WO2010125832A1 - タギングｍｒ画像における撮像対象の運動解析方法及びｍｒｉ装置 - Google Patents

タギングｍｒ画像における撮像対象の運動解析方法及びｍｒｉ装置 Download PDF

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哲也 松田
晃 天野
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Definitions

  • the present invention relates to a motion analysis method and an MRI apparatus for an imaging target in a tagging MR image.
  • a tagging MRI method that magnetically labels human tissue is often used.
  • the tagging MRI method it is possible to analyze the three-dimensional motion of the heart wall by analyzing time-series tagging MR images (time-series MR images (cine MRI)).
  • Non-Patent Document 2 proposes a method using a gabor filter bank. This method uses the spatial expansion of the tag, and is effective in analyzing the global movement of the tissue. However, there is a problem that an analysis error tends to occur in the local tag movement analysis.
  • An object of the present invention is to provide a technique for enabling a motion of an imaging target to be analyzed in a tagging MR image based on an idea different from that for extracting a tag by image processing.
  • the present invention is a motion analysis method of an imaging target in a tagging MR image, and cine imaging is performed N L times (N L is a positive integer of 2 or more) with different tag patterns for the same motion of the imaging target. It is a step of obtaining N L pieces tagging MR image of the sequence the imaging time for a plurality of time phases in the movement of the imaging target, N L for the same pixel in the N L-number of tagged MR images of each time phase The pixel value series having the length N L for the pixel and the pixel value series in different time phases are detected in the time series different from each other, thereby detecting the pixels constituting the same code series.
  • each of the tag patterns is a pattern formed so that the pixel value series constitutes a predetermined code series.
  • the time phase means a phase in the motion of the imaging target
  • the motion to be imaged includes a plurality of time phases (phases).
  • phases For example, when the same movement is cine imaged multiple times by causing the imaging target to repeat movements such as movement and deformation a plurality of times, the same time phase (movement) is obtained in a plurality of cine images obtained by multiple cine imaging. Those in phase) indicate the same state (position, shape, etc.) of the imaging target.
  • those in different time phases (motion phases) may show different states (position, shape, etc.) depending on the motion of the imaging target.
  • the pixel includes not only a two-dimensional pixel but also a three-dimensional voxel.
  • the pixel value may be a luminance value signal or a phase value signal.
  • a ratio occupied by each of a plurality of code sequences mixed in each pixel is calculated based on the pixel value series, and based on the ratio, less than one pixel size. It is preferable to calculate the momentum of the imaging target. In this case, the motion can be analyzed with a size less than one pixel.
  • the present invention is a motion analysis method of an imaging target in a tagging MR image, and a plurality of time phases in the motion of the imaging target are obtained by performing cine imaging on the imaging target with a predetermined tag pattern. obtaining a tagged MR images of time-series captured, the respective pixel values of pixels of the N L-number contained in tagged MR images of each time phase (N L is a positive integer of 2 or more), the N L pieces
  • the time series tagging MR is detected by detecting a region in which the pixel value series constitutes the same code series in a different time phase from the step of making the length N L pixel value series for the area consisting of the pixels of Analyzing the motion of the imaging target in the image, wherein the predetermined tag pattern is a pattern formed so that the pixel value series constitutes a predetermined code series.
  • the predetermined tag pattern is a pattern formed so that the pixel value series constitutes a predetermined code series.
  • the motion of the imaging target can be analyzed
  • the code sequence is preferably excellent in noise resistance, for example, preferably an orthogonal code sequence, preferably a spreading code sequence, more preferably a PN sequence, , M series.
  • the present invention viewed from still another viewpoint is an MRI apparatus capable of executing the above steps.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an MRI apparatus. It is a flowchart which shows the process sequence in an MRI apparatus. It is a flowchart of cine imaging. It is a pulse sequence diagram for MRI imaging. It is explanatory drawing of the method of the multiple times of cine imaging. It is a flowchart of the motion analysis of an imaging target. It is a figure explaining how to generate a pixel value series from a plurality of cine imaging. It is a figure which shows the movement tracking of a pixel. It is a figure which shows a tag pattern. It is a figure which shows the example of allocation of the code series to a pixel. It is an image photograph which shows an experimental result.
  • the MRI apparatus 1 can perform imaging by the position information encoding MRI method of the present invention. Since the position information encoding MRI method in the present embodiment uses a tagging MRI method that magnetically labels (tags) an imaging target (for example, a human tissue), the MRI apparatus 1 performs imaging by the tagging MRI method. It is comprised so that it can do. In addition, as a tag on which an imaging target is superimposed, a striped or grid-like tag in an arbitrary direction can be generated. In this embodiment, the motion of the heart wall is described as an example of the motion of the analysis target. However, the motion of the imaging target and the analysis target in the present invention is not limited to these.
  • the MRI apparatus 1 transmits a RF pulse to an imaging object and receives a signal generated at the imaging object, and a magnetic field generator 2 for generating a static magnetic field and a gradient magnetic field.
  • the MRI apparatus 1 includes an RF transmitter 4 for generating a predetermined RF pulse transmitted from the RF coil 3 and an RF receiver for processing a reception signal (MRI signal) received by the RF coil 3.
  • the tag pulse sequence can be generated by a combination of an RF pulse generated by the RF transmitter 4 and transmitted from the RF coil 3 and a gradient magnetic field generated by the magnetic field generator 2.
  • the MRI signal output from the RF receiver 5 is given to the computer 8 via the A / D converter 4.
  • the computer 8 performs processing such as image processing and motion analysis described later based on the acquired MRI signal.
  • the computer 8 gives necessary instructions to the RF transmitter 4 and the controller 6 to control them.
  • the computer 8 includes a processing processor 9, a storage unit 10 having an internal storage device and / or an external storage device, and a display unit 11 including a display.
  • a computer program for controlling the MRI apparatus 1, a computer program for motion analysis of an imaging target, and other necessary computer programs are installed in the storage unit 10, and these programs are executed by a processing processor. Thus, the processing described below is realized.
  • FIG. 2 shows the procedure of the motion analysis processing of the imaging target (heart) of the MRI apparatus 1.
  • the motion analysis process MRI apparatus 1, a plurality of times (N L times) cine imaging (moving imaging) capturing a step (step S1), the AND COMPUTER 8, N L pieces of cineMR obtained by imaging step It is roughly divided into an analysis processing step (step S2) for performing analysis processing of motion of the imaging target based on the image (time series MR image).
  • step S1 The imaging process of step S1, the same movement of the same imaging target in the same imaging range, repeating the cine imaging N L times. These N L times of imaging are performed with different N L types of tag patterns. That is, in the imaging step of step S1, N L time-series tagging MR images (cine tagging MR images) showing the same movement of the imaging target but having different tag patterns in the image are obtained.
  • the imaging process of step S1 is a loop for repeating one cine imaging (steps S12 to S15) until i becomes 1 to N L (N L times).
  • the processing steps S11, S16, S17
  • processing steps S12 to S15 for each cine imaging is provided in this loop.
  • the computer 8 selects a tag pattern used for imaging (step S12).
  • the storage unit 19 of the computer 8 stores N L types of tag patterns from the first tag pattern to the N L tag pattern, and the i-th tag in the i (i: 1 to N L ) th cine imaging. A pattern is selected. The details of the N L types of tag patterns will be described later.
  • the computer 8 causes the transmitter 4 to generate an RF pulse that constitutes the i-th tagging sequence for the selected i-th tag pattern, transmits the RF pulse from the RF coil 3, and also generates a predetermined i-tagging sequence.
  • generates a gradient magnetic field by the magnetic field generation part 2 is performed (step S13).
  • the computer 8 executes a process for performing the i-th cine imaging (step S14).
  • the time-series tagging MR image obtained by this cine imaging is stored in the storage unit 10 of the computer 8 (step S15).
  • FIG. 4 shows a pulse sequence when one cine imaging process (steps S12 to S15) is performed.
  • This pulse sequence is a sequence by the FLASH method (FLASH sequence), and a DANTE tagging sequence for generating a selected tag pattern is added to the preparation portion of this FLASH sequence.
  • the FLASH sequence in FIG. 4 is for capturing one still tagging MR image, and the FLASH sequence shown in the drawing is repeated M times per one cine imaging, and consists of M stationary tagging MR images. A series tagging MR image is obtained.
  • a time series tagging MR image composed of M pieces of still tagging MR images is a time series tagging MR image corresponding to M time phases.
  • a rectangular wave was used as the excitation RF pulse in the DANTE tagging sequence.
  • the rectangular wave pulse interval t int in the DANTE tagging sequence may be set as appropriate, and the offset frequency f 0 or the phase offset may be set as appropriate in each RF pulse.
  • the pulse intervals t int and G x are inversely proportional to the interval d int of the tag (a low-brightness marker portion in the image).
  • the offset frequency f 0 or the phase offset of each RF pulse moves the center frequency position of the tag to an arbitrary position.
  • N L types of tag patterns can be obtained.
  • the MRI imaging sequence is not limited to the FLASH sequence, and the sequence for generating the tag pattern is not limited to the DANTE sequence.
  • FIG. 5A shows a pulse sequence when one cine imaging process (steps S12 to S15) as shown in FIG. 4 is performed N L times.
  • the first tagging sequence to the NL tagging sequence in FIG. 5A correspond to the DANTE tagging sequence in FIG. 4, respectively.
  • the first tagging sequence to the NL tagging sequence are for generating different tag patterns.
  • the first cine (# 1) to the NL cine (#N L ) in FIG. 5A correspond to the FLASH sequence in FIG. 4, respectively, and the first cine imaging (# 1) to the Nth cine. This is for the L- th cine imaging (#N L ).
  • Cine imaging each time (N L-th from the first time) (second 1cine (# 1) ⁇ a N L cine (#N L)), respectively, is to image the same motion of the imaging target. That is, when the imaging target is a heart, it is assumed that, for example, one cine imaging is performed during a time period corresponding to one heartbeat in a repeated heartbeat as illustrated in FIG. Each cine imaging is performed at the same timing (time phase) with respect to the cardiac cycle. As a result, in each cine imaging, the same motion of the heart is imaged. Therefore, in the time series tagging MR images of each time (from the first time to the NL time), the position and shape of the heart in the image are the same position and shape in the same time phase.
  • the computer 8 performs the analysis processing of the motion of the imaging target based on the N L time-series tagging MR images obtained by the imaging step of step S1. Specifically, as shown in FIG. 6, first, the computer 8 converts the N L pixel values existing for each pixel of the tagging image into a pixel value series (length) of the length N L for the pixel. N L signal) is performed (step S21). Note that the pixel value here is a luminance value of the pixel, but may be a phase value of the pixel. As shown in FIG. 7, when N L time-series tagging MR images are arranged with the same time phase, N L tagging images are obtained for each time phase.
  • N L pixel values for each pixel in each time phase, and these N L pixel values are arranged in the order of imaging, and the length N L is set.
  • a pixel value series is assumed.
  • the tag is present a low luminance region (black portion) and +1, the other region (the white part) regarded as -1, the pixel value sequence of length N L (signal length N L) is It can be considered that the pixel value is modulated by a code sequence of length N L. That is, a code sequence is assigned to each pixel in the first time phase. Therefore, when the imaging target does not move, the position of the pixel can be specified if the code sequence can be specified. Further, the tag is superimposed on the imaging target itself, and the tag moves as the imaging target moves.
  • the computer 8 determines a code series corresponding to the pixel value series for each pixel by calculating a correlation function described later (step S22), and detects and tracks the positions of the pixels constituting the same code series between the respective time phases. By doing so (step S23), the movement of the tag can also be tracked. Therefore, the motion analysis of the imaging target can be performed without performing conventional image processing for tag position detection. Specifically, in each time phase, the position of the pixel having the same code sequence is stored in the storage unit 10, and the movement locus of the pixel having the same code sequence is displayed on the display unit 11. One user can accurately grasp the state of motion of the imaging target.
