JP7474498B2 - 画像処理装置、画像処理方法、及びプログラム - Google Patents

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特許法第３０条第２項適用 ウェブサイトの掲載日：令和２年７月１０日、ウェブサイトのアドレス：ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎｄａｉ．ｕｍｉｎ．ａｃ．ｊｐ／ｃｇｉ－ｏｐｅｎ－ｂｉｎ／ｈａｎｙｏｕ／ｌｏｏｋｕｐ／ｄｅｔａｉｌ．ｃｇｉ？ｃｏｎｄ＝％２７Ａ０００１８－０００６７－２０２１９％２７＆＆＆ｐａｒｍ＝ａ０００１８－０００６７
本発明は、画像処理装置、画像処理方法、及びプログラムに関する。
核磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）とは、静磁場内の被写体に特定の勾配磁場を印加することと特定のＲＦ（Radio Frequency）パルス（励起パルス）を照射し被写体内の特定原子を核磁気共鳴させることを組み合わせて、受信コイルに生じた誘導電流である核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を位置情報を含んだＭＲＩ信号として取得し、この信号から被写体の画像（例えば、二次元画像（即ち、断面画像）、三次元画像）を生成する方法である。
従来のＭＲＩでは、生体などの被写体内に豊富に存在する１Ｈ（プロトン）の在否に基づいて、適宜に緩和時間等に由来する輝度値としてコントラスト化を狙い、生体の断層画像を生成する。以下、１Ｈの核磁気共鳴現象を利用する磁気共鳴画像化方法を「１Ｈ－ＭＲＩ」という。しかし、診断精度の向上や研究対象の拡大を狙い、他のＮＭＲ原子核を標的とするＭＲＩ装置の開発が望まれている。例えば、生体内のナトリウムを可視化し、特に脳、心臓、そして腎臓に関連する病状を早期に発見することなどを期待し、２３Ｎａの核磁気共鳴現象を利用したＭＲＩ装置の開発の試みが始まっている。以下、２３Ｎａの核磁気共鳴現象を利用する磁気共鳴画像化方法を「２３Ｎａ－ＭＲＩ」という。「１Ｈ－ＭＲＩ」が形態可視化を得意とする一方で、「２３Ｎａ－ＭＲＩ」は機能画像を得意とする。
しかし、２３ＮａのＮＭＲ信号は１Ｈ（プロトン）のＮＭＲ信号に比べて、磁気回転比γが約４分の１であり、生体内でのＮａ濃度も低いことから、低感度であることが知られている。例えば、生理食塩水（０．９％ＮａＣｌ水溶液、２ｍｌ）について比較測定したところ、２３ＮａのＮＭＲ信号は１ＨのＮＭＲ信号の２００００分の１程度であった。
また、生体を含む多くの被写体で１Ｈ以外のＮＭＲ原子核の存在量が１Ｈに比べて少ないため、画像の取得に必要な信号強度を有するＭＲＩ信号を取得することが困難であった。
１９８６年にBoguskyらにより、ラットの腎臓を用いて２３Ｎａ－ＭＲＩの撮像が初めて行われ、その後も改良が重ねられてきた。しかし、上述した問題により撮像が簡単ではないため、２３Ｎａ－ＭＲＩを用いて腎臓を撮像した既報は多くない。
それでも２００４年から２００６年の間にMarilらにより、腎臓の生理学的な働きと画像所見について検討されている。ラットにて利尿薬投与、水腎症モデル、急性尿細管壊死、ヒトでの脱水状態における腎臓の撮像がなされ、それによる腎ネフロンの対向流増幅系の信号変化が報告されている（非特許文献１、２、３、４）。２３Ｎａ－ＭＲＩを用いて、ラットやヒトの腎臓を撮像した既報は散発的に見られるものの２３Ｎａ－ＭＲＩで移植腎、放射線照射後の腎臓を撮像した所見を提示する程度に留まっている。
近年では、腎臓の撮像ではないが、Titzeらによって、皮膚、筋肉の検討がなされている。Ｎａ＋の貯留が血液、骨の他、皮膚、筋肉に存在し、２型糖尿病患者、急性腎障害患者では、その蓄積が多いといった報告がなされている（非特許文献５、６、７、８）。
Maril N, Margalit R, Mispelter J, Degani H. Functional sodium magnetic resonance imaging of the intact rat kidney. Kidney Int. 2004;65(3):927-935. Maril N, Margalit R, Mispelter J, Degani H. Sodium magnetic resonance imaging of diuresis: spatial and kinetic response. Magn Reson Med. 2005;53(3):545-552. Maril N, Margalit R, Rosen S, Heyman SN, Degani H. Detection of evolving acute tubular necrosis with renal 23Na MRI: studies in rats. Kidney Int. 2006;69(4):765-768. Maril N, Rosen Y, Reynolds GH, Ivanishev A, Ngo L, Lenkinski RE. Sodium MRI of the human kidney at 3 Tesla. Magn Reson Med. 2006;56(6):1229-1234. Hammon M, Grossmann S, Linz P, et al. 3 Tesla (23)Na Magnetic Resonance Imaging During Acute Kidney Injury. Acad Radiol. 2017;24(9):1086-1093. Kopp C, Linz P, Maier C, et al. Elevated tissue sodium deposition in patients with type 2 diabetes on hemodialysis detected by (23)Na magnetic resonance imaging. Kidney Int. 2018;93(5):1191-1197. Zollner FG, Konstandin S, Lommen J, et al. Quantitative sodium MRI of kidney. NMR Biomed. 2016;29(2):197-205. Hammon M, Grossmann S, Linz P, et al. 3 Tesla (23)Na Magnetic Resonance Imaging During Acute Kidney Injury. Acad Radiol. 2017;24(9):1086-1093.
