JP7187678B2 - 画像処理装置、方法およびプログラム - Google Patents

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Description

本開示は、画像処理装置、方法およびプログラムに関する。
放射線画像の撮影方法として、照射角度が異なる複数の照射位置の各々から放射線を順次照射して照射位置毎に放射線検出器によって複数の投影画像を撮影する、いわゆるトモシンセシス撮影が知られている。また、トモシンセシス撮影により取得された複数の投影画像から再構成処理により断層画像を生成する技術が知られている。
また、放射線検出器の検出面から放射線源側に向けた距離（高さ方向の位置）が異なる複数の断層画像を用いて、放射線源の照射位置を固定したままで放射線を照射して撮影した２次元画像（以下、単純２次元画像とする）に相当する擬似的な２次元画像（以下、合成２次元画像とする）を生成する技術が知られている（特許第５９５２２５１号公報参照）。
ところで、医療分野においては、画像中の病変等の異常陰影を自動的に検出し、検出された異常陰影の強調表示等を行うコンピュータ支援画像診断システム（ＣＡＤ: Computer Aided Diagnosis、以下ＣＡＤと称する）が知られている。例えば、***の画像から、スピキュラおよび腫瘤等の診断上重要な構造を、ＣＡＤを用いて抽出することが行われている。また、***をトモシンセシス撮影することにより取得した複数の断層画像から合成２次元画像を生成するに際し、ＣＡＤにより病変を含む関心領域を抽出し、抽出した関心領域を合成２次元画像上に合成する手法が提案されている（米国特許第８９８３１５６号明細書参照）。また、断層画像を含む複数の画像における共通する領域の特性を比較し、最もよい特性を有する画像を特定し、特定した画像の共通領域を合成して合成２次元画像を生成する手法も提案されている（米国特許出願公開第２０１４／０３２７７０２号明細書参照）。また、断層画像からエッジを検出し、検出したエッジを膨張させて重みづけ領域を生成し、重み付け領域の重みを考慮して合成２次元画像を生成する手法も提案されている（米国特許第１０１４０７１５号明細書参照）。
一方、***に含まれる構造のうち、スピキュラのような線状構造は診断上重要な構造（以下、特定構造とする）であるため、明瞭となるように合成２次元画像に含める必要がある。しかしながら、米国特許第８９８３１５６号明細書および米国特許出願公開第２０１４／０３２７７０２号明細書に記載された手法においては、抽出された関心領域または構造を合成２次元画像上に合成する際に、線状構造の信号値が平均化されてしまう。このため、合成２次元画像上において線状構造が他の領域に埋もれてしまい、見えにくくなる可能性がある。また、米国特許第１０１４０７１５号明細書に記載された手法では、スピキュラのような線状構造の上下の断層画像に含まれる正常な乳腺等のエッジが検出されるため、合成２次元画像においては、乳腺等のエッジとスピキュラとが重なって、スピキュラが見えにくくなる。また、米国特許第１０１４０７１５号明細書に記載された手法では、検出された乳腺等のエッジが重なって、スピキュラのように見える構造が合成２次元画像に現れてしまう場合もある。
本開示は上記事情に鑑みなされたものであり、合成２次元画像において、断層画像に含まれる特定構造を見やすくすることを目的とする。
本開示による画像処理装置は、被写体の複数の断層面を表す複数の断層画像のそれぞれから、特定構造を抽出する構造抽出部と、
複数の断層画像のそれぞれにおける特定構造の画素の重みを、特定構造以外の画素の重みよりも大きくして、複数の断層画像から合成２次元画像を生成する合成部とを備える。
なお、本開示による画像処理装置においては、合成部は、複数の断層画像のそれぞれにおける特定構造以外の画素において、他の断層画像に含まれる特定構造に対応する対応画素の重みを、対応画素以外の画素の重みよりも小さくするものであってもよい。
この場合、合成部は、対応画素の重みを０に設定するものであってもよい。
また、本開示による画像処理装置においては、合成部は、複数の断層画像のそれぞれにおける特定構造の重みを１に設定するものであってもよい。
この場合、合成部は、合成２次元画像上における特定構造の画素値を、合成２次元画像が取り得る画素値の最大値に基づいて正規化するものであってもよい。
また、本開示による画像処理装置においては、合成部は、複数の断層画像の対応する画素の画素値を、重みにより重みづけ加算することにより、合成２次元画像を生成するものであってもよい。
また、本開示による画像処理装置においては、放射線源を検出部の検出面に対して相対的に移動させ、放射線源の移動による複数の線源位置において被写体に放射線を照射するトモシンセシス撮影を撮影装置に行わせることにより生成された、複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影画像を取得する画像取得部と、
複数の投影画像を再構成することにより、複数の断層画像を生成する再構成部とをさらに備える。
また、本開示による画像処理装置においては、複数の投影画像間の位置ずれを補正する位置ずれ補正部をさらに備え、
再構成部は、位置ずれが補正された複数の投影画像を再構成することにより、複数の断層画像を生成するものであってもよい。
また、本開示による画像処理装置においては、合成部は、合成２次元画像における特定構造の境界にスムージング処理を行うものであってもよい。
「スムージング処理」とは、特定構造の境界付近の画素値を滑らかに変化させて、境界に接する背景の画素値と一致させる処理を意味する。
また、本開示による画像処理装置においては、合成部は、複数の断層画像のそれぞれにおいて、特定構造および他の断層画像に含まれる特定構造の画素に対応する対応画素以外の画素については、特定構造よりもノイズの影響が大きいノイズ画素の重み付けを低くするか、またはノイズ画素を除外して、合成２次元画像を生成するものであってもよい。
