圖像處理裝置以及圖像處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及圖像處理裝置以及圖像處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在使用X射線取得三維的圖像數(shù)據(jù)的醫(yī)用攝像中使用有計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)。由CT掃描取得的三維CT圖像數(shù)據(jù)具有三維排列的多個(gè)體素。各體素具有與X射線的衰減量對應(yīng)的像素值。X射線的衰減量表現(xiàn)為由亨氏單位(HU)規(guī)定的CT值。在此，OHU是水的CT值。
[0003]正在開發(fā)用于使用CT對冠狀動脈疾病進(jìn)行診斷的應(yīng)用程序。這樣的應(yīng)用程序用于確定存在于血管內(nèi)的動脈粥樣硬化性心臟病的范圍。
[0004]為了增大在CT圖像中描繪出的血管區(qū)域的像素值而使用造影劑。作為用于診斷冠狀動脈疾病的技術(shù)，利用不使用造影劑的非造影心臟CT掃描和使用造影劑的造影心臟CT掃描。非造影心臟CT掃描是將沒有通過造影劑造影的心臟作為對象的CT掃描。非造影心臟CT掃描有時(shí)包含鈣化積分掃描。造影心臟CT掃描是以由造影劑造影后的心臟為對象的CT掃描。通過兩個(gè)掃描得到的圖像例如使用自動非線性對位處理或自動線性對位處理，進(jìn)行對位。差分圖像根據(jù)通過基于造影掃描的圖像與基于被造影掃描的圖像的對應(yīng)點(diǎn)彼此中的像素值的差分而生成。差分圖像例如用于評估血管的狀態(tài)。
[0005]在單一的非造影鈣化積分掃描中，描繪出鈣質(zhì)沉積區(qū)域以及支架區(qū)域，但有時(shí)不能將血管區(qū)域與其他的軟組織區(qū)域相區(qū)別。在通過單一的造影CT掃描取得的圖像中，與由造影劑強(qiáng)調(diào)后的血液相關(guān)的圖像區(qū)域(造影血管區(qū)域)的亨氏值有時(shí)與針對鈣質(zhì)沉積區(qū)域以及支架區(qū)域的亨氏值重復(fù)。當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)的窗位或顏色映射技術(shù)來顯示通過造影CT掃描取得的圖像(造影圖像)時(shí)，在視覺上難以區(qū)別造影血管區(qū)域和鈣質(zhì)沉積區(qū)域或支架區(qū)域。
[0006]當(dāng)將造影血管區(qū)域與鈣質(zhì)沉積區(qū)域或支架區(qū)域相區(qū)別地描繪出時(shí)，能夠確定冠狀動脈疾病的范圍，測量血管狹窄(血管的異常的收縮或狹窄)。通過對造影圖像和非造影圖像進(jìn)行差分，從而能夠除去造影圖像和非造影圖像共有的特征，例如，除去骨區(qū)域和軟組織區(qū)域，保留被造影劑強(qiáng)調(diào)的像素區(qū)域。
[0007]圖1是表示已知的差分處理的流程圖。在步驟10中，非造影圖像(造影前圖像)100和造影圖像(造影后圖像)101使用非剛性配準(zhǔn)來將同一坐標(biāo)彼此建立對應(yīng)。變形場102通過非剛性配準(zhǔn)來取得。變形場102將非造影圖像100的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)與造影圖像101的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)建立關(guān)聯(lián)。
[0008]在步驟12中，執(zhí)行了非剛性配準(zhǔn)的非造影圖像(被對位的造影前圖像)103是將變形場102應(yīng)用于非造影圖像100而生成的。被對位的非造影圖像103所包含的各點(diǎn)的解剖學(xué)特征與造影圖像1I所包含的相同坐標(biāo)的對應(yīng)點(diǎn)的解剖學(xué)特征一致。
[0009]在步驟14中，通過將造影圖像101的各像素的亨氏值減去被對位的非造影圖像103所包含的相同坐標(biāo)的各像素的亨氏值來生成。
[0010]在步驟16中，對差分圖像104實(shí)施繪制處理，生成繪制處理后的差分圖像105。以后，將繪制出的差分圖像105簡單地記作繪制圖像105。[0011 ]作為繪制圖像105，例如是二維切片、二維多平面繪制(MPR)圖像、薄塊MPR圖像、彎曲MPR(CPR)圖像、陰影體繪制(SVR)圖像、或像素投影(IP)圖像(例如，最大像素投影(MIP)圖像、最小像素投影(MinIP)圖像、或平均像素投影(Average)圖像)。
