JP6640530B2 - 磁気共鳴イメージング装置、医用画像処理装置及び画像処理方法 - Google Patents

磁気共鳴イメージング装置、医用画像処理装置及び画像処理方法 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置、医用画像処理装置及び画像処理方法に関する。
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置は、静磁場中に置かれた被検体の原子核スピンをラーモア周波数の高周波（ＲＦ：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）パルスで磁気的に励起し、この励起に伴って発生する磁気共鳴（ＭＲ：magnetic resonance）信号から画像を生成する。生成された画像には、ＭＲ信号の強度を表す強度画像と、位相を表す位相画像がある。位相画像には、組織が持つ磁化率の情報が含まれており、これを利用することで磁化率を強調した画像コントラストを作成するＳＷＩ（Susceptibility Weighted Imaging）や、磁化率を定量的に求めるＱＳＭ（Quantitative Susceptibility Mapping）がある。
本発明が解決しようとする課題は、位相画像の画質を向上させることができる磁気共鳴イメージング装置、医用画像処理装置及び画像処理方法を提供することである。
実施形態の磁気共鳴イメージング装置は、取得部と、生成部と、設定部と、除去部とを備える。取得部は、被検体から発生する磁気共鳴信号を取得する。生成部は、磁気共鳴信号に基づいて位相画像を生成する。設定部は、組織の局所位相変化以外のバックグラウンドによる位相信号であるバックグラウンド位相信号を表現するためのカーネルの種類とサイズのいずれか、もしくは、両方を位相画像における領域ごとに設定する。除去部は、位相画像から、カーネルを用いて前記バックグラウンド位相信号を除去する。除去部は、位相画像から、異なる２つの種類のカーネルを用いてバックグラウンド位相信号が除去された第一位相画像及び第二位相画像を生成し、第一位相画像に対して関数フィッティングを実行することにより関数を取得し、関数を所定の範囲の値に正規化し、値を用いて、第一位相画像及び前記第二位相画像を融合することにより、バックグラウンド位相信号が除去された第三位相画像を生成する。
図１は、第１の実施形態に係る医用画像処理装置を示す概略図。 図２は、第１実施形態に係る医用画像処理装置が実行する処理の流れを示すフローチャート。 図３は、領域推定のフローチャートを示す図。 図４Ａは、副鼻腔周辺を示す図。 図４Ｂは、側頭葉周辺を示す図。 図４Ｃは、脳の境界周辺を示す図。 図５は、第１の実施形態に係る処理回路が実行する処理の一例を説明するための図。 図６は、第１の変形例に係る医用画像処理装置が実行する処理の流れを示すフローチャート。 図７は、第１の変形例に係る処理回路が実行する処理の一例を説明するための図。 図８は、第２の変形例に係る医用画像処理装置が実行する処理の流れを示すフローチャート。 図９は、第２実施形態に係る医用画像処理装置を示す概略図。 図１０は、第２の実施形態に係る医用画像処理装置が実行する処理の流れを示すフローチャート。 図１１は、第２の実施形態に係るカーネルの表示態様の一例を示す図。 図１２は、第３実施形態に係るＭＲＩ装置を示す概略図。
以下、実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置及び医用画像処理装置を詳細に説明する。なお、各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせてもよい。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る医用画像処理装置を示す概略図である。図１は、第１の実施形態に係る医用画像処理装置１０を示す。医用画像処理装置１０は、ＭＲ信号の位相信号を表す位相画像に対して、以下に説明する方法を用いて領域ごとにカーネルを設定する。そして、医用画像処理装置１０は、組織の局所位相変化以外のバックグラウンドによる位相信号をカーネルを用いて推定し、位相画像からバックグラウンドの位相信号を除去する。
医用画像処理装置１０は、例えば、専用又は汎用コンピュータである。なお、医用画像処理装置１０は、後述するカーネル設定機能１１１、バックグラウンド位相除去機能１１２を有するものであればよい。例えば、医用画像処理装置１０の機能は、ネットワークを介して接続されたＭＲＩ装置等の医用画像診断装置や、医用画像に画像処理を施すＰＣ（ワークステーション）や、医用画像を保存・管理する医用画像管理装置（サーバ）などに含まれるものであってもよい。以下、医用画像処理装置１０が専用又は汎用のコンピュータである場合を例に挙げて説明する。
ここで、位相画像には、組織の局所位相変化に加えて、空気などによる大きな磁化率変化や、ＭＲＩ装置自体の静磁場不均一などのバックグラウンドによる位相変化が含まれるため、ＳＷＩやＱＳＭのためには、バックグラウンドの位相変化を除去する必要がある。
そこで、バックグラウンドの位相変化がラプラス方程式を満たす原理から、カーネルとして所定の半径を持つ球を設定し、球内の平均値をバックグラウンドとして求め、位相画像から、求めたバックグラウンドを引く方法がある。
しかしながら、このような方法では、カーネルの種類やサイズが、脳全体で球形の同一半径で一定なため、例えば副鼻腔周辺の脳と空気の境界で位相が大きくなる場所では、バックグラウンドの位相を正しく求められず、組織の位相画像の精度が低い。このため、位相画像の画質が良好ではない。