また、本開示による画像処理装置においては、被写体は***であり、特定構造がスピキュラおよび腫瘤であってもよい。
本開示による画像処理方法は、被写体の複数の断層面を表す複数の断層画像のそれぞれから、特定構造を抽出し、
複数の断層画像のそれぞれにおける特定構造の画素の重みを、特定構造以外の画素の重みよりも大きくして、複数の断層画像から合成２次元画像を生成する。
なお、本開示による画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。
本開示による他の画像処理装置は、コンピュータに実行させるための命令を記憶するメモリと、
記憶された命令を実行するよう構成されたプロセッサとを備え、プロセッサは、
被写体の複数の断層面を表す複数の断層画像のそれぞれから、特定構造を抽出し、
複数の断層画像のそれぞれにおける特定構造の画素の重みを、特定構造以外の画素の重みよりも大きくして、複数の断層画像から合成２次元画像を生成する処理を実行する。
本開示によれば、合成２次元画像において、特定構造を見やすくすることができる。
本開示の実施形態による画像処理装置を適用した放射線画像撮影装置の概略構成図 放射線画像撮影装置を図１の矢印Ａ方向から見た図 本実施形態において、コンピュータに画像処理プログラムをインストールすることにより実現される画像処理装置の概略構成を示す図 投影画像の取得を説明するための図 断層画像の生成を説明するための図 断層画像からの特定構造物の抽出を説明するための図 合成２次元画像の生成を説明するための図 重みの設定を説明するための図 重みの設定を説明するための図 合成２次元画像における対応領域の信号値のプロファイルを示す図 設定された重みによる合成２次元画像の生成を説明するための図 本実施形態において行われる処理を示すフローチャート 本実施形態において行われる処理を示すフローチャート 本実施形態において行われる処理を示すフローチャート 他の実施形態において、コンピュータに画像処理プログラムをインストールすることにより実現される画像処理装置の概略構成を示す図 特定構造検出時における特定構造付近の確率を示す図 スムージング処理を行う際の特定構造の重みを示す図 スムージング処理を行う前の特定構造の画素値のプロファイルを示す図 スムージング処理を行った後の特定構造の画素値のプロファイルを示す図
以下、図面を参照して本開示の実施形態について説明する。図１は本開示の実施形態による画像処理装置を適用した放射線画像撮影装置の概略構成図、図２は放射線画像撮影装置を図１の矢印Ａ方向から見た図である。放射線画像撮影装置１は、***のトモシンセシス撮影を行って断層画像を生成するために、複数の線源位置から被写体である***Ｍを撮影して、複数の放射線画像、すなわち複数の投影画像を取得するマンモグラフィ撮影装置である。図１に示すように放射線画像撮影装置１は、撮影部１０、撮影部１０に接続されたコンピュータ２、並びにコンピュータ２に接続された表示部３および入力部４を備えている。
撮影部１０は、不図示の基台に対して回転軸１１により連結されたアーム部１２を備えている。アーム部１２の一方の端部には撮影台１３が、その他方の端部には撮影台１３と対向するように放射線照射部１４が取り付けられている。アーム部１２は、放射線照射部１４が取り付けられた端部のみを回転することが可能に構成されており、これにより、撮影台１３を固定して放射線照射部１４のみを回転することが可能となっている。なお、アーム部１２の回転は、コンピュータ２により制御される。
撮影台１３の内部には、フラットパネルディテクタ等の放射線検出器１５が備えられている。放射線検出器１５は放射線の検出面１５Ａを有する。また、撮影台１３の内部には、放射線検出器１５から読み出された電荷信号を電圧信号に変換するチャージアンプ、チャージアンプから出力された電圧信号をサンプリングする相関２重サンプリング回路、および電圧信号をデジタル信号に変換するＡＤ(Analog to Digital)変換部等が設けられた回路基板等も設置されている。なお、放射線検出器１５が検出部に対応する。また、本実施形態においては、検出部として放射線検出器１５を用いているが、放射線を検出して画像に変換することができれば、放射線検出器１５に限定されるものではない。
放射線検出器１５は、放射線画像の記録および読み出しを繰り返して行うことができるものであり、Ｘ線等の放射線を直接電荷に変換する、いわゆる直接型の放射線検出器を用いてもよいし、放射線を一旦可視光に変換し、その可視光を電荷信号に変換する、いわゆる間接型の放射線検出器を用いるようにしてもよい。また、放射線画像信号の読出方式としては、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）スイッチをオンおよびオフすることによって放射線画像信号が読み出される、いわゆるＴＦＴ読出方式のもの、または読取光を照射することによって放射線画像信号が読み出される、いわゆる光読出方式のものを用いることが望ましいが、これに限らずその他のものを用いるようにしてもよい。
放射線照射部１４の内部には、放射線源１６が収納されている。放射線源１６は放射線としてＸ線を出射するものであり、放射線源１６から放射線を照射するタイミングおよび放射線源１６における放射線発生条件、すなわちターゲットおよびフィルタの材質の選択、管電圧並びに照射時間等は、コンピュータ２により制御される。
また、アーム部１２には、撮影台１３の上方に配置されて***Ｍを押さえつけて圧迫する圧迫板１７、圧迫板１７を支持する支持部１８、および支持部１８を図１および図２の上下方向に移動させる移動機構１９が設けられている。なお、圧迫板１７と撮影台１３との間隔、すなわち圧迫厚はコンピュータ２に入力される。
表示部３は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）または液晶モニタ等の表示装置であり、後述するように取得された投影画像、断層画像および合成２次元画像の他、操作に必要なメッセージ等を表示する。なお、表示部３は音声を出力するスピーカを内蔵するものであってもよい。
