JP2013202125A - 画像処理装置、画像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＤＳＡ画像のノイズを低減させると共に、造影領域の描出能を向上させるための技術を提供すること。
【解決手段】 後Ｘ線画像と合成画像との差分画像における画素値のヒストグラムを生成する。前Ｘ線画像と合成画像との差分画像における画素値のヒストグラムを生成する。それぞれのヒストグラムの差分から、後Ｘ線画像と合成画像との差分画像において造影剤が写っている領域の画素値に関する情報を収集する。収集した情報を用いて、後Ｘ線画像と合成画像との差分画像における画素値を変換し、該変換後の差分画像を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線画像に係る画像処理技術に関するものである。

血管など、通常のＸ線撮影では見ることのできない構造を描出する血管造影法と呼ばれる手技がある。血管造影法とは、造影剤と呼ばれる薬剤を血管等に注入してＸ線撮影を行う事で、血管を描出する撮影方法である。

その際、造影剤が注入される前と注入された後の画像同士の差分処理を行うことで、血管以外の構造物を除去し、血管のみを描出するデジタルサブトラクションアンギオグラフィ（ＤＳＡ）と呼ばれる画像処理方法がある。

このＤＳＡにより得られる画像であるＤＳＡ画像は、差分処理を行うため、差分する前の画像と比較してノイズが大きくなるという問題がある。特許文献１には、ノイズを低減するため、０付近の画素値に対してコントラストが小さくなるような階調処理を行う技術が開示されている。

特開平11-47123号公報

階調処理によってノイズを低減しようとした場合、適切な階調変換特性データを与える必要がある。ＤＳＡ画像のノイズ低減効果を高めるためにコントラストを抑える範囲を広くするような階調処理をすると、造影領域のコントラストも落ちてしまう場合がある。反対に、コントラストを抑える範囲を狭くすると十分なノイズ低減効果を得られない場合がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、ＤＳＡ画像のノイズを低減させると共に、造影領域の描出能を向上させるための技術を提供することを目的とする。

本発明の目的を達成するために、例えば、本発明の画像処理装置は、造影剤を注入する前に撮影された造影剤注入対象部位のＸ線画像を前Ｘ線画像とし、複数フレームの前Ｘ線画像を合成して１枚の合成画像を生成する合成手段と、造影剤を注入した後に撮影された造影剤注入対象部位のＸ線画像を後Ｘ線画像とし、該後Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像における画素値のヒストグラムを生成する第１生成手段と、前記前Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像における画素値のヒストグラムを生成する第２生成手段と、前記第１生成手段が生成したヒストグラムと、前記第２生成手段が生成したヒストグラムと、の差分から、前記後Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像において造影剤が写っている領域の画素値に関する情報を収集する収集手段と、前記収集手段が収集した情報を用いて、前記後Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像における画素値を変換し、該変換後の差分画像を出力する変換手段とを備えることを特徴とする。

本発明の構成によれば、ＤＳＡ画像のノイズを低減させると共に、造影領域の描出能を向上させることができる。

画像処理装置の機能構成例を示すブロック図。 画像処理装置が行う処理のフローチャート。 ヒストグラム解析部１０５の機能構成例を示すブロック図。 ステップＳ２０５における処理のフローチャート。 ヒストグラムの一例を示す図。 画像処理装置の機能構成例を示すブロック図。 ノイズデータの一例を示す図。

以下、添付図面を参照し、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下説明する実施形態は、本発明を具体的に実施した場合の一例を示すもので、特許請求の範囲に記載の構成の具体的な実施例の１つである。

［第１の実施形態］
本実施形態に係る画像処理装置の機能構成例を図１に示す。図１に示した各部の動作については、画像処理装置が行う処理のフローチャートを示す図２を参照して説明する。

ステップＳ２０１で入力部１０１は、造影剤を注入する対象部位（造影剤注入対象部位）を、造影剤が注入される前の状態から造影剤が注入された後の状態まで連続的に撮影したＸ線画像を、該Ｘ線画像を供給する装置から入力する。Ｘ線画像を供給する装置としては、該Ｘ線画像を撮影するＸ線透視装置や該Ｘ線画像を保持している画像記憶装置等などが考えられるが、Ｘ線画像の供給形態は特定の供給形態に限るものではない。

