JP2005006331A - 二重エネルギ分解画像又は多重エネルギ分解画像を用いた時間変化の解析 - Google Patents

Abstract

【課題】 二重又は多重エネルギ分解画像を用いた時間変化方法を提供する。
【解決手段】 画像処理システム１０は、画像コントローラ１２内に、第１のデータセットの収集要素から第１のデータセットの第１の誘導要素を発生するデータセット発生器３１を含む。データセット発生器３１は、第２のデータセットの収集要素から第２のデータセットの第１の誘導要素を更に発生する。画像コントローラ１２内の時間比較器１５は、第１のデータセットの第１の誘導要素と第２のデータセットの第１の誘導要素とを比較して、そこから比較信号を発生する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、一般にイメージング・システムに関し、より詳細には、二重又は多重エネルギ分解画像を用いた時間変化方法に関する。

Ｘ線機器のようなイメージング装置は、医療及び産業用途のいずれにおいても広く用いられている。イメージング装置は、時間の経過による対象物の変化を追跡するために時間処理を用いる場合が多い。

時間処理システムは通常、以下の一般的なモジュール、すなわち、収集記憶モジュール、領域分割モジュール、位置合わせモジュール、比較モジュール、及び報告モジュールを含む。入力画像は、１−Ｄ、２−Ｄ、３−Ｄ、誘導、合成、又はモンタージュ画像であり、単一の時点からの複数の別個の画像を結合して、より大きい合成シームレス画像を形成する。

２つの異なる時間的瞬間に収集された患者の医用画像における変化の検出は、診断を向上させる大きな可能性を有している。デジタル・イメージングの出現により、これらの変化のコンピュータ支援検出及び識別、並びに変化情報を含む「非類似性画像」の生成が可能となっている。この非類似性画像は、管理者が読影することができ、又はＣＡＤ（コンピュータ支援診断）アルゴリズムのような自動解析装置への入力とすることができる。

時間サブトラクションは、現行の時間処理方法であり、該方法においては、非類似性画像は、位置合わせされた画像の単純なピクセル毎のサブトラクションを用いて計算される。しかしながら、単純なサブトラクションでは、画像のコントラストが不十分なものとなり、異なる技術を用いて２つの初期画像が収集される場合には、実質的にロバストではない。

時間サブトラクション画像において、結果として得られるピクセル値（従って表示グレイ・レベル）は、時間を離して収集された非類似性画像に比例する。

入力画像は、位置合わせされて、２つの画像収集の際の対象物の位置の差、収集パラメータの差、画像のビット分解能の差、及び画像に適用されている可能性がある何らかの前処理又は後処理の差などといった幾つかの要因を補償するよう処理されることが多い。

画像比較は、単一画像診断装置による画像（１−Ｄ、２−Ｄ、３−Ｄ、誘導、合成、モンタージュ）の時間処理を含む幾つかの用途に共通の作業である。現行の方法は、サブトラクション（減算）又は加算を含む、これらの画像上に行われる簡単な算術演算を含む。

別のイメージング方法は、異なる組織によるＸ線減衰のエネルギ依存性を含む二重エネルギ・サブトラクション放射線撮影である。エネルギ・サブトラクションは、異なるエネルギ・レベルを少なくとも２回急速に連続照射することにより達成される。分解アルゴリズムを用いることにより、骨画像と軟組織の画像とが別々に得られる。

一般に、以下の放射線画像、すなわち標準（高エネルギ）画像、低エネルギ画像、軟組織の画像、及び骨画像は、上述の方法により生成される。個別的には、これらの画像は、軟組織及び骨の空間的特徴を理解するのには有用であるが、これらは、時間変化の定量化においては現在のところあまり有用ではない。

現在のイメージング・システムに関連する欠点により、時間変化を定量化する新しい技術が必要であることが明らかになった。新しい技術では、時間処理から収集される情報の量が実質的に増大されるべきである。本発明は、この目的に対応するものである。

