(57)【要約】【課題】生体組織に圧迫や衝撃等の物理的な刺激を加えずに取得した磁気共鳴画像に基づいて生体組織の弾性情報を求める。【解決手段】本発明の医用画像診断装置１は、磁気共鳴画像装置１３により取得された被検体のＴ２強調画像及び拡散傾斜磁場の印加方向が異なる少なくとも６つの拡散強調画像の画像データセット及び演算プログラムを記憶する記憶装置４と、前記記憶装置から前記演算プログラムを読み出すとともに前記画像データセットを読み出し、該読み出した前記画像データセットに基づいて前記演算プログラムに従って前記拡散強調画像の各画素値の拡散テンソルを演算し、前記拡散テンソルに基づいて各画素位置における前記被検体の生体組織の弾性率を演算し、前記弾性率に応じて演算した各画素位置における色相を付した弾性画像を生成する演算装置２と、前記弾性画像を表示する表示装置６を含んで構成する。【選択図】図２
2012143315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴画像装置により取得された被検体のＴ２強調画像及び拡散傾斜磁場の印加方向が異なる少なくとも６つの拡散強調画像の画像データセット及び演算プログラムを記憶する記憶装置と、
前記記憶装置から前記演算プログラムを読み出すとともに前記画像データセットを読み出し、該読み出した前記画像データセットに基づいて前記演算プログラムに従って前記拡散強調画像の各画素値の拡散テンソルを演算し、演算した前記拡散テンソルに基づいて各画素位置における前記被検体の生体組織の弾性情報を演算し、演算した前記各画素位置における前記弾性情報に応じて色相を付した弾性画像を生成する演算装置と、
前記弾性画像を表示する表示装置を含んでなる医用画像診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の医用画像診断装置において、
前記演算装置は、拡散テンソルの固有値（λ１〜λ３）及び固有ベクトル（ｕ１〜ｕ３）を演算により求め、求めた固有値に基づいて異方性比率を演算により求め、求めた異方性比率と固有ベクトルに基づいて前記弾性情報として縦弾性係数を演算により求めることを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の医用画像診断装置において、
前記演算装置は、前記拡散強調画像に付された又は入力設定される拡散傾斜磁場の印加方向、印加時間及び間隔時間を含む前記拡散強調画像の計測条件と、予め設定される磁気回転比γ、基準縦弾性係数Ｅ及び最大剛性率αを含むパラメータと、予め設定又は前記異方性比率に基づいて演算されるポアソン比と横弾性係数Ｇのパラメータとに基づいて、前記縦弾性係数を演算することを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の医用画像診断装置において、
前記記憶装置は、前記磁気共鳴画像装置により取得された時間が前後する少なくとも２つの画像データセットを記憶してなり、
前記演算装置は、２つの前記画像データセットの相互間の各画素位置における前記縦弾性係数の変化量を演算し、前記縦弾性係数の変化量に応じて色相を付した弾性画像を生成することを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項５】
請求項２又は３に記載の医用画像診断装置において、
さらに、前記演算装置により求めた前記縦弾性係数を用い、被検体の生体組織に作用する力の変化に伴う前記生体組織の変形をシミュレーションし、該シミュレーション結果に基づいて生体組織の変形シミュレーション画像を生成して、前記表示装置に表示させ、前記シミュレーションは、前記生体組織を微小要素又は粒子に離散化した基準データを生成し、入力される前記生体組織の変形パラメータと前記生体組織に作用する力と前記基準データを用いてシミュレーションを実施することを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項６】
請求項５に記載の医用画像診断装置において、
前記変形シミュレーション画像は、断層像とボリュームレンダリング像の少なくとも一方であることを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項７】
磁気共鳴画像装置により取得された被検体のＴ２強調画像及び拡散傾斜磁場の印加方向が異なる少なくとも６つの拡散強調画像の画像データセットを入力するステップと、
前記画像データセットに基づいて前記拡散強調画像の各画素値の拡散テンソルを演算するステップと、
前記拡散テンソルに基づいて各画素位置における前記被検体の生体組織の弾性情報を演算するステップと、
