DE69033383T4

DE69033383T4 - Gerät zum Ermitteln von abnormalen Mustern

Info

Publication number: DE69033383T4
Application number: DE69033383T
Authority: DE
Inventors: Yuuma Adachi; Shoji Hara; Wataru Ito; Nobuyoshi Nakajima; Kazuo Shimura
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1989-06-26
Filing date: 1990-06-26
Publication date: 2000-11-23
Anticipated expiration: 2010-06-27
Also published as: DE69033394T2; DE69033383D1; DE69033381D1; EP0405456B1; EP0707278B1; DE69033383T2; EP0707277A2; DE69033394D1; DE69033381T2; EP0405456A3; EP0707278A2; EP0707277B1; EP0405456A2; EP0707277A3; EP0707278A3

Description

GRUNDLAGEN DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Gerät zum Nachweisen abnormaler Muster entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1, wobei ein abnormales Muster in einem Strahlungsbild eines Objekts aus einem Bildsignal nachgewiesen wird, das sich aus einer Reihe von Bildsignalkomponenten, die das Strahlungsbild repräsentieren, zusammensetzt.

Beschreibung des Standes der Technik

Verfahren zum Auslesen eines aufgezeichneten Strahlungsbildes zum Erhalten eines Bildsignals, Ausführung einer geeigneten Bildverarbeitung mit dem Bildsignal und anschließendes Reproduzieren eines sichtbaren Bildes durch Verwendung des verarbeiteten Bildsignals sind bereits auf vielen Gebieten bekannt. Zum Beispiel wird, wie in der japanischen Patentdruckschrift 61 (1986)-5193 offenbart wird, ein Röntgenbild auf einem Röntgenfilm mit einem kleinen gamma-Wert, der entsprechend der Art der Bildverarbeitung, die auszuführen ist, gewählt wurde, aufgezeichnet, das Röntgenbild vom Röntgenfilm ausgelesen und in ein elektrisches Signal (Bildsignal) umgewandelt, und das Bildsignal wird verarbeitet und anschließend zum Reproduzieren des Röntgenbilds als ein sichtbares Bild auf einer Fotokopie oder ähnlichem verwendet. Auf diese Weise kann ein sichtbares Bild mit guter Bildqualität mit hohem Kontrast, großer Schärfe, hoher Körnigkeit oder ähnlichem reproduziert werden.
Wenn gewisse Phosphorarten Strahlungsarten wie etwa Röntgenstrahlung, α-Strahlung, β-Strahlung, γ-Strahlung, Kathodenstrahlung oder ultravioletter Strahlung ausgesetzt werden, speichern diese einen Teil der Strahlungsenergie. Wenn dann der dieser Strahlung ausgesetzte Phosphor mit einer stimulierenden Strahlung wie etwa sichtbarem Licht belichtet wird, wird von dem Phosphor im Verhältnis zu der Energiemenge, die während der Bestrahlung gespeichert wurde, Licht emittiert. Ein Phosphor, der diese Eigenschaften zeigt, wird als stimulierbarer Phosphor bezeichnet. Wie in den US- Patentschriften 4,258,264, 4,276,473, 4,315,318, 4,387,428 und in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung 56(1981)-11395 offenbart ist, wird vorgeschlagen, stimulierbare Phosphorarten in Strahlungsbildaufzeichnungs- und Reproduziersystemen zu verwenden. Insbesondere wird ein Blatt, das mit einer Schicht des stimulierbaren Phosphors versehen ist (wird hierin als ein stimulierbares Phosphorblatt bzw. eine Phosphorschicht bezeichnet), zunächst einer Strahlung ausgesetzt, die ein Objekt, wie etwa den menschlichen Körper, durchdrungen hat, um ein Strahlungsbild des Objekt darauf zu speichern, und wird anschließend mit stimulierenden Strahlen abgetastet, wie etwa einem Laserstrahl, die bewirken, daß das Phosphorblatt Licht im Verhältnis zu der während der Bestrahlung gespeicherten Energiemenge emittiert. Das durch Stimulierung des stimulierbaren Phosphorblatts emittierte Licht wird photoelektrisch nachgewiesen und in ein elektrisches Bildsignal umgewandelt. Das Bildsignal wird dann verwendet, um das Strahlungsbild des Objekts als ein sichtbares Bild auf einem Aufzeichnungsmaterial, wie etwa einem photographischen Film, auf einem Anzeigegerät, wie etwa einer Kathodenstrahlröhre (CRT), oder ähnlichem zu reproduzieren.
Strahlungsbildaufzeichnungs- und, Reproduziersysteme, die stimulierbare Phosphorblätter verwenden, weisen gegenüber der konventionellen Radiographie, die photographische Materialien mit Silberhalogeniden verwendet, Vorteile auf, indem Bilder aufgezeichnet werden können, sogar wenn die Energieintensität der Strahlung, der das stimulierbare Phosphorblatt ausgesetzt wird, über einen weiten Bereich variiert. Genauer gesagt, da die Lichtmenge, die das stimulierbare Phosphorblatt emittiert, wenn dieses stimuliert wird, über einen weiten Bereich variiert und proportional zur Energiemenge ist, die darauf während der Bestrahlung gespeichert wurde, ist, ist es möglich, ein Bild mit einer gewünschten Dichte zu erhalten, unabhängig von der Energieintensität der Strahlung, der das stimulierbare Phosphorblatt ausgesetzt wurde. Um die gewünschte Bilddichte zu erhalten, wird eine geeignete Auslese-Verstärkung festgelegt, wenn das emittierte Licht nachgewiesen und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, das zur Reproduktion eines sichtbaren Bildes auf einem Aufzeichnungsmaterial, wie etwa einem photographischen Film, oder einem Anzeigegerät, wie etwa einem CRT, verwendet wird.
Neuerdings werden in Strahlungsbildaufzeichnungs- und Reproduziersystemen, die Röntgenfilme oder stimulierbare Phosphorblätter verwenden, und insbesondere in solchen Strahlungsbildaufzeichnungs- und Reproduziersystemen, die ausgestaltet sind, die medizinische Diagnostik zu erleichtern, nicht nur die Bildsignale in einer Weise verarbeitet, die sicherstellt, daß die von diesen Systemen hergestellten sichtbaren Bilder von hoher Qualität sind, sondern die Bildsignale wurden auch in der Weise verarbeitet, daß gewisse Bildmuster aus den Strahlungsbildern extrahiert werden können. Eine Art der Verarbeitung, die eine Extraktion eines Bildmusters zur Folge hat, ist beispielsweise in der US-Patentschrift 4,769,850 offenbart.
Insbesondere kann ein Bildmuster in einem komplizierten Strahlungsbild nachgewiesen werden, indem das dieses repräsentierende Bildsignal auf diverse Arten bearbeitet wird. Das Bildsignal ist aus einer Reihe von Bildsignalkomponenten zusammengesetzt und mit geeigneter Verarbeitung können die Bildsignalkomponente, die einem speziellen Bildmuster entsprechen, gefunden werden. Beispielsweise kann aus einem sehr komplizierten Strahlungsbild, wie etwa einer Röntgenaufnahme der menschlichen Brust, das diverse lineare Lind kreisförmige Muster enthält, ein Bild, das einem Tumor oder ähnlichem entspricht, nachgewiesen werden.
Nachdem ein Muster, beispielsweise ein Tumorbild, in einem komplexen Strahlungsbild, wie etwa einer Röntgenaufnahme der menschlichen Brust, nachgewiesen wurde, wird ein sichtbares Bild reproduziert und so angezeigt, daß das nachgewiesene Muster klar und deutlich betrachtet werden kann. So ein sichtbares Bild kann als ein effizientes Werkzeug insbesondere in der effizienten und genauen Diagnose einer Krankheit verwendet werden.
Die US-Patentschrift 4,769,850 offenbart ein Gerät, wobei ein eine Röntgenaufnahme der menschlichen Brust oder ähnliches repräsentierendes Bildsignal mit einem speziellen Filter verarbeitet wird, der die Positionen in den Röntgenbildern nicht verändert, und wodurch ein kreisförmiges und ein lineares Muster nachgewiesen werden. Das nachgewiesene kreisförmige Muster wird als ein voraussichtliches Tumorbild angezeigt, und das nachgewiesene lineare Muster wird als ein Bild eines Blutgefäßes angezeigt.
Die Strahlungsbilder menschlicher Körper haben allerdings sehr komplizierte Anordnungen. Beispielsweise hat ein Tumorbild, das in der Nähe eines Rippenbildes erscheint, und ein Tumorbild, das an einer Zwischenposition zwischen zwei Rippenbildern erscheint, in einer Röntgenaufnahme der menschlichen Brust ein unterschiedliches Muster. Daher taucht bei dem zuvor genannten konventionellen Gerät mit einem einfachen Aufbau das Problem auf, daß nicht alle in einem Röntgenbild vorhandenen Tumorbilder exakt gefunden werden können. Es ergibt sich auch das Problem, daß ein Muster, das eigentlich nicht einem Tumorbild entspricht, irrtümlich als ein Tumorbild gefunden wird. Nachdem ein Bildmuster nachgewiesen und ein sichtbares Bild, das das nachgewiesene Bildmuster darstellt, in beispielsweise einem Strahlungsbildaufzeichnungs- und Reproduziersystem, das zur Vereinfachung der medizinischen Diagnose ausgestaltet ist, reproduziert wurde, wird ein Arzt seine Diagnose im wesentlichen auf der Grundlage erstellen, wie das nachgewiesene Muster aussieht. Wenn ein gewisses Muster (ein gewisses Tumorbild) nicht genau nachgewiesen wird, findet ein Arzt möglicherweise einen Tumor nicht. Dies ist ein sehr ernstes Problem bei der Erstellung von Diagnosen.
Um das zuvor erwähnte Problem auszuschalten, kann der Filter oder ähnliches, der zur Verarbeitung eines Bildsignals, das ein Strahlungsbild repräsentiert, verwendet wird, so gestaltet sein, daß alle die Muster, die zumindest als voraussichtliche Tumorbilder eingestuft werden, nachgewiesen werden. Wenn allerdings alle Muster, die zumindest als voraussichtliche Tumorbilder eingestuft werden, nachgewiesen werden, werden Muster (Rauschen), die eigentlich nicht Tumorbildern entsprechen, ebenfalls als Tumorbilder nachgewiesen. Daher verschlechtert sich die Zuverlässigkeit des automatischen Bildermittlungssystems und die Effizienz der Diagnose kann nicht auf sehr hohem Niveau gehalten werden.
Zudem besitzen in Fällen, in denen kein System zur automatischen Ermittlung der Bilder verfügbar ist, Ärzte, die Diagnosen von Röntgenaufnahmen der menschlichen Brust, die beispielsweise auf Röntgenfilmen aufgezeichnet sind, erstellen, entsprechend ihrem Wissen und Erfahrung bemerkenswert genau dedektierte Tumorbilder, sogar wenn die Tumorbilder an verschiedenen Positionen in einem Röntgenbild vorhanden sind und leicht deformierte Muster aufweisen.
Daher sollten in den Systemen zur automatischen Bildermittlung die Muster, die eigentlich nicht Tumorbildern oder ähnlichem entsprechen soweit als möglich aus den Mustern, die als zumindest voraussichtliche Tumorbilder oder ähnlichem gefunden wurden, herausgelöst werden. Zu diesem Zwecke sollte ein höherer Grad an Verarbeitung als die Filterverarbeitung eines Bildsignals, das ein Strahlungsbild repräsentiert, ausgeführt werden.
In der EP-A-225151 ist ein Mustererkennungssystem zum Erkennen kreisförmiger und linearer Muster in einem komplexen Bild beschrieben. Das Mustererkennungssystem umfaßt ein Merkmalerfassungssystem, in welchem ein Richtungsfilter für mehrere kreisförmige Fenster verwendet wird, wobei die Merkmalswert-Berechnungseinrichtung Merkmalswerte durch Abtasten eines gespeicherten Bildes durch den Richtungsfilter für mehrere kreisförmige Fenster für jedes gespeicherte Bildpixel berechnet. Ein Schattendetektor erfaßt die Schatten (lineare oder kreisförmige Muster) auf der Grundlage der berechneten Merkmalswerte. In dem Mustererkennungssystem werden zwei verschiedene Filter verwendet, um Tumore (kreisförmiges Muster) von Blutgefäßen (lineare Muster) zu unterscheiden, und es werden somit für beide Musterarten unterschiedliche Merkmalswerte berechnet. Weiterhin wird zur Ermittlung von Blutgefäßen das Abtasten des Bildes und das Berechnen der Merkmalswerte zweimal jeweils mit Richtungsfilter für mehrere kreisförmige Fenster unterschiedlicher Größe aber gleicher Struktur ausgeführt. Aus den Merkmalswerten werden Tumor- und Blutgefäßkandidaten unter Verwendung einer speziellen Art von Gradientenverfahren zur Tumorermittlung einer Schwellwertmethode zur Blutgefäßermittlung ermittelt.

