图像处理装置及方法以及程序的制作方法
【专利摘要】抑制图像中包含的结构物的误判别。具备：滤波部(32)，对图像实施使用了实心球函数的2阶偏微分的滤波来算出海森矩阵；以及评价部(30)，使用海森矩阵的固有值及固有向量，对图像中包含的结构物进行判别，滤波部(32)具备修正部(33)，该修正部(33)对图像实施使用了空心球函数的1阶偏微分的滤波来算出1阶偏微分向量，使用将1阶偏微分向量向固有向量的方向投影而得的值，进行将表示实心球的函数的各方向的2阶偏微分的、从实心球的中心起对称地分离的2个位置出现的响应波形中的一方的响应波形抵消的修正，所述空心球具有与实心球的半径相同的半径。
【专利说明】图像处理装置及方法以及程序
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于判别图像中的结构物的结构的图像处理装置及方法以及用于使计算机执行图像处理方法的程序。
【背景技术】
[0002]近年来，随着医疗设备(例如多检测器型CT等)的进步而将品质高的三维图像用于图像诊断。三维图像由多个二维图像构成且信息量多，因此医师发现所希望的观察部位进行诊断有时需要时间。因此，通过提取关注的脏器而进行MIP、VR、CPR等的显示，由此提高脏器整体或病变的视觉辨认性并实现诊断的效率化。
[0003]另一方面，作为提取医用图像中的血管及骨的方法，提出了使用海森(Hessian)矩阵的海森解析的方案(参照非专利文献I)。海森解析对通过使用高斯核(Gaussiankernel)等关于预定滤波器的二次微分核而算出的、以2阶的偏微分系数为要素的海森矩阵的固有值进行解析，由此判别图像中的局部结构为点、线及面中的哪一个。通过使用海森解析能够将血管判别为线状结构物、将骨判别为面状结构物。
[0004]然而，非专利文献I的方法当在线状结构物的周边存在其他的结构物(周边结构物)的情况下，有时会将该周边结构物的一部分误判别为线状结构物。非专利文献2的方法将非专利文献I提出的滤波器改良为对表示球(内侧为I且外侧为O的实心球)的函数(实心球模型函数)的2阶偏微分进行了卷积的结构，由此将各像素的滤波范围限定为以像素为中心的球表面，能够减小周边结构物对滤波结果造成的影响。
[0005]在先技术文献
[0006]非专利文献
[0007]非专利文献1:A.F.Frangi et.al., “Multiscale vessel enhancementfiltering，，，Proceedings of MICCAI，ppl30_137，1998.
[0008]非专利文献2:M.Law et.al.，“Three Dimens1nal Curvilinear StructureDetect1n Using Optimally Oriented Flux”，Proceedings of ECCV，pp368_382，2008.
【发明内容】
[0009]发明要解决的课题
[0010]然而，使用非专利文献2的方法，从包含各种粗细的血管的医用图像中判别作为线状结构的血管时，有时会误识别在血管的内侧比实际的血管细的血管。换言之，在利用非专利文献2的方法来判别线状结构物时，在结构物的轮廓部分中的具有比实心球模型函数的实心球的曲率半径大的曲率半径的轮廓部分，当具有与实心球模型函数表示的实心球的直径大致相同的直径的线状的结构物存在时，存在发生误判别的问题。
[0011 ] 上述问题只要是比实心球模型函数的实心球的曲率半径大的结构物的轮廓部分在任何部分都会引起，因此本发明鉴于此问题，其目的是在进行海森解析中使用了实心球模型函数的滤波的图像处理方法中，防止在曲率半径比实心球模型函数表示的实心球大的结构物的轮廓部分产生的结构物的误判别。
[0012]用于解决课题的方案
