JP7383509B2 - 医用画像データ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、医用画像データ処理装置に関する。
従来、磁気共鳴イメージング(Magnetic Resonance Imaging:MRI)装置等の画像診断装置によって、時間変化に伴い信号強度が変化する複数の医用画像データを収集し、当該複数の医用画像データのうち特定の撮像タイミングで収集された医用画像データから任意の時間分解能で画像を再構成する撮像法が知られている。
このような撮像法では、適切な撮像タイミング及び時間分解能で撮像を行うことが重要であるが、最適な撮像タイミング及び時間分解能を設定することは、必ずしも容易ではない。
特開2007-167664号公報
「EOB・プリモビスト造影MRI検査プロトコル」、[令和1年10月31日検索]、インターネット<https://radiology.bayer.jp/training/eob_protocol/>
本発明が解決しようとする課題は、最適な撮像タイミング及び時間分解能で撮像を行えるように操作者を支援することである。
実施形態に係る医用画像データ処理装置は、取得部と、提示部と、再構成部とを備える。取得部は、時間変化に伴い信号強度が変化する複数の医用画像データを取得する。提示部は、前記複数の医用画像データが収集された期間のうち、前記医用画像データから再構成される画像を特徴付ける時間範囲又は当該時間範囲を定めるための基準値を操作者に提示する。再構成部は、前記時間範囲又は前記基準値に基づいて、前記医用画像データから画像を再構成する。
図1は、本実施形態に係るMRI装置の構成例を示す図である。 図2は、本実施形態に係るMRI装置によって行われる撮像方法の処理手順を示すフローチャートである。 図3は、本実施形態に係る提示機能によって行われる時間範囲の設定方法の一例を示す図である。 図4は、本実施形態に係る提示機能によって行われる時間範囲の設定方法の一例を示す図である。 図5は、本実施形態に係る提示機能によって行われる時間期間の設定方法の他の一例を示す図である。 図6は、本実施形態に係る提示機能によって行われる時間範囲の変更方法の一例を示す図である。 図7は、本実施形態に係る提示機能によって行われる時間範囲の変更方法の他の一例を示す図である。
以下、図面を参照しながら、本願に係る医用画像データ処理装置の実施形態について詳細に説明する。なお、以下では、本願に係る医用画像データ処理装置をMRI装置に適用した場合の例を説明する。
図1は、本実施形態に係るMRI装置の構成例を示す図である。
例えば、図1に示すように、MRI装置100は、静磁場磁石1、傾斜磁場コイル2、傾斜磁場電源3、全身用RFコイル4、局所用RFコイル5、送信回路6、受信回路7、RF(Radio Frequency)シールド8、架台9、寝台10、インタフェース11、ディスプレイ12、記憶回路13、及び処理回路14~16を備える。
静磁場磁石1は、被検体Sが配置される撮像空間に静磁場を発生させる。具体的には、静磁場磁石1は、中空の略円筒状(中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む)に形成されており、その内周側に形成された撮像空間に静磁場を発生させる。例えば、静磁場磁石1は、超伝導磁石や永久磁石等である。ここでいう超伝導磁石は、例えば、液体ヘリウム等の冷却剤が充填された容器と、当該容器に浸漬された超伝導コイルとから構成される。
傾斜磁場コイル2は、静磁場磁石1の内側に配置されており、被検体Sが配置される撮像空間に傾斜磁場を発生させる。具体的には、傾斜磁場コイル2は、中空の略円筒状(中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む)に形成されており、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸それぞれに対応するXコイル、Yコイル及びZコイルを有している。Xコイル、Yコイル及びZコイルは、傾斜磁場電源3から供給される電流に基づいて、各軸方向に沿って線形に変化する傾斜磁場を撮像空間に発生させる。ここで、Z軸は、静磁場磁石1によって発生する静磁場の磁束に沿うように設定される。また、X軸は、Z軸に直交する水平方向に沿うように設定され、Y軸は、Z軸に直交する鉛直方向に沿うように設定される。これにより、X軸、Y軸及びZ軸は、MRI装置100に固有の装置座標系を構成する。
傾斜磁場電源3は、傾斜磁場コイル2に電流を供給することで、撮像空間に傾斜磁場を発生させる。具体的には、傾斜磁場電源3は、傾斜磁場コイル2のXコイル、Yコイル及びZコイルに個別に電流を供給することで、互いに直交するリードアウト方向、位相エンコード方向及びスライス方向それぞれに沿って線形に変化する傾斜磁場を撮像空間に発生させる。なお、以下では、リードアウト方向に沿った傾斜磁場をリードアウト傾斜磁場と呼び、位相エンコード方向に沿った傾斜磁場を位相エンコード傾斜磁場と呼び、スライス方向に沿った傾斜磁場をスライス傾斜磁場と呼ぶ。
ここで、リードアウト傾斜磁場、位相エンコード傾斜磁場及びスライス傾斜磁場は、それぞれ静磁場磁石1によって発生する静磁場に重畳されることで、被検体Sから発生する磁気共鳴信号に空間的な位置情報を付与する。具体的には、リードアウト傾斜磁場は、リードアウト方向の位置に応じて磁気共鳴信号の周波数を変化させることで、リードアウト方向に沿った位置情報を磁気共鳴信号に付与する。また、位相エンコード傾斜磁場は、位相エンコード方向に沿って磁気共鳴信号の位相を変化させることで、位相エンコード方向に沿った位置情報を磁気共鳴信号に付与する。また、スライス傾斜磁場は、スライス方向に沿った位置情報を磁気共鳴信号に付与する。例えば、スライス傾斜磁場は、撮像領域がスライス領域(2D撮像)の場合には、スライス領域の方向、厚さ及び枚数を決めるために用いられ、撮像領域がボリューム領域(3D撮像)の場合には、スライス方向の位置に応じて磁気共鳴信号の位相を変化させるために用いられる。これにより、リードアウト方向に沿った軸、位相エンコード方向に沿った軸、及びスライス方向に沿った軸は、撮像の対象となるスライス領域又はボリューム領域を規定するための論理座標系を構成する。