しかし、腎臓の病態生理の解明に向けた研究、また、腎臓の撮像で臨床応用に寄与する観点で２３Ｎａ－ＭＲＩの利用は図られていない。
以上を鑑み、本発明は、腎臓疾患と腎臓のＮａ＋との関係を定量的に示すことができる画像処理装置、画像処理方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
本発明の第１の観点に係る画像処理装置は、
対象の腎臓の１Ｈ－ＭＲＩ画像を取得する１Ｈ－ＭＲＩ画像取得部と、
前記腎臓の２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を取得する２３Ｎａ－ＭＲＩ画像取得部と、
前記１Ｈ－ＭＲＩ画像と前記２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を位置合わせして腎臓内のＮａ＋の分布位置を特定するフュージョン画像を生成するフュージョン画像生成部と、
前記 １ Ｈ－ＭＲＩ画像から対向流増幅系を形成する髄質領域の特徴的な部位を示す３次元領域を抽出し、前記３次元領域のうち前記 ２３ Ｎａ－ＭＲＩ画像の最も輝度値が高い領域を有するスライス断面を選択して、前記フュージョン画像の髄質における高輝度部分を中心とした関心領域を設定する関心領域設定部と、
前記関心領域の輝度値を求める輝度値計測部と、
を備えることを特徴とする。
本発明の第２の観点に係る画像処理装置は、
対象の腎臓に位置合わせして１Ｈ－ＭＲＩ及び２３Ｎａ－ＭＲＩによる撮像を行う撮像部と、
１Ｈ－ＭＲＩにより撮像された１Ｈ－ＭＲＩ画像を取得する１Ｈ－ＭＲＩ画像取得部と、
２３Ｎａ－ＭＲＩにより撮像された２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を取得する２３Ｎａ－ＭＲＩ画像取得部と、
前記 １ Ｈ－ＭＲＩ画像から対向流増幅系を形成する髄質領域の特徴的な部位を示す３次元領域を抽出し、前記３次元領域のうち前記 ２３ Ｎａ－ＭＲＩ画像の最も輝度値が高い領域を有するスライス断面を選択して、髄質における高輝度部分を中心とした関心領域を設定する関心領域設定部と、
前記関心領域の輝度値を求める輝度値計測部と、
を備えることを特徴とする。
本発明の第３の観点に係る画像処理方法は、
対象の腎臓の１Ｈ－ＭＲＩ画像を取得する１Ｈ－ＭＲＩ画像取得ステップと、
前記腎臓の２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を取得する２３Ｎａ－ＭＲＩ画像取得ステップと、
前記１Ｈ－ＭＲＩ画像と前記２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を位置合わせして腎臓内のＮａ＋の分布位置を特定するフュージョン画像を生成するフュージョン画像生成ステップと、
前記 １ Ｈ－ＭＲＩ画像から対向流増幅系を形成する髄質領域の特徴的な部位を示す３次元領域を抽出し、前記３次元領域のうち前記 ２３ Ｎａ－ＭＲＩ画像の最も輝度値が高い領域を有するスライス断面を選択して、前記フュージョン画像の髄質における高輝度部分を中心とした関心領域を設定する関心領域設定ステップと、
前記関心領域の輝度値を求める輝度値計測ステップと、
を備えることを特徴とする。
本発明の第４の観点に係る画像処理方法は、
対象の腎臓に位置合わせして１Ｈ－ＭＲＩ及び２３Ｎａ－ＭＲＩによる撮像を行う撮像ステップと、
１Ｈ－ＭＲＩにより撮像された１Ｈ－ＭＲＩ画像を取得する１Ｈ－ＭＲＩ画像取得ステップと、
２３Ｎａ－ＭＲＩにより撮像された２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を取得する２３Ｎａ－ＭＲＩ画像取得ステップと、
前記 １ Ｈ－ＭＲＩ画像から対向流増幅系を形成する髄質領域の特徴的な部位を示す３次元領域を抽出し、前記３次元領域のうち前記 ２３ Ｎａ－ＭＲＩ画像の最も輝度値が高い領域を有するスライス断面を選択して、髄質における高輝度部分を中心とした関心領域を設定する関心領域設定ステップと、
前記関心領域の輝度値を求める輝度値計測ステップと、
を備えることを特徴とする。
本発明の第５の観点に係るプログラムは、
コンピュータに、
対象の腎臓の１Ｈ－ＭＲＩ画像を取得する１Ｈ－ＭＲＩ画像取得ステップと、
前記腎臓の２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を取得する２３Ｎａ－ＭＲＩ画像取得ステップと、
前記１Ｈ－ＭＲＩ画像と前記２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を位置合わせして腎臓内のＮａ＋の分布位置を特定するフュージョン画像を生成するフュージョン画像生成ステップと、
前記 １ Ｈ－ＭＲＩ画像から対向流増幅系を形成する髄質領域の特徴的な部位を示す３次元領域を抽出し、前記３次元領域のうち前記 ２３ Ｎａ－ＭＲＩ画像の最も輝度値が高い領域を有するスライス断面を選択して、前記フュージョン画像の髄質における高輝度部分を中心とした関心領域を設定する関心領域設定ステップと、
前記関心領域の輝度値を求める輝度値計測ステップと、
を実行させることを特徴とする。
本発明の第６の観点に係るプログラムは、
コンピュータに、
対象の腎臓に位置合わせして１Ｈ－ＭＲＩ及び２３Ｎａ－ＭＲＩによる撮像を行う撮像ステップと、
１Ｈ－ＭＲＩにより撮像された１Ｈ－ＭＲＩ画像を取得する１Ｈ－ＭＲＩ画像取得ステップと、
２３Ｎａ－ＭＲＩにより撮像された２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を取得する２３Ｎａ－ＭＲＩ画像取得ステップと、
前記 １ Ｈ－ＭＲＩ画像から対向流増幅系を形成する髄質領域の特徴的な部位を示す３次元領域を抽出し、前記３次元領域のうち前記 ２３ Ｎａ－ＭＲＩ画像の最も輝度値が高い領域を有するスライス断面を選択して、髄質における高輝度部分を中心とした関心領域を設定する関心領域設定ステップと、
前記関心領域の輝度値を求める輝度値計測ステップと、
を実行させることを特徴とする。
本発明によれば、腎臓疾患と腎臓のＮａ＋との関係を定量的に示すことができる。
本発明の第１の実施形態に係る画像処理システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るＭＲＩ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る画像処理装置の制御部の機能的構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る撮像処理のフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る画像処理のフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る画像処理のフローチャートである。 １Ｈ－ＭＲＩ及び２３Ｎａ－ＭＲＩによる６週齢正常マウス（ｍ＋／ｍ＋）及び６週齢２型糖尿病モデルマウス（ｄｂ／ｄｂ）の腎臓の横断面画像である。 腎臓の髄質領域の高輝度部分を中心とした関心領域（ＲＯＩ）の最も高い輝度値を示すグラフである。 （ａ）は、６週齢正常マウス（ｍ＋／ｍ＋）における関心領域（ＲＯＩ）の輝度値の分布状態を示す図であり、（ｂ）は、６週齢２型糖尿病モデルマウス（ｄｂ／ｄｂ）における関心領域（ＲＯＩ）の輝度値の分布状態を示す図である。 （ａ）は、図１１（ａ）について単純化したイメージ図であり、（ｂ）は、図１１（ｂ）について単純化したイメージ図である。 ６週齢正常マウス（ｍ＋／ｍ＋）及び６週齢２型糖尿病モデルマウス（ｄｂ／ｄｂ）における腎臓の関心領域（ＲＯＩ）の高輝度値を中心とした尖度を示す図である。
