JP6491011B2 - 医用画像処理装置および医用画像処理方法 - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態に係る医用画像処理装置1の構成を示すブロック図である。医用画像処理装置1は、補間処理部11と、領域設定部13と、周波数分布発生部15と、補正部17と、画像発生部19と、表示部21と、インターフェース部23と、入力部25と、記憶部27と、制御部29とを有する。図1におけるAは、本医用画像処理装置1におけるインターフェース部23を介して、外部の各種モダリティ、医用画像保管装置などと接続するネットワークを表している。
Porig(f)=|IFT[Iorig(x)]|2
Pbase(f)=|IFT[Ibase(x)]|2 ・・・(1)
上式におけるIFTは、逆フーリエ変換を示している。
α=Pbase(0)/Porig(0)・・・(2)
なお、第1領域および第2領域が脳室などのノイズ以外の信号成分を有する場合、第1パワースペクトルと第2パワースペクトルとにおいて、DC成分が発生する。このため、第1領域と第2領域とが同一部分(同位置)であれば、正規化係数αは、上式(2)と同一の式で計算される。また、第1領域および第2領域において、f=0における信号成分の有無にかかわらず正規化係数αを上式(2)で計算する場合、Pbase(0)とPorig(0)とは、f>0におけるPbase(f)とPorig(f)とからそれぞれ外挿により生成する。
周波数分布発生部15は、第1平滑スペクトルPn_estorig(f)と、第2平滑スペクトルPn_estbase(f)と、第1周波数分布Sorig(f)とを、補正部17に出力する。なお、周波数分布発生部15は、正規化された第1パワースペクトルPnorig(f)と、正規化された第2パワースペクトルPnbase(f)と、第1周波数分布Sorig(f)とを、補正部17に出力してもよい。このとき、周波数分布発生部15において、関数近似は実行されない。
PNR(f)=Pn_estbase(f)/Pn_estorig(f)・・・(3)
上式(3)において、ゼロによる除算が生じないように工夫する必要がある。例えば、周波数分布発生部15および図4では、カットオフ周波数fcがナイキスト周波数fnより大きいため、Pn_estorig(f)は、非ゼロとなる。
図6は、変換関数を用いて補正された第1周波数分布のパワースペクトルPnorig_cor(f)の一例を示す図である。なお、図6におけるPnorig_cor(f)は、第2パワースペクトルの最大値Pbase(0)で正規化されている。このため、図6に示すように、グラフの縦軸とPnorig_cor(f)との交点は、1となる。
上式(1)乃至(5)は説明を簡単にするため、1次元の式として示したが、補正対象の第1画像(または第2画像)は、2次元画像または3次元画像である。このため、上式(1)乃至(5)は画像の次元に対応する式となる。例えば、補正対象の次元が2次元である場合、本補正は、x、y方向ごとに実行される。また、補正対象の次元が3次元である場合、本補正は、x、y、z方向ごとに実行されるため、高次元の方がより高精度な補正として実行される。
周波数分布補正機能とは、補正対象の医用画像(第1画像)のノイズレベルと、基準となる医用画像(第2画像)のノイズレベルとを一致させるように、補正対象の医用画像の周波数分布を補正する機能である。以下、周波数分布補正機能に関する処理(以下、周波数分布補正処理と呼ぶ)について説明する。
入力部25を介した操作者の指示により、選択された第1画像と第2画像とが、記憶部27から読み出される。なお、選択された第1画像および第2画像は、インターフェース部23とネットワークとを介して、図示していない医用画像保管装置、各種モダリティ等から読み出されてもよい。
第1の実施形態との相違は、基準として第1パワースペクトルを用いることにある。
周波数分布発生部15は、第1パワースペクトルPorig(f)を第1パワースペクトルの最大値Porig(0)で除することにより、第1パワースペクトルを正規化する。また、周波数分布発生部15は、第2パワースペクトルPbase(f)を第1パワースペクトルの最大値Porig(0)で除することにより、第2パワースペクトルを正規化する。
