JP4626984B2 - 差分画像生成装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、差分画像生成装置に係り、特に、経時差分画像の生成に際し、より偽像が少ない差分画像を生成する差分画像生成装置に関する。

特許文献１には、過去画像と現在画像とを差分して差分画像を生成する差分画像生成装置が開示されている。具体的には、入力画像Ｉｎ１（ｘ，ｙ）と入力画像Ｉｎ２（ｘ，ｙ）の間の形状変化を検出するために、差分画像Ｓ（ｘ，ｙ）を得る方法において、各画像に、形状変化が無いとみなす基準領域を設定して、この基準領域の画素値の平均値ａｖｅ１、ａｖｅ２を求め、差分画像Ｓ（ｘ，ｙ）を、Ｓ（ｘ，ｙ）＝Ｉｎ１（ｘ，ｙ）−Ｉｎ２（ｘ，ｙ）−（ａｖｅ１−ａｖｅ２）として得て、これを表示する。
特開２００２−１９００１０号公報

特許文献１の差分画像生成装置は、過去画像と現在画像との間で画素値の変化量が小さい領域を基準領域として定める。そのため、この基準領域を設定するために、過去画像と現在画像とを位置合わせをして差分処理を行う必要がある。その後、この基準領域を用いて過去画像の画素値を補正し、補正後の過去画像と現在画像とを再度差分処理を行うため、差分処理を最低２回行う必要がある。

また、基準領域を設定するための位置合わせ処理、差分処理を行わない場合には、予め基準領域を設定する箇所として、呼吸による変動が少ない部位、例えば、縦隔付近を基準領域に設定するという情報を差分画像生成装置に入力しておく必要がある。その場合、基準領域は、呼吸による画素値の変化量が小さい領域として縦隔付近の１箇所に限定される。基準領域を縦隔付近にのみ設定した場合、縦隔付近は画素値が高いため、他の画素値が低い箇所、例えば肺野領域や肋骨領域は濃度値の補正が十分にできない。すなわち、肺野領域及び肋骨領域と縦隔領域ではコントラストが異なるため、縦隔領域付近の平均値を使って肋骨領域や肺野領域を補正しきれない場合が生じる。更に、基準領域を予め設定しておく特許文献１の差分画像生成装置では、異なる被検体間の個体差や、同一被検体における脂肪のつき具合などの経年変化、また撮影時の呼吸や姿勢（装置への密着度）の差による画素値の変位に対し、必要な濃度補正が行えない。その結果、経時変化がない部位でも差分値が出力されて、差分画像に偽像が発生することがある。

そこで本発明は、経時変化がない部位では差分値が出力されにくく、より偽像の発生を防ぐことができる差分画像生成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明にかかる差分画像生成装置は、被検体の同一部位を異なる日時に撮影した第一医用画像及び第二医用画像を取得する医用画像取得手段と、前記第一医用画像に対し、前記第一医用画像に撮影された部位毎に局所領域を設定するとともに、前記第二医用画像に対し前記部位に対応する領域に局所領域を設定する局所領域設定手段と、前記第一医用画像に含まれる前記局所領域を代表する画素値及び前記第二医用画像に含まれる前記局所領域を代表する画素値を算出する画素値算出手段と、前記第二医用画像に含まれる前記局所領域を代表する画素値に、その局所領域に対応する前記第一医用画像の局所領域を代表する画素値が近づくように、前記第一医用画像における局所領域を代表する画素値を補正する補正手段と、前記補正手段により補正された前記第一医用画像と前記第二医用画像とを差分して差分画像を生成する差分画像生成手段と、前記差分画像を表示する表示手段と、を備える。

また、前記画素値算出手段は、前記第一医用画像及び前記第二医用画像に含まれる前記局所領域を構成する画素のうち所定条件下における最大画素値を算出し、前記補正手段は、前記第一医用画像に含まれる前記局所領域の前記最大画素値と前記第二医用画像に含まれる前記局所領域の前記最大画素値との差に基づいて画素値補正曲線を算出し、該画素値補正曲線に基づいて前記第一医用画像の局所領域の画素値を補正する。

ここでいう「所定条件下における最大画素値」とは、画像データに対してノイズを除去する処理を行ったあとの最大画素値、また、ノイズを除去したあとの画像データにおいて、所定の画素値をもつ画素が所定数以上ある場合にのみ最大画素値とみなすという条件をみたす画素の画素値をいう。