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
画像処理システム１は、図１に示すように、ＭＲＩ装置１００と、画像処理装置２００とを備える。ＭＲＩ装置１００及び画像処理装置２００は、通信路２を介して互いに通信可能に接続される。通信路２は、ＬＡＮ（Local Area Network）に代表される情報ネットワークであってもよい。また、専用線であってもよいし、インターネットに代表される広域ネットワークであってもよい。ＭＲＩ装置１００は、１Ｈ－ＭＲＩによる撮像及び２３Ｎａ－ＭＲＩによる撮像が可能である。なお、複数台のＭＲＩ装置１００が通信路２に接続されてもよい。例えば一方が１Ｈ－ＭＲＩによる撮像が可能なＭＲＩ装置であり、他方が２３Ｎａ－ＭＲＩによる撮像が可能な異なるＭＲＩ装置が接続されてもよい。
（ＭＲＩ装置１００の構成）
ＭＲＩ装置１００は、図２に示すように、静磁場コイル１０と、勾配磁場発生部２０と、ＲＦパルス印加部３０と、受信部４０と、制御装置５０と、表示部６０と、操作部７０と、を備える。
静磁場コイル１０と、勾配磁場発生部２０が有する勾配磁場コイル２１と、ＲＦパルス印加部３０が有するＲＦ（Radio Frequency）コイル３１とは、例えば、同軸（Ｚ軸）を中心に配置されるとともに、図示しない筐体内に設けられている。
撮影対象である対象１１は、保持部１２により筐体内のボア１３（検査空間）内に保持される。例えば、対象１１がヒトであれば、保持部１２は寝台であってもよい。保持部１２は、例えば、ボア１３内で撮影部位に応じて対象１１を移動させる（例えば、水平移動、垂直移動、又は回転移動させる）、又は、ボア１３外からボア１３内に対象１１を移動させる搬送手段を備えてもよい。また、対象１１は、全体ではなく一部でもよく、例えば、ヒトの全身のみならず、その一部（例えば、頭部又は腹部など）でもよい。ＭＲＩ装置１００の形状、特に、ボア１３周辺の構造、例えば、勾配磁場コイル２１、ＲＦコイル３１は、対象１１の形状に最適化されていることが好ましい。
静磁場コイル１０は、ボア１３内の撮像領域において数ｐｐｍレベル以下での均一な静磁場（例えば、１．５テスラから２１テスラ）を形成する。例えば、静磁場コイル１０は、静磁場コイル１０の中心軸又は磁束の中心軸がボア１３内を（特に、ボア１３の中心軸を）通るように形成されてもよい。形成される静磁場は、概ねＺ方向に平行な水平磁場である。静磁場コイル１０は、例えば、超電導コイルや常電導コイルから構成され、図示しない静磁場コイル駆動部を介して、制御装置５０の制御の下で駆動される。なお、静磁場コイル１０は、制御装置５０と独立した制御系統によって駆動制御されてもよい。また、当該静磁場を発生させる構成としては、超電導コイルや常電導コイルに限られず、例えば、永久磁石（例えば、２テスラ以下）を用いてもよい。静磁場コイル１０は、静磁場均一度を補正するためのシムコイル群（図示せず）を有してもよく、こうしたシムコイル群によって静磁場をさらに均一にすることができる。なお、均一な静磁場を形成できるのであれば、静磁場コイル１０の代わりに、任意の静磁場形成部を採用できる。
勾配磁場発生部２０は、ボア１３内に画像化に必要な独立した３軸の勾配磁場を発生させるものであり、勾配磁場コイル２１と、勾配磁場コイル２１を駆動する勾配磁場コイル駆動部２２と、を有する。
勾配磁場コイル２１は、互いに直交する３軸方向（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）において、静磁場コイル１０によって形成された静磁場強度に勾配を持たせる勾配磁場を発生させる。このため、勾配磁場コイル２１は、３系統（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）のコイルを有する。互いに直交する３軸方向の勾配磁場は、それぞれ、撮像に用いられるパルスシークエンスに応じて、例えば、スライス軸方向のスライス勾配磁場、位相軸方向の位相エンコード勾配磁場、又は周波数軸方向の周波数エンコード勾配磁場として使用される。スライス勾配磁場は、スライス選択用の勾配磁場である。位相エンコード勾配磁場及び周波数エンコード勾配磁場は、共鳴元素の空間分布をエンコードして測定するための勾配磁場である。なお、一方向の勾配磁場が同じパルスシークエンス内で２個以上の役割を担当する場合もある。スライス勾配磁場を使用しない場合もある。
勾配磁場コイル駆動部２２は、制御装置５０の制御の下で、勾配磁場コイル２１に駆動信号を供給して勾配磁場を発生させる。勾配磁場コイル駆動部２２は、勾配磁場コイル２１が有する３系統のコイルに対応して、図示しない３系統の駆動回路を有する。
なお、図２では、紙面左右方向をＸ軸方向、紙面上下方向をＹ軸方向、紙面法線方向をＺ軸方向とし、上述の勾配磁場の勾配軸がこれらＸ、Ｙ、Ｚ軸に平行に印加されるものとして描いているが、３つの勾配磁場の勾配軸（例えば、スライス軸、位相軸、周波数軸）は、互いに直交性を保っていれば、上述のＸ、Ｙ、Ｚ軸に限定されず、これらの一部又は全てと一致しなくともよい。
ＲＦパルス印加部３０は、核磁気共鳴を発生させるためのＲＦパルスを対象１１に印加するためのものであり、ＲＦコイル３１と、ＲＦコイル３１を駆動するＲＦコイル駆動部３２と、を有する。
ＲＦコイル３１は、対象１１内の標的としているＮＭＲ原子核の核スピンを励起するための高周波磁場を静磁場空間に形成する。このように高周波磁場を形成することをＲＦパルスの印加又は送信とも言う。ＲＦコイル３１は、ＲＦパルスを送信する機能とともに、励起された核スピンによって生じる電磁波である核磁気共鳴（ＮＭＲ：Nuclear Magnetic Resonance）信号を受信する機能も有する。
ＲＦコイル３１は、１ＨからＮＭＲ信号を得られかつ励起ＲＦパルスを送信できる１Ｈ用送受信兼用ＲＦコイル及び２３ＮａからＮＭＲ信号を得られかつ励起ＲＦパルスを送信できる２３Ｎａ用送受信兼用ＲＦコイルを備える。
なお、ＭＲＩで測定される勾配磁場の印加などにより位置情報が付加されたＮＭＲ信号のことをＭＲＩ信号と言う。なお、ＲＦコイル３１の代わりに、ＲＦパルス送信用コイルと、ＭＲＩ信号受信用コイルとを別々に構成することもできる。
また、ＲＦコイル３１又はＲＦパルス送信用コイルは大きいことが、ＭＲＩ信号受信用コイルは小さいことが望ましく、必要最小限の大きさであることが望ましい。ＲＦコイル３１又はＲＦパルス送信用コイルは、小さいほど、励起パワーを小さく抑える（繰り返し回数を増やして比較的短時間で連続して印加される場合などのＲＦパルスの比吸収率（ＳＡＲ：Specific Absorption Rate）を下げる）ことができる。ＲＦコイル３１又はＲＦパルス受信用コイルは、小さいほど、不要な部分（例えば、対象１１において撮像しない部位）からのＭＲＩ信号を受け取らないようにすることができる。特に、繰り返し時間とエコー時間を短くできるように、これらの受信コイルの受信領域を狭くして、印加時間が長い選択励起パルスを不要にすることが望ましい。
ＲＦコイル駆動部３２は、制御装置５０の制御の下で、ＲＦコイル３１に駆動信号を供給してＲＦコイル３１を駆動する。具体的には、ＲＦコイル駆動部３２は、標的の原子の種類及び磁場強度で定まるラーモア周波数に対応するＲＦパルスを励起パルスとしてＲＦコイル３１に発生させる。励起パルスは、ハードパルス、ガウス型パルス、又は照射ＲＦの空間的不均一性を克服できる断熱（adiabatic型）パルスであってもよい。腎の撮像の場合は、信号対ノイズ比を向上させるためには、エコー時間（ＴＥ）を短くできるのでハードパルスを採用することが有力な選択肢である。また、いわゆるＴ１画像コントラストを生成するために核磁化を反転させる１８０°パルス（通称、Inversion Recoveryパルス）を前置してさらに待ち時間としてＩＲ時間の数ｍｓを配置してもよい。このことで特定のＴ１時間を持つ核磁化の信号を削減することができる（図示せず）。
