JPS63194649A - Ｍｒｉ３次元画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、特定組織をこの周囲の組織とコントラスト差
を強調して表示するＭＲＩ３次元画像表示装置に関する
。

（従来の技術） 被検体の特定組織（領域）を抽出して３次元表示させる
ための装置としてＭＲＩ装置やＸ線ＣＴ装置が知られて
いるが、これら装置で特定組織を抽出するには（１）Ｃ
Ｔ値の違いを利用して閾値処理を行う、（２）微分フィ
ルタを利用して輪郭追跡を行う、（３）手作業によって
輪郭をなぞる等の方法が実施されている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、前記方法によって３次元表示を行うためには
通常士数枚〜百枚以上の画像について同様の処理を行う
必要がある。しかも（１）、　（２）の方法はいずれも
全自動で行われるわけではなく、必ず人手による修正、
指示等の補助が必要、となり、これがなければ正確に希
望の組織の抽出を行うことはできない。

したがって、多数の画像についてそれぞれ手作業をとも
なって処理しなければ正確な組織の抽出は困難になると
いう問題があり、このため３次元表示の医学臨床上にお
ける実用性の妨げとなっている。

本発明はこのような問題に対処してなされたもので、手
作業を伴うことなく所望の組織の抽出が正確に行えるＭ
Ｒ１３次元画像表示装置を提供することを目的とするも
のである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記目的達成するために本発明は、ＭＲＩのパルスシー
ケンスを調整することによって、又は複数のパルスシー
ケンスで撮影した画像を基に合成画像を得ることによっ
て、３次元表示しようとする組織とこの周囲の組織との
コントラスト差を強調して容易に目的の組織を抽出して
表示することを特徴としている。

（作　用） ＭＲＩのパルスシーケンスを利用することにより、抽出
したい組織とこの周囲の組織とのコントラスト差を大き
くする処理が行われる。次にこのコントラスト差に基づ
き３次元表示したい組織のみを周囲組織から分離する処
理が行われるので、目的組織のみを正確に抽出すること
ができる。

（実施例） 先ず本発明の原理について説明する。

ＭＲＩにおけるパルスシーケンスを変更することによっ
て被検体の各組織間のコントラストを換えることが行わ
れる。

パルスシーケンスをスピンエコー（ＳＥ）法で行うとき
その画像値ＰＳＥは次式のように示される。

ＰＳＥ＝ρ（１−ｅ　’ＲＥ／ＴＩ　　　　−ｒＥ／Ｔ
２）ｅ ・・・（１） またパルスシーケンスをインバージョンリカバリー（Ｉ
Ｒ）法で行うときその画像値ＰＩＲは次式のように示さ
れる。

ＰＩＲ＝ρ　（１−２ｅ　　　−Ｔｄ”　　　　　　　
　−丁ＲＥ／ＴＩ　　　　　　　　−ＴＥ　　／丁２＋
ｅ　　　）ｅ ・・・（２） 第１２図及び第１３図は各々ＳＥ法におけるパルス系列
及びＩＲ法におけるパルス系列を示している。

尚以上において各記号は次の意味を示している。

ＴＥ　：エコ一時間（代表的には２０〜１００１Ｉｌｓ
）、ＴＲ：繰返し時間（代表的には４００〜１０１００
Ｏ）、ＴＲＥ：リカバリ−（回復）時間、 Ｔｄ：遅れ時間、 Ｔ１　：縦緩和時間、 Ｔ２：横緩和時間、 ρ：特定組織の特定部分のプロトン密度。

このうち、前者の４つ（ＴＥ　、　ＴＲ、ＴＲＥ、　Ｔ
ｄ）はコントロラープルなパラメータであるのに対して
、後者の３つ（Ｔ１　、Ｔ１．ρ）はアンコントロラー
プルなパラメータでおる。