各画素位置における前記弾性情報に応じて色相を付した弾性画像を生成するステップと、
前記弾性画像を表示するステップを含んでなる弾性画像生成方法。
【請求項８】
請求項７に記載の弾性画像生成方法において、
前記弾性情報を演算するステップは、前記拡散テンソルの固有値及び固有ベクトルを演算するステップと、前記固有値に基づいて異方性比率を演算するステップと、前記異方性比率と前記固有ベクトルに基づいて、前記弾性情報として縦弾性係数を演算するステップを含んでいることを特徴とする弾性画像生成方法。
【請求項９】
請求項８に記載の弾性画像生成方法において、
前記縦弾性係数を演算するステップは、前記拡散強調画像に付された又は入力設定される拡散傾斜磁場の印加方向ｇ、印加時間δ及び間隔時間Δを含む前記拡散強調画像の計測条件と、予め設定される磁気回転比γ、基準縦弾性係数Ｅ及び最大剛性率αを含むパラメータと、予め設定又は前記異方性比率ＶＦＡに基づいて演算されるポアソン比νと横弾性係数Ｇのパラメータとに基づいて、前記縦弾性係数を演算することを特徴とする弾性画像生成方法。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の弾性画像生成方法において、
前記画像データセットを入力するステップは、前記磁気共鳴画像装置により取得された時間が前後する少なくとも２つの画像データセットを入力し、
前記縦弾性係数を演算するステップは、時間が前後する２つの前記画像データセットの相互間の各画素位置における前記縦弾性係数の変化量を演算するステップを含み、
前記弾性画像を生成するステップは、前記縦弾性係数の変化量に応じて色相を付した弾性画像を生成することを特徴とする弾性画像生成方法。
【請求項１１】
請求項８又は９に記載の弾性画像生成方法により求めた縦弾性係数を用い、被検体の生体組織に作用する力の変化に伴う前記生体組織の変形をシミュレーションするステップと、該シミュレーション結果に基づいて生体組織の変形シミュレーション画像を生成するステップと、前記変形シミュレーション画像を表示するステップを含んでなる生体組織の変形シミュレーション画像生成方法であって、
前記生体組織の変形をシミュレーションするステップは、前記生体組織の変形パラメータを入力するステップと、前記生体組織を微小要素又は粒子に離散化した基準データを生成するステップと、前記生体組織に作用する力と前記変形パラメータと前記基準データを用いて前記シミュレーションを実施することを特徴とする生体変形シミュレーション画像生成方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の生体変形シミュレーション画像生成方法において、
前記変形シミュレーション画像は、断層像とボリュームレンダリング像の少なくとも一方であることを特徴とする生体変形シミュレーション画像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）装置で取得される医用画像を用いて生体組織の硬さ又は軟らかさを表す弾性情報を求める技術に関する。具体的には、生体組織に圧迫や物理的衝撃を加えずに生体組織の弾性情報を取得して弾性画像を生成する弾性画像生成方法及びその弾性画像を表示する医用画像診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置の分野においては、取得される超音波画像を用いて生体組織の硬さ又は軟らかさを表す歪み、弾性率など弾性情報を求めて弾性画像を生成及び表示する方法が、従来から広く知られている（例えば、特許文献１参照）。例えば、生体組織に対して外部から用手法もしくは機械的に圧迫を加え、あるいは生体組織に対して物理的衝撃を加え、それに伴い生じる超音波画像上の各点の変位及び圧力に基づいて、歪み、弾性率などの弾性情報を求めている。
【０００３】
一方、ＭＲＩ装置の分野においても、取得される磁気共鳴画像を用いて弾性画像を生成及び表示する方法が従来から知られている（例えば、特許文献２参照）。同文献によれば、生体組織に対して外部より機械的な刺激を加え、磁気共鳴パルス系列を用いてせん断画像を取得して、せん断応力などの弾性情報を求めて、弾性画像を生成及び表示することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−３１７３１３号公報
