JP2018164738A - 医用画像処理装置、医用画像処理方法及びx線診断装置 - Google Patents

医用画像処理装置、医用画像処理方法及びx線診断装置 Download PDF

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Abstract

【課題】動きを伴う対象物にパラメトリックイメージングを適用することができる医用画像処理装置、医用画像処理方法及びX線診断装置を提供すること。
【解決手段】実施形態の医用画像処理装置は、処理部と、生成部と、表示制御部とを備える。処理部は、時系列的に取得された複数の造影画像に基づく複数の血管画像から基準画像を選択し、前記基準画像における血管形状に他の血管画像における血管形状が略一致するように、前記他の血管画像に対して変形処理を行う。生成部は、前記変形処理後の前記複数の血管画像に基づいて、画素値の経時的変化に応じたカラーを各画素に割り当てたカラー画像を生成する。表示制御部は、前記カラー画像を表示部に表示させる。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、医用画像処理装置、医用画像処理方法及びX線診断装置に関する。
従来、X線診断装置では、例えば、造影剤の流入時間に関するパラメータを画像化するカラーパラメトリックイメージングと呼ばれる技術が適用される場合がある。カラーパラメトリックイメージングでは、例えば、DSA画像の任意の画素における画素値の変化を造影剤濃度の変化と見なし、画素値の時系列変化がピークあるいは特定の値となる時間を流入時間として算出する。そして、カラーパラメトリックイメージングでは、算出した時間にカラー情報を割り当てることで、カラー画像あるいはカラー動画像として表示する。
特開2015−213536号公報
本発明が解決しようとする課題は、動きを伴う対象物にパラメトリックイメージングを適用することができる医用画像処理装置、医用画像処理方法及びX線診断装置を提供することである。
実施形態の医用画像処理装置は、処理部と、生成部と、表示制御部とを備える。処理部は、時系列的に取得された複数の造影画像に基づく複数の血管画像から基準画像を選択し、前記基準画像における血管形状に他の血管画像における血管形状が略一致するように、前記他の血管画像に対して変形処理を行う。生成部は、前記変形処理後の前記複数の血管画像に基づいて、画素値の経時的変化に応じたカラーを各画素に割り当てたカラー画像を生成する。表示制御部は、前記カラー画像を表示部に表示させる。
図1は、第1の実施形態に係るX線診断装置の構成例を示すブロック図である。 図2は、第1の実施形態に係るX線診断装置による処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図3は、第1の実施形態に係るX線診断装置による画像収集処理の処理手順を示すフローチャートである。 図4は、第1の実施形態を説明するための図(1)である。 図5は、第1の実施形態に係る生成機能によるカラー画像生成処理の処理手順を示すフローチャートである。 図6は、第1の実施形態を説明するための図(2)である。 図7は、第1の実施形態を説明するための図(3)である。 図8は、第1の実施形態を説明するための図(4)である。 図9は、第1の実施形態を説明するための図(5)である。
以下、図面を参照して、実施形態に係る医用画像処理装置、医用画像処理方法及びX線診断装置を説明する。なお、実施形態は、以下の実施形態に限られるものではない。また、一つの実施形態に記載した内容は、原則として他の実施形態にも同様に適用される。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るX線診断装置1の構成の一例を示す図である。図1に示すように、第1の実施形態に係るX線診断装置1は、X線撮像機構10と、医用画像処理装置100とを有する。例えば、X線診断装置1は、X線を用いて造影画像を収集し、収集した造影画像に基づいて血管画像を生成する。本実施形態では、血管画像の一例として、造影画像と非造影画像との差分画像について説明する。
X線撮像機構10は、X線管球11と、検出器(Flat Panel Detector:FPD)12と、C型アーム13と、寝台14とを有し、インジェクター60が接続される。
インジェクター60は、被検体Pに挿入されたカテーテルから造影剤を注入するための装置である。ここで、インジェクター60からの造影剤注入開始は、後述する医用画像処理装置100を介して受信した注入開始指示に従って実行される場合であってもよいし、術者などの操作者が直接インジェクター60に対して入力した注入開始指示に従って実行される場合であってもよい。或いは、造影剤の注入は、術者が注射器を用いて手動で行ってもよい。
C型アーム13は、X線管球11と、X線管球11から照射されたX線を検出する検出器12とを支持する。C型アーム13は、図示しないモータにより、寝台14上に横臥する被検体Pの周りをプロペラのように高速回転する。ここで、C型アーム13は、直交する3軸であるXYZ軸に関してそれぞれ回転可能に支持され、図示しない駆動回路によって各軸で個別に回転する。
X線管球11は、図示しない高電圧発生器から供給される高電圧を用いてX線を発生するX線源である。検出器12は、被検体Pを透過したX線を検出するための複数のX線検出素子がマトリックス状に配列された装置である。この検出器12が有する各X線検出素子は、被検体Pを透過したX線を後述するA/D変換器21に出力する。
医用画像処理装置100は、図1に示すように、A/D(Analog/Digital)変換器21と、画像メモリ22と、サブトラクション回路23と、フィルタリング回路24と、アフィン変換回路25と、LUT(Look Up Table)26と、撮像制御回路27と、3次元再構成回路31と、3次元画像処理回路32と、処理回路33と、モニタ40と、入力インターフェース50を有する。なお、サブトラクション回路23は、血管画像生成部の一例である。
モニタ40は、医用画像処理装置100によって処理された各種画像や、GUI(Graphical User Interface)などの各種情報を表示する。例えば、モニタ40は、CRT(Cathode Ray Tube)モニタや液晶モニタなどである。
入力インターフェース50は、例えば、マウス、キーボード、ボタン、パネルスイッチ、タッチコマンドスクリーン、フットスイッチ、トラックボール、ジョイスティック等の入力装置に対応する。入力インターフェース50は、操作者からの各種指示を受け付け、受け付けた各種指示を医用画像処理装置100の各回路に対して適宜転送する。