周波数分布発生部15は、第2画像に対応する第2周波数分布Sbase(f)を発生する。具体的には、周波数分布発生部15は、第2補間画像または第2画像の画素値Ibase(x)に対して逆フーリエ変換することにより、第2周波数分布Sbase(f)を発生する。すなわち、上記記載によれば、周波数分布発生部15は、例えば以下に示す式で、第2周波数分布Sbase(f)を計算する。
補正部17は、近似関数であるPn_estorig(f)とPn_estbase(f)との比により、第2領域におけるノイズレベルを第1領域におけるノイズレベルに合わせるための関数PNR(f)を決定する。具体的には、補正部17は、第2平滑スペクトルPn_estbase(f)を第1平滑スペクトルPn_estorig(f)に変換する(合わせるまたは一致させる)変換関数PNR(f)を決定する。
PNR(f)=Pn_estorig(f)/Pn_estbase(f)
上式において、ゼロによる除算が生じないように、例えば、周波数分布発生部15において、カットオフ周波数fcを決定してもよい。なお、変換関数は、第1画像および第2画像の発生時における補間の周波数分布、補間回数、補間アルゴリズム、補間サイズ、適応されたフィルターの種類及び形状等の各種情報が既知であれば、補間の周波数分布、補間回数、適応されたフィルター等を用いて変換関数を決定してもよい。
画像発生部19は、補正された第2周波数分布Scor2(f)に対してフーリエ変換FTを適用することで、第2画像(第2補間画像)を補正した画像Icor2(x)(以下、補正第2画像と呼ぶ)を発生する。具体的には、画像発生部19は、以下に示す式に従って、補正第2画像を発生する。
画像発生部19は、発生した補正第2画像を、表示部21に出力する。画像発生部19は、補正第2画像を記憶部27に出力してもよい。なお、画像発生部19は、補正第2画像と第1画像とに基づいて、第1画像に対する補正第2画像の経時的変化を示す画像を発生してもよい。
第1の実施形態および第1の変形例との相違は、基準として所定の周波数分布に対応するパワースペクトルを用いることにある。
記憶部27は、所定の周波数分布に対応するパワースペクトル(以下、所定のパワースペクトルと呼ぶ)Ppredet(f)を記憶する。所定の周波数分布とは、例えば、ホワイトノイズに対応する周波数分布、または固定パターンノイズに対応する周波数分布などである。また、記憶部27は、正規化された所定のパワースペクトル(以下、正規化パワースペクトルPnpredet(f)を記憶する。記憶された所定のパワースペクトルPpredet(f)は、周波数分布発生部15により、記憶部27から周波数分布発生部15に読み出される。記憶された正規化パワースペクトルPnpredet(f)は、補正部17により、記憶部27から補正部17に読み出される。
また、正規化係数α2は、例えば、以下に示す式のように、計算される。
補正部17は、正規化された第1パワースペクトルPn_estorig(f)と正規化パワースペクトルPnpredet(f)との比により、第1領域におけるノイズレベルを、所定の周波数分布に関するノイズレベル(以下、所定のノイズレベルと呼ぶ)に合わせるための第1変換関数PNR1(f)を決定する。補正部17は、正規化された第2パワースペクトルPn_estbase(f)と正規化パワースペクトルPnpredet(f)との比により、第2領域におけるノイズレベルを、所定のノイズレベルに合わせるための第2変換関数PNR2(f)を決定する。
PNR2(f)=Pnpredet(f)/Pn_estbase(f)
補正部17は、第1変換関数PNR1(f)を用いて、第1周波数分布Sorig(f)を補正する。補正部17は、第2変換関数PNR2(f)を用いて、第2周波数分布Sbase(f)を補正する。補正部17は、補正した第1周波数分布Scor1(f)と、補正した第2周波数分布Scor2(f)とを画像発生部19に出力する。
また、補正部17は、第2周波数分布Sbase(f)に第2変換関数PNR2(f)を乗ずることにより、第2周波数分布Sbase(f)を補正する。補正部17は、例えば、以下に示す式に従って第2周波数分布Sbase(f)を補正する。
画像発生部19は、補正された第1周波数分布Scor1(f)に対してフーリエ変換FTを適用することで、第1画像(第1補間画像)を補正した補正第1画像Icor1(x)を発生する。具体的には、画像発生部19は、以下に示す式に従って、補正第1画像を発生する。
