WO2013168502A1 - X線撮影装置、医用画像処理装置、x線撮影方法及び医用画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
実施形態に係るX線撮影装置は、X線画像収集ユニット、制御系及び表示処理部を備える。X線画像収集ユニットは、少なくとも1つの撮影系を用いて被検体のX線画像データを収集する。制御系は、前記撮影系を移動させることによって互いに異なる方向に対応する複数のX線画像データが収集され、かつ前記複数のX線画像データの少なくとも1つが前記撮影系の移動中に収集されるように前記撮影系を制御する。表示処理部は、前記複数のX線画像データに基づいて立体視することが可能な画像データを生成する。
Description
本発明の実施形態は、X線撮影装置、医用画像処理装置、X線撮影方法及び医用画像処理方法に関する。
従来、X線撮影装置を用いて血管等の撮像対象を立体的に視認することが可能なX線診断画像を表示させる技術が提案されている。撮像対象を立体視することが可能な画像を三次元(3D: three dimensional)画像と呼ぶことにすると、3D画像を表示させるためには、左目用の画像と右目用の画像とをそれぞれ個別に左目と右目で視認できるようにすることが必要となる。
X線撮影装置を用いて左目用の画像と右目用の画像をそれぞれ取得する方法としては、三次元画像再構成処理を行う方法の他、実際に左目用の2次元(2D: two dimensional)X線投影像と右目用の2DX線投影像とをそれぞれ収集する方法が挙げられる。左目用のX線投影像と右目用のX線投影像は、複数のX線撮影系を備えたX線撮影装置はもちろん、単一のX線撮影系を備えたX線撮影装置によっても収集することができる。
単一のX線撮影系を備えたX線撮影装置を用いる場合には、X線撮影装置のC型アームを動かすことによってX線撮影系が第1の位置に位置決めされる。そして、X線撮影系を静止させた状態で第1の位置に対応する左目用のX線投影像を撮像することができる。次に、X線撮影装置のC型アームを動かしてX線撮影系を第2の位置に位置決めし、X線撮影系を静止させた状態で第2の位置に対応する右目用のX線投影像を撮像することができる。或いは、右目用のX線投影像を収集した後に、左目用のX線投影像を収集するようにしてもよい。
一方、2つのX線撮影系を備えたX線撮影装置を用いて左目用のX線投影像と右目用のX線投影像を撮影すれば、2つのX線撮影系を適切に位置決めすることによって、左目用のX線投影像と右目用のX線投影像を略同じタイミングで収集することができる。
このようにして収集された左目用のX線投影像と右目用のX線投影像は、2視差画像として3D画像の表示に用いることができる。1組の2視差画像を立体視が可能な3D画像として表示させる方法としては、左目用の画像と右目用の画像とを交互に時分割して表示させ、専用のメガネで見るようにする方法やメガネを使用せずに専用のディスプレイで表示させる方法などが知られている。
特に、2つのX線撮影系を備えたX線撮影装置を用いて左目用のX線投影像と右目用のX線投影像を同じタイミングで収集すれば、被検体の動きの影響が小さく、良好な画質を有する3D画像を表示させることが可能となる。
更に、三次元画像再構成処理によって2視差画像を生成すれば、様々な観察方向から立体視することが可能な3D画像を表示させることができる。
しかしながら、複数のX線撮影系を備えたX線撮影装置は構造が複雑であり、かつ高価であるという問題がある。また、三次元画像再構成処理によって立体視が可能な3D画像を生成する場合には、データ処理量が膨大となり、データ処理時間も長くなるという問題がある。
そこで、本発明は、より簡易かつ安価な構成で診断に有用なX線画像を立体視が可能な3D画像として表示させることが可能なX線撮影装置、医用画像処理装置、X線撮影方法及び医用画像処理方法を提供することを目的とする。
本発明の実施形態に係るX線撮影装置は、X線画像収集ユニット、制御系及び表示処理部を備える。X線画像収集ユニットは、少なくとも1つの撮影系を用いて被検体のX線画像データを収集する。制御系は、前記撮影系を移動させることによって互いに異なる方向に対応する複数のX線画像データが収集され、かつ前記複数のX線画像データの少なくとも1つが前記撮影系の移動中に収集されるように前記撮影系を制御する。表示処理部は、前記複数のX線画像データに基づいて立体視することが可能な画像データを生成する。
また、本発明の実施形態に係る医用画像処理装置は、画像取得部及び表示処理部を備える。画像取得部は、1つの撮影系を用いて収集された3つ以上の異なる方向に対応する複数のX線画像データを取得する。表示処理部は、前記複数のX線画像データに基づいて立体視することが可能な画像データを生成する。
また、本発明の実施形態に係るX線撮影方法は、少なくとも1つの撮影系を用いて被検体のX線画像データを収集するステップと、前記撮影系を移動させることによって互いに異なる方向に対応する複数のX線画像データが収集され、かつ前記複数のX線画像データの少なくとも1つが前記撮影系の移動中に収集されるように前記撮影系を制御するステップと、前記複数のX線画像データに基づいて立体視することが可能な画像データを生成するステップとを有する。
また、本発明の実施形態に係る医用画像処理方法は、1つの撮影系を用いて収集された3つ以上の異なる方向に対応する複数のX線画像データを取得するステップと、前記複数のX線画像データに基づいて立体視することが可能な画像データを生成するステップとを有する。
また、本発明の実施形態に係る医用画像処理装置は、画像取得部及び表示処理部を備える。画像取得部は、1つの撮影系を用いて収集された3つ以上の異なる方向に対応する複数のX線画像データを取得する。表示処理部は、前記複数のX線画像データに基づいて立体視することが可能な画像データを生成する。
