JP2012095791A - 医用画像生成装置、医用画像生成方法及び医用画像生成プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】撮像部位が局所的に動いた場合であっても適切に撮像部位における画像データのサブトラクション処理を行って医用画像データを生成することである。
【解決手段】医用画像生成装置は、データ処理手段及び処理範囲設定手段を備える。データ処理手段は、異なる撮像タイミングで収集された複数フレーム分の画像データ間における局所的な位置合わせ処理を伴って診断画像データを生成する。処理範囲設定手段は、前記位置合わせ処理の範囲を設定し、設定した前記位置合わせ処理の範囲を参照画像とともに表示装置に表示させる。
【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、医用画像生成装置、医用画像生成方法及び医用画像生成プログラムに関する。

従来、医療用の診断画像データを生成するために、画像データ間の差分（サブトラクション）処理を必要とする場合がある。例えば、X線CT (computed tomography)装置により造影剤を注入して収集した造影画像データと造影剤注入前に収集した非造影画像データ間においてサブトラクション処理を行えば、造影剤からの信号成分を選択的に抽出した診断画像データを生成することができる。また、磁気共鳴イメージング(MRI: Magnetic Resonance Imaging）装置により、心電同期下において異なる心時相に対応する複数の画像データを収集し、複数の画像データ間においてサブトラクション処理を行うことによって、静動脈を分離した血管画像データを収集する技術も知られている。

特開２０１０−２３４０６８号公報

診断画像データを生成するために画像データ間のサブトラクション処理を行う場合には、サブトラクション処理の対象となる画像データ間において血管等の撮像部位の空間的な位置が同じであることが必要である。しかしながら、呼吸や拍動によって撮像部位が非線形に動くため、画像データ間において撮像部位の位置が局所的に一致しない場合がある。

本発明は、撮像部位が局所的に動いた場合であっても適切に撮像部位における画像データのサブトラクション処理を行って医用画像データを生成することが可能な医用画像生成装置、医用画像生成方法及び医用画像生成プログラムを提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る医用画像生成装置は、データ処理手段及び処理範囲設定手段を備える。データ処理手段は、異なる撮像タイミングで収集された複数フレーム分の画像データ間における局所的な位置合わせ処理を伴って診断画像データを生成する。処理範囲設定手段は、前記位置合わせ処理の範囲を設定し、設定した前記位置合わせ処理の範囲を参照画像とともに表示装置に表示させる。

また、本発明の実施形態に係る医用画像生成方法は、異なる撮像タイミングで収集された複数フレーム分の画像データ間における局所的な位置合わせ処理を伴って診断画像データを生成するステップと、前記位置合わせ処理の範囲を設定し、設定した前記位置合わせ処理の範囲を参照画像とともに表示装置に表示させるステップとを有する。

また、本発明の実施形態に係る医用画像生成プログラムは、コンピュータを、上述のデータ処理手段及び処理範囲設定手段として機能させる。

本発明の実施形態に係る医用画像生成装置の機能ブロック図。 図１に示す医用画像生成装置により撮像部位のサブトラクション処理を伴って医用画像データを生成する際の流れを示すフローチャート。 図１に示す医用画像生成装置において生成されたサブトラクション画像上に局所位置合わせ範囲を設定した例と局所位置合わせ処理後におけるサブトラクション画像の例を示す図。

本発明の実施形態に係る医用画像生成装置、医用画像生成方法及び医用画像生成プログラムについて添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態に係る医用画像生成装置の機能ブロック図である。

医用画像生成装置１は、医用画像データを生成し、生成した医用画像データを出力させる装置である。医用画像生成装置１の例としては、超音波診断装置、X線CT装置、MRI装置、陽電子放出コンピュータ断層(PET: positron emission computed tomography)装置や単光子放出コンピュータ断層(SPECT: single photon emission computed tomography)装置等の核医学診断装置、X線診断装置等の画像診断装置の他、画像診断装置において生成された医用画像データを処理する医用画像処理装置や画像処理機能を備えた医用画像サーバが挙げられる。

ここでは、医用画像生成装置１が造影剤注入装置２を備えた画像診断装置である場合を例に説明する。医用画像生成装置１は、造影剤注入装置２、センサ３、データ処理部４、入力装置５及び表示装置６を備えている。

