WO2018020964A1 - 画像診断装置、及び、磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

画像診断装置、及び、磁気共鳴イメージング装置 Download PDF

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WO2018020964A1
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Inventor
秀之 堀尾
Original Assignee
株式会社日立製作所
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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/055—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves  involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging

Definitions

  • the present invention relates to an image diagnostic apparatus such as a magnetic resonance imaging (hereinafter referred to as “MRI”) apparatus, and more particularly to a technique using compressed sensing for image reconstruction.
  • MRI magnetic resonance imaging
  • An image diagnostic apparatus such as an MRI apparatus or an X-ray CT apparatus reconstructs an image to be inspected by performing operations on a plurality of signals obtained by measuring the object to be inspected.
  • An image with higher spatial resolution and SN can be obtained.
  • compressed sensing Compressed Sensing: CS
  • image diagnostic apparatus such as an MRI apparatus
  • Patent Documents 1, 2, etc. Patent Documents 1, 2, etc.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 propose a thinning method and an objective function for iterative calculation, but do not consider the application of the compressed sensing technique according to the target region and measurement conditions.
  • the present invention provides an image diagnostic apparatus capable of optimizing the measurement time, reconstruction time, SN of an output image, and the like according to the target region and measurement conditions in an image diagnostic apparatus to which a compression sensing technology is applied. The issue is to provide.
  • the diagnostic imaging apparatus has a relationship between a condition related to compressed sensing (CS condition) and an image condition (for example, SN value) required according to a target region and measurement conditions. And a means for setting optimum compression sensing conditions.
  • the diagnostic imaging apparatus of the present invention performs a compression sensing operation based on compressed sensing using a measurement unit that acquires measurement data from a measurement target, and sparse measurement data acquired by the measurement unit, and performs the measurement A calculation unit that reconstructs a target image; and a storage unit that stores data used for compressed sensing calculation performed by the calculation unit.
  • the storage unit includes the predicted SN value of the image and the compressed sensing as the data.
  • the calculation unit sets the compression sensing condition using the specified measurement condition and the relationship.
  • the MRI apparatus of the present invention collects a nuclear magnetic resonance signal from a measurement target, acquires a k-space data, a measurement control unit that controls a thinning rate of the k-space data acquired by the measurement unit, A calculation unit that performs compression sensing calculation based on compressed sensing using k-space data acquired at a predetermined decimation rate, and reconstructs an image to be measured, and a memory that stores data used for the compression sensing calculation by the calculation unit
  • the storage unit stores, as the data, the relationship between the predicted SN value of the image and the compression sensing condition, and the calculation unit uses the SN specified by the user and the relational expression. Then, the compression sensing conditions are set.
  • the present invention it is possible to determine an optimal thinning measurement / reconstruction time for a target region and measurement conditions without increasing a user burden, and to realize image reconstruction using compressed sensing.
  • summary of the diagnostic imaging apparatus concerning this invention The figure which shows the whole outline
  • the figure which shows SN value prediction formula used in Embodiment 1 Table used in Embodiment 1 to indicate the relationship between the inspection site and measurement target and the desired SN The figure explaining compression sensing condition setting in Embodiment 1.
  • Flow chart of processing of embodiment 2 The graph which shows desired SN for every cross-sectional position used in Embodiment 2.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a UI displayed on the display unit according to the fourth embodiment.
  • This diagnostic imaging apparatus 100 is an apparatus that applies compression sensing to shorten the measurement time, and includes a measurement unit 110 that acquires a signal from the measurement target, and a measurement target 110 that uses the signal obtained by the measurement unit 110.
  • the calculation unit 120 for reconstructing an image
  • the control unit 130 for the operation of the measurement unit 110 and the calculation unit 120
  • a user interface for exchanging information and inputting commands between the calculation unit 120 and the control unit 130 and the user 140
  • a storage unit 150 that stores data, programs, and the like necessary for the operation of the arithmetic unit 120 and the control unit 130.
  • the storage unit 150 is built not only on the storage device included in the diagnostic imaging apparatus 100 but also on a portable storage medium, a remote storage device connected via the Internet, or a network cloud.
  • a database, a storage medium, etc. may be included.
  • the calculation unit 120 includes a CS calculation unit 121 in order to perform compression sensing calculation.
  • the CS calculation unit 121 reconstructs an image to be measured based on sparse measurement data according to a predetermined compressed sensing algorithm.
  • the control unit 130 sets the measurement control unit 131 for operating according to the operation procedure of the measurement unit 110, the pulse sequence if the MRI apparatus, and the compression sensing condition. Under the set compression sensing condition, the measurement unit 110 and the CS A CS condition setting unit 132 for controlling the calculation unit 121;
  • the user interface 140 includes an input unit 141 that is an input device for a user to input, and a display unit 142 that displays an image, a GUI, and the like created by the calculation unit 120.
  • the storage unit 150 stores, as the database 151, a graph and a table indicating a relationship between a predetermined target portion, a measurement purpose, or a combination thereof (collectively referred to as a measurement condition) and a compressed sensing condition.
  • Measurement conditions include the target part, SN required for the image, imaging time, etc.
  • compression sensing conditions include measurement conditions such as thinning pattern and thinning rate during measurement, and calculation conditions such as calculation time. And are included.
  • the thinning pattern and the thinning rate may be set as measurement conditions, and only conditions relating to computation may be set. Since the relationship (graph or table) between the measurement condition and the compressed sensing condition varies depending on the characteristics of the type of the image diagnostic apparatus, it is necessary to obtain in advance for each type of image diagnostic apparatus and prepare it as the database 151.
  • the diagnostic imaging apparatus 100 performs imaging using compression sensing under the control of the control unit 130.
  • the optimum compression sensing condition is set according to the measurement condition using the relationship between the measurement condition stored in the storage unit 150 and the compression sensing condition.
  • the setting of the compression sensing condition may be either manual or automatic.In the case of manual operation (the arrow indicated by the dotted line in FIG. 1), information necessary for the user to select the compression sensing condition, specifically, A graph or a table showing the relationship between the predetermined measurement condition and the compressed sensing condition or a candidate of the compressed sensing condition derived therefrom is presented to the user. The user determines the compression sensing condition based on the presented information and sets it through the input unit 141.
  • the functions of the arithmetic unit 120 and the control unit 130 shown in FIG. 1 are mainly realized by executing software installed in the diagnostic imaging apparatus 100 or incorporated in a general-purpose CPU. Also, some or all of the functions can be realized by hardware such as ASIC or FPGA.
  • the diagnostic imaging apparatus of the present embodiment it is possible to optimize the compression sensing condition according to the target site and the measurement time. Specifically, the required measurement time, reconstruction time, and SN of the output image differ depending on the target region and measurement conditions.
  • the measurement time varies depending on the decimation rate and decimation pattern, and the reconstruction time and the SN of the output image vary depending on the decimation rate and the time required for the compression sensing calculation (setting of the end condition of the compression sensing calculation).
  • the diagnostic imaging apparatus according to the present embodiment sets a compressed sensing condition suitable for the set target part and measurement condition based on a predetermined relationship between the target part and measurement condition and the compressed sensing condition. It is possible to prevent the required compression sensing calculation time from being extended.
  • the present embodiment can be applied to a medical image diagnostic apparatus that images a measurement target using a plurality of time-series measurement data such as a CT apparatus in addition to an MRI apparatus.
  • the present invention is applied to an MRI apparatus.
