JP6383145B2 - 画像処理装置、画像処理装置の制御方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、画像処理装置、画像処理装置の制御方法およびプログラムに関し、特に、被検体に挿入されるガイドワイヤ等のデバイスを、Ｘ線透視装置により得られる透視像において強調する画像処理技術に関する。

近年のディジタル技術の進歩により、医療の分野でも画像にディジタル処理を施すことが一般的になっている。従来のＸ線診断用のフィルムを用いたＸ線撮影に代わり、Ｘ線画像をディジタル画像として出力する２次元Ｘ線センサの普及も進み、２次元Ｘ線センサが出力するディジタル画像へのエッジ強調処理等、ディジタル画像処理の重要性は高い。

さらに、所定の周期でＸ線パルスを照射することで動画としてＸ線画像を生成するＸ線透視装置は、例えばインターベンション治療（血管内治療）や血管造影検査に用いられる。これらの治療・検査においては、被検体に対してカテーテルをガイドワイヤにより挿入するといった、血管内へのデバイスの挿入が行われる。

Ｘ線透視装置によるＸ線透視では、血管内挿入デバイスが明瞭に描出されることが期待されている。しかし、血管内挿入デバイスは一般に極めて細く、Ｘ線吸収率も低く、さらにＸ線透視は低線量下で行われるため、明瞭な描出が困難である。

これに対して、特許文献１及び特許文献２では、血管内へデバイスを挿入する前に血管造影画像を取得し、これを血管経路画像（ロードマップ像）としてＸ線透視画像に重ね合わせて表示するロードマップ処理が開示されている。ロードマップ処理により、重ね合わせ表示された血管経路を術者が確認しながら血管内へデバイスを挿入することができることから、血管内挿入デバイスと血管経路との間の位置関係を術者が把握し易くなる。

特開２０１２−８１１７９号公報 特開平４−３６４６７７号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載のロードマップ処理によれば、血管内挿入デバイスと血管経路管との位置関係を把握し易くなるものの、Ｘ線透視像において血管内挿入デバイスを明瞭に描出することはできない。すなわち、低線量下で行われるＸ線透視においては、血管内へ挿入されるガイドワイヤ等の血管内挿入デバイス（構造物）は一般に細くてＸ線吸収率も低いため、明瞭な描出が困難であるという課題がある。

上記の課題に鑑み、本発明は、血管内に挿入される構造物をＸ線透視像において明瞭に視認可能にすることを目的とする。

上記の目的を達成する本発明に係る画像処理装置は、
被写体のＸ線画像群を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段により取得された第一のＸ線画像群に基づいて、前記被写体の血管経路画像を生成する生成手段と、
前記血管経路画像の画素値に基づいて、前記血管経路画像から血管経路領域と前記血管経路領域以外の背景領域とを抽出する抽出手段と、
前記画像取得手段により取得された第二のＸ線画像群の各フレームにおける前記血管経路領域と前記背景領域とに対応する各領域に対して、それぞれ異なる強調処理を行うことにより、前記被写体の血管内の構造物を強調する強調処理手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、血管内に挿入される構造物をＸ線透視像において明瞭に視認することができる。

第１実施形態に係るＸ線撮影システムの構成例を示す図。 第１実施形態に係るＸ線撮影システムが実施する処理の手順を示すフローチャート。 第１実施形態に係る画像処理装置が実施する血管経路画像生成処理の手順を示すフローチャート。 第１実施形態に係る画像処理装置が実施する血管経路強調処理の手順を示すフローチャート。 第２実施形態に係る画像処理装置が実施する血管経路強調処理の手順を示すフローチャート。 第２実施形態に係る強調処理で使用される強調処理オペレータを説明する図。 本発明を実現可能なコンピュータシステムの一例を示す図。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態では、例えばインターベンション治療の際に挿入されるガイドワイヤ等の血管内挿入デバイス（構造物）の視認性を向上させる方法について説明する。本実施形態では、時間的に異なるタイミングで取得した第一のＸ線画像群から得られた血管経路画像に基づいて、その後に取得した新たな第二のＸ線画像群の強調処理を行うことで、血管内挿入デバイス（構造物）を選択的に強調する例を説明する。

＜１．Ｘ線撮影システムの構成＞
まず図１を参照して、本実施形態に係るＸ線撮影システムの構成例を説明する。Ｘ線撮影システム１００は、Ｘ線発生部１０１と、２次元Ｘ線センサ１０４と、前処理部１０５と、画像記憶部１０６と、操作部１０７と、画像処理装置１０８と、表示部１０９とを備えている。

Ｘ線発生部１０１は、毎秒３〜３０パルスのＸ線パルスを発生することが可能である。２次元Ｘ線センサ１０４は、被写体１０２を透過したＸ線１０３を受けて、パルスに同期してＸ線画像を１フレームずつ生成する。すなわち２次元Ｘ線センサ１０４は、Ｘ線照射された被写体１０２の動画像を撮像する撮像部として機能する。

前処理部１０５は、２次元Ｘ線センサ１０４が出力する動画像の各フレームに対し、前処理を行う。画像記憶部１０６は、前処理された動画像の少なくとも１フレームあるいは画像処理した結果を記憶する。操作部１０７は、ユーザからの操作指示の入力を受け付ける。

