ＭＲＩ装置
【課題】ＭＲＩ装置において、グリア細胞が神経細胞の回復に与えている影響のよしあしが判別可能な、再生医療の診断支援に有用な情報を操作者に提示すること。
【解決手段】ＭＲＩ装置１０は、被検体の全脳を２種類の撮像法で撮像して第１ボリュームデータ及び第２ボリュームデータをそれぞれ生成する生成部６１，８１と、第１ボリュームデータに基づいて神経領域を抽出する神経領域抽出部６４と、第１ボリュームデータ及び第２ボリュームデータに基づいて脳梗塞領域を抽出する脳梗塞領域抽出部６２と、第２ボリュームデータに基づいて血管領域及び栄養領域を抽出する抽出部８３，８４と、抽出された脳梗塞領域に該当する各ボクセルを、第２ボリュームデータ、神経領域、及び栄養領域に基づいて、被検体の脳梗塞の再生医療における複数の再生段階にそれぞれ分類する再生段階分類部８５と、複数の再生段階に分類された脳梗塞領域を、各再生段階が視認可能なように表示装置５５に表示させる表示画像生成部９２と、を有する。
【解決手段】ＭＲＩ装置１０は、被検体の全脳を２種類の撮像法で撮像して第１ボリュームデータ及び第２ボリュームデータをそれぞれ生成する生成部６１，８１と、第１ボリュームデータに基づいて神経領域を抽出する神経領域抽出部６４と、第１ボリュームデータ及び第２ボリュームデータに基づいて脳梗塞領域を抽出する脳梗塞領域抽出部６２と、第２ボリュームデータに基づいて血管領域及び栄養領域を抽出する抽出部８３，８４と、抽出された脳梗塞領域に該当する各ボクセルを、第２ボリュームデータ、神経領域、及び栄養領域に基づいて、被検体の脳梗塞の再生医療における複数の再生段階にそれぞれ分類する再生段階分類部８５と、複数の再生段階に分類された脳梗塞領域を、各再生段階が視認可能なように表示装置５５に表示させる表示画像生成部９２と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、グリア細胞を表示するＭＲＩ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
グリア細胞は、正常時でも脳全体に存在する細胞であり、神経の保持や血液から脳に取り込む物質の交換に関与している細胞である。そして、脳に障害（脳梗塞等）が生じると、グリア細胞は障害部位に集まり増殖し、障害発生時に起きる炎症が脳全体に広がるのを抑える効果がある。一方、グリア細胞は、過剰に増殖して神経の再生を妨げるという欠点もあることが報告されている。
【０００３】
また、現在の脳梗塞の治療方法として再生医療がある。再生医療は、幹細胞を用いて血管及び神経細胞の再生を行なう治療である。しかし、再生医療においてグリア細胞に血管及び神経細胞の再生を邪魔される場合があり、再生医療においてグリア細胞を観察する必要がある。
【０００４】
２０１０年、ＭＲＩ（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ）画像において従来では観察できなかった神経膠症の観察に成功したと発表された（非特許文献１参照。）。神経膠症はグリア細胞が障害部位に集まり増殖する症状であり、これまで生きたままの状態で神経膠症を観察することは不可能であった。非特許文献１は、脳梗塞モデルのラットを用いて実験した結果であるが、使用される造影剤が医療現場で使用されているものと同じ成分であることから、医療現場で人体にも適用可能になると思われる。非特許文献１に記載される方法により人体のグリア細胞が観察できるようになれば、再生医療の診断支援に有用な情報を提示できると思われる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】[1]Yuko Kawai, Ichio Aoki, Masahiro Umeda, Toshihiro Higuchi, Jeffrey Karshaw, Makoto Higuchi, Afonso C. Silva, Chuzo Tanaka: In-vivo Visualization of Reactive Gliosis Using Manganese-enhanced Magnetic Resonance Imaging NeuroImage, 49(4), pp.3122-3131, 2010.参考URL：http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19909819
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１の方法では、グリア細胞をグリア画像上でそのまま表示するのみである。そのため、グリア画像を基に、グリア細胞が神経細胞の再生に与える影響の良し悪しを判別することができなかった。
【０００７】
また、再生医療の再生過程の各段階において、グリア細胞の適当な分布状態は異なると思われる。そこで、各段階におけるグリア細胞の分布状態を考慮した解析・表示が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態のＭＲＩ装置は、上述した課題を解決するために、被検体の全脳を２種類の撮像法で撮像して第１ボリュームデータ及び第２ボリュームデータをそれぞれ生成する撮像手段と、前記第１ボリュームデータに基づいて神経領域を抽出する神経領域抽出手段と、前記第１ボリュームデータ及び前記第２ボリュームデータに基づいて脳梗塞領域を抽出する脳梗塞領域抽出手段と、前記第２ボリュームデータに基づいて血管領域及び栄養領域を抽出する血管・栄養領域抽出手段と、前記抽出された脳梗塞領域に該当する各ボクセルを、前記第２ボリュームデータ、前記神経領域、及び前記栄養領域に基づいて、前記被検体の脳梗塞の再生医療における複数の再生段階にそれぞれ分類する再生段階分類手段と、前記複数の再生段階に分類された脳梗塞領域を、各再生段階が視認可能なように表示装置に表示させる表示制御手段と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態のＭＲＩ装置の全体構成を示す概略図。
【図２】第１実施形態のＭＲＩ装置の機能を示すブロック図。
【図３】３次元の脳梗塞領域に基づく２次元の脳梗塞領域画像の一例を示す図。
【図４】（ａ）乃至（ｄ）は、破損した神経領域の推定を説明するための図。
【図５】グリア細胞領域に所要のボクセル値が配置された３次元のグリア細胞領域に基づく２次元のグリア細胞領域画像の一例を示す図。
【図６】グリア密度に応じて異なるボクセル値が配置された３次元のグリア密度データに基づく２次元のグリア密度画像の一例を示す図。
【図７】各再生段階における、血管、灌流及び神経の再生状態を表として示す図。
【図８】各再生段階における、アクション（治療法）、グリア細胞の数、及びグリア細胞による効果を表として示す図。
【図９】各再生段階における、脳梗塞領域の近傍においてグリア細胞の存在が期待される度合いを表として示す図。
【図１０】表示されるＭＰＲ画像（左側）の第１例を示す図。
【図１１】表示されるＭＰＲ画像（左側）の第２例を示す図。
【図１２】表示されるＭＰＲ画像の第３例を示す図。
【図１３】表示されるＭＰＲ画像の第４例を示す図。
【図１４】表示されるＶＲ画像を示す図。
【図１５】第２実施形態のＭＲＩ装置の機能を示すブロック図。
【図１６】表示されるＭＰＲ画像を示す図。
【図１７】第３実施形態のＭＲＩ装置の機能を示すブロック図。
【図１８】表示されるＭＰＲ画像を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態のＭＲＩ装置、医用画像処理装置及び医用画像処理方法について、添付図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のＭＲＩ装置の全体構成を示す概略図である。
【００１２】
図１は、第１実施形態のＭＲＩ装置１０を示す。ＭＲＩ装置１０は、大きくは、撮像装置１１と撮像制御装置１２とから構成される。
【００１３】
ＭＲＩ装置１０の撮像装置１１には、架台（図示しない）が備えられ、その架台内に、静磁場磁石２１と、この静磁場磁石２１の内部であって静磁場磁石２１と同軸上に形成されるシムコイル２２と、静磁場磁石２１の内部に形成される傾斜磁場コイルユニット２３とを収容する。また、撮像装置１１には、後述するＲＦコイル２４と、患者Ｐを架台内に進退させる寝台機構２５とが設けられる。
【００１４】
一方、ＭＲＩ装置１１の撮像制御装置１２には、静磁場電源３１、傾斜磁場電源３３、シムコイル電源３２、送信器３４、受信器３５、シーケンスコントローラ（シーケンサ）３６及び画像処理装置３７が設けられる。
【００１５】
静磁場磁石２１は、励起する際に静磁場電源３１と接続される。静磁場電源３１から供給された電流によって撮像領域（ＦＯＶ：ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）に静磁場を形成させる。
【００１６】
シムコイル２２はシムコイル電源３２と接続され、シムコイル電源３２からシムコイル２２に電流を供給して、静磁場を均一化する。
【００１７】
傾斜磁場コイルユニット２３は、Ｘ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙ及びＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚで構成される。また、傾斜磁場コイルユニット２３の内側には寝台機構２５の天板２６が設けられ、その天板２６には患者Ｐが載置される。天板２６は、寝台機構２５によって移動させられる。
【００１８】
また、傾斜磁場コイルユニット２３は、傾斜磁場電源３３と接続される。傾斜磁場コイルユニット２３のＸ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙ及びＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚはそれぞれ、傾斜磁場電源３３のＸ軸傾斜磁場電源３３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源３３ｙ及びＺ軸傾斜磁場電源３３ｚとそれぞれ接続される。そして、Ｘ軸傾斜磁場電源３３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源３３ｙ及びＺ軸傾斜磁場電源３３ｚからそれぞれＸ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙ及びＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚに供給された電流により、撮像領域にそれぞれＸ方向の傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ方向の傾斜磁場Ｇｙ、Ｚ方向の傾斜磁場Ｇｚを形成する。
【００１９】
ＲＦコイル２４は、送信器３４及び受信器３５と接続される。ＲＦコイル２４は、送信器３４からラーモア周波数（共鳴周波数）の高周波（ＲＦ：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を受けて患者Ｐの撮像部位（被検体）に高周波磁場パルスを送信する機能と、撮像部位内部の原子核スピンの高周波信号による励起に伴って発生したＭＲ信号を受信して受信器３５に与える機能とを有する。ＲＦコイル２４の送受方式としては、送信コイルと受信コイルとを１つのコイルで兼用する、本実施形態で説明する方式と、送信コイルと受信コイルに別々のコイルを用いる方式に分けられる。なお、ＭＲＩ装置１１にはＲＦコイル２４を設けるが、図１では、ＲＦコイル２４の一例としての頭部用コイルのみを例示している。
【００２０】
