JP2004113800A - 画像処理方法及びシステム、コンピュータプログラム、並びにそれに関連する放射線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　コンピュータプログラムによって実行可能な、少なくとも１つの平らでない表面に位置する関心領域を有する被検体を表す入力画像を処理する方法及びシステムを提供する。
【解決手段】　小さな構造は、大きな構造の画像を得るために、大きな構造を保持しながら入力画像から除去される。大きな構造の画像は、小さな構造を表す減法処理された画像を得るために入力画像から減法処理される。大きな構造の画像は、中間グレイレベルを有する画像を得るために、テーブルを用いて処理され、これにより低グレイレベルを有する構造が除去されて、中間グレイレベルを有する構造が保持される。中間グレイレベルを有する背景に存在する小さな構造を表す出力画像を得るために、中間グレイレベルを有する画像に小さな構造を表す減法処理された画像が乗じられる。
【選択図】　　　図２

Description

　本発明は、画像処理の分野、特に被検体すなわち人体や動物の体のような生体の全体又は一部を表す放射線画像に関する。

　より具体的には、本発明は、特に冠状動脈を表示するための心臓放射線画像の分野に関する。

　デジタル断層撮影法や磁気共鳴技法を用いて冠状血管の画像を得ることができる。これらの技法は、開業医を支援する三次元データを提供する。冠状血管は、ほぼ楕円の心臓の外表面上に位置する。従って、血管を完全に包含する平面あるいは断面を見出すことは不可能である。所定の血管の有効長を定めるために最適な断平面を求めることは、オペレータにとってかなりの時間を要する作業である。

　更に、デジタル断層撮影法や磁気共鳴技法は、検査される身体の血液系内に比較的均一に広がる造影剤の非選択性注入を利用するものである。このことから、最も大きい心室と血管も、冠状血管と同じ信号レベルで得られた三次元画像において見えることになる。従って、冠状血管は、最も大きい心室と血管によって画像中に隠れてしまう恐れがあり、これにより最大値投影法の使用が妨げられ、これ無しには、何らかの石灰沈着を伴う冠状血管の完全で信頼性のあるビューを生成することはできない。このことから、冠状血管の望ましい三次元画像を生成するためには、オペレータが関心のある小体積を正確に定めることが必要であり、これは比較的長い作業時間を要する。

　更に、画像処理ツールにとっては、一定又は一様ではない冠状血管からの信号レベル及び背景に起因する更なる問題が生じる。血管の視認性が背景を形成する組織からの信号レベル内で失われる可能性があることから、この小血管を表示することは特に難しい。

　本発明の実施形態は、入力画像からの冠状血管の良好な表示を可能にする画像処理方法及びシステムを提供する。

　本発明の一態様による処理方法は、少なくとも１つの平らでない表面に位置する関心領域を有する、被検体すなわち生体の全体もしくは一部を表す入力画像を意図するものであって、
　ａ．大きな構造の画像を得るために大きな構造を保持しながら入力画像から小さな構造を除去し、
　ｂ．小さな構造を表す減法処理された画像（subtracted image）を得るために入力画像から大きな構造の画像を減法処理（subtract）し、
　ｃ．中間グレイレベルを有する画像を得るために、テーブルを用いて大きな構造の画像を処理し、これにより低グレイレベルを有する構造を除去し、中間グレイレベルを有する構造を保持し、
　ｄ．中間グレイレベルを有する背景に存在する小さな構造を表す出力画像を得るために、中間グレイレベルを有する画像に小さな構造を表す減法処理された画像を乗じることを含む。

　入力画像は、様々な画像技術又は画像診断装置から提供され、或いはこれらによって得ることができる。例えば、入力画像は連続回転スキャナによって、特にデータに冗長性をもたせるために何列かの検出器を備えたスキャナによって得ることができる。入力画像は、磁気共鳴イメージングによって得ることができる。

　本発明の実施形態において、入力画像は人間の心臓を表す。

　本発明の一実施形態は、コンピュータ上で実行するときに、上記の方法及び／又はシステムを実施するプログラムコード手段を含むコンピュータプログラムを提供する。本発明の実施形態は、コンピュータで使用可能な媒体を備えるコンピュータプログラム製品又は製造品を提供するものであり、該製品又は製造品は、被検体を表示する装置と共に使用される媒体に組み込まれるコンピュータ読取り可能なプログラムコード手段を有し、該コンピュータ読取り可能なプログラムコード手段が、上記の方法及び／又はシステムを実行する。本発明の実施形態は、上記の方法及び／又はシステムを実行するための機械によって実行可能な命令プログラムを明白に具現化する、機械によって読み取り可能なプログラム記憶装置を提供する。