また、前記医用画像取得手段は、異なる日時に撮影した同一被検体の肺野領域を撮影した第一医用画像及び第二医用画像を取得し、前記局所領域設定手段は、前記第一医用画像及び前記第二医用画像に含まれる肋骨領域を抽出し、該肋骨領域に沿って前記局所領域を設定する。

また、前記医用画像取得手段は、異なる日時に撮影した同一被検体の肺野領域を撮影した第一医用画像及び第二医用画像を取得し、前記局所領域設定手段は、前記第一医用画像及び前記第二医用画像に対し矩形状の局所領域を設定する、又は前記第一医用画像及び前記第二医用画像に含まれる左右の肺野領域を抽出し、左肺領域を２分割し、右肺領域を３分割して局所領域を設定する、とともに前記局所領域から前記被検体の肋骨領域及び肺野領域を抽出し、前記補正手段は、前記抽出された肋骨領域及び肺野領域毎に画素値の補正を行う。

また、被検体の同一部位を異なる日時に撮影した第一医用画像及び第二医用画像を得する医用画像取得工程と、前記第一医用画像に対し、前記第一医用画像に撮影された部位毎に局所領域を設定するとともに、前記第二医用画像に対し前記部位に対応する領域に局所領域を設定する局所領域設定工程と、前記第一医用画像に含まれる前記局所領域を代表する画素値及び前記第二医用画像に含まれる前記局所領域を代表する画素値を算出する画素値算出工程と、前記第二医用画像に含まれる前記局所領域を代表する画素値に、その局所領域に対応する前記第一医用画像の局所領域を代表する画素値が近づくように、前記第一医用画像における局所領域を代表する画素値を補正する補正工程と、前記補正工程により補正された前記第一医用画像と前記第二医用画像とを差分して差分画像を生成する差分画像生成工程と、前記差分画像を表示する表示工程と、を含む、差分画像生成方法でもよい。

本発明によれば、局所領域毎に濃度値補正をした医用画像と、他の医用画像との差分画像を生成するため、経時変化がない部位では差分値が出力されにくく、より偽像の発生を防ぐことができる差分画像生成装置を提供することができる。

以下、添付図面に従って本発明にかかる差分画像生成装置の実施の形態を説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

本実施の形態にかかる差分画像生成装置は、同一被検体の同一部位を時間をあけて撮影した過去画像と現在画像を読みこみ、過去画像と現在画像とを差分処理して差分画像を生成する。この差分画像は、同一被検体における同一部位のうち、経時変化があった部位を描出する。

[第一実施形態]
図１は、発明の一実施の形態に係る差分画像生成装置の構成を示すハードウェア構成図である。

図１の差分画像生成装置１０は、Ｘ線ＣＴ装置やＭＲ装置、Ｘ線装置、ＤＲ装置等の医用画像撮影装置１と、医用画像撮影装置１が撮影して得た医用画像を格納する画像データベース２と、二枚の医用画像を差分して差分画像を生成し、表示する差分画像生成装置１０とを備え、医用画像撮影装置１と、画像データベース（画像ＤＢ）２と、差分画像生成装置１０とは、ＬＡＮ３等のネットワークにより互いに接続される。

差分画像生成装置１０は、主として各構成要素の動作を制御する中央処理装置（ＣＰＵ）１１と、装置の制御プログラムが格納されたり、プログラム実行時の作業領域となったりする主メモリ１２と、オペレーティングシステム（ＯＳ）、周辺機器のデバイスドライブ、二枚の医用画像を差分処理することにより差分画像を生成して表示するプログラムを含む各種アプリケーションソフト等が格納される磁気ディスク１３と、表示用データを一時記憶する表示メモリ１４と、この表示メモリ１４からのデータに基づいて画像を表示するＣＲＴモニタや液晶モニタ等のモニタ１５と、キーボード１６と、位置座標入力装置としてのマウス１７と、マウス１７の状態を検出してモニタ１５上のマウスポインタの位置やマウス１７の状態等の信号をＣＰＵ１１に出力するコントローラ１８と、上記各構成要素を接続する共通バス１９とを備える。

本実施の形態においては、差分画像生成装置１０は、ＬＡＮ３を介して画像データベース２から医用画像を読み出すが、差分画像生成装置１０に接続された記憶装置、例えばＦＤＤ、ＣＤ−ＲＷドライブ、ＭＯドライブ、ＺＩＰドライブ等から医用画像を読み込んでも良い。また、ＬＡＮ３を経由して医用画像撮影装置１から直接医用画像を取得してもよい。

