JP2023027474A - X線診断装置、医用画像処理装置、およびプログラム - Google Patents

X線診断装置、医用画像処理装置、およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】撮像視野に含まれる要素に応じて、マルチ周波数処理における適切なパラメータを決定すること。【解決手段】実施形態に係るX線診断装置は、検出部と、決定部と、画像処理部とを備える。検出部は、被検体が撮像されたX線画像データから要素を検出する。決定部は、要素の検出結果に基づいて、マルチ周波数処理のパラメータを決定する。画像処理部は、決定されたパラメータに基づいて、X線画像データおよび当該X線画像データより後に撮像された他のX線画像データのうち少なくとも一方に対してマルチ周波数処理を実行する。【選択図】図1

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、X線診断装置、医用画像処理装置、およびプログラムに関する。
従来、X線診断装置における画像処理として、マルチ周波数処理が知られている。マルチ周波数処理では、原画像や複数の非鮮鋭画像の差分のバンドパス信号を抽出し、各バンドパス信号に係数をかけて加算することで強調信号を算出しており、複数の周波数帯域信号を独立して強調することで自由な強調特性を実現できる。
マルチ周波数処理で使用されるパラメータは、撮像視野に含まれる要素等によって最適な値が異なる。このため、例えば医師による手技中の撮像視野に含まれる要素が、X線照射領域の移動またはデバイスの位置の移動等に応じて変化するにも関わらずマルチ周波数処理において同一のパラメータを適用すると、適切な画質のX線画像データが得られない場合がある。
特開2015-208638号公報
本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、例えば撮像視野に含まれる要素に応じて、マルチ周波数処理における適切なパラメータを決定することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。
実施形態に係るX線診断装置は、検出部と、決定部と、画像処理部とを備える。検出部は、被検体が撮像されたX線画像データから要素を検出する。決定部は、要素の検出結果に基づいて、マルチ周波数処理のパラメータを決定する。画像処理部は、決定されたパラメータに基づいて、X線画像データおよび当該X線画像データより後に撮像された他のX線画像データのうち少なくとも一方に対してマルチ周波数処理を実行する。
図1は、第1の実施形態に係るX線診断装置の構成の一例を示すブロック図である。 図2は、第1の実施形態に係る原画像データのセグメンテーションの一例を示す図である。 図3は、第1の実施形態に係る周波数分離処理の一例を示す図である。 図4は、第1の実施形態に係る強調特性調整処理の一例を示す図である。 図5は、第1の実施形態に係るマルチ周波数処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図6は、第2の実施形態に係るマルチ周波数処理のパラメータの調整の一例を示す図である。 図7は、第3の実施形態に係るROIの一例を示す図である。 図8は、第3の実施形態に係るカテーテルに対応する係数群が適用された周波数帯域データおよび背景データの一例を示す図である。 図9は、第3の実施形態に係るガイドワイヤに対応する係数群が適用された周波数帯域データおよび背景データの一例を示す図である。 図10は、第3の実施形態に係る骨に対応する係数群が適用された周波数帯域データおよび背景データの一例を示す図である。 図11は、変形例1に係るマルチ周波数処理のパラメータが登録されたテーブルの一例を示す図である。 図12は、第1の変形例に係るパラメータセットが適用された周波数帯域データ、および背景データの一例を示す図である。 図13は、図12とは異なるパラメータセットが適用された周波数帯域データ、および背景データの一例を示す図である。 図14は、変形例2に係るモニタの表示の一例を示す図である。
以下、図面を参照しながら、X線診断装置、医用画像処理装置、およびプログラムの実施形態について詳細に説明する。
(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100の構成の一例を示すブロック図である。X線診断装置100は、被検体PにX線を照射することにより、被検体Pが撮像されたX画像データを生成する。なお、被検体Pは、X線診断装置100に含まれない。X線診断装置100は、例えば、循環器、消化管、泌尿器、整形、IVR(Interventional Radiology)等の検査および治療の際に用いられる。なお、X線診断装置100の用途はこれらに限定されるものではない。
図1に示すように、X線診断装置100は、X線発生部1と、X線検出部2と、機構部3と、高電圧発生部4と、保持アーム5と、機構制御部6と、画像演算・記憶部7と、表示装置8と、操作部9と、システム制御部10と、寝台17とを備える。
また、X線発生部1は、X線管15と、X線絞り器16とを備える。X線検出部2は、画像データ生成部20と、平面検出器(Flat Panel Detector:FPD)21と、ゲートドライバ22とを備える。機構部3は、保持アーム移動機構41と、寝台移動機構42とを備える。画像データ生成部20は、電荷・電圧変換器23と、A/D(Analog/Digital)変換器24と、パラレル・シリアル変換器25とを備える。
高電圧発生部4は、システム制御部10による制御の下、高電圧を発生し、発生した高電圧をX線管15に供給する高電圧電源である。
X線管15は、高電圧発生部4から供給される高電圧を用いて、X線を発生する。
X線絞り器16は、X線管15が発生したX線を、被検体Pの関心領域に対して選択的に照射されるように絞り込む。
保持アーム5は、X線発生部1、およびX線検出部2を保持する。保持アーム5は、両端でX線発生部1とX線検出部2をそれぞれ支持し、アルファベットのCに類似の形状のため、Cアームともいう。なお、図1では、X線診断装置100は、1本の保持アーム5を備えるが、さらにΩアームを備えるバイプレーン構成であっても良い。
機構制御部6は、システム制御部10による制御の下、保持アーム移動機構41および寝台移動機構42を制御することで、保持アーム5の回転や移動、寝台17の移動を調整する。
保持アーム移動機構41は、保持アーム5を回転または移動させる機構であり、不図示のモータおよびアクチュエータ等を含む。
寝台移動機構42は、寝台17を移動させる機構であり、不図示のモータおよびアクチュエータ等を含む。
寝台17は、被検体Pを載置する。寝台17は、被検体Pを載置した状態で、寝台移動機構42によって上下方向、前後方向、および傾斜方向に移動可能である。
X線検出部2は、被検体Pを通過したX線を検出し、検出結果に基づくX線画像データを生成する。
具体的には、平面検出器21は、被検体Pを透過したX線を検出し、検出結果を画像データ生成部20に送信する。平面検出器21は、例えば、検出膜、画素容量部、TFT(Thin Film Transistor)等を備える。平面検出器21は、本実施形態におけるX線検出器の一例である。
ゲートドライバ22は、システム制御部10による制御の下、平面検出器21に蓄積された電荷をX線画像信号として読み出すためにTFTのゲート端子に駆動電圧を供給する。
画像データ生成部20は、平面検出器21により検出された検出信号からX線画像データを生成し、生成したX線画像データを画像データ記憶回路13に格納する。例えば、画像データ生成部20は、平面検出器21により検出した検出信号に対して、電流・電圧変換やA/D変換、パラレル・シリアル変換を行い、X線画像データを生成する。
具体的には、電荷・電圧変換器23は、平面検出器21から読み出された電荷を電圧に変換する。A/D変換器24は、電荷・電圧変換器23の出力をデジタル信号(デジタルデータ)に変換する。パラレル・シリアル変換器25は、デジタル信号に変換された検出信号を時系列的なデータ要素に変換する。
画像演算・記憶部7は、画像データ生成部20によって生成されたX線画像データの補正および記憶をする。本実施形態においては、補正前後のX線画像データを区別する場合、画像データ生成部20によって生成されたX線画像データを原画像データと称し、原画像データが画像演算・記憶部7で補正されたものを表示用X線画像データと称する。
画像演算・記憶部7は、記憶回路11と、画像演算回路12と、画像データ記憶回路13とを備える。
記憶回路11は、画像演算回路12によって読み出されて実行される各種機能に対応するプログラムを記憶する。また、記憶回路11は、画像演算回路12で実行される各種の処理で使用されるデータを記憶する。例えば、記憶回路11は、マルチ周波数処理のパラメータの自動設定機能のオン・オフのステータスを表す情報、および学習済みモデル等を記憶する。
記憶回路11は、例えば、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。記憶回路11は、記憶部の一例である。
