JP6210738B2 - 画像処理装置及び医用画像診断装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、画像処理装置及び医用画像診断装置に関する。

従来、画像に含まれる観察対象をより観察しやすくするために種々の画像処理が施されている。例えば、観察対象としての線状信号を含んだ画像において、線状信号と線状信号以外（例えば、背景など）とを分離して、線状信号を強調したり、線状信号以外を抑制したりする画像処理などが知られている。一例を挙げると、画像から線状信号を検出して、検出した線状信号に対して強調処理を行う画像処理方法が知られている。

上述した画像処理方法を用いることにより、例えば、Ｘ線診断装置によって撮像される透視画像において、カテーテルなどの線状構造物を正確に検出して、表示させることができる。しかしながら、上述した従来技術においては、ノイズに起因するアーチファクトが生じる場合があった。

特開２００１−１１１８３５号公報

本発明が解決しようとする課題は、ノイズに起因するアーチファクトを低減させることを可能にする画像処理装置及び医用画像診断装置を提供することである。

一実施形態の画像処理装置は、データ取得手段と、信号検出手段と、画素処理手段とを備える。データ取得手段は、線状のデバイスの像を含む医用画像データを取得する。信号検出手段は、前記医用画像データに含まれる線状信号を検出する。画素処理手段は、前記データ取得手段によって取得された前記医用画像データにおいて、前記信号検出手段により検出された線状信号が伸びる方向に長く設定される所定の領域内の画素値を当該所定の領域内で無作為に入れ替える。

図１は、第１の実施形態に係る画像処理システムの構成の一例を示す図である。 図２は、従来技術に係る線状信号の検出の一例を説明するための図である。 図３は、第１の実施形態に係る画像処理装置の構成の一例を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係る画素処理部による処理を説明するための図である。 図５は、第１の実施形態に係る表示画像生成部によって生成される表示画像の一例を示す図である。 図６は、第１の実施形態に係る画像処理装置による処理の手順を示すフローチャートである。 図７は、第２の実施形態に係る変形例を説明するための図である。

（第１の実施形態）
以下、本願に係る画像処理装置の詳細について説明する。なお、第１の実施形態では、本願に係る画像処理装置を含む画像処理システムを一例に挙げて説明する。図１は、第１の実施形態に係る画像処理システム１の構成の一例を示す図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係る画像処理システム１は、画像処理装置１００と、医用画像診断装置２００と、画像保管装置３００とを有する。図１に例示する各装置は、例えば、病院内に設置された院内ＬＡＮ（Local Area Network）により、直接的、又は間接的に相互に通信可能な状態となっている。例えば、画像処理システム１にＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System）が導入されている場合、各装置は、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）規格に則って、医用画像等を相互に送受信する。

医用画像診断装置２００は、例えば、Ｘ線診断装置、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置、超音波診断装置、ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）装置、ＰＥＴ（Positron Emission Computed Tomography）装置、ＳＰＥＣＴ装置とＸ線ＣＴ装置とが一体化されたＳＰＥＣＴ−ＣＴ装置、ＰＥＴ装置とＸ線ＣＴ装置とが一体化されたＰＥＴ−ＣＴ装置、又はこれらの装置群等である。そして、医用画像診断装置２００は、それぞれの技師の操作に応じて医用画像を収集する。

そして、医用画像診断装置２００は、収集した画像データを画像処理装置１００や、画像保管装置３００に送信する。なお、医用画像診断装置２００は、画像データを画像保管装置３００に送信する際に、付帯情報として、例えば、患者を識別する患者ＩＤ、検査を識別する検査ＩＤ、医用画像診断装置２００を識別する装置ＩＤ、医用画像診断装置２００による１回の撮影を識別するシリーズＩＤ等を送信する。

画像保管装置３００は、医用画像を保管するデータベースである。具体的には、画像保管装置３００は、医用画像診断装置２００から送信された画像データや、各画像データの付帯情報などを記憶部に格納し、これを保管する。

画像処理装置１００は、医用画像診断装置２００、或いは、画像保管装置３００から画像データを取得して、ノイズに起因するアーチファクトを低減させる。ここで、従来技術において、ノイズに起因するアーチファクトについて説明する。上述したように、従来技術においては、線状信号を観察しやすくするために、画像データに含まれる線状信号を検出して、検出した線状信号に対して強調処理を行ったり、線状信号以外の信号に対して抑制処理を行ったりする。ここで、従来技術では、線状信号の検出において、画像データに含まれるノイズを誤認識することで、アーチファクトが生じる場合があった。

