CN101404937A - 放射线图像处理方法、放射线图像处理装置以及放射线图像摄影系统 - Google Patents

放射线图像处理方法、放射线图像处理装置以及放射线图像摄影系统 Download PDF

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CN101404937A CN200780009768.3A CN200780009768A CN101404937A CN 101404937 A CN101404937 A CN 101404937A CN 200780009768 A CN200780009768 A CN 200780009768A CN 101404937 A CN101404937 A CN 101404937A
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Abstract

本发明提供一种放射线图像处理方法、放射线图像处理装置以及放射线图像摄影系统，其中，实现了即使是微少的观察对象物，也能够得到可视性高的放射线图像数据。为此，本发明的特征在于，对照射20keV的放射线时放射线吸收率为0.0025％以上、2.5％以下的被摄物体照射放射线，对由此得到的放射线图像数据实施灰度处理，其中采用γ值G为20以上、30以下的灰度曲线；且实施反转处理，使得观察时放射线透过量大的部位被用低浓度或高辉度显示，放射线透过量小的部位被用高浓度或低辉度显示。

Description

放射线图像处理方法、放射线图像处理装置以及放射线图像摄影系统
技术领域
本发明涉及放射线图像处理方法、放射线图像处理装置以及放射线图像摄影系统。
背景技术
以X射线为代表的放射线照片在医疗中被广泛使用，为了早期发现以癌为首的各种疾病等，能够确切发现微细异常的技术被开发。
例如在专利文献1中，建议了一种通过将X射线(放射线)透过量少的部分显示为低辉度或高浓度的图像，使得视觉上病巢的发现变得容易的方案。
还有例如像专利文献2～4中记载的，将相位衬摄影所得的X射线图像用于医疗的技术被开发。根据该技术，利用相位衬图像的特征、即增强观察对象物与背景的境界，即使在观察对象物与背景之间的X射线吸收率的差为较小的情况时，也能够检出观察对象物。
专利文献1：特表2005-509472号公报
专利文献2：特开2001-91479号公报
专利文献3：特开2001-299733号公报
专利文献4：特开2001-311701号公报
发明内容
发明欲解决的课题
近年来，针对进入人体的石棉引起尘肺和中皮腥等重度疾病，人们正在探讨其对策，现在，认为还没有一种手段能够就此检出进入到了人体中的石棉。因此，所试行的检查是摘取患者的肺等内脏器官进行化学处理，从所得到的试料的光学显微镜图像来诊断人体内有无石棉。
然而，作为石棉被检出的石棉小体或纤维束都很微细，直径一般在50μm以下，其中也有在10μm以下的，且数量非常少，所以，在光学显微镜中检出石棉需要花费很多劳力和时间，再则检出本身是一个非常难的检查。另外，因为微细所以X射线的吸收能低，假设即使是在X射线图像中检测到，也由于观察对象物的石棉与背景的周围组织之间的浓度差不太大而难以进行图像化以便使得能够从背景识别石棉。另外，即使是能够图像化，大多数场合也由于背景中出现的噪声而医生不能进行观察(诊断)。因此，现状是没有确切的石棉检出技术。
专利文献1中公开的反转处理，虽然是提高可视性的技术，但是，在没有充分得到观察对象物与背景的浓淡差的放射线图像中，可视性的提高不充分。
还有专利文献2～4等采用了以往相位衬摄影的技术，但也由于背景中出现的噪声而难以做出与观察对象物之间的判别，对于确切地检出石棉来说也不充分。
因此，本发明的目的在于，提供一种放射线图像处理方法、放射线图像处理装置以及放射线图像摄影系统，其中，实现了能够检出像进入到人体中的石棉那样的微少的观察对象物。
用来解决课题的手段
本发明对与背景之间难以得到对比度的观察物，实现了能够得到充分的对比度，所以，实现了能够检出像石棉那样的直径为0.05～50μm左右的微细观察物。
本发明中，照射20keV放射线时的观察对象物的放射线吸收率在0.0025％以上、2.5％以下。
本发明中，对这种放射线吸收率低的观察对象物进行灰度处理，灰度处理采用γ值G为20以上、30以下的灰度曲线。
并且在本发明中，在观察时实施反转处理，实现用低辉度或高浓度显示放射线透过量大的部位，放射线透过量小的部位成为高辉度或低浓度。
具体的是通过下述发明达成上述目的。
1.一种放射线图像处理方法，其特征在于，
对照射20keV的放射线时放射线吸收率为0.0025％以上、2.5％以下的被摄物体照射放射线所得到的放射线图像数据，
实施灰度处理，其中采用γ值G为20以上、30以下的灰度曲线，
实施反转处理，使得观察时放射线透过量大的部位被用低浓度或高辉度显示，放射线透过量小的部位被用高浓度或低辉度显示。
2.上述1中记载的放射线图像处理方法，其特征在于，指定所述放射线图像数据中的兴趣区域，对所述兴趣区域实施所述灰度处理以及所述反转处理。
3.上述1或2中记载的放射线图像处理方法，其特征在于，所述放射线图像数据，是通过采用焦点径D(μm)(以1≤D≤30)的放射线源和检出透过所述被摄物体之放射线的放射线检测器，进行放大率M(以从所述放射线源的焦点到所述被摄物体的距离为R1，从所述放射线源的焦点到所述放射线检测器的距离为R3时，放大率M＝R3/R1，以10≤M≤40)的相位衬摄影所得到的放射线图像数据。
4.上述1至3的任何一项中记载的放射线图像处理方法，其特征在于，所述被摄物体是放射线透过方向的直径为0.05～50μm的石棉。
5.一种对检测透过被摄物体的放射线所得到的放射线图像数据施行图像处理的放射线图像处理装置，其特征在于，包括：
灰度处理手段，对照射20keV的放射线时放射线吸收率为0.0025％以上、2.5％以下的被摄物体照射放射线所得到的放射线图像数据实施灰度处理，灰度处理采用γ值G为20以上、30以下的灰度曲线；
