JP2023080880A - 医用画像処理装置、x線診断装置及びプログラム - Google Patents

医用画像処理装置、x線診断装置及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】X線画像におけるデバイスの視認性を向上すること。【解決手段】実施形態に係る医用画像処理装置は、画像取得部と、処理部とを備える。画像取得部は、体内にデバイスが挿入された被検体の心位相における一部の期間において順次収集されたX線画像を取得する。処理部は、取得された複数のX線画像に含まれるデバイスの特徴領域を特定し、複数のX線画像に含まれる基準画像において特定された特徴領域の位置を基準位置として、複数のX線画像において基準画像の後に収集されたX線画像における特徴領域の位置について基準位置に基づいて位置合わせをする。【選択図】図1

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、医用画像処理装置、X線診断装置及びプログラムに関する。
血管内インターベンション治療ではカテーテルやガイドワイヤ、ステント等のデバイスを血管内に挿入して治療対象部位まで精度よく移動させて、デバイスを拡張して狭窄部位を機械的に拡張する処置や、デバイスを体内に留置する処置を行う。この治療法では、処置を実施する位置を決め、処置が完了したことを確認することが必要であり、通常、医師は、X線診断装置によりリアルタイムに生成表示されるX線画像を参照して、上記処置及びその完了の確認を行う。例えば、ガイドワイヤには、バルーンやステントの位置を示すマーカーとして、X線不透過の金属が2箇所(1箇所の場合もある)取り付けられる。医師は、モニタに表示されたX線画像に描出されたマーカーを参照して、処置を実施する位置を決める。さらに、医師は、X線画像上に描出されたデバイスを参照して、処置の完了確認を行う。
しかし、心臓のように拍動を行う臓器の血管内インターベンション治療では、心拍動や体動、呼吸等により撮影視野内でのデバイスの位置が変動する場合がある。そのため、デバイスを挿入して複数のX線画像を収集すると、X線画像ごとにデバイスが描出される位置が変動し、デバイスの視認性が低下する。そこで、順次収集されモニタに表示されるX線画像に対し、各X線画像に描出される2点のマーカーをそれぞれ検出し、各X線画像における2点のマーカーの位置が過去画像と同じ位置になるように、X線画像に対して変形処理や位置合わせ処理を施すことで、デバイスが仮想的に止まって見える動画表示を行う技術が知られている。また、2点のマーカーの位置が同じ位置になるように補正された複数のX線画像を、例えば、加算平均することにより、デバイスを強調して表示する技術が知られている。
特開2019-118834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は、X線画像におけるデバイスの視認性を向上することである。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付けることもできる。
実施形態に係る医用画像処理装置は、画像取得部と、処理部とを備える。画像取得部は、体内にデバイスが挿入された被検体の心位相における一部の期間において順次収集されたX線画像を取得する。処理部は、取得された複数のX線画像に含まれるデバイスの特徴領域を特定し、複数のX線画像に含まれる基準画像において特定された特徴領域の位置を基準位置として、複数のX線画像において基準画像の後に収集されたX線画像における特徴領域の位置について基準位置に基づいて位置合わせをする。
図1は、第1の実施形態に係る医用画像処理装置の構成の一例を示すブロック図である。 図2は、ステントを描出したX線画像に対する位置合わせ処理と加算処理の一例を示す図である。 図3は、第1の実施形態に係る処理の手順を示すシーケンス図である。 図4は、第1の実施形態に係る心電波形と心臓の周期的な動きの対応関係の一例を示す図である。 図5は、第1の実施形態に係る照射期間とパルス照射の対応関係の一例を示す図である。 図6は、第1の実施形態に係る位置合わせ処理と加算処理の一例を示す図である。 図7は、第1の実施形態に係る位置合わせ処理の詳細の一例を示す図である。 図8は、第1の実施形態に係る位置合わせ処理の詳細の一例を示す図である。 図9は、その他の実施形態に係るX線診断装置の構成の一例を示すブロック図である。
以下、図面を参照しながら、医用画像処理装置、X線診断装置及びプログラムの実施形態について詳細に説明する。なお、本願に係る医用画像処理装置、X線診断装置及びプログラムは、以下に示す実施形態によって限定されるものではない。
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る医用画像処理装置の構成を説明する。図1は、第1の実施形態に係る医用画像処理装置1の構成の一例を示すブロック図である。図1に示すように、医用画像処理装置1は、処理回路11と、入力インターフェース12と、ディスプレイ13と、記憶回路14とを備える。そして、医用画像処理装置1は、ネットワークを介してX線診断装置2に接続される。
X線診断装置2は、処理回路27を備え、処理回路27による制御に基づいてX線を照射する。そして、X線診断装置2は、X線画像データを収集する。例えば、第1の実施形態に係るX線診断装置2は、心電波形情報に基づいてX線画像データを収集する。なお、X線診断装置2の詳細については、後述する。
処理回路11は、記憶回路14に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、画像取得機能111、処理機能112、補正画像生成機能113及び表示制御機能114として機能する。処理回路11は、例えば、プロセッサから構成される。処理回路11は、X線診断装置2からX線画像データを取得し、画像処理を実行する。画像取得機能111は、画像取得部の一例である。処理機能112は、処理部の一例である。補正画像生成機能113は、補正画像生成部の一例である。表示制御機能114は、表示制御部の一例である。
画像取得機能111は、ネットワークを介してX線画像データを取得する。処理機能112は、X線画像データに対し画像処理を行い、X線画像を生成する。さらに、処理機能112は、生成したX線画像を記憶回路14に記憶させる。補正画像生成機能113は、X線画像に基づいて補正画像を生成する。表示制御機能114は、各種X線画像をディスプレイ13に表示させる。なお、画像取得機能111、処理機能112、補正画像生成機能113及び表示制御機能114の詳細については、後述する。
入力インターフェース12は、ユーザからの各種の入力操作を受け付ける入力装置から構成される。入力インターフェース12は、ユーザから入力操作を受け付け、受け付けた入力操作に対応する電気信号を処理回路11に出力する。例えば、入力インターフェース12は、マウスやキーボード、トラックボール等の各種ボタン、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、音声入力回路等から構成される。なお、入力インターフェース12は、装置本体と無線通信可能なタブレット端末等で構成されても構わない。また、入力インターフェース12は、マウスやキーボード等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、装置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、この電気信号を処理回路11へ出力する電気信号の処理回路も、入力インターフェース12の例に含まれる。
ディスプレイ13は、各種の情報を表示する表示装置から構成される。例えば、ディスプレイ13は、処理回路11の制御のもと、GUI(Graphical User Interface)、各種のX線画像等を表示する。
記憶回路14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や、ハードディスク、光ディスク等から構成され、各種情報、各種データ及び各種プログラムが記憶される。記憶回路14は、例えば、GUI(Graphical User Interface)、X線画像、X線画像データ等が記憶される。また、記憶回路14は、処理回路11によって実行され、処理回路11を画像取得機能111、処理機能112、補正画像生成機能113、表示制御機能114として機能させるプログラムを記憶する。
以上、本実施形態に係る医用画像処理装置1の構成の一例について説明した。かかる構成のもと、本実施形態の医用画像処理装置1は、X線画像におけるデバイスの視認性を向上することを可能にする。具体的には、医用画像処理装置1は、X線画像中のデバイスにおいて被検体の心拍による変動が小さい期間に収集された複数のX線画像に基づいて、デバイスの位置合わせを行う。これにより、医用画像処理装置1は、心拍動による影響をより受けずにデバイスの位置合わせ処理を実行するので、デバイスの視認性を向上することを可能にする。
上述したように、医用画像処理装置は、血管内インターベンション治療において、デバイスを仮想的に止めたように見せる動画表示を行うことができる。さらに、医用画像処理装置は、マーカーを目印にして位置合わせした複数のX線画像に対し加算処理を行い、デバイスを強調表示することもできる。例えば、医師は冠動脈狭窄の治療において透視画像を観察してステントの留置位置を決めるが、ステントのX線不透過性はマーカーのX線不透過性よりも低く、視認性が悪い。そこで、医用画像処理装置は、マーカーを目印として複数枚の透視画像間の位置合わせを行い、加算することでステントを強調して表示し、ステントの留置を支援する。
