JP6350522B2 - 画像処理装置及びプログラム - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態に係る放射線動態画像撮影システムについて以下説明する。
第1実施形態に係る放射線動態画像撮影システムは、人体または動物の身体を被写体として、被写体の対象領域の物理的状態が周期的に時間変化する状況に対して放射線画像の撮影を行う。
撮影装置1は、例えば、X線撮影装置等によって構成され、呼吸に伴う被写体Mの胸部の動態を撮影する装置である。動態撮影は、被写体Mの胸部に対し、X線等の放射線を繰り返して照射しつつ、時間順次に複数の画像を取得することにより行う。この連続撮影により得られた一連の画像を動態画像と呼ぶ。また、動態画像を構成する複数の画像のそれぞれをフレーム画像と呼ぶ。
撮影制御装置2は、放射線照射条件や画像読取条件を撮影装置1に出力して撮影装置1による放射線撮影及び放射線画像の読み取り動作を制御するとともに、撮影装置1により取得された動態画像を撮影技師によるポジショニングの確認や診断に適した画像であるか否かの確認用に表示する。
画像処理装置3は、撮像装置1から送信された動態画像を、撮影制御装置2を介して取得し、医師等が読影診断するための画像を表示する。
この実施形態における画像処理装置3の詳細を説明する前提として、呼吸運動と横隔膜の位置との関係と、それに伴う動態診断における問題点とを説明しておく。
本発明の第1実施形態における放射線動態画像撮影システム100の画像処理装置3は、フレーム画像間の上下動、並進、回転による変形が取り除かれた境界線情報を表示することにより、動態診断を適切かつ効率的に行うことが可能となる。
図3は、放射線動態画像撮影システム100における画像処理装置3において、CPU等が各種プログラムに従って動作することにより制御部31で実現される機能構成を他の構成とともに示す図である。なお、この実施形態の画像処理装置3は、主として心臓および両肺を含む胸部が撮影された動態画像を使用する。
動態画像取得部110では、撮像装置1の読取制御装置14によって撮影された被検者Mの身体内部における対象領域の物理的状態が時間変化する状態を時間方向に順次に撮影された複数のフレーム画像から構成される動態画像を取得する。本実施形態における対象領域とは、横隔膜領域を想定する。すなわち、図3で示されるように、撮像装置1と画像処理装置3との間に、撮影制御装置2が介在し、撮影制御装置2の記憶部22に記憶された検出データ(複数のフレーム画像MI)が通信部25を介して、画像処理装置3の通信部35に出力される。
フレーム選択部120では、少なくとも2以上である第1の数の(複数の)フレーム画像MIを少なくとも含む選択対象フレーム画像TIに対し、後述の基準境界線BLを抽出するための基準フレーム画像BFと、基準境界線BLを除く横隔膜境界線LI(詳細は後述する)を抽出するための参照フレーム画像RFとを選択する処理を含むフレーム選択処理を行う。
境界線抽出部130では、上記選択対象フレーム画像TIに対し、対象領域の境界線を抽出して第1の数(複数の)の対象領域境界線を得る境界線抽出処理を行う。本実施形態における対象領域は横隔膜領域であるため、対象領域境界線を横隔膜境界線として以下説明する。
第1の境界線抽出処理は、選択対象フレーム画像TIに基づいて肺野部の輪郭抽出を行って横隔膜境界線LIを抽出する処理である。図8は、横隔膜境界線LIを含む肺野部の輪郭抽出を例示する模式図である。肺野部の抽出は、図8で示すように、左右ごとに抽出しても(図8(a)参照)、心臓や脊椎の領域を含んだ輪郭(図8(b)参照)として抽出してもよい。本抽出方法としては、従来技術(例えば、“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)等を採用することができる。
第2の境界線抽出処理は、モデルベースによる抽出により横隔膜境界線LIを抽出する処理である。すなわち、横隔膜の候補位置をモデルベースの手法の1つであるテンプレートマッチングで大まかに抽出(粗抽出)し、抽出された候補領域に対し、詳細に解析(精密抽出)することで、精度良く抽出する。この際の粗抽出に対し、横隔膜の動きに関する医学的知識を用いることで、横隔膜の動き量に応じたテンプレートの重み付けを実施することができ、粗抽出の精度を向上することができるため、横隔膜境界線LIの抽出精度の向上を図ることが可能となる。本抽出方法としては、例えば、本出願人による出願である「特願2012−138364号(出願日:平成24年6月20日)」を採用することができる。
