JP2007029681A - 歯科用デジタルｘ線画像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歯科用デジタルＸ線画像はその鮮明度が同アナログＸ線画像に比較し劣ると言われる。これに対し、歯科医師が診断する上で重要な対象物のコントラストを改善し、かつ粒状性を悪化させない即時性のある画像処理装置を提供できるようにする。
【解決手段】歯科用デジタルＸ線画像において、その１画素の大きさと歯科医学で診断上重要な対象物の鮮鋭度を考慮した上でのマルチ周波数処理を行う。これで粒状性の悪化を最小限にとどめると同時に、前記マルチ周波数処理用の係数を汎用オペレータ上に定め、強調補正をオペレータ上で一括処理することにより、パソコン上でも処理の即時性を持たせる。
【選択図】 図１

Description

本発明は歯牙及びその周辺組織のＸ線撮影によるデジタル画像データを補正するため、複数の空間周波数帯での周波数処理を行う画像処理方法に関するものである。

歯科用Ｘ線画像の中で、診断に必要としながらその構造が微細であるため撮影と読影の両面で困難な対象物に、隣接面カリエス・歯根膜空隙・歯槽硬線・骨梁などがあり（以下、歯科Ｘ線関心対象物という）、いずれもそれが最小の大きさのとき数百ミクロン単位の構造物である。

さらに近年、歯科用Ｘ線画像がデジタル画像として読み出される事も多くなった。しかし従来のフィルム画像に比べ解像力が若干落ちると言われ、これはデンタルをはじめとする口内法でその傾向が著しい。

特に前記歯科Ｘ線関心対象物に対して、デジタル画像では表現力が不足するという主張がみられ、物理的特性に関してもデジタル画像は、細かい画像においてコントラストが劣るとされる。

これに対し、基点画素の明るさと前記基点画素から所定範囲内にある画素の明るさの平均値との差分信号を算出し、この差分を強調する手段が考えられた。（特許文献１）。

また非特許文献２にはデジタルＸ線画像に対するマルチ周波数処理が記載されている。これはデジタル画像から特定空間周波数帯毎の差分信号を算出し、求められる強調成分を任意にコントロールするものである。

非特許文献２の中で、前記マルチ周波数処理は（１）（２）（３）の数式で示されており、Ｓｏｒｇは原画像、βは強調度をコントロールする係数としている。

特開２０００−１７５９０５ 「Ｆｕｊｉ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｎｏ．８ ５７頁 山田ほか」平成１１年４月１日発行 富士メディカルシステム（株）

ここで前記歯科用デジタルＸ線画像について前記マルチ周波数処理の有用性を調べたところ、前記マルチ周波数処理の一部を簡略化しても前記歯科Ｘ線関心対象物が強調され、診断に効果があることが判明した。

簡略化した内容は、数式（１）のβ（Ｓｏｒｇ）を定数Ｋにしたこと、数式（２）のｆｍを考慮からはずしたこと、数式（３）については算出する空間周波数帯を、前記歯科Ｘ線関心対象物に近似する空間周波数帯の１個または２個に絞ったことである。詳細な手順については、発明を実施するための形態の項で後述する。

ただし、こうした前記マルチ周波数処理の簡略化を行っても処理時間は１分を越え、即時性のある処理はできなかった。

特許文献１による強調処理においては、医師が診断に必要とする関心領域以外にも強調が加えられるため、粒状性を悪化させるケースがある。

このためＸ線画像の中で、前記歯科Ｘ線関心対象物にノイズがのり、診断能をかえって低下させる危険性があった。

一方、非特許文献２記載の前記マルチ周波数処理は、一般医科を対象として開発が進んだため、歯科Ｘ線画像に対してどの領域を強調するかの定められた手法が無かった。

また前記マルチ周波数処理では、数式（１）（２）のように一般医科用Ｘ線画像の画質向上のため様々なパラメータが計算式に取り込まれており、さらには、その係数の一部を簡略化したとしても、パソコンレベルの処理速度ではフィルタ処理に時間がかかり、また処理時間を短縮させるソフト開発には高度なスキルが要求された。

第１の手段として、デジタルＸ線画像から複数の空間周波数で平滑化画面を育成し、隣接する周波数の前記平滑化画面から強調用差分信号を育成し、前記強調用差分信号の１つまたは複数を原画像に加算することにより、前記デジタルＸ線画像を補正するマルチ周波数処理であって、歯科用デジタルＸ線画像において、隣接面カリエス・歯根膜空隙・歯槽硬線・骨梁など歯科Ｘ線関心対象物の鮮鋭度に特化した前記マルチ周波数処理を、必要とされる空間周波数における強調補正用オペレータとして表記し、前記歯科用デジタルＸ線画像を一括して補正する画像処理である。

