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CN102548482B - 医用图像处理装置 - Google Patents

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CN102548482B
CN102548482B CN201180002635.XA CN201180002635A CN102548482B CN 102548482 B CN102548482 B CN 102548482B CN 201180002635 A CN201180002635 A CN 201180002635A CN 102548482 B CN102548482 B CN 102548482B
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Toshiba Medical Systems Corp
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Abstract

一种医用图像处理装置，主要是特定支气管或血管等的管状结构中的分支位置时，降低该处理工时并缩短处理时间，其具有：存储部，存储以被检体的3维区域为对象的体数据；剖面图像产生部，从上述体数据文件产生与规定的基准轴大致正交的多个剖面分别对应的多个剖面图像的数据；区域提取部，从上述多个剖面图像中使用阈值处理来提取与目的部位相关的多个区域；以及位置特定部，特定上述提取出的区域数变化的上述基准轴上的位置。

Description

医用图像处理装置
技术领域
本发明的实施方式涉及一种医用图像处理装置。
背景技术
在例如X射线计算机断层图像摄影装置中，X射线检测器的列数显著增加，变得能够同时收集肺野整体的投影数据，由此而使用受呼吸或搏动的运动伪影的影响较低的体数据，而对诊断支援信息的自动提供的应用进行了各种尝试。有例如获取与肺野整体相关的体数据来提取支气管的分支部，并显示该位置的剖面图像的功能。
在该处理中，在3维上提取支气管区域，相对该管状结构来确定中心线，并从中心线结构特定出分支部。
支气管区域提取处理、中心线化处理以及分支部特定处理是全部在3维上的处理，需要非常多的处理工时和非常长的处理时间。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-136765号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于，主要是特定支气管或血管等的管状结构中的分支位置时，降低该处理工时并缩短处理时间。
用于解决课题的手段
根据本实施方式的医用图像处理装置，具有：存储部，存储以被检体的3维区域为对象的体数据；剖面图像产生部，从上述体数据文件产生与规定的基准轴大致正交的多个剖面分别对应的多个剖面图像的数据；区域提取部，从上述多个剖面图像使用阈值处理来提取与目的部位相关的多个区域；以及位置特定部，特定上述被提取出的区域的数变化的上述基准轴上的位置。
发明的效果：特定支气管或血管等的管状结构中的分支位置时，能够降低其处理工时并缩短处理时间。
附图说明
图1是表示包含本实施方式的医用图像处理装置的X射线计算机断层图像摄影装置的整体构成的图。
图2是表示本实施方式的支气管分支位置特定处理的工序的流程图。
图3是表示图1的S11的搜索范围的例子的图。
图4是表示在图1的S12所产生的剖面图像的剖面排列的图。
图5是表示在图1的S13所产生的二值图像例的图。
图6是表示在图1的S17所判断的支气管区域数的变化的图。
图7是表示本实施方式的支气管分支位置特定处理的其他的工序的流程图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边对本实施方式的医用图像处理装置进行说明。
另外，医用图像处理装置是适用于能够产生与X射线计算机断层摄影装置、磁共振成像装置(MRI)、超声波诊断装置以及X射线诊断装置等的被检体的3维区域相关的体数据的医用图像产生装置。本实施方式的医用图像处理装置被组入到这些医用图像产生装置内，或者单独执行功能。在单独执行时，本实施方式的医用图像处理装置与LAN等的电气通信线路连接，经由电气通信线路从医用图像产生装置、或者从医院内或外部的医用图像插补通信系统(PACS)接收处理对象的体数据。此处，本实施方式的医用图像处理装置是作为被组入到X射线计算机断层摄影装置内的装置而进行说明的。
