JP6950507B2 - 動態画像処理装置 - Google Patents
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Description
診断対象の動態の種類を設定する設定手段と、
生体の動態を放射線撮影することにより得られた複数の動態画像のそれぞれから前記設定手段により設定された種類の動態を表すフレーム画像を抽出するフレーム画像抽出手段と、
前記複数の動態画像のそれぞれから抽出されたフレーム画像から前記設定手段により設定された種類の動態に依存する動態依存特徴量を抽出する動態依存特徴量抽出手段と、
前記複数の動態画像のそれぞれから前記設定手段により設定された種類の動態に依存しない動態非依存特徴量を抽出する動態非依存特徴量抽出手段と、
前記動態依存特徴量抽出手段により抽出された動態依存特徴量及び前記動態非依存特徴量抽出手段により抽出された動態非依存特徴量に基づいて前記複数の動態画像間の基準化を行う基準化手段と、
を備える。
診断対象の動態の種類を、安静呼吸、深呼吸、心拍のいずれか1つ以上を候補として含む複数種類の動態の中から設定する設定手段と、
生体の動態を放射線撮影することにより得られた複数の動態画像のそれぞれから前記設定手段により設定された種類の動態を表すフレーム画像を抽出するフレーム画像抽出手段と、
前記複数の動態画像のそれぞれから抽出されたフレーム画像から前記設定手段により設定された種類の動態に依存する動態依存特徴量を抽出する動態依存特徴量抽出手段と、
前記動態依存特徴量により抽出された動態依存特徴量に基づいて前記複数の動態画像間の基準化を行う基準化手段と、
を備える。
前記複数の動態画像のそれぞれから前記設定手段により設定された種類の動態に依存しない動態非依存特徴量を抽出する動態非依存特徴量抽出手段を備え、
前記基準化手段は、さらに、前記動態非依存特徴量に基づいて前記複数の動態画像間の基準化を行う。
前記動態非依存特徴量は、前記動態画像における所定の構造物の位置及び/又は濃度値に係る特徴量であり、
前記基準化手段は、前記動態非依存特徴量に基づいて前記複数の動態画像間の前記所定の構造物の位置及び/又は濃度値を揃える基準化を行う。
前記基準化手段は、前記動態依存特徴量に基づいて前記複数の動態画像間の前記診断対象の動態の周期及び位相を揃える基準化を行う。
前記設定手段は、ユーザー操作に応じて前記診断対象の動態の種類を設定する。
前記複数の動態画像それぞれに関心領域を設定する関心領域設定手段と、
前記関心領域設定手段により設定された関心領域から動態に関する特徴量を抽出する動態特徴量抽出手段と、
前記動態特徴量抽出手段により抽出された特徴量に基づいて、前記関心領域に表されている動態の種類を特定する特定手段と、
を備え、
前記設定手段は、前記特定手段により特定された動態の種類に基づいて、前記診断対象の動態の種類を設定する。
前記基準化手段により基準化された前記複数の動態画像を並べて又は重ねて表示する表示手段を備える。
請求項9に記載の発明は、請求項1〜7のいずれか一項に記載の発明において、
前記基準化手段により基準化された前記複数の動態画像の差分画像を表示する表示手段を備える。
〔動態画像処理システム100の構成〕
まず、第1の実施形態の構成を説明する。
図1に、第1の実施形態における動態画像処理システム100の全体構成を示す。
図1に示すように、動態画像処理システム100は、撮影装置1と、撮影用コンソール2とが通信ケーブル等により接続され、撮影用コンソール2と、診断用コンソール3とがLAN(Local Area Network)等の通信ネットワークNTを介して接続されて構成されている。動態画像処理システム100を構成する各装置は、DICOM(Digital Image and Communications in Medicine)規格に準じており、各装置間の通信は、DICOMに則って行われる。
撮影装置1は、例えば、呼吸運動に伴う肺の膨張及び収縮の形態変化、心臓の拍動等の、周期性(サイクル)を持つ動態を撮影する撮影手段である。動態撮影とは、被写体に対し、X線等の放射線をパルス状にして所定時間間隔で繰り返し照射するか(パルス照射)、もしくは、低線量率にして途切れなく継続して照射する(連続照射)ことで、被写体の動態を示す複数の画像を取得することをいう。動態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。なお、以下の実施形態では、パルス照射により胸部の動態撮影を行う場合を例にとり説明する。
