圖像處理裝置及方法以及程序的制作方法
【專利摘要】抑制圖像中包含的結(jié)構(gòu)物的誤判別。具備：濾波部(32)，對(duì)圖像實(shí)施使用了實(shí)心球函數(shù)的2階偏微分的濾波來算出海森矩陣；以及評(píng)價(jià)部(30)，使用海森矩陣的固有值及固有向量，對(duì)圖像中包含的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行判別，濾波部(32)具備修正部(33)，該修正部(33)對(duì)圖像實(shí)施使用了空心球函數(shù)的1階偏微分的濾波來算出1階偏微分向量，使用將1階偏微分向量向固有向量的方向投影而得的值，進(jìn)行將表示實(shí)心球的函數(shù)的各方向的2階偏微分的、從實(shí)心球的中心起對(duì)稱地分離的2個(gè)位置出現(xiàn)的響應(yīng)波形中的一方的響應(yīng)波形抵消的修正，所述空心球具有與實(shí)心球的半徑相同的半徑。
【專利說明】圖像處理裝置及方法以及程序

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于判別圖像中的結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)的圖像處理裝置及方法以及用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行圖像處理方法的程序。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著醫(yī)療設(shè)備(例如多檢測(cè)器型CT等)的進(jìn)步而將品質(zhì)高的三維圖像用于圖像診斷。三維圖像由多個(gè)二維圖像構(gòu)成且信息量多，因此醫(yī)師發(fā)現(xiàn)所希望的觀察部位進(jìn)行診斷有時(shí)需要時(shí)間。因此，通過提取關(guān)注的臟器而進(jìn)行MIP、VR、CPR等的顯示，由此提高臟器整體或病變的視覺辨認(rèn)性并實(shí)現(xiàn)診斷的效率化。
[0003]另一方面，作為提取醫(yī)用圖像中的血管及骨的方法，提出了使用海森(Hessian)矩陣的海森解析的方案(參照非專利文獻(xiàn)I)。海森解析對(duì)通過使用高斯核(Gaussiankernel)等關(guān)于預(yù)定濾波器的二次微分核而算出的、以2階的偏微分系數(shù)為要素的海森矩陣的固有值進(jìn)行解析，由此判別圖像中的局部結(jié)構(gòu)為點(diǎn)、線及面中的哪一個(gè)。通過使用海森解析能夠?qū)⒀芘袆e為線狀結(jié)構(gòu)物、將骨判別為面狀結(jié)構(gòu)物。
[0004]然而，非專利文獻(xiàn)I的方法當(dāng)在線狀結(jié)構(gòu)物的周邊存在其他的結(jié)構(gòu)物(周邊結(jié)構(gòu)物)的情況下，有時(shí)會(huì)將該周邊結(jié)構(gòu)物的一部分誤判別為線狀結(jié)構(gòu)物。非專利文獻(xiàn)2的方法將非專利文獻(xiàn)I提出的濾波器改良為對(duì)表示球(內(nèi)側(cè)為I且外側(cè)為O的實(shí)心球)的函數(shù)(實(shí)心球模型函數(shù))的2階偏微分進(jìn)行了卷積的結(jié)構(gòu)，由此將各像素的濾波范圍限定為以像素為中心的球表面，能夠減小周邊結(jié)構(gòu)物對(duì)濾波結(jié)果造成的影響。
[0005]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]非專利文獻(xiàn)
[0007]非專利文獻(xiàn)1:A.F.Frangi et.al., “Multiscale vessel enhancementfiltering，，，Proceedings of MICCAI，ppl30_137，1998.
[0008]非專利文獻(xiàn)2:M.Law et.al.，“Three Dimens1nal Curvilinear StructureDetect1n Using Optimally Oriented Flux”，Proceedings of ECCV，pp368_382，2008.