入力部４はキーボード、マウスまたはタッチパネル方式等の入力装置からなり、操作者による放射線画像撮影装置１の操作を受け付ける。また、トモシンセシス撮影を行うために必要な、撮影条件等の各種情報の入力および情報の修正の指示も受け付ける。本実施形態においては、操作者が入力部４から入力した情報に従って、放射線画像撮影装置１の各部が動作する。
コンピュータ２には、本実施形態による画像処理プログラムがインストールされている。本実施形態においては、コンピュータ２は、操作者が直接操作するワークステーションあるいはパーソナルコンピュータでもよいし、それらとネットワークを介して接続されたサーバコンピュータでもよい。画像処理プログラムは、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）等の記録媒体に記録されて配布され、その記録媒体からコンピュータにインストールされる。もしくは、ネットワークに接続されたサーバコンピュータの記憶装置、あるいはネットワークストレージに、外部からアクセス可能な状態で記憶され、要求に応じてコンピュータにダウンロードされ、インストールされる。
図３はコンピュータ２に本実施形態による画像処理プログラムをインストールすることにより実現される画像処理装置の概略構成を示す図である。図３に示すように、画像処理装置は、標準的なコンピュータの構成として、ＣＰＵ(Central Processing Unit)２１、メモリ２２およびストレージ２３を備えている。
ストレージ２３は、ハードディスクドライブまたはＳＳＤ（Solid State Drive）等のストレージデバイスからなり、放射線画像撮影装置１の各部を駆動するためのプログラムおよび画像処理プログラムを含む各種情報が記憶されている。また、トモシンセシス撮影により取得された投影画像、後述するように生成された断層画像および合成２次元画像も記憶される。
メモリ２２には、各種処理をＣＰＵ２１に実行させるために、ストレージ２３に記憶されたプログラム等が一時的に記憶される。画像処理プログラムは、ＣＰＵ２１に実行させる処理として、放射線画像撮影装置１にトモシンセシス撮影を行わせて、複数の線源位置のそれぞれに対応する***Ｍの複数の投影画像を取得する画像取得処理、複数の投影画像を再構成することにより、被写体である***Ｍの複数の断層面のそれぞれにおける断層画像を生成する再構成処理、複数の断層画像のそれぞれから特定構造を抽出する構造抽出処理、複数の断層画像のそれぞれにおける特定構造の画素の重みを、特定構造以外の画素の重みよりも大きくして、複数の断層画像から合成２次元画像を生成する合成処理、並びに合成２次元画像等を表示部３に表示する表示制御処理を規定する。
そして、ＣＰＵ２１が画像処理プログラムに従いこれらの処理を実行することで、コンピュータ２は、画像取得部３１、再構成部３２、構造抽出部３３、合成部３４、および表示制御部３５として機能する。
画像取得部３１は、画像取得処理を行うに際し、アーム部１２を回転軸１１の周りに回転させることにより放射線源１６を移動させ、放射線源１６の移動による複数の線源位置において、トモシンセシス撮影用の予め定められた撮影条件により被写体である***Ｍに放射線を照射し、***Ｍを透過した放射線を放射線検出器１５により検出して、複数の線源位置における複数の投影画像Ｇｉ（ｉ＝１～ｎ、ｎは線源位置の数であり、例えばｎ＝１５）を取得する。
図４は投影画像Ｇｉの取得を説明するための図である。図４に示すように、放射線源１６をＳ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎの各線源位置に移動し、各線源位置において放射線源１６を駆動して***Ｍに放射線を照射し、***Ｍを透過したＸ線を放射線検出器１５により検出することにより、各線源位置Ｓ１～Ｓｎに対応して、投影画像Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｎが取得される。なお、各線源位置Ｓ１～Ｓｎにおいては、同一の線量の放射線が***Ｍに照射される。取得された複数の投影画像Ｇｉはストレージ２３に保存される。また、画像処理プログラムとは別個のプログラムにより複数の投影画像Ｇｉを取得してストレージ２３または外部保存装置に保存するようにしてもよい。この場合、画像取得部３１は、ストレージ２３または外部保存装置に保存された複数の投影画像Ｇｉを、再構成処理等のためにストレージ２３または外部保存装置から読み出すものとなる。
なお、図４において、線源位置Ｓｃは、放射線源１６から出射された放射線の光軸Ｘ０が放射線検出器１５の検出面１５Ａと直交する線源位置である。線源位置Ｓｃを基準線源位置Ｓｃと称するものとする。
再構成部３２は、複数の投影画像Ｇｉを再構成することにより、***Ｍの所望とする断層面を強調した断層画像を生成する。具体的には、再構成部３２は、単純逆投影法あるいはフィルタ逆投影法等の周知の逆投影法等を用いて複数の投影画像Ｇｉを再構成して、図５に示すように、***Ｍの複数の断層面のそれぞれにおける複数の断層画像Ｄｊ（ｊ＝１～ｍ）を生成する。この際、***Ｍを含む３次元空間における３次元の座標位置が設定され、設定された３次元の座標位置に対して、複数の投影画像Ｇｉの対応する画素位置の画素値が再構成されて、その座標位置の画素値が算出される。
構造抽出部３３は、複数の断層画像Ｄｊから特定構造を抽出する。本実施形態においては、***Ｍに含まれるスピキュラおよび腫瘤を特定構造として抽出する。図６は特定構造の抽出を説明するための図である。ここでは、複数の断層画像Ｄｊのうちの１つの断層画像Ｄｋからの特定構造の検出について説明する。図６に示すように、断層画像Ｄｋには、断層画像Ｄｋを取得した***Ｍの断層面におけるスピキュラおよび腫瘤が特定構造Ｋ１～Ｋ３として含まれる。なお、特定構造は、腫瘤の周囲に線状構造であるスピキュラを含むものとなっている。
