JP6809870B2 - 磁気共鳴イメージング装置、および、信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴装置及び信号処方法に係り、詳細には、磁気共鳴イメージング装置における画像再構成時間を高速化する技術に関する。

磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）は、静磁場に置かれた被検体に高周波磁場、傾斜磁場を印加し、核磁気共鳴により被検体から発生する信号を計測し、画像化する医用画像診断装置である。ＭＲＩ装置では一般に、撮像面を特定するスライス傾斜磁場を印加すると同時に、その面内の磁化を励起させる励起パルス（高周波磁場パルス）を与え、これにより励起された磁化が収束する段階で発生する核磁気共鳴信号（エコー）を取得する。このとき、磁化に位置情報を与えるため、励起からエコーを得るまでの間に撮像面内で互いに垂直な方向の位相エンコード傾斜磁場とリードアウト傾斜磁場とを印加する。計測されたエコーは、横軸をｋｘ、縦軸をｋｙとするｋ空間に配置され、ｋ空間のエコーの逆フーリエ変換を施すことによって画像再構成が行われる。また、位相エンコード傾斜磁場とリードアウト傾斜磁場とに加え、スライスエンコード傾斜磁場の印加を加えることで、３Ｄ撮像及び画像再構成を行うことも可能である。このとき計測されたエコーは横軸をｋｘ、縦軸をｋｙ、奥行方向の軸をｋｚとするｋ空間に配置される。３Ｄ画像は、ＭＩＰ（Maximun Inetnsity Projection）やＭＰＲ（Multi
Planar Reconstruction）による画像処理によって、空間的な位置の把握が可能であるが、撮像時間が長くなってしまうという課題がある。

ＭＲＩ装置における撮像時間を短縮する技術として、Parallel
Imaging等の手法が一般的である。Parallel Imagingは、位相エンコード数やスライスエンコード数を間引くことにより撮像時間を短縮する。位相エンコード及びスライスエンコードの間引きにより折り返しが発生するが、画像再構成によってこの折り返りを除去する。しかしながら、Parallel Imagingでは倍速率に応じてＳＮＲが低下するといった画質劣化が発生する。

一方、近年、特許文献１に示す圧縮センシング（Compressed
Sensing；以下、ＣＳと略す）と呼ばれる手法のＭＲＩ装置への応用が研究されており、ＭＲＩの撮像時間を更に短縮できるものとして期待されている。ＣＳにより、信号の持つ疎性を利用し、疎な観測結果から本来の信号を高精度に復元することが可能である。疎な観測とは、画像再構成に用いられるデータ量よりも少ないデータ量で観測を行うことである。また、ＣＳを計算機で実施する場合には、繰り返し演算を実施する手法が一般的である。

米国特許第７６４６９２４号公報

しかしながら、上述の繰り返し演算は計算量が膨大である。ＭＲＩ装置でＣＳを実施する場合、従来の画像再構成処理に繰り返し演算を含むＣＳ再構成処理を追加する必要があり、累計の再構成処理量が増える。その結果、処理時間が大幅に延長してしまう。ＭＲＩ装置を使用するユーザのワークフローを鑑みると、ユーザは撮像終了後に再構成画像を確認し、診断に用いることができる画像かどうかを確認することが一般的である。例えば、ユーザは被検体の動きによるアーチファクトがないか、外来ノイズによるアーチファクトが発生していないか等に着目し、再構成画像の確認を行う。そして診断に用いることができない画像であると判断した場合は、再度撮像を実施する。このため、画像再構成処理時間が大幅に延長してしまうと、これらの再構成画像の確認を実施するまでの時間が延長し、再撮像の要否を判断するまでの時間も延長する。更に、再構成画像を用いてＭＩＰ画像作成等の解析処理を行う場合もあり、解析処理を開始するまでの時間が延長することとなる。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、撮像終了から画像再構成処理終了までの時間を短縮することが可能な磁気共鳴イメージング装置及び信号処理方法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に第１の発明は、静磁場の中に置かれた被検体に高周波磁場及び傾斜磁場を印加して前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する撮像部と、前記撮像部の動作制御を行う主プロセッサと、前記主プロセッサとは異なる演算器である付加プロセッサと、を備え、前記撮像部により検出された核磁気共鳴信号を受取り、前記核磁気共鳴信号に基づき画像を生成し、生成した画像を表示する処理を前記主プロセッサ及び前記付加プロセッサが分担して行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。

第２の発明は、静磁場の中に置かれた被検体に高周波磁場及び傾斜磁場を印加して前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する撮像部と、前記撮像部の動作を制御する制御部と、前記撮像部により検出された核磁気共鳴信号を受取り、前記核磁気共鳴信号に基づき画像を生成し、生成した画像を表示する処理を行う画像処理部と、を備え、前記撮像部は前記核磁気共鳴信号を間引いて収集し、前記画像処理部は、前記撮像部により間引いて収集された核磁気共鳴信号から画像生成に必要なデータを復元する圧縮センシング処理及び復元されたデータに基づいて画像を再構成する画像再構成処理を含む処理を実行することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。

第３の発明は、静磁場の中に置かれた被検体に高周波磁場及び傾斜磁場を印加して前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する撮像部と、前記撮像部の動作を制御する制御部と、を備えた磁気共鳴イメージング装置における信号処理方法であって、前記撮像部が前記核磁気共鳴信号を間引いて収集し、前記撮像部の動作制御を行う主プロセッサと前記主プロセッサとは異なる演算器である付加プロセッサとが、前記撮像部により収集された核磁気共鳴信号を受け取る処理、受け取った核磁気共鳴信号から画像生成に必要なデータを復元する圧縮センシング処理、復元されたデータに基づいて画像を生成する画像再構成処理、及び生成した画像を表示する画像表示処理を分担して行うことを特徴とする信号処理方法である。