Offenbarung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät zum Nachweis abnormaler Muster bereitzustellen, wobei ein eine Abnormalität wie etwa einen Tumor repräsentierendes Muster in einem Strahlungsbild aus einem das Strahlungsbild repräsentierendes Bildsignal genau nachgewiesen wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät zum Beurteilen abnormaler Muster bereitzustellen, wobei genau beurteilt wird, ob ein voraussichtliches abnormales Muster, wie etwa ein voraussichtliches Tumorbild, das in einem Strahlungsbild beispielsweise auf der Grundlage der Ergebnisse der Verarbeitung mit einem räumlich wirkenden Filter gekennzeichnet wurde, ein wahres abnormales Muster ist oder nicht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät zum Nachweisen abnormaler Muster bereitzustellen, wobei ein eine Abnormalität, wie etwa einen Tumor, darstellendes Muster in einem Strahlungsbild aus einem das Strahlungsbild repräsentierenden Bildsignal genau nachgewiesen wird, und wobei sich die Genauigkeit, mit der ein abnormales Muster nachgewiesen wird, sich während des Betriebs des Geräts sich verbessert.
Eine noch weiterer Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Beurteilung kreisförmiger Muster bereitzustellen, wobei beurteilt wird, ob ein vorbestimmtes Gebiet, das in einem Strahlungsbild gekennzeichnet wurde, in ein Gebiet, das sich aus einer Gruppe linearer Muster, wie etwa Abbildungen von Blutgefäßen, zusammensetzt, fällt oder nicht fällt, und wobei der Grad der Wahrscheinlichkeit genau beurteilt wird, daß das vorbestimmte Gebiet in das Gebiet fallen wird, das einem kreisförmigen Muster im Strahlungsbild entspricht; und ein Gerät zum Ausführen des Verfahrens zur Beurteilung kreisförmiger Muster bereitzustellen.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät zum Nachweisen abnormaler Muster bereitzustellen, wobei ein abnormales Muster aus einem Strahlungsbild, das ein Weichgewebe repräsentiert, genau nachgewiesen wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät zum Auffinden eines Bildes bereitzustellen, wobei ein Tumorbild in einem Strahlungsbild eines menschlichen Körpers genau gefunden wird.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein Gerät gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung des ersten Geräts zum Nachweisen abnormaler Muster verwendbar mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bezüglich Fig. 1 wird ein Bildsignal S1, das sich aus einer Reihe von Bildsignalkomponenten, die ein Strahlungsbild eines Objekts repräsentieren, zusammensetzt, in eine Einrichtung zum Auffinden eines voraussichtlichen abnormalen Musters 1 und eine Informationsverarbeitungseinrichtung 2 eingespeist.
Die Einrichtung zum Auffinden voraussichtlich abnormaler Muster 1 führt eine verhältnismäßig einfache Verarbeitung, beispielsweise eine räumliche Filterungsverarbeitung des Bildsignals S1 durch und findet voraussichtlich abnormale Muster C, C, ... im Strahlungsbild.
Der Begriff "abnormales Muster", der in dieser Schrift für das erste Gerät zum Nachweisen abnormaler Muster verwendbar mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bedeutet ein Muster einer Abnormalität in dem Objekt, beispielsweise ein Bild eines Tumors, ein verknöcherter Teil, eine verfettete und verdickte Pleura oder einen Pneumothorax. Die Einrichtung zum Auffinden voraussichtlich abnormaler Muster 1 muß nicht notwendigerweise alle Arten von abnormalen Mustern finden, sondern braucht lediglich die Tumorbilder als abnormale Muster finden.
Wenn einige voraussichtliche abnormale Muster nicht von der Einrichtung zum Auffinden voraussichtlich abnormaler Muster 1 gefunden werden, bleiben diese schließlich unentdeckt. Daher sollte in der Einrichtung zum Auffinden voraussichtlich abnormaler Muster 1 vorzugsweise ein Verfahren angewendet werden, mit dem alle tatsächlich abnormalen Muster gefunden werden können. Insbesondere kann leichtes Rauschen (z. B. voraussichtliche abnormale Muster, die nicht Gegenstand des Nachweisens sind, beispielsweise, die eigentlich keine Tumorbilder sind, oder voraussichtliche abnormale Muster, die eigentlich keine Abnormalitäten des Objekts repräsentieren) in die gefundenen voraussichtlichen abnormalen Muster mit aufgenommen werden.
Die Informationsverarbeitungseinrichtung 2 findet aus dem Bildsignal S1 anatomische Informationen D über das Objekt.
Der Begriff "anatomische Informationen", wie er hierin für das erste Gerät zum Nachweisen abnormaler Muster verwendbar mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, meint die Informationen über die Bilder von Strukturen des Objekts, die in dem Strahlungsbild erscheinen. Insbesondere meint der Begriff "anatomische Informationen", wie er hierin verwendet wird, die Informationen über die Positionen von Bildern der Lungenflügel, des Hilums der Lunge, einer Rippe, dem Herzen, der Scheidewand oder ähnlichen in einem Röntgenbild der Brust. Selbstverständlich muß die Informationsverarbeitungseinrichtung 2 nicht notwendigerweise alle Bilder der Strukturen des Objekts, die im Strahlungsbild auftauchen, unterscheiden, sondern braucht lediglich die notwendige anatomische Information gemäß der Art der abnormalen Muster, die gefunden werden sollen, zu finden. Zum Beispiel in Fällen, in denen ein eine Abnormalität in den Lungen repräsentierendes Muster nachgewiesen werden soll, findet die Informationsverarbeitungseinrichtung 2 lediglich die anatomische Information über die Bilder der Lungenflügel und den Hilum der Lunge.
Die Information über die voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ..., die von der Einrichtung 1 zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster gefunden wurde, wird in eine Einrichtung 3 zum Berechnen eines charakteristischen Maßes zusammen mit dem Bildsignal S1 eingespeist. Aus den Bildsignalkomponenten des Bildsignals S1, das die Bildinformation an Positionen in der Nähe jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ... repräsentiert, berechnet die Einrichtung 3 zum Berechnen charakteristischer Maße mehrere charakteristische Maße F1, F2, ..., Fn für jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ....
Der Begriff "charakteristisches Maß", wie er hierin für das erste mit der Erfindung verwendbare Gerät zum Nachweisen bzw. Ermitteln abnormaler Muster verwendet wird, meint ein Maß, das den Grad der Sicherheit, daß ein voraussichtliches Muster C ein wirkliches abnormales Muster ist, repräsentiert. Zum Beispiel meint der Begriff "charakteristisches Maß", wie er hierin für das erste mit der Erfindung verwendbare Gerät zum Nachweisen abnormaler Muster verwendet wird, die Fläche eines voraussichtlichen abnormalen Musters C, die Ausdehnung der Irregularität der Form eines voraussichtlichen abnormalen Muster C, den Mittelwert oder die Varianz der Werte der Bildsignalkompo nenten, die ein voraussichtliches abnormales Muster C repräsentieren, oder das Verhältnis des Mittelwerts der Werte der Bildsignalkomponente, die ein voraussichtlich abnormales Muster C repräsentieren, zum Mittelwert der Werte der Bildsignalkomponenten, die die Bildinformation an Positionen, die das voraussichtliche abnormale Muster C (d. h. der Kontrast) umgeben, repräsentieren. Die Einrichtung 3 zum Berechnen charakteristischer Maße unterliegt keinerlei Einschränkungen, welche charakteristische Maße und wieviele charakteristische Maße berechnet werden sollen. Welche charakteristische Mäße und wieviele charakteristische Maße die Einrichtung 3 zum Berechnen charakteristischer Maße berechnen soll, kann in Übereinstimmung mit der Art der abnormalen Muster, die nachzuweisen sind, der Genauigkeit, mit der die abnormalen Muster nachzuweisen sind, der Zeit in der die Bearbeitungen abzuschließen sind, oder ähnlichem bestimmt werden.
Die Informationen über mehrere von der Einrichtung 3 zum Berechnen charakteristischer Maße berechneten charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn wird in eine Einrichtung 4 zum Auffinden abnormaler Muster eingespeist. Ebenso wird die von der Informationsverarbeitungseinrichtung 2 gefundene anatomische Information D in die Einrichtung 4 zum Auffinden abnormaler Muster eingespeist. Die Einrichtung 4 zum Auffinden abnormaler Muster verwendet mehrere der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn und die anatomische Information D, um aus den von der Einrichtung 1 zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster gefundenen voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ein wirkliches abnormales Muster T zu finden. Das mit der Erfindung verwendbare erste Gerät zum Nachweisen abnormaler Muster unterliegt keiner Beschränkung, wie das wirkliche abnormale Muster T gefunden wird. Beispielsweise kann das folgende Verfahren für diesen Z weck verwendet werden:
1) Es wird ein neurales Netzwerk verwendet, das die Informationen über mehrere der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn empfängt und das ein Maß E ausgibt, das den Grad der Wahrscheinlichkeit repräsentiert, das jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ... das wirkliche abnormale Muster ist.
2) Beispielsweise erscheint in einem Röntgenbild der Brust ein Tumorbild leichter in Gebieten, die den Lungenflügeln entsprechen, als in den Gebieten, die dem Hilum der Lunge entsprechen. Es wird daher in den Fällen, in denen ein Tumorbild in einer Röntgenaufnahme der Brust als ein abnormales Muster zu finden ist, die Information verwendet, die als die anatomische Information D erhalten wurde und welche Bilder der Lungenflügel und ein Bild des Hilums der Lunge voneinander unterscheidet. Insbesondere wird das Maß E, das den Grad der Wahrscheinlichkeit, daß jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ... ein wirkliches abnormales Muster ist, berechnet und mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen. Anschließend wird anhand der Resultate des Vergleichs beurteilt, ob jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ... ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht. Der vorbestimmte Schwellwert wird geändert in Übereinstimmung ob ein voraussichtliches abnormales Muster C im Bereich liegt, das dem Bild des Hilums der Lunge oder in dem Bereich, der den Bildern der Lungenflügel entspricht, liegt.
3) Es wird die Information verwendet, die aus dem anatomischen Informationen D erhalten wurde und die Positionen der Rippenbilder repräsentiert. In den Fällen, in denen ein voraussichtliches Tumorbild C am Kreuzungspunkt zweier Rippenbilder lokalisiert ist, wird das voraussichtliche Tumorbild C als ein nicht wirkliches Tumorbild bewertet.
In dem oben beschriebenen Beispiel wird die Information über mehrere der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn als die Eingabe in ein neurales Netzwerk verwendet. Alternativ kann die Information über mehrere der charakteristischen Maße, F1, F2, ..., Fn in einem nächster Nachbarschafts-Verfahren (NN-Verfahren) verwendet werden. Als weitere Möglichkeit kann die Information über mehrere der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn in einem Verfahren verwendet werden, in dem jedes der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn einfach mit einem Schwellwert Verglichen wird. Als eine weitere Alternative kann die Information über mehrere der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn in einem Verfahren verwendet werden, das sich aus mehreren der oben beschriebenen Verfahren oder ähnlichen zusammensetzt. Als eine noch weitere Möglichkeit kann die Information über mehrere der charakteristischen Maße, F1, F2, ..., Fn zusammen mit der anatomischen Information D verwendet werden. Beispielsweise kann die anatomische Information D zusammen mit der Information über mehrere der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn in das neurale Netzwerk eingespeist werden.
Die Information über das abnormale Muster T, das schließlich nachgewiesen wurde, wird von dem ersten mit der Erfindung verwendbaren Gerät zum Nachweisen abnormaler Muster ausgegeben. Anschließend wird beispielsweise eine spezielle Bildverarbeitung mit den Bildsignalkomponenten, die das abnormale Muster im Strahlungsbild repräsentieren, durchgeführt. Das das Strahlungsbild repräsentierende Bildsignal wird auch zusammen mit der Information über das abnormale Muster gespeichert. Es wird dann ein sichtbares Bild reproduziert und angezeigt, in dem die Lage des abnormalen Musters deutlich gezeigt wird.
Die Funktionen des ersten mit der Erfindung verwendbaren Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster muß nicht notwendigerweise in die Blöcke 1 bis 4, die in Fig. 1, gezeigt sind, unterteilt sein. Es ist lediglich notwendig, daß das erste Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster gemäß der vorliegenden Erfindung im wesentlichen mit den Funktionen, die den in Fig. 1 gezeigten Blöcken 1 bis 4 entsprechen, versehen ist. Beispielsweise können im ersten erfindungsgemäßen Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster der Raumdomänen-Filtervorgang zum Auffinden der voraussichtlichen abnormalen Muster (d. h. die Funktion der Einrichtung zum Finden voraussichtlicher abnormaler Muster 1) und der Vorgang zum Finden charakteristischer Maße, wie etwa die Fläche und die Gestalt jedes voraussichtlichen abnormalen Musters (d. h. die Funktion der Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße 3) gleichzeitig ausgeführt werden.
Mit dem ersten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster werden alle voraussichtlichen abnormalen Muster gefunden, unabhängig davon, ob zusammen mit diesen ein Rauschen vorgefunden wird. Auf der Grundlage einer Vielzahl der charakteristischen Maße und der anatomischen Information wird von den voraussichtlichen abnormalen Mustern ein wirkliches abnormales Muster gefunden. Daher können alle abnormalen Muster, die in dem Strahlungsbild vorhanden sind, zuverlässig gefunden werden, und das Problem, daß ein Muster, das nicht wirklich ein abnormales Muster ist, als ein abnormales Muster erfaßt wird, tritt nicht auf. Folglich können wirkliche abnormale Muster genau ermittelt werden.
Wie oben beschrieben wurde, kann die Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 4 mit dem neuralen Netzwerk versehen sein, das die Information über eine Vielzahl der charakteristischen Maße empfängt und die ein Maß ausgibt, das den Grad der Wahrscheinlichkeit repräsentiert, daß jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster ein wirkliches abnormales Muster ist. In diesen Fällen kann die Genauigkeit, mit der die abnormalen Muster ermittelt werden, noch mehr durch die Fähigkeit der Lernfunktionen des neuralen Netzwerks verbessert werden.
Die vorliegende Anmeldung beschreibt als ein Beispiel ebenfalls ein Gerät zum Beurteilen abnormaler Muster bereit, wobei aus einem Bildsignal, das aus einer Reihe von Bildsignalkomponenten, die ein Strahlungsbild eines Objekts repräsentieren, zusammengesetzt ist, beurteilt wird, ob ein in dem Strahlungsbild ausgewiesenes voraussichtliches abnormales Muster ein wirkliches abnormales Muster ist oder nicht, wobei das Gerät zum Beurteilen abnormaler Muster umfaßt:
i) eine Verarbeitungseinrichtung zum Berechnen mehrerer charakteristischer Maß aus den Bildsignalkomponenten des Bildsignals, die die Bildinformation an Positionen in der Nähe des voraussichtlichen abnormalen Musters repräsentieren und
ii) ein neurales Netzwerk, das die Information über die mehreren charakteristischen Maße empfängt und die ein Maß ausgibt, das den Grad der Wahrscheinlichkeit repräsentiert, das das voraussichtliche abnormale Muster ein wirkliches abnormales Muster ist.
Eine Vielzahl der charakteristischen Maße sollte vorzugsweise zumindest die Fläche, die Gestalt und den Kontrast des voraussichtlich abnormalen Musters einschließen.
Der Begriff "abnormales Muster", der hierin für das Gerät zum Beurteilen abnormaler Muster verwendet wird, meint ein Muster einer Abnormalität in dem Objekt, beispielsweise ein Bild eines Tumors, ein verkalktes Teil, eine verfettete und verdickte Pleura oder einen Pneumothorax. Das erfindungsgemäße Gerät zum Beurteilen abnormaler Muster muß nicht notwendigerweise alle Arten abnormaler Muster beurteilen, sondern kann lediglich Tumorbilder beurteilen.
Es wird keinerlei Beschränkung auferlegt, wie das abnormale Muster ausgewiesen wird. Beispielsweise kann das abnormale Muster gekennzeichnet werden, indem das Bildsignal, das das Strahlungsbild repräsentiert, mit einem Raumdomänen-Filter bearbeitet wird. Alternativ kann eine Person, die das Strahlungsbild betrachtet, das abnormale Muster manuelle kennzeichnen.
Der Begriff "charakteristisches Maß", der hierin für das Gerät zum Beurteilen abnormaler Muster verwendet wird, meint ein Maß, das den Grad der Gewißheit repräsentiert, daß ein voraussichtliches abnormales Muster, das ausgewiesen worden ist, ein wirkliches abnormales Muster ist. Beispielsweise bedeutet der Begriff "charakteristisches Maß", wie er hierin für das Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendet wird, die Fläche eines voraussichtlichen abnormalen Musters, den Grad der Unregelmäßigkeit der Gestalt eines voraussichtlichen abnormalen Musters, den Mittelwert oder die Varianz der Werte der Bildsignalkomponenten, die ein voraussichtliches abnormales Muster repräsentieren, oder das Verhältnis des Mittelwerts der Werte der Bildsignalkomponenten, die ein voraussichtliches abnormales Muster repräsentieren, zu dem Mittelwerte der Werte der Bildsignalkomponenten, die die Bildinformation an Positionen, die das voraussichtliche abnormale Muster umgeben, repräsentieren (d. h. den Kontrast des abnormalen Musters zu den umgebenden Bildbereichen). Welche charakteristischen Maße die Verarbeitungseinrichtung berechnen sollte und wieviele charakteristischen Maße diese berechnen sollte, unterliegt keiner Beschränkung. Welche charakteristischen Maße die Betriebseinrichtung berechnen sollte und wieviele charakteristischen Maße diese berechnen sollte, kann in Übereinstimmung mit der Art des abnormalen Musters, das der Gegenstand der Beurteilung ist, der Genauigkeit, mit der die Beurteilung erstellt wird, ob das voraussichtliche abnormale Muster, das in dem Strahlungsbild ausgewiesen ist, ein wirkliches abnormales Muster ist oder nicht, der Zeit, in der die Vorgänge abgeschlossen sein müssen, oder ähnlichem bestimmt werden. Wie später beschrieben wird, repräsentieren die Fläche, die Gestalt und der Kontrast eines voraussichtlichen abnormalen Musters den Grad der Gewißheit, daß das voraussichtliche abnormale Muster ein wirkliches abnormales Muster ist. Daher sollte vorzugsweise als Eingabe für das neurale Netzwerk die Information verwendet werden, die zumindest die Fläche, die Gestalt oder den Kontrast eines voraussichtlichen abnormalen Muster repräsentiert.
Das neurale Netzwerk verwendet Algorithmen, die die Funktion des menschlichen Gehirns nachahmen.
Mit dem Gerät zum Beurteilen abnormaler Muster werden aus den Bildsignalkomponenten des Bildsignals, das die Bildinformation an Positionen in der Nähe des gekennzeichneten voraussichtlichen abnormalen Musters repräsentiert, mehrere charakteristische Maße F1, F2, ..., Fn berechnet. Die Information über mehrere der charakteristischen Maße wird in das neurale Netzwerk eingespeist. Das neurale Netzwerk gibt ein Maß aus, das den Grad der Wahrscheinlichkeit repräsentiert, daß das vor aussichtliche abnormale Muster ein wirkliches abnormales Muster ist. Das neurale Netzwerk kann, wenn es mit der Lernfunktion mit einem Rückwärtsentwicklungsverfahren ausgestattet ist, Wissen und Erfahrung anhäufen, und dadurch genau beurteilen, ob ein voraussichtliches abnormales Muster ein wirkliches abnormales Muster ist oder nicht. Der Begriff "Lernfunktion mit einem rückwärts gerichteten Verfahren", wie er hierin verwendet wird, meint den Lernalgorithmus in einem neuralen Netzwerk, bei dem der Ausgang des neuralen Netzwerkes mit einer richtigen Antwort verglichen wird (einem Instruktionssignal), und die Verbindungsgewichtungen (d. h. die Gewichtung von Synapsenverbindungen) wird von der Ausgangsseite her zur Eingangsseite des neuralen Netzwerkes sequentiell korrigiert. (Solche Funktionen werden beispielsweise beschrieben in "Learning representations by backpropagating errors" von D. E. Rumelhart, G. E. Hinton und, R. J. Williams, Nature, 323-9, 533-356, 1986a; "Backpropagation" by Hideki Aso, Computrol, Nr 24, Seiten 53-60; und "Neural Computer" by Kazuyuki Aiharak; Vertffentlichungsamt der Tokyo Denki Universität.)
Wie oben beschrieben wurde, repräsentieren auch die Fläche, die Gestalt und der Kontrast eines voraussichtlichen abnormalen Musters den Grad der Gewißheit, daß das voraussichtliche abnormale Muster ein wirkliches abnormales Muster ist. Wenn daher die charakteristischen Maße zumindest die Fläche, die Gestalt oder den Kontrast eines voraussichtlichen abnormalen Musters enthalten, kann die Genauigkeit, mit der die Beurteilung, ob ein im Strahlungsbild gekennzeichnetes voraussichtliches abnormales Muster ein wirkliches abnormales Muster oder nicht, sogar weiter verbessert werden.
Fig. 14 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung des zweiten mit der Erfindung verwendbaren Gerätes zum Ermitteln abnormaler Muster zeigt.
Gemäß Fig. 14 wird ein Bildsignal S1, das aus einer Reihe von Bildsignalkomponenten besteht, die ein Strahlungsbild eines Objektes repräsentieren, in eine erste Einrichtung 51 zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster eingespeist.
Die erste Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 51 führt eine vergleichsweise einfache Verarbeitung, einen Raumbereichsfilterungsprozess, mit dem Bildsignal S1 durch und findet voraussichtliche abnormale Muster C, C, ... im Strahlungsbild.
Der hierin verwendete Begriff "abnormales Muster" für das zweite mit der Erfindung verwendbare Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster meint ein Muster einer Abnormalität in dem Objekt, beispielsweise ein Bild eines Tumors, eines verkalkten Bereichs, eine verfettete und verdickte Pleura, oder einen Pneumothorax. Die erste Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 51 muß nicht notwendigerweise alle Arten von abnormalen Mustern finden, sondern kann lediglich die Tumorbilder als die abnormalen Muster auffinden.
Wenn einige voraussichtliche abnormale Muster nicht in der ersten Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 51 gefunden werden, bleiben diese letztlich unentdeckt. Daher sollte in der ersten Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 51 vorzugsweise ein Verfahren verwendet werden, mit dem alle wirklichen abnormalen Muster gefunden werden können. Insbesondere kann leichtes Rauschen (z. B. voraussichtliche abnormale Muster, die nicht der Gegenstand der Ermittlung sind, beispielsweise Muster, die eigentlich keine Tumorbilder sind, oder voraussichtliche abnormale Muster, die eigentlich keine Abnormalitäten des Objekts repräsentieren) in die gefundenen voraussichtlichen abnormalen Muster mit einbezogen werden.
Die Information über die voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ..., die von der ersten Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 51 gefunden wurden, wird in die Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße 52 zusammen mit dem Bildsignal S1 eingespeist. Auf dem Bildsignalkomponenten des Bildsignals S1, die die Bildinformation an Positionen in der Nähe jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ..., repräsentieren, berechnet die Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße 52 mehrere charakteristische Maße F1, F2, ..., Fn für jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ....
Der hierin verwendete Begriff "charakteristisches Maß" für das zweite mit der Erfindung verwendbare Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster bedeutet ein Maß, das den Grad der Gewißheit bestimmt, daß ein voraussichtliches abnormales Muster C ein wirkliches abnormales Muster ist. Beispielsweise bedeutet der hierin für das zweite mit der Erfindung verwendbare Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "charakteristisches Maß" die Fläche eines voraussichtlichen abnormalen Musters C, das Ausmaß der Unregelmäßigkeit der Form eines voraussichtlichen abnormalen Musters C, den Mittelwert oder die Varianz der Werte der Bildsignalkomponenten, die ein voraussichtliches abnormales Muster C repräsentieren, oder das Verhältnis des Mittelwerts der Werte der Bildsignalkomponenten, die ein voraussichtliches abnormales Muster C repräsentieren, zu dem Mittelwert der Werte der Bildsignalkomponenten, die die Bildinformation an Positionen repräsentieren, die das voraussichtliche abnormale Muster C umgeben (d. h. der Kontrast). Mit welchen charakteristischen Maßen die Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße 52 rechnen sollte und wieviele charakteristische Maße diese berechnen sollte, unterliegt keiner Beschränkung. Welche charakteristischen Maße und wieviele charakteristische Maße die Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße 52 berechnen sollte, kann gemäß der Art der abnormalen Muster, die ermittelt werden sollen, der Genauigkeit, mit der die abnormalen Muster ermittelt werden sollen, der Zeit, in der die Vorgänge beendet sein sollen, oder ähnlichem bestimmt werden.
Die Information über mehrere der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn, die von der Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße 52 berechnet worden sind, wird in eine zweite Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 eingespeist. Die zweite Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 verwendet mehrere charakteristische Maße F1, F2, ..., Fn, um ein voraussichtliches abnormales Muster T, das eine hohe Wahrscheinlichkeit ein wirkliches abnormales Muster zu sein, aufweist, aus den voraussichtlichen abnormalen Mustern C, C, ..., zu finden, die von der ersten Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 51 gefunden wurden. (Das voraussichtliche abnormale Muster T wird im folgenden oft, als das abnormale Muster T bezeichnet). Dem zweiten erfindungsgemäßen Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster wird keinerlei Beschränkung auferlegt, wie das abnormale Muster 1 gefunden wird. Für diesen Zweck wird beispielsweise ein neurales Netzwerk verwendet, das die Information über mehrere der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn empfängt und welche ein Maß E, das den Grad der Wahrscheinlichkeit, daß jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ... ein wirkliches abnormales Muster ist, ausgibt. Anhand des Maßes E wird beurteilt, ob jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ... ein abnormales Muster T ist oder nicht.
In dem oben beschrieben Beispiel wird die Information über mehrere der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn als Eingabe für das neurale Netzwerk verwendet. Alternativ kann die Information über mehrere der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn in einem Verfahren nächster Nachbarschaft (NN-Verfahren) verwendet werden. Als eine weitere Alternative kann die Information über mehrere der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn in einem Verfahren verwendet werden, mit dem jedes der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn einfach mit einem Schwellwert verglichen wird. Als eine weitere Alternative kann die Information über mehrere der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn in einem Verfahren verwendet werden, das sich aus mehreren der oben beschriebenen Verfahren oder ähnlichen zusammensetzt.
Die Information über das abnormale Muster T, das in der oben beschriebenen Weise ermittelt worden ist, wird in eine Anzeigeeinrichtung 54 zusammen mit dem Bildsignal F1 eingespeist. Die Anzeigeeinrichtung 54 zeigt ein sichtbares Bild an, in dem das abnormale Muster T deutlich gezeigt ist. Wie das abnormale Muster T gezeigt wird, unterliegt keinerlei Beschränkung. Beispielsweise kann das abnormale Muster T durch einen Pfeil in dem sichtbaren Bild gekennzeichnet sein.
Alternativ kann das abnormale Muster T in einer verschiedenen Farbe und mit einer verschiedenen Bilddichte im Vergleich zu den anderen Teilen des sichtbaren Bildes angezeigt werden. Als eine weitere Alternative können Zeichen, Markierungen oder ähnli ches, mit denen die Position des abnormalen Musters T gekennzeichnet ist, in einem Randbereich des sichtbaren Bildes angezeigt werden.
Das zweite mit der Erfindung verwendbare Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist auch mit einer Eingabeeinrichtung 55 ausgestattet. Mit der Eingabeeinrichtung 55 gibt eine Person, die das sichtbare, mit der Anzeigeeinrichtung 54 angezeigte Bild beobachtet, die Information I ein, ob das im sichtbaren Bild gezeigte abnormale Muster T ein wirkliches abnormales Muster ist oder nicht.
Die Information I wird in die zweite Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 eingespeist. Die zweite Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 ist mit einer Lernfunktion ausgestattet, mit der die Vorgänge zum Auffinden des abnormalen Musters T aus den voraussichtlichen Mustern C, C, ... gemäß der Information I geändert werden. Das zweite Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster unterliegt hinsichtlich der Art der Lernfunktion keinerlei Beschränkung. Beispielsweise ist die zweite Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 53 mit einem neuralen Netzwerk mit der Lernfunktion mit einem rückwärts gerichteten Verfahren versehen, in dem die Information I als das Instruktionssignal verwendet wird. Das Lernen wird ausgeführt, in dem die Information in das neurale Netzwerk eingespeist wird und die Verbindungsgewichtungen (d. h. die Gewichtung der Synapsenverbindungen) berichtigt werden.
Die Funktionen des zweiten mit der Erfindung verwendbaren Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster müssen nicht notwendigerweise in die in Fig. 14 gezeigten Blöcke 51 bis 55 unterteilt sein. Es ist lediglich notwendig, daß das zweite Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster im wesentlichen mit den Funktionen entsprechend den Blöcken 51 bis 55, die in Fig. 14 gezeigt sind, ausgestattet ist. Beispielsweise können in dem erfindungsgemäßen zweiten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster der Prozeß zur Raumbereichsfilterung zum Auffinden der voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ... (d. h. die Funktion der ersten Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 51) und der Vorgang zum Finden der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn, wie etwa die Fläche und die Gestalt jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ... (d. h. die Funktion der Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße 52) gleichzeitig ausgeführt werden.
In einer Ausführungsform des mit der Erfindung verwendbaren zweiten Gerätes zum Ermitteln abnormaler Muster kann die Funktion zum Auffinden der anatomischen Information über das Objekt ebenso wie die Funktionen der Blöcke 51 bis 55, die in Fig. 14 gezeigt sind, vorgesehen sein. Die anatomische Information wird in die zweite Einrichtung zum. Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 eingespeist. Wenn das abnormale Muster T aus den voraussichtlichen abnormalen Mustern C, C, ... gefunden wurde, wird die anatomische Information zusammen mit der Information über mehrere der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn verwendet. Beispielsweise kann die Information über mehrere der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn zusammen mit der anatomischen Information D verwendet werden. Beispielsweise kann die anatomische Information zusammen mit der Information über mehrere der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn in das neurale Netzwerk eingespeist werden. Alternativ, kann, wenn die Ausgabe des neuralen Netzwerkes (d. h. das Maß E, das den Grad der Wahrscheinlichkeit repräsentiert, daß jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ... ein wirkliches abnormales Muster ist) mit einem Schwellwert Verarbeitet wird, und anschließend aus den Ergebnissen des Vergleichs beurteilt wird, ob jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ... ein abnormales Muster T ist oder nicht, der Schwellwert gemäß der anatomischen Information bestimmt werden.
Der hierin verwendete Begriff für das zweite mit der Erfindung verwendbare Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "anatomische Information" meint die Information über die Bilder von Strukturen des Objekts, die in dem Strahlungsbild erscheinen. Insbesondere meint der hierin verwendete Begriff "anatomische Information" die Information über die Positionen von Bildern der Lungenflügel, des Hilums der Lunge, einer Rippe, des Herzens, des Diaphragmas, oder ähnlichen in einer Röntgenaufnahme der Brust.
Mit dem zweiten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster werden alle voraussichtlichen abnormalen Muster gefunden, unabhängig davon, ob zusammen mit diesen ein Rauschen gefunden wurde. Auf der Grundlage mehrerer der charakteristischen Maße wird das abnormale Muster T aus den voraussichtlichen abnormalen Mustern gefunden. Daher können alle abnormale Muster, die in dem Strahlungsbild vorhanden sind, zuverläs sig gefunden werden, und es gibt kein Problem, daß ein Muster, das kein wirkliches abnormales Muster ist, als solches ermittelt wird. Folglich können wirkliche abnormale Muster genau ermittelt werden.
Das zweite Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist ebenfalls mit der Anzeigeeinrichtung 54 und der Eingabeeinrichtung 55 ausgestattet. Zusätzlich ist die zweite Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 mit der Lernfunktion ausgestattet, mit der die Vorgänge zum Finden des abnormalen Musters T aus den voraussichtlichen abnormalen Mustern C, C, ... entsprechend der Information I geändert werden. Daher können die Vorgänge gemäß der Einrichtung, in der sich das zweite Gerät zum Auffinden abnormaler Muster befindet, der Person, die das in der Anzeigeeinrichtung 54 angezeigte sichtbare Bild beobachtet, oder ähnlichem geändert werden, so daß abnormale Muster genauer ermittelt werden können.
Wie oben beschrieben wurde, unterliegt das mit der Erfindung verwendbare zweite Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster bezüglich der Art der Lernfunktion keinerlei Beschränkungen. Falls die zweite Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 mit einem neuralen Netzwerk mit einer Lernfunktion mit einem rückwärts gerichteten Verfahren ausgestattet ist, in dem die von der Eingabeeinrichtung 55 empfangene Information I als das Instruktionssignal verwendet wird, kann die Genauigkeit, mit der die abnormalen Muster ermittelt werden, sogar weiter verbessert werden.
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung des dritten mit der Erfindung verwendbaren Gerätes zum Ermitteln abnormaler Muster zeigt.
Gemäß Fig. 15 wird ein Bildsignal S1, das aus einer Reihe von Bildsignalkomponenten, die ein Strahlungsbild eines Objekts repräsentieren, in eine Verarbeitungseinrichtung 61 und eine Ermittlungseinrichtung 63 eingespeist.
Die Verarbeitungseinrichtung 61 findet im Strahlungsbild des Objektes aus dem Bildsignal S1 anatomische Gebiete D1, D2, ..., Dn.
Der hierin für das dritte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "anatomische Gebiete" meint die Gebiete, die den Bildern von Strukturen des Objekts entsprechen, die in dem Strahlungsbild erscheinen. Insbesondere bezeichnet der hierin verwendete Begriff "anatomische Gebiete" die Gebiete, die Bildern der Lungenflügel, einer Rippe, des Herzens, des Diaphragmas oder ähnlichen in einer Röntgenaufnahme der Brust entsprechen. Selbstverständlich muß die Verarbeitungseinrichtung 61 nicht notwendigerweise alle Gebiete, die den Bildern der Strukturen des Objekts, die in dem Strahlungsbild auftauchen, unterscheiden, sondern kann lediglich die notwendigen anatomischen Gebiete in Übereinstimmung mit der Art der abnormalen Muster, die zu finden sind, ermitteln. Wenn beispielsweise ein eine Abnormalität in den Lungen repräsentierendes Muster zu ermitteln ist, braucht die Verarbeitungseinrichtung 61 lediglich Gebiete, die den Bildern der Lungenflügel und der Region außerhalb des Bildes der Lungenflügel in einer Lungenaufnahme entsprechen, finden.
Die Information über die Positionen der anatomischen Gebiete D1, D2, ..., Dn, die von der Verarbeitungseinrichtung 61 gefunden wurden, wird in die Detektionseinrichtung 63 eingespeist.
Eine Speichereinrichtung 62 speichert die Information über Filter zur Ermittlung abnormaler Muster F1, F2, ... Fn, die den anatomischen Gebieten D1, D2, ..., Dn entsprechen und welche geeignet sind, die in den anatomischen Gebieten D1, D2, ..., Dn lokalisierten abnormalen Muster zu ermitteln.
Der hierin für das dritte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "abnormales Muster" bedeutet ein Muster einer Abnormalität in dem Objekt wie etwa ein Bild eines Tumors, eines verkalkten Bereichs, einer verfetteten und verdickten Pleura oder eines Pneumothorax. Die Detektionseinrichtung 63 muß nicht notwendigerweise alle Arten abnormaler Muster finden, sondern braucht lediglich Tumorbilder als die abnormalen Muster zu finden.
Die Filter zum Ermitteln abnormaler Muster müssen nicht notwendigerweise für die verschiedenen anatomischen Gebiete D1, D2, ... Dn verschieden sein. Wenn beispielsweise fünf anatomische Gebiete D1 bis D5 von der Verarbeitungseinrichtung 61 gefunden wurden, kann derselbe einzelne Filter für zwei anatomische Gebiete D1 und D2 verwendet werden. Wenn Verarbeitungsalgorithmen, die in den jeweiligen Filtern zum Ermitteln abnormaler Muster verwendet werden, im wesentlichen voneinander verschieden sind, ist es selbstverständlich, daß die Filter zum Ermitteln abnormaler Muster voneinander verschieden sind. Ebenso wenn Faktoren, die die Ergebnisse der Ermittlung berühren, lediglich leicht unterschiedlich in den Filtern zum Ermitteln abnormaler Muster sind, ist es in Betracht zu ziehen, daß die Filter zum Ermitteln abnormaler Muster voneinander verschieden sind. Beispielsweise können charakteristische Maße, die den Grad der Wahrscheinlichkeit, daß ein Bild ein abnormales Muster ist, aus den Filterungsvorgängen berechnet und anschließend mit einem Schwellwert weiter verarbeitet werden. Aus den Ergebnissen des Vergleichs kann beurteilt werden, ob das Bild ein wirkliches abnormales Muster ist oder nicht. In solchen Fällen werden die Filter zum Ermitteln abnormaler Muster, die verschiedene Schwellwerte verwenden, als voneinander verschieden betrachtet.
Die Information über die Filter zum Ermitteln abnormaler Muster F1, F2, ... Fn wird von der Speichereinrichtung 62 in die Detektionseinrichtung 63 eingespeist.
Wie oben beschrieben wurde, empfängt die Detektionseinrichtung 63 das Bildsignal S1, das das Strahlungsbild repräsentiert, die Information über die Positionen der anatomischen Gebiete D1, D2, ... Dn im Strahlungsbild, die von der Verarbeitungseinrichtung 61 gefunden worden sind, und die Information über die Filter zur Ermittlung abnormaler Muster F1, F2, ... Fn, die den anatomischen Gebieten D1, D2, ... Dn entsprechen. Die Detektionseinrichtung 63 verarbeitet Bildsignalkomponenten, die Bildinformation in den anatomischen Gebieten D1, D2, ... Dn im Strahlungsbild repräsentieren, mit den entsprechenden Filtern zum Ermitteln abnormaler Muster F1, F2, ... Fn. Auf diese Weise ermittelt die Detektionseinrichtung 63 ein abnormales Muster.
Die Information über das abnormale Muster T, das in der oben beschriebenen Weise ermittelt wurde, wird aus dem mit der Erfindung verwendbaren dritten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster herausgeführt. Anschließend wird beispielsweise eine spezielle Bildverarbeitung mit den Bildsignalkomponenten, die das abnormale Muster in dem Strahlungsbild repräsentieren, durchgeführt. Das das Strahlungsbild repräsentierende Bildsignal wird ebenso zusammen mit der Information über das abnormale Muster gespeichert. Es wird dann ein sichtbares Bild reproduziert und angezeigt, in dem die Position des abnormalen Musters deutlich gezeigt ist.
Die Funktionen des mit der Erfindung verwendbaren dritten Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster müssen nicht notwendigerweise in die in Fig. 16 gezeigten Blöcke 61 bis 63 unterteilt sein. Es ist lediglich notwendig, daß das erfindungsgemäße dritte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster im wesentlichen mit den Funktionen entsprechend den Blöcken 61 bis 63, die in Fig. 15 gezeigt sind, ausgestattet ist.
Wie Tumorbilder in einer Röntgenaufnahme der Brust erscheinen, ist in verschiedenen Bereichen der Lunge unterschiedlich. Mit dem erfindungsgemäßen dritten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster werden Filter zum Ermitteln abnormaler Muster, die geeignet sind, in entsprechenden anatomischen Gebieten erscheinende abnormale Muster zu ermitteln, für die entsprechenden anatomischen Gebiete verwendet. Daher können abnormale Muster genau ermittelt werden.
Die vorliegende Anmeldung beschreibt ebenfalls als ein Beispiel ein Verfahren zum Beurteilen kreisförmiger Muster, das die Schritte umfaßt:
i) aus einem aus einer Reihe von Bildsignalkomponenten, die ein Strahlungsbild eines Objekts repräsentieren, zusammengesetzten Bildsignal, Berechnen mehrerer Differenzen zwischen den Werten der Bildsignalkomponenten, die benachbarte Bildelemente in jedem der vorbestimmten Gebiete in dem Strahlungsbild repräsentieren, wobei die Bildelemente entlang zweier verschiedener Richtungen in dem Strahlungsbild angeordnet sind,
ii) Berechnen eines mittleren Wertes der absoluten Werte der mehreren Differenzen für jede der zwei unterschiedlichen Richtungen, oder eines mittleren Wertes der quadratischen Werte der mehreren der Differenzen für jede der zwei unterschiedlichen Richtungen, und
iii) aus den mittleren Werten, die für die zwei unterschiedlichen Richtungen berechnet würden, den Grad der Wahrscheinlichkeit beurteilen, daß jedes vorbestimmte Gebiet in dem Strahlungsbild in dem Bereich entsprechend einem kreisförmigen Muster in dem Strahlungsbild, liegt.
Die vorliegende Anmeldung beschreibt weiterhin ein Gerät zum Beurteilen kreisförmiger Muster, das umfaßt:
i) eine Differenzberechnungseinrichtung zum Berechnen, aus einem aus einer Reihe von Bildsignalkomponenten, die ein Strahlungsbild eines Objekts repräsentieren, zusammengesetzten Bildsignal, mehrere Differenzen zwischen den Werten der Bildsignalkomponenten, die benachbarte Bildelemente in jedem von vorbestimmten Gebieten in dem Strahlungsbild repräsentieren, wobei die Bildelemente entlang zweier unterschiedlichen Richtungen in dem Strahlungsbild angeordnet sind,
ii) eine Mittelwertberechnungseinrichtung zum Berechnen eines mittleren Wertes der absoluten Werte der mehreren der Differenzen für jede der zwei unterschiedlichen Richtungen, oder einen mittleren Wert der quadratischen Werte der mehreren der Differenzen für jede der zwei unterschiedlichen Richtungen, und
iii) eine Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen, aus den mittleren Werten, die für die zwei unterschiedlichen Richtungen berechnet worden sind, des Grades der Wahrscheinlichkeit, daß jedes vorbestimmte Gebiet in dem Strahlungsbild in den Bereich, der einem kreisförmigen Muster in dem Strahlungsbild entspricht, fällt.
Der hierin für das Verfahren und das Gerät zum Beurteilen kreisförmiger Muster verwendete Begriff "mittlerer Wert" meint einen von verschiedenen Arten von Werten, die den mittleren Wert der Absolutwerte oder der quadratischen Werte der mehreren der Differenzen für jede der zwei verschiedenen Richtungen repräsentieren. Beispielsweise kann der mittlere Wert das arithmetische Mittel, das geometrische Mittel oder der Mittelwert der Absolutwerte oder der quadratischen Werte der mehreren der Differenzen für jede der unterschiedlichen Richtungen sein. Alternativ kann der mittlere Wert mit der durch (Maximalwert - Minimalwert)/2 ausgedrückten Formel berechnet werden. Die vorbestimmten Gebiete können diejenigen sein, die als voraussichtliche kreisförmige Muster durch Verarbeiten eines Bildsignals, das ein Strahlungsbild repräsentiert, mit den in beispielsweise der US-Patentschrift 4,769,850 beschriebenen oder mit einem beliebigen anderen Filter, die später beschrieben werden, gefunden wurden. Alternativ können die vorbestimmten Gebiete diejenigen sein, die sich voneinander durch mehrere gedachte vertikale Linien und mehrere gedachte horizontale Linien, die in das Strahlungsbild gezeichnet sind, unterscheiden. Als eine weitere Alternative kann ein Bediener ein Strahlungsbild beobachten und manuell die vorbestimmten Gebiete in dem Strahlungsbild kennzeichnen. Nach dem mit dem Verfahren zur Beurteilung kreisförmiger Muster beurteilt ist, daß ein vorbestimmtes Gebiet, das in einem Strahlungsbild gekennzeichnet wurde, eine hohe Wahrscheinlichkeit aufweist, in den Bereich, das einem kreisförmigen Muster entspricht, zu fallen, kann der Grad der Wahrscheinlichkeit genauer beurteilt werden, indem die Bildsignalkomponenten, die dem vorbestimmten Gebiet entsprechen, oder die Bildsignalkomponenten, die den Positionen in der Nähe der vorbestimmten Gebiete entsprechen, mit einem Filter verarbeitet werden.
Die Erfinder stellten Untersuchungen über kreisförmige Muster, die Tumorbildern entsprechen, und Gebiete, die sich aus vielen linearen Mustern wie etwa Blutgefäßbildern zusammensetzen, in Röntgenaufnahmen der Brust an. Als Ergebnis wurde gefunden, daß die Bilddichte in den Tumorbildern vergleichsweise gleichförmig ist, wohingegen die Bilddichte in kurzen Abständen entlang einer einzelnen Richtung in den Gebieten, die sich aus vielen linearen Mustern zusammensetzen, ändert. (In den meisten Fällen erstrecken sich die Blutgefäßbilder oder ähnliches in einer näherungsweise konstanten Richtung.)
Das Verfahren und das Gerät zum Beurteilen kreisförmiger Mustergemäß diesen Beispielen gründet sich auf diese Verfahren zum Auffinden. Mit dem mit der Erfindung verwendbaren Verfahren und dem Gerät zum Beurteilen kreisförmiger Muster kann aus den zuvor genannten mittleren Werten, die für die zwei unterschiedlichen Richtungen berechnet wurden, beurteilt werden, ob das vorbestimmte Gebiet dasjenige ist, das sich aus vielen linearen Mustern wie etwa Blutgefäßbildern zusammensetzt, oder nicht. Folg lich kann genau beurteilt werden, ob das vorbestimmte Gebiet in den Bereich, der einem kreisförmigen Muster in einem Strahlungsbild entspricht, fällt oder nicht.
Die vorliegende Anmeldung beschreibt weiterhin ein viertes Gerät zum Auffinden abnormaler Muster, wobei aus einem Bildsignal, das sich aus einer Serie von Bildsignalkomponenten, die ein Strahlungsbild eines Objektes, das aus weichen Geweben und Knochen besteht, zusammensetzt, ein abnormales Muster, das als ein näherungsweise kreisförmiges Muster in dem Strahlungsbild erscheint, ermittelt wird, wobei das Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster umfaßt:
i) eine Bildverarbeitungseinrichtung zum Erhalten eines Weichteilbildsignals, das sich aus einer Reihe von Weichteilbildsignalkomponenten, die hauptsächlich ein Bild der Weichteile in dem Objekt repräsentieren, zusammensetzt, aus mehreren Bildsignalen, die mehrere Strahlungsbilder des Objektes repräsentieren, die wiederum durch Bestrahlung des Objektes mit zumindest zwei Arten von Strahlung mit verschiedenen Energieverteilungen aufgezeichnet worden sind, und
ii) eine Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster, die in dem Weichteilbild erscheinen, indem das Weichteilbildsignal mit einem Filter zum Auffinden abnormaler Muster verarbeitet wird,
wobei der Filter zum Auffinden abnormaler Muster die Schritte umfaßt:
a) Berechnen der Differenzen Δij = fij-f0 zwischen dem Wert einer Weichteilbildsignalkomponente f0, die ein vorbestimmtes Bildelement P0 in dem Weichteilbild repräsentiert, und den Werten der Weichteilbildsignalkomponenten fij, die die Bildelemente Pij repräsentieren, die auf jeder von mehreren Zeilen Li lokalisiert sind, wobei i = 1, 2, ..., n ist, und welche von dem vorbestimmten Bildelement P0 sich zu peripheren Teilen des Weichteilbildes hin erstrecken, und die durch mehrere vorbestimmte Abstände rij, wobei j = 1, 2, ..., m ist, von dem vorbestimmten Bildelement P0 beabstandet sind,
b) für jede der Zeilen bzw. Linien Li finden eines repräsentativen Wertes, der für die Differenzen Δij repräsentativ ist,
c) Berechnen eines mittleren Wertes der zwei repräsentativen Werte für jedes Paar von zwei Zeilen, die sich von dem vorbestimmten Bildelement P0 in näherungsweise entgegengesetzten Richtungen erstrecken, und
d) aus den mittleren Werten, die für mehrere der Paare von Zeilen bzw. Linien berechnet wurden, Beurteilen, ob das vorbestimmte Bildelement P0 in den Bereich, der dem abnormalen Muster entspricht, fällt oder nicht.
In dem vierten Gerät zum Auffinden abnormaler Muster ist die Anzahl der Zeilen Li, wobei i = 1, 2, ..., n ist, d. h., der Wert von n, nicht auf einen spezifischen Wert begrenzt, sondern kann vielmehr jeden Wert annehmen, der den Grad der Genauigkeit, der für die Beurteilung notwendig ist, um die Bearbeitungsvorgänge innerhalb einer spezifizierten Zeit abzuschließen oder ähnliches befriedigt.
Ebenso ist die Anzahl der vorbestimmten Abstände rij, wobei j = 1, 2, ..., m, d. h., der Wert von m, nicht auf einen spezifischen Wert beschränkt.
Der hierin für das vierte Geräte zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "repräsentativer Wert" meint einen Wert, der geeignet ist, die Anwesenheit oder Abwesenheit oder die Menge der Differenzen Δij zwischen dem Wert der Weichteilbildsignalkomponente f0, die ein vorbestimmtes Bildelement P0 repräsentiert, und den Werten der Weichteilbildsignalkomponenten fij, die die Bildelemente Pij repräsentieren, die auf mehreren Linien Li, die sich vom vorbestimmten Bildelement P0 zu peripheren Teilen des Weichteilbildes hin erstrecken, und welche durch mehrere vorbestimmte Abstände rij von dem vorbestimmten Bildelement P0 beabstandet sind, auszudrücken. Wenn beispielsweise das abnormale Muster die Eigenschaft hat, daß der Wert der Weichteilbildsignalkomponente, die der zentralen Position des abnormalen Musters entspricht, kleiner ist als der Wert der Weichteilbildsignalkomponenten, die den peripheren Bereichen des abnormalen Musters entsprechen, kann der maximale Wert der Differenzen Wij als der repräsentative Wert verwendet werden. Wenn das abnormale Muster die Eigen schaft hat, daß der Wert der Weichteilbildsignalkomponente, die der zentralen Position des abnormalen Musters entspricht, größer ist als die Werte der Weichteilbildsignalkomponenten, die den peripheren Bereichen des abnormalen Musters entsprechen, kann der minimale Wert der Differenzen Δij als der repräsentative Wert verwendet werden. Wenn allerdings der maximale Wert der Differenzen Δij als der repräsentative Wert verwendet wird, beispielsweise wenn alle Differenzen Δij zwischen dem Wert der Weichteilbildsignalkomponente f0, die das vorbestimmte Bildelement P0 repräsentiert, und den Werten der Weichteilbildsignalkomponenten fij, die die Bildelemente Pij repräsentieren, die auf einer gewissen Linie Lk zwischen mehreren der Linien Li, die sich von dem vorbestimmten Bildelement P0 zu peripheren Teilen des Weichteilbildes hin erstrecken, und die durch mehrere vorbestimmte Abstände rij von dem vorbestimmten Bildelement P0 beabstandet sind, negativ sind, kann kein effektiver maximaler Wert der Differenzen Δij für die Linie Lk gefunden werden. In solchen Fällen kann ein maximaler Wert der Differenzen Δij aus einigen zusätzlichen einfachen Berechnungen erhalten und anschließend als der repräsentative Wert verwendet werden. Alternativ kann beispielsweise ein Wert von 0.0 als der repräsentative Wert verwendet werden. Folglich meint der hierin für das vierte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "repräsentativer Wert" ebenso einen Wert, der anstelle eines repräsentativen Wertes verwendet wird, in Fällen, in denen ein repräsentativer Wert erhalten wird, der die Differenzen zwischen dem Wert der Weichteilbildsignalkomponente f0, die das Bildelement P0, die an der zentralen Position eines abnormalen Musters lokalisiert ist, repräsentiert und den Werten der Weichteilbildsignalkomponenten fij, die die Bildelemente Pij, die an den peripheren Bereichen des abnormalen Musters lokalisiert sind, repräsentieren, in effizienter Weise repräsentiert. Der hierin für das vierte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "repräsentativer Wert" meint weiterhin einen Wert, der im wesentlichen den maximalen oder den minimalen Wert der Differenzen Δij repräsentiert, z. B. ein Wert, der aus einer Formel berechnet ist, die sich ausdrücken läßt als (maximaler Wert) - (vorbestimmter Wert) oder (minimaler Wert) + (vorbestimmter Wert).
Im vierten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster werden die Differenzen mittels einer Formel berechnet, die sich ausdrücken läßt als Δij = fji-f0. Solche Beispiele sind im wesentlichen identisch zu Beispielen, in denen die Differenzen aus einer Formel berechnet werden, die sich ausdrücken läßt als Δij' = f0-fij, mit Ausnahme, daß die maximalen Werte und die minimalen Werte der Differenzen vertauscht sind. Das vierte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster soll in seinem Bereich Ausführungsformen mit einschließen, die im wesentlichen identisch sind.