【特許文献２】特開平０８−２５２２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び２では、いずれも外部から用手法もしくは機械的に圧迫などの刺激を生体組織に与え、生体組織を変位させることにより弾性情報を演算している。そのため、生体組織の大きさや形状に大きな変化が生じた場合には、描出が困難になるという問題がある。また、生体組織に対して圧迫などの刺激を与えているため、低侵襲であっても無侵襲ではない。また、圧迫などの物理的な刺激の加え方が一定しなければ、再現性は必ずしも保証できないという問題もある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、生体組織に圧迫や衝撃等の物理的な刺激を加えずに取得した磁気共鳴画像に基づいて生体組織の弾性情報を求めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の医用画像診断装置は、磁気共鳴画像装置により取得された被検体のＴ２強調画像及び拡散傾斜磁場の印加方向が異なる少なくとも６つの拡散強調画像の画像データセット及び演算プログラムを記憶する記憶装置と、前記記憶装置から前記演算プログラムを読み出すとともに前記画像データセットを読み出し、該読み出した前記画像データセットに基づいて前記演算プログラムに従って前記拡散強調画像の各画素値の拡散テンソルを演算し、演算した前記拡散テンソルに基づいて各画素位置における前記被検体の生体組織の弾性情報を演算し、演算した前記各画素位置における前記弾性情報に応じて色相を付した弾性画像を生成する演算装置と、前記弾性画像を表示する表示装置を含んで構成されることを特徴とする。
【０００８】
すなわち、磁気共鳴画像装置により取得される被検体の拡散強調画像は、生体組織中における各種分子の拡散の大きさ及び方向を計測した画像である。計測対象の分子には種々のものを適用できるが、典型的には、水分子の拡散を計測する。生体内のさまざまな構造物により水分子の拡散方向が制限されるから、拡散の大きさが方向に依存して三次元的に異なり、テンソル量として定義される。
【０００９】
一方、磁気共鳴画像装置により取得される被検体のＴ２強調画像は水分子の動きがないことから、Ｔ２強調画像を基準として拡散強調画像から拡散テンソルを求める。拡散テンソルは、対称行列で、独立成分は６つあることから、拡散テンソルを解析するためには、拡散傾斜磁場（ＭＰＧ）の印加方向が異なる少なくとも６つの拡散強調画像が必要である。ところで、生体組織内の水分子が自由な方向に動き易い等方性拡散を示せば、その生体組織は軟らかく、逆に、水分子の動く方向が制限されて異方性拡散を示せば、その生体組織は硬いことを推定できる。つまり、各画素位置における拡散テンソルは、その画素位置の生体組織の硬さ軟らかさに相関することから、拡散テンソルに基づいて弾性情報（例えば、弾性率、縦弾性係数、等）を求めることができる。つまり、拡散テンソルを解析して水分子の異方性拡散を表す異方性比率であるＦＡ（Fractional Anisotropy）値を求めることにより、生体組織の硬さ及び軟らかさを計測することができる。したがって、本発明によれば、生体組織に圧迫や物理的衝撃を加えずに、無侵襲で取得した磁気共鳴画像に基づいて生体組織の弾性情報を求めることができる。また、圧迫などの変動要因がないことから、再現性を保証できる。
【００１０】
また、本発明において、演算装置は、拡散テンソルの固有値（λ１〜λ３）及び固有ベクトル（ｕ１〜ｕ３）を演算により求め、求めた固有値に基づいて異方性比率（ＦＡ値）を演算により求め、求めた異方性比率と固有ベクトルに基づいて縦弾性係数を演算により求めることができる。さらに、演算装置は、拡散強調画像に付された又は入力設定される拡散傾斜磁場ＭＰＧの印加方向ｇ、印加時間δ及び間隔時間Δを含む拡散強調画像の計測条件と、予め設定される磁気回転比γ、基準縦弾性係数Ｅ及び最大剛性率αを含むパラメータと、異方性比率に基づいて演算されるポアソン比と横弾性係数Ｇのパラメータ、あるいは予め設定れるポアソン比と横弾性係数Ｇとに基づいて、縦弾性係数を演算する。
【００１１】
上述した本発明の医用画像診断装置において、記憶装置は、磁気共鳴画像装置により取得された時間が前後する少なくとも２つの画像データセットを記憶してなり、演算装置は、２つの画像データセットの相互間の各画素位置における弾性情報の変化量を演算し、その変化量に応じて色相を付した弾性画像を生成して、表示装置に表示させることができる。これによれば、例えば、放射線治療などにおいて、治療の前後で病変部の弾性にどのような変化が生じたかを知ることができ、治療効果の判定の材料とすることができる。
【００１２】
