JP3600656B2 - 画像処理方法及び磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＭＲ画像のように被検体画像と背景画像とを含む原画像を処理する画像処理方法及びその方法の実施に用いる磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置に関し、特に、被検体の呼吸や血流、心臓拍動のために背景画像に発生するアーチファクトを低減したり、原画像の有するシェーディングを補正することができる画像処理方法及びＭＲＩ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、臨床で普及しているＭＲＩ装置の撮影対象は、被検体の主たる構成物質としてのプロトンである。上記ＭＲＩ装置は、被検体中のプロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和現象の空間分布を画像化することで、人体頭部又は腹部、四肢等の形態或いは機能を２次元若しくは３次元に撮影するものである。
【０００３】
従来からの典型的なＭＲＩ装置は、図１に示すように、被検体１の周囲に静磁場を発生する磁石２と、この磁石２による静磁場空間内に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル３と、この静磁場及び傾斜磁場の領域内で高周波磁場を発生する高周波コイル４と、この高周波コイル４による高周波磁場の印加により上記被検体１が発生する核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を検出する受信コイル５とを備えて成っていた。上記傾斜磁場コイル３は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向の傾斜磁場コイル（図示省略）で構成され、傾斜磁場電源６からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。また、高周波コイル４は、高周波送信部７からの信号に応じて高周波磁場を発生する。そして、受信コイル５で検出した信号は、信号検出部８で取り込まれ、信号処理部９で信号処理されると共に計算により画像信号に変換される。このようにして得られた画像信号は、表示部１０へ送られＭＲ画像として表示される。なお、上記傾斜磁場電源６と高周波送信部７と信号検出部８とは制御部１１で制御され、この制御のタイムチャートは一般にパルスシーケンスと呼ばれている。また、ベッド１２は被検体１を寝載するものである。
【０００４】
このような構成のＭＲＩ装置における撮影制御を簡単に説明すると、まず、３軸方向の傾斜磁場コイル３により異なる位相エンコードを与え、それぞれの位相エンコードで得られるエコー信号を検出する。この位相エンコードの数は、通常１枚の画像あたり128，256，512等の値が選ばれる。上記検出された各エコー信号は、通常128，256，512，1024個のサンプリングデータからなる時系列信号として得られる。その後、これらのデータを２次元フーリエ変換して１枚のＭＲ画像を作成する。このような撮影制御の代表的な高速シーケンスとして、エコープレナーシーケンスと呼ばれるものがある。そして、上記のようなパルスシーケンスによって得られた各エコー信号から画像を再構成する。なお、エコー信号の検出部である受信コイル５には、一般に感度の空間的不均一性がある。このため、再構成された画像に強いシェーディングが生じる場合があった。また、上記受信コイル５には、複数の小型コイルを近接して配置した高感度マルチプルコイルが使われる場合があるが、上記各小型コイルで検出した複数の画像を重み関数を使って合成する際にアーチファクトが発生することがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のＭＲＩ装置で撮影したＭＲ画像では、前述のパルスシーケンスを実行中に被検体がその呼吸や血流、心臓拍動のために動くため、被検体画像外の背景画像の部分にアーチファクトが発生することが多かった。例えば、図２に示すように、表示部１０に表示されるＭＲ画像１３には、被検体画像１４の周りの背景画像１５の部分に、例えば帯状のアーチファクト１６が発生するものであった。このため、被検体１の診断において必要な被検体画像１４が観察しにくく、診断がスムーズにできず診断効率が低下することがあった。また、再構成された画像に強いシェーディングが生じる場合は、このシェーディングを別途計算した感度分布画像を使って補正する技術が提案されているが、逆にこのシェーディング補正処理の過程で上記アーチファクトが強調されることがあった。従って、やはり診断効率が低下することがあった。さらに、高感度マルチプルコイルを使った場合の複数の画像を合成処理する際にも、アーチファクトが発生して診断効率が低下することがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、被検体の呼吸や血流、心臓拍動のために背景画像に発生するアーチファクトを低減したり、原画像の有するシェーディングを補正することができる画像処理方法及びＭＲＩ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による画像処理方法は、被検体画像と背景画像とを含む原画像の絵素の濃度情報により被検体画像と背景画像とを分離するステップと、上記分離して抽出された被検体画像の各絵素について、その周囲の絵素が被検体画像であるか背景画像であるかを調べ、この調べた周囲の絵素のうち被検体画像と認識された絵素の割合に応じて上記各絵素を再度被検体画像であるか背景画像であるかを判定するステップと、上記判定により被検体画像と判定されなかった部分は総て背景画像とし、この背景画像についてその絵素値を抑制するステップと、上記背景画像の絵素値が抑制された原画像に低周波通過空間フィルタを施し、このフィルタ処理後の画像の各絵素値に応じて補正係数を求めるステップと、上記求められた補正係数を用いて上記原画像の有するシェーディングを補正するステップと、を行うものである。
【０００８】