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的課題
[0010]然而，使用非專利文獻(xiàn)2的方法，從包含各種粗細(xì)的血管的醫(yī)用圖像中判別作為線狀結(jié)構(gòu)的血管時(shí)，有時(shí)會(huì)誤識(shí)別在血管的內(nèi)側(cè)比實(shí)際的血管細(xì)的血管。換言之，在利用非專利文獻(xiàn)2的方法來判別線狀結(jié)構(gòu)物時(shí)，在結(jié)構(gòu)物的輪廓部分中的具有比實(shí)心球模型函數(shù)的實(shí)心球的曲率半徑大的曲率半徑的輪廓部分，當(dāng)具有與實(shí)心球模型函數(shù)表示的實(shí)心球的直徑大致相同的直徑的線狀的結(jié)構(gòu)物存在時(shí)，存在發(fā)生誤判別的問題。
[0011 ] 上述問題只要是比實(shí)心球模型函數(shù)的實(shí)心球的曲率半徑大的結(jié)構(gòu)物的輪廓部分在任何部分都會(huì)引起，因此本發(fā)明鑒于此問題，其目的是在進(jìn)行海森解析中使用了實(shí)心球模型函數(shù)的濾波的圖像處理方法中，防止在曲率半徑比實(shí)心球模型函數(shù)表示的實(shí)心球大的結(jié)構(gòu)物的輪廓部分產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)物的誤判別。
[0012]用于解決課題的方案
[0013]本第一發(fā)明的圖像處理裝置的特征在于，具備:濾波部，在圖像中的各像素位置，實(shí)施使用了表示實(shí)心球的函數(shù)的2階偏微分的濾波來算出海森矩陣；以及評(píng)價(jià)部，使用對(duì)算出的海森矩陣進(jìn)行固有值解析而得到的固有值及固有向量，對(duì)圖像中包含的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行判別，濾波部具備修正部，該修正部在圖像中的各像素位置，實(shí)施使用了表示空心球的函數(shù)的I階偏微分的濾波來取得I階偏微分向量，使用將取得的I階偏微分向量向固有向量的方向投影而得的值，進(jìn)行將表示實(shí)心球的函數(shù)的各方向的2階偏微分的、從實(shí)心球的中心起對(duì)稱地分離的2個(gè)位置出現(xiàn)的響應(yīng)波形中的一方的響應(yīng)波形抵消的修正，空心球具有與實(shí)心球的半徑相同的半徑。
[0014]本第一發(fā)明的圖像處理方法具備:濾波工序，在圖像中的各像素位置，實(shí)施使用了表示實(shí)心球的函數(shù)的2階偏微分的濾波來算出海森矩陣；以及評(píng)價(jià)工序，使用對(duì)算出的海森矩陣進(jìn)行固有值解析而得到的固有值及固有向量，對(duì)圖像中包含的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行判別，其中，在濾波工序中，在圖像中的各像素位置，實(shí)施使用了表示空心球的函數(shù)的I階偏微分的濾波來取得I階偏微分向量，使用將取得的I階偏微分向量向固有向量的方向投影而得的值，進(jìn)行將表示實(shí)心球的函數(shù)的各方向的2階偏微分的、從實(shí)心球的中心起對(duì)稱地分離的2個(gè)位置出現(xiàn)的響應(yīng)波形中的一方的響應(yīng)波形抵消的修正，空心球具有與實(shí)心球的半徑相同的半徑。
[0015]另外，本第一發(fā)明的圖像處理方法也可以作為用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行的程序來提供。
[0016]上述“空心球具有與實(shí)心球的半徑相同的半徑”不僅是實(shí)心球與空心球的半徑嚴(yán)格一致的情況，只要是能得到使用表示空心球的函數(shù)的I階偏微分向量將表示實(shí)心球的函數(shù)的各方向的2階偏微分的從實(shí)心球的中心起對(duì)稱地分離的2個(gè)位置出現(xiàn)的響應(yīng)波形中的一方的位置的響應(yīng)波形抵消的效果的范圍即可，也包括空心球的半徑比實(shí)心球的半徑大的情況或小的情況。為了良好地得到上述“將一方的位置的響應(yīng)波形抵消的效果”，優(yōu)選空心球的半徑與實(shí)心球的半徑盡量相等，例如，空心球的半徑與實(shí)心球的半徑之差優(yōu)選為2成以下，空心球的半徑與實(shí)心球的半徑之差優(yōu)選為I成以下。
