CN115486859A - 医用图像处理装置以及医用图像处理方法 - Google Patents

医用图像处理装置以及医用图像处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供医用图像处理装置以及医用图像处理方法，在插入医用器件的被检测体的断层合成图像中，能使医用器件的前端清晰。一种对使用以小于180度的角度范围拍摄被检测体而得的多个投影图像来生成的断层合成图像进行处理的医用图像处理装置，其特征在于，具备：存储部，预先存储拍摄空间的每个坐标的模糊数据；和补正部，使用所述模糊数据来补正所述断层合成图像。

Description

医用图像处理装置以及医用图像处理方法
技术领域
本发明涉及对由X射线断层合成(tomosynthesis)装置得到的医用图像进行处理的医用图像处理装置以及医用图像处理方法，与使插入被检测体的医用器件的前端清晰的技术相关。
背景技术
X射线断层合成装置是使用从多个方向拍摄被检测体而得的多个投影图像来生成与床台平行的面中的断层图像即断层合成图像的装置。此外，从多个断层合成图像生成的三维图像为了确认插入被检测体的引导护套等医用器件的三维配置而使用。另一方面，拍摄多个投影图像的X射线断层合成装置与X射线透视拍摄装置相比暴露剂量多，期望抑制暴露剂量。
在专利文献1中公开了如下技术：为了抑制断层合成拍摄中的暴露剂量，确定多个拍摄对象的大小和位置，算出能将各拍摄对象分离的角度范围，以该角度范围来取得投影图像。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特许第6502188号公报
但是，在专利文献1中，针对使插入被检测体的导管、内窥镜等医用器件的前端清晰的考虑并不充分。在X射线断层合成装置中，拍摄投影图像的角度范围小于180度，是有限定的，因此会在所生成的断层合成图像中产生畸变，从而使医用器件的前端模糊。在断层合成图像的畸变大的情况下，无法确认医用器件前端的三维配置，会给治疗等带来障碍。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种医用图像处理装置以及医用图像处理方法，在插入医用器件的被检测体的断层合成图像中，能够使医用器件的前端清晰。
为了达成上述目的，本发明是一种对使用以小于180度的角度范围拍摄到的多个投影图像来生成的断层合成图像进行处理的医用图像处理装置，其特征在于，具备：存储部，预先存储拍摄空间的每个坐标的模糊数据；和补正部，使用所述模糊数据来补正所述断层合成图像。
此外，本发明是一种对使用以小于180度的角度范围拍摄到的多个投影图像来生成的断层合成图像进行处理的医用图像处理方法，其特征在于，具备：读出步骤，读出拍摄空间的每个坐标的模糊数据；和补正步骤，使用所述模糊数据来补正所述断层合成图像。
发明效果
根据本发明，能提供一种在插入医用器件的被检测体的断层合成图像中能使医用器件的前端清晰的医用图像处理装置以及医用图像处理方法。
附图说明
图1是医用图像处理装置的整体结构图。
图2是作为医用图像拍摄装置的一例的X射线断层合成装置的整体结构图。
图3是表示实施例1的处理的流程的一例的图。
图4是表示记录有拍摄空间的每个坐标的模糊数据的表格的一例的图。
图5是表示实施例2的处理的流程的一例的图。
图6是表示记录有医用器件的每个种类的调整系数的表格的一例的图。
图7是表示实施例2的显示窗口的一例的图。
图8是表示调整系数与对比度的关系的一例的图。
图9是表示实施例3的处理的流程的一例的图。
图10是表示实施例3的操作窗口的一例的图。
附图标记说明
1：医用图像处理装置，2：运算部，3：存储器，4：存储装置，5：网络适配器，6：系统总线，7：显示装置，8：输入装置，10：医用图像拍摄装置，11：医用图像数据库，200：X射线断层合成装置，201：X射线源，202：X射线检测器，203：被检测体，204：床台，205：操作台，701：医用器件区域，702：箭头，1001：时间分辨率调整部
具体实施方式
以下，按照附图来说明本发明所涉及的医用图像处理装置以及医用图像处理方法的实施例。另外，在以下的说明以及附图中，对具有同一功能结构的结构要素附加同一附图标记并省略重复说明。