  • the positional information (code sequence L 1 ) given to the pixel (x 1 , y 1 ) in the tag pattern in the initial time phase (first time phase) is changed by the movement of the imaging object. It is assumed that the pixel exists in the pixel (x 2 , y 2 ) in the M X time phase. In this case, the pixel (x 1 , y 1 ) in the initial time phase is the transmitting station that transmitted the code sequence L 1 , and the pixel (x 2 , y 2 ) in the M X time phase is transmitted from the transmitting station. It can be considered that the receiving station has received the code sequence L 1 .
  • the receiving station can identify the code sequence indicated by the received signal by decoding the received signal (pixel value sequence). Accordingly, the tracking of the moving locus in the present embodiment is the same as detecting the receiving station (pixel) that has received the code sequence L 1 . Further, the tagging MR image, with the passage of time phase, since the tag contrast decreases, the pixel value sequence of the pixel in the M X time phase becomes a low SN ratio, it will be similar to poor communication environment. However, it is possible to cope with a decrease in tag contrast in a tagging MR image by selecting an appropriate code sequence as well as being able to cope with a poor communication environment by selecting an appropriate code sequence in communication. Can do.
  • the low luminance area corresponding to the tag area is detected. Therefore, only the boundary of the tag area is the target of motion analysis. It was necessary to estimate the motion by interpolation. In order to estimate motion in detail using the conventional method, it is necessary to reduce both the tag area and the non-tag area. However, the relationship between the width of the tag area and the non-tag area and the pixel size, or between the two areas. Since the boundary is not an accurate rectangle, if the width of the tag area and the non-tag area is narrowed, the contrast between the two areas is lowered and detection becomes difficult.
  • the position information is encoded for all pixels, and therefore, it is possible to analyze the motion at the pixel size for all the pixels. Therefore, detailed motion analysis is possible.
  • a spread code is used as a code sequence, and spread spectrum (Spread Spectrum; SS).
  • Spread spectrum is a communication method in which a narrowband modulated signal is modulated into a wideband signal having a spectrum several hundred to several thousand times by a spreading code and transmitted, and converted to the original narrowband signal on the receiving side and then demodulated.
  • SS has the characteristics of being resistant to jamming and being resistant to poor transmission paths. In this way, by using the property of being strong against a transmission path with inferior spread spectrum, it is possible to perform a highly accurate motion analysis against a decrease in tag contrast due to the passage of time.
  • PN sequence pseudo noise sequence
  • the definition of PN sequence in a narrow sense is that the autocorrelation value is a periodic sequence in which only two levels are taken, and that the number of +1 and -1 in one cycle differs only by one. is there.
  • the main PN sequence includes the M sequence. In the present embodiment, this M sequence is used as a code sequence. Note that the spread code sequence, the PN sequence, and the M sequence all have orthogonality in which codes are almost orthogonal, and are also orthogonal code sequences.
  • a set of code sequences of length N L and number of sequences N s is L.
  • the i-th code sequence of the code sequence set L is L i (1 ⁇ i ⁇ N s ), and each code element is l ij (1 ⁇ i ⁇ N s , 1 ⁇ j ⁇ N L ).
  • l ij ⁇ ⁇ 1, -1 ⁇ .
  • S (i) ⁇ S j (i) ⁇ (1 ⁇ j ⁇ N L ).
  • the pixel value g (i) (x, y, p, j) of the obtained image is set as m j (i) , and considering the modulation using the MRI tagging method, It can be expressed as.
  • k 1 is the pixel value contrast between the tag and the non-tag area
  • k 2 corresponds to the pixel value in the non-tag area.
  • k that minimizes ⁇ k indicates a code sequence used for modulation of the pixel. If the pixel having the smallest ⁇ k is traced from 1 to N L time phases, it is possible to track the movement of the pixel located at (x, y) in the initial time phase.
  • Equation 6 is It becomes.
  • k 3 corresponds to the contrast of the tag. Assuming that k 3 (x, y, j) is almost constant regardless of j, the correlation function ⁇ k is Thus, the code sequence corresponding to each pixel can be determined by obtaining k that minimizes ⁇ k.
  • an M sequence is used as a code sequence.
  • N L 7.
  • a periodic tag pattern in which a tag region having a fixed length and a non-tag region having a fixed length are alternately repeated can be realized.
  • a periodic tag pattern can be formed in all photographing.
  • each horizontal column corresponds to one tag pattern.
  • Seven tag patterns (a part of the image (18 ⁇ 18 pixels) when the DANTE tagging sequence is designed so that “ ⁇ 1” in Table 1 is a high luminance region and “1” is a low luminance region corresponding to the tag.
  • FIG. 9 shows an enlarged view of min).
  • Each tag pattern in FIG. 9 is obtained when code sequences L 1 to L 6 are assigned to each pixel in the corresponding image area (18 ⁇ 18 pixels) as shown in FIG.
  • the code sequences L 1 to L 6 assigned to each pixel indicate the position information of the pixel.
  • the position information can be encoded without error up to about twice the longitudinal relaxation time T1 of the imaging target.
  • the same code sequence is all assigned in the vertical direction. This is because all the tag patterns are vertically striped for simplification. However, it is natural that code sequences having different vertical directions in FIG. 10 may be assigned. In order to make the code sequences of adjacent pixels different in the horizontal direction and the vertical direction, it can be realized by mixing a plurality of tag patterns with horizontal stripes or grids. Such a tag pattern can also be generated by appropriately setting a tagging sequence.
  • FIG. 11B is a time-series image of a phantom that sine-moves in the left-right direction (from the first time phase to the 33rd time phase).
  • An area of about 50 pixels in the horizontal direction) is cut out, and this strip-shaped area is arranged in the vertical axis direction of FIG. 11 along the time (time phase). That is, the vertical axis in FIG. 11A represents time (from the first time phase to the 33rd time phase), and the horizontal axis represents the pixel position.
  • the determined code sequences L 1 to L 6 are shown distinguished by the brightness of the pixels. That is, in FIG. 11A, pixels having the same brightness are determined to be the same code series.
  • FIG. 11B illustrates a tag in which the left and right widths of the tag area (low luminance area) and the non-tag area (high luminance area) are 1 mm (for one pixel) among the seven cine images constituting the M series. It is the image which image
  • FIG. 11C shows the left and right widths of the tag area (low luminance area) and the non-tag area (high luminance area) among the seven cine images constituting the M series. Is an image obtained by photographing a phantom with the tag pattern (corresponding to any of the third to fifth tag patterns in FIG. 9 when the width of one pixel is 1 mm).
  • an area at the same position is cut out from each time phase image.
  • an area at the same position is cut out from each time phase image.
  • the phantom is spaced at 1 mm (1 pixel) intervals up to the 13th to 14th time phases (13th to 14th rows from the top). Movement (sine motion in the left-right direction) can be determined almost correctly.
  • the tag area and the non-tag area are thin, the contrast of both areas is lowered, and the tag pattern disappears by the tenth time phase. No further tracking is possible.
  • the tag pattern can be traced with a light contrast from the 13th to 14th time phases as in the determination result by the M series. The determination resolution is only 3 mm.
  • the time in which the position can be detected is shortened, or the detection accuracy is lowered.
  • the code determination using N L images in FIG. 11A the position of the imaging target can be detected with high accuracy for a relatively long time.
  • FIG. 13 shows an enlarged view in the initial time phase (first time phase) of the time-series tagging MR image obtained by imaging the imaging target (phantom) to which the tag pattern is attached.
  • FIG. 13 shows a total of 6 pixels of 3 horizontal pixels (X1, X2, X3) ⁇ 2 vertical pixels (Y1, Y2).
  • X1, X2, X3 horizontal pixels
  • Y1, Y2 vertical pixels
  • the horizontal width of the black region is exactly two pixels.
  • FIG. 14 shows the actual position and the pixel value in the photographed image when the imaging target moves to the left by 0.25 pixels from the position of FIG.
  • FIG. 15 shows the actual position and the pixel value in the imaged layer when the imaging target moves 0.5 pixels to the left from the position shown in FIG.
  • the imaging target has moved 0.25 pixels to the left.
  • pixel values luminance values
  • FIG. 14B the pixel value in the captured image is a light gray region in which X2 pixel is a black region, while X2 pixel is a black region.
  • the pixel is a dark gray area in which black is slightly whitened.
  • the meshes drawn in the pixels of FIGS. 13 to 15 correspond to the size of the pixel value (brightness). The rougher the mesh is, the closer it is to white (high brightness), and the finer the mesh is, the black ( It is close to (low brightness).
  • the imaging target has moved 0.5 pixels to the left.
  • the pixel value X2 is a black region, but the pixels X1 and X2 are a gray region between white and black.
  • the horizontal width of the black region here is originally two pixels as shown in FIG. 13, but when the imaging target moves less than one pixel, it is shown in FIGS. 14 (b) and 15 (b). Thus, the boundary between the black area and the white area becomes blurred.
  • the detection of the code sequence (code determination) described above is performed in units of pixels. Accordingly, in the initial time phase shown in FIG. 13, the pixel X1 is first code sequence L 1, the pixel X2 and the second code sequence L 2, assuming that the pixel X3 corresponds to the third code sequence L 3 14, the pixel value series of the pixel X1 is the first code series L 1 , the pixel value series of the pixel X2 is the second code series L 2 , and the pixel value series of the pixel X3 is the third, as in FIG. There is a high possibility that the code sequence L 3 is detected. In this case, it is determined that the imaging target has not moved at all even though the imaging target has moved 0.25 pixels to the left.
  • the detection is performed in the same manner as in FIG. 14, or the pixel value series of the pixel X1 is the second code series L 2 , the pixel value series of the pixel X2 is the third code series L 3 , and the pixel X3 Is likely to be detected as the fourth code sequence L 4 .
  • the imaging target has not moved at all even though it has moved 0.5 pixels to the left.
  • it is determined that the imaging target has moved by one pixel even though the imaging target has moved only 0.5 pixels to the left.
  • Detection is performed including the possibility that a plurality of code sequences (L 1 to L 6 ) are mixed in each pixel.
  • a plurality of code sequences (L 1 ⁇ L 6) is detected, including possibly a mix in each pixel, a plurality of the pixel value sequence of each pixel code sequence (L 1 ⁇ L 6) with the respective Use correlation values.
  • the correlation value between the pixel value series and the specific code series is represented by 0 to 1, where “1” indicates the highest correlation, and “0” indicates the lowest correlation.
  • the correlation value between the pixel value series of each pixel and each of the plurality of code series (L 1 to L 6 ) is theoretically as shown in FIG. Specifically, for the pixel X1, the correlation with the first code sequence L 1 is maximized, and the correlation with the other code sequences L 2 to L 6 is minimized. For the pixel X2, the correlation with the second code sequence L 2 is maximized, and the correlation with the other code sequences L 1 , L 3 to L 6 is minimized. For the pixel X3, the correlation with the third code sequence L 3 is maximized, and the correlation with the other code sequences L 1 , L 2 , L 4 to L 6 is minimized.
  • each pixel takes a value corresponding to the size of the area occupied by the code sequences L 1 and L 2 .
  • the pixels X2 and X3 take values corresponding to the size of the area occupied by the code sequences of the mixed code sequences.
  • the processor 9 Based on the correlation value with each of a plurality of code sequences (L 1 to L 6 ) for each pixel as shown in FIGS. 14 and 15, the processor 9 performs one or more codes included in each pixel.
  • the series (L 1 to L 6 ) is specified, and the ratio of each code series in each pixel is obtained.
  • information defining the relationship between the correlation value with each of the plurality of code sequences (L 1 to L 6 ) and the movement amount is provided.
