JP2004160208A - 結合フル画像再現用の部分放射線画像の自動配列決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結合された完全な画像を自動的に構成する。
【解決手段】長い対象物の少なくとも２つの放射サブ画像を、重なり合う記録メディアにより取得してデジタル画像へ変換する。サブ画像の順番、向き、重なりの考えられる全ての配列を含む仮想リストを構築し、各仮想におけるサブ画像の対に対して重なり領域を検出し、対毎に複数の異なる計測を実行し、計測結果が範囲外の場合に前記リストから当該仮想を消去する。残存する各仮想における重なり領域の相関関数を算出し、関数最大値及び対のサブ画像間の水平距離を求め、連続したサブ画像の各対の水平距離の大きさを検出し、該大きさが範囲外の場合に前記仮想リストから当該仮想を消去する。相関関数の最大値の合算値に基づき前記仮想リストに残存する各仮想に対して全体の最小感度を確立し、最大の最小感度の仮想を最も良好な候補に選択し、選択された仮想に基づいてサブ画像を結合処理する。
【選択図】図５

Description

本発明は、デジタル放射線透過写真術に関し、特に、記憶蛍光体ベースのコンピュータＸ線撮影法システムを用いて、脊椎や足のような、人体の長い部分の撮像に関する。

人体の長い部分が従来のスクリーンフィルム技術を用いて撮像されたとき、１４インチ×３６インチ及び１４インチ×５１インチのような、拡大された長さの特別なカセット及びフィルムが使用される。医療機関は、アナログスクリーンフィルムからコンピュータＸ線写真（ＣＲ）のようなデジタルモダリティに乗り換えているので、これらの種の試験は、多大な挑戦となる。これは、デジタル検出器の大きさが制限されるからである。例えば、幾つかの主要なＣＲ供給業者からの最も大きな記憶蛍光体カセットは、１４インチ×１７インチに制限され、これは、一回に長い体の部分の一部しか撮像できない。

幾つかの方法が、既存の標準ＣＲカセットを幾つかスタックすることによってＣＲ撮像範囲を拡大すべく提案されている。例えば、特許文献１，２は、幾つかの記憶蛍光体カセットを近傍に重ねる方法を開示する。カセットは、交互（図１Ａ）、階段状（図１Ｂ）若しくは傾斜状（図１Ｃ）の配列でありうる。Ｘ線を当てている間、全ての部分的に重なるカセットは、同時に晒され、それ故に、対応するカセット内にある各記憶蛍光体スクリーン１０２が、長い体部の画像の一部を記録する。特許文献３，４には、同様のアプローチとして、撮像範囲を拡大するための、複数の重なる記憶蛍光体スクリーンを基本とした方法が開示されている。スクリーン１０２は、同様に、単一の細長いカセット１０３内で、交互（図１Ｄ）、階段状（図１Ｅ）若しくは傾斜状（図１Ｆ）で重なる配列で構成されうる。同様のアプローチが特許文献５，６にも提案されている。更に、カセット及びスクリーンは、図１Ｇに示すように、交互配列で共に使用されてよく、カセット１０１及び記憶蛍光体スクリーン１０２は、スクリーン１０２が常にカセット１０１の前側に位置する状態で、部分的に重なる交互配列で配置される。この方法は、取得した画像からカセットの陰を無くし、カセットから取り出し元に戻す必要がある記憶蛍光体スクリーンの数を低減する。

蛍光体スクリーンは、基本的な撮像記録装置であるので、スクリーンが個々のカセット内にパッケージされているか否かに関係なく、用語“記憶蛍光体スクリーン”、“蛍光体スクリーン”若しくは“スクリーン”が、蛍光体スクリーン自体若しくはカセット内に移送された蛍光体スクリーンを表わすために、以下で使用される。それ故に、図１における異なるシナリオは、スクリーン面間の距離が、スクリーンがカセット内にあるかないかに依存して各シナリオに対して異なることを除いて、重なる蛍光体スクリーンの交互、階段状及び傾斜状の配列と考えられる。

患者のＸ線写真画像の取得方法の概略が図２に示される。患者（要素２０３）は、Ｘ線源（要素２０１）と複数のスクリーン（要素２０５）との間に配置される。図１Ａないし図１Ｇに示すスクリーン配列方法の何れが撮像に使用されてよい。選択的な散乱防止用グリッドが、患者とスクリーンとの間に配置されてよい。グリッドは、固定タイプ若しくは往復動タイプであってよい。Ｘ線露光中、Ｘ線は平行化されてよく、患者の組織への診断に無関係な放射を最小化する。Ｘ線生成器が点火され、カセットが露光された後、患者の画像は、潜在的なＸ線写真信号として複数のスクリーンにより記録される。各スクリーンは、患者の画像の一部のみ捕捉する。スクリーンは、ＣＲリーダーに供給され、潜在Ｘ線写真信号が、電子画像に変換される。個々のスクリーンから取得される電子画像を、サブ画像と称する。

