图像处理装置及图像处理方法
【专利摘要】本发明提供一种在功能上搭载了图像处理装置的全景摄像装置。在该装置中，根据由所述两个平面图像（A、B）中各指定位置所决定的曲线，对该两个平面图像（A、B）全体分别进行配准处理而分别制作两个平面图像（fa、gb），所述配准处理是以使平面图像（A、B）上分别设定的所述对应点形成直线并且在水平方向上一致的方式改变该直线上的每个位置的伸缩率而进行的（步骤S1～S3）。搜索该另一个平面图像（gb），以找出构成所述一个平面图像（fa）的多个局部区域分别与所述另一个平面图像（gb）的哪个区域相匹配，同时制作重新配置该匹配区域图像而成的平面图像（hb）（步骤S4）。在平面图像（hb）和平面图像（fa）之间运算差异信息。
【专利说明】图像处理装置及图像处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像处理装置及图像处理方法，其根据在不同时机对同一对象的同一摄像部位进行摄像而获得的多个平面图像，进行评价该部位经时变化所需的处理。
【背景技术】
[0002]近年来，在半导体等物体的制造现场、管线等的建设现场、机场的行李检查、医疗现场等众多领域进行使用X射线的物体内部构造图像化。其中，特别是使用X射线摄像装置和X射线CT等医用方法获得被测体内部的断面图像，在医疗研究和治疗现场已经成为必需的诊断法之一。
[0003]在医疗的X射线诊断场合中，了解诊断对象即患者的摄像部位在时间上如何变化非常重要。当然，由于随着时间推移，材料会产生劣化，该经时变化的观察不仅限于对患者的观察。
[0004]作为获得该经时变化信息的ー种算法，有利用非专利文献I中示出的相位限定相关法的减法运算法。实施该减法运算法时，在摄像于不同时间的同一被测体同一部位的两个二维或三维图像之ー图像上，指定两个或三个特殊位置。接着，通过求出最強相位相关，确定与该指定位置相当的另ー个二维或三维图像上的位置。在每个位置求出使如此指定和确定的两图像位置相互重合所需的移动向量(表示扩大?縮小、旋转、平行移动的向量)。使用该移动向量，将ー个图像位置重合于另ー个图像，并求出两个图像的每个像素的差分。由此，能够从两个图像求出被测体的摄像部位的经时变化。
[0005]例如，在本 申请人:过去申请所涉及的装置中，已经使用了利用该相位限定相关法的減法运算(參照专利文献I)。
[0006]在先技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:W02011016508A1
[0009]非专利文献
[0010]非专利文献1:「利用相位限定相关法的掌纹认证算法、伊藤康一，另外，图像的认识?理解研讨会(MIRU2006)、2006年7月」
【发明内容】
[0011]发明所要解决的问题
[0012]但是，在利用相位相关限定法的減法运算的情况下，需要进行相位相关量的运算、移动向量的运算、使用该移动向量的图像移动以及差分的运算，所以运算量非常大。为此，要求负责运算任务的计算机能力高，所以难以在实际医疗等现场使用。另外，对于如牙科X射线口内摄影的较小领域的图像，运算上的计算量和精度合适，但是，要进一步应用于覆盖整个牙列的牙科用全景图像时，运算量庞大不适于使用。
[0013]特别是在牙科治疗现场根据断层X射线摄影合成方法虚拟三维地重建X射线透过数据以获得全景图像(也就是，沿着牙列弯曲的二维断面图像)的情况下，这种问题也很显著。在该牙科治疗领域中，从筛选等预防检查到植牙治疗，广泛要求对那些经时变化进行观察。但是，由于运算量大，获得经时变化的信息需要花费时间。提高计算机的运算能力以应付该问题，又导致在装置制造成本方面的难题。
[0014]进ー步，在牙科治疗领域中，由于无法固定放大率、以及因患者的位置和牙列的个体差异等而产生图像模糊，因而使用以往的全景图像根本无法读出对同一患者同一牙列的经时变化。如果想观察这种经时变化，需要隔着时间进行多次摄像。例如，龋齿的变化和植牙治疗的情况等，需要在治疗前后分别摄像。毎次摄像时定位的同一患者口腔部的空间位置一般会有少许偏离。该偏离取决于操作者定位时的偏差等。但是，在以往技术中，由于所述理由，使用全景图像几乎不可能读出那样的经时变化。
[0015]本发明是鉴于所述情况而完成的，其目的在于提供ー种图像处理装置和图像处理方法，对CPU等硬件的运算能力要求更低，并且能够提供涉及摄像对象的同一摄像部位经时变化的信息。
[0016]解决问题的方法
