JP2006271484A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＰＲ等の2次元画像上の各部位の動き量や移動方向を容易に把握することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 所定の時間間隔（ｔ）で２次元画像データを順次入手し、時間軸方向に前後する２つの２次元画像のピクセルデータの差分値を計測し、計測した差分値が予め設定した閾値を超えるピクセルを抽出して差分画像を順次作成する。さらに順次作成された前記差分画像を合成し、時間的に新しい差分画像と時間的に遡った差分画像との濃淡を漸次変化させた差分連続画像を作成してディスプレイ装置に表示することで軌跡表示を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、医療分野等の画像形成装置に係り、Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等の断層撮影装置で撮影された画像データを基に、心臓など周期的に動きのある断層像を再構成して、時系列的に変化する画像の各部位の動き量や、その動きの移動方向を把握できるようにした画像形成装置及び画像形成方法に関する。

従来、医用診断のためにＸ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置（磁気共鳴イメージング装置）等の断層撮影装置が利用されている。例えばＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線を被検体に照射し、スキャンすることで被検体の投影データを収集するもので、この投影データをもとに画像形成処理を行うことで被検体の断層像を再構成することができる。再構成された多数の断層像を一定間隔で位置をずらして垂直方向に積み重ねることで断面画像（ＭＰＲ画像）が構成される。尚、ＭＰＲは、Multiple Planar Reconstructionの略であり、医療分野で一般的に採用されている技術である。

しかしながら、ＭＰＲ画像の表示は動画データに対応していないため、ＭＰＲ断面上の時間的変化を表示することはできなかった。特に心臓など周期的に拡張・伸縮を繰り返す撮影対象の断層像を表示する場合は、ＭＰＲ断面上の複数領域の動き量を比較したり、各領域がどの向きに移動しているかを把握することは難しい状況にある。これは、それぞれの時刻のＭＰＲ画像を連続的に表示しただけでは、各領域が一定時間あたりにどれだけ動いたか、どの向きに膨張や収縮しているのかを把握できないからである。

また、特許文献１には、心臓等の周期的に変化する撮影対象についての画像形成技術が記載されており、ＣＴスキャナで撮影された複数の横断画像から生成される冠状断面画像を再構成する場合に、断面画像の輪郭を抽出し、その輪郭の極大ピーク又は極小ピークのいずれか一方の輪郭を基準にしてピーク補間することで、拡張時と縮小時に相当するＭＰＲ画像を得るようにしている。
特開２００１−３４０３３０号公報

一般的なＭＰＲ画像表示や、特許文献１に記載の技術では、ＭＰＲ断面上の複数領域の動き量を確認したり、各領域がどの向きに移動しているかを把握することができないという不都合があった。

本発明は、ＭＰＲ画像上の各部位の動き量や移動方向を容易に把握することができる画像形成装置及び画像形成方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項1によれば、所定の時間間隔で２次元画像データを順次入手する２次元画像データ入手装置と、前記２次元画像データ入手装置から入手した、時間軸方向に前後する第１，第２の２次元画像のピクセルデータの差分値を計測する差分値計測装置と、前記計測した差分値が予め設定した閾値を超えるピクセルを抽出し、差分画像を順次作成する差分画像作成装置と、前記差分画像作成装置によって順次作成された前記差分画像を合成し、時間的に新しい差分画像と時間的に遡った差分画像との濃淡を漸次変化させた差分連続画像を作成する差分連続画像作成装置とを具備し、前記差分連続画像をディスプレイ装置に表示することで軌跡表示を行うようにしたことを特徴とする画像形成装置を提供する。

