JPH0998957A - Activated region extraction method - Google Patents

Activated region extraction method

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JPH0998957A
JPH0998957A JP7261175A JP26117595A JPH0998957A JP H0998957 A JPH0998957 A JP H0998957A JP 7261175 A JP7261175 A JP 7261175A JP 26117595 A JP26117595 A JP 26117595A JP H0998957 A JPH0998957 A JP H0998957A
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博幸 板垣
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an activated region extraction method with no erroneous extraction of vein and the like regardless of effect of SN ratio fluctuation by a combined use of methods to use the t-test and a correlation coefficient, which are apt to be effected by the effect of SN ratio fluctuation, and a method to use a signal fluctuation ratio, which is not apt to be effected by the effect of SN ratio fluctuation. SOLUTION: At the first process, methods, which are apt to be effected by the effect of SN ratio fluctuation, are used to turn out function image data and to detect activated region. In this process, misjudgment of vein as an activated region can be avoided. In the second process, additional activated regions are detected by means of a method, which is not apt to be effected by the effect of SN ratio fluctuation, is used to turn not image data of signal fluctuation ratio as a function image data.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴撮影(以
下、MRI)を用いた脳機能計測MRI(以下、fMR
I)における、データ処理法に関する技術分野に属す
る。更に詳しくいえば、本発明は、SN比が低い場合に
おいても、刺激により活性化した大脳皮質の領野を正確
に抽出する方法に関する技術分野に属する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to brain function measurement MRI (hereinafter, fMR) using magnetic resonance imaging (hereinafter, MRI).
It belongs to the technical field relating to the data processing method in I). More specifically, the present invention belongs to the technical field related to a method for accurately extracting the area of the cerebral cortex activated by stimulation even when the SN ratio is low.

【0002】[0002]

【従来の技術】MRIを使って脳の機能を解析するfM
RIと呼ばれる技術が開発されている。この技術では、
光や音などの刺激印加に伴う大脳皮質での反応を、MR
(核磁気共鳴)信号の変化として捕らえて画像化する。
即ち、被験者に刺激を印加しつつ撮影した画像(以下、
刺激印加画像)と、刺激を印加せずに撮影した画像(以
下、安静画像)とから、差分画像を作成する。差分画像
上で信号強度の大きい領域を、刺激に対して反応した領
域(以下、活性化領域)と見なし、脳の機能領野の同定
や信号変化率の評価を行なう。ここで、本明細書では、
差分画像のように活性化領域を抽出するために安静画像
と刺激印加画像とを用いて作成された画像データを機能
画像データと呼ぶ。また、それ以外の画像データを形態
画像データと呼ぶ。
2. Description of the Related Art fM for analyzing brain function using MRI
A technique called RI has been developed. With this technology,
The response in the cerebral cortex due to the application of stimuli such as light and sound
(Nuclear magnetic resonance) It is captured as a change in signal and imaged.
That is, an image taken while applying a stimulus to the subject (hereinafter,
A difference image is created from a stimulus-applied image) and an image captured without applying a stimulus (hereinafter, a rest image). A region with a high signal intensity on the difference image is regarded as a region that responds to the stimulus (hereinafter referred to as an activation region), and the functional area of the brain is identified and the rate of signal change is evaluated. Here, in this specification,
Image data created by using a rest image and a stimulus application image to extract an activation region like a difference image is called functional image data. The other image data is called morphological image data.

【0003】機能領野の同定を正確に行なうためには、
活性化領域の抽出法が特に重要になる。様々な抽出法を
比較した報告として、Book of Abstrac
t、12th Annual Meeting of
Society of Magnetic Reson
ance in Medicine、vol.1、44
9(1993)が知られている。この報告では、活性化
領域の抽出法を、刺激の印加前の信号強度を基準とし、
刺激の印加に伴う信号変化率を評価し抽出を行なう方法
と、刺激の印加と信号変化との相関を評価して抽出を行
なう方法との2種類に分類している。この分類と一部重
複するが、実際には、次の3種類の抽出法が主に用いら
れている。第1の方法は、刺激の印加に伴う信号変化率
を用いる抽出法である。この方法は、活性化領域を抽出
する際のデータ処理時間が短い反面、大脳皮質のみでな
く、静脈を誤抽出してしまう欠点を持つ。第2の方法
は、t検定などの統計処理を用いる抽出法である。この
方法は、ノイズに対する信号変化率の割合を、客観的に
評価できる特徴を持っている。第3の方法は、相関関数
を用いる抽出法である。この方法は、刺激の印加と信号
変化との同期の程度を評価する抽出法である。第2と第
3の方法は、第1の方法と比較し、活性化領域を抽出す
る際のデータ処理時間が長くなるものの、静脈の誤抽出
が少ない特徴がある。そのため、活性化領域の抽出に
は、第2または第3の方法を用いる場合が多い。
In order to accurately identify the functional area,
The method of extracting the activation region becomes particularly important. As a report comparing various extraction methods, Book of Abstrac
t, 12th Annual Meeting of
Society of Magnificent Reson
ance in Medicine, vol. 1,44
9 (1993) is known. In this report, the extraction method of the activation region is based on the signal intensity before the stimulation is applied,
The method is classified into two types: a method of evaluating and extracting a signal change rate associated with the application of a stimulus, and a method of evaluating and extracting a correlation between application of a stimulus and a signal change. Although it partially overlaps with this classification, the following three types of extraction methods are mainly used in practice. The first method is an extraction method that uses a signal change rate associated with the application of a stimulus. This method has a short data processing time when extracting the activation area, but has a drawback that not only the cerebral cortex but also veins are erroneously extracted. The second method is an extraction method that uses statistical processing such as t-test. This method has a feature that the ratio of the signal change rate to noise can be objectively evaluated. The third method is an extraction method using a correlation function. This method is an extraction method that evaluates the degree of synchronization between the applied stimulus and the signal change. Compared with the first method, the second and third methods have a feature that the data processing time at the time of extracting the activation region is longer, but the erroneous extraction of veins is less. Therefore, in many cases, the second or third method is used to extract the activation region.