構造抽出部３３は、公知のコンピュータ支援画像診断（ＣＡＤ: Computer Aided Diagnosis、以下ＣＡＤと称する）のアルゴリズムを用いて、断層画像Ｄｋから特定構造を抽出する。ＣＡＤによるアルゴリズムにおいては、断層画像Ｄｊにおける画素が特定構造であることを表す確率が導出され、その確率が予め定められたしきい値以上の場合に、その画素が特定構造として検出される。特定構造の抽出はＣＡＤを用いるものに限定されない。特定構造を抽出するためのフィルタによるフィルタリング処理等によって、断層画像Ｄｋから特定構造を抽出するものであってもよい。
合成部３４は、複数の断層画像Ｄｊを用いて、基準線源位置Ｓｃから***Ｍに放射線を照射して撮影した単純２次元画像に相当する擬似的な２次元画像である合成２次元画像ＣＧ０を生成する。本実施形態においては、合成部３４は、図７に示すように、複数の断層画像Ｄｊを積層した状態で、基準線源位置Ｓｃからの放射線検出器１５へ向かう視点方向、すなわち図４に示す光軸Ｘ０に沿って、各断層画像Ｄｊにおいて対応する画素の画素値を重み付け加算する加算法により、合成２次元画像ＣＧ０を生成する。なお、合成２次元画像ＣＧ０の生成は、加算法に限定されるものではなく、公知の技術を適用することができる。加算法においては、重み付け加算する際の各画素に対する重みは、基本的には断層画像Ｄｊの数をｍとした場合、１／ｍに設定されて合成２次元画像ＣＧ０が生成される。一方、本実施形態においては、複数の断層画像Ｄｊのそれぞれにおける特定構造の画素の重みが、特定構造以外の画素の重みよりも大きくされて、合成２次元画像ＣＧ０が生成される。
図８は本実施形態における重みの設定を説明するための図である。なお、図８においては説明のために１０枚の断層画像Ｄ１～Ｄ１０が生成され、特定構造Ｋ１が断層画像Ｄ２～Ｄ４に亘って含まれ、特定構造Ｋ２が断層画像Ｄ３～Ｄ６に亘って含まれ、特定構造Ｋ３が断層画像Ｄ８に含まれているものとする。なお、特定構造Ｋ１～Ｋ３は、図８においては説明のために厚さを持たせているが、実際には厚さはないものである。また、断層画像Ｄ２～Ｄ４のそれぞれに含まれる特定構造Ｋ１を、それぞれ特定構造Ｋ１－２，Ｋ１－３，Ｋ１－４とする。また、断層画像Ｄ３～Ｄ６のそれぞれに含まれる特定構造Ｋ２を、特定構造Ｋ２－３，Ｋ２－４，Ｋ２－５，Ｋ２－６とする。
図８に示す特定構造Ｋ１は、３つの断層画像Ｄ２～Ｄ４に亘って含まれている。また、断層画像Ｄ３に含まれる特定構造Ｋ１－３のサイズが最も大きい。合成部３４は、特定構造Ｋ１を含まない、断層画像Ｄ１，Ｄ５～Ｄ１０において、特定構造Ｋ１に対応する対応画素の重みを、対応画素以外の画素の重みよりも小さくする。具体的には、図８に示す特定構造Ｋ１に対応する断層画像Ｄ１，Ｄ５～Ｄ１０上の対応領域Ａ１内の画素である対応画素の重みを、対応領域Ａ１以外の領域の画素の重みよりも小さくする。本実施形態においては、断層画像Ｄ１，Ｄ５～Ｄ１０上の対応領域Ａ１内の対応画素の重みを０に設定する。また、断層画像Ｄ２において、特定構造Ｋ１－２の領域は対応領域Ａ１よりも小さい。このため、合成部３４は、断層画像Ｄ２の対応領域Ａ１内における特定構造Ｋ１－２以外の領域の画素の重みを０に設定する。また、断層画像Ｄ４において、特定構造Ｋ１－４の領域は対応領域Ａ１よりも小さい。このため、合成部３４は、断層画像Ｄ４の対応領域Ａ１内における特定構造Ｋ１－４以外の領域の画素の重みについても０に設定する。なお、重みの設定の処理については後述する。
また、図８に示す特定構造Ｋ２は、４つの断層画像Ｄ３～Ｄ６に亘って含まれている。また、断層画像Ｄ５に含まれる特定構造Ｋ２－５のサイズが最も大きい。合成部３４は、特定構造Ｋ２を含まない、断層画像Ｄ１，Ｄ２，Ｄ７～Ｄ１０において、特定構造Ｋ２に対応する対応画素の重みを、対応画素以外の画素の重みよりも小さくする。具体的には、図８に示す特定構造Ｋ２に対応する断層画像Ｄ１，Ｄ２，Ｄ７～Ｄ１０上の対応領域Ａ２内の画素である対応画素の重みを０に設定する。また、断層画像Ｄ３において、特定構造Ｋ２－３の領域は対応領域Ａ２よりも小さい。このため、合成部３４は、断層画像Ｄ３の対応領域Ａ２内における特定構造Ｋ２－３以外の領域の画素の重みを０に設定する。また、断層画像Ｄ４において、特定構造Ｋ２－４の領域は対応領域Ａ２よりも小さい。このため、合成部３４は、断層画像Ｄ４の対応領域Ａ２内における特定構造Ｋ２－４以外の領域の画素の重みを０に設定する。また、断層画像Ｄ６において、特定構造Ｋ２－６の領域は対応領域Ａ２よりも小さい。このため、合成部３４は、断層画像Ｄ６の対応領域Ａ２内における特定構造Ｋ２－６以外の領域の画素の重みを０に設定する。
また、図８に示す特定構造Ｋ３は、１つの断層画像Ｄ８にのみ含まれている。合成部３４は、特定構造Ｋ３を含まない、断層画像Ｄ１～７，Ｄ９，Ｄ１０において、特定構造Ｋ３に対応する対応画素の重みを、対応画素以外の重みよりも小さくする。すなわち、図８に示す特定構造Ｋ３に対応する断層画像Ｄ１～７，Ｄ９，Ｄ１０上の対応領域Ａ３内の対応画素の重みを０に設定する。
一方、合成部３４は、複数の断層画像Ｄｊのそれぞれにおける特定構造Ｋ１～Ｋ３の画素については、重みを１に設定する。これにより、合成２次元画像ＣＧ０における特定構造の画素の重みの合計値は、対応する画素に含まれる特定構造の画素の数となる。すなわち、合成２次元画像ＣＧ０における特定構造の画素値は、断層画像Ｄｊのそれぞれにおける特定構造の画素値の加算値となる。
図９は特定構造に対する重みの設定を説明するための図である。なお、ここでは、特定構造Ｋ１に対する重みの設定について説明するが、特定構造Ｋ２，Ｋ３についても同様に重みを設定すればよい。図９に示すように、合成部３４は、断層画像Ｄ２～Ｄ４において特定構造Ｋ１の領域内の画素については、重みを１に設定する。ここで、断層画像Ｄ１，Ｄ５～Ｄ１０においては、対応領域Ａ１の画素の重みは０である。このため、合成２次元画像ＣＧ０上においては、特定構造Ｋ１に対応する対応領域Ａ１内の画素のうち、３つの特定構造Ｋ１－２，Ｋ１－３，Ｋ１－４のすべてが重なる領域Ａ１１の画素については。重みの合計値は３となる。