本発明の一態様によれば、画像処理システムは、画像コントローラ内に、第１のデータセットの２つ又はそれ以上の収集要素から第１のデータセットの第１の誘導要素を発生するデータセット発生器を含む。データセット発生器は、第２のデータセットの２つ又はそれ以上の収集要素から第２のデータセットの第１の誘導要素を更に発生する。画像コントローラ内の時間比較器は、第１のデータセットの第１の誘導要素と第２のデータセットの第１の誘導要素とを比較し、そこから比較信号を発生する。

本発明の別の態様によれば、イメージング方法は、第１のデータセットの第１の誘導要素を発生する段階と、第２のデータセットの第１の誘導要素を発生する段階と、第１のデータセットの第１の誘導要素と第２のデータセットの第１の誘導要素との間の時間変化を比較する段階と、時間変化画像を発生する段階とを含む。

本発明の１つの利点は、時間イメージングの態様を多重エネルギ・レベルイメージングと共に組み込む点である。別の利点は、より少ないイメージング手順によって、より多くの情報が得られる点である。

本発明の更なる利点及び特徴は、以下の説明から明らかとなり、添付の特許請求の範囲に具体的に指摘する手段及び組み合わせを添付の図面と併せて参照することにより理解されるであろう。

本発明を更に十分に理解するために、添付の図面を参照しながら例証の目的で本発明の幾つかの実施形態を以下に説明する。

医用分野に特に好適な画像処理システム１０に関して本発明を説明する。しかしながら、当業者には理解されるように、本発明は、時間イメージングを必要とする可能性がある種々の他の用途にも適用可能である。

図１及び図２を参照すると、画像コントローラ１２を含む画像処理システム１０が示されている。画像コントローラ１２は、時間比較器１５とデータセット発生器３１とのセットを有する時間処理ユニット１４を含む。画像コントローラ１２はまた、ユーザ・インターフェース２９、大容量記憶装置３８、画像再構成装置４１、及びデータ収集システム４２（ＤＡＳ）などの他の様々なイメージング構成要素を含み、これらの全ては、ホスト・コンピュータ及び表示装置４３に結合されており、これらについては以下に説明する。

画像処理システム１０はまた、ガントリ２０上にＸ線源３０を含み、Ｘ線源はテーブル２５上の被検体２４を通過するＸ線束２２を発生する。システム１０は更に、ガントリ２０に同様に結合され、Ｘ線束２２を受信して検出器信号を生成するＸ線検出器２６を含む。

時間変化解析において、画像コントローラ１２は検出器信号を受信する。画像コントローラ１２内のデータセット発生器３１は、収集データセット要素を収集し、誘導データセット要素を発生する。時間比較器１５は、データセット要素を受信し、異なるデータセットの各要素を比較する。画像コントローラ１２は次いで、少なくとも２つの誘導データセット要素の時間比較画像を発生する。

本実施形態においては、異なるエネルギ・レベルのデータセット要素の各々に対して別個の時間比較器１５を含むことができる点に留意することが重要である。

時間比較器１５の一実施形態は、収集記憶モジュールと、領域分割モジュールと、位置合わせモジュールと、比較モジュールと、報告モジュールとを含む。

時間比較器１５内の収集記憶モジュールは、データセット発生器３１から受信した、収集された高エネルギ画像及び低エネルギ画像並びに誘導された軟組織及び骨画像を収容する。

収集記憶モジュールにより順序付けられた画像は、１−Ｄ、２−Ｄ、３−Ｄ、誘導、合成、又はモンタージュされた画像であり、単一の時点から生じた複数の別個の画像が結合されてより大きい合成シームレス画像が形成されるようになる。当業者は、収集記憶モジュールが多重エネルギ・イメージングモードの可能なほとんど全てのデジタル・イメージング源（例えば、放射線撮影、Ｘ線透視、及びコンピュータ断層撮影）からの画像を含むことができることを理解されるであろう。

領域分割モジュールは、収集記憶モジュールからの画像を受信し、ユーザ・インターフェース２９又はオペレータ・コンソール２８の自動操作又は手動操作により、Ｘ線画像間又はデータセット要素間の関心領域を生成する。画像全体が関心領域である場合が多い。

