JP2014136127A - 医用画像処理装置、ｘ線診断装置及び医用画像処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】差分処理の対象となるＸ線画像データ間における位置ずれに伴うアーチファクトを低減し、かつより短時間でDSA画像データ等の差分画像データを生成することが可能な医用画像処理装置を提供することである。
【解決手段】実施形態に係る医用画像処理装置は、画像取得部、位置ずれ量取得部及び差分画像データ生成部を備える。画像取得部は、被検体の第１のＸ線画像データ及び第２のＸ線画像データを取得する。位置ずれ量取得部は、差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと第１のＸ線画像データとの間における位置ずれ量を、過去の第２のＸ線画像データと第１のＸ線画像データとの間における過去の位置ずれ量に基づいて求める。差分画像データ生成部は、求められた位置ずれ量に基づいて位置補正された第１のＸ線画像データと第２のＸ線画像データとの間における差分処理によって差分画像データを生成する。
【選択図】 図５

Description

本発明の実施形態は、医用画像処理装置、Ｘ線診断装置及び医用画像処理プログラムに関する。

Ｘ線診断装置における撮像法の１つとしてディジタルサブトラクションアンギオグラフィ(DSA: Digital Subtraction Angiography)が知られている。DSAは、被検体への造影剤注入前後におけるＸ線画像データの差分(subtraction)画像データを診断用に収集する技術である。すなわち、造影剤の注入前においてＸ線画像データが差分画像データを生成するためのマスク(mask)画像データとして収集される。一方、造影剤を投与することによってＸ線造影(contrast)画像データが収集される。そして、Ｘ線造影画像データとマスク画像データとの間における差分処理によってDSA画像データが診断用に生成される。

このようなDSA画像データを生成すれば、血管の観察に不要な陰影が除去された画像データを取得することができる。すなわち、造影剤によって染影された血管が選択的に描出された診断画像データを得ることができる。このため、血管の診断に有用な画像を表示させることができる。

特開２０１１−６７３４２号公報 特開２０１１−１６０９７８号公報

Ｘ線診断装置におけるDSA画像データの収集では、患者の体動等によるマスク画像データとＸ線造影画像データとの間におけるミスレジストレーションを如何に低減させるかが課題である。マスク画像データとＸ線造影画像データとの間におけるミスレジストレーションが無視できない場合には、アーチファクトの出現に繋がる。これは、Ｘ線差分画像データに共通の課題である。

加えて、Ｘ線診断装置を用いたＸ線撮影では、撮影したＸ線画像をリアルタイムに表示することが望まれる。

そこで、本発明は、差分処理の対象となるＸ線画像データ間における位置ずれに伴うアーチファクトを低減し、かつより短時間でDSA画像データ等の差分画像データを生成することが可能な医用画像処理装置、Ｘ線診断装置及び医用画像処理プログラムを提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る医用画像処理装置は、画像取得部、位置ずれ量取得部及び差分画像データ生成部を備える。画像取得部は、被検体の第１のＸ線画像データ及び時系列の複数フレームの第２のＸ線画像データを取得する。位置ずれ量取得部は、差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における位置ずれ量を、過去の第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における過去の位置ずれ量に基づいて求める。差分画像データ生成部は、前記位置ずれ量取得部により求められた前記位置ずれ量に基づいて少なくとも一方が位置補正された前記第１のＸ線画像データと前記差分処理の対象となる第２のＸ線画像データとの間における前記差分処理によって差分画像データを生成する。
また、本発明の実施形態に係るＸ線診断装置は、画像収集系、位置ずれ量取得部及び差分画像データ生成部を備える。画像収集系は、被検体の第１のＸ線画像データ及び時系列の複数フレームの第２のＸ線画像データを収集する。位置ずれ量取得部は、差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における位置ずれ量を、過去の第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における過去の位置ずれ量に基づいて求める。差分画像データ生成部は、前記位置ずれ量取得部により求められた前記位置ずれ量に基づいて少なくとも一方が位置補正された前記第１のＸ線画像データと前記差分処理の対象となる第２のＸ線画像データとの間における前記差分処理によって差分画像データを生成する。
また、本発明の実施形態に係る医用画像処理プログラムは、コンピュータを、画像取得部、位置ずれ量取得部及び差分画像データ生成部として機能させる。画像取得部は、被検体の第１のＸ線画像データ及び時系列の複数フレームの第２のＸ線画像データを取得する。位置ずれ量取得部は、差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における位置ずれ量を、過去の第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における過去の位置ずれ量に基づいて求める。差分画像データ生成部は、前記位置ずれ量取得部により求められた前記位置ずれ量に基づいて少なくとも一方が位置補正された前記第１のＸ線画像データと前記差分処理の対象となる第２のＸ線画像データとの間における前記差分処理によって差分画像データを生成する。

本発明の実施形態に係る医用画像処理装置及びＸ線診断装置の構成図。 図１に示す医用画像処理装置の詳細機能を示す機能ブロック図。 図２に示す位置ずれ量取得部における位置ずれ量の計算方法を説明する図。 図２に示す位置ずれ量予測部における外挿によるピクセルシフト量の計算方法を説明する図。 図１に示すＸ線診断装置によりDSA画像データを収集する際の流れを示すフローチャート。 図１に示すＸ線診断装置によりDSA画像データを収集する際の流れの別の例を示すフローチャート。 図１に示すＸ線診断装置によりピクセルシフト量のエラー処理を行う場合の例を示す図。

