图像处理装置以及图像处理方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式涉及图像处理装置以及图像处理方法。
【背景技术】
[0002]在使用X射线取得三维的图像数据的医用摄像中使用有计算机断层摄影(CT)。由CT扫描取得的三维CT图像数据具有三维排列的多个体素。各体素具有与X射线的衰减量对应的像素值。X射线的衰减量表现为由亨氏单位(HU)规定的CT值。在此，OHU是水的CT值。
[0003]正在开发用于使用CT对冠状动脉疾病进行诊断的应用程序。这样的应用程序用于确定存在于血管内的动脉粥样硬化性心脏病的范围。
[0004]为了增大在CT图像中描绘出的血管区域的像素值而使用造影剂。作为用于诊断冠状动脉疾病的技术，利用不使用造影剂的非造影心脏CT扫描和使用造影剂的造影心脏CT扫描。非造影心脏CT扫描是将没有通过造影剂造影的心脏作为对象的CT扫描。非造影心脏CT扫描有时包含钙化积分扫描。造影心脏CT扫描是以由造影剂造影后的心脏为对象的CT扫描。通过两个扫描得到的图像例如使用自动非线性对位处理或自动线性对位处理，进行对位。差分图像根据通过基于造影扫描的图像与基于被造影扫描的图像的对应点彼此中的像素值的差分而生成。差分图像例如用于评估血管的状态。
[0005]在单一的非造影钙化积分扫描中，描绘出钙质沉积区域以及支架区域，但有时不能将血管区域与其他的软组织区域相区别。在通过单一的造影CT扫描取得的图像中，与由造影剂强调后的血液相关的图像区域(造影血管区域)的亨氏值有时与针对钙质沉积区域以及支架区域的亨氏值重复。当使用标准的窗位或颜色映射技术来显示通过造影CT扫描取得的图像(造影图像)时，在视觉上难以区别造影血管区域和钙质沉积区域或支架区域。
[0006]当将造影血管区域与钙质沉积区域或支架区域相区别地描绘出时，能够确定冠状动脉疾病的范围，测量血管狭窄(血管的异常的收缩或狭窄)。通过对造影图像和非造影图像进行差分，从而能够除去造影图像和非造影图像共有的特征，例如，除去骨区域和软组织区域，保留被造影剂强调的像素区域。
[0007]图1是表示已知的差分处理的流程图。在步骤10中，非造影图像(造影前图像)100和造影图像(造影后图像)101使用非刚性配准来将同一坐标彼此建立对应。变形场102通过非刚性配准来取得。变形场102将非造影图像100的坐标系中的坐标与造影图像101的坐标系中的坐标建立关联。
[0008]在步骤12中，执行了非刚性配准的非造影图像(被对位的造影前图像)103是将变形场102应用于非造影图像100而生成的。被对位的非造影图像103所包含的各点的解剖学特征与造影图像1I所包含的相同坐标的对应点的解剖学特征一致。
[0009]在步骤14中，通过将造影图像101的各像素的亨氏值减去被对位的非造影图像103所包含的相同坐标的各像素的亨氏值来生成。
[0010]在步骤16中，对差分图像104实施绘制处理，生成绘制处理后的差分图像105。以后，将绘制出的差分图像105简单地记作绘制图像105。[0011 ]作为绘制图像105，例如是二维切片、二维多平面绘制(MPR)图像、薄块MPR图像、弯曲MPR(CPR)图像、阴影体绘制(SVR)图像、或像素投影(IP)图像(例如，最大像素投影(MIP)图像、最小像素投影(MinIP)图像、或平均像素投影(Average)图像)。
[0012]绘制图像105例如是灰度图像，规定的像素的灰度值和被对位的非造影图像的各像素的像素值与造影图像的各对应像素的像素值的差分对应。各像素的灰度值与差分值对应，因此，差分图像104只包含比非造影图像100以及造影图像101少的信息。例如，差分值“5”可以由5HU的CT值与1HU的CT值的组合得到，也可以由105HU的CT值与I1HU的CT值的组合得到。
[0013]差分图像难以读影。例如，当对由单一通道的灰度规定的差分图像进行读影时，难以区别血管内的实际的闭塞或狭窄和由不准确的对位而产生的伪影。图2表示描绘出重度钙化的冠状动脉的差分图像。与重度钙化的冠状动脉相关的图像区域由虚线的椭圆17来标记。被虚线的椭圆17标记的部分难以区别狭窄和图像伪影，因此难以进行读影。当在血管中存在大量的钙化沉积时，难以判别在该血管中是否有造影剂流动。
[0014]分段是在图像内分割为具有规定的特征的像素，将表示图像内的规定的构造的像素按照该每个构造进行分类的过程。在此，设像素意味着二维的图像要素(像素)与三维的图像要素(体素)的统称。分段有时还包含将像素从图像的剩余的部分中分离。构造例如是血管或脏器等解剖学构造、或支架等人工构造。通过识别以及分离表示构造的像素，从而实施与构造相关的信息的进一步的处理，例如，能够使构造的测量变得容易，或者能够使通过与图像内的其他的构造不同的方法来绘制构造变得容易。
[0015]血管的分段用于识别血管的病变区域时，例如，用于识别钙质沉积区域。例如，为了执行冠状动脉内的狭窄测量，需要对血管腔以及血管壁准确地分段。
[0016]特别地，在冠状动脉血管中，难以获得准确安全的血管分段。小的血管有时接近检测器的分辨率的极限，因此，难以进行分段。例如，由于血管壁的像素值与其他的软组织的像素值类似，因此，难以进行血管壁的分段。在差分图像中，为了对血管区域进行分类，需要准确地进行对位，另外，还没有建立识别对位误差的方法。
