JP7292840B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置に関する。

被検体の本撮像において撮像が失敗した場合は、技師の判断に基づく再撮像が必要となる。再撮像を行う場合、同じシーケンスによる単純なリトライを行う手法がある。しかし、例えば撮像中に被検体が呼吸をしたために体動が発生し撮像が失敗した場合は、単純に同じシーケンスでリトライを行っても、同じ息止め期間であれば再度撮像が失敗する可能性が高い。よって、結局技師の判断に基づく再撮像が必要になり、技師の技量に応じて撮像結果が大きくばらついてしまうという問題がある。

特開２０１２－１１０６８９号公報 特開２０１５－３３５７７号公報 特開２００２－３６０５３２号公報

本発明が解決しようとする課題は、負担を軽減しつつ一定の品質で撮像できることである。

本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、収集部と、判定部と、選択部とを含む。収集部は、パルスシーケンスに従い磁気共鳴データを収集する。判定部は、前記磁気共鳴データに基づき画質を判定する。選択部は、前記画質が基準を満たさないと判定された場合、前記パルスシーケンスとはシーケンスの種類および撮像条件の少なくとも一方が異なる再収集パルスシーケンスを選択する。

図１は、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の動作例を示すフローチャートである。 図３は、画質判定処理で用いるキャリブレーション信号の第１の収集例を示す図である。 図４Ａは、画質判定処理で用いるキャリブレーション信号の第２の収集例を示す図である。 図４Ｂは、画質判定処理で用いるキャリブレーション信号の第２の収集例を示す図である。 図５は、本実施形態に係るイメージングリストの一例を示す図である。 図６は、再収集パルスシーケンスの選択処理を示す図である。 図７は、学習済みモデルを生成する学習システムの一例を示すブロック図である。 図８は、１つの学習済みモデルで実現する場合における、モデルの機械学習時の概念を示す図である。 図９は、図８において学習させた学習済みモデルの利用時の概念を示す図である。 図１０は、別々の学習済みモデルで実現する場合における、モデルの機械学習時の概念を示す図である。 図１１は、図１０において学習させた学習済みモデルの利用時の概念を示す図である。 図１２は、学習済みモデルから類似度が出力される場合の画質判定処理の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる磁気共鳴イメージング装置について説明する。以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作をおこなうものとして、重複する説明を適宜省略する。以下、一実施形態について図面を用いて説明する。

図１を用いて、本実施形態における磁気共鳴イメージング装置１の全体構成について説明する。図１は、本実施形態における磁気共鳴イメージング装置１の構成を示す図である。図１に示すように、磁気共鳴イメージング装置１は、静磁場磁石１０１と、傾斜磁場コイル１０３と、傾斜磁場電源１０５と、寝台１０７と、寝台制御回路１０９と、送信コイル１１３と、送信回路１１５と、受信コイル１１７と、受信回路１１９と、シーケンス制御回路１２１と、バス１２３と、インタフェース１２５と、ディスプレイ１２７と、記憶装置１２９と、処理回路１３１とを備える。なお、磁気共鳴イメージング装置１は、静磁場磁石１０１と傾斜磁場コイル１０３との間に中空の円筒形状のシムコイルを有していてもよい。

静磁場磁石１０１は、中空の略円筒形状に形成された磁石である。なお、静磁場磁石１０１は、略円筒形状に限らず、開放型の形状で構成されてもよい。静磁場磁石１０１は、内部の空間に一様な静磁場を発生する。静磁場磁石１０１としては、例えば、超伝導磁石等が使用される。

傾斜磁場コイル１０３は、中空の円筒形状に形成されたコイルである。傾斜磁場コイル１０３は、静磁場磁石１０１の内側に配置される。傾斜磁場コイル１０３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。Ｚ軸方向は、静磁場の方向と同方向であるとする。また、Ｙ軸方向は、鉛直方向とし、Ｘ軸方向は、Ｚ軸およびＹ軸に垂直な方向とする。傾斜磁場コイル１０３における３つのコイルは、傾斜磁場電源１０５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。

傾斜磁場コイル１０３によって発生するＸ、Ｙ、Ｚ各軸の傾斜磁場は、例えば、周波数エンコード用傾斜磁場（リードアウト傾斜磁場ともいう）位相エンコード用傾斜磁場およびスライス選択用傾斜磁場を形成する。スライス選択用傾斜磁場は、撮像断面を決めるために利用される。位相エンコード用傾斜磁場は、空間的位置に応じて磁気共鳴（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：以下、ＭＲと呼ぶ）信号の位相を変化させるために利用される。周波数エンコード用傾斜磁場は、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。

傾斜磁場電源１０５は、シーケンス制御回路１２１の制御により、傾斜磁場コイル１０３に電流を供給する電源装置である。

寝台１０７は、被検体Ｐが載置される天板１０７１を備えた装置である。寝台１０７は、寝台制御回路１０９による制御のもと、被検体Ｐが載置された天板１０７１を、ボア１１１内へ挿入する。寝台１０７は、例えば、長手方向が静磁場磁石１０１の中心軸と平行になるように、磁気共鳴イメージング装置１が設置された検査室内に設置される。

寝台制御回路１０９は、寝台１０７を制御する回路であり、インタフェース１２５を介した操作者の指示により寝台１０７を駆動することで、天板１０７１を長手方向および上下方向へ移動させる。

送信コイル１１３は、傾斜磁場コイル１０３の内側に配置されたＲＦコイルである。送信コイル１１３は、送信回路１１５からＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）パルスの供給を受けて、高周波磁場に相当する送信ＲＦ波を発生する。送信コイル１１３は、例えば、全身コイル（以下、ＷＢＣ（ｗｈｏｌｅ ｂｏｄｙ ｃｏｉｌ）という）である。ＷＢＣは、送受信コイルとして使用されてもよい。ＷＢＣと傾斜磁場コイル１０３との間には、これらのコイルを磁気的に分離するための円筒状のＲＦシールドが設置される。