[0017]为了实现所述目的，根据本发明提供ー种图像处理装置，其通过X射线摄影装置对被测体照射X射线，检测出表示透过该被测体的所述X射线透过量的数据，并且得到基于该数据而制作的两个时间点的两个平面图像A、B之间的差异信息。该图像处理装置的特征在于，具备:第一配准(Registration)单元,根据由所述两个平面图像A、B中各指定位置所決定的曲线，对该两个平面图像A、B全体各自进行配准处理而分别制作两个平面图像fa、gb，所述配准处理是以使平面图像A、B上分別设定的所述对应点形成直线并且在水平方向上一致的方式改变该直线上每个位置的伸縮率而进行的；第二配准単元，搜索该另ー个平面图像gb，以找出构成所述 第一配准単元制作的所述ー个平面图像fa的多个局部区域分别与所述另ー个平面图像gb的哪个区域相匹配，并制作对该匹配的区域图像进行重新配置而成的平面图像hb ;差异运算単元，对由该第二配准単元制作的平面图像hb与由所述第一配准単元制作的所述ー个平面图像fa之间的差异信息进行运算。
[0018]发明效果
[0019]根据本发明，对CPU等硬件要求的运算能力更低，并且能够提供摄像对象的同一摄像部位的经时变化相关的信息。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]在附图中，
[0021]图1是表示涉及本发明第一实施方式中的、在功能上一体地搭载了图像处理装置的X射线全景摄像装置的部分构成的概略斜视图。
[0022]图2是表示全景摄像装置上搭载的检测器的概要说明图。
[0023]图3是表示检测器的电气配置的框图。
[0024]图4是入射的X射线脉冲与用于鉴别能量的能量阈值之间的关系说明图。
[0025]图5是入射的X射线能量分布、光子计数值以及能量区域的关系说明图。
[0026]图6是表示全景摄像装置的控制台的电气配置的框图。
[0027]图7是表示減法处理概要的流程图。[0028]图8是表示减法处理的对象、即不同摄像时间点的两个3D自动对焦图像的图。
[0029]图9是表示由两个3D自动对焦图像制作的两个平面图像的图。
[0030]图10是在ー个平面图像上绘制作为控制点的多个点的状态说明图。
[0031]图11是表示设定了将所述ー个平面图像上绘制的点平滑连结的曲线的状态的图。
[0032]图12是用于缩放的伸缩率在横轴的每个位置上的变化曲线图。
[0033]图13是在所述ー个平面图像设定的曲线上的各个位置上设定法线的说明图。
[0034]图14是将沿着所述法线的像素在横向上直线配置而制作、并且使纵横收缩率相互吻合的两个平面图像的图。
[0035]图15是表示按照ROI (感兴趣区域)对所述直线配置的两个平面图像的一个图像进行分割的状态示意图。
[0036]图16是表示在所述直线配置的两个平面图像的另ー个图像中与所述ROI相匹配的区域的说明图。
[0037]图17是对所述另ー个平面图像(直线配置后)中的匹配区域进行重新配置的说明图。
[0038]图18是模式地说 明表示作为差异信息的差分信息的差分图像的图。
[0039]图19是说明涉及第一变形例的全局配准中的使用了大、中、小ROI的处理的流程图。
[0040]图20是对设定第一变形例中的大、中、小ROI以及搜索与该ROI相当的区域的说明图。
[0041]图21是说明涉及第三变形例的从直线型差分图像向弯曲型差分图像进行重新配置的流程图。
[0042]图22是模式地说明涉及第三实施方式的弯曲型差分图像的图。
[0043]图23是说明涉及第五变形例的图像处理概要的流程图。
[0044]图24是说明涉及第六变形例的图像处理概要的流程图。
[0045]图25是说明涉及第七变形例的图像处理概要的流程图。
[0046]图26是说明涉及第七变形例的图像处理的图。
[0047]图27是说明涉及本发明第二实施方式的全局配准的一部分的流程图。
[0048]图28是说明涉及第二实施方式的图像处理的图。
[0049]附图标记:
[0050]1、在功能上一体搭载图像处理装置的牙科用全景摄像装置
[0051]3、控制台31、X射线管
[0052]32、检测器33、控制器
[0053]34、第一存储部35、图像处理器
[0054]36、显不器37、输入器
[0055]40、ROM
【具体实施方式】
[0056]以下，參照附图，对涉及本发明图像处理装置的各种实施方式及其变形例进行说明。
[0057]在本实施方式中，由于该图像处理装置在使用X射线的牙科用全景摄像装置中在功能上一体地进行实施，以下，对该全景摄像装置进行详细说明。