そこで、第１の実施形態に係る医用画像処理装置は、以下に説明するように、位相画像の画質を向上させることができるように構成されている。医用画像処理装置１０は、処理回路１１、及び、記憶回路１２、及びＩＦ（interface）１３を備える。
処理回路１１は、専用又は汎用のＣＰＵ（central processing unit）又はＭＰＵ（micro processing unit）の他、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：application specific integrated circuit）、及び、プログラマブル論理デバイスなどを意味する。プログラマブル論理デバイスとしては、例えば、単純プログラマブル論理デバイス（ＳＰＬＤ：simple programmable logic device）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ：complex programmable logic device）、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：field programmable gate array）などが挙げられる。処理回路１１は記憶回路１２に記憶された、又は、処理回路１１内に直接組み込まれたプログラムを読み出し、読み出したプログラムを実行することでカーネル設定機能１１１、バックグラウンド位相除去機能１１２を実現する。
また、処理回路１１は、単一の回路によって構成されてもよいし、複数の独立した回路を組み合わせによって構成されてもよい。後者の場合、プログラムを記憶する記憶回路１２は複数の独立した回路ごとに個別に設けられてもよいし、単一の記憶回路１２が複数の独立した回路の機能に対応するプログラムを記憶するものであってもよい。
処理回路１１は、カーネル設定機能１１１及びバックグラウンド位相除去機能１１２を実現する。処理回路１１は、記憶回路１２に格納されている各種制御プログラムを読み出してカーネル設定機能１１１及びバックグラウンド位相除去機能１１２を実現すると共に、記憶回路１２、ＩＦ１３における処理動作を統括的に制御する。
カーネル設定機能１１１は、記憶回路１２に記憶された位相画像を取得し（読み出し）、位相画像の領域ごとにカーネルを設定する機能である。カーネルは、例えば、組織の局所位相変化以外のバックグラウンドによる位相信号であるバックグラウンド位相信号を表現するためのものである。カーネル設定機能１１１は、設定部の一例である。
バックグラウンド位相除去機能１１２は、記憶回路１２に記憶された位相画像を取得し、各領域で設定されたカーネルを用いてバックグラウンドの位相を推定し、推定したバックグラウンドの位相を位相画像から除去する機能である。バックグラウンド位相除去機能１１２は、除去部の一例である。
なお、医用画像処理装置１０が有するカーネル設定機能１１１及びバックグラウンド位相除去機能１１２の具体的な説明は、図２に示すフローチャートを用いて行なう。
記憶回路１２は、ＲＡＭ（random access memory）、フラッシュメモリ（flash memory）等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等によって構成される。記憶回路１２は、ＵＳＢ（universal serial bus）メモリ及びＤＶＤ（digital video disk）などの可搬型メディアによって構成されてもよい。記憶回路１２は、処理回路１１において用いられる各種処理プログラム（アプリケーションプログラムの他、ＯＳ（operating system）等も含まれる）や、プログラムの実行に必要なデータや、位相画像及び医用画像を記憶する。
ＩＦ１３は、所定の通信規格にしたがって、外部装置との通信動作を行う。医用画像処理装置１０がネットワーク上に設けられる場合、ＩＦ１３は、ネットワーク上の外部装置と情報の送受信を行なう。例えば、ＩＦ１３は、ＭＲＩ装置等の医用画像診断装置（図示しない）による撮像で得られたボリュームデータを医用画像診断装置や医用画像管理装置（図示しない）等から受信したり、医用画像処理装置１０によって生成された３次元画像を医用画像管理装置や読影端末（図示しない）に送信したりして、外部装置と通信動作を行なう。
図２は、第１実施形態に係る医用画像処理装置が実行する処理の流れを示すフローチャートである。フローチャートの大まかな流れは、まず、異なるカーネルでバックグラウンドの位相を除去した第一位相画像と第二位相画像の２種類の位相画像を作成（生成）する。そして、第一位相画像の所定の範囲にある位相が大きい画素の周辺画素に対して関数フィッティングして求めた関数を０〜１に正規化し、これをアルファとするアルファブレンドによって第一位相画像と第二位相画像を融合する。これらの処理により、画素ごとに異なるカーネルでバックグラウンドの位相除去が行われた結果を得る。以下、具体例を挙げて説明する。
図２に示すように、バックグラウンド位相除去機能１１２は、位相画像からＳＨＡＲＰ法によりバックグラウンドの位相を除去し、第一位相画像を作成する（ステップＳ１１）。ここで、位相画像は、ＭＲ信号の位相画像であり、位相の折りかえりがない画像である。
