JP2013017511A - 画像処理装置および方法、x線診断装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像処理装置は、記憶部、算出部、第1生成部、および表示部を含む。記憶部は、X線画像を記憶する。算出部は、前記X線画像の第1ノイズ量を算出する。第1生成部は、ノイズ画像のノイズ量に対するX線量の依存性に基づいて、前記第1ノイズ量で示される第1ノイズ画像に対応する第1X線量を得たのち、前記第1X線量とは異なる第2X線量に対応する第2ノイズ画像を少なくとも1つ算出し、前記第2ノイズ画像と前記X線画像とを加算した第1シミュレーション画像を生成する。表示部は、前記X線画像と少なくとも1つの前記第1シミュレーション画像とを表示する。
【選択図】 図1
Description
そのため、ファントム等から模擬画像を作成し、模擬画像をもとにスキャン条件を逐次設定して被ばく量を低減する手法もある。しかし、血管内治療の場合は被検体に対する撮影方向は逐次変化し、被検体および撮影部位によってX線の透過状態が異なるため、撮影部位に適したX線量を設定することができない。
本開示の目的は、被ばく量の低減を支援することができる画像処理装置および方法、X線診断装置を提供することにある。
本実施形態に係るX線診断装置100は、撮影制御部101、アーム駆動部102、アーム103、X線発生部104、X線検出部105、インタフェース部106、および画像処理装置120を含む。
また、画像処理装置120は、画像受信部107、画像記憶部108、ノイズ算出部109、シミュレーション画像生成部110、および画像表示部111を含む。
アーム103は、X線発生部104とX線検出部105とが対向するように、一端にX線発生部104を支持し、もう一端にX線検出部105を支持する。また、アーム103は、アーム駆動部102によって回転駆動が可能である。
X線発生部104は、アーム103の一端に支持され、撮影制御部101からの制御信号によりX線を発生する。なお、X線発生部104は、被検体150に対するX線の照射野を制限するために、X線絞り部(図示せず)を含んでもよい。
インタフェース部106は、X線検出部105からX線画像を受け取り、A/D(Analog-Digital)変換、プロトコル変換などを行う。
画像受信部107は、インタフェース部106を介してX線画像を受け取る。
ノイズ算出部109は、画像記憶部108からX線画像を受け取り、X線画像に含まれるノイズ量を計算する。
シミュレーション画像生成部110は、ノイズ算出部109からX線画像およびノイズ量を受け取り、ノイズ画像のノイズ量に対するX線量の依存性に基づいて、X線画像を撮影したX線量とは異なるX線量の場合の画像を示すシミュレーション画像を少なくとも1つ生成する。すなわち、X線画像を撮影したときのX線量よりも、X線量が少ない場合、またはX線量が多い場合のシミュレーション画像を生成する。シミュレーション画像生成処理については図2および図3を参照して後述する。
ステップS202では、ノイズ算出部109が、X線画像のノイズ量(以下、第1ノイズ量ともいう)を算出する。
ステップS203では、シミュレーション画像生成部110が、ノイズ画像のノイズ量に対するX線量の依存性に基づいて、ノイズ量に対応する第1ノイズ画像を得る。また、シミュレーション画像生成部110は、第1ノイズ画像および第1ノイズ量に対応した第1X線量を得る。
ここで、依存性とは、基準ノイズ画像のノイズ量を基にした計算式であり、第1ノイズ量を計算式に当てはめ、第1ノイズ量に対応するノイズ画像を算出する。基準ノイズ画像は、例えば、X線検出部105において入射線量1μRでのノイズ画像(平均0、分散σ2)を用いればよい。なお、ノイズ量とX線量とは、環境または装置により異なるため、診断を行なうたびに、基準ノイズ画像からノイズ量に対するX線量の依存性を生成することが望ましい。
通常のX線画像では、ノイズはポアソン分布に従うため、画像輝度をLとすると、ノイズの標準偏差は√Lとなる。また、暗電流を考慮した場合は、より正確なノイズ推定ができる。つまり、X線量をN分の1とした場合、ノイズ量は√N分の1なので、X線量が少ないほどノイズ量が少なくなる。しかし、実際には、X線量を減らすと画像全体の輝度も減少し画像が見にくくなる。よって、通常は、X線量を減らした分、ゲインをかけて画像の輝度をほぼ一定に保つようにする。X線量を2分の1とすると、ノイズ量は√2分の1となるが、元のX線量における画像の輝度を保つため、2倍のゲインをかける。すると、ノイズ量は2×1/√2=√2となり、相対的にノイズが増大する。よって、画像輝度を一定とする条件下では、X線量が少ないほど画質が劣化した、すなわちノイズ量が相対的に多いX線画像となる。
