磁共振成像装置以及摄像位置决定方法

技术领域

本发明涉及测定来自被检体中的氢、磷等的核磁共振(以下称作“NMR”)信号并将核的密度分布、缓和时间分布等进行图像化的磁共振成像(MRI)装置，特别涉及决定拍摄被检体的位置的技术。

背景技术

在利用了MRI装置的检查中，通常按每个检查部位拍摄解剖学上决定的截面，但被检者的体型、体位在每次检查中不同。为此，即使是执行同样的摄像序列的情况、进行解析处理的情况，每次检查都需要调整被检者的摄像位置。

此外，由于被检者存在个人差异，因此，上述操作有可能由于操作者的技能等而产生偏差。特别是，腹部是被检者的个人差异大的部位，在屏息摄像的情况下，会产生呼吸相位所引起的脏器的位置的变动，因此，被检者的摄像位置设定的难易度高。此外，虽然出于被检者的负担减少的观点而有减少屏息摄像的倾向，但在该情况下，由于还有呼吸所引起的脏器位置的变动，因此，连呼吸都考虑到的被检者的摄像位置设定的难度进一步提高，基于操作者的偏差也变大。

在MRI检查中，除了上述的摄像位置的设定以外，还需要符合检查目的的摄像参数的调整。因此，在摄像位置的设定不合适从而产生设定位置的不良、范围的不足、与此相伴的伪影的情况下，要进行再摄像，给用户的负担增大。

作为减轻摄像位置的设定中的用户负担的技术，例如在专利文献1中，公开了如下技术：以肝脏为对象，根据边缘增强图像来追踪脏器的边缘，自动检测并设定摄像位置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP专利第5660807号说明书

但上述的专利文献1记载的技术止于根据所摄像的图像来自动运算脏器位置，并未考虑到被检者的呼吸所引起的脏器位置的变动。因此，在专利文献1的技术中，有可能在为了检测摄像位置而用的图像和实际的屏息摄像位置产生偏离，不能避免这样的被检者的脏器位置的变动所引起的摄像失败。此外，为了抑制摄像中的呼吸活动而需要进行屏息摄像，被检者的负担大。

发明内容

本发明课题在于，提供考虑了被检者的呼吸活动的摄像位置的自动设定技术，由此能减轻用户的负担，且对脏器位置的变动能进行鲁棒性(robust)的摄像。

为了解决上述课题，根据给定的定位扫描来自动设定考虑了呼吸活动的切片位置。

即，本发明的MRI装置具备：基于核磁共振来取得被检体的图像的摄像部；和算出所述被检体的摄像范围并决定摄像位置的摄像位置决定部。摄像位置决定部使用摄像部执行定位扫描而取得的图像，来算出包括包含给定的组织的最小摄像范围和包含该组织在周期活动的周期内位移的范围的最大摄像范围在内的多个摄像范围，对应于摄像条件来将多个摄像范围的任一者决定为正式扫描的摄像位置。

此外，本发明的摄像位置决定方法中，使用延续被检体的周期活动的至少1周期取得的定位图像，来对应于摄像条件决定正式摄像的摄像位置。这时，从定位图像提取给定的组织，算出包括包含该组织的最小摄像范围和包含该组织在周期活动的周期内位移的范围的最大摄像范围在内的多个摄像范围，对应于摄像条件来将多个摄像范围的任一者决定为摄像位置。

在周期活动是呼吸活动的情况下，摄像条件包含用户的呼吸方法的指定，基于所指定的呼吸方法来选择摄像范围，自动设定摄像位置(切片位置)。

发明的效果

根据本发明，由于基于被检者的体型、脏器的位置、范围以及周期活动的相位(呼吸相位)来自动地设定摄像位置(切片位置)，因此，能减轻用户的手动操作的负担，减少操作者的技能差异导致的偏差，进而防止摄像失败，减少被检者的负担。

