专利名称：图像处理装置、x射线计算机断层摄像装置以及图像处理方法
技术领域：
本发明涉及图像处理装置、X射线计算机断层摄像装置以及图像处理方法。
背景技术：
本发明涉及图像处理装置、X射线计算机断层摄像装置以及图像处理方法，更详细 地讲，涉及使用了根据使用X射线计算机断层摄影装置(X射线CT装置)、磁共振成像装置 (MRI装置)等而经时地取得的数据取得各相位间的活动分量，并观察这些结果的医用图像 的内脏器官动态的图像处理装置、X射线计算机断层摄像装置以及图像处理方法。使用X射线计算机断层摄影装置(X射线CT装置)、磁共振成像装置(MRI装置) 等，取得例如在肺部中的多个呼吸相位的图像数据，并确认组织的动态从而进行功能解析 的方法，从病患的诊断以及早期发现的角度来看是非常有效的。另外，从自动诊断(CAD)的 角度来看，功能解析结果也是有效的方法。掌握上述的动态从而作为定量的值来进行计算的方法在一般情况下也可以使用， 对于像现在的CT、MRI那样可以以时间系列对广泛区域进行扫描的装置，此方法也受到关注。而且，作为以往的结果观察方法，存在通过动画评价彩色图、断面转换(MPR)图 像、三维(3D)图像的方法。
发明内容
(发明要解决的问题)然而，上述的彩色图是基于所有的时间信息而生成的数据，并在显示时丢失该每 个时间的信息。另外，存在难以通过MI5R或者3D图像的动画掌握被检体的各部位各自的活 动是如何地活动的问题。(用于解决问题的方案)本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种使用能够容易地掌握各 部位各自的活动是如何地活动的医用图像的内脏器官动态的图像处理装置、X射线计算机 断层摄像装置以及图像处理方法。根据本发明的一个实施方式的图像处理装置包括存储单元，存储通过对被检体 的规定部位进行拍摄所取得的与多个时相对应的多个体积数据；计算单元，通过进行上述 多个体积数据间的对位，针对各上述体积数据所包含的各体素计算空间上的移动向量；图 像生成单元，使用针对各上述体素的上述移动向量，来生成表示诊断部位的局部活动的图像；以及显示单元，显示表示上述诊断部位的局部活动的图像。(发明效果)可以提供一种使用了能够容易地掌握各部位各自的活动是如何地活动的医用图 像的内脏器官动态的图像处理装置、X射线计算机断层摄像装置以及图像处理方法。
图1为表示与一个实施方式有关的X射线计算机断层摄影装置的结构的框图。图2为用于针对对在图1的X射线CT装置1中被造影的血管进行处理的情况的 动作进行说明的流程图。图3为表示使用了基准体积的对位的概念的图。图4A、4B、4C为用于针对活动向量的计算方法进行说明的图。图5A、5B为表示结果图像的例子的图。图6为表示与第2实施方式有关的活动信息的视频化处理的流程的流程图。图7为表示在步骤S5a中分别生成并显示的向量场图像的例子的图。图8为表示在步骤S5a中分别生成并显示的向量场图像的例子的图。图9为表示与第3实施方式有关的活动信息的视频化处理的流程的流程图。图10为表示在步骤S5b中生成并显示的线框图像的例子的图。符号说明1···Χ射线计算机断层摄影装置(X射线CT装置)、10…架台、11···Χ射线管、12···旋 转框、13···Χ射线检测器、14···数据收集电路(DAS)、15···数据传送装置、16···前处理装置、 17…呼吸传感器、18…滑环机构、19…高电压产生装置、20···扫描控制器、23···投影数据/ 图像数据存储部、24···重建部、25···特定相位确定部、26···显示处理部、27···基准点确定部、 28…关心点确定部、29···向量处理部、30···肺功能指标计算部、31···图像处理部。
具体实施例方式根据本发明的一个实施方式的图像处理装置，具备存储单元，存储通过对被检体 的规定部位进行拍摄所取得的与多个时相对应的多个体积数据；计算单元，通过进行上述 多个体积数据之间的对位，针对各上述体积数据所包含的各体素计算空间上的移动向量; 图像生成单元，使用针对各上述体素的上述移动向量，来生成表示诊断部位的局部活动的 图像；以及显示单元，显示表示上述诊断部位的局部活动的图像。以下，参照