【实施例1】
图1是表示医用图像处理装置1的硬件结构的图。医用图像处理装置1通过将运算部2、存储器3、存储装置4、网络适配器5用系统总线6以能发送接收信号的方式连接而构成。此外，医用图像处理装置1经由网络9与医用图像拍摄装置10、医用图像数据库11以能发送接收信号的方式连接。进一步地，在医用图像处理装置1连接显示装置7和输入装置8。在此，所谓“以能发送接收信号的方式”，表示以电学、光学方式不论有线、无线能相互或者从一方向另一方发送接收信号的状态。
运算部2是控制各结构要素的动作的装置，具体来说，是CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)、MPU(Micro Processor Unit，微处理器)等。运算部2将保存在存储装置4中的程序、程序执行所需的数据加载到存储器3中来执行，从而对医用图像实施各种图像处理。存储器3是存储运算部2所执行的程序、运算处理的中途经过的设备。存储装置4是保存运算部2所执行的程序、程序执行所需的数据的装置，具体来说，是HDD(Hard DiskDrive，硬盘驱动器)、SSD(Solid State Drive，固态硬盘)等。网络适配器5用于将医用图像处理装置1与LAN、电话线路、互联网等网络9连接。运算部2所处理的各种数据可以经由LAN(Local Area Network，局域网)等网络9与医用图像处理装置1的外部进行发送接收。
显示装置7是显示医用图像处理装置1的处理结果等的装置，具体来说，是液晶显示器等。输入装置8是由操作者对医用图像处理装置1进行操作指示的操作器件，具体来说，是键盘、鼠标、触控面板等。鼠标也可以是触控板、轨迹球等其他指示器件。
医用图像拍摄装置10例如是从多个方向拍摄被检测体来取得多个投影图像并从多个投影图像生成断层图像的X射线断层合成装置，使用图2后述。医用图像数据库11是存储由医用图像拍摄装置10取得的投影图像、断层图像、对断层图像实施了图像处理而得的补正图像等的数据库系统。
使用图2来说明作为医用图像拍摄装置10的一例的X射线断层合成装置200的整体结构。另外，在图2中，将与纸面垂直的方向设为X轴，将纵向设为Y轴，将横向设为Z轴。X射线断层合成装置200具备X射线源201、X射线检测器202、床台204、操作台205。
X射线源201是对载置于床台204的被检测体203照射X射线的装置。若对X射线源201施加与由操作台205设定的拍摄条件相应的高电压，就对被检测体203照射X射线。
X射线检测器202是通过检测透过被检测体203的X射线来测量透过X射线的空间分布的装置。X射线检测器202与X射线源201对置配置，在ZX面内二维地排列大量的检测元件。基于由X射线检测器202测量到的信号生成二维的投影图像。
为了从多个方向拍摄被检测体203来得到多个投影图像，使X射线源201和X射线检测器202中的至少一者在Z轴方向上移动。所得到的多个投影图像被使用在作为与床台204平行的面即ZX面中的断层图像的断层合成图像的生成中。
操作台205是执行拍摄条件的设定、断层合成图像的生成、显示的装置，由所谓的计算机构成。在图2所例示的操作台205中显示被检测体203的胸部的断层合成图像。操作台205可以是图1所示的医用图像处理装置1。
在X射线断层合成装置200中，由于将拍摄投影图像的角度范围限定在小于180度、例如20度～40度，因此会在所生成的断层合成图像中产生畸变，使插入被检测体203的导管、内窥镜等医用器件的前端模糊。在断层合成图像的畸变大的情况下，无法确认医用器件前端的三维配置，会给治疗等带来障碍。因此，在实施例1中，执行用于使断层合成图像清晰的处理的流程。
使用图3按每个步骤来说明在实施例1中执行的处理的流程的一例。
(S301)
运算部2取得从多个方向拍摄被检测体203而得的多个投影图像。运算部2可以接收由X射线断层合成装置200拍摄到的投影图像，也可以读出预先存储在存储装置4、医用图像数据库11中的投影图像。
(S302)
运算部2使用S301中取得的多个投影图像来生成断层合成图像。
(S303)