此外，用户通过选择摄像时的呼吸方法作为摄像条件，能相对于所选择的呼吸法自动设定最佳的位置以及范围。

附图说明

图1是表示运用本发明的MRI装置的整体概要的图。

图2是表示本发明的MRI装置的检查的流程的图。

图3是实施方式1的摄像位置决定部的功能框图。

图4是表示实施方式1的摄像位置决定的处理的流程。

图5是表示用于指定呼吸方法的GUI的一例的图。

图6是表示图4的处理的细节的流程。

图7是说明位置检测手法的一例的图。

图8是表示图4的处理S43的细节的流程。

图9是说明呼吸相位的推定的图。

图10是说明多个摄像范围的决定的图。

图11是实施方式2的计算机的功能框图。

图12是表示实施方式2的摄像位置决定后的参数调整的流程。

图13是提示用于参数调整的选项的GUI的一例的图。

图14是表示有选项的用户选择时的处理的流程。

附图标记的说明

100：摄像部、200：计算机、210：测量控制部、220：运算部(图像生成部)、230：摄像位置决定部、231：预处理部、233：组织提取部、235：摄像范围算出部、237：呼吸相位算出部、239：导航位置决定部、240：参数调整部、300：UI部、301：显示装置、302：输入装置。

具体实施方式

以下说明本发明的实施方式。另外，在用于说明本发明的实施方式的全部图中，对具有相同功能的要素标注相同附图标记，省略其重复的说明。

本实施方式的MRI装置具备：摄像部，其基于核磁共振来取得被检体的图像；摄像位置决定部，其算出被检体的摄像范围，决定摄像位置；和测量控制部，其控制摄像部，执行包含所述被检体的周期活动的一周期以上的动态图像的取得的定位扫描。

在图1示出运用本实施方式的典型的MRI装置的结构。如图示那样，MRI装置具备：摄像部100；和进行摄像部100的控制、摄像所需的种种运算等的计算机200，其中，该摄像部100具备：磁铁102，其使配置被检体101的空间(检查空间)产生静磁场；倾斜磁场线圈103，其使检查空间产生倾斜磁场；RF线圈104，其使被检体101的给定的区域产生高频磁场；和RF探头105，其检测被检体101所产生的MR信号。计算机200具备如下等的功能：测量控制部210，其控制摄像部100；运算部220，其进行图像创建等的运算；以及摄像位置决定部230，其进行与摄像位置决定相关的种种运算。此外，在计算机200连接有UI部300，其具备用于进行与用户的对接的显示装置301、输入装置302。MRI装置还具备：床112，其用于在检查空间配置被检体。

倾斜磁场线圈103由X、Y、Z这3方向的倾斜磁场线圈构成，对应于来自倾斜磁场电源109的信号来分别产生倾斜磁场。RF线圈104对应于RF发送部110的信号而产生高频磁场。RF探头105的信号在信号检测部106被检测到，在信号处理部107中被信号处理，此外，通过计算而被变换成图像信号。

倾斜磁场电源109、RF发送部110、信号检测部106按照被称作脉冲序列的时序图来进行摄像。在摄像中，通过施加高频磁场来使构成被检体的组织的原子的原子核产生核磁共振现象，检测作为其响应从被检体发出的核磁共振信号(回波信号)。这时，通过适宜组合地施加各方向的倾斜磁场，来对回波信号给出不同的相位编码，信号检测部106收集在各个相位编码中得到的回波信号。相位编码的数量通常每1张图像选择128、256、512等的值。各回波信号通常能作为包含128、256、512、1024个采样数据的时间序列信号而得到。计算机200对这些数据进行二维傅立叶变换来创建1个MR图像，显示于显示装置301。

计算机200具备存储器以及CPU、GPU，测量控制部210、运算部(图像生成/图像处理)220、摄像位置决定部230的各功能通过CPU等上传实现这些功能的程序来执行。但还包含将计算机200中实现的功能的一部分在ASIC、FPGA等可编程IC中实现的情况，在本发明中，这些也作为计算机200的一部分来处置。

接下来，说明包含上述结构的MRI装置中的摄像位置的设定的检查的流程。在图2示出测量控制部210的控制的流程图。首先，登记检查信息(S21)，对定位图像进行摄像(S22)。检查信息包含与被检体相关的信息、检查部位(对象疾患)、检查协议(摄像种类、顺序等)，有经由用户界面由用户输入的情况和将预先存放于记录介质等的信息读入的情况。定位图像是以用于决定摄像位置的被检体的大范围为对象的较低分辨率图像。定位图像包含：2D图像；和延续被检体的周期活动的至少一周期取得的动态图像。在此，将2D图像与动态图像相区别而称作2D定位图像。

