JP3560192B2 - Activation area extraction method - Google Patents
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Images
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴撮影(以下、MRI)を用いた脳機能計測MRI(以下、fMRI)における、データ処理法に関する技術分野に属する。更に詳しくいえば、本発明は、SN比が低い場合においても、刺激により活性化した大脳皮質の領野を正確に抽出する方法に関する技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
MRIを使って脳の機能を解析するfMRIと呼ばれる技術が開発されている。この技術では、光や音などの刺激印加に伴う大脳皮質での反応を、MR(核磁気共鳴)信号の変化として捕らえて画像化する。即ち、被験者に刺激を印加しつつ撮影した画像(以下、刺激印加画像)と、刺激を印加せずに撮影した画像(以下、安静画像)とから、差分画像を作成する。差分画像上で信号強度の大きい領域を、刺激に対して反応した領域(以下、活性化領域)と見なし、脳の機能領野の同定や信号変化率の評価を行なう。ここで、本明細書では、差分画像のように活性化領域を抽出するために安静画像と刺激印加画像とを用いて作成された画像データを機能画像データと呼ぶ。また、それ以外の画像データを形態画像データと呼ぶ。
【0003】
機能領野の同定を正確に行なうためには、活性化領域の抽出法が特に重要になる。様々な抽出法を比較した報告として、Book of Abstract、12th Annual Meeting of Society of Magnetic Resonance in Medicine、vol.1、449(1993)が知られている。この報告では、活性化領域の抽出法を、刺激の印加前の信号強度を基準とし、刺激の印加に伴う信号変化率を評価し抽出を行なう方法と、刺激の印加と信号変化との相関を評価して抽出を行なう方法との2種類に分類している。この分類と一部重複するが、実際には、次の3種類の抽出法が主に用いられている。第1の方法は、刺激の印加に伴う信号変化率を用いる抽出法である。この方法は、活性化領域を抽出する際のデータ処理時間が短い反面、大脳皮質のみでなく、静脈を誤抽出してしまう欠点を持つ。第2の方法は、t検定などの統計処理を用いる抽出法である。この方法は、ノイズに対する信号変化率の割合を、客観的に評価できる特徴を持っている。第3の方法は、相関関数を用いる抽出法である。この方法は、刺激の印加と信号変化との同期の程度を評価する抽出法である。第2と第3の方法は、第1の方法と比較し、活性化領域を抽出する際のデータ処理時間が長くなるものの、静脈の誤抽出が少ない特徴がある。そのため、活性化領域の抽出には、第2または第3の方法を用いる場合が多い。
【0004】
抽出法だけでなく、画像の空間分解能も機能領野の同定を行なう上で重要である。同定を正確に行なうためには、画像の空間分解能向上が必須条件となるが、ここで1つの問題が生じる。それは1画素あたりのSN比の低下である。1画素の信号量は、1画素に含まれる水素原子数と考えることができる。空間分解能が向上すると、1画素に対応する実空間の体積が小さくなる。その結果、1画素の信号量が少なくなり、SN比が低下する。SN比の低下が及ぼす影響は、Book of Abstract、2nd Annual Meeting of Society of Magnetic Resonance、vol.2、642(1994)で報告されている。即ち、以下に示すような理由で、抽出される活性化領域の面積が縮小してしまう。空間分解能に依存せず、刺激の印加により信号が変化する大脳皮質の面積、及び変化率は一定とする。ここで、抽出法に第2または第3の方法を用いた場合、空間分解能の向上によりSN比が低下すると、信号変化率の小さい領域は活性化領域として抽出されなくなる。そのため、抽出される活性化領域の面積は縮小してしまう。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来の活性化領域抽出法では、静脈の誤抽出が多く、SN比の変化により活性化領域の面積が変化する等の問題があった。本発明の目的は、上記の第2と第3の抽出法の特徴を損なわず、静脈などの誤抽出が無く、かつSN比の変化に影響されにくい、活性化領域の抽出法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の活性化領域抽出法は、SN比の変化の影響を受けやすいt検定や相関係数を用いた抽出法と、SN比の変化の影響を受けにくい信号変化率を用いた抽出法とを併用することに特徴がある。