JP2016516464A - デュアルエネルギー画像からの残差モード画像の決定 - Google Patents

デュアルエネルギー画像からの残差モード画像の決定 Download PDF

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Abstract

デジタル画像（４０）は異なるエネルギーレベルに関する強度を有するピクセルを含む。デジタル画像（４０）を処理する方法は、デジタル画像（４０）の第１の画像データ（４２ａ）と第２の画像データ（４２ｂ）を受け取る、第１の画像データ（４２ａ）は第１のエネルギーレベルをエンコードし、第２の画像データ（４２ｂ）は第２のエネルギーレベルをエンコードする、ステップと、第１の画像データ（４２ａ）と第２の画像データ（４２ｂ）から回帰モデル（４４）を決定するステップであって、回帰モデル（４４）は第１の画像データ（４２ａ）のピクセルの強度と第２の画像データ（４２ｂ）のピクセルの強度との間の相関を確立する、ステップと、第１の画像データ（４２ａ）と第２の画像データ（４２ｂ）とから残差モード画像データ（４６）を計算する、残差モード画像データ（４６）のピクセルはそのピクセルにおける第２の画像データ（４２ｂ）の強度と第１の画像データ（４２ａ）のピクセルの相関強度との差に基づき、相関強度は第１の画像データ（４２ａ）のピクセルの強度に回帰モデル（４４）を適用することにより決まる、ステップとを有する。

Description

本発明は、記録された複数の異なるエネルギーレベルに関する強度を有するピクセルを含むデジタル画像を処理する方法、コンピュータプログラム、コンピュータ読み取り可能媒体、及びコントローラに関する。また、本発明はＸ線画像化システムに関する。
医療用画像化において、例えばＸ線マンモグラフィの場合、患者の胸などの関心領域の透視画像は、その関心領域を通過した後にセンサ又はディテクタに届いたＸ線を検出することにより記録される。その後、これらの画像は表示され、医師や同等のスキルを有する人が、その関心領域に悪性又は良性の転化があるか判断する。
Ｘ線画像化システムはエネルギー弁別ディテクタ、すなわち異なるエネルギーのＸ線を区別して、複数の異なるエネルギーレベルの画像を記録するように構成されたディテクタを有する。例えば、デュアルエネルギーディテクタは全く同じジオメトリかつアナトミカルエリアの２つのエネルギー画像を生成できる。
特許文献１は、低エネルギーと高エネルギーの画像を記録するように構成されたマンモグラフィシステムを示す。
２つの相補的エネルギー画像は、見えている塊が悪性か良性かを弁別するのに役に立つ情報を示す。しかし、デュアルエネルギー画像から悪性の兆候（ｍａｌｉｇｎａｎｃｙ ｆｅａｔｕｒｅｓ）を計算する方法は明確ではない。
米国特許第８１６５３７９Ｂ２号
異なるエネルギーレベルで記録された関心領域の画像を評価することにより医師をサポートする必要がある。
この必要性は独立項に記載した主題により満たすことができる。さらに別の実施形態は従属項と以下の説明から明らかになる。
本発明の一態様は、デジタル画像を処理する方法に関する。デジタル画像は異なるエネルギーレベルに関する強度を有するピクセルを含む。すなわち、画像の各ピクセルは、異なるエネルギーレベルで記録された少なくとも２つの強度に関連する。デジタル画像はデジタルＸ線画像であってもよく、エネルギーはそのデジタルＸ線画像の記録の際の異なるＸ線エネルギーに関する。
該方法は、デジタル画像の第１の画像データと第２の画像データを受け取る、第１の画像データは第１のエネルギーレベルをエンコードし、第２の画像データは第２のエネルギーレベルをエンコードする、ステップと、第１の画像データと第２の画像データから回帰モデルを決定するステップであって、回帰モデルは第１の画像データのピクセルの強度と第２の画像データのピクセルの強度との間の相関を確立するステップと、第１の画像データと第２の画像データとから残差モード画像データを計算する、残差モード画像データのピクセルはそのピクセルの第２の画像データの強度と第１の画像データのピクセルの相関強度との差に基づき、相関強度は第１の画像データのピクセルの強度に回帰モデルを適用することにより決まる、ステップとを有する。
本発明の基本的アイデアは、２つのエネルギー画像、すなわち（第１の（エネルギー）画像データと第２の（エネルギー）画像データにより表される）第１のエネルギー画像と第２のエネルギー画像が記録及び評価され、２つのエネルギー画像を単に比較するだけではすぐには分からない新しい情報が２つのエネルギー画像から抽出されるようにされるということである。この新しい情報は残差モード画像データで可視化できる。