そして入力部１０１は、順次入力されるＸ線画像のうち一部をマスク像作成部１０２に送出し、残りをサブトラクション像作成部１０３に送出する。本実施形態では、造影剤が注入されるまでに撮影された複数フレーム分のＸ線画像（前Ｘ線画像）をマスク像作成部１０２に送出する。また、順次入力されるＸ線画像のうち、造影剤が注入されるまでに撮影された少なくとも１フレーム分のＸ線画像と、造影剤が注入されてからの各フレームのＸ線画像（後Ｘ線画像）をサブトラクション像作成部１０３に送出する。以下では、入力部１０１がサブトラクション像作成部１０３に送出するＸ線画像をライブ像と呼称する。

ステップＳ２０２では、マスク像作成部１０２は、入力部１０１から入力された各フレームのＸ線画像を合成して１枚の合成画像（マスク画像）を生成する。合成画像の生成方法は特定の方法に限るものではなく、例えば、次のような方法を採用しても良い。

例えば、Ｎ（Ｎは２以上の自然数）枚のＸ線画像それぞれの同位置Ｐにおける画素値の平均画素値を算出し、該算出した平均画素値を合成画像（平均画像）における画素位置Ｐにおける画素値とする。

また、他の方法としては、先ず、Ｎ枚のＸ線画像から動きベクトルを算出する。そして、動きの少ない（動きベクトルの大きさが規定値未満）ところは平均画素値、動きの多い（動きベクトルの大きさが規定値以上）ところは空間フィルタを用いてノイズを低減した画素値、を採用した合成画像を生成しても良い。

このような処理により、ノイズの少ないマスク画像を生成することが出来る。然るに、ステップＳ２０２では、ノイズの少ないマスク画像を生成することが出来るのであれば良い。

次に、ステップＳ２０３では、サブトラクション像作成部１０３は、ライブ像と合成画像との差分画像（サブトラクション像）を生成（第１生成、第２生成）する。上記の通り、ライブ像は、造影剤が注入されるまでに撮影された少なくとも１フレーム分の前Ｘ線画像と、造影剤が注入されてからの後Ｘ線画像と、から構成されている。然るに、サブトラクション像作成部１０３は、前Ｘ線画像と合成画像との差分画像（前Ｘ線画像から合成画像を差し引いた画像）と、後Ｘ線画像と合成画像との差分画像（後Ｘ線画像から合成画像を差し引いた画像）と、を生成することになる。そしてサブトラクション像作成部１０３は、この生成した２枚の差分画像を、ヒストグラム作成部１０４及び階調変換処理部１０７に対して送出する。

次に、ステップＳ２０４では、ヒストグラム作成部１０４は、サブトラクション像作成部１０３から受けたそれぞれの差分画像について、画素値のヒストグラム（差分画像に含まれている画素値の登場頻度）を生成する。以下では、前Ｘ線画像と合成画像との差分画像における画素値のヒストグラムをノイズヒストグラム、後Ｘ線画像と合成画像との差分画像における画素値のヒストグラムを造影ヒストグラム、と呼称する。そしてヒストグラム作成部１０４は、この生成した２つのヒストグラムを、ヒストグラム解析部１０５に対して送出する。

ステップＳ２０５では、ヒストグラム解析部１０５は、ノイズヒストグラムと造影ヒストグラムとの差分から、後Ｘ線画像と合成画像との差分画像において造影剤が写っている領域（造影領域）の画素値に関する情報（造影領域画素値情報）を収集する。収集する造影領域画素値情報は、その後の処理の目的に応じて予め決めておけばよい。造影領域画素値情報には、例えば、造影領域中の最小画素値、最大画素値、最大頻度値、中間値、平均値などがある。そしてヒストグラム解析部１０５は、収集した造影領域画素値情報を、階調変換データ作成部１０６に対して送出する。ステップＳ２０５における処理の詳細については後述する。

次に、ステップＳ２０６では、階調変換データ作成部１０６は、造影領域画素値情報を用いて、入力画素値を出力画素値に変換するための階調変換データを生成する。階調変換データは、目的とする手技等に応じて使用する造影領域画素値情報を変更する事が可能である。

例えば、後Ｘ線画像と合成画像との差分画像から、造影濃度の薄い細い血管から造影濃度の濃い太い血管まで幅広く描出したい手技を行う場合、造影領域画素値情報中の最小画素値、最大画素値が所望の値になるように階調変換データを作成すればよい。