撮像制御装置１２のシーケンスコントローラ３６は、寝台機構２５、傾斜磁場電源３３、送信器３４及び受信器３５と接続される。シーケンスコントローラ３６は、図示しないプロセッサ、例えばＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）及びメモリを備えており、寝台機構２５、傾斜磁場電源３３、送信器３４及び受信器３５を駆動させるために必要な制御情報、例えば傾斜磁場電源３３に印加すべきパルス電流の強度や印加時間、印加タイミング等の動作制御情報を記述したシーケンス情報を記憶する。
【００２１】
また、シーケンスコントローラ３６は、記憶した所定のシーケンスに従って寝台機構２５を駆動させることによって、天板２６を架台に対してＺ方向に進退させる。さらに、シーケンスコントローラ３６は、記憶した所定のシーケンスに従って傾斜磁場電源３３、送信器３４及び受信器３５を駆動させることによって、架台内にＸ軸傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ，Ｚ軸傾斜磁場Ｇｚ及びＲＦ信号を発生させる。
【００２２】
送信器３４は、シーケンスコントローラ３６から受けた制御情報に基づいてＲＦ信号をＲＦコイル２４に与える。一方、受信器３５は、ＲＦコイル２４から受けたＭＲ信号に対して増幅処理等の所要の信号処理を実行すると共にＡ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ）変換することにより、受信器３５からデジタル化されたＭＲ信号である生データ（ｒａｗ ｄａｔａ）を生成する。また、生成した生データをシーケンスコントローラ３６に与える。シーケンスコントローラ３６は、受信器３５からの生データを受けて画像処理装置３７に与える。
【００２３】
画像処理装置３７は、プロセッサとしてのＣＰＵ５１、メモリ５２、ＨＤＤ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｄｒｉｖｅ）５３、ＩＦ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）５４、表示装置５５及び入力装置５６等、コンピュータとしての基本的なハードウェアから構成される。ＣＰＵ５１は、共通信号伝送路としてのバスＢを介して、画像処理装置３７を構成する各ハードウェア構成要素５２，５３，５４，５５及び５６に相互接続されている。また、画像処理装置３７は、ＩＦ５４を介して病院基幹のＬＡＮ（ｌｏｃａｌ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワークＮに相互通信可能に接続されることで、ネットワークＮ上の図示しない医用画像管理装置（サーバ）から後述する過去のデータを取得することができる。
【００２４】
なお、画像処理装置３７には、各種アプリケーションプログラムやデータを記憶したメディアから各種アプリケーションプログラムやデータを読み込むドライブを具備する場合もある。
【００２５】
ＣＰＵ５１は、半導電体で構成された電子回路が複数の端子を持つパッケージに封入されている集積回路（ＬＳＩ）の構成をもつ制御装置である。ＣＰＵ５１は、メモリ５２に記憶しているプログラムを実行する機能を有する。又は、ＣＰＵ５１は、ＨＤＤ５３に記憶しているプログラム、ネットワークＮから転送されＩＦ５４で受信されてＨＤＤ５３にインストールされたプログラムを、メモリ５２にロードして実行する機能を有する。
【００２６】
メモリ５２は、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）等の要素を兼ね備える記憶装置である。メモリ５２は、ＢＩＯＳ（ｂａｓｉｃ ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ ｓｙｓｔｅｍ）、ＩＰＬ（ｉｎｉｔｉａｌ ｐｒｏｇｒａｍ ｌｏａｄｉｎｇ）及びその他のデータを記憶したり、ＣＰＵ５１のワークメモリやデータの一時的な記憶に用いたりする機能を有する。
【００２７】
ＨＤＤ５３は、磁性体を塗布又は蒸着した金属のディスクを着脱不能で内蔵する構成をもつ記憶装置である。ＨＤＤ５３は、画像処理装置３７にインストールされたプログラム（アプリケーションプログラムの他、ＯＳ（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）等も含まれる）やその他のデータを記憶する機能を有する。また、ＯＳに、ユーザに対する情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を入力装置５６によって行なうことができるＧＵＩ（ｇｒａｐｈｉｃａｌ ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を提供させることもできる。
【００２８】
ＩＦ５４は、パラレル接続仕様やシリアル接続仕様に合わせたコネクタによって構成される。ＩＦ５４は、各規格に応じた通信制御を行ない、ネットワークＮに相互接続することができる機能を有する。ＭＲＩ装置１０は、ＩＦ５４及びネットワークＮを介して、図示しない読影機器や医用画像管理装置等と通信可能に接続される。
【００２９】
表示装置５５は、画像合成回路、Ｄ／Ａ（ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ ａｎａｌｏｇ）変換回路及び２次元のモニタ等によって構成される。表示装置５５は、モニタを介して後述するＭＰＲ画像を表示する機能を有する。
【００３０】
入力装置５６としては、技師等のオペレータによって操作が可能なキーボードやマウス等によって構成される。入力装置５６は、操作に従った入力信号をＣＰＵ５１に送る機能を有する。
【００３１】
図２は、第１実施形態のＭＲＩ装置１０の機能を示すブロック図である。
【００３２】
図１に示すＣＰＵ５１（又は、シーケンスコントローラのＣＰＵ）がプログラムを実行することによって、ＭＲＩ装置１０は、図２に示すように、ＤＷＩボリューム生成部６１、脳梗塞領域抽出部６２、ＤＴＩ／ＤＴＴボリューム生成部６３、神経領域抽出部６４、グリアボリューム生成部７１、グリア細胞領域抽出部７２、グリア密度演算部７３、ＭＲＡボリューム生成部８１、ＰＷＩボリューム生成部８２、血管領域抽出部８３、栄養領域抽出部８４、再生段階分類部８５、危険領域演算部９１、及び表示画像生成部９２として機能する。なお、ＭＲＩ装置１０の機能要素６１乃至６４、７１乃至７３、８１乃至８５、９１乃至９２の全部又は一部は、ＭＲＩ装置１０にハードウェアとして備えられるものであってもよい。
【００３３】
ＤＷＩボリューム生成部６１は、シーケンスコントローラ３６を介して撮像装置１１の動作を制御して、ＤＷＩ（拡散強調撮像：ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ−ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ）によって患者Ｐの脳の３次元撮像を実行して、ＤＷＩボリュームデータを生成する機能を有する。ＤＷＩボリュームデータは、ＨＤＤ５３等の記憶装置に記憶される。
【００３４】
脳梗塞領域抽出部６２は、ＤＷＩボリューム生成部６１によって生成されたＤＷＩボリュームデータと、ＰＷＩボリューム生成部８２によって生成されたＰＷＩボリュームデータとから、拡散・灌流のミスマッチ（ＤＰＭ：ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ／ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ ｍｉｓｍａｔｃｈ）を検出することで３次元の脳梗塞領域（部位）を抽出する機能を有する。図３は、３次元の脳梗塞領域に基づく２次元の脳梗塞領域画像の一例を示す図である。
【００３５】
図２に示すＤＴＩ／ＤＴＴボリューム生成部６３は、ＤＷＩボリューム生成部６１によって生成されたＤＷＩボリュームデータに基づいて、ＤＴＩ画像データを生成するためのＤＴＩ（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｔｅｎｓｏｒ ｉｍａｇｉｎｇ）ボリュームデータ、又は、ＤＴＴ画像データを生成するためのＤＴＴ（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｔｅｎｓｏｒ ｔｒａｃｔｏｇｒａｐｈｙ）ボリュームデータを生成する機能を有する。ＤＴＩ／ＤＴＴボリュームデータは、ＨＤＤ５３等の記憶装置に記憶される。
【００３６】
神経領域抽出部６４は、ＤＴＩ／ＤＴＴボリューム生成部６３によって生成されたＤＴＩ／ＤＴＴボリュームデータから、神経領域を抽出する機能を有する。神経領域抽出部６４は、破損した神経領域も含めて神経領域を抽出する。
【００３７】
図４（ａ）乃至（ｄ）は、破損した神経領域の推定を説明するための図である。
【００３８】
神経領域のＤＴＴ画像を作成する際、正常側に線対称の異常側において、異常箇所の影響により神経が破損しており、トラッキングができずＤＴＴ画像が途中までしか作成できない場合がある。
【００３９】
異常側において、図４（ａ）に示すように、神経が位置ｌ１と位置ｌ２の間で破損して切断されているとする。この場合の正常側及び異常側のＤＴＴ画像を図４（ｂ）に示す。異常側のＤＴＴ画像において、位置ｌ１で破損しているため、位置ｌ１以降の神経線維の拡散方向が分からなくなり、位置ｌ２以降に神経が存在するにもかかわらず、トラッキングができなくなってしまう。そこで、神経領域抽出部６４は、Ｗａｒｐ Ｖｅｃｔｏｒを用いて、異常側における破損箇所までの神経線維の形状を変換する。
【００４０】
次に、神経領域抽出部６４は、正常側の神経線維を反転して異常側にコピーする図４（ｃ）で異常側に点線で示されているのが、正常側から異常側にコピーされた神経線維である。
【００４１】
図４（ａ）に示すように、神経はｌ１−ｌ２間のみ破損しており、位置ｌ２から再び存在している。よって、図４（ｃ）の異常側のＤＴＴ画像において、ｌ１−ｌ２間の軌跡が分かれば、位置ｌ２より先では拡散方向の情報があるため、続けてトラッキングが可能である。正常側の神経線維が異常側にコピーされたことで、神経領域抽出部６４は、異常側の、破損していたｌ1−ｌ２間の軌跡を推定し、位置ｌ２以降の軌跡も推定することができる。
【００４２】
図２に示すグリアボリューム生成部７１は、シーケンスコントローラ３６を介して撮像装置１１の動作を制御して、ＭＥＭＲＩ（ｍａｎｇａｎｅｓｅ−ｅｎｈａｎｃｅｄ ＭＲＩ）によって患者Ｐの脳の３次元撮像を実行し、ＭＥＭＲＩ（グリア）画像データを生成するためのグリアボリュームデータを生成する機能を有する。グリアボリュームデータは、ＨＤＤ５３等の記憶装置に記憶される。
【００４３】
グリア細胞領域抽出部７２は、脳梗塞領域抽出部６２によって抽出された３次元の脳梗塞領域と、グリアボリューム生成部７１によって生成されたグリアボリュームデータとから、３次元のグリア細胞領域を抽出する機能を有する。まず、グリア細胞領域抽出部７２は、非線形位置合わせ法を用いて、脳梗塞領域をグリアボリュームデータに一致するように変形させる。そして、グリア細胞領域抽出部７２は、脳梗塞領域の変形結果より脳梗塞領域の周辺のグリア細胞領域を抽出する。図５は、グリア細胞領域に所要のボクセル値が配置された３次元のグリア細胞領域に基づく２次元のグリア細胞領域画像の一例を示す図である。
【００４４】
図２に示すグリア密度演算部７３は、グリア細胞領域抽出部７２によって抽出された、脳梗塞領域の周辺のグリア細胞領域に基づいて、３次元のグリア細胞の密度（グリア密度）データを算出する機能を有する。なお、グリア密度演算部７３は、グリア密度をグリア画像の信号の強度とする。図６は、グリア密度に応じて異なるボクセル値が配置された３次元のグリア密度データに基づく２次元のグリア密度画像の一例を示す図である。