また、本発明による磁気共鳴イメージング装置は、被検体画像と背景画像とを含む原画像の絵素の濃度情報により被検体画像と背景画像とを分離する手段と、上記原画像のシェーディングを補正する手段と、を備えた磁気共鳴イメージング装置において、上記原画像のシェーディング補正手段は、上記分離して抽出された被検体画像の各絵素について、その周囲の絵素が被検体画像であるか背景画像であるかを調べ、この調べた周囲の絵素のうち被検体画像と認識された絵素の割合に応じて上記各絵素を再度被検体画像であるか背景画像であるかを判定し、この判定により被検体画像と判定されなかった部分は総て背景画像とし、この背景画像についてその絵素値を抑制し、上記背景画像の絵素値が抑制された原画像に低周波通過空間フィルタを施し、このフィルタ処理後の画像の各絵素値に応じて補正係数を求め、この求められた補正係数を用いて上記原画像の有するシェーディングを補正するものである。
【０００９】
【作用】
上述のように構成された画像処理方法の原理について図３を参照して説明する。図３は、図２に示す断面位置Ａ−Ａ′線上の絵素値のプロファイルを示す説明図である。まず、図２に示す被検体画像１４と背景画像１５とを分離して被検体画像１４を抽出するため、絵素の濃度情報を用いて判定を行う。すなわち、図３において、絵素の濃度のしきい値１７を設定し、このしきい値１７を用いて被検体画像１４と背景画像１５とを分離する。ここでは、上記しきい値１７より低い濃度値の絵素は背景画像１５とし、それより高い濃度値の絵素は被検体画像１４と判定する。この第一段階の判定では、大まかに被検体画像１４が抽出できる。このとき、図２に示すアーチファクト１６は、背景画像１５の領域中に点在しているが絵素値は大きい場合が多い。従って、この段階では、アーチファクト１６も被検体画像１４と同様に抽出される。次に、この抽出された被検体画像１４の各絵素について、その周囲の絵素が被検体画像１４であるか背景画像１５であるかを調べ、この調べた周囲の絵素のうち被検体画像１４と認識された絵素の割合に応じて上記各絵素を再度被検体画像１４であるか背景画像１５であるかを判定する。この第二段階の判定で被検体画像１４と背景画像１５との存在状態が明らかになる。このとき、ＭＲ画像１３では、被検体画像１４の絵素はある領域内にかたまりとして存在するので、絵素が点在している場合はアーチファクト１６であると判断し、これを背景画像１５として認識する。その後、この判定された被検体画像１４と背景画像１５とで異なる処理を施す。これにより、上記被検体画像１４の周辺の背景画像１５に発生するアーチファクトを低減し、原画像の有するシェーディングを補正することができる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による画像処理方法が適用されるＭＲＩ装置の実施例を示すブロック図である。その構成は、従来技術の説明で述べたのと同様に、被検体１の周囲に静磁場を発生する磁石２と、この磁石２による静磁場空間内に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル３と、この静磁場及び傾斜磁場の領域内で高周波磁場を発生する高周波コイル４と、この高周波コイル４による高周波磁場の印加により上記被検体１が発生する核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を検出する受信コイル５とを備えて成る。上記傾斜磁場コイル３は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向の傾斜磁場コイル（図示省略）で構成され、傾斜磁場電源６からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。また、高周波コイル４は、高周波送信部７からの信号に応じて高周波磁場を発生する。そして、受信コイル５で検出した信号は、信号検出部８で取り込まれ、信号処理部９で信号処理されると共に計算により画像信号に変換される。このようにして得られた画像信号は、表示部１０へ送られＭＲ画像として表示される。
【００１１】
上記表示部１０に表示されるＭＲ画像１３は、図２に示すように、例えば256×256絵素の濃淡画像であり、絵素値が小さいものを黒で、大きいものを白で表示し、画像の濃度階調は例えば約1000とされている。なお、ＭＲ画像１３のＳ／Ｎは一般に約100である。図２において、被検体画像１４は中央部にあり、その周囲は計測時のランダムノイズが含まれた背景画像１５である。そして、この背景画像１５の一部には、図１に示す被検体１の動きによる孤立点状のアーチファクト１６が現われている。
【００１２】
ここで、本発明のＭＲＩ装置は、被検体画像と背景画像とを含む原画像の絵素の濃度情報により被検体画像と背景画像とを分離する手段と、上記原画像のシェーディングを補正する手段とを備え、上記原画像のシェーディング補正手段は、上記分離して抽出された被検体画像の各絵素について、その周囲の絵素が被検体画像であるか背景画像であるかを調べ、この調べた周囲の絵素のうち被検体画像と認識された絵素の割合に応じて上記各絵素を再度被検体画像であるか背景画像であるかを判定し、この判定により被検体画像と判定されなかった部分は総て背景画像とし、この背景画像についてその絵素値を抑制し、上記背景画像の絵素値が抑制された原画像に低周波通過空間フィルタを施し、このフィルタ処理後の画像の各絵素値に応じて補正係数を求め、この求められた補正係数を用いて上記原画像の有するシェーディングを補正するものである。
【００１３】
次に、このように構成されたＭＲＩ装置における画像処理動作の手順について、図５のフローチャートを参照して説明する。まず、図２に示すＭＲ画像１３について、被検体画像１４と背景画像１５とを含むディジタルの原画像の絵素の濃度情報により被検体画像１４を分離抽出する（ステップS1）。この第一段階の判定は、図３において、画像内の最大絵素値１８に対して一定割合で規定されるしきい値１７と比較して、当該絵素の絵素値が上記しきい値１７より大きいか小さいかで被検体画像１４と背景画像１５とを判定し、絵素値がしきい値１７より大きいものを被検体画像１４として分離抽出する。上記しきい値１７としては、最大絵素値１８の５〜10％程度が適当である。すなわち、ＭＲ画像１３のＳ／Ｎが約100なので、背景ノイズはほぼ３％以内に入り、しきい値１７を例えば５％とすれば、被検体画像１４と背景画像１５とを簡便かつ良好に分離できる。そして、このステップS1が、被検体画像と背景画像とを含む原画像の絵素の濃度情報により、上記被検体画像と背景画像とを分離する手段となる。なお、最大絵素値１８を計算する画像は、原画像に低周波通過空間フィルタを作用させ、画像ノイズの影響を除去すると、安定性がさらに向上する。また、原画像について絵素値のヒストグラムを作成し、このヒストグラムの形状から上記のしきい値１７を決定してもよい。