  • the MRI apparatus shown in FIG. 2 uses an NMR phenomenon to obtain a tomographic image of a subject, and includes a static magnetic field generation unit 2, a gradient magnetic field generation unit 3, a transmission unit 5, a reception unit 6, and signal processing. A unit 7, a sequencer 4, and a central processing unit (CPU) 8 are provided.
  • the static magnetic field generation unit 2, the gradient magnetic field generation unit 3, the transmission unit 5, and the reception unit 6 are collectively referred to as a measurement unit.
  • the static magnetic field generator 2 is composed of a permanent magnet type, normal conducting type or superconducting type static magnetic field generating source. Depending on the direction of the static magnetic field, there are a vertical magnetic field method and a horizontal magnetic field method.In the vertical magnetic field method, in the direction perpendicular to the body axis of the subject 1 in the space where the subject 1 is placed, in the horizontal magnetic field method, in the body axis direction, Each generates a uniform static magnetic field.
  • the gradient magnetic field generator 3 includes a gradient magnetic field coil 9 wound in the three-axis directions of X, Y, and Z, which is a coordinate system (stationary coordinate system) of the MRI apparatus, and a gradient magnetic field power supply 10 that drives each gradient magnetic field coil
  • the gradient magnetic fields Gx, Gy, and Gz are applied in the three axis directions of X, Y, and Z by driving the gradient magnetic field power supply 10 of each coil in accordance with a command from the sequencer 4 to be described later.
  • Gradient magnetic fields can be generated in any direction by combining these three axes, and during imaging, a slice direction gradient magnetic field pulse (Gs) is applied in a direction perpendicular to the slice plane (imaging cross section) to subject 1
  • Set the slice plane apply the phase encode direction gradient magnetic field pulse (Gp) and the frequency encode direction gradient magnetic field pulse (Gf) in the remaining two directions orthogonal to the slice plane and orthogonal to each other, and Encode position information in each direction.
  • the sequencer 4 is a control means that repeatedly applies a high-frequency magnetic field pulse (hereinafter referred to as “RF pulse”) and a gradient magnetic field pulse in a predetermined pulse sequence, and operates under the control of the CPU 8 to collect tomographic image data of the subject 1.
  • RF pulse high-frequency magnetic field pulse
  • Various commands necessary for the measurement are sent to the measurement unit.
  • the function of the sequencer 4 and the CPU 8 that controls it is called a measurement control unit.
  • Various pulse sequences are prepared in advance according to the imaging target and imaging purpose, and the sequencer 4 calculates and executes the pulse sequence when a predetermined pulse sequence and imaging parameters are determined.
  • compression sensing is adopted, and the imaging parameters include a data thinning rate in addition to imaging parameters such as a general echo time TE, repetition time TR, and flip angle FA.
  • the transmitter 5 irradiates the subject 1 with RF pulses in order to cause nuclear magnetic resonance to occur in the nuclear spins of the atoms constituting the biological tissue of the subject 1, and includes a high-frequency oscillator 11, a modulator 12, and a high-frequency amplifier. 13 and a high frequency coil (transmission coil) 14a on the transmission side.
  • the high-frequency pulse output from the high-frequency oscillator 11 is amplitude-modulated by the modulator 12 at a timing according to a command from the sequencer 4, and the amplitude-modulated high-frequency pulse is amplified by the high-frequency amplifier 13 and then placed close to the subject 1.
  • the high frequency coil 14a the subject 1 is irradiated with the RF pulse.
  • the receiver 6 detects an echo signal (NMR signal) emitted by nuclear magnetic resonance of nuclear spins constituting the biological tissue of the subject 1, and receives a high-frequency coil (receiver coil) 14b on the receiving side and a signal amplifier 15 And a quadrature phase detector 16 and an A / D converter 17.
  • NMR signal an echo signal
  • a high-frequency coil receiveriver coil
  • the quadrature phase detector 16 divides the signal into two orthogonal signals at a timing according to a command from the sequencer 4, and each signal is converted into a digital quantity by the A / D converter 17 and sent to the signal processing unit 7.
  • the signal processing unit 7 performs various data processing and display and storage of processing results, and functions as a calculation unit and a control unit.
  • the CPU 8 an external storage device such as the optical disk 19 and the magnetic disk 18, and the display 20 And an internal storage device such as a ROM 21 and a RAM 22 and an operation unit 25.
  • the CPU 8 executes processing such as signal processing and image reconstruction, and displays the tomographic image of the subject 1 as a result on the display 20, and an external storage device For example, recording is performed on the magnetic disk 18 or the like.
  • the operation unit 25 inputs various control information of the MRI apparatus and control information of processing performed by the signal processing unit 7, and includes a trackball or mouse 23, a keyboard 24, and the like.
  • the operation unit 25 is disposed close to or integrally with the display 20, and the user interactively controls various processes of the MRI apparatus through the operation unit 25 while looking at the display 20.
  • the MRI apparatus of the present embodiment incorporates a compression sensing technology, and functions to determine the conditions (compressed sensing conditions), in particular, the measurement unit and the arithmetic unit are controlled according to the determined compressed sensing conditions to measure the compressed sensing.
  • a function for adjusting a calculation condition (compressed sensing condition) according to a measurement site and a measurement purpose and a function for performing a compression sensing calculation (compressed sensing calculation) are provided.
  • FIG. 3 is a diagram showing k-space data.
  • the data in the slice direction is omitted, and the 2D k-space data in which the phase encoding direction is vertical and the frequency encoding direction is horizontal is shown.
  • Figure 3 (a) shows a Cartesian scan (raster scan) that collects data parallel to the ky axis of k-space
  • Figure 3 (b) shows k A radial scan that collects data radially around the origin of the space is shown.
  • the data collection method for obtaining sparse measurement data is not limited to Cartesian scan or radial scan, but may be a spiral scan that acquires k-space data in a spiral shape. When sparse measurement data is random, a better approximation can be performed. Such a thinning pattern is introduced in Patent Document 1, for example.
  • a method of measuring data on a plurality of radiations while taking an angle of temporally adjacent radiation as an angle called a golden angle is known. Yes.
  • GA even if the number of radiations increases, the radiations do not overlap with previously acquired radiations and are randomly arranged, resulting in random and sparse k-space data.
  • the thinning rate is a ratio (%) of the number of radiation when sparse measurement data is obtained when the number of radiation used in general imaging is 100.
  • the signal processing unit 7 (arithmetic unit) performs image reconstruction using a compression sensing algorithm using such undersampled k-space data.
  • the compression sensing algorithm is stored as a program in the storage device of the MRI apparatus. Alternatively, the calculation unit uploads a program stored in another storage device.
  • the compressed sensing algorithm sparsely transforms the measured data, and then solves optimization problems such as L1 norm minimization with an iterative algorithm. Variation) and Ridgelet conversion.
  • Such compression sensing algorithms are well known, and are available as software packages such as L1-SPIRiT, L1-ESPIRiT, SAKE-L1ESPIRiT, TVG (Total Generalized Variation: TV). Note that many of these compressed sensing are combined with the parallel imaging operation that assumes the use of a plurality of receiving coils, and the sparse measurement described above also in this embodiment is a sparse measurement using a plurality of receiving coils. It may be a measurement.
  • Compressed sensing calculation ends when the iterative algorithm included in the calculation satisfies a predetermined end condition, and the solution obtained at that time is used as image data.
  • the termination condition includes a predetermined threshold (weak threshold), a threshold for the number of repetitions, a calculation time, and the like.
