(57)【要約】【課題】ＭＲＩを用いて酸素摂取率分布を算出するにあたり、被験者に対してカフェイン投与などの負荷を与えず簡易な処理で脳実質を含む脳内の酸素摂取率分布を算出する技術を提供する。【解決手段】核磁気共鳴信号の複素画像を計測し、計測した複素画像から、酸素摂取率を反映した物性値画像を算出する物性値分布を算出する。そして、算出した物性値分布を少なくとも２種類以上の組織毎の物性値分布（組織分離画像）に分離する。組織分離画像のいずれかを酸素摂取率に換算したのち、任意の画素の画素値とその周囲の画素の平均値が略等しいという条件に基づいて酸素摂取率分布を推定する。【選択図】図６
2018075075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場内に配置された被検体に高周波磁場パルスを送信する送信部、前記被検体が発生する核磁気共鳴信号を受信する受信部、及び、静磁場に傾斜磁場を与える傾斜磁場発生部を有する計測部と、
予め設定した撮像シーケンスに従い、前記計測部の動作を制御する計測制御部と、
前記受信した核磁気共鳴信号に演算を施す計算機と、を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
前記計算機は、
少なくとも１つのエコー時間で取得した核磁気共鳴信号からの複素画像を生成する画像再構成部と、
酸素量特性を反映した物性値を画素値とする物性値画像を算出する物性値分布算出部と、
対象領域の物性値画像を、少なくとも２種類以上の組織毎の物性値画像に分離し、組織分離画像を算出する組織分離部と、
前記組織分離画像の少なくとも１つについて、各画素の前記物性値を酸素量特性に変換する酸素量特性変換部と、
画素値を酸素量特性に変換した後の組織分離画像において、任意の画素の画素値とその周囲の画素の平均値が略等しいという条件に基づいて前記対象領域の酸素量特性分布を推定する酸素量特性分布推定部と、
を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記物性値分布算出部は、前記複素画像の位相情報から磁化率分布を算出する磁化率分布算出部を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記計測制御部は、少なくとも２つの異なるエコー時間で核磁気共鳴信号を取得する撮影シーケンスを用いて、前記計測部を制御し、
前記物性値分布算出部は、複数の異なるエコー時間で取得した前記複素画像の強度情報から見かけの横緩和速度（Ｒ２＊）分布を算出するＲ２＊分布算出部を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項４】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記組織分離部は、静脈とそれ以外の組織に分離することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項５】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記組織分離部は、脳実質とそれ以外の組織に分離することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項６】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記酸素量特性分布推定部は、任意の組織の酸素量特性と脳全体の酸素量特性の平均値が略等しいという条件に基づいて部分体積効果を補正する部分体積効果補正部を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項７】
請求項４記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記酸素量特性分布推定部は、
脳組織の酸素量特性の任意の画素の画素値とその周囲の画素の平均値が略等しいという条件と、
脳組織の酸素量特性の任意の画素の周囲の平均値と、静脈の酸素量特性の静脈の酸素量特性の任意の画素の周囲の平均値が略等しいという条件とに基づいて前記対象領域の酸素量特性分布を推定することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項８】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記酸素量特性分布推定部が推定する前記酸素量特性は、酸素摂取率、酸素飽和度、酸素代謝率のいずれかを含むことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項９】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記組織分離部は、元画像を粒状成分画像、血管成分画像及び平滑化画像に分離するモルフォロジーフィルタを用いて、任意の組織を分離することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１０】
ＭＲＩ装置を用いた撮影により取得した計測データを用いて、検査対象の酸素摂取率を算出する方法であって、
前記計測データを用いて前記検査対象の複素画像を画像再構成し、
前記複素画像を用いて磁化率分布を算出し、
前記磁化率分布を、複数の組織毎の磁化率分布に分離して、組織分離画像を得て、
前記組織分離画像の少なくとも一つについて、任意の画素の磁化率は、その画素を囲む所定サイズの領域の磁化率と等しいという推定のもとで、組織毎磁化率分布から検査対象の酸素摂取率を推定することを特徴とする酸素摂取率の算出方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、
前記組織分離画像から推定した酸素摂取率を、さらに、任意の組織の酸素摂取率と脳全体の酸素摂取率の平均値が略等しいという条件に基づいて部分体積効果補正することを特徴とする酸素摂取率の算出方法。
【請求項１２】
ＭＲＩ装置を用いた撮影により取得した計測データを用いて、検査対象の酸素摂取率を算出する方法であって、
前記計測データを用いて、エコー時間が異なる複数の複素画像を画像再構成し、
前記複数の複素画像を用いて見かけの横緩和速度Ｒ２＊分布または見かけの横緩和速度Ｒ２＊と横緩和速度Ｒ２との差の分布を算出し、
前記見かけの横緩和速度Ｒ２＊分布または前記差の分布を、複数の組織毎の組織分離画像に分離し、
組織分離画像の少なくとも一つについて、任意の画素の画素値は、その画素を囲む所定サイズの領域の画素値と等しいという推定のもとで、前記見かけの横緩和速度Ｒ２＊分布または前記差の分布から、前記検査対象の酸素摂取率を推定することを特徴とする酸素摂取率の算出方法。
【請求項１３】
請求項１０又は１２に記載の方法であって、
前記複数の組織は、脳静脈及び脳実質を含むことを特徴とする酸素摂取率の算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）技術に関する。特に、取得した画像を用いて生体内の酸素量特性を算出する画像処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング装置は、静磁場内に置かれた水素原子核（プロトン）が特定の周波数の高周波磁場に共鳴する核磁気共鳴現象を利用した非侵襲な医用画像診断装置である。核磁気共鳴信号はプロトン密度や緩和時間など様々な物性値によって変化するため，病変の形態や物質的な評価のみならず，生体組織の代謝や血液灌流を評価できる可能性がある。現在はこれを脳虚血疾患や腫瘍の評価に応用することにより，治療効果や予後を予測することが試みられている。
【０００３】
