CN1670620A - 图像处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图像处理装置及方法，从X射线摄影图像除去非X射线照射区域和直接照射区域而取得简略被检查体区域，通过对此简略被检查体区域进行分析而在该简略被检查体区域中决定初始区域。通过利用区域生长处理使使此初始区域进行生长而取得被检查体区域。然后，取得与将初始区域扩大所得到的被检查体区域相对应的X射线摄影图像的部分以得到被检查体区域图像。
Description
技术领域
本发明涉及用于从X射线图像更为精密且准确地取得被检查体区域的图像处理技术。
背景技术
近年来，由于图像信息的数字处理的发展，一般即便是在医疗用的X射线图像中也实施数字处理。特别是，取代以往的利用胶片的X射线摄影而能够以数字方式输出X射线图像数据的传感器也得以开发，在利用这种传感器的X射线摄像装置中，医疗用X射线图像的数字处理是不可缺少的。作为用传感器或照相机等所拍摄的图像的数字处理可适用各种各样的处理，通过对所拍摄的数据实施灰度变换将取得数据变换成易于观察的浓度值的图像的灰度变换处理就是重要的图像处理之一。
例如，图11A、11B是膝关节部的X射线摄影图像，1201表示图像整体，1202表示例如作为被检查体区域的膝关节部及其周边部的区域被抽取出的状态。如上述那样，在将用传感器或照相机等某种摄影装置所拍摄的数据显示于监视器画面或X射线诊断用胶片等的情况下，一般通过对所拍摄的数据实施灰度变换，将摄影数据变换成易于观察的浓度值。在例如将膝关节部等的摄影数据显示于X射线诊断用胶片的情况下，执行以下处理：从摄影数据抽取用于灰度变换的特征量(例如平均浓度值)，并进行变换以使所抽取出的特征量成为规定值(例如一定浓度值)。
对于用于进行上述那样的灰度变换的一般方法，若参照图11A、11B进行说明则如下所述。首先，通过从图像1201中的X射线照射区域除去直接照射区域而取得存在被检查体的图像区域(被检查体区域)1202。然后，对于所取得的被检查体区域1202内的像素值进行统计性调查以计算特征量等。例如创建像素值的直方图并对所创建的直方图进行分析以计算特征量，或者例如计算所取得的被检查体区域1202内的平均像素值等统计量。然后，基于该特征量或统计量进行灰度变换。
然而，在这样的方法中在被检查体区域内的像素值分布不普通的情况下，例如像图11C、D所示螺丝或人工关节等金属所代表的X射线屏蔽物体存在于被检查体区域内的情况下，该图像就会对上述特征量或统计量带来影响。其结果，就发生灰度变换后的图像变得不稳定之类的问题。因而，为了进行灰度变换，就要进行取得将X射线屏蔽物体等除去后的纯粹的被检查体区域的处理。
作为取得纯粹的被检查体区域的方法，例如利用基于经验所设定的阈值进行2值化处理的方法，或如图12A所示那样创建被检查体区域1204的直方图1301，通过直方图分析，检测出例如峰间的谷间部分的像素值，以此像素值为界将X射线屏蔽物体的图像与被检查体的图像进行分离的方法已为人们所公知(图12B)(参照“「图像处理工程学·基础篇」谷口庆治编辑，共立出版株式会社(1996)第5章(p.79-97)图像的区域分割”)。
但是，在利用基于经验的某阈值的2值化处理中，在X射线检查的摄影条件变化了的情况下阈值就有可能变得不适当而存在无法正确地分离X射线屏蔽物体与被检查体之类的课题。另外，在进行如图12A、B所示的直方图分析的方法中，虽然在某种程度上能够恰当地设定阈值，但是对于例如X射线屏蔽物体与被检查体的像素值近似或者部分逆转这样的病例，就存在无法恰当地分离X射线屏蔽物体与被检查体之类的课题。
发明内容
本发明就是为了解决如上述那样的课题而完成的，其目的是可高精度且稳定取得纯粹的被检查体区域。
为了达到上述目的，本发明的一个技术方案提供一种图像处理装置，包括：第1取得装置，从X射线摄影图像除去非X射线照射区域和直接照射区域而取得第1区域图像；决定装置，通过对上述第1区域图像进行分析，在该第1区域图像中决定初始区域；区域生长装置，通过利用区域生长处理，将上述初始区域扩大而在上述第1区域图像中得到第2区域；以及第2取得装置，取得与上述X射线摄影图像的上述第2区域相对应的第2区域图像。