反转处理手段，实施反转处理，实现观察时放射线透过量大的部位被用低浓度或高辉度显示，放射线透过量小的部位成为高浓度或低辉度。
6.上述5中记载的放射线图像处理装置，其特征在于，具有指定所述放射线图像数据中的兴趣区域的兴趣区域指定手段，对通过该兴趣区域指定手段而被指定的所述兴趣区域的所述放射线图像数据，施行由所述灰度处理手段所作的灰度处理以及由所述反转处理手段所作的所述反转处理。
7.一种放射线图像摄影系统，其特征在于，备有：
摄影装置，备有焦点径D(μm)(以1≤D≤30)的放射线源和检出透过所述被摄物体的放射线的放射线检测器，对被摄物体进行放大率M(以从所述放射线源的焦点到所述被摄物体的距离为R1，从所述放射线源的焦点到所述放射线检测器的距离为R3时，放大率M＝R3/R1，以10≤M≤40)的相位衬摄影；
上述5或6中记载的放射线图像处理装置。
8.上述7中记载的放射线图像摄影系统，其特征在于，从所述放射线源的焦点到所述放射线检测器的距离R3(m)为1≤R3≤4。
9.上述7或8中记载的放射线图像摄影系统，其特征在于，所述被摄物体是放射线透过方向的直径为0.05～50μm的石棉。
发明的效果
根据本发明，即使是在观察对象物与背景之间不大有浓度差时，也能够生成能够确切地检出观察对象物的放射线图像数据，所以，提供了极其有用的诊断支援技术。
附图说明
图1：本发明的实施方式涉及的X射线图像摄影系统的方框图。
图2：本发明的实施方式中的X射线图像摄影装置的构成示意图。
图3：相位衬摄影的说明图。
图4：相位衬效果(边缘效果)的说明图。
图5：边缘效果中的边缘强度与模糊的关系示意图。
图6：相位衬效果中产生模糊情况的说明图。
图7：PCR图像处理手段中实行的图像处理经过的一例流程示意。
图8：本实施方式涉及的灰度变换处理中使用的基本LUT一例示意图。
图9：本实施方式涉及的灰度变换处理中的信号值的对应关系示意图。
图10：反转处理的说明图。
图11：显示装置中的显示画面一例示意图。
符号说明
1   X射线摄影装置
2   控制部
11  CPU
12  图像处理手段
13  PCR图像处理手段
14  通常图像处理手段
30  X线源
40  X射线检测器
W   被摄物体
具体实施方式
对本发明涉及的实施方式中作为被摄物体的石棉作说明。以下说明中，以X射线作为放射线的代表举例进行说明，但也可以采用其他放射线，例如γ线等。
人体的组成成分主要是C、H、O、Ca等元素，而石棉主要由Si、O、Fe、Mg等元素构成。各种构成元素与其X射线吸收率(质量吸收系数)的关系如下表1。后面叙述的线吸收系数是质量吸收系数乘上其物质密度。
【表1】
元素   X射线吸收率(cm2/g)
  C   5.17×10-2
  H   6.13×10-5
  Ca   3.792
  N   9.40×10-2
  0   0.1585
  Si   1.141
  Mg   0.6916
  Fe   7.631
石棉被从口吸入存在于肺泡中的情况较多。肺泡的构成元素主要是C、H、O、N等，与石棉的主要成分Si的X射线吸收率相比，其差在10倍以上。因此，同一X射线量照射到人体时，到达X射线检测器的X射线量的差也大，其X射线图像数据上的对比度(浓度差)也大。
在对胸部进行摄影所得到的X射线图像数据中，为了使得X射线吸收率差大的骨部与肺泡或肺血管成为同时容易读影的浓度而进行X射线图像数据上的灰度特性调整。但是，在进行了如此调整的灰度特性下，因为作为石棉被检出的石棉小体或纤维束的直径一般在50μm以下，其中甚至有微细于10μm以下的，所以X射线的吸收率低，在石棉和肺泡组织那样到达的X射线量的差比较小的图像部分中，得不到充分的对比度，不能判别石棉和肺泡的境界部分。
因此，本实施方式中，为了得到能够看清微小石棉的X射线图像数据，控制用于摄影的X射线管的焦点径和放大率，进行放大摄影，对放大摄影得到的数字X射线图像数据，施行作为相应于石棉检出的数字处理来说，是最合适的图像处理的灰度处理以及反转处理，通过上述图像处理，生成石棉可视性高的X射线图像数据。
作为观察物的石棉，优选X射线透过方向的直径在0.05μm以上、50μm以下。较优选在0.1μm以上、50μm以下，更优选在1μm以上、10μm以下。直径的下限根据X射线检测器的分辨力决定，直径的上限根据在得到的X射线图像数据上的观察对象物与背景的对比度中，观察对象物的信号在高信号值一侧至低信号值一侧不饱和之程度来定出。
在此对X射线吸收率进行说明。本发明中，以照射20keV的X射线(放射线)时观察对象物的X射线吸收率在0.0025％以上、2.5％以下。优选X射线的吸收率在0.05％以上、0.5％以下。比较优选是照射20keV的X射线(放射线)时、石棉的主要成分SiO2的直径为0.05～50μm时的吸收率。
X射线的吸收率实际上可以用数字X射线检测器的信号值近似确认。作为例子，在此以数字X射线检测器的入射X射线量和输出的信号值为线性关系(例如，平面图像检测器(Flat Panel Detector：FPD)等)进行思考。所谓线性，也就是说如果某一X射线量入射时的信号值为1的话，那么其10倍的X射线量入射时的信号值为10。
例如，作为被摄物体，设想人体肉体组织1mm(0.1cm)厚的水和石棉10μm(0.001cm)的SiO2，考虑分别对它们照射X射线时的线吸收率。有关20keV中的线减弱系数μ，水是1/cm，SiO2是5/cm。
X射线透过量T用下式(A)表示。
T＝exp(-μX)…(A)
其中，μ是线减弱系数，X是厚度。吸收率用1-透过量T来表示。
被摄物体厚分别为0.1cm、0.001cm，所以，透过水的X射线量为90.5％、即吸收率为9.5％，透过SiO2的X射线量为99.5％、即吸收率为0.5％。
