JP2013514854A

JP2013514854A - Ｘ線放射線写真における骨抑制

Info

Publication number: JP2013514854A
Application number: JP2012545502A
Authority: JP
Inventors: ベルク，イェンスフォン; ナイツェル，ウルリッヒ
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2013-05-02
Anticipated expiration: 2030-12-16
Also published as: US20120257810A1; RU2012131409A; EP2517174B1; EP2517174A1; US8903153B2; CN102667857A; WO2011077334A1; CN102667857B; JP5749735B2; RU2556428C2

Abstract

本発明は、源画像からオブジェクト（Ob）を抽出するシステム（１００）であって、前記オブジェクトは輪郭（C）によって描かれており、当該システム（１００）は、・前記源画像に基づいて、源画像勾配場を計算する勾配ユニット（１１０）と、前記源画像勾配場を平滑化する平滑化ユニット（１２０）と、平滑化された源画像勾配場を積分することによってオブジェクト画像を計算し、それにより前記源画像から前記オブジェクト（Ob）を抽出する積分ユニットとを有する。前記源画像の各点において、前記平滑化は、前記輪郭（C）に実質的に平行な第一の方向における第一の１次元畳み込みカーネルと、前記輪郭（C）に実質的に垂直な第二の方向における第二の１次元畳み込みカーネルの積である２次元畳み込みカーネルによって定義される。前記オブジェクトの配向および輪郭の曲がりとは独立に、第一の１次元畳み込みカーネルは、前記輪郭によって分離される各輪郭内での平滑化を定義し、一方、第二の１次元畳み込みカーネルは、二つの領域を分離する前記輪郭を横切る平滑化を定義する。

Description

本発明は、画像中の邪魔になるオブジェクトを抽出し、抑制することに関する。

多くの診断目的について、放射線写真画像から骨の影を除去することが有益である。骨の影が除去された画像では、いくつかの発見がより簡単になることがある。画像から除去された骨の影が微妙な軟組織構造に干渉することがなくなるからである。たとえば、肺小結節検出は、肋骨の影を除去することで、この技法によって改善できる。骨の影の除去は、人間の読影者にとっても肺小結節CAD（Computer Assisted Detection［コンピュータ援用検出］）システムにとっても有用となりうる。肋骨の影によって覆われた肺小結節を見逃したり（偽陰性）、あるいは肋骨の影の交差部に誤った小結節を識別したりする（偽陽性）危険性が低下するからである。

よりよい軟組織画像を得る既知の方法は、二エネルギー取得を使うことに依拠している。しかしながら、二エネルギー取得は特殊なX線設備および患者へのより高いX線線量被曝を必要とする。

非特許文献１は別のアプローチを開示している。ここでは、鎖骨輪郭がセグメンテーションされ、パラメトリック曲線{x(s),y(s)}_s∈[0,1]によって記述される。鎖骨輪郭の近傍が、点の集合(x(s),y(s)+d)として定義される。ここで、何らかの正の数δについて、

である。鎖骨画像は、
１．勾配画像を計算し、
２．骨モデルを構築し、
３．修正された勾配画像から画像を再計算する
ことによって、再構成される。

骨モデルは、輪郭に対して接線方向であるs変数の方向における大きな標準分布σ_sと、y軸の方向の小さな標準分布σ_dとをもつ１次元ガウス型カーネルを使った、

空間における平滑化によって構築される。鎖骨画像がもとの画像から減算され、鎖骨が抑制された軟組織画像が得られる。上記の方法の欠点は、骨が水平方向にあると想定されていることである。

特許文献１は、画像中のオブジェクトを配向し直すためにグローバル・アフィン変換を使うことを開示している。次いで、変換された画像における骨の影が抑制される。たとえば、y軸に垂直に配向された鎖骨を抑制するためには、非特許文献１によって記載される方法が適用されてもよい。次いで、鎖骨が抑制された画像はグローバル・アフィン変換の逆によって変換され、画像中のオブジェクトがもとの位置に配向し直される。しかしながら、骨の輪郭が曲がっているときには（これはたとえばあらゆる閉じた輪郭について実質的に成り立つ）、この方法の性能はよくない。

米国特許出願公開第2009/0214099号

Smik´o et al.、"Elimination of clavicle shadows to help automatic lung nodule detection on chest radiographs"、Vander Sloten et al. (Eds.) IFMBE Proceedings 22所収、pp488-491、2008年 Barthel and von Berg、Robust automatic lung field segmentation on digital chest radiographs、Int. J. CARS vol.4, supplement 1、pp.326、2009年