第２の手段として、前記強調補正用オペレータの係数について、複数の空間周波数帯の要素を複合させた設定を行い、複数の周波数帯において前記歯科用デジタルＸ線画像を一括して補正する画像処理である。

第３の手段として、前記歯科Ｘ線関心対象物の鮮鋭度と前記歯科用デジタルＸ線画像の１画素の大きさから、前記強調補正用オペレータを自動的に選択するものである。

第４の手段として、前記強調補正用オペレータの中央の係数値を上下させることにより、補正処理の強弱調整を前記オペレータ上で行う画像処理である。

第５の手段として、前記平滑化画像を育成する際、前記歯科用デジタルＸ線画像の少なくとも一つの画素を基点として矩形状、または菱形、または同心円の範囲で算出することを特徴とした、前記強調補正用オペレータを作成する画像処理である。

以上の手段を用いると、前記歯科用デジタルＸ線画像（図２）の中で隣接面カリエス・歯根膜空隙・歯槽硬線・骨梁など、診断に必要としながらその構造が微細であるため撮影と読影の両面で困難な対象物の明瞭度が増した。その際、従来の鮮鋭化フィルタによる画像（図３）に比較し粒状性が悪化する程度が軽減し、診断に有利な画像（図４）が得られた。

一方オペレータを用いることにより、前記歯科用デジタルＸ線画像において既存の方法では１分以上かかった補正処理が、同一パソコンでも数秒の単位で処置できた。また、その処理ルーティンの開発は容易で、さらに一般的なフォトレタッチソフトを用いても強調処理が可能となった。

本発明による、前記歯科用デジタルＸ線画像に対する強調補正処理の流れをまとめると図１のようになる。ここで図１の最初の手順であり第１の手段としての、マルチ周波数処理による強調補正用オペレータの係数の設定法について、実際の歯科用デジタルＸ線画像を例に記述する。

歯科用デジタルＸ線原画像（図５）に前記マルチ周波数処理を加えるには、まず前記原画像より平滑化画像を作成する。例えば数式（３）のＮが３、５、７の時の平滑化画像は、それぞれ図６、図７、図８のオペレータを用いることにより、図９、図１０、図１１として育成される。

次に、図５と図９、図９と図１０、図１０と図１１から差分信号を抽出し、それぞれ図１２、図１３、図１４を得る。これらは、各空間周波数帯における強調用信号ともいえる。

ここで前記差分信号である、図１２、図１３、図１４を見比べると、本例における前記歯科Ｘ線関心対象物を強調している画像は図１３であり、この図１３を原画像である図５に適度な割合でブレンドし強調補正処理を行ったものが図１５である。

これら一連の処理が、前記マルチ周波数処理を簡略化し前記歯科用デジタルＸ線画像に対して応用する手順であるが、それでもパソコンでは処理時間がかかるため、これらの手順を一括処理できる強調補正用オペレータの係数を作成する。

前例の図９と図１０の差分信号に原画像を適度にブレンドして前記マルチ周波数処理を行う場合は、図６と図７のオペレータによる平滑化画像の差分に原画像を適度にブレンドすることとなり、これに相当する強調補正用オペレータの係数の一例として図１６が考えられ、図５を原画像とする前記マルチ周波数処理を行い、図１５を得るのに数秒単位の時間しかかからない。

また図１０と図１１の差分信号に原画像を適度にブレンドして前記マルチ周波数処理を行う場合は、図７と図８のオペレータによる平滑化画像の差分に原画像を適度にブレンドすることとなり、これに相当する強調補正用オペレータの係数の一例として図１７が考えられる。

実際の補正処理は、前記強調補正用パラメータの係数をもとに数式４において行われる。

但し、Ｐｉは画像のピクセルの値、Ｃｉはパラメータの係数を示す。また、図１６のパラメータの場合ｋ＝２５、図１７のパラメータの場合ｋ＝４９であり、ｍの値の例として前者では８０、後者では８があげられる。

以上が第１の手段としての、前記歯科用デジタルＸ線画像に対して前記マルチ周波数処理を行う、強調補正用オペレータの係数の設定方法である。

第１の手段においては、ある１つの差分信号を原画像にブレンドし強調補正を行ったが、複数の差分信号をブレンドすることも可能であり、例えば前例の原画像図５に図１３と図１４をブレンドし強調補正することもある。

前例の図６と図７のオペレータによる平滑化画像の差分と、図７と図８のオペレータによる平滑化画像の差分を約１：２の割合で混ぜ、さらにこれに原画像を適度にブレンドして前記マルチ周波数処理を行う場合、これに相当する強調補正用オペレータの係数の一例として図１８が考えられる。