本発明により、撮像終了から画像再構成処理終了までの時間を短縮することが可能な磁気共鳴イメージング装置及び信号処理方法を提供できる。

医用画像処理装置１００の全体構成を示す図 信号処理系７の機能構成を示す図 信号処理系７Ａの装置構成図 信号処理系７Ａにおける処理の割り当ての具体例を示す図 横軸を時間軸とするタイムチャート。（ａ）主プロセッサ（ＣＰＵ）８のみで信号処理系７の各処理を逐次処理した場合、（ｂ）ＣＳ再構成処理を付加プロセッサ（ＧＰＵ）２４で実施した場合、（ｃ）ＣＳ再構成処理部５３と画像再構成処理部５４の一部の処理とを並列に実施した場合 信号処理系７Ｂの装置構成図 信号処理系７Ｂにおける処理の割り当ての具体例を示す図 分割された処理単位毎に付加プロセッサ２４によりＣＳ再構成処理を実施し、ＣＳ再構成処理が完了した処理単位のデータから順に主プロセッサ８で画像再構成処理を実施する場合のタイムチャート 信号処理系７Ｃの装置構成図 信号処理系７Ｃにおける処理の割り当ての具体例を示す図 （ａ）ＣＳ再構成処理の前後にデータ転送時間が必要となる場合のタイムチャート、（ｂ）転送するデータを複数の処理単位に分割可能な場合のタイムチャート 信号処理系７Ｄの装置構成図 信号処理系７Ｄにおける処理の割り当ての具体例を示す図 Wavelet変換の一般的なアルゴリズムの概要を説明する図 転置または回転処理によりメモリアクセスを高速化したWavelet変換のアルゴリズムの概要を示す図 付加プロセッサ２４の高速アクセス可能なメモリのサイズに応じて画像を分割しWavelet変換を実施する手法の概要を示す図 ＣＳの圧縮率を操作者に入力させるためのＧＵＩ６１の一例を示す図 ＣＳの倍速率を操作者に入力させるためのＧＵＩ６２の一例を示す図 ＣＳ再構成処理を実施するか否かを操作者に選択入力させるためのＧＵＩ６３の一例を示す図

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明に係る磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置１という）の全体構成について説明する。
図１は、本実施形態のＭＲＩ装置１の全体構成を示すブロック図である。本実施形態のＭＲＩ装置１は、ＮＭＲ現象を利用して被検体３０の断層画像を得るものであり、撮像部と、撮像部の動作を制御する主プロセッサ（ＣＰＵ；Central Processing Unit）８と、撮像部により計測したデータを受取り画像再構成等の処理を行う信号処理系７とを備える。撮像部は、静磁場発生系２、傾斜磁場発生系３、シーケンサ４、送信系５、及び受信系６、信号処理系７と、静磁場発生系２、傾斜磁場発生系３、シーケンサ４、送信系５、及び受信系等から構成される。

静磁場発生系２は、垂直磁場方式であれば、被検体３０の周りの空間にその体軸と直交する方向に均一な静磁場を発生させる。水平磁場方式であれば、被検体３０の体軸方向に均一な静磁場を発生させる。被検体３０の周りに配置される永久磁石方式、常電動方式、或いは超電導方式の静磁場発生源により実現される。

傾斜磁場発生系３は、ＭＲＩ装置１の座標系（静止座標系）であるＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル９と、それぞれの傾斜磁場コイル９を駆動する傾斜磁場電源１０とを備える。後述のシーケンサ４からの命令に従ってそれぞれの傾斜磁場コイルの傾斜磁場電源１０を駆動することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向に傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを印加する。撮影時には、スライス面（撮影断面）に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス（Ｇｓ）を印加して被検体３０に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交し、かつ互いに直交する残りの２つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス（Ｇｐ）と周波数エンコード方式傾斜磁場パルス（Ｇｆ）とを印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。

送信系５は、被検体３０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を起こさせるために、被検体３０の高周波磁場（ＲＦ）パルスを照射する。高周波磁場パルスは、高周波発振器１１と変調器１２により振幅変調され、高周波増幅器１３で増幅され、被検体３０に近接して配置された高周波コイル（送信コイル）１４ａから被検体３０に照射される。

受信系６は、被検体３０の生体組織を構成する原子の原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号（核磁気共鳴信号；以下ＮＭＲ信号という）を検出する。受信側の高周波コイル（受信コイル）１４ｂと信号増幅器１５と直交位相検波器１６と、Ａ／Ｄ変換器１７とを備える。送信コイル１４ａから照射されたＲＦパルスによって誘起された応答のＮＭＲ信号は、被検体３０に近接して配置された受信コイル１４ｂで検出され、信号増幅器１５で増幅され、後述するシーケンサ４からの指令によるタイミングで直交位相検波器１６により直交する２系統の信号に分割され、それぞれがＡ／Ｄ変換器１７でディジタル量に変換されて、計測データとして信号処理系７に送られる。

シーケンサ４は、所定のパルスシーケンスに従ってＲＦパルスと傾斜磁場パルスとを繰り返し印加するよう制御する。シーケンサ４は主プロセッサ（ＣＰＵ）８の制御で動作し、計測データ収集に必要な種々の命令を送信系５、傾斜磁場発生系３、及び受信系６に送る。

