[go: up one dir, main page]

JP2020096763A - Image processing apparatus and magnetic resonance imaging apparatus - Google Patents

Image processing apparatus and magnetic resonance imaging apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2020096763A
JP2020096763A JP2018237359A JP2018237359A JP2020096763A JP 2020096763 A JP2020096763 A JP 2020096763A JP 2018237359 A JP2018237359 A JP 2018237359A JP 2018237359 A JP2018237359 A JP 2018237359A JP 2020096763 A JP2020096763 A JP 2020096763A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
image processing
diffusion
processing apparatus
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018237359A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7321703B2 (en
Inventor
俊 横沢
Suguru Yokosawa
俊 横沢
亨 白猪
Toru Shirai
亨 白猪
久晃 越智
Hisaaki Ochi
久晃 越智
陽 谷口
Akira Taniguchi
陽 谷口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2018237359A priority Critical patent/JP7321703B2/en
Publication of JP2020096763A publication Critical patent/JP2020096763A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7321703B2 publication Critical patent/JP7321703B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

【課題】モデルや近似を用いた拡散分布の解析手法とは異なる新たな解析手法を提供する。複雑な組織の組織分別能が高く、拡散係数の空間分布を分かりやすい形で提示できる手法を提供する。【解決手段】拡散係数画像のような空間情報を有する画像において、その画素値である物理量の空間分布を解析する。その際、画素値に内在する空間情報のみを取り出し、複数の空間情報の互いの関係性(空間的関係性)を把握する。その後、この空間的関係性を用いて、ボクセル毎にテクスチャー解析の手法を適用して、テクスチャーの指標を算出し、この指標をボクセル値とする画像を作成する。こうして作成された画像は、物理量の分布の仕方、例えば、均一度、乱雑度、局所相関などを端的に表す画像となる。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new analysis method different from a diffusion distribution analysis method using a model or approximation. (EN) A method capable of presenting the spatial distribution of diffusion coefficients in an easy-to-understand format with high tissue separation ability for complex tissues. In an image having spatial information such as a diffusion coefficient image, a spatial distribution of a physical quantity that is a pixel value of the image is analyzed. At that time, only the spatial information inherent in the pixel value is extracted, and the mutual relationship (spatial relationship) between the plurality of spatial information is grasped. Then, using this spatial relationship, a texture analysis method is applied to each voxel to calculate a texture index, and an image having this index as a voxel value is created. The image created in this way is an image that briefly shows the distribution of physical quantities, for example, the degree of uniformity, the degree of disorder, and the local correlation. [Selection diagram] Figure 2

Description

本発明は、医用撮像装置で取得した画像を処理する技術に関し、特に、磁気共鳴イメージング装置で取得した画像の処理技術に関する。 The present invention relates to a technique for processing an image acquired by a medical imaging device, and particularly to a technique for processing an image acquired by a magnetic resonance imaging device.

磁気共鳴イメージング(以下、MRIと略す)装置は、静磁場内に置かれた被検体に対し高周波磁場(RF磁場)及び傾斜磁場を印加し、それによって被検体から発生する核磁気共鳴信号を取得し画像化する装置であり、RFパルスや傾斜磁場パルスの印加の条件を異ならせることにより、核磁気共鳴信号を特徴付ける被検体組織や血流の物理量を強調した画像を得たり、さらには物理量を導出したりすることができる。このような物理量は、組織等の変性や血管内の病変を知る手がかりとして重要な情報である。 A magnetic resonance imaging (hereinafter abbreviated as MRI) apparatus applies a radio frequency magnetic field (RF magnetic field) and a gradient magnetic field to a subject placed in a static magnetic field, thereby obtaining a nuclear magnetic resonance signal generated from the subject. This is an apparatus for imaging and obtains an image emphasizing the physical quantity of the subject tissue or blood flow that characterizes the nuclear magnetic resonance signal by changing the conditions of application of the RF pulse and the gradient magnetic field pulse, and further It can be derived. Such physical quantity is important information as a clue to know degeneration of tissues and lesions in blood vessels.

例えば、MRIを用いた撮像手法の一つに拡散強調画像(DWI: diffusion weighted image)がある。拡散強調画像は、生体組織に含まれる水分子の自己拡散を強調した画像である。急性期脳梗塞の発症直後の病変描出が可能であり、T1強調画像やT2強調画像とは異なるコントラスを示すことが知られている。一般には、MPG (motion probing gradient)パルスと呼ばれる強い傾斜磁場を印加することにより、ランダム運動する核スピンの信号強度が低下するような撮像方法を用いる。信号強度の低下は、MPGの印加方向に拡散する核スピンによって引き起こされるため、MPGの印加方向を制御することで任意方向の拡散情報が取得可能となる。また、拡散強調度はMPGの印加強度と時間に関するパラメータである拡散因子(b値)にて調整可能であり、b値が高いほど拡散強調度の高い画像を取得できる。さらに、拡散強調画像は解析により拡散係数等の拡散に関する指標を算出することができる。印加軸ごとに算出される拡散係数は見かけの拡散係数(ADC:Apparent Diffusion Coefficient)と呼ばれる。また、正規分布の3次元楕円拡散モデルを仮定したDTI (diffusion tensor imaging)では、平均拡散係数(MD:Mean Diffusivity)や異方性比率 (FA:fractional anisotropy)を算出することができる。 For example, one of the imaging methods using MRI is a diffusion weighted image (DWI: diffusion weighted image). The diffusion weighted image is an image that emphasizes the self-diffusion of water molecules contained in the biological tissue. It is known that lesions can be visualized immediately after the onset of acute cerebral infarction, and a contrast different from that of T1-weighted images and T2-weighted images is shown. Generally, an imaging method is used in which a signal intensity of randomly moving nuclear spins is lowered by applying a strong gradient magnetic field called MPG (motion probing gradient) pulse. Since the decrease in signal intensity is caused by the nuclear spins that diffuse in the application direction of MPG, it is possible to obtain diffusion information in any direction by controlling the application direction of MPG. Further, the diffusion emphasis degree can be adjusted by a diffusion factor (b value) which is a parameter relating to the application intensity of MPG and time, and the higher the b value, the higher the degree of diffusion emphasis image can be acquired. Furthermore, the diffusion-weighted image can be analyzed to calculate an index relating to diffusion such as a diffusion coefficient. The diffusion coefficient calculated for each application axis is called an apparent diffusion coefficient (ADC: Appearance Diffusion Coefficient). Further, in DTI (diffusion tensor imaging) assuming a three-dimensional elliptical diffusion model of normal distribution, it is possible to calculate a mean diffusion coefficient (MD) and anisotropy ratio (FA).

MDは、平均的な拡散の大きさを知る指標であり、拡散の方向性についての情報はない。これに対し、FAは拡散分布の情報を含んでおり、異方性の強い組織構造である白質の神経走行路の構造を解析する手法として広く用いられている。一方で、神経線維が一様でないkissingやcrossing構造を持つ白質領域や拡散異方性の小さい灰白質等ではFA値が低下するため、単純な拡散分布の情報しか持たないFAでは、その部分の構造を把握することが困難となる。 The MD is an index for knowing the average size of diffusion, and there is no information on the direction of diffusion. On the other hand, FA contains information on diffusion distribution and is widely used as a method for analyzing the structure of the nerve track of white matter, which is a highly anisotropic tissue structure. On the other hand, the FA value decreases in the white matter region where the nerve fibers have uneven kissing or crossing structures or gray matter with small diffusion anisotropy, so in the FA that has only simple diffusion distribution information, It becomes difficult to grasp the structure.

この問題に対しては、多方向にMPGを印加して取得したデータをファンク・ラドン変換し、方位分布関数(ODF:Orientation Distrubution Function)を求める手法(例えば非特許文献1)により、複数の線維が交叉するような構造にも対応可能な解析方法が提案されている。また、脳内の軸索・樹状突起の密度や方向のばらつき等の特異的な情報を推定するため、脳脊髄液成分、細胞内拡散、細胞外拡散の3つのコンパートメントから成る拡散モデルを仮定して解析する手法(例えば非特許文献2)などが提案されている。 To solve this problem, a plurality of fibers are obtained by a method (for example, Non-Patent Document 1) of performing Funk-Radon transformation on data acquired by applying MPG in multiple directions to obtain an orientation distribution function (ODF). Analytical methods have been proposed that can be applied to a structure in which the two intersect. In addition, in order to estimate specific information such as density and direction variation of axons and dendrites in the brain, a diffusion model consisting of three compartments of cerebrospinal fluid component, intracellular diffusion and extracellular diffusion is assumed. A method of performing the analysis (for example, Non-Patent Document 2) has been proposed.

一方、画像処理技術を用いて、医用撮像装置で撮像した画像を処理し、診断に役立つ画像や情報を作成する手法も種々提案されている。例えば、特許文献1には、医用画像において病変と推定される領域を分割し、分割された各領域の特徴量を抽出する技術が開示されている。特徴量の抽出には、ヒストグラムやテクスチャー解析結果を特徴量ベクトルとして算出する。テクスチャー解析は、画像の空間パターンを数値化し画像分類やセグメンテーションを行う手法である。 On the other hand, various methods have been proposed in which an image captured by a medical imaging apparatus is processed by using an image processing technique to create an image and information useful for diagnosis. For example, Patent Document 1 discloses a technique of dividing a region estimated to be a lesion in a medical image and extracting a feature amount of each divided region. To extract the feature amount, a histogram or a texture analysis result is calculated as a feature amount vector. Texture analysis is a method that digitizes spatial patterns of images and performs image classification and segmentation.

特開2016−7270号公報JP, 2016-7270, A

Maxime Descoteaux等、「Regularized, Fast, and Robust Analytical Q−Ball Imaging」、Magnetic Resonance in Medicine 58:497−510(2007)Maxime Descoteaux et al., "Regularized, Fast, and Robust Analytical Q-Ball Imaging", Magnetic Resonance in Medicine 58:497-510 (2007). Hui Zhang等、「NODDI:Practical in vivo neurite orientation dispersion and density imaging of the human brain」、NeuroImage 61(2012)1000−1016Hui Zhang et al., "NODDI: Practical in vivo neural orientation dispersion and density imaging of the human brain", NeuroImage 61 (2012) 1000-1016.

非特許文献1に開示された方法によって提供される情報は、ボクセル毎に複雑なODFの形状が与えられるため、その領域の拡散の程度を一見して把握することが難しい。また、非特許文献2に開示された方法は、軸索・樹状突起の状態を把握することができるが、設定したモデルに適合しない領域については算出された値の解釈が困難であり、画像全体にわたって共通の解釈にて拡散の情報を分析することができない。 Since the information provided by the method disclosed in Non-Patent Document 1 is given a complicated ODF shape for each voxel, it is difficult to grasp the degree of diffusion in that region at a glance. Further, the method disclosed in Non-Patent Document 2 can grasp the states of axons and dendrites, but it is difficult to interpret the calculated values for the region that does not fit the set model, and the image It is not possible to analyze diffusion information with a common interpretation throughout.

一方、特許文献1に開示されるように、テクスチャー解析は、一般的に2次元画像に適用される手法であり、MD画像やFA画像等の拡散指標を値とした画像に適用することができる。これによって、MDやFAによって特徴づけられる組織の違いを明確にし、組織のセングメンテーションや正常組織と病変部位との分別に役立つ情報を提供することができる。しかし、計測データから拡散の指標を計算するDTIや非特許文献1、2等と組み合わせた解析が必要となるため、それぞれの拡散の分析方法の課題は依然として解決されない。 On the other hand, as disclosed in Patent Document 1, the texture analysis is a method generally applied to a two-dimensional image, and can be applied to an image having a diffusion index as a value such as an MD image or an FA image. .. This makes it possible to clarify the difference in tissues characterized by MD and FA, and to provide information useful for segmentation of tissues and discrimination between normal tissues and lesion sites. However, since the analysis combined with the DTI for calculating the diffusion index from the measurement data and Non-Patent Documents 1 and 2 is required, the problem of each diffusion analysis method is still unsolved.

