JP7177715B2 - 画像処理装置及び画像処理方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、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）装置の撮像装置は、傾斜磁場コイルと、高周波パルス、即ち、ＲＦ（Radio Frequency）パルスを送信する送信コイル、例えばＷＢ（Whole Body）コイルとを備える。ＷＢコイルは、ＲＦ送信器からＲＦパルス信号を受信し、静磁場中に置かれた撮像部位の原子核スピンをラーモア周波数の高周波パルス、即ち、ＲＦパルスで励起する。そして、撮像装置は、当該励起に伴って撮像部位から発生する磁気共鳴信号、即ち、ＭＲ（Magnetic Resonance）信号を受信コイル、例えばローカルコイルで受信し、ＭＲＩ装置の画像処理装置に送信する。画像処理装置は、ＭＲ信号に基づいて画像データを生成する。

画像処理装置は、ｋ空間データの外縁部に0詰めを行うことによる補間を適用することで画質、つまり、分解能を維持しながら、撮像時のマトリクスサイズ（単に「サイズ」とも呼ばれる）から操作者が所望するマトリクスサイズに画像を拡大又は縮小する。また、画像処理装置は、再構成されたＭＲ画像を種々のアプリケーションに入力するために、ＭＲ画像をフーリエ変換してｋ空間データを生成し、当該ｋ空間データを用いて元のＭＲ画像よりマトリクスサイズが拡大された拡大画像を生成する。

特開平１－１８５２５７号公報

本発明が解決しようとする課題は、リンギングアーチファクトが抑制された画像を提供することである。

実施形態に係る画像処理装置は、第１拡大画像生成部と、縮小画像生成部と、差分画像生成部と、拡大差分画像生成部と、第２拡大画像生成部とを有する。第１拡大画像生成部は、元画像を、第１の補間方法により拡大した第１の拡大画像を生成する。縮小画像生成部は、第１の拡大画像を、元画像と同じサイズに縮小した縮小画像を生成する。差分画像生成部は、元画像と縮小画像との差分をとって差分画像を生成する。拡大差分画像生成部は、差分画像を、第１の補間方法と異なる第２の補間方法により拡大して、第１の拡大画像と同じサイズである拡大差分画像を生成する。第２拡大画像生成部は、第１の拡大画像と拡大差分画像との差分をとって第２の拡大画像を生成する。

図１は、第１の実施形態に係る画像処理装置を含むＭＲＩ装置の全体構成を示す概略図。 図２は、第１の実施形態に係る画像処理装置の機能を示すブロック図。 図３は、第１の実施形態に係る画像処理装置の動作をフローチャートとして示す図。 図４は、第１の実施形態に係る画像処理装置によって行われる画像処理の流れを示す概念図。 図５は、第１の実施形態に係る画像処理装置において、ｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間によるマトリクスサイズの拡大を説明するための図。 図６は、第１の実施形態に係る画像処理装置において、バイリニア補間によるマトリクスサイズの拡大を説明するための図。 図７は、第１の実施形態に係る画像処理装置の機能を示すブロック図。 図８は、第１の実施形態に係る画像処理装置において、ｋ空間フィルタの算出方法を説明するための図。 図９は、第２の実施形態に係る、医用画像システム上に設けられる画像処理装置の全体構成及び機能を示す概略図。

以下、図面を参照しながら、画像処理装置及び画像処理方法の実施形態について詳細に説明する。

実施形態に係る画像処理装置は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置等の医用画像生成装置にコンソールとして備えられる。医用画像生成装置は、モダリティとも呼ばれる。又は、実施形態に係る画像処理装置は、医用画像管理装置（画像サーバ）や、ワークステーションや、読影端末等であってもよく、その場合、画像処理装置は、ネットワークを介して接続された医用画像システム上に設けられる。又は、実施形態に係る画像処理装置は、オフラインの装置であってもよく、その場合、画像処理装置は、医用画像生成装置によって生成された医用画像を可搬型の記憶媒体を介して読み出し可能な装置である。

以下、画像処理装置が、ＭＲＩ装置にコンソールとして備えられる例について第１の実施形態を用いて説明し、医用画像システム上に設けられる例について第２の実施形態を用いて説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る画像処理装置を含むＭＲＩ装置の全体構成を示す概略図である。

図１は、ＭＲＩ装置１を示す。ＭＲＩ装置１は、撮像装置１０と、画像処理装置としてのコンソール５０とを備える。撮像装置１０は、磁石架台１１と、制御キャビネット１２と、寝台装置１３とを備える。撮像装置１０は、一般的には、検査室に備えられる。検査室は、撮影室とも呼ばれる。コンソール５０は、制御室に備えられる。制御室は、操作室とも呼ばれる。

磁石架台１１は、静磁場磁石２１と、傾斜磁場コイル２２と、ＷＢコイル２３とを内部に収容する。制御キャビネット１２は、傾斜磁場電源３１（Ｘ軸用３１ｘ、Ｙ軸用３１ｙ、Ｚ軸用３１ｚ）と、ＲＦ送信器３２と、ＲＦ受信器３３と、シーケンスコントローラ３４とを備える。寝台装置１３は、寝台本体４１と天板４２とを備える。