【0004】抽出法だけでなく、画像の空間分解能も機
能領野の同定を行なう上で重要である。同定を正確に行
なうためには、画像の空間分解能向上が必須条件となる
が、ここで1つの問題が生じる。それは1画素あたりの
SN比の低下である。1画素の信号量は、1画素に含ま
れる水素原子数と考えることができる。空間分解能が向
上すると、1画素に対応する実空間の体積が小さくな
る。その結果、1画素の信号量が少なくなり、SN比が
低下する。SN比の低下が及ぼす影響は、Book o
f Abstract、2nd Annual Mee
ting ofSociety of Magneti
c Resonance、vol.2、642(199
4)で報告されている。即ち、以下に示すような理由
で、抽出される活性化領域の面積が縮小してしまう。空
間分解能に依存せず、刺激の印加により信号が変化する
大脳皮質の面積、及び変化率は一定とする。ここで、抽
出法に第2または第3の方法を用いた場合、空間分解能
の向上によりSN比が低下すると、信号変化率の小さい
領域は活性化領域として抽出されなくなる。そのため、
抽出される活性化領域の面積は縮小してしまう。
In addition to the extraction method, the spatial resolution of the image is important in identifying the functional area. In order to accurately perform the identification, it is essential to improve the spatial resolution of the image, but this causes one problem. It is a reduction in the SN ratio per pixel. The signal amount of one pixel can be considered as the number of hydrogen atoms contained in one pixel. When the spatial resolution is improved, the volume of the real space corresponding to one pixel becomes smaller. As a result, the signal amount of one pixel is reduced and the SN ratio is reduced. The impact of the decrease in SN ratio is Book o
f Abstract, 2nd Annual Mee
toning of Society of Magneti
c Resonance, vol. 2,642 (199
4). That is, the area of the extracted activation region is reduced due to the following reasons. The area of the cerebral cortex in which the signal changes due to the application of the stimulus and the rate of change are constant regardless of the spatial resolution. Here, when the second or third method is used as the extraction method, if the SN ratio decreases due to the improvement of the spatial resolution, the area with a small signal change rate is not extracted as the activation area. for that reason,
The area of the extracted active region is reduced.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の活性化領域抽出法では、静脈の誤抽出が多く、S
N比の変化により活性化領域の面積が変化する等の問題
があった。本発明の目的は、上記の第2と第3の抽出法
の特徴を損なわず、静脈などの誤抽出が無く、かつSN
比の変化に影響されにくい、活性化領域の抽出法を提供
することにある。
As described above,
In the conventional activation area extraction method, many veins are erroneously extracted, and S
There is a problem that the area of the activation region changes due to the change of the N ratio. The object of the present invention is to maintain the characteristics of the second and third extraction methods described above, to prevent erroneous extraction of veins, etc.
It is to provide a method for extracting an activated region that is less susceptible to changes in the ratio.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の活性化領域抽出
法は、SN比の変化の影響を受けやすいt検定や相関係
数を用いた抽出法と、SN比の変化の影響を受けにくい
信号変化率を用いた抽出法とを併用することに特徴があ
る。本発明では、SN比の影響を受けやすい抽出法とS
N比の影響を受けにくい抽出法の併用により、空間分解
能の向上に伴いSN比が低下した場合にも、良好に活性
化領域を抽出できる。
The activation region extraction method of the present invention is not easily influenced by the change of the SN ratio and the extraction method using the t-test or the correlation coefficient which is easily influenced by the change of the SN ratio. It is characterized by using the extraction method using the signal change rate together. In the present invention, the extraction method and S
The combined use of the extraction method that is less likely to be affected by the N ratio makes it possible to satisfactorily extract the activation region even when the SN ratio decreases as the spatial resolution improves.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して詳細に説明する。まず、本発明が適用可能な分
野の一つであるfMRIの計測例を図2に示す。fMR
Iでは、計測中に刺激印加期間を設け、一定の時間間隔
で画像を撮影する。この時系列画像において、各座標ご
とに信号の時間変化を評価し、活性化領域を取り出す処
理が活性化領域の抽出法である。活性化領域を抽出する
際、通常は1つの抽出法を用いるのに対し、本発明で
は、2種類の抽出法を用いる。即ち、画像のSN比の影
響を受けやすい抽出法を用いて作成した機能画像データ
と、SN比の影響を受けにくい抽出法を用いて作成した
機能画像データとを併用し、抽出を行なう。まず2種類
の抽出法について説明し、次に抽出手順について説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. First, FIG. 2 shows an example of measurement of fMRI, which is one of the fields to which the present invention can be applied. fMR
In I, a stimulus application period is provided during measurement, and images are taken at regular time intervals. In this time-series image, the process of evaluating the time change of the signal for each coordinate and extracting the activation region is the activation region extraction method. When extracting the activation region, one extraction method is usually used, but in the present invention, two kinds of extraction methods are used. That is, the functional image data created by using the extraction method that is easily influenced by the SN ratio of the image and the functional image data created by using the extraction method that is not easily influenced by the SN ratio are used together for extraction. First, two types of extraction methods will be described, and then the extraction procedure will be described.