送信回路１１５は、シーケンス制御回路１２１の制御により、ラーモア周波数等に対応するＲＦパルス）を送信コイル１１３に供給する。

受信コイル１１７は、傾斜磁場コイル１０３の内側に配置されたＲＦコイルである。受信コイル１１７は、高周波磁場によって被検体Ｐから放射されるＭＲ信号を受信する。受信コイル１１７は、受信されたＭＲ信号を受信回路１１９へ出力する。受信コイル１１７は、例えば、１以上、典型的には複数のコイルエレメントを有するコイルアレイである。受信コイル１１７は、例えば、フェーズドアレイコイル（以下、ＰＡＣ（Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ｃｏｉｌ）ともいう）である。

受信回路１１９は、シーケンス制御回路１２１の制御により、受信コイル１１７から出力されたＭＲ信号に基づいて、デジタル化された複素数データであるデジタルのＭＲ信号（以下、ＭＲデータと呼ぶ）を生成する。具体的には、受信回路１１９は、受信コイル１１７から出力されたＭＲ信号に対して各種信号処理を施した後、各種信号処理が施されたデータに対してアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ））変換を実行する。受信回路１１９は、Ａ／Ｄ変換されたデータを標本化（サンプリング）する。これにより、受信回路１１９は、ＭＲデータを生成する。受信回路１１９は、生成されたＭＲデータをシーケンス制御回路１２１に出力する。

シーケンス制御回路１２１は、処理回路１３１から出力された検査プロトコルに従って、傾斜磁場電源１０５、送信回路１１５および受信回路１１９等を制御し、被検体Ｐに対する撮像を行う。検査プロトコルは、検査に応じた各種パルスシーケンスを有する。検査プロトコルには、傾斜磁場電源１０５により傾斜磁場コイル１０３に供給される電流の大きさ、傾斜磁場電源１０５により電流が傾斜磁場コイル１０３に供給されるタイミング、送信回路１１５により送信コイル１１３に供給されるＲＦパルスの大きさ、送信回路１１５により送信コイル１１３にＲＦパルスが供給されるタイミング、受信コイル１１７によりＭＲ信号が受信されるタイミング等が定義されている。また、シーケンス制御回路１２１は、受信回路１１９から受信したＭＲデータを処理回路１３１に出力する。

バス１２３は、インタフェース１２５と、ディスプレイ１２７と、記憶装置１２９と、処理回路１３１との間でデータを伝送させる伝送路である。バス１２３には、ネットワーク等を介して、各種生体信号計測器、外部記憶装置、各種モダリティなどが適宜接続されてもよい。例えば、生体信号計測器として、不図示の心電計がバスに接続される。

インタフェース１２５は、操作者からの各種指示や情報入力を受け付ける回路を有する。インタフェース１２５は、例えば、マウス等のポインティングデバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスに関する回路を有する。なお、インタフェース１２５が有する回路は、マウス、キーボードなどの物理的な操作部品に関する回路に限定されない。例えば、インタフェース１２５は、磁気共鳴イメージング装置１とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、受け取った電気信号を種々の回路へ出力するような電気信号の処理回路を有していてもよい。

ディスプレイ１２７は、処理回路１３１におけるシステム制御機能１３１１による制御のもとで、画像生成機能１３１３により生成された各種磁気共鳴画像（ＭＲ画像）、撮像および画像処理に関する各種情報などを表示する。ディスプレイ１２７は、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイ、モニタ等の表示デバイスである。

記憶装置１２９は、画像生成機能１３１３を介してｋ空間に配列されたＭＲデータ、画像生成機能１３１３により生成された画像データ等を記憶する。記憶装置１２９は、各種検査プロトコル、検査プロトコルを規定する複数の撮像パラメータを含む撮像条件等を記憶する。記憶装置１２９は、処理回路１３１で実行される各種機能に対応するプログラムを記憶する。記憶装置１２９は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスクドライブ（hard disk drive）、ソリッドステートドライブ（solid state drive）、光ディスク等である。また、記憶装置１２９は、ＣＤ－ＲＯＭドライブやＤＶＤドライブ、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であってもよい。

処理回路１３１は、ハードウェア資源として図示していないプロセッサ、ＲＯＭ（Read-Only Memory）やＲＡＭ等のメモリ等を有し、磁気共鳴イメージング装置１を統括的に制御する。処理回路１３１は、システム制御機能１３１１と、画像生成機能１３１３と、取得機能１３１５と、決定機能１３１７と、画質判定機能１３１９と、選択機能１３２１とレポート作成機能１３２３とを有する。これら各種機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶装置１２９へ記憶されている。処理回路１３１は、これら各種機能に対応するプログラムを記憶装置１２９から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読みだした状態の処理回路１３１は、図１の処理回路１３１内に示された複数の機能等を有することになる。

なお、図１においては単一の処理回路１３１にてこれら各種機能が実現されるものとして説明したが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路１３１を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。換言すると、上述のそれぞれの機能がプログラムとして構成され、１つの処理回路が各プログラムを実行する場合であってもよいし、特定の機能が専用の独立したプログラム実行回路に実装される場合であってもよい。

上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。

プロセッサは、記憶装置１２９に保存されたプログラムを読み出し実行することで各種機能を実現する。なお、記憶装置１２９にプログラムを記憶する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、寝台制御回路１０９、送信回路１１５、受信回路１１９、シーケンス制御回路１２１等も同様に、上記プロセッサなどの電子回路により構成される。

