JP2004535873A5 - - Google Patents

Description

ボリューム画像のノイズ軽減方法

本発明は、離散空間グリッド上の複数の強度値を含む３次元ボリューム画像データセットを視覚化する方法に関する。かかる方法は、投写平面上に前記ボリューム画像データを投影することにより２次元画像が形成され、各画素について、該当画素に関連し当該画像化ボリュームを通じて延びる投影パスに沿う平均強度の最大値又は最小値に対応する強度値を測定し、前記平均強度が前記投影パスに沿って互いに隣接する前記ボリューム画像データセットの複数の強度値について平均化することにより算出されるようなものである。本発明はまた、特にＣＴ装置又はＭＲ装置のような画像診断装置、及び本発明による方法を実行するためのコンピュータプログラムにも関する。

画像データの最適な視覚化は、医学的用途に関しては極めて重要なものである。何故なら、かかる用途は、例えばコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）又は磁気共鳴撮影法（ＭＲ）によって生成された診断画像の形成に関するからである。その目的は、２次元表現（rendition）に基づいて検査すべき患者内部における固有の解剖構造を認識可能なものとすることである。医学的画像形成において、検査すべき患者の関心領域のボリューム画像データは、Ｘ線（ＣＴ）の吸収から、又はスピン共鳴信号（ＭＲ）から復元される。結果として得られる画像データセットは、離散の空間グリッドの各ポイントについての強度値を含んでいる。このデータセットは、等距離のいわゆるボクセルからなり、関連する診断画像装置の復元ユニットにおいて適正な方法によってさらに処理され、これにより種々の画像強度に基づいて種々のタイプの組織からなる解剖学上の構造を視覚化するようにしている。

視覚化の品質は、３次元ボリューム画像データを２次元の表現（rendition）に変換するのに用いられる方法に強く依存する。３次元から２次元へ落とすことにより重大な画像情報が失われないようにすることは重要である。

ボリューム画像データを投写平面に投影することにより２次元画像を形成する方法が色々と知られている。投影画像の各画素は、画像化されるボリュームを通じて延び当該投写平面に垂直に方位付けられる直進投影パスにつながっている。画素毎に、関連する投影パスに沿う強度変化の評価により強度値が測定される。最も簡単なケースにおいては、ボリューム画像データセットの強度値は、各個別の投影パスに沿って平均化される。そこでは、これらの強度値は、合計され、その後にその該当の投影パスに沿って位置付けられるボクセルの数によって除算される。このアプローチによって、必然的に実際の画像データにおいて存在する背景ノイズが当該平均化の結果として効果的に抑制される、という効果が奏される。この方法は、崩壊ビュー（Collapsed View: CV）法とも呼ばれるが、極端な強度差を示す対象だけが結果として得られる画像において依然として認識されてしまう程度に画像コントラストが落ちるという受け入れ難い付随的作用を奏する。関連する用途に応じて、関心画像構造は特に高い強度値又は特に低い強度値により特徴づけられる。ＣＴアンギオグラフィ（血管造影検査法）は、例えば、検査しようとしている血管中に存在する血液が当該画像化解剖図の他の器官よりも高いボクセル強度をもたらす、という事実を利用している。これらの場合において、いわゆる最大（最小）強度投写（それぞれＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）及びｍＩＰ(Minimum Intensity Projection)）法は、２次元投写画像を生成するものとして慣習的なものとなっている。そこでは、該当画素に関連する投影パスに沿うボクセル強度の最大値又は最小値に対応する強度値は、２次元投影画像の各画素に関連づけられる。かかるＭＩＰ又はｍＩＰ法は、極めて高速であり、画像データを２次元に落としたときに、所望の画像情報を確実に生成する。しかしながら、この方法は、結果として得られる画像において容易に認識することができないアーチファクトを引き起こしがちであることも知られている。さらにＭＩＰ又はｍＩＰ方法は、背景信号（ノイズ）を増大させるので、与えられた環境において個々の画像オブジェクトが、その結果として得られる画像において明瞭に視覚化されなくなる。