画像中の邪魔になるオブジェクトを抑制するシステムであって、曲がったオブジェクトについてもよい性能を発揮するものを有することが有利であろう。

これを達成するために、ある側面では、本発明は、源画像からオブジェクトを抽出するシステムであって、前記オブジェクトは輪郭によって描かれており、当該システムは、
・前記源画像に基づいて、源画像勾配場を計算する勾配ユニットと、
・前記源画像勾配場を平滑化する平滑化ユニットと、
・平滑化された源画像勾配場を積分することによってオブジェクト画像を計算し、それにより前記源画像から前記オブジェクトを抽出する積分ユニットとを有しており、
前記源画像の各点において、前記平滑化は、前記輪郭に実質的に平行な第一の方向における第一の１次元畳み込みカーネルと、前記輪郭に実質的に垂直な第二の方向における第二の１次元畳み込みカーネルの積である２次元畳み込みカーネルによって定義されることを特徴とする、システムを提供する。前記オブジェクトの配向および輪郭の曲がりとは独立に、第一の１次元畳み込みカーネルは、輪郭の両側の領域において輪郭に沿った平滑化を定義し、一方、第二の１次元畳み込みカーネルは、前記二つの領域を分離する前記輪郭を横切る平滑化を定義する。

ある実施形態では、本システムはさらに：
・前記輪郭をパラメータ化し、
・前記源画像におけるデカルト座標(x,y)を輪郭ベースの座標(s,n)に変換し、s(x,y)は、パラメータ化された輪郭上の、点(x,y)を通って延在する前記輪郭への法線の交点に対応する点のパラメータの値であり、n(x,y)は、前記源画像における点(x,y)と前記輪郭との間の符号付き距離であり、前記符号付き距離は前記輪郭の一方の側の諸点についてはある符号を取り、前記輪郭の他方の側の諸点については逆の符号を取り、
前記第一の１次元畳み込みカーネルはs座標に依存し、前記第二の１次元畳み込みカーネルはn座標に依存する。前記平滑化演算子の両１次元畳み込みカーネルの実装は、このようにして簡単にされる。

ある実施形態では、本システムはさらに、前記源画像から前記オブジェクト画像を減算して、前記オブジェクトが抑制された抑制画像を生成する減算ユニットを有する。

本システムのある実施形態では、前記第一の１次元畳み込みカーネルの前記標準偏差は、前記第二の１次元畳み込みカーネルの前記標準偏差より少なくとも１桁大きい。前記源画像強度（すなわちピクセル値）への前記オブジェクトの寄与は、前記源画像における輪郭によって描かれるオブジェクト上の近隣の位置どうしでは似通っている（これは骨の影については典型的には成り立つ）と想定すると、平滑化が主としてオブジェクト輪郭に平行な方向で実行される場合、平滑化された勾配を積分したものはオブジェクト画像を与える。これは、第二の１次元畳み込みカーネルの標準偏差よりもずっと大きな第一の１次元畳み込みカーネルの標準偏差をもつ平滑化カーネルを使うことによって達成できる。

本システムのある実施形態では、第一の１次元畳み込みカーネルの標準偏差は、輪郭長さの少なくとも1%の長さをもつ。第一のカーネルによって定義される平滑化は輪郭によって定義される領域内の勾配場ベクトルを平均化するが、輪郭を横断しては平均化しないので、大きな標準偏差（すなわち、輪郭長さの少なくとも1%、好ましくは少なくとも5%の長さをもつ標準偏差）は、輪郭に沿ったエッジに影響することなく、前記領域内の源画像勾配場を平滑化する。源画像勾配場と平滑化された源画像勾配場との比較は、前記オブジェクトによって隠されていた、源画像の微妙な詳細についての情報を抽出することを許容する。

本システムのある実施形態では、平滑化ユニットはさらに、各点での源画像勾配ベクトル配向を、２次元畳み込みカーネルの原点を通って延在する輪郭法線の配向に対する、その点を通って延在する輪郭法線の配向に基づいて、補正するよう適応される。このアプローチは、輪郭に沿って、輪郭法線に対する源画像勾配ベクトルを平均化する。

