JP2007105352A - 差分画像表示装置、差分画像表示方法およびそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】差分画像上に変化が現れた位置が被写体の全体像中のどの位置であるかを容易に把握できるように表示する。
【解決手段】２つの医用画像Ｐ１，Ｐ２より対象領域Ｒ１，Ｒ２を抽出して、２つの医用画像Ｐ１，Ｐ２のうち一方の医用画像Ｐ１より抽出した対象領域Ｒ１と他方の医用画像Ｐ２より抽出した対象領域Ｒ２間で対応する箇所を位置合せする。位置合せした対象領域Ｒ１，Ｒ２の画像の差分を取って対象領域差分画像Ｐｓｕを生成し、医用画像Ｐ１の対象領域Ｒ１の画像を対象領域差分画像Ｐｓｕで置き換えて表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は重ね合せ処理またはサブトラクション処理を施す際の位置合せを行う医用画像位置合せを行う差分画像表示装置、差分画像表示方法、および、そのプログラムに関するものである。

従来より、放射線画像のサブトラクション処理を用いて、異なった条件で撮影した２つの放射線画像を減算処理し、放射線画像中の特定の構造物や病変部の変化を抽出して診断が行われている。このサブトラクション処理には、同一被写体についての撮影時期が異なる２つの画像間の差分画像を得ることにより病変部の経時変化を観察する経時サブトラクショ処理が知られているが、サブトラクション処理を施す際には診断対象となる構造物を抽出して位置合せして差分画像を得ることにより、変化が現れたところのみを観察することができる。

このような変化を正確に把握するために、診断対象となる構造物を抽出して、構造物の対応する位置を正確に位置合せしてサブトラクション処理を施す必要がある。そこで、ヒストグラムに基づいて、被写体を撮影した画像から診断対象となる構造物の範囲を求め、この範囲内の画像に対してサブトラクション処理を施し、このサブトラクション処理によって求められた差分値に基づいて構造物の対応点を求め、この対応点が一致するように位置合せして差分画像を生成する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平６−１７５２４５号公報

しかしながら、上述のように構造物を位置合せして差分処理をした差分画像を表示した場合には、次のような問題点があった。

正確に位置合せが行われずにズレが生じた場合には、ズレが生じた部分が白または黒で強調されて読影の妨げとなるが、位置合せが非常に上手く行った場合には、像全体がグレーになり経時変化の現れたところのみが現れるが、臓器などの構造物がどのような位置にあるかがわからなくなり、変化の現れた部位と構造物との位置関係がわからず診断が困難になる。

そこで本発明は、上記事情に鑑み、位置ズレを防止しつつも、位置合せした差分画像上に変化が現れた位置が被写体の全体像中のどの位置であるかを把握できるように表示することが可能な差分画像表示装置、差分画像表示方法およびそのプログラムを提供することを目的とするものである。

本発明の差分画像表示装置は、被写体の診断対象となる対象領域を含む部位を撮影して得た２つの医用画像からそれぞれ抽出した前記対象領域間で位置合せし、該対象領域の画像間の差分を取って生成した対象領域差分画像を記憶する差分画像記憶手段と、
前記２つの医用画像のいずれかを記憶する医用画像記憶手段と、
該医用画像記憶手段に記憶されている前記医用画像の対象領域の画像を前記対象領域差分画像で置き換えて表示する差分画像表示手段とを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の差分画像表示装置は、被写体の診断対象となる対象領域を含む部位を撮影して得た２つの医用画像を記憶する医用画像記憶手段と、
前記２つの医用画像より前記対象領域を抽出する対象領域抽出手段と、
前記２つの医用画像のうち一方の医用画像より抽出した対象領域と他方の医用画像より抽出した対象領域間で対応する箇所を位置合せする位置合せ手段と、
前記位置合せした対象領域の画像の差分を取って対象領域差分画像を生成する対象領域差分画像生成手段と、
前記２つの医用画像のいずれかの前記対象領域の画像を前記対象領域差分画像で置き換えて表示する差分画像表示手段とを備えたことを特徴とするものであってもよい。