処理回路１３１は、システム制御機能１３１１により、磁気共鳴イメージング装置１を制御する。具体的には、処理回路１３１は、記憶装置１２９に記憶されているシステム制御プログラムを読み出してメモリ上に展開し、展開されたシステム制御プログラムに従って磁気共鳴イメージング装置１の各回路を制御する。例えば、処理回路１３１は、システム制御機能１３１１により、インタフェース１２５を介して操作者から入力される撮像条件に基づいて、検査プロトコルを記憶装置１２９から読み出す。なお、処理回路１３１は、撮像条件に基づいて、検査プロトコルを生成してもよい。処理回路１３１は、検査プロトコルをシーケンス制御回路１２１に送信し、被検体Ｐに対する撮像を制御する。

処理回路１３１は、画像生成機能１３１３により、例えば、リードアウト傾斜磁場の強度に従って、ｋ空間のリードアウト方向に沿ってＭＲデータを充填する。処理回路１３１は、ｋ空間に充填されたＭＲデータに対してフーリエ変換を行うことにより、ＭＲ画像を生成する。処理回路１３１は、生成されたＭＲ画像を、ディスプレイ１２７や記憶装置１２９に出力する。

処理回路１３１は、取得機能１３１５により、検査オーダを受理する。本実施形態に係る検査オーダは、少なくとも検査項目と検査時間とが含まれる。検査項目は、頭部、腹部などの被検体Ｐの検査対象部位を含む。検査時間は、一般的な検査予約において被検体Ｐの検査において確保可能な時間枠であり、例えば、１０分、３０分、１時間などが一単位として規定される時間である。

処理回路１３１は、決定機能１３１７により、検査オーダに基づいてイメージングリスト（ＰＡＳ（Programmable Anatomical Scan）ともいう）を決定する。イメージングリストは、被検体Ｐの検査で必要となるイメージングの種類を列挙したリストである。本実施形態に係るイメージングは、コントラスト強調法を含む概念である。イメージングには、当該イメージングを得るための１以上のパルスシーケンス候補が対応付けられる。イメージングリストについては、図５を参照して後述する。

処理回路１３１は、画質判定機能１３１９により、シーケンス制御回路１２１から受信したＭＲデータに基づき画質を判定する。

処理回路１３１は、選択機能１３２１により、画質が基準を満たさないと判定された場合、パルスシーケンスとはシーケンスの種類および撮像条件の少なくとも一方が異なるパルスシーケンスである再収集パルスシーケンスを選択する。

処理回路１３１は、レポート作成機能１３２３により、イメージングリストにあるイメージングの実行が完了した後、イメージングの種類に対応する画像に基づいて検査結果に関するレポートを生成する。

次に、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１の動作例について図２のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ２０１では、例えば取得機能１３１５により処理回路１３１が、検査オーダを受理する。
ステップＳ２０２では、例えば決定機能１３１７により処理回路１３１が、検査オーダに基づいて、イメージングリストを決定する。検査オーダから必要なイメージングリストを決定する場合はルールベースで決定されればよい。例えば、検査項目と当該検査項目の診断で一般的に想定される必要となる１以上のイメージングとを対応付けたテーブルを用意する。テーブルは、例えば記憶装置１２９に格納されてもよいし、外部装置に記憶され、処理回路１３１がネットワークを介して参照できるように構成されてもよい。決定機能１３１７により処理回路１３１は、テーブルを参照し、検査オーダの検査項目に対応するイメージングを選択することで、イメージングリストを決定すればよい。

ステップＳ２０３では、選択機能１３２１により処理回路１３１が、イメージングリストに含まれる各イメージングに対し、それぞれ初期のパルスシーケンス（初期シーケンスともいう）を選択する。
ステップＳ２０４では、例えばシステム制御機能１３１１により処理回路１３１が、イメージングリストのうちの未取得のイメージングに関する初期シーケンスに従い、被検体Ｐを撮像する。具体的には、ステップＳ２０４の初回の処理では、ステップＳ２０３で割り当てられた初期シーケンスに従い、撮像を実行してＭＲデータを取得する。

ステップＳ２０５では、画質判定機能１３１９により処理回路１３１が、画質判定処理として、ステップＳ２０４で取得したＭＲデータの画質が基準を満たすか否かを判定する。画質が基準を満たすか否かの判定は、例えば、ＭＲ画像にアーチファクトが存在しなければ、画質が基準を満たすと判定し、アーチファクトが存在すれば画質が基準を満たさないと判定してもよい。さらに、ＭＲデータを再構成する前のｋ空間データで画質を判定してもよく、例えば、Ｓｔａｃｋ－ｏｆ－Ｓｔａｒｓで収集されたｋ空間データに対し、Ｓｔａｃｋ方向の１次元あるいはＲａｄｉａｌスキャン方向の２次元ごとにデータを再構成し、その共通信号部分について、体動による影響で歪みが生じていれば、画質が基準を満たさないと判定してもよい。また、画質が基準を満たすか否かの判定は、例えば、注目部位がＭＲ画像に含まれている又は略中心部に位置すれば、画質が基準を満たすと判定し、注目部位がＭＲ画像に含まれていない又は略中心部に位置しなければ、画質が基準を満たさないと判定してもよい。医師等の主観も反映するため、医師等がインタフェース１２５を介して画質を満たす旨の指示が入力された場合、画質が基準を満たすと判定し、インタフェース１２５を介して画質を満たさない旨の指示が入力された場合、画質が基準を満たさないと判定してもよい。
画質が基準を満たすと判定した場合、ステップＳ２０６に進み、画質が基準を満たさないと判定した場合、ステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０６では、例えばシステム制御機能１３１１により処理回路１３１が、イメージングリストにある全てのイメージングに対応する撮像が終了したか否かを判定する。全てのイメージングに対応する撮像が終了していれば、撮像を終了し、全てのイメージングに対応する撮像が終了していなければステップＳ２０７に進む。
ステップＳ２０７では、選択機能１３２１により処理回路１３１が、先に取得したイメージングに係る画像の画質が基準を満たしているので、処理中のイメージングに対応する撮像を完了し、イメージングリストから次のイメージングを選択する。その後、ステップＳ２０４に戻り、同様の処理を繰り返す。