他にも、後Ｘ線画像と合成画像との差分画像から最も目立つ血管のみを抽出したい手技を行う場合は、造影領域画素値情報中の最大頻度値の値が所望の値になるように階調変換データを作成すればよい。

また、造影領域以外の画素値はノイズ領域であるため、この部分のコントラストを低くすればノイズ低減効果を得ることが可能となる。このように、造影領域画素値情報を用いることで、ノイズ低減効果を得たうえで、造影領域の描出能を向上させる事が可能である。そして階調変換データ作成部１０６は、このようにして生成した階調変換データを、階調変換処理部１０７に対して送出する。

次に、ステップＳ２０７では、階調変換処理部１０７は、後Ｘ線画像と合成画像との差分画像中の画素値のうち、階調変換データが変換元の画素値として規定する画素値を、階調変換データが該画素値の変換先として規定している画素値に変換する。これにより、この差分画像に対して階調変換を行うことが出来る。そして階調変換処理部１０７は、この階調変換後の差分画像をＤＳＡ画像として出力部１０８に対して送出する。

ステップＳ２０８では、出力部１０８は、ＤＳＡ画像を、ＣＲＴや液晶画面などの表示装置に対して送出することで、この表示装置にこのＤＳＡ画像を表示させる。もちろん、ＤＳＡ画像の送出先は表示装置に限るものではなく、ＤＳＡ画像を保存するためのハードディスクなどのメモリであっても良いし、最小値ホールド処理等を行う画像処理装置であっても良い。

次に、上記のステップＳ２０５における処理の詳細について、同処理のフローチャートを示す図４を用いて説明する。また、ヒストグラム解析部１０５の機能構成例を、図３のブロック図に示す。図３に示した各部の動作については、図４を参照して説明する。

ステップＳ４０１では、ノイズヒストグラム入力部３０１は、ノイズヒストグラムを入力し、入力したノイズヒストグラムを、後段の差分ヒストグラム作成部３０３に対して送出する。このノイズヒストグラムには造影剤が写っておらず、ノイズのみで構成された画像であるため、ノイズのみの画素値分布を解析することが可能である。

ステップＳ４０２では、造影ヒストグラム入力部３０２は、造影ヒストグラムを入力し、入力した造影ヒストグラムを、後段の差分ヒストグラム作成部３０３に対して送出する。この造影ヒストグラムは、造影剤が写っている画像であるため、ノイズと造影剤の両方が混在した画素値分布となっている。

ステップＳ４０３では、差分ヒストグラム作成部３０３は、造影ヒストグラムからノイズヒストグラムを差し引いた差分ヒストグラムを生成する。差分ヒストグラムの生成では、造影ヒストグラムにおける画素値Ｐの頻度値からノイズヒストグラムにおける画素値Ｐの頻度値を差し引いた結果を、差分ヒストグラムにおける画素値Ｐの頻度値とする。

このようにして生成された差分ヒストグラムは、ノイズと造影剤が含まれている画像のヒストグラムから、ノイズのみの画像のヒストグラムを差し引いているため、造影剤による画素分布の変化を知ることが可能となる。図５（ａ）に造影ヒストグラム、図５（ｂ）にノイズヒストグラム、図５（ｃ）に差分ヒストグラムの一例を示す。差分ヒストグラムの頻度値が０以上になっている山の部分が造影剤によって増えた画素値であるため、その部分が造影領域であるという事が分かる。そして差分ヒストグラム作成部３０３は、生成した差分ヒストグラムを、後段の差分ヒストグラム解析部３０４に対して送出する。

次に、ステップＳ４０４では、差分ヒストグラム解析部３０４は、差分ヒストグラムから造影領域画素値情報を収集する。上述のとおり、造影領域の画素値は差分ヒストグラムの山部分であるため、山部分の最小画素値、最大画素値、最大頻度値、平均値、中間値等を算出すればよい。また、差分ヒストグラムに対して、移動平均などのフィルタリング処理を施した後に造影領域画素値情報を収集することによって、ヒストグラム内の細かい変動に対して影響されない安定した解析を行えるようにしてもよい。また、画素値が増えたところのみを検出すればよいため、頻度値が０以下のデータに対してクリッピング処理を行うようにしてもよい。そして差分ヒストグラム解析部３０４は、収集した造影領域画素値情報を、解析データ出力部３０５に対して送出する。また、山部分の定義は、頻度値が０以上であることに限定するものではなく、規定以上の頻度値が占める部分であっても良い。

