JP7320421B2 - 磁気共鳴イメージング装置、及び、自動撮像位置設定方法 - Google Patents
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Description
本実施形態は、検査部位が肩関節である場合の自動位置決め処理の実施形態である。ここでは、撮像断面として、肩関節を中心として、上腕骨を含む三断面を自動設定する場合を説明する。
本実施形態においても装置の構成は、図1及び図2に示す構成と同様であり、また基本的な処理の流れは図3と同様である。本実施形態における計算機110(演算部20及び制御部30)の自動位置決めに関する詳細な構成を図5に示す。図5において、図1に示す要素と同じ要素は同じ符号で示し、重複する説明は省略する。
撮像制御部310の制御のもと、撮像部10は1回目のスカウト撮像を実行し、スカウト画像を取得する。この実施形態では、対象領域を選択して二次元撮像を行い、1ないし複数のスライスのAX画像を取得するものとする。
<<S62-1:一次元投影画像作成>>
左右判定部210は、スカウト撮像で取得したAX画像を入力とし、まず、それを体軸の左右軸に対応するx軸に投影した一次元投影画像を作成する。AX画像が複数のスライスデータからなる場合には、複数のスライスデータをそれぞれx軸に投影して得られる一次元投影画像を加算して、左右判定のための一次元投影画像とする。
次いで左右判定部210は、一次元投影画像から検査部位が右肩か左肩かを判定する。例えば、右肩関節を検査する場合、受信用RFコイルは右肩に装着されており、その状態で取得した画像は、図7(a)に示すように、右肩からの信号値が高く、それ以外の領域からの信号値は低い。即ち画像の左右方向(x軸方向)において信号値に偏りがある。これを利用して、一次元投影像(図7(b))のx方向の信号の偏りから左右判定を行う。具体的には、信号値に閾値STを設定し、信号値S(x)が閾値STより高くなる位置(x)の平均値mA(位置の平均値)を算出する。閾値STは、例えば、判別分析法等の手法により算出する。或いは単純に最大値と最小値との中央値を閾値としてもよい。
mB=Σ(wi×xi)/N
N:信号強度S(x)が閾値STより低くなる位置(x)の総数
wi=S(xi)/{ΣS(xi)/N}
左右判定後、特徴抽出部230は、1回目のスカウト画像(AX画像)を用いて、対象となる部位、ここでは肩関節、の特徴的な構造の探索と特徴抽出を行う。この探索の範囲は、例えば、左右判定により信号値が閾値より高いと判断された領域とする。
このステップでは、まず、物体抽出部233が、Adaptive boosting法など公知の物体抽出方法を用いて、上腕骨の関節面を探索する。Adaptive boosting法は、図8に示すように、比較的簡易な機械学習アルゴリズムを用いた物体抽出法の一つであり、入力データxの特徴量から、各識別器h1(x)~hN(x)にて正解か否かを判定し、最終的な判別を弱識別器の重み付き多数決で決定する。学習の過程で、入力データxと予め正解と不正解の分かっている出力データyを用いて、正解と不正解をもっとも精度よく分離する各各識別器の重みα1~αNを算出する。上腕骨の関節面画像を抽出したい場合には、複数の画像から関節面画像を抽出して正解データとし、他断面の画像や上腕骨面の画像を黒塗りするなどして上腕骨の特徴を失わせた画像を不正解データとして用いる。さらに学習用のデータとして、元画像を-45度~45度まで5度間隔で回転させた画像など角度を異ならせた画像も加えてもよい。
上腕骨関節面の複数の候補から、マッチング処理部231は、上腕関節面の位置及び肩甲骨と上腕骨とを結ぶラインの傾きを算出する。
具体的には図9(a)、(b)に示すように、マッチング処理によって肩甲骨の両端部(関節唇)の位置を特定し、これを囲む領域を関節面の位置801とする。また肩甲骨と上腕骨とを結ぶラインL1のテンプレートに対する傾きを求める。
さらに、対称線検出部235が、肩甲骨と上腕骨とを結ぶラインL1に沿って、ラインL1に垂直な対称線L3を検出し、上腕骨の中心位置を算出する。
断面位置算出部250は、以上のステップS63で得られた上腕骨関節面の位置801や上腕骨の中心位置802をもとに、2回目のスカウト撮像における推奨撮像位置を算出する。具体的には、上腕骨の中心位置802が中心となるように推奨アキシャル面(AX面)を算出する。また肩甲骨と上腕骨とを結ぶラインL1に平行なコロナル面(オブリークCOR面)と、それに垂直なサジタル面(オブリークSAG面)をそれぞれ2回目スカウト撮像の推奨撮像位置とする。オブリークCOR面とオブリークSAG面については、上腕骨の中心位置802を含む面を中心スライスとして、それぞれ複数のスライス面を設定する。なお各断面のFOVやスライス数は、予め設定された撮像条件により設定されている。
