(57)【要約】【課題】医用診断用のディジタル画像がもつ性質に起因するノイズ低減処理において、Ｓ／Ｎ比が局所で変化する画像に対して比較的均一なノイズ低減処理を実現すること、又は画素サイズが比較的粗い画像に対してそのノイズ低減処理により生じるアーチファクトの除去を実現すること。【解決手段】画像処理装置は、ディジタル画像のデータを記憶する記憶部１３と、ディジタル画像から、回転角の異なる複数の回転されたディジタル画像を発生する回転処理部１５と、複数の回転されたディジタル画像から、複数の画像処理されたディジタル画像を発生する画像処理部１９、２１と、複数の画像処理されたディジタル画像から、複数の巻き戻されたディジタル画像を発生する巻き戻し処理部１５と、複数の巻き戻されたディジタル画像を１枚のディジタル画像に合成する合成処理部１５とを具備する。【選択図】図１
2008206968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル画像のデータを記憶する記憶部と、
前記ディジタル画像から、回転角の異なる複数の回転されたディジタル画像を発生する回転処理部と、
前記複数の回転されたディジタル画像から、複数の画像処理されたディジタル画像を発生する画像処理部と、
前記複数の画像処理されたディジタル画像から、複数の巻き戻されたディジタル画像を発生する巻き戻し処理部と、
前記複数の巻き戻されたディジタル画像を１枚のディジタル画像に合成する合成処理部とを具備することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記画像処理部は、
前記複数の回転されたディジタル画像をウェーブレット変換にかけるウェーブレット変換処理部と、
前記ウェーブレット変換にかけられたディジタル画像を局所ごとに相違する遮断周波数によりフィルタにかけるフィルタ処理部と、
前記フィルタにかけられたディジタル画像を逆ウェーブレット変換にかける逆ウェーブレット変換処理部とを有することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記画像処理部は、前記回転されたディジタル画像に対して局所ごとに遮断周波数を算出する遮断周波数算出部をさらに有し、
前記フィルタ処理部は、前記ウェーブレット変換にかけられたディジタル画像を局所ごとに前記算出された遮断周波数によりフィルタにかけることを特徴とする請求項２記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記遮断周波数算出部は、前記ウェーブレット変換にかけられたディジタル画像の垂直成分データ、水平成分データ及び対角成分データに基づいて遮断周波数を算出することを特徴とする請求項３記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記遮断周波数算出部は、前記ウェーブレット変換にかけられたディジタル画像の垂直成分データ、水平成分データ及び対角成分データを加算平均重み付け加算し、その結果に基づいて遮断周波数を算出することを特徴とする請求項３記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記画像処理部は、前記複数の回転されたディジタル画像をフィルタにかけることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記合成処理部は、前記複数の巻き戻されたディジタル画像を加算平均又は重み付け加算することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記複数の回転されたディジタル画像は所定角度ずつ回転角が異なることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項９】
前記所定角度は、０°超、４５°以下の範囲から選択的に設定されることを特徴とする請求項８記載の画像処理装置。
【請求項１０】
前記所定角度は、３〜１０°であることを特徴とする請求項８記載の画像処理装置。
【請求項１１】
前記所定角度は、ｎ×θに設定される、
ｎは正の整数であって、Ｘ軸に平行な画素数Ｍの１／２以下である、
tanθ＝Ｌ２／Ｌ１  
Ｌ１；画像中心からＹ軸上の最端画素の辺縁までの距離  
Ｌ２；単一画素の辺長
ことを特徴とする請求項８記載の画像処理装置。
【請求項１２】
前記ｎは、３又は５であることを特徴とする請求項１１記載の画像処理装置。
【請求項１３】
ディジタル画像のデータを記憶する記憶部と、
前記ディジタル画像に対して回転処理をかける回転処理部と、
前記回転処理にかけられたディジタル画像をウェーブレット変換にかけるウェーブレット変換処理部と、
前記ウェーブレット変換にかけられたディジタル画像をフィルタにかけるフィルタ処理部と、
前記フィルタにかけられたディジタル画像を逆ウェーブレット変換にかける逆ウェーブレット変換処理部と、