画像演算回路12は、画像データ生成部20によって生成された原画像データに画像処理を施すことにより表示用X線画像データを生成し、生成した表示用X線画像データを画像データ記憶回路13に記憶させる。
本実施形態において、画像演算回路12が施す画像処理は、マルチ周波数処理である。なお、画像演算回路12は、さらに、マルチ周波数処理以外の画像処理を原画像データに施しても良い。また、本実施形態の画像演算回路12は、撮像視野(Field Of View:FOV)に含まれる要素に応じたマルチ周波数処理のパラメータの自動設定機能を備える。
より詳細には、画像演算回路12は、取得機能120と、検出機能121と、決定機能122と、周波数分離機能123aと、強調機能123bと、合成機能123cとを備える。また、周波数分離機能123a、強調機能123b、および合成機能123cを総称して、マルチ周波数処理機能123という。取得機能120は、取得部の一例である。検出機能121は、検出部の一例である。決定機能122は、決定部の一例である。マルチ周波数処理機能123は、画像処理部およびマルチ周波数処理部の一例である。周波数分離機能123aは、周波数分離部の一例である。強調機能123bは、強調機能部の一例である。合成機能123cは、合成部の一例である。各機能の詳細は後述する。
画像演算回路12は、例えば記憶回路11からプログラムを読み出して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各回路は、読み出したプログラムに対応する機能を有することとなる。
表示装置8は、表示用画像メモリ31と、D/A(Digital/Analog)変換器32と、表示制御回路33と、モニタ34とを備える。
表示用画像メモリ31は、画像演算回路12によって生成された表示用X線画像データのうち、表示制御回路33によって読み出されたものを一時的に記憶する。
D/A変換器32は、表示用X線画像データをD/A変換する。
表示制御回路33は、モニタ34を制御するプロセッサであり、画像演算回路12によって生成された表示用X線画像データを画像データ記憶回路13から読み出し、D/A変換器32に変換させた上でモニタ34に表示させる。表示制御回路33は、表示制御部の一例である。また、表示制御回路33は、各種のGUI(Graphical User Interface)をモニタ34に表示させても良い。
モニタ34は、表示用X線画像データに基づくX線画像、および操作者の指示を受け付けるためのGUIが表示される。液晶ディスプレイや有機EL(Organic Electro-Luminescence:OEL)ディスプレイ等により実現される。モニタ34は、表示部の一例である。
操作部9は、操作者からの各種指示や情報入力を受け付ける。操作部9は、例えば、トラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。なお、操作部9がタッチスクリーンである場合、モニタ34とタッチパッドとが一体化されたものであっても良い。
操作部9は、システム制御部10に接続されており、操作者から受け取った入力操作を電気信号へ変換しシステム制御部10へと出力する。例えば、操作部9は操作者によるマルチ周波数処理のパラメータの自動設定機能のオン・オフの操作を受け付ける。操作部9は、マルチ周波数処理のパラメータの自動設定機能のオン・オフの操作を受け付けた場合、受け付けた操作内容をシステム制御部10に送出する。
また、操作部9は、操作者による撮像条件、検査プロトコル等の入力操作を受け付ける。操作部9は、受け付けた操作内容をシステム制御部10に送出する。また、システム制御部10は、操作部9から取得した各種の操作内容を、画像演算回路12に送出する。
撮像条件は、撮像体系、撮像視野、および拡大率、に関する設定を含む。
撮像体系は、撮像に用いられる機器と被検体Pとの位置関係、撮像に用いられる機器間の位置関係に関する定義事項または情報である。撮像に用いられる機器と被検体Pとの位置関係、撮像に用いられる機器間の位置関係は、撮像ジオメトリともいう。撮像に用いられる機器は、例えばX線管15および平面検出器21である。
撮像体系は、例えば、X線源受像面間距離(Source Image Distance:SID)、SSD(Source Skin Distance)、寝台17の高さ、保持アーム5の回転量を含む。
拡大率は、例えば「LiveZoom」と呼ばれる機能により、操作者によって指定される。LiveZoomは、モニタ34に描出されたX線画像をユーザが操作部9を操作することにより拡大または縮小する機能である。
検査プロトコルは、X線診断装置100における検査の手順を示す情報であり、撮像対象部位や、各種の撮像の実行順が定義されている。例えば、複数の検査プロトコルが予め記憶回路11に記憶されており、操作者が操作部9により、被検体Pの撮像の際に用いられる検査プロトコルを選択しても良い。
なお、本明細書において操作部9はマウス、キーボードなどの物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、X線診断装置100とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路も操作部9の例に含まれる。操作部9は、入力インタフェースともいう。操作部9は、本実施形態における受付部の一例である。
システム制御部10は、X線診断装置100による撮像処理を制御する。システム制御部10は、例えば、処理回路101、および記憶回路102を備える。
処理回路101は、X線診断装置100で実行される撮像処理を実行するプロセッサである。また、処理回路101は、X線診断装置100に含まれる各種構成を制御することにより、X線診断装置100全体を制御する。例えば、処理回路101は、操作部9が操作者より受け付けた各種の操作内容を、画像演算回路12に送出する。
記憶回路102は、処理回路101によって読み出されて実行される各種機能に対応するプログラムを記憶する。記憶回路102は、例えば、RAM、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。
上記説明では、「プロセッサ」が各機能に対応するプログラムを記憶回路11,102から読み出して実行行する例を説明したが、実施形態はこれに限定されない。「プロセッサ」という文言は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、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。プロセッサが例えばCPUである場合、プロセッサは記憶回路11,102に保存されたプログラムを読み出して実行することで機能を実現する。一方、プロセッサがASICである場合、記憶回路11,102にプログラムを保存する代わりに、当該機能がプロセッサの回路内に論理回路として直接組み込まれる。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。
次に、本実施形態の画像演算回路12が備える各機能について説明する。
取得機能120は、画像データ記憶回路13から、被検体Pが撮像された原画像データを、取得する。
検出機能121は、被検体Pが撮像された原画像データから要素を検出する。
本実施形態において、要素は、X線画像データに描出されたオブジェクトであり、具体的には被検体Pの身体組織、または医療機器である。X線画像データに描出される医療機器には、例えばIVRで使用されるカテーテル、ガイドワイヤ、およびステント等のデバイスがある。X線画像データに描出される身体組織は、例えば骨、血管、横隔膜、肺野等がある。
より詳細には、検出機能121は、取得機能120によって取得された原画像データ上に描出された要素の種類、および要素が描出された画像領域を検出する。本実施形態においては、検出機能121は、学習済みモデルを使用して、要素ごとの原画像データのセグメンテーション結果を得る。
図2は、第1の実施形態に係る原画像データ81のセグメンテーションの一例を示す図である。図2に示すように、学習済みモデル90に原画像データ81が入力されると、原画像データ81に描出された要素の種類を示すラベルと、各要素が描出された画像領域とが出力される。図2では、原画像データ81のセグメンテーション結果を、領域分割済み画像データ82として図示する。
学習済みモデル90は、複数の学習用X線画像データと、当該複数の学習用X線画像データに対応する要素別のセグメンテーション結果とを対応付けて学習したモデルである。学習済みモデル90は、例えば、ニューラルネットワーク等のディープラーニング(深層学習)またはその他の機械学習によって生成された学習済みモデルとする。ディープラーニングの手法としては、深層畳み込みニューラルネットワーク(DCNN:Deep Convolutional Neural Network)、畳み込みニューラルネットワーク(CNN:Convolutional Neural Network)、再帰型ニューラルネットワーク(RNN:Recurrent Neural Network)などを適用することができるが、これらに限定されるものではない。学習済みモデル90は、例えば、ニューラルネットワークと、学習済みパラメータデータとによって構成される。
