JP2018153297A - Ｘ線動画像処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】Ｘ線撮影が行われている間に身体に発生した動きがＸ線動画像の解析を阻害することを抑制する。【解決手段】Ｘ線動画像処理装置において、呼吸状態にある身体をＸ線撮影することにより得られるＸ線動画像に含まれる第１のフレーム画像および第２のフレーム画像から呼吸に伴う動きが発生しない像である同一の解剖学的領域の第１の像および第２の像がそれぞれ抽出される。第１の像から第２の像への変化から身体の移動量が推定される。移動量を用いて身体の動きの影響を抑制する画像変換が第２のフレーム画像に行われる。【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線動画像処理装置に関する。
近年においては、デジタル技術が適用されたＸ線撮影により、対象部位の動きまたは変化を捉えたＸ線動画像が容易に得られる。例えば、平面Ｘ線検出器（ＦＰＤ）等の半導体イメージセンサーを用いるＸ線撮影により、検査または診断において診られる対象部位を捉えたＸ線動画像が容易に得られる。
しかし、Ｘ線撮影が行われている間に身体に動きが発生した場合は、当該動きを反映する像の時間変化がＸ線動画像に生じ、Ｘ線動画像の解析が阻害される。例えば、喚気成分のみを取り出す解析が阻害される。
特許文献１に記載された技術は、この問題を解決することを目的とする。特許文献１に記載された技術においては、基準となる胸郭位置に各画像がシフトされる（特許文献１の段落００３４）。
特許第３９１９７９９号公報
特許文献１に記載された技術においては、基準となる胸郭位置に各画像がシフトされる。しかし、胸郭には呼吸に伴う動きが発生し胸郭の像にも呼吸に伴う動きが発生するため、特許文献１に記載された技術においては、位置合わせが適切に行われず、Ｘ線撮影が行われている間に身体に発生した動きがＸ線動画像の解析を阻害することを十分に抑制できない。
本発明は、この問題を解決するためになされる。本発明が解決しようとする課題は、Ｘ線撮影が行われている間に身体に発生した動きがＸ線動画像の解析を阻害することを抑制することである。
Ｘ線動画像処理装置において、呼吸状態にある身体をＸ線撮影することにより得られるＸ線動画像に含まれる第１のフレーム画像および第２のフレーム画像から呼吸に伴う動きが発生しない像である同一の解剖学的領域の第１の像および第２の像がそれぞれ抽出される。第１の像から第２の像への変化から身体の移動量が推定される。推定された移動量を用いて身体の動きの影響を抑制する画像変換が第２のフレーム画像に行われる。
本発明によれば、Ｘ線撮影が行われている間に身体に発生した動きがＸ線動画像の解析を阻害することが抑制される。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムを図示するブロック図である。 第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムにおいて生成されるＸ線動画像を図示する模式図である。 第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムにおける処理の流れを図示するフローチャートである。 第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムにより撮影される身体を図示する模式図である。 第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムにおいて生成されるＸ線動画像を図示する模式図である。 第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムにおける、身体が前方向に動いた場合の脊椎の像の変化の例を図示する模式図である。 第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムにおける、身体が後ろ方向に動いた場合の脊椎の像の変化の例を図示する模式図である。 第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムにおける、撮影方向に延在する軸の周りに身体が回転した場合の脊椎の像の変化の例を図示する模式図である。 第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムにおける、身幅方向に延在する軸の周りに身体が回転した場合の脊椎の像の変化の例を図示する模式図である。 第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムにおける、身長方向に延在する軸の周りに身体が回転した場合の脊椎および肋骨の像の変化の例を図示する模式図である。