画像処理装置１０８は、撮像されたＸ線画像を取得して当該Ｘ線画像に対して画像処理を行う。画像処理装置１０８は、血管経路画像生成部１１０と、血管経路強調処理部１１１とを有している。血管経路画像生成部１１０は、前処理部１０５が出力する動画像の少なくとも１フレームから血管経路画像を生成する。血管経路強調処理部１１１は、前処理部１０５が出力する動画像に血管経路画像に基づく強調処理を行う。

ここでは画像処理装置１０８は血管経路画像生成部１１０と、血管経路強調処理部１１１とを有する構成を例示しているが、２次元Ｘ線センサ１０４から画像を取得する不図示の画像取得部や、前処理部１０５、画像記憶部１０６等の他の処理部を含んでいてもよい。表示部１０９は、Ｘ線画像を表示する。そして、これらの各処理部は、バス１１２を介して接続されているものとする。

＜２．血管内挿入デバイスの視認性を向上させる強調処理の概要＞
次に、図２のフローチャートを参照して、本実施形態に係るＸ線撮影システム１００による処理の手順を説明する。ステップＳ２０１において、Ｘ線撮影システム１００は、操作部１０７を介したユーザからの透視開始指示により第一のＸ線透視を開始し、第一のＸ線透視像を取得する。第一のＸ線透視では、Ｘ線発生部１０１が、ユーザにより予め定められたＸ線透視条件に従ってＸ線パルスを発生させ、２次元Ｘ線センサ１０４がＸ線パルスを検出することでＸ線画像を１フレームずつ生成する。続いて、このＸ線画像の各フレームに対して、前処理部１０５が２次元Ｘ線センサ１０４の特性を考慮した所定の前処理を行う。そして画像処理装置１０８がノイズ抑制や強調処理などの表示用画像処理を行った後、表示部１０９がＸ線透視像として動画表示を行う。

この第一のＸ線透視は、強調すべきガイドワイヤ等のデバイスを挿入する前に、造影剤を注入しながら行うことで血管造影がなされた画像を収集し、血管経路画像を生成するために行われるものである。従って、ユーザは、表示部１０９が表示するＸ線透視像を観察して造影状況を目視しながら透視を続け、血管内に造影剤がいきわたったタイミングを確認した後、操作部１０７を介してＸ線撮影システム１００に透視の終了を指示する。

ステップＳ２０２において、Ｘ線撮影システム１００は、第一のＸ線透視によって得られる第一のＸ線透視像から、血管経路画像生成部１１０により血管経路画像を生成し、画像記憶部１０６に記憶する。この血管経路画像は後のインターベンション治療においてガイドワイヤを挿入する血管領域を表すものである。

血管経路画像生成部１１０による血管経路画像の生成は、ステップＳ２０１の第一のＸ線透視中にリアルタイムに行ってもよいし、第一のＸ線透視中は画像記憶部１０６への第一のＸ線透視像の記憶のみ行い、第一のＸ線透視の終了後に画像記憶部１０６から第一のＸ線透視像を読み出して行ってもよい。ステップＳ２０２の処理の詳細については図３を参照して後述する。

ステップＳ２０３において、Ｘ線撮影システム１００は、操作部１０７を介したユーザからの透視開始指示により、第二のＸ線透視を開始し、第二のＸ線透視像を取得する。第二のＸ線透視では、Ｘ線発生部１０１、２次元Ｘ線センサ１０４、前処理部１０５は第一のＸ線透視と同様に動作し、Ｘ線画像を１フレームずつ生成する。この第二のＸ線透視は、インターベンション治療のためにガイドワイヤ等のデバイスを挿入しながら行い、デバイスの位置を確認するために行われる。

ステップＳ２０４において、Ｘ線撮影システム１００は、第二のＸ線透視でリアルタイムに得られるＸ線画像の各フレームを、血管経路強調処理部１１１により強調処理し、処理結果を生成する。この強調処理は、ステップＳ２０２において画像記憶部１０６に記憶した血管経路画像に基づいてガイドワイヤ等の血管内挿入デバイスを選択的に強調するものである。ステップＳ２０４の処理の詳細については図４を参照して後述する。

以上が、血管内挿入デバイスの視認性を向上させる強調処理の概要である。強調処理によって得られた画像は、第一のＸ線透視時と同様に画像処理装置１０８により表示用処理が施された後、表示部１０９に第二のＸ線透視像として表示される。ユーザは第二のＸ線透視像を観察しながら治療や検査を行う。

＜３．ステップＳ２０２の処理の詳細＞
続いて、図３のフローチャートを参照して、画像処理装置１０８が有する血管経路画像生成部１１０がステップＳ２０２で実施する血管経路画像の生成処理の一例を説明する。なお、この血管経路画像の生成には様々な手法が適用でき、図３に示す処理以外の手法で血管経路画像を生成してもよい。ここでは、第一のＸ線透視が終了し、第一のＸ線透視像が全て画像記憶部１０６に記憶されている状態を仮定して説明を行う。

ステップＳ３０１において、血管経路画像生成部１１０は、画像記憶部１０６に記憶されている第一のＸ線透視像の１フレームをマスク像として選択する。このマスク像は造影が行われる前の画像である。例えばＸ線透視開始直後の造影剤がまだ画像に現れていないであろう１フレーム目をマスク像として使用すればよい。また、造影剤が画像に現れていない複数のフレームを加算平均処理により合成し、ノイズを低減した一枚のマスク像としても生成して使用してもよい。