【００４５】
図２に示すＭＲＡボリューム生成部８１は、シーケンスコントローラ３６を介して撮像装置１１の動作を制御して、ＭＲＡ（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ）によって患者Ｐの脳の３次元撮像を実行して、ＭＲＡボリュームデータを生成する機能を有する。ＭＲＡボリュームデータは、ＨＤＤ５３等の記憶装置に記憶される。
【００４６】
ＰＷＩボリューム生成部８２は、ＭＲＡボリューム生成部８１によって生成されたＭＲＡボリュームデータに基づいて、ＰＷＩ画像データを生成するためのＰＷＩ（灌流撮像：ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ）ボリュームデータを生成する機能を有する。ＰＷＩボリュームデータは、ＨＤＤ５３等の記憶装置に記憶される。
【００４７】
血管領域抽出部８３は、ＭＲＡボリューム生成部８１によって生成されたＭＲＡボリュームデータから、３次元の血管領域を抽出する機能を有する。血管領域抽出部８３は、例えば、Ｓｎａｋｅ法等を利用して血管領域を抽出する。
【００４８】
栄養領域抽出部８４は、血管領域抽出部８３によって抽出された３次元の血管領域に基づいて、各血管が脳を栄養する栄養領域を３次元の栄養領域として抽出する機能を有する。
【００４９】
ここで、血管領域抽出部８３及び栄養領域抽出部８４の追加の機能について説明する。まず、脳梗塞の疑いのない正常人の脳をＭＲＡ撮像して、ＭＲＡボリュームデータをＤＢ（データベース）に保存する。次いで、血管領域抽出部８３は、ＤＢに保存された正常人の脳のＭＲＡボリュームデータから血管領域を抽出する。血管領域抽出部８３は、正常人の脳における血管領域と、撮像した患者Ｐの血管領域とをパターンマッチングを用いて比較する。このように患者Ｐの脳のＭＲＡボリュームデータと正常人の脳のＭＲＡボリュームデータとを比較することにより、血管領域抽出部８３は、患者Ｐの脳梗塞によって消失した患者Ｐの血管領域を抽出することができる。また、栄養領域抽出部８４は、正常人の脳における栄養領域と、撮像した患者Ｐの栄養領域とをパターンマッチングを用いて比較することにより、栄養領域抽出部８４は、患者Ｐの脳梗塞によって消失した患者Ｐの栄養領域を抽出することができる。
【００５０】
再生段階分類部８５は、脳梗塞領域抽出部６２によって抽出された３次元の脳梗塞領域に該当する各ボクセルを、神経領域抽出部６４によって抽出された３次元の神経領域と、ＰＷＩボリューム生成部８２によって生成されたＰＷＩボリュームデータと、栄養領域抽出部８４によって抽出された３次元の栄養領域とに基づいて、患者Ｐの脳梗塞の再生医療における脳梗塞の再生段階Ｉ〜ＩＶにそれぞれ分類して３次元の再生段階分類データを生成する機能を有する。脳梗塞の再生医療における再生は、血管、灌流、神経の順に進行する。そこで、再生段階分類部８５は、脳梗塞領域に該当する各ボクセルについて、血管の再生状態、灌流の再生状態、及び神経の再生状態をそれぞれ求めることで、各ボクセルの脳梗塞の再生段階を再生段階Ｉ〜ＩＶにそれぞれ分類する。
【００５１】
図７は、再生段階分類部８５によって分類される各再生段階における、血管、灌流及び神経の再生状態を表として示す図である。図８は、再生段階分類部８５によって分類される各再生段階における、アクション（治療法）、グリア細胞の数、及びグリア細胞による効果を表として示す図である。
【００５２】
図７の表に示すように、再生段階分類部８５は、血管の再生状態、灌流の再生状態、及び神経の再生状態に応じて、脳梗塞領域に該当する各ボクセルを、脳梗塞の再生段階Ｉ〜ＩＶにそれぞれ分類する。
【００５３】
図７に示すように、再生段階分類部８５は、脳梗塞の再生医療において血管、灌流及び神経のいずれも再生状態にないボクセルを再生段階Ｉと判断する。再生段階分類部８５は、脳梗塞の再生医療において血管が再生状態にあるが、灌流及び神経が再生状態にないボクセルを再生段階ＩＩと判断する。再生段階分類部８５は、脳梗塞の再生医療において血管及び灌流が再生状態にあるが、神経が再生状態にないボクセルを再生段階ＩＩＩと判断する。再生段階分類部８５は、脳梗塞の再生医療において血管、灌流及び神経の全てが再生状態にあるボクセルを再生段階ＩＶと判断する。
【００５４】
再生段階分類部８５は、脳梗塞領域に該当する各ボクセルが栄養領域に含まれている場合、当該ボクセルにおいて血管は再生している、すなわち血管の再生状態であると判断する一方、ボクセルが栄養領域に含まれていない場合、当該ボクセルにおいて血管は再生していない、すなわち、血管の再生状態ではないと判断する。再生段階分類部８５は、ＰＷＩボリューム生成部８２によって生成されたＰＷＩボリュームデータに基づいてボクセルの血流量を求め、ボクセルの血流量が設定値（自由に指定可能）以上である場合、当該ボクセルにおいて灌流が再生している、すなわち灌流の再生状態であると判断する一方、ボクセルの血流量が設定値未満である場合、当該ボクセルにおいて灌流が再生していない、すなわち灌流の再生状態ではないと判断する。
【００５５】
また、再生段階分類部８５は、神経領域抽出部６４によって抽出された神経領域に基づいてボクセルに神経領域が存在する場合、当該ボクセルにおいて神経は再生している、すなわち神経の再生段階であると判断する。再生段階分類部８５は、途中で途切れている神経領域間を、正常ボクセルと比較することで仮想の神経領域として予測する。そして、再生段階分類部８５は、ボクセルに仮想の神経領域が存在する場合、当該ボクセルにおいてあるべき神経が再生していない、すなわち神経の再生状態ではないと判断する一方、ボクセルに仮想の神経領域が存在しない場合、当該ボクセルを再生段階Ｉ〜ＩＩＩであると判断する。
【００５６】
図２に示す危険領域演算部９１は、グリア密度演算部７３によって算出された３次元のグリア密度データと、再生段階分類部８５によって分類された３次元の再生段階分類データに基づいて、各ボクセルのグリア密度の良好性評価を行なって、操作者に警告をすべき３次元の危険領域を算出する機能を有する。
【００５７】
図９は、再生段階分類部８５によって分類される各再生段階における、脳梗塞領域の近傍においてグリア細胞の存在が期待される度合いを表として示す図である。図９に示すように、脳梗塞の再生段階Ｉ〜ＩＶの段階に従って、脳梗塞領域の周辺においてグリア細胞の存在が期待される度合い（高○、中△、小×）が異なる。危険領域演算部９１は、図９に示す表より、脳梗塞領域の周辺においてグリア細胞の存在が期待される度合いとしてのグリア密度に基づいて、脳梗塞領域に該当するボクセルのうち、ボクセル周辺のグリア密度が期待どおりではないボクセルを危険領域として生成する。危険領域演算部９１による評価基準は、ボクセル周辺のグリア密度の値が、当該ボクセルの再生段階における理想的なグリア密度値以下であるか超えるかによる（二値化）。
【００５８】
まず、危険領域演算部９１は、グリア密度演算部７３によって算出されたグリア密度に応じて異なるボクセル値が配置された３次元のグリア密度データと、再生段階分類部８５によって分類された脳梗塞の再生段階に応じて異なるボクセル値が配置された３次元の再生段階分類データとを非線形位置合わせにより位置合わせを行なう。次に、危険領域演算部９１は、位置合わせされた再生段階分類データに基づいて、脳梗塞領域に該当するボクセルが脳梗塞のどの再生段階に相当するかを判断し、当該ボクセルの周辺のグリア密度と、脳梗塞の再生段階毎に設定されたグリア密度の閾値とを比較することで、当該ボクセルを評価する。
【００５９】
例えば、危険領域演算部９１は、脳梗塞の再生段階Ｉにおけるグリア密度の閾値を閾値ＴＩと設定する場合、脳梗塞領域に該当するボクセルが再生段階Ｉであるとき、当該ボクセルの周辺のグリア密度が閾値ＴＩ以下であれば、当該ボクセルを危険領域とする。危険領域演算部９１は、脳梗塞の再生段階ＩＩにおけるグリア密度の閾値を閾値ＴＩＩと設定する場合、脳梗塞領域に該当するボクセルが再生段階ＩＩであるとき、当該ボクセルの周辺のグリア密度が閾値ＴＩＩ以下であれば、当該ボクセルを危険領域とする。危険領域演算部９１は、脳梗塞の再生段階ＩＩＩにおけるグリア密度の閾値を閾値ＴＩＩＩと設定する場合、脳梗塞領域に該当するボクセルが再生段階ＩＩＩであるとき、当該ボクセルの周辺のグリア密度が閾値ＴＩＩＩ以上であれば、当該ボクセルを危険領域とする。なお、脳梗塞の再生段階ＩＶは再生後であるため、本実施形態では、危険領域演算部９１は、脳梗塞の再生段階ＩＶにおけるグリア密度の閾値を設定しないものとし、当該ボクセルの周辺のグリア密度に関わらず当該ボクセルの評価は行なわないものとする。
【００６０】
表示画像生成部９２は、再生段階分類部８５によって複数の再生段階に分類された脳梗塞領域を、各再生段階が視認可能なように表示する機能を有する。
【００６１】
図１０は、表示されるＭＰＲ画像（左側）の第１例を示す図である。また、図１０は、各再生段階におけるグリア密度の閾値（右側）を示す。
【００６２】
図１０は、グリアボリュームデータに、３次元の再生段階分類データと、３次元の危険領域とを重畳して生成されたＭＰＲ（ＭＰＲ：ｍｕｌｔｉ ｐｌａｎａｒ ｒｅｆｏｒｍａｔ）画像である。図１０に示すＭＰＲ画像は、危険領域を視認可能とするように生成される。また、図１０に示すＭＰＲ画像には、栄養領域抽出部８４によって抽出された栄養領域（輪郭）が示されている（図１０中の破線）。
【００６３】
（第１実施形態の第１変形例）
危険領域演算部９１は、３次元のグリア密度データと再生段階毎の閾値との差に応じて、危険領域を算出する。例えば、危険領域演算部９１は、脳梗塞の再生段階Ｉにおけるグリア密度の閾値を閾値ＴＩと設定する場合、脳梗塞領域に該当するボクセルが再生段階Ｉであるとき、当該ボクセルの周辺のグリア密度と閾値ＴＩとの距離が大きい場合、当該ボクセルを危険領域とする。
【００６４】
図１１は、表示されるＭＰＲ画像（左側）の第２例を示す図である。また、図１１は、各再生段階におけるグリア密度の閾値（右側）を示す。
【００６５】
図１１は、グリアボリュームデータに、再生段階毎の閾値との差に応じて階調値が配置されるデータと、３次元の危険領域とを重畳して生成されたＭＰＲ画像である。また、図１１に示すＭＰＲ画像には、栄養領域抽出部８４によって抽出された栄養領域（輪郭）が示されている（図１１中の破線）。また、オペレータが操作する入力装置５６からの入力信号に従ってグリア密度の閾値が変更されると、その変動に連動して、ＭＰＲ画像の色彩が変化する。
【００６６】
（第１実施形態の第２変形例）
表示画像生成部９２は、グリア密度演算部７３によって算出されるグリア密度を図１０に示すＭＰＲ画像に反映している。そのＭＰＲ画像の表示例を図１２に示す。
【００６７】
図１２は、表示されるＭＰＲ画像の第３例を示す図である。
【００６８】
図１２は、図１０に示すＭＰＲ画像に、グリア密度データを反映したＭＰＲ画像である。また、図１２に示すＭＰＲ画像には、栄養領域抽出部８４によって抽出された栄養領域（輪郭）が示されている（図１２中の破線）。
【００６９】
（第１実施形態の第３変形例）
表示画像生成部９２は、グリア密度演算部７３によって算出されるグリア密度を、その閾値によって分類し、閾値以上（又は、閾値未満）のグリア密度を図１０に示すＭＰＲ画像に反映している。そのＭＰＲ画像の表示例を図１３に示す。
【００７０】
図１３は、表示されるＭＰＲ画像の第４例を示す図である。
【００７１】
図１３は、図１０に示すＭＰＲ画像に、グリア密度のうち閾値以上のグリア密度にその大きさに応じたカラーを割り当てたグリア密度データを反映したＭＰＲ画像である。また、図１３に示すＭＰＲ画像には、栄養領域抽出部８４によって抽出された栄養領域（輪郭）が示されている（図１３中の破線）。
【００７２】
（第１実施形態の第４変形例）