しかしながら、医用画像処理装置は、デバイスを強調表示する際に、拍動によるデバイスの動きボケが大きい画像と動きボケが小さい画像を区別せずに加算処理を実行すると、強調表示対象のデバイスを不明瞭に描出することがある。
また、医用画像処理装置は、拍動による血管の屈曲に伴いデバイスが変形する場合に、デバイスを精度良く位置合わせできない場合がある。例えば、医用画像処理装置は、収集された複数フレームの画像を順次取得し、時系列に沿って前フレームの画像から検出した2つのマーカーを目印として画像変形や回転処理等をして、デバイスの位置合わせを行う。この時、フレーム間のマーカー同士の位置合わせは行われるが、2点のマーカー間に存在するデバイスの形状同士の位置合わせは行われない。そのため、取得した複数フレームのX線画像に、拍動によるデバイスの変形が大きい画像とデバイスの変形が小さい画像の両方が含まれると、X線画像上に描出されたステントやバルーンのうち、マーカー周辺以外の部分において、不明瞭に表示される箇所が生じる可能性がある。
図2は、ステントを描出したX線画像に対する位置合わせ処理と加算処理の一例を示す図である。図2を用いて、拍動により屈曲したステントに関する位置合わせ処理P1と加算処理の概要を説明する。ここで、位置合わせ処理P1を実行する医用画像処理装置は、時系列に沿って順次収集されたX線画像データのうち、最新のX線画像データとそれよりも前に収集された所定の枚数のX線画像データを取得する。例えば、図2に示すように、最新のX線画像データI11とそれよりも前に収集されたX線画像データI10が取得される。そして、X線画像データI11は、X線画像データI10における2点のマーカーの位置に基づいて、位置合わせ処理P1によりマーカーの位置合わせがなされる。ここで、ステントにおける金属メッシュ部分であるストラットは、拍動による血管の屈曲に伴い変形することで、ストラットのメッシュ模様に変化を生じさせる場合がある。
しかしながら、位置合わせ処理P1は、図2に示すように、マーカーを対象とした画像変形を行うのみであり、マーカー以外の部分を対象とした画像変形を行わない。そして、X線画像データI11は、位置合わせ処理P1が実行された後の加算処理においてストラットが変形したままX線画像データI10と加算される。その結果、生成された加算処理後画像I20のステントの形状やメッシュ模様は不明瞭となり、ユーザにとってステントの視認性が低下したものとなる。
そこで、本実施形態の医用画像処理装置1では、心電波形情報に基づいて拍動による動きが少ない期間に収集されたX線画像に対し、デバイスの特徴領域を特定して、デバイスの特徴領域に基づいた位置合わせを行う。これにより、医用画像処理装置1は、心拍動による影響を抑えてフレーム間のデバイス同士を位置合わせした画像を表示する。
ここで、医用画像処理装置1による処理の手順を説明する。図3は、第1の実施形態における医用画像処理装置1とX線診断装置2による処理の手順を示すシーケンス図である。以下では、まず、シーケンス図の各ステップの概要を説明し、その後、各ステップにおける処理の詳細について説明する。図3におけるステップS101~ステップS107は、X線診断装置2の処理回路27が実行することで実現される。そして、ステップS111は、処理回路11が、画像取得機能111に対応するプログラムを記憶回路14から読出して実行することで実現される。また、ステップS112~ステップS114は、処理回路11が、処理機能112に対応するプログラムを記憶回路14から読出して実行することで実現される。また、ステップS115は、処理回路11が、補正画像生成機能113、表示制御機能114に対応するプログラムを記憶回路14から読出して実行することで実現される。また、ステップS116は、処理回路11が、表示制御機能114に対応するプログラムを記憶回路14から読出して実行することで実現される。また、ステップS117~ステップS119は、処理回路11が、処理機能112に対応するプログラムを記憶回路14から読出して実行することで実現される。
図3に示すように、第1の実施形態に係るX線診断装置2の処理回路27は、被検体へX線を照射する照射期間を決定(ステップS101)し、心電波形情報を収集する(ステップS102)。そして、処理回路27は、心電波形情報及び入力インターフェースを介したX線照射指示(例えば、X線を照射させるためのスイッチの押下等)の受け付け状況に基づいて、照射タイミングか否かを判定する(ステップS103)。ここで、処理回路27は、照射タイミングでない場合(ステップS103:No)には、ステップS103に戻る。一方、照射タイミングである場合(ステップS103:Yes)には、処理回路27は、被検体にX線を照射する(ステップS104)。そして、処理回路27は、X線画像データを収集して(ステップS105)、医用画像処理装置1へ収集したX線画像データを転送する(ステップS106)。そして、処理回路27は、入力インターフェースを介してX線照射指示が終了したかを判定し(ステップS107)、X線照射指示が終了していない場合(ステップS107:No)にはステップS103に戻る。一方、処理回路27は、X線照射指示が終了した場合(ステップS107:Yes)にはX線診断装置2における処理を終了する。
ステップS106においてX線画像データが転送されると、第1の実施形態に係る医用画像処理装置1の処理回路11は、X線画像データを順次取得する(ステップS111)。そして、処理回路11は、取得したX線画像データ内のデバイスの特徴領域を特定し(ステップS112)、基準画像と基準位置を決定する(ステップS113)。そして、処理回路11は、基準位置に基づいて位置合わせ処理を実行し(ステップS114)、補正画像を生成する(ステップS115)。さらに、処理回路11は、補正画像に基づいて加算画像データを生成しディスプレイに表示する(ステップS116)。そして、処理回路11は、操作者による入力インターフェース12を介した一連の処理の終了指示である、終了操作を受け付けたか否かを判定する(ステップS117)。ここで、終了操作を受け付けていない場合(ステップS117:No)には、処理回路11は、新たに取得した新規画像データにおけるデバイスの特徴領域を特定して(ステップS118)、位置合わせ処理を実行する(ステップS114)。一方、処理回路11は、終了操作を受け付けた場合(ステップS117:Yes)には医用画像処理装置1における処理を終了する(ステップS119)。
続いて、第1の実施形態に係る医用画像処理装置1とX線診断装置2による処理の詳細について説明する。操作者は、フットスイッチの踏み込み等を行うことで、X線照射の指示を行う。入力インターフェースがX線照射指示を受け付けると、X線診断装置2の処理回路27は、心電波形情報に基づいて被検体の心位相における一部の期間のみX線を照射してX線画像データを収集する。そして、X線診断装置2は、入力インターフェースがX線照射指示を受け付けなくなると、X線照射を終了する。ここで、心位相における一部の期間は、被検体の心臓の拍動において相対的に動きが小さい期間を含む。さらに、相対的に動きが小さい期間とは、一心拍における心電図波形の変動が相対的に小さい期間に相当し、例えば、心室の収縮期において心臓の動きが小さい期間と、心室の拡張期において心臓の動きが小さい期間である。
なお、心臓は一心拍中に収縮と拡張を行い血液の拍出を行う。具体的には、一心拍の間に、心房が収縮し(心電図波形におけるP波)、その後に心室が収縮する(Q波~R波~S波)。続いて、心室が拡張する(T波)。このとき、心室の収縮期はR波の頂点からT波の終わり付近までに相当し、心室の拡張期はT波の終わり付近から次に生じるR波の頂点までに相当する。ここで、心臓は、収縮又は拡張するときに大きく動くが、心室の収縮期と心室の拡張期の一部において比較的小さい動きをなす。そこで、本実施形態では、心室の収縮期と心室の拡張期の少なくとも一つの期間における心臓の動きが小さい期間にX線画像データを収集する。
X線診断装置2の処理回路27が備える画像収集機能は、心電波形情報に基づいて、一心拍において被検体にX線を複数回連続して照射する期間である照射期間を決定する。例えば、画像収集機能は、X線診断装置2が心電計などから取得した心電波形情報に基づいて、図4に示す収縮期照射期間と拡張期照射期間とのうち少なくとも一つの期間を照射期間と決定する。なお、画像収集機能は、収縮期照射期間と拡張期照射期間とのうち少なくとも一つの期間を、入力インターフェースを介した操作者からの指定に基づいて決定しもよく、或いは、プリセットされた情報に基づいて決定してもよい。ここで、収縮期照射期間とは、心室の収縮期において心臓の動きが小さい期間である。同様に、拡張期照射期間とは、心室の拡張期において心臓の動きが小さい期間である。なお、図4は、第1の実施形態に係る心電波形と心臓の周期的な動きの対応関係の一例を示す図である。
ここで、心電波形情報とは、被検体からリアルタイムに収集された心電波形(ECG:Electro cardiogram)に関して、心電計により特定された、R波及びT波が生じたタイミングを有する情報である。例えば、心電波形情報は、心電波形や、R波とT波がそれぞれ生じたタイミング(タイムスタンプ情報)を記録したデータ等である。なお、心電波形情報は、必ずしもR波及びT波を検出した情報でなくともよく、例えば、R波のみ検出された情報であっても良い。また、心電波形情報は、R波及びT波のみならず、P波やQ波、R波、S波が生じたタイミングも検出された情報であってもよい。