第3の境界線抽出処理は、プロファイル解析による抽出により横隔膜境界線LIを抽出する処理である。図9は、プロファイル解析を説明する図である。そして、図9(a)は選択対象フレーム画像TIのプロファイル領域R2を示す図であり、図9(b)は横軸の選択対象フレーム画像TIのプロファイル領域R2(図9(a)参照)の縦方向の座標に対して、縦軸が濃淡値を示すグラフである。図9で示されるように、縦方向にプロファイルR2を作成し、作成したプロファイルR2における濃淡値のピークの変化点を横隔膜の境界線として抽出することが可能となる。
第4の境界線抽出処理は、ユーザ指定による抽出により横隔膜境界線LIを抽出する処理である。具体的に、ユーザ指定とは、単純にユーザが横隔膜境界線LIの抽出対象のラインを引くようにしても良いし、上記の第1〜第3の境界線抽出処理により抽出した横隔膜境界線LIを補正する方法として使用しても良い。なお、前者の単純にユーザがライン指定する場合においては、対象とする選択対象フレーム画像TIのうち、1枚だけをユーザ指定し、残余のフレーム画像は、時間方向に対応点探索法などを採用することにより追跡することが好ましい。
図10は、境界線抽出部130が抽出した選択対象フレーム画像TIにおける横隔膜境界線LI間の変位量について説明する模式図である。図10(a)及び図10(b)は境界線抽出部130が抽出したフレーム画像T1,T2における横隔膜境界線L1,L2をそれぞれ示し、図10(c)は横隔膜境界線L1,L2を重畳的に表示したものである。
(i)横隔膜境界線LIの形状そのものが変化する動き、すなわち、「形状変形」、
(ii)図11(a)及び図11(b)で示されるような横隔膜の呼吸運動を伴う動き、すなわち、「上下動、並進、回転による変形」、
の2種類の変化が含まれている。このうち、(i)の形状変形のみを得るためには、横隔膜境界線LIに対して、(ii)の上下動、並進、回転による変形(図11参照)を取り除く必要がある。
第1の変位量算出処理では、上記(ii)の変形が上下動にのみ起因する場合に有効となる。すなわち、横隔膜境界線LI間の変位量は、上下方向のみであるという前提の下、実施する。
第2の変位量算出処理では、上記(ii)の変形が上下動にのみならず、並進、回転にも起因する場合に有効となる。すなわち、横隔膜境界線LI間の変位量は、上下動、並進、回転の何れも含むという前提の下、実施する。
第3の変位量算出処理では、上記(ii)の変形が上下動にのみならず、並進、回転にも起因する場合に有効となる。すなわち、横隔膜境界線LI間の変位量は、上下動、並進、回転の何れも含むという前提の下、実施する。
第4の変位量算出処理では、上記(ii)の変形が上下動にのみならず、並進、回転にも起因する場合に有効となる。すなわち、横隔膜境界線LI間の変位量は、上下動、並進、回転の何れも含むという前提の下、実施する。
続いて、変位量算出処理を実施した後に行われる補正処理について説明する。
第2の補正処理では、基準境界線BLを横隔膜境界線L1とし、参照境界線RLを横隔膜境界線LI(ここで、引数Iは2以上の整数)として算出された変位量D1Iを用いて、横隔膜境界線LIを補正する処理である。
画像生成部150では、第1の数以下である第2の数の変位補正済境界線LIcに基づいて表示用の変位補正済境界線情報LGを生成する(図3参照)。変位補正済境界線情報LGとしては、第2の数の変位補正済境界線LIc毎に分離した第2の数の分離画像を生成しても良いし、第2の数の変位補正済境界線LIcが重畳表示されるよう1枚の静止画像を生成しても良い。
図20は、本実施形態に係る画像処理装置3において実現される基本動作を説明するフローチャートである。なお、既に各部の個別機能の説明は行ったため(図3参照)、ここでは全体の流れのみ説明する。
本発明の第2実施形態における画像処理装置は、第1実施形態の画像処理装置3のうち、変位補正部が以下で説明する点で異なる。なお、残余の構成は画像処理装置3と同様である。
第2実施形態における変位補正部の補正処理を以下では第3の補正処理と称する。第3の補正処理に用いられる変位量Dは、補正対象の横隔膜境界線LIに対し時間的に直近の横隔膜境界線LIからの変位量である。
本発明の第3実施形態における画像処理装置は、第1実施形態の画像処理装置3のうち、変位補正部が以下で説明する点で異なる。なお、残余の構成は画像処理装置3と同様である。