学習済みモデル90は、例えば記憶回路11に記憶されているものとする。検出機能121は、記憶回路11から学習済みモデル90を読み出し、原画像データ81を入力する。あるいは、検出機能121に学習済みモデル90が組み込まれていても良い。
学習済みモデル90は、X線診断装置100以外の情報処理装置で生成されても良いし、X線診断装置100が学習済みモデル90を生成する学習機能を備えても良い。
また、本実施形態における学習済みモデル90は、これらの学習済みモデル90が出力した成果物に対してユーザがフィードバックを与えることにより、学習済みモデル90の内部アルゴリズムを更に更新する「自己学習するモデル」を含む。
図2に示す例では、要素としてGuiding catheter(ガイディングカテーテル)、Catheter(カテーテル)、Guide wire(ガイドワイヤ)、およびVertebra(椎骨)が検出されている。
原画像データ81上でガイディングカテーテルが描出された範囲は、領域分割済み画像データ82上の画像領域70aとして図示されている。また、カテーテルが描出された範囲は、領域分割済み画像データ82上の画像領域70bとして図示されている。ガイドワイヤが描出された範囲は、領域分割済み画像データ82上の画像領域70cとして図示されている。椎骨が描出された範囲は、領域分割済み画像データ82上の画像領域70dとして図示されている。以下、個々の要素が描出された画像領域70a~70dを特に区別しない場合は、単に画像領域70という。
また、原画像データ81上でいずれの要素も検出されていない領域は、背景領域60という。
図1に戻り、決定機能122は、検出機能121による要素の検出結果に基づいて、マルチ周波数処理のパラメータを決定する。
マルチ周波数処理は、空間周波数の周波数帯域ごとに強調特性を調整する処理である。マルチ周波数処理は、周波数分離処理と、強調特性調整処理とを含む。
周波数分離処理は、X線画像データから複数の周波数帯域ごとに分離された複数の周波数帯域データを生成する処理である。周波数分離処理は、X線画像データに対して段階的にローパスフィルタ(Low Pass Filter:LPF)をかけ、1段階前のLPF処理画像と差分することでそれぞれ異なる周波数帯域が含まれる複数の周波数帯域データと、背景データとを生成する処理である。
強調特性調整処理は、複数の周波数帯域データの各々に係数をかけることにより、複数の周波数帯域データを強調または抑制する処理である。
マルチ周波数処理のパラメータは、周波数分離処理に用いられる閾値と、強調特性調整処理で用いられる係数とを含む。周波数分離処理に用いられる閾値は、例えば、周波数帯域の分離に用いられるローパスフィルタのカットオフ周波数である。
より詳細には、決定機能122は、原画像データ81から検出された要素の種類、および要素が検出された画像領域70大きさに基づいて、マルチ周波数処理のパラメータを決定する。
例えば、一般に、X線画像データにおいて、画像の変化が大きい、または画像の図柄が細かい領域ほど、高い周波数帯域に対応する。このため、原画像データ81上で占める割合が小さい画像領域70ほど高い周波数領域に対応し、原画像データ81上で占める割合が大きい画像領域70ほど低い周波数領域に対応する。
このような周波数帯域データの特性を前提として、決定機能122は、要素が描出された画像領域70が原画像データ81上に占める割合を要素ごとに算出し、当該割合に基づいて、ローパスフィルタのカットオフ周波数を決定する。
図3は、第1の実施形態に係る周波数分離処理の一例を示す図である。図3に示すように、決定機能122は、領域分割済み画像データ82上の各画像領域70の面積の割合を、算出する。各画像領域70の面積の割合は、各画像領域70に含まれる画素数が領域分割済み画像データ82全体の画素数に占める割合である。図3に示す例では、Vertebra(椎骨)の画像領域70dが32%、Catheter(カテーテル)の画像領域70bが7%、Guiding catheter(ガイディングカテーテル)の画像領域70aが6%、Guide wire(ガイドワイヤ)の画像領域70cが5%、その他の背景領域60が50%を占める。当該割合から、原画像データ81の大半はVertebra(椎骨)の画像領域70dと背景領域60とに占められていること、および比較的面積の小さな複数の画像領域70b,70a,70cが存在することがわかる。
図3のグラフG1は、横軸は空間周波数、縦軸は周波数応答を表す。図3に示す例では、決定機能122は、6段階でローパスフィルタをかけることにより、周波数帯域データf0~f5、および背景データb1をそれぞれ分離する。なお、周波数帯域データf0~f5の分割数はこれに限定されるものではない。
決定機能122は、例えば、高い周波数領域に対応する画像領域70が多いほど、高い周波集帯域において周波数帯域データf0~f5を細かく分離するようにローパスフィルのカットオフ周波数を決定する。図3に示す例では、グラフG1の横軸の半分よりも右の高い周波数領域に存在する周波数帯域データf0~f5の数が多い。これは、決定機能122が各周波数帯域データf0~f5を分離するためのカットオフ周波数を、高周波側に多く設定したためである。このように高周波側で細かい粒度で周波数帯域データf0~f5を分離することにより、X線画像データ上の高周波側のオブジェクト、つまり小さな画像領域70の強調度合を詳細に調整可能になる。
なお、検出された要素の種類によっては、対応する周波数帯域を推定可能な場合がある。例えば、一般に、カテーテル、ガイディングカテーテル、およびガイドワイヤは細長い形状であるため、X線画像データ上で描出される画像領域は小さく、高い周波数帯域に対応する。このため、決定機能122は、検出された要素の種類および数に応じて、カットオフ周波数を決定しても良い。なお、当該構成を採用する場合、記憶回路11は、要素の種類と周波数帯域とを対応付けたテーブルを記憶していても良い。
また、決定機能122は、検出された要素の種類に応じて、周波数帯域データf0~f5および背景データb1の各々の強調または抑制をする係数を決定する。マルチ周波数処理に置いては、周波数帯域データf0~f5および背景データb1に、それぞれ異なる値の係数をかけることができるため、決定機能122は、段階的なローパスフィルタにより分離された周波数帯域データf0~f5および背景データb1の数の係数を決定可能である。
図4は、第1の実施形態に係る強調特性調整処理の一例を示す図である。図4のグラフG2では、原画像データ81から生成された、係数をかける前の状態の周波数帯域データf0~f5および背景データb1を実線で図示する。また、係数がかけられたことによって強調または抑制された、補正後の周波数帯域データf00,f10、および背景データb10を破線で図示する。
図4に示す領域分割済み画像データ82に示されるように、Vertebra(椎骨)等の骨がX線画像データに描出されている場合、当該骨がカテーテル等のデバイスと重なると、重複領域においてデバイスの視認性が低下する。
このような場合、決定機能122は、低周波側の係数を1未満にすることで、Vertebra(椎骨)に対応する画像領域70dの表示が強調されることを抑制する。図4のグラフG2に示す例では、調整前の背景データb1よりも、係数がかけられた背景データb10の方が、周波数応答が小さくなっている。つまり、決定機能122は、検出された要素の種類の組み合わせに応じて、係数を決定する。
また、決定機能122は、ガイドワイヤ等の細いデバイスが原画像データ81から検出された場合、周波数帯域データf0~f5のうち高周波側のものほど強調するように、周波数帯域データf0~f5の各々にかける係数を決定する。図4に示す例では、決定機能122は、高周波側から1つめの周波数帯域データf0にかける係数を最も大きくし、高周波側から2つめの周波数帯域データf1にかける係数を2番目に大きくしている。
なお、決定機能122は、検出された要素の種類に応じて強調する周波数帯を特定しても良いし、各画像領域70の原画像データ81上で占める割合に基づいて強調する周波数帯を特定しても良い。
検出機能121および決定機能122によるマルチ周波数処理のパラメータの自動設定処理は、マルチ周波数処理のパラメータの自動設定機能がオンに設定されている場合に、実行される。マルチ周波数処理のパラメータの自動設定機能のオン・オフは、後述の操作部9が受け付ける操作者による操作によって切り替えられる。マルチ周波数処理のパラメータの自動設定機能のオン・オフのステータスは、例えば記憶回路11に記憶される。検出機能121および決定機能122は、記憶回路11を参照してマルチ周波数処理のパラメータの自動設定機能がオン・オフのいずれであるかを判定し、オンである場合に、上述の要素の検出処理およびパラメータの決定処理を実行する。
図1に戻り、マルチ周波数処理機能123は、決定されたパラメータに基づいて、原画像データ81に対してマルチ周波数処理を実行する。上述のように、マルチ周波数処理機能123は、周波数分離機能123a、強調機能123b、および合成機能123cを含む。