個々の記憶蛍光体スクリーンにより取得されるサブ画像は、複合の完全な画像を生成するために結合されなければならない。Ｘ線露光中に使用された蛍光体スクリーンの空間的な順番、向き、重なり配列に関する情報が、複合画像を結合するために必要とされる。Ｘ線露光後、蛍光体スクリーンは、ＣＲリーダで任意の順番で走査されてよい。従って、走査したサブ画像を、画像取得で使用された物理的設定に対応する順番に再構成することが必要である。また、連続したスクリーン間の重なり配列が正確に知られる必要がある。例えば、スクリーンは、階段状及び傾斜状スクリーン配列の場合上部若しくは下部に重なりうり、交互スクリーン配列の場合、Ｘ線源により近いスクリーンが、遠いものとは異なる態様で重なりうる。スクリーンは、２つの長手寸法の何れかを上として、（横向き）水平な向きで画像捕捉のために等価的に配設されてよい。結果として、走査されるサブ画像は、近傍のサブ画像から１８０°回転されてよい。サブ画像の回転の検出がそれ故に必要である。

特許文献７，８は、それぞれ、サブ画像のセットから複合のＸ線写真画像を再構成するための方法を開示する。前者の方法は、全てのサブ画像が、所定の空間的な位置及び向きで連続的に取得及び走査されることを前提とする。後者の方法は、ハードウェア位置センサに依存して、各サブ画像の取得中の相対位置を決定する。これらの何れの方法であっても、走査されたサブ画像のシーケンスが、取得中に使用されたシーケンスと一致しないときの状況には適用できない。特許文献９，１０は、サブ画像のアライメントのために参照マーカーのパターンを利用する結合方法を提案する。しかし、この特許は、どのようにしてサブ画像を順列化するかについて教示が無く、サブ画像が結合処理前に正確に方向付けられていることを必要とする。階段状配列の蛍光体シートから読み出されたサブ画像を自動的に結合するための、その他の結合方法は、Ｗｅｉ他により提案されている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、この方法は、サブ画像が結合前に既に対状に連続配列されている。

特許文献１１は、全ての蛍光体スクリーンに、対応するスクリーンの向き及び位置を決定するための補助情報として、付した２つの異なる識別ラベルに依存する方法を開示する。特許文献１１は、更に、どのようにして補助情報を結合処理で使用しうるかについて教示する。しかし、補助情報を全く使用しないことが望ましく、というのは、これは、標準のカセットが修正される必要があり、若しくは、標準の蛍光体スクリーンＩＤが置換される必要があることを意味し、何れの場合も、カセット及びスクリーンを他の一般用途に互換性のないものとするからである。
欧州特許出願0919856号Ａ１ 米国特許第6,273,606 Ｂ１ 欧州特許出願0866342 Ａ１ 米国特許第5,986,279号 Ｂ１ 日本特許出願2000-267210 Ａ 日本特許出願2000-241920 Ａ 米国特許第4,613,983号 米国特許第5,833,607号 欧州特許出願0919858 Ａ１ 米国特許第6,269,177号 Ｂ１ 日本特許出願2000-258861 Ａ 日本特許出願2000-232976 Ａ 「A new fully automatic method forCR image composition by white band detection and consistency rechecking」Guo−Qing Wei他、Proceedings of SPIE Medical Imaging, 2001, vol.4322, pp 1570-1573

従って、取得されたサブ画像に直接的に基づいてＸ線露光で使用される蛍光体スクリーンの空間的な順番、向き、重なり配列を決定する自動方法を発展させることは望ましい。

本発明によれば、上述の問題点に対する解決策が提供される。

本発明の特徴によれば、結合された完全な画像を構成するための、部分的な放射線画像の自動配列決定方法であって、
長い対象物の少なくとも２つの放射サブ画像を、重なり合う記録メディアにより、取得する取得ステップと、
前記記録されたサブ画像をデジタル画像の変換し、保存する変換ステップと、
サブ画像の順番、向き及び重なりの考えられる全ての固有の配列を含む仮想リストを構築するステップと、
各仮想における各連続したサブ画像の対に対して重なり領域を検出するステップと、
各仮想の連続したサブ画像の対毎に複数の異なる計測を実行し、計測結果が範囲外の場合に前記リストから当該仮想を消去するステップと、
前記仮想リストに残存する各仮想における各連続したサブ画像に対して重なり領域の相関関数を算出し、関数最大値及び対のサブ画像間の水平距離を求めるステップと、
連続したサブ画像の各対の水平距離の大きさをチェックし、該大きさが範囲外の場合に前記仮想リストから当該仮想を消去するステップと、
相関関数の最大値の合算値に基づいて前記仮想リストに残存する各仮想に対して全体の最小感度を確立するステップと、
最も良好な候補に対して最大の最小感度の仮想を選択するステップと、
結合されたサブ画像からなる出力画像を生成するため、選択された仮想に基づいてサブ画像を結合処理するステップとを含む、方法が提供される。

本発明は、次の効果を有する。１．本発明は、取得したサブ画像に直接的に基づいて、Ｘ線露光で使用される蛍光体スクリーンの空間的順番、向き、重なり配列の自動決定を可能とする。２．本方法は、蛍光体スクリーンが任意に重なり、１８０°の多様性で配置され、あらゆる順番でＣＲレコーダーで走査されることを許容する。３．本発明が自動画像結合方法と組み合わせられる時、複合画像をサブ画像のセットから生成する全プロセスを完全に自動化できる。