画像発生部19は、補正された第2周波数分布Scor2(f)に対してフーリエ変換FTを適用することで、第2画像(第2補間画像)を補正した補正第2画像Icor2(x)を発生する。具体的には、画像発生部19は、以下に示す式に従って、補正第2画像を発生する。
画像発生部19は、補正第1画像と補正第2画像とを、表示部21に出力する。画像発生部19は、補正第1画像と補正第2画像とを記憶部27に出力してもよい。なお、画像発生部19は、補正第1画像と補正第2画像とに基づいて、補正第2画像に対する補正第1画像の経時的変化を示す画像を発生してもよい。
以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態に係る医用画像処理装置1によれば、非構造的であって空間的に均一な領域である第1領域と第2領域とを、第1画像と第2画像とにそれぞれ設定し、設定された第1領域における第1パワースペクトルと第2パワースペクトルとに基づいて第2画像のノイズレベルに第1画像のノイズレベルを合わせた補正第1画像を発生することができる。特に、本実施形態に係る周波数分布補正処理は、画像再構成手法やフィルターが線形アルゴリズムの場合に有効である。
第1の実施形態との相違は、第1領域および第2領域が、経時的に変化の小さい領域または経時的に不変な領域(以下、経時的不変領域と呼ぶ)であって、ノイズ以外の信号成分を有することにある。
図8は、本実施形態に係る医用画像処理装置1の構成を示す構成図である。図1との相違は、エッジ検出部10を有することにある。
周波数分布発生部15は、第2領域に対応する第2領域周波数分布S2base(f)の絶対値|S2base(f)|を発生する。具体的には、周波数分布発生部15は、第2領域における複数の画素値I2base(x)に対して逆フーリエ変換を実行して絶対値をとることにより、第2領域周波数分布の絶対値|S2base(f)|を発生する。すなわち、上記記載によれば、周波数分布発生部15は、例えば以下に示す式で、第2領域周波数分布の絶対値の|S2base(f)|を計算する。
周波数分布発生部15は、第1領域周波数分布の絶対値を、第2領域周波数分布の絶対値の最大値|S2base(0)|で除することにより、第1領域周波数分布の絶対値を正規化する。また、周波数分布発生部15は、第2領域周波数分布の絶対値を第2領域周波数分布の絶対値の最大値|S2base(0)|で除することにより、第2領域周波数分布の絶対値を正規化する。
α=|S2base(0)|/|S1orig(0)|
周波数分布発生部15は、第1正規化周波数分布|Sn1orig(f)|と第2正規化周波数分布|Sn2base(f)|とを、補正部17に出力する。
上式において、ゼロによる除算が生じないように工夫する必要がある。例えば、周波数分布発生部15および図12乃至図13では、カットオフ周波数fcがナイキスト周波数fnより大きいため、|Sn1orig(f)|は、非ゼロとなる。
図14は、変換関数Fcor(f)を用いて補正された第1周波数分布の絶対値|Scor(f)|の一例を示す図である。図14に示すfcは、カットオフ周波数である。
図15は、周波数分布補正処理に関する手順の一例を示すフローチャートである。
第1画像において、複数の第1エッジが検出される(ステップSb1)。第2画像において、複数の第2エッジが検出される(ステップSb2)。第1領域の対辺が第1エッジに直交し、経時的に変化の小さい領域が、第1画像に第1領域として設定される(ステップSb3)。第2領域の対辺が第2エッジに直交し、経時的に変化の小さい領域が、第2画像に第2領域として設定される(ステップSb3)。
本実施形態に係る医用画像処理装置1によれば、非構造的であって経時的に不変な領域である第1領域と第2領域とを、第1画像と第2画像とにそれぞれ設定し、第1領域における第1領域周波数分布と第2領域における第2領域周波数分布とに基づいて第2画像のノイズレベルに第1画像のノイズレベルを合わせた補正第1画像を発生することができる。