前記回転処理における回転角が相違する前記逆ウェーブレット変換にかけられた複数のディジタル画像を加算平均する加算平均処理部とを具備することを特徴とする画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタル画像に適用される。特に信号成分とノイズ成分の割合（Ｓ／Ｎ比）が局所的に変化する画像、典型的に核医学画像、ＣＴ画像、ＭＲＩ画像などの医用診断画像のノイズ低減処理に適用される画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディジタル画像におけるノイズ低減は、Butterworthフィルター、Gaussフィルター等の高周波遮断フィルターにより高周波成分を遮断（除去）することで実施されていた。しかし、画像全体にわたり同じ高周波成分の遮断処理を行うため、一般ディジタル画像（ディジタルカメラによる風景画など）は問題ないが、核医学画像、ＣＴ画像、ＭＲＩ画像等の医用診断画像では一部の情報を劣化させてしまう問題があった。
【０００３】
この問題の原因の一つ目は、医用診断画像では局所ごと（最小単位は画素ごと）に信号成分とノイズ成分の割合（Ｓ／Ｎ比）が異なることによる。医用診断画像では画素ごとに得られる収集カウントにより統計ノイズとしてＳ／Ｎ比が変化するからである。このため、画像全体にわたり同じ高周波成分の遮断処理を行うと、場所によって過補正と補正不足とが混在する。結果として情報（位置分解能、コントラストなど）が落ちた領域（過補正）とノイズ除去が不十分な領域（補正不足）が生じていた。
【０００４】
原因の二つ目は、医用診断画像は画素サイズが粗い（大きい）ことがある。例えば核医学画像の位置分解能は１０ｍｍ程度であるが、それを表現する画像の画素サイズは数ｍｍである。フィルター処理をフーリエ変換にて行う場合などに、画素サイズが粗いことから十分なサンプリングが行われずにアーチファクトを生じることがあった。特許文献１を参照されたい。
【特許文献１】特開２００１−５９８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、医用診断用のディジタル画像がもつ性質に起因するノイズ低減処理において、Ｓ／Ｎ比が局所で変化する画像に対して比較的均一なノイズ低減処理を実現すること、又は画素サイズが比較的粗い画像に対してそのノイズ低減処理により生じるアーチファクトの除去を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のひとつの局面は、ディジタル画像のデータを記憶する記憶部と、ディジタル画像から、回転角の異なる複数の回転されたディジタル画像を発生する回転処理部と、複数の回転されたディジタル画像から、複数の画像処理されたディジタル画像を発生する画像処理部と、複数の画像処理されたディジタル画像から、複数の巻き戻されたディジタル画像を発生する巻き戻し処理部と、複数の巻き戻されたディジタル画像を１枚のディジタル画像に合成する合成処理部とを具備する画像処理装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、医用診断用のディジタル画像がもつ性質に起因するノイズ低減処理において、Ｓ／Ｎ比が局所で変化する画像に対して比較的均一なノイズ低減処理を実現すること、又は画素サイズが比較的粗い画像に対してそのノイズ低減処理により生じるアーチファクトの除去を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明に係る画像処理装置の実施形態を説明する。  
本実施形態に係る画像処理装置は、インタフェース１０を介してＰＡＣＳ、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（ＣＴ）、磁気共鳴映像装置（ＭＲＩ）、Ｘ線診断装置等のディジタル医用画像のデータを保管又は発生する外部装置に接続されている。インタフェース１０を介してこれら外部装置から受信した画像処理対象のディジタル画像データを記憶するために画像記憶部１３が設けられている。これらインタフェース１０と画像記憶部１３には、データ／制御バス１２を介して装置全体の動作制御を担う制御部１１が、画像処理部１５、遮断周波数算出部１７、ウェーブレット変換処理部１９、フィルタ処理部２１とともに接続されている。
【０００９】
画像処理部１５は、制御部１１から指示された回転角に従って画像処理対象のディジタル画像に回転処理をかける機能、制御部１１から指示に従ってフィルタ処理部２１でフィルタ処理された複数のディジタル画像を加算平均して最終的なフィルタされたディジタル画像を発生する機能を有する。遮断周波数算出部１７は、後述するように、ディジタル画像の局所領域ごとに、各局所領域の標準偏差に基づいて遮断周波数を算出する。
【００１０】
ウェーブレット変換処理部１９は、画像処理対象のディジタル画像データに対してウェーブレット変換処理をかける。ウェーブレット変換処理は、元のディジタル画像（原ディジタル画像）の空間的情報を保持したままディジタル画像を周波数空間で表現するための処理である。フィルタ処理部２１は、ウェーブレット変換処理を受けたディジタル画像に対して局所領域ごとに、遮断周波数算出部１７で局所領域ごとに算出された遮断周波数を超える高周波成分を遮断する。フィルタされたディジタル画像は、ウェーブレット変換処理部１９で逆ウェーブレット変換処理により元の実空間領域に戻される。異なる角度で回転処理され、フィルタを経由した複数のディジタル画像は、画像処理部１５で加算平均される。
【００１１】
なお、上記ウェーブレット変換処理は、同じ周波数解析処理の範疇にあるフーリエ変換処理に代えられることができる。
【００１２】
また、上述では、画像処理は回転処理及び加算平均処理を含むことを規定しているが、それに限定されず、画像処理は、回転処理、加算平均処理、周波数解析処理、フィルタ処理等の処理を少なくとも一つ含む広義の意味を有する。
【００１３】