ステップＳ２０８では、選択機能１３２１により処理回路１３１が、ステップＳ２０５において画質が基準を満たさないと判定されているので、イメージングリストにある処理中のイメージングに対応するパルスシーケンス候補から再収集パルスシーケンスを選択する。このとき、検査可能時間内でイメージングリストに挙げられたイメージングを取得することが最優先とされるため、あるイメージングに関し再撮像が発生した場合、再撮像が発生したイメージング以降のイメージングについても、撮像時間を考慮してパルスシーケンスの再選択（イメージングに対応するパルスシーケンスの組み替え）が実行される。
つまり、ステップＳ２０５，ステップＳ２０８およびステップＳ２０９の処理が繰り返される場合において、選択機能１３２１により処理回路１３１は、撮像中のイメージング以外の他のイメージングで想定される撮像時間と検査可能時間の残り時間とに基づいて、複数のパルスシーケンス候補の中から新たな再収集パルスシーケンスを選択する。
ステップＳ２０９では、例えばシステム制御機能１３１１により処理回路１３１が、再収集パルスシーケンスに従って再撮像する。その後、ステップＳ２０５に戻り、画質の判定処理が行われる。以上で本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置１の動作を終了する。

なお、全イメージングに対応する撮像が終了した後、レポート作成機能１３２３により処理回路１３１が、検査結果に関するレポートを生成してもよい。例えば、イメージングリストに従って得られた複数のイメージングに係る画像が入力され、イメージングに基づく過去のレポートを出力するように学習された学習済みモデルに従い、レポートが処理対象のイメージングから生成されればよい。なお、生成されたレポートは、ディスプレイ１２７に表示されてもよいし、ネットワークを介して外部に送信されてもよい。

次に、画質判定機能１３１９による画質判定処理の詳細について説明する。
画質判定処理では、収集したＭＲデータを再構成したＭＲ画像に基づいて、アーチファクトが存在すれば画質が基準を満たさない等、画像に基づく一般的な画像処理により画質を判定してもよいが、ＭＲ画像を再構成せずにキャリブレーション信号から画質を判定してもよい。

具体的には、パルスシーケンスは、画質を判定するためのキャリブレーション信号を周期的にリードアウト方向に収集し、当該キャリブレーション信号に基づいて画質が判定される。つまり、パルスシーケンスにおいて、ｋ空間上で同一の位置を収集し続ける。例えば、ｋ空間上の同じ位相エンコードにおけるリードアウト方向の１列について、キャリブレーション信号を収集し続ける。収集したキャリブレーション信号に基づくＭＲデータをフーリエ変換し、フーリエ変換後の信号の変動量に基づいて画質を判定する。
例えば、フーリエ変換後の信号の信号ベクトルのＬ１誤差またはＬ２誤差が閾値以上であれば、ｋ空間データに歪みが生じており、画質が基準を満たさないと判定すればよい。

なお、位相エンコード用傾斜磁場が異なる複数のキャリブレーション信号について、ｋ空間上でリードアウト方向に複数本収集し続けてもよい。複数本のキャリブレーション信号をフーリエ変換したサイノグラムを用いて、信号の変動量に基づく画質が判定されてもよい。なお、キャリブレーション信号をフーリエ変換せずに、キャリブレーション信号そのものの変動量から画質が判定されてもよい。

次に、本実施形態に係る画質判定処理で用いるキャリブレーション信号の第１の収集例について図３を参照して説明する。
図３は、ＦＳＥ（Fast Spin Echo）パルスシーケンスにより収集されるエコー信号を時系列で示したものである。
例えば、励起パルスを印加したあとの、画像生成時には利用しない最初のエコー信号３０１（スタートアップエコー信号３０１）を、画質判定のためのキャリブレーション信号として収集すればよい。なお、スタートアップエコー信号３０１だけでは画質判定処理が難しければ、通常のＦＳＥパルスシーケンスにおけるエコー信号の収集の最後に、画像生成には用いないもう１つエコー信号の収集を追加し、当該エコー信号をキャリブレーション信号として収集すればよい。

次に、画質判定処理で用いるキャリブレーション信号の第２の収集例について図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明する。
図４Ａは、Ｆａｓｔ ＧＲＥ（Fast Gradient Echo）パルスシーケンスにより収集されるエコー信号を時系列で示したものである。プリパルスを印加した後に、傾斜磁場を変動させながらエコー信号を収集する。

エコー信号の収集において、画像生成に用いる最後のエコー信号のあとに、画像生成に用いないエコー信号４０１がキャリブレーション信号として収集されればよい。言い換えれば、プリパルスが印加される直前のエコー信号がキャリブレーション信号として収集されればよい。

または、図４Ｂに示すように、プリパルスの印加直後の最初のエコー信号４０２を画像生成に用いない場合は、当該エコー信号４０２がキャリブレーション信号として収集されてもよい。
また、図示しないが、シーケンスとしてＥＰＩを用いるときにマルチセグメント収集を行う場合は、ショット毎にキャリブレーション信号を収集すればよい。