脳虚血疾患および腫瘍の病態診断や重症度診断には，脳酸素摂取率（ＯＥＦ：Ｏｘｙｇｅｎ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）や腫瘍内の酸素飽和度 (ＳｔＯ２：Ｔｉｓｓｕｅ Ｏｘｙｇｅｎ Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ) などの酸素イメージングによる組織内の酸素代謝を評価することが臨床上重要である。現在の臨床における酸素代謝の評価は，１５Ｏ標識ガスや１８Ｆ標識 ｆｌｕｏｒｏｍｉｓｏｎｉｄａｚｏｌｅ （ＦＭＩＳＯ） 薬剤を用いたＰｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＥＴ）検査が至適基準となっている。しかしながら，ＰＥＴ検査は検査時間が長く放射線被曝があるという点が問題となっている。これに対し，ＭＲＩ検査は撮像時間が短く放射線被曝がないため，患者の負担を軽減できるという特長がある。
【０００４】
ＭＲＩを用いて酸素摂取率を算出する方法はいくつか提案されている。その一つの方法として、速度選択プリパルスシーケンスとスピンエコーシーケンスを用いて、生体組織の毛細血管内の血液信号を複数のＴＥで計測する。計測した複数のＴＥの信号強度から血液信号のＴ２値を信号フィッティングにより算出する。そして、別途取得した血液の酸素飽和度と血液信号のＴ２値との関係を用いて、生体組織の酸素摂取率を算出する（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
別の方法として、生体内の磁化率の変化から酸素摂取率を算出する方法がある。その中でも、酸素摂取率を反映した磁化率変化を捉える方法として、定量的磁化率マッピング （ＱＳＭ：Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ Ｍａｐｐｉｎｇ） 法を用いた方法がある。ＱＳＭは，ＭＲ画像の位相分布から組織間の磁化率差によって生じる局所的な磁場変化を算出し、磁場と磁化率の関係式に基づいて磁化率分布を推定する手法である。
【０００６】
動脈血内のオキシヘモグロビンは、生体組織内で酸素が消費されると静脈血内でデオキシヘモグロビンに変化する。静脈血内のデオキシヘモグロビンの濃度に対して、静脈血の磁化率は線形に変化することが知られている。したがって、ＱＳＭ法は、デオキシヘモグロビンの磁化率の変化から、生体組織内の酸素摂取率を算出できる。
【０００７】
ＱＳＭを用いて酸素摂取率を算出する方法には、例えば、ＱＳＭ法で算出した磁化率分布の静脈のみに注目し、その磁化率から静脈内の酸素飽和度を算出する方法がある（例えば、非特許文献１参照）。また、被験者にカフェインを投与し、その前後でＡＳＬ（Ａｒｔｅｒｉａｌ  Ｓｐｉｎ  Ｌａｂｅｌｉｎｇ）法とＱＳＭ法を用いて脳血流量（ＣＢＦ）と磁化率分布をそれぞれ算出する。そして、ＣＢＦとＯＥＦの積であらわされる酸素代謝率（ＣＭＲＯ２）がカフェイン投与前後で変化しないという条件の下でカフェイン投与前後のＯＥＦを算出する方法がある（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許８９５８８６６号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ａｕｄｒｅｙ Ｐ. Ｆａｎ他、  ”Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ Ｖｅｎｏｇｒａｐｈｙ ｆｒｏｍ ＭＲＩ Ｐｈａｓｅ”、  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、２０１４年、７２巻、１４９−１５９頁
【非特許文献２】Ｊｉｎｇｗｅｉ Ｚｈａｎｇ他、  ” Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ Ｃｅｒｅｂｒａｌ Ｍｅｔａｂｏｌｉｃ Ｒａｔｅ ｏｆ Ｏｘｙｇｅｎ （ＣＭＲＯ２） Ｕｓｉｎｇ Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ Ｍａｐｐｉｎｇ （ＱＳＭ）”、  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、２０１５年、７４巻、９４５−９５２頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１の方法は、生体組織の毛細血管における血液信号のＴ２値を算出するため、脳実質内の酸素摂取率を算出できるという利点がある。しかしながら、血液のＴ２値は、ヘマトクリット値などの血液の組成に対して非線形に変化するため、血液のＴ２値から酸素摂取率を算出することは困難であるという課題がある。
【００１１】
非特許文献１の方法は、ＱＳＭ法を用いて静脈の磁化率から酸素摂取率を算出するため、精度が高いという利点がある。しかしながら、静脈血の酸素摂取率のみを算出するため、脳実質内の酸素摂取率を算出することができないという課題がある。
【００１２】
非特許文献２の方法は、ＱＳＭ法を用いて脳実質内の酸素摂取率を算出できるという利点があるものの、被験者にカフェインを投与するという負荷を与えなければいけないという課題がある。また、カフェイン投与前後でＣＭＲＯ２が変化する疾患では算出する酸素摂取率の精度が低下するという課題がある。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたもので、ＭＲＩで得た画像を用いて酸素摂取率（ＯＥＦ）を算出するにあたり、カフェイン投与などの負荷を与えず簡易な処理で脳実質を含む脳内のＯＥＦを算出する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、核磁気共鳴信号から生成した複素画像から、酸素摂取率等の酸素量特性を反映した物性値を画素値とする物性値画像を算出する。そして、算出した物性値画像を少なくとも２種類以上の組織に分離し、組織分離画像のいずれかを酸素量特性に換算したのち、任意の画素の画素値とその周囲の画素の平均値が略等しいという条件に基づいて、目的とする領域についての酸素量特性分布を推定する。
【００１５】
すなわち本発明のＭＲＩ装置は、静磁場内に配置された被検体に高周波磁場パルスを送信する送信部、前記被検体が発生する核磁気共鳴信号を受信する受信部、及び、静磁場に傾斜磁場を与える傾斜磁場発生部を有する計測部と、予め設定した撮像シーケンスに従い、前記計測部の動作を制御する計測制御部と、前記受信した核磁気共鳴信号に演算を施す計算機と、を備え、前記計算機は、少なくとも１つのエコー時間で取得した核磁気共鳴信号からの複素画像を生成する画像再構成部と、酸素量特性を反映した物性値を画素値とする物性値画像を算出する物性値分布算出部と、対象領域の物性値画像を少なくとも２種類以上の組織に分離し、複数の組織分離画像を生成する組織分離部と、前記複数の組織分離画像のいずれかについて、各画素の前記物性値を酸素量特性に変換する酸素量特性変換部と、画素値を酸素量特性に変換した後の組織分離画像において、任意の画素の画素値とその周囲の画素の平均値が略等しいという条件に基づいて前記対象領域の酸素量特性分布を推定する酸素量特性分布推定部と、を有する。
酸素量特性は、酸素摂取率、酸素飽和度のいずれかを含む。
【発明の効果】
【００１６】
ＭＲＩを用いて酸素量特性を算出するにあたり、被験者に対してカフェイン投与などの負荷を与えず簡易な処理で脳実質を含む脳内の酸素量特性分布を算出でき、診断精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態の、垂直磁場方式の磁気共鳴イメージング装置の外観図、（ｂ）は、本発明の実施形態の、水平磁場方式の磁気共鳴イメージング装置の外観図、（ｃ）は、本発明の実施形態の、開放感を高めた磁気共鳴イメージング装置の外観図である。
【図２】本発明の実施形態におけるＭＲＩ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、各実施形態に共通する計算機の機能ブロック図