本発明の実施形態に係る医用画像処理装置、Ｘ線診断装置及び医用画像処理プログラムについて添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態に係る医用画像処理装置及びＸ線診断装置の構成図である。

Ｘ線診断装置１は、撮影系２、制御系３、データ処理系４、入力装置５及び表示装置６を備えている。撮影系２は、Ｘ線照射部７、Ｘ線検出器８、駆動機構９及び寝台１０を有する。制御系３は、高電圧発生装置３Ａ、撮影位置制御装置３Ｂ及びシステム制御部３Ｃを有する。

Ｘ線照射部７は、Ｘ線管及びＸ線絞り器を備え、寝台１０にセットされた被検体Ｏを挟んでＸ線検出器８と対向配置される。Ｘ線照射部７及びＸ線検出器８は、駆動機構９の駆動によって相対位置を維持しながら被検体Ｏに対する角度及び相対位置を変えることができる。具体的には、回転機能を備えたＣ型アームの両端にＸ線照射部７及びＸ線検出器８が固定される。そして、Ｘ線照射部７は、Ｘ線管により被検体Ｏに向けて所定の角度からＸ線を照射し、被検体Ｏを透過したＸ線をＸ線検出器８で検出できるように構成される。

また、寝台１０の天板の傾斜及び位置を駆動機構９によって調整することができる。更に、寝台１０にセットされた被検体Ｏの近傍には、被検体Ｏに造影剤を注入するための造影剤注入装置１３が設けられる。

制御系３の高電圧発生装置３Ａは、Ｘ線照射部７のＸ線管に高電圧を印加することによって、所望のエネルギを有するＸ線を被検体Ｏに向けて照射させる装置である。撮影位置制御装置３Ｂは、駆動機構９に制御信号を出力して制御する装置である。すなわち、Ｘ線照射部７及びＸ線検出器８の回転角度及び位置並びに寝台１０の天板の傾斜及び位置は、撮影位置制御装置３Ｂから駆動機構９に出力される制御信号によって制御される。

システム制御部３Ｃは、高電圧発生装置３Ａ、撮影位置制御装置３Ｂ及びデータ処理系４を含むＸ線診断装置１の各構成要素を制御するシステムである。

データ処理系４は、コンピュータ１５で構成することができる。コンピュータ１５は、医用画像処理プログラムを実行することにより医用画像処理装置１５として機能する。すなわち、Ｘ線診断装置１には、医用画像処理装置１５が内蔵される。

但し、同様な機能を有する独立した医用画像処理装置を、ネットワークを介してＸ線診断装置１に接続するようにしても良い。また、Ｘ線診断装置１に内蔵される医用画像処理装置１５又はＸ線診断装置１とネットワークを介して接続される医用画像処理装置を構成するために回路を用いてもよい。

図２は、図１に示す医用画像処理装置１５の詳細機能を示す機能ブロック図である。

医用画像処理装置１５は、画像生成部１６、画像取得部１７、画像データ記憶部１８、DSA画像生成部１９及び表示処理部２０を有する。DSA画像生成部１９は、位置ずれ量予測部１９Ａ、位置ずれ量取得部１９Ｂ、位置補正部１９Ｃ、差分処理部１９Ｄ及びエラー処理部１９Ｅを有する。

画像生成部１６は、Ｘ線検出器８からデジタル化されたＸ線検出データを取り込んで、データ処理を行うことによりＸ線画像データを生成する機能を有する。尚、造影剤の投与を伴ってＸ線検出データが収集された場合には、Ｘ線造影画像データが生成され、造影剤の投与を伴わずにＸ線検出データが収集された場合には、Ｘ線非造影画像データが生成されることとなる。そして、画像生成部１６を含むデータ処理系４、撮影系２及び制御系３が協働することによって、被検体ＯのＸ線画像データを収集する画像収集系としての機能がＸ線診断装置１に備えられる。

画像取得部１７は、画像生成部１６において生成されたＸ線画像データを取得する機能を有する。特に、Ｘ線診断装置１にネットワークを介して接続された独立した医用画像処理装置においては、画像生成部１６を省略することもできる。この場合には、Ｘ線診断装置１に備えられる画像生成部１６からネットワークを介してＸ線画像データを取得する機能が画像取得部１７に備えられる。

画像データ記憶部１８は、画像取得部１７により取得されたＸ線画像データを記憶する記憶装置である。撮影時には、リアルタイムにＸ線画像データが順次ライブ画像データとして画像データ記憶部１８に蓄積される。

DSA画像生成部１９は、予め収集されたＸ線画像データをマスク画像データとして画像データ記憶部１８から取得する一方、ダイナミック収集された時系列のＸ線造影画像データを画像データ記憶部１８からリアルタイム又は事後的に順次取得し、取得したマスク画像データとＸ線造影画像データとの差分処理によってDSA画像データを順次生成する機能を有する。