在图1，通过结构框图示出了装备有本实施方式的医用图像处理装置的X射线计算机断层摄影装置的构成。架台部100具有被旋转自如支撑的旋转框102。以旋转框102的旋转中心轴为Z轴、以水平方向为X轴、以垂直方向为Y轴来进行说明。在摄影时插入到旋转框102内侧的摄影区域S内的被检体的体轴与Z轴大致一致。
架台驱动部107在主控制器110的控制下产生用于旋转驱动旋转框102的驱动信号。在旋转框102上，锥形束X射线管101与2维检测器(也称区域检测器)103隔着以Z轴为中心的摄影区域S相对地搭载。高电压产生器109在主控制器110的控制下向X射线管101供给管电流，并且向两极间施加高电压。由此，从X射线管101的焦点F通过X射线光阑111而成形为四角锥形的X射线向被检体照射。2维检测器103具有构成各个频道的多个X射线检测元件。多个X射线检测单元以X射线焦点F为中心，并以XZ各轴为中心被排列成大致圆弧状。
在2维检测器103上连接有一般被称为DAS(data acquisition system：数据收集系统)的数据收集装置104。在数据收集装置104上，按频道分别设有：将2维检测器103的各频道的电流信号变换成电压的I-V变换器、使该电压信号与X射线的照射周期同步且周期性地进行积分的积分器、对该积分器的输出信号进行放大的放大器、将该前置放大器的输出信号变换成数字信号的模数变换器。对于数据收集装置104的输出，经由介质于光学或磁气要素的非接触数据传送装置105而连接有预处理装置106。预处理装置106相对在数据收集装置104检测出的数据来校正频道之间的灵敏度不均匀，并且执行对因X射线高吸收体、主要是金属部导致的极端的信号强度的降低或信号脱落进行校正等的预处理。在预处理装置106接受了预处理的数据(称为投影数据)介由数据存储部116被供给到锥形束重构处理部112。
锥形束重构处理部116在主控制器110的控制下，基于360度或(180度+发散角)的角度范围所相应的投影数据，使用例如锥形束重构算法来重构以3维坐标系(xyz)来体现CT值分布而成的体数据。体数据的3维坐标系(xyz)与实际空间坐标系(XYZ)对应。重构出的体数据被存储到数据存储部116。
为了比现有的从体数据特定出支气管或血管的中心线之后辨识分支位置的3维处理还要减少处理工时和处理量，并且维持一定的精度，在本实施方式中如以下那样，通过多层螺旋(multislice)来生成剖面图像，通过在该2维图像上的处理来辨识分支位置。
剖面图像产生部115通过与显示部(显示器)113的显示所适合的所谓的MPR处理(剖面变换处理)，从体数据产生与基准线设定部125设定的基准线大致正交的多个剖面所分别对应的多个剖面图像。多个剖面沿着基准轴以一定的间隔(层厚螺距(slice pitch))大致平行地排列，构成所谓的多层螺旋。多个剖面图像的数据被存储到数据存储部116。作为剖面变换条件，操作者介由操作設備115能够任意地设定多层螺旋、剖面图像的空间分辨率。
基准线设定部125将基准线初始地设定成被检体的体轴。通常，使被检体的体轴与Z轴大致一致地调整被检体在顶板上的位置。基准线设定部125按照介由操作設備115而输入的操作者的指示来校正基准线的位置以及方向。另外，基准线设定部125按照操作者介由操作設備115而输入的第1基准线自动校正触发(trigger)并基于后述的支气管区域判断部119从多个剖面图像中提取出的支气管区域的位置来校正基准轴。典型的是，基准线是被校正成，对从多个剖面图像中的横跨支气管上部的至少2片的剖面图像中提取出的支气管区域的重心位置进行连接的线。另外，基准线设定部125根据操作者介由操作設備115而输入的第2基准线自动校正触发而从后述的二值化处理部117提取出的与支气管相关的3维区域，基于支气管上部的中心线来校正基准轴。
二值化处理部117相对多个剖面图像的每个通过阈值处理来产生多个二值图像。该阈值是对应于处理对象的部位所固有的CT值而决定的。例如，如果处理对象部位是支气管，则将空气气体作为提取对象来设定-800～-1000的范围内的任一个值，将具有该阈值不足的CT值的一块的像素群作为支气管区域候补来提取。如果处理部位是造影血管，则将造影剂作为提取对象来设定+800～+1000的范围内的任一个值，将具有超过该阈值的CT值的一块的像素群作为血管区域候补来提取。另外，此处将处理对象部位作为支气管来进行说明。
作为用于提取这样的区域候补的二值化条件，操作者介由操作設備115能够任意地设定阈值、相对阈值的不足/超过的区别。再者，二值化处理也可以提取具有从下限阈值和上限阈值所决定的范围内的CT值的像素，在这种情况下，作为二值化条件来设定提取方法的选择、下限阈值以及上限阈值。