ＲＦコイル３１は、撮像シークエンスごとに、励起パルスの送信感度ムラと，ＭＲＩ信号の受信感度ムラを発生する。例えば，ＲＦコイル３１の近傍では送信パルスは強く、ＲＦコイル３１の近傍では受信感度が高い。この送信側、受信側のそれぞれの感度ムラは、ＭＲＩの信号値の定量計測化に問題となってくるが、事前に感度ムラの分布（感度マップ）をシミュレーションあるいは実験で取得しておくことで、この感度ムラを撮像後に補正することができる。この感度マップはシークエンスごとに安定しているので、例えばナトリウムの分布を絶対値評価する場合には、ある1画素の分布位置とＮａ含有量が分かれば、画像全体を補正することができる。この原理を利用して、濃度の決まった生理食塩水を小試験管などに封入して基準点とするのである。なお、感度補正を行わずに、腎の対向流増幅系の信号変化を、被検体を入れ替えて計測しても、相対評価であれば、あるばらつきの範囲内で信頼性のあるデータとして扱うことはできる。
受信部（検出部）４０は、ＲＦコイル３１に接続され、ＲＦコイル３１が受信したＭＲＩ信号を検出する。受信部４０は、検出したＭＲＩ信号をデジタル変換して制御装置５０へと送信する。画像の再構成に必要なＭＲＩ信号の外側にある不要な信号は、受信部４０又は制御装置５０において、アナログ式又はデジタル式の周波数フィルタで除去されることが望ましい。例えば、アナログ式の周波数フィルタとして、急峻なバンドパスフィルタが用いられてもよい。
制御装置５０は、制御部５１と、記憶部５２と、を備え、例えば、ＭＲＩ装置１００の全体動作を制御するコンピュータや、ＲＦコイル駆動部３２や勾配磁場コイル駆動部２２をパルスシークエンスで駆動するシーケンサーから構成される。
制御部５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ(Field-Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等から構成され、記憶部５２に格納されている動作プログラムを実行して、ＭＲＩ装置１００の各部の動作を制御する。
記憶部５２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成され、必要に応じてＣＰＵを保持し、各種の動作プログラムのデータなどが予め記憶されている。記憶部５２のＲＡＭは、各種演算結果を示すデータや、判別結果を示すデータなどを一時的に記憶し、演算する。
制御部５１は、機能部として、パルス制御部５１ａと、画像生成部５１ｂとを備える。
パルス制御部５１ａは、ＲＦパルス、位相エンコード勾配磁場、及び周波数エンコード勾配磁場のパルスシークエンスを示すパルスシークエンスのデータに基づいて、勾配磁場発生部２０及びＲＦパルス印加部３０の駆動制御を行う。
画像生成部５１ｂは、受信部４０が収集したデジタル変換後のＭＲＩ信号のデータを記憶部５２に記憶する。当該データは、位相エンコード勾配磁場及び周波数エンコード勾配磁場の勾配により、３次元フーリエ空間（ｋ空間）を構成している。画像生成部５１ｂは、このｋ空間のデータを三次元逆フーリエ変換して対象１１の三次元画像を生成する。
表示部６０は、ｋ空間をスキャンしている最中のエコーピーク位置を確認できるＭＲＩ信号の強度を経時的に示した波形、画像生成部５１ｂが生成したＭＲＩ画像、及びその他の各種の情報を表示する。
操作部７０は、ユーザによる操作を受け付け、受け付けた操作に応じた操作信号を制御装置５０に供給する。例えば、ＭＲＩ装置１００は、ユーザが、操作部７０からの操作によって、パルスシークエンスのデータの入力などを行うことができるように構成される。通信部８０は、通信路２を介して画像処理装置２００との間で通信を行う。
ＲＦパルス印加部３０は、ＮＭＲ信号をリフェーズさせるための周波数エンコード勾配磁場の印加から信号取得時間の半分より前にエコーピークがくるようなパルスシークエンスを対象１１に印加する。受信部４０は、ＮＭＲ信号をリフェーズさせるための周波数エンコード勾配磁場の印加から信号取得時間経過までの全域に渡ってＮＭＲ信号を検出する。画像生成部５１ｂは、前述の全域に渡って検出されたＮＭＲ信号全体から画像を生成する。
したがって、ＭＲＩ装置１００では、大まかな画像輪郭情報を有するエコーピークを優先して信号を取り込むことができ、特に、２３ＮａをＭＲＩの標的とする場合、２３Ｎａの信号成分のうち、Ｔ２減衰時間が２～３ｍｓ以下の本当に速い信号成分を画像生成に使用できる。このため、低感度の原子を標的とした２３Ｎａ－ＭＲＩにおいても、好適にＭＲＩ画像を生成することができる。
（画像処理装置２００の構成）
画像処理装置２００は、図３に示すように、各種制御を行う制御部２１０と、データを記憶する記憶部２２０と、ＭＲＩ装置１００とデータを送受信するための通信部２３０と、外部機器とデータ通信を行う入出力部２４０と、関心領域の設定等を行う操作部２５０と、画像処理されたデータを表示する表示部２６０を備える。
制御部２１０は、画像処理装置２００全体の動作を制御する。ＣＰＵ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等から構成され、記憶部２２０に記憶されている動作プログラムを実行することにより、ＭＲＩ装置から受信した画像データの処理を実行する。
記憶部２２０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等から構成される。ＲＯＭは、制御部２１０が実行する各種動作プログラムを記憶する。ＲＡＭは、制御部２１０が実行する各種動作プログラム、これらの動作プログラムの実行に必要なデータ等を一時的に記憶するワークエリアとして機能する。また、記憶部２２０は、ＭＲＩ装置から受信した画像データ、画像データを処理したデータ、後述する所定の基準値のデータ等の記憶部としても機能する。
通信部２３０は、通信路２を介してＭＲＩ装置１００との間で通信を行う。 入出力部２４０は、外部機器との間でデータを送受信する入出力インタフェースである。
操作部２５０は、制御部２１０に種々の指示を入力する装置であり、例えば、ポインティングデバイスを備えたキーボード、マウスや、タッチパネル等を備える。
表示部２６０は、各種処理の実行結果の画面、操作画面等を表示する。例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）、有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ：Organic Electro Luminescent Display）等から構成される。
制御部２１０は、図４に示すように、機能的に、１Ｈ－ＭＲＩ画像を取得する１Ｈ－ＭＲＩ画像取得部２１１と、２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を取得する２３Ｎａ－ＭＲＩ画像取得部２１２と、１Ｈ－ＭＲＩ画像と２３Ｎａ－ＭＲＩ画像をフュージョンするフュージョン画像生成部２１３と、関心領域設定部（ＲＯＩ：Region Of Interest）であるＲＯＩ設定部２１４と、フュージョンされた２３Ｎａ－ＭＲＩ画像から輝度値を求める輝度値計測部２１５と、計測された輝度値を正規化する正規化部２１６と、計測されたＲＯＩにおける輝度値の統計量を算出する統計量算出部２１７と、算出された輝度値の統計量を所定の基準値と比較する比較部２１８と、を備える。正規化部２１６は必要に応じて、ＲＦコイル３１の感度ムラ補正を行う。