また、例えば、入力インターフェース50には、X線の照射を指示するためのX線トリガーボタンが含まれる。X線トリガーボタンが操作者により押下されると、X線診断装置1は、X線画像の撮像を開始する。
A/D変換器21は、検出器12に接続され、検出器12から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号をX線収集画像として画像メモリ22に格納する。
画像メモリ22は、X線収集画像(投影データ)を記憶する。また、画像メモリ22は、後述する3次元再構成回路31によって再構成された再構成データ(ボリュームデータ)や、3次元画像処理回路32によって生成された3次元画像を記憶する。なお、画像メモリ22は、コンピュータによって実行可能なプログラムを記憶可能である。
サブトラクション回路23は、DSA(Digital Subtraction Angiography)画像などの差分画像を生成する。例えば、サブトラクション回路23は、造影剤非存在下で被検体を撮像して収集されたX線信号から生成された収集画像と、造影剤存在下で被検体を撮像して収集されたX線信号から生成された収集画像との差分画像を生成する。より具体的には、サブトラクション回路23は、画像メモリ22に記憶された、略同一方向から収集されたマスク画像(造影剤非存在下で被検体を撮像して収集されたX線信号から生成された収集画像)及びコントラスト画像(造影剤存在下で被検体を撮像して収集されたX線信号から生成された収集画像)の投影データを用いてDSA画像を生成する。
フィルタリング回路24は、ハイパスフィルタやローパスフィルタ等の画像処理フィルタを行う。例えば、フィルタリング回路24は、高周波強調フィルタリングを行う。アフィン変換回路25は、画像の拡大や縮小、移動などを行う。LUT26は、諧調変換を行う。
撮像制御回路27は、後述する処理回路33の制御のもと、X線撮像機構10による撮像に係る各種処理を制御する。例えば、撮像制御回路27は、C型アーム13を回転させながら所定のフレームレートでX線画像を撮像する回転撮像を制御する。一例を挙げると、撮像制御回路27は、インジェクター60から造影剤注入開始時に出力される信号を契機として、単一の造影剤注入の後に複数回の回転撮像を制御する。ここで、撮像制御回路27は、単一の造影剤の注入開始時刻を起点とした経過時間により複数回の回転撮像のスタートを制御することで、各回転撮像の対象に造影剤が到達するタイミングに合わせた回転撮像を行う。また、撮像制御回路27は、C型アーム13を回転させずに、所定のフレームレートで投影データを収集する撮像を制御する。
また、撮像制御回路27は、C型アーム13を回転制御している間、図示しない高電圧発生器を制御してX線管球11からX線を連続的又は断続的に発生させ、検出器12によって被検体Pを透過したX線を検出させるように制御する。ここで、撮像制御回路27は、後述する処理回路33によって回転撮像ごとに設定されるX線の発生条件に基づいて、X線管球11からX線を発生させる。
3次元再構成回路31は、X線撮像機構10によって収集された投影データから再構成データ(以下、3次元画像データ又はボリュームデータと記す)を再構成する。例えば、3次元再構成回路31は、サブトラクション回路23によってマスク画像とコントラスト画像とが差分され、画像メモリ22によって記憶されたサブトラクション後の差分画像を投影データとし、この投影データからボリュームデータを再構成する。或いは、3次元再構成回路31は、A/D変換器21によってデジタルデータに変換され、画像メモリ22に記憶されたマスク画像やコントラスト画像を投影データとし、この投影データからボリュームデータを再構成する。そして、3次元再構成回路31は、再構成したボリュームデータを画像メモリ22に格納する。
3次元画像処理回路32は、画像メモリ22によって記憶されたボリュームデータから3次元医用画像データを生成する。例えば、3次元画像処理回路32は、ボリュームデータからボリュームレンダリング画像データや、MPR(Multi Planar Reconstruction)画像データを生成する。そして、3次元画像処理回路32は、生成した3次元画像を画像メモリ22に格納する。
処理回路33は、X線診断装置1全体を制御する。具体的には、処理回路33は、X線撮像機構10によるX線画像の撮像、表示画像の生成、モニタ40における表示画像の表示などに係る各種処理を制御する。例えば、処理回路33は、X線撮像機構10による回転撮像や、回転撮像によって撮像されたX線画像から3次元画像を生成してモニタ40に表示させる。
また、処理回路33は、図1に示すように、変形処理機能33aと、生成機能33bと、表示制御機能33cとを実行する。ここで、例えば、図1に示す処理回路33の構成要素である変形処理機能33aと、生成機能33bと、表示制御機能33cとが実行する各処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態でX線診断装置1の記憶装置(例えば、画像メモリ22)に記録されている。処理回路33は、各プログラムを記憶装置から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路33は、図1の処理回路33内に示された各機能を有することとなる。
なお、画像メモリ22は、例えば、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ(Flash Memory)等の半導体メモリ素子、又は、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置などである。また、サブトラクション回路23、フィルタリング回路24、アフィン変換回路25、LUT26、撮像制御回路27、3次元再構成回路31、3次元画像処理回路32、及び処理回路33は、例えば、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)などの電子回路やASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)などの集積回路である。