[0058](第一实施方式)
[0059]參照图1~图18，对涉及第ー实施方式的图像处理装置及图像处理方法进行说明。
[0060]还有，涉及本发明的图像处理装置不一定需要与那样的摄像装置在功能上进行ー体化。例如，图像处理装置可以是独立于摄像装置的计算机。该计算机可专用于进行涉及本发明的图像处理，也可同时进行其他处理。将由摄像装置在不同时间对摄像对象的同一部位拍摄的多个图像提供给计算机，对该多个图像实施涉及本发明的图像处理即可。另外，在以下的实施方式中，获得了作为两个图像间的差异信息的差分(減法)信息，这仅仅是ー个例子，只要获取伴随病状变化等的“区別”信息即可。还有，也对有效利用后述配准后的图像的形态进行说明。
[0061]图1表示具有涉及本第一实施方式的画像处理功能的全景摄像装置I的概要。
[0062]该全景摄像装置I提供以X射线扫描被测者P的颚部并从该数字量的X射线透过数据确定颚部的三维构造牙列的实际位置和形状的3D (三維)图像(后述的3D自动对焦图像)。特别地，全景摄像装置I作为基本性能，提供表示在不同时间序列的多个摄影时间点(例如相隔两个月的两个摄影时间点)拍摄的多个(例如两个)3D自动对焦图像相互间的经时变化的信息。还有，在获取3D自动对焦图像过程中使用断层X射线摄影合成方法(tomosynthesis),另外,在获取该经时变化信息的过程中，实施本发明的图像处理方法。
[0063](实施方式)
[0064]參照图1~图18，在功能上一体搭载和执行本发明的图像处理和图像处理方法的全景摄像装置的优选实施方案进行说明。
[0065]图1表示全景摄像装置I的概要。该全景摄像装置I具备:机架(数据收集装置)2，收集来自被测体P的数据；控制台3，处理收集的数据并制作图像等，同时控制机架2的动作。
[0066]机架2具备支柱11。将该支柱延伸的长度方向称作纵向(或上下方向:Z轴方向)，与该纵向垂直相交的方向称作横向(沿着XY面的方向)。大致形成コ字状的上下移动臂单元12在纵向可移动地设置在支柱11上。
[0067]旋转臂单元13借助旋转轴13D悬挂在上下移动臂单元12上，通过该旋转轴13D围绕Z轴方向旋转。该旋转臂单元13具备在下方大致形成コ字状的横臂13A以及从该横臂13A两端分别向下延伸的放射线源侧纵臂13B和检测侧纵臂13C。旋转轴13D是利用未图示的电机等驱动机构的输出功率的轴。图中，符号14表示放置被测者P下巴的腮托。
[0068]放射线源侧臂13B的下端部设置有X射线管21，从该X射线管21放射的例如作为脉冲X射线的X射线，通过该下端部设有的限束器(未图示)进行平行校正后，透过被测者P的颚部传导至检测侧纵臂13C (參照假象线)。具有X射线入射窗ロ W (例如横5.0mmX纵145_)的X射线检测器22 (以下称作检测器)设置在检测侧纵臂13C的下端部。还有，检测器22的检测面的尺寸例如为横6.4mmX纵150mm。
[0069]如图2所示，该检测器22具有二维排列X射线摄像元件的多个检测模块BI~Bn，由该多个检测单元BI~Bn构成检测部分。多个检测模块BI~Bn作为相互独立的模块，将该模块以规定形状(例如矩形状)安装在基板(未图示)上从而制作整个检测器22。每个检测模块BI (~Bm)由将X射线直接转换为电脉冲信号的半导体材料制作。因此，检测器22是基于半导体的直接转换方式的光子计数型X摄像检测器。
[0070]如上所述，该检测器22作为多个检测模块BI~Bm的集合体而形成，作为全体，其具有二维排列的收集像素Sn (n=l~N:像素数N例如为50X1450像素)(參照图2)。各收集像素Sn的尺寸为例如200 UmX 200 Um0
[0071]因此，检测器22对于构成检测器22检测面的每个像素(收集像素)Sn (n=l~N)，计算与入射X射线相应的光子(光子)，以例如300fps的高帧速率输出反映该计数值的电量的数据。该数据也称作帧数据。
[0072]该多个收集像素Sn分别由碲化镉半导体(CdTe半导体)、碲锌镉半导体(CdZnTe半导体)、硅半导体(Si半导体)、CsI等闪烁器，光电转换器由C-MOS为等的半导体元件(传感器)C构成。该半导体元件C分别检测出入射的X射线，输出与该能量值相应的脉冲电信号。也就是说，检测器22具备二维排列多个半导体元件C的元件群，在该半导体元件C、即二维排列的多个收集像素Sn各自的输出侧具备数据收集电路51n(n=l~N)。在此，根据需要，将从各个收集像素Sn、即各个半导体元件C到各数据收集电路511 (~51N)的路径称作收集通道CNn (n=l~N)。
