JP4679988B2 - 医用画像処理装置及び画像処理プログラム - Google Patents

Description

本発明は、医用画像処理装置及び画像処理プログラムに係り、特にＸ線ＣＴ装置で取得したボリュームデータに基づいて３次元画像を生成する際にアーチファクトを低減させる技術に関する。

従来、画像ノイズを除去するために、医用画像の全体に平滑化処理を行ったり、医用画像の局所領域毎に平滑化処理を行う適応型平滑化処理を行なったりする技術がある。

特許文献１は、適応型平滑化処理の例として、医用画像上の着目点における８方向の輝度の変化量を計算し、その変化量が最小となる方向を求めて、その方向について輝度差に応じた１次元の非線形平滑化処理を行なう画像処理方法を開示する。この方法によれば、医用画像の模様が細かい部分とそうではない部分とを認識した平滑化処理を行なうことができる。
特開平９−３３０３９９号公報

大きな被検体を撮影した場合、コーンビーム型Ｘ線ＣＴ装置やファンビーム型Ｘ線ＣＴ装置の画像再構成領域（以下「再構成領域」という）から被検体がはみ出してしまう場合があり、被検体がはみ出した領域では縞模様からなるアーチファクトが発生することがあった。このアーチファクトの発生原因を図８乃至図１０を用いて説明する。

図８は、平面センサを使用したＸ線ＣＴ装置の構成を示す説明図である。Ｘ線ＣＴ装置のＸ線発生器及び平面センサは被検体の周囲の軌道を回転し、１回転することによって、図８に示すような数百枚の断層像８１、８２、…８４、…、８７が再構成される。平面センサは４角形なので、図８に示すように円柱形状の再構成領域８０が形成される。

図９は、コーンビーム型Ｘ線ＣＴ装置の再構成領域を示す。Ｘ線発生器及びイメージインテンシファイアは被検体６３の周囲の軌道６４を回転し、１回転することによって、図９に示すような数百枚の断層像９１、９２、…、９７がコーンビーム再構成されるこの場合のコーンビーム型Ｘ線ＣＴ装置の再構成領域は、通常図９に示すように球９０の内部領域である。

被検体の大きさが再構成領域８０、９０よりも大きい場合は、被検体を撮影した陰影がはみ出してしまう。図１０は、被検体がはみ出した再構成画像（断層像）と、その断層像に基づいて再構成した陰影づけ３次元画像とを示す。図１０（ａ）の再構成画像１００に含まれる被検体陰影１０１は、円形の再構成領域１０２のうち境界線上の点１０３から点１０４にかけて頭部がはみ出している。再構成領域１０２の外側には特殊な値の濃度値が記録してあるため、点１０３から点１０４を結ぶ境界線では、この境界線を挟んで外側に位置する部分と内側に位置する部分との濃度値が大きく変化する。このように、被検体が再構成領域１０２からはみ出した断層像を積み重ねて３次元画像を生成した場合、上述の境界線を挟んだ濃度値の大きな変化が縞模様からなるアーチファクトとして現れる。図１０（ｂ）は、３次元画像１０５に生じたアーチファクト１０６を模式的に示したものである。３次元画像１０５は、被検体の頭部を３次元的に陰影付けた３次元画像である。図１１は、実際に生成した３次元画像に現れたアーチファクトを示す。図１１の３次元画像１１０において側面に現れた縦縞模様１１１が上述のアーチファクトである。

そこで、本発明は、被検体が再構成領域をはみ出した断層像を積み上げて３次元画像を生成する場合にもよりアーチファクトの発生を防ぐことができる医用画像処理装置及び画像処理プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る医用画像処理装置は、Ｘ線ＣＴ装置が再構成領域内に被検体の部位を含んで撮影することにより得られたＸ線透過データであって、断層像を積み上げた３次元画像を生成可能なＸ線透過データを読込む手段と、前記Ｘ線透過データに基づいて画像再構成処理を行い少なくとも一つの断層像を生成する再構成手段と、前記断層像毎に前記再構成領域の境界線から前記被検体の部位がはみ出している部分に相当する部分境界線を検出し、その部分境界線を含む周辺領域を処理対象領域として設定する設定手段と、前記断層像毎に前記処理対象領域を構成する画素の濃度値に基づいて前記処理対象領域の平滑化処理を行なう平滑化手段と、前記平滑化処理をされた前記断層像に基づいて３次元画像を生成する生成手段と、前記３次元画像を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする。

