JP5566081B2

JP5566081B2 - 二値画像生成方法及び二値画像生成プログラム

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Publication number: JP5566081B2
Application number: JP2009260551A
Authority: JP
Inventors: 良洋後藤
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2029-11-16
Also published as: JP2011104027A

Description

本発明は、X線CT装置、MRI装置、超音波診断装置の画像間の補間演算に係り、特に、二値画像の画像間補間の技術に関する。

三次元画像は、その画質向上、高速再構成、多方向観察画像のリアルタイム表示などが可能となったことにより、CT画像診断分野において多用され始めている。

このような3次元画像の再構成においては、X線CTで得た複数の断層像をもとにしきい値処理を行い、所望の臓器の輪郭抽出を行なう処理ステップがある。このようにして得られた画像が二値画像である。

一方、X線CT装置では、CT画像の再構成時の誤差などにより骨のCT値は画像毎にわずかずつ異なっている。例えば、図2に示すように、複数の断層像から、しきい値処理で骨領域を二値画像で抽出する場合、図2のN＋2番目に示すように、骨密度が薄い等の理由で抽出に失敗する場合がある。このような場合は、N＋1とN＋3番目の上下(あるいは前後)の画像を使い、補間演算によって求める場合がある。

特許文献1記載の従来技術によれば、二値画像を補間する画像補間方法において、二値画像から多値画像を作成し、その多値画像で補間演算をした後、再び二値画像に戻して補間二値画像を得る画像補間方法が示されている。

特開平4-111179号公報

しかしながら、特許文献1記載の従来技術は、複雑な計算ステップを要するため、演算に長時間を要するものであった。
本発明は、二値画像を二値画像のままで、短い時間で画像間補間することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明によれば、第1の二値画像と第2の二値画像に挟まれた第3の二値画像を、該第1の二値画像と該第2の二値画像に基づき生成する二値画像生成方法であって、前記第1の二値画像の重心と前記第2の二値画像の重心をそれぞれ求めるステップと、前記第1の二値画像の重心と前記第2の二値画像の重心を合せるように前記第1の二値画像と前記第2の二値画像の一方あるいは両方を移動するステップと、合わせた重心を原点として動径を設定するステップと、前記動径と、前記第1の二値画像の辺縁との交点を第1の交点として、前記第2の二値画像の辺縁との交点を第2の交点としてそれぞれ設定するステップと、前記動径上の前記第1の交点と前記第2の交点の間の第3の点をそれぞれ補間により求めるステップと、前記第3の点を結び合わせて、それを辺縁として第3の二値画像を設定するステップと、前記第1の二値画像の重心と前記第2の二値画像の重心の間に前記第3の二値画像の重心が配置されるように前記第3の二値画像を移動するステップと、を備えたことを特徴とする二値画像生成方法が提供される。

また、本発明によれば、第1の二値画像と第2の二値画像に挟まれた第3の二値画像を、該第1の二値画像と該第2の二値画像に基づき生成する二値画像生成方法であって、前記第1の二値画像と前記第2の二値画像の重なり領域を求めるステップと、前記重なり領域の重心を求めるステップと、前記重心を原点とする動径を設定するステップと、前記動径と第1の二値画像の辺縁との交点を第1の交点とし、前記動径と第2の二値画像の辺縁との交点を第2の交点とし、前記動径上で第1の交点と第2の交点との内分点を第3の点として求めるステップと、前記内分点を結び合わせて、それを辺縁として第3の二値画像を設定するステップとを備えた二値画像生成方法が提供される。

また、本発明によれば、コンピュータに、第1の二値画像と第2の二値画像に挟まれた第3の二値画像を、該第1の二値画像と該第2の二値画像に基づき生成させる二値画像生成プログラムであって、
該プログラムは、前記第1の二値画像の重心と前記第2の二値画像の重心をそれぞれ求める機能と、前記第1の二値画像の重心と前記第2の二値画像の重心を合せるように前記第1の二値画像と前記第2の二値画像の一方あるいは両方を移動する機能と、合わせた重心を原点として動径を設定する機能と、前記動径と、前記第1の二値画像の辺縁との交点を第1の交点として、前記第2の二値画像の辺縁との交点を第2の交点としてそれぞれ設定する機能と、前記動径上の前記第1の交点と前記第2の交点の間の第3の点をそれぞれ補間により求める機能と、前記第3の点を結び合わせて、それを辺縁として第3の二値画像を設定する機能と、前記第1の二値画像の重心と前記第2の二値画像の重心の間に前記第3の二値画像の重心が配置されるように前記第3の二値画像を移動する機能と、を実行させることを特徴とする二値画像生成プログラムが提供される。