[0073]还有，该半导体元件S群的构造也可以通过日本特开2000-69369号公报、日本特开2004-325183号公报、日本特开2006-101926号公报获知。
[0074]但是，前述多个收集像素Sn的尺寸(200 U mX 200 U m)是能够将X射线作为光子(粒子)检测的足够小的值。在 本实施方式中，能够将X射线作为该粒子检测的尺寸的定义是，“可实质上忽视放射线(例如X射线)粒子在同一位置或其近旁连续多个入射时、应对各入射的电脉冲信号间发生的重叠现象(也作堆积)或能预测该量的尺寸”。一旦发生该重叠现象，X射线粒子的“入射数对实际的測量值”的特性上产生X射线粒子的计数损失(堆积计数损失)。因此，将X射线检测器12上形成的收集像素Sn的尺寸设定为可以视为该计数损失没有发生或实际上没有发生的大小、或者能够推算计数损失量的程度。该检测器22的特征是能够正确測量X射线脉冲数。因此，通过执行本发明的目的即减法，能够测量X射线吸收的变化量的绝对值。
[0075]接着，使用图3，对检测器22的电路连接进行说明。多个数据收集电路51n(n=l~N)分别具有电荷放大器52，用于接收由各半导体元件C输出的模拟量的电信号，该电荷放大器52的后段具备波形整形电路53、多个比较器54:~54J此处i=3)、能量区域分配电路55、多个计数器Se1-Sei (此处i=3)，多个D/A转换器57i~57i (此处i=3)、闩锁电路58以及串行转换器59。
[0076]各电荷放大器52连接到各半导体元件S的各集电电极上，对响应X射线粒子的入射而被集电的电荷充电，作为电量的脉冲信号输出。该电荷放大器52的输出端连接到可调整増益和偏移的波形整形电路53上，根据预先调整的増益和偏移，对检测的脉冲信号的波形进行处理并执行波形整形。考虑到由半导体元件C形成的每个收集像素Sn的电荷充电特性的不均一性以及各电路特性的偏差，对该波形整形电路53的増益和偏移进行校准。由此，能够提高排除了不均一性的波形整形信号的输出及与之相対的阈值的设定精度。其结果，与各收集像素Sn对应的、即从各收集通道CNn的波形整形电路53输出的波形整形后的脉冲信号具有反映实际上入射的X射线粒子能量值的特性。因此，收集通道CNn之间的偏差得到大幅改善。
[0077]该波形整形电路53的输出端分别连接到多个比较器54~543的比较输入端。对该多个比较器5も~543的各个基准输入端，施加如图4所示的各不相同的值的模拟量的阈值thi (此处i=l~3)。由此，能够将ー个脉冲信号与不同模拟量阈值thi~th3分别进行比较。该比较是为了调查入射的X射线粒子的能量值到底属于事先分为几块设定的能量区域ERl~ER3的哪个区域(鉴别)。判断脉冲信号的波高值(即表示入射X射线粒子的能量值)超过了模拟量阈值thi~th3中的哪个值。由此，被鉴别的能量区域有所不同。还有，通常将最低模拟量阈值设定为不检测出干扰、由半导体元件S、电荷放大器42等电路引起的噪音、或者图像化不需要的低能量放射线的阈值。另外，阈值的数量、即比较器的数量不一定限制为三个，可以是包括所述模拟量阈值部分的ー个，也可以是两个以上的多个。
[0078]具体地，从控制台3的校准运算器38经接ロ 32以数字值将所述模拟量阈值~th3赋于每个收集像素Sn、即每个收集通道。因此，比较器51~543的各个基准输入端分别连接到四个D/A转换器57i~573的输出端。该D/A转换器57i~573经闩锁电路58连接到阈值接收端T1 (~TN)，该阈值接收端T1 (~Tn)连接到控制台3的接ロ 32。
[0079]在摄像吋，闩锁电路58将由阈值赋予器40经接ロ 31和阈值接收端T1 (~Tn)赋予的数字量的阈值咖' ~th3'闩锁，并分别输出至对应的D/A转换器57i~573。由此，D/A转换器57:~573能够将指示的模拟量阈值咖~th3作为电压量分别提供给比较器5も~543。各收集通道CNn与从D/A转换器57i (i=l~3)经比较器54i (i=l~3)到达计数器55i (i=l~3)的一条或多条电路系统相连。将该电路系统称作“鉴别电路”DSi (i=l~3)。
[0080]图5表示与该模拟量阈值也(i=l~3)相当的能量阈值THi (i=l~3)的设定例。当然，该能量阈值THi是`设定成离散形式，同时用户可任意设定可能的鉴别值。