また、合成２次元画像ＣＧ０上においては、対応領域Ａ１内の画素のうち、断層画像Ｄ２，Ｄ３における２つの特定構造Ｋ１－２、Ｋ１－３のみが重なる領域Ａ１２の画素については、重みの合計値は２となる。
また、合成２次元画像ＣＧ０上においては、対応領域Ａ１内の画素のうち、断層画像Ｄ３における特定構造Ｋ１－３が、他の断層画像Ｄ２，Ｄ４の特定構造Ｋ１－２，Ｋ１－４とは重ならない領域Ａ１３の画素については、重みの合計値は１となる。
なお、断層画像Ｄ２～Ｄ４の対応領域Ａ１以外の領域において、他の断層画像Ｄ１，Ｄ５～Ｄ１０に含まれるいずれの特定構造とも重ならない領域の画素については、断層画像の数が１０である。このため、後述するノイズ画素を考慮しなければ、合成部３４はこの領域の画素の重みを１／１０に設定する。このため、合成２次元画像ＣＧ０上においては、いずれの特定構造とも重ならない領域の画素については、重みの合計値は１となる。
本実施形態においては、合成部３４が上記のように重みを設定することにより、それぞれの断層画像Ｄｊに含まれる特定構造の画素の重みが、特定構造以外の画素の重みよりも大きくなる。ここで、特定構造の画素値は、特定構造以外の構造の画素値よりも大きい。このため、上記のように設定した重みにより生成される合成２次元画像ＣＧ０において、対応領域Ａ１内の画素の画素値は、図１０に示すように、他の領域よりも大きい値を有するものとなる。
さらに、本実施形態においては、合成部３４は、各断層画像Ｄｊにおいて、特定構造の領域および特定構造に対応する対応領域以外の領域（以下、他の領域とする）において、ノイズ成分の割合が高い等、ノイズの影響が大きい画素（以下、ノイズ画素とする）については、合成２次元画像ＣＧ０の生成に際して、ノイズ画素の重み付けを低くするか、またはノイズ画素を除外する。なお、ノイズ画素の除外はノイズ画素の重みを０とすることと等価である。本実施形態においては、ノイズ画素に対する重みを０に設定するものとする。
ここで、断層画像Ｄｊにおいて、特定構造の画素は特定構造に応じて信号が大きくなるが、特定構造以外の画素は、定常的に発生しているノイズの影響が信号に表れるものの、比較的信号が小さい傾向がある。そこで、本実施形態では、合成部３４は、複数の断層画像Ｄｊの他の領域について、合成２次元画像ＣＧ０を生成する際に加算する全画素の画素値の平均値を導出し、各々の画素値から平均値を除算した値の絶対値が予め定められた閾値Ｔｈ以下となる画素について、ノイズ画素であるとみなし、ノイズ画素に対する重みを０に設定する。なお、閾値Ｔｈは、重畳するノイズの大きさ等に応じて、予め実験やシミュレーション等により定めておけばよい。
上記のように合成部３４が重みを設定することにより、断層画像Ｄｊにおける特定構造を含む領域については、以下のように合成２次元画像ＣＧ０が生成される。図１１は合成２次元画像の生成を説明するための図である。なお、図１１においては、説明のために５枚の断層画像Ｄ１～Ｄ５からの合成２次元画像ＣＧ０の生成について説明する。図１１に示すように断層画像Ｄ１～Ｄ５のうちの断層画像Ｄ２～Ｄ４に、それぞれ同一の特定構造を表す特定構造Ｋ４－２，Ｋ４－３，Ｋ４－４が含まれているものとする。特定構造Ｋ４－２，Ｋ４－３，Ｋ４－４は、腫瘤の周囲に線状構造であるスピキュラが存在している。また、断層画像Ｄ１，Ｄ２，Ｄ５にはそれぞれノイズＮ１，Ｎ２，Ｎ５が含まれている。
上記のように、特定構造Ｋ４－２，Ｋ４－３，Ｋ４－４の画素の重みは、特定構造Ｋ４－２，Ｋ４－３，Ｋ４－４以外の領域の画素の重みよりも大きくされている。とくに、特定構造Ｋ４－２，Ｋ４－３，Ｋ４－４については、重みがそれぞれ１に設定されている。また、断層画像Ｄ１，Ｄ５における特定構造Ｋ４－２，Ｋ４－３，Ｋ４－４に対応する対応領域内の画素の重みは０とされている。このため、合成２次元画像ＣＧ０における特定構造Ｋ４の画素の信号値は、断層画像Ｄ２～Ｄ４に含まれる特定構造Ｋ４－２，Ｋ４－３，Ｋ４－４の信号値のみの加算値となる。このため、合成２次元画像ＣＧ０においては、特定構造がそれ以外の領域に埋もれてしまうことがなくなる。
一方、断層画像Ｄ１～Ｄ５における特定構造Ｋ４－２，Ｋ４－３，Ｋ４－４および特定構造Ｋ４－２，Ｋ４－３，Ｋ４－４に対応する対応領域以外の他の領域の画素については、重みは１／５とされている。さらに、ノイズ画素については、合成に際して、重みが０とされている。このため、合成２次元画像ＣＧ０における特定構造Ｋ４以外の他の領域については、各断層画像Ｄ１～Ｄ５における特定構造以外の領域の画素と、実質的に同一の信号値を有し、かつノイズが除去されたものとなる。
なお、各断層画像Ｄｊの他の領域において、ノイズ画素が含まれる画素については、加算に際しての重みは断層画像の数からノイズ画素の数を減算した値に基づいて設定される。すなわち、ｍ枚の断層画像を加算して合成２次元画像ＣＧ０を生成するに際し、合成２次元画像ＣＧ０上のある画素に対応する断層画像Ｄｊにｄ個のノイズ画素が存在する場合、その画素についての重みは１／ｍではなく、１／（ｍ－ｄ）となる。
なお、上述したように各断層画像Ｄｊにおける特定構造の領域の重みを１に設定すると、合成２次元画像ＣＧ０上における特定構造の画素値が、合成２次元画像ＣＧ０が取り得る画素値の最大値を超える場合がある。例えば、図９において、特定構造Ｋ１－２，Ｋ１－３，Ｋ１－４のすべてが重なる領域Ａ１１の画素については、重みの合計値は３となる。この場合において、合成２次元画像ＣＧ０が取り得る画素値の最大値が１０２４、特定構造Ｋ１－２，Ｋ１－３，Ｋ１－４のそれぞれの画素値が５１２であるとすると、合成２次元画像ＣＧ０における画素値は１５３６となり、合成２次元画像ＣＧ０が取り得る画素値の最大値が１０２４よりも大きくなる。その結果、その画素は、画素値が飽和した状態となる。このため、合成部３４は、合成２次元画像ＣＧ０上における特定構造の画素値が、合成２次元画像ＣＧ０が取り得る画素値の最大値よりも大きくなる場合、合成２次元画像ＣＧ０における特定構造の領域内の画素の画素値を、合成２次元画像ＣＧ０が取り得る画素値の最大値により正規化する。