ステップＳ３０２において、血管経路画像生成部１１０は、画像記憶部１０６に保存されている第一のＸ線透視像のうち、ステップＳ３０１でマスク像として選択されたフレーム以外の、少なくとも２フレームをライブ像群として選択する。ライブ像群は、好適には造影剤が画像に現れているフレームである。たとえば、画像を解析して造影剤の有無を検知し、造影剤が画像に現れているフレームを選択すればよい。あるいは、造影剤の有無に関わらず、マスク像以外のフレームをライブ像群として使用してもよい。以下の説明では、ライブ像群の各フレームは、それぞれ異なる位置に血管造影領域を有しているものとする。

ステップＳ３０３において、血管経路画像生成部１１０は、ステップＳ３０２で選択されたライブ像群の各フレームからマスク像を画像間差分処理することにより、サブトラクション画像群を生成する。画像間差分処理は、マスク像をＭ、ライブ像群のｔフレーム目をＬｔ、サブトラクション画像群のｔフレーム目をＳｔとし、それぞれの画像の座標（ｘ，ｙ）の画素値をＭ（ｘ，ｙ）、Ｌｔ（ｘ，ｙ）、Ｓｔ（ｘ，ｙ）とすると、式（１）のように表すことができる。

ここでは、ライブ像が描出する血管造影領域は、血管造影領域ではない領域より低い画素値で表されると仮定する。その場合、サブトラクション画像は、ライブ像とマスク像との間に動きが無い領域の画素値はゼロ、血管造影領域では負の値を示す画像となる。また、ライブ像群の各フレームが異なる位置に血管造影領域を持つならば、サブトラクション画像群も各フレームが異なる位置に血管造影領域である負値画素を持つ画像となる。

ステップＳ３０４において、血管経路画像生成部１１０は、ステップＳ３０３で生成されたサブトラクション画像群に対して最小値投影処理を施して、一枚の血管経路画像を生成する。最小値投影処理は、サブトラクション画像群のフレーム数をＴ、サブトラクション画像群のｔフレーム目をＳｔ（すなわち、１≦ｔ≦Ｔ）、血管経路画像をＲとし、各画像の座標（ｘ，ｙ）の画素値をＳｔ（ｘ，ｙ）、Ｒ（ｘ，ｙ)とすると、式（２）のように表すことができる。

式（２）において、Ｍｉｎ（Ｘ｜Ｙ）は、条件Ｙを満たすＸの集合の最小値を出力する関数を表す。すなわち、最小値投影処理は、サブトラクション画像群の座標（ｘ，ｙ）の画素値集合の最小値を求め、血管経路画像の対応する座標（ｘ，ｙ）の値とすることを示している。

上述の通りサブトラクション画像群は各フレームが異なる位置に血管造影領域である負値画素を持つ画像である。したがって、最小値投影処理は、サブトラクション画像群がそれぞれ異なる位置に持つ血管造影領域を、一枚の画像に統合し、血管経路画像として生成する処理である。以上で図３のフローチャートの各処理が終了する。

なお、ここではサブトラクション画像群が血管造影領域を負の値で持つ場合を説明したが、血管造影領域を正の値で持つ場合には、最大値を取得する最大値投影処理を用いれば同様に血管経路画像を取得することができる。

また、ここではユーザによる介入が無い場合を例に説明したが、操作部１０７を介してインタラクティブにユーザが血管経路画像を生成してもよい。例えば、画像記憶部１０６に記憶されている第一のＸ線透視像の中からマスク像として適切な（例えば、血管造影領域が無く、ライブ像群との位置ずれの小さい）画像をユーザが選択してもよい。同様に、第一のＸ線透視像の中からライブ像として適切な（例えば、明瞭な血管造影領域が存在し、マスク像との位置ずれの小さい）画像をユーザが選択してもよい。また、マスク像とライブ像群との間の位置ずれを小さくするような位置合わせを行ってもよい。

さらに、最小値投影処理の前にサブトラクション画像群に対するノイズ抑制や強調処理の度合いの変更を行い、望ましい血管経路画像が取得できるように調整を行ってもよい。あるいは、最小値投影処理後の血管経路画像に対するノイズ抑制や強調処理の度合いの変更を行ってもよい。

また、ここでは、第一のＸ線透視後、第一のＸ線透視像が画像記憶部１０６に記憶されている状態を仮定して説明したが、上述の処理は第一のＸ線透視中にリアルタイムに行ってもよい。その場合、第一のＸ線透視中にリアルタイムに取得される画像の造影剤が現れる前のフレームのいずれかをマスク像とし、マスク像取得後のフレームをライブ像としてリアルタイムにサブトラクション画像を取得する。そして、１フレーム目のサブトラクション画像はそのまま血管経路画像として画像記憶部１０６に記憶する。２フレーム目以降は、リアルタイムに生成されるサブトラクション画像と、画像記憶部１０６に記憶された当該血管経路画像との間で最小値投影処理を行い、その結果を新しい血管経路画像として画像記憶部１０６が保持する血管経路画像と置き換えることを繰り返す。