そして、バックグラウンド位相除去機能１１２は、ＳＨＡＲＰ法において用いた球より小さい半径の球を設定し、球内の平均値をバックグラウンドとして第二位相画像を生成する（ステップＳ１２）。なお、小さい半径の球を設定することで、副鼻腔周辺の脳と空気の境界で位相が大きくなる場所などでは、バックグラウンドの位相を精度よく求めることが可能となる。
そして、カーネル設定機能１１１は、カーネルを領域ごとに設定するための領域を推定する（ステップＳ１３）。
図３は、領域推定のフローチャートを示す図である。図３に示すフローチャートでは、所定の範囲にある位相信号の絶対値が大きい画素が探索される。
図３に示すように、カーネル設定機能１１１は、第一位相画像から、探索マップを作成する（ステップＳ１３１）。ここでは、第一位相画像のコピーを探索マップとする。
カーネル設定機能１１１は、探索マップから、位相の絶対値が最大の画素を求める（ステップＳ１３２）。
カーネル設定機能１１１は、ステップＳ１３２で求めた画素が、所定の範囲に含まれるか否かを判定する（ステップＳ１３３）。ここで所定の範囲は、ＳＨＡＲＰ法でバックグラウンドの位相を十分に除去できない範囲であり、図４Ａ〜４Ｃにその範囲を示す。図４Ａは、副鼻腔周辺を示す図である。図４Ｂは、側頭葉周辺を示す図である。図４Ｃは、脳の境界周辺を示す図である。なお、図４Ａ〜４Ｃにおいて、「Ｐ」は、被検体のポステリア（後方）側を示す。また、「Ａ」は、被検体のアンテリア（前方）側を示す。また、「Ｌ」は、被検体の左側を示す。また、「Ｒ」は、被検体の右側を示す。また、「Ｈ」は、被検体の上側を示す。また、「Ｆ」は、被検体の下側を示す。
カーネル設定機能１１１は、探索マップから、しきい値処理等によるセグメンテーションや領域拡張法などにより、３次元の脳の領域２６を抽出する。そして、図４Ａに示すように、カーネル設定機能１１１は、脳の領域２６の輪郭２７に各面が接する直方体（六面体）２８を生成する。そして、カーネル設定機能１１１は、直方体２８を被検体の前後方向に２等分し、左右方向に３等分し、上下方向に３等分する。なお、被検体の前後方向は、ｙ方向（ｆｙ）、左右方向は、ｘ方向（ｆｘ）、上下方向は、ｚ方向（ｆｚ）に対応する。そして、カーネル設定機能１１１は、被検体の前後方向に２等分され、左右方向に３等分され、上下方向に３等分された結果得られた１８個の３次元の領域のうち、被検体の前後方向において前、左右方向において中間、かつ、上下方向において中間の領域である３次元の領域２９を副鼻腔周辺の領域として特定する。そして、カーネル設定機能１１１は、領域２９に、ステップＳ１３２で求めた画素が含まれるか否かを判定する。
また、図４Ｂに示すように、カーネル設定機能１１１は、直方体２８を被検体の前後方向に４等分し、左右方向に３等分し、上下方向に２等分する。そして、カーネル設定機能１１１は、前後方向において前から３番目、左右方向において左、上下方向において下の３次元の領域３４を側頭葉周辺の領域として特定する。また、カーネル設定機能１１１は、前後方向において前から３番目、左右方向において右、上下方向において下の３次元の領域３５を側頭葉周辺の領域として特定する。そして、カーネル設定機能１１１は、領域３４及び領域３５のいずれかの領域に、ステップＳ１３２で求めた画素が含まれるか否かを判定する。
また、図４Ｃに示すように、カーネル設定機能１１１は、抽出した脳の領域２６を前景、その他の領域を背景として、背景からの距離画像を作成する。そして、カーネル設定機能１１１は、背景からの所定の距離にある領域３６を脳の境界周辺の領域として特定する。ここで、脳の境界周辺の領域とは、例えば、脳の領域２６の輪郭２７に近い領域（輪郭２７から所定範囲内の領域）である。そして、カーネル設定機能１１１は、領域３６に、ステップＳ１３２で求めた画素が含まれるか否かを判定する。
そして、カーネル設定機能１１１は、領域２９、領域３４、領域３５又は領域３６に、ステップＳ１３２で求めた画素が含まれる場合（ステップＳ１３３：Ｙｅｓ）、すなわち、ステップＳ１３２で求めた画素で更にバックグラウンドの位相除去が必要と判断する場合、ステップ１３２で求めた画素を含む周辺の画素から構成される領域を推定し、ステップＳ１４に進む。
一方、いずれの領域にも、ステップＳ１３２で求めた画素が含まれない場合（ステップＳ１３３：Ｎｏ）、すなわち、ステップＳ１３２で求めた画素でバックグラウンドの位相除去を更に行わない場合、カーネル設定機能１１１は、探索マップのステップ１３２で求めた画素周囲の位相をゼロにしてステップＳ１３２に戻り、再度、位相の絶対値が最大の画素を求める。
領域推定は上述した方法に限定されない。例えば、強度画像、位相画像、または、第一位相画像のうち１つ以上の画像を使って、領域ごとのパターンを機械学習し領域を推定してもよい。具体例として、強度画像から、前頭蓋窩、中頭蓋窩（左右）、大脳鎌、上矢状静脈洞の４つの領域とそれらの周囲の画像パターンをextremely randomized treesによって学習し推定してもよい。他に、強度画像、位相画像、または、第一位相画像のうち１つ以上の画像を使って、領域がラベル付けされたアトラスを作成し、画像レジストレーションによって領域を推定してもよい。他に、同一被験者の過去に撮像された強度画像、位相画像、または、第一位相画像のうち１つ以上の画像を参照して領域を推定してもよい。
バックグラウンド位相除去機能１１２は、ステップＳ１３で推定された領域に対して関数フィッティングを行う（ステップＳ１４）。例えば、最小二乗法によって３次元一般化ガウス関数のパラメータを求める。ここで用いる関数やフィッティング方法は限定しない。関数やフィッティング方法は、ユーザにより選択されてもよい。
バックグラウンド位相除去機能１１２は、関数を０〜１に正規化する（ステップＳ１５）。