又、本発明の請求項７によれば、所定の時間間隔で２次元画像データを順次入手する２次元画像データ入手装置と、前記２次元画像データ入手装置から入手した、時間軸方向に前後する第１，第２の２次元画像のピクセルデータの差分値を計測する差分値計測装置と、前記計測した差分値が予め設定した閾値を超えるピクセルを抽出する閾値処理装置と、前記２次元画像中の複数の部位を特定し、前記抽出したピクセルにそれぞれ前記部位毎に異なる着色処理を施し、複数の色で表現された差分画像を順次作成する差分画像作成装置と、前記差分画像作成装置によって順次作成された前記差分画像を合成し、時間的に新しい差分画像の色と時間的に遡った差分画像の色の濃淡を漸次変化させた差分連続画像を作成する差分連続画像作成装置とを具備し、前記差分連続画像をディスプレイ装置に表示することで軌跡表示を行うようにしたことを特徴とする画像形成装置を提供する。

本発明によれば、ＭＰＲ断面上の複数領域の動きと、その動きの移動方向と、一定時間あたりの移動距離と、その領域がどの部位なのかを容易に判断可能な画像形成装置及び画像形成方法を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の画像形成装置の全体構成を示す構成図、図２は本発明の主要部の構成を説明するためのブロック図である。

図１において、１０は断層撮影装置であり、Ｘ線ＣＴ装置を例に示している。Ｘ線ＣＴ装置１０は、ガントリ１１を有し、このガントリ１１内には回転リング１２が設けられ、図示しない回転機構によって回転する。回転リング１２内には、Ｘ線管１３と、Ｘ線検出器１４が対向して配置されており、回転リング１２の中心部分は開口して、そこに寝台の天板１５に載置された被検体Ｐが挿入される。

被検体Ｐを透過したＸ線はＸ線検出器１４で電気信号に変換され、データ収集部１６で増幅され、デジタルデータに変換され、データ伝送装置１７を介して投影データが伝送される。また、ガントリ１１には、ガントリ駆動部１８及びＸ線制御部１９が設けられている。

２０はコンピュータシステムであり、データ伝送装置１７からのデータが前処理部２１に送られる。前処理部２１では、信号強度の補正や信号欠落の補正等の処理を行い、投影データをバスライン２０１上に出力する。バスライン２０１にはシステムコントローラ２２、キーボード等の入力部２３、データ記憶部２４、再構成処理部２５、ＭＰＲ作成部２６等が接続されている。

システムコントローラ２２は、コンピュータシステム２０の各部の動作や、ガントリ駆動部１８及びＸ線制御部１９を制御するものであり、データ記憶部２４は、断層画像等のデータを記憶するものであり、再構成処理部２５は、投影データに基づいて断層画像データを再構成するものである。また、ＭＰＲ作成部２６は、再構成された断層画像を一定間隔で位置をずらして横断面と垂直方向に積み重ねて断面画像（以下ＭＰＲ画像）を構成するためのものである。

また、ＭＰＲ作成部２６からの画像データは、本発明の特徴部分である軌跡表示処理部３０に供給され、この軌跡表示処理部３０では、ＭＰＲ画像上の各部位の変化領域の軌跡を表示するための処理を行い、ディスプレイ装置４０に出力する。ディスプレイ装置４０は、システムコントローラ２２の制御のもとにＭＰＲ作成部２６からの画像や、軌跡表示処理部３０からの画像を表示することができる。

また、ガントリ１１内の被検体Ｐには、ＥＣＧ（Electrocardiogram）センサ５０が取り付けられ、被検体Ｐの電気的なＥＣＧ信号を出力して軌跡表示処理部３０に供給するようにしている。

次に本発明の主要部である軌跡表示処理部３０の構成を図２を参照して説明する。図２において、３１は、画像データ入手装置であり、ＭＰＲ作成部２６からの画像データが入力され、それぞれ時間軸の異なる断層画像データを得るもので、所定の時間間隔（ｔ）ずつ順次異なる２次元画像データを時系列に出力し、各２次元画像データに基づく出力画像をそれぞれＴ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４として表している。例えば現時点の画像Ｔ０を基準にすると、Ｔ１はＴ０よりも時間（ｔ）だけ前の画像であり、Ｔ２はＴ０よりも時間（２ｔ）だけ前の画像であり、同様にＴ３，Ｔ４は（３ｔ）及び（４ｔ）だけ前の画像である。