これらの欠点を克服するため、Thelissen氏は、いわゆる最大平均投写（ＭＡＰ: Maximum Average Projection）法を提案しており、かかる方法においては、最大強度値の判定前に該当の投影パスに沿い互いに連続する選択可能な数のボクセルについての平均化がなされる（Guillaume R. P. Thelissen, "Maximum Average Projection (MAP): A fast and robust way to visualize 3-dimensional MR data-sets", Proceedings of ISMRM 1998, 2105）。この既知の方法も、上記ＭＩＰ法のように背景ノイズを効果的に抑制し所望のコントラスト向上を同時に達成する。当該既知の方法により平均化が行われる該当の投影パスに沿う連続したボクセルの数を選択することができるので、２次元投影画像の品質は調整可能となる。関連する画像ノイズに対する適応のため、ユーザは、ノイズと画像コントラストとの間で可及的最適な妥協を図るようにこの値を選ぶことができる。

かかる既知の方法の主な欠点は、前述したように出来る限り弱い画像ノイズの要求と出来る限り高い画像コントラストとの間に矛盾が存在し続ける、という事実にある。この既知の方法によれば、最大強度値の測定の前にボリューム画像データセットを相互に独立した画像スライスに小分割するとともに、かかるスライス群の厚さを当該平均化が行われるボクセルの数に依存したものとしている。前述した崩壊ビュー（ＣＶ）法は、平均強度値を計算するために、これら画像スライスの各々に対し所定の程度施される。これら平均強度値は、結果として得られる投影画像の最大値を測定するために該当の投影パスに沿って互いに比較される。画像スライス群が厚くなるほど、すなわち平均化を行う対象のボクセルの数が大きくなるほどその投影において評価される平均強度値の数は少なくなる。著しく強いノイズ抑制が望まれる場合、可能な限り大きな区間について平均化が行われるべきである。しかしながら、この投影は対応する少数の平均強度値に基づいているので、画像コントラストに悪い作用を奏する。また、この既知の方法においては、画像化される構造が隣接する平均化区間の間の境界に位置づけられる場合に画像情報が失われることがあることは非常に不利である。これは画像アーチファクトを生じさせるものであり、当該既知の方法は、特に診断画像に対して問題になる。

上述した点に鑑み、本発明の目的は、起こりうる画像情報の損失を生じさせることなく可及的に効率的なノイズの抑制を行うように当該既知の方法を改善することである。

この目的は、当該投影パスに沿って少なくとも一部が重なる区間について平均化が行われる、といった類型の方法に基づいて達成される。

本発明による方法の利点は、当該空間的な重なりのために当該既知の方法におけるものよりも平均化ゾーンが大きくなり、全体的なノイズ抑制がより効果的となる、という事実にある。他の利点は、既知の方法とは逆に、当該投影中に評価される平均強度値の数が平均化区間の選ばれた幅によって制限されないというものである。平均化区間が少なくとも一部重なることにより、当該平均化動作が行われる強度値の数を平均値の数とは独立して選択することができる。投影パスに沿う平均強度値の密度を、非常に高くすることができるので、所望の最大又は最小強度値は、既知の方法において達成されるものよりもはるかに高い精度で測定されることになる。さらに、平均化区間の幅は関心画像構造よりも大きい場合でも、所望されない画像アーチファクトを生じない。