そしてステップＳ４０５では、解析データ出力部３０５は、差分ヒストグラム解析部３０４から受けた造影領域画素値情報を、階調変換データ作成部１０６に対して送出する。

このように、造影前と造影後のそれぞれのサブトラクション像のヒストグラムを作成することで、サブトラクション像同士の差分では抽出する事の出来ない造影領域のみの画素値情報を得ることが可能となる。

＜変形例１＞
ヒストグラム解析部１０５での差分ヒストグラム解析時に、造影剤を注入する対象部位や、使用する造影剤の量、注入速度、フレームレート、撮影条件等に応じて、解析する画素値の幅を限定する事も可能である。これにより、解析精度を上げることが可能となる。

＜変形例２＞
階調変換データ作成部１０６で作成する階調変換データは、フレームごとに生成しても良いし、ある特定のフレームで生成された階調変換データを全フレームにわたって使用するようにしても良い。これにより、各フレームで明暗の変動の少ないＤＳＡ像を作成する事が可能である。

［第２の実施形態］
本実施形態では、ノイズヒストグラムの作成方法が第１の実施形態と異なる。本実施形態に係る画像処理装置の機能構成例を、図６のブロック図に示す。図６において図１と同じ構成要素には同じ参照番号を付しており、該構成要素については第１の実施形態ですでに述べたとおりであるため、省略する。

ヒストグラム作成部６０４では、造影ヒストグラムとノイズヒストグラムとを生成する。造影ヒストグラムは第１の実施形態と同様にして生成する。一方、ノイズヒストグラムについては、以下のようにして生成する。

ノイズヒストグラムは、ライブ画像の画素値に依存し、Ｘ線の入射線量が多く画素値が大きいほど、Ｘ線量子ノイズの分散値は多くなり、その結果、ヒストグラムの形状は広がる。また、ノイズヒストグラムはマスク画像の粒状性にも依存し、マスク画像の平均化枚数を多くするなど粒状性を向上した場合は、ヒストグラムの形状は狭くなる。本実施形態では説明を簡単にするために、マスク画像の平均化枚数を固定した状態で説明する。

上述のとおり、ノイズヒストグラムはライブ画像の画素値に依存する。そのため、画素値に依存したノイズデータを用いて、ノイズヒストグラムを作成する。ノイズデータの一例を図７に示す。これは全面均一線量のＸ線照射を行った場合の画像を、均一照射で得られた画像で作成したマスク画像で差分した場合のヒストグラムに対し、頻度値を画素数で除算して得られたデータである。

ライブ画像の各画素にこのノイズデータを参照して積算すれば（該画素に対する頻度値に、該画素について該ノイズデータが示す頻度値（ノイズ量）を加算すれば）ノイズヒストグラムを作成する事が可能である。このように、ライブ像からノイズデータを参照する事により、造影前画像のサブトラクション処理を行う事なく、ノイズヒストグラムを作成する事が可能となる。尚、マスク画像の平均化枚数が変化する事への対応として、平均化枚数毎のノイズデータを用いればよい。

また、ノイズデータは、あらかじめ測定したデータであることに限るものではなく、画像取得時のセンサのシステムノイズ、ライブ画像の画素値およびマスク画像の平均化枚数に依存した量子ノイズの標準偏差などから推測して得るデータであっても良い。このように演算によってノイズデータを推測する事により、画素値の測定等による誤差の影響を受けないノイズヒストグラムを作成する事が可能となる。

［第３の実施形態］
図１，６に示した各部は何れもハードウェアで構成しても良いが、ソフトウェア（コンピュータプログラム）で構成しても良い。その場合、ＣＰＵやメモリを有するコンピュータにこのソフトウェアをインストールし、ＣＰＵにこのコンピュータプログラムを実行させることで、このコンピュータは、第１の実施形態や第２の実施形態で説明した画像処理装置として機能することになる。

（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (8)