在此若采用上述数字X射线检测器，对没有被摄物体的地方照射X射线，如果能够得到信号值1000，那么有水的地方则能够得到信号值905，有SiO2的地方则能够得到信号值995。另外，对没有被摄物体的地方照射十倍的X射线，如果能够得到信号值“10000”，那么有水的地方则能够得到信号值9050，有SiO2的地方则能够得到信号值9950。
如上所述，只要知道被摄物体的物质和厚度(石棉等纤维状的物体则为直径等)，采用数字X射线检测器，从得到的信号值能够求得被摄物体的X射线吸收率，能够验证是否符合本发明的条件。
作为含有观察对象物和背景的X射线摄影的被摄物体，优选照射20keV的X射线时，观察对象物的X射线吸收率与背景的X射线吸收率之差(以下称之为吸收差)在0.003％以上、5％以下，更优选在0.03％以上0.5％以下。
在此对吸收差进行说明。拍摄患者或拍摄从患者采集的标本时，实际上可以认为是人体肉体组织覆盖着石棉，所以设想这种情况。也就是说，可以设想成作为被摄物体的标本，是10μm的SiO2在水中。若以标本中不存在观察对象物的SiO2、即，只存在背景水的地方的X射线透过率为100％，观察对象物与背景的透过率差D用下式(B)表示。
D＝exp(-μsubXSiO2)…(B)
其中，μsub是观察对象物与背景的减弱系数的差，XSiO2是观察对象物SiO2的厚度。
因此，直径10μm的石棉与水的透过率差D＝99.6％，吸收差为100-99.6＝0.4％。本发明中是用吸收率来定义的，但也可以用吸收差来定义。此时的优选范围是20keV的X射线的吸收差在0.003％以上、5％以下，优选在0.03％以上、0.5％以下。
在此若采用上述数字X射线检测器，对只有水的地方照射X射线，如果能够得到信号值1000，那么，有SiO2的地方则能够得到信号值996，作为对比度差的图像信息，能够得到信号值差4。另外，对上述前提的只有水的地方照射十倍的X射线，如果能够得到信号值“10000”，那么有SiO2的地方则能够得到信号值9960，信号值差为十倍的“40”。
但是，在作为图像输出到胶片或显示器时，因为信号值被对数变换后再被输出，所以，重要的并非信号值差，而是信号之比。前者的对比度之比(信号值差/作为基准的背景信号值)V＝4/1000＝0.004，后者则为V＝40/10000＝0.004，可知输出图像的对比度之比与照射量无关。
这样，若知道被摄物体以及周边部位的物质和厚度(石棉等纤维状的物质则为直径等)，便能够得到对比度之比，从该对比度之比能够倒过来求得被摄物体的吸收差，能够验证是否符合本发明的条件。
本发明中，用20keV时的吸收率定义，但改变X射线能量也能够求得各物质的减弱系数(例如，30keV的SiO2为1.8/cm)，因此能够求得与其能量相应的吸收率。所以，本发明并非只适合于采用20keV的X射线的摄影，可以对应于采用各种X射线能量的摄影。
以下根据本发明的实施方式，对本发明作说明，但是，本发明并不局限于该实施方式。
图1是本发明的实施方式涉及的X射线图像摄影系统的方框示意图。
控制部2是对系统整体进行控制的部分，遵从通过输入手段27被输入的种种设定条件，进行相应于各种摄影条件的X射线摄影，并对该X射线摄影所得的X射线图像数据进行图像处理。即控制部2具有作为本发明中的图像处理装置的功能。作为各种摄影条件的代表例子，有使被摄物体W贴紧X射线检测部40进行摄影的通常摄影，还有使X射线检测部40离开被摄物体W进行放大摄影的相位衬摄影。这里的被摄物体W是：被认为其中存在作为观察对象物的石棉的患者身体的一部分(例如肺)，或从患者身体采集的一部分生体组织标本。
CPU11对系统整体进行控制。图像处理手段12备有PCR(Phase Contrast Radiography)图像处理手段13以及通常图像处理手段14。PCR图像处理手段13是处理通过相位衬摄影所得到的X射线图像数据，通常图像处理手段是处理通常的X射线图像数据、即由贴紧摄影所得到的X射线图像数据。15是摄影信息记忆手段，记忆图像处理中的灰度曲线的数据等摄影信息。
在输入手段27中，有摄影条件、图像处理条件、患者信息等各种信息被输入。为了使医生等使用者能够用目视观察，输出手段28输出在控制部2被处理了的X射线图像数据，输出手段28可以是：在胶片等图像记录媒体上记录图像的输出手段；在显示器中显示图像的显示手段；通过网络向外部传送X射线图像数据的通信手段。
X线源30受控制部2控制，但并不局限于受控制部2控制。从X线源30射出的X射线透过被摄物体W，入射到X射线检测器40。有关X线源30的详细在后面叙述。
X射线检测器40接受X射线、输出模拟信号，其中所使用的检测部等是采用FPD(Flat Panel Dtector)或辉尽性荧光体。有关X射线检测器40的详细在后面叙述。
对本发明的实施方式涉及的X射线图像摄影系统的动作进行说明。
<X射线摄影>
本发明实施的优选实施方式中，如下所述，是进行相位衬摄影，但是，本发明并不局限于相位衬摄影，也能够处理通常摄影、即使被摄物体W贴紧X射线检测器40进行摄影所生成的图像数据。
图2中出示了进行相位衬摄影的本实施方式中的X射线摄影装置1外观。
如图2所示，X射线摄影装置1备有X线源30和X射线检测器40，X射线检测器40检测X线源30向被摄物体W照射的X射线，其输出信号由AD变换器41作数字变换，生成X射线图像的数字数据。相位衬摄影时，通过调整被摄物体W与X线源30，以及被摄物体W与X射线检测器40之间的距离R1、R2，进行放大率M的放大摄影。
X线源30由焦点产生X射线照射被摄物体W，其大小称为焦点径D(μm)。一般来说，X线源30的该焦点径D越大，在一定时间内照射的X射线量越大。
X射线管备有构成X线源30的旋转阳极，作为X射线管，采用Mo管球、Rh管球等，但是，相位衬摄影时，优选管球的焦点径小且高输出的X线源。作为高输出的一个例子，为了使撞击旋转阳极(靶)的电子射线不撞击旋转阳极同心圆上的同一位置，在电子射线撞击期间使旋转阳极慢慢移动。
X射线检测器40的高度能够根据摄影部位调整。
