JP2018157968A - 放射線画像処理装置及び放射線画像撮影システム - Google Patents
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Abstract
Description
従来、動画を構成する複数のフレーム画像の一覧を表示部に表示し、解析に用いるフレーム画像を一覧の中から一括選択できるようにする技術(特許文献1参照)や、画像を即時表示、参照表示あるいは転送する際に、それぞれに最適な画像処理を行う技術(特許文献2参照)が知られている。
つまり、動画は情報量が多い上に時間の経過に伴って変化するため、読影(診断)が容易でなく、ユーザーに過度の負担がかかっていた。
複数のフレーム画像からなる放射線動画の動画データを取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段が取得した動画データに所定の解析処理を加え、複数の解析フレーム画像からなる解析結果動画を生成する解析手段と、
前記解析手段が生成した解析結果動画を構成する複数の解析フレーム画像の中から複数の特定解析フレーム画像を選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された複数の特定解析フレーム画像における、共通する座標上にそれぞれ位置する各共通座標画素の信号値に基づいて一の演算信号値を算出する演算処理手段と、
前記演算処理手段が座標ごとに生成した複数の演算信号値を用いて前記表示部に演算結果画像を表示する画像表示手段と、を備えることを特徴とする。
〔放射線画像撮影システムの構成〕
まず、本発明の第1実施形態に係る放射線画像撮影システム100の構成について説明する。図1は本実施形態に係る放射線画像撮影システム100の機能的構成を表すブロック図である。
また、放射線画像撮影システム100には、必要に応じて、図示しないコンソールやサーバー(例えば、医療用画像管理システム(Picture Archiving and Communication System:PACS)を構成するもの)等が接続される。
放射線画像撮影システム100を構成する各装置は、DICOM(Digital Image and Communications in Medicine)規格に準じており、各装置間の通信は、DICOMに則って行われる。
放射線照射装置21は、図示を省略するが、放射線を生成可能な回転陽極や回転陽極に電子ビームを照射するフィラメント等を有する放射線源や、設定された管電圧や管電流、照射時間(mAs値)等に応じた線量の放射線を放射線源から照射させるジェネレーター等を備えている。
そして、ユーザーの操作に基づいて、放射線画像撮影装置22へ放射線を照射するようになっている。
そして、放射線画像撮影装置22は、放射線照射装置2から放射線の照射を受け、画像データを読み出すと、その画像データを、通信部を介して直ちに外部へ送信するようになっている。
なお、放射線照射装置21と放射線画像撮影装置22は、CTのように一体化されたものでもよい。
次に、上記放射線画像撮影システム100を構成する放射線画像処理装置1の構成について説明する。
放射線画像処理装置1は、コンピューター又は専用の制御装置として構成されており、図1に示したように、制御部11、通信部12、記憶部13、操作部14、表示部15、を備えて構成され、各部はバス16により接続されている。
なお、操作部14は、表示部15の表示画面に備えられたタッチパネルで構成されていても良く、この場合、タッチパネルを介して入力された指示信号を制御部11に出力する。
次に、本実施形態に係る放射線画像処理装置1の動作について説明する。図2,4は放射線画像処理装置1における画像処理の概念図であり、図3,5は処理結果の表示例である。
なお、本実施形態に係る放射線画像処理装置1は、静止画像の処理や表示も可能であるが、ここでは、主に動画を処理・表示する場合について説明する。また、各図には、肺野領域の画像を例示したが、本実施形態に係る放射線画像処理装置1は、肺野以外の部位を撮影した動画についても処理・表示することが可能である。
そして、制御部11は、生成した解析動画データに基づく解析結果動画又は図2(b)に示したような解析結果動画を構成する複数の解析フレーム画像I1の一覧)を、自動で又はユーザーからの指示に基づいて表示部15に表示することが可能となっている。すなわち、制御部11は、本発明における解析手段をなす。なお、図2(b)では、解析フレーム画像を符号I1で示したが、以下の説明では、解析結果動画であるか解析フレーム画像であるかにかかわらず、解析動画データに基づいて表示部15に表示されるものをI1で示すこととする。