上述した本発明の医用画像診断装置において、さらに、前記演算装置は、求めた前記弾性情報を用い、被検体の生体組織に作用する力の変化に伴う生体組織の変形をシミュレーションし、該シミュレーション結果に基づいて生体組織の変形シミュレーション画像を生成して前記表示装置に表示させ、前記シミュレーションは、生体組織を微小要素又は粒子に離散化した基準データを生成し、入力される前記生体組織の変形パラメータと前記生体組織に作用する力と前記基準データを用いてシミュレーションする構成とすることができる。この場合において、前記変形シミュレーション画像は、断層像とボリュームレンダリング像の少なくとも一方とすることができる。これによれば、例えば、頭蓋骨を開口する際の脳変形（ブレインシフト）などの臓器変形に関して、事前に変形度合いを推察することができる。また、医用ナビゲーションシステムと連携することにより、臓器変形に対応した画像誘導を実現することができる。
【００１３】
また、本発明の弾性画像生成方法は、磁気共鳴画像装置により取得された被検体のＴ２強調画像及び拡散傾斜磁場の印加方向が異なる少なくとも６つの拡散強調画像の画像データセットを入力するステップと、前記画像データセットに基づいて前記拡散強調画像の各画素値の拡散テンソルを演算するステップと、前記拡散テンソルに基づいて各画素位置における前記被検体の生体組織の弾性情報を演算するステップと、各画素位置における前記弾性情報に応じて色相を付した弾性画像を生成するステップと、前記弾性画像を表示するステップを含んでなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、生体組織に圧迫や衝撃等の物理的な刺激を加えずに取得した磁気共鳴画像に基づいて生体組織の弾性情報を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の弾性画像生成方法を適用可能な医用画像診断装置の一実施の形態のハードウェア構成を示す図である。
【図２】本発明の弾性画像生成方法の実施例１の処理の流れを示す図である。
【図３】本発明の実施例１により得られる弾性画像の表示画面の一例である。
【図４】本発明の弾性画像生成方法の実施例２の処理の流れを示す図である。
【図５】本発明の弾性画像生成方法の実施例３の処理の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に、本発明の一実施の形態の医用画像診断装置のハードウェア構成を示す。図１に示すように、医用画像診断装置１は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)２、主メモリ３、記憶装置４、表示メモリ５、表示装置６、マウス８に接続されたコントローラ７、キーボード９及びネットワークアダプタ１０を備え、それらはシステムバス１１によって通信可能に接続されている。医用画像診断装置１は、ネットワークアダプタ１０を介して外部のネットワーク１２と通信可能に接続され、ネットワーク１２を介して磁気共鳴画像装置１３や医用画像データベース１４と通信可能に設けられている。ここで、「通信可能に」とは、電気的、光学的に有線、無線を問わずに、相互にあるいは一方から他方へ信号送受可能な状態をいう。
【００１７】
ＣＰＵ２は、各構成要素の動作を制御する装置であり、記憶装置４に格納される演算プログラムにより駆動される。また、記憶装置４には、ＣＰＵ２の演算プログラムの実行に必要なデータが格納されており、ＣＰＵ２は、演算プログラム及びデータを記憶装置４から主メモリ３にロードして実行するとともに、演算処理の途中経過を主メモリ３に記憶するようになっている。さらに、記憶装置４には、磁気共鳴画像装置１３により撮影された医用画像情報が格納されるようになっている。したがって、記憶装置４には、ハードディスクの他、フレシキブルディスク、光(磁気)ディスク、ＺＩＰメモリ、ＵＳＢメモリ等の可搬性記録媒体とデータの受け渡しをする装置を適用できる。医用画像情報は、ＬＡＮ（Local Area Network）、電話回線、インターネット等のネットワーク１２を介して磁気共鳴画像装置１３や医用画像データベース１４から取得可能になっている。
【００１８】
表示メモリ５は、液晶ディスプレイやＣＲＴ(Cathode Ray Tube)等により構成される表示装置６に表示する画像データなどの表示データを一時格納する。マウス８やキーボード９は、操作者が医用画像診断装置１に対して操作指示を行う操作デバイスである。マウス８はトラックパッドやトラックボールなどの他のポインティングデバイスであってもよい。コントローラ７は、マウス８の状態を検出して、表示装置６上のマウスポインタの位置を取得し、取得した位置情報等をＣＰＵ２へ出力するものである。ネットワークアダプタ１０は、医用画像診断装置１をＬＡＮ、電話回線、インターネット等のネットワーク１２に通信可能に接続するためのものである。
