JP5029702B2 - 画像生成装置、画像生成方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、部分的な差異を持つ２つの動画像から、相互の差異を正確に抽出可能な画像生成技術に関する。

近年、肺疾患を含む多くの疾病の発見に役立つため、通常の健康診断において、人体の胸部撮影を行うことは不可欠なものになっている。胸部撮影で得られた呼吸動画像を時系列に観察することによって、疾患の影響を明確にすることが可能である。

また、患部の進行した病変部を検出するために、時系列放射線画像間の差分画像を作成し、作成した差分画像を時系列放射線画像と同時に観察することにより診断支援をするものが提案されている。

しかし、単純に過去に撮影した呼吸動画像と、現在撮影した呼吸動画像を比較する際に、位相のずれがあれば比較しにくく、両者間の経時差分をとった場合、呼吸位相が一致してしないため、画像処理をすることによって発生する画像のノイズであるアーチファクトが、経時差分情報に発生してしまう可能性がある。

そこで従来技術においては、経時的に隔たった複数の呼吸サイクル中に撮影された呼吸動画画像における差分を求め経時的変化を抽出する場合において、ある時点における基準画像の呼吸位相に近似する呼吸位相を有する別の時点での参照画像を決定し、両者間の差分処理を行うことによって、アーチファクトを軽減している（たとえば、特許文献１）。

特開２００５−１５１０９９号公報

しかしながら、従来技術においては、ある時点における基準画像と、当該基準画像の呼吸位相に近似する呼吸位相を有する別の時点での参照画像とで比較を行っており、両者の画像において呼吸位相が一致しているとは限らないため、差分画像にアーチファクトが現れてしまう可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、異なる時期に同一の対象物を撮影して得られた２つの動画像から、それらの間の実質的な差異のみを抽出可能な画像生成技術を提供することである。

上記の課題を解決するために、第１の態様に係る画像生成装置は、異なる時期に同一の対象物を撮影して得られ、それぞれが静止画像の時系列的な組によって構成される２つの動画像のそれぞれについて、前記対象物の周期的な動きの位相を検出する位相検出手段と、前記２つの動画像のうちの一方の動画像に含まれるそれぞれの静止画像の位相を基準位相として、前記２つの動画像のうちの前記一方の動画像とは異なる他方の動画像に含まれる静止画像の補間によって前記基準位相のそれぞれに対応する補間静止画像を生成することにより、補間動画像を得る補間画像生成手段と、前記一方の動画像において時間的に隣接する２つずつの静止画像の差分をとることによって、第１差分静止画像の時系列的な組を生成する手段と、前記補間動画像に含まれる補間静止画像の時間的に隣接する２つずつの差分をとることによって、前記第１差分静止画像の組に対応した位相配列を有する第２差分静止画像の時系列的な組を生成する手段とを有する。
また、第２の態様に係る画像生成装置は、第１の態様に係る画像生成装置であって、位相がそれぞれ対応し合う前記第１差分静止画像と前記第２差分静止画像との差分をとることによって、第３差分静止画像の時系列的な組を生成することにより、差分動画像を得るフレーム間経時差分画像生成手段をさらに有する。

また、第３の態様に係る画像生成装置は、第１または第２の態様に係る画像生成装置であって、前記２つの動画像は、人間または動物の身体の特定部位を含んだ範囲を前記対象物として撮影したものであり、前記位相は、前記特定部位に相当する特定画像領域の時間的変動状態から決定される。

また、第４の態様に係る画像生成装置は、第３の態様に係る画像生成装置であって、前記位相は、前記特定画像領域の幾何学的サイズの時間的変動状態から求められる。

また、第５の態様に係る画像生成装置は、第３または第４の態様に係る画像生成装置であって、前記特定画像領域は、呼吸サイクルを周期として、呼吸によって動く肺野領域、または、心拍サイクルを周期として、心拍によって動く心臓領域、である。

また、第６の態様に係る画像生成装置は、第１から第５のいずれか１つの態様に係る画像生成装置であって、前記補間画像生成手段は、前記２つの動画像を構成するそれぞれの静止画像の枚数が異なるときに、静止画像の数が少ない方の動画像を基準動画像とし、静止画像の数が多い方の動画像を参照動画像とした場合において、前記基準動画像に含まれるそれぞれの静止画像の位相を前記基準位相として、前記参照動画像に含まれる静止画像の補間によって前記基準位相のそれぞれに対応する補間静止画像を生成することにより、前記補間動画像を得る。