　本発明の一実施形態は、少なくとも１つのＸ線源のような放射線源を提供する手段と、少なくとも１つのＸ線レシーバ又は検出器組立体のような放射線受信手段と、該Ｘ線レシーバの出力に接続された画像処理手段とを備える放射線装置、特にスキャナを提供し、該装置は、上記のような方法及び／又はシステムを有する。

　本発明及びその実施形態は、これに限定されない実施例を用いて添付図面により示される詳細な説明を読むことでより理解されるであろう。

　本発明の一実施形態においては、デジタル断層撮影画像が使用される。図１及び図２に見られるように、デジタル断層撮影イメージング装置及びシステム１は、例えば第三世代のデジタル断層撮影スキャナに代表される、回転移動が可能なガントリ２を含む。ガントリ２はＸ線源３を含み、該Ｘ線源はガントリ２の反対側に載置された検出器組立体５に向かってＸ線ビーム４を投射する。検出器組立体５は、患者７のような被検体を透過する投射Ｘ線を共に受ける複数の検出器素子６によって形成される。検出器素子６の各々は、入射Ｘ線のビーム強度、及び該ビームが被検体すなわち患者７を透過する際に結果として生じるビームの減弱を表す電気信号を生成する。Ｘ線投射データを収集するための走査時に、ガントリ及び該ガントリが支持する構成部品が回転軸８の周りを回転する。

　図２に示されるような一実施形態においては、複数の検出器素子６は、断面画像に対応する投射データが１回の走査の間で収集されるように一列に配置される。別の実施形態においては、検出器素子６は、複数の並行の列で配置され、その結果、複数の並行の断面に対応する投射データを１回の走査の間で同時に収集することができる。

　ガントリ２の回転及びＸ線源３の動作は、システム１の制御構成要素９によって制御される。制御構成要素９は、電力及び順序付けの信号をＸ線源３に供給するＸ線制御要素１０と、ガントリ２の回転速度及び位置を制御する、ガントリ２のモータを制御する要素１１とを含む。制御構成要素９の一部を構成するデータ収集システム１２は、検出器素子６から来るアナログデータをサンプリングし、該アナログデータを後続の処理のためにデジタル信号に変換する。画像再構成装置１３は、データ収集システム１２から来るサンプリングされデジタル化された放射線データを受け取り、高速画像再構成を実行する。再構成画像はコンピュータ１４すなわち計算機の入力に送られ、コンピュータにより大容量記憶装置１５、特にメモリ内に該画像が格納される。

　また、コンピュータ１４は、キーボード（図示せず）を備えるコンソール１６を介してオペレータから来る命令及び走査パラメータを受け取る。例えば陰極線管画面のような表示モニタ１７により、オペレータはコンピュータ１４から送られる再構成画像及び他のデータを観察することができる。コンピュータ１４は、オペレータによって与えられる命令及びパラメータを用いて、データ収集システム１２と、Ｘ線制御要素１０と、ガントリ２のモータを制御する要素１１とに制御信号及び情報を供給する。更に、コンピュータ１４は、モータ式テーブル１９を制御してガントリ２内で患者７のような被検体を位置決めするためのテーブルモータ制御要素１８を制御する。具体的には、テーブル１９により患者７の一部がガントリ２の開口部２０を通過することができる。

　コンピュータ１４、コンソール１６、及びモニタ１７は、ポインティング・デバイスとともに以下の段階において使用される。ポインティング・デバイスは、例えば、コンソール１６上の命令、又はマウス（図示せず）のような別個のデバイスである。

　コンピュータ１４は、オペレータが見ることになる冠状血管、特に小血管のビュー（ｖｉｅｗ）を改善するために、画像再構成装置１３又は記憶装置１５のいずれかからの画像を処理するソフトウェア手段又はハードウェア手段を備える。画像再構成装置１３又は記憶装置１５のいずれかからの原画像２１を使用して、コンピュータ１４は、グレイレベルを収縮する段階２２を実行し、次いでグレイレベルを再構成する段階２３を実行して、入力画像２１に存在する大きな構造の画像と、収縮段階２２で除去された小さな構造、特に小さな血管の画像とが段階２３の出力において得られる。

