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技術 画像処理装置、画像処理方法、およびプログラム

出願人 キヤノン株式会社
発明者 北脇晴之三浦尚子
出願日 2015年1月15日 (5年11ヶ月経過) 出願番号 2015-006108
公開日 2016年7月25日 (4年4ヶ月経過) 公開番号 2016-131579
状態 特許登録済
技術分野 放射線診断機器
主要キーワード 分割個数 正規化項 逐次近似法 撮像不可 分割形状 積算分布 画像再構成処理装置 投影線
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年7月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (11)

課題

逐次近似法における繰り返し演算を効率的に行う。

解決手段

投影された放射線により検出された画像データから、複数の演算ユニットを用いて再構成画像を生成する画像処理装置は、該画像データに基づいて放射線の積算分布を取得し、該積算分布において、被写体を撮像可能な領域を特定し、該特定された前記撮像可能な領域のうち、複数の演算ユニットそれぞれへの割り当て領域を決定し、該決定された割り当て領域それぞれに対して複数の演算ユニットそれぞれに再構成処理を行わせ、再構成画像を生成する。

概要

背景

医用画像を形成するために用いる画像再構成処理は、大きく解析的手法と逐次近似法に分けられる。このうち、逐次近似法は、繰り返し演算を行い、推定により撮影画像再構成する方法である。この繰り返し演算は、大きく分けて、順投影演算逆投影演算画像更新演算から成り、計算負荷が高いため、複数の演算ユニットを用いた並列処理が行われることがある。複数の演算ユニットを用いて並列処理を行う場合、入力された画像データ(ボリュームデータ)は、先だって分割される。

従来、複数の演算ユニットを用いた並列処理の方法として、演算ユニットの個数に応じて分割数を決定する方法が知られている(特許文献1)。この方法は、単純に演算ユニットの個数と同じ個数に、画像データを分割する。また、画像データの分割個数を演算ユニット数より多くしておき、処理が終了した演算ユニットに残りの分割された画像データを逐次割り当てる方法もあった(特許文献1)。

概要

逐次近似法における繰り返し演算を効率的に行う。投影された放射線により検出された画像データから、複数の演算ユニットを用いて再構成画像を生成する画像処理装置は、該画像データに基づいて放射線の積算分布を取得し、該積算分布において、被写体を撮像可能な領域を特定し、該特定された前記撮像可能な領域のうち、複数の演算ユニットそれぞれへの割り当て領域を決定し、該決定された割り当て領域それぞれに対して複数の演算ユニットそれぞれに再構成処理を行わせ、再構成画像を生成する。

目的

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、逐次近似法における繰り返し演算を効率的に行うことを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

投影された放射線により検出された画像データから、複数の演算ユニットを用いて再構成画像を生成する画像処理装置であって、前記画像データに基づいて前記放射線の積算分布を取得する取得手段と、前記取得手段により取得された前記積算分布において、被写体を撮像可能な領域を特定する特定手段と、前記特定手段により特定された前記撮像可能な領域のうち、前記複数の演算ユニットそれぞれへの割り当て領域を決定する決定手段と、前記決定手段により決定された前記割り当て領域それぞれに対して前記複数の演算ユニットそれぞれに再構成処理を行わせ、前記再構成画像を生成する再構成処理手段と、を有することを特徴とする画像処理装置。

請求項2

前記特定手段は、前記取得手段により取得された前記積算分布において、放射線の量が所定の量以上の範囲を、前記撮像可能な領域として特定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。

請求項3

前記決定手段は、前記複数の演算ユニットそれぞれの性能に基づいて、前記割り当て領域を決定することを特徴とする請求項1または2に記載の画像処理装置。

請求項4

前記決定手段は、前記複数の演算ユニットそれぞれの性能を取得し、該性能が同一か否かを判定することを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。

請求項5

前記複数の演算ユニットの性能が同一であると判定された場合、前記決定手段は、前記割り当て領域の画素数が均等になるように、前記割り当て領域を決定することを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。

請求項6

前記複数の演算ユニットの性能が同一ではないと判定された場合、前記決定手段は、前記複数の演算ユニットそれぞれの性能に比例した割合になるように、前記割り当て領域を決定することを特徴とする請求項4または5に記載の画像処理装置。

請求項7

前記複数の演算ユニットのいずれか演算ユニットの性能が取得されなかった場合、前記決定手段は、前記性能が取得されなかった演算ユニットの性能を測定することを特徴とする請求項4から6のいずれか1項に記載の画像処理装置。