本発明は、ボクセル内において空間分布を有する物理量を画像化する場合について、画像のボクセル値として物理量の分布の特徴をわかりやすく提示することができる技術を提供することを課題とする。特に、拡散係数等の物理量の分布を診断しやすい形で提示することができる技術を提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide a technique capable of presenting the characteristics of the distribution of physical quantities as voxel values of an image in an easy-to-understand manner when imaging a physical quantity having a spatial distribution within a voxel. In particular, it is an object to provide a technique capable of presenting the distribution of physical quantities such as diffusion coefficient in a form that is easy to diagnose.

上記課題を解決するため、本発明は画素値に内在する空間情報のみを取り出し、複数の空間情報の互いの関係性(空間的関係性)を把握する。その後、この空間的関係性を用いて、ボクセル毎にテクスチャー解析の手法を適用して、テクスチャーの指標を算出し、この指標をボクセル値とする画像を作成する。こうして作成された画像は、ボクセル内における物理量の分布の仕方、例えば、均一度、乱雑度、局所相関などを端的に表す画像であり、診断支援画像として役立つ画像となる。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention extracts only spatial information that is inherent in pixel values and grasps the mutual relationship (spatial relationship) of a plurality of spatial information. Then, using this spatial relationship, a texture analysis method is applied to each voxel to calculate a texture index, and an image having this index as a voxel value is created. The image created in this way is an image that briefly shows the distribution of physical quantities in voxels, for example, the uniformity, the degree of randomness, the local correlation, etc., and is an image useful as a diagnostic assistance image.

即ち、本発明の画像処理装置は、物理量を画素値とし且つ前記物理量が空間情報を持つ複数の画像データを受け付ける受付部と、前記複数の画像データそれぞれにおける空間情報の関係性を抽出する相互位置計算部と、前記相互位置計算部が抽出した空間関係性を用いて、前記物理量の分布を解析しテクスチャー指標を算出するテクスチャー解析部と、を備える。本発明の画像処理装置は、さらに、前記テクスチャー解析部がボクセル毎に算出したテクスチャー指標を、画素値とする画像を生成する画像生成部を備えることができる。 That is, the image processing apparatus of the present invention includes a reception unit that receives a plurality of image data having a physical quantity as a pixel value and the physical quantity has spatial information, and a mutual position that extracts the relationship between the spatial information in each of the plurality of image data. A calculation unit and a texture analysis unit that analyzes the distribution of the physical quantity and calculates a texture index using the spatial relationship extracted by the mutual position calculation unit. The image processing apparatus of the present invention may further include an image generation unit that generates an image in which the texture index calculated for each voxel by the texture analysis unit is used as a pixel value.

また本発明のMRI装置は、印加軸の異なる複数のMPGを用いて核磁気共鳴信号を計測する計測部と、前記計測部が計測した核磁気共鳴信号を用いて画像を作成する画像再構成部と、前記画像再構成部が作成した画像を処理する画像処理部と、を備え、前記画像処理部は、上記の画像処理装置の機能を備える。 Further, the MRI apparatus of the present invention includes a measuring unit that measures a nuclear magnetic resonance signal using a plurality of MPGs having different application axes, and an image reconstructing unit that creates an image using the nuclear magnetic resonance signal measured by the measuring unit. And an image processing unit that processes the image created by the image reconstructing unit, and the image processing unit has the functions of the image processing apparatus.

本発明によれば、モデルや近似を用いず、データに内包される物理量の空間的な分布を、テクスチャー指標として、さらにテクスチャー指標を表す画像として提示することができる。これにより物理量の空間分布が容易に把握できるようになり、対象とする組織の分別機能が向上するとともに、診断上有用な情報を提示することができる。 According to the present invention, the spatial distribution of the physical quantity included in the data can be presented as a texture index and further as an image representing the texture index without using a model or approximation. As a result, the spatial distribution of the physical quantity can be easily grasped, the classification function of the target tissue is improved, and useful information for diagnosis can be presented.

第一実施形態の画像処理装置の全体構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an image processing device according to a first embodiment. (A)は、第一実施形態の画像処理装置の処理の概要を示す図、(B)は従来の処理を示す図。(A) is a figure which shows the outline of a process of the image processing apparatus of 1st embodiment, (B) is a figure which shows the conventional process. 第二実施形態のMRI装置の全体構成を示すブロック図。The block diagram which shows the whole structure of the MRI apparatus of 2nd embodiment. 第二実施形態のMRI装置の計算機の機能ブロック図。The functional block diagram of the computer of the MRI apparatus of 2nd embodiment. 第二実施形態のMRI装置の動作を示すフロー図。The flowchart which shows operation|movement of the MRI apparatus of 2nd embodiment. 拡散強調撮像のパルスシーケンスの一例を示す図。The figure which shows an example of the pulse sequence of diffusion weighted imaging. (A)〜(C)は、空間関係性の一例として、三角形表面メッシュを説明する図。(A)-(C) is a figure explaining a triangle surface mesh as an example of spatial relation. 一般的なテクスチャー解析で用いるGLCMを説明する図。The figure explaining GLCM used by general texture analysis. 第二実施形態のテクスチャー解析の処理手順を示す図。The figure which shows the process sequence of the texture analysis of 2nd embodiment. 第二実施形態のテクスチャー解析の処理手順を説明する図。The figure explaining the processing procedure of the texture analysis of 2nd embodiment. 第二実施形態のテクスチャー解析の処理手順の詳細を示すフロー図。The flowchart which shows the detail of the processing procedure of the texture analysis of 2nd embodiment. (A)〜(D)は第二実施形態のテクスチャー解析を適用して作成した画像を示す図、(E)及び(F)は従来の手法で算出したMD像及びFA像を示す図。(A)-(D) is a figure which shows the image created by applying the texture analysis of 2nd embodiment, (E) and (F) is a figure which shows the MD image and FA image calculated by the conventional method. 拡散モデルのシミュレーション結果を示す図で、(A)は、複数の拡散モデルのFAを示す図、(B)〜(E)は(A)と同じモデルについてテクスチャー指標を示す図。It is a figure which shows the simulation result of a diffusion model, (A) is a figure which shows FA of a some diffusion model, (B)-(E) is a figure which shows a texture index about the same model as (A).

<第一実施形態>
最初に、画像処理装置の実施形態を、図面を参照して説明する。
画像処理装置200は、図1に示すように、撮像装置で取得した画像データを受け付ける画像受付部210と、画像受付部210が受け付けた画像データに対するデータ解析を行うデータ解析部220と、データ解析部220の解析結果である新たな計算画像を生成する画像生成部230とを有する。撮像装置は、例えば、MRI装置であり、撮像条件、特に傾斜磁場の印加軸などの空間的な条件を異ならせて撮像して得た複数の画像データを取得する。画像処理装置200は、さらに、各部の処理に必要な条件や指令を入力するための入力装置250や、処理途中或いは処理後のデータを表示したり、格納したりするための表示装置(不図示)や記憶装置270などを備えていてもよい
<First embodiment>
First, an embodiment of an image processing apparatus will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the image processing apparatus 200 includes an image receiving unit 210 that receives image data acquired by an image capturing apparatus, a data analysis unit 220 that performs data analysis on the image data received by the image receiving unit 210, and a data analysis unit. The image generation unit 230 that generates a new calculation image that is the analysis result of the unit 220. The imaging device is, for example, an MRI device, and acquires a plurality of image data obtained by imaging under different imaging conditions, particularly spatial conditions such as an application axis of a gradient magnetic field. The image processing apparatus 200 further includes an input device 250 for inputting conditions and commands necessary for processing of each unit, and a display device (not shown) for displaying or storing data during or after processing. ) And a storage device 270 may be provided.

データ解析部220は、画像受付部210が受け付けた空間的条件が異なる複数の画像データについて、空間的条件の関係性(相互位置)を抽出し、抽出した相互位置に基づき、画像データのボクセル値の分布状態を表す指標を算出する。このためデータ解析部220は、空間的条件の関係性、すなわち、各空間的条件の相互位置を計算する相互位置計算部221と、相互位置と画像データの各ボクセル値とを用いて、ボクセル値の分布状態を表す指標(テクスチャー指標)を計算する指標計算部223とを有する。 The data analysis unit 220 extracts the relationship (reciprocal position) of the spatial conditions for the plurality of image data with different spatial conditions received by the image reception unit 210, and based on the extracted mutual position, the voxel value of the image data. An index representing the distribution state of is calculated. Therefore, the data analysis unit 220 uses the relationship between the spatial conditions, that is, the mutual position calculation unit 221 that calculates the mutual position of each spatial condition, and the voxel value using the mutual position and each voxel value of the image data. And an index calculation unit 223 that calculates an index (texture index) that represents the distribution state of.

例えば、空間条件が方向のようなベクトルで表されるものであれば、相互位置計算部221が抽出する相互位置は、各ベクトルの相対角度や、その基底ベクトルの球表面における座標の相対位置などである。指標計算部223は、相互位置計算部221が求めた相互位置から、各ベクトルについて、相互位置が所定の関係にある1ないし複数のベクトルを選択し、これらベクトルにおける各画素値(物理量)を用いてテクスチャー解析の特徴量を算出する。テクスチャーの特徴量は、解析の手法によって、種々のものが知られており、例えば、均一性(ACM:Angular Second Moment)、局所差分度(IDM:Inverse Difference Moment)。局所差分度(Contrast)、乱雑度(Entropy)、局所的相関(Correlation)などであり、各ボクセルにおける物理量の空間分布を示す指標(テクスチャー指標)である。従って、画像生成部230が、この指標を画素値とする画像を作成することで、空間分布の特徴を表す画像が得られる。 For example, if the space condition is represented by a vector such as a direction, the mutual position extracted by the mutual position calculation unit 221 includes the relative angle of each vector and the relative position of the coordinates of the base vector on the spherical surface. Is. The index calculation unit 223 selects, from the mutual positions obtained by the mutual position calculation unit 221, one or a plurality of vectors in which the mutual positions have a predetermined relationship, and uses each pixel value (physical quantity) in these vectors. Then, the feature amount of the texture analysis is calculated. Various texture feature amounts are known depending on the analysis method. For example, uniformity (ACM: Angular Second Moment), local difference degree (IDM: Inverse Difference Moment). The degree of local difference (Contrast), the degree of randomness (Entropy), the local correlation (Correlation), and the like are indexes (texture indexes) indicating the spatial distribution of physical quantities in each voxel. Therefore, the image generation unit 230 creates an image in which the index is the pixel value, and thus an image representing the characteristics of the spatial distribution is obtained.

画像生成部230が生成した画像は、画像処理装置200が表示装置を備える場合には、表示装置に表示させてもよいし、画像データとして、撮像装置(MRI装置)100に送り、ここで必要に応じて、もとの画像データやそれを処理して得られる計算画像等とともに表示させてもよい。画像処理装置200と撮像装置100との画像データのやりとりは、インターネットや可搬媒体など公知のあらゆる転送手段を介して行うことができ、そのいずれを採用しても良い。 The image generated by the image generation unit 230 may be displayed on the display device when the image processing device 200 includes a display device, or may be sent to the image pickup device (MRI device) 100 as image data, and is required here. According to the above, it may be displayed together with the original image data or a calculation image obtained by processing the original image data. The image data can be exchanged between the image processing apparatus 200 and the image capturing apparatus 100 via any known transfer means such as the Internet or a portable medium, and any of them may be adopted.