図２は、従来技術に係る線状信号の検出の一例を説明するための図である。例えば、従来技術においては、図２の（Ａ）に示すように、矩形のテンプレートを用いたテンプレートマッチングにより、線状信号を検出する。一例を挙げると、従来技術においては、画素ごとに、図２の（Ａ）に示すように、Ｍ₀〜Ｍ₁₅の１６方向でテンプレートを回転させて、各位置のテンプレートに含まれる画素の画素値に基づいて、線状信号を検出する。すなわち、従来技術においては、Ｍ₀〜Ｍ₁₅のそれぞれのテンプレートの位置においてテンプレート内に含まれる画素の画素値の平均値を算出して、算出した平均値に基づいて線状信号を検出する。

例えば、検出対象が黒側の信号のみの線状陰影の場合には、図２の（Ａ）に示すように、画素値の平均が最小値Ｍ_minとなるテンプレートＭ₉が抽出される。そして、図２の（Ｂ）に示すように、抽出されたテンプレートＭ₉の領域内のベクトルの平均を算出することで、線状陰影の方向と強さを算出する。線状陰影（線状信号）の検出においては、全ての画素について、上述した処理を実行することで、画像データに含まれるすべての線状信号を検出する。

ここで、従来技術においては、矩形のテンプレートの中心付近に大きなノイズがある場合に、当該ノイズを線状信号として検出してしまう場合があり、それに対して強調処理などを行ってしまうとノイズが強調されることとなる。このように、従来技術においては、ノイズが誤認されると、誤認されたノイズに起因するアーチファクトが生じる。そこで、第１の実施形態に係る画像処理装置１００は、ノイズに起因するアーチファクトを低減させる。

図３は、第１の実施形態に係る画像処理装置１００の構成の一例を示す図である。図３に示すように、画像処理装置１００は、入力部１１０と、表示部１２０と、通信部１３０と、記憶部１４０と、制御部１５０とを有する。例えば、画像処理装置１００は、ワークステーションや、任意のパーソナルコンピュータなどであり、医用画像診断装置２００や、画像保管装置３００などとネットワークを介して接続される。

入力部１１０は、マウス、キーボード、トラックボール等であり、画像処理装置１００に対する各種操作の入力を操作者から受け付ける。具体的には、入力部１１０は、画像データなどを取得するための入力などを受付ける。

表示部１２０は、モニタとしての液晶パネル等であり、各種情報を表示する。具体的には、表示部１２０は、操作者から各種操作を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）や、後述する制御部１５０による処理結果を表示する。通信部１３０は、ＮＩＣ（Network Interface Card）等であり、他の装置との間で通信を行う。

記憶部１４０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り、後述する制御部１５０によって取得された医用画像の画像データなどを記憶する。また、記憶部１４０は、後述する制御部１５０によって用いられる種々の情報を記憶する。

制御部１５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の電子回路、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路であり、画像処理装置１００の全体制御を行なう。制御部１５０は、図３に示すように、例えば、データ取得部１５１と、信号検出部１５２と、画素処理部１５３、表示画像生成部１５４とを有する。

データ取得部１５１は、通信部１３０を介して、医用画像診断装置２００又は画像保管装置３００からデータを取得する。具体的には、データ取得部１５１は、入力部１１０を介して操作者から受付けた指示に応じて、医用画像診断装置２００又は画像保管装置３００から画像データなどを取得して、記憶部１４０に格納する。例えば、データ取得部１５１は、線状信号を含む医用画像の画像データなどを取得する。

信号検出部１５２は、所定の大きさで形成された信号検出領域を用いて画像データに含まれる線状信号を検出する。具体的には、信号検出部１５２は、所定の大きさのテンプレートを用いたテンプレートマッチングにより、画像データに含まれる線状信号を検出する。例えば、信号検出部１５２は、図２に示すように、テンプレートマッチングを行う。ここで、上述したように、信号検出部１５２によるテンプレートマッチングでは、線状信号だけではなく、ノイズを誤認識してしまう場合がある。そこで、以下で説明する画素処理部１５３の処理によりノイズに起因するアーチファクトを低減する。

画素処理部１５３は、データ取得部１５１によって取得された画像データにおいて、所定の領域内の画素値を当該所定の領域内で無作為に入れ替える。具体的には、画素処理部１５３は、信号検出部１５２によって用いられるテンプレートを所定の領域とし、テンプレート内の画素値を当該信号検出領域内で無作為に入れ替える。

図４は、第１の実施形態に係る画素処理部１５３による処理を説明するための図である。図４においては、信号検出部１５２によって長い信号と短い信号とが検出された後の処理について示す。図４においては、図４の（Ａ）は処理の対象が長い信号である場合について示す。また、図４の（Ｂ）は処理の対象が短い信号である場合について示す。

