JP2014076388A - 3次元画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】精細な血管構造を骨構造を明確に区別して、その高精細さを失うことなく表示すること。
【解決手段】複数の投影方向のマスク画像とコントラスト画像とをサブトラクトするサブトラクション部31と、複数のマスク画像から第1ボリュームデータを再構成し、複数のサブトラクション画像から第2ボリュームデータを再構成する再構成部33と、レンダリング処理によって第1ボリュームデータから骨や軟組織の構造を表す第1の3次元画像のデータを発生し、同一の座標系においてレンダリング処理を行って第2ボリュームデータから造影血管の構造を表す第2の3次元画像のデータを発生する画像処理部35と、第1と第2の3次元画像の関係を考慮しながら合成して、骨や軟組織の構造と造影血管の構造とを表す第3の3次元画像のデータを発生する画像合成部34と、第1、第3の3次元画像を操作者の指示に従って切り換えて、単独で表示する表示部とを具備する。
【選択図】図1
【解決手段】複数の投影方向のマスク画像とコントラスト画像とをサブトラクトするサブトラクション部31と、複数のマスク画像から第1ボリュームデータを再構成し、複数のサブトラクション画像から第2ボリュームデータを再構成する再構成部33と、レンダリング処理によって第1ボリュームデータから骨や軟組織の構造を表す第1の3次元画像のデータを発生し、同一の座標系においてレンダリング処理を行って第2ボリュームデータから造影血管の構造を表す第2の3次元画像のデータを発生する画像処理部35と、第1と第2の3次元画像の関係を考慮しながら合成して、骨や軟組織の構造と造影血管の構造とを表す第3の3次元画像のデータを発生する画像合成部34と、第1、第3の3次元画像を操作者の指示に従って切り換えて、単独で表示する表示部とを具備する。
【選択図】図1
Description
本発明は、3次元画像処理装置に関する。
複数の投影方向に対応する複数のDSA像(ディジタル・サブトラクション・アンギオグラフィ)から再構成される3D−DSA像は、非常に高精細な血管構造が描出され得る。そのため3D−DSA像は、IVR支援のための高い有用性を有している。しかしサブトラクションは造影血管以外の骨及び軟部組織を除去するので、3D−DSA像は、骨の構造を含んでいない。そのため、3D−DSA像は、外科手術支援のための有用性は低い。複数の投影方向に対応する複数のDA像(ディジタル・アンギオグラフィ)から再構成される3D−DA像は、骨の構造と血管の構造とを含んでいる。そのため観察者は3D−DA像から骨に対する血管の位置を把握できる。しかし、3D−DA像の血管構造を骨構造や軟組織と明確に分離するのは難しい。
本発明の目的は,精細な血管構造を骨構造を明確に区別して、その高精細さを失うことなく表示することにある。
本発明のある局面は、被検体に関する複数の投影方向にそれぞれ対応する複数のマスク画像のデータと、前記被検体に関する前記複数の投影方向にそれぞれ対応する複数のコントラスト画像のデータとを記憶する記憶部と、前記複数のコントラスト画像から前記複数のマスク画像をサブトラクトして、複数のサブトラクション画像のデータを発生するサブトラクション部と、前記複数のマスク画像のデータから第1ボリュームデータを再構成し、前記複数のサブトラクション画像のデータから第2ボリュームデータを再構成する再構成部と、レンダリング処理を行うことによって前記第1ボリュームデータから骨や軟組織の構造を表す第1の3次元画像のデータを発生し、前記第1のボリュームデータと同一の座標系においてレンダリング処理を行うことによって前記第2ボリュームデータから造影血管の構造を表す第2の3次元画像のデータを発生する画像処理部と、前記第1の3次元画像と前記第2の3次元画像とを両者の関係を考慮しながら合成して、骨や軟組織の構造と造影血管の構造とを表す第3の3次元画像のデータを発生する画像合成部と、前記第1、第3の3次元画像を操作者の指示に従って切り換えて、それら3次元画像を単独で表示する表示部とを具備する。