１ Ｘ線動画像撮影／処理システム
図１は、第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムを図示するブロック図である。図２は、第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムにおいて生成されるＸ線動画像を図示する図である。
図１に図示されるＸ線動画像撮影／処理システム１０００は、撮影装置１０２０および処理装置１０２２を備える。
撮影装置１０２０は、Ｘ線源１０４０および平面Ｘ線検出器（ＦＰＤ）１０４２を備え、図２に図示されるＸ線動画像１０６０を生成する。
撮影装置１０２０は、１回のＸ線撮影において、Ｘ線源１０４０によりＸ線を発生し、発生したＸ線に身体を透過させ、ＦＰＤ１０４２により身体を透過したＸ線を検出する。これにより、撮影装置１０２０は、１回のＸ線撮影において、身体の内部の様々な解剖学的領域の像を含む１個のフレーム画像を生成する。撮影装置１０２０は、２回以上のＸ線撮影を行うことにより、２個以上のフレーム画像を含むＸ線動画像１０６０を生成する。Ｘ線動画像１０６０は、Ｘ線動態画像とも呼ばれる。Ｘ線動画像撮影／処理システム１０００は、胸部を撮影し胸部Ｘ線動画像１０６０を生成するように構成される。胸部Ｘ線動画像１０６０は、例えば換気の解析、肺野中の血流の解析等の肺野の動態解析を行うために利用される。
処理装置１０２２は、推定部１０８０および画像変換部１０８２を備え、生成されたＸ線動画像１０６０を処理する。
推定部１０８０は、生成されたＸ線動画像１０６０に含まれる基準フレーム画像から脊椎の像を抽出し、Ｘ線動画像１０６０に含まれる複数のフレーム画像の各々である各フレーム画像からも脊椎の像を抽出し、基準フレーム画像より抽出された脊椎の像から各フレーム画像より抽出された脊椎の像への変化から身体の移動量を推定する。
脊椎は、呼吸に伴う動きが発生しない解剖学的領域である。このため、脊椎の像には、呼吸に伴う動きが発生しない。しかし、脊椎の像には、身体の動きに伴う動きが発生する。このため、脊椎の像の変化からは、呼吸に伴う動きの影響を受けずに身体の移動量を推定できる。
脊椎に代えて脊椎以外の解剖学的領域の像が抽出されてもよい。抽出される解剖学的領域の像は、呼吸に伴う動きが当該像に発生しないが、身体の動きに伴う動きが当該像に発生するように選択される。呼吸に伴う動きが物体である解剖学的領域に発生する場合であっても呼吸に伴う動きが当該解剖学的領域の像に発生しない場合は、当該解剖学的領域の像が抽出されうる。
画像変換部１０８２は、推定された移動量を用いて各フレーム画像に画像変換を行う。画像変換は、身体の動きの影響が抑制されるように行われる。
２ 処理の流れ
２．１ Ｘ線動画像の取得
図３は、第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムにおける処理の流れを図示するフローチャートである。
図３に示されるステップＳ１０１において、撮影装置１０２０が、Ｘ線動画像１０６０を生成する。生成されたＸ線動画像１０６０は、推定部１０８０に入力される。
２．２ 基準フレーム画像の決定
続いて、ステップＳ１０２において、推定部１０８０が、基準フレーム画像を決定する。基準フレーム画像は、入力されたＸ線動画像１０６０に含まれる複数のフレーム画像のいずれかであり、例えば当該複数のフレーム画像において最初または最後に撮影されたフレーム画像である。呼吸状態が解析され、特定の呼吸位相のフレーム画像が基準フレーム画像とされてもよい。例えば、安静呼気位または安静吸気位のフレーム画像が基準フレーム画像とされてもよい。
２．３ ３次元移動量の算出