全身用RFコイル4は、傾斜磁場コイル2の内周側に配置されており、撮像空間に配置された被検体SにRF磁場を印加し、当該RF磁場の影響によって被検体Sから発生する磁気共鳴信号を受信する。具体的には、全身用RFコイル4は、中空の略円筒状(中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む)に形成されており、送信回路6から供給されるRFパルス信号に基づいて、その内周側に位置する撮像空間に配置された被検体SにRF磁場を印加する。また、全身用RFコイル4は、RF磁場の影響によって被検体Sから発生する磁気共鳴信号を受信し、受信した磁気共鳴信号を受信回路7へ出力する。
局所用RFコイル5は、被検体Sから発生した磁気共鳴信号を受信する。具体的には、局所用RFコイル5は、被検体Sの部位ごとに用意されており、被検体Sの撮像が行われる際に、撮像対象の部位の表面近傍に配置される。そして、局所用RFコイル5は、全身用RFコイル4によって印加されたRF磁場の影響によって被検体Sから発生した磁気共鳴信号を受信し、受信した磁気共鳴信号を受信回路7へ出力する。なお、局所用RFコイル5は、被検体SにRF磁場を印加する機能をさらに有していてもよい。その場合には、局所用RFコイル5は、送信回路6に接続され、送信回路6から供給されるRFパルス信号に基づいて、被検体SにRF磁場を印加する。例えば、局所用RFコイル5は、サーフェスコイルや、複数のサーフェスコイルをコイルエレメントとして組み合わせて構成されたフェーズドアレイコイルである。
送信回路6は、静磁場中に置かれた対象原子核に固有のラーモア周波数に対応するRFパルス信号を全身用RFコイル4に出力する。具体的には、送信回路6は、パルス発生器、RF発生器、変調器、及び増幅器を有する。パルス発生器は、RFパルス信号の波形を生成する。RF発生器は、共鳴周波数のRF信号を発生する。変調器は、RF発生器によって発生したRF信号の振幅をパルス発生器によって発生した波形で変調することで、RFパルス信号を生成する。増幅器は、変調器によって生成されたRFパルス信号を増幅して全身用RFコイル4に出力する。
受信回路7は、全身用RFコイル4又は局所用RFコイル5から出力される磁気共鳴信号に基づいて磁気共鳴データを生成し、生成した磁気共鳴データを処理回路15に出力する。例えば、受信回路7は、選択器、前段増幅器、位相検波器、及び、A/D(Analog/Digital)変換器を備える。選択器は、全身用RFコイル4又は局所用RFコイル5から出力される磁気共鳴信号を選択的に入力する。前段増幅器は、選択器から出力される磁気共鳴信号を電力増幅する。位相検波器は、前段増幅器から出力される磁気共鳴信号の位相を検波する。A/D変換器は、位相検波器から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換することで磁気共鳴データを生成し、生成した磁気共鳴データを処理回路15に出力する。なお、ここで、受信回路7が行うものとして説明した各処理は、必ずしも全ての処理が受信回路7で行われる必要はなく、全身用RFコイル4又は局所用RFコイル5で一部の処理(例えば、A/D変換器による処理等)が行われてもよい。
RFシールド8は、傾斜磁場コイル2と全身用RFコイル4との間に配置されており、全身用RFコイル4によって発生するRF磁場から傾斜磁場コイル2を遮蔽する。具体的には、RFシールド8は、中空の略円筒状(円筒の中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む)に形成されており、傾斜磁場コイル2の内周側の空間に、全身用RFコイル4の外周面を覆うように配置されている。
架台9は、略円筒状(中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む)に形成された中空のボア9aを有し、静磁場磁石1、傾斜磁場コイル2、全身用RFコイル4、及びRFシールド8を収容している。具体的には、架台9は、ボア9aの外周側に全身用RFコイル4を配置し、全身用RFコイル4の外周側にRFシールド8を配置し、RFシールド8の外周側に傾斜磁場コイル2を配置し、傾斜磁場コイル2の外周側に静磁場磁石1を配置した状態で、それぞれを収容している。ここで、架台9が有するボア9a内の空間が、撮像時に被検体Sが配置される撮像空間となる。
寝台10は、被検体Sが載置される天板10aを備え、被検体Sの撮像が行われる際に、被検体Sが載置された天板10aを撮像空間に移動する。例えば、寝台10は、天板10aの長手方向が静磁場磁石1の中心軸と平行になるように設置されている。
なお、ここでは、MRI装置100が、静磁場磁石1、傾斜磁場コイル2及び全身用RFコイル4それぞれが略円筒状に形成された、いわゆるトンネル型の構造を有する場合の例を説明するが、実施形態はこれに限られない。例えば、MRI装置100は、被検体Sが配置される撮像空間を挟んで対向するように一対の静磁場磁石、一対の傾斜磁場コイル及び一対のRFコイルを配置した、いわゆるオープン型の構造を有していてもよい。このようなオープン型の構造では、一対の静磁場磁石、一対の傾斜磁場コイル及び一対のRFコイルによって挟まれた空間が、トンネル型の構造におけるボアに相当する。
インタフェース11は、操作者から各種指示及び各種情報の入力操作を受け付ける。具体的には、インタフェース11は、処理回路17に接続されており、操作者から受け取った入力操作を電気信号へ変換して処理回路17に出力する。例えば、インタフェース11は、撮像条件や関心領域(Region Of Interest:ROI)の設定等を行うためのトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ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体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回路、及び音声入力回路等によって実現される。なお、本明細書において、インタフェース11は、マウス、キーボード等の物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置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、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路もインタフェース11の例に含まれる。