本システムのある実施形態では、平滑化ユニットはさらに、前記源画像に含まれる関心領域を横断する線に沿って平滑化された源画像勾配場ベクトルの和が、源画像勾配場ベクトルの対応する和と実質的に同様であることを保証するために、平滑化された源画像勾配場を補償するよう適応される。このように、前記源画像から前記オブジェクト画像を減算したのち、前記オブジェクトは、前記抑制画像においては実質的に消えるはずであるが、前記オブジェクト輪郭の外側の領域は前記抑制画像において実質的に不変であるはずである。

本システムのある実施形態では、前記輪郭は閉じている。前記システムのこの実施形態は、その全体において前記画像に包含されるオブジェクトを抑制するために使われる。

あるさらなる側面では、本発明に基づくシステムは、X線画像における骨の影を抽出するために使われる。

あるさらなる側面では、本発明に基づくシステムは、画像取得装置に含まれる。

あるさらなる側面では、本発明に基づくシステムは、ワークステーションに含まれる。

あるさらなる側面では、本発明は、源画像からオブジェクトを抽出する方法であって、前記オブジェクトは輪郭によって描かれており、当該方法は：
・前記源画像に基づいて、源画像勾配場を計算する勾配ステップと、
・前記源画像勾配場を平滑化する平滑化ステップと、
・平滑化された源画像勾配場を積分することによってオブジェクト画像を計算し、それにより前記源画像から前記オブジェクトを抽出する積分ステップとを有しており、
前記源画像の各点において、前記平滑化は、前記輪郭に実質的に平行な第一の方向における第一の１次元畳み込みカーネルと、前記輪郭に実質的に垂直な第二の方向における第二の１次元畳み込みカーネルの積である２次元畳み込みカーネルによって定義される、方法を提供する。

あるさらなる側面では、本発明は、源画像からオブジェクトを抽出するための命令を含む、コンピュータ装置にロードされるコンピュータ・プログラム・プロダクトであって、前記オブジェクトは輪郭によって描かれ、前記コンピュータ装置は、処理ユニットおよびメモリを有しており、前記コンピュータ・プログラム・プロダクトは、ロードされたのち、前記処理ユニットに、本発明に基づく方法のステップを実行する機能を与える、コンピュータ・プログラム・プロダクトを提供する。

当業者は、本発明の上述した実施形態、実装および／または側面の二つ以上が、有用と見なされる任意の仕方で組み合わされてもよいことを理解するであろう。

前記システムまたは前記方法の記載される修正および変形に対応する前記システム、前記画像取得装置、前記ワークステーション、前記方法および／または前記コンピュータ・プログラム・プロダクトの修正および変形は、本記述に基づいて、当業者によって実行されることができる。

当業者は、特許請求される発明における多次元画像は、さまざまな取得モダリティによって取得される二次元（2D）画像データでありうることを認識するであろう。そうしたモダリティには、これに限られないが、X線撮像、計算機断層撮影（CT: Computed Tomography）、磁気共鳴撮像（MRI: Magnetic Resonance Imaging）、超音波（US: Ultrasound）、陽電子放出断層撮影（PET: Positron Emission Tomography）、単一光子放出計算機断層撮影（SPECT: Single Photon Emission Computed Tomography）および核医学（NM: Nuclear Medicine）といったものがある。当業者はさらに、本発明のシステムおよび／または方法を、三次元（3D）画像データに好適となるよう修正できるであろう。

本発明は独立請求項において定義される。有利な実施形態は従属請求項において定義される。

本発明のこれらおよびその他の側面は、以下に、付属の図面を参照して記載される実装および実施形態から明白となり、これに関連して明快にされるであろう。
システムの例示的実施形態のブロック図である。Ａは、座標変換(x,y)→(s,n)のs(x,y)座標を示す図である。Ｂは、座標変換(x,y)→(s,n)のn(x,y)座標を示す図である。は例示的なオブジェクト画像を示す図である。は例示的な抑制画像を示す図である。方法の例示的実装のフローチャートである。画像取得装置の例示的実装を示す概略図である。ワークステーションの例示的実装を示す概略図である。図面を通じて、同様の部分を表すために同一の参照符号が使われる。