以上、第1の実施形態に係るX線診断装置1の構成の一例を説明した。このように構成されるX線診断装置1では、例えば、造影剤の流入時間に関するパラメータを画像化するパラメトリックイメージングと呼ばれる技術が適用される場合がある。パラメトリックイメージングでは、例えば、DSA画像の各位置における画素値の変化を造影剤濃度の変化と見なし、画素値の時系列変化がピークあるいは特定の値となる時間を流入時間として算出する。そして、パラメトリックイメージングでは、算出した流入時間に応じたカラーを各位置にマッピングすることにより、パラメトリックイメージング画像データ(「パラメトリック画像データ」とも表記)あるいはパラメトリックイメージング動画データを生成する。
しかしながら、従来の技術では、腹部血管や心臓のように動きがある部位では、DSA画像の各位置における画素値の変化を追跡することができず、カラーパラメトリックイメージングを適用できなかった。そこで、第1の実施形態では、腹部や心臓のように動きがある部位にカラーパラメトリックイメージングを適用するために、処理回路33は、変形処理機能33aと、生成機能33bと、表示制御機能33cとを実行する。
以下、本実施形態に係るX線診断装置1によるカラーパラメトリックイメージングの一例について、図2を用いて説明する。図2は、第1の実施形態に係るX線診断装置1による処理の手順の一例を示すフローチャートである。なお、図2では、撮像対象が、腹部血管や心臓のような周期的な動きのある血管を対象とする場合について説明する。図2に示すように、X線診断装置1は、画像収集処理を実行する(ステップS1)。例えば、ステップS1では、X線診断装置1は、入力インターフェース50を介して操作者からパラメトリックイメージング専用の撮像プログラムの選択を受け付ける。より具体的には、操作者は、アンジオ検査、あるいはインターベンション治療を行っている最中に、動きを伴う対象物に対するパラメトリックイメージング専用の撮像プログラムを選択する。
図3を用いて、ステップS1の画像収集処理について説明する。図3は、第1の実施形態に係るX線診断装置1による画像収集処理の処理手順を示すフローチャートである。図3に示す画像収集処理は、図2のステップS1に対応する。
図3に示すステップS101は、処理回路33により実現されるステップである。ステップS101では、処理回路33は、X線撮像スイッチの押下を受け付けたか否かを判定する。ここで、処理回路33は、X線撮像スイッチの押下を受け付けたと判定しなかった場合(ステップS101、No)、ステップS101の判定処理を繰り返す。一方、処理回路33は、X線撮像スイッチの押下を受け付けたと判定した場合(ステップS101、Yes)、撮像制御回路27にステップS102を実行させる。なお、ステップS101の開始前に、造影剤が注射器に用意され、造影剤を注入する用意がされることが望ましい。
ステップS102及びステップS103は、撮像制御回路27により実現されるステップである。ステップS102では、撮像制御回路27は、マスク画像を収集する。例えば、操作者がX線撮像スイッチを押すと、撮像制御回路27は、C型アーム13を制御して、マスク画像の収集を開始する。なお、撮像制御回路27は、C型アーム13を回転させずに、所定のフレームレートで一定時間投影データを収集する撮像を繰り返す。ここで、一定時間は、臓器の移動時間と撮像間隔によって決定する。具体的には、例えば、呼吸性移動であれば5秒程度で1周期、心拍に伴う動きであれば1秒程度で1周期となる。従って1周期分以上、通常2〜3周期分の画像を収集する。
ステップS103では、撮像制御回路27は、所定枚数のマスク画像を収集したか否かを判定する。この所定枚数は、撮像プログラムに予めセットしておくことができる。ここで、撮像制御回路27は、所定枚数のマスク画像を収集したと判定しなかった場合(ステップS103、No)、ステップS103の判定処理を繰り返す。一方、撮像制御回路27が、所定枚数のマスク画像を収集したと判定した場合(ステップS103、Yes)、処理回路33は、ステップS104を実行する。
ステップS104は、処理回路33により実現されるステップである。ステップS104では、処理回路33は、造影剤の注入を指示する。例えば、処理回路33は、ステップS103において所定枚数のマスク画像が収集されると、術者等の操作者に対し造影開始を指示する。この指示はモニタ40上に造影を示すアイコンを表示しても良いし、音声で指示しても良い。あるいはモニタ40に造影開始タイミングのカウントダウンを行っても良い。これにより、術者は、タイミングが指示されると注射器で造影剤の注入を開始する。
ステップS105は、撮像制御回路27により実現されるステップである。ステップS105では、撮像制御回路27は、コントラスト画像を収集する。ここで、撮像制御回路27は、C型アーム13を回転させずに、所定のフレームレートで投影データを収集する撮像を制御する。収集されたコントラスト画像は、処理回路33によってほぼリアルタイムでモニタ40に表示される。
ステップS106は、処理回路33により実現されるステップである。ステップS106では、処理回路33は、X線撮像スイッチのリリースを受け付けたか否かを判定する。ここで、処理回路106は、X線撮像スイッチのリリースを受け付けたと判定しなかった場合(ステップS106、No)、ステップS105に移行する。一方、処理回路106は、X線撮像スイッチのリリースを受け付けたと判定した場合(ステップS107、Yes)、撮像を終了して、ステップS107に移行する。例えば、術者などの操作者は、モニタ40に表示される画像を観察しながら、目的の部位が造影されたことを確認したら撮像スイッチをリリースする。
ステップS107は、A/D変換器21により実現されるステップである。ステップS107では、A/D変換器21は、収集した画像を全て画像メモリ22に転送する。なお、A/D変換器21は、X線画像を収集中に並行してX線画像を画像メモリ22に転送してもよい。
図2に戻る。図2に示すステップS2は、サブトラクション回路23により実現されるステップである。ステップS2では、サブトラクション回路23は、DSA画像生成処理を実行する。例えば、サブトラクション回路23は、画像メモリ22に保存されたマスク画像及びコントラスト画像を読み出し、コントラスト画像とマスク画像とをサブトラクションしてDSA画像を生成する。ここで、サブトラクション回路23は、コントラスト画像に対して、全ての位相のマスク画像とサブトラクションし、最適なDSA画像を選択する。図4は、第1の実施形態を説明するための図である。
図4の上段には、図3に示すステップS105で収集されたコントラスト画像C1からC8を示し、図4の中段には、ステップS102で収集されたマスク画像M1からM8を示す。ここで、サブトラクション回路23は、例えば、コントラスト画像C1に対して、マスク画像M1からM8の全てとサブトラクションして、DSA画像C1M1からC1M8をそれぞれ生成する。そして、サブトラクション回路23は、生成したDSA画像の中からコントラスト画像C1に対する最適なDSA画像を画像処理によって同定する。
