JP5346734B2 - 画像処理装置 - Google Patents
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ところで、演算対象とする各断層像には、時間の経過に伴い、動きの大きい領域とほとんど動かない領域とが含まれることがある。例えば、心臓領域を対象に撮影した断層像では、動脈弁領域は時間の経過に伴い動きがあるが、その他の領域はほとんど動きがない。
まず、図1を参照して、本発明の画像処理装置100を適用した画像処理システム1の構成について説明する。
画像処理装置100は、図1に示すように、CPU(Central Processing Unit)101、主メモリ102、記憶装置103、通信インタフェース(通信I/F)104、表示メモリ105、マウス108等の外部機器とのインタフェース(I/F)106を備え、各部はバス113を介して接続されている。
変化領域の決定や埋め込み動画の生成についての詳細は後述する。
I/F106は、周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器とのデータの送受信を行う。例えば、マウス108やスタイラスペン等のポインティングデバイスをI/F106を介して接続させるようにしてもよい。
なお、対象領域は心臓に限定されるものではなく、他の臓器としてもよい。
すなわち、CPU101は、時相の異なる断層像のうち対応するスライス位置の画像(以下、対応画像という)間で差分を算出し(ステップS1)、差分値の大きさが大きい領域を変化領域として決定する(ステップS2)。
また、図3(C)に示すように、算出した変化領域61,62の周囲を拡張し、拡張した領域63,64を変化領域とすることが望ましい。領域の拡張は、拡張領域63のように直方体に拡張しても良いし、拡張領域64のように相似形に拡張しても良いし、図示しないが楕円球としてもよい。このように変化領域を広く抽出しておくことにより、後の処理で生成される3次元画像の正確さを向上でき、医用画像としての信頼性を高めることができる。また拡張領域63のように直方体に拡張した場合は、変化領域が三軸方向の各最大座標及び最小座標のみで決定されることとなるため小さなデータ量で保存でき、メモリ領域の縮小に寄与できる。
図4(B)に示すように、各断層像の各画素について最小画素値及び最大画素値が決定すると、CPU101は最小画素値と最大画素値との差分を算出する。
この結果、図4(C)に示すように、変化フラグ「1」が設定された領域を変化領域61として決定することができる。また、図3の例と同様に図4(D)に示すように、変化領域61の周囲を拡張し、拡張領域63を変化領域とすることが望ましい。
このとき、CPU101はある時相、例えば最初の時相について全体の3次元画像を生成し、ステップS1〜S2で決定した変化領域については更に、各時相についてそれぞれ3次元画像を生成する(ステップS3)。
そして、ある時相(例えば最初の時相)についての3次元画像内に、変化領域の各時相の3次元画像をそれぞれ合成した埋め込み画像を生成し、時系列に順次表示することにより動画表示とする(ステップS4)。
図5に示すように、時相t2の断層像群52の3次元画像を生成する場合、CPU101は時相t2についてのフラグ格納面6を参照して変化領域61(または拡張した変化領域63)、変化領域62(または拡張した変化領域64)についての3次元画像71、72を構成する。その他の領域については、既に演算済みの別の時相(例えばt1)の全領域3次元画像73を利用(コピー)する。
図6の投影面8には、時相t2の断層像52の変化領域61(その拡張領域63)の3次元画像81と、変化領域62(その拡張領域64)の3次元画像82とが投影されるとともに、ある時相(例えばt1)の3次元画像83が投影される。他の時相についても、同様に、変化領域の3次元画像を生成し、その他の領域については既に演算済みの時相の3次元画像を合成する。
なお、図7に示す処理の開始までに、図2のステップS1及びステップS2の処理によって、対象画像から変化領域が決定されているものとする。
つまり、変化領域については時刻t2の画像、その他の領域については時刻t1の画像が1画面内に合成される。
この上塗り合成された画像を以下、埋め込み画像と呼ぶ。
この段階で生成されている各時相の3次元画像(時刻t1の全領域3Dと時刻t2の埋め込み画像)は表示装置107に順次表示される。或いは、ユーザの選択操作に応じて、非表示としてもよい(ステップS103)。
また、時相全体で対応画像を比較する手法を用いる場合には、変化領域決定に要する処理量がより少なくなり、処理時間をより短縮できる。
次に、図8〜図11を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。