位置合わせモジュールは、領域分割モジュールから関心領域信号を受信し、位置合わせ方法を提供し、そこから位置合わせ信号を生成する。時間変化解析のための関心領域が小さい場合には、並進、回転、拡大縮小、及び剪断を含む剛体位置合わせ変換は、第１の時刻（ｔ_１）及び第２の時刻（ｔ_２）からの一対の画像を位置合わせするのに十分である。しかしながら、画像全体のほとんどを含むほど関心領域が大きい場合には、好ましい実施形態における場合のように変形弾性変換が適用される。

変形位置合わせを実行する１つの方法は、多重スケール、多重領域、錐体手法を用いることである。この手法のために、変化を強調表示する異なる費用関数が、全てのスケールで最適化される。このような費用関数は、数学的相関及び符号反転測定のような相関法、又はエントロピ測定及び相互情報量解析のような統計的方法である。

変形位置合わせにおいて、画像は所与のスケールで再サンプリングされ、その後、多数の領域に分割される。異なる領域に対してシフト・ベクトル及びコントラスト・マッチングが計算される。次いで、画像が再サンプリングされ、予め定められた最終スケールに達するまで次に高いスケールで変形位置合わせ工程を繰り返す。別の状況においては、好ましい実施形態における場合のように、剛体位置合わせ変換と弾性変換の組み合わせを用いる。

比較モジュールは、分割信号及び位置合わせ信号を受信して、位置合わせ画像間の非類似性尺度を計算し、ここから比較信号を発生する。位置合わせ画像の比較は、幾つかの方法で実行される。位置合わせ画像間の単純な減算を用いて非類似性画像を取得することに加え、又はこれに代わって、本システムは、［Ｓ（ｔ_１）＊Ｓ（ｔ_２）］／［Ｓ（ｔ_２）＊Ｓ（ｔ_２）＋Φ］（ここで、スカラ定数Φ＞０とする）で記述される強化分割方法を含む。

報告モジュールは、比較信号を受信して、時間比較の結果をユーザが視覚化又は定量化するための表示及び定量化機能を提供する。時間比較の結果は、予め指定された基準に基づく論理演算子を用いて、同時表示されるか又は互いに重ね合わせて表示される。

定量的比較のために、重ね合わせた画像用のカラー・ルックアップ・テーブルを用いる。得られた画像は、自動パターン認識手法を用いて交互に結合され、更に調査の定性的な及び交互の手動又は自動の定量的な解析が実行される。結果として得られる組み合わせは、マルチカラー・オーバーレイ表示装置で実現される。

報告モジュールは、時間比較の結果をユーザが視覚化及び／又は定量化するための表示及び定量化機能を提供する。実際に、ほぼ全ての入手可能な時間画像ペアが解析に用いられる。

図３を参照すると、本発明の別の実施形態によるデータセット発生器３１（図２参照）のデータセット要素出力の表３３が示されている。

データセット発生器３１は、多次元画像とすることができる要素を含むデータセットを発生する。これらの要素は、収集（Ａ）又は誘導（Ｄ）することができ、個々のデータセットは、完全である必要はない（すなわち、全ての要素が利用可能である必要はない）。

収集記憶モジュールからの収集要素は、データセット発生器３１により、より早い時間点に対応する記憶装置（例えば大容量記憶装置３８）から、又はＤＡＳ４２から信号を受信する画像再構成装置４１から取り出される。誘導（分解された）要素は、過去に収集又は誘導された要素を含む既存の要素（収集又は誘導された）の組み合わせから得られる。２つの異なる時刻に収集及び誘導された要素は、必ずしも同じ数又は同じ種類とは限らない。

データセット発生器３１は、二重エネルギ・イメージング、又は代替的な実施形態においては、多重エネルギ・イメージング用に適合されている。二重エネルギの場合には、Ｈ、Ｂ、Ｓ、又はＬデータセットが２つの時間点ｔ_１及びｔ_２において発生する。Ｈは高エネルギに対応し、Ｌは低エネルギに対応し、Ｓは軟組織に対応し、及びＢは骨に対応する。