次に、イメージングリストの一例について図５を参照して説明する。
図５に示すイメージングリスト５００のテーブルは、検査オーダに基づいて決定された複数種類のイメージング５０１と、各イメージングに対応する複数のシーケンス候補５０２とがそれぞれ対応付けられる。基本的には、イメージングリスト５００においてイメージング５０１が撮像順に並べられるものとする。図５に示すイメージング５０１は、Ｔ１強調やＴ２強調、プロトン密度強調、ＤＷＩ、ＭＲＡ等のコントラスト強調法を含む概念である。また、イメージング５０１には、ロケータや補正マップ等の直接診断に用いない画像に係るコントラスト強調法をも含む。

具体的には、例えば、イメージング５０１がＴ１強調の場合、Ｔ１強調画像を撮像するためのシーケンス候補５０２としてＦａｓｔ ＧＲＥ－Ｆａｔｓａｔ、ＦＳＥ－Ｆａｔｓａｔ、ＭＰ－ＲＡＧＥ（Magnetization Prepared Rapid Acquisition GRE）など複数のシーケンスが対応付けられる。イメージング５０１がＴ２強調の場合、Ｔ２強調画像を撮像するためのシーケンス候補５０２としてＦＳＥ－Ｆａｔｓａｔ、ＧＲＡＳＥ（Gradient and Spin Echo）－Ｆａｔｓａｔなど複数のシーケンスが対応付けられる。

なお、それぞれのシーケンスは、画質が良い順に優先度が付与されてもよく、これに限らず、脂肪抑制効果の高い順などの他の基準にそって優先度が付与されてよい。また、イメージングリスト５００は、撮像対象部位ごとに用意され、記憶装置１２９に予め格納されていてもよい。

ロケータの撮像によって、撮像視野（ＦＯＶ：Field of View）と、寝台移動の有無と、被検体Ｐの呼吸時間とが判定される。よって、ロケータの撮像後に、後続のイメージング５０１の撮像条件を選択し、イメージングリストに含まれるロケータの後続のイメージングに対応する撮像を完了するまでの撮像時間の見積もりを行う。

また、図５のイメージングリスト５００では、補正マップをロケータの後に撮像することになるが、他のイメージングに対応する撮像が完了後に補正マップの撮像（撮り直し）を実行してもよい。例えば、イメージング５０１のうちＴ１強調画像を撮像中に脂肪抑制不良が検出された場合などは、補正マップを撮り直してもよい。この場合、決定機能１３１７により処理回路がイメージングリストに再撮像の補正マップのイメージングおよび対応するパルスシーケンスを追加してもよい。また、予備として再撮像用の補正マップのイメージングをイメージングリスト５００に含めておき、選択機能１３２１により処理回路１３１が、必要に応じて補正マップを再撮像するためのパルスシーケンスを再収集パルスシーケンスとして選択してもよい。

次に、選択機能１３２１による再収集パルスシーケンスの選択処理について図６を参照して説明する。
図６に示すテーブル６００は、再撮像が発生した原因６０１と、原因６０１に対処するためのシーケンス選択順６０２との対応付けを示す。なお、シーケンス選択順６０２の先頭に記載されるパルスシーケンスは、初期シーケンスである。

例えば、再撮像が発生した原因６０１が、被検体Ｐの息止め不良によるモーションアーチファクトが発生したことによる場合、選択機能１３２１により処理回路１３１が、パルスシーケンスの割り当て順として、撮像したパルスシーケンスよりもモーションアーチファクトの影響が少ないパルスシーケンスを再収集パルスシーケンスとして選択すればよい。

図６の例では、被検体Ｐが長時間静止していることを要するＦＳＥに代えて、次のパルスシーケンスとして、ＦＳＥと比較してモーションアーチファクトの影響が少なく、静止時間が短くても撮像可能なＧＲＡＳＥが再収集パルスシーケンスとして設定される。さらに、ＧＲＡＳＥによっても画質が基準を満たさず、モーションアーチファクトが発生する場合は、動き補正や呼吸を停止させなくともよいシーケンスであるＦＳＥ－ＰＲＯＰＥＬＬＥＲが再収集パルスシーケンスとして設定される。
但し、ＦＳＥ－ＰＲＯＰＥＬＬＥＲで撮像する場合は、画像のコントラストが変化するため、システム制御機能１３１１などにより画質のコントラストが異なる旨をユーザに提示するようにしてもよい。

また、再撮像が発生した原因６０１が、バンディングアーチファクトが発生したことによる場合、選択機能１３２１により処理回路１３１が、パルスシーケンスの割り当て順として、収集したパルスシーケンスとは中心周波数が異なり、バンディングアーチファクトを低減できるようなパルスシーケンスを再収集パルスシーケンスとして選択すればよい。

具体的には、例えば、バンディングアーチファクトを低減するために複数の中心周波数を用いたイメージングを実行すればよく、初期シーケンスのＳＳＦＰから、中心周波数を変更したＳＳＦＰが再収集パルスシーケンスとして設定される。さらに、中心周波数を変更したＳＳＦＰによってもバンディングアーチファクトが発生する場合は、ＳＳＦＰを諦め、低コントラストのシーケンスであるＧＲＥ（またはＦａｓｔ ＧＲＥ）が再収集パルスシーケンスとして設定されればよい。

ＦＯＶが不足している、またはＧａｔｉｎｇ不良により再撮像が発生するなどにより撮像予定時間を超過してしまう場合は、選択機能１３２１により処理回路１３１が、撮像したパルスシーケンスよりも撮像時間が短いパルスシーケンスを再収集パルスシーケンスとして選択する。つまり、速度を優先した再収集シーケンスが設定される。例えば、初期シーケンスとしてＰＩ（Parallel Imaging）が設定されていた場合、ＰＩ＋圧縮センシング（ＣＳ：Compression Sensing）が再撮像シーケンスとして設定されればよい。