[0012]繪制圖像105例如是灰度圖像，規(guī)定的像素的灰度值和被對位的非造影圖像的各像素的像素值與造影圖像的各對應(yīng)像素的像素值的差分對應(yīng)。各像素的灰度值與差分值對應(yīng)，因此，差分圖像104只包含比非造影圖像100以及造影圖像101少的信息。例如，差分值“5”可以由5HU的CT值與1HU的CT值的組合得到，也可以由105HU的CT值與I1HU的CT值的組合得到。
[0013]差分圖像難以讀影。例如，當(dāng)對由單一通道的灰度規(guī)定的差分圖像進(jìn)行讀影時(shí)，難以區(qū)別血管內(nèi)的實(shí)際的閉塞或狹窄和由不準(zhǔn)確的對位而產(chǎn)生的偽影。圖2表示描繪出重度鈣化的冠狀動脈的差分圖像。與重度鈣化的冠狀動脈相關(guān)的圖像區(qū)域由虛線的橢圓17來標(biāo)記。被虛線的橢圓17標(biāo)記的部分難以區(qū)別狹窄和圖像偽影，因此難以進(jìn)行讀影。當(dāng)在血管中存在大量的鈣化沉積時(shí)，難以判別在該血管中是否有造影劑流動。
[0014]分段是在圖像內(nèi)分割為具有規(guī)定的特征的像素，將表示圖像內(nèi)的規(guī)定的構(gòu)造的像素按照該每個(gè)構(gòu)造進(jìn)行分類的過程。在此，設(shè)像素意味著二維的圖像要素(像素)與三維的圖像要素(體素)的統(tǒng)稱。分段有時(shí)還包含將像素從圖像的剩余的部分中分離。構(gòu)造例如是血管或臟器等解剖學(xué)構(gòu)造、或支架等人工構(gòu)造。通過識別以及分離表示構(gòu)造的像素，從而實(shí)施與構(gòu)造相關(guān)的信息的進(jìn)一步的處理，例如，能夠使構(gòu)造的測量變得容易，或者能夠使通過與圖像內(nèi)的其他的構(gòu)造不同的方法來繪制構(gòu)造變得容易。
[0015]血管的分段用于識別血管的病變區(qū)域時(shí)，例如，用于識別鈣質(zhì)沉積區(qū)域。例如，為了執(zhí)行冠狀動脈內(nèi)的狹窄測量，需要對血管腔以及血管壁準(zhǔn)確地分段。
[0016]特別地，在冠狀動脈血管中，難以獲得準(zhǔn)確安全的血管分段。小的血管有時(shí)接近檢測器的分辨率的極限，因此，難以進(jìn)行分段。例如，由于血管壁的像素值與其他的軟組織的像素值類似，因此，難以進(jìn)行血管壁的分段。在差分圖像中，為了對血管區(qū)域進(jìn)行分類，需要準(zhǔn)確地進(jìn)行對位，另外，還沒有建立識別對位誤差的方法。
[0017]自動或半自動的血管追蹤算法用于追蹤圖像所包含的血管區(qū)域。然而，由于與被造影劑強(qiáng)調(diào)后的血管腔相關(guān)的圖像區(qū)域(以下，稱為血管腔區(qū)域)的像素值和與鈣化沉積內(nèi)的鈣相關(guān)的圖像區(qū)域(以下，稱為鈣區(qū)域)的像素值類似，因此，難以對追蹤造影圖像內(nèi)的血管區(qū)域進(jìn)行追蹤并分段。
[0018]暈斑(blooming)有時(shí)使鈣化沉積不清晰，特別地，當(dāng)存在鈣質(zhì)沉積區(qū)域或支架區(qū)域時(shí)，使管腔的分類復(fù)雜化。暈斑是使鈣化沉積(或支架)區(qū)域看上去比真正的物理范圍大的圖像偽影。暈斑例如由于射束硬化以及移動等的偽影的組合造成。與非造影圖像相比，造影圖像的暈斑更顯著的情況被熟知。
[0019]圖3A以及圖3B表示在造影圖像上實(shí)施的已知的冠狀動脈血管的分段方法的結(jié)果。大的鈣沉積存在于應(yīng)該被分段的血管內(nèi)。圖3A以及圖3B示出表示流入有造影劑的冠狀動脈血管的、冠狀動脈計(jì)算機(jī)斷層攝影血管造影(CCTA)圖像。圖3A表示血管區(qū)域的芯線以沿著直線的方式變形的CCTA圖像。圖3B表示與芯線正交的剖面所相關(guān)的CCTA圖像。如圖3A和圖3B所示，大的鈣質(zhì)沉積20具有高的像素。
[0020]使用已知的冠狀動脈血管的分段方法，在與圖3A以及圖3B對應(yīng)的圖像上執(zhí)行管腔的分段。分段的邊界作為線18由圖3A以及圖3B的各個(gè)表示。
[0021]管腔的范圍由臨床醫(yī)生使用相同的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行評估。發(fā)現(xiàn)被自動地分段的管腔的邊界18比由臨床醫(yī)生評估的管腔的區(qū)域小。在已知的分段方法中，血管腔的尺寸在被造影的集合的該已知的分段方法中，由于較大的鈣質(zhì)沉積20的影響，會被過小地評估。