本実施形態を４つのエネルギ・レベル、Ｈ、Ｓ、Ｂ、及びＬに関してのみ説明しているが、本発明の一般的な多重エネルギ手法は、収集シーケンス及び時間シーケンスにおいて任意の数の画像を含むことを理解されたい。

明確にするために、図示したデータセット発生器の出力は、Ａ_１（ｔ_１）の一般的ケースで代表されるＨ_１（ｔ_１）を含む。しかしながら、代替的な実施形態において、データセット発生器は、事実上無制限の数のデータセット要素、例えば、収集データ、例えばＡ_１（ｔ_１）、Ａ₂（ｔ_１）、及びＡ_ｉ（ｔ_ｉ）からＡ_Ｍ（ｔ_１）並びにＡ_１（ｔ₂）及びＡ_１（ｔ_ｐ）からＡ_１（ｔ_ｋ）を生成する。当業者には理解されるように、Ｍはエネルギ・レベル画像の数を表し、Ｋは取得される時間画像の数を示す。

誘導データセット要素において、Ｄ_１（ｔ_１）は、二重エネルギの場合はＬ（ｔ_１）であり、又は多重画像の場合は当該技術分野で既知の別の誘導要素エネルギ・レベルである。注目に値する重要なことは、多重画像の場合は最大Ｋの時間変化に対して最大Ｎまでの任意の数のエネルギ・レベルをほとんど含む、最大Ｄ_Ｎ（ｔ_ｋ）の要素を含むことである。

図４を参照すると、本発明の別の実施形態による一般的な時間比較器システム５１のブロック図が示されている。データセット発生器３１は、データセットｐの要素及び別のデータセットの要素を発生する。これらの信号は、時間比較器５４で受信される。時間比較器は、異なる時刻に収集又は誘導された２つのデータセット要素に基づく比較信号を発生する。時間比較器５４はまた、他の時間比較器と共に信号を受信及び共有して効率を最大化し、比較信号を発生する。

図５に、種々の時間ペアの時間比較５３を示す。二重エネルギの場合が示されているが、しかしながら、上述のように、本発明はまた、多重エネルギ・システム用の実施形態を含む。

二重エネルギ・システムにおいては、データセット発生器３１からの画像は、時間処理ユニット１４のサブセクションである時間比較器コントローラ５５で受信される。時間比較器コントローラ５５は、幾つかの（二重エネルギの場合には最大４個）時間比較器５７、５９、６１を含み、これらの時間比較器の各々が、領域分割モジュールと、位置合わせモジュールと、比較モジュールと、報告モジュールとを含む。

時間比較器５７、５９、６１の各々が他の時間比較器とデータを共有し、共有データ及び二重エネルギ・データに応答して比較信号を発生する。換言すれば、時間比較器コントローラ５５は、比較システムのアーキテクチャを含む。これは、各個々の時間比較器がデータセットを引き出す方法及びこれらが相互接続される方法を定める。

図６を参照すると、本発明の別の実施形態による種々の時間ペアに対応する時間比較コントローラの平行セクションのブロック図６３が示されている。画像Ｈ（ｔ_１）及びＨ（ｔ_２）は、データセット発生器３１から第１の時間比較器６５の第１の領域分割モジュール６４で受信される。第１の位置合わせモジュール６６は、第１の領域分割モジュール信号を受信し、第１の比較モジュール６７は、第１の位置合わせ信号を受信し、第１の報告モジュール６８は、第１の比較信号を受信する。当業者であれば、二重エネルギの実施例は限定的なものではなく、多重エネルギ・システムも含まれることを理解するであろう。

画像Ｓ（ｔ_１）及びＳ（ｔ_２）は、第２の時間比較器７０の第２の領域分割モジュール６９で受信されるよう示されている。第２の位置合わせモジュール７１は、第２の領域分割モジュール信号を受信し、第２の比較モジュール７２は、第２の位置合わせ信号を受信し、第２の報告モジュール７４は、第２の比較信号を受信する。