ディスプレイ12は、各種情報及び各種画像を表示する。具体的には、ディスプレイ12は、処理回路17に接続されており、処理回路17から送られる各種情報及び各種画像のデータを表示用の電気信号に変換して出力する。例えば、ディスプレイ12は、液晶モニタやCRTモニタ、タッチパネル等によって実現される。
記憶回路13は、各種データ及び各種プログラムを記憶する。具体的には、記憶回路13は、処理回路14~17に接続されており、各処理回路によって入出力される各種データ及び各種プログラムを記憶する。例えば、記憶回路13は、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子やハードディスク、光ディスク等によって実現される。
処理回路14は、寝台制御機能14aを有する。寝台制御機能14aは、制御用の電気信号を寝台10へ出力することで、寝台10の動作を制御する。例えば、寝台制御機能14aは、インタフェース11を介して、天板10aを長手方向、上下方向又は左右方向へ移動させる指示を操作者から受け付け、受け付けた指示に従って天板10aを移動するように、寝台10が有する天板10aの移動機構を動作させる。
処理回路15は、収集機能15aを有する。収集機能15aは、各種のパルスシーケンスを実行することで、k空間データを収集する。具体的には、収集機能15aは、処理回路17から出力されるシーケンス実行データに従って傾斜磁場電源3、送信回路6及び受信回路7を駆動することで、各種のパルスシーケンスを実行する。ここで、シーケンス実行データは、パルスシーケンスを表すデータであり、傾斜磁場電源3が傾斜磁場コイル2に電流を供給するタイミング及び供給する電流の強さ、送信回路6が全身用RFコイル4に高周波パルス信号を供給するタイミング及び供給する高周波パルスの強さ、受信回路7が磁気共鳴信号をサンプリングするタイミング等を規定した情報である。そして、収集機能15aは、パルスシーケンスを実行した結果として受信回路7から出力される磁気共鳴データを受信し、記憶回路13に記憶させる。このとき、記憶回路13に記憶される磁気共鳴データは、前述したリードアウト傾斜磁場、位相エンコード傾斜磁場、及びスライス傾斜磁場によってリードアウト方向、フェーズアウト方向及びスライス方向の各方向に沿った位置情報が付与されることで、2次元又は3次元のk空間を表すk空間データとして記憶される。
処理回路16は、再構成機能16aを有する。再構成機能16aは、処理回路15によって収集されたk空間データから画像を再構成する。具体的には、再構成機能16aは、処理回路15によって収集されたk空間データを記憶回路13から読み出し、読み出したk空間データにフーリエ変換等の再構成処理を施すことで、2次元又は3次元の画像を生成する。そして、再構成機能16aは、生成した画像を記憶回路13に記憶させる。
処理回路17は、撮像制御機能17aを有する。撮像制御機能17aは、MRI装置100が有する各構成要素を制御することで、MRI装置100の全体制御を行う。具体的には、撮像制御機能17aは、操作者から各種指示及び各種情報の入力操作を受け付けるためのGUI(Graphical User Interface)をディスプレイ12に表示し、インタフェース11を介して受け付けられた入力操作に応じて、MRI装置100が有する各構成要素を制御する。例えば、撮像制御機能17aは、操作者によって入力された撮像条件に基づいてシーケンス実行データを生成し、生成したシーケンス実行データを処理回路15に出力することで、k空間データを収集させる。また、例えば、撮像制御機能17aは、処理回路16を制御することで、処理回路15によって収集されたk空間データから画像を再構成させる。また、例えば、撮像制御機能17aは、操作者からの要求に応じて、記憶回路13から画像を読み出し、読み出した画像をディスプレイ12に表示させる。
以上、本実施形態に係るMRI装置100の構成例について説明した。このような構成のもと、本実施形態に係るMRI装置100は、時間変化に伴い信号強度が変化する複数のk空間データを収集し、当該複数のk空間データのうち特定の撮像タイミングで収集されたk空間データから任意の時間分解能で画像を再構成する撮像法を行う機能を有する。
このような撮像法では、適切な撮像タイミング及び時間分解能で撮像を行うことが重要であるが、最適な撮像タイミング及び時間分解能を設定することは、必ずしも容易ではない。
例えば、このような撮像法を用いた撮像の一例として、造影MRIによる肝臓ダイナミック撮像がある。ここで、造影MRIは、被検体に造影剤を投与した後に、当該造影剤によって時間変化に伴い信号強度が変化する複数のk空間データを収集する撮像法であり、一般的に、肝臓ダイナミック撮像では、ガドキセト酸ナトリウム(Gd-EOB-DTPA)が造影剤として用いられ、動脈相、門脈相及び後期相と呼ばれる複数の異なる撮像タイミングでk空間データが収集される。
この肝臓ダイナミック撮像において、例えば、動脈相は20秒後、門脈相は60秒後、後期相は180秒後というように、造影剤が被検体に投与されてからの固定の時間で各相の撮像タイミングを設定する方法がある。しかしながら、造影剤が肝臓に達するまでの時間は被検体ごとに異なるため、この方法では、実際の撮像タイミングが意図したタイミングからずれてしまい、意図した画像が得られない場合がある。
また、別の方法として、例えば、高時間分解能動画撮像によって、動脈相、門脈相及び後期相を含む期間の動画像(時系列画像)を撮像する方法がある。しかしながら、この方法では、時間分解能を優先するために各相に対応する画像の空間分解能が十分でないことが多く、検査や診断等に適した空間分解能の画像が得られない場合がある。