具体的には、第2X線量として第1X線量を2分の1にしたときの第2ノイズ画像を得る場合は、理想的には第1ノイズ画像のノイズ量の√2倍のノイズ量に対応するノイズ画像を算出すればよい。なお、第2ノイズ画像を複数生成する場合は、第2X線量が第1X線量の2分の1、4分の1、または2倍、3倍といったようにそれぞれX線量が異なる画像を生成してもよい。
図4の例は、X線画像401と、X線量を2分の1、3分の1、4分の1にした場合の3つのシミュレーション画像402とを並べて表示する。このようにすることで、X線画像401の画質と、X線量を低減させたと仮定した場合のシミュレーション画像402の画質とを瞬時に比較することができる。よって、ユーザが、目標物を視認できる範囲のX線量の目安が判断しやすくなり、どこまでX線量を減らせるかを判断できるため、X線被ばく量の低減を支援することができる。
具体的には、ユーザが、例えばステントを視認できるかどうかをシミュレーション画像を見て判断し、「X線量が4分の1のシミュレーション画像の画質ではステントが見えないが、X線量が3分の1のシミュレーション画像の画質であればステントが視認できる」ということが容易に判断できる。
さらにシミュレーション画像を表示するタイミングは、常時表示、画像が画像記憶部108に記憶されるごと、一定間隔(30分ごとなど)またはX線の照射角度が変わるごと、のいずれでもよい。
上述の画像処理装置120では、X線画像のノイズ量をもとにシミュレーション画像を生成したが、X線画像を撮像したときのX線量を算出してもよい。
本変形例にかかる画像処理装置500は、画像受信部107、画像記憶部108、線量算出部501、シミュレーション画像生成部502、および画像表示部111を含む。
画像受信部107、画像記憶部108、および画像表示部111の動作については、第1の実施形態と同様の動作を行うためここでの説明は省略する。
第2の実施形態として、シミュレーション画像にさらに画像処理を行った画像を提示してもよい。こうすることで、より見やすい画像をユーザが選択することができる。
第2の実施形態に係る画像処理装置600は、画像受信部107、画像記憶部108、ノイズ算出部109、第1シミュレーション画像生成部601、第2シミュレーション画像生成部602、および画像表示部603を含む。なお、画像受信部107、画像記憶部108、およびノイズ算出部109は、第1の実施形態と同様の処理を行うため、ここでの説明は省略する。
第2シミュレーション画像生成部602は、シミュレーション画像生成部601からX線画像および1以上のシミュレーション画像を受け取り、1以上のシミュレーション画像についてそれぞれ1以上の画像処理(例えばフィルタ処理など)を行い、複数のシミュレーション画像を得る。ここで便宜上、第1シミュレーション画像生成部601で生成されるシミュレーション画像を第1シミュレーション画像、第2シミュレーション画像生成部602のシミュレーション画像を第2シミュレーション画像と呼ぶ。例えば、3つの第1シミュレーション画像に対して、2つのフィルタ処理を行う場合は、3×2=6の第2シミュレーション画像を得ることができる。
またフィルタ処理は、例えば、エッジ強調、リカーシブフィルタといった一般的な画像処理に関する空間フィルタであればよい。
画像表示部603は、第2シミュレーション画像生成部602からX線画像と複数の第2シミュレーション画像とを受け取り、X線画像と複数の第2シミュレーション画像とを表示する。
図7では、X線画像701と、X線量が2分の1、3分の1および4分の1となる3つの第1シミュレーション画像のそれぞれに対し画像処理A、画像処理Bおよび画像処理Cの3つのフィルタ処理を行った9つの第2シミュレーション画像702とを同時に表示する。
このようにすることで、X線量の違いに加えて画像処理の違いにより、ユーザがより適した画質の画像を選択することができる。例えば、ユーザは、図7に示すような表示を見ることにより「X線量を2分の1にした場合は画像処理Aが見やすい。X線量を3分の1にした場合は画像処理Bが見やすい。X線量を4分の1にした場合は画像処理Cが見やすいが、ステントが見えない。よって3分の1の場合の処理Bにしよう。」という選択をすることができる。
さらに、画像表示部603をタッチパネルなどで構成し、第2シミュレーション画像のうちの1つの第2シミュレーション画像を選択した場合に、選択されたX線量が撮影制御部101に送られ、選択された画像処理が第2シミュレーション画像生成部602へ送られるようにしてもよい。