Der hierin für das vierte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "mittlerer Wert" meint einen Wert, der geeignet ist, die Anwesenheit oder Abwesenheit oder die Menge der Differenzen zwischen dem Wert der Weichteilbildsignalkomponente f0, die das in der zentralen Position des abnormalen Musters lokalisierte Bildelement P0 repräsentiert, und den zwei repräsentativen Werten, die jeweils für die Paare der zwei Linien gefunden wurden, die sich von dem Bildelement P0 in annähernd entgegengesetzten Richtungen erstrecken, auszudrücken. Beispielsweise kann der mittlere Wert das arithmetische Mittel oder das geometrische Mittel der zwei repräsentativen Werte sein. Alternativ können die repräsentativen Werte gewichtet sein, und der Mittelwert der gewichteten repräsentativen Werte kann als der mittlere Wert verwendet werden.
Die Anmeldung beschreibt ebenso ein fünftes Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster, wobei anstelle des Filters zum Finden abnormaler Muster, der im vierten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendet wird, ein Filter zum Auffinden abnormaler Muster verwendet wird, der die Schritte umfaßt:
a) Berechnen der Gradienten fi von Weichteilbildsignalkomponenten fi, die Bildelemente Pi repräsentieren, die auf mehreren Linien Li angeordnet sind, wobei i = 1, 2, ..., n ist, die sich von einem vorbestimmten Bildelement P0 in dem Weichteilbild zu peripheren Teilen des Weichteilbildes erstrecken, und die durch einen vorbestimmten Abstand ri von dem vorbestimmten Bildelement P0 beabstandet sind,
b) Berechnen der normalisierten Gradienten fi fi durch Teilen der Gradienten fi durch deren Beträge fi ,
c) Berechnen der Projektionen der normalisierten Gradienten fi fi auf die Vektoren, die von den Bildelementen Pi zu dem vorbestimmten Bildelement P0 weisen, wobei die Projektionen als fi/ fi *ei ausgedrückt sind, wobei die ei die Einheitsvektoren in der Richtung von den Bildelementen Pi zu dem vorbestimmten Bildelement P0 bezeichnen und * das innere Produkt bezeichnet,
d) Berechnen eines mittleren Wertes aus den Werten der Projektionen fi/ fi *ei, und
e) aus dem mittleren Wert beurteilen, ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb des dem abnormalen Muster entsprechenden Bereiches liegt oder nicht.
In dem fünften Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist die Anzahl der Linien Li, wobei i = 1, 2, ..., n ist, d. h. der Wert von n, nicht auf einem spezifischen Wert beschränkt, sondern dieser kann jeden Wert annehmen, der den Grad an gewünschter Genauigkeit in der Beurteilung, die es erlaubt, die Arbeitsvorgänge innerhalb einer spezifizierten Zeit oder ähnlichen abzuschließen, genügen.
In dem beispielhaften fünften Gerät zur Ermittlung abnormaler Muster kann der vorbestimmte Abstand ri für die jeweiligen Linien Li variieren. Wenn beispielsweise das abnormale Muster, das ermittelt werden soll, ein elliptisches Muster mit einer längeren Achse, die sich in einer vorbestimmten Richtung erstreckt, besitzt, kann der vorbestimmte Abstand ri in der Richtung länger sein als der vorbestimmte Abstand ri in der dazu senkrechten Richtung (d. h. in der Richtung entlang der kürzeren Achse des elliptischen Musters).
Der hier verwendete Begriff "Gradient" bezeichnet den Vektor, der ausgedrückt ist durch
f(m,n) = (f(m + 1, n) - f(m,n) f(m,n + 1) - f(m,n)) (1)
In Formel (1) bezeichnet (m,n) die x- und y-Koordinaten eines gewissen Bildelementes P in einem Strahlungsbild, (m + 1, n) bezeichnet die Koordinate eines Bildelementes P', das zu dem Bildelement P in der x-Richtung benachbart ist, und (m, n + 1) bezeichnet die Koordinaten eines Bildelementes P", das dem Bildelement in der y-Richtung benachbart ist. Ebenso bezeichnen jeweils f(m,n), f(m + 1, n) und f(m ,n + 1) die Werte der Bildsignalkomponenten, die die Bildelemente P, P' und P" repräsentieren.
Indem fünften Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster werden die Projektionen fi/ fi *ei berechnet. Solche Beispiele sind im wesentlich identisch mit Beispielen, in denen die Projektionen fi/ fi *ei' berechnet werden, wobei ei' die Einheitsvektoren bezeichnet, die von den Bildelementen Pi weg zu den vorbestimmten Bildelement P0 entlang der Linien Li gerichtet sind, mit der Ausnahme, daß die maximalen Werte und die minimalen Werte der Projektionen vertauscht sind. Das beispielhafte fünfte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist gedacht, im wesentlichen gleiche Ausführungsformen in seinen Schutzbereich mit einzuschließen.
Der hierin für das fünfte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "mittlerer Wert" meint typischerweise das Arithmetische Mittel der zuvor benannten Projektionen. Alternativ kann der mittlere Wert das geometrische Mittel der zuvor genannten Projektionen sein. Als eine weitere Alternative können die zuvor genannten Projektionen gewichtet sein und der mittlere Wert der gewichteten Projektionen kann als der mittlere Wert verwendet werden.
Die vorliegende Anmeldung beschreibt weiterhin ein sechstes Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster, wobei statt der Filter zum Auffinden abnormaler Muster, die in den vierten und fünften Geräten zum Ermitteln abnormaler Muster verwendet sind, ein Filter zum Auffinden abnormaler Muster verwendet wird, der die folgenden Schritte umfaßt:
a) Berechnen der Gradienten vfij der Weichteilbildsignalkomponenten fij, die Bildelemente Pij repräsentieren, die entlang jeweils mehrerer Linien Li angeordnet sind, wobei i = 1, 2, ..., n ist, und die sich von einem vorbestimmten Bildelement P0 in dem Weichteilbild zu peripheren Teilen des Weichteilbildes hin erstrecken, und die durch mehrere vorbestimmte Abstände rij, wobei j = 1, 2, ..., m ist, von dem vorbestimmten Bildelement P0 beabstandet sind,
b) Berechnen der normalisierten Gradienten fij/ fij durch Teilen der Gradienten fij durch deren Beträge fij ,
c) Berechnen der Projektionen der normalisierten Gradienten fij/ fij auf Vektoren, die von den Bildelementen Pij zu dem vorbestimmten Bildelement P0 gerichtet sind, wobei die Projektionen ausgedrückt sind als fij/ fij *ei, wobei ei die Einheitsvektoren bezeichnen, die von dem Bildelementen Pij zu dem vorbestimmten P0 gerichtet, sind, und * das innere Produkt kennzeichnet,
d) Finden eines repräsentativen Wertes { fij/ fij *ei}r, der für die Projektionen fij/ fij *ei für jede der Zeilen Li repräsentativ ist,
e) Berechnen eines mittleren Wertes der repräsentativen Werte { fij/ fij *ei}r, die für die mehreren der Linien Li gefunden wurden, und
f) von dem mittleren Wert beurteilen, ob das vorbestimmte Bildelement P0 in den Bereich, der dem abnormalen Muster entspricht, fällt oder nicht.
In dem sechsten beispielhaften Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist die Anzahl der Linien Li, wobei i = 1, 2, ..., n ist, d. h. der Wert von n, nicht auf einen spezifischen Wert beschränkt, sondern kann jeden beliebigen Wert annehmen, der dem Grad der gewünschten Genauigkeit in der Beurteilung genügt, der es erlaubt, die Bearbeitungsvorgänge innerhalb einer spezifizierten Zeit oder ähnlichen abzuschließen.
In dem sechsten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist die Anzahl der vorbestimmten Abstände rij, wobei j = 1, 2, ..., m, ist, d. h. der Wert von m, nicht auf einen spezifischen Wert beschränkt. Ebenso kann der Wert von m für die jeweiligen Linien Li, wobei i = 1, 2, ..., n ist, variieren. Wenn beispielsweise das zu ermittelnde abnormale Muster ein elliptisches Muster mit einer längeren Achse ist, die sich in einer vorbestimmten Richtung erstreckt, aufweist, kann der Wert von m in der vorbestimmten Richtung größer sein als der Wert von m in der Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Richtung.
Der hierin verwendete Begriff "Gradient" meint den Vektor, der durch Formel (1) ausgedrückt ist.
Der hierin für das sechste beispielhafte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "repräsentativer Wert", meint einen Wert, der geeignet ist, die Eigenschaften eines abnormalen Musters, das in einem Bildprofil entlang jeder der Linien Li erscheint, auf der Grundlage der Projektionen fij/ fij *ei auszudrücken. Wenn beispielsweise das abnormale Muster typischerweise die Eigenschaft aufweist, daß der Wert der Weichteilbildsignalkomponente, die der zentralen Position des abnormalen Musters entspricht, kleiner ist als die Werte der Weichteilbildsignalkomponenten, die den peripheren Bereichen des abnormalen Musters entsprechen, kann der maximale Wert der Projektionen fij/ fi *ei für jede der Zeilen Li als der repräsentative Wert verwendet werden. Wenn das abnormale Muster die Eigenschaft hat, daß der Wert der der zentralen Position des abnormalen Musters entsprechenden Weichteilbildsignalkomponente größer ist als die Werte der Weichteilbildsignalkomponenten, die den peripheren Bereichen des abnormalen Musters entsprechen, kann der minimale Wert der Projektionen fij/ fij *ei für jede der Linien Li als der repräsentative Wert verwendet werden. Wenn jedoch der maximale Wert der Projektionen fij/ fij *ei für jede der Linien Li als der repräsentative Wert verwendet wird, beispielsweise wenn für alle Projektionen fij/ fij *ei eine gewisse Linie Lk unter mehreren der Linien Li negativ ist, wird kein effektiver Maximalwert für die Projektionen fij/ fij *ei für die Linie Lk gefunden. In diesen Fällen kann ein maximaler Wert der Projektionen fij/ fij *ei aus einigen zusätzlichen einfachen Berechnungen gefunden und als der repräsentative Wert verwendet werden. Alternativ kann beispielsweise ein Wert von 0.0 als der repräsentative Wert verwendet werden. Der hierin für das sechste Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "repräsentativer Wert" kann ebenso einen Wert meinen, der im wesentlichen den maximalen Wert oder den minimalen Wert der Projektionen fij/ fij *ei darstellt, z. B. einen aus der wie folgt ausgedrückten Formel berechneten Wert (maximaler Wert)-(vorbestimmter Wert) oder (minimaler Wert)+(vorbestimmter Wert).
Indem sechsten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster werden die Projektionen fij/ fij *ei berechnet. Diese Ausführungsformen sind im wesentlichen identisch mit Beispielen, in denen die Projektionen fij/ fij *ei' berechnet sind, wobei die ei' die Einheitsvektoren bezeichnen, die von den Bildelementen Pij weg zu den vorbestimmten Bildelement P0 entlang jeder der Linien Li gerichtet sind, mit Ausnahme, daß die maximalen Werte und die minimalen Werte der Projektionen vertauscht sind. Das sechste Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist dazu gedacht, im wesentlichen identische Ausführungsformen zu umschließen.
Der hierin für das sechste Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "mittlerer Wert" meint typischerweise das arithmetische Mittei der repräsentativen Werte. Alternativ kann der mittlere Wert das geometrische Mittel der repräsentativen Werte sein. Als eine weitere Alternative können die repräsentativen Werte gewichtet sein, und der Mittelwert der gewichteten repräsentativen Werte kann als der mittlere Wert verwendet werden.
Ein siebtes Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist in Anspruch 1 mit den Einschränkungen des Anspruchs 4 beschrieben.
Der hierin für das siebte erfindungsgemäße Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "mittlerer Wert" meint typischerweise das arithmetische Mittel der Werte der Weichbildsignalkomponenten, die mehrere in jedem Gebiet befindlichen Bildelemente repräsentieren. Alternativ kann der mittlere Wert das geometrische Mittel, der Mittelwert oder ähnliches der Werte der Weichteilbildsignalkomponenten sein, die mehrere, sich in jedem Gebiet befindlichen Bildelemente repräsentieren.
Der hierin für das siebte erfindungsgemäße Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "erster charakteristischer Wert" meint einen Wert, der für mehrere der Differenzen Δi repräsentativ ist. Beispielsweise kann der erste charakteristische Wert der mittlere Wert, der maximale Wert oder der minimale Wert der Differenzen Δi sein.
Der hierin für das erfindungsgemäße siebte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "zweiter charakteristischer Wert" meint einen Wert, der den Grad der Streuung in mehreren der Differenzen Δi repräsentiert. Beispielsweise kann der zweite charakteristische Wert die Varianz der Differenzen Δi oder der Wert sein, der gegeben ist durch die Formel:
(maximaler Wert)-(minimaler Wert).
Im erfindungsgemäßen siebten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist die Anzahl der Linien Li, wobei i = 1, 2, ..., n ist, d. h. der Wert von n, nicht auf einen spezifischen Wert beschränkt, sondern kann jeden Wert annehmen, der dem benötigten Grad der Genauigkeit der Beurteilung genügt, der es erlaubt, die Betriebsverfahren in einer spezifischen Zeit oder ähnlichen abzuschließen.
Ein achtes erfindungsgemäßes Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist in Anspruch 1 definiert, wobei statt der Filter zum Auffinden abnormaler Muster, die in den vierten, fünften, sechsten und siebten Geräten zum Ermitteln abnormaler Muster ein weiterer- Filter zum Auffinden von Mustern verwendet wird.
Der hierin für das erfindungsgemäße achte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "mittlerer Wert" meint typischerweise das arithmetische Mittel der Werte der Weichteilbildsignalkomponenten, die mehrere in jedem Gebiet lokalisierte Bildelemente repräsentieren. Alternativ kann der mittlere Wert das geometrische Mittel, der Mittelwert oder ähnliches der Werte der Weichteilbildsignalkomponenten, die mehrere der Bildelemente, die in jedem Gebiet lokalisiert sind, repräsentieren.
Der hierin für das erfindungsgemäße achte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "erster charakteristischer Wert" meint einen Wert, der für mehrere der Differenzen Δi repräsentativ ist. Beispielsweise kann der erste charakteristische Wert der mittlere Wert, der maximale Wert oder der minimale Wert der Differenzen Δi sein.
Der hierin für das erfindungsgemäße achte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "zweiter charakteristischer Wert" meint einen Wert, der die Größe der Streuung von mehreren der Differenzen Δi repräsentiert. Beispielsweise kann der zweite charakteristische Wert die Varianz der Differenzen Δi oder der Wert sein, der durch die Formel gegeben ist:
(maximaler Wert)-(minimaler Wert).
In dem achten erfindungsgemäßen Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist die Anzahl der Linien Li, wobei i = 1, 2, ..., n ist, d. h. der Wert von n, auf keinen spezifischen Wert beschränkt, sondern kann jeden beliebigen Wert annehmen, der dem benötigten Grad an Genauigkeit bei der Beurteilung genügt, der es erlaubt, den Betrieb innerhalb einer spezifizierten Zeit oder ähnlichen abzuschließen.
In dem erfindungsgemäßen achten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist die Anzahl der vorbestimmten Abstände rij, wobei j = 1, 2, ..., m ist, d. h. der Wert von m, nicht auf einen spezifischen Wert beschränkt. Der Wert von m kann ebenso für die jeweiligen Linien Li, wobei i = 1, 2, ..., n ist, variieren. Wenn beispielsweise das zu ermittelnde abnormale Muster ein elliptisches Muster aufweist mit einer längeren Achse, die in einer vorbestimmten Richtung verläuft, kann der Wert von m in der vorbestimmten Richtung größer sein als der Wert von m in der Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Richtung. Wenn der Abstand sich kontinuierlich von dem minimalen Abstand rimin zu dem maximalen Abstand rimax entlang jeder der Linien rij ändert, wobei j = 1, 2, ..., m ist, ist anzunehmen, daß der Abstand verschiedene Werte zwischen rimin und rimax annimmt. Daher umschließt der hierin für das beispielhafte achte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "mehrere vorbestimmte Abstände rij" ebenso die Fälle, in denen der Wert des Abstandes rij kontinuierlich variiert.
Der hierin für das achte erfindungsgemäße Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "repräsentativer Wert" meint einen Wert, der geeignet ist, die Anwesenheit der Abwesenheit oder die Menge der Differenzen zwischen dem mittleren Wert Q0 und den Werten der Weichteilbildsignalkomponenten, die die Bildelemente repräsentieren, die sich in dem zentralen Gebiet befinden, das das vorbestimmte Bildelement P0 einschließt, und den mittleren Werten Qij, wobei j = 1, 2, ..., m ist, wobei jeder den mittleren Wert der Werte der Weichteilbildsignalkompenten repräsentiert, die die in jeder der peripheren Gebiete liegenden Bildelemente repräsentieren, wobei jedes periphere Gebiet eines der Bildelemente Pij, die in einer der Linien Li liegen, einschließen, auszudrücken. Wenn beispielsweise typischerweise das abnormale Muster die Eigenschaft hat, daß der Wert der Weichteilbildsignalkomponente, die der zentralen Position des abnormalen Musters entspricht, kleiner ist als die Werte der Weichteilbildsignalkomponenten, die den peripheren Teilen des abnormalen Muster entsprechen, kann der maximale Wert der mittleren Werte Qij, die den peripheren Gebieten, die entlang der Linien Li angeordnet sind, entsprechen, als der repräsentative Wert verwendet werden. Wenn das abnormale Muster die Eigenschaft hat, daß der Wert der Weichteilbildsignalkomponente, die der zentralen Position des abnormalen Musters entspricht, größer ist als die Werte der Weichteilbildsignalkomponenten, die den peripheren Positionen des abnormalen Musters entsprechen, kann der minimale Wert der mittleren Werte Qij, die den peripheren Gebieten entsprechen, die entlang der Linien Li angeordnet sind, als der repräsentative Wert verwendet werden. Wenn jedoch der maximale Wert der mittleren Werte Qij, die den peripheren Gebieten, die entlang jeder der Linien Li angeordnet sind, als der repräsentative Wert verwendet wird, wenn beispielsweise alle mittleren Werte Qij, die den peripheren Werten, die entlang einer gewissen Linie Lk unter mehreren der Linien Li angeordnet sind, negativ sind, ist kein effektiver maximaler Wert der mittleren Werte Qij für die Linie Lk zu finden. In diesen Fällen kann ein maximaler Wert der mittleren Werte Qij, der aus einigen weiteren einfachen Berechnungen gefunden wurde, als der repräsentative Wert verwendet werden. Alternativ kann beispielsweise ein Wert von 0.0 als der repräsentative Wert verwendet werden. Folglich meint der hierin für das achte erfindungsgemäße Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "repräsentativer Wert" einen Wert, der anstelle eines repräsentativen Wertes verwendet wird, in den Fällen, in denen ein repräsentativer Wert erhalten wird, der die Differenzen zwischen dem mittleren Wert Q0, der der zentralen Position entspricht, und den mittleren Werten Qij, die den peripheren Gebieten, die entlang jeder der Linien Li angeordnet sind, entsprechen, nicht in effektiver Weise repräsentieren. Der hierin für das erfindungsgemäße achte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendete Begriff "repräsentativer Wert" meint einen Wert, der im wesentlichen den maximalen Wert oder den minimalen Wert der mittleren Werte Qij, die den peripheren Gebieten, die entlang jeder der Linien Li angeordnet sind, entsprechen, repräsentiert, z. B. der Wert, der durch eine der Formeln gegeben ist.
(maximaler Wert)-(vorbestimmter Wert), und (minimaler Wert)+(vorbestimmter Wert).
Ebenso kann in dem erfindungsgemäßen siebten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster in den Fällen, in denen die Werte der Differenzen Δi die Differenzen zwischen dem mittleren Wert Q0, der dem zentralen Gebiet entspricht, und den mittleren Werten Qi, die den peripheren Gebieten entsprechen, die das zentrale Gebiet umgeben, nicht in effektiver Weise repräsentieren, ein Wert von 0.0 oder ähnlichem anstelle der Werte, die für die die Differenzen Δi erhalten worden sind, verwendet werden.
Das erfindungsgemäße siebte und achte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster kann in verschiedenen Arten ausgeführt sein, so daß die zuvor genannten Arbeitsweisen im wesentlichen ausgeführt werden. Beispielsweise kann in dem beispielhaften achten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster der maximale Wert Qi dar mittleren Werte Qij, die den peripheren Gebieten entsprechen, die entlang jeder der Linien Li angeordnet sind, als der repräsentative Wert gefunden werden. Anschließend können die Differenzen zwischen dem mittleren Wert Q0, der dem zentralen Gebiet entspricht, und den jeweiligen repräsentativen Werten Qi, die für die mehreren der Linien Li gefunden wurden, aus der Formel berechnet werden
Δi = Qi - Q0 (2).
Alternativ können die Differenzen zwischen dem mittleren Wert Q0 und den jeweiligen mittleren Werten Qij aus der Formel Δij = Qij-Q0 berechnet werden, und anschließend kann der maximale Wert der Differenzen Δij, die jeder der Linien Li entsprechen, ermittelt werden. Der auf diese Weise gefundene maximale Wert ist identisch mit dem Wert, der mit Formel (2) berechnet wurde. Das erfindungsgemäße achte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster schließt auch solche Beispiele mit ein.
Das vierte bis einschließlich achte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster insbesondere entsprechend der Erfindung sollte vorzugsweise mit einer Beurteilungseinrichtung ausgestattet sein zum Berechnen mehrerer Differenzen zwischen den Werten der Weichteilbildsignalkomponenten, die benachbarte Bildelemente in dem abnormalen Muster repräsentieren, welches durch die Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster gefunden wurde, wobei die Bildelemente entlang jeder von zwei verschiedenen Richtungen in dem Weichteilbild angeordnet sind, und
zum Berechnen eines mittleren Wertes der absoluten Werte der mehreren der Differenzen für jede der zwei unterschiedlichen Richtungen, oder eines mittleren Wer tes der quadratischen Werte der mehreren der Differenzen für die zwei unterschiedlichen Richtungen, und
um aus den mittleren Werten, die für die zwei unterschiedlichen Richtungen berechnet wurden, den Grad der Wahrscheinlichkeit zu beurteilen, daß das abnormale Muster, das durch die Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster gefunden wurde, ein wahres abnormales Muster ist.
Der hierin für die oben beschriebene Beurteilungseinrichtung verwendete Begriff "mittlerer Wert" meint einen aus verschiedenen Arten von Werten, die den mittleren Wert der absoluten Werte oder quadratischen Werte der mehreren der Differenzen für jede der, zwei unterschiedlichen Richtungen repräsentieren. Beispielsweise kann der mittlere Wert das arithmetische Mittel, das geometrische Mittel oder der Mittelwert der Absolutwerte oder der quadratischen Werte der mehreren der Differenzen für die zwei unterschiedlichen Richtung sein. Alternativ kann der mittlere Wert mit der Formel berechnet werden, die sich ausdrücken läßt als
(maximaler Wert - minimaler Wert)/2.
Mit dem vierten bis einschließlich achten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster insbesondere entsprechend der Erfindung wird ein in dem Weichteilbild erscheinendes abnormales Muster gefunden, in dem das von der Bildverarbeitungseinrichtung erhaltene Weichteilbildsignal verarbeitet wird. Daher kann ein abnormales Muster ohne nachteilige Beeinflussung von Knochenbildern genau ermittelt werden.
Im vierten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster arbeitet der Filter zum Auffinden abnormaler Muster so, daß die Differenzen Δij = fij - f0 zwischen dem Wert einer Weichteilbildsignalkomoponente f0, die ein vorbestimmtes Bildelement P0 repräsentiert, und den Werten der Weichteilbildsignalkomponenten fij, die die Bildelemente Pij repräsentieren, ermittelt werden. Die Bildelemente Pij sind auf jeder von mehreren Linien Li angeordnet, wobei i = 1, 2, ..., n ist, und sich von dem vorbestimmten Bildelement P0 zu peripheren Teilen des Weichteilbildes erstrecken, und von dem vorbestimmten Bildelement P0 durch mehrere vorbestimmte Abstände rij, wobei j = 1, 2, ..., n ist, beabstandet sind. An schließend wird ein repräsentativer Wert, der für die Differenzen Δi repräsentativ ist, für jede der Linien Li ermittelt. Daher kann sogar, wenn abnormale Muster in kreisförmigen Mustern vorhanden sind, die verschiedene Größe in einem Weichteilbild haben und sogar, wenn die Formen der abnormalen Muster leicht von Kreisen abweichen, beispielsweise wenn die Ellipsen sind, genau beurteilt werden, ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb des Bereichs, der einem abnormalen Muster entspricht, fällt oder nicht. Mit dem vierten beispielhaften Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster wird ebenfalls ein repräsentativer Wert, der für die Differenzen Δi repräsentativ ist, für jede der Linien Li ermittelt, und es wird eine Berechnung durchgeführt, um einen mittleren Wert der zwei repräsentativen Werte für jeden Satz von zwei Linien, die sich von dem vorbestimmten Bildelement P0 in näherungsweise entgegengesetzten Richtungen erstrecken, zu finden. Anschließend wird aus den mittleren Werten, die für mehrere der Paare von Linien berechnet worden sind, beurteilt, ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb des Bereichs liegt, das einem abnormalen Muster entspricht. Folglich kann sogar, wenn das abnormale Muster in einem Bereich des Weichteilbildes anwesend ist, in dem die Hintergrundbilddichte sich deutlich ändert, genau beurteilt werden, ob das vorbestimmte Bildelement P0 in dem Gebiet liegt, das dem abnormalen Muster entspricht.
In dem fünften und sechsten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster gemäß den Beispielen funktioniert der Filter zum Auffinden abnormaler Muster so, daß die normalisierten Gradienten fi/ Δfi oder die normalisierten Gradienten fij/ Δfij berechnet werden. Anschließend werden Berechnungen ausgeführt, die die Projektionen der normierten Gradienten auf Vektoren, die von den Bildelementen Pi oder den Bildelementen Pij zu dem vorbestimmten Bildelement P0 gerichtet sind, ergeben, wobei die Projektionen ausgedrückt sind durch fi/ fi *ei oder fij/ fij *ei. Daher können ungünstige Wirkungen vom Kontrastpegel des kreisförmigen Musters mit den umgebenden Bildbereichen verhindert werden und bezüglich der Form des Musterspann eine genaue Beurteilung getroffen werden.
Ebenso werden mit dem sechsten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster die repräsentativen Werte aus den Weichteilbildsignalkomponenten fij gefunden, die die Bildelemente Pij repräsentieren, die auf jeder von mehreren Linien Li, die sich von einem vorbestimmten Bildelement P0 zu peripheren Teilen des Weichteilbildes erstrecken, ange ordnet sind und die von dem vorbestimmten Bildelement P0 durch mehrere vorbestimmte Abstände rij beabstandet sind. Daher können sogar, wenn abnormale Muster mit verschiedener Größe in einem Weichteilbild anwesend sind und sogar, wenn die Formen der abnormalen Muster leicht von Kreisen abweichen, z. B. wenn diese Ellipsen sind, genau beurteilt werden, ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb des Bereiches liegt oder nicht, der einem abnormalen Muster entspricht. Sogar in solchen Fällen können nachteilige Wirkungen vom Kontrastpegel der abnormalen Muster zu den umgebenden Bildbereichen verhindert werden und bezüglich der kreisförmigen Form des abnormalen Musters kann eine genaue Beurteilung getroffen werden:
Mit dem fünften und sechsten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster kann durch Verarbeitung des Weichteilbildsignals mit dem Filter zum Auffinden abnormaler Muster ein abnormales Muster ohne nachteilige Wirkungen von Knochenbildern genau ermittelt werden.
In den erfindungsgemäßen siebten und achten Geräten zum Ermitteln abnormaler Muster arbeiten die Filter zum Auffinden abnormaler Muster, so, daß das Verhältnis des ersten charakteristischen Wertes zu dem zweiten charakteristischen Wert berechnet und mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen wird. Aus den Ergebnissen des Vergleichs wird beurteilt, ob vorbestimmte Bildelemente innerhalb des Bereiches liegen, der einem abnormalen Muster entspricht, oder nicht. Daher können ein kreisförmiges und ein lineares Muster, die in einem Weichteilbild anwesend sind, mit einem einzelnen Filter genau voneinander unterschieden werden. Durch Verarbeiten des Weichteilbildsignals mit dem Filter zum Auffinden abnormaler Muster kann ein abnormales Muster ohne nachteilige Wirkungen aus Knochenbildern genau detektiert werden.
Ebenso arbeitet in dem achten erfindungsgemäßen Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster der Filter zum Auffinden abnormaler Muster so, daß die mittleren Werte Qij berechnet werden, wobei diese jeweils den mittleren Wert der Werte der Weichteilbildsignalkomponenten repräsentieren, die die Bildelemente repräsentieren, die in jedem der peripheren Gebiete lokalisiert sind, wobei jedes periphere Gebiet eines der Bildelemente Pij einschließt. Die Bildelemente Pij sind auf jede der Linien Li angeordnet, die sich von einem vorbestimmten Bildelement P0 zu peripheren Teilen des Weichteilbildes erstrec ken, und diese sind durch mehrere vorbestimmte Abstände rij, wobei j = 1, 2, ..., m ist, von dem vorbestimmten Bildelement P0 beabstandet. Der repräsentative Wert Qi, der für die mittleren Werte repräsentativ ist, wird anschließend für jede der Linien Li ermittelt. Daher kann, sogar wenn abnormale Muster mit verschiedenen Größen in einem Weichteilbild vorhanden sind und sogar wenn die Formen der abnormalen Muster leicht von der Kreisform abweichen, z. B. als Ellipsen, genau beurteilt werden, ob ein vorbestimmtes Bildelement P0 innerhalb des Bereiches liegt, der einem abnormalen Muster entspricht, oder nicht.
Ein Weichteilbild enthält ebenso lineare Muster wie etwa Blutgefäßbilder. Daher besteht die Gefahr, daß ein aus vielen Blutgefäßbildern zusammengesetztes Gebiet irrtümlich als das eine ermittelt wird, das dem abnormalen Muster entspricht. Die Erfinder haben Untersuchungen über kreisförmige Muster, die Tumorbildern entsprechend und Gebiete, die aus vielen linearen Mustern zusammengesetzt sind, wie etwa Blutgefäßbilder, in Röntgenaufnahmen der Brust angestellt. Als Ergebnis wurde gefunden, daß die Bildintensität in den Tumorbildern vergleichsweise gleichförmig ist, wohingegen die Bilddichte sich, im kleinen Abständen entlang einer einzelnen Richtung in Gebieten, die sich aus vielen linearen Mustern zusammensetzen, ändert. (In den meisten Fällen erstrecken sich die Blutgefäßbilder oder ähnliches in näherungsweiser konstanter Richtung.)
Wie oben beschrieben wurde, sollte das vierte bis einschließlich achte, insbesondere das erfindungsgemäße Gerät zum Auffinden abnormaler Muster vorzugsweise mit der Beurteilungseinrichtung ausgestattet sein zum Beurteilen, aus den zuvor genannten mittleren Werten, die für zwei verschiedene Richtungen berechnet worden sind, ob die abnormalen Muster, die durch die Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster gefunden worden sind, einem sich aus mehreren linearen Mustern wie etwa Blutgefäßbildern zusammensetzenden Gebiet entspricht oder nicht. In diesen Fällen kann eine genauere Beurteilung getroffen werden, ob das abnormale Muster, das zuvor ermittelt wurde, ein wirkliches abnormales Muster ist oder nicht.
Die vorliegende Anmeldung beschreibt weiterhin ein Gerät zum Auffinden eines Bildes, bereit, wobei aus einem Bildsignal, das aus einer Reihe von Bildsignalkomponenten zusammengesetzt ist, die ein Strahlungsbild eines menschlichen Körpers repräsentieren, ein Tumorbild in dem Strahlungsbild gefunden wird, wobei das Gerät zum Auffinden des Bildes umfaßt:
i) eine Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße zum Berechnen der charakteristischen Maße für mehrere der Bildelemente in dem Strahlungsbild durch Verarbeitung des Bildsignals durch einen Raumdomänenfilter, der die charakteristischen Maße ergibt, deren Werte in der Weise variieren, je nach dem, ob ein vorbestimmtes Bildelement in dem Strahlungsbild innerhalb des Bereiches liegt, der dem Tumorbild entspricht,
ii) eine Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher Tumorbilder zum Finden der voraussichtlichen Tumorbilder aus den charakteristischen Maßen, und
iii) eine Einrichtung zum Auffinden von Tumorbildern aus den voraussichtlichen Tumorbildern.
In dem erfindungsgemäßen Gerät zum Auffinden von Bildern sollte die Einrichtung zum Auffinden von Tumorbildern vorzugsweise ausgestattet sein mit:
a) einer Differenzberechnungseinrichtung zum Berechnen mehrerer Differenzen zwischen den Werten der Bildsignalkomponenten, die benachbarte Bildelemente in einem Gebiet repräsentieren, das jedem der voraussichtlichen Tumorbilder entspricht, wobei die Bildelemente entlang jeder der zwei verschiedenen Richtungen in dem Strahlungsbild angeordnet sind,
b) einer Mittelwertberechnungseinrichtung zum Berechnen eines mittleren Wertes der absoluten Werte der mehreren der Differenzen für jede der zwei unterschiedlichen Richtungen, oder eines mittleren Wertes der quadratischen Werte der mehreren der Differenzen für jede der zwei unterschiedlichen Richtungen, und
c) eine Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen aus den mittleren Werten, die für die zwei unterschiedlichen Richtungen berechnet worden sind, ob das voraussichtliche Tumorbild ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht.
Der hierin für das Gerät zum Auffinden von Bildern verwendete Begriff "mittlerer Wert" meint einen von verschiedenen Arten von Werten, die den mittleren Wert der Absolutwerte oder der quadratischen Werte der mehreren der Differenzen für jede der zwei unterschiedlichen Richtungen repräsentiert. Beispielsweise kann der mittlere Wert das arithmetische Mittel, das geometrische Mittel oder der Mittelwert der Absolutwerte oder der quadratischen Werte der mehreren der Differenzen für jede der zwei unterschiedlichen Richtungen sein. Alternativ kann der mittlere Wert durch die Formel berechnet werden, die sich ausdrücken läßt aus (maximaler Wert - minimaler Wert)/2.
Mit dem Gerät zum Auffinden von Bildern kann aufgrund der zur Verfügungstellung der Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße und der Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher Tumorbilder jedes voraussichtliche Tumorbild gefunden werden, unabhängig davon, ob zusammen mit diesen ein Rauschen detektiert worden ist. Ebenso kann aufgrund der Bereitstellung der Einrichtung zum Auffinden von Tumorbildern das Rauschen aus den voraussichtlichen Tumorbildern eliminiert werden, und ein wirkliches Tumorbild kann aus den voraussichtlichen Tumorbildern ohne Rauschen erhalten werden. Daher können Tumorbilder genau ermittelt werden.
Es kommt häufig vor, daß Gebiete, die sich aus vielen linearen Mustern wie etwa Blutgefäßbildern zusammensetzen, ebenso als voraussichtliche Tumorbilder gefunden werden. Die. Erfinder haben Untersuchungen über Tumorbilder und Bereiche, die aus vielen linearen Mustern, wie etwa Blutgefäßbildern, zusammengesetzt sind, in Röntgenbildern der Brust angestellt. Als ein Ergebnis wurde herausgefunden, daß die Bilddichte in den Tumorbildern vergleichsweise gleichmäßig ist, wohingegen die Bilddichte in den Gebieten, die sich aus vielen linearen Mustern zusammensetzen, sich innerhalb kurzer Abstände entlang einer einzelnen Richtung ändert. (In den meisten Fällen erstrecken sich Blutgefäßbilder oder ähnliches in einer näherungsweise konstanten Richtung).
Daher können, wenn die Einrichtung zum Auffinden von Tumorbildern in dem Gerät zum Auffinden von Bildern mit der Differenzberechnungseinrichtung, der Mittelwertberechnungseinrichtung und der Beurteilungseinrichtung ausgestattet ist, Gebiete, die sich aus vielen linearen Mustern wie etwa Blutgefäßbildern zusammensetzen, aus den voraus sichtlichen Tumorbildern eliminiert werden. Folglich können Tumorbilder genauer ermittelt werden.
Fig. 28 ist ein Blockdiagramm, das ein Anzeigegerät, zeigt, das als ein Beispiel in der vorliegenden Anmeldung beschrieben ist.
Bezüglich Fig. 28 umfaßt das beispielhafte Bildanzeigegerät eine erste Bildanzeigesektion 101 und eine zweite Bildanzeigesektion 102.
Die erste Bildanzeigesektion 101 empfängt von einem Bildauslesegerät, einem Bildspeichergerät oder ähnlichem ein Bildsignal S, das ein stationäres Bild repräsentiert. Wenn ein Bildkontrollsignal C, das eine Information über Pfeilmarkierungen und deren Positionen, Information über Zeichen und deren Positionen oder ähnlichen repräsentiert, von einer Eingabeeinrichtung 101 bin eine erste Kontrolleinrichtung 101a eingespeist wird, ändert die erste Kontrolleinrichtung 101a das Bildsignal S in Übereinstimmung mit dem Bildkontrollsignal C. Auf diese Weise erzeugt die erste Kontrolleinrichtung 101a ein Bildsignal V, das das durch das Bildsignal S repräsentierte stationäre Bild und Bilder der Pfeilmarkierungen, der Zeichen oder ähnlichen, die dem stationären Bild überlagert sind, repräsentiert. (Wenn kein Bildkontrollsignal C in die erste Kontrolleinrichtung 101a eingespeist wird, ist das Bildsignal V identisch zu dem Bildsignal S.) Das Bildsignal V wird in eine erste Anzeigeeinrichtung 101c eingespeist. Die erste Anzeigeeinrichtung 101c zeigt ein sichtbares Bild, das durch das Bildsignal V repräsentiert ist, an, d. h. ein sichtbares Bild, das aus dem stationären Bild und den Bildern der Pfeilmarkierungen, den Zeichen oder ähnlichen, die dem stationären Bild überlagert sind, zusammengesetzt ist.
Das Bildsignal S und das Bildkontrollsignal C werden ebenso in eine Übertragungseinrichtung 101d eingespeist, die diese an die zweite Bildanzeigesektion 102 sendet.
In der zweiten Bildanzeigesektion 102 empfängt eine Empfangseinrichtung 102a das Bildsignal S und das Bildkontrollsignal C von der Übertragungseinrichtung 101d und speist diese Signale in eine zweite Kontrolleinrichtung 102b ein. Die zweite Kontrolleinrichtung 102b ändert das Bildsignal S, das das zweite Bild repräsentiert, in Überein stimmung mit dem Bildkontrollsignal C. Auf diese Weise erzeugt die zweite Kontrolleinrichtung 102b ein Bildsignal V', das das stationäre Bild und Bilder der Pfeilmarkierungen, der Zeichen oder ähnlichen, die dem stationären Bild überlagert sind, repräsentiert. (Wenn kein Bildkontrollsignal C in die zweite Kontrolleinrichtung 102b eingespeist wird, ist das Bildsignal V' mit dem Bildsignal S identisch.) Das Bildsignal V' wird in eine zweite Anzeigeeinrichtung 102c eingespeist. Die zweite Anzeigeeinrichtung 102c zeigt ein durch das Bildsignal V' repräsentiertes sichtbares Bild an.
Das Bildsignal V und das Bildsignal V' müssen nicht notwendigerweise identisch zueinander sein. Beispielsweise kann das Bildsignal V Pfeilmarkierungen, die stationär oder beweglich sind, repräsentieren. Andererseits kann das Bildsignal V' lediglich Pfeilmarkierungen repräsentieren, die stationär sind, aber keine beweglichen Pfeilmarkierungen. Alternativ kann das Bildsignal V Bilder von Abkürzungen repräsentieren, die von einem von der Eingabeeinheit 101b in die erste Kontrolleinrichtung 101a eingespeisten Signal repräsentiert werden; wohingegen das Bildsignal V' ganze Zeichen oder Sätze, die den Abkürzungen entsprechen, repräsentieren kann.
Das Bildkontrollsignal C ist dazu gedacht, eines von diversen Signalen, die gewisse Änderungen in dem durch das Bildsignal S repräsentierte stationäre Bild bewirken, zu beinhalten. Beispielsweise kann, anstatt Feinmarkierungen oder Zeichen zu repräsentieren, das Bildkontrollsignal C ein Teilgebiet in einem stationären Bild kennzeichnen. Alternativ kann das Bildkontrollsignal C ein vergrößertes Bild eines Teilgebietes in einem stationären Bild repräsentieren. Als eine weitere Alternative kann das Bildkontrollsignal C ein stationäres Bild oder ein Teilgebiet davon in verschiedenen Farben repräsentieren.
Mit dem beispielhaften Bildanzeigegerät wird das das stationäre Bild repräsentierende Bildsignal S zwischen der ersten Bildanzeigesektion 101 und der zweiten Bildanzeigesektion 102 übertragen. Ebenso wird das Bildkontrollsignal C unabhängig übertragen, wenn das Bildkontrollsignal C von der Eingabeeinrichtung 101b erzeugt wird. Daher wird das Bildsignal S lediglich einmal übertragen und anschließend wird lediglich das Bildkontrollsignal C übertragen. Folglich kann die Zeit zum Übertragen der Signale kürzer gehalten werden, und die Kosten für die Signalübertragung können kleiner gehalten werden, als wenn das Bildsignal V, das das Bild repräsentiert, das mit der ersten Anzeigeeinrichtung 101c angezeigt wird, übertragen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das das erste mit der Erfindung verwendbare Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster zeigt,
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel eines Röntgenbildaufnahmegerätes zeigt,
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Röntgenaufnahme der Brust zeigt, deren Bild auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert ist,
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbild-Ausleseapparatur und eines Computersystems zeigt, das mit einer Ausführungsform des ersten mit der Erfindung verwendbaren Gerätes zum Ermitteln abnormaler Muster ausgestattet ist,
Fig. 5 ist ein Diagramm mit einem vorbestimmten Bildelement P0 in der Mitte einer Röntgenaufnahme, wobei dieses Diagramm zur Unterstützung der Erläuterung dient, wie ein Raumdomänenfilter arbeitet, wobei der Raumdomänenfilter verwendet wird, um ein Tumorbild in der Ausführungsform des ersten Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster zu finden,
Fig. 6 ist ein Graph, der ein Beispiel des Profis einer Röntgenaufnahme um ein vorbestimmtes Bildelement P0 in der Richtung (x-Richtung) zeigt, entlang derer die Linien L1 und L5, die in Fig. 5 gezeigt sind, sich erstrecken,
Fig. 7 ist ein Graph, der zeigt, wie ein charakteristischer Wert bestimmt wird, der während einer Beurteilung, ob ein vorbestimmtes Bildelement P0 in den Bereich fällt oder nicht, der einem Tumorbild entspricht, verwendet wird,
Fig. 8 ist eine anschauliche Darstellung, die den Vektor eines Gradienten Vfij einer Bildsignalkomponente fij zeigt,
Fig. 9A ist ein Diagramm, das ein als ein voraussichtliches Tumorbild ermitteltes Gebiet, das einem wirklichen Tumorbild entspricht, und Profile des Röntgenbildes in dem Gebiet entlang der x- und y-Richtungen zeigt,
Fig. 9B ist ein Diagramm, das ein als ein voraussichtliches Tumorbild ermitteltes Gebiet, das sich aus vielen linearen Mustern wie etwa Blutgefäßbildern zusammensetzt, und Profile des Röntgenbildes in dem Gebiet entlang der x- und y- Richtungen zeigt,
Fig. 10 ist ein Graph, der eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion eines Bildsignals darstellt, das von dem in Fig. 3 gezeigten Röntgenbild ermittelt worden ist,
Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil der Rippenbilder (in Fig. 3 nicht gezeigt) in dem in Fig. 3 gezeigten Bruströntgenbild zeigt,
Fig. 12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines voraussichtlichen Tumorbildes, das mittels der Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster ermittelt wurde, zeigt,
Fig. 13 ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines neuralen Netzwerkes zeigt, das mit einer Funktion von Lernprozeßrepräsentationen mittels sich rückwärts entwickelnder Fehler ausgestattet ist, und die in einer Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster verwendet wird,
Fig. 14 ist ein Blockdiagramm, das das zweite mit der Erfindung verwendbare Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster zeigt,
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm, das das dritte mit der Erfindung verwendbare Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster zeigt,
Fig. 16 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Bruströntgenaufnahme zeigt, das auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert ist,
Fig. 17 ist ein Graph, der eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion eines Bildsignals zeigt, das aus dem in Fig. 16 gezeigten Röntgenbild, ermittelt worden ist,
Fig. 18 ist eine anschauliche Darstellung, die zeigt, wie die Positionen von anatomischen Gebieten in der Bruströntgenaufnahme ermittelt werden,
Fig. 19 ist ein Graph, der die für die anatomischen Gebiete in der Röntgenaufnahme verwendeten Schwellwerte zeigt, die mit einem charakteristischen Wert verglichen werden, der mit einem Raumdomänenfilter erhalten wird,
Fig. 20A ist ein Diagramm, das ein vorbestimmtes Gebiet, das in der Röntgenaufnahme gekennzeichnet ist, zeigt, wobei dieses Gebiet einem wirklichen Tumorbild entspricht, und wobei das Diagramm weiterhin die Profile des Röntgenbildes in dem Gebiet entlang der x- und y-Richtungen zeigt,
Fig. 20B ist ein Diagramm, das ein vorbestimmtes Gebiet, das in dem Röntgenbild gekennzeichnet ist, zeigt, wobei das Gebiet aus vielen linearen Mustern, wie etwa Blutgefäßbildern zusammengesetzt ist, und wobei das Diagramm weiterhin Profile des Röntgenbildes in dem Gebiet entlang der x- und y-Richtungen zeigt,
Fig. 21, ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Röntgenaufnahme der Brust zeigt, das auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert ist,
Fig. 22 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel eines Röntgenbildaufnahmegerätes zeigt,
Fig. 23 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbild-Ausleseapparatur und eines Computersystems zeigt, die mit einer Ausführungsform des vierten Gerätes zum Ermitteln abnormaler Muster ausgestattet sind,
Fig. 24A und 24B sind jeweils schematische Ansichten, die ein. Originalbild und ein Weichteilbild zeigen,
Fig. 25 ist ein Graph, der ein Beispiel des Profils eines Weichteilbildes um ein vorbestimmtes Bildelement P0 in der Richtung (x-Richtung) zeigt, entlang derer sich die Linien L1 und L5, die in Fig. 5 gezeigt sind, erstrecken,
Fig. 26 ist ein Graph, der zeigt, wie ein charakteristischer Wert bestimmt wird, der während einer Beurteilung, ob ein vorbestimmtes Bildelement P0 im Bereich, der einem Tumorbild entspricht, liegt oder nicht, verwendet wird,
Fig. 27 ist ein Diagramm mit einem vorbestimmten Bildelement P0 in der Mitte eines Weichteilbildes, wobei das Diagramm zur Unterstützung der Erläuterung dient, wie ein Raumdomänenfilter arbeitet, wobei der Raumdomänenfilter in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen siebten Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster verwendet wird,
Fig. 28 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Bildanzeigegeräts zeigt,
Fig. 29 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Bildausleseapparates zeigt, und
Fig. 30 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Ausführungsform eines Bildanzeigegeräts zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden detailliert mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Zunächst wird eine Ausführungsform des ersten mit der Erfindung verwendbaren Gerätes zum. Ermitteln abnormaler Muster beschrieben. In dieser Ausführungsform ist eine Röntgenaufnahme der Brust eines menschlichen Körpers auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert, und es wird ein Tumorbild aus dem Röntgenbild ermittelt.
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel eines Röntgenbildaufnahmeapparates zeigt.
Bezüglich Fig. 2 werden Röntgenstrahlen 12 von einer Röntgenstrahlenquelle 11 eines Röntgenbildaufnahmegerätes erzeugt und es wird damit die Brust 13a eines menschlichen Körpers 13 bestrahlt. Röntgenstrahlen 12a, die den menschlichen Körper 13 durchdrungen haben, treffen auf eine stimulierbare Phosphorschicht 14. Auf diese Weise wird ein Röntgenbild der Brust 13a des menschlichen Körpers 13 auf der stimulierbaren Phosphorschicht 14 gespeichert.
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel eines Röntgenbildes der Brust zeigt, das auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert wurde.
Bezüglich Fig. 3 umfaßt das Röntgenbild ein Lungenbereichsbild 15, ein Hautbild 16 und ein Hintergrundgebiet 17, auf das die in Fig. 2 gezeigten Röntgenstrahlen 12 direkt aufgetroffen sind ohne durch das Objekt 13 hindurchzutreten.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Röntgenbildausleseapparates und eines Computersystems zeigt, die mit einer Ausführungsform des ersten mit der Erfindung verwendbaren Gerätes zum Ermitteln abnormaler Muster ausgestattet sind.
Bezüglich Fig. 4 wird eine stimulierbare Phosphorschicht 14, auf der das in Fig. 3 gezeigte Röntgenbild gespeichert worden ist, an einer vorbestimmten Position in einem Röntgenbildausleseapparat 20 angeordnet. Die stimulierbare Phosphorschicht 14 wird dann in einer Unterabtastrichtung, die durch den Pfeil Y gekennzeichnet ist, durch eine Bildtransporteinrichtung 22, die aus einem Endlosriemen oder ähnlichen aufgebaut ist und die von einem Motor 21 angetrieben wird, transportiert. Ein Laserstrahl 24, der als stimulierende Strahlung dient, wird von einer Laserstrahlquelle 23 produziert und von einem drehenden Polygonspiegel 26, der von einem Motor 25 schnell in der durch den Pfeil angezeigten Richtung gedreht wird, reflektiert und abgelenkt. Anschließend dringt der Laserstrahl 24 durch eine fokussierende Linse 27, die aus einer fθ-Linse oder ähnlichen aufgebaut ist. Die Richtung des optischen Weges des Laserstahls 24 wird anschließend durch einen Spiegel 28 geändert, und der Laserstrahl 24 trifft auf die stimulierbare Phosphorschicht 14 und tastet diese in der Hauptabtastrichtung, die durch den Pfeil X gekennzeichnet ist, ab, wobei diese Richtung näherungsweise senkrecht zu der durch den Pfeil Y gekennzeichneten Unterabtastrichtung liegt. Wenn die stimulierbare Phosphorschicht bzw. das stimulierbare Phosphorblatt 14 dem Laserstahl 24 ausgesetzt wird, emittiert der bestrahlte Bereich der stimulierbaren Phosphorschicht 14 Licht 29 in einer Menge, die proportional der darauf während seiner Bestrahlung mit Röntgenstrahlen gespeicherten Energiemenge ist. Das emittierte Licht 29 wird mittels eines Lichtleiterelementes 30 geführt und photoelektrisch durch einen Photomultiplier 31 nachgewiesen. Das Lichtleiterelement 30 ist aus einem lichtleitenden Material wie etwa einer Acrylplatte hergestellt und hat eine gerade Lichteintrittsfläche 30a, die so positioniert ist, daß diese sich entlang der Hauptabtastzeile auf der stimulierbaren Phosphorschicht 14 erstreckt, und weist weiterhin eine ringförmige Lichtausgangsfläche 30b auf, die so positioniert ist, daß diese in engem Kontakt mit einer lichtempfangenden Fläche des Photomultipliers 31 ist. Das emittierte Licht 29, das in das Lichtleiterelement 30 an dessen Lichteingangsfläche 30a eingedrungen ist, wird durch wiederholte Totalreflexion im Inneren des Lichtleiterelements 30 geführt, tritt aus der Lichtausgangsfläche 30b und wird von dem. Photomultiplier 31 empfangen. Auf diese Weise wird die Menge des emittierten Lichts 29, das das Röntgenbild repräsentiert, durch den Photomultiplier 31 in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Ein von dem Photomultiplier 31 erzeugtes analoges Ausgangssignal 50 wird durch einen logarithmischen Verstärker 32 logarithmisch verstärkt und von einem A/D-Wandler 33 in ein elektrisches Bildsignal S1 digitalisiert.
Das Bildsignal S1 wird anschließend in ein Computersystem 40 eingespeist. Das Computersystem 40 ist mit einer Ausführungsform des ersten Gerätes zum Ermitteln abnormaler Muster ausgestattet. Das Computersystem 40 umfaßt ein Hauptgehäuse 41, in dem eine CPU und ein interner Speicher integriert sind, ein Diskettenlaufwerk 42, das eine Diskette betreibt, die als ein Hilfsspeicher dient, eine Tastatur 43, von der notwendige Anweisungen oder ähnliches in das Computersystem 40 eingespeist werden, und ein CRT-Anzeigegerät 44, das notwendige Informationen anzeigt.
Aus dem Bildsignal S1, das aus einer Reihe von Bildsignalkomponenten, die das Röntgenbild repräsentieren, und die in das Computersystem 40 eingespeist worden sind, wird ein abnormles Muster im Röntgenbild ermittelt. Das Computersystem 40 führt die Arbeitsabläufe, die den in Fig. 1 gezeigten Blöcken 1 bis 4 entsprechen, aus. Die in Fig. 1 gezeigten Blöcke 1 bis 4 werden im weiteren als die Funktionen des Computersystems 40 bezeichnet.
Das Bildsignal S1, das ein das in Fig. 3 gezeigte. Röntgenbild repräsentierendes elektrisches digitales Signal ist, wird in die Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 1 und in die in Fig. 1 gezeigte Informationsverarbeitungseinrichtung 2 eingespeist. Im folgenden werden zunächst Beispiele für Verarbeitungsabläufe, die von der Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 1 ausgeführt werden, und anschließend werden Beispiele für Verarbeitungsabläufe, die von der Informationsverarbeitungseinrichtung 2 ausgeführt werden, beschrieben.
In der anschließend beschriebenen Ausführungsform wird ein Tumorbild, das typischerweise eine ungefähr näherungsweise sphärische Form in der Lunge eines menschlichen Körpers hat, als ein abnormales Muster aus dem Röntgenbild ermittelt. In einem von dem Bildsignal S1 reproduzierten sichtbaren Bild erscheint das Tumorbild typischerweise als ein kreisförmiges Muster mit einer geringeren Dichte als die Gebiete, die das Tumorbild umgeben.

Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster

Fig. 5 ist ein Diagramm mit einem vorbestimmten Bildelemente P0 in der Mitte eines Röntgenbildes, wobei das Diagramm als Hilfsmittel dient, um zu erläutern, wie ein Raumdomänenfilter arbeitet, wobei der Raumdomänenfilter verwendet wird, um ein Tumorbild in der Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster zu finden. Es wird beurteilt, ob ein vorbestimmtes Bildelementen P0 im Röntgenbild innerhalb eines Gebietes liegt, das dem Tumorbild im Röntgenbild entspricht. Das Tumorbild in der Röntgenaufnahme kann ermittelt werden, indem die Bildsignalkomponenten, die die Bildelemente der Röntgenaufnahme repräsentieren, mit den in Fig. 5 dargestellten Filter verarbeitet werden.
Fig. 6 ist ein Graph, der ein Beispiel des Profils einer Röntgenaufnahme um ein vorbestimmtes Bildelement P0 in der Richtung (x-Richtung), entlang derer sich die Linien L1 und L5, die in Fig. 5 gezeigt sind, erstrecken, zeigt. In diesem Beispiel ist das vorbestimmte Bildelement P0 ungefähr in der Mitte eines Tumorbildes 7 angeordnet, das in der Nähe eines Rippenbildes 6 liegt. Typischerweise ist das Profil eines Tumorbildes (d. h., die Verteilung der Werte der Bildsignalkomponenten, die das Tumorbild repräsentieren) bezüglich beider Seiten näherungsweise symmetrisch. Wenn jedoch beispielsweise das Tumorbild 7 nahe an einem Rippenbild 6 liegt, wie in dem Beispiel gezeigt ist, kommt es häufig vor, daß das Profil des Tumorbilds 7 nicht symmetrisch ist. Es ist wichtig, daß das Tumorbild 7 auch in solchen Fällen ermittelt werden kann. In Fig. 6 repräsentiert die gestrichelte Linie 8 ein Beispiel des Profils einer Röntgenaufnahme, die kein Tumorbild einschließt.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, erstrecken sich mehrere gedachte Linien Li (in diesem Falle 8), wobei i = 1, 2, ..., 8 ist, in der Röntgenaufnahme von dem vorbestimmten Bildelement P0 zu peripheren Teilen des Röntgenbildes. Ebenso erstrecken sich gedachte Kreise Rj, wobei j = 1, 2, 3 ist, mit Radien r1, r2 und r3 um das vorbestimmte Bildelement P0. Es wird die das vorbestimmte Bildelement P0 repräsentierende Bildsignalkomponente f0 ermittelt. Ebenso werden die Bildsignalkomponenten fij gefunden, die die Bildelemente Pij repräsentieren, die an den Schnittstellen jeder der Linien Li mit den Kreisen Rj liegen. (In Fig. 5 bezeichnen P11, P12 und P13 Bildelemente, die an den Schnittstellen einer Linie Li und Kreisen R1, R2 und R3 liegen. Ebenso bezeichnen P51, P52 und P53 die Bildelemente, die an den Schnittstellen einer Linie L5 mit den Kreisen R1, R2 und R3 liegen.)
Anschließend werden Differenzen Δij zwischen dem Wert der Bildsignalkomponente f0, die das vorbestimmte Bildelement P0 repräsentiert, und den Werten der Bildsignalkomponenten fij, die die Bildelemente Pij repräsentieren, aus der Formel (3) berechnet, die sich ausdrücken läßt als
Δij = fij - f0 (i = 1, 2, ..., 8; j = 1, 2, 3) (3)
Für jede der Linien Li wird der maximale Wert der Differenzen Δij, die mit der Formel (3) berechnet wurden, ermittelt. Insbesondere wird für die Linie Li der maximale Wert der Differenzen zwischen dem Wert der Bildsignalkomponente f0, die das vorbestimmte Bildelement P0 repräsentiert, und den Werten der Bildsignalkomponenten f11, f12 und f13, die die Bildelemente P11, P12 und P13 repräsentieren, gefunden. Die Differenzen können ausgedrückt werden durch
Δ11 = f11 - f0
Δ12 = f12 - f0
Δ13 = f13 - f0
In diesem Beispiel ist, wie in Fig. 6 gezeigt ist, Δ13 < Δ12 < Δ11 < 0, und es wird daher die Differenz Δ11 als der maximale Wert ermittelt.
Ebenso wird für die Linie L5 der maximale Wert der Differenzen zwischen dem Wert der Bildsignalkomponente f0, die das Bildelement P0 repräsentiert, und den Werten der Bildsignalkomponenten f51, f52 und f53, die die Bildelemente P51, P52 und P53 repräsentieren, ermittelt. Die Differenzen werden ausgedrückt durch
Δ51 = f51 - f0
Δ52 = f52 - f0
Δ53 = f53 - f0
In diesem Beispiel wird die Differenz Δ53 als der maximale Wert ermittelt.
In der oben beschriebenen Weise werden für jede der Linien Li die Differenzen zwischen dem Wert der Bildsignalkomponente f0, die das vorbestimmte Bildelement P0 repräsentiert, und den Werten der Bildsignalkomponenten fij, die die Bildelemente Pij repäsentierten, berechnet, und der maximale Wert der Differenzen wird ermittelt. Daher können Tumorbilder mit verschiedenen Größen ermittelt werden.
Anschließend werden Berechnungen angestellt, um den mittleren Wert, beispielsweise den Mittelwert zweier maximaler Werte, die für jedes Paar zweier Linien, die sich von dem vorbestimmten Bildelement P0 in entgegengesetzten Richtungen erstrecken, bestimmt worden, zu finden. Insbesondere werden jeweils Mittelwerte M15, M26, M37 und M48 für das Paar der Linien L1 und L5, das Paar der Linien L2 und L6, das Paar der Linien L3 und L7 und das Paar der Linien L4 und L8 berechnet. Für das Paar der Linien L1 und L5 ist der Mittelwert M15 gegeben durch die Formel
M15 = Δ11 + Δ53/2 (4).
Wie oben beschrieben wurde, werden zwei Linien, die sich von dem vorbestimmten Bildelement in entgegengesetzten Richtungen erstrecken, in ein einzelnes Paar zusammengefaßt. Daher kann ein Tumorbild sogar dann genau ermittelt werden, wenn es, wie in Fig. 6 gezeigt ist, in der Nähe beispielsweise eines Rippenbildes liegt und die Verteilung der Werte der Bildsignalkomponenten, die das Tumorbild repräsentieren, asymmetrisch ist.
Aus den Mittelwerten M15, M26, M37 und M48, die in der oben beschriebenen Weise berechnet worden sind, wird ein charakteristischer Wert C1 berechnet, wie dies im folgenden beschrieben wird. Der charakteristische Wert C1 wird während der Beurteilung, ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb des Gebietes liegt, das dem Tumorbild entspricht, verwendet.
Fig. 7 ist ein Graph, der zeigt, wie der charakteristische Wert C1 bestimmt wird. In Fig. 7 repräsentiert die horizontale Achse die Mittelwerte M15, M26, M37 und M48, die in der oben beschriebenen Weise berechnet worden sind. Die vertikale Achse repräsentiert Ratenwerte C15, C26, C37 und C48, die jeweils den Mittelwerten M15, M26, M37 und M48 entsprechen.
Ein Ratenwert von Null wird den Mittelwerten M15, M26, M37 und M48 in den Fällen zugeordnet, in denen dieses kleiner als ein gewisser Wert M1 sind. Ein Raten Wert von 1.0 wird den Mittelwerten M15, M26, M37 und M38 in den Fällen zugeordnet, in denen sie größer als ein gewisser Wert M2 sind. Wenn die Mittelwerte M15, M26, M37 und M48 innerhalb des Bereiches von M1 bis M2 liegen, wird den Mittelwerten M15, M26, M37 und M48 abhängig von ihren Werten ein Ratenwert im Bereich von 0.0 bis 1.0 zugeordnet. Auf diese Weise werden die Ratenwerte C15, C26, C37 und C48, die jeweils den Mittelwerten M15, M26, M37 und M48 entsprechen, ermittelt. Die Summe der Ratenwerte C15, C26, C37 und 048, die sich ausdrücken läßt als
C1 = C15 + C26 + C37 + C48 (5)
wird als der charakteristische Wert C1 verwendet. Der charakteristische Wert C1 wird daher innerhalb eines Bereiches von einem minmalen Wert 0.0 bis zu einem maximalen Wert 4.0 liegen.
Der charakteristische Wert C1 wird anschließend mit einem vorbestimmten Schwellwert Th1 verglichen. Aus der Bedingung, ob C1 ≥ Th1 oder C1 < Th1 ist, wird beurteilt, ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb des Gebietes liegt, das dem Tumorbild entspricht.
Das Tumorbild in der Röntgenaufnahme kann gefunden werden, indem die Bildsignalkomponenten, die die Bildelemente des Röntgenbildes repräsentieren, mit dem oben beschriebenen Raumdomänenfilter bearbeitet werden, d. h., durch Beurteilen, ob vorbestimmte Bildelemente im Röntgenbild innerhalb des Gebietes liegen, das dem Tumorbild entspricht. Während der Verarbeitung mit dem Filter, werden ebenso Bilder ermittelt, die eigentlich nicht einem Tumorbild entsprechen. Daher werden die Muster, die bei der Verarbeitung ermittelt werden, hierin als die voraussichtlichen Tumorbilder bezeichnet.
Der Art des Filters, der verwendet wird, um die voraussichtlichen Tumorbilder mit der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster zu ermitteln, unterliegt keinerlei Beschränkungen. Einweiteres Beispiel des Filters wird hierin anschließend beschrieben.
Insbesondere werden Berechnungen durchgeführt, um die Gradienten fij der Bildsignalkomponenten fij, die die Bildelemente Pij repräsentieren, welche in Fig. 5 gezeigt sind, wobei = 1, 2, ..., 8 ist und J = 1, 2, 3 ist.
Der hierin verwendete Begriff "Gradient" bezeichnet den Vektor, der ausgedrückt ist durch
f(m,n) = (f(m + 1,n) - f(m,n), f(m,n + 1) - f(m,n)) (6)
In Formel (6) bezeichnet (m,n) die x- und y-Koordinaten eines gewissen Bildelementes P in einem Strahlungsbild, (m + 1,n) bezeichnet die Koordinaten eines Bildelementes P', das zu dem Bildelement P in der x-Richtung benachbart ist, und (m,n + 1) bezeichnet die Koordinaten eines Bildelementes P", das dem Bildelement P in der y-Richtung benachbart ist. Ebenso bezeichnen jeweils f(m,n), f(m + 1,n) und f(m,n + 1) die Werte der Bildsignalkomponenten, die die Bildelemente P, P' und P" repräsentieren.
Fig. 8 zeigt den Gradienten einer Bildsignalkomponente fij. Im folgenden wird beschrieben, wie diese berechnet wird.
Nachdem die Gradienten fij berechnet wurden, werden die Beträge der Gradienten fij auf 1.0 normiert. Insbesondere können die normierten Gradienten fij/ fij berechnet werden, indem die Gradienten fij durch ihre Beträge fij geteilt werden.
Anschließend werden die Projektionen der normierten Gradienten fij/ fij auf die Vektoren, die von den Bildelementen Pij zudem vorbestimmten Bildelement P0 gerichtet sind, berechnet. Die Projektionen werden ausgedrückt durch fij/ fij *ei, wobei ei die Einheitsvektoren, die von den Bildelementen Pij zu dem vorbestimmten. Bildelement. P0 gerichtet sind, und * das innere Produkt bezeichnet.
Das Vorzeichen der Projektionen betreffend wird die Richtung hin zum vorbestimmten Bildelement P0 als positiv genommen und die Richtung, die sich vom vorbestimmten Bildelement P0 weg erstreckt, als negativ genommen. Für jede der Linien Li, wobei i = 1, 2, ..., 8 ist, wird der maximale Wert der Projektionen ermittelt. Der maximale Wert wird ausgedrückt durch
{ fij/ fij *ei}M (i = 1, 2, ..., 8),
Anschließend wird die Summe der maximalen Werte, die jeweils für jede der Linien Li ermittelt wurde, berechnet. Diese Summe läßt sich ausdrücken durch
Die als
ausgedrückte Summe wird als ein charakteristischer Wert C2 verwendet. Der charakteristische Wert C2 wird dann mit einem vorbestimmten Schwellwert Th2 verglichen. Aus dem Vergleich, ob C2 ≥ Th2 oder C2 < Th2 ist, wird beurteilt ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb des Gebietes liegt, das dem Tumorbild entspricht.
Mit dem oben beschriebenen Filter werden die Gradienten Vfij normiert, und es werden lediglich deren Projektionen (d. h., die Menge der Differenzen in den Wertender Signalkomponenten in den Richtungen der Linien Li) auf Vektoren, die von den Bildelementen Pij zu dem vorbestimmten Bildelement P0 gerichtet sind, berücksichtigt. Daher wird ein charakteristischer Wert C2 erhalten, der für ein Tumorbild mit einer kreisförmigen Gestalt groß ist und nicht vom Kontrast des Tumorbildes in Bezug zu den Bildgebieten, die das Tumorbild umgeben, abhängt. Folglich kann das Tumorbild genau ermittelt werden.
Im Anschluß wird ein weiteres Beispiel für den Filter beschrieben, der in der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster verwendet werden kann.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird der Bereich eines zentralen Gebietes Q0, das das vorbestimmte Bildelement P0 mit einschließt, ausgewählt. Ebenso werden die Bereiche peripherer Gebiete Qij, wobei i = 1, 2, ..., 8 und j = 1, 2, 3 ist, für jede der Linien Li ausgewählt. Jede der peripheren Gebiete Qij enthält eines von mehreren Bildelementen Pij, wobei i = 1, 2, ..., 8 und j = 1, 2, 3 ist. (In Fig. 5 bezeichnen Q11, Q12, Q13, Q51, Q52 und Q53 die peripheren Gebiete, die jeweils die Bildelemente P11, P12, P13, P51, P52 und P53 einschließen.)
Anschließend wird eine Berechnung durchgeführt, um einen mittleren Wert Q0 der Werte der Bildsignalkomponenten, die mehrere Bildelemente repräsentieren, die sich im zentralen Gebiet Q0 befinden, zu finden. Ebenso werden Berechnungen angestellt, um mittlere Werte Qij zu finden, mit i = 1, 2, ... 8 und j = 1, 2, 3, wobei diese jeweils den mittleren Wert der Werte der Bildsignalkomponenten repräsentieren, die mehrere der Bildelemente, die in jeder der peripheren Gebiete Qij, mit i = 1, 2, ... 8 und j = 1, 2, 3, angeordnet sind, repräsentieren. Zum besseren Verständnis repräsentiert Q0 sowohl das zentrale Gebiet und den mittleren Wert der Werte der Bildsignalkomponenten, die die Bildelemente repräsentieren, die in dem zentralen Gebiet lokalisiert sind. Ebenso repräsentieren die Qij mit i = 1, 2, ... 8 und j = 1, 2, 3 jeweils die peripheren Gebiete und die mittleren Werte, die den mittleren Wert der Werte der Bildsignalkomponenten darstellen, die die Bildelemente repräsentieren, die in jedem der peripheren Gebiete lokalisiert sind.
Anschließend werden Differenzen Δij mit i = 1, 2, ..., 8 und j = 1, 2, 3 zwischen dem mittleren Wert Q0, der dem zentralen Gebiet entspricht, und den jeweiligen mittleren Werten Qij, die den peripheren Gebieten entsprechen, berechnet mit der Formel
Δij = Qij - Q0 (7)
Anschließend wird für jede der Linien Li der maximale Wert Δi der Differenzen Δij ermittelt Insbesondere wird für die Linie L1 ein maximaler Wert Δ1 aus Δ11, Δ12 und Δ13 ermittelt. Bezüglich der Linie L5 wird ein maximaler Wert Δ5 aus Δ51 Δ52 und Δ53 ermittelt.
Anschließend wird ein erster charakteristischer Wert U gefunden, der für die maximalen Werte Δi, mit i = 1, 2, ... 8, repräsentativ ist, die für die mehreren der Linien Li ermittelt worden sind. Ebenso wird ein zweiter charakteristischer Wert V ermittelt, der das Maß der Streuung in den maximalen Werten Δi, wobei i = 1, 2, ..., 8 ist, repräsentiert. Zu diesem Zweck werden erste charakteristische Werte U1, U2, U3 und U4 und charakteristische Werte V1, V2, V3 und V4 mit den Formeln berechnet:
U1 = (Δ1 + Δ2 + Δ5 + Δ6)/4 (8)
U2 = (Δ2 + Δ3 + Δ6 + Δ7)/4 (9)
U3 = (Δ3 + Δ4 + Δ7 + Δ8)/4 (10)
U4 = (Δ4 + Δ5 + Δ8 + Δ1)/4 (11)
V1 = U1/U3 (12)
V2 = U2/U4 (13)
V3 = U3/U1 (14)
V4 = U4/U2 (15)
Anhand von Beispielen wird im folgenden die Wirkung des Prozesses zum Berechnen der charakteristischen Werte U1 aus Formel (8) beschrieben. Insbesondere entspricht die Addition der maximalen Werte, die zwei benachbarten Gruppen von peripheren Gebieten entsprechen, die bezüglich dem vorbestimmten Bildelement P0 auf derselben Seite liegen (d. h., die Addition von Δ1 und Δ2 oder die Addition von Δ5 und Δ6), einem Glättungsverfahren. Ebenso werden die maximalen Werte, die den peripheren Gebieten entsprechen, die an gegenüberliegenden Seiten mit Bezug zu dem vorbestimmten Bildelement P0 liegen, aufaddiert (im Falle der Formel (8) wird die Summe von Δ1 und Δ2 und die Summe von Δ5 und Δ6 gebildet). Diese Addition wird durchgeführt, um ein Tumorbild sogar dann nachweisen zu können, wenn die Verteilung der Werte der Bildsignalkomponenten, die das Tumorbild repräsentieren, asymmetrisch ist, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.
Für die Berechnung des charakteristischen Wertes V1 aus der Formel (12) ist anzumerken, daß die charakteristischen Werte U1 und U3 die Eigenschaften des Bildes in den Richtungen, die zueinander senkrecht sind, repräsentieren. Somit ist, wenn die Form des Tumorbildes in Fig. 6 kreisförmig ist, der Wert von V1 näherungsweise 1.0. Wenn das vorbestimmte Bildelement P0 in einem linearen Bild liegt, wie etwa einem Rippenbild, ist der Wert von V1 nicht gleich 1.0.
Als der erste charakteristische Wert U für die zuvor benannten Differenzen, der repräsentativ ist für die maximalen Werte Δi, wobei i = 1, 2, ..., 8 ist, wird der maximale Wert der charakteristischen Werte U1, U2, U3 und U4, d. h.,
U = MAX (U1, U2, U3, U4) (16)
verwendet. Ebenso wird als der zweite charakteristische Wert V für die zuvor genannten Differenzen, der das Maß der Streuung in den maximalen Werten Δi repräsentiert, wobei i = 1, 2, ..., 8 ist, der maximale Wert der charakteristischen Werte V1, V2, V3 und V4, d. h.,
V = MAX (V1, V2, V3, V4) (17)
verwendet. Nachdem der erste charakteristische Wert U und der zweite charakteristische Wert V in der oben beschriebenen Weise ermittelt worden sind, wird ein charakteristischer Wert C3 berechnet und anschließend verwendet, um zu beurteilen, ob ein vorbestimmtes Bildelement P0 innerhalb des Gebietes liegt, das dem Tumorbild entspricht. Als der charakteristische Wert C3 wird das Verhältnis des ersten charakteristischen Wertes U zu dem zweiten charakteristischen Wert V verwendet, das sich ausdrücken läßt als
C3 = U/V (18)
Der charakteristische Wert C3 wird anschließend mit einem vorbestimmten Schwellwert Th3 verglichen. Aus dem Vergleich, ob C3 ≥ Th3 oder C3 < Th3 ist, wird beurteilt, ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb des Gebietes liegt, das dem Tumorbild entspricht.
Wie zuvor beschrieben wurde, wird in der in Fig. 4 gezeigten Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster des Computersystems 40, das das Röntgenbild repräsentierende Bildsignal mit dem Raumdomänenfilter verarbeitet, und ein kreisförmiges Muster, das als ein Tumorbild betrachtet wird, ermittelt.
In den oben beschriebenen Beispielen für die Filter sind acht gedachte Linien L1 bis L8 um ein vorbestimmtes Bildelement. P0 in einem Röntgenbild gezeichnet. Die Anzahl der Linien ist jedoch nicht auf acht beschränkt, sondern kann beispielsweise auch 16 betragen. Ebenso sind die Abstände von dem vorbestimmten Bildelement P0 nicht auf drei Abstände (r1, r2 und r3) beschränkt. Wenn beispielsweise die Größen der Tumorbilder, die zu ermitteln sind, näherungsweise gleich sind, muß lediglich ein Abstand verwendet werden. Ebenso können, um Tumorbilder mit verschiedenen Größen genauer ermitteln zu können, Operationen für mehrere Abstände ausgeführt werden, deren Länge ungefähr kontinuierlich zwischen der Länge des Abstandes r1 und der Länge des Abstandes r3 variieren.
Ebenso können in der Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 1 beliebige andere Filter verwendet werden. Wünschenswert ist es jedoch, daß alle voraussichtlichen abnormalen Muster gefunden werden, unabhängig davon, ob ein Rauschen (beispielsweise Muster, die eigentlich keine Tumorbilder sind) zusammen mit diesen ermittelt wird. Daher sollte in der Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 1 vorzugsweise ein für diesen Zweck geeigneter Filter verwendet werden.
Bei der Verarbeitung der Bildsignale mit einem der oben beschriebenen Filter, kommt es häufig vor, daß sich aus vielen linearen Mustern zusammensetzende Gebiete, wie etwa Blutgefäßbilder, ebenfalls als voraussichtliche Tumorbilder gefunden werden. Daher eliminiert die Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 1 solche Gebiet aus den voraussichtlichen Tumorbildern, nachdem die voraussichtlichen Tumorbilder bestimmt wurden.
Fig. 9A ist ein Diagramm, das ein Gebiet zeigt, das als ein voraussichtliches Tumorbild ermittelt wurde, welches einem wirklichen Tumorbild entspricht, und zeigt ferner Profile von Röntgenbildern im Gebiet entlang der x- und y-Richtungen. Fig. 9B ist ein Diagramm, das ein als ein voraussichtliches Tumorbild gefundenes Gebiet zeigt, das sich aus vielen linearen Mustern, wie etwa Blutgefäßbildern zusammensetzt, und das weiterhin Profile von Röntgenbildern im Gebiet entlang den x- und y-Richtungen zeigt. In jeder der Fig. 9A und 9B ist jeweils das von der gestrichelten Linie 9 umrandete Gebiet, d. h., das Gebiet A, dasjenige, das als ein voraussichtliches Tumorbild ermittelt wurde. Die Graphen zeigen die Profile des Röntgenbildes (d. h., die Verteilungen der Werte des Bildsignals S1) im Gebiet A entlang der x- und y-Richtung.
Wie in Fig. 9A gezeigt ist, hat ein Tumorbild konkave, vergleichsweise flache Profile in der x- und y-Richtung. Andererseits ändert sich, wie in Fig. 9B gezeigt ist, in einem aus vielen linearen Mustern zusammengesetzten Gebiet, das Bildprofil in einer Richtung (in Fig. 9B die x-Richtung) innerhalb kleiner Intervalle und das Bildprofil in der anderen Richtung (in Fig. 9B die y-Richtung) ist vergleichsweise flach. Daher wird der Unterschied im Bildprofil beim Ausschließen von Gebieten, die aus vielen linearen Mustern zusammengesetzt sind, aus den voraussichtlichen Tumorbildern verwendet. Insbesondere wird aus den quadratischen Werten von Differenzen erster Ordnung zwischen den Werten der Bildsignalkomponenten, die benachbarte Bildelemente repräsentieren, die entlang jeder der x- und y-Richtungen im Gebiet A angeordnet sind, ein Mittelwert berechnet. Die Berechnungen werden mit den Formeln ausgeführt:
In den Formeln (19) und (20) bezeichnet m, wobei m = 1, 2, ... ist, die Bildelemente entlang der x-Richtung und n, mit m = 1, 2, ..., bezeichnet die Bildelemente entlang der y- Richtung. Gleichermaßen bezeichnet f(m,n) die Werte der Bildsignalkomponenten, die die Bildelemente (m,n) repräsentieren. Ferner bezeichnet
in die Summe der quadratischen Werte der Differenzen erster Ordnung im Gebiet A und N bezeichnet die Anzahl der Bildelemente im Gebiet A.
Anschließend wird eine Berechnung durchgeführt, um einen charakteristischen Wert C4 zu ermitteln, der bei der Beurteilung verwendet wird, ob ein Gebiet aus den voraussichtlichen Tumorbildern ausgesondert wird oder nicht. Die Berechnung wird mit der Formel ausgeführt.
wobei min(Zx,Zy) den Mittelwert Zx oder den Mittelwert Zy, je nachdem, welcher von beiden kleiner ist, und max(Zx,Zy) den Mittelwert Zx oder den Mittelwert Zy bezeichnet, je nachdem, welcher von beiden größer ist. Der charakteristische Wert C4 wird anschließend mit einem vorbestimmten Schwellwert Th4 verglichen. Wenn C4 ≥ Th4 ist, wird das Gebiet von den voraussichtlichen Tumorbildern nicht ausgeschlossen. Wenn C4 < Th4 ist, wird das Gebiet von den voraussichtlichen Tumorbildern ausgeschlossen.
Der charakteristische Wert C4 muß nicht notwendigerweise mit der Formel (21) berechnet werden, sondern kann beispielsweise auch mit einer der folgenden Formeln berechnet werden
C4 = Zx - Zy (23)
Indem oben beschriebenen Beispiel werden ebenfalls Berechnungen durchgeführt, um die Differenzen erster Ordnung f(m + 1,n) - f(m,n), f(m,n + 1) - f(m,n) zwischen den Werten der Bildsignalkomponenten, die benachbarte Bildelemente repräsentieren, die entlang jeweils der x- und y-Richtung im Gebiet A angeordnet sind, zu ermitteln. Alternativ können Berechnungen angestellt werden, um Differenzen zwischen den Werten der Bildsignalkomponenten, die benachbarte Bildelemente, die im Gebiet A schräg verlaufend angeordnet sind, und weder zur x-Richtung noch zur y-Richtung senkrecht sind, zu finden.
Die Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 1 des in Fig. 4 gezeigten Computersystems 40 ermittelt in der oben beschriebenen Weise die voraussichtlichen Tumorbilder, indem das Bildsignal, das das Röntgenbild repräsentiert, mit dem Raumdomänenfilter verarbeitet wird. Anschließend beurteilt die Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster aus dem charakteristischen Wert C4, der mit Formel (21) berechnet wurde, ob ein als ein voraussichtliches Tumorbild gefundenes Gebiet von den voraussichtlichen Tumorbildern ausgeschlossen werden soll oder nicht. Den Bildsignalkomponenten, die ein Bildelement repräsentieren, das in den, den verbleibenden voraussichtlichen Tumorbildern entsprechenden Gebieten lokalisiert sind, wird dann der Wert 1 zugeordnet, und ein Wert 0 wird den Bildsignalkomponenten zugeordnet, die Bildelemente repräsentieren, die in Bildbereichen außerhalb der besagten Gebiete, die den verbleibenden voraussichtlichen Tumorbildern entsprechen, lokalisiert sind. Auf diese Weise wird ein binäres Bildsignal erhalten. Die voraussichtlichen Tumorbilder, die während der Beurteilung unter Verwendung der charakteristischen Werte C4, die mit Formel (21) berechnet wurden, nicht ausgeschlossen wurden, werden im weiteren als die voraussichtlichen Tumorbilder bezeichnet, die durch die Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 1 ermittelt wurden.

Informationsverarbeitungseinrichtung

Im folgenden wird ein Beispiel der Informationsverarbeitungseinrichtung 2 beschrieben.
Das in Fig. 3 gezeigte Bild 15 eines Lungengebietes umfaßt ein Bild des Hilums der Lunge 15a, das in der Mitte plaziert ist, und Bilder der Lungenflügel 15b, 15b, die durch die Schraffur gekennzeichnet und zu beiden Seiten des Lungenhilum-Bildes 15a angeordnet sind. Im Lungenbereichsbild 15 tritt ein Tumorbild in den Lugenflügelbildern 15b, 15b leichter in Erscheinung als im. Lungenhilum-Bild 15a. Daher unterscheidet die Informationsverarbeitungseinrichtung 2 das Lungenhilum-Bild 15a und die Lungenflügelbilder 15b, 15b voneinander. Die von der Informationsverarbeitungseinrichtung 2 erhaltene Information, die das Lungenhilum-Bild 15a und die Lungenflügelbilder 15b, 15b voneinander unterscheidet, wird verwendet, wenn die Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 4 ein Tumorbild aus den voraussichtlichen Tumorbildern ermittelt, wie dies später beschrieben wird.
Fig. 10 ist ein Graph, der eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion des Bildsignals S1 zeigt, das aus dem in Fig. 3 gezeigten Röntgenbild ermittelt wurde. In Fig. 10 kennzeichnet die horizontale Achse den Wert des Bildsignals S1 und die vertikale Achse kennzeichnet die Häufigkeit des Auftretens des Wertes des Bildsignals S1.
Bezüglich Fig. 10 entspricht ein vorstehender Bereich 17, der auf der rechten Seite vorhanden ist, dem in Fig. 3 gezeigten Hintergrundgebiet 17. Ein vorstehender Bereich 15 in der Mitte entspricht dem in Fig. 3 gezeigten Lungenbereichbild 15. Ebenso entspricht ein vorstehender Bereich 16 auf der linken Seite dem in Fig. 3 gezeigtem Hautbild 16. Der besseren Verständlichkeit halber sind in Fig. 10 die vorstehenden Bereich, die den in Fig. 3 gezeigten Gebieten entsprechen, mit entsprechenden Bezugszeichen numeriert.
Es wurde experimentell herausgefunden, daß das Verhältnis der Bereiche der Lungenflügelbilder 15b, 15b zu dem Bereich des Lungengebietbildes 15 näherungsweise konstant ist. Daher wird aus der Seite mit der hohen Dichte ein Gebiet ermittelt, das bezüglich dem gesamten Bereich des vorstehenden Bereichs 15 einem vorbestimmten Anteil (beispielsweise 50%) entspricht. Insbesondere wird das in Fig. 10 schraffierte Gebiet ermittelt. Eine Gruppe von Bildelementen, die den Bildsignalkomponenten entsprechen, die innerhalb des auf diese Weise gefundenen Gebietes liegen, werden als die zu den Lungenflügelbildern 15b, 15b gehörig ermittelt.
Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil der Rippenbilder (in Fig. 3 nicht gezeigt) in dem in Fig. 3 gezeigten Röntgenbrustbild zeigen. In Fig. 11 ist ebenfalls der in Fig. 5 gezeigte Filter dargestellt.
Wie in Fig. 11 gezeigt ist, enthält das Röntgenbild der Brust eine Überschneidung 15d von zwei Rippenbildern 15c, 15c. Es kommt häufig vor, daß das der Überschneidung 15d entsprechende Gebiet als ein voraussichtliches Tumorbild von der Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 1 ermittelt wird. Das Bildprofil in dem der Überschneidung 15d entsprechendem Gebiet ist näherungsweise flach. Daher wird beim Beurteilen unter Verwendung des charakteristischen Wertes C4, der mit Formei 21 berechnet wurde, das Gebiet, das der Überschneidung 15d entspricht, nicht aus den voraussichtlichen Tumorbildern ausgesondert. Folglich findet die Informationsverarbeitungseinrichtung 2 ebenfalls Rippenbilder. Die Information über die Rippenbilder wird in die Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 4 eingespeist. Im Zuge des Auffindens eines Tumorbildes aus den voraussichtlichen Tumorbildern ermittelt die Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 4, daß ein voraussichtliches Tumorbild, das mit dem der Überschneidung 15d entsprechenden Gebiet übereinstimmt, kein Tumorbild ist.
Es kann beispielsweise, um die Rippenbilder 15c, 15c zu ermitteln, ein Verfahren angewendet werden, das beschrieben ist in "Discrimination ob Rib Images in X-ray Fluorographic Image of the Chest", Institute of Electronics and Communication Engineers of Japan, 26. Oktober 1972, Material Nr. IT72-24 (1972-10) von der Gesellschaft zum Studium von Bildverarbeitung. Mit dem Verfahren wird eine geradlinige Figur herausgelöst, indem mit einem auf Linien sensitive Filter ein ein Bruströntgenbild repräsentierendes Bildsignal verarbeitet wird. Aus der Position der geradlinigen Figur im Röntgenbild der Richtung, entlang derer sich die geradlinige Figur erstreckt werden Linien ermittelt, die einem Rippenbild entsprechen. Anschließend werden die Grenzlinien des Rippenbildes näherungsweise durch eine Funktion zweiter Ordnung dargestellt. Auf diese Weise wird ein Rippenbild extrahiert.
In der oben beschriebenen Weise unterscheidet die Informationsverarbeitungseinrichtung 2 des in Fig. 2 gezeigten Computersystems 40 das Lungenhilumbild 15a und die Lungenflügelbilder, 15b, 15b voneinander und ermittelt die Rippenbilder 15c, 15c. Die anatomische Information D, die das Lungenhilumbild 15a und die Lungenflügelbilder 15b, 15b voneinander unterscheidet und die die Rippenbilder 15c, 15c repräsentiert, wird in die Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 4 eingespeist. Wie ein Lungenhilumbild und die Lungenflügelbilder voneinander unterschieden werden und wie Rippenbilder gefunden werden, unterliegt keiner Beschränkung. Es mag für diesen Zweck eine beliebige Methode angewendet werden.
Die Informationsverarbeitungseinrichtung 2 mag diverse Arten an anatomischer Information zusätzlich oder anstelle der zuvor genannten anatomischen Information D entsprechend der Art der zu ermittelnden abnormalen Muster, dem Grad der benötigten Genauigkeit beim Auffinden abnormaler Muster oder ähnlichen finden.

Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße

Die Information über die voraussichtlichen Tumorbilder C, C, ..., die von der Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 1 gefunden worden sind, wird in die Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße 3 des Computersystems 40 eingespeist. Aus den Bildsignalkomponenten des Bildsignals S1, das die Bildinformation an Positionen in der Nähe jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ... repräsentiert, berechnet die Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße 3 mehrere charakteristische Maße F1, F2, ..., Fn für jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, .... In dieser Ausführungsform werden die Fläche F1, die Form F2 jedes voraussichtlichen abnormalen Musters C und der Kontrast F3 jedes voraussichtlichen abnormalen Musters C zu den umgebenden Bildbereichen als die charakteristischen Maße in der oben beschriebenen Weise berechnet.
Fig. 12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines voraussichtlichen Tumorbildes C zeigt, das von der Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 1 gefunden wurde. In Fig. 12 entspricht ein Gebiet 7, das in der Mitte dargestellt ist, einem voraussichtlichen Tumorbild C.
Wenn die Fläche eines voraussichtlichen Tumorbildes C klein ist (beispielsweise nicht größer als 25 mm²), ist dieses wahrscheinlich ein Bild eines Blutgefäßes, das sich in die Richtung senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 3 erstreckt, d. h. in der Richtung, in der mit Röntgenstrahlung belichtet wurde. Insbesondere wenn der Kontrast F3 des voraussichtlichen Tumorbildes C mit den umgebenden Bildflächen hoch ist, ist die Wahrscheinlichkeit, daß das voraussichtliche Tumorbild C ein solches Blutgefäß ist, ebenfalls hoch. Für gewöhnlich reichen die Durchmesser von voraussichtlichen Tumorbildern C, C, ... von ungefähr 10 mm bis ungefähr 40 mm. Die meisten voraussichtlichen Tumorbilder, die einen wesentlich größeren Durchmesser als 40 mm aufweisen, sind keine wirklichen Tumorbilder.
Folglich wird in dieser Ausführungsform die Fläche F1 des Gebietes 7 berechnet und als eines von mehreren charakteristischen Maßen verwendet, die die Wahrscheinlichkeit repräsentieren, daß das voraussichtliche Tumorbild C ein wahres Tumorbild ist.
Ebenso wird in dieser Ausführungsform ein Tumorbild, das typischerweise als ein kreisförmiges Muster in einem Röntgenbild in Erscheinung tritt, ermittelt. Daher wird ein Maß, das den Grad der Kreisförmigkeit (d. h. der Form) eines voraussichtlichen Tumorbildes repräsentiert, als ein weiteres Maß der charakteristischen Maße verwendet. Insbesondere wird ein Wert von 1 den Bildsignalkomponenten zugeordnet, die die innerhalb des Gebiets 7 befindlichen Bildelemente repräsentieren, und ein Wert von 0 wird den Bildsignalkomponenten zugeordnet, die die Bildelemente repräsentieren, die außerhalb des Bildbereichs des Gebietes 7 liegen. Auf diese Weise wird ein binäres Bildsignal erhalten. Aus dem binären Bildsignal wird der Schwerpunkt O im Gebiet 7 ermittelt. Mehrere gedachte Linien (λ1 bis λ8 in Fig. 12) werden anschließend gezeichnet. Die gedachten Linien erstrecken sich von der Position, an der sich der Schwerpunkt O befindet, zu den umgebenden Bildbereichen. Anschließend werden entlang der Linien λi, wobei i = 1, 2, ... 8 ist, Abstände di, mit i = 1, 2, ..., 8 von der Position, an der der Schwerpunkt O liegt, zu einem Rand 7a des Gebietes 7 berechnet. Die Varianz F2 wird anschließend mit der Formel berechnet:
Die Varianz F2 wird als das charakteristische Maß, das den Grad der Kreisförmigkeit (d. h. der Form) des voraussichtlichen Tumorbildes C repräsentiert, verwendet.
Es werden ebenso Berechnungen angestellt, um aus den Werten der Bildsignalkomponenten des Bildsignals S1, das dem Gebiet 7 des voraussichtlichen Tumorbildes C entspricht, einen Mittelwert Av1 zu finden, und um aus den Werten der Bildsignalkomponenten des Bildsignals S1, das einem gürtelähnlichen Gebiet 7' entspricht, das eine vorbestimmte Breite besitzt und das Gebiet 7 umgibt, entspricht, einem Mittelwert Av2 zu ermitteln. Aus den Mittelwerten Av1 und Av2 wird der Kontrast F3 mit der Formel berechnet:
F3 = Av1 - Av2 (25)
Der Kontrast F3 wird als ein weiteres charakteristisches Maß verwendet.
Im Röntgenbild tritt ein Tumorbild als ein hervorstehendes Bild eines näherungsweisen sphärischen Tumors in der Lunge in Erscheinung. Daher nimmt in vielen Fällen ein Kontrast F3 eines Tumorbildes zu den umgebenden Bildbereichen einen Wert an, der nahe an einem vorbestimmten Wert liegt. Die meisten voraussichtlichen Tumorbilder, die einen sehr viel höheren oder sehr viel geringeren Grad an Kontrast im Vergleich zu dem vorbestimmten Wert aufweisen, sind keine wirklichen Tumorbilder. Daher kann der Kontrast F3 als ein charakteristisches Maß verwendet werden.
Zusätzlich oder anstelle der charakteristischen Maße F1, F2 und F3 können in Übereinstimmung mit der Art der abnormalen Muster, die zu ermitteln sind, diverse andere cha rakteristische Maße, der Grad der benötigten Genauigkeit beim Auffinden abnormaler Muster oder ähnliches verwendet werden.

Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster

Die Information über die charakteristischen Maße F1, F2 und F3, die von der Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße 3 berechnet worden sind, wird in die Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 4 des in Fig. 4 gezeigten Computersystems eingespeist. In dieser Ausführungsform benutzt die Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 4 die charakteristischen Maße F1, F2 und F3, um ein voraussichtliches Tumorbild, das eine hohe Wahrscheinlichkeit aufweist, ein wahres Tumorbild zu sein, aus den voraussichtlichen abnormalen Mustern C, C, ..., die mittels der Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 1 gefunden worden sind. Für diesen Zweck wird ein neurales Netzwerk verwendet.
Fig. 13 ist eine Darstellung, die ein Beispiel des neuralen Netzwerks zeigt, das mit einer Funktion für Lernrepräsentationen mittels sich zurückentwickelnder bzw. verringernder Fehler ausgestattet ist, und das in der Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 4 verwendet wird. Wie oben beschrieben wurde, bedeutet der hierin verwendete Begriff "Funktion von Lernrepräsentationen durch zurückbildende Fehler" ein Lernalgorithmus in einem neuralen Netzwerk, mit dem der Ausgang des neuralen Netzwerkes mit einer richtigen Antwort verglichen wird (einem Instruktionssignal) und die Verbindungsgewichtung (d. h. die Gewichtung von Synapsenverbindungen) sequentiell von der Ausgangsseite zur Eingangsseite des neuralen Netzwerkes korrigiert wird.
Bezüglich Fig. 13 umfaßt das neurale Netzwerk eine erste Schicht (Eingangsschicht), eine zweite Schicht (versteckte Schicht) und eine dritte Schicht (Ausgangsschicht). Die erste, zweite und dritte Schicht sind jeweils aus drei Einheiten, drei Einheiten und einer einzelnen Einheit zusammengesetzt. Eine i'te Einheit einer k'ten Schicht ist durch u gekennzeichnet. Die gesamte Eingabe in eine Einheit u ist mit x bezeichnet und die gesamte Ausgabe davon ist mit y gekennzeichnet. Die Verbindungsgewichtung von der Einheit u zu einer Einheit u ist als w gekennzeichnet. Ebenso hat jede Einheit u die gleiche charakteristische Funktion, die ausgedrückt ist durch
f(x) 1/1 - ex (26)
Die Eingabe x in jede Einheit u und die Ausgabe y derselben werden ausgedrückt durch
y = f(x ) (28)
Eingaben F1, F2 und F3 in die Einheiten u , wobei i = 1, 2, 3 ist, die die Eingabeschicht bilden, werden in die Einheiten ohne Gewichtung eingegeben. Die Eingaben (die Information über die charakteristischen Maße) F1, F2 und F3 werden mit den Verbindungsgewichtungen w gewichtet und zum letzten Ausgang y übertragen.
Im folgenden wird beschrieben, wie die Verbindungsgewichtungen w bestimmt werden. Zunächst sind Startwerte der Verbindungsgewichtungen w als Zufallszahlen gegeben. Der Bereich der Zufallszahlen sollte vorzugsweise so begrenzt sein, daß sogar wenn die Werte der Eingaben F1, F2 und F3 im höchsten Maße fluktuieren, der Ausgang y einen Wert annimmt, der innerhalb des Bereiches von 0 bis 1 oder einem benachbarten Wert dazu liegt.
Anschließend werden mehrere Röntgenbilder vorbereitet, für die das Vorhandensein oder die Abwesenheit von Tumorbildern und die Positionen der Tumorbilder bekannt sind. Voraussichtliche Tumorbilder C, C, ... werden aus den Röntgenbildern in der gleichen Weise ermittelt, wie dies zuvor beschrieben wurde. Ebenso werden drei charakteristische Maße F1, F2 und F3 für jedes voraussichtliche Tumorbild C berechnet. Die Information über die drei charakteristischen Maße F1, F2 und F3 werden in das in Fig. 13 gezeigte neurale Netzwerk eingespeist und die Ausgänge y der entsprechenden Einheiten u werden überwacht.
Nachdem die Ausgaben y erhalten werden, wird ein quadratischer Fehler E zwischen dem Wert des letzten Ausgangs y und dem Wert eines Instruktionssignals d mit der Formel berechnet
Das Instruktionssignal d hat einen Wert von 1, wenn das voraussichtliche Tumorbild C, das den charakteristischen Maßen F1, F2 und F3 entspricht, ein wirkliches Tumorbild ist. (Wie oben beschrieben wurde, ist bereits bekannt, ob das voraussichtliche Tumorbild C ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht.) Das Instruktionssignal d hat einen Wert von O, wenn das voraussichtliche Tumorbild C kein wirkliches Tumorbild ist. Die Verbindungsgewichtungen w werden dann so korrigiert, daß der quadratische Fehler E minimal wird.
Der quadratische Fehler E ist eine Funktion der w . Daher werden, um den quadratischen Fehler zu minimieren, die Verbindungsgewichtungen w mit der Formel korrigiert
wobei η einen Koeffizienten bezeichnet, der als ein Lernkoeffizient bezeichnet wird.
Aus der folgenden Formel erhält man:
Ebenso ergibt Formel (27)
Damit ergibt Formel (31)
Aus Formel (29) erhält man die folgende Formel:
Formel (33) kann mit Formel (28) umgeschrieben werden in:
Aus Formel (26) erhält man die folgende Gleichung:
f'(x) = f(x) (1 - f(x)) (35)
damit ergibt sich
f'(x ) = y (1 - y ) (36)
Setzt man in Formel (23) k = 2 und setzt die Formeln (34) und (36) in die Formel (32) ein so ergibt sich:
Einsetzten der Formel (37) in die Gleichung (30) ergibt
Die Verbindungsgewichtungen w wobei i = 1, 2, 3 ist, werden durch die Formel (38) korrigiert.
Ebenso ergibt sich die folgende Gleichung:
Einsetzen der Gleichungen (27) und (28) in Formel (39) ergibt
Formel (35) ergibt
f'(x ) = y · (1-y ) (41)
Einsetzen der Formel (34), (36) und (41) in Gleichung (40) ergibt
Wenn in Formel (32) k = 1 gesetzt und Formel (42) in Gleichung (32) eingesetzt wird, ergibt sich
Einsetzen der Gleichung (43) in Formel (30) mit k = 1 ergibt:
Die Werte der Verbindungsgewichtungen w , wobei i = 1, 2, 3 ist, die mit der Formel (38) korrigiert worden sind, werden in die Gleichung (44) eingesetzt. Auf diese Weise werden die Verbindungsgewichtungen w , wobei i = 1, 2, 3 und j = 1, 2, 3 ist, korrigiert.
Theoretisch können die Verbindungsgewichtungen w zu vorbestimmten Werten hin konvergieren, wenn ein genügend kleiner Lernkoeffizient η verwendet wird und die Lernoperationen sehr häufig ausgeführt werden. Wenn jedoch ein genügend kleiner Lernkoeffizient η verwendet wird, ist die Geschwindigkeit, mit der die Lernoperationen ausgeführt werden, sehr gering. Wenn ein sehr großer Lernkoeffizient η verwendet wird, treten "Schwingungen" in den Lernoperationen auf (d. h. die Verbindungsgewichtungen konvergieren nicht zu vorbestimmten Werten hin). Daher wird tatsächlich das Schwingen durch Verwenden eines Trägheitstermes, der in Formel (45) ausgedrückt ist, in den Berechnungen der Korrekturbeträge für die Verbindungsgewichtungen verwendet wird, und der Lernkoeffizient η wird auf einen mäßig großen Wert festgesetzt.
Wobei a den Koeffizienten bezeichnet, der als Trägheitsterm bezeichnet ist, und Δ (t) bezeichnet den Korrekturbetrag, der während der t'ten Lernoperation verwendet wird und der erhalten wird, indem eine Verbindungsgewichtung w , die nicht korrigiert ist, von einer Verbindungsgewichtung w subtrahiert wird, die korrigiert ist. (Ein solcher Trägheitsterm ist beispielsweise beschrieben in "Learning internal representations by error propagation In Parallel Distributed Processing" von D. E. Rumelhart, G. E. Hinton und R. J. Williams, Band 1, J. L. McClell und D. E. Rumelhart und die PDP Forschungsgruppe, MIT Press, 1986b.)
Beispielsweise wird der Trägheitsterm a auf 0.9, der Lernkoeffizient η auf 0.25 festgelegt, und 200.000 Korrekturen (Lernoperationen) werden für jede der Verbindungsgewichtungen w ausgeführt. Anschließend wird jede der Verbindungsgewichtungen w auf einen endgültigen Wert festgelegt. Zum Zeitpunkt, an dem die Lernoperationen abgeschlossen sind, wird als der Ausgang y ein Wert nahe an 1 für ein voraussichtliches Tumorbild C erhalten, das ein wirkliches Tumorbild ist. Ebenso wird ein Wert nahe an 0 als der Ausgang y für ein voraussichtliches Tumorbild C erhalten, das kein wirkliches Tumorbild ist.
Daher wird nach Abschluß der Lernoperationen ein voraussichtliches Tumorbild extrahiert, für das unbekannt ist, ob es ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht. Für das voraussichtliche Tumorbild werden charakteristische Maße F1, F2 und F3 berechnet und die Information darüber wird in das neurale Netzwerk, das in Fig. 13 gezeigt ist, eingespeist. Die vom neuralen Netzwerk erhaltene Ausgabe y wird als ein Signal verwendet, das den Grad der Wahrscheinlichkeit repräsentiert, daß das voraussichtliche Tumorbild ein wirkliches Tumorbild ist.
Die Anzahl der Schichten des neuralen Netzwerkes ist nicht auf drei beschränkt. Ebenso unterliegt die Anzahl der Einheiten in jeder Schicht keinerlei Beschränkung. Die Anzahl der Einheiten pro Schicht kann in Übereinstimmung mit der Anzahl der charakteristischen Maße, die in das neurale Netzwerk eingespeist werden, dem Grad der Genauigkeit, mit dem ein den Grad der Wahrscheinlichkeit repräsentierendes Signal, daß ein voraussichtliches Tumorbild ein wirkliches Tumorbild ist, erhalten wird, oder ähnlichem bestimmt werden.
In der Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 4 kann statt dessen oder zusätzlich zu dem neuralen Netzwerk das Verfahren nächster Nachbarn (NN-Verfahren) im Zuge des Beurteilens aus mehreren charakteristischen Maßen F1, F2, ..., Fn verwendet werden, wie dies im folgenden beschrieben wird.
Insbesondere werden wie im Fall, in dem das neurale Netzwerk verwendet wird, mehrere Röntgenbilder vorbereitet, für die das Vorhandensein oder die Abwesenheit von Tumorbildern und die Positionen der Tumorbilder bekannt sind. Aus den Röntgenbildern werden voraussichtliche Tumorbilder C, C, ... in dergleichen Weise ermittelt, wie dies oben beschrieben wurde. Es werden ebenso drei charakteristische Maße F1, F2 und F3 für jedes voraussichtliche Tumorbild C berechnet. Die Information über die Sätze der drei charakteristischen Maße F1, F2 und F3 und die Information, ob das voraussichtliche Tumorbild C, das jedem Satz der charakteristischen Maße F1, F2 und F3 entspricht, ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht, werden als Datenbank in der Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 4 gespeichert.
Anschließend werden für ein voraussichtliches Tumorbild C, für das nicht bekannt ist, ob es ein wahres Tumorbild ist oder nicht, charakteristische Werte F, F2 und F3 berechnet. Aus den charakteristischen Werten F, F2 und F3 und mehreren charakteristischen Werten F , F und F mit i = 1, 2, ..., n, deren Information als Datenbank gespeichert ist, werden Abstände ai berechnet mit der Formel
Anschließend wird der Grad der Wahrscheinlichkeit beurteilt, daß das voraussichtliche Tumorbild C, das den charakteristischen Werten F , F und F entspricht, ein wirkliches Tumorbild ist. Die Beurteilung erfolgt aus der Tatsache, ob ein voraussichtliches Tumorbild C, das charakteristische Werte F , F und F entsprechend des kleinsten Abstandes am unter den Abständen ai mit i = 1, 2, ..., n, aufweist, ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht, aus dem Wert des kleinsten Abstandes am oder ähnlichem.
Als eine weitere Alternative werden, wie in den Fällen, in denen das neurale Netzwerk oder die NN-Verfahren verwendet werden, mehrere Röntgenbilder vorbereitet, für die das Vorhandensein oder die Abwesenheit von Tumorbildern und die Positionen der Tumorbilder bekannt sind, vorbereitet. Aus den Röntgenbildern werden voraussichtliche Tumorbilder C, C, ... in der gleichen, oben beschriebenen Weise ermittelt. Es werden ebenfalls drei charakteristische Maß F1, F2 und F3 für jedes voraussichtliche Tumorbild C berechnet. Anschließend wird aus den Sätzen über die drei charakteristischen Maße F1, F2 und F3 und der Information, ob das voraussichtliche Tumorbild C, das jedem Satz der charakteristischen Maße F1, F2 und F3 entspricht, ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht, Schwellwerte, die für die Beurteilung, ob ein voraussichtliches Tumorbild ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht, verwendet werden, für die charakteristischen Maße, F1, F2 und F3 berechnet. Die Information über die Schwellwerte wird in der Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 4 gespeichert. Anschließend wird ein voraussichtliches Tumorbild C, für das nicht bekannt ist, ob es ein wahres Tumorbild ist oder nicht, herausgelöst und für dieses werden charakteristische Maße F1, F2 und F3 berechnet. Die Information über die charakteristischen Maße F1, F2 und F3, die für das voraussichtliche Tumorbild C berechnet wurden, für das unbekannt ist, ob es ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht, wird in die Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 4 eingespeist. Zu dieser Zeit werden die charakteristischen Maße F1, F2 und F3 mit den Schwellwerten verarbeitet, und es wird beurteilt, ob das entsprechende voraussichtliche Tumorbild C ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht.
Wie oben beschrieben wurde, wird in der Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 4 beurteilt, ob ein voraussichtliches Tumorbild C ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht, oder es wird der Grad der Wahrscheinlichkeit aus mehreren charakteristischen Maße F1, F2 ..., Fn beurteilt, daß ein voraussichtliches Tumorbild C ein wirkliches Tumorbild ist. Die Beurteilung wird mit einem der oben beschriebenen Verfahren, einer anderen bekannten Technik oder einer Kombination aus zwei oder mehreren dieser Verfahren angestellt.
Die Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 4 des in Fig. 4 gezeigten Computersystems 40 empfängt die anatomische Information D, die von der Informationsverarbeitungseinrichtung 2 ermittelt wurde, zusammen mit der Information, die mehrere charakteristische Maße F1, F2, ..., Fn repräsentiert und die von der Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße erhalten worden ist. In dieser Ausführungsform unterscheidet die anatomische Information D das Lungenhilumbild 15a und die Lungenflügelbilder 15b, 15b, die in Fig. 3 gezeigt sind, voneinander und repräsentiert die Rippenbilder 15c, 15c, die in Fig. 11 gezeigt sind.
In dieser Ausführungsform ist die Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 4 mit dem in Fig. 1,3 gezeigten neuralen Netzwerk ausgestattet. Das neurale Netzwerk ergibt die Ausgabe y , die einen Wert im Bereich zwischen 0 und 1 annimmt. Der Ausgabewert repräsentiert den Grad der Wahrscheinlichkeit, daß ein voraussichtliches Tumorbild C, das mittels der Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 1 gefunden wurde, ein wirkliches Tumorbild ist. (Ein Wert näher an 1 repräsentiert einen höheren Grad der Wahrscheinlichkeit.) Der Ausgabewert y wird anschließend mit einem Schwellwert TH5 verglichen. Aus der Tatsache, ob y ≥ TH5 ist oder y ≤ Th5 ist, wird beurteilt, ob das entsprechende voraussichtliche Tumorbild C ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht. Insbesondere werden durch solche Beurteilungen Tumorbilder aus den voraussichtlichen Tumorbildern C, C, ... ausgewählt.
Wie oben beschrieben wurde, tritt in dem Lungenbereichsbild 15 ein Tumorbild leichter in den Lungenflügelbildern 15b, 15b als in dem Lungenhilumbild 15a in Erscheinung. Daher ist in dieser Ausführungsform der Schwellwert Th5 in den Fällen auf einen vergleichsweisen kleinen Wert festgelegt (beispielsweise 0.4), in denen beurteilt wird, ob ein voraussichtliches Tumorbild C, das in dem die Lungenflügelbilder 15b, 15b entspre chenden Gebiet vorhanden ist, ein wahres Tumorbild ist oder nicht. Der Schwellwert Th5 wird auf einen vergleichsweise großen Wert (beispielsweise 0.6) in den Fällen festgelegt, in denen beurteilt wird, ob ein voraussichtliches Tumorbild C,; das in dem das Lungenhilumbild 15a repräsentierenden Gebiet vorhanden ist, ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht.
Tumorbilder werden in der oben beschriebenen Weise ermittelt. Anschließend wird die Position jedes Tumorbildes, das in der oben beschriebenen Weise gefunden wurde, mit der Position des Schnittpunkts 15d der in Fig. 11 gezeigten Rippenbilder 15c, 15c verglichen. Es wird beurteilt, ob die Positionen des Tumorbildes und des Schnittbereiches 15d miteinander übereinstimmen oder nicht. Wenn beurteilt wird, daß die Positionen des Tumorbildes und des Schnittbereichs 15d miteinander übereinstimmen, wird das Tumorbild als ein wirkliches Tumorbild ermittelt. Auf diese Weise werden letztlich lediglich die wirklichen Tumorbilder ermittelt.
In der zuvor genannten Ausführungsform wird der Wert des Schwellwerts Th5 geändert. Alternativ kann der Schwellwert Th5 auf einen gewissen festen Wert festgelegt werden, und die Information, die die Lungenflügelbilder 15b, 15b und das Lungenhilumbild 15a voneinander unterscheidet, kann als eine von mehreren charakteristischen Maßen F1, F2, ..., Fn in das neurale Netzwerk eingespeist werden.
Ebenso unterliegt, wie oben beschrieben wurde, die Art der anatomischen Information, die von der Informationsverarbeitungseinrichtung 2 gefunden wurde, keinerlei Beschränkung, sondern es können diverse Arten von anatomischer Information gemäß der Art der zu ermittelnden abnormalen Muster, dem Grad der Genauigkeit, der zur Ausführung zum Ermitteln der abnormalen Muster benötigt wird, oder ähnlichem verwendet werden. In der zuvor genannten Ausführungsform wird ebenso die anatomische Information benutzt, um die Lungenflügelbilder 15b, 15b und das Lungenhilumbild 15a voneinander zu unterscheiden, und um die Positionen der Rippenbilder 15c, 15c zu kennzeichnen. Wie die anatomische Information in der Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 4 verwendet wird, unterliegt allerdings keinerlei Einschränkung. Verschiedene Arten von anatomischer Information können auf verschiedene Arten und Weisen verwendet werden.
In der zuvor benannten Ausführungsform stellt die Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster 4 die Beurteilung anhand mehrerer charakteristischer Maße F1, F2, ..., Fn an und führt anschließend die Beurteilung anhand der anatomischen Information D aus. Alternativ kann die Beurteilung anhand der anatomischen Information D zuerst ausgeführt werden und anschließend kann die Beurteilung anhand mehrerer charakteristischer Maße F1, F2, ..., Fn erfolgen. Als eine weitere Alternative können beide Beurteilungen gleichzeitig ausgeführt werden.
In der zuvor benannten Ausführungsform des ersten mit der Erfindung verwendbaren Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster wird aus einem Röntgenbild der menschlichen Brust, das auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert wurde, ein Tumorbild ermittelt, das typischerweise als ein kreisförmiges Muster in dem Röntgenbild in Erscheinung tritt. Das erste mit der Erfindung verwendbare Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist allerdings nicht auf die Ermittlung eines kreisförmigen Tumorbildes oder auf das Verarbeiten von Bruströntgenbildern beschränkt. Ebenso können andere Aufzeichnungsmedien als stimulierbare Phosphorschichten verwendet werden. Das erste Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist in weitem Umfange anwendbar, wenn aus einem Bildsignal, das ein Strahlungsbild eines Objekts repräsentiert, abnormale Muster in dem Strahlungsbild zu ermitteln sind.
In dem ersten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster wird aus voraussichtlichen abnormalen Mustern C, C, ... ein abnormales Muster T ermittelt, in dem mehrere charakteristische Maße F1, F2, ..., Fn und die anatomische Information E verwendet wird. Wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 1 angedeutet ist, kann die anatomische Information D ebenso in die Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 1 eingespeist und im Zuge des Auffindens der voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, .... verwendet werden.
Wenn beurteilt wird, ob ein in Fig. 5 gezeigtes vorbestimmtes Bildelement P0 innerhalb des Gebiets liegt, das einem Tumorbild entspricht, kann verhindert werden, daß die Beurteilung durch Rippenbilder nachteilig beeinflußt wird. Zu diesem Zwecke wird die Information über die Positionen der Rippenbilder verwendet. Wenn beispielsweise, wie in Fig. 11 gezeigt ist, beurteilt wird, ob ein Bildelement P0 in das einem Tumorbild entsprechende Gebiet fällt oder nicht, wird die Information über r1 und r2 für die Linien L1, L3, L5 und L7 verwendet. Für die Linien L2 und L6 wird die Information über r1, r2 und r3 verwendet. Ebenso wird für die Linien L4 und L8 lediglich die Information über r1 verwendet.
Im folgenden wird eine Ausführungsform des mit der Erfindung verwendbaren Geräts zum Beurteilen abnormaler Muster beschrieben. In dieser Ausführungsform wird ein Röntgenbild auf einer stimulierbaren Phosphorschicht bzw. Blatt gespeichert und ein Bild eines Tumors, der typischerweise eine näherungsweise sphärische Form in der Lunge eines menschlichen Körpers aufweist, wird als ein abnormales Muster aus dem Röntgenbild ermittelt. Das Tumorbild tritt typischerweise in einem sichtbaren Bild, das aus dem Bildsignal S1 reproduziert ist, als ein näherungsweise kreisförmiges Muster in Erscheinung, das eine geringere Dichte als die Bildbereiche, die das Tumorbild umgeben, aufweist.
Das Bildsignal S1, das das in Fig. 3 gezeigte Röntgenbild der Brust repräsentiert, wird von einem in Fig. 4 gezeigten A/D-Wandler in der gleichen Weise erhalten, wie dies zuvor beschrieben wurde. Das Bildsignal S1 wird anschließend in das in Fig. 4 gezeigte Computersystem 40 eingespeist. Das Computersystem 40 ist mit einer Ausführungsform des Gerätes zum Beurteilen abnormaler Muster ausgestattet.
Nachdem das Bildsignal S1 in das Computersystem 40 eingespeist wurde, werden voraussichtliche Tumorbilder gekennzeichnet. Anschließend werden Berechnungen angestellt, um den Grad der Wahrscheinlichkeit zu ermitteln, daß jedes der voraussichtlichen Tumorbilder ein wirkliches Tumorbild ist.
Ein Bediener kann die Röntgenbilder begutachten und manuell voraussichtliche Tumorbilder kennzeichnen. Alternativ können Muster, die als Tumorbilder in Betracht gezogen werden, ermittelt werden, indem das Bildsignal S1 mit einem Raumdomänenfilter bearbeitet und als voraussichtliche Tumorbilder gekennzeichnet wird. Anschließend wird ein Beispiel beschrieben, in dem solche Muster mit einem Raumdomänenfilter gefunden und als voraussichtliche Tumorbilder gekennzeichnet werden, und wobei anschließend beurteilt wird, ob die voraussichtlichen Tumorbilder wirkliche Tumorbilder sind oder nicht.

Auffinden voraussichtlicher Tumorbilder

Voraussichtliche Tumorbilder werden auf die gleiche Weise gefunden, wie dies zuvor mit Bezug zu Fig. 5, 6, 7, 8, 9A und 9B für die Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 1 in der Ausführungsform des ersten erfindungsgemäßen Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster beschrieben wurde.
In der oben beschriebenen Art findet das in Fig. 4 gezeigte Computersystem 40 die voraussichtlichen Tumorbilder, indem das das Röntgenbild repräsentierende Bildsignal mit dem Raumdomänenfilter verarbeitet wird. Anschließend beurteilt die Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 1 aus dem charakteristischen Wert C4, der mit der Formel (21) berechnet wurde, ob ein Gebiet, das als ein voraussichtliches Tumorbild gefunden wurde, aus der Menge der voraussichtlichen Tumorbilder zu verwerfen ist oder nicht. Ein Wert von 1 wird darin den Bildsignalkomponenten zugewiesen, die Bildelemente repräsentieren, die in den Gebieten, die den verbleibenden voraussichtlichen Tumorbildern entsprechen, lokalisiert sind, und ein Wert von 0 wird den Bildsignalkomponenten zugewiesen, die Bildelemente repräsentieren, die in den Bildbereichen außerhalb der besagten Gebiete, die den verbleibenden voraussichtlichen Tumorbilder entsprechen, angesiedelt sind. Auf dieser Weise wird ein binäres Bildsignal erhalten. Die voraussichtlichen Tumorbilder, die während der Beurteilung unter Verwendung des mit Formel (21) berechneten charakteristischen Wertes C4 nicht verworfen wurden, werden im folgenden als die voraussichtlichen Tumorbilder bezeichnet.

Verarbeitungseinrichtung

Die voraussichtlichen Tumorbilder werden in der oben beschriebenen Weise gefunden. Anschließend berechnet das Computersystem 40 aus den Bildsignalkomponenten des Bildsignals S1, die die Bildinformation an Positionen in der Nähe jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster repräsentieren, mehrere charakteristische Maße F1, F2, ..., Fn für jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster. In dieser Ausführungsform werden die Fläche F1 und die Form F2 jedes voraussichtlichen abnormalen Musters und der Kontrast F3 jedes voraussichtlichen abnormalen Musters zu den umgebenden Bildbereichen als die charakteristischen Werte berechnet. Die Funktion des Computersystems 40 zum Berechnen der charakteristischen Maße bildet ein Beispiel für die Verarbeitungseinrichtung des mit der Erfindung verwendbaren Gerätes zum Beurteilen abnormaler Muster. Die charakteristischen Maße F1, F2 und F3 werden in der gleichen Weise berechnet, wie dies mit Bezug zu Fig. 12 für die Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße 3 in der Ausführungsform des ersten mit der Erfindung verwendbaren Gerätes zum Ermitteln abnormaler Muster beschrieben worden ist.

Neurales Netzwerk

Die Information über die charakteristischen Maße F1, F2 und F3, die in der oben beschriebenen Weise berechnet worden sind, wird in das in Fig. 13 gezeigte neurale Netzwerk eingespeist.
Nachdem die Lernvorgänge in der gleichen, oben beschriebenen Weise abgeschlossen sind, wird ein voraussichtliches Tumorbild, für das nicht bekannt ist, ob es ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht ausgewählt bzw. herausgelöst. Für das voraussichtliche Tumorbild berechnete charakteristische Maße F1, F2 und F3 und die Information über dieses werden in das in Fig. 13 gezeigte neurale Netzwerk eingespeist. Die vom neuralen Netzwerk erhaltene Ausgabe y wird als ein Signal verwendet, das den Grad der Wahrscheinlichkeit repräsentiert, daß das voraussichtliche Tumorbild ein wirkliches Tumorbild ist. Da das besagte Signal erhalten wird, nachdem die Lernvorgänge in der oben beschriebenen Weise ausgeführt worden sind, repräsentiert dieses genau den Grad der Wahrscheinlichkeit, daß das voraussichtliche Tumorbild ein wirkliches Tumorbild ist.
Nachdem das Signal (Ausgangssignal y ) erhalten wurde, wird der Wert des Signals mit einem Schwellwert Th5 (beispielsweise 0.5) verglichen. Aus der Tatsache, ob y ≥ Th5 oder y < Th5 ist, wird beurteilt, ob das voraussichtliche Tumorbild, das der Information über die charakteristischen Maße, die in das neurale Netzwerk eingespeist wurde, entspricht, ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht.
Der Schwellwert Th5 muß nicht notwendigerweise auf einen gewissen Wert festgelegt sein, sondern kann gemäß der anatomischen Information über das dem Röntgenbild entsprechende Objekt geändert werden.
Wie oben beschrieben wurde, tritt in dem Lungenbereichsbild 15 ein Tumorbild in den Lungenflügelbildern 15b, 15b leichter als in dem Lungehilumbild 15a in Erscheinung. Daher wird in dieser Ausführungsform ebenso, wie dies mit Bezug zu Fig. 15 beschrieben wurde, das Lungenbereichsbild 15 in das Lungenhilumbild 15a und die Lungenflügelbilder 15b, 15b unterteilt. Die Information, die das Lungenhilumbild 15a und die Lungenflügelbilder 15b, 15b voneinander unterscheidet, wird verwendet, wenn der Wert des Schwellwerts Th5 im Verlaufe des Vergleichens des Wertes des Ausgangs y mit dem Schwellwert Th5 bestimmt wird.
Wie oben beschrieben wurde, können das Lungenhilumbild 15a und die Lungenflügelbilder 15b, 15b voneinander unterschieden werden. Wenn beurteilt wird, ob ein voraussichtliches Tumorbild, das in dem den Lungenflügelbildern 15b, 15b entsprechenden Gebiet vorhanden ist, ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht, wird der Schwellwert Th5 auf einen vergleichsweise kleinen Wert (beispielsweise 0.4) festgelegt. Wenn beurteilt wird, ob ein voraussichtliches Tumorbild, das in dem den Lungenhilumbild 15a entsprechenden Gebiet vorhanden ist, ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht, wird der Schwellwert Th5 auf einen vergleichsweise großen Wert (beispielsweise 0.6) festgelegt.
Ebenso werden die Rippenbilder 15c, 15c in der gleichen Art und Weise gefunden, wie dies mit Bezug zu Fig. 11 beschrieben wurde.
Der Wert des Schwellwerts Th5 kann fest vorgegeben sein, und die Information, die die Lungenflügelbilder 15b, 15b und das Lungenhilumbild 15a voneinander unterscheidet, kann als eine von mehreren charakteristischen Maßen F1, F2, ..., Fn in das neurale Netzwerk eingespeist werden.
Ebenso kann, wie oben beschrieben wurde, die anatomische Information im Zuge des Auffindens der voraussichtlichen abnormalen Muster verwendet werden.
In der zuvor genannten Ausführungsform des mit der Erfindung verwendbaren Gerätes zum Beurteilen abnormaler Muster wird anhand einer Röntgenaufnahme der Brust des menschlichen Körpers, die auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert ist, ein Urteil über ein Tumorbild getroffen, das typischerweise als ein kreisförmiges Muster in einem Röntgenbild in Erscheinung tritt. Das mit der Erfindung verwendbare Gerät zum Beurteilen abnormaler Muster ist allerdings nicht auf die Beurteilung von kreisförmigen Tumorbildern oder auf das Verarbeiten von Röntgenbildern der Brust beschränkt. Es können ebenso andere Aufzeichnungsmedien als stimulierbare Phosphorschichten verwendet werden. Das mit der Erfindung verwendbare Gerät zum Beurteilen abnormaler Muster ist in einem weiten Bereich anwendbar, wenn aus einem Bildsignal, das ein Strahlungsbild eines Objekts repräsentiert, beurteilt werden soll, ob voraussichtliche abnormale Muster, die indem Strahlungsbild gekennzeichnet sind, wirkliche abnormale Muster sind oder nicht.
Es wird nun eine Ausführungsform des zweiten mit der Erfindung verwendbaren Gerätes zum Ermitteln abnormaler Muster beschrieben. In dieser Ausführungsform wird ein Bruströntgenbild eines menschlichen Körpers auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert und es wird ein Tumorbild auf dem Röntgenbild ermittelt.
Das Bildsignal S1, das das in Fig. 3 gezeigte Röntgenbild der Brust repräsentiert, wird aus dem in Fig. 4 gezeigten A/D-Wandler 33 in der gleichen Weise erhalten, wie dies zuvor beschrieben wurde. Das Bildsignal S1 wird anschließend in das in Fig. 4 gezeigte Computersystem 40 eingespeist. Das Computersystem 40 ist mit einer Ausführungsform des zweiten mit der Erfindung verwendbaren Gerätes zum Ermitteln abnormaler Muster ausgestattet.
Aus dem Bildsignal S1, das aus einer Reihe von Bildsignalkomponenten aufgebaut ist, die das Röntgenbild repräsentieren, und die in das Computersystem 40 eingespeist worden sind, wird ein abnormales Muster im Röntgenbild ermittelt. Das Computersystem 40 führt die den Blöcken 51, 52 und 53 entsprechenden Arbeitsabläufe, die in Fig. 14 gezeigt sind, aus. Die in Fig. 14 gezeigten Blöcke, 51, 52 und 53 werden im weiteren als die Funktionen des Computersystems 40 bezeichnet. Ebenso bilden das CRT- Anzeigegerät 44 und die Tastatur 43 des Computersystems 40 jeweils Beispiele der Anzeigeeinrichtung 54 und der Eingabeeinrichtung 55 des zweiten mit der Erfindung verwendbaren Gerätes zum Ermitteln abnormaler Muster.
Das Bildsignal S1, das ein das in Fig. 3 gezeigte Röntgenbild repräsentierendes digitales elektrisches Signal ist, wird in die erste, in Fig. 14 gezeigte Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 51 eingespeist.
In der anschließend beschriebenen Ausführungsform wird ein Tumorbild, das typischerweise eine näherungsweise sphärische Form in der menschlichen Lunge aufweist, als ein abnormales Muster aus der Röntgenaufnahme ermittelt. In einem aus dem Bildsignal S1 reproduzierten sichtbaren Bild tritt das Tumorbild typischerweise als ein näherungsweise kreisförmiges Muster mit einer geringeren Dichte als die Bildbereiche, die das Tumorbild umgeben, in Erscheinung.

Erste Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster

Die erste Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 51 des in Fig. 4 gezeigten Computersystems 40 findet die voraussichtlichen Tumorbilder, indem diese das das Röntgenbild repräsentierende Bildsignal mit einem Raumdomänenfilter in der gleichen Weise verarbeitet, wie dies zuvor in Bezug zu den Fig. 5, 6, 7, 8, 9A und 9B für die Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 1 in der Ausführungsform des ersten mit der Erfindung verwendbaren Gerätes zum Ermitteln abnormaler Muster beschrieben worden ist. Anschließend beurteilt die erste Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 51 aus dem mit der Formel (21) berechneten Wert C4, ob ein Gebiet, das als ein voraussichtliches Tumorbild gefunden worden ist, aus der Gruppe der voraussichtlichen Tumorbilder zu eliminieren ist oder nicht. Es wird dann ein Wert von 1 den Bildsignalkomponenten zugewiesen, die Bildelemente repräsentieren, die in den Gebieten angesiedelt sind, die den verbleibenden voraussichtlichen Tumorbilder entsprechen, und ein Wert von 0 wird den Bildsignalkomponenten zugewiesen, die Bildelemente repräsentieren, die in den Bildbereichen außerhalb der besagten Gebiete liegen, die den verbleibenden voraussichtlichen Tumorbildern entsprechen. Auf diese Weise wird ein binäres Bildsignal erhalten. Die voraussichtlichen Tumorbilder, die bei der Beurteilung unter Verwendung des mit Formel (21) berechneten charakteristischen Wertes C4 nicht eliminiert worden sind, werden hierin als die voraussichtlichen Tumorbilder, die von der ersten Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 51 gefunden wurden, bezeichnet.

Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße

Die Information über die voraussichtlichen Tumorbilder C, C, ..., die von der ersten Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 51 gefunden wurde, wird in die Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße 52 des Computersystems 40 eingespeist. Die Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße 52 berechnet aus den Bildsignalkomponenten des Bildsignals S1, die die Bildinformation für Positionen in der Nähe jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ... repräsentieren, mehrere charakteristische Maße F1, F2, ..., Fn für jedes der voraussichtlichen abnormalen Muster C, C, ... In dieser Ausführungsform werden die Fläche F1 und die Form F2 jedes voraussichtlichen abnormalen Muster C und der Kontrast F3 jedes voraussichtlichen abnormalen Musters C zu den umgebenden Bildbereichen als die charakteristischen Maße berechnet. Die charakteristischen Maße F1, F2 und F3 werden in der gleichen Weise berechnet, wie dies mit Bezug zu Fig. 12 für die Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße 3 in der Ausführungsform des ersten mit der Erfindung verwendbaren Gerätes zum Ermitteln abnormaler Muster beschrieben wurde.