　大きな構造の画像は、その後、連続して又は並行して実行することができる２つの異なる処理を受ける。段階２４において、中間グレイレベルを有する画像を得るために、テーブル（数表）を用いて大きな構造の画像を処理し、これにより低グレイレベルを有する構造を除去し、かつ中間グレイレベルの構造を保持する。更に、段階２４の間に、高グレイレベルを有する構造の減衰を付与することができる。例えば、−１０００から−５００ハウンスフィールド単位の間のグレイレベルを有するピクセルのグレイレベルをゼロに設定することにより付与することができる。−５００から−４ハウンスフィールド単位の間のグレイレベルを有するピクセルについては、値４０９５まで増加していく勾配を付与することができる。次に、−４から＋２２６ハウンスフィールド単位の間のグレイレベルを有するピクセルについては、減少する勾配を付与すれば良く、最後に、２２６ハウンスフィールド単位よりも大きいグレイレベルを有するピクセルについては、一定の減衰を付与すればよい。

　段階２５においては、小さな構造を表す減法処理された画像を得るために、段階２３の出力で得られた大きな構造の画像が入力画像２１から減法処理される。これは、大きな構造の画像上に単独で残存する大きな構造を表すピクセル値を、入力画像２１のピクセル値から減法処理する際に、小さな構造を表すピクセル値が減法処理された画像上に残存するからである。

　段階２６においては、減法処理段階２５の出力で減法処理された画像をテーブルを用いて処理し、これにより高域フィルタを用いて低グレイレベルをもつ構造を除去するが、この場合、負のピクセル値に対しては値０を有するテーブルによって実行され、０から６００ハウンスフィールド単位までの間の値を有するピクセルに対しては０から１まで増加する勾配によって実行され、６００ハウンスフィールド単位より大きい値を有するピクセルは変更しない。

　段階２７においては、段階２６の出力から処理された減法処理画像に、段階２４の出力で得られた中間グレイレベルを有する画像が乗じられる。その結果、段階２７の終了時に、背景に中間グレイレベルを有する小さな構造を表す出力画像が得られる。従って、この小さな構造は、出力画像における背景に対して入力画像２１における背景よりも見やすくなり、これらのフィルタ処理された背景がハウンスフィールド・スケールから選択された値の範囲外にあるときには、構造の視認性が弱められる。

　図４は、入力画像２１が異なる処理を受ける別の実施形態を示している。段階２８においてグレイレベルの収縮が実行され、次いで段階２８からの収縮された画像は、一方ではＫサイズの濾過処理段階２９を受け、他方ではＫ−ａサイズの濾過処理段階３０を受ける。ａ＝２であるのが有利である。次に、段階２９からの濾過処理された画像が段階３０からのフィルタ処理された画像から減法処理される段階３１が実行される。このようにして、大きな構造の画像が得られて、この画像は次いで図３に示された実施形態の段階２４から段階２７までと同様の段階３２から段階３５の処理を行う。

　本発明の実施形態により、大きな構造を含む入力画像における小さな構造の表示を顕著に改善することが可能となる。本発明は、大血管又は心室のような大きな構造が小さな冠状血管を隠しているような、例えばスキャナを使用して取得した血管画像を処理するのに非常に好適である。従って、本発明の実施形態は、高品質の冠状血管画像を得ることを可能にし、開業医の作業を容易にすることができる。更に、冠状血管がより鮮明に見える画像が得られることにより、開業医の作業時間を削減することが可能になる。勿論、本発明の実施形態は、三次元画像と同様に二次元画像に対しても好適に適用することができる。

　本発明の実施形態においては、画像は濾過処理され、これにより、背景に対する小さな構造の視認性を向上させることができ、この濾過処理された背景の値がハウンスフィールド・スケールから選択された範囲外にあるときには、構造の視認性が弱められる。

　本発明の一実施形態においては、減法処理された画像はテーブルを用いて処理され、これにより低グレイレベルを有する構造が除去された後に、乗法段階が行われる。

　本発明の一実施形態においては、大きな構造の画像は、テーブルを用いて処理されて、これにより低グレイレベルを有する構造が除去され、中間グレイレベルを有する構造は保持され、これにより高グレイレベルを有する構造が弱められる。