また、本発明によれば、コンピュータに、第1の二値画像と第2の二値画像に挟まれた第3の二値画像を、該第1の二値画像と該第2の二値画像に基づき生成させる二値画像生成プログラムであって、該プログラムは、前記第1の二値画像と前記第2の二値画像の重なり領域を求める機能と、前記重なり領域の重心を求める機能と、前記重心を原点とする動径を設定する機能と、前記動径と第1の二値画像の辺縁との交点を第1の交点とし、前記動径と第2の二値画像の辺縁との交点を第2の交点とし、前記動径上で第1の交点と第2の交点との内分点を第3の点として求める機能と、前記内分点を結び合わせて、それを辺縁として第3の二値画像を設定する機能と、を実行させることを特徴とする二値画像生成プログラムが提供される。

本発明は、二値画像を二値画像のままで、画像間補間することが可能となり、従来より短い演算時間で補間演算が可能となる。

本発明を適用したX線CT装置1の全体構成図である。 X線CT装置で得られた平行な複数枚の画像について、N番目からN＋3番目のスライス上で二値画像で臓器が抽出された例を示す図である。実施例1を説明するフローチャート。 N+1番目の二値画像とN+3番目の二値画像を重ね合わせて、1つの画面上で表示した図。 N+1番目の二値画像とN+3番目の二値画像の重心が合わさるように平行移動させた結果を表す図。実施例2を説明するフローチャート。重なり領域の重心を求めた図。本発明における操作画面を示す図。

本発明を適用してなるX線CT装置について図を用いて説明する。
図1は本発明を適用したX線CT装置1の全体構成図である。X線CT装置1はスキャンガントリ部100と操作卓120とを備える。

スキャンガントリ部100は、X線管101と、回転円盤102と、コリメータ103と、X線検出器106と、データ収集装置107と、寝台105と、ガントリ制御装置108と、寝台制御装置109と、X線制御装置110と、を備えている。X線管101は寝台105上に載置された被検体にX線を照射する装置である。コリメータ103はX線管101から照射されるX線の放射範囲を制限する装置である。回転円盤102は、寝台105上に載置された被検体が入る開口部104を備えるとともに、X線管101とX線検出器106を搭載し、被検体の周囲を回転するものである。X線検出器106は、X線管101と対向配置され被検体を透過したX線を検出することにより透過X線の空間的な分布を計測する装置であり、多数のX線検出素子を回転円盤102の回転方向に配列したもの、若しくは回転円盤102の回転方向と回転軸方向との2次元に配列したものである。

データ収集装置107は、X線検出器106で検出されたX線量をデジタルデータとして収集する装置である。ガントリ制御装置108は回転円盤102の回転を制御する装置である。寝台制御装置109は、寝台105の上下前後動を制御する装置である。X線制御装置110はX線管101に入力される電力を制御する装置である。

操作卓120は、入力装置121と、画像演算装置122と、表示装置125と、記憶装置123と、システム制御装置124とを備えている。入力装置121は、被検体氏名、検査日時、撮影条件などを入力するための装置であり、具体的にはキーボードやポインティングデバイスである。画像演算装置122は、データ収集装置107から送出される計測データを演算処理してCT画像再構成を行う装置である。表示装置125は、画像演算装置122で作成されたCT画像を表示する装置であり、具体的にはCRT(Cathode-Ray Tube)や液晶ディスプレイ等である。記憶装置123は、データ収集装置107で収集したデータ及び画像演算装置122で作成されたCT画像の画像データを記憶する装置であり、具体的にはHDD(Hard Disk Drive)等である。システム制御装置124は、これらの装置及びガントリ制御装置108と寝台制御装置109とX線制御装置110を制御する装置である。

