JP2005324058A - 放射線画像処理装置、放射線画像用装置、放射線画像用システム、プログラム、コンピュータ可読記憶媒体、及び放射線画像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 診断に適した胸部動態画像を得ることのできる放射線画像処理装置等を提供すること。
【解決手段】 呼吸状態にある被写体胸部の呼吸動態を示す複数の胸部放射線画像から構成される胸部動態画像を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された前記胸部動態画像を構成する各胸部放射線画像における所定の解剖学的領域を認識する領域認識手段と、前記領域認識手段により認識された前記解剖学的領域に基づいて、前記各胸部放射線画像の位置合せを行う位置合せ手段とから、放射線画像処理装置を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、呼吸を伴いながら撮影された放射線画像を処理するための放射線画像処理装置、放射線画像用装置、放射線画像用システム、プログラム、コンピュータ可読記憶媒体、及び放射線画像処理方法に関するものである。

近年においては大面積の半導体イメージセンサを使用し、被写体の放射線画像を撮影するシステムが開発されている。このシステムは、従来の銀塩写真を用いる放射線写真システムと比較して、極めて広範囲の放射線露出域に渡って画像を記録できるという実用的な利点を有している。即ち、極めて広範囲のダイナミックレンジのＸ線を、光電変換手段を用いて電気信号として読み取り、この電気信号をさらにディジタル信号に変換する。このディジタル信号を処理して、写真感光材料等の記録材料、ＣＲＴ等の表示装置に、可視像として放射線画像を出力することにより、放射線露光量がある程度変動しても良好な放射線画像が得られる。

半導体イメージセンサを使用した撮影では、従来の静止画像を中心とした画像診断に代わって、呼吸を伴いながら肺を撮影する呼吸動態撮影が新たな病理情報を提供するものとして期待されている。この呼吸動態撮影とは、肺を十分に膨らませた状態から肺を十分に縮ませた状態までの画像を動画像として撮影することを意味しており、好適には肺の膨張期及び収縮期からなる呼吸の１周期を動画像として撮影するのがよい。

胸部静止画像撮影の場合は、患者が顎当てに顎をのせた状態で静止し、その間に胸部画像が撮影される。しかし、呼吸を伴った撮影では、患者が顎当てに顎をのせた状態を維持することが困難であり、特に病気で体力の弱った患者の場合には、顎を顎当てに載せない状態で撮影することが考えられる。

このような肺の動態撮影においては、患者体動が発生する可能性がある。つまり、センサ領域中での胸郭の位置が変動する可能性が十分に考えられる。そして、このように撮影された画像を順次切替え表示して診断すると、画像間で胸郭が移動しているので病変も移動してしまい診断がしにくい。

また、このような動態撮影画像にコンピュータ診断支援（ＣＡＤ）技術を適用することを考えると、病変を追跡して、その動的な変化を抽出する際に、胸郭移動による追跡ミスが発生しやすくなる。

本発明は、このような問題を解決し、診断に適した胸部動態画像を得ることのできる放射線画像処理装置、放射線画像用装置、放射線画像用システム、プログラム、コンピュータ可読記憶媒体、及び放射線画像処理方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するための第１の発明は、呼吸状態にある被写体胸部の呼吸動態を示す複数の胸部放射線画像から構成される胸部動態画像を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された前記胸部動態画像を構成する各胸部放射線画像における所定の解剖学的領域を認識する領域認識手段と、前記領域認識手段により認識された前記解剖学的領域に基づいて、前記各胸部放射線画像の位置合せを行う位置合せ手段とを有することを特徴とする放射線画像処理装置である。

第２の発明は、前記位置合せ手段による位置合せ後の前記各胸部放射線画像から構成される胸部動態画像を表示する表示手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の放射線画像処理装置である。

第３の発明は、前記位置合せ手段による位置合せ後の前記各胸部放射線画像から構成される胸部動態画像に対し、画像診断支援のための解析処理を行う画像解析手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の放射線画像処理装置である。

第４の発明は、前記解剖学的領域は肺野領域を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線画像処理装置である。

第５の発明は、前記位置合せ手段は、前記肺野領域における所定の基準領域に基づいて前記各胸部放射線画像の位置合せを行うことを特徴とする請求項４に記載の放射線画像処理装置である。

第６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線画像処理装置を構成する各要素を有することを特徴とする放射線画像用装置である。

第７の発明は、複数の装置が互いに通信可能に接続されてなる放射線画像用システムであって、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線画像処理装置を構成する各要素を有することを特徴とする放射線画像用システムである。