第2の実施の形態の画像処理装置100のハードウエア構成は第1の実施の形態と同様であるので説明を省略し、同一の各部は同一の符号を用いることとする。
なお、図9に示す「高/低密度」モードの演算処理の開始までに、図2のステップS1及びステップS2の処理によって、対象画像から変化領域が決定されているものとする。
なお、図10に示す「高/低フレームレート」モードの演算処理の開始までに、図2のステップS1及びステップS2の処理によって、対象画像から変化領域が決定されているものとする。また、全時相を複数時相毎に区切り、区間を設定する。1区間の長さはユーザが任意に設定してもよいし、動画のフレームレート(時相刻み)や対象部位に応じて、予め適当な区間が設定されるものとしてもよい。
この段階で生成されている各時相の3次元画像(全領域3Dまたは埋め込み画像)は表示装置107に順次表示される。或いは、ユーザの選択操作に応じて、非表示としてもよい(ステップS503)。
すなわち、全時相の全領域3Dを生成し、演算結果を本処理(高/低フレームレート演算処理)側に渡す一方で、ステップS501〜ステップS505の処理で生成した埋め込み画像を表示する。そして、特定時相での全領域3Dが生成されると、その時相の全領域3Dで同じ時相の埋め込み画像を置き換える。このようにして全ての時相についての置き換えが終了すると、全領域3Dを時系列に順次表示して動画表示とする。その後、ユーザにより終了指示が入力されると一連の高/低フレームレート演算処理を終了する。
図11の例では、1区間をt1、t2、t3のように連続した3つの時相とする。すると、全領域3Dは、時相t1、t4、・・・、tN−2のように、所定の間隔で生成される。一方、変化領域の3次元画像は全ての時相t1、t2、t3、・・・tNについて生成され、該当区間の全領域3Dに上塗り合成される。よって、変化領域については各時相で更新され、その他の領域については所定の区間毎に更新されることとなる。
また、「高/低フレームレート」モードでは、対象領域のうち、動きの大きい部位(変化領域)については、高フレームレートで忠実に3次元画像を構成するが、その他の領域については低フレームレートで3次元画像を構成するため、全体としては演算量を省略しつつも、第1実施形態の処理(「変化領域のみ」モード)と比較して、その他の領域についての画像の信頼性を向上できる。
同様に、「高/低フレームレート」モードにおけるフレームの区間も、要求される演算時間や画質に応じて適当なものに設定されることが望ましい。
次に、図12を参照して、本発明の第3の実施の形態について説明する。
第3の実施の形態では、画像処理装置100は、時間経過に伴い断続的に撮影した各時相の各一連の断層像とともに、その時間に計測した被検者の心拍データ或いは呼吸データを取得し、取得した心拍データまたは呼吸データから動きの周期を解析し、この解析結果を利用して画像の演算処理を簡略化する。
図12(A)は、被検者の心電波形データであり、横軸は時間tである。
図12(A)に示す心電波形データの各周期をl1、l2、・・とすると、通常、時刻t1aと時刻t2a、時刻t1bと時刻t2b、時刻t1cと時刻t2cのように、周期的に対応する時刻(時相)における心電波形データはそれぞれほぼ一致する。そして周期の対応する時相同士は断層像の差分が小さい。
このように、第3の実施の形態の画像処理装置100では、動きの周期性を利用し、差分のみを演算するので、全体の演算量を低減させることができる。
したがって、時間経過に伴い変化する領域を含む断層像に基づいて、高速に3次元動画を生成し、表示できる。
100・・・・・画像処理装置
101・・・・・CPU
102・・・・・主メモリ
103・・・・・記憶装置
104・・・・・通信I/F
105・・・・・表示メモリ
106・・・・・I/F
107・・・・・表示装置
108・・・・・マウス
109・・・・・入力装置
110・・・・・ネットワーク
111・・・・・画像データベース
112・・・・・画像撮影装置
51・・・・・・時相t1における断層像群
52・・・・・・時相t2における断層像群
5N・・・・・・時相tNにおける断層像群
6・・・・・・・フラグ格納面
61,62・・・変化領域
63,64・・・拡張した変化領域
71,72・・・変化領域3D
73・・・・・・全領域3D
9・・・・・・・演算モード選択画面
93・・・・・・低密度3D
95・・・・・・高密度3D
96・・・・・・「高/低密度」モード選択ボタン
97・・・・・・「変化領域のみ」モード選択ボタン
98・・・・・・「高/低フレームレート」モード選択ボタン
Claims (8)
- 対象領域を時間経過に伴い断続的に撮影した各一連の断層像を用いて、各時相の3次元画像をそれぞれ生成し、動画表示する画像処理装置であって、