表示制御部330は、撮像断面決定部200が決定した推奨断面をディスプレイ111に表示する。推奨断面の表示方法は特に限定されないが、例えば、図9(c)に示すように、1回目のスカウトAX画像の上に、2回目のスカウト撮像位置として、肩甲骨と上腕骨を結ぶ線L1に平行な複数のCOR面の位置、肩甲骨と上腕骨を結ぶ線L1に垂直な複数のSAG面の位置、上腕骨の中心位置802を中心とするAX面の位置をそれぞれ提示する。ユーザーは、提示された推奨撮像断面で問題がないかを確認し、2回目のスカウト撮像に進むことができる。また表示制御部330は、推奨撮像位置の表示とともにユーザー調整を受付けるGUI等のユーザーインターフェイスを表示してもよく、その場合、ユーザーはユーザーインターフェイスを介して推奨撮像位置の調整を行うことができる。以上のステップS61~S65により(図6A)、2回目のスカウト撮像の位置の自動設定が完了する。
撮像制御部310は、ユーザーからの2回目のスカウト撮像開始の指示を受けて、スカウト撮像を開始する。撮像部10は、2回目のスカウト撮像では、上記ステップS64で決定された各撮像断面(AX面、オブリークCOR面、オブリークSAG面)、或いはユーザーによる位置調整後の撮像断面の位置で撮像を行い、スカウト画像を取得する。
撮像断面決定部200は、2回目のスカウト撮像で取得した画像(AX画像、オブリークSAG画像、及び、オブリークCOR画像)を用いて、本撮像における撮像断面位置の算出を行う。本実施形態では、本撮像の撮像断面位置は、上腕骨の関節面を画像の中心として、AX面は上腕骨の方向に対し垂直な面となり、SAG面及びCOR面は上腕骨の方向が画像の一つの軸(縦軸)となるように三断面を決定する。
このため、まず2回目のスカウト撮像のAX画像を入力として、ステップS63-2と同様に、マッチング処理により、図11(a)に示すように、上腕骨関節面の位置811を特定するとともに、肩甲骨と上腕骨とを結ぶラインL11の傾きαを算出する。さらに、対称線抽出処理により、L11に垂直な対称線L33を抽出し、L11と対称線L33との交点である上腕骨の中心812を算出する。ラインL11に垂直な面と上腕骨の中心位置812の情報は、次のステップS67-2においてSAG面のMPR画像を作成する際の位置情報として用いられる。
次に複数のスライスデータからなるオブリークSAG画像から図4に示したようにMPR画像を作成する。SAG面のMPR画像は、ステップS67-1で得られた情報を用い、上腕骨の中心位置を通り、肩甲骨と上腕骨を結ぶラインに垂直な平面とする。これにより、図11(b)に示すようなSAGのMPR画像が作成される。このMPR画像において、さらに上腕骨の傾き(MPR画像上の上腕骨の傾き)βを求める。上腕骨の傾きβを求める処理は、図10を用いて説明した対称線の抽出処理と同様である。即ち、上腕骨の形状に合わせてサイズが予め定められたROI(ROIA、ROIB)を画像上に設定し、所定の検索範囲でROIを移動しながら且つ各位置でのROIの角度を変更しながら、それぞれの位置及び角度で、ROI内の画像とその左右反転画像との一致度を算出し、一致度が最大となる位置及び角度を求める。この位置と角度のときの左右二つのROIA及びROIBの中心線を対称線とし、この対称線の角度を上腕骨の傾きβとする。
次に、ステップS67-2で求めた対称線の角度βと位置及びステップS67-1で算出した肩甲骨と上腕骨とを結ぶラインL11の傾きαを用いて、2回目のスカウト撮像で得られたオブリークCOR画像からMPR画像を作成する。このMPR画像もSAG面のMPR画像と同様に、図11(c)に示すように、上腕骨の関節面中心を通り、肩甲骨と上腕骨を結ぶラインL11及び上腕骨の傾きβに平行な平面のMPR画像を作成する。上腕骨の傾きβの情報は、上述したオブリークSAG面画像の対称線抽出処理において求められている。ついで作成したCOR面のMPR画像から、このCOR面における上腕骨関節面の中心位置813と傾きγを算出する。この処理は、上述した対称線抽出処理と同様に行うことができる。即ち上腕骨について対称線を抽出し、抽出した対称線と直交する方向の傾きを、上腕骨関節面の傾きγとする。あるいは,マッチング処理にて上腕骨関節面の位置および傾きγを算出する方法もある。
断面位置算出部250は、ステップS67-1~ステップS67-3で求めた上腕骨関節面の位置813及び上腕骨の傾き(β、γ)をもとにアキシャル面、サジタル面、コロナル面の撮像位置を算出する。具体的には、アキシャル面の撮像位置は、図12(a)に示すように、上腕骨関節面を画像の中心とし、肩甲骨と上腕骨を結ぶラインL11と垂直な方向に上腕骨の傾きβに相当する角度だけ傾き、上腕骨中心を中心としてラインL11の方向に沿って、傾きγに相当する角度だけ傾いたオブリークAX面となる。
表示制御部330は、以上の処理によって決定した本撮像の撮像位置を表示装置に表示させる。撮像位置の表示例は、例えば図12(a)~(c)に示したように、2回目のAX面スカウト画像、SAG面のMPR画像、及びCOR面のMPR画像の上に、撮像位置を四角い枠線で囲って示すことができる。ユーザーは、本撮像で取得す画像の位置や範囲を確認することができる。また枠線をユーザーが変更可能なGUIとしてもよく、これによりユーザーは枠線の位置や大きさを変えることで撮像位置の調整を行うことができる。