また、差分画像表示方法は、被写体の診断対象となる対象領域を含む部位を撮影して得た２つの医用画像を医用画像記憶手段に記憶する画像記憶ステップと、
前記２つの医用画像より前記対象領域を抽出する対象領域抽出ステップと、
前記２つの医用画像のうち一方の医用画像より抽出した対象領域と他方の医用画像より抽出した対象領域間で対応する箇所を位置合せする位置合せステップと、
前記位置合せした対象領域の画像間の差分を取って対象領域差分画像を生成する対象領域差分画像生成ステップと、
前記２つの医用画像のいずれかの前記対象領域の画像を前記対象領域差分画像で置き換えて表示する差分画像表示ステップとを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明のプログラムは、コンピュータを、
被写体の診断対象となる対象領域を含む部位を撮影して得た２つの医用画像より前記対象領域を抽出する対象領域抽出手段と、
前記２つの医用画像のうち一方の医用画像より抽出した対象領域と他方の医用画像より抽出した対象領域間で対応する箇所を位置合せする位置合せ手段と、
前記位置合せした対象領域の画像の差分を取って対象領域差分画像を生成する対象領域差分画像生成手段と、
前記２つの医用画像のいずれかの前記対象領域の画像を前記対象領域差分画像で置き換えて表示する差分画像表示手段として機能させることを特徴とするものである。

「医用画像」は、ＣＴ（computed tomography）やＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）などの断層撮影装置によって撮影された断層画像やＣＲ（computed radiography）によって撮影された単純Ｘ線撮影画像などをいう。

「画像記憶手段」とは、画像データを記録・保存するメモリや装置をいい、処理中や表示中に一時的に記憶するメモリであってもよいし、ファイリング装置であってもよい。

「対象領域」は、診断対象となる臓器など特定の構造物全体の領域のみならず、構造物の一部の領域であってもよい。あるいは、複数の構造物を含む領域であってもよい。

前記位置合せ手段は、前記一方の医用画像より抽出した対象領域の画像を、該対象領域の輪郭形状が前記他方の医用画像より抽出した対象領域の輪郭形状と一致するように、前記他方の医用画像より抽出した対象領域の画像に位置合せするものであってもよい。

前記位置合せ手段は、前記一方の医用画像より抽出した対象領域の画像を、前記２つの医用画像上の輪郭上の複数の点の曲率を求めて、両輪郭上の対応する点同士の曲率が近似するように、前記他方の医用画像より抽出した対象領域の画像に位置合せするものであってもよい。

本発明によれば、２つの医用画像上に撮影された対象領域を位置合せして、位置合せした対象領域の画像の差分を取って対象領域差分画像を生成し、原画像上の対象領域を対象領域差分画像に置き換えて表示することによって、差分画像上の変化が現れた箇所が、被写体の他の構造物とどのような位置関係にあるのかの把握が容易になる。

また、対象領域の輪郭形状が一致するように位置合せすることによって、被写体の撮影時の姿勢の違いなどによって、臓器の形状や位置がずれた状態で撮影された場合にも正確な位置合せが可能である。

さらに、対象領域の輪郭の曲率を一致するように位置合せすることで、臓器から特徴点を抽出することなく臓器全体の形状を一致させることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の差分画像表示装置の概略構成を示す図である。

図１に示すように、差分画像表示装置１は、被写体の診断対象となる対象領域を含む部位を撮影して得た２つの医用画像Ｐ１，Ｐ２を記憶する医用画像記憶手段１０と、２つの医用画像Ｐ１，Ｐ２より対象領域を抽出する対象領域抽出手段２０と、２つの医用画像のうち一方の医用画像Ｐ１より抽出した対象領域と他方の医用画像Ｐ２より抽出した対象領域間で対応する箇所を位置合せする位置合せ手段３０と、位置合せした対象領域内の画像の差分を取って対象領域差分画像Ｐｓｕを生成する対象領域差分画像生成手段４０と、対象領域差分画像Ｐｓｕを記憶する差分画像記憶手段５０と、２つの医用画像Ｐ１，Ｐ２のいずれか一方の対象領域内の画像を対象領域差分画像Ｐｓｕで置き換えて表示する差分画像表示手段６０とを備える。