また、本発明の実施形態に係るX線撮影方法は、少なくとも1つの撮影系を用いて被検体のX線画像データを収集するステップと、前記撮影系を移動させることによって互いに異なる方向に対応する複数のX線画像データが収集され、かつ前記複数のX線画像データの少なくとも1つが前記撮影系の移動中に収集されるように前記撮影系を制御するステップと、前記複数のX線画像データに基づいて立体視することが可能な画像データを生成するステップとを有する。
また、本発明の実施形態に係る医用画像処理方法は、1つの撮影系を用いて収集された3つ以上の異なる方向に対応する複数のX線画像データを取得するステップと、前記複数のX線画像データに基づいて立体視することが可能な画像データを生成するステップとを有する。
本発明の実施形態に係るX線撮影装置、医用画像処理装置、X線撮影方法及び医用画像処理方法について添付図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施形態に係るX線撮影装置及び医用画像処理装置の構成図である。
X線撮影装置1は、撮影系2、制御系3、データ処理系4、インターフェース部5、入力装置6及び表示装置7を備えている。撮影系2は、X線照射部8、X線検出器9、駆動機構10及び寝台11を有する。制御系3は、高電圧発生装置12及び撮影位置制御装置13を有する。
X線照射部8は、X線管を備え、寝台11にセットされた被検体Oを挟んでX線検出器9と対向配置される。X線照射部8及びX線検出器9は、駆動機構10の駆動によって相対位置を維持しながら被検体Oに対する角度及び相対位置を変えることができる。具体的には、回転機能を備えたC型アームの両端にX線照射部8及びX線検出器9が固定される。そして、X線照射部8は、X線管により被検体Oに向けて所定の角度からX線を照射し、被検体Oを透過したX線をX線検出器9で検出できるように構成される。
また、寝台11の天板の傾斜及び位置を駆動機構10によって調整することができる。従って、X線照射部8及びX線検出器9の被検体Oに対する角度を調整するのみならず、天板の角度を調整することによっても、被検体Oに対するX線の照射方向を変えることができる。
更に、寝台11にセットされた被検体Oの近傍には、必要に応じて被検体Oに造影剤を注入するための造影剤注入装置14が設けられる。
制御系3の高電圧発生装置12は、X線照射部8のX線管に高電圧を印加することによって、所望のエネルギを有するX線を被検体Oに向けて照射させる装置である。撮影位置制御装置13は、駆動機構10に制御信号を出力して制御する装置である。すなわち、X線照射部8及びX線検出器9の回転角度及び位置並びに寝台11の天板の傾斜及び位置は、撮影位置制御装置13から駆動機構10に出力される制御信号によって制御される。
データ処理系4は、A/D(analog to digital)変換器15及びコンピュータ16を有する。コンピュータ16は、プログラムを実行することにより医用画像処理装置16として機能する。すなわち、X線撮影装置1には、医用画像処理装置16が内蔵される。
但し、同様な機能を有する独立した医用画像処理装置を、ネットワークを介してX線撮影装置1に接続するようにしても良い。また、X線撮影装置1に内蔵される医用画像処理装置16又はX線撮影装置1とネットワークを介して接続される医用画像処理装置を構成するために回路を用いてもよい。一方、コンピュータ16をインターフェース部5として機能させるようにしてもよい。
医用画像処理装置16は、X線画像生成部17、X線画像取得部18及び表示処理部19を有する。X線画像生成部17は、X線検出器9からA/D変換器15を通じてデジタル化されたX線検出データを取り込んで、データ処理を行うことによりX線画像データを生成する機能を有する。
従って、X線画像生成部17が撮影系2及び制御系3と協働することにより、X線撮影装置1には撮影系2を用いて被検体OのX線画像データを収集するX線画像収集ユニットとしての機能が備えられる。
X線画像取得部18は、X線画像生成部17において生成されたX線画像データを取得して表示処理部19に与える機能を有する。特に、X線撮影装置1にネットワークを介して接続された独立した医用画像処理装置においては、X線画像生成部17を省略することもできる。この場合には、X線撮影装置1に備えられるX線画像生成部17からネットワークを介してX線画像データを取得する機能がX線画像取得部18に備えられる。
表示処理部19は、X線画像取得部18から左目用のX線画像データと右目用のX線画像データとを含む複数のX線画像データを取得する機能、取得した複数のX線画像データに基づいて立体視することが可能な画像データを3D画像データとして生成する機能及び生成した3D画像データを表示装置7に表示させる機能を有する。
左目用のX線画像データと右目用のX線画像データとに基づいて立体視することが可能な3D画像を表示させる方法としては、公知の任意の方法を用いることができる。代表的な方法としては、通常のディスプレイと専用のメガネとを用いる方法及び専用のディスプレイを用いる方法が知られている。
専用のメガネを用いる場合には、左目用の画像と右目用の画像とを一定の時間差で交互に切換表示させる一方、専用のメガネに偏光板としての機能を設ける方法が知られている。この場合には、互いに異なる回転方向の円偏光が左目用の画像と右目用の画像とに付与され、円偏光メガネを用いることによって2視差画像が個別に左右の目で視認される。
或いは、左目用の画像と右目用の画像とを互いに異なる波長帯域の画像として時分割表示させる方法も知られている。この場合には、フィルタを透過して互いに異なる波長帯の光となった左目用の画像と右目用の画像とが波長選択メガネを介して個別に左右の目で視認される。
更に別の方法として、左目用の画像と右目用の画像とを交互に時分割表示し、時分割と同期して左目用のシャッターと右目用のシャッターが開閉するメガネで左目用の画像と右目用の画像とを視認する方法も知られている。
また、逆に専用のメガネから位置情報及び方位情報を出力させ、メガネの位置情報及び方位情報に応じてディスプレイに出力させる画像を切換える方法も知られている。