信号処理系７は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行う装置である。信号処理系７は、撮像部の動作を制御する主プロセッサ（ＣＰＵ）８と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置１８と、光ディスク、磁気ディスク等の外部記憶装置１９と、表示装置２０、及び付加プロセッサ（ＧＰＵ等）２４等を備える。信号処理系７では、撮像部の受信系６から計測データを受け取り、信号処理や画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体３０の断層画像を表示装置２０に表示するとともに、記憶装置１８または外部記憶装置１９に記録する処理を行う。

本発明に係るＭＲＩ装置１は、信号処理、画像再構成処理、及び画像表示等の処理を、主プロセッサ（ＣＰＵ）８と付加プロセッサ２４とで分担して実行する。付加プロセッサ２４は、主プロセッサ（ＣＰＵ）８とは別に設けられる付加的なプロセッサであり、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）やマルチコアＣＰＵ等が用いられる。主プロセッサ（ＣＰＵ）８と付加プロセッサ２４との処理の分担の仕方の具体例や信号処理系７の具体的構成例については後述する。

操作部２３は、ＭＲＩ装置１自体の各種制御情報及び信号処理系７で行う処理の各種制御情報の入力を受け付ける。操作部２３は、トラックボールまたはマウス等のポインティングデバイス２１、及びキーボード２２等を備える。操作部２３は表示装置２０に近接して配置され、オペレータは、表示装置２０をみながら操作部２３を介してＭＲＩ装置１の各種処理に必要な情報を入力する。

信号処理系７は１つの装置で構成してもよいが、図３に示す信号処理系７Ａのように、画像再構成処理系１０１、画像補正処理系１０２、画像表示処理系１０３等として処理毎に複数の装置を配置する構成としてもよい（図３参照）。その場合、各装置はそれぞれ少なくとも主プロセッサ（ＣＰＵ）８及び記憶装置１８を備えるものとするが、外部記憶装置１９、表示装置２０、及び付加プロセッサ２４等については、処理の内容に応じて配置する場合と配置しない場合とがあってよい。

次に、信号処理系７が実施する各処理について、図２を参照して説明する。
図２に示すように、信号処理系７は、計測データ受取処理部５１、信号処理部５２、ＣＳ再構成処理部５３、画像再構成処理部５４、画像補正処理部５５、画像表示処理部５６、及び画像解析処理部５７を備える。

計測データ受取処理部５１は、撮像部の受信系６から計測データ（核磁気共鳴信号）を受け取る。
信号処理部５２は、受け取った計測データに対して各種の信号処理を実施する。

ＣＳ再構成処理部５３は、信号処理部５２により所定の信号処理が施された計測データに対してＣＳ再構成処理を実施する。ＣＳ再構成処理は、圧縮センシング（Compressed Sensing）処理ともいい、撮像部において間引いて収集された計測データから画像生成に必要なデータを復元する処理である。
画像再構成処理部５４は、ＣＳ再構成処理部５３により復元されたデータに基づいて画像再構成処理を実施する。
画像補正処理部５５は、画像再構成処理により得られた画像に対して各種補正処理を実施する。
画像表示処理部５６は、画像補正処理部５５により補正された画像を表示装置２０に表示するとともに、外部記憶装置１９に保存する。
画像解析処理部５７は、表示または保存された画像に対して画像解析を実施する。

上述の信号処理系７の各処理は、主プロセッサ（ＣＰＵ）８のみで逐次処理することも可能であるが、特にＣＳ再構成処理は演算量が多く負荷が大きい。そこで、本発明のＭＲＩ装置１では、信号処理系７が実施する各処理を主プロセッサ８と付加プロセッサ２４とで分担して行う。以下、本発明に好適な信号処理系７の構成例について説明する。

図３に示す信号処理系７Ａは、信号処理及び画像再構成処理を主に実施する画像再構成処理系１０１と、画像再構成処理系１０１で再構成された画像に対して各種の補正を実施する画像補正処理系１０２と、画像補正処理系１０２で補正された画像に対して表示処理と記録処理を実施する画像表示処理系１０３とを備える。

画像再構成処理系１０１は、主プロセッサ（ＣＰＵ）８、記憶装置１８、外部記憶装置１９、及び付加プロセッサ（ＧＰＵ）２４で構成される。
画像補正処理系１０２は、主プロセッサ（ＣＰＵ）８、記憶装置１８、及び外部記憶装置１９で構成される。
画像表示処理系１０３は、主プロセッサ（ＣＰＵ）８、記憶装置１８、外部記憶装置１９、及び表示装置２０で構成される。

図３に示す構成の信号処理系７Ａの画像再構成処理系１０１、画像補正処理系１０２、及び画像表示処理系１０３に割り当てる処理の例を図４に示す。
図４に示すように、画像再構成処理系１０１は、計測データ受取処理部５１、信号処理部５２、ＣＳ再構成処理部５３、及び画像再構成処理部５４として機能する。画像補正処理系１０２は、画像補正処理部５５として機能する。画像表示処理系１０３は、画像表示処理部５６、及び画像解析処理部５７として機能する。

図５は、横軸を時間軸としたタイムチャートである。図５（ａ）は信号処理系７が実施する各処理（図２参照）を主プロセッサ（ＣＰＵ）８のみで逐次処理した場合のタイムチャートを示している。図５（ｂ）、（ｃ）は図４に示すように信号処理系７の各処理を、主プロセッサ（ＣＰＵ）８と付加プロセッサ（ＧＰＵ）２４とで分担し並列に実施した場合のタイムチャートを示している。なお、図５（ｂ）のタイムチャートは、ＣＳ再構成処理部５３と信号処理部５２との間、及びＣＳ再構成処理部５３と画像再構成処理部５４との間に依存関係がある場合の例であり、図５（ｃ）のタイムチャートは、ＣＳ再構成処理部５３と信号処理部５２との間に依存関係があり、ＣＳ再構成処理部５３と画像再構成処理部５４の一部の処理との間に依存関係がある場合の例である。