また、第７の態様に係るプログラムは、コンピュータによって実行されることにより、前記コンピュータを、第１ないし第６のいずれか１つの態様に係る画像生成装置として機能させるプログラムである。

また、第８の態様に係る画像生成方法は、画像生成方法であって、異なる時期に同一の対象物を撮影して得られ、それぞれが静止画像の時系列的な組によって構成される２つの動画像のそれぞれについて、前記対象物の周期的な動きの位相を検出する位相検出工程と、前記２つの動画像のうちの一方の動画像に含まれるそれぞれの静止画像の位相を基準位相として、前記２つの動画像のうちの前記一方の動画像とは異なる他方の動画像に含まれる静止画像の補間によって前記基準位相のそれぞれに対応する補間静止画像を生成することにより、補間動画像を得る補間画像生成工程と、前記一方の動画像において時間的に隣接する２つずつの静止画像の差分をとることによって、第１差分静止画像の時系列的な組を生成する工程と、前記補間動画像に含まれる補間静止画像の時間的に隣接する２つずつの差分をとることによって、前記第１差分静止画像の組に対応した位相配列を有する第２差分静止画像の時系列的な組を生成する工程とを有する。
また、第９の態様に係る画像生成方法は、第８の態様に係る画像生成方法であって、位相がそれぞれ対応し合う前記第１差分静止画像と前記第２差分静止画像との差分をとることによって、第３差分静止画像の時系列的な組を生成することにより、差分動画像を得るフレーム間経時差分画像生成工程をさらに有する。

第１および第２のいずれの態様に係る画像生成装置によっても、位相のずれを排除でき、異なる時期に同一の対象物を撮影して得られた２つの動画像から、経時的な変化に基づくそれらの間の実質的な差異のみを抽出可能となる。
また、第２の態様に係る画像生成装置によれば、基準動画像内において時間的に変動する部分と、参照動画像内において時間的に変動する部分との比較を行うにあたって、位相のずれに起因するアーチファクトを軽減可能である。

第３の態様に係る画像生成装置によれば、２つの動画像の位相は、人間または動物の身体の特定部位に相当する特定画像領域の時間的変動状態から決定されるので、人間または動物の身体の特定部位の経時的な変化に基づく実質的な差異のみを抽出可能となる。

第４の態様に係る画像生成装置によれば、位相は、特定画像領域の幾何学的サイズの時間的変動状態から求められるので、特定画像領域の幾何学的サイズを測定することによって、位相を容易に求めることができる。

第５の態様に係る画像生成装置によれば、特定画像領域は、呼吸サイクルを周期として、呼吸によって動く肺野領域、または、心拍サイクルを周期として、心拍によって動く心臓領域であるので、肺野領域または心臓領域の経時的な変化に基づく実質的な差異のみを抽出可能となる。

第６の態様に係る画像生成装置によれば、補間画像作成手段は、２つの動画像を構成するそれぞれの静止画像の枚数が異なるときには、静止画像の数が少ない方の基準動画像に含まれるそれぞれの静止画像の位相を基準位相として、静止画像の数が多く、撮影時間間隔の短い参照動画像に含まれる静止画像の補間によって前記基準位相のそれぞれに対応する補間静止画像を生成するので、逆の場合と比較して補間誤差がより少ない正確な補間動画像を作成することができる。