最適なDSA画像を同定する画像処理について説明する。X線診断装置1では、X線減衰の多いパス上の画素は低い画素値を示し、X線減衰の少ないパス上の画素は、高い画素値を示す。また、DSA画像において、造影剤流入によって画素値が低下した部分の画素は、マイナス極性(−)を示す。ここで、コントラスト画像の収集時とマスク画像の収集時とで、呼吸等の体動により臓器や横隔膜等の構造物が移動した場合、DSA画像においてコントラスト画像とマスク画像とで臓器が重なった画素は原理的にゼロ値又はゼロの近似値を示す。一方、DSA画像においてコントラスト画像とマスク画像とで臓器が重ならなかった画素はプラス極性(+)あるいはマイナス極性(−)を示す。
したがって、DSA画像においてプラス極性(+)を示す画素は、コントラスト画像の収集時とマスク画像の収集時とで臓器や組織の位置ズレを起こした画素であると判定することが可能となる。このようなことから、サブトラクション回路23は、生成したDSA画像の中で、プラス極性(+)を示す画素数が最も少ないDSA画像を、コントラスト画像C1に対する最適なDSA画像として同定する。換言すると、サブトラクション回路23は、造影画像と、血管画像における各位置の画素値に対して逆位相となる画素数が最も少ない非造影画像とを差分して、血管画像を生成する。すなわち、位相の等しいマスク画像とコントラスト画像とを画像処理で同定する。
サブトラクション回路23は、収集した全てのコントラスト画像にも同様にして、DSA画像を生成する。すなわち、コントラスト画像C2からC8それぞれに対して、マスク画像M1からM8の全てとサブトラクションして、各コントラスト画像C2からC8に対する最適なDSA画像を同定する。
図2に戻る。図2に示すステップS3は、変形処理機能33aに対応するステップである。処理回路33が画像メモリ22から変形処理機能33aに対応する所定のプログラムを呼び出し実行することにより、変形処理機能33aが実現されるステップである。ステップS3では、変形処理機能33aは、変形処理を実行する。なお、変形処理機能33aは、処理部の一例である。
すなわち、変形処理機能33aは、動きを伴う対象物を時系列に撮像した造影画像と非造影画像とを差分して生成された複数の差分画像から基準画像を選択する。例えば、変形処理機能33aは、もっとも動きの少ない位相のサブトラクション画像同士を同定する。ここで変形処理機能33aは、複数の差分画像間での相関演算の結果に基づいて基準画像を選択する。例えば、変形処理機能33aは、時間的に連続するサブトラクション画像同士で相関演算を行い、その中で相関値が高い画像が最も多い画像を動きの少ない画像として選択する。
そして、変形処理機能33aは、複数の差分画像に対して、基準画像を基準として他の差分画像に変形処理を行う。具体的には、変形処理機能33aは、複数の差分画像に対して、基準画像以外の他の差分画像における部位の位置が基準画像における当該部位の位置と略一致するように、当該他の差分画像に変形処理を行う。即ち、変形処理機能33aは、時系列的に取得された複数の造影画像に基づく複数の血管画像から基準画像を選択し、選択した基準画像における血管形状に他の血管画像における血管形状が略一致するように、他の血管画像に対して変形処理を行う。例えば、変形処理機能33aは、基準画像における血管形状に他の血管画像における血管形状が略一致するように、他の血管画像に対してワーピング処理を行う。ここで、ワーピング処理とは、所定周期分のDSA画像の間で形状が異なる部位を、基準画像において画素単位で部分的に変形(ワーピング)させることで位置合わせを行う処理である。より具体的には、変形処理機能33aは、基準画像と、基準画像以外の他のDSA画像(処理対象画像とも言う)とが局所的に略一致するような関心領域を多数配置し、関心領域に基づいて移動ベクトルを導出する。そして、変形処理機能33aは、導出した移動ベクトルを基に、例えば画素単位の移動ベクトルを導出し、これに基づいて処理対象画像上に表示された所定部位を変形(ワープ)させる。
ここで、変形処理機能33aは、例えば複数のDSA画像のうち位相がN番目のDSA画像が基準画像である場合、複数のサブトラクション画像の各々を、N番目のDSA画像を基準としてワーピング処理する。
図2に示すステップS4は、生成機能33bに対応するステップである。処理回路33が画像メモリ22から生成機能33bに対応する所定のプログラムを呼び出し実行することにより、生成機能33bが実現されるステップである。ステップS4では、生成機能33bは、カラー画像生成処理を実行する。なお、生成機能33bは、生成部の一例である。例えば、生成機能33bは、ワーピング処理後の各差分画像の各位置に、画素値の経時的変化に応じたカラーを割り当てたカラー画像を生成する。即ち、生成機能33bは、変形処理後の複数の血管画像に基づいて、画素値の経時的変化に応じたカラーを各画素に割り当てたカラー画像を生成する。ここで、生成機能33bは、カラー画像としてカラーパラメトリックイメージング画像を作成する。図5を用いて、カラー画像生成処理について説明する。
図5は、第1の実施形態に係る生成機能33bによるカラー画像生成処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、図5に示すカラー画像生成処理の処理手順は、図2に示すステップS4に対応する。
図5に示すように、生成機能33bは、ワーピング処理を行って、動きの影響による位置ずれを補正したDSA画像から流入時間を同定する(ステップS301)。ここで、流入時間は、DSA画像の各位置における画素値の変化を造影剤濃度の変化と見なし、各画素値の時系列変化に基づいて定義されるパラメータである。言い換えると、生成機能33bは、複数の差分画像の各位置における画素値の経時的変化に基づいて、対象物に注入される造影剤の流入時間を同定する。即ち、生成機能33bは、変形処理後の複数の血管画像の各位置における画素値の経時的変化に基づいて、対象物に注入される造影剤の流入時間を同定する。なお、流入時間の算出方法には任意の方法を選択可能である。例えば、流入時間の算出方法として、画素値の時間変化が最大となる時間を流入時間として同定する方法であるTTP(Time-to-Peak)を選択可能である。また、例えば、流入時間の算出方法として、画素値の時間変化が所定値に到達する時間、若しくは、画素値の時間変化における最大値に対して所定割合に到達する時間を流入時間として同定する方法であるTTA(Time-to-Arrival)を選択可能である。