医用画像Ｐ１，Ｐ２は、ＣＴ撮影装置やＭＲＩ装置などの断層撮影装置によって撮影された断層画像や、ＣＲ撮影装置によって撮影された単純Ｘ線撮影画像などである。

ＣＴ撮影装置のような断層撮影装置によって取得された断層画像の差分画像を生成する場合には、被写体の略同一箇所の断層画像を用いて差分画像を生成する。本実施の形態ではＣＴ撮影装置で撮影された断層画像の差分をとって観察する場合について以下説明する。

ＣＴ画像を構成する各画素の画素値（以下、ＣＴ値という）は水を基準として、水のＣＴ値を0、空気を-1000に設定されている。人体各組織の平均的なＣＴ値は、(1)骨、(2)凝血血液、(3)軟部組織、(4)脳脊髄液・血液、(5)水、(6)脂肪、(7)空気の順に低くなる。さらに、脳灰白質と脳白質では前者の方がＣＴ値は高くなり、心臓と肺臓では前者の方がＣＴ値は高くなる。また、腹部においては、肝臓は他の臓器に比べてＣＴ値が高くなる。このように、各臓器は固有のＣＴ値（画素値）を持って画像上に現れる。

以下、本実施の形態では、ＣＴ撮影装置で撮影した断層画像を用いて、差分画像表示装置１で差分画像を表示する流れについて、図２〜４のフローチャートに従って、具体的に説明する。

まず、図５に示すように、腹部の同じ位置の断層画像を表示装置上に並べて表示する（Ｓ１００）。そこで、オペレータが、表示した断層画像上で差分画像を生成したい臓器内の１点をマウスなどのポインティングデバイスを用いて（図５の矢印）、差分画像を表示する臓器を指示する。断層画像上の各臓器は固有の画素値で現れるので、指示した位置に存在する臓器は、ポインティングデバイスを用いて指した位置（例えば、図５の矢印が指す位置）にある画素の画素値Ｃに近い画素値を持っている。例えば、被写体の腹部をＣＴ撮影した断層画像上に現れる肝臓は周囲の臓器と異なる画素値で現れる。そこで、ポインティングデバイスを用いて指した画素の画素値が所定の幅Ｗの範囲内にある画素値の画素を取り出すことで肝臓のみを抽出することができる。

そこで、対象領域抽出手段２０で、医用画像記憶手段１０に記憶されている断層画像Ｐ１から対象領域Ｒ１を抽出する（Ｓ１０１）。まず、断層画像Ｐ１上でクリックした位置にある画素の画素値Ｃを取得する（Ｓ１１０）。画素値の幅Ｗは、例えば、マウスホイールを操作してポインターを抽出する臓器内の画像上で動かして、ポインターを動かした範囲内にある画素の画素値より幅Ｗを決めて設定する（Ｓ１１１）。あるいは、各臓器に現れる固有の画素値がどの程度違うかによって、他の臓器の画素値を含まないような幅Ｗを予め設定しておくようにしてもよい。

対象領域抽出手段２０は、画素値がＣ＋Ｗ〜Ｃ−Ｗの範囲内にある画素を抽出し（Ｓ１１２）、画素値がＣ＋Ｗ〜Ｃ−Ｗの範囲内にある画素と、画素値がＣ＋Ｗ〜Ｃ−Ｗの範囲外の画素を異なる２つの画素値に分けた２値化画像を生成する（Ｓ１１３）。

生成した２値化画像に対して連結成分処理（ラベリング処理）を行い（Ｓ１１４）、クリックした位置を含む連結成分の領域を指示した位置に存在する臓器、つまり対象領域Ｒ１として抽出する（Ｓ１１５）。連結成分処理によって抽出された対象領域Ｒ１の輪郭Ｌを求め、断層画像Ｐ１上に重ねて表示装置上に表示する（Ｓ１１６）。