まず、ウェーブレット変換処理の概要について説明する。ウェーブレット変換の原理は周知の通り以下の式で定義される。
【数１】
2008206968.tif 000003
【００１４】
本実施形態では、図３に示すように、ウェーブレット(Wavelet)変換は、対象が画像であるため２次元での処理となる。周知の通り、フーリエ変換では全てを周波数成分に変換するため、空間的情報は失われてしまう。しかしウェーブレット変換では空間的情報を保持したまま周波数空間で表現できる。例えば２回の２次元ウェーブレット変換により、低周波の垂直成分、低周波の水平成分、低周波の対角成分、高周波の垂直成分、高周波の水平成分、高周波の対角成分に分化されて各成分が表示される。
【００１５】
図２に、本実施形態によるフィルタ処理の手順を示している。まず、ステップＳ１０において、遮断周波数算出部１７により、入力データ（原ディジタル画像データ）に対して、ウェーブレット変換後のディジタル画像に対するノイズ低減処理（フィルタ処理）に用いる「局所領域ごとの遮断周波数」が算出される。
【００１６】
図５Ａ、図５Ｂに遮断周波数の算出処理を示している。従来のウェーブレット変換におけるノイズ低減では局所との考えはなく画像全体に一つの遮断周波数を適用するものであった。その代表例がDonohoの方法で、画像全体の標準偏差から遮断周波数を決定するものである。本実施形態では、まず局所の情報を得るために局所領域を定めて、その局所領域中のＳ／Ｎ比を示す指標を考える。ここでは局所領域として数ピクセル長の正方形を採用している。この領域内の変動係数C.V.値から局所の遮断周波数を決定する。この局所領域での処理を画像全体を通して行うことで画像全体での局所ごとの遮断周波数を決定することができる。
【００１７】
具体的には、原ディジタル画像に対して複数の局所領域が設定される。複数の局所領域各々について個別に、各局所領域を対象範囲とする標準偏差ＳＤに基づいて、遮断周波数Ｚが算出される。より具体的には、次式で表される。  
Ｚ＝ｆ(CV)×Ｃoef  
ＣＶ；変動係数  
Ｃoef；係数  
ｆ(CV)；ＳＤ×（２×ｌｎ(n)）  
ｎ；局所領域の画素数
図３に戻り、ステップＳ１１において、画像処理部１５において、処理対象の原ディジタル画像がその画像中心を中心として回転処理をかけられる。指定した角度だけ回転させる処理を行い、ウェーブレット変換、そしてフィルタ処理（ノイズ低減処理）、さらにウェーブレット逆変換を行い、最後に同じだけ逆回転し、画像角度を元に戻す。この処理を０度から３６０度の間で指定した角度の整数倍ずつ行う。対象画像は正方マトリクスであるので、９０度回転で３６０度分の回転と同等とすることもできる。それぞれの角度で処理した画像を全て使って加算平均画像を作成する。この処理により、画素サイズが粗い画像におけるノイズ低減処理で生じるアーチファクトを除去することができる。
【００１８】
回転処理としては、図７Ａに示すように、座標系を固定して画像を回転させるものでも良いし、図７Ｂに示すように、ウェーブレット変換を行う際の座標軸を回転させるものでも良い。回転ピッチは典型的には図６に示すように、５度に設定される。回転ピッチＲは、０＜Ｒ≦４５°の範囲から任意に選択された角度に設定される。好ましくは、回転ピッチＲは、５°前後（３≦Ｒ≦１０°）に設定される。  
また、回転ピッチＲの基準角度θを以下の通り定義する。回転ピッチＲを、ｎ×θに設定することが好ましい。図１１に示すように、ｎは正の整数であって、Ｘ軸に平行な画素数Ｍの１／２以下とする。ｎは、トレードオフの関係にある処理量と処理効果との均衡から、典型的には３又は５に設定されるべきである。  
tanθ＝Ｌ２／Ｌ１  
Ｌ１；画像中心からＹ軸上の最端画素の辺縁までの距離  
Ｌ２；単一画素の辺長
なお、初回は回転角度はゼロ度、つまりディジタル画像は回転されない。回転処理されたディジタル画像に、ウェーブレット変換処理部１９において、ウェーブレット変換処理がかけられる（ステップＳ１２）。
【００１９】
ウェーブレット変換処理をかけられたディジタル画像の複数の局所領域各々に対して、ステップＳ１０で局所領域毎に算出した遮蔽周波数によりフィルタ処理部２１によりフィルタ処理がかけられる（ステップＳ１３）。このフィルタ処理により、局所領域ごとに各々個別に算出された遮蔽周波数を超える高周波成分が除去される。
【００２０】
実際的には、フィルタ処理部２１において、図４、図７に示すように、ウェーブレット変換処理により得られた高周波の垂直成分、高周波の水平成分、高周波の対角成分の３成分のウェーブレット画像（ω画像）を加算し、加算画像内の複数の局所領域各々について、ステップＳ１０で局所領域毎に算出した遮蔽周波数によりフィルタ処理部２１によりフィルタ処理にかける。このフィルタ処理前後の加算画像の画素値の割合を、３成分のウェーブレット画像に乗算し、元の位置に再配置する。
【００２１】
図３に戻り、フィルタ処理にかけられたディジタル画像は、ウェーブレット変換処理部１９において、ウェーブレット逆変換処理にかけられ（ステップＳ１４）、元の実空間領域に戻される。そして、ステップＳ１５において、ディジタル画像は、ステップＳ１１と同角度で逆方向に回転され、初期の角度に戻される。
【００２２】
上記ステップＳ１１〜Ｓ１５のループが、回転角を５度ずつ増加されながら所定回数繰り返され、回転角が５度ずつ相違するフィルタ処理された複数のディジタル画像が生成され、これらフィルタ処理された複数のディジタル画像は画像処理部１５において、加算平均処理に供される（ステップＳ１６）。