また、３２は差分値計測装置であり、前記時間間隔（ｔ）ずつ前後にずれた第１と第２の画像データのピクセル差分値を計測するもので、画像Ｔ０とＴ１のピクセル差分値、Ｔ１とＴ２のピクセル差分値、Ｔ２とＴ３のピクセル差分値、Ｔ３とＴ４のピクセル差分値をそれぞれ計測するものである。この差分値計測装置３２の出力は閾値処理装置３３に供給され、閾値処理を行い差分値の大きいピクセルを抽出する。

３４は、差分画像作成装置であり、閾値処理されたピクセル差分値を基に、それぞれ時間間隔（ｔ）ずつずれた差分画像データを形成するものである。差分画像作成装置３４からは、それぞれ差分画像データが出力され、それら差分画像データに基づく差分画像をＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ１４として示している。差分画像Ｔ１２はＴ１１よりも時間（ｔ）だけ前の差分画像であり、Ｔ１３はＴ１１よりも時間（２ｔ）だけ前の差分画像、Ｔ１４はＴ１１よりも（３ｔ）だけ前の差分画像である。

また、３５は差分連続画像作成装置であり、差分画像作成装置３４から出力されたそれぞれの差分画像を重ね合わせ、かつ差分画像の濃淡を変えて連続的に表示するための処理を行うもので、例えば最新の差分画像を濃く、過去に遡るに従って淡くなるような処理を行い、差分連続画像データを出力して前記ディスプレイ装置４０に供給するものである。この場合、差分連続画像をＴ２１，Ｔ２２，Ｔ２３，Ｔ２４として示し、差分連続画像Ｔ２２はＴ２１よりも時間（ｔ）だけ前の差分連続画像であり、Ｔ２３はＴ２１よりも時間（２ｔ）だけ前の差分連続画像、Ｔ２４はＴ２１よりも（３ｔ）だけ前の差分連続画像である。

つまり、差分画像Ｔ１１と連続差分画像Ｔ２１は同一のものであり、差分画像Ｔ１２に差分連続画像Ｔ２１が重なって差分連続画像Ｔ２２となる。以下同様に差分画像Ｔ１３に差分連続画像Ｔ２２が重なって差分連続画像Ｔ２３となり、差分画像Ｔ１４に差分連続画像Ｔ２３が重なって差分連続画像Ｔ２４となる。

次に図３〜図６を参照して、図２の軌跡表示処理部３０の各部の動作を説明する。図３は、差分値計測装置３２の動作を説明するもので、差分値計測装置３２により、時間（ｔ）だけ前後にずれた画像Ｔ０と画像Ｔ１のピクセル毎の差分値が計測され、同様に画像Ｔ１と画像Ｔ２、画像Ｔ２と画像Ｔ３、及び画像Ｔ３と画像Ｔ４のピクセル毎の差分値が計測される。図３では画像Ｔ０と画像Ｔ１のピクセル毎の差分値の計測結果を例示している。

図４は、閾値処理装置３３の動作を説明するもので、差分値計測装置３２の計測結果を基に、差分値の大きいピクセルを抽出する。例えば閾値を−３０に設定した場合、図４で示すように−３０以下のピクセルのみが抽出される。

図５は、差分画像作成装置３４の動作を説明するもので、閾値処理装置３３からの抽出結果を基に図５に示す差分画像を作成する。つまり、図４で抽出されたピクセルを塗りつぶすことで差分の大きい部分のみを示す画像が作成される。

図６は、差分連続画像作成装置３５の動作を説明するものである。差分連続画像作成装置３５は、差分画像作成装置３４で作成された差分画像Ｔ１４に、順次Ｔ１３，Ｔ１２，Ｔ１１を重ね合わせ、かつ濃淡処理を行って差分連続画像を作成するもので、最新の差分画像を濃くし、時間的に前の差分画像ほど淡くなるような処理を行う。