従って、ＳＥ法を用いてＭＲＩＩＩ！ｉ影を行うかＩＲ
法を用いて行うか、ＳＥ法を行う場合はコントロラープ
ルな撮影パラメータであるＴＥ　、　ＴＲ等をどの程度
に設定するか、ＩＲ法を行う場合はＴｄ、ＴＥ、ＴＲ等
をどの程度に設定するかの選択を行うことによって、得
られる画像の濃淡は前記（１）、　（２）式に応じて変
化することになる。この（１）。

（２式から明らかなように、いずれにおいても画像値Ｐ
（ＰＳＥ又はＰ　ＩＲ）は組織中のプロトン密度ρには
単に比例するが、組織の固有のパラメータＴ１　、Ｔ２
については非線形となり、しがもＴＥ。

ＴＲあるいはＴｄを変えることによって構成する画像へ
の寄与の度合いすなわちコントラストを変えることがで
きることになる。

一方、そのように（１）、　（２）式に基づいてＳＥ法
又はＩＲ法によるパルスシーケンスを調整してコントラ
ストのある画像を得る手段以外にも、次のように複数の
パルスシーケンスを組合せて合成画像を１ｑることによ
ってもコントラストのある画像を作ることができる。

例えばＴＨＥがすべて同じであるが他のパラメータは異
なるような３回の撮影Ａ、Ｂ、Ｃを次表のＰＡ、ＰＢ、
ＰＣとすると各々は前記（１）、　（２）式に・・・（
３） ｐ　Ｂ＝＝　ρ（１−ｏ−ＴＲＥ　／Ｔｉ　　　−Ｔε
／Ｔ２）ｅ ・・・（４） ｐ０＝、）　＜１２．−Ｔｄ／Ｔｘ−ＴＲε／Ｔ１−Ｔ
Ｅ　／Ｔ２＋ｅ　　　　＞ｅ ・・・（５） ここで各画像値ＰＡ、ＰＢ、ＰＣは各ピクセルごとに得
られる値であり、またパラメータρ、Ｔ１゜Ｔ２につい
て容易に解くことができるので、各ピクセルごとにρ、
Ｔ１　、Ｔ２の値を具体的に求めることができる。

この結果アンコントロラープルなパラメータρ。

Ｔ１　、Ｔ２を用いて再び前記（１）式に代入すること
によって、コントロラープルなパラメータＴＥ　。

ＴＲ，Ｔｄの任意な値における画像値を求めることがで
きるので、画像すなわち合成画像を得ることができる。

繰り返して述べると合成画像とは、 １、パラメータを変えて撮影した複数枚例えば３枚の同
一部位の画像データを基にして、アンコントロラープル
なパラメータであるρ、　Ｔ１　、　Ｔ２の値を計算に
よって求め、 ２、次にコントロラープルなパラメータでおるＴＥ　、
ＴＲ，Ｔｄ等の任意の値を与えて、もしこれらのパラメ
ータで撮影したならどんな画像になるかを、上記ρ、Ｔ
Ｉ　、Ｔ２を用いて計算によって推定２合成して得る仮
想の画像のことである。

以上のような原理を利用することにより、各組織間にお
いて抽出したい組織とその周囲の組織との画像値のコン
トラストを大きくするような撮影パラメータＴＥ　、Ｔ
Ｒ，Ｔｄを予め求めておき、この後この撮影パラメータ
を用いて撮影するか又は合成画像を作ることによって、
目的の組織の抽出が容易となる。

以下図面を参照して本発明のＭＲＩ３次元画像表示装置
の実施例を説明する。第１図は本発明実施例の構成を示
すブロック図で、その主要部はコントラスト最大化シス
テム１．領域抽出システム２．３次元表示システム３か
ら構成される。

コントラスト最大化システム１は、前記したような原理
を利用して抽出したい組織とこの周囲の組織との各画像
値のコントラストを大きくするＭＲＩｍｔ影用の複数の
バラロータを求めるステップと、これらパラメータを用
いてｗ１彰を行う又は複数の撮影を行ってこれに基づい
た合成画像を作ることによって各組織間のコントラスト
の大きい一連の画像を得るステップとを含んでいる。以
下合成画像を用いてコントラスト最大化を行う動作につ
いて説明する。