例えば、新しい情報を抽出するために、２つのエネルギー画像間の相関を分析し、その相関に基づき回帰モデルを確立する。第２のエネルギー画像中の各ピクセルの強度を第１のエネルギー画像中の同じピクセルの強度から予測するため、回帰モデルを用いる。
新しい情報を可視化するため、回帰モデルを用いて（対応する画像データにより表される）新しい画像を計算する。例えば、残差モード画像（残差モード画像データにより表される）は、第１の画像から予測できない第２の画像中の情報、すなわち新しい情報を表示する。さらにまた、主要モード画像（主要モード画像データにより表される）は２つのエネルギー画像中の相関が大きい成分を表示する。
要約すると、上記の及び以下の方法により、デュアルエネルギー画像からの悪性フィーチャの計算が改善される。この目的のため、残差モード画像を用いて、第２のエネルギー画像のどの部分が第１のエネルギー画像に実質的に情報を付加するか知ることができる。
本発明の別の態様は、コンピュータプログラム、コンピュータ読み取り可能媒体、及びコントローラに関する。これらは上記の及び以下に説明する方法のステップを実行するように構成される。コンピュータ読み取り可能媒体は、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）記憶デバイス、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）又はＦＬＡＳＨメモリであり得る。コントローラは、コンピュータプログラムを実行するプロセッサを含む。コンピュータプログラムは、コントローラのメモリに記憶され得る。
本発明の他の一態様はＸ線画像化システムに関し、第１のエネルギーレベルのＸ線で第１の画像データを記録し、第２のエネルギーレベルのＸ線で第２の画像データを記録するディテクタ装置と、第１の画像データと第２の画像データから残差モード画像データを生成するように構成されたコントローラと、前記残差モード画像データを表示するディスプレイデバイスとを有する。例えば、Ｘ線画像化システムはマンモグラフィステーションであってもよい。
しかし、画像データは第１の場所で記録され、第２の場所で、例えばＸ線デバイスにリモート接続されたワークステーションにおいて処理されてもよい。
言うまでもなく、上記の及び以下に説明する方法の特徴は、上記の及び以下に説明するＸ線画像化システムのフィーチャであってもよい。
明示的には記載していないが技術的に可能であれば、上記の及び以下に説明する本発明の実施形態の組み合わせ、特に従属項の組み合わせは、本方法とシステムの実施形態であり得る。
本発明の上記その他の態様を、以下に説明する実施形態を参照して明らかにし、説明する。
本発明の一実施形態によるＸ線画像化システムを示す模式図である。 本発明の一実施形態による、画像データを処理する方法を示すフロー図である。 本発明の一実施形態によるＸ線画像化システムの表示デバイスを示す模式図である。 ２つの画像のエネルギー強度の相関の例を示す図である。 本発明の一実施形態による画像データを処理する方法で生成される主要モード（ｄｏｍｉｎａｎｔ ｍｏｄｅ）画像と残差モード（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｍｏｄｅ）画像の例を示す図である。 本発明の一実施形態による画像データを処理する方法で生成される主要モード（ｄｏｍｉｎａｎｔ ｍｏｄｅ）画像と残差モード（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｍｏｄｅ）画像の例を示す図である。
図１は、Ｘ線画像化システム１０を示し、これはディテクタ装置１２、コントローラ１４、及びディスプレイデバイス１６を有する。
ディテクタ装置１２は、コントローラ１４により制御され、胸などの関心オブジェクト１８の異なる２つのエネルギーレベルにおけるデジタル画像を記録するように構成されている。例えば、ディテクタ装置１２は、エネルギー弁別ディテクタ２０、又は異なる時間に異なるエネルギーでＸ線放射を発生するように構成されたＸ線源２２を有する。
図２は、ディテクタ装置１２により記録されるデジタル画像４０を処理する方法を示すフロー図である。この方法はコントローラ１４（例えば、対応するコンピュータプログラムを実行するプロセッサを有する）により実行されてもよい。