1. 造影剤を注入する前に撮影された造影剤注入対象部位のＸ線画像を前Ｘ線画像とし、複数フレームの前Ｘ線画像を合成して１枚の合成画像を生成する合成手段と、
   造影剤を注入した後に撮影された造影剤注入対象部位のＸ線画像を後Ｘ線画像とし、該後Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像における画素値のヒストグラムを生成する第１生成手段と、
   前記前Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像における画素値のヒストグラムを生成する第２生成手段と、
   前記第１生成手段が生成したヒストグラムと、前記第２生成手段が生成したヒストグラムと、の差分から、前記後Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像において造影剤が写っている領域の画素値に関する情報を収集する収集手段と、
   前記収集手段が収集した情報を用いて、前記後Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像における画素値を変換し、該変換後の差分画像を出力する変換手段と
   を備えることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記収集手段は、前記第１生成手段が生成したヒストグラムから前記第２生成手段が生成したヒストグラムを差し引いた差分ヒストグラムを生成し、該差分ヒストグラムにおいて、規定値以上の頻度値に対応する画素値に関する情報を、前記造影剤が写っている領域の画素値に関する情報として収集することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記収集手段が、前記造影剤が写っている領域における最大画素値、最小画素値を収集した場合、
   前記変換手段は、前記後Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像における前記最大画素値、前記最小画素値のそれぞれが規定の画素値となるように該差分画像を変換する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像処理装置。
4. 前記合成手段は、前記複数フレームの前Ｘ線画像において同位置の画素の画素値の平均値を、前記合成画像における該位置の画素値とすることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像処理装置。
5. 造影剤を注入する前に撮影された造影剤注入対象部位のＸ線画像を前Ｘ線画像とし、複数フレームの前Ｘ線画像を合成して１枚の合成画像を生成する合成手段と、
   造影剤を注入した後に撮影された造影剤注入対象部位のＸ線画像を後Ｘ線画像とし、該後Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像における画素値のヒストグラムを生成する第１生成手段と、
   前記前Ｘ線画像における画素値に対応するノイズ量のヒストグラムを生成する第２生成手段と、
   前記第１生成手段が生成したヒストグラムと、前記第２生成手段が生成したヒストグラムと、の差分から、前記後Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像において造影剤が写っている領域の画素値に関する情報を収集する収集手段と、
   前記収集手段が収集した情報を用いて、前記後Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像における画素値を変換し、該変換後の差分画像を出力する変換手段と
   を備えることを特徴とする画像処理装置。
6. 画像処理装置が行う画像処理方法であって、
   前記画像処理装置の合成手段が、造影剤を注入する前に撮影された造影剤注入対象部位のＸ線画像を前Ｘ線画像とし、複数フレームの前Ｘ線画像を合成して１枚の合成画像を生成する合成工程と、
   前記画像処理装置の第１生成手段が、造影剤を注入した後に撮影された造影剤注入対象部位のＸ線画像を後Ｘ線画像とし、該後Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像における画素値のヒストグラムを生成する第１生成工程と、
   前記画像処理装置の第２生成手段が、前記前Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像における画素値のヒストグラムを生成する第２生成工程と、
   前記画像処理装置の収集手段が、前記第１生成工程で生成したヒストグラムと、前記第２生成工程で生成したヒストグラムと、の差分から、前記後Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像において造影剤が写っている領域の画素値に関する情報を収集する収集工程と、
   前記画像処理装置の変換手段が、前記収集工程で収集した情報を用いて、前記後Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像における画素値を変換し、該変換後の差分画像を出力する変換工程と
   を備えることを特徴とする画像処理方法。
7. 画像処理装置が行う画像処理方法であって、
   前記画像処理装置の合成手段が、造影剤を注入する前に撮影された造影剤注入対象部位のＸ線画像を前Ｘ線画像とし、複数フレームの前Ｘ線画像を合成して１枚の合成画像を生成する合成工程と、
   前記画像処理装置の第１生成手段が、造影剤を注入した後に撮影された造影剤注入対象部位のＸ線画像を後Ｘ線画像とし、該後Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像における画素値のヒストグラムを生成する第１生成工程と、
   前記画像処理装置の第２生成手段が、前記前Ｘ線画像における画素値に対応するノイズ量のヒストグラムを生成する第２生成工程と、
   前記画像処理装置の収集手段が、前記第１生成工程で生成したヒストグラムと、前記第２生成工程で生成したヒストグラムと、の差分から、前記後Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像において造影剤が写っている領域の画素値に関する情報を収集する収集工程と、
   前記画像処理装置の変換手段が、前記収集工程で収集した情報を用いて、前記後Ｘ線画像と前記合成画像との差分画像における画素値を変換し、該変換後の差分画像を出力する変換工程と
   を備えることを特徴とする画像処理方法。
8. コンピュータを、請求項１乃至５の何れか１項に記載の画像処理装置の各手段として機能させるためのコンピュータプログラム。

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