被検体の所定部位が第３図のように組織４Ａと４Ｂとか
ら構成されているとして、両組織４Ａ。

４Ｂを分離したい場合は各々に関心領域ＲＯＩＡ。

ＲＯＩｅを設定する。画像の全ビクセルについてパラメ
ータＴ！　、Ｔ２がわかっているとして、ＲＯＩＡ内の
ピクセルの画像値の平均ＰＡとＲＯＩｅ内のピクセルの
画像値の平均ＰＢとの差が大きくなるようなパラメータ
ＴＥ、ＴＲを求めるようにする。そして求めたＴＥ、Ｔ
Ｒを用いて全ビクセルについて前記（１）式で計算を行
って合成画像を作る。ＩＰＡ　−Ｐａ　ｌ＝Ｄ　（ピク
セル差）の最大化は非線形極値問題でおり、次のような
方法が行われる。

その１つは種々の値のＴＥ　、ＴＲについてＤを計算し
て第４図のようにＤを等磁線又は濃淡で表したグラフを
作り、人間又は機械がその最大点を探してＴＥ、ＴＲを
求める方法である。

他はＤｉ＝ｌＰＡ−Ｐａｌを次のような計算しＴ１八：
ＲＯＩＡ内の各ピクセルのＴ１の平均、Ｔ２Ａ：ＲＯＩ
ｅ内の各ピクセルのＴ２の平均、を代入シ、ａＤ／８Ｔ
ＲＥ＝０とおくと、・・・（６） が得られるので、この（６）式を満たすようなＴ　ＲＥ
　。

ＴＥに関する種々なり１を計算することにより最大値を
探す方法である。また８　Ｄ／８　ＴＥ　＝Ｏとおくと
、 （１−ｅ　−丁ＲＥ／ＴＩＡ）　　ｅ　−ＴＥ　／Ｔ２
Ａ・・・（７） が得られるので、この（７）式に前記（６）式を代入し
て非線形方程式としてこれを解くようにしてもよい。

このようにして各組織間のコントラストを大きくするＴ
Ｅ、　Ｔｒ＜が求められるので、ＭＲＩ装置７に対して
撮影用パラメータとして与えて多数の撮影例えば３回の
ｍ影を行うことにより、コントラストのついた一連のス
ライス画像を得ることができる。このような処理はほと
んどの場合１スライスについて行うだけでよい。なぜな
らば、１スライスについてだけ最適パラメータがわかれ
ば、そのパラメータで全スライス［ｊができるからであ
る。

しかし場合によっては例えば後述の論理演算によって目
的の組織を抽出するような場合は、むしろ全部のスライ
スについて行って合成画像を得るようにした方が、スキ
ャン時間を短縮できるという利点が得られる。例えば３
通りのパラメータで全スライスの撮影を行ったとする。

こうすればどのスライスについても、任意のパラメータ
で随影した場合に得られるべき画像が計算によって合成
できる。ゆえに、もし領域の分離が困難で、４通り以上
のコントラストのっけ方の異なる画像を利用したいのな
らば、全スライスを４通り以上のパラメータで撮影する
よりも合成画像を用いる方がスキャン回数が少なくなる
。

領域抽出システム２は、コントラスト最大化システム１
によって得られたコントラストのついた画像又は合成画
像を、以下のような各種の分離処理を行って目的の組織
のみを抽出する働きを行う。

以下その動作について説明する。

［Ｉ］閾値処理　　この処理方法は第５図（ａ＞のよう
に得られたコントラストのついた画像を（ｂ）のように
閾値Ｔｈによって分離することにより、Ｔｈ以上の目的
の組織のみのデータを（Ｃ）のように得るものである。