第７の態様に係るプログラムによれば、第１の態様から第６の態様に係る画像生成装置と同じ効果を得ることができる。

第８の態様に係る画像生成方法によれば、第１の態様に係る画像生成装置と同じ効果を得ることができる。

画像生成装置１に適用した各実施形態に共通の構成を示すブロック図である。 呼吸サイクルと肺野サイズとの関係を示すグラフである。 第１実施形態である画像生成装置１で実現される機能構成を示す図である。 参照動画像と基準動画像とのそれぞれを構成する時系列的な静止画の例を示す図である。 画像座標系を示す図である。 位相θと肺野長さとの関係を示すグラフである。 補間静止画像の作成において利用可能なワーピングの原理を示す図である。 対応する参照動画像を示した図である。 作成された補間画像を作成する場合の具体例を示す図である。 第２実施形態である画像生成装置５０で実現される機能構成を示す図である。 経時差分画像の具体例を示す図である。 第３実施形態である画像生成装置１００で実現される機能構成を示す図である。 フレーム間差分画像とフレーム間経時差分画像の具体例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜画像取得システムの全体構成＞
図１は、この発明を医療用画像撮影装置と協働して患者の特定部位（例えば肺）の診断画像を生成可能な画像生成装置１に適用した各実施形態に共通の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、画像生成装置１は、ＣＰＵ２１、ＲＡＭ２２、及びＲＯＭ２３をバスライン１０に接続した一般的なコンピュータの構成となっている。またバスライン１０には、画像などを表示する表示部３、ユーザからの入力を受け付けるキーボードとマウスとを含む操作部４、データを入力する入力部５、各種データを保存する固定ディスク２４が接続されている。

ＣＰＵ２１は、固定ディスク２４からＲＡＭ２２へと転送されたプログラムＰＧに基づいて動作し、画像生成装置１全体の動作を決定し、画像生成装置１全体に指令を与え、さらに後述する表示部３に表示の指示を出す。ＣＰＵ２１は、後述する各機能の実現手段として補間画像や経時差分画像などを作成する。

表示部３は、例えば液晶表示ディスプレイ等によって構成され、ＣＰＵ２１で生成される動画像データなどを可視的に出力する。

操作部４は、キーボード、タッチパネルまたはマウス等から構成され、ユーザの各種操作にしたがって各種指令信号をＣＰＵ２１に送信する。

入力部５は、画像データを入力する。入力部５は、医療用画像撮影装置を接続することによって、画像データをオンライン受信してもよく、さらに、ＤＶＤ等の可搬型の記憶媒体からのデータの読み取りや、スキャナによる読み取りによっても入力が可能である。あるいは、ネットワークで接続されたファイルサーバなどに撮影の対象である人物（撮影対象者）を撮影した画像を記憶しておき、記憶されている複数の画像データの中から該当する撮影対象者の画像データを検索して読み込むようにしてもよい。入力された画像データは、固定ディスク２４またはＲＡＭ２２などの記憶装置に記憶される。

医療用画像撮影装置は、例えば、Ｘ線撮影装置等によって構成され、撮影対象者の内蔵等に含まれる所定部位を撮影する。Ｘ線撮影装置は、撮影対象者にＸ線発生源から曝射して撮影を行う。曝射されたＸ線は、撮影対象者の胸部を透過して、強度分布が検出され、検出したＸ線をアナログ電気信号に変換し、更にＡ／Ｄ変換によってアナログ電気信号はデジタル信号に変換されて、複数の静止画の時系列からなる動画像としてＸ線撮影装置の記憶装置上に記憶される。該記憶装置に記憶された画像は必要に応じて入力部５に転送される。

下記の第１から第３の実施形態では、放射線画像としてＸ線画像を用いる。

＜第１実施形態＞
第１実施形態では、同じ患者について、異なる時期にそれぞれ１呼吸サイクル以上の肺野領域を撮影して得られたＸ線動画像（例えば、１ケ月前の検査で撮影した動画像と、直近の検査で撮影した動画像）を画像生成装置１に入力する。画像生成装置１は入力された２つの動画像と、それから導出される呼吸の位相情報とを基に、少なくとも一方についての補間動画像を作成する。

図２は、呼吸サイクルと肺野サイズとの関係を示すグラフである。肺野のサイズは厳密には肺野の「体積」に対応するが、２次元のＸ線撮影においては撮影された肺野の「（投影）面積」によって表現される。グラフの横軸は、呼吸サイクルを表し、グラフの縦軸は、肺野サイズを表し、複数の呼吸サイクルで肺野のサイズがどのように変化するかを示す。

ここで、呼吸サイクル(周期)とは１回の呼気モードと吸気モードが含まれる呼吸運動であり、吸気モードとは息を吸い込んでゆくモードであり、それに連れて胸郭中での肺野の領域が大きくなり横隔膜が押し下げられる。呼気モードとは息を吐き出すモードであり、それにつれて肺野の領域が小さくなり横隔膜が上がってくる。位相とは、呼気と吸気による周期運動における、１サイクル中の相対位置を表すものである。

一般式で表現すれば、１呼吸サイクルの時間（周期）をＴ、経過時間をｔとしたとき、周期Ｔの周期関数Ｆに対して、位相θは、
θ＝Ｆ（ｔ：Ｔ） ...式（Ａ）
と表現できる。