第１実施形態と、その第１乃至第３変形例ではＭＰＲ画像を表示対象と処理していたが、本実施例ではＶＲ（ｖｏｌｕｍｅ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ）画像を表示対象とする。操作者は、入力装置５６を用いて複数の断面を設定し、設定された断面に対して図１０及び図１１に示すような表示を行なう。これにより、３次元的に脳梗塞領域の再生段階を確認することができる。
【００７３】
図１４は、表示されるＶＲ画像を示す図である。
【００７４】
図１４の右側は、再生段階分類部８５の結果より、各ボクセルの再生段階に合わせてグリア画像上に色（任意）を段階的に重畳し、危険領域演算部９１において危険領域と判断されたボクセルに特定の色（任意）を重畳したＶＲ画像である。
【００７５】
入力装置５６によって指定された断面の座標を表示装置５５に出力すると、表示装置５５は、各断面の座標から、ＶＲ画像の対応する断面を計算して図１４の左側に示すように表示する。
【００７６】
（第２実施形態）
第２実施形態のＭＲＩ装置１０Ａの全体構成は、図１に示す第１実施形態のＭＲＩ装置１０の全体構成と同一のものであるので、説明を省略する。
【００７７】
図１５は、第２実施形態のＭＲＩ装置１０Ａの機能を示すブロック図である。
【００７８】
図１に示すＣＰＵ５１（又は、シーケンスコントローラのＣＰＵ）がプログラムを実行することによって、ＭＲＩ装置１０Ａは、ＤＷＩボリューム生成部６１、脳梗塞領域抽出部６２、ＤＴＩ／ＤＴＴボリューム生成部６３、神経領域抽出部６４Ａ、グリアボリューム生成部７１、グリア細胞領域抽出部７２、グリア密度演算部７３、ＭＲＡボリューム生成部８１、ＰＷＩボリューム生成部８２、血管領域抽出部８３Ａ、栄養領域抽出部８４、再生段階分類部８５、危険領域演算部９１、及び表示画像生成部９２Ａとして機能する。なお、図１５に示すＭＲＩ装置１０Ａには、脳梗塞領域抽出部６２、ＤＴＩ／ＤＴＴボリューム生成部６３、神経領域抽出部６４Ａ、ＭＲＡボリューム生成部８１、血管領域抽出部８３Ａ、危険領域演算部９１、及び表示画像生成部９２Ａのみを図示する。図１５に示すＭＲＩ装置１０Ａにおいて、図２に示すＭＲＩ装置１０と同一機能要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００７９】
神経領域抽出部６４Ａは、図２に示す神経領域抽出部６４の機能に加え、ＤＴＩ／ＤＴＴボリューム生成部６３によって生成されたＤＴＩ／ＤＴＴボリュームデータと脳梗塞領域抽出部６２によって抽出された脳梗塞領域とに基づいて、脳梗塞領域の３次元の神経領域を抽出する機能を有する。
【００８０】
血管領域抽出部８３Ａは、図２に示す血管領域抽出部８３の機能に加え、ＭＲＡボリューム生成部８１によって生成されたＭＲＡボリュームデータと、脳梗塞領域抽出部６２によって抽出された３次元の脳梗塞領域とに基づいて、脳梗塞領域の３次元の血管領域を抽出する機能を有する。
【００８１】
表示画像生成部９２Ａは、図２に示す表示画像生成部９２の機能に加え、神経領域抽出部６４Ａによって抽出された神経領域と、血管領域抽出部８３Ａによって抽出された血管領域とを反映したＭＰＲ画像データを生成する機能を有する。
【００８２】
図１６は、表示されるＭＰＲ画像を示す図である。
【００８３】
図１６は、図１２に示すＭＰＲ画像に、神経領域抽出部６４Ａによって抽出された神経領域と、血管領域抽出部８３Ａによって抽出された血管領域とを重畳して２次元のＭＰＲ画像データである。また、図１６に示すＭＰＲ画像には、栄養領域抽出部８４によって抽出された栄養領域（輪郭）が重畳されている（図１６中の破線）。
【００８４】
（第３実施形態）
第３実施形態のＭＲＩ装置１０Ｂの全体構成は、図１に示す第１実施形態のＭＲＩ装置１０の全体構成と同一のものであるので、説明を省略する。
【００８５】
図１７は、第３実施形態のＭＲＩ装置１０Ｂの機能を示すブロック図である。
【００８６】
図１に示すＣＰＵ５１（又は、シーケンスコントローラのＣＰＵ）がプログラムを実行することによって、ＭＲＩ装置１０Ｂは、ＤＷＩボリューム生成部６１、脳梗塞領域抽出部６２、ＤＴＩ／ＤＴＴボリューム生成部６３、神経領域抽出部６４Ａ、グリアボリューム生成部７１、グリア細胞領域抽出部７２、グリア密度演算部７３、輪郭抽出部７４、ＭＲＡボリューム生成部８１、ＰＷＩボリューム生成部８２、血管領域抽出部８３Ａ、栄養領域抽出部８４、再生段階分類部８５、危険領域演算部９１、及び表示画像生成部９２Ｂとして機能する。なお、図１７に示すＭＲＩ装置１０Ｂには、脳梗塞領域抽出部６２、ＤＴＩ／ＤＴＴボリューム生成部６３、神経領域抽出部６４Ａ、グリア密度演算部７３、輪郭抽出部７４、ＭＲＡボリューム生成部８１、血管領域抽出部８３Ａ、危険領域演算部９１、及び表示画像生成部９２Ｂのみを図示する。図１７に示すＭＲＩ装置１０Ｂにおいて、図２に示すＭＲＩ装置１０及び図１５に示すＭＲＩ装置１０Ａと同一機能要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００８７】
輪郭抽出部７４は、グリア密度演算部７３によって抽出されたグリア密度が閾値以上（閾値は任意に設定可能）の閾値領域の輪郭を抽出する機能を有する。まず、輪郭抽出部７４は、閾値以上とそれ以外とでグリア密度の２値化処理を行なう。輪郭抽出部７４は、２値化処理の結果上に点を複数配置してｒｅｇｉｏｎ ｇｒｏｗｉｎｇ法を用いて閾値領域を抽出する。そして、輪郭抽出部７４は、抽出された閾値領域に対してｓｎａｋｅ法を用いて閾値領域の輪郭データを抽出する。輪郭抽出部７４によって抽出された輪郭データは、ＨＤＤ５３等の記憶装置に記憶される。記憶装置は、グリア密度の閾値が変更された場合、閾値領域及び輪郭も変更されることから、グリア細胞領域の結果と共に保存する。そして、グリア密度の閾値が変更された場合、過去データを輪郭抽出部７４に出力する。
【００８８】
表示画像生成部９２Ｂは、図２に示す表示画像生成部９２の機能に加え、記憶装置から取得される、時系列で複数の撮像で得られた輪郭データを重畳してＭＰＲ画像を生成する機能を有する。ＭＰＲ画像は、表示装置５５を介して表示される。
【００８９】
図１８は、表示されるＭＰＲ画像を示す図である。
【００９０】
図１８は、グリア密度が一定値以上の領域の時系列変化の一例を示す図である。
【００９１】
各ボクセルの再生段階に合わせて、グリア画像上に色（任意）を段階的に重畳する。また、危険領域と判断されたボクセルに特定の色（任意）を重畳する。また、輪郭抽出部７４の結果から、閾値以上のグリア細胞領域の輪郭を重畳する。加えて、記憶装置から過去に撮像したときに抽出した輪郭結果を読み込み、輪郭抽出部７４の結果と各過去データとで輪郭の色が変わるように重畳する。
【００９２】
本実施形態のＭＲＩ装置１０，１０Ａ，１０Ｂは、まず、再生医療の回復過程を血管、灌流、及び神経の再生状態を元に４段階に分類し、それぞれの段階において期待されるグリア細胞分布量と実際に得られたグリア密度を関連づけて解析する。また、グリア細胞は脳全体に存在することから、注目部位（梗塞部位）周辺のグリア細胞のみを抽出する。よって、本実施形態のＭＲＩ装置１０，１０Ａ，１０Ｂによると、グリア画像をそのまま表示するのではなく、グリア細胞が神経細胞の回復に与えている影響のよしあしが判別可能な、再生医療の診断支援に有用な情報を操作者に提示することができる。
【００９３】
なお、本実施形態のＭＲＩ装置１０，１０Ａ，１０Ｂは、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、本実施形態のＭＲＩ装置１０，１０Ａ，１０Ｂに開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【００９４】
１０，１０Ａ，１０Ｂ ＭＲＩ装置
１１ 撮像装置
１２ 撮像制御装置
５１ ＣＰＵ
５５ 表示装置
５６ 入力装置
６１ ＤＷＩボリューム生成部
６２ 脳梗塞領域抽出部
６３ ＤＴＩ／ＤＴＴボリューム生成部
６４，６４Ａ 神経領域抽出部
７１ グリアボリューム生成部
７２ グリア細胞領域抽出部
７３ グリア密度演算部
７４ 輪郭抽出部
８１ ＭＲＡボリューム生成部
８２ ＰＷＩボリューム生成部
８３，８３Ａ 血管領域抽出部
８４ 栄養領域抽出部
８５ 再生段階分類部
９１ 危険領域演算部
９２，９２Ａ，９２Ｂ 表示画像生成部
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、グリア細胞を表示するＭＲＩ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
グリア細胞は、正常時でも脳全体に存在する細胞であり、神経の保持や血液から脳に取り込む物質の交換に関与している細胞である。そして、脳に障害（脳梗塞等）が生じると、グリア細胞は障害部位に集まり増殖し、障害発生時に起きる炎症が脳全体に広がるのを抑える効果がある。一方、グリア細胞は、過剰に増殖して神経の再生を妨げるという欠点もあることが報告されている。
【０００３】
また、現在の脳梗塞の治療方法として再生医療がある。再生医療は、幹細胞を用いて血管及び神経細胞の再生を行なう治療である。しかし、再生医療においてグリア細胞に血管及び神経細胞の再生を邪魔される場合があり、再生医療においてグリア細胞を観察する必要がある。
【０００４】
２０１０年、ＭＲＩ（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ）画像において従来では観察できなかった神経膠症の観察に成功したと発表された（非特許文献１参照。）。神経膠症はグリア細胞が障害部位に集まり増殖する症状であり、これまで生きたままの状態で神経膠症を観察することは不可能であった。非特許文献１は、脳梗塞モデルのラットを用いて実験した結果であるが、使用される造影剤が医療現場で使用されているものと同じ成分であることから、医療現場で人体にも適用可能になると思われる。非特許文献１に記載される方法により人体のグリア細胞が観察できるようになれば、再生医療の診断支援に有用な情報を提示できると思われる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】[1]Yuko Kawai, Ichio Aoki, Masahiro Umeda, Toshihiro Higuchi, Jeffrey Karshaw, Makoto Higuchi, Afonso C. Silva, Chuzo Tanaka: In-vivo Visualization of Reactive Gliosis Using Manganese-enhanced Magnetic Resonance Imaging NeuroImage, 49(4), pp.3122-3131, 2010.参考URL：http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19909819
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１の方法では、グリア細胞をグリア画像上でそのまま表示するのみである。そのため、グリア画像を基に、グリア細胞が神経細胞の再生に与える影響の良し悪しを判別することができなかった。
【０００７】