ステップ３０において、デジタル画像４０が記録され、コントローラ１４により受け取られる。前述の通り、例えば、エネルギー弁別ディテクタを用いて、デジタル画像データ４２ａ、４２ｂが異なるエネルギーレベルで記録されるように、コントローラ１４がディテクタ装置１２を制御できる。
留意点として、画像４０とその部分４２ａ、４２ｂとは同時に、又は短時間の内に記録されてもよい。このように、画像４０は関心領域１８及び／又は同じアナトミカルエリア１８の同じジオメトリを示す。
本発明の一実施形態では、該方法は：異なるＸ線エネルギーレベルでＸ線を捉えるように構成されたＸ線ディテクタ装置１２で第１の画像データ４２ａと第２の画像データ４２ｂを記録するステップを有する。
その後、デジタル画像４０はコントローラ１４に受け取られる。第１と第２の画像データ４２ａ、４２ｂ（又はエネルギー画像データ４２ａ、４２ｂ）の各々は、各ピクセルの各エネルギーレベルの強度に関する強度に関連するピクセルを含む。第１と第２の画像データ４２ａ、４２ｂは、ピクセル単位で同じサイズである（関心領域の同じ視野を表す）。留意すべき点として、デジタル画像４０は、２より多いエネルギーレベルに関連する２より多い画像データセットを有しても良い。
本発明の一実施形態では、該方法は：デジタル画像４０の第１の画像データ４２ａと第２の画像データ４２ｂを受け取る、第１の画像データ４２ａは第１のエネルギーレベルをエンコードし、第２の画像データ４２ｂは第２のエネルギーレベルをエンコードする、ステップを有する。
ステップ３２において、第１と第２の画像データ４２ａ、４２ｂから、回帰モデルを決定する。
図４は、２つのエネルギー画像データセット４２ａ、４２ｂの強度のピクセルごとのスキャタプロットの一例を示す。これは高いが非線形の相関を示している。この２つのエネルギー画像データセット間の相関を分析し、回帰モデル４４を生成する。
例えば、回帰モデル４４は、第１の画像データ４２ａのピクセルの強度を、第２の画像データ４２ｂの強度にマッピングするマッピングである。言い換えると、回帰モデルを用いて、第２の画像データ４２ｂの各ピクセルの強度を、第１の画像データ４２ａの対応する強度から予測できる。
本発明の一実施形態では、該方法は：第１の画像データ４２ａと第２の画像データ４２ｂから回帰モデル４４を決定するステップであって、回帰モデル４４は第１の画像データ４２ａのピクセルの強度と第２の画像データ４２ｂのピクセルの強度との間の相関を確立するステップを有する。
回帰モデル４４は、全画像エリア（すなわち、画像データ４２ａ、４２ｂのすべてのピクセル）に対して、又は選択された領域５０（これは、後で説明するように、ユーザにより選択される）のみに対して求められる。
本発明の一実施形態では、回帰モデル４４は選択された領域５０のみのピクセルから決定される。
図４から分かるように、画像データの２つのセット４２ａ、４２ｂの間の相関は非線形であってもよい。それゆえ、非線形回帰モデル４４、例えば、区分的線形モデル又はＳｕｐｐｏｒｔ−Ｖｅｃｔｏｒ−Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎモデルを確立することが可能である。
本発明の一実施形態によると、回帰モデル４４は非線形モデルである。
しかし、回帰モデルは、線形でもよいし、例えば、Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓなどの線形無相関手法に基づくものであってもよい。
ステップ３４において、残差モード画像データ４６及び／又は主要モード画像データ４８は、回帰モデル４４により、第１と第２の画像データ４２ａ、４２ｂから決定される。
回帰モデル４４を用いて、第１と第２の画像データ４２ａ、４２ｂが比較され、分析される。具体的に、画像データセット４２ａのピクセルの強度は、他の画像データセット４２ｂの対応ピクセルの強度と比較可能な強度に、回帰モデル４４でマッピングされる。この場合、対応ピクセルは同じ位置のピクセルであり、同じ座標を有する。
他の画像データセット４２ｂの強度から画像データセット４２ａのマッピングされた強度を引くことにより、相関の残差、すなわち第２の画像データ４２ｂにより加わった新しい情報を含む残差モード画像（残差モード画像データ４６により表される）を計算できる。これは回帰モデル４４により第１の画像データ４２ａから予測できなかったものである。
本発明の一実施形態では、該方法は：第１の画像データ４２ａと第２の画像データ４２ｂとから残差モード画像データ４６を計算する、残差モード画像データ４６のピクセルはそのピクセルの第２の画像データ４２ｂの強度と第１の画像データ４２ａのピクセルの相関強度との差に基づき、相関強度は第１の画像データ４２ａのピクセルの強度に回帰モデルを適用することにより決まる、ステップを有する。
