CN101708126A - 图像处理装置以及x射线计算机断层摄影装置 - Google Patents

图像处理装置以及x射线计算机断层摄影装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及图像处理装置以及X射线计算机断层摄影装置。一种图像处理装置，包括：存储部件(112)，存储包含被检体的检查对象脏器的多个图像的数据；基准点特定部件(117)，根据上述每个图像特定位于上述检查对象脏器的区域内或者附近的伴随呼吸运动或者心脏跳动的位移比较少的基准点；以及移动量计算部件(119)，对上述每个图像特定上述检查对象脏器的区域内包含的多个关心点中的每一个对上述基准点的相对位置，根据上述所特定的位置计算在上述图像之间对应的关心点随着上述呼吸运动或者心脏跳动而移动的移动量。

Description

图像处理装置以及X射线计算机断层摄影装置
相关申请的交叉引用
本申请基于2008年9月19日提交的在先的日本专利申请2008-241538并要求其为优先权，该申请的全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及图像处理装置以及X射线计算机断层摄影装置。
背景技术
人们试图通过使用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)等来取得例如肺部区域中的多个呼吸相位的图像数据，进而解析肺的肌运动或组织的移动量(以下，称为肺功能解析)。通过观察组织的动态来进行功能解析的方法从疾患的诊断以及早期发现的观点来看是有效的方法，并且从自动诊断(CAD)的观点来看也是有效的方法。
以往，作为肺功能解析方法，存在通过阈值处理提取肺区域，并根据提取的肺区域的信息来判断容量变化率等的方法，但是无法进行更具体、详细的定量检查。
发明内容
本发明的目的在于，实现对伴随肺或心脏等的跳动的部位的定量分析。
本发明的第一方面提供一种图像处理装置，其特征在于，包括：
存储部件，存储包含被检体的检查对象脏器的多个图像的数据；
基准点特定部件，根据上述每个图像特定位于上述检查对象脏器的区域内或者附近的伴随呼吸运动或者心脏跳动的位移比较少的基准点；以及
移动量计算部件，对上述每个图像特定上述检查对象脏器的区域内包含的多个关心点中的每一个相对于上述基准点的相对位置，根据上述所特定的位置计算在上述图像之间对应的关心点随着上述呼吸运动或者心脏跳动而移动的移动量。
在下面的描述中将提出本发明的其它目的和优点，部分内容将从说明书的描述中变得明显，或者可以通过实施本发明而学会。通过下文中详细指出的手段和组合可以实现和得到本发明的目的和优点。
附图说明
附图说明本发明的优选实施例，结合在这里的附图构成说明书的一部分，并与上述的概要说明和以下给出的优选实施例的具体说明一起说明本发明的原理。
图1为示出本发明的实施方式的X射线计算机断层摄影装置的结构的图。
图2为示出本实施方式的动作顺序的流程图。
图3为图2的步骤S2的补充说明图。
图4为图2的步骤S4、S5、S6的补充说明图。
图5为图2的步骤S12的补充说明图。
图6为以3维图像为对象时的图2的步骤S4、S5、S6的补充说明图。
图7为以3维图像为对象时的图2的步骤S4、S5、S6的补充说明图。
图8为图2的步骤S13的补充说明图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的图像处理装置以及包含该图像处理装置在内的X射线计算机断层摄影装置的实施方式。另外，X射线计算机断层摄影装置中具有：X射线管和X射线检测器作为一体在被检体周围旋转的旋转/旋转方式；以及在环上配置多个X射线检测器，并且只有X射线管在被检体周围旋转的固定/旋转方式，任何一种方式都能够适用于本发明。对于旋转/旋转方式，具有在旋转架上安装一对X射线管和X射线检测器的一管球型、以及在旋转架上安装多个X射线管和X射线检测器对的所谓多管球型，但任意类型都能够适用于本发明。对于X射线检测器，具有：使用闪烁器等荧光体将透过了被检体的X射线转换为光之后再使用光电二极管等光电转换元件将光转换为电荷的间接转换型；以及利用由于X射线在半导体内产生电子空穴对并且其向电极移动的现象即光导电现象的直接转换型，本发明可以采用其中的任意一种类型。
图1示出本实施方式的X射线计算机断层摄影装置的结构。架台100具有X射线管101。X射线管101从高电压产生装置经由滑环(slip ring)机构108接收管电压的施加以及灯丝电流(filamentcurrent)的供给，从而产生锥形束状的X射线。X射线管101与X射线检测器105一起被安装到以旋转轴(Z轴)为中心旋转自由地所支撑的旋转架102上。