【0008】SN比の影響を受けやすい抽出法とは、そ
の抽出法を表現する数式中に、1)信号の分散や偏差を
入力する項が存在する、2)ノイズが大きくなると必ず
値が大きくなる項が存在する、のいずれかに該当する抽
出法である。なお、ここでのノイズとは、時系列画像の
同一座標における信号の時間変動であり、信号の分散と
は、時系列画像の同一座標における信号の時間平均値に
対する偏差である。1)の例としては、t検定を用いた
抽出法がある。(数1)はt値の計算式を示している。
The extraction method which is easily influenced by the SN ratio means that 1) there is a term for inputting signal variance or deviation in the mathematical expression expressing the extraction method, and 2) the value becomes large when the noise becomes large. Is an extraction method corresponding to any of the following. Note that the noise here is the time variation of the signal at the same coordinates of the time series image, and the signal variance is the deviation from the time average value of the signals at the same coordinates of the time series image. An example of 1) is an extraction method using a t-test. (Equation 1) shows a calculation formula of t value.

【0009】[0009]

【数1】 t=(X1−X2)/{√{(D1+D2)/(n1+n2−2)}・ √{1/n1+1/n2}} …(数1) ここで、Xは信号の平均値、D1、D2は信号の偏差の平
方和、nは画像枚数である。(数1)において、√{}
は、{}内の平方根をとるものとする。
[Formula 1] t = (X 1 −X 2 ) / {√ {(D 1 + D 2 ) / (n 1 + n 2 −2)} · √ {1 / n 1 + 1 / n 2 }} (Formula 1 Here, X is the average value of the signal, D 1 and D 2 are the sum of squares of the deviation of the signal, and n is the number of images. In (Equation 1), √ {}
Is the square root within {}.

【0010】また、添字1、2は、それぞれ安静期間と
刺激印加期間を表している。(数1)から判るように、
1とD2の値が大きくなると、tの値が小さくなる。活
性化領域は、tの値に閾値を設けて抽出するので、t検
定を用いた抽出法はSN比の影響を受け易いといえる。
2)の例としては、相互相関関数を用いた抽出法があ
り、(数2)はその一例を示している。
The subscripts 1 and 2 represent the rest period and the stimulus application period, respectively. As can be seen from (Equation 1),
When the value of D 1 and D 2 is increased, the value of t is reduced. Since the activation region is extracted by setting a threshold value for the value of t, it can be said that the extraction method using the t-test is easily affected by the SN ratio.
As an example of 2), there is an extraction method using a cross-correlation function, and (Formula 2) shows an example thereof.

【0011】[0011]

【数2】 f(S、E)=S・E/{‖S‖‖E‖} …(数2) Sは、各時系列画像の信号値を要素とするベクトルであ
る(図3)。(数2)において、‖S‖、‖E‖はそれ
ぞれ、ベクトルS、Eの絶対値を表わす。また、Eは、
ユーザーが任意に定めることができるユーザーベクトル
である。ユーザーベクトルは、安静期間には−1、刺激
印加期間には1の値をとるものとする。信号ベクトルが
各座標ごとに異なるのに対し、ユーザベクトルは、各座
標とも同一ベクトルを用いる。(数2)は時系列画像の
枚数を次元数とする、信号ベクトルSとユーザーベクト
ルEとの内積(S・E)である。従って、両ベクトルの
なす角が小さいほど(数2)の値は大きくなる。活性化
領域の抽出に相関関数を用いる場合、この値に閾値を設
けて抽出を行なっている。さて、(数2)の中には信号
の分散を入力する項が存在しないが、ノイズが大きくな
ることで、信号値ベクトルSの絶対値は増加し、その結
果、相互相関関数の値は低下する。これを以下に示す。
但し、簡略化のために、安静期間と刺激印加期間の区別
をせずに説明する。また、画像枚数が十分多いときノイ
ズNiの和は、(数3)に示すように0になり、SN比
が変化しても信号の平均値Smは変化しないとする。な
お、(数3)において、添字iは時系列画像の番号を表
し、加算Σは、i=1、2、…、nについて行なう。
## EQU2 ## f (S, E) = SE / {| S ||||||||} | In (Equation 2), ‖S‖ and ‖E‖ represent the absolute values of the vectors S and E, respectively. E is
It is a user vector that can be arbitrarily set by the user. The user vector has a value of -1 during the rest period and 1 during the stimulation application period. While the signal vector is different for each coordinate, the user vector uses the same vector for each coordinate. (Equation 2) is an inner product (SE) of the signal vector S and the user vector E, where the number of time-series images is the number of dimensions. Therefore, the smaller the angle formed by both vectors, the larger the value of (Equation 2). When a correlation function is used to extract the activation area, a threshold value is set for this value for extraction. Now, although there is no term for inputting the signal variance in (Equation 2), as the noise increases, the absolute value of the signal value vector S increases, and as a result, the value of the cross-correlation function decreases. To do. This is shown below.
However, for simplification, the rest period and the stimulus applying period will be described without distinction. When the number of images is sufficiently large, the sum of the noises N i becomes 0 as shown in (Equation 3), and it is assumed that the average value S m of the signals does not change even if the SN ratio changes. In (Equation 3), the subscript i represents the number of the time-series image, and the addition Σ is performed for i = 1, 2, ..., N.