  • the processor 9 is preset, and the processing processor 9 refers to the information shown in FIGS. 16 to 18 to specify the code sequence and the like.
  • the code sequence L 2 enters from a state where only the code sequence L 1 exists in a certain pixel (the position of “0” on the horizontal axis in FIG. 16), and the pixel is the code sequence L 2.
  • Change of the correlation value between the pixel value series of the pixel and each of the code series (L 1 to L 6 ) until the state is occupied only by (position of “one pixel” on the horizontal axis in FIG. 16) Is shown.
  • the code sequence L 3 enters from a state where only the code sequence L 2 exists in a certain pixel (position “0” on the horizontal axis in FIG. 17), and the pixel is the code sequence L 3.
  • Change of the correlation value between the pixel value series of the pixel and each of the code series (L 1 to L 6 ) until the state is occupied only by (position of “one pixel” on the horizontal axis in FIG. 16) Is shown.
  • the code sequence L 4 enters from a state where only the code sequence L 3 exists in a certain pixel (the position of “0” on the horizontal axis in FIG. 18), and the pixel is the code sequence L 4. Change of the correlation value between the pixel value series of the pixel and each of the code series (L 1 to L 6 ) until the state occupied by only (the position of “one pixel” on the horizontal axis in FIG. 18) Is shown.
  • FIGS. 16 to 18 show only three pieces of information (movement amount specifying information) related to the movement of the imaging target in FIGS. 13 to 15, but in reality, they can exist simultaneously in one pixel. Information corresponding to the number of combinations of code sequences that have a characteristic is set in the storage unit 10.
  • the processing processor 9 stores information (movement amount) stored in the storage unit 10. (Specific information) is searched, and information that fits the obtained correlation value is selected.
  • the code sequence of the pixel X1 is the code sequence L 1 in the previous time phase (initial time phase; FIG. 13)
  • the horizontal axis 0 of the information stored in the storage unit 10
  • Information having the maximum correlation value with the code sequence L 1 at the position is selected.
  • the code sequence L 2 enters with reference to the information shown in FIG. It is determined that the amount of movement that has been made is “0.25”.
  • the movement amount (ratio of the pixels) of the mixed code sequence and the code sequence that has entered can be obtained. it can.
  • FIG. 19 shows an image of an analysis result when subpixel analysis and pixel analysis are performed on an imaging target (phantom) that sine-moves in the left-right direction.
  • the movement becomes a sine movement as indicated by a solid line (theoretical position) in FIG.
  • the position can be detected only in units of 1 mm.
  • the subpixel analysis since a movement of less than 1 mm can be detected, a position close to the theoretical position can be detected.
  • the code sequence (position information) is assigned to each pixel.
  • the target to which the code sequence (position information) is assigned is not limited to one pixel, but may be an image region including a plurality of pixels. Good.
  • the code sequence when the target to which the code sequence (position information) is assigned is an image region composed of N L pixels in one time-series tagging MR image, the code sequence is not in the N L direction but in the image direction (two-dimensional X direction or Y direction of an image, or X direction, Y direction, or Z direction of a three-dimensional image). In this case, it is not necessary to capture a plurality of time-series tagging MR images, and the imaging time can be shortened.
  • FIG. 20 shows an example in which code sequences “1, ⁇ 1, ⁇ 1, 1, ⁇ 1, 1, 1” are assigned to the image direction (X direction).
  • the image moves to the right.
  • the pixel value of the pixel X1 is This is a value with a blackness of intensity corresponding to the size of the black area occupying the pixel X1. Further, when the black region portion moves from the adjacent pixel to a pixel in which only the black region portion is captured (for example, the pixel X3 in FIG. 21), the pixel value of the pixel X3 is the white region occupying the pixel X3. It becomes a value with whiteness of strength according to the size.
  • the pixel value (luminance) and the movement amount when the black area portion moves to the white area pixel are: It is shown as in FIG. Further, the pixel value (luminance) and the movement amount when the white area portion moves to the black area pixel are shown as in FIG.
  • the pixel values in FIG. 24 are normalized with the pixel values in the time-series MR image without the tag pattern for the same motion of the same imaging target.
  • the pixel value may be different even in the same white region or black region, and the tag pattern disappears over time (for example, the black region also becomes a white region)
  • the relationship shown in FIG. 24 can be applied even if different pixel values (brightness) are obtained depending on conditions.
  • normalization may be performed using pixel values of white regions or black regions in the same time phase, or their contrasts, not pixel values in a time-series MR image without a tag pattern.
  • ratios f w and f B are obtained by normalizing the pixel value of a certain pixel. For example, when the black region of the tag pattern disappears as time passes, the value taken by the black region for each time phase changes because it approaches the value of the white region. In order to cope with this, in the time-series MR image in which the tag pattern is not attached to the same motion of the same imaging target, the same time phase and the same position as the pixel for which the ratios f w and f B are calculated.
  • the pixel value of the pixel for which the ratios f w and f B are to be calculated is divided by the pixel value of the corresponding pixel.