DSA画像データを生成する場合には、被検体Ｏの体動等の動きが問題となる。すなわち、マスク画像データの撮影時とＸ線造影画像データの撮影時との間において体動などがあると、差分処理によって骨等の血管以外の部分における信号が十分にキャンセルされず、アーチファクトとして描出される場合がある。そこで、DSA画像生成部１９には、DSA画像データの生成のための差分処理に先だって、マスク画像データ及びＸ線造影画像データの一方又は双方に対して相対的な位置ずれを補正する機能が備えられる。

位置ずれ補正は、相対的な位置ずれがキャンセルされるように、マスク画像データ及びＸ線造影画像データの一方又は双方のピクセル（画素）をシフトさせる画像処理によって行うことができる。この位置ずれ補正によって、差分処理の対象となるＸ線造影画像データとマスク画像データとの間における位置合わせを行うことができる。

以降では、マスク画像データのピクセル位置をシフトさせることによって位置ずれ補正を行う場合を例に説明するが、マスク画像データに代えて、或いはマスク画像データに加えてＸ線造影画像データのピクセル位置をシフトさせるようにしてもよい。

マスク画像データのピクセルシフト処理は、入力装置５からピクセルシフト処理のシフト量をDSA画像生成部１９に入力することによって手動で行うことができる。一方、ピクセルシフト処理は、DSA画像生成部１９における画像処理によって自動的に行うこともできる。ピクセルシフト処理を自動的に行う場合には、ピクセルシフト処理のためのシフト量がDSA画像生成部１９における画像処理によって自動的に算出される。

DSA画像生成部１９の位置ずれ量予測部１９Ａは、マスク画像データと過去に収集されたＸ線造影画像データとの間における位置ずれ量に基づいて、差分処理の対象となるＸ線造影画像データのマスク画像データに対する位置ずれ量又は位置ずれ量の範囲を、差分処理の対象となるＸ線造影画像データの収集前に事前に予測する機能を有する。

位置ずれ量取得部１９Ｂは、差分処理の対象となるマスク画像データとＸ線造影画像データとの間における位置ずれ量を取得する機能を有する。特に、位置ずれ量取得部１９Ｂは、位置ずれ量予測部１９Ａにおいて差分処理の対象となるマスク画像データとＸ線造影画像データとの間における位置ずれ量が予測されている場合には、予測された位置ずれ量を、差分処理の対象となるマスク画像データとＸ線造影画像データとの間における位置ずれ量として採用するように構成されている。また、位置ずれ量予測部１９Ａにおいて差分処理の対象となるマスク画像データとＸ線造影画像データとの間における位置ずれ量の範囲が予測されている場合には、位置ずれ量取得部１９Ｂは、予測された範囲を位置ずれ量の探索領域として差分処理の対象となるマスク画像データとＸ線造影画像データとの間における位置ずれ量を計算するように構成されている。

尚、マスク画像データと１フレーム目にダイナミック収集されるＸ線造影画像データとの間における位置ずれ量及び位置ずれ量の範囲は、過去のＸ線造影画像データが存在しないため、位置ずれ量予測部１９Ａにおいて予測することができない。そこで、位置ずれ量の探索領域を限定せずに、差分処理の対象となるマスク画像データとＸ線造影画像データとの間における位置ずれ量が計算される。

位置ずれ量の計算は、マスク画像データとＸ線造影画像データとの比較によって行うことができる。但し、計算量及び計算時間を低減させるために、関心領域(ROI: region of interest)を設定し、ROI同士の比較によって位置ずれ量を計算することが実用的である。従って、ここでは、マスク画像データとＸ線造影画像データとの間におけるROI同士の比較によって、位置ずれ量を計算する場合について説明する。尚、ROIを画素領域全体とすれば、実質的にROIを設定しない場合と等価となる。従って、ROIを設定するか否かに関わらず、位置ずれ量の計算方法は同様である。

図３は、図２に示す位置ずれ量取得部１９Ｂにおける位置ずれ量の計算方法を説明する図である。

位置ずれ量の計算は、具体的には、以下の手順で行うことができる。まず、ROI内におけるマスク画像データの画素値を１ピクセルづつ移動させることによって複数のシフト画像データが作成される。画素値の移動方向は、予め任意に決定することができる。例えば、水平方向、鉛直方向及び回転方向の少なくとも１方向とすることができる。この結果、ピクセルシフト量に応じた複数のシフト画像データが作成される。

次に、作成した各シフト画像データとROI内におけるＸ線造影画像データとの相互相関係数が計算される。この結果、図３に示すようなピクセルシフト量ごとの相互相関係数が得られる。但し、図３には、１方向におけるピクセルシフト量ごとの相互相関係数がプロットされている。従って、実際には、複数方向における２次元的又は３次元的なピクセルシフト量と相互相関係数との関係を得ることができる。

次に、最も１に近い相互相関係数、つまり相互相関係数の最大値C1が探索される。そして、相互相関係数の最大値C1と、相互相関係数の最大値C1に隣接する前後の２つの相互相関係数C2, C3とに基づく補間処理によって相互相関係数の真の最大値Cmaxに対応するピクセルシフト量Pmaxを計算することができる。もちろん、３つ以上の相互相関係数を用いた補間処理によって真の最大値Cmaxに対応するピクセルシフト量Pmaxを計算するようにしてもよい。