另外为了达到上述目的，本发明的另一技术方案提供一种图像处理方法，包括：第1取得步骤，从X射线摄影图像除去非X射线照射区域和直接照射区域而取得第1区域图像；决定步骤，通过对上述第1区域图像进行分析，在该第1区域图像中决定初始区域；区域生长步骤，通过利用区域生长处理，将上述初始区域扩大而在上述第1区域图像中得到第2区域；以及第2取得步骤，取得与上述X射线摄影图像的上述第2区域相对应的第2区域图像。
本发明的其他特征以及优点，通过以附图为参照的下面的说明将会弄明白。此外，在附图中对相同或相似的结构附加相同的参照标号。
附图说明
附图包含在说明书中，构成其一部分，表示本发明的实施形式，并与说明书的记述一起用于说明本发明的原理。
图1是表示根据第1实施方式的X射线摄影装置的构成的框图。
图2是说明根据第1实施方式的灰度变换处理的流程图。
图3是说明根据第1实施方式的被检查体区域取得处理的流程图。
图4A～E是表示股关节图像的图。
图5是表示从股关节图像的简略被检查体区域所生成的直方图的图。
图6是表示根据第2实施方式的X射线摄影装置构成的框图。
图7是说明根据第2实施方式的灰度变换处理的流程图。
图8是说明根据第2实施方式被检查体区域取得处理的流程图。
图9是表示第2实施方式的区域生长中所用的、按摄影部位所设定的初始区域形成规则的图。
图10A～C是说明区域生长处理中所用的阈值的图。
图11A～D是表示膝关节图像的图。
图12A、B是说明膝关节图像的简略被检查体区域的利用直方图的解析方法的图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的优选实施形式进行详细说明。
<第1实施方式>
图1是表示根据本发明第1实施方式的X射线摄影装置100的构成的框图。在图1中，X射线摄影装置100是具有图像处理功能的X射线摄影装置，具备数据收集电路105、前处理电路106、CPU108、主存储器109、操作面板110以及图像处理电路111，其构成为经由CPU总线107相互进行数据收发。另外，X射线摄影装置100还具有连接到数据收集电路105的二维X射线传感器104以及X射线发生电路101。
在如上述那样构成的X射线摄影装置100中，首先，主存储器109存储CPU108中的处理所必要的各种数据等，同时还包含作为CPU108工作用的工作存储器。CPU108利用主存储器109进行按照来自操作面板110的操作的装置全体的各种动作控制等。据此X射线摄影装置100如下进行动作。
首先，X射线发生电路101对被检查体103放射X射线束102。从X射线发生电路101放射出的X射线束102一边减衰一边透过被检查体103，到达二维X射线传感器104，由二维X射线传感器104作为X射线图像进行输出。在这里，设从二维X射线传感器104输出的X射线图像为例如膝等人体部分的图像(人体部图像)。
数据收集电路105将从二维X射线传感器104输出的X射线图像变换成电信号并供给前处理电路106。前处理电路106对来自数据收集电路105的信号(X射线图像信号)，进行偏移修正处理或增益修正处理等前处理。在此前处理电路106中进行了前处理后的X射线图像信号作为原图像，通过CPU108的控制，经由CPU总线107被传送到主存储器109或图像处理电路111。
图像处理电路111，具备取得X射线照射区域的X射线照射区域取得电路113、从X射线照射区域取得直接照射区域的直接照射区域取得电路114、从X射线照射区域和直接照射区域取得简略被检查体区域的简略被检查体区域取得电路115、从简略被检查体区域取得被检查体区域的被检查体区域取得电路116、从被检查体区域计算用于灰度变换的特征量的特征抽取电路117以及基于在特征抽取电路117中计算出特征量进行图像的灰度变换的灰度变换电路118。此外，图像处理电路111既可以用硬件来实现，也可以将其一部分或全部用软件来实现以这两种方式来进行构成。
图2是说明根据第1实施方式的灰度变换处理的流程图。另外，图3是说明被检查体区域取得电路116的处理的流程图。另外，图4A～E是作为根据第1实施方式的被检查体区域取得处理的对象的图像的一例，将在下面详细地进行说明，401是原图像，402是X射线照射区域取得后的图像(称之为X射线照射区域图像)，403是将直接照射区域从X射线照射区域删除所得到的图像(称之为简略被检查体区域图像)，404是表示区域生长中所用的初始区域图像，405是表示作为处理结果的被检查体区域的图像(称之为被检查体区域图像)。另外，图5是从表示简略被检查体区域的图像403所创建的直方图。图5的图表的横轴表示像素值，纵轴表示其频率。下面，参照这些附图就根据本实施方式的灰度变换处理详细地进行说明。