  • the pixel value of the pixel value to be calculated is normalized by a value from “1” (only the white area) to “0” (only the black area), and the value becomes f W.
  • f B can be obtained by the calculation of [1 ⁇ f W ].
  • the amount of movement (amount of movement) of the white area or the black area from the ratios f w and f B to the calculation target pixel is less than one pixel using the relationship shown in FIG. It can be determined by size.
  • the moving direction can be estimated based on the arrangement of the white area or the black area in the past time phase or the pixel values of the pixels around the calculation target pixel, but assumes a regular left-right sine motion. In this case, it is possible to analyze the motion only by knowing the movement amount.
  • the pixel region to which the code sequence (position information) is assigned is a one-dimensional (only in the X direction) region, but may be a two-dimensional or three-dimensional region.
  • a two-dimensional image is a three-dimensional region of the image X direction, the image Y direction, and the imaging direction.
  • it may be a four-dimensional region in the image X direction, the image Y direction, the image Z direction, and the imaging direction.
  • the tag pattern shown in FIG. 25A is a pattern for extending the modification to two dimensions. This pattern is a pattern having horizontal stripes (horizontal stripe pattern) and vertical stripes (vertical stripe pattern) as shown in FIG. In the pattern of FIG.
  • the shaded area is a black area
  • the white area is a white area.
  • FIG. 27B shows other examples in which the modification examples are extended to two dimensions.
  • the pattern shown in FIG. 27B is also a pattern having horizontal stripes (horizontal stripe pattern) and vertical stripes (vertical stripe pattern).
  • the shaded area is a black area
  • the white area is a white area.
  • the distinction between the pixels A ′, F ′, K ′, P ′, and U ′ and the pixels A, F, K, P, and U ′ includes nine pixels (its own pixels). And 8 pixels in the vicinity thereof; 3 ⁇ 3 pixel area), and further discrimination by focusing on peripheral pixels (for example, the own pixel and 24 pixels in the vicinity thereof; 5 ⁇ 5 pixel area) Is possible. Note that all 30 pixels may be encoded in a 5 ⁇ 5 pixel area.
  • the matter disclosed above is an exemplification, and does not limit the present invention, and various modifications are possible.
  • the pixel signal may be a phase value instead of or in addition to the luminance value.
  • the motion analysis instead of simply detecting movement or the like, the elastic modulus of the imaging target may be obtained from the detected movement amount.
  • the imaging object of the present invention is not particularly limited. However, from the viewpoint of analysis accuracy, the basic form is retained even if movement, contraction, or expansion occurs in the myocardial tissue, etc., compared to an imaging target that does not have a basic form such as fluid such as blood. The imaging target is preferable because good analysis accuracy can be easily obtained.
  • the portion located upstream in the blood flow direction overtakes the portion located downstream, and the continuous arrangement relationship of imaging objects (blood flow) in a certain time phase is There is a possibility that it will collapse at a later time phase, making it difficult to obtain good analysis accuracy.
  • myocardial tissue is a continuum that maintains the continuous positional relationship of myocardial tissue in a certain phase even if it moves (moves / contracts / expands). Easy to get.

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Abstract

　画素を符号化し、符号系列を追跡することで撮像対象の運動解析を行う。タギングＭＲ画像における撮像対象の運動解析方法であって、撮像対象の同じ運動に対して、異なるタグパターンよるＮL回のｃｉｎｅ撮像をすることで、前記撮像対象の前記運動における複数の時相について撮像された時系列のタギングＭＲ画像をＮL個得る工程と、各時相のＮL個のタギングＭＲ画像における各画素についてのＮL個の画素値を、当該画素についての長さＮLの画素値系列とする工程と、異なる時相において、前記画素値系列が同一の符号系列を構成する画素を検出することで、時系列のタギングＭＲ画像における撮像対象の運動を解析する工程と、を含み、前記タグパターンそれぞれは、前記画素値系列が、所定の符号系列を構成するようにパターンが形成されたものである。

Description

タギングＭＲ画像における撮像対象の運動解析方法及びＭＲＩ装置
　本発明は、タギングＭＲ画像における撮像対象の運動解析方法及びＭＲＩ装置に関するものである。
　心疾患の診断、治療には、心壁の運動を解析することが非常に重要である。心壁運動の詳細な解析には、人体の組織を磁気的に標識するタギングＭＲＩ法（非特許文献１参照）が用いられることが多い。タギングＭＲＩ法では、時系列タギングＭＲ画像（時系列撮影のＭＲ画像（ｃｉｎｅ　ＭＲＩ））の解析により、心壁の三次元的な運動を解析することが可能である。
Elias A. Zerhouni, David M. parish, Walter J. Rogers, Andrew Yang,Edward P. Shapiro. Human Heart: Tagging with MR Imaging _ A Method forNoninvasive Assessment of Myocardial Motion. Radiology 169, 59-63, Oct, 1988 Albert Montillo, Dimitris Metaxas, Leon Axel. Extracting Tissuedeformation using Gabor filter banks. SPIE Vol.5369, Bellingham, WA, 2004
　タギングＭＲＩ法において撮像対象の運動解析を行うには、タギングＭＲ画像の撮影後の後処理として、撮像対象である心壁領域の抽出、画像処理によるタグ位置の検出を行う必要がある。磁気的な格子状の標識部分はタグと呼ばれるが、時間とともにタグのコントラストが低下する。このため、タグ位置の検出処理には、低ＳＮ（Signal Noise ratio）画像に頑健な方法が必要である。
　非特許文献２には、ｇａｂｏｒフィルタバンクを利用する方法等が提案されている。この方法はタグの空間的な広がりを利用するため，組織の大域的な運動の解析には有効であるが、局所的なタグの運動解析では解析誤りが生じやすいという問題がある。
　本発明は、タギングＭＲ画像において、画像処理によってタグを抽出するのとは異なる発想によって、撮像対象の運動を解析することを可能とするための技術を提供することを目的とする。
　本発明は、タギングＭＲ画像における撮像対象の運動解析方法であって、撮像対象の同じ運動に対して、異なるタグパターンよるＮL回（ＮLは２以上の正の整数）のｃｉｎｅ撮像をすることで、前記撮像対象の前記運動における複数の時相について撮像された時系列のタギングＭＲ画像をＮL個得る工程と、各時相のＮL個のタギングＭＲ画像における同一画素についてのＮL個の画素値を、当該画素についての長さＮLの画素値系列とする工程と、異なる時相において、前記画素値系列が同一の符号系列を構成する画素を検出することで、時系列のタギングＭＲ画像における撮像対象の運動を解析する工程と、を含み、前記タグパターンそれぞれは、前記画素値系列が、所定の符号系列を構成するようにパターンが形成されたものである、ことを特徴とするタギングＭＲ画像における撮像対象の運動解析方法である。上記本発明によれば、符号系列の追跡によって撮像対象の運動を解析することができる。
　ここで時相とは、撮像対象の運動におけるフェーズをいい、撮像の対象となる運動には、複数の時相（フェーズ）が含まれる。例えば、撮像対象に、移動・変形などの運動を複数回繰り返させることで、同じ運動を複数回ｃｉｎｅ撮像した場合、複数回のｃｉｎｅ撮像で得た複数のｃｉｎｅ画像において、同一の時相（運動フェーズ）にあるものは、撮像対象の同じ状態（位置・形状など）を示すことになる。また、複数のｃｉｎｅ画像において、異なる時相（運動フェーズ）にあるものは、撮像対象の運動によって異なる状態（位置・形状など）を示すことがある。
　なお、画素には、二次元のピクセルだけでなく３次元のボクセルも含む。また、画素値は、輝度値信号であってもよいし、位相値信号であってもよい。
　撮像対象の運動を解析する前記工程では、前記画素値系列に基づいて、各画素において混在する複数の符号系列それぞれが占める割合を算出し、当該割合に基づいて、１画素の大きさ未満での撮像対象の運動量を算出するのが好ましい。この場合、１画素の大きさ未満で運動を解析することができる。