このような手順で計算された相互相関係数の真の最大値Cmaxに対応するピクセルシフト量Pmaxは、マスク画像データとＸ線造影画像データとの間における位置ずれ量とみなすことができる。

但し、相互相関係数の最大値の探索処理のための処理量を軽減するために、相互相関係数の最大値の探索対象となるピクセルシフト量の範囲を限定することが好適である。そこで、相互相関係数の最大値の探索対象となるピクセルシフト量の範囲が探索範囲Rとして設定される。具体的には、探索範囲Rとしてピクセルシフト量の最大値が設定される。

従って、比較対象となるROI及びピクセルシフト量の許容範囲が大きい程、マスク画像データとＸ線造影画像データとの間における位置ずれ量の計算に要するデータ処理量及びデータ処理時間が増加することになる。このため、ピクセルシフト量の許容範囲を小さくすれば、位置ずれ量の計算に要する時間を低減させることができる。但し、ピクセルシフト量の許容範囲を過剰に小さくすると、正確な位置ずれ量を計算できなくなる恐れがある。逆に、ピクセルシフト量の許容範囲が広すぎると、ピクセルシフト量の計算に時間を要し、DSA画像データの生成及び表示をリアルタイムに行うことが困難となる恐れがある。

そこで、位置ずれ量予測部１９Ａには、マスク画像データと過去に収集されたＸ線造影画像データとの間における位置ずれ量を、過去のピクセルシフト量として位置ずれ量取得部１９Ｂから取得する機能、取得した過去のピクセルシフト量に基づいて次に収集されるＸ線造影画像データに対応するマスク画像データのピクセルシフト量を推定する機能、推定されたピクセルシフト量の誤差範囲を、次に収集されるＸ線造影画像データに対応するマスク画像データのピクセルシフト量の許容範囲に設定する機能が備えられる。

つまり、過去のピクセルシフト量に基づいて推定される最新のピクセルシフト量の誤差範囲を、次のピクセルシフト量の許容範囲に設定することができる。これにより、ピクセルシフト量の許容範囲を妥当な程度で狭くし、位置ずれ量の計算に要する時間を短縮することが可能となる。

ピクセルソフト量の誤差範囲は、シミュレーションで見積もるか或いは経験的に決定することができる。また、過去のピクセルシフト量に基づく最新のピクセルシフト量の予測は、PID (Proportinal Integral Derivative)制御等の一般的なフィードバック制御に用いられる計算手法、ベイズ推定等の統計的予測手法或いは外挿による補間処理等の任意の推定手法によって行うことができる。

外挿による補間処理法としては、ラグランジェの補間式を用いる方法が代表的である。ラグランジェの補間式を用いる場合には、外挿補間処理の計算に使用する過去のピクセルシフト量の数が設定される。そして、外挿補間に使用するデータ数が多い程、補間の精度が向上することになる。

図４は、図２に示す位置ずれ量予測部１９Ａにおける外挿によるピクセルシフト量の計算方法を説明する図である。

図４において横軸はフレーム方向（時間）を示し、縦軸はピクセルシフト量を示す。図４に示すように、過去のピクセルシフト量P1, P2, P3, ..., Pnに基づく外挿によって、将来のフレームに対応するピクセルシフト量Pn+1を推定することができる。

例えば、算出された過去のピクセルシフト量が１つである場合には、そのピクセルシフト量P1が外挿値となる。また、外挿に使用する過去のピクセルシフト量の数が2, 3, 4, ..., nであれば、補間式は１次元、２次元、３次元、・・・、n-1次元の式となる。従って、補間処理のために過去の全てのピクセルシフト量P1, P2, P3, ..., Pnを用いる場合には、過去のピクセルシフト量が計算される度に、ピクセルシフト量の数及び補間式の次数が増えて計算精度が向上することになる。ピクセルシフト量Pn+1が予測されると、予測値の誤差範囲をピクセルシフト量Pn+1の許容範囲Rとして設定することができる。

このように、位置ずれ量予測部１９Ａにおけるピクセルシフト量の許容範囲の設定によって、位置ずれ量取得部１９Ｂにおいて位置ずれ量として算出されるピクセルシフト量の計算時間を短縮させることができる。つまり、ピクセルシフト量の探索範囲を狭くすることによって、ピクセルシフト量の計算の高速化を図ることができる。これにより、DSA画像データのリアルタイム生成及びリアルタイム表示に繋げることができる。

但し、ピクセルシフト量の許容範囲の設定を行っても、ROIのサイズや被検体Ｏの動き量等の様々な要因によってDSA画像データの生成及び表示をリアルタイムに行うことが依然として困難となる場合も考えられる。

そこで、ライブ像データとして表示されるDSA画像データのリアルタイム性が確保できるように、位置ずれ量予測部１９Ａにおいて過去のピクセルシフト量に基づいて推定される最新のピクセルシフト量を、次のDSA画像データ用のピクセルシフト量として扱うことができる。つまり、位置ずれ量予測部１９Ａにおいて、差分処理の対象となるＸ線造影画像データのピクセルシフト量を、過去のピクセルシフト量に基づいて算出することができる。

