JP5229496B2 - 画像処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線撮影装置、特に、デジタル透視撮影装置（ＤＦ(digital fluorography)装置）によって撮影された画像を処理する画像処理装置に関するものである。

近年、透視撮影機能を備えたＸ線撮影装置が診断や治療に利用されている。Ｘ線撮影装置は、透視撮影モードで動作するとき、被検体に対してＸ線を連続的に照射し、被検体を透過したＸ線をイメージ増倍管（Ｉ．Ｉ．）によって光学像に変換し、この光学像をＴＶカメラで撮影する。ＴＶカメラで撮影された画像信号は、Ａ／Ｄ変換器によって1フレーム毎のデジタル画像データに変換されて、リカーシブフィルタに入力される。

リカーシブフィルタは、現在取得されたフレームの画像と、過去に取得されたフレームの画像とを重み付け加算処理することにより、ノイズを相殺させてこれを低減するようになっている。このため、撮影の間に被検体の体動が生じると、重み付け加算処理される画像中の動きのあった部分がアーチファクトとして残り、診断画像がボケてしまい、診断に支障を来すという問題を生じていた。

このため、例えば、被検体が発生する心電信号や呼吸信号を測定することによって、被検体の体動の周期を検出し、この周期に同期させてリカーシブフィルタの重み係数を設定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方法によれば、被検体の体動の周期の検出や、体動の周期に同期させた重み係数の変更等が容易ではなく、鮮明な診断画像を容易に得られないという問題があった。

また、デジタルサブトラクション血管造影法（ＤＳＡ）においては、まず、被検体への造影剤の注入前に撮影された複数フレームの画像について、ノイズ成分を除去するために画像のデータが加算平均される。加算平均された画像はマスク画像としてメモリに記録される。そして、被検体への造影剤の注入後に順次撮影される被検体の画像（「ライブ画像」と呼ばれる）について、１フレームのライブ画像が取得される毎に、その都度ライブ画像とマスク画像との間でサブトラクション処理がなされ、診断用画像が順次生成される。

サブトラクション処理によれば、処理される画像中の、時間経過に伴う位置および濃度の変化を生じない画像部分は消去される一方、位置および濃度の変化を生じる画像部分は残される。したがって、撮影の間に被検体の体動がなければ、造影剤の注入の前後において濃度変化が生じた血管のみを抽出することができ、それによって血管狭窄等の病変を容易に発見できる。

しかしながら、被検体は、呼吸や拍動等によって常に体動を生じているので、撮影する部位によっては、サブトラクション処理される画像間において骨や臓器等の血管以外の対象の位置のズレが生じ、サブトラクション処理後の画像中にアーチファクトとして残ってしまい、診断用画像が不鮮明になるという問題を生じていた。

この問題を解決すべく、例えば、被検体への造影剤の注入前に撮影された複数フレームの画像のうちから最適な１フレームの画像を選び出し、それをマスク画像として用いる方法が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。しかし、この方法では、マスク画像は１フレームの画像のみから構成されるので、加算平均等のノイズ低減処理が行えず、ノイズ成分を含むマスク画像を用いてサブトラクション処理がなされるという問題があった。

特開２００７−３３０５２２号公報 特開２００４−１１２４６９号公報 特開２００６−８７６３１号公報

したがって、本発明の課題は、被検体の呼吸や拍動等に起因する体動の影響を受けることなく、容易に鮮明な診断用画像が得られる画処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、Ｘ線撮影装置によって撮影された画像を順次取得し、当該画像の濃度に関する特徴を抽出する特徴抽出部と、前記特徴抽出部によって抽出された特徴に基づき、画像をグループに分ける画像分類部と、前記画像分類部によってグループに分けられた画像が、それぞれ、前記グループ毎に、その撮影時刻とともに格納されるメモリ部と、前記メモリ部に格納された前記画像を前記グループ毎に処理する画像データ処理部と、前記画像データ処理部によって処理された画像を出力する出力部と、を備えたことを特徴とする画像処理装置を構成したものである。

上記構成において、好ましくは、前記特徴抽出部は、前記画像の濃度を重さとして前記画像の重心の位置を算出し、予め決定された位置からの当該重心の移動量を前記画像の特徴とし、前記重心の移動量に基づいて前記画像をグループに分けるようになっており、あるいは、前記特徴抽出部は、前記画像の特徴として前記画像の濃度の分散を算出し、前記分散に基づいて前記画像をグループに分けるようになっている。

また好ましくは、前記Ｘ線撮影装置は、被検体への造影剤の注入の前後にわたって撮影を行うようになっており、前記メモリ部には、前記造影剤の注入前後に撮影された画像がグループ毎に、その撮影時刻とともに格納され、前記画像データ処理部は、同一の前記グループ内において、前記造影剤の注入前の画像を加算平均することによってマスク画像を生成するとともに、前記造影剤の注入後の画像のそれぞれを、その撮影時刻の順に、前記マスク画像とサブトラクション処理するようになっている。