本発明では、SN比の影響を受けやすい抽出法とSN比の影響を受けにくい抽出法の併用により、空間分解能の向上に伴いSN比が低下した場合にも、良好に活性化領域を抽出できる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して詳細に説明する。まず、本発明が適用可能な分野の一つであるfMRIの計測例を図2に示す。fMRIでは、計測中に刺激印加期間を設け、一定の時間間隔で画像を撮影する。この時系列画像において、各座標ごとに信号の時間変化を評価し、活性化領域を取り出す処理が活性化領域の抽出法である。活性化領域を抽出する際、通常は1つの抽出法を用いるのに対し、本発明では、2種類の抽出法を用いる。即ち、画像のSN比の影響を受けやすい抽出法を用いて作成した機能画像データと、SN比の影響を受けにくい抽出法を用いて作成した機能画像データとを併用し、抽出を行なう。まず2種類の抽出法について説明し、次に抽出手順について説明する。
【0008】
SN比の影響を受けやすい抽出法とは、その抽出法を表現する数式中に、1)信号の分散や偏差を入力する項が存在する、2)ノイズが大きくなると必ず値が大きくなる項が存在する、のいずれかに該当する抽出法である。なお、ここでのノイズとは、時系列画像の同一座標における信号の時間変動であり、信号の分散とは、時系列画像の同一座標における信号の時間平均値に対する偏差である。1)の例としては、t検定を用いた抽出法がある。(数1)はt値の計算式を示している。
【0009】
【数1】
t=(X1−X2)/{√{(D1+D2)/(n1+n2−2)}・√{1/n1+1/n2}} …(数1)
ここで、Xは信号の平均値、D1、D2は信号の偏差の平方和、nは画像枚数である。(数1)において、√{}は、{}内の平方根をとるものとする。
【0010】
また、添字1、2は、それぞれ安静期間と刺激印加期間を表している。(数1)から判るように、D1とD2の値が大きくなると、tの値が小さくなる。活性化領域は、tの値に閾値を設けて抽出するので、t検定を用いた抽出法はSN比の影響を受け易いといえる。2)の例としては、相互相関関数を用いた抽出法があり、(数2)はその一例を示している。
【0011】
【数2】
f(S、E)=S・E/{‖S‖‖E‖} …(数2)Sは、各時系列画像の信号値を要素とするベクトルである(図3)。(数2)において、‖S‖、‖E‖はそれぞれ、ベクトルS、Eの絶対値を表わす。また、Eは、ユーザーが任意に定めることができるユーザーベクトルである。ユーザーベクトルは、安静期間には−1、刺激印加期間には1の値をとるものとする。信号ベクトルが各座標ごとに異なるのに対し、ユーザベクトルは、各座標とも同一ベクトルを用いる。(数2)は時系列画像の枚数を次元数とする、信号ベクトルSとユーザーベクトルEとの内積(S・E)である。従って、両ベクトルのなす角が小さいほど(数2)の値は大きくなる。活性化領域の抽出に相関関数を用いる場合、この値に閾値を設けて抽出を行なっている。さて、(数2)の中には信号の分散を入力する項が存在しないが、ノイズが大きくなることで、信号値ベクトルSの絶対値は増加し、その結果、相互相関関数の値は低下する。これを以下に示す。但し、簡略化のために、安静期間と刺激印加期間の区別をせずに説明する。また、画像枚数が十分多いときノイズNiの和は、(数3)に示すように0になり、SN比が変化しても信号の平均値Smは変化しないとする。なお、(数3)において、添字iは時系列画像の番号を表し、加算Σは、i=1、2、…、nについて行なう。
【0012】
【数3】
ΣNi=0 …(数3)
各画像の信号値Siは、信号の平均値XmとノイズNiの和と考えられる。ここで、ノイズの大きさを表す係数aとb(a<b)を用いるとき、ノイズの小さい信号Sai、ノイズの大きい信号Sbiをそれぞれ(数4)、(数5)のように表現できる。
【0013】
【数4】
Sai=Sm+aNi …(数4)
【0014】
【数5】
Sbi=Sm+bNi …(数5)
SN比の変化によらず同ーのユーザーベクトルを使用するので、(数2)の分母(信号値ベクトルSとユーザーベクトルEの絶対値の積)の大きさは、信号値ベクトルSの大きさに依存する。そこで、SN比の変動に対する信号値ベクトルの大きさの変化を、(数4)と(数5)を用いて比較する。(数6)はノイズの小さい場合における、信号値ベクトルの大きさの2乗である。また、(数7)はノイズの大きい場合における、信号値ベクトルの大きさの2乗である。(数6)と(数7)の差分は(数8)となり、常に正の値となることが判る。即ち、信号の分散が大きくなると必ず値が大きくなる項が存在する。なお、(数6)、(数7)、(数8)において、加算Σは、i=1、2、…、nについて行なう。(数8)は、ノイズが大きい場合の信号値の2乗の値とノイズが小さい場合の信号値の2乗の値との差を示す。
【0015】
【数6】
Σ{Sai}2=Σ(Sm+aNi)2=ΣSm 2+a2ΣNi 2+2aSmΣNi
=ΣSm 2+a2ΣNi 2 …(数6)
【0016】
【数7】
Σ{Sbi}2=Σ(Sm+bNi)2=ΣSm 2+b2ΣNi 2+2bSmΣNi