図１は、源画像からオブジェクトを抽出するシステム１００の例示的実施形態のブロック図を概略的に示している。前記オブジェクトは輪郭によって描かれる。システム１００は、
・前記源画像に基づいて、源画像勾配場を計算する勾配ユニット１１０と、
・前記源画像勾配場を平滑化する平滑化ユニット１２０と、
・平滑化された源画像勾配場を積分することによってオブジェクト画像を計算し、それにより前記源画像からの前記オブジェクトを抽出する積分ユニット１３０とを有しており、
前記源画像の各点において、前記平滑化は、前記輪郭に実質的に平行な第一の方向における第一の１次元畳み込みカーネルと、前記輪郭に実質的に垂直な第二の方向における第二の１次元畳み込みカーネルの積である２次元畳み込みカーネルによって定義されることを特徴とする。

システム１００の例示的実施形態はさらに、
・前記輪郭をパラメータ化し、前記源画像におけるデカルト座標を輪郭ベースの座標に変換する座標ユニット１０５と、
・前記源画像から前記オブジェクト画像を減算して、それにより抑制画像を生成する減算ユニット１４０と、
・システム１００の作業を制御する制御ユニット１６０と、
・ユーザーとシステム１００との間の連絡のためのユーザー・インターフェース１６５と、
・データを記憶するためのメモリ・ユニット１７０とを有する。

システム１００のある実施形態では、はいってくるデータのための三つの入力コネクタ１８１、１８２および１８３がある。第一の入力コネクタ１８１は、これに限られないが、ハードディスク、磁気テープ、フラッシュメモリまたは光ディスクのようなデータ記憶手段からはいってくるデータを受け取るよう構成される。第二の入力コネクタ１８２は、これに限られないが、マウスまたはタッチスクリーンのようなユーザー入力装置からはいってくるデータを受け取るよう構成される。第三の入力コネクタ１８３は、キーボードのようなユーザー入力装置からはいってくるデータを受け取るよう構成される。入力コネクタ１８１、１８２および１８３は、入力制御ユニット１８０に接続される。

システム１００のある実施形態では、出て行くデータのための二つの出力コネクタ１９１および１９２がある。第一の出力コネクタ１９１は、ハードディスク、磁気テープ、フラッシュメモリまたは光ディスクのようなデータ記憶手段にデータを出力するよう構成される。第二の出力コネクタ１９２は表示装置にデータを出力するよう構成される。出力コネクタ１９１および１９２は出力制御ユニット１９０を介してそれぞれのデータを受け取る。

当業者は、入力コネクタ１８１、１８２および１８３に入力装置を接続し、システム１００の出力コネクタ１９１および１９２に出力装置を接続する多くの方法があることを理解するであろう。これらの方法には、これに限られないが、有線および無線接続、デジタル・ネットワークが含まれる。デジタル・ネットワークは、これに限られないが、ローカル・エリア・ネットワーク（LAN）および広域ネットワーク（WAN）、インターネット、デジタル電話ネットワークおよびアナログ電話ネットワークといったものである。

システム１００のある実施形態では、システム１００はメモリ・ユニット１７０を有する。システム１００は、入力コネクタ１８１、１８２および１８３のいずれかを介して外部装置から入力データを受け取り、受け取った入力データをメモリ・ユニット１７０に記憶するよう構成される。入力データをメモリ・ユニット１７０にロードすると、システム１００の諸ユニットによって関連するデータ部分へ迅速なアクセスができるようになる。入力データは源画像を含む。任意的に、輪郭データ、ならびに、たとえば第一および第二の畳み込みカーネルの標準偏差のようなユーザー入力を含んでいてもよい。メモリ・ユニット１７０は、これに限られないが、CPUのレジスタ・ファイル、キャッシュ・メモリ、ランダム・アクセス・メモリ（RAM）チップ、読み出し専用メモリ（ROM）チップおよび／またはハードディスク・ドライブおよびハードディスクといった装置によって実装されてもよい。メモリ・ユニット１７０はさらに、出力データを記憶するよう構成されていてもよい。出力データは、オブジェクト画像および／または抑制画像を含む。メモリ・ユニット１７０は、メモリ・バス１７５を介して、座標ユニット１０５、勾配ユニット１１０、平滑化ユニット１２０、積分ユニット１３０、減算ユニット１４０、制御ユニット１６０およびユーザー・インターフェース１６５を含むシステム１００の諸ユニットからデータを受け取り、および／またはこれらのユニットにデータを送達するよう構成されていてもよい。メモリ・ユニット１７０はさらに、出力データを、出力コネクタ１９１および１９２のいずれかを介して外部装置に利用可能にするよう構成される。システム１００の諸ユニットからのデータをメモリ・ユニット１７０に記憶することは、有利には、システム１００の諸ユニットのパフォーマンスおよびシステム１００の諸ユニットからの外部装置への出力データの転送レートを改善しうる。