【図４】図３の計算機による処理の流れを示す図
【図５】複素画像用データを取得するのに用いられるパルスシーケンスの一例を示す図
【図６】第一実施形態における酸素摂取率分布算出処理の流れを示す図
【図７】第一実施形態における組織分離処理を説明する図
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、第一の実施形態の各処理で算出した分布を示す図
【図９】第二実施形態における酸素摂取率分布算出処理の流れを示す図
【図１０】第二実施形態で採用するパルスシーケンスの一例を示す図
【図１１】第三の実施形態における酸素摂取率分布算出処理の流れを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
まず、本発明が適用されるＭＲＩ装置の実施形態について説明する。
【００１９】
[ＭＲＩ装置の外観]
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、ＭＲＩ装置の外観図である。図１（ａ）は、ソレノイドコイルで静磁場を生成するトンネル型磁石を用いた水平磁場方式のＭＲＩ装置１００である。図１（ｂ）は、開放感を高めるために磁石を上下に分離したハンバーガー型（オープン型）の垂直磁場方式のＭＲＩ装置１２０である。また、図１（ｃ）は、図１（ａ）と同じトンネル型磁石を用い、磁石の奥行を短くし、かつ、斜めに傾けることによって、開放感を高めたＭＲＩ装置１３０である。
【００２０】
本実施形態では、これらの外観を有するＭＲＩ装置のいずれを用いることもできる。但し、これらは一例であり、本実施形態のＭＲＩ装置はこれらの形態に限定されるものではない。本実施形態では、装置の形態やタイプを問わず、公知の各種のＭＲＩ装置を用いることができる。以下、特に区別する必要がない場合は、ＭＲＩ装置１００で代表する。
【００２１】
［ＭＲＩ装置の構成］
図２は、本実施形態のＭＲＩ装置１００の機能構成図である。本図に示すように、本実施形態のＭＲＩ装置１００は、被検体１０１が置かれる空間に静磁場を生成する静磁場発生装置１０２と、静磁場分布を調整するシムコイル１０４と、被検体１０１の計測領域に対し高周波磁場を送信する送信用高周波コイル１０５（以下、単に送信コイルという）と、被検体１０１から生じる核磁気共鳴信号を受信する受信用高周波コイル１０６（以下、単に受信コイルという）と、被検体１０１から生じる核磁気共鳴信号に位置情報を付加するために、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向それぞれに傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル１０３と、送信機１０７と、受信機１０８と、計算機１０９と、傾斜磁場用電源部１１２と、シム用電源部１１３と、シーケンス制御装置１１４と、を備える。これら要素のうち、計算機１０９（及びシーケンス制御装置１１４）を除く要素を総括して計測部ともいう。
【００２２】
静磁場発生装置１０２は、常電導式或いは超電導式の静磁場コイル、静磁場生成磁石などで構成され、図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）にそれぞれ示した各ＭＲＩ装置１００、１２０、１３０の構造に応じて、種々の形態のものが採用される。
【００２３】
送信コイル１０５と送信機１０７は送信部として機能し、送信機１０７が生成する高周波信号を送信コイル１０５に送信することにより送信コイルから高周波磁場が照射される。受信コイル１０６と受信機１８は受信部として機能し、受信コイル１０６が検出した核磁気共鳴信号は受信機１０８を通して計算機１０９に送られる。なお、図２では、送信コイル１０５と受信コイル１０６とに別個のものを用いる場合を示しているが、送信コイル１０５と受信コイル１０６との機能を兼用する１つのコイルで構成してもよい。
【００２４】
傾斜磁場コイル１０３及びシムコイル１０４は、それぞれ傾斜磁場用電源部１１２及びシム用電源部１１３により駆動される。傾斜磁場コイル１０３と傾斜磁場用電源部１１２は傾斜磁場発生部として機能する。
【００２５】
シーケンス制御装置１１４は、傾斜磁場コイル１０３の駆動用電源である傾斜磁場用電源部１１２、シムコイル１０４の駆動用電源であるシム用電源部１１３、送信機１０７及び受信機１０８の動作を制御し、傾斜磁場、高周波磁場の印加および核磁気共鳴信号の受信のタイミングを制御する。制御のタイムチャートはパルスシーケンスと呼ばれ、計測に応じて予め設定され、後述する計算機１０９が備える記憶装置等に格納される。
【００２６】
本実施形態のＭＲＩ装置では、被検体の所定の物性値の影響を含む核磁気共鳴信号を発生されるパルスシーケンスが格納されている。所定の物性値は、被検体の酸素量特性を反映した物性値であり、例えば、磁化率やＲ２＊或いは「Ｒ２＊とＲ２との差Ｒ’」などである。Ｒ２及びＲ２＊は、それぞれ、真の横緩和時間Ｔ２の逆数、みかけの横緩和時間Ｔ２＊の逆数であり、ＴＥの異なる複数のエコー信号を用いて算出することができる。一般にＲ２＊（Ｔ２＊）はグラディエントエコーを用いて、Ｒ２（Ｔ２）はスピンエコーを用いて算出される。
【００２７】
計算機１０９は、ＭＲＩ装置１００全体の動作を制御するとともに、受信した核磁気共鳴信号に対して様々な演算処理を行う。本実施形態では、任意のエコー時間の複素画像や物性値分布、酸素摂取率分布などを生成する。計算機１０９は、ＣＰＵ、メモリ、記憶装置などを備える情報処理装置であり、計算機１０９にはディスプレイ１１０、外部記憶装置１１１、入力装置１１５などが接続される。
【００２８】
ディスプレイ１１０は、演算処理で得られた結果等をオペレータに表示するインタフェースである。入力装置１１５は、本実施形態で実施する計測や演算処理に必要な条件、パラメータ等をオペレータが入力するためのインタフェースである。ユーザーは、入力装置１１５を介して、例えば、計測するエコーの数や、エコー時間、エコー間隔などの計測パラメータを入力できる。外部記憶装置１１１は、計算機１０９内部の記憶装置とともに、計算機１０９が実行する各種の演算処理に用いられるデータ、演算処理により得られるデータ、入力された条件、パラメータ等を保持する。
【００２９】
上述した機能を実現する計算機１０９の構成例を図３（ａ）、（ｂ）に示す。計算機１０９は、図３（ａ）に示すように、高周波磁場パルスの照射に応じて被検体から発生する核磁気共鳴信号（エコー信号）を複素信号として計測する計測制御部３１０と、計測制御部３１０が計測した複素信号から画素値が複素数である複素画像を再構成する画像再構成部３２０と、画像再構成部３２０が再構成した複素画像から酸素摂取率分布を算出する酸素摂取率分布算出部３３０とを備える。酸素摂取率分布算出部３３０の詳細は、後述する。
【００３０】
上述した計算機１０９の各部の機能は、記憶装置が保持するプログラム（ソフトウェア）を、ＣＰＵがメモリにロードして実行することにより実現される。各機能の処理に用いる各種のデータ、処理中に生成される各種のデータは、記憶装置あるいは外部記憶装置１１１に格納される。また、計算機１０９が実現する各種の機能のうち、少なくとも一つの機能は、ＭＲＩ装置１００とは独立した、情報処理装置であって、ＭＲＩ装置１００とデータの送受信が可能な情報処理装置により実現されていてもよい。さらに、全部または一部の機能は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）などのハードウェアによって実現してもよい。
【００３１】
次に本実施形態のＭＲＩ装置（主として計算機１０９）の動作の概要を説明する。図４に動作の流れを示す。ここでは酸素量特性として酸素摂取率を算出する場合を例示する。