一方、専用のメガネを用いない方式としては、ディスプレイの表面に位相差を有する位相差板を重畳する方式やディスプレイの解像度と異なるスクリーン線数で凹凸が配置されたフィルムをディスプレイの表面に重畳する方式などが知られている。これらの方式は、空間分割方式とも呼ばれ、位相差板やフィルムによって左目用の画像と右目用の画像とが個別に左目及び右目により視認される。
従って、3D画像の表示方式に応じた構成要素がX線撮影装置1に備えられる。例えば、3D表示のために専用のメガネを用いる場合であれば、専用のメガネ20がコンピュータ16と接続される。また、3D表示のために専用のディスプレイを用いる場合には、表示装置7として3D表示用のディスプレイがコンピュータ16と接続される。そして、表示処理部19は、3D表示に必要な情報を表示装置7及びメガネ20の一方又は双方に入出力できるように構成されている。
一方、制御系3には、立体視に必要な左目用のX線画像データ及び右目用のX線画像データを収集するために、単一の撮影系2を制御する機能が備えられる。すなわち、制御系3は、撮影系2を移動させることによって互いに異なる方向に対応する複数のX線画像データが収集されるように撮影系2を制御する機能を有している。
特に、制御系3は、撮影系2の移動及びX線の照射タイミング又は照射位置を任意に可変制御できるように構成されている。例えば、左目用のX線画像データ及び右目用のX線画像データとして用いられる複数のX線画像データが撮影系2を静止させた状態で収集されるように撮影系2を制御することができる。逆に、左目用のX線画像データ及び右目用のX線画像データとして用いられる複数のX線画像データの少なくとも1つが撮影系2の移動中に収集されるように撮影系2を制御することもできる。
そして、表示処理部19は、1つの撮影系2を移動させて収集された2視差以上の視差を有する複数のX線画像データの収集位置に応じた表示処理を行って3D表示用のX線画像データを生成するように構成される。具体的には、2つの互いに異なる方向に対応する2フレーム分のX線画像データを2視差画像データとして用いれば、1方向から立体視することが可能な1フレーム分の画像データを生成することができる。また、3つ以上の異なる方向に対応する複数フレーム分のX線画像データに基づいて、互いに異なる複数の方向から立体視することが可能な画像データ、つまり見る方向によって見え方が変わる立体視画像データを生成することができる。
更に、表示処理部19は、必要に応じて、撮影系2の移動方向が、立体視することが可能な画像データの表示装置7の水平方向となるように複数のX線画像データの座標変換処理を伴って立体視することが可能な画像データを生成するように構成される。加えて、表示処理部19は、必要に応じて、撮影系2により互いに異なるタイミングで収集された同一の方向に対応する複数のX線画像データ間の動き補正を伴って立体視することが可能な画像データを生成するように構成される。
図2は、図1に示すX線撮影装置1において1方向から立体視することが可能なX線画像を表示させるための撮影系2の制御方法の例を示す図である。
図2(A1)に示すように、C型アームを含む駆動機構10の駆動によってX線照射部8のX線管8A及びX線検出器9を異なる2つの位置に順次静止させ、X線管8A及びX線検出器9の各位置に対応する2つのX線画像データを収集することができる。そして、2つの異なるX線の照射方向に対応する2フレーム分のX線画像データを、2視差を有する1フレーム分のX線画像データとして用いることができる。
より具体的には、X線管8A及びX線検出器9が第1の位置に位置決めされ、X線管8A及びX線検出器9を静止させた状態で第1の位置に対応する左目用のX線画像データが収集される。次に、制御系3による制御によってC型アームを動かし、X線管8A及びX線検出器9が第2の位置に位置決めされる。そして、X線管8A及びX線検出器9を静止させた状態で第2の位置に対応する右目用のX線画像データを収集することができる。或いは、右目用のX線画像データを収集した後に、左目用のX線画像データを収集するようにしてもよい。
また、C型アームを連続的に動かすことによって、図2(A2)に示すように撮影系2を振り子のように移動させて繰返し撮像を行うこともできる。すなわち、撮影系2を往復移動させ、両端の位置においてX線画像データを順次収集することができる。
図3は、図2(A2)に示すようにX線管8A及びX線検出器9を動作させた場合におけるX線画像データの収集位置を時系列に示した図である。
図3(A)において横軸方向は時間を示す。図3(A)は、各X線画像データの収集タイミングにおけるX線管8A及びX線検出器9の位置を示す。また、図3(B)は、X線管8A及びX線検出器9を含む撮影系2の相対位置の時間変化を示すグラフである。すなわち、図3(B)において横軸は時間を示し、縦軸は、撮影系2の相対位置を示す。
図2(A2)に示すようにX線管8A及びX線検出器9を往復動作させると、図3(A)に示すように左目用のX線画像データと右目用のX線画像データが交互に順次収集される。従って、表示処理部19により、左目用のX線画像データと右目用のX線画像データとが交互に更新されて表示されることとなる。
尚、X線管8A及びX線検出器9の折返し位置では、X線管8A及びX線検出器9の速度が一旦ゼロとなる。従って、振り子運動と同様に、図3(B)に示すように、X線管8A及びX線検出器9の速度は一定とならず、X線管8A及びX線検出器9の位置は周期的かつ非直線的に変化する。そして、図3(B)のマーキングで示すように、X線画像データの収集位置は、極大値及び極小値となる。
また、左目用のX線画像データは、常に同一のX線の照射方向に対応する画像データとなる。同様に、右目用のX線画像データも、常に同一のX線の照射方向に対応する画像データとなる。従って、左目用のX線画像データと右目用のX線画像データとを順次更新しながら3D画像として表示させると、観察角度が一定である動画のような画像となる。