この場合、作成中の血管経路画像は表示部１０９にリアルタイムに描画できるため、ユーザは適当な血管経路画像が得られたことを確認したところで第一のＸ線透視を終了すればよい。

また、ここではサブトラクション画像群を取得し、最小値投影を行うことで血管経路画像を取得する手法を述べたが、この処理は省略することもできる。例えばサブトラクション画像１フレームで血管造影領域が明瞭に描出できている場合、最小値投影を行わない一枚のサブトラクション画像を血管経路画像としてもよい。このサブトラクション画像は、取得したＸ線透視像をユーザが確認してその中から適当なフレームを選択してもよい。また、被写体への造影剤の流入状態に基づいてサブトラクション画像を選択して血管経路画像を生成してもよい。たとえば、被写体への造影剤流入状態を解析して当該流入状態が所定の条件を満たすサブトラクション画像を選択する機能を設けてもよい。

この造影剤流入状態は、例えば血管造影領域を閾値処理等で抽出し、血管造影領域の面積や画素値を用いて定義することができる。また、所定の条件は、例えば最も血管造影領域の面積が大きいフレームを取得するといった条件を用いることができる。

＜４．ステップＳ２０４の処理の詳細＞
続いて、図４のフローチャートを参照して、画像処理装置１０８が有する血管経路強調処理部１１１がステップＳ２０４で実施する、第二のＸ線透視像の各フレームに対する強調処理の一例を説明する。

ステップＳ４０１において、血管経路強調処理部１１１は、画像記憶部１０６に保存されている血管経路画像を読みだし、血管経路画像中の血管経路領域と、血管経路領域以外の背景領域とを分離して抽出する血管経路領域抽出処理を行う。

この処理は例えば閾値処理によって実現することができる。閾値処理は、血管経路画像をＲ、その座標（ｘ，ｙ）の画素値をＲ（ｘ，ｙ）、所定の閾値をＴ、出力である二値画像をＢ、その座標（ｘ，ｙ）の画素値をＢ（ｘ，ｙ）とすると、式（３）のように表すことができる。

ここでは、血管経路画像Ｒは図３のフローチャートで説明した手法で作成したものであり、負値が血管経路であると仮定している。従って、二値画像Ｂの画素値Ｂ（ｘ，ｙ）は座標（ｘ，ｙ）が血管経路領域であれば１、背景領域であれば０を表す血管経路領域画像である。閾値Ｔは被写体動及びノイズが無い理想的な場合であればゼロとなるが、実際は被写体動及びノイズが存在するため、ノイズや被写体動の影響を低減できるように適当な値を定めて用いればよい。

血管経路画像は帯状構造の１つの連結領域であることが望ましい。これには、ノイズ低減処理を行った後に二値化を行う、二値化処理後にモルフォロジ演算により孤立点や穴の除去を行う、ラベリング処理により連結領域を識別し、最大面積の領域以外を除去するなど、様々な画像セグメンテーション技術を用いることができる。

ステップＳ４０２において、血管経路強調処理部１１１は、第二のＸ線透視像の各フレームにおいて、ステップＳ４０１で生成された二値画像が表す血管経路領域に対応する領域に選択的強調処理を行う。当該処理は、血管経路領域および背景領域に対応する第二のＸ線画像群の各フレームにおける各領域に対して、それぞれ異なる強調処理を行うものである。

強調処理の一例として、ここでは画像を異なる周波数で複数の帯域制限画像に分解し、帯域制限画像毎に異なる調整を行った後、合成することで一枚の強調画像を生成する周波数強調処理を説明する。具体的には、第二のＸ線画像のフレームを異なる周波数で複数の帯域制限画像に分解し、帯域制限画像ごとに、血管経路領域および背景領域に対応する帯域制限画像の各領域に異なる強調処理を行い、強調処理が行われた複数の帯域制限画像に基づいて、第二のＸ線画像群の各フレームにおける被写体の血管内の構造物を強調する。

画像を複数の帯域制限画像へ分解する方法としては、ラプラシアンピラミッド分解やウェーブレット変換、アンシャープマスクなど様々な手法がある。例えばアンシャープマスクを用いる手法は、原画像をＳｏｒｇ、ボケ画像をＳｕｓ、帯域制限画像をＨとし、それぞれの座標（ｘ，ｙ）の画素値をＳｏｒｇ（ｘ，ｙ）、Ｓｕｓ（ｘ，ｙ）、Ｈ（ｘ，ｙ）とすると、式（４）のように表すことができる。

式（４）は、原画像から一つの帯域制限画像を生成する場合である。異なる周波数を表す複数の帯域成分画像を生成する方法は次のようになる。異なる周波数をレベルｌｖで表し、高周波（ｌｖ＝１）から低周波（ｌｖ＝ｌｖＭａｘ）までの周波数の異なる複数の帯域制限画像を｛Ｈ_ｌｖ｜ｌｖ＝１，２，．．．，ｌｖＭａｘ｝とする。この時、任意のレベルｌｖの帯域制限画像Ｈ_ｌｖは、式（５）のように表すことができる。

ここで、｛Ｓｕｓ_ｌｖ｜ｌｖ＝０，１，２，．．．，ｌｖＭａｘ｝は周波数の異なる複数のボケ画像であり、ｌｖ＝０のボケ画像Ｓｕｓ_０は原画像Ｓｏｒｇと等しい。式（５）から、原画像Ｓｏｒｇと帯域制限画像Ｈ_ｌｖとの関係は式（６）のように表すことができる。