造影剤注入装置２は、被検体に造影剤を注入する機能を有する。センサ３は、画像診断装置の種類に応じた超音波振動子、高周波コイル、放射線検出器等の被検体からデータを収集するためのハードウェアで構成される。センサ３には、必要に応じて心電同期、呼吸同期又は脈波同期等の同期を行うための生体信号を収集して同期をとる同期ユニット３Ａが設けられる。

データ処理部４は、センサ３により収集されたデータに対するデータ処理によって診断画像データを生成する機能と、生成した診断画像データを表示装置６に表示させる機能を有する。具体的には、データ処理部４は、画像データ生成部４Ａ、サブトラクション処理部４Ｂ、位置合わせ範囲設定部４Ｃ、位置合わせ量設定部４Ｄ及び局所位置合わせ処理部４Ｅを有する。データ処理部４のデジタル信号を処理する構成要素は、コンピュータに医用画像生成プログラムを読み込ませて構築することができる。但し、データ処理部４に必要な機能を設けるために回路を用いてもよい。

画像データ生成部４Ａは、センサ３により収集されたデータに対するデータ処理によって画像データを生成する機能を有する。

サブトラクション処理部４Ｂは、画像データ生成部４Ａにおいて生成された複数のフレームに対応する画像データ間においてサブトラクション処理を行う機能と、局所位置合わせ処理部４Ｅにおける局所位置合わせ処理後における画像データ間においてサブトラクション処理を行う機能を有する。また、サブトラクション処理部４Ｂには、サブトラクション処理によって生成されたサブトラクション画像を表示装置６に表示させる機能が備えられる。

位置合わせ範囲設定部４Ｃは、入力装置５からの指示情報に従ってサブトラクション処理の対象となる画像データ間における局所的な非線形位置合わせ処理の範囲を設定する機能と、設定された非線形位置合わせ処理の範囲を表示装置６に表示させる機能を有する。

位置合わせ量設定部４Ｄは、位置合わせ範囲設定部４Ｃにおいて設定された範囲における非線形位置合わせのための、サブトラクション処理前における各画像データの画素値の空間位置に対するシフト量を入力装置５からの指示情報に従って設定する機能を有する。

局所位置合わせ処理部４Ｅは、位置合わせ範囲設定部４Ｃにおいて設定された範囲に対して局所位置合わせ処理を実行する機能を有する。すなわち、局所位置合わせ処理部４Ｅは、サブトラクション処理前における各画像データの画素値を位置合わせ量設定部４Ｄにおいて設定されたシフト量だけ空間的にシフトさせる機能を有する。

尚、医用画像生成装置１が画像処理装置又は画像処理機能を備えた画像サーバである場合には、造影剤注入装置２、センサ３及び画像データ生成部４Ａ等の構成要素に代えて、画像診断装置からネットワークを介して画像データを取得し、取得した画像データをサブトラクション処理部４Ｂに与える機能を備えた画像データ取得部がデータ処理部４に設けられる。

次に医用画像生成装置１の動作および作用について説明する。

図２は、図１に示す医用画像生成装置１により撮像部位のサブトラクション処理を伴って医用画像データを生成する際の流れを示すフローチャートである。また、図３は、図１に示す医用画像生成装置１において生成されたサブトラクション画像上に局所位置合わせ範囲を設定した例と局所位置合わせ処理後におけるサブトラクション画像の例を示す図である。

まずステップＳ１において、医用画像生成装置１により異なる撮像タイミングにおいて複数フレーム分の画像データが被検体から収集される。例えば、造影剤注入装置２から被検体に造影剤が注入される前後の２回のイメージングによって血管を含む撮像領域における非造影画像データ及び造影画像データが収集される。

すなわち、造影剤の注入前後においてセンサ３により被検体から生データが収集され、収集された生データがデータ処理部４に出力される。生データの収集は必要に応じて同期ユニット３Ａにより収集された心電信号、呼吸信号又は脈波信号等の生体信号に同期して行われる。

そして、画像データ生成部４Ａは、センサ３により収集されたデータに対するデータ処理によって画像データを生成する。これにより、造影画像データと非造影画像データが生成される。

次に、ステップＳ２において、サブトラクション処理部４Ｂは、画像データ生成部４Ａにおいて生成された造影画像データと非造影画像データとの間においてサブトラクション処理を行う。これにより、血管内における造影剤からの信号成分が抽出されたサブトラクション画像データが生成される。そして、サブトラクション処理部４Ｂは、サブトラクション画像データを表示装置６に出力する。これにより、表示装置６にサブトラクション画像が表示される。