周波数分離機能123aは、決定機能122によって決定されたパラメータに基づいて、複数の周波数帯域データf0~f5および背景データb1を分離する。より詳細には、周波数分離機能123aは、決定機能122によって決定された分離対象の周波数帯域データf0~f5および背景データb1の数のカットオフ周波数を用いて段階的にローパスフィルタをかけることにより、複数の周波数帯域データf0~f5および背景データb1を分離する。
また、強調機能123bは、周波数分離機能123aによって分離された複数の周波数帯域データf0~f5および背景データb1に対して、決定機能122によって決定された係数をかけることにより、各周波数帯域データf0~f5および背景データb1を強調または抑制する。
合成機能123cは、強調機能123bにより強調特性調整処理が施された複数の周波数帯域データf00,f10,f2~f5および背景データb10を合成することにより、表示用X線画像データを生成する。合成機能123cは、生成した表示用X線画像データを画像データ記憶回路13に保存する。
次に、以上のように構成されたX線診断装置100で実行される処理の流れを説明する。
図5は、第1の実施形態に係るマルチ周波数処理の流れの一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、システム制御部10の制御の下、被検体PへのX線照射による撮像処理が開始された場合に開始する。
まず、画像データ生成部20は、平面検出器21により検出された検出信号から原画像データ81を生成する(S1)。取得機能120は、画像データ生成部20によって生成されたら原画像データ81を取得する。
次に、検出機能121は、マルチ周波数処理のパラメータの自動設定機能がオンに設定されているか否かを判定する(S2)。
マルチ周波数処理のパラメータの自動設定機能がオンの場合(S2“Yes”)、検出機能121は、学習済みモデル90を用いて、取得機能120によって取得された原画像データ81から要素を検出する(S3)。
次に、決定機能122は、原画像データ81から検出された要素の種類、および要素が検出された画像領域70大きさに基づいて、マルチ周波数処理のパラメータを決定する(S4)。
そして、マルチ周波数処理機能123は、決定されたパラメータを用いて、原画像データ81に対してマルチ周波数処理を実行することにより、表示用X線画像データを生成する(S5)。
次に、表示制御回路33は、生成された表示用X線画像データをモニタ34に表示させる(S6)。
また、マルチ周波数処理のパラメータの自動設定機能がオフの場合(S2“No”)、検出機能121および決定機能122によるS3,S4の処理は実行されない。この場合、S6の処理において、マルチ周波数処理機能123は、予め定められたパラメータを用いて、原画像データ81に対してマルチ周波数処理を実行することにより、表示用X線画像データを生成する。予め定められたパラメータは、例えば記憶回路11に記憶されている。
そして、被検体Pの撮像が継続する場合(S7“No”)、S1~S6の処理は繰り返し実行される。本実施形態においては、例えば、取得機能120は、新たなフレームの原画像データ81を繰り返し取得する。検出機能121は、新たなフレームの原画像データ81が取得される度に、当該新たに取得された原画像データ81について要素の検出を繰り返し実行する。また、決定機能122は、要素の検出に伴ってパラメータの決定を繰り返し実行する。そして、マルチ周波数処理機能123は、繰り返し決定されるパラメータに基づいて、マルチ周波数処理を繰り返し実行する。このように、新たなフレームの原画像データ81が取得される毎に各機能部により繰り返し処理が実行されることにより、撮影中の原画像データ81に対してリアルタイムでマルチ周波数処理機能123を施すことができる。
そして、被検体Pの撮像が終了する場合(S7“Yes”)、このフローチャートの処理が終了する。
このように、本実施形態のX線診断装置100は、被検体Pが撮像された原画像データ81から要素を検出し、要素の検出結果に基づいて、マルチ周波数処理のパラメータを決定し、決定されたパラメータに基づいて、原画像データ81に対してマルチ周波数処理を実行する。このため、本実施形態のX線診断装置100によれば、撮像視野に含まれる要素に応じて、マルチ周波数処理における適切なパラメータを決定することができる。
例えば、マルチ周波数処理で使用されるパラメータは、撮像視野に含まれる要素等によって最適な値が異なる。このため、例えば医師による手技中の撮像視野に含まれる要素が、X線照射領域の移動またはデバイスの位置の移動等に応じて変化するにも関わらずマルチ周波数処理において同一のパラメータを適用すると、適切な画質の表示用X線画像データが得られない場合がある。これに対して、本実施形態のX線診断装置100は、撮像領域の変化や、デバイスの位置の移動により原画像データ81に描出される要素が変化した場合においても、変化後の要素に応じて決定したパラメータを用いてマルチ周波数処理をすることができるため、表示用X線画像データの画質を維持することができる。
特に、医師による手技中に撮像されたX線画像をリアルタイムで表示するIVR等の検査の場合、撮像中にX線照射領域が移動したり、医師の手技により撮像視野の中でカテーテル等のデバイスの位置が移動したりすることにより、デバイスの表示に適したパラメータの値が変化する場合がある。このような場合において、本実施形態のX線診断装置100によれば、撮像視野に含まれる要素に応じて自動的にパラメータを適切な値に更新することにより、ユーザが都度パラメータを調整しなくとも、X線画像上のデバイスの視認性を維持することができる。
また、本実施形態において、マルチ周波数処理は、原画像データ81から、複数の周波数帯域ごとに分離された複数の周波数帯域データf0~f5を生成する周波数分離処理を含む。マルチ周波数処理のパラメータは、周波数分離処理に用いられる閾値を含む。本実施形態のX線診断装置100は、決定された閾値に基づいて、複数の周波数帯域データf0~f5を分離する。本実施形態のX線診断装置100によれば、原画像データ81に描出された要素に応じて、適切に周波数分離をすることができるため、原画像データ81の画質を向上させることができる。
また、周波数分離処理は、原画像データ81にローパスフィルタを段階的にかけることにより、異なる周波数帯域が含まれる複数の周波数帯域データf0~f5を生成する処理である。本実施形態のX線診断装置100は、要素の検出結果に基づいて、ローパスフィルタにおけるカットオフ周波数を決定する。このため、本実施形態のX線診断装置100によれば、原画像データ81に描出された要素に応じて、周波数帯域データf0~f5に対応する周波数帯域を調整することができる。
また、本実施形態において、マルチ周波数処理は、複数の周波数帯域データf0~f5の各々に係数をかけることにより、複数の周波数帯域データf0~f5を強調または抑制する強調特性調整処理を含む。本実施形態のX線診断装置100によれば、要素の検出結果に基づいて、強調特性調整処理に用いる係数を決定することにより、原画像データ81に描出された要素に応じて、周波数帯域データf0~f5を個別に強調または抑制することができる。
また、本実施形態のX線診断装置100は、原画像データ81上に描出された要素の種類、および要素が描出された画像領域70を検出し、検出した要素の種類、および要素が検出された画像領域70の大きさに基づいて、パラメータを決定する。このため、本実施形態のX線診断装置100によれば、原画像データ81上に描出された要素の周波数特性に応じて、表示用X線画像データの画質を向上させるために適切な周波数帯域データf0~f5を分離するカットオフ周波数、および強調または抑制する周波数帯域データf0~f5を高精度に特定することができる。
また、本実施形態のX線診断装置100は、要素が描出された画像領域70が原画像データ81上に占める割合を要素ごとに算出し、当該割合に基づいて、周波数分離処理に用いられる閾値を決定する。このため、本実施形態のX線診断装置100によれば、原画像データ81上に描出された要素に対応する周波数帯を、背景領域60対応する周波数帯よりも細かに分離した上で、要素に対応する周波数帯に該当する周波数帯域データf0~f5を強調することができる。このような処理により、本実施形態のX線診断装置100は、表示用X線画像データにおいて各要素の視認性を向上させることができる。
また、本実施形態のX線診断装置100は、複数の学習用X線画像データと、当該複数の学習用X線画像データに含まれる要素のセグメンテーション結果とを学習済みの学習済みモデル90に、原画像データ81を入力し、学習済みモデル90から出力されるセグメンテーション結果を得る。このため、本実施形態のX線診断装置100によれば、原画像データ81上で要素が描出された画像領域70を高精度に認識することができる。