このようなことから、本実施形態に係るMRI装置100は、最適な撮像タイミング及び時間分解能で撮像を行えるように操作者を支援するための機能を有する。
具体的には、処理回路17が、取得機能17bと、提示機能17cとを有する。取得機能17bは、時間変化に伴い信号強度が変化する複数のk空間データを取得する。また、提示機能17cは、当該複数のk空間データが収集された期間のうち、k空間データから再構成される画像を特徴付ける時間範囲を操作者に提示する。そして、処理回路16の再構成機能16aが、操作者に提示された時間範囲に基づいて、k空間データから画像を再構成する。
ここで、取得機能17bは、取得部の一例である。また、提示機能17cは、提示部の一例である。また、再構成機能16aは、再構成部の一例である。また、k空間データは、医用画像データの一例である。
このような構成によれば、複数のk空間データが収集された期間のうち、k空間データから再構成される画像を特徴付ける時間範囲を操作者に提示することによって、最適な撮像タイミング及び時間分解能で撮像を行えるように操作者を支援することができる。
以下、本実施形態に係るMRI装置100の構成について、詳細に説明する。なお、以下では、造影MRIによる肝臓ダイナミック撮像が行われる場合を例に挙げて説明する。
図2は、本実施形態に係るMRI装置100によって行われる撮像方法の処理手順を示すフローチャートである。
例えば、図2に示すように、本実施形態では、撮像制御機能17aが、操作者から撮像を開始する指示を受け付けた場合に(ステップS101,Yes)、以下の処理を開始させる。
まず、収集機能15aが、時間変化に伴い信号強度が変化する複数のk空間データを収集する(ステップS102)。
例えば、収集機能15aは、造影MRIによって、被検体に造影剤が投与された後に、肝臓を撮像対象として、少なくとも動脈相、門脈相及び後期相を含む期間のk空間データを時系列に連続して収集する。
このとき、時系列に連続するk空間データを収集する方法としては、公知の各種の収集方法を用いることができる。例えば、2Dラジアル収集、3Dラジアル収集、2Dカルテシアン収集、3Dカルテシアン収集、2Dスパイラル収集、3Dスパイラル収集、stack-of-stars等の一つ、又は、複数の組み合わせを用いることができる。
また、このとき、取得機能17bは、造影剤を投与する推奨タイミングを操作者に通知してもよい。例えば、取得機能17bは、操作者によって撮像を開始する指示が行われてから所定の時間が経過したタイミングで、造影剤を投与することを推奨するメッセージをディスプレイ12に表示してもよいし、音声で出力してもよい。
続いて、取得機能17bが、収集機能15aによって収集された時間変化に伴い信号強度が変化する複数のk空間データを取得する(ステップS103)。
具体的には、取得機能17bは、収集機能15aによって収集された複数のk空間データを記憶回路13から読み出すことで、当該複数のk空間データを取得する。
ここで、例えば、再構成機能16aが、取得機能17bによって取得された複数のk空間から高時間分解能の動画像(時系列画像)を再構成して、ディスプレイ12に表示させてもよい。この場合に、動画像を再構成する方法としては、公知の各種の再構成方法を用いることができる。例えば、時系列に連続するk空間データから所定のリードアウト数ごとに動画像のフレームを再構成する方法、連続するフレーム間で一部のk空間データを共有させながら各フレームの画像を再構成するビューシェアリング法、さらにCNN(Convolutional Neural Network)、CS(Compressed Sensing)等を用いてフレーム間のデノイズを行う方法等の一つ、又は、複数の組み合わせを用いることができる。
続いて、提示機能17cが、取得機能17bによって取得された複数のk空間データが収集された期間のうち、k空間データから再構成される画像を特徴付ける時間範囲を設定する(ステップS104)。
例えば、提示機能17cは、複数のk空間データに基づいて、動脈相、門脈相及び後期相のそれぞれについて、各相のin点(開始点)及びout点(終了点)を設定する。ここで、動脈相、門脈相及び後期相は、それぞれ、k空間データから再構成される画像を特徴付ける時間範囲の一例である。
このとき、複数のk空間データに基づいてin点及びout点を設定する方法としては、様々な方法を用いることができる。
例えば、提示機能17cは、複数のk空間データから画像を再構成する処理と、再構成された画像から所定の臓器領域をセグメンテーションする処理と、セグメンテーションされた臓器領域における輝度値の時間方向の推移を示す曲線を導出する処理と、導出された曲線からin点及びout点を導出する処理とを順に行うことで、in点及びout点を設定する。
ここで、提示機能17cは、これらの処理をそれぞれ個別の処理として行ってもよいし、連続する二つ以上の処理を一つにまとめた複合的な処理として行ってもよい。そして、これらの個別の処理及び複合的な処理は、いずれも、公知の各種の手法を用いて、又は、DNN(Deep Neural Network)やSVM(Support Vector Machine)等の各種の機械学習によって作成された学習済み関数を用いて行うことができる。
図3及び4は、本実施形態に係る提示機能17cによって行われる時間範囲の設定方法の一例を示す図である。
例えば、図3に示すように、提示機能17cは、再構成機能16aを制御して複数のk空間データから高時間分解能の動画像(時系列画像)を再構成し、DNN等の機械学習によって学習されたセグメンテーション方法を用いて、再構成された動画像から肝臓領域、脾臓領域及び大動脈領域をセグメンテーションする。なお、このとき、提示機能17cは、前述したように再構成機能16aによって表示用の高時間分解の動画像が既に再構成されている場合には、新たに動画像を再構成するのではなく、既に再構成されている動画像を用いてもよい。