また、再生医療の再生過程の各段階において、グリア細胞の適当な分布状態は異なると思われる。そこで、各段階におけるグリア細胞の分布状態を考慮した解析・表示が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態のＭＲＩ装置は、上述した課題を解決するために、被検体の全脳を２種類の撮像法で撮像して第１ボリュームデータ及び第２ボリュームデータをそれぞれ生成する撮像手段と、前記第１ボリュームデータに基づいて神経領域を抽出する神経領域抽出手段と、前記第１ボリュームデータ及び前記第２ボリュームデータに基づいて脳梗塞領域を抽出する脳梗塞領域抽出手段と、前記第２ボリュームデータに基づいて血管領域及び栄養領域を抽出する血管・栄養領域抽出手段と、前記抽出された脳梗塞領域に該当する各ボクセルを、前記第２ボリュームデータ、前記神経領域、及び前記栄養領域に基づいて、前記被検体の脳梗塞の再生医療における複数の再生段階にそれぞれ分類する再生段階分類手段と、前記複数の再生段階に分類された脳梗塞領域を、各再生段階が視認可能なように表示装置に表示させる表示制御手段と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態のＭＲＩ装置の全体構成を示す概略図。
【図２】第１実施形態のＭＲＩ装置の機能を示すブロック図。
【図３】３次元の脳梗塞領域に基づく２次元の脳梗塞領域画像の一例を示す図。
【図４】（ａ）乃至（ｄ）は、破損した神経領域の推定を説明するための図。
【図５】グリア細胞領域に所要のボクセル値が配置された３次元のグリア細胞領域に基づく２次元のグリア細胞領域画像の一例を示す図。
【図６】グリア密度に応じて異なるボクセル値が配置された３次元のグリア密度データに基づく２次元のグリア密度画像の一例を示す図。
【図７】各再生段階における、血管、灌流及び神経の再生状態を表として示す図。
【図８】各再生段階における、アクション（治療法）、グリア細胞の数、及びグリア細胞による効果を表として示す図。
【図９】各再生段階における、脳梗塞領域の近傍においてグリア細胞の存在が期待される度合いを表として示す図。
【図１０】表示されるＭＰＲ画像（左側）の第１例を示す図。
【図１１】表示されるＭＰＲ画像（左側）の第２例を示す図。
【図１２】表示されるＭＰＲ画像の第３例を示す図。
【図１３】表示されるＭＰＲ画像の第４例を示す図。
【図１４】表示されるＶＲ画像を示す図。
【図１５】第２実施形態のＭＲＩ装置の機能を示すブロック図。
【図１６】表示されるＭＰＲ画像を示す図。
【図１７】第３実施形態のＭＲＩ装置の機能を示すブロック図。
【図１８】表示されるＭＰＲ画像を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態のＭＲＩ装置、医用画像処理装置及び医用画像処理方法について、添付図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のＭＲＩ装置の全体構成を示す概略図である。
【００１２】
図１は、第１実施形態のＭＲＩ装置１０を示す。ＭＲＩ装置１０は、大きくは、撮像装置１１と撮像制御装置１２とから構成される。
【００１３】
ＭＲＩ装置１０の撮像装置１１には、架台（図示しない）が備えられ、その架台内に、静磁場磁石２１と、この静磁場磁石２１の内部であって静磁場磁石２１と同軸上に形成されるシムコイル２２と、静磁場磁石２１の内部に形成される傾斜磁場コイルユニット２３とを収容する。また、撮像装置１１には、後述するＲＦコイル２４と、患者Ｐを架台内に進退させる寝台機構２５とが設けられる。
【００１４】
一方、ＭＲＩ装置１１の撮像制御装置１２には、静磁場電源３１、傾斜磁場電源３３、シムコイル電源３２、送信器３４、受信器３５、シーケンスコントローラ（シーケンサ）３６及び画像処理装置３７が設けられる。
【００１５】
静磁場磁石２１は、励起する際に静磁場電源３１と接続される。静磁場電源３１から供給された電流によって撮像領域（ＦＯＶ：ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）に静磁場を形成させる。
【００１６】
シムコイル２２はシムコイル電源３２と接続され、シムコイル電源３２からシムコイル２２に電流を供給して、静磁場を均一化する。
【００１７】
傾斜磁場コイルユニット２３は、Ｘ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙ及びＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚで構成される。また、傾斜磁場コイルユニット２３の内側には寝台機構２５の天板２６が設けられ、その天板２６には患者Ｐが載置される。天板２６は、寝台機構２５によって移動させられる。
【００１８】
また、傾斜磁場コイルユニット２３は、傾斜磁場電源３３と接続される。傾斜磁場コイルユニット２３のＸ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙ及びＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚはそれぞれ、傾斜磁場電源３３のＸ軸傾斜磁場電源３３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源３３ｙ及びＺ軸傾斜磁場電源３３ｚとそれぞれ接続される。そして、Ｘ軸傾斜磁場電源３３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源３３ｙ及びＺ軸傾斜磁場電源３３ｚからそれぞれＸ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙ及びＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚに供給された電流により、撮像領域にそれぞれＸ方向の傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ方向の傾斜磁場Ｇｙ、Ｚ方向の傾斜磁場Ｇｚを形成する。
【００１９】
ＲＦコイル２４は、送信器３４及び受信器３５と接続される。ＲＦコイル２４は、送信器３４からラーモア周波数（共鳴周波数）の高周波（ＲＦ：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を受けて患者Ｐの撮像部位（被検体）に高周波磁場パルスを送信する機能と、撮像部位内部の原子核スピンの高周波信号による励起に伴って発生したＭＲ信号を受信して受信器３５に与える機能とを有する。ＲＦコイル２４の送受方式としては、送信コイルと受信コイルとを１つのコイルで兼用する、本実施形態で説明する方式と、送信コイルと受信コイルに別々のコイルを用いる方式に分けられる。なお、ＭＲＩ装置１１にはＲＦコイル２４を設けるが、図１では、ＲＦコイル２４の一例としての頭部用コイルのみを例示している。
【００２０】
撮像制御装置１２のシーケンスコントローラ３６は、寝台機構２５、傾斜磁場電源３３、送信器３４及び受信器３５と接続される。シーケンスコントローラ３６は、図示しないプロセッサ、例えばＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）及びメモリを備えており、寝台機構２５、傾斜磁場電源３３、送信器３４及び受信器３５を駆動させるために必要な制御情報、例えば傾斜磁場電源３３に印加すべきパルス電流の強度や印加時間、印加タイミング等の動作制御情報を記述したシーケンス情報を記憶する。
【００２１】
また、シーケンスコントローラ３６は、記憶した所定のシーケンスに従って寝台機構２５を駆動させることによって、天板２６を架台に対してＺ方向に進退させる。さらに、シーケンスコントローラ３６は、記憶した所定のシーケンスに従って傾斜磁場電源３３、送信器３４及び受信器３５を駆動させることによって、架台内にＸ軸傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ，Ｚ軸傾斜磁場Ｇｚ及びＲＦ信号を発生させる。
【００２２】
送信器３４は、シーケンスコントローラ３６から受けた制御情報に基づいてＲＦ信号をＲＦコイル２４に与える。一方、受信器３５は、ＲＦコイル２４から受けたＭＲ信号に対して増幅処理等の所要の信号処理を実行すると共にＡ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ）変換することにより、受信器３５からデジタル化されたＭＲ信号である生データ（ｒａｗ ｄａｔａ）を生成する。また、生成した生データをシーケンスコントローラ３６に与える。シーケンスコントローラ３６は、受信器３５からの生データを受けて画像処理装置３７に与える。
【００２３】
画像処理装置３７は、プロセッサとしてのＣＰＵ５１、メモリ５２、ＨＤＤ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｄｒｉｖｅ）５３、ＩＦ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）５４、表示装置５５及び入力装置５６等、コンピュータとしての基本的なハードウェアから構成される。ＣＰＵ５１は、共通信号伝送路としてのバスＢを介して、画像処理装置３７を構成する各ハードウェア構成要素５２，５３，５４，５５及び５６に相互接続されている。また、画像処理装置３７は、ＩＦ５４を介して病院基幹のＬＡＮ（ｌｏｃａｌ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワークＮに相互通信可能に接続されることで、ネットワークＮ上の図示しない医用画像管理装置（サーバ）から後述する過去のデータを取得することができる。
【００２４】
なお、画像処理装置３７には、各種アプリケーションプログラムやデータを記憶したメディアから各種アプリケーションプログラムやデータを読み込むドライブを具備する場合もある。
【００２５】
ＣＰＵ５１は、半導電体で構成された電子回路が複数の端子を持つパッケージに封入されている集積回路（ＬＳＩ）の構成をもつ制御装置である。ＣＰＵ５１は、メモリ５２に記憶しているプログラムを実行する機能を有する。又は、ＣＰＵ５１は、ＨＤＤ５３に記憶しているプログラム、ネットワークＮから転送されＩＦ５４で受信されてＨＤＤ５３にインストールされたプログラムを、メモリ５２にロードして実行する機能を有する。
【００２６】
メモリ５２は、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）等の要素を兼ね備える記憶装置である。メモリ５２は、ＢＩＯＳ（ｂａｓｉｃ ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ ｓｙｓｔｅｍ）、ＩＰＬ（ｉｎｉｔｉａｌ ｐｒｏｇｒａｍ ｌｏａｄｉｎｇ）及びその他のデータを記憶したり、ＣＰＵ５１のワークメモリやデータの一時的な記憶に用いたりする機能を有する。
【００２７】
ＨＤＤ５３は、磁性体を塗布又は蒸着した金属のディスクを着脱不能で内蔵する構成をもつ記憶装置である。ＨＤＤ５３は、画像処理装置３７にインストールされたプログラム（アプリケーションプログラムの他、ＯＳ（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）等も含まれる）やその他のデータを記憶する機能を有する。また、ＯＳに、ユーザに対する情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を入力装置５６によって行なうことができるＧＵＩ（ｇｒａｐｈｉｃａｌ ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を提供させることもできる。
【００２８】
ＩＦ５４は、パラレル接続仕様やシリアル接続仕様に合わせたコネクタによって構成される。ＩＦ５４は、各規格に応じた通信制御を行ない、ネットワークＮに相互接続することができる機能を有する。ＭＲＩ装置１０は、ＩＦ５４及びネットワークＮを介して、図示しない読影機器や医用画像管理装置等と通信可能に接続される。
【００２９】