なお、本実施形態における「マルチ周波数処理のパラメータを決定する」ことには、異なるパラメータを有するマルチ周波数処理を含む画像処理のプリセットの中から適当なものを選択することを含む。つまり、マルチ周波数処理のパラメータを直接的に選択するだけではなく、画像処理のプリセットを選択することで間接的にマルチ周波数処理のパラメータが決定されることも、「マルチ周波数処理のパラメータを決定する」に含む。例えば、X線画像データには、マルチ周波数処理以外にも、フィルタ処理等の種々の画像処理が施される場合がある。X線診断装置100の決定機能122は、マルチ周波数処理と、このような種々の画像処理とを含むプリセットされた複数のパラメータセットの中から、1つのパラメータセットを選択しても良い。
(第2の実施形態)
上述の第1の実施形態では、原画像データ81上で各要素が描出された画像領域70の面積の割合に基づいて、マルチ周波数処理のパラメータを決定していた。これに対して、この第2の実施形態では、重複する画像領域70の組み合わせに応じて、マルチ周波数処理のパラメータを決定する。
本実施形態のX線診断装置100は、図1で説明した第1の実施形態と同様の構成を備える。
本実施形態の画像演算回路12は、第1の実施形態と同様に、取得機能120と、検出機能121と、決定機能122と、周波数分離機能123aと、強調機能123bと、合成機能123cとを備える。取得機能120と、検出機能121と、周波数分離機能123aと、強調機能123bと、合成機能123cとは、第1の実施形態と同様の機能を備える。また、X線診断装置100に含まれるその他の構成も、第1の実施形態と同様の機能を備える。
本実施形態の決定機能122は、検出機能121による要素の検出結果に基づいて、異なる種類の要素が描出された複数の画像領域70が重複する箇所を認識する。そして、決定機能122は、複数の画像領域70が重複する場合に、重複する各画像領域70に対応する要素の種類に応じて、マルチ周波数処理のパラメータを決定する。例えば、本実施形態の決定機能122は、要素の重なりを判定し、要素が重なっている画像領域70の視認性を最適化する方向に、原画像データ81全体に適用するマルチ周波数処理のパラメータを最適化する。
図6は、第2の実施形態に係るマルチ周波数処理のパラメータの調整の一例を示す図である。決定機能122は、検出機能121によってセグメンテーションされた領域分割済み画像データ82上で、2以上の画像領域70が重複する箇所を画像処理により認識する。
図6に示すグラフG3~G5では、係数をかける前の状態の周波数帯域データf0~f5および背景データb1を実線で、係数によって強調または抑制された補正後の周波数帯域データf10~f50、および背景データb10を破線で図示する。
図6に示す例では、ガイドワイヤが描出された画像領域70cと、Vertebra(椎骨)が描出された画像領域70dとが、重複領域A1で重複している。要素のうち、椎骨や横隔膜等の身体組織が描出された画像領域70と、ガイドワイヤ等のデバイスが描出された画像領域70とが重複すると、X線画像データ上のデバイスの視認性が低下する。
このような場合、周波数帯域データf0~f5および背景データb1のうち、低周波側を抑制し、高周波側を強調することで、Vertebra(椎骨)が抑制され、デバイス
が強調されて表示される。
グラフG3は、Vertebra(椎骨)の表示を抑制するために低周波側の背景データb1および周波数帯域データf4,f5が抑制された状態の一例を示す。図6に示す例では、決定機能122は、周波数帯域データf0~f5および背景データb1のうち、抑制する対象である低周波側のデータに対応する係数を、1未満の値にする。決定機能122は、例えば、周波数の低いものほど、係数の値を小さくするように、各係数の値を決定する。各係数の値は、例えば、抑制対象の要素に対応付けられて、記憶回路11に予め保存されているものとする。
また、グラフG4は、ガイドワイヤを強調するために高周波側の周波数帯域データf0~f4が強調された状態の一例を示す。決定機能122は、周波数帯域データf0~f5のうち、強調する対象である高周波側のデータに対応する係数を、1より大きい値にする。決定機能122は、例えば、周波数の高いものほど、係数の値を大きくするように、各係数の値を決定する。各係数の値は、例えば、強調対象の要素に対応付けられて、記憶回路11に予め保存されているものとする。
グラフG5は、グラフG3およびグラフG4に示した係数を合成した結果の一例を示す。例えば、空間周波数の高さが中程度の周波数帯域データf4の係数は、グラフG3とグラフG4の両方でそれぞれ異なる大きさの値が適用されているが、決定機能122は、これらの値の平均値を、周波数帯域データf4の係数として決定しても良い。例えば、記憶回路に、抑制対象の要素に対応付けられた係数のセットと、強調対象の要素に対応付けられた係数のセットが記憶されている場合、決定機能122は、抑制対象の要素に対応付けられた係数のセットと強調対象の要素に対応付けられた係数のセットとを合成することにより、原画像データ81全体に共通して使用される係数の値を決定する。なお、異なる係数を合成する手法は平均値をとることに限定されるものではなく、各種の演算を採用することができる。
また、図6では、背景データb1を抑制し、高周波側の周波数帯域データf0~f4を強調した例を図示したが、重複する要素の種類の組み合わせに応じて、強調および抑制の対象は異なる。
例えば、肺野が描出された画像領域70とデバイスが描出された画像領域70とが重複する場合、X線画像データ上で肺野が明るく描出されるため、デバイスと重複することでアーチファクトが発生する場合がある。このため、決定機能122は、肺野が描出された画像領域70とデバイスが描出された画像領域70とが重複する場合、周波数帯域データf0~f4のうち肺野に対応する周波数のものを抑制することにより、X線画像データ上のデバイスの視認性を確保する。
本実施形態のマルチ周波数処理機能123は、決定機能122によって決定されたパラメータに基づいて、第1の実施形態と同様に、原画像データ81に対してマルチ周波数処理を実行することにより、表示用X線画像データを生成する。また、表示制御回路33は、第1の実施形態と同様に、生成された表示用X線画像データをモニタ34に表示させる。
このように、本実施形態のX線診断装置100は、要素の検出結果に基づいて、異なる種類の要素が描出された複数の画像領域70が重複する箇所を認識し、画像領域70が重複する要素の種類に応じて、マルチ周波数処理のパラメータを決定する。このため、本実施形態のX線診断装置100によれば、第1の実施形態と同様の効果に加えて、要素同士の重複による視認性の低下を低減することができる。
また、本実施形態のX線診断装置100は、原画像データ81全体に共通して使用されるマルチ周波数処理のパラメータを決定する。このため、本実施形態のX線診断装置100によれば、画像全体で統一されたパラメータを使用することにより画像処理を簡素化すると共に、画像全体の視認性を向上させるように調整することができる。
(第3の実施形態)
上述の第1、第2の実施形態では、原画像データ81全体に共通のパラメータを適用してマルチ周波数処理を実行していた。この第3の実施形態では、各要素が描出された画像領域70毎に、異なるパラメータによるマルチ周波数処理を実行する。
本実施形態のX線診断装置100は、図1で説明した第1の実施形態と同様の構成を備える。
本実施形態の画像演算回路12は、第1の実施形態と同様に、取得機能120と、検出機能121と、決定機能122と、周波数分離機能123aと、強調機能123bと、合成機能123cとを備える。取得機能120と、検出機能121と、周波数分離機能123aと、強調機能123bと、合成機能123cとは、第1の実施形態と同様の機能を備える。また、X線診断装置100に含まれるその他の構成も、第1の実施形態と同様の機能を備える。
本実施形態の決定機能122は、検出機能121による要素の検出結果に基づいて、原画像データ81上で要素が描出された画像領域70ごとに、描出された要素の種類に対応するパラメータを決定する。
より詳細には、決定機能122は、原画像データ81上で要素が描出された画像領域70を、ROI(Region Of Interest)として認識する。
図7は、第3の実施形態に係るROIの一例を示す図である。図7に示す例では、領域分割済み画像データ82上で、ガイディングカテーテルが描出された画像領域70aがROI#1、カテーテルが描出された画像領域70bがROI#2、ガイドワイヤが描出された画像領域70cがROI#4、椎骨が描出された画像領域70dがROI#4として認識されている。ROIの数は、検出された要素の数に対応する。また、背景領域60は、いずれのROIにも該当しない領域となる。
本実施形態の記憶回路11は、要素の種類に対応するマルチ周波数処理のパラメータを記憶している。より詳細には、記憶回路11は、要素の種類と、強調特性調整処理に用いられる係数群とが対応付けられたテーブルを記憶する。なお、係数群とは、周波数帯域データf0~f5、および背景データb1に対応する複数の係数のセットである。なお、記憶回路11は、要素の種類と、周波数帯域データf0~f5、および背景データb1を分離するためのカットオフ周波数群とを対応付けたテーブルをさらに記憶しても良い。
本実施形態の決定機能122は、原画像データ81上で要素が描出された画像領域70ごとに、描出された要素の種類に対応するパラメータを、記憶回路11から選択する。