呼吸传感器107是为了检测被检体的呼吸的运动而设置的。在呼吸传感器107中使用例如图3所示测定呼气气体流量的呼吸流量计。另外，呼吸传感器107根据检查对象能够被置换为检测被检体的心脏跳动(心跳)的时相的心电图扫描仪或者跳动传感器。以下使用的“呼吸时相”是指将呼吸的一周期例如分割成100段，用n/100(n％)来表现一周期内的各时期。
X射线检测器103检测从X射线管101透过了被检体的X射线。X射线检测器103是与锥形束相对应的多切片型或2维阵列型。即，X射线检测器103具有沿着旋转轴RA并排的多个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正交的方向排列成一列的多个X射线检测元件。
通过数据收集电路(DAS)104对X射线检测器103的输出按每个信道进行放大并转换为数字信号，然后，经由例如非接触式的数据传输装置105发送到前处理装置106，并且在前处理装置106中接受灵敏度校正等校正处理，在重构处理之前的阶段中，作为所谓投影数据和与收集此投影数据的时期相对应的呼吸时相编码一起被存储在投影数据存储部件116中。扫描控制器110为了数据收集(扫描)而控制旋转驱动部件、高电压产生装置109、数据收集电路104和投影数据存储部件116等。
重构处理部件119根据由动态扫描反复收集的投影数据，重构呼吸时相不同的多个2维或者3维图像数据。呼吸时相不同的多个2维或者3维图像数据和用于该重构处理的投影数据组的例如与中心时相相对应的呼吸时相编码一起被存储在投影数据存储部件116中。
作为3维图像重构处理法，典型的是FDK法(Feldkampmethod)。众所周知，FDK法是以扇束卷积反投影法为基础的近似重构法，卷积处理是以圆锥角比较小的情况为前提，将数据看作扇形投影数据而进行的。但是反投影处理是沿着实际的线(ray)而进行的。即，按以下顺序重构图像，对投影数据附加依存于Z坐标的权重，对加权的投影数据卷积与扇形束重构相同的重构函数，然后将该数据沿着有着锥角的倾斜的实际的线进行反投影。
如上所述，本实施方式的X射线计算机断层摄影装置具有图像处理装置。图像处理装置由上述投影数据/图像数据存储部件112、特定相位决定部件115、显示处理部件116、基准点决定部件117、关心点决定部件118、向量处理部件119和肺功能指标计算部件120构成。
特定相位决定部件115通过特定与投影数据一起被存储的流量时间曲线的例如极大点和极小点来决定最大吸气时相(t1)和最大呼气时相(t2)。
基准点决定部件117针对最大吸气时相(t1)的图像和最大呼气时相(t2)的图像的各个图像，在解剖学上的同一部位上设定基准点。另外，对于基准点，也可以对最大呼气时相(t2)的图像共通地使用从最大吸气时相(t1)的图像特定的基准点。基准点设定在检查对象脏器、在此为肺部区域内或者附近的伴随呼吸运动变位比较小的部位上。作为这样的基准点，典型地来讲，分别存在于左右肺的支气管的第二分支较好，但是例如在第二分支不明确的情况下，作为基准点也可以采用朝向左右肺的第一分支(参照图4)。为此，首先基准点决定部件117分别从最大吸气时相(t1)的图像和最大呼气时相(t2)的图像中通过阈值处理提取出支气管区域。对提取出的支气管区域进行细线化处理，以细线将支气管表现出来。鉴定以细线表现的支气管上的多个分支点。根据那些分歧点的位置关系等从鉴定后的多个分歧点中鉴定第一分歧点。另外，基准点也可以通过鼠标指针等输入装置在所显示的图像上通过手动来设定。
关心点决定部件118在肺部区域上设定多个关心点。根据对于伴随呼吸的基准点的关心点的移动距离等能够取得肺功能指标。针对最大吸气时相(t1)的图像和最大呼气时相(t2)的图像分别设置多个关心点。另外，在肺的肌轮廓上、结节上、肿瘤上设定多个关心点。虽然可以通过鼠标指针等的输入装置在所显示的图像上手动地设定这些关心点，但是优选自动设定。关心点决定部件118通过阈值处理、例如区域成长处理(region growing)分别从最大吸气时相(t1)的图像和最大呼气时相(t2)的图像中提取肺区域。在提取出的肺区域的肌轮廓上根据基准点在每个规定角度上设定关心点。
关心点不只限于肺区域的壁轮廓上的点。关心点也可以为肺结节或者肿瘤。对于关心点，可以采用肺区域的壁轮廓上的点、肺结节、肿瘤中的任意一个，也可以采用全部。
向量处理部件119计算出对于基准点的关心点的相对位置，在此计算以最大吸气时相(t1)的图像上的基准点为基准的多个(N个)关心点的向量V→(t1，θ1)～V→(t1，θN)。同样，向量处理部件119针对最大呼气时相(t2)的图像上的多个关心点也分别计算向量V→(t2，θ1)～V→(t2，θN)。