１例として、位相θは、時間ｔの（周期化された）線形関数として、
θ＝ｔ／Ｔ−int（ｔ／Ｔ） ...式（Ｂ）
と表現できる。ただし記号intは、引数の整数部を示す。

また、各サイクルの終点で時刻ｔを０にリセットするように定義すれば
θ＝ｔ ...式（Ｃ）
で定めることもできる。

式（Ｂ）の場合の位相θは０〜１の範囲の値を持ち、式（Ｃ）の場合の位相θは０〜Ｔの範囲の値を持つ。

さらに、肺野サイズをパラメータＰで表現し、その最大値をＰ0と表現したとき、周期Ｔを持つ周期関数Ｇを用いて
θ＝Ｇ（Ｐ／Ｐ0） ...式（Ｄ）
によって位相θを定めることもできる。周期関数Ｇは例えば周期Ｔを持つ逆正弦関数（arcsine）である。これは呼吸サイクルによってパラメータＰが周期的に変化することを利用した定義であるが、パラメータＰは時間ｔの周期関数（周期Ｔ）であるから、
Ｐ＝Ｐ（ｔ：Ｔ） ...式（Ｅ）
と書くことが可能であり、この場合も時間ｔの関数を位相θの代理指標とすることができる。

比較すべき２つの動画像のそれぞれの動きの周期Ｔ＝Ｔ1、Ｔ2が同一のときには、規格化因子Ｔを省略して時間ｔをそのまま位相θの代理指標とすることができる。後述する例において位相θを時間ｔの単位で表現しているのは、周期Ｔ1、Ｔ2が同一となっている場合を想定している。周期Ｔ1、Ｔ2が異なるときには、それぞれの周期Ｔ1、Ｔ2でそれぞれ規格化した時間変数ｔ1、ｔ2：
ｔ1＝ｔ／Ｔ1、
ｔ2＝ｔ／Ｔ2、
を２つの動画像のそれぞれの位相θ1、θ2の代理指標とすれば、「位相が同一」とは、第１の動画像中の位相指標t1と、第２の動画像中の位相指標t2とが同一の値を持つことを意味することになる。このように、２つの動画像の１呼吸サイクルの時間が異なる場合は、時間軸の正規化を行い調整する。

また、周期は、例えば、各肺野サイズの極大値を求め、極大値から極大値の時間間隔を１周期とする。

図３は、第１実施形態である画像生成装置１で実現される機能構成を示す図である。

画像取得部２１１は、基準動画像取得部２１２及び参照動画像取得部２１３を有しており、入力部５から入力され、固定ディスク２４またはＲＡＭ２２などの記憶部２１９に記憶された動画像を取得する。

基準動画像取得部２１２は、基準動画像を取得した後、位相検出部２１４に出力する。また、参照動画像取得部２１３は、参照動画像を取得した後、位相検出部２１４と補間画像作成部２１５に出力する。

ここで、基準動画像および参照動画像とは、異なる２つの時点（例えば、１ケ月前の検査で撮影した動画像と、直近の検査で撮影した動画像）で、１呼吸サイクルの肺野領域が撮影されたＸ線画像のうち、１呼吸サイクルに撮影された画像枚数が少ない方を基準動画像とし、１呼吸サイクルに撮影された画像枚数が多い方を参照動画像とする。画像枚数が多い参照動画像を補間の対象とすることによって補間誤差が少なくなり、正確な補間動画像を作成することができる。ただし、異なる２つの時点で撮影された画像枚数が同じであった場合は、どちらの時点の動画像を基準動画像と定義してもよい。基準動画像が基準動画像取得部２１２に、参照動画像が参照動画像取得部２１３に、それぞれ入力される。

図４は、参照動画像と基準動画像とのそれぞれを構成する時系列的な静止画の例を示す図である。横軸は、時間の経過を示したものであり、既述したように経過時間ｔ（横軸）を周期Ｔで除した値が位相の指標となる。

図３を参照して、位相検出部２１４は、入力された画像の画像座標系（撮影画面に固定された座標系）から算出された基準動画像と参照動画像のそれぞれにおける肺野領域の上端から下端までの長さによって肺野領域（図４の胸部の左右の輪郭部分）の面積の大小を表現するとともに、１呼吸サイクルの時間Ｔから各静止画像の位相を検出し、この位相を補間画像作成部２１５に出力する。左右の肺野のいずれを用いて位相を検出してもよく、双方の個別位相の平均値によって位相を特定してもよい。