实施方式。另外，在以下说明中，针对以X射线计算机断层摄 影装置为例的实施方式进行说明。但是，并不拘泥于该例，与使用通过其它的医用图像诊断 装置(例如，磁共振成像装置、超声波诊断装置、X射线诊断装置、核医学诊断装置)和医用 图像诊断装置所取得的医用图像的图像处理装置有关的实施方式也能够实现。图1为表示与一个实施方式有关的X射线计算机断层摄影装置的结构的框图。另外，X射线计算机断层摄影装置1虽然存在将X射线管和X射线检测器作为一 体在被检体的周围进行旋转的旋转/旋转方式；和在环上配置多个X射线检测器、只有X射 线管在被检体的周围进行旋转的固定/旋转方式，但无论是哪种方式都能够应用。关于旋 转/旋转方式，虽然存在在旋转框上搭载一对X射线管和X射线检测器的单管球型和在
5旋转框上搭载多个成对的X射线管与X射线检测器的所谓的多管球型，但是无论是哪种类 型都能够应用。关于X射线检测器，虽然存在通过闪烁器等荧光体将透射过被检体的X射 线变换为光之后，通过光电二极管等光电变换元件变换为电荷的间接变换形式；和利用了 基于X射线的半导体内的电子空穴对的生成以及向其电极的移动即光导电现象的直接变 换形式。但是也可以采用任一种的形式。在图1中，架台10具有X射线管11。X射线管11从高电压产生装置经由滑环机 构18接受管电压的施加以及灯丝电流的供给，产生锥束形的X射线。X射线管11与X射线 检测器13被一同搭载于以旋转轴(Z轴)为中心旋转自如地支撑的旋转框12。呼吸传感器17被设计来用于检测被检体的呼吸的活动。另外，呼吸传感器17可 以根据检查对象，被置换为检测被检体心脏的活动(心跳)的时相的心电图仪或跳动传感器。X射线检测器13检测从X射线管11透射过被检体的X射线。X射线检测器13为 与锥束对应的多层型或者二维阵列型。即、X射线检测器13具有沿着旋转轴并列的多个X 射线检测元件列。各X射线检测元件列具有沿着与旋转轴RA正交的方向一列地排列的多 个X射线检测元件。X射线检测器13的输出通过数据收集电路(DAS) 14对每个信道进行放大，转换为 数字信号，并且经由例如非接触型的数据传送装置15被发送至前处理装置16，在此接受灵 敏度校正等的校正处理，作为存在于紧接重建处理之前的阶段的所谓的投影数据，和与收 集该投影数据的时期对应的呼吸时相编码一同被存储在投影数据/图像数据存储部23中。 扫描控制器20为了数据收集(扫描)，控制旋转驱动部、高电压产生装置19、数据收集电路 14、投影数据/图像数据存储部23等。重建部24根据通过动态扫描反复收集到的投影数据，来重建呼吸时相不同的多 个二维或者三维的图像数据。呼吸时相不同的多个二维或者三维的图像数据与在该重建处 理中使用的投影数据的集的例如与中心时相对应的呼吸时相编码一同被存储在投影数据/ 图像数据存储部23中。作为三维的图像重建处理法，典型地为Feldkamp法。众所周知，Feldkamp法是基 于扇束卷积 反投影法的近似重建法，卷积处理以锥形角比较小的情况为前提，将数据看成 扇形投影数据来进行。但是，反投影处理是沿着实际的光线进行的。即、以如下的顺序重建 图像对投影数据进行依存于Z坐标的加权处理，对进行了加权的投影数据，与扇束重建相 同地对重建函数进行卷积，并对该数据沿着具有锥形角的倾斜的实际光线进行逆投影。如上所述，与本实施方式有关的X射线CT装置1具有图像处理装置。图像处理装 置与上述投影数据/图像数据存储部23 —同构成有特定相位确定部25、显示处理部26、 基准点确定部27、关心点确定部28、向量处理部29、肺功能指标计算部30以及图像处理部 31。特定相位确定部25通过与投影数据一同被存储的流量时间曲线的例如极大点和 极小点的特定来确定最大吸气时相和最大呼气时相。基准点确定部27分别对上述最大吸 气时相的图像和最大呼气时相的图像在解剖学上同一部位设定基准点。另外，具有设定成 为对位的基准的数据的功能。