X射线检测器40检测照射的X射线。应用辉尽性荧光体板作为X射线检测器40时，激光等激励光照射辉尽性荧光体板，将从荧光体板出射的辉尽光光电变换为图像信号的读取部被设在X射线检测器40内，该读取部输出读取信号。
X射线检测器40为FPD时，相应于入射的X射线量生成电信号的变换元件被设置成矩阵状，在X射线检测器40内直接生成电信号。应用FPD时，在FPD内电信号被AD变换，得到的数字X射线图像数据被输出到控制部2。
接下去，对由X射线摄影装置1所作的相位衬摄影作说明。
图3是相位衬摄影的概略说明图。
如图3所示，通常摄影方法时，X射线检测器40被设置在与被摄物体W接触的位置(图3的贴紧摄影位置)，接受从X线源30照射的X射线拍摄贴紧图像。此时，得到的X射线图像数据与实体尺寸(指与被摄物体W相同尺寸)几乎等尺寸。
而相位衬摄影时，是在被摄物体W与X射线检测器40之间设一距离地设置X射线检测器40，由于从X线源30圆锥光束状照射的X射线，所以能够得到相对于实体尺寸被放大了的X射线图像数据(以下称之为放大图像数据)。
有关放大图像数据相对实体尺寸的放大率M，若以从X线源30的焦点a到被摄物体W的距离为R1，从被摄物体W到X射线检测器40的距离为R2，从X线源30的焦点a到X射线检测器40的距离为R3(R3＝R1+R2)，则可以通过下式(1)求得。
M＝R3/R1…(1)
如图4所示，放大图像数据中，穿过被摄物体W的边缘而被折射的X射线与不穿过被摄物体W就此通过的X射线，在X射线检测器40上重合，重合部分的X射线强度增强。反之，与被折射了的部分的X射线量相应，在被摄物体W的边缘内侧部分产生X射线强度变弱现象。因此，以被摄物体W边缘为界，产生X射线强度差拉开的边缘增强作用(也称边缘效果)，能够得到边缘部分被清晰描绘的可视性高的X射线图像数据。
视X线源30为点线源(即焦点a为点)时，边缘部分的X射线强度如图5中实线所示。图5中所示的E，表示边缘增强的半值幅度，可以通过下式(2)求得。半值幅度E表示边缘的峰-谷间的距离。
【数1】
E = 2.3 ( 1 + R 2 R 1 ) 1 3 &CenterDot; { R 2 &CenterDot; &delta; &CenterDot; ( 2 &gamma; ) 1 2 } 2 3 &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 2 )
其中，δ是产生X射线折射的部分的折射差
r为物体(被摄物体)的半径
但是，医疗现场或非破坏性检查设施中，广泛使用库利基X射线管(也称热电子X射线管)作为X线源30，如图6所示，该库利基X射线管的焦点径在某种程度来说较大，所以不能视作理想的点线源。此时，如图6所示，边缘增强的半值幅度E扩展，且强度降低，所以，出现几何学性不锐。该几何学性不锐称为模糊。
出现模糊时，边缘部分中的X射线强度如图5中虚线所示。产生模糊时的边缘增强的半值幅度，因为几何学性不锐而与设想的理想点线源情况相比，边缘增强幅度E扩展。若以产生该模糊时的边缘增强的半值幅度为EB，则EB可以从下式求得。
【数2】
EB = 2.3 ( 1 + R 2 R 1 ) 1 3 &CenterDot; { R 2 &CenterDot; &delta; &CenterDot; ( 2 &gamma; ) 1 2 } 2 3 + D &CenterDot; R 2 R 1 &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 3 )
其中，δ以及r的定义与式2中的相同。
EB是在没有模糊时的边缘增强半值幅度E上加上表示模糊大小的B，用EB＝E+B表示。
在此，为了提高像石棉等那样直径在50μm以下的微小摄影对象物的可视性，有必要增大放大率M。为了增大放大率M，根据式1，只要增大距离R2即可，但是，增加距离R2将导致模糊的半值幅度EB增大。在此，以上述摄影对象物的直径为s(μm)。有关直径s的含义，在对象物是略球形或略立方体等非异型体时，则为其外接圆的直径；在对象物是线状的细长物等异型体时，则为垂直于异型体延展方向(细长方向)之方向的截面直径。
调整放大率M时，可以通过固定距离R1增减距离R2来改变放大率M，但是，若距离R1设定得太大，有时则会造成实际摄影的距离设定不妥。例如，放大率M＝20(倍)时，若以距离R1＝1(m)的话，则距离R2必须设定为19(m)，但是，通常的摄影房中该设定是无法实现的。
而若过小设定距离R1的话，则照射野变小，造成只能摄影被摄物体W的一部分。一般来说，为了防止不必要的放射线照射，在被摄物体W和X线源30之间设置照射野光圈和筐体的情况较多，所以距离R1的减小有限度。
因此，在摄影房等距离R3的设定存在限制时，优选固定距离R3，在该固定的距离R3中改变距离R1、R2的比率。例如，在决定R3＝3.5(m)时，对于该距离R3，设R1＝0.7(m)、R2＝2.8(m)。若考虑一般摄影房的大小，则以距离R在1≤R3≤4的范围，可以在该范围内，探索放大率M与放大图像的可视性关系，经验性、实验性地决定最合适的距离R3、R1、R2。
另外，由式3可知，模糊B的程度依存于焦点径D的部分较大。在放大图像上观察0.05≤s≤50的微小观察对象物时，若增大焦点径D，那么相应地模糊的程度也增大，其结果造成得不到边缘增强作用的图像。
因此，本实施方式涉及的X射线摄影系统1中，在拍摄0.05≤s≤50(μm)的微小观察对象物时，通过以X线源30的焦点径D为1≤D≤30(μm)，且放大率M为10≤M≤40，能够在输出其摄影图像之际得到良好的可视性。
进行放大摄影后，读取由图像检测器40检出的放大图像，生成放大图像数据。此时，优选放大图像数据生成单位的读取像素尺寸P(μm)满足P≤s×M+B(其中，M为放大率；s为石棉的直径(μm)；B为起因于X射线焦点径的几何学性不锐，用B＝D×R2/R1表示)。该条件下，达到以下程度(level)的可能性增大，即，在放大图像数据中的石棉图像区域内，至少1像素份的读取数据(数字信号值)是石棉所对应的信号值程度(level)，这样，微小的石棉信号的检出成为可能。