一般に、本発明は、例えば脊柱側弯症の診断のための完全な背骨若しくは人体の完全な足のような細長い物体のＸ線放射撮像に関する。

図３Ａは、３つの記憶蛍光体スクリーンが露光される場合に対する一例を示す。画像は、図２の放射露光方法及び図１Ｇの蛍光体スクリーン構成を用いて取得される。第１の画像（要素３０１）及び第３の画像（要素３０３）を捕捉する２つの蛍光体スクリーンは、第２の画像（要素３０２）を捕捉するスクリーンの背後に配置される。第１のスクリーン３０１及び第２のスクリーン３０２は、部分的に重なり、第２のスクリーン３０２は、入射Ｘ線に全体的に傾斜していないので、第１のスクリーン３０１は、依然としてスクリーン重なり領域（３０７）の患者の画像を捕捉する。しかし、重なり領域で第１のスクリーン３０１上に捕捉される画像の信号対雑音比は、第２のスクリーン３０２によるＸ線減衰により比較的低い。第２のスクリーン３０２の上縁は、要素３０５によって示すように、第１の画像内に明確な影を付与する。同様に、第２のスクリーン３０２の下縁は、スクリーン３０３に要素３０６により示すように、第３の画像内に影を付与する。全ての３つの画像において、平行化露光領域と非平行化露光領域との間の境界は、要素３０４により示される。

上述の如く、露光された記憶蛍光体スクリーンは、ＣＲリーダーで読み出され、デジタル化される電子画像を生成し、画像は、ピクセルのマトリックスからなる。本発明によれば、記憶蛍光体スクリーンは、記憶蛍光体スクリーンの露光画像領域の上縁及び下縁を超えてオーバースキャンされる。

如何なる２つの近傍のスクリーン間の関係は、図１Ａないし図１Ｇで示すスクリーン構成に対して等価である。スクリーンは、部分的に重なり合い、一のスクリーンがＸ線源により近い位置に配置される。用語“フロントスクリーン”が、Ｘ線源に近くにあるスクリーンを指すために使用され、用語“フロント画像”は、フロントスクリーンで捕捉された画像を指すために使用される。同様に、用語“バックスクリーン”は、Ｘ線源から遠い側のスクリーンを指すために使用され、用語“バック画像”は、“バックスクリーン”で捕捉された画像を指すために使用される。Ｎ個の近傍の重なるスクリーンの集合が、Ｘ線露光のための使用されるとき（Ｎ≧２）、スクリーンは、Ｎ−１個のスクリーン対へと分解でき、それぞれの対は、２つの隣接するスクリーン、即ち１つのフロントスクリーンと１つのバックスクリーンからなる。この定義により、一のスクリーンは、一の“スクリーン対”のフロントスクリーンであると共に、次のスクリーン対のバックスクリーン若しくはフロントスクリーンでありえる。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明を説明する際に有用な追加の用語を示し、スクリーン３０３，４０２のバック重なり縁部及びフロント重なり縁部が、要素４０６，４０７によりそれぞれ指示されている。装置４０１は、Ｘ線源である。

本発明の次の説明において、用語“鉛直”は、蛍光体スクリーンがスタックされる方向を意味するために使用され、用語“水平”は、“鉛直”に垂直な方向を意味するために使用される。スクリーンがＸ線露光中にあらゆる方向に向けられてもよいことは理解されるべきである。

図５を参照するに、取得されたサブ画像からの直接的な、Ｘ線露光の蛍光体スクリーンの空間的な順番、向き及び重なり配列の自動決定のための本発明の一実施例が示される。本方法は、細長い対象のサブ画像を取得し（５０１）；、各サブ画像を読み出し及び記憶し（５０２）；、サブ画像の順番、向き及び重なりの考えられる固有の配列を全て含む仮想リストを構築し（５０３）；、各仮想における連続したサブ画像の各対に対して領域を検出し（５０４）；、各仮想の連続したサブ画像の対毎に複数の計測を実行し、例えば、重なり領域のサイズ、重なり領域におけるフロント画像及びバック画像間での平均ピクセル強度差、バック画像におけるフロントスクリーンの重なりエッジの影の全体の遷移大きさ、若しくは、フロント画像における支配的な水平ラインの全体の遷移大きさのような、計測結果が範囲外の場合、前記リストから当該仮想を消去し（５０５）；、前記仮想リストに残存する各仮想における各連続したサブ画像に対して重なり領域の相関関数を算出し、関数最大値及び対のサブ画像間の水平距離を求め（５０６）；、各連続したサブ画像の対の間の水平距離の大きさをチェックし、該大きさが範囲外の場合に前記仮想リストから当該仮想を消去し（５０７）；、相関関数（複数でも可）の最大値の合算値に基づいて前記仮想リストに残存する各仮想に対して全体の最小感度を確立し（５０８）；、最大の最小感度の仮想を最も良好な候補に選択し（５０９）；、結合されたサブ画像からなる出力画像を生成するため、選択された仮想に基づいてサブ画像を結合処理する（５１０）を含む。５０５及び５０７のステップは、連続するサブ画像の対の局所レベルに基づいて動作し、これらの誤り仮想を拒絶するために大まかに定義された閾値で測定値を用いる。５０８のステップは、仮想の全体としてのレベルに基づいて動作し、５０９のステップは、最小感度に基づいて最も可能性のある候補を特定するため、全体のレベルに基づいて動作する。アルゴリズムを異なる解析レベルで動作させることによって、コンピュータ効率を大幅に向上しつつ、検出のロバストさに対する要求を満足することができる。