另外，向量处理部件119对最大吸气时相(t1)的图像和最大呼气时相(t2)的图像之间的彼此对应的关心点计算向量差分。具体地来讲，在与最大吸气时相(t1)的图像上的多个关心点相关的多个向量和与最大呼气时相(t2)的图像上的多个关心点相关的多个向量之间，在彼此相同角度之间计算向量差分|V→(t1，θm)-V→(t2，θm)|。即，以比较固定的基准点为基准定量地计算出由呼吸运动引起的各关心点的移动距离。
另外，虽然在最大吸气时相(t1)和最大呼气时相(t2)之间进行了向量差分处理，但是也可以在不同的呼吸期的、同一呼吸时相之间，进行向量差分处理。
肺功能指标计算部件120根据计算出的由呼吸运动引起的多个关心点的各个移动距离，计算各时相t1、t2的肺体积的定量值、肺体积的变化率、其变化体积的定量值等肺功能指标。显示处理部件116进行必要的处理，以将计算出的肺功能指标作为数值与图像一起显示出来，或者将计算出的肺功能指标对应到与指标值相应的色调或灰度而显示在图像的对应位置上。
图2表示本实施方式的动作顺序。首先，与呼吸传感器107检测被检体的呼吸的流量并行地，在至少一个呼吸周期内，通过动态扫描重复扫描肺部区域(S1)。另外，在此，对在同一位置上重复基于圆锥束的3维扫描的所谓4维扫描进行说明，但是也可以是在同一位置上重复基于扇形束的所谓2维扫描。图3举例说明了由呼吸传感器107检测出的流量(Volume)的时间曲线。呼吸传感器107检测出的流量时间曲线的数据使用时间编码与投影数据相关地被存储在存储部件112中。另外，在以下的处理中，对于单纯/造影扫描中的任何一个，都可以进行解析。通过特定相位决定部件115从所存储的流量时间曲线决定最大吸气时相(t1)(S2)。
其次，通过基准点决定部件117在最大吸气时相(t1)的图像上设定基准点(S3)。典型地，基准点为支气管的第一分支。如图4、图6所示，通过基准点决定部件117，从最大吸气时相(t1)的图像中通过阈值处理提取出支气管区域(S3)，对提取出的支气管区域进行细线化处理。由此通过线表现支气管。鉴定由线所表现出的支气管上的多个分支点，对左右的每个肺，从鉴定的多个分支点中将第一分支点特定为基准点(S4)。另外，也可以在所显示的图像上通过手动来设定基准点(S3′)。
其次，在最大吸气时相(t1)的图像的肺部区域上，通过关心点决定部件118自动地设定多个关心点，还可以经由输入装置通过手动任意地设定(S5)。作为该自动处理，通过阈值处理提取出肺区域，并在提取出的肺区域的壁轮廓上从基准点以每一固定角度设定关心点，并且通过使用了其他阈值的阈值处理在鉴定比较容易的结节部上、肿瘤上设定关心点。
对于在最大吸气时相(t1)的图像上所设定的多个(N个)关心点中的每一个，通过向量处理部件119计算向量V→(t1，θ1)～V→(t1，θN)(S6)。
对于最大呼气时相(t2)的图像也同样地处理。通过特定相位决定部件115根据被存储的流量时间曲线决定最大呼气时相(t2)(S7)。其次，如图4、图7所示，通过基准点决定部件117在最大呼气时相(t2)的图像上提取出支气管区域(S8)，通过对提取出的支气管区域进行细线化处理来鉴定多个分支点，然后对于左右的每个肺，从所鉴定的多个分支点中将第一分支点特定为基准点(S9)。也可以在所显示的图像上通过手动来设定基准点(S8′)。其次，通过关心点决定部件118在最大呼气时相(t2)的图像的肺部区域上通过自动/手动设定多个关心点(S10)。对于在最大呼气时相(t2)的图像上所设定的多个(N个)关心点中的每一个，通过向量处理部件119计算出向量V→(t2，θ1)～V→(t2，θN)(S11)。
并且在向量处理部件119中，在与最大吸气时相(t1)的图像上的多个关心点相关的多个向量和与最大呼气时相(t2)的图像上的多个关心点相关的多个向量之间，如图5、图8所示，在彼此相同角度之间计算向量差分|V→(t1，θm)-V→(t2，θm)|(S12)。由此可以以比较固定的基准点为基准定量地计算出由呼吸运动引起的各关心点的移动距离。最后，通过肺功能指标计算部件120根据计算出的由呼吸呼吸运动引起的多个关心点的各个移动距离，计算出各时相t1、t2的肺体积的定量值、肺体积的变化率、其变化体积的定量值等肺功能指标(S12)，通过显示处理部件116将计算出的肺功能指标作为数值与图像一起显示出来，或者对应到与指标值相应的色调和灰度而显示在图像的对应位置上(S13)。
认为根据本实施方式，可以定量地进行使用了多个相位的数据的肺功能解析，即使在显示部分上也可以容易地视觉辨认那些结果。