【００１４】
次に、上記のように分離抽出された被検体画像１４の各絵素についてその周囲の絵素が被検体画像１４であるか背景画像１５であるかを調べる（ステップS2）。周囲の絵素は、例えば図４に示すように、注目絵素を符号２０で示すと、その注目絵素２０を取り囲む８個の絵素２１〜２８としたり、または上記注目絵素２０の上下左右の４個の絵素２２，２４，２５，２７などとしたりすればよい。そして、これら周囲の絵素２１〜２８について、いちいち上記のしきい値１７と比較し、該しきい値１７より大きいか小さいかで当該絵素が被検体画像１４に属するか、或いは背景画像１５に属するかを決定する。これを上記分離抽出された被検体画像１４の各絵素について図４に示す注目絵素２０に順次当てはめて行き、そのときの周囲の絵素が被検体画像１４であるか背景画像１５であるかを認識する。
【００１５】
次に、上記のように調べた周囲の絵素２１〜２８のうち被検体画像１４と認識された絵素の割合に応じて、前記抽出された被検体画像１４の各絵素を再度被検体画像１４であるか背景画像１５であるかを判定する（ステップS3）。この第二段階の判定は、例えば周囲の絵素２１〜２８のうち被検体画像１４と認識された絵素の割合が高い場合は、図４に示す注目絵素２０に当てはめた絵素は被検体画像１４として判定し、被検体画像１４と認識された絵素の割合が低い場合は、そのとき注目絵素２０に当てはめた絵素は背景画像１５として判定する。上記の割合は、例えば周囲の絵素の個数が８個の場合は６絵素以上が、４個の場合は３絵素以上が被検体画像１４であれば、注目絵素２０に当てはめた絵素は点在したものではなく、被検体画像１４であるとみなす。他方、この割合が上述のものより低い場合は、注目絵素２０に当てはめた絵素は点在した孤立点であり、背景画像１５中のアーチファクト１６（図３参照）とみなす。
【００１６】
次に、上記のように判定した被検体画像１４と背景画像１５とで異なる処理を施し、処理画像を得る（ステップS4）。この処理の内容として、一つは、背景画像１５についてその絵素値を抑制するものがある（ステップS5）。例えば、背景画像１５の絵素値を１／10に抑制する処理を行う。これにより、図２及び図３に示す背景画像１５中のアーチファクト１６を１／10に低減することができる。そして、このステップ S5 が、上記分離抽出された背景画像において発生したアーチファクトを低減するアーチファクト低減手段となる。他の一つは、被検体画像１４の絵素について画像シェーディングの補正処理を行うものがある（ステップS6）。この画像シェーディングの補正処理は、まず補正前の原画像に低周波通過空間フィルタ処理を施し、次にこのフィルタをかけた画像の各絵素値に応じて補正係数を計算し、その後この補正係数を使って上記フィルタをかけた画像を補正するという手順からなる。上記補正係数は、例えば絵素値の逆数とすればよい。このような処理により、図２に示す被検体画像１４のシェーディングが補正できる。そして、このステップ S6 が、上記被検体画像又はアーチファクトが低減された原画像において発生したシェーディングを補正するシェーディング補正手段となる。さらに他の処理内容としては、上記背景画像１５についてその絵素値を抑制する（ステップS5）と共に、被検体画像１４の絵素について画像シェーディングの補正処理を行う（ステップS6）というように両方の処理を施してもよい。このようにすると、被検体画像１４のシェーディングを補正でき、且つアーチファクト１６も低減することができる。
【００１７】
図６は本発明による画像処理方法の手順を示すフローチャートである。この画像処理方法は、画像シェーディングの補正処理における補正マップを導出するアルゴリズムに、図５に示す画像処理の手順を組み込んだものである。図６において、ステップＡ，Ｂ，Ｃは、図５に示す画像処理の手順のステップS1，S2，S3と全く同様に進む。そして、ステップＤは、図５に示すステップS4の中のステップS5を施すことにより、図２に示す被検体画像１４と背景画像１５とで異なる処理を施して処理画像を得るものである。この結果、図５に示す画像処理の場合と同様に、図２及び図３に示す背景画像１５中のアーチファクト１６を低減することができる。
【００１８】
次に、上記ステップＤで得られた処理画像に対して、次のステップＥ，Ｆ，Ｇにより画像シェーディングの補正処理を行う。すなわち、まず、ステップＤで背景画像１５の絵素値が抑制された処理画像に対し低周波通過空間フィルタを施す（ステップＥ）。次に、このフィルタ処理後の画像の各絵素値に応じて補正係数を求める（ステップＦ）。この補正係数は、例えば各絵素値の逆数であり、補正処理のための補正マップとなるものである。その後、上記求めた補正係数を用いて原画像を補正処理する（ステップＧ）。これは、上記補正係数から成る補正マップを原画像に乗ずる処理である。このような処理により、図２に示す被検体画像１４のシェーディングが補正できる。
【００１９】
図７は他の実施例による画像処理方法の手順を示すフローチャートである。この画像処理方法は、図５に示す画像処理の手順を、被検体画像と背景画像とを含む複数のディジタルの原画像を合成する画像処理に適用したものである。この場合は、上記複数のディジタルの原画像は、被検体の同一診断部位について同一の視野（例えば500mm×500mm）で同一の絵素数（例えば512絵素×512絵素）で同時に撮影した画像であるが、図１において撮影に用いる受診コイル５の感度分布を異ならせることにより、各画像は上記視野のうち互いに異なる一部分のみを表示するものとする。そして、これらを互いに異なる部分の例えば四つの画像とし、それぞれ画像Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3，Ｉ4とする。この第三の発明による画像処理方法は、図７に示すように、上記四つの画像Ｉ1〜Ｉ4についてそれぞれ所要の処理を施し、最後に合成するものである。