  • the end condition is appropriately controlled according to the measurement condition.
  • the signal processing unit 7 is provided with software that functions as a CS calculation unit 121 and a CS condition setting unit 132 as shown in FIG. 1, and in a storage unit including an external storage device or the like. Stores a database of predetermined relational expressions and tables.
  • control unit 130 performs imaging using compressed sensing using a relational expression between the compression sensing calculation repetition condition and the predicted SN and a table indicating the relationship between the measurement condition and the necessary SN.
  • the measurement control unit starts thinning measurement according to the set pulse sequence and the designated measurement condition. (S401).
  • the CS condition setting 132 reads the expected SN value expression 410 under the designated measurement condition from the storage device (S402).
  • the measurement conditions include, for example, an examination site and an imaging condition of blood vessel imaging or substantial imaging.
  • the predicted SN value formula 410 is, for example, a plot of the expected SN value against the calculation time of the compression sensing operation under this measurement condition, as shown in FIG. 5, and may be a graph or a graph fitting function. But you can. Such a calculation formula can be obtained in advance if the algorithm of the compression sensing calculation to be used, the data collection method and the amount of data handled by the algorithm are known, and is stored in the storage unit (database A) 150.
  • the CS condition setting unit 132 acquires a necessary SN value 420 for each examination region and measurement condition stored in the storage unit (database B) 150 (S403).
  • the necessary SN value 420 in each examination region and measurement condition is, for example, a table as shown in FIG. 6, and the required SN value may be a relative (qualitative) rule as shown or a numerical value range. You may have done.
  • the CS condition setting unit 132 repeats the CN calculation that satisfies the required SN value with the specified examination region and measurement conditions based on the predicted SN value expression 410 acquired in S401 and the necessary SN value 420 acquired in S402. Conditions such as the repetition time or the number of repetitions are determined (S404). For example, in the case of an examination site such as a head having a high necessary SN value, the repetition time is maximized within the time allowed for calculation. On the other hand, in the case of imaging of the liver parenchyma, the repetition time is shortened.
  • FIG. 7 shows an example in which the compression sensing calculation repetition condition is set based on the necessary SN value.
  • the end condition may be determined by the threshold value, but the threshold value corresponds to the length of the repetition time, so the threshold value is determined in conjunction with the repetition time. be able to.
  • the CS calculation unit 121 starts image reconstruction by the compression sensing algorithm using the data (k-space data) thinned and measured in S401 (S405). Then, the CS calculation unit 121 ends the compression sensing calculation using the repetition time set in S403 or the threshold derived therefrom as the calculation end condition (S406).
  • the compression sensing calculation end condition is set so as to satisfy the required SN value depending on the part, the image is reconstructed and presented without taking time for the compression sensing calculation more than necessary. Can do.
  • CS Control Embodiment 2 ⁇ CS Control Embodiment 2 >> The present embodiment is characterized in that, in addition to the CS control of the first embodiment, a compressed sensing condition that satisfies the necessary SN value is set in consideration of the position of the imaging section.
  • the CS condition setting unit 132 obtains the expected SN value expression 410 in each imaging condition and the necessary SN value 420 in each examination site (S401 to S403), and then necessary in each position of the imaging cross section as shown in FIG.
  • the SN value 430 is acquired from the storage unit (database C) (S411).
  • the required SN value is not necessarily the same depending on the position of the cross section. For example, the most important area for diagnosis is imaged so as to be located at the center of the imaging target area, and the highest SN value is required for the cross section located at the center.
  • the CS condition setting unit 132 sets an end condition for repeated calculation for each cross section based on the necessary SN value of each cross section (S412).
  • the entire calculation time can be optimized in more detail by setting an end condition for each compression sensing calculation of each cross section.
  • Embodiment 3 of CS control is characterized in that, in addition to the CS control of the first embodiment, a function of presenting a candidate of the compressed sensing condition to the user and allowing the user to select is added.
  • the CS condition setting unit 132 acquires the expected SN value formula 410 under each measurement condition and the necessary SN value 420 at each examination site (S401 to S403).
  • the CS condition setting unit 132 determines the repetition condition using the predicted SN value formula 410 and the necessary SN value 420, and presents the determined repetition condition and the SN value obtained at that time to the user, for example, displayed on the display unit 142. (S421). If the user determines that there is no problem with the SN value of the presented repetition condition (S422), similarly to the first embodiment, the compressed sensing calculation is started with the determined repetition (S405).
  • the CS condition setting unit 132 repeats a plurality of repetitions from the predicted SN value formula 410 and the necessary SN value for the examination site. Termination condition candidates are determined (S423), and the expected reconstruction time for each candidate is determined (S424). As shown in FIG. 11, the candidates are, for example, one or more end conditions having a higher or lower SN value than the first presented repetition condition.
  • the expected reconstruction time is the time related to the compressed sensing calculation (or the total time of the calculation and other calculations, for example, the time related to the image difference process or the composition process).
  • the expected reconstruction time can be calculated each time based on the end condition and image size, but in the example shown, the expected reconstruction time 440 is stored for each measurement condition in the storage device (database D). Has been.
  • the CS condition setting unit 132 reads the expected reconstruction time for each candidate from the database D and presents it on the display unit 142.
  • the presentation method is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 12, a plurality of predicted reconstruction times are displayed on the display unit 142 together with the predicted SN values at that time. In addition to the SN value, a plurality of model images having different SN values may be displayed together. Accordingly, the user can select an appropriate candidate in consideration of which of the SN value and the reconstruction time is prioritized.
  • the CS condition setting unit 132 accepts the selection (S425) and sets an end condition corresponding to the selected expected reconstruction time. (S426). After that, performing the compressed sensing calculation (S405 to S406) is the same as in the first embodiment.
  • the user can optimize the compressed sensing calculation time more appropriately in consideration of the purpose of imaging and the like.
  • the repetition condition automatically calculated in S421 and the SN value at that time are presented, and the repetition condition candidate is determined based on the result, but S421 and S422 are omitted and the repetition is repeated. You may make it show the candidate of conditions.
  • the required minimum SN value is determined, the expected reconstruction time is presented to the user, and the SN value or predicted reconstruction presented by the user is presented. It is good also as composition which receives change of composition time. Then, based on the changed SN value or the expected reconstruction time, the corresponding end condition is set.
  • Embodiment 4 of CS control >>
  • the thinning rate at the time of measurement is a fixed value, but this embodiment is characterized in that the thinning rate can be adjusted as a compressed sensing condition.
  • the SN prediction formula (FIG. 5) used in the first embodiment is prepared for each thinning rate.
  • the processing from S402 to S424 of the CS condition setting unit 132 is almost the same as in the third embodiment, but in this embodiment, since the thinning rate is an adjustment target, before the measurement (step S401 in FIG. 10 and the like) Determine compression sensing conditions.
  • an expected SN value formula 410 in each measurement condition is acquired for each of a plurality of thinning conditions (thinning rates).
  • a plurality of repetition end condition candidates are determined from the predicted SN value formula 410 and the necessary SN value 420 for the examination site (S423).
  • the determination of candidates in S423 is not limited, for example, as in the third embodiment, first, a repetition condition is first determined from a desired SN, and with respect to it, there is one to a plurality of Candidates may be decided.
  • Fig. 14 shows how candidates are determined under two different thinning conditions.
  • two curves LA and LB are curves indicating expected SN values when the thinning rates are A and B (A and B are numerical values representing the thinning rates, respectively).
  • a and B are numerical values representing the thinning rates, respectively.