=ΣSm 2+b2ΣNi 2 …(数7)
【0017】
【数8】
Σ{Sbi}2−Σ{Sai}2=(b2−a2)ΣNi 2 …(数8)
以上のように、t検定を用いた抽出法や相関関数を用いた抽出法は、SN比の変化の影響を受けやすいと判断できる。なお、活性化領域の抽出に自己相関関数を用いてもよい。
【0018】
一方、SN比の影響を受けにくい抽出法とは、例えば信号変化率を用いた抽出法が挙げられる。これは、信号変化率を計算する時に加算平均処理を行なうため、SN比の変化により生じる影響が小さくなるためである。
【0019】
次に、これらの抽出法を用いた活性化領域の抽出手順について説明する。
【0020】
本発明を用いた活性化領域の抽出法は、2段階に分かれている。第1段階では、誤抽出なく活性化領域を抽出し、第2段階では、第1段階で抽出した領域を開始点とし、活性化領域を拡張する。なお、画像処理の分野では様々な領域拡張の方法が提案されており、本発明においても、これらの方法を利用することが可能である。但し、これらの方法が、領域拡張処理の開始点を対象物体の構造からユーザーが判断し指定するのに対し、本発明では、開始点を第1の処理で抽出する点で異なっている。また、第1段階で用いられた抽出法により作成される機能画像データの情報と、第2段階で用いられた抽出法により作成される機能画像データの情報とが異なっていること、この異なる情報を併用して領域を拡張する点も、従来の領域拡張処理と異なっている。
【0021】
図1は、本発明を用いた活性化領域抽出法の、データ処理手順の一例を示したフローチャートである。第1の処理(処理1)では、SN比の影響を受けやすい抽出法を用いて機能画像データ(SN比の影響を受けやすい機能画像データ)を作成し、活性化領域の抽出を行なう。これらの抽出法は、静脈を誤抽出すること無く活性化領域を抽出できる。第2の処理(第2の処理)では、第1の処理で活性化領域として抽出されなかった領域を再評価する。この評価には、SN比の影響を受けにくい抽出法を用いて作成された機能画像データである、信号変化率画像データを用いる。まず、第1の処理で抽出された活性化領域を開始点とし、開始点に隣接する画素の信号変化率の評価を行なう。即ち、信号変化率が所定の閾値以上であれば、活性化領域として拡張する。次に、拡張後の活性化領域近傍画素の信号変化率を評価し、信号変化率が所定の閾値以上であれば、同様に、活性化領域として拡張する。この活性化領域の拡張は、隣接する画素の中で、信号変化率の閾値の条件を満足する画素がなくなるまで行われる。
【0022】
図4は、この様子を示すものである。この活性化領域を拡張する際に、信号変化率だけでなく信号変化率の空間上の勾配を用いても良い。この領域拡張に関する一連の処理を行なうことで、SN比の変化に伴う活性化領域の縮小を防止できる。一方、活性化領域が大脳皮質の外側にあふれでるのを防止するため、時系列画像の信号値に閾値を設けて大脳皮質を抽出し、活性化領域を探索する領域を決定してもよい。この場合は、2種類の機能画像の情報と形態画像の情報を併用することになる。
【0023】
なお、第1の処理、及び第2の処理では、それぞれ閾値を設定する必要がある。本発明は、それぞれの閾値の設定法については何ら制約されない。即ち、活性化領域の抽出を行なう度に閾値を変更してもよいし、あらかじめ設定された閾値を繰り返し用いて抽出を行なってもよい。また、以上の実施形態の説明では、MRIを用いた計測についてのみ説明を行なったが、本発明の適用対象はMRIに限定されるされるものではない。
【0024】
図5は、本発明の方法が適用される磁気共鳴装置の概略構成図である。図5において、621は静磁場H0を発生する磁石、622は測定対象、623は高周波磁場の発生と測定対象622から生じる磁気共鳴信号の検出のためのコイル、.6624、625、626はそれぞれx軸方向、y軸方向及びz軸方向の傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生コイルである。627、628、629は上記各傾斜磁場発生コイル624、625、626に電流を供給する傾斜磁場駆動装置である。上記傾斜磁場発生コイル、傾斜磁場駆動装置をまとめて傾斜磁場系と呼ぶ。630は測定されたデータの演算を行なう計算機、631は計算機630での演算結果を表示するディスプレイである。
【0025】
次に本検査装置の動作の概要を説明する。測定対象622の核スピンを励起する高周波磁場H1は、シンセサイザ632により発生させた高周波を変調装置633で波形整形、電力増幅し、コイル623に電流を供給して発生させる。コイル駆動装置627、628、629から電流を供給された傾斜磁場発生コイル624、625、626は傾斜磁場を発生し、測定対象622からの磁気共鳴信号を変調する。この変調信号はコイル623により受信され、増幅器634で増幅、検波装置635で検波された後、AD変換され、計算機630に入力される。計算機630は演算後、演算結果をディスプレイ631で表現する。なお、計算機630は予めプログラムされたタイミング、強度で各装置が動作するように制御を行なう。このプログラムの内、特に高周波磁場、傾斜磁場、信号受信のタイミングや強度を記述したプログラムはパルスシーケンスと呼ばれている。