この場合、次のＸ線造影画像データが収集されるまでに、過去のピクセルシフト量に基づく最新のピクセルシフト量の予測のみを行えばよいことになる。従って、計算時間を大幅に短縮することができる。その結果、DSA画像データのリアルタイム表示を行うことが可能となる。

その場合においても、位置ずれ量予測部１９Ａにおいて別途、過去のピクセルシフト量に基づくピクセルシフト量の許容範囲の設定を行うことが望ましい。そして、位置ずれ量取得部１９Ｂにおいてピクセルシフト量の許容範囲内おける探索処理によってより正確なピクセルシフト量を計算することが好適である。この場合、撮影後にDSA画像データを表示させる際に、探索処理を経て計算された正確なピクセルシフト量を用いたDSA画像データの表示が可能となる。

つまり、ライブ像データとしてDSA画像データを表示させる際には、リアルタイム性を確保するために、過去のピクセルシフト量に基づいて予測されたピクセルシフト量をそのまま用いてDSA画像データを表示させる一方、撮影後に表示画像データとしてDSA画像データを再生する際には、位置ずれによるアーチファクトを低減させるために探索処理を経て計算された正確なピクセルシフト量を用いてDSA画像データを表示させることができる。

DSA画像生成部１９の位置補正部１９Ｃは、位置ずれ量取得部１９ＢにおいてROI内のピクセルシフト量として取得された位置ずれ量に基づいて、差分処理の対象となるマスク画像データ全体の位置補正処理を実行する機能を有する。すなわち、位置補正部１９Ｃは、差分処理の対象となるマスク画像データの、Ｘ線造影画像データに対する位置合わせを行う機能を有している。

具体的には、ROI内のみの位置補正を行う場合であれば、ピクセルシフト量に対応するROI内のシフト画像データとROI外のマスク画像データとが合成される。これにより、ROI内のみが位置補正された位置補正後のマスク画像データが生成される。また、ROI内のピクセルシフト量に合わせてROI外のマスク画像データの位置補正も行う場合には、マスク画像データ全体の各ピクセルをピクセルシフト量だけシフトさせることによって位置補正後のマスク画像データを生成することができる。

差分処理部１９Ｄは、位置補正処理後のマスク画像データと、対応するＸ線造影画像データとの差分処理によってDSA画像データを生成する機能を有する。尚、DSA画像データは、ライブ画像データとしてリアルタイムに生成することができるが、事後的に表示画像データとして生成することもできる。

エラー処理部１９Ｅは、位置ずれ量取得部１９Ｂにおいてピクセルシフト量として取得された位置ずれ量の異常値を検出する機能と、位置ずれ量の異常値が検出された場合に、対応する位置ずれ量を補正する機能を有する。ピクセルシフト量は、時系列の複数フレームのＸ線造影画像データに対して求められる。このため、撮影が終了すると、ピクセルシフト量が時系列のデータとして取得される。従って、DSA画像を表示画像として再生する場合には、DSA画像の再生に先だって、ピクセルシフト量の異常値の検出及び補正を行うことができる。

具体的には、時系列の複数のピクセルシフト量をプロットしたデータから閾値処理等の任意のデータ処理によって異常値を呈するピクセルシフト量を検出することができる。例えば、ピクセルシフト量のカーブフィッティングを行い、フィッティング曲線からの乖離量が閾値を超えるピクセルシフト量を異常値として検出することができる。或いは、着目するピクセルシフト量を、時間的に前後の所定数のピクセルシフト量と比較し、差分が閾値を超える場合には、着目するピクセルシフト量を異常値と判定することができる。

尚、ピクセルシフト量の異常値の検出についても、水平方向、鉛直方向及び回転方向に対してそれぞれ実行することができる。

ピクセルシフト量の異常値の補正方法としては、異常値を異常値でないピクセルシフト量を用いた補間処理によって算出されたピクセルシフト量の値に置換する方法や、ピクセルシフト量の異常値をゼロとして位置補正が実行されないようにする方法が挙げられる。異常値を補間値に置換する場合には、異常値の前後における所定数の複数のピクセルシフトを用いた補間処理を行うことができる。この場合においても、ラグランジェの補間式等を用いることができる。

そして、位置補正部１９Ｃは、エラー処理部１９Ｅにおいてピクセルシフト量が補正された場合には、補正後のピクセルシフト量を位置ずれ量としてマスク画像データ全体の位置補正処理を実行するように構成される。これにより、ピクセルシフト量の異常値に起因するミスレジストレーションを、DSA画像データの再生時においてなくすことができる。すなわち、エラー処理部１９Ｅにおける後処理によってDSA画像の画質を向上させることができる。

表示処理部２０は、DSA画像生成部１９において生成されたDSA画像データ及び画像データ記憶部１８に記憶されたＸ線画像データに対して必要な表示処理を施して表示装置６に表示させる機能を有する。