关心点确定部28例如在肺部上设定多个关心点。能够根据相对伴随呼吸的基准点的关心点的移动距离等取得肺功能指标。多个关心点分别相对最大吸气时相的图像和最 大呼气时相的图像而被设定。另外，多个关心点被设定在肺的壁轮廓上、结节部上以及肿瘤 上。关心点确定部28分别根据最大吸气时相的图像和最大呼气时相的图像，通过阈值处理 例如区域生长处理(region growing)来提取肺区域。在提取了肺区域的壁轮廓上，根据基 准点对每个一定角度设定关心点。向量处理部29针对最大吸气时相的图像上的多个关心点计算各自的向量。同样 地，向量处理部29也针对最大呼气时相的图像上的多个关心点计算各自的向量。而且，向 量处理部29在关于最大吸气时相的图像上的多个关心点的多个向量与关于最大呼气时相 的图像上的多个关心点的多个向量之间，以相同角度计算向量差分。即、将比较固定的基准 点作为基准定量地取得由于呼吸运动产生的各关心点的移动距离。另外，向量处理部29具 有根据非线性对位时的变形量，计算在各体素中的三维的活动向量α,ο的功能。肺功能指标计算部30根据算出的由于呼吸运动引起的多个关心点各自的移动距 离，计算各时相的肺体积的定量值、肺体积的变化率以及该变化体积的定量值等的肺功能 指标。显示处理部26进行为了将算出的肺功能指标与图像一同作为数值显示或在图像的 对应位置上与指标值所对应的色相或者亮度相对应地显示而需要的处理，并将其加以显示。图像处理部31处理医用图像或者部位模型等的各种图像。该图像处理部31未图 示，它是由于由软件、硬件(电路)或者这两种构成的，因此具有图像以及模型的对位功能。 而且，图像处理部31具有将通过上述向量处理部29算出的活动向量的各分量标准化、并分 配成颜色(R、G、B)的功能和对成为基准的数据进行非线形对位的功能。接着，参照图2的流程图，针对对被造影的血管进行处理的情况的动作进行说明。读取图1所示的使用X射线CT装置1所取得的造影后的图像。接着，在这里读取 的数据设为至少2个相位以上的数据。在接下来的步骤S2中，根据在上述步骤Sl中读取 的数据，选择成为对位的基准的体积。这既可以通过操作者手动选择，也可以根据各相位间 的活动的差分等来使用通过自动检测活动最少的体积的方法等(参照图3)。另外，在以下 说明中，将与该基准体积对应的时相称作“基准时相”。接着，在步骤S3中，基于在上述步骤S2中设定的基准体积，针对各相位进行对位 处理。在相位间的对位中使用众所周知的线性对位或者非线性对位(例如，参照日本特 开2009-28362号公报、水田忍等提出的“三维大脑图和医用头部图像的自动非线性对位”， MedicalImaging Technology vol. 16，No. 3，1998)。因此，省略其详细的说明。接着，在步骤S4中，根据进行对位时的变形量，在向量处理部29中计算在各体素 中的活动向量分量Π，ζ — )。例如，在从如图4Α所示的体素35i到经过规定时间后的 如图4B所示的体素352之间，对某体素35%的移动量进行关注。由此，针对从体素35%到 35a2为止的移动量V1T计算图4C所示的活动向量分量V1T= (x — n，y:，z^n)。然后，在步骤S5中，针对在上述步骤S4中取得的各体素的活动向量的分量进行标 准化，在图像处理部31中，对三维上的xyz轴进行(R、G、B)颜色的分配(即、根据方向而不 同的色彩的分配和分配与各分量的大小对应的亮度值的处理)。进行了分配的图像作为新 体积进行存储。在(R、G、B)的分配中也可以计算绝对值(|x—I，|，|z1)，也可以原 样地分配具有符号的值。在具有符号的情况下，从0T，y —，Z —)向量的最小值到最大值的中间值在(R、G、B)中也成为中间值。接着，在步骤S6中，针对所有的原始体积进行上述步骤S3至S5的处理动作，在不 是最终体积的情况下转移至步骤S7，转移至下一个体积。并且，转移至应该进行对位的上述 步骤S3。由此，生成将活动向量的分量RGB化的体积。最后，在步骤S8中，使用在上述步骤S3至S6中所取得的体积来生成MPR图像，并 加以显示。