上記の実施例では,2回目のスカウト撮像でAX画像、SAG画像、COR画像を取得する例について説明したが、AX画像は1回目に撮像しているため、2回目の撮像においては省略することもできる。これによって、より短い計測時間で撮像位置の自動設定が完了できる。
本実施形態は、検査部位が膝関節である場合の自動位置決め処理の実施形態である。ここでは、関節面の中心位置を画像の中心とし、AX面は大腿骨及び脛骨とほぼ垂直な面、COR面及びSAG面は大腿骨及び脛骨の方向とほぼ平行な面、となるように本撮像の断面位置を決定する。
本実施形態においても装置の構成は、実施形態1と同様であり、以下、実施形態1と異なる点を中心に、図14を参照して説明する。図14は、本実施形態の自動位置決め処理を示すフローである。
<S81、S82:左右判定>
撮像制御部310の制御のもと、一次元計測のスカウト撮像を行った後(S81)、左右判定部210は、一次元投影像(例えば図7(b)に示したようなグラフ)を入力として、検査部位が右膝か左膝かの判定を行う(S82)。本実施形態では、スカウト撮像で一次元データが得られるので、投影処理は不要である。左右の判定方法は実施形態1と同様に左右の軸に相当するx方向の信号値の強度の偏りから判定する。
断面位置算出部250は、左右判定部210の判定結果に基づき、左右どちらかに中心を合わせた2回目のスカウト撮像における推奨撮像位置(AX面の位置)を決定する(S83)。2回目のスカウト撮像の撮像位置としては、例えば、一次元プロファイルから算出した信号強度S(x)が閾値より高くなる位置xの平均値m A の位置をFOVの中心とするAX面を設定する。
撮像制御部310は設定された位置で、まずAX画像(複数のスライスのAX画像)、それぞれ直交するCOR画像(複数のスライスのCOR画像)、SAG画像(複数のスライスのSAG画像)を取得する(S84)。本撮像用のCOR面の設定のため、ステップS82のスカウト撮像で取得したAX画像を入力として、マッチング処理により、図15(a)に示すように、内側顆と外側顆とを結ぶラインL4の傾き(θ4)を算出する(マッチング処理部231の処理)。
断面位置算出部250は、ステップS84で得た内側顆と外側顆とを結ぶラインL4の傾き(θ4)、及びステップS86で得た大腿骨及び脛骨の傾き(θ5、θ6)を用いて本撮像の撮像位置を算出し、提示する(S88)。例えば、本撮像の各断面は、関節面の中心位置が画像の中心となるように設定され、AX面については、内側顆と外側顆とを結ぶラインL4と画像の横軸とが平行になり、且つ大腿骨の傾きと脛骨の傾きとを平均化した傾きに対し直交する面となるように設定される。SAG面については、画像の縦軸が大腿骨の傾きと脛骨の傾きとの平均傾きと平行になり、且つ内側顆と外側顆とを結ぶラインL4の方向と直交する面となるように設定される。COR面については、大腿骨の傾きと脛骨の傾きとの平均と平行であって、且つ内側顆と外側顆とを結ぶラインL4と平行な面に設定される。
Claims (17)
- 核磁気共鳴を用いて被検体の断面の画像を取得する撮像部と、
撮像位置を決定するためのスカウト撮像、及び、診断用の画像を取得する本撮像を前記撮像部が行うよう制御する撮像制御部と、
前記スカウト撮像で取得したデータを用いて、前記本撮像の撮像断面位置を決定する撮像断面決定部と、を備え、
前記撮像制御部は、前記スカウト撮像として、1次元又は2次元の計測データを取得する第1計測、及び、2次元の計測データを取得する第2計測を実行する制御を行い、
前記撮像断面決定部は、前記第1計測で取得した計測データを用いて、前記被検体の左右を判定する左右判定部と、
前記左右判定部における判定結果と前記第1計測で取得した計測データとを用いて前記第2計測における断面位置を算出するとともに、前記第2計測で取得した計測データを用いて前記本撮像における断面位置を算出する断面位置算出部と、を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記左右判定部は、前記第1計測で取得した計測データの、前記被検体の左右方向に沿った一次元方向の信号値をもとに、左右の判定を行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記撮像制御部は、前記第1計測において、2次元の計測データを取得する制御を行い、