なお、第2の実施形態は、X線量と画像処理とによるシミュレーション画像を生成するが、X線量に関する撮影条件を変動させたシミュレーション画像でもよい。例えば、第1シミュレーション画像生成部601では管電流を増減させた場合のシミュレーション画像を生成する。第2シミュレーション画像生成部602では、この第1シミュレーション画像についてパルス幅を増減させたシミュレーション画像を生成する。この場合、第1シミュレーション画像生成部601では、管電流に対するノイズ量の依存性を参照すればよく、第2シミュレーション画像生成部602では、パルス幅に対するノイズ量の依存性を参照すればよい。
第3の実施形態では、予め目標値を設定する点が異なる。目標値はX線量または画像に関する指標値であり、ノイズ量(ノイズSD(Standard Deviation))、画像SNR(Signal to Noise Ratio)、画像LNR(Level to Noise Ratio)、X線量および被ばく量のいずれかであればよい。
第3の実施形態に係る画像処理装置800は、画像受信部107、画像記憶部108、ノイズ算出部109、目標値設定部801、シミュレーション画像生成部802、および画像表示部803を含む。なお、画像受信部107、画像記憶部108、およびノイズ算出部109は、第1の実施形態と同様の処理を行うため、ここでの説明は省略する。
シミュレーション画像生成部802は、シミュレーション画像生成部110とほぼ同様の動作を行い、目標値設定部801から目標値を受け取り、ノイズ画像のノイズ量に対するX線量の依存性に基づいて、目標値に対応するX線量でのノイズ画像とX線画像とを加算したシミュレーション画像である目標画像を生成する。シミュレーション画像の生成方法は、上述の実施形態と同様であるため説明を省略する。
画像表示部803は、シミュレーション画像生成部802から、X線画像と目標画像とを受け取り、X線画像と目標画像とX線量に関するコメントとを同時に表示する。
図9では、X線画像901、目標画像902、スクロールバー903、およびコメント904を同時に表示する。
スクロールバー903は、目標値の高低を示す。図9では、目標値をX線量として、左端はX線量が少なく、右端はX線量が高い場合を示す。また、現在のX線量の値(スクロールバー903中の現在値“○”)でのX線画像901が示され、目標値であるX線被ばく量の値(スクロールバー903中の目標値“□”)での目標画像902が示される。なお、画像処理装置800は、スクロールバー903上の目標値をスライドさせることにより、目標値設定部801の目標値を可変させ、逐次、目標値に対応する目標画像を生成し、表示するようにしてもよい。
画像表示部803は、目標画像に加え、上述した実施形態における他のX線照射量におけるシミュレーション画像を表示するようにしてもよい。例えば、X線画像と目標画像との間のX線量に関するシミュレーション画像を表示するようにしてもよい。
第4の実施形態では、目標値を操作する操作部を備え、操作部によりX線被ばく量を決定してX線撮影制御を行う点が異なる。
第4の実施形態に係る画像処理装置について図10を参照して説明する。
第4の実施形態に係る画像処理装置1000は、画像受信部107、画像記憶部108、ノイズ算出部109、目標値設定部801、シミュレーション画像生成部802、画像表示部803、操作部1001、差分計算部1002、および照射条件計算部1003を含む。
なお、画像受信部107、画像記憶部108、ノイズ算出部109、目標値設定部801、シミュレーション画像生成部802、および画像表示部803については同様の動作を行うためここでの説明は省略する。
差分計算部1002は、ノイズ算出部109からX線画像の第1ノイズ量を、シミュレーション画像生成部802から目標値に対応するノイズ量をそれぞれ受け取り、第1ノイズ量と目標値のノイズ量との差を計算する。
照射条件計算部1003は、差分計算部1002から差を受け取り、差に基づいてX撮影におけるX線の照射条件を算出する。その後、照射条件計算部1003が照射条件を撮影制御部101へ送る。
図11では、X線画像1101、目標画像1102、およびスクロールバー1103を同時に表示する。また、図11に示す例では、スクロールバー1103を操作部1001として、スクロールバー1103に示す目標値をスライドさせることにより、操作部1001が目標値設定部801に目標値を入力する。そして目標値設定部801からシミュレーション画像生成部802に目標値が入力されることで、目標画像が生成されることになる。
このように目標値を変化させることで、逐次、目標値に対応するX線量におけるシミュレーション画像を目標画像1102として表示させることができ、目標画像の画質の変化をユーザが認識しやすくなる。
以下比較例として従来の手法と問題点とを説明する。