这可以在一个相位进行显示，也可以在动画中进行显示。图5A、图5B为表示通过在本实施方式中的X射线CT装置1进行图像处理的图像 的例子的图。另外，在图5A、图5B中，为了便于说明，将R分量用〇表示，将G分量用□表 示，将B分量用Δ表示，设各分量较密的部分表示该色的分量强(浓)的状态，该分量稀疏 的部分表示该色的分量弱(浅)的状态。已知，例如，当相对图5Α所示的肺的基准图像M1调整输入图像412时，结果图像 413在整体上R的分量多。即、由于R的分量相当于χ轴方向，因此根据该结果图像413，判 断肺的上侧主要在X轴方向上活动。另夕卜，已知，当相对图5B所示的肺的基准图像43i调整输入图像432时，结果图像 433在整体上R的分量多，但是右下侧稍稍较多地显示了 B的分量。即、判断虽然作为全体 正在χ轴方向(R分量)上活动，但是右下侧在ζ轴方向(B分量)上活动。这样，三维上的图像活动分配成(R、G、B)颜色，从而将活动向量分量按其方向分 开而用R、G、B分量显示，因此可以容易地掌握被检体的各部位各自的活动的情况。另外，可以认为，由于例如癌部位活动困难，因此在上述进行了(R、G、B)颜色分配 的情况下，癌部位相对较黑地被显示，可以进行与其它部位的识别。(第2实施方式)接着，针对第2实施方式进行说明。在本实施方式中，是利用在各位置中的箭头符 号将诊断部位的局部活动作为向量场来显示(向量场显示)。图6为表示与第2实施方式有关的活动信息的视频化处理的流程的流程图。从步 骤Sl到步骤S4为止的处理和图2所示的在第1实施方式中的处理是一样的。以下，针对 步骤S5a、5b的各处理进行说明。图像处理部31使用算出的每个时相的各体素的活动向量，生成表示与预先选择 的时相(选择时相)对应的诊断部位的局部活动的图像。具体来讲，图像处理部31对选择 时相的体积数据设定规定的Mra断面，使用算出的选择时相的每个体素的活动向量，生成 用箭头符号来表示在该Mra断面上的各位置中的移动方向以及移动量的向量场图像。显示 处理部26以规定的方式显示生成的与选择时相对应的向量场图像(步骤S5a)。图7、图8为表示在各步骤S5a中生成并显示的向量场图像的例子的图。如各图所 示，针对MPR图像的各位置，在从基准时相到选择时相的期间发生移动的情况下，根据箭头 符号的指向明确表示移动方向，根据箭头符号的长度明确表示移动量。另外，在没有产生活 动的情况下，不分配表示移动方向以及移动量的箭头符号。因此，用户可以通过观察显示的 向量场图像容易地掌握被检体的诊断部位的各位置的活动情况。接着，在输入其它时相的向量场图像的生成指示(其它时相的选择指示)的情况 下，针对重新选择的时相，反复执行步骤S3至S5a的处理。另外，在没有输入其它时相的选 择指示的情况下，结束活动信息的视频化处理(步骤S6a)。
(第3实施方式)接着，针对第3实施方式进行说明。在本实施方式中，利用线框、表面模型等来显 示诊断部位的局部活动。图9为表示与第3实施方式有关的活动信息的视频化处理的流程的流程图。从步 骤Sl至步骤S4为止的处理和图2所示的第1实施方式中的处理是一样的。以下，针对步 骤S5b、6b的各处理进行说明。图像处理部31使用基准体积，生成用线框表示诊断部位的轮廓的线框图像(或 者，表示诊断部位的表面的表面模型图像)。同样地，图像处理部31使用与预先选择的时 相(选择时相)对应的体积，来生成用线框表示诊断部位的轮廓的线框图像(或者，表示诊 断部位的表面的表面模型图像)。另外，图像处理部31使用生成的各线框图像和关于在从 基准时相到选择时相的期间中的各体素的移动向量，来生成表示诊断部位的局部活动的图 像。即、图像处理部31对与基准时相对应的线框和与选择时相对应的线框进行对位，并且 通过对与选择时相对应的线框附加表示活动的信息，来生成表示诊断部位的局部活动的图 像。显示处理部26以规定形态显示生成的与选择时相对应的线框图像(步骤S5b)。另外，对与选择时相对应的线框附加的表示活动的信息不论是哪种信息都可以。 