【0012】[0012]

【数3】 ΣNi=0 …(数3) 各画像の信号値Siは、信号の平均値XmとノイズNi
和と考えられる。ここで、ノイズの大きさを表す係数a
とb(a<b)を用いるとき、ノイズの小さい信号
ai、ノイズの大きい信号Sbiをそれぞれ(数4)、
(数5)のように表現できる。
ΣN i = 0 (Equation 3) The signal value S i of each image is considered to be the sum of the average value X m of the signal and the noise N i . Here, a coefficient a representing the magnitude of noise
And b (a <b) are used, the signal S ai with small noise and the signal S bi with large noise are respectively expressed by ( Equation 4),
It can be expressed as (Equation 5).

【0013】[0013]

【数4】 Sai=Sm+aNi …(数4)[Equation 4] S ai = S m + aN i (Equation 4)

【0014】[0014]

【数5】 Sbi=Sm+bNi …(数5) SN比の変化によらず同ーのユーザーベクトルを使用す
るので、(数2)の分母(信号値ベクトルSとユーザー
ベクトルEの絶対値の積)の大きさは、信号値ベクトル
Sの大きさに依存する。そこで、SN比の変動に対する
信号値ベクトルの大きさの変化を、(数4)と(数5)
を用いて比較する。(数6)はノイズの小さい場合にお
ける、信号値ベクトルの大きさの2乗である。また、
(数7)はノイズの大きい場合における、信号値ベクト
ルの大きさの2乗である。(数6)と(数7)の差分は
(数8)となり、常に正の値となることが判る。即ち、
信号の分散が大きくなると必ず値が大きくなる項が存在
する。なお、(数6)、(数7)、(数8)において、
加算Σは、i=1、2、…、nについて行なう。(数
8)は、ノイズが大きい場合の信号値の2乗の値とノイ
ズが小さい場合の信号値の2乗の値との差を示す。
S bi = S m + bN i (Equation 5) Since the same user vector is used regardless of the change in the SN ratio, the denominator of (Equation 2) (the absolute value of the signal value vector S and the user vector E is The magnitude of the product of the values depends on the magnitude of the signal value vector S. Therefore, the change in the magnitude of the signal value vector with respect to the change in the SN ratio is calculated by (Equation 4) and (Equation 5)
Are compared using. (Equation 6) is the square of the magnitude of the signal value vector when the noise is small. Also,
(Equation 7) is the square of the magnitude of the signal value vector when noise is large. It can be seen that the difference between (Equation 6) and (Equation 7) is (Equation 8), which is always a positive value. That is,
There is a term whose value increases whenever the signal variance increases. In addition, in (Equation 6), (Equation 7), (Equation 8),
The addition Σ is performed for i = 1, 2, ..., N. (Equation 8) shows the difference between the squared value of the signal value when the noise is large and the squared value of the signal value when the noise is small.

【0015】[0015]

【数6】 Σ{Sai2=Σ(Sm+aNi2=ΣSm 2+a2ΣNi 2+2aSmΣNi =ΣSm 2+a2ΣNi 2 …(数6)Σ {S ai } 2 = Σ (S m + aN i ) 2 = ΣS m 2 + a 2 ΣN i 2 + 2aS m ΣN i = ΣS m 2 + a 2 ΣN i 2 (Equation 6)

【0016】[0016]

【数7】 Σ{Sbi2=Σ(Sm+bNi2=ΣSm 2+b2ΣNi 2+2bSmΣNi =ΣSm 2+b2ΣNi 2 …(数7)Σ {S bi } 2 = Σ (S m + bN i ) 2 = ΣS m 2 + b 2 ΣN i 2 + 2bS m ΣN i = ΣS m 2 + b 2 ΣN i 2 (Equation 7)

【0017】[0017]

【数8】 Σ{Sbi2−Σ{Sai2=(b2−a2)ΣNi 2 …(数8) 以上のように、t検定を用いた抽出法や相関関数を用い
た抽出法は、SN比の変化の影響を受けやすいと判断で
きる。なお、活性化領域の抽出に自己相関関数を用いて
もよい。
Σ {S bi } 2 −Σ {S ai } 2 = (b 2 −a 2 ) ΣN i 2 (Equation 8) As described above, the extraction method using the t test and the correlation function are used. It can be judged that the extracted method is susceptible to the change of the SN ratio. An autocorrelation function may be used to extract the activation area.