但し、C型アームを備えたガントリは重量が比較的大きく、慣性力が大きい。このため、1フレーム分のX線画像データを収集した後に、C型アームを駆動させて別の1フレーム分のX線画像データを収集する場合には、重量のあるC型アームの加速及び停止が伴う。従って、2つのX線画像データの収集間隔が比較的長くなる。この結果、左目用のX線画像データの収集タイミングと右目用のX線画像データの収集タイミングとの間における被検体Oの動きの影響が無視できなくなる恐れがある。
そこで、X線管8A及びX線検出器9を備えた撮影系2の移動中に複数のX線画像データが収集されるように撮影系2を制御することができる。具体的には、図2(B1)に示すように、X線管8A及びX線検出器9を一方向に移動させ、移動期間内において2回の撮像を行うことができる。この場合、必然的に撮影系2の移動範囲の両端ではない異なる位置に対応する2フレーム分のX線画像データが収集される。
そして、2つのX線画像データの収集位置の間隔を短くする程、より短い間隔で2フレーム分のX線画像データを収集することができる。このため、被検体Oの動きの影響を低減させることができる。また、X線管8A及びX線検出器9の位置が移動範囲の両端から十分に離れた位置であれば、X線管8A及びX線検出器9の移動速度が安定的になる。このため、X線画像データ自体も安定させることができる。
また、X線管8A及びX線検出器9の移動距離を短くする程、被検体Oの被曝を低減させることができる。従って、撮影系2の移動距離を、X線管8A及びX線検出器9の移動速度が撮像位置において安定した速度となるために少なくとも必要な最低限の移動距離とすることが好適である。
また、撮影系2の移動中に複数のX線画像データを収集する場合においても、C型アームを連続的に動かすことによって撮影系2を振り子のように往復移動させることができる。すなわち、図2(B2)に示すように、撮影系2を往復移動させ、往路及び復路のそれぞれにおいて互いに異なる方向に対応する複数のX線画像データが収集されるように撮影系2を制御することができる。
図4は、図2(B2)に示すようにX線管8A及びX線検出器9を動作させた場合におけるX線画像データの収集位置を時系列に示した図である。
図4(A)において横軸方向は時間を示す。図4(A)は、各X線画像データの収集タイミングにおけるX線管8A及びX線検出器9の位置を示す。また、図4(B)は、X線管8A及びX線検出器9を含む撮影系2の相対位置の時間変化を示すグラフである。すなわち、図4(B)において横軸は時間を示し、縦軸は、撮影系2の相対位置を示す。
図2(B2)に示すようにX線管8A及びX線検出器9を往復動作させて移動中に2フレーム分のX線画像データを収集すると、図4(A)に示すように左目用のX線画像データと右目用のX線画像データとを短い時間間隔で収集することができる。具体的には、図3に示す場合には、撮影系2を1往復させて3フレーム分のX線画像データが収集されるのに対して図4に示す場合には、撮影系2を1往復させて4フレーム分のX線画像データを収集することができる。このため、被検体Oの動きの影響を低減させることができる。
従って、図4(B)に示す時間軸のスケールは、図3(B)に示す時間軸のスケールと異なる。また、図4(B) のマーキングで示すように、X線画像データの収集位置は、各極大値と各極小値との間における2箇所の位置となる。
また、図2(B2)及び図4に示す例に限らず、撮影系2を往復移動させ、かつ往路及び復路において互いに異なる方向に対応する1フレーム分のX線画像データが収集されるように撮影系2を制御することもできる。
図5は、撮影系2の往路及び復路の各加速期間において1フレーム分のX線画像データをそれぞれ収集する場合におけるX線画像データの収集位置を時系列に示す図である。また、図6は、撮影系2の往路及び復路の各減速期間において1フレーム分のX線画像データをそれぞれ収集する場合におけるX線画像データの収集位置を時系列に示す図である。
図5(A)及び図6(A)において各横軸方向は時間を示す。図5(A)及び図6(A)は、各X線画像データの収集タイミングにおけるX線管8A及びX線検出器9の位置を示す。また、図5(B)及び図6(B)は、X線管8A及びX線検出器9を含む撮影系2の相対位置の時間変化を示すグラフである。すなわち、図5(B)及び図6(B)において横軸は時間を示し、縦軸は、撮影系2の相対位置を示す。
図5に示すように、X線管8A及びX線検出器9が移動範囲の両端位置から中央位置に移動する期間においてX線画像データを収集するようにすれば、X線画像データは常にX線管8A及びX線検出器9の加速期間中に収集されることとなる。一方、図6に示すように、X線管8A及びX線検出器9が移動範囲の中央位置から両端位置に移動する期間においてX線画像データを収集するようにすれば、X線画像データは常にX線管8A及びX線検出器9の減速期間中に収集されることとなる。
従って、図5又は図6に示すように撮影系2を制御すれば、X線画像データを機械的に同等な条件下において収集することができる。すなわち、撮影系2の移動速度をそれぞれ一定にして複数の左目用の画像データ及び複数の右目用の画像データを収集することができる。このため、安定した3D画像の表示が可能となる。
上述のような例の他、図2(C1)に示すように左目用のX線画像データと右目用のX線画像データ以外のX線画像データを任意の位置で収集することもできる。そして、任意の位置で収集されたX線画像データを3D表示のための表示処理に用いることができる。図2(C1)に示す例では、撮影系2の移動範囲の中央の位置に対応するX線画像データが収集されている。但し、左目用のX線画像データ及び右目用のX線画像データの収集とは別に3D表示用のX線画像データを収集するようにしてもよい。
左目用のX線画像データ及び右目用のX線画像データ以外のX線画像データは、左目用のX線画像データ及び右目用のX線画像データとの合成処理など、診断目的に応じた任意の処理用に用いることができる。また、左目用のX線画像データ及び右目用のX線画像データ以外のX線画像データを収集する場合においても、図2(C2)に示すように撮影系2を往復移動させて連続的に繰返し収集することができる。