図6は、第1の実施形態を説明するための図である。図6の横軸は時間を示し、図6の縦軸は画素値を示す。図6の例では、DSA画像に含まれる任意の画素について解析された時間濃度プロファイルを例示する。なお、図6では、流入時間の同定方法がTTAである場合を説明する。
図6に示すように、例えば、生成機能33bは、DSA画像に含まれる各画素について、時間濃度プロファイルを解析することで流入時間を同定する。図6の例では、生成機能33bは、最大の画素値(Cmax)に対して20%(0.2×Cmax)に到達する時間を流入時間として特定する。
なお、図6の内容はあくまで一例であり、図6の例に限定されるものではない。例えば、図6では、TTAにより流入時間を同定するための割合として「20%」が設定される場合を説明したが、これに限らず、任意の割合(若しくは値)が設定されてもよい。また、流入時間の同定方法は、TTAに限らず、TTPであってもよい。
続いて、生成機能33bは、カラーコードを生成する(ステップS302)。例えば、生成機能33bは、静止画としてパラメトリック画像データを生成する場合には、1つのカラーコードを生成する。また、生成機能33bは、動画としてパラメトリック画像データを生成する場合には、動画に含まれるフレーム数に対応する数のカラーコードを生成する。以下、静止画生成におけるカラーコード生成処理と、動画生成におけるカラーコード生成処理とを、順に説明する。なお、カラーコードを生成するための生成条件は、デフォルトの条件が予め設定されているが、操作者により適宜設定されてもよい。
図7は、第1の実施形態を説明するための図である。なお、図7では、流入時間の同定方法がTTAである場合を説明する。TTAでは、カラーコードの周期及び初期値は、デフォルトとして「Auto」が設定されている。なお、「Auto」は、DSA画像の収集時間(撮像期間)によって自動的に設定されることを表す。
図7に示すように、例えば、生成機能33bは、DSA画像の収集時間が0〜T秒である場合には、カラーコードの周期を「T」、カラーコードの初期値を「0」にそれぞれ設定する。このカラーコードでは、流入時間tが「0」のときに「赤」となり、「0」から「T/2」にかけて「赤」から「緑」に徐々に変化し、「T/2」のときに「緑」となることが規定される。また、このカラーコードでは、「T/2」から「T」にかけて「緑」から「青」に徐々に変化し、「T」のときに「青」となることが規定される。
このように、生成機能33bは、静止画用のカラーコードを生成する。なお、図7の内容はあくまで一例であり、図7の例に限定されるものではない。例えば、図7では、流入時間の同定方法がTTAである場合を説明したが、これに限らず、TTPであってもよい。また、カラーコードに規定されるカラーの順序は、図7の例に限定されるものではなく、任意に設定されてよい。また造影剤が最初に流入するまでには一定の時間がかかるので、カラーコードの初期値を「D」に設定しても良い。この初期値「D」はデフォルトで設定されていても良いし、あるいはDSA画像のから自動的に同定しても良い。同定方法としては、DSA画像の中で最初に一定レベル以上の変化が、一定範囲以上で起こった時間を「D」と設定すれば良い。
図8は、第1の実施形態を説明するための図である。図8では、動画としてパラメトリック画像データを生成する生成方法がCCC(Circular Color Coding)である場合を説明する。なお、CCCにおける流入時間の同定方法は、TTAであってもTTPであってもよい。
図8に示すように、例えば、生成機能33bは、DSA画像の収集時間が0〜T秒である場合には、カラーコードの周期を「L(L<T)」、カラーコードの初期値を「0」、カラーコードのステップを「ΔT」にそれぞれ設定する。そして、生成機能33bは、動画に含まれるフレーム数に対応する数のカラーコードを生成する。例えば、動画のフレーム数が「N=L/ΔT」とすると、生成機能33bは、1フレーム目からNフレーム目までのN個のカラーコードをそれぞれ生成する。なお、「N」は整数である。
例えば、1フレーム目のカラーコードでは、流入時間tが「0」のときに「赤」となり、「0」から「L/3」にかけて「赤」から「緑」に徐々に変化し、「L/3」のときに「緑」となることが規定される。また、1フレーム目のカラーコードでは、「L/3」から「2L/3」にかけて「緑」から「青」に徐々に変化し、「2L/3」のときに「青」となることが規定される。また、1フレーム目のカラーコードでは、「2L/3」から「L」にかけて「青」から「赤」に徐々に変化し、「L」のときに「赤」に戻ることが規定される。このように、1フレーム目のカラーコードでは、流入時間tが「0」から「L」に変化する間に、「赤→緑→青→赤」と変化する。また、「L」以降については、「L」から「2L」までのカラーの変化の繰り返しになる。つまり、1フレーム目のカラーコードでは、流入時間tが「L」から「2L」に変化する間に、「赤→緑→青→赤」と変化する。また、1フレーム目のカラーコードでは、流入時間tが「2L」から「3L」に変化する間に、「赤→緑→青→赤」と変化する。これ以降も同様に、1フレーム目のカラーコードでは、流入時間tが「T」に到達するまで、「赤→緑→青→赤」と変化する。
2フレーム目のカラーコードは、1フレーム目のカラーコードを「ΔT」ずらすことにより生成される。例えば、2フレーム目のカラーコードでは、流入時間tが「Δt」のときに「赤」となり、「Δt」から「L/3+Δt」にかけて「赤」から「緑」に徐々に変化し、「L/3+Δt」のときに「緑」となることが規定される。また、2フレーム目のカラーコードでは、「L/3+Δt」から「2L/3+Δt」にかけて「緑」から「青」に徐々に変化し、「2L/3+Δt」のときに「青」となることが規定される。また、2フレーム目のカラーコードでは、「2L/3+Δt」から「L+Δt」にかけて「青」から「赤」に徐々に変化し、「L+Δt」のときに「赤」に戻ることが規定される。なお、「L+Δt」以降についても、1フレーム目のカラーコードと同様に、「L+ΔT」から「2L+ΔT」までのカラーの変化の繰り返しになる。また、「ΔT」以前については、「0」から「ΔT」までのカラーの変化の繰り返しになる。
すなわち、Nフレーム目のカラーコードは、N−1フレーム目のカラーコードを「ΔT」ずらすことにより生成される。言い換えると、Nフレーム目のカラーコードは、1フレーム目のカラーコードを「ΔT×(N−1)」ずらすことにより生成される。
