(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体と背景を有する２次元または、３次元の濃淡画像である原画像のシェーディングを補正する画像補正処理方法において、
前記原画像を被写体領域と背景領域とに領域分割する手段（101）と、
前記被写体と前記背景の境界を抽出する手段（102）と、
前記原画像から前記境界の近傍の絵素を等方的に抽出する手段（103）と、
前記抽出された絵素のうち、背景領域の絵素の絵素値を、被写体領域の絵素の絵素値から算出される値で置換し第２の画像を形成する手段（104）と、
前記第２の画像に、低周波通過フィルタを作用させる手段（105）と、
前記低周波通過フィルタ作用後の第３の画像を使って前記原画像の輝度を補正する手段（106）とを含む画像補正処理方法。
【請求項２】
静磁場、傾斜磁場、高周波磁場の各磁場を発生する磁場発生手段と、被検体を構成する組織の原子核スピンに核磁気共鳴を生じさせる高周波磁場を照射するために前記磁場発生手段を制御するシーケンサと、前記被検体から生じた核磁気共鳴信号を検出する手段と、前記核磁気共鳴信号を信号処理して画像を再構成する画像処理手段と、画像を表示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、前記画像処理手段は、前記原画像を被写体領域と背景領域とに領域分割する手段（101）と、前記被写体と前記背景の境界を抽出する手段（102）と、前記原画像から前記境界の近傍の絵素を等方的に抽出する手段（103）と、
前記抽出された絵素のうち、背景領域の絵素の絵素値を、被写体領域の絵素の絵素値から算出される値で置換して第２の画像を形成する手段（104）と、前記第２の画像に、低周波通過フィルタを作用させる手段（105）と、前記低周波通過フィルタ作用後の第３の画像を使って前記原画像の輝度を補正する手段（106）とを含むシェーディング補正手段を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する利用分野】
本発明は、濃淡画像のシェーディングを補正する方法に関し、特に被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴（以下、「NMR」という）信号を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を映像化する核磁気共鳴撮影（ＭＲＩ）方法等により得られた人体断面像等に適用される画像補正処理方法及びこのような画像補正処理手段を備えたＭＲＩ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＩでは、主として、被検体の主たる構成物質であるプロトンを撮影対象として、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、腹部、四肢等の形態または、機能を２次元もしくは３次元的に撮影する。
【０００３】
このＭＲＩ画像は、臨床で広く活用されているが、装置に起因するシェーディングが強く出る場合がある。特に、局所ＲＦ受信コイルを使った場合、受信コイルの感度分布に起因するシェーディングが顕著で、診断がしにくい等の問題が生じる場合があった。例えば、図９に示すファントムの原画像のプロファイルは、本来フラットなるべきところ凹となっており、受信コイルの感度分布を反映している。これを回避する手段として、シェーディング補正が提案されている。一例として、画像の低周波成分を抽出し、これを装置起因のシェーディングとみなし、原画像を補正する方法が提案されている（アクセル他、「表面コイルＭＲイメージングにおける強度補正」アメリカン・ジャーナル・オブ・レントゲノロジー、148巻418〜420頁、1987年）。
【０００４】
上記方法は簡便であるが、原画像の低周波成分を抽出したものは、被写体と背景との境界近傍において実際のシェーディングとずれが生じ、これで原画像を補正した場合、被写体の周辺が過補正になり、図９に示すように補正後の画像で、被写体の周辺部が高輝度になる欠点があった。
【０００５】
これを解決する方法として、被写体と背景の境界から外側の領域を最も高い絵素値で置換した２次画像を求め、この画像の低周波成分を抽出し、これによりシェーディング補正する方法が提案されている（ウォルド他、「ヒト脳の高解像度ＭＲイメージングのための、フェイズドアレイ検出器及び自動強度補正アルゴリズム」マグネティック・レゾナンス・イン・メディスン、34巻433〜439頁、1995年）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この方法では頭部横断像で効果が示されているものの、被写体と背景の境界が入組んでいるような複雑な形状の被写体には適用できず、その適用は頭部のような単純な形状の被写体（円形）に適用が止まっている。一方、ＭＲＩではあらゆる部位をあらゆる角度から撮影するため、補正アルゴリズムは、任意画像に対する適用が求められるが、これを可能にするアルゴリズムはなかった。