ここまでは、1方向から立体視することが可能なX線画像を表示させるための撮影系2の制御方法の例について説明したが、複数の方向から立体視することが可能なX線画像を表示できるように撮影系2を制御することもできる。複数の方向から立体視することが可能なX線画像を表示させるためには、2組以上の異なる2視差画像データが必要である。従って、3つ以上の異なるX線の照射方向に対応する複数のX線画像データを収集することが必要となる。
ここでは、撮影系2の少なくとも1方向への移動中又は静止中に3つ以上の異なる方向に対応する複数のX線画像データが収集されるように撮影系2を制御する実用性の高い例について説明する。
図7は、図1に示すX線撮影装置1において複数の方向から立体視することが可能なX線画像を表示させるための撮影系2の制御方法の例を示す図である。
図7(A)に示すように、1つの撮影系2を1方向に移動させ、移動中又は静止中に3つ以上の異なる方向に対応する複数のX線画像データを収集することができる。一方、図7(B) に示すように、1つの撮影系2を振り子のように往復移動させ、往路及び復路それぞれにおいて3つ以上の異なる方向に対応する複数のX線画像データを収集することもできる。この場合、左目用のX線画像データ及び右目用のX線画像データとして用いられる複数のX線画像データの少なくとも1つが撮影系2の移動中に収集されることとなる。
制御系3により図7に示すように撮影系2を制御すれば、1つの撮影系2を用いて収集された3つ以上の異なる方向に対応する複数のX線画像データが画像取得部18において取得される。このため、表示処理部19において、異なる方向に対応する複数のX線画像データに基づいて、様々な方法で立体視することが可能な3D画像データを生成することができる。
図8は、複数の方向から立体視することが可能なX線画像を表示させるための表示処理部19における表示処理の第1の例を示す図である。
図8において横軸方向は時間を示す。また、図8に示すX線管8A及びX線検出器9の位置は、1フレーム分の立体視画像として表示される複数のX線画像データの収集位置を示す。
図8に示すように、2つの異なる方向に対応する2フレーム分のX線画像データに基づいて立体視することが可能な1フレーム分の画像データを順次生成することによって、互いに異なる複数の方向から立体視することが可能な複数フレーム分の画像データを生成することができる。すなわち、撮影系2を連続的に往復移動させ、新たに収集された画像と過去に収集された画像を2視差画像のペアとして順次更新表示させることができる。
図8に示すような立体視画像の表示制御を行うと、新たな画像が収集される度に立体視画像を構成する画像の1つが更新され、2視差画像のペアが変わることとなる。従って、立体視画像は、順次視点が変化する動画となる。このため、撮影対象が回転して見えることになる。
尚、図8に示す例では、隣接する画像が2視差画像のペアとして用いられているが、隣接しない画像を2視差画像のペアとして用いてもよい。2視差画像のペアとして用いられる2つの画像を収集するために照射されるX線の照射方向の角度差は、経験的には1度から3度の範囲に設定することが効果的な立体視を可能にする観点から好適である。従って、2視差画像のペアに対応するX線の照射方向の角度差を2度とすることが最も効果的である。これは、以降の2視差画像のペアの表示においても同様である。
図9は、複数の方向から立体視することが可能なX線画像を表示させるための表示処理部19における表示処理の第2の例を示す図である。
図9において横軸方向は時間を示す。また、図9に示すX線管8A及びX線検出器9の位置は、1フレーム分の立体視画像として表示される複数のX線画像データの収集位置を示す。
図9に示すように、2つの異なる方向に対応する2フレーム分のX線画像データに基づいて立体視することが可能な1フレーム分の画像データを順次生成することによって、互いに異なる複数の方向から立体視することが可能な複数フレーム分の画像データを生成することができる。すなわち、撮影系2を1方向に移動させ、新たに収集された画像と過去に収集された画像を2視差画像のペアとして順次更新表示させることができる。従って、図8に示す例と同様に、2視差画像の視点が順次変化する動画として立体視画像を表示させることができる。
その後、図9に示すように、3つ以上の異なる方向に対応する複数フレーム分のX線画像データに基づいて、互いに異なる複数の方向から立体視することが可能な1フレーム分の画像データを生成することができる。すなわち、過去に収集された異なる方向に対応する3つ以上の画像を1フレーム分の多視差画像として表示させることができる。
従って、図9に示すような表示制御を行うと、撮影対象が回転して見える2視差画像の動画が表示された後、静止画として多視差画像が表示されることとなる。
尚、多視差画像は、見る角度によって画像が変わる立体視画像である。具体的には、立体視画像の表示方法に応じて表示処理部19により多視差画像の表示制御が行われる。例えば、専用のメガネ20を用いる場合には、メガネ20に装着された角度センサや位置センサの検出結果が表示処理部19に出力される。そして、表示処理部19は、メガネ20から取得した情報に基づいて立体視画像を見る角度やユーザの目の位置を検出する。更に、表示処理部19は、立体視画像の見る角度やユーザの目の位置に合わせて、表示させるべき画像の切換制御を行うことができる。
一方、専用のディスプレイを立体視画像の表示に用いる場合には、凹凸を設けたフィルムの凹凸のピッチや位相板の1周期の範囲に3つ以上の複数の方向に対応するX線画像の画素が表示される。この結果、見る角度によって見え方が異なる立体視画像を表示させることができる。
図10は、複数の方向から立体視することが可能なX線画像を表示させるための表示処理部19における表示処理の第3の例を示す図である。
図10において横軸方向は時間を示す。また、図10に示すX線管8A及びX線検出器9の位置は、1フレーム分の立体視画像として表示される複数のX線画像データの収集位置を示す。