また画像処理装置200を構成する各部の機能は、CPUやGPU及びメモリを備えた計算機に予めプログラムされたソフトウェアをアップロードすることにより実現することができる。また一部の機能をASICやFPGAなどのハードウェアで実現してもよい。また、撮像装置100が取得したデータから画像を作成する画像処理部を備える場合には、画像処理部が上述した画像処理装置200の機能を実現することも可能である。 Further, the functions of the respective units constituting the image processing apparatus 200 can be realized by uploading software programmed in advance to a computer having a CPU, a GPU and a memory. Further, some functions may be realized by hardware such as ASIC and FPGA. When the image capturing apparatus 100 includes an image processing unit that creates an image from the acquired data, the image processing unit can also realize the above-described functions of the image processing apparatus 200.

図2(A)に、本実施形態の画像処理装置の処理の概要を示す。また比較例として、図2(B)に組織モデルを用いた従来法の処理の概要を示す。 FIG. 2A shows an outline of processing of the image processing apparatus of this embodiment. Further, as a comparative example, FIG. 2B shows an outline of the processing of the conventional method using the tissue model.

図2に示すように、本実施形態の手法でも従来法でも、まず空間的条件が異なる複数の計測値を入力する(S21、S31)。計測値は、撮像装置100が計測した信号あるいはそれを再構成した画像データでもよいし、撮像装置100において、さらに信号を所定の物理量に変換した画像データでもよい。前者の場合は、画像処理装置200において、受け付けた画像データを処理することによって信号を空間的条件ごとに物理量に変換し、複数の画像データを作成する(S22、S32)。各画像データを構成する各ボクセルは、特定の空間的条件における物理量、例えば特定方向における物理量であり、その後の処理の目的は、複数の空間的条件における物理量を解析し、物理量の空間的な分布の指標、あるいはそれを画像化したものを提示することである(S25、S34)。従来法では、予め仮定した空間分布のモデルを用いて物理量と方向との関係式を設定し(S33)、その関係式に近似することにより物理量の空間分布を表す指標を算出する。これに対し、本実施形態では、まず空間的条件のみで、その相互の空間的な関係性(相互位置)を算出する(S23)。次に空間的関係性と各方向の物理量とを用いて、テクスチャー解析の手法を応用して、ボクセル毎に物理量の空間分布の特徴を表す指標、例えば、均一性、局所差分度、コントラスト、乱雑度、局所的相関などを算出する(S24)。ボクセル毎に算出した指標を画像化することで、空間分布が均一であるか、乱雑であるか、局所的相関があるかなどを把握することができる。 As shown in FIG. 2, regardless of the method of the present embodiment or the conventional method, first, a plurality of measurement values having different spatial conditions are input (S21, S31). The measurement value may be a signal measured by the image pickup apparatus 100 or image data obtained by reconstructing the signal, or image data obtained by further converting the signal into a predetermined physical quantity in the image pickup apparatus 100. In the former case, the image processing apparatus 200 processes the received image data to convert the signal into a physical quantity for each spatial condition, and creates a plurality of image data (S22, S32). Each voxel that constitutes each image data is a physical quantity in a specific spatial condition, for example, a physical quantity in a specific direction, and the purpose of the subsequent processing is to analyze the physical quantity in a plurality of spatial conditions and to calculate the spatial distribution of the physical quantity. Is to present the index or the image thereof (S25, S34). In the conventional method, a relational expression between a physical quantity and a direction is set using a model of spatial distribution assumed in advance (S33), and an index representing the spatial distribution of the physical quantity is calculated by approximating the relational expression. On the other hand, in this embodiment, first, the mutual spatial relationship (mutual position) is calculated only by the spatial condition (S23). Next, using the spatial relationship and the physical quantity in each direction, by applying the method of texture analysis, an index representing the characteristic of the spatial distribution of the physical quantity for each voxel, for example, uniformity, local difference degree, contrast, randomness. Degree, local correlation, etc. are calculated (S24). By imaging the index calculated for each voxel, it is possible to grasp whether the spatial distribution is uniform, random, or has a local correlation.

図2(B)に示すような予め定めた空間分布モデルを用いて指標を提示する従来の手法では、物理量と方向性との関係式が仮定する空間分布モデルに制限される。従って、対象とする組織構造と仮定するモデルの物理量の空間分布が一致しない場合は、提示される指標のもつ診断上の解釈が困難となる。例えば、物理量が楕円三次元分布に従うモデルを仮定している場合において、実際には二つの楕円三次元分布を組み合わせたような空間分布を物理量が有していた場合は、仮定モデルでは物理量の空間分布の特徴を正確に表現することができない。これに対して、本実施形態の画像処理装置によれば、モデルや近似を用いず、物理量の空間分布の特徴を求めるため、対象とする組織の如何に関わらず診断上有用な情報を提示することができる。 In the conventional method of presenting an index using a predetermined spatial distribution model as shown in FIG. 2B, the spatial distribution model assumed by the relational expression between the physical quantity and the directionality is limited. Therefore, if the target tissue structure and the spatial distribution of the physical quantity of the assumed model do not match, the diagnostic interpretation of the presented index will be difficult. For example, in the case of assuming a model in which a physical quantity follows an elliptic three-dimensional distribution, if the physical quantity actually has a spatial distribution that is a combination of two elliptical three-dimensional distributions, then the hypothetical model uses a space for the physical quantity. The characteristics of the distribution cannot be expressed accurately. On the other hand, according to the image processing apparatus of the present embodiment, since the characteristics of the spatial distribution of physical quantities are obtained without using a model or approximation, information useful for diagnosis is presented regardless of the target tissue. be able to.

<第二実施形態>
上述した第一実施形態を基本として、撮像装置100がMRI装置であって、MRI装置の画像処理部が画像処理部200の機能を備える実施形態を説明する。
<Second embodiment>
An embodiment in which the image pickup apparatus 100 is an MRI apparatus and the image processing unit of the MRI apparatus has the function of the image processing unit 200 will be described based on the above-described first embodiment.

最初に本実施形態が適用されるMRI装置の全体構成を説明する。
MRI装置100は、図3に示すように、計測部10として、静磁場を発生する静磁場磁石101と、静磁場に磁場勾配を付与する傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル102と、静磁場空間に配置された被検体103を構成する組織に含まれる原子の原子核スピン(以下、単にスピンという)に核磁気共鳴を起こさせる高周波磁場パルスを印加するRF送信コイル107と、被検体103から発生する核磁気共鳴信号を受信するRF受信コイル108と、被検体103を静磁場空間内に搬入するためのテーブル115とを備えている。計測部10は、静磁場の均一性を向上するためのシムコイル113を備えていてもよい。
First, the overall configuration of the MRI apparatus to which this embodiment is applied will be described.
As shown in FIG. 3, the MRI apparatus 100 includes, as a measuring unit 10, a static magnetic field magnet 101 that generates a static magnetic field, a gradient magnetic field coil 102 that generates a gradient magnetic field that gives a magnetic field gradient to the static magnetic field, and a static magnetic field space. Generated from the subject 103, and an RF transmission coil 107 for applying a high-frequency magnetic field pulse that causes nuclear magnetic resonance to nuclear spins (hereinafter, simply referred to as spins) of atoms contained in the tissue constituting the subject 103 arranged in An RF receiving coil 108 for receiving a nuclear magnetic resonance signal and a table 115 for loading the subject 103 into the static magnetic field space are provided. The measuring unit 10 may include a shim coil 113 for improving the uniformity of the static magnetic field.

傾斜磁場コイル102は、図では省略して一つのブロックで示しているが、互いに直交する3軸方向のコイルで構成され、各軸の傾斜磁場コイルは、それぞれ、個々の傾斜磁場電源105に接続されており、各傾斜磁場電源から供給する駆動電流を制御することにより、所望の方向(印加方向)、所望の大きさの傾斜磁場を発生することができる。シムコイル113は、シム電源114に接続されており、シム電流により所定の傾斜磁場を発生する。 Although the gradient magnetic field coil 102 is omitted and shown as one block in the figure, it is configured by coils in three axial directions orthogonal to each other, and the gradient magnetic field coils of the respective axes are connected to the individual gradient magnetic field power supplies 105. By controlling the drive current supplied from each gradient magnetic field power source, a gradient magnetic field of a desired direction (application direction) and a desired magnitude can be generated. The shim coil 113 is connected to the shim power supply 114 and generates a predetermined gradient magnetic field by the shim current.

RF送信コイル107は、磁気共鳴周波数のRF信号を発生する発信器や高周波増幅器などを備えた送信部106に接続され、所定の形状のRFパルスを発生する。RF受信コイル108は、高周波増幅器、直交検波回路、A/D変換器などを備えた受信部109に接続され、受信した核磁気共鳴信号を受信部109に送る。 The RF transmission coil 107 is connected to the transmission unit 106 including an oscillator that generates an RF signal of a magnetic resonance frequency, a high frequency amplifier, and the like, and generates an RF pulse having a predetermined shape. The RF receiving coil 108 is connected to a receiving unit 109 including a high frequency amplifier, a quadrature detection circuit, an A/D converter, etc., and sends the received nuclear magnetic resonance signal to the receiving unit 109.

MRI装置100は、上述した傾斜磁場電源105、送信部106、受信部106及びシム電源114の動作を所定のパルスシーケンスに従って制御するシーケンサ104と、装置全体の制御及び信号処理等を行う計算機110を備える。本実施形態では、パルスシーケンスとして後述する拡散強調撮像のパルスシーケンスを実行する。 The MRI apparatus 100 includes a sequencer 104 that controls the operations of the gradient magnetic field power source 105, the transmission unit 106, the reception unit 106, and the shim power source 114 described above according to a predetermined pulse sequence, and a computer 110 that controls the entire apparatus and performs signal processing. Prepare In the present embodiment, a pulse sequence for diffusion weighted imaging described below is executed as the pulse sequence.

計算機110は、CPUやGPU等のプロセッサとメモリとを備え、さらに、外部装置として、ユーザが装置の制御や信号処理等に必要な指令や条件などを入力するための入力装置111、処理結果などを表示する表示装置116、及び制御に必要なデータやプロブラム、処理途中のデータなどを必要に応じて格納する記憶装置112などを備えている。 The computer 110 includes a processor such as a CPU and a GPU and a memory, and further, as an external device, an input device 111 for a user to input commands and conditions necessary for device control, signal processing, and the like, processing results, and the like. Is provided with a display device 116 for displaying, a storage device 112 for storing data necessary for control, a program, data being processed, and the like as necessary.

計算機110は、予めプログラムされたソフトウェアをプロセッサにアップロードし実行することで、各種制御や画像処理のための演算を行う。計算機110が実行する機能は、具体的には、図4のブロック図に示すように、制御部30(計測制御部31、表示制御部33)及び画像処理部20、を含み、画像処理部20は、画像再構成部21、画像解析部22及び画像生成部23を含む。 The computer 110 uploads pre-programmed software to a processor and executes the software to perform calculations for various controls and image processing. The function executed by the computer 110 specifically includes a control unit 30 (measurement control unit 31, display control unit 33) and an image processing unit 20, as shown in the block diagram of FIG. Includes an image reconstruction unit 21, an image analysis unit 22, and an image generation unit 23.

計測制御部31は、入力装置111を介してユーザが設定した撮像シーケンス(パルスシーケンス)と撮像条件をシーケンサ104に送り、計測部の動作を制御する。 The measurement control unit 31 sends the imaging sequence (pulse sequence) and imaging conditions set by the user to the sequencer 104 via the input device 111, and controls the operation of the measurement unit.