続いて、ステップＳ１０３において、推定部１０８０が、基準フレームが撮影された時における身体の位置および姿勢から各フレームが撮影された時における身体の位置および姿勢への身体の３次元移動量を算出する。３次元移動量は、ひとつの平面に収まらない身体の動きの大きさを示す量である。
図４は、第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムにより撮影される身体を図示する模式図である。図５は、第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムにおいて生成されるＸ線動画像を図示する図である。
算出される３次元移動量は、図４に図示される矢印１１００により示される撮影方向の並進量、撮影方向に延在する軸１１２０の周りの回転量、撮影方向と垂直をなし図４に図示される矢印１１０２により示される身幅方向に延在する軸１１２２の周りの回転量、および撮影方向と垂直をなし図４に図示される矢印１１０４により示される身長方向に延在する軸１１２４の周りの回転量を含む。撮影方向は、ＦＰＤ１０４２の撮像面１１４０と垂直をなす。これらの移動量以外の移動量が算出されてもよい。これらの移動量に含まれる、解析への影響が大きい一部の移動量のみが算出されてもよい。３次元移動量に代えて１次元移動量または２次元移動量が算出されてもよい。
３次元移動量の算出においては、図５に図示されるように、脊椎の像が存在する領域である基準領域１１６０が基準フレーム画像および各フレーム画像から抽出され、基準フレーム画像より抽出された基準領域１１６０から各フレーム画像より抽出された基準領域１１６０への変化から身体の３次元移動量が算出される。脊椎の像が存在する領域である基準領域１１６０に変えて脊椎および肋骨の像が存在する領域である基準領域が抽出される場合もある。
２．４ 撮影方向の並進量の算出
図６は、第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムにおける、身体が前方向に動いた場合の脊椎の像の変化の例を図示する模式図である。図７は、第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムにおける、身体が後ろ方向に動いた場合の脊椎の像の変化の例を図示する模式図である。
身体１１８０がＦＰＤ１０４２に近づく前方向に動いた場合は、図６に図示されるように、Ｘ線動画像１０６０において脊椎の像１２００が拡大される。一方、被写体がＦＰＤ１０４２から遠ざかる後方向に動いた場合は、図７に図示されるように、Ｘ線動画像１０６０において脊椎の像１２００が縮小される。このため、基準フレームより抽出された基準領域１１６０から各フレーム画像より抽出された基準領域１１６０への拡大または縮小から撮影方向の並進量が算出される。例えば、基準フレームから抽出された基準領域１１６０の大きさに対する各フレームから抽出された基準領域１１６０の大きさの比である拡大率ＲおよびＸ線源１０４０からＦＰＤ１０４２までの距離Ｌから、撮影方向の並進量Ｌ×（Ｒ−１）が算出される。
２．５ 撮影方向に延在する軸の周りの回転量の算出
図８は、第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムにおける、撮影方向に延在する軸の周りに身体が回転した場合の脊椎の像の変化の例を図示する模式図である。
撮影方向に延在する軸１１２０の周りに身体１１８０が回転した場合は、図８に図示されるように、Ｘ線動画像１０６０において脊椎の像１２００が回転する。この脊椎の像１２００の回転は、顕著である。このため、基準フレームより抽出された基準領域１１６０から各フレーム画像より抽出された基準領域１１６０への回転から撮影方向に延在する軸１１２０の周りの回転量が算出される。例えば、基準フレーム画像から抽出された基準領域１１６０が微小な角度θ１，θ２，・・・，θｎだけ回転させられ回転後の基準領域ＲＧ１，ＲＧ２，・・・，ＲＧｎがそれぞれ得られ、得られた回転後の基準領域ＲＧ１，ＲＧ２，・・・，ＲＧｎが各フレーム画像から抽出された基準領域１１６０とマッチングさせられ、最も高い相関を与える微小な角度θｉが微小な角度θ１，θ２，・・・，θｎから選択され、選択された微小な角度θｉが撮影方向に延在する軸１１２０の周りの回転量とされる。このマッチングは、２次元空間におけるマッチングであるが、２次元空間における回転量は３次元空間における回転量と合致する。