支气管区域判断部119按照规定的判断规则来判断各二值图像内的支气管区域候补的每个是不是支气管区域。操作者介由操作設備115来选择下面的1)～4)的判断方法中的任一个，或选择2个以上的组合。1)基于支气管区域候补的面积进行该判断。面积通过像素数乘以每个像素的单位面积来获取。因此像素数与面积实质上为等价的。具体的是，计数构成各支气管区域候补的像素数，在计数出的像素数为超过了阈值、例如100像点时，则将该支气管区域候补判断为支气管区域。2)基于支气管区域候补的周长进行该判断。周长通过周围像素数乘以每个像素的单位长度来获取。因此周围像素数与周长实质上为等价的。具体的是，计数构成各支气管区域候补的外缘的像素数，在计数出的像素数为超过了阈值例如50像点时，则将该支气管区域候补判断为支气管区域。3)基于支气管区域候补的直径进行该判断。“直径”是以通过支气管区域候补的重心、且与规定方向平行的直线横跨支气管区域候补的长度而定义的。直径通过该横跨线上的像素数乘以每个像素的单位长度来获取。因此该像素数与直径实质上为等价。具体的是，计数该像素数，在计算出的像素数为超过了阈值例如20像点时，则将该支气管区域候补判断为支气管区域。4)基于支气管区域候补的最大直径或最小直径进行该判断。“最大直径(或最小直径)”为，计算通过支气管区域候补的重心的多个直线的各个横跨支气管区域候补的长度(像素数)，根据该最大像素数(或最小像素数)来获取。在该最大像素数(或最小像素数)为超过了阈值例如20像点时，则将该支气管区域候补判断为支气管区域。另外，此处以判断方法1)为例子进行说明。
支气管区域计数部121按各二值图像(各切片)以1、2…等的连号对判断出的支气管区域进行标示。通过标示按各二值图像来决定支气管区域的数。再者，优选对象部位区域的判定处理为，如果该对象部位是支气管，则如上述那样，将具有超过阈值的区域尺寸的区域候补判断为区域，但如果是其他的部位，也可以将具有与各自的部位所对应的不足阈值的区域尺寸的区域候补判断为该部位区域，也可以将具有规定范围的区域尺寸的区域候补判断为该部位区域。作为用于这样的区域判断的判断条件，操作者介由操作設備115能够任意地设定阈值、相对阈值的不足/超过的区别，并且设定判断方法的选择、下限阈值以及上限阈值。
分支位置判断部123根据支气管区域计数部121按各切片判断出的支气管区域的数相对邻近切片变化的切片位置，来辨识支气管的第1分支位置。即，分支位置判断部123将支气管区域的数仅增减1的基准轴上的位置作为分支位置来进行特定。具体的是，分支位置判断部123从被检体的头部侧向着下肢侧来搜索支气管区域的数，特定该区域数从1变成2的切片位置，将该切片的Z位置、之前的切片的Z位置、或将特定出的切片与其之前的切片的中间位置作为支气管的第1分支位置(Z位置)来进行辨识。也可以逆向地进行搜索，也可以从被检体的下肢侧向着头部侧来搜索支气管区域的数，特定该区域数从2变成1的切片位置。判断条件可对应于判断对象部位以及判断分支状态来任意地设定，变化前后的数、搜索方向可介由操作設備115来任意地设定。
剖面图像产生部115在主控制器110的控制下，从体数据自动地产生包含确定出的分支位置在内的剖面图像。包含确定出的分支位置在内的剖面图像的生成条件，例如空间分辨率、插补处理的有无以及相对XYZ各轴的倾斜角等，操作者介由操作設備115能够预先任意地进行设定。
显示部113将表示分支位置的标记重叠显示在与包含该分支位置在内的剖面相关的剖面图像上。另外，显示部113将以该分支位置为中心的规定距离内的多个剖面、典型的是将3个剖面的剖面图像排列显示在同一画面上。在包含该分支位置在内的剖面图像上，表示分支位置的标记被重叠。显示部113显示由3维处理部127从体数据文件中，将与支气管相关的3维图像通过绘制处理等而产生的3维图像。在该3维图像上，表示分支位置的标记被重叠。
图2示出有本实施方式的支气管分支位置特定处理的工序。操作者介由操作設備115来指定处理对象的体数据，设定各种处理条件(S11)。作为处理条件，如上述的那样，包括剖面变换条件、二值化条件、区域判断条件以及分支位置判断。此处，对下面的设定的条件进行说明，处理对象部位是支气管的情况，作为剖面变换条件，将层厚螺距(slice pitch)设定成与ΔSP为等价、将剖面图像的空间分辨率设定成与原始体数据的空间分辨率为等价，作为二值化条件，设定成阈值th1不足的条件，作为区域判断条件，将该阈值th2设定成100像点不足的条件，作为分支位置判断条件，设定成从头部侧向着下肢侧的区域数从1变成2的条件。