この本発明の詳細な実施例が、図１Ｇのスクリーン配列に基づいて説明される。この作業の精神は、交互、階段状、傾斜状若しくは他の任意の重なり配列に適用可能であることは理解されるべきである。

本発明の方法は、スクリーン画像をデジタルサブ画像に変換するＣＲリーダー、モニタ上で表示できる若しくは横長としてプリント出力できる出力画像を生成するために前記記憶から処理まで実行する、デジタルコンピュータやマイクロプロセッサのような画像プロセッサにより実行される。

本発明の初期ステップは、サブ画像の順番、向き及び重なりの考えられる固有の配列を全て含む仮想リストを構築することである。例えば、図８は、行Ａ乃至Ｈ、列１−６で、交互に重なるスクリーンの３つのスクリーンに対するサブ画像の考えられる全ての配列を示す。各仮想図では、正方形１，２，３は、個々のサブ画像を表わし、中の数字は、蛍光体スクリーンがＣＲリーダーにより走査されたときに固有に割り当てられる。白抜きの正方形は、対応するサブ画像が、Ｘ線源に近い側の蛍光体スクリーンから取得されたことを意味し、影のついた正方形は、Ｘ線源に遠い側の蛍光体スクリーンから取得されたことを意味する。サブ画像が回転されたとき、対応する数は、記号“’”が付される。例えば、“２’”は、サブ画像２が１８０°回転されたことを意味する。

より具体的には、行Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、上及び下のサブ画像がＸ線源に近く、中央のサブ画像がＸ線源から遠い、種々のサブ画像配列を示している。行Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈは、上及び下のサブ画像がＸ線源から遠く、中央のサブ画像がＸ線源に近い、種々のサブ画像配列を示している。Ａ行１列、乃至、Ａ行６列は、それぞれ、上から下までの画像配列を示す。即ち、１，２，３；１，３，２；２，１，３；２，３，１；３，１，２；及び３，２，１である。行Ｂ及びＣでは、サブ画像の３つの配列が、各ボックス内に示されている。Ｂ行１列は、サブ画像配列１^１，２，３；１，２^１，３；１，２，３^１を示し、Ｂ行２列は、サブ画像配列１^１，３，２；１，３^１，２；１，３，２^１を示す。同様に、Ｃ行１列は、サブ画像配列１^１，２^１，３；１^１，２，３^１；１，２^１，３^１を示し、Ｃ行２列は、サブ画像配列１^１，３^１，２；１^１，３，２^１；１，３^１，２^１を示す。更に進み、単一のサブ画像配列が、行Ｄ，Ｅ，Ｈのボックス内に示され、３つのサブ画像配列が、行Ｆ，Ｈのボックス内に示されている。行Ｂ列３，４，５；行Ｃ列３，４，５；行Ｄ列３，４，５；行Ｆ列３，４，５；行Ｇ列３，４，５；行Ｈ列３，４，５のボックスに対しては、示されていないが、示したサブ画像から容易に導出可能である。

次のステップは、各仮想における連続したサブ画像の各対に対して重なり領域を検出することである（図５の５０４参照）。これは、クリティカルなステップである、というのは、多くの解析が、重なり領域内で実行されるからである。バック画像における重なり領域は、比較的低い信号大きさを有し、フロントスクリーン重なり縁の影により画像の残りから簡易に分離される。フロントスクリーン重なり縁が、フロント画像において知られている場合、それをバック画像における影と対応させることができ、フロント画像における重なり領域は、バック画像の重なり領域のサイズに基づいて決定できる。フロント画像のフロントスクリーン重なり縁を確定論的に位置特定する一方法は、ＣＲリーダーに重なり縁を越えてフロント蛍光体スクリーンをオーバースキャンさせることであり、これは、通常的には利用可能でなく若しくは従来のＣＲリーダーで保証されていない。例えば図３Ｂに示す修正画像（要素３１０）を使用した場合、蛍光体スクリーンの上下の縁部が、オーバースキャンされ、それ故に、両縁部が、サブ画像ピクセルマトリックス中で完全に見ることができる（要素３１１，３１２）。

特定のサブ画像の対の重なる領域を検出するための次の説明は、ＣＲリーダーが全ての蛍光体スクリーンの上下の縁部の双方をオーバースキャンできることを想定する。多くの変形が本記載の精神に基づいて考え出されることは理解されるべきである。

