WO2014065340A1 - 画像処理装置、医用画像診断装置及び画像処理方法 - Google Patents

画像処理装置、医用画像診断装置及び画像処理方法 Download PDF

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    • G06T2207/30104Vascular flow; Blood flow; Perfusion

Definitions

  • Embodiments described herein relate generally to an image processing apparatus, a medical image diagnostic apparatus, and an image processing method.
  • a perfusion image is generated by an X-ray CT apparatus, an MRI apparatus, or the like, and blood flow dynamics in, for example, a brain tissue, a liver tissue, a pancreas tissue, or the like is analyzed.
  • a temporal change in CT value is calculated from an X-ray CT image obtained by photographing a head or abdomen of a subject administered with a nonionic iodine contrast agent in time series.
  • the X-ray CT apparatus generates a perfusion image in which an index representing the blood flow dynamics passing through the tissue is mapped on the tissue from the temporal change of the calculated CT value.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an image processing apparatus, a medical image diagnostic apparatus and an image processing method capable of confirming the reliability of the analysis result in the perfusion image.
  • the image processing apparatus includes an information acquisition unit, an estimation unit, a generation unit, and a display control unit.
  • the information acquisition unit acquires information on an obstruction factor related to the accuracy of the perfusion image included in the plurality of medical image data collected over time.
  • the estimation unit includes a time concentration curve indicating a temporal transition of signal intensity in a blood vessel that flows blood into an analysis target tissue whose perfusion state is analyzed in the plurality of medical image data, and the analysis target tissue The time concentration curve in the tissue to be analyzed is estimated from the perfusion model.
  • the generation unit is generated from the plurality of medical image data based on the time concentration curve in the analysis target tissue estimated by the estimation unit and information on the inhibition factor acquired by the information acquisition unit. Determination information for determining the reliability of the perfusion image is generated.
  • the display control unit controls the determination information generated by the generation unit to be displayed on a predetermined display unit.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of the image processing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a perfusion model stored by the perfusion model storage unit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a simulation range stored by the simulation range storage unit according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an example of processing by the estimation unit according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of noise addition processing by the generation unit according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a true value-analysis value graph generated by the generation unit according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining an example of reliability Map generation by the generation unit according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of the image processing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a perfusion model stored by the perfusion model storage
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a first example of display control by the display control unit according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a second example of display control by the display control unit according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a procedure of overall processing performed by the image processing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a procedure of processing for generating a true value-analyzed value graph by the image processing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of display control by the display control unit according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an image processing apparatus 100 according to the first embodiment.
  • the image processing apparatus 100 includes an input unit 110, a display unit 120, a communication unit 130, a storage unit 140, and a control unit 150.
  • the image processing apparatus 100 is a workstation, an arbitrary personal computer, or the like, and is connected to a medical image diagnosis apparatus or an image storage apparatus (not shown) via a network.
  • the medical image diagnostic apparatus is, for example, an X-ray CT (Computed Tomography) apparatus, an MRI (Magnetic Resonance Imaging) apparatus, or the like.
  • the medical image diagnostic apparatus can generate three-dimensional medical image data (for example, three-dimensional medical image data of the head and abdomen taken over time while contrasting).
  • the image storage device is a database that stores medical images. Specifically, the image storage device stores the three-dimensional medical image data transmitted from the medical image diagnostic device in the storage unit and stores it.
  • the three-dimensional medical image data may be referred to as volume data.
  • the above-described image processing apparatus 100, medical image diagnostic apparatus, and image storage apparatus can communicate with each other directly or indirectly via, for example, a hospital LAN (Local Area Network) installed in a hospital. It has become.
  • a hospital LAN Local Area Network
  • PACS Picture Archiving and Communication System
  • each device transmits and receives medical images and the like according to DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) standards.
  • DICOM Digital Imaging and Communications in Medicine
  • the input unit 110 is a mouse, a keyboard, a trackball, or the like, and receives input of various operations on the image processing apparatus 100 from an operator. Specifically, the input unit 110 receives input of information for acquiring volume data of a plurality of phases used for perfusion analysis from the image storage device. For example, the input unit 110 accepts an input for acquiring volume data of the head and abdomen taken over time by dynamic scanning of the X-ray CT apparatus for use in perfusion analysis.
  • the display unit 120 is a liquid crystal panel or the like as a stereoscopic display monitor, and displays various information. Specifically, the display unit 120 displays a GUI (Graphical User Interface) for receiving various operations from the operator, a display image generated by processing by the control unit 150 described later, and the like. The display image generated by the control unit 150 will be described later.
  • the communication unit 130 is a NIC (Network Interface Card) or the like, and communicates with other devices.
  • the storage unit 140 includes an image data storage unit 141, a perfusion model storage unit 142, a simulation range storage unit 143, and an image storage unit 144.
  • the storage unit 140 is a hard disk, a semiconductor memory element, or the like, and stores various types of information.
  • the image data storage unit 141 stores multi-phase volume data acquired from the image storage device via the communication unit 130.
  • the perfusion model storage unit 142 stores a perfusion model of the tissue to be analyzed. Specifically, the perfusion model storage unit 142 stores a perfusion model indicating inflow and outflow of blood (contrast medium) in the tissue to be analyzed.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a perfusion model stored by the perfusion model storage unit 142 according to the first embodiment. For example, as shown in FIG. 2, the perfusion model storage unit 142 stores a perfusion model indicating inflow of blood (contrast medium) from the artery to the tissue and outflow of blood (contrast medium) from the tissue.
  • C a (t) indicates the concentration of the contrast agent in the artery
  • C t (t) indicates the concentration of the contrast agent in the tissue
  • k a ” and “k v ” shown in FIG. 2 indicate inflow and outflow rate coefficients, respectively.
  • “k a ” and “k v ” correspond to perfusion values “In-flow” and “Mean transit time”, respectively.
  • FIG. 2 “single-input one compartment model” in which the inflow is only an artery is shown, but this is only an example.
  • “Dual-input” in which the inflow is composed of an artery and a portal vein.
  • One compartment model may be used. That is, the perfusion model storage unit 142 stores various perfusion models, and these models can be arbitrarily stored by the user.
  • the simulation range storage unit 143 stores a parameter range indicating a difference in perfusion for each tissue to be analyzed. Specifically, the simulation range storage unit 143 stores, for each tissue, a simulation range that is blood flow information that will be displayed when perfusion analysis is performed in each tissue.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a simulation range stored by the simulation range storage unit 143 according to the first embodiment.
  • the simulation range storage unit 143 stores a simulation range in which “analysis (parameter)”, “blood flow (ml / min / 100 ml)” and the like are associated with each tissue.
  • “analysis (parameter)” shown in FIG. 3 indicates a perfusion analysis parameter.
  • blood flow volume (ml / min / 100 ml)” shown in FIG. 3 indicates the blood flow volume flowing per unit time per unit volume of the tissue, and stores, for example, a range of blood flow volume. That is, the simulation range storage unit 143 stores a simulation range indicating a blood flow range (for example, 50 to 80, etc.) when a predetermined analysis is performed in a certain tissue.
  • the image storage unit 144 stores image data being processed by the control unit 150, which will be described later, a true value-analysis value graph generated by the processing, a reliability map, and the like.
  • a true value-analyzed value graph, the reliability map, and the like will be described later.
  • control unit 150 is, for example, an electronic circuit such as a CPU (Central Processing Unit) or MPU (Micro Processing Unit), an integrated circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field Programmable Gate Array). The overall control of the image processing apparatus 100 is performed.
  • CPU Central Processing Unit
  • MPU Micro Processing Unit
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the control unit 150 includes an image acquisition unit 151, an analysis unit 152, a noise information acquisition unit 153, an estimation unit 154, a generation unit 155, and a display control unit 156. Then, the control unit 150 performs perfusion analysis using volume data of a plurality of phases, and also provides a true value-analysis value graph that enables the user to confirm the reliability of the obtained analysis result, A sex Map is generated.
  • volume data taken with time by an X-ray CT apparatus is used as volume data of a plurality of phases will be described as an example.
  • the image acquisition unit 151 acquires multi-phase volume data used for perfusion analysis from an image storage device (not shown) via the communication unit 130 and stores the acquired volume data in the image data storage unit 141.
  • the image acquisition unit 151 acquires volume data taken over time by the X-ray CT apparatus based on information input from the operator via the input unit 110 and stores the volume data in the image data storage unit 141. To do.
  • the analysis unit 152 performs perfusion analysis using the multiple phase volume data acquired by the image acquisition unit 151 and stored in the image data storage unit 141. Specifically, the analysis unit 152 performs perfusion analysis according to the parameter information input by the operator via the input unit 110. For example, the analysis unit 152 performs perfusion analysis on the analysis target tissue (for example, brain, kidney, liver, etc.) with the specified analysis parameter. For example, the analysis unit 152 performs analysis of an analysis parameter CBP (cerebral blood perfusion) with brain tissue as an analysis target.