また好ましくは、前記画像データ処理部は、同一の前記グループ内において、各画像について、撮影時刻の順に、当該画像と、少なくともその直前の画像を重み付け加算する、リカーシブフィルタ処理を行うようになっている。
また好ましくは、前記画像データ処理部は、前記グループ毎に当該グループの特徴に応じた画像処理を行い、当該画像処理後の画像を前記グループ間において画像処理する。

本発明によれば、Ｘ線撮影装置によって撮影された画像を、その濃度に関する特徴に基づいてグループに分け、グループ毎に画像処理するので、撮影の間に体動が生じた場合は、被検体が動く前の画像と動いた後の画像は、別のグループに分けられ、それぞれ別々に処理される。こうして、良く似た特徴を有する画像同士が画像処理されるので、処理後の画像にアーチファクトが殆ど発生しない。その結果、撮影の間に体動が生じても、鮮明な診断用画像が得られる。
また、本発明によれば、Ｘ線撮影装置によって撮影された画像をグループに分け、グループ毎に当該グループの特徴に応じた画像処理を行い、当該画像処理後の画像をグループ間において画像処理するので、体動などの影響を最小限に抑えた上で画像演算を行うことが可能になる。

本発明の１実施例による画像処理装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の画像処理装置の動作を説明するフロー図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。この実施例では、本発明による画像処理装置は、被検体への造影剤の注入の前後にわたって撮影を行うＸ線撮影装置に適用されるが、本発明の画像処理装置を、Ｘ線撮影装置以外のＭＲＩ、ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴおよび超音波診断装置等に適用することもできる。

図１を参照して、Ｘ線撮影装置は、被検体８が載置される天板９と、被検体８に向けてＸ線を照射するＸ線管１０と、被検体８からの透過Ｘ線を検出するＸ線検出器を備えている。Ｘ線検出器は、この実施例では、Ｉ．Ｉ．（Ｘ線蛍光増倍管）１１およびＸ線ＴＶカメラ１２から構成されるが、Ｘ線検出器として、ＦＰＤ（フラットパネル型Ｘ線検出器）を用いることもできる。Ｘ線管１０およびＩ．Ｉ．１１は、天板９を挟んで対向配置され、（図示されない）支持部によって支持されている。Ｘ線管１０は、高電圧発生装置１３に接続され、これから管電圧および管電流の供給を受ける。

Ｘ線ＴＶカメラ１２から出力されるアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器１５に入力される。Ａ／Ｄ変換器１５は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、フレーム毎の画像データとして本発明の画像処理装置１に出力する。
高電圧発生装置１３、Ｉ．Ｉ．１１およびＸ線ＴＶカメラ１２、並びに画像処理装置１は、制御部１４によって制御される。

こうして、被検体８への造影剤の注入の前後において、適当なタイミングでＸ線管１０から被検体８に向けてＸ線が照射され、その都度被検体８の対象部位が撮影され、撮影された画像は順次画像処理装置１に取り込まれる。

画像処理装置１は、画像を順次取得し、当該画像の濃度に関する特徴を抽出する特徴抽出部２と、特徴抽出部２によって抽出された特徴に基づき、画像をグループに分ける画像分類部３と、画像分類部３によってグループに分けられた画像のデータが、それぞれ、グループ毎に、その撮影時刻とともに格納されるメモリ部４を備えている。

特徴抽出部２は、例えば、画像の濃度を重さとして画像の重心の位置を算出し、予め決定された位置からの重心の移動量を画像の特徴とし、重心の移動量に基づいて画像をグループに分ける。あるいは、特徴抽出部２は、画像の特徴として画像の濃度の分散を算出し、分散に基づいて画像をグループに分ける。

画像の濃度に関する特徴を抽出する方法は、上記の方法に限定されず、通常のデジタル画像処理において用いられる公知の特徴抽出法のいずれかを採用することができる。この場合、１フレームの画像を構成する全ての画素の濃度情報を収集し、収集した情報に基づいて特徴抽出処理を行うと高速処理ができないので、例えば、１フレームの画像を、それぞれ予め決定された個数の画素を含む複数の画像部分に分割し、各画像部分における最大濃度値を収集し、その情報に基づいて特徴抽出処理すること、あるいは、撮影される部位が予め特定される場合には、その部位に関して予測され得る標準的な濃度情報を予め考慮して特徴抽出処理することが好ましい。
また、被検体の呼吸や拍動の周期性に伴う各部位の運動を考慮して、呼吸や拍動の一周期中の同じタイミングで撮影される画像がそれぞれ同一のグループに分類されるようにグループ分けされることが好ましい。

画像処理装置１は、また、メモリ部４に格納された画像をグループ毎に処理する画像データ処理部５を備えている。この実施例では、画像データ処理部５は、同一のグループ内において、造影剤の注入前の画像を加算平均することによってマスク画像を生成するとともに、造影剤の注入後の画像のそれぞれを、その撮影時刻の順に、マスク画像とサブトラクション処理するようになっている。

画像処理装置１は、さらに、画像データ処理部５から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器６と、Ｄ／Ａ変換器６からの信号に基づき、サブトラクション処理された画像を表示するモニタ７を備えている。