例えば図６のように、２つの差分画像を重ね合わせた場合を説明すると、最新の差分画像ａは濃く、時間（ｔ）だけ前の差分画像ｂは淡く表示するための濃淡処理を行う。したがって、時間的に前にある差分画像は徐々に淡くなり、最終的には消えていく。尚、ディスプレイ装置での濃淡の表現は、画像の輝度信号レベル又は、ＲＧＢ信号のレベルを制御すれば良い。

以上述べた差分画像Ｔ１４〜Ｔ１１により、ディスプレイ装置４０にどのように差分連続画像が表示されるか図７を用いて説明する。図７は（ａ）は前述した差分画像Ｔ１４〜Ｔ１１を示し、（ｂ）は時間の経過にしたがって、差分連続画像の表示状態がどのように変化するかを示したものである。即ち、図７（ｂ）で示すように、最初は１つの差分画像がそのまま差分連続画像として濃く表示されるが、次の時間（ｔ）の経過後は、新たな差分画像が重ねて表示され、前の差分画像は少し淡くなり、新たな差分画像が濃くなるように合成される。かくして、順次、新たな差分画像が合成される都度、古い差分画像は漸次淡く表示され、最後には消えていくようになる。つまり、ＭＰＲ画像の差分の変化量が大きい部分の軌跡をリアルタイムに表示することができる。

従って、最新の連続差分画像により、ＭＰＲ断面上のどの領域がどのように動いたかを的確に目視することができ、断層撮影装置１０で撮影した被検体Ｐの複数の領域の動き量を確認したり、どの向きに移動しているかを把握することが容易にでき、例えば心臓部や血管部が一定時間あたりにどれだけ動いたかを確認することが可能となり、医療診断をする上で有効になる。

図８は本発明の画像形成装置の別の実施形態を示すもので、図２の構成と異なる点は、部位別色分け装置３６を追加した点にある。この部位別色分け装置３６は、閾値処理装置３３で閾値処理を行い、差分値の大きいピクセルを抽出し、その抽出したピクセルに対して色付け処理を行うもので、画像データ入手装置３１から取得した画像Ｔ０〜Ｔ３を基に、画像の部位、例えば心臓、肺、血管等の部位をそれぞれ異なった色で表示するためのものである。

部位の判別は、画像データＴ０〜Ｔ３のピクセル値を判別することによって可能である。即ち、Ｘ線ＣＴ装置で被検体Ｐを撮影した場合、例えば心臓部分と肺の部分とでは透過率が異なるため、撮影した画像のピクセル値が各部位によって異なってくる。一般的に、心臓部分に比べて肺部分の透過率の方が高いため、肺部分ではピクセル値が高く、心臓部分はピクセル値が低い。

したがってこのピクセル値の判別結果に基づいて、差分値の大きいピクセルに対して色分けを行うことができる。例えば、心臓部分を赤色系とし、肺の部分を青色系に着色すれば、各部位の識別が容易になる。又、心臓部と血管部とをそれぞれ異なる色で区分するようにしても良い。

図９は、各部位の色分けを行ったときの差分画像の例を示し、図１０は差分連続画像を示している。図９，図１０では、例えば左側の領域が赤色系で表示され、右側の領域が青色系で表示された例を示している。これにより、心臓部や血管部等が一定時間あたりにどれだけ動いたか、どのように膨張や収縮しているかを色で区分表示することが可能となり、医療診断する上でより有効になる。例えば心臓部を示すピクセルを赤色、肺を示すピクセルを青色に設定したり、心臓部を示すピクセルを紫色、血管部を示すピクセルを赤色等のように色分けすることが可能となる。

尚、上記のように色分けする場合であっても、最新の差分画像を濃く表示し、前の差分画像を淡く表示する点は、先の実施例と同様であり、濃い赤色や淡い赤色等で区分することにより、動き量が大きい部分の軌跡をリアルタイムに表示することができる。

又、心臓部を撮影する場合、心臓は周期的に膨張と収縮を繰り返すため、前記差分値計測装置３２での時間差（ｔ）が適正に設定されていないと膨張時と収縮時の差分を計測してしまい、差分画像が粗くなり、細部領域での差分画像を得ることができなくなってしまう。そこで、これを解決するためには、例えばＥＣＧセンサ５０（図１）からのＥＣＧ信号を利用して、前記時間（ｔ）を設定するようにすれば良い。