Zweite Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster

Die Information über die charakteristischen Maße F1, F2 und F3, die in den oben beschriebenen Weise berechnet worden sind, wird in die zweite Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 des in Fig. 4 gezeigten Computersystems eingespeist. In dieser Ausführungsform verwendet die zweite Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 die charakteristischen Maße F1, F2 und F3, um aus den voraussichtlichen abnormalen Mustern C, C, ..., die von der ersten Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 51 gefunden worden sind, ein voraussichtliches Tumorbild, das eine hohe Wahrscheinlichkeit aufweist, einwirkliches Tumorbild zu sein, zu finden. Für diesen Zweck wird das in Fig. 13 gezeigte neurale Netz werk verwendet. Das voraussichtliche Tumorbild, das eine hohe Wahrscheinlichkeit aufweist, ein wirkliches Tumorbild zu sein, wird in der gleichen Weise gefunden, wie dies zuvor für die Einrichtung zum Finden abnormaler Muster 4 in der Ausführungsform des ersten mit der Erfindung verwendbaren Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster beschrieben wurde.
Nachdem die Lernoperationen in der gleichen Weise abgeschlossen wurden, wie dies zuvor beschrieben wurde, wird ein voraussichtliches Tumorbild, für das nicht bekannt ist, ob es ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht, ausgewählt bzw. herausgelöst. Es werden charakteristische Maße F1, F2 und F3 für das voraussichtliche Tumorbild berechnet, und die Information darüber wird das in Fig. 13 gezeigte neurale Netzwerk eingespeist. Der von dem neuralen Netzwerk erhaltene Ausgabewert y wird als ein Signal verwendet, das den Grad der Wahrscheinlichkeit repräsentiert, daß das voraussichtliche Tumorbild ein wirkliches Tumorbild ist. Da das besagte Signal erhalten wird, nachdem die Lernoperationen in der oben beschriebenen Weise ausgeführt worden sind, stellt dieses genau den Grad der Wahrscheinlichkeit dar, daß das voraussichtliche Tumorbild ein wirkliches Tumorbild ist.
Nachdem das Signal (Ausgangssignal y ) erhalten wurde, wird der Wert des Signals mit einem Schwellwert Th5 (beispielsweise 0.5) verglichen. Aus der Tatsache, ob y ≥ Th5 oder y < Th5 ist, wird beurteilt, ob das voraussichtliche Tumorbild, das der Information über die das neurale Netzwerk eingespeisten charakteristischen Maße entspricht, ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht.
Der Schwellwert Th5 muß nicht notwendigerweise auf einen gewissen Wert festgelegt sein, sondern kann in Übereinstimmung mit der anatomischen Information über das dem Röntgenbild entsprechende Objekt geändert werden.
Wie oben beschrieben wurde, tritt ein Tumorbild im Lungenbereichsbild 15 in den Lungenbildern 15b, 15b leichter in Erscheinung als in dem Lungenhilumbild 15a. Daher wird in dieser Ausführungsform das Lungenbereichsbild 15 in der gleichen Weise, wie dies zuvor mit Bezug zu Fig. 10 beschrieben wurde, in das Lungenhilumbild 15a und die Lungenflügelbilder 15b, 15b unterteilt. Die Information, die das Lungenhilumbild 15a und die Lungenflügelbilder 15b, 15b voneinander unterscheidet, wird verwendet, wenn der Wert des Schwellwertes Th5 im Laufe des Vergleichens des Wertes des Ausgangs y mit dem Schwellwert Th5 bestimmt wird.
Wie zuvor beschrieben wurde, können das Lungenhilumbild 15a und die Lungenflügelbilder 15b, 15b voneinander unterschieden werden. Wenn beurteilt wird, ob ein voraussichtliches Tumorbild, das in dem den Lungenflügelbildern 15b, 15b entsprechenden Gebiet vorhanden ist, ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht, wird der Schwellwert Th5 auf einen vergleichsweise kleinen Wert (beispielsweise 0.4) festgelegt. Wenn beurteilt wird, ob ein voraussichtliches Tumorbild, das in dem dem Lungenhilumbild 15a entsprechenden Gebiet vorhanden ist, ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht, wird der Schwellwert Th5 auf einen vergleichsweise großen Wert (beispielsweise 0.6) festgelegt.
Die Rippenbilder 15c, 15c werden ebenfalls in der gleichen Weise gefunden, wie dies mit Bezug zu Fig. 11 beschrieben wurde.
Der Wert des Schwellwerts Th5 kann fest vorgegeben sein, und die Information, die die Lungenflügelbilder 15b, 15b und das Lungenhilumbild 15a voneinander unterscheidet, kann als eine von mehreren charakteristischen Maßen F1, F2, ..., Fn in das neurale Netzwerk eingespeist werden.
Ebenso kann, wie oben beschrieben wurde, die anatomische Information im Zuge des Auffindens voraussichtlicher abnormaler Muster verwendet werden.
Die Information über mehrere der charakteristischen Maße F1, F2, ..., Fn, die von der Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße 52 berechnet worden sind, wird in der oben beschriebenen Weise in der zweiten Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 des in Fig. 4 gezeigten Computersystems 40 in das in Fig. 13 gezeigte neurale Netzwerk eingespeist. Das Signal y , das den Grad der Wahrscheinlichkeit repräsentiert, das ein voraussichtliches Tumorbild C, das mittels der ersten Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 51 gefunden wor den ist, ein wirkliches Tumorbild ist, wird erhalten und mit einem Schwellwert verarbeitet. Nachdem beurteilt worden ist, daß das voraussichtliche Tumorbild C ein wirkliches Tumorbild T ist, wird die Information über das Tumorbild T (z. B. die Information über die Position des Tumorbilds T oder die Information über dessen Form) in das CRT-Anzeigegerät 44, das in Fig. 4 gezeigt ist und das ein Beispiel der Anzeigeeinrichtung 54 des zweiten Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster gemäß der vorliegenden Erfindung bildet, zusammen mit dem Bildsignal S1 eingespeist. Auf dem CRT-Anzeigegerät 44 wird ein sichtbares Bild, das durch das Bildsignal S1 repräsentiert ist, angezeigt. In dem sichtbaren Bild ist das Tumorbild T beispielsweise durch eine Pfeilmarkierung gekennzeichnet.
Ein Bediener betrachtet das sichtbare Bild und gibt eine Information I mit der Tastatur 54, die ein Beispiel der Eingabeeinrichtung 55 des zweiten mit der Erfindung verwendbaren Gerätes zum Ermitteln abnormaler Muster bildet, ein, wobei die Information I darstellt, ob das angezeigte Tumorbild T ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht. Die Information I wird in die zweite Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 des Computersystems 40 eingespeist. Wenn die Information I, die darstellt, daß das angezeigte Tumorbild T ein wirkliches Tumorbild ist, in die zweite Einrichtung zum, Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 eingespeist wird, setzt die zweite Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 das Instruktionssignal d in Formel (29) auf den Wert d = 1 fest. Wenn die Information I, die darstellt, daß das angezeigte Tumorbild T kein wirkliches Tumorbild ist, in die zweite Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 eingespeist wird, setzt die zweite Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 das Instruktionssignal d in Formel (29) auf den Wert d = 0 fest. Auf diese Weise werden die Lernvorgänge mittels sich zurück entwickelnder Fehler in dem neuralen Netzwerk ausgeführt. Die Verbindungsgewichtungen W werden so geändert, daß die Beurteilung anschließend genauer ausgeführt werden kann.
Wie oben beschrieben wurde, können die Lernoperationen, während das zweite Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster in Betrieb ist, in Übereinstimmung mit der Betriebsstätte, in der das zweite Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster angeordnet ist, der Person, die das mit der Anzeigeeinrichtung 54 angezeigte sichtbare Bild betrachtet, oder ähnlichen so geändert werden, daß abnormale Muster genauer ermittelt werden können.
In der zweiten Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 kann statt oder zusätzlich zu dem neuralen Netzwerk das nächste Nachbarn-Verfahren (NN- Verfahren), wie oben beschrieben, beim Beurteilen aus mehreren charakteristischen Maßen F1, F2, ..., Fn verwendet werden.
Insbesondere wenn das neurale Netzwerk verwendet wird, werden mehrere Röntgenaufnahmen vorbereitet, für die das Vorhandensein oder die Abwesenheit von Tumorbildern und die Positionen der Tumorbilder bekannt sind. Voraussichtliche Tumorbilder C, C, ... werden aus den Röntgenbildern in der gleichen Weise erhalten, wie dies oben beschrieben wurde. Es werden ebenfalls drei charakteristische Maße F1, F2 und F3 für jedes voraussichtliche Tumorbild C berechnet. Die Information über die Sätze der drei charakteristischen Maße F1, F2 und F3 und die Information, die darstellt, ob das voraussichtliche Tumorbild C entsprechend dem Satz der charakteristischen Maße F1, F2 und F3 ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht, werden als Datenbank in der zweiten Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 gespeichert.
Anschließend werden für ein voraussichtliches Tumorbild C, für das nicht bekannt ist, ob es ein wirkliches Tumorbild, ist oder nicht, charakteristische Werte F , F und F berechnet. Aus den charakteristischen Werten F , F und F und mehreren charakteristischen Werten F , F und F mit i = 1, 2, ..., n, deren Information als Datenbank gespeichert ist, werden Abstände ai mit Formel (46) berechnet. Es wird dann der Grad der Wahrscheinlichkeit beurteilt, daß das voraussichtliche Tumorbild C, das den charakteristischen Werten F , F und F entspricht, ein wirkliches Tumorbild ist. Die Beurteilung wird getroffen aus der Tatsache, ob ein voraussichtliches Tumorbild C, das charakteristische Werte F , F und F entsprechend dem kleinsten Abstand am und den Abständen ai mit i = 1, 2, ..., n aufweist, ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht, den Wert des kleinsten Abstandes am, oder ähnlichem getroffen.
Wenn das NN-Verfahren verwendet wird, wird in der zweiten Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 die Information über mehrere charakteristische Maße F1, F2, ..., Fn, die für ein voraussichtliches Tumorbild C berechnet worden sind, und die Information I, die von der Tastatur 43 eingespeist wurde, und die darstellt, ob das voraussichtliche Tumorbild C ein wirkliches Tumorbild ist, zu der Datenbank hinzugefügt. Diese Funktion wird als die Lernfunktion der zweiten Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 bezeichnet.
Als eine weitere Alternative wird, wie in den Fällen, wo das neurale Netzwerk oder das NN-Verfahren verwendet wurden, eine Vielzahl von Röntgenbildern vorbereitet, für die das Vorhandensein oder die Abwesenheit von Tumorbildern und die Positionen der Tumorbilder bekannt sind. Aus den Röntgenbildern werden voraussichtlich Tumorbilder C, C, ... in der gleichen Weise gefunden, wie dies zuvor beschrieben wurde. Es werden ebenso drei charakteristische Maße F1, F2 und F3 für jedes voraussichtliche. Tumorbild C berechnet. Anschließend wird aus der Information über die Sätze der drei charakteristischen Maße F1, F2 und F3 und der Information, die darstellt, ob das voraussichtliche Tumorbild C entsprechend jedem Satz der charakteristischen Maße F1, F2 und F3 ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht, Schwellwerte für die charakteristischen Maße F1, F2 und F3 berechnet, um bei der Beurteilung, ob ein voraussichtliches Tumorbild ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht, verwendet zu werden. Die Information über die Schwellwerte wird in der zweiten Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 gespeichert. Anschließend wird ein voraussichtliches Tumorbild C, für das nicht bekannt ist, ob es ein wahres Tumorbild ist oder nicht, ausgewählt und charakteristische Maße F1, F2 und F3 werden dafür berechnet. Die Information über die charakteristischen Maße F1, F2 und F3, die für das voraussichtliche Tumorbild C berechnet wurden, für das nicht bekannt ist, ob es ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht, werden in die zweite Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 eingespeist. Zu diesem Zeitpunkt werden die charakteristischen Maße F1, F2 und F3 mit den Schwellwerten verarbeitet, und es wird dabei beurteilt, ob das entsprechende voraussichtliche Tumorbild C ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht.
Wenn die zweite Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 eine solche einfache Art der Verarbeitung mit den Schwellwerten ausführt, wird die von der Tastatur 43 eingespeiste Information I, die darstellt, ob eins voraussichtliches Tumorbild C ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht, in dem statistischen Vorgang zur Bestimmung des Schwellwertes verwendet. Diese Funktion wird als die Lernfunktion der zweiten Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 bezeichnet.
Wie oben beschrieben wurde, wird in der zweiten Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster 53 aus mehreren charakteristischen Maßen F1, F2, ..., Fn beurteilt, ob ein voraussichtliches Tumorbild C ein wirkliches Tumorbild ist oder nicht. Die Beurteilung wird mit einer der oben beschriebenen Techniken, einem anderen Verfahren oder einer Kombination zweier oder mehrerer dieser Verfahren getroffen.
In der zuvor genannten Ausführungsform des zweiten mit der Erfindung verwendbaren Gerätes zum Ermitteln abnormaler Muster wird aus einer Bruströntgenaufnahme eines menschlichen Körpers, die auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert ist, ein Tumorbild ermittelt, das typischerweise als ein kreisförmiges Muster in einer Röntgenaufnahme in Erscheinung tritt. Das zweite mit der Erfindung verwendbare Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist allerdings nicht auf kreisförmige Tumorbilder oder das Verarbeiten von Bruströntgenaufnahmen beschränkt. Es können ebenso andere Aufzeichnungsmedien als stimulierbare Phosphorschichten verwendet werden. Das zweite mit der Erfindung verwendbare Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist in weitem Maße anwendbar, wenn abnormale Muster in einem Strahlungsbild aus einem Bildsignal, das ein Strahlungsbild eines Objekts repräsentiert, ermittelt werden soll.
Im folgenden wird eine Ausführungsform des dritten mit der Erfindung verwendbaren Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster beschrieben. In dieser Ausführungsform wird ein Röntgenbild auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert und ein Tumorbild, das typischerweise eine näherungsweise sphärische Form in der Lunge eines menschlichen Körpers aufweist, wird als ein abnormales Muster aus dem Röntgenbild ermittelt. In einem aus dem Bildsignal S1 reproduzierten sichtbaren Bild tritt das Tumorbild typischerweise als ein näherungsweise kreisförmiges Muster mit einer geringeren Dichte als die Bildbereiche, die das Tumorbild umgeben, in Erscheinung.
Fig. 16 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel eines Bruströntgenbildes zeigt, das auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert ist.
Bezüglich Fig. 16 weist das Röntgenbild ein Lungenbereichsbild 75, ein Hautbild 76 und ein Hintergrundgebiet 77, in das die in Fig. 2 gezeigten Röntgenstrahlen 12 direkt ohne Durchdringung des Objekts 13 aufgetroffen sind, auf. Das Lungenbereichsbild 75 umfaßt ein rechtes Lungenflügelbild 75a, ein linkes Lungenflügelbild 75b, ein Herzbild 75c, ein rechtes Diaphragmabild 75d, ein linkes Diaphragmabild 75e und ein Mediastinumbild 75f. Die Positionen der Bilder 75a bis 75f im Röntgenbild werden in einer Weise ermittelt, die später beschrieben wird. Es ist auch ein Lungenhilumbild 75g in der Nähe der Mitte zwischen dem rechten Lungenflügelbild 75a und dem linken Lungenflügelbild 75b angeordnet.
Das Bildsignal S1, das das in Fig. 16 gezeigte Röntgenbrustbild repräsentiert, wird von dem in Fig. 4 gezeigten A/D-Wandler 33 in der gleichen Weise erhalten, wie dies zuvor beschrieben wurde. Das Bildsignal S1 wird dann in das in Fig. 4 gezeigte Computersystern 40 eingespeist. Das Computersystem 40 ist mit einer Ausführungsform des dritten mit der Erfindung verwendbaren Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster ausgestattet.
Aus dem Bildsignal S1, das aus einer Reihe von Bildsignalkomponenten, die das Röntgenbild repräsentieren, und die in das Computersystem 40 eingespeist worden sind, wird ein abnormales Muster im Röntgenbild ermittelt. Das Computersystem 40 führt die den Blöcken 61, 62 und 63, die in Fig. 15 gezeigt sind, entsprechenden Operationen aus. Die in Fig. 15 gezeigten Blöcke 61, 62 und 63 werden im weiteren als die Funktioden Computersystems 40 bezeichnet.
Das Bildsignal S1, das ein das in Fig. 16 gezeigte Röntgenbild repräsentierendes digitales elektrisches Signal ist, wird in die Verarbeitungseinrichtung 61 und die in Fig. 15 gezeigte Detektionseinrichtung 63 eingespeist. Es werden zunächst Beispiele für die von der Verarbeitungseinrichtung 61 ausgeführten Operationen beschrieben.

Verarbeitungseinrichtung

Die Verarbeitungseinrichtung 61 des Computersystems 40 ermittelt aus dem Bildsignal S1 anatomische Gebiet 75a bis 75f, die in Fig. 16 gezeigt sind.
Fig. 17 ist ein Graph, der eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion des Bildsignals S1, das aus den in Fig. 16 gezeigtem Röntgenbild ermittelt wurde, zeigt. In Fig. 17 bezeichnet die horizontale Achse den Wert des Bildsignals S1 und die vertikale Achse bezeichnet die Häufigkeit des Auftretens des Wertes des Bildsignals S1.
Fig. 18 ist eine erläuternde Ansicht, die darstellt, wie die Positionen den den Bildern 75a bis 75f im Lungenbereichsbild 75 entsprechenden Gebieten ermittelt werden.
In Fig. 17 entspricht ein hervorragender Bereich 77 auf der rechten Seite dem in Fig. 16 gezeigten Hintergrundgebiet 77. Ein hervortretender Bereich 75 in der Mitte entspricht dem in Fig. 16 gezeigten Lungenbereichsbild 75. Ebenso entspricht ein hervortretender Bereich 76 auf der linken Seite dem in Fig. 16 gezeigten Hautbild 76. Zur besseren Verständlichkeit sind in Fig. 17 die hervortretenden Bereiche, die den in Fig. 16 gezeigten Gebieten entsprechen, mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet.
In dieser Ausführungsform werden Gebiete, die dem rechten Lungenflügelbild 75a und dem linken Lungenflügelbild 75b entsprechen, als erstes in der oben beschriebenen Weise gefunden. Das für diesen Zweck benutzte Verfahren ist beschrieben in "Automatic Threshold Volue Selecting Process Based On Discrimination And Least Square Standards" von Nobujuki Otsu, gesammelte Unterlagen des Institute of Electronics and Communication Engineers of Japan, 63-D-4, S. 349-356, 1980.
Es wird ein Schwellwert t so erhalten, daß der mit der Formel
M&sub1; - M&sub2;/σ1² + σ2²
berechnete Wert am größten wird. In dieser Formel bezeichnen M1 und σ1² jeweils den Mittelwert und die Varianz der Werte des Bildsignals S1, wobei die Werte größer als der Schwellwert t sind. Ebenso bezeichnen M2 und σ2² jeweils den Mittelwert und die Varianz der Werte des Bildsignals S1, wobei die Werte kleiner sind als der Schwellwert t. Anschließend werden aus den Bildsignalkomponenten des Bildsignals S1, die dem hervorragendem Bereich 75 entsprechen, die Bildsignalkomponenten mit größeren Werten als der Schwellwert t ausgewählt bzw. herausgelöst. Es werden zwei Gebiete, die aus den Bildelementen, die den auf diese Weise ausgewählten Bildsignalkomponenten entsprechen und die vergleichsweise große Flächen aufweisen, zusammengesetzt sind, als zu dem rechten Lungenflügelbild 75a und dem linken Lungenflügelbild 75b entsprechend gefunden, wie dies in Fig. 18 gezeigt ist.
Anschließend wird, wie in Fig. 18 gezeigt ist, eine Linie λ1 gezeichnet, die die unteren Ränder des rechten Lungenflügelbilds 75a und des linken Lungenflügelbilds 75b verbindet. Der rechte Rand des rechten Lungenflügelbilds 75a, der als der rechte Rand im in Fig. 18 gezeigten Röntgenbild verwendet ist, wird durch eine gerade Linie angenähert und es wird eine Linie λ2 von der geraden Linie nach unten verlängert. Ebenso wird das obere Drittel des linken Rands des linken Lungenflügelbildes 75b, der im in Fig. 18 gezeigten Röntgenbild verwendet ist, durch eine gerade Linie angenähert, und es wird, eine Linie λ3 von der geraden Linie nach unten verlängert. Auf diese Weise wird ein Gebiet 75h gefunden, das die Gebiete, die dem rechten Diaphragmabild 75d, dem Mediastinumbild 75f, dem Herzbild 75c und dem linken Diaphragmabild 75e entsprechen, umfaßt.
Ebenso werden aus den Bildsignalkomponenten des Bildsignals S1, das die Bildelemente repräsentiert, die eingestuft werden, in der Nähe der Grenze zwischen dem Herzbild 75c und dem linken Diaphragmabild 75e im Bereich 75h zu liegen, Berechnungen angestellt, um Differenzen zwischen den Werten der Bildsignalkomponenten, die die Bildelemente repräsentieren, die in der vertikalen Richtung entsprechend Fig. 18 benachbart sind, angestellt. Die Bildelemente, für die die Differenzen größer als ein vorbestimmter Wert sind, werden auf das Röntgenbild gemalt. Eine Linie λ4, die die auf diese Weise aufgemalten Bildelemente verbindet und sich in Fig. 18 horizontal erstreckt, wird als die Grenze zwischen dem Herzbild 75c und, dem linken Diaphragmabild 75e gefunden. Auf diese Weise werden die Positionen der Gebiete 75a bis 75f im Röntgenbild ermittelt.
Die Verarbeitungseinrichtung ermittelt ebenso die Positionen von Rippenbildern (nicht gezeigt) im rechten Lungenflügelbild 75a und im linken Lungenflügelbild 75b.
In dieser Ausführungsform kann, um die Rippenbilder 15c, 15c zu finden, ein Verfähren angewendet werden, das beschrieben ist in "Discrimination of Rib Images in X-ray Fluorographic Image of the Chest", The Institute of Electronics and Communication Engineers of Japan, 26. Oktober 1972, Material-Nr. IT72-24 (1972-10) der Gesellschaft zum Studium von Bildverarbeitung. Mit diesem Verfahren wird eine lineare Figur herausgelöst, indem ein das Bruströntgenbild repräsentierendes Bildsignal mit einem Filter bearbeitet wird, der auf Linien sensitiv ist. Aus der Position der linearen Figur im Röntgenbild, der Richtung, entlang derer sich die lineare Figur erstreckt, oder ähnlichem werden Linien ermittelt, die einem Rippenbild entsprechen. Anschließend werden Grenzlinien der Rippenbilder näherungsweise durch eine Funktion zweiter Ordnung dargestellt. Auf diese Weise wird ein Rippenbild erstellt.
In der oben beschriebenen Weise ermittelt die Verarbeitungseinrichtung 61 des in Fig. 4 gezeigten Computersystems 40 die Positionen der Gebiete 75a bis 75f und die Rippenbilder im Röntgenbild. Die Information über die Positionen wird in die Detektionseinrichtung 63 des Computersystems 40 eingespeist.
Wie die Gebiete 75a bis 75f und Rippenbilder im Röntgenbild ermittelt werden, unterliegt keinerlei Einschränkung.

Speichereinrichtung

Mittels eines Beispiels wird erläutert, wie die Speichereinrichtung 62 des Computersystems 40 den Filter zum Ermitteln von Tumorbildern speichert. In dieser Ausführungsform werden die gleichen grundlegenden Algorithmen im Filter zum Ermitteln von Tumorbildern für die jeweiligen Gebiete im Röntgenbild angewendet.
Die Speichereinrichtung 62 speichert den Raumdomänenfilter, der zuvor mit Bezug zu den Fig. 5, 6 und 7 beschrieben wurde, und der die Formeln (3), (4) und (5) verwendet. Es wird beurteilt, ob ein vorbestimmtes Bildelement P0 im Röntgenbild in das dem Tumorbild im Röntgenbild entsprechende Gebiet fällt oder nicht. Das Tumorbild im Röntgenbild kann ermittelt werden, indem die Bildsignalkomponenten, die den Bildelementen des Röntgenbilds entsprechen, mit dem in Fig. 5 dargestellten Filter verarbeitet werden.
Der charakteristische Wert C1, der mit Formel (5) in der gleichen, oben beschriebenen Weise erhalten wird, wird mit einem vorbestimmten Schwellwert Th1, verglichen. Aus der Tatsache, ob C1 ≥ Th1 oder C1 < Th1 ist, wird beurteilt, ob das vorbestimmte Bildelement P0 in das dem Tumorbild entsprechende Gebiet fällt oder nicht. Wie anschließend beschrieben wird, ändert sich der Schwellwert Th1 für die entsprechenden Gebiete im Röntgenbild.
Fig. 19 ist ein Graph, der die Werte des Schwellwerts Th1 zeigt.
Ein Tumorbild, das das Ermittlungsobjekt in dieser Ausführungsform ist, tritt in Bereichen außerhalb des Lungenbereichsbild 75 oder im Gebiet, das dem Mediastinumbild 75f entspricht, nicht in Erscheinung. Daher wird für. Gebiete außerhalb des Lungenbereichsbild 75 und für das Gebiet, das dem Mediastinumbild 75f entspricht, der Schwellwert Th1 festgelegt zu Th1 = T4 (großer Wert). Daher wird sogar dann, wenn ein großer charakteristischer Wert C1 für das Gebiet erhalten wird, das z. B. dem Mediastinumbild 75f entspricht, wenn das Bildsignal, das das Röntgenbild repräsentiert, mit dem Raumdomänenfilter in der später zu beschreibenden Detektionseinrichtung 63 verarbeitet wird, beurteilt, daß das dem charakteristischen Wert C1 entsprechende vorbestimmte Bildelement P0 nicht in das dem Tumorbild entsprechende Gebiet fällt.
Bei der Aufzeichnung des Röntgenbildes auf die stimulierbare Phosphorschicht treten weniger Röntgenstrahlen durch die Gebiete, die dem rechten Diaphragmabild 75d, dem linken Diaphragmabild 75e und dem Herzbild 75c entsprechen, als durch das rechte Lungenflügelbild 75a und das linke Lungenflügelbild 75b. Daher wird für die Regionen, die dem rechten Diaphragmabild 75d, dem linken Diaphragmabild 75e und dem Herzbild 75c entsprechen, der Schwellwert Th1 auf Th1 = T1 (kleiner Wert) festgelegt, so daß sogar ein Gebiet mit einem kleinen charakteristischen Wert C1 als ein Tumorbild ermittelt werden kann. Ebenso unterscheidet sich die mittlere Röntgenstrahlenmenge, die durch die dem rechten Diaphragmabild 75d und dem linken Diaphragmabild 75e entsprechenden Gebiete gedrungen ist, von der mittleren Röntgenstrahlenmenge, die das dem Herzbild 75c entsprechende Gebiet durchdrungen hat. Daher kann der Schwellwert Th1 für die Gebiete, die den Diaphragmabildern 75d, 75e entsprechen und dem Gebiet, das dem Herzbild 75c entspricht, variieren.
Für die dem rechten Lungenflügelbild 75a und dem linken Lungenflügelbild 75b (aber nicht den Rippenbildern entsprechenden Gebieten), wird der Schwellwert Th1 in der zuvor beschriebenen Art und Weise geändert. Insbesondere tritt ein Tumorbild, das der Ermittlungsgegenstand dieser Ausführungsform ist, leichter in den peripheren Gebieten des rechten Lungenflügelbilds 75a und des linken Lungenfllügelbilds 75b in Erscheinung als in dem Gebiet, das dem Lungenhilumbild 75g, das in Fig. 16 gezeigt ist, entspricht. Daher wird ein Wert mit der Formel berechnet
λ = λ2/λ1, (0 ≤ λ ≤ 1),
wobei I1 die Breite (die Länge entlang der x-Richtung genommen) jeweils des rechten Lungenflügelbilds 75a und des linken Lungenflügelbilds 75b bezeichnet, deren Breite an jeder Stelle entlang der y-Richtung genommen wird, wie dies in Fig. 18 gezeigt ist. Ebenso bezeichnet 22 die Entfernung von der Grenze zwischen dem rechten Lungenflügelbild 75a und dem Mediastinumbild 75f zu dem vorbestimmten Bildelement P0, oder bezeichnet den Abstand von der Grenze zwischen dem linken Lungenflügelbild 75b und dem Mediastinumbild 75f zu dem vorbestimmten Bildelement P0. Anschließend wird, wie dies durch die Linie 79 in Fig. 19 angezeigt ist, der Schwellwert Th1 in Übereinstimmung mit dem Wert von λ geändert. Daher kann die Empfindlichkeit, mit der Tumorbilder, die an peripheren Bereichen der Gebiete, die den Lungenflügelbildern 75a und 75b entsprechen, vorhanden sind, ermittelt werde, auf hohem Niveau gehalten werden. Anstatt, daß der Schwellwert Th1 geändert wird, kann der charakteristische Wert C1 gewichtet werden.
Die Speichereinrichtung 62 des Computersystems 40 speichert die Information über den zuvor genannten Raumdomänenfilter zum Ermitteln der Tumorbilder (einschließlich des Schwellwerts Th1 für jedes Gebiet im Röntgenbild). Wenn das das Röntgenbild repräsentierende Bildsignal S1 in die Detektionseinrichtung 63 des Computersystems 40 eingespeist wird, wird die in der Speichereinrichtung 62 gespeicherte Information ausgelesen und in die Detektionseinrichtung 63 eingespeist.

Detektionseinrichtung

Wie zuvor beschrieben wurde, empfängt die Detektionseinrichtung 63 das das Röntgenbild repräsentierende Bildsignal S1, aus dem ein Tumorbild zu ermitteln ist, und die Information über die Positionen der anatomischen Gebiete im Röntgenbild, die aus dem Bildsignal S1 mittels der Verarbeitungseinrichtung 61 (in dieser Ausführungsform: die Positionen des rechten Lungenflügelbilds 75a, des linken Lungenflügelbilds 75b, des Herzbilds 75c, des rechten Diaphragmabilds 75d, des linken Diaphragmabilds 75e und der Rippenbilder) gefunden worden sind. Die Detektionseinrichtung 63 empfängt ebenso von der Speichereinrichtung 62 die Information über den Filter zum Ermitteln von Tumorbildern (einschließlich des Schwellwertes Th1), die in angepaßter Weise für die jeweiligen anatomischen Gebiete verwendet wird. Die Detektionseinrichtung 63 verarbeitet das Bildsignal S1 mit dem zuvor genannten Raumdomänenfilter und verwendet den Schwellwert Th1, der für die jeweiligen Gebiete 75a bis 75g, die in Fig. 16 und 18 gezeigt sind, zur Ermittlung eines Tumorbilds geeignet ist.
In den Lungenflügelbildern 75a und 75b sind die Rippenbilder vorhanden. Deshalb wird, wenn wie im folgenden beschrieben, die die Lungenflügelbilder 75a und 75b repräsentierenden Bildsignalkomponenten mit dem Filter verarbeitet werden, diese für die Bildsignalkomponenten, die dem Gebiet in der Nähe der Rippenbilder entsprechen, angepaßt.
Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil der Rippenbilder (in Fig. 16 nicht gezeigt) im Lungenflügelbild 75a oder im Lungenflügelbild 75b, die in Fig. 16 dargestellt sind, zeigt. In Fig. 11 ist ebenso der in Fig. 5 gezeigte Filter dargestellt.
Wie in Fig. 11 dargestellt ist, überdeckt ein Teil des Filters die Rippenbilder 15c, 15c. Wenn daher ein charakteristischer Wert, der einem in Fig. 11 gezeigten vorbestimmten Bildelement P0 entspricht, berechnet wird, wird die Information über r1 und r2 für die Linien L1, L3, L5 und L7 angewendet. Für die Linien L2 und L6 wird die Information über r1, r2 und r3 verwendet. Ebenso wird für die Linien L4 und L8 lediglich die Information über r1 verwendet. Auf diese Weise wird der Raumdomänenfilter in Übereinstimmung mit der Information über die Positionen der Rippenbilder angepaßt. Daher wird die Berechnung des charakteristischen Wertes C1 nicht nachteilig durch die Rippenbilder beeinflußt.
Die bei der Ermittlung der Tumorbilder verwendeten grundlegenden Algorithmen sind nicht auf die oben beschriebenen Algorithmen beschränkt. Beispielsweise können die zuvor mit Bezug zu den Fig. 5 und 8 beschriebenen Algorithmen verwendet werden. Mit den Algorithmen werden die Gradienten fi der Bildsignalkomponenten fij, die die Bildelemente Pij repräsentieren, wobei i = 1, 2, ..., 8 und j = 1, 2, 3 ist, die in Fig. 5 gezeigt sind, ermittelt. Anschließend wird der charakteristische Wert C2 berechnet und mit dem vorbestimmten Schwellwert Th2 verglichen. Mittels der Ergebnisse aus dem Vergleich wird beurteilt, ob ein vorbestimmtes Bildelement P0 innerhalb des einem Tumorbild entsprechenden Gebietes liegt oder nicht. Der Schwellwert Th2 wird wie der Schwellwert Th1 für jedes der anatomischen Gebiete bestimmt.
Alternativ können die Algorithmen, die zuvor mit Bezug zu Fig. 5 beschrieben wurden, und die die Formel (7) bis (18) verwenden, angewendet werden. In diesem Fall wird wie bei den Schwellwerten Th1 und Th2, der Wert oder die Funktion des Schwellwerts Th3 mit dem mit Formel (18) berechneten charakteristischen Wert C3 verglichen und für jedes der anatomischen Gebiete bestimmt.
Die Detektionseinrichtung 63 kann jede andere Art von Filtern verwenden.
Anstatt den Wert des Schwellwertes für die jeweiligen anatomischen Gebiete zu ändern oder zusätzlich zu solchen Änderungen können Algorithmen verwendende Filter angewendet werden, die für die jeweiligen anatomischen Gebiete geeignet sind.
Beim Verarbeiten des Bildsignals mit einem der oben beschriebenen. Filter kommt es häufig vor, daß sich aus vielen linearen Mustern zusammensetzende Gebiete wie etwa Blutgefäßbilder ebenfalls als Tumorbilder gefunden werden. Daher eliminiert die Detektionseinrichtung 63 nach dem Finden der Tumorbilder solche Gebiete aus den Tumorbildern, in der Weise, wie dies zuvor mit Bezug zu den Fig. 9A und 9B beschrieben wurde.
Die Detektionseinrichtung 63 des in Fig. 4 gezeigten Computersystems 40 findet in der zuvor beschriebenen Weise die Tumorbilder, indem das das Röntgenbild repräsentierende Bildsignal mit dem Raumdomänenfilter verarbeitet wird. Anschließend beurteilt die Detektionseinrichtung 63 aus dem mit Formel (21) berechneten charakteristischen Wert C4, ob ein als ein Tumorbild gefundenes Gebiet von den Tumorbildern zu streichen ist oder nicht. Anschließend gibt die Detektionseinrichtung 63 die Information T aus, die die Lage eines verbleibenden Tumorbildes repräsentiert. Die Information T, die von dem dritten mit der Erfindung verwendbaren Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ausgelesen wird, wird zusammen mit dem Bildsignal S1 in einer Speichereinrichtung (nicht gezeigt) gespeichert. Wenn ein durch das Bildsignal S1 repräsentiertes sichtbares Bild reproduziert und angezeigt wird, wird das ermittelte Tumorbild deutlich in dem sichtbaren Bild dargestellt.
In der zuvor genannten Ausführungsform des dritten mit der Erfindung verwendbaren Gerätes zum Ermitteln abnormaler Muster wird aus einem Röntgenbild der Brust eines menschlichen Körpers, das auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert ist, ein Tumorbild ermittelt, das typischerweise als ein kreisförmiges Muster im Röntgenbild in Erscheinung tritt. Das dritte mit der Erfindung verwendbare Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist jedoch nicht auf die Ermittlung eines kreisförmigen Tumorbildes oder auf das Verarbeiten von Bruströntgenbildern beschränkt. Ebenso können andere Aufzeichnungsmedien als, stimulierbare Phosphorschichten verwendet werden. Das mit der Erfindung verwendbare dritte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist in einem weiten Bereich anwendbar, wenn abnormale Muster in einem Strahlungsbild aus einem Bildsignal, das ein Strahlungsbild eines Objekts repräsentiert, ermittelt werden sollen.
Im folgenden werden Ausführungsformen des mit der Erfindung verwendbaren Verfahrens und Geräts zum Beurteilen kreisförmiger Muster beschrieben. In diesen Ausführungsformen wird ein Röntgenbild auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert und aus dem Röntgenbild wird ein Tumorbild, das typischerweise eine näherungsweise sphärische Form in der menschlichen Lunge aufweist, ermittelt. In einem aus dem Bildsignal S1 reproduzierten sichtbaren Bild tritt das Tumorbild typischerweise als ein näherungsweise kreisförmiges Muster mit einer geringeren Dichte als die das Tumorbild umgebenden Bildbereiche in Erscheinung.
Fig. 21 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Bruströntgenaufnahme zeigt, das auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert ist.
In Fig. 21 ist ein Röntgenbild der Lunge 15 auf näherungsweise der gesamten Fläche einer stimulierbaren Phosphorschicht 14 gespeichert.
Wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 21 angezeigt ist, erstrecken sich mehrere imaginäre Linien in der x- und y-Richtung auf der stimulierbaren Phosphorschicht 14. Jedes Gebiet Dij, das durch die imaginären Linien abgegrenzt ist, wird als ein vorbestimmtes Gebiet angenommen. Es wird der Grad der Wahrscheinlichkeit beurteilt, daß jedes der Gebiete Dij innerhalb des Gebietes liegt, daß einem kreisförmigen Muster im Röntgenbild entspricht. Durch wiederholtes Beurteilen über die gesamte Fläche des Röntgenbildes wird ein Gebiet gefunden, von dem angenommen wird, einem Tumorbild zu entsprechen.
Das Bildsignal S1, das das in Fig. 21 gezeigte Röntgenbrustbild repräsentiert, wird aus dem in Fig. 4 gezeigten A/D-Wandler 33 in der gleichen Weise erhalten, wie dies zuvor beschrieben wurde. Das Bildsignal S1 wird dann in das in Fig. 4 gezeigte Computersystem 40 eingespeist. Das Computersystem 40 ist mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräts zum Beurteilen kreisförmiger Muster ausgestattet.
Aus dem Bildsignal S1, das einer Reihe von das Röntgenbild repräsentierenden Bildsignalkomponenten besteht, und das in das Computersystem 40 eingespeist wurde, wird der Grad der Wahrscheinlichkeit beurteilt, daß jedes der Gebiete Dij innerhalb dem einem Tumorbild in der Röntgenaufnahme entsprechenden Gebietes liegt.
Fig. 20A ist ein Diagramm, das ein vorbestimmtes Gebiet Dij, das unter den in Fig. 21 gezeigten Gebieten gekennzeichnet wurde, zeigt, wobei dieses Gebiet einem wirklichen Tumorbild entspricht; die Figur zeigt weiterhin die Profile des Röntgenbildes in dem Gebiet entlang der x- und y-Richtungen. Fig. 20B ist ein Diagramm, das ein vorbestimmtes, aus den in Fig. 21 gezeigten und gekennzeichneten Gebieten Gebiet Dij zeigt, das sich aus vielen linearen Mustern wie etwa Blutgefäßbildern zusammensetzt, und das ferner Profile des Röntgenbildes im Gebiet entlang der x- und y-Richtungen darstellt. In den Fig. 20A und 20B entspricht das von der gestrichelten Linie 89 umgebende Gebiet einem der Gebiete Dij, die in Fig. 21 voneinander abgegrenzt sind. Die Graphen zeigen die Profile der Röntgenaufnahme (d. h., die Verteilungen der Werte des Bildsignals S1) in Gebiet Dij entlang der x- und y-Richtung.
Wie in Fig. 20A gezeigt ist, besitzt ein Tumorbild ein konkaves, relativ flaches Profil in der x- und y-Richtung. Andererseits ändert sich, wie in Fig. 20B gezeigt ist, in einem Gebiet, das sich aus vielen linearen Mustern zusammensetzt, das Profil in einer Richtung (in Fig. 20B die x-Richtung) innerhalb geringer Abstände, während das Bildprofil in der anderen Richtung (in Fig. 20B die y-Richtung) vergleichsweise flach ist. Daher wird dieser Unterschied im Bildprofil bei der Beurteilung benutzt, ob jedes Gebiet Dij einem aus vielen linearen Mustern zusammengesetzten Gebiet oder einem Tumorbild entspricht. Insbesondere wird aus den quadratischen Werten von Differenzen erster Ordnung zwischen den Werten der Bildsignalkomponenten, die benachbarte Bildelemente repräsentieren, die im Gebiet Dij entlang jeweils der x- und y-Richtungen angeordnet sind, ein Mittelwert berechnet. Die Berechnungen werden mit den folgenden Formeln ausgeführt
In den Formeln (47) und (48) bezeichnet m, mit m = 1, 2, ..., die Bildelemente entlang der x-Richtung und n, mit n = 1, 2, ..., bezeichnet die Bildelemente entlang der y-Richtung. Ebenso bezeichnet f(m,n) die Werte der Bildsignalkomponenten, die die Bildelemente (m,n) repräsentieren. Weiterhin bezeichnet die Doppelsumme
die Summe der quadratischen Werte der Differenzen erster Ordnung im Gebiet Dij, und N bezeichnet die Anzahl der Bildelemente im Gebiet Dij.
Anschließend wird eine Berechnung durchgeführt, um einen charakteristischen Wert C5 zu finden, der beim Beurteilen verwendet wird, ob das Gebiet Dij einem Gebiet entspricht, das aus vielen linearen Mustern zusammengesetzt ist oder nicht. Die Berechnung wird mit der folgenden Formel durchgeführt
C5 = min(Zx, Zy)/max(Zx, Zy) (49)
wobei min(Zx, Zy) den Mittelwert Zx oder den Mittelwert Zy bezeichnet, je nachdem, welcher kleiner ist, und max(Zx, Zy) bezeichnet den größeren der beiden Mittelwerte Zx bzw. Zy. Der charakteristische Wert C5 wird dann mit einem vorbestimmten Schwellwert Th6 verglichen. Wenn C5 ≥ Th6 ist, wird beurteilt, daß das Gebiet Dij eine hohe Wahrscheinlichkeit einem Tumorbild zu entsprechen aufweist. Wenn C5 < Th6 ist, wird beurteilt, daß das Gebiet Dij einem Gebiet, das sich aus vielen linearen Mustern zusammensetzt, entspricht, und daher eine geringer Wahrscheinlichkeit besitzt, einem Tumorbild zu entsprechen.
Der charakteristische Wert C5 muß nicht notwendigerweise mit Formel (49) berechnet werden, sondern kann beispielsweise mit einer der Formeln berechnet werden
C5 = Zx - Zy /Zx + Zy (50)
C5 = Zx - Zy (51)
Ebenso werden in dem oben beschriebenen Beispiel Berechnungen durchgeführt, um die Differenzen erster Ordnung f(m + 1,n) - f(m,n), f(m,n + 1) - f(m,n) zwischen den Werten der Bildsignalkomponenten zu finden, die benachbart de Bildelemente repräsentieren, die jeweils entlang der x- und y-Richtung im Gebiet Dij angeordnet sind. Alternativ können Berechnungen angestellt werden, um Differenzen zwischen den Werten der Bildsignalkomponenten zu finden, die benachbarte Bildelemente repräsentieren, die im Gebiet Dij entlang schräg verlaufender Richtungen angeordnet sind, die nicht senkrecht zu der x-Richtung oder zur y- Richtung sind. Als eine weitere Alternative kann anstelle der Berechnung des Mittelwertes aus den quadratischen Werten der Differenzen erster Ordnung ein. Mittelwert aus den absoluten Werten der Differenzen erster Ordnung berechnet werden.
In dem in Fig. 4 gezeigten Computersystem 40 werden die oben beschriebenen Operationen für die jeweiligen Gebiete Dij, die in Fig. 21 gezeigt sind, wiederholt. Auf diese Weise werden Gebiete mit einer hohen Wahrscheinlichkeit, einem Tumorbild zu entsprechen, gefunden.
Nachdem die Gebiete mit einer hohen Wahrscheinlichkeit, ein Tumorbild zu sein, ermittelt sind, wird ein durch das Bildsignal S1 repräsentiertes sichtbares Bild auf einem CRT- Anzeigegerät reproduziert und angezeigt, so daß die Bilder der Gebiete deutlich betrachtet werden können. Ein sichtbares Bild dieser Art kann als ein wirksames Werkzeug insbesondere bei der effizienten und genauen Diagnose von Krankheiten dienen.
In dieser Ausführungsform können danach Filtervorgänge an den Bildsignalkomponenten, die den in den Gebieten liegenden Bildelementen entsprechen, die gefunden wurden, eine hohe Wahrscheinlichkeit aufzuweisen, einem Tumorbild zu entsprechen, und an den Bildsignalkomponenten, die den in der Nähe dieser Gebiete gelegenen Bildelemente entsprechen, ausgeführt werden. In den Filtervorgängen wird jedes dieser Bildelemente als ein vorbestimmtes Bildelement P0 verwendet. Auf diese Weise werden le diglich die Gebiete mit einer höheren Wahrscheinlichkeit, einem Tumorbild zu entsprechen, von den Gebieten ausgewählt, die ursprünglich ermittelt worden sind, eine hohe Wahrscheinlichkeit aufzuweisen, einem Tumorbild zu entsprechen.
Die Filtervorgänge werden mit dem Raumdomänenfilter, der zuvor mit Bezug zu den Fig. 5, 6 und 7 beschrieben wurde und der die Formeln (3), (4) und (5) verwendet, ausgeführt. Es wird beurteilt, ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb des einem Tumorbild entsprechenden Gebietes liegt oder nicht.
Der Raumdomänenfilter wird verwendet, um die Bildsignalkomponenten, die den in den Gebieten Dij liegenden Bildelementen entsprechen, und die Bildsignalkomponenten, die den in der Nähe dieser Gebiete Dij liegenden Bildelemente entsprechen, zu verarbeiten, wobei die Gebiete Dij ermittelt worden sind, eine hohe Wahrscheinlichkeit aufzuweisen, einem Tumorbild zu entsprechen. Das heißt, jedes in den Gebieten Dij und in deren Nähe gelegenen Bildelemente wird als das vorbestimmte Bildelement P0 verwendet, und es wird beurteilt, ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb des Gebietes liegt, das einem Tumorbild entspricht. Auf diese Weise werden lediglich die Gebiete mit einer höheren Wahrscheinlichkeit, einem Tumorbild zu entsprechen, aus den Gebieten Dij ausgewählt, die ursprünglich ermittelt wurden, eine hohe Wahrscheinlichkeit aufzuweisen, einem Tumorbild zu entsprechen.
Die Art der Filter, die verwendet wird, um die Gebiete mit einer höheren Wahrscheinlichkeit, einem Tumorbild zu entsprechen, aus den Gebieten Dij, die ursprünglich ermittelt worden sind, eine hohe Wahrscheinlichkeit aufzuweisen, einem Tumorbild zu entsprechen, unterliegt keinerlei Beschränkung. Beispielsweise kann der mit Bezug zu den Fig. 5 und 8 zuvor beschriebene Filter verwendet werden. Mit diesem Filter werden die Gradienten fi der Bildsignalkomponenten fij, die die Bildelemente Pij repräsentieren, wobei i = 1, 2, ..., 8 und j = 1, 2, 3 ist, welche in Fig. 5 gezeigt sind, ermittelt. Anschließend wird der charakteristische Wert C2 berechnet und mit dem vorbestimmten Schwellwert Th2 verglichen. Aus den Ergebnissen des Vergleichs wird beurteilt, ob ein vorbestimmtes Bildelement P0 innerhalb des einem Tumorbild entsprechenden Gebietes liegt oder nicht. Alternativ kann der Filter, der mit Bezug zu Fig. 5 zuvor beschrieben wurde und der die Formeln (7) bis (18) benutzt, angewendet werden. Ebenso können beliebige andere Filter verwendet werden.
Nachdem die Gebiete mit einer höheren Wahrscheinlichkeit, einem Tumorbild zu entsprechen, mit den Filtervorgängen ausgewählt wurden, wird auf dem CRT-Anzeigegerät 44, das in Fig. 4 gezeigt ist, ein sichtbares Bild angezeigt, so daß die Bilder der ausgewählten Gebiete deutlich betrachtet werden können.
In den zuvor genannten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und Gerätes zum Beurteilen kreisförmiger Muster wird zunächst der Grad der Wahrscheinlichkeit beurteilt, daß die Gebiete Dij innerhalb dem einem Tumorbild entsprechenden Gebiet liegen. Alternativ können zunächst Gebieten, die eingestuft werden, einem Tumorbild zu entsprechen, ermittelt werden, indem das Bildsignal S1 mit dem Raumdomänenfilter, der zuvor beschrieben wurde, abgetastet wird. Anschließend wird jeder der auf diese Weise ermittelten Gebiete als ein vorbestimmtes Gebiet ermittelt, und es kann dann der Grad der Wahrscheinlichkeit beurteilt werden, daß jedes Gebiet in einem einem Tumorbild entsprechenden Gebiet liegen wird.
In den zuvor genannten Ausführungsformen des Verfahrens und Geräts zum Beurteilen kreisförmiger Muster wird aus einer Bruströntgenaufnahme des menschlichen Körpers, das auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert ist, ein Tumorbild ermittelt, das typischerweise als ein kreisförmiges Muster im Röntgenbild in Erscheinung tritt. Das Verfahren und das Gerät zum Ermitteln kreisförmiger Muster entsprechend der vorliegenden Erfindung ist allerdings nicht auf die Ermittlung eines Tumorbildes oder die Verarbeitung von Bruströntgenbildern beschränkt. Weiterhin können andere Aufzeichnungsmedien als stimulierbare Phosphorschichten verwendet werden. Das Verfahren und Gerät zum Beurteilen kreisförmiger Muster ist in einem weiten Bereich anwendbar, wenn aus einem Bildsignal, das ein Strahlungsbild eines Objekts repräsentiert, in dem Strahlungsbild kreisförmige Muster zu ermitteln sind.
Im folgenden wird eine Ausführungsform des vierten mit der Erfindung verwendbaren Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster beschrieben. In dieser Ausführungsform wird ein Röntgenbild auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert und es wird ein.
Tumorbild, das typischerweise eine näherungsweise sphärische Form in der menschlichen Lunge aufweist, als ein abnormales Muster im Röntgenbild ermittelt. In einem von dem das Röntgenbild repräsentierenden Bildsignal reproduzierten sichtbaren Bild tritt das Tumorbild typischerweise als ein näherungsweise kreisförmiges Muster mit einer geringeren Dichte als die das Tumorbild umgebenden Bildbereiche in Erscheinung.
Fig. 22 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel eines Röntgenaufzeichnungsgeräts zeigt.
In Fig. 22 werden Röntgenstrahlen 12 durch eine Röntgenstrahlquelle 11 eines Röntgenstrahlaufzeichnungsgerätes 10 erzeugt und damit die Brust 13a eines menschlichen Körpers 13 bestrahlt. Röntgenstrahlen 12a, die den menschlichen Körper 13 durchdrungen haben, treffen auf eine erste stimulierbare Phosphorschicht 85. Auf diese Weise wird ein erstes Röntgenbild der Brust 13a des menschlichen Körpers 13 auf der ersten stimulierbaren Phosphorschicht 85 gespeichert.
Anschließend wird die erste stimulierbares Phosphorschicht 85 rasch aus dem Röntgenstrahlaufzeichnungsgerät 10 entfernt und eine zweite stimulierbare Phosphorschicht 86 wird rasch eingesetzt. Es wird auch die Röhrenspannung der Röntgenstrahlquelle 11 geändert. Auf der zweiten stimulierbaren Phosphorschicht 86 wird dann wieder das Röntgenbild aufgezeichnet. Auf diese Weise wird ein zweites Röntgenbild des gleichen Objekts 13 auf der zweiten stimulierbaren Phosphorschicht 86 mit Röntgenstrahlen gespeichert, die eine andere Energieverteilung aufweisen als die Röntgenstrahlen, die während der ersten Aufzeichnung des ersten Röntgenbildes auf der ersten stimulierbaren Phosphorschicht 85 verwendet wurden. Das Objekt 13 ist mit Markierungen 94 und 95 versehen, und Bilder der Markierungen 94 und 95 werden ebenfalls auf der ersten stimulierbaren Phosphorschicht 85 und der zweiten stimulierbaren Phosphorschicht 86 aufgezeichnet. Der Einfachheit halber bezeichnen im weiteren die Bezugszeichen 94 und 95 sowohl die Markierungen als auch deren Bilder. Die Markierungen 94 und 95 werden verwendet, wenn die Positionen des ersten, auf der ersten stimulierbaren Phosphorschicht 85 gespeicherten Röntgenbilds und des zweiten, auf der zweiten stimulierbaren Phosphorschicht 86 gespeicherten Röntgenbildes so justiert werden, daß diese miteinander übereinstimmen.
Fig. 23 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Röntgenbildsauslesegerätes und eines Computersystems zeigt, das mit einer Ausführungsform des vierten Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster ausgestattet ist. In Fig. 23 sind ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 4 bezeichnet.
Nachdem die Röntgenbilder mit dem in Fig. 22 gezeigten Röntgenbildaufnahmegerät 10 ausgenommen wurden, werden die erste stimulierbare Phosphorschicht 85 und die zweite stimulierbare Phosphorschicht 86 nacheinander an eine vorbestimmte Stelle in den in Fig. 23 gezeigten Röntgenbildausleseapparat gesetzt. Das erste und das zweite Röntgenbild werden jeweils von der ersten und zweiten stimulierbaren Phosphorschicht 85 und 86 ausgelesen.
Ein von dem Photomultiplier 31 erzeugtes analoges Ausgangssignal SA wird von dem logarithmischen Verstärker 32 logarithmisch verstärkt und vom A/D-Wandler 33 digitalisiert. Auf diese Weise wird ein Bildsignal 50 als ein elektrisches Signal erhalten.
Das Bildsignal S0 wird anschließend in das Computersystem 40 eingespeist. Das Bildsignal S0 repräsentiert das auf der ersten stimulierbaren Phosphorschicht 85 gespeicherte erste Röntgenbild. Daher wird das Bildsignal 50 im weiteren als das erste Bildsignal S01 bezeichnet.
Das Computersystem 40 ist mit einer Ausführungsform des vierten Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster ausgestattet.
Anschließend wird in der gleichen, obenbeschriebenen Weise ein zweites Bildsignal S02 erhalten, das das auf der zweiten stimulierbaren Phosphorschicht 86 gespeicherte zweite Röntgenbild repräsentiert. Das zweite Bildsignal S02 wird ebenfalls in das Computersystem 40 eingespeist.
Aus dem ersten Bildsignal, S01 und dem zweiten Bildsignal S02, die in das Computersystem 40 eingespeist worden sind, wird ein abnormales Muster im Röntgenbild ermittelt.
Hardware- und Softwarefunktionen des Computersystems 40 bilden die jeweiligen Einrichtungen des erfindungsgemäßen vierten Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster.