【０００７】
そこで本発明は、任意の画像に適用できるシェーディング補正アルゴリズムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、被写体と背景を有する２次元または、３次元の濃淡画像である原画像のシェーディングを補正する画像補正処理方法において、
前記原画像を被写体領域と背景領域とに領域分割する手段（101）と、
前記被写体と前記背景の境界を抽出する手段（102）と、
前記原画像から前記境界の近傍の絵素を等方的に抽出する手段（103）と、
前記抽出された絵素のうち、背景領域の絵素の絵素値を、被写体領域の絵素の絵素値から算出される値で置換し第２の画像を形成する手段（104）と、
前記第２の画像に、低周波通過フィルタを作用させる手段（105）と、
前記低周波通過フィルタ作用後の第３の画像を使って前記原画像の輝度を補正する手段（106）とを含む画像補正処理方法によって解決される。
【０００９】
境界近傍の背景を等方的に抽出することにより、あらゆる角度の画像に適用できる。ここで等方的に抽出するとは、２次元画像であれば、境界点を中心に固有の大きさの正方領域或いは円形領域以内の絵素を抽出する。また３次元画像であれば、境界点を中心に固有の大きさの立方領域或いは球形領域以内の絵素を抽出する。
【００１０】
また背景の絵素の絵素値を、被写体の信号値で置換する手段は、被写体の信号値を被写体である絵素の絵素値を元に計算して求め、この信号値を背景の絵素の絵素値とする。この場合、被写体の信号値としては、被写体全体の絵素値を元に求めておいてもよいが、等方的に抽出した絵素のうち被写体である絵素の絵素値を元に平均値或いはメディアン値等を計算することにより求めることができる。
【００１１】
このように境界近傍の背景の絵素を被写体の信号値で置換した第２の画像に低周波通過フィルタを作用させた画像は、境界近傍において実際のシェーディングとほぼ一致したものとなり、且つこのような処理が等方的になされているので、原画像がどの方向にシェーディングを持っていても、この画像を用いて原画像を補正することにより、過補正の防止された理想的な補正を行うことができる。
【００１２】
また本発明のＭＲＩ装置は、静磁場、傾斜磁場、高周波磁場の各磁場を発生する磁場発生手段と、被検体を構成する組織の原子核スピンに核磁気共鳴を生じさせる高周波磁場を照射するために磁気発生手段を制御するシーケンサと、被検体から生じた核磁気共鳴信号を検出する手段と、核磁気共鳴信号を信号処理して画像再構成する画像処理手段と、画像を表示する手段とを備え、画像処理手段は、上記画像補正処理方法を実行するシェーディング補正手段を備えている。
【００１３】
本発明のＭＲＩ装置は、このようなシェーディング補正手段を備えていることにより、検出する手段の感度分布に起因するＭＲ画像のシェーディングを過補正なく補正することができ、診断に有効な画像を提供できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の画像補正処理方法の実施例を図１に示すフロー図を参照して以下説明する。図２（ａ）は、ＭＲＩ画像（原画像）200を模式的に示した図で、被写体201部分は高輝度で背景部分202は低輝度の濃淡画像となっている。
【００１５】
本発明の画像補正処理方法では、まずこのような濃淡画像200の高輝度領域を被写体として抽出し、低輝度領域を背景として抽出して領域分割する（手段101）。この領域分割は、例えば絵素値の最大値の５０％を閾値として、画像を２値化し、ゼロを背景、1を被写体とする。このように得られた２値化画像を図２（ｂ）に示す。尚、領域分割する際の閾値は、最大値の５０％に限るものではなく、閾値を決める手法として、モード法、百分率濃度分離法と公知の手法を採用することができる。
【００１６】
次に２値化画像300を元に被写体201と背景202の境界を抽出する（手段102）。境界401を抽出する手段102としては、２値化画像300に微分フィルタを作用させることができ、好適にはラプラスフィルタを用いる。これにより図３に示すような境界401の絵素値が１で他（背景402）の絵素値はゼロである画像（境界画像）400が得られる。この場合、必要に応じて公知の細線化処理を行ってもよい。
【００１７】
次いで原画像200の境界近傍の絵素を等方的に抽出する（手段103）。このために、まず図４（ａ）に示すように手段102で得られた境界画像400を順次走査し、絵素値が１である番地（即ち、境界の番地）では、その周囲の特定の範囲にある絵素の番地を抽出する。ここで抽出される特定の範囲としては、例えば５×５或いは７×７の正方領域とすることができる。図５（ａ）に５×５の抽出された領域400aを示す。ここでは境界301（斜線）である番地［３．３］の周囲に２４の番地が抽出されている。
【００１８】