しかしながら、血管は拍動の影響により動きを伴うため、造影画像データと非造影画像データとの間において血管の位置ずれが生じる場合がある。この場合、位置ずれが生じた血管部分における信号がサブトラクション処理によってキャンセルされずに高信号領域となる。このため、サブトラクション画像には、位置ずれ部分における血管が２重に描出される。そこで、位置ずれが生じた部分における局所的な非線形位置合わせ処理が行われる。

そのために、ステップＳ３において、位置合わせ範囲設定部４Ｃは、入力装置５からの指示情報に従って造影画像データと非造影画像データとの間における局所的な非線形位置合わせ処理の範囲を設定する。位置合わせ処理の範囲は、入力装置５から指示情報を位置合わせ範囲設定部４Ｃに入力することによって、自動設定又はマニュアル設定に切換えることができる。

位置合わせ処理の範囲を自動設定する場合には、位置合わせ範囲設定部４Ｃが画像処理を行うことによって位置ずれが生じた領域を抽出し、抽出した領域を位置合わせ処理の範囲として自動設定する。

例えば、サブトラクション画像データの画素値に対する閾値処理によって、高信号領域として位置ずれ領域を抽出することができる。別の例としては、造影画像データと非造影画像データとの間における画素値の２乗差に対する閾値処理によって位置ずれ領域を抽出してもよい。更に別の例としては、造影画像データ及び非造影画像データに対してそれぞれ画素値の不連続部分を検出するエッジ検出処理を行って血管の輪郭を抽出し、血管の輪郭間における位置ずれ領域を画素値の差として求めることもできる。

そして、位置合わせ範囲設定部４Ｃは、自動設定した位置合わせ処理の範囲をサブトラクション画像とともに表示装置６に重畳表示させる。このため、ユーザは位置合わせ処理の範囲が、位置ずれが生じた領域を含むように適切に設定されているか否かを容易に確認することができる。

ここで、入力装置５の操作によって位置合わせ処理の範囲の設定方法をマニュアル設定に切換えれば、自動設定された位置合わせ処理の範囲を修正することができる。また、自動設定されなかった位置合わせ処理の範囲を新たに追加設定することもできる。

このため、位置ずれ領域が位置合わせ処理の範囲に含まれていない場合や位置ずれ領域が自動検出されなかった場合であっても、ユーザが表示装置６に表示されたサブトラクション画像を目視することにより適切な位置合わせ処理の範囲に修正することができる。すなわち、局所位置合わせ処理を行う必要がある全ての部位を位置合わせ処理の範囲に含めることができる。

位置合わせ処理の範囲は、例えば重心位置及び境界位置を記号及び図形を用いてサブトラクション画像上に表示させ、表示装置６に表示された画像を通じた入力装置５の操作によってマニュアル設定又はマニュアル修正することができる。

図３(A)は、サブトラクション画像上において位置合わせ処理の範囲を点線の円で表し、位置合わせ処理の範囲の重心位置をX印で表した例を示す。図３(A)に示す例では、矢印で示す部分に位置ずれによって描出された血管が確認できる。また、位置ずれによって描出された血管部分が適切に位置合わせ処理の範囲に含まれていることも確認できる。

位置合わせ処理の範囲は、図３(A)に示すような円形に限らず、入力装置５の操作によって球形状、楕円面、矩形領域等の３次元的な所望の形状に設定することができる。また、一旦設定された位置合わせ処理の範囲は、入力装置５の操作によって平行移動、回転移動、伸縮変形させることもできる。

次に、ステップＳ４において、位置合わせ量設定部４Ｄは、入力装置５からの指示情報に従って非線形位置合わせ処理のための造影画像データ及び非造影画像データにおける画素値のシフト量を設定する。非線形位置合わせ処理のシフト量も自動設定又はマニュアル設定することができる。

例えば、サブトラクション画像上に表示された位置合わせ処理の範囲の重心位置又は新たに設定した任意の位置をマウス等の入力装置５によって所望の距離だけ移動させることによって位置合わせ処理のシフト量をマニュアル設定することができる。一方、位置合わせ処理のシフト量を自動設定する場合には、例えば、造影画像データにおいて検出された位置ずれ部分における血管の輪郭と非造影画像データにおいて検出された位置ずれ部分における血管の輪郭との間における最大距離を位置合わせ処理のシフト量に設定することができる。