【0026】
最後に本発明を要約すると、
所定の期間被験者に刺激を印加して時系列画像を撮影し、時系列画像の同一座標での信号強度を所定の判定式に入力し、判定式の結果を値とする機能画像データを作成し、機能画像データを用いて脳内の活動している領域(以下、活性化領域)を抽出する活性化領域の抽出法において、信号に重畳し刺激と相関を持たないゆらぎ(以下、ノイズ)が大きくなると必ず値が大きくなる項を含む判定式を用い、SN比の変化を反映する機能画像データを作成し活性化領域の抽出を行なう処理と、ノイズが大きくなると必ず値が大きくなる項を含まない判定式を用い、SN比の変化を反映しない機能画像データを作成し活性化領域の抽出を行なう処理が含まれることに特徴を有する活性化領域抽出法にあり、さらに、活性化領域の抽出法は、SN比の変化を反映する機能画像データを用いて抽出された領域を活性化領域の開始領域に設定する処理と、活性化領域に隣接し、かつSN比の変化を反映しない機能画像データを用いて抽出された領域を活性化領域に併合する取り込み処理と、取り込み処理を新たに活性化領域に取り込まれる領域が存在しなくなるまで繰り返す領域拡張処理とを含み、領域拡張処理により得られる領域を活性化領域として抽出することを特徴がある。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、空間分解能の向上に伴いSN比が低下した場合でも、活性化領域を正確に抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を用いた活性化領域抽出手順を示すフローチャート。
【図2】FMRIにおける計測例を示す図。
【図3】信号ベクトルを示す図。
【図4】本発明による活性化領域の手順を説明する図。
【図5】本発明が適用される一例であるMRI装置の構成例を示す図。
【符号の説明】
1…本発明を用いた活性化領域抽出法における第1の処理、2…本発明を用いた活性化領域抽出法における第2の処理、、621…静磁場発生用磁石、622…測定査対象、623…高周波磁場発生及び信号検出用コイル、624、625、626…傾斜磁場発生用コイル、627、628、629…コイル駆動装置、630…計算機、631…ディスプレイ、632…シンセサイザ、633…変調装置、634…増幅器、635…検波装置。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention belongs to a technical field related to a data processing method in brain function measurement MRI (hereinafter, fMRI) using magnetic resonance imaging (hereinafter, MRI). More specifically, the present invention belongs to the technical field related to a method for accurately extracting a cerebral cortex area activated by stimulation even when the SN ratio is low.
[0002]
[Prior art]
A technique called fMRI for analyzing brain functions using MRI has been developed. In this technique, a reaction in the cerebral cortex caused by application of a stimulus such as light or sound is captured as a change in an MR (nuclear magnetic resonance) signal and imaged. That is, a difference image is created from an image captured while applying a stimulus to a subject (hereinafter, a stimulus applied image) and an image captured without applying a stimulus (hereinafter, a rest image). A region having a large signal strength on the difference image is regarded