次にＸ線診断装置１及び医用画像処理装置１５の動作および作用について説明する。

図５は、図１に示すＸ線診断装置１によりDSA画像データを収集する際の流れを示すフローチャートである。

まずステップＳ１において、Ｘ線画像データがマスク画像データとして収集される。具体的には、寝台１０の天板に被検体Ｏがセットされ、被検体ＯのＸ線撮影が実行される。そして、制御系３の撮影位置制御装置３Ｂから撮像条件に応じた制御信号が出力され、駆動機構９が駆動する。これにより、Ｘ線照射部７及びＸ線検出器８が所定の位置に位置決めされる。一方、制御系３の高電圧発生装置３ＡからＸ線照射部７のＸ線管に高電圧が印加される。これにより、Ｘ線管から被検体Ｏの撮像部位にＸ線が曝射される。そして、被検体Ｏを透過したＸ線がＸ線検出器８で検出される。

次にＸ線検出器８からＸ線検出信号が医用画像処理装置１５に出力される。これにより、画像生成部１６において、デジタル化されたＸ線検出データが取得される。そして、画像生成部１６は、Ｘ線検出データに対する公知のデータ処理を行うことによってＸ線画像データを生成する。

画像生成部１６において生成されたＸ線画像データは、画像取得部１７に与えられる。そして、画像取得部１７は取得したＸ線画像データをマスク画像データ用の画像データとして画像データ記憶部１８に書き込んで保存する。

次に、Ｘ線造影画像データのダイナミック収集が開始される。そして、ステップＳ２において、初期フレームのＸ線造影画像データが、Ｘ線画像データを収集する際の流れと同様な流れで収集される。このため、画像データ記憶部１８にＸ線造影画像データが保存される。

次に、ステップＳ３において、位置ずれ量取得部１９Ｂによりピクセルシフト量の初期値が計算される。ピクセルシフト量の初期値は、予め設定されたROI内におけるマスク画像データと初期フレームのＸ線造影画像データとの比較によって計算することができる。具体的には、ROI内のマスク画像データを１ピクセルずつシフトさせ、図３に示すような相互相関係数とピクセルシフト量との関係が求められる。尚、ピクセルシフト量が取りうる範囲内において相互相関係数が求められる。そして、相互相関係数の最大値に対応するピクセルシフト量が初期値に設定される。

設定されたピクセルシフト量は、ステップＳ４において位置ずれ量取得部１９Ｂから位置ずれ量予測部１９Ａに与えられて記憶される。

次に、ステップＳ５において、位置ずれ量予測部１９Ａは、初期フレームのＸ線造影画像データに対応するマスク画像データのピクセルシフト量に基づいて、次の、すなわち２フレーム目のＸ線造影画像データに対応するマスク画像データのピクセルシフト量を予測する。ピクセルシフト量の予測は、図４に示すような外挿等の任意の手法によって行うことができる。

次に、ステップＳ６において、位置ずれ量予測部１９Ａは、２フレーム目のピクセルシフト量の予測値の誤差範囲を、２フレーム目のピクセルシフト量の許容範囲に設定する。

一方、ステップＳ７において、位置補正部１９Ｃは、ピクセルシフト量の初期値を位置ずれ量取得部１９Ｂから取得して、マスク画像データのピクセルシフトを実行する。すなわち、マスク画像データの画素値がピクセルシフト量だけシフトされる。これにより、初期フレームのＸ線造影画像データに対する位置合わせ後のマスク画像データが生成される。

次に、ステップＳ８において、初期フレームのＸ線造影画像データとピクセルシフト後のマスク画像データとの間における差分処理が差分処理部１９Ｄにより実行される。これにより血管が描出された初期フレームのDSA画像データが生成される。DSA画像データは、ピクセルシフトによって位置ずれが補正されたマスク画像データとＸ線造影画像データとから生成されているため、ミスレジストレーションが低減された血管像データとなる。

生成されたDSA画像データは、表示処理部２０に与えられる。表示処理部２０では、DSA画像データに必要な表示処理が施される。そして、ステップＳ９において、ミスレジストレーションが低減された表示処理後のDSA画像データを表示装置６に表示させることができる。

このようなＸ線造影画像データの収集、ピクセルシフト量の計算、マスク画像データのピクセルシフト、差分処理によるDSA画像データの生成及び生成されたDSA画像データの表示は、ステップＳ１０において制御系３により撮影終了と判定されるまで繰り返される。

但し、２フレーム以降のピクセルシフト量を計算する場合には、ステップＳ６において位置ずれ量予測部１９Ａにより設定されたピクセルシフト量の許容範囲内での探索処理によってピクセルシフト量が計算される。

従って、ピクセルシフト量の計算量が大幅に低減される。このため、次フレームのＸ線造影画像データが収集される前にピクセルシフト量の計算を完了させることができる。その結果、ピクセルシフト処理によってミスレジストレーションが低減されたDSA画像をライブ画像としてリアルタイムに表示させることが可能となる。

そして、ステップＳ１０において制御系３により撮影終了と判定されると、被検体Ｏの撮影が終了する。

次に、被検体Ｏの動きやROIが大きい場合など、ピクセルシフト量の計算に時間を要し、図５に示すフローではDSA画像のリアルタイム表示が困難となる場合について説明する。

図６は、図１に示すＸ線診断装置１によりDSA画像データを収集する際の流れの別の例を示すフローチャートである。尚、図６において図５に示すステップと同様のステップには同符号を付して説明を省略する。