別の自動設定方法の例としては、最適化処理を伴う局所位置合わせ処理を行うことによって事後的にシフト量を決定する方法が挙げられる。局所位置合わせ処理は、処理範囲内の指定位置においてシフト量が最大となり、処理範囲の境界においてシフト量がゼロとなるように処理範囲内における画像データの画素値をシフトさせる処理である。シフト量が最大となる指定位置と処理範囲の境界との間における各画素位置におけるシフト量は、対数関数、指数関数、ｎ次関数(nは自然数)等の任意の関数を用いて定義することによって変化させることができる。

簡易な位置合わせ処理としては、シフト量が最大となる指定位置と処理範囲の境界との間において画素値のシフト量を１次元方向にリニアに変化させる処理である。一方、シフト量の変化を関数で定義し、次数や係数等の関数のパラ―メータを変化させることにより様々な局所位置合わせ処理を行うことができる。

つまり、局所位置合わせ処理による各画素位置におけるシフト量は、関数のパラメータを可変設定することにより、調整することができる。そこで、造影画像データと非造影画像データとの処理範囲における位置ずれの程度を示す指標が最小となるように関数のパラメータを変化させながら局所位置合わせ処理を行う最適化計算を行えば、局所位置合わせのシフト量を事後的かつ自動的に決定することができる。尚、位置ずれの程度を示す指標としては、画素値の差分値の総和、画素値の２乗誤差の総和、画素値間の相関係数等の任意の指標を用いることができる。

このようなシフト量の自動計算を行う場合には、入力装置５から位置合わせ量設定部４Ｄにシフト量の設定情報として自動計算の指示情報が入力される。一方、各画素位置におけるシフト量を調整するための関数のパラメータを入力装置５の操作によってマニュアル設定することもできる。

次に、ステップＳ５において、局所位置合わせ処理部４Ｅは、位置合わせ範囲設定部４Ｃにおいて設定された範囲に対して、上述したように位置合わせ量設定部４Ｄにおいて設定されたシフト量だけ画素値をシフトさせる局所位置合わせ処理を実行する。画素値のシフトは、造影画像データ及び非造影画像データの双方に対して行ってもよいが、造影画像データ及び非造影画像データの一方を基準として他方の画素値をシフトさせれば処理を容易にできる。尚、シフト量を局所位置合わせ処理の最適化によって自動決定する場合には、シフト量が事後的に定まる。

次に、ステップＳ６において、サブトラクション処理部４Ｂは、局所位置合わせ処理後の造影画像データ及び非造影画像データに対してサブトラクション処理を実行し、再度、サブトラクション画像データを生成する。

尚、造影画像データ及び非造影画像データの局所位置合わせ領域における差分値を最小化とする最適化計算を局所位置合わせ処理において行った場合には、局所位置合わせ処理の結果としてサブトラクション画像データが生成される。また、ステップＳ５における局所位置合わせ処理及びステップＳ６におけるサブトラクション処理を単一のアルゴリズムを用いた処理として行ってもよい。

次に、ステップＳ７において、サブトラクション処理部４Ｂは、局所位置合わせ処理後のサブトラクション画像データを表示装置６に出力する。これにより、表示装置６に局所位置合わせ処理後のサブトラクション画像が診断画像として表示される。

図３(B)は、局所位置あわせ処理後のサブトラクション画像を示す。図３(A)の矢印部分において位置ずれにより描出された血管が、図３(B)の矢印で示す部分には現れていないことが確認できる。図３(B)に示すように、適切な局所位置合わせ処理の範囲の設定によって、位置ずれのないサブトラクション画像を診断画像として表示させることができる。

また、必要に応じて位置合わせ範囲設定部４Ｃは、表示装置６に表示された診断画像上に局所位置あわせ処理の範囲を表示させる。このため、ユーザは、局所位置合わせ処理が実行された範囲を診断画像上において確認することができる。

つまり以上のような医用画像生成装置１は、サブトラクション処理の対象となる画像データに対して実行すべき非線形な局所位置合わせ処理の範囲を表示装置６に表示された画像を介して適切な範囲に設定し、設定した範囲について局所位置合わせ処理を実行できるようにしたものである。