まず、磁石架台１１について説明する。磁石架台１１の静磁場磁石２１は、磁石が円筒形状の磁石構造であるトンネルタイプと、撮像空間を挟んで上下に一対の磁石が配置された開放型（オープン型）とに大別される。ここでは、静磁場磁石２１がトンネル型である場合について説明するが、その場合に限定されるものではない。

静磁場磁石２１は、概略円筒形状をなしており、被検体、例えば患者Ｕが搬送されるボア内に静磁場を発生させる。ボアとは、磁石架台１１の円筒内部の空間のことである。静磁場磁石２１は、例えば、液体ヘリウムを保持するための筐体と、液体ヘリウムを極低温に冷却するための冷凍機と、筐体内部の超伝導コイルとによって構成される。なお、静磁場磁石２１は、永久磁石によって構成されてもよい。以下、静磁場磁石２１が、超伝導コイルを有する場合について説明する。

静磁場磁石２１は、超伝導コイルを内蔵し、液体ヘリウムによって超伝導コイルが極低温に冷却されている。静磁場磁石２１は、励磁モードにおいて静磁場電源から供給される電流を超伝導コイルに印加することで静磁場を発生する。その後、永久電流モードに移行すると、静磁場電源は切り離される。一旦永久電流モードに移行すると、静磁場磁石２１は、長時間、例えば１年以上に亘って、静磁場を発生し続ける。

傾斜磁場コイル２２は、静磁場磁石２１と同様に概略円筒形状をなし、静磁場磁石２１の内側に設置されている。傾斜磁場コイル２２は、傾斜磁場電源３１から供給される電流（電力）により傾斜磁場を患者Ｕに印加する。傾斜磁場コイル２２は、Ｘ軸方向について傾斜磁場を発生させるＸｃｈコイルと、Ｙ軸方向について傾斜磁場を発生させるＹｃｈコイルと、Ｚ軸方向の傾斜磁場を発生させるＺｃｈコイルとを備える。ここで、Ｚ軸方向は静磁場に沿った方向、Ｙ軸方向は垂直方向、Ｘ軸方向はＺ軸とＹ軸それぞれに直交する方向である。

ここで、傾斜磁場の生成に伴って発生する渦電流により発生する渦磁場がイメージングの妨げとなることから、傾斜磁場コイル２２として、例えば、渦電流の低減を目的としたＡＳＧＣ（Actively Shielded Gradient Coil）が用いられてもよい。ＡＳＧＣは、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向の各傾斜磁場をそれぞれ形成するためのメインコイルの外側に、漏れ磁場を抑制するためのシールドコイルを設けた傾斜磁場コイルである。

ＷＢコイル２３は、全身用コイルとも呼ばれ、傾斜磁場コイル２２の内側に患者Ｕを取り囲むように概略円筒形状に設置されている。ＷＢコイル２３は、送信コイルとして機能する。つまり、ＷＢコイル２３は、ＲＦ送信器３２から伝送されたＲＦパルス信号に従ってＲＦパルスを患者Ｕに向けて送信する。一方、ＷＢコイル２３は、ＲＦパルスを送信する送信コイルとしての機能に加え、受信コイルとしての機能を備える場合もある。その場合、ＷＢコイル２３は、受信コイルとして、原子核の励起によって患者Ｕから放出されるＭＲ信号を受信する。

ＭＲＩ装置１は、ＷＢコイル２３の他、ローカルコイル２４を備える場合もある。ローカルコイル２４は、患者Ｕの体表面に近接して配置される。ローカルコイル２４は、複数のコイル要素を備えてもよい。これら複数のコイル要素をアレイ状に配列したコイルは、ＰＡＣ（Phased Array Coil）と呼ばれることもある。

ローカルコイル２４には幾つかの種別がある。例えば、ローカルコイル２４には、図１に示すように患者Ｕの胸部、腹部、又は脚部に設置されるボディコイル（Body Coil）や、患者Ｕの背側に設置されるスパインコイル（Spine Coil）といった種別がある。この他、ローカルコイル２４には、患者Ｕの頭部を撮像するための頭部コイル（Head Coil）や、足を撮像するためのフットコイル（Foot Coil）といった種別もある。また、ローカルコイル２４には、手首を撮像するためのリストコイル（Wrist Coil）、膝を撮像するためのニーコイル（Knee Coil）、肩を撮像するためのショルダーコイル（Shoulder Coil）といった種別もある。

ローカルコイル２４は、受信コイルとして機能する。つまり、ローカルコイル２４は、前述のＭＲ信号を受信する。ただし、ローカルコイル２４は、ＭＲ信号を受信する受信コイルとしての機能に加え、ＲＦパルスを送信する送信コイルとしての機能を備える送受信コイルでもよい。例えば、ローカルコイル２４としての頭部コイル及びニーコイルの中には、送受信コイルも存在する。つまり、ローカルコイル２４は、送信専用、受信専用、送受信兼用の種別を問わない。