図５（ｂ）はこの抽出された領域（番地）の原画像200aを示すもので、次の手段（104）では、この領域内の原画像の絵素のうち、背景の絵素値を、境界近傍の原画像の被写体の信号値で置き換える。この処理を以下、エッジフィルと呼ぶ。このエッジフィル処理のために、まず抽出された領域の絵素を被写体と背景とに分ける。これは各番地と対応する２値化画像300の絵素値が、１ならば被写体、０なら背景とする。図５（ｂ）では背景の絵素を斜線で示している。次に領域内の原画像の被写体の絵素値から信号値を計算する。被写体の信号値は、例えば絵素値の単純平均値或いはメディアン値を計算して求め、この信号値を原画像の背景の絵素値の値とする。図５（ｂ）に示す実施例では、被写体とされた１０の絵素の絵素値ａ25、ａ34、ａ35、ａ43、ａ44、ａ45、ａ52、ａ53、ａ54、ａ55から被写体の信号値が計算され、背景である１５の絵素の絵素値と置換される。
【００１９】
上述したエッジフィル処理は、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように境界全体にわたって行われ、最終的に、図４（ｃ）に示すような境界全体にわたって背景の絵素値を置換した画像（第２の画像）500が得られる。尚、エッジフィル処理は境界となる絵素全部について行ってもよいが、離散的に処理してもよい。
【００２０】
このようにして得られた第２の画像500を低周波通過フィルタ（以下、ＬＰＦと略す）を作用させる（手段105）。このため第２の画像を２次元フーリエ変換し、周波数空間画像とし、これに２次元バターワースフィルタ、２次元ガウスフィルタ、２次元ハニングフィルタ等のＬＰＦを作用し、再度２次元逆フーリエ変換する。このように第２の画像500にＬＰＦを作用させた第３の画像は、原画像の外側にエッジフィルを行っているので、被写体の周辺において本来のシェーディングに近いシェーディングとなる。
【００２１】
最後に手段105で得られた第３の画像（シェーディング画像）を用いて原画像200の輝度を補正する（手段106）。この補正は、例えば、原画像200をシェーディング画像で除することにより行われる。これによりシェーディングを補正した補正画像を得ることができる。
【００２２】
尚、以上の説明では２次元画像に対し、本発明の補正処理方法を適用した例について説明したが、本発明は３次元画像に対しても同様に適用できる。この場合、輪郭（境界）を抽出後、境界となる絵素の周囲に等方的に３次元領域を抽出し、この領域についてエッジフィル処理を行う。この場合にも、境界となる絵素全部ではなく離散的にエッジフィルを施してもよい。
【００２３】
また等方的に抽出する領域は、２次元の場合、正方領域ではなく円形領域としてもよい。３次元の場合には立方領域や球形領域とすることができる。
【００２４】
更に本発明の補正処理方法は、装置に起因してシェーディングを有する画像の補正に適用できるが、ＭＲＩ装置における画像処理に適用する場合について以下説明する。
【００２５】
図６は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体概要を示す図で、このＭＲＩ装置は、大別すると、中央処理装置（ＣＰＵ）１と、シーケンサ２と、送信系３と、静磁場発生磁石４と、傾斜磁場発生系２１と、受信系５と、信号処理系６とを備えている。
【００２６】
ＣＰＵ１は、予めキーボード２２等の入力装置から撮影パラメータを入力し、プログラムに従ってシーケンサ２、送信系３、受信系５、信号処理系６の各々を制御するものである。シーケンサ２は、ＣＰＵ１からの制御指令に基づいて動作し、被検体７の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系３、傾斜磁場発生系２１及び受信系５に送るようにしている。
【００２７】
送信系３は、高周波発信器８と変調器９と高周波コイルとしての照射コイル１１を有し、シーケンサ２の指令により高周波発信器８からの高周波パルスを変調器９で振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器１０を介し増幅して照射コイル１１に供給することにより、所定のパルス状の電磁波を被検体７に照射するようにしている。
【００２８】
静磁場発生磁石４は、被検体７の回りに任意の方向に均一な静磁場を発生させるためのものである。この静磁場発生磁石の内部には、照射コイル１１の他、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル１３と、受信系５の受信コイル１４が設置されている。傾斜磁場発生系２１は互いに直交するデカルト座標軸方向にそれぞれ独立に傾斜磁場を印加できる構成を有する３方向の傾斜磁場コイル１３と傾斜磁場コイルに電流を供給する傾斜磁場電源１２と、傾斜磁場電源１２を制御するシーケンサ２により構成される。
【００２９】
受信系５は、高周波コイルとしての受信コイル１４と該受信コイル１４に接続された増幅器１５と直交位相検波器１６とＡ／Ｄ変換器１７とを有し、被検体７からのＮＭＲ信号を受信コイル１４が検出すると、その信号を増幅器１５、直交位相検波器１６、Ａ／Ｄ変換器１７を介しデジタル量に変換するとともに、シーケンサ２からの指令によるタイミングで直交位相検波器１６によってサンプリングされた二系列の収集データに変換してＣＰＵ１に送るようにしている。