ピクセルシフト量の計算に時間を要する場合には、ステップＳ５において予測されたピクセルシフト量の予測値が、そのままステップＳ７におけるピクセルシフト処理に用いられる。すなわち、ピクセルシフト量の許容範囲における探索処理を経ずにピクセルシフト量が決定される。この結果、ピクセルシフト量の計算に時間を要する場合であっても、DSA画像をライブ像としてリアルタイムに表示させることが可能となる。

尚、初期フレームのDSA画像データの計算には、ステップＳ３において計算されたピクセルシフト量がステップＳ７におけるピクセルシフト処理に用いられる。

また、ステップＳ５において予測されたピクセルシフト量の予測値の誤差範囲が、別途、ステップＳ６においてピクセルシフト量の許容範囲に設定される。そして、ステップＳ３において、ピクセルシフト量の許容範囲内の探索処理によって、ピクセルシフト量の予測値よりも正確なピクセルシフト量が、ライブ像用とは別に計算される。

このため、DSA画像を表示画像として再生する場合には、ステップＳ３において正確に計算されたピクセルシフト量を、ステップＳ７におけるピクセルシフト処理に用いることによって、ライブ像よりもミスレジストレーションが低減された血管像として表示装置６に表示させることができる。

DSA画像を表示画像として再生する場合には、更に、ピクセルシフト量のエラー処理を行うことが可能である。

図７は、図１に示すＸ線診断装置１によりピクセルシフト量のエラー処理を行う場合の例を示す図である。

図７(A)は、ピクセルシフト量のエラー処理前におけるDSA画像を、ピクセルシフト量とともに時系列に並べた図である。一方、図７(B)はピクセルシフト量のエラー処理後におけるDSA画像を、ピクセルシフト量とともに時系列に並べた図である。従って、横軸方向は、フレーム方向及び時間方向を示している。また、プロット部分の縦軸方向は、ピクセルシフト量の値を示す。

図７(A)に示すように、ピクセルシフト量に異常値Paが存在すると、異常値Paに対応するDSA画像には、ミスレジストレーションによるアーチファクトが生じる。そこで、エラー処理部１９Ｅにおいて、例えば、図７(A)に示すように前後のピクセルシフト量からの変動量D1, D2に対する閾値処理を行うことによって、異常値Paを検出することができる。

そうすると、図７(B)に示すように補間処理によって異常値Paを補間値Pcorに補正することができる。そして、補正されたピクセルシフト量を用いたピクセルシフト処理によって、ミスレジストレーションのないDSA画像を生成することができる。このため、図７(B)に示すようなアーチファクトが低減されたDSA画像を表示させることができる。

つまり以上のようなＸ線診断装置１及び医用画像処理装置１５は、DSA画像データの生成のための差分処理に先だって、過去に収集されたＸ線造影画像データに基づいて、差分対象となる画像間の位置ずれ量を予測するようにしたものである。そして、位置ずれ量の予測値に基づいて最新の位置ずれ量の探索範囲を限定するか、場合によっては予測値を最新の位置ずれ量として用いるようにしたものである。

このため、Ｘ線診断装置１及び医用画像処理装置１５によれば、相互相関係数の最大値の探索範囲が狭くなり、相互相関係数を計算する回数を少なくすることができる。従って、位置ずれ補正処理として実行されるピクセルシフト処理に必要なピクセルシフト量の計算時間を低減させることができる。特に、近年、ハードウェアの進歩が目ざましく、GPGPU (General-purpose computing on graphics processing unit)技術によってデータ処理時間を大幅に短することが可能となっている。

このため、ミスレジストレーションが低減されたDSA画像をリアルタイムに表示させることが可能となる。これにより、血管が良好に描出されたDSA画像をライブ像として確認することが可能となり、診断時間の短縮及び正確な診断に繋げることが期待できる。

以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

例えば、上述した実施形態では、Ｘ線画像データとＸ線造影画像データとの差分処理によってDSA画像データを生成する例について述べたが、他のＸ線画像データ間の差分処理によって差分画像データを生成する場合においても同様なピクセルシフト量の予測を含むピクセルシフト処理を実行することができる。

従って、被検体Ｏの第１のＸ線画像データ及び時系列の複数フレームの第２のＸ線画像データを収集する画像収集系を備えたＸ線診断装置１及び被検体Ｏの第１のＸ線画像データ及び時系列の複数フレームの第２のＸ線画像データを取得する画像取得部１７を備えた医用画像処理装置１５に、差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと第１のＸ線画像データとの間における位置ずれ量を、過去の第２のＸ線画像データと第１のＸ線画像データとの間における過去の位置ずれ量に基づいて求める位置ずれ量取得部と、位置ずれ量取得部により求められた位置ずれ量に基づいて少なくとも一方が位置補正された第１のＸ線画像データと差分処理の対象となる第２のＸ線画像データとの間における差分処理によって差分画像データを生成する差分画像データ生成部とを設けることができる。