続いて、制御キャビネット１２の説明に移る。制御キャビネット１２の傾斜磁場電源３１は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向について傾斜磁場を発生するコイルそれぞれを駆動する各チャンネル用の傾斜磁場電源３１ｘ，３１ｙ，３１ｚを備える。傾斜磁場電源３１ｘ，３１ｙ，３１ｚは、シーケンスコントローラ３４の指令により、必要な電流を各チャンネル独立に出力する。それにより、傾斜磁場コイル２２は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の方向における傾斜磁場（「勾配磁場」とも呼ばれる）を患者Ｕに印加することができる。

ＲＦ送信器３２は、シーケンスコントローラ３４からの指示に基づいてＲＦパルス信号を生成する。ＲＦ送信器３２は、生成したＲＦパルス信号をＷＢコイル２３に伝送する。

ローカルコイル２４で受信したＭＲ信号、より具体的には、ローカルコイル２４内の各コイル要素で受信したＭＲ信号は、ＲＦ受信器３３に伝送される。各コイル要素の出力線路や、ＷＢコイル２３の出力線路はチャンネルと呼ばれる。このため、各コイル要素やＷＢコイル２３から出力される夫々のＭＲ信号をチャンネル信号と呼ぶこともある。ＷＢコイル２３で受信したチャンネル信号もＲＦ受信器３３に伝送される。

ＲＦ受信器３３は、ローカルコイル２４やＷＢコイル２３からのチャンネル信号、即ち、ＭＲ信号をＡＤ（Analog to Digital）変換して、シーケンスコントローラ３４に出力する。デジタルに変換されたＭＲ信号は、生データ（Raw Data）と呼ばれることもある。

シーケンスコントローラ３４は、コンソール５０による制御のもと、傾斜磁場電源３１と、ＲＦ送信器３２と、ＲＦ受信器３３とをそれぞれ駆動することによって患者Ｕの撮像を行う。撮像によってＲＦ受信器３３から生データを受信すると、シーケンスコントローラ３４は、その生データをコンソール５０に送信する。

シーケンスコントローラ３４は、処理回路（図示を省略）を具備する。この処理回路は、例えば所定のプログラムを実行するプロセッサや、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）及びＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアで構成される。

続いて、寝台装置１３の説明に移る。寝台装置１３の寝台本体４１は、天板４２を例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に移動可能なように支持する。天板４２のＸ軸方向の移動は、天板４２の左右方向、つまり、天板４２の短手方向の移動である。天板４２のＹ軸方向の移動は、天板４２の上下方向、つまり、天板４２の厚み方向の移動である。天板４２のＺ軸方向の移動は、天板４２の前後方向、つまり、天板４２の長手方向の移動である。

続いて、コンソール５０の説明に移る。コンソール５０は、処理回路５１と、メモリ５２と、入力インターフェース５３と、ディスプレイ５４とを備える。

処理回路５１は、専用又は汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processor Unit）等のプロセッサの他、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及び、プログラマブル論理デバイス等の処理回路を意味する。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（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）等の回路が挙げられる。処理回路５１は、メモリ５２に記憶された、又は、処理回路５１内に直接組み込まれたプログラムを読み出し実行することで、シーケンスコントローラ３４の動作を制御し、パルスシーケンスに従った撮像を実行してＭＲ画像を生成する機能を実現する。なお、処理回路５１は、処理部の一例である。

また、処理回路５１は、単一の処理回路によって構成されてもよいし、複数の独立した処理回路要素の組み合わせによって構成されてもよい。後者の場合、複数のメモリ５２が複数の処理回路要素の機能に対応するプログラムをそれぞれ記憶するものであってもよいし、１個のメモリ５２が複数の処理回路要素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。

メモリ５２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、及び光ディスク等を備える。メモリ５２は、ＵＳＢ（Universal Serial bus）メモリ及びＤＶＤ（Digital Video Disk）等の可搬型メディアを備えてもよい。メモリ５２は、処理回路５１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、医用画像を記憶する。また、ＯＳに、操作者に対するディスプレイ５４への情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を入力インターフェース５３によって行うことができるＧＵＩ（Graphical User Interface）を含めることもできる。なお、メモリ５２は、記憶部の一例である。

入力インターフェース５３は、操作者によって操作が可能な入力デバイスと、入力デバイスからの信号を入力する入力回路とを含む。入力デバイスは、トラックボール、スイッチ、マウス、キーボード、操作面に触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力デバイス、及び音声入力デバイス等によって実現される。操作者により入力デバイスが操作されると、入力回路はその操作に応じた信号を生成して処理回路５１に出力する。なお、入力インターフェース５３は、入力部の一例である。

ディスプレイ５４は、例えば液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイ等の一般的な表示出力装置により構成される。ディスプレイ５４は、処理回路５１の制御に従って各種情報を表示する。なお、ディスプレイ５４は、表示部の一例である。