[0081]模拟量阈值也是在各鉴别电路DSi中赋予比较器51的模拟电压，能量阈值THi是鉴别能量频谱的X射线能量(kev)的模拟值。图5示出的波形是表示从X射线管球放射的X射线能量的连续频谱的一例。还有，纵轴的计数值(计数)是与同横轴的能量值相当的光子的发生频度成比例的量，横轴的能量值是依存于X射线管21的管电压的量。对于该频谱，与能够鉴别不需要计算X射线粒子数的区域(没有对计算有意义的X射线信息并且存在电路噪音的区域)和低能量区域ERl的能量阈值THl对应地，设定第一模拟量阈值thlt)另外，将第二及第三模拟量阈值th2、th3设定为高于第一能量阈值TH1的值，并且按照第二、第三能量阈值TH2、TH3的顺序进行设定。由此，规定基于能量的频谱波形特性和设计值的合适的鉴别点，设定能量区域ER2、ER3。
[0082]另外，设想作为基准的ー个以上的拍摄对象，决定所述能量阈值THi，使得每个能量区域在规定时间的计算值大致固定。
[0083]由此，如图3所示，比较器5も~543的输出端连接到能量区域分配电路55。该能量区域区别电路55对多个比较器5A~543的输出、即与检测出的X射线粒子的能量值相当的脉冲电压与模拟量阈值(~th3)的比较结果进行解读，从而进行分配以将该能量值分类到能量区域ERl~ER3的某个区域。能量区域区别电路55向计数器56:~563的任一个发送对应鉴别结果的脉冲信号。例如，如果发生鉴别为能量区域ERl的事件，向第一段计数器56:发送脉冲信号。如果发生鉴别为能量区域ER2的事件，向第二段计数器562发送脉冲信号。关于能量区域ER3也同样。
[0084]因此，每当从能量区域分配电路55输入脉冲信号到计数器56:~564吋，计数器56:~564分别进行计数。由此，能够对鉴别到所负责的能量区域中的能量值的X射线粒子数进行计測，以作为每隔一定时间的累计值。还有，从控制台3的控制器33借助开始?结束端子T2，赋予计数器56i~563以启动和停止的信号。规定时间的计测由外部通过使用计数器自身具有的复位电路进行管理。
[0085]这样,到复位之前的一定时间内，通过多个计数器56i~563，按照姆个收集像素Sn并且按照每个能量区域计算入射到检测器12的X射线粒子数。该X射线粒子数的计数值作为数字量的计数数据从各个计数器56i~563并列输出后，通过串行转换器59转换为串行格式。该串行转换器54串联连接到余下所有收集通道的串行转换器592 ~59n。因此，所有数字量的计数数据从最后通道的串行转换器59n串行地输出，并经发送端T3发送到控制台3。在控制台3，接ロ 31接收那些计数数据并将其存储到第一存储部34。
[0086]由此，图像处理器35根据来自输入器37的操作者指令，读取存储在第一存储部34的计数数据，使用该计数数据，通过例如断层X射线摄影合成方法重建图像、例如沿着牙列的某个断面的X射线透过图像(全景图像)。从各收集像素Sn，得到多个能量区域ERl~ER3的计数数据。因此，在全景图像的重建过程中，例如能量值的计数数据越高，图像处理器35则施加越高的加权，然后相加。由此，获得按照每个收集像素Sn收集的数据。由此，由全体收集像素Sn收集的X射线扫描的数据准备齐全，因此，根据断层X射线摄影合成方法处理这些收集数据并重建全景图像。例如，该全景图像由显示器36表示。当然，也可以不施加加权重建全景图像。
[0087]还有，各种加权处理方式。如上所述，如果进行强调高能量区域计数数据的加权处理，能够抑制因射束硬化引起的伪影。另外，可以进行强调低能量区来达到改善软组织对比度的目的。为了达到抑制因射束硬化引起的伪影和改善软组织对比度的目的，可以施加同时强调该两个区域的加权。
[0088]另外，重叠的颈椎映入等前牙部阴影是牙科用全景装置难以摆脱的难题，如果在重建前牙部时施加强调高能量区域计数数据的加权，则多少可以减轻颈椎的映入。另外，同样的加权处理也可以用于减轻侧面牙齿的牙列重叠，即减轻在正交摄影过程中相反侧颚部的映入。进ー步，想要以稍好的对比度观察下颚管的情况下，通过施加强调低能量计数数据的加权进行重建，可以实现更鲜明的图像化。
[0089]还有，在本实施方式中，通过ASIC在CMOS —体构成与所述N个收集像素Sn对应的半导体元件S和数据收集电路51n。当然，该数据收集电路51n可以作为与半导体元件S群不同的电路或设备而构成。
[0090]如图6所示，控制台3具备负责信号的输入输出的接ロ(1/F)31，还具备经总线32可通信地连接到该接ロ 31的控制器33、第一存储部34、图像处理器35、显示器36、输入器37、校准运算器38、第二存储部39、R0M40和阈值赋予器41。