システム１００のある実施形態では、システム１００は、システム１００を制御する制御ユニット１６０を有する。制御ユニット１６０は、システム１００の諸ユニットから制御データを受け取り、それらのユニットに制御データを提供するよう構成されていてもよい。たとえば、源画像勾配場を計算したのち、勾配ユニット１１０は、制御ユニット１６０に制御データ「勾配場計算済み」を与えるよう構成されていてもよく、制御ユニット１６０は平滑化ユニット１２０に制御データ「勾配場を平滑化せよ」を与えるよう構成されていてもよい。あるいはまた、制御機能はシステム１００の別のユニットにおいて実装されてもよい。

システム１００のある実施形態では、システム１００は、ユーザーとシステム１００との間の通信のためのユーザー・インターフェース１６５を有する。ユーザー・インターフェース１６５は、第一および第二の畳み込みカーネルのための二つの標準偏差を含むユーザー入力を受け取るよう構成されていてもよい。任意的に、ユーザー・インターフェースは、システムの動作モードを選択するための、たとえばガウス型または最近接近傍（nearest neighbor）平滑化カーネル関数といった特定の畳み込みカーネル関数を使うためなどのユーザー入力を受け取ってもよい。ユーザー・インターフェースはさらに、オブジェクト画像および／または抑制画像を表示するよう構成される。当業者は、より多くの機能がシステム１００のユーザー・インターフェース１６５によって有利に実装されうることを理解するであろう。

以下に記載される実施形態では、源画像は胸部の医用画像であり、オブジェクトは、肺の小結節のビューを潜在的にわかりにくくする骨を含む。当業者は、これらの実施形態が本発明を例解するものであり、特許請求の範囲を限定するものと解釈してはならないことを理解するであろう。

ある実施形態では、システムへの入力は、前記骨、肋骨および鎖骨、の輪郭を含む。あるいはまた、システム１００は、源画像のまたは源画像勾配場のセグメンテーションを使って源画像において肋骨および鎖骨の輪郭を描くための輪郭ユニットを有していてもよい。システム１００は：
・前記輪郭をパラメータ化し、
・前記源画像におけるデカルト座標(x,y)を輪郭ベースの座標(s,n)に変換する座標ユニット１０５を有する。s(x,y)は、パラメータ化された輪郭上の、点(x,y)を通って延在する輪郭への法線の交点に対応する点のパラメータの値であり、n(x,y)は、前記源画像における点(x,y)と前記輪郭との間の符号付き距離であり、前記符号付き距離は前記輪郭の一方の側の諸点についてはある符号を取り、前記輪郭の他方の側の諸点については逆の符号を取る。

図２のＡは、座標変換(x,y)→(s,n)のs(x,y)座標を示し、図２のＢは、座標変換(x,y)→(s,n)のn(x,y)座標を示している。パラメータsは、輪郭上の任意の基準点に対して測定される、輪郭に沿った巡回距離（cyclic distance）である。符号付き距離座標nは輪郭の外側で正であり、輪郭の内側で負である。図示した輪郭Cは閉じており、鎖骨輪郭の一部を描いている。離散的な区分線形近似によって近似される輪郭Cは、非特許文献２に記載される源画像のセグメンテーションを使って得られる。骨セグメンテーションのレベル集合（level set）実装も可能であり、すでに輪郭のパラメータ表現を使うという利点がある。レベル集合枠組みはさらに、n変数として使うための距離関数も与える。

所与の画像位置(x,y)の変換された座標(s,n)は、各(x,y)位置について(s,n)の値を与えるテーブルによって得られる。このテーブルは、輪郭に沿ったsおよびnパラメータの離散的なサンプリングによって構築されたものである。(x,y)についてのテーブル・エントリーは、新たな候補がnのより小さな絶対値をもつ、つまり輪郭により近い場合には常に置き換えられる。(s,n)座標は、第一および第二の畳み込みカーネルを定義するために好適である。