コンソール５０は、処理回路５１による制御の下、撮像装置１０のシーケンスコントローラ３４から送信される生データをｋ空間に配置し、メモリ５２に記憶する。コンソール５０は、処理回路５１による制御の下、メモリ５２に記憶されたｋ空間データに対して、逆フーリエ変換等の再構成処理を施すことによって、患者Ｕ内の所望のＭＲ画像を生成する。そして、コンソール５０は、処理回路５１による制御の下、生成した各種ＭＲ画像をメモリ５２に格納する。

続いて、ＭＲＩ装置１、特にコンソール５０の機能について説明する。

図２は、コンソール５０の機能を示すブロック図である。

コンソール５０の処理回路５１は、メモリ５２に記憶された、又は、処理回路５１内に直接組み込まれたプログラムを読み出して実行することで、撮像制御機能５１１と、画像生成機能５１２と、画像取得機能５１３と、第１拡大画像生成機能５１４と、縮小画像生成機能５１５と、差分画像生成機能５１６と、拡大差分画像生成機能５１７と、第２拡大画像生成機能５１８とを実現する。以下、機能５１１～５１８がソフトウェア的に機能する場合を例に挙げて説明するが、機能５１１～５１８の全部又は一部は、ＭＲＩ装置１にＡＳＩＣ等の回路等として設けられるものであってもよい。また、機能５１１～５１８の全部又は一部は、シーケンスコントローラの処理回路（図示省略）によって実現されるものであってもよい。

撮像制御機能５１１は、シーケンスコントローラ３４を制御してＭＲ撮像を実行させ、シーケンスコントローラ３４から送信されるｋ空間データを収集する機能を含む。撮像制御機能５１１によって実行されるＭＲ撮像は、プリスキャン又はメインスキャン等を含む。プリスキャン又はメインスキャンのパルスシーケンスは、特に限定されるものではなく、グラディエントエコー系のパルスシーケンスや、スピンエコー系のパルスシーケンスなど各種のシーケンスを使用することができる。

画像生成機能５１２は、撮像制御機能５１１によって収集されたｋ空間データに基づいて、撮像時に指定されたマトリクスサイズで構成されるＭＲ画像を、後述する元画像として生成する機能と、元画像をメモリ５２に記憶させる機能とを含む。

画像取得機能５１３は、メモリ５２から、所定の元画像を取得する機能を含む。

第１拡大画像生成機能５１４は、画像取得機能５１３によって取得された元画像を、第１の補間方法により拡大した第１の拡大画像を生成する機能を含む。

例えば、第１拡大画像生成機能５１４で用いられる第１の補間方法は、ｋ空間データの外縁部に0詰めを行う方法である。この方法では、元画像に対してフーリエ変換を行い、一旦ｋ空間データに戻し、このｋ空間データ外縁部にゼロのデータを付加し、ｋ空間データを拡張する。拡張後のｋ空間データを逆フーリエ変換することにより元画像よりも大きなマトリクスサイズを有する第１の拡大画像を生成する。

画像サイズの拡大の際、バイリニア補間法、バイキュービック補間法、スプライン補間法等の、実空間での複数の画素値を使用する補間方法が用いられることがある。これらの補間方法は、元画像の周波数成分の一部を低下させる側面、つまり平滑化を伴うものであるため、画質の劣化を生じやすい。

これに対して、第１拡大画像生成機能５１４で用いられる補間法は、元画像の空間周波数成分の劣化を抑えながら画像サイズを拡大する方法であるため、元画像の画質を維持しながら、元画像のマトリクスサイズから操作者の所望のマトリクスサイズに拡大して第１の拡大画像を生成することができる。

一方で、ｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間法では、高周波成分をゼロ詰めしたｋ空間データを補間するため、逆フーリエ変換されて得られる第１の拡大画像にリンギングアーチファクトが発生する場合がある。リンギングアーチファクトは、高周波成分が打ち切られた信号の近似計算を行う際に発生しやすく、画像上では縞模様として現れる。また、マトリクスサイズの拡大率が大きいほどゼロ詰めする周波数範囲が広くなるので、リンギングアーチファクトが発生しやすくなる。そこで、機能５１５～５１８により、ｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間法により得られた、リンギングアーチファクトを含む第１の拡大画像から、リンギングアーチファクト成分が除去された第２の拡大画像を生成する。

縮小画像生成機能５１５は、第１拡大画像生成機能５１４によって生成された第１の拡大画像を、元画像と同じマトリクスサイズに縮小した縮小画像を生成する機能を含む。例えば、縮小画像生成機能５１５は、第１の拡大画像を、リンギングアーチファクトを発生させない第２の補間方法により、元画像と同じマトリクスサイズに縮小した縮小画像を生成する。リンギングアーチファクトを発生させない第２の補間方法の一例は、バイリニア補間法である。

差分画像生成機能５１６は、画像取得機能５１３によって取得された元画像と、縮小画像生成機能５１５によって生成された縮小画像との差分をとって差分画像を生成する機能を含む。

拡大差分画像生成機能５１７は、差分画像生成機能５１６によって生成された差分画像を、第１の補間方法と異なる第２の補間方法により拡大して、第１の拡大画像と同じマトリクスサイズである拡大差分画像を生成する機能である。例えば、拡大差分画像生成機能５１７は、第２の補間方法であるバイリニア補間法により、第１の拡大画像と同じマトリクスサイズに差分画像を拡大した拡大差分画像を生成する。