例えば、テンプレート１０によって検出された長い信号に対して、画素処理部１５３が画素値を無作為に入れ替える処理を実行した場合には、図４の（Ａ）に示すように、画素処理部１５３によって入れ替えられた長い線は、殆どそのまま残ることとなる。一方、例えば、テンプレート１０によって検出された短い信号に対して、画素処理部１５３が画素値を無作為に入れ替える処理を実行した場合には、図４の（Ｂ）に示すように、画素処理部１５３によって入れ替えられた短い線は、空間的に散乱して目立たなくなる。

すなわち、信号検出部１５２によって検出された信号が線状信号の場合には、長い信号であるため、画素処理部１５３が入れ替え処理を実行した場合でも、長い信号のまま残る。一方、信号検出部１５２によって検出された信号がノイズの場合には、短い信号であるため、画素処理部１５３が入れ替え処理を実行すると、線が分解されて視覚的にコントラストが低下されることとなる。ここで、上述したようにノイズ（短い線）を分解して目立たなくするために、信号検出部１５２によって用いられるテンプレート１０は、画像データに含まれる偽像を内包する大きさである。具体的には、テンプレートの長手方向がノイズと比較して十分に長いことが望ましい。

しかしながら、テンプレートを大きく（長く）し過ぎると、線状信号に対しても影響を与えてしまう。例えば、線状信号の端部が入れ替え処理により大きくずれてしまうような場合、後の表示画像で実際とは大きく異なる画像を表示することとなってしまう。そこで、線状信号の端部のずれとして「±３ｍｍ」を許容範囲とすると、３０画素（１画素＝０．２ｍｍ）の長さを有するテンプレートを用いることが望ましい。なお、３０画素の長さがあれば、ノイズの分解効果は十分に得られる。

図３に戻って、表示画像生成部１５４は、信号検出部１５２によって検出された後、画素処理部１５３によって入れ替え処理が実施された線状信号に対して強調処理を行ったり、平滑化処理を行ったりする。例えば、表示画像生成部１５４は、Ｘ線画像の線状陰影を強調して表示させる。

図５は、第１の実施形態に係る表示画像生成部１５４によって生成される表示画像の一例を示す図である。図５においては、図５の（Ａ）が、画素処理部１５３による入れ替え処理を行っていない状態を示し、図５の（Ｂ）が、画素処理部１５３による入れ替え処理を行った状態を示す。

例えば、画素処理部１５３による入れ替え処理が実行されていない場合には、図５の（Ａ）に示すように、線状信号に加えて、ノイズが目立った状態となる。一方、画素処理部１５３による入れ替え処理が実行された場合には、図５の（Ｂ）に示すように、短い信号が分解されて視覚的にコントラストを低下させることができる。

このように、画像処理装置１００は、信号検出部１５２によって検出された信号に対して画素値の入れ替え処理を実行することで、ノイズを目立たなくして、アーチファクトを低減させることができる。

ここで、第１の実施形態に係る画素処理部１５３は、入れ替え処理に加えて、画素値の部分平均処理を実行することができる。したがって、画素処理部１５３は、入れ替え処理によって分解した後の信号をさらに薄くすることができる。

次に、第１の実施形態に係る画像処理装置１００の処理の手順について、図６を用いて説明する。図６は、第１の実施形態に係る画像処理装置１００による処理の手順を示すフローチャートである。

図６に示すように、第１の実施形態に係る画像処理装置１００においては、データ取得部１５１が、画像データを取得すると（ステップＳ１０１）、信号検出部１５２が、１つの画素についてテンプレートマッチングを実行する（ステップＳ１０２）。そして、信号検出部１５２は、画像データにおける線状のパターン（線状信号や、ノイズなど）を検出する（ステップＳ１０３）。

その後、画素処理部１５３は、画素をランダムに入れ替える（ステップＳ１０４）。そして、信号検出部１５２は、全ての画素に対してテンプレートマッチングを実行したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ここで、全ての画素に対してテンプレートマッチングを実行していないと判定した場合には（ステップＳ１０５否定）、信号検出部１５２は、ステップＳ１０２に戻って、未処理の画素についてテンプレートマッチングを実行する。

一方、全ての画素に対してテンプレートマッチングを実行したと判定した場合には（ステップＳ１０５肯定）、表示画像生成部１５４が、信号検出部１５２による検出結果を用いて表示画像を生成する（ステップＳ１０６）。