図8~10を用いて、要素の種類に対応する係数群について説明する。
図8は、第3の実施形態に係るカテーテルに対応する係数群が適用された周波数帯域データf0~f5および背景データb1の一例を示す図である。図8に示すグラフG6では、係数をかける前の状態の周波数帯域データf0~f5および背景データb1を実線で、係数によって強調または抑制された補正後の周波数帯域データf00~f50を破線で図示する。カテーテルが描出された画像領域70b、つまりROI#2に対応する係数群では、図8に示すように、高周波側ほど強調するように係数が大きくなる。
また、図9は、第3の実施形態に係るガイドワイヤに対応する係数群が適用された周波数帯域データf0~f5および背景データb1の一例を示す図である。図9に示すグラフG7では、係数をかける前の状態の周波数帯域データf0~f5および背景データb1を実線で、係数によって強調または抑制された補正後の周波数帯域データf00~f40を破線で図示する。ガイドワイヤが描出された画像領域70c、つまりROI#3に対応する係数群では、図9に示すように、ROI#2よりもさらに高周波側ほど強調するように係数が大きくなる。一般に、ガイドワイヤの方がカテーテルよりもさらに細いデバイスであり、原画像データ81に描出される画像領域70cの大きさも小さくなる。このため、ROI#3では、ROI#2よりも高周波側をさらに強調することで画像領域70cの視認性を向上させる。
また、図10は、第3の実施形態に係る骨に対応する係数群が適用された周波数帯域データf0~f5および背景データb1の一例を示す図である。図10では、骨の一例として椎骨を例示している。
図10に示すグラフG8では、係数をかける前の状態の周波数帯域データf0~f5および背景データb1を実線で、係数によって強調または抑制された補正後の背景データb10、周波数帯域データf40,f50を破線で図示する。
図10に示すように、椎骨が描出された画像領域70d、つまりROI#4に対応する係数群では、周波数帯域データf0~f5および背景データb1のうち、低周波側ほど抑制するように係数が小さくなる。このため、ROI#4にガイドワイヤ等のデバイスが描出された他のROIが重畳した場合にも、ROI#4の表示が強調されないため、デバイスの視認性を維持することができる。
なお、決定機能122は、表示用X線画像データ上の各ROIの境界が、係数の差異により視覚的に不連続になることを低減するために、ROI内で係数の重み付けをしても良い。例えば、他のROIと隣接する境界に近い程、他のROIに適用される係数群との差異が小さくなるように、1つのROIの中でも段階的に異なる係数群を適用しても良い。このようにROIの境界における係数の群の差異を低減することで、X線画像を視認したユーザが感じる違和感を低減することができる。
また、本実施形態においては、要素に対応するパラメータが記憶回路11に記憶されている例について説明したが、決定機能122が原画像データ81のセグメンテーション結果に応じて、各要素に対応するパラメータを算出しても良い。
また、いずれのROIにも該当しない領域である背景領域60については、記憶回路11に予め記憶されたパラメータを適用しても良いし、マルチ周波数処理とは異なる他の画像処理を適用しても良い。
本実施形態のマルチ周波数処理機能123は、決定機能122によってROIごとに決定されたパラメータに基づいて、ROIごとに個別にマルチ周波数処理を実行する。マルチ周波数処理機能123は、個別にマルチ周波数処理を施した各ROIと、背景領域60とを統合することにより、表示用X線画像データを生成する。
また、表示制御回路33は、第1の実施形態と同様に、生成された表示用X線画像データをモニタ34に表示させる。
このように、本実施形態のX線診断装置100は、原画像データ81上で要素が描出された画像領域70ごとに、描出された要素の種類に対応するパラメータを決定する。このため、本実施形態のX線診断装置100によれば、第1の実施形態の効果を備えた上で、各要素が描出された画像領域70ごとに適切なマルチ周波数処理を施すことができる。
より詳細には、本実施形態のX線診断装置100は、要素の種類に対応するパラメータが記憶された記憶回路11を備え、原画像データ81上で要素が描出された画像領域70ごとに、描出された要素の種類に対応するパラメータを、記憶回路11から選択する。このため、本実施形態のX線診断装置100によれば、各画像領域70に対して、要素の種類に応じたパラメータを容易に適用可能である。
(変形例1)
上述の実施形態では、X線診断装置100は、原画像データ81に描出された要素の検出結果に基づいて、マルチ周波数処理のパラメータを決定していた。X線診断装置100は、さらに、撮像条件や検査プロトコルに応じて、マルチ周波数処理のパラメータを決定しても良い。
例えば、本変形例の決定機能122は、X線画像データの撮像の際に用いられる検査プロトコル、および撮像条件の少なくとも一方に基づいて、パラメータを決定する。第1の実施形態で説明したように、撮像条件には、撮像体系、撮像視野、および拡大率、に関する設定が含まれる。また、第1の実施形態で説明したように、撮像体系は、撮像に用いられる機器と被検体Pとの位置関係、撮像に用いられる機器間の位置関係に関する定義事項または情報であり、SID、SSD、寝台17の高さ、保持アーム5の回転量が含まれる。決定機能122は、例えば、被検体Pの撮像に用いられる検査プロトコル、撮像視野、拡大率、および撮像に用いられる機器と被検体Pとの位置関係のうちの少なくともいずれかに基づいて、パラメータを決定する。
また、例えば検査プロトコルおよび撮像条件に基づいてパラメータを決定する場合、本変形例の記憶回路11は、検査プロトコルと、撮像条件と、マルチ周波数処理のパラメータとが対応付けられたテーブルを記憶する。
図11は、変形例1に係るマルチ周波数処理のパラメータが登録されたテーブル111の一例を示す図である。図11に示すように、テーブル111には、パラメータセットNo.と、検査プロトコルと、撮像条件と、オフセット周波数群と、係数群とが対応付けられて登録されている。
オフセット周波数群は、周波数帯域データf0~f5、および背景データb1を分離する複数のオフセット周波数のセットである。また、係数群は、周波数帯域データf0~f5、および背景データb1に対応する複数の係数のセットである。1つの検査プロトコルと撮像条件の組み合わせに対応するオフセット周波数群と係数群とをパラメータセットという。パラメータセットNo.は、各パラメータセットを識別する識別情報である。
なお、図11に示すテーブル111の構成は一例であり、これに限定されるものではない。例えば、図11では1つのテーブル111に複数のパラメータセットが登録される例を図示したが、1つのパラメータセットごとに1つのテーブルが設けられても良い。また、図11では、オフセット周波数群と係数群の両方がテーブル111に登録されているが、いずれか一方のみが検査プロトコルおよび撮像条件に対応付けられても良い。
また、図11では、検査プロトコルと撮像条件の両方がパラメータに対応付けられているが、いずれか一方のみがパラメータに対応付けられてもよい。また、さらに他の情報が、パラメータに対応付けられてテーブル111に登録されても良い。
本変形例の決定機能122は、記憶回路102に記憶されたテーブル111から、被検体Pの撮像に用いられる検査プロトコルおよび撮像条件に対応するパラメータセットを読み出し、当該パラメータセットに含まれるパラメータを、原画像データ81に対するマルチ周波数処理のパラメータとして決定する。
図12は、第1の変形例に係るパラメータセットが適用された周波数帯域データf0~f5、および背景データb1の一例を示す図である。また、図13は、図12とは異なるパラメータセットが適用された周波数帯域データf0~f5、および背景データb1の一例を示す図である。図12、13のグラフG9,G10に示すように、各パラメータセットによってマルチ周波数処理の結果は異なる。
例えば、検査プロトコルおよび撮像条件に応じて、撮像視野に含まれる要素の種類および位置は変化する。このため、検査プロトコルおよび撮像条件ごとに、表示用X線画像データの画質を向上させるためのパラメータを予め記憶することにより、撮像視野に含まれる要素に応じたパラメータを特定可能になる。
より具体的には、撮像視野に含まれる要素の種類および位置は、撮像に用いられる機器と被検体Pとの位置関係、つまり撮像ジオメトリによって変化する。撮像に用いられる機器と被検体Pとの位置関係は、例えば、SID、寝台17の高さ、および保持アーム5の回転量により定義される。このため、本変形例の決定機能122は、撮像条件に含まれるSID、寝台17の高さ、または保持アーム5の回転量に基づいて、パラメータを決定する。
また、決定機能122は、テーブル111から読み出したパラメータセットを、さらに、原画像データ81から検出された要素に基づいて変更しても良い。例えば、決定機能122は、検査プロトコルおよび撮像条件に対応するパラメータを、上述の第1~3の実施形態で説明した手法により補正することにより、パラメータを決定しても良い。