ここで、拡大差分画像生成機能５１７で用いられる第２の補間方法は、第１の補間方法であるｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間法とは異なり、リンギングアーチファクトを発生させない補間方法である。例えば、縮小画像生成機能５１５で用いられる第２の補間方法は、バイリニア補間法である。バイリニア補間法は、補間対象となる位置の値を、周辺の複数位置の値を使って線形的に補間する方法である。なお、第２の補間方法は、バイリニア補間法に限定されるものではなく、補間時におけるリンギングアーチファクトの発生が低い補間法、例えば、バイキュービック補間法、スプライン補間法等であってもよい。

異なる補間方法（例えば、ｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間法及びバイリニア補間法）により生成された拡大差分画像により、第１拡大画像生成機能５１４のｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間法に起因して発生するリンギングアーチファクト成分を抽出することができる。

第２拡大画像生成機能５１８は、第１拡大画像生成機能５１４によって生成された第１の拡大画像と、拡大差分画像生成機能５１７によって生成された拡大差分画像との差分をとって第２の拡大画像を生成する機能を含む。

なお、機能５１１～５１８の詳細については、図３～図６を用いて説明する。

続いて、ＭＲＩ装置１、特にコンソール５０の動作について説明する。

図３は、コンソール５０の動作をフローチャートとして示す図である。図３において、「ＳＴ」に数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。図４は、コンソール５０によって行われる画像処理の流れを示す概念図である。

撮像制御機能５１１は、シーケンスコントローラ３４を制御してＭＲ撮像を実行させる（ステップＳＴ１）。画像生成機能５１２は、シーケンスコントローラ３４から送信されるＭＲ信号に対して、逆フーリエ変換等の再構成処理を施すことでＭＲ画像を元画像として生成し（ステップＳＴ２）、元画像をメモリ５２に記憶させる。

撮像制御機能５１１は、シーケンスコントローラ３４を駆動させて、パルスシーケンスを実行し、収集したＭＲ信号に基づいて、画像生成機能５１２に対してＭＲ画像を生成させる。

続いて、画像取得機能５１３は、メモリ５２から元画像を取得する（ステップＳＴ３）。元画像は、図４（Ａ）に示される。元画像にはリンギングアーチファクトは生じていない。続いて、第１拡大画像生成機能５１４は、ステップＳＴ３によって取得された元画像を、第１の補間方法であるｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間法により拡大した第１の拡大画像を生成し（ステップＳＴ４）、第１の拡大画像をメモリ５２に記憶させる。

例えば、第１拡大画像生成機能５１４は、入力インターフェース５３を介した操作者により２５６×２５６マトリクスサイズの元画像の拡大操作を受け付けると、元画像に対するｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間により、３８４×３８４マトリクスサイズの第１の拡大画像を生成する。第１の拡大画像は、図４（Ｂ）に示される。図４（Ｂ）の画像における破線部分は、リンギングアーチファクト成分を模式的に示している。

図５は、ｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間によるマトリクスサイズの拡大を説明するための図である。

図５（Ａ）～（Ｄ）の左側、つまり、図５（Ａ），（Ｃ）は、ｋ空間における信号強度、つまり、ｋ空間データを示す。一方で、図５（Ａ）～（Ｄ）の右側、つまり、図５（Ｂ），（Ｄ）は、実空間における輝度値、つまり、実空間データを示す。図５（Ａ）～（Ｄ）における左右は、左側のｋ空間データを逆フーリエ変換すると右側の実空間データに変換され、右側の実空間データをフーリエ変換すると左側のｋ空間データに変換される関係である。また、図５（Ｄ）は、ｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間により生成された第１拡大画像の実空間データを示す。

図５（Ａ）は、連続関数であるｋ空間データが離散化された場合のデータを示す。図５（Ａ）は、例えば、ｋｘ方向及びｋｙ方向に配列された２５６×２５６マトリクスサイズの２次元ｋ空間データをｋｘ方向から見た図である。図５（Ａ）の離散化されたデータ高周波成分をゼロ詰めして高周波成分の打ち切りを行うことで拡大マトリクスサイズの配列に整序すると、図５（Ｃ）のｋ空間データが得られる。図５（Ｃ）に示すｋ空間データの数は、例えば、元の２５６個のｋ空間データの両外側にそれぞれ６４個のゼロが付加され、ゼロも含めて合計３８４個となっている。２次元で考えると、ゼロを付加した後のｋ空間データの合計数は、３８４×３８４個となっている。このｋ空間データを逆フーリエ変換することにより、図５（Ｄ）に示す３８４×３８４マトリクスサイズの実空間データをもつ第１の拡大画像が生成される。

ｋ空間では外縁部に0詰めを行うため、本来の連続的な波形が打ち切られることになる。その結果、図５（Ｄ）に示すように、第１の拡大画像には、高周波成分の打ち切りによる縞模様のリンギングアーチファクトが生じることになる。