as a region that has responded to the stimulus (hereinafter, an activation region), and identification of a functional area of the brain and evaluation of a signal change rate are performed. Here, in the present specification, image data created using a resting image and a stimulus applied image to extract an activated region, such as a difference image, is referred to as functional image data. The other image data is referred to as morphological image data.
[0003]
In order to accurately identify the functional area, the extraction method of the activated region is particularly important. As a report comparing various extraction methods, see Book of Abstract, 12th Annual Meeting of Society of Magnetic Resonance in Medicine, vol. 1, 449 (1993) are known. In this report, the method of extracting the activation area is based on the signal intensity before the stimulus is applied, and the rate of signal change accompanying the stimulus is evaluated and extracted. The method is classified into two types, that is, a method of performing evaluation and extraction. Although this classification partially overlaps, in practice, the following three types of extraction methods are mainly used. The first method is an extraction method using a signal change rate accompanying application of a stimulus. This method has a shortcoming in that the data processing time for extracting the active region is short, but veins are erroneously extracted in addition to the cerebral cortex. The second method is an extraction method using statistical processing such as a t-test. This method has a feature that the ratio of the signal change rate to noise can be objectively evaluated. The third method is an extraction method using a correlation function. This method is an extraction method for evaluating the degree of synchronization between the application of a stimulus and a signal change. Compared to the first method, the second and third methods have a feature that, although the data processing time for extracting the active area is longer, erroneous extraction of veins is less. Therefore, the second or third method is often used to extract the activated region.