[0013]本第一发明的图像处理装置的特征在于，具备:滤波部，在图像中的各像素位置，实施使用了表示实心球的函数的2阶偏微分的滤波来算出海森矩阵；以及评价部，使用对算出的海森矩阵进行固有值解析而得到的固有值及固有向量，对图像中包含的结构物进行判别，滤波部具备修正部，该修正部在图像中的各像素位置，实施使用了表示空心球的函数的I阶偏微分的滤波来取得I阶偏微分向量，使用将取得的I阶偏微分向量向固有向量的方向投影而得的值，进行将表示实心球的函数的各方向的2阶偏微分的、从实心球的中心起对称地分离的2个位置出现的响应波形中的一方的响应波形抵消的修正，空心球具有与实心球的半径相同的半径。
[0014]本第一发明的图像处理方法具备:滤波工序，在图像中的各像素位置，实施使用了表示实心球的函数的2阶偏微分的滤波来算出海森矩阵；以及评价工序，使用对算出的海森矩阵进行固有值解析而得到的固有值及固有向量，对图像中包含的结构物进行判别，其中，在滤波工序中，在图像中的各像素位置，实施使用了表示空心球的函数的I阶偏微分的滤波来取得I阶偏微分向量，使用将取得的I阶偏微分向量向固有向量的方向投影而得的值，进行将表示实心球的函数的各方向的2阶偏微分的、从实心球的中心起对称地分离的2个位置出现的响应波形中的一方的响应波形抵消的修正，空心球具有与实心球的半径相同的半径。
[0015]另外，本第一发明的图像处理方法也可以作为用于使计算机执行的程序来提供。
[0016]上述“空心球具有与实心球的半径相同的半径”不仅是实心球与空心球的半径严格一致的情况，只要是能得到使用表示空心球的函数的I阶偏微分向量将表示实心球的函数的各方向的2阶偏微分的从实心球的中心起对称地分离的2个位置出现的响应波形中的一方的位置的响应波形抵消的效果的范围即可，也包括空心球的半径比实心球的半径大的情况或小的情况。为了良好地得到上述“将一方的位置的响应波形抵消的效果”，优选空心球的半径与实心球的半径尽量相等，例如，空心球的半径与实心球的半径之差优选为2成以下，空心球的半径与实心球的半径之差优选为I成以下。
[0017]在本第一发明的图像处理装置中，优选的是，设评价矩阵的固有值为λ” λ2、入3，固有向量e: = (X1, Y1, Z1)、e2 = (x2, y2, z2)、e3 = (x3, y3, z3),表示空心球的函数的I阶偏微分向量为(P1, P 2, P 3)时，修正部使用由下述式(12)算出的P /、P 2’、P 3’及预定的系数α，如下述式(13)所示对固有值进行修正，由此进行将一方的响应波形抵消的修正。
[0018][数学式I]
【权利要求】
1.一种图像处理装置，其特征在于，具备: 滤波部，在图像中的各像素位置，实施使用了表示实心球的函数的2阶偏微分的滤波来算出海森矩阵；以及 评价部，使用对所述算出的海森矩阵进行固有值解析而得到的固有值及固有向量，对图像中包含的结构物进行判别， 所述滤波部具备修正部，该修正部在所述图像中的所述各像素位置，实施使用了表示空心球的函数的I阶偏微分的滤波来取得I阶偏微分向量，使用将所述取得的I阶偏微分向量向所述固有向量的方向投影而得的值，进行将表示所述实心球的函数的各方向的2阶偏微分的、从所述实心球的中心起对称地分离的2个位置出现的响应波形中的一方的响应波形抵消的修正，所述空心球具有与所述实心球的半径相同的半径。
2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于， 设所述评价矩阵的固有值为X1、λ 2> λ3，固有向量ei= (x1； Y1, Z1) > e2 = (x2，y2，z2)、e3 = (x3, y3, z3),表示所述空心球的函数的所述I阶偏微分向量为(P1, P2, P3)时,所述修正部使用由下述式(12)算出的p/、p2’、p3’及预定的系数α，如下述式(13)所示对所述固有值进行修正，由此进行将所述一方的响应波形抵消的修正: [数学式I]
3.根据权利要求1或2所述的图像处理装置，其特征在于， 表示所述空心球的函数由下述式(10)表示: [数学式3]
在此，X、1、Z为三维空间的坐标，r为其极坐标表现，R4为所述空心球的半径。