[0017]自动或半自动的血管追踪算法用于追踪图像所包含的血管区域。然而，由于与被造影剂强调后的血管腔相关的图像区域(以下，称为血管腔区域)的像素值和与钙化沉积内的钙相关的图像区域(以下，称为钙区域)的像素值类似，因此，难以对追踪造影图像内的血管区域进行追踪并分段。
[0018]晕斑(blooming)有时使钙化沉积不清晰，特别地，当存在钙质沉积区域或支架区域时，使管腔的分类复杂化。晕斑是使钙化沉积(或支架)区域看上去比真正的物理范围大的图像伪影。晕斑例如由于射束硬化以及移动等的伪影的组合造成。与非造影图像相比，造影图像的晕斑更显著的情况被熟知。
[0019]图3A以及图3B表示在造影图像上实施的已知的冠状动脉血管的分段方法的结果。大的钙沉积存在于应该被分段的血管内。图3A以及图3B示出表示流入有造影剂的冠状动脉血管的、冠状动脉计算机断层摄影血管造影(CCTA)图像。图3A表示血管区域的芯线以沿着直线的方式变形的CCTA图像。图3B表示与芯线正交的剖面所相关的CCTA图像。如图3A和图3B所示，大的钙质沉积20具有高的像素。
[0020]使用已知的冠状动脉血管的分段方法，在与图3A以及图3B对应的图像上执行管腔的分段。分段的边界作为线18由图3A以及图3B的各个表示。
[0021]管腔的范围由临床医生使用相同的图像数据进行评估。发现被自动地分段的管腔的边界18比由临床医生评估的管腔的区域小。在已知的分段方法中，血管腔的尺寸在被造影的集合的该已知的分段方法中，由于较大的钙质沉积20的影响，会被过小地评估。
[0022]因此，没有达到临床医生希望在自动或半自动分段法上可靠的信用的状况。当自动或半自动的血管分段对管腔过小评估或过大评估时，分段算法的结果有时不会使临床医生受益。
【附图说明】
[0023]附图包含在说明书中，构成其一部分，图示出本发明的实施例，并与以上给出的一般描述及以下给出的对实施例的详细描述一起一起用于说明本发明的原理。
[0024]图1是表示以往的差分处理的流程图。
[0025]图2是表示强调显示重度钙化的动脉的差分图像的图。
[0026]图3A是表示造影图像内的示例的已知的血管分段的结果的图。
[0027]图3B是表示造影图像内的示例的已知的血管分段的结果的图。
[0028]图4是表示本实施方式所涉及的图像处理装置的框图。
[0029]图5是表示在本实施方式所涉及的图像处理装置中执行的处理的流程图。
[0030]图6是表示被分类的管腔区域、非强调区域、位置偏移区域、以及晕斑区域的联合直方图。
[0031]图7A是表示应该映射到图6的联合直方图上的颜色的颜色模型的图。
[0032]图7B是表示图6所示的联合直方图与图7A所示的颜色模型的叠加图像的图。
[0033]图8是表示使用颜色模型来着色的图像的一个例子的图。
[0034]图9是表示使用颜色模型来着色的图像的一个例子的图。
[0035]图10是表示示出晕斑区域的血管腔的图像的图。
[0036]图11是表示在本实施方式所涉及的图像处理装置中执行的处理的流程图。
[0037I图12是表示图11所示的处理的具体例的流程图。
[0038]图13是表示应用分类处理的被摄像的血管的概略图。
【具体实施方式】
[0039]本实施方式所涉及的图像处理装置具备:存储部，存储与在不同的时刻被摄影的同一摄影部位相关的第I医用图像和第2医用图像;生成部，生成表示同一坐标中的所述第I医用图像的像素值与所述第2医用图像的像素值的组合的频度的数值数据；以及分段部，利用生成的所述数值数据，将所述第2医用图像划分为多个图像区域。
[0040]以下，参照附图，说明本实施方式所涉及的图像处理装置。另外，在以下的说明中，针对具有大致相同的功能以及结构的构成要素，添加相同的符号，重复说明只在必要时进行。
[0041]图4是表示本实施方式所涉及的图像处理装置30的图。如图4所示，图像处理装置30具备计算装置32。计算装置32是个人计算机(PC)或工作站等。计算装置32与CT扫描仪34、一个或多个显示器36、以及计算机键盘、鼠标、或轨迹球等一个或多个输入接口电路38连接。
[0042]CT扫描仪34通过由X射线对被检体进行CT扫描来收集投影数据，根据收集到的投影数据重建与该被检体相关的CT图像。在本实施方式中，CT扫描仪34产生与在不同的时刻被摄影的同一摄影部位相关的第I医用图像和第2医用图像。例如，CT扫描仪34以同一被检体为对象，通过对被造影剂造影后的摄影部位进行CT扫描来执行造影CT扫描，通过对没有被造影剂造影的摄影部位进行CT扫描来执行非造影CT扫描。作为摄影部位，也可以是任何部位。在造影扫描以及非造影扫描时，也可以是任意的合适的血管系统，例如，可以是心脏、头或颈部、流出液体或肺。CT扫描仪34根据由造影CT扫描收集到的投影数据来重建造影图像，根据由非造影CT扫描收集到的投影数据来重建非造影图像。造影CT扫描和非造影CT扫描也可以任一个扫描首先进行。作为造影图像以及非造影图像，CT扫描仪34可以重建一个图像，也可以重建时间序列的图像。另外，在本实施方式中，作为图像，CT扫描仪34可以重建由在二维坐标空间中排列的多个像素构成的切片，也