[0004]
In addition to the extraction method, the spatial resolution of the image is also important in identifying functional areas. To perform the identification accurately, it is essential to improve the spatial resolution of the image. However, one problem arises here. That is a decrease in the SN ratio per pixel. The signal amount of one pixel can be considered as the number of hydrogen atoms contained in one pixel. As the spatial resolution improves, the volume of the real space corresponding to one pixel decreases. As a result, the signal amount of one pixel decreases, and the SN ratio decreases. The effect of a decrease in the SN ratio is described in Book of Abstract, 2nd Annual Meeting of Society of Magnetic Resonance, vol. 2, 642 (1994). That is, the area of the extracted active region is reduced for the following reasons. Irrespective of the spatial resolution, the area of the cerebral cortex where the signal changes upon application of the stimulus, and the rate of change are fixed. Here, in the case where the second or third method is used as the extraction method, if the SN ratio is reduced due to the improvement of the spatial resolution, a region having a small signal change rate is not extracted as an active region. Therefore, the area of the extracted active region is reduced.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional activation region extraction method has many problems such as erroneous extraction of veins and a change in the area of the activation region due to a change in the SN ratio. An object of the present invention is to provide a method for extracting an activated region, which does not impair the characteristics of the above-described second and third extraction methods, does not cause erroneous extraction of veins and the like, and is hardly affected by a change in SN ratio. It is in.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The activated region extraction method of the present invention includes an extraction method using a t-test or a correlation coefficient that is easily affected by a change in SN ratio, and an extraction method using a signal change rate that is not easily affected by a change in the SN ratio. The feature is that it is used together. In the present invention, by using both the extraction method that is susceptible to the S / N ratio and the extraction method that is less susceptible to the S / N ratio, it is possible to satisfactorily extract the active region even when the S / N ratio is reduced due to improvement in spatial resolution. .
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, FIG. 2 shows a measurement example of fMRI, which is one of the fields to which the present invention can be applied. In fMRI, a stimulus application period is provided during measurement, and images are taken at fixed time intervals. In this time-series image, a process of evaluating a time change of a signal for each coordinate and extracting an activation area is an activation area extraction method. When extracting an activated region, one extraction method is usually used, whereas in the present invention, two types of extraction methods are used. That is, the functional image data created by using the extraction method that is easily affected by the SN ratio of the image and the functional image data created by using the extraction method that is hardly affected by the SN ratio are extracted together. First, two types of extraction methods will be described, and then an extraction procedure will be described.
[0008]
The extraction method that is easily affected by the SN ratio is defined as the expression expressing the extraction method that includes 1) a term for inputting the variance or deviation of a signal, and 2) a term whose value always increases as noise increases. Existing extraction method. Here, the noise is a time variation of a signal at the same coordinate of the time-series image, and the variance of the signal is a deviation from a time average value of the signal at the same coordinate of the time-series image. An example of 1) is an extraction method using a t-test. (Equation 1) shows a formula for calculating the t value.
[0009]
(Equation 1)
t = (X 1 -X 2) / {√ {(D 1 + D 2) / (n 1 + n 2 -2)} · √ {1 / n 1 + 1 / n 2}} ... ( Equation 1)
Here, X is the average value of the signals, D 1 and D 2 are the sum of squares of the deviation of the signals, and n is the number of images. In (Equation 1), √ {} takes the square root of {}.
[0010]
The
[0011]
(Equation 2)
f (S, E) = SE · {S‖‖E} (Equation 2) S is a vector having the signal value of each time-series image as an element (FIG. 3). In (Equation 2), {S} and {E} represent the absolute values of the vectors S and E, respectively. E is a user vector that can be arbitrarily determined by the user. The user vector assumes a value of −1 during the rest period and a value of 1 during the stimulus application period. While the signal vector differs for each coordinate, the user vector uses the same vector for each coordinate. (Equation 2) is the inner product (SE) of the signal vector S and the user vector E, where the number of time-series images is the number of dimensions. Therefore, the smaller the angle between the two vectors, the larger the value of (Equation 2). When a correlation function is used to extract an activation region, a threshold value is provided for this value to perform extraction. Now, there is no term in (Equation 2) for inputting the variance of the signal, but as the noise increases, the absolute value of the signal value vector S increases, and as a result, the value of the cross-correlation function decreases. I do. This is shown below. However, for simplification, the description will be made without distinguishing between the rest period and the stimulus application period. Further, the sum of the noise N i when the number of images is sufficiently large, and becomes 0 as shown in equation (3), the mean value S m of the signal even SN ratio is changed does not change. In (Equation 3), the subscript i represents the number of the time-series image, and the addition Σ is performed for i = 1, 2,..., N.