Bildverarbeitungseinrichtung

Wie oben beschrieben wurde, repräsentieren das erste Bildsignal S01 und das zweite Bildsignal S02 das erste und zweite Röntgenbild, die mit Röntgenstrahlen unterschiedlicher Energieverteilungen aufgenommen wurden. Die Röntgenstrahlen mit unterschiedlicher Energieverteilung zeigen eine unterschiedliche Durchlässigkeit bezüglich der Weichteile und Knochen des Objekts (in diesem Falle der Brust eines menschlichen Körpers). Daher kann durch Subtraktion des ersten und zweiten Röntgenbildes ein Bild lediglich der Weichteile des Objekts erhalten werden.
Mit dem ersten Bildsignal S01 und dem zweiten Bildsignal S02 richtet das Computersystem 40 die Positionen des ersten und zweiten Röntgenbildes gemäß der oben beschriebenen Weise aus. In dieser Ausführungsform wird der Vorgang des Justierens des Positionen verwendet, der veröffentlicht ist in Japanese Unexamined Patent Publication Nr. 58(1983)-163388.
Die Markierungen 94 und 95 in dem durch das erste Bildsignal S01 repräsentierte erste Röntgenbild werden im weiteren als die Markierungen 94' und 95' bezeichnet. Ebenso werden die Markierungen 94 und 95 indem von dem zweiten Bildsignal S02 repräsentierten zweiten Röntgenbild im weiteren als die Markierungen 94" und 95" bezeichnet. Die Markierungen 94' und 95' haben jeweils die Koordinaten (XA1, YA1) und (XA2, YA2). Die Markierungen 94" und 95" haben jeweils die Koordinaten (XB1, YB1) und (XB2, YB2).
Die folgende Formel ergibt:
θ = tan&supmin;¹ · (YB2 - XB1/XB2 - XB1) - tan&supmin;¹ · (YA2 - YA2/XA2 - XA1) (52)
wobei θ den Winkel der Drehung zwischen den beiden Röntgenbildern bezeichnet, d. h. zwischen der Linie, die die Koordinaten (XA1, YA1) und die Koordinaten (XA2, YA2) verbindet, und der Linie, die die Koordinaten (XB1, YB1) und die Koordinaten (XB2, YB2) verbindet. Die Positionen der beiden Röntgenbilder können in Übereinstimmung gebracht werden, indem das erste Röntgenbild um den Winkel 0 gedreht wird.
Eine Verschiebung ΔX1 entlang der x-Richtung zwischen den Markierungen 94' und 94" in den beiden Röntgenbilder und eine Verschiebung ΔY1 entlang der y-Richtung zwischen den Markierungen 94' und 94" in den beiden Röntgenbildern wird ausgedrückt durch
ΔX1 = XB1 - {a · (XA1 - CX) · cosθ - a(YA1 - CY) · sinθ + CX} (53)
ΔY1 = YB1 - {a · (XA1 - CX) · sinθ + a(YA1 - CY) · cosθ + CY} (54)
Ebenso läßt sich eine Verschiebung ΔX2 entlang der x-Richtung zwischen den Markierungen 95' und 95" der beiden Röntgenbilder und eine Verschiebung ΔY2 entlang der y- Richtung zwischen den Markierungen 95' und 95" der beiden Röntgenbilder ausdrücken als
ΔX2 = XB2 - {a · (XA2 - CX) · cosθ - a(YA2 - CY) · sinθ + CX} (55)
ΔY2 = YB2 - {a · (XA2 - CX) · sinθ + a(YA2 - CY) · cosθ + CY} (56)
In den Formeln (53) bis (56) bezeichnen CX und CY jeweils die X- und Y-Koordinaten des Drehpunkts.
Im Idealfall ist ΔX1 und ΔX2 gleich groß. Ebenso sind ΔY1 und ΔY2 gleich groß. In einigen Fällen aber werden diese nicht gleich groß sein, weil Fehler beim Abtasten der Bildsignale S01 und S02 auftreten. Daher werden die Beträge zur Lagenjustierung ΔX und ΔY entlang der X- und Y-Richtung mit den Formeln berechnet
ΔX = (ΔX1 + ΔX2)/2 (57)
ΔY = (ΔY1 + ΔY2)/2 (58)
Die auf diese Weise berechneten Beträge werden bei der Justierung der Position des ersten Röntgenbildes entlang der X- und Y-Richtung verwendet.
In der oben beschriebenen Weise werden ein erstes Bildsignal S01' und ein zweites Bildsignal S02' erhalten, die jeweils das erste und zweite Röntgenbild, deren Positionen justiert sind, repräsentieren. Die Bildsignalkomponenten des ersten Bildsignals S01 und des zweiten Bildsignals S02, die entsprechende Bildelemente in den beiden Röntgenbildern repräsentieren werden dann voneinander abgezogen. Der Subtraktionsvorgang wird ausgedrückt durch
S1 = Wa · SO1' - Wb · SO2' + C (59)
wobei Wa und Wb Gewichtsfaktoren bezeichnen, und C die Vorspannungskomponente bezeichnet. Auf diese Weise wird ein Weichteilbildsignal S1 erhalten, das ein Bild der Weichteile repräsentiert.
Fig. 24A zeigt ein Beispiel eines ursprünglichen Bildes, das von dem Bildsignal S01 oder dem Bildsignal S02 repräsentiert wird und das Knochenbilder und ein Weichteilbild enthält. Fig. 24B zeigt ein Beispiels eines Weichteilbildes.
In dem in Fig. 24B gezeigten Weichteilbild wurden die Knochenbilder aus dem ursprünglichen Bild, das in Fig. 24A gezeigt ist, entfernt und ein Bild lediglich der Weichteile wurde gebildet.
Nötigenfalls führt die Bildverarbeitungseinrichtung weitere Bildverarbeitungen mit dem ersten Bildsignal S01 und dem zweiten Bildsignal S02 oder mit dem Weichteilbildsignal S1 aus, wie etwa Verarbeitung der Frequenzantwortverstärkung, Glättung oder Eliminierung des Rauschens.

Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster

Eine im Computersystem 40 vorgesehene Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster findet ein Tumorbild, das im Weichteilbild auftaucht, durch Bearbeiten des von der Bildverarbeitungseinrichtung erhaltenen Weichteilbildsignals S1 mit einem Filter zum Auffinden abnormaler Muster.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm mit einem vorbestimmten Bildelement P0 eines Weichteilbildes in der Mitte, das zur besseren Erläuterung dient, wie ein Raumdomänenfilter arbeitet.
Es wird beurteilt, ob ein vorbestimmtes Bildelement P0 in dem Weichteilbild innerhalb dem dem Tumorbild in dem Weichteilbild entsprechenden Gebiet liegt oder nicht. Das Tumorbild in dem Weichteilbild kann ermittelt werden, indem die Bildsignalkomponenten, die die Bildelemente des Weichteilbilds repräsentieren, mit dem in Fig. 5 dargestellten Filter verarbeitet werden.
Fig. 25 ist ein Graph, der ein Beispiel des Profils eines Weichteilbildes um ein vorbestimmtes Bildelement P0 in der Richtung (x-Richtung), entlang derer sich die in Fig. 5 gezeigten Linien L1 und L5 erstrecken, zeigt. In diesen Beispiel ist das vorbestimmte Bildelement P0 in einem Gebiet angesiedelt, in dem sich die Bilddichte (d. h. der Wert des Weichteilbildsignals S1) deutlich bzw. scharf ändert. Typischerweise ist das Profil eines Tumorbilds (d. h. die Verteilung der Werte der Bildsignalkomponenten, die das Tumorbild repräsentieren) in beiden Seiten näherungsweise symmetrisch. Wenn jedoch beispielsweise ein Tumorbild 97 in einem Gebiet angesiedelt ist, in dem sich die Bilddichte stark ändert, wie dies in dem dargestellten Beispiel der Fall ist, kommt es häufig vor, daß das Profil des Tumorbildes 97 nicht beidseitig symmetrisch ist. Wichtig ist, daß das Tumorbild 97 auch in diesen Fällen ermittelt werden kann. In Fig. 25 repräsentiert die gestrichelte Linie 98 ein Beispiel des Profils eines Weichteilbildes, das kein Tumorbild einschließt.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, erstrecken sich mehrere (in diesem Falle 8) imaginäre Linien Li mit i = 1, 2, ...., 8 von dem vorbestimmten Bildelement P0 im Weichteilbild zu peripheren Teilen des Weichteilbildes. Ebenso erstrecken sich imaginäre Kreise Rj mit j = 1, 2, 3 mit Radien r1, r2 und r3 um das vorbestimmte Bildelement P0. Es wird die Weichteilbildsignalkomponente f0 ermittelt, die das vorbestimmte Bildelement P0 repräsentiert. Es werden ebenfalls die Weichteilbildsignalkomponenten fij, die die Bildelemente Pij, die an den Schnittstellen jeder der Linien Li und der Kreise Rj liegen, repräsentieren, ermittelt. (In Fig. 5 bezeichnen P11, P12 und P13 Bildelemente, die an den Schnittpunkten einer Linie L1 und Kreise R1, R2 und R3 liegen. Ebenso bezeichnen P51, P52 und P53 die Bildelemente, die an den Schnittpunkten einer Linie L5 und der Kreise R1, R2 und R3 liegen.)
Anschließend werden Differenzen Δij zwischen dem Wert der Weichteilbildsignalkomponente f0, die das vorbestimmte Bildelement P0 repräsentiert, und den Werten der Weichteilbildsignalkomponenten fij, die die Bildelemente Pij repräsentieren, aus der Formel (60) berechnet, die sich ausdrücken läßt als:
Δij = fij - f0 (i = 1, 2, ..., 8; j = 1, 2,3) (60)
Es wird dann für jede der Linien Li der maximale Wert der Differenzen Δij, die mit Formel (60) berechnet würden, ermittelt. Insbesondere wird für die Linie L1 der maximale Wert der Differenzen zwischen dem Wert der Weichteilbildsignalkomponente f0, die das vorbestimmte Bildelement P0 repräsentiert, und den Werten der Weichteilbildsignalkomponenten f11, f12 und f13, die die Bildelemente P11, P12 und P13 repräsentieren, ermittelt. Die Differenzen können ausgedrückt werden durch
Δ11 = f11 - f0
Δ12 = f12 - f0
Δ13 = f13 - f0.
In diesen Beispiel ist, wie in Fig. 15 dargestellt, Δ13 < Δ12 < Δ11 < 0, und daher wird die Differenz Δ11 als der maximale Wert ermittelt.
In dieser Ausführungsform wird typischerweise ein kreisförmiges Muster (Tumorbild) ermittelt, das die Eigenschaft aufweist, daß der Wert der Weichteilbildsignalkomponente, die den Mittelpunkt des kreisförmigen Musters entspricht, kleiner ist als die Werte der Weichteilbildsignalkomponenten, die den peripheren Bereichen des kreisförmigen Musters entsprechen. Für die Linie L1 sind allerdings die Differenzen Δ13, Δ12 und Δ11 negativ. Daher wäre der maximale Wert Δ11, der für die Linie L1 ermittelt würde, nicht verwendbar. Folglich wird in diesem Fall ein Wert von 0.0 als der repräsentative Wert verwendet, der für die Differenzen Δ11, Δ12 und Δ13 für die Linie L1 repräsentativ ist. Alternativ kann ein maximaler Wert, der aus den zuvor genannten Differenzen ermittelt wurde, direkt als der repräsentative Wert verwendet werden.
Für die Linie L5 wird der maximale Wert der Differenzen zwischen dem Wert der Bildsignalkomponente f0, die das vorbestimmte Bildelement P0 repräsentiert, und den Werten der Bildsignalkomponenten f51, f52 und f53, die die Bildelemente P51, P52 und P53 repräsentieren, ebenfalls ermittelt. Die Differenzen lassen sich ausdrücken durch
Δ51 = f51 - f0
Δ52 = f52 - f0
Δ53 = f53 - f0.
In diesen Beispiel wird die Differenz Δ53 als der maximale Wert ermittelt und dieser wird als der repräsentative Wert verwendet, der für die Differenzen Δ51, Δ52 und Δ53 für die Linie L5 repräsentativ ist.
In der oben beschriebenen Weise werden für jede der Linien L1 die Differenzen Δij zwischen dem Wert der Weichteilbildsignalkomponente f0, die das vorbestimmte Bildelement P0 repräsentiert, und den Werten der Weichteilbildsignalkomponenten fij, die die Bildelemente Pij repräsentieren, berechnet und der maximale Wert der Differenzen wird ermittelt. Wenn der auf diese Weise ermittelte maximale Wert ein verwendbarer Wert ist, wird der maximale Wert als der repräsentative Wert bezüglich der entsprechenden Linie verwendet. Wenn der auf diese Weise ermittelte maximale Wert der Differenzen nicht verwendbar ist, wird ein Wert von 0.0 als der repräsentative Wert bezüglich der entsprechenden Linie verwendet.
Anschließend werden Berechnungen durchgeführt, um den mittleren Wert, beispielsweise den Mittelwert, zweier repräsentativer Werte, die für jedes Paar zweier Linien, die sich von dem vorbestimmten Bildelement P0 in entgegengesetzte Richtungen erstrecken, zu finden. Insbesondere werden Mittelwerte M15, M26, M37 und M48 jeweils für das Linienpaar L1 und L5, das Linienpaar L2 und L6, das Linienpaar L3 und L7 und das Linienpaar L4 und L8 berechnet. Für das Linienpaar L1 und L5 ist der Mittelwert M15 durch die Formel gegeben
M15 = 0.0 + Δ53/2 (61)
Wie zuvor beschrieben wurde, werden zwei Linien, die sich von dem vorbestimmten Bildelement P0 in entgegensetze Richtungen erstrecken, in ein einzelnes Paar zusammengefaßt. Daher kann ein Tumorbild sogar dann genau ermittelt werden, wie dies in Fig. 25 gezeigt ist, wenn es in einem Gebiet liegt, in dem die Bilddichte sich stark ändert und die Verteilung der Werte der Weichteilbildsignalkomponenten, die das Tumorbild repräsentieren, asymmetrisch ist.
Mit den Mittelwerten M15, M26, M37 und M48, die in der zuvor beschriebenen Weise berechnet worden sind, wird beurteilt, ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb den dem Tumorbild entsprechenden Gebiet liegt oder nicht. Wie die Beurteilung mit den Mittelwerten M15, M26, M37 und M48 durchgeführt wird, unterliegt keinerlei Einschrän kung. Beispiels Weise kann die Beurteilung in der im folgenden beschriebenen Weise durchgeführt werden.
Fig. 26 ist ein Graph, der zeigt, wie ein charakteristischer Wert C6 bestimmt wird, der bei der Beurteilung, ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb dem des Tumorbilds entsprechenden Gebietes liegt oder nicht, verwendet wird. In Fig. 26 repräsentiert die horizontale Achse die Mittelwerte M15, M26, M37 und M48, die in der zuvor beschriebenen Weise berechnen worden sind. Die vertikale Achse repräsentiert Ratenwerte C15, C26, C37 und C48, die jeweils den Mittelwerten M15, M26, M37 und M48 entsprechen.
Den Mittelwerten M15, M26, M37 und M48 wird ein Ratenwert von 0 zugewiesen, wenn diese kleiner als ein bestimmter Wert M1 sind. Den Mittelwerten M15, M26, M37 und M48 wird ein Ratenwert von 1.0 zugewiesen, wenn diese größer als ein gewisser Wert M2 sind. Wenn die Mittelwerte M15, M26, M37 und M48 im Bereich von M1 bis M2 liegen, wird den Mittelwerten M15, M26, M37 und M48 ein Wert im Bereich von 0.0 bis 1.0 zugewiesen, abhängig von ihren Werten. Auf diese Weise werden die Ratenwerte C15, C26, C37 und C48, die den jeweiligen Mittelwerten M15, M26, M37 und M48 entsprechen, gefunden. Die Summe der Ratenwerte C15, C26, C37 und C48, die sich ausdrücken läßt als
C6 = C15 + C26 + C37 + C48 (62)
wird als der charakteristische Wert C6 verwendet. Der charakteristische Wert C6 fällt somit in den Bereich von einem minimalen Wert 0.0 bis zu einem Maximalwert von 4.0.
Der charakteristische Wert C6 wird dann mit einem vorbestimmten Schwellwert Th7 verglichen. Aus der Tatsache, ob C6 ≥ Th7 oder C6 < Th7 ist, wird beurteilt, ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb den dem Tumorbild entsprechenden Gebiet liegt oder nicht.
Wenn die Ratenwerte C15, C26, C37 und C48 mit einer Gleichung berechnet werden, die etwa durch die punkt-gestrichelte Linie in Fig. 26 repräsentiert ist, wobei die Sättigung bei einem kleinen Wert, beispielsweise M2', erreicht ist, nimmt der mit der Formel (62) berechnete charakteristische Wert C6 einen größeren Wert an, wenn die Form des Tumorbildes näher an der Kreisform liegt. Wenn die Ratenwerte C15, C26, C37 und C48 aus einer Gleichung berechnet werden, die etwa durch die doppelpunkt-gestrichelte Linie in Fig. 26 repräsentiert ist, wobei die Sättigung bei einem großen Mittelwert, beispielsweise M2", erreicht ist, nimmt der charakteristische Wert C6, der aus Formel (62) berechnet ist, einen größeren Wert an, wenn der Kontrast des Tumorbildes bezüglich der umgebenden Bildbereiche höher ist. Daher kann eine geeignete Gleichung zur Transformation der Mittelwerte in Ratenwerte in Übereinstimmung mit den Eigenschaften des Tumorbildes, das zu ermitteln ist, ausgewählt werden.
Der Vorgang des Beurteilens mittels der Mittelwerte M15, M26, M37 und M48 ist nicht darauf beschränkt, den charakteristischen Wert C6 zu verwenden, und kann in verschiedenen Arten durchgeführt werden. Beispielsweise können die Mittelwerte M15, M26, M37 und M48 mit einem Schwellwert Th8 verglichen werden. Wenn alle Mittelwerte M15, M26, M37 und M48 größer sind als der Schwellwert Th8, kann beurteilt werden, daß das vorbestimmte Bildelement in das dem Tumorbild entsprechende Gebiet fällt. Alternativ kann, wenn mindestens drei der Mittelwerte M15, M26, M37 und M48 größer als der Schwellwert Th8 sind, geurteilt werden, daß das vorbestimmte Bildelement P0 in das dem Tumorbild entsprechende Gebiet fällt. Als eine weitere Alternative kann die Summe M = M15 + M26 + M37 + M48 der Mittelwerte M15, M26, M37 und M48 berechnet und mit einem Schwellwert Th9 verglichen werden. Wenn M ≥ Th9 ist, kann geurteilt werden, daß das vorbestimmte Bildelement P0 in dem dem Tumorbild entsprechenden Gebiet liegt.
Die in dem Filter zum Auffinden eines Tumorbildes verwendeten Algorithmen sind nicht auf die oben beschriebenen beschränkt. Im folgenden wird ein Filter beschrieben, der andere Algorithmen verwendet (dieser ist im sechsten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendet). (So ein Filter wird vorgeschlagen in Japanese Patent Application Nr. 1(1989)-162905.)
Insbesondere werden Berechnungen durchgeführt, um die Gradienten fij der Weichteilbildsignalkomponenten fij, die die Bildelemente Pij repräsentieren, die in Fig. 5 gezeigt sind, zu ermitteln, wobei i = 1, 2, ..., 8 und j = 1, 2, 3 ist.
Fig. 8 zeigt den Gradienten einer Weichteilbildsignalkomponente fij. Wie diese berechnet wird, wird anschließend beschrieben.
Nachdem die Gradienten fij berechnet worden sind, werden die Beträge der Gradienten fij auf ein 1.0 normiert. Insbesondere werden die normierten Gradienten fij/ fij berechnet, indem die Gradienten fij durch ihre Beträge Vfij geteilt werden.
Anschließend werden die Projektionen der normierten Gradienten fij/ fij auf die Vektoren, die von den Bildelementen Pij zu dem vorbestimmten Bildelement P0 gerichtet sind, berechnet. Die Projektionen werden ausgedrückt durch fij/ fij *ei, wobei die ei die Einheitsvektoren von den Bildelementen Pij zu dem vorbestimmten Bildelement P0 bezeichnen, und * das innere Produkt bezeichnet.
Für das Vorzeichen der Projektionen gilt, daß die Richtung hin zu dem vorbestimmten Bildelement P0 als positiv zu nehmen ist, und die Richtung vom vorbestimmten Bildelement P0 weg als negativ zu nehmen ist. Es wird für jede der Linien Li mit i = 1, 2, ..., 8 der maximale Wert der Projektionen ermittelt. Der maximale Wert wird ausgedrückt durch
{ fij/ fij *ei}m (i = 1, 2, ..., 8)
In dieser Ausführungsform des sechsten Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster wird der maximale Wert als der repräsentative Wert verwendet, der für jede der Linien Li für den Wert der Projektionen repräsentativ ist.
Anschließend wird die Summe der für jede der jeweiligen Linien Li gefundenen maximale Werte berechnet. Diese Summe läßt sich ausdrücken als
Der Mittelwert der maximalen Werte kann durch Teilen der Summe durch die Anzahl der Linien Li (in diesen Beispiel 8) erhalten werden. Die Summe ist gleich dem Produkt des Mittelwertes mit einer festen Zahl und kann daher als den Mittelwert äquivalent betrachtet werden. In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen sechsten Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster wird die Summe als der mittlere Wert der repräsentativen Werte verwendet.
Die Summe läßt sich ausdrücken durch
und wird als ein charakteristischer Wert C7 verwendet. Anschließend wird der charakteristische Wert C7 mit einem vorbestimmten Schwellwert Th10 verglichen. Aus der Tatsache, ob C7 ≥ Th10 oder C7 < Th10 ist, wird beurteilt, ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb dem dem Tumorbild entsprechenden Gebiet liegt oder nicht.
Mit den oben beschriebenen Filter werden die Gradienten fij normiert und lediglich deren Projektionen (d.h. das Maß der Differenzen in den Werten der Signalkomponenten in der Richtung der Linien Li) auf Vektoren, die von den Bildelementen Pij zu dem vorbestimmten Bildelement P0 gerichtet sind, werden berücksichtigt. Daher wird ein charakteristischer Wert C7 erhalten, der für ein Tumorbild mit kreisförmiger Form groß ist, und der nicht von dem Kontrast des Tumorbildes bezüglich den das Tumorbild umgebenden Bildbereichen abhängt. Daher kann das Tumorbild genau erfaßt werden.
Wie aus der Fig. 25 zu ersehen ist, sind für die Linien L1 die Projektionen fij/ fij *ei mit j = 1, 2, 3 negativ, und daher ist der maximale Wert { fij/ fij *ei}m der Projektionen negativ. Daher ist der auf diese Weise gefundene maximale Wert für das sechste erfindungsgemäße Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster nicht verwendbar. Folglich wird für die Linie Li dem repräsentativen Wert anstelle des maximalen Wertes ein Wert von 0.0 zugewiesen.
In den zuvor genannten Ausführungsformen des vierten und sechsten Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster werden, wie in Fig. 5 gezeigt ist, die Weichteilbildsignalkomponenten fij, die die auf den acht Linien L1 bis L8 plazierten Bildelementen Pij repräsentieren, verwendet. Die Anzahl der Linien L1 ist allerdings nicht auf acht beschränkt, sondern kann beispielsweise auch 16 betragen. Ebenso sind die Abstände von dem Vorbestimmten Bildelement P0 nicht auf drei Abstände beschränkt (r1, r2 und r3). Wenn die Größe der zu ermittelnden Tumorbilder näherungsweise gleich sind, braucht lediglich nur ein Abstand verwendet werden (wie in dem fünften Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster). (In solchen Fällen sind die Operationen zum Auffinden der repräsentativen Werte unnötig). Ebenso können, um Tumorbilder mit unterschiedlicher Größe genauer erfassen zu können, Operationen für mehrere Abstände durchgeführt werden, deren Länge näherungsweise kontinuierlich zwischen der Länge des Abstands r1 und der Länge des Abstands r3 variieren.
Im folgenden wird ein Filter (der im erfindungsgemäßen siebten Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendet ist) beschrieben, der andere Algorithmen verwendet. (So ein Filter wird vorgeschlagen in Japanese Patent Application Nr. 1 (1989)-162909.)
Fig. 27 zeigt ein Diagramm mit einem aus einem Weichteilbild in der Mitte liegenden Bildelement P0 und dient zur besseren Verständlichkeit, wie die Algorithmen funktionieren.
Wie in Fig. 27 gezeigt ist, erstrecken sich mehrere (in diesem Fall acht) imaginäre Linien mit i = 1, 2, ..., 8 von dem vorbestimmten Bildelement P0 im Weichteilbild zu den peripheren Teilen des Weichteilbilds. Ebenso erstreckt sich ein Kreis R mit einem Radius r um das vorbestimmte Bildelement P0. Anschließend wird die Fläche eines zentralen Gebietes Q0, das das vorbestimmte Bildelement P0 mit einschließt, ausgewählt. Ebenso werden die Bereiche der peripheren Gebiete Qi ausgewählt, die jeweils Bildelemente Pi (i = 1, 2, ..., 8) einschließen, die an den Schnittpunkten der Linien Li(i = 1, 2, ..., 8) und dem Kreis R liegen. Der Radius r, die Fläche des zentralen Gebieten Q0 und die Flächen und Anzahl der peripheren Gebiete Qi werden geeignet in Übereinstimmung mit der Größe des zu ermittelnden Tumorbildes, dem Grad der benötigten Genauigkeit bei der Beurteilung, der Geschwindigkeit, mit der die Operationen durchgeführt werden müssen, oder ähnlichem ausgewählt. In der Ausführungsform der Fig. 27 werden Bildelemente Pi verwendet, die von dem vorbestimmten P0 mit gleichen Abständen r beabstandet sind. Alternativ können die Abstände der Bildelemente Pi von dem vorbestimmten Bildelement P0 variieren. Wenn beispielsweise ein Tumorbild zu ermitteln ist, das eine lange Achse aufweist, die sich entlang der X-Richtung in Fig. 27 erstreckt, können Bildelemente, die weiter von dem vorbestimmten Bildelement P0 entfernt sind, als die Bildelemente P1 und P5 anstelle der Bildelemente P1 und P5 verwendet werden.
Anschließend wird eine Berechnung durchgeführt, um einen mittleren Q0 der Werte der Weichteilbildsignalkomponenten, die mehrere Bildelemente repräsentieren, die im zentralen Gebiet Q0 liegen, zu finden. Ebenso werden Berechnungen durchgeführt, um mittlere Werte Qi mit i = 1, 2, ..., 8 zu finden, die jeweils den mittleren Wert der Werte der Veichteilbildsignalkomponenten repräsentieren, die mehrere in jeden der peripheren Gebiete Qi liegenden Bildelemente repräsentieren. Der Einfachheit halber repräsentiert Q0 sowohl das zentrale Gebiet als auch den mittleren Wert der Werte der Weichteilbildsignalkomponenten, die die Bildelemente repräsentieren, die im zentralen Gebiet liegen. Ebenso repräsentiert Qi mit i = 1, 2, ..., 8 sowohl die peripheren Gebiete als auch die mittleren Werte, die den mittleren Wert der Werte der Weichteilbildsignalkomponenten repräsentieren, die die in jedem der peripheren Gebiete liegenden Bildelemente repräsentieren.
Anschließend werden Differenzen Δi mit i = 1, 2, ..., 8 zwischen dem mittleren Wert Q0, der dem zentralen Gebiet entspricht, und den jeweiligen mittleren Werten Qi, die den peripheren Gebieten entsprechen, mit der Formel berechnet
Δi = Qi - Q0.
Anschließend wird ein erster charakteristischer Wert, der für die Differenzen Δi mit i = 1, 2, ..., 8 repräsentativ ist, ermittelt. Ebenso wird ein zweiter charakteristischer Wert, der den Betrag der Streuung in den Differenzen Δi mit i = 1, 2, ..., 8 repräsentiert, ermittelt. In dieser Ausführungsform wird der Mittelwert der Differenzen Δi mit der Formel berechnet
und wird als der erste charakteristische Wert verwendet. Ebenso wird die Varianz der Differenzen Δi mit der Formel
berechnet und als der zweite charakteristische Wert verwendet.
Es wird dann das Verhältnis C8 des Mittelwertes zu der Varianz σ² mit der Formel berechnet
C8 = /σ²
Anschließend wird das Verhältnis C8 mit einem vorbestimmten Schwellwert Th11 verglichen. Wenn C8 ≥ Th11 ist, weil der Mittelwert vergleichsweise groß und die Varianz σ² vergleichsweise klein ist, wird geurteilt, daß das vorbestimmte Bildelement innerhalb des dem Tumorbild entsprechenden Gebiets liegt. Wenn C8 < Th11 ist, wird geurteilt, daß das vorbestimmte Bildelement im Bereich außerhalb des Tumorbildes liegt.
Im folgenden wird mit Bezug zu Fig. 5 ein weiteres Beispiels des Raumdomänenfilters (der in dem achten eine erfindungsgemäße Ausführungsform repräsentierenden Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster verwendet ist) beschrieben.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, erstrecken sich mehrere (in diesem Falle acht) imaginäre Linien Li mit i = 1, 2, ..., 8 von dem vorbestimmten Bildelement P0 im Weichteilbild zu den peripheren Teilen des Weichteilbildes. Ebenso erstrecken sich drei imaginäre Kreise Rj mit j = 1, 2, 3 mit Radien R1, r2 und r3 um das vorbestimmte Bildelement P0. Anschließend wird der Bereich eines zentralen Gebiets Q0, das das vorbestimmte Bildelement P0 mit einschließt, ausgewählt. Ebenso werden die Bereiche der peripheren Gebiete Qij mit i = 1, 2, ..., 8 und j = 1, 2, 3 für jede der Linien Li ausgewählt. Jedes der peripheren Gebiete Qij schließt eines von mehreren Bildelementen Pij, die an den Schnittpunkten jeder der Linien Li und der Kreise rj liegen, ein. (In Fig. 5 bezeichnen P11, P12 und R13 die Bildelemente, die an den Schnittpunkten einer Linie L1 und Kreisen R1, R2 und R3 liegen. Ebenso bezeichnen P51, P52 und P53 die Bildelemente, die an den Schnittpunkten einer Linie L5 und der Kreise R1, R2 und R3 liegen. Weiterhin bezeichnen Q11, Q12, Q13, Q51, Q52 und Q53 die peripheren Gebiete, die jeweils die Bildelemente P11, P12, P13, P51, P52 und P53 einschließen.)
Anschließend wird eine Berechnung ausgeführt, um einen mittleren Wert Q0 der Werte der Weichteilbildsignalkomponenten, die mehrere Bildelemente repräsentieren, die im zentralen Gebiet Q0 liegen, zu finden. Ebenso werden Berechnungen durchgeführt, um mittlere Werte Qij mit i = 1, 2, ..., 8 und j = 1, 2, 3 zu finden, die jeweils den mittleren Wert der Werte der Weichteilbildsignalkomponenten repräsentieren, die mehrere in jeweils den peripheren Gebieten Qij mit i = 1, 2, ..., 8 und j = 1, 2, 3 liegenden Bildelemente repräsentieren. Zur besseren Verständlichkeit repräsentiert Q0 sowohl das zentrale Gebiet als auch den mittleren Wert der Werte der Weichteilbildsignalkomponenten, die die in dem zentralen Gebiet liegenden Bildelemente repräsentieren. Ebenso repräsentiert Qij mit i = 1, 2, ..., 8 und j = 1, 2, 3 sowohl die peripheren Gebiete als auch die mittleren Werte, die den mittleren Wert der Werte der Weichteilbildsignalkomponenten repräsentieren, die die in jedem der peripheren Gebiete liegenden Bildelemente darstellen.
Anschließend werden Differenzen Δij mit i = 1, 2, ..., 8 und j = 1, 2, 3 zwischen dem dem zentralen Gebiet entsprechenden mittleren Wert Q0 und den jeweiligen mittleren Werten Qij, die den peripheren Gebieten entsprechen, mit der Formel berechnet:
Δij = Qij = Q0 (64).
Anschließend wird für jede der Linien Li der maximale Wert Δi der Differenzen Δij ermittelt. In dieser Ausführungsform des achten erfindungsgemäßen Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster wird der auf diese Weise ermittelte maximale Wert Δxi als der repräsentative Wert verwendet.
Anschließend wird ein erster charakteristischer Wert U ermittelt, der für die maximalen Werte Δi mit i = 1, 2, ..., 8, die für die mehreren Linien Li gefunden wurden, repräsentativ ist. Ebenso wird ein zweiter charakteristischer Wert V ermittelt, der den Betrag der Streuung in den maximalen Werten Δi mit i = 1, 2, ..., 8 repräsentiert. Zu diesem Zwecke werden zunächst charakteristische Wert U1, U2, U3 und U4 und charakteristische Werfe V1, V2, V3 und V4 mit den Formeln berechnet.
U1 = (Δ1 + Δ2 + Δ5 + Δ6)/4 (65)
U1 = (Δ2 + Δ3 + Δ6 + Δ7)/4 (66)
U3 = (Δ3 + Δ4 + Δ7 + Δ8)/4 (67)
U4 = (Δ4 + Δ5 + Δ6 + Δ1)/4 (68)
V1 = U1/U3 (69)
V2 = U2/U4 (70)
V3 = U3/U1 (71)
V4 = U4/U2 (72)
Beispielsweise hat der Vorgang des Berechnens des charakteristischen Werts Q0 mit der Formel (65) die im folgenden beschriebene Wirkungen. Insbesondere entspricht die Addition der maximalen Werte, die zwei benachbarten Gruppen von peripheren Gebieten entsprechen, die mit Bezug zu den vorbestimmten Bildelement P0 auf der gleichen Seite liegen (d. h. die Addition von Δ1 und A2 oder die Addition von Δ5 und Δ6) einem Glättungsprozeß. Ebenso werden die maximalen Werte, die den peripheren Gebieten, die an gegenüberliegenden Seiten bezüglich dem vorbestimmten Bildelement P0 liegen, entsprechen, aufaddiert (im falle der Formel (65) wird die Summe von Δ1 und Δ2 und die Summe von Δ5 und Δ6 gebildet). Diese Addition wird ausgeführt, um ein Tumorbild sogar dann erfassen zu können, wenn dieses in einem Bereich liegt, in dem sich die Bilddichte stark ändert.
Bei der Berechnung des charakteristischen Wertes V1 mit Formel (69) gilt, daß die charakteristischen Werte U1 und U3 Eigenschaften des Bildes in den Richtungen repräsentieren, die zueinander senkrecht sind. Wenn daher die Form des Tumorbildes in Fig. 25 kreisförmig ist, ist V1 näherungsweise gleich 1.0. Wenn das vorbestimmte Bildelement P0 in einem linearen Bild liegt, ist V1 nicht gleich 1.0.
Der maximale Wert der charakteristischen Werte U1, U2, U3 und U4 werden als der erste charakteristische Wert U, d. h.
U = MAX(U1, U2, U3, U4) (73)
der für die maximalen Werte Δi mit i = 1, 2, ..., 8 der zuvor genannten Differenzen repräsentativ ist, verwendet. Ebenso wird als der zweite charakteristische Wert V, der dem Betrag der Streuung in den maximalen Werten Δi mit i = 1, 2, ..., 8 der zuvor genannten Differenzen repräsentiert, der maximale Wert der charakteristischen Werte V1, V2, V3 und V4, d. h..
V = MAX (V1, V2, V3, V4) (74)
verwendet. Nachdem der erste charakteristische Wert U und der zweite charakteristische Wert V in der zuvor beschriebenen Weise ermittelt worden sind, wird ein charakteristischer Wert C9 berechnet und anschließend bei der Beurteilung verwendet, ob ein vorbestimmtes Bildelement P0 innerhalb des dem Tumorbild entsprechenden Gebietes liegt oder nicht. Als der charakteristische Wert C9 wird das Verhältnis des ersten charakteristischen Werts U zu dem zweiten charakteristischen Wert V verwendet, daß sich ausdrücken läßt als
C9 = U/V (75)
Der charakteristische Wert C9 wird anschließend mit einem vorbestimmten Schwellwert Th12 verglichen. Aus der Tatsache, ob C9 ≥ Th12 oder C9 < Th12 ist, wird beurteilt, ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb dem den Tumorbild entsprechenden Gebiet liegt oder nicht.
In diesem Beispiel des in Fig. 5 gezeigten Filtert erstrecken sich acht imaginäre Linien L1 bis L8 um ein vorbestimmtes Bildelement P0 in einem Weichteilbild. Die Anzahl der Linien Li ist allerdings nicht auf acht beschränkt, sondern kann beispielsweise auch 16 betragen. Dies gilt auch für die Ausführungsform des siebten erfindungsgemäßen Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster, das zuvor mit Bezug zu Fig. 27 beschrieben wurde. Ebenso sind in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen achten Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster, das zuvor mit Bezug zu Fig. 5 beschrieben wurde, die Entfernungen von dem vorbestimmten Bildelement P0 nicht auf drei Abstände (r1, r2 und r3) beschränkt. Beispielsweise können, um Tumorbilder mit unterschiedlicher Größe genau erfassen zu können, Verarbeitungsvorgänge für mehrere Abstände ausgeführt werden, deren Länge näherungsweise kontinuierlich zwischen der Länge des Abstands r1 und der Länge des Abstands r3 variiert.
Durch Verarbeiten des Weichteilbildsignals mit dem zuvor beschriebenen Raumdomänenfilter können Tumorbilder, die typischerweise als kreisförmige Muster im Röntgenbild der Brust in Erscheinung treten, ermittelt werden. Es kommt häufig vor, daß aus vielen linearen Mustern zusammengesetzte Gebiete wie etwa Blutgefäßbilder ebenfalls als Tumorbilder ermittelt werden. Daher werden in dieser Ausführungsform Beurteilungen in der zuvor beschriebenen Weise über den Grad der Wahrscheinlichkeit durchgeführt, daß die Gebiete, die zunächst als Tumorbilder gefunden wurden, wirkliche Tumorbilder sind. Auf diese Weise kann die Genauigkeit, mit der die Tumorbilder erfaßt werden, auf hohem Niveau beibehalten werden.