請求項8

前記性能は、所定の演算を行う処理時間であることを特徴とする請求項3から7のいずれか1項に記載の画像処理装置。

請求項9

放射線を発生し放射する発生手段と前記発生手段により放射された放射線を検出する検出手段と、前記発生手段と検出手段を回転させる回転手段とを更に有し、前記取得手段は、前記発生手段、前記検出手段、前記回転手段の構成態様に基づいて、前記積算分布を取得することを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の画像処理装置。

請求項10

前記発生手段は管球であることを特徴とする請求項9に記載の画像処理装置。

請求項11

前記取得手段は、前記積算分布を外部の装置から取得することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の画像処理装置。

請求項12

投影された放射線により検出された画像データから、複数の演算ユニットを用いて再構成画像を生成する画像処理方法であって、前記画像データに基づいて前記放射線の積算分布を取得する取得工程と、前記取得工程において取得された前記積算分布において、被写体を撮像可能な領域を特定する特定工程と、前記特定工程において特定された前記撮像可能な領域のうち、前記複数の演算ユニットそれぞれへの割り当て領域を決定する決定工程と、前記決定工程において決定された前記割り当て領域それぞれに対して前記複数の演算ユニットそれぞれに再構成処理を行わせ、前記再構成画像を生成する再構成処理工程と、を有することを特徴とする画像処理方法。

請求項13

請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の画像処理装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム

技術分野

0001

本発明は、被写体内断層画像を形成する画像処理装置画像再構成技術に関する。

背景技術

0002

医用画像を形成するために用いる画像再構成処理は、大きく解析的手法と逐次近似法に分けられる。このうち、逐次近似法は、繰り返し演算を行い、推定により撮影画像再構成する方法である。この繰り返し演算は、大きく分けて、順投影演算逆投影演算画像更新演算から成り、計算負荷が高いため、複数の演算ユニットを用いた並列処理が行われることがある。複数の演算ユニットを用いて並列処理を行う場合、入力された画像データ(ボリュームデータ)は、先だって分割される。

0003

従来、複数の演算ユニットを用いた並列処理の方法として、演算ユニットの個数に応じて分割数を決定する方法が知られている(特許文献1)。この方法は、単純に演算ユニットの個数と同じ個数に、画像データを分割する。また、画像データの分割個数を演算ユニット数より多くしておき、処理が終了した演算ユニットに残りの分割された画像データを逐次割り当てる方法もあった(特許文献1)。

先行技術

0004

特開2011−72827号公報

発明が解決しようとする課題

0005

逐次近似法における繰り返し演算における複数の演算ユニットを用いた並列処理では、画像データの分割サイズにより、各演算ユニットでの計算時間が決定される。繰り返し演算は、各演算ユニットの計算結果が揃ってから行う処理を含むため、全体の計算時間は、各演算ユニットの計算のうち最も長い時間に影響される。各演算ユニットの負荷(処理時間)が均等になるように画像データの分割サイズを決定すると、全体の計算時間は短くなる。しかしながら、従来技術では、このようなことは考慮されていなかった。

0006

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、逐次近似法における繰り返し演算を効率的に行うことを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成するための一手段として、本発明の画像処理装置は以下の構成を有する。すなわち、投影された放射線により検出された画像データから、複数の演算ユニットを用いて再構成画像を生成する画像処理装置であって、前記画像データに基づいて前記放射線の積算分布を取得する取得手段と、前記取得手段により取得された前記積算分布において、被写体を撮像可能な領域を特定する特定手段と、前記特定手段により特定された前記撮像可能な領域のうち、前記複数の演算ユニットそれぞれへの割り当て領域を決定する決定手段と、前記決定手段により決定された前記割り当て領域それぞれに対して前記複数の演算ユニットそれぞれに再構成処理を行わせ、前記再構成画像を生成する生成手段と、を有する。

発明の効果

0008

本発明によれば、逐次近似法における繰り返し演算を効率的に行うことが可能となる。

図面の簡単な説明

0009

画像再構成処理装置101の構成を示すブロック図。
X線CT装置の一例の構成を示す図。
実施形態1における画像再構成処理を示すフローチャート
実施形態1における分割決定部105の処理を示すフローチャート。
積算分布の平面図の例。
積算分布の立体図の例。
積算分布の分割例。
実施形態2における分割決定部105の処理を示すフローチャート。
演算ユニットの型番リストの例を示す図。
演算ユニットの性能を記録したリストの例を示す図。