更优选用满足2P≤s×M+B的读取像素尺寸P进行读取。即，放大图像数据中，在石棉的图像区域内至少被读取2像素份。上述P≤s×M+B之条件的情况时，考虑出于读取时的成像相位关系，有时1个石棉图像区域的信号跨越多个像素被检出，石棉区域的信号强度受损。但以2P≤s×M+B时，不因读取时的成像相位而达到在石棉的径内至少1像素份的读取数据是石棉所对应的信号值程度(level)，所以，在保持用明确的信号强度检出石棉区域的信号时，优选满足2P≤s×M+B。
<图像处理>
X射线摄影装置1中进行相位衬摄影，生成的放大图像数据在PCR图像处理手段13被施行图像处理。图7是PCR图像处理手段13实行的图像处理的经过的一例流程示意图。
在PCR图像处理手段13中，进行照射野的认识(步骤S1)，在步骤S1认识的照射野中设定兴趣区域(ROI)，作为灰度变换处理以及反转处理的对象(步骤S2)，对步骤S2设定的兴趣区域所相当的图像数据，实行灰度变换处理(步骤S3)、反转处理(步骤S4)以及频率增强处理(步骤S5)。
也可以根据需要实行动态范围压缩处理。另外，也可以使得对同一物体照射具有不同能量分布的X射线，利用被摄物体的特定构造物(例如脏器、骨头、血管、石棉纤维等)所具备的特有的X射线能量吸收特性，得到特定构造物被不同描出的2个图像信号，之后对该2个图像信号进行适当的加权后，在两信号间进行减算(减法)，进行抽出特定构造物的减法处理。
<照射野认识>
对图7所示的步骤S1的照射野认识处理的详细作说明。
包括相位衬摄影的X射线图像的摄影时，例如为了不对不需要诊断的部位照射X射线，或防止X射线照射到不需要诊断的部位而被该部位散射的X射线入射到必须诊断的部位引起降低对比度，在被摄物体W的一部分或X线源30设置铅板等X射线非透过物质，进行照射野限制，限制X射线对被摄物体W的照射野。
进行该照射野限制时，如果是采用照射野内区域和照射野外区域的X射线图像数据(放大图像数据)进行程度(level)的变换处理和之后的灰度处理的话，会因为照射野外区域的X射线图像数据而不能适当正确进行照射野内区域的诊断必须部位的图像处理。因此在对X射线图像数据进行图像处理之前，进行照射野认识，判别照射野内区域和照射野外区域。
可以采用任何一种照射野认识手法。例如如特开平5-7579号所公开的，可以将放大图像数据分割成多个小区域，按每个分割区域求得分散值，根据求得的分散值检出照射野区域的边缘，判别照射野区域。通常，在照射野外区域中，到达X射线量略为一样，所以，其小区域的分散值小。而照射野区域的包括边缘的小区域中，混有到达X射线量大的部分(照射野外区域)和因被摄物体而到达X射线量被多少降低的部分(照射野区域)，所以分散值大。因此，以分散值大于一定值以上的小区域中含有边缘，判断被该小区域围起的区域为照射野区域。
<兴趣区域的设定>
对图7所示的步骤S2的兴趣区域设定处理的详细进行说明。
一旦进行照射野认识，则被认识的照射野区域被设定为下述区域，该区域是将X射线图像数据的分布变换到所希望的程度(level)分布时、用来决定X射线图像数据程度(level)分布的区域。从该兴趣区域内的X射线图像数据决定代表值，将该代表值变换到所望的程度(level)，由此能够得到所望程度(level)的X射线图像数据。
该兴趣区域有时并不局限于等于照射野。一般来说，例如是以诊断时最重要的部分作为照射野的中央进行摄影，所以，也可以在照射野区域的中央设定圆形或矩形等区域作为兴趣区域。在此，以圆的直径或矩形一边的长度作为例如照射野区域的长的一边、短的一边或对角线的「1/2～1/5」，设定圆形或矩形等区域。另外，也可以通过没有图示的操作输出手段，设定任意的兴趣区域。
并且也可以在照射野区域设定与所定的人体构造对应的兴趣区域。例如，依次扫描X射线图像数据的水平方向以及垂直方向，编制各方向的信号值文档。在拍摄患者身体时，因为肺野部与气管、胸椎等周边器官相比显示出高的值，所以在文档中检出其变曲点，通过该变曲点的位置来特定肺野部区域。并且也可以通过模式匹配检出肺野部和石棉纤维，其手法可以任意选用。
然后制作被特定的肺野部区域的直方图，分别将从该直方图中的最大值一侧、最小值一侧开始一定比例处的值，定为最大基准值H、最小基准值L。该最大基准值H和最小基准值L，被用作在将刚生成的放大图像的信号值范围变换成输出图像中的信号值范围(最大值SH、最小值SL)时的基准值。
<灰度变换处理>
对图7中所示的步骤S3的灰度变换处理的详细作说明。
灰度变换处理是用来调整图像输出时的浓度、对比度之处理。灰度变换处理采用(1)正规化处理和(2)基本LUT(lookup table)的变换处理，分2阶段进行，最终达到所望的信号值范围和灰度特性地进行灰度变换。
从以往摄影时采用屏幕/胶片方式的背景，到采用用辉尽性荧光体板、FPD等图像检测器40的现在的数字处理方式，为了维持医生的读影力(诊断性能)，以用屏幕/胶片方式构筑起的灰度特性(对比度)为目标，进行输入信号(读取信号)的变换处理。
用屏幕/胶片方式得到的灰度特性是如图8所示的S字形状曲线。灰度处理中，作为基本LUT准备好表示该灰度特性的LUT，经正规化处理进行对象图像的各个信号调整之后，采用该基本LUT进行信号值变换。
图9中出示了图像检测器40(辉尽性荧光体板的情况)检出的X射线量、与对应于其X射线量最终输出的X射线图像数据的信号值之间的关系。图9的坐标系中，第1象限表示读取特性，表示到达图像检测器40的到达X射线量与读取信号值(模拟信号值)之间的关系。第2象限表示正规化特性，表示读取信号值与其被实施正规化处理之后的正规化信号值(数字信号值)之间的关系。第3象限表示灰度变换特性，表示正规化信号值与经基本LUT变换的输出浓度值(数字浓度信号值)之间的关系。这里以输出浓度值为0～4095的12比特分辨力。