表示装置５５は、画像合成回路、Ｄ／Ａ（ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ ａｎａｌｏｇ）変換回路及び２次元のモニタ等によって構成される。表示装置５５は、モニタを介して後述するＭＰＲ画像を表示する機能を有する。
【００３０】
入力装置５６としては、技師等のオペレータによって操作が可能なキーボードやマウス等によって構成される。入力装置５６は、操作に従った入力信号をＣＰＵ５１に送る機能を有する。
【００３１】
図２は、第１実施形態のＭＲＩ装置１０の機能を示すブロック図である。
【００３２】
図１に示すＣＰＵ５１（又は、シーケンスコントローラのＣＰＵ）がプログラムを実行することによって、ＭＲＩ装置１０は、図２に示すように、ＤＷＩボリューム生成部６１、脳梗塞領域抽出部６２、ＤＴＩ／ＤＴＴボリューム生成部６３、神経領域抽出部６４、グリアボリューム生成部７１、グリア細胞領域抽出部７２、グリア密度演算部７３、ＭＲＡボリューム生成部８１、ＰＷＩボリューム生成部８２、血管領域抽出部８３、栄養領域抽出部８４、再生段階分類部８５、危険領域演算部９１、及び表示画像生成部９２として機能する。なお、ＭＲＩ装置１０の機能要素６１乃至６４、７１乃至７３、８１乃至８５、９１乃至９２の全部又は一部は、ＭＲＩ装置１０にハードウェアとして備えられるものであってもよい。
【００３３】
ＤＷＩボリューム生成部６１は、シーケンスコントローラ３６を介して撮像装置１１の動作を制御して、ＤＷＩ（拡散強調撮像：ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ−ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ）によって患者Ｐの脳の３次元撮像を実行して、ＤＷＩボリュームデータを生成する機能を有する。ＤＷＩボリュームデータは、ＨＤＤ５３等の記憶装置に記憶される。
【００３４】
脳梗塞領域抽出部６２は、ＤＷＩボリューム生成部６１によって生成されたＤＷＩボリュームデータと、ＰＷＩボリューム生成部８２によって生成されたＰＷＩボリュームデータとから、拡散・灌流のミスマッチ（ＤＰＭ：ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ／ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ ｍｉｓｍａｔｃｈ）を検出することで３次元の脳梗塞領域（部位）を抽出する機能を有する。図３は、３次元の脳梗塞領域に基づく２次元の脳梗塞領域画像の一例を示す図である。
【００３５】
図２に示すＤＴＩ／ＤＴＴボリューム生成部６３は、ＤＷＩボリューム生成部６１によって生成されたＤＷＩボリュームデータに基づいて、ＤＴＩ画像データを生成するためのＤＴＩ（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｔｅｎｓｏｒ ｉｍａｇｉｎｇ）ボリュームデータ、又は、ＤＴＴ画像データを生成するためのＤＴＴ（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｔｅｎｓｏｒ ｔｒａｃｔｏｇｒａｐｈｙ）ボリュームデータを生成する機能を有する。ＤＴＩ／ＤＴＴボリュームデータは、ＨＤＤ５３等の記憶装置に記憶される。
【００３６】
神経領域抽出部６４は、ＤＴＩ／ＤＴＴボリューム生成部６３によって生成されたＤＴＩ／ＤＴＴボリュームデータから、神経領域を抽出する機能を有する。神経領域抽出部６４は、破損した神経領域も含めて神経領域を抽出する。
【００３７】
図４（ａ）乃至（ｄ）は、破損した神経領域の推定を説明するための図である。
【００３８】
神経領域のＤＴＴ画像を作成する際、正常側に線対称の異常側において、異常箇所の影響により神経が破損しており、トラッキングができずＤＴＴ画像が途中までしか作成できない場合がある。
【００３９】
異常側において、図４（ａ）に示すように、神経が位置ｌ１と位置ｌ２の間で破損して切断されているとする。この場合の正常側及び異常側のＤＴＴ画像を図４（ｂ）に示す。異常側のＤＴＴ画像において、位置ｌ１で破損しているため、位置ｌ１以降の神経線維の拡散方向が分からなくなり、位置ｌ２以降に神経が存在するにもかかわらず、トラッキングができなくなってしまう。そこで、神経領域抽出部６４は、Ｗａｒｐ Ｖｅｃｔｏｒを用いて、異常側における破損箇所までの神経線維の形状を変換する。
【００４０】
次に、神経領域抽出部６４は、正常側の神経線維を反転して異常側にコピーする図４（ｃ）で異常側に点線で示されているのが、正常側から異常側にコピーされた神経線維である。
【００４１】
図４（ａ）に示すように、神経はｌ１−ｌ２間のみ破損しており、位置ｌ２から再び存在している。よって、図４（ｃ）の異常側のＤＴＴ画像において、ｌ１−ｌ２間の軌跡が分かれば、位置ｌ２より先では拡散方向の情報があるため、続けてトラッキングが可能である。正常側の神経線維が異常側にコピーされたことで、神経領域抽出部６４は、異常側の、破損していたｌ1−ｌ２間の軌跡を推定し、位置ｌ２以降の軌跡も推定することができる。
【００４２】
図２に示すグリアボリューム生成部７１は、シーケンスコントローラ３６を介して撮像装置１１の動作を制御して、ＭＥＭＲＩ（ｍａｎｇａｎｅｓｅ−ｅｎｈａｎｃｅｄ ＭＲＩ）によって患者Ｐの脳の３次元撮像を実行し、ＭＥＭＲＩ（グリア）画像データを生成するためのグリアボリュームデータを生成する機能を有する。グリアボリュームデータは、ＨＤＤ５３等の記憶装置に記憶される。
【００４３】
グリア細胞領域抽出部７２は、脳梗塞領域抽出部６２によって抽出された３次元の脳梗塞領域と、グリアボリューム生成部７１によって生成されたグリアボリュームデータとから、３次元のグリア細胞領域を抽出する機能を有する。まず、グリア細胞領域抽出部７２は、非線形位置合わせ法を用いて、脳梗塞領域をグリアボリュームデータに一致するように変形させる。そして、グリア細胞領域抽出部７２は、脳梗塞領域の変形結果より脳梗塞領域の周辺のグリア細胞領域を抽出する。図５は、グリア細胞領域に所要のボクセル値が配置された３次元のグリア細胞領域に基づく２次元のグリア細胞領域画像の一例を示す図である。
【００４４】
図２に示すグリア密度演算部７３は、グリア細胞領域抽出部７２によって抽出された、脳梗塞領域の周辺のグリア細胞領域に基づいて、３次元のグリア細胞の密度（グリア密度）データを算出する機能を有する。なお、グリア密度演算部７３は、グリア密度をグリア画像の信号の強度とする。図６は、グリア密度に応じて異なるボクセル値が配置された３次元のグリア密度データに基づく２次元のグリア密度画像の一例を示す図である。
【００４５】
図２に示すＭＲＡボリューム生成部８１は、シーケンスコントローラ３６を介して撮像装置１１の動作を制御して、ＭＲＡ（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ）によって患者Ｐの脳の３次元撮像を実行して、ＭＲＡボリュームデータを生成する機能を有する。ＭＲＡボリュームデータは、ＨＤＤ５３等の記憶装置に記憶される。
【００４６】
ＰＷＩボリューム生成部８２は、ＭＲＡボリューム生成部８１によって生成されたＭＲＡボリュームデータに基づいて、ＰＷＩ画像データを生成するためのＰＷＩ（灌流撮像：ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ）ボリュームデータを生成する機能を有する。ＰＷＩボリュームデータは、ＨＤＤ５３等の記憶装置に記憶される。
【００４７】
血管領域抽出部８３は、ＭＲＡボリューム生成部８１によって生成されたＭＲＡボリュームデータから、３次元の血管領域を抽出する機能を有する。血管領域抽出部８３は、例えば、Ｓｎａｋｅ法等を利用して血管領域を抽出する。
【００４８】
栄養領域抽出部８４は、血管領域抽出部８３によって抽出された３次元の血管領域に基づいて、各血管が脳を栄養する栄養領域を３次元の栄養領域として抽出する機能を有する。
【００４９】
ここで、血管領域抽出部８３及び栄養領域抽出部８４の追加の機能について説明する。まず、脳梗塞の疑いのない正常人の脳をＭＲＡ撮像して、ＭＲＡボリュームデータをＤＢ（データベース）に保存する。次いで、血管領域抽出部８３は、ＤＢに保存された正常人の脳のＭＲＡボリュームデータから血管領域を抽出する。血管領域抽出部８３は、正常人の脳における血管領域と、撮像した患者Ｐの血管領域とをパターンマッチングを用いて比較する。このように患者Ｐの脳のＭＲＡボリュームデータと正常人の脳のＭＲＡボリュームデータとを比較することにより、血管領域抽出部８３は、患者Ｐの脳梗塞によって消失した患者Ｐの血管領域を抽出することができる。また、栄養領域抽出部８４は、正常人の脳における栄養領域と、撮像した患者Ｐの栄養領域とをパターンマッチングを用いて比較することにより、栄養領域抽出部８４は、患者Ｐの脳梗塞によって消失した患者Ｐの栄養領域を抽出することができる。
【００５０】
再生段階分類部８５は、脳梗塞領域抽出部６２によって抽出された３次元の脳梗塞領域に該当する各ボクセルを、神経領域抽出部６４によって抽出された３次元の神経領域と、ＰＷＩボリューム生成部８２によって生成されたＰＷＩボリュームデータと、栄養領域抽出部８４によって抽出された３次元の栄養領域とに基づいて、患者Ｐの脳梗塞の再生医療における脳梗塞の再生段階Ｉ〜ＩＶにそれぞれ分類して３次元の再生段階分類データを生成する機能を有する。脳梗塞の再生医療における再生は、血管、灌流、神経の順に進行する。そこで、再生段階分類部８５は、脳梗塞領域に該当する各ボクセルについて、血管の再生状態、灌流の再生状態、及び神経の再生状態をそれぞれ求めることで、各ボクセルの脳梗塞の再生段階を再生段階Ｉ〜ＩＶにそれぞれ分類する。
【００５１】
図７は、再生段階分類部８５によって分類される各再生段階における、血管、灌流及び神経の再生状態を表として示す図である。図８は、再生段階分類部８５によって分類される各再生段階における、アクション（治療法）、グリア細胞の数、及びグリア細胞による効果を表として示す図である。
【００５２】
図７の表に示すように、再生段階分類部８５は、血管の再生状態、灌流の再生状態、及び神経の再生状態に応じて、脳梗塞領域に該当する各ボクセルを、脳梗塞の再生段階Ｉ〜ＩＶにそれぞれ分類する。
【００５３】
図７に示すように、再生段階分類部８５は、脳梗塞の再生医療において血管、灌流及び神経のいずれも再生状態にないボクセルを再生段階Ｉと判断する。再生段階分類部８５は、脳梗塞の再生医療において血管が再生状態にあるが、灌流及び神経が再生状態にないボクセルを再生段階ＩＩと判断する。再生段階分類部８５は、脳梗塞の再生医療において血管及び灌流が再生状態にあるが、神経が再生状態にないボクセルを再生段階ＩＩＩと判断する。再生段階分類部８５は、脳梗塞の再生医療において血管、灌流及び神経の全てが再生状態にあるボクセルを再生段階ＩＶと判断する。
【００５４】
再生段階分類部８５は、脳梗塞領域に該当する各ボクセルが栄養領域に含まれている場合、当該ボクセルにおいて血管は再生している、すなわち血管の再生状態であると判断する一方、ボクセルが栄養領域に含まれていない場合、当該ボクセルにおいて血管は再生していない、すなわち、血管の再生状態ではないと判断する。再生段階分類部８５は、ＰＷＩボリューム生成部８２によって生成されたＰＷＩボリュームデータに基づいてボクセルの血流量を求め、ボクセルの血流量が設定値（自由に指定可能）以上である場合、当該ボクセルにおいて灌流が再生している、すなわち灌流の再生状態であると判断する一方、ボクセルの血流量が設定値未満である場合、当該ボクセルにおいて灌流が再生していない、すなわち灌流の再生状態ではないと判断する。
【００５５】