  • the repeated end conditions in the compression sensing calculation are determined for each of the curves LA and LB, and a total of four end condition candidates are options.
  • an expected reconstruction time corresponding to each candidate is acquired from the database D450 (S424).
  • the CS condition setting unit 132 acquires the designated measurement condition and the expected measurement time in each thinning condition from the storage unit (database E) (S431).
  • the database E450 stores, as a table or a graph (function), an estimated measurement time calculated in advance when measurement is performed under a plurality of thinning conditions for each measurement condition. From these, the expected measurement time of each thinning rate is read under the specified measurement conditions.
  • the CS condition setting unit 132 presents the expected reconstruction time acquired in S424 and the predicted measurement time acquired in S431 for each candidate.
  • the SN value obtained at the presented expected reconstruction time may be presented.
  • FIG. 15 shows an example of the display. In this example, the total time of the expected measurement time and the expected reconstruction time is also displayed. Accordingly, the user can select an appropriate candidate in consideration of which of the SN value and the time required for measurement (measurement time, reconstruction time, or total time) is prioritized.
  • the CS condition setting unit 132 accepts the selection (S432), and sets a thinning rate in measurement and an end condition in compression sensing calculation (S433). Thereafter, measurement is performed under the condition (decimation rate) set in S433, and compression sensing calculation is performed under the repetition condition set in S433 (S434).
  • the imaging purpose and the examination site are considered. It is possible to set optimum conditions according to the conditions.
  • the expected measurement time for each thinning condition is presented for each end condition candidate determined from the predicted SN value, but only the thinning rate may be presented without using the database E.
  • the end condition is repeatedly determined from the predicted SN value in the same manner as in the first embodiment, and the determined end condition or the compressed sensing calculation time at that time (expected reconstruction) Time), a thinning rate, and an expected SN value may be presented.
  • the display unit presents a plurality of decimation rates and respective expected reconstruction times and SN values, the user can select appropriate conditions (decimation rates for the measurement purposes based on the presented conditions. Including) can be selected.
  • a magnetic resonance imaging apparatus without increasing the burden on the user, determining an optimal thinning measurement / reconstruction time for a target part and measurement conditions, and a transfer diagnostic imaging apparatus having an image reconstruction function to which compressed sensing is applied, A magnetic resonance imaging apparatus can be provided.
  • 1 subject 2 static magnetic field generation unit, 3 gradient magnetic field generation unit, 4 sequencer (measurement control unit), 5 transmission unit, 6 reception unit, 7 signal processing unit, 8 central processing unit (CPU), 9 gradient magnetic field coil, 10 Gradient magnetic field power supply, 11 High frequency oscillator, 12 Modulator, 13 High frequency amplifier, 14a High frequency coil (Transmission coil), 14b High frequency coil (Reception coil), 15 Signal amplifier, 16 Quadrature phase detector, 17 A / D converter, 18 magnetic disk, 19 optical disk, 20 display, 21 ROM, 22 RAM, 23 trackball or mouse, 24 keyboard, 25 operation unit, 200 MRI device, 110 measurement unit, 120 calculation unit, 121 CS calculation unit, 130 control unit, 131 measurement control unit, 132 CS condition setting unit, 140 user interface, 141 input unit, 142 display unit, 150 storage unit, 151 database

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Abstract