【００３０】
信号処理系６は、光ディスク１９、磁気ディスク２０等の外部記憶装置と、ＣＲＴ等からなるディスプレイ１８とを有し、受信系５からのデータがＣＰＵ１に入力されると、ＣＰＵ１が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果の被検体７の所望の断面像をディスプレイ１８に表示するとともに、外部記憶装置の磁気ディスク２０等に記録する。
【００３１】
ＣＰＵ１は、また図１に示すような画像補正処理アルゴリズムを有しており、受信コイル１４の感度分布に起因する画像のシェーディングを補正する。
【００３２】
このようなＭＲＩ装置においてソレノイド型受信コイルを用いて撮影したファントム画像を例として、本発明による補正処理方法と、原画像にＬＰＦを作用させたものをシェーディングとする従来の補正処理方法とを比較して説明する。図７に示すグラフは、ファントム600のＡ−Ａ’断面のｘ方向位置を横軸をとし、信号値を縦軸としたグラフであり、図において当然ながら信号はファントム部分だけであり、原画像のプロファイルは受信コイル700の感度分布（シェーディング）に起因して凹となっている。従来法ではこの原画像に直接ＬＰＦを作用させてコイルの感度分布を推定しているので、この場合には、図中点線で示すように被写体のエッジ部分（斜線で示す部分）で感度分布が低くなり、本来の感度分布との差が生じる。これに対し、本発明の補正処理方法では、原画像にエッジフィル処理を行い、被写体の外側に被写体の信号値を等方的に拡張しているため、ＬＰＦを作用しても、被写体の周辺では推定感度分布が低下することなく実際の感度分布にほぼ一致している。
【００３３】
図８は、本発明の補正処理方法により推定された感度分布を用いて、ファントムのＭＲ画像のシェーディングを補正した結果を示すものである。原画像のプロフィアルは不均一性｛（最大信号値−最小信号値）／最小信号値＝ｂ／ａ｝が０．３３であったが、シェーディング補正により、０．１１（ｂ’／ａ’）に改善でき、図９に示すような従来の補正画像におけるエッジの強調は見られない。
【００３４】
本発明の補正処理方法は、頸部画像、肩部画像、顎間接画像、頭部画像、脊椎画像等あらゆる部位のＭＲ画像に有効であり、また各種局所コイル、マルチプルコイルのシェーディング補正の有効である。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明からわかるように、本発明の補正処理方法によれば、原画像の境界を抽出するとともに、この境界近傍の背景の絵素を等方的に抽出して、信号値を置換する処理（エッジフィル処理）をすることにより、エッジ部分の過補正がなくなり、理想的なシェーディング補正が可能となる。また被写体領域が、等法的に拡張されるので、どの向きに被写体がシェーディングを持っていても、理想的な補正ができ、あらゆる部位、あらゆる角度の被写体にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すフロー図。
【図２】図１のフロー図における手段101の処理を説明する図で、（ａ）は原画像を示す図、（ｂ）は２値化画像を示す図。
【図３】図１のフロー図における手段102の処理を説明する図。
【図４】図１のフロー図における手段103、104の処理を説明する図で、（ａ）は境界画像からの領域抽出を示す図、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ境界近傍の背景の絵素値の置換を示す図。
【図５】本発明によるエッジフィルの一実施例を説明する図。
【図６】本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体概要を示すブロック図。
【図７】本発明の原理を説明する図。
【図８】本発明の補正処理方法による処理の一実施例を示すグラフ。
【図９】従来の補正処理方法による処理を示すグラフ。
【符号の説明】
１・・・・・・ＣＰＵ（画像処理手段）
２・・・・・・シーケンサ
２１・・・・傾斜磁場発生系（磁場発生手段）
３・・・・・・送信系
４・・・・・・静磁場磁石（磁場発生手段）
５・・・・・・受信系
６・・・・・・信号処理系（画像処理手段）
200・・・・・原画像
201・・・・・被写体
202・・・・・背景
300・・・・・２値化画像
400・・・・・境界画像
401・・・・・境界
500・・・・・第２の画像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003689509.tif 000008
【図８】
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【図９】
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