  • CBP Cerebral blood perfusion
  • the noise information acquisition unit 153 acquires information on an obstruction factor related to the accuracy of the perfusion image included in the plurality of medical image data collected over time. Specifically, the noise information acquisition unit 153 acquires noise information, artifact information, or body movement information included in a plurality of medical image data as information on an inhibition factor related to the accuracy of the perfusion image. In addition, the noise information acquisition unit 153 acquires information on the inhibition factor related to the accuracy of the perfusion image included in the plurality of medical image data collected over time while contrasting with the contrast agent. And the noise information acquisition part 153 acquires the information of the obstruction factor which concerns on the precision of the perfusion image contained in several 3D medical image data collected with time. In the following embodiment, a case will be described in which the noise information acquisition unit 153 acquires noise information included in a plurality of three-dimensional image data collected over time while contrasting with a contrast agent.
  • the noise information acquisition unit 153 calculates the image SD of the X-ray CT image generated from the volume data on which the perfusion analysis is performed by the analysis unit 152.
  • the noise information acquisition unit 153 calculates noise included in the volume data using an arbitrary area in the plurality of volume data.
  • the noise information acquisition unit 153 may include a pixel value (or voxel CT corresponding to a pixel) included in an ROI (Region of Interest) arbitrarily set by the user on the image used for perfusion analysis.
  • Image SD is calculated from (value).
  • the estimation unit 154 includes a time concentration curve indicating a temporal transition of signal intensity in a blood vessel that causes blood to flow into an analysis target tissue whose perfusion state is analyzed using a plurality of medical image data, and an analysis target tissue.
  • the time concentration curve in the tissue to be analyzed is estimated from the perfusion model.
  • the estimation unit 154 performs a temporal transition of the signal strength of the contrast agent in a blood vessel that flows blood into an analysis target tissue whose perfusion state is analyzed using a plurality of three-dimensional medical image data.
  • the time concentration curve in the analysis target tissue is estimated for each parameter indicating a difference in perfusion from the time concentration curve shown and the perfusion model of the analysis target tissue.
  • the estimation unit 154 includes a TDC (Time Density Curve) for blood flowing into the tissue in which the perfusion analysis is performed by the analysis unit 152, a perfusion model of the tissue in which the perfusion analysis is performed, and a perfusion analysis.
  • the TDC in the tissue is estimated from the tissue in which is executed and the simulation range corresponding to the analysis parameter.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an example of processing by the estimation unit 154 according to the first embodiment.
  • the estimation unit 154 reads the perfusion model corresponding to the tissue on which the perfusion analysis has been performed from the perfusion model storage unit 142.
  • the estimation unit 154 reads the perfusion model of “single-input one compartment model” shown in FIG. 2 and specifies that the inflow blood vessel is an artery.
  • the estimation unit 154 acquires the artery TDC from the X-ray CT image having a plurality of phases used for generating the perfusion image. For example, the estimation unit 154 determines that an area where the pixel value has increased in an initial stage (for example, within a predetermined period from the first phase) is an artery in each pixel of the X-ray CT image having a plurality of phases. And the estimation part 154 acquires TDC of the determined area
  • the estimation unit 154 estimates the tissue TDC from the acquired inflow blood vessel TDC, the perfusion model, and the simulation range corresponding to the tissue to be analyzed and the analysis parameter. For example, the estimation unit 154 estimates the tissue TDC using the following equation (1).
  • equation (1) is derived from the perfusion model shown in FIG. That is, “C t (t)” in Equation (1) indicates the tissue TDC. Further, “C a (t)” in the equation (1) indicates an arterial TDC. Further, “k a ” and “k v ” in Equation (1) indicate “In-flow perfusion” and “Mean transit time (MTT)”, respectively.
  • TDC from “C a (t)” contrast agent through the arteries to flow into the tissue at a rate of "k a” is the “k v”
  • the tissue TDC “C t (t)” concentration of the contrast medium in the tissue) is calculated by subtracting the contrast medium flowing out at a speed.
  • the estimation unit 154 estimates the tissue TDC when “k a ” and “k v ” are changed according to the simulation range (see FIG. 3) stored by the simulation range storage unit 143. That is, the estimation unit 154 obtains information such as blood flow from the tissues and the analysis parameters to be analyzed, the organization TDC in the case of changing the "k a” and "k v” in the range of acquired blood flow Estimate each.
  • simulation parameters “k a ” and “k v ” are referred to as simulation parameters.
  • the generation unit 155 generates a plurality of pieces of medical image data based on the time concentration curve in the analysis target tissue estimated by the estimation unit 154 and the information on the inhibition factor acquired by the information acquisition unit. Determination information for determining the reliability of the generated perfusion image is generated. For example, the generation unit 155 generates a plurality of three-dimensional medical images based on the time density curve in the analysis target tissue estimated for each simulation parameter by the estimation unit 154 and the noise information acquired by the noise information acquisition unit 153. Determination information for determining the reliability of the perfusion image generated from the data is generated. Specifically, the generation unit 155 adds noise corresponding to the image SD acquired by the noise information acquisition unit 153 to each tissue TDC estimated by the estimation unit 154.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of noise addition processing by the generation unit 155 according to the first embodiment.
  • tissue TDC is shown.
  • the generation unit 155 generates noise corresponding to the image SD acquired by the noise information acquisition unit with respect to the tissue TDC estimated by the estimation unit 154 (FIG. 5A).
  • the added tissue TDC ((B) in FIG. 5) is generated.
  • the generation unit 155 changes the CT value (HU) of the tissue TDC estimated by the estimation unit 154 in the range of the CT value (HU) corresponding to the image SD acquired by the noise information acquisition unit 153. To add noise.
  • the generation unit 155 causes the analysis unit 152 to perform perfusion analysis using the tissue TDC to which noise is added, and generates determination information for determining the reliability of the perfusion image. Specifically, the generation unit 155 generates a graph indicating the error range of the feature amount in the perfusion image generated from a plurality of volume data. More specifically, the generation unit 155 performs perfusion analysis after adding noise to the tissue TDC for each simulation parameter estimated by the estimation unit 154, and graphs the obtained analysis values. A plotted true value-analysis value graph is generated.
  • analysis parameters of the perfusion analysis to be executed by the analysis unit 152 are the same analysis parameters as the perfusion image for determining the reliability.
  • the analysis parameter is CBP.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a true value-analysis value graph generated by the generation unit 155 according to the first embodiment.
  • the vertical axis indicates the analysis value (ml / min / 100 ml) obtained by performing the perfusion analysis on the tissue TDC after the addition of noise, and the horizontal axis indicates the true value used as the simulation parameter. (Ml / min / 100 ml).
  • the generation unit 155 adds the noise to the tissue TDC estimated with the 10 simulation parameters and then plots the analysis value obtained by performing the perfusion analysis. -Generate an analysis value graph. That is, in the generation of the true value-analytical value graph shown in FIG. 6, the estimation unit 154 estimates each tissue TDC in which the blood flow that is the simulation parameter is changed in 10 ways. The generation unit 155 adds perturbation to the tissue TDC estimated by the estimation unit 154 and performs perfusion analysis.
  • the generation unit 155 has the same simulation parameter organization as shown in the upper diagram of FIG. 6 in order to accurately reflect the variation tendency due to the influence of noise in the analysis value in the same simulation parameter.
  • a plurality of perfusion analyzes are performed on the TDC.
  • the generation unit 155 causes perfusion analysis to be performed 40 times for each simulation parameter. That is, the generation unit 155 repeatedly performs noise addition and perfusion analysis for the tissue TDC estimated by the estimation unit 154 40 times, and plots each analysis value on a graph.
  • the generating unit 155 generates the true value-analyzed value graph as shown in the upper diagram of FIG. 6 by executing the above-described processing on all the simulation parameters. Then, when the generation unit 155 generates a true value-analysis value graph, the generation unit 155 performs statistical processing of the obtained result. For example, the generation unit 155 calculates an average value, a standard deviation, an error from a true value, and the like of analysis values in each simulation parameter. For example, as illustrated in the lower diagram of FIG. 6, the generation unit 155 calculates an average value ⁇ standard deviation value and sets a region existing within the standard deviation as a validity range.
  • the validity range means the range of values that the true value can take for the analysis value. For example, when the analysis value is “200 (ml / min / 100 ml)”, the true value is “160 to 210 (ml / min / 100 ml)”. In other words, when the true value is “160 to 210”, it means that “200” can be calculated as the analysis value.
  • the generation unit 155 generates a true value-analytical value graph. For example, when referring to the graph shown in the lower side of FIG. 6, the user increases the standard deviation as the analytical value increases. It can be confirmed that it is large and has low reliability.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining an example of reliability Map generation by the generation unit 155 according to the first embodiment. For example, as illustrated in FIG. 7, the generation unit 155 determines, from the true value-analysis value graph, a “validity range: for a pixel having a perfusion value (Perfusion value) of“ 200 ”in a perfusion image (Perfusion Map). 160-210 ".