　他の観点からみた本発明は、タギングＭＲ画像における撮像対象の運動解析方法であって、撮像対象に対し、所定のタグパターンでｃｉｎｅ撮像することで、前記撮像対象の運動における複数の時相について撮像された時系列のタギングＭＲ画像を得る工程と、各時相のタギングＭＲ画像に含まれるＮL個（ＮLは２以上の正の整数）の画素それぞれの画素値を、当該ＮL個の画素からなる領域についての長さＮL個の画素値系列とする工程と、異なる時相において、前記画素値系列が同一の符号系列を構成する領域を検出することで、時系列のタギングＭＲ画像における撮像対象の運動を解析する工程と、を含み、前記所定のタグパターンは、前記画素値系列が、所定の符号系列を構成するようにパターンが形成されたものである、ことを特徴とするタギングＭＲ画像における撮像対象の運動解析方法である。上記本発明においても、符号系列の追跡によって撮像対象の運動を解析することができる。
　前記符号系列は、耐ノイズ性に優れたものが好ましく、例えば，直交符号系列であるのが好ましく、また、拡散符号系列であるのが好ましく、さらには、ＰＮ系列であるのが好ましく、さらには，Ｍ系列であるのが好ましい。
　また、更に他の観点からみた本発明は、上記工程を実行することができるＭＲＩ装置である。
　本発明によれば、符号系列の追跡によって撮像対象の運動を解析することができる。
ＭＲＩ装置の全体構成図である。 ＭＲＩ装置における処理手順を示すフローチャートである。 ｃｉｎｅ撮像のフローチャートである。 ＭＲＩ撮像のためのパルスシーケンス図である。 複数回のｃｉｎｅ撮像の仕方の説明図である。 撮像対象の運動解析のフローチャートである。 複数のｃｉｎｅ撮像から画素値系列を生成する仕方を説明する図である。 画素の移動追跡を示す図である。 タグパターンを示す図である。 画素への符号系列の割り当て例を示す図である。 実験結果を示す画像写真である。 撮像対象（ファントム）の運動の仕方の説明図である。 初期時相における画素境界と白黒境界を示す図である。 第１時相における白黒境界の移動を示す図である。 第２時相における白黒境界の移動を示す図である。 符号系列相関値と移動量との関係を示す図である。 符号系列相関値と移動量との関係を示す図である。 符号系列相関値と移動量との関係を示す図である。 サブピクセル解析による解析精度とピクセル解析による解析精度の違いを説明する概念図である。 本発明の変形例（画像方向への符号化（１次元））を説明する図である。 初期時相における画素境界と白黒境界を示す図である。 第１時相における白黒境界の移動を示す図である。 第２時相における白黒境界の移動を示す図である。 白黒領域と移動量との関係を示す図である。 変形例を２次元に拡張した例を説明する図である。 図２５の例において、符号系列を構成する画像パターンの一覧を示す図である。 変形例を２次元に拡張した他の例を説明する図である。 図２７の例において、符号系列を構成する画像パターンの一覧を示す図である。 図２７の例において、ＡとＡ’を区別するための画像パターンを示す図である。
　以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
［１．ＭＲＩ装置の構成］
　本実施形態に係るＭＲＩ装置１は、本発明の位置情報符号化ＭＲＩ法による撮像が行えるものである。本実施形態における位置情報符号化ＭＲＩ法は、撮像対象物（例えば、人体の組織）を磁気的に標識（タギング）するタギングＭＲＩ法を利用するため、前記ＭＲＩ装置１は、タギングＭＲＩ法による撮像が行えるように構成されている。なお、撮像対象を重畳されるタグとしては、任意の方向の縞状又は格子状のものを生成できる。
　また、本実施形態では、解析対象の運動として、心壁の運動を例として説明するが、本発明における撮像対象物や解析対象の運動がこれらに限られるものではない。
　図１に示すように、このＭＲＩ装置１は、静磁場や傾斜磁場を発生させるための磁場発生部２と、撮像対象物にＲＦパルスを発信するとともに撮像対象物で発生した信号を受信するためのＲＦコイル３と、を備えている。
　また、ＭＲＩ装置１は、ＲＦコイル３から発信される所定のＲＦパルスを生成するためのＲＦ送信部４と、ＲＦコイル３にて受信した受信信号（ＭＲＩ信号）を処理するためのＲＦ受信部５と、を備え、ＲＦ送信部４で生成しＲＦコイル３から発信されるＲＦパルスと磁場発生部２で生成される傾斜磁場の組み合わせによりタグパルスシーケンスを生成できる。
　磁場発生部２による磁場の発生とＲＦ送信部４によるＲＦパルスの送信は、制御部６によって制御される。
　ＲＦ受信部５から出力されたＭＲＩ信号は、Ａ／Ｄ変換部４を介して、コンピュータ８に与えられる。コンピュータ８は、取得したＭＲＩ信号に基づいて、画像処理や後述の運動解析等の処理を行う。
　また、コンピュータ８は、ＲＦ送信部４及び制御部６に対して、必要な指令を与えて、これらを制御する。
　前記コンピュータ８は、処理プロセッサ９、内部記憶装置及び／又は外部記憶装置を有する記憶部１０、ディスプレイ等からなる表示部１１を備えている。記憶部１０には、ＭＲＩ装置１を制御するためのコンピュータプログラム、撮像対象の運動解析用のコンピュータプログラム、及びその他必要なコンピュータプログラムがインストールされており、これらのプログラムが処理プロセッサによって実行されることで、以下に説明する処理が実現される。
［２．運動解析処理］
　図２は、ＭＲＩ装置１の撮像対象（心臓）の運動解析処理の手順を示している。この運動解析処理は、ＭＲＩ装置１が、複数回（ＮL回）のｃｉｎｅ撮像（動画撮像）を行う撮像工程（ステップＳ１）、及び、コンピュータ８が、撮像工程によって得たＮL個のｃｉｎｅＭＲ画像（時系列ＭＲ画像）に基づいて撮像対象の運動の解析処理を行う解析処理工程（ステップＳ２）に大別される。
［２．１．撮像工程］
　ステップＳ１の撮像工程では、同一撮像対象の同じ動きを同一撮影範囲で、ＮL回のｃｉｎｅ撮像を繰り返し行う。これらのＮL回の撮像は、それぞれ、異なるＮL種類のタグパターンで行われる。つまり、ステップＳ１の撮像工程によって、撮像対象の同じ動きを示すものの、画像中のタグパターンが互いに異なるＮL個の時系列タギングＭＲ画像（ｃｉｎｅタギングＭＲ画像）が得られる。
　ステップＳ１の撮像工程は、具体的には、図３に示すように、１回のｃｉｎｅ撮像（ステップＳ１２～Ｓ１５）を、ｉが１からＮLになるまで（ＮL回）繰り返すためのループ処理（ステップＳ１１，Ｓ１６，Ｓ１７）を含んでおり、このループ内に、１回ごとのｃｉｎｅ撮像のための処理（ステップＳ１２～Ｓ１５）が設けられている。
　ｃｉｎｅ撮像処理（ステップＳ１２～Ｓ１５）では、まず、コンピュータ８が、撮像に用いるタグパターンを選択する（ステップＳ１２）。コンピュータ８の記憶部１９には、第１タグパターンから第ＮLタグパターンまでＮL種類のタグパターンが記憶されており、ｉ（ｉ：１～ＮL）回目のｃｉｎｅ撮像では、第ｉタグパターンが選択される。なお、ＮL種類のタグパターンの詳細については後述する。
　そして、コンピュータ８は、選択された第ｉタグパターンのための第ｉタギングシーケンスを構成するＲＦパルスを送信部４によって生成させ、ＲＦコイル３から発信させるとともに、第ｉタギングシーケンスを構成する所定の傾斜磁場を磁場発生部２によって生成する処理を行う（ステップＳ１３）。続いて、コンピュータ８は、第ｉ回目のｃｉｎｅ撮像を行うための処理を実行する（ステップＳ１４）。このｃｉｎｅ撮像によって得られた時系列タギングＭＲ画像は、コンピュータ８の記憶部１０に保存される（ステップＳ１５）。
　図４は、１回のｃｉｎｅ撮像処理（ステップＳ１２～Ｓ１５）を行ったときのパルスシーケンスを示している。このパルスシーケンスは、ＦＬＡＳＨ法によるシーケンス（ＦＬＡＳＨシーケンス）であり、このＦＬＡＳＨシーケンスのプレパレーション部分に、選択されたタグパターンを生成するＤＡＮＴＥタギングシーケンスを付加したものである。
　図４のＦＬＡＳＨシーケンスは、１回の静止タギングＭＲ画像を撮像するためのものであり、１回のｃｉｎｅ撮像あたり、図示のＦＬＡＳＨシーケンスがＭ回繰り返され、Ｍ個の静止タギングＭＲ画像からなる時系列タギングＭＲ画像が得られる。ここで、１個の静止タギングＭＲ画像を一つの時相とすると、Ｍ個の静止タギングＭＲ画像からなる時系列タギングＭＲ画像は、Ｍ時相分の時系列タギングＭＲ画像となる。
　なお、ＦＬＡＳＨシーケンスは、例えば、エコー時間ＴＥ＝１２ｍｓとし、励起ＲＦパルスにフリップ角α＝３０度のｈｅｒｍｉｔｅパルスを利用することができる。
　また、ＤＡＮＴＥタギングシーケンスにおける励起ＲＦパルスには矩形波を利用した。所望のタグパターンを得るには、ＤＡＮＴＥタギングシーケンスにおける矩形波のパルス間隔ｔintを適宜設定するとともに、オフセット周波数ｆ0または各ＲＦパルスに位相オフセットを適宜設定すればよい。ここで、パルス間隔ｔint及びＧxはタグ（画像中の低輝度の標識部分）の間隔ｄintとは反比例する。また、オフセット周波数ｆ0または各ＲＦパルスの位相オフセットは、タグの中心周波数位置を、任意の位置に移動させる。これらの性質を利用して、パルス間隔ｔint及びオフセット周波数ｆ0を適宜設定したタギングシーケンスを設計することで、所望のＮL種類のタグパターンが得られる。
　なお、ＭＲＩの撮影シーケンスは、ＦＬＡＳＨシーケンスに限られるものではなく、タグパターンを生成するためのシーケンスもＤＡＮＴＥシーケンスに限られるものではない。
　図５（ａ）は、図４に示すような１回分のｃｉｎｅ撮像処理（ステップＳ１２～Ｓ１５）をＮL回行ったときのパルスシーケンスを示している。ここで、図５（ａ）における第１タギングシーケンスないし第ＮLタギングシーケンスは、それぞれ、図４のＤＡＮＴＥタギングシーケンスに対応する。ただし、第１タギングシーケンスないし第ＮLタギングシーケンスは、それぞれ異なるタグパターンを発生させるためのものである。
　また、図５（ａ）における第１ｃｉｎｅ（＃１）から第ＮLｃｉｎｅ（＃ＮL）は、それぞれ、図４のＦＬＡＳＨシーケンスに対応し、第１回目のｃｉｎｅ撮像（＃１）から第ＮL回目のｃｉｎｅ撮像（＃ＮL）をするためのものである。
　各回（１回目からＮL回目）のｃｉｎｅ撮像（第１ｃｉｎｅ（＃１）～第ＮLｃｉｎｅ（＃ＮL））は、それぞれ、撮像対象の同じ運動を撮像するものである。
　つまり、撮像対象が心臓である場合、図５（ｂ）に示すように繰り返される心拍において、例えば、１心拍分の時間の間において、１回のｃｉｎｅ撮像を行うものとする。そして、各回のｃｉｎｅ撮像は、心拍周期に関して同一のタイミング（時相）で行われる。
　この結果、各回のｃｉｎｅ撮像では、心臓の同じ運動を撮像することになる。したがって、各回（１回目からＮL回目）の時系列タギングＭＲ画像において、画像中の心臓の位置・形状は、同一時相であれば同じ位置・形状となる。
［２．２．解析処理工程］
　ステップＳ２の解析処理工程では、コンピュータ８が、ステップＳ１の撮像工程によって得たＮL個の時系列タギングＭＲ画像に基づいて撮像対象の運動の解析処理を行う。
　具体的には、図６に示すように、まず、コンピュータ８は、タギング画像の各画素それぞれについて存在するＮL個の画素値を、当該画素についての長さＮLの画素値系列（長さＮLの信号）とする処理を行う（ステップＳ２１）。なお、ここでの画素値は、画素の輝度値であるが、画素の位相値であってもよい。
　図７に示すように、ＮL個の時系列タギングＭＲ画像を、時相をそろえて並べた場合、各時相それぞれについて、タギング画像がＮL枚得られたことになる。したがって、タギング画像の個々の画素に着目すると、各時相の各画素について、ＮL個の画素値が存在することになり、これらＮL個の画素値を撮像順に並べて、長さＮLの画素値系列とする。
　ここで、タグが存在する低輝度領域（黒い部分）を＋１とし、それ以外の領域（白い部分）を－１とみなすと、長さＮLの画素値系列（長さＮLの信号）は、長さＮLの符号系列で画素値を変調したものと考えることができる。つまり、第１時相における各画素に符号系列が割り当てられていることになる。したがって、撮像対象が運動しない場合、符号系列が特定できればその画素の位置を特定することができる。また、タグは、撮像対象自体に重畳されるものであり、撮像対象の運動に伴って、タグも移動する。したがって、コンピュータ８が、各画素について画素値系列に対応する符号系列を、後述の相関関数の計算によって決定し（ステップＳ２２）、各時相間において同一符号系列を構成する画素の位置を検出・追跡することで（ステップＳ２３）、タグの移動も追跡することができる。したがって、従来のようなタグ位置検出のための画像処理を行わなくても、撮像対象の運動解析が行える。
　具体的には、各時相において、同一符号系列を持つ画素の位置を記憶部１０に記憶しておき、また、同一符号系列を持つ画素の移動軌跡を表示部１１に表示することで、装置１のユーザは、撮像対象の運動の様子を的確に把握することができる。
　例えば、図８に示すように、第１時相における画素（ｘ1，ｙ1）が示す撮像対象の部位の移動を追跡したい場合を考える。第１時相における画素（ｘ1，ｙ1）の画素値系列に対応する符号系列がＬ1である場合、各時相において符号系列がＬ1となる画素値系列を持つ画素を特定することで、第１時相における画素（ｘ1，ｙ1）が示す撮像対象の部位が、第１時相から第ＮL時相までの各時相においてどのように移動したかを示す移動軌跡を求めることができる。
　ここで、図８において、初期時相（第１時相）におけるタグパターンにおいて画素（ｘ1，ｙ1）に付与された位置情報（符号系列Ｌ1）は、撮像対象物の運動により、第ＭX時相においては画素（ｘ2，ｙ2）に存在するものとする。
　この場合、初期時相における画素（ｘ1，ｙ1）が符号系列Ｌ1を送信した送信局であり、第ＭX時相における画素（ｘ2，ｙ2）が当該送信局から送信された符号系列Ｌ1を受信した受信局であるとみなすことができる。通信において、受信局は、受信信号（画素値系列）を復号することにより受信信号が示す符号系列を識別することができる。