スクリーン重なり縁部は、先ず、フロント及びバック画像から同様に位置特定され、次いで、バック画像内のフロントスクリーン重なり縁部の影が検出される。これらのステップは、図６に示されている。スクリーン重なり縁部を越える画像領域のピクセル値は、ＣＲリーダーの基線ノイズレベルを反映する。これは、蛍光体スクリーンから信号寄与が無いからである。結果的に、これらの領域でのピクセル値は、露光された画像領域に比して低く、それ故に、画像のスクリーン重なり縁部を横切る急なピクセル値増分／不連続がある。このピクセル値不連続は、スクリーン重なり縁部の方向及び位置を検出するために使用され、これは、多くの方法により実現できる。本発明の好ましい実施例では、検出は、（１）スクリーン重なり縁部近傍の大きなエッジ遷移ピクセルの全てを計算し、（２）スクリーン重なり縁部の候補遷移ピクセルのライン表現を実行することにより、実現される。

例としてフロント画像を使用して、図６は、検出プロセスの好ましい実施例を説明する。第１に、狭いバンド６０２が、フロント画像６００の端部から抽出される。どのようにして蛍光体スクリーンがＣＲリーダーで走査されているかに依存して、スクリーン端部縁部６０１の向きは、各走査間で取得画像において幾つかの度合いの変動を有することができる。それ故に、狭いバンドのサイズは、全体のスクリーン端縁が高い信頼性で抽出できるほど十分に大きくなければならない。２０４８ピクセルの幅を有する画像に対しては、狭いバンドのサイズは、約２００×２０４８ピクセルであるべきである。

第２に、画像の一次導関数が、鉛直方向で計算される。［−１，０，１］、［−１，０，０，０，１］若しくは［−１，０，０，０，０，０］等のような一次導関数演算子が好ましい、というのは、ピクセル値不連続性は、常に略水平であるエッジ方向を横切って発生するだけであるからであり、また、計算効率的な効果による。好ましい閾値が、より大きな大きさであり且つ下降する傾きである候補縁部遷移ピクセルのみを選択するために使用される。要素６０３は、このステップからの結果を示す。狭いバンドに２次元のローパスフィルタ処理を施すことは、検出精度を向上することを助けることがわかる。この本発明の好ましい実施例では、狭いバンドはローパスフィルタ処理される。

第３に、線形関数が、候補縁部ピクセルに適合され、最も適合するパラメータが、最小自乗誤りに到達したときに得られる。要素６０４は、縁部遷移ピクセルの上部に重畳された適合線形関数を示す。このプロセスは、バック画像の開始時に狭いバンド６１４内に上昇縁部遷移ピクセルが代りに探索される以外、同様に、バック画像６１０に対して実行される。

スクリーン重なり縁部がフロント画像でうまく見出されると、それは、画像位置合わせのため、バック画像のその影と比較される。バック画像におけるフロントスクリーン重なり縁部の影を位置特定するため、スクリーン重なり縁部を検出する際に使用された方法と類似するアプローチが使用される。これは、バック画像のピクセル値が、フロントスクリーンによる入射Ｘ線の高減衰に起因してスクリーン重なり領域内で強い信号強度減少を受けることから、可能である。フロント画像重なり縁部の影を検出するための狭いバンドの位置は、プライオリであるべきである、蛍光体スクリーン間の適切な重なりサイズに基づいて算出できる。狭いバンドのサイズは、探索範囲を広げるために拡大されてもよい。

本発明の全体のプロセスの最初に、スクリーン重なり縁部及びフロントスクリーンの候補影を検出することは、計算効率がよい。各サブ画像は、上部若しくは下部に重なりを備える仮想リスト内のバック画像として処理される機会を有するので、スクリーン重なり縁部及びフロントスクリーンの候補影の検出は、各画像の上部及び下部にて一回限りで実現できる。結果は、保存され後に使用される。用語“フロントスクリーンの候補影”は、連続するサブ画像の対のフロント画像に対して影が実際には存在せず、この場合、特定された線が検出領域内の単なる支配的な水平線であることから、使用される。それ故に各サブ画像に対してラインの２セットが存在し、一は、画像の上部に関連し、他の一は画像の下部に関連し、各セットは、スクリーン重なり縁部ライン及びフロントスクリーン重なり縁部の候補影ラインからなる。これらの４つのラインは、対応して、続く解析で使用される。ライン検出プロセスの副産物として、各ラインを横切る遷移大きさが、計算され、これは、ある範囲内のラインの２つの側での平均ピクセル値の差である。

理論的には、フロント画像におけるフロントスクリーン重なり及びバック画像におけるその影に対する適合関数の検出傾斜は、同一であるべきである。しかし、それらは、実際には、Ｘ線露光中の２つの蛍光体スクリーンの間のミスアラインメントや、読み出しプロセス中のＣＲリーダーでのスクリーン位置変動のような、幾つかの理由により数度だけ異なりうる。偏差は、フロントとバックの画像間の向きミスアラインメントを表わす。このミスアラインメントは、その大きさが全体の検出アルゴリズムの信頼性が影響を受けるようなレベルを超えた場合に、特に連続するサブ画像の対の間の相互関数の算出において、補正されなければならない。