第3実施形態における変位補正部の補正処理を以下では第4の補正処理と称する。第4の補正処理に用いられる変位量Dは、基準境界線BL〜補正対象の横隔膜境界線LI間に少なくとも1つの横隔膜境界線LIが存在する場合、時間的に隣接する2つ境界線LI間の変位量Dの和によって得られる、基準境界線BL〜補正対象の横隔膜境界線LI間の変位量Dとなる。
第3実施形態に係る画像処理装置の基本動作は、図20におけるステップS2〜S4が異なる。すなわち、第1実施形態のステップS2では、フレーム選択部120が、基準フレーム画像BFと参照フレーム画像RFとにおけるフレーム選択処理を行ったが、第3実施形態のステップS2では、これに加え、基準フレーム画像BFの撮影タイミングと参照フレーム画像RFの撮影タイミングとの間に存在するフレーム画像(以下、「中間フレーム画像」と称する)をも選択する点で異なる。すなわち、図22の変位量D13を算出する例では、基準フレーム画像BFはフレーム画像T1が選択され、参照フレーム画像RFはフレーム画像T3が選択されるとともに、これらの撮影タイミングの間に存在する中間フレーム画像としてフレーム画像T2をも選択されることになる。
図23は、本発明の第4実施形態として構成された画像処理装置3Aで用いられる制御部31Aの機能構成を示す図である。この制御部31Aは、第1実施形態の画像処理装置3における制御部31(図3参照)の代替として使用される。第1実施形態と異なる点は、制御部31Aが周期分類部115を更に備え、これに伴いフレーム選択部120Aに変更される点である。なお、残余の構成は画像処理装置3と同様である。
周期分類部115では、動態画像取得部110にて取得された複数のフレーム画像MIが撮影された撮影時刻に同期した被検者M(身体)における横隔膜の周期的な変化となる、いわゆる呼吸周期(対象領域周期)を検出し、該複数のフレーム画像MIを該呼吸周期単位(対象領域周期単位)に分類する。そして、周期分類部115は、該呼吸周期単位に分類後の複数のフレーム画像MI’をフレーム選択部120に出力する(図23参照)。
横隔膜領域の物理的状態が時間変化する状態を示す値として規定される物理状態値を、呼吸振動値と称するとき、呼吸情報取得処理は、動態画像取得部110にて取得した動態画像を構成する複数のフレーム画像MIに基づいて呼吸振動値を算出し、該呼吸振動値を呼吸情報とする処理である(図23参照)。
続いて、呼吸情報取得処理で各々検出された呼吸振動値の変化を呼吸位相PHとし、呼吸周期PC、吸気位相PH1、及び呼気位相PH2を検出する。具体的に、吸気位相PH1及び呼気位相PH2は、呼吸周期PC内における呼吸振動値の最大値B1と最小値B2とを算出することで検出される(図5参照)。
周期分類部115が、呼吸周期PC、呼吸振動値の最大値B1と最小値B2、吸気位相PH1、及び、呼気位相PH2を検出するため、フレーム選択部120Aが以下のような処理を行うことが可能となる。
続いて、図25は、第4実施形態に係る画像処理装置3Aの動作フローを例示した図である。なお、図25のうち、ステップSA1,SA4〜SA8は図20のステップS1,S3〜S7と同様であるため、その説明は省略する。
被検者Mの過去に撮影された動態画像を用いて経過観察を行う場合においては、複数のX線動態画像を並べて比較して診断する必要が有り、比較効率が悪くなる。
動態画像取得部110Bは、上記の動態画像取得部110に相当する現在動態画像(複数の現在フレーム画像NMI)を取得する現在動態画像取得部310に加え、現在フレーム画像NMIと同一の被検者Mに対する過去動態画像(複数の過去フレーム画像PMI)を取得する過去動態画像取得部210を含んで構成される(図26参照)。
周期分類部115Bは、過去周期分類部215と現在周期分類部315とを含んで構成される(図26参照)。ここで、周期分類部115Bに含まれる過去周期分類部215及び現在周期分類部315は、上述の周期分類部115と同様の機能を有する。
周期分類部115Bが、過去呼吸周期PPC等、及び、現在呼吸周期NPC等を検出したため、フレーム選択部120Bでは、以下のような処理を行うことが可能となる。
境界線抽出部130Bでは、フレーム選択部120Bにて選択された基準フレーム画像BF、及び、参照フレーム画像RFに相当する、過去フレーム画像PTI及び現在フレーム画像NTIを対象に境界線抽出部130と同様の処理を行う。
変位補正部140Bでは、境界線抽出部130Bにて抽出された基準境界線BL、及び参照境界線RLに相当する、過去横隔膜境界線PLI及び現在横隔膜境界線NLIを対象に変位補正部140と同様の処理を行う。
画像生成部150Bでは、変位補正部140Bにて得られた過去変位補正済境界線PLIc及び現在変位補正済境界線NLIcのそれぞれに対して、画像生成部150と同様の処理を行う。