【００２０】
図７において、一つの画像Ｉ1について画像処理を行うステップＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、図６に示す画像処理の手順のステップＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅと全く同様に進む。これにより、上記画像Ｉ1について背景画像中のアーチファクトを低減することができ、このアーチファクト抑制画像に低周波通過空間フィルタを施すところまで処理を実行する。同様にして、その他の画像Ｉ2〜Ｉ4についても、ステップＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのように同一の処理を並行して進める。その後、上記各画像Ｉ1〜Ｉ4についてステップＥのフィルタ処理後の画像で決定される重み関数を用いて、上記複数の原画像（Ｉ1〜Ｉ4）を合成する（ステップＨ）。このとき、上記重み関数は、それぞれステップＥで低周波通過空間フィルタを施した画像の対応する絵素値の比に応じて決定する。すなわち、ステップＡにおいて処理を施すべき各画像Ｉ1〜Ｉ4の絵素値をＳi(ｘ,ｙ)とし（ｉ＝１〜４）、ステップＥで低周波通過空間フィルタを施した各画像の絵素値をＷi(ｘ,ｙ)としたとき（ｉ＝１〜４）、ステップＨの合成画像は、次の数１で与えられる。
【数１】
この結果、四つの画像Ｉ1〜Ｉ4を合成して得られる合成画像のアーチファクトを低減することができる。
【００２１】
なお、以上の説明において、図２に示す被検体画像１４の部分は画像診断上で意味のある高Ｓ／Ｎの領域とも解釈でき、例えば局所的な受診コイル５（図１参照）を用いたＭＲ画像１３では、上記受診コイル５から離れたところでは、該受診コイル５に対する感度が低いため、実質的には背景画像１５とみなせるものである。また、以上の説明では、２次元の画像についてのみ述べたが、原画像が３次元画像である場合も本発明は同様に適用できる。この場合は、図４に示す注目絵素２０の周囲の絵素は、その注目絵素２０を取り囲むものを３次元的に考えて（９＋８＋９）の26絵素としたり、または上記注目絵素２０の上下左右に位置するものを３次元的に考えて（１＋４＋１）の６絵素などとしたりすればよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る画像処理方法によれば、被検体画像と背景画像とを含む原画像の絵素の濃度情報により被検体画像と背景画像とを分離し、この分離して抽出された被検体画像の各絵素についてその周囲の絵素が被検体画像であるか背景画像であるかを調べ、この調べた周囲の絵素のうち被検体画像と認識された絵素の割合に応じて上記各絵素を再度被検体画像であるか背景画像であるかを判定し、この判定により被検体画像と判定されなかった部分は総て背景画像とし、この背景画像についてその絵素値を抑制し、上記背景画像の絵素値が抑制された原画像に低周波通過空間フィルタを施し、このフィルタ処理後の画像の各絵素値に応じて補正係数を求め、この求められた補正係数を用いて上記原画像の有するシェーディングを補正することができる。したがって、被検体画像が観察し易くなり、診断がスムーズにでき、診断効率を向上することができる。
【００２３】
また、請求項２に係る磁気共鳴イメージング装置によれば、原画像のシェーディング補正手段により、原画像の絵素の濃度情報により被検体画像と背景画像とを分離して抽出された被検体画像の各絵素について、その周囲の絵素が被検体画像であるか背景画像であるかを調べ、この調べた周囲の絵素のうち被検体画像と認識された絵素の割合に応じて上記各絵素を再度被検体画像であるか背景画像であるかを判定し、この判定により被検体画像と判定されなかった部分は総て背景画像とし、この背景画像についてその絵素値を抑制し、上記背景画像の絵素値が抑制された原画像に低周波通過空間フィルタを施し、このフィルタ処理後の画像の各絵素値に応じて補正係数を求め、この求められた補正係数を用いて上記原画像の有するシェーディングを補正することができる。したがって、被検体画像が観察し易くなり、診断がスムーズにでき、診断効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像処理方法が適用されるＭＲＩ装置の実施例を示すブロック図である。
【図２】上記ＭＲＩ装置の表示部に表示されるＭＲ画像の一例を示す説明図である。
【図３】図２に示す断面位置Ａ−Ａ′線上の絵素値のプロファイルを示す説明図である。
【図４】本発明の画像処理において分離抽出された被検体画像の各絵素についてその周囲の絵素が被検体画像か背景画像かを調べる手順を説明する図である。
【図５】本発明によるＭＲＩ装置における画像処理動作の手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明による画像処理方法の手順を示すフローチャートである。
【図７】他の実施例による画像処理方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１３…ＭＲ画像
１４…被検体画像
１５…背景画像
１６…アーチファクト
１７…しきい値
１８…最大絵素値
【産業上の利用分野】
本発明は、ＭＲ画像のように被検体画像と背景画像とを含む原画像を処理する画像処理方法及びその方法の実施に用いる磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置に関し、特に、被検体の呼吸や血流、心臓拍動のために背景画像に発生するアーチファクトを低減したり、原画像の有するシェーディングを補正することができる画像処理方法及びＭＲＩ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、臨床で普及しているＭＲＩ装置の撮影対象は、被検体の主たる構成物質としてのプロトンである。上記ＭＲＩ装置は、被検体中のプロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和現象の空間分布を画像化することで、人体頭部又は腹部、四肢等の形態或いは機能を２次元若しくは３次元に撮影するものである。