なお、元動画データに演算処理を施して演算画像データを生成することも可能である。
本実施形態において、特定解析フレーム画像I1の選択は、ユーザーが操作部14に対して行った操作に基づいて行われるようになっている。具体的には、例えば図2(b)に示したように、表示部15に表示された解析結果動画を構成する解析フレーム画像I1の一覧の中から、ユーザーが処理対象とする特定解析フレーム画像I1を所定領域(例えば後述するサマリー表示領域)へドラッグ及びドロップしたり、解析フレーム画像I1の端部に設けられたチェックボックスBにチェックCを入れたりすることで選択される。すなわち、制御部11は、本発明における選択手段をなす。
なお、選択する解析フレーム画像I1は連続している必要は無く、間を飛ばして任意の解析フレーム画像I1を選択することも可能である。
サマリー表示領域15Aは、常時表示されるものであってもよいし、必要に応じて表示・非表示が切り替えられるものであってもよい。また、サマリー表示領域15Aは、表示部15の一部に表示されるものであっても、全体に表示されるものであってもよい。
なお、表示部15とは異なる他の表示装置を備え、そこによりサマリー表示領域15Aを表示するようにすることも可能である。
また、演算結果画像I2を、サマリー表示領域15Aだけではなく、表示部15に表示するようにしてもよい。
なお、単独表示態様のサマリー表示領域15Aを、同時に複数表示するようにしてもよい。
なお、3種類以上の画像を重畳表示することも可能である。
以下、重畳表示態様で表示された画像を重畳画像I3と称することがある。
また、上述したように、異なる複数種類の演算処理を行った場合には、各演算結果を並列表示することが可能である。
また、上記表示態様の説明では、サマリー表示領域15Aに表示される画像には、演算結果画像I2が必ず含まれるものとしたが、含まない形で表示することも可能である。すなわち、元動画又は元フレーム画像I0と解析結果動画又は解析フレーム画像I1を重畳表示、並列表示、切替表示することも可能である。
また、表示部15に表示される動画のどこを注力して読影するべきかユーザーが理解し易くなり、効率的に読影できるようになるとともに、読影洩れを防止することができる。その結果、診断の精度を向上させることができる。
また、任意のフレーム画像を選択可能としているので、アーチファクト(ノイズ)が混入していると推定されるフレーム画像を容易に取り除くことができ、解析結果の精度が向上する。
すなわち、動画から、ポイントとなる情報だけを容易に読影することができ、ユーザーの負担が低減する。
また、図4に示したように、異なる種類の複数の動画(フレーム画像の一覧)からそれぞれ選択したフレーム画像に対して演算処理した結果を並列表示したり、複数の動画からそれぞれ選択したフレーム画像に対して演算処理した結果を重畳表示したりすることで、診断に有用な「V/Q(換気血流比)画像」をユーザーの手で容易に作成することが可能となる。
次に、本発明の第2実施形態に係る放射線画像処理装置について説明する。図6〜9は本実施形態に係る放射線画像処理装置が行う画像選択の概念図である。なお、図6には、肺野領域の画像を例示したが、本実施形態に係る放射線画像処理装置1は、肺野以外にも、心臓領域、肺動脈、大動脈又は肺気管支等、所定周期で同じ動作を繰り返す部位の動画であれば扱うことが可能である。
このため、本実施形態に係る放射線画像処理装置1Aは、実行する制御(記憶部13Aの記憶内容)が第1実施形態と異なっている。なお、記憶部13Aの記憶内容を除く他の構成は第1実施形態と同様である。
なお、このうちのいずれかのパターンのみが予め設定されている(ユーザーによる設定はできない)ようにしてもよいし、このうちの2パターンの中からユーザーが設定できるものとしてもよい。更に、ここで例示した以外のパターンを含むようにしてもよい。
なお、r1とr2のどちらの選択範囲とするかは、ユーザーが選択パターンを設定する際に併せて設定するよう構成してもよいし、制御部11が自動的に判断するよう構成してもよい。
肺機能を把握する上では、肺の一呼吸分の動作や心臓の一心拍分の動作等、少なくとも一周期分の情報を読影することが重要である。このため、ここで挙げたような解析フレーム画像の選択パターンを設定することで、呼吸周期や心拍周期に関係する肺機能(例えば、肺への空気の出入り量(1回換気量)、肺野内への血液の出入り量(心拍出量、1回拍出量))を正確に把握することができる。