画像再構成部21は、受信部106が収集した核磁気共鳴信号に対し、フーリエ変換等の演算を行い、画像を再構成する。画像解析部22は、再構成画像に対し解析を行い、新たな画像を作成する機能を持ち、再構成画像をもとに被検体組織の物理量を算出する物理量計算部227と、図1に示した画像処理装置200の画像解析部220と同様の機能部、即ち、相互位置計算部221及び指標計算部223とを備える。物理量計算部227が算出する物理量は、拡散強調撮像の場合、みかけの拡散係数(ADC)や拡散尖度係数(K)などの諸量を含む。これら画像処理部20の具体的な処理については後述する。 The image reconstructing unit 21 reconstructs an image by performing calculations such as Fourier transform on the nuclear magnetic resonance signals collected by the receiving unit 106. The image analysis unit 22 has a function of performing analysis on a reconstructed image and creating a new image, and a physical quantity calculation unit 227 for calculating a physical quantity of a subject tissue based on the reconstructed image, and FIG. The image processing apparatus 200 includes the same functional unit as the image analysis unit 220, that is, the mutual position calculation unit 221 and the index calculation unit 223. In the case of diffusion weighted imaging, the physical quantity calculated by the physical quantity calculation unit 227 includes various quantities such as an apparent diffusion coefficient (ADC) and a diffusion kurtosis coefficient (K). Specific processing of these image processing units 20 will be described later.

画像生成部23は、指標計算部223が算出した指標を用いて、指標をボクセル値とする新たな画像を生成する。
表示制御部33は、画像再構成部21や物理量計算部227及び画像生成部23が生成した画像を、被検体に関する情報などとともに所定の表示形態で表示装置116に表示させる制御を行う。
The image generation unit 23 uses the index calculated by the index calculation unit 223 to generate a new image having the index as a voxel value.
The display control unit 33 controls to display the images generated by the image reconstruction unit 21, the physical quantity calculation unit 227, and the image generation unit 23 on the display device 116 in a predetermined display form together with information about the subject.

次に、上述した構成を踏まえMRI装置100の動作を説明する。ここでは拡散強調撮像を行う場合を例に、画像処理部20の動作を中心に説明する。
動作の流れは、図5に示すように、撮像ステップS51、画像再構成ステップS52、物理量計算ステップS53、相互位置計算ステップS54、テクスチャー指標計算ステップS55、画像生成ステップS56からなる。以下、各ステップの詳細を説明する。
Next, the operation of the MRI apparatus 100 will be described based on the above configuration. Here, the operation of the image processing unit 20 will be mainly described by taking the case of performing diffusion-weighted imaging as an example.
As shown in FIG. 5, the operation flow includes an imaging step S51, an image reconstruction step S52, a physical quantity calculation step S53, a mutual position calculation step S54, a texture index calculation step S55, and an image generation step S56. The details of each step will be described below.

[撮像ステップS51]
シーケンサ104の制御のもと、計測部10が拡散強調撮像に用いるパルスシーケンスを実行し、拡散強調画像を取得する。拡散強調パルスシーケンスの一例を図6に示す。図示するパルスシーケンスは、スピンエコー型のEPIシーケンスで、まずスピンを励起するRFパルス602をスライス選択傾斜磁場601とともに印加し、ついでスピンを反転させるRFパルス605をスライス選択傾斜磁場604とともに印加する。励起RFパルス602と反転RFパルスとの間及び反転RFパルスの印加後に、強度の大きい傾斜磁場パルス(MPGパルス)603,606を印加する。その後、位相エンコード傾斜磁場と読み出し傾斜磁場のディフェイズパルス607,608をそれぞれ印加した後、読み出し傾斜磁場パルス612の強度を反転させながら、また位相エンコード傾斜磁場パルス611をブリップ状に印加しながら、核磁気共鳴信号をエコー信号610として収集する。1回の励起で、1枚の画像に必要なエコー信号を全て収集してもよいし、複数回の励起に分けて収集してもよい。エコー信号は、収集時の位相エンコード傾斜磁場と読み出し傾斜磁場で決まるk空間データの位置に配置され、1枚の画像に対応する1つのk空間データが収集される。
[Imaging step S51]
Under the control of the sequencer 104, the measurement unit 10 executes a pulse sequence used for diffusion weighted imaging, and acquires a diffusion weighted image. An example of the diffusion weighted pulse sequence is shown in FIG. The illustrated pulse sequence is a spin echo type EPI sequence, in which an RF pulse 602 for exciting a spin is first applied together with a slice selection gradient magnetic field 601 and then an RF pulse 605 for reversing the spin is applied together with a slice selection gradient magnetic field 604. Between the excitation RF pulse 602 and the inversion RF pulse and after the application of the inversion RF pulse, gradient magnetic field pulses (MPG pulses) 603 and 606 with high intensity are applied. Then, after applying the phase-encoding gradient magnetic field and the read-out gradient magnetic field dephasing pulses 607 and 608, respectively, while inverting the intensity of the read-out gradient magnetic field pulse 612 and applying the phase-encode gradient magnetic field pulse 611 in a blip shape, The nuclear magnetic resonance signal is collected as the echo signal 610. One excitation may collect all the echo signals necessary for one image, or may be divided into a plurality of excitations and collected. The echo signal is arranged at the position of the k-space data determined by the phase encoding gradient magnetic field and the readout gradient magnetic field at the time of acquisition, and one piece of k-space data corresponding to one image is collected.

図6ではMPGパルスを3軸(Gz、Gy、Gx)同時に印加しているが、印加する軸を異ならせて複数回のエコー信号を収集し、MPGパルスの条件が異なる複数のk空間データを収集する。MPGパルスの印加軸の数は、特に限定されないが、通常6〜30程度であり、また一つの印加軸について、b値を2以上異ならせて撮像を実行してもよい。b値(s/mm)は、例えば500、1000、1500、2000,2500などの値から選択する。MPGパルスを印加しない(b値=0)パルスシーケンスは各印加軸共通であり、1回実行すればよく、このパルスシーケンスの撮像により得られたk空間データの再構成画像を各印加軸の参照画像とする。 In FIG. 6, MPG pulses are applied simultaneously on three axes (Gz, Gy, Gx), but different axes are applied to collect echo signals a plurality of times, and a plurality of k-space data with different MPG pulse conditions are acquired. collect. The number of MPG pulse application axes is not particularly limited, but is usually about 6 to 30, and imaging may be performed with one application axis having different b values of 2 or more. The b value (s/mm 2 ) is selected from values such as 500, 1000, 1500, 2000, 2500. The pulse sequence in which no MPG pulse is applied (b value=0) is common to each application axis and may be executed once. The reconstructed image of k-space data obtained by imaging this pulse sequence is referred to for each application axis. Let it be an image.

[画像再構成ステップS52及び物理量計算ステップS53]
画像再構成部21は、上記ステップS51で収集した複数のk空間データに対し、フーリエ変換等の演算を行い、画像データを作成する(S52)。即ち、画像データは、MPGパルスの印加軸および設定したb値ごとに異なる複数の画像データからなる。
[Image reconstruction step S52 and physical quantity calculation step S53]
The image reconstruction unit 21 performs an operation such as Fourier transform on the plurality of k-space data collected in step S51 to create image data (S52). That is, the image data is composed of a plurality of image data that differ depending on the application axis of the MPG pulse and the set b value.

物理量計算部227は、複数の画像データを用いてみかけの拡散係数などの物理量を算出する(S53)。
まずN個の印加軸があるとすると、n(1〜Nのいずれか)番目の印加軸の信号値S(n,b)は、次式(1)で与えられる。

Figure 2020096763
式(1)中、bはb値、SはMPGパルスを印加しない参照画像の信号値、Dn,appはみかけの拡散係数である。 The physical quantity calculation unit 227 calculates a physical quantity such as an apparent diffusion coefficient using a plurality of image data (S53).
First, assuming that there are N application axes, the signal value S(n,b) of the nth (any one of 1 to N) application axis is given by the following equation (1).
Figure 2020096763
In Expression (1), b is the b value, S 0 is the signal value of the reference image to which the MPG pulse is not applied, and D n,app is the apparent diffusion coefficient.

さらに物理量計算部227は、軸毎の拡散係数を用いて、従来法と同様に平均拡散係数MDや拡散異方性FAを算出してもよい。これらの算出は必須ではない。
ここで三次元回転楕円体の分布モデルを用いると、Dは、拡散テンソルDi,jを用いて式(2)で表すことができ、それから式(3)を用いて平均拡散係数MDを、式(4)を用いて拡散異方性FAを算出することができる。
Further, the physical quantity calculation unit 227 may use the diffusion coefficient for each axis to calculate the average diffusion coefficient MD and the diffusion anisotropy FA as in the conventional method. These calculations are not mandatory.
If a three-dimensional spheroidal distribution model is used here, D n can be expressed by the equation (2) using the diffusion tensor D i,j , and then the average diffusion coefficient MD can be calculated using the equation (3). The diffusion anisotropy FA can be calculated by using the equation (4).

Figure 2020096763
Figure 2020096763
式(3)中、λは拡散テンソルの固有値であり、添え字iは3軸方向のいずれかを意味する(以下、同じ)。
Figure 2020096763
Figure 2020096763
Figure 2020096763
In Expression (3), λ is the eigenvalue of the diffusion tensor, and the subscript i means any of the three axial directions (hereinafter the same).
Figure 2020096763

画像生成部23は、物理量計算部227が算出した物理量を画素値とする画像データを生成する。物理量は、それ自体が例えば脳血流の拡散分布状態を表す情報であり、急性脳梗塞や白質病変の診断指標となる。例えば、白質の神経線維は管状構造であるため、その走行方向に沿って拡散が大きくなるので、異方性の高い部位は白質を強調することができる。しかし、異方性が小さくなるほど、分布形状は複雑化する傾向があり、異方性の指標では十分に拡散分布を指標化できない。次のステップS54〜S55では、これらの物理量では指標化できない拡散分布をテクスチャー解析の特徴量で指標化する。 The image generation unit 23 generates image data having the physical quantity calculated by the physical quantity calculation unit 227 as a pixel value. The physical quantity itself is information representing, for example, a diffusion distribution state of cerebral blood flow, and serves as a diagnostic index for acute cerebral infarction or white matter lesion. For example, since the white matter nerve fibers have a tubular structure, the diffusion increases along the traveling direction, so that the white matter can be emphasized in a highly anisotropic region. However, as the anisotropy becomes smaller, the distribution shape tends to become more complicated, and the index of anisotropy cannot sufficiently index the diffusion distribution. In the next steps S54 to S55, the diffusion distribution, which cannot be indexed by these physical quantities, is indexed by the feature quantity of the texture analysis.

[相互位置計算ステップS54]
画像解析部22が、上述のステップS53で生成した物理量画像データ(例えば拡散係数画像)を受け取ると、画像解析の最初のステップとして、相互位置計算部221が、複数の印加軸の互いの相対位置(関係性)を計算し、データ化する。画像処理部23が受ける取るMPGパルスの印加軸の情報は、傾斜磁場パルスの各軸Gx、Gy、Gzの強度(Gx、Gy、Gz)として、たとえば(1,0,0)、(0,1,0)、(0,0,1)や(0.525,0,−0.851)、(−0.525,0,−0.851)、(0.851,0.525,0)などであり、それらの関係性は不明である。
[Mutual Position Calculation Step S54]
When the image analysis unit 22 receives the physical quantity image data (for example, the diffusion coefficient image) generated in step S53 described above, as a first step of image analysis, the mutual position calculation unit 221 determines that the relative positions of the plurality of application axes with respect to each other. Calculate (relationship) and convert to data. The information about the application axis of the MPG pulse received by the image processing unit 23 is, for example, (1, 0, 0), (0, 0) as the intensity (Gx, Gy, Gz) of each axis Gx, Gy, Gz of the gradient magnetic field pulse. 1,0), (0,0,1) or (0.525,0,-0.851), (-0.525,0,-0.851), (0.851,0.525,0) ), etc., and their relationship is unknown.

相互位置計算部221は、これら印加軸の情報を用いて、互いの距離や角度などの相対位置を算出する。相対位置の算出には、いくつか手法を取りえるが、ここでは相対位置の一例としてドロネー三角形分割を用いる手法を、図7を参照して説明する。 The mutual position calculation unit 221 calculates relative positions such as distances and angles with each other using the information of the applied axes. Several methods can be used to calculate the relative position. Here, a method using Delaunay triangulation as an example of the relative position will be described with reference to FIG. 7.