続いて、図28は、第5実施形態に係る画像処理装置3Bの動作フローを例示した図である。この第5実施形態では、第1実施形態では存在しなかった過去動態画像取得部210、現在動態画像取得部310、現在周期分類部315及び過去周期分類部215を備え、フレーム選択部120がフレーム選択部120Bに置換されたことで、下記のように工程が変更される。
第5実施形態では、被検者Mの横隔膜境界線LIの過去と現在との形状変化の差異を表示するために、現在変位補正済境界線情報NLGが得られたが、例えば、同一のフレーム画像内における横隔膜境界線LIの右側と左側との形状変化の差異を表示することを目的として、右側変位補正済境界線情報及び左側変位補正済境界線情報を得てもよい(不図示)。
第2の変形例では、横隔膜境界線LIの吸気位相PH1時と呼気位相PH2時との形状変化の差異を表示することを目的として、吸気変位補正済境界線情報及び呼気変位補正済境界線情報を得てもよい(不図示)。
横隔膜領域の動きを横隔膜境界線LIから直接把握することが困難であることを上述したように、心臓の動きを心臓境界線から直接把握することも困難である。すなわち、実際の心臓の動き以外の動きが伴っており、正確に心臓の動きを診断するのは困難である。
境界線抽出部130Cでは、上記第1の数のフレーム画像TIに対し、心臓領域の境界線を抽出して第1の数の心臓境界線(対象領域境界線)を得る境界線抽出処理を行う。
周期分類部115Cでは、動態画像取得部110にて取得された複数のフレーム画像MIが撮影された撮影時刻に同期した被検者M(身体)における心臓領域の周期的な変化となる、いわゆる心拍周期(対象領域周期)を検出し、該複数のフレーム画像MIを該心拍周期単位(対象領域周期単位)に分類する。そして、周期分類部115Cは、該心拍周期単位に分類後の複数のフレーム画像MI’をフレーム選択部に出力する。
心拍周期取得処理では、動態画像取得部110によって取得された撮影画像を用いて、心臓壁(すなわち、心臓境界線HLIに相当する)の動き量を算出することで、心拍周期を取得する処理である。詳細には、動態画像から心臓壁の変動が検出されることで、各フレーム画像が撮影されたタイミングにおける心臓の拍動の位相が検出される。そして、当該心臓の拍動の位相により心拍周期を決定する。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
2 撮影制御装置
3,3A,3B 画像処理装置
31,31A,31B 制御部
32 記憶部
34 表示部
100 放射線動態画像撮影システム
110,110B 動態画像取得部
115,115B 周期分類部
120,120A,120B フレーム選択部
130,130B 境界線抽出部
140,140B 変位補正部
150,150B 画像生成部
210 過去動態画像取得部
215 過去周期分類部
310 現在動態画像取得部
315 現在周期分類部
M 被写体(被検者)
MI フレーム画像
TI 第1の数のフレーム画像
BF 基準フレーム画像
RF 参照フレーム画像
BL 基準境界線
RL 参照境界線
LI 横隔膜境界線
HLI 心臓境界線
LIc 変位補正済境界線
LG 変位補正済境界線情報
PC 呼吸周期
PH 呼吸位相
PH1 吸気位相
PH2 呼気位相
EM 最大呼気位相
IM 最大吸気位相
Claims (11)
- 人体または動物の身体内部における対象領域の物理的状態が時間変化する状態を時間方向に順次に撮影された複数のフレーム画像から構成される動態画像を取得する動態画像取得手段と、
前記複数のフレーム画像のうち、複数のフレーム画像に対し、前記対象領域の境界線を抽出して前記複数の対象領域境界線を得る境界線抽出処理を行う境界線抽出手段と、
前記複数の対象領域境界線に対応する画素を用いて、前記複数の対象領域境界線のうち、基準境界線以外の対象領域境界線のいずれか1つまたはそれ以上について、前記基準境界線を変位基準とした変位量を算出する変位量算出処理を行い、前記変位量は要除去成分であり、前記変位量算出処理後に前記変位量を用いて前記基準境界線以外の所定数の前記対象領域境界線を補正する補正処理を行うことにより、前記要除去成分が取り除かれた所定数の変位補正済境界線を得る変位補正手段と、
前記所定数の変位補正済境界線に基づく表示用の変位補正済境界線情報を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とし、
前記要除去成分は、
前記対象領域における上下動、並進、及び、回転による変形成分のうち、少なくとも一つの成分を含む、