[0091]控制器33根据由预先提供给R0M40的程序控制机架2的驱动。该控制还包括，向X线管21提供高电压的高电压发生装置42的指令值的输出，以及向校准运算器38的驱动指令。第一存储部34存储从机架2通过接ロ 31送达的帧数据。
[0092]图像处理器35在控制器33的管理下，根据由预先提供给R0M40的程序执行各种处理。该处理包括执行基于公知的称为移位和相加(shift and add)运算法的断层X射线摄影合成方法的处理。
[0093]根据该处理，使用由检测器22输出的基于按照不同能量区域收集的X射线光子数的计数值的帧数据，制作经过被测者P 口腔部例如牙列的马蹄形断面的全景图像以作为断层图像。该马蹄形断面也是虚拟三维断面。也就是说，虽然断面本身是二维的，但该二维断面以三维地存在。
[0094]在本实施方式中，该全景图像已经在W02011013771号公报中得以公布，对沿着期望的虚拟三维断面的全景图像进行自动最佳对焦，即根据自动对焦的方法进行重建。该期望断面可以是例如预先设定在牙列的标准尺寸的断面，也可以是从该标准断面在牙列纵深方向前进或后退的位置处的断面。另外，也可以是倾斜断面。
[0095]另外，由图像处理器35执行的处理包括，获得在不同时间摄像的例如2个全景图像的经时变化信息的处理(減法处理)。
[0096]显示器36显示由断层X射线摄影合成方法制作的全景图像以及由減法处理取得的变化信息。另外，显示器36还对表示机架2的动作状况的信息以及通过输入器37提供的操作员的操作信息进行显示。输入器37用于将操作员在摄像时所需信息提供给系统。
[0097]另外，校准运算器38对通过数据收集电路向每个收集像素Sn的每个能量鉴别电路提供的用于能量鉴别的数字 量的阈值进行校准。第二存储部39对通过校准在每个收集像素和每个能量鉴别电路生成的阈值的值进行存储。
[0098]阈值赋予器41在摄像时按照每个收集像素以及每个鉴别电路调出由第二存储部39存储的数字量的阈值，将该阈值作为指令值通过接ロ 31发送到检测器22。为了执行该处理，阈值赋予器41执行预先存储于R0M40的程序。
[0099]控制器33、图像处理器35、校准运算器38以及阈值赋予器41各自具备根据所提供的程序进行驱动的CPU (中央处理装置)。那些程序事先存储在R0M40中。
[0100]接着，在本实施方式中，按照图7表示的顺序，对由图像处理器35执行的減法处理进行说明。
[0101]当前，第一存储部34中存储了在不同时间点tl、t2拍摄的虚拟三维全景图像IMa'IMb。假定该不同时间点11、t2具有例如治疗前后的2周的时间差。另外，例如图8中模式地示出的那样，全景图像IMA、IMb是沿着同一患者牙列的某个同一断面的虚拟三维图像。
[0102]此处，在图7的步骤SI中，根据图像处理器35读出那些虚拟三维全景图像頂A、頂B的数据。在步骤S2中，将该读出的全景图像IMa、IMb的数据再次投影到沿着牙列基准断层面Sref的图像上之后，展开为二维的平面图像A、B。
[0103]接着，由图像处理器35对平面图像A、B的数据进行全局配准(步骤S3)和局部配准(步骤S4)的2个阶段的配准。该配准是指利用空间变换使两个平面图像A、B的位置一致。通过该配准，平面图像A、B的图像数据转换为配准后的图像数据，并且分别转换为位置对准后的图像fa、hb。计算该配准后的图像fa、hb的差分数据(步骤S5)，同时将其显示在显示器36上(步骤S6)。根据这一系列的步骤S3-S6，将表示同一患者的颚部在时间点tl、t2之间呈现了怎样变化的经时变化信息进行图像化。[0104]以下，对步骤S3~S6的处理进行详细说明。
[0105](全局配准)
[0106]ー开始就进行精密配准在运算量和精度方面并不实用。因此，根据全局配准，首先对平面图像A、B进行粗略配准，在之后的局部配准过程中精密地使两图像的位置一致。根据处理器35，在以下的步骤SS1~S36 (參照图7)中进行全局配准。
[0107]步骤SS1:操作员使用鼠标等输入器37，分别对于步骤S3的二维平面图像A、B，绘制例如五个点(以下,称作控制点)a。(xa0, ya0)> a1 (xal, yal)> a2 (xa2, ya2)> a3 (xa3, ya3)> a4(xa4, ya4)。如图10所示，作为一例，沿着上下牙并排的弯曲部分间隔地设定该控制点。还有，图10只显示了对ー个平面图像B绘制控制点的情況，另ー个平面图像A上也同样地绘制了五个控制点。