まず、計測制御部３１０は、予め定められたパルスシーケンスにしたがってシーケンス制御装置１１４を制御し、予め定めたエコー時間のエコー信号を計測する（ステップＳ１００１）。その後、画像再構成部３２０は、得られたエコー信号を、ｋ空間上に配置してフーリエ変換することにより、複素画像Ｉを再構成する（ステップＳ１００２）。
酸素摂取率分布算出部３３０は、複素画像から酸素摂取率を反映した物性値分布を算出し、その物性値分布から酸素摂取率分布を算出する酸素摂取率分布算出処理を行う（ステップＳ１００３）。
【００３２】
この酸素摂取率分布算出のステップＳ１００３において、物性値画像（物性値分布ともいう）を、複数の組織に分離する（組織分離処理）。即ち物性値画像のもととなる複素画像は、所望の被検体領域、例えば頭部（脳）を対象とする画像であり、物性値画像もこの領域の物性値を表している。被検体領域には、複数の異なる組織、例えば脳であれば、脳実質、血管が含まれる。この処理では、物性値画像を、その画素値を用いて異なる組織毎の物性値画像に分離する。分離後の物性値画像を組織分離画像とする。なお組織分離処理は、所望の一つの組織をそれ以外の組織から分離する場合を含み、必ずしも複数の組織分離画像を得なくてもよい。その後、組織分離画像の一つについて、画素値を物性値から酸素量特性に変換する処理を行う（変換処理）。これにより分離した組織について酸素量特性が得られる。変換処理後の組織分離画像（すなわちその酸素量特性の値）を用いて、対象とする被検体領域の酸素量特性を推定し、酸素量特性分布を得る。必要に応じて精度を高めるための補正、例えば部分体積効果補正を行う。
【００３３】
その後、算出した酸素摂取率分布をディスプレイ１１０に表示する（ステップＳ１００４）。なお、酸素摂取率分布をディスプレイ１１０に表示する際、必要に応じて、ステップＳ１００３で算出した酸素摂取率分布のほか、酸素摂取率分布算出処理の過程によって算出される画像をディスプレイ１１０に表示してもよい。
【００３４】
これらの処理は、図３に示す酸素摂取率分布算出部３３０の各部により実現することができる。すなわち、図３（ａ）に示ように、酸素摂取率分布算出部３３０は、複素画像Ｉから酸素摂取率を反映した物性値分布を算出する物性値分布算出部３３１と、算出した物性値分布から、少なくとも２つ種類以上の生体組織に分離した組織分離画像を算出する組織分離部３３２と、組織分離画像のいずれかを酸素摂取率に対応する画素値に変換する酸素摂取率換算部３３３と、組織分離画像において、任意の画素の画素値とその周囲の画素の平均値が略等しいという条件に基づいて酸素摂取率分布を推定する酸素摂取率分布推定部３３４と、を備える。酸素摂取率分布算出部３３０は、図３（ｂ）に示すように、酸素摂取率分布推定部３３４が算出した推定酸素摂取率分布に対して補正を行う補正部を備えていてもよい。図示する例では、酸素摂取率分布算出部３３０は、任意の静脈の酸素摂取率と脳全体の酸素摂取率の平均値が略等しいという条件に基づいて部分体積により低下した酸素摂取率を補正し、最終的な酸素摂取率分布を得る部分体積効果補正部３３５を備える。
【００３５】
以下、具体的な実施形態に基き、計算機１０９による処理を詳細に説明する。以下の実施形態では、対象部位（領域）が脳であり、酸素量特性分布として脳（実質）の酸素摂取率分布を求める場合を説明する。なお本実施形態における計算機１０９の構成は図３に示すものと同様であるが、本実施形態では、図３における物性値分布算出部３３１を磁化率分布算出部と読み替える。
【００３６】
＜第一実施形態＞
本実施形態では、物性値として磁化率分布を算出し、磁化率分布から酸素摂取率分布を算出する。また組織分離処理では、静脈とそれ以外の組織に分離し、静脈分布を算出する。以下、図４に示す処理フローを参照して、本実施形態の処理を説明する。
【００３７】
［計測：Ｓ１００１］
計測制御部３１０は、入力装置１１５を介してユーザーが入力したパラメータに基づいて設定されるパルスシーケンスに従って、シーケンス制御装置１１４を動作させ、予め定めたエコー時間（ＴＥ）の核磁気共鳴信号（エコー信号）を取得する計測を実施する。シーケンス制御装置１１４は、計測制御部３１０からの指示に従って、計測部を制御して計測を行う。本実施形態では、任意の１つのエコー時間のエコー信号を得る。
【００３８】
ここで、計測制御部３１０が計測に用いるパルスシーケンスの例を説明する。本実施形態では、例えば、ＧｒＥ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｅｃｈｏ）系のパルスシーケンスを用いる。このＧｒＥ系のパルスシーケンスで得られた画像は、生体組織の酸素摂取率を鋭敏に反映する。
【００３９】
図５に、ＧｒＥ系のパルスシーケンスの一例として、ＲＳＳＧ（ＲＦ−ｓｐｏｉｌｅｄ−Ｓｔｅａｄｙ−ｓｔａｔｅ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｒｅｗｏｕｎｄ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ−Ｅｃｈｏ）−Ｍｕｌｔｉｅｃｈｏシーケンス５５０を示す。本図において、ＲＦ、Ｇｓ、Ｇｐ、Ｇｒはそれぞれ、高周波磁場、スライス傾斜磁場、位相エンコード傾斜磁場、リードアウト傾斜磁場を表す。
【００４０】
ＲＳＳＧシーケンス５５０では、スライス傾斜磁場パルス５０１の印加とともに高周波磁場（ＲＦ）パルス５０２を照射し、被検体１０１内の所定のスライスの磁化を励起する。次いで磁化の位相にスライス方向および位相エンコード方向の位置情報を付加するためのスライスエンコード傾斜磁場パルス５０３および位相エンコード傾斜磁場パルス５０４を印加する。
【００４１】
画素内の核磁化の位相を分散させるディフェーズ用のリードアウト傾斜磁場パルス５０５を印加した後、リードアウト方向の位置情報を付加するためのリードアウト傾斜磁場パルス５０６、５０７、５０８、５０９を印加しながら核磁気共鳴信号（エコー）５１０、５１１、５１２、５１３をそれぞれ計測する。そして最後に、スライスエンコード傾斜磁場パルス５０３および位相エンコード傾斜磁場パルス５０４によってディフェーズされた核磁化の位相を収束させるリフェーズ用のスライスエンコード傾斜磁場パルス５１４および位相エンコード傾斜磁場パルス５１５を印加する。
【００４２】
計測制御部３１０は、以上の手順を、スライスエンコード傾斜磁場パルス５０３、５１４（スライスエンコード数ｋｓ）および位相エンコード傾斜磁場パルス５０４、５１５（位相エンコード数ｋｐ）の強度と、ＲＦパルス５０２の位相とを変化させながら、繰り返し時間ＴＲで繰り返し実行し、エコー時間毎に１枚の画像を得るために必要なエコーを計測する。このとき、前回の励起後に残っている横磁化の影響を除くために、ＲＦパルス５０２の位相を所定量、例えば、１１７度ずつ増加させる。また、図５において、ハイフン以下の数字は、繰り返しの何回目であるかを示す。
【００４３】
なお、計測される各エコーにおいて、血流などの流れの影響を補償するＦｌｏｗ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ傾斜磁場パルスを各軸に印加してもよい。
【００４４】
計測された各エコーをｋｒ、ｋｐ、ｋｓを座標軸とする３次元のｋ空間上（メモリ空間）に配置される。このとき、一つのエコーはｋ空間上でｋｒ軸に平行な１ラインを占める。このＲＳＳＧシーケンス５５０により得られる絶対値画像は、ＴＥが短いエコーの場合はＴ１（縦緩和時間）強調画像、ＴＥが長いエコーの場合は画素内の位相分散を反映したＴ２＊強調画像となる。
【００４５】
なお図５に例示したＲＳＳＧシーケンス５５０は、ｋ空間の座標軸に平行にデータを取得するカーテシアン撮像の一つであるが、ｋ空間のデータ取得手法は、任意であり、例えば、ｋ空間において回転状にデータを取得するラジアルスキャンなど、ノンカーテシアン撮像を用いてもよい。またここではＴＥの異なるマルチエコー５１０〜５１３のエコー毎に画像を得ているが、各エコーに異なるエンコードを与えるエコープラナー型のｋ空間走査法（マルチエコーエコープラナーイメージング法）でもよい。さらに複数のエコー時間の複素画像を得るのではなく、一つのＴＥのエコーを計測するシーケンスを用いて、一つの複素画像を計測してもよい。