画像処理装置。 - 請求項1に記載の画像処理装置であって、
前記複数のフレーム画像を少なくとも含む選択対象フレーム画像に対し、
前記基準境界線を抽出するための基準フレーム画像と前記基準境界線を除く前記対象領域境界線を抽出するための参照フレーム画像とを選択する処理を含むフレーム選択処理を行うフレーム選択手段、
を更に備え、
前記変位量算出処理は、
前記基準フレーム画像の前記対象領域境界線を前記基準境界線として、前記参照フレーム画像の前記対象領域境界線との対応する画素間における変位量を算出する処理、
を含む、
画像処理装置。 - 請求項2に記載の画像処理装置であって、
前記選択対象フレーム画像は、前記複数のフレーム画像より時間的に過去に撮影されたフレーム画像を含み、
前記フレーム選択処理は、
同一の前記身体に対して、前記複数のフレーム画像より時間的に過去に撮影されたフレーム画像を前記基準フレーム画像として選択する処理を含む、
画像処理装置。 - 請求項2に記載の画像処理装置であって、
前記複数のフレーム画像が撮影された撮影時刻に同期した前記身体における前記対象領域の周期的な変化となる対象領域周期を検出し、前記複数のフレーム画像を該対象領域周期単位に分類する周期分類手段、
を更に備え、
前記基準フレーム画像と前記参照フレーム画像とは、前記対象領域周期が同一周期内にあるときのフレーム画像であり、
前記対象領域の物理的状態が時間変化する状態を示す値が物理状態値として規定され、
前記フレーム選択処理は、
(b1)前記物理状態値が予め設定された第1の設定値に相当するときのフレーム画像、
(b2)前記物理状態値が最大値に相当するときのフレーム画像、及び、
(b3)前記物理状態値が最小値に相当するときのフレーム画像
のうち、何れか1つのフレーム画像を前記基準フレーム画像として選択する第1の選択処理と、
(c1)前記物理状態値が予め設定された第2の設定値に相当するときのフレーム画像、
(c2)前記基準フレーム画像に対し時間的に近接するフレーム画像、
(c3)前記基準フレーム画像が前記(b2)のフレーム画像であるとき、前記物理状態値の最小値に相当するときのフレーム画像、及び、
(c4)前記基準フレーム画像が前記(b3)のフレーム画像であるとき、前記物理状態値の最大値に相当するときのフレーム画像、
のうち、何れか1つのフレーム画像を前記参照フレーム画像として選択する第2の選択処理と、
を含む、
画像処理装置。 - 請求項2に記載の画像処理装置であって、
前記補正処理に用いられる前記変位量は、前記基準境界線と前記対象領域境界線のうち1つとの対応する画素間における変位量であり、前記変位量を用いて前記対象領域境界線の1つ以外の前記対象領域境界線を補正する、
画像処理装置。 - 請求項2に記載の画像処理装置であって、
前記補正処理に用いられる前記変位量は、補正対象の対象領域境界線に対し時間的に直近の対象領域境界線からの変位量である、
画像処理装置。 - 請求項2に記載の画像処理装置であって、
前記補正処理に用いられる前記変位量は、時間的に隣接する2つ境界線間の変位量の和によって得られる、前記基準境界線〜補正対象の対象領域境界線間の変位量である、
画像処理装置。 - 請求項1ないし請求項7のうち、いずれか1項記載の画像処理装置であって、
前記所定数の変位補正済境界線毎に分離した所定数の分離画像を生成する画像生成手段、
を更に備え、
前記表示手段は、
前記変位補正済境界線情報として、前記所定数の分離画像を逐次表示することを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項1ないし請求項8のうち、いずれか1項記載の画像処理装置であって、
前記複数の変位補正済境界線が重畳表示されるよう1枚の静止画像を生成する画像生成手段、
を更に備え、
前記表示手段は、
前記変位補正済境界線情報として、前記静止画像を表示することを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項1ないし請求項9のうち、いずれか1項記載の画像処理装置であって、
前記対象領域は、
横隔膜領域及び心臓領域の何れか少なくとも一方の領域を含むことを特徴とする、
画像処理装置。 - 画像処理装置に含まれる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10のうち、いずれか1項記載の画像処理装置として機能させるプログラム。
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