第2象限中，可以通过改变表示正规化特性之直线的倾斜度来调整输出值范围(SH-SL间的大小)，同时能够改变图像整体的对比度。以该倾斜度为γ值。另外，通过改变表示灰度特性的直线的截距来调整输出值范围整体的高低(SH-SL的移动)，由此能够改变图像整体的浓度。以该截距为S值。
例如，比较用图9中所示的直线h2和直线h3进行正规化的情况，则因为直线h2的γ值和S值，比直线h3的来得大，所以，与用直线h3进行正规化的情况相比，SH-SL间小，同时其位置向低信号值一侧偏移。
也就是说，将表示灰度特性的直线的倾斜度γ值和截距S值作为灰度变换参数，通过控制这些参数，能够调整输出图像的浓度范围和对比度。
γ值G由下述求得图8所示的屏幕/胶片方式中的灰度特性曲线倾斜度的式(4)决定。
G＝(D2-D1)/(logE2-logE1)…(4)
其中，D1＝0.25+Fog、D2＝2.0+Fog、Fog＝0.2，E1、E2分别是与D2、D1对应的入射X射线量。以胸部、乳房等人体各部位为观察对象时，一般γ值G采用2.0～3.5左右的情况较多。
另外，S值通过下述式(5)求得。
S＝QR×P1/P2…(5)
其中，QR是量子化区域值，P1是信号值达到1535(QR＝200、输出浓度1.2)的到达X射线量，P2是灰度变换后的图像中输出浓度达到1.2的像素的实际的到达X射线量。
P1的值单由摄影前的量子化区域QR值的设定决定。
从由求得的γ值和S值定出的直线，进行X射线图像数据的信号变换，由此进行X射线图像数据的正规化。然后采用基本LUT对该正规化图像进行灰度变换，得到所希望的灰度特性的处理图像。
也就是说，通过采用γ值、S值进行正规化，即使采用同一LUT，也能够进行与X射线量的参差以及输出手段中的输出特性相适应的灰度变换。
以上是通常时的灰度处理的内容，本实施方式中，注目输出图像中的石棉的低对比度，为了提高石棉的可视性，有必要不拘于上述式(4)地提高γ值，以便提高石棉的对比度。
图9中，符号h1所表示的，是存在石棉的肺野部有关的X射线量的直方图。石棉的对比度非常低，其信号幅度也狭窄。因此，不是将能够输出的浓度范围分配到直方图整体的信号幅度上，而是分配到该石棉信号区域的狭窄区域上，优选以γ值G为20以上，使石棉图像的对比度得以提高。较优选γ值G从20～30的范围进行选择。
如果γ值G低于20的话，则观察对象物图像与背景图像的浓度差和辉度差降低，难以检出观察对象物。
而如果γ值G高于30的话，则周边部分(背景图像)的噪声变得非常大，反而降低识别力使观察对象物的检出变难。另外，用以往的G值则是不必在乎的X射线照射不均匀之倾侧效果，其影响也变大。造成难以用均匀的浓度或辉度来显示图像整体。
<反转处理>
对图7所示的步骤S4的反转处理的详细作说明。反转处理通过作为反转处理手段的图像处理手段12进行。
本实施方式中的X射线图像数据，其中X射线透过量大的部位具有高信号值，X射线透过量小的部位显示低信号值，是所谓负片图像，所以，反转处理是负片正反转处理。反转处理如图10所示，对在图7所示的步骤S3经灰度处理后输出的X射线图像数据DTin进行处理，使成为负片正反转关系的输出DTout，即对高DTin输出低DTout，对低DTin输出高DTout。
优选采用图10中的反转灰度曲线(CV’)进行反转处理，该图10中的反转灰度曲线(CV’)是图8所示的灰度曲线CV以其中央值ML(12比特灰度中的2048)为中心上下反转所得。
通过上述反转处理，位于图8中灰度曲线CV的低浓度部的观察对象部H，变为位于图10中反转灰度曲线(CV’)的高浓度部的观察对象部(H’)。
上述反转处理也可以与灰度变换处理同时进行。即采用如图10所示的反转灰度曲线作为灰度曲线，通过对图8中的入射X射线量进行反转灰度处理，能够同时进行灰度处理和反转处理。
上述反转处理可以说是如下所述的一种处理。
将图1中透过被摄物体W的X射线的透过量低的部分的图像，观察时表现为高浓度部或低辉度图像，而将X射线的透过量高的部分的图像，观察时表现为低浓度或高辉度图像，按照该表现规律制作X射线图像数据，即为反转处理。
用目视观察时，一般来说高浓度部分的识别力比低浓度部分的识别力高。因此，通过图10中所示的反转处理，实现了能够准确发现石棉等微细观察对象物。
另外，进行反转处理后，胶片输出时的背景(后面)浓度降低(胶片的光学浓度的0.5～1.5左右)。该浓度区域相对胶片浓度1.5～3.0的浓度区域来说在胶片的灰度曲线的倾斜度小，因此胶片输出时的背景的噪声与高浓度相比能够抑制得低。由此实现了能够确切发现石棉等微细观察对象物。
并且反转处理是对X射线透过量小的部位具有高信号值、X射线透过量大的部位显示低信号值的、所谓正片图像实行的。
另外，反转处理也可以不采用如图10中所示的反转曲线，而是通过改变医用图像数字化有关的国际规格DICOM(digital information and communication in medicin
e)格式的文件夹的属性值来实现。也就是说，DICOM格式文件夹中被称为「Photometric Interpretation」的属性值是被定义为「MONOCHROME I」时是负片图像，「MONOCHROME II」时是正片图像，因此在图7的步骤S4的反转处理中，将属性值「Photometric Interpretation」的值作为「MONOCHROME II」的话，便能够实现在DICOM基准的显示装置和输出装置中输出X射线透过量小的部位具有高辉度和低浓度、X射线透过量大的部位具有低辉度和高浓度的正片图像。
<频率增强处理>
对在图7的步骤S5实行的频率增强处理作说明。
作为频率增强处理的手法，有进行非清晰罩处理手法和进行多重分辨率分解手法等，这里以特开平9-44645号公报等中记载的进行多重分辨率分解手法为例进行说明。
进行多重分辨率分解手法是将X射线图像数据分解为多个频率段的信号，对该被分解的信号中所希望的频率段的信号进行增强。
首先，从X射线图像数据每隔1像素地进行抽样，在抽样后的像素间补间信号值「0」的像素。也就是说，对抽样后所得的抽样图像数据，在矩阵状排列的各像素的每隔一列以及一行中插入「0」的像素。