画像収集機能は、決定した照射期間の始点Sと、照射期間の終点Eと、X線の照射間隔とを、予め設定されたプリセットから読出して決定する。なお、X線の照射間隔は、照射期間の始点Sと照射期間の終点Eとの間に実行される、X線の連続照射のパルスレートである。例えば、画像収集機能は、予め設定されたX線条件等からパルスレートを読出すことで、照射間隔を決定する。ここで、照射期間ごとに異なるパルスレートが設定されてもよい。
なお、プリセットは、被検体のR-R間隔や心室の収縮期や心室の拡張期を人体の一般的な心位相の傾向から仮定し、当該心位相の傾向を基準に設定される。換言すると、プリセットは、一般的なR-R間隔や、一心拍における心室の収縮と心室の拡張との発生割合を含む、人体の取りうる心拍変動値に基づいて、照射期間の始点Sと照射期間の終点Eとを決定したものである。
しかしながら、被検体ごとに心位相の傾向は異なる。例えば、被検体によっては、一心拍における収縮期照射期間の割合がプリセットと比べて高く、拡張期照射期間の割合がプリセットと比べて低いことがある。また、被検体のR-R間隔がプリセットのR-R間隔よりもα%長い場合が生じる可能性がある。そこで、画像収集機能は、プリセットから読み出した照射期間と、実際の心電波形情報とを比較して、照射期間の始点Sと照射期間の終点Eを調整しても良い。具体的には、画像収集機能は、心電波形情報や直近の被検体の状況に基づいて実際に心臓の動きが小さい期間を推測し、照射期間が推測した期間となるようにプリセットの照射期間の始点Sと照射期間の終点Eを調整する。さらに、画像収集機能は、上記した照射期間の調整に伴い、X線の照射回数を増減させてもよい。
図5は、第1の実施形態に係る照射期間とパルス照射の対応関係の一例を示す図である。ここで、図5では、心電波形と2種の照射期間と各照射期間に対応するパルス照射との対応関係を示す。収縮期照射期間に対応するパルス照射は、図5に示す(a)収縮期パルス照射である。画像収集機能は、収縮期照射期間における1回目のパルス照射に相当する照射期間の始点S1と、収縮期照射期間における最後のパルス照射に相当する照射期間の終点E1と、照射間隔を決定する。例えば、図5の場合、照射期間の始点S1は、プリセットに基づいて、心電波形情報により直前のR波を検出してからTS1秒後と決定される。また、照射期間の終点E1は、プリセットに基づいて、T波を検出してからTE1秒後と決定される。さらに、画像収集機能は、収縮期照射期間における照射間隔をプリセットから読出して決定し、照射期間の始点S1と照射期間の終点E1との間に実行するX線照射の回数を決定する。図5においては、収縮期照射期間に5回X線照射する場合を示しているが、画像収集機能は、上述したプリセットと直近の被検体の状況や心電波形情報とを比較して、照射回数を適宜変更することで、上述した照射回数の増減を行ってもよい。
同様に、拡張期照射期間に対応するパルス照射は、図5に示す(b)拡張期パルス照射である。画像収集機能は、拡張期照射期間における1回目のパルス照射に相当する照射期間の始点S2と、拡張期照射期間における最後のパルス照射に相当する照射期間の終点E2と、照射間隔とを決定する。例えば、図5において、照射期間の始点S2は、プリセットにより、心電波形情報から直前のT波を検出してからTS2秒後と決定される。また、照射期間の終点E2は、次に検出されたR波と決定される。拡張期照射期間における照射間隔は、プリセットの読出しにより決定される。図5においては、拡張期照射期間に10回X線照射する場合を示しているが、画像収集機能は、直近の被検体の状況や心電波形情報、プリセットに応じて照射回数を適宜変更してもよい。
なお、各照射期間に関する照射期間の始点及び終点のプリセットは、いずれも心電計がR波を検出してから経過した時間で設定されてもよい。例えば、(a)収縮期パルス照射について、照射期間の始点S1をR波の検出からTS1秒後と設定し、照射期間の終点E1をR波の検出からTE1-R秒後と設定されてもよい。同様に、(b)拡張期パルス照射について、照射期間の始点S2をR波の検出からTS2-R秒後と設定し、照射期間の終点E2をR波の検出からTE2-R秒後と設定されてもよい。
また、各照射期間に関する照射期間の始点及び終点のプリセットは、R波とR波の間の期間を指すR-R間隔のように、一般に収集し易いとされる期間に基づいて設定されてもよい。具体的には、直前のR波が生じたタイミングをR-R間隔の0%とし、次のR波が生じたタイミングをR-R間隔の100%と定める。この場合に、例えば、(a)収縮期パルス照射における照射期間の始点S1をR―R間隔の7%と設定し、照射期間の終点E1をR―R間隔の28%と設定してもよい。同様に、(b)拡張期パルス照射について、照射期間の始点S2をR―R間隔の35%と設定し、照射期間の終点E2をR―R間隔の100%と設定してもよい。これにより、画像収集機能は、直前のR波の発生タイミングと、R-R間隔とを心電波形情報から収集することで、X線の照射期間を決定することができる。
なお、上記した画像収集機能では、収縮期照射期間と拡張期照射期間の一方を照射期間に決定する場合を説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。照射期間は、収縮期照射期間と拡張期照射期間の両方であると決定されてもよい。さらに、照射期間は、収縮期照射期間の一部と拡張期照射期間の一部との組みあわせから構成されてもよい。例えば、デバイスの形状が、収縮期照射期間と拡張期照射期間とで変化が少ない場合がある。そこで、画像収集機能は、心電波形情報とプリセットによるしきい値を基に、拍動が及ぼす収縮期照射期間と拡張期照射期間のデバイスの動き量を予測する。そして、画像収集機能は、予測した結果と心電波形情報と照射間隔とに基づいて、収縮期照射期間の一部と拡張期照射期間の一部を選択し、選んだ組み合わせを照射期間とする。例えば、画像収集機能は、収縮期照射期間の始点からT波が発生するまでの期間と、拡張期照射期間の始点から終点までの期間とを組み合わせて照射期間とする。なお、デバイスの動き量の予測方法は、上述した心電波形情報を用いる場合に限らず、事前にX線画像を収集してデバイスの動き量を算出することで、デバイスの動き量を予測するなど、種々の手法によってなされてよい。
次に、画像収集機能は、図3で示したように、心電計がリアルタイムで収集している心電波形情報を収集する。そして、画像収集機能は、決定した照射期間内であるか、かつX線診断装置2の入力インターフェースが操作者からX線照射の指示を受け付けたか判定することで、照射タイミングであるか否かを判定する。例えば、当該判定を行う時点において、決定した照射期間内であり、かつX線照射指示を受け付けている場合には、画像収集機能は、X線管とX線検出器を制御してX線照射を実行する。また、当該判定を行う時点において、決定した照射期間外であり、かつX線照射指示を受け付けている場合には、画像収集機能は、次の照射期間においてX線管とX線検出器を制御してX線照射を実行する。そして、画像収集機能は、X線検出器により検出されたX線に基づいてX線画像データを収集する。さらに、画像収集機能は、ネットワークを介して医用画像処理装置1へ収集したX線画像データを転送する。なお、画像収集機能は、X線照射指示を受け付けていない場合は、照射期間に含まれる時点であってもX線照射を実行しない。
例えば、拡張期照射期間に照射する場合、画像収集機能は心電波形情報を参照し続け、拡張期照射期間ではない時点にX線照射指示を受け付けると、照射期間の始点S2のトリガとなるT波が検出されるまで心電波形情報を参照する。そして、T波が生じたことを検出すると、画像収集機能は、T波からTS2秒後(照射期間の始点S2)に被検体へのX線照射を実行する。そして、画像収集機能は、次のR波(照射期間の終点E2)になるまで、設定された照射間隔A[fps]でパルス照射する。この間、画像収集機能は、X線画像データの収集と画像データの転送を逐次実行する。
画像取得機能111は、体内にデバイスが挿入された被検体の心位相における一部の期間において順次収集されたX線画像データを取得する。例えば、画像取得機能111は、X線診断装置2からネットワークを介してX線画像データを順次取得する。これにより、画像取得機能111は、心臓の動きが小さい期間に収集され、デバイスが描出されたX線画像データを取得する。
処理機能112は、複数のX線画像データそれぞれに含まれるデバイスの特徴領域をそれぞれ特定する。具体的には、処理機能112は、複数のX線画像データに描出されたデバイスが有する特徴物を少なくとも一つ検出し、当該デバイスの特徴物を含むX線画像データの領域をデバイスの特徴領域として特定する。ここで、デバイスが有する特徴物とは、X線画像に描出されたマーカーなど、デバイスにおいて比較的X線の不透過率が高いものである。特徴物を検出する方法は、教師画像を用いたテンプレートマッチングや、X線画像データの高周波成分を含む高周波画像の生成に基づく特徴物の検出等、既知の方法でよい。また、操作者が入力インターフェース12を介してX線画像データの少なくとも1枚に対して特徴物を指定することに基づいて、特徴物が検出されてもよい。さらに、特徴物は少なくとも1つあればよい。