【００１９】
磁気共鳴画像装置１３は、被検体の断層画像等の医用画像情報を取得する装置である。医用画像データベース１４は、磁気共鳴画像装置１３によって撮影された医用画像情報を記憶するデータベースシステムである。表示装置６には、本発明の特徴である弾性画像生成方法によって生成された弾性画像を含めて、各種の画像が表示されるようになっている。
【００２０】
以下、本発明の医用画像診断装置１により実施される弾性画像生成方法について、実施例に分けて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図２は、本発明の医用画像診断装置を用いて生成する弾性画像の弾性画像生成方法の実施例１の処理の流れを示す図である。以下、図２の各ステップに基づいて、弾性画像生成方法を詳細に説明する。各ステップＳ２０１〜Ｓ２０８の処理は、ＣＰＵ２により実行される。
(ステップＳ２０１)
ＣＰＵ２は、ネットワークアダプタ１０とネットワーク１２を介して、磁気共鳴画像装置１３又は医用画像データベース１４から予め定められた画像データセットを取得して記憶装置４に格納する。この画像データセットは、Ｔ２強調画像及び拡散傾斜磁場の印加方向が異なる少なくとも６つの拡散強調画像からなる。なお、被検体のＴ２強調画像、及び拡散傾斜磁場の印加方向が異なる少なくとも６つの拡散強調画像は、磁気共鳴画像装置１３により周知のパルスシーケンスを実行して取得される。
【００２２】
(ステップＳ２０２)
ＣＰＵ２は、弾性画像生成処理に必要となる種々のパラメータの入力設定要求を、図３に示すように、表示装置６の表示画面３００に弾性パラメータ修正インターフェイス３２０として表示する。そして、表示装置６に表示された弾性パラメータ修正インターフェイス３２０に従って、マウス８及びキーボード９から入力されたパラメータを主メモリ３又は記憶装置４に記憶する。必要となるパラメータは、後述するように、拡散傾斜磁場ＭＰＧの印加方向ｇ、印加時間δ及び間隔時間Δを含む拡散強調画像の計測条件と、予め設定される磁気回転比γ、生体組織の基準となる縦弾性係数Ｅ及び最大剛性率αを含むパラメータと、予め設定され又は異方性比率ＦＡ値に基づいて演算されるポアソン比νと横弾性係数Ｇのパラメータを含んでいる。拡散傾斜磁場の印加方向ｇ、印加時間δ及び間隔時間Δを含む拡散強調画像の計測条件は、拡散強調画像に付されて入力されるか、あるいは入力設定するようにすることができる。
【００２３】
(ステップＳ２０３)
ＣＰＵ２は、記憶装置４に格納したＴ２強調画像、及び拡散傾斜磁場の印加方向が異なる少なくとも６つの拡散強調画像の画像データセットに基づいて、拡散強調画像の各画素値の拡散テンソルを演算する。
ここで、ｍ（ｍ＝１〜６）番目の拡散強調画像の画素値をＳｍ、Ｔ２強調画像の画素値をＳＯ、そのときの拡散傾斜磁場（ＭＰＧ）の印加方向をｇｍ＝（ｇｍ,ｘ,ｇｍ,ｙ,ｇｍ,ｚ）とすると、これらと拡散テンソルＤｉｊ(ｉ,j∈ｘ,ｙ,ｚ)の間には次の関係が成立する。
【数１】
2012143315.tif 000003
・・・（１）
ここで、γは磁気回転比、δはＭＰＧの印加時間、ΔはＭＰＧ間隔時間である。また、「Ｔ」は転置行列を意味する。
【００２４】
また、拡散テンソルは、対称行列であるため独立成分は６つである。したがって、全ての拡散テンソル成分を演算するためには、６つ以上の非直線上の異なるＭＰＧ軸を与えた拡散強調画像を必要とする。入力として与えられた画像から式（１）を用い、拡散テンソルについて連立方程式を解くことにより、各画素値の拡散テンソルＤｉｊ(ｉ,j∈ｘ,ｙ,ｚ)を求めることができる。そして、拡散テンソルに基づいて各画素位置における被検体の生体組織の弾性率を演算することができる。なお、拡散強調画像の数が６を上回る場合には、最小二乗化法などの最適化アルゴリズムにより、拡散テンソルＤｉｊ(ｉ,j∈ｘ,ｙ,ｚ)を求めることができる。
【００２５】
ここで、拡散テンソルと生体組織の弾性率との関係を説明する。生体組織内の水分子が自由な方向に動き易い等方性拡散を示せば、その生体組織は軟らかく、逆に、水分子の動く方向が制限されて異方性拡散を示せば、その生体組織は硬いことを推定できる。つまり、各画素位置における拡散テンソルは、その画素位置の生体組織の硬さ軟らかさに相関することから、拡散テンソルに基づいて弾性情報（例えば、弾性率、縦弾性係数、横弾性係数、等）を求めることができる。拡散テンソルに基づいて縦弾性係数を求める一例を、ステップＳ２０４〜Ｓ２０７に示す。
【００２６】
（ステップＳ２０４）