第８の発明は、コンピュータを所定の手段として機能させるためのプログラムであって、前記所定の手段は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線画像処理装置を構成する各手段を含むことを特徴とするプログラムである。

第９の発明は、請求項８に記載のプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ可読記憶媒体である。

第１０の発明は、呼吸状態にある被写体胸部の呼吸動態を示す複数の胸部放射線画像から構成される胸部動態画像を入力する入力工程と、前記入力工程において入力された前記胸部動態画像を構成する各胸部放射線画像における所定の解剖学的領域を認識する領域認識工程と、前記領域認識工程において認識された前記解剖学的領域に基づいて、前記各胸部放射線画像の位置合せを行う位置合せ工程とを有することを特徴とする放射線画像処理方法である。

本発明によれば、診断に適した胸部動態画像を得ることのできる放射線画像処理装置、放射線画像用装置、放射線画像用システム、プログラム、コンピュータ可読記憶媒体、及び放射線画像処理方法を提供することができる。

本発明の好ましい実施形態を、添付図面（図１乃至１０）を参照しながら詳細に説明する。図１は本実施形態に係るシステムの構成を示す。図１において、４はアモルファス半導体と蛍光スクリーンとから構成される２次元センサで、その画素サイズは１６０μ×１６０μ、その画素数は２６８８ｘ２６８８である。センサ４は、ここでは、立位撮影用として用いられ、スタンド５に取り付けられている。

Ｘ線管球２は、天井懸垂手段３で天井に支持され、患者の体格に合わせて移動可能になっている。Ｘ線管球２から曝射されたＸ線は患者を透過してセンサ４に到達する。Ｘ線は蛍光スクリーンで可視光に変換され、当該可視光はアモルファス半導体を用いて画像データに変換される。撮影のタイミングは、撮影技師などにより撮影指示手段９から指示される。当該指示に基づいて、システム制御手段８がＸ線制御手段２及びセンサ駆動手段１１を制御することにより、Ｘ線画像が取得される。

患者の呼吸サイクルは、吸気モードと呼気モーとから構成される。吸気モードとは、患者が息を吸い込んでいくモードであり、それに連れて胸郭中での肺野の領域が大きくなり、横隔膜が押し下げられる。呼気モードとは、患者が息を吐出していくモードであり、それに連れて肺野の領域が小さくなり、横隔膜が上がってくる。

呼吸サイクルとは１回の呼気モードと吸気モードとが含まれる呼吸運動の１周期を言う。撮影技師等の操作者による撮影指示手段９からの指示に基づくＸ線曝射期間中に、呼吸サイクル中の複数の画像が収集される。図２の上段に、呼吸サイクル中に撮影された代表的な３枚の画像を示す。前述したように呼吸に伴って胸郭が移動している。

つまり、呼吸動画撮影の際は、胸郭を動かさないように呼吸するのは患者にとっては必ずしも容易ではない。本実施形態では、１秒間に３回のＸ線パルスが曝射され、そのパルスＸ線に対応する画像が取り込まれるように構成しているため、吸気モード５秒間、呼気モード５秒間、計１０秒の呼吸サイクルを撮影する場合、得られる画像数は３０枚となる。

図２では呼気モード中の３枚の画像を示している。図中の破線は、１枚目の画像の胸郭位置を特定するための線であるが、この破線に胸郭が接するように収集された画像をシフト（移動）したものが、図２の下段に示す３枚の画像である。

図２は、本発明の目的としての体動補正を概念的に示したものである。

撮影された画像は、センサ駆動手段１１を介して画像処理手段１２に送信される。画像処理手段１２は画像を解析することにより、収集された画像のシフトによる胸郭位置合わせを行い、画像保存手段１３は位置合せされた画像を保存する。画像処理手段１２はコンピュータを用いて構成され、画像保存手段１３は当該コンピュータのメモリあるいは磁気ディスクで構成される。

保存された画像は、操作者によって操作される不図示の指示手段からの指示に基づき、画像表示手段１４により順次動画表示される。上記の各手段はシステムバス７を介してシステム制御手段８に接続されている。システム制御手段８は上述の各手段の駆動のタイミングやデータの流れ等の制御を行う。システム制御手段８はコンピュータプログラムに従って動作するコンピュータで構成することができる。