放射線照射制御装置12は、撮影用コンソール2に接続されており、撮影用コンソール2から入力された放射線照射条件に基づいて放射線源11を制御して放射線撮影を行う。撮影用コンソール2から入力される放射線照射条件は、例えば、パルスレート、パルス幅、パルス間隔、1撮影あたりの撮影フレーム数、X線管電流の値、X線管電圧の値、付加フィルター種等である。パルスレートは、1秒あたりの放射線照射回数であり、後述するフレームレートと一致している。パルス幅は、放射線照射1回当たりの放射線照射時間である。パルス間隔は、1回の放射線照射開始から次の放射線照射開始までの時間であり、後述するフレーム間隔と一致している。
放射線検出部13は、被写体Mを挟んで放射線源11と対向するように設けられている。
撮影用コンソール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等の撮影実施者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。
撮影用コンソール2は、図1に示すように、制御部21、記憶部22、操作部23、表示部24、通信部25を備えて構成され、各部はバス26により接続されている。
)等により構成される。制御部21のCPUは、操作部23の操作に応じて、記憶部22に記憶されているシステムプログラムや各種処理プログラムを読み出してRAM内に展開し、展開されたプログラムに従って後述する撮影制御処理を始めとする各種処理を実行し、撮影用コンソール2各部の動作や、撮影装置1の放射線照射動作及び読み取り動作を集中制御する。
診断用コンソール3は、撮影用コンソール2から動態画像を取得し、取得した動態画像や動態画像の解析結果を表示して医師の診断を支援するための動態画像処理装置である。
診断用コンソール3は、図1に示すように、制御部31、記憶部32、操作部33、表示部34、通信部35を備えて構成され、各部はバス36により接続されている。
次に、本実施形態における上記動態画像処理システム100の動作について説明する。
まず、撮影装置1、撮影用コンソール2による撮影動作について説明する。
図2に、撮影用コンソール2の制御部21において実行される撮影制御処理を示す。撮影制御処理は、制御部21と記憶部22に記憶されているプログラムとの協働により実行される。
次に、診断用コンソール3における動作について説明する。
診断用コンソール3においては、通信部35を介して撮影用コンソール2から動態画像の一連のフレーム画像が受信されると、受信された動態画像は記憶部32に記憶される。
操作部33により比較読影の開始が指示されると、制御部31と記憶部32に記憶されているプログラムとの協働により図3に示す比較表示処理Aが実行される。
まず、比較する2以上の動態画像が選択される(ステップS10)。
ステップS10においては、例えば、記憶部32に記憶されている被写体Mの動態画像の一覧が表示部34に表示され、表示された動態画像の中からユーザーが所望する動態画像を操作部33により選択する。
ステップS11においては、例えば、表示部34に設定画面が表示され、設定画面におけるユーザーによる操作部33の操作に応じて診断対象の動態の種類が設定される。例えば、被写体部位が胸部の場合、設定画面には安静呼吸、深呼吸、心拍(息止め)等の選択肢が表示され、操作部33により選択された種類の動態が診断対象の動態の種類として設定される。或いは、動態の種類をユーザーが任意に入力することとしてもよい。
以下の説明では、診断対象の動態の種類として安静呼吸、深呼吸、心拍(息止め)のいずれかが設定可能である例について説明する。
例えば、各動態画像から、所定の特徴量が抽出され、抽出された特徴量に基づいて、各動態画像の一連のフレーム画像の中からステップS11で設定された種類の動態を表す区間のフレーム画像が抽出される。
横隔膜、肋骨、外胸郭、軟組織(***等)等の構造物の領域は、エッジ検出技術等の公知の画像処理技術を用いて検出することができる。
例えば、ステップS11において安静呼吸又は深呼吸が設定された場合、設定された種類の動態に依存する動態依存特徴量として、例えば、安静呼吸や深呼吸に伴って動く肋骨、外胸郭、横隔膜、又は軟組織等の構造物の位置の時間変化を示す波形や、造影剤によって描出される肺血管の位置の時間変化を示す波形、又は換気に基づく肺野領域の濃度値やそのフレーム間差分値の時間変化を示す波形等が算出される。これらの特徴量の抽出手法は、ステップS12で説明したものと同様であるので説明を援用する。
心臓領域の面積は、例えば、フレーム画像から心臓領域を抽出し、抽出された領域の画素数をカウントすることにより求めることができる。心臓領域は、心臓のテンプレート画像を用いたテンプレートマッチング処理等の公知の画像処理技術を用いて検出することができる。
肺血管の膨張縮小の時間変化は、例えば、フレーム画像間の差分を取って肺血管の太さの時間変化を取得することにより求めることができる。また、肺血管領域を抽出して肺血管の太さの時間変化を取得することとしてもよい。肺血管領域は、例えば、肺血管モデルや線構造を抽出するフィルター等を用いた公知の画像処理技術を用いて検出することができる。また、上述のように、造影剤を表す濃度値の領域を検出することにより肺血管領域を検出してもよい。