デバイスの特徴領域の特定においては、(1)検出された特徴物の位置に基づいてX線画像上において当該デバイスの一定の部分を特定し、当該一定の部分の領域又はその近傍の領域を特徴領域としたり、(2)検出された特徴物そのものの領域又はその近傍の領域を特徴領域としたりすることができる。取得された複数のX線画像データに2点のマーカーを備えるガイドワイヤとステントが描出される場合について(1)の例を挙げると、処理機能112は、複数のX線画像データそれぞれに対し、デバイスの特徴物である2点のマーカーの検出を行う。そして、処理機能112は、検出された2点のマーカーの位置に基づいて、X線画像データにおいて両マーカー間をつなぐガイドワイヤを検出し、両マーカーとガイドワイヤが描出された領域又はその近傍を特徴領域として特定する。これにより、処理機能112は、特徴物たるマーカーを含む特徴領域を特定する。同場合について(2)の例を挙げると、処理機能112は、複数のX線画像データそれぞれに対し、デバイスの特徴物である2点のマーカーの検出を行う。そして、処理機能112は、両マーカーが描出された領域又はその近傍を特徴領域として特定する。これにより、処理機能112は、特徴物たるマーカーを含む特徴領域を特定する。
次に、処理機能112は、複数のX線画像データにおける1枚のX線画像データを位置合わせ処理P2の基準画像データと定める。そして、処理機能112は、基準画像データにおける特徴領域の位置を基準位置とする。具体的には、処理機能112は、取得した複数のX線画像データにおいて、被検体の心位相における一部の期間に初めに収集されたX線画像データを基準画像データと定める。例えば、複数のX線画像データが、拡張期照射期間の始点S2から順次照射された画像データである場合、処理機能112は、照射期間の始点S2に照射され収集された画像データを基準画像データと定める。例えば、処理機能112は、当該基準画像データから検出した2点のマーカーを含む領域の位置である、デバイスの特徴領域の位置を基準位置と定める。
なお、処理機能112に定められる基準画像データは、上述した、照射期間において初めに収集されたX線画像データである場合に限定されない。例えば、処理機能112は、操作者による操作に応じて決定される画像を基準画像データと定める。具体的には、操作者によるX線照射指示(例えば、フットスイッチを踏み込む動作)に応じて、処理機能112は、X線照射指示を受け付けた後に1回目に照射され収集されたX線画像データを基準画像データと定める。また、X線照射指示を受け付けて収集されたX線画像データに対してNフレーム後のX線画像データを基準画像データとしてもよい。あるいは、複数のX線画像データにおいて、操作者により基準画像データの指定が付与されている場合には、処理機能112は、当該指定を受けたX線画像データを基準画像データと定めてもよい。
また、処理機能112がX線画像データを評価して基準画像データを決定してもよい。具体的には、処理機能112は、複数のデバイスの特徴領域の形状に基づいて、当該特徴領域の形状の屈曲度をそれぞれ評価する。そして、処理機能112は、評価結果に基づいてデバイスの屈曲が小さい画像を基準画像データと定める。なお、形状の屈曲度は、マーカー間のデバイスに関する屈曲の度合いを指す。例えば、処理機能112は、複数のX線画像データからそれぞれ検出した、2点のマーカー間の距離を屈曲度と設定する。そして、処理機能112は、複数のX線画像データに対し屈曲度(2点のマーカー間の距離)を算出し、屈曲度が設定されたしきい値よりも大きい場合はデバイスの屈曲が生じてないとみなして、該当するX線画像データを抽出する。そして、処理機能112は、屈曲度がしきい値よりも大きいX線画像データのうち、収集タイミングが早いX線画像データを基準画像データと定める。なお、屈曲度の評価に用いるしきい値は、固定値である場合に限らず、マーカー間の距離の平均値でもよい。このとき、処理機能112は、算出した屈曲度と平均値との差分(偏差)が小さい場合に、デバイスの屈曲が小さいと評価する。具体的には、処理機能112は、複数のX線画像データそれぞれで算出したマーカー間の距離と当該距離の平均値との差分が小さいX線画像データを、デバイスの屈曲が小さいと評価する。
ここで、2点のマーカーを含む特徴領域に関する屈曲度の算出方法は、上述したマーカー間の距離を基に算出する方法に限らない。具体的には、処理機能112は、特徴領域の輪郭に基づいて屈曲度を算出してもよい。
そして、処理機能112は、複数のX線画像データにおいて基準画像データの後に収集されたX線画像データにおける特徴領域の位置を基準位置に基づいて位置合わせする。具体的には、処理機能112は、特定した複数のデバイスの特徴領域について、基準画像データにおけるデバイスの特徴領域の形状に合わせて、基準画像データ以外のX線画像データのデバイスの特徴領域の形状を変形することにより、複数のデバイスの特徴領域の形状を合わせる変形処理(位置合わせ処理P2)を実行する。
例えば、処理機能112は、複数のX線画像データの特徴領域のうち、基準画像データの後に収集されたX線画像データに対し回転や平行移動、拡大、縮小させて画像データを変形する。これにより、処理機能112は、変形対象画像データの2点のマーカーの位置をそれぞれ基準画像データの2点のマーカーに位置合わせする。
補正画像生成機能113は、位置合わせ処理に基づいて、基準画像データの後に収集されたX線画像データから補正画像データを生成する。例えば、補正画像生成機能113は、複数のX線画像データに対し位置合わせ処理P2を実行した結果である補正画像データを生成する。そして、補正画像生成機能113は、生成した補正画像データを記憶回路14に格納する。
表示制御機能114は、複数の補正画像データを加算して生成された加算画像データをディスプレイ13に表示する。具体的には、表示制御機能114は、複数の補正画像データを重み付け加算して生成された加算画像データをディスプレイ13に表示する。その後、表示制御機能I14は、補正画像データが時系列に沿って新たに作成されるごとに、設定されたフレーム数の補正画像データを用いて加算画像データを作成する。例えば、表示制御機能I14は、予め設定されたフレーム数が5枚である場合、補正画像データが順次生成されるごとに、新たに生成された補正画像データを含めて時系列に沿って直前の5フレームの補正画像データを用いて加算画像データを作成する。そして、表示制御機能114は、加算画像データをディスプレイ13に表示する。これにより、ディスプレイ13に表示される画像は、最新のデバイスの形状を含んで描出された、デバイスの強調画像となる。
なお、表示制御機能114は、基準画像データも加算処理の対象としてもよい。また、上述した加算処理の重み付け係数はプリセットにより設定されてよい。さらに、重み付け係数の設定方法は、既知の手法でなされてよいものとする。そして、加算処理の方法は、上述したような設定フレーム数の補正画像データを加算することに限定されず、過去に作成した加算画像データに新たな補正画像データを加算して作成してもよい。例えば、表示制御機能114は、直前に作成した加算画像データに、時系列に沿って新たに作成された補正画像データを加算して加算画像データを作成してもよい。
以上の構成により、医用画像処理装置1は、心電波形情報に基づいて拍動による動きが少ない期間に収集されたX線画像データを用いることで、デバイスの変形が少ないX線画像データを処理対象とすることができる。これにより、医用画像処理装置1は、前述の位置合わせ処理P1のような、マーカーの領域又はその近傍を特徴領域とする位置合わせ処理(例えば、2つのマーカーのみを目印とした位置合わせ処理)を行った場合でも、デバイスの視認性が高い画像を生成することができる。
上述したように、医用画像処理装置1は、拍動による動きが少ない期間に収集されたX線画像データを位置合わせ処理の対象とすることで、デバイスの視認性を向上させることができる。しかしながら、拍動による動きが少ない期間に収集されたX線画像データに、ステント等のデバイスの屈曲が生じたX線画像データが含まれる場合もある。そこで、医用画像処理装置1は、デバイスの特徴領域の詳細な形状を考慮して位置合わせ処理を実行することもできる。以下、医用画像処理装置1が、複数のX線画像データに2点のマーカーと、マーカーを備えるガイドワイヤとステントを描出する場合を例に説明する。
処理機能112は、複数のX線画像データそれぞれに対し、デバイスの特徴物である2点のマーカーの検出を行う。そして、処理機能112は、X線画像データに対し、検出した2点のマーカーを目印に、マーカー間に存在するガイドワイヤを検出する。続いて、処理機能112は、2点のマーカーと検出したガイドワイヤとを含む領域をデバイスの特徴領域とする。なお、ガイドワイヤの検出方法は既知の手法でなされてよい。例えば、マーカー付近の領域におけるX線の不透過率が高いものを探索する画像処理等により、ガイドワイヤが検出されてよい。また、処理機能112は、マーカーとガイドワイヤのみならず、ステントを検出し、マーカーとガイドワイヤとステントを含む領域をデバイスの特徴領域として検出してもよい。
次に、処理機能112は、取得した複数のX線画像データにおいて、位置合わせ処理P2の基準画像データを定める。基準画像データは、上述したように、被検体の心位相における一部の期間に初めに収集されたX線画像データや、操作者による操作に応じて決定されるX線画像データであってよい。
また、上述したように、処理機能112が複数のデバイスの特徴領域の形状に基づいて、デバイスの特徴領域の形状の屈曲度をそれぞれ評価し、評価結果に基づいてデバイスの屈曲が小さい画像を基準画像データと定めてもよい。ここで、特定されたデバイスの特徴領域は、マーカー間に存在するガイドワイヤに沿った形状をなす。これに基づいて、処理機能112は、デバイスの特徴領域におけるガイドワイヤの屈曲度合いを算出することで特徴領域の形状の屈曲度を算出する。なお、処理機能112は、デバイスの特徴領域の輪郭に基づいて、デバイスの特徴領域の形状の屈曲度を算出してもよい。