図５は、画像座標系を示す図である。図５では、入力された画像の画像座標系は、左上の角を原点（０、０）とし、横方向（Ｘ方向）と下方向（Ｙ方向）とをそれぞれの正の方向（＋）とする。

本実施形態では、上記のように基準動画像と参照動画像の１呼吸サイクルの時間と肺野領域の上端から下端までの長さ（以下「肺野長」）の変化を基にして、基準動画像および参照動画像の位相を決定する。

図６は、位相θ（周期Ｔで規格化された時間ｔ）と肺野長さとの関係を示すグラフであり、位相（時間）の変化に伴い、肺野長さがどのように変化するかを示している。グラフの横軸は、１呼吸サイクルを表し、グラフの縦軸は、肺野長で表現された肺野サイズを表す。また、図６に記載の肺画像の横に示した両方向矢印（実線）は、肺野長さを示す。ここで、横軸における数値は、呼吸サイクル開始から経過した時間ｔを表し、実時間単位は１／３０（秒）である。図６に示される波形データから、それぞれの時点での位相を定義することができる。ただし、基準動画像と参照動画像の１呼吸サイクルの時間が異なる場合は、時間軸の正規化を最初に行い調整する。

肺野領域の上端（lung top）と、肺野領域の下端（lung bottom）の決定方法は、"Image feature analysis and computer-aided diagnosis :Accurate determination of ribcage boundary in chest radiographs",Xin-Wei Xu and Kunio Doi ,Medical Physics, Volume 22(5), May 1995, pp.617-626.等参照）に記されている手法等を採用することができる。

また、肺野領域の上端と下端とを決定するために肺野部の輪郭抽出を行い、例えば、求められた輪郭のＹ座標値の最小値を上端、最大値を下端とすることも可能である。

肺野部の輪郭抽出は、例えば特開昭６３−２４０８３２号公報に開示される方法を用いて行うことができる。

また、肺野領域の面積を基に基準動画像の位相を検出することも可能である。肺野部の面積の求め方は、肺野部の輪郭抽出を行い、輪郭に囲まれた領域の画素数を肺野領域として定義することが可能である。このように、特定画像領域の長さ、面積などの幾何学的サイズを測定することによって、位相θを容易に求めることができる。

すなわち、それぞれで肺野サイズが最大になる２つの時刻の差から周期Ｔが定まり、この周期Ｔと時間ｔを用いて位相θを定めることが可能である。位相の定義方法は既述したように種々あるが、いずれにしても１呼吸サイクルＴ内においては肺野サイズの波形は位相θに対して１価関数となり、位相θの値を指定すれば１つの状態が一義的に特定される。

図３を参照して、補間画像作成部２１５は、例えばワーピングなどの手法によって、基準動画像に含まれるそれぞれの静止画像の位相を基準位相として、参照動画像からそれらの位相に対応する静止画像である補間静止画像を生成する。生成された一連の補間静止画像を間に時系列的に配列して動画像（補間動画像）とすることによって、基準動画像および参照動画像を構成する静止画像の位相を互いに整合させた、具体的には位相を一致させた２つの位相整合動画像を得ることが可能になる。作成された位相整合動画像は固定ディスク２４またはＲＡＭ２２などの記憶部２１９に記憶される。

なお、作成された一連の補間静止画像と、参照動画像を構成する元のそれぞれの静止画像とを時間順序でマージすることによって、参照動画像単独の静止画密度を向上させた動画像を得て、それを保存することも可能である。この場合は、２つの位相整合動画像（基準動画像およびマージされた参照動画像）の静止画像のすべてについて位相が整合しているわけではない。位相整合動画像のうち、基準動画像に相当する一方に含まれる任意の静止画像の位相を指定すれば、その位相に相当する静止画像は他方の位相整合動画像には存在するが、その逆は必ずしも成り立たないという関係（部分集合の関係）になっている。したがって、補間前の状態は２つの動画像間（基準動画像および参照動画像間）で位相が整合する静止画像が存在していなかったことと比較すれば、この場合も２つの位相整合動画像での位相の整合性を持っていると言える。