特に、複数周期に亘る選択範囲r2を設定することで、呼吸や心拍のバラつきを低減することが可能である。
なお、図7に示したように、一のグラフに対して選択範囲r3又はr4を複数周期分設定することが可能である。
なお、r3とr4のどちらの選択範囲とするかは、ユーザーが解析フレーム画像の選択パターンを設定する際に併せて設定できるようにしてもよいし、制御部11が自動的に判断するようにしてもよい。
複数の呼気中(吸気中)あるいは心臓膨張中(心臓収縮中)の解析フレーム画像の結果に対して演算処理を加えることによって、呼吸や心拍のバラつきなどのノイズ影響を低減させることができ、血液が肺野に広がっていく心収縮中の様子、心臓に血液が戻っていく心膨張中の様子、吸気で肺が広がっていく様子、呼気で肺が縮んでいく様子等を精度よく把握することができる。
また、例えば閉塞性疾患患者の息の吐きにくさの評価、拘束性疾患や肥満の方の息の吸い難さの評価、心臓の動き方が不連続になる不整脈などの評価にも有用である。
また、時間ではなく、極大からの解析フレーム画像数で範囲を規定するようにしてもよい。
更に、図8に示したように、一のグラフに対して選択範囲r5又はr6を複数周期分設定することが可能である。
呼吸周期(心拍周期)は患者ごとに、スパイロメトリやモストグラフ、心電図等で計測した値を用いても良いし、各国、身長や性別、年齢などで定められた平均的な値を用いても良い。
複数の呼気位(吸気位)又は心臓膨張期(心臓収縮期)付近の解析フレーム画像の結果に対して演算処理を加えることによって、血液が肺野に広がり切った心収縮期の様子、心臓に血液が戻り切った心膨張期の様子、呼吸により肺が広がりきった様子、肺が縮み切った様子等を精度よく把握することができる。
こうすることで、どの呼吸(どの心拍)が最も正常/異常かを判断し易くなる。
撮影対象が、例えば肺野や心臓領域にて脂肪や筋肉などが不均一に分布している体型の患者(肥満の方や女性等に多い)であったり、撮影中に体が上下左右に大きく動いてしまう(体動が大きい)患者であったりする場合、画素値を用いた時間変化情報が正確に呼吸状態や心拍状態を反映していない場合がある。しかし、形態情報の時間方向の変化を用いることで、このような患者に対しても特定解析フレーム画像を精度よく選択することができるようになる。
次に、本発明の第3実施形態に係る放射線画像処理装置1Bについて説明する。図10は放射線画像処理装置1Bにおける画像処理の概念図であり、図11,12は処理結果の表示例である。
なお、図10には、肺野領域の画像を例示したが、本実施形態に係る放射線画像処理装置1Bは、肺野以外の部位を撮影した動画についても処理・表示することが可能である。
このため、本実施形態に係る放射線画像処理装置1Bは、実行する制御(記憶部13Bの記憶内容)が第1,第2実施形態と異なっている。なお、記憶部13Bの記憶内容を除く他の構成は第1,第2実施形態と同様である。
定量値Qの導出の仕方としては、例えば、最大値処理、最小値処理、Pk−Pk値処理、標準偏差処理、平均値処理、最頻値処理、積算値処理等がある。
このようにすれば、例えば、肺全体(全体肺面積)に対して、正常又は異常な肺領域が全体の何割あるか等の情報を容易に把握でき、肺の局所的な機能分布(どこに肺機能の低下、欠損があるか)を評価しやすくなる。
全画像領域を関心領域Rとした定量値Qを用いれば、計算コストをかけずに、手軽に大局的な肺換気機能、肺血流機能、心機能を把握することができる。
肺野内を関心領域Rとした定量値Qを用いれば、肺換気機能(呼吸に伴う濃度の変化、横隔膜の動き、肋骨の動き、鎖骨の動き、肩甲骨の動きなど)、肺血流機能(心拍に伴う濃度の変化、血管の動き)を把握することができる。
肺動脈内を関心領域Rとした定量値Qを用いれば、肺血流機能、心機能を把握することができる。
大動脈内を関心領域Rとした定量値Qを用いれば、体循環の血流機能(心拍に伴う濃度の変化、血管の動き)、心機能を把握することができる。
肺気管支内を関心領域Rとした定量値Qを用いれば、肺換気機能の把握、気道の肥厚の程度、気道収縮の程度、無気肺/胸水/腫瘤、のう胞/肺気腫の有無などを把握することができる。
画像I2,I3と併せて表示する場合には、図10(b)に示したように並列表示する他、切替表示、重畳表示することも可能である。