なお、図8の内容はあくまで一例であり、図8の例に限定されるものではない。例えば、カラーコードに規定されるカラーの順序は、図8の例に限定されるものではなく、任意に設定されてよい。
このように、生成機能33bは、動画用のカラーコードとして、動画のフレーム数に対応する数のカラーコードを生成する。動画用のカラーコードは、流入時間の変化に対するカラーの周期的な変化が規定された周期的カラーコードであると言える。なお、パラメトリック画像生成処理における処理条件は、パラメトリックイメージング専用の撮像プログラムに予め登録されている。ここで登録されている処理条件としては、例えば、流入時間の同定方法、カラーコードの周期、カラーコードの位相、カラーコードの初期値、及び、静止画であるか動画であるかを示す情報などが含まれる。
図5に戻る。生成機能33bは、パラメトリック画像データを生成する(ステップS303)。例えば、生成機能33bは、DSA画像の各画素に、画素値の経時的変化に応じたカラーを割り当てることにより、パラメトリック画像データを生成する。すなわち、生成機能33bは、同定した流入時間に応じたカラーを各位置に割り当ててカラー画像を生成する。
図9は、第1の実施形態を説明するための図である。図9には、被検体Pの心臓の血管が描出されたパラメトリック画像データを例示する。
図9に示すように、例えば、生成機能33bは、ステップS302において生成したカラーコードを参照し、各画素の流入時間に対応するカラーを割り当てて、パラメトリック画像データを生成する。
具体的には、生成機能33bは、静止画のパラメトリック画像データを生成する。例えば、生成機能33bは、図7に示した静止画用のカラーコードを参照し、各画素の流入時間に対応するカラーを割り当てて、パラメトリック画像データを生成する。
また、生成機能33bは、動画のパラメトリック画像データを生成する。例えば、生成機能33bは、図8に示した動画用のカラーコードを参照し、動画に含まれるフレーム数に対応する数のパラメトリック画像データをそれぞれ生成する。具体的には、生成機能33bは、各画素の流入時間に対応するカラーを、1フレーム目のカラーコードに基づいて割り当てることで、1フレーム目のパラメトリック画像データを生成する。また、生成機能33bは、各画素の流入時間に対応するカラーを、2フレーム目のカラーコードに基づいて割り当てることで、2フレーム目のパラメトリック画像データを生成する。このように、生成機能33bは、各画素の流入時間に対応するカラーを、Nフレーム目のカラーコードに基づいて割り当てることで、Nフレーム目のパラメトリック画像データを生成する。
なお、図9では、流入時間に応じて割り当てられるカラーについて説明したが、更に、各画素(ピクセル)の最大の画素値に基づいて明度(明るさ)を調整するのが好適である。例えば、各画素の明度は、DSA画像に含まれる全画素のなかの最大の画素値「Dmax」に対する各画素の最大の画素値「D」の割合「D/Dmax」にするのが好適である。
このように、生成機能33bは、静止画若しくは動画のパラメトリック画像データを生成する。そして、生成機能33bは、生成したパラメトリック画像データを表示制御機能33cへ出力する。
図2に戻る。図2に示すステップS5は、表示制御機能33cに対応するステップである。処理回路33が画像メモリ22から表示制御機能33cに対応する所定のプログラムを呼び出し実行することにより、表示制御機能33cが実現されるステップである。ステップS5では、表示制御機能33cは、カラー画像をモニタ40に表示させる。なお、表示制御機能33cは、表示制御部の一例である。ここで、表示制御機能33cは、カラー画像を静止画像として表示させる。或いは、表示制御機能33cは、カラー画像を動画として表示させる。なお動画表示の際は、Nフレーム目のパラメトリック画像データを表示した後、1フレーム目のパラメトリック画像データからまた再度表示すれば良い。
上述したように、第1の実施形態では、X線診断装置1は、動きを伴う対象物を時系列に撮像した造影画像と非造影画像とを差分して生成された複数の差分画像から基準画像を選択し、複数の差分画像に対して、基準画像を基準として他の差分画像にワーピング処理を行う。続いて、X線診断装置1は、ワーピング処理後の各差分画像の各位置に、画素値の経時的変化に応じたカラーを割り当てたカラー画像を生成する。そして、X線診断装置1は、カラー画像をモニタ40に表示させる。これにより、第1の実施形態によれば、動きを伴う対象物にパラメトリックイメージングを適用することが可能になる。
(第1の実施形態の変形例)
上述した第1の実施形態では、サブトラクション回路23は、DSA画像を生成する際に、位相の等しいマスク画像とコントラスト画像とを画像処理で同定するものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、サブトラクション回路23は、生体信号取得装置からの信号を元に造影画像と同一位相の非造影画像を特定して、DSA画像を生成してもよい。言い換えると、サブトラクション回路23は、造影画像と、当該造影画像の生体信号と位相が同一である非造影画像とを差分して差分画像を生成する。なお、かかる場合、X線診断装置1は、周期的な動きを伴う対象物から生体信号を取得する生体信号取得装置に接続される。ここで、生体信号取得装置は、例えば、呼吸位相を計測する呼吸検出装置であってもよい。かかる場合、呼吸検出装置は、呼吸センサーを有し、被検体Pの呼吸波形を取得する。或いは、生体信号取得装置は、例えば、ECG(Electrocardiogram)/EKG(Elektrokardiogramm)のような心臓位相を計測する心電計であってもよい。なお、呼吸検出装置や心電計などの生体信号取得装置は、X線診断装置1の非構成要素として、外部機器であるものとして説明するが、X線診断装置1の構成要素として当該X線診断装置1に組み込まれてもよい。
更に、サブトラクション回路23は、生体信号取得装置からの信号を元にコントラスト画像と位相が類似するマスク画像を同定し、同定したマスク画像及び同定したマスク画像と位相が近いマスク画像についてコントラスト画像との画像処理を行うことで最適なマスク画像を同定してもよい。