図７は、上述した補間静止画像の作成において利用可能なワーピングの原理を、正方形の変形を例にして示す図である。ワーピングは、基となる形状を表す原画像と最終的な形状を表す最終画像を用意し、最初に、原画像の基の形状と最終画像の最終的形状との各々の点について対応付けを行う。例えば、基の形状の点Ａstartと、最終的な形状の点Ａendを対応付ける。対応付けた各々の点ＡstartとＡendの特徴点（座標値）を（Ａｘstart，Ａｙstart）と（Ａｘend，Ａｙend）とするとき、変形途中の画像である中間画像の各頂点Ａiに対応する特徴点（Ａｘi，Ａｙi）の変形の割合をｓとする。これは式（１）によって表すことができる。

ｓは、変形途中の画像である中間画像の位相をθiとした場合、θiを挟む原画像と最終画像の位相をそれぞれθstart，θendとして式（２）を用いて決定する。

したがって、時間とともに、ｓを変化（増加）させることでワーピングを行ことができる。原画像および最終画像に記載されているＢstartとＢend，ＣstartとＣend，ＤstartとＤendも同様の処理を行う。図７では、例として、ｓ＝０．３の場合の中間画像を示している。補間画像を作成する場合、間に補間画像を作成しようとする時間的に隣接する２つの参照画像の位相をそれぞれθstart，θendとし、対応させる基準画像の位相をθiとしてｓを決定する。

図８は、対応する参照動画像を示した図であり、図６に示されている位相と、図４の画像の対応付けを行ったものである。横軸は、時間の経過を示したものである。ここで、位相：１における１とは、呼吸サイクル開始から経過した時間を表し、単位は１／３０（秒）である。以下、位相については同様に表す。

図９は、作成された補間画像を作成する場合の具体例を示す図である。図９は、図８における基準動画像［１］の画像の位相を持つ補間画像を示している。横軸は、時間の経過を示したものである。図９に示すように、基準動画像［１］の静止画像の位相を持つ補間画像は、図８の参照動画像（１）および（２）を用いて作成される。この場合、
ｓ＝（４−１）／（５−１）＝０．７５
として位相：４の補間画像を作成し、基準動画像［１］の静止画像の位相と対応させる。

また、補間画像作成部２１５は、モーフィングなどの手法によっても補間画像を作成することが可能である。

このようにして得られた一連の補間画像を時系列的に配列することによって、補間後の動画像が得られる。

本実施形態によれば、画像生成装置は、２つの動画像を構成する静止画像の位相を整合させた２つの位相整合動画像を得ることができるので、位相のずれを排除でき、異なる時期に同一の対象物（同一患者）を撮影して得られた２つの動画像から、特定部位（肺野）の経時的な変化に基づくそれらの間の実質的な差異のみを抽出可能となる。

特に、静止画像が少ない動画像を基準動画像とし、静止画像が多い動画像を参照動画像としてそれを補間するようにしているため、逆の場合と比較して補間する２つの静止画像の間の時間間隔が短く、補間精度が高い。

＜第２実施形態＞
第２実施の形態では、補間動画像と基準動画像から上述した経時差分画像を作成する。すなわち、生成された補間動画像と基準動画像とで、互いに対応する位相を持つ静止画像どうしの差分をとることによって、差分静止画像を生成する。

図１０は、第２実施形態である画像生成装置５０で実現される機能構成を示す図である。

第２実施形態の機能構成の一部は、前述の図３と類似しており、本実施の形態の構成には前述の図３における対応する構成と同一の参照符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成については説明を省略する。特に、基準動画像を構成する静止画像の位相に一致する補間動画像を作成するまでの構成および動作は第１実施形態と同じである。

画像生成装置５０の経時差分画像作成部２１６は、基準動画像と補間動画像とのそれぞれを構成する静止画像について、互いに同一位相となっている静止画像の差分をとり、差分静止画の時系列配列ないしは動画像として経時差分画像を作成する。作成された経時差分画像は、固定ディスク２４またはＲＡＭ２２などの記憶部２１９に記憶される。

図１１は、経時差分画像の具体例を示す図である。横軸は、時間の経過を示したものである。図１１に示すように経時差分画像作成部２１６は、同一位相の基準画像と補間動画像の肺野領域の差を画素ごとに求め、経時差分画像を作成する。

肺野領域のみを処理する理由としては、肺野領域における呼吸時の疾患の影響を明確にするためであり、肺野領域以外も含めて処理すると、アーチファクトが発生する可能性が高くなるためである。また、呼吸時の疾病は肺野領域以外に現れることはなく、かつ、肺野の外側の画像データも処理すると、計算時間が無駄にかかることも理由として挙げられる。