そして、処理機能112は、算出したガイドワイヤの屈曲度を予め設定されたしきい値と比較することで、ガイドワイヤの屈曲が小さいX線画像データを基準画像データと定める。なお、屈曲度の評価に用いるしきい値は、固定値である場合に限らず、ガイドワイヤの屈曲度の平均値でもよい。このとき、処理機能112は、算出した屈曲度とその平均値との差分(偏差)が小さい場合に、デバイスの屈曲が小さいと評価する。ここで、特徴領域の形状の屈曲度の算出方法は、上述したガイドワイヤの屈曲度合いを算出する方法に限らない。具体的には、2点のマーカー間の距離から屈曲度を算出してもよい。また、ガイドワイヤの屈曲度合いと2点のマーカー間の距離の組みあわせにより特徴領域の形状の屈曲度を算出してもよい。
図6は、第1の実施形態に係る位置合わせ処理と加算処理の一例を示す図である。図6を用いて、拍動により屈曲したステントに関する位置合わせ処理P2と加算処理の概要を説明する。例えば、図6に示すように、処理機能112は、複数のX線画像データのうち、X線画像データI10を基準画像データI10と定める。なお、X線画像データI11は、X線画像データI10の後に収集されたX線画像データである。これに対し、処理機能112は、基準画像データI10の2点のマーカーとガイドワイヤで構成される特徴領域の形状に対し、X線画像データI11の2点のマーカーとワイヤとで構成される特徴領域の形状を変形させる位置合わせ処理P2を実行する。そして、表示制御機能I14は、位置合わせ処理P2の後に生成された補正画像データを用いて加算処理を実行することで、X線画像データI21を生成して表示させる。本実施形態では、特徴領域の形状を変形させる位置合わせを行っていることから、加算処理により生成されるX線画像データI21は、図6に示すように、デバイスの視認性を向上させることができる。以下、処理の詳細について説明する。
図7は、第1の実施形態に係る位置合わせ処理の詳細の一例を示す図である。ここで、図7では、基準画像データI10に対し実行する位置合わせ処理P210と、X線画像データI11に対し実行する位置合わせ処理P211と、位置合わせ処理P220とで構成される位置合わせ処理P2と、その後の加算処理により生成されたX線画像データI21の一例を示す。
処理機能112は、デバイスの特徴領域における特徴物の位置と、特徴領域の形状とから、X線画像データ上における複数の特徴点の位置を設定する。処理機能112は、当該特徴点の位置の設定を、複数のX線画像データの特徴領域に対し行うことで、それぞれの特徴領域の形状を反映させた複数の特徴点を設定する。
具体的には、処理機能112は、X線画像データから検出したガイドワイヤを基準線B0と定める。さらに、処理機能112は、検出した2点のマーカーの位置に基づいて、基準線B0におけるマーカーとマーカーの間の線分上に、一定間隔でN個の特徴点を設定する。なお、当該特徴点の座標をCとする。続いて、処理機能112は、座標Cにおける基準線B0の法線Pを設ける。さらに、処理機能112は、基準線B0から法線Pの正の方向に基準線Blを設ける。同様に、処理機能112は、基準線B0から法線Pの負の方向に基準線B2を設ける。なお、基準線Blと基準線B2は、基準線B0から一定距離で設けられるものとする。そして、処理機能112は、法線Pと基準線Blとの交点に特徴点を設ける。同様に、処理機能112は、法線Pと基準線B2との交点を算出し、特徴点とする。換言すると、処理機能112は、基準線Blと基準線B2上に、それぞれN個の特徴点を設定する。このように、処理機能112は、((基準線の本数)×N)個の特徴点の位置を設定することで、マーカーとガイドワイヤを含む特徴領域の形状を得る。
例えば、図7の位置合わせ処理P210に示すように、処理機能112は、基準画像データI10に対し検出したマーカーの位置に基づいて、当該2点のマーカーの位置に、特徴点の位置として座標C10と座標C50を設ける。処理機能112は、基準線B0における座標C10と座標C50との間の線分上に、等間隔で3点(座標C20、座標C30、座標C40)を設ける。即ち、処理機能112は、基準線B0上に5個(N=5)の特徴点を設ける。
さらに、処理機能112は、座標Cにおける基準線B0の法線Pとして、座標C10から座標C50の各座標上に法線Pl、法線P2、法線P3、法線P4、法線P5を設定する。続いて、処理機能112は、基準線Blと基準線B2を、基準線B0から一定距離をとるように設定する。そして、処理機能112は、法線Plから法線P5のそれぞれについて、基準線Blとの交点である座標Cll、座標C21、座標C31、座標C41、座標C51を算出し、特徴点とする。さらに、処理機能112は、同様にして、法線Plから法線P5のそれぞれに関して、基準線B2との交点である座標C12、座標C22、座標C32、座標C42、座標C52を算出し、特徴点とする。これにより、処理機能112は、基準線ごとに5点の特徴点を設けるので、特徴点は計15点となる。
そして、処理機能112は、X線画像データI11に対しても同数の特徴点を設定する。具体的には、処理機能112は、図7に示すように、位置合わせ処理P211により計15点の特徴点を設定する。
続いて、処理機能112は、基準画像データの特徴領域に設定した複数の特徴点に対して、基準画像データ以外のX線画像データの特徴領域に設定した複数の特徴点を一致させる。これにより、処理機能112は、デバイスの特徴領域の形状を変形し、複数のX線画像データにおけるデバイスの特徴領域の形状を合わせる変形処理を行う。なお、変形処理は、非剛体位置合わせに関する既知の手法で実施されてよい。また、当該変形処理は、基準画像データ以外のX線画像データにおける複数の特徴点のそれぞれを、基準画像データにおけるそれらに厳密に一致させるものでなくてもよく、複数点の特徴点を、その処理前よりも基準画像データにおけるそれらに近づけるものであってもよい。
具体的には、図7の位置合わせ処理P220に示すように、処理機能112は、基準画像データI10に設定された15点の特徴点の座標を基準として、X線画像データI11に設定された15点の特徴点の座標をそれぞれ対応する座標に移動させることで、位置合わせを実施する。そして、処理機能112は、特徴点の移動に伴い、X線画像データI11における特徴領域の形状を変形させる。例えば、図7の位置合わせ処理P220において示すように、X線画像データI11の特徴点の座標は、矢印で結んだ基準画像データI10の対応する特徴点の座標に移動させられる。
補正画像生成機能113は、X線画像データI11について図7の位置合わせ処理P220を実行した結果となるX線画像データを生成し、これを補正画像データI11とする。そして、補正画像生成機能113は、生成した補正画像データI11を記憶回路14に格納する。
表示制御機能114は、X線画像データI11に対して実施した位置合わせ処理P2に基づいて生成された補正画像データI11と、基準画像データより後に収集された図示しないその他のX線画像データに基づいて生成された補正画像データと、基準画像データI10とを用いて、加算処理を行う。ここで、図7に示すX線画像データI21は、基準画像データI10と補正画像データI11を用いて作成した加算画像データI21である。表示制御機能114は、生成した加算画像データをディスプレイ13に表示し、新たな加算画像データを作成すると、当該加算画像データをディスプレイ13に表示する。
以上、第1の実施形態によれば、画像取得機能111は、体内にデバイスが挿入された被検体の心位相における一部の期間において順次収集されたX線画像を取得する。処理機能112は、複数のX線画像に含まれるデバイスの特徴領域を特定し、複数のX線画像に含まれる基準画像において特定された特徴領域の位置を基準位置として、複数のX線画像において基準画像の後に収集されたX線画像における特徴領域の位置について基準位置に基づいて位置合わせをする。これにより、医用画像処理装置1は、被検体の心電波形情報に基づいて、特定の心位相において収集された複数フレームのX線画像を用いるので、フレーム間のデバイスの変動が軽減されたX線画像をフレーム間のデバイスの特徴領域の位置合わせの対象とすることができる。その結果、デバイスの変動をより軽減したX線画像を表示することができ、X線画像におけるデバイスの視認性が向上する。
また、第1の実施形態によれば、X線診断装置2の画像収集機能は、被検体の心電波形情報に基づいて心位相における一部の期間を特定し、特定した当該一部の期間にX線を照射して複数のX線画像を収集するように、X線管及びX線検出器を制御する。これにより、X線診断装置2は、被検体の心電波形情報に基づいて心位相の一部の期間においてX線画像を収集できるので、被検体の拍動による心臓の動きに基づいたX線画像の収集ができる。その結果、より精度の高い位置合わせ処理を行うことができ、X線画像におけるデバイスの視認性が向上する。
また、第1の実施形態によれば、心位相における一部の期間は、被検体の心臓の拍動において相対的に動きが小さい期間である。これにより、医用画像処理装置1は、心拍動の影響を抑えたX線画像間のデバイス同士の位置合わせを行うことができるので、X線画像中のデバイスの変動をより軽減した画像を提供することができる。その結果、X線画像におけるデバイスの視認性が向上する。
また、第1の実施形態によれば、処理機能112は、特定された複数のデバイスの特徴領域において、複数のX線画像に含まれる基準画像のデバイスの特徴領域の形状に合わせて複数のX線画像における基準画像以外の画像のデバイスの特徴領域の形状を変形して複数のデバイスの特徴領域の形状を合わせる変形処理により位置合わせを実行する。これにより、医用画像処理装置1は、複数のX線画像の特徴領域の形状同士の位置合わせ処理を行うので、位置合わせ処理の精度を向上させることができる。その結果、X線画像におけるデバイスの視認性が向上する。