圧縮センシングの繰り返し終了条件を、対象部位や計測条件によって要求されるSNに合わせて調整できるようにするために、本発明の画像診断装置は、計測対象から計測データを取得する計測部と、計測部が取得した疎の計測データを用いて圧縮センシングに基づく圧縮センシング演算を行い、計測対象の画像を再構成する演算部と、演算部による圧縮センシング演算に用いるデータを格納する記憶部と、を備え、記憶部は、データとして、画像のSN予測値と圧縮センシングの条件との関係や、検査部位や計測条件と所望SNとの関係などを格納しており、演算部は、ユーザによって指定された計測条件と記憶部に格納された関係とを用いて、圧縮センシングの条件、例えば圧縮センシング演算の繰り返し終了条件を設定する。

Description

画像診断装置、及び、磁気共鳴イメージング装置
　本発明は、磁気共鳴イメージング(以下、「MRI」という)装置等の画像診断装置に関し、特に画像再構成に圧縮センシングを用いた技術に関する。
　MRI装置やX線CT装置などの画像診断装置は、検査対象を計測して得られる複数の信号に対し演算を施すことで検査対象の画像を再構成する。画像再構成に用いる計測データ数が多いほど、空間分解能やSNの高い画像を得ることができる。しかし計測データ数を増やすためには、一般には、計測時間が延長したり計測回数を増やしたりすることが必要となる。
　計測時間を短縮する高速化技術として、例えば、MRI装置では種々の高速パルスシーケンスや複数の受信コイルを用いたパラレルイメージングなどが知られている。一方、観測対象から得た疎情報から観測対象を再構成する圧縮センシング(Compressed Sensing : CS)技術をMRI装置などの画像診断装置に適用することが提案されている(特許文献1、2など)。圧縮センシングでは、時系列データを取得する際に、特定の条件で計測を間引き、画像再構成時に所定のアルゴリズムで繰り返し計算を行うことで、短時間で計測したデータから画像を再構成する。
米国特許7646924号明細書
特開2015-205037号公報
　画像診断装置が対象とする人体計測においては、計測対象部位や計測条件に応じて必要とされる計測時間や再構成時間、出力画像のSN(信号ノイズ比)が異なる。特許文献1や特許文献2には、間引き方法や繰り返し計算の目的関数が提案されているものの、対象部位や計測条件に応じた圧縮センシング技術の適用については考慮されていない。
　そこで、本発明は、圧縮センシング技術を適用した画像診断装置において、対象部位や計測条件に応じて計測時間、再構成時間、出力画像のSN等の最適化を図ることが可能な画像診断装置を提供することを課題とする。
　上記目的を達成するために、本発明の画像診断装置は、圧縮センシングに関わる条件(CS条件)と、対象部位や計測条件に応じて要求される画像の条件(例えばSN値)との関係に基づいて、最適な圧縮センシングの条件を設定する手段を有する。具体的には、本発明の画像診断装置は、計測対象から計測データを取得する計測部と、前記計測部が取得した疎の計測データを用いて圧縮センシングに基づく圧縮センシング演算を行い、前記計測対象の画像を再構成する演算部と、前記演算部による圧縮センシング演算に用いるデータを格納する記憶部と、を備え、前記記憶部は、前記データとして、前記画像のSN予測値と前記圧縮センシングの条件との関係を格納し、前記演算部は、指定された計測条件と前記関係とを用いて、前記圧縮センシングの条件を設定する。
　また本発明のMRI装置は、計測対象からの核磁気共鳴信号を収集し、k空間データを取得する計測部と、前記計測部が取得するk空間データの間引き率を制御する計測制御部と、所定の間引き率で取得したk空間データを用いて、圧縮センシングに基づく圧縮センシング演算を行い、計測対象の画像を再構成する演算部と、前記演算部による圧縮センシング演算に用いるデータを格納する記憶部と、を備え、前記記憶部は、前記データとして、前記画像のSN予測値と前記圧縮センシングの条件との関係を格納し、前記演算部は、ユーザが指定するSNと前記関係式を用いて、前記圧縮センシングの条件を設定する。
　本発明によれば、ユーザ負担を増加することなく、対象部位や計測条件に対し最適な間引き計測・再構成時間を決定し、圧縮センシングを適用した画像再構成を実現できる。
本発明に係る画像診断装置の概要を示すブロック図 本発明に係るMRI装置の全体概要を示す図 MRI装置における計測パターンを説明する図で、(a)はk空間データのカーテシアンスキャンの計測パターンを示す図、(b)はラジアルスキャンの計測パターンを示す図 実施形態1の処理の流れ図 実施形態1で用いるSN値予想式を示す図 実施形態1で用いる、検査部位及び計測対象と所望SNとの関係を示すテーブル 実施形態1における圧縮センシング条件設定を説明する図 実施形態2の処理の流れ図 実施形態2で用いる、断面位置毎の所望SNを示すグラフ 実施形態3の処理の流れ図 実施形態3における圧縮センシング条件設定を説明する図 実施形態3の表示部に表示されるUIの一例を示す図 実施形態4の処理の流れ図 実施形態4における圧縮センシング条件設定を説明する図 実施形態4の表示部に表示されるUIの一例を示す図
　以下、添付図面に従って本発明の画像診断装置の好ましい実施形態について説明する。
　＜第一実施形態＞
　本実施形態の画像診断装置を、図1に示すブロック図を参照して説明する。
　この画像診断装置100は、圧縮センシングを適用し、計測時間の短縮化を図った装置であり、計測対象から信号を取得する計測部110と、計測部110が得た信号を用いて計測対象の画像を再構成する演算部120と、計測部110や演算部120の動作を制御部130と、演算部120や制御部130とユーザとの間で情報のやりとりや指令を入力するためのユーザーインターフェース140と、演算部120や制御部130の動作に必要なデータやプロブラムなどを記憶する記憶部150とを備えている。なお記憶部150は、格納する情報によっては、画像診断装置100に備えられた記憶装置だけでなく、可搬記憶媒体、インターネットなどで接続された遠隔の記憶装置、或いはネットワークのクラウドに構築されたデータベースや記憶媒体等を含んでもよい。
　この画像診断装置100では、圧縮センシング演算を行うために、演算部120がCS演算部121を備える。CS演算部121は、所定の圧縮センシングアルゴリズムに従い、疎計測データをもとに計測対象の画像を再構成する。また制御部130は、計測部110の動作手順、MRI装置であればパルスシーケンス、に従って動作させるための計測制御部131と、圧縮センシング条件を設定し、設定した圧縮センシング条件で計測部110及びCS演算部121を制御するCS条件設定部132とを備える。ユーザーインターフェース140は、ユーザが入力するための入力デバイスからなる入力部141と、演算部120が作成した画像やGUIなどを表示する表示部142とを備える。
　記憶部150には、予め定めた、対象部位や計測目的或いはそれらの組み合わせ(まとめて計測条件という)と圧縮センシング条件との関係を示すグラフやテーブルがデータベース151として格納されている。計測条件には、対象部位、画像に求められるSN、撮像時間、などが含まれ、圧縮センシング条件には、間引きパターン、計測時の間引き率、などの計測に関わる条件と演算時間など演算に関わる条件とが含まれる。圧縮センシング条件のうち、間引きパターンや間引き率は計測条件として、演算に関わる条件のみを設定可能としてもよい。なお計測条件と圧縮センシング条件との関係(グラフやテーブル)は、画像診断装置の種類の特性によって異なるので、画像診断装置の種類毎に予め取得しデータベース151として用意しておく必要がある。
　画像診断装置100は、制御部130の制御のもと圧縮センシングを適用した撮像を行う。その際、入力部141を介して計測条件の入力を受け付けると、記憶部150に格納された計測条件と圧縮センシング条件との関係を用いて、計測条件に合わせて最適な圧縮センシング条件を設定して撮像を行う。圧縮センシング条件の設定は、手動及び自動のいずれでもよく、手動の場合には(図1中、点線で示す矢印)、ユーザが圧縮センシング条件を選択するために必要な情報、具体的には、予め定めた計測条件と圧縮センシング条件との関係を示すグラフやテーブル或いはそれから導かれる圧縮センシング条件の候補をユーザに提示する。ユーザは提示された情報をもとに圧縮センシング条件を決めて入力部141を介して設定する。
　図1に示す演算部120と制御部130の機能は主として、画像診断装置100に備えられた或いは汎用のCPUに組み込まれたソフトウェアを実行することにより実現される。また機能の一部或いは全部をASICやFPGAなどのハードウェアで実現することも可能である。
　本実施形態の画像診断装置によれば、対象部位や計測時間に応じて圧縮センシング条件の最適化を図ることができる。具体的には、対象部位や計測条件に応じて、必要とされる計測時間、再構成時間、出力画像のSNが異なる。そして計測時間は、間引き率や間引きパターンによって異なり、また再構成時間と出力画像のSNは、間引き率や圧縮センシング演算にかける時間(圧縮センシング演算の終了条件の設定)によって異なる。本実施形態の画像診断装置は、予め定めた、対象部位や計測条件と圧縮センシング条件との関係に基づいて、設定された対象部位や計測条件に適した圧縮センシング条件を設定することで、不必要な圧縮センシング演算時間の延長などを防止することができる。