画像処理手段１２により実行される画像処理の工程を図３を用いて説明する。

図２に示されるような呼吸サイクルを含む期間にわたり、画像が約３０枚（以下Ｎ枚とする）撮影されたとすると、Ｎ枚の画像が画像処理手段１２に入力される（工程３１）。それぞれの画像に対して肺野領域抽出処理が実行される（工程３２）。

肺野領域抽出工程３２では、胸部正面画像中から肺野の領域が抽出される。図４に典型的な胸部正面画像のヒストグラムを示す。ヒストグラムは３つの山から構成される。それぞれの山は、図８に示されるような、肺野領域８１、Ｘ線素抜け領域８２およびその他の領域８３（縦隔部、心臓、横隔膜下領域等）に対応する。肺野の領域を特定するには、図４に示される閾値１と閾値２との間の画素値か否かで画像を２値化すればよい。

図５に図４に示したヒストグラムに対する累積ヒストグラム、及び累積ヒストグラムを直線回帰した際の直線を示す。経験的に累積ヒストグラムとその回帰直線とが交わる交点の画素値が閾値１を示す。具体的には、図６に示すように、累積ヒストグラムとその回帰直線との誤差（差分）を計算し、当該誤差がゼロクロスする点が閾値１を示す。

以上により、閾値１が求まったので、閾値１以上の画素値を示す領域を画像から除外して、残った領域のヒストグラムを計算すると、図７のヒストグラムが計算できる。図示は省略するが、図７のヒストグラムの累積ヒストグラムと、その回帰直線との差分を計算し、当該差分がゼロクロスする点を求めると、その点の画素値が概ね閾値２に対応する。閾値１と閾値２との間の画素値を１、それ以外の画素値を０にするように胸部の入力画像を２値化すると、肺野領域を抽出できる。この２値画像を肺野２値画像と呼ぶ。

次に、肺野２値画像に基づき胸郭位置を決定する（工程３１）。この決定方法は、肺野２値画像の垂直方向及び水平方向のプロジェクションを計算することにより行われる。図９に示すように肺野２値画像のプロジェクションは比較的急峻な立ちあがり分布を示すので、求められたプロジェクションに対して予め決られた値による２値化を行うことによって、破線で示されるように胸郭領域を特定することが可能である。

各画像に対する胸郭の位置が決定されると、基準となる胸郭位置に各画像がシフト（移動）される（工程３４）。シフトは、（１）肺の上部（肺尖）が一致するように、かつ（２）胸郭の左右各領域のずれを小さくするため中央が一致するように、シフトされる。シフトの目標となる胸郭位置は予め決められた位置であってもよいし、撮影された最初の画像の胸郭位置であってもよい。

画像シフト工程３４において、画像を大きくシフトした場合に画像の不足が生じる場合がある。このような場合、画像の不足部分に値を書き込まなければ連続画像表示をした際に、一部の画像の背景に輝度の異なる画像が表示されることになり、画像が見苦しくなる問題がある。

図１０に例が示されるように、これを回避するためには、画像の不足部分を上述のＸ線素抜け領域の画素値で埋めることによって、違和感のない画像を得ることが可能になる。素抜け領域の画素値は、上述の肺野領域抽出工程３２において求まっている。もちろん、素抜け領域の画素値に限定されるものではなく、比較的輝度の低い中間的な輝度値を使用してもよい。

異なる実施形態としては、以上の実施形態で位置合わせされた画像に対してコンピュータ診断支援（ＣＡＤ）技術のような解析処理を行うことが考えられる。

ＣＡＤ技術は、画像中から病変の候補を検出し、または指定された病変のサイズを自動計測して表示し、医師の診断を支援する技術である。このようなＣＡＤ技術は従来１枚の静止画像、あるいは経時的に撮影された複数の静止画像を対象に行われていたが、呼吸を伴う複数枚の画像を対象にしては行われていなかった。

呼吸を伴う複数枚の画像のそれぞれに対して肺結節の検出を行う際に、予め胸郭の位置合わせを行っておくと、病気の可能性ありとして検出された結節の画像間でのシフトをキャンセルすることが可能になる。ただし、呼吸に伴った病変の移動はキャンセルすることができない。

個々のＣＡＤ技術に関しては、先行技術を参照することができるので、ここでは詳細に説明しないが、診断支援の目的に応じて異なる技術が必要になる。胸部画像の場合は大まかに陰影診断支援とテクスチャ疾患診断支援とに分類できる。