よって第２の手段として、例えば図１８のオペレータを用いたフィルタ処理により、複数の周波数帯において前記歯科用デジタルＸ線画像を一括して強調補正することとなる。

現在、同一機種において様々な解像度での歯科用デジタルＸ線画像の現像が選択できる商品が増えており、そういった機種で解像度を変えて撮影された画像は、１画素あたりの大きさが異なる。

一方、前記マルチ周波数において強調される周波数は画素単位で定められ、例えば図１６に示すオペレータは２画素単位で明暗を繰り返す模様を強調し、図１７に示すオペレータは３画素単位で明暗を繰り返す模様を強調する。

ところが、診断に重要な前記歯科Ｘ線関心対象物は数百ミクロン単位の大きさと絶対的に定まっているから、前記歯科用デジタルＸ線画像を異なる解像度で現像し、１画素あたりの大きさが異なってくれば、それに応じたオペレータを選択しなければいけない。

例えば、低画素で現像した場合は図１６のオペレータ、高画素で現像した場合は図１７のオペレータを選択する様なケースが挙げられる。

以上より第３の手段として、前記歯科用デジタルＸ線画像の画素数と前記歯科Ｘ線関心対象物の鮮鋭度を考慮して、強調すべき空間周波数を自動選択するものである。

第４の手段として、図１６から図１８までの強調補正用パラメータにおける中央の係数が可変できるようにしており、この値を小さくするほど原画像の割合が小さくなり強調度が増加され、強調度の程度をコントロールできるものである。

第５の手段として、前記マルチ周波数処理に必要な平滑化画像を、前記歯科用デジタルＸ線画像から作成する場合、前記第２の手段の様に、平滑化フィルタは基点より矩形（図１９）、あるいは菱形（図２０）、あるいは同心円上（図２１）にある範囲上の平均値による作成があり、それぞれのケースで前記強調補正用オペレータの係数の設定ができるものである。

本発明による画像処理の処理手順を示す流れ図。 歯科用デジタルＸ線原画像例１。 図２の原画像を一般的な先鋭化フィルタで処理したもの。 図２の原画像を本発明のフィルタで処理したもの。 歯科用デジタルＸ線原画像例２。 基点から３画素を平滑化するフィルタ。 基点から５画素を平滑化するフィルタ。 基点から７画素を平滑化するフィルタ。 図５の原画像を図６のフィルタで平滑化した画像。 図５の原画像を図７のフィルタで平滑化した画像。 図５の原画像を図８のフィルタで平滑化した画像。 図５と図９から育成した差分信号画像。 図９と図１０から育成した差分信号画像。 図１０と図１１から育成した差分信号画像。 図５と図１３から育成した強調補正画像。 ２画素からの空間周波数帯を強調するオペレータの１例。 ３画素からの空間周波数帯を強調するオペレータの１例。 図１６、図１７に示す複数の周波数帯を一括して強調するオペレータの１例。 画像の平滑化を矩形で行うときの概念図。 画像の平滑化を菱形を行うときの概念図。 画像の平滑化を同心円上で行うときの概念図。

Claims (5)

1. デジタルＸ線画像から複数の空間周波数で平滑化画面を育成し、隣接する周波数の前記平滑化画面から強調用差分信号を育成し、前記強調用差分信号の１つまたは複数を原画像に加算することにより、前記デジタルＸ線画像を補正するマルチ周波数処理であって、歯科用デジタルＸ線画像において、隣接面カリエス・歯根膜空隙・歯槽硬線・骨梁など歯科Ｘ線関心対象物の鮮鋭度に特化した前記マルチ周波数処理を、必要とされる空間周波数における強調補正用オペレータとして表記し、前記歯科用デジタルＸ線画像を一括して補正することを特徴とする歯科用デジタルＸ線画像処理方法。
2. 前記強調補正用オペレータの係数について、複数の空間周波数帯の要素を複合させた設定を行い、複数の周波数帯において前記歯科用デジタルＸ線画像を一括して補正する、請求項１記載の歯科用デジタルＸ線画像処理方法。
3. 前記歯科Ｘ線関心対象物の鮮鋭度と前記歯科用デジタルＸ線画像の１画素の大きさから、前記強調補正用オペレータを自動的に選択する、請求項１記載の歯科用デジタルＸ線画像処理方法。
4. 前記強調補正用オペレータの中央の係数値を上下させることにより、補正処理の強弱調整を前記オペレータ上で行う、請求項１記載の歯科用デジタルＸ線画像処理方法。
5. 前記平滑化画像を育成する際、前記歯科用デジタルＸ線画像の少なくとも一つの画素を基点として矩形状、または菱形、または同心円の範囲で算出することを特徴とする、請求項１記載の歯科用デジタルＸ線画像処理方法。