接下去用低通过滤对该补间后的补间图像数据实施过滤处理，得到低分辨率图像数据g1。该低分辨率图像数据g1与原X射线图像数据相比，空间频率低于一半的低频段被抽出。这是因为通过抽样使X射线图像数据的大小为1/4，补间像素值「0」的像素后，失去了空间频率高于一半的频率段的图像的关系。
接下去从X射线图像数据减去低分辨率图像数据g1，得到高分辨率图像数据j1。该高分辨率图像数据j1是空间频率高于一半的高频段的图像被抽出，是原图像的奎斯特频率N中，表示N/2～N频率段的图像。
接下去，用上述低通过滤对低分辨率图像数据g1实施过滤处理、补间处理得到低分辨率图像数据g2，从低分辨率图像数据g1减去低分辨率图像数据g2得到高分辨率图像数据j2。该高分辨率图像数据j2是原图像的乃奎斯特频率N中仅N/4～N/2频率段的图像。
通过反复上述过滤处理、补间处理，能够从低分辨率图像数据gk得到表示N/2k+1～N/2k频率段的高分辨率图像数据jk(k＝1、2、…)。
一旦得到所望频率段的高分辨率图像数据jk，则在必须增强的频率段的高分辨率图像数据jk上相乘增强系数。接下去，为了复原被多重分辨率分解的图像数据，对包括被乘上了增强系数的高分辨率图像数据的各图像数据jk进行逆变换。首先，对低分辨率图像数据gk实施各像素间的补间处理，生成低分辨率图像数据gk的4倍大的逆变换图像数据ggk。接下去，对该逆变换图像数据ggk与高分辨率图像数据jk进行相加，得到相加图像数据gjk-1。对该相加图像数据gjk-1通过补间处理生成逆变换图像数据ggk-2，在其中加上高分辨率图像数据jk-1得到相加图像数据gjk-2。
反复上述处理，将通过与具有最高分辨率的高分辨率图像数据相加而得到的相加图像数据jk1，作为频率增强处理后的X射线图像数据，进行输出。
在此，识别某一幅度A(μm)以下的被摄物体所必需的空间频率F(1p/mm)必须是F≥500/A。放大摄影中，图像检测器31上的被摄物体幅度A，等于被摄物体尺寸r乘防大率M加上模糊幅度B，即A＝r×M+B。直径为0.05≤s≤50的石棉因为其最大直径为50(μm)，所以被表示为A＝50M+B，因此，识别石棉所必需的空间频率F为F＝500/(50M+B)。
因此，为了提高输出图像中的石棉的可视性而进行上述频率增强时，优选对空间频率F＝500/(50M+B)以上的高分辨率图像数据jk进行增强处理。
通过上述处理所得到的处理完毕的X射线图像数据，从图像处理手段12经输出手段28输出，保存到没有图示的图像DB。保存在图像DB中的X射线图像数据，根据来自于输入手段27的要求，被输出到没有图示的显示装置，或输出到胶片输出装置。
在胶片输出装置中，优选被输出的胶片的背景光学浓度为0.3～1.5，更优选在0.5～1.0。显示装置的情况时，优选背景的辉度为该显示装置最大辉度的10％以上、50％以下，更优选在15％以上、30％以下。通过将背景控制在上述光学浓度或辉度范围，能够降低噪声。
本发明涉及的实施方式中被图像处理后的图像数据，其在显示装置中的显示方法，有例如图11中所示的方法。图11是显示装置的显示画面5，患者图像显示区域52显示出对患者胸部正面进行通常摄影所得到的图像。附带信息显示区域51显示着患者姓名、年龄等患者信息，以及摄影年月日期、摄影部位等摄影信息。
一旦读影者通过定位器54等输入手段指定患者图像显示区域52中怀疑发症的区域，则用相位衬摄影拍摄的、从该患者的被指定区域的相应部位采集的标本的、实施了本实施方式涉及的灰度处理以及反转处理的、放大正片图像，被显示在相位衬图像显示区域53。
此时，优选显示装置的灰度特性是经过最适合化的灰度特性，即使灰度特性最适合于相位衬图像显示区域53中显示的放大正片图像。也可以使患者图像显示区域52中显示的通常摄影的胸部正面、胸部侧面图像，能够切换为用相位衬摄影拍摄的、实施了本实施方式涉及的灰度处理以及反转处理后的标本的放大正片图像。这样，读影者可以在通常摄影的图像上把握患者的肺野部中的大致的疾患状况，同时仅仅在被要求对采集的患者的肺的标本进行读影时，在实施了本实施方式涉及的灰度处理以及反转处理的放大正片图像上，特定疾患的原因，所以，能够在短时间内进行高精度的读影和诊断。
实施例
本实施方式涉及的X射线图象摄影系统中，用以下实验条件进行相位衬摄影，对所得到的放大图像进行了视觉评价。
[实验条件]
被摄物体是直径为5(μm)的玻璃棉，贴在厚度为1mm的丙烯板上，以此作为被采集的标本中的石棉的模拟模型使用。照射20keV的X射线时，石棉的模拟模型中，玻璃棉部分的X射线吸收率为0.25％。
X射线管球采用ゴニカミノルタエムジ一公司制作的，使用焦点径D＝10(μm)的。摄影装置也采用同一公司制作的试作器。
图像检测器采用同一公司制作的荧光体板的レジウスプレ一トRP-5PM以及レジウスカセツテRC-110M。
上述图像检测器检出的放大图像的读取，用コニカミノルタエムジ一公司制造的Regius model 190读取。该读取装置中，以读取像素尺寸为43.75(μm)。
胶片输出装置采用同上公司的DRYPRO model 793，用写入像素尺寸25(μm)输出到胶片。此时，使输出对象图像的各像素与输出图像的各像素为1∶1对应，不作补间处理地1/1.75倍(＝25/43.75)输出。
[摄影条件]
摄影时，X射线管的管电压为40(kVp)，当时的平均X射线能为20keV。以管电流为1(mA)。
另外，从X射线管的焦点到图像检测器的距离R3用R3＝R1+R2＝3.5(m)固定，使距离R1、R2分别能够在0.07≤R1≤3.5、0≤R2≤3.43的范围改变，使放大率M在1≤M≤50范围，进行摄影。
此时的摄影条件以及其条件引起产生的模糊B，其测定结果被出示在表2。为了区分各摄影条件，付上摄影条件No.。这些摄影条件致使放大带来的可视性的提高程度、模糊增大引起的石棉边缘的可视性劣化程度、边缘增强效果程度有所不同。