図10に示すように、撮影系2を1方向に移動させ、新たに収集された画像を順次付加して多視差画像として表示させることができる。この場合には、画像が収集される度に、見え方が変わる方向が増えることになる。また、過去に収集された画像は、新たに画像が収集されても引続き表示される。従って、撮像対象は動いて見えず、静止画のようになる。
図11は、図1に示す表示処理部19による多視差画像の表示制御の一例を示す図である。
図11において横軸方向は時間を示す。図9又は図10に示すように撮影系2を1方向に移動させて得られる多視差画像を表示させた後、引続き撮影系2を逆方向に移動させて画像を収集することができる。すなわち、撮影系2を往復移動させて繰返し多視差画像用の画像を収集することができる。
この場合、新たに収集される画像を、対応する位置において収集された過去の画像と置換することによって、多視差画像を更新することができる。この結果、観察時により近いタイミングにおける多視差画像を立体視用に表示させることができる。尚、図11において斜線で示すX線管8A及びX線検出器9の位置は、置換対象となる画像の位置を示す。
更に、上述したように、撮影系2の移動に伴って順次更新又は追加される画像の方向がユーザの左右方向とならない場合には、表示処理部19において座標変換を行うことができる。すなわち、撮影系2の移動に伴って順次更新又は追加される画像の方向が表示装置7及びユーザの左右方向となるように、表示対象となる各画像データの座標変換を行うことができる。
これにより、撮影系2をどの方向に移動させても、左右の目で立体視することが可能な立体視画像を表示させることができる。また、2視差画像のペアを時間的に変える場合や多視差画像を表示させる場合には、左右方向に見え方が変わる立体視画像を表示させることができる。例えば、撮影系2を左前斜位(LAO: left anterior oblique)方向及び右前斜位(RAO: right anterior oblique)方向に移動させる場合に限らず、頭尾(CRA: cranial)方向及び尾頭(CAU: caudal)方向に移動させる場合においても立体視画像を適切に表示させることができる。
図12は、図1に示す表示処理部19において座標変換を行う場合の一例を示す図である。
図12(A)に示すように、X線管8A及びX線検出器9を被検体OのHF (Head Foot)方向にスイングさせて画像を順次収集する場合においても、図12(B)及び図12(C)に示すようにHF方向が表示装置7の水平方向となるように表示させることができる。すなわち、X線画像データの回転処理又は反転処理等の座標変換処理によって、撮影系2のスイング方向を、表示装置7の水平方向にすることができる。これにより、撮影系2のスイング方向であるHF方向が、左右の目の視線方向E、Y間の方向となる。
この結果、左右の目の視線方向E、Yに合わせて水平方向に位置が互いにシフトした左目用の画像と右目用の画像を表示装置7に表示させることができる。そして、視差を有する左右の目によって立体感が得られる立体視画像の表示が可能となる。
更に、上述したように、立体視用の画像表示に先だって表示処理部19において動き補正処理を行うことができる。撮影系2を往復移動させて撮像する場合には、図3から図6の(B)に示すように、画像が時間的に離散的に収集される。画像が収集される間には、撮影系2が移動するため、X線管8A及びX線検出器9を同一の位置に移動させる制御を行っても機械的な位置ずれが若干生じ得る。立体視画像に用いられる画像に位置ずれがあると、画像が揺れて見える原因となる。加えて、被検体Oの動きが発生する恐れもある。
そこで、X線管8A及びX線検出器9を同一の位置に移動させる制御を行って収集された複数の画像データ間において動き補正を行うことができる。動き補正としては、公知の任意の処理を行うことができる。動き補正には、補正対象となる2つの画像データ間の位置ずれを補正するものや、基準となる画像データからの補正対象となる画像データの位置ずれを補正するものがある。
動き補正自体としては、画像データの各画素値の平行移動、回転移動及び伸縮変形を線形に行う補正や、任意の関数を用いて非線形に各画素値の平行移動、回転移動及び伸縮変形を行う補正が知られている。この場合、2つの画像データ間の相互相関係数が最大となるように各画素値を移動させる最適化計算や、最小2乗誤差又は差分画像データの画素値の総和等の乖離量の指標値を最小にする最適化計算の結果として動き補正後の画像データを得ることができる。
尚、動き補正のために、画像データにおいて描出されたデバイスやデバイスに取り付けられたマーカをランドマークとして用いることもできる。この場合には、ランドマークを検出するためのエッジ検出処理や閾値処理等の処理が動き補正の一部として実行される。そして、抽出されたランドマークの移動量に基づいて画像データの画素値を線形又は非線形に移動させる位置ずれ補正を行うことができる。
上述のような撮影系2の制御方法、立体視画像の表示方法、座標変換の有無及び動き補正の有無は、図1に示すインターフェース部5を通じて設定することができる。撮影系2の制御方法としては、撮影系2を往復移動させるか否か、複数のX線画像データを収集するためのX線の照射方向などが選択肢となる。複数のX線画像データを収集するためのX線の照射方向については、直接X線の照射方向を設定する他、撮影系2の位置、撮影系2の回転角度のピッチ或いはX線の照射タイミングの間隔として設定することができる。一方、立体視画像の表示方法としては、3つ以上の方向に対応するX線画像を収集する場合に2視差画像を動画のように表示させるか或いは多視差画像として表示させるか等の選択肢がある。
そこで、撮影系2の制御方法及び立体視画像の表示方法を、それぞれ複数の撮像モード及び複数の表示モードとして選択できるようにすることができる。すなわち、表示装置7に撮影系2の制御方法等の設定画面を表示させるようにすることができる。そして、撮像モード及び表示モードを選択可能に表示装置7に表示させることができる。また、座標変換の有無及び動き補正の有無については、例えばオン/オフの切換ボタンとして設定画面に表示させることができる。