【０００３】
従来からの典型的なＭＲＩ装置は、図１に示すように、被検体１の周囲に静磁場を発生する磁石２と、この磁石２による静磁場空間内に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル３と、この静磁場及び傾斜磁場の領域内で高周波磁場を発生する高周波コイル４と、この高周波コイル４による高周波磁場の印加により上記被検体１が発生する核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を検出する受信コイル５とを備えて成っていた。上記傾斜磁場コイル３は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向の傾斜磁場コイル（図示省略）で構成され、傾斜磁場電源６からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。また、高周波コイル４は、高周波送信部７からの信号に応じて高周波磁場を発生する。そして、受信コイル５で検出した信号は、信号検出部８で取り込まれ、信号処理部９で信号処理されると共に計算により画像信号に変換される。このようにして得られた画像信号は、表示部１０へ送られＭＲ画像として表示される。なお、上記傾斜磁場電源６と高周波送信部７と信号検出部８とは制御部１１で制御され、この制御のタイムチャートは一般にパルスシーケンスと呼ばれている。また、ベッド１２は被検体１を寝載するものである。
【０００４】
このような構成のＭＲＩ装置における撮影制御を簡単に説明すると、まず、３軸方向の傾斜磁場コイル３により異なる位相エンコードを与え、それぞれの位相エンコードで得られるエコー信号を検出する。この位相エンコードの数は、通常１枚の画像あたり128，256，512等の値が選ばれる。上記検出された各エコー信号は、通常128，256，512，1024個のサンプリングデータからなる時系列信号として得られる。その後、これらのデータを２次元フーリエ変換して１枚のＭＲ画像を作成する。このような撮影制御の代表的な高速シーケンスとして、エコープレナーシーケンスと呼ばれるものがある。そして、上記のようなパルスシーケンスによって得られた各エコー信号から画像を再構成する。なお、エコー信号の検出部である受信コイル５には、一般に感度の空間的不均一性がある。このため、再構成された画像に強いシェーディングが生じる場合があった。また、上記受信コイル５には、複数の小型コイルを近接して配置した高感度マルチプルコイルが使われる場合があるが、上記各小型コイルで検出した複数の画像を重み関数を使って合成する際にアーチファクトが発生することがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のＭＲＩ装置で撮影したＭＲ画像では、前述のパルスシーケンスを実行中に被検体がその呼吸や血流、心臓拍動のために動くため、被検体画像外の背景画像の部分にアーチファクトが発生することが多かった。例えば、図２に示すように、表示部１０に表示されるＭＲ画像１３には、被検体画像１４の周りの背景画像１５の部分に、例えば帯状のアーチファクト１６が発生するものであった。このため、被検体１の診断において必要な被検体画像１４が観察しにくく、診断がスムーズにできず診断効率が低下することがあった。また、再構成された画像に強いシェーディングが生じる場合は、このシェーディングを別途計算した感度分布画像を使って補正する技術が提案されているが、逆にこのシェーディング補正処理の過程で上記アーチファクトが強調されることがあった。従って、やはり診断効率が低下することがあった。さらに、高感度マルチプルコイルを使った場合の複数の画像を合成処理する際にも、アーチファクトが発生して診断効率が低下することがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、被検体の呼吸や血流、心臓拍動のために背景画像に発生するアーチファクトを低減したり、原画像の有するシェーディングを補正することができる画像処理方法及びＭＲＩ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による画像処理方法は、被検体画像と背景画像とを含む原画像の絵素の濃度情報により被検体画像と背景画像とを分離するステップと、上記分離して抽出された被検体画像の各絵素について、その周囲の絵素が被検体画像であるか背景画像であるかを調べ、この調べた周囲の絵素のうち被検体画像と認識された絵素の割合に応じて上記各絵素を再度被検体画像であるか背景画像であるかを判定するステップと、上記判定により被検体画像と判定されなかった部分は総て背景画像とし、この背景画像についてその絵素値を抑制するステップと、上記背景画像の絵素値が抑制された原画像に低周波通過空間フィルタを施し、このフィルタ処理後の画像の各絵素値に応じて補正係数を求めるステップと、上記求められた補正係数を用いて上記原画像の有するシェーディングを補正するステップと、を行うものである。
【０００８】
また、本発明による磁気共鳴イメージング装置は、被検体画像と背景画像とを含む原画像の絵素の濃度情報により被検体画像と背景画像とを分離する手段と、上記原画像のシェーディングを補正する手段と、を備えた磁気共鳴イメージング装置において、上記原画像のシェーディング補正手段は、上記分離して抽出された被検体画像の各絵素について、その周囲の絵素が被検体画像であるか背景画像であるかを調べ、この調べた周囲の絵素のうち被検体画像と認識された絵素の割合に応じて上記各絵素を再度被検体画像であるか背景画像であるかを判定し、この判定により被検体画像と判定されなかった部分は総て背景画像とし、この背景画像についてその絵素値を抑制し、上記背景画像の絵素値が抑制された原画像に低周波通過空間フィルタを施し、このフィルタ処理後の画像の各絵素値に応じて補正係数を求め、この求められた補正係数を用いて上記原画像の有するシェーディングを補正するものである。
【０００９】
【作用】