例如，也可以针对线框上的各位置进行在第1实施方式中说明的(R、G、B)的分配。另外，也 可以针对线框上的各位置进行在第2实施方式中说明的向量场显示。而且，也可以不是各 位置的每个活动显示，而是针对规定的范围利用箭头符号等显示平均的活动的大小和活动 的方向。图10为表示在步骤S5b中生成并显示的线框图像的例子的图。如图10所示，可 以通过观察线框图像容易且迅速地识别轮廓上的各位置在从基准时相到选择时相为止的 期间如何地移动。接着，在输入了其它时相的线框图像的生成指示(其它时相的选择指示)的情况 下，针对重新选择的时相，反复执行步骤S3至步骤S5b的处理。另外，在没有输入其它时相 的选择指示的情况下，结束活动信息的视频化处理(步骤S6b)。在以上所述的各实施方式中，对各部位显示一个结果图像。但是，并不仅限于此， 例如，也可以是覆盖显示。另外，在各实施方式中以静止图像为例进行说明，但是并不仅限 于此，也能够应用动画。另外，在上述实施方式中，在步骤S2中设定基准体积，通过进行相对于基准体积 的对位，针对各体素算出出与基准体积对应的时相开始的活动向量。但是，并不拘泥于该 例，例如可以通过在时间上相邻的体积间进行对位来计算针对各体素的时相之间的移动向量。虽然这里描述了特定的实施方式，但是这些实施方式仅作为例子示出，不用于限 定本发明的范围。实际上，此处表述的新颖方法和系统也可以体现为许多不同的其它形式， 而且在不背离本发明的精神的情况下，可以对本发明的方法和系统作各种省略、替换和变 更。随附的权利要求要求以及其等同物旨在覆盖落入本发明的范围和精神内的所有形式和 变形。
权利要求
1.一种图像处理装置，其特征在于，该图像处理装置具备存储单元，存储通过对被检体的规定部位进行拍摄所取得的与多个时相对应的多个体 积数据；计算单元，通过进行上述多个体积数据间的对位，针对各上述体积数据所包含的各体 素计算空间上的移动向量；图像生成单元，使用针对各上述体素的上述移动向量，生成表示诊断部位的局部活动 的图像；以及显示单元，显示表示上述诊断部位的局部活动的图像。
2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于上述计算单元通过进行将从上述多个体积数据中选择的规定的体积数据作为基准的 对位来计算上述移动向量。
3.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于上述计算单元通过在时间上相邻的体积之间进行对位来计算上述移动向量。
4.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于 上述计算单元将上述移动向量标准化。
5.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于上述图像生成单元通过根据上述移动向量的各分量的大小对每个分量分配不同的色 彩以及亮度来生成表示上述诊断部位的局部活动的图像。
6.根据权利要求5所述的图像处理装置，其特征在于上述图像生成单元通过将上述移动向量的各分量分配成R、G、B来生成表示上述诊断 部位的局部活动的图像。
7.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于上述图像生成单元通过对每个空间位置用箭头符号表示各上述移动向量来生成表示 上述诊断部位的局部活动的图像。
8.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于上述图像生成单元通过对第1时相的上述规定部位的轮廓和从上述第1时相开始经过 规定期间后的第2时相的上述规定部位的轮廓进行视频化来生成表示上述诊断部位的局 部活动的图像。
9.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于上述图像生成单元将表示上述诊断部位的局部活动的图像作为MPR图像来生成。