図３及び図４の説明に戻って、縮小画像生成機能５１５は、ステップＳＴ４によって生成された第１の拡大画像を、第２の補間方法であるバイリニア補間法により、元画像と同じマトリクスサイズに縮小した縮小画像を生成する（ステップＳＴ５）。例えば、縮小画像生成機能５１５は、３８４×３８４マトリクスサイズの第１の拡大画像のバイリニア補間法による補間により、２５６×２５６マトリクスサイズの縮小画像を生成する。縮小画像は、図４（Ｃ）に示される。

差分画像生成機能５１６は、ステップＳＴ３によって取得された元画像と、ステップＳＴ５によって生成された縮小画像との差分をとって差分画像を生成する（ステップＳＴ６）。差分画像は、図４（Ｄ）に示される。

拡大差分画像生成機能５１７は、差分画像生成機能５１６によって生成された差分画像を、第２の補間方法であるバイリニア補間により拡大して、第１の拡大画像と同じマトリクスサイズである拡大差分画像を生成する（ステップＳＴ７）。拡大差分画像は、図４（Ｅ）に示される。

図６は、バイリニア補間によるマトリクスサイズの拡大を説明するための図である。

図６は、拡大差分画像のうち、輝度値の変化が大きい部分の実空間データを示す。仮に差分画像に対して再びフーリエ変換を行い、ｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間を行うと、図６の細い実線に示す実空間データが得られることになる。一方で、差分画像に対してバイリニア補間を行うと、図６の太い実線に示す実空間データが得られることになる。

バイリニア補間は線形補間なので点列を滑らかに曲線的に補間することはできないものの、ｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間法に比べれば、補間関数の特性に起因する本来の値（図６中の一点破線が示す第１の拡大画像の実空間データ）からのズレは小さい。差分画像に対してバイリニア補間でマトリクスサイズを拡大することで、差分画像をｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間法によりマトリクスサイズを拡大した場合におけるオーバーシュートやアンダーシュートの影響を抑えることができる。つまり、ｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間とは異なるバイリニア補間により、第１の拡大画像のリンギングアーチファクト成分のみを忠実に再現した拡大差分画像を生成することができ、後述する第１の拡大画像と拡大差分画像との差分処理によりリンギングアーチファクト成分の消え残りを極力低減させることができる。

図３及び図４の説明に戻って、第２拡大画像生成機能５１８は、ステップＳＴ４によって生成された第１の拡大画像と、ステップＳＴ７によって生成された拡大差分画像との差分をとって第２の拡大画像を生成する（ステップＳＴ８）。第２の拡大画像は、図４（Ｆ）に示される。第２の拡大画像は、拡大差分画像のリンギングアーチファクト成分が抑制された画像である。

上述した画像処理装置（コンソール５０）によれば、元画像のマトリクスサイズを拡大する際、異なる補間方法（例えば、ｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間法及びバイリニア補間法）で得た拡大画像の差分からリンギングアーチファクトの成分を抽出でき、リンギングアーチファクトが抑制された第２の拡大画像を提供することができる。

（第１の変形例）
以上では、第１拡大画像生成機能５１４が、画像取得機能５１３によって取得された撮像時のマトリクスサイズの元画像を一旦ｋ空間データに戻し、ｋ空間データを第１の補間方法により逆フーリエ変換することで第１の拡大画像を生成する場合、いわゆる再々構成の場合について説明した。この場合、操作者がディスプレイ５４に表示された元画像を参照した後のマトリクスサイズの拡大操作に従って、元画像をフーリエ変換して得られるｋ空間データから第１の拡大画像を生成することができる。しかし、その場合に限定されるものではない。元画像をｋ空間データに戻すのではなく、収集されたｋ空間の生データを第１の補間方法により逆フーリエ変換することで第１の拡大画像を生成してもよい。

図７は、コンソール５０の機能を示すブロック図である。

図７は、図２に示す機能の変形例である。図７の図２との異なる点は、処理回路５１がプログラムを読み出して実行することで、第１拡大画像生成機能５１４Ａとして機能する点である。

第１拡大画像生成機能５１４Ａは、撮像制御機能５１１が撮像装置１０を制御することによって収集されたｋ空間データに基づいて、第１の補間方法により拡大した第１の拡大画像を生成する機能を含む。例えば、第１拡大画像生成機能５１４Ａで用いられる第１の補間方法は、第１拡大画像生成機能５１４と同様に、ｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間法である。つまり、第１拡大画像生成機能５１４Ａは、元画像をフーリエ変換してｋ空間データに戻す必要はない。

第１拡大画像生成機能５１４Ａは、シーケンスコントローラ３４から送信されるＭＲ信号としてのｋ空間データを第１の補間方法により逆フーリエ変換することで、撮像時のマトリクスサイズより拡大された第１の拡大画像を生成する。この場合、画像生成機能５１２がｋ空間の生データから元画像を生成する際に、ほぼ同時に第１拡大画像生成機能５１４Ａがｋ空間の生データから第１の拡大画像を生成することができる。