【００４６】
［画像再構成：Ｓ１００２］
次に、画像再構成部３２０は、ステップＳ１００１でｋ空間上に配置したエコー時間ＴＥのエコー信号をフーリエ変換し、複素画像Ｉを算出する。
【００４７】
［酸素摂取率分布算出処理：Ｓ１００３］
次に、酸素摂取率分布算出部３３０は、画像再構成部３２０が再構成した複素画像Ｉから、酸素摂取率分布を算出する。酸素摂取率分布は、生体組織が消費した酸素の量を画像化したものである。
【００４８】
本実施形態における酸素摂取率分布算出部３３０の処理（Ｓ１００３）の詳細を、図６を参照して説明する。この処理Ｓ１００３では、図６に示すように、物性値分布算出部３３１が、まず、複素画像Ｉから、磁化率分布を算出する（Ｓ１１０１）。組織分離部３３２は、算出した磁化率分布を、少なくとも２種類の生体組織毎に分離し、組織分離画像（組織毎の磁化率分布）を算出する（Ｓ１１０２）。次いで、酸素摂取率換算部３３３が、組織分離画像のいずれかに対し、その画素値（磁化率）を酸素摂取率に対応する画素値に変換する（Ｓ１１０３）。その後、組織分離画像において、任意の画素の画素値とその周囲の画素の平均値が略等しいという条件に基づいて、対象とする領域全体の酸素摂取率分布を推定する（Ｓ１１０４）。必要に応じ推定した酸素摂取率分布の精度を高める補正を行い、最終的な酸素摂取率分布を得る（Ｓ１１０５）。例えば、部分体積効果補正処理を行う。この補正は、処理対象である画像の画素の大きさと、酸素摂取率推定に用いた画素毎の磁化率に寄与する組織の大きさとの違いに基づく誤差を補正する処理であり、算出した推定酸素摂取率分布に対して、任意の静脈の酸素摂取率と脳全体の酸素摂取率の平均値が略等しいという条件に基づいて部分体積により低下した酸素摂取率を補正する。
【００４９】
以下、本実施形態の酸素摂取率分布算出部３３０の各部が行う処理内容を詳述する。
【００５０】
［磁化率分布算出：Ｓ１１０１］
磁化率分布算出部３３１は、計測した複素画像Ｉの位相情報（位相画像）からＱＳＭ法を用いて磁化率分布を算出する。ＱＳＭ法を用いた磁化率分布の算出手法は、公知であり、ここではその概略を説明する。
【００５１】
ＱＳＭ法では、生体組織間の磁化率差によって生じる局所的な磁場変化を、Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｅｃｈｏ（ＧｒＥ）法で撮像した位相画像から算出する。ここで、位置ベクトルをｒとすると組織間の磁化率差によって生じる相対的な磁場変化（磁場分布）δ（ｒ）は、以下の式（１）で表される。
【数１】
2018075075.tif 000003
式中、φ（ｒ）は位相画像、γはプロトンの核磁気回転比、Ｂ０は静磁場強度、ＴＥはエコー時間をそれぞれ表す。
【００５２】
また、磁場分布δ（ｒ）は、静磁場に関するマクスウェル方程式より、生体内の磁化率分布χ（ｒ）を用いて以下の式（２）で表される。
【数２】
2018075075.tif 000004
式（２）において、αは、ベクトル（ｒ’−ｒ）と静磁場方向とのなす角度、ｄ（ｒ）は、点ダイポール磁場をそれぞれ表す。
【００５３】
式（２）に示すように、磁場分布δ（ｒ）は、磁化率分布χ（ｒ）と点ダイポール磁場ｄ（ｒ）との畳み込み積分で表される。したがって、式（２）の両辺をフーリエ変換することにより、式（２）は以下の式（３）に変換される。
【数３】
2018075075.tif 000005
式（３）中、ｋ＝（ｋｘ、ｋｙ、ｋｚ）は、ｋ空間上の位置ベクトル、Δ（ｋ）、Ｘ（ｋ）、Ｄ（ｋ）は、磁場分布δ（ｒ）、磁化率分布χ（ｒ）、点ダイポール磁場ｄ（ｒ）のフーリエ成分をそれぞれ表す。
【００５４】
式（３）に示すように、磁化率分布のフーリエ成分Ｘ（ｋ）は、磁場分布のフーリエ成分Δ（ｋ）を点ダイポール磁場のフーリエ成分Ｄ（ｋ）で除算することによって算出できる。しかしながら、式（３）は、Ｄ（ｋ）＝０近傍の領域において、その逆数が発散してしまうため、直接的にＸ（ｋ）を算出することができない。
【００５５】
このＤ（ｋ）＝０となる領域はマジックアングルと呼ばれ、磁場方向に対しておよそ５４．７°の２倍の頂角を持つ逆双円錐領域となる。マジックアングルの存在により磁場分布から磁化率分布を推定するＱＳＭ法は、不良条件逆問題（ｉｌｌ−ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｄ  ｉｎｖｅｒｓｅ  ｐｒｏｂｌｅｍ）に帰着され、いくつかの解法が提案されている。
【００５６】
その代表的な方法として、磁場と磁化率との関係式に基づく制約条件下で、磁場分布から算出した磁化率分布に対して平滑化処理を行うことを繰り返す方法（本発明者らによる特願２０１４−２２８８４３号記載の方法）や、磁場分布および点ダイポール磁場のｋ空間上の演算により磁化率分布を算出するＴＫＤ（Ｔｒｕｎｃａｔｅｄ−ｂａｓｅｄ  Ｋ−ｓｐａｃｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）法、ＴＫＤ法で算出した磁化率分布と、閾値処理により微細構造を抽出した磁化率分布とを繰り返し演算により合成するＩｔｅｒａｔｉｖｅ  ＳＷＩＭ（Ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ  Ｗｅｉｇｈｔｅｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｐｐｉｎｇ）法、正則化付き最小二乗法を用いたＭＥＤＩ法（Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ  ｅｎａｂｌｅｄ  ｄｉｐｏｌｅ  ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）法がある。
【００５７】
本実施形態の磁化率分布算出部３３１は、これらの方法を用いて定量的磁化率（ＱＳＭ）分布を算出する。本実施形態では、いずれの方法を用いても定量的磁化率分布を算出してもよい。
【００５８】
［組織分離画像算出：Ｓ１１０２］
組織分離部３３２は、算出した磁化率分布から、少なくとも２つ種類以上の生体組織に分離した組織分離画像を算出する。本実施形態では、物性値分布算出部３３１で算出した磁化率分布から静脈部分を抽出して、静脈の磁化率分布と、それ以外の組織の磁化率分布をそれぞれ算出する。
【００５９】
磁化率分布を、組織毎の磁化率分布に分離する手法は、いくつかあり得るが、ここではモルフォロジーフィルタバンクを用いて静脈の磁化率分布を算出する手法を説明する。モルフォロジーフィルタバンクは、オープニング処理やトップハット変換を用いて所与の画像から特徴抽出するモルフォロジー演算を基礎とする処理であり（詳細はＩＥＩＣＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ  ＭＩ２０１０−１０１（２０１１−１）を参照）、モルフォロジー演算に用いる構造要素のサイズを変えて、処理を繰り返す。即ち、図７に示すように、まず算出した磁化率分布に対して、直線構造要素の角度を三次元的に変えた多重直線構造要素によるトップハット変換により粒状成分を分離し、球形の構造要素によるトップハット変換により静脈成分を分離する。これにより元画像Ｉ０を、粒状成分画像Ｉ１Ｐ、血管成分画像Ｉ１ｖ、平滑化画像Ｉ１に分離する。分離した平滑化画像Ｉ１に対して、サイズを大きくした複数の構造要素によるトップハット変換を再び実施し、粒状成分画像Ｉ２Ｐ、血管成分画像Ｉ２ｖ、平滑化画像Ｉ２に分離する。この処理を、構造要素のサイズを大きくさせながら繰り返す。その後、各処理で分離した血管成分画像の和をとることにより構造要素のサイズの最大値に対応した直径以下の血管を抽出できる。なお図７では繰り返し回数が３回の場合を例示しているが、繰り返し回数は任意である。