図３Ａは、例示的なオブジェクト画像――源画像の骨成分、すなわち後部肋骨および鎖骨Clを有するオブジェクトObの画像――を示している。このオブジェクト画像は、ガウス型カーネルを用いて源画像勾配場を平滑化することによって計算されたものである。ガウス型カーネルは当業者には知られている。第一のガウス型カーネルはs座標に依存し、第二のガウス型カーネルはn座標に依存する。第一の畳み込みカーネルの標準偏差はσ_s＝40mmであり、第二の畳み込みカーネルの標準偏差はσ_n＝0.2mmである。ある実施形態では、平滑化ユニット１２０は、平滑化する前に源画像勾配ベクトル配向を補正するよう適応される。勾配場ベクトル配向は、各点(s,n)において、２次元畳み込みカーネルの原点(s_k,n_k)を通って延在する輪郭法線〔ベクトル〕n_kの配向に対する、点(s,n)を通って延在する輪郭法線〔ベクトル〕nの配向に基づいて、補正される。補正された源画像勾配場ベクトル配向は、

から計算できる。ここで、φ(s,n)は(s,n)における勾配場ベクトルの角度座標であり、φ(n)およびφ(n_k)はそれぞれ法線ベクトルnおよびn_kの角度座標を表す。勾配絶対値は保存される。このアプローチは、輪郭に沿った鮮鋭な骨のエッジを保持しつつ、源画像勾配場を、輪郭法線に垂直かつ輪郭に平行な線に沿って平均化する。骨画像は、修正された勾配画像から、総和によって、すなわち平滑化された源画像勾配場の積分によって、再構成される。この積分は積分ユニット１３０によって実行される。

平滑化、すなわち第一の畳み込みカーネルと勾配場との畳み込みの計算を高速化するために、積分曲線上の画像位置の部分集合、たとえば積分曲線を一様に覆うようランダムに生成された諸位置を使うことができる。

良好な骨画像を得るために、標準偏差σ_sは、平滑化されるオブジェクトの寸法に対して大きい必要がある。骨のようなオブジェクトの可能な指標は輪郭長さである。輪郭長の少なくとも5%のオーダーの標準偏差σ_sで良好な結果が期待されるが、そのような大きな標準偏差の適用は勾配場がs変数の関数としてゆっくり変化することを必要とする。

本システムのある実施形態では、平滑化ユニット１２０はさらに、前記源画像に含まれる関心領域を横断する線に沿った平滑化された源画像勾配場ベクトルの和が、源画像勾配場ベクトルの対応する和と実質的に同様であることを保証するために、平滑化された源画像勾配場を補償するようさらに適応される。これが好ましいのは、(s,n)座標における非等方的な平滑化は、勾配の修正を、関心領域（骨にマージンを加えたもの）内の平滑化された勾配場ベクトルの和が、源画像によって定義される勾配場に関して修正されるように行うからである。そのような平滑化された勾配場の積分の間に、関心領域の境界における修正された強度値が得られ、これは再構成された画像における人工的なコントラストを誘起する。よって、骨のまわりの関心領域を横断する平滑化された勾配場ベクトル和ライン（line）合計および列（row）合計が、骨のまわりの関心領域を横断する源画像勾配場の対応するベクトル和ライン合計および列合計と実質的に同じであることを保証するために、補償は好ましい。

図３のＢは例示的な抑制画像――患者の右側（画像の左側）で骨抑制を行った胸部放射線写真――を示している。右側の鎖骨および後肋骨は強く抑制されて見える。しかしながら、左側の鎖骨および後肋骨は影響されていないように見える。図３のＢに示される抑制画像は、図３のＡに示されるオブジェクト画像を源画像（図示せず）から減算することによって得られる。この減算はシステム１００の減算ユニット１４０によって実行される。骨の影Obが源画像から差し引かれると、抑制画像は左肺の軟組織構造を示す。

当業者は、システム１００が、業務の多くの側面において医師を支援する貴重なツールとなりうることを認識するであろう。さらに、本システムの実施形態はシステムの医療用途を使って例解されているが、システムの非医療用途も考えられている。

当業者はさらに、システム１００の他の実施形態も可能であることを理解するであろう。なかでも、システムの諸ユニットを定義し直し、その機能を再分配することが可能である。記載される実施形態は医用画像に適用されているが、医療用途に関係しないシステムの他の応用も可能である。