摄像位置决定部230使用定位图像来进行摄像范围的自动算出(S23)，在定位图像上实施定位(摄像范围调整)(S24)。关于摄像范围的自动算出和其调整，在后述的实施方式中详述。伴随摄像范围调整，根据需要手动或在系统内进行参数调整(S25)，执行检查用的主扫描(S26)。参数调整(S25)主要是决定脉冲序列的摄像参数，即切片厚度、切片数、矩阵尺寸、重复时间TR等，伴随对摄像范围进行了调整而在需要调整的情况下执行。

本实施方式的MRI装置的特征在于，摄像位置决定部230使用摄像部100所取得的定位图像，来生成包括包含给定的组织的最小摄像范围、包含该组织在周期活动的周期内位移的范围的最大摄像范围在内的多个摄像范围，根据摄像条件来将多个摄像范围的任一者决定为正式摄像的摄像位置。

以下说明摄像位置决定部230的处理的具体的实施方式。

<实施方式1>

在本实施方式中，以在产生呼吸活动(呼吸所引起的活动)的部位设定摄像位置的情况为例，来说明摄像位置设定部230的处理。产生呼吸活动的部位主要是腹部，在此，以摄像部位是腹部的情况为例来进行说明。

本实施方式为了在产生呼吸活动的部位设定与摄像条件相应的合适的摄像位置而分别使用2D定位图像以及动态图像。从这些图像进行摄像对象的位置以及位置的变动的推定，使用这些推定结果来算出多个摄像范围。进而，根据所算出的摄像范围，来决定用户所期望的、与呼吸活动所关联的摄像手法相应的摄像范围或导航回波取得位置等。

为了实现该功能，本实施方式的摄像位置决定部230包含：组织提取部，其使用定位扫描中取得的图像，来提取作为摄像对象的脏器；相位算出部，其使用动态图像来算出被检体的周期活动的相位；和摄像范围算出部，其使用组织提取部所提取的脏器位置以及相位算出部所算出的周期活动的相位，来算出包括最小摄像范围以及最大摄像范围在内的多个摄像范围，对应于摄像条件来将多个摄像范围的任一者决定为正式扫描的摄像位置。

在图3示出摄像位置决定部230的功能框图的一例。如图示那样，摄像位置决定部230具备：预处理部231，其对图像进行滤波处理等；组织提取部233，其从预处理后的图像提取所期望的摄像部位；摄像范围算出部235，其根据所提取的摄像部位算出摄像范围；呼吸相位算出部237，其基于从动态图像提取的每个时相的摄像部位来算出呼吸相位；以及导航位置决定部239。

接下来，参考图4的流程来说明摄像位置决定部230的处理的流程。另外，根据需要而参考图2的流程。

首先，在检查信息的登记(图2：S21)时，经由UI部300接受被检体的呼吸方法的指定20，作为摄像条件之一(S41)(图2：S27)。所谓呼吸方法，是设为屏息或设为自然呼吸的任一者，考虑被检体的状态、摄像手法等，由用户来决定。通过被检体的呼吸方法的指定来决定与呼吸方法相应的摄像方法。在图5示出接受在显示装置301显示的被检者的呼吸方法的指定的画面的一例。在图示的示例中，在屏息摄像、呼吸同步摄像(自然呼吸)的选择、进而屏息摄像的情况下，接受选择是吸气时的屏息还是呼气时的屏息的选择。

将摄像部100所取得的定位图像、高速地连续摄像的动态图像、检查信息和用户指定的呼吸方法一起输入，摄像位置决定部230能使用这些，配合用户所指定的呼吸方法，使得系统自动算出没有过与不足地包含摄像对象部位的摄像范围(S42～S44)。

自动算出处理大致划分而包含：针对2D定位图像的处理(S42)、针对动态图像的处理(S43)、摄像范围算出处理(S44)、摄像位置决定处理(S45)。以下说明各处理的详细内容。