バックグラウンド位相除去機能１１２は、第一位相画像と第二位相画像をステップＳ１５で正規化した関数をアルファとするアルファブレンドを行い、第三位相画像を作成する（ステップＳ１６）。ここでは、第三位相画像が、関数が０の画素では第一位相画像の位相を、関数が１の画素では第二位相画像の位相を持つアルファブレンドを行う。
バックグラウンド位相除去機能１１２は、バックグラウンド位相除去を終了するか否かを判定する（ステップＳ１７）。例えば、バックグラウンド位相除去機能１１２は、バックグラウンド位相除去が規定個数に達したか否かを判定することにより、バックグラウンド位相除去を終了するか否かを判定する。バックグラウンド位相除去が規定個数に達した場合、すなわち、バックグラウンド位相除去を終了する場合（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）には、バックグラウンド位相除去機能１１２は、第三位相画像を組織位相画像として扱い、処理を終了する。
一方、バックグラウンド位相除去が規定個数に達していない場合、すなわち、更にバックグラウンドの位相を除去する場合（ステップＳ１７；Ｎｏ）、バックグラウンド位相除去機能１１２は、第三位相画像を第一位相画像として扱い、ステップＳ１３に戻り領域推定を行う。
図５は、第１の実施形態に係る処理回路が実行する処理の一例を説明するための図である。図５の例において、ステップＳ１１では、バックグラウンド位相除去機能１１２は、３次元の位相画像４３からＳＨＡＲＰ法によりバックグラウンドの位相を除去し、３次元の第一位相画像４４を生成する。なお、図５には、ｆｘ−ｆｙ平面、ｆｚ−ｆｙ平面、ｆｘ−ｆｚ平面のそれぞれに、位相画像４３、第一位相画像４４が投影された投影図が示されている。
図５の例に示すように、ステップＳ１２では、バックグラウンド位相除去機能１１２は、位相画像４３に、ＳＨＡＲＰ法において用いた球より小さい半径の球を設定し、位相画像４３から、球内の平均値をバックグラウンドとして除去して、３次元の第二位相画像４５を生成する。なお、図５には、ｆｘ−ｆｙ平面、ｆｚ−ｆｙ平面、ｆｘ−ｆｚ平面のそれぞれに、第二位相画像４５が投影された投影図が示されている。
図５の例に示すように、ステップＳ１６で、バックグラウンド位相除去機能１１２は、第一位相画像４４と第二位相画像４５を、正規化された関数（アーチファクトマスク）４６をアルファとするアルファブレンドを行い、第三位相画像４７を生成する。なお、図５には、ｆｘ−ｆｙ平面、ｆｚ−ｆｙ平面、ｆｘ−ｆｚ平面のそれぞれに、第三位相画像４７が投影された投影図が示されている。
以上、説明したように、第１の実施形態に係る医用画像処理装置１０は、第一位相画像と第二位相画像とを正規化された関数をアルファとするアルファブレンドを行い、第三位相画像を生成する。これにより、各画素でカーネルサイズ、すなわち、球の半径が異なるバックグラウンドの位相除去結果が適用される。このため、医用画像処理装置１０は、画像全体で同じ半径の球を用いたバックグラウンド位相除去よりも、特に副鼻腔周辺などの位相変動が大きい場所のバックグラウンド位相除去精度を向上させることができる。したがって、医用画像処理装置１０によれば、位相画像の画質を向上させることができる。
また、第１の実施形態に係る医用画像処理装置１０において、処理回路１１が、更に、画像生成機能を有し、画像生成機能が、第三位相画像から磁化率画像を生成してもよい。ここで、位相画像から磁化率画像を生成する方法として、様々な方法がある。例えば、画像生成機能は、位相画像を逆変換することにより、磁化率画像を生成する。なお、逆変換の手法にも、様々な公知の手法があるが、例えば、非特許文献「Y． Wang et al,” Quantitative Susceptibility Mapping (QSM): Decoding MRI Data for a Tissue Magnetic Biomarker，”Magnetic Resonance in Medicine 73:82-101 (2015)」に記載された手法のように、強度画像を用いて逆変換してもよい。この非特許文献に示されるMEDI法は、正則化手法において組織の磁化率を高精度に生成するため、強度画像と磁化率画像とが類似するという仮定の下、強度画像から輪郭画像を作成し、輪郭以外の領域で磁化率画像の空間連続性が高くなるよう、最終的な磁化率を算出する手法である。なお、逆変換の手法において、強度画像を用いない手法も適用することができる。生成された磁化率画像の画質は、第三位相画像の画質が良好なため、良好となる。なお、処理回路１１は、記憶回路１２に格納されている画像生成機能に対応するプログラムを読み出して、読み出したプログラムを実行することで、画像生成機能が実現される。
（第１の実施形態に係る第１の変形例）
次に、第１の実施形態に係る第１の変形例について説明する。図６は、第１の変形例に係る医用画像処理装置が実行する処理の流れを示すフローチャートである。図６に示すステップＳ２１の処理は、図２に示すステップＳ１１の処理と同様であり、ステップＳ２２の処理は、ステップＳ１３の処理と同様である。ただし、第１の変形例に係る医用画像処理装置１０が実行する処理では、第二位相画像が作成されない。
バックグラウンド位相除去機能１１２は、ステップＳ２２で推定された領域に対して関数フィッティングを行う（ステップＳ２３）。例えば、最小二乗法によって３次元一般化ガウス関数のパラメータを求める。ここで用いる関数やフィッティング方法は限定しない。