オペレータは、図６に示すように、断層画像Ｐ１上に表示された臓器の境界線が、抽出した対象領域の輪郭Ｌ１（図６の太線）と一致しているか否かを目視で確認し、表示されている臓器の境界線と断層画像Ｐ１上の対象領域Ｒ１の輪郭Ｌ１が同図（ａ）のように一致していない場合には、マウスホイールを操作して対象領域からはみ出した画素の画素値を拾うようにして画素値の幅Ｗを変えてＳ１１１〜Ｓ１１６の処理を繰り返す。幅Ｗの値を変える度に断層画像上の臓器に対象領域の輪郭を重ねて表示装置上に表示し、オペレータはその結果を確認しながら、同図（ｂ）のように臓器の境界線と対象領域の輪郭が一致して最適な幅Ｗになるまで、繰り返し幅Ｗの値を変える。

同様に、断層画像Ｐ２対しても上述の対象領域抽出処理を施して対象領域を抽出する（Ｓ１０２）。そこで、位置合せ手段３０で、各断層画像Ｐ１，Ｐ２から抽出した対象領域の輪郭形状Ｌ１，Ｌ２が一致するように、対象領域Ｒ１，Ｒ２内の画像を変形する（Ｓ１０３）。

位置合せ手段３０では、図７に示すように、各断層画像から抽出した臓器の輪郭線Ｌ１，Ｌ２を適当な個数Ｎ（両画像で同数）の頂点に分割し（Ｓ１２０）、両画像Ｐ１，Ｐ２上のＮ個の頂点が対応する位置を求める。輪郭線Ｌ１，Ｌ２上に並ぶ頂点の順番１，２，３，・・・，Ｎは変わることがないので、対応位置を１つずつずらしてＮ通りの組み合わせについて、適当な評価関数を用いて対応位置を求める（Ｓ１２１）。例えば、評価関数として各頂点における曲率の違いを評価するものを用いて、曲率の違いが最小になる組み合わせが対応する頂点であると判定する。

そこで、両画像Ｐ１，Ｐ２の頂点の対応関係に基づいて、断層画像Ｐ２の輪郭Ｌ２を断層画像Ｐ１の輪郭Ｌ１に近づけるように、断層画像Ｐ２の輪郭Ｌ２上の頂点を断層画像Ｐ１の輪郭Ｌ１上の頂点にシフトするベクトルを求める。断層画像Ｐ１の輪郭上の頂点をＶ1_ｉとし、断層画像Ｐ２の輪郭の頂点をＶ2_ｉとしたとき、断層画像Ｐ２の各頂点と断層画像Ｐ１の対応する頂点との間のシフトベクトルＳ（Ｖ１_ｉ）は以下の（１）式で表せる（Ｓ１２２）。
Ｓ（Ｖ1_ｉ）＝（Ｖ2_ｉｘ−Ｖ1_ｉｘ、Ｖ2_ｉｙｙ−Ｖ1_ｉ） （１）
ｉ：頂点を表す添え字

断層画像Ｐ２の輪郭Ｌ２に囲まれた対象領域の画像Ｒ２の大きく歪ませることなく、断層画像Ｐ２の輪郭Ｌ２の形状が断層画像Ｐ１の輪郭Ｌ１の形状に一致するように位置合せし、輪郭Ｌ２の変化に伴って内側に存在する画像を変形するように、断層画像Ｐ２の対象領域Ｒ２内に存在する画素と断層画像Ｐ１の対象領域Ｒ１内に存在する画素との間のシフトベクトルを求める。そこで、対象領域Ｒ２，Ｒ１内に存在する画像の画素Ｖ（ｘ,ｙ）間のシフトベクトルは下式（２）で求める（Ｓ１２３）。
Ｓ（Ｖ（ｘ,ｙ））＝ΣＳ（Ｖ1_ｉ）／Ｄ（Ｖ，Ｖ1_ｉ） （２）
ただし、 ΣＤ（Ｖ，Ｖ1_ｉ）=１
Ｖ（ｘ,ｙ） ：断層画像Ｐ２の輪郭内に存在する画素
Ｄ（Ｖ，Ｖ1_ｉ）：ＶとＶ1_ｉの距離