なお、本変形例では、テーブル111に登録されたパラメータセットを読み出すことで検査プロトコルおよび撮像条件に対応するパラメータを特定する手法について説明したが、他の手法を採用しても良い。例えば、決定機能122は、数式またはアルゴリズムにより、検査プロトコルおよび撮像条件に対応するパラメータを特定しても良い。
例えば、決定機能122は、撮像条件に基づいて、撮像に用いられる機器と被検体Pとの位置関係、つまり撮像ジオメトリを推定し、推定した撮像ジオメトリに応じて、適切なパラメータを算出しても良い。
(変形例2)
また、上述の各実施形態では、原画像データ81のセグメンテーション結果は、マルチ周波数処理のパラメータの決定のための内部処理に用いられていたが、表示にも用いられても良い。例えば、表示制御回路33は、原画像データ81から検出された要素の種類を示すラベル、第3の実施形態において画像領域70ごとに設定されたROI等を、モニタ34に表示させても良い。
図14は、変形例2に係るモニタ34の表示の一例を示す図である。図14に示す例では、表示制御回路33は、検出された要素の種類を示すラベル、および画像領域70の境界線を表示用X線画像データに重畳した表示用画像83を、モニタ34に表示させている。このように原画像データ81のセグメンテーション結果を表示することにより、ユーザは、表示用X線画像データ上のどの箇所が何の要素として検出されているかを容易に把握することができる。
(変形例3)
また、上述の第1の実施形態では、新たなフレームの原画像データ81が取得される度に、検出機能121および決定機能122により、最新の撮像状態に応じたマルチ周波数処理のパラメータが決定されるものとしたが、パラメータの更新頻度はこれに限定されるものではない。例えば、撮像条件が変化していない間は、同じパラメータが継続して使用されても良い。
より詳細には、決定機能122は、撮像の開始から数フレーム分の原画像データ81に基づいてマルチ周波数処理のパラメータを決定し、その後は撮像体系、FOV、または拡大率がユーザによって変更されない限り、同じパラメータを使用しても良い。
あるいは、決定機能122は、予め定められたフレーム数、または時間間隔毎に、マルチ周波数処理のパラメータを更新しても良い。マルチ周波数処理機能123は、更新までの間は、過去の更新時に決定されたパラメータを用いてマルチ周波数処理を実行する。
また、決定機能122は、撮像対象部位に応じて、パラメータの更新頻度を変更しても良い。撮像対象部位は、例えば設定された検査プロトコルにより特定可能である。例えば、決定機能122は、同じ撮像体系が継続しており、かつ、撮像対象部位が被検体Pの動きの少ない頭部または下肢領域の場合、過去フレームで適用したパラメータを継続して使用しても良い。また、決定機能122は、1つのフレームに基づく要素検出結果だけではなく、複数のフレームの要素検出結果を総合してパラメータを決定しても良い。
また、決定機能122は、心臓領域のように被検体Pが周期的な動きをすることが予想される撮像部位では、心拍1周期分に対応する複数の原画像データ81に基づいて決定されたパラメータを記憶回路11に保存しておいても良い。この場合、マルチ周波数処理機能123は、心拍に合わせて心電同期によりパラメータを記憶回路11から読み出してマルチ周波数処理に使用しても良い。
(変形例4)
上述の各実施形態において学習済みモデル90が用いられた処理について、学習済みモデル90以外の手法が用いられても良い。例えば、検出機能121は、深層学習を用いない画像認識処理により、原画像データ81から要素を検出しても良い。
(変形例5)
上述の各実施形態において、要素の検出のためのセグメンテーションの対象となるX線画像データと、マルチ周波数処理の対象となるX線画像データとが同一のX線画像データと(原画像データ)である場合について例示した。しかしながら、セグメンテーションの対象となる原画像データと、マルチ周波数処理の対象となる原画像データとは同一でなくとも良い。
例えば、X線診断装置100が原画像データを連続して撮影しながらリアルタイムで要素の検出、パラメータの決定、およびマルチ周波数処理を実行する場合、ある原画像データに対するセグメンテーションおよびパラメータの決定の処理が実行されている間に、他の原画像データが撮影される。この場合、X線診断装置100のマルチ周波数処理機能123は、セグメンテーション対象となった原画像データより後に撮像された他の原画像データに対して、セグメンテーション対象となった原画像データから検出された要素に基づくパラメータによるマルチ周波数処理を実行しても良い。他の原画像データは、本変形例における他のX線画像データの一例である。
つまり、本変形例のマルチ周波数処理機能123は、決定機能122により決定されたパラメータに基づいて、「セグメンテーション対象となった原画像データ」及び「当該原画像データより後に撮像された他の原画像データ」のうち少なくとも一方に対してマルチ周波数処理を実行する。
マルチ周波数処理の対象となる他のX線画像データは、セグメンテーション対象となった原画像データの直後に撮影された原画像データでも良いし、さらにその後に撮影された原画像データでも良い。
(変形例6)
上述の各実施形態においてX線診断装置100が実行するものとして説明した処理を、X線診断装置100とは異なる情報処理装置が実行しても良い。X線診断装置100とは異なる情報処理装置とは、例えば、PC(Personal Computer)、タブレット端末、サーバ装置、ワークステーション等である。これらの情報処理装置は、本変形例における医用画像処理装置の一例である。
例えば、医用画像処理装置は、取得機能120、検出機能121、決定機能122、周波数分離機能123a、強調機能123b、および合成機能123cを備える画像演算回路12と、記憶回路11と、表示制御回路33と、モニタ34、および操作部9とを備えても良い。
なお、本明細書において扱う各種データは、典型的にはデジタルデータである。
以上説明した少なくとも1つの実施形態によれば、撮像視野に含まれる要素に応じて、マルチ周波数処理における適切なパラメータを決定することができる。
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、実施形態同士の組み合わせ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。
以上の実施形態に関し、発明の一側面および選択的な特徴として以下の付記を開示する。
(付記1)
被検体が撮像されたX線画像データから要素を検出する検出部と、
前記要素の検出結果に基づいて、マルチ周波数処理のパラメータを決定する決定部と、
前記決定されたパラメータに基づいて、前記X線画像データおよび当該X線画像データより後に撮像された他のX線画像データのうち少なくとも一方に対して前記マルチ周波数処理を実行する画像処理部と、
を備えるX線診断装置。
(付記2)
前記X線診断装置は、前記被検体が撮像されたX線画像データを繰り返し取得する取得部をさらに備え、
前記検出部は、新たに取得されたX線画像データについて前記要素の検出を繰り返し実行し、
前記決定部は、前記要素の検出に伴って前記パラメータの決定を繰り返し実行し、
前記画像処理部は、前記繰り返し決定されるパラメータに基づいて、前記マルチ周波数処理を繰り返し実行しても良い。
(付記3)
前記マルチ周波数処理は、前記X線画像データおよび前記他のX線画像データのうち少なくとも一方から、複数の周波数帯域ごとに分離された複数の周波数帯域データを生成する周波数分離処理を含んでも良く、
前記決定されるマルチ周波数処理のパラメータは、前記周波数分離処理に用いられる閾値を含んでも良く、
前記画像処理部は、前記閾値に基づいて、前記複数の周波数帯域データを分離しても良い。
(付記4)
前記周波数分離処理は、前記X線画像データおよび前記他のX線画像データのうち少なくとも一方にローパスフィルタを段階的にかけることにより、異なる周波数帯域が含まれる複数の周波数帯域データを生成する処理であってもよく、
前記閾値は、前記ローパスフィルタにおけるカットオフ周波数でも良い。
(付記5)
前記マルチ周波数処理は、前記複数の周波数帯域データの各々に係数をかけることにより、前記複数の周波数帯域データを強調または抑制する強調特性調整処理を含んでも良く、
前記決定されるマルチ周波数処理のパラメータは、前記係数を含んでも良い。
(付記6)
前記検出部は、前記X線画像データ上に描出された要素の種類、および前記要素が描出された画像領域を検出しても良く、
前記決定部は、検出された前記要素の種類、および前記要素が検出された前記画像領域の大きさに基づいて、前記パラメータを決定しても良い。
(付記7)
前記決定部は、前記要素が描出された画像領域が前記X線画像データ上に占める割合を前記要素ごとに算出し、当該割合に基づいて、前記閾値を決定しても良い。
(付記8)
前記検出部は、複数の学習用X線画像データと前記複数の学習用X線画像データに含まれる要素のセグメンテーション結果とを学習済みの学習済みモデルに、前記X線画像データを入力し、前記学習済みモデルから出力される、前記X線画像データに含まれる前記要素別のセグメンテーション結果を得ても良い。
(付記9)