次に、図２に基づいて、本実施の形態に係る差分画像生成装置１０を用いて差分画像を生成して表示する手順について説明する。図２は、差分画像の生成及び表示処理の手順を示すフローチャートである。以下、図２の各ステップ順に説明する。

（ステップＳ１）
差分画像生成装置１０が、医用画像撮影装置１又は画像データベース２から同一被検体の同一部位を写した過去画像及び現在画像を取得する。そして、過去画像及び現在画像から輪郭線抽出処理等により肺野領域を抽出する（Ｓ１）。

（ステップＳ２）
現在画像を基準として、過去画像に対し平行移動処理や回転処理、拡大・縮小処理を行い、現在画像と過去画像（以下「位置合わせ画像」という。）との位置合わせ処理を行う（Ｓ２）。位置合わせ処理は、ステップＳ１で抽出した現在画像及び位置合わせ画像の輪郭線情報を用い、現在画像及び位置合わせ画像の輪郭線を一致させることにより行う。

（ステップＳ３）
ステップＳ２で位置合わせ処理のために平行移動処理や回転処理等を行った位置合わせ画像及び現在画像に対し局所領域を設定する。そして、位置合わせ画像に対して設定した局所領域を構成する画素の画素値（以下「濃度値」という。）と、現在画像に対して設定した対応する局所領域の濃度値とが近づくように、位置合わせ画像の局所領域の濃度値を補正する処理を行う（Ｓ３）。この局所濃度値補正処理の詳細については後述する。

（ステップＳ４）
ステップＳ３で局所濃度値の補正を行った位置合わせ画像と、現在画像とを差分処理して差分画像を生成する（Ｓ４）。そして、差分画像をモニタ１５上に表示する。

次に図３乃至図８に基づいて局所領域補正処理について説明する。図３は、局所濃度値補正処理の内容を示す模式図である。図４は、局所濃度値補正処理の流れを示すフローチャートである。図５は、局所領域の設定例を示す模式図である。図６（ａ）は局所領域の平均最大濃度値の差を体軸方向に沿ってプロットした図、図６（ｂ）は、濃度値補正曲線の一例を示す図である。図７及び図８は、局所領域の他の設定例を示す模式図である。

図３（ａ）は、実線で現在画像の濃度プロファイルを示し、点線で位置合わせ画像の濃度プロファイルを示す。濃度プロファイルとは、横軸に画素値を、縦軸に画素数をとり、医用画像を構成する画素を対応する座標にプロットしたものである。

位置合わせ画像と現在画像とは、同一被検体の同一部位を撮影したものであるため、本来であれば、濃度プロファイルがほぼ一致するはずである。しかし、撮影時の撮影条件の違い（例えば、アキシャル像ではＸ線撮影装置に被検体が撮影部位を密着させたときの密着度や、過去画像と現在画像とを撮影したときの被検体の体型変化など）に由来し、本来、経時変化がなく、画素の濃度値も不変であるはずの領域にも差分値が発生することがある。これが図３（ａ）における現在画像の濃度プロファイルと位置合わせ画像の濃度プロファイルとにおける画素数のピーク値（最頻値）及び濃度値の最大値の隔たりとして現れる。

そこで、局所領域濃度補正処理を位置合わせ画像に対して行うことにより、図３（ｂ）に示すように位置合わせ画像の濃度プロファイルを現在画像の濃度プロファイルに近づけるように、位置合わせ画像のベースラインをかさ上げまたはかさ下げする処理を行う。以下、図４の各ステップに沿って局所領域補正処理を説明する。