首先，通过CPU108的控制，在前处理电路106进行了处理后的原图像(例如股关节图像)401经由CPU总线107被供给图像处理电路111。接收到原图像401的图像处理电路111，借助于X射线照射区域取得电路113取得原图像401的X射线照射区域，并生成X射线照射区域图像402(步骤S201)。接着借助于直接照射区域取得电路114取得X射线照射区域图像402的直接照射区域(步骤S202)，借助于简略被检查体区域取得电路115将从X射线照射区域图像402所取得的直接照射区域删除由此生成简略被检查体区域图像403(步骤S203)。
接着借助于被检查体区域取得电路116从简略被检查体区域图像403生成被检查体区域图像405(步骤S204)。下面，参照图3～图5就步骤S204的处理详细进行说明。
首先，创建简略被检查体区域图像403的直方图(步骤S301、图5)。接着从所创建的直方图抽取最大频率像素值Vf(步骤S302)。接着计算简略被检查体区域图像403的最大像素值Vm(步骤S303)。接下来，设定被检查体区域的初始区域(步骤S304)。在本实施例中，将持有Vf与Vm的中间值(Vf+Vm)/2以上的像素值的像素集合设定为初始区域404(步骤S304)。接着按照规定的条件使初始区域404进行区域生长(步骤S305)。在本实施例中，在区域内外邻接的像素的像素值Vi以及Vo满足下式
Vi-Vo＜Th
的情况下则确定为进行区域生长。
这里Th是根据Vm和Vo所确定的阈值(Th＝f(Vm，Vo))，例如像图10C那样进行赋值。此外，虽然在上面是取区域内的像素值与邻接于其的区域外的像素值之差分，但在附近4处的区域生长法的情况下则邻接的区域外的像素最大存在4个(上下左右)。因而，对于各自取其差分来进行是区域内还是区域外的判定。另外，附近8处的区域生长法的情况下则加上斜向的4方向而最大存在8个邻接像素。
以上的区域生长处理只要区域变化就反复执行，如果区域不变化则结束处理(步骤S306)。这样在结束了图3的处理的时刻将与通过区域生长处理所得到的区域相对应的原图像401的图像部分作为被检查体区域图像405进行输出。如图4所示那样，可知从被检查体区域图像405将X射线屏蔽物406的区域去除掉，就得到纯粹的被检查体区域的图像。
返回到图2，利用在以上的步骤S204中所取得的被检查体区域图像405进行特征抽取处理，并基于抽取出的特征量进行灰度变换。即，首先，特征抽取电路117从在被检查体区域取得电路116所取得的被检查体区域图像405计算特征量(步骤S205)。作为此特征量能够采用中间值或平均值等。然后，在灰度变换电路118中基于在特征抽取电路117计算出的特征量，进行原图像401的灰度变换(步骤S206)。例如，对原图像401进行灰度变换以使得特征量(中间值或者平均值)成为规定的浓度。
如以上那样，根据第1实施方式，通过对基于X射线照射区域和直接照射区域所抽取出的区域适用区域生长法，就取得纯粹的被检查体区域。即，具有以下效果，借助于以区域生长法作为基本的算法，就能够取得将所拍摄的图像内的螺丝、人工关节、防护物等所代表的X射线屏蔽物体去除后的纯粹的被检查体区域的效果。从而，具有以下效果，即便对于在所拍摄的图像内存在X射线屏蔽物体的情况，也能够不受这些X射线屏蔽物的影响地稳定进行精度较高的灰度变换。
<第2实施方式>
在第2实施方式中说明按摄影部切换初始区域的设定或区域生长条件的构成。图6是表示根据第2实施方式的X射线摄影装置700的构成的框图。在图6中对与第1实施方式(图1)相同的构成附加同一参照标记。第2实施方式的X射线摄影装置700与根据第1实施方式的X射线摄影装置100的不同之处是：在图像处理电路711上追加了部位信息取得电路712，和在被检查体区域取得电路716中基于由部位信息取得电路712所取得的部位信息来变更初始区域的创建处理以及区域生长中所用的阈值这两点。从而，在下面就因部位信息取得电路712的追加而发生变更的被检查体区域取得电路716的处理内容详细地进行说明。