式（６）は、分解された帯域制限画像Ｈ_ｌｖ（以下、高周波画像）の全てと、最も低い周波数を持つボケ画像ＳｕＳ_{ｌｖＭａｘ}（以下、低周波画像）とを加算することで原画像Ｓｏｒｇを再構成できることを表している。

以上より、周波数強調処理は、高周波画像への強調度を与える係数｛α_ｌｖ｜ｌｖ＝１，２，．．．，ｌｖＭａｘ｝を用いて、式（７）のように表すことができる。ここで、Ｓｅｎｈは周波数強調処理がなされた画像である。

右辺の強調係数α_ｌｖを全てのレベルにおいて１とすると、式（６）の右辺と一致し、原画像Ｓｏｒｇと等しくなることが確認できる。強調係数α_ｌｖを１より大きくすることで対応する高周波画像が強調され、１より小さくすると高周波画像が抑制される。つまり、ユーザは、周波数レベルｌｖ毎に異なる強調係数α_ｌｖの値を設定することで、好みに応じた、様々な周波数強調あるいは抑制を行った画像を生成することができる。

以上に述べた強調処理を用いた場合、ステップＳ４０２の選択的強調処理は、例えば式（８）のように表すことができる。

ここでβ_ｌｖは強調係数α_ｌｖと異なる強調係数である。すなわち、本実施形態における選択的強調処理は、二値画像である血管経路領域画像に従い、第二のＸ線透視画像の各フレームに強調処理を行うものである。血管経路領域画像は第二のＸ線透視画像からは得られない情報であり、Ｂ（ｘ，ｙ）＝１の領域では強調係数α_ｌｖを、背景領域を示すＢ（ｘ，ｙ）＝０の領域では強調係数β_ｌｖを用いることで、領域別に異なる強調処理を行うことができる。例えば、血管内のガイドワイヤなどのデバイスを強調したい場合は対応する強調度α_ｌｖを大きく設定すればよく、これにより血管挿入デバイスの選択的な強調が可能になる。以上で図４のフローチャートの各処理が終了する。

なお、ここではユーザによる介入が無い場合を説明したが、ユーザが操作部１０７を介して、インタラクティブに血管経路画像から血管経路領域画像を生成あるいは修正してもよい。また血管経路領域画像の生成後、第二の透視開始前に被写体動が生じている場合、血管挿入デバイスと血管経路画像が重なるように位置合わせを行う機能を設けてもよい。

また、二値画像である血管経路領域画像に対して所定の画素幅で膨張または収縮を行う膨張収縮処理を行ってもよい。例えば膨張処理により血管経路領域を広くすれば血管経路画像と第二のＸ線透視像と間に位置ずれが有る場合もロバストに対応が可能である。また収縮処理を行えば強調領域を絞ることで強調領域範囲を制御することが可能である。

また、一般に被検体には血管狭窄により血管領域が極めて細くなっている場合がある。この場合、血管経路領域画像においては本来連結した構造として抽出されるべき血管経路領域が途中で途切れて描出される。この途切れた領域が微小であればステップＳ４０１で適用されるセグメンテーション技術によって繋がる場合もあるが、途切れた領域が大きい場合にも対応するために解剖学的知識に基づいて途切れた造影血管領域を補間する機能を設けてもよい。また、操作部１０７を介したユーザ操作にしたがって血管経路領域画像の０画素を１画素に修正することにより途切れた造影血管領域の部分をつなぎ合わせて補間してもよい。

また、画像処理装置１０８により血管経路画像をロードマップ像として第二のＸ線透視像に重ね合わせて表示部１０９に表示するロードマップ機能を設けてもよい。Ｘ線透視像に血管経路画像を重ね合わせて表示する場合は、被写体の構造を描出した上で血管挿入デバイス及び血管経路を表示し、さらに血管経路領域とそれ以外の領域とで異なる強調処理を行ってもよい。また、Ｘ線透視像からマスク像を差分した上で血管経路画像を重ね合わせて表示してもよい。この場合、マスク像の差分により被写体の構造は取り除かれ、血管挿入デバイス及び血管経路のみが描出された画像を得ることができ、その上で領域別の強調処理を行うことができる。これらの表示の切り替えはユーザが操作部１０７を介して変更可能に構成してもよい。

以上説明したように、本実施形態では、時間的に異なるタイミングで取得した第一のＸ線画像群から得られた血管経路画像に基づいて、第二のＸ線画像群の強調処理を行うことで、血管内挿入デバイスを選択的に強調する。これにより、ガイドワイヤ等のデバイスを挿入して行うＸ線透視の際に、血管挿入デバイスの視認性を高めることが可能になる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、画像中の対象画素が血管経路領域か否かに基づいて強調処理を選択的に行う方法を説明したが、血管経路領域の形状や血管挿入デバイスの形状を考慮した強調処理を行ってもよい。この形状の考慮とは血管経路が通常帯状の構造であること、血管挿入デバイスがこの帯状の構造に沿って挿入される線状構造であることを利用するものである。