<定位图像的处理S42>

腹部摄像中的2D定位图像是包含沿着被检体的体轴方向取得的COR截面在内的低分辨率的二维图像。根据需要有时包含AX截面以及SAG截面。

预处理部231首先如图6所示那样，为了对所取得的2D定位图像除去噪声而执行滤波处理(S421)，进而，为了解剖的对比度的增强而执行边缘增强处理(S422)。

接下来，组织提取部233使用边缘增强定位图像来提取摄像对象部位。为此，首先，将边缘增强定位图像使用判别分析法等进行2值化，创建将被检体的存在区域表征为1、将非存在区域表征为0的掩模(mask)(S423)。根据该掩模来推定被检者的存在范围。例如在摄像对象为腹部的情况下，在定位图像中，有可能将腹部和上肢同时摄像，分别推定腹部和上臂的位置。若推定了腹部的位置，就使用腹部的掩模图像来推定正中(S424)。腹部和上臂例如能根据有多个的像素值1的区域的各面积、位置关系(距图像的中央的距离等)来自动判别，能使用公知的自动判别算法。此外，关于正中的推定，例如能够建立使原图像和其翻转图像重合并将原图像的重心与翻转图像的重心的垂直二等分线设为图像的正中线的手法等一般的算法，并使用这样的算法。

接下来，关于使用掩模来提取的腹部的图像(称作掩模图像)，对在正中划分的右半身和左半身各自的图像创建头尾方向的一维投影像，来推定肺野与横膈膜的边界位置(S426)。使用图7来详述该处理S426。在掩模图像生成步骤S423，设为得到图7所示那样的腹部的掩模701。通过将该掩模701和定位图像相乘来得到腹部的掩模图像(未图示)。将该腹部的掩模图像向与体轴正交的方向投影，得到头尾方向的一维投影像702。如图示那样，被检体部分的图像在肺野与横膈膜之间有信号值的大幅的变化。为此，对投影像的被检体部分求取倾斜度703，将得到最大峰值的位置推定为肺野与横膈膜的边界位置(x，y)。通过以所推定的像素为起点按每个像素搜索掩模图像与背景的边界，来检测肺野与横膈膜的边界线。

接着，以横膈膜的边界位置(x，y)为起点来提取摄像部位(例如肝脏)的位置(S427)。脏器位置提取能使用主动形状模型(Active Shape Model)、区域增长(RegionGrowing)法等公知的图像处理手法。

以上完成了对二维的定位图像的处理(S42)。

<动态图像的处理S43>

动态图像是摄像部100延续被检体的呼吸活动的至少一周期进行摄像而取得的图像，由多个帧图像构成。

在图8示出本步骤S43的详细。如图示那样，在本步骤中，在对动态图像也进行预处理部231的处理(噪声除去以及边缘增强)后，与2D定位图像的处理(S423～S426)同样第，在进行过边缘增强处理的动态图像的最初的帧图像中，算出横膈膜的边界位置(x，y)(S431)。

接着，呼吸相位算出部237进行如下的处理。即，对具有边界位置(x，y)的特征量的像素，使用光流(Optical Flow)等来算出每帧的移动量(S432)。该移动量相当于呼吸所引起的横膈膜的移动量。通过对呼吸1周期以上的帧图像执行该处理，如图9所示那样，得到移动量的变动900。图9表示对包含横膈膜的位置的头尾方向的多个像素(图示的示例中是1×7像素)根据每帧的边界位置(亮度从白变化为黑的边界的位置)的变动来推定呼吸周期的示例。根据这样的移动量的变动来推定被检者的自由呼吸中的呼吸相位(S433)。

导航位置决定部239将步骤S432中算出的横膈膜的边界位置(x，y)设为导航回波的施加位置(S434)。在作为摄像条件而指定的呼吸方法(图2：20)是呼吸同步摄像的情况，将该信息40交给摄像部100，摄像部100例如进行从横穿横膈膜的边界位置的区域取得导航回波的摄像。在作为呼吸方法而未选择屏息摄像的情况下，也可以省略该步骤S434。