例えば、ステップS13で各動態画像から算出された動態依存特徴量の周期及び位相に基づいて、各動態画像における診断対象の動態の周期及び位相が所定の基準に合うように基準化される。例えば、各動態画像から算出された動態依存特徴量の周期及び位相を所定の基準に合わせることで、各動態画像における診断対象の動態の周期及び位相を揃えることができる。
例えば、2以上の動態画像が撮影日(検査日)順に並べて表示される。或いは、投薬量、病気のステージ、身長、体重等の電子カルテ情報の所定の項目に基づいて並べて表示することとしてもよい。或いは、ステップS13で算出された動態依存特徴量に基づく順番(例えば、構造物の移動速度に基づく順番等)で並べて表示することとしてもよい。
または、基準化された2以上の動態画像の色を変えて重ねて表示することとしてもよい。
以下、本発明の第2の実施形態について説明する。
第2の実施形態における構成は、診断用コンソール3の記憶部32に比較表示処理Bを実行するためのプログラムが記憶されている他は、第1の実施形態で説明したものと同様であるので説明を省略し、以下第2の実施形態の動作について説明する。
ステップS20の処理は、図3のステップS10で説明したものと同様であるので説明を援用する。
例えば、画像全体を関心領域として設定してもよいし、ユーザーが操作部33により動態画像上から指定した領域を関心領域として設定することとしてもよいし、所定の構造物(例えば、肺野領域や心臓領域等)を動態画像から自動的に検出し、検出した領域を関心領域として設定してもよい。
例えば、比較対象の各動態画像の関心領域から動態に関する特徴量が抽出される。例えば、関心領域が肺野領域である場合、換気に基づく肺野領域の濃度値(肺野領域の各画素の代表値)又は基準フレーム画像との差分値の時間変化を示す波形等が特徴量として抽出される。
例えば、関心領域が肺野であり、各動態画像においてステップS22で抽出された特徴量(波形)の周期が一定で、且つ予め定められた閾値より短い場合、関心領域に表されている動態の種類が安静呼吸であると特定される。特徴量(波形)の周期が一定で、且つ予め定められた閾値より長い場合、関心領域に表されている動態の種類が深呼吸であると特定される。波形の変化がない場合、関心領域に表されている動態の種類が息止めであると特定される。
例えば、特定された動態の種類が安静呼吸である場合、診断対象の動態の種類が安静呼吸に設定される。特定された動態の種類が深呼吸である場合、診断対象の動態の種類が深呼吸に設定される。特定された動態の種類が息止めである場合、診断対象の動態の種類が心拍に設定される。
以下、本発明の第3の実施形態について説明する。
第3の実施形態における構成は、診断用コンソール3の記憶部32に比較表示処理Cを実行するためのプログラムが記憶されている他は、第1の実施形態で説明したものと同様であるので説明を省略し、以下第3の実施形態の動作について説明する。
次いで、ユーザー操作による診断対象の動態の種類の設定が行われる(ステップS41)。
次いで、比較対象の各動態画像から、ステップS41で設定された種類の動態を表す区間のフレーム画像が抽出される(ステップS42)。
次いで、ステップS43で算出された、診断対象として設定された種類の動態に依存する動態依存特徴量に基づいて、比較する動態画像間の基準化が行われる(ステップS44)。
設定された種類の動態に依存しない動態非依存特徴量とは、設定された種類の動態に伴って変動しない特徴量であり、例えば、動態画像における所定の構造物の位置及び/又は濃度値に係る特徴量である。例えば、背骨の位置、心臓の中心位置、体表面の輪郭位置、診断対象となる構造物の動態画像全体の平均濃度及び分散等が挙げられる。
背骨の位置は、例えば、公知のエッジ抽出手法を用いて画像の左右方向における中央付近の縦方向のエッジを抽出することで求めることができる。体表面の輪郭は、各フレーム画像を二値化して、画像側端付近の縦方向に伸びる境界を抽出することにより求めることができる。
ステップS46においては、比較する動態画像間における設定された種類の動態に伴って変動しない要素(所定の構造物の位置及び/又は濃度値等)についての基準化が行われる。例えば、動態非依存特徴量に基づいて、動態画像の対応するフレーム画像間で背骨の位置、心臓の中心位置、又は体表面の輪郭位置等の特徴量が一致するように(予め定められた基準に合致するように)アフィン変換が行われ、被写体が移動、回転、拡縮される。
また、診断対象となる動態に関する構造物領域(例えば、診断対象の動態の種類が深呼吸又は安静呼吸の場合は肺野領域、診断対象の動態の種類が心拍である場合は心臓領域)の動態画像全体の平均濃度及び分散が動態画像間で一致するように(予め定められた基準となるように)コントラストが調整される。