第２実施形態では、帯状の血管経路領域の各画素について血管経路の走行方向を求め、走行方向に沿った線状構造を強調する方法を説明する。本実施形態に係るＸ線撮影システム１００及び画像処理装置１０８の構成は第１実施形態で図１を参照して説明した構成と同様である。また、Ｘ線撮影システム１００の全体処理の手順は図２と同様であり、画像処理装置１０８の血管経路画像生成部１１０が実施する血管経路画像生成処理の手順も図３と同様であるため説明を省略する。本実施形態では、第１実施形態で図４を参照して説明した画像処理装置１０８の血管経路強調処理部１１１が実施する血管経路強調処理の内容が異なっている。

以下、図５のフローチャートを参照して、第２実施形態に係る画像処理装置１０８の血管経路強調処理部１１１が図２のステップＳ２０４で実施する、第二のＸ線透視像の各フレームに対する強調処理の詳細を説明する。

ステップＳ５０１において、血管経路強調処理部１１１は、画像記憶部１０６に保存されている血管経路画像を読み出し、血管経路画像中の血管経路領域とそれ以外の背景領域とを分離した二値画像として血管経路領域画像を生成する。この処理は第１実施形態のステップＳ４０１と同様であるため、説明を省略する。

ステップＳ５０２において、血管経路強調処理部１１１は、ステップＳ５０１で生成された二値画像が表す血管経路内の画素のそれぞれに対して強調方向を設定する。この強調方向は、血管経路の走行方向に伸びる線上構造物を選択的に強調するために設定するものである。強調方向は、例えば画像の左上座標を原点、ｘ軸方向を０度、ｙ軸方向を９０度として角度により定義すればよい。

強調方向は血管の走行方向であり、例えば、太さ２画素以上の幅を持つ領域として与えられる血管経路領域から幅１画素の中心線を細線化処理により求め、その細線の方向を使用することができる。この細線化処理は、注目画素の近傍の画素値配置が所定のパターンであれば細線構造として残したり、あるいは背景領域として取り除いたりといった様々なアルゴリズムが提案されているため、ここでは特に記載しない。

求めた中心線に属する画素の座標を（ｘ，ｙ）とし、やはり中心線に属し、かつ座標（ｘ，ｙ）に隣接する二つの画素の座標（ｘ_１，ｙ_１）、（ｘ_２，ｙ_２）とすると、画素（ｘ，ｙ）における中心線の走行方向を表す角度Ｄ（ｘ，ｙ）は、式（９）のように表すことができる。

中心線以外の血管経路領域画素に関しては、中心線に属する画素（ｘ，ｙ）を垂直に横切る方向に存在する画素に同じ角度Ｄ（ｘ，ｙ）を与えることで強調方向を設定することができる。

ステップＳ５０３において、血管経路強調処理部１１１は、ステップＳ５０２で設定された画素毎の強調方向に基づいて強調処理を行う。例えば、図６に示す５×５サイズの行列は、画像のｙ軸方向（９０度）に走行する細線構造に対する強調処理に用いる強調処理オペレータＯ（ｉ，ｊ）を表している。この強調処理オペレータＯを画像Ｉの座標（ｘ，ｙ）の画素に適用した強調処理結果Ｅの座標（ｘ，ｙ）の値Ｅ（ｘ，ｙ）は、式（１０）のように表すことができる。

この強調処理オペレータＯ（ｉ，ｊ）は、ｙ軸方向に走行する細線構造物に対して強い強調処理を行う特性を持つ。異なる方向に走行する細線構造物を強調するには、ステップＳ５０２で設定された強調方向に従って、この強調処理オペレータに対応するように画像座標を回転して適用すればよい。例えば、座標（ｘ，ｙ）に設定されている方向をθ（＝Ｄ（ｘ，ｙ））とすると、式（１１）により画素に設定されている方向と強調処理オペレータの方向とを対応させることができる。すなわち、血管経路の走行方向に基づいて、第二のＸ線画像の各フレームにおける対応画素に対して強調処理オペレータを適用する。

この強調処理結果Ｅをそのまま出力画像としてもよいが、強調処理結果Ｅは細線構造物の検出結果として用いることも可能である。例えば、所定の閾値Ｔを用いて、以下の閾値処理を行ってもよい。

このとき、Ｂ（ｘ，ｙ）は座標（ｘ，ｙ）が細線構造であれば１、背景領域であれば０を値とする二値画像である。この二値画像を用いて式（８）の選択的強調処理を行えば、より強調対象を限定した適切な強調処理を行うことができる。

以上説明したように、本実施形態では、ガイドワイヤ等のデバイスを挿入して行うＸ線透視の際に、それ以前に収集した血管経路像が示す血管造影領域の形状を利用して、帯状の血管経路領域の各画素について血管経路の走行方向を求め、走行方向に沿った線状構造を強調する。これにより、血管挿入デバイスの視認性を高めることが可能になる。

（第３実施形態）
図１に示した各処理部は専用のハードウエアにより構成しても良いが、ハードウエアの機能構成をソフトウエアにより実現することも可能である。この場合、図１に示す各処理部の機能は、情報処理装置にソフトウエアをインストールし、ソフトウエアの実行による画像処理方法を情報処理装置の演算機能を利用して実現することができる。ソフトウエアの実行により、例えば、２次元Ｘ線センサ１０４が出力する動画像の各フレームに対して前処理工程及び画像処理工程が実行される。