例えば、合成２次元画像ＣＧ０における画素値は１５３６となり、その値が特定構造内の画素値の最大値となる場合、画素値である１５３６が１０２４となるように、特定構造内の画素値を正規化する。この場合、特定構造内のすべての画素の画素値を、１０２４／１５３６倍となるように正規化する。これにより、合成２次元画像ＣＧ０に含まれる特定構造における画素値の飽和を防止することができる。
次いで、本実施形態において行われる処理について説明する。図１２は、本実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。操作者による処理開始の指示を入力部４が受け付けるとトモシンセシス撮影が行われて、画像取得部３１が複数の投影画像Ｇｉを取得する（ステップＳＴ１）。次いで、再構成部３２が、複数の投影画像Ｇｉを再構成することにより、***Ｍの複数の断層面における複数の断層画像Ｄｊを生成する（ステップＳＴ２）。なお、断層画像の枚数はｍとする。さらに、構造抽出部３３が、複数の断層画像Ｄｊのそれぞれから特定構造を抽出する（ステップＳＴ３）。次いで、合成部３４が、複数の断層画像Ｄｊの各画素に対する合成２次元画像ＣＧ０の生成に際しての重みを設定する（重み設定処理；ステップＳＴ４）。
図１３および図１４は重み設定処理のフローチャートである。重み設定処理において、合成部３４は、重みを設定した断層画像の数を管理するための変数ｋを０とし（ｋ＝０；ステップＳＴ１１）、変数ｋに１を加算する（ステップＳＴ１２）。そして、合成部３４は、ｋ枚目の断層画像における注目画素が、特定構造の画素であるか否かを判定する（ステップＳＴ１３）。ステップＳＴ１３が肯定されると、合成部３４は、注目画素の重みを１に設定し（ステップＳＴ１４）、ステップＳＴ２１に進む。
一方、ステップＳＴ１３が否定されると、合成部３４は、ｋ枚目の断層画像以外の他の断層画像において、注目画素に対応する対応画素に特定構造の画素があるか否かを判定する（ステップＳＴ１５）。ステップＳＴ１５が肯定されると、合成部３４は、注目画素の重みを０に設定し（ステップＳＴ１６）、ステップＳＴ２１に進む。ステップＳＴ１５が否定されると、合成部３４は、注目画素がノイズ画素であるか否を判定する（ステップＳＴ１７）。ステップＳＴ１７が肯定されると、合成部３４は注目画素の重みを０に設定し（ステップＳＴ１８）、ステップＳＴ２１に進む。ステップＳＴ１７が否定されると、合成部３４は、ｋ枚目の断層画像以外の他の断層画像において、注目画素に対応する対応画素がノイズ画素である断層画像の数ｄをカウントし（ステップＳＴ１９）、注目画素の重みを１／（ｍ－ｄ）に設定し（ステップＳＴ２０）、ステップＳＴ２１に進む。
ステップＳＴ２１においては、合成部３４は、ｋ枚目の断層画像についてすべての画素の重みを設定したか否かを判定する。ステップＳＴ２１が否定されると、注目画素を次の画素に変更し（ステップＳＴ２２）、ステップＳＴ１３に戻り、ステップＳＴ１３以降の処理を繰り返す。ステップＳＴ２１が肯定されると、合成部３４は、変数ｋが、断層画像の枚数ｍと等しいか（ｋ＝ｍ）否かを判定する（ステップＳＴ２３）。変数ｋと枚数ｍとが等しくない場合、すなわち、注目画素に対応する重みの設定を行っていない断層画像が残っている場合、ステップＳＴ２３が否定され、ステップＳＴ１２に戻り、ステップＳＴ１２以降の処理が繰り返される。ステップＳＴ２３が肯定されると、重み設定処理を終了する。
図１２に戻り、合成部３４は、設定した重みを用いて複数の断層画像Ｄｋから合成２次元画像ＣＧ０を生成する（ステップＳＴ５）。この際、必要があれば、上述したように、合成２次元画像ＣＧ０上において特定構造の画素の画素値が、合成２次元画像ＣＧ０の画素値の最大値により正規化される。そして、表示制御部３５が、合成２次元画像ＣＧ０を表示部３に表示し（ステップＳＴ６）、処理を終了する。
このように、本実施形態においては、***Ｍの断層面を表す複数の断層画像Ｄｊのそれぞれから特定構造を抽出し、複数の断層画像Ｄｊのそれぞれにおける特定構造の画素の重みを、特定構造以外の画素の重みよりも大きくして、複数の断層画像Ｄｊから合成２次元画像ＣＧ０を生成するようにした。このため、合成２次元画像ＣＧ０においては、特定構造が特定構造以外の領域に埋もれてしまうことがなくなる。したがって、本実施形態によれば、合成２次元画像ＣＧ０において、特定構造を見やすくすることができる。
ところで、単純撮影により取得した***の単純２次元画像においては、スピキュラおよび腫瘤等の構造は高輝度（白く）となり、それ以外の脂肪は低輝度（黒く）なる。しかしながら、米国特許第８９８３１５６号明細書および米国特許出願公開第２０１４／０３２７７０２号明細書に記載された手法においては、合成２次元画像ＣＧ０を生成する際に、断層画像における対応する画素の信号値が平均等されるため、合成２次元画像ＣＧ０に含まれる脂肪の領域が、単純２次元画像と比較して白っぽくなってしまう。このため、合成２次元画像ＣＧ０の質感が単純２次元画像の質感と異なるものとなってしまう。また、米国特許第１０１４０７１５号明細書に記載された手法では、スピキュラのような線状構造の上下の断層画像に含まれる正常な乳腺等のエッジが検出されるため、合成２次元画像ＣＧ０においては、乳腺等のエッジとスピキュラとが重なって、スピキュラが見えにくくなる。また、米国特許第１０１４０７１５号明細書に記載された手法では、検出された乳腺等のエッジが重なって、スピキュラのように見える構造が合成２次元画像ＣＧ０に現れてしまう場合もある。