[0108]步骤S32:接着,根据拉格朗日方程,在xa(l〈x〈xa4的范围内对连接控制点a。(xa0,Ya0Xa1 (xal，yal)、a2 (xa2，ya2)、a3 (xa3，ya3)、a4 (xa4，ya4)的曲线 C (x，y)进行运算。 [0109]步骤S33:接 着，关于平面图像fa上的各个控制点aQ~a4,以从各控制点aQ (~a4)到下一个控制点(~a4)的弯曲线段(幅)为基准值1，计算相对于基准值I的平面图像fb的伸縮率。其结果为，由于求得图12中用黒点表示的伸縮率的离散点，因此根据拉格朝日曲线对连接该离散点的曲线进行拟合。该拟合曲线中，该横轴方向的位置i表示在平面图像B的横轴(X轴)方向上的各位置(像素后)相对于平面图像A的伸縮率。因此，求出从该拟合曲线求得的横轴方向的每个伸縮率，并进行存储。
[0110]步骤S34:接着,分别计算与求得的曲线C (X, y)正交的多条法线N (X)(參照图13)。法线的长度例如为在控制点上侧具有50像素(pixel)、在下侧具有400像素。法线N(X)为:
[0111]N (X) =[f (x, y0), f (x, Y1),…，f (x, Y111^1)],
[0112]其中，y0~Ynrl:法线上的y坐标的值为xa(l〈x〈xa4。
[0113]步骤S35:接着，将求得的多条法线N (X)在横方向、即X轴方向映射为一条直线。其结果为，得到对ー个平面图像A进行全局配准后的平面图像fa (參照图14):
[0114]fa=[N (Xa0)N (xal+l)…N (xa4)]。
[0115]还有，关于另ー个平面图像B也同样地执行全局配准，同样得出平面图像fb (參照图 14)。
[0116]步骤336:进一歩，按照已求出的每个位置的伸縮率，在该横轴(X轴)方向对ー个平面图像fb进行伸縮。
[0117]步骤S37:同时也按照每个位置的伸縮率，对横轴方向伸縮后的平面图像fb在纵轴(y轴)方向进行伸縮。经过该步骤S36、S37的处理，平面图像fb得以伸缩调整，生成最終的实施了全局配准的平面图像gb (參照图14)。
[0118](局部配准)
[0119]进ー步，紧接着全局配准，执行局部配准。在全局配准后的ー个平面图像fa与带有纵横的伸缩调整的全局配准后的另ー个平面图像gb之间，执行该局部配准。由于该局部配准也是基于图像处理器35进行的，在步骤SA~S43 (參照图7)中表示其详细内容。
[0120]步骤S1:首先，图像处理器35，根据与操作员之间的交互操作，在ー个平面图像fa上区划出网目a (u, V)(例如u=l，2，…，15 ;v=l, 3, 3),将该各个网目a (u, v)作为固定ROI (感兴趣区域)进行设定的同时(參照图15)，将该ROI的特定位置作为基准点进行预先存储。例如，该基准点对于3行的ROI列，第一行的ROI为上端中央的点，第二行的ROI为ROI的中心点，以及第三行的ROI为下端中央的点的位置(參照图17 (A))。
[0121]步骤S42:接着，由图像处理器35，在设定于该平面图像gb上的捜索区域中移动的同时，反复进行零均值归一化互相关(ZNCC:Zero-mean Normalized Cross-Correlation)Rzncc以计算设定在ー个平面图像fa的各ROI与另ー个平面图像gb的哪个位置(区域)相对应(參照图16)。该零均值归ー化互相关Rzice是由下式求得的。
[0122]【数学式I】
【权利要求】
1.ー种图像处理装置，通过X射线摄影装置对被测体照射X射线，检测出表示透过该被测体的所述X射线的透过量的数据，并且得到基于该数据而制作的两个时间点的两个平面图像(A、B)之间的差异イ目息， 其特征在于，具备: 第一配准単元，根据由所述两个平面图像(A、B)中各指定位置所決定的曲线，对该两个平面图像(A、B)全体分别进行配准处理而分别制作两个平面图像(fa、gb)，所述配准处理是以使平面图像(A、B)上分別设定的所述对应点形成直线并且在水平方向上一致的方式改变该直线上的每个位置的伸縮率而进行的； 第二配准単元，搜索该另ー个平面图像(gb)，以找出构成所述第一配准単元制作的所述ー个平面图像(fa)的多个局部区域分别与所述另ー个平面图像(gb)的哪个区域相匹配，以制作对该匹配的区域图像进行重新配置而成的平面图像(hb)； 差异运算単元，对由该第二配准単元制作的平面图像(hb)与由所述第一配准単元制作的所述ー个平面图像(fa)之间的差异信息进行运算。