ステップS47の詳細は図3のステップS15で説明したものと同様であるので説明を援用する。
以下、本発明の第4の実施形態について説明する。
第4の実施形態における構成は、診断用コンソール3の記憶部32に比較表示処理Dを実行するためのプログラムが記憶されている他は、第1の実施形態で説明したものと同様であるので説明を省略し、以下第4の実施形態の動作について説明する。
次いで、各動態画像に関心領域の設定が行われる(ステップS51)。
次いで、関心領域から動態に関する特徴量が抽出される(ステップS52)。
次いで、各動態画像から抽出された特徴量に基づいて、関心領域に表されている動態の種類が特定され(ステップS53)、特定された動態の種類に基づいて診断対象の動態の種類が設定される(ステップS54)。
また、診断対象として設定可能な動態の種類や各種特徴量についても上記実施形態の例に限定されるものではない。
1 撮影装置
11 放射線源
12 放射線照射制御装置
13 放射線検出部
14 読取制御装置
2 撮影用コンソール
21 制御部
22 記憶部
23 操作部
24 表示部
25 通信部
26 バス
3 診断用コンソール
31 制御部
32 記憶部
33 操作部
34 表示部
35 通信部
36 バス
Claims (9)
- 診断対象の動態の種類を設定する設定手段と、
生体の動態を放射線撮影することにより得られた複数の動態画像のそれぞれから前記設定手段により設定された種類の動態を表すフレーム画像を抽出するフレーム画像抽出手段と、
前記複数の動態画像のそれぞれから抽出されたフレーム画像から前記設定手段により設定された種類の動態に依存する動態依存特徴量を抽出する動態依存特徴量抽出手段と、
前記複数の動態画像のそれぞれから前記設定手段により設定された種類の動態に依存しない動態非依存特徴量を抽出する動態非依存特徴量抽出手段と、
前記動態依存特徴量抽出手段により抽出された動態依存特徴量及び前記動態非依存特徴量抽出手段により抽出された動態非依存特徴量に基づいて前記複数の動態画像間の基準化を行う基準化手段と、
を備える動態画像処理装置。 - 診断対象の動態の種類を、安静呼吸、深呼吸、心拍のいずれか1つ以上を候補として含む複数種類の動態の中から設定する設定手段と、
生体の動態を放射線撮影することにより得られた複数の動態画像のそれぞれから前記設定手段により設定された種類の動態を表すフレーム画像を抽出するフレーム画像抽出手段と、
前記複数の動態画像のそれぞれから抽出されたフレーム画像から前記設定手段により設定された種類の動態に依存する動態依存特徴量を抽出する動態依存特徴量抽出手段と、
前記動態依存特徴量により抽出された動態依存特徴量に基づいて前記複数の動態画像間の基準化を行う基準化手段と、
を備える動態画像処理装置。 - 前記複数の動態画像のそれぞれから前記設定手段により設定された種類の動態に依存しない動態非依存特徴量を抽出する動態非依存特徴量抽出手段を備え、
前記基準化手段は、さらに、前記動態非依存特徴量に基づいて前記複数の動態画像間の基準化を行う請求項2に記載の動態画像処理装置。 - 前記動態非依存特徴量は、前記動態画像における所定の構造物の位置及び/又は濃度値
に係る特徴量であり、
前記基準化手段は、前記動態非依存特徴量に基づいて前記複数の動態画像間の前記所定の構造物の位置及び/又は濃度値を揃える基準化を行う請求項1又は3に記載の動態画像処理装置。 - 前記基準化手段は、前記動態依存特徴量に基づいて前記複数の動態画像間の前記診断対象の動態の周期及び位相を揃える基準化を行う請求項1〜4のいずれか一項に記載の動態画像処理装置。
- 前記設定手段は、ユーザー操作に応じて前記診断対象の動態の種類を設定する請求項1〜5のいずれか一項に記載の動態画像処理装置。
- 前記複数の動態画像それぞれに関心領域を設定する関心領域設定手段と、
前記関心領域設定手段により設定された関心領域から動態に関する特徴量を抽出する動態特徴量抽出手段と、
前記動態特徴量抽出手段により抽出された特徴量に基づいて、前記関心領域に表されている動態の種類を特定する特定手段と、
を備え、
前記設定手段は、前記特定手段により特定された動態の種類に基づいて、前記診断対象の動態の種類を設定する請求項1〜5のいずれか一項に記載の動態画像処理装置。 - 前記基準化手段により基準化された前記複数の動態画像を並べて又は重ねて表示する表示手段を備える請求項1〜7のいずれか一項に記載の動態画像処理装置。
- 前記基準化手段により基準化された前記複数の動態画像の差分画像を表示する表示手段を備える請求項1〜8のいずれか一項に記載の動態画像処理装置。
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