JP7277212B2 - 画像処理装置、画像処理方法及びプログラム - Google Patents
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Description
以下、本実施形態のシステムの構成及び画像処理方法について説明する。
光照射部110は、光を発する光源111と、光源111から射出された光を被検体100へ導く光学系112とを含む。なお、光は、いわゆる矩形波、三角波などのパルス光を含む。
受信部120は、音響波を受信することにより電気信号を出力するトランスデューサ121と、トランスデューサ121を支持する支持体122とを含む。また、トランスデューサ121は、音響波を送信する送信手段としてもよい。受信手段としてのトランスデューサと送信手段としてのトランスデューサとは、単一(共通)のトランスデューサでもよいし、別々の構成であってもよい。
駆動部130は、被検体100と受信部120との相対位置を変更する部分である。駆動部130は、駆動力を発生させるステッピングモータなどのモータと、駆動力を伝達させる駆動機構と、受信部120の位置情報を検出する位置センサとを含む。駆動機構としては、リードスクリュー機構、リンク機構、ギア機構、油圧機構、などを用いることができる。また、位置センサとしては、エンコーダー、可変抵抗器、リニアスケール、磁気センサ、赤外線センサ、超音波センサなどを用いたポテンショメータなどを用いることができる。
信号収集部140は、トランスデューサ121から出力されたアナログ信号である電気信号を増幅するアンプと、アンプから出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器とを含む。信号収集部140から出力されるデジタル信号は、コンピュータ150に記憶される。信号収集部140は、Data Acquisition System(DAS)とも呼ばれる。本明細書において電気信号は、アナログ信号もデジタル信号も含む概念である。なお、フォトダイオードなどの光検出センサが、光照射部110から光射出を検出し、信号収集部140がこの検出結果をトリガーに同期して上記処理を開始してもよい。
情報処理装置としてのコンピュータ150は、画像処理装置1300と同様のハードウェアで構成されている。すなわち、コンピュータ150の演算機能を担うユニットは、CPUやGPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサ、FPGA(Field Programmable Gate Array)チップ等の演算回路で構成されることができる。これらのユニットは、単一のプロセッサや演算回路から構成されるだけでなく、複数のプロセッサや演算回路から構成されていてもよい。
表示部160は、液晶ディスプレイや有機EL(Electro Luminescence)FED、メガネ型ディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイなどのディスプレイである。また、表示部160は、コンピュータ150により得られた被検体情報等に基づく画像や特定位置の数値等を表示する装置である。さらに、表示部160は、画像や装置を操作するためのGUIを表示してもよい。
入力部170としては、ユーザーが操作可能な、マウスやキーボードなどで構成される操作コンソールを採用することができる。また、表示部160をタッチパネルで構成し、表示部160を入力部170として利用してもよい。
被検体100はシステムを構成するものではないが、以下に説明する。本実施形態に係るシステムは、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを目的として使用できる。よって、被検体100としては、生体、具体的には人体や動物の乳房や各臓器、血管網、頭部、頸部、腹部、手指または足指を含む四肢などの診断の対象部位が想定される。例えば、人体が測定対象であれば、オキシヘモグロビンあるいはデオキシヘモグロビンやそれらを多く含む血管あるいは腫瘍の近傍に形成される新生血管などを光吸収体の対象としてもよい。また、頸動脈壁のプラークなどを光吸収体の対象としてもよい。また、皮膚等に含まれるメラニン、コラーゲン、脂質などを光吸収体の対象としてもよい。さらに、生体を模したファントムを被検体100としてもよい。
機能情報マーカー101は、酸素飽和度や、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、脂肪や水の体積分率など被検体を構成する物質の濃度に相当する情報の、いずれかもしくはこれらのうちの複数が既知のマーカーである。被検体100と機能情報マーカー101とを合わせて光音響装置で撮影することで、被検体の機能情報誤差を低減することができる。詳細は下記の(機能情報の表示補正フロー)に記載する。
次に、図5に示すフローチャートを用いて、本実施形態に係る光音響画像の取得方法を説明する。
ユーザーが、被検体情報の取得のために必要な光照射部110の照射条件(繰り返し周波数や波長など)やプローブ180の位置などの制御パラメータを、入力部170を用いて指定する。コンピュータ150は、ユーザーの指示に基づいて決定された制御パラメータを設定する。
コンピュータ150は、ステップS301で指定された制御パラメータに基づいて、駆動部130に、プローブ180を指定の位置へ移動させる。ステップS310において複数位置での撮像が指定された場合には、駆動部130は、まずプローブ180を最初の指定位置へ移動させる。なお、駆動部130は、測定の開始指示がなされたときに、あらかじめプログラムされた位置にプローブ180を移動させてもよい。