（ステップＳ３）
局所領域濃度値補正処理を開始する。

（ステップＳ３１）
位置合わせ画像及び現在画像に対して局所領域を設定する（Ｓ３１）。局所領域の設定処理は、例えば図５に示すように位置合わせ画像及び現在画像のそれぞれから肋骨領域を抽出し、肋骨に沿って領域を設定してもよい。図５では、右肺領域にＲ１、Ｒ２…、Ｒ１３、左肺領域にＬ１、Ｌ２…、Ｌ１３の各局所領域を設定する。図５では、添え字が偶数の局所領域（Ｒ２、Ｌ２、Ｒ４、Ｌ４、…、Ｒ１２、Ｌ１２）が肋骨領域、奇数の局所領域（Ｒ１、Ｌ１、Ｒ３、Ｌ３、…Ｒ１３、Ｌ１３）が肺野領域を示す。また、局所領域の設定例として、図７に示すように、幾何学的に矩形状の局所領域Ｒ７１、Ｒ７２、…Ｒ７１５、Ｌ７１、Ｌ７２、…Ｌ７１５を設定してもよい。この場合、矩形状の各局所領域Ｒ７１、Ｒ７１、…Ｒ７５、Ｌ７１、Ｌ７２、…Ｌ７１５について、肋骨領域と肺野領域とを抽出する。そして、各局所領域から肋骨領域及び肺野領域を抽出し、各局所領域の肋骨領域及び肺野領域の濃度値を以下の処理によりそれぞれ補正する。また図８に示すように、解剖学的見地に沿って左肺野領域を２分割、右肺野領域を３分割して各分割領域を局所領域として設定してもよい。この場合にも、左上局所領域Ｌ８１、左下局所領域Ｌ８２、右上局所領域Ｒ８１、右中局所領域Ｒ８２、右下各局所領域Ｒ８３のそれぞれについて肋骨領域及び肺野領域を抽出し、その肋骨領域及び肺野領域の濃度値を以下の処理によりそれぞれ補正する。

（ステップＳ３２）
ステップＳ３１で設定した各局所領域の平均最大濃度値を算出する（Ｓ３２）。ここでいう「平均最大濃度値」とは、局所領域を構成する画素のうち、画素値が大きいものから順にｎ個の画素を抽出し、そのｎ個の画素の画素値の平均値をいう。

但し、Ｐ：局所領域の平均最大濃度値
Ｐ_ｉ：各局所領域を構成する画素のうち最大画素値に対応する画素から順にｉ番目の画素の画素値
なお、ノイズの影響を除去するために、ｎ個の画素をカウントする際に閾値処理を行い、ある濃度値をもつ画素が所定数、例えば１０画素以上ある場合にのみ、平均最大濃度値を算出するための画素としてカウントする。数１式では、濃度値Ｐに対応する画素が１０画素以上存在する。

（ステップＳ３３）
ステップＳ３２で算出した位置合わせ画像及び現在画像の各局所領域の平均最大濃度値の差を、体軸方向に沿って並べ替える。そして各点を補間する曲線である濃度補正曲線を生成する。補間曲線の生成には、線形関数、非線型関数、最小二乗法、スプライン曲線などを適宜用いる。その濃度補正曲線を用いて、数２式に従って位置合わせ画像の濃度値を補正する（Ｓ３３）。

[数２]
Ｐ’（ｘ，ｙ）＝Ｐ（ｘ，ｙ）＋Ｄ（ｙ）
Ｐ（ｘ，ｙ）：補正処理前の位置合わせ画像の画素値
Ｐ’（ｘ，ｙ）：補正処理後の位置合わせ画像の画素値
Ｄ（ｙ）：濃度値補正曲線
図６は、濃度補正曲線の例を示す。横軸は、体軸方向の位置（頭を基点とし、足に向かう方向の距離）、縦軸は、各位置に対応する平均最大画素値を示す。図６の各点は、各局所領域（例えばＲ１、Ｒ２、…Ｒ１３）の体軸方向の位置とそれに対応する位置合わせ画像の平均最大画素値と現在画像の平均最大画素値との差をプロットした点である。この各点を補間する曲線を生成し、点線に示す濃度補正曲線を算出する。この濃度補正曲線を位置合わせ画像の濃度値に足し合わせて、連続する局所領域を滑らかに濃度値補正する。これにより、図３（ｂ）に示すように位置合わせ画像の局所領域毎に濃度プロファイルのベースラインをかさ上げ又はかさ下げし、位置合わせ画像と現在画像とのベースラインを合わせることができる。

濃度値補正曲線を生成せずに、ステップＳ３２で算出した平均最大画素値を用いて濃度値補正を行ってもよいが、濃度値補正曲線を用いて濃度値補正を行うと、連続する領域に対しより滑らかな濃度値補正を行うことができる。