ＣＰＵ２は、ステップＳ２０３で得られた拡散テンソルの対角化を行う。まず、拡散テンソルに対し、Jacobi法などを用いて、拡散テンソルの固有値λａ（ａ＝１,２,３）及び固有ベクトルｕａ（ｕａ,ｘ,ｕａ,ｙ,ｕａ,ｚ）、（ａ＝１,２,３）を演算する。ここで、固有値は｜λ1｜≧｜λ2｜≧｜λ3｜とし、固有ベクトルは、各々、次の式（２）に示す正規直交条件を満たすように規格化する。
【数２】
2012143315.tif 000004
ただし、δaｂはクロネッカーのデルタであり、0又は1の値を持つ。
【００２７】
(ステップＳ２０５)
ＣＰＵ２は、ステップＳ２０２で得られた固有値λａ（ａ＝１,２,３）を基に、拡散方向の異方性比率（ＦＡ値）ＶＦＡを次式（３）により演算する。このＦＡ値は、スカラー量である。
【数３】
2012143315.tif 000005
【００２８】
(ステップＳ２０６)
ＣＰＵ２は、ステップＳ２０５で得られたＦＡ値ＶＦＡと、ステップＳ２０２で得られた固有ベクトルｕａ（ｕa,ｘ,ｕa,ｙ,ｕa,ｚ）を基に、縦弾性係数Ｅａ（ａ＝１,２,３）を演算する。縦弾性係数Ｅａの演算法は種々考えられるが、最も簡単な例として一次近似を用いた場合について説明する。まず、各方向の縦弾性係数は次のように場合分けして演算する。
（ｉ）ＦＡ値ＶＦＡが設定された閾値Ｖｔｈ以下の場合
第２固有値λ2と第３固有値λ3を基に平面上ＦＡ値ＶＰＦＡを次式（４）により演算する。
【数４】
2012143315.tif 000006
（ｉ-１）平面上ＦＡ値ＶＰＦＡが設定された閾値Ｖｔｈ以下の場合
平面上ＦＡ値ＶＰＦＡは、水分子の拡散が生体組織の境界面に沿って拡散している度合いを示す指標である。したがって、ＶＰＦＡが閾値Ｖｔｈ以下の場合は、拡散の異方性はないとして、全ての方向の縦弾性係数Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３を次式で表すことができる。ここで、縦弾性係数Ｅには、計測対象の生体組織の弾性率について公知の方法により計測した縦弾性係数の複数のデータから平均的な値を設定する。
Ｅ１＝Ｅ２＝Ｅ３＝Ｅ                    ・・・（５）
（ｉ-２）平面上ＦＡ値ＶＰＦＡが設定された閾値Ｖｔｈを超えている場合
この場合は、固有ベクトルｕ1及びｕ2に沿った方向に対する縦弾性係数Ｅ1，Ｅ2と、それらに直交する残りの方向に対する縦弾性係数Ｅ3は次式（６），（７）で表される。
Ｅ1＝Ｅ2＝Ｅ                          ・・・（６）
Ｅ3＝（１＋（α−１）ＶＦＡ）Ｅ        ・・・（７）
（ｉｉ）ＦＡ値ＶＦＡが設定された閾値Ｖｔｈを超えている場合
固有ベクトルｕ1に沿った方向に対する縦弾性係数Ｅ1と、それに直交する残りの方向に対する縦弾性係数Ｅ２，Ｅ３は次式で表される。
Ｅ1＝Ｅ                             ・・・（８）
Ｅ2＝Ｅ3＝（１＋（α−１）ＶＦＡ）Ｅ  ・・・（９）
ここで、αは最大剛性率であり、ステップＳ２０２で入力設定要求に応じて入力設定される。
【００２９】
以下では、単純化した演算例として、生体組織は直交異方性を有するとし、ポアソン比ν12、ν23、ν31と、横弾性係数Ｇ12，Ｇ23，Ｇ31とに関しては等方的であるとする。つまり、次式（１０）、（１１）が成り立つものとする。
ν12＝ν23＝ν31＝ν                  ・・・（１０）
Ｇ12＝Ｇ23＝Ｇ31
＝（１＋（α−１）ＶＦＡ）Ｅ／２（１＋ν）・・・（１１）
ここで、ポアソン比νは、他のパラメータと同様にステップＳ２０２で入力設定要求により取得してもよいが、計測対象の生体組織についての平均的な値を設定値として予め設定しておくこともできる。横弾性係数Ｇについても同様である。
【００３０】
この条件に基づいて、Voigt  notationでの弾性コンプライアンス行列成分Ｓａｂ（ａ，ｂ＝１〜６）は、次式（１２）のように表すことができる。
【数５】
2012143315.tif 000007
なお、生体組織の基準となる縦弾性係数Ｅと、最大剛体率αと、ポアソン比νと、横弾性係数Ｇは、事前に計測対象部位について領域分割を行い、それぞれの設定領域についてそれぞれ異なる値を設定することができる。なお、ステップＳ２０６で説明した縦弾性係数の演算方法は、最も簡単な方法を例示したものである。つまり、本発明の弾性画像生成方法においては、縦弾性係数の演算方法を特に特定するものではない。また、ポアソン比ν12、ν23、ν31と、横弾性係数Ｇ12，Ｇ23，Ｇ31は、ＦＡ値ＶＦＡを考慮して演算により求めることができる。
【００３１】
(ステップＳ２０７)