システム１００の諸ユニットはプロセッサを使って実装されてもよい。通常、その機能はソフトウェア・プログラム・プロダクトの制御のもとで実行される。実行中、ソフトウェア・プログラム・プロダクトは通常、RAMのようなメモリにロードされ、そこから実行される。プログラムは、ROM、ハードディスクまたは磁気および／または光記憶のようなバックグラウンド・メモリからロードされてもよいし、あるいはインターネットのようなネットワークを介してロードされてもよい。任意的に、特定用途向け集積回路（application-specific integrated circuit）が記載された機能を提供してもよい。

源画像から輪郭Cによって描かれるオブジェクトObを抽出する方法Mの例示的な実装のフローチャートが図４に示されている。方法Mは、前記輪郭をパラメータ化し、前記源画像におけるデカルト座標(x,y)を輪郭ベースの座標(s,n)に変換する座標ステップS05で始まる。座標ステップS05後、方法Mは、源画像に基づいて源画像勾配場を計算する勾配ステップS10に進む。勾配ステップS10後、方法Mは源画像勾配場を平滑化する平滑化ステップS20に進む。平滑化ステップS20後、方法Mは、平滑化された源画像勾配場を積分し、それにより前記源画像から前記オブジェクトを抽出する積分ステップS30に進む。積分ステップS30後、方法Mは、前記源画像からオブジェクト画像を減算し、それにより抑制画像を生成する減算ステップS40に進む。

方法Mの平滑化ステップS20は、前記源画像の各点において、前記平滑化は、前記輪郭に実質的に平行な第一の方向における第一の１次元畳み込みカーネルと、前記輪郭に実質的に垂直な第二の方向における第二の１次元畳み込みカーネルの積である２次元畳み込みカーネルによって定義されることを特徴とする。

当業者は、本発明によって意図される概念から外れることなく、いくつかのステップの順序を変更したり、いくつかの任意的なステップ（たとえばセグメンテーション）を追加したり、またはいくつかの必須でないステップ（たとえば勾配場ベクトル配向の補正）を省略したり、あるいはスレッディング（threading）モデル、マルチプロセッサ・システムまたは複数プロセスを使っていくつかのステップを並行して実行したりしてもよい。任意的に、方法Mの二つ以上のステップが一つのステップに組み合わされてもよい。任意的に、方法Mのあるステップが複数のステップに分割されてもよい。

図５は、本発明のシステム１００を用いる画像取得装置５００の例示的な実施形態を概略的に示している。前記画像取得装置５００は、内部接続を介して前記システム１００に接続された画像取得ユニット５１０と、入力コネクタ５０１と、出力コネクタ５０２とを有する。この構成は有利なことに、画像取得装置５００の機能を高め、画像取得装置５００にシステム１００の有利な機能を提供する。

図６は、ワークステーション６００の例示的な実施形態を概略的に示している。ワークステーションはシステム・バス６０１を有する。プロセッサ６１０、メモリ６２０、ディスク入出力（I/O）アダプター６３０およびユーザー・インターフェース（UI）６４０がシステム・バス６０１に動作上接続されている。ディスク記憶装置６３１がディスクI/Oアダプター６３０に動作上結合されている。キーボード６４１、マウス６４２およびディスプレイ６４３がUI ６４０に動作上結合されている。コンピュータ・プログラムとして実装された本発明のシステム１００は、ディスク記憶装置６３１に記憶される。ワークステーション６００は、該プログラムおよび入力データをメモリ６２０にロードして、該プログラムをプロセッサ６１０上で実行するよう構成される。ユーザーは、キーボード６４１および／またはマウス６４２を使って、ワークステーション６００に情報を入力することができる。ワークステーションは表示装置６４３および／またはディスク６３１に情報を出力するよう構成される。当業者は、当技術分野において知られているワークステーション６００の無数の他の実施形態があること、本実施形態は本発明を例解する目的をはたすものであって、本発明をこの特定の実施形態に限定するものと解釈してはならないことを理解するであろう。

上述した諸実施形態は本発明を限定するのではなく例解するものであること、当業者は付属の請求項の範囲から外れることなく代替的な実施形態を設計できるであろうことを注意しておくべきである。請求項において、括弧に入れた参照符号があったとしてもその請求項を限定するものと解釈してはならない。「有する／含む」の語は、請求項または本明細書で挙げられていない要素やステップの存在を排除するものではない。要素の単数形の表現はそのような要素の複数の存在を排除するものではない。本発明は、いくつかの相異なる要素を有するハードウェアによっても、プログラムされたコンピュータによっても実装できる。いくつかのユニットを列挙するシステム請求項においては、そうしたユニットのいくつかが同一レコードのハードウェアまたはソフトウェアによって具現されることができる。第一、第二、第三などの語の使用は、いかなる順序も示すものではない。これらの語は名称として解釈されるものである。