また、再撮像が必要となったデータのうちの一部が利用できる場合は、差分収集シーケンスが再収集パルスシーケンスとして選択すればよい。例えば、頭部など体動の影響が少ないと想定される部位は、差分収集シーケンスを用いればよい。なお、腹部など体動の影響が大きい部位は、差分収集シーケンスを用いなくともよい。
画像が対象物からずれている場合は、寝台移動とともに再収集パルスシーケンスが実行され、再撮像されればよい。または、選択機能１３２１により処理回路１３１が、撮像が失敗したパルスシーケンスよりもＦＯＶを大きくした再収集パルスシーケンスを選択すればよい。

上述した画質判定処理および再収集パルスシーケンスの選択処理は、図５および図６に示すようなテーブルをモデルとして、当該モデルを参照することで実行されてもよいが、過去のデータに基づいて学習された学習済みモデルを用いて実行されてもよい。学習済みモデルにより画質判定処理および再収集パルスシーケンスの選択処理を実行することで、高精度かつ高効率にイメージングを再撮像することができる。

本実施形態に係る学習済みモデルの生成方法について図７を参照して説明する。
図７は、学習済みモデルを生成する学習システムの一例を示すブロック図である。図７に示される医用情報処理システムは、磁気共鳴イメージング装置１と、学習データ保管装置７０と、モデル学習装置７２とを含む。

学習データ保管装置７０は、複数の学習サンプルを含む学習データを記憶する。例えば、学習データ保管装置７０は、大容量記憶装置が内蔵されたコンピュータである。また、学習データ保管装置７０は、コンピュータにケーブルや通信ネットワークを介して通信可能に接続された大容量記憶装置であってもよい。当該記憶装置としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、集積回路記憶装置等が適宜利用可能である。

モデル学習装置７２は、学習データ保管装置７０に記憶された学習データに基づいて、モデル学習プログラムに従いモデルを機械学習することで、学習済みモデルを生成する。本実施形態において、機械学習のアルゴリズムとしては、ニューラルネットワーク、ディープラーニング、Random Forest等を想定するが、これに限らず他の機械学習のアルゴリズムであってもよい。モデル学習装置７２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサを有するワークステーション等のコンピュータである。

モデル学習装置７２と学習データ保管装置７０とは、ケーブルまたは通信ネットワークを介して通信可能に接続されてもよい。また、学習データ保管装置７０がモデル学習装置７２に搭載されてもよい。これらの場合、学習データ保管装置７０からモデル学習装置７２へ学習データが供給される。なお、モデル学習装置７２と学習データ保管装置７０とは通信可能に接続されてなくてもよい。この場合、学習データが記憶された可搬性記憶媒体を介して、学習データ保管装置７０からモデル学習装置７２へ学習データが供給される。

磁気共鳴イメージング装置１とモデル学習装置７２とは、ケーブルまたは通信ネットワークを介して通信可能に接続されてもよい。モデル学習装置７２で生成された学習済みモデルが磁気共鳴イメージング装置１へ供給され、学習済みモデルが記憶装置１２９に記憶される。なお、磁気共鳴イメージング装置１とモデル学習装置７２とは、必ずしも通信可能に接続されてなくてもよい。この場合、学習済みモデルが記憶された可搬性記憶媒体等を介して、モデル学習装置７２から磁気共鳴イメージング装置１へ学習済みモデルが供給される。

学習済みモデルは、複数の関数が合成されたパラメータ付き合成関数である。パラメータ付き合成関数は、複数の調整可能な関数及びパラメータの組合せにより定義される。学習済みモデルは、上記の要請を満たす如何なるパラメータ付き合成関数であってもよい。
なお、本実施形態に係る学習済みモデルは、機械学習前の多層化ネットワーク（単にモデルともいう）をディープニューラルネットワーク（ＤＮＮ）に代表されるニューラルネットワークで機械学習させることで生成される。

次に、モデル学習装置７２によるモデルの機械学習時の概念について図８を参照して説明する。図８は、画質判定処理および再収集パルスシーケンスの選択処理を１つの学習済みモデルで実現する場合の例である。

学習データは、ＭＲデータに基づき生成されるＭＲ画像と当該ＭＲ画像の画質に関する情報とを入力データとし、選択されたパルスシーケンスと撮像条件とを正解データ（出力データ）としたデータの組であることが望ましい。しかし、個人情報保護の観点から実測したＭＲデータから生成されるＭＲ画像を取得できない場合は、図８に示すように、撮像に用いたパルスシーケンスと撮像条件と画質に関する情報とを入力データとし、選択されたパルスシーケンスと撮像条件とを正解データとした学習データを用いて、モデル学習装置７２が多層化ネットワークなどのモデルを学習させればよい。

画質に関する情報は、例えば画質の評価値であり、画像のＳＤ（Standard Deviation）値でもよいし、技師または読影医などのユーザがＭＲ画像について画質を評価した値でもよい。
理想的には、病院で過去に行った再撮像時のアクションを学習すればよい。つまり、ＭＲ画像の画質が悪ければ、失敗したパルスシーケンスからどのようなパルスシーケンスに切り換えて再撮像されたかといった、パルスシーケンスの選択結果を学習する。

なお、同じパルスシーケンスを用いた場合でも、ｙ方向よりもｚ方向の画質を落とすような撮像条件で再撮像したといった、撮像条件の選択結果を学習させてもよい。すなわち、撮像条件が異なっていれば、入力データのパルスシーケンスと正解データとなる選択後のパルスシーケンスとが同じパルスシーケンスでも収集されるＭＲデータが異なるので、学習データとしてモデルを学習させればよい。