光照射部110は、S310で指定された制御パラメータに基づいて、被検体100および機能情報マーカー101に光を照射する。
信号収集部140は、光照射部110から送信された同期信号を受信すると、信号収集の動作を開始する。すなわち、信号収集部140は、受信部120から出力された、音響波に由来するアナログ電気信号を、増幅・AD変換することにより、増幅されたデジタル電気信号を生成し、コンピュータ150へ出力する。コンピュータ150は、信号収集部140から送信された信号を記憶部に保存する。ステップS301で複数の走査位置での撮像を指定した場合には、指定した走査位置において、S320-S340のステップを繰り返し実行し、パルス光の照射と音響波に由来するデジタル信号の生成を繰り返す。なお、コンピュータ150は、発光をトリガーとして、発光時の受信部120の位置情報を駆動部130の位置センサからの出力に基づいて取得し、記憶してもよい。
画像取得手段としてのコンピュータ150は、記憶部に記憶された信号データに基づいて、ボリュームデータとしての光音響画像データを取得し、記憶部に保存する。このとき、コンピュータ150は、信号データに加え、プローブ180の位置などの制御パラメータに基づいて、光音響画像データを取得してもよい。
表示制御手段としてのコンピュータ150は、S350で得られた光音響画像データを、表示部160に表示させる。なお、コンピュータ150は、被検体情報の画像データを画像として表示させる他に、画像の特定位置の被検体情報の数値を表示させてもよい。
被検体に照射した光量の測定誤差や、前述した光フルエンス分布算出の誤差などにより、機能情報において真値から外れた値が算出される場合がある。本工程では、被検体100と機能情報マーカー101とを合わせて光音響装置で撮影することで、被検体の機能情報誤差を低減することができる。ここで、図6に示すフローチャートを用いて本工程について詳述する。
コンピュータ150は、S350で生成した吸収係数分布情報から、式(1)により酸素飽和度画像を機能画像として生成する。また、コンピュータ150は、得られた機能画像を表示部160に表示させる。機能画像の画像値と表示色との関係を示すカラーテーブルは記憶部に保存されている初期値(第1のカラーテーブル)を使用し、図7に示すようにカラーバー510をGUIに表示させる。なお、機能画像はS360で表示した光音響画像に並列して表示してもよいし、重畳して表示してもよい。このとき、機能画像の画像値に色相、明度、および彩度の少なくとも一つを割り当て、光音響画像の画像値に色相、明度、および彩度の残りのパラメータを割り当てて重畳表示してもよい。例えば、分光画像の画像値に色相および彩度を割り当て、光音響画像の画像値に明度を割り当てた画像を表示してもよい。
S410で表示した機能画像において機能情報マーカー101の位置をユーザーが特定する。機能情報マーカー101の位置の特定は、ユーザーが入力部170からカーソルを用いて指定してもよいし、座標値を指定してもよい。また、機能情報マーカー101の位置が固定の場合は、当該位置を記憶部から読み込むようにしてもよい。すなわち、コンピュータ150は、表示部に表示された画像に対する操作入力もしくは、記憶部に記憶された位置情報を読み込むことにより、機能情報の数値が既知の位置の指定を受け付ける。また、機能情報マーカー101を複数設置した場合は、複数位置の指定を受け付ける。
S420で特定した機能情報マーカー101の位置から、機能画像上での機能情報マーカー101の画像値を読み込み、この画像値に基づいて機能情報の表示を補正するための第2のカラーテーブルをコンピュータ150が作成する。
次に第2の実施形態における処理について記載する。第1の実施形態では機能情報マーカー101の機能情報の数値に基づいて補正を行ったが、第2の実施形態では、機能情報マーカー101を用いず被検体100内の特定の位置を機能情報の数値が既知の位置として表示補正量を算出する。なお、本実施形態に係る光音響装置の構成および光音響画像を取得するためのフローは、第1の実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。
次に、本実施形態に係る機能情報の表示補正フローの各工程を、図9を参照して説明する。S610のステップは、第1の実施形態のステップS410と同様であるため、説明を省略する。
S610で表示した機能画像において、被検体100内で機能情報の数値が既知の位置をユーザーが特定する。ここで言う被検体100内で機能情報の数値が既知の位置とは、例えば動脈、静脈など、被検体内で機能情報の数値の変化が小さい位置が望ましい。また、画像値が既知の造影剤を用いて光音響画像の撮像を行った場合、造影剤が流れる領域を被検体100内で機能情報の数値が既知の位置として指定してもよい。例えば、造影剤が流れる領域とは血管を示す。なお、上記に限定されない。
S620で特定した被検体100内で機能情報の数値が既知の位置の位置から、機能画像上での被検体100内で機能情報の数値が既知の位置の画像値を読み込み、この画像値に基づいて機能情報の表示を補正するための第2のカラーテーブルを作成する。
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 (17)