　本実施形態は、MRI装置の他、CT装置など複数の時系列計測データを用いて計測対象を画像化する医用画像診断装置に適用可能である。
　＜第二実施形態＞
　本実施形態は、本発明をMRI装置に適用した実施形態である。
　最初に、本発明が適用されるMRI装置の全体概要を、図2を参照して説明する。図2に示すMRI装置は、NMR現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、静磁場発生部2と、傾斜磁場発生部3と、送信部5と、受信部6と、信号処理部7と、シーケンサ4と、中央処理装置(CPU)8とを備える。静磁場発生部2、傾斜磁場発生部3、送信部5及び受信部6をまとめて計測部と言う。
　静磁場発生部2は、永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源から構成される。静磁場の方向によって、垂直磁場方式と水平磁場方式があり、垂直磁場方式では被検体1が置かれる空間に被検体1の体軸と直交する方向に、水平磁場方式では、体軸方向に、それぞれ均一な静磁場を発生させる。
　傾斜磁場発生部3は、MRI装置の座標系(静止座標系)であるX、Y、Zの3軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル9と、それぞれの傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源10とから成り、後述のシ-ケンサ4からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源10を駆動することにより、X、Y、Zの3軸方向に傾斜磁場Gx、Gy、Gzを印加する。これら3軸方向の組み合わせで任意の方向に傾斜磁場を発生させることができ、撮影時には、スライス面(撮影断面)に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス(Gs)を印加して被検体1に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの2つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス(Gf)を印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。
　シーケンサ4は、高周波磁場パルス(以下、「RFパルス」という)と傾斜磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加する制御手段で、CPU8の制御で動作し、被検体1の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を計測部に送る。なおシーケンサ4とそれを制御するCPU8の機能を計測制御部という。パルスシーケンスは撮像対象や撮像目的に応じた種々のものが予め用意されており、シーケンサ4は所定のパルスシーケンスと撮像パラメータが決まると、パルスシーケンスを計算し、実行する。本実施形態では、圧縮センシングを採用しており、撮像パラメータには一般的なエコー時間TE、繰り返し時間TR、フリップ角FAなどの撮像パラメータの他に、データの間引き率も含まれる。
　送信部5は、被検体1の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、被検体1にRFパルスを照射するもので、高周波発振器11と変調器12と高周波増幅器13と送信側の高周波コイル(送信コイル)14aとから成る。高周波発振器11から出力された高周波パルスをシーケンサ4からの指令によるタイミングで変調器12により振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器13で増幅した後に被検体1に近接して配置された高周波コイル14aに供給することにより、RFパルスが被検体1に照射される。
　受信部6は、被検体1の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号(NMR信号)を検出するもので、受信側の高周波コイル(受信コイル) 14bと信号増幅器15と直交位相検波器16と、A/D変換器17とから成る。送信側の高周波コイル14aから照射された電磁波によって誘起された被検体1の応答のNMR信号が被検体1に近接して配置された高周波コイル14bで検出され、信号増幅器15で増幅された後、シーケンサ4からの指令によるタイミングで直交位相検波器16により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA/D変換器17でディジタル量に変換されて、信号処理部7に送られる。
　信号処理部7は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行うもので、演算部及び制御部として機能し、CPU8と、光ディスク19、磁気ディスク18等の外部記憶装置と、ディスプレイ20と、ROM21やRAM22などの内部記憶装置と、操作部25とを有する。受信部6からのデータがCPU8に入力されると、CPU8が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体1の断層画像をディスプレイ20に表示すると共に、外部記憶装置の例えば磁気ディスク18等に記録する。
　操作部25は、MRI装置の各種制御情報や上記信号処理部7で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス23、及び、キーボード24などを備える。
操作部25はディスプレイ20に近接して或いは一体的に配置され、ユーザがディスプレイ20を見ながら操作部25を通してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御する。
　本実施形態のMRI装置は、圧縮センシング技術が組み込まれており、その条件(圧縮センシング条件)を決定する機能、特に決定した圧縮センシング条件に従って計測部や演算部を制御して圧縮センシングの計測や演算の条件(圧縮センシング条件)を計測部位や計測目的に合わせて調整する機能、圧縮センシングの演算(圧縮センシング演算)を行う機能が備えられている。
　ここでMRI装置に適用される圧縮センシングについて、図3を参照して説明する。図3はk空間データを示す図であり、ここではスライス方向のデータは省略し、位相エンコード方向を縦、周波数エンコード方向を横とする2Dのk空間データを示している。k空間データを収集する手法には、いくつか異なる手法があり、図3(a)はk空間のky軸に平行にデータを収集するカーテシアンスキャン(ラスタースキャン)を、図3(b)はk空間の原点を中心に放射状にデータを収集するラジアルスキャンを示している。
　一般の撮像では、k空間の全ての格子を埋めるデータを揃えて画像再構成する。圧縮センシングでは、放射線の密度を一般の撮像よりも少ないサンプリング数にして、欠損データのあるk空間データ即ち疎な計測データを得る(アンダーサンプリング)。なお疎な計測データを得るデータ収集法は、カーテシアンスキャンやラジアルスキャンに限らず、k空間データを螺旋状に取得するスパイラルスキャンであってもよい。疎な計測データはランダムであるときに、よりよい近似を行うことができ、このような間引きパターンは、例えば特許文献1などで紹介されている。
　また、ラジアルスキャンにおいて疎な計測を行う技術として、例えば、時間的に隣接する放射線の角度をゴールデンアングル(GA)と呼ばれる角度に取りながら、複数の放射線上のデータを計測する手法が知られている。GAでは、放射線の数が増しても、放射線がそれ以前に取得した放射線と重なることがなく、ランダムに配置され、結果としてランダムで疎なk空間データとなる。なお間引き率は、例えば、ラジアルスキャンでは、一般の撮像で用いる放射線の数を100としたとき、疎な計測データを得たときの放射線の数の割合(％)である。
　信号処理部7(演算部)は、このようなアンダーサンプリングされたk空間データを用いて圧縮センシングのアルゴリズムによる画像再構成を行う。圧縮センシングのアルゴリズムはMRI装置の記憶装置にプログラムとして格納されている。或いは演算部が、別の記憶装置に格納されたプログラムをアップロードする。圧縮センシングのアルゴリズムは、計測したデータをスパース化変換したのち、L1ノルム最小化等の最適化問題を反復アルゴリズムで解くもので、スパース化変換にはウェーブレット変換、それとCurvelet変換の組み合わせ、TV(Total Variation)、Ridgelet変換などがある。
　このような圧縮センシングのアルゴリズムは、公知であり、例えば、L1-SPIRiT、L1-ESPIRiT、SAKE-L1ESPIRiT、TVG(Total Generalized Variation：TVの改良版)など、ソフトウェアのパッケージとして入手可能である。なおこれらの圧縮センシングの多くは、複数の受信コイルの使用を前提とするパラレルイメージングの演算と組み合わせられており、本実施形態においても上述した疎な計測は、複数の受信コイルを用いた疎な計測であってもよい。
　圧縮センシングの演算は、それに含まれる反復アルゴリズムが所定の終了条件を満たした時に終了しその時点で得られた解を画像データとする。終了条件は、所定の閾値(弱閾値)、繰り返し回数の閾値、演算時間などがある。本実施形態は、この終了条件を計測条件に応じた適切に制御する。