１Ｈ－ＭＲＩ画像取得部２１１は、ＭＲＩ装置１００から通信路２を通じて対象１１の腎臓を撮影した１Ｈ－ＭＲＩ画像の３次元ボリュームデータを取得する。取得された１Ｈ－ＭＲＩ画像は、記憶部２２０に記憶される。
２３Ｎａ－ＭＲＩ画像取得部２１２は、ＭＲＩ装置１００から通信路２を通じて１Ｈ－ＭＲＩ画像が撮影された同じ対象１１の同じ部位である腎臓の２３Ｎａ－ＭＲＩ画像の３次元ボリュームデータを取得する。取得された２３Ｎａ－ＭＲＩ画像は、記憶部２２０に記憶される。
フュージョン画像生成部２１３は、２３Ｎａ－ＭＲＩ画像取得部２１２で取得された２３Ｎａ－ＭＲＩ画像と１Ｈ－ＭＲＩ画像取得部２１１で取得された１Ｈ－ＭＲＩ画像をフュージョンしてフュージョン画像を生成する。１Ｈ－ＭＲＩでは主に生体の構造物を中心として可視化するが、２３Ｎａ－ＭＲＩでは構造的な変化を検出するというより、Ｎａ＋分布によって、機能の変化を検出しうるものと考えられる。したがって、２３Ｎａ－ＭＲＩ画像において、Ｎａ＋分布位置、すなわちＮａ＋分布の撮影の対象１１の解剖学的位置が明確でない。そこで生体の構造物の輪郭が明瞭に表示される１Ｈ－ＭＲＩ画像を２３Ｎａ－ＭＲＩ画像に位置合わせして表示することによりＮａ＋分布の撮影の対象１１の解剖学的位置が明確となる。
１Ｈ－ＭＲＩ画像と２３Ｎａ－ＭＲＩ画像をフュージョンする場合、例えば撮像装置に撮像位置を特定するセンサ等を設けて対象１１の位置情報を得て、これを画像とともに記憶しておき、記憶された位置情報に基づき画像の位置合わせを行うようにしてもよい。各画像から特徴的な部位を示す領域を抽出し、抽出した領域を基準にして位置合わせを行ってもよい。その他、一般的に知られた各種の画像の位置合わせの手法を用いることができる。
ＲＯＩ設定部２１４は、フュージョン画像から輝度信号を計測する関心領域（ＲＯＩ）を設定する。
腎臓内でのＮａ＋のハンドリングでは、水の効率的な再吸収が可能となる対向流増幅系といった機構が備わっており、皮質から髄質にかけてＮａ＋による浸透圧勾配が形成されている。腎髄質のヘンレループが形成する対向流が、下行脚と上行脚の間に生じる微小な浸透圧勾配を長軸方向に増幅し、皮質から髄質深部に向かって大きな浸透圧勾配を形成している。この系では、ヘンレループの先端の濾液は、高いＮａ＋濃度となっている。２３Ｎａ－ＭＲＩの腎臓の画像では、腎臓におけるＮａ＋の分布を表しているが、中でも特にこの対向流増幅系が高輝度に可視化されている。
１Ｈ－ＭＲＩ画像から腎臓の輪郭を明瞭に可視化しつつ、２３Ｎａ－ＭＲＩ画像から腎臓内のＮａ＋分布の位置関係を同定することにより、対向流増幅系を形成する髄質領域におけるＮａ＋分布を特定できる。
そこで、ＲＯＩは、対向流増幅系を形成する髄質領域の高輝度信号部分に設定される。設定は、１Ｈ－ＭＲＩ画像から対向流増幅系を形成する髄質領域の特徴的な部位を示す領域を抽出することによって行われる。また、ＲＯＩは機械学習することにより設定されるようにしてもよい。また、ユーザから入力されたＲＯＩの指定情報に応じてＲＯＩを設定してもよい。
輝度値計測部２１５は、ＲＯＩ設定部２１４により設定されたＲＯＩにおける２３Ｎａによる輝度値を計測する。この輝度値はＮａ＋の濃度を示しており、輝度値が高いほど高いＮａ＋の濃度を示している。必要に応じてスパイク状のノイズを除去する画像フィルタを適用する。
正規化部２１６は、計測された輝度値を正規化する。同じ部位であっても撮像対象の違いや撮影条件によって輝度値は変化する。
ここで、２３Ｎａ－ＭＲＩ画像の撮影時に、対象１１の背部に生理食塩水を配置して同時に撮影する。輝度値計測部２１５は、生理食塩水のＮａ＋による輝度値についても計測する。生理食塩水のＮａ＋の濃度は分かっているため、生理食塩水の輝度値を用いて、ＲＯＩから抽出された輝度値を正規化することによって補正する。これによって、Ｎａ＋の濃度が輝度値によって定量化される。必要に応じてスパイク状のノイズを除去する画像フィルタを適用する。また、正規化部２１６は必要に応じて、ＲＦコイル３１の感度ムラ補正、すなわち、感度ムラに応じた輝度値の補正を行う。ＭＲＩ装置１００は、予めシミュレーションあるいは実験により生成されたＲＦコイル３１の感度分布を示す感度マップを取得し、記憶部５２に記憶しておく。画像処理装置２００の制御部２１０は、ＭＲＩ画像とともに感度マップを取得する。あるいは画像処理装置２００は予め感度マップを記憶部２２０に記憶しておいてもよい。正規化部２１６は、取得した感度マップを用いて輝度値を補正する。これによって、感度ムラがある場合であっても、感度が均一化された輝度値を得ることができ、Ｎａ＋の濃度が輝度値によって定量化される。
統計量算出部２１７は、正規化されたＲＯＩにおける輝度値の統計量を算出し、対向流増幅系を形成する髄質領域におけるＮａ＋の濃度分布について定量的に示すことができる。
比較部２１８は、算出された輝度値の統計量を所定の基準値と比較し、比較結果を出力する。所定の基準値として、正常状態の髄質領域における２３Ｎａによる輝度値の統計量が予め記憶部２２０に記憶される。例えば、比較部２１８は、計測された正規化輝度値の統計量と所定の基準値を比較して表示する表やグラフを作成する。また、比較部２１８は、所定の基準値より高いか低いかを出力するものであってもよく、所定の基準値からどれだけ離れているかを出力するものであってもよい。
次に本実施の形態における画像処理システム１における画像処理について、図５及び図６を参照しつつ説明する。まず、ＭＲＩ装置１００による撮像処理について、図５を参照しつつ説明する。
（撮像処理）
撮像処理は、例えば、ユーザによる操作部７０から開始操作に応じて、制御部５１によって実行される。なお、画像生成処理の開始前には、保持部１２に載せられた対象１１は、ボア１３内にセッティングされているものとする。
撮像処理を開始すると、まず、制御部５１は、図示しない静磁場コイル駆動部を介して、静磁場コイル１０を駆動し、ボア１３内に均一な静磁場を形成する（ステップＳ１０１）。なお、画像生成処理の前に予めボア１３内に静磁場を形成しておいてもよい。静磁場の均一度は、対象１１の組成や形状の影響を受ける。そこで、静磁場コイル１０に静磁場均一度を補正するためのシムコイル群（図示せず）を設け、静磁場をさらに均一にすることとしてもよい。
次に、制御部５１は、パルスシークエンスに従って、勾配磁場発生部２０及びＲＦパルス印加部３０を駆動制御し（パルス印加工程）、受信部４０を介して対象１１のｋ空間のデータを取得し（検出工程）、記憶部５２に記憶する（全体で、ステップＳ１０２）。ここで、ＲＦコイル３１のうち、１Ｈ用ＲＦコイルに１Ｈ及び磁場強度で定まるラーモア周波数に対応するＲＦパルスを印加して１Ｈ用ＲＦコイルを駆動し、１Ｈ用ＲＦコイルで受信されたｋ空間のデータを記憶部５２に記憶する。続いてあるいは同時に２３Ｎａ用ＲＦコイルに２３Ｎａ及び磁場強度で定まるラーモア周波数に対応するＲＦパルスを印加して２３Ｎａ用ＲＦコイルを駆動し、２３Ｎａ用ＲＦコイルで受信されたｋ空間のデータを記憶部５２に記憶する。
最後に、制御部５１は、以上のようにして得られた対象１１のｋ空間のデータ（例えば、Ｎ１×Ｎ２×Ｍ個のデータからなる対象１１のｋ空間のデータ）から、画像を生成する（ステップＳ１０３）。具体的には、このｋ空間のデータに三次元離散逆フーリエ変換を施し、対象１１の三次元画像を再構成する。昨今の情報技術の発展によって、ＭＲＩの画像再構成が、逆フーリエ変換ではなく、人工知能ＡＩや、深層学習によって実施される場合がある。これらを対象１１の三次元画像の再構成に適用してもよい。
次に画像処理装置２００による画像処理について、図６を参照しつつ説明する。
（画像処理）