【００６０】
本実施形態では、粒状成分を分祀した後、静脈成分を分離するので、磁化率分布において高磁化率となる淡蒼球や赤核、黒質などの鉄タンパク（フェリチン）沈着組織を取り除いた静脈の磁化率分布を算出することができる。
【００６１】
以上、モルフォロジーフィルタバンクを用いて静脈の磁化率分布とその他の組織の磁化率分布を分離する例を説明したが、分離処理はこの方法に限られない。例えば、磁化率分布（画像）に、複数の画素からなる小領域を設定し、この小領域における磁化率の平均値と標準偏差を算出し、平均値＋Ｎ×標準偏差の範囲を超える画素値を静脈として抽出してもよい（Ｎは任意の実数）。また、微分フィルタなどの各種フィルタを組み合わせてもよい。また図４のステップＳ１００２で取得した画像の絶対値を用いて、静脈組織を分離し、静脈領域を１、それ以外を０とするマスクを作成し、このマスクを磁化率分布に掛けてもよい。但し、毛細血管等の描出能は、絶対値画像よりも磁化率分布のほうが優れているため、磁化率分布を用いる手法が好適である。
【００６２】
［酸素摂取率変換：Ｓ１１０３］
酸素摂取率変換部３３３は、少なくとも２つの生体組織に分離した組織分離画像のうちのいずれかを酸素摂取率に変換する。本実施形態では、静脈の磁化率分布を酸素摂取率に変換する。静脈の磁化率は、デオキシヘモグロビンの濃度、すなわち酸素摂取率に比例することが知られている。即ち、静脈と生体組織との磁化率差をχｖ、ヘマトクリット（血液中に占める血球の体積の割合を示す数値）をＨｃｔ、単位ヘマトクリットあたりの動静脈間の磁化率差をΔχｄｏとすると、酸素摂取率は式４を用いて算出することができる（Ｊａｎ Ｓｅｄｌａｃｉｋ他、  ”Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｉｓｓｕｅ Ｏｘｙｇｅｎ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｏｘｙｇｅｎａｔｅｄ Ｂｌｏｏｄ Ｖｏｌｕｍｅ Ｆｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｐｈａｎｔｏｍ ａｎｄ Ｉｎ Ｖｉｖｏ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ ＭＲＩ”、  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、２０１０年、６３巻、９１０−９２１頁の式６を参照）。
【数４】
2018075075.tif 000006
【００６３】
ここで、ヘマトクリット値は正常男性でおよそ０．４２、正常女性で０．３８と言われている。また、単位ヘマトクリットあたりの動静脈間の磁化率差Δχｄｏは０．１８ｐｐｍ（ＣＧＳ単位系）であることが知られている。したがって、静脈と生体組織の磁化率差Δχｖを算出できれば静脈のＯＥＦに変換することができる。なおヘマトクリット値については、ＭＲＩ検査とは別に行った血液検査から被検体について求めた値を代入してもよい。
【００６４】
［酸素摂取率分布推定：Ｓ１１０４］
酸素摂取率分布推定部３３４は、酸素摂取率に変換した静脈の磁化率分布において、任意の画素の画素値とその周囲の画素の平均値が略等しいという制約条件（第１の条件）に基づいて、検査対象である組織全体、例えば脳実質の酸素摂取率分布を推定する。ここで、対象とする領域を１、それ以外（例えば脳表などの領域）を０とするマスク（バイナリマスク）をＭ、第１の条件を満たすと推定できる局所的領域の半径をｒ、半径ｒの球状のカーネルをρ、デルタ関数をδとすると、生体組織（対象とする領域）の酸素摂取率ＯＥＦｔは、半径ｒの範囲内では大きく変化しないと仮定できるため、式（５）の関係式が成り立つ。
【００６５】
【数５】
2018075075.tif 000007
なおバイナリマスクＭは、絶対値画像から予め作成しておくことができ、磁化率分布算出の際に用いるマスクと同じものでもよいし、それより範囲が小さいものでもよい。
【００６６】
式（５）は、フーリエ変換演算子Ｆ、逆フーリエ変換演算子Ｆ−１を用いると、式（６）のように書き換えることができる。
【数６】
2018075075.tif 000008
【００６７】
式（６）において、Ｃはカーネルρのフーリエ成分（Ｃ＝Ｆρ）、Δはデルタ関数δのフーリエ成分（Δ＝Ｆδ）をそれぞれ表す。式（６）を満たすような生体組織の酸素摂取率ＯＥＦｔを算出できればよい。そこで本実施形態では、静脈の酸素摂取率ＯＥＦｖの局所平均値と、生体組織の酸素摂取率ＯＥＦｔの局所平均値が等しいという制約条件（第二の条件）を加えて、式（６）を満たす酸素摂取率ＯＥＦｔを算出する。すなわち式（７）を最小化する「ＯＥＦｔ」を求める。
【００６８】
【数７】
2018075075.tif 000009
式（７）中、第一項が第一の条件、第二項が第二の条件を表す。またλは正則化パラメータを表し、制約条件の影響の度合いを制御するパラメータである。λの値は、典型的には０．１〜１０．０の範囲とする。以上の処理により、静脈の酸素摂取率ＯＥＦｖを用いて、生体組織の酸素摂取率ＯＥＦｔを推定することができる。
【００６９】
なお、本実施形態では、式（７）に示す最小化処理により生体組織の酸素摂取率ＯＥＦｔを推定したが、この方法に限られない。たとえば、静脈の酸素摂取率ＯＥＦｖの局所平均値や、静脈の酸素摂取率ＯＥＦｖのガウシアンフィルタによる平滑化処理を用いてもよい。
【００７０】
［部分体積効果補正：Ｓ１１０５］
部分体積効果補正部３３５は、Ｓ１１０４で算出した生体組織の酸素摂取率ＯＥＦｔに対して、部分体積効果補正を実施する。Ｓ１１０３で生体組織の酸素摂取率ＯＥＦｔを算出するのに用いた静脈の酸素摂取率ＯＥＦｖは、画素サイズより小さい静脈については、画素内に含まれるその他の生体組織による部分体積効果によって小さい値に算出されている（部分体積効果）。したがって、部分体積効果による酸素摂取率の低下を補正する必要がある。このため、部分体積効果補正部３３５は、まず、任意の静脈の酸素摂取率と脳全体の酸素摂取率の平均値が等しいという条件に基づいて、部分体積効果により低下した酸素摂取率を補正するための補正係数（部分体積効果補正係数）を算出する。任意の静脈は、脳全体の酸素摂取率を代表するとみなすことができる静脈であることが好ましく、例えば静脈洞などの太い静脈とする。
【００７１】
ここで、任意の静脈の酸素摂取率の平均値をＯＥＦＳＳＳ、バイナリマスクＭ内にある画素数をＮ、画素位置ｉにおける生体組織の酸素摂取率をＯＥＦｔ（ｉ）とすると、上述した条件（任意の静脈の酸素摂取率と脳全体の酸素摂取率の平均値が等しいという条件）は、式（８）で表すことができる。ＰＶＣは式（８）を満たすための部分体積効果補正係数である。
【数８】
2018075075.tif 000010
任意の静脈の酸素摂取率ＯＥＦＳＳＳは、例えば、組織分離処理において、静脈として分離された画像（磁化率分布画像）から任意の静脈に相当する１ないし複数の画素を選択し、その変換処理Ｓ１１０３後の酸素摂取率を用いることができる。
【００７２】
次いで部分体積効果補正部３３５は、式（８）を満たす部分体積効果補正係数ＰＶＣを用いて、式（９）により各画素の酸素摂取率を補正する。これにより最終的な酸素摂取率分布ＯＥＦ（ｉ）correctedを算出することができる。
【数９】
2018075075.tif 000011
【００７３】
以上の処理Ｓ１１０１〜Ｓ１１０５により、図３の酸素摂取率分布算出処理Ｓ１００３が完了する。なお、図６に示すフローは一例であり、その一部の処理を省いたり、順番を入れ替えたりすることも本実施形態に含まれる。例えば、図６の部分体積効果補正を省いたり、部分体積効果補正を組織分離画像算出後や酸素摂取率変換後に実施したりすることもあり得る。また部分体積効果補正以外に、適宜フィルタなどを用いた平滑処理などを施してもよい。さらに、算出した酸素摂取率を用いて、その他の酸素量特性、例えば酸素飽和度や酸素代謝率などを算出することも可能である。