図１１は、典型的なＥＣＧ信号波形（心電図）を示している。図１２において、心拍周期は心拍数によって決まり、１心拍周期の期間にＰ波、Ｑ波、ＲＳ波、Ｔ波、Ｕ波が現れる。心電波形のＰ波やＱ波、ＲＳ波の期間は心臓が大きく動いているため、例えばＲ波の期間の画像とＴ波の期間の画像との差分をとると適正な差分画像とはならず虚像が発生してしまう。

したがって、ＥＣＧ信号を利用してタイムスケールを合わせれば適正な差分画像を得ることができる。例えば、比較的緩やかなＵ波の発生周期に合わせたタイミングで画像データを入手するように前記時間間隔（ｔ）を設定すれば、差分画像は細部の領域での動きを計測可能となる。また、画像データの入手タイミングをＲ波の発生周期に合わせても良い。このようにＥＣＧ信号を利用することで、より一層診断のサポートを向上することができる。

尚、場合によっては一部の画像データが欠け、差分抽出用の一方の画像が存在しない場合もあり画像品位が低下することがある。特に同じタイミングの画像データ（例えばＵ波の周期に一致した画像データ）の一方が存在しないような場合は、的確に差分を抽出することができなくなる。そのような場合は、前後の画像データを用いて補間処理を行い、欠けた画像を再現すればよい。この場合、差分連続画像の表示更新の間隔を一定に保ち、その間隔内で補間処理が終了するようにタイミング調整すると、より一層画像品位が向上する。

このように本発明では、時間的変化領域の軌跡表示を示す差分連続画像をＭＰＲ上に連続して表示することができる。

尚、以上の説明に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、ディスプレイ装置４０には差分連続画像のみを表示する例を述べたが、画面の左側にＭＰＲ画像を表示し、画面の右側に差分連続画像を表示するといった、差分連続画像と他の画像との２画面表示も可能である。又、断層撮影装置として、Ｘ線ＣＴ装置を利用した例を述べたが、ＭＲＩ装置等の他の装置も利用可能であり、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の実施形態が考えられる。

本発明の画像形成装置の一実施形態を説明する全体構成図。 同実施形態における軌跡表示処理部の構成を説明するブロック図。 図２の差分値計測装置の動作を説明する説明図。 図２の閾値処理装置の動作を説明する説明図。 図２の差分画像作成装置の動作を説明する説明図。 図２の差分連続画像作成装置の動作を説明する説明図。 図２の軌跡表示処理部の動作を時間の経過に沿って説明する説明図。 本発明の画像形成装置の他の実施形態における軌跡表示処理部の構成を説明するブロック図。 他の実施形態における差分画像作成装置の動作を説明する説明図。 他の実施形態における差分連続画像作成装置の動作を説明する説明図。 ＥＣＧ信号の波形を説明する波形図。

符号の説明

１０…断層撮影装置、
１７…データ伝送装置、
２０…コンピュータシステム、
２１…前処理部、
２２…システムコントローラ、
２５…再構成処理部、
２６…ＭＰＲ作成部、
３０…軌跡表示処理部、
３１…画像データ入手装置、
３２…差分値計測装置、
３３…閾値処理装置、
３４…差分画像作成装置、
３５…差分連続画像作成装置、
３６…部位別色分け装置、
４０…ディスプレイ装置、
５０…ＥＣＧセンサ、
Ｐ…被検体。

Claims (12)