  • the generation unit 155 calculates that the true value of the pixel having the analysis value “200” is “185 ⁇ 25” and the error is “ ⁇ 13.5%”.
  • the reliability of the perfusion image increases as the true value error decreases. Therefore, as shown in FIG. 7, the error “ ⁇ 13.5%” can be expressed as the unreliability “13.5%”.
  • the generation unit 155 calculates the error (unreliability) of each pixel by performing the above-described processing on all the pixels of the perfusion image, and calculates the reliability of the calculated unreliability.
  • a reliability Map that expresses the difference in color is generated.
  • the reliability Map generated by the generation unit 155 may express the difference in unreliability by the density of a single color, or may express the difference in reliability by a plurality of colors. Good.
  • the generation unit 155 when generating the reliability map, the generation unit 155 generates a reliability map that indicates only a region where the calculated error exceeds a predetermined value.
  • the generation unit 155 uses, for example, “5%” as a predetermined value, and generates a reliability Map that indicates only a region where the unreliability exceeds “5%” in the perfusion image.
  • the display control unit 156 controls the display unit 120 to display the determination information generated by the generation unit 155. Specifically, the display control unit 156 causes the display unit 120 to display at least one of the reliability map generated by the generation unit 155 and the superimposed image obtained by superimposing the reliability map on the perfusion image. To control. In addition, the display control unit 156 controls the display unit 120 to display the true value-analysis value graph.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a first example of display control by the display control unit 156 according to the first embodiment.
  • (A) shows the reliability map (full range display)
  • (B) shows the reliability map (partial range display)
  • (C) shows the perfusion image. That is, in FIG. 8A, for each pixel of the perfusion image, the validity range of each pixel is obtained from the true value-analysis value graph, and the error (unreliability) of each pixel is calculated. Then, a reliability Map (entire range display) indicating each pixel in a color corresponding to the calculated error (unreliability) is shown. Further, in FIG.
  • the reliability Map (entire range display)
  • the region 11 in which the error (unreliability) exceeds a predetermined value is extracted, and the reliability Map showing only the region 11 is extracted.
  • Partial range display is displayed. For example, a region 11 indicates a region where an error (unreliability) exceeds “5%”.
  • FIG. 8C the analyzed perfusion image is shown.
  • the display control unit 156 superimposes a reliability Map (partial range display) indicating the region 11 where the unreliability exceeds a predetermined value on the perfusion image.
  • the superimposed image is displayed on the display unit 120.
  • the reliability map is, for example, a reliability map that indicates only a region where the unreliability exceeds “5%” in the perfusion image.
  • the display control unit 156 displays the reliability Map (reliability Map (full range display), reliability Map (full range display), or reliability Map (full range display) shown in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a second example of display control by the display control unit 156 according to the first embodiment.
  • (A1) to (A3) show the reliability Map (partial range display) of the perfusion image analyzed by different analysis parameters
  • (B) shows the perfusion image.
  • (A1) of FIG. 9 the unreliability is calculated for all pixels of the perfusion image analyzed with a predetermined analysis parameter (for example, CBP) for the X-ray CT image, and the calculated unreliability is calculated.
  • the reliability Map (partial range display) showing only the region 12 where the value exceeds a predetermined value is shown.
  • an analysis parameter different from (A1) for example, CBV: cerebral blood volume
  • the unreliability is calculated for all the pixels of the perfusion image analyzed in (1), and the reliability Map (partial range display) showing only the region 13 where the calculated unreliability exceeds a predetermined value is shown.
  • analysis parameters different from (A1) and (A2) For example, a reliability map (partial) indicating only the region 14 in which the calculated unreliability exceeds a predetermined value for all pixels of the perfusion image analyzed by CBF (cerebral blood flow). Range display).
  • the perfusion image shown in (B) of FIG. 9 may be any of the perfusion images generated with the reliability Map (partial range display) shown in (A1) to (A3).
  • the display control unit 156 displays the region 12 in which the unreliability exceeds a predetermined value in the analysis parameter (A1), and the unreliability in the analysis parameter (A2).
  • the display unit 120 displays a superimposed image obtained by simultaneously superimposing the region 13 in which the value exceeds the predetermined value and the region 14 in which the unreliability exceeds the predetermined value in the analysis parameter (A3) on the perfusion image.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a procedure of overall processing performed by the image processing apparatus 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 10 shows processing after images are generated from a plurality of volume data collected over time while contrasting and the images generated by the image acquisition unit 151 are acquired.
  • the analysis unit 152 performs perfusion analysis using an analysis parameter specified by the user. Execute (Step S101). Then, the estimation unit 154 acquires the TDC of the artery from the image acquired by the image acquisition unit 151 (step S102), and the noise information acquisition unit 153 calculates the image SD (step S103).
  • the estimation unit 154 selects a perfusion model (step S104), and acquires a simulation parameter range by referring to the simulation range (step S105). Thereafter, the generation unit 155 performs simulation calculation using the TDC of the tissue estimated by the estimation unit 154 to generate a true value-analysis value graph (step S106).
  • the display control unit 156 causes the display unit 120 to display the true value-analysis value graph generated by the generation unit 155 (step S107). Then, the generation unit 155 determines the reliability for each pixel of the perfusion image and generates a reliability Map (step S108). The display control unit 156 displays the generated reliability map on the display unit 120 (step S109).
  • the embodiment is not limited to this.
  • a true value-analyzed value graph and a reliability map may be displayed in parallel.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a procedure of processing for generating a true value-analyzed value graph by the image processing apparatus 100 according to the first embodiment.
  • the process shown in FIG. 11 corresponds to the process of step S106 in FIG.
  • the estimation unit 154 sets the simulation parameter (step S201) and creates a tissue TDC ( (Step S202). Thereafter, the generation unit 155 adds noise to the created tissue TDC (step S203), causes the analysis unit 152 to perform perfusion analysis, and calculates an error (step S204).
  • the generation unit 155 plots the analysis value on the true value-analysis value graph (step S205), and determines whether the analysis is repeated a predetermined number of times (step S206). If it is determined that the analysis has not been repeated a predetermined number of times (No at Step S206), the process returns to Step S202, and the estimation unit 154 creates a tissue TDC with the same simulation parameters.
  • Step S207 determines whether or not the analysis has been performed with all simulation parameters.
  • the process returns to Step S201, and the estimation unit 154 sets an unanalyzed simulation parameter.
  • Step S207 if it is determined that all simulation parameters have been executed (Yes at Step S207), the generation unit 155 executes a statistical process of the true value-analyzed value graph (Step S208), The generation process ends.
  • the noise information acquisition unit 153 acquires noise information included in a plurality of volume data collected over time while contrasting with a contrast agent.
  • the estimation unit 154 includes a TDC indicating a temporal transition of the signal strength of the contrast medium in a blood vessel that flows blood into the analysis target tissue whose perfusion state is analyzed using a plurality of volume data, and an analysis target The TDC in the tissue to be analyzed is estimated for each simulation parameter indicating the difference in perfusion from the tissue perfusion model.
  • the generation unit 155 is generated from the plurality of volume data based on the TDC in the analysis target tissue estimated for each simulation parameter by the estimation unit 154 and the noise information acquired by the noise information acquisition unit 153.
  • Determination information for determining the reliability of the perfusion image is generated. Then, the display control unit 156 controls the display unit 120 to display the determination information generated by the generation unit 155. Therefore, the image processing apparatus 100 according to the first embodiment can provide reliability determination information in consideration of TDC of the inflowing blood vessels and tissues and image noise, and the user can analyze the analysis result in the perfusion image. It is possible to confirm the reliability of the.
  • the generation unit 155 generates a graph indicating an error range of perfusion values in a perfusion image generated from a plurality of volume data. Therefore, the image processing apparatus 100 according to the first embodiment can provide information for easily confirming the reliability of the perfusion image.
  • the generation unit 155 calculates an error of the perfusion value in each pixel of the perfusion image using the true value-analysis value graph, and the reliability indicating the calculated error. Generate Map. Therefore, the image processing apparatus 100 according to the first embodiment makes it possible to perform reliability confirmation at a glance.
  • the generation unit 155 when generating the reliability map, the generation unit 155 generates a reliability map (partial range display) indicating only a region where the calculated error exceeds a predetermined value. To do. Therefore, the image processing apparatus 100 according to the first embodiment makes it possible to check at a glance a region with low reliability.
  • the display control unit 156 displays at least one of the reliability map generated by the generation unit 155 and the superimposed image in which the reliability map is superimposed on the perfusion image. Control is performed so as to be displayed by the unit 120. Therefore, the image processing apparatus 100 according to the first embodiment makes it possible to more easily check an area with low reliability.
  • the embodiment is not limited to this, and for example, it is possible to display a relationship between a true value-analysis value graph and an image.