入力装置121から入力された撮影条件、特にX線管電圧やX線管電流などに基づきX線制御装置110がX線管101に入力される電力を制御することにより、X線管101は撮影条件に応じたX線を被検体に照射する。X線検出器106は、X線管101から照射され被検体を透過したX線を多数のX線検出素子で検出し、透過X線の分布を計測する。回転円盤102はガントリ制御装置108により制御され、入力装置121から入力された撮影条件、特に回転速度などに基づいて回転する。寝台105は寝台制御装置109によって制御され、入力装置121から入力された撮影条件、特にらせんピッチなどに基づいて動作する。

X線管101からのX線照射とX線検出器106による透過X線分布の計測が回転円盤102の回転とともに繰り返されることにより、様々な角度からの投影データが取得される。取得された様々な角度からの投影データは画像演算装置122に送信される。画像演算装置122は送信された様々な角度からの投影データを逆投影処理することによりCT画像を再構成する。再構成して得られたCT画像は表示装置125に表示される。

次に図2は、X線CT装置で得られた平行な複数枚の画像について、N番目からN+3番目のスライス上に二値画像で臓器が抽出された例を示す。そして、N番目のスライスでは1Aが抽出され、N+1番目のスライスでは1Bが抽出され、N+2番目のスライスでは抽出されず、N+3番目のスライスでは1Cが抽出されたことを示している。ここで、N+1番目とN+3番目の二値画像(第1の二値画像と第2の二値画像)に挟まれたN+2番目の画像(第3の二値画像)に抽出もれがあったので、N+1番目とN+3番目の二値画像に基づいて、N＋2番目の画像の二値画像の補間演算をする(生成する)例を以下に示す。

実施例1を図3のフローチャート及び図４、図5を用い説明する。

(ステップ31)
先ず、N＋1番目の二値画像とN＋3番目の二値画像を重ね合わせて、1つの画面上で図４のように表示する。その後、N＋1番目とN＋3番目の抽出領域の重なり領域を検出する。重なり領域を検出した図は、図４の斜線で示されている。重なり領域がある場合は、ステップ32へ移行する。重なり領域がない場合は、終了する。

(ステップ32)
次に、重なり領域を含むN＋1番目及びN＋2番目の二値画像で示された2領域の、それぞれの領域の重心(第1の二値画像の重心と第2の二値画像の重心)を求める。それぞれの領域の重心は、図４のように、O₁、O₂となる。

(ステップ33)
N＋1番目の二値画像とN＋3番目の二値画像の重心を合わせるように、N＋1番目の二値画像とN＋3番目の二値画像の一方または両方を(平行)移動させる。平行移動させた結果は、図5(a)のようになる。図5(b)は、図5(a)の拡大図である。合わせた重心をOとする。

(ステップ3４)
図5のように、合わせた重心Ｏを原点として複数の動径を設定する。動径とは、重心Ｏを中心としてラジアル状にひいた線分のことであり、時計の針のように360度回転するようにして配置する線分のことを示している。

(ステップ35)
前記複数の動径に対し、各動径上の前記第1の二値画像の辺縁との交点をPk(第1の交点)として、前記第2の二値画像の辺縁との交点をQk(第2の交点)としてそれぞれ設定する。

(ステップ36)
各動径上で、PkとQkの間の点であるMk(第3の点)をそれぞれ補間により求める。
例えば、Mkの座標は、Pk，Qk，Rkを用いて式(1)から求める。

Mk＝Rk・Pk＋(1−Rk)・Qk 式(1)
(ステップ37)
Mkを結び合わせて、それを辺縁としてN+2番目の二値画像(第3の二値画像)を設定する。具体的に図5において、点線で囲まれた領域が、N+2番目の二値画像で示された領域である。

(ステップ38)
O₁とO₂の間にN+2番目の二値画像の重心が配置されるように、N+2番目の二値画像を移動する。具体的にはO₁とO₂を補間して得た新たな重心点までN+2番目の二値画像の重心を平行移動させ、N+2番目の画像の二値画像とする。