そして、バックグラウンド位相除去機能１１２は、ステップＳ２３で求めた関数を第一位相画像から引くことで第三位相画像を生成する（ステップＳ２４）。すなわち、第三位相画像には、ＳＨＡＲＰ法で用いられる半径の球をカーネルとしてバックグラウンドの位相が除去される画素と、そこから更にステップＳ２３で求めた関数をカーネルとしてバックグラウンドの位相が除去される画素がある。このように、各画素でカーネルサイズ及びカーネルの種類が異なるバックグラウンドの位相除去結果が適用される。このため、第１の変形例に係る医用画像処理装置１０は、画像全体で同じ半径の球を用いたバックグラウンド位相除去よりも、特に副鼻腔周辺などの位相変動が大きい場所のバックグラウンド位相除去精度を向上させることができる。したがって、第１の変形例に係る医用画像処理装置１０によれば、位相画像の画質を向上させることができる。
そして、バックグラウンド位相除去機能１１２は、バックグラウンド位相除去を終了するか否かを判定する（ステップＳ２５）。例えば、バックグラウンド位相除去機能１１２は、バックグラウンド位相除去が規定個数に達したか否かを判定することにより、バックグラウンド位相除去を終了するか否かを判定する。バックグラウンド位相除去が規定個数に達した場合、すなわち、バックグラウンド位相除去を終了する場合（ステップＳ２５；Ｙｅｓ）には、バックグラウンド位相除去機能１１２は、第三位相画像を組織位相画像として扱い、処理を終了する。
一方、バックグラウンド位相除去が規定個数に達していない場合、すなわち、更にバックグラウンドの位相を除去する場合（ステップＳ２５；Ｎｏ）、バックグラウンド位相除去機能１１２は、第三位相画像を第一位相画像として扱い、ステップＳ２２に戻り領域推定を行う。
図７は、第１の変形例に係る処理回路が実行する処理の一例を説明するための図である。図７の例において、ステップＳ２３では、バックグラウンド位相除去機能１１２は、第一位相画像４４のステップＳ２２で推定された領域に対して関数フィッティングを行う。
図７の例において、ステップＳ２４では、バックグラウンド位相除去機能１１２は、ステップＳ２３で求めた関数４８を第一位相画像４４から引くことで第三位相画像４９を生成する。そして、バックグラウンド位相除去機能１１２が、バックグラウンド位相除去を終了すると判定するまで、ステップＳ２２〜Ｓ２４の各処理が繰り返される。
第１の変形例に係る医用画像処理装置１０について説明した。第１の変形例に係る医用画像処理装置１０によれば、上述したように、位相画像の画質を向上させることができる。
（第１の実施形態に係る第２の変形例）
次に、第１の実施形態に係る第２の変形例について説明する。第２の変形例では、位相画像からカーネルが設定されて、組織位相画像が直接生成される。図８は、第２の変形例に係る医用画像処理装置が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
カーネル設定機能１１１は、位相画像、もしくは、強度画像のうち１つ以上の画像を用いて領域を推定する（ステップＳ３１）。推定方法は、機械学習やアトラスとのレジストレーションによるもので、これらの詳細は第１の実施形態で説明した通りである。ただし、推定方法はこれに限定されない。
カーネル設定機能１１１は、領域ごとにカーネルを設定する（ステップＳ３２）。例えば、カーネル設定機能１１１は、図４Ａ〜４Ｃに示すような副鼻腔周囲や脳の境界周囲は半径の小さい球をカーネルとし、それ以外ではＳＨＡＲＰ法で用いられる球と同じ半径の球をカーネルとする。カーネルの設定方法はこれに限定されず、カーネル設定機能１１１は、例えば、赤核、視床下核、黒質等の脳の領域ごとに、領域サイズ（領域の大きさ）に応じたカーネルサイズ、例えば球の半径を設定する。例えば、カーネル設定機能１１１は、領域サイズが大きくなるほど、球の半径を大きくする。すなわち、カーネル設定機能１１１は、領域サイズに応じてカーネルサイズを設定する。また、カーネルの種類は球形に限定せず、円形、一般化ガウス関数、周波数フィルタなどを用いてもよい。例えば、カーネル設定機能１１１は、領域サイズに応じてカーネルの種類を設定してもよい。他に、バックグラウンド位相除去機能１１２に様々なカーネルサイズでバックグラウンド位相除去を行わせて、ユーザが、カーネルサイズごとの組織位相画像の信号変化を確認し、顕著に位相信号が変化するカーネルサイズを設定してもよい。例えば、カーネル設定機能１１１は、副鼻腔周囲や脳の境界周囲と、それ以外とで、カーネルの種類を異ならせてもよい。また、カーネル設定機能１１１は、副鼻腔周囲や脳の境界周囲と、それ以外とで、カーネルのサイズを異ならせてもよい。すなわち、カーネル設定機能１１１は、領域の位置に応じて、カーネルのサイズ及びカーネルの種類の少なくとも１つを設定してもよい。
バックグラウンド位相除去機能１１２は、ステップＳ３２で定めたカーネルに応じたバックグラウンドの位相除去を行い組織位相画像を生成する（ステップＳ３３）。例えば、カーネルが球なら球内の平均値をバックグラウンドの位相とし、カーネルが関数なら関数フィッティングによって求められる関数をバックグラウンドの位相とする。そして、バックグラウンド位相除去機能１１２は、位相画像からバックグラウンドの位相を除去し組織位相画像を生成する。なお、バックグラウンドの位相除去方法はこれに限定されず、例えば、領域境界周囲では、近傍の各カーネルでバックグラウンドの位相を推定し、領域境界からの距離に応じたアルファブレンドによって複数のバックグラウンドの位相を合成して位相画像から、合成した複数のバックグラウンドの位相を除去する。これによって、境界で位相が不連続になることを防止する。