前記対象領域のうち、時相間で変化が大きい変化領域を決定する領域決定手段と、
前記変化領域については忠実に3次元画像を生成し、その他の領域については簡略に3次元画像を生成する生成手段と、
前記一連の断層像を取得した際の心拍データまたは呼吸データを取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得したデータに基づき心拍または呼吸の周期を解析し、周期的に対応する時相を特定する周期特定手段と、
前記生成手段によって生成された3次元画像を時系列に順次表示する表示手段と、
を備え、
前記生成手段は、
ある周期について、前記変化領域については忠実に、その他の領域については簡略に基準3次元画像を生成する基準画像生成手段と、
その他の周期について、周期的に対応する時相の対応する断層像を比較し、差分のある領域の3次元画像を生成する差分領域画像生成手段と、
前記差分領域画像生成手段によって生成された差分のある領域の3次元画像をその時相に対応する時相の、既に生成済みの基準3次元画像と合成する第1の合成手段と、を備え、
前記表示手段は、
前記ある周期の各時相の3次元画像と、前記第1の合成手段によって生成された各時相の合成画像とを、時系列に順次表示することを特徴とする画像処理装置。 - 前記生成手段は、
ある時相の一連の断層像を用いて前記対象領域全体についての3次元画像を生成する全領域画像生成手段と、
各時相の一連の断層像を用いて前記変化領域についての3次元画像をそれぞれ生成する変化領域画像生成手段と、
前記全領域画像生成手段によって生成された3次元画像と、前記変化領域画像生成手段によって生成された各時相での前記変化領域についての3次元画像とを合成し、各時相の3次元合成画像を生成する第2の合成手段と、を備え、
前記表示手段は、
前記第2の合成手段によって生成された各時相の3次元合成画像を時系列に順次表示することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記生成手段は、
各時相の一連の断層像を用いて、前記変化領域については高画素密度で3次元画像を生成し、その他の領域については低画素密度で3次元画像を生成する高/低密度画像生成手段を備え、
前記表示手段は、
前記高/低密度画像生成手段によって生成された各時相の高/低密度3次元画像を時系列に順次表示することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記領域決定手段は、前後する時相の対応する断層像の各画素値を比較し、画素値の差の大きさが所定値より大きい領域を前記変化領域とすることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の画像処理装置。
- 前記領域決定手段は、全時相の対応する断層像の各画素について最大画素値と最小画素値とを比較し、最大画素値と最小画素値との差の大きさが所定値より大きい領域を前記変化領域とすることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の画像処理装置。
- 前記全領域画像生成手段は、
最初時相の一連の断層像を用いて、前記対象領域全体についての3次元画像を生成した後に、その他の時相の一連の断層像を用いて、前記対象領域全体についての3次元画像をそれぞれ生成し、
前記表示手段は、
はじめに、前記全領域画像生成手段によって生成された前記最初時相の対象領域全体についての3次元画像と、前記第2の合成手段によって合成された3次元合成画像を時系列に順次表示し、
次に、前記全領域画像生成手段によって生成された各時相の対象領域全体についての3次元画像を時系列に順次表示することを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記生成手段は、更に、
全時相の一連の断層像を用いて、全時相についてそれぞれ前記対象領域全体の3次元画像を高画素密度で生成する高密度3次元画像生成手段を備え、
前記表示手段は、
はじめに、前記高/低密度3次元画像生成手段によって生成された高/低密度3次元画像を時系列に順次表示し、
次に、前記高密度3次元画像生成手段によって生成された高密度3次元画像を時系列に順次表示することを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。 - 前記生成手段は、
前記変化領域についての3次元画像を高フレームレートで生成し、その他の領域についての3次元画像を低フレームレートで生成することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
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