上述のように構成された画像処理方法の原理について図３を参照して説明する。図３は、図２に示す断面位置Ａ−Ａ′線上の絵素値のプロファイルを示す説明図である。まず、図２に示す被検体画像１４と背景画像１５とを分離して被検体画像１４を抽出するため、絵素の濃度情報を用いて判定を行う。すなわち、図３において、絵素の濃度のしきい値１７を設定し、このしきい値１７を用いて被検体画像１４と背景画像１５とを分離する。ここでは、上記しきい値１７より低い濃度値の絵素は背景画像１５とし、それより高い濃度値の絵素は被検体画像１４と判定する。この第一段階の判定では、大まかに被検体画像１４が抽出できる。このとき、図２に示すアーチファクト１６は、背景画像１５の領域中に点在しているが絵素値は大きい場合が多い。従って、この段階では、アーチファクト１６も被検体画像１４と同様に抽出される。次に、この抽出された被検体画像１４の各絵素について、その周囲の絵素が被検体画像１４であるか背景画像１５であるかを調べ、この調べた周囲の絵素のうち被検体画像１４と認識された絵素の割合に応じて上記各絵素を再度被検体画像１４であるか背景画像１５であるかを判定する。この第二段階の判定で被検体画像１４と背景画像１５との存在状態が明らかになる。このとき、ＭＲ画像１３では、被検体画像１４の絵素はある領域内にかたまりとして存在するので、絵素が点在している場合はアーチファクト１６であると判断し、これを背景画像１５として認識する。その後、この判定された被検体画像１４と背景画像１５とで異なる処理を施す。これにより、上記被検体画像１４の周辺の背景画像１５に発生するアーチファクトを低減し、原画像の有するシェーディングを補正することができる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による画像処理方法が適用されるＭＲＩ装置の実施例を示すブロック図である。その構成は、従来技術の説明で述べたのと同様に、被検体１の周囲に静磁場を発生する磁石２と、この磁石２による静磁場空間内に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル３と、この静磁場及び傾斜磁場の領域内で高周波磁場を発生する高周波コイル４と、この高周波コイル４による高周波磁場の印加により上記被検体１が発生する核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を検出する受信コイル５とを備えて成る。上記傾斜磁場コイル３は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向の傾斜磁場コイル（図示省略）で構成され、傾斜磁場電源６からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。また、高周波コイル４は、高周波送信部７からの信号に応じて高周波磁場を発生する。そして、受信コイル５で検出した信号は、信号検出部８で取り込まれ、信号処理部９で信号処理されると共に計算により画像信号に変換される。このようにして得られた画像信号は、表示部１０へ送られＭＲ画像として表示される。
【００１１】
上記表示部１０に表示されるＭＲ画像１３は、図２に示すように、例えば256×256絵素の濃淡画像であり、絵素値が小さいものを黒で、大きいものを白で表示し、画像の濃度階調は例えば約1000とされている。なお、ＭＲ画像１３のＳ／Ｎは一般に約100である。図２において、被検体画像１４は中央部にあり、その周囲は計測時のランダムノイズが含まれた背景画像１５である。そして、この背景画像１５の一部には、図１に示す被検体１の動きによる孤立点状のアーチファクト１６が現われている。
【００１２】
ここで、本発明のＭＲＩ装置は、被検体画像と背景画像とを含む原画像の絵素の濃度情報により被検体画像と背景画像とを分離する手段と、上記原画像のシェーディングを補正する手段とを備え、上記原画像のシェーディング補正手段は、上記分離して抽出された被検体画像の各絵素について、その周囲の絵素が被検体画像であるか背景画像であるかを調べ、この調べた周囲の絵素のうち被検体画像と認識された絵素の割合に応じて上記各絵素を再度被検体画像であるか背景画像であるかを判定し、この判定により被検体画像と判定されなかった部分は総て背景画像とし、この背景画像についてその絵素値を抑制し、上記背景画像の絵素値が抑制された原画像に低周波通過空間フィルタを施し、このフィルタ処理後の画像の各絵素値に応じて補正係数を求め、この求められた補正係数を用いて上記原画像の有するシェーディングを補正するものである。
【００１３】
次に、このように構成されたＭＲＩ装置における画像処理動作の手順について、図５のフローチャートを参照して説明する。まず、図２に示すＭＲ画像１３について、被検体画像１４と背景画像１５とを含むディジタルの原画像の絵素の濃度情報により被検体画像１４を分離抽出する（ステップS1）。この第一段階の判定は、図３において、画像内の最大絵素値１８に対して一定割合で規定されるしきい値１７と比較して、当該絵素の絵素値が上記しきい値１７より大きいか小さいかで被検体画像１４と背景画像１５とを判定し、絵素値がしきい値１７より大きいものを被検体画像１４として分離抽出する。上記しきい値１７としては、最大絵素値１８の５〜10％程度が適当である。すなわち、ＭＲ画像１３のＳ／Ｎが約100なので、背景ノイズはほぼ３％以内に入り、しきい値１７を例えば５％とすれば、被検体画像１４と背景画像１５とを簡便かつ良好に分離できる。そして、このステップS1が、被検体画像と背景画像とを含む原画像の絵素の濃度情報により、上記被検体画像と背景画像とを分離する手段となる。なお、最大絵素値１８を計算する画像は、原画像に低周波通過空間フィルタを作用させ、画像ノイズの影響を除去すると、安定性がさらに向上する。また、原画像について絵素値のヒストグラムを作成し、このヒストグラムの形状から上記のしきい値１７を決定してもよい。
【００１４】
次に、上記のように分離抽出された被検体画像１４の各絵素についてその周囲の絵素が被検体画像１４であるか背景画像１５であるかを調べる（ステップS2）。周囲の絵素は、例えば図４に示すように、注目絵素を符号２０で示すと、その注目絵素２０を取り囲む８個の絵素２１〜２８としたり、または上記注目絵素２０の上下左右の４個の絵素２２，２４，２５，２７などとしたりすればよい。そして、これら周囲の絵素２１〜２８について、いちいち上記のしきい値１７と比較し、該しきい値１７より大きいか小さいかで当該絵素が被検体画像１４に属するか、或いは背景画像１５に属するかを決定する。これを上記分離抽出された被検体画像１４の各絵素について図４に示す注目絵素２０に順次当てはめて行き、そのときの周囲の絵素が被検体画像１４であるか背景画像１５であるかを認識する。