また、バックグラウンド位相除去ごとの組織画像に対して、再度カーネルを設定するステップ３２に戻り、バックグラウンド位相除去を行う操作を繰り返してもよい。
（第２の実施形態）
図９は、第２実施形態に係る医用画像処理装置を示す概略図である。第２の実施形態は第１の実施形態に、さらに、ディスプレイ２４と入力回路２５が加わり、ユーザの各種の確認や修正を可能とする。
ディスプレイ２４は、ＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）等によって構成される。ディスプレイ２４は、処理回路２１からの指示に応じてＬＣＤ上に、各種操作画面や、画像データ等の各種表示情報を表示させる。
入力回路２５は、ユーザによって操作が可能なポインティングデバイス（マウス等）やキーボード等の入力デバイスからの信号を入力する回路であり、ここでは、入力デバイス自体も入力回路２５に含まれるものとする。ユーザにより入力デバイスが操作されると、入力回路２５はその操作に応じた入力信号を生成して処理回路２１に出力する。なお、医用画像処理装置２０は、入力デバイスがディスプレイ２４と一体に構成されたタッチパネルを備えてもよい。
図１０は、第２の実施形態に係る医用画像処理装置が実行する処理の流れを示すフローチャートである。第２の実施形態では、推定した領域、設定したカーネルのサイズ及び種類、組織位相画像は適宜ユーザが確認及び修正を行うことができる。
まず、カーネル設定機能２１１は、第２の変形例と同様に、領域を推定し（ステップ４１）、領域ごとにカーネルを設定する（ステップＳ４２）。そして、カーネル設定機能２１１は、ディスプレイ２４に各領域のカーネルを表示させて、ユーザに確認を促す（ステップＳ４３）。図１１は、第２の実施形態に係るカーネルの表示態様の一例を示す図である。図１１の例に示すように、カーネルの種類やサイズが色や模様で表現して表示される。なお、ステップＳ４３において、カーネル設定機能２１１は、推定した領域をディスプレイ２４に表示させて、ユーザに確認を促すこともできる。ユーザはこれを確認し、カーネルの種類及びサイズが問題ない場合には、入力回路２５を介して、カーネルの種類及びサイズが問題ない旨を入力する。一方、カーネルの種類及びサイズの少なくとも一方を修正する場合には、ユーザは、入力回路２５を介して、領域を選択し、選択した領域のカーネルを修正する。
問題ない旨が入力された場合（ステップＳ４４：Ｙｅｓ）には、バックグラウンド位相除去機能２１２は、第２の変形例と同様に組織位相画像を生成し（ステップＳ４６）、生成した組織位相画像をディスプレイ２４に表示させて、ユーザに確認を促す（ステップ４７）。ユーザはこれを確認し、問題がなければ、入力回路２５を介して、処理を終了させる指示を入力する。修正する場合には、ユーザは、入力回路２５を介して、組織位相画像を修正する旨を入力する。バックグラウンド位相除去機能２１２は、組織位相画像を修正する旨が入力されると、例えば、位相画像と組織位相画像の両方をディスプレイ２４に表示させる。ここで、ユーザはこれらを比較し、入力回路２５を介して、適切な位相をいずれかから選択する。ここでは画像全体で選択してもよいし、領域ごとに選択してもよい。他には、ユーザがカーネルを再設定すると、バックグラウンド位相除去機能２１２は、このカーネルを用いて再度組織位相画像を生成してもよい。なお、ステップＳ４３及びステップＳ４５の少なくとも一方は、省略してもよい。
（第３の実施形態）
次に第３の実施形態について説明する。図１２は、第３実施形態に係るＭＲＩ装置を示す概略図である。図１２は、第３実施形態に係るＭＲＩ装置５０を示す。ＭＲＩ装置５０は、ＭＲ信号の位相画像を撮像し、第１の実施形態又は第２の実施形態に係る医用画像処理装置で説明した機能とほぼ同等の機能を用いて、位相画像からバックグラウンド位相信号を除去し、組織位相画像を生成する。
ＭＲＩ装置５０は、大きくは、撮像システム５１と制御システム５２とから構成される。撮像システム５１は、静磁場磁石６１、傾斜磁場コイル６２、傾斜磁場電源装置６３、寝台６４、寝台制御回路６５、送信用コイル（送信用のＲＦコイル）６６、送信回路６７、受信用コイル（受信用のＲＦコイル）６８ａ〜６８ｅ、受信回路６９、及びシーケンサ（シーケンスコントローラ）７０を備える。なお、静磁場磁石６１、傾斜磁場コイル６２及び送信用コイル６６は、被検体（患者）Ｐから発生する磁気共鳴信号を取得する取得部に含まれる。
静磁場磁石６１は、被検体Ｐの撮像領域であるボア（静磁場磁石６１の内部空間）内に静磁場を発生させる。静磁場磁石６１は、超電導コイルを内蔵し、液体ヘリウムによって超電導コイルが極低温に冷却されている。静磁場磁石６１は、励磁モードにおいて静磁場用電源（図示しない）から供給される電流を超電導コイルに印加することで静磁場を発生し、その後、永久電流モードに移行すると、静磁場用電源から切り離される。静磁場磁石６１は、一旦永久電流モードに移行すると、長時間、例えば１年以上に亘って、大きな静磁場を発生し続ける。なお、静磁場磁石６１は、永久磁石によって構成されてもよい。静磁場磁石６１は、静磁場発生部の一例である。
傾斜磁場コイル６２は、静磁場磁石６１の内側に配置され、内部空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生部である。傾斜磁場コイル６２は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの各軸に対応する３つのコイルが組み合わされて形成される。これら３つのコイルは、傾斜磁場電源装置６３から個別に電流供給を受けて、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸に沿って磁場強度が変化する傾斜磁場を発生させる。なお、Ｚ軸方向は、静磁場と同方向とする。