本実施形態においては、複数の断層画像Ｄｊのそれぞれにおいて、他の断層画像に含まれる特定構造に対応する対応画素の重みを、対応画素以外の画素の重みよりも小さくする、好ましくは０としている。これにより、合成２次元画像ＣＧ０に含まれる特定構造について、その特定構造が含まれる断層画像以外の断層画像における、特定構造以外の画素、例えば乳腺等のエッジ等の影響を少なくすることができる。したがって、合成２次元画像ＣＧ０を単純２次元画像と同様の質感を有するものとすることができる。また、合成２次元画像ＣＧ０において、特定構造が特定構造以外の構造と重なってしまい、特定構造が見えにくくなることを防止することができる。また、特定構造のように見える特定構造とは異なる構造が、合成２次元画像ＣＧ０に現れてしまうことを防止することができる。
なお、上記実施形態においては、複数の断層画像をトモシンセシス撮影により取得している。トモシンセシス撮影は、撮影装置の機械的な誤差、および複数の線源位置のそれぞれにおける撮影の時間差に起因する被写体の体動等の影響により、再構成された断層画像がぼけてしまうという問題もある。このように断層画像がぼけてしまうと、乳癌の早期発見に有用な、微小な石灰化等の病変を発見することが困難となる。
このため、図１５に示す他の実施形態による画像処理装置に示すように、トモシンセシス撮影により取得された複数の投影画像間における、体動等に起因する位置ずれを補正するための位置ずれ補正部３６を設けるようにしてもよい。位置ずれ補正部３６による位置ずれ補正は、例えば特開２０１６－０６４１１９号公報に記載された手法等の任意の手法を用いることができる。特開２０１６－０６４１１９号公報に記載された手法は、複数の投影画像Ｇｉの位置が一致するように、複数の投影画像Ｇｉ間の位置ずれを補正する手法である。具体的には、ＳＩＦＴ(Scale-Invariant Feature Transform)あるいはＳＵＲＦ(Speeded Up Robust Features)等のアルゴリズムを用いて、各投影画像Ｇｉに含まれる、エッジ、エッジの交点およびエッジの角部等の特徴点を検出し、検出した特徴点を一致させるように、各投影画像Ｇｉを変換することにより、体動等に起因する位置ずれを補正する手法である。
このように、位置ずれ補正を行ってから再構成を行って断層画像を生成することにより、断層画像において、***Ｍに含まれる微小な石灰化が消えてしまうことがなくなる。したがって、合成２次元画像ＣＧ０において、異常部位を余すことなく表現することができる。
また、上記実施形態においては、合成部は、合成２次元画像ＣＧ０を生成するに際して、特定構造の境界にスムージング処理を行ってもよい。スムージング処理とは、特定構造の境界付近の画素値を滑らかに変化させて、境界に接する背景の画素値と一致させる処理を意味する。具体的には、合成２次元画像ＣＧ０を生成する際に、特定構造の境界付近の画素の重みを変化させることにより、スムージング処理を行う。この際の重みは、構造抽出部３３が特定構造を検出した際の確率に基づいて設定すればよい。
ここで、構造抽出部３３が出力した確率の分布を図１６に示す。図１６に示すように、構造抽出部３３が出力した確率は、特定構造の周囲ほど小さい値となり、しきい値Ｔｈ１以上となる確率の領域が特定構造として検出される。このため、合成部３４は、特定構造の確率に対応させて、図１７に示すように特定構造に対する重みをその周囲の画素ほど１から徐々に小さくなって１／ｍとなるように設定する。これにより、図１８に示すように、周囲との境界が不自然に明確な画素値を有する特定構造が、図１９に示すように、周囲との境界が滑らかに変化する画素値を有するものとなる。これにより、合成２次元画像ＣＧ０においては、特定構造の境界が特定構造の画素値が隣接する背景の画素値に徐々に近づくようになる。したがって、特定構造とその背景とがより自然に交わる合成２次元画像ＣＧ０を生成することができる。
なお、スムージング処理は、上記のように導出される重みを用いる手法に限定されるものではない。合成２次元画像ＣＧ０に含まれる特定構造の境界を、ローパスフィルタによってフィルタリングすることにより、スムージング処理を行うようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、複数の断層画像Ｄｊにおいて、特定構造および他の断層画像の特定構造に対応する対応領域の画素については、ノイズ画素であるか否かを判定しているが、これに限定されるものではない。ノイズ画素であるか否かを判定することなく、断層画像の枚数ｍにより１を除算した値１／ｍを重みとして設定してもよい。
また、上記実施形態においては、断層画像Ｄｊのそれぞれにおいて、特定構造の重みを１としているがこれに限定されるものではない。複数の断層画像Ｄｊ間において、対応する画素に含まれる特定構造の画素の数をｃとしたとき、特定構造の画素の重みを１／ｃに設定してもよい。この場合、合成部３４は、特定構造の画素については、合成２次元画像ＣＧ０の生成に際して、重みの合計値が１となるように重みを設定することとなる。
また、上記実施形態においては、合成部３４が合成２次元画像を生成する方法とし加算法を適用したが、上述したように、公知の他の技術を適用することができる。例えば、各断層画像の対応する画素における最小値を用いる、いわゆる最小経路法を適用してもよい。
また、上記実施形態における放射線は、とくに限定されるものではなく、Ｘ線の他、α線またはγ線等を適用することができる。
また、上記実施形態において、例えば、画像取得部３１、再構成部３２、構造抽出部３３、合成部３４、表示制御部３５および位置ずれ補正部３６といった各種の処理を実行する処理部（Processing Unit）のハードウェア的な構造としては、次に示す各種のプロセッサ（Processor）を用いることができる。上記各種のプロセッサには、上述したように、ソフトウェア（プログラム）を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device :PLD）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が含まれる。