ミスアラインメント補正は、フロント若しくはバック画像を回転させることによって実現される。フロント画像が回転される場合、回転角度は、θ＝atan(k)−atan(k_f)であり、k_f及びkは、それぞれ、フロント画像におけるフロントスクリーン重なり縁部、及び、バック画像におけるその影に対する適合関数の傾斜である。バック画像が回転される場合、角度は、θ＝atan(k_f)−atan(k)であり、両画像が回転される場合、角度は、フロント及びバック画像に対してそれぞれ−atan(k_f)及びatan(k)である。

バック画像におけるスクリーン重なり領域は、バックスクリーン重なり縁部とフロントスクリーン重なり縁部の影の間に位置し、これに基づいて、更なる解析のためにこのバック画像のスクリーン重なり領域が抽出される。フロント画像の重なり領域は、フロントスクリーン重なり縁部から始まり、バック画像の重なり領域の大きさと同一の大きさであり、これに基づいて、このフロント画像の重なり領域が抽出される。

補償ファクターが、ＣＲリーダーがスクリーン縁部を越えて読み出さないときに、重なり領域のサイズに適用できる。例えば、図３Ａの要素３２０は、ＣＲリーダーがリン光縁部から画像ピクセルのｍラインを読み損ねたことを示す。重なり領域は、それ故に、ｍラインだけより小さくなり、これに応じて補償がなされうる。これは、ＣＲ走査プロセス中においてスクリーンの向きの多様性が非常に小さい場合にのみ機能する。

次に、複数の測定が、各仮想の連続サブ画像の対毎に実行され、仮想が、測定結果が範囲外の場合にリストから外される。これらの測定は、重なり領域のサイズ、フロント画像及びバック画像内の重なり領域間の平均ピクセル強度差、バック画像におけるフロントスクリーンの重なり縁部の影の全体の遷移大きさ、若しくは、フロント画像における支配的な水平ラインの全体の遷移大きさ等を含む。

重なり領域のサイズは、設計によるカセット若しくはスクリーン保持具により定まる固定の最小及び最大範囲内であるべきである。例えば、１００から３００ピクセルラインの大まかに定義される範囲が、２００ピクセルラインの典型的な重なりサイズに対して使用される。

バック画像の重なり領域は、フロントスクリーンによる減衰に見舞われる。図９は、種々のＸ線ビームエネルギ（ｋＶｐ）での平均ピクセル値差を示す。このデータセットは、散乱防止用に各蛍光体の背後にリードホイルを有するコダック社の蛍光体スクリーンに基づく。この図は、フロントスクリーンの重なり領域でのピクセル値が、バックスクリーンのものよりも高いが、その差は、X線ビームエネルギの関数である、ある一定範囲内であるべきである、ということを示す。図９は、最大の差に特に関心が向けられている、というのは、平均入射X線ビームエネルギは、ビーム硬化効果に起因して撮像物体によりより高い端部に向けて押される傾向にあり、これがピクセル値の差を低減するからである。

各連続サブ画像の対間の重なり領域でのピクセル値差は、計算効率を改善するために、全体的及び局所的の双方で検査されてよい。全体のチェックを行うため、重なり領域における全体の平均ピクセル値が、フロント画像及びバック画像に対して別個に計算される。典型的に７０−９０ｋＶｐのＸ線が、完全な背骨及び完全な足の検査に使用され、対応したピクセル値差は、図９に基づいて５９０−７５０周辺のコード値である。最大値１０００は、それ故に、平均ピクセル値差に対して選択される。更に、最小値４０ｋＶｐが、使用され、フロント画像の重なり領域での平均ピクセル値がバック画像よりも高いことが保証される。最小値及び最大値の双方は大まかに定義され、ビームエネルギの多様性を考慮し、また、有効な仮想を早まって排除しないようにする。

重なり領域での平均ピクセル値は、また、検査の特定性を改善するために局所的に算出される。連続サブ画像の各対に対して、フロント画像及びバック画像の重なり領域は、８のような、同一の数のより小さい領域へと仕切られ、各小さな区画内の平均ピクセル値が、計算され、対応して比較される。最大値１０００は、全体の平均ピクセル値差の検査に対して同様の理由により選択される。重なり領域において記録画像情報間に幾らかの水平変位がありうるので、正確な変位の大きさを知らないと、局所平均ピクセル値の比較は、異なる画像コンテンツを比較するという危険に陥る。これを克服するために、局所領域のサイズは、最大水平変位よりも十分大きくあるべきであり(例えば、４倍)、これにより、対応する局所区画間の画像コンテンツ不一致が比較的小さくなることが保証される。更に、局所平均ピクセル値差に対して選択される許容範囲は、−１００のような、低い側の端部でより広くあるべきである。

仮想リストが、重なり領域の大きさのチェック及び重なり領域での平均ピクセル値差のチェックを受けた後、多数の誤り仮想が、リストから削除され、残りが、続く解析に通されることになる。

バック画像におけるフロントスクリーン重なり縁部の影の全体の遷移大きさのチェックは、リストに残存する各仮想の連続サブ画像の各対に対して実行される。この検査は、フロント蛍光体スクリーンから取得された幾つかのサブ画像がバック画像として扱われる仮想を除去することである。影ラインは、フロントスクリーン重なり縁部により導かれると予測されるので、図９に示すように、最小の遷移大きさは、最小閾値よりも大きくあるべきである。