10.一种X射线计算机断层摄像装置，其特征在于，该X射线计算机断层摄像装置具备摄像单元，在多个时相对与被检体的规定部位有关的体积数据进行拍摄； 计算单元，通过进行上述多个体积数据间的对位，针对各上述体积数据所包含的各体 素计算时相之间的空间上的移动向量；图像生成单元，使用针对各上述体素的上述移动向量生成表示诊断部位的局部活动的 图像；以及显示单元，显示表示上述诊断部位的局部活动的图像。
11.根据权利要求10所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于上述计算单元通过进行将从上述多个体积数据中选择的规定的体积数据作为基准的 对位来计算上述移动向量。
12.根据权利要求10所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于 上述计算单元通过在时间上相邻的体积之间进行对位来计算上述移动向量。
13.根据权利要求10所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于 上述计算单元对上述移动向量进行标准化。
14.根据权利要求10所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于上述图像生成单元通过根据上述移动向量的各分量的大小对每个分量分配不同的色 彩以及亮度来生成表示上述诊断部位的局部活动的图像。
15.根据权利要求14所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于上述图像生成单元通过将上述移动向量的各分量分配成R、G、B来生成表示上述诊断 部位的局部活动的图像。
16.根据权利要求10所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于上述图像生成单元通过对每个空间位置用箭头符号表示各上述移动向量来生成表示 上述诊断部位的局部活动的图像。
17.根据权利要求10所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于上述图像生成单元通过对第1时相的上述规定部位的轮廓和从上述第1时相开始经过 规定期间后的第2时相的上述规定部位的轮廓进行视频化来生成表示上述诊断部位的局 部活动的图像。
18.根据权利要求10所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于 上述图像生成单元将表示上述诊断部位的局部活动的图像作为MPR图像来生成。
19.一种图像处理方法，其特征在于，该图像处理方法包括使用图像处理装置执行通过对被检体的规定部位进行拍摄所取得的与多个时相对应 的多个体积数据间的对位；针对各上述体积数据所包含的各体素计算时相之间的空间上的移动向量； 使用针对各上述体素的上述移动向量生成表示上述诊断部位的局部活动的图像；以及 显示表示上述诊断部位的局部活动的图像。
20.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于 上述诊断部位为肺。
全文摘要
本发明提供一种图像处理装置、X射线计算机断层摄像装置以及图像处理方法，使用能够容易地掌握各部位各自的活动是如何地活动的医用图像的内脏器官动态。根据本发明的图像处理装置具备存储单元，存储通过对被检体的规定部位进行拍摄所取得的与多个时相对应的多个体积数据；计算单元，通过进行上述多个体积数据间的对位，针对各上述体积数据所包含的各体素，计算空间上的移动向量；图像生成单元，使用针对各上述体素的上述移动向量，生成表示上述诊断部位的局部活动的图像；以及显示单元，显示表示上述诊断部位的局部活动的图像。
文档编号A61B6/03GK102125439SQ20111000713
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月14日 优先权日2010年1月14日
发明者池田佳弘, 荒木田和正 申请人:东芝医疗系统株式会社, 株式会社东芝