また、図10(c)に示したように、画像I2,I3と関心領域Rを重畳表示し、更にその中に定量値Qを表示するようにしてもよい。このようにすれば、左右の肺機能を直感的に把握することが可能となる。
このとき、換気解析動画(解析結果動画)について算出した定量値Qと、血流解析動画(解析結果動画)について算出した定量値Qを用いた特徴量(比や差分など)を算出し、図11に示したようにV/Q比(換気血流比)を示すV/Q画像Vを表示するようにしても良い。
このようにすれば、ユーザーが正常異常の判断を行いやすくなるだけでなく、経時的な比較が可能となる。
また、心臓領域を診断対象とする場合には、図12(b)に示したように、心室、心房、右心系、左心系ごとに定量値Q及び比率を算出し、表示するようにしてもよい。こうすることで、心機能の不均衡がわかり易くなり、正常と異常の把握が行いやすくなる。
また、画像とは別データ(テキストやCSVファイルなど)として保存しても良い。そうすることで、定量値Qのみを再度見直すことが容易になるし、不要に画像を毎回開く手間が減り、経過観察等の作業効率が向上する。
なお、上記実施形態においては、サマリー表示領域15Aに選択した複数の解析フレーム画像に基づく演算結果画像や定量値Qを表示するようにしたが、図13に示したように、単に選択(サマリー表示領域15Aにドラッグ及びドロップ)した複数のフレーム画像のみを表示するようにしてもよい。
なお、本変形例においても、上記実施形態と同様、選択するフレーム画像は必ずしも連続のフレーム画像である必要はない。また、サマリー表示領域15Aへの表示は、フレーム画像の選択後自動的に行ってもよいし、ユーザーの操作(例えばOKボタンをクリックする等)に基づいて行うようにしてもよい。
なお、異なる複数種類の動画の中からそれぞれフレーム画像を選択する際、それぞれのフレーム画像数は同一であっても異なっていても良い。
特に、1呼吸分など呼吸周期の整数倍に相当するフレーム画像のみをサマリー表示領域15Aに表示することで、呼吸が正しく行われているかを評価しやすくなる。
また、1心拍分など、心拍周期の整数倍に相当するフレーム画像のみをサマリー表示領域15Aに表示することで、心臓が正常に動いているかを評価しやすくなる。
また、吸気始めあるいは、呼気始めに相当するフレーム画像のみをサマリー表示領域15Aに表示することで、呼吸器疾患症例に対しての、息の吸い難さや息の吐きにくさを評価しやすくなる。
また、心膨張あるいは心収縮に相当するフレーム画像のみをサマリー表示領域15Aに表示することで、心疾患症例に対しての、血液の拍入のし易さ、血液の拍出のし易さ、不整脈の有無や心肥大の有無を評価しやすくなる。
また、肺機能が正常あるいは異常と判断したフレーム画像群をサマリー表示領域15Aに表示させたうえで、表示部15に元々表示されているフレーム画像の一覧と比較することで、表示部15に元々表示されているフレーム画像群が総じて正常なのか異常なのかを判断しやすくなる。すなわち、画像表示部に元々表示されているフレーム画像群の読影効率が向上する。
このようにすれば、ユーザーが選択したフレーム画像のみを用いて換気機能と血流機能の比較が行える為、例えばアーチファクトの影響をあまり受けていないV/Q画像を得ることができ、診断精度が向上する。
また、図15(b)に示したように、換気解析結果と、血流解析結果、これらの重畳画像及び元画像の並列表示や、切替表示も可能である。
また、上記実施形態では、表示部15に表示されたフレーム画像の一覧の中から、サマリー表示領域15Aに解析結果動画等を表示するためのフレーム画像を選択するようにしていたが、図16に示したように、表示部15において動画を再生し、動画から必要な画像を直接ドラックしサマリー表示領域15Aにドロップするようにしても良い。
また、図18に示したように、選択されサマリー表示領域15Aに表示されるフレーム画像については、選択されていないフレーム画像や動画とは異なるルックアップテーブル(Lookup table;LUT)を適用した画像ILを表示してもよい。具体的には、濃度、コントラスト、カラーマップの変更し表示する。
このようにすれば、ユーザーが関心の高い画像が、ユーザーの関心の高い色づけでサマリー表示領域15Aに表示される為、ユーザーは読影に注力しやすくなり、読影精度が向上する。
11 制御部(画像取得手段、解析手段、選択手段、演算処理手段、画像表示手段)
12 通信部
13,13A,13B 記憶部
14 操作部
15 表示部
15A サマリー表示領域
16 バス
I0 元動画、元フレーム画像
I1 解析結果動画、解析フレーム画像
I2 演算結果画像