【0018】一方、SN比の影響を受けにくい抽出法と
は、例えば信号変化率を用いた抽出法が挙げられる。こ
れは、信号変化率を計算する時に加算平均処理を行なう
ため、SN比の変化により生じる影響が小さくなるため
である。
On the other hand, examples of the extraction method less susceptible to the SN ratio include an extraction method using a signal change rate. This is because the averaging process is performed when the signal change rate is calculated, so that the influence caused by the change in the SN ratio is reduced.

【0019】次に、これらの抽出法を用いた活性化領域
の抽出手順について説明する。
Next, the procedure for extracting the activated area using these extraction methods will be described.

【0020】本発明を用いた活性化領域の抽出法は、2
段階に分かれている。第1段階では、誤抽出なく活性化
領域を抽出し、第2段階では、第1段階で抽出した領域
を開始点とし、活性化領域を拡張する。なお、画像処理
の分野では様々な領域拡張の方法が提案されており、本
発明においても、これらの方法を利用することが可能で
ある。但し、これらの方法が、領域拡張処理の開始点を
対象物体の構造からユーザーが判断し指定するのに対
し、本発明では、開始点を第1の処理で抽出する点で異
なっている。また、第1段階で用いられた抽出法により
作成される機能画像データの情報と、第2段階で用いら
れた抽出法により作成される機能画像データの情報とが
異なっていること、この異なる情報を併用して領域を拡
張する点も、従来の領域拡張処理と異なっている。
The method of extracting the activated region using the present invention is 2
It is divided into stages. In the first stage, the activation region is extracted without erroneous extraction, and in the second stage, the region extracted in the first stage is used as a starting point to expand the activation region. Various area expansion methods have been proposed in the field of image processing, and these methods can also be used in the present invention. However, these methods are different in that the user determines and specifies the starting point of the region expanding process from the structure of the target object, but the present invention extracts the starting point in the first process. Further, the information of the functional image data created by the extraction method used in the first step and the information of the functional image data created by the extraction method used in the second step are different, and this different information The point that the area is expanded by using both is also different from the conventional area expansion processing.

【0021】図1は、本発明を用いた活性化領域抽出法
の、データ処理手順の一例を示したフローチャートであ
る。第1の処理(処理1)では、SN比の影響を受けや
すい抽出法を用いて機能画像データ(SN比の影響を受
けやすい機能画像データ)を作成し、活性化領域の抽出
を行なう。これらの抽出法は、静脈を誤抽出すること無
く活性化領域を抽出できる。第2の処理(第2の処理)
では、第1の処理で活性化領域として抽出されなかった
領域を再評価する。この評価には、SN比の影響を受け
にくい抽出法を用いて作成された機能画像データであ
る、信号変化率画像データを用いる。まず、第1の処理
で抽出された活性化領域を開始点とし、開始点に隣接す
る画素の信号変化率の評価を行なう。即ち、信号変化率
が所定の閾値以上であれば、活性化領域として拡張す
る。次に、拡張後の活性化領域近傍画素の信号変化率を
評価し、信号変化率が所定の閾値以上であれば、同様
に、活性化領域として拡張する。この活性化領域の拡張
は、隣接する画素の中で、信号変化率の閾値の条件を満
足する画素がなくなるまで行われる。
FIG. 1 is a flow chart showing an example of a data processing procedure of the activation area extraction method using the present invention. In the first process (process 1), functional image data (functional image data susceptible to the influence of the SN ratio) is created using an extraction method susceptible to the SN ratio, and the activation region is extracted. These extraction methods can extract the activation region without erroneously extracting the vein. Second process (second process)
Then, the area that has not been extracted as the activated area in the first process is re-evaluated. For this evaluation, signal change rate image data, which is functional image data created using an extraction method that is not easily influenced by the SN ratio, is used. First, the activation region extracted in the first process is set as the starting point, and the signal change rate of the pixel adjacent to the starting point is evaluated. That is, if the signal change rate is equal to or higher than a predetermined threshold value, the active area is expanded. Next, the signal change rate of the pixels in the vicinity of the activated area after the expansion is evaluated, and if the signal change rate is equal to or higher than a predetermined threshold value, the pixel is similarly expanded as the activated area. The expansion of the activation region is performed until no adjacent pixels satisfy the threshold value condition of the signal change rate.

【0022】図4は、この様子を示すものである。この
活性化領域を拡張する際に、信号変化率だけでなく信号
変化率の空間上の勾配を用いても良い。この領域拡張に
関する一連の処理を行なうことで、SN比の変化に伴う
活性化領域の縮小を防止できる。一方、活性化領域が大
脳皮質の外側にあふれでるのを防止するため、時系列画
像の信号値に閾値を設けて大脳皮質を抽出し、活性化領
域を探索する領域を決定してもよい。この場合は、2種
類の機能画像の情報と形態画像の情報を併用することに
なる。
FIG. 4 shows this state. When expanding the activation region, not only the signal change rate but also the spatial gradient of the signal change rate may be used. By performing a series of processing related to the area expansion, it is possible to prevent the activation area from being reduced due to the change of the SN ratio. On the other hand, in order to prevent the activation region from overflowing outside the cerebral cortex, a threshold may be set for the signal value of the time-series image to extract the cerebral cortex, and the region to be searched for the activation region may be determined. In this case, two types of functional image information and morphological image information are used together.