[0022]因此，沒有達(dá)到臨床醫(yī)生希望在自動或半自動分段法上可靠的信用的狀況。當(dāng)自動或半自動的血管分段對管腔過小評估或過大評估時(shí)，分段算法的結(jié)果有時(shí)不會使臨床醫(yī)生受益。
【附圖說明】
[0023]附圖包含在說明書中，構(gòu)成其一部分，圖示出本發(fā)明的實(shí)施例，并與以上給出的一般描述及以下給出的對實(shí)施例的詳細(xì)描述一起一起用于說明本發(fā)明的原理。
[0024]圖1是表示以往的差分處理的流程圖。
[0025]圖2是表示強(qiáng)調(diào)顯示重度鈣化的動脈的差分圖像的圖。
[0026]圖3A是表示造影圖像內(nèi)的示例的已知的血管分段的結(jié)果的圖。
[0027]圖3B是表示造影圖像內(nèi)的示例的已知的血管分段的結(jié)果的圖。
[0028]圖4是表示本實(shí)施方式所涉及的圖像處理裝置的框圖。
[0029]圖5是表示在本實(shí)施方式所涉及的圖像處理裝置中執(zhí)行的處理的流程圖。
[0030]圖6是表示被分類的管腔區(qū)域、非強(qiáng)調(diào)區(qū)域、位置偏移區(qū)域、以及暈斑區(qū)域的聯(lián)合直方圖。
[0031]圖7A是表示應(yīng)該映射到圖6的聯(lián)合直方圖上的顏色的顏色模型的圖。
[0032]圖7B是表示圖6所示的聯(lián)合直方圖與圖7A所示的顏色模型的疊加圖像的圖。
[0033]圖8是表示使用顏色模型來著色的圖像的一個(gè)例子的圖。
[0034]圖9是表示使用顏色模型來著色的圖像的一個(gè)例子的圖。
[0035]圖10是表示示出暈斑區(qū)域的血管腔的圖像的圖。
[0036]圖11是表示在本實(shí)施方式所涉及的圖像處理裝置中執(zhí)行的處理的流程圖。
[0037I圖12是表示圖11所示的處理的具體例的流程圖。
[0038]圖13是表示應(yīng)用分類處理的被攝像的血管的概略圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]本實(shí)施方式所涉及的圖像處理裝置具備:存儲部，存儲與在不同的時(shí)刻被攝影的同一攝影部位相關(guān)的第I醫(yī)用圖像和第2醫(yī)用圖像;生成部，生成表示同一坐標(biāo)中的所述第I醫(yī)用圖像的像素值與所述第2醫(yī)用圖像的像素值的組合的頻度的數(shù)值數(shù)據(jù)；以及分段部，利用生成的所述數(shù)值數(shù)據(jù)，將所述第2醫(yī)用圖像劃分為多個(gè)圖像區(qū)域。
[0040]以下，參照附圖，說明本實(shí)施方式所涉及的圖像處理裝置。另外，在以下的說明中，針對具有大致相同的功能以及結(jié)構(gòu)的構(gòu)成要素，添加相同的符號，重復(fù)說明只在必要時(shí)進(jìn)行。
[0041]圖4是表示本實(shí)施方式所涉及的圖像處理裝置30的圖。如圖4所示，圖像處理裝置30具備計(jì)算裝置32。計(jì)算裝置32是個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)或工作站等。計(jì)算裝置32與CT掃描儀34、一個(gè)或多個(gè)顯示器36、以及計(jì)算機(jī)鍵盤、鼠標(biāo)、或軌跡球等一個(gè)或多個(gè)輸入接口電路38連接。
[0042]CT掃描儀34通過由X射線對被檢體進(jìn)行CT掃描來收集投影數(shù)據(jù)，根據(jù)收集到的投影數(shù)據(jù)重建與該被檢體相關(guān)的CT圖像。在本實(shí)施方式中，CT掃描儀34產(chǎn)生與在不同的時(shí)刻被攝影的同一攝影部位相關(guān)的第I醫(yī)用圖像和第2醫(yī)用圖像。例如，CT掃描儀34以同一被檢體為對象，通過對被造影劑造影后的攝影部位進(jìn)行CT掃描來執(zhí)行造影CT掃描，通過對沒有被造影劑造影的攝影部位進(jìn)行CT掃描來執(zhí)行非造影CT掃描。作為攝影部位，也可以是任何部位。在造影掃描以及非造影掃描時(shí)，也可以是任意的合適的血管系統(tǒng)，例如，可以是心臟、頭或頸部、流出液體或肺。CT掃描儀34根據(jù)由造影CT掃描收集到的投影數(shù)據(jù)來重建造影圖像，根據(jù)由非造影CT掃描收集到的投影數(shù)據(jù)來重建非造影圖像。造影CT掃描和非造影CT掃描也可以任一個(gè)掃描首先進(jìn)行。作為造影圖像以及非造影圖像，CT掃描儀34可以重建一個(gè)圖像，也可以重建時(shí)間序列的圖像。另外，在本實(shí)施方式中，作為圖像，CT掃描儀34可以重建由在二維坐標(biāo)空間中排列的多個(gè)像素構(gòu)成的切片，也