残差モード画像データ４２ａは、第２の画像データ４２ｂの部分が第１の画像データ４２ａに本当に情報を付加しているかどうか、すなわち、非冗長的であり、第１のものから単純に予測できないか、可視化するのに用いられる。
追加的に又は代替的に、互いに予測可能である第１と第２の画像データ４２ａ、４２ｂの部分は、計算できる。再び、回帰モデル４４を用いて、主要モードすなわち２つのエネルギー画像間の相関が大きいコンポーネントを含む主要モード画像（主要モード画像データ４８により表される）は計算できる。
本発明の一実施形態では、該方法はさらに：主要モード（ｄｏｍｉｎａｎｔ ｍｏｄｅ）画像データ４８を計算する、主要モード画像データ４８のピクセルの強度は第１の画像データ４２ａと第２の画像データ４２ｂのピクセルの、回帰モデル４４に対する相関コンポーネントに基づく、ステップを有する。
図５と図６は、横に並べて図示し、かつ後で説明するようにディスプレイデバイス１６上には図示した方法で表示される主要モード画像４８と残差モード画像４６の例を示す。
ステップ３６において、それ以上になると強度差が意味を持つと考え得る強度閾値を見つけ、例えばノイズを無くすために、残差モード画像データ４６をさらに分析する。
図６から分かるように、残差モード画像データ４６は主にノイズを含む。それ以上になると主要モード画像データ４８からの変異が意味をもつと間が得る強度閾値を設定する。
残差モード画像データ４６の確立された閾値強度は、あるノイズレベルより上のピクセルのみを表示するために用い得る。
本発明の一実施形態では、該方法はさらに：閾値強度を残差モード画像データ４６に適用する、閾値強度より低い強度の残差モード画像データ４６のピクセルは破棄されるようにする、ステップを有する。
例えば、残差モード画像データ４６のノイズレベルは、オイラー特性曲線により分析でき、すなわち、可能性のある各閾値について、ホールとブロブの数をカウントし、オイラーヒストグラムを構成する。残差モード画像データ４６にわたりシングルパスで、可能な閾値について同時にオイラー特性を確立する手法が知られている。閾値強度は、オイラー特性が所定数より低くなり、残差モード画像データ４６に大きな空間的構造があることを示す曲線位置から求められる。
本発明の一実施形態によると、残差モード画像データ４６のオイラー特性が閾値強度において所定数より下がるように、閾値強度が決定される。
ステップ３８において、残差モード画像データ４６及び／又は主要モード画像データ４８がディスプレイデバイス１６上に表示される。
図３は、ディスプレイデバイス１６のスクリーンコンテンツの一例を示す。ディスプレイデバイス１６はＣＲＴやＬＣＤや類似デバイスであり得る。
各画像データセット４２ａ、４２ｂ、４６、４８はディスプレイデバイス上に表示される。例えば、図３に示したように、残差モード画像４６は主要モード画像４８とは別に、別画像として提示され得る。代替的に又は追加的に、残差モード画像４６（の少なくとも一部）は、全画像エリアに、又は選択された領域５０に、主要モード画像４８（又は他のエネルギー画像４２ａ、４２ｂ）にオーバーレイとして表され又はアルファブレンディング（ａｌｐｈａ−ｂｌｅｎｄｅｄ）される。
残差モード画像４６を主要モード画像４８へのオーバーレイとして、例えばカラーオーバーレイとして提示し、不透明度を残差モード画像４６の強度により決定してもよい。
カラーオーバーレイの程度は、ユーザが例えばスライダー５４又はマウスホイールを用いて、マニュアル制御できる。
本発明の一実施形態では、該方法はさらに：画像データをさらに別の画像データ４６にオーバーレイすることにより、残差モード画像データ４６をさらに別の画像データ４２ａ、４２ｂ、４８とともにディスプレイデバイス１６上に表示するステップを有する。
さらに別の画像データは、第１の画像データ４２ａ、第２の画像データ４２ｂ、及び主要画像データ４８のうちの一つであってもよい。
さらにまた、残差モード画像４６を、例えば、トグルボタン５２により、さらに別の画像データ４２ａ、４２ｂとトグルされ得る。ユーザは画像のトグリング（ｔｏｇｇｌｉｎｇ）をマニュアル制御できる。
本発明の一実施形態では、該方法はさらに：ディスプレイデバイス１６上でユーザコマンドにより画像データを残差モード画像データ４６でトグル（ｔｏｇｇｌｅ）することにより、残差モード画像データ４６をさらに別の画像データ４２ａ、４２ｂ、４８とともにディスプレイデバイス１６上に表示するステップを有する。