従来手法として、被ばく低減を目的としたCTに関するものがある。この従来手法は、ファントム等の「サンプル画像」および所望の「スキャン条件」を入力すると、そのノイズ量になるようにサンプル画像を処理して「模擬画像」を生成する。ユーザは模擬画像を目視しながら、病変が確認できる限界までスキャン条件を逐次再設定することにより被ばくを低減することが可能である。しかし、この従来手法をX線診断装置を用いた血管内治療時に採用すると、以下のような問題が生じる。
Claims (8)
- X線画像を記憶する記憶部と、
前記X線画像の第1ノイズ量を算出する算出部と、
ノイズ画像のノイズ量に対するX線量の依存性に基づいて、前記第1ノイズ量で示される第1ノイズ画像に対応する第1X線量を得たのち、前記第1X線量とは異なる第2X線量に対応する第2ノイズ画像を少なくとも1つ算出し、前記第2ノイズ画像と前記X線画像とを加算した第1シミュレーション画像を生成する第1生成部と、
前記X線画像と少なくとも1つの前記第1シミュレーション画像とを表示する表示部と、を具備することを特徴とする画像処理装置。 - X線画像を記憶する記憶部と、
前記X線画像を撮影したときの第1X線量を算出する算出部と、
ノイズ画像のノイズ量に対するX線量の依存性に基づいて、前記第1X線量とは異なる第2X線量に対応するノイズ画像を少なくとも1つ算出し、前記第2X線量に対応するノイズ画像と前記X線画像とを加算した第1シミュレーション画像を生成する第1生成部と、
前記X線画像と少なくとも1つの前記第1シミュレーション画像とを表示する表示部と、を具備することを特徴とする画像処理装置。 - 少なくとも1つの前記第1シミュレーション画像について、それぞれ少なくとも1つの画像処理を行い、第2シミュレーション画像を得る第2生成部をさらに具備し、
前記表示部は、前記X線画像と前記第2シミュレーション画像とを表示することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の画像処理装置。 - X線量または画像に関する目標値を設定する設定部をさらに具備し、
前記第1生成部は、前記目標値の設定があった場合には、前記依存性に基づいて前記目標値に対応するX線量における第3ノイズ画像を抽出し、該第3ノイズ画像と前記X線画像とを加算した目標画像を少なくとも生成し、
前記表示部は、前記目標値の設定があった場合には、少なくとも前記X線画像と前記目標画像とを表示することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記生成部は、複数の前記第1シミュレーション画像を生成する場合、それぞれX線量が異なる第1シミュレーション画像を生成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の画像処理装置。
- 指示信号の入力があった場合、前記X線画像のノイズ量と前記目標画像のノイズ量との差を計算する第1計算部と、
前記X線画像が前記目標画像となるように、前記差よりX線の照射条件を計算する第2計算部と、をさらに具備することを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。 - X線画像を記憶する記憶部を用意し、
前記X線画像の第1ノイズ量を算出し、
ノイズ画像のノイズ量に対するX線量の依存性に基づいて、前記第1ノイズ量で示される第1ノイズ画像に対応する第1X線量を得たのち、前記第1X線量とは異なる2X線量に対応する第2ノイズ画像を少なくとも1つ算出し、前記第2ノイズ画像と前記X線画像とを加算した第1シミュレーション画像を生成し、
前記X線画像と少なくとも1つの前記第1シミュレーション画像とを表示することを具備することを特徴とする画像処理方法。 - X線を発生するX線発生部と、
該X線発生部から照射され、被検体を透過したX線を検出してX線画像を得るX線検出部と、
前記被検体に対する前記X線発生部と前記X線検出部とのX線の照射角度、位置、および範囲を制御する制御部と、
前記X線画像を記憶する記憶部と、
前記X線画像の第1ノイズ量を算出する算出部と、
X線量または画像に関する目標値を設定する設定部と、
ノイズ画像のノイズ量に対するX線量の依存性に基づいて、前記目標値に対応するX線量または前記目標値に対応する第2ノイズ量におけるノイズ画像を算出し、前記第2ノイズ量におけるノイズ画像と前記X線画像とを加算した目標画像を生成する生成部と、
前記X線画像と前記目標画像とを表示する表示部と、
指示信号の入力があった場合、前記第1ノイズ量と前記第2ノイズ量との差を計算する第1計算部と、
前記X線画像が前記目標画像となるように、前記差よりX線の照射条件を計算する第2計算部と、を具備し、
前記制御部は、前記照射条件でX線撮影を行うように制御することを特徴とするX線診断装置。
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