この閾値Ｔｈを適当に股足することにより、一定範囲の
値のもののみを抽出することも可能である。

［ｎ］論理演算処理　　この処理は特に抽出したい組織
に他の複数個の組織が密着しているような場合に適用し
て効果的である。例えば第６図（ａ）のように３個の組
織５Ａ、５Ｂ、５Ｇが密着していて５Ｂのみを抽出した
いような位置関係にある場合、（ｂ）のように５Ａと５
Ｂとにコントラストをつけると５Ｂと５Ｃとのコントラ
スト差が小さくなり、また５Ｂと５Ｃとにコントラスト
をつけると５Ａと５Ｂとのコントラスト差が小さくなっ
てしまう。従っていずれの場合でも５Ｂのみを抽出する
のが不可能となる。

このような場合先ず第６図（ｂ）の画像に閾値処理を施
して第７図（ａ＞のように５８．５Ｃを一体とした画像
を３次元画像として抽出し、次に第６図（Ｃ）の画像に
閾ｆａ処理を施して第７図（ｂ）のように５Ａ、５Ｂを
一体とした画像を抽出する。続いて抽出された両者を次
のように演算処理を施すことにより、 ５Ｂ−＜５８Ｖ５Ｇ）△（５ＡＶ５Ｂ）目的の組織５Ｂ
のみを第７図（Ｃ）のように容易に抽出することができ
る。

［Ｉ［１］連結領域抽出処理　　この処理は特に、［Ｉ
］、［ｎｌによって抽出困難な場合に適用して効果的で
ある。例えば第８図のように目的の組織６Ａに接しては
いないが近接して他の組織６Ｂがある位置関係の場合、
［Ｉ］、［ｎ］処理によると６Ａでけでなく６Ｂも同時
に抽出されてしまうことがある。

このような場合は第８図の点線のような６Ａ。

６Ｂを含んだボクセルセットを溝成し、目的の組織６Ａ
を人間が指示してやるようにする。具体的には第９図の
ように６Ａに属する一点Ｋを指定してやれば、この点Ｋ
から到達可能な領域すなわち接がっている領域が選び出
されるので、目的の組織６Ａのみを容易に抽出すること
ができる。このようなアルゴリズムはパソコン等で通常
行われている色塗り方法、例えば第１０図（ａ）のよう
にある閉曲線で囲まれた領域中の一点に′を指定すると
（ｂ）のようにその領域全体が色塗りされるような方法
を、ある閉曲線で囲まれた３次元領域を対象として適用
することにより容易に実現可能となる。

このようにしてコントラストのついた画像又は合成画像
に対して［Ｉ］、［ｎ］、［ＩＩＩ］の少なくとも一つ
の処理を適用することにより第１１図のように目的の組
織のみをボクセルセットとして抽出することができる。

３次元表示システム３はこのようにして抽出された目的
の組織を表示するためのものである。抽出された組織は
表示に用いられるだけでなく、３次元物体の模型を作る
等の切削システムのような他の用途にも用いられる。

次に本発明実施例の作用を説明する。

第２図（ａ）、（ｂ）は本実施例装置の処理の流れを示
すもので、コントラスト最大化システム１、＠酸抽出シ
ステム２，３次元表示システム３の各１０ツタごとに連
続した流れを示している。

以下合成画像を用いた場合の例で説明する。なお各ブロ
ックで横方向の矢印は情報の流れを示している。

先ず３次元表示を行うに必要な３種類の情報が動作ブロ
ック（以下単にブロックと称する＞ｌａからＭＲＩ装置
に撮影用パラメータとして送られ、ＭＲＩ装置はこのパ
ラメータに基づき３種類の画像を作ってブロック１ｂに
２次元表示する。

オペレータはこの画像を観察し抽出したい目的の組織と
この周囲の組織とにＲＯＩを設定して各組織間でコント
ラストを最大となすような位置の指定を行う。これによ
り３種類の画像の同一位置にＲＯＩが設定されるので、
コンピュータは各ＲＯＩ内のデータに基づきコントラス
トが最大となるようなパラメータＴＥ　、ＴＲ８ＭＲＩ
装置に送るので、これに基づいた合成画像がブロック１
ｆのように得られる。この合成画像は目的の組織と周囲
の組織とのコントラストが最大になっている。