そして、ユーザは、入力装置6の操作によってインターフェース部5に撮影系2の制御方法、立体視画像の表示方法、座標変換の有無及び動き補正の有無の指定情報を入力することができる。一方、インターフェース部5は、入力された指定情報に従って制御系3に撮影系2の制御情報を、表示処理部19に立体視画像の表示条件を、それぞれ出力するように構成されている。
つまり、インターフェース部5は、撮影系2を往復移動させるか否か、複数のX線画像データを収集する異なる方向及び立体視することが可能な1フレーム分の画像データの生成に用いられる複数のX線画像データの、少なくとも1つを指定する指定部として機能する。
次にX線撮影装置1の動作および作用について説明する。
まず、インターフェース部5が表示装置7に撮影系2の制御方法及び立体視画像の表示方法を含む撮像条件の設定画面を表示させる。この設定画面では、図2から図11に示すような様々な撮影系2の動作モード及び立体視画像の表示モードを選択することができる。このため、ユーザは、入力装置6を操作し、診断に要求される画質や被検体Oの被曝量等の条件を考慮して適切なによって撮影系2の動作モード及び立体視画像の表示モードを選択することができる。
また、必要に応じて、座標変換処理及び動き補正処理の実行を表示処理条件として設定することができる。この他、ユーザは、撮像条件の設定画面を通じて被検体Oの撮像部位等の立体視画像を撮像するために必要な撮像条件を設定する。
一方、寝台11の天板に被検体Oがセットされる。また、必要に応じて造影剤注入装置14から被検体Oに造影剤が注入される。そして、入力装置6の操作によってインターフェース部5に撮像の開始が指示されると、インターフェース部5は、選択された撮影系2の動作モードに従って撮影系2の制御情報を制御系3に出力する。一方、インターフェース部5は、選択された立体視画像の表示モードに従って立体視画像の表示方法を表示処理部19に通知する。
そうすると、制御系3の撮影位置制御装置13から撮影系2の動作モードに対応する制御信号が出力され、駆動機構7が駆動する。これにより、X線照射部8及びX線検出器9が動作モードに従って移動する。
一方、動作モードに従って制御系3の高電圧発生装置12からX線照射部8のX線管8Aに高電圧が印加される。これにより、X線管8A及びX線検出器9が所定の回転角度及び位置となったタイミングでX線管8Aから被検体Oの撮像部位にX線が曝射される。そして、被検体Oを透過したX線がX線検出器9で検出される。
次にX線検出器9からX線検出信号がA/D変換器15を介して医用画像処理装置16に出力される。これにより、X線画像生成部17において、デジタル化されたX線検出データが取得される。そして、X線画像生成部17は、X線検出データに対する公知のデータ処理を行うことによってX線画像データを生成する。
X線画像生成部17において生成されたX線画像データは、X線画像取得部18に与えられる。そして、少なくとも2方向以上のX線の照射方向に対応する複数のX線画像データが同様な流れでX線画像取得部18において取得される。特に、複数の観察方向に対応する2視差画像又は多視差画像を生成する場合には、少なくとも3方向以上のX線の照射方向に対応する複数のX線画像データが収集され、X線画像取得部18において取得される。
次にX線画像取得部18は、複数のX線画像データを表示処理部19に与える。そうすると、表示処理部19は、立体視画像の表示方式及びインターフェース部5から取得した立体視画像の表示方法に従って立体視を行うことが可能なX線画像を表示装置7に表示させる。例えば、左目用の画像と右目用の画像とを時分割して表示させる方式であれば、左目用に収集されたX線画像データと右目用に収集されたX線画像データが表示処理部19において時分割されて表示装置7に出力される。
尚、X線画像データの座標変換及び動き補正の一方又は双方の実施がインターフェース部5を通じて指示されている場合には、表示処理部19において座標変換及び動き補正の一方又は双方が行われる。これにより、立体視に適した画質を有する適切な向きのX線画像データを得ることができる。
このため、ユーザは専用のメガネ20を介して表示装置7に表示されたX線画像の立体視を行うことができる。例えば、2視差画像のペアが同一の位置において繰返し収集されれば、動画として立体視画像を観察することができる。また、2視差画像のペアが繰返し収集され、かつ2視差画像のペアの収集位置が変わる場合には、観察方向が時間とともに変わる動画として立体視画像を観察することができる。更に、3視差以上の視差を有する画像が表示される場合には、観察方向によって見え方が変わる立体視画像を観察することができる。
つまり以上のようなX線撮影装置1は、単一の撮影系2を様々な制御方法で移動させることによって複数のX線画像データを収集し、収集した複数のX線画像データを用いて様々な表示方法で立体視画像を表示できるようにしたものである。
このため、X線撮影装置1によれば、診断目的に適した画質及び見え方を有する立体視画像を表示させることができる。すなわち、血管の構造の観察やワイヤの向きの確認等の目的に応じた異なる動作方法で撮影系2を制御することができる。そして、撮影系2の制御によって収集された立体視用のX線画像を用いて撮影系2の動作方法及び目的に応じた様々な表示方法で立体視画像を表示させることができる。
特に、撮像対象が同一であっても診断目的に応じて立体視画像の表示方法を変えることができる。例えば、臓器等を立体視する場合には、診断、治療計画の立案のための解剖学的構造の観察、治療中において現在操作しているデバイスの方向の確認など様々な目的が考えられる。このため、目的に適した撮像方法及び表示方法を選択して立体視画像を生成及び表示させることができる。具体例として、ユーザは、立体視画像に要求される画質、被検体Oの被曝量及び造影剤の投与量等の様々な条件を考慮して立体視画像の撮像方法及び撮像方法に対応する表示方法を選択することができる。
