JP2007082908A

JP2007082908A - 放射線画像処理装置及び処理方法

Info

Publication number: JP2007082908A
Application number: JP2005277805A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Matsuura; 友彦松浦
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-09-26
Also published as: JP4928106B2; US20070071299A1; CN1939219A; EP1768069A1; CN1939219B

Abstract

【目的】ＣＴスキャン中に得られる投影画像から再撮影の要否を判定して、再撮影までの時間を短縮し、操作者の作業量を軽減する。
【構成】ＣＴスキャンにより投影画像のフレームＰ１とフレームＰ２を順次に取得し（Ｓ１０１〜Ｓ１０３）、これらの差分情報を算出する（Ｓ１０４）。続いて、この差分情報を閾値と比較し、閾値よりも小さい場合にはＣＴスキャンを継続し、越える場合は要再撮影と判定し（Ｓ１０５）、動作を終了する。ＣＴスキャンを継続すると判定された場合には、更に計画されている投影画像の取得が全て完了したか否かの判定を行う（Ｓ１０６）。未完了の場合には次のフレームを取得して（Ｓ１０７〜Ｓ１０８）、上述の差分情報の算出（Ｓ１０４）以降の処理を繰り返し実行する。Ｓ１０６において、計画されている投影画像の取得が全て完了した場合には、フレームＰ１〜ＰｘからＣＴ画像を再構成し（Ｓ１０９）、動作を終了する。
【選択図】図３

Description

本発明は、二次元Ｘ線センサを用いて撮影した複数の投影画像に基づいてＣＴ（Computer Tomography）再構成を行いＣＴ画像を得る放射線画像処理装置及び処理方法に関するものである。

放射線ＣＴ撮影において、ＣＴスキャン中に被検査体が動作すると、ＣＴ再構成の原理上適切なＣＴ画像を得られない。そのため、一般にＣＴ撮影装置ではＣＴスキャン後にＣＴ画像をプレビュー表示し、表示されたＣＴ画像の画質から再撮影の要否を判断する機能を備えている。

再撮影の要否判断については、例えば操作者が目視で判断を行う方法、ＣＴ装置がＣＴ画像の画質から自動的に判定する方法、更にはその両者を用いる方法などが知られている。また、操作者がプレビュー用ＣＴ画像の画質から、先に設定した各種パラメータの適否を判定し、否判定の場合にはパラメータの変更を行った上で再撮影を指示する方法が例えば特許文献１で知られている。

特開２００２−３６５２３９号公報

また、ＣＴ再構成により生成されるＣＴ画像に基づいて再撮影の要否判断を行う方法がある。しかしこの方法では、ＣＴ再構成に必要な投影データを全て収集し、更にＣＴ再構成を行う必要があり、これらに要する時間だけ再撮影の要否判断が遅くなる課題があり、ＣＴ検査のスループットを向上させる妨げとなっている。

また、操作者が目視で判断する方法では、再撮影要否の判断基準が曖昧であったり、操作者に煩雑な判断作業を強いるなどの問題があり、これもＣＴ検査のスループットを向上させる妨げとなっている。

本発明の目的は、上述の課題を解消し、ＣＴスキャン中に順次に得られる投影画像から体動に関する情報を抽出することで、ＣＴスキャンを終了する前に再撮影の要否を判定する放射線画像処理装置及び処理方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る放射線画像処理装置の技術的特徴は、複数の投影画像からＣＴ画像を再構成する放射線画像処理装置であって、ＣＴスキャン中に投影画像を順次に取得する投影画像取得手段と、前記投影画像の隣接フレーム間における画像全体又は一部領域の差分情報を算出する隣接差分算出手段と、少なくとも１つの前記差分情報に基づいて再撮影の要否を判定する再撮影判定手段とを備えることにある。

また、本発明に係る放射線画像処理方法の技術的特徴は、複数の投影画像からＣＴ画像を再構成する放射線画像処理方法であって、ＣＴスキャン中に投影画像を順次に取得する投影画像取得工程と、前記投影画像の隣接フレーム間における画像全体又は一部領域の差分情報を算出する隣接差分算出工程と、前記差分情報の少なくとも１つに基づいて再撮影の要否を判定する再撮影判定工程とを備えることにある。