　以上説明した圧縮センシングに関わる機能は、主として、信号処理部7が実現する。信号処理部7内には、具体的には、図1に示したようなCS演算部121、CS条件設定部132として機能するソフトウェアが備えられており、また外部記憶装置等を含む記憶部には、所定の関係式やテーブルのデータベースが格納されている。
　以下、図1の機能ブロック図を適宜援用して、CS条件の設定の具体的な実施形態を説明する。
　＜＜CS制御の実施形態1＞＞
　本実施形態では、制御部130は、圧縮センシング演算の繰り返し条件と予想SNとの関係式及び計測条件と必要SNとの関係を示すテーブルを用いて、圧縮センシングを適用した撮像を行う。
　以下、図4に示すフローを用いて本実施形態の処理手順を説明する。
　まずユーザにより操作部25を介して、所定の間引きパターンや間引き率を含む計測条件が指定されると、計測制御部は設定されているパルスシーケンスと指定された計測条件に従い、間引き計測を開始する(S401)。計測と並行して、CS条件設定132は、指定された計測条件における予想SN値式410を記憶装置から読み込む(S402)。
　計測条件としては、例えば、検査部位や、血管撮像か実質撮像かの撮像条件が含まれる。
　予想SN値式410は、例えば、図5に示すように、この計測条件において、圧縮センシング演算の計算時間に対し予想されるSN値をプロットしたものであり、グラフでもよいし、グラフのフィッティング関数でもよい。このような計算式は、用いる圧縮センシング演算のアルゴリズムとそれが扱うデータ収集法及びデータ量がわかれば予め求めることができ、記憶部(データベースA)150に格納されている。
　次いでCS条件設定部132は、記憶部(データベースB)150に格納されている各検査部位や計測条件における必要なSN値420を取得する(S403)。各検査部位や計測条件における必要なSN値420は、例えば、図6に示すようなテーブルであり、必要SN値は図示するような相対的(定性的)な規定でもよいし、数値範囲として規定したものでもよい。
　CS条件設定部132は、S401で取得した予想SN値式410とS402で取得した必要SN値420とをもとに、指定された検査部位及び計測条件で、必要SN値を満たすCN演算の繰り返し条件、例えば繰り返し時間或いは繰り返し回数を決定する(S404)。例えば、必要SN値が高い頭部などの検査部位であれば、演算に許容される時間内で繰り返し時間を最大にする。一方、肝臓実質の撮像などの場合には、繰り返し時間を短縮する。図7に、必要SN値に基づいて圧縮センシング演算の繰り返し条件を設定する例を示す。なお圧縮センシング演算のアルゴリズムによって、その終了条件が閾値で決まる場合があるが、閾値の高低は、繰り返し時間の長短に対応するので、繰り返し時間を決定することにより閾値の値を連動して決定することができる。
　CS演算部121は、S401により間引き計測したデータ(k空間データ)を用いて圧縮センシングアルゴリズムによる画像再構成を開始する(S405)。そして、CS演算部121はS403で設定された繰り返し時間或いはそれから導出される閾値を演算の終了条件として、圧縮センシング演算を終了する(S406)。
　本実施形態によれば、部位によって必要なSN値を満たすように、圧縮センシング演算終了条件が設定されるので、必要以上に圧縮センシング演算に時間をかけることなく、画像を再構成し提示することができる。
　＜＜CS制御の実施形態2＞＞
　本実施形態では、実施形態1のCS制御に加えて、撮像断面の位置も考慮して必要SN値を満たす圧縮センシング条件を設定することが特徴である。
　以下、図8に示すフローを用いて本実施形態の処理手順を説明する。図8において、実施形態1で用いた図4のフローと同じ処理は同じ符号で示し、詳細な説明は省略する。
　CS条件設定部132は、各撮像条件における予想SN値式410と、各検査部位における必要SN値420とを取得した後(S401～S403)、図9に示すような撮像断面の各位置における必要SN値430を記憶部(データベースC)から取得する(S411)。図9に示すように、検査部位の3Dデータを取得する場合、断面の位置によって必要なSN値は必ずしも同じではない。例えば、診断上最も重要な領域は撮像対象領域の中央に位置するように撮像され、中央に位置する断面で最も高いSN値が要求される。CS条件設定部132は、各断面の必要SN値をもとに、断面毎に繰り返し演算の終了条件を設定する(S412)。
　その後、圧縮センシング演算(S405、S406)を行うことは実施形態1と同様である。
　本実施形態によれば、各断面の圧縮センシング演算毎に終了条件を設定することにより、演算時間全体をより詳細に最適化することができる。
　＜＜CS制御の実施形態3＞＞
　本実施形態では、実施形態1のCS制御に加えて、ユーザに圧縮センシング条件の候補を提示し、ユーザに選択させる機能を追加したことが特徴である。
　以下、図10に示すフローを用いて本実施形態の処理手順を説明する。図10において、実施形態1で用いた図4のフローと同じ処理は同じ符号で示し、詳細な説明は省略する。
　CS条件設定部132は、各計測条件における予想SN値式410と、各検査部位における必要SN値420とを取得する(S401～S403)。CS条件設定部132は、予想SN値式410と必要SN値420とを用いて繰り返し条件を決定し、決定した繰り返し条件とその時に得られるSN値をユーザに提示、例えば、表示部142に表示する(S421)。ユーザが提示された繰り返し条件のSN値で問題ないと判断すれば(S422)、実施形態1と同様に、決定した繰り返しで圧縮センシング演算が開始される(S405)。
　ユーザが提示されたSN値よりも高い或いは低いSN値を希望する場合には(S422)、CS条件設定部132は、予想SN値式410と検査部位についての必要SN値とから、複数の繰り返し終了条件の候補を決定し(S423)、各候補における予想再構成時間を決定する(S424)。候補は、図11に示すように、例えば、最初に提示した繰り返し条件に対し、それよりSN値の高い或いは低い1乃至複数の終了条件とする。
　予想再構成時間は、圧縮センシング演算に係る時間(或いはそれとその他の演算、例えば、画像の差分処理や合成処理などに係る時間とを合計した時間)である。予想再構成時間は、終了条件と画像サイズをもとにその都度、算出することも可能であるが、図示する例では、記憶装置(データベースD)に計測条件毎に予想再構成時間440が格納されている。CS条件設定部132は、終了条件の候補が決まると、データベースDから候補毎の予想再構成時間を読出し、表示部142に提示する。提示の仕方は、特に限定されないが、例えば、図12に示すように、複数の予想再構成時間をそのときの予想SN値とともに表示部142に表示する。またSN値だけでなく、SN値の異なる複数のモデル画像を併せて表示させてもよい。これによりユーザはSN値と再構成時間とのいずれを優先するかを考慮して、適切な候補を選択することができる。
　ユーザが表示部142に提示され選択肢から所定の予想再構成時間を選択すると、CS条件設定部132は、その選択を受け付け(S425)、選択された予想再構成時間に対応する終了条件を設定する(S426)。その後、圧縮センシング演算を行うこと (S405～S406)は実施形態1と同様である。
　本実施形態によれば、予想再構成時間を提示することにより、ユーザは撮像の目的等を考慮してより適切に圧縮センシング演算時間を最適化することができる。
　なお図10のフローでは、S421でまず自動的に計算した繰り返し条件とその時のSN値を提示し、その結果によって、繰り返し条件の候補を決定することとしたが、S421及びS422を省略し、繰り返し条件の候補を提示するようにしてもよい。
　また本実施形態の変形例として、S423で複数の候補を決定するのではなく、必要最低SN値を決定し、その予想再構成時間をユーザに提示し、ユーザから提示されたSN値または予想再構成時間の変更を受け付ける構成としてもよい。そして変更後のSN値または予想再構成時間をもとに、それに対応する終了条件を設定する。
　＜＜CS制御の実施形態4＞＞
　上述した実施形態1～3では、計測時における間引き率は固定値としたが、本実施形態では間引き率を圧縮センシング条件として調整可能にしたことが特徴である。本実施形態では、実施形態1で用いたSN予想式(図5)は、間引き率毎に用意される。
　以下、図13に示すフローを用いて本実施形態の処理手順を説明する。図13において、実施形態3で用いた図11のフローと同じ処理は同じ符号で示し、詳細な説明は省略する。
　CS条件設定部132のS402～S424までの処理は、実施形態3とほぼ同様であるが、本実施形態では、間引き率を調整対象とするので、計測(図10等のステップS401)の前に圧縮センシング条件の決定を行う。
　またS402では、複数の間引き条件(間引き率)毎に各計測条件における予想SN値式410を取得する。次いで各検査部位における必要SN値420を取得した後(S403)、予想SN値式410と検査部位についての必要SN値420とから、複数の繰り返し終了条件の候補を決定する(S423)。S423における候補の決定は、限定されるものではないが、例えば実施形態3と同様に、まず、最初に所望のSNから繰り返し条件を決定し、それに対し一定の幅を持って、1乃至複数の候補を決めてもよい。