- 被検体への光照射により、前記被検体内で発生した光音響波を受信して得られる光音響信号に基づいて、前記被検体の光学特性に関連した機能情報の画像値の範囲に対して色を割り当て可視化した画像を表示部に表示させる表示制御手段と、
前記表示部に表示された画像の前記機能情報の第一画像値と、前記機能情報が既知の第二画像値との差分に基づいて、前記表示部に表示された画像の前記機能情報の補正量を決定し、前記補正量に基づいて前記色が割り当てられた前記機能情報の画像値の範囲を補正する補正手段とを備え、前記機能情報が既知の第二画像値に対応する位置は、前記被検体とともに撮像されたマーカーの位置に基づいて特定されることを特徴とする画像処理装置。 - 前記補正手段は、前記補正量に基づいて前記機能情報の画像値に割り当てられた色を補正することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記表示制御手段は、前記機能情報の画像値の範囲と割り当てられた色の関係を示すカラーバーを表示部に表示させることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記表示部に表示された画像において位置の指定を受け付ける受付手段をさらに備え、
前記補正手段は、前記画像の前記指定された位置の前記機能情報の第一画像値と、前記指定された位置の前記機能情報が既知の第二画像値とに基づいて、前記表示部に表示された画像の前記機能情報を補正することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記受付手段は、前記表示部に表示された画像に対する操作入力もしくは、記憶部に記憶された位置情報を読み込むことにより、前記機能情報の数値が既知の位置の指定を受け付けることを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。
- 前記機能情報の数値が既知の位置は、前記被検体と共に撮像されたマーカーの位置であることを特徴とする請求項5に記載の画像処理装置。
- 前記補正手段は、複数の前記マーカーの位置が指定された場合に、前記表示部に表示された前記複数のマーカーの画像値と、前記マーカーの既知の画像値との複数の差分のうち少なくともいずれか1つの値に基づいて、前記表示部に表示された画像の前記機能情報の補正量を決定し、前記補正量に基づいて前記色が割り当てられた前記機能情報の画像値の範囲を補正することを特徴とする請求項6に記載の画像処理装置。
- 前記補正手段は、複数の前記マーカーの位置が指定された場合には、前記表示部に表示された前記複数のマーカーの画像値のうち少なくともいずれか1つの値と、前記マーカーの既知の画像値との差分に基づいて、前記表示部に表示された画像の前記機能情報の補正量を決定し、前記補正量に基づいて前記色が割り当てられた前記機能情報の画像値の範囲を補正することを特徴とする請求項6に記載の画像処理装置。
- 前記機能情報の数値が既知の位置は、前記被検体内で機能情報の変化が小さい位置であることを特徴とする請求項8に記載の画像処理装置。
- 前記受付手段は、前記表示部に表示された画像に対して入力された始点と終点の間の区間をトレースすることにより前記機能情報の数値が既知の位置の指定を受け付けることを特徴とする請求項9に記載の画像処理装置。
- 前記機能情報の変化が小さい位置は、前記被検体の動脈、静脈もしくは造影剤が流れる領域のうち少なくともいずれか1つに該当することを特徴とする請求項9または10に記載の画像処理装置。
- 前記表示制御手段は、前記補正手段によって補正された機能情報の画像値の範囲と割り当てられた色の関係を示したカラーバーと、前記機能情報の画像値と色との関係を示した情報をさらに表示部に表示させることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記補正手段は、前記表示部に表示された画像の前記機能情報の第一画像値と、前記機能情報が既知の第二画像値とに基づいて、前記機能情報の機能情報の画像値の範囲と色との関係を示した情報を補正することを特徴とする請求項12に記載の画像処理装置。
- 前記表示制御手段は、前記補正手段が補正した補正量をさらに表示部に表示させることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記表示制御手段は、前記補正手段が補正した補正量が閾値以上の場合に、警告を表示することを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 被検体への光照射により、前記被検体内で発生した光音響波を受信して得られる光音響信号に基づいて、前記被検体の光学特性に関連した機能情報の画像値の範囲に対して色を割り当て可視化した画像を表示部に表示させる表示制御工程と、
前記表示部に表示された画像の前記機能情報の第一画像値と、前記機能情報が既知の第二画像値との差分に基づいて、前記表示部に表示された画像の前記機能情報の補正量を決定し、前記補正量に基づいて前記色が割り当てられた前記機能情報の画像値の範囲を補正する補正工程とを有し、前記機能情報が既知の第二画像値に対応する位置は、前記被検体とともに撮像されたマーカーの位置に基づいて特定されることを特徴とする画像処理方法。 - 請求項1乃至15のいずれか1項に記載の画像処理装置の各手段の制御をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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