上述した画像処理装置（コンソール５０）の第１の変形例によれば、元画像よりマトリクスサイズが大きい画像を生成する際、異なる補間方法（例えば、ｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間法及びバイリニア補間法）により、リンギングアーチファクト成分が効果的に抑制された第２の拡大画像を提供することができる。

（第２の変形例）
以上では、機能５１５～５１７により、第１の拡大画像から拡大差分画像を生成することで、第２拡大画像生成機能５１８が第１の拡大画像と拡大差分画像との差分により第２の拡大画像を生成する場合について説明した。しかし、その場合に限定されるものではない。

例えば、第２拡大画像生成機能５１８によって過去に生成された過去の第２の拡大画像をメモリ５２に記憶させておく。そして、第２拡大画像生成機能５１８は、メモリ５２から過去の第２の拡大画像を取得し、過去の第２の拡大画像と、新たな第１の拡大画像とを比較することで新たな第２の拡大画像を生成する。つまり、その場合、２回目以降の拡大処理については機能５１５～５１７による処理が不要である。

具体的には、第２拡大画像生成機能５１８は、過去の第２の拡大画像をフーリエ変換してｋ空間データ（以下、「過去の第２のｋ空間データ」という）を生成し、新たな第１の拡大画像をフーリエ変換してｋ空間データ（以下、「新たな第１のｋ空間データ」という）を生成する。第２拡大画像生成機能５１８は、過去の第２のｋ空間データと新たな第１のｋ空間データとを比較することでｋ空間フィルタを算出し、ｋ空間フィルタを新たな第１のｋ空間データに適用して補正後の第１のｋ空間データを生成する。第２拡大画像生成機能５１８は、補正後のｋ空間データを逆フーリエ変換することで、新たな第２の拡大画像を生成する。

図８は、ｋ空間フィルタの算出方法を説明するための図である。

図８は、過去の第２のｋ空間データの一部（細い実線）と、新たな第１のｋ空間データの一部（破線）とをグラフとして示す。第２拡大画像生成機能５１８は、これらｋ空間データのプロファイルの近似式により新たな第１のｋ空間データに対する重み付けに最適なラインプロファイル（太い実線）を求め、これをｋ空間フィルタとする。

なお、第２拡大画像生成機能５１８によって過去に生成された過去の第２の拡大画像が複数、メモリ５２に記憶されている場合、第２拡大画像生成機能５１８は、複数の過去の第２の拡大画像から選択された過去の第２の拡大画像と、新たな第１の拡大画像とを比較することで新たな第２の拡大画像を生成すればよい。選択方法については、第２拡大画像生成機能５１８は、新たな第１の拡大画像のｋ空間データのプロファイルに近いｋ空間データのプロファイルをもつ過去の第２の拡大画像を選択することが好適である。

上述した画像処理装置（コンソール５０）の第２の変形例によれば、画像縮小処理や、差分画像の生成処理や、拡大差分画像の生成処理が不要となるので、簡易な方法で、リンギングアーチファクトが効果的に抑制された第２の拡大画像を提供することができる。

なお、ここまでは、主に拡大処理について説明してきたが、上述した実施形態の補間方法は、縮小処理にもほぼ同様に適用できる。例えば、元画像のサイズを２／３に縮小する場合には、上述した補間方法を用いて元画像のサイズを、一旦、４／３倍に拡大し、その後、隣接する２画素のうち一方の画素を間引けばよい。

（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態に係る画像処理装置の全体構成及び機能を示す概略図である。

図９は、医用画像システム上に設けられる画像処理装置６０を示す。画像処理装置６０は、コンピュータとしての一般的な構成、つまり、処理回路６１と、メモリ６２と、入力インターフェース６３と、ディスプレイ６４と、ネットワークインターフェース６５とを備える。

なお、処理回路６１と、メモリ６２と、入力インターフェース６３と、ディスプレイ６４の構成は、図１に示す処理回路５１と、メモリ５２と、入力インターフェース５３と、ディスプレイ５４の構成とそれぞれ同等であるので、説明を省略する。

メモリ６２は、ネットワークインターフェース６５を介して受信されたＭＲ画像等の画像を記憶することができる。

ネットワークインターフェース６５は、ネットワークの形態に応じた種々の情報通信用プロトコルを実装する。ネットワークインターフェース６５は、この各種プロトコルに従って、画像処理装置６０と、外部の医用画像管理装置（画像サーバ）や、ＭＲＩ装置等の医用画像生成装置とを接続する。この接続には、電子ネットワークを介した電気的な接続等を適用することができる。ここで、電子ネットワークとは、電気通信技術を利用した情報通信網全般を意味し、無線／有線の病院基幹のＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット網のほか、電話通信回線網、光ファイバ通信ネットワーク、ケーブル通信ネットワーク及び衛星通信ネットワーク等を含む。

処理回路６１は、メモリ６２に記憶された、又は、処理回路６１内に直接組み込まれたプログラムを読み出して実行することで、画像取得機能５１３と、第１拡大画像生成機能５１４（又は５１４Ａ）と、縮小画像生成機能５１５と、差分画像生成機能５１６と、拡大差分画像生成機能５１７と、第２拡大画像生成機能５１８とを実現する。なお、図９において、図２の機能と同一機能については同一符号を付して説明を省略する。