[情報処理装置]
図７は、情報処理装置のハードウエア構成、及びその周辺機器の構成を示すブロック図である。情報処理装置１０００は、撮像装置２０００と接続しており、互いにデータ通信が可能な構成となっている。

ＣＰＵ１０１０は、ＲＡＭ１０２０やＲＯＭ１０３０に格納されているプログラムやデータを用いて情報処理装置１０００全体的な制御を行うとともに、プログラムの実行により予め定められた画像処理に関する演算処理を実行することが可能である。

ＲＡＭ１０２０は、光磁気ディスク１０６０やハードディスク１０５０からロードされたプログラムやデータを一時的に記憶するためのエリアを備える。更にＲＡＭ１０２０は、撮像装置２０００から取得したＸ線透視像に基づくマスク像及びライブ像、サブトラクション画像、血管経路画像等の画像データを一時的に記憶するためのエリアを備える。また、ＲＡＭ１０２０は、ＣＰＵ１０１０が各種の処理を実行する際に用いるワークエリアも備える。ＲＯＭ１０３０は、情報処理装置１０００の設定データや、ブートプログラムなどを格納する。

ハードディスク１０５０は、ＯＳ（オペレーティングシステム）や、図１に示した各処理部が行う各処理をコンピュータが備えるＣＰＵ１０１０に実行させるためのプログラムやデータを保持している。そして、これらはＣＰＵ１０１０による制御に従って適宜、ＲＡＭ１０２０にロードされ、ＣＰＵ１０１０（コンピュータ）による処理対象となる。また、マスク像及びライブ像、サブトラクション像の画像データをこのハードディスク１０５０に保存することも可能である。

光磁気ディスク１０６０は、情報記憶媒体としての一例であり、ハードディスク１０５０に保存されているプログラムやデータの一部若しくは全部をこの光磁気ディスク１０６０に格納することが可能である。

マウス１０７０、キーボード１０８０は、情報処理装置１０００の操作者が操作することで、操作部１０７を介した画像処理の調整、血管経路画像の修正、位置合わせ血管経路強調処理の調整のなど、各種の指示をＣＰＵ１０１０に対して入力することができる。

プリンタ１０９０は、表示部１０９に表示された画像を記録媒体上に印刷出力することが可能である。

表示装置１１００は、CRTや液晶画面などにより構成されており、ＣＰＵ１０１０による処理結果を画像や文字などでもって表示することが可能である。例えば、図１に示した各処理部により処理され、最終的に表示部１０９から出力された画像を表示することが可能である。この場合、表示部１０９は、表示装置１１００に画像を表示するための表示制御部として機能する。バス１０４０は、情報処理装置１０００内の各処理部を繋ぎ、各部の間でデータの送受信を行うことを可能にする。

[撮像装置]
次に、撮像装置２０００について説明する。撮像装置２０００は、例えば、Ｘ線透視装置のような、造影剤流入中の動画像を撮像することが可能な装置であり、撮像された画像データは情報処理装置１０００に送信される。なお、画像データは複数をまとめて情報処理装置１０００に送信してもよいし、撮像の都度、順次画像データの送信を行うようにしてもよい。

（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (20)