上述したように、第１の実施形態によれば、データ取得部１５１が、画像データを取得する。画素処理部１５３は、データ取得部１５１によって取得された画像データにおいて、所定の領域内の画素値を当該所定の領域内で無作為に入れ替える。従って、第１の実施形態に係る画像処理装置１００は、ノイズなどの短い信号を分解して目立たなくすることができ、ノイズに起因するアーチファクトを低減することを可能にする。

また、第１の実施形態によれば、信号検出部１５２は、所定の大きさで形成されたテンプレートを用いて画像データに含まれる線状信号を検出する。画素処理部１５３は、信号検出部１５２によって用いられるテンプレートを所定の領域とし、テンプレート内の画素値を当該テンプレート内で無作為に入れ替える。従って、第１の実施形態に係る画像処理装置１００は、信号検出に用いられるテンプレートを併用することにより、効果の高い処理を容易に実施することができる。

また、第１の実施形態によれば、所定の領域は、画像データに含まれる偽像を内包する大きさである。従って、第１の実施形態に係る画像処理装置１００は、ノイズなどの短い信号を確実に分解することを可能にする。

また、第１の実施形態によれば、画素処理部１５３は、所定の領域内の画素値を当該領域内で無作為に入れ替えるともとに、部分平均処理を実行する。従って、第１の実施形態に係る画像処理装置１００は、分解した信号をさらに薄くすることができ、ノイズに起因するアーチファクトをより低減することを可能にする。

（第２の実施形態）
これまで第１の実施形態について説明したが、上述した第１の実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。

上述した第１の実施形態では、２次元画像に対して処理を実行する場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、３次元画像データに対して処理を実行する場合であってもよい。図７は、第２の実施形態に係る変形例を説明するための図である。図７においては、３次元画像データ内のテンプレート１０について示す。

例えば、第２の実施形態に係る画素処理部１５３は、３次元画像データに含まれる信号に対して入れ替え処理を実行する場合には、図７に示すように、四角柱のテンプレート１０を用いて検出された信号のボクセルの画素値を無作為に入れ替える。なお、３次元画像データにおいて、信号を検出する場合には、例えば、信号検出部１５２が、テンプレート１０の角度を少しずつ変化させながら、１６方向のパターンマッチングを順次実行して、３次元空間内に含まれている信号を検出する。

また、処理の対象として動画像が用いられる場合であってもよい。かかる場合には、フレームごとに信号の検出と、画素値の入れ替え処理が実施される。

また、上述した第１の実施形態では、信号検出部１５２によって検出された信号に対して、画素処理部１５３が入れ替え処理をする場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、信号が検出される前に画素値の入れ替え処理が実行される場合であってもよい。かかる場合には、データ取得部１５１によって取得された画像データに対して、所定の領域ごとに画素値の入れ替えを実行する場合であってもよい。

また、上述した実施形態では、画像処理装置１００が、検出された信号の画素値を入れ替える場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、医用画像診断装置２００が、検出された信号の画素値を入れ替える場合であってもよい。すなわち、例えば、上述した画像処理装置１００が医用画像診断装置２００に組み込まれる場合であってもよい。言い換えると、医用画像診断装置２００の制御部が、上述したデータ取得部１５１、信号検出部１５２、画素処理部１５３、及び、表示画像生成部１５４を備え、上述した処理を実行するようにしてもよい。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の画像処理装置によれば、ノイズに起因するアーチファクトを低減させることを可能にする。

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。

１００ 画像処理装置
１１０ 入力部
１２０ 表示部
１５０ 制御部
１５１ データ取得部
１５２ 信号検出部
１５３ 画素処理部
１５４ 表示画像生成部
２００ 医用画像診断装置

Claims (5)

1. 線状のデバイスの像を含む医用画像データを取得するデータ取得手段と、
   前記医用画像データに含まれる線状信号を検出する信号検出手段と、
   前記データ取得手段によって取得された前記医用画像データにおいて、前記信号検出手段により検出された線状信号が伸びる方向に長く設定される所定の領域内の画素値を当該所定の領域内で無作為に入れ替える画素処理手段と、
   を備えたことを特徴とする画像処理装置。
2. 前記信号検出手段は、所定の大きさで形成された信号検出領域を用いて前記医用画像データに含まれる線状信号を検出し、
   前記画素処理手段は、前記信号検出手段によって用いられる前記信号検出領域を前記所定の領域とし、前記信号検出領域内の画素値を当該信号検出領域内で無作為に入れ替えることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記所定の領域は、前記医用画像データに含まれる偽像を内包する大きさであることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像処理装置。
4. 前記画素処理手段は、前記所定の領域内の画素値を当該領域内で無作為に入れ替えるとともに、部分平均処理を実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像処理装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像処理装置を備えたことを特徴とする医用画像診断装置。

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