  • the display control unit 156 includes a region included in the perfusion image, reliability Map (full range display), reliability Map (partial range display), or the superimposed image, and a region on the true value-analysis value graph. Control is performed so that the corresponding relationship is displayed on the display unit.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of display control by the display control unit 156 according to the second embodiment. Here, FIG. 12 shows a case where the correspondence relationship between the perfusion image and the true value-analysis value graph is shown.
  • the display control unit 156 controls the display unit 120 to display a true value-analysis value graph region corresponding to the region in the perfusion image.
  • the user can confirm at a glance where the specified region is in the true value-analysis value graph by designating a desired region on the perfusion image.
  • the image processing apparatus 100 is connected to a medical image diagnostic apparatus or an image storage apparatus via a network and acquires an image via a communication unit.
  • image data desired by the operator is stored in the storage unit 140 via a storage medium such as a flexible disk (FD), CD-ROM, MO, or DVD. Even if it is done, it is applicable. Further, the present embodiment is applicable even when a storage device that stores image data desired by the operator is installed in a place other than the storage unit 140.
  • the configuration of the image processing apparatus 100 in the first embodiment described above is merely an example, and the integration and separation of each unit can be appropriately performed.
  • the noise information acquisition unit 153 and the estimation unit 154 are integrated, or the generation unit 155 is separated into a noise addition unit that adds noise and an information generation unit that generates a true value-analysis value graph and a reliability Map. It is possible to
  • noise included in image data is used as an inhibition factor related to the accuracy of a perfusion image
  • the embodiment is not limited to this.
  • artifact information included in the image data or body movement information may be used as an obstruction factor related to the accuracy of the perfusion image.
  • the body movement information means, for example, information in which an image at the same position is originally photographed, but the photographed position is greatly changed due to a failure in breath holding or the like. Even when the above-described artifact information and body movement information are used, the image SD is calculated and the same processing is executed as in the case of noise.
  • the embodiment is not limited to this.
  • a plurality of medical images collected over time in a non-contrast state may be used.
  • the noise information acquisition unit 153 acquires information on an inhibition factor related to the accuracy of the perfusion image included in the plurality of medical image data collected over time in a non-contrast state.
  • the estimation unit 154 analyzes the analysis target from the time concentration curve indicating the temporal transition of the signal intensity in the non-contrast state in the blood vessel that flows blood into the analysis target tissue and the perfusion model of the analysis target tissue. Estimate the time-concentration curve in the tissue.
  • non-contrast images include MR images obtained by imaging blood as an intrinsic contrast agent by non-contrast MRA (Magnetic Resonance Angiography).
  • the embodiment is not limited to this, and may be executed by a medical image diagnostic apparatus such as an X-ray CT apparatus, an MRI apparatus, an ultrasonic diagnostic apparatus, or an X-ray diagnostic apparatus.
  • the medical image diagnostic apparatus includes the control unit 150 and executes the various processes described above.
  • the image processing apparatus, the medical image diagnostic apparatus, and the image processing method of this embodiment confirm the reliability of the analysis result in the perfusion image. Make it possible.

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Abstract

 実施の形態の画像処理装置(100)においては、ノイズ情報取得部(153)が、経時的に収集された複数の医用画像データに含まれる灌流画像の精度に係る阻害要因の情報を取得する。推定部(154)が、灌流状態が解析される解析対象の組織に対する流入血管におけるTDCと、解析対象の組織の灌流モデルとから、解析対象の組織TDCを推定する。生成部(155)が、推定された解析対象の組織TDCと、阻害要因の情報とに基づいて、複数の医用画像データから生成されたパーフュージョン画像の信頼性を判定するための判定情報を生成する。表示制御部(156)が、判定情報を表示部にて表示させるように制御する。

Description

画像処理装置、医用画像診断装置及び画像処理方法
 本発明の実施の形態は、画像処理装置、医用画像診断装置及び画像処理方法に関する。
 従来、X線CT装置やMRI装置などによって灌流(Perfusion:パーフュージョン)画像を生成して、例えば、脳組織や、肝臓組織、膵臓組織などにおける血流動態を解析することが行われている。例えば、X線CT装置においては、非イオン性ヨード造影剤を投与した被検体の頭部又は腹部を時系列に沿って撮影したX線CT画像からCT値の経時的変化を算出する。そして、X線CT装置は、算出したCT値の経時的変化から組織を通過する血流動態を表す指標を組織上にマッピングしたパーフュージョン画像を生成する。しかしながら、上述した従来の技術では、パーフュージョン画像における解析結果の信頼性を確認することが困難であった。