第２実施形態によれば、経時差分画像作成手段が生成された補間動画像と基準動画像とで、互いに対応する位相を持つ静止画像どうしの差分をとるので、位相が一致しない静止画像どうしの差分をとることによって発生する、アーチファクトを軽減して画像を表示することができ、例えば、経時的に進行した患部の病変部を顕著化して検出することができる。

＜第３実施形態＞
第３実施の形態でも補間動画像を構成する一連の静止画像を得るまでは第１実施形態と同じ構成および動作となる。第３実施形態ではさらに、補間動画像と基準動画像からフレーム間経時差分画像を作成する。すなわち、基準動画像において時間的に隣接する２つの静止画像の差分と、これらの隣接する２つの静止画像の位相に対応する補間動画像の２つの静止画像の差分とをとり、さらにそれらの差分をとり、フレーム間経時差分画像を得る。

図１２は、第３実施形態である画像生成装置１００で実現される機能構成を示す図である。

第３実施形態の機能構成の一部は、前述の図３と類似しており、本実施の形態の構成には前述の図１０における対応する構成と同一の参照符号を付し、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成については説明を省略する。

フレーム間差分画像作成部２１７は、基準動画像の時間的に隣り合うフレーム間の差を取ったフレーム間差分画像と、補間動画像の時間的に隣り合う補間フレーム間の差を取った補間フレーム間差分画像とを作成する。

フレーム間経時差分画像作成部２１８は、上述のフレーム間差分画像と、補間フレーム間差分画像の肺野領域の差分を取り、フレーム間経時差分画像を作成する。すなわち、２つの同一位相間の基準画像と補間動画像の肺野領域の差を求め、フレーム間経時差分画像を作成する。作成されたそれぞれのフレーム間経時差分画像は、時系列的な一連の静止画像あるいは１つの動画像として固定ディスク２４またはＲＡＭ２２などの記憶部２１９に記憶される。

図１３は、フレーム間差分画像とフレーム間経時差分画像の具体例を示す図である。横軸は、時間の経過を示したものである。図１３に示すように、補間フレーム間差分画像は、差分（１）、差分（２）から作成され、フレーム間差分画像は、差分（３）、差分（４）から作成される。さらに、フレーム間経時差分画像は、差分（５）、差分（６）を計算することによって作成される。

このように、第３実施形態によれば、基準動画像における時間的に隣接する２つの静止画像の差分と、それに対応する位相配列を有する補間動画像に含まれる補間静止画像の２つの差分とをとり、さらにそれらの差分をとることによって、フレーム間経時差分画像を作成するので、１呼吸サイクル内で動的に変化する特定部分（例：肺野）についてのみ２つの撮影時期（前回検査と今回検査）の間での画像の違いを検出することが可能であって、そこにおいては位相のずれが解消されてアーチファクトを削除でき、例えば、病変部が存在する位置をより顕著化して検出することができる。

＜変形例＞
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、画像生成装置がＸ線撮影装置から独立した構成である場合について説明したが、Ｘ線撮影装置そのものに設けたコンピュータによって画像生成装置の各手段を実現する構成でもよい。

上記実施形態では、基準動画像に含まれる静止画像の位相を基準位相として、参照動画像からその位相に対応する静止画像である補間動画像を生成したが、２つの動画像からそれぞれ補間動画像を作成し、位相を整合させてもよい。

また、上記実施形態では、画像処理および表示処理の対象となった２つの動画像が、Ｘ線を用いた人体の内部構造に係る透過像であったが、これに限られない。例えば、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）やＰＥＴ（Positron Emission Tomography）やエコーなどを用いて人体の内部構造をとらえた各種動画像（すなわち内部画像）であってもよい。

上記実施形態では、肺野を例示して説明したが、これに限られず、心拍サイクルを周期として、心拍によって動く心臓領域を対象とすることができ、また、人体または動物の身体の種々の内部構造に係る動画像に対して本発明を適用することができる。さらに、超音波や各種振動などを用いて得られた人体以外の各種内部構造に係る動画像に対しても本発明を適用することができる。つまり、医療用途以外の各種構造体等に対して本発明を適用することによっても、２以上の部分の相対的な位置関係が変化する内部構造の診断や評価を容易に行うことができる。