本発明に係る放射線画像処理装置及び処理方法によれば、ＣＴスキャン中に順次に得られる投影画像から体動に関する情報を抽出し、ＣＴスキャンを終了する前に再撮影の要否を判定することが可能となる。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は実施例１におけるＣＴ撮影装置１を示し、ＣＴスキャン中に順次に得られる投影画像を利用して、ＣＴスキャンを終了する前に再撮影の要否を判定する機能を有している。回転装置２上の被検者Ｓを挟んで、Ｘ線発生器３と二次元Ｘ線センサ４が配置されており、回転装置２、Ｘ線発生器３、二次元Ｘ線センサ４はデータ収集回路５に電気的に接続されている。

データ収集回路５には前処理回路６が接続されており、更にデータ収集回路５、前処理回路６はＣＰＵバス７に接続されている。更に、このＣＰＵバス７には、ＣＰＵ８、各種のデータ、ワークメモリを含むメインメモリ９、装置全体の操作を行うための操作パネル１０、ディスプレイモニタ１１、及び画像処理回路１２が接続されている。

画像処理回路１２には、ＣＴスキャン中に前処理回路６により処理された投影画像を順次に取得する投影画像取得回路１３、取得した投影画像の隣接フレームにおける差分情報を生成する隣接差分算出回路１４、差分情報に基づいて再撮影の要否判定を行う再撮影判定回路１５、複数の投影画像からＣＴ画像を再構成する再構成回路１６が設けられている。

なお、前処理回路６、ＣＰＵ８、メインメモリ９、操作パネル１０、ディスプレイモニタ１１、画像処理回路１２は、ＣＰＵバス７を介して互いにデータの授受が可能とされている。

メインメモリ９はＣＰＵ８での処理に必要な各種のデータなどが記憶されると共に、ＣＰＵ８の作業用としてのワークメモリを有している。ＣＰＵ８はメインメモリ９を用いて、操作パネル１０からの操作に従って装置全体の動作制御等を行う。

先ず、回転装置２を作動状態にし、被検者Ｓを回転させながらＸ線ビームＸを連続又は不連続に放射するようにＸ線発生器３を制御する。次に、Ｘ線発生器３から被検者Ｓに対してＸ線ビームＸを放射すると、Ｘ線ビームＸは被検者Ｓを減衰しながら透過して、二次元Ｘ線センサ４に到達し、例えば胸部像等の人体部画像の投影画像として出力される。

この動作状態、即ちＣＴスキャン状態中に、二次元Ｘ線センサ４は逐次的に投影画像を取得し、取得した投影画像を順次にデータ収集回路５に送付する。例えば、被検者Ｓが３６０度回転する間に５１２枚の投影画像をデータ収集回路５に送付する。

データ収集回路５は出力された投影画像を電気信号に変換して前処理回路６に供給し、前処理回路６はデータ収集回路５からの投影画像信号に対して、オフセット補正処理やゲイン補正処理等の前処理を行う。この前処理回路６で前処理が行われた投影画像信号は投影画像として、ＣＰＵ８の制御により、ＣＰＵバス７を介してメインメモリ９、画像処理回路１２に転送される。

従って、回転装置２により、異なる方向から撮影した図２に示すようなフレームＰ１〜Ｐｘが順次に画像処理回路１２に転送され、同時にメインメモリ９に送付され、投影画像は記憶される。なお、本実施例１では、二次元Ｘ線センサ４とデータ収集回路５及び前処理回路６は分離した構成となっているが、これらはセンサユニットとして同一のユニット内に構成してもよい。

図３は実施例１における画像処理回路１２の処理のフローチャート図であり、このフローチャート図に従ったプログラムコードはメインメモリ９、又は図示しないＲＯＭに格納され、ＣＰＵ８により読み出され実行される。

ＣＴスキャンを開始すると、先ず投影画像取得回路１３により、ＣＰＵバス７を介して前処理回路６で処理された投影画像の第１フレームＰ１と第２フレームＰ２を順次に取得する（ステップＳ１０１〜Ｓ１０３）。次に、隣接差分算出回路１４の作用により、投影画像の第１フレームＰ１と第２フレームＰ２の差分情報ｓ（１）を算出する（ステップＳ１０４）。具体的には、例えば式（１）に示すように、投影画像に含まれる各画素の差分値の合計などを差分情報ｓ（１）として算出する。
ｓ（１）＝Σ｜ｆ１（ｘ，ｙ）−ｆ２（ｘ，ｙ）｜・・・（１）