ＣＳ再構成処理部５３と信号処理部５２との間、及びＣＳ再構成処理部５３と画像再構成処理部５４との間に依存関係がある場合とは、ＣＳ再構成処理部５３の処理を開始するためには、ＣＳ再構成処理部５３で用いる全てのデータが信号処理部５２で処理されていることが必須であり、かつ、画像再構成処理部５４の処理を開始するためには、画像再構成処理部５４で用いる全てのデータがＣＳ再構成処理部５３で処理されていることが必須の場合である。具体的には、３Ｄ撮像のような場合である。

この場合、ＣＳ再構成処理部５３の処理を画像再構成処理系１０１の付加プロセッサ（ＧＰＵ）２４で処理することができるため、主プロセッサ（ＣＰＵ）８で逐次処理する場合（図５（ａ））と比較して、図５（ｂ）に示すように、ＣＳ再構成処理部５３の処理時間を短縮することが可能である。これにより撮像終了から再構成終了までの時間を短縮することができる。

また、ＣＳ再構成処理部５３と信号処理部５２との間に依存関係があり、ＣＳ再構成処理部５３と画像再構成処理部５４の一部の処理との間に依存関係がある場合とは、ＣＳ再構成処理部５３の処理を開始するためにはＣＳ再構成処理部５３で用いる全てのデータが信号処理部５２で処理されていることが必須であり、かつ、画像再構成処理部５４の処理を開始するためには、画像再構成処理部５４で用いる全てのデータがＣＳ再構成処理部５３で処理されている必要があるものと、画像再構成処理部５４で用いるデータがＣＳ再構成処理部５３で処理されている必要がないものとがある状態である。具体的には、３Ｄ撮像におけるＣＳ再構成処理と、Parallel Imagingを併用するような場合である。この場合、図５（ｃ）に示すように、付加プロセッサ（ＧＰＵ）２４でＣＳ再構成処理を実施中であっても、画像再構成処理部５４で用いるデータがＣＳ再構成処理部５３で処理されている必要がないデータについては、主プロセッサ（ＣＰＵ）８で平行して画像再構成処理を開始することが可能である。そのため、図５（ｂ）の場合と比較して、更に処理時間を短縮することができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態では、信号処理系７の別の構成例（信号処理系７Ｂ）について説明する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態のＭＲＩ装置１と同一の各部は同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図６は、第２の実施の形態における信号処理系７Ｂの構成例である。
図６に示すように、第２の実施の形態の信号処理系７Ｂは、信号処理、画像再構成処理、及び各種の補正を実施する画像再構成処理系２０１と、画像再構成処理系２０１で再構成された画像に対して、表示処理と記録処理を実施する画像表示処理系２０２を備える。

画像再構成処理系２０１は、主プロセッサ（ＣＰＵ）８、記憶装置１８、外部記憶装置１９、付加プロセッサ２４で構成される。
画像表示処理系２０２は、主プロセッサ（ＣＰＵ）８、記憶装置１８、外部記憶装置１９、表示装置２０で構成される。

図７は、図６に示す信号処理系７Ｂを持つＭＲＩ装置１が信号処理系７の各処理を実施する場合の画像再構成処理系２０１、及び画像表示処理系２０２に割り当てられる役割を示す図である。
図７に示すように、画像再構成処理系２０１は、計測データ受取処理部５１、信号処理部５２、ＣＳ再構成処理部５３、画像再構成処理部５４、画像補正処理部５５として機能する。
画像表示処理系２０２は、画像表示処理部５６、画像解析処理部５７として機能する。

第２の実施の形態の構成の信号処理系７Ｂも第１の実施の形態と同様に、特に演算量が多く負荷が大きいＣＳ再構成処理を含む信号処理を付加プロセッサ（ＧＰＵ）２４で行う。
ＣＳ再構成処理部５３と信号処理部５２との間、及びＣＳ再構成処理部５３と画像再構成処理部５４との間に依存関係がある場合は、図５（ｂ）に示すタイムチャートのように、ＣＳ再構成処理部５３を付加プロセッサ（ＧＰＵ）２４で実施するため、処理時間を短縮することが可能である。また、ＣＳ再構成処理部５３と信号処理部５２との間に依存関係があり、ＣＳ再構成処理部５３と画像再構成処理部５４の一部の処理との間に依存関係がある場合は、図５（ｃ）に示すタイムチャートのように、付加プロセッサ（ＧＰＵ）２４でＣＳ再構成処理を実施中であっても、画像再構成処理部５４で用いるデータがＣＳ再構成処理部５３で処理されている必要がないものについては、主プロセッサ（ＣＰＵ）８で画像再構成処理を開始することが可能である。そのため、図５（ｂ）の場合と比較して更に処理時間を短縮可能である。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、第１の実施の形態の信号処理系７Ａ（図３）または第２の実施の形態の信号処理系７Ｂ（図６）を有するＭＲＩ装置１において、ＣＳ再構成処理部５３と、信号処理部５２及び画像再構成処理部５４の間に依存関係があるが、信号処理部５２、ＣＳ再構成処理部５３、画像再構成処理部５４の各処理を複数の処理単位に分割することができる場合の処理手順の例を示す。

ＣＳ再構成処理部５３と、信号処理部５２及び画像再構成処理部５４の間に依存関係がある場合とは、上述したように、ＣＳ再構成処理部５３の処理を開始するためには、ＣＳ再構成処理部５３で用いる全てのデータが信号処理部５２で処理されていることが必須であり、かつ、画像再構成処理部５４の処理を開始するためには、画像再構成処理部５４で用いる全てのデータがＣＳ再構成処理部５３で処理されていることが必須である状態である。