前記左右判定部は、前記第1計測で取得した前記2次元の計測データを前記被検体の左右方向に沿った一次元方向に投影した一次元データを作成し、当該一次元データを用いて左右の判定を行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項3に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記断面位置算出部は、前記第1計測で取得した一断面の計測データを用いて、前記一断面を含む複数断面について、前記第2計測における断面位置を算出することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記撮像制御部は、前記第1計測において、前記被検体の左右方向に沿った一次元方向をエコー信号の読み出し方向とするパルスシーケンスを実行して、1次元の計測データを取得する制御を行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項5に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記断面位置算出部は、前記左右判定部が前記第1計測で取得した一次元の計測データを用いて左右判定した結果に基づき、一断面について第2計測における断面位置を算出し、前記第2計測で取得した前記一断面の計測データを用いて、前記一断面以外の断面について前記第2計測における断面位置を算出することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記撮像断面決定部は、前記第1計測または前記第2計測で取得した計測データから検査対象組織の特徴を抽出する特徴抽出部をさらに備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項7に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記撮像断面決定部は、前記第2計測で取得した複数スライス分の計測データから、検査対象組織を含む1枚のスライスデータを切り出し、MPR画像を作成する画像切り出し部をさらに備え、
前記特徴抽出部は、前記画像切り出し部が作成したMPR画像から検査対象組織の特徴を抽出することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項7に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記特徴抽出部は、前記検査対象組織の特徴として、前記検査対象組織の位置及び傾きの少なくとも一方をマッチング処理により算出するマッチング処理部を備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項7に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記特徴抽出部は、前記検査対象組織の特徴として、機械学習アルゴリズムを用いて画像データから前記検査対象組織の位置を抽出する物体抽出部を備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項7に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記特徴抽出部は、前記検査対象組織について左右対称となる中心線とその傾きを算出する対称線検出部を備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記左右判定部が判定した結果及び/又は前記断面位置算出部が算出した断面位置を表示装置に表示させる表示制御部をさらに備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項12に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記表示制御部は、断面位置についてのユーザー変更を受付けるユーザーインターフェイスを備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 磁気共鳴イメージング装置を用いて撮像する際の撮像断面位置を自動設定する方法であって、
診断用画像を取得する本撮像に先立って、スカウト撮像の第1計測を実行し、1次元又は2次元の計測データを取得し、
前記第1計測で取得した計測データを用いて、被検体の左右を判定し、
前記左右判定における判定結果と前記第1計測で取得した計測データと用いて、スカウト撮像の第2計測における断面位置を算出し、当該断面位置にて前記第2計測を実行し、2次元の計測データを取得し、
前記第2計測で取得した2次元の計測データを用いて前記本撮像における断面位置を算出することを特徴とする自動撮像位置設定方法。 - 請求項14に記載の自動撮像位置設定方法であって、
前記第1計測で2次元の計測データを取得し、当該2次元の計測データを、前記被検体の左右方向に沿った一次元方向に投影した1次元データを作成し、
当該1次元データの信号強度をもとに前記被検体の左右を判定することを特徴とする自動撮像位置設定方法。 - 請求項15に記載の自動撮像位置設定方法であって、
前記第1計測で取得した一断面の2次元の計測データを用いて、前記第2計測における前記一断面を含む複数断面の断面位置を算出することを特徴とする自動撮像位置設定方法。 - 請求項14に記載の自動撮像位置設定方法であって、
前記第1計測で1次元の計測データを取得し、当該1次元の計測データの信号強度をもとに前記被検体の左右を判定することを特徴とする自動撮像位置設定方法。
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