特開2010-213760号公報
 本発明が解決しようとする課題は、パーフュージョン画像における解析結果の信頼性を確認することができる画像処理装置、医用画像診断装置及び画像処理方法を提供することである。
 実施の形態の画像処理装置は、情報取得部と、推定部と、生成部と、表示制御部とを備える。情報取得部は、経時的に収集された複数の医用画像データに含まれる灌流画像の精度に係る阻害要因の情報を取得する。推定部は、前記複数の医用画像データにて灌流状態が解析される解析対象の組織に対して血液を流入させる血管における信号強度の経時的な遷移を示す時間濃度曲線と、前記解析対象の組織の灌流モデルとから、前記解析対象の組織における前記時間濃度曲線を推定する。生成部は、前記推定部によって推定された前記解析対象の組織における前記時間濃度曲線と、前記情報取得部によって取得された阻害要因の情報とに基づいて、前記複数の医用画像データから生成された灌流画像の信頼性を判定するための判定情報を生成する。表示制御部は、前記生成部によって生成された判定情報を所定の表示部にて表示させるように制御する。
図1は、第1の実施形態に係る画像処理装置の構成の一例を示す図である。 図2は、第1の実施形態に係る灌流モデル記憶部によって記憶される灌流モデルの一例を示す図である。 図3は、第1の実施形態に係るシミュレーション範囲記憶部によって記憶されるシミュレーション範囲の一例を示す図である。 図4は、第1の実施形態に係る推定部による処理の一例を説明するための図である。 図5は、第1の実施形態に係る生成部によるノイズ付加処理の一例を示す図である。 図6は、第1の実施形態に係る生成部によって生成される真値-解析値グラフの一例を示す図である。 図7は、第1の実施形態に係る生成部による信頼性Map生成の一例を説明するための図である。 図8は、第1の実施形態に係る表示制御部による表示制御の第一の例を説明するための図である。 図9は、第1の実施形態に係る表示制御部による表示制御の第二の例を説明するための図である。 図10は、第1の実施形態に係る画像処理装置による全体処理の手順を示すフローチャートである。 図11は、第1の実施形態に係る画像処理装置による真値-解析値グラフの生成処理の手順を示すフローチャートである。 図12は、第2の実施形態に係る表示制御部による表示制御の一例を示す図である。
 (第1の実施形態)
 図1は、第1の実施形態に係る画像処理装置100の構成の一例を示す図である。図1に示すように、画像処理装置100は、入力部110と、表示部120と、通信部130と、記憶部140と、制御部150とを有する。例えば、画像処理装置100は、ワークステーションや、任意のパーソナルコンピュータなどであり、図示しない医用画像診断装置や、画像保管装置などとネットワークを介して接続される。医用画像診断装置は、例えば、X線CT(Computed Tomography)装置、MRI(Magnetic Resonance Imaging)装置などである。また、医用画像診断装置は、3次元の医用画像データ(例えば、造影しながら経時的に撮影された頭部や腹部の3次元医用画像データなど)を生成可能である。画像保管装置は、医用画像を保管するデータベースである。具体的には、画像保管装置は、医用画像診断装置から送信された3次元医用画像データを記憶部に格納し、これを保管する。なお、以下では、3次元医用画像データを、ボリュームデータと記す場合がある。
 上述した画像処理装置100と、医用画像診断装置と、画像保管装置とは、例えば、病院内に設置された院内LAN(Local Area Network)により、直接的、又は間接的に相互に通信可能な状態となっている。例えば、PACS(Picture Archiving and Communication System)が導入されている場合、各装置は、DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)規格に則って、医用画像等を相互に送受信する。
 入力部110は、マウス、キーボード、トラックボール等であり、画像処理装置100に対する各種操作の入力を操作者から受け付ける。具体的には、入力部110は、パーフュージョン解析に用いられる複数位相のボリュームデータを画像保管装置から取得するための情報の入力などを受け付ける。例えば、入力部110は、パーフュージョン解析に用いるためにX線CT装置のダイナミックスキャンによって経時的に撮影された頭部や腹部のボリュームデータを取得するための入力を受け付ける。
 表示部120は、立体表示モニタとしての液晶パネル等であり、各種情報を表示する。具体的には、表示部120は、操作者から各種操作を受け付けるためのGUI(Graphical User Interface)や、後述する制御部150による処理によって生成された表示画像等を表示する。なお、制御部150によって生成される表示画像については、後述する。通信部130は、NIC(Network Interface Card)等であり、他の装置との間で通信を行う。
 記憶部140は、図1に示すように、画像データ記憶部141と、灌流モデル記憶部142と、シミュレーション範囲記憶部143と、画像記憶部144とを有する。例えば、記憶部140は、ハードディスク、半導体メモリ素子等であり、各種情報を記憶する。画像データ記憶部141は、通信部130を介して画像保管装置から取得された複数位相のボリュームデータを記憶する。
 灌流モデル記憶部142は、解析対象の組織の灌流モデルを記憶する。具体的には、灌流モデル記憶部142は、解析対象の組織における血液(造影剤)の流入及び流出を示す灌流モデルを記憶する。図2は、第1の実施形態に係る灌流モデル記憶部142によって記憶される灌流モデルの一例を示す図である。例えば、灌流モデル記憶部142は、図2に示すように、動脈から組織への血液(造影剤)の流入と、組織からの血液(造影剤)の流出とを示す灌流モデルを記憶する。
 ここで、図2に示す「Ca(t)」は動脈における造影剤の濃度を示し、図2に示す「Ct(t)」は組織における造影剤の濃度を示す。また、図2に示す「ka」及び「kv」は、それぞれ流入及び流出の速度係数を示す。一例を挙げると、「ka」及び「kv」は、それぞれパーフュージョン値の「In-flow」及び「Mean transit time」に相当する。なお、図2においては、流入が動脈のみの「single-input one compartment model」を示しているが、これはあくまでも一例であり、例えば、流入が動脈と門脈の2つからなる「Dual-input one compartment model」が用いられる場合がある。すなわち、灌流モデル記憶部142は、種々の灌流モデルを記憶しており、これらのモデルはユーザによって任意に記憶させることができる。
 図1に戻って、シミュレーション範囲記憶部143は、解析対象の組織ごとに灌流の違いを示すパラメータの範囲を記憶する。具体的には、シミュレーション範囲記憶部143は、各組織においてパーフュージョン解析を行った場合に示されるであろう血流の情報であるシミュレーション範囲を、組織ごとに記憶する。図3は、第1の実施形態に係るシミュレーション範囲記憶部143によって記憶されるシミュレーション範囲の一例を示す図である。
 例えば、シミュレーション範囲記憶部143は、図3に示すように、組織ごとに「解析(パラメータ)」、「血流量(ml/min/100ml)」などを対応付けたシミュレーション範囲を記憶する。ここで、図3に示す「解析(パラメータ)」は、パーフュージョン解析のパラメータを示す。また、図3に示す「血流量(ml/min/100ml)」は、組織の単位体積あたりの単位時間に流れる血流量を示し、例えば、血流量の範囲が記憶される。すなわち、シミュレーション範囲記憶部143は、ある組織において所定の解析をおこなった場合の血流量の範囲(例えば、50~80など)を示すシミュレーション範囲を記憶する。
 画像記憶部144は、後述する制御部150の処理中の画像データや、処理によって生成された真値-解析値グラフや、信頼性Map等を記憶する。なお、真値-解析値グラフや、信頼性Mapなどについては後述する。
 図1に戻って、制御部150は、例えば、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)等の電子回路、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等の集積回路であり、画像処理装置100の全体制御を行なう。
 例えば、図1に示すように、制御部150は、画像取得部151と、解析部152と、ノイズ情報取得部153と、推定部154と、生成部155と、表示制御部156とを有する。そして、制御部150は、複数位相のボリュームデータを用いてパーフュージョン解析を実行するとともに、得られた解析結果の信頼性をユーザが確認することを可能にする真値-解析値グラフや、信頼性Mapを生成する。以下、複数位相のボリュームデータとして、X線CT装置によって経時的に撮影されたボリュームデータを用いる場合を一例に挙げて説明する。
 画像取得部151は、通信部130を介して、図示しない画像保管装置からパーフュージョン解析に用いる複数位相のボリュームデータを取得して、画像データ記憶部141に格納する。例えば、画像取得部151は、入力部110を介して操作者から入力された情報に基づいて、X線CT装置によって経時的に撮影されたボリュームデータを取得して、画像データ記憶部141に格納する。
 解析部152は、画像取得部151によって取得され、画像データ記憶部141に記憶された複数位相のボリュームデータを用いて、パーフュージョン解析を実行する。具体的には、解析部152は、入力部110を介して操作者によって入力されたパラメータ情報に応じたパーフュージョン解析を実行する。例えば、解析部152は、解析対象の組織(例えば、脳、腎臓、肝臓など)について、指定された解析パラメータでのパーフュージョン解析を実行する。一例を挙げると、解析部152は、脳組織を解析対象とした解析パラメータCBP(cerebral blood perfusion)の解析を実行する。
 ノイズ情報取得部153は、経時的に収集された複数の医用画像データに含まれる灌流画像の精度に係る阻害要因の情報を取得する。具体的には、ノイズ情報取得部153は、灌流画像の精度に係る阻害要因の情報として、複数の医用画像データに含まれるノイズの情報、アーチファクトの情報又は体動の情報を取得する。また、ノイズ情報取得部153は、造影剤によって造影しながら経時的に収集された複数の医用画像データに含まれる灌流画像の精度に係る阻害要因の情報を取得する。そして、ノイズ情報取得部153は、経時的に収集された複数の3次元医用画像データに含まれる灌流画像の精度に係る阻害要因の情報を取得する。以下の実施形態では、ノイズ情報取得部153が、造影剤によって造影しながら、経時的に収集された複数の3次元画像データに含まれるノイズの情報を取得する場合について説明する。