また、上述した第1の実施形態では、変形処理機能33aは、基準画像を相関演算によって同定する場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、X線診断装置1が生体信号取得装置に接続される場合、変形処理機能33aは、生体信号に基づいて基準画像を選択してもよい。即ち、変形処理機能33aは、周期的な動きを伴う対象物を撮像した複数の造影画像に基づく前記複数の血管画像から、生体信号に基づいて基準画像を選択してもよい。ここで、変形処理機能33aは、生体信号において再現性良く現れる時相を基準時相とし、この基準時相のDSA画像を基準画像として選択する。なお、生体信号において基準時相が複数存在する場合には、複数存在する基準時相の中から動きが少ない時相を基準時相として選択する。
一例を挙げると、生体信号取得装置は、生体信号として心臓位相を取得する。また、変形処理機能33aは、心臓位相に基づいて拡張中期近傍の位相の血管画像を基準画像として選択する。より具体的には、変形処理機能33aは、EKG信号から心臓位相が最も安定している拡張中期のDSA画像を同定し、この拡張中期に近いDSA画像を基準画像として選択する。
或いは、生体信号取得装置は、生体信号として呼吸位相を取得する。また、変形処理機能33aは、呼吸位相に基づいて最大呼気近傍の位相の血管画像を基準画像として選択する。より具体的には、変形処理機能33aは、呼吸波形が最も安定している最大呼気のDSA画像を同定し、この最大呼気に近いDSA画像を基準画像として選択する。すなわち、変形処理機能33aは、周期的な動きを伴う対象物を撮像した造影画像と非造影画像とを差分して生成された複数の差分画像から、生体信号に基づいて基準画像を選択する。
(その他の実施形態)
実施形態は、上述した実施形態に限られるものではない。
上述した実施形態では、撮像対象が、腹部血管や心臓のような周期的な動きのある血管を対象とする場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものでなない。例えば、撮像対象の動きは周期的ではなくてもよい。より具体的には、上述したカラーパラメトリックイメージングは、腸管の蠕動等を撮像対象とする場合にも適用可能である。なお、かかる場合、変形処理機能33aは、腸管の蠕動において再現性良く現れる時相を基準時相とし、この基準時相のDSA画像を基準画像として選択する。なお、腸管の蠕動において基準時相が複数存在する場合には、複数存在する基準時相の中から動きが少ない時相を基準時相として選択する。
また、上述した実施形態では、血管画像の一例として、サブトラクション回路23により生成される差分画像について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、医用画像処理装置100は、サブトラクション回路23に代えて又はサブトラクション回路23に加えて、血管画像生成回路を備え、血管画像生成回路がコントラスト画像に基づく血管画像を生成してもよい。なお、血管画像生成回路は、血管画像生成部の一例である。
例えば、血管画像生成回路は、機械学習を用いて血管画像を生成してもよい。一例を挙げると、血管画像生成回路は、まず、コントラスト画像及びマスク画像に基づく差分画像と、コントラスト画像との組み合わせから成る学習用データを複数取得する。次に、血管画像生成回路は、コントラスト画像を入力とし、差分画像を出力とする学習用データを用いた教師あり学習により、コントラスト画像上の血管以外の背景成分(骨、軟組織等)を除去する学習済みモデルを生成する。次に、血管画像生成回路は、時系列的に取得された複数のコントラスト画像を学習済みモデルに入力する。これにより、血管画像生成回路は、コントラスト画像から背景成分を除去して、血管画像を生成する。
別の例を挙げると、血管画像生成回路は、コントラスト画像に低周波処理を施すことにより、各コントラスト画像における低周波成分(軟組織等)に対応する画像を生成する。次に、血管画像生成回路は、コントラスト画像と低周波処理を施した画像とを差分して、各コントラスト画像から、高周波成分(血管等)以外の低周波成分を除去する。これにより、血管画像生成回路は、コントラスト画像から背景成分を除去して、血管画像を生成する。即ち、血管画像生成回路は、造影画像と、造影画像に低周波処理を施した画像とを差分して、血管画像を生成する。
なお、造影画像における高周波成分には、血管の他、骨組織や臓器等のエッジ成分が含まれる場合がある。そして、骨組織等のエッジ成分を含む造影画像と、造影画像に低周波処理を施した画像とを差分して血管画像を生成する場合、血管画像には、骨組織等のエッジ成分が残存する場合がある。しかしながら、骨組織等のエッジ成分は、血管(造影剤成分)とは異なり、時系列方向には変化しない。従って、血管画像に骨組織等のエッジ成分が残存したとしても、パラメトリックイメージングへの影響は小さい。
上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、或いは、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA))等の回路を意味する。プロセッサは記憶回路に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて1つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、図1における複数の構成要素を1つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。
なお、図1に図示した内容は、一例に過ぎない。例えば、図1には、サブトラクション回路23、フィルタリング回路24、アフィン変換回路25、LUT26、撮像制御回路27、3次元再構成回路31、3次元画像処理回路32、及び処理回路33の複数の回路(プロセッサ)を例示したが、これらの回路は必ずしも独立して構成されなくともよい。例えば、これらの回路のうち任意の回路を適宜組み合わせて構成されてもよい。
上記の実施形態の説明において、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、CPUおよび当該CPUにて解析実行されるプログラムにて実現され、或いは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
また、上記の実施形態で説明した制御方法は、予め用意された制御プログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することによって実現することができる。この制御プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。また、この制御プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク(FD)、CD−ROM、MO、DVD等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。