2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，所述第一配准単元具备: 位置指定単元，与操作者之间交互地分别在所述2个平面图像(A、B)中指定多个所述位置； 曲线确定単元，确定将通过所述位置指定単元指定的多个所述位置连结而成的所述曲线； 法线运算単元，运算出由 所述曲线确定单元确定的所述曲线上的多个位置处的、与该曲线正交的多条法线； 直线化单元，将由所述法线运算单元运算的所述多条法线在改变伸缩率的同时，排列在直线上。
3.根据权利要求1或2所述的图像处理装置，其特征在干， 所述第一配准単元包括缩放单元，所述缩放単元进行缩放，使所述两个平面图像(fa、fb)中的ー个平面图像(fb)横轴方向的每个位置处的纵轴方向上的大小、与另ー个平面图像(fa)横轴方向的每个位置处的纵轴方向上的大小一致，从而得到纵轴方向的大小经过调整的所述另ー个平面图像(gb)。
4.根据权利要求1~3的任ー项所述的图像处理装置，其特征在干， 所述第二配准単元使用像素尺寸各异的多种ROI (感兴趣区域)，依次对所述ー个平面图像(fa)进行分割，并按照由该ROI分割的每个区域且按照该ROI的每个种类进行捜索，以找出该ー个平面图像(fa)上的该多种ROI与所述另ー个平面图像(gb)上的哪个局部部分匹配。
5.根据权利要求1~4的任ー项所述的图像处理装置，其特征在干， 具备第一显示单元，将由所述差异运算单元运算出的所述差异信息显示在显示器上。
6.根据权利要求1~5的任ー项所述的图像处理装置，其特征在于，具备: 差异信息转换单元，将由所述差异运算单元运算出的所述差异信息，转换到由所述第一配准単元配准前的平面图像(A、B)所具有的坐标系中； 第二显示单元，将由该差异信息转换单元转换后的所述差异信息显示到所述显示器上。
7.根据权利要求6所述的图像处理装置，其特征在干， 所述第二显示单元以与所述两个平面图像(A、B)的任一方或双方重叠的方式显示到所述显示器。
8.根据权利要求1~7的任ー项所述的图像处理装置，其特征在于，所述X射线摄影装置具备: 放射线放出源，放出所述X射线； X射线检测器，当所述X射线入射吋，以帧单位输出与该X射线相应的数字电量的二维数据； 移动单元，使所述X射线放出源与所述X射线检测器的配对、所述X射线检测器、或对象物的任一方相对另一方移动； 数据收集単元，当通过所述移动单元使所述X射线放出源与所述X射线检测器的配对、所述X射线检测器、或对象物的任一方相对另一方移动时，以帧单位收集由所述X射线检测器输出的所述数据； 图像制作単元，使用通过所述数据收集单元于所述两个时间点在同一对象的同一摄像部位收集的所述数据，对所述对象物的摄像部位的焦点进行最佳化，并且根据反映该摄像部位的实际位置和形状的三维最佳焦点图像，分别制作所述两个时间点的关于所期望的同一断面的所述平面图像。
9.根据权利要求1~8的任ー项所述的图像处理装置，其特征在干， 所述X射线检测器是光子计数型检测器，所述光子计数型检测器将所述X射线的能量按照预先设定的多个能量区域`且将该X射线作为粒子进行检測。
10.ー种图像处理方法，通过X射线摄影装置对被测体照射X射线，检测出表示透过该被测体的所述X射线的透过量的数据，并且得到基于该数据而制作的两个时间点的两个平面图像(A、B)之间的差异信息， 其特征在干， 根据由所述两个平面图像(A、B)中各指定位置所決定的曲线，对该两个平面图像A、B全体各自进行配准处理而分别制作两个平面图像(fa、gb)，所述配准处理是以使平面图像(A、B)上分別设定的所述对应点形成直线并且在水平方向上一致的方式改变该直线上的每个位置的伸縮率而进行的； 搜索该另ー个平面图像(gb)，以找出构成所述ー个平面图像(fa)的多个局部区域分别与所述另ー个平面图像(gb)的哪个区域相匹配，以制作对该匹配的区域图像进行重新配置而成的平面图像(hb)； 对制作的所述平面图像(hb)与制作的所述ー个平面图像(fa)之间的差异信息进行运算； 提不所述差异"[目息。
【文档编号】A61B6/14GK103607951SQ201280022281
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2011年9月28日
【发明者】尾川浩一, 胜又明敏, 山河勉, 长冈秀行, 长野竜也 申请人:株式会社电视系统