[0017]在本第一發(fā)明的圖像處理裝置中，優(yōu)選的是，設(shè)評(píng)價(jià)矩陣的固有值為λ” λ2、入3，固有向量e: = (X1, Y1, Z1)、e2 = (x2, y2, z2)、e3 = (x3, y3, z3),表示空心球的函數(shù)的I階偏微分向量為(P1, P 2, P 3)時(shí)，修正部使用由下述式(12)算出的P /、P 2’、P 3’及預(yù)定的系數(shù)α，如下述式(13)所示對(duì)固有值進(jìn)行修正，由此進(jìn)行將一方的響應(yīng)波形抵消的修正。
[0018][數(shù)學(xué)式I]

【權(quán)利要求】
1.一種圖像處理裝置，其特征在于，具備: 濾波部，在圖像中的各像素位置，實(shí)施使用了表示實(shí)心球的函數(shù)的2階偏微分的濾波來算出海森矩陣；以及 評(píng)價(jià)部，使用對(duì)所述算出的海森矩陣進(jìn)行固有值解析而得到的固有值及固有向量，對(duì)圖像中包含的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行判別， 所述濾波部具備修正部，該修正部在所述圖像中的所述各像素位置，實(shí)施使用了表示空心球的函數(shù)的I階偏微分的濾波來取得I階偏微分向量，使用將所述取得的I階偏微分向量向所述固有向量的方向投影而得的值，進(jìn)行將表示所述實(shí)心球的函數(shù)的各方向的2階偏微分的、從所述實(shí)心球的中心起對(duì)稱地分離的2個(gè)位置出現(xiàn)的響應(yīng)波形中的一方的響應(yīng)波形抵消的修正，所述空心球具有與所述實(shí)心球的半徑相同的半徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理裝置，其特征在于， 設(shè)所述評(píng)價(jià)矩陣的固有值為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數(shù)的所述I階偏微分向量為(P1, P2, P3)時(shí),所述修正部使用由下述式(12)算出的p/、p2’、p3’及預(yù)定的系數(shù)α，如下述式(13)所示對(duì)所述固有值進(jìn)行修正，由此進(jìn)行將所述一方的響應(yīng)波形抵消的修正: [數(shù)學(xué)式I]
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圖像處理裝置，其特征在于， 表示所述空心球的函數(shù)由下述式(10)表示: [數(shù)學(xué)式3]
在此，X、1、Z為三維空間的坐標(biāo)，r為其極坐標(biāo)表現(xiàn)，R4為所述空心球的半徑。
4.一種圖像處理裝置，其特征在于，具備: 濾波部，在圖像中的各像素位置，實(shí)施使用了表示實(shí)心球的函數(shù)的2階偏微分的濾波來算出海森矩陣；以及 評(píng)價(jià)部，使用對(duì)所述算出的海森矩陣進(jìn)行固有值解析而得到的固有值及固有向量，對(duì)圖像中包含的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行判別， 所述濾波部具備修正部，該修正部在所述圖像中的所述各像素位置，實(shí)施使用了表示第二實(shí)心球的函數(shù)的I階偏微分的濾波來算出I階偏微分向量，并且在所述圖像中的各像素位置，實(shí)施使用了表示第三實(shí)心球的函數(shù)的I階偏微分的濾波來算出I階偏微分向量，使用將表示所述第二實(shí)心球的函數(shù)的I階偏微分向量向所述固有向量的方向投影而得的值及將表示第三實(shí)心球的函數(shù)的I階偏微分向量向所述固有向量的方向投影而得的值，進(jìn)行將表示所述實(shí)心球的函數(shù)的各方向的2階偏微分的、從所述實(shí)心球的中心起對(duì)稱地分離的2個(gè)位置出現(xiàn)的響應(yīng)波形中的一方的位置的響應(yīng)波形抵消的修正，所述第二實(shí)心球具有比所述第一實(shí)心球的半徑即第一半徑大的第二半徑，所述第三實(shí)心球具有比所述第一半徑小的第三半徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像處理裝置，其特征在于， 所述一方的位置的響應(yīng)波形是I個(gè)正的峰值與I個(gè)負(fù)的峰值相鄰的波形， 所述第二半徑與從所述實(shí)心球的中心到所述正的峰值為止的長(zhǎng)度和從所述實(shí)心球的中心到所述負(fù)的峰值為止的長(zhǎng)度中較長(zhǎng)的一方的長(zhǎng)度一致， 