【００１５】
次に、上記のように調べた周囲の絵素２１〜２８のうち被検体画像１４と認識された絵素の割合に応じて、前記抽出された被検体画像１４の各絵素を再度被検体画像１４であるか背景画像１５であるかを判定する（ステップS3）。この第二段階の判定は、例えば周囲の絵素２１〜２８のうち被検体画像１４と認識された絵素の割合が高い場合は、図４に示す注目絵素２０に当てはめた絵素は被検体画像１４として判定し、被検体画像１４と認識された絵素の割合が低い場合は、そのとき注目絵素２０に当てはめた絵素は背景画像１５として判定する。上記の割合は、例えば周囲の絵素の個数が８個の場合は６絵素以上が、４個の場合は３絵素以上が被検体画像１４であれば、注目絵素２０に当てはめた絵素は点在したものではなく、被検体画像１４であるとみなす。他方、この割合が上述のものより低い場合は、注目絵素２０に当てはめた絵素は点在した孤立点であり、背景画像１５中のアーチファクト１６（図３参照）とみなす。
【００１６】
次に、上記のように判定した被検体画像１４と背景画像１５とで異なる処理を施し、処理画像を得る（ステップS4）。この処理の内容として、一つは、背景画像１５についてその絵素値を抑制するものがある（ステップS5）。例えば、背景画像１５の絵素値を１／10に抑制する処理を行う。これにより、図２及び図３に示す背景画像１５中のアーチファクト１６を１／10に低減することができる。そして、このステップ S5 が、上記分離抽出された背景画像において発生したアーチファクトを低減するアーチファクト低減手段となる。他の一つは、被検体画像１４の絵素について画像シェーディングの補正処理を行うものがある（ステップS6）。この画像シェーディングの補正処理は、まず補正前の原画像に低周波通過空間フィルタ処理を施し、次にこのフィルタをかけた画像の各絵素値に応じて補正係数を計算し、その後この補正係数を使って上記フィルタをかけた画像を補正するという手順からなる。上記補正係数は、例えば絵素値の逆数とすればよい。このような処理により、図２に示す被検体画像１４のシェーディングが補正できる。そして、このステップ S6 が、上記被検体画像又はアーチファクトが低減された原画像において発生したシェーディングを補正するシェーディング補正手段となる。さらに他の処理内容としては、上記背景画像１５についてその絵素値を抑制する（ステップS5）と共に、被検体画像１４の絵素について画像シェーディングの補正処理を行う（ステップS6）というように両方の処理を施してもよい。このようにすると、被検体画像１４のシェーディングを補正でき、且つアーチファクト１６も低減することができる。
【００１７】
図６は本発明による画像処理方法の手順を示すフローチャートである。この画像処理方法は、画像シェーディングの補正処理における補正マップを導出するアルゴリズムに、図５に示す画像処理の手順を組み込んだものである。図６において、ステップＡ，Ｂ，Ｃは、図５に示す画像処理の手順のステップS1，S2，S3と全く同様に進む。そして、ステップＤは、図５に示すステップS4の中のステップS5を施すことにより、図２に示す被検体画像１４と背景画像１５とで異なる処理を施して処理画像を得るものである。この結果、図５に示す画像処理の場合と同様に、図２及び図３に示す背景画像１５中のアーチファクト１６を低減することができる。
【００１８】
次に、上記ステップＤで得られた処理画像に対して、次のステップＥ，Ｆ，Ｇにより画像シェーディングの補正処理を行う。すなわち、まず、ステップＤで背景画像１５の絵素値が抑制された処理画像に対し低周波通過空間フィルタを施す（ステップＥ）。次に、このフィルタ処理後の画像の各絵素値に応じて補正係数を求める（ステップＦ）。この補正係数は、例えば各絵素値の逆数であり、補正処理のための補正マップとなるものである。その後、上記求めた補正係数を用いて原画像を補正処理する（ステップＧ）。これは、上記補正係数から成る補正マップを原画像に乗ずる処理である。このような処理により、図２に示す被検体画像１４のシェーディングが補正できる。
【００１９】
図７は他の実施例による画像処理方法の手順を示すフローチャートである。この画像処理方法は、図５に示す画像処理の手順を、被検体画像と背景画像とを含む複数のディジタルの原画像を合成する画像処理に適用したものである。この場合は、上記複数のディジタルの原画像は、被検体の同一診断部位について同一の視野（例えば500mm×500mm）で同一の絵素数（例えば512絵素×512絵素）で同時に撮影した画像であるが、図１において撮影に用いる受診コイル５の感度分布を異ならせることにより、各画像は上記視野のうち互いに異なる一部分のみを表示するものとする。そして、これらを互いに異なる部分の例えば四つの画像とし、それぞれ画像Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3，Ｉ4とする。この第三の発明による画像処理方法は、図７に示すように、上記四つの画像Ｉ1〜Ｉ4についてそれぞれ所要の処理を施し、最後に合成するものである。
【００２０】
図７において、一つの画像Ｉ1について画像処理を行うステップＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、図６に示す画像処理の手順のステップＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅと全く同様に進む。これにより、上記画像Ｉ1について背景画像中のアーチファクトを低減することができ、このアーチファクト抑制画像に低周波通過空間フィルタを施すところまで処理を実行する。同様にして、その他の画像Ｉ2〜Ｉ4についても、ステップＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのように同一の処理を並行して進める。その後、上記各画像Ｉ1〜Ｉ4についてステップＥのフィルタ処理後の画像で決定される重み関数を用いて、上記複数の原画像（Ｉ1〜Ｉ4）を合成する（ステップＨ）。このとき、上記重み関数は、それぞれステップＥで低周波通過空間フィルタを施した画像の対応する絵素値の比に応じて決定する。すなわち、ステップＡにおいて処理を施すべき各画像Ｉ1〜Ｉ4の絵素値をＳi(ｘ,ｙ)とし（ｉ＝１〜４）、ステップＥで低周波通過空間フィルタを施した各画像の絵素値をＷi(ｘ,ｙ)としたとき（ｉ＝１〜４）、ステップＨの合成画像は、次の数１で与えられる。