 かかる場合には、ノイズ情報取得部153は、解析部152によってパーフュージョン解析が実行されたボリュームデータから生成されたX線CT画像の画像SDを算出する。
 例えば、ノイズ情報取得部153は、複数のボリュームデータにおける任意の領域を用いてボリュームデータに含まれるノイズをそれぞれ算出する。一例を挙げると、ノイズ情報取得部153は、パーフュージョン解析に用いられた画像上にユーザによって任意に設定されたROI(Region of Interest)に含まれる画素値(或いは、画素に対応するボクセルのCT値)から画像SDを算出する。
 推定部154は、複数の医用画像データにて灌流状態が解析される解析対象の組織に対して血液を流入させる血管における信号強度の経時的な遷移を示す時間濃度曲線と、解析対象の組織の灌流モデルとから、解析対象の組織における前記時間濃度曲線を推定する。具体的には、推定部154は、複数の3次元医用画像データにて灌流状態が解析される解析対象の組織に対して血液を流入させる血管における前記造影剤の信号強度の経時的な遷移を示す時間濃度曲線と、解析対象の組織の灌流モデルとから、灌流の違いを示すパラメータごとに、解析対象の組織における前記時間濃度曲線を推定する。例えば、推定部154は、解析部152によってパーフュージョン解析が実行された組織における血液を流入させる血管のTDC(Time Density Curve)と、パーフュージョン解析が実行された組織の灌流モデルと、パーフュージョン解析が実行された組織及び解析パラメータに対応するシミュレーション範囲とから、組織におけるTDCを推定する。
 図4は、第1の実施形態に係る推定部154による処理の一例を説明するための図である。例えば、推定部154は、パーフュージョン解析が実行された組織に対応する灌流モデルを灌流モデル記憶部142から読み出す。一例を挙げると、推定部154は、図2に示す「single-input one compartment model」の灌流モデルを読み出し、流入血管が動脈であることを特定する。
 そして、推定部154は、図4に示すように、パーフュージョン画像の生成に用いられた複数位相のX線CT画像から動脈TDCを取得する。一例を挙げると、推定部154は、複数位相のX線CT画像の各画素において、画素値が初期の段階(例えば、最初の位相から所定の期間内)で上昇した領域を動脈と判定する。そして、推定部154は、判定した領域のTDCを取得する。或いは、推定部154は、画像からパターンマッチングなどにより動脈領域を抽出して、抽出した領域のTDCを取得する。
 そして、推定部154は、取得した流入血管のTDCと、灌流モデルと、解析対象の組織及び解析パラメータに対応するシミュレーション範囲とから組織のTDCを推定する。例えば、推定部154は、以下に示す式(1)を用いて組織TDCを推定する。ここで、式(1)は、図2に示す灌流モデルから導出したものである。すなわち、式(1)における「Ct(t)」は組織TDCを示す。また、式(1)における「Ca(t)」は動脈TDCを示す。また、式(1)における「ka」及び「kv」は、それぞれ「In-flow perfusion」及び「Mean transit time(MTT)」を示す。
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 例えば、推定部154は、式(1)に示すように、TDCが「Ca(t)」である動脈を介して「ka」の速度で組織に流入した造影剤から「kv」の速度で流出する造影剤を差分することで、組織TDC「Ct(t)」(組織の造影剤の濃度)を算出する。
 ここで、推定部154は、シミュレーション範囲記憶部143によって記憶されたシミュレーション範囲(図3参照)に応じて「ka」及び「kv」を変化させた場合の組織TDCをそれぞれ推定する。すなわち、推定部154は、解析対象の組織及び解析パラメータから血流量などの情報を取得して、取得した血流量の範囲で「ka」及び「kv」を変化させた場合の組織TDCをそれぞれ推定する。なお、以下、「ka」及び「kv」をシミュレーションパラメータと記す。
 図1に戻って、生成部155は、推定部154によって推定された解析対象の組織における時間濃度曲線と、情報取得部によって取得された阻害要因の情報とに基づいて、複数の医用画像データから生成された灌流画像の信頼性を判定するための判定情報を生成する。例えば、生成部155は、推定部154によってシミュレーションパラメータごとに推定された解析対象の組織における時間濃度曲線と、ノイズ情報取得部153によって取得されたノイズ情報とに基づいて、複数の3次元医用画像データから生成された灌流画像の信頼性を判定するための判定情報を生成する。具体的には、生成部155は、推定部154によって推定された組織TDCそれぞれに対して、ノイズ情報取得部153によって取得された画像SDに相当するノイズを付加する。
 図5は、第1の実施形態に係る生成部155によるノイズ付加処理の一例を示す図である。図5においては、組織TDCを示す。例えば、生成部155は、図5に示すように、推定部154によって推定された組織TDC(図5の(A))に対して、ノイズ情報取得手段によって取得された画像SDに相当するノイズを付加させた組織TDC(図5の(B))を生成する。
 一例を挙げると、生成部155は、推定部154によって推定された組織TDCのCT値(HU)を、ノイズ情報取得部153によって取得された画像SDに相当するCT値(HU)の範囲で変化させることで、ノイズを付加する。
 そして、生成部155は、ノイズを付加した組織TDCを用いたパーフュージョン解析を解析部152に実行させて、パーフュージョン画像の信頼性を判定するための判定情報を生成する。具体的には、生成部155は、複数のボリュームデータから生成されたパーフュージョン画像における特徴量の誤差範囲を示すグラフを生成する。より具体的には、生成部155は、推定部154によって推定されたシミュレーションパラメータごとの組織TDCに対して、ノイズを付加した後にパーフュージョン解析をそれぞれ実行させて、得られた解析値をグラフにプロットした真値-解析値グラフを生成する。
 なお、ここで解析部152に実行させるパーフュージョン解析の解析パラメータは、信頼性を判定するパーフュージョン画像と同一の解析パラメータである。例えば、解析パラメータがCBPのパーフュージョン画像の信頼性を判定するための判定情報を生成する場合には、解析パラメータは、CBPである。
 図6は、第1の実施形態に係る生成部155によって生成される真値-解析値グラフの一例を示す図である。ここで、図6においては、縦軸が、ノイズ付加後の組織TDCに対してパーフュージョン解析を行った解析値(ml/min/100ml)を示し、横軸が、シミュレーションパラメータとして用いた真値(ml/min/100ml)を示す。
 例えば、生成部155は、図6の上側の図に示すように、10通りのシミュレーションパラメータで推定された組織TDCにそれぞれノイズを付加した後にパーフュージョン解析を実行させた解析値をプロットした真値-解析値グラフを生成する。すなわち、図6に示す真値-解析値グラフの生成においては、推定部154が、シミュレーションパラメータである血流量を10通りに変化させた組織TDCをそれぞれ推定する。生成部155は、推定部154によって推定された組織TDCにそれぞれノイズを付加してパーフュージョン解析を実行させる。
 ここで、生成部155は、同一のシミュレーションパラメータにおける解析値をノイズの影響による変動傾向を正確に反映したものとするために、図6の上側の図に示すように、同一のシミュレーションパラメータの組織TDCに対して複数回のパーフュージョン解析を実行させる。一例を挙げると、生成部155は、1つのシミュレーションパラメータごとに40回のパーフュージョン解析を実行させる。すなわち、生成部155は、推定部154によって推定された組織TDCに対して、ノイズの付加及びパーフュージョン解析の実行を40回繰り返して実行し、各解析値をグラフにプロットする。
 生成部155は、シミュレーションパラメータすべてに対して上述した処理を実行することで、図6の上側の図のような真値-解析値グラフを生成する。そして、生成部155は、真値-解析値グラフを生成すると、得られた結果の統計処理を実行する。例えば、生成部155は、各シミュレーションパラメータにおける解析値の平均値、標準偏差、真値からの誤差などを算出する。一例を挙げると、生成部155は、図6の下側の図に示すように、平均値±標準偏差値を算出して、標準偏差内に存在する領域を妥当性範囲として設定する。
 ここで、妥当性範囲とは、解析値に対して真値が取りうる値の範囲を意味する。例えば、解析値が「200(ml/min/100ml)」であった場合に、真値は「160~210(ml/min/100ml)」となる。言い換えると、真値が「160~210」の場合に、解析値として「200」が算出されうることを意味する。
 上述したように、生成部155は、真値-解析値グラフを生成するが、例えば、図6の下側に示すグラフを参照した場合に、ユーザは、解析値が大きくなるにつれて、標準偏差が大きくなり、信頼性が低いことを確認することができる。
 また、生成部155は、真値-解析値を用いて、パーフュージョン画像の各画素における特徴量の誤差を算出し、算出した誤差を示した信頼性表示画像を生成する。図7は、第1の実施形態に係る生成部155による信頼性Map生成の一例を説明するための図である。例えば、生成部155は、図7に示すように、パーフュージョン画像(Perfusion Map)において、パーフュージョン値(Perfusion値)が「200」の画素について、真値-解析値グラフから「妥当性範囲:160~210」を取得する。
 そして、生成部155は、取得した「妥当性範囲:160~210」について、平均値「185:(160+210)/2」、及び、妥当性範囲幅「50:210-160」を算出する。さらに、生成部155は、算出した平均値及び妥当性範囲幅から、解析値「200」に対応する真値「185±25」を算出して、誤差「±13.5%(=25/185×100)」を算出する。
 すなわち、生成部155は、解析値が「200」の画素の真値は「185±25」であり、誤差が「±13.5%」であることを算出する。ここで、パーフュージョン画像の信頼性は、真値の誤差が小さいほど高くなる。したがって、図7に示すように、誤差「±13.5%」を不信頼度「13.5%」として表現することも可能である。
 そして、生成部155は、図7に示すように、パーフュージョン画像のすべての画素について上述した処理を実行することで、各画素の誤差(不信頼度)を算出し、算出した不信頼度の違いを色で表現した信頼性Mapを生成する。ここで、生成部155によって生成される信頼性Mapは、単一の色の濃淡で不信頼度の違いを表現してもよく、或いは、複数の色により不信頼度の違いを表現してもよい。