この画像は領域抽出システム２に送られブロック２ａに
２次元表示される。オペレータはこの画像を観察し所望
の閾値を設定してブロック２Ｃで閾＋ａｆｆｉ理を行う
。この結果は再に観察され所望の組織が抽出されるまで
、閾値条件を変えるなり、。

論理演算処理を加える等のくり返し処理が行われる。こ
れによって目的の組織が２値データのボクセルットとし
て得られる。このボクセルセットは２次元画像でおり確
実に目的の組織のみが抽出されたかを確認するには多数
の画像をｉ認する必要があるので、これを効率的に行う
ためこの段階で一度３次元表示システムを用いてその確
認を行う。

この結果不要な組織が抽出されているような場合には、
ブロック２ｅのように連結領域抽出処理を行って不要組
織を除去するようにする。これによつで目的の組織のみ
が正確に抽出された最終的なボクセルセットが冑られる
。

このボクセルセットは３次元表示システム３に出力され
３次元画像として表示される。このボクセルセットは前
記したように３次元表示以外の他の用途にも用いられる
。

このように本実施例によれば目的の組織が正確に得られ
るので、３次元表示の医学臨床上における実用を可能に
することができ、診断能の向上に寄与できる。

［発明の効果］ 以上）ホべたように本発明によれば、所望の組織のみ正
確に抽出することができるので、医学臨床上における３
次元表示が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＭＲＩ３次元画像表示装置の実施例を
示すブロック図、第２図（ａ）、（ｂ）は本実施例装置
の処理の流れを示すフロー図、第３図は本実施例装置の
主要部の動作を説明する組織配置図、第４図は本実施例
装置の主要部の動作を説明するグラフ、第５図（ａ）、
（ｂ）、（Ｃ）は本実施例装置の閾値処理を説明する概
略図、第６図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）及び第７図（ａ）
。 （ｂ）、（ｃ）は本実施例装置の論理演算処理を説明す
る組織配置図、第８図及び第９図は本実施例装置の連結
領域抽出処理を説明する組織配置図、第１０図（ａ）、
（ｂ）は本実施例装置の連結領域抽出処理の原理を説明
する概略図、第１１図は本発明実施例によって得られた
ボクセルセット、第１２図は本発明の詳細な説明するＳ
Ｅ法のパルスシーケンス、第１３図は本発明の詳細な説
明するＩＲ法のパルスシーケンである。 １・・・コントラスト最大化システム、２・・・領域抽
出システム、 ３・・・３次元表示システム、 ４Ａ、４Ｂ、５Ａ。 ５Ｂ、５Ｃ，６Ａ、６Ｂ・・・組ｌ！（領域）、７・・
・ＭＲＩ装置。 第　　１　図 ／１フ〉Ｅラス撮でＪｔｌ−；２デム （ａ）　　　　　　（ｂ）　　　　　　（Ｃ）第６図 第７図 第８図　第９図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体の特定組織を抽出して表示するＭＲＩ３次
   元画像表示装置において、抽出したい組織とこの周囲の
   組織との各画像値のコントラストを大きくするＭＲＩ撮
   影用の複数のパラメータを求める手段と、求められた複
   数のパラメータを用いてＭＲＩ撮影を行うことによつて
   又はパラメータを用いて複数のＭＲＩ撮影を行つた後こ
   れを基に合成画像を得ることによつて各組織間のコント
   ラストの大きい一連の画像を得る手段と、得られた画像
   を分離処理することにより目的の組織を抽出する手段と
   を供えたことを特徴とするＭＲＩ３次元画像表示装置。
2. （２）分離処理が閾値処理、論理演算処理、連結領域抽
   出処理の少なくとも一つから成る特許請求の範囲第１項
   記載のＭＲＩ３次元画像表示装置。
3. （３）抽出された目的の組織を表示する３次元表示手段
   を備える特許請求の範囲第１項記載のＭＲＩ３次元画像
   表示装置。