ステップＳ２０７では、ステップＳ２０６においてそれぞれの固有ベクトル座標系で演算した弾性コンプライアンス行列を、ｘｙｚ座標系での弾性コンプライアンス行列へ変換する。固有ベクトル軸からｘｙｚ軸への回転行列成分Ｒiaは次式（１３）で表せる。
【数６】
2012143315.tif 000008
・・・（１３）
回転行列Ｒｉａを用いてｘｙｚ座標系での弾性コンプライアンス行列成分ｓｉｊ（ｉ,j＝１〜６）は次式（１４）で表せる。
【数７】
2012143315.tif 000009
これにより、弾性係数行列成分ｃｉｊ（ｉ,j＝１〜６）は次式（１５）で表わせる。
【数８】
2012143315.tif 000010
したがって、各ｘｙｚ軸方向からの垂直応力に対する弾性係数Ｅｘ，Ｅｙ，Ｅｚは、次式（１６）で表わせる。
Ｅｘ＝c１１, Ｅｙ＝ｃ２２,  Ｅｚ＝ｃ３３・・・（１６）
同様に、各ｘｙｚ軸方向からのせん断応力に対する弾性係数Ｇｙｚ、Ｇｚｘ、Ｇｘｙは、次式（１７）で表せる。
Ｇｙｚ＝Ｃ４４，  Ｇｚｘ＝Ｃ５５，  Ｇｘｙ＝Ｃ６６  ・・・（１７）
なお、ｘｙｚ軸方向からの応力に限らず、任意の方向からの応力に対する縦弾性係数を演算してもよい。その場合は、式（１３）の回転行列に対し、応力方向を軸とする回転変換を加えることにより演算することができる。
【００３２】
(ステップＳ２０８)
ＣＰＵ２は、ステップＳ２０８において、ステップＳ２０７で得られた縦弾性係数Ｅｉ（ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて、指定された軸方向からの応力に対する弾性画像データを生成する。そして、生成された弾性画像データの各画素の弾性強度に応じて、赤、青、緑などの色相情報を付与する。色相情報を付与した弾性画像とＴ２強調画像とを重畳して、図３に示す弾性重畳画像３０１を生成して、表示装置６へ表示する。弾性重畳画像３０１において、中央部の矩形枠で囲った領域３０２が本実施例にて弾性を求めた関心領域である。なお、図３の表示画面３００には、画像閾値インターフェイス３１１，視点位置平行移動インターフェイス３１２，視点位置回転移動インターフェイス３１３，画像拡大インターフェイス３１４、弾性パラメータ修正インターフェイス３２０が表示されるようになっている。
【００３３】
なお、色相情報を付与した弾性画像を重畳する画像は、特にＴ２強調画像に限定するものではない。色相情報を付与した弾性画像のみを表示してもよい。また、拡散強調画像を別途画像処理して生成した断層画像に色相情報を付与した弾性画像を重畳させることもできる。さらに、Ｔ２強調画像や拡散強調画像に限らず、他のパルスシーケンスを用いて撮像した磁気共鳴画像、あるいはＸ線ＣＴ画像などに本発明の弾性画像生成方法で生成した弾性画像を重畳してもよい。
【００３４】
以上説明したように、実施例１の弾性画像生成方法によれば、Ｔ２強調画像と拡散傾斜磁場の印加方向が異なる少なくとも６つの拡散強調画像に基づいて、各画素値の拡散テンソルを求め、求めた拡散テンソルから縦弾性係数を演算することにより、生体組織へ外部からの刺激を与えることなく弾性画像を生成して表示することができる。すなわち、拡散テンソルの固有値及び固有ベクトルを演算し、固有値に基づいて異方性比率を演算し、演算した異方性比率と固有ベクトルに基づいて縦弾性係数を演算するようにしている。
【実施例２】
【００３５】
図４に、本発明の弾性画像生成方法の実施例２の処理の流れ図を示す。本実施例２の処理が実施例１と異なる点は、実施例１で求めた生体組織の縦弾性係数の経時的な変化を描出する弾性画像を生成することにある。すなわち、記憶装置４には、磁気共鳴画像装置１３により取得された時間が前後する少なくとも２つの画像データセットが記憶される。ここで、画像データセットは、実施例１で説明したように、被検体のＴ２強調画像及び拡散傾斜磁場の印加方向が異なる少なくとも６つの拡散強調画像である。また、時間的に前の画像データセットは、例えば、手術前の関心部位について撮像した画像データセットとし、時間的に後の画像データセットは同じ関心部位について手術後に撮像した画像データセットである。
（ステップS４０１）
ＣＰＵ２は、記憶装置４から時間的に前の画像データセットを読み込んで、図２のステップＳ２０１〜Ｓ２０７の処理を実行して、各ｘｙｚ軸方向からの応力に対する第１の縦弾性係数Ｅｘ１，Ｅｙ１，Ｅｚ１を演算する。
（ステップＳ４０２）
次に、ＣＰＵ２は、記憶装置４から時間的に後の画像データセットを読み込んで、図２のステップＳ２０１〜Ｓ２０７の処理を実行して、各ｘｙｚ軸方向からの応力に対する第２の縦弾性係数Ｅｘ２，Ｅｙ２，Ｅｚ２を演算する。
（ステップＳ４０３）