　したがって、本実施形態における上記の移動軌跡の追跡は、符号系列Ｌ1を受信した受信局（画素）を検出することと同様である。
　また、タギングＭＲ画像では、時相の経過によって、タグコントラストが低下するため、第ＭX時相における画素の画素値系列は、低ＳＮ比となり、劣悪な通信環境に類似することになる。しかし、通信において、適切な符号系列を選択することで、劣悪な通信環境に対応できるのと同様に、適切な符号系列を選択することで、タギングＭＲ画像におけるタグコントラストの低下にも対応することができる。
　さて、画像処理によってタグ領域を抽出する従来の手法では、タグ領域に対応する低輝度領域を検出していたため、正確にはタグ領域の境界のみが運動解析対象であり、それ以外の領域については、内挿による運動の推定を行う必要があった。従来手法で詳細な運動の推定のためには、タグ領域、非タグ領域共に小さくすることが必要となるが、タグ領域、非タグ領域の幅と画素サイズとの関係、あるいは、両領域間の境界が正確な矩形ではないことから、タグ領域、非タグ領域の幅を細くすると、両領域間のコントラストが低下して、検出が困難となる。したがって、心臓の壁運動解析をおこなうためのタギングＭＲＩでは、タグ領域と非タグ領域併せて６ｍｍ程度の間隔で繰り返すパターンを用いるのが一般的となっている。
　しかし、心壁の厚さは１０ｍｍ程度であるため、このような間隔ではタグ領域が最大でも２回程度しか現れず、壁の厚み方向における運動の差違に関する詳細な検討は難しかった。
　しかしながら、本実施形態の手法を用いると、全ての画素について位置情報を符号化するため、全ての画素に対し、画素サイズでの運動の解析が可能となる。したがって、詳細な運動解析が可能である。
［３．利用可能な符号系列］
　前記符号系列として、耐雑音特性、耐混信特定の高いものを用いることで、符号系列が割り当てられた画素の位置を高い精度で特定することができる。例えば、符号系列としては拡散符号を用い、スペクトル拡散（Spread
Spectrum; ＳＳ）を行うことができる。スペクトル拡散とは、狭帯域変調信号を拡散符号によって数百～数千倍のスペクトルを持つ広帯域信号に変調して伝送し、受信側で元の狭帯域信号に変換した後に復調する通信方式である。ＳＳには耐妨害性、劣悪な伝送路に強いという特長がある。
　このように、スペクトラム拡散の劣悪な伝送路に強いという性質を利用することで、時相の経過によるタグコントラストの低下に対し、精度の高い運動解析が可能となる。
　ＳＳに利用できる符号系列に必要な条件は二つ挙げられる。一つは，位相差τ＝０ において自己相関が鋭く、τ＝０以外において相関が十分に小さいことである．これはスペクトルを一様に拡散するために必要な条件である。もう一つは、符号系列間の相関が、全ての位相差において十分小さいことである。これは他局間干渉を抑圧するために必要な条件である．これらの条件を満たす系列の一つが，擬似雑音（Pseudo Noise;ＰＮ）系列である。狭義のＰＮ系列の定義は，自己相関値が２レベルの値だけを取る周期系列であることと、１周期中の＋１と－１の個数がたかだか１つだけしか異ならない周期系列であることである。主なＰＮ系列として、Ｍ系列が挙げられる。本実施形態では、符号系列として、このＭ系列を利用する。
　なお、上記の拡散符号系列、ＰＮ系列、及びＭ系列は、いずれも符号がほぼ直交する直交性を有しており、直交符号系列でもある。
［４．画素値系列から符号系列を特定するための相関関数の計算］
［４．１．相関関数の計算］
　長さＮL、系列数Ｎsの符号系列の集合をＬとする。符号系列集合Ｌのｉ番目の符号系列をＬi（１≦ｉ≦Ｎs）とし、各符号要素をｌij（１≦ｉ≦Ｎs，１≦ｊ≦ＮL）とする。ただし、ｌij∈｛１，－１｝とする。情報符号Ｓ＾∈｛１，－１｝を拡散符号系列Ｌiで拡散した結果をＳ(i)＝｛Ｓj (i)｝（１≦ｊ≦ＮL）とする。このとき、Ｓj (i)＝Ｓ＾×ｌij∈｛１，－１｝となる。
　符号系列ＬkとＳj (i)との相関関数Φkは次のように計算される。ただし、本実施形態の手法では、τ＝０しか生じないため、相関関数もτ＝０でのみ計算するものとし、また、簡単のためＳ＾＝１とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　このとき、ｉ＝ｋであれば、Φk＝ＮLとなり、ｉ≠ｋであれば、Φk＝－１となる。ゆえに、Φk（ｋ＝１，２，・・・，Ｎs）を計算して最大値を取るｋが、割り当てられた符号系列の番号となる。しかし、実際の通信環境ではＳj (i)のままで伝送を行うことができず、アナログ信号として変調を行う場合が多い。ここではアナログ変調の影響を加味した相関関数を考える。Ａを変調の深さ、Ｂを無変調時の信号強度とすると、変調された受信信号ｓj (i)は、Ｓj (i)＝－１のときＢ、Ｓj (i)＝１のときＢ－Ａとなるので、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 と表すことができる。
　このとき変調信号と符号系列Ｌkとの相関関数φkは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 となる。
　ここで、ＬkがＭ系列であれば、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 であるので、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 となる。ただし、Ａ／２＝Ａ’とする。したがって、Ａ，Ｂが一定値を取れば、φk（ｋ＝１，２，・・・，Ｎs）を計算して最小値を取るｋが、割り当てられた符号系列の番号である。つまり、変調信号を利用して符号系列の特定を行うことが可能となる。
［４．２．実施形態における相関関数の計算］
　あるＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ　Ｏｆ　Ｖｉｅｗ）について、解像度ＷMTX［ｐｉｘｅｌ］、時相間の間隔ｔph［ｓｅｃ］でＭ時相分のｃｉｎｅ撮像を行うものとする。時刻ｔ＝ｔph×ｐにおける画素（ｘ，ｙ）の画素値（画像信号）をａ（ｘ，ｙ，ｐ）と表す。ただし、初期時相（第１時相）の時刻はｔ＝ｔph×０とするため、０≦ｐ≦Ｍ－１である。
　ここで、長さＮLの拡散符号系列Ｌi＝｛ｌij｝を考える。画素値ａ（ｘ，ｙ，ｐ）と拡散符号ｌij（ｊ＝１，２，・・・，ＮL）の積を取ると、スペクトル拡散変調された画素値ｇ(i)（ｘ，ｙ，ｐ，ｊ）が得られる。得られる画像の画素値ｇ(i)（ｘ，ｙ，ｐ，ｊ）を簡単のため、ｍj (i)とおき、ＭＲＩタギング法を用いた変調を考えると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 と表すことができる。
　このとき、ｋ1はタグと非タグ領域の画素値コントラストであり、ｋ2は非タグ領域の画素値に対応する。これらの値は、理想的にはいずれも定数となる。ｌij＝１のとき、ｍj (i)＝ｋ2－ｋ1となり、画像では低輝度になる。また、ｌij＝－１のとき、ｍj (i)＝ｋ2となり、画像では高輝度になる。したがって、タグ領域を適切に設定することで、ＭＲＩの撮影における画素値をスペクトル拡散変調することができる。
　このとき、画素値ｍj (i)（１≦ｊ≦ＮL）と符号系列Ｌkの相関関数φkは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 であり、ｋ1／２＝ｋ’1とすると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　よって、φkが最小となるｋがその画素の変調に利用された符号系列を示す。１～ＮL時相までφkが最小となる画素を辿れば、初期時相で、（ｘ，ｙ）に位置していた画素の移動を追跡することが可能となる。
　ただし、実際にＭＲＩ装置１で撮像を行うと、撮像の条件によって、符号系列の各要素に対応する画像ごとにｋ1，ｋ2は異なる。さらに、画素の位置によってもｋ1，ｋ2は変化する。そのため実際には、数６の式（４）は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 　となる。
　この場合、式５（数８）の式が成り立たず、割り当てられた符号系列Ｌiの特定が困難となる。そこで、画素位置や撮像条件による影響を除去するため、画素値ｍj (i)の除算を行うと、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 となる。
　ｋ1（ｘ，ｙ，ｊ）／ｋ2（ｘ，ｙ，ｊ）＝ｋ3（ｘ，ｙ，ｊ）とすると、ｋ3は、タグのコントラストに相当する。ｋ3（ｘ，ｙ，ｊ）がｊに関わらずほぼ一定であると仮定すると、相関関数φkは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 　となり、やはり、φｋが最小となるｋを求めることにより、各画素に対応する符号系列を決定することができる。
［５．タグパターンの例］
　ここでは、符号系列としてＭ系列を利用する。Ｍ系列は、ＮL＝２n－１の符号長、系列数を持ち、τ＝０における自己相関値と相互相関値の比が－ＮL：１となる。本実施形態において、画素値系列から符号系列を特定する際には、自己相関値がピークを持っていることが望ましいため、ＮLは大きいことが望まれる。一方、ＮLが大きいと、ＮL個の時系列タギングＭＲ画像を撮像する必要があり、撮像に時間を要する。そこで、ここでは、ＮL＝７とした。
　ＮL＝７のＭ系列として、２次の原始多項式ｘ2＋ｘ＋１で生成される符号系列を用いた。前述のＤＡＮＴＥタギングシーケンス（又はＳＰＡＭＭタギングシーケンス）では、一定長さのタグ領域と一定長さの非タグ領域が交互に繰り返す周期的なタグパターンが実現できるため、生成した７つのＭ系列から符号系列を選択し、適切に空間配置することで、全ての撮影において周期的なタグパターンを成すことができる。
　本実施形態では、７符号系列中６符号系列を選択して並べた符号配置を利用した。つまり、Ｎｓ＝６となる。下記表１は、６つのＭ系列Ｌ1～Ｌ6を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
　表１において、横方向の各列が、一つのタグパターンに対応する。表１の「－１」を高輝度領域、「１」をタグに対応する低輝度領域となるようにＤＡＮＴＥタギングシーケンスを設計した場合の７つのタグパターン（画像中の一部（１８×１８画素分）の拡大図）を図９に示す。
　図９の各タグパターンは、対応する画像領域（１８×１８画素分）内の各画素に、図１０に示すように、符号系列Ｌ1～Ｌ6を割り当てた場合のものである。各画素に割り当てられた符号系列Ｌ1～Ｌ6は、画素の位置情報を示していることになる。
　上記表１のような符号系列を用いると、例えば、撮像対象物の縦緩和時間Ｔ１の約２倍の時間まで位置情報を誤り無く符号することができる。
　なお、図１０では、縦方向にはすべて同一の符号系列が割り当てられている。これは、単純化のため、複数のタグパターンすべてを縦縞状としたためである。しかし、図１０において縦方向も異なる符号系列が割り当てられるようにしてもよいのは当然である。横方向及び縦方向において隣接する画素の符号系列が異なるようにするには、複数のタグパターンの中に、横縞状のものや格子状のものを混在させることで実現できる。そのようなタグパターンもタギングシーケンスを適宜設定することで生成可能である。
［６．実験結果］
　図１１（ａ）～（ｃ）は、図１２に示すファントム（撮像対象）が、左右方向に正弦運動する様子をタギングＭＲＩ装置１にて撮影した結果を示している。
　図１１（ａ）は、図９に示す７つのタグパターンにて７個のｃｉｎｅ画像をＭＲＩ装置１にて撮像し（ＮL＝７）、先に説明したＮL＝７のＭ系列にて、ファントムの位置の変位を判定した結果を示している。
　図１１（ｂ）は、左右方向に正弦運動するファントムの時系列画像（第１時相から第３３時相まで）において、各時相の画像から、同一位置の領域（垂直方向に１画素×水平方向に約５０画素の領域）を切り出し、この短冊状の領域を、時刻（時相）に沿って、図１１の縦軸方向に並べたものである。つまり、図１１（ａ）の縦軸は、時間（第１時相から第３３時相）を示しており、横軸は、画素位置を示している。
　図１１（ａ）においては、判定した符号系列Ｌ1～Ｌ6を、画素の明暗で区別して示している。つまり、図１１（ａ）においては、明暗度が同じ画素は同一の符号系列であると判定された画素となっている。
　図１１（ｂ）は、上記Ｍ系列を構成する７個のｃｉｎｅ画像のうち、タグ領域（低輝度領域）及び非タグ領域（高輝度領域）それぞれの左右幅が１ｍｍ（１画素分）のタグパターン（１画素の幅を１ｍｍとすると図９の第１タグパターンに相当）でファントムを撮影した画像である。
　また、図１１（ｃ）は、上記Ｍ系列を構成する７個のｃｉｎｅ画像のうち、タグ領域（低輝度領域）及び非タグ領域（高輝度領域）それぞれの左右幅が３ｍｍ（３画素分）のタグパターン（１画素の幅を１ｍｍとすると図９の第３～第５タグパターンのいずれかに相当）でファントムを撮影した画像である。
　図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）においても、各時相の画像から、同一位置の領域（垂直方向に１画素×水平方向に約５０画素の領域）が切り出され、この短冊状の領域が、時刻（時相）順に、図１１の縦軸方向に並べられている。
　図１１（ａ）に示すように、Ｍ系列を用いたタギングＭＲ画像の判定結果では、第１３～１４時相（上から１３～１４行目）付近まで、１ｍｍ（１画素）間隔で、ファントムの移動（左右方向の正弦運動）をほぼ正しく判定できている。