断層画像Ｐ２の輪郭内に存在する画像をＡ（ｘ，ｙ）とし、変形後の画像をＢ（ｘ，ｙ）とすると、下式（３）のように表すことができる。
Ｂ（ｘ，ｙ）＝Ａ（ｘ−Ｓ_ｘ，ｙ−Ｓ_ｙ） （３）
ただし、 Ｓ_ｘ，Ｓ_ｙはＳ（Ｖ（ｘ,ｙ））のＸ成分とＹ成分
また、Ａ（ｘ−Ｓ_ｘ，ｙ−Ｓ_ｙ）は画素値を補間して求める（例えば、近傍点の画素からBilinear補間などで求める）。

そこで、対象領域差分画像生成手段４０は、断層画像Ｐ１の輪郭内の画像と断層画像Ｐ２の変形後の画像の各画素の差分を求めて対象領域差分画像Ｐｓｕを生成して差分画像記憶手段５０に記憶する（Ｓ１０４）。

差分画像表示手段６０は、図８に示すように、原画像の断層画像Ｐ１の対象領域Ｒ１の画像を生成した対象領域差分画像Ｐｓｕに置き換えた画像を表示装置上に表示する（Ｓ１０５）。対象領域上には変化の現れた部位のみ画像が現れている（図８の白矢印）。

以上詳細に説明したように、原画像上に診断箇所の対象領域差分画像を重ねて表示することで、他の臓器との位置関係も正確に把握することができる。

上述では、対象領域差分画像の生成と、原画像上の対象領域を対象領域差分画像に置き換えた表示を、同一の装置上で行う場合について説明したが、図９に示すように、対象領域差分画像を生成する差分画像生成装置１ａと原画像上の対象領域に対象領域差分画像で置き換えて表示する差分画像表示装置１ｂとに分けた構成にしてもよい。

この場合、差分画像生成装置１ａに断層画像Ｐ１，Ｐ２を記憶する医用画像記憶手段１０ａと、対象領域抽出手段２０と、位置合せ手段３０と、位置合せした対象領域内の画像の差分を取って対象領域差分画像Ｐｓｕを生成する対象領域差分画像生成手段４０とを備えるようにし、差分画像表示装置１ｂには、断層画像Ｐ１を記憶する医用画像記憶手段１０ｂと、差分画像記憶手段５０と、２つの医用画像Ｐ１，Ｐ２のいずれか一方の対象領域内の画像を対象領域差分画像Ｐｓｕで置き換えて表示する差分画像表示手段６０とを備えるようにする。また、差分画像生成装置１ａで生成した対象領域差分画像Ｐｓｕを差分画像生成装置１ａから差分画像表示装置１ｂにネットワークを介して送信し、差分画像表示装置１ｂで断層画像Ｐ１上の対象領域を対象領域差分画像Ｐｓｕを置き換えて表示するようにしてもよい。

上述ではＣＴで撮影した断層画像について詳細に説明したが、ＭＲＩやＣＲなど、他の医用画像の差分画像を作成する場合にも、同様に原画像上に差分画像を表示することで他の臓器との関係がわかり易くなる。

また、上述では、ＣＴ画像から画素値に基づいて対象領域となる臓器を抽出する場合について説明したが、対象領域を抽出する手法として、胸部を撮影した単純Ｘ線撮影画像から肺野領域を抽出する手法など種々の臓器の抽出方法を用いることができる。

あるいは、対象領域の抽出を自動で行うのではなく、手動で画像上の臓器をポインティングデバイスを使って囲むようにして対象領域を抽出するようにしてもよい。

さらに、１つ臓器全体でなく臓器の一部や、複数の臓器や、臓器の周囲を含んで抽出するようにしてもよい。

上述の各処理を備えたプログラムをコンピュータにインストールすることにより、コンピュータを差分画像生成装置として動作させることができる。

本発明の差分画像表示装置の概略構成を示す図（その１） 差分画像表示装置の処理の流れを説明するためのフローチャート（その１） 差分画像表示装置の処理の流れを説明するためのフローチャート（その２） 差分画像表示装置の処理の流れを説明するためのフローチャート（その３） 差分を取る医用画像を表示した一例 対象領域の抽出方法を説明するための図 対象領域の輪郭形状を一致させる方法を説明するための図 断層画像上に対象領域差分画像を表示した一例 本発明の差分画像表示装置の概略構成を示す図（その２）