第1の実施形態と第2実施形態との相違は、第1画像および第2画像のパワースペクトル特性に関係するフィルター関数や補間処理に関する補間関数と、補間回数とに関する各種情報が既知であるならば、この各種情報を用いて、補正部17で用いられる変換関数Fcor(f)、第1変換関数PNR1(f)、または第2変換関数PNR2(f)などの補正関数を生成して、補正することにある。
Claims (9)
- 第1画像の一部分に対応する第1領域と、前記第1画像より過去に収集された第2画像の一部分に対応する第2領域とを設定する領域設定部と、
前記第1領域における複数の画素値に基づいて第1領域周波数分布を発生し、前記第2領域における複数の画素値に基づいて第2領域周波数分布を発生する周波数分布発生部と、
前記第1領域周波数分布、前記第2領域周波数分布、または所定の周波数分布を基準として、前記第1画像に対応する第1周波数分布と前記第2画像に対応する第2周波数分布とのうち少なくとも一方を補正する補正部と、
を具備し、
前記領域設定部は、
前記第1画像の画素値に基づいて、前記第1領域を設定し、
前記第2画像の画素値に基づいて、前記第2領域を設定すること、
を特徴とする医用画像処理装置。 - 第1画像の一部分に対応する第1領域と、前記第1画像より過去に収集された第2画像の一部分に対応する第2領域とを設定する領域設定部と、
前記第1領域における複数の画素値に基づいて第1領域周波数分布を発生し、前記第2領域における複数の画素値に基づいて第2領域周波数分布を発生する周波数分布発生部と、
前記第1領域周波数分布、前記第2領域周波数分布、または所定の周波数分布を基準として、前記第1画像に対応する第1周波数分布と前記第2画像に対応する第2周波数分布とのうち少なくとも一方を補正する補正部と、
を具備し、
前記周波数分布発生部は、
前記第1領域周波数分布に対応するパワースペクトルを平滑化することにより第1平滑スペクトルを発生し、
前記第2領域周波数分布に対応するパワースペクトルを平滑化することにより第2平滑スペクトルを発生し、
前記補正部は、
前記第1平滑スペクトルを前記第2平滑スペクトルに変換する変換関数を決定し、
前記変換関数を用いて、前記第1周波数分布を補正すること、
を特徴とする医用画像処理装置。 - 第1画像の一部分に対応する第1領域と、前記第1画像より過去に収集された第2画像の一部分に対応する第2領域とを設定する領域設定部と、
前記第1領域における複数の画素値に基づいて第1領域周波数分布を発生し、前記第2領域における複数の画素値に基づいて第2領域周波数分布を発生する周波数分布発生部と、
前記第1領域周波数分布、前記第2領域周波数分布、または所定の周波数分布を基準として、前記第1画像に対応する第1周波数分布と前記第2画像に対応する第2周波数分布とのうち少なくとも一方を補正する補正部と、
を具備し、
前記周波数分布発生部は、
前記第1領域周波数分布に対応するパワースペクトルを平滑化することにより第1平滑スペクトルを発生し、
前記第2領域周波数分布に対応するパワースペクトルを平滑化することにより第2平滑スペクトルを発生し、
前記補正部は、
前記第2平滑スペクトルを前記第1平滑スペクトルに変換する変換関数を決定し、
前記変換関数を用いて、前記第2周波数分布を補正すること、
を特徴とする医用画像処理装置。 - 第1画像の一部分に対応する第1領域と、前記第1画像より過去に収集された第2画像の一部分に対応する第2領域とを設定する領域設定部と、
前記第1領域における複数の画素値に基づいて第1領域周波数分布を発生し、前記第2領域における複数の画素値に基づいて第2領域周波数分布を発生する周波数分布発生部と、
前記第1領域周波数分布、前記第2領域周波数分布、または所定の周波数分布を基準として、前記第1画像に対応する第1周波数分布と前記第2画像に対応する第2周波数分布とのうち少なくとも一方を補正する補正部と、
を具備し、
前記周波数分布発生部は、
前記第1領域周波数分布に対応するパワースペクトルを平滑化することにより第1平滑スペクトルを発生し、
前記第2領域周波数分布に対応するパワースペクトルを平滑化することにより第2平滑スペクトルを発生し、
前記補正部は、
前記第1平滑スペクトルを前記所定の周波数分布に対応するパワースペクトルに変換する第1変換関数を決定し、
前記第2平滑スペクトルを前記所定の周波数分布に対応するパワースペクトルに変換する第2変換関数を決定し、
前記第1変換関数を用いて前記第1周波数分布を補正し、