　本発明の一実施形態においては、小さな構造の除去は、グレイレベルの収縮によって実行され、この後にグレイレベルの再構成を実行して大きな構造を保持するようにする。

　本発明の一実施形態においては、小さな構造を除去する段階は、グレイレベルの収縮によって実行され、次いでＫサイズの濾過処理した結果とＫ−ａサイズの濾過処理した結果とを減法処理する。数字ａは２とすることができる。

　本発明の一態様によると、この処理システムは、少なくとも１つの平らでない表面上に位置する関心領域を有する生体の一部分を表す入力画像を意図するものである。このシステムは、画像処理可能な少なくとも１つの計算機と、画像を格納可能な、該計算器に接続された少なくとも１つのメモリとを備える。

　本システムは、大きな構造の画像を得るために、大きな構造を保持しながら同時に入力画像から小さな構造を除去するモジュールのような手段と、小さな構造を表す減法処理された画像を得るために、入力画像から大きな構造の画像を減法処理するモジュールのような手段と、中間グレイレベルを有する画像を得るために、大きな構造の画像を処理して低グレイレベルを有する構造を除去し、中間グレイレベルをもつ構造を保持するテーブルを含むモジュールのような手段と、中間グレイレベルを有する背景に存在する小さな構造を表す出力画像を得るために、中間グレイレベルを有する画像に小さな構造を表す減法処理された画像を乗じるモジュールのような手段とを備えている。

　一実施形態においては、本システムは、減法処理された画像を処理して低グレイレベルを有する構造を除去するためのテーブルを備える。

　本発明の実施形態においては、大きな構造の画面を処理するモジュールは、低グレイレベルを有する構造を除去し、中間グレイレベルをもつ構造を保持して、高グレイレベルを有する構造を弱めるために提供される。

　本発明の実施形態においては、小さな構造を除去するモジュールは、大きな構造を保持するために、グレイレベルを収縮する要素とグレイレベルを再構成する要素とを備えている。

　或いは、本発明の実施形態においては、小さな構造を除去するモジュールは、グレイレベルを収縮する要素と、Ｋサイズフィルタと、Ｋ−ａサイズフィルタと、二つのフィルタの出力に取り付けられた減法処理要素とを備えることができる。

　本発明及びその実施形態は、特に、一様なグレイレベルをもつ背景に対して小血管を引き立たせて、特に心臓及び心室の大血管を表す大きな構造を削除するのに非常に好適な冠状血管を表示するための増強フィルタを提供する。

　当業者は、本発明の目的及び範囲から逸脱することなく、開示された実施形態及び均等物に関する構造及び／又は段階及び／又は手法及び／又は方法及び／又は機能及び／又は結果に対する種々の変更を行い、もしくは提案することができる。

放射線装置の概略図。 本発明の一態様によるシステムの概略図。 本発明の一態様による方法の段階のフロー図。 本発明の別の態様による方法の段階のフロー図。

符号の説明

　１　デジタル断層撮影イメージング装置及びシステム
　２　ガントリ
　３　Ｘ線源
　４　Ｘ線ビーム
　５　検出器組立体
　６　検出器素子
　７　患者
　８　回転軸
　９　制御構成要素
　１０　Ｘ線制御要素
　１１　ガントリのモータ制御要素
　１２　データ収集システム
　１３　画像再構成装置
　１４　コンピュータ
　１５　記憶装置
　１６　コンソール
　１７　モニタ

Claims (18)