本発明によれば,精細な血管構造と骨構造と軟部組織とを明確に区別して、その高精細さを失うことなく表示することができる。
図1に示すように、3次元X線診断装置は、X線撮影機構10と、3次元画像処理装置1とを有する。X線撮影機構10は、図2に示すように、X線管球12検出システム14とを有する。検出システム14は、イメージインテンシファイアとTVカメラとから構成される。検出システム14は、フラットパネルディテクタから構成されるかもしれない。X線管球12は、検出システム14とともに、C形アーム160にマウントされる。寝台の天板50上の被検体Pは、X線管球12と検出システム14との間に配置される。C形アーム160は、天井から吊り下げられる支柱164に支持される。C形アーム160は、直交3軸A,B,Cに関して回転可能である。
3次元画像処理装置1は、制御部37を中心として、A/D変換器21、入力デバイス22、記憶部23、サブトラクション部31、歪補正部32、アフィン変換部36、3次元再構成処理部33、3次元画像処理部35、画像合成部34、D/A変換部38及び表示部39を有する。A/D変換器21は検出システム14に接続される。D/A変換器38は表示部39に接続される。入力デバイス22はキーボード及びマウスを有する。記憶部23は、A/D変換器21を介して入力された画像データ、ボリュームデータ、合成画像データ等を様々なデータを記憶する。サブトラクション部31は、画像データをサブトラクトする機能と、ボリュームデータをサブトラクトする機能とを有する。なお前者のサブトラクションは2つのデータの自然対数を計算し、その後で減算する演算のことを示し、後者の演算はそのまま2つのデータを減算する演算を示す。なお今後前者を第一のサブトラクション処理、後者を第二のサブトラクション処理と称する。歪補正部32は、I.I.の画像歪を補正する歪補正処理が含まれる。アフィン変換部36は、画像データに対して拡大処理、移動処理を行う。
3次元再構成処理部33は、複数の投影方向にそれぞれ対応する複数の画像のデータから、ボリュームデータを再構成する。3次元画像処理部35は、ボリュームデータから、サーフェスレンダリングプロセッシングにより、3次元画像のデータを発生する。画像合成部34は、2種類又はそれを超える3次元画像を合成して、合成画像のデータを発生する。
次に本実施形態の動作を説明する。被検体の血管に造影剤(contrastmedia)が注入される。造影剤が被検体に注入される前に、複数の投影方向にそれぞれ対応する複数の画像のデータが取得される。造影剤注入前に取得された画像をマスク画像と称する。マスク画像には、骨の像、軟部組織の像が含まれる。各像内の画素値は、骨、軟部組織それぞれが固有する透過率を反映している。
造影剤が被検体に注入された後に、複数の投影方向にそれぞれ対応する複数の画像のデータが取得される。造影剤注入後に取得された画像をコントラスト画像と称する。複数のコントラスト画像が対応する複数の投影方向は、複数のマスク画像が対応する複数の投影方向に一致する。コントラスト画像には、骨の像、軟部組織の像及び血管の像が含まれる。骨の像内の画素値は、骨が固有する透過率を反映している。軟部組織の像内の画素値は、軟部組織が固有する透過率を反映している。血管の像内の画素値は、血管が固有する透過率ではなく、血管内を流れる造影剤が固有する透過率を反映している。造影剤の透過率は、血管の透過率よりも非常に低い。
実際には、C形アーム160が高速に回転(A又はB)する間に、撮影が例えば1°間隔で200回繰り返される。それにより200枚(200フレーム)のマスク画像が得られる。200枚のマスク画像は、200種類の投影方向に対応している。造影剤注入後に撮影された200枚のコントラスト画像は、200種類の投影方向に対応している。200枚のコントラスト画像は、200枚のマスク画像にそれぞれ対応している。ある1枚のマスク画像と、それに対応する1枚のコントラスト画像とは、投影方向が同じである。