【００７４】
上記処理Ｓ１１０１〜Ｓ１１０５の各段階で得られる画像の例を図８に示す。図８は、ＱＳＭ法を用いて算出した脳の酸素摂取率分布を示す図で、図８（ａ）は、物性値分布算出部３３１が算出した磁化率分布、図８（ｂ）は、組織分離部３３２が算出した静脈の磁化率分布、図８（ｃ）は最終的に算出した酸素摂取率分布である。
【００７５】
［画像表示：Ｓ１００５］
酸素摂取率分布算出部３３０が算出した酸素摂取率分布や磁化率分布は、ディスプレイ１１０（図１）に表示することができる。或いは外部記憶装置１１１に画像データとして格納し、所望の表示装置で表示されてもよい。表示の形態は、特に限定されず、例えば酸素摂取率分布は、図８（ｃ）に示すような等高線やカラーマップとして表示することができる。
【００７６】
本実施形態のＭＲＩ装置（或いは演算処理装置）及び画像処理方法によれば、カフェイン投与などの負荷を与えず簡易な処理で脳実質を含む脳内の酸素摂取率分布を算出でき、診断精度を向上させることができる。また本実施形態によれば、酸素摂取率との線形な関係にある磁化率分布を用い、且つ磁化率を精度よく算出できる組織、例えば静脈、を分離して組織分離画像を作成し、酸素摂取率を推定するので、精度のよく酸素摂取率分布を算出することができる。
【００７７】
また部分体積効果補正を行うことにより、画素サイズよりも小さい毛細血管が含まれる組織についても、部分体積効果による誤差を低減し、算出した酸素摂取率分布の精度を高めることができる。
【００７８】
＜第二実施形態＞
第一実施形態では、酸素摂取率を反映する物性値として磁化率分布を用いた例であるが、本実施形態では、本実施形態では、酸素摂取率を反映する物性値分布として見かけの横緩和速度（Ｒ２＊）分布を算出する。
【００７９】
本実施形態においても計算機１０９及び酸素摂取率算出部３３０の構成は、第一実施形態と同様であるが、計測制御部３１０は２つ以上の複数のエコー時間のエコーを計測し、エコー時間が異なる複数の複素画像を取得する制御を行う。また物性値分布算出部３３１、及び酸素摂取率変換部３３２の処理内容が異なる。具体的には、また物性値分布算出部３３１では、複数のエコー時間の複素画像から、Ｒ２＊分布を算出し、酸素摂取率変換部３３２では、Ｒ２＊分布の各画素値を酸素摂取率に変換する。本実施形態では、図３における物性値分布算出部３３１は、Ｒ２＊分布算出部と読み替える。
【００８０】
以下、第一実施形態とは異なる点を中心に、本実施形態の計算機１０９、主として酸素摂取率算出部３３０の動作を、図９のフローを参照して説明する。以下の説明において、適宜、第一実施形態で用いた図３の機能ブロック図及び図４も参照する。
【００８１】
［計測及び画像再構成：Ｓ１００１、Ｓ１００２］
計測制御部３１０は、図５に示すような、ＧｒＥ系パルスシーケンスに基き計測部を制御し、複数のエコー時間（ＴＥ）の異なるエコーを計測する。なお図５は1回の励起後にＴＥの異なる複数のエコーを計測するマルチエコーシーケンスであるが、１つのエコーを計測するシーケンスを用いた撮像を、ＴＥを変えて複数回実行してもよい。画像再構成部３２０は、各エコーから異なるＴＥ毎に複素画像を再構成する。
【００８２】
［酸素摂取率分布算出：Ｓ１００３］
［Ｒ２＊分布算出：Ｓ１１０１］
Ｒ２＊分布算出部３３１は、エコー時間（ＴＥ）で計測した複素画像Ｉ（ＴＥ）から、Ｒ２＊分布を算出する。以下、複素画像Ｉ（ＴＥ）からＲ２＊分布を算出する手法について説明する。
【００８３】
複素画像Ｉは強度情報と位相情報を含む画像であるが、ここでは強度情報を持つ画像（絶対値画像）を用いて、生体組織の磁化率変化によって生じる信号減衰を算出する。ここで、画素内のプロトン密度をＭ０、見かけの横緩和速度をＲ２＊とすると、エコー時間ＴＥにおける信号強度Ｉ（ＴＥ）は式（１０）で表される。
【数１０】
2018075075.tif 000012
【００８４】
ＧｒＥ法で計測した、ＴＥが異なる複数の画像の各画素の画素値を、式（１０）の信号モデルに最小二乗フィッティングさせることでプロトン密度分布Ｍ０、見かけの横緩和速度分布Ｒ２＊をそれぞれ算出することができる。式（１０）の未知数は２つなので、ＴＥが異なる画像の数は２以上であればよいが、画像数（エコー数）を多くすることでフィッティングの精度を高めることができる。
【００８５】
［組織分離画像算出：Ｓ１１０２］
組織分離部３３２は、算出したＲ２＊分布から、少なくとも２つ種類以上の生体組織に分離した組織分離画像を算出する。ここではＲ２＊分布から静脈を抽出して、静脈のＲ２＊分布と、それ以外のＲ２＊分布に分離する。静脈のＲ２＊分布を抽出する方法は、第一実施形態と同様であり、例えばモルフォロジーフィルタバンクを用いた処理（図７）や局所の平均値と標準偏差から静脈を判別する処理などを採用することができる。
【００８６】
［酸素摂取率変換：Ｓ１１０３］
酸素摂取率変換部３３３は、Ｓ１１ｎ２で分離した静脈のＲ２＊分布の各画素値（Ｒ２＊値）を酸素摂取率に変換する。静脈のＲ２＊値は、デオキシヘモグロビンの濃度、すなわち酸素摂取率に比例することが知られている（Ｘｉａｎｇ Ｈｅ他、  ” Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ＢＯＬＤ： Ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ Ｈｕｍａｎ Ｃｅｒｅｂｒａｌ  Ｄｅｏｘｙｇｅｎａｔｅｄ Ｂｌｏｏｄ Ｖｏｌｕｍｅ ａｎｄ Ｏｘｙｇｅｎ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  Ｆｒａｃｔｉｏn： Ｄｅｆａｕｌｔ Ｓｔａｔｅ”、  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、２００７年、５７巻、１１５−１２６頁の式１と式２を参照）。ここで、静脈の横緩和速度をＲ２、ヘマトクリット（血液中に占める血球の体積の割合を示す数値）をＨｃｔ、単位ヘマトクリットあたりの動静脈間の磁化率差をΔχｄｏとすると、酸素摂取率ＯＥＦは式（１１）で表される。
【００８７】
【数１１】
2018075075.tif 000013
式（１１）中、γは核磁気回転比、Ｂ０は磁場強度をそれぞれ表す。また前述したように、ヘマトクリット値及び動静脈間の磁化率差は標準的な値が知られている値である。また別途検査を行って予め計測しておいてもよい。静脈において、Ｒ２はＲ２＊値に比べ無視できる程度小さいので、本実施形態では式（１１）を近似的な式（１２）で代用し、静脈のＲ２＊値から酸素摂取率ＯＥＦに変換する。
【００８８】
【数１２】
2018075075.tif 000014
【００８９】
酸素摂取率変換以降の処理、即ち、酸素摂取率分布推定（Ｓ１１０４）や部分体積効果補正（Ｓ１１０５）は第一の実施形態と同様に実施する。
【００９０】
以上の手順により、見かけの横緩和速度Ｒ２＊から脳実質の酸素摂取率が算出できる。この場合にも、図８（ｃ）に示したような酸素摂取率分布を得ることができ、適宜、任意の表示形態でディスプレイ１１０に表示することができる。
【００９１】
本実施形態によれば、第一実施形態と同様に、精度よく酸素摂取率を算出できる組織を分離して酸素摂取率の計算を行うので、非侵襲的に且つ精度よく酸素摂取率分布を得ることができる。また本実施形態によれば、特性値として見かけの横緩和速度Ｒ２＊を用いることにより、磁化率分布よりもミクロの構造の情報を得ることができ、組織分離の精度を高めることができる。その結果、酸素摂取率分布算出の精度を高めることができる。
【００９２】