所述第三半徑與從所述實(shí)心球的中心到所述正的峰值為止的長(zhǎng)度和從所述實(shí)心球的中心到所述負(fù)的峰值為止的長(zhǎng)度中較短的一方的長(zhǎng)度一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的圖像處理裝置，其特征在于，所述濾波部對(duì)于表示多個(gè)尺寸的所述實(shí)心球的函數(shù)，分別算出實(shí)施了基于表示該各實(shí)心球的函數(shù)的2階偏微分矩陣的濾波的評(píng)價(jià)矩陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的圖像處理裝置，其特征在于，所述濾波部對(duì)于表示多個(gè)尺寸的所述第一實(shí)心球的函數(shù)，分別算出實(shí)施了基于表示該各第一實(shí)心球的函數(shù)的2階偏微分矩陣的濾波的評(píng)價(jià)矩陣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1?7中任一項(xiàng)所述的圖像處理裝置，其特征在于，所述濾波部在傅立葉空間中實(shí)施使用了表示所述實(shí)心球的函數(shù)的2階偏微分矩陣的濾波。
9.根據(jù)權(quán)利要求1?8中任一項(xiàng)所述的圖像處理裝置，其特征在于，所述評(píng)價(jià)部判別所述結(jié)構(gòu)物的局部的點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)、線狀結(jié)構(gòu)、面狀結(jié)構(gòu)中的至少I個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1?9中任一項(xiàng)所述的圖像處理裝置，其特征在于，所述圖像是醫(yī)用圖像，所述結(jié)構(gòu)物是血管。
11.一種圖像處理方法，其具備: 濾波工序，在圖像中的各像素位置，實(shí)施使用了表示實(shí)心球的函數(shù)的2階偏微分的濾波來算出海森矩陣；以及 評(píng)價(jià)工序，使用對(duì)所述算出的海森矩陣進(jìn)行固有值解析而得到的固有值及固有向量，對(duì)圖像中包含的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行判別， 所述圖像處理方法的特征在于， 在所述濾波工序中，在所述圖像中的所述各像素位置，實(shí)施使用了表示空心球的函數(shù)的I階偏微分的濾波來取得I階偏微分向量，使用將所述取得的I階偏微分向量向所述固有向量的方向投影而得的值，進(jìn)行將表示所述實(shí)心球的函數(shù)的各方向的2階偏微分的、從所述實(shí)心球的中心起對(duì)稱地分離的2個(gè)位置出現(xiàn)的響應(yīng)波形中的一方的響應(yīng)波形抵消的修正，所述空心球具有與所述實(shí)心球的半徑相同的半徑。
12.—種圖像處理程序，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行: 濾波工序，在圖像中的各像素位置，實(shí)施使用了表示實(shí)心球的函數(shù)的2階偏微分的濾波來算出海森矩陣；以及 評(píng)價(jià)工序，使用對(duì)所述算出的海森矩陣進(jìn)行固有值解析而得到的固有值及固有向量，對(duì)圖像中包含的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行判別， 所述圖像處理程序的特征在于， 在所述濾波工序中，在所述圖像中的所述各像素位置，實(shí)施使用了表示空心球的函數(shù)的I階偏微分的濾波來取得I階偏微分向量，使用將所述取得的I階偏微分向量向所述固有向量的方向投影而得的值，進(jìn)行將表示所述實(shí)心球的函數(shù)的各方向的2階偏微分的、從所述實(shí)心球的中心起對(duì)稱地分離的2個(gè)位置出現(xiàn)的響應(yīng)波形中的一方的響應(yīng)波形抵消的修正，所述空心球具有與所述實(shí)心球的半徑相同的半徑。
【文檔編號(hào)】A61B6/03GK104168820SQ201380014282
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月14日
【發(fā)明者】北村嘉郎 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社