なお、画像処理装置６０の機能５１３～５１８により処理される画像は、ＭＲ画像に限定されるものではない。例えば、機能５１３～５１８により処理される画像は、Ｘ線画像、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）画像、単純Ｘ線画像（投影画像）、超音波画像等であってもよい。

また、処理回路６１の動作は、図３に示すステップＳＴ３～ＳＴ８と同等であるので、説明を省略する。さらに、上述した第１の変形例についても、画像処理装置６０に適用できる。その場合、画像処理装置６０が、ＭＲＩ装置によって生成されたｋ空間データを外部から取得してメモリ６２に記憶させておけば、第１拡大画像生成機能５１４Ａは、ｋ空間データを第１の補間方法により拡大することで第１の拡大画像を生成することができる。つまり、第１拡大画像生成機能５１４Ａは、元画像をフーリエ変換してｋ空間データに戻す必要はない。また、上述した第２の変形例についても、画像処理装置６０に適用できる。

上述した画像処理装置６０によれば、元画像のマトリクスサイズを拡大する際、又は、元画像よりマトリクスサイズが大きい画像を生成する際、異なる補間方法（例えば、ｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間法及びバイリニア補間法）で得た拡大画像の差分から、リンギングアーチファクトの成分を抽出でき、リンギングアーチファクトが効果的に抑制された第２の拡大画像を提供することができる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、リンギングアーチファクトが抑制された画像を提供することができる。

なお、撮像制御機能５１１は、「撮像制御部」の一例である。画像生成機能５１２は、「画像生成部」の一例である。画像取得機能５１３は、「画像取得部」の一例である。第１拡大画像生成機能５１４，５１４Ａは、「第１拡大画像生成部」の一例である。縮小画像生成機能５１５は、「縮小画像生成部」の一例である。差分画像生成機能５１６は、「差分画像生成部」の一例である。拡大差分画像生成機能５１７は、「拡大差分画像生成部」の一例である。第２拡大画像生成機能５１８は、「第２拡大画像生成部」の一例である。

以上、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。これら新規な実施形態は、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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

１ 磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置
５０，６０ 画像処理装置
５１，６１ 処理回路
５１１ 撮像制御機能
５１２ 画像生成機能
５１３ 画像取得機能
５１４，５１４Ａ 第１拡大画像生成機能
５１５ 縮小画像生成機能
５１６ 差分画像生成機能
５１７ 拡大差分画像生成機能
５１８ 第２拡大画像生成機能

Claims (9)

1. 元画像を、第１の補間方法により拡大した第１の拡大画像を生成する第１拡大画像生成部と、
   前記第１の拡大画像を、前記元画像と同じサイズに縮小した縮小画像を生成する縮小画像生成部と、
   前記元画像と前記縮小画像との差分をとって差分画像を生成する差分画像生成部と、
   前記差分画像を、前記第１の補間方法と異なる第２の補間方法により拡大して、前記第１の拡大画像と同じサイズである拡大差分画像を生成する拡大差分画像生成部と、
   前記第１の拡大画像と前記拡大差分画像との差分をとって第２の拡大画像を生成する第２拡大画像生成部と、
   を有する画像処理装置。
2. 前記縮小画像生成部は、前記第１の拡大画像から前記縮小画像を生成するのに前記第２の補間方法を用いる、
   請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記第２の拡大画像は、前記拡大差分画像のリンギングアーチファクト成分が抑制された画像である、
   請求項１又は２に記載の画像処理装置。
4. 記憶部から前記元画像を取得する画像取得部をさらに有し、
   前記第１拡大画像生成部は、前記取得された元画像をフーリエ変換して得られたｋ空間データを前記第１の補間方法により逆フーリエ変換することで、前記第１の拡大画像を生成する、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
5. 前記第１拡大画像生成部は、撮像装置から送信されたｋ空間の生データを前記第１の補間方法により逆フーリエ変換することで、前記第１の拡大画像を生成する、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
6. 前記第２拡大画像生成部は、前記第２拡大画像生成部により過去に生成された過去の第２の拡大画像を取得し、前記過去の第２の拡大画像と、新たな第１の拡大画像とに基づいて新たな第２の拡大画像を生成する、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
7. 前記第１の補間方法は、ｋ空間データの外縁部に0詰めを行う補間法である、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像処理装置。
8. 前記第２の補間方法は、バイリニア補間法である、
   請求項７に記載の画像処理装置。
9. 元画像を、第１の補間方法により拡大した第１の拡大画像を生成し、
   前記第１の拡大画像を、前記元画像と同じサイズに縮小した縮小画像を生成し、
   前記元画像と前記縮小画像との差分をとって差分画像を生成し、
   前記差分画像を、前記第１の補間方法と異なる第２の補間方法により拡大して、前記第１の拡大画像と同じサイズである拡大差分画像を生成し、
   前記第１の拡大画像と前記拡大差分画像との差分をとって第２の拡大画像を生成する、
   画像処理方法。

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