再者，在处理开始之前，如图3所示那样，也可以通过未图示的体绘制处理部将3维图像显示在显示部113，操作者介于操作設備115对包含支气管的主要部分在内的搜索范围进行局限。局限在该搜索范围内之后，执行从剖面图像产生起至分支位置搜索为止的处理。
如图4所示那样，由剖面图像产生部115从体数据以层厚螺距ΔSP的间隔来产生与基准轴大致正交的XY面所平行的剖面(切片)相关的剖面图像(S12)。为说明的方便，将多个切片从头部侧起依次记述为S1、S2、S3、…。首先，生成与搜索顺序中初始的切片S1相关的剖面图像SI1。
剖面图像SI1如图5所示那样，由二值化处理部117通过阈值th1被变换成二值图像BI1(S13)。在二值图像BI1上，对具有比阈值th1低的CT值的像素与具有阈值th1以上的CT值的像素进行区别。如图5所示那样，由支气管区域判断部119将具有比阈值th1低的CT值的像素所连接的多个区域作为多个支气管区域候补来提取，并计算构成多个支气管区域候补的每一个的像素数(S14)。针对多个支气管区域候补的全部，在支气管区域判断部119对分别计数出的像素数与阈值th2、例如100像素(像点)进行比较(S15)。在支气管区域候补的全部都是由阈值th2以下的像素数构成时，则返回到工序S12，对以下的切片S2同样地执行S12～S15的处理。支气管区域判断部119将具有像素数比阈值th2多的区域尺寸的支气管区域候补，判断为支气管区域。
由支气管区域计数部121计数被判断出的支气管区域的数(S16)。在分支位置判断部123，特定支气管区域的数根据分支位置判断条件而变化的切片，根据该切片来辨识分支位置(Z位置)。如图5、图6所示那样，在头部侧的切片S1中，支气管区域的数为“1”。在比分支靠下肢侧中变化为“2”。分支位置为，根据从头部侧进行搜索而从1最初变化为2的切片来辨识分支位置(Z位置)。
如图5、图6所示那样，支气管区域的数至从“1”变成“2”的第n个的切片Sn的之前的切片Sn-1为止，区域数被维持在1，因此反复进行S12～S17的处理。在切片Sn中，区域数以“2”被最初计数。在特定出区域数以“2”被最初计数了的切片Sn的时刻，结束S12～S17的处理。
分支位置判断部123将区域数从1变成了2的切片Sn的Z位置作为分支位置来进行辨识(S18)。也可以将切片Sn的之前的切片Sn-1的Z位置、或者特定出的切片Sn与其之前的切片Sn-1的中间位置作为支气管的分支位置(Z位置)来进行辨识。将这些中的哪一个位置作为分支位置是操作者任意的，优选在层厚螺距ΔSP从1个体素间距(voxel pitch)至数个体素间距左右的比较短时，则将切片Sn的Z位置作为分支位置来进行辨识，相反地还优选，在层厚螺距ΔSP为几十个体素间距(voxel pitch)左右的比较长时，则将特定出的切片Sn与其之前的切片Sn-1的中间位置作为分支位置来进行辨识。
在工序S19中，由剖面图像产生部115从体数据产生包含辨识出的分支位置在内的剖面图像，并在显示部113进行显示。如上述那样，包含该最终产生的分支位置在内的剖面图像是与操作者通过预先设定的空间空间分辨率相对XYZ各轴的倾斜角所对应的剖面相关联而产生的。
在本实施方式中，不用提取中心线便提取支气管的第1分支。由于能够省去提取中心线的处理，因此能够缩短处理时间。
图2的处理工序可以变形成图7的处理工序。在图2中，从区域候补根据区域尺寸来判断区域之后，根据该区域数的变化来判断出分支位置，但在图7的例子中，判断区域候补的数的变化之后(S17)，来判断这些全部的区域候补的区域尺寸是否满足了区域判断条件(S20)，在满足了时，则将该切片辨识为分支位置。即使是该工序，尽管处理量比图2的处理工序变得多，但仍然能够与图2的处理工序同样地精度良好地判断分支位置，并且能够发挥该处理量与现有的包含中心线提取处理在内的处理的处理量相比变少这样的效果。
以上对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提出的，并没有对发明的范围做限定的意图。这些实施方式可以以其他的各种方式进行实施，在不超出发明宗旨的范围内，可进行各种省略、调换以及变更。这些实施方式和其变形与包括在发明的范围和宗旨内同样，也包括在专利要求的范围所述的发明和与其同等的范围内。
附图符号说明
100、架台部
101、X射线管
102、旋转框
103、2维检测器
104、数据收集装置
106、预处理装置
107、架台驱动部
109、高电压产生器
110、主控制器
112、投影数据存储部
113、体数据文件存储部
115、剖面图像产生部
116、锥形束重构处理部
117、显示部(显示器)
118、再生控制器
120、呼吸传感器
121、呼吸波形存储部
123、最大值/最小值特定部