実施例

0010

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は本発明を限定するものではなく、また、本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。なお、同一の構成については、同じ符号を付して説明する。

0011

[実施形態1]
図1は、実施形態1における画像再構成処理装置101の構成を示すブロック図である。画像入力部102は、CT(Computed Tomography)等のモダリティ検出器から作成した画像データを入力として受け取る。データ取得部103は、入力された画像データに基づいて、放射線の積算分布を取得する。データ格納部104は、データ取得部103により取得された積算分布を格納する。

0012

本実施形態では、データ取得部103により取得された積算分布が、後段演算処理の負荷と同等と見なせることを利用する。分割決定部105は、データ取得部103により取得された積算分布のデータに基づいて、画像データを演算ユニット108から110に割り振るために、画像データをどのくらいのサイズで分割すればよいかを決定する。すなわち、分割決定部105は、データ取得部103により取得された積算分布の領域を、演算ユニット108から110へどのくらいのサイズで割り当てるか(割り当て領域)を決定する。再構成処理部106は、分割決定部105で決定された割り当て領域に従って、積算分布の領域を分割する。さらに再構成処理部106は、各割り当て領域に対応する分割画像データに対する再構成処理を、演算ユニット108から110に行わせ、さらにその結果を回収することにより、画像再構成処理を行い、再構成画像を生成する。画像出力部107は、再構成処理部106で生成された画像を、モニタストレージ等に出力する。

0013

演算ユニット108、109、110は、GPU(Graphic Processing Unit)やマルチコアCPU(Central Processing Unit)といった、並列処理に優れた演算ユニットである。本実施形態では、演算ユニット108、109、110の性能は同一とする。なお、図1には、演算ユニットは3つ示したが、特定の数に限定されない。

0014

図2(a)は、本実施形態の画像再構成処理装置101を含んだ、画像処理装置としてのX線CT装置の一例である。管球201は、X線放射(発生)する。検出器202は、管球201から放射されたX線を検出する。管球201と検出器202の間に、撮影対象(被写体)が設置される。管球201と検出器202は、回転軸203に沿って回転し、撮影対象を撮影する。ケーブル204は、検出器202で検出されたX線の線量のデータを送信する媒体である。本実施形態では、検出器202が画像データを生成し、生成した画像データを画像再構成処理装置101へ送信する場合を想定するが、検出器202以外の装置が画像データを生成して送信してもよい。

0015

なお、図2(b)に、X線CT装置の別の例を示す。図2(a)では、管球201の位置は検出器202の一辺垂直線上にあったが、図2(b)に示すように、管球205は検出器202の中央に位置してもよい。また、検出器202がX線を検出可能であれば、管球201および回転軸203の位置は特定の位置に限定されない。

0016

次に、本実施形態における画像再構成処理について説明する。本実施形態では、逐次近似法のうち、医用で代表的に用いられる、最尤推定による方法(MLEM法等)を用いる。図3は、本実施形態における画像再構成処理を示すフローチャートである。図1の画像入力部102より、画像データが入力されることで図3のフローは開始される。

0017

テップS301にて処理が開始後、ステップS302においてデータ取得部103が正規化項を計算等により取得する。データ取得部103は、取得した正規化項をデータ格納部104に格納する。ステップS303より、逐次的に計算するためのループが開始される。ここで、分割決定部105は、後段の並列処理のための画像データの分割サイズを決定し、再構成処理部106は、決定された分割サイズに従って、画像データを分割する。次に、演算ユニット108は、順投影演算(ステップS304)、逆投影演算(ステップS305)、画像更新演算(ステップS306)を実施する。順投影計算は、投影線上の画素値合計値を求める計算であり、逆投影計算は、投影値画素に足し合わせて画素値を求める計算である。演算ユニット109、110も演算ユニット108と同様の演算を実施する。演算ユニット108による演算(ステップS304からS306)、演算ユニット109による演算(ステップS307からS309)、演算ユニット110による演算(ステップS310からS312)は並列に実施される。

0018

演算ユニット108、109、110による演算が終了すると、ステップS313でループが終了する。ループ終了後、画像出力部107は、処理結果となる画像(再構成画像)を出力する。次に、再構成処理部106もしくは不図示の制御部は、ステップS314で繰り返し演算終了を判定する。YESで終了と判定されれば(S314のYES)、処理はステップS315に遷移し、終了する。NOであり繰り返し演算を終了しないと判定されると(S314のNO)、処理はステップS303に戻る。

