の画像であって、各部位ごとに、撮像した位置決め画像から医用画像診断装置固有の座標軸に基づく撮像予定面の位置を示す座標と方向を判定し、前記位置決め画像が前記複数部位のうち操作者が指定した基準となる部位である場合に、前記判定された座標と方向から新たな座標軸を算出し、該算出した新たな座標軸に基づき、撮像した複数部位の画像に対して位置を示す座標と向きを示すベクトルを算出する。

以上のように、本実施例によれば、複数の部位にまたがって撮像した場合でも、その中で最も関心のある領域の被検体を操作者が指定することによって、被検体に対して常に同じ座標軸に対して、取得した画像の位置を示す座標と画像の向きを示すベクトルとが設定されるように画像の位置情報を補正できる。

なお、Ｓ５２において位置決め画像から所望の撮像予定面の座標と方向を自動で判定するとしたが、実施例２で説明したように、操作者が座標軸を任意に設定するようにしても良い。すなわち、医用画像診断装置で取得した画像は複数部位の画像であって、操作者が指定した座標軸に基づき、撮像した複数部位の画像に対して位置を示す座標と向きを示すベクトルを算出する。

ＭＲＩ装置での撮像では、一定時間同一の領域を撮像し続け、その時間軸方向の変化を利用して解析を行う撮像法が存在する。この場合、被検体の体動により被検体の位置と向きが変化した場合、同一領域の座標と画像の向きが時間軸方向で変化してしまい、解析に適さない画像データとなってしまう場合が考えられる。

これに対して、本実施例では、時間軸方向の変化を利用して解析を行う撮像法の場合、実施例１から２で説明したような、撮像時に座標軸の補正を行う。すなわち、本実施例は、医用画像診断装置で取得した画像は同一の領域を一定時間撮像した画像であって、実施例１または２の新たな座標軸または操作者が指定した座標軸に基づき、前記撮像した同一領域一定時間の画像に対して位置を示す座標と向きを示すベクトルを算出する。

これにより、被検体の体動があっても時間軸方向で同一領域の座標と向きが一定な画像を取得することができる。言い換えれば、長時間の撮像での被検体の体動による画像の位置と向きの揺らぎを補正することが可能になる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

３０１、３０２、３０３…位置決め画像、
３０４…撮像位置、
３０５、４０１…撮像予定面、
３０６、３０８、４０５…座標軸、
３０７、３０９、４０４…原点、
３１０、３１４、４０６…座標、
３１１、３１２、３１５、３１６、４０７、４０８…ベクトル、
３１３、４０３…撮像画像、

Claims (7)

1. 医用画像診断装置で取得した画像の位置情報を設定する画像処理方法であって、
   撮像した位置決め画像が持つ解剖学的特徴を元に前記医用画像診断装置固有の座標軸に基づく撮像予定面の位置を示す座標と方向を判定し、
   該判定された座標と方向から新たな座標軸を算出し、
   該算出した新たな座標軸に基づき、撮像した本撮像画像の位置を示す座標と向きを示すベクトルを算出することを特徴とする画像処理方法。
2. 医用画像診断装置で取得した画像の位置情報を設定する画像処理方法であって、
   画像を撮像するステップと、
   操作者が座標軸を指定するステップと、を有し、
   前記医用画像診断装置固有の座標軸に基づく前記撮像した画像の位置を示す座標と方向を、前記操作者が指定した座標軸に基づく前記撮像した画像の位置を示す座標と向きを示すベクトルに変換することを特徴とする画像処理方法。
3. 請求項１に記載の画像処理方法であって、
   前記医用画像診断装置で取得した画像は複数部位の画像であって、
   各部位ごとに、前記撮像した位置決め画像から前記医用画像診断装置固有の座標軸に基づく撮像予定面の位置を示す座標と方向を判定し、
   前記位置決め画像が前記複数部位のうち操作者が指定した基準となる部位である場合に、
   前記判定された座標と方向から新たな座標軸を算出し、
   該算出した新たな座標軸に基づき、撮像した複数部位の画像に対して位置を示す座標と向きを示すベクトルを算出することを特徴とする画像処理方法。
4. 請求項２に記載の画像処理方法であって、
   前記医用画像診断装置で取得した画像は複数部位の画像であって、
   前記操作者が指定した座標軸に基づき、撮像した複数部位の画像に対して位置を示す座標と向きを示すベクトルを算出することを特徴とする画像処理方法。
5. 請求項１に記載の画像処理方法であって、
   前記医用画像診断装置で取得した画像は同一の領域を一定時間撮像した画像であって、
   前記新たな座標軸に基づき、前記撮像した同一領域一定時間の画像に対して位置を示す座標と向きを示すベクトルを算出することを特徴とする画像処理方法。
6. 請求項２に記載の画像処理方法であって、
   前記医用画像診断装置で取得した画像は同一の領域を一定時間撮像した画像であって、
   前記操作者が指定した座標軸に基づき、前記撮像した同一領域一定時間の画像に対して位置を示す座標と向きを示すベクトルを算出することを特徴とする画像処理方法。
7. 医用画像診断装置であって、
   被検体から得られる信号を計測する計測部と、
   該計測部からの信号を演算処理し画像データを構成する信号処理部を有し、
   前記信号処理部は、
   前記演算処理によって取得した位置決め画像が持つ解剖学的特徴を元に医用画像診断装置固有の座標軸に基づく撮像予定面の位置を示す座標と方向を判定し、
   該判定された座標と方向から、新たな座標軸を算出し、
   該算出した新たな座標軸に基づき、前記演算処理によって取得した本撮像画像の位置を示す座標と向きを示すベクトルを算出することを特徴とする医用画像診断装置。

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