まずMPG印加軸方向(拡散方向(ex,ey,ez))を規格化し、それぞれ大きさ1のベクトルとする。なおMPGパルスの印加軸方向は、拡散係数という物理量と関連して定義すると拡散方向と言い換えることができるので、以下では拡散方向という。これによりMPGパルス印加軸方向すなわち拡散方向は、図7(A)に示すように、半径1の球の上にプロットすることができる。次に、規格化した拡散方向の座標からドロネー三角形分割条件に基づき三角形表面メッシュを作成する(図7(B))。ドロネー条件とは、各三角形の外接円が他の点を含まない、というものである。この三角形表面メッシュでは、一つの拡散方向に対し、近接する複数の拡散方向が三角形の一辺として連結された状態になる(図7(C))。 First, the MPG application axis direction (diffusion direction (ex, ey, ez)) is standardized to form a vector of magnitude 1. Note that the application axis direction of the MPG pulse can be rephrased as the diffusion direction if it is defined in association with the physical quantity called the diffusion coefficient, and is therefore referred to as the diffusion direction below. As a result, the MPG pulse application axis direction, that is, the diffusion direction can be plotted on a sphere having a radius of 1 as shown in FIG. Next, a triangular surface mesh is created from the normalized coordinates in the diffusion direction based on the Delaunay triangulation conditions (FIG. 7(B)). The Delaunay condition is that the circumscribed circle of each triangle does not include other points. In this triangular surface mesh, a plurality of adjacent diffusion directions are connected to one diffusion direction as one side of the triangle (FIG. 7C).

[テクスチャー指標計算ステップS55]
次にテクスチャー解析を応用した拡散情報の定量化を行う。テクスチャー解析の手法には、グレーレベル同時生起行列を用いる方法、濃度ヒストグラムを用いて特徴量を算出する方法、所定の相対的位置関係にある画素対の濃度値の差を用いてヒストグラムの特徴量と同様に特徴量を算出する方法(差分統計量を用いる方法)などがあるが、グレーレベル同時生起行列(GLCM:gray level cooccurrence matrix)を応用した例を説明する。最初に参考として、従来のGLCMを用いたテクスチャー解析について、図8を用いて簡単に説明する。
[Texture index calculation step S55]
Next, we quantify the diffusion information by applying the texture analysis. The texture analysis method uses a gray level co-occurrence matrix, a method of calculating a feature amount using a density histogram, and a histogram feature amount using a difference in density value between a pair of pixels having a predetermined relative positional relationship. There is a method of calculating a feature amount (a method of using a difference statistic) similarly to the above, but an example in which a gray level co-occurrence matrix (GLCM: gray level cooccurrence matrix) is applied will be described. First, as a reference, a texture analysis using a conventional GLCM will be briefly described with reference to FIG.

図8に示すような画像データ800があるとする。図8左側に示す四角形内の小さい四角は画素(ボクセル)に対応し、その中の数字は画素値であり、画素値は1〜5に規格化されている。図8右側に示すGLCM801は、縦横が規格化された画素値に対応する行列(マトリックスサイズ:5×5)で、縦は画像データ800の画素の左から右の関係、横は画像の右から左の関係を示している。画像データ800の各画素のうち、画素値が1である画素に注目し、その右に隣接する画素の値が5となる組み合わせをカウントする。図中、点線で囲った組み合わせがその組み合わせに相当する。そのカウント数をGLCM801の行が1、列が5の値とする。以下、同様にしてGLCMの行と列の関係にある全ての画素の組み合わせ(画素対)を見つけ出し、そのカウント数をGLCMの対応する行と列との値とし、GLCMを完成させる。こうして得られた行列を用いて、テクスチャーの特徴量を算出する。 It is assumed that there is image data 800 as shown in FIG. Small squares in the quadrangle shown on the left side of FIG. 8 correspond to pixels (voxels), the numbers therein are pixel values, and the pixel values are standardized to 1 to 5. The GLCM 801 shown on the right side of FIG. 8 is a matrix (matrix size: 5×5) in which the vertical and horizontal directions correspond to the standardized pixel values, the vertical direction is the left-to-right relationship of the pixels of the image data 800, and the horizontal direction is from the right side of the image. The relationship on the left is shown. Of the pixels of the image data 800, the pixel having a pixel value of 1 is focused on, and the combination in which the value of the pixel adjacent to the right thereof is 5 is counted. In the figure, a combination surrounded by a dotted line corresponds to the combination. The count number is set to a value of 1 in the row and 5 in the column of the GLCM 801. In the same manner, a combination (pixel pair) of all pixels having a row and column relationship of the GLCM is found in the same manner, and the count number is set to the value of the corresponding row and column of the GLCM to complete the GLCM. Using the matrix thus obtained, the texture feature amount is calculated.

本実施形態で採用するテクスチャー解析は、このGLCMの手法を応用したものであるが、医用画像などにも応用されている一般的なテクスチャー解析が2次元画像の特徴量を求めるものであるのに対し、ここでは物理量の空間分布の特徴量を算出する。つまり、対象とするデータは、撮像で得た画像データそのものではなく、それから計算によって求めた拡散分布等の物理量を表す物理量画像である。またGLCMが参照する画素の位置関係は、従来のテクスチャー解析のような画像データの二次元座標における画素の相対位置ではなく、相互位置計算部221が算出した三角形表面メッシュで結ばれた拡散方向の位置関係である。 The texture analysis adopted in this embodiment is an application of this GLCM method, but the general texture analysis applied to medical images and the like is to obtain the feature amount of a two-dimensional image. On the other hand, here, the feature amount of the spatial distribution of the physical amount is calculated. That is, the target data is not the image data itself obtained by imaging, but a physical quantity image representing a physical quantity such as a diffusion distribution obtained by calculation from the image data itself. Further, the positional relationship of the pixels referred to by the GLCM is not the relative position of the pixel in the two-dimensional coordinate of the image data as in the conventional texture analysis, but the diffusion direction connected by the triangular surface mesh calculated by the mutual position calculation unit 221. It is a positional relationship.

以下、物理量画像が、拡散係数画像である場合を例に、本実施形態のテクスチャー解析の具体的な手順を説明する。図9に手順を示すフロー、図10に説明図を示す。 Hereinafter, the specific procedure of the texture analysis of the present embodiment will be described by taking the case where the physical quantity image is a diffusion coefficient image as an example. FIG. 9 shows a flow showing the procedure, and FIG. 10 shows an explanatory view.

まず各印加軸方向の拡散係数を規格化する(S91)。具体的には、計測(算出)した拡散係数の最大値を1とする。次に、GLCMのマトリックスサイズを決定する(S92)。マトリックスサイズは、拡散係数を階調表現する際の階調数(例えばMとする)に相当し、例えば、10〜50程度とする。なおマトリックスサイズは、予め相互位置計算アルゴリズムを実行するプログラムで設定しておいてもよいし、ユーザが選択可能にしてもよい。また、GLCMのマトリックスサイズによって、刻み幅が決まるため、拡散係数は規格化せずに固定値のまま計算することもできる。 First, the diffusion coefficient in each application axis direction is standardized (S91). Specifically, the maximum value of the measured (calculated) diffusion coefficient is set to 1. Next, the matrix size of GLCM is determined (S92). The matrix size corresponds to the number of gradations (for example, M) when the diffusion coefficient is expressed in gradations, and is, for example, about 10 to 50. The matrix size may be set in advance by a program that executes the mutual position calculation algorithm, or may be selectable by the user. Further, since the step size is determined by the matrix size of the GLCM, the diffusion coefficient can be calculated as a fixed value without being standardized.

次に、図10に示すように、三角形表面メッシュにおいて、一つの拡散方向の近傍にある1ないし複数の拡散方向を選択し(S93)、それぞれGLCMを作成する(S94)。図10に示す例では、拡散方向p0について、最も近傍にある拡散方向から6番目に近傍にある拡散方向まで複数(ここでは6個)の拡散方向n1〜n6を選択している。なお三角形表面メッシュでは、拡散方向p0の位置を頂点とする三角形(図では6つの三角形)が決まっているので、これら三角形の拡散方向p0以外の頂点の位置にある拡散方向を選択してもよい。選択する近傍拡散方向の数が予め決まっている場合は、選択した近傍拡散方向から、距離(拡散方向p0からの距離あるいはお互いの距離)を基準として所定数の近傍拡散方向を選択してもよい。 Next, as shown in FIG. 10, in the triangular surface mesh, one or a plurality of diffusion directions in the vicinity of one diffusion direction are selected (S93), and GLCMs are created respectively (S94). In the example shown in FIG. 10, with respect to the diffusion direction p0, a plurality of (here, six) diffusion directions n1 to n6 are selected from the closest diffusion direction to the sixth closest diffusion direction. In the triangular surface mesh, triangles (six triangles in the figure) having the vertex in the diffusion direction p0 are determined, and therefore the diffusion directions at the vertex positions other than the diffusion direction p0 of these triangles may be selected. .. When the number of neighboring diffusion directions to be selected is predetermined, a predetermined number of neighboring diffusion directions may be selected based on the distance (distance from the diffusion direction p0 or mutual distance) from the selected neighboring diffusion directions. ..

ボクセル毎のGLCM作成(S94)の詳細を、図11のフローを参照して説明する。処理は、画像を構成する複数(例えば256個、512個など)のボクセルのそれぞれについて、順次実行する。1つのボクセルの処理では、複数の印加軸方向のそれぞれについて、順次処理を実行する。 Details of GLCM creation (S94) for each voxel will be described with reference to the flow of FIG. The process is sequentially executed for each of a plurality of voxels (for example, 256 voxels, 512 voxels) included in the image. In the processing of one voxel, the processing is sequentially executed for each of the plurality of application axis directions.

まず、一つの拡散方向について、複数(ここでは6個)の近傍拡散方向を選択したならば(S941)、拡散方向p0の画素の画素値との関係を表すGLCM1〜GLCM6を作成する(S942)。これらGLCMの縦軸及び横軸は、前述の通り、それぞれ拡散係数の階調に相当する。そして、例えばGLCM1であれば、拡散方向p0と拡散方向p1の拡散係数画像の画素値(拡散係数の規格化した値:規格化画素値)を同じボクセルどうし(k番目のボクセルどうし)で対比し、その組み合わせ(画素値の対)がGLCM1のどの位置かを決定し、決定したGLCM1位置のカウントとする。同じボクセルについて、拡散方向p0と他の拡散方向p2〜p6についても、同様の処理を行ってGLCM2〜6にカウウト数を入れる。 First, if a plurality of (here, six) neighboring diffusion directions are selected for one diffusion direction (S941), GLCM1 to GLCM6 representing the relationship with the pixel value of the pixel in the diffusion direction p0 are created (S942). .. The vertical axis and the horizontal axis of these GLCMs respectively correspond to the gradation of the diffusion coefficient, as described above. Then, for example, in the case of GLCM1, the pixel values (standardized value of the diffusion coefficient: standardized pixel value) of the diffusion coefficient images in the diffusion direction p0 and the diffusion direction p1 are compared between the same voxels (k-th voxel). , Which position of the GLCM1 the combination (pixel value pair) is, and counts the determined GLCM1 position. With respect to the same voxel, the same process is performed for the diffusion direction p0 and the other diffusion directions p2 to p6, and the Cowout numbers are input to the GLCMs 2 to 6.

以上の処理S941、S942を、拡散方向p0を別の拡散方向に変えて繰り返し、拡散方向p0と同様に6個の近傍拡散方向を選択し、同じボクセル(k番目のボクセル)について、画素値対がGLCMの1〜6のどの位置かを決定し、カウント値を入れる。最終的に全ての拡散方向p0〜pN(Nは印加軸の数)について、同様の処理を行い、カウント値を要素とするGLCM1〜6を完成する。
ついでこれらのGLCMを平均し(S943)、図10の左側に示すように、平均GLCMを作成する。これにより一つのボクセルについて平均GLCMの作成が完了する。
The above processes S941 and S942 are repeated by changing the diffusion direction p0 to another diffusion direction, six neighboring diffusion directions are selected in the same manner as the diffusion direction p0, and pixel value pairs are set for the same voxel (kth voxel). Determines which position of GLCM is 1 to 6 and puts the count value. Finally, similar processing is performed for all diffusion directions p0 to pN (N is the number of application axes), and GLCMs 1 to 6 having count values as elements are completed.
Next, these GLCMs are averaged (S943), and an average GLCM is created as shown on the left side of FIG. This completes the creation of the average GLCM for one voxel.