また、前記平滑化手段は、前記再構成領域の中心から前記再構成領域の境界線に近づくにつれて前記境界線の外側の濃度値に近づくように前記境界線の内側の濃度値を変更してもよい。

また、前記生成手段は、前記平滑化処理をされた前記断層像に基づいて陰影付３次元画像を構成してもよい。

また、本発明に係る画像処理プログラムは、Ｘ線ＣＴ装置が再構成領域内に被検体の部位を含んで撮影することにより得られたＸ線透過データであって、断層像を積み上げた３次元画像を生成可能なＸ線透過データを読込むステップと、前記Ｘ線透過データに基づいて画像再構成処理を行い少なくとも一つの断層像を生成するステップと、前記断層像毎に前記再構成領域の境界線から前記被検体の部位がはみ出している部分に相当する部分境界線を検出し、その部分境界線を含む周辺領域を処理対象領域として設定するステップと、前記断層像毎に前記処理対象領域を構成する画素の濃度値に基づいて前記処理対象領域の平滑化処理を行なうステップと、前記平滑化処理をされた前記断層像に基づいて３次元画像を生成するステップと、前記３次元画像を表示するステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、各断層像の再構成領域の境界線を平滑化処理した後３次元画像を生成するため、被検体が再構成領域をはみ出した場合にもアーチファクトの発生を防ぎつつ３次元画像を生成することができる。

以下、本発明の最良の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

〔システム構成〕
図１は、本実施形態に係る医用画像処理システム１の構成を示すハードウェア構成図である。

図１の医用画像処理システム１は、被検体の断層像を撮影する医用画像撮影装置としてのコーンビームＸ線ＣＴ装置２及びファンビームＸ線ＣＴ装置３と、断層像に基づいて陰影付け３次元画像を生成する医用画像処理装置１０とを備え、医用画像撮影装置と医用画像処理装置１０とは、ＬＡＮ５等のネットワークに接続される。

医用画像処理装置１０は、主として各構成要素の動作を制御する中央処理装置（ＣＰＵ）１１、装置の制御プログラムが格納されたり、プログラム実行時の作業領域となったりする主メモリ１２と、オペレーティングシステム（ＯＳ）、周辺機器のデバイスドライブ、後述する３次元画像の生成を行うためのプログラムを含む各種アプリケーションソフト等が格納される磁気ディスク１３と、表示用データを一時記憶する表示メモリ１４と、この表示メモリ１４からのデータに基づいて画像を表示するＣＲＴモニタや液晶モニタ等のモニタ１５と、位置入力装置としてのマウス１６、マウス１６の状態を検出してモニタ１５上のマウスポインタの位置やマウス１６の状態等の信号をＣＰＵ１１に出力するコントローラ１６ａと、キーボード１７と、通信インターフェース（以下「通信Ｉ／Ｆ」という）１８と、上記各構成要素を接続するバス１９とから構成される。

次に図２に基づいて医用画像処理装置１０が実行する画像処理プログラムについて説明する。図２は、画像処理プログラムの構成を示すブロック図である。

画像処理プログラムは、被検体の部位のうち画像再構成を行い断層像を生成する領域である再構成領域を指定してＸ線ＣＴ装置により撮影して得たＸ線透過データを読込む読込部１１ａと、Ｘ線透過データに基づいて画像再構成処理を行い断層像を生成する再構成部１１ｂと、その断層像における再構成領域の境界を含む周辺領域を処理対象領域として設定する設定部１１ｃと、処理対象領域を構成する画素の濃度値に基づいて平滑化処理を行なう平滑化処理部１１ｄと、平滑化処理をされた断層像に基づいて３次元画像を生成する３次元画像生成部１１ｅと、３次元画像を表示制御する表示制御部１１ｆにより構成される。