　図14に、2つの異なる間引き条件において候補を決定する様子を示す。図14中、二つの曲線LA、LBは、それぞれ間引き率をA、B(A、Bはそれぞれ間引き率を表す数値)としたときの、予想SN値を示す曲線である。ここで例えば必要最低SN値より高い2点の予想SN値を候補とした場合、圧縮センシング演算における繰り返し終了条件は各曲線LA、LBについてそれぞれ決定され、合計4つの終了条件の候補が選択肢となる。次いで、データベースD450から各候補に対応する予想再構成時間を取得する(S424)。
　次いでCS条件設定部132は、指定計測条件及び各間引き条件における予想計測時間を記憶部(データベースE)から取得する(S431)。データベースE450は、計測条件毎に、複数の間引き条件で計測した場合の予想計測時間を予め算出したものをテーブルやグラフ(関数)として格納したものである。この中から、指定計測条件において、各間引き率の予想計測時間を読み込む。CS条件設定部132は、S424で取得した予想再構成時間及びS431で取得した予想計測時間を、候補毎に提示する。併せて、提示した予想再構成時間で得られるSN値を提示してもよい。図15に表示の一例を示す。この例では、予想計測時間と予想再構成時間との合計時間も表示している。これによりユーザはSN値と計測にかかる時間(計測時間、再構成時間、或いは合計時間)とのいずれを優先するかを考慮して、適切な候補を選択することができる。
　ユーザが表示部142に提示され選択肢から所定の候補を選択すると、CS条件設定部132は、その選択を受け付け(S432)、計測における間引き率と圧縮センシング演算における終了条件を設定する(S433)。その後、S433で設定された条件(間引き率)で計測を行い、S433で設定された繰り返し条件で圧縮センシング演算を行う(S434)。
　本実施形態によれば、演算時間のみならず計測時間も含めた全体としての撮像に係る時間と、そのような時間の範囲で得られるSN値とを考慮して、撮像の目的や検査部位に応じた最適な条件を設定することができる。
　なお図13に示すフローでは、予想SN値から決定した終了条件の各候補について、間引き条件毎の予想計測時間を提示したが、データベースEを用いることなく、間引き率のみを提示してもよい。また終了条件の候補を設定するのではなく、間引き率毎に、実施形態1と同様に予想SN値から繰り返し終了条件を決定し、決定した終了条件或いはその際の圧縮センシング演算時間(予想再構成時間)と間引き率と予想SN値とを提示してもよい。この場合、表示部には複数の間引き率と、それぞれの予想再構成時間及びSN値が提示されるので、ユーザは提示された条件をもとに計測目的に応じて適切な条件(間引き率を含む)を選択することができる。
　以上、本発明の各実施形態を説明したが、これら実施形態は技術的に矛盾しない限り適宜組み合わせることが可能であり、また一部の要素については省略したり追加したりすることも可能である。
　本発明によれば、ユーザ負担を増加することなく、対象部位や計測条件に対し最適な間引き計測・再構成時間を決定し、圧縮センシングを適用した画像再構成機能を備えた移画像診断装置、及び、磁気共鳴イメージング装置を提供できる。
　1　被検体、2　静磁場発生部、3　傾斜磁場発生部、4　シーケンサ(計測制御部)、5　送信部、6　受信部、7　信号処理部、8　中央処理装置(CPU)、9　傾斜磁場コイル、10　傾斜磁場電源、11　高周波発振器、12　変調器、13　高周波増幅器、14a　高周波コイル(送信コイル)、14b　高周波コイル(受信コイル)、15　信号増幅器、16　直交位相検波器、17　A/D変換器、18　磁気ディスク、19　光ディスク、20　ディスプレイ、21　ROM、22　RAM，23　トラックボール又はマウス、24　キーボード、25　操作部、200　MRI装置、110　計測部、120　演算部、121　CS演算部、130　制御部、131　計測制御部、132　CS条件設定部、140　ユーザーインターフェース、141　入力部、142　表示部、150　記憶部、151　データベース

Claims (13)

  1. 　計測対象から計測データを取得する計測部と、前記計測部が取得した疎の計測データを用いて圧縮センシングに基づく圧縮センシング演算を行い、前記計測対象の画像を再構成する演算部と、前記演算部による圧縮センシング演算に用いるデータを格納する記憶部と、を備え
    　前記記憶部は、前記データとして、前記画像のSN予測値と前記圧縮センシングの条件との関係を格納し、
    　前記演算部は、指定された計測条件と前記関係とを用いて、前記圧縮センシングの条件を設定することを特徴とする画像診断装置。
  2. 　請求項1に記載の画像診断装置であって、
    　前記圧縮センシングの条件は、前記圧縮センシング演算の終了条件、及び、計測データの間引き条件のいずれかを含むことを特徴とする画像診断装置。
  3. 　請求項1に記載の画像診断装置であって、
    　前記計測条件の入力を受け付ける入力部をさらに備え、
    　前記演算部は、前記入力部が受け付けた計測条件と前記関係とを用いて、前記圧縮センシングの条件を設定することを特徴とする画像診断装置。
  4. 　請求項1に記載の画像診断装置であって、
    　前記記憶部は、前記データとして、前記計測対象における所定の部位と、所望SNとの関係を定めたテーブルをさらに格納し、
    　前記演算部は、前記計測条件、前記テーブル、及び、前記画像のSN予測値と前記圧縮センシングの条件との関係を用いて、前記圧縮センシングの条件を設定することを特徴とする画像診断装置。
  5. 　請求項4に記載の画像診断装置であって、
    　前記記憶部は、前記データとして、前記計測対象の画像における断面位置毎の所望SNをさらに格納し、前記演算部は、前記断面位置毎に前記圧縮センシングの条件を設定することを特徴とする画像診断装置。
  6. 　請求項1に記載の画像診断装置であって、
    　前記演算部は、指定された計測条件と、前記画像のSN予測値と前記圧縮センシングの条件との関係とを用いて、前記圧縮センシングの条件の複数の候補を作成し、表示装置に表示させることを特徴とする画像診断装置。
  7. 　請求項6に記載の画像診断装置であって、
    　前記複数の候補のうち所定の候補の選択を受け付ける入力部をさらに備え、
    　前記演算部は、前記入力部が受け付けた候補を前記圧縮センシングの条件として設定することを特徴とする画像診断装置。
  8. 　請求項2に記載の画像診断装置であって、
    　前記記憶部は、前記データとして、計測データの異なる間引き率ごとに、前記関係を格納し、
    　前記演算部は、前記計測部が前記疎の計測データを取得したときの間引き率に対応する前記関係を用いて、前記圧縮センシング演算の終了条件を設定することを特徴とする画像診断装置。
  9. 　請求項8に記載の画像診断装置であって、
    　前記演算部は、前記異なる間引き率ごとに、前記計測部が前記計測データを取得する計測時間を算出し、表示装置に表示させることを特徴とする画像診断装置。
  10. 　請求項1に記載の画像診断装置であって、
    　前記演算部は、前記設定した圧縮センシングの条件において、前記演算部による圧縮センシング演算に要する時間を表示装置に表示させることを特徴とする画像診断装置。
  11. 　計測対象からの核磁気共鳴信号を収集し、k空間データを取得する計測部と、
    　前記計測部が取得するk空間データの間引き率を制御する計測制御部と、
    　所定の間引き率で取得したk空間データを用いて、圧縮センシングに基づく圧縮センシング演算を行い、前記計測対象の画像を再構成する演算部と、前記演算部による圧縮センシング演算に用いるデータを格納する記憶部と、を備え
    　前記記憶部は、前記データとして、前記画像のSN予測値と前記圧縮センシングの条件との関係を格納し、
    　前記演算部は、ユーザが指定するSNと前記関係を用いて、前記圧縮センシングの条件を設定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  12. 　請求項11に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    　前記間引き率及び前記ユーザが指定するSNの少なくとも一方の入力を受け付ける入力部をさらに備え、
    　前記演算部は前記入力部が受け付けた間引き率及びユーザ指定SNのいずれかを用いて、計測時間及び演算時間の少なくとも一方を算出し、表示装置に表示させることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  13. 　請求項12に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
    　前記計測制御部は、前記k空間データをk空間の軸に平行に又は放射状に収集する制御を行い、前記入力部が受け付けた間引き率に従い前記k空間データの平行又は放射状に並ぶデータ列の数を間引くことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
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