 さらに、生成部155は、信頼性Mapを生成する場合に、算出した誤差が所定の値を上回った領域のみを示した信頼性Mapを生成する。ここで、生成部155は、所定の値として、例えば、「5%」を用い、パーフュージョン画像において不信頼度が「5%」を上回った領域のみを示した信頼性Mapを生成する。
 図1に戻って、表示制御部156は、生成部155によって生成された判定情報を表示部120にて表示させるように制御する。具体的には、表示制御部156は、生成部155によって生成された信頼性Map、及び、パーフュージョン画像に信頼性Mapを重畳させた重畳画像のうち、少なくとも一方を表示部120にて表示させるように制御する。また、表示制御部156は、真値-解析値グラフを表示部120にて表示させるように制御する。
 図8は、第1の実施形態に係る表示制御部156による表示制御の第一の例を説明するための図である。ここで、図8においては、(A)に信頼性Map(全範囲表示)、(B)に信頼性Map(部分範囲表示)、(C)にパーフュージョン画像を示す。すなわち、図8の(A)においては、パーフュージョン画像の全ての画素について、真値-解析値グラフから各画素の妥当性範囲をそれぞれ取得して、各画素の誤差(不信頼度)を算出し、算出した誤差(不信頼度)に対応する色で各画素を示した信頼性Map(全範囲表示)が示される。また、図8の(B)においては、信頼性Map(全範囲表示)において、誤差(不信頼度)が所定の値を上回った領域11を抽出して、領域11のみを示した信頼性Map(部分範囲表示)が示される。一例を挙げると、領域11は、誤差(不信頼度)が「5%」を上回った領域を示す。また、図8の(C)においては、解析されたパーフュージョン画像が示される。
 例えば、表示制御部156は、図8の(D)に示すように、不信頼度が所定の値を上回った領域11が示される信頼性Map(部分範囲表示)をパーフュージョン画像に重畳させた重畳画像を表示部120にて表示させる。これにより、ユーザは、パーフュージョン画像において不信頼度が高い領域(信頼度が低い領域)を一目で確認することができる。なお、信頼性Map(部分範囲表示)とは、例えば、パーフュージョン画像において不信頼度が「5%」を上回った領域のみを示した信頼性Mapである。
 また、表示制御部156は、図8の(A)に示す信頼性Map(全範囲表示)や、信頼性Map(部分範囲表示)、或いは、信頼性Map(全範囲表示)に信頼性Map(部分範囲表示)を重畳させた重畳画像など、ユーザが指定する画像を単独又は並列で表示部120にて表示させる。
 また、表示制御部156は、同一のX線CT画像が複数の解析パラメータによって解析されたパーフュージョン画像それぞれの解析結果から生成された信頼性Mapを重畳させて表示させる。図9は、第1の実施形態に係る表示制御部156による表示制御の第二の例を説明するための図である。ここで、図9においては、(A1)~(A3)に異なる解析パラメータによって解析されたパーフュージョン画像の信頼性Map(部分範囲表示)をそれぞれ示し、(B)にパーフュージョン画像を示す。
 すなわち、図9の(A1)においては、X線CT画像に対して所定の解析パラメータ(例えば、CBP)で解析したパーフュージョン画像のすべての画素について不信頼度を算出し、算出した不信頼度が所定の値を上回った領域12のみを示した信頼性Map(部分範囲表示)が示される。また、図9の(A2)においては、(A1)にて解析されたX線CT画像と同一のX線CT画像に対して、(A1)とは異なる解析パラメータ(例えば、CBV:cerebral blood volume)で解析したパーフュージョン画像のすべての画素について不信頼度を算出し、算出した不信頼度が所定の値を上回った領域13のみを示した信頼性Map(部分範囲表示)が示される。また、図9の(A3)においては、(A1)及び(A2)にて解析されたX線CT画像と同一のX線CT画像に対して、(A1)及び(A2)とは異なる解析パラメータ(例えば、CBF:cerebral blood flow)で解析したパーフュージョン画像のすべての画素について不信頼度を算出し、算出した不信頼度が所定の値を上回った領域14のみを示した信頼性Map(部分範囲表示)が示される。なお、図9の(B)に示すパーフュージョン画像は、(A1)~(A3)に示される信頼性Map(部分範囲表示)が生成されたパーフュージョン画像のいずれを用いてもよい。
 例えば、表示制御部156は、図9の(C)に示すように、(A1)の解析パラメータで不信頼度が所定の値を上回った領域12と、(A2)の解析パラメータで不信頼度が所定の値を上回った領域13と、(A3)の解析パラメータで不信頼度が所定の値を上回った領域14をパーフュージョン画像に同時に重畳させた重畳画像を表示部120にて表示させる。これにより、ユーザは、例えば、全解析パラメータにおいて信頼性が低い領域や、逆に信頼性が高い領域などを一目で確認することができる。
 次に、図10及び図11を用いて、第1の実施形態に係る画像処理装置100の処理について説明する。まず、画像処理装置100による全体処理の手順を説明する。図10は、第1の実施形態に係る画像処理装置100による全体処理の手順を示すフローチャートである。なお、図10においては、造影しながら経時的に収集された複数のボリュームデータから画像がそれぞれ生成され、画像取得部151によって生成された画像が取得された後の処理について示す。
 図10に示すように、第1の実施形態に係る画像処理装置100においては、画像取得部151によって画像が取得されると、解析部152が、ユーザによって指定された解析パラメータによるパーフュージョン解析を実行する(ステップS101)。そして、推定部154は、画像取得部151によって取得された画像から動脈のTDCを取得し(ステップS102)、ノイズ情報取得部153は、画像SDを算出する(ステップS103)。
 そして、推定部154は、灌流モデルを選択して(ステップS104)、シミュレーション範囲を参照してシミュレーションパラメータの範囲を取得する(ステップS105)。その後、生成部155は、推定部154によって推定された組織のTDCにより、シミュレーション計算を実行して、真値-解析値グラフを生成する(ステップS106)。
 表示制御部156は、生成部155によって生成された真値-解析値グラフを表示部120にて表示させる(ステップS107)。そして、生成部155は、パーフュージョン画像の各画素について信頼性を判定して信頼性Mapを生成する(ステップS108)。表示制御部156は、生成された信頼性Mapを表示部120にて表示させる(ステップS109)。
 なお、図10に示す処理の一例では、真値-解析値グラフを表示した後、信頼性Mapを生成して、表示する場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、真値-解析値グラフと信頼性Mapとを生成した後に、それぞれを並列して表示させる場合であってもよい。
 次に、真値-解析値グラフの生成処理について説明する。図11は、第1の実施形態に係る画像処理装置100による真値-解析値グラフの生成処理の手順を示すフローチャートである。なお、図11に示す処理は、図10におけるステップS106の処理に相当する。
 図10に示すように、第1の実施形態に係る画像処理装置100においては、シミュレーションパラメータの範囲を取得すると、推定部154は、シミュレーションパラメータを設定して(ステップS201)、組織TDCを作成(推定)する(ステップS202)。その後、生成部155は、作成された組織TDCに対してノイズを付加して(ステップS203)、解析部152にパーフュージョン解析を実行させて誤差を計算する(ステップS204)。
 そして、生成部155は、真値-解析値グラフに解析値をプロットして(ステップS205)、解析を所定の回数繰り返して実行したか否かを判定する(ステップS206)。ここで、解析を所定の回数繰り返して実行していないと判定した場合には(ステップS206否定)、ステップS202に戻って、推定部154が同一のシミュレーションパラメータで組織TDCを作成する。
 一方、解析を所定の回数繰り返して実行したと判定した場合には(ステップS206肯定)、生成部155は、全シミュレーションパラメータで実行したか否かを判定する(ステップS207)。ここで、全シミュレーションパラメータで実行していないと判定した場合には(ステップS207否定)、ステップS201に戻って、推定部154が未解析のシミュレーションパラメータを設定する。
 一方、全シミュレーションパラメータで実行したと判定した場合には(ステップS207肯定)、生成部155は、真値-解析値グラフの統計処理を実行して(ステップS208)、真値-解析値グラフの生成処理を終了する。
 上述したように、第1の実施形態によれば、ノイズ情報取得部153が、造影剤によって造影しながら経時的に収集された複数のボリュームデータに含まれるノイズの情報を取得する。そして、推定部154が、複数のボリュームデータにて灌流状態が解析される解析対象の組織に対して血液を流入させる血管における造影剤の信号強度の経時的な遷移を示すTDCと、解析対象の組織の灌流モデルとから、灌流の違いを示すシミュレーションパラメータごとに、解析対象の組織におけるTDCを推定する。そして、生成部155が、推定部154によってシミュレーションパラメータごとに推定された解析対象の組織におけるTDCと、ノイズ情報取得部153によって取得されたノイズ情報とに基づいて、複数のボリュームデータから生成されたパーフュージョン画像の信頼性を判定するための判定情報を生成する。そして、表示制御部156が、生成部155によって生成された判定情報を表示部120にて表示させるように制御する。従って、第1の実施形態に係る画像処理装置100は、流入血管及び組織のTDCと、画像のノイズとを考慮した信頼性の判定情報を提供することができ、ユーザがパーフュージョン画像における解析結果の信頼性を確認することを可能にする。
 また、第1の実施形態によれば、生成部155は、複数のボリュームデータから生成されたパーフュージョン画像におけるパーフュージョン値の誤差範囲を示すグラフを生成する。従って、第1の実施形態に係る画像処理装置100は、パーフュージョン画像の信頼性を容易に確認させる情報を提供することを可能にする。
 また、第1の実施形態によれば、生成部155は、真値-解析値グラフを用いて、パーフュージョン画像の各画素におけるパーフュージョン値の誤差を算出し、算出した誤差を示した信頼性Mapを生成する。従って、第1の実施形態に係る画像処理装置100は、信頼性の確認を一目で実行させることを可能にする。
 また、第1の実施形態によれば、生成部155は、信頼性Mapを生成する場合に、算出した誤差が所定の値を上回った領域のみを示した信頼性Map(部分範囲表示)を生成する。従って、第1の実施形態に係る画像処理装置100は、信頼性の低い領域を一目で確認させることを可能にする。
 また、第1の実施形態によれば、表示制御部156は、生成部155によって生成された信頼性Map、及び、パーフュージョン画像に信頼性Mapを重畳させた重畳画像のうち、少なくとも一方を表示部120にて表示させるように制御する。従って、第1の実施形態に係る画像処理装置100は、信頼性の低い領域をさらに容易に確認させることを可能にする。