200枚のマスク画像のデータは、記憶部23に記憶される。200枚のコントラスト画像のデータも、同様に、記憶部23に記憶される。これらマスク画像のデータ及びコントラスト画像のデータは、図4に示すように、歪補正部32で歪補正処理にかけられる。歪補正処理としては、ここでは簡単のために正方格子状にワイヤーが縦横に等間隔で並べられたファントムを考える。このファントムを検出システム14の検出面に張って撮影すると、図3(b)のようにファントムの投影像は理想的には正方格子状を成す。しかし実際には、ファントムの投影像は、検出システム14の検出面の形状に起因する糸巻き型歪及び地磁気に起因するS字状歪により、図3(a)のように歪む。そこで予め図3(a)の歪画像データを収集しておき、この歪画像データからワイヤーとワイヤーの交点を格子点として抽出する。この格子点は本来歪がなければ格子点は等間隔で並ぶはずなので、格子点を等間隔に配列するための補正ベクトルを格子点ごとに求める。補正ベクトルに従ってマスク画像及びコントラスト画像を補正する。また格子点以外の点は回りの格子点のデータを利用して補正する。なお歪分布は角度毎に異なるため、収集した角度毎のファントム投影像から計測した歪分布テーブルを保持し、それを元に歪を補正する。
また、サブトラクション部31では、マスク画像の濃度ムラが補正される。同様に、コントラスト画像の濃度ムラが補正される。濃度ムラの補正は、マスク画像又はコントラスト画像から、補正用画像を第一のサブトラクション処理でサブトラクションする処理である。補正されたマスク像、コントラスト像をそれぞれ補正マスク像、補正コントラスト像と称する。補正用画像は、X線管球12とディテクタ14との間に空気以外の何も介在させない状態で撮影した画像である。
本実施形態では、骨の構造を表す3次元画像のデータと、造影血管の構造を表す3次元画像のデータとを別々に発生するための3種類の3次元画像処理を提供する。3種類の3次元画像処理は、図5、図6、図7に示されている。3種類の3次元画像処理の中の所望の一つの処理が、入力デバイス22を介して操作者により選択される。選択された処理により血管画像と骨画像とが発生される。発生された血管画像と骨画像との合成画像が表示される。
以下、3種類の3次元画像処理について順番に説明する。
図5に示すように、第1の3D画像処理では、まず、サブトラクション部31で、投影方向の異なる複数枚の補正コントラスト画像(図8(a)参照)から、投影方向の異なる複数枚の補正マスク画像(図8(b)参照)がそれぞれ第二のサブトラクション処理でサブトラクションされる。具体的に言うと、各補正コントラスト画像からそれと同じ投影方向の補正マスク画像がサブトラクションされる。それにより複数枚のDSA画像(図8(c)参照)が発生される。各補正マスク画像には、骨の像、軟部組織の像が含まれる。各補正コントラスト画像には、骨の像、軟部組織の像及び造影された血管の像が含まれる。各DSA画像には、本質的に、造影された血管の像だけが含まれる。
複数枚の補正マスク画像は3次元再構成処理部33により3次元再構成処理にかけられる。それによりボリュームデータ(マスク)が発生される(図9(b)参照)。ボリュームデータ(マスク)には、骨の立体構造、軟部組織の立体構造が含まれる。複数枚のDSA画像は3次元再構成処理部33により3次元再構成処理にかけられる。それによりボリュームデータ(DSA)が発生される(図9(c)参照)。ボリュームデータ(DSA)には、造影された血管の立体構造だけが含まれる。
再構成方法としては、Feldkamp等によって提案されたフィルタードバックプロジェクション法が一般的である。200枚のDSA画像に対して、例えばShepp & LoganやRamachandranのような適当なコンボリューションフィルタをかける。コンボリューションフィルタをかけられた200枚のDSA画像を逆投影演算処理にかける。それにより、ボリュームデータ(DSA)が発生される。同様に、200枚の補正マスク画像に対して、適当なコンボリューションフィルタをかける。コンボリューションフィルタをかけられた200枚の補正マスク画像を逆投影演算処理にかける。それにより、ボリュームデータ(マスク)が発生される。