本発明による方法の他の有利なバージョンにおいては、当該投影パスに沿う強度変化を当該ボリューム画像データセットの隣接する２つのデータポイント間のスペースの距離よりも長い選択可能な幅を有する重み付け関数で畳み込むことにより平均化が行われる。このような畳み込みは、当該投影パスに沿う強度変化のスムース（平滑化）処理をなす。かかるスムース処理関数の幅は、ここでは選択可能であり、独立パラメータも選択可能である。本発明による方法は、平均化にかかわらず、当該投影の基礎とされる強度値全部の数が維持されるように行うことができる。当該畳み込みのために適正な重み付け関数が選ばれると（例えばガウス関数）、強度変化の最大値又は最小値は、当該平均化区間が画像化されるべき画像構造よりも相当に大きい場合でも維持されることになる。

本発明による方法の実用的用途においては毎回（それぞれ）半分ずつ重なる区間について平均化を行うことが効果的である。当該投影において評価される同じ数の平均強度値を用いると、当該平均化区間の幅は、既知の方法の倍ほどの大きさとなる。このようにノイズ抑制が大きく改善される一方で、画像コントラストはそれほど悪化しない。

請求項４に記載されているようなＣＴ装置、ＭＲ装置その他の画像診断装置は、本発明による方法を実行するのに好適なものとなる。本発明による方法は、次のような有利性をもって実施可能である。すなわち、ハードウェアの特別な改造を要することなく、臨床用の慣例的な診断装置においては、復元ユニットだけに本発明による視覚化用の適切なプログラムが設けられる。

請求項５及び６に記載されるコンピュータプログラムは、この目的にかなうものである。この種のコンピュータプログラムは、例えばディスク又はＣＤ-ＲＯＭの如き適正なデータ担体に関する慣例的な画像診断装置のユーザに対し利用可能なものとなり、或いは公共のデータネットワーク（インターネット）を介したダウンロードのために提供可能となる。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、参照符号１によって示される３次元ボリューム画像データセットを示している。図示のこの検査ボリュームは、概して立方体形状を有し、特別に高い画像強度により特徴づけられる血管２を含んでいる。ボリューム画像データセット１は、１２個の平行なスライス画像３ないし１４を含む。スライス画像３ないし１４の各々は、２次元マトリクスの強度値からなる。ボリューム画像データセット１を視覚化するため、当該ボリューム画像データを投影画像１５の平面上に投影することによって２次元画像１５が形成される。各画素１６について、画像化されるボリュームを通じて延び該当の画素１６につながる投影パス１７に沿い平均強度の最大又は最小値に対応する強度値が判定される。投影画像１５の平面は、図１においてはスライス画像３ないし１４と平行に方位づけられる。投影パス１７は、当該ボリューム画像データセットを通じて直進して延び当該投影平面に垂直に方位づけられる。画素１６の強度値の測定のため、先ずは投影パス１７に沿って互いに隣接する複数の強度値について平均化を行うことにより当該画像データセット１内の平均強度が計算される。図１は、本発明に準拠して互いに一部が重なる５つの平均化区間１８ないし２１を示している。平均化区間１８ないし２１の各々について平均強度値が測定される。したがって、平均強度の最大又は最小値を見つけるために、５つの平均値が互いに比較される。区間１８に対し、スライス画像３，４，５及び６について平均化することにより投影パス１７上の対応ポイントにつき平均強度値が計算される。次の区間１９の平均強度値は、スライス５，６，７及び８について平均化することにより得られる。このように、本発明においては、スライス５及び６が、区間１８内及び区間１９内の平均値を測定するのに用いられる。本発明による方法により、血管２の平面画像２ｂが得られる。

図２は、毎回半分が重なる平均化区間により平均化を行う色々な実現例を示している。これはすなわち１０枚のスライスからなるボリューム画像データセットの場合である。上の図では、検査ゾーンの全体の厚さ２３について平均化が行われている。このアプローチは、前述した崩壊ビュー（ＣＶ）法に相当する。その下に示される図においては、検査ボリューム全体の中央の第３パートにおいて重なる２つの区間２４及び２５について平均化が行われる。３つ、４つ及び９つの平均強度値はそれぞれ、その下に示される図において測定される。９つの平均化動作の場合、平均化区間２６の幅が２つの画像スライスに厳密に対応する。最も下側に示される図においては、平均化は行われない。その場合、慣習的なＭＩＰ又はｍＩＰ法に従って投影が行われる。