　これに対し、図１１（ｂ）に示す１ｍｍ幅のタギングＭＲＩ画像では、タグ領域及び非タグ領域が細いため、両領域のコントラストが低くなり、第１０時相までにタグパターンは消失し、それ以降の追跡ができない。
　また、図１１（ｃ）に示す３ｍｍ幅のタギングＭＲＩ画像では、Ｍ系列による判定結果と同様に、第１３～１４時相まで淡いコントラストでタグパターンを追跡できるが、太いタグパターンのため、位置判定の分解能は３ｍｍにすぎない。
　このように、図１１（ｂ）及び（ｃ）のように元画像のタグパターンそのものを追跡する場合には、位置の検出可能な時間が短くなったり、あるいは検出精度が低下したりするのに対し、図１１（ａ）のＮL個の画像を用いた符号判定では、比較的長い時間、高い精度で撮像対象の位置を検出することができる。
［７．サブピクセル解析（Sub-Pixel Analysis）］
　上記のＭ系列による判定では、１画素単位の解析（Pixel analysis）となり、位置検出の精度は１画素単位である。したがって、１画素未満の移動量を検出することはできない。
　図１３は、タグパターンが付された撮像対象（ファントム）を撮像した時系列タギングＭＲ画像の初期時相（第１時相）における拡大図を示している。図１３では、横３画素（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３）×縦２画素（Ｙ１，Ｙ２）の計６画素を示している。
　図１３に示すように、初期時相では、撮像対象に標識されたタグパターンにおける低輝度領域（黒領域）と高輝度領域（白領域）との境界は、画素の境界と一致している。図１３において、黒領域の横幅は、ちょうど２画素分である。
　ところが、時間の経過に伴って、撮像対象が移動すると、各画素においては、撮像対象の低輝度領域（黒領域）と高輝度領域（白領域）とが混ざった状態で撮影されることになる。図１４は、撮像対象が図１３の位置から左に０．２５画素分移動したときの実際の位置と撮影した画像における画素値とを示している。また、図１５は、撮像対象が図１３の位置から左に０．５画素分移動したときの実際の位置と撮像した画層における画素値とを示している。
　図１４においては、図１４（ａ）に示すように撮像対象は、左に０．２５画素分移動している。ただし、画素値（輝度値）は、画素単位でしか得られない。したがって、撮像画像における画素値は、図１４（ｂ）に示すように、Ｘ２の画素は黒領域となるものの、Ｘ１の画素は、白にわずかに黒みがかかった薄い灰色の領域となり、Ｘ２の画素は、黒にわずかに白みがかかった濃い灰色の領域となる。なお、図１３～及び図１５の画素内に描かれたメッシュは、画素値（輝度）の大きさに対応しており、メッシュが荒いほど白（高輝度）に近く、メッシュが細かいほど黒（低輝度）に近いことを示している。
　さらに、図１５においては、図１５（ａ）に示すように撮像対象は、左に０．５画素分移動している。この場合の画素値は、図１５（ｂ）に示すように、Ｘ２の画素は黒領域となるものの、Ｘ１及びＸ２の画素は、白と黒の中間の灰色の領域となる。
　ここでの黒領域の横幅は、図１３に示すように、本来、２画素分であるが、撮像対象が１画素未満の移動を生じると、図１４（ｂ）及び図１５（ｂ）に示すように黒領域と白領域との境界がぼやけることになる。
　このように、両領域の境界がはっきりしない場合においても、先に説明した符号系列の検出（符号判定）は、画素単位で行われる。したがって、図１３に示す初期時相において、画素Ｘ１が第１符号系列Ｌ1に、画素Ｘ２が第２符号系列Ｌ2に、画素Ｘ３が第３符号系列Ｌ3に対応しているものとすると、図１４の状態では、図１３と同様に、画素Ｘ１の画素値系列が第１符号系列Ｌ1、画素Ｘ２の画素値系列が第２符号系列Ｌ2、画素Ｘ３の画素値系列が第３符号系列Ｌ3であると検出される可能性が高い。この場合、撮像対象が左に０．２５画素分移動しているにもかかわらず、全く移動していないと判定されることになる。
　また、図１５の状態では、図１４と同様に検出されるか、あるいは、画素Ｘ１の画素値系列が第２符号系列Ｌ2、画素Ｘ２の画素値系列が第３符号系列Ｌ3、画素Ｘ３の画素値系列が第４符号系列Ｌ4であると検出される可能性が高い。前者の場合、撮像対象は左に０．５画素分移動しているにもかかわらず、全く移動していないと判定されることになる。後者の場合、撮像対象は左に０．５画素分しか移動しているにもかかわらず、１画素分移動したと判定されることになる。
　１画素未満の移動量を求めるサブピクセル解析（Sub-Pixel Analysis）を行う場合には、図６に示すステップＳ２２において、各画素の画素値系列から、唯一の符号系列を決定するのではなく、各画素において複数の符号系列（Ｌ1～Ｌ6）が混在している可能性も含めて検出する。
　各画素において複数の符号系列（Ｌ1～Ｌ6）が混在している可能性も含めて検出するには、各画素の画素値系列と複数の符号系列（Ｌ1～Ｌ6）それぞれとの相関値を用いる。
　ここでは、画素値系列と特定の符号系列との相関値を０～１で表し、「１」の場合、相関が最も高く、「０」の場合、相関が最も低いものとする。
　図１３に示す初期時相のように、画素の境界と撮像対象の白黒領域の境界とが一致している場合、各画素には、複数の符号系列は混在せず、画素値系列は、唯一の符号系列に対応することになる。したがって、各画素の画素値系列と複数の符号系列（Ｌ1～Ｌ6）それぞれとの相関値は、理論的には、図１３に示すようになる。具体的には、画素Ｘ１については、第１符号系列Ｌ1との相関が最大となり、他の符号系列Ｌ2～Ｌ6との相関は最小となる。画素Ｘ２については、第２符号系列Ｌ2との相関が最大となり、他の符号系列Ｌ1，Ｌ3～Ｌ6との相関は最小となる。画素Ｘ３については、第３符号系列Ｌ3との相関が最大となり、他の符号系列Ｌ1，Ｌ2，Ｌ4～Ｌ6との相関は最小となる。
　図１４（ａ）に示すように撮像対象が左に０．２５画素分移動すると、各画素には、複数の符号系列が混在することになる。したがって、各画素の画素値系列と複数の符号系列（Ｌ1～Ｌ6）それぞれとの相関値は、理論的には、各画素において各符号系列が占める領域の面積の大小に応じた値となる。
　図１４（ａ）に示すように、画素Ｘ１については、第１符号系列Ｌ1及び第２符号系列Ｌ2が混在している。このため、他の符号系列Ｌ3～Ｌ6との相関は最小となるのに対し、第１符号系列Ｌ1との相関は０．７５、第２符号系列Ｌ2との相関は０．２５というように、各画素において符号系列Ｌ1，Ｌ2が占める領域の面積の大小に応じた値をとる。画素Ｘ２，Ｘ３についても同様に、混在する符号系列についてそれらの符号系列が占める領域の面積の大小に応じた値をとる。
　さらに、図１５（ａ）に示すように撮像対象が左に０．５画素分移動すると、画素Ｘ１については、他の符号系列Ｌ3～Ｌ6との相関は最小となるのに対し、第１符号系列Ｌ1との相関は０．５、第２符号系列Ｌ2との相関は０．５というように、各画素において符号系列Ｌ1，Ｌ2が占める領域の面積の大小に応じた値をとる。画素Ｘ２，Ｘ３についても同様に、混在する符号系列についてそれらの符号系列が占める領域の面積の大小に応じた値をとる。
　処理プロセッサ９は、図１４及び図１５に記載のような各画素についての複数の符号系列（Ｌ1～Ｌ6）それぞれとの相関値に基づいて、それぞれの画素に含まれる１又は複数の符号系列（Ｌ1～Ｌ6）を特定するとともに、各画素において各符号系列が占める割合を求める。
　具体的には、図１６～図１８に示すように、複数の符号系列（Ｌ1～Ｌ6）それぞれとの相関値と、移動量との関係とを規定した情報（移動量特定情報）が、記憶部１０に予め設定されており、処理プロセッサ９は、図１６～図１８に示す情報を参照することで、符号系列の特定等を行う。
　図１６は、ある画素に、符号系列Ｌ1だけが存在している状態（図１６の横軸の「０」の位置）から、符号系列Ｌ2が進入してきて、その画素が符号系列Ｌ2だけで占められた状態（図１６の横軸の「１画素」の位置）となるまでの間における、その画素の画素値系列と符号系列（Ｌ1～Ｌ6）それぞれとの相関値の変化を示している。
　図１７は、ある画素に、符号系列Ｌ2だけが存在している状態（図１７の横軸の「０」の位置）から、符号系列Ｌ3が進入してきて、その画素が符号系列Ｌ3だけで占められた状態（図１６の横軸の「１画素」の位置）となるまでの間における、その画素の画素値系列と符号系列（Ｌ1～Ｌ6）それぞれとの相関値の変化を示している。
　図１８は、ある画素に、符号系列Ｌ3だけが存在している状態（図１８の横軸の「０」の位置）から、符号系列Ｌ4が進入してきて、その画素が符号系列Ｌ4だけで占められた状態（図１８の横軸の「１画素」の位置）となるまでの間における、その画素の画素値系列と符号系列（Ｌ1～Ｌ6）それぞれとの相関値の変化を示している。
　なお、図１６～図１８には、図１３～図１５における撮像対象の動きに関連する３つの情報（移動量特定情報）だけを示したが、実際には、１つの画素に同時に存在する可能性がある符号系列の組み合わせの数だけの情報が記憶部１０に設定されている。
　処理プロセッサ９は、例えば、画素Ｘ１について図１４（ａ）示すような各符号系列（Ｌ1～Ｌ6）との相関値が得られた場合、記憶部１０に記憶されている情報（移動量特定情報）をサーチして、得られた相関値とフィットする情報を選択する。ここでは、１つ前の時相（初期時相；図１３）において、画素Ｘ１の符号系列は符号系列Ｌ1であるから、記憶部１０に記憶されている情報のうち、横軸＝０の位置において符号系列Ｌ1との相関値が最大となっている図１６の情報が選択される。
　そして、符号系列Ｌ1との相関値＝０．７５及び符号系列Ｌ2との相関値＝０．２５という混在状況に基づいて、図１６に示す情報を参照して、符号系列Ｌ2が進入してきた移動量は「０．２５」であると判定する。
　同様にして、図１４（ａ）に示す他の画素及び図１５（ａ）に示す画素についても、混在する符号系列及び進入してきた符号系列の移動量（その画素に占める割合）を求めることができる。
　なお、図１３～図１５のように、単純な左右方向の往復運動（正弦運動）の場合、各符号系列の占める割合だけからでも、撮像対象の移動方向を特定することが可能であるが、より複雑な運動となった場合には、各画素における符号系列の割合の変化の仕方を、連続する複数の時相間で検証することで、移動方向を推定することが可能である。
　また、図１６～図１８に示す情報（移動量特定情報）では、相関値と移動量との関係が線形となっているが、実際には、非線形となることが多い。相関値と移動量との関係が非線形性となる場合は、各符号系列の組み合わせ毎に、予め符号系列から計算により求めて置いた関係、あるいは予め実測によりもとめておいた関係を、移動量特定情報として用いるのが好ましい。
　以上のようなサブピクセル解析を行うことで、１画素の大きさ未満での撮像対象の運動量を算出することができる。
　図１９は、左右方向に正弦運動する撮像対象（ファントム）に対してサブピクセル解析とピクセル解析とを行った場合の解析結果のイメージを示している。撮像対象のある点に着目すると、図１９における実線（理論位置）で示すように、運動は正弦運動となる。この撮像対象に対して、ピクセル解析を行った場合、位置は、１ｍｍ単位でしか検出できないことになる。これに対し、サブピクセル解析では、１ｍｍ未満の移動も検出できるため、理論位置に近い位置を検出することが可能となる。
［８．変形例］
　上記実施形態では、一つの画素それぞれに符号系列（位置情報）を割り当てたが、符号系列（位置情報）を割り当てる対象は、一つの画素に限らず、複数の画素からなる画像領域であってもよい。
　しかも、符号系列（位置情報）を割り当てる対象を、１個の時系列タギングＭＲ画像におけるＮL個の画素からなる画像領域とした場合、符号系列は、ＮL方向ではなく、画像方向（２次元画像のＸ方向若しくはＹ方向、又は３次元画像のＸ方向，Ｙ方向若しくはＺ方向）に形成することができる。この場合、複数の時系列タギングＭＲ画像を撮像する必要がなくなり、撮像時間を短縮することができる。
　図２０は、画像方向（Ｘ方向）に符号系列「１，－１，－１，１，－１，１，１」を割り当てた例を示している。この場合、時相（時刻）ｔ＝０において、画像の左端に位置していた前記符号系列を有する領域は、後の時相（時刻）ｔ＝ｔ１においては、撮像対象（人体組織）の運動により、画像の右方へ移動している。時相ｔ＝ｔ１において、前記符号系列が割り当てられている領域を検出するには、時相ｔ＝ｔ１の画像において、前記符号系列「１，－１，－１，１，－１，１，１」との相関をとり、相関値が大きくなる位置を検出することで行える。
　例えば、図示のように、時相ｔ＝ｔ１の符号系列「１，－１，－１，１，－１，１，１」の位置と同じ位置で相関をとった場合、その位置から１画素分右へ移動した位置で相関をとった場合、２画素分右へ移動した位置で相関をとった場合、及び３画素分右へ移動した位置で相関をとった場合では、３画素分右へ移動した位置で相関をとった場合に相関が最も高くなり、その他の場合では、相関が－１（最小値）である。したがって、時相ｔ＝ｔ１においては、符号系列「１，－１，－１，１，－１，１，１」が割り当てられた領域は、３画素分右へ移動した位置にあることを検出することができる。
［９．変形例におけるサブピクセル解析］
　この変形例においても、１画素単位の解析（ピクセル解析）だけでなく、１画素未満の解析（サブピクセル解析）を行うことができる。この変形例において、サブピクセル解析を行う場合には、各画素の画素値（輝度値）から移動量（白領域又は黒領域の占める割合）を求める。
　つまり、タグパターンにおいて、白領域と黒領域の境界が１つの画素中に位置した場合、図２２（ｂ）及び図２３（ｂ）のように、その画素は、白領域と黒領域との間の中間色（中間輝度）となる。例えば、白領域部分だけが撮影された画素（例えば図２１の画素Ｘ１）に、隣の画素（例えば、図２１の画素Ｘ２）から黒領域部分が移動してきた場合、その画素Ｘ１の画素値は、その画素Ｘ１に占める黒領域の大きさに応じた強さの黒みがかかった値となる。