医用画像処理装置１０のＣＰＵ１１は、上記画像処理プログラムを磁気ディスク１３から読み出して主メモリ１２にロードし、実行する。

〔処理の流れ〕
図３に基づいて医用画像処理システム１の処理の流れを説明する。図３は医用画像処理システム１の処理の流れを示すフローチャートである。

（ステップＳ１）
Ｓ１では、読込部１１ａがコーンビームＸ線ＣＴ装置２又はファンビームＸ線ＣＴ装置３から被検体の身体部位のうち断層像を生成したい部位を有効視野範囲内に位置させた状態でＸ線を照射し、有効視野範囲を透過したＸ線を検出して得られたＸ線透過データを読込む（Ｓ１）。Ｘ線ＣＴ装置によるボリュームスキャン時に設定する有効視野範囲が再構成領域に相当する。Ｘ線透過データは、予め磁気ディスク１３に格納されたものを読み出しても良いし、ＬＡＮ５を介してコーンビームＸ線ＣＴ装置２又はファンビームＸ線ＣＴ装置３から取得しても良い。このＸ線透過データは、被検体の体軸方向に沿って撮影された複数スライスの断層像を生成することができるボリュームデータである。

（ステップＳ２）
Ｓ２では、再構成部１１ｂがＳ１で読込んだＸ線透過データに基づいて、前処理、逆投影処理、後処理を行い複数の断層像を再構成する（Ｓ２）。

（ステップＳ３）
Ｓ３では、設定部１１ｃがＳ２で再構成された各断層像の再構成領域の境界線を含む周辺領域を処理対象領域として設定する（Ｓ３）。「周辺領域」とは、再構成領域の境界線を中心として所定のピクセル数の幅をもつ領域である。周辺領域の設定を図４乃至７に基づいて説明する。

設定部１１ｃは、図４に示すように、断層像４０に含まれる再構成領域の境界線４１（実線で表示）を検出する。次に、その境界線４１から例えば５ピクセル外側に位置する外側線４１ａ（点線で表示）と、境界線４１から例えば５ピクセル内側に位置する内側線４１ｂ（点線で表示）とを設定し、外側線４１ａと内側線４１ｂとに囲まれた斜線領域を処理対象領域として設定する。これにより、被検体のはみ出し領域の全てについてもれなく処理対象領域に設定することができる。

図５は、処理対象領域設定の別態様を示す。設定部１１ｃは、断層像４０に含まれる再構成領域の境界線４１から被検体がはみ出す領域の両端部４２，４３を検出する。そして再構成領域の中心を原点Ｏとし、この原点Ｏを通る右方向を角度０度の基準線ｌとし、この基準線ｌと原点Ｏ及び端部４２を通る半径との角度Θ１及び基準線ｌと原点Ｏ及び端部４３を通る半径との角度Θ２を検出する。そして、角度（Θ２-Θ１）に含まれる部分境界線４１’を検出し、部分境界線４１’を含む周辺領域を処理対象領域として設定しても良い。これにより、境界線４１の全周を基に処理対象領域を設定する場合に比べて計算量を減らすことができ、高速演算が可能になる。なお図５では、被検体の頭部においてはみ出した領域を検出した状態を示しているが被検体の首部のはみ出し領域についても、上記と同様、はみ出し領域の両端を検出して処理対象領域を設定する。

図６は、処理対象領域設定の別態様を示す図である。図４，５に示す態様では、設定部１１ｃは、境界線４１の外側線４１ａ及び内側線４１ｂを設定して周辺領域を求め、これを処理対象領域として設定したが、外側線４１ａ及び内側線４１ｂを設定する代わりに、境界線４１上の画素を中心とするＮ×Ｍのマトリクス領域４４を設定し、このマトリクス領域４４を処理対象領域として設定しても良い。

図７は、処理対象領域設定の別態様を示す図である。設定部１１ｃは、再構成領域の境界線４１の中心を原点とする動径４５を設定する。そして、動径４５における再構成領域の境界線４１を含む数ピクセルの領域４５ａを処理対象領域として設定しても良い。

（ステップＳ４）
平滑化処理部１１ｄが処理対象領域の平滑化処理を行なう（Ｓ４）。平滑化処理部１１ｄは、Ｓ３で設定された処理対象領域の濃度値の平均値を求め、境界線上の濃度値をその平均値に置き換えることにより平滑化処理を行なう。図４の場合には、再構成領域の境界線４１と外側線４１ａとの間にある特殊な濃度値と、境界線と外側線４１ａとの間にあるＸ線透過データに基づく濃度値との平均値を求める。そして、その平均値を境界線上の濃度値と置き換える。図５の場合には、被検体が再構成領域からはみ出している境界線についてのみ平滑化処理を行なう。図６の場合は、マトリクス領域４４を構成する画素の濃度値の平均値を算出し、この平均値を境界線上の濃度値と置き換える。図７の場合は、領域４５ａの濃度値（動径方向の濃度値）の平均値を算出し、境界線上の濃度値と置き換える。または図７の場合、動径方向の濃度値に対し、再構成領域の内側から境界線に近づくにしたがって境界線の外側の濃度値に近づくような重み付けを行なって平滑化処理をしてもよい。