I3 重畳画像
R 関心領域
r1〜r10 (フレーム画像の)選択範囲
t 時間
t1,t2 所定時間
Claims (10)
- 画像を表示可能な表示部と、
複数のフレーム画像からなる放射線動画の動画データを取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段が取得した動画データに所定の解析処理を加え、複数の解析フレーム画像からなる解析結果動画を生成する解析手段と、
前記解析手段が生成した解析結果動画を構成する複数の解析フレーム画像の中から複数の特定解析フレーム画像を選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された複数の特定解析フレーム画像における、共通する座標上にそれぞれ位置する各共通座標画素の信号値に基づいて一の演算信号値を導出する演算処理手段と、
前記演算処理手段が座標ごとに生成した複数の演算信号値を用いて前記表示部に演算結果画像を表示する画像表示手段と、を備えることを特徴とする放射線画像処理装置。 - 前記画像表示手段は、
前記表示部の表示領域の少なくとも一部にサマリー表示領域を形成し、
前記サマリー表示領域に前記演算結果画像を表示させることが可能であ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。 - ユーザーが操作可能な操作部を有し、
前記選択手段は、ユーザーが前記操作部に対して行った操作に基づいて前記特定解析フレーム画像を選択することを特徴とする請求項1又は2に記載の放射線画像処理装置。 - 前記選択手段は、予め設定された選択パターンに基づいて前記特定解析フレーム画像を自動的に選択することを特徴とする請求項1又は2に記載の放射線画像処理装置。
- ユーザーが操作可能な操作部を有し、
前記選択手段は、
ユーザーが前記操作部に対して行った操作に基づいて、予め用意された複数の選択パターンの中から何れかの選択パターンを設定し、
設定した選択パターンに基づいて前記特定解析フレーム画像を自動的に選択することを特徴とする請求項4に記載の放射線画像処理装置。 - 前記演算処理手段は、前記複数の演算信号値を算出した後、前記演算結果画像の特定領域内に位置することになる複数の領域内画素の信号値に基づいて所定の定量値を導出する定量値算出手段を備え、
前記画像表示手段は、前記定量値算出手段が算出した定量値を前記サマリー表示領域15Aに表示させることが可能であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の放射線画像処理装置。 - 前記演算処理手段は、前記複数の特定解析フレーム画像における、前記各共通座標画素の信号値の中から最大値、最小値もしくは最頻値を抽出する、当該共通座標画素の信号値における、選択した特定解析フレーム画像の数に対する最大値と最小値との差の割合、標準偏差、平均値もしくは積算値を算出する、又は前後する2枚の特定解析フレーム画像における各共通座標画素の信号値の差分を算出し、得られた各差分の中の最大値もしくは最小値を抽出することにより、前記一の演算信号値を導出することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の放射線画像処理装置。
- 前記定量値算出手段は、前記複数の領域内画素の信号値の中から最大値、最小値もしくは最頻値を抽出する、又は当該複数の領域内画素の信号値における、当該領域内画素の数に対する最大値と最小値との差の割合、標準偏差、平均値もしくは積算値を算出することにより、前記定量値を導出することを特徴とする請求項6又は7に記載の放射線画像処理装置。
- 前記特定領域は、肺野内、心臓領域内、肺動脈内、大動脈内又は肺気管支内であることを特徴とする請求項8に記載の放射線画像処理装置。
- 放射線を照射する放射線照射装置と、
前記放射線照射装置から放射線を受けることで放射線画像の画像データを生成する放射線画像撮影装置と、を備え、
前記放射線照射装置による放射線の照射と、放射線画像撮影装置による画像データの読出しを連続的に繰り返すことにより、放射線動画の動画データを生成することが可能な放射線画像撮影システムであって、
前記放射線画像撮影装置と直接又は間接的に通信可能に接続された請求項1から9のいずれか一項に記載の放射線画像処理装置と、を備えることを特徴とする放射線画像撮影システム。
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