フロント画像における支配的な水平ラインの全体の遷移大きさのチェックも、リストに残存する各仮想の連続サブ画像の各対に対して実行される。フロント画像はバック画像が重なり領域で受けるのと同一の減衰を受けず、また、フロント画像の画像特徴は、一般的に連続的であるべきであるので、水平ラインの全体の遷移大きさは、ある最大値を超えるべきでない。

尚、全体の検出プロセスは、上述のチェックプロセスの何れかの終了時にリストに唯一の仮想が残存する場合、完了できる。この場合、最後の仮想は、結合のためのサブ画像の最も可能性のある配列を含む。

連続のサブ画像間で相互関数を算出することは、全体の検出プロセスにおいて最も計算的に進歩性のあるステップである。それは、それ故に、最後の２，３の処理ステップ内に配設される。連続サブ画像の各対間の重なり領域で記録される画像コンテンツは、対応するピクセル間の、幾つかの水平変位、y＿offsetを除いて、同一である。この特性は、相関関数により最も良く特徴化される、というのは、それは、２つの重なり領域が最も一致する場所にて、即ちy＿offset点で、最大となるからである。相関関数は、水平方向でのみ算出される必要がある、というのは、２つの重なり領域は、この方向でしか変位しないからである。関数は、次式を用いて算出される。

ここで、F（ｘ_ｉ、ｙ_ｊ）及びＢ（ｘ_ｉ、ｙ_ｊ）は、それぞれ、フロント画像及びバック画像からの抽出重なり領域での（ｘ_ｉ、ｙ_ｊ）でのピクセル値であり、Δは、相関性に対する水平変位パラメータである。

本発明の好ましい実施例では、正規化相関関数が、次式を用いて算出される。

これは、正規化相関関数が、画像ピクセル値大きさから独立し、それ故に、比較により適しているからである。

本発明の好ましい実施例では、相関関数はフーリエ法を用いて算出される。

図７は、この動作の好ましい実現を示す。第１に、重なり領域７０２，７０３が、それぞれ、フロント画像及びバック画像から抽出される。第２に、要素７０４は、７０２の一部を抽出することにより得られ、次いで、７０３と相関が取られ、相関関数ｃ（Δ）、７０６が生成される。同様の結果は、７０３の一部を７０２に対して相関を取ることによって、達成できる。第３に、関数の最大値ｃ_ｍａｘが、検出され、対応するΔの値が、y＿offset、７０７として特定される。

スキンライン、組織境界、骨のエッジ、平行化境界(図３Ａの要素３０４)及びハードウェアラベル等を含む７０２及び７０３でのエッジ情報は、相関に対して最も有用な情報をもたらすので、本発明の好ましい実施例では、低周波数のコンテンツが、相関のロバスト性を改善するために、７０２及び７０３から取り除かれる。平行化の影(要素３０４)の存在が、y＿offsetを見出す際のアルゴリズムロバスト性を改善する補助をすることがわかった。それ故に、Ｘ線露光中の平行化を使用することが推奨される。

通常的に相関関数は、円滑であるが、固定のグリッドがＸ線露光中に使用される場合、それは、取得画像に周期的ラインパターンのアーチファクトを付与する。このアーチファクトは、グリッドが鉛直方向に向くときに特に支配的となり、自身で相関を取ることができ、背景の相関関数の上部に周期的な小さなスパイクを導く原因となる。このアーチファクトは、真の関数最大値の位置を決定する際の精度にマイナスの影響を及ぼす。この問題に対処するため、相関関数のローパスフィルタ処理が、最大値探索前に使用される。

y＿offsetは、ある一定の範囲内にあるべきである、というのは、それは、２つのサブ画像間の水平変位の大きさがどのくらいあるかを指示するからである。この範囲は、カセット／スクリーンを保持するハードウェア固定具により定まる。y＿offsetの値のチェックは、それ故に、実行され、y＿offsetが、＋／−７０ピクセルのような、最大の許容範囲を超えた場合に、対応する仮想が拒絶される。

特別な状況は、ｃ（Δ）が一定であることであり、これは、２つの連続サブ画像の重なり領域が相関しないことを意味する。対応した仮想は拒絶される。

最後に、各仮想に対して最小感度（フィガ・オブ・メリット）関数が確立され、最も高いスコアの仮想が、全体の検出プロセスに対する最も可能性のある候補として選択される。上述のプロセスの全ては個々の仮想の局所レベルで動作し、この段階のみが、全ての考えられる仮想を比較しようとする全体レベルで動作する。本発明の一実施例では、仮想の最小感度関数は、全ての連続サブ画像の対の正規化相関関数の最大値の合算値に基づいて構築される。特に以下の式で表わされる。

ここで、ｃ_{ｍａｘ＿ｋ}は、仮想内のｋ番目の連続サブ画像の対の相関関数の最大値である。全ての最大値の合算を取ることによって、個々のサブ画像の対の算出最大値における小さな誤り若しくは偏りが最小化される。