125、剖面位置决定部

Claims (18)

1.一种医用图像处理装置，其特征在于，具备：
存储部，存储以被检体的3维区域为对象的体数据；
剖面图像产生部，从上述体数据文件产生与规定的基准轴大致正交的多个剖面分别对应的多个剖面图像的数据；
区域提取部，从上述多个剖面图像使用阈值处理来提取与目的部位相关的多个区域；以及
位置特定部，特定上述被提取出的区域的数变化的上述基准轴上的位置；
上述位置特定部特定上述区域的数仅增减1的位置。
2.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，
上述基准轴是上述被检体的体轴。
3.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，还具备：
基准轴设定部，用于初始地将上述基准轴设定成上述被检体的体轴，并基于上述提取出的区域的位置来修正上述基准轴。
4.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，还具备：
基准轴设定部，用于按照操作者的指示来修正上述基准轴。
5.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，还具备：
基准轴设定部，基于从上述体数据文件通过上述阈值处理而提取出的与上述目的部位相关的3维区域来设定上述基准轴。
6.根据权利要求5所述的医用图像处理装置，其特征在于，
上述目的部位是管状部位，
上述基准轴设定部基于从上述3维区域所特定出的上述管状部位的轴线来设定上述基准轴。
7.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，还具备：
基准轴设定部，基于上述区域的重心来修正上述基准轴。
8.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，
上述区域提取部从通过上述阈值处理而提取出的多个区域候补中，基于像素数来提取上述目的部位的区域。
9.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，
上述区域提取部从通过上述阈值处理而提取出的多个区域候补中，基于区域周长来提取上述目的部位的区域。
10.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，
上述区域提取部从通过上述阈值处理而提取出的多个区域候补中，基于直径来提取上述目的部位的区域。
11.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，
上述区域提取部从通过上述阈值处理而提取出的多个区域候补中，基于最大直径或最小直径来提取上述目的部位的区域。
12.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，
上述目的部位是支气管或血管，
上述位置特定部根据上述特定出的剖面位置来特定上述支气管或血管的分支位置。
13.根据权利要求12所述的医用图像处理装置，其特征在于，
上述位置特定部将上述区域的数从1变化为2、或从2变化为1的位置特定为上述支气管的第1分支位置。
14.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，还具备：
显示部，显示从上述产生了的多个剖面图像中所选择出的、包含上述特定出的位置在内的一个剖面图像。
15.根据权利要求14所述的医用图像处理装置，其特征在于，
上述显示部在上述被显示的剖面图像上，重叠表示上述被特定出的位置的标记。
16.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，还具备：
显示部，显示从上述产生了的多个剖面图像中所选择出的、以上述被特定出的位置为中心的规定距离内的多个剖面图像。
17.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，还具备：
3维图像产生部，从上述体数据文件产生与上述目的部位相关的3维图像；以及
显示部，重叠表示上述被特定出的位置的标记地显示上述3维图像。
18.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，
上述剖面图像产生部，按照操作者的指示对产生上述剖面图像的范围进行局限。
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