[0012]
(Equation 3)
ΣN i = 0 (Equation 3)
The signal value S i of each image is considered to be the sum of the average value X m of the signal and the noise N i . Here, when the coefficients a and b (a <b) representing the magnitude of the noise are used, the signal S ai with a small noise and the signal S bi with a large noise are expressed as ( Equation 4) and (Equation 5), respectively. it can.
[0013]
(Equation 4)
S ai = S m + aN i … (Equation 4)
[0014]
(Equation 5)
S bi = S m + bN i … (Equation 5)
Since the same user vector is used regardless of the change in the SN ratio, the magnitude of the denominator (the product of the absolute value of the signal value vector S and the user vector E) in (Equation 2) is equal to the magnitude of the signal value vector S. Depends on. Therefore, the change in the magnitude of the signal value vector with respect to the change in the SN ratio is compared using (Equation 4) and (Equation 5). (Equation 6) is the square of the magnitude of the signal value vector when the noise is small. (Equation 7) is the square of the magnitude of the signal value vector when the noise is large. It can be seen that the difference between (Equation 6) and (Equation 7) is (Equation 8), which is always a positive value. That is, there is a term whose value always increases as the variance of the signal increases. In addition, in (Equation 6), (Equation 7), and (Equation 8), the addition Σ is performed for i = 1, 2,..., N. (Equation 8) shows the difference between the square of the signal value when the noise is large and the square of the signal value when the noise is small.
[0015]
(Equation 6)
Σ {S ai } 2 = Σ (S m + aN i ) 2 = ΣS m 2 + a 2 ΣN i 2 + 2aS m ΣN i
= ΣS m 2 + a 2 ΣN i 2 … (Equation 6)
[0016]
(Equation 7)
Σ {S bi } 2 = Σ (S m + bN i ) 2 = ΣS m 2 + b 2 ΣN i 2 + 2bS m ΣN i
= ΣS m 2 + b 2 ΣN i 2 … (Equation 7)
[0017]
(Equation 8)
Σ {S bi } 2- S ai } 2 = (b 2 -a 2 ) ΣN i 2 ... (Equation 8)
As described above, it can be determined that the extraction method using the t-test and the extraction method using the correlation function are easily affected by the change in the SN ratio. Note that an autocorrelation function may be used for extracting an activation region.
[0018]
On the other hand, the extraction method that is not easily affected by the SN ratio includes, for example, an extraction method using a signal change rate. This is because the averaging process is performed when calculating the signal change rate, so that the influence caused by the change in the SN ratio is reduced.
[0019]
Next, a procedure for extracting an activated region using these extraction methods will be described.
[0020]
The method for extracting an activated region using the present invention is divided into two stages. In the first stage, the active region is extracted without erroneous extraction, and in the second stage, the active region is extended with the region extracted in the first stage as a starting point. In the field of image processing, various area expansion methods have been proposed, and these methods can be used in the present invention. However, these methods differ in that the user determines and designates the start point of the area expansion processing from the structure of the target object, whereas the present invention extracts the start point in the first processing. Further, the information of the functional image data created by the extraction method used in the first stage is different from the information of the functional image data created by the extraction method used in the second stage. Is also different from the conventional area expansion processing in that the area is expanded by using.