なお第一実施形態で説明した変形例、例えばモルフォロジーフィルタバンク以外の組織分離方法を採用することや、図３に示す手順の入れ替え、部分体積効果補正の省略等は、本実施形態においても同様に適用することができる。
【００９３】
＜第二実施形態の変形例＞
上記実施形態では、真の横緩和速度Ｒ２については、Ｒ２＊値に対し無視できる程度に小さいものと仮定して酸素摂取率を算出したが、式（１１）からわかるように、酸素摂取率と線形の関係にあるのはＲ’（＝Ｒ２＊−Ｒ２）である。本変形例では、計測制御部３１０は、図５のパルスシーケンスの他に、Ｒ２が求められるパルスシーケンスを用いて、ＴＥの異なるスピンエコー（ＳＥ）画像を複数取得し、物性値としてＲ’分布を取得する。
【００９４】
Ｒ２が求められるパルスシーケンスとしては、例えば図１０に示すように、反転パルス７０２−２や７０２−３を追加したＭｕｌｔｉ−ｅｃｈｏ  ＳＥシーケンスを用いることができる。このシーケンスの詳細な説明は省略するが、このシーケンスでは、図５のＧｒＥシーケンスと同様に、複数のＴＥの異なるエコー７１０、７１１が得られる。これらのエコーは静磁場の不均一の影響を含まないスピンエコーであり、図１０のシーケンスを、スライス方向及び位相エンコード方向の各エンコード量を異ならせて繰り返すことにより複数のＳＥ画像用データ（ｋ空間データ）が得られる。画像再構成部３２０はこれら画像用データを再構成し、ＴＥが異なる複数のＳＥ画像を得る。
【００９５】
酸素摂取率算出部３３０は、複数のＳＥ画像から、式（１０）と同様の信号減衰式を用いて、Ｒ２を算出し（物性値分布算出）、ＧｒＥ画像から算出したＲ２＊とＳＥ画像から算出したＲ２を用いて式（１１）により酸素摂取率ＯＥＦを算出することができる（酸素摂取率変換）。
本変形例によれば、計測ステップ(図３：Ｓ１００１)の時間は長くなるが、より正確なＯＥＦを算出することができる。
なお、その他のパルスシーケンスを用いてＲ２＊とＲ２をそれぞれ算出してもよい。例えば、２Ｄ  ＧｒＥ−ＥＰＩシーケンスのＴＥを複数回変えて計測した複数の画像からＲ２＊を算出し、２Ｄ  ＳＥ−ＥＰＩシーケンスのＴＥを複数回変えて計測した複数の画像からＲ２を算出してもよい。上記のようにＥＰＩ系シーケンスを用いることで計測ステップ(図３：Ｓ１００１)の時間を短縮することができる。
【００９６】
＜第三実施形態＞
本実施形態も第二実施形態と同様に、物性値分布算出部３３１が、酸素摂取率を反映した特性として見かけの横緩和速度Ｒ２＊を算出する。ただし、組織分離部３３２（図３）の処理が第二の実施形態とは異なり、本実施形態では、見かけの横緩和速度Ｒ２＊を脳実質のＲ２＊とその他の組織のＲ２＊に分離する。
【００９７】
以下、第二実施形態と異なる点を中心に本実施形態の酸素摂取率分布算出部３３０の処理を説明する。図１１に本実施形態の処理の流れを示す。図１１において、図９の各ステップと同じ内容のステップは同じ符号で示し、詳しい説明は省略する。
【００９８】
［Ｒ２＊分布（Ｒ’分布）算出：Ｓ１１０１］
第二実施形態のＲ２＊分布（Ｒ’分布）算出ステップＳ１１０１と同様に、物性値算出部（Ｒ２＊分布算出部）３３１はＴＥの異なる複数の画像の強度情報を用いて、画素毎に見かけの横緩和速度Ｒ２＊を算出し、Ｒ２＊分布を得る。計測において、ＧｒＥ系パルスシーケンスのみを用いた場合にはＲ２＊分布が得られるが、第二実施形態の変形例のようにＳＥ系パルスシーケンスを併用した場合にはＲ’（＝Ｒ２＊−Ｒ２）分布が得られる。以下、Ｒ２＊分布とＲ’ 分布を代表して、Ｒ２＊分布が得られたものとして説明する。
【００９９】
［組織分離画像算出：Ｓ１１０２］
組織分離部３３２は、Ｒ２＊分布から静脈を抽出して、静脈のＲ２＊分布を算出する。静脈のＲ２＊分布を抽出する方法は第一実施形態と同様であり、例えば、Ｒ２＊分布に対しモルフォロジーフィルタバンクを用いて線状の構造を抽出する手法や、絶対値画像から抽出する手法などを用いる。次いで、元のＲ２＊分布と静脈のＲ２＊分布との差分によって、脳実質のＲ２＊分布（差分Ｒ２＊分布という）を算出する。
【０１００】
［特性値補正：Ｓ１１０２−１］
この処理では、脳実質のＲ２＊を変化させる物質の影響を補正する。例えば、脳にフェリチンなどの鉄タンパクの沈着などがあるとその部分のＲ２＊は高い値となる。このようなＲ２＊の異常値を検出し、それを除去する。具体的には、差分Ｒ２＊分布に対して、複数の画素からなる小領域を設定し、この小領域におけるＲ２＊の平均値と標準偏差を算出し、平均値＋Ｎ×標準偏差の範囲を超える画素値をフェリチン沈着組織のＲ２＊として抽出する。次いで抽出したＲ２＊を差分Ｒ２＊分布から差し引き、脳実質の補正後Ｒ２＊分布とする。
【０１０１】
なおこの処理は、フェリチン沈着が疑われる被検体に対してのみ行ってもよいし、省略することも可能である。また組織分離画像算出Ｓ１１０２において、静脈のＲ２＊分布を抽出する際に、第一実施形態と同様に、直線構造要素の角度を三次元的に変えた多重直線構造要素によるトップハット変換により粒状成分を分離し、粒状成分のＲ２＊分布を算出した場合には、この粒状成分のＲ２＊分布を元のＲ２＊分布から差し引くことで、上述したフェリチン沈着組織を除去することができる。
【０１０２】
以降の酸素摂取率変換（Ｓ１１０３）や酸素摂取率分布推定（Ｓ１１０４）、部分体積効果補正（Ｓ１１０５）は第二実施形態と同様に実施する。
【０１０３】
本実施形態によれば、酸素摂取率を求める対象である脳実質のＲ２＊分布を組織分離して、その組織分離画像から、酸素摂取率を算出するので、より直接な手法であり、精度よく、酸素摂取率を求めることができる。
【０１０４】
＜第三実施形態の変形例＞
上記実施形態では、フェリチン沈着組織のＲ２＊として抽出した値を、組織分離画像算出ステップＳ１１０２で求めた差分Ｒ２＊分布から差し引き、脳実質のＲ２＊分布としたが、本変形例では、フェリチン沈着組織のＲ２＊として抽出したＲ２＊分布を用いて、バイナリマスクを作成し、これを以降の計算に用いる。
【０１０５】
即ち、フェリチン沈着組織のＲ２＊をゼロ、それ以外を１とするバイナリマスクを作成する。次の酸素摂取率変換（Ｓ１１０３）は、マスクされない領域（マスク値が１の領域）のみについて酸素摂取率変換を行う。このマスクされない領域にのみ、酸素摂取率変換後の組織分離画像（酸素摂取率画像）を用いて酸素摂取率分布推定（Ｓ１１０４）すること、さらに部分体積効果補正を行ってもよいことは上記実施形態と同様である。
【０１０６】
以上、本発明の各実施形態とその変形例を説明したが、これら実施形態では言及されない要素を追加した構成や必須ではない要素を削除した構成も本発明に包含される。また上記実施形態では、主としてＭＲＩ装置の計算機１０９の機能の実施形態を説明したが、計算機１０９の機能は、ＭＲＩ装置で取得した画像データを無線、有線或いは可搬媒体等を介して取り込むことができる画像処理装置であれば、ＭＲＩ装置から独立した画像処理装置でも実現することも可能であり、このような画像処理装置も本発明に包含される。
【符号の説明】
【０１０７】
１００：ＭＲＩ装置、１０１：被検体、１０２：静磁場コイル、１０３：傾斜磁場コイル、１０４：シムコイル、１０５：送信コイル、１０６：受信コイル、１０７：送信機、１０８：受信機、１０９：計算機、１１０：ディスプレイ、１１１：外部記憶装置、１１２：傾斜磁場用電源部、１１３：シム用電源部、１１４：シーケンス制御装置、１１５：入力装置、１２０：ＭＲＩ装置、１３０：ＭＲＩ装置、３１０：計測制御部、３２０：画像再構成部、３３０：酸素摂取率分布算出部、３３１：物性値分布算出部（磁化率分布算出部、Ｒ２＊分布算出部）、３３２：組織分離部、３３３：酸素摂取率変換部、３３４：酸素摂取率分布推定部、３３５：部分体積効果補正部
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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