ただし、信号処理部５２の処理を複数の処理単位に分割することができる場合は、ＣＳ再構成処理部５３と、画像再構成処理部５４も同様に複数の処理単位に分割することができる。具体的には、２Ｄ撮像におけるMulti Slice計測の場合にMulti Array Channel Coilを使用する場合や、ＮＳＡ加算を実施する場合や、複数の時相で計測を実施する場合等である。

第３の実施の形態における処理の流れを図８のタイムチャートに示す。
図８に示すように、ＧＰＵ（付加プロセッサ２４）では、主プロセッサ（ＣＰＵ）８により分割された処理単位（（１）、（２）、（３））毎にＣＳ再構成処理を実施する。そして、ＣＳ再構成処理が完了した処理単位のデータから順に、主プロセッサ（ＣＰＵ）８で画像再構成処理を実施する。そのため、主プロセッサ（ＣＰＵ）８で信号処理を実施している間にＧＰＵ（付加プロセッサ２４）でＣＳ再構成処理を開始したり、付加プロセッサ（ＧＰＵ）２４でＣＳ再構成処理を実施中に主プロセッサ（ＣＰＵ）８で画像再構成処理を開始することが可能である。その結果、付加プロセッサ（ＧＰＵ）２４が実施するＣＳ再構成処理の時間は、主プロセッサ（ＣＰＵ）で実施する信号処理または画像再構成処理の時間内に収まる。これにより撮像終了から再構成終了までの時間を短縮することが可能となる。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
第４の実施の形態では、信号処理系７の別の構成例（信号処理系７Ｃ）について説明する。
図９に示す信号処理系７Ｃは、信号処理及び画像再構成処理及び各種の補正を実施する装置である画像再構成処理系３０１と、画像再構成処理系３０１で再構成された画像に対して表示処理と記録処理を実施する装置である画像表示処理系３０２と、高負荷な処理であるＣＳ再構成処理を実施する装置である高負荷処理系３０３とを備える。

画像再構成処理系３０１は、主プロセッサ（ＣＰＵ）８、記憶装置１８、外部記憶装置１９を備えて構成される。
画像表示処理系３０２は、主プロセッサ（ＣＰＵ）８、記憶装置１８、外部記憶装置１９、表示装置２０を備えて構成される。
高負荷処理系３０３は、主プロセッサ（ＣＰＵ）８、記憶装置１８、外部記憶装置１９、付加プロセッサ（ＧＰＵ）２４を備えて構成される。

図１０は、図９に示す信号処理系７Ｃを持つＭＲＩ装置１が信号処理系７の各処理を実施する場合の画像再構成処理系３０１、画像再表示処理系３０２、及び高負荷処理系３０３に割り当てられる役割を示す図である。
図１０に示すように、画像再構成処理系３０１は、計測データ受取処理部５１、信号処理部５２、ＣＳ再構成処理部５３、画像再構成処理部５４、画像補正処理部５５として機能する。そして、ＣＳ再構成処理については、画像再構成処理系３０１から高負荷処理系３０３へデータ転送され、高負荷処理系３０３でＣＳ再構成処理部５３の処理が実施される。ＣＳ再構成処理が実施されると処理済みのデータが高負荷処理系３０３から画像再構成処理系３０１へ転送される。
画像表示処理系３０２は、画像表示処理部５６、画像解析処理部５７として機能する。

第４の実施の形態の信号処理系７Ｃを有するＭＲＩ装置１において、ＣＳ再構成処理部５３と、信号処理部５２及び画像再構成処理部５４の間に依存関係があるが、信号処理部５２、ＣＳ再構成処理部５３、画像再構成処理部５４の各処理を複数の処理単位に分割することができる場合の処理手順について図１１を参照して説明する。

ＣＳ再構成処理を高負荷処理系３０３で実施する場合、画像再構成処理系３０１から高負荷処理系３０３へデータを転送する時間を要する。また高負荷処理系３０３から画像再構成処理系３０３へデータを転送する時間も必要である。すなわち、図１０に示す構成の信号処理系７Ｃを用いる場合、図１１（ａ）に示すようにＣＳ再構成処理の前後にデータ転送時間が必要となる。

このような場合、信号処理部５２、ＣＳ再構成処理部５３、画像再構成処理部５４の各処理を複数の処理単位に分割可能な場合は、データ転送を行うデータも分割するものとする。図１１（ｂ）は、データ転送を行うデータを複数の処理単位に分割した場合のタイムチャートである。

図１１（ｂ）に示すように、信号処理部（主プロセッサ（ＣＰＵ）８）は分割した処理単位毎にデータを高負荷処理系３０３へ転送し、付加プロセッサ２４（高負荷処理系３０３）でＣＳ再構成処理を実施する。そして、ＣＳ再構成処理が完了したデータから順に、画像再構成処理系３０１へデータを転送し、主プロセッサ（ＣＰＵ）８で画像再構成処理を実施する。