ここで、提示機能17cによって用いられる学習済み関数は、例えば、動画像に含まれる複数の画像と、当該複数の画像に含まれる各臓器領域とを学習用データとした機械学習によって予め作成される。これにより、例えば、学習済み関数として、動画像に含まれる複数の画像を入力し、入力した複数の画像に含まれる各臓器領域を出力する関数が作成される。
または、例えば、提示機能17cは、再構成機能16aを制御して複数のk空間データの全て又は一部の期間のk空間データから一つの静止画像を再構成し、DNN等の機械学習によって学習されたセグメンテーション方法を用いて、再構成された静止画像から肝臓領域、脾臓領域及び大動脈領域をセグメンテーションしてもよい。
ここで、提示機能17cによって用いられる学習済み関数は、例えば、静止画像と、当該静止画像に含まれる各臓器領域とを学習用データとした機械学習によって予め作成される。これにより、例えば、学習済み関数として、静止画像を入力し、入力した静止画像に含まれる各臓器領域を出力する関数が作成される。
そして、例えば、図4に示すように、提示機能17cは、動画像又は静止画像からセグメンテーションされた肝臓領域、脾臓領域及び大動脈領域のそれぞれについて、各臓器領域における輝度値の時間方向の推移を示す推定造影カーブを導出する。
このとき、例えば、提示機能17cは、各臓器領域における輝度値の代表値を用いて、当該代表値の時間方向の推移を示す曲線を推定造影カーブとして導出してもよい。ここで、代表値としては、例えば、平均値やメディアン、分散、標準偏差等が用いられる。
その後、提示機能17cは、肝臓、脾臓及び大動脈のそれぞれについて、導出された推定造影カーブからin点及びout点を導出する。
例えば、提示機能17cは、肝臓領域、脾臓領域及び大動脈領域のそれぞれについて、DNN等の機械学習によって作成された学習済み関数を用いて、推定造影カーブからin点及びout点を導出する。
ここで、提示機能17cによって用いられる学習済み関数は、例えば、推定造影カーブを表す時間近傍点列と、当該推定造影カーブに対して設定される動脈相、門脈相及び後期相それぞれのin点及びout点とを学習用データとし、各点の時刻が各境界時刻(in点及びout点)より前(prev)か後(after)かを判別する機械学習によって予め作成される。これにより、例えば、学習済み関数として、推定造影カーブを表す時間近傍点列を入力し、動脈相、門脈相及び後期相それぞれについて、入力した推定造影カーブにおけるprev/afterの変化位置を出力する関数が作成される。
図5は、本実施形態に係る提示機能17cによって行われる時間期間の設定方法の他の一例を示す図である。
例えば、図5に示すように、提示機能17cは、DNN等の機械学習によって作成された学習済み関数を用いて、再構成機能16aによって再構成された高時間分解能の動画像(時系列画像)から、直接、in点及びout点を導出してもよい。
ここで、提示機能17cによって用いられる学習済み関数は、ある対象時刻を中心とした高時間分解能の画像群(対象時刻±1、対象時刻±1、対象時刻±2、対象時刻±4、対象時刻±8・・・等)と、当該画像群に対して設定される動脈相、門脈相及び後期相それぞれのin点及びout点とを学習用データとし、各画像の時刻が各境界時刻(in点及びout点)より前(prev)か後(after)かを判別する機械学習によって予め作成される。これにより、例えば、学習済み関数として、高時間分解能の動画像(時系列画像)に含まれる画像群を入力し、動脈相、門脈相及び後期相それぞれについて、入力した動画像におけるprev/afterの変化位置を出力する関数が作成される。ここで、例えば、学習済み関数は、動脈相、門脈相及び後期相それぞれのin点及びout点について、prev/afterの変化位置を6要素の0~1ベクトルとして出力する。
図2に戻り、続いて、再構成機能16aが、提示機能17cによって設定された時間範囲に基づいて、k空間データから画像を再構成する(ステップS105)。
例えば、再構成機能16aは、提示機能17cによって設定されたin点及びout点に基づいて、動脈相の画像、門脈相の画像及び後期相の画像を再構成する。
このとき、k空間データから各時間範囲の画像を再構成する方法としては、様々な方法を用いることができる。
例えば、再構成機能16aは、単純に、in点からout点までの範囲内のk空間データを用いて画像を再構成してもよい(第1の方法)。または、例えば、再構成機能16aは、in点からout点までの範囲内のk空間データに高い重みを与えながら、さらにin点より前のk空間データ及びout点より後のk空間データも用いて、KWIC(Keyword In Context)等のビューシェアリング法に基づく再構成によって画像を再構成してもよい(第2の方法)。または、例えば、再構成機能16aは、圧縮センシング(Compressed Sensing:CS)、ディープラーニング(Deep Learning:DL)、iGRASP(iterative Golden-angle Radial Sparse Parallel)、XD-GRASP(eXtra-Dimensional Golden-angle Radial Sparse Parallel)等によって、in点からout点までの範囲を含む動画像を再構成し、当該動画像に含まれるin点からout点までの範囲内の画像を用いてもよい(第3の方法)。
なお、例えば、再構成機能16aは、動脈相、門脈相及び後期相それぞれの画像を第1~第3の方法のうちの異なる方法で再構成してもよい。また、例えば、再構成機能16aは、動脈相、門脈相及び後期相それぞれのin点からout点までの間隔に応じて、各時間範囲の画像を再構成する方法を切り替えてもよい。この場合に、例えば、再構成機能16aは、in点からout点までの間隔が十分に長い場合は、第1の方法を用いて画像を再構成するように、画像を再構成する方法を切り替えてもよい。
続いて、提示機能17cが、再構成機能16aによって再構成された画像を操作者に提示する(ステップS106)。
例えば、提示機能17cは、再構成機能16aによって再構成された動脈相の画像、門脈相の画像及び後期相の画像をディスプレイ12に表示する。