また、再生段階分類部８５は、神経領域抽出部６４によって抽出された神経領域に基づいてボクセルに神経領域が存在する場合、当該ボクセルにおいて神経は再生している、すなわち神経の再生段階であると判断する。再生段階分類部８５は、途中で途切れている神経領域間を、正常ボクセルと比較することで仮想の神経領域として予測する。そして、再生段階分類部８５は、ボクセルに仮想の神経領域が存在する場合、当該ボクセルにおいてあるべき神経が再生していない、すなわち神経の再生状態ではないと判断する一方、ボクセルに仮想の神経領域が存在しない場合、当該ボクセルを再生段階Ｉ〜ＩＩＩであると判断する。
【００５６】
図２に示す危険領域演算部９１は、グリア密度演算部７３によって算出された３次元のグリア密度データと、再生段階分類部８５によって分類された３次元の再生段階分類データに基づいて、各ボクセルのグリア密度の良好性評価を行なって、操作者に警告をすべき３次元の危険領域を算出する機能を有する。
【００５７】
図９は、再生段階分類部８５によって分類される各再生段階における、脳梗塞領域の近傍においてグリア細胞の存在が期待される度合いを表として示す図である。図９に示すように、脳梗塞の再生段階Ｉ〜ＩＶの段階に従って、脳梗塞領域の周辺においてグリア細胞の存在が期待される度合い（高○、中△、小×）が異なる。危険領域演算部９１は、図９に示す表より、脳梗塞領域の周辺においてグリア細胞の存在が期待される度合いとしてのグリア密度に基づいて、脳梗塞領域に該当するボクセルのうち、ボクセル周辺のグリア密度が期待どおりではないボクセルを危険領域として生成する。危険領域演算部９１による評価基準は、ボクセル周辺のグリア密度の値が、当該ボクセルの再生段階における理想的なグリア密度値以下であるか超えるかによる（二値化）。
【００５８】
まず、危険領域演算部９１は、グリア密度演算部７３によって算出されたグリア密度に応じて異なるボクセル値が配置された３次元のグリア密度データと、再生段階分類部８５によって分類された脳梗塞の再生段階に応じて異なるボクセル値が配置された３次元の再生段階分類データとを非線形位置合わせにより位置合わせを行なう。次に、危険領域演算部９１は、位置合わせされた再生段階分類データに基づいて、脳梗塞領域に該当するボクセルが脳梗塞のどの再生段階に相当するかを判断し、当該ボクセルの周辺のグリア密度と、脳梗塞の再生段階毎に設定されたグリア密度の閾値とを比較することで、当該ボクセルを評価する。
【００５９】
例えば、危険領域演算部９１は、脳梗塞の再生段階Ｉにおけるグリア密度の閾値を閾値ＴＩと設定する場合、脳梗塞領域に該当するボクセルが再生段階Ｉであるとき、当該ボクセルの周辺のグリア密度が閾値ＴＩ以下であれば、当該ボクセルを危険領域とする。危険領域演算部９１は、脳梗塞の再生段階ＩＩにおけるグリア密度の閾値を閾値ＴＩＩと設定する場合、脳梗塞領域に該当するボクセルが再生段階ＩＩであるとき、当該ボクセルの周辺のグリア密度が閾値ＴＩＩ以下であれば、当該ボクセルを危険領域とする。危険領域演算部９１は、脳梗塞の再生段階ＩＩＩにおけるグリア密度の閾値を閾値ＴＩＩＩと設定する場合、脳梗塞領域に該当するボクセルが再生段階ＩＩＩであるとき、当該ボクセルの周辺のグリア密度が閾値ＴＩＩＩ以上であれば、当該ボクセルを危険領域とする。なお、脳梗塞の再生段階ＩＶは再生後であるため、本実施形態では、危険領域演算部９１は、脳梗塞の再生段階ＩＶにおけるグリア密度の閾値を設定しないものとし、当該ボクセルの周辺のグリア密度に関わらず当該ボクセルの評価は行なわないものとする。
【００６０】
表示画像生成部９２は、再生段階分類部８５によって複数の再生段階に分類された脳梗塞領域を、各再生段階が視認可能なように表示する機能を有する。
【００６１】
図１０は、表示されるＭＰＲ画像（左側）の第１例を示す図である。また、図１０は、各再生段階におけるグリア密度の閾値（右側）を示す。
【００６２】
図１０は、グリアボリュームデータに、３次元の再生段階分類データと、３次元の危険領域とを重畳して生成されたＭＰＲ（ＭＰＲ：ｍｕｌｔｉ ｐｌａｎａｒ ｒｅｆｏｒｍａｔ）画像である。図１０に示すＭＰＲ画像は、危険領域を視認可能とするように生成される。また、図１０に示すＭＰＲ画像には、栄養領域抽出部８４によって抽出された栄養領域（輪郭）が示されている（図１０中の破線）。
【００６３】
（第１実施形態の第１変形例）
危険領域演算部９１は、３次元のグリア密度データと再生段階毎の閾値との差に応じて、危険領域を算出する。例えば、危険領域演算部９１は、脳梗塞の再生段階Ｉにおけるグリア密度の閾値を閾値ＴＩと設定する場合、脳梗塞領域に該当するボクセルが再生段階Ｉであるとき、当該ボクセルの周辺のグリア密度と閾値ＴＩとの距離が大きい場合、当該ボクセルを危険領域とする。
【００６４】
図１１は、表示されるＭＰＲ画像（左側）の第２例を示す図である。また、図１１は、各再生段階におけるグリア密度の閾値（右側）を示す。
【００６５】
図１１は、グリアボリュームデータに、再生段階毎の閾値との差に応じて階調値が配置されるデータと、３次元の危険領域とを重畳して生成されたＭＰＲ画像である。また、図１１に示すＭＰＲ画像には、栄養領域抽出部８４によって抽出された栄養領域（輪郭）が示されている（図１１中の破線）。また、オペレータが操作する入力装置５６からの入力信号に従ってグリア密度の閾値が変更されると、その変動に連動して、ＭＰＲ画像の色彩が変化する。
【００６６】
（第１実施形態の第２変形例）
表示画像生成部９２は、グリア密度演算部７３によって算出されるグリア密度を図１０に示すＭＰＲ画像に反映している。そのＭＰＲ画像の表示例を図１２に示す。
【００６７】
図１２は、表示されるＭＰＲ画像の第３例を示す図である。
【００６８】
図１２は、図１０に示すＭＰＲ画像に、グリア密度データを反映したＭＰＲ画像である。また、図１２に示すＭＰＲ画像には、栄養領域抽出部８４によって抽出された栄養領域（輪郭）が示されている（図１２中の破線）。
【００６９】
（第１実施形態の第３変形例）
表示画像生成部９２は、グリア密度演算部７３によって算出されるグリア密度を、その閾値によって分類し、閾値以上（又は、閾値未満）のグリア密度を図１０に示すＭＰＲ画像に反映している。そのＭＰＲ画像の表示例を図１３に示す。
【００７０】
図１３は、表示されるＭＰＲ画像の第４例を示す図である。
【００７１】
図１３は、図１０に示すＭＰＲ画像に、グリア密度のうち閾値以上のグリア密度にその大きさに応じたカラーを割り当てたグリア密度データを反映したＭＰＲ画像である。また、図１３に示すＭＰＲ画像には、栄養領域抽出部８４によって抽出された栄養領域（輪郭）が示されている（図１３中の破線）。
【００７２】
（第１実施形態の第４変形例）
第１実施形態と、その第１乃至第３変形例ではＭＰＲ画像を表示対象と処理していたが、本実施例ではＶＲ（ｖｏｌｕｍｅ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ）画像を表示対象とする。操作者は、入力装置５６を用いて複数の断面を設定し、設定された断面に対して図１０及び図１１に示すような表示を行なう。これにより、３次元的に脳梗塞領域の再生段階を確認することができる。
【００７３】
図１４は、表示されるＶＲ画像を示す図である。
【００７４】
図１４の右側は、再生段階分類部８５の結果より、各ボクセルの再生段階に合わせてグリア画像上に色（任意）を段階的に重畳し、危険領域演算部９１において危険領域と判断されたボクセルに特定の色（任意）を重畳したＶＲ画像である。
【００７５】
入力装置５６によって指定された断面の座標を表示装置５５に出力すると、表示装置５５は、各断面の座標から、ＶＲ画像の対応する断面を計算して図１４の左側に示すように表示する。
【００７６】
（第２実施形態）
第２実施形態のＭＲＩ装置１０Ａの全体構成は、図１に示す第１実施形態のＭＲＩ装置１０の全体構成と同一のものであるので、説明を省略する。
【００７７】
図１５は、第２実施形態のＭＲＩ装置１０Ａの機能を示すブロック図である。
【００７８】
図１に示すＣＰＵ５１（又は、シーケンスコントローラのＣＰＵ）がプログラムを実行することによって、ＭＲＩ装置１０Ａは、ＤＷＩボリューム生成部６１、脳梗塞領域抽出部６２、ＤＴＩ／ＤＴＴボリューム生成部６３、神経領域抽出部６４Ａ、グリアボリューム生成部７１、グリア細胞領域抽出部７２、グリア密度演算部７３、ＭＲＡボリューム生成部８１、ＰＷＩボリューム生成部８２、血管領域抽出部８３Ａ、栄養領域抽出部８４、再生段階分類部８５、危険領域演算部９１、及び表示画像生成部９２Ａとして機能する。なお、図１５に示すＭＲＩ装置１０Ａには、脳梗塞領域抽出部６２、ＤＴＩ／ＤＴＴボリューム生成部６３、神経領域抽出部６４Ａ、ＭＲＡボリューム生成部８１、血管領域抽出部８３Ａ、危険領域演算部９１、及び表示画像生成部９２Ａのみを図示する。図１５に示すＭＲＩ装置１０Ａにおいて、図２に示すＭＲＩ装置１０と同一機能要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００７９】
神経領域抽出部６４Ａは、図２に示す神経領域抽出部６４の機能に加え、ＤＴＩ／ＤＴＴボリューム生成部６３によって生成されたＤＴＩ／ＤＴＴボリュームデータと脳梗塞領域抽出部６２によって抽出された脳梗塞領域とに基づいて、脳梗塞領域の３次元の神経領域を抽出する機能を有する。
【００８０】
血管領域抽出部８３Ａは、図２に示す血管領域抽出部８３の機能に加え、ＭＲＡボリューム生成部８１によって生成されたＭＲＡボリュームデータと、脳梗塞領域抽出部６２によって抽出された３次元の脳梗塞領域とに基づいて、脳梗塞領域の３次元の血管領域を抽出する機能を有する。
【００８１】
表示画像生成部９２Ａは、図２に示す表示画像生成部９２の機能に加え、神経領域抽出部６４Ａによって抽出された神経領域と、血管領域抽出部８３Ａによって抽出された血管領域とを反映したＭＰＲ画像データを生成する機能を有する。
【００８２】
図１６は、表示されるＭＰＲ画像を示す図である。
【００８３】
図１６は、図１２に示すＭＰＲ画像に、神経領域抽出部６４Ａによって抽出された神経領域と、血管領域抽出部８３Ａによって抽出された血管領域とを重畳して２次元のＭＰＲ画像データである。また、図１６に示すＭＰＲ画像には、栄養領域抽出部８４によって抽出された栄養領域（輪郭）が重畳されている（図１６中の破線）。
【００８４】
（第３実施形態）
第３実施形態のＭＲＩ装置１０Ｂの全体構成は、図１に示す第１実施形態のＭＲＩ装置１０の全体構成と同一のものであるので、説明を省略する。
【００８５】
図１７は、第３実施形態のＭＲＩ装置１０Ｂの機能を示すブロック図である。
【００８６】
図１に示すＣＰＵ５１（又は、シーケンスコントローラのＣＰＵ）がプログラムを実行することによって、ＭＲＩ装置１０Ｂは、ＤＷＩボリューム生成部６１、脳梗塞領域抽出部６２、ＤＴＩ／ＤＴＴボリューム生成部６３、神経領域抽出部６４Ａ、グリアボリューム生成部７１、グリア細胞領域抽出部７２、グリア密度演算部７３、輪郭抽出部７４、ＭＲＡボリューム生成部８１、ＰＷＩボリューム生成部８２、血管領域抽出部８３Ａ、栄養領域抽出部８４、再生段階分類部８５、危険領域演算部９１、及び表示画像生成部９２Ｂとして機能する。なお、図１７に示すＭＲＩ装置１０Ｂには、脳梗塞領域抽出部６２、ＤＴＩ／ＤＴＴボリューム生成部６３、神経領域抽出部６４Ａ、グリア密度演算部７３、輪郭抽出部７４、ＭＲＡボリューム生成部８１、血管領域抽出部８３Ａ、危険領域演算部９１、及び表示画像生成部９２Ｂのみを図示する。図１７に示すＭＲＩ装置１０Ｂにおいて、図２に示すＭＲＩ装置１０及び図１５に示すＭＲＩ装置１０Ａと同一機能要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００８７】