また、第1の実施形態によれば、処理機能112は、複数のX線画像に含まれる特徴領域に対して当該特徴領域の形状を反映させた複数の特徴点を設定し、基準画像の特徴領域に設定した複数の特徴点に対して、基準画像以外の画像の特徴領域に設定した複数の特徴点を一致させ又は近づけることにより、変形処理を実行する。これにより、医用画像処理装置1は、複数のX線画像それぞれで対応する特徴点同士の位置合わせを行うので、種々の変形に対応した精度の高い位置合わせ処理を行うことができる。その結果、X線画像におけるデバイスの視認性が向上する。
また、第1の実施形態によれば、処理機能112は、デバイスが有する特徴物を少なくとも一つ検出し、当該特徴物を含むX線画像の領域をデバイスの特徴領域として特定し、当該特徴領域における特徴物の位置と特徴領域の形状とからX線画像上における複数の特徴点の位置を設定する。これにより、医用画像処理装置1は、特徴物に基づいてデバイスの特徴領域を特定するので、特徴領域の設定を効率良く実行できる。さらに、特徴物と特徴領域の形状に基づいて特徴点の位置を設定するので、複数のX線画像それぞれにおける特徴点同士の精度の高い位置合わせを行うことができる。
また、第1の実施形態によれば、補正画像生成機能113は、位置合わせ処理に基づいて、基準画像の後に収集されたX線画像から補正画像を生成する。表示制御機能114は、複数の補正画像を加算して生成された加算画像をディスプレイ13に表示させる。これにより、医用画像処理装置1は、精度よく位置合わせがなされた、デバイスの強調画像を表示するので、デバイスの視認性を向上することができる。
(変形例1)
なお、上記した第1の実施形態において、画像取得機能111が照射期間においてX線照射を複数回行われ収集されたX線画像データを取得する場合を記載した。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、画像取得機能111は、心電波形情報に基づいて、デバイスを挿入して順次生成された複数のX線画像データから心位相の一部の期間にX線が照射されて収集された複数のX線画像データを取得する場合でもよい。
係る場合、X線診断装置2は、操作者によるX線照射指示を受け付けると、X線管とX線検出器を制御して、X線照射を任意のパルスレートで複数回行う。そして、X線診断装置2は、被検体を透過したX線を収集する度に、X線画像データを生成する。さらに、X線診断装置2は、透過したX線を収集したタイミングを収集する。このとき、X線診断装置2に接続された心電計は、被検体の心電波形情報を収集しX線診断装置2へ送信する。そして、X線診断装置2は、X線照射を実行する度に、生成したX線画像データとその収集タイミングと心電波形情報とを紐づけて、図示しない記憶回路に保存する。
そして、画像取得機能111は、プリセットや入力インターフェース12を介した指示により、被検体の心位相における一部の期間の指定を受け付ける。画像取得機能111は、指定された期間に収集されたX線画像データをX線診断装置2の記憶回路から取得する。例えば、図4で示した、拡張期照射期間に対応するX線画像データの取得を指示された場合、画像取得機能111は、X線画像データとその収集タイミングと心電波形情報とを紐づけた記録を記憶回路から読出して参照し、拡張期照射期間に収集されたX線画像データを取得する。そして、上述した第1の実施形態と同様に、処理機能112は、取得した複数のX線画像データに対し位置合わせ処理と加算処理を行う。
これにより、X線診断装置2によるX線照射は、心電波形に応じた心位相に基づく照射制御がなされなくともよい。そして、医用画像処理装置1は、収集されたX線画像データに紐づいた収集タイミングと心電波形情報とに基づいて、本願における一連の位置合わせ処理と加算処理等を実行する対象のX線画像データを決定することができる。これにより、医用画像処理装置1は、拍動による動きが小さいX線画像データを用いて精度の高い表示用画像を生成することができるので、X線画像におけるデバイスの視認性を向上することができる。
(変形例2)
また、上記した第1の実施形態では、図7に示す位置合わせ処理P2のように、デバイスの特徴領域の形状を反映させた複数の特徴点の設定方法として、ガイドワイヤを基準線の1つとして設け、さらに特徴領域の周辺に複数の基準線を設け、各基準線に複数の特徴点をそれぞれ設定する場合を説明した。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、処理機能112は、マーカーの位置に基づいてガイドワイヤ上のみに複数の特徴点を設定する場合でもよい。図8は、第1の実施形態に係る位置合わせ処理の詳細の一例を示す図である。ここで、図8では、X線画像データI11は、基準画像データI10の後に収集されたX線画像データである。そして、基準画像データI10に対し実行する位置合わせ処理P2と、その後の加算処理により生成されたX線画像データI21の一例を示す。
処理機能112は、X線画像データから検出した2点のマーカーとガイドワイヤの位置に基づいて、ガイドワイヤ上におけるマーカーとマーカーとの線分上に、一定間隔でN個の特徴点を設定する。なお、当該特徴点の座標をCとする。例えば、図8に示すように、処理機能112は、基準画像データI10とX線画像データI11について、それぞれに対し検出した2点のマーカーの位置に特徴点の座標C1と座標C5を設ける。そして、処理機能112は、各画像データのガイドワイヤ上における座標C1と座標C5との間の線分上に、等間隔で3点(座標C2、座標C3、及び、座標C4)を設ける。即ち、処理機能112は、各画像データのガイドワイヤ上に5個(N=5)の特徴点を設ける。そして、処理機能112は、基準画像データI10に関して設定した複数の特徴点の座標を基準として、X線画像データI11に関して設定した複数の特徴点の座標を移動させることで、位置合わせする。
ここで、ガイドワイヤ上に複数の特徴点を設けて位置合わせ処理P2を行う場合、さらに位置合わせ処理P2の精度を高めたい場合が考えられる。その場合、処理機能112は、複数のデバイスの特徴領域の形状の屈曲度をそれぞれ評価し、評価結果に応じて特徴領域の形状を変形処理の実行対象から除く。具体的には、処理機能112は、デバイスの特徴領域の形状の屈曲度を、ガイドワイヤ上に設けた複数の特徴点を通る近似円の曲率半径を算出することで求める。そして、処理機能112は、複数のX線画像データに対しそれぞれ算出した屈曲度を、予め設定したしきい値を用いて評価し、屈曲度が大きいと評価したX線画像データを位置合わせ処理P2の実施対象から除外する。これにより、医用画像処理装置1は、拍動による動きが一定条件よりも小さいX線画像データを用いるので、よりデバイスの動きを軽減したX線画像を表示できる。その結果、X線画像におけるデバイスの視認性が向上する。
なお、予め設定したしきい値は、種々の値であってよい。例えば、曲率半径の固定値や過去に収集したX線画像データの曲率半径の平均であってもよい。或いは、しきい値は、1フレーム前に収集したX線画像データの曲率半径に対するX%の増加を許容するように設定されてもよい。この場合、しきい値は、例えば、((1フレーム前のX線画像データの曲率半径)×X/100)となる。これにより、処理機能112は、評価対象の曲率半径がしきい値を超える場合には、変形処理の実行対象から除外する。同様にして、しきい値は、1フレーム前に収集したX線画像データの曲率半径に対するY%の減少を許容するように設定されてもよい。この場合、しきい値は、例えば、((1フレーム前のX線画像データの曲率半径)×(1-Y/100))となる。処理機能112は、評価対象の曲率半径がしきい値よりも小さい場合には、変形処理の実行対象から除外する。
また、特徴領域の形状の屈曲度の評価に用いる複数の特徴点の設定方法は、ガイドワイヤ上にのみ設ける場合に限られない。具体的には、処理機能112は、図7に示すように特徴領域の周辺に複数の基準線を設ける場合に、その基準線上にそれぞれ複数の特徴点を設定してもよい。そして、処理機能112は、各基準線に対応する複数の特徴点を通る近似円の曲率半径をそれぞれ算出することで特徴領域の形状の屈曲度をより精度良く評価してもよい。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、医用画像処理装置1は、マーカーをデバイスの特徴点として検出し、検出した特徴点を基にデバイスの特徴領域を特定した。そして、医用画像処理装置1は、基準画像データの特徴領域の形状にその他のX線画像データの形状を合わせる位置合わせ処理を行った。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。第2の実施形態では、ワイヤ状デバイスの特徴的な形状を検出し、当該特徴的な形状の領域又はその近傍を特徴領域と定めて位置合わせしたX線画像を順次更新して表示する場合の医用画像処理装置1による処理を説明する。なお、ワイヤ状デバイスは、血管内治療に用いられるカテーテルやガイドワイヤなどである。以下、ワイヤ状デバイスをワイヤと称する。
第2の実施形態に係る医用画像処理装置1は、図1に示した医用画像処理装置1の構成と基本的に同様であるが、処理の一部が異なる。具体的には、第2の実施形態に係る医用画像処理装置1は、第1の実施形態に係る医用画像処理装置1と比較して、処理機能112と表示制御機能114の処理内容が異なる。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