そのため、画像再構成処理系３０１（主プロセッサ（ＣＰＵ）８）で信号処理を実施している間に、分割された処理単位毎に高負荷処理系３０３（付加プロセッサ２４）にデータを転送してＣＳ再構成処理を開始したり、高負荷処理系３０３（付加プロセッサ２４）でＣＳ再構成処理が終了したデータから順に画像再構成処理系３０１（主プロセッサ（ＣＰＵ）８）へデータを転送し、画像再構成処理を開始することが可能である。このため、データ転送に要する時間も分割される。図１１（ａ）の場合と比較して撮像終了から再構成終了までの時間を短縮することができる。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
第５の実施の形態では、信号処理系７の別の構成例（信号処理系７Ｄ）について説明する。
図１２に示す信号処理系７Ｄは、信号処理を実施する装置である信号処理系４０１と、画像再構成処理及び各種の補正を実施する装置である画像再構成処理系４０２と、表示処理と記録処理を実施する装置である画像表示処理系４０３と、高負荷な処理を実施する装置である高負荷処理系４０４とを備える。
信号処理系４０１は、主プロセッサ（ＣＰＵ）８、記憶装置１８、外部記憶装置１９を備える。
画像再構成処理系４０２は、主プロセッサ（ＣＰＵ）８、記憶装置１８、外部記憶装置１９を備える。
画像表示処理系４０３は、主プロセッサ（ＣＰＵ）８、記憶装置１８、外部記憶装置１９、表示装置２０を備える。
高負荷処理系４０４は、主プロセッサ（ＣＰＵ）８、記憶装置１８、外部記憶装置１９、付加プロセッサ（ＧＰＵ）２４を備える。

図１３は、図１２に示す信号処理系７Ｄを持つＭＲＩ装置１が信号処理系７の各処理を実施する場合の信号処理系４０１、画像再構成処理系４０２、画像表示処理系４０３、及び高負荷処理系４０４に割り当てられる役割の例を示す図である。
図１３に示すように、信号処理系４０１は、計測データ受取処理部５１、信号処理部５２として機能し、画像再構成処理系４０２は画像再構成処理部５４、画像補正処理部５５として機能し、画像表示処理系４０３は、画像表示処理部５６、画像解析処理部５７として機能する。そして、高負荷処理系４０４がＣＳ再構成処理部５３として機能する。

第５の実施の形態の信号処理系７Ｄを有するＭＲＩ装置１において、ＣＳ再構成処理部５３と、信号処理部５２及び画像再構成処理部５４の間に依存関係があるが、信号処理部５２、ＣＳ再構成処理部５３、画像再構成処理部５４の各処理を複数の処理単位に分割することができる場合は、第４の実施の形態と同様に図１１（ｂ）に示すタイムチャートのような動作となる。

すなわち、第５の実施の形態の信号処理系７Ｄを用いる場合、第４の実施の形態と同様に、信号処理部５２、ＣＳ再構成処理部５３、画像再構成処理部５４を、複数の処理単位に分割できることを利用し、信号処理系４０１と高負荷処理系間のデータ転送を行うデータも分割する。そして、分割された処理単位で高負荷処理系４０４へデータ転送しＣＳ再構成処理を順次開始し、ＣＳ再構成処理が完了したデータから順に、画像再構成処理系４０２へデータを転送し画像再構成処理を順次実施する。これによりデータ転送にかかる時間も分割される。

そのため、主プロセッサ（ＣＰＵ）８で信号処理を実施している間に処理単位毎に付加プロセッサ（ＧＰＵ）２４でＣＳ再構成処理を開始したり、付加プロセッサ（ＧＰＵ）２４でＣＳ再構成処理を実施中に主プロセッサ（ＣＰＵ）８で処理単位毎に画像再構成処理を開始したりすることが可能である。よって撮像終了から再構成終了までの時間を短縮することができる。

［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。
第６の実施の形態では、第１から第５の実施の形態のＭＲＩ装置１（信号処理系７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ）が実行するＣＳ再構成処理の好適な演算手法について、図１４〜図１６を参照して説明する。

本発明のＭＲＩ装置１において、ＣＳ再構成処理部５３は、対象画像を転置処理または回転処理することにより横方向のメモリアクセスで畳み込み処理を実施することが望ましい。

ＣＳ再構成処理では、Wavelet変換が用いられることがある（例えば、特開２０１５−２０５０３７号公報等）。図１４はWavelet変換の一般的なアルゴリズムの概要を説明する図である。また図１５及び図１６は、本実施形態におけるWavelet変換のアルゴリズムの概要を示す図である。図１５及び図１６に示すアルゴリズムは、付加プロセッサ（ＧＰＵ）２４で処理することに最適化したものである。

図１４に示すように、一般にWavelet変換は対象となる画像に対して、ｘ方向及びｙ方向に基底関数（マザーウェーブレット）を畳み込むことにより、Wavelet係数と呼ばれる係数に分解する。この処理の順序は、ｘ方向Wavelet変換を実施後に、ｙ方向Wavelet変換を実施するものでもよいし、ｙ方向Wavelet変換を実施後にｘ方向Wavelet変換を実施するものでもよい。

上述の畳込み処理をプログラム上で動作させる場合、対象となる画像は一次元の配列として記憶装置内に保存される。このため、ｙ方向の畳込み処理を実施するときのメモリアクセスに時間を要してしまい、処理時間を短縮することが困難となる。付加プロセッサ（ＧＰＵ）２４を用いても同様に、畳込み処理におけるｙ方向のメモリアクセス時間が問題となる。

そこで本実施形態では、以下に記載する２つの手法のいずれかを適用することで、上述の問題を解決する。１つ目の手法は、対象となる画像を転置または回転することで、メモリアクセスを効率化するものである。この手法について図１５を参照して説明する。