この場合、過去の位置ずれ量に基づいて差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと第１のＸ線画像データとの間における位置ずれ量を予測することができる。そして、過去の位置ずれ量に基づいて設定された範囲の探索処理によって差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと第１のＸ線画像データとの間における位置ずれ量を求めることができる。その場合の探索処理の範囲は、位置ずれ量の予測値に誤差範囲を付加することによって設定することができる。つまり、過去の位置ずれ量に基づいて差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと第１のＸ線画像データとの間における位置ずれ量の予測値を求め、予測値に基づいて設定された範囲における探索処理によって差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと第１のＸ線画像データとの間における位置ずれ量を求めることができる。

或いは、過去の位置ずれ量に基づいて差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと第１のＸ線画像データとの間における位置ずれ量の予測値を求め、予測値に基づいて設定された範囲における探索処理によって、差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと第１のＸ線画像データとの間における位置ずれ量を再生用の表示画像データとしての差分画像データの生成用に求める一方、予測値をライブ像データとしての差分画像データの生成用の、差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと第１のＸ線画像データとの間における位置ずれ量とすることもできる。

加えて、複数フレームの第２のＸ線画像データと第１のＸ線画像データとの間における複数の位置ずれ量から異常値を検出し、検出された異常値を補正するエラー処理部をＸ線診断装置１及び医用画像処理装置１５に設けることもできる。

１ Ｘ線診断装置
２ 撮影系
３ 制御系
３Ａ 高電圧発生装置
３Ｂ 撮影位置制御装置
３Ｃ システム制御部
４ データ処理系
５ 入力装置
６ 表示装置
７ Ｘ線照射部
８ Ｘ線検出器
９ 駆動機構
１０ 寝台
１３ 造影剤注入装置
１５ 医用画像処理装置（コンピュータ）
１６ 画像生成部
１７ 画像取得部
１８ 画像データ記憶部
１９ DSA画像生成部
１９Ａ 位置ずれ量予測部
１９Ｂ 位置ずれ量取得部
１９Ｃ 位置補正部
１９Ｄ 差分処理部
１９Ｅ エラー処理部
２０ 表示処理部
Ｏ 被検体

Claims (9)

1. 被検体の第１のＸ線画像データ及び時系列の複数フレームの第２のＸ線画像データを取得する画像取得部と、
   差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における位置ずれ量を、過去の第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における過去の位置ずれ量に基づいて求める位置ずれ量取得部と、
   前記位置ずれ量取得部により求められた前記位置ずれ量に基づいて少なくとも一方が位置補正された前記第１のＸ線画像データと前記差分処理の対象となる第２のＸ線画像データとの間における前記差分処理によって差分画像データを生成する差分画像データ生成部と、
   を備える医用画像処理装置。
2. 前記位置ずれ量取得部は、前記過去の位置ずれ量に基づいて設定された範囲の探索処理によって前記差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における前記位置ずれ量を求めるように構成される請求項１記載の医用画像処理装置。
3. 前記位置ずれ量取得部は、前記過去の位置ずれ量に基づいて前記差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における前記位置ずれ量を予測するように構成される請求項１記載の医用画像処理装置。
4. 前記位置ずれ量取得部は、前記過去の位置ずれ量に基づいて前記差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における前記位置ずれ量の予測値を求め、前記予測値に基づいて設定された範囲における探索処理によって前記差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における前記位置ずれ量を求めるように構成される請求項２記載の医用画像処理装置。
5. 前記位置ずれ量取得部は、前記過去の位置ずれ量に基づいて前記差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における前記位置ずれ量の予測値を求め、前記予測値に基づいて設定された範囲における探索処理によって、前記差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における位置ずれ量を再生用の表示画像データとしての前記差分画像データの生成用に求める一方、前記予測値をライブ像データとしての前記差分画像データの生成用の、前記差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における位置ずれ量とするように構成される請求項１記載の医用画像処理装置。
6. 前記位置ずれ量取得部は、前記予測値に誤差範囲を付加することによって前記探索処理の前記範囲を設定するように構成される請求項４又は５記載の医用画像処理装置。
7. 前記複数フレームの第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における複数の位置ずれ量から異常値を検出し、検出された前記異常値を補正するエラー処理部を更に有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
8. 被検体の第１のＸ線画像データ及び時系列の複数フレームの第２のＸ線画像データを収集する画像収集系と、
   差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における位置ずれ量を、過去の第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における過去の位置ずれ量に基づいて求める位置ずれ量取得部と、
   前記位置ずれ量取得部により求められた前記位置ずれ量に基づいて少なくとも一方が位置補正された前記第１のＸ線画像データと前記差分処理の対象となる第２のＸ線画像データとの間における前記差分処理によって差分画像データを生成する差分画像データ生成部と、
   を備えるＸ線診断装置。
9. コンピュータを、
   被検体の第１のＸ線画像データ及び時系列の複数フレームの第２のＸ線画像データを取得する画像取得部、
   差分処理の対象となる第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における位置ずれ量を、過去の第２のＸ線画像データと前記第１のＸ線画像データとの間における過去の位置ずれ量に基づいて求める位置ずれ量取得部、及び
   前記位置ずれ量取得部により求められた前記位置ずれ量に基づいて少なくとも一方が位置補正された前記第１のＸ線画像データと前記差分処理の対象となる第２のＸ線画像データとの間における前記差分処理によって差分画像データを生成する差分画像データ生成部、
   として機能させる医用画像処理プログラム。

Images