【0023】なお、第1の処理、及び第2の処理では、
それぞれ閾値を設定する必要がある。本発明は、それぞ
れの閾値の設定法については何ら制約されない。即ち、
活性化領域の抽出を行なう度に閾値を変更してもよい
し、あらかじめ設定された閾値を繰り返し用いて抽出を
行なってもよい。また、以上の実施形態の説明では、M
RIを用いた計測についてのみ説明を行なったが、本発
明の適用対象はMRIに限定されるされるものではな
い。
In the first processing and the second processing,
It is necessary to set a threshold value for each. The present invention is not limited to the setting method of each threshold value. That is,
The threshold value may be changed each time the activation region is extracted, or the preset threshold value may be repeatedly used for extraction. In the description of the above embodiment, M
Although only the measurement using RI has been described, the application target of the present invention is not limited to MRI.

【0024】図5は、本発明の方法が適用される磁気共
鳴装置の概略構成図である。図5において、621は静
磁場H0を発生する磁石、622は測定対象、623は
高周波磁場の発生と測定対象622から生じる磁気共鳴
信号の検出のためのコイル、.6624、625、62
6はそれぞれx軸方向、y軸方向及びz軸方向の傾斜磁
場を発生させる傾斜磁場発生コイルである。627、6
28、629は上記各傾斜磁場発生コイル624、62
5、626に電流を供給する傾斜磁場駆動装置である。
上記傾斜磁場発生コイル、傾斜磁場駆動装置をまとめて
傾斜磁場系と呼ぶ。630は測定されたデータの演算を
行なう計算機、631は計算機630での演算結果を表
示するディスプレイである。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a magnetic resonance apparatus to which the method of the present invention is applied. In FIG. 5, 621 is a magnet that generates a static magnetic field H 0 , 622 is a measurement target, 623 is a coil for generating a high frequency magnetic field and detecting a magnetic resonance signal generated from the measurement target 622 ,. 6624, 625, 62
Reference numeral 6 is a gradient magnetic field generating coil for generating gradient magnetic fields in the x-axis direction, the y-axis direction and the z-axis direction, respectively. 627, 6
28 and 629 are the gradient magnetic field generating coils 624 and 62.
5, a gradient magnetic field driving device for supplying a current to 626.
The gradient magnetic field generating coil and the gradient magnetic field driving device are collectively referred to as a gradient magnetic field system. Reference numeral 630 is a calculator for calculating the measured data, and 631 is a display for displaying the calculation result of the calculator 630.

【0025】次に本検査装置の動作の概要を説明する。
測定対象622の核スピンを励起する高周波磁場H
1は、シンセサイザ632により発生させた高周波を変
調装置633で波形整形、電力増幅し、コイル623に
電流を供給して発生させる。コイル駆動装置627、6
28、629から電流を供給された傾斜磁場発生コイル
624、625、626は傾斜磁場を発生し、測定対象
622からの磁気共鳴信号を変調する。この変調信号は
コイル623により受信され、増幅器634で増幅、検
波装置635で検波された後、AD変換され、計算機6
30に入力される。計算機630は演算後、演算結果を
ディスプレイ631で表現する。なお、計算機630は
予めプログラムされたタイミング、強度で各装置が動作
するように制御を行なう。このプログラムの内、特に高
周波磁場、傾斜磁場、信号受信のタイミングや強度を記
述したプログラムはパルスシーケンスと呼ばれている。
Next, an outline of the operation of this inspection apparatus will be described.
High-frequency magnetic field H for exciting the nuclear spins of the measurement target 622
In the modulator 1 , the high frequency generated by the synthesizer 632 is waveform-shaped and power-amplified by the modulator 633, and a current is supplied to the coil 623 to generate it. Coil driving device 627, 6
The gradient magnetic field generating coils 624, 625, 626 supplied with current from 28, 629 generate a gradient magnetic field and modulate the magnetic resonance signal from the measurement target 622. This modulated signal is received by the coil 623, amplified by the amplifier 634, detected by the detector 635, AD converted, and then calculated by the computer 6.
30 is input. After the calculation, the computer 630 displays the calculation result on the display 631. It should be noted that the computer 630 controls each device so that it operates at a preprogrammed timing and intensity. Among these programs, a program that describes the high frequency magnetic field, the gradient magnetic field, the timing and intensity of signal reception, is called a pulse sequence.