図１５に示すように、ＣＳ再構成処理部５３（主プロセッサ（ＣＰＵ）８または付加プロセッサ（ＧＰＵ）２４）は、最初に、対象となる画像７１に対して、横方向Wavelet変換（Ｘ方向Wavelet変換）を実施する。この結果として、対象画像７１に対するｘ方向のみがWavelet変換された画像データ７２を得ることができる。その後、対象画像７１に対するｘ方向のみがWavelet変換された画像データ７２に対して転置処理を実施する。この転置処理の代わりに、左回りに９０°回転させる回転処理を用いてもよい。転置処理または９０°回転処理を実施し、画像データ７３を得る。この転置処理または回転処理により得られた画像データ７３に対し、横方向Wavelet変換（Ｘ方向Wavelet変換）を実施する。この結果、対象画像７１に対するｘ方向及びｙ方向がWavelet変換された画像データ７４を得ることができる。最後に転置処理または右回り９０°回転処理を実施することで、従来のWavelet変換と同等のWavelet係数７５を得ることができる。更に、Wavelet変換を繰り返し実施する場合は、最後の転置処理または回転処理を省くことも可能である。この場合は、２回目、４回目等の偶数回目の入力画像は、対象画像に対して転置された向きとなり、１回目、３回目等の奇数回目の入力画像は、対象画像と同じ向きとなる。

この手法により、縦方向のメモリアクセスを実施することなく、Wavelet変換を実施できるため、処理時間を短縮することが可能となる。

本実施形態の２つ目の手法は、高速アクセス可能なメモリを使用する手法である。ＧＰＵ等の付加プロセッサ２４は、高速メモリアクセス可能なメモリ領域を持っていることが多い。しかしながら、高速アクセス可能なメモリ領域は、使用できるサイズが小さい。そのため、対象画像全てを高速アクセス可能なメモリ領域に配置できない場合がある。この手法では、対象画像を複数の処理エリアに分割することで、処理エリア毎に高速アクセス可能なメモリ領域を使用できるようにする。この手法を、図１６を用いて説明する。

図１６に示すように、最初に対象画像８１を複数のエリアに分割する。各処理エリア８３のサイズは、高速アクセス可能なメモリのメモリサイズに依存する。次に、一つの処理エリア８３に対してWavelet変換を実施する。ここで実施するWavelet変換は、ｘ方向Wavelet変換とｙ方向Wavelet変換の両方である。その後、Wavelet変換を実施した処理エリア８３について、対象画像のサイズでWavelet変換を実施した場合の座標を計算し、Wavelet係数を前述の座標が示すメモリ領域８４に対して出力する。出力先のメモリ領域８４は、高速アクセス可能なメモリではない。これらの処理を、全エリアに対して実施し、対象画像全体のWavelet変換を行う。これにより、従来のWavelet変換と同等のWavelet係数８６を得ることができる。この手法により、高速アクセス可能なメモリを有効に使用してWavelet変換を実施できるため、処理時間を短縮することが可能となる。

なお、高負荷な演算処理の一例としてWavelet変換を例として挙げたが、本発明はWavelet変換に限定されず、基底関数を用いて畳み込みを実施する各種の演算処理に適用することも可能である。

［第７の実施の形態］
上述の第１から第６の実施の形態のＭＲＩ装置１において、ＣＳ（圧縮センシング処理）を実施するか否かを選択可能とすることが望ましい。第７の実施の形態のＭＲＩ装置１は、圧縮センシング処理（ＣＳ再構成処理）を実施するか否かの選択を受け付けるユーザインターフェース（ＧＵＩ；Graphical User Interface）を備える。また、当該ユーザインターフェースにおいて、ＣＳ再構成処理を実施すると選択された場合に、圧縮率または倍速率の指定を受け付けることが望ましい。

図１７は、ＣＳの圧縮率を操作者に入力させるためのＧＵＩ６１の例である。圧縮率が１００％のときはＣＳ再構成処理を実施しないものとし、圧縮率が１００％未満のときは、指定された圧縮率でＣＳ再構成処理を実施する。また、図１８は、「圧縮率」を「倍速率」と言い換えた場合のＧＵＩ６２の例である。倍速率が１．０倍のときは、ＣＳ再構成処理を実施しないものとし、倍速率が１．０倍より大きいときは、指定された倍速率でＣＳ再構成処理を実施する。

また図１９に示すようなＧＵＩ６３を用いてもよい。図１９のＧＵＩ６３は、ＣＳ再構成処理を実施するか否か（ＯＮ／ＯＦＦ）を操作者に選択入力させるものである。実施（ＯＮ）が選択された場合は、主プロセッサ（ＣＰＵ）８及びＧＰＵ（付加プロセッサ２４）は予め設定されている圧縮率（倍速率）でＣＳ再構成処理を用いた画像再構成処理を実施するものとする。この場合も圧縮率や倍速率はユーザが設定可能とすることが望ましい。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る磁気共鳴イメージング装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１・・・・・・・・・ＭＲＩ装置（磁気共鳴イメージング装置）
２・・・・・・・・・静磁場発生系
３・・・・・・・・・傾斜磁場発生系
４・・・・・・・・・シーケンサ
５・・・・・・・・・送信系
６・・・・・・・・・受信系
７、７Ａ〜７Ｄ・・・信号処理系
８・・・・・・・・・主プロセッサ（ＣＰＵ）
９・・・・・・・・・傾斜磁場コイル
１０・・・・・・・・傾斜磁場電源
１１・・・・・・・・高周波発振器
１２・・・・・・・・変調器
１３・・・・・・・・高周波増幅器
１４ａ・・・・・・・送信コイル（送信側高周波コイル）
１４ｂ・・・・・・・受信コイル（受信側高周波コイル）
１５・・・・・・・・信号増幅器
１６・・・・・・・・直交位相検波器
１７・・・・・・・・Ａ／Ｄ変換器
１８・・・・・・・・記憶装置
１９・・・・・・・・外部記憶装置
２０・・・・・・・・表示装置
２１・・・・・・・・ポインティングデバイス（トラックボール、マウス）
２２・・・・・・・・キーボード
２３・・・・・・・・操作部
２４・・・・・・・・付加プロセッサ
３０・・・・・・・・被検体
５１・・・・・・・・計測データ受取処理部
５２・・・・・・・・信号処理部
５３・・・・・・・・ＣＳ再構成処理部
５４・・・・・・・・画像再構成処理部
５５・・・・・・・・画像補正処理部
５６・・・・・・・・画像表示処理部
５７・・・・・・・・画像解析処理部
６１、６２、６３・・ＧＵＩ
７１・・・・・・・・対象画像
７２・・・・・・・・横方向Wavelet変換後画像データ
７３・・・・・・・・転置処理（回転処理）後画像データ
７４・・・・・・・・画像データ７３を横方向Wavelet変換した画像データ
７５・・・・・・・・画像データ７４を転置処理（回転処理）した画像データ
８１・・・・・・・・対象画像
８３・・・・・・・・分割された処理エリア
８４・・・・・・・・処理エリア８３のWavelet変換後データ
８６・・・・・・・・Wavelet変換後データ
１０１、２０１、３０１、４０２・・・画像再構成処理系
１０２、・・・・・・画像補正処理系
１０３、２０２、３０２、４０３・・・画像表示処理系
３０３、４０４・・・高負荷処理系
４０１・・・・・・・信号処理系