运算部2读出拍摄空间的每个坐标的模糊数据。每个坐标的模糊数据例如以图4所示那样的表格的形式预先存储在存储装置4中。在图4所例示的表格中，将模糊数据与三维的每个坐标建立对应。例如，将模糊数据Blr_111与(x1，y1，z1)的坐标建立对应，将Blr_211与(x2，y1，z1)建立对应，将Blr_nnn与(xn，yn，zn)建立对应。
此外，存储装置4可以存储根据拍摄空间的坐标来算出模糊数据的式子。在存储算出模糊数据的式子的情况下，能够节约存储装置4的存储容量。
另外，模糊数据也可以作为通过X射线模拟或者体模拍摄而生成的点响应函数PSF(Point Spread Function)存储在存储装置4中。在体模拍摄中使用1点的坐标或者不足与像素的大小相同程度的微小球体体模。
(S304)
运算部2使用S303中读出的模糊数据来补正S302中生成的断层合成图像。即运算部2作为补正断层合成图像的补正部起作用。例如通过将每个坐标的点响应函数在断层合成图像中进行反卷积运算，来补正断层合成图像中包含的模糊。运算部2将进行了补正的断层合成图像显示于显示装置7。
通过以上说明的处理的流程，来补正断层合成图像中包含的模糊，因此能够使插入被检测体的医用器件的前端清晰。其结果，不会对使用医用器件的治疗带来障碍。
【实施例2】
在实施例1中，说明了使用拍摄空间的每个坐标的模糊数据来补正断层合成图像。使用模糊数据的补正相当于强调高频分量的处理，有时会强调断层合成图像中包含的白噪声等而使其明显化。因此，在实施例2中，为了抑制白噪声等的明显化，说明对补正断层合成图像的范围进行限定这一手段。另外，实施例2的医用图像处理装置1的硬件结构与实施例1相同，因此省略说明。
使用图5按每个步骤来说明在实施例2中执行的处理的流程的一例。
(S301)
与实施例1同样地，取得投影图像。
(S302)
与实施例1同样地，生成断层合成图像。
(S503)
运算部2从S302中生成的断层合成图像提取作为医用器件的区域的医用器件区域。由于医用器件的材质是已知的，因此可以将断层合成图像的亮度值处于给定的范围的区域作为医用器件区域来提取。此外，由于医用器件的形状是已知的，因此可以从基于亮度值提取到的医用器件区域之中根据形状的相似性重新提取医用器件区域。
另外，在医用器件区域的提取中，可以使用通过将包含已知的医用器件区域的断层图像作为示教数据来进行学习而生成的机器学习引擎。机器学习引擎例如使用CNN(Convolutional Neural Network，卷积神经网络)来构成。在示教数据中使用的断层图像可以是断层合成图像，也可以是X射线CT图像。其中，在作为示教数据来使用X射线CT图像的情况下，由于X射线CT图像的空间分辨率更高，因此能提高医用器件区域的提取精度。
此外，从断层合成图像提取出的医用器件区域的位置可以基于从断层合成图像的生成中使用的投影图像提取的医用器件的区域来修正。说明具体的过程。(1)从断层合成图像的生成中使用的多个投影图像的各个投影图像提取医用器件的区域。(2)对从断层合成图像提取出的医用器件区域以与各投影图像相同的投影角度进行正向投影运算，从而得到对医用器件区域虚拟地进行了投影的正向投影数据。(3)算出各正向投影数据中包含的医用器件区域与从各投影图像提取出的医用器件的区域的差异。(4)若算出的差异收于给定的范围就结束，若未收于给定的范围就在修正了断层合成图像之中的医用器件区域后返回到(2)，重复进行(3)、(4)。即，对断层合成图像中包含的医用器件区域进行修正，以使得对从断层合成图像提取出的医用器件区域进行正向投影运算而得的正向投影数据与从投影图像提取的医用器件的区域的差异收于给定的范围。
(S504)
运算部2读出S503中提取出的医用器件区域和其周边区域的每个坐标的模糊数据。所谓医用器件区域的周边区域，是距医用器件区域的边界给定的像素数例如3像素为止的区域。
(S505)
运算部2使用S504中读出的模糊数据来补正S302中生成的断层合成图像。即，将补正断层合成图像的范围限定在医用器件区域和其周边区域。通过将被补正的范围限定在医用器件区域和其周边区域，可抑制白噪声等的明显化。