本実施例によれば、二値画像を二値画像のままで、補間画像を求められるので、二値画像の補間画像を短時間で得られる効果がある。

実施例2を図6のフローチャートと図7を用い説明する。

(ステップ61)
先ず、N＋1番目の二値画像(第1の二値画像)とN＋3番目の二値画像(第2の二値画像)を重ね合わせると、1つの画面上で図7(a)のように表示する。その後、N＋1番目とN＋3番目の抽出領域の重なり領域を求める。重なり領域は、図４の斜線で示されている。重なり領域がある場合は、ステップ62へ移行する。重なり領域がない場合は、終了する。

(ステップ62)
重なり領域の重心を求める。重心を求めた図は、図7(b)の拡大図のＯのようになる。

(ステップ63)
上記重心Oを原点とする動径を複数設定する。

(ステップ6４)
各動径上で、各動径とN+1番目の二値画像の辺縁との交点(P)と、各動径とN+3番目の二値画像の辺縁との交点(Q)の内分点(M)をそれぞれ求める。

(ステップ65)
内分点を結び合わせて、それを辺縁としてN+2番目の二値画像(第3の二値画像)を設定する。

本実施例によっても、二値画像を二値画像のままで、補間画像を求められるので、二値画像の補間画像を短時間で得られる効果がある。

上記実施例において、N+1枚目とN+3枚目について、“重なりがある場合”というのは完璧に重なるだけでなく、“重心間の距離＜平均直径”という意味を実質的に含んでも良い。

ここで、平均直径は、(a)ニ領域の平均直径、(b)大きい領域の平均直径(R1)、(c)小さい領域の平均直径(R2)でもよく、(d)両方の平均直径から求めた値(ｒ＊R1＋(1．0−ｒ)＊R2)でもよい。

図8に本発明における操作画面の例を示す。210は骨と大腰筋を抽出して表示したものである。212は、マウス操作で上下に移動可能な211の位置での抽出二値画像である。213で、“現画像修正”をオンすると表示中の画像を補間修正する。“全画像修正”をオンすると、例えば、その日に撮影した一人の受診者の胸部の全部画像を修正する。自動修正でもうまくいかない場合は、“手動修正”で修正する。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施できる。例えば、複数の動径の設定は、実施例1における合わせた重心あるいは実施例2における重なり領域の重心より一方向に配置された動径を回転させることにより行なっても良い。また、実施例1における第3の点、実施例2における内分点を結び合わせる際に、スプライン補間を用いても良い。また、上記本発明は、上記各ステップの機能を持ち、コンピュータに第3の二値画像を生成させる二値画像生成プログラムとして体現されていても良い。

また、実施例1及び実施例2では、2枚の第1の二値画像及び第2の二値画像に基づいて、その間に挟まれた第3の二値画像を求めたが、第3の二値画像を求めるのに用いる画像を3枚以上使って非線形演算をしても良い。例えば、実施例2において、第1の二値画像でも第2の二値画像でもない第4の二値画像を用いて、その重心とその重心を原点として複数配置した第2の動径と第4の二値画像との交点を3番目の交点として、3つの交点の間の点を結び合わせて、それを辺縁として第3の二値画像を設定するようにしても良い。

本発明は、X線CT装置、MRI装置、超音波診断装置に利用することができる。

31 重なり領域があるか判断するステップ、32 それぞれの領域の重心を求めるステップ、33 重心を合わせるように平行移動させるステップ、3４重心Oを原点として複数の動径を設定するステップ、35 動径と辺縁との交点(第1の交点と第2の交点)を設定するステップ、36 第1の交点と第2の交点の間の点(第3の点)を補間により求めるステップ、37 第3の点を結び合わせて、それを辺縁として第3の二値画像を設定するステップ、38 第3の二値画像を移動するステップ。