学習済みモデルのモデル学習時には、例えば工場出荷時などにおいて、モデル学習装置７２が、上述した学習データを用いて、学習用のモデルである多層化ネットワークを学習させればよい。学習済みモデルは、磁気共鳴イメージング装置１の処理回路１３１または記憶装置１２９にインストールされる。また、修理時やソフトウェアのアップデート時において学習済みモデルをアップデートできるようにしてもよい。

なお、複数の病院で行われたパルスシーケンスの選択方法を含めた学習データを作成してもよい。複数の病院におけるパルスシーケンスの選択方法（変更の仕方）を学習することで、再収集パルスシーケンスの選択に関する傾向が平均化され、汎用的なデータを得ることができる。

次に、図８で機械学習させた学習済みモデルの利用時の概念について図９を参照して説明する。
利用時には、撮像したＭＲデータと撮像条件と検査に関する時間とを学習済みモデルに入力することで、学習済みモデルによりＭＲ画像の画質判定処理および再収集パルスシーケンスの選択処理が行われ、再撮像が必要な場合に再収集パルスシーケンスおよび撮像条件が出力される。検査に関する時間は、例えば、検査可能時間の残り時間、または検査可能時間と検査を開始してからの経過時間との組である。

なお、選択機能１３２１により処理回路１３１が、画質が基準を満たさずに再撮像となった元のパルスシーケンスと、他のパルスシーケンス候補とが比較された場合に、元のパルスシーケンスと同じパルスシーケンスでかつ撮像条件が変更されたパルスシーケンスを再収集シーケンスとして選択してもよい。

次に、また、図８および図９では、１つの学習済みモデルにより画質判定処理と再収集パルスシーケンスの選択処理とを行う例を示すが、画質判定処理と再収集パルスシーケンスの選択処理とを別々の学習済みモデルで構築してもよい。

画質判定処理と再収集パルスシーケンスの選択処理とを別々の学習済みモデルで実現する場合のモデル学習装置７２によるモデルの機械学習時の概念について図１０を参照して説明する。

画質判定処理用のモデル学習においては、ＭＲデータを入力データとし判定結果を正解データとした学習データを用いて、モデル学習装置７２が多層化ネットワークなどの第１モデルを学習させる。

再収集パルスシーケンスの選択処理用のモデル学習においては、判定結果とパルスシーケンスと撮影条件とを入力データとし、選択されたパルスシーケンスを正解データとした学習データを用いて、モデル学習装置７２が多層化ネットワークなどの第２モデルを学習させる。

次に、図１０で生成した学習モデルの利用時について図１１を参照して説明する。
画質判定処理用の学習済みモデルの利用時には、撮像したＭＲデータを第１学習済みモデルに入力することで、第１学習済みモデルにより画質判定処理が行われ、判定結果が出力される。

再収集パルスシーケンスの選択処理用のモデル学習においては、第１学習済みモデルから出力された判定結果と、検索に関する時間とが第２学習済みモデルに入力されることで、第２学習済みモデルにより再収集パルスシーケンスの選択処理が行われ、再収集パルスシーケンスと撮像条件とが出力される。
なお、第２学習済みモデルに入力される画質の判定結果は、第１学習済みモデルから出力される判定結果に限らず、上述した画質判定処理を一般的な方法により実現することで得られる判定結果でもよい。

また、検査経過時間との兼ね合いにより、再撮像を要するイメージングに対応する撮像を行わず、次のイメージングに対応する撮像を実行する場合、または、再選択された再収集パルスシーケンスによっては所望の画質を満たすＭＲ画像を撮像できない場合もありうる。この場合は、システム制御機能１３１１が、ＭＲ画像を撮像できない旨のテキスト、または所望の画質を満たさないＭＲ画像が生成される旨のテキストをＭＲ画像の付帯情報として追加してもよい。当該テキストがディスプレイ１２７に出力されてもよい。

さらには、付帯情報に加えてまたは付帯情報に代えて、検査室の検査状況を取得できる場合、ユーザに対してさらに検査時間を確保するようなメッセージを提示してもよい。具体的には、例えば処理回路１３１が院内ネットワーク（図示せず）から検査室の空き状況を取得し、当該検査の直後の時間帯に空きが存在すれば、当該メッセージを表示すればよい。

なお、学習済みモデルの生成において学習データが不足する場合も想定される。よって、デフォルトの再収集パルスシーケンス順を定めたイメージングリストが用いられてもよい。これにより、フォールバックとしてデフォルトのパルスシーケンスを用いることができる。

なお、図２に示すステップＳ２０５，ステップＳ２０８およびステップＳ２０９の処理が繰り返される場合、ステップＳ２０５の画質判定処理においては、複数の基準（閾値）を設けられ、再収集シーケンスの選択が行われるごとに、画質の基準を下げることで他のパルスシーケンスの選択を許容することになる。
学習済みモデルを用いた複数の基準による画質判定処理の一例について図１２を参照して説明する。

学習済みモデルの出力は、類似度である。出力される類似度が画質要求レベルごとに設けられた複数のレイヤ（本実施形態では、レイヤ１からレイヤ４までの４段階）に入力される。各レイヤでは、類似度が画質要求レベル以上であれば「１」、画質要求レベル未満であれば「０」を出力する。また、レイヤ１からレイヤ４の順に、要求される画質が高く設定されるとする。例えば、初期シーケンスでは、レイヤ４の画質要求レベルを満たさなければ、再撮像を実行すると判定される。

再収集パルスシーケンスでは、レイヤ４の画質要求レベルを満たさずとも、レイヤ３までの画質要求レベルは満たせば、再撮像が成功したと判定され、レイヤ３の画質要求レベルを満たさなければ、もう一度、別の再収集パルスシーケンスを用いて再撮像すると判定される。