続いて、再撮影判定回路１５の作用により、差分情報ｓ（１）を予め定める閾値と比較し、閾値よりも小さい場合にはＣＴスキャンを継続し、閾値を越える場合は要再撮影と判定し（ステップＳ１０５）、画像処理回路１２の動作を終了する。

ステップＳ１０５において、ＣＴスキャンを継続すると判定された場合には、更に計画されている投影画像の取得が全て完了したか否かの判定を行う（ステップＳ１０６）。未完了の場合には投影画像の次のフレームを取得して（ステップＳ１０７〜Ｓ１０８）、上述の差分情報の算出（ステップＳ１０４）以降の処理を繰り返し実行する。なお、この繰り返し処理を１回実行するために要する処理時間は、ＣＴスキャン中にデータ収集回路５が投影画像を取得してから、次の投影画像を取得するまでの時間、即ち撮影フレームレートの逆数よりも小さいことが望ましい。

上記のステップＳ１０６において、計画されている投影画像の取得が全て完了している場合には、再構成回路１６によりフレームＰ１〜ＰｘからＣＴ画像を再構成し（ステップＳ１０９）、画像処理回路１２の動作を終了する。なお、投影画像群からＣＴ再構成によりＣＴ画像群を取得する方法は、良く知られているため説明を省略する。

また、本実施例１では回転装置２上の被検者Ｓが回転する構成としたが、逆にＸ線発生器３と二次元Ｘ線センサ４を被検者Ｓに対し回転する構成にしても、同様の効果を得ることができることは云うまでもない。

このように実施例１によれば、ＣＴスキャン中に順次に得られる投影画像を利用して再撮影の要否判定を行うため、従来では再撮影の要否判定前に必要であったＣＴ再構成にかかる時間が不要となり、ＣＴ検査のスループットを向上させることができる。また、明確な基準により再撮影の要否を判定可能とする効果があり、更に自動的に再撮影の要否判定が可能となり、操作者の作業量を削減できる。

図４は実施例２によるＣＴ撮影装置１’のブロック回路構成図を示している。実施例１のＣＴ撮影装置１に対して、フレームレート設定回路２１と画像処理回路１２’に投影画像内から差分情報を算出する領域を抽出するＲＯＩ（関心領域）抽出回路２２が追加されている。

実施例１と同様に、Ｘ線ビームＸの放射から投影画像転送までの動作において、回転装置２を作動させながら繰り返し連続して行い、異なる方向から撮影した投影画像を順次に画像処理回路１２’に転送する。ただし本実施例２においては、予めフレームレート設定回路２１により設定されたフレームレートｆｒに従って、投影画像が順次に取得される。

図５は実施例２における画像処理回路１２’の処理のフローチャート図である。実施例１と同様に、ＣＴスキャンを開始すると、投影画像取得回路１３により、ＣＰＵバス７を介して前処理回路６で処理された投影画像の第１フレームＰ１と第２フレームＰ２を順次に取得する（ステップＳ２０１〜Ｓ２０３）。

次に、取得した投影画像の第１フレーム及び／又は第２フレームを用いて、ＲＯＩ抽出回路２２により、後段の処理で差分情報を算出する際に使用するＲＯＩの抽出を行う（ステップＳ２０４）。本実施例２では、撮影対象を被検者Ｓの人体胸部像と限定し、ＲＯＩとしては被検者Ｓの体動を顕著に表す構造物である横隔膜の周辺領域としている。

被検査体から特定の構造物を抽出する方法については、解剖学的な解析方法が広く知られている。例えば、特許文献２には閾値処理した２値画像をラベリングし、ラベリングされた領域のうちの一定面積以下の領域と、入力画像の上下左右端に接する所定の領域とを除いた領域を肺領域として抽出する方法が記載されている。また、例えば非特許文献１には、各画素が有する濃度情報、解剖学的なアドレス情報、及び画素周辺のエントロピ情報を特徴量としてニューラルネットワークで学習し、構造物のセグメンテーションを行う方法が記載されている。