另外，在断层合成图像的补正中使用的模糊数据可以使用对应于医用器件的种类而设定的调整系数来调整。由于X射线减弱系数对应于医用器件的种类而不同，因此模糊的程度也发生变化。因此，可以对应于医用器件的种类来调整模糊数据。医用器件的每个种类的调整系数例如以图6所示那样的表格的形式存储在存储装置4中。在图6所例示的表格中，对导管设定调整系数α1，对内窥镜设定α2，对引导护套设定α3。模糊数据通过乘以医用器件的每个种类的调整系数来调整。通过对应于插入被检测体203的医用器件的种类来调整模糊数据，医用器件区域就会变得更清晰。
运算部2将进行了补正的断层合成图像显示在显示装置7。在图7示出显示窗口的一例。在图7所例示的显示窗口中，将所提取出的医用器件区域701重叠显示于胸部的断层合成图像，并且显示表示医用器件的行进方向的箭头702。医用器件的行进方向根据医用器件的前端和弯曲部来算出。此外，医用器件的前端和弯曲部通过所提取出的医用器件区域701的细线化处理来求取。此外，可以在从多个断层合成图像生成的三维图像上重叠显示所提取出的医用器件区域的三维形状。
由于通过以上说明的处理的流程，来补正断层合成图像中包含的模糊，因此能够使插入被检测体的医用器件的前端清晰。此外，由于要补正的范围限定在医用器件区域和其周边区域，因此能抑制白噪声等的明显化。
另外，也可以取代基于所提取出的医用器件区域来设定对断层合成图像进行补正的范围，而是使用对应于断层合成图像的对比度而设定的调整系数来调整模糊数据，并使用调整后的模糊数据来补正断层合成图像。通过使用对应于断层合成图像的对比度而设定的调整系数来调整模糊数据，可对应于断层合成图像的对比度来调整补正的程度。
图8示出调整系数α和对比度C的关系的一例。在图8中，例示在对比度C为某基准值时示出最小且对应于对比度C的绝对值而变大的调整系数α。每个坐标的模糊数据通过乘以对应于该坐标的对比度C而设定的调整系数α来调整。即，能在不提取医用器件区域的情况下，使医用器件区域和其周边区域清晰。
【实施例3】
在实施例1以及实施例2中，说明了对使用所取得的投影图像而生成的断层合成图像进行补正。若补正后的断层合成图像的时间分辨率不充分，则有时会给治疗等带来障碍。所谓时间分辨率，意思是指断层合成图像的生成所需的拍摄时间。另外，在以X射线源等速移动进行拍摄为前提的情况下，拍摄时间与投影图像的张数成比例。对于运动的医用器件，使拍摄时间越短，即，使投影图像的张数越少，则断层合成图像上的医用器件的位置偏离越小，另一方面，使拍摄时间越长，即，使投影图像的张数越多，则断层合成图像上的医用器件的位置偏离越大。因此，在实施例3中，说明为了对于容许范围内的医用器件的位置偏离显示具有必要的时间分辨率的断层合成图像，而对断层合成图像的生成中使用的投影图像进行选择。另外，实施例3的医用图像处理装置1的硬件结构与实施例1相同，因此省略说明。
使用图9按每个步骤来说明在实施例3中执行的处理的流程的一例。
(S901)
运算部2设定时间分辨率。即，运算部2作为时间分辨率设定部起作用。
在时间分辨率的设定中可以使用图10所例示的操作窗口。图10的操作窗口具有时间分辨率调整部1001。时间分辨率调整部1001在由操作者调整时间分辨率时使用，例如由滑动条、文本框构成。
此外，运算部2可以根据断层合成图像的生成之前拍摄的X射线透视图像来算出医用器件的速度，并基于所算出的速度来设定时间分辨率。医用器件的速度越大，则时间分辨率设定得越高。
(S902)
运算部2基于S901中设定的时间分辨率来设定在断层合成图像的生成中使用的投影图像的张数。投影图像的张数是所设定的时间分辨率越低则设定得越多，时间分辨率越高则设定得越少。
(S903)
运算部2取得S902中设定的张数的投影图像。运算部2可以对X射线断层合成装置200给出指示，以便拍摄所设定的张数的投影图像，也可以从预先存储在存储装置4、医用图像数据库11中的投影图像之中读出所设定的张数的投影图像。
(S302)
与实施例1同样地，生成断层合成图像。
(S503)
与实施例2同样地，从断层合成图像提取医用器件区域。
(S504)
与实施例2同样地，读出医用器件区域和其周边区域的每个坐标的模糊数据。
(S505)
与实施例2同样地，补正断层合成图像。
由于通过以上说明的处理的流程来补正断层合成图像中包含的模糊，因此能使插入被检测体的医用器件的前端清晰。此外，由于使用对应于所设定的时间分辨率选择出的投影图像来生成断层合成图像，因此可显示具有必要的时间分辨率的断层合成图像。