このとき、例えば、提示機能17cは、3つの画像を、再構成されものから順次表示してもよいし、全ての画像が再構成された時点で同時に表示してもよい。また、例えば、提示機能17cは、3つの画像の全てを表示してもよいし、3つの画像のうち、優先されるいずれか一つ又は二つの画像のみを表示してもよい。また、このとき、例えば、提示機能17cは、前述した推定造影カーブやセグメンテーション後の画像を記憶回路13に保存するようにしてもよい。
そして、提示機能17cは、提示した画像を了承する指示、又は、了承せずに時間範囲を変更する指示を操作者から受け付ける(ステップS107)。
ここで、画像を了承する指示を受け付けた場合には(ステップS107,Yes)、提示機能17cは、撮像を終了する。
一方、時間範囲を変更する指示を受け付けた場合には(ステップS107,No)、提示機能17cは、複数のk空間データにおける輝度値の経時的な変化を示す情報とともに、その時点で設定されている時間範囲を操作者に提示する(ステップS108)。そして、提示機能17cは、提示した輝度値の経時的な変化を示す情報に基づいて、時間範囲を変更する指示を操作者から受け付ける(ステップS109)。
なお、このとき、例えば、提示機能17cは、その時点で提示されている画像を非表示にしてもよいし、表示したままとしてもよい。
例えば、提示機能17cは、輝度値の経時的な変化を示す情報として、複数のk空間データから再構成された複数の時系列の画像を提示し、当該時系列の画像の中から操作者に画像を選択させることで、時間範囲を変更する指示を受け付ける。
図6は、本実施形態に係る提示機能17cによって行われる時間範囲の変更方法の一例を示す図である。
例えば、図6に示すように、提示機能17cは、動脈相、門脈相及び後期相それぞれについて、再構成機能16aによって再構成された高時間分解能の動画像(時系列画像)のうち、その時点でin点として設定されている時刻の画像及びその前後の所定数の画像を含むin点選択用の画像群と、その時点でout点として設定されている時刻の画像及びその前後の所定数の画像を含むout点選択用の画像群とをディスプレイ12に表示する。
このとき、例えば、提示機能17cは、in点選択用の画像群の中で、その時点でin点として設定されている時刻の画像の位置にマーカ(図6に示す左側の矢印状の図形)を表示し、同様に、out点選択用の画像群の中で、その時点でout点として設定されている時刻の画像の位置にマーカ(図6に示す右側の矢印状の図形)を表示する。
そして、提示機能17cは、動脈相、門脈相及び後期相それぞれについて、in点選択用の画像群からいずれか一つの画像を操作者に選択させることで、in点を変更する指示を受け付け、同様に、out点選択用の画像群からいずれか一つの画像を操作者に選択させることで、out点を変更する指示を受け付ける。例えば、提示機能17cは、各画像群上で操作者にマーカを移動させることによって、画像を選択させる。
または、例えば、提示機能17cは、輝度値の経時的な変化を示す情報として、時間方向における輝度値の推移を示す曲線を提示し、当該曲線上で時間方向の位置を操作者に指定させることで、時間範囲を変更する指示を受け付けてもよい。
図7は、本実施形態に係る提示機能17cによって行われる時間範囲の変更方法の他の一例を示す図である。
例えば、図7に示すように、提示機能17cは、動脈相、門脈相及び後期相それぞれについて、前述した推定造影カーブをディスプレイ12に表示する。
このとき、例えば、提示機能17cは、推定造影カーブ上で、その時点でin点として設定されている時刻の位置にマーカ(図7に示す左側の矢印状の図形)を表示し、同様に、その時点でout点として設定されている時刻の位置にマーカ(図7に示す右側の矢印状の図形)を表示する。
そして、提示機能17cは、動脈相、門脈相及び後期相それぞれについて、推定造影カーブ上でin点及びout点とする時刻の位置をそれぞれ指定させることで、in点及びout点を変更する指示を受け付ける。例えば、提示機能17cは、各推定造影カーブ上で操作者にマーカを移動させることによって、in点及びout点とする時刻の位置を指定させる。
図2に戻り、続いて、再構成機能16aが、変更後の時間範囲に基づいて、k空間データから画像を再構成する(ステップS105)。そして、提示機能17cが、再構成された画像を操作者に提示して(ステップS106)、当該画像を了承する指示又は時間範囲を変更する指示を受け付ける(ステップS107)。
このように、本実施形態では、操作者によって時間範囲が変更されるごとに、再構成機能16aが、変更後の時間範囲に基づいて、k空間データから画像を再構成し、提示機能17cが、再構成された画像を操作者に提示して、当該画像を了承する指示又は時間範囲を変更する指示を受け付ける。そして、提示機能17cによって画像を了承する指示が受け付けられるまでの間は、操作者からの時間範囲を変更する指示に応じて、このような画像の再構成及び表示が繰り返し行われる。
以上、処理回路14~17が有する処理機能について説明したが、例えば、各処理回路は、プロセッサによって実現される。この場合に、各処理回路が有する処理機能は、例えば、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回路13に記憶される。そして、各処理回路は、記憶回路13から各プログラムを読み出して実行することで、各プログラムに対応する処理機能を実現する。換言すると、各プログラムを読み出した状態の各処理回路は、図1の各処理回路内に示された各機能を有することとなる。
例えば、図2に示した処理手順のうち、ステップS101の処理は、例えば、処理回路17が、撮像制御機能17aに対応する所定のプログラムを記憶回路13から読み出して実行することにより実現される。また、ステップS102の処理は、例えば、処理回路15が、収集機能15aに対応する所定のプログラムを記憶回路13から読み出して実行することにより実現される。また、ステップS103の処理は、例えば、処理回路17が、取得機能17bに対応する所定のプログラムを記憶回路13から読み出して実行することにより実現される。また、ステップS104及びS106~S109の処理は、例えば、処理回路17が、提示機能17cに対応する所定のプログラムを記憶回路13から読み出して実行することにより実現される。また、ステップS105の処理は、例えば、処理回路16が、再構成機能16aに対応する所定のプログラムを記憶回路13から読み出して実行することにより実現される。
