JPWO2014125876A1 - 磁気共鳴イメージング装置及びその処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
マスク画像作成部503は画像データベース304に格納されている第1エコー画像501と第2エコー画像502から位相アンラップ処理を行う領域を示すマスク画像504を作成する。マスク画像504は明らかに物体が無いノイズだけの領域を位相アンラップ処理の領域から除外するために作成する。マスク画像を作成する方法は例えば以下の3つの方法がある。
方法1として、第1エコー画像501を2値化処理することによって作成する方法がある。
方法2として、第2エコー画像502を2値化処理することによって作成する方法がある。
方法3として、第1エコー画像501と第2エコー画像502の比を用いて領域をさらに識別する方法もある。第1エコー画像501は水と脂肪が逆位相の画像であり、第2エコー画像502は水と脂肪が同位相の画像であるため、第1エコー画像501を第2エコー画像502で除算して、閾値処理をすることによって、正確に水と脂肪が混在する領域を除去することができる。水と脂肪が混在する領域は位相のエラーが発生し易いため、水と脂肪の混在領域を領域拡張から除外することは、位相アンラップの主値回りを低減する方法として有効である。
方法1として、第1エコー画像501の最大となるピクセル値の1/10として決める方法がある。方法2として、ノイズレベルを求め、ノイズレベルから閾値を決める方法(例えばノイズレベルの3倍)もある。ノイズレベルは、画像の高周波成分にはノイズ成分の割合が大きいことを利用し、第1エコー画像501あるいは第2エコー画像502にハイパスフィルタ(High Pass Filer)を施して絶対値画像を作成し、絶対値画像の平均値をノイズレベルとすることができる。より正確にノイズレベルを求めるには、ノイズの絶対値画像はレイリー分布となる特徴を利用し、絶対値画像のヒストグラムを作成した後、累積密度分布から最頻値を求めることで実現できる。前記絶対値画像上にノイズ以外の高信号の成分がある場合でも、ヒストグラムを作成し最頻値を求めることでノイズレベルに与える影響を低減できる。本発明の実施例では閾値を求める方法として方法2を用いるが、方法1を用いてもよい。
位相差画像作成部505が、前記第1エコー画像501および第2エコー画像502から位相差画像506を作成する。最初に、第2エコー画像502から第1エコー画像501の位相を減算する。
領域拡張位相アンラップ部507は、リスト508を用いて、位相差画像506を領域拡張による位相アンラップ処理し、静磁場不均一マップU(x,y,z)509を作成する。リスト508は領域拡張する座標、位相アンラップした位相、領域拡張の順番を示す重み付けをピクセル毎に格納および取り出しを繰り返しながら領域拡張処理していくために利用する。領域拡張による位相アンラップ処理403の詳細については後述する。
位相補正部510は、静磁場不均一マップU(x,y,z)509を用いて、第2エコー画像S2(x,y,z)502を位相補正する。このとき、静磁場不均一マップU(x,y,z)509にはマスク画像M(x,y,z)504が0となるピクセルには値が入っていないため、外挿によって値を求める。また、ステップ402の位相差画像作成処理で位相を2倍にしているため、静磁場不均一マップU(x,y,z)509の半分の位相を第2エコー画像S2(x,y,z)502から減算し、位相補正後の第2エコー画像S2’(x,y,z)511を求める。
水・脂肪画像分離部512は、第1エコー画像501と位相補正後の第2エコー画像511を複素加算して水画像を、複素減算して脂肪画像を、それぞれ作成し、画像送信部306に送信する。
最初に処理を開始するピクセル(上述したとおり開始ピクセルと以下記載する)の座標を求める。開始ピクセルの座標の決め方は幾つかあり、以下に列挙する。
1)マスク画像M(x,y,z)=1となる領域で、第1エコー画像501の最大信号強度のピクセルを開始ピクセルとする方法
2)マスク画像M(x,y,z)=1となる領域で、第2エコー画像502の最大信号強度のピクセルを開始ピクセルとする方法
3)マスク画像M(x,y,z)=1となる領域で、位相差画像506の最大信号強度のピクセルを開始ピクセルとする方法
上記、3つの方法の決め方により、結果に大差はないが、本実施例では1)の決め方を用いる。しかし上記2)や3)に記載の方法で開始ピクセルの座標を決めてもよい。
ステップ601で求めた開始ピクセルの座標に対応する位相差画像506を注目ピクセルとし位相を求める。開始ピクセルの座標を(x0,y0,z0)とすると、位相は以下の式で求めることができる。
注目ピクセルの位相を静磁場不均一マップ509に設定する。注目ピクセルの座標を(x0,y0,z0)とすると、静磁場不均一マップ509は下式となる。この処理により注目ピクセルに対してアンラップ処理された位相が静磁場不均一マップ509の対応ピクセルに対して設定される。
注目ピクセルに隣接するピクセル(隣接ピクセルと記す)に未処理のピクセルがあるかどうかが判断される。隣接ピクセルとは注目ピクセルの座標を(x0,y0,z0)とすると、以下に列挙したピクセルである。