1. 所定の時間間隔で２次元画像データを順次入手する２次元画像データ入手装置と、
   前記２次元画像データ入手装置から入手した、時間軸方向に前後する第１，第２の２次元画像のピクセルデータの差分値を計測する差分値計測装置と、
   前記計測した差分値が予め設定した閾値を超えるピクセルを抽出し、差分画像を順次作成する差分画像作成装置と、
   前記差分画像作成装置によって順次作成された前記差分画像を合成し、時間的に新しい差分画像と時間的に遡った差分画像との濃淡を漸次変化させた差分連続画像を作成する差分連続画像作成装置とを具備し、
   前記差分連続画像をディスプレイ装置に表示することで軌跡表示を行うようにしたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記２次元画像データは、ＭＰＲ画像であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記差分連続画像作成装置は、時間的に新しい差分画像ほど濃く表現し、時間的に遡るにしたがって差分画像を淡く表現するようにしたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記差分連続画像作成装置は、時間的に新しい差分画像ほど濃い色で表現し、時間的に遡るにしたがって差分画像を同色系の淡い色で表現するようにしたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 前記２次元画像データは断層撮影装置によって被検体を撮影した画像データをもとに入手したものであって、前記所定の時間間隔を前記被検体からのＥＣＧ信号を利用して設定したことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
6. 前記差分連続画像と、前記２次元画像データによる画像とを同時に前記ディスプレイ装置に表示することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
7. 所定の時間間隔で２次元画像データを順次入手する２次元画像データ入手装置と、
   前記２次元画像データ入手装置から入手した、時間軸方向に前後する第１，第２の２次元画像のピクセルデータの差分値を計測する差分値計測装置と、
   前記計測した差分値が予め設定した閾値を超えるピクセルを抽出する閾値処理装置と、
   前記２次元画像中の複数の部位を特定し、前記抽出したピクセルにそれぞれ前記部位毎に異なる着色処理を施し、複数の色で表現された差分画像を順次作成する差分画像作成装置と、
   前記差分画像作成装置によって順次作成された前記差分画像を合成し、時間的に新しい差分画像の色と時間的に遡った差分画像の色の濃淡を漸次変化させた差分連続画像を作成する差分連続画像作成装置とを具備し、
   前記差分連続画像をディスプレイ装置に表示することで軌跡表示を行うようにしたことを特徴とする画像形成装置。
8. 前記２次元画像データはＸ線ＣＴ装置で被検体を撮影した画像データをもとに入手したものであって、Ｘ線を被検体に投影したときの透過率の相違によって前記複数の部位を特定することを特徴とする請求項７記載の画像形成装置。
9. 前記差分連続画像作成装置は、前記差分画像を複数の部位毎に異なる系統の色で表現し、かつ時間的に新しい差分画像ほど濃い色で表現し、時間的に遡るにしたがって差分画像を淡い色で表現するようにしたことを特徴とする請求項７記載の画像形成装置。
10. 前記２次元画像データは断層撮影装置によって被検体を撮影した画像データをもとに入手したものであって、前記所定の時間間隔は、前記被検体からのＥＣＧ信号を利用して設定したことを特徴とする請求項７記載の画像形成装置。
11. 所定の時間間隔で２次元画像データを順次入手し、
    前記入手した、時間軸方向に前後する第１，第２の２次元画像のピクセルデータの差分値を計測し、
    前記計測した差分値が予め設定した閾値を超えるピクセルを抽出して差分画像を順次作成し、
    前記順次作成された差分画像を合成し、時間的に新しい差分画像と時間的に遡った差分画像との濃淡を漸次変化させて差分連続画像を作成し、
    前記差分連続画像をディスプレイ装置に表示して軌跡表示を行うことを特徴とする画像形成方法。
12. 所定の時間間隔で２次元画像データを順次入手し、
    前記入手した、時間軸方向に前後する第１，第２の２次元画像のピクセルデータの差分値を計測し、
    前記計測した差分値が予め設定した閾値を超えるピクセルを抽出し、
    前記２次元画像中の複数の部位を特定して前記抽出したピクセルにそれぞれ前記部位毎に異なる着色処理を施し、複数の色で表現された差分画像を順次作成し、
    前記順次作成された前記差分画像を合成し、時間的に新しい差分画像の色と時間的に遡った差分画像の色の濃淡を漸次変化させた差分連続画像を作成し、
    前記差分連続画像をディスプレイ装置に表示することで軌跡表示を行うことを特徴とする画像形成方法。

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