　また、黒領域部分だけが撮影された画素（例えば図２１の画素Ｘ３）に、隣の画素から黒領域部分が移動してきた場合、その画素Ｘ３の画素値は、その画素Ｘ３に占める白領域の大きさに応じた強さの白みがかかった値となる。
　タグパターンにおける黒領域の輝度を「０」、白領域の輝度の輝度を「１」とした場合、白領域画素に黒領域部分が移動してきた場合の画素値（輝度）と移動量とは、図２４（ａ）のように示される。また、黒領域画素に白領域部分が移動してきた場合の画素値（輝度）と移動量とは、図２４（ｂ）のように示される。
　なお、図２４の画素値は、同じ撮像対象の同じ運動についてタグパターンが付されていない時系列ＭＲ画像における画素値で正規化したものである。撮像対象の位置によっては、同じ白領域又は黒領域であっても画素値が異なることがあり、また、時間が経つにつれてタグパターンが消失（例えば、黒領域も白領域となる）するが、上記の正規化を行っておくことで、条件により異なる画素値（輝度）が得られても、図２４に示す関係を適用することができる。また、正規化は、タグパターンが付されていない時系列ＭＲ画像における画素値ではなく、同一時相における白領域若しくは黒領域の画素値又はそれらのコントラストを用いて行っても良い。
　図２４に示す関係（移動量特定情報）を用いて、移動量を求めるには、まず、画素値から、画素内において白領域が占める割合ｆwと、黒領域が占める割合ｆBを求める。これらの割合ｆw，ｆBは、ある画素の画素値を、正規化することによって得られる。
　例えば、時間が経つにつれて、タグパターンの黒領域が消失する場合、時相ごとに黒領域がとる値は、白領域の値に近づいていくため変化する。これに対処するには、同じ撮像対象の同じ運動についてタグパターンが付されていない時系列ＭＲ画像において、割合ｆw，ｆBの算出対象となっている画素と、同一時相かつ同一位置の画素（対応画素）に着目する。正規化では、割合ｆw，ｆBの算出対象となっている画素の画素値を、対応画素の画素値で除算する。これにより、算出対象の画素値の画素値は、「１」（白領域のみ）から「０」（黒領域のみ）の値で正規化され、その値がｆWとなる。ｆBは、［１－ｆW］の演算で求めることができる。
　割合ｆw，ｆBが求まると、図２４に示す関係を用いて、それらの　割合ｆw，ｆBから算出対象画素への白領域又は黒領域の進入量（移動量）を１画素未満の大きさで求めることができる。なお、移動方向は、過去の時相における白領域又は黒領域の配置や算出対象画素の周囲の画素の画素値に基づいて推定可能であるが、規則的な左右方向の正弦運動を前提とする場合、移動量がわかるだけで運動解析が可能である。
［１０．変形例の２次元（多次元）への拡張］
　なお、図２０において、符号系列（位置情報）が割り当てられる画素の領域は、１次元（Ｘ方向のみ）の領域であったが、２次元又は３次元の領域であってもよい。また、図７に示す複数回（例えば、ＮL回）の撮像方向も加えて考えた場合、２次元画像であれば画像Ｘ方向、画像Ｙ方向、及び撮像方向の３次元における領域であってもよいし、３次元画像であれば、画像Ｘ方向、画像Ｙ方向、画像Ｚ方向、及び撮像方向の４次元における領域であってもよい。
　図２５及び図２６は、図２０に示す変形例を２次元に拡張した例を示している。図２５及び図２６に示す例では、１つの符号系列（位置情報）が割り当てられる画素の領域は、２次元の領域（３画素×３画素）となっている。
　図２５（ａ）に示すタグパターンは、変形例を２次元に拡張するためのパターンである。このパターンは、図２５（ｂ）にも示すように、横縞（水平の縞模様）と縦縞（垂直の縞模様）とを有するパターンである。図２５（ｂ）のパターンは、画像の縦方向にみたときに、横縞の白領域（白帯）幅：黒領域（黒帯）幅＝３：１であり、画像の横方向にみたときに、縦縞の白領域（白帯）幅：黒領域（黒帯）幅＝３：２である。なお、図２５（ｂ）の斜線部分が黒領域であり、白抜き領域が白領域である。
　このようなタグパターンを撮像対象に印加すると、図２５（ａ）に示すように、２次元空間で、２０個（縦４画素×横５画素）の画素（図２５（ｂ）のＡ－Ｔ）を１単位として左右上下に繰り返す白黒パターンが形成される。
　Ａ－Ｔの２０個の画素について、それぞれを中心とする例えば９個の画素（自身の画素及びその近傍の８個の画素；３×３画素の領域）の白黒パターンに注目すると、図２６に示すように、２０個の３×３画素の領域は、すべて異なる白黒パターンとなっている。これは、２０個の画素に特有の画像パターン（長さＮL＝９の符号系列；位置情報）とみなすことができ、タグパターンによって画像の各画素をコーディングできたことと等価である。
　図２７～図２９は、変形例を２次元に拡張した他の例を示している。
　図２７（ｂ）に示すパターンも、横縞（水平の縞模様）と縦縞（垂直の縞模様）とを有するパターンである。図２７（ｂ）のパターンは、画像の縦方向にみたときに、横縞の白領域（白帯）幅：黒領域（黒帯）幅＝３：２であり、画像の横方向にみたときに、縦縞の第１白領域幅：第１黒領域幅：第２白領域幅：第２黒領域幅＝３：１：１：１である。なお、図２７（ｂ）の斜線部分が黒領域であり、白抜き領域が白領域である。
　このようなタグパターンを撮像対象に印加すると、図２７（ａ）に示すように、２次元空間で、３０個（縦５画素×横６画素）の画素（図２７（ｂ）のＡ－Ｙ（Ａ’，Ｆ’，Ｋ’，Ｐ’，Ｕ’を含む））を１単位として左右上下に繰り返す白黒パターンが形成される。
　Ａ－Ｙの３０個の画素について、それぞれを中心とする例えば９個の画素（自身の画素及びその近傍の８個の画素；３×３画素の領域）の白黒パターンに注目すると、Ａ’，Ｆ’，Ｋ’，Ｐ’，Ｕ’は、Ａ，Ｆ，Ｆ，Ｐ，Ｕと同じパターンになるため、図２８に示すように、２５個の白黒パターンが得られ、これら２５個の３×３画素の領域は、すべて異なる白黒パターンとなっている。これは、２５個の画素に特有の画像パターン（長さＮL＝９の符号系列；位置情報）とみなすことができ、タグパターンによって２５個の画素をコーディングできたことと等価である。
　Ａ’，Ｆ’，Ｋ’，Ｐ’，Ｕ’の画素と、Ａ，Ｆ，Ｋ，Ｐ，Ｕの画素との区別については、図２９に示すように、９個の画素（自身の画素及びその近傍の８個の画素；３×３画素の領域）よりもさらに周辺の画素（例えば、自身の画素及びその近傍の２４個の画素；５×５画素の領域）に注目することにより判別することが可能である。なお、３０個の画素全部について、５×５画素の領域で符号化をしてもよい。
　なお、以上説明した変形例において特に説明しない点については、図１～図１０に関して説明した内容に即して実施することができる。
　なお、上記において開示した事項は、例示であって、本発明を限定するものではなく、様々な変形が可能である。
　例えば、画素信号が、輝度値に代えて、又は加えて、位相値であってもよい。
　また、運動解析としては、単に、移動などを検出するのではなく、検出された移動量から撮像対象の弾性率を求めるものであってもよい。
　さらに、本発明の撮像対象は、特に限定されない。ただし、解析精度の観点からは、血液などの流体のように基本的形態を持たない撮像対象よりも、心筋組織などのように移動・収縮・拡張などが生じるとしても基本的形態が保持される撮像対象の方が、良好な解析精度を得やすく好ましい。つまり、例えば血流を想定すると、血流方向の上流側に位置する部分が、下流側に位置する部分を追い越してしまい、ある時相における撮像対象（血流）の連続的な配置関係が、後の時相では崩れてしまう可能性があり、良好な解析精度を得るのを困難にする。一方、心筋組織は、運動（移動・収縮・拡張）しても、ある時相における心筋組織の連続的な配置関係が維持される連続体であるため、解析が容易となり、良好な解析精度を得るのが容易となる。
１　ＭＲＩ装置
２　磁場発生部
３　ＲＦコイル
４　ＲＦ送信部
５　ＲＦ受信部
６　制御部
７　Ａ／Ｄ変換部
８　コンピュータ
９　処理プロセッサ
１０　記憶部
１１　表示部

Claims (16)

  1. 　タギングＭＲ画像における撮像対象の運動解析方法であって、
    　撮像対象の同じ運動に対して、異なるタグパターンよるＮL回（ＮLは２以上の正の整数）のｃｉｎｅ撮像をすることで、前記撮像対象の前記運動における複数の時相について撮像された時系列のタギングＭＲ画像をＮL個得る工程と、
    　各時相のＮL個のタギングＭＲ画像における同一画素についてのＮL個の画素値を、当該画素についての長さＮLの画素値系列とする工程と、
    　異なる時相において、前記画素値系列が同一の符号系列を構成する画素を検出することで、時系列のタギングＭＲ画像における撮像対象の運動を解析する工程と、
    　を含み、
    　前記タグパターンそれぞれは、前記画素値系列が、所定の符号系列を構成するようにパターンが形成されたものである、
    　ことを特徴とするタギングＭＲ画像における撮像対象の運動解析方法。
  2. 　撮像対象の運動を解析する前記工程では、前記画素値系列に基づいて、各画素において混在する複数の符号系列それぞれが占める割合を算出し、当該割合に基づいて、１画素の大きさ未満での撮像対象の運動量を算出する
    　請求項１記載の運動解析方法。
  3. 　前記符号系列は、直交符号系列である請求項１記載のタギングＭＲ画像における撮像対象の運動解析方法。
  4. 　前記符号系列は、拡散符号系列である請求項１記載のタギングＭＲ画像における撮像対象の運動解析方法。
  5. 　前記符号系列は、ＰＮ系列である請求項１記載のタギングＭＲ画像における撮像対象の運動解析方法。
  6. 　前記符号系列は、Ｍ系列である請求項１記載のタギングＭＲ画像における撮像対象の運動解析方法。
  7. 　タギングＭＲ画像における撮像対象の運動解析方法であって、
    　撮像対象に対し、所定のタグパターンでｃｉｎｅ撮像することで、前記撮像対象の運動における複数の時相について撮像された時系列のタギングＭＲ画像を得る工程と、
    　各時相のタギングＭＲ画像に含まれるＮL個（ＮLは２以上の正の整数）の画素それぞれの画素値を、当該ＮL個の画素からなる領域についての長さＮL個の画素値系列とする工程と、
    　異なる時相において、前記画素値系列が同一の符号系列を構成する領域を検出することで、時系列のタギングＭＲ画像における撮像対象の運動を解析する工程と、を含み、
    　前記所定のタグパターンは、前記画素値系列が、所定の符号系列を構成するようにパターンが形成されたものである、
    　ことを特徴とするタギングＭＲ画像における撮像対象の運動解析方法。
  8. 　撮像対象の運動を解析する前記工程では、各画素の画素値の大きさに基づいて、タグパターンの明領域又は暗領域が各画素の範囲内において本来占めるべき割合を算出し、当該割合に基づいて１画素の大きさ未満での撮像対象の運動量を算出する
    　請求項７記載の運動解析方法。
  9. 　ＭＲＩ装置であって、
    　撮像対象の同じ運動に対して、異なるタグパターンよるＮL回（ＮLは２以上の正数）のｃｉｎｅ撮像をすることで、前記撮像対象の前記運動における複数の時相について撮像された時系列のタギングＭＲ画像をＮL個得る手段と、
    　特定の時相のＮL個のタギングＭＲ画像における同一画素についてのＮL個の画素値からなる画素値系列を、前記特定の時相において当該画素を示す長さＮLの符号系列とみなし、前記符号系列と同じ符号系列となる画素値系列を持つ画素を、前記特定の時相以外の時相のＮL個のタギングＭＲ画像において検出することで、時系列のタギングＭＲ画像における撮像対象の運動を解析する手段と、
    　を備え、
    　前記タグパターンそれぞれは、前記画素値系列が、所定の符号系列を構成するようにパターンが形成されたものである、
    　ことを特徴とするＭＲＩ装置。
  10. 　撮像対象の運動を解析する前記手段では、前記画素値系列に基づいて、各画素において混在する複数の符号系列それぞれが占める割合を算出し、当該割合に基づいて、１画素の大きさ未満での撮像対象の運動量を算出する
    　請求項９記載のＭＲＩ装置
  11. 　前記符号系列は、直交符号系列である請求項９記載のＭＲＩ装置。
  12. 　前記符号系列は、拡散符号系列である請求項９記載のＭＲＩ装置。
  13. 　前記符号系列は、ＰＮ系列である請求項９記載のＭＲＩ装置。
  14. 　前記符号系列は、Ｍ系列である請求項９記載のＭＲＩ装置。
  15. 　ＭＲＩ装置であって、
    　撮像対象に対し、所定のタグパターンでｃｉｎｅ撮像することで、前記撮像対象の運動における複数の時相について撮像された時系列のタギングＭＲ画像を得る手段と、
    　特定の時相のタギングＭＲ画像に含まれるＮL個（ＮLは２以上の正の整数）の画素それぞれの画素値からなる画素値系列を、当該ＮL個の画素からなる領域を示す長さＮLの符号系列とみなし、前記符号系列と同じ符号系列となる画素値系列を持つ領域を、前記特定の時相以外の時相のタギングＭＲ画像において検出することで、時系列のタギングＭＲ画像における撮像対象の運動を解析する手段と、
    　を備え、
    　前記所定のタグパターンは、前記画素値系列が、所定の符号系列を構成するようにパターンが形成されたものである、
    　ことを特徴とするＭＲＩ装置。
  16. 　撮像対象の運動を解析する前記手段では、各画素の画素値の大きさに基づいて、タグパターンの明領域又は暗領域が各画素の範囲内において本来占めるべき割合を算出し、当該割合に基づいて１画素の大きさ未満での撮像対象の運動量を算出する
    　請求項１５記載のＭＲＩ装置。
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