[0021]
FIG. 1 is a flowchart showing an example of a data processing procedure in an activated area extraction method using the present invention. In the first process (process 1), functional image data (functional image data susceptible to the SN ratio) is created using an extraction method that is susceptible to the SN ratio, and the active region is extracted. These extraction methods can extract an activated region without erroneously extracting a vein. In the second processing (second processing), the area not extracted as the activated area in the first processing is reevaluated. For this evaluation, signal change rate image data, which is functional image data created using an extraction method that is not easily affected by the SN ratio, is used. First, the activation area extracted in the first processing is set as a start point, and the signal change rate of a pixel adjacent to the start point is evaluated. That is, if the signal change rate is equal to or more than the predetermined threshold, the area is expanded as the activation area. Next, the signal change rate of the pixel in the vicinity of the activated area after the expansion is evaluated. If the signal change rate is equal to or more than a predetermined threshold, the pixel is similarly expanded as the activated area. The expansion of the activation region is performed until there is no pixel that satisfies the threshold value of the signal change rate among the adjacent pixels.
[0022]
FIG. 4 shows this state. When expanding the activation region, not only the signal change rate but also a spatial gradient of the signal change rate may be used. By performing a series of processes related to the area expansion, it is possible to prevent the active area from being reduced due to a change in the SN ratio. On the other hand, in order to prevent the activated region from overflowing outside the cerebral cortex, a threshold value may be provided for the signal value of the time-series image to extract the cerebral cortex, and a region to be searched for the activated region may be determined. In this case, the information of the two types of functional images and the information of the morphological images are used together.
[0023]
In the first process and the second process, it is necessary to set a threshold value. In the present invention, the setting method of each threshold value is not restricted at all. That is, the threshold value may be changed each time the activated region is extracted, or the extraction may be performed by repeatedly using a preset threshold value. Further, in the above description of the embodiment, only the measurement using the MRI has been described, but the application target of the present invention is not limited to the MRI.
[0024]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a magnetic resonance apparatus to which the method of the present invention is applied. 5, the magnet for generating a static
[0025]
Next, an outline of the operation of the inspection apparatus will be described. High frequency magnetic field H 1 to excite the nuclear spins of the measuring
[0026]
Finally, to summarize the present invention,
A stimulus is applied to the subject for a predetermined period to capture a time-series image, and the signal intensity at the same coordinates of the time-series image is input to a predetermined determination formula, and functional image data having the result of the determination formula as a value is created. In the active area extraction method, which extracts active areas in the brain using functional image data (hereinafter referred to as “active areas”), fluctuations (hereinafter referred to as “noise”) that are superimposed on the signal and have no correlation with the stimulus A process of creating a functional image data reflecting the change in the S / N ratio and extracting an active area using a judgment formula including a term that always increases when the noise increases, and including a term that always increases when the noise increases An active area extraction method is characterized in that it includes a process of generating functional image data that does not reflect a change in the SN ratio and extracting an active area by using a determination formula that does not have a determination formula. The method is the SN ratio A process of setting the region extracted using the functional image data reflecting the change as the start region of the activation region, and a process of extracting the region using the functional image data adjacent to the activation region and not reflecting the change in the SN ratio. Processing that merges the activated area with the activated area, and area expansion processing that repeats the acquisition processing until there is no more area to be newly captured in the activated area, and the area obtained by the area expansion processing is used as the activated area. The feature is to extract.
[0027]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if the SN ratio falls with the improvement of a spatial resolution, an active area can be extracted correctly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing an activation area extraction procedure using the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a measurement example in FMRI.
FIG. 3 is a diagram showing signal vectors.
FIG. 4 is a view for explaining a procedure of an activation region according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of an MRI apparatus as an example to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st processing in the active area extraction method using this
Claims (1)
画像の Image SNSN 比の影響を受けやすい第1の活性化領域抽出方法で作成された第1の機能画像と、画像のA first functional image created by a first active area extraction method that is susceptible to the ratio, SNSN 比の影響を受けにくい第2の活性化領域抽出方法で作成された第2の機能画像を作成し、前記第2の機能画像上の活性化領域に基づいて前記第1の機能画像上の活性化領域を拡張することを特徴とする活性化領域抽出法。A second functional image created by a second active area extraction method that is less affected by the ratio is created, and an activity on the first functional image is created based on an active area on the second functional image. An activated area extraction method characterized by expanding an activated area.
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