以上，说明书了本发明的多个实施例。另外，本发明并不限定于上述实施例，能在不脱离发明的要旨的范围内对结构要素进行变形并具体化。此外，也可以将上述实施例中公开的多个结构要素适当组合。进一步地，可以从上述实施例所示的全部结构要素中删除几个结构要素。

Claims (17)

1.一种医用图像处理装置，对使用以小于180度的角度范围拍摄被检测体而得的多个投影图像来生成的断层合成图像进行处理，其特征在于，具备：
存储部，预先存储拍摄空间的每个坐标的模糊数据；和
补正部，使用所述模糊数据来补正所述断层合成图像。
2.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，
所述存储部存储将所述模糊数据与每个所述坐标建立对应的表格。
3.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，
所述存储部存储根据所述拍摄空间的坐标来算出所述模糊数据的式子。
4.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，
所述存储部中存储的每个所述坐标的模糊数据是通过X射线模拟或者体模拍摄而生成的点响应函数。
5.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，
所述补正部从所述断层合成图像提取作为插入所述被检测体的医用器件的区域的医用器件区域，并基于所述医用器件区域来设定对所述断层合成图像进行补正的范围。
6.根据权利要求5所述的医用图像处理装置，其特征在于，
所述补正部算出所述医用器件的行进方向。
7.根据权利要求6所述的医用图像处理装置，其特征在于，
所述补正部算出所述医用器件的三维形状。
8.根据权利要求5所述的医用图像处理装置，其特征在于，
所述补正部使用通过将包含已知的医用器件区域的断层图像作为示教数据进行学习而生成的机器学习引擎，来提取所述医用器件区域。
9.根据权利要求8所述的医用图像处理装置，其特征在于，
所述示教数据包含X射线CT图像。
10.根据权利要求5所述的医用图像处理装置，其特征在于，
所述补正部对所述医用器件区域进行修正，以使得对所述医用器件区域进行正向投影运算而得的正向投影数据与从所述投影图像提取的医用器件的区域的差异收于给定的范围。
11.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，
所述补正部使用对应于插入所述被检测体的医用器件的种类而设定的调整系数来调整所述模糊数据，并使用进行了调整的模糊数据来补正所述断层合成图像。
12.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，
所述补正部使用对应于所述断层合成图像的对比度而设定的调整系数来调整所述模糊数据，并使用进行了调整的模糊数据来补正所述断层合成图像。
13.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，
所述医用图像处理装置还具备：
时间分辨率设定部，设定所述断层合成图像的时间分辨率，
所述补正部对使用基于所述时间分辨率设定的张数的投影图像而生成的断层合成图像进行补正。
14.根据权利要求13所述的医用图像处理装置，其特征在于，
所述时间分辨率设定部接受在操作窗口输入的时间分辨率。
15.根据权利要求13所述的医用图像处理装置，其特征在于，
所述时间分辨率设定部使用在所述断层合成图像的生成之前拍摄的X射线透视图像来算出插入所述被检测体的医用器件的速度，并基于所算出的速度来设定所述时间分辨率。
16.一种X射线断层合成装置，以小于180度的角度范围拍摄多个投影图像，并且使用所述投影图像来生成断层合成图像，其特征在于，
具备权利要求1所述的医用图像处理装置。
17.一种医用图像处理方法，对使用以小于180度的角度范围拍摄到的多个投影图像来生成的断层合成图像进行处理，其特征在于，具备：
读出步骤，读出拍摄空间的每个坐标的模糊数据；和
补正步骤，使用所述模糊数据来补正所述断层合成图像。
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