上述した処理S941〜S943を、ボクセルを変えて、実行し、最終的にすべてのボクセルについて平均GLCMを作成する(S944)。なお各ボクセルについての処理は、各方向の拡散係数画像を構成する全ボクセルについて行ってもよいが、例えば、対象領域が脳など特定の部位である場合には、閾値処理を行い、信号値が閾値以下の画素や背景となる画素の処理は省略してもよい。或いは拡散係数画像から対象領域のみを選択するマスクなどを施し、選択した領域の画素のみの処理としてもよい。 The processes S941 to S943 described above are executed by changing voxels, and finally the average GLCM is created for all voxels (S944). Note that the process for each voxel may be performed for all voxels forming the diffusion coefficient image in each direction, but, for example, when the target region is a specific part such as the brain, threshold processing is performed, and the signal value is The processing of the pixels below the threshold value or the background pixels may be omitted. Alternatively, a mask for selecting only the target area from the diffusion coefficient image may be applied, and only the pixels in the selected area may be processed.

最後に、平均GLCMの行列p(i,j)を用いて、ボクセル毎に特徴量を計算する(図9:S95)。特徴量は、テクスチャー解析の特徴量として公知のものを求めることができる。具体的には、均一性(ASM)、局所差分度(IDM)、コントラスト(Contrast)、乱雑度(Entropy)、局所相関(Correlation)などであり、以下の式(5)〜式(9)により算出することができる。これらの式において、i,jは画素対(i,j)を構成する各画素の座標、MはGLCMのマトリックスサイズ)、p(i,j)は平均GLCMの行列を表す。 Finally, the feature amount is calculated for each voxel by using the average GLCM matrix p(i,j) (FIG. 9: S95). As the feature amount, a known feature amount for texture analysis can be obtained. Specifically, there are uniformity (ASM), local difference degree (IDM), contrast (Contrast), randomness (Entropy), local correlation (Correlation), etc., and the following equations (5) to (9) are used. It can be calculated. In these equations, i and j are the coordinates of each pixel forming the pixel pair (i,j), M is the GLCM matrix size, and p(i,j) is the average GLCM matrix.

Figure 2020096763
Figure 2020096763
Figure 2020096763
Figure 2020096763
Figure 2020096763
式(9)において、μはi, jの平均値、σはi,jの標準偏差である。
Figure 2020096763
Figure 2020096763
Figure 2020096763
Figure 2020096763
Figure 2020096763
In Expression (9), μ is the average value of i and j, and σ is the standard deviation of i and j.

以上の処理S94、S95により、画像解析部22による解析と指標の算出(図5:S55)が完了する。 Through the above processing S94 and S95, the analysis by the image analysis unit 22 and the calculation of the index (FIG. 5: S55) are completed.

[画像生成ステップS56]
画像生成部23は、画像解析部22が算出した特徴量(指標)を画素値とするテクスチャー画像を作成する。画像生成部23が生成したテクスチャー画像は、表示制御部33が表示画像データに変換し、他の付帯情報等とともに表示装置116に表示する。この際、ステップS53において拡散係数画像やFA画像が作成されている場合には、これら画像を並列で或いは選択的に表示することも可能である。
[Image generation step S56]
The image generation unit 23 creates a texture image having the pixel value of the characteristic amount (index) calculated by the image analysis unit 22. The display controller 33 converts the texture image generated by the image generator 23 into display image data, and displays it on the display device 116 together with other supplementary information and the like. At this time, when the diffusion coefficient image and the FA image are created in step S53, these images can be displayed in parallel or selectively.

こうして表示されるテクスチャー画像は、拡散分布の空間的な特徴、例えば拡散分布の均一性や乱雑度などを示す画像であるため、モデル化によっては描出することが困難な、拡散分布が複雑な部位についても、把握しやすい情報を提供することができる。 The texture image displayed in this way is an image that shows the spatial characteristics of the diffusion distribution, such as the uniformity and the degree of randomness of the diffusion distribution. Also, it is possible to provide information that is easy to understand.

[第一実施形態の効果]
本実施形態のテクスチャー解析を用いて、作成したASM、IDM、Entropy、及びCorrelationの各定量画像を図12(A)〜(D)に示す。これら画像は、21つのMPG軸、1つのb値(1000[s/mm])で撮像を行って得た拡散強調画像から作成したものである。参考として、同じ拡散強調画像から作成したMD(平均拡散係数)画像とFA画像を、図12(E)、(F)に示す。MD画像では、拡散係数の平均を取っているので拡散の強弱のみがわかり、方向性の情報は得られない。またFA画像では拡散方向が明確な白質は明確に描出されているが、矢印で示す複数の強拡散方向が交差する部分(交差繊維の領域)ではコントラストが下がり、明確な情報が得られない。これに対し、図12(A)〜(D)の画像では、例えばASM像とIDM像とを比較することで、或いは乱雑度の画像を観察することで、拡散分布が均一なのかバラバラなのか等の情報を得ることができ、また局所相関像から、ある領域の拡散と隣接する領域の拡散との間に相関があるのかなどの情報を得ることができる。
[Effects of First Embodiment]
Quantitative images of ASM, IDM, Entropy, and Correlation created using the texture analysis of the present embodiment are shown in FIGS. 12(A) to (D). These images were created from diffusion-weighted images obtained by imaging with 21 MPG axes and 1 b value (1000 [s/mm 2 ]). For reference, MD (average diffusion coefficient) images and FA images created from the same diffusion-weighted image are shown in FIGS. 12(E) and 12(F). In the MD image, since the diffusion coefficients are averaged, only the intensity of diffusion can be known, and direction information cannot be obtained. Further, in the FA image, the white matter with a clear diffusion direction is clearly drawn, but the contrast is reduced at the portion where the plurality of strong diffusion directions shown by the arrows intersect (the area of the intersecting fibers), and clear information cannot be obtained. On the other hand, in the images of FIGS. 12A to 12D, for example, by comparing the ASM image and the IDM image or by observing the image of the degree of disorder, whether the diffusion distribution is uniform or scattered. It is possible to obtain information such as, and from the local correlation image, information such as whether there is a correlation between the diffusion of a certain region and the diffusion of an adjacent region.

図13は、シミュレーションにより、本実施形態で算出される定量値画像の優位性を確認した結果を示す図である。シミュレーションでは、拡散分布が異なる種々の拡散モデルを作成し、その中から、平均拡散係数と拡散異方性がほぼ均一になる複数のモデルを選択した。図13(A)は、選択したモデルの拡散異方性を示すグラフで、横軸はモデルの番号である。これら複数の拡散モデルについて、21軸の拡散方向を設定し、第一実施形態の手法で拡散方向の相対位置を用いたテクスチャー解析を行い、ASM、IDM、乱雑度、及び局所相関を算出した。図13(B)〜図13(E)はその結果を示すグラフである。これらグラフにおいても横軸はモデル番号である。この結果からわかるように、FAは、ほぼ同様の値を示す拡散モデルであっても、本実施形態のテクスチャー解析の手法を採用することで、それぞれ拡散分布の違いが明確な差となって現われることがわかる。 FIG. 13 is a diagram showing a result of confirming the superiority of the quantitative value image calculated in this embodiment by simulation. In the simulation, various diffusion models with different diffusion distributions were created, and among them, a plurality of models in which the average diffusion coefficient and the diffusion anisotropy were almost uniform were selected. FIG. 13A is a graph showing the diffusion anisotropy of the selected model, and the horizontal axis is the model number. With respect to the plurality of diffusion models, 21-axis diffusion directions were set, and texture analysis using relative positions in the diffusion directions was performed by the method of the first embodiment to calculate ASM, IDM, randomness, and local correlation. 13B to 13E are graphs showing the results. Also in these graphs, the horizontal axis is the model number. As can be seen from these results, even if the diffusion models of FA have almost the same values, the difference in diffusion distribution appears as a clear difference by adopting the texture analysis method of the present embodiment. I understand.

以上、本発明の画像処理をMRI装置の画像処理部で実現する実施形態を説明したが、MRI装置では拡散強調画像の撮像のみ、或いは撮像から物理量計算処理までを行い、それ以降の処理を、MRI装置とは別の画像処理装置で実行してもよい。その場合、例えば画像生成部23の機能や表示装置への表示は、画像処理装置と平行してMRI装置で実行するようにしてもよい。 The embodiment in which the image processing of the present invention is realized by the image processing unit of the MRI apparatus has been described above. However, in the MRI apparatus, only the diffusion-weighted image is captured, or the capturing to the physical quantity calculation process is performed, and the subsequent processes are performed. It may be executed by an image processing apparatus different from the MRI apparatus. In that case, for example, the function of the image generation unit 23 and the display on the display device may be executed by the MRI apparatus in parallel with the image processing apparatus.

本実施形態によれば、従来のような所定の組織を想定したモデルを用いずに、MPG軸即ち拡散方向の空間的な関係性を用いて、拡散画像の解析を行うことにより、組織によって拡散係数分布が一様ではなく、複雑な部分や組織についても、その複雑さを指標として示すことができ、従来のFAやMDでは得られない詳細な情報を得ることができる。またモデルや近似による制約を受けることなく、拡散計算の分布状況を把握する情報を提示できる。 According to the present embodiment, the diffusion image is analyzed by using the spatial relationship of the MPG axis, that is, the diffusion direction, instead of using the conventional model assuming a predetermined tissue, and thus the diffusion by the tissue is performed. Even if the coefficient distribution is not uniform and a complicated portion or organization is used, the complexity can be shown as an index, and detailed information that cannot be obtained by the conventional FA or MD can be obtained. In addition, it is possible to present information for grasping the distribution state of diffusion calculation without being restricted by models and approximations.

さらに本実施形態で採用した三角形表面メッシュは、一つの拡散方向と所定の空間的関係にある近傍拡散方向を一義的に決定することができ(例えば三角形表面メッシュでは、その拡散方向が頂点となる複数の三角形が定義されているので、それら三角形の他の頂点の拡散方向は一義的に決まる)、続くテクスチャー解析処理における拡散方向の選択を容易に行うことが可能となる。 Further, the triangular surface mesh adopted in the present embodiment can uniquely determine a neighboring diffusion direction having a predetermined spatial relationship with one diffusion direction (for example, in the triangular surface mesh, the diffusion direction becomes the apex). Since a plurality of triangles are defined, the diffusion directions of the other vertices of these triangles are uniquely determined), and it becomes possible to easily select the diffusion direction in the subsequent texture analysis processing.

<物理量データの変形例>
第一実施形態では、画像処理部20が処理対象とする物理量データが、各印加軸の拡散係数(ADC)であったが、物理量データとして尖度係数やそれ以外のものを用いてもよい。
<Modification of physical quantity data>
In the first embodiment, the physical quantity data to be processed by the image processing unit 20 is the diffusion coefficient (ADC) of each application axis, but a kurtosis coefficient or other data may be used as the physical quantity data.

例えば、b値による信号の減衰を表す式(1)は、拡散がガウシアン分布であると仮定した数学モデルであるが、非ガウシアン分布を仮定すると、式(10)で表すことができる。 For example, the equation (1) representing the attenuation of the signal by the b value is a mathematical model assuming that the diffusion has a Gaussian distribution, but can be represented by the equation (10) assuming a non-Gaussian distribution.