 (第2の実施形態)
 さて、これまで第1の実施形態について説明したが、上述した第1の実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。
 上述した第1の実施形態においては、真値-解析値グラフと、画像(パーフュージョン画像、信頼性Mapなど)とを単独、或いは並列で表示させる場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、真値-解析値グラフと、画像との関係を表示させることも可能である。
 かかる場合には、表示制御部156は、パーフュージョン画像、信頼性Map(全範囲表示)、信頼性Map(部分範囲表示)又は重畳画像に含まれる領域と、真値-解析値グラフ上の領域との対応関係を表示部に表示させるように制御する。図12は、第2の実施形態に係る表示制御部156による表示制御の一例を示す図である。ここで、図12においては、パーフュージョン画像と真値-解析値グラフとの対応関係を示す場合について示す。
 例えば、表示制御部156は、図12に示すように、パーフュージョン画像における領域に対応する真値-解析値グラフの領域を表示部120にて表示させるように制御する。これにより、例えば、ユーザは、パーフュージョン画像上の所望する領域を指定することで、指定した領域が真値-解析値グラフのどのあたりにあるのかを一目で確認することができる。
 上述した第1の実施形態においては、画像処理装置100がネットワークを介して医用画像診断装置や画像保管装置と接続され、通信部を介して画像を取得する場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、操作者が所望する画像データがフレキシブルディスク(FD)、CD-ROM、MO、DVDなどの記憶媒体を介して、記憶部140に格納される場合であっても適用可能である。また、本実施形態は、操作者が所望する画像データを記憶する記憶装置が、記憶部140以外に設置される場合であっても適用可能である。
 上述した第1の実施形態では、X線CT装置によって撮影されX線CT画像を用いる場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、MRI装置によって撮影されたMR画像を用いる場合であってもよい。
 また、上述した第1の実施形態における画像処理装置100の構成はあくまでも一例であり、各部の統合及び分離は適宜行うことができる。例えば、ノイズ情報取得部153と推定部154とを統合したり、生成部155を、ノイズを付加するノイズ付加部と真値-解析値グラフ及び信頼性Mapを生成する情報生成部とに分離したりすることが可能である。
 上述した第1の実施形態では、灌流画像の精度に係る阻害要因として画像データに含まれるノイズを用いる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、灌流画像の精度に係る阻害要因として画像データに含まれるアーチファクトの情報や、体動の情報を用いる場合であってもよい。ここで、体動の情報とは、例えば、本来同一位置の画像が撮影されているところ、息止めの失敗などにより撮影された位置が大きく変化した情報などを意味する。上述したアーチファクトの情報及び体動の情報を用いる場合も、ノイズの場合と同様に、画像SDが算出され、同様の処理が実行される。
 上述した第1の実施形態では、造影剤によって造影しながら経時的に収集された複数の医用画像を用いる場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、非造影の状態で経時的に収集された複数の医用画像を用いる場合であってもよい。かかる場合には、ノイズ情報取得部153は、非造影の状態で経時的に収集された複数の医用画像データに含まれる灌流画像の精度に係る阻害要因の情報を取得する。推定部154は、解析対象の組織に対して血液を流入させる血管における非造影の状態での信号強度の経時的な遷移を示す時間濃度曲線と、解析対象の組織の灌流モデルとから、解析対象の組織における時間濃度曲線を推定する。非造影の画像としては、例えば、非造影MRA(Magnetic Resonance Angiography)によって血液を内因性造影剤に見立てて撮像されたMR画像などが挙げられる。
 上述した第1の実施形態では、複数の医用画像データに対して画像処理装置100が処理を実行する場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、X線CT装置、MRI装置、超音波診断装置、X線診断装置などの医用画像診断装置によって実行される場合であってもよい。かかる場合には、例えば、医用画像診断装置が、制御部150を備え、上述した各種処理を実行する。
 以上説明したとおり、第1の実施形態及び第2の実施形態によれば、本実施形態の画像処理装置、医用画像診断装置及び画像処理方法は、パーフュージョン画像における解析結果の信頼性を確認することを可能にする。
 本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Claims (12)

  1.  経時的に収集された複数の医用画像データに含まれる灌流画像の精度に係る阻害要因の情報を取得する情報取得部と、
     前記複数の医用画像データにて灌流状態が解析される解析対象の組織に対して血液を流入させる血管における信号強度の経時的な遷移を示す時間濃度曲線と、前記解析対象の組織の灌流モデルとから、前記解析対象の組織における前記時間濃度曲線を推定する推定部と、
     前記推定部によって推定された前記解析対象の組織における前記時間濃度曲線と、前記情報取得部によって取得された阻害要因の情報とに基づいて、前記複数の医用画像データから生成された灌流画像の信頼性を判定するための判定情報を生成する生成部と、
     前記生成部によって生成された判定情報を所定の表示部にて表示させるように制御する表示制御部と、
     を備える、画像処理装置。
  2.  前記生成部は、前記複数の医用画像データから生成された灌流画像における特徴量の誤差範囲を示すグラフを生成する、請求項1に記載の画像処理装置。
  3.  前記生成部は、前記グラフを用いて、前記灌流画像の各画素における前記特徴量の誤差を算出し、算出した誤差を示した信頼性表示画像を生成する、請求項2に記載の画像処理装置。
  4.  前記生成部は、前記信頼性表示画像を生成する場合に、算出した誤差が所定の値を上回った領域のみを示した部分信頼性表示画像を生成する、請求項3に記載の画像処理装置。
  5.  前記表示制御部は、前記生成部によって生成された信頼性表示画像、及び、前記灌流画像に前記信頼性表示画像を重畳させた重畳画像のうち、少なくとも一方を前記所定の表示部にて表示させるように制御する、請求項3又は4に記載の画像処理装置。
  6.  前記表示制御部は、前記灌流画像、前記信頼性表示画像、前記部分信頼性表示画像又は重畳画像に含まれる領域と、前記グラフ上の領域との対応関係を前記所定の表示部に表示させるように制御する、請求項5に記載の画像処理装置。
  7.  前記情報取得部は、前記灌流画像の精度に係る阻害要因の情報として、前記複数の医用画像データに含まれるノイズの情報、アーチファクトの情報又は体動の情報を取得する、請求項1に記載の画像処理装置。
  8.  前記情報取得部は、造影剤によって造影しながら経時的に収集された複数の医用画像データに含まれる灌流画像の精度に係る阻害要因の情報を取得し、
     前記推定部は、解析対象の組織に対して血液を流入させる血管における前記造影剤の信号強度の経時的な遷移を示す時間濃度曲線と、前記解析対象の組織の灌流モデルとから、前記解析対象の組織における前記時間濃度曲線を推定する、請求項1に記載の画像処理装置。
  9.  前記情報取得部は、非造影の状態で経時的に収集された複数の医用画像データに含まれる灌流画像の精度に係る阻害要因の情報を取得し、
     前記推定部は、解析対象の組織に対して血液を流入させる血管における非造影の状態での信号強度の経時的な遷移を示す時間濃度曲線と、前記解析対象の組織の灌流モデルとから、前記解析対象の組織における前記時間濃度曲線を推定する、請求項1に記載の画像処理装置。
  10.  前記情報取得部は、経時的に収集された複数の3次元医用画像データに含まれる灌流画像の精度に係る阻害要因の情報を取得し、
     前記推定部は、前記複数の3次元医用画像データにて灌流状態が解析される解析対象の組織に対して血液を流入させる血管における信号強度の経時的な遷移を示す時間濃度曲線と、前記解析対象の組織の灌流モデルとから、前記解析対象の組織における前記時間濃度曲線を推定し、
     前記生成部は、前記推定部によって推定された前記解析対象の組織における前記時間濃度曲線と、前記情報取得部によって取得された阻害要因の情報とに基づいて、前記複数の3次元医用画像データから生成された灌流画像の信頼性を判定するための判定情報を生成する、請求項1に記載の画像処理装置。
  11.  経時的な複数の医用画像データを収集する収集部と、
     前記収集部によって収集された複数の医用画像データに含まれる灌流画像の精度に係る阻害要因の情報を取得する情報取得部と、
     前記複数の医用画像データにて灌流状態が解析される解析対象の組織に対して血液を流入させる血管における信号強度の経時的な遷移を示す時間濃度曲線と、前記解析対象の組織の灌流モデルとから、前記解析対象の組織における前記時間濃度曲線を推定する推定部と、
     前記推定部によって推定された前記解析対象の組織における前記時間濃度曲線と、前記情報取得部によって取得された阻害要因の情報とに基づいて、前記複数の医用画像データから生成された灌流画像の信頼性を判定するための判定情報を生成する生成部と、
     前記生成部によって生成された判定情報を所定の表示部にて表示させるように制御する表示制御部と、
     を備える、医用画像診断装置。
  12.  画像処理装置によって実行される画像処理方法であって、
     経時的に収集された複数の医用画像データに含まれる灌流画像の精度に係る阻害要因の情報を取得し、
     前記複数の医用画像データにて灌流状態が解析される解析対象の組織に対して血液を流入させる血管における信号強度の経時的な遷移を示す時間濃度曲線と、前記解析対象の組織の灌流モデルとから、前記解析対象の組織における前記時間濃度曲線を推定し、
     前記解析対象の組織における前記時間濃度曲線と、前記阻害要因の情報とに基づいて、前記複数の医用画像データから生成された灌流画像の信頼性を判定するための判定情報を生成し、
     前記判定情報を所定の表示部にて表示させるように制御する、
     ことを含む画像処理方法。
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