処理機能112は、拍動による動きが小さい期間に収集され、ワイヤが描出された複数のX線画像データにおけるワイヤの特徴領域について、基準画像データにおけるワイヤの特徴領域の形状に合わせて、基準画像データ以外のX線画像データのワイヤの特徴領域の形状を変形する。これにより、処理機能112は、複数のワイヤの特徴領域の形状を合わせる変形処理(位置合わせ処理P2)を実行する。
ワイヤの特徴的な形状は、例えば、X線画像データに描出されるガイドワイヤにおいて特に濃く描出される部分である。具体的には、ガイドワイヤの先端部分には、ガイドワイヤの他の部分よりも径の大きい構造や高密度の材料の使用がなされることで、ガイドワイヤの先端の位置が術者に把握可能となる構造を有する場合がある。このとき、ガイドワイヤの先端部分を透過したX線は、ガイドワイヤの他の部分を透過したX線と比較して大きく減衰し、X線画像データにおいて濃く描出される。
あるいは、ワイヤの特徴的な形状は、ワイヤが血管内に挿入されたことで血管の形状に沿って変形し、形状に特徴がある部分も含む。具体的には、X線画像データにおいて、描出されたワイヤにおいて特徴的な輪郭形状が生じることがある。第2の実施形態では、当該特徴的な輪郭形状をワイヤの特徴的な形状の一つとする。
そこで、処理機能112は、上述したワイヤの特徴的な形状を検出し、当該形状が描出された領域又はその近傍をデバイスの特徴領域とする。そして、処理機能112は、第1の実施形態と同様に、基準画像データにおけるデバイスの特徴領域に対しその他のX線画像データのワイヤの特徴的な形状を合わせるように位置合わせする。なお、ワイヤの特徴的な形状の検出方法は、ワイヤの曲率の大きい部分を抽出する等、既知の手法により実現可能である。また、複数のガイドワイヤが挿入されX線画像データに描出される場合には、処理機能112は、複数のワイヤの特徴的な形状を検出し、それぞれ位置合わせを行っても良い。
表示制御機能114は、位置合わせ処理に基づいて順次生成された補正画像データを順次更新してディスプレイ13に表示する。これにより、表示制御機能114は、ワイヤの動きが小さいX線画像データを位置合わせされた状態で順次表示するので、X線画像データにおけるワイヤの動きを抑制して表示することができる。これにより、医用画像処理装置1は、ワイヤ状のデバイスをより容易に観察できるようにするので、ワイヤ状のデバイスの視認性を向上する。
(その他の実施形態)
第1及び第2の実施形態では、体内にデバイスが挿入された被検体の心位相における一部の期間において順次収集されたX線画像データに対し、本願に係る画像処理を行う例を説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、医用画像処理装置1は、体内にデバイスが挿入された被検体に関して順次生成されたX線画像データに対し画像処理を実行してもよい。具体的には、心位相に問わず順次収集されたX線画像データに対し、その他の実施形態に係る処理機能112は、X線画像データに含まれるデバイスの特徴領域を特定し、基準画像の特徴領域の形状に合わせてその他の特徴領域の形状に合わせる変形処理と加算処理を行ってもよい。
これにより、医用画像処理装置1は、取得した複数のX線画像データが特定の心位相に収集されたX線画像データであるか否かに関わらず、当該複数のX線画像データにおける特徴領域の形状同士の位置合わせを行うので、X線画像データにおけるデバイスの変動を軽減した画像を提供することができる。その結果、X線画像データにおけるデバイスの視認性が向上する。
また、第1及び第2の実施形態では、医用画像処理装置1が本願に係る画像処理を行う例を説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、X線診断装置2が本願に係る画像処理を実行してもよい。図9は、その他の実施形態に係るX線診断装置2の構成の一例を示すブロック図である。X線診断装置2は、図9に示すように、心電計3と接続する。
X線診断装置2は、被検体PからX線画像データを収集する。例えば、X線診断装置2は、被検体Pにデバイスが挿入され手技がなされている間に、操作者から入力インターフェース28を介したX線照射指示を受け付けると、X線照射を実行し、X線画像データを収集する。そして、X線診断装置2は、X線画像データに対し本願に係る位置合わせ処理や加算処理等の画像処理を実行し、処理後の画像データをディスプレイ29に表示する。
ここで、X線診断装置2は、X線高電圧装置21と、X線管22と、X線絞り23と、天板24と、X線検出器25と、Cアーム26と、処理回路27と、入力インターフェース28と、ディスプレイ29と、記憶回路30とを備える。X線高電圧装置21は、処理回路27の制御に応じて高電圧を発生し、X線管22に高電圧を印加する。X線管22は、X線高電圧装置21により印加された高電圧に基づいて、天板24に載置された被検体Pに向けてX線を照射する。X線絞り23は、処理回路27の制御に応じて絞り羽根を開閉し、X線管22から照射されたX線の照射範囲(照射野)を形成する。例えば、絞り羽根は、X線を遮蔽する鉛等の材料によって平板状に形成されている。天板24は、被検体Pを載せるベッドであり、図示しない寝台の上に配置される。
X線検出器25は、例えば、マトリクス状に配列された検出素子を有するX線平面検出器(Flat Panel Detector:FPD)である。X線検出器25は、X線管22から照射されて被検体Pを透過したX線を検出し、検出したX線量に対応した検出信号を処理回路27へ出力する。Cアーム26は、X線管22及びX線絞り23と、X線検出器25とを、被検体Pを挟んで対向するように保持する。Cアーム26は、モータ及びアクチュエータ等の駆動機構を有し、後述する処理回路27による制御の下、駆動機構を動作させることにより、回転・移動する。なお、図9では、X線診断装置2がシングルプレーンの場合を例に挙げて説明しているが、実施形態はこれに限定されるものではなく、バイプレーンの場合であってもよい。
その他の実施形態に係る入力インターフェース28は、第1および第2の実施形態に係る入力インターフェース12に加えて、フットスイッチ等の曝射スイッチを備える。記憶回路30は、第1及び第2の実施形態に係る医用画像処理装置1と同様に構成され、処理回路27によって実行され、処理回路27を各種機能として機能させるプログラムを記憶する。なお、ディスプレイ29は、第1および第2の実施形態に係る医用画像処理装置1の構成と同様であるため説明を省略する。
処理回路27は、記憶回路30に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御機能271と、画像収集機能272と、処理機能273と、補正画像生成機能274と、表示制御機能275として機能する。処理回路27は、例えば、プロセッサから構成される。制御機能271は、X線高電圧装置21、X線絞り23、天板24、X線検出器25、Cアーム26に対し制御信号を供給し、X線照射を実施させる。画像収集機能272は、X線管22、X線検出器25に対し制御信号を供給し、X線照射を制御する。そして、画像収集機能272は、X線検出器25により検出された検出信号に基づいてX線画像データを生成し、生成したX線画像データを記憶回路30に記憶させる。処理機能273と、補正画像生成機能274と、表示制御機能275とは、それぞれ第1および第2の実施形態において説明した処理機能112と、補正画像生成機能113と、表示制御機能114と同様の処理を実行する。
ここで、上述した実施形態の説明で用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、又は、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。ここで、記憶回路14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に構成しても構わない。この場合には、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。また、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一つのプロセッサとして構成され、その機能を実現するようにしてもよい。
ここで、プロセッサによって実行されるプログラムは、ROM(Read Only Memory)や記憶回路等に予め組み込まれて提供される。なお、このプログラムは、これらの装置にインストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD(Compact Disk)-ROM、FD(Flexible Disk)、CD-R(Recordable)、DVD(Digital Versatile Disk)等のコンピュータで読み取り可能な非一過性の記憶媒体に記録されて提供されてもよい。また、このプログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納され、ネットワーク経由でダウンロードされることによって提供又は配布されてもよい。例えば、このプログラムは、上述した各処理機能を含むモジュールで構成される。実際のハードウェアとしては、CPUが、ROM等の記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、各モジュールが主記憶装置上にロードされて、主記憶装置上に生成される。