【表2】
  放大率M   R1[m]   R2[m]   模糊B[μm]
 条件1   5   0.7   2.8   40
 条件2   10   0.35   3.15   90
 条件3   15   0.23   3.27   140
 条件4   20   0.175   3.33   190
 条件5   35   0.1   3.4   340
 条件6   40   0.0875   3.413   390
 条件7   50   0.07   3.43   490
[图像处理条件]
用以下表3中所示的条件，对拍摄到的条件1至条件7的X射线图像数据实施所述灰度处理、反转处理以及频率增强处理。然后用上述胶片输出装置输出图像处理后的X射线图像数据。有关图像处理的实施，是分别改变灰度处理的γ值G、反转处理的反转处理有无、频率增强处理的增强频率段。
【表3】
图像处理编号   灰度处理(γ值G)   反转处理 频率增强处理
  比较例1   4.89   没有   没有
  比较例2   10   没有   2以上
  比较例3   15   有   2以上
  比较例4   20   没有   2以上
  实施例1   20   有   没有
  实施例2   20   有   1.28以上
  实施例3   20   有   2以上
  实施例4   30   有   2以上
[评价基准]
输出到胶片上形成的放大图像的评价基准如下。
A：分别能够清晰地识别每一根纤维。
B：能够识别几根聚在一起的纤维。
C：能够确认到纤维的存在。
F：不能确认纤维的存在。
按照上述评价基准，7位图像评价人员观察胶片上的X射线图像，对被摄物体玻璃棉的表1中所示的条件1～条件7的X射线图像进行评价，将其结果出示在下表4中。且在上述评价中，当能够识别的纤维根数与比较例相同但纤维能够看得更清时，加上符号「+」。
【表4】
条件1  条件2   条件3   条件4   条件5   条件6  条件7
 比较例1 F  F   F   F   F   F  F
 比较例2 F  F   F   F   F   F  F
 比较例3 F  F   F   F   F   F  F
 比较例4 F  F   F   F   F   F  F
 实施例1 C  C   C+   B   B   C+  C
 实施例2 B  A   A   A+   A+   A  B
 实施例3 B  A   A   A+   A+   A  B
 实施例4 C  C   B   B   B   B  C
由上述表4可知，不进行γ值G在20以上的灰度处理时，不能识别玻璃棉纤维。进行灰度处理但不作反转处理时，背景图像的噪声显目，难以与玻璃棉纤维区别。进行γ值G在20以上的灰度处理并且又进行反转处理时，能够鲜明地观察玻璃棉纤维，推定在将石棉作为被摄物体时也能够得到良好的X射线图像。并且，通过进行频率处理能够更鲜明地进行识别。另外，在以玻璃棉纤维的直径为10μm的模拟模型中也得到了同样的结果。

Claims (9)

1.一种放射线图像处理方法，其特征在于，
对照射20keV的放射线时放射线吸收率为0.0025％以上、2.5％以下的被摄物体照射放射线，对由此得到的放射线图像数据，
实施灰度处理，其中，采用γ值G为20以上、30以下的灰度曲线；
实施反转处理，实现观察时放射线透过量大的部位被用低浓度或高辉度显示，放射线透过量小的部位被用高浓度或低辉度显示。
2.权利要求1中记载的放射线图像处理方法，其特征在于，指定所述放射线图像数据中的兴趣区域，对所述兴趣区域实施所述灰度处理以及所述反转处理。
3.权利要求1或2中记载的放射线图像处理方法，其特征在于，所述放射线图像数据，是通过采用焦点径D(μm)(其中以1≤D≤30)的放射线源和检出透过所述被摄物体之放射线的放射线检测器，进行放大率M(其中，当以从所述放射线源的焦点到所述被摄物体的距离为R1，从所述放射线源的焦点到所述放射线检测器的距离为R3时，放大率M＝R3/R1，以10≤M≤40)的相位衬摄影而得到的放射线图像数据。
4.权利要求1至3的任何一项中记载的放射线图像处理方法，其特征在于，所述被摄物体是放射线透过方向的直径为0.05～50μm的石棉。
5.一种对检测透过被摄物体的放射线所得到的放射线图像数据施行图像处理的放射线图像处理装置，其特征在于，包括：
灰度处理手段，对照射20keV的放射线时放射线吸收率为0.0025％以上、2.5％以下的被摄物体照射放射线，对由此得到的放射线图像数据实施灰度处理，灰度处理采用γ值G为20以上、30以下的灰度曲线；
反转处理手段，实施反转处理，实现观察时放射线透过量大的部位被用低浓度或高辉度显示，放射线透过量小的部位成为高浓度或低辉度。
6.权利要求5中记载的放射线图像处理装置，其特征在于，具有指定所述放射线图像数据中的兴趣区域的兴趣区域指定手段，对通过该兴趣区域指定手段而被指定的所述兴趣区域的所述放射线图像数据，施行由所述灰度处理手段所作的灰度处理以及由所述反转处理手段所作的所述反转处理。
7.一种放射线图像摄影系统，其特征在于，备有：
摄影装置，其备有焦点径D(μm)(其中以1≤D≤30)的放射线源和检出透过所述被摄物体的放射线的放射线检测器，对被摄物体进行放大率M(当以从所述放射线源的焦点到所述被摄物体的距离为R1，从所述放射线源的焦点到所述放射线检测器的距离为R3时，放大率M＝R3/R1，以10≤M≤40)的相位衬摄影；
上述5或6中记载的放射线图像处理装置。
8.权利要求7中记载的放射线图像摄影系统，其特征在于，从所述放射线源的焦点到所述放射线检测器的距离R3(m)为1≤R3≤4。
9.权利要求7或8中记载的放射线图像摄影系统，其特征在于，所述被摄物体是放射线透过方向的直径为0.05～50μm的石棉。
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