１つの処理部は、これらの各種のプロセッサのうちの１つで構成されてもよいし、同種または異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡの組み合わせまたはＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ）で構成されてもよい。また、複数の処理部を１つのプロセッサで構成してもよい。
複数の処理部を１つのプロセッサで構成する例としては、第１に、クライアントおよびサーバ等のコンピュータに代表されるように、１つ以上のＣＰＵとソフトウェアとの組み合わせで１つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第２に、システムオンチップ（System On Chip:SoC）等に代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を１つのＩＣ（Integrated Circuit）チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサの１つ以上を用いて構成される。
さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造としては、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路（Circuitry）を用いることができる。
１ 放射線画像撮影装置
２ コンピュータ
３ 表示部
４ 入力部
１０ 撮影部
１５ 放射線検出器
１６ 放射線源
１７ 圧迫板
２１ ＣＰＵ
２２ メモリ
２３ ストレージ
３１ 画像取得部
３２ 再構成部
３３ 構造抽出部
３４ 合成部
３５ 表示制御部
３６ 位置ずれ補正部
Ａ１～Ａ３ 対応領域
ＣＧ０ 合成２次元画像
Ｄｊ（ｊ＝１～ｍ）、Ｄｋ 断層画像
Ｇｉ（ｉ＝１～ｎ） 投影画像
Ｋ１～Ｋ４ 特定構造
Ｍ ***
Ｓｉ（ｉ＝１～ｎ） 線源位置
Ｓｃ 基準線源位置
Ｘ０ 光軸

Claims (11)

  1. ***の複数の断層面を表す複数の断層画像のそれぞれから、スピキュラを含む少なくとも１つの特定構造を抽出する構造抽出部と、
    前記複数の断層画像のそれぞれにおける、同一の前記特定構造についての前記特定構造の画素および他の断層画像に含まれる前記特定構造に対応する対応画素を含む対応領域において、前記特定構造の画素の重みを前記対応画素の重みよりも大きくして、前記複数の断層画像から合成２次元画像を生成する合成部とを備えた画像処理装置。
  2. 前記合成部は、前記複数の断層画像のそれぞれにおける前記特定構造の画素の重みを１に、前記対応画素の重みを０に設定する設定する請求項１に記載の画像処理装置。
  3. 前記合成部は、前記合成２次元画像上における前記特定構造の画素値を、前記合成２次元画像が取り得る画素値の最大値に基づいて正規化する請求項２に記載の画像処理装置。
  4. 前記合成部は、前記複数の断層画像のそれぞれにおける前記対応領域の画素の画素値を、前記重みにより重みづけ加算することにより、前記合成２次元画像を生成する請求項１から３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
  5. 前記合成部は、前記複数の断層画像のそれぞれにおける前記対応領域以外の他の領域の画素に対する重みを、前記断層画像の枚数をｍとしたときに１／ｍに設定し、前記他の領域における画素の画素値を前記１／ｍの重みにより重みづけ加算することにより、前記合成２次元画像を生成する請求項４に記載の画像処理装置。
  6. 前記合成部は、前記複数の断層画像のそれぞれにおける前記他の領域の注目画素が前記特定構造よりもノイズの影響が大きいノイズ画素である場合、前記注目画素に対する重み付けを０に設定し、前記注目画素が前記ノイズ画素でない場合、他の断層画像の前記注目画素に対応する対応画素におけるノイズ画素の数ｄをカウントし、前記注目画素に対する重みを１／（ｍ－ｄ）に設定する請求項５に記載の画像処理装置。
  7. 放射線源を検出部の検出面に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の線源位置において前記***に放射線を照射するトモシンセシス撮影を撮影装置に行わせることにより生成された、前記複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影画像を取得する画像取得部と、
    前記複数の投影画像を再構成することにより、前記複数の断層画像を生成する再構成部とをさらに備えた請求項１から６のいずれか１項に記載の画像処理装置。
  8. 前記複数の投影画像間の位置ずれを補正する位置ずれ補正部をさらに備え、
    前記再構成部は、前記位置ずれが補正された前記複数の投影画像を再構成することにより、前記複数の断層画像を生成する請求項７に記載の画像処理装置。
  9. 前記合成部は、前記合成２次元画像における前記特定構造の境界にスムージング処理を行う請求項１から８のいずれか１項に記載の画像処理装置。
  10. 前記特定構造は腫瘤をさらに含むである請求項１から９のいずれか１項に記載の画像処理装置。
  11. ***の複数の断層面を表す複数の断層画像のそれぞれから、スピキュラを含む少なくとも１つの特定構造を抽出する手順と、
    前記複数の断層画像のそれぞれにおける、同一の前記特定構造についての前記特定構造の画素および他の断層画像に含まれる前記特定構造に対応する対応画素を含む対応領域において、前記特定構造の画素の重みを前記対応画素の重みよりも大きくして、前記複数の断層画像から合成２次元画像を生成する手順とをコンピュータに実行させる画像処理プログラム。
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