特開平１１−１５１２３２号公報 SPIE Medical Imaging 97 "Automatic Segmentation of Anatomic Regions in Chest Radiographs using an Adaptive-Sized Hybrid Neural Network"

本実施例２では、初めにこれらの方法を用いて肺領域の抽出を行い、二次元Ｘ線センサ４の設置条件を考慮して横隔膜の抽出を行う。より具体的には、被検者Ｓの上下方向と投影画像の上下方向とが同一になるように二次元Ｘ線センサ４を設置すると、人体胸部像を対象とする場合に、横隔膜は取得された投影画像の下部に存在する。この制約条件と上記で得られた肺領域から横隔膜を抽出することが可能である。

続いて、再撮影判定回路１５により、フレームレート設定回路２１が設定した投影画像の取得フレームレートｆｒに基づいて再撮影判定に用いる閾値ｔｈを算出する（ステップＳ２０５）。例えば、取得フレームレートｆｒの増加に伴い、閾値ｔｈが単調減少する閾値関数ｔｈ（ｆｒ）を設定する。取得フレームレートｆｒが大きいときには隣接フレーム間の差異が小さくなるので、再撮影判定に用いる閾値ｔｈも小さく算出され、取得フレームレートｆｒが小さいときには、閾値ｔｈが大きく算出される仕組みが実現できる。

次に、隣接差分算出回路１４により、ステップＳ２０４において抽出されたＲＯＩにおいて投影画像の第１フレームＰ１と第２フレームＰ２の差分情報ｓ（ｉ）を算出する（ステップＳ２０６）。具体的な算出方法及びこれ以降のステップＳ２０７〜Ｓ２１１については、実施例１と同様である。

このように実施例２によれば、投影画像の取得フレームレートｆｒに基づいて、再撮影の要否判定に用いる閾値を適切に設定するため、再撮影の判定精度を向上する効果がある。また、被検者Ｓの体動を顕著に表す部位の周辺のみで、差分情報を算出するため、これも再撮影の判定精度を向上する効果がある。

図６は実施例３によるＣＴ撮影装置１”のブロック回路構成図を示し、実施例１のＣＴ撮影装置１に対して、画像処理回路１２”には、要再撮影と判定された場合に即座にＸ線停止指示信号を発信するＸ線停止指示回路３１が追加されている。

実施例１と同様に、Ｘ線ビームＸの放射から投影画像転送までの動作について、回転装置２を作動させながら繰り返し連続して行い、異なる方向から撮影した投影画像を順次に画像処理回路１２”に転送する。

図７は実施例３における画像処理回路１２”の処理のフローチャート図である。実施例１と同様に、ＣＴスキャンを開始すると、投影画像を順次に取得し、隣接フレーム間において差分情報を算出し、再撮影の要否判定をＣＴスキャン状態が継続する限り繰り返し行う（ステップＳ３０１〜Ｓ３０８）。

実施例１と本実施例３との差異は、ステップＳ３０５において要再撮影と判定された場合の動作が異なることである。即ち、ステップＳ３０５において要再撮影と判定された場合に、即座にＸ線停止指示回路３１からＣＰＵバス７を介してデータ収集回路５に対してＸ線停止信号を発信することにより、Ｘ線発生器３を停止する（ステップＳ３１０）。このとき、Ｘ線発生器３の停止と同時に回転装置２も併せて停止するように構成しても、勿論支障はない。

次にステップＳ３１０において、Ｘ線が停止するまでに取得した投影画像群を用いてハーフスキャン再構成が可能か否か判定する（ステップＳ３１１）。ＣＴ再構成の原理上、投影画像を取得した投影角度の範囲が１８０度＋Ｘ線のファン角度以上あれば、ハーフスキャン再構成可能であることが一般に知られているため、本実施例３でもこれを利用する。

ステップＳ３１１においてハーフスキャン再構成可能である場合は、再構成回路１６の作用によりフレームＰ１〜ＰｘからＣＴ画像を再構成し（ステップＳ３０９）、画像処理回路１２の動作を終了する。一方、ハーフスキャン再構成が不可能な場合は、ディスプレイモニタ１１に要再撮影の旨の表示を行い、操作者に再撮影を指示し（ステップＳ３１２）、画像処理回路１２”の動作を終了する。