まず、画像処理装置２００の制御部２１０は、通信部２３０を通じてＭＲＩ装置１００にアクセスして、ＭＲＩ装置１００が撮像した対象１１の腎臓の１Ｈ－ＭＲＩ画像を要求する。ＭＲＩ装置１００は、要求された１Ｈ－ＭＲＩ画像を画像処理装置２００に送信する。画像処理装置２００は、ＭＲＩ装置１００から送信された１Ｈ－ＭＲＩ画像を受信することにより、ＭＲＩ装置１００から１Ｈ－ＭＲＩ画像を取得する（ステップＳ２０１）。ステップＳ２０１において１Ｈ－ＭＲＩ画像が取得されると、続いて、ＭＲＩ装置１００に対してＭＲＩ装置１００が撮像した対象１１の腎臓の２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を要求し、ＭＲＩ装置１００から送信された２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を受信することにより、ＭＲＩ装置１００から２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を取得する（ステップＳ２０２）。なお、ステップＳ２０１において２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を取得して、ステップＳ２０２において１Ｈ－ＭＲＩ画像を取得してもよい。
続いて、ステップＳ２０１で取得された１Ｈ－ＭＲＩ画像をステップＳ２０２で取得された２３Ｎａ－ＭＲＩ画像にフュージョンする（ステップＳ２０３）。フュージョンされた画像は、表示部２６０に表示される。
続いて、制御部２１０は、フュージョン画像に基づいて対向流増幅系を形成する髄質領域の高輝度信号部分を中心としたＲＯＩを設定する（ステップＳ２０４）。１Ｈ－ＭＲＩ画像から対向流増幅系を形成する髄質領域の特徴的な部位を示す３次元領域を抽出し、この領域のうち２３Ｎａ－ＭＲＩ画像の最も輝度値が高い領域を有するスライス断面を選択して、ＲＯＩが設定される。スライス断面は、例えば体軸に水平な横断面である。ここで、ユーザが表示部２６０に表示されたフュージョン画像を観察して、操作部２５０の例えばポインティングデバイスにより、座標範囲を指定することにより、ＲＯＩを設定してもよい。座標範囲は、数値を直接入力することにより行ってもよい。２３Ｎａ－ＭＲＩ画像のみでは、Ｎａ＋分布は分かるものの、腎臓の解剖学的位置が明確でなく、操作者はＲＯＩを設定し難い。これに対して表示部には、２３Ｎａ－ＭＲＩ画像に１Ｈ－ＭＲＩ画像が位置合わせされた画像が表示されるので、操作者は、ＲＯＩを指定し易い。
ステップＳ２０４でＲＯＩが設定されると、スライス断面画像についてＲＯＩの輝度値が計測される（ステップＳ２０５）。また、後述する生理食塩水の輝度値も計測される。輝度値が計測されると、ＲＯＩについての統計量の算出が行われる。例えば、計測されたＲＯＩの輝度値は、加算された後、平均が算出される。あるいは、計測された輝度値のうち、最も高い輝度値を抽出してもよい。必要に応じてスパイク状のノイズを除去する画像フィルタを適用する。
ステップＳ２０５で計測された輝度値は、正規化される（ステップＳ２０６）。ＭＲＩ装置１００は、対象１１の腎臓の２３Ｎａ－ＭＲＩ画像の撮影時に、対象１１の背部に生理食塩水を配置して撮影するとともに、生理食塩水の位置情報を画像データとともに記憶しておく。ステップＳ２０５において、位置情報に基づいて３Ｎａ－ＭＲＩ画像における生理食塩水が配置された領域の輝度値が計測される。計測された生理食塩水の輝度値に基づいて、ＲＯＩから抽出された輝度信号を正規化する。ＭＲＩの画素は体積を持っているので、単位体積当たりのＮａ輝度値として正規化してもよい。なお、生理食塩水の位置が予め分かっている場合は、位置情報を省略することができる。また、生理食塩水の信号強度にばらつきがある場合、生理食塩水による補正はなくてもかまわない。また、ステップＳ２０６では必要に応じて、ＲＦコイル３１の感度ムラ補正を行う。感度ムラ補正は、感度マップを用いて行われ、感度が均一化された輝度値に補正される。生理食塩水の濃度は既知であることから、生理食塩水の画像の輝度値に基づき、Ｎａ＋分布におけるＮａ含有量について定量化することができる。
ステップＳ２０６において正規化が行われると、正規化された輝度値に対してＲＯＩについての統計量の算出が行われる（ステップＳ２０７）。例えば、計測されたＲＯＩの輝度値は、加算された後、平均が算出される。あるいは、計測された輝度値のうち、最も高い輝度値を抽出してもよい。あるいは、最も高い輝度値を中心とした尖度が算出される。
ステップＳ２０７で算出された統計量は、記憶部２２０に記憶された正常状態の髄質領域における２３Ｎａによる輝度値の統計量を示す所定の基準値と比較され（ステップＳ２０８）、比較結果が出力される。
（第２の実施形態）
上記実施形態では、ＭＲＩ装置１００と画像処理装置２００を通信路２を介して接続した。これに対してＭＲＩの撮像と撮像された画像の画像処理を一体として実行する装置としてもよい。
画像処理装置３００の構成は、図７に示すように、図３とほぼ同じであり、制御部３２０、記憶部３３０、通信部３４０、入出力部３５０、操作部３６０、表示部３７０は、それぞれ、制御部２１０、記憶部２２０、通信部２３０、入出力部２４０、操作部２５０、表示部２６０に相当する。異なる点は、撮像部３１０を備える点である。撮像部３１０は、制御装置５０、表示部６０、操作部７０、通信部８０を除き、図２の構成と同じである。記憶部５２を除く制御装置５０は、制御部３２０に含まれ、記憶部５２は記憶部３３０に、表示部６０は表示部３７０に、操作部７０は操作部３６０に、通信部８０は通信部３４０に、それぞれ含まれる。
次に画像処理装置３００による画像処理について、図８を参照しつつ説明する。
画像処理装置３００は、第１の実施形態で説明したように、１Ｈ－ＭＲＩによる撮像及び２３Ｎａ－ＭＲＩによる撮像が可能である。画像処理装置３００は、同じ対象１１の同じ部位である腎臓について位置合わせ、すなわちフュージョンされた状態で１Ｈ－ＭＲＩによる撮像及び２３Ｎａ－ＭＲＩによる撮像が行われる（ステップＳ３０１）。画像処理装置３００は、同じ対象１１の同じ部位である腎臓について、１Ｈ－ＭＲＩによる撮像及び２３Ｎａ－ＭＲＩによる撮像を同時あるいは連続して行う。この場合、対象１１は同じ体勢を維持したまま、１Ｈ－ＭＲＩ及び２３Ｎａ－ＭＲＩによる撮像を行うことから、撮影された１Ｈ－ＭＲＩ画像と２３Ｎａ－ＭＲＩ画像は位置合わせされた画像となる。画像サイズは磁気回転比および画素周波数帯域によって揃えてもよい。１Ｈ－ＭＲＩ画像及び２３Ｎａ－ＭＲＩ画像には、位置情報が付与される。また、１Ｈ－ＭＲＩ及び２３Ｎａ－ＭＲＩの一方の撮像後に付与された位置情報に基づいて他方の撮像時に対象１１の撮像位置を定めて撮像することにより、位置合わせされた画像が得られる。
撮像された画像データは、記憶部３３０に記憶され、記憶部３３０から１Ｈ－ＭＲＩ画像及び２３Ｎａ－ＭＲＩ画像が取得される（ステップＳ３０２、Ｓ３０３）。
ステップＳ３０２、Ｓ３０３によって１Ｈ－ＭＲＩ画像及び２３Ｎａ－ＭＲＩ画像が取得されると、互いに位置合わせされた状態、即ちフュージョンされた状態で撮像された１Ｈ－ＭＲＩ画像及び２３Ｎａ－ＭＲＩ画像に対してＲＯＩが設定される（ステップＳ３０４）。ＲＯＩは対向流増幅系を形成する髄質領域における２３Ｎａ－ＭＲＩによる高輝度値の部分を中心とした領域に設定される。第１の実施形態で説明したように、１Ｈ－ＭＲＩ画像は生体の構造物の輪郭を明瞭に示すことから、１Ｈ－ＭＲＩ画像を参照してＲＯＩは設定される。例えば、ＲＯＩは、腎臓の輪郭から内側の領域である。
ＲＯＩが設定されると、ＲＯＩの輝度値が計測される（ステップＳ３０５）。必要に応じてスパイク状のノイズを除去する画像フィルタを適用する。また、２３Ｎａ－ＭＲＩ画像の撮影時に対象１１の背部に配置した生理食塩水の輝度値も計測される。必要に応じてスパイク状のノイズを除去する画像フィルタを適用する。