1. 被写体のＸ線画像群を取得する画像取得手段と、
   前記画像取得手段により取得された第一のＸ線画像群に基づいて、前記被写体の血管経路画像を生成する生成手段と、
   前記血管経路画像の画素値に基づいて、前記血管経路画像から血管経路領域と前記血管経路領域以外の背景領域とを抽出する抽出手段と、
   前記画像取得手段により取得された第二のＸ線画像群の各フレームにおける前記血管経路領域と前記背景領域とに対応する各領域に対して、それぞれ異なる強調処理を行うことにより、前記被写体の血管内の構造物を強調する強調処理手段と、
   を備えることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記生成手段は、前記第一のＸ線画像群のうち前記被写体に造影剤が流入する前のフレームであるマスク像と、前記造影剤が流入した後の各フレームであるライブ像群との間で差分処理を実行してサブトラクション画像群を生成し、前記サブトラクション画像群に基づいて前記血管経路画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記生成手段は、前記被写体への造影剤の流入状態に基づいて前記血管経路画像を生成することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記生成手段は、前記サブトラクション画像群のうちユーザにより選択されたサブトラクション画像を前記血管経路画像として生成することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
5. 前記生成手段は、前記サブトラクション画像群のうち前記被写体への造影剤の流入状態が異なる複数のサブトラクション画像を合成することにより前記血管経路画像を生成することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
6. 前記生成手段は、前記第一のＸ線画像群のうちユーザにより選択されたフレームを前記マスク像および前記ライブ像群として使用することを特徴とする請求項２乃至５の何れか１項に記載の画像処理装置。
7. 前記抽出手段により抽出された前記血管経路領域を所定の画素幅で膨張または収縮させる膨張収縮手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の画像処理装置。
8. 前記血管経路領域の途切れた部分をつなぎ合わせて補間する補間手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の画像処理装置。
9. 前記補間手段は、前記血管経路領域の途切れた部分をユーザ操作にしたがってつなぎ合わせることを特徴とする請求項８に記載の画像処理装置。
10. 前記第二のＸ線画像のフレームを異なる周波数で複数の帯域制限画像に分解する分解手段をさらに備え、
    前記強調処理手段は、
    前記帯域制限画像ごとに、前記血管経路領域および前記背景領域に対して異なる強調処理を行い、
    前記強調処理が行われた複数の帯域制限画像に基づいて、前記第二のＸ線画像群の各フレームにおける前記血管経路領域と前記背景領域とに対して、それぞれ異なる強調処理を行う
    ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の画像処理装置。
11. 前記血管経路画像から血管経路の走行方向を検出する検出手段をさらに備え、
    前記強調処理手段は、前記走行方向に沿って存在する前記第二のＸ線画像群の各フレームにおける前記血管経路領域と前記背景領域とに対して、それぞれ異なる強調処理を行う
    ことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の画像処理装置。
12. 前記血管経路領域の中心線を抽出し、前記中心線に属する画素ごとに、隣接する画素の座標に基づいて中心線の方向を設定する設定手段をさらに備え、
    前記検出手段は、前記中心線の方向に基づいて前記血管経路の走行方向を検出することを特徴とする請求項１１に記載の画像処理装置。
13. 前記設定手段は、前記中心線に属する画素ごとに設定された方向に基づいて、前記血管経路領域に属する各画素に対して方向を設定し、
    前記検出手段は、前記血管経路領域に属する各画素に対して設定された方向に基づいて前記血管経路の走行方向を検出することを特徴とする請求項１２に記載の画像処理装置。
14. 前記強調処理手段は、前記血管経路の走行方向に基づいて、前記第二のＸ線画像の各フレームにおける対応画素に対して強調処理オペレータを適用することを特徴とする請求項１１乃至１３の何れか１項に記載の画像処理装置。
15. 被写体のＸ線画像群を取得する画像取得手段と、
    前記画像取得手段により取得された第一のＸ線画像群に基づいて、前記被写体の血管経路画像を生成する生成手段と、
    前記血管経路画像の画素値に基づいて、前記血管経路画像から血管経路領域を抽出する抽出手段と、
    前記画像取得手段により取得された第二のＸ線画像群の各フレームにおける前記血管経路領域と当該血管経路領域以外の領域とに対応する各領域に対して、それぞれ異なる強調処理を行うことにより、前記被写体の血管内の構造物を強調する強調処理手段と、
    を備えることを特徴とする画像処理装置。
16. 被写体のＸ線画像群を取得する画像取得手段と、
    前記画像取得手段により取得された第一のＸ線画像群に基づいて生成された前記被写体の血管経路画像の画素値に基づいて、前記血管経路画像から血管経路領域と前記血管経路領域以外の背景領域とを抽出する抽出手段と、
    前記画像取得手段により取得された第二のＸ線画像群の各フレームにおける前記血管経路領域と前記背景領域とに対応する各領域を区別して強調することにより、前記被写体の血管内の構造物を強調する強調処理手段と、
    を備えることを特徴とする画像処理装置。
17. 被写体のＸ線画像群を取得する画像取得手段と、生成手段と、抽出手段と、強調処理手段とを備える画像処理装置の制御方法であって、
    前記生成手段が、前記画像取得手段により取得された第一のＸ線画像群に基づいて、前記被写体の血管経路画像を生成する工程と、
    前記抽出手段が、前記血管経路画像の画素値に基づいて、前記血管経路画像から血管経路領域と前記血管経路領域以外の背景領域とを抽出する工程と、
    前記強調処理手段が、前記画像取得手段により取得された第二のＸ線画像群の各フレームにおける前記血管経路領域と前記背景領域とに対応する各領域に対して、それぞれ異なる強調処理を行うことにより、前記被写体の血管内の構造物を強調する工程と、
    を有することを特徴とする画像処理装置の制御方法。
18. 被写体のＸ線画像群を取得する画像取得手段と、生成手段と、抽出手段と、強調処理手段とを備える画像処理装置の制御方法であって、
    前記生成手段が、前記画像取得手段により取得された第一のＸ線画像群に基づいて、前記被写体の血管経路画像を生成する工程と、
    前記抽出手段が、前記血管経路画像の画素値に基づいて、前記血管経路画像から血管経路領域を抽出する工程と、
    前記強調処理手段が、前記画像取得手段により取得された第二のＸ線画像群の各フレームにおける前記血管経路領域と当該血管経路領域以外の領域とに対応する各領域に対して、それぞれ異なる強調処理を行うことにより、前記被写体の血管内の構造物を強調する工程と、
    を有することを特徴とする画像処理装置の制御方法。
19. 被写体のＸ線画像群を取得する画像取得手段と、抽出手段と、強調処理手段とを備える画像処理装置の制御方法であって、
    前記抽出手段が、前記画像取得手段により取得された第一のＸ線画像群に基づいて生成された前記被写体の血管経路画像の画素値に基づいて、前記血管経路画像から血管経路領域と前記血管経路領域以外の背景領域とを抽出する工程と、
    前記強調処理手段が、前記画像取得手段により取得された第二のＸ線画像群の各フレームにおける前記血管経路領域と前記背景領域とに対応する各領域を区別して強調することにより、前記被写体の血管内の構造物を強調する工程と、
    を有することを特徴とする画像処理装置の制御方法。
20. 請求項１７乃至１９の何れか１項に記載の画像処理装置の制御方法の各工程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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