(画像処理装置)
なお、上記では、第1の実施形態及び第1の実施形態の変形例で説明したカラーパラメトリックイメージングが、X線診断装置1で実行される場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、第1の実施形態及び第1の実施形態の変形例で説明したカラーパラメトリックイメージングは、X線診断装置1からコントラスト画像を取得した画像処理装置、或いは、X線診断装置1から血管画像を取得した画像処理装置において実行されても良い。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、動きを伴う対象物にパラメトリックイメージングを適用することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1 X線診断装置
33 処理回路
33a ワーピング処理機能
33b 生成機能
33c 表示制御機能
100 画像処理装置

Claims (20)

  1. 時系列的に取得された複数の造影画像に基づく複数の血管画像から基準画像を選択し、前記基準画像における血管形状に他の血管画像における血管形状が略一致するように、前記他の血管画像に対して変形処理を行う処理部と、
    前記変形処理後の前記複数の血管画像に基づいて、画素値の経時的変化に応じたカラーを各画素に割り当てたカラー画像を生成する生成部と、
    前記カラー画像を表示部に表示させる表示制御部と
    を備える、医用画像処理装置。
  2. 前記生成部は、前記変形処理後の前記複数の血管画像の各位置における画素値の経時的変化に基づいて、対象物に注入される造影剤の流入時間を同定し、同定した流入時間に応じたカラーを各位置に割り当てて前記カラー画像を生成する、請求項1に記載の医用画像処理装置。
  3. 前記処理部は、前記複数の血管画像間での相関演算の結果に基づいて基準画像を選択する、請求項1又は2に記載の医用画像処理装置。
  4. 周期的な動きを伴う対象物から生体信号を取得する生体信号取得装置に接続され、
    前記処理部は、周期的な動きを伴う前記対象物を撮像した前記複数の造影画像に基づく前記複数の血管画像から、生体信号に基づいて基準画像を選択する、請求項1又は2に記載の医用画像処理装置。
  5. 前記生体信号取得装置は、前記生体信号として呼吸位相を取得し、
    前記処理部は、前記呼吸位相に基づいて最大呼気近傍の位相の血管画像を前記基準画像として選択する、請求項4に記載の医用画像処理装置。
  6. 前記生体信号取得装置は、前記生体信号として心臓位相を取得し、
    前記処理部は、前記心臓位相に基づいて拡張中期近傍の位相の血管画像を前記基準画像として選択する、請求項4に記載の医用画像処理装置。
  7. 前記血管画像を生成する血管画像生成部を更に備え、
    前記血管画像生成部は、造影画像と、血管画像における各位置の画素値に対して逆位相となる画素数が最も少ない非造影画像とを差分して血管画像を生成する、請求項1〜6のいずれか一つに記載の医用画像処理装置。
  8. 前記血管画像を生成する血管画像生成部を更に備え、
    前記血管画像生成部は、造影画像と、当該造影画像の生体信号と位相が同一である非造影画像とを差分して血管画像を生成する、請求項4〜6のいずれか一つに記載の医用画像処理装置。
  9. 前記血管画像を生成する血管画像生成部を更に備え、
    前記血管画像生成部は、造影画像と、当該造影画像に低周波処理を施した画像とを差分して血管画像を生成する、請求項1〜6のいずれか一つに記載の医用画像処理装置。
  10. 前記表示制御部は、前記カラー画像を静止画像として表示させる、請求項1〜9のいずれか一つに記載の医用画像処理装置。
  11. 前記表示制御部は、前記カラー画像を動画として表示させる、請求項1〜9のいずれか一つに記載の医用画像処理装置。
  12. 時系列的に取得された複数の造影画像に基づく複数の血管画像から基準画像を選択し、前記基準画像における血管形状に他の血管画像における血管形状が略一致するように、前記他の血管画像に対して変形処理を行い、
    前記変形処理後の前記複数の血管画像に基づいて、画素値の経時的変化に応じたカラーを各画素に割り当てたカラー画像を生成し、
    前記カラー画像を表示部に表示させる
    ことを含む、医用画像処理方法。
  13. 前記変形処理後の前記複数の血管画像の各位置における画素値の経時的変化に基づいて、対象物に注入される造影剤の流入時間を同定し、同定した流入時間に応じたカラーを各位置に割り当てて前記カラー画像を生成する、請求項12に記載の医用画像処理方法。
  14. 前記複数の血管画像間での相関演算の結果に基づいて基準画像を選択する、請求項12又は13に記載の医用画像処理方法。
  15. 周期的な動きを伴う対象物から生体信号取得装置が取得した生体信号に基づいて、前記対象物を撮像した前記複数の造影画像に基づく前記複数の血管画像から、基準画像を選択する、請求項12又は13に記載の医用画像処理方法。
  16. 造影画像と、血管画像における各位置の画素値に対して逆位相となる画素数が最も少ない非造影画像とを差分して、血管画像を生成する、請求項12〜15のいずれか一つに記載の医用画像処理方法。
  17. 造影画像と、当該造影画像の生体信号と位相が同一である非造影画像とを差分して、前記血管画像を生成する、請求項15に記載の医用画像処理方法。
  18. 造影画像と、当該造影画像に低周波処理を施した画像とを差分して、前記血管画像を生成する、請求項12〜15のいずれか一つに記載の医用画像処理方法。
  19. 前記カラー画像を静止画像又は動画像として表示させる、請求項12〜18のいずれか一つに記載の医用画像処理方法。
  20. 時系列的に取得された複数の造影画像に基づく複数の血管画像から基準画像を選択し、前記基準画像における血管形状に他の血管画像における血管形状が略一致するように、前記他の血管画像に対して変形処理を行う処理部と、
    前記変形処理後の前記複数の血管画像に基づいて、画素値の経時的変化に応じたカラーを各画素に割り当てたカラー画像を生成する生成部と、
    前記カラー画像を表示部に表示させる表示制御部と
    を備える、X線診断装置。
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