1)マスク画像M(x0-1,y0,z0)=1となるピクセル
2)マスク画像M(x0+1,y0,z0)=1となるピクセル
3)マスク画像M(x0,y0-1,z0)=1となるピクセル
4)マスク画像M(x0,y0+1,z0)=1となるピクセル
5)マスク画像M(x0,y0,z0-1)=1となるピクセル
6)マスク画像M(x0,y0,z0+1)=1となるピクセル
また、未処理とは、該当の座標の静磁場不均一マップに値がまだ設定されていない、かつ、この注目ピクセルの隣接ピクセルとして、次に説明するステップ605とステップ606の処理をしていないことを示す。
ステップ604で注目ピクセルの隣接ピクセルが未処理である場合すなわち図示の「YES」の場合には、隣接ピクセルのアンラップした位相を求める。隣接ピクセルのアンラップした位相θunwrapは、例えば隣接ピクセルの座標を(x0-1,y0,z0)とすると、次の式になる。
別の方法として、隣接ピクセルのアンラップした位相θunwrapを次の式で求めてもよい。
次に注目ピクセルと未処理の隣接ピクセルとの重み付けを求める。この重み付けは本実施例の特徴である領域拡張の処理の順番を決定する要素であり、以下に示す4つの方法がある。
最初の方法は、注目ピクセルと隣接ピクセルとの内積が演算され、演算結果に基づいて重み付けを行う方法であり、たとえば隣接ピクセルの座標を(x0-1,y0,z0)とすると、次の式を用いることができる。
2つ目の方法は、内積に対して、注目ピクセルの信号強度を除外した重み付けである。
3つ目の方法は、注目ピクセルと隣接ピクセルとの差分を重み付けとする方法である。
4つ目の方法は、注目ピクセルと隣接ピクセルの信号強度の積あるいは隣接ピクセルの信号強度を重み付けとする方法である。
次に、ステップ606で求めた重み付けにしたがって、ステップ605で求めたアンラップした位相を座標と一緒にリスト508に格納する。リスト508の内部構造を図7に示す。リスト508は、ピクセル毎に、重み付けとアンラップした位相と座標を1組として、重み付けの順番で並ぶように格納する。
例えば、図7のリスト又は図8のリストを確認し、空であるかどうかを判断する。空でないリストがある場合には、ステップ609に移り、リストの出口から座標と位相を取り出す。また、全てのリストが空の場合は、処理を終了する。全てのリストが空になったとき、静磁場不均一マップU(x,y,z)509が完成する。すなわち図7や図8のリストを使用し、位相差画像506のピクセルの内、領域拡張による位相アンラップ処理が必要なピクセルに対する位相アンラップ処理が全て終了したかを、ステップS608で調べ、全て終了した場合に、図6に示す位相アンラップ処理を終了し、次に図4のステップS404を実行する。また、位相アンラップ処理が終了していない場合に、ステップS609に実行が移り、図7や図8のリストを使用して次に処理する注目ピクセルを決める。
リスト508に格納した座標と位相を取り出し、注目ピクセルの座標および位相とする。図7のリストを使用した場合には、リストの出口から座標と位相を取り出す。また、高速化用に複数用意したリスト図8を使用した場合には、例えば内積の場合には空でない番号の大きいリストから順に座標と位相を取り出す。
リスト508に格納した座標と位相を取り出し、注目ピクセルの座標および位相とする。図7のリストを使用した場合には、リストの出口から座標と位相を取り出す。また、高速化用に複数用意したリスト(図8)を使用した場合には、例えば内積の場合には空でない番号の大きいリストから順に座標と位相を取り出す。
Claims (15)
- 被検体に対して静磁場および傾斜磁場を発生する磁場発生部と、
高周波パルスを照射する高周波パルス照射部と、
前記被検体からのNMR信号を受信するNMR信号受信部と、
作成された診断用画像を表示する表示部と、
前記NMR信号に基づいて第1画像を作成し、前記第1画像を構成する各ピクセルの位相アンラップ処理を行う順番を、前記第1画像のピクセルの内の前記位相アンラップ処理の処理済みピクセルに隣接する複数の前記位相アンラップ処理の未処理ピクセルの中から、信号強度の強い未処理ピクセルを優先して選択することにより決定し、前記決定された順番に従って前記未処理ピクセルの位相アンラップ処理を行って第2画像を作成する信号処理部と、
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において、前記信号処理部は、前記信号強度の強さに加え、前記処理済みピクセルの信号に対する位相差の小さい未処理ピクセルを優先して選択することにより、前記位相アンラップ処理を行う前記順番を決定する、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において、
前記第1画像は位相差画像であり、前記第2画像は補正用マップであって、
前記信号処理部は、前記位相差画像の信号をピクセル毎に前記順番に従って位相アンラップ処理を行って前記補正用マップを作成し、
前記信号処理部は、前記位相差画像の前記処理済みピクセルに対して隣接する複数の前記未処理ピクセルの中から、信号強度が強くさらに前記処理済みピクセルの信号に対する位相差が小さい前記未処理ピクセルを優先して選択することにより、前記位相差画像の前記未処理ピクセルの前記位相アンラップ処理を行う前記順番を決定し、さらに前記補正用マップを基に水画像あるいは脂肪画像を作成し、