ここで、傾斜磁場コイル６２によって発生するＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸の傾斜磁場は、例えば、リードアウト用傾斜磁場Ｇｒ、位相エンコード用傾斜磁場Ｇｅ、及びスライス選択用傾斜磁場Ｇｓにそれぞれ対応している。リードアウト用傾斜磁場Ｇｒは、空間的位置に応じてＭＲ信号の周波数を変化させるために利用される。位相エンコード用傾斜磁場Ｇｅは、空間的位置に応じてＭＲ信号の位相を変化させるために利用される。スライス選択用傾斜磁場Ｇｓは、任意に撮像断面を決めるために利用される。
傾斜磁場電源装置６３は、シーケンサ７０から送られるパルスシーケンス実行データに基づいて、傾斜磁場コイル６２に電流を供給する。
寝台６４は、被検体Ｐが載置される天板６４ａを備える。寝台６４は、後述する寝台制御回路６５による制御のもと、天板６４ａを、被検体Ｐが載置された状態で傾斜磁場コイル６２の空洞（撮像口）内へ挿入する。通常、この寝台６４は、長手方向が静磁場磁石６１の中心軸と平行になるように設置される。
寝台制御回路６５は、シーケンサ７０による制御のもと、寝台６４を駆動して、天板６４ａを長手方向および上下方向へ移動する。寝台制御回路５３は、例えば、プロセッサにより実現される。ここで、「プロセッサ」という文言は、例えば、専用又は汎用のＣＰＵ又はＭＰＵの他、特定用途向け集積回路、及び、プログラマブル論理デバイスなどの回路を意味する。プログラマブル論理デバイスとしては、例えば、単純プログラマブル論理デバイス、複合プログラマブル論理デバイス、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイなどが挙げられる。
送信用コイル６６は、傾斜磁場コイル６２の内側に配置されており、送信回路６７からＲＦパルス信号の供給を受けて、ＲＦパルスを発生し、被検体ＰにＲＦパルスを印加する。
送信回路６７は、シーケンサ７０から送られるパルスシーケンス実行データに基づいて、ラーモア周波数に対応するＲＦパルス信号を送信用コイル６６に送信する。
受信用コイル６８ａ〜６８ｅは、傾斜磁場コイル６２の内側に配置されており、高周波磁場の影響によって被検体Ｐの撮像部位から放射されるＭＲ信号を受信する。ここで、受信用コイル６８ａ〜６８ｅは、それぞれ、被検体Ｐの撮像部位から発せられたＭＲ信号をそれぞれ受信する複数の要素コイルを有するアレイコイルであり、各要素コイルによってＭＲ信号が受信されると、受信されたＭＲ信号を受信回路６９に出力する。
受信用コイル６８ａは、被検体Ｐの頭部に装着される頭部用のコイルである。また、受信用コイル６８ｂ，６８ｃは、それぞれ、被検体Ｐの背中と天板６４ａとの間に配置される脊椎用のコイルである。また、受信用コイル６８ｄ，６８ｅは、それぞれ、被検体Ｐの腹側に装着される腹部用のコイルである。
受信回路６９は、シーケンサ７０から送られるパルスシーケンス実行データに基づいて受信用コイル６８ａ〜６８ｅから出力されるＭＲ信号に基づいて、ＭＲ信号を生成する。また、受信回路６９は、ＭＲ信号を生成すると、そのＭＲ信号を、シーケンサ７０を介して制御システム５２に送信する。
なお、受信回路６９は、受信用コイル６８ａ〜６８ｅが有する複数の要素コイルから出力されるＭＲ信号を受信するための複数の受信チャンネルを有している。そして、受信回路６９は、撮像に用いる要素コイルが制御システム５２から通知された場合には、通知された要素コイルから出力されたＭＲ信号が受信されるように、通知された要素コイルに対して受信チャンネルを割り当てる。
シーケンサ７０は、傾斜磁場電源装置６３、寝台制御回路６５、送信回路６７、受信回路６９、及び制御システム５２と接続される。シーケンサ７０は、傾斜磁場電源装置６３、寝台制御回路６５、送信回路６７、及び受信回路６９を駆動させるために必要な制御情報、例えば傾斜磁場電源装置６３に印加すべきパルス電流の強度や印加時間、印加タイミング等の動作制御情報を記述したシーケンス情報を記憶する。
また、シーケンサ７０は、記憶した所定のシーケンスに従って寝台制御回路６５を駆動させることによって、天板６４ａを架台に対してＺ方向に進退させる。さらに、シーケンサ７０は、記憶した所定のシーケンスに従って傾斜磁場電源装置６３、送信回路６７、及び受信回路６９を駆動させることによって、架台内にＸ軸傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ，Ｚ軸傾斜磁場Ｇｚ及びＲＦパルス信号を発生させる。
制御システム５２は、ＭＲＩ装置５０の全体制御や、データ収集、画像再構成等を行なう。制御システム５２は、処理回路７１、記憶回路７２、ＩＦ７３、ディスプレイ７４、入力回路７５、及び、画像生成回路７６を有する。
処理回路７１は、カーネル設定機能７１１、及び、バックグラウンド位相除去機能７１２を備える。カーネル設定機能７１１は、上述したカーネル設定機能１１１及びカーネル設定機能２１１と同様の機能を有する。また、バックグラウンド位相除去機能７１２は、上述したバックグラウンド位相除去機能１１２及びバックグラウンド位相除去機能２１２と同様の機能を有する。したがって、第３の実施形態に係るＭＲＩ装置５０によれば、第１の実施形態や第２の実施形態と同様に、位相画像の画質を向上させることができる。