ここで再構成領域は、典型的には、X線管球12の全方向へのX線束に内接する円筒として定義される。この円筒内は、例えばディテクタ14の1検出素子の幅に投影される再構成領域中心部での長さdで3次元的に離散化され、離散点のデータの再構成像を得る必要がある。但しここでは離散間隔の1例を示したが、これは装置やメーカーによって違うこともあるので、基本的には装置によって定義された離散間隔を用いれば良い。
ボリュームデータ(マスク)は、3次元画像処理部35によりサーフェースレンダリング処理にかけられる。それにより骨の立体構造を表す3次元画像(3D骨画像)が生成される。ボリュームデータ(DSA)は、3次元画像処理部35によりサーフェースレンダリング処理にかけられる。それにより造影血管の立体構造を表す3次元画像(3D血管画像)が生成される。
サーフェースレンダリング処理は、ボリュームデータから、2次元表示画面を有する表示部39に描画できるように2次元の画素マトリクスに再配列する処理である。画像データは、2次元マトリクスのデータとして構成されているが、対象の立体構造を表現している。そのためここでは特に3次元画像と称する。サーフェースレンダリング処理は、まず、ボリュームデータの座標位置を視点座標系に変換する。ボリュームデータ(マスク)に対する視点座標系と、ボリュームデータ(DSA)に対する視点座標系とは同一である。次に、サーフェースレンダリング処理は、変換したボリュームデータに対して、隠面処理と、物体表面へ陰付けを行うシェーディング処理とを実行する。それにより3次元画像データが生成される。ボリュームデータ(マスク)に対するサーフェースレンダリング処理は、骨に対応する範囲内のボクセル値(CT値)を有するボクセルだけを対象として行われる。それにより3D骨画像が生成される。ボリュームデータ(DSA)に対するサーフェースレンダリング処理は、造影血管に対応する範囲内のボクセル値(CT値)を有するボクセルだけを対象として行われる。それにより3D血管画像が生成される。
画像合成部34は、ボリュームデータ(マスク)とボリュームデータ(DSA)とを同一3次元空間上で合成した場合を考え、両者の前後関係を考慮しながら、隠面処理を行って、二つの3D画像を一つに合成する。それにより合成画像(3D血管/骨画像)が生成される。
本実施形態独自の3次元画像処理の一番の特徴は、骨の構造を表す3次元画像のデータと、造影血管の構造を表す3次元画像のデータとを別々に発生することにある。それにより例えば血管構造を骨構造と異なる色で表示可能である。血管構造が骨構造に埋もれることなく表示されるので、観察者は、血管構造を骨構造と識別して認識することができる。観察者は、血管構造と、骨構造との位置関係を明瞭に認識することができる。
3D血管/骨画像は、表示部39に表示される(図10参照)。操作者による特定操作により、3D血管画像又は3D骨画像は、3D血管/骨画像に代えて、表示部39に単独で表示される。ここでは3次元画像表示法としてサーフェースレンダリングを用いた場合について説明したが、本発明はその方法に捉われることなく、ボリュームレンダリングやMIP(Maximum Intensity Projection)、MinIP(Minimum Intensity Projection)、仮想内視鏡表示(Virtual Endoscopic Display)などを用いても良い。
図6に示すように、第2の3D画像処理では、第2のサブトラクション処理の前に、3次元再構成処理が行われる。複数枚のマスク画像は3次元再構成処理部33により3次元再構成処理にかけられる。それによりボリュームデータ(マスク)が発生される。ボリュームデータ(マスク)には、骨の立体構造、軟部組織の立体構造が含まれる。
複数枚のコントラスト画像は3次元再構成処理部33により3次元再構成処理にかけられる。それによりボリュームデータ(造影)が発生される(図8(a)参照)。ボリュームデータ(造影)には、骨の立体構造、軟部組織の立体構造及び造影された血管の立体構造が含まれる。
ボリュームデータ(造影)からボリュームデータ(マスク)が第2のサブトラクション処理によりサブトラクションされる。それにより造影された血管の立体構造だけを含むボリュームデータ(DSA)が発生される。
ボリュームデータ(マスク)とボリュームデータ(DSA)との発生後の処理は、第1の3D画像処理と同じである。