このように本実施例３によれば、被検者Ｓの体動を検知した直後にＸ線照射を停止することが可能なため、スキャン終了後に再撮影の要否判定を行う従来の方法と比較して、被検者ＳのＸ線被曝量を低減する効果がある。また、体動によりＸ線照射を停止した場合においても、ハーフスキャン再構成可能である場合は、取得済の投影画像からＣＴ画像を再構成することが可能である。従って、再撮影を不要とすることで被検者ＳのＸ線被曝量を低減し、ＣＴ検査のスループットを向上させる。

なお、本発明は実施例１〜３の装置又はシステムの機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、装置又はシステムに供給することができる。そして、その装置又はシステムのコンピュータ（ＣＰＵ又はＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成されることは云うまでもない。この場合に、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が実施例１〜３の機能を実現することとなり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体及び当該プログラムコードは本発明を構成することになる。

プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等を用いることができる。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、コンピュータ上で稼動しているＯＳ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって実施例１〜３の機能が実現される場合も本発明に含まれることは云うまでもない。

更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードを、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込むことができる。この書き込み後に、プログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって実施例１〜３の機能が実現される場合も本発明に含まれる。

このようなプログラム又はこのプログラムを格納した記憶媒体に本発明が適用される場合に、当該プログラムは例えば上述の図３、図５又は図７のフローチャート図に対応したプログラムコードから構成される。

実施例１のブロック回路構成図である。投影画像の説明図である。処理フローチャート図である。実施例２のブロック回路構成図である。処理フローチャート図である。実施例３のブロック回路構成図である。処理フローチャート図である。

符号の説明

１、１’、１” ＣＴ撮影装置
２回転装置
３Ｘ線発生器
４二次元Ｘ線センサ
５データ収集回路
６前処理回路
７ＣＰＵバス
８ＣＰＵ
９メインメモリ
１０操作パネル
１１ディスプレイモニタ
１２、１２’、１２” 画像処理回路
１３投影画像取得回路
１４隣接差分算出回路
１５再撮影判定回路
１６再構成回路
２１フレームレート設定回路
２２ＲＯＩ抽出回路
３１Ｘ線停止指示回路

Claims

複数の投影画像からＣＴ画像を再構成する放射線画像処理装置であって、ＣＴスキャン中に投影画像を順次に取得する投影画像取得手段と、前記投影画像の隣接フレーム間における画像全体又は一部領域の差分情報を算出する隣接差分算出手段と、少なくとも１つの前記差分情報に基づいて再撮影の要否を判定する再撮影判定手段とを備えることを特徴とする放射線画像処理装置。
前記一部領域を設定する領域設定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像処理装置。
前記領域設定手段は前記一部領域として被検査体の部位の領域を設定することを特徴とする請求項２に記載の放射線画像処理装置。
前記被検査体の部位とは、横隔膜、肺領域の何れか１つであることを特徴とする請求項３に記載の放射線画像処理装置。
被検査体に放射線を曝射するＸ線発生源と、該Ｘ線発生源が放射した放射線中で被検査体を相対的に回転させる回転手段と、前記放射線を検出し前記投影画像を取得する二次元Ｘ線センサとを備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つの請求項に記載の放射線画像処理装置。
前記投影画像を取得するフレームレートを設定するフレームレート設定手段を備え、前記再撮影判定手段は前記差分情報に加えて前記フレームレート設定手段によって設定した前記投影画像の取得フレームレートに基づいて再撮影の要否を判定することを特徴とする請求項５に記載の放射線画像処理装置。
前記再撮影判定手段での判定結果に基づいて、前記Ｘ線発生源が放射している放射線を停止するＸ線停止手段を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の放射線画像処理装置。
複数の投影画像からＣＴ画像を再構成する放射線画像処理方法であって、ＣＴスキャン中に投影画像を順次に取得する投影画像取得工程と、前記投影画像の隣接フレーム間における画像全体又は一部領域の差分情報を算出する隣接差分算出工程と、前記差分情報の少なくとも１つに基づいて再撮影の要否を判定する再撮影判定工程とを備えることを特徴とする放射線画像処理方法。
コンピュータに所定の方法を実行させるためのプログラムであって、前記所定の方法は請求項８に記載の画像処理方法における各工程を含むことを特徴とするプログラム。
請求項９に記載のプログラムを記憶していることを特徴とするコンピュータ可読媒体。