記憶回路７２、ＩＦ７３、ディスプレイ７４及び入力回路７５は、先の記憶回路２２、ＩＦ２３、ディスプレイ２４及び入力回路２５と同様の構成である。また、画像生成回路７６は、被検体Ｐから発生するＭＲ信号に基づいて位相画像を生成する。ここで、この位相画像は、処理回路７１での処理対象となる画像である。画像生成回路７６は、生成部の一例である。なお、画像生成回路７６は、上述の画像生成機能と同様に、バックグラウンド位相除去機能７１２により得られた第三位相画像から磁化率画像を生成してもよい。
以上説明した少なくとも１つの実施形態及び変形例によれば、位相画像の画質を向上させることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１０ 医用画像処理装置
５０ ＭＲＩ装置
１１１、２１１、７１１ カーネル設定機能
１１２、２１２、７１２ バックグラウンド位相除去機能

Claims (8)

  1. 被検体から発生する磁気共鳴信号を取得する取得部と、
    前記磁気共鳴信号に基づいて位相画像を生成する生成部と、
    組織の局所位相変化以外のバックグラウンドによる位相信号であるバックグラウンド位相信号を表現するためのカーネルの種類とサイズのいずれか、もしくは、両方を前記位相画像における領域ごとに設定する設定部と、
    前記位相画像から、前記カーネルを用いて前記バックグラウンド位相信号を除去する除去部と、
    を備え、
    前記除去部は、前記位相画像から、異なる２つの種類のカーネルを用いてバックグラウンド位相信号が除去された第一位相画像及び第二位相画像を生成し、前記第一位相画像に対して関数フィッティングを実行することにより関数を取得し、前記関数を所定の範囲の値に正規化し、前記値を用いて、前記第一位相画像及び前記第二位相画像を融合することにより、バックグラウンド位相信号が除去された第三位相画像を生成する、磁気共鳴イメージング装置。
  2. 前記設定部は、解剖学的情報に基づく部位を前記領域として、当該領域ごとに前記カーネルの種類とサイズのいずれか、もしくは、両方を設定する請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  3. 前記設定部は、前記領域の位置または大きさの少なくとも１つに応じてカーネルサイズを設定する請求項１または２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  4. 前記設定部は、前記領域の位置または大きさの少なくとも１つに応じてカーネルの種類を設定する請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
  5. 前記カーネルの種類は、球、一般化ガウス関数、周波数フィルタの少なくともいずれか１つである請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
  6. 前記取得部は、
    静磁場を発生する静磁場発生部と、
    傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生部と、
    被検体に高周波パルスを印加する送信用コイルと、
    を有する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
  7. 被検体から発生する磁気共鳴信号に基づいて生成された位相画像を取得し、組織の局所位相変化以外のバックグラウンドによる位相信号であるバックグラウンド位相信号を表現するためのカーネルの種類とサイズのいずれか、もしくは、両方を前記位相画像における領域ごとに設定する設定部と、
    前記位相画像から、前記カーネルを用いて前記バックグラウンド位相信号を求め、位相画像から前記バックグラウンド位相信号を除去する除去部と、
    を備え、
    前記除去部は、前記位相画像から、異なる２つの種類のカーネルを用いてバックグラウンド位相信号が除去された第一位相画像及び第二位相画像を生成し、前記第一位相画像に対して関数フィッティングを実行することにより関数を取得し、前記関数を所定の範囲の値に正規化し、前記値を用いて、前記第一位相画像及び前記第二位相画像を融合することにより、バックグラウンド位相信号が除去された第三位相画像を生成する、医用画像処理装置。
  8. 被検体から発生する磁気共鳴信号に基づいて生成された位相画像を取得する処理と、
    組織の局所位相変化以外のバックグラウンドによる位相信号であるバックグラウンド位相信号を表現するためのカーネルの種類とサイズのいずれか、もしくは、両方を前記位相画像における領域ごとに設定する処理と、
    前記位相画像から、前記カーネルを用いて前記バックグラウンド位相信号を求める処理と、
    位相画像から前記バックグラウンド位相信号を除去する処理とを含む処理を実行する画像処理方法であって、
    前記位相画像から前記バックグラウンド位相信号を除去する処理は、前記位相画像から、異なる２つの種類のカーネルを用いてバックグラウンド位相信号が除去された第一位相画像及び第二位相画像を生成し、前記第一位相画像に対して関数フィッティングを実行することにより関数を取得し、前記関数を所定の範囲の値に正規化し、前記値を用いて、前記第一位相画像及び前記第二位相画像を融合することにより、バックグラウンド位相信号が除去された第三位相画像を生成する処理を含む、画像処理方法。
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