本领域技术人员容易想到其它优点和变更方式。因此，本发明就其更宽的方面而言不限于这里示出和说明的具体细节和代表性的实施方式。因此，在不背离由所附的权利要求书以及其等同物限定的一般发明概念的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。

Claims (18)

1.一种图像处理装置，其特征在于，包括：
存储部件，存储包含被检体的检查对象脏器的多个图像的数据；
基准点特定部件，根据上述每个图像特定位于上述检查对象脏器的区域内或者附近的伴随呼吸运动或者心脏跳动的位移比较少的基准点；以及
移动量计算部件，对上述每个图像特定上述检查对象脏器的区域内包含的多个关心点中的每一个相对于上述基准点的相对位置，根据上述所特定的位置计算在上述图像之间对应的关心点随着上述呼吸运动或者心脏跳动而移动的移动量。
2.根据权利要求书1所述的图像处理装置，其特征在于：
上述基准点特定部件将上述基准点鉴定为支气管的分支点。
3.根据权利要求书2所述的图像处理装置，其特征在于：
上述基准点特定部件通过阈值处理提取上述支气管的区域，通过细线化处理求出支气管轴线，根据上述支气管轴线特定上述分支点。
4.根据权利要求书1所述的图像处理装置，其特征在于，还包括：
关心点鉴定部件，将上述关心点鉴定为肺轮廓、肺结节或者肿瘤。
5.根据权利要求书1所述的图像处理装置，其特征在于，还包括：
指定操作部件，操作者在上述各个图像上指定上述关心点。
6.根据权利要求书1所述的图像处理装置，其特征在于：
上述移动量计算部件将上述移动量作为绝对距离进行计算。
7.根据权利要求书1所述的图像处理装置，其特征在于：
上述移动量计算部件对上述各个图像计算从上述基准点到上述多个关心点的多个向量，通过对上述图像之间对应的关心点的向量进行差分而计算上述移动量。
8.根据权利要求书1所述的图像处理装置，其特征在于：
上述图像是包含上述检查对象脏器的2维图像或者3维图像。
9.根据权利要求书1所述的图像处理装置，其特征在于：
在上述图像中，上述呼吸运动或者心脏跳动的相位不同。
10.根据权利要求书1所述的图像处理装置，其特征在于：
在上述图像中，上述呼吸运动或者心脏跳动的相位大致相同。
11.根据权利要求书1所述的图像处理装置，其特征在于，还包括：
显示部件，在上述图像上重叠显示上述移动量。
12.一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于，包括：
X射线管，产生X射线；
X射线检测器，检测透过被检体的X射线而产生投影数据；
重构处理部件，根据上述投影数据重构多个图像；以及
图像处理部件，处理上述图像，
上述图像处理部件，包括：
存储部件，存储上述多个图像的数据；
基准点特定部件，根据上述每个图像特定位于上述检查对象脏器的区域内或者附近的伴随呼吸运动或者心脏跳动的位移比较少的基准点；
移动量计算部件，对上述每个图像特定上述检查对象脏器的区域内包含的多个关心点中的每一个相对于上述基准点相对位置，根据上述所特定的位置计算在上述图像之间对应的关心点随着上述呼吸运动或者心脏跳动而移动的移动量。
13.根据权利要求书12所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述基准点特定部件将上述基准点鉴定为支气管的分支点。
14.根据权利要求书12所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于，还包括：
关心点鉴定部件，将上述关心点鉴定为肺轮廓、肺结节或者肿瘤。
15.根据权利要求书12所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
上述移动量计算部件对上述各个图像计算从上述基准点到上述多个关心点的多个向量，通过对在上述图像之间对应的关心点的向量进行差分而计算上述移动量。
16.根据权利要求书12所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
在上述图像中，上述呼吸运动或者心脏跳动的相位不同。
17.根据权利要求书12所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：
在上述图像中，上述呼吸运动或者心脏跳动的相位大致相同。
18.根据权利要求书12所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于，还包括：
显示部件，在上述图像上重叠显示上述移动量。
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