图7是表示根据第2实施方式的灰度变换处理的流程图。另外，图8是说明根据第2实施方式的被检查体区域取得电路716的处理的流程图。下面，与第1实施方式同样利用图4的例子来说明各处理。此外，图9是后述的区域生长中所用的初始区域的设定方法，图10A～C是表示后述的区域生长中所用的阈值的图表，依照各个对象部位分别进行设定。
首先，通过CPU108的控制，在前处理电路106进行了处理后的原图像(例如股关节图像)401被图像处理电路711所接收。接收到原图像401的图像处理电路711，借助于部位信息取得电路712取得原图像401的部位信息并保存在主存储器109中(步骤S801)。此外，作为部位信息取得电路712的具体处理，考虑有通过模式匹配等办法从原图像401自动地检测摄影部位的方法、或利用操作面板710使操作者对部位进行选择、指定的方法等。利用哪种方法都可以。
接下来借助于X射线照射区域取得电路113、直接照射区域取得电路114、简略被检查体区域取得电路115取得简略被检查体区域图像403(步骤S802～S804)，由于这些处理与第1实施方式(图2)中的步骤S201～S203相同故其说明省略。
接着借助于被检查体区域取得电路716从简略被检查体区域图像403生成被检查体区域图像405(步骤S805)。按照图8来说明该处理的流程。此外，关于步骤S901～S903则与第1实施方式(图3)中的步骤S301～S303相同。
在步骤S904中，对被检查体区域的初始区域进行设定，这里在上述步骤S801中部位信息取得电路712利用保存于主存储器709的部位信息选择对每个部位所设定的初始区域的形成规则，并按照所选择的规则来设定初始区域404(步骤S904)。图9是表示根据第2实施方式的初始区域的形成规则的保持例的图。如图9所示，对每个摄影对象部位(胸部、头部、四肢...)，设定应作为初始区域进行选择的像素值的范围(初始区域形成规则)。从而，例如，如图4的示例那样如果摄影部位为“四肢”则“将最大频率的像素值与最大频率的中间值以上设为初始区域”这样的规则被选择(图9)，按照此初始区域404得以形成。此外，图9所示的初始区域的条件表示依照各部位的摄影图像的特征所设定的条件的一例，并不限定于此。
接着，按照某条件使初始区域404进行区域生长(步骤S905)，与第1实施方式相同，在区域内外邻接的像素的像素值Vi以及Vo满足下式
Vi-Vo＜Th(Vm，Vo，部位信息)的情况下则确定为进行区域生长。
这里Th是根据Vm和Vo和部位信息所确定的阈值(Th＝f(Vm，Vo，部位))，例如像图10A～C那样进行赋值。即，在步骤S905中，利用在步骤S801中由部位信息取得电路712保存于主存储器709的部位信息，对区域生长的规则进行变更、选择，并以所选择的规则执行区域生长。此外，图10A～C所示的阈值的函数为X射线屏蔽物体难以存在的像素值比较高的区域上阈值较低(易于进行区域生长)，而在X射线屏蔽物体易于存在的像素值比较低区域上阈值较高(难以进行区域生长)。另外，若设Th为负无穷大则是绝对不进行区域生长的条件，此条件因摄影部位而异是因为反映了在统计上所求得的部位的特征。另外，如上述那样，通过利用与最大像素值的差分值来决定阈值，将实现像素值比较高的区域或比较低的区域上的阈值的恰当设定。此外，图10A～C所示的阈值的函数表示依照各部位的摄影图像的特征所设定的函数的一例，并不限定于此。
以上的区域生长处理只要区域变化就反复执行，如果区域不变化就结束处理(步骤S906)。这样在结束了图8的处理的时刻将与通过区域生长处理所得到的区域相对应的原图像401的图像部分作为被检查体区域图像405进行输出。如图4A～E所示那样，可知从被检查体区域图像405将X射线屏蔽物406的区域去除掉，就得到纯粹的被检查体区域的图像。
如上面那样根据第2实施方式，除了第1实施方式的效果，还具有能够设定适合于摄影部位的初始区域或生长条件并适用以区域生长法为基本的算法的效果。另外，由此还具有以下效果，能够将所拍摄的图像内的螺丝、人工关节、防护物等所代表的X射线屏蔽物体高精度地除去，稳定取得纯粹的被检查体区域。从而，具有以下效果，即便对于在所拍摄的图像内存在X射线屏蔽物体的情况，也能够不受这些X射线屏蔽物的影响地稳定进行精度较高的灰度变换。
<其他实施方式>
无需赘言，本发明的目的也可以这样达到，即通过将记录了实现上述实施方式之功能的软件程序代码的存储介质提供给系统或者装置，由该系统或者装置的计算机(或者CPU及MPU等)读出并执行保存在存储介质中的程序代码。