前記第2変換関数を用いて前記第2周波数分布を補正すること、
を特徴とする医用画像処理装置。 - 第1画像の一部分に対応する第1領域と、前記第1画像より過去に収集された第2画像の一部分に対応する第2領域とを設定する領域設定部と、
前記第1領域における複数の画素値に基づいて第1領域周波数分布を発生し、前記第2領域における複数の画素値に基づいて第2領域周波数分布を発生する周波数分布発生部と、
前記第1領域周波数分布、前記第2領域周波数分布、または所定の周波数分布を基準として、前記第1画像に対応する第1周波数分布と前記第2画像に対応する第2周波数分布とのうち少なくとも一方を補正する補正部と、
を具備し、
前記周波数分布発生部は、
前記第1領域周波数分布に対応する第1パワースペクトルの最大値と前記第2領域周波数分布に対応する第2パワースペクトルの最大値とを用いて、前記第1パワースペクトルと前記第2パワースペクトルとを正規化し、
前記補正部は、
前記第1パワースペクトル、前記第2パワースペクトル、または前記所定の周波数分布に対応するパワースペクトルを基準として、前記第1周波数分布と前記第2周波数分布とのうち少なくとも一方を補正すること、
を特徴とする医用画像処理装置。 - 第1画像の一部分に対応する第1領域と、前記第1画像より過去に収集された第2画像の一部分に対応する第2領域とを設定する領域設定部と、
前記第1領域における複数の画素値に基づいて第1領域周波数分布を発生し、前記第2領域における複数の画素値に基づいて第2領域周波数分布を発生する周波数分布発生部と、
前記第1領域周波数分布、前記第2領域周波数分布、または所定の周波数分布を基準として、前記第1画像に対応する第1周波数分布と前記第2画像に対応する第2周波数分布とのうち少なくとも一方を補正する補正部と、
を具備し、
前記第1画像において複数の第1エッジを検出し、前記第2画像において複数の第2エッジを検出するエッジ検出部を更に具備し、
前記領域設定部は、
前記第1領域における対向する2辺が前記第1エッジに直交し、かつ所定の閾値により規定される画素値範囲に対応する領域を、前記第1領域として設定し、
前記第2領域における前記2辺が前記第2エッジに直交し、かつ前記画素値範囲に対応する領域を、前記第2領域として設定すること、
を特徴とする医用画像処理装置。 - 第1画像の一部分に対応する第1領域と、前記第1画像より過去に収集された第2画像の一部分に対応する第2領域とを設定する領域設定部と、
前記第1領域における複数の画素値に基づいて第1領域周波数分布を発生し、前記第2領域における複数の画素値に基づいて第2領域周波数分布を発生する周波数分布発生部と、
前記第1領域周波数分布、前記第2領域周波数分布、または所定の周波数分布を基準として、前記第1画像に対応する第1周波数分布と前記第2画像に対応する第2周波数分布とのうち少なくとも一方を補正する補正部と、
を具備し、
前記補正部は、
前記第1領域周波数分布および前記第2領域周波数分布に関するフィルター関数と補間関数と補間回数とに基づいて補正関数を決定し、決定した補正関数を用いて、前記第1周波数分布と前記第2周波数分布とのうち少なくとも一方を補正すること、
を特徴とする医用画像処理装置。 - 前記領域設定部は、
前記第1画像における空間的に均一な領域または経時的に不変な領域を、前記第1領域として設定し、
前記第2画像における空間的に均一な領域、または経時的に不変な領域を、前記第2領域として設定すること、
を特徴とする請求項1乃至7のうちいずれか一項に記載の医用画像処理装置。 - 第1画像の一部分に対応する第1領域を前記第1画像の画素値に基づいて設定し、
前記第1画像より過去に収集された第2画像の一部分に対応する第2領域を前記第2画像の画素値に基づいて設定し、
前記第1領域における複数の画素値に基づいて第1領域周波数分布を発生し、
前記第2領域における複数の画素値に基づいて第2領域周波数分布を発生し、
前記第1領域周波数分布、前記第2領域周波数分布、または所定の周波数分布を基準として、前記第1画像に対応する第1周波数分布と前記第2画像に対応する第2周波数分布とのうち少なくとも一方を補正すること、
を具備することを特徴とする医用画像処理方法。
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