前記表示部が前記水画像と前記脂肪画像の少なくとも一方を表示する、ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項3に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記信号処理部は、前記受信部からの前記NMR信号に基づいて少なくとも第1と第2エコー画像を作成し、さらに前記第1と第2エコー画像を基に各ピクセル毎に複素数で表された複素信号を有する前記位相差画像を作成し、前記位相差画像の内の前記未処理ピクセルの前記複素信号を演算して重み付けを行い、前記未処理ピクセルの位相アンラップ処理を行う前記順番を前記重み付けに基づいて決定する、ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項4に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記信号処理部は、前記処理済みピクセルの複素信号と前記未処理ピクセルの複素信号との積の演算に基づいて前記重み付けを演算する、ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
- 請求項4に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記信号処理部は、前記処理済みピクセルの複素信号と前記未処理ピクセルの複素信号との差分を演算することにより前記重み付けを演算する、ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項3に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記信号処理部は前記受信部からの前記NMR信号に基づいて少なくとも第1エコー画像と第2エコー画像を作成し、
前記信号処理部は、前記第1エコー画像あるいは第2エコー画像に基づいてマスク画像を作成し、
前記信号処理部は、前記第1エコー画像あるいは第2エコー画像に基づいて前記位相差画像を作成し、
前記信号処理部は、前記位相差画像の前記ピクセルの内、前記マスク画像でマスクされていないピクセルに対して、前記ピクセル毎に前記順番に従って位相アンラップ処理を行い、静磁場不均一マップを作成する、ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項3に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記信号処理部は、前記受信部からの前記NMR信号に基づいて少なくとも第1と第2エコー画像を作成し、さらに前記第1と第2エコー画像を基に前記位相差画像を作成し、前記位相差画像の内の前記未処理ピクセルに対して前記順番に従って位相アンラップ処理を行って静磁場不均一マップを作成し、前記静磁場不均一マップを基に少なくとも水画像と脂肪画像の少なくとも一方を作成し、
前記表示部が前記水画像と前記脂肪画像の少なくとも一方を前記診断用画像として表示する、
ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項8に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記高周波パルス照射部から前記高周波パルスが照射された後、水と脂肪からの前記NMR信号が互いに逆相となる第1時間経過後に第1NMR信号を受信し、また前記高周波パルスが照射された後、水と脂肪からの前記NMR信号が互いに同相となる第2時間経過後に第2NMR信号を受信し、前記第1NMR信号により前記第1エコー画像を作成し、前記第2NMR信号により前記第2エコー画像を作成し、
前記位相差画像を位相アンラップ処理して静磁場不均一マップを作成し、前記静磁場不均一マップと前記第1エコー画像と前記第2エコー画像を基に、少なくとも前記水画像あるいは前記脂肪画像を作成する、ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項9に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記磁場発生部による傾斜磁場の発生状態で、前記高周波パルス照射部から高周波パルスを照射し、その後さらに前記磁場発生部が傾斜磁場を発生すると共に負方向のエンコード傾斜磁場を発生し、
前記高周波パルスの照射から前記第1時間が経過した時点で第1極性のエンコード傾斜磁場を発生して前記第1NMR信号を受信し、
又は/且つ、
前記高周波パルスの照射から前記第2時間が経過した時点で第2極性のエンコード傾斜磁場を発生して前記第2NMR信号を受信し、
前記エンコード傾斜磁場を変更して前記第1NMR信号と前記第2NMR信号の受信を繰り返し行い、