Claims (9)

1. 静磁場の中に置かれた被検体に高周波磁場及び傾斜磁場を印加して前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する撮像部と、
   前記撮像部の動作制御を行う主プロセッサと、
   前記主プロセッサとは異なる演算器である付加プロセッサと、を備え、
   前記撮像部により検出された核磁気共鳴信号を受取り、前記核磁気共鳴信号に基づき画像を生成し、生成した画像を表示する処理を前記主プロセッサ及び前記付加プロセッサが分担して行い、
   前記核磁気共鳴信号に基づき画像を生成する処理には、前記撮像部により間引いて収集された核磁気共鳴信号から画像生成に必要なデータを復元する圧縮センシング処理と、復元されたデータに基づいて画像を再構成する画像再構成処理とを含み、
   前記圧縮センシング処理において、画像を転置処理または回転処理することにより横方向のメモリアクセスで畳み込み処理を実施することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記付加プロセッサが前記圧縮センシング処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 静磁場の中に置かれた被検体に高周波磁場及び傾斜磁場を印加して前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する撮像部と、
   前記撮像部の動作を制御する制御部と、
   前記撮像部により検出された核磁気共鳴信号を受取り、前記核磁気共鳴信号に基づき画像を生成し、生成した画像を表示する処理を行う画像処理部と、
   前記撮像部の動作制御を行う主プロセッサと、
   前記主プロセッサとは異なる演算器である付加プロセッサと、を備え、
   前記主プロセッサ及び前記付加プロセッサが、前記画像処理部が実行する処理を分担して行い、
   前記撮像部は前記核磁気共鳴信号を間引いて収集し、
   前記画像処理部は、前記撮像部により間引いて収集された核磁気共鳴信号から画像生成に必要なデータを復元する圧縮センシング処理及び復元されたデータに基づいて画像を再構成する画像再構成処理を含む処理を実行し、
   前記圧縮センシング処理において、画像を転置処理または回転処理することにより横方向のメモリアクセスで畳み込み処理を実施することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記付加プロセッサが前記圧縮センシング処理を実行することを特徴とする請求項３に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記画像再構成処理に用いるデータであって、前記圧縮センシング処理が行われている必要がないデータについては、その他のデータについての前記付加プロセッサによる前記圧縮センシング処理と平行して前記主プロセッサにより画像再構成処理を実施することを特徴とする請求項２または４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 処理を複数の処理単位に分割し、分割された処理単位毎に前記付加プロセッサにより前記圧縮センシング処理を実施し、前記圧縮センシング処理が完了した処理単位のデータから順に、前記主プロセッサで画像再構成処理を実施することを特徴とする請求項２または４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記付加プロセッサは高速アクセス可能なメモリ領域を備え、
   前記高速アクセス可能なメモリ領域に応じたサイズに前記画像を分割し、分割した領域毎に前記高速アクセス可能なメモリ領域を使用して演算を実施することを特徴とする請求項２または４に記載の磁気共鳴イメージング装置。
8. 前記圧縮センシング処理を実施するか否かの選択を受け付けるとともに、実施すると選択された場合に圧縮率または倍速率の指定を受け付けるユーザインターフェースを備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の磁気共鳴イメージング装置。
9. 静磁場の中に置かれた被検体に高周波磁場及び傾斜磁場を印加して前記被検体から発生する核磁気共鳴信号を検出する撮像部と、前記撮像部の動作を制御する制御部と、を備えた磁気共鳴イメージング装置における信号処理方法であって、
   前記撮像部が前記核磁気共鳴信号を間引いて収集し、
   前記撮像部の動作制御を行う主プロセッサと、前記主プロセッサとは異なる演算器である付加プロセッサとが、前記撮像部により収集された核磁気共鳴信号を受け取る処理、受け取った核磁気共鳴信号から画像生成に必要なデータを復元する圧縮センシング処理、復元されたデータに基づいて画像を生成する画像再構成処理、及び生成した画像を表示する画像表示処理を分担して行い、
   前記圧縮センシング処理において、画像を転置処理または回転処理することにより横方向のメモリアクセスで畳み込み処理を実施することを特徴とする信号処理方法。

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