【0026】最後に本発明を要約すると、所定の期間被
験者に刺激を印加して時系列画像を撮影し、時系列画像
の同一座標での信号強度を所定の判定式に入力し、判定
式の結果を値とする機能画像データを作成し、機能画像
データを用いて脳内の活動している領域(以下、活性化
領域)を抽出する活性化領域の抽出法において、信号に
重畳し刺激と相関を持たないゆらぎ(以下、ノイズ)が
大きくなると必ず値が大きくなる項を含む判定式を用
い、SN比の変化を反映する機能画像データを作成し活
性化領域の抽出を行なう処理と、ノイズが大きくなると
必ず値が大きくなる項を含まない判定式を用い、SN比
の変化を反映しない機能画像データを作成し活性化領域
の抽出を行なう処理が含まれることに特徴を有する活性
化領域抽出法にあり、さらに、活性化領域の抽出法は、
SN比の変化を反映する機能画像データを用いて抽出さ
れた領域を活性化領域の開始領域に設定する処理と、活
性化領域に隣接し、かつSN比の変化を反映しない機能
画像データを用いて抽出された領域を活性化領域に併合
する取り込み処理と、取り込み処理を新たに活性化領域
に取り込まれる領域が存在しなくなるまで繰り返す領域
拡張処理とを含み、領域拡張処理により得られる領域を
活性化領域として抽出することを特徴がある。
In summary, the present invention is summarized as follows: A stimulus is applied to a subject for a predetermined period of time to capture time-series images, and the signal intensity at the same coordinates of the time-series images is input to a predetermined determination formula. In the activation area extraction method that creates functional image data with the result as a value and extracts the active area in the brain (hereinafter referred to as the activation area) using the functional image data, it is superimposed on the signal and stimulated. The process of creating functional image data that reflects changes in the SN ratio and extracting the activation area by using a judgment formula that includes a term whose value always increases as the uncorrelated fluctuation (hereinafter, noise) increases. The activation area extraction is characterized in that it includes a process of creating functional image data that does not reflect changes in the SN ratio and extracting the activation area by using a judgment formula that does not include a term whose value increases without exception. In law Further, the extraction method of the active region,
Using the process of setting the region extracted using the functional image data reflecting the change of the SN ratio as the start region of the activation region and the functional image data adjacent to the activation region and not reflecting the change of the SN ratio The area obtained by the area expansion processing is activated by including the import processing that merges the extracted area with the active area and the area expansion processing that repeats the import processing until there is no area newly included in the active area. The feature is that it is extracted as a digitized region.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明によれば、空間分解能の向上に伴
いSN比が低下した場合でも、活性化領域を正確に抽出
できる。
According to the present invention, the activated region can be accurately extracted even when the SN ratio is lowered due to the improvement of the spatial resolution.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を用いた活性化領域抽出手順を示すフロ
ーチャート。
FIG. 1 is a flowchart showing an activated area extraction procedure using the present invention.

【図2】FMRIにおける計測例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a measurement example in FMRI.

【図3】信号ベクトルを示す図。FIG. 3 is a diagram showing a signal vector.

【図4】本発明による活性化領域の手順を説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating a procedure of an activation region according to the present invention.

【図5】本発明が適用される一例であるMRI装置の構
成例を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of an MRI apparatus which is an example to which the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…本発明を用いた活性化領域抽出法における第1の処
理、2…本発明を用いた活性化領域抽出法における第2
の処理、、621…静磁場発生用磁石、622…測定査
対象、623…高周波磁場発生及び信号検出用コイル、
624、625、626…傾斜磁場発生用コイル、62
7、628、629…コイル駆動装置、630…計算
機、631…ディスプレイ、632…シンセサイザ、6
33…変調装置、634…増幅器、635…検波装置。
1 ... First processing in activated area extraction method using the present invention, 2 ... Second processing in activated area extraction method using the present invention
, 621 ... Magnet for static magnetic field generation, 622 ... Target for measurement, 623 ... Coil for high frequency magnetic field generation and signal detection,
624, 625, 626 ... Gradient magnetic field generating coil, 62
7, 628, 629 ... Coil drive device, 630 ... Calculator, 631 ... Display, 632 ... Synthesizer, 6
33 ... Modulator, 634 ... Amplifier, 635 ... Detector.

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成8年1月23日[Submission date] January 23, 1996

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All figures

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図1】 FIG.

【図3】 [Figure 3]

【図2】 [Fig. 2]

【図4】 FIG. 4

【図5】 [Figure 5]