前記信号処理部は、受信した前記第1NMR信号と前記第2NMR信号とをそれぞれ画像変換して、前記第1エコー画像と前記第2エコー画像を作成する、ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項3に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記信号処理部は、前記処理済みピクセルの内の最後に位相アンラップ処理を行った前記処理済みピクセルを注目ピクセルとし、前記注目ピクセルに隣接する前記未処理ピクセルに対して、前記未処理ピクセルの信号強度および前記注目ピクセルの信号に対する前記未処理ピクセルの信号の位相差に基づいて、重み付けの演算を行い、前記各未処理ピクセルの前記重み付けの演算結果に従って前記各未処理ピクセルに関するデータを各未処理ピクセルで順に配置したリストを作成し、前記リストに従って新たな注目ピクセルを決定すると共にそのアンラップ位相を静磁場不均一マップの対応するピクセルの位相として設定し、前記新たな注目ピクセルに対して、再び上記処理を繰り返す、ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
- 請求項2に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記信号処理部は、前記処理済みピクセルの信号と前記処理済みピクセルに隣接する複数の前記未処理ピクセルのそれぞれの信号との内積を演算し、前記内積の演算結果に従って、前記未処理ピクセルの内から位相アンラップ処理を行うべき未処理ピクセルを決定する、ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
- 請求項2に記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記信号処理部が行う前記位相アンラップ処理は、前記第1画像である位相差画像を構成する各ピクセルに対してそのアンラップ処理した位相を前記第2画像の対応するピクセルの位相として設定することであり、
前記高周波パルス照射部からの前記高周波パルスの照射後、水と脂肪からの前記NMR信号が互いに逆相となる第1時間経過時点で第1NMR信号を受信し、また前記高周波パルスの照射後、水と脂肪からの前記NMR信号が互いに同相となる第2時間経過時点で第2NMR信号を受信し、
前記信号処理部は、前記第1NMR信号を基に画像変換して前記第1エコー画像を作成し、また前記第2NMR信号を基に画像変換して前記第2エコー画像を作成し、
前記信号処理部は、前記第1エコー画像と前記第2エコー画像に基づき前記第1画像である前記位相差画像を作成し、さらに前記位相差画像を構成するピクセルの内前記未処理ピクセルの内から前記処理を開始する注目ピクセルを決定し、前記注目ピクセルに対してアンラップ処理した位相を前記第2画像の対応するピクセルの位相として設定し、
前記信号処理部は、さらに前記注目ピクセルに隣接する未処理ピクセルの有無を判断し、未処理ピクセルが存在する場合には前記未処理ピクセルに対する優先度やアンラップ処理した位相を前記各未処理ピクセルを単位とするリストとして記憶し、
前記信号処理部は、記憶した前記リストに基づき前記優先度に従って処理すべき未処理ピクセルを選択し、選択した未処理ピクセルの前記アンラップ処理した位相を前記第2画像の対応するピクセルの位相として設定し、さらに前記選択した未処理ピクセルを新たな注目ピクセルとして前記動作を繰り返し、
前記信号処理部が、前記優先度に従って、前記位相差画像を構成する各ピクセルのアンラップ処理した位相を対応する前記第2画像のピクセルにそれぞれ設定して、前記第2画像を作成する、ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 被検体に対して静磁場および傾斜磁場を発生する磁場発生部と、高周波パルスを照射する高周波パルス照射部と、前記被検体からのNMR信号を受信する受信部と、信号処理を行う信号処理部と、診断用画像を表示する表示部と、を備える磁気共鳴イメージング装置の処理方法であって、
前記信号処理部は、前記NMR信号に基づいて第1画像を作成し、
前記信号処理部は、前記第1画像の既に位相アンラップ処理を行った処理済みピクセルに対して隣接する複数の前記位相アンラップ処理が行われていない未処理ピクセルの中から、信号強度の大きさおよび前記処理済みピクセルの信号に対する位相差の小ささに基づいて重み付けを行い、
前記信号処理部は、前記重み付けに基づいて、前記未処理ピクセルの内から次に位相アンラップ処理を行うピクセルを選択して、前記未処理ピクセルを順番に処理して第2画像を作成し、
前記信号処理部はさらに、前記第2画像を使用して前記診断用画像を構成する、ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の処理方法。 - 請求項14に記載の磁気共鳴イメージング装置の処理方法において、前記信号処理部は、前記第1画像の前記処理済みピクセルの信号と前記処理済みピクセルに隣接する複数の前記未処理ピクセルのそれぞれの信号との内積を演算し、演算した前記内積の結果に従って、前記重み付けを行い、前記重み付けに従って前記未処理ピクセルの内から次に位相アンラップ処理を行うべき未処理ピクセルを選択する、ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の処理方法。
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