Claims

源画像からオブジェクトを抽出するシステムであって、前記オブジェクトは輪郭によって描かれており、当該システムは、
・前記源画像に基づいて、源画像勾配場を計算する勾配ユニットと、
・前記源画像勾配場を平滑化する平滑化ユニットと、
・平滑化された源画像勾配場を積分することによってオブジェクト画像を計算し、それにより前記源画像から前記オブジェクトを抽出する積分ユニットとを有しており、
前記源画像の各点において、前記平滑化は、前記輪郭に実質的に平行な第一の方向における第一の１次元畳み込みカーネルと、前記輪郭に実質的に垂直な第二の方向における第二の１次元畳み込みカーネルの積である２次元畳み込みカーネルによって定義されることを特徴とする、システム。
請求項１記載のシステムであって、さらに：
・前記輪郭をパラメータ化し、
・前記源画像におけるデカルト座標(x,y)を輪郭ベースの座標(s,n)に変換し、s(x,y)は、パラメータ化された輪郭上の、点(x,y)を通って延在する前記輪郭への法線の交点に対応する点のパラメータの値であり、n(x,y)は、前記源画像における点(x,y)と前記輪郭との間の符号付き距離であり、前記符号付き距離は前記輪郭の一方の側の諸点についてはある符号を取り、前記輪郭の他方の側の諸点については逆の符号を取り、
前記第一の１次元畳み込みカーネルはs座標に依存し、前記第二の１次元畳み込みカーネルはn座標に依存する、
システム。
前記源画像から前記オブジェクト画像を減算して、前記オブジェクトが抑制された抑制画像を生成する減算ユニットをさらに有する、請求項１記載のシステム。
前記第一の１次元畳み込みカーネルの標準偏差は、前記第二の１次元畳み込みカーネルの標準偏差より少なくとも１桁大きい、請求項１記載のシステム。
前記第一の１次元畳み込みカーネルの標準偏差は、前記輪郭の長さの少なくとも1%の長さをもつ、請求項１記載のシステム。
前記平滑化ユニットはさらに、各点での源画像勾配ベクトル配向を、２次元畳み込みカーネルの原点を通って延在する輪郭法線の配向に対する、その点を通って延在する輪郭法線の配向に基づいて補正するよう適応される、請求項２記載のシステム。
前記平滑化ユニットはさらに、前記源画像に含まれる関心領域を横断する線に沿って、平滑化された源画像勾配場ベクトルの和が、源画像勾配場ベクトルの対応する和と実質的に同様であることを保証するために、平滑化された源画像勾配場を補償するよう適応されている、請求項１記載のシステム。
前記輪郭は閉じている、請求項１記載のシステム。
X線画像における骨の影を抽出するために、請求項１ないし８のうちいずれか一項記載のシステムを使う方法。
請求項１ないし９のうちいずれか一項記載のシステムを有する画像取得装置。
請求項１ないし１０のうちいずれか一項記載のシステムを有するワークステーション。
源画像からオブジェクトを抽出する方法であって、前記オブジェクトは輪郭によって描かれており、当該方法は：
・前記源画像に基づいて、源画像勾配場を計算する勾配ステップと、
・前記源画像勾配場を平滑化する平滑化ステップと、
・平滑化された源画像勾配場を積分することによってオブジェクト画像を計算し、それにより前記源画像から前記オブジェクトを抽出する積分ステップとを含んでおり、
前記源画像の各点において、前記平滑化は、前記輪郭に実質的に平行な第一の方向における第一の１次元畳み込みカーネルと、前記輪郭に実質的に垂直な第二の方向における第二の１次元畳み込みカーネルの積である２次元畳み込みカーネルによって定義されることを特徴とする、
方法。
源画像からオブジェクトを抽出するための命令を含む、コンピュータ装置にロードされるコンピュータ・プログラムであって、前記オブジェクトは輪郭によって描かれており、前記コンピュータ装置は、処理ユニットおよびメモリを有しており、前記コンピュータ・プログラムは、ロードされたのち、前記処理ユニットに、請求項１２記載の方法のステップを実行する機能を与える、コンピュータ・プログラム。