0019

ここでステップS303からステップS313に至る並列処理において、演算ユニット108、109、110による演算処理にかかる時間が同じである場合、ステップS313において処理の終了を待つ時間がなくなる。逆に、演算ユニット108、109、110による演算処理にかかる時間が異なる場合、ステップS313において、演算ユニット108、109、110のうちのいずれかの演算ユニットによる演算処理が終了するのを待たないとならない。したがって、並列処理の各処理時間ができるだけ等しくなるように処理対象のデータを分割することが重要である。

0020

次に、本実施形態の分割決定部105の処理を説明する。図4は、分割決定部105の処理を示すフローチャートである。ステップS401にて処理が開始後、ステップS402において、予め測定された画像再構成処理装置101の構成パラメータが、ユーザまたは不図示の測定部から、分割決定部105に入力される。構成パラメータは、図2の管球201、検出器202、回転軸203の構成態様(配置、距離等)である。図3では、管球205、検出器202、回転軸203の構成態様に拠る。

0021

ステップS403において、データ取得部103は、投影線の積算分布を計算等により取得する。逆投影演算での計算負荷は、各画素に対して演算しなければならない投影線の量に応じて決定される。よって、各演算ユニット108〜110の性能が同一であると仮定すると、分割決定部105は、各画素を通過する投影線数の合計が等分になるように、演算ユニットへの割り当て領域を決定すべきである。ステップS403は、この投影線の量を測るための処理である。図5は、図2(a)で示した構成の場合の、XY平面およびYZ平面の積算分布の例である。また、図6は、図5で示した平面画像立体的にした図である。図5および図6において、より明るい画素(部分)は、より多くの投影線が通過したことを示す。

0022

ステップS404において、分割決定部105は、ステップS403において計算した投影線の積算分布から、撮像不可領域を除外する。撮像不可領域とは、投影線の量が足りず、後段の再構成処理部106で撮像を構成することが不可能となる領域である。図6において撮像不可領域は、図6(a)XY平面図で円の縁のように見え個所から外側の黒い個所、図6(b)YZ平面図において、右側を凸とした五角形の個所以外の個所である。分割決定部105は、投影線の積算分布から、放射線量が所定の量未満である、このような撮像不可領域を除外する。すなわち、分割決定部105は、投影線の積算分布において所定の量以上の放射線(投影線)を得られる範囲である撮像可能な領域を特定する。これにより、画像再構成処理において、計算対象を減ずることができ、画像再構成処理全体の処理時間の削減を実現することが可能となる。

0023

ステップS405において、分割決定部105は、ステップS404で除外した後の積算分布(以下、除外済積算分布)のうち、演算ユニット108〜110それぞれへの割り当て領域を決定する。本実施形態では、後段の処理で用いる演算ユニット108〜110の性能が同一であると仮定しているため、分割決定部105は、除外済積算分布内の画素数が均等になるように割り当て領域を決定する。この決定方法により、繰り返し演算の計算量がほぼ均等になり、後段の各演算ユニット108〜110における処理時間がほぼ等しくなる。

0024

図7に、画素数が均等になるように除外済積算分布を3分割した例を示す。図7において、破線は分割した線を示す。ここで分割した線は単純に図6で示した、撮像できる領域を体積比で3分割した線ではなく、3分割後の各領域の各画素を通過する投影線数の合計が同じになるように分割した線である。なお、図7では横方向に分割しているが、画素数が均等になるように分割するのならば、縦方向、放射状等、分割形状に拠らない。ステップS406に遷移して終了する。

0025

以上説明したように、本実施形態によれば、画像再構成の繰り返し処理を並列に処理する際、積算分布中の撮像可能領域を、各演算ユニットの処理時間が均等になるように分割する。これにより、各演算ユニットの処理時間の差がほぼ無くなり、図3のS301からS315までに示した画像再構成処理全体の処理時間が短縮される。

0026

また、本実施形態では、画像再構成処理の前に、分割決定部105は、積算分布を計算したが、計算するタイミングはこれに限定されない。積算分布の計算は図2(a)および図2(b)で示したような、管球201および205、検出器202、回転軸203といった構成により決定される。X線CT装置の構成が決定していれば、不図示の外部装置が、図4に示したフローの前に積算分布を計算しておき、その結果を用いて問題ない。その場合、画像再構成処理装置101内で積算分布の計算を行う必要はなく、積算分布の結果を画像再構成処理装置101内の不図示のメモリに記録しておき、それを分割決定部105で参照できれば問題ない。このような処理によれば、より高速化された演算処理が可能となる。