また、上述した実施形態及び変形例において、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、各装置の分散又は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又は統合して構成することができる。更に、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、CPU及び当該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、上述した実施形態及び変形例において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を手動的に行なうこともでき、或いは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を公知の方法で自動的に行なうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、X線画像におけるデバイスの視認性を向上することを可能にする。
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 医用画像処理装置
2 X線診断装置
111 画像取得機能
112、273 処理機能
113、274 補正画像生成機能
114、275 表示制御機能
13 ディスプレイ
22 X線管
25 X線検出器
272 画像収集機能

Claims (18)

  1. 体内にデバイスが挿入された被検体の心位相における一部の期間において順次収集されたX線画像を取得する画像取得部と、
    取得された複数の複数のX線画像に含まれる前記デバイスの特徴領域を特定し、前記複数のX線画像に含まれる基準画像において特定された前記特徴領域の位置を基準位置として、前記複数のX線画像において前記基準画像の後に収集されたX線画像における前記特徴領域の位置について前記基準位置に基づいて位置合わせをする処理部と、
    を備える、医用画像処理装置。
  2. 前記位置合わせの処理に基づいて、前記基準画像の後に収集されたX線画像から補正画像を生成する補正画像生成部と、
    複数の前記補正画像を加算して生成された加算画像を表示部に表示させる表示制御部と、をさらに備える、請求項1に記載の医用画像処理装置。
  3. 前記位置合わせの処理に基づいて前記基準画像の後に収集されたX線画像から補正画像を順次生成する補正画像生成部と、
    生成された前記補正画像を順次更新して表示部に表示させる表示制御部と、
    をさらに備える、請求項1に記載の医用画像処理装置。
  4. 前記画像取得部は、心電波形情報に基づいて、前記デバイスを挿入して順次生成された複数のX線画像から前記心位相の一部の期間にX線が照射されて収集された複数のX線画像を取得する、請求項1~3のいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
  5. 前記処理部は、特定された複数のデバイスの特徴領域において、前記複数のX線画像に含まれる基準画像の前記デバイスの特徴領域の形状に合わせて前記複数のX線画像における前記基準画像以外の画像の前記デバイスの特徴領域の形状を変形して前記複数のデバイスの特徴領域の形状を合わせる変形処理により前記位置合わせを実行する、請求項1~4のいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
  6. 前記処理部は、前記複数のX線画像に含まれる特徴領域に対して当該特徴領域の形状を反映させた複数の特徴点を設定し、前記基準画像の特徴領域に設定した複数の特徴点に対して、前記基準画像以外の画像の特徴領域に設定した複数の特徴点を一致させ又は近づけることにより、前記変形処理を実行する、請求項5に記載の医用画像処理装置。
  7. 前記処理部は、前記デバイスが有する特徴物を少なくとも一つ検出し、当該特徴物を含む前記X線画像の領域を前記デバイスの特徴領域として特定し、当該特徴領域における前記特徴物の位置と前記特徴領域の形状とからX線画像上における前記複数の特徴点の位置を設定する、請求項6に記載の医用画像処理装置。
  8. 前記処理部は、複数のデバイスの特徴領域の形状の屈曲度をそれぞれ評価し、評価結果に応じて前記特徴領域の形状を前記変形処理の実行対象から除く、請求項5~7のいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
  9. 前記処理部は、前記画像取得部が取得した前記複数のX線画像において、前記心位相における一部の期間に初めに収集された画像を前記基準画像と定める、請求項1~8のいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
  10. 前記処理部は、操作者による操作に応じて決定される画像を前記基準画像と定める、請求項1~8のいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
  11. 前記処理部は、複数のデバイスの特徴領域の形状に基づいて、前記形状の屈曲度をそれぞれ評価し、評価結果に基づいてデバイスの屈曲が小さい画像を前記基準画像と定める、請求項1~8のいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
  12. 前記心位相における一部の期間は、前記被検体の心臓の拍動において相対的に動きが小さい期間である、請求項1~11のいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
  13. 体内にデバイスが挿入された被検体に関して順次作成されたX線画像を取得する画像取得部と、
    取得された複数のX線画像に含まれる前記デバイスの特徴領域をそれぞれ特定し、特定された複数のデバイスの特徴領域において、前記複数のX線画像に含まれる基準画像の前記デバイスの特徴領域の形状に合わせて前記複数のX線画像における前記基準画像以外の画像の前記デバイスの特徴領域の形状を変形することにより前記複数のデバイスの特徴領域の形状を合わせる変形処理を実行する処理部と、
    前記基準画像に対して、前記変形処理に基づいて前記基準画像以外の画像から生成された複数の変形画像を加算し、生成された加算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。
  14. 体内にデバイスが挿入された被検体の心位相における一部の期間において、前記被検体にX線を照射するX線管と、
    前記被検体を透過したX線を検出するX線検出器と、
    前記X線管と前記X線検出器とを制御して、前記X線検出器によって検出されたX線に基づいてX線画像を収集する画像収集部と、
    前記被検体の心位相における一部の期間に収集された複数のX線画像に含まれる前記デバイスにおける特徴領域を特定し、前記複数のX線画像に含まれる基準画像において特定された前記特徴領域の位置を基準位置として、前記複数のX線画像において前記基準画像の後に収集されたX線画像における前記特徴領域の位置について前記基準位置に基づいて位置合わせをする処理部と、
    を備える、X線診断装置。
  15. 前記画像収集部は、前記被検体の心電波形情報に基づいて前記心位相における一部の期間を特定し、特定した当該一部の期間にX線を照射して前記複数のX線画像を収集するように、前記X線管及び前記X線検出器を制御する、請求項14に記載のX線診断装置。
  16. 体内にデバイスが挿入された被検体にX線を照射するX線管と、
    前記被検体を透過したX線を検出するX線検出器と、
    検出したX線に基づいて、順次作成されたX線画像を収集する画像収集部と、
    収集された複数のX線画像に含まれる前記デバイスの特徴領域をそれぞれ特定し、特定された複数のデバイスの特徴領域において、前記複数のX線画像に含まれる基準画像の前記デバイスの特徴領域の形状に合わせて前記複数のX線画像における前記基準画像以外の画像の前記デバイスの特徴領域の形状を変形することにより前記複数のデバイスの特徴領域の形状を合わせる変形処理を実行する処理部と、
    前記基準画像に対して、前記変形処理に基づいて前記基準画像以外の画像から生成された複数の変形画像を加算し、生成された加算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。
  17. 体内にデバイスが挿入された被検体の心位相における一部の期間において順次収集された複数のX線画像に含まれる前記デバイスにおける特徴領域を特定し、前記複数のX線画像に含まれる基準画像において特定された前記特徴領域の位置を基準位置として、前記複数のX線画像において前記基準画像の後に収集されたX線画像における前記特徴領域の位置について前記基準位置に基づいて位置合わせをする、
    各処理をコンピュータに実行させるプログラム。
  18. 被検体の体内にデバイスが挿入された被検体に関して順次作成された複数のX線画像に含まれる前記デバイスの特徴領域をそれぞれ特定し、特定された複数のデバイスの特徴領域において、前記複数のX線画像に含まれる基準画像の前記デバイスの特徴領域の形状に合わせて前記複数のX線画像における前記基準画像以外の画像の前記デバイスの特徴領域の形状を変形することにより前記複数のデバイスの特徴領域の形状を合わせる変形処理を実行し、
    前記基準画像に対して、前記変形処理に基づいて前記基準画像以外の画像から生成された複数の変形画像を加算し、生成された加算画像を表示部に表示させる、
    各処理をコンピュータに実行させるプログラム。
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