在这种情况下，从存储介质读出的程序代码自身就实现上述实施方式之功能，存储了该程序代码的存储介质就构成本发明。
作为用于提供程序代码的存储介质，例如能够使用软盘、硬盘、光盘、磁光盘、CD-ROM、CD-R、磁带、非易失性存储卡、ROM等。
另外，无需赘言，不仅包括通过计算机执行所读出的程序代码，上述实施方式之功能得以实现的情况，还包括根据该程序代码的指示，在计算机上运行的OS(操作系统)等进行实际处理的一部分或者全部，通过该处理上述实施方式之功能得以实现的情况。
进而无需赘言，还包括当从存储介质读出的程序代码，被写入到插入计算机的功能扩充板或连接到计算机的功能扩充单元上所具备的存储器以后，根据该程序代码的指示，该功能扩充板或功能扩充单元上所具备的CPU等进行实际处理的一部分或者全部，通过该处理上述实施方式之功能得以实现的情况。
如上面那样根据上述实施方式，就可从基于照射X射线的区域以及直接照射区域所取得的简略被检查体区域，取得纯粹的被检查体区域。另外，特别是由于基于简略被检查体区域的像素值分布来设定初始区域，并基于区域内外的像素值使所设定的初始区域进行区域生长，所以就可稳定进行精度较高的被检查体区域取得。特别是，在基于区域内外的像素值进行区域内外的判定中，通过使基于简略被检查体区域的像素值分布所设定的初始区域根据区域内外的像素值以及像素值分布进行区域生长，就可更为稳定地进行精度较高的被检查体区域取得。
另外，在上述的初始区域的设定或区域生长中，通过依照X射线摄影图像的摄影部位使其处理内容进行变化，就可更为稳定地进行精度较高的被检查体区域取得。
根据本发明，就可高精度且安定地取得纯粹的被检查体区域。另外，例如，如果利用这样所得到的被检查体区域进行灰度变换，就可进行排除了由金属等所造成的影响的灰度变换，而得到良好的灰度变换结果。
Claims (9)
1.一种图像处理装置，包括：
第1取得装置，从X射线摄影图像除去非X射线照射区域和直接照射区域而取得第1区域图像；
决定装置，通过对上述第1区域图像进行分析，在该第1区域图像中决定初始区域；
区域生长装置，通过利用区域生长处理，将上述初始区域扩大而在上述第1区域图像中得到第2区域；以及
第2取得装置，取得与上述X射线摄影图像的上述第2区域相对应的第2区域图像。
2.按照权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，还包括：
变换装置，从上述第2区域图像计算特征量，并基于该特征量执行上述X射线摄影图像或者上述第1区域图像的灰度变换。
3.按照权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于：
上述决定装置基于上述第1区域图像中的最大频率的像素值和最大像素值来设定应属于上述初始区域的像素值。
4.按照权利要求3所述的图像处理装置，其特征在于：
上述决定装置依照上述X射线摄影图像中的摄影部位来变更应属于上述初始区域的像素值的设定方法。
5.按照权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于：
上述区域生长装置通过将对象像素的像素值与邻接它的区域内像素的像素值之差和阈值进行比较来判定该对象像素是否属于区域，该阈值为上述对象像素的像素值的函数。
6.按照权利要求5所述的图像处理装置，其特征在于：
在上述区域生长装置中，上述阈值是上述第1区域图像的最大像素值与上述对象像素的像素值之差的函数。
7.按照权利要求6所述的图像处理装置，其特征在于：
上述区域生长装置依照上述X射线摄影图像中的摄影部位使上述阈值的函数进行变化。
8.按照权利要求4或7所述的图像处理装置，其特征在于，还包括：
检测装置，从上述X摄影图像自动地检测上述摄影部位。
9.一种图像处理方法，包括：
第1取得步骤，从X射线摄影图像除去非X射线照射区域和直接照射区域而取得第1区域图像；
决定步骤，通过对上述第1区域图像进行分析，在该第1区域图像中决定初始区域；
区域生长步骤，通过利用区域生长处理，将上述初始区域扩大而在上述第1区域图像中得到第2区域；以及
第2取得步骤，取得与上述X射线摄影图像的上述第2区域相对应的第2区域图像。
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