0027

なお、本実施形態ではX線CT(Computed Tomography)装置を例に挙げた。それ以外にもPET(Positron Emission Tomography)装置、SPECT(Single Photon Emission CT)装置などの画像再構成を行う装置にも適用可能である。

0028

[実施形態2]
実施形態1では、積算分布を計算し、複数の演算ユニットが同一の性能なので積算分布の画素数が均等になるように分割する方法について説明した。本実施形態では、演算ユニットの性能が異なる場合について説明する。

0029

図8は、実施形態2における、複数の異なる性能の演算ユニットに対し画像を分割するフローである。なお、複数の演算ユニットによる再構成処理、つまり図3のS304以降、および図1の画像入力部102までと再構成処理部106以降の処理は、実施形態1と同一であるため説明を省略し、実施形態1と異なる点を中心に説明する。

0030

ステップS801にて処理が開始後、ステップS802において、分割決定部105は、演算ユニット108、109、110の型番を取得する。本実施形態では、分割決定部105は、演算ユニット108、109、110に対して問い合わせの命令発行し、その返答を取得する。ステップS803において、分割決定部105は、取得した型番が型番リストにあるか判定する。取得した型番が型番リストにある場合(S903のYES)、処理はステップS805に遷移する。取得した型番が型番リストにない場合(S903のNO)、処理はステップS804に遷移する。

0031

図10は、本実施形態における型番リストの例である。図10の型番リストでは、型番1001の列、処理時間1002の列の2列がある。型番1001の列には画像再構成処理装置101で実装される可能性のある演算ユニットの型番が、処理時間1002の列には各演算ユニットでの処理時間が予め記録されている。例えばステップS802において取得した型番を「GPU_GT100_16G」、「GPU_AT200_4G」、「GPU_GT200_8G」の3つであったとする。ステップS803において、各型番に対応する項目図10にあるため、処理はステップS803からS805に遷移することとなる。もしステップS802において取得した型番が、図10の型番リストに無い場合や、ステップS802で型番を取得できなかった場合、処理はS804に遷移することとなる。

0032

ステップS804において、分割決定部105は、演算ユニットの性能を計測する。分割決定部105が、例えば、プログラム計算し処理時間を記録する。ここでプログラムは演算ユニットの性能を測るためのものであり、図10で挙げた型番リスト内の処理時間を計測した際に使用したプログラムと同じものが望ましい。図9に、ステップS804を実行した結果の例を挙げる。図9では、画像再構成処理装置101に搭載されている演算ユニットとその処理時間が記録される。演算ユニット名901の列は、画像再構成処理装置101に搭載されているOS(オペレーティングシステム)が認識した、演算ユニットの名称を記録する列である。型番902の列は、問い合わせにより取得した演算ユニットの型番である。処理時間903の列は、各演算ユニットで性能を計測するプログラムを実行したときの結果である。本実施形態では単位をms(ミリ秒)としたが、他の単位でも問題ない。なお、本実施形態では、分割決定部105が演算ユニットの性能を取得する処理を行ったが、データ取得部103がこの処理を行ってもよい。

0033

ステップS805において、分割決定部105は、各演算ユニットでの処理が均等な処理時間となるように、割り当て領域を決定する。例えば図9に示した演算ユニットを用いる場合、演算ユニットA904、演算ユニットB905、演算ユニットC906の処理時間の比は10:40:20となるため、性能比は、逆数となり4:1:2となる。よって、分割決定部105は、積算分布の領域の7分の4を演算ユニットA904に、7分の1を演算ユニットB905に、7分の2を演算ユニットCに割り振れば均等な処理時間となる。言い換えると、分割決定部105は、積算分布の領域を、演算ユニットA〜Cそれぞれの性能に比例した割合になるように割り振る。

0034

以上説明したように、本実施形態によれば、各演算ユニットの性能が異なる場合でも、繰り返し演算の時間を均等にし、トータル演算時間を短縮することができる。

0035

[その他の実施形態]
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。

0036

101画像再構成処理装置、 102画像入力部、 103データ取得部、 104データ格納部、 105 分割決定部、 106再構成処理部、 107画像出力部、 108,109,110演算ユニット、 201,205管球、 202検出器、 203回転軸、 204 ケーブル

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