さらに別の可能性として、残差モード画像３６は、他の画像データ４２ａ、４２ｂ、４８と、グレースケールで、かつ適当な位置に徐々にアルファブレンディングしてもよい。例えば、アルファブレンディングの程度や二値トグリングは、例えば、スライダー５４やマウスホイールでユーザによりマニュアル制御され得る。
本発明の一実施形態では、該方法はさらに：ディスプレイデバイス１６上でユーザコマンドにより画像データを残差モード画像データ４６でアルファブレンディング（ａｌｐｈａ−ｂｌｅｎｄｉｎｇ）することにより、残差モード画像データ４６をさらに別の画像データ４２ａ、４２ｂ、４８とともに表示するステップを有する。
ディスプレイデバイス１６上で、画像４２ａ、４２ｂ、４６、４８のうちの一つの領域５０がユーザにより選択される。例えば、マウスで四角形を選択する。
選択される領域５０は、それから回帰モデル４４が決定されるデジタル画像４０中の領域を確定するために用いられる。すなわち、回帰モデル４４は画像４０全体から、又は画像４０の一部分のみから決定される。
選択される領域５０は、残差モード画像データ４６がオーバーレイ又はアルファブレンディングされる画像４２ａ、４２ｂ、４８のうち一つの領域を確定するために用いられる。
本発明の一実施形態では、残差モード画像データ４６は選択された領域５０のみのピクセルに対してのみ表示される。
さらにまた、横に並べて表示された時、２つの画像はリンクされていて、２つの画像のどちらか一方におけるマウスクのクリックや動きが他方の画像中の対応位置にヘアクロス（ｈａｉｒ ｃｒｏｓｓ）を示すようにしてもよい。
また、ユーザは、画像４２ａ、４２ｂ、４６、４８上に選択された領域（魔法の拡大鏡のようなもの）とともに自由に動いてもよい。このように、本方法は、複数のエネルギー画像４０に全体として適用されても、又はローカルな関心領域にユーザによって魔法の拡大鏡のようにインターラクティブに動かされて適用されてもよい。
本発明を、図面と上記の説明に詳しく示し説明したが、かかる例示と説明は例であり限定ではなく、本発明は開示した実施形態には限定されない。請求項に記載した発明を実施する際、図面、本開示、及び添付した特許請求の範囲を研究して、開示した実施形態のその他のバリエーションを、当業者は理解して実施することができるであろう。請求項において、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は他の要素やステップを排除するものではなく、「１つの（「ａ」又は「ａｎ」）」という表現は複数ある場合を排除するものではない。単一のプロセッサ又はコントローラ又はその他のアイテムが請求項に記載した複数のユニットの機能を満たすこともできる。相異なる従属請求項に手段が記載されているからといって、その手段を組み合わせて有利に使用することができないということではない。請求項に含まれる参照符号は、その請求項の範囲を限定するものと解してはならない。
本発明は、記録された複数の異なるエネルギーレベルに関する強度を有するピクセルを含むデジタル画像を処理する方法、コンピュータプログラム、コンピュータ読み取り可能媒体、及びコントローラに関する。また、本発明はＸ線画像化システムに関する。
医療用画像化において、例えばＸ線マンモグラフィの場合、患者の胸などの関心領域の透視画像は、その関心領域を通過した後にセンサ又はディテクタに届いたＸ線を検出することにより記録される。その後、これらの画像は表示され、医師や同等のスキルを有する人が、その関心領域に悪性又は良性の転化があるか判断する。
Ｘ線画像化システムはエネルギー弁別ディテクタ、すなわち異なるエネルギーのＸ線を区別して、複数の異なるエネルギーレベルの画像を記録するように構成されたディテクタを有する。例えば、デュアルエネルギーディテクタは全く同じジオメトリかつアナトミカルエリアの２つのエネルギー画像を生成できる。
特許文献１は、低エネルギーと高エネルギーの画像を記録するように構成されたマンモグラフィシステムを示す。
非特許文献１は、Ｘ線画像の減算方法を開示している。
２つの相補的エネルギー画像は、見えている塊が悪性か良性かを弁別するのに役に立つ情報を示す。しかし、デュアルエネルギー画像から悪性の兆候（ｍａｌｉｇｎａｎｃｙ ｆｅａｔｕｒｅｓ）を計算する方法は明確ではない。
米国特許第８１６５３７９Ｂ２号