Claims

第１の二値画像と第２の二値画像に挟まれた第3の二値画像を、該第１の二値画像と該第２の二値画像に基づき生成する二値画像生成方法であって、
前記第１の二値画像の重心と前記第２の二値画像の重心をそれぞれ求めるステップと、
前記第１の二値画像の重心と前記第２の二値画像の重心を合せるように前記第１の二値画像と前記第２の二値画像の一方あるいは両方を移動するステップと、
合わせた重心を原点として動径を設定するステップと、
前記動径と、前記第１の二値画像の辺縁との交点を第１の交点として、前記第２の二値画像の辺縁との交点を第２の交点としてそれぞれ設定するステップと、
前記動径上の前記第１の交点と前記第２の交点の間の第３の点をそれぞれ補間により求めるステップと、
スプライン補間を用いて前記第３の点を結び合わせて、それを辺縁として第３の二値画像を設定するステップと、
前記第１の二値画像の重心と前記第２の二値画像の重心の間に前記第３の二値画像の重心が配置されるように前記第３の二値画像を移動するステップと、
を備えたことを特徴とする二値画像生成方法。
第１の二値画像と第２の二値画像に挟まれた第3の二値画像を、該第１の二値画像と該第２の二値画像に基づき生成する二値画像生成方法であって、
前記第１の二値画像と前記第２の二値画像の重なり領域を求めるステップと、
前記重なり領域の重心を求めるステップと、
前記重心を原点とする動径を設定するステップと、
前記動径と第１の二値画像の辺縁との交点を第１の交点とし、前記動径と第２の二値画像の辺縁との交点を第２の交点とし、前記動径上で第１の交点と第２の交点との内分点を第３の点として求めるステップと、
前記内分点を結び合わせて、それを辺縁として第３の二値画像を設定するステップとを備えた二値画像生成方法。
請求項２記載の二値画像生成方法であって、
前記動径の設定は、前記重心より一方向に配置された動径を回転させることにより行なうことを特徴とする二値画像生成方法。
請求項２に記載の二値画像生成方法であって、
前記第３の点を結び合わせる際に、スプライン補間を用いることを特徴とする二値画像生成方法。
請求項２記載の二値画像生成方法であって、
第１の二値画像でも第２の二値画像でもない第４の二値画像を用いて、その重心とその重心を原点として配置した第２の動径と第４の二値画像との交点を３番目の交点として、
３つの交点の間の点を結び合わせて、それを辺縁として第３の二値画像を設定することを特徴とする二値画像生成方法。
コンピュータに、第１の二値画像と第２の二値画像に挟まれた第３の二値画像を、該第１の二値画像と該第２の二値画像に基づき生成させる二値画像生成プログラムであって、
該プログラムは、
前記第１の二値画像の重心と前記第２の二値画像の重心をそれぞれ求める機能と、
前記第１の二値画像の重心と前記第２の二値画像の重心を合せるように前記第１の二値画像と前記第２の二値画像の一方あるいは両方を移動する機能と、
合わせた重心を原点として動径を設定する機能と、
前記動径と、前記第１の二値画像の辺縁との交点を第１の交点として、前記第２の二値画像の辺縁との交点を第２の交点としてそれぞれ設定する機能と、
前記動径上の前記第１の交点と前記第２の交点の間の第３の点をそれぞれ補間により求める機能と、
スプライン補間を用いて前記第３の点を結び合わせて、それを辺縁として第３の二値画像を設定する機能と、
前記第１の二値画像の重心と前記第２の二値画像の重心の間に前記第３の二値画像の重心が配置されるように前記第３の二値画像を移動する機能と、
を実行させることを特徴とする二値画像生成プログラム。
コンピュータに、第１の二値画像と第２の二値画像に挟まれた第３の二値画像を、該第１の二値画像と該第２の二値画像に基づき生成させる二値画像生成プログラムであって、
該プログラムは、
前記第１の二値画像と前記第２の二値画像の重なり領域を求める機能と、
前記重なり領域の重心を求める機能と、
前記重心を原点とする動径を設定する機能と、
前記動径と第１の二値画像の辺縁との交点を第１の交点とし、前記動径と第２の二値画像の辺縁との交点を第２の交点とし、前記動径上で第１の交点と第２の交点との内分点を第３の点として求める機能と、
前記内分点を結び合わせて、それを辺縁として第３の二値画像を設定する機能と、を実行させることを特徴とする二値画像生成プログラム。