ワークフローの観点から、図２に示すフローチャートの処理は、ユーザが磁気共鳴イメージング装置１に撮像開始を指示する（例えば、スタートボタンを押下する）ことで、自動的に実行されるように制御される。なお、システム制御機能１３１１により処理回路１３１は、再収集パルスシーケンスの選択処理、撮像条件の設定処理、および再収集パルスシーケンスに従ったＭＲデータの収集処理を自動実行するか、撮像条件の設定処理までは自動実行し、実際撮像する際に手動で撮像条件を変更可能とする半自動実行するかを切り換えてもよい。

以上に示した本実施形態によれば、取得したＭＲデータに基づく画像の画質が基準を満たさない場合に、単純なリトライではない、撮像が失敗したパルスシーケンスに代えて、再収集パルスシーケンスを選択する。また、少なくとも再収集パルスシーケンスの選択処理を学習済みモデルに従って行うことで、技師の技量に依存することなく、さらに技師の負担を軽減しつつ、磁気共鳴イメージング装置によって自動的かつ一定の品質でＭＲ画像を撮像することができる。
加えて、実施形態に係る各機能は、前記処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに前記手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することも可能である。

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。

１ 磁気共鳴イメージング装置
７０ 学習データ保管装置
７２ モデル学習装置
１０１ 静磁場磁石
１０３ 傾斜磁場コイル
１０５ 傾斜磁場電源
１０７ 寝台
１０９ 寝台制御回路
１１１ ボア
１１３ 送信コイル
１１５ 送信回路
１１７ 受信コイル
１１９ 受信回路
１２１ シーケンス制御回路
１２３ バス
１２５ インタフェース
１２７ ディスプレイ
１２９ 記憶装置
１３１ 処理回路
３０１ エコー信号（スタートアップエコー信号）
４０１，４０２ エコー信号
５００ イメージングリスト
５０１ イメージング
５０２ シーケンス候補
６００ テーブル
６０１ 原因
６０２ シーケンス選択順
１０７１ 天板
１３１１ システム制御機能
１３１３ 画像生成機能
１３１５ 取得機能
１３１７ 決定機能
１３１９ 画質判定機能
１３２１ 選択機能
１３２３ レポート作成機能

Claims (17)

1. 複数種類のイメージングに対し、それぞれのパルスシーケンスに従い磁気共鳴データを収集する収集部と、
   前記磁気共鳴データに基づき画質を判定する判定部と、
   前記画質が基準を満たさないと判定された場合、前記基準を満たさないイメージングごとに、前記イメージングの種類を変えずに前記パルスシーケンスとはシーケンスの種類および撮像条件の少なくとも一方が異なる再収集パルスシーケンスを選択する選択部と、
   を備えた磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記選択部は、検査に関する時間と磁気共鳴データとが入力され、前記再収集パルスシーケンスを出力するモデルに従い、処理対象の磁気共鳴データから前記再収集パルスシーケンスを決定する請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記選択部は、磁気共鳴データが入力され、当該磁気共鳴データに基づき生成される画像の画質の判定結果を出力する第１モデルに従い、処理対象の磁気共鳴データから画質の判定結果を生成する請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記選択部は、画質の判定結果と検査に関する時間とが入力され、再収集パルスシーケンスを出力する第２モデルに従い、画質の判定結果から再収集パルスシーケンスを決定する請求項１または請求項３に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 画像のコントラストの強調法に関するイメージングは、複数のパルスシーケンス候補が対応付けられ、
   前記パルスシーケンスおよび前記再収集パルスシーケンスは、前記複数のパルスシーケンス候補から選択される請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記磁気共鳴データは、複数のイメージングを含むイメージングリストに従って収集され、
   前記選択部は、イメージングに関し再撮像が発生した場合、検査可能時間の残り時間に基づき、前記イメージングリストに含まれる未取得のイメージングに関するパルスシーケンスを、前記複数のパルスシーケンス候補から再選択する請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記選択部は、前記再収集パルスシーケンスに従い収集された磁気共鳴データに基づいて判定された画質が基準を満たさない場合、他のイメージングで想定される撮像時間と検査可能時間の残り時間とに基づき、前記複数のパルスシーケンス候補の中から新たな再収集パルスシーケンスを選択する請求項５または請求項６に記載の磁気共鳴イメージング装置。
8. 前記再収集パルスシーケンスは、前記パルスシーケンスよりも撮像時間が短い請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
9. 前記再収集パルスシーケンスは、前記パルスシーケンスよりもモーションアーチファクトの影響が少ない請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
10. 前記再収集パルスシーケンスは、前記パルスシーケンスとは異なる中心周波数を用いる請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
11. 前記再収集パルスシーケンスは、寝台移動とともに実行される請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
12. 前記再収集パルスシーケンスは、前記パルスシーケンスよりも撮像視野が大きい請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
13. 前記パルスシーケンスおよび前記再収集パルスシーケンスは、前記画質を判定するためのキャリブレーション信号の収集を含む請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
14. 前記キャリブレーション信号は、励起パルスまたはプリパルスの印加直後のエコー信号、または、励起パルスまたはプリパルスが印加される直前のエコー信号である請求項１３に記載の磁気共鳴イメージング装置。
15. 前記選択部は、磁場の補正に関する補正マップを再撮像するためのパルスシーケンスを再収集パルスシーケンスとして選択する請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
16. 前記再収集パルスシーケンスの選択処理、前記撮像条件の設定処理、および前記再収集パルスシーケンスに従った前記磁気共鳴データの収集処理を自動実行するか、前記選択処理および前設定処理を自動実行し、前記収集処理を実行する前に手動で前記撮像条件を設定可能とするかの切り換えを制御する制御部をさらに具備する請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
17. 前記磁気共鳴データ収集後、検査結果に関するレポートを生成する生成部をさらに具備する請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
    

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