また、X線撮影装置1によれば、単一の撮影系2を用いて立体視画像を生成及び表示させることができる。加えて、X線撮影装置1は、立体視画像の生成及び表示のために複雑な三次元画像再構成処理を必要としない。このため、非常に安価かつ簡易な構成及びデータ処理で立体視画像を生成及び表示させることができる。換言すれば、単一の撮影系2を備えたX線撮影装置1であっても、複数の撮影系を備えたX線撮影装置や高度な三次元画像再構成処理を実行するX線撮影装置において生成することが可能な立体視画像に劣らない立体視画像を生成及び表示させることができる。
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
例えば、上述の例では、単一の撮影系を備えたX線撮影装置を用いて立体視が可能な3D画像用の2視差画像を収集する場合について説明したが、複数の撮影系を備えたX線撮影装置においても、複数の撮影系のうちの1つを用いて同様な2視差画像の収集を行うことができる。つまり、少なくとも1つの撮影系を用いて被検体のX線画像データを収集するX線撮影装置を用いて3D画像用の2視差画像を収集することができる。
更に、上述の例では、制御系3が撮影系2を平面上における振り子の軌跡に沿って移動させる場合について説明したが、撮影系2の軌跡が平面に投影された場合に振り子の軌跡となるように撮影系2を移動させるようにしてもよい。具体例として、撮影系2を楕円状又は8の字状の軌跡に沿って移動させることができる。この場合、撮影系2が静止しないため、高速撮影が可能となる。
Claims (14)
- 少なくとも1つの撮影系を用いて被検体のX線画像データを収集するX線画像収集ユニットと、
前記撮影系を移動させることによって互いに異なる方向に対応する複数のX線画像データが収集され、かつ前記複数のX線画像データの少なくとも1つが前記撮影系の移動中に収集されるように前記撮影系を制御する制御系と、
前記複数のX線画像データに基づいて立体視することが可能な画像データを生成する表示処理部と、
を備えるX線撮影装置。 - 前記制御系は、前記撮影系の移動中に前記複数のX線画像データが収集されるように前記撮影系を制御するように構成される請求項1記載のX線撮影装置。
- 前記制御系は、前記撮影系を往復移動させ、往路及び復路のそれぞれにおいて互いに異なる方向に対応する複数のX線画像データが収集されるように前記撮影系を制御するように構成される請求項1記載のX線撮影装置。
- 前記制御系は、前記撮影系の少なくとも1方向への移動中又は静止中に3つ以上の異なる方向に対応する複数のX線画像データが収集されるように前記撮影系を制御するように構成され、
前記表示処理部は、2つの異なる方向に対応する2フレーム分のX線画像データに基づいて立体視することが可能な1フレーム分の画像データを順次生成することによって、互いに異なる複数の方向から立体視することが可能な複数フレーム分の画像データを生成するように構成される請求項1記載のX線撮影装置。 - 前記制御系は、前記撮影系の少なくとも1方向への移動中又は静止中に3つ以上の異なる方向に対応する複数のX線画像データが収集されるように前記撮影系を制御するように構成され、
前記表示処理部は、前記3つ以上の異なる方向に対応する複数フレーム分のX線画像データに基づいて、互いに異なる複数の方向から立体視することが可能な1フレーム分の画像データを生成するように構成される請求項1記載のX線撮影装置。 - 前記表示処理部は、前記撮影系の移動方向が、前記立体視することが可能な画像データの表示装置の水平方向となるように前記複数のX線画像データの座標変換処理を伴って前記立体視することが可能な画像データを生成するように構成される請求項1記載のX線撮影装置。
- 前記撮影系を往復移動させるか否か、前記複数のX線画像データを収集する前記異なる方向及び前記立体視することが可能な1フレーム分の画像データの生成に用いられる前記複数のX線画像データの少なくとも1つを指定する指定部を更に有する請求項1記載のX線撮影装置。
- 前記表示処理部は、前記撮影系により互いに異なるタイミングで収集された同一の方向に対応する複数のX線画像データ間の動き補正を伴って前記立体視することが可能な画像データを生成するように構成される請求項1記載のX線撮影装置。
- 前記制御系は、前記撮影系の軌跡が平面に投影された場合に振り子の軌跡となるように、前記撮影系を楕円状又は8の字状の軌跡に沿って移動させるように構成される請求項1記載のX線撮影装置。
- 1つの撮影系を用いて収集された3つ以上の異なる方向に対応する複数のX線画像データを取得する画像取得部と、
前記複数のX線画像データに基づいて立体視することが可能な画像データを生成する表示処理部と、
を備える医用画像処理装置。 - 前記表示処理部は、2つの異なる方向に対応する2フレーム分のX線画像データに基づいて立体視することが可能な1フレーム分の画像データを順次生成することによって、互いに異なる複数の方向から立体視することが可能な複数フレーム分の画像データを生成するように構成される請求項10記載の医用画像処理装置。
- 前記表示処理部は、前記3つ以上の異なる方向に対応する複数フレーム分のX線画像データに基づいて、互いに異なる複数の方向から立体視することが可能な1フレーム分の画像データを生成するように構成される請求項10記載の医用画像処理装置。
- 少なくとも1つの撮影系を用いて被検体のX線画像データを収集するステップと、
前記撮影系を移動させることによって互いに異なる方向に対応する複数のX線画像データが収集され、かつ前記複数のX線画像データの少なくとも1つが前記撮影系の移動中に収集されるように前記撮影系を制御するステップと、
前記複数のX線画像データに基づいて立体視することが可能な画像データを生成するステップと、
を有するX線撮影方法。 - 1つの撮影系を用いて収集された3つ以上の異なる方向に対応する複数のX線画像データを取得するステップと、
前記複数のX線画像データに基づいて立体視することが可能な画像データを生成するステップと、
を有する医用画像処理方法。
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