【数１】
【００２１】
なお、以上の説明において、図２に示す被検体画像１４の部分は画像診断上で意味のある高Ｓ／Ｎの領域とも解釈でき、例えば局所的な受診コイル５（図１参照）を用いたＭＲ画像１３では、上記受診コイル５から離れたところでは、該受診コイル５に対する感度が低いため、実質的には背景画像１５とみなせるものである。また、以上の説明では、２次元の画像についてのみ述べたが、原画像が３次元画像である場合も本発明は同様に適用できる。この場合は、図４に示す注目絵素２０の周囲の絵素は、その注目絵素２０を取り囲むものを３次元的に考えて（９＋８＋９）の26絵素としたり、または上記注目絵素２０の上下左右に位置するものを３次元的に考えて（１＋４＋１）の６絵素などとしたりすればよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る画像処理方法によれば、被検体画像と背景画像とを含む原画像の絵素の濃度情報により被検体画像と背景画像とを分離し、この分離して抽出された被検体画像の各絵素についてその周囲の絵素が被検体画像であるか背景画像であるかを調べ、この調べた周囲の絵素のうち被検体画像と認識された絵素の割合に応じて上記各絵素を再度被検体画像であるか背景画像であるかを判定し、この判定により被検体画像と判定されなかった部分は総て背景画像とし、この背景画像についてその絵素値を抑制し、上記背景画像の絵素値が抑制された原画像に低周波通過空間フィルタを施し、このフィルタ処理後の画像の各絵素値に応じて補正係数を求め、この求められた補正係数を用いて上記原画像の有するシェーディングを補正することができる。したがって、被検体画像が観察し易くなり、診断がスムーズにでき、診断効率を向上することができる。
【００２３】
また、請求項２に係る磁気共鳴イメージング装置によれば、原画像のシェーディング補正手段により、原画像の絵素の濃度情報により被検体画像と背景画像とを分離して抽出された被検体画像の各絵素について、その周囲の絵素が被検体画像であるか背景画像であるかを調べ、この調べた周囲の絵素のうち被検体画像と認識された絵素の割合に応じて上記各絵素を再度被検体画像であるか背景画像であるかを判定し、この判定により被検体画像と判定されなかった部分は総て背景画像とし、この背景画像についてその絵素値を抑制し、上記背景画像の絵素値が抑制された原画像に低周波通過空間フィルタを施し、このフィルタ処理後の画像の各絵素値に応じて補正係数を求め、この求められた補正係数を用いて上記原画像の有するシェーディングを補正することができる。したがって、被検体画像が観察し易くなり、診断がスムーズにでき、診断効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像処理方法が適用されるＭＲＩ装置の実施例を示すブロック図である。
【図２】上記ＭＲＩ装置の表示部に表示されるＭＲ画像の一例を示す説明図である。
【図３】図２に示す断面位置Ａ−Ａ′線上の絵素値のプロファイルを示す説明図である。
【図４】本発明の画像処理において分離抽出された被検体画像の各絵素についてその周囲の絵素が被検体画像か背景画像かを調べる手順を説明する図である。
【図５】本発明によるＭＲＩ装置における画像処理動作の手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明による画像処理方法の手順を示すフローチャートである。
【図７】他の実施例による画像処理方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１３…ＭＲ画像
１４…被検体画像
１５…背景画像
１６…アーチファクト
１７…しきい値
１８…最大絵素値
Claims (2)
- 被検体画像と背景画像とを含む原画像の絵素の濃度情報により被検体画像と背景画像とを分離するステップと、
上記分離して抽出された被検体画像の各絵素について、その周囲の絵素が被検体画像であるか背景画像であるかを調べ、この調べた周囲の絵素のうち被検体画像と認識された絵素の割合に応じて上記各絵素を再度被検体画像であるか背景画像であるかを判定するステップと、
上記判定により被検体画像と判定されなかった部分は総て背景画像とし、この背景画像についてその絵素値を抑制するステップと、
上記背景画像の絵素値が抑制された原画像に低周波通過空間フィルタを施し、このフィルタ処理後の画像の各絵素値に応じて補正係数を求めるステップと、
上記求められた補正係数を用いて上記原画像の有するシェーディングを補正するステップと、
を行うことを特徴とする画像処理方法。 - 被検体画像と背景画像とを含む原画像の絵素の濃度情報により被検体画像と背景画像とを分離する手段と、上記原画像のシェーディングを補正する手段と、を備えた磁気共鳴イメージング装置において、
上記原画像のシェーディング補正手段は、上記分離して抽出された被検体画像の各絵素について、その周囲の絵素が被検体画像であるか背景画像であるかを調べ、この調べた周囲の絵素のうち被検体画像と認識された絵素の割合に応じて上記各絵素を再度被検体画像であるか背景画像であるかを判定し、この判定により被検体画像と判定されなかった部分は総て背景画像とし、この背景画像についてその絵素値を抑制し、上記背景画像の絵素値が抑制された原画像に低周波通過空間フィルタを施し、このフィルタ処理後の画像の各絵素値に応じて補正係数を求め、この求められた補正係数を用いて上記原画像の有するシェーディングを補正することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
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