画像Ｂ（ｔ_１）及びＢ（ｔ_２）は、第３の時間比較器７４の第３の領域分割モジュール７３で受信されるよう示されている。第３の位置合わせモジュール７５は、第３の領域分割モジュール信号を受信し、第３の比較モジュール７６は、第３の位置合わせ信号を受信し、第３の報告モジュール７８は、第３の比較信号を受信する。

画像Ｌ（ｔ_１）及びＬ（ｔ_２）は、第４の時間比較器８８の第４の領域分割モジュール７７で受信されるよう示されている。第４の位置合わせモジュール７９は、第４の領域分割モジュール信号を受信し、第４の比較モジュール８０は、第４の位置合わせ信号を受信し、第４の報告モジュール８１は、第４の比較信号を受信する。本システムは、平行して共に結合された任意の数の時間比較器を含むことを理解すべきである。

シフト・ベクトル情報８２は、領域分割モジュール、位置合わせモジュール、比較モジュール、又は報告モジュールのいずれかの間で共有される。シフト・ベクトルは、連続する平行モジュール又は縦に並ぶ複数モジュールのいずれかからつながる。従って、１つのモジュール内に収集された情報を用いて種々の画像又はデータセットペア間の他のセクションを共有又は改善することができる。

動作において、イメージング方法は、第１のデータセットの第１の収集要素を発生する段階と、第２のデータセットの第１の収集要素を発生する段階とを含む。第１のデータセットの第１の誘導要素が発生し、第２のデータセットの第１の誘導要素が発生する。第１のデータセットの第１の収集要素と第２のデータセットの第１の収集要素との間の時間変化が解析され、時間変化画像が発生する。当業者は、この方法を拡張して多数の要素及び通信状態にある時間画像モジュールを含めることができることは理解されるであろう。

以下は、本発明の一実施形態による肺癌胸部イメージングの二重エネルギ時間解析報告方法の一実施例である。初めに、二重エネルギ検査が患者に実施され、次いで時間解析システムにより処理される。

時間解析により、軟組織画像上の２つの注目すべき悪性腫瘍の病変特徴が識別される。骨画像上において、時間比較器内の時間解析動作により、良性疾患及び骨の病変を示す石灰化結節が識別される。時間解析により、上述の識別された部位の２回目の二重エネルギ検査が引き続き実施される。

合成段階の間に、これらの結果を重ね合わせることにより、軟組織結節の１つが骨画像上で識別できる石灰化結節と同一であることが分かる。次いで検査者は、単一エネルギ胸部放射線撮影の標準的技法に類似する手法により収集された高エネルギ画像を提示される。また、検査者は、画像データ上に重ね合わせた時間解析動作の結果を示す目印を付けた同じ画像を示される。この第２の画像は、第２のハード・コピー又はソフト・コピー画像表示器に同時表示されるか、又はソフト・コピー表示器上でソフトウェアを介して他の画像と切り換えられる。第２の画像は、異なる疑わしい領域に異なる目印を付けて交互に重ね合わされる。

上述のことから、当技術分野に新しい画像処理システム１０がもたらされたことが分かる。好ましい実施形態の先の説明は本発明の原理の応用を示す多くの具体的な実施形態のうちの幾つかの単なる例証であることを理解すべきである。当業者には、特許請求の範囲によって定義されている本発明の範囲から逸脱しない多数のその他の構成は明らかであろう。

本発明の実施形態によるイメージング・システムの図。 図１の部分概略図。 本発明の別の実施形態によるデータセット発生器に対するデータセット要素出力の表。 本発明の別の実施形態による時間比較器システムのブロック図。 本発明の別の実施形態による二重イメージング・システムのブロック図。 本発明の別の実施形態による種々の時間ペアに対応する時間比較コントローラの平行セクションのブロック図。

符号の説明

１２ 画像コントローラ
１４ 時間処理ユニット
１５ 時間比較器
２２ Ｘ線発生装置
２６ 検出器
２９ ユーザ・インターフェース
３０ Ｘ線源
３１ データセット発生器
３８ 大容量記憶装置
４１ 再構成装置
４２ ＤＡＳ
４３ ホスト・コンピュータ及び表示装置