<摄像范围算出S44>

在该处理中，根据上述的步骤S427中提取的脏器位置来算出摄像范围。算出包含掩模的上下左右端的最小的矩形范围作为被检者的存在范围，来算出FOV、矩形FOV、抗锯齿尺寸(anti aliasing size)。参考图10来说明该处理。

图10是脏器位置提取的结果的示例。首先，使用所提取的肝脏位置图像901来算出肝脏的上端(x_lt，y_lt)、下端(x_|b，y_lb)、左端(x_ll，y_ll)、右端(x_lr，y_lr)。算出与这4点外接的矩形范围、即将(x_ll，y_lt)、(x_lr，y_lt)、(x_ll，y_lb)、(x_lr，y_lb)连起来的矩形范围，作为最小摄像范围。

根据动态图像的处理(S43)中得到的呼吸相位，来对吸气的相位以及呼气的相位各自的帧图像也进行肝脏位置提取，对吸气以及呼气分别求取矩形范围902-1、902-2，算出将呼气的矩形范围的上边(x_ll，y_lt)、(x_lr，y_lt)和吸气的矩形范围的下边(x_ll，y_lb)、(x_lr，y_lb)连起来的范围，作为最大摄像范围903。另外，也可以取代根据这些相位的帧图像求取吸气以及呼气的矩形范围，而是使用步骤S432中得到的每帧的横膈膜的移动量来求取吸气以及呼气的矩形范围。在该情况下，根据移动量的变动来确定进行了脏器位置提取的定位图像的呼吸相位，将其与吸气以及呼气时的移动量的差加进从肝脏位置图像901求得的矩形范围。

通过该处理，算出屏息时的最小摄像范围902-1、902-2、和自由呼吸时的摄像范围903的合计3个摄像范围。如此地，能对应于是屏息还是自由呼吸来设定最佳的摄像范围。

<摄像位置决定S45>

最后，摄像位置决定部230对应于检查信息和所输入的呼吸方法来算出摄像位置。摄像位置包含切片位置以及角度。

具体地，在S41中，在选择呼气中的屏息的摄像的情况下，将摄像范围设为最小摄像范围920，算出切片位置，以使得摄像范围的上端成为呼气相位的位置。同样地，在选择吸气中的屏息摄像的情况下，将摄像范围设为最小摄像范围920，算出切片位置，以使得摄像范围的上端成为吸气相位的位置。

此外，在S41，在选择了呼吸同步(自由呼吸)中的摄像的情况下，将摄像范围设为最大摄像范围930，算出切片位置，以使得摄像范围的上端成为呼气相位的位置。

摄像位置决定部230将决定上述处理S45中算出的摄像位置的参数以及数值(切片位置、摄像范围、FOV或RFOV、抗锯齿尺寸(anti-aliasing size)等)50输出到测量控制部210或显示装置301。摄像位置决定部230配合符合用户指定的呼吸方法的摄像范围来自动设定切片线的位置、角度(S45)。此外，在指定了呼吸引导的扫描任务的情况下，自动设定导航回波施加位置。

以上，如说明的那样，本实施方式的MRI装置使用定位图像和动态图像来检测呼吸活动所引起的脏器位置的变动(呼吸相位)，使用其结果来算出最小摄像范围和最大摄像范围，配合呼吸方法来自动设定摄像范围。由此，屏息摄像、自由呼吸时摄像的哪一者都能应对，此外，关于任意的呼吸相位下的屏息摄像，能进行合适的摄像范围的摄像。由此，能减轻与摄像位置设定相伴的用户的负担，此外能防止摄像失败，能谋求被检体以及用户的负担减轻。

<实施方式2>

在实施方式1中，通过使用定位图像自动设定摄像范围，能进行与被检者的体型相应的摄像范围的设定，但若对应于被检者的体型变更摄像范围(FOV、切片数、平板(Slab)厚度等)，则有时产生变更关联的参数的值的必要性。若改变关联的参数的值，则有时会无意地改变所设定的所期望的摄像条件。例如，产生摄像时间的延长，或者空间分辨率降低等。