ＣＰＵ２は、時間的に前後の２つの画像の位置合わせ処理を行う。この位置合わせ処理は、例えば、変形が殆どない骨など剛体に基づいて位置合わせを行うアルゴリズムなどの画像変形手法により、２つの画像間の位置合わせをする。なお、２つの画像の位置合わせ処理は、これに限られるものではなく、例えば、用手法による画像位置合わせ処理を行ってもよい。
（ステップＳ４０４）
ＣＰＵ２は、ステップＳ４０１，４０２求めた時間的に前後の画像の縦弾性係数を比較して、縦弾性係数の変化量を求める。そして、縦弾性係数の変化量が大きい画素について強調して表示する。例えば、変化量の大きさに応じて赤、青、緑などの色相情報を付与する。そして、実施例１と同様に、色相情報を付与した弾性画像とＴ２強調画像とを重畳した合成画像を生成して、表示装置６へ表示する。なお、色相情報を付与した弾性係数の変化量を表す画像のみを表示してもよい。また、拡散強調画像を別途画像処理して生成した断層画像に色相情報を付与した弾性係数の変化量を表す画像を重畳させることもできる。さらに、Ｔ２強調画像や拡散強調画像に限らず、他のパルスシーケンスを用いて撮像した磁気共鳴画像、あるいはＸ線ＣＴ画像などに、実施例２で生成した弾性係数の変化量を表す画像を重畳してもよい。
【００３６】
本実施例２によれば、弾性情報の経時的な変化を提示することができる。これにより、例えば、放射線治療などにおいて、治療の前後で病変部の弾性にどのような変化が生じたかを知ることができ、治療効果の判定の材料とすることができる。
【実施例３】
【００３７】
図５に、本発明の弾性画像生成方法の実施例３の処理の流れ図を示す。本実施例３の処理が実施例１と異なる点は、実施例１で求めた生体組織の縦弾性係数に基づいて、被検体の生体組織に作用する力の変化に伴う生体組織の変形をシミュレーションし、その変形シミュレーション画像を生成して表示装置に表示するようにしたことにある。
【００３８】
（ステップＳ５０１）
ＣＰＵ２は、変形シミュレーションに必要となる基準データを生成する。例えば、シミュレーションに有限要素法を用いる場合には、画像データから適切なサイズのメッシュモデルを基準データとして生成する。基準データとしては、生体組織を微小要素又は粒子に離散化したシミュレーションモデルであれば、メッシュモデルに限られるものではない。
（ステップＳ５０２）
ＣＰＵ２は、シミュレーション処理に必要となる変形パラメータの入力設定要求を表示装置６に表示する。これに応答して、マウス８及びキーボード９により入力された変形パラメータを取り込み、主メモリ３に保持する。ここで、例えば、計測した脳の弾性率に基づいて、頭蓋骨を開いた場合の脳の変形（ブレインシフト）をシミュレーションする場合、変形パラメータとしては、脳の画像領域抽出データ、脳幹及び頭蓋骨での固定端条件の設定が必要となる。
（ステップＳ５０３）
ＣＰＵ２は、図２のステップＳ２０７で得られた縦弾性係数と、ステップＳ５０１で得られた基準データと、ステップＳ５０２で入力された変形パラメータとを入力として、対象となる生体組織の変形シミュレーションを実施する。なお、シミュレーションの手法は、有限要素法でもよいし、粒子法でもよいし、特に手法を特定しない。
（ステップＳ５０４）
ＣＰＵ２は、ステップＳ５０３で得られた変形シミュレーション結果から、シミュレーション画像を生成する。そして、生成したシミュレーション画像を表示装置６へ表示する。例えば、シミュレーション画像は、任意断面におけるシミュレーション画像でもよいし、ボリュームレンダリング画像でもよく、また、両者を並べて表示することもできる。すなわち、シミュレーション画像であれば表示形態は問わない。
【００３９】
本実施例３によれば、実施例１、２で求めた縦弾性係数を入力として、生体組織の変形をシミュレーションすることができる。これによれば、例えば、頭蓋骨を開口する際の脳変形（ブレインシフト）などの臓器変形に関して、事前に変形度合いを推察することができる。また、医用ナビゲーションシステムと連携することにより、臓器変形に対応した画像誘導を実現することができる。
【００４０】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４１】
１  医用画像診断装置
２  ＣＰＵ
３  主メモリ
４  記憶装置
５  表示メモリ
６  表示装置
７  コントローラ
８  マウス
９  キーボード
１０  ネットワークアダプタ
１１  システムバス
１２  ネットワーク
１３  磁気共鳴画像装置
１４  医用画像データベース
【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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