計測されたＲＯＩの輝度値は、計測された生理食塩水の輝度値に基づいて正規化される（ステップＳ３０６）。ステップＳ３０６では必要に応じて、ＲＦコイル３１の感度ムラ補正を行う。感度ムラ補正は、感度マップを用いて行われ、感度が均一化された輝度値に補正される。
ステップＳ３０６において正規化が行われると、正規化された輝度値に対してＲＯＩについての統計量の算出が行われる（ステップＳ３０７）。例えば、最も高い輝度値を中心とした１０画素の平均値が算出される。もしくは、最も高い輝度値を中心とした尖度が算出される。
ステップＳ３０７で算出された統計量は、記憶部３３０に記憶された正常状態の髄質領域における２３Ｎａによる輝度値の統計量を示す所定の基準値と比較され（ステップＳ３０８）、比較結果が出力される。以上のように、位置合わせした状態で１Ｈ－ＭＲＩ及び２３Ｎａ－ＭＲＩによる撮像を行うことにより、別途フュージョン画像を生成する処理を省略できる。
上記第１の実施形態では、ＭＲＩ装置１００で撮像した画像と画像処理装置２００で画像処理したフュージョン画像をそれぞれの装置の記憶部に記憶した。これに対して、通信路２上にサーバを設け、通信路２を介してＭＲＩ装置１００及び画像処理装置２００と接続してもよい。この場合、ＭＲＩ装置１００はサーバにアクセスして撮像したＭＲＩ画像をサーバに保存する。また画像処理装置２００はサーバにアクセスしてサーバに保存されたＭＲＩ画像を読み出すとともに、画像処理したフュージョン画像をサーバに保存する。
（実施例）
体内の「構造」を可視化する既存の「水／脂質」による１Ｈ－ＭＲＩに留まらず、体内電解質を標的とし、血液や尿に含まれ、「生命活動」をリアルタイムで可視化できる特に「Ｎａイオン」によるＭＲＩは、例えば糖尿病性腎臓病、浮腫やネフローゼ症候群などといった腎臓の病態に関わる多くの診断情報をもたらすと考えられる。
そこで、腎臓の器質的な障害がみられない早期の２型糖尿病モデルマウス(ｄｂ／ｄｂ，６Ｗ）を用いて、上記画像処理装置において、２３Ｎａ－ＭＲＩと１Ｈ－ＭＲＩのフュージョン画像を用いたＮａ保持量の定量化を行った結果を図９及び図１０を参照して説明する。
図９は、２３Ｎａ－ＭＲＩ及び１Ｈ－ＭＲＩによる６週齢２型糖尿病モデルマウス（ｄｂ／ｄｂ）及び正常マウス（ｍ＋／ｍ＋）の腎臓の横断面画像である。図９の上段に示された画像が１Ｈ－ＭＲＩ画像であり、下段に示された画像が２３Ｎａ－ＭＲＩ画像である。また、図９の右側に示された画像が６週齢糖尿病モデルマウス（ｄｂ／ｄｂ）の画像であり、左側に示された画像が６週齢正常マウス（ｍ＋／ｍ＋）の画像である。なお、ＭＲＩによる撮像時において、マウスの背部に補正用のチューブ入りの生理食塩水（Saline）を置いて撮像している。
図９において、１Ｈ－ＭＲＩ画像には、腎臓の輪郭が明瞭に表示されている。 ２３Ｎａ－ＭＲＩ画像において、上側に示された輝度信号は、生理食塩水（Saline）のＮａ＋が表示されている。また、下側に示された輝度信号は、右側の腎臓（Rt.Kidney）に貯留されたＮａ＋が表示されている。１Ｈ－ＭＲＩ画像を観察する限り、６週齢２型糖尿病モデルマウス（ｄｂ／ｄｂ）において、腎臓の器質的障害は認められない。
図１０は、６週齢２型糖尿病モデルマウス（ｄｂ／ｄｂ）及び６週齢正常マウス（ｍ＋／ｍ＋）における髄質領域の高輝度部分を中心としたＲＯＩの信号値を生理食塩水（Saline）の輝度値で正規化された中心の輝度値を示したグラフである。グラフ中の上下の横線は計測された輝度値の範囲を示しており、上下の横線の間の長い横線は計測された輝度値の平均値を示している。これによって、髄質領域の高輝度な領域である対向流増幅系によるヘンレループの先端のＮａ＋の濃度を定量的に表すことができる。
図１０の右側は、６週齢２型糖尿病モデルマウス（ｄｂ／ｄｂ）におけるヘンレループの先端の輝度値、すなわちＮａ＋の濃度を示しており、左側は、６週齢正常マウス（ｍ＋／ｍ＋）におけるヘンレループの先端の輝度値、すなわちＮａ＋の濃度を示している。両者を比較すると、６週齢正常マウス（ｍ＋／ｍ＋）の髄質領域の輝度信号に比べて６週齢２型糖尿病モデルマウス（ｄｂ／ｄｂ）の髄質領域の輝度信号が低いことが認められる。これは、ヘンレループの先端のＮａ＋濃度の低下による対向流増幅系の効率的な水再吸収のための機構の形成の減弱を示唆する。
上記において、統計値として平均値を用いて定量化を行い、基準値と比較して評価を行った。これに限らず、他の統計値を利用して定量化を行い評価することができる。例えば、ＲＯＩ内の輝度値の分散により評価してもよい。あるいは、最も高い輝度値を中心とした尖度により評価してもよい。図１１は、図９の画像に基づき測定された輝度値の分布を示している。図１１（ａ）は、６週齢正常マウス（ｍ＋／ｍ＋）における輝度値の分布状態を３Ｄ化して示しており、図１１（ｂ）は、６週齢２型糖尿病モデルマウス（ｄｂ／ｄｂ）における輝度値の分布状態を３Ｄ化して示している。図１２（ａ）、図１２（ｂ）は、図１１（ａ）、図１１（ｂ）について、それぞれわかりやくす単純化したイメージ図である。図１２（ａ）の６週齢正常マウス（ｍ＋／ｍ＋）における輝度値の分布状態が鋭いピークを有しているのに対して、図１２（ｂ）の６週齢２型糖尿病モデルマウス（ｄｂ／ｄｂ）における輝度値の分布状態はなだらかなピークを有している。したがって、統計値として輝度値の分布の尖度を求めることにより定量化を行い、図１３に示すように、両者（ｍ＋／ｍ＋ 対 ｄｂ／ｄｂ）の尖度を比較することによって評価をしてもよい。図１３において、上側群は、６週齢正常マウス（ｍ＋／ｍ＋）における腎臓の関心領域（ＲＯＩ）の高輝度値を中心とした尖度を示す図であり、下側群は、６週齢２型糖尿病モデルマウス（ｄｂ／ｄｂ）における腎臓の関心領域（ＲＯＩ）の高輝度値を中心とした尖度を示す図である。尖度(kurtosis)は、確率変数の確率密度関数や頻度分布の鋭さを表す指標であり、正規分布と比べて、尖度が大きければ鋭いピークと長く太い裾をもった分布であり、尖度が小さければより丸みがかったピークと短く細い尾をもつ分布である。図１３において、正規分布の尖度を０として、６週齢正常マウス（ｍ＋／ｍ＋）では、尖度が０より大きい数値を示している。これに対して、６週齢２型糖尿病モデルマウス（ｄｂ／ｄｂ）では、尖度が０より小さい数値を示しており、両者の尖度の相違が明確に示される。あるいは、輝度値の分布の体積を求めることにより定量化を行い、両者の体積を比較することによって評価をしてもよい。
以上のように、腎臓での対向流増幅系といったＮａ＋勾配の形成に有意に変化があり、尿細管機能といった観点で腎臓の障害を早期に見出す所見を得た。これによって、腎臓におけるＮａ＋と水の制御やその機能の障害である尿細管の機能の障害といった今まで既存の方法ではわからなかった臨床上特に有用な早期診断に関わる情報を得ることが可能となった。
したがって、今後、病院での診療において，糖尿病性腎臓病以外の新たな非侵襲診断ツールとなりうる可能性がある。ネフローゼ症候群の病態解明、研究の発展と治療戦略の提案や、例えば、バンコマイシンや白金製剤による薬剤性などによる間質性腎炎についても、組織所見と独立して機能の点から障害を検出できる可能性がある。さらに、Ｎａ＋の貯留といった観点では、腎臓内総Ｎａ＋量などといった新しい指標の提案が考えられ、食塩感受性高血圧、さらにうっ血性心不全にいたるまで研究の幅が広がり、治療に有益な情報をもたらす可能性がある。
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態および変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内およびそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
１…画像処理システム、２…通信路
１００…ＭＲＩ装置
１０…静磁場コイル