２．６ 身幅方向に延在する軸の周りの回転量の算出
図９は、第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムにおける、身幅方向に延在する軸の周りに身体が回転した場合の脊椎の像の変化の例を図示する模式図である。
身幅方向に延在する軸１１２２の周りに身体１１８０が回転した場合は、図９に図示されるように、Ｘ線動画像１０６０において脊椎の像１２００が変形する。この脊椎の像１２００の変形は、顕著でない。このため、脊椎の３次元（３Ｄ）モデルが準備され、準備された３Ｄモデルが用いられて撮影方向に延在する軸１１２２の周りの回転量が算出される。例えば、準備された３Ｄモデルが微小な角度θ１，θ２，・・・，θｎだけ回転させられ回転後の３ＤモデルＭＤ１，ＭＤ２，・・・，ＭＤｎがそれぞれ得られ、得られた回転後の３ＤモデルＭＤ１，ＭＤ２，・・・，ＭＤｎが平面に投影され投影像ＰＩ１，ＰＩ２，・・・，ＰＩｎが得られ、得られた投影像ＰＩ１，ＰＩ２，・・・，ＰＩｎが各フレーム画像から抽出された基準領域１１６０とマッチングさせられ、最も高い相関を与える微小な角度θｉが微小な角度θ１，θ２，・・・，θｎから選択され、選択された微小な角度θｉが身幅方向に延在する軸１１２２の周りの回転とされる。
２．７ 身長方向に延在する軸の周りの回転量の算出
図１０は、第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システムにおける、身長方向に延在する軸の周りに身体が回転した場合の脊椎および肋骨の像の変化の例を図示する模式図である。
身長方向に延在する軸１１２４の周りに身体１１８０が回転した場合は、Ｘ線動画像１０６０において脊椎の像１２００がほとんど変形しないが肋骨の像１２０２が変形する。このため、脊椎の像および脊椎の周辺にある肋骨の像が存在する領域である基準領域が抽出され、身幅方向に延在する軸１１２２の周りの回転量が算出される場合と同様にして身長方向に延在する軸１１２４の周りの回転量が算出される。身幅方向に延在する軸１１２２の周りに身体１１８０が回転した場合は、脊椎の像は顕著に変化しないが肋骨の像はある程度変化する。このため、基準領域が脊椎および肋骨の像が存在する領域である場合は、身長方向に延在する軸１１２４の周りの回転量の算出が適切に算出される。
２．８ 画像変換
続いて、ステップＳ１０４において、画像変換部１０８２が、算出された３次元移動量を用いて各フレーム画像に画像変換を行う。画像変換においては、各フレーム画像に対して基準フレーム画像にあわせる位置合わせが行われる。例えば、算出された３次元移動量から画像を変化する行列式が求められ、求められた行列式を適用する演算が各フレーム画像に行われる。
第１実施形態のＸ線動画像撮影／処理システム１０００によれば、Ｘ線撮影が行われている間に身体１１８０に発生した動きがＸ線動画像１０６０の解析を阻害することが十分に抑制される。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
１０００ Ｘ線動画像撮影／処理システム
１０２０ 撮影装置
１０２２ 処理装置
１０６０ Ｘ線動画像
１０８０ 推定部
１０８２ 画像変換部
１１６０ 基準領域
１１８０ 身体

Claims (4)

  1. 呼吸状態にある身体をＸ線撮影することにより得られるＸ線動画像に含まれる第１のフレーム画像および第２のフレーム画像から呼吸に伴う動きが発生しない像である同一の解剖学的領域の第１の像および第２の像をそれぞれ抽出し、前記第１の像から前記第２の像への変化から前記身体の移動量を推定する推定部と、
    前記移動量を用いて前記身体の動きの影響を抑制する画像変換を前記第２のフレーム画像に行う画像変換部と、
    を備えるＸ線動画像処理装置。
  2. 前記移動量は、３次元移動量である
    請求項１のＸ線動画像処理装置。
  3. 前記変化は、拡大、縮小、回転および変形から選択される少なくともひとつを含む
    請求項１または２のＸ線動画像処理装置。
  4. 前記解剖学的領域は、脊椎および肋骨から選択される少なくともひとつを含む
    請求項１から３までのいずれかのＸ線動画像処理装置。
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