【００２３】
図８Ａには、図２の入力データとしてのファントム画像の一例を示し、それに対して図８Ｂに示す従来のフィルタ処理を受けたファントム画像と、図８Ｃに示す本実施形態のフィルタ処理を受けたファントム画像と比較して示す。また、図９Ａに従来のフィルタ処理を受けたＳＰＥＣＴ（核医学）の臨床画像の一例を示し、図９Ｂに本実施形態のフィルタ処理を受けた臨床画像の一例を示す。図１０Ａ、図１０Ｂに示すＣＴによるファントム画像を示し、図１０Ｄに本実施形態のフィルタ処理を受けたＣＴによるファントム画像の一例を示し、図１０Ｃに従来のフィルタ処理を受けたＣＴによるファントム画像の一例を示している。
【００２４】
これら画像例を比較して分かるとおり、本実施形態によれば、Ｓ／Ｎ比が局所で変化する画像に対して比較的均一なノイズ低減処理を実現でき、画素サイズが比較的粗い画像に対してそのノイズ低減処理により生じるアーチファクトを除去することができる。
【００２５】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る画像処理装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、本実施形態によるノイズ低減処理の手順を示す流れ図である。
【図３】図３は、ウェーブレット変換の概念図である。
【図４】図４は、図２の局所の遮断周波数の算出処理の説明図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図２の遮断周波数の算出処理の前段を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図２の遮断周波数の算出処理の後段を示す図である。
【図６】図６は、本実施形態によるノイズ低減処理の手順を模式的に示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図３の回転画像処理の説明図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図３の他の回転画像処理の説明図である。
【図８Ａ】図８Ａは、図２の入力データとしてのファントム画像の一例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、従来のフィルタ処理を受けたファントム画像の一例を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、本実施形態のフィルタ処理を受けたファントム画像の一例を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、従来のフィルタ処理を受けたＳＰＥＣＴ臨床画像の一例を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本実施形態のフィルタ処理を受けたＳＰＥＣＴ臨床画像の一例を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図２の入力データとしてのＣＴによるファントム画像の一例を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図２の入力データとしてのＣＴによる他のファントム画像の一例を示す図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、従来のフィルタ処理を受けたＣＴによるファントム画像の一例を示す図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、本実施形態のフィルタ処理を受けたＣＴによるファントム画像の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、本実施形態の回転ピッチの基準角度を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０…インタフェース、１１…制御部、１２…データ／制御バス、１３…画像記憶部、１５…画像処理部、１７…遮断周波数算出部、１９…ウェーブレット変換処理部、２１…フィルタ処理部。
【図１】
2008206968.tif 000004
【図２】
2008206968.tif 000005
【図３】
2008206968.tif 000006
【図４】
2008206968.tif 000007
【図５Ａ】
2008206968.tif 000008
【図５Ｂ】
2008206968.tif 000009
【図６】
2008206968.tif 000010
【図７Ａ】
2008206968.tif 000011
【図７Ｂ】
2008206968.tif 000012
【図８Ａ】
2008206968.tif 000013
【図８Ｂ】
2008206968.tif 000014
【図８Ｃ】
2008206968.tif 000015
【図９Ａ】
2008206968.tif 000016
【図９Ｂ】
2008206968.tif 000017
【図１０Ａ】
2008206968.tif 000018
【図１０Ｂ】
2008206968.tif 000019
【図１０Ｃ】
2008206968.tif 000020
【図１０Ｄ】
2008206968.tif 000021
【図１１】
2008206968.tif 000022