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】所定の期間被験者に刺激を印加して時系列
画像を撮影し、該記時系列画像の同一座標での信号の強
度を所定の判定式に入力して、前記判定式の結果を値と
する機能画像データを作成し、該機能画像データを用い
て脳内の活動している領域である活性化領域を抽出する
活性化領域の抽出法において、前記信号に重畳し前記刺
激と相関を持たないゆらぎであり、前記時系列画像の同
一座標における前記信号の時間変動が、大きくなると必
ず値が大きくなる項を含む前記判定式を用い、SN比の
変化を反映する前記機能画像データを作成し活性化領域
の抽出を行なう第1の処理と、前記信号の時間変動が大
きくなると必ず値が大きくなる項を含まない前記判定式
を用い、前記SN比の変化を反映しない機能画像データ
を作成し前記活性化領域の抽出を行なう第2の処理を有
することを特徴とする活性化領域抽出法。
1. A stimulus is applied to a subject for a predetermined period of time to capture time-series images, and the signal intensity at the same coordinates of the time-series images is input to a predetermined determination formula, and the result of the determination formula is determined. In the extraction method of the active region, which creates the functional image data having a value, and extracts the active region that is an active region in the brain using the functional image data, the stimulus is superposed on the signal. The functional image data reflecting fluctuations in the SN ratio, which is a fluctuation having no correlation, and which uses the determination formula including a term in which the time variation of the signal at the same coordinates of the time-series image is always large when the signal is large. And the functional image data that does not reflect the change in the SN ratio, using the first processing for creating an active region and the determination formula that does not include a term whose value always increases as the time fluctuation of the signal increases. Creates the activity Activation region extraction method and having a second processing to extract the area.
【請求項2】請求項1に記載の活性領域抽出法におい
て、前記第1の処理によって抽出された領域を前記活性
化領域の開始領域に設定する処理と、前記活性化領域に
隣接し、かつ前記第2の処理によって抽出された領域を
活性化領域に併合して、新たに前記活性化領域に併合さ
れる領域が存在しなくなるまで、前記併合を繰り返す領
域拡張処理とを含み、前記領域拡張処理により得られる
領域を前記活性化領域として抽出することを特徴とする
活性領域抽出法。
2. The active area extraction method according to claim 1, wherein the area extracted by the first processing is set as a start area of the active area, and the area is adjacent to the active area, and A region expansion process of merging the region extracted by the second process with an activation region and repeating the merging process until there is no region newly merged with the activation region. An active area extraction method, characterized in that an area obtained by processing is extracted as the activation area.
【請求項3】請求項2に記載の活性領域抽出法におい
て、前記時系列画像の信号値から前記活性化領域を探索
する領域を決定する処理を有することを特徴とする活性
領域抽出法。
3. The active area extraction method according to claim 2, further comprising a process of determining an area to search for the active area from a signal value of the time series image.
【請求項4】請求項1に記載の活性領域抽出法におい
て、前記SN比の変化を反映する機能画像データと前記
SN比の変化を反映しない機能画像データの両方で抽出
された領域を活性化領域の開始領域に設定する処理と、
前記活性化領域に隣接し、かつ前記第2の処理によって
抽出された領域を活性化領域に併合して、新たに前記活
性化領域に併合される領域が存在しなくなるまで、前記
併合を繰り返す領域拡張処理とを含み、前記領域拡張処
理により得られる領域を前記活性化領域として抽出する
ことを特徴とする活性領域抽出法。
4. The active area extraction method according to claim 1, wherein the areas extracted by both the functional image data reflecting the change of the SN ratio and the functional image data not reflecting the change of the SN ratio are activated. The process of setting the start area of the area,
A region that is adjacent to the activation region and merges the region extracted by the second process with the activation region, and repeats the merge until there is no region newly merged with the activation region. An active area extraction method comprising: an expansion process, and extracting an area obtained by the area expansion process as the activation area.
【請求項5】請求項4に記載の活性領域抽出法におい
て、前記時系列画像の信号値から前記活性化領域を探索
する領域を決定する処理を有することを特徴とする活性
領域抽出法。
5. The active area extraction method according to claim 4, further comprising a process of determining an area to search for the active area from a signal value of the time series image.
【請求項6】請求項1に記載の活性化領域抽出法におい
て、前記SN比の変化を反映する前記機能画像データの
作成に使用する判定式は、t検定を用いた判定式である
ことを特徴とする活性化領域抽出法。
6. The activation region extraction method according to claim 1, wherein the determination formula used to create the functional image data reflecting the change in the SN ratio is a determination formula using a t-test. Characterized activation area extraction method.
【請求項7】請求項1に記載の活性化領域抽出法におい
て、前記SN比の変化を反映する前記機能画像データの
作成に使用する判定式は、F検定を用いた判定式である
ことを特徴とする活性化領域抽出法。
7. The activation region extraction method according to claim 1, wherein the determination formula used to create the functional image data reflecting the change in the SN ratio is a determination formula using an F test. Characterized activation area extraction method.
【請求項8】請求項1に記載の活性化領域抽出法におい
て、前記SN比の変化を反映する前記機能画像データの
作成に使用する判定式は、カイ二乗検定を用いた判定式
であることを特徴とする活性化領域抽出法。
8. The activation region extraction method according to claim 1, wherein the determination formula used to create the functional image data reflecting the change in the SN ratio is a determination formula using a chi-square test. A method for extracting activated regions characterized by.
【請求項9】請求項1に記載の活性化領域抽出法におい
て、前記SN比の変化を反映する前記機能画像データの
作成に使用する判定式は、自己相関関数を用いた判定式
であることを特徴とする活性化領域抽出法。
9. The activation region extraction method according to claim 1, wherein the determination formula used to create the functional image data reflecting the change in the SN ratio is a determination formula using an autocorrelation function. A method for extracting activated regions characterized by.
【請求項10】請求項1に記載の活性化領域抽出法にお
いて、前記SN比の変化を反映する前記機能画像データ
の作成に使用する判定式は、相互相関関数を用いた判定
式であることを特徴とする活性化領域抽出法。
10. The activation region extraction method according to claim 1, wherein the determination formula used to create the functional image data reflecting the change in the SN ratio is a determination formula using a cross-correlation function. A method for extracting activated regions characterized by.
【請求項11】請求項1に記載の活性化領域抽出法にお
いて、前記SN比の変化を反映しない前記機能画像デー
タの作成に使用する判定式は、前記刺激を印加した期間
の信号の強度と刺激を印加していない期間の信号の強度
とから信号変化率を計算し、前記信号変化率に閾値を設
け前記活性化領域を抽出することを特徴とする活性化領
域抽出法。
11. The activation region extraction method according to claim 1, wherein the determination formula used for creating the functional image data that does not reflect the change in the SN ratio is the signal intensity during the period when the stimulus is applied. A method for extracting an activation region, characterized in that a signal change rate is calculated from a signal intensity during a period in which a stimulus is not applied, and the activation region is extracted by setting a threshold value on the signal change rate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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