Figure 2020096763
式中、Knは拡散分布の尖度を表す尖度係数である。1つのMPG印加軸について、b値が異なる複数の条件で信号を取得することにより、式(10)から、拡散係数Dnと尖度係数Knを算出することができる。こうして算出される尖度係数も拡散係数の場合と同様に、その空間分布をテクスチャー解析によって提示することができる。
Figure 2020096763
In the equation, Kn is a kurtosis coefficient representing the kurtosis of the diffusion distribution. The diffusion coefficient Dn and the kurtosis coefficient Kn can be calculated from Expression (10) by acquiring the signals under a plurality of conditions with different b values for one MPG application axis. The kurtosis coefficient thus calculated can also be presented by a texture analysis, as in the case of the diffusion coefficient.

その他、信号の減衰を示す数学モデルには2つの拡散係数を考慮したものなどがある(たとえば、式(11))。これら式で定義される速い拡散係数(D)と遅い拡散係数(D)も、物理量データとして拡散係数と同様に処理することができ、その空間分布の指標を算出することができる。

Figure 2020096763
In addition, there is a mathematical model showing the attenuation of a signal in which two diffusion coefficients are considered (for example, Expression (11)). The fast diffusion coefficient (D * ) and the slow diffusion coefficient (D) defined by these equations can be processed as physical quantity data in the same manner as the diffusion coefficient, and the index of the spatial distribution thereof can be calculated.
Figure 2020096763

<相互位置計算の変形例>
第一の実施形態では、相互位置計算部221が、MPGパルスの印加軸の空間的関係を表すデータとして、三角形表面メッシュを算出した場合を説明したが、空間的関係は三角形表面メッシュに限らず、それぞれの関係性をデータ化したものであればよく、印加軸間の角度の情報であってもよい。
<Modified example of mutual position calculation>
In the first embodiment, the case where the mutual position calculation unit 221 calculates the triangular surface mesh as the data representing the spatial relationship of the application axis of the MPG pulse has been described, but the spatial relationship is not limited to the triangular surface mesh. , As long as it is a data representation of each relationship, it may be information on the angle between the application axes.

その場合の相互位置計算及び指標計算の各ステップ(S54、S55)は、次のように変更される。まず相互位置計算ステップS54で、MPG印加方向を大きさ1に規格化することは第一実施形態と同じである。次に各印加方向がなす角度を計算する。印加方向は、傾斜磁場Gx、Gy、Gzの印加強度の組み合わせ(ax、by、cz)で決まり、例えば印加方向がGx方向であればa=1、b=c=0であり(1,0,0)、印加方向がGy方向であれば(0,1,0)、とベクトルで表現され、直交3軸に対し角度を有する場合には、(0.525,0,−0.851)、(−0.525,0,−0.851)、(0.851,0.525,0)などとベクトル表現される。これらベクトルの大きさを規格化した上で内積を取ることで角度を求めることができる。 In this case, the steps of mutual position calculation and index calculation (S54, S55) are changed as follows. First, in the mutual position calculation step S54, the MPG application direction is standardized to the size 1 as in the first embodiment. Next, the angle formed by each application direction is calculated. The application direction is determined by the combination (ax, by, cz) of the application strengths of the gradient magnetic fields Gx, Gy, Gz. For example, if the application direction is the Gx direction, a=1 and b=c=0 (1,0 , 0), if the application direction is the Gy direction, (0, 1, 0) is expressed as a vector, and if it has an angle with respect to the three orthogonal axes, (0.525, 0, −0.851). , (-0.525,0,-0.851), (0.851,0.525,0), etc. The angle can be obtained by normalizing the magnitudes of these vectors and then taking the inner product.

次に指標算出ステップS55では、各印加方向(拡散方向)の近傍印加方向を選択する際に、角度の小さい順に複数の近傍印加方向を選択する。印加方向が決まったならば、印加方向毎にGLCMを作成し、平均化すること、平均GLCMからテクスチャー解析の定量値を算出することは第一実施形態と同様である。 Next, in the index calculation step S55, when selecting the neighborhood application directions of the respective application directions (diffusion directions), a plurality of neighborhood application directions are selected in ascending order of angle. Once the application direction is determined, GLCM is created for each application direction, averaged, and the quantitative value of the texture analysis is calculated from the average GLCM as in the first embodiment.

<テクスチャー解析の変形例>
第一実施形態では、テクスチャー解析の手法として、グレーレベル同時生起行列(GLCM)を用いる手法を説明したが、同じ画素値が連続する長さをカウントし、その数を行列要素とするGLSZM(Gray Level Size Zone Matrix)などの行列を用いてもよい。
<Modified example of texture analysis>
In the first embodiment, the method of using the gray level co-occurrence matrix (GLCM) has been described as the texture analysis method. However, the length of consecutive same pixel values is counted, and GLSZM(Gray) having the number as a matrix element is used. A matrix such as Level Size Zone Matrix) may be used.

さらにテクスチャー解析の手法には、濃度ヒストグラムを用いて特徴量を算出する方法や、所定の相対的位置関係にある画素対の濃度値の差を用いてヒストグラムの特徴量と同様に特徴量を算出する方法(差分統計量を用いる方法)などがあり、これらを適用してもよい。一例として、差分統計量を用いる手法を適用した変形例を説明する。 Further, as a method of texture analysis, a feature amount is calculated using a density histogram, or a feature amount is calculated in the same manner as the histogram feature amount by using a difference in density value between pixel pairs having a predetermined relative positional relationship. There is a method (a method of using a difference statistic) or the like, which may be applied. As an example, a modification to which the method using the difference statistic is applied will be described.

本変形例でも、相互位置計算部221が三角形表面メッシュ等で表されるMPG印加軸の相互位置を算出しておく。次に、指標計算部223は、第一実施形態と同様に、一つの拡散方向について複数の近傍拡散方向を選択し、それぞれについて、対応する画素の対(画素対)の画素値の差(濃度差)を算出し、その差の擬似的な確率P(l)を算出する。この確率P(l)を用いて、濃度ヒストグラムから平均値(MEN)、分散(VAR)、コントラスト(CNT)、歪度(SKW)、尖度(KRT)などの特徴量を算出する式と同様の式を用いて、差分統計量に基づく特徴量を算出する。 Also in this modification, the mutual position calculation unit 221 calculates the mutual position of the MPG application axes represented by a triangular surface mesh or the like. Next, as in the first embodiment, the index calculation unit 223 selects a plurality of neighboring diffusion directions for one diffusion direction, and for each of them, a difference (density) between pixel values of a corresponding pixel pair (pixel pair). The difference) is calculated, and the pseudo probability P(l) of the difference is calculated. The probability P(l) is used to calculate a feature amount such as an average value (MEN), a variance (VAR), a contrast (CNT), a skewness (SKW), and a kurtosis (KRT) from a density histogram. The feature amount based on the difference statistic is calculated by using the equation (1).

Figure 2020096763
Figure 2020096763

以上、第二実施形態とその変形例を説明したが、これら変形例は適宜組み合わせることが可能であり、そのような組み合わせも本実施形態の変形例に含まれる。 Although the second embodiment and the modified examples thereof have been described above, these modified examples can be appropriately combined, and such combinations are also included in the modified examples of the present embodiment.

<第三実施形態>
第二実施形態では、MRI装置が取得する画像が拡散強調画像から算出したである場合を説明したが、本発明の画像処理装置或いはMRI装置の画像処理部が対象とする画像は拡散強調画像に限定されない。
<Third embodiment>
In the second embodiment, the case where the image acquired by the MRI apparatus is calculated from the diffusion weighted image is explained. However, the image targeted by the image processing apparatus of the present invention or the image processing unit of the MRI apparatus is a diffusion weighted image. Not limited.

例えば、横緩和時間を画素値とするT2*画像や、磁化率画像は、いずれも静磁場の方向との依存性があり空間分布を有すると考えられている。従って、静磁場に対する被検体の角度(例えば頭部の角度)を異ならせて撮像した複数の画像は、それぞれが空間条件の異なる物理量の画像となる。 For example, a T2* image having a lateral relaxation time as a pixel value and a magnetic susceptibility image are both considered to have a spatial distribution due to the dependence on the direction of the static magnetic field. Therefore, a plurality of images captured by changing the angle of the subject (for example, the angle of the head) with respect to the static magnetic field are images of physical quantities with different spatial conditions.

従って、第一や第二実施形態と同様に、複数の位置(ここでは静磁場に対する角度)について、その相対位置をデータ化しておき、近傍位置の画像間の画素対をテクスチャー解析の手法で解析することにより、T2*や磁化率の空間分布の特徴を画像化することが可能である。 Therefore, similar to the first and second embodiments, the relative positions of a plurality of positions (here, the angle with respect to the static magnetic field) are converted into data, and the pixel pairs between the images at the adjacent positions are analyzed by the texture analysis method. By doing so, it is possible to image the features of the spatial distribution of T2* and magnetic susceptibility.

以上、本発明の実施形態及びその変形例を説明したが、本発明の一つの特徴は、計測された物理量とそれに内在する空間情報とを、それらの関係式を前提としてモデル化して解析するのではなく、まず空間情報自体の関係性(相対位置)を算出し、その情報を利用して、所定の空間情報と紐付けられた物理量とをテクスチャー解析の手法を応用して解析することであり、この特徴を備える処理であれば、上記実施形態に限定されるものではない。また本発明の特徴は、二次元画像データにおける画素対の位置を用いたテクスチャー解析ではなく、三次元的な相対位置を用い、相対位置が所定の関係にある画素対について二次元ヒストグラムを作成するという新たな解析手法を用いるという点にもある。それにより、二次元座標では記述できないテンソルで表される物理量について、その空間分布状態を示す指標を提示することができる。 Although the embodiment of the present invention and the modified example thereof have been described above, one feature of the present invention is that the measured physical quantity and the spatial information inherent therein are modeled and analyzed on the premise of their relational expressions. Instead, first calculate the relationship (relative position) of the spatial information itself and use that information to analyze the predetermined spatial information and the associated physical quantity by applying a texture analysis method. However, the processing is not limited to the above embodiment as long as the processing has this feature. Further, the feature of the present invention is not to perform texture analysis using the position of the pixel pair in the two-dimensional image data, but to use a three-dimensional relative position and create a two-dimensional histogram for the pixel pair having a predetermined relative position. There is also the point of using a new analysis method. As a result, it is possible to present an index indicating the spatial distribution state of a physical quantity represented by a tensor that cannot be described in two-dimensional coordinates.