Ｍａｓａｆｕｍｉ Ｏｈｋｉ ｅｔ ａｌ著「Ａ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｅｒｉｏｄｏｎｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ｖｏｌ． ２３， ｎｏ． ４，１ Ｊｕｌｙ １９８８， ｐａｇｅｓ ２７７−２８０）
異なるエネルギーレベルで記録された関心領域の画像を評価することにより医師をサポートする必要がある。
この必要性は独立項に記載した主題により満たすことができる。さらに別の実施形態は従属項と以下の説明から明らかになる。
本発明の一態様は、デジタル画像を処理する方法に関する。デジタル画像は異なるエネルギーレベルに関する強度を有するピクセルを含む。すなわち、画像の各ピクセルは、異なるエネルギーレベルで記録された少なくとも２つの強度に関連する。デジタル画像はデジタルＸ線画像であってもよく、エネルギーはそのデジタルＸ線画像の記録の際の異なるＸ線エネルギーに関する。
該方法は、デジタル画像の第１の画像データと第２の画像データを受け取る、第１の画像データは第１のエネルギーレベルをエンコードし、第２の画像データは第２のエネルギーレベルをエンコードする、ステップと、第１の画像データと第２の画像データから回帰モデルを決定するステップであって、回帰モデルは第１の画像データのピクセルの強度と第２の画像データのピクセルの強度との間の相関を確立するステップと、第１の画像データと第２の画像データとから残差モード画像データを計算する、残差モード画像データのピクセルはそのピクセルの第２の画像データの強度と第１の画像データのピクセルの相関強度との差に基づき、相関強度は第１の画像データのピクセルの強度に回帰モデルを適用することにより決まる、ステップとを有する。
本発明の基本的アイデアは、２つのエネルギー画像、すなわち（第１の（エネルギー）画像データと第２の（エネルギー）画像データにより表される）第１のエネルギー画像と第２のエネルギー画像が記録及び評価され、２つのエネルギー画像を単に比較するだけではすぐには分からない新しい情報が２つのエネルギー画像から抽出されるようにされるということである。この新しい情報は残差モード画像データで可視化できる。
例えば、新しい情報を抽出するために、２つのエネルギー画像間の相関を分析し、その相関に基づき回帰モデルを確立する。第２のエネルギー画像中の各ピクセルの強度を第１のエネルギー画像中の同じピクセルの強度から予測するため、回帰モデルを用いる。
新しい情報を可視化するため、回帰モデルを用いて（対応する画像データにより表される）新しい画像を計算する。例えば、残差モード画像（残差モード画像データにより表される）は、第１の画像から予測できない第２の画像中の情報、すなわち新しい情報を表示する。さらにまた、主要モード画像（主要モード画像データにより表される）は２つのエネルギー画像中の相関が大きい成分を表示する。
要約すると、上記の及び以下の方法により、デュアルエネルギー画像からの悪性フィーチャの計算が改善される。この目的のため、残差モード画像を用いて、第２のエネルギー画像のどの部分が第１のエネルギー画像に実質的に情報を付加するか知ることができる。
本発明の別の態様は、コンピュータプログラム、コンピュータ読み取り可能媒体、及びコントローラに関する。これらは上記の及び以下に説明する方法のステップを実行するように構成される。コンピュータ読み取り可能媒体は、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）記憶デバイス、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）又はＦＬＡＳＨメモリであり得る。コントローラは、コンピュータプログラムを実行するプロセッサを含む。コンピュータプログラムは、コントローラのメモリに記憶され得る。
本発明の他の一態様はＸ線画像化システムに関し、第１のエネルギーレベルのＸ線で第１の画像データを記録し、第２のエネルギーレベルのＸ線で第２の画像データを記録するディテクタ装置と、第１の画像データと第２の画像データから残差モード画像データを生成するように構成されたコントローラと、前記残差モード画像データを表示するディスプレイデバイスとを有する。例えば、Ｘ線画像化システムはマンモグラフィステーションであってもよい。
しかし、画像データは第１の場所で記録され、第２の場所で、例えばＸ線デバイスにリモート接続されたワークステーションにおいて処理されてもよい。
言うまでもなく、上記の及び以下に説明する方法の特徴は、上記の及び以下に説明するＸ線画像化システムのフィーチャであってもよい。
明