検出された仮想に基づいて、サブ画像は、必要な場合１８０°回転され、順に再配列され、次いで、共に結合される。

本発明は、デジタル化されている従来のＸ線写真画像を重ねることで得られるデジタル画像にも適用可能であることは、理解されるべきである。

複数の記憶蛍光体カセットを示し、各カセットが交互に配設された一の蛍光体スクリーンを備え、蛍光体スクリーンをカセット内の鉛直の実線で示す、図である。 複数の記憶蛍光体カセットを示し、各カセットが階段状で配設された一の蛍光体スクリーンを備え、蛍光体スクリーンをカセット内の鉛直の実線で示す、図である。 複数の記憶蛍光体カセットを示し、各カセットが傾斜位置で配設された一の蛍光体スクリーンを備え、蛍光体スクリーンをカセット内の鉛直の実線で示す、図である。 複数の記憶蛍光体カセットを示し、各カセットが交互で配設された一の蛍光体スクリーンを備え、スクリーンが、単一の拡大された長さのカセットに収容されても良いことを示す、図である。 複数の記憶蛍光体カセットを示し、各カセットが階段状で配設された一の蛍光体スクリーンを備え、スクリーンが、単一の拡大された長さのカセットに収容されても良いことを示す、図である。 複数の記憶蛍光体カセットを示し、各カセットが傾斜位置で配設された一の蛍光体スクリーンを備え、スクリーンが、単一の拡大された長さのカセットに収容されても良いことを示す、図である。 カセットの前に(Ｘ線源に近い側に)スクリーンが配置される交互配列で配設された記憶蛍光体スクリーン／カセットのセットからなる構成を示す概略図である。 図１に示す他の如何なる構成も画像の取得に使用されて良いが、図１Ｇに示す交互の蛍光体スクリーン／カセット構成を用いた画像取得方法を示す概略図である。 図１Ｇに示す構成を用いて取得される３つのサブ画像を示し、中央の画像３０２は、記憶蛍光体スクリーン(スクリーン自体若しくはカセット内のスクリーン)上に記憶され、上部の画像３０１及び下部の画像３０３は、中央のスクリーンの背後に配列された２つの記憶蛍光体スクリーン(スクリーン自体若しくはカセット内のスクリーン)上に記憶され、中央のスクリーンの上縁が画像３０１中に記録され、底縁の影が画像３０３中に記録されている、概略図である。 図３Ａの中央画像の修正を示す概略図である。 フロントスクリーン、バックスクリーン、フロントスクリーン重なり縁部、及び、バックスクリーン重なり縁部を示す概略図である。 フロントスクリーン、バックスクリーン、フロントスクリーン重なり縁部、及び、バックスクリーン重なり縁部を示す概略図である。 本発明の方法の一実施例を示すフローチャートである。 フロント画像及びバック画像の双方におけるスクリーン重なりの位置及び向きを自動的に見つけ、バック画像内のフロントスクリーン重なり縁部の影の位置及び向きを見つけるのに使用される主要画像処理ステップを示す概略図である。 連続サブ画像の対の間の重なり領域に対して相関関数を算出するのに使用される主要画像処理ステップを示す概略図である。 ３つのスクリーンが交互配列で使用されたときのサブ画像の異なる空間的順番、向き及び重なり配列を含む全ての仮想を列挙する図である。 Ｘ線ビームエネルギの関数としてスクリーン減衰レベルを示す図である。

符号の説明

１０１ カセット
１０２ 記憶蛍光体スクリーン
６００ フロント画像
６０１ スクリーン端部縁部
６１０ バック画像

Claims (3)

1. 結合された完全な画像を構成するための、部分的な放射線画像の自動配列決定方法であって、
   長い対象物の少なくとも２つの放射サブ画像を、重なり合う記録メディアにより、取得する取得ステップと、
   前記記録されたサブ画像をデジタル画像の変換し、保存する変換ステップと、
   サブ画像の順番、向き及び重なりの考えられる全ての固有の配列を含む仮想リストを構築するステップと、
   各仮想における各連続したサブ画像の対に対して重なり領域を検出するステップと、
   各仮想の連続したサブ画像の対毎に複数の異なる計測を実行し、計測結果が範囲外の場合に前記リストから当該仮想を消去するステップと、
   前記仮想リストに残存する各仮想における各連続したサブ画像に対して重なり領域の相関関数を算出し、関数最大値及び対のサブ画像間の水平距離を求めるステップと、
   連続したサブ画像の各対の水平距離の大きさを検出し、該大きさが範囲外の場合に前記仮想リストから当該仮想を消去するステップと、
   相関関数の最大値の合算値に基づいて前記仮想リストに残存する各仮想に対して全体の最小感度を確立するステップと、
   最大の最小感度の仮想を最も良好な候補に選択するステップと、
   結合されたサブ画像からなる出力画像を生成するため、選択された仮想に基づいてサブ画像を結合処理するステップとを含む、方法。
2. 前記取得ステップにおいて、前記長い対象物は、個人の足若しくは背骨を含む人体部である、請求項１記載の方法。
3. 前記取得ステップは、重なる記憶蛍光体スクリーンにより行われ、前記変換ステップは、デジタルメモリに記憶されるデジタルサブ画像を生成する記憶蛍光体CRリーダにより実行される、請求項１記載の方法。

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