Claims (10)

1. 画像処理システム１０であって、
   第１のデータセットの２つ又はそれ以上の収集要素から前記第１のデータセットの第１の誘導要素を発生するように適合された時間処理ユニット１４を備え、
   前記時間処理ユニット１４が、第２のデータセットの２つ又はそれ以上の収集要素から前記第２のデータセットの第１の誘導要素を発生するように更に適合され、
   前記時間処理ユニット１４が、前記第１のデータセットの第１の誘導要素と前記第２のデータセットの第１の誘導要素とを比較して、そこから比較信号を発生するように更に適合されている画像処理システム１０。
2. 前記第１のデータセットの収集要素及び前記第１のデータセットの第１の誘導要素は、二重エネルギ分解画像又は多重エネルギ分解画像のうちの少なくとも１つである請求項１に記載の画像処理システム１０。
3. 前記時間処理ユニット１４は、データセット発生器３１と第１の時間比較器６５とを備え、
   前記データセット発生器３１は前記第１のデータセットの第１の誘導要素と前記第２のデータセットの第１の誘導要素とを発生するように適合され、
   前記第１の時間比較器６５は前記第１のデータセットの第１の誘導要素と前記第２のデータセットの第１の誘導要素とを受信して、そこから前記比較信号を発生するように適合されている請求項１に記載の画像処理システム１０。
4. 前記時間処理ユニット１４は、データセット発生器３１と、第１の時間比較器６５と、第２の時間比較器７０とを備え、
   前記データセット発生器３１は前記第１のデータセットの第１の誘導要素と前記第２のデータセットの第１の誘導要素とを発生するように適合され、
   前記第１の時間比較器６５は前記第１のデータセットの第１の誘導要素を受信するように適合され、
   前記第２の時間比較器７０は前記第２のデータセットの第１の誘導要素を受信するように適合されている請求項１に記載の画像処理システム１０。
5. 情報転送は前記第１の時間比較器６５と前記第２の時間比較器７０との間で改善され、前記情報転送は、シフト・ベクトル又はコントラスト・マッチングのうちの少なくとも１つを含む請求項４に記載の画像処理システム１０。
6. 前記時間処理ユニット１４は少なくとも２つの異なるエネルギ画像を含む前記第１のデータセットの収集要素を発生するように適合され、
   前記時間処理ユニット１４は軟組織の画像又は骨画像のうちの少なくとも１つを含む前記第１のデータセットの第１の誘導要素を発生するように適合されている請求項１に記載の画像処理システム１０。
7. イメージング方法であって、
   第１のデータセットの第１の誘導要素を発生する段階と、
   第２のデータセットの第１の誘導要素を発生する段階と、
   前記第１のデータセットの第１の誘導要素と前記第２のデータセットの第１の誘導要素とを比較する段階と、
   時間変化画像を発生する段階と、
   を含むイメージング方法。
8. 前記第１のデータセットの前記第１の誘導画像を発生する段階が、骨画像又は軟組織の画像のうちの少なくとも１つを発生する段階を更に含む請求項７に記載のイメージング方法。
9. 多重エネルギ・レベルから幾つかの誘導要素を発生する段階を更に含む請求項７に記載のイメージング方法。
10. 前記時間変化画像を表示する段階を更に含み、
    前記時間変化画像を表示する段階が、画像データ上に重ね合わせた、時間解析動作の結果を示す第１の目印を付けて前記時間変化画像を表示する段階、第２のハード・コピー又はソフト・コピー画像表示器上に前記時間変化画像を同時表示するか、若しくは前記時間変化画像をソフト・コピー表示器上でソフトウェアを介して少なくとも１つの他の画像と切り換える段階、又は異なる疑わしい領域に異なる目印を付けて前記時間変化画像を重ね合わせる段階のうちの少なくとも１つを更に含む段階を更に含む請求項７に記載のイメージング方法。

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