前記決定部は、前記要素の検出結果に基づいて、異なる種類の前記要素が描出された複数の画像領域が重複する箇所を認識し、画像領域が重複する前記要素の種類に応じて、前記パラメータを決定しても良い。
(付記10)
前記決定部は、前記X線画像データおよび前記他のX線画像データを含む、連続して撮影された複数のX線画像データ全体に共通して使用される前記パラメータを決定しても良い。
(付記11)
前記決定部は、前記X線画像データ上で前記要素が描出された画像領域ごとに、前記パラメータを決定しても良い。
(付記12)
前記X線診断装置は、前記要素の種類に対応する前記パラメータが記憶された記憶部、をさらに備えても良く、
前記決定部は、前記X線画像データ上で前記要素が描出された画像領域ごとに、描出された前記要素の種類に対応する前記パラメータを、前記記憶部から選択しても良い。
(付記13)
前記決定部は、さらに、前記X線画像データの撮像の際に用いられる検査プロトコル、撮像視野、拡大率、および撮像に用いられる機器と前記被検体との位置関係のうちの少なくともいずれかに基づいて、前記パラメータを決定しても良い。
(付記14)
前記X線診断装置は、
前記被検体を載置する寝台と、
前記被検体を通過したX線を検出するX線検出器と、
前記X線検出器を支持するアームと、を備えても良く、
前記決定部は、X線源受像面間距離、前記寝台の高さ、または前記アームの回転量に基づいて、前記パラメータを決定しても良い。
(付記15)
被検体が撮像されたX線画像データから要素を検出する検出部と、
前記要素の検出結果に基づいて、マルチ周波数処理のパラメータを決定する決定部と、
決定された前記パラメータに基づいて、前記X線画像データおよび当該X線画像データより後に撮像された他のX線画像データのうち少なくとも一方に対して前記マルチ周波数処理を実行する画像処理部と、
を備える医用画像処理装置。
(付記16)
被検体が撮像されたX線画像データから要素を検出する検出ステップと、
前記要素の検出結果に基づいて、マルチ周波数処理のパラメータを決定する決定ステップと、
前記決定されたパラメータに基づいて、前記X線画像データおよび当該X線画像データより後に撮像された他のX線画像データのうち少なくとも一方に対して前記マルチ周波数処理を実行する画像処理ステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
5 保持アーム
7 画像演算・記憶部
8 表示装置
9 操作部
10 システム制御部
11,102 記憶回路
12 画像演算回路
13 画像データ記憶回路
17 寝台
20 画像データ生成部
33 表示制御回路
34 モニタ
60 背景領域
70,70a~70d 画像領域
81 原画像データ
82 領域分割済み画像データ
83 表示用画像
90 学習済みモデル
100 X線診断装置
101 処理回路
111 テーブル
120 取得機能
121 検出機能
122 決定機能
123 マルチ周波数処理機能
123a 周波数分離機能
123b 強調機能
123c 合成機能
b1,b10 背景データ
f0~f5,f00,f10,f20,f30,f40,f50 各周波数帯域データ
G1~G10 グラフ
P 被検体

Claims (16)

  1. 被検体が撮像されたX線画像データから要素を検出する検出部と、
    前記要素の検出結果に基づいて、マルチ周波数処理のパラメータを決定する決定部と、
    前記決定されたパラメータに基づいて、前記X線画像データ及び当該X線画像データより後に撮像された他のX線画像データのうち少なくとも一方に対して前記マルチ周波数処理を実行する画像処理部と、
    を備えるX線診断装置。
  2. 前記被検体が撮像されたX線画像データを繰り返し取得する取得部をさらに備え、
    前記検出部は、新たに取得されたX線画像データについて前記要素の検出を繰り返し実行し、
    前記決定部は、前記要素の検出に伴って前記パラメータの決定を繰り返し実行し、
    前記画像処理部は、前記繰り返し決定されるパラメータに基づいて、前記マルチ周波数処理を繰り返し実行する、請求項1に記載のX線診断装置。
  3. 前記マルチ周波数処理は、前記X線画像データおよび前記他のX線画像データのうち少なくとも一方から、複数の周波数帯域ごとに分離された複数の周波数帯域データを生成する周波数分離処理を含み、
    前記決定されるマルチ周波数処理のパラメータは、前記周波数分離処理に用いられる閾値を含み、
    前記画像処理部は、前記閾値に基づいて、前記複数の周波数帯域データを分離する、
    請求項1または2に記載のX線診断装置。
  4. 前記周波数分離処理は、前記X線画像データおよび前記他のX線画像データのうち少なくとも一方にローパスフィルタを段階的にかけることにより、異なる周波数帯域が含まれる複数の周波数帯域データを生成する処理であり、
    前記閾値は、前記ローパスフィルタにおけるカットオフ周波数である、
    請求項3に記載のX線診断装置。
  5. 前記マルチ周波数処理は、前記複数の周波数帯域データの各々に係数をかけることにより、前記複数の周波数帯域データを強調または抑制する強調特性調整処理を含み、
    前記決定されるマルチ周波数処理のパラメータは、前記係数を含む、
    請求項3または4に記載のX線診断装置。
  6. 前記検出部は、前記X線画像データ上に描出された要素の種類、および前記要素が描出された画像領域を検出し、
    前記決定部は、検出された前記要素の種類、および前記要素が検出された前記画像領域の大きさに基づいて、前記パラメータを決定する、
    請求項3から5のいずれか1項に記載のX線診断装置。
  7. 前記決定部は、前記要素が描出された画像領域が前記X線画像データ上に占める割合を前記要素ごとに算出し、当該割合に基づいて、前記閾値を決定する、
    請求項3から6のいずれか1項に記載のX線診断装置。
  8. 前記検出部は、複数の学習用X線画像データと前記複数の学習用X線画像データに含まれる要素のセグメンテーション結果とを学習済みの学習済みモデルに、前記X線画像データを入力し、前記学習済みモデルから出力される、前記X線画像データに含まれる前記要素別のセグメンテーション結果を得る、
    請求項3から7のいずれか1項に記載のX線診断装置。
  9. 前記決定部は、前記要素の検出結果に基づいて、異なる種類の前記要素が描出された複数の画像領域が重複する箇所を認識し、画像領域が重複する前記要素の種類に応じて、前記パラメータを決定する、
    請求項1から8のいずれか1項に記載のX線診断装置。
  10. 前記決定部は、前記X線画像データおよび前記他のX線画像データを含む、連続して撮影された複数のX線画像データに共通して使用される前記パラメータを決定する、
    請求項1から9のいずれか1項に記載のX線診断装置。
  11. 前記決定部は、前記X線画像データ上で前記要素が描出された画像領域ごとに、前記パラメータを決定する、
    請求項1から10のいずれか1項に記載のX線診断装置。
  12. 前記要素の種類に対応する前記パラメータが記憶された記憶部、をさらに備え、
    前記決定部は、前記X線画像データ上で前記要素が描出された画像領域ごとに、描出された前記要素の種類に対応する前記パラメータを、前記記憶部から選択する、
    請求項11に記載のX線診断装置。
  13. 前記決定部は、さらに、前記X線画像データの撮像の際に用いられる検査プロトコル、撮像視野、拡大率、および撮像に用いられる機器と前記被検体との位置関係のうちの少なくともいずれかに基づいて、前記パラメータを決定する、
    請求項1から12のいずれか1項に記載のX線診断装置。
  14. 前記被検体を載置する寝台と、
    前記被検体を通過したX線を検出するX線検出器と、
    前記X線検出器を支持するアームと、を備え、
    前記決定部は、X線源受像面間距離、前記寝台の高さ、または前記アームの回転量に基づいて、前記パラメータを決定する、
    請求項1から13のいずれか1項に記載のX線診断装置。
  15. 被検体が撮像されたX線画像データから要素を検出する検出部と、
    前記要素の検出結果に基づいて、マルチ周波数処理のパラメータを決定する決定部と、
    決定された前記パラメータに基づいて、前記X線画像データおよび当該X線画像データより後に撮像された他のX線画像データのうち少なくとも一方に対して前記マルチ周波数処理を実行する画像処理部と、
    を備える医用画像処理装置。
  16. 被検体が撮像されたX線画像データから要素を検出する検出ステップと、
    前記要素の検出結果に基づいて、マルチ周波数処理のパラメータを決定する決定ステップと、
    前記決定されたパラメータに基づいて、前記X線画像データおよび当該X線画像データより後に撮像された他のX線画像データのうち少なくとも一方に対して前記マルチ周波数処理を実行する画像処理ステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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