符号の説明

１、１ａ 差分画像表示装置
１ｂ 差分画像表示装置
１０ 医用画像記憶手段
２０ 対象領域抽出手段
３０ 位置合せ手段
４０ 対象領域差分画像生成手段
５０ 差分画像記憶手段
６０ 差分画像表示手段
Ｐｓｕ 対象領域差分画像
Ｐ１，Ｐ２ 医用画像
Ｒ１，Ｒ２ 対象領域

Claims (6)

1. 被写体の診断対象となる対象領域を含む部位を撮影して得た２つの医用画像からそれぞれ抽出した前記対象領域間で位置合せし、該対象領域の画像間の差分を取って生成した対象領域差分画像を記憶する差分画像記憶手段と、
   前記２つの医用画像のいずれかを記憶する医用画像記憶手段と、
   該医用画像記憶手段に記憶されている前記医用画像の対象領域の画像を前記対象領域差分画像で置き換えて表示する差分画像表示手段とを備えたことを特徴とする差分画像表示装置。
2. 被写体の診断対象となる対象領域を含む部位を撮影して得た２つの医用画像を記憶する医用画像記憶手段と、
   前記２つの医用画像より前記対象領域を抽出する対象領域抽出手段と、
   前記２つの医用画像のうち一方の医用画像より抽出した対象領域と他方の医用画像より抽出した対象領域間で対応する箇所を位置合せする位置合せ手段と、
   前記位置合せした対象領域の画像の差分を取って対象領域差分画像を生成する対象領域差分画像生成手段と、
   前記２つの医用画像のいずれかの前記対象領域の画像を前記対象領域差分画像で置き換えて表示する差分画像表示手段とを備えたことを特徴とする差分画像表示装置。
3. 前記位置合せ手段が、前記一方の医用画像より抽出した対象領域の画像を、該対象領域の輪郭形状が前記他方の医用画像より抽出した対象領域の輪郭形状と一致するように、前記他方の医用画像より抽出した対象領域の画像に位置合せするものであることを特徴とする請求項２記載の差分画像表示装置。
4. 前記位置合せ手段が、前記一方の医用画像より抽出した対象領域の画像を、前記２つの医用画像上の輪郭上の複数の点の曲率を求めて、両輪郭上の対応する点同士の曲率が近似するように、前記他方の医用画像より抽出した対象領域の画像に位置合せするものであることを特徴とする請求項３記載の差分画像表示装置。
5. 被写体の診断対象となる対象領域を含む部位を撮影して得た２つの医用画像を医用画像記憶手段に記憶する画像記憶ステップと、
   前記２つの医用画像より前記対象領域を抽出する対象領域抽出ステップと、
   前記２つの医用画像のうち一方の医用画像より抽出した対象領域と他方の医用画像より抽出した対象領域間で対応する箇所を位置合せする位置合せステップと、
   前記位置合せした対象領域の画像間の差分を取って対象領域差分画像を生成する対象領域差分画像生成ステップと、
   前記２つの医用画像のいずれかの前記対象領域の画像を前記対象領域差分画像で置き換えて表示する差分画像表示ステップとを備えたことを特徴とする差分画像表示方法。
6. コンピュータを、
   被写体の診断対象となる対象領域を含む部位を撮影して得た２つの医用画像より前記対象領域を抽出する対象領域抽出手段と、
   前記２つの医用画像のうち一方の医用画像より抽出した対象領域と他方の医用画像より抽出した対象領域間で対応する箇所を位置合せする位置合せ手段と、
   前記位置合せした対象領域の画像の差分を取って対象領域差分画像を生成する対象領域差分画像生成手段と、
   前記２つの医用画像のいずれかの前記対象領域の画像を前記対象領域差分画像で置き換えて表示する差分画像表示手段として機能させるプログラム。

Images