なお、ここでは、単一のプロセッサによって各処理回路が実現されるものとして説明したが、実施形態はこれに限られず、複数の独立したプロセッサを組み合わせて各処理回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することによって各処理機能を実現するものとしてもよい。また、各処理回路が有する処理機能は、単一又は複数の処理回路に適宜に分散又は統合されて実現されてもよい。また、図1に示す例では、単一の記憶回路13が各処理機能に対応するプログラムを記憶するものとして説明したが、複数の記憶回路を分散して配置して、処理回路が個別の記憶回路から対応するプログラムを読み出す構成としても構わない。
上述したように、本実施形態では、取得機能17bが、時間変化に伴い信号強度が変化する複数のk空間データを取得する。また、提示機能17cが、当該複数のk空間データが収集された期間のうち、k空間データから再構成される画像を特徴付ける時間範囲を操作者に提示する。そして、再構成機能16aが、操作者に提示された時間範囲に基づいて、k空間データから画像を再構成する。
これにより、本実施形態では、複数のk空間データが収集された期間のうち、k空間データから再構成される画像を特徴付ける時間範囲を操作者に提示することによって、最適な撮像タイミング及び時間分解能で撮像を行えるように操作者を支援することができる。
また、本実施形態では、提示機能17cが、時間範囲を変更する指示を操作者から受け付ける。そして、再構成機能16aが、時間範囲が変更されるごとに、変更後の時間範囲に基づいて、k空間データから画像を再構成する。
これにより、本実施形態では、操作者が、再構成される画像を特徴付ける時間範囲を任意に変更することで、撮像タイミング及び時間分解能を適切に設定できるようになる。
また、本実施形態では、提示機能17cが、複数のk空間データにおける輝度値の経時的な変化を示す情報とともに時間範囲を提示し、当該輝度値の経時的な変化を示す情報に基づいて、時間範囲を変更する指示を操作者から受け付ける。
これにより、本実施形態では、操作者が、輝度値の経時的な変化を示す情報を見ながら、適切な撮像タイミング及び時間分解能を容易に設定できるようになる。
なお、上述した実施形態では、提示機能17cが、k空間データから再構成される画像を特徴付ける時間範囲を操作者に提示し、再構成機能16aが、操作者に提示された時間範囲又は基準値に基づいて、k空間データから画像を再構成する場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、時間範囲の代わりに、当該時間範囲を定めるための基準値が用いられてもよい。
この場合には、例えば、基準値として、基準となる時刻が用いられ、当該時刻から所定の時間だけ前の時刻がin点として設定され、当該時刻から所定の時間だけ後の時刻がout点として設定されてもよい。または、例えば、基準値として、in点とする時刻が用いられ、当該時刻から所定の時間だけ後の時刻がout点として設定されてもよい。または、これとは逆に、基準値として、out点とする時刻が用いられ、当該時刻から所定の時間だけ前の時刻がin点として設定されてもよい。
また、このように、基準値から時間範囲を定める場合には、例えば、造影MRIによる肝臓ダイナミック撮像において、動脈相、門脈相及び後期相とで、in点とout点との時間間隔を変えてもよい。この場合には、例えば、動脈相、門脈相及び後期相それぞれの時間間隔を操作者に指定させてもよいし、いずれか一つの相の時間間隔を操作者に指定させ、それに応じて他の相の時間間隔を設定してもよい。
また、上述した実施形態では、動画像又は静止画像から肝臓領域、脾臓領域及び大動脈領域の3つの臓器領域がセグメンテーションされ、それぞれについて推定造影カーブが導出される場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、これらの3つの臓器領域のうちのいずれか一つ又は二つがセグメンテーションされて、推定造影カーブが導出されてもよいし、他の臓器領域がセグメンテーションされて、推定造影カーブが導出されてもよい。
また、例えば、予め決められた臓器領域について推定造影カーブが導出されるのではなく、操作者によって指定された領域について推定造影カーブを導出するようにしてもよい。この場合には、例えば、提示機能17cが、k空間データから再構成された静止画像をディスプレイ12に表示し、当該静止画像上で操作者に関心領域(例えば、腫瘍があると見込まれる領域等)を指定させ、指定された関心領域について、推定造影カーブを導出してもよい。
また、上述した実施形態では、造影MRIによる肝臓ダイナミック撮像が行われる場合に、k空間データから再構成される画像を特徴付ける時間範囲として、動脈相、門脈相及び後期相の画像を再構成する場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、検査や診断の方式の違いによって、他の時間範囲の画像が必要となる場合でも、上述した撮像方法を同様に適用することができる。
また、上述した実施形態では、造影MRIによる肝臓ダイナミック撮像が行われる場合を例に挙げて説明したが、実施形態の例はこれに限られない。例えば、乳房等の他の臓器の撮像が行われる場合でも、上述した撮像方法を同様に適用することができる。
また、上述した各実施形態では、本明細書における再構成部を処理回路16の再構成機能16aによって実現する場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、本明細書における再構成部は、実施形態で述べた再構成機能16aによって実現する他にも、ハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、又は、ハードウェアとソフトウェアとの混合によって同機能を実現するものであっても構わない。