図7に示すように、第3の3D画像処理では、第1の3D画像処理と同様に、まず、第2のサブトラクション処理により複数枚のコントラスト画像から複数枚のマスク画像がそれぞれ引き算される。それにより複数枚のDSA画像が発生される。
次に、3次元再構成処理部33により、複数枚のコントラスト画像からボリュームデータ(造影)が発生され、複数枚のDSA画像からボリュームデータ(DSA)が発生される。
次に、ボリュームデータ(造影)からボリュームデータ(DSA)が引き算される。それにより、骨の立体構造、軟部組織の立体構造が含まれるボリュームデータ(マスク)が発生される。
ボリュームデータ(マスク)とボリュームデータ(DSA)との発生後の処理は、第1の3D画像処理と同じである。
本実施形態では、コントラスト画像とマスク画像とから、骨構造を含むボリュームデータと、造影された血管構造を含むボリュームデータとを別々に生成する。骨構造を含むボリュームデータと、造影された血管構造を含むボリュームデータとに対してサーフェースレンダリングを別々にかける。骨構造を表す3D画像と、血管構造を表す3D画像とを生成する。これら2画像を合成して表示する。それにより、精細な血管構造を骨構造とともに表示することができる。
本実施形態では、コントラスト画像とマスク画像とから、骨構造を含むボリュームデータと、造影された血管構造を含むボリュームデータとを別々に生成する。骨構造を含むボリュームデータと、造影された血管構造を含むボリュームデータとに対してサーフェースレンダリングを別々にかける。骨構造を表す3D画像と、血管構造を表す3D画像とを生成する。これら2画像を合成して表示する。それにより、精細な血管構造を骨構造とともに表示することができる。
ここではX線撮影装置の中に3次元再構成処理部・3次元画像処理部が含まれている構成となっているが、本発明はそれにとらわれることなく、X線撮影装置部・3次元再構成処理部・3次元画像処理部がそれぞれ許される組み合わせで独立した構成としても構わない。また本実施形態ではボリュームデータ(マスク)から抽出する情報として、骨構造についてのみ説明したが、本発明はそれに捉われることなく、臓器などの軟組織の構造であってもかまわない。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明は、3次元画像処理装置の分野に利用可能性がある。
1…3次元画像処理装置、10…X線撮影機構、21…A/D変換器、22…入力デバイス、23…記憶部、31…サブトラクション部、32…歪補正部、33…3次元再構成処理部、34…画像合成部、35…3次元画像処理部、36…アフィン変換部、37…制御部、38…D/A変換部、39…表示部。
Claims (14)
- 被検体に関する複数の投影方向にそれぞれ対応する複数のマスク画像のデータと、前記被検体に関する前記複数の投影方向にそれぞれ対応する複数のコントラスト画像のデータとを記憶する記憶部と、
前記複数のコントラスト画像から前記複数のマスク画像をサブトラクトして、複数のサブトラクション画像のデータを発生するサブトラクション部と、
前記複数のマスク画像のデータから第1ボリュームデータを再構成し、前記複数のサブトラクション画像のデータから第2ボリュームデータを再構成する再構成部と、
レンダリング処理を行うことによって前記第1ボリュームデータから骨や軟組織の構造を表す第1の3次元画像のデータを発生し、前記第1のボリュームデータと同一の座標系においてレンダリング処理を行うことによって前記第2ボリュームデータから造影血管の構造を表す第2の3次元画像のデータを発生する画像処理部と、
前記第1の3次元画像と前記第2の3次元画像とを両者の関係を考慮しながら合成して、骨や軟組織の構造と造影血管の構造とを表す第3の3次元画像のデータを発生する画像合成部と、
前記第1、第3の3次元画像を操作者の指示に従って切り換えて、それら3次元画像を単独で表示する表示部とを具備する3次元画像処理装置。 - 前記表示部は、前記第1、第2、第3の3次元画像を操作者の指示に従って切り換えて、それら3次元画像を単独で表示する請求項1記載の3次元画像処理装置。