図２は、図１の画像処理装置による処理動作を説明するフロー図である。図２を参照して、画像処理装置は、Ｘ線撮影装置から画像を取得する毎に（図２のＳ１）、その画像の特徴を抽出し（図２のＳ２）、抽出した特徴に基づいて画像をグループに分け、グループ分けした画像のデータを、グループ毎にその撮影時刻とともにメモリに格納する（図２のＳ３）。最後に取得した画像のグループ分けが完了すると（図２のＳ４）、画像処理装置は、同一グループ内において、造影剤の注入前の画像を加算平均することによってマスク画像を生成するとともに、造影剤の注入後の画像（ライブ画像）のそれぞれを、その撮影時刻の順に、マスク画像とサブトラクション処理し（図２のＳ５）、処理後の画像をモニタに表示する（図２のＳ６）。

こうして、本発明による画像処理装置においては、被検体への造影剤注入前後にわたって撮影された画像を、その濃度に関する特徴に基づいてグループに分け、グループ毎に画像のデータを加算平均し、得られた画像をマスク画像とする。したがって、ノイズが低減され、アーチファクトが殆ど現われないマスク画像が生成される。さらに、同一グループ内において、被検体への造影剤の注入後に撮影されるライブ画像とマスク画像との間でサブトラクション処理を行うので、撮影の間に体動が生じても、診断用画像中にアーチファクトが殆ど生じず、容易に鮮明な診断用画像が得られる。

本発明の画像処理装置の構成は、この実施例に限定されない。別の好ましい実施例によれば、Ｘ線撮影装置は、被検体への造影剤の注入の有無にかかわらず撮影を行うようになっており、画像処理装置は、Ｘ線撮影装置によって撮影された画像を順次取得する。この実施例では、画像データ処理部以外は、全て、上述の実施例と同様の構成を有している。すなわち、画像データ処理部は、上記実施例の場合のようなサブトラクション処理を行う代わりに、リカーシブフィルタ処理を行うようになっている。

画像データ処理部は、最後に取得した画像のグループ分けが完了すると、同一のグループ内において、各画像について、撮影時刻の順に、当該画像と、少なくともその直前の画像を重み付け加算し、加算処理後の画像をモニタに表示する。

この実施例によれば、Ｘ線撮影装置によって順次撮影された画像を、濃度に関する特徴に従ってグループ分けし、同一のグループ内においてリカーシブフィルタ処理を行うので、良く似た特徴を有する画像同士がフィルタ処理される。したがって、撮影の間に被検体の体動が生じても、常に、アーチファクトが殆ど生じない鮮明な診断画像が得られる。

１ 画像処理装置
２ 特徴抽出部
３ 画像分類部
４ メモリ部
５ 画像データ処理部
６ Ｄ／Ａ変換器
７ モニタ
８ 被検体
９ 天板
１０ Ｘ線管
１１ Ｉ．Ｉ．（Ｘ線蛍光増倍管）
１２ Ｘ線ＴＶカメラ
１３ 高電圧発生装置
１４ 制御部
１５ Ａ／Ｄ変換器

Claims (6)

1. Ｘ線撮影装置によって撮影された画像を順次取得し、当該画像の濃度に関する特徴を抽出する特徴抽出部と、
   前記特徴抽出部によって抽出された特徴に基づき、画像をグループに分ける画像分類部と、
   前記画像分類部によってグループに分けられた画像が、それぞれ、前記グループ毎に、その撮影時刻とともに格納されるメモリ部と、
   前記メモリ部に格納された前記画像を前記グループ毎に処理する画像データ処理部と、
   前記画像データ処理部によって処理された画像を出力する出力部と、を備えたことを特徴とする画像処理装置。
2. 前記特徴抽出部は、前記画像の濃度を重さとして前記画像の重心の位置を算出し、予め決定された位置からの当該重心の移動量を前記画像の特徴とし、前記重心の移動量に基づいて前記画像をグループに分けることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記特徴抽出部は、前記画像の特徴として前記画像の濃度の分散を算出し、前記分散に基づいて前記画像をグループに分けることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
4. 前記Ｘ線撮影装置は、被検体への造影剤の注入の前後にわたって撮影を行うようになっており、前記メモリ部には、前記造影剤の注入前後に撮影された画像がグループ毎に、その撮影時刻とともに格納され、前記画像データ処理部は、同一の前記グループ内において、前記造影剤の注入前の画像を加算平均することによってマスク画像を生成するとともに、前記造影剤の注入後の画像のそれぞれを、その撮影時刻の順に、前記マスク画像とサブトラクション処理することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像処理装置。
5. 前記画像データ処理部は、同一の前記グループ内において、各画像について、撮影時刻の順に、当該画像と、少なくともその直前の画像を重み付け加算する、リカーシブフィルタ処理を行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像処理装置。
6. 前記画像データ処理部は、前記グループ毎に当該グループの特徴に応じた画像処理を行い、当該画像処理後の画像を前記グループ間において画像処理することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像処理装置。

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