なお、上記実施形態ならびに変形例で説明した構成は、矛盾が生じない限り適宜一部の構成を入れ換えてもよい。

これらの変形例によっても、前記実施の形態と同様の効果を、達成することができる。

Claims (9)

1. 画像生成装置であって、
   異なる時期に同一の対象物を撮影して得られ、それぞれが静止画像の時系列的な組によって構成される２つの動画像のそれぞれについて、前記対象物の周期的な動きの位相を検出する位相検出手段と、
   前記２つの動画像のうちの一方の動画像に含まれるそれぞれの静止画像の位相を基準位相として、前記２つの動画像のうちの前記一方の動画像とは異なる他方の動画像に含まれる静止画像の補間によって前記基準位相のそれぞれに対応する補間静止画像を生成することにより、補間動画像を得る補間画像生成手段と、
   前記一方の動画像において時間的に隣接する２つずつの静止画像の差分をとることによって、第１差分静止画像の時系列的な組を生成する手段と、
   前記補間動画像に含まれる補間静止画像の時間的に隣接する２つずつの差分をとることによって、前記第１差分静止画像の組に対応した位相配列を有する第２差分静止画像の時系列的な組を生成する手段と、
   を有することを特徴とする画像生成装置。
2. 請求項１に記載の画像生成装置であって、
   位相がそれぞれ対応し合う前記第１差分静止画像と前記第２差分静止画像との差分をとることによって、第３差分静止画像の時系列的な組を生成することにより、差分動画像を得るフレーム間経時差分画像生成手段、
   をさらに有することを特徴とする画像生成装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の画像生成装置であって、
   前記２つの動画像は、人間または動物の身体の特定部位を含んだ範囲を前記対象物として撮影したものであり、
   前記位相は、前記特定部位に相当する特定画像領域の時間的変動状態から決定されることを特徴とする画像生成装置。
4. 請求項３に記載の画像生成装置であって、
   前記位相は、前記特定画像領域の幾何学的サイズの時間的変動状態から求められることを特徴とする画像生成装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の画像生成装置であって、
   前記特定画像領域は、呼吸サイクルを周期として、呼吸によって動く肺野領域、または、心拍サイクルを周期として、心拍によって動く心臓領域、であることを特徴とする画像生成装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１つの請求項に記載の画像生成装置であって、
   前記補間画像生成手段は、
   前記２つの動画像を構成するそれぞれの静止画像の枚数が異なるときに、静止画像の数が少ない方の動画像を基準動画像とし、静止画像の数が多い方の動画像を参照動画像とした場合において、前記基準動画像に含まれるそれぞれの静止画像の位相を前記基準位相として、前記参照動画像に含まれる静止画像の補間によって前記基準位相のそれぞれに対応する補間静止画像を生成することにより、前記補間動画像を得ることを特徴とする画像生成装置。
7. コンピュータによって実行されることにより、
   前記コンピュータを、請求項１ないし請求項６のいずれか１つの請求項に記載の画像生成装置として機能させるプログラム。
8. 画像生成方法であって、
   異なる時期に同一の対象物を撮影して得られ、それぞれが静止画像の時系列的な組によって構成される２つの動画像のそれぞれについて、前記対象物の周期的な動きの位相を検出する位相検出工程と、
   前記２つの動画像のうちの一方の動画像に含まれるそれぞれの静止画像の位相を基準位相として、前記２つの動画像のうちの前記一方の動画像とは異なる他方の動画像に含まれる静止画像の補間によって前記基準位相のそれぞれに対応する補間静止画像を生成することにより、補間動画像を得る補間画像生成工程と、
   前記一方の動画像において時間的に隣接する２つずつの静止画像の差分をとることによって、第１差分静止画像の時系列的な組を生成する工程と、
   前記補間動画像に含まれる補間静止画像の時間的に隣接する２つずつの差分をとることによって、前記第１差分静止画像の組に対応した位相配列を有する第２差分静止画像の時系列的な組を生成する工程と、
   を有することを特徴とする画像生成方法。
9. 請求項８に記載の画像生成方法であって、
   位相がそれぞれ対応し合う前記第１差分静止画像と前記第２差分静止画像との差分をとることによって、第３差分静止画像の時系列的な組を生成することにより、差分動画像を得るフレーム間経時差分画像生成工程、
   をさらに有することを特徴とする画像生成方法。

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