100:撮像装置(MRI装置)、10:計測部、20:画像処理部、21:画像再構成部、22:画像解析部、23:画像生成部、30:制御部、31:計測制御部、33:表示制御部、110:計算機、111:入力装置、112:記憶装置、116:表示装置、200:画像処理装置、220:画像解析部、221:相互位置計算部、223:空間指標計算部、227:定量値計算部 100: imaging device (MRI device), 10: measurement unit, 20: image processing unit, 21: image reconstruction unit, 22: image analysis unit, 23: image generation unit, 30: control unit, 31: measurement control unit, 33: display control unit, 110: computer, 111: input device, 112: storage device, 116: display device, 200: image processing device, 220: image analysis unit, 221: mutual position calculation unit, 223: spatial index calculation unit 227: Quantitative value calculation unit

Claims (14)

物理量を画素値とし且つ前記物理量が空間情報を持つ複数の画像データを受け付ける受付部と、
前記複数の画像データそれぞれにおける空間情報の関係性を抽出する相互位置計算部と、
前記相互位置計算部が抽出した空間関係性を用いて、前記物理量の分布を解析しテクスチャー指標を算出するテクスチャー解析部と、を備えたことを特徴とする画像処理装置。
A receiving unit that receives a plurality of image data in which the physical quantity is a pixel value and the physical quantity has spatial information,
A mutual position calculation unit that extracts the relationship of spatial information in each of the plurality of image data,
An image processing apparatus, comprising: a texture analysis unit that analyzes the distribution of the physical quantity and calculates a texture index using the spatial relationship extracted by the mutual position calculation unit.
請求項1に記載の画像処理装置であって、
前記複数の画像データは、磁気共鳴撮像装置でMPGパルスの印加軸を異ならせて撮像した拡散強調画像から作成した複数の画像データであることを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to claim 1, wherein
The image processing apparatus is characterized in that the plurality of image data are a plurality of image data created from diffusion-weighted images captured by the magnetic resonance imaging apparatus with different application axes of MPG pulses.
請求項2に記載の画像処理装置であって、
前記空間情報は、拡散強調撮像に用いるMPGパルスの印加軸方向であることを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to claim 2, wherein
The image processing device, wherein the spatial information is the direction of the application axis of an MPG pulse used for diffusion weighted imaging.
請求項2に記載の画像処理装置であって、
前記物理量は、見かけの拡散係数(ADC)、尖度係数(K)、遅い拡散係数、及び、速い拡散係数を含む、一次元拡散信号強度モデルにおける拡散に関する係数のいずれかであることを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to claim 2, wherein
The physical quantity is any one of coefficients related to diffusion in a one-dimensional diffusion signal strength model including an apparent diffusion coefficient (ADC), a kurtosis coefficient (K), a slow diffusion coefficient, and a fast diffusion coefficient. Image processing device.
請求項1に記載の画像処理装置であって、
前記複数の画像データは、磁気共鳴撮像装置において静磁場方向に対し複数の異なる角度となる被検体位置で撮像した画像であることを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to claim 1, wherein
The image processing apparatus, wherein the plurality of image data are images captured by a magnetic resonance imaging apparatus at a subject position having a plurality of different angles with respect to a static magnetic field direction.
請求項1に記載の画像処理装置であって、
前記相互位置計算部は、前記空間情報を用いて、ドロネー三角形分割し、前記テクスチャー解析部は、前記空間関係性として、ドロネー三角形分割によって結ばれた位置の情報を用いることを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to claim 1, wherein
The mutual position calculation unit performs Delaunay triangulation using the spatial information, and the texture analysis unit uses position information connected by Delaunay triangulation as the spatial relationship. apparatus.
請求項2に記載の画像処理装置であって、
前記相互位置計算部は、前記空間情報として、前記MPGパルスの印加軸方向を表すベクトルを用い、前記空間関係性として、前記ベクトルの内積を算出することを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to claim 2, wherein
The image processing apparatus, wherein the mutual position calculation unit uses a vector representing an application axis direction of the MPG pulse as the spatial information, and calculates an inner product of the vectors as the spatial relationship.
請求項1に記載の画像処理装置であって、
前記テクスチャー解析部は、前記画像データを構成する各ボクセルについて、前記空間関係性を用いて、各空間情報の近傍にある1ないし複数の近傍空間情報を選択し、選択された複数の空間情報の各物理量を、グレーレベル同時生起行列を用いて解析し、前記テクスチャー指標を算出することを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to claim 1, wherein
The texture analysis unit selects, for each voxel forming the image data, one or a plurality of neighboring spatial information in the vicinity of each spatial information by using the spatial relationship, and selects the plurality of selected spatial information. An image processing apparatus, characterized in that each physical quantity is analyzed using a gray level co-occurrence matrix to calculate the texture index.
請求項8に記載の画像処理装置であって、
前記テクスチャー解析部は、前記物理量を前記グレーレベル同時生起行列のマトリクスサイズに合わせて規格化することを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to claim 8, wherein
The image processing apparatus, wherein the texture analysis unit normalizes the physical quantity according to a matrix size of the gray level co-occurrence matrix.
請求項8に記載の画像処理装置であって、
前記テクスチャー指標は、均一性、局所差分度、コントラスト、乱雑度、局所相関のいずれか一つを含むことを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to claim 8, wherein
The image processing apparatus, wherein the texture index includes any one of uniformity, local difference, contrast, randomness, and local correlation.
請求項1に記載の画像処理装置であって、
前記テクスチャー解析部がボクセル毎に算出したテクスチャー指標を画素値とする画像を生成する画像生成部をさらに備えたことを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to claim 1, wherein
The image processing device further comprising an image generation unit that generates an image having a pixel value of a texture index calculated for each voxel by the texture analysis unit.
請求項1に記載の画像処理装置であって、
前記受付部は、前記複数の画像データとして、磁気共鳴撮像装置でMPGパルスの印加軸を異ならせて撮像した複数の拡散強調画像を受け付け、
前記拡散強調画像から、前記物理量を画素値とする画像データを作成する物理量計算部をさらに備えることを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to claim 1, wherein
The reception unit receives, as the plurality of image data, a plurality of diffusion-weighted images captured by the magnetic resonance imaging apparatus with different application axes of MPG pulses,
The image processing apparatus further comprising a physical quantity calculation unit that creates image data having the physical quantity as a pixel value from the diffusion weighted image.
磁気共鳴撮像装置を用いて、印加軸が異なる複数のMPGパルスを用いて撮像した拡散強調画像または前記拡散強調画像から作成した複数の画像データを受け付ける受付部と、
前記複数のMPGパルスの印加軸方向の互いの関係を、空間関係性として計算する相互位置計算部と、
前記画像の各ボクセルについて、複数の印加軸方向のそれぞれと所定の関係にある1ないし複数の印加軸方向を選択し、選択された印加軸方向についての画素値を用いて、テクスチャー指標を算出し、当該テクスチャー指標をボクセルの画素値とするテクスチャー解析部と、を備えたことを特徴とする画像処理装置。
A reception unit that receives a diffusion-weighted image captured using a plurality of MPG pulses with different application axes using the magnetic resonance imaging apparatus or a plurality of image data created from the diffusion-weighted image,
A mutual position calculation unit that calculates a mutual relationship in the application axis direction of the plurality of MPG pulses as a spatial relationship,
For each voxel of the image, one or more application axis directions having a predetermined relationship with each of the plurality of application axis directions are selected, and the texture index is calculated using the pixel value for the selected application axis direction. An image processing apparatus, comprising: a texture analysis unit that uses the texture index as a voxel pixel value.
印加軸の異なる複数のMPGを用いて核磁気共鳴信号を計測する計測部と、
前記計測部が計測した核磁気共鳴信号を用いて画像を作成する画像再構成部と、
前記画像再構成部が作成した画像を処理する画像処理部と、
を備え、
前記画像処理部は、請求項1〜12のいずれか一項に記載の画像処理装置を備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
A measuring unit that measures a nuclear magnetic resonance signal using a plurality of MPGs having different application axes;
An image reconstruction unit that creates an image using the nuclear magnetic resonance signal measured by the measurement unit,
An image processing unit for processing the image created by the image reconstruction unit;
Equipped with
The magnetic resonance imaging apparatus, wherein the image processing unit includes the image processing apparatus according to claim 1.
JP2018237359A 2018-12-19 2018-12-19 Image processing device and magnetic resonance imaging device Active JP7321703B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018237359A JP7321703B2 (en) 2018-12-19 2018-12-19 Image processing device and magnetic resonance imaging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018237359A JP7321703B2 (en) 2018-12-19 2018-12-19 Image processing device and magnetic resonance imaging device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020096763A true JP2020096763A (en) 2020-06-25
JP7321703B2 JP7321703B2 (en) 2023-08-07

Family

ID=71107006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018237359A Active JP7321703B2 (en) 2018-12-19 2018-12-19 Image processing device and magnetic resonance imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7321703B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112164127A (en) * 2020-09-25 2021-01-01 大方众智创意广告(珠海)有限公司 Picture generation method and device, electronic equipment and readable storage medium

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007043462A1 (en) * 2005-10-12 2007-04-19 Tokyo Denki University Brain function analysis method and brain function analysis program
US20090161928A1 (en) * 2007-12-06 2009-06-25 Siemens Corporate Research, Inc. System and method for unsupervised detection and gleason grading of prostate cancer whole mounts using nir fluorscence
JP2015019958A (en) * 2013-07-22 2015-02-02 株式会社日立製作所 Magnetic resonance imaging apparatus, image processing apparatus, and image processing method
US9092691B1 (en) * 2014-07-18 2015-07-28 Median Technologies System for computing quantitative biomarkers of texture features in tomographic images
JP2016059584A (en) * 2014-09-17 2016-04-25 株式会社日立メディコ Magnetic resonance imaging device
JP2017051598A (en) * 2015-09-10 2017-03-16 東芝メディカルシステムズ株式会社 Magnetic resonance imaging apparatus and image processing apparatus

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007043462A1 (en) * 2005-10-12 2007-04-19 Tokyo Denki University Brain function analysis method and brain function analysis program
US20090161928A1 (en) * 2007-12-06 2009-06-25 Siemens Corporate Research, Inc. System and method for unsupervised detection and gleason grading of prostate cancer whole mounts using nir fluorscence
JP2015019958A (en) * 2013-07-22 2015-02-02 株式会社日立製作所 Magnetic resonance imaging apparatus, image processing apparatus, and image processing method
US9092691B1 (en) * 2014-07-18 2015-07-28 Median Technologies System for computing quantitative biomarkers of texture features in tomographic images
JP2016059584A (en) * 2014-09-17 2016-04-25 株式会社日立メディコ Magnetic resonance imaging device
JP2017051598A (en) * 2015-09-10 2017-03-16 東芝メディカルシステムズ株式会社 Magnetic resonance imaging apparatus and image processing apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112164127A (en) * 2020-09-25 2021-01-01 大方众智创意广告(珠海)有限公司 Picture generation method and device, electronic equipment and readable storage medium

Also Published As

Publication number Publication date
JP7321703B2 (en) 2023-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5902317B2 (en) Magnetic resonance imaging apparatus and quantitative susceptibility mapping method
CN101077301B (en) Image processing device and magnetic resonance imaging device
JP5843876B2 (en) Magnetic resonance imaging apparatus and susceptibility weighted image generation method
US10302727B2 (en) System and method for high resolution diffusion imaging
Reisert et al. Fiber continuity: an anisotropic prior for ODF estimation
JP6163471B2 (en) Magnetic resonance imaging system
JP2018198682A (en) Magnetic resonance imaging apparatus and magnetic resonance image processing method
JP6041356B2 (en) Image analysis apparatus, operation method of image analysis apparatus, and image analysis program
JP6568760B2 (en) Magnetic resonance imaging apparatus and image processing apparatus
US20150185298A1 (en) Method of estimating specific absorption rate
US9069998B2 (en) Determining electrical properties of tissue using magnetic resonance imaging and least squared estimate
US20070088211A1 (en) Method and apparatus for producing simulated fMRI data
US11789106B2 (en) Magnetic resonance method, software product, and system for determining a diffusion propagator or related diffusion parameters for spin-labelled particles
US9513354B2 (en) Determining electrical properties of tissue using complex magnetic resonance images
JP6506422B2 (en) Medical image diagnosis support apparatus and magnetic resonance imaging apparatus
JP7321703B2 (en) Image processing device and magnetic resonance imaging device
JP7237612B2 (en) Magnetic resonance imaging device and image processing device
JP7230149B2 (en) Image processing method, image processing program, and computer obtained by magnetic resonance imaging
JP7653247B2 (en) Magnetic resonance imaging apparatus, image processing apparatus, and image processing method
Wang et al. High-fidelity direct contrast synthesis from magnetic resonance fingerprinting
US20220349971A1 (en) System and method for magnetic resonance fingerprinting with relaxation and diffusion data acquisition
CN108363027B (en) Method for acquiring diagnostic measurement data of a heart and for examining a heart, and magnetic resonance system
Jones Q-space quantitative diffusion MRI measures using a stretched-exponential representation
Cattell Imaging Biomarkers for Breast Cancer Detection, Prevention and Treatment Response
Zijlstra Knowledge-based acceleration of MRI for metal object localization

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210615

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20211013

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220526

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220628

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20220826

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221014

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230207

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230405

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230711

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230726

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7321703

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350