図３に示されるようなＣＴ装置は、患者テーブル２９及びこの上に載せられる患者３０の回りをＸ線源２８が回動する門状フレーム部２７からなる。この門状フレーム部上には、Ｘ線源２８に対向しかつ患者３０に関し回動する放射線ディテクタ３１も取り付けられている。放射線ディテクタ３１は、Ｘ線源２８によって発射されたＸ線ビームの減衰を検出する。Ｘ線強度は、測定装置３２によりさらに処理され、ディジタル化される。このデータは、マイクロコンピュータ３３に供給されここでそのＸ線吸収データからボリューム画像データが復元される。このコンピュータ３３は、本発明に従って当該復元されたボリューム画像データから２次元画像１５を形成しこの画像がコンピュータ３３の表示ユニット上に表示されるようプログラムされる。

本発明による投影方法を示す図。 半分だけ重なる平均化区間による平均化を示す図。 本発明によるＣＴ装置を示す図。

Claims (6)

1. 離散空間グリッド上の複数の強度値を含む３次元ボリューム画像データセットを視覚化する方法であって、投写平面上に当該ボリューム画像データを投影することにより２次元画像が形成され、各画素について、該当画素に関連し当該画像化ボリュームを通じて延びる投影パスに沿う平均強度の最大値又は最小値に対応する強度値を測定し、前記平均強度が前記投影パスに沿って互いに隣接する前記ボリューム画像データセットの複数の強度値を有する各区間について平均化することにより算出されるようにし、前記区間は、互いに前記投影パスに沿って少なくとも一部が重なる、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記平均化は、前記ボリューム画像データセットの２つの隣接データポイント間の空間距離よりも長い選択可能な幅を有する重み付け関数により前記投影パスに沿う当該強度変化量を畳み込むことにより行われる、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記平均化が行われる区間は、それぞれ半分重なる、方法。
4. 請求項１に記載の方法を実行するＣＴ装置、ＭＲ装置その他の画像診断装置であって、検査されるべき対象の粗いデータの取得をなす画像化ユニットを含み、さらに前記粗いデータからボリューム画像データを復元するプログラム制御復元ユニットを含み、前記ボリューム画像データは、離散空間グリッド上の複数の強度値からなり、これから投写平面上に前記ボリューム画像データを投影することにより２次元画像を形成する装置であって、
   各画素につき当該画像化ボリュームを通じて延び該当の画素に関連する投影パスに沿う平均強度の最大値又は最小値に対応する強度値が判定され、その平均強度は、前記投影パスに沿って互いに隣接する前記ボリューム画像データセットの複数の強度値を有する各区間について平均化することにより計算され、前記区間は、互いに前記投影パスに沿って少なくとも一部が重なる、
   装置。
5. 請求項１に記載の方法を実行するコンピュータプログラムであって、投写平面上に当該ボリューム画像データを投影することにより離散空間グリッド上における複数の強度値からなる３次元ボリューム画像データセットから２次元画像を形成し、画素毎に当該画像化されるボリュームを通じて延び該当の画素に関連した投影パスに沿う平均強度の最大値又は最小値に対応する強度値を測定し、その平均強度は、前記投影パスに沿って互いに隣接する前記ボリューム画像データセットの複数の強度値を有する各区間について平均化することにより計算され、前記区間は、互いに前記投影パスに沿って少なくとも一部が重なるようにした、
   プログラム。
6. 請求項５に記載のコンピュータプログラムであって、前記投影パスに沿う強度変化量を当該ユーザにより選択可能でかつ前記ボリューム画像データセットの隣接する２つのデータポイント間の空間距離より大きい幅を有する重み付け関数により畳み込むことにより当該平均化を行う、プログラム。