陰影診断支援には、胸部画像中の石灰化、腫溜状の癌、あるいはマンモグラム画像中の腫溜（ＭＡＳＳ）の検出に使用されるプロセスが必要である。テクスチャ疾患診断支援には、胸部画像中に発見される間質性肺炎などの検出に使用されるプロセスが必要である。テクスチャ疾患診断支援に使用される技術及び特徴量に関しては、例えば、以下の文献を参照することができる。
桂川茂彦、他：間質性疾患のコンピュータ診断支援の可能性、日本医学放射線学会誌、５０：７５３−７６６、１９９０。
佐々木康夫、他：じん肺標準写真のテクスチャ解析による定量評価、日本医学放射線学会、５２：１３８５−１３９３、１９９２。

以上説明したように、本実施形態によれば、胸郭の位置合わせが行われ、病変部の体動による移動がキャンセルされているため、診断がしやすくなる。また、同様の理由でＣＡＤの解析精度の向上にも効果を発揮する。

（他の実施形態）
本発明を、複数の装置（例えば、１以上の画像処理装置、１以上のインターフェース、１以上の放射線撮影装置、及び１以上のＸ線発生装置、等）から構成されるシステム、又は画像処理装置及び放射線撮影装置を統合した構成等のいずれにも適用可能であることは言うまでもない。

また、本発明の目的は、上述の実施の形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（ＣＰＵ又はＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても、達成されることは言うまでもない。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述の実施の形態の機能を実現することとなり、当該プログラムコード、及び当該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。

プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等を用いることができる。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述の実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述の実施の形態の機能が実現される場合も本発明を構成することは言うまでもない。

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された拡張機能ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニット等に備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニット等に備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述の実施の形態の機能が実現される場合も本発明を構成することは言うまでもない。

本発明が上述のプログラムコード及びコンピュータ可読記憶媒体に適用される場合において、当該プログラムコードは、例えば、上述の実施の形態において記述された図３で示されるフローチャートに対応するプログラムコードであり、また当該記憶媒体は、例えば、当該フローチャートに対応するプログラムコードを格納する。

システム構成図 胸郭位置合わせの概念図 画像処理手段１２による処理を示すフローチャート 胸部正面画像のヒストグラム 累積ヒストグラムとその回帰直線とを示す図 累積ヒストグラムとその回帰直線との誤差 閾値１以下の胸部正面画像のヒストグラム 胸部正面画像の模式図 肺野２値画像のプロジェクションの説明図 シフトによる画像の不足の説明図

符号の説明

１２ 画像処理手段

Claims (10)

1. 呼吸状態にある被写体胸部の呼吸動態を示す複数の胸部放射線画像から構成される胸部動態画像を入力する入力手段と、
   前記入力手段により入力された前記胸部動態画像を構成する各胸部放射線画像における所定の解剖学的領域を認識する領域認識手段と、
   前記領域認識手段により認識された前記解剖学的領域に基づいて、前記各胸部放射線画像の位置合せを行う位置合せ手段とを有することを特徴とする放射線画像処理装置。
2. 前記位置合せ手段による位置合せ後の前記各胸部放射線画像から構成される胸部動態画像を表示する表示手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の放射線画像処理装置。
3. 前記位置合せ手段による位置合せ後の前記各胸部放射線画像から構成される胸部動態画像に対し、画像診断支援のための解析処理を行う画像解析手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の放射線画像処理装置。
4. 前記解剖学的領域は肺野領域を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線画像処理装置。
5. 前記位置合せ手段は、前記肺野領域における所定の基準領域に基づいて前記各胸部放射線画像の位置合せを行うことを特徴とする請求項４に記載の放射線画像処理装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線画像処理装置を構成する各要素を有することを特徴とする放射線画像用装置。
7. 複数の装置が互いに通信可能に接続されてなる放射線画像用システムであって、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線画像処理装置を構成する各要素を有することを特徴とする放射線画像用システム。
8. コンピュータを所定の手段として機能させるためのプログラムであって、
   前記所定の手段は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線画像処理装置を構成する各手段を含むことを特徴とするプログラム。
9. 請求項８に記載のプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ可読記憶媒体。
10. 呼吸状態にある被写体胸部の呼吸動態を示す複数の胸部放射線画像から構成される胸部動態画像を入力する入力工程と、
    前記入力工程において入力された前記胸部動態画像を構成する各胸部放射線画像における所定の解剖学的領域を認識する領域認識工程と、
    前記領域認識工程において認識された前記解剖学的領域に基づいて、前記各胸部放射線画像の位置合せを行う位置合せ工程とを有することを特徴とする放射線画像処理方法。
    

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