（ステップＳ５）
３次元画像生成部１１ｅは、Ｓ４で平滑化処理がされた複数の断層像に基づいて陰影づけ３次元画像を生成する（Ｓ５）。

（ステップＳ６）
表示制御部１１ｆは、陰影付け３次元画像をモニタ１５に表示する（Ｓ６）。

本実施の形態によれば、再構成領域の境界線４１の濃度値を、再構成領域の内側と外側とで平滑化処理を行なった断層像に基づいて陰影付け３次元画像を生成するため、再構成領域の境界を挟んだ濃度値の差に起因する陰影付け３次元画像に現れるアーチファクトの発生を防止することができる。

医用画像処理システムのハードウェア構成図。 画像処理プログラムの構成を示すブロック図。 医用画像処理システムの処理の流れを示すフローチャート。 処理対象領域の一態様を示す模式図。 処理対象領域の一態様を示す模式図。 処理対象領域の一態様を示す模式図。 処理対象領域の一態様を示す模式図。 ファンビームＸ線ＣＴ装置における再構成領域を示す模式図。 コーンビームＸ線ＣＴ装置における再構成領域を示す模式図。 （ａ）は被検体が再構成領域からはみ出した断層像を示す模式図であり、（ｂ）はこの断層像に基づいて生成した陰影付け３次元画像を示す模式図。 陰影付け３次元画像を示す詳細図。

符号の説明

１…医用画像処理システム、２…コーンビームＸ線ＣＴ装置、３…ファンビームＸ線ＣＴ装置、５…ＬＡＮ、１０…医用画像処理装置、１１…ＣＰＵ、１２…主メモリ、１３…磁気ディスク、１４…表示メモリ、１５…モニタ、１６…マウス、１６ａ…コントローラ、１７…キーボード、１８…通信Ｉ／Ｆ、１９…バス

Claims (4)

1. Ｘ線ＣＴ装置が再構成領域内に被検体の部位を含んで撮影することにより得られたＸ線透過データであって、断層像を積み上げた３次元画像を生成可能なＸ線透過データを読込む手段と、
   前記Ｘ線透過データに基づいて画像再構成処理を行い少なくとも一つの断層像を生成する再構成手段と、
   前記断層像毎に前記再構成領域の境界線から前記被検体の部位がはみ出している部分に相当する部分境界線を検出し、その部分境界線を含む周辺領域を処理対象領域として設定する設定手段と、
   前記断層像毎に前記処理対象領域を構成する画素の濃度値に基づいて前記処理対象領域の平滑化処理を行なう平滑化手段と、
   前記平滑化処理をされた前記断層像に基づいて３次元画像を生成する生成手段と、
   前記３次元画像を表示する表示手段と、
   を備えることを特徴とする医用画像処理装置。
2. 前記平滑化手段は、前記再構成領域の中心から前記再構成領域の境界線に近づくにつれて前記境界線の外側の濃度値に近づくように前記境界線の内側の濃度値を変更する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
3. 前記生成手段は、前記平滑化処理をされた前記断層像に基づいて陰影付３次元画像を構成する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の医用画像処理装置。
4. Ｘ線ＣＴ装置が再構成領域内に被検体の部位を含んで撮影することにより得られたＸ線透過データであって、断層像を積み上げた３次元画像を生成可能なＸ線透過データを読込むステップと、
   前記Ｘ線透過データに基づいて画像再構成処理を行い少なくとも一つの断層像を生成するステップと、
   前記断層像毎に前記再構成領域の境界線から前記被検体の部位がはみ出している部分に相当する部分境界線を検出し、その部分境界線を含む周辺領域を処理対象領域として設定するステップと、
   前記断層像毎に前記処理対象領域を構成する画素の濃度値に基づいて前記処理対象領域の平滑化処理を行なうステップと、
   前記平滑化処理をされた前記断層像に基づいて３次元画像を生成するステップと、
   前記３次元画像を表示するステップと、
   をコンピュータに実行させることを特徴とする画像処理プログラム。

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