Beurteilungseinrichtung

Fig. 9A ist ein Diagramm, das ein als ein Tumorbild gefundenes Gebiet zeigt, das einem währen Tumorbild entspricht, und zeigt ferner das Weichteilbild im Bereich entlang der x- und y-Richtungen. Fig. 9B ist ein Diagramm, das ein als ein Tumorbild gefundenes Gebiet zeigt, das aus mehreren linearen Mustern wie etwa Blutgefäßbildern zusammengesetzt ist, und das ferner das Weichteilbild im Bereich entlang der x- und y-Richtungen zeigt. Sowohl in Fig. 9A als auch in 9B ist das von der gestrichelten Linie 9 umgebene Gebiet, d. h. das Gebiet A, dasjenige, das als ein Tumorbild ermittelt wurde. Die Graphen zeigen die Profile des Weichteilbildes (d. h. die Verteilungen der Werte des Weichteilbildsignals S1) im Gebiet A entlang der x- und y-Richtungen.
Wie zuvor beschrieben wurde, wird durch Verwendung der Differenz im Bildprofil beurteilt, ob ein ursprünglich als ein Tumorbild gefundenes Gebiet einem wirklichen Tumorbild entspricht oder einem Gebiet, das sich aus vielen linearen Mustern zusammensetzt. Insbesondere werden Berechnungen mit den Formeln (19), (20) und (21) ausgeführt. Der aus der Formel (21) erhaltene charakteristische Wert C4 wird dann mit einem vorbestimmten Schwellwert Th4 verglichen. Wenn C4 ≥ Th4 ist, wird geurteilt, daß das ursprünglich als ein Tumorbild gefundenes Gebiet eine hohe Wahrscheinlichkeit aufweist, einem wahren Tumorbild zu entsprechen. Wenn C4 < Th4 ist, wird geurteilt, daß das ursprünglich als ein Tumorbild gefundene Gebiet eine hohe Wahrscheinlichkeit hat, ein aus vielen linearen Mustern zusammengesetztes Gebiet zu sein.
Der charakteristische Wert C4 muß nicht notwendigerweise mit Formel (21) berechnet werden, sondern kann beispielsweise mit einer der Formeln (22) oder (23) berechnet werden. Ebenso werden in dem zuvor beschriebenen Beispiel Berechnungen durchgeführt, um die Differenzen erster Ordnung f(m + 1,n) - f(m,n), f(m,n + 1) - f(m,n) zwischen den Werten der Bildsignalkomponenten, die benachbarte Bildelemente repräsentieren, die entlang jeweils der x = und y-Richtung im Gebiet A liegen, zu finden. Alternativ können Berechnungen durchgeführt werden, um Differenzen zwischen den Werten der Bildsignalkomponenten, die benachbarte Bildelemente, die im Gebiet A entlang schräg verlaufender Richtungen liegen, die nicht senkrecht zu der x-Richtung oder der y-Richtung sind, repräsentieren, zu finden. Als eine weitere Alternative kann anstelle der Berechnung des Mittelwerts aus den quadratischen Werten der Differenzen erster Ordnung ein Mittelwert aus den absoluten Werten der Differenzen erster Ordnung berechnet werden.
In dem in Fig. 23 gezeigten Computersystem 40 wird in der oben beschriebenen Weise beurteilt, ob die ursprünglich als Tumorbilder gefundenen Gebiete wirklichen Tumorbildem entsprechen oder nicht.
Nachdem Gebiete mit einer hohen Wahrscheinlichkeit, ein Tumorbild zu sein, gefunden wurden, wird ein von dem Bildsignal repräsentiertes sichtbares Bild reproduziert und auf dem CRT-Anzeigegerät 44 angezeigt, so daß die Bilder der Gebiete deutlich betrachtet werden können. Solch ein Bild kann als ein effektives Werkzeug insbesondere bei der effizienten genauen Diagnose von Krankheiten dienen.
In den zuvor genannten Ausführungsformen des vierten bis achten Geräts zum Ermitteln abnormaler Muster wird aus einem Bruströntgenbild eines menschlichen Körpers, das auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert ist, ein Tumorbild erfaßt, das typischerweise als ein kreisförmiges Muster in dem Röntgenbild in Erscheinung tritt. Das vierte bis achte, insbesondere das erfindungsgemäße Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster ist allerdings nicht auf das Verarbeiten von Bruströntgenbildern beschränkt. Ebenso können andere Aufzeichnungsmedien als die stimulierbaren Phosphorschichten verwendet werden. Das erfindungsgemäße vierte bis achte Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster kann im weiten Maße verwendet werden, wenn abnormale Muster in einem Strahlungsbild aus einem ein Strahlungsbild eines Objekts repräsentierenden Bildsignal erfaßt werden sollen.
Im folgenden wird eine Ausführungsform des mit der Erfindung verwendbaren Geräts zum Auffinden eines Bildes beschrieben. In dieser Ausführungsform wird ein Röntgenbild auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert und es wird aus dem Röntgenbild ein Tumorbild, das typischerweise eine näherungsweise sphärische Gestalt in der Lunge eines menschlichen Körpers aufweist, ermittelt. In einem aus dem Bildsignal S1 reproduzierten sichtbaren Bild tritt das Tumorbild typischerweise als ein näherungsweise kreisförmiges Muster mit einer geringeren Dichte als die das Tumorbild umgebenden Bildbereich ein Erscheinung.
Das Bildsignal S1, das das Bruströntgenbild repräsentiert, wird von dem in Fig. 4 gezeigten A/D-Wandler 33 in der gleichen, zuvor beschriebenen Weise erhalten. Das Bildsignal S1 wird dann in das in Fig. 4 gezeigte Computersystem 40 eingespeist. Das Computersystem 40 ist mit Ausführungsform des mit der Erfindung verwendbaren Geräts zum Auffinden von Bildern ausgestattet.
Auf dem in das Computersystem 40 eingespeisten Bildsignal S1 wird ein Tumorbild im Röntgenbild gefunden.
Fig. 5 zeigt ein in der Mitte eines Röntgenbildes liegendes vorbestimmtes. Bildelement P0; das Diagramm dient zur besseren Erläuterung, wie ein Raumdomänenfilter arbeitet. Der Raumdomänenfilter wird in einer Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße des Computersystems 40 verwendet, um charakteristische Maße zu finden, deren Werte variieren in Übereinstimmung, ob vorbestimmte Bildelemente im Röntgenbild innerhalb des einem Tumorbilds entsprechenden Gebiets liegen oder nicht. Für das vorbestimmte Bildelement P0 wird ein charakteristisches Maß berechnet. Die Information über das charakteristische Maß wird in eine Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher Tumorbilder eingespeist und bei der Beurteilung verwendet, ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb des dem Tumorbild entsprechenden Gebiets liegt oder nicht. Das Tumorbild im Röntgenbild kann erfaßt werden, indem die Bildsignalkomponenten, die die Bildelemente des Röntgenbildes repräsentieren, mit den in Fig. 5 dargestellten Filter verarbeitet werden.
Es werden in der gleichen Weise, wie dies mit Bezug zu den Fig. 5, 6 und 7 zuvor beschrieben wurde, Berechnungen mit den Formeln (3), (4) und (5) durchgeführt. Die Information über den charakteristischen Wert (charakteristisches Maß) C1 wird in die Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher Tumorbilder eingespeist. Das charakteristische Maß C1 wird dann mit einem vorbestimmten Schwellwert Th1 verglichen. Aus der Tatsache, ob C1 ≥ Th1 oder C1 < Th1 ist, wird beurteilt, ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb des dem Tumorbild entsprechenden Gebiets liegt oder nicht.
Das Tumorbild im Röntgenbild kann gefunden werden, indem das die Bildelemente der Röntgenstrahlen repräsentierende Bildsignal mit den oben beschriebenen Raumdomänenfilter bearbeitet wird, d. h. durch Beurteilung, ob die vorbestimmten Bildelemente im Röntgenbild innerhalb des dem Tumorbild entsprechenden Gebiets liegen oder nicht. Während der Verarbeitung mit dem Filter werden ebenso Bilder gefunden, die eigentlich nicht irgendwelchen Tumorbildern entsprechen. Daher werden die Muster, die beim Bearbeiten gefunden wurden, im weiteren als die voraussichtlichen Tumorbilder bezeichnet.
Die Art der in der Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße benutzten Filter unterliegt keinerlei Beschränkung. Beispielsweise kann der mit Bezug zu den Fig. 5 und 8 zuvor beschriebene Filter verwendet werden, wobei die Gradienten Vfij der die Bildelemente Pij repräsentierenden Bildsignalkomponenten fij mit i = 1, 2, ..., 8 und j = 1, 2, 3; die in Fig. 5 gezeigt sind, berechnet werden, und es wird der charakteristische Wert (charakteristisches Maß) C2 berechnet. Die Information über das charakteristische Maß C2 wird in die Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher Tumorbilder eingespeist. Anschließend wird das charakteristische Maß C2 mit einem vorbestimmten Schwellwert Th2 verglichen. Aus der Tatsache, ob C2 ≥ Th2 oder C2 < Th2 ist, wird beurteilt, ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb des dem Tumorbild entsprechenden Gebiets liegt oder nicht.
Als eine weitere Alternative kann der Filter, der zuvor mit Bezug zu Fig. 5 beschrieben wurde und der die Formeln (7) bis (18) verwendet, in der Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße angewendet werden. Die Information über den charakteristischen Wert (charakteristisches Maß) C3 wird in die Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher Tumorbilder eingespeist. Anschließend wird das charakteristische Maß C3 mit einem vorbestimmten Schwellwert Th3 verglichen. Aus der Tatsache, ob C3 ≥ Th3 oder C3 < Th3 ist, wird beurteilt, ob das vorbestimmte Bildelement P0 innerhalb des dem Tumorbild entsprechenden Gebiets liegt oder nicht.
Wie zuvor beschrieben wurde, wird in der Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße und der Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher Tumorbilder des Computersystems 40, das in Fig. 4 gezeigt ist, das das Röntgenbild repräsentierende Bildsignal mit dem Raumdomänenfilter verarbeitet, und es wird ein kreisförmiges Muster, das als ein Tumorbild eingestuft wird, erfaßt.
In der Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße des erfindungsgemäßen Geräts zum Auffinden von Bildern können auch beliebige andere Filter verwendet werden. Es ist jedoch wünschenswert, daß alle voraussichtlichen Tumorbilder gefunden werden, unabhängig davon, ob zusammen mit diesen ein Rauschen auftritt (beispielsweise Muster, die eigentlich keine Tumorbilder sind). Daher sollte die Berechnungseinrichtung für charakteristische Maße vorzugsweise einen für diese Zwecke geeigneten Filter verwenden.
Die Einrichtung zum Auffinden voraussichtlicher abnormaler Muster findet in der oben beschriebenen Weise voraussichtliche Tumorbilder. Es kommt jedoch häufig vor, daß aus vielen linearen Mustern wie etwa Blutgefäßbilder zusammengesetzte Gebiete ebenso als voraussichtliche Tumorbilder gefunden werden. Um dieses Problem zu vermeiden, werden Informationen über die Positionen der voraussichtlichen Tumorbilder im Röntgenbild in die Einrichtung zum Auffinden von Tumorbildern eingespeist. Die Einrichtung zum Auffinden von Tumorbildern schließt solche Gebiet von den voraussichtlichen Tumorbildern aus.
Insbesondere wird in der zuvor mit Bezug zu den Fig. 9A und 9B beschriebenen Weise der Unterschied im Bildprofil bei der Eliminierung der aus vielen linearen Mustern zusammengesetzten Gebieten aus den voraussichtlichen Tumorbildern benutzt.
Zu diesem Zeitpunkt berechnet eine Differenzenberechnungseinrichtung, die in der Einrichtung zum Auffinden von Tumorbildern des Computersystems 40 vorgesehen ist, Differenzen erster Ordnung zwischen den Werten der Bildsignalkomponenten, die benachbarte Bildelemente, die entlang jeweils der x- und y-Richtung im Gebiet A liegen, repräsentieren. Anschließend berechnet eine Mittelwertsverarbeitungseinrichtung, die in der Einrichtung zum Auffinden von Tumorbildern des Computersystems 40 vorgesehen ist, aus den quadratischen Werten der Differenzen erster Ordnung einen Mittelwert mit den Formeln (19) und (20).
Anschließend ermittelt eine Beurteilungseinrichtung, die in der Einrichtung zum Auffinden von Tumorbildern des Computersystems 40 vorgesehen ist, einen charakteristischen Wert C4, der bei der Beurteilung verwendet wird, ob ein Gebiet aus den voraussichtlichen Tumorbildern verworfen werden soll oder nicht. Die Berechnung wird mit der Formel (21) ausgeführt. Anschließend wird der charakteristische Wert C4 mit einem vorbestimmten Schwellwert Th4 verglichen. Wenn C4 ≥ Th4 ist, wird das Gebiet nicht von den voraussichtlichen Tumorbildern entfernt. Wenn C4 < Th4 ist, wird das Gebiet aus den voraussichtlichen Tumorbildern entfernt.
Der charakteristische Wert C4 muß nicht notwendigerweise mit Formel (21) berechnet werden, sondern kann beispielsweise auch mit einer der Formeln (22) und (23) berechnet werden.
Ebenso werden in dem oben beschriebenen Beispiel Berechnungen durchgeführt, um die Differenzen erster Ordnung f(m + 1,n) - f(m,n), f(m,n + 1) - f(m,n) zwischen den Werten der Bildsignalkomponenten, die benachbarte Bildelemente repräsentieren, die entlang jeweils der x- und y-Richtung im Gebiet A liegen, zu ermitteln. Alternativ können Berechnungen angestellt werden, um Differenzen zwischen den Werten der Bildsignalkomponenten, die benachbarte Bildelemente repräsentieren, die im Gebiet A entlang schräg verlaufender Richtungen liegen, die nicht senkrecht zu der x-Richtung oder der y-Richtung sind, zu ermitteln.
Ebenso müssen in der zuvor genannten Ausführungsform des Geräts zum Auffinden von Bildern die Berechnung der Mittelwerte Zx und Zy aus den quadratischen Werten der Differenzen erster Ordnung nicht notwendigerweise für die Bildsignalkomponenten, die dem gesamten Gebiet A entsprechen, ausgeführt werden, sondern diese können beispielsweise lediglich für die Bildsignalkomponenten ausgeführt werden, die den Bildelementen entsprechen, die entlang einer Linie liegen, die sich entlang der x-Richtung erstreckt und entlang einer einzelnen Linie, die sich entlang der y-Richtung in dem in Fig. 9A oder Fig. 9B gezeigten Gebiet A erstrecken. Als eine weitere Alternative kann anstelle der Berechnung des Mittelwerts aus den quadratischen Werten der Differenzen erster Ordnung ein Mittelwert aus den Absolutwerten der Differenzen erster Ordnung berechnet werden.
In den in Fig. 4 gezeigten Computersystem 40 werden in der oben beschriebenen Weise voraussichtliche Tumorbilder gefunden, indem das Bildsignal S1 mit dem Raumdomänenfilter verarbeitet wird und ein Beurteilen mit einem der charakteristischen Maße C1, C2 und C3 durchgeführt wird. Aus dem Wert des mit Formel 21 berechneten charakteristischen Werts C4 wird beurteilt, ob die voraussichtlichen Tumorbilder wirkliche Tumorbilder sind oder nicht. Folglich können Tumorbilder genau erfaßt werden.
In der zuvor genannten Ausführungsform des Geräts zum Auffinden von Bildern wird aus einem Röntgenbild der menschlichen Brust, das auf einer stimulierbaren Phosphorschicht gespeichert ist, ein Tumorbild erfaßt, das in dem Röntgenbild typischerweise als ein kreisförmiges Muster in Erscheinung tritt. Das mit der Erfindung verwendbare Gerät zum Auffinden von Bildern ist allerdings nicht auf die Verarbeitung von Bruströntgenbildem beschränkt. Ebenso können andere Aufzeichnungsmedien als stimulierbare Phosphorschichten verwendet werden. Das Gerät zum Auffinden von Bildern kann in weiten Bereichen verwendet werden, wenn Tumorbilder in einem Strahlungsbild aus einem Bildsignal, das ein Strahlungsbild eines menschlichen Körpers repräsentiert, ermittelt werden soll.
Im folgenden wird ein Beispiel eines Bildanzeigegeräts beschrieben.
Fig. 29 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Bildauslesegerät zeigt, das zum Auslesen eines Bildes von einer stimulierbaren Phosphorschicht als ein Beispiel eines Geräts zum Erhalten eines Bildsignals, das ein stationäres Bild repräsentiert, Verwendung findet. In Fig. 29 sind ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 4 bezeichnet.
Vom Photomultiplier 31 wird ein analoges Ausgangssignal 50 erzeugt und vom logarithmischen Verstärker 32 logarithmisch verstärkt. Anschließend wird das verstärkte Signal durch den A/D-Wandler 33 in ein Bildsignal 5 digitalisiert. Das Bildsignal S wird auf einer optischen Diskette 134 gespeichert.
Fig. 30 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Bildanzeigegeräts.
In Fig. 30 umfaßt das Bildanzeigegerät ein erstes Bildanzeigegerät 140 und ein zweites Bildanzeigegerät 150. Eine Verbindungsleitung 161 verbindet das erste Bildanzeigegerät 140 und das zweite Bildanzeigegerät 150.
Das erste Bildanzeigegerät 140 umfaßt eine Antriebseinheit für optische Disketten 141 zum Betreiben der in Fig. 29 gezeigten optischen Diskette 134. Die optische Diskette 134 speichert mehrere Bildsignale S. die mehrere Strahlungsbilder repräsentieren und die von dem in Fig. 29 dargestellten Bildauslesegerät erhalten werden. Das erste Bildanzeigegerät 140 umfaßt weiterhin ein Hauptgehäuse 142, in dem eine CPU und ein interner Speicher eingegliedert sind, ein Diskettenlaufwerk 143, das eine Diskette betreibt, die als ein Hilfsspeicher dient, und ein CRT-Anzeigegerät 144, das ein Bild anzeigt, das aus einem vom Bildsignal S repräsentierten Strahlungsbild (stationäres Bild) und anderen Bildern besteht, wie etwa Bilder von Pfeilmarkierungen oder Zeichen, die dem stationären Bild überlagert sind. Das erste Bildanzeigegerät 140 umfaßt weiterhin eine Tastatur 145, von der diverse Befehle oder Informationen in das erste Bildanzeigegerät 140 eingespeist werden. Solche Befehle umfassen ein Bildkontrollsignal, das von einem Bediener zugewiesen wird, wenn Bilder von Pfeilmarkierungen, Zeichen oder ähnlichem, dem durch das Bildsignal S repräsentierten stationären Bild zu überlagern ist, oder wenn das Bild teilweise zu vergrößern ist. Das erste Bildanzeigegerät 140 ist ebenso mit einer Maus 146 ausgestattet, die verwendet wird, wenn ein Bildkontrollsignal zum Ändern der Lage eines angezeigten Pfeilmarkierungsbildes zugewiesen wird. Abgesehen von der Antriebseinheit für die optischen Disketten 141 sind die Komponenten des ersten Bildanzeigegeräts 140 auf einem Tisch 147 angeordnet.
Das zweite Bildanzeigegerät 150 ist in der gleichen Weise wie das erste Bildanzeigegerät 140 aufgebaut mit der Ausnahme, daß die Antriebseinheit für optische Disketten 141 und die Maus 146 nicht vorgesehen sind. Das zweite Bildanzeigegerät 150 umfaßt ein Hauptgehäuse 152, ein Diskettenlaufwerk 153, ein CRT-Anzeigegerät 154 und eine Tastatur 155, die auf einem Tisch 157 angeordnet sind.
Die Tastatur 145 und die Maus 146 des ersten Bildanzeigegeräts 140 bilden ein Beispiel der Eingabeeinrichtung des Bildanzeigegeräts. Das CRT-Anzeigegerät 144 des ersten Bildanzeigegeräts 140 bildet ein Beispiel der ersten Anzeigeeinrichtung des Bildanzeigegeräts. Das CRT-Anzeigegerät 154 des zweiten Bildanzeigegeräts 150 ist ein Beispiel für die zweite Anzeigeeinrichtung des Bildanzeigegeräts.
In dieser Ausführungsform wird die Tastatur 145, nachdem eine optische Diskette in die Antriebseinheit für optische Disketten 141 eingesetzt ist, benutzt und ein ein Strahlungsbild repräsentierendes Bildsignal S wird in einem Bildspeicher des Hauptgehäuses 142 gespeichert. Anschließend wird das Bildsignal S vom Bildspeicher gelesen und in das CRT-Anzeigegerät 144 eingespeist, und ein durch das Bildsignal S repräsentiertes sichtbares Bild wird reproduziert und von dem CRT-Anzeigegerät 144 dargestellt. Ebenso wird das von der optischen Diskette in das Hauptgehäuse 142 eingespeiste Bildsignal S in das zweite Bildanzeigegerät 150 über eine Schnittstelle, die im Hauptgehäuse 142 integriert ist und über die Verbindungsleitung 161 eingespeist. Im zweiten Bildanzeigegerät 150 wird das Bildsignal S in einem Bildspeicher des Hauptgehäuses 152 gespeichert. Anschließend wird das Bildsignal S von dem Bildspeicher ausgelesen und in das CRT-Anzeigegerät 154 eingespeist, und ein durch das Bildsignal S repräsentiertes sichtbares Bild wird reproduziert und durch das CRT-Anzeigegerät 154 dargestellt. Die Schnittstelle, die dem ersten Bildanzeigegerät 140 eingegliedert ist und mit der Verbindungsleitung 161 verbunden ist, stellt ein Beispiel der Übertragungseinrichtung des Bildanzeigegeräts dar. Ebenso stellt die Schnittstelle, die in das zweite Bildanzeigegerät 150 eingegliedert und, mit der Verbindungsleitung 161 verbunden ist, ein Beispiel der Empfangseinrichtung des Bildanzeigegeräts dar.
Wenn ein Zeichen repräsentierendes Bildkontrollsignal C von der Tastatur 145 des ersten Bildanzeigegeräts 140 in das Hauptgehäuse 142 eingespeist wird, wird dem Bildsignal S, das aus dem Bildspeicher ausgelesen würde, ein dem Bildkontrollsignal C entsprechendes Zeichensignal überlagert. Das Signal, das das Zeichensignal und das Bildsignal enthält, wird in das CRT-Anzeigegerät 144 eingespeist. Das CRT- Anzeigegerät 144 stellt ein Bild dar, das aus einem Bild, das durch das Bildsignal S repräsentiert ist, und einem diesem Bild überlagertem Zeichenbild zusammengesetzt ist.
In der gleichen Weise wird, wenn ein eine Pfeilmarkierung repräsentierendes Bildkontrollsignal C von der Tastatur 145 des ersten Bildanzeigegeräts 140 eingespeist wird, dem auf dem CRT-Anzeigegerät 144 dargestellten sichtbaren Bild ein Pfeilmarkierungsbild überlagert. Durch Bedienen der Maus 146 kann ein Bildkontrollsignal C, das die Bewegung des Pfeilmarkierungsbildes kennzeichnet, in das Hauptgehäuse 142 eingespeist werden. Das Pfeilmarkierungsbild bewegt sich in dem Bild, das auf dem CRT- Anzeigegerät 144 dargestellt ist gemäß dem Bildkontrollsignal C.
Die von der Tastatur 145 und der Maus 146 eingespeisten Bildkontrollsignale C werden zum zweiten Bildanzeigegerät 150 gesendet. Im Hauptgehäuse 152 des zweiten Bildanzeigegeräts 150 werden das Zeichensignal und das Pfeilmarkierungssignal dem Bildsignal S, das bereits empfangen und im Bildspeicher gespeichert wurde, gemäß den Bildkontrollsignalen C überlagert. Das resultierende Signal wird dem CRT-Anzeigegerät 154 eingespeist. Das CRT-Anzeigegerät 154 stellt ein Bild dar, das aus einem Bild, das durch das Bildsignal S repräsentiert ist, und den Zeichen- und Pfeilmarkierungsbildern, die dem Bild überlagert sind, zusammengesetzt ist.
Wenn ein interessierendes Gebiet (ROI) gekennzeichnet und ein vergrößertes Bild des ROI dargestellt werden soll, wird das ROI durch die Maus 146 und die Tastatur 145 des ersten Bildanzeigegeräts 140 gekennzeichnet. Ebenso wird ein Vergrößerungsfaktor festgelegt. Als Folge wird ein Bildkontrollsignal C, das den Vergrößerungsfaktor repräsentiert, in das Hauptgehäuse 142 eingespeist. Im Hauptgehäuse 142 werden die Bildsignalkomponenten des Bildsignals S. die im Bildspeicher gespeichert sind und dem ROI entsprechen, dem Vergrößerungsprozeß unterzogen. Anschließend wird ein vergrößertes Bild auf dem CRT-Anzeigegerät 140 dargestellt. Das vergrößerte Bild kann durch Betätigen der Maus 146 auf und ab bewegt werden (d. h. das ROI kann im ursprünglichen Bild bewegt werden).
Die von der Tastatur 145 und der Maus 146 eingespeisten Bildkontrollsignale C werden zum zweiten Bildanzeigegerät 150 gesendet. Im Hauptgehäuse 152 des zweiten Bildanzeigegeräts 150 werden das Zuweisen des ROI und der Vergrößerungsprozeß an dem Bildsignal S, das bereits empfangen und im Bildspeicher gespeichert ist, gemäß den Bildkontrollsignalen C ausgeführt. Das durch das resultierende Signal repräsentierte Bild wird auf dem CRT-Anzeigegerät 154 dargestellt. Anschließend wird das angezeigte Bild gemäß der Information über die Bewegung der Maus auf und ab bewegt. Die Verbindung der Hardware wie etwa der CPU's und der Software, die im Hauptgehäuse 142 eingegliedert ist, um Änderungen des Bildsignals in Übereinstimmung mit den Bildkontrollsignalen auszuführen und um geänderte (beispielsweise vergrößerte) Bildsignale im ersten Bildanzeigegerät 140 zu erzeugen, bildet ein Beispiel der ersten Kontrolleinrichtung im Bildanzeigegerät. Ebenso bildet die Verbindung der Hardware wie etwa die CPU's und der Software, die im Hauptgehäuse 152 eingegliedert ist, um Änderungen des Bildsignals gemäß den Bildkontrollsignalen auszuführen und um geänderte (beispielsweise vergrößerte) Bildsignale im zweiten Bildanzeigegerät 150 zu erzeugen, ein Beispiel der zweiten Kontrolleinrichtung im Bildanzeigegerät.
In dieser Ausführungsform wird das Bildsignal, das ein zusammengesetztes Bild repräsentiert, das aus einem durch das Bildsignal repräsentierten Bild und einem Zeichen- oder Markierungsbild, das dem Bild überlagert ist, besteht und auf der CRT 144 des ersten Bildanzeigegeräts 140 dargestellt ist, oder aus einem vergrößertem Bild, das auf dem CRT 144 dargestellt ist, besteht, wird nicht direkt zum zweiten Bildanzeigegerät 150 gesendet. Es wird zunächst ein ein Strahlungsbild (stationäres Bild) repräsentierendes Bildsignal zum zweiten Bildanzeigegerät 150 gesendet. Anschließend wird diesem lediglich das Bildkontrollsignal gesendet. Entsprechend dem Hauptgehäuse 152 des zweiten Bildanzeigegeräts 150 eingespeisten Bildkontrollsignal werden Arbeitsabläufe ausgeführt, um ein Bildsignal zu erzeugen, das ein zusammengesetztes Bild bestehend aus einem stationären Bild und einem diesen überlagerten Zeichenbild oder ähnlichem repräsentiert, oder um ein Bildsignal zu erzeugen, das ein vergrößertes Bild repräsentiert. Daher kann das Übertragen und Empfangen der Signale in effizienter Weise ausgeführt werden.
Im beschriebenen Bildanzeigegerät können andere Arten an Verarbeitung ausgeführt werden: beispielsweise Bildverstärkung wie etwa Verarbeitung der Frequenzantwort oder Graustufenverarbeitung; Bildmodifizierung wie etwa Bildgrößenreduktion oder Drehung; und Verarbeitung zwischen Bildern wie etwa zeitliches (Zeitdifferenzen) Subtrahieren, Energiesubtraktion oder Verarbeiten von willkürlichen tomographischen Schichten. In der medizinischen Diagnostik werden ebenso oft mehrere Bilder verwendet. Beispielsweise wird ein Satz mehrerer Bilder eines Objekts zur gleichen Zeit aufgezeichnet und während der Diagnose verwendet. Alternativ werden mehrere Bilder eines Objekts mit zeitlichen Abstand aufgezeichnet und bei der Diagnose verwendet. Ins solchen Fällen werden mehrere Bilder selektiv auf mehreren CRT-Anzeigegeräten oder Unterteilungen eines Bildschirm eines CRT-Anzeigegeräts dargestellt. Die zuvor genannte Verarbeitung soll die für solche Fälle notwendige Verarbeitungsabläufe umfassen.
Das beschriebene Bildanzeigegerät ist nicht auf die Darstellung eines Strahlungsbildes beschränkt, sondern kann für die Anzeige gewöhnlicher Arten von Bilder verwendet werden.
Anstelle der verwendeten Antriebseinheit für optische Disketten 141 kann ein Bildsignal direkt von der Bildausleseapparatur in das Bildanzeigegerät eingespeist werden.
Ebenso sollten sowohl der erste Bildanzeigebereich und der zweite Bildanzeigebereich vorzugsweise mit der Übertragungseinrichtung und der Empfangseinrichtung ausgestattet sein.

Claims

1. Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster, wobei aus einem ein Strahlungsbild eines Objekts (13, 13a) repräsentierendes Bildsignal (50), das sich aus weichen Gewebeteilen und Knochen zusammensetzt, ein abnormales Muster, das als ein näherungsweise kreisförmiges Muster in dem Strahlungsbild erscheint, erfaßt wird,

wobei das Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster umfaßt:

i) eine Einrichtung zum Auffinden eines abnormalen Musters, das in dem Strahlungsbild erscheint, indem das Bildsignal (50) mit einem Filter zum Auffinden eines abnormalen Musters verarbeitet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Bildsignal (S0) aus Bildsignalkomponenten besteht und daß das Strahlungsbild ein Weichgewebebild ist, das von einem Weichgewebebildsignal (S1) repräsentiert wird, das erhalten wird von

ii) einer Bildverarbeitungseinrichtung zum Erhalten des Weichgewebebildsignals (S1), das aus einer Reihe von im wesentlichen ein Bild der weichen Gewebeteile in dem Objekt (13, 13a) repräsentierenden Weichgewebe- Bildsignalkomponenten besteht, aus mehreren Bildsignalen (S01, S02), die mehrere Strahlungsbilder (86, 85) des Objekts (13, 13a) repräsentieren, dessen Strahlungsbilder aufgezeichnet wurden, indem das Objekt (13, 13a) mindestens zwei Arten von Strahlung mit unterschiedlichen Energieverteilungen ausgesetzt wurde, und

wobei der Filter zum Auffinden abnormaler Muster die Schritte umfaßt:

a) Berechnen:

(1) eines mittleren Werts Q0 der Werte der Weichgewebe- Bildsignalkomponenten, die mehrere Bildelemente repräsentieren, die sich in einem zentralen Bereich, der ein vorbestimmtes Bildelement P0 in dem Weichgewebebild (S1) einschließt, befinden, und

(2) mittlerer Werte Qij, die jeweils die mittleren Werte der Weichgewebe- Bildsignalkomponenten repräsentieren, die mehrere in jeder von mehreren peripheren Bereichen befindlichen Bildelemente repräsentieren, wobei jeder periphere Bereich jedes von Bildelementen Pij einschließt, die sich in jeder von mehreren Zeilen Li, mit i = 1, 2, ..., n, befinden und sich von dem vorbestimmten Bildelement P0 zu peripheren Teilen des Weichgewebebildes erstrecken, und die von dem vorbestimmten Bildelement P0 um mehrere vorbestimmte Abstände rij, mit j = 1, 2, ..., m, entfernt sind,

b) Finden, für jede der Zeilen Li, eines repräsentativen Wertes Qi, der für die mittleren Werte repräsentativ ist,

c) Berechnender Differenzen Δi, mit i = 1, 2, ..., n, zwischen dem dem zentralen Bereich entsprechenden mittleren Wert Q0 und den jeweiligen Werten Qi, die für die mehreren Zeilen Li gefunden wurden,

d) Finden eines ersten charakteristischen Wertes, der für die Differenzen Δi repräsentativ ist, und eines zweiten charakteristischen Wertes, der den Grad an Streuung in den Differenzen Δi repräsentiert,

e) Berechnen des Verhältnisses des ersten charakteristischen Wertes zum zweiten charakteristischen Wert,

f) Vergleichen des Verhältnisses mit einem vorbestimmten Schwellwert, und

g) Beurteilen aus den Ergebnissen des Vergleichens, ob das vorbestimmte Bildelement P0 in den dem abnormalen Muster entsprechenden Bereich fällt oder nicht.

2. Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster nach Anspruch 1, wobei der repräsentative Wert Qi der maximale Wert der mittleren Werte Qij ist, die den sich entlang der Zeilen Li befindlichen peripheren Bereichen entsprechen.

3. Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster nach Anspruch 1, wobei der repräsentative Wert Qi der minimale Wert der mittleren Werte Qij ist, die den sich entlang der Zeilen Li befindlichen peripheren Bereichen entsprechen.

4. Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster nach Anspruch 1, wobei j auf j = 1 beschränkt ist und wobei der repräsentative Wert Qi gleich dem mittleren Wert Qi1 der peripheren Bereiche ist.

5. Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste charakteristische Wert der mittlere Wert der Differenzen Δi ist.

6. Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite charakteristische Wert die Varianz der Differenzen Δi ist.

7. Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das weiterhin eine Beurteilungseinrichtung umfaßt zum

Berechnen mehrerer Differenzen zwischen Werten der Weichgewebe- Bildsignalkomponenten, die benachbarte Bildelemente des von der Einrichtung zum Auffinden abnormaler Muster gefundenen abnormalen Musters repräsentieren, wobei die Bildelemente entlang jeweils zweier verschiedener Richtungen in dem Weichgwebebild angeordnet sind,

Berechnen eines mittleren Wertes der Absolutwerte der mehreren Differenzen für jede der zwei unterschiedlichen Richtungen, oder eines mittleren Wertes der quadratischen Werte der mehreren Differenzen für jede der zwei unterschiedlichen Richtungen, und

Beurteilen aus den mittleren Werten, die für die zwei unterschiedlichen Richtungen berechnet wurden, den Grad der Wahrscheinlichkeit, daß das von der Einrichtung zum Auffinden eines abnormalen Musters gefundene abnormale Muster ein echtes abnormales Muster ist.

8. Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Strahlungsbild des Objekts (13, 13a) auf einer stimulierbaren Phosphorschicht (85, 86) gespeichert ist.

9. Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster nach Anspruch 8, wobei das Bildsignal aus einem Auslese-Verfahren erhalten wird, wobei die stimulierbare Phosphorschicht (85, 86) stimulierenden Strahlen (24) ausgesetzt wird, die die stimulierbare Phosphorschicht veranlassen, Licht im Verhältnis zu der während ihrer Bestrahlung auf ihr gespeicherten Energiemenge zu emittieren, und wobei das emittierte Licht fotoelektrisch nachgewiesen wird.

10. Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster nach Anspruch 9, wobei die stimulierenden Strahlen (24) ein Laserstrahl sind.

11. Gerät zum Ermitteln abnormaler Muster nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Strahlungsbild des Objekts auf einem fotografischen Film gespeichert ist.