また、上述した説明で用いた「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)、及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、記憶回路に保存されたプログラムを読み出して実行することで、機能を実現する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成しても構わない。この場合は、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て実行することで機能を実現する。また、本実施形態のプロセッサは、単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて一つのプロセッサとして構成され、その機能を実現するようにしてもよい。
ここで、プロセッサによって実行されるプログラムは、ROM(Read Only Memory)や記憶回路等に予め組み込まれて提供される。なお、このプログラムは、これらの装置にインストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD(Compact Disk)-ROM、FD(Flexible Disk)、CD-R(Recordable)、DVD(Digital Versatile Disk)等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記録されて提供されてもよい。また、このプログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納され、ネットワーク経由でダウンロードされることにより提供又は配布されてもよい。例えば、このプログラムは、上述した各機能部を含むモジュールで構成される。実際のハードウェアとしては、CPUが、ROM等の記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、各モジュールが主記憶装置上にロードされて、主記憶装置上に生成される。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、適切な撮像タイミング及び時間分解能で撮像を行うことができる。
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。これらの実施形態は、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。
100 MRI装置
16 処理回路
16a 再構成機能
17 処理回路
17b 取得機能
17c 提示機能

Claims (8)

  1. 時間変化に伴い信号強度が変化する複数の医用画像データを取得する取得部と、
    前記複数の医用画像データから再構成された時系列画像から複数の臓器領域をセグメンテーションし、当該複数の臓器領域それぞれにおける輝度値の時間方向の推移に基づいて、前記複数の医用画像データが収集された期間のうち、前記医用画像データから再構成される画像を特徴付ける時間範囲又は当該時間範囲を定めるための基準値を操作者に提示する提示部と、
    前記時間範囲又は前記基準値に基づいて、前記医用画像データから画像を再構成する再構成部と
    を備える、医用画像データ処理装置。
  2. 時間変化に伴い信号強度が変化する複数の医用画像データを取得する取得部と、
    前記複数の医用画像データが収集された期間のうち、前記医用画像データから再構成される画像を特徴付ける時間範囲又は当該時間範囲を定めるための基準値を、前記複数の医用画像データから再構成された複数の時系列画像のうちの前記時間範囲の開始点の画像及び終了点の画像を用いて操作者に提示する提示部と、
    前記時間範囲又は前記基準値に基づいて、前記医用画像データから画像を再構成する再構成部と
    を備える、医用画像データ処理装置。
  3. 前記提示部は、前記時間範囲又は基準値を変更する指示を前記操作者から受け付け、
    前記再構成部は、前記時間範囲又は前記基準値が変更されるごとに、変更後の時間範囲又は基準値に基づいて、前記医用画像データから画像を再構成する、
    請求項1又は2に記載の医用画像データ処理装置。
  4. 前記提示部は、
    前記複数の医用画像データにおける輝度値の経時的な変化を示す情報とともに前記時間範囲又は前記基準値を提示し、
    前記輝度値の経時的な変化を示す情報に基づいて、前記時間範囲又は前記基準値を変更する指示を前記操作者から受け付ける、
    請求項に記載の医用画像データ処理装置。
  5. 前記提示部は、
    記複数の医用画像データから再構成された前記複数の時系列画像を提示し、
    前記時系列画像の中から前記操作者に画像を選択させることで、前記時間範囲又は前記基準値を変更する指示を前記操作者から受け付け
    前記再構成部は、前記時間範囲又は前記基準値が変更されるごとに、変更後の時間範囲又は基準値に基づいて、前記医用画像データから画像を再構成する、
    請求項に記載の医用画像データ処理装置。
  6. 前記提示部は、
    記輝度値の時間方向推移を示す曲線を提示し、
    前記曲線上で前記時間方向の位置を前記操作者に指定させることで、前記時間範囲又は前記基準値を変更する指示を前記操作者から受け付け
    前記再構成部は、前記時間範囲又は前記基準値が変更されるごとに、変更後の時間範囲又は基準値に基づいて、前記医用画像データから画像を再構成する、
    請求項に記載の医用画像データ処理装置。
  7. 前記複数の医用画像データは、造影撮像によって収集されたk空間データである、
    請求項1~のいずれか一つに記載の医用画像データ処理装置。
  8. 前記k空間データは、造影MRIにより収集されている
    請求項に記載の医用画像データ処理装置。
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