在本实施方式中，特征在于，追加如下功能：在与摄像范围的自动设定相伴而变得需要调整摄像参数的情况下，决定是否需要调整摄像参数，自动地进行参数调整，以使得成为用户所期望的摄像条件。

在图11中示出追加了上述功能的计算机200的功能框图。在图11中，摄像位置决定部230与图3所示的结构相同。如图示那样，在本实施方式中，在计算机200中追加参数调整部240。以下以与实施方式1不同的点为中心，参考图12来说明本实施方式的摄像位置决定部230以及参数调整部240的处理。

在本实施方式中，对定位图像进行摄像(S61)，在定位图像上算出摄像范围，根据需要进行调整，来决定摄像位置(S62)，这些也与实施方式1同样。将通过所决定的摄像范围决定的摄像参数反映到实际对检查图像进行摄像的任务的参数中(S63)。

在该时间点，与摄像范围关联的参数60成为用户手动设定的值、或系统自动算出的值。

在此，用户若选择设定为摄像参数的任务(S64)，参数调整部240就执行参数的匹配性检查(S65)。在该处理S65(匹配性检查)中，确认通过摄像范围所涉及的参数60从默认值改变而有无需要联动地变更的参数，在需要变更的情况下，执行所设定的值的算出处理。参数60当中的需要联动地进行变更的参数有无的检查使用参考表格等在系统中设定的信息来实施。例如，在参数60的FOV是比默认值大的值的情况下(S66)，由于不会因增大FOV而不再能摄像，即，由于没有需要变更的参数，因此，仅变更成参数60的值(S67)。另一方面，在FOV是比默认值小的值的情况下，参数60的值保持默认值不变。

此外，在算出的参数60当中的切片数是比默认值大的值的情况下(S68)，由于摄像切片数增加，摄像虽然能进行，但摄像时间延长。在该情况下，不是原样不变地开始摄像，需要对应于使摄像时间优先或者能容许摄像时间的延长等会是用户所期望的情形，来判断是否需要变更其他参数。

在这样的情况下，按与各情形对应的每个模式来算出能变更的参数和设定值，并显示于显示装置301的操作画面上(S611～S613)。这时，对用户提示关于选择哪种情形(模式)成为判断基准的选项(建议(Suggestion))(S611)。在图13示出建议的显示例。在该示例中，提示如下那样的4个选项：(1)即使任务的总时间延长，也能不降低所设定的分辨率地将所需的区域拍完；(2)不延长时间，即使成为低分辨率也覆盖所需的区域；(3)在参数检查中不成为NG的范围内反映切片数增加；(4)设为原始(默认)的参数。通过显示这样的建议，能进行遵循用户的优先度的参数的调整。另外，也可以和(1)～(4)的建议一起显示过去以来进行的建议项目(例如变更TR)等，能追加地选择这些项目。

若用户从显示于显示装置301的选项(建议)选择了所期望的情形(S612)，就将参数的值变更为针对所选择的情形算出的参数的值(S613)，执行摄像(S69)。在图14示出参数调整部240遵循上述的4个选项而自动算出的处理的流程。

显示建议(S71)，在用户选择了情形(1)的情况下(S72)，执行将摄像分割成多次的参数调整(S77)。在选择了情形(2)的情况下(S73)，对应于是2D摄像还是3D摄像(S75)，若是2D，则增加切片厚度，自动计算切片间隔(S78)，若是3D，则增加平板(Slab)厚度(S79)。在选择了情形(3)的情况下(S74)，在2D摄像/3D摄像(S76)中都增加切片数(2D)/切片编码数(3D)(S710)。在选择了情形(4)的情况下(S74)，什么都不变更，保持原始的状态(S711)。这时，摄像范围也回到调整前的值。

根据本实施方式，除了与实施方式1同样的效果以外，还能得到能与摄像范围变更联动地自动计算参数，能减少用户的花费时间这样的效果。此外，参数设定的操作者依赖性降低，减少了会带来检查不成立的设定失误。进而，由于以用户易于理解的表现将多个选项和自动计算结果一起进行提示，因此，通过选择用户所期望的变更内容，能进行与其相应的参数设定。