4.一种图像处理装置，其特征在于，具备: 滤波部，在图像中的各像素位置，实施使用了表示实心球的函数的2阶偏微分的滤波来算出海森矩阵；以及 评价部，使用对所述算出的海森矩阵进行固有值解析而得到的固有值及固有向量，对图像中包含的结构物进行判别， 所述滤波部具备修正部，该修正部在所述图像中的所述各像素位置，实施使用了表示第二实心球的函数的I阶偏微分的滤波来算出I阶偏微分向量，并且在所述图像中的各像素位置，实施使用了表示第三实心球的函数的I阶偏微分的滤波来算出I阶偏微分向量，使用将表示所述第二实心球的函数的I阶偏微分向量向所述固有向量的方向投影而得的值及将表示第三实心球的函数的I阶偏微分向量向所述固有向量的方向投影而得的值，进行将表示所述实心球的函数的各方向的2阶偏微分的、从所述实心球的中心起对称地分离的2个位置出现的响应波形中的一方的位置的响应波形抵消的修正，所述第二实心球具有比所述第一实心球的半径即第一半径大的第二半径，所述第三实心球具有比所述第一半径小的第三半径。
5.根据权利要求4所述的图像处理装置，其特征在于， 所述一方的位置的响应波形是I个正的峰值与I个负的峰值相邻的波形， 所述第二半径与从所述实心球的中心到所述正的峰值为止的长度和从所述实心球的中心到所述负的峰值为止的长度中较长的一方的长度一致， 所述第三半径与从所述实心球的中心到所述正的峰值为止的长度和从所述实心球的中心到所述负的峰值为止的长度中较短的一方的长度一致。
6.根据权利要求1?3中任一项所述的图像处理装置，其特征在于，所述滤波部对于表示多个尺寸的所述实心球的函数，分别算出实施了基于表示该各实心球的函数的2阶偏微分矩阵的滤波的评价矩阵。
7.根据权利要求4或5所述的图像处理装置，其特征在于，所述滤波部对于表示多个尺寸的所述第一实心球的函数，分别算出实施了基于表示该各第一实心球的函数的2阶偏微分矩阵的滤波的评价矩阵。
8.根据权利要求1?7中任一项所述的图像处理装置，其特征在于，所述滤波部在傅立叶空间中实施使用了表示所述实心球的函数的2阶偏微分矩阵的滤波。
9.根据权利要求1?8中任一项所述的图像处理装置，其特征在于，所述评价部判别所述结构物的局部的点状结构、线状结构、面状结构中的至少I个。
10.根据权利要求1?9中任一项所述的图像处理装置，其特征在于，所述图像是医用图像，所述结构物是血管。
11.一种图像处理方法，其具备: 滤波工序，在图像中的各像素位置，实施使用了表示实心球的函数的2阶偏微分的滤波来算出海森矩阵；以及 评价工序，使用对所述算出的海森矩阵进行固有值解析而得到的固有值及固有向量，对图像中包含的结构物进行判别， 所述图像处理方法的特征在于， 在所述滤波工序中，在所述图像中的所述各像素位置，实施使用了表示空心球的函数的I阶偏微分的滤波来取得I阶偏微分向量，使用将所述取得的I阶偏微分向量向所述固有向量的方向投影而得的值，进行将表示所述实心球的函数的各方向的2阶偏微分的、从所述实心球的中心起对称地分离的2个位置出现的响应波形中的一方的响应波形抵消的修正，所述空心球具有与所述实心球的半径相同的半径。
12.—种图像处理程序，使计算机执行: 滤波工序，在图像中的各像素位置，实施使用了表示实心球的函数的2阶偏微分的滤波来算出海森矩阵；以及 评价工序，使用对所述算出的海森矩阵进行固有值解析而得到的固有值及固有向量，对图像中包含的结构物进行判别， 所述图像处理程序的特征在于， 在所述滤波工序中，在所述图像中的所述各像素位置，实施使用了表示空心球的函数的I阶偏微分的滤波来取得I阶偏微分向量，使用将所述取得的I阶偏微分向量向所述固有向量的方向投影而得的值，进行将表示所述实心球的函数的各方向的2阶偏微分的、从所述实心球的中心起对称地分离的2个位置出现的响应波形中的一方的响应波形抵消的修正，所述空心球具有与所述实心球的半径相同的半径。
【文档编号】A61B6/03GK104168820SQ201380014282
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年3月13日 优先权日:2012年3月14日
【发明者】北村嘉郎 申请人:富士胶片株式会社