このため、医用画像生成装置１によれば、局所位置合わせ処理の範囲が適切であるか否かをユーザが容易に確認することができる。また、ユーザは、サブトラクション画像等の参照画像を介して、必要な全ての範囲を局所位置合わせ処理の範囲として設定することができる。このため、複数の位置ずれ領域が存在する場合であっても、１回の局所位置合わせ処理によって、全ての位置ずれを補正することができる。従って、画像処理時間及びデータ処理量を低減させることができる。

特に、拍動の影響によって移動量が大きい血管や臓器のイメージングを行う場合、或いは体動によって位置が変化する骨や血管等の臨床的構造物のイメージングを行う場合において、位置ずれを効果的に補正することができる。このため、診断画像の画質を一層向上させることができる。

例えば、X線CT装置又はMRI装置により造影画像データ及び非造影画像データを収集し、造影画像データと非造影画像データとの間におけるサブトラクション画像データを診断画像データとして生成する場合や、MRI装置により異なる心時相における非造影画像データ又は造影画像データを収集し、非造影画像データ又は造影画像データ間におけるサブトラクション画像データを診断画像データとして生成する場合において、上述した局所的な位置合わせ処理の範囲の設定及び設定された範囲に対する局所的な位置合わせ処理を行うことが有効である。

以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

例えば、上述の実施形態では、異なる撮像タイミングにおいて収集された画像データ間におけるサブトラクション画像データを生成する場合を例に説明したが、サブトラクション処理を伴わずに診断画像データを生成する場合においても、同様な方法で局所的な位置補正処理の範囲の設定及び設定された範囲に対する局所的な位置補正処理を行うことができる。

具体例としては、異なる撮影タイミングにおいて収集された複数フレーム分の画像データを重畳表示させる場合や並列表示させる場合が挙げられる。また、別の具体例としては、複数フレーム分の画像データに対する重み付け加算処理等の合成処理を施すことによって診断画像データを生成する場合が挙げられる。従って、合成画像等のサブトラクション画像以外の画像を参照画像として局所位置合わせ処理の範囲を設定するようにしてもよい。

１ 医用画像生成装置
２ 造影剤注入装置
３ センサ
３Ａ 同期ユニット
４ データ処理部
４Ａ 画像データ生成部
４Ｂ サブトラクション処理部
４Ｃ 位置合わせ範囲設定部
４Ｄ 位置合わせ量設定部
４Ｅ 局所位置合わせ処理部
５ 入力装置
６ 表示装置

Claims (7)

1. 異なる撮像タイミングで収集された複数フレーム分の画像データ間における局所的な位置合わせ処理を伴って診断画像データを生成するデータ処理手段と、
   前記位置合わせ処理の範囲を設定し、設定した前記位置合わせ処理の範囲を参照画像とともに表示装置に表示させる処理範囲設定手段と、
   を備える医用画像生成装置。
2. 前記データ処理手段は、血管のイメージングによって収集された複数フレーム分の画像データ間におけるサブトラクション処理又は合成処理を行うことによって前記診断画像データを生成するように構成される請求項１記載の医用画像生成装置。
3. 前記処理範囲設定手段は、前記位置合わせ処理の範囲を前記複数フレーム分の画像データに基づいて自動的に設定するように構成される請求項１記載の医用画像生成装置。
4. 前記処理範囲設定手段は、入力装置からの情報に従って前記位置合わせ処理の範囲を可変設定するように構成される請求項１記載の医用画像生成装置。
5. 前記処理範囲設定手段は、前記複数フレーム分の画像データからそれぞれ血管の輪郭を抽出し、抽出した前記血管の輪郭に基づいて前記位置合わせ処理の範囲を自動的に設定するように構成される請求項２記載の医用画像生成装置。
6. 異なる撮像タイミングで収集された複数フレーム分の画像データ間における局所的な位置合わせ処理を伴って診断画像データを生成するステップと、
   前記位置合わせ処理の範囲を設定し、設定した前記位置合わせ処理の範囲を参照画像とともに表示装置に表示させるステップと、
   を有する医用画像生成方法。
7. コンピュータを、
   異なる撮像タイミングで収集された複数フレーム分の画像データ間における局所的な位置合わせ処理を伴って診断画像データを生成するデータ処理手段、及び
   前記位置合わせ処理の範囲を設定し、設定した前記位置合わせ処理の範囲を参照画像とともに表示装置に表示させる処理範囲設定手段、
   として機能させる医用画像生成プログラム。