輪郭抽出部７４は、グリア密度演算部７３によって抽出されたグリア密度が閾値以上（閾値は任意に設定可能）の閾値領域の輪郭を抽出する機能を有する。まず、輪郭抽出部７４は、閾値以上とそれ以外とでグリア密度の２値化処理を行なう。輪郭抽出部７４は、２値化処理の結果上に点を複数配置してｒｅｇｉｏｎ ｇｒｏｗｉｎｇ法を用いて閾値領域を抽出する。そして、輪郭抽出部７４は、抽出された閾値領域に対してｓｎａｋｅ法を用いて閾値領域の輪郭データを抽出する。輪郭抽出部７４によって抽出された輪郭データは、ＨＤＤ５３等の記憶装置に記憶される。記憶装置は、グリア密度の閾値が変更された場合、閾値領域及び輪郭も変更されることから、グリア細胞領域の結果と共に保存する。そして、グリア密度の閾値が変更された場合、過去データを輪郭抽出部７４に出力する。
【００８８】
表示画像生成部９２Ｂは、図２に示す表示画像生成部９２の機能に加え、記憶装置から取得される、時系列で複数の撮像で得られた輪郭データを重畳してＭＰＲ画像を生成する機能を有する。ＭＰＲ画像は、表示装置５５を介して表示される。
【００８９】
図１８は、表示されるＭＰＲ画像を示す図である。
【００９０】
図１８は、グリア密度が一定値以上の領域の時系列変化の一例を示す図である。
【００９１】
各ボクセルの再生段階に合わせて、グリア画像上に色（任意）を段階的に重畳する。また、危険領域と判断されたボクセルに特定の色（任意）を重畳する。また、輪郭抽出部７４の結果から、閾値以上のグリア細胞領域の輪郭を重畳する。加えて、記憶装置から過去に撮像したときに抽出した輪郭結果を読み込み、輪郭抽出部７４の結果と各過去データとで輪郭の色が変わるように重畳する。
【００９２】
本実施形態のＭＲＩ装置１０，１０Ａ，１０Ｂは、まず、再生医療の回復過程を血管、灌流、及び神経の再生状態を元に４段階に分類し、それぞれの段階において期待されるグリア細胞分布量と実際に得られたグリア密度を関連づけて解析する。また、グリア細胞は脳全体に存在することから、注目部位（梗塞部位）周辺のグリア細胞のみを抽出する。よって、本実施形態のＭＲＩ装置１０，１０Ａ，１０Ｂによると、グリア画像をそのまま表示するのではなく、グリア細胞が神経細胞の回復に与えている影響のよしあしが判別可能な、再生医療の診断支援に有用な情報を操作者に提示することができる。
【００９３】
なお、本実施形態のＭＲＩ装置１０，１０Ａ，１０Ｂは、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、本実施形態のＭＲＩ装置１０，１０Ａ，１０Ｂに開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【００９４】
１０，１０Ａ，１０Ｂ ＭＲＩ装置
１１ 撮像装置
１２ 撮像制御装置
５１ ＣＰＵ
５５ 表示装置
５６ 入力装置
６１ ＤＷＩボリューム生成部
６２ 脳梗塞領域抽出部
６３ ＤＴＩ／ＤＴＴボリューム生成部
６４，６４Ａ 神経領域抽出部
７１ グリアボリューム生成部
７２ グリア細胞領域抽出部
７３ グリア密度演算部
７４ 輪郭抽出部
８１ ＭＲＡボリューム生成部
８２ ＰＷＩボリューム生成部
８３，８３Ａ 血管領域抽出部
８４ 栄養領域抽出部
８５ 再生段階分類部
９１ 危険領域演算部
９２，９２Ａ，９２Ｂ 表示画像生成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の全脳を２種類の撮像法で撮像して第１ボリュームデータ及び第２ボリュームデータをそれぞれ生成する撮像手段と、
前記第１ボリュームデータに基づいて神経領域を抽出する神経領域抽出手段と、
前記第１ボリュームデータ及び前記第２ボリュームデータに基づいて脳梗塞領域を抽出する脳梗塞領域抽出手段と、
前記第２ボリュームデータに基づいて血管領域及び栄養領域を抽出する血管・栄養領域抽出手段と、
前記抽出された脳梗塞領域に該当する各ボクセルを、前記第２ボリュームデータ、前記神経領域、及び前記栄養領域に基づいて、前記被検体の脳梗塞の再生医療における複数の再生段階にそれぞれ分類する再生段階分類手段と、
前記複数の再生段階に分類された脳梗塞領域を、各再生段階が視認可能なように表示装置に表示させる表示制御手段と、
を有するＭＲＩ装置。
【請求項２】
前記再生段階分類手段は、前記脳梗塞領域に該当する各ボクセルについて、血管の再生状態、灌流の再生状態、及び神経の再生状態をそれぞれ求めることによって、前記抽出された脳梗塞領域に該当する各ボクセルを前記複数の再生段階にそれぞれ分類する構成とする請求項１に記載のＭＲＩ装置。
【請求項３】
前記撮像手段は、前記第１ボリュームデータとしてＤＷＩ（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ−ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ）ボリュームデータを生成し、前記第２ボリュームデータとしてＭＲＡ（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ）ボリュームデータを生成する構成とする請求項１又は２に記載のＭＲＩ装置。
【請求項４】
前記撮像手段は、第３の撮像法によって３次元の第３ボリュームデータを生成し、
前記第３ボリュームデータ及び前記脳梗塞領域に基づいてグリア細胞領域を抽出するグリア細胞抽出手段と、
前記グリア細胞領域のグリア細胞の密度をグリア密度として算出するグリア密度演算手段と、
前記グリア密度と、前記複数の再生段階に分類された脳梗塞領域との関係に基づいて危険領域を評価する評価手段と、をさらに備え、
前記表示制御手段は、前記危険領域を、前記複数の再生段階に分類された脳梗塞領域に重畳して前記表示装置に表示させる構成とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のＭＲＩ装置。
【請求項５】
前記表示制御手段は、前記算出されたグリア密度に従って任意の色に割り当て前記表示装置に表示させる構成とする請求項４に記載のＭＲＩ装置。
【請求項６】
前記表示制御手段は、前記脳梗塞領域の近傍で抽出されたグリア細胞領域の領域及び輪郭を前記表示装置に表示させる構成とする請求項４又は５に記載の医用画像処理装置。
【請求項７】
前記撮像手段は、前記第３ボリュームデータとしてＭＥＭＲＩ（グリア）ボリュームデータを生成する構成とする請求項４乃至６のうちいずれか一項に記載のＭＲＩ装置。
【請求項８】
血管領域抽出手段は、脳梗塞の疑いのない脳における血管領域と、前記被検体の血管領域とをパターンマッチングを用いて比較することによって、前記被検体の脳梗塞によって消失した血管領域を抽出すると共に、
栄養領域抽出手段は、前記脳梗塞の疑いのない脳における栄養領域と、前記被検体の栄養領域とをパターンマッチングを用いて比較することによって、前記被検体の脳梗塞によって消失した栄養領域を抽出する構成とする請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載のＭＲＩ装置。
【請求項９】
前記表示制御手段は、前記血管領域及び前記神経領域を前記表示装置に表示させる構成とする請求項８に記載のＭＲＩ装置。
【請求項１】
被検体の全脳を２種類の撮像法で撮像して第１ボリュームデータ及び第２ボリュームデータをそれぞれ生成する撮像手段と、
前記第１ボリュームデータに基づいて神経領域を抽出する神経領域抽出手段と、
前記第１ボリュームデータ及び前記第２ボリュームデータに基づいて脳梗塞領域を抽出する脳梗塞領域抽出手段と、
前記第２ボリュームデータに基づいて血管領域及び栄養領域を抽出する血管・栄養領域抽出手段と、
前記抽出された脳梗塞領域に該当する各ボクセルを、前記第２ボリュームデータ、前記神経領域、及び前記栄養領域に基づいて、前記被検体の脳梗塞の再生医療における複数の再生段階にそれぞれ分類する再生段階分類手段と、
前記複数の再生段階に分類された脳梗塞領域を、各再生段階が視認可能なように表示装置に表示させる表示制御手段と、
を有するＭＲＩ装置。
【請求項２】
前記再生段階分類手段は、前記脳梗塞領域に該当する各ボクセルについて、血管の再生状態、灌流の再生状態、及び神経の再生状態をそれぞれ求めることによって、前記抽出された脳梗塞領域に該当する各ボクセルを前記複数の再生段階にそれぞれ分類する構成とする請求項１に記載のＭＲＩ装置。
【請求項３】
前記撮像手段は、前記第１ボリュームデータとしてＤＷＩ（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ−ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ）ボリュームデータを生成し、前記第２ボリュームデータとしてＭＲＡ（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ）ボリュームデータを生成する構成とする請求項１又は２に記載のＭＲＩ装置。
【請求項４】
前記撮像手段は、第３の撮像法によって３次元の第３ボリュームデータを生成し、
前記第３ボリュームデータ及び前記脳梗塞領域に基づいてグリア細胞領域を抽出するグリア細胞抽出手段と、
前記グリア細胞領域のグリア細胞の密度をグリア密度として算出するグリア密度演算手段と、
前記グリア密度と、前記複数の再生段階に分類された脳梗塞領域との関係に基づいて危険領域を評価する評価手段と、をさらに備え、
前記表示制御手段は、前記危険領域を、前記複数の再生段階に分類された脳梗塞領域に重畳して前記表示装置に表示させる構成とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のＭＲＩ装置。
【請求項５】
前記表示制御手段は、前記算出されたグリア密度に従って任意の色に割り当て前記表示装置に表示させる構成とする請求項４に記載のＭＲＩ装置。
【請求項６】
前記表示制御手段は、前記脳梗塞領域の近傍で抽出されたグリア細胞領域の領域及び輪郭を前記表示装置に表示させる構成とする請求項４又は５に記載の医用画像処理装置。
【請求項７】
前記撮像手段は、前記第３ボリュームデータとしてＭＥＭＲＩ（グリア）ボリュームデータを生成する構成とする請求項４乃至６のうちいずれか一項に記載のＭＲＩ装置。
【請求項８】
血管領域抽出手段は、脳梗塞の疑いのない脳における血管領域と、前記被検体の血管領域とをパターンマッチングを用いて比較することによって、前記被検体の脳梗塞によって消失した血管領域を抽出すると共に、
栄養領域抽出手段は、前記脳梗塞の疑いのない脳における栄養領域と、前記被検体の栄養領域とをパターンマッチングを用いて比較することによって、前記被検体の脳梗塞によって消失した栄養領域を抽出する構成とする請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載のＭＲＩ装置。
【請求項９】
前記表示制御手段は、前記血管領域及び前記神経領域を前記表示装置に表示させる構成とする請求項８に記載のＭＲＩ装置。
【図１】
【図２】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１５】
【図１７】
【図３】
【図５】
【図６】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図１８】
【図２】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１５】
【図１７】
【図３】
【図５】
【図６】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−２４５１１３（Ｐ２０１２−２４５１１３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８１９１（Ｐ２０１１−１１８１９１）
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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