1. 　少なくとも１つの平らでない表面上に位置する関心領域を有する被検体を表す入力画像を処理する方法であって、
   　ａ．大きな構造の画像を得るために大きな構造を保持しながら前記入力画像から小さな構造を除去し、
   　ｂ．小さな構造を表す減法処理された画像を得るために前記入力画像から大きな構造の画像を減法処理し、
   　ｃ．中間グレイレベルを有する画像を得るために、テーブルを用いて前記大きな構造の画像を処理し、これにより低グレイレベルを有する構造を除去して、中間グレイレベルを有する構造を保持し、
   　ｄ．中間グレイレベルを有する背景に存在する小さな構造を表す出力画像を得るために、前記中間グレイレベルを有する画像に前記小さな構造を表す減法処理された画像を乗じる、
   ことを含む方法。
2. 　前記乗じる段階の前に、前記減法処理された画像をテーブルを用いて処理して、これにより低グレイレベルを有する構造を除去する請求項１に記載の方法。
3. 　前記大きな構造の画像をテーブルを用いて処理して、これにより低グレイレベルを有する構造を除去し、中間グレイレベルを有する構造を保持して、高グレイレベルを有する構造を弱める請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 　大きな構造を保持するために、前記小さな構造の除去が、グレイレベルの収縮を行い、次にグレイレベルを再構成することによって実行される前出の請求項のいずれか１項に記載の方法。
5. 　前記小さな構造の除去が、グレイレベルの収縮を行った後に、Ｋサイズフィルタリング及びＫ−ａサイズフィルタリングの結果を減法処理することよって行われる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
6. 　ａは２に等しいことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 　前記入力画像が、連続回転スキャナによって得られることを特徴とする前出の請求項のいずれか１項に記載の方法。
8. 　前記入力画像が、磁気共鳴イメージングによって得られることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法。
9. 　前記被検体は生体の全体又は一部であることを特徴とする前出の請求項のいずれか１項に記載の方法。
10. 　前記入力画像が人間の心臓を表すことを特徴とする前出の請求項のいずれか１項に記載の方法。
11. 　コンピュータ上で実行するときに、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法の段階を実施するためのプログラムコード手段を含むコンピュータプログラム。
12. 　プログラムコード手段が組み込まれた、コンピュータ上で使用可能な媒体を備え、該コンピュータ読取り可能なプログラムコード手段が、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法の段階を実施することを特徴とするコンピュータプログラム製品。
13. 　コンピュータシステムに用いるための製造品であって、該製造品はコンピュータ読取り可能なプログラム手段が組み込まれたコンピュータ上で使用可能な媒体を備え、前記プログラムコード手段は、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法の段階を実施することを特徴とする製造品。
14. 　請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法の段階を実行するための機械によって実行可能な命令プログラムを明白に具現化する、機械によって読取り可能なプログラム記憶装置。
15. 　少なくとも１つの平らでない表面に位置する関心領域を有する被検体を表す入力画像を処理するシステムであって、
    　ａ．画像を処理する手段（１４）と、
    　ｂ．前記画像を格納し、前記処理手段に接続された手段（１５）と、
    　ｃ．大きな構造の画像を得るために、大きな構造を保持しながら同時に前記入力画像から小さな構造を除去する手段と、
    　ｄ．小さな構造を表す減法処理された画像を得るために、前記入力画像から大きな構造の画像を減法処理する手段と、
    　ｅ．中間グレイレベルを有する画像を得るために、大きな構造の画像を処理して低グレイレベルを有する構造を除去し、中間グレイレベルをもつ構造を保持する手段と、
    　ｆ．中間グレイレベルを有する背景に存在する小さな構造を表す出力画像を得るために、中間グレイレベルを有する画像に小さな構造を表す減法処理された画像を乗じる手段と、
    を備えるシステム。
16. 　前記大きな構造の画像を処理する手段がテーブルを含むことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
17. 　ａ．放射線源を提供する手段（３）と、
    　ｂ．放射線のレシーバを提供する手段（５）と、
    　ｃ．画像を処理する手段と、
    　ｄ．前記画像を格納し、前記処理手段に接続された手段と、
    　ｅ．大きな構造の画像を得るために、大きな構造を保持しながら同時に入力画像から小さな構造を除去する手段と、
    　ｆ．小さな構造を表す減法処理された画像を得るために、前記入力画像から大きな構造の画像を減法処理する手段と、
    　ｇ．中間グレイレベルを有する画像を得るために、大きな構造の画像を処理して低グレイレベルを有する構造を除去し、中間グレイレベルをもつ構造を保持する手段と、
    　ｈ．中間グレイレベルを有する背景に存在する小さな構造を表す出力画像を得るために、中間グレイレベルを有する画像に小さな構造を表す減法処理された画像を乗じる手段と、
    を備える放射線装置。
18. 　前記大きな構造の画像を処理する手段が、テーブルを含むことを特徴とする請求項１７に記載の装置。

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