本実施の形態にかかる差分画像生成装置によれば、位置合わせ画像（過去画像）の画素値を被検体の体軸方向に沿って局所領域毎に濃度値補正をしてから、現在画像と差分する。これにより、位置合わせ画像と現在画像との撮影条件の違い、被検体における経年変化、撮影時の姿勢の装置等による濃度値の差を被検体の部位毎に補正してから差分することができ、経時変化がない部位は差分画像により映りにくく、より偽像が発生しにくくなる。その結果、経時変化がある部位のみを明瞭に描出することができる。

差分画像生成装置の構成を示すハードウェア構成図 差分画像生成方法の処理手順を示すフローチャート 局所領域補正処理の内容を示す模式図 局所領域補正処理の流れを示すフローチャート 局所領域の設定例を示す模式図 濃度値補正曲線の生成処理を示す模式図であって、図６（ａ）は局所領域の平均最大濃度値の差を体軸方向に沿ってプロットした図、図６（ｂ）は、濃度値補正曲線の一例を示す図 局所領域の他の設定例を示す模式図 局所領域の他の設定例を示す模式図

符号の説明

１…医用画像撮影装置、２…画像データベース、３…ＬＡＮ、１０…差分画像生成装置、１１…ＣＰＵ、１２…主メモリ、１３…磁気ディスク、１４…表示メモリ、１５…モニタ、１６…キーボード、１７…マウス、１８…コントローラ、１９…共通バス

Claims (4)

1. 被検体の同一部位を異なる日時に撮影した第一医用画像及び第二医用画像を取得する医用画像取得手段と、
   前記第一医用画像に対し、前記第一医用画像に撮影された部位毎に局所領域を設定するとともに、前記第二医用画像に対し前記部位に対応する領域に局所領域を設定する局所領域設定手段と、
   前記第一医用画像に含まれる前記局所領域を代表する画素値及び前記第二医用画像に含まれる前記局所領域を代表する画素値を算出する画素値算出手段と、
   前記第二医用画像に含まれる前記局所領域を代表する画素値と、その局所領域に対応する前記第一医用画像の局所領域を代表する画素値と、の差分を求め、前記局所領域の位置と、各位置における前記代表する画素値の差分と、に基づいて、画素位置に対応した画素値の補正値を定めた補正曲線を算出し、当該補正曲線を用いて、補正対象となる画素の画素位置に対応する画素値の補正値を求め、その補正値を、前記第一医用画像の画素値に加算することにより、画素値を補正する補正手段と、
   前記補正手段により補正された前記第一医用画像と前記第二医用画像とを差分して差分画像を生成する差分画像生成手段と、
   前記差分画像を表示する表示手段と、
   を備えることを特徴とする差分画像生成装置。
2. 前記画素値算出手段は、前記第一医用画像及び前記第二医用画像に含まれる前記局所領域を構成する画素のうち、画素値が大きいものから順に所定数の画素を抽出し、当該所定数の画素の画素値の平均値である平均最大画素値を算出し、
   前記補正手段は、前記局所領域を代表する画素値として、前記平均最大画素値を用いる、ことを特徴とする請求項１に記載の差分画像生成装置。
3. 前記画素値算出手段は、前記所定数の画素を抽出する際に、同一の画素値を持つ画素が予め定められた数以上ある場合にのみ、前記平均最大画素値を算出するための画素として抽出する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の差分画像生成装置。
4. 被検体の同一部位を異なる日時に撮影した第一医用画像及び第二医用画像を取得する医用画像取得工程と、
   前記第一医用画像に対し、前記第一医用画像に撮影された部位毎に局所領域を設定するとともに、前記第二医用画像に対し前記部位に対応する領域に局所領域を設定する局所領域設定工程と、
   前記第一医用画像に含まれる前記局所領域を代表する画素値及び前記第二医用画像に含まれる前記局所領域を代表する画素値を算出する画素値算出工程と、
   前記第二医用画像に含まれる前記局所領域を代表する画素値と、その局所領域に対応する前記第一医用画像の局所領域を代表する画素値と、の差分を求め、前記局所領域の位置と、各位置における前記代表する画素値の差分と、に基づいて、画素位置に対応した画素値の補正値を定めた補正曲線を算出し、当該補正曲線を用いて、補正対象となる画素の画素位置に対応する画素値の補正値を求め、その補正値を、前記第一医用画像の画素値に加算することにより、画素値を補正する補正工程と、
   前記補正工程により補正された前記第一医用画像と前記第二医用画像とを差分して差分画像を生成する差分画像生成工程と、
   前記差分画像を表示する表示工程と、
   を含むことを特徴とする差分画像生成方法。

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