１１…対象、１２…保持部、１３…ボア
２０…勾配磁場発生部、２１…勾配磁場コイル、２２…勾配磁場コイル駆動部
３０…ＲＦパルス印加部、３１…ＲＦコイル、３２…ＲＦコイル駆動部
４０…受信部
５０…制御装置、５１…制御部、５１ａ…パルス制御部、５１ｂ…画像生成部、５２…記憶部、６０…表示部、７０…操作部、８０…通信部
２００…画像処理装置
２１０…制御部、２１１…１Ｈ－ＭＲＩ画像取得部、２１２…２３Ｎａ－ＭＲＩ画像取得部、２１３…フュージョン画像生成部、２１４…ＲＯＩ設定部、２１５…輝度値計測部、２１６…正規化部、２１７…統計量算出部、２１８…比較部
２２０…記憶部
２３０…通信部
２４０…入出力部
２５０…操作部
２６０…表示部
３００…画像処理装置
３１０…撮像部
３２０…制御部
３３０…記憶部
３４０…通信部
３５０…入出力部
３６０…操作部
３７０…表示部

Claims (11)

  1. 対象の腎臓の１Ｈ－ＭＲＩ画像を取得する１Ｈ－ＭＲＩ画像取得部と、
    前記腎臓の２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を取得する２３Ｎａ－ＭＲＩ画像取得部と、
    前記１Ｈ－ＭＲＩ画像と前記２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を位置合わせして腎臓内のＮａ＋の分布位置を特定するフュージョン画像を生成するフュージョン画像生成部と、
    前記 １ Ｈ－ＭＲＩ画像から対向流増幅系を形成する髄質領域の特徴的な部位を示す３次元領域を抽出し、前記３次元領域のうち前記 ２３ Ｎａ－ＭＲＩ画像の最も輝度値が高い領域を有するスライス断面を選択して、前記フュージョン画像の髄質における高輝度部分を中心とした関心領域を設定する関心領域設定部と、
    前記関心領域の輝度値を求める輝度値計測部と、
    を備える画像処理装置。
  2. 対象の腎臓に位置合わせして１Ｈ－ＭＲＩ及び２３Ｎａ－ＭＲＩによる撮像を行う撮像部と、
    １Ｈ－ＭＲＩにより撮像された１Ｈ－ＭＲＩ画像を取得する１Ｈ－ＭＲＩ画像取得部と、
    ２３Ｎａ－ＭＲＩにより撮像された２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を取得する２３Ｎａ－ＭＲＩ画像取得部と、
    前記 １ Ｈ－ＭＲＩ画像から対向流増幅系を形成する髄質領域の特徴的な部位を示す３次元領域を抽出し、前記３次元領域のうち前記 ２３ Ｎａ－ＭＲＩ画像の最も輝度値が高い領域を有するスライス断面を選択して、髄質における高輝度部分を中心とした関心領域を設定する関心領域設定部と、
    前記関心領域の輝度値を求める輝度値計測部と、
    を備える画像処理装置。
  3. 前記輝度値計測部で求められた前記関心領域の輝度値を正規化する正規化部を備え、
    前記輝度値計測部は、さらに前記対象とともに撮像された生理食塩水の２３Ｎａ－ＭＲＩ画像の輝度値を求め、
    前記正規化部は、前記関心領域の輝度値を前記生理食塩水の２３Ｎａ－ＭＲＩ画像の輝度値にて正規化する、
    請求項１又は２に記載の画像処理装置。
  4. 前記正規化部は、さらに感度マップを用いて前記輝度値計測部で求められた輝度値を補正する、
    請求項３に記載の画像処理装置。
  5. 前記関心領域における輝度値の統計量を算出する統計量算出部、
    をさらに備える請求項１から４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
  6. 前記統計量は、前記関心領域における高輝度部分の尖度である、
    請求項５に記載の画像処理装置。
  7. 前記統計量を所定の基準値と比較し、比較結果を出力する比較部、
    をさらに備える請求項５又は６に記載の画像処理装置。
  8. 対象の腎臓の１Ｈ－ＭＲＩ画像を取得する１Ｈ－ＭＲＩ画像取得ステップと、
    前記腎臓の２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を取得する２３Ｎａ－ＭＲＩ画像取得ステップと、
    前記１Ｈ－ＭＲＩ画像と前記２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を位置合わせして腎臓内のＮａ＋の分布位置を特定するフュージョン画像を生成するフュージョン画像生成ステップと、
    前記 １ Ｈ－ＭＲＩ画像から対向流増幅系を形成する髄質領域の特徴的な部位を示す３次元領域を抽出し、前記３次元領域のうち前記 ２３ Ｎａ－ＭＲＩ画像の最も輝度値が高い領域を有するスライス断面を選択して、前記フュージョン画像の髄質における高輝度部分を中心とした関心領域を設定する関心領域設定ステップと、
    前記関心領域の輝度値を求める輝度値計測ステップと、
    を備える画像処理方法。
  9. 対象の腎臓に位置合わせして１Ｈ－ＭＲＩ及び２３Ｎａ－ＭＲＩによる撮像を行う撮像ステップと、
    １Ｈ－ＭＲＩにより撮像された１Ｈ－ＭＲＩ画像を取得する１Ｈ－ＭＲＩ画像取得ステップと、
    ２３Ｎａ－ＭＲＩにより撮像された２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を取得する２３Ｎａ－ＭＲＩ画像取得ステップと、
    前記 １ Ｈ－ＭＲＩ画像から対向流増幅系を形成する髄質領域の特徴的な部位を示す３次元領域を抽出し、前記３次元領域のうち前記 ２３ Ｎａ－ＭＲＩ画像の最も輝度値が高い領域を有するスライス断面を選択して、髄質における高輝度部分を中心とした関心領域を設定する関心領域設定ステップと、
    前記関心領域の輝度値を求める輝度値計測ステップと、
    を備える画像処理方法。
  10. コンピュータに、
    対象の腎臓の１Ｈ－ＭＲＩ画像を取得する１Ｈ－ＭＲＩ画像取得ステップと、
    前記腎臓の２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を取得する２３Ｎａ－ＭＲＩ画像取得ステップと、
    前記１Ｈ－ＭＲＩ画像と前記２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を位置合わせして腎臓内のＮａ＋の分布位置を特定するフュージョン画像を生成するフュージョン画像生成ステップと、
    前記 １ Ｈ－ＭＲＩ画像から対向流増幅系を形成する髄質領域の特徴的な部位を示す３次元領域を抽出し、前記３次元領域のうち前記 ２３ Ｎａ－ＭＲＩ画像の最も輝度値が高い領域を有するスライス断面を選択して、前記フュージョン画像の髄質における高輝度部分を中心とした関心領域を設定する関心領域設定ステップと、
    前記関心領域の輝度値を求める輝度値計測ステップと、
    を実行させるプログラム。
  11. コンピュータに、
    対象の腎臓に位置合わせして１Ｈ－ＭＲＩ及び２３Ｎａ－ＭＲＩによる撮像を行う撮像ステップと、
    １Ｈ－ＭＲＩにより撮像された１Ｈ－ＭＲＩ画像を取得する１Ｈ－ＭＲＩ画像取得ステップと、
    ２３Ｎａ－ＭＲＩにより撮像された２３Ｎａ－ＭＲＩ画像を取得する２３Ｎａ－ＭＲＩ画像取得ステップと、
    前記 １ Ｈ－ＭＲＩ画像から対向流増幅系を形成する髄質領域の特徴的な部位を示す３次元領域を抽出し、前記３次元領域のうち前記 ２３ Ｎａ－ＭＲＩ画像の最も輝度値が高い領域を有するスライス断面を選択して、髄質における高輝度部分を中心とした関心領域を設定する関心領域設定ステップと、
    前記関心領域の輝度値を求める輝度値計測ステップと、
    を実行させるプログラム。
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