- 前記記憶部は、前記第1、第2の3次元画像を記憶する請求項2記載の3次元画像処理装置。
- 前記画像合成部は、前記第2の3次元画像が前記第1の3次元画像と異なる色で表示されるように前記合成画像のデータを発生する請求項1乃至3いずれか一項に記載の3次元画像処理装置。
- 前記画像合成部は、前記第1の3次元画像とは独立して、前記第2の3次元画像に対して色情報を与える請求項1乃至4いずれか一項に記載の3次元画像処理装置。
- 前記画像処理部は、ボリュームレンダリングプロセッシングにより前記第1,第2の3次元画像のデータを発生する請求項1乃至5いずれか一項に記載の3次元画像処理装置。
- 被検体に関する複数の投影方向にそれぞれ対応する複数のマスク画像のデータと、前記被検体に関する前記複数の投影方向にそれぞれ対応する複数のコントラスト画像のデータとを記憶する記憶部と、
前記複数のコントラスト画像のデータから第1ボリュームデータを再構成し、前記複数のマスク画像のデータから第2ボリュームデータを再構成する再構成部と、
前記第1ボリュームデータから前記第2ボリュームデータをサブトラクトして、第3ボリュームデータを発生するサブトラクション部と、
レンダリング処理を行うことによって前記第2ボリュームデータから骨や軟組織の構造を表す第1の3次元画像のデータを発生し、前記第1のボリュームデータと同一の座標系においてレンダリング処理を行うことによって前記第3ボリュームデータから造影血管の構造を表す第2の3次元画像のデータを発生する画像処理部と、
前記第1の3次元画像と前記第2の3次元画像とを両者の関係を考慮しながら合成して、骨や軟組織の構造と造影血管の構造とを表す第3の3次元画像のデータを発生する画像合成部と、
前記第1、第2、第3の3次元画像を操作者の指示に従って切り換えて、それら3次元画像を単独で表示する表示部とを具備する3次元画像処理装置。 - 前記画像合成部は、前記第2の3次元画像が前記第1の3次元画像と異なる色で表示されるように前記合成画像のデータを発生する請求項7記載の3次元画像処理装置。
- 前記画像合成部は、前記第1の3次元画像とは独立して、前記第2の3次元画像に対して色情報を与える請求項8記載の3次元画像処理装置。
- 前記画像処理部は、ボリュームレンダリングプロセッシングにより前記3次元画像のデータを発生する請求項7記載の3次元画像処理装置。
- 被検体に関する複数の投影方向にそれぞれ対応する複数のマスク画像のデータと、前記被検体に関する前記複数の投影方向にそれぞれ対応する複数のコントラスト画像のデータとを記憶する記憶部と、
前記複数のコントラスト画像のデータと前記複数のマスク画像のデータとに基づいて、骨及び軟部組織の構造を表す第1ボリュームデータと、造影血管の構造を表す第2ボリュームデータとを発生する処理部と、
レンダリング処理を行うことによって前記第1ボリュームデータから前記骨や軟組織の構造を表す第1の3次元画像のデータを発生し、前記第1のボリュームデータと同一の座標系においてレンダリング処理を行うことによって前記第2ボリュームデータから前記造影血管の構造を表す第2の3次元画像のデータを発生する画像処理部と、
前記第1の3次元画像と前記第2の3次元画像とを両者の関係を考慮しながら合成して、骨や軟組織の構造と造影血管の構造とを表す第3の3次元画像のデータを発生する画像合成部と、
前記第1、第2、第3の3次元画像を操作者の指示に従って切り換えて、それら3次元画像を単独で表示する表示部とを具備する3次元画像処理装置。 - 前記画像合成部は、前記第2の3次元画像が前記第1の3次元画像と異なる色で表示されるように前記合成画像のデータを発生する請求項11記載の3次元画像処理装置。
- 前記画像合成部は、前記第1の3次元画像とは独立して、前記第2の3次元画像に対して色情報を与える請求項11記載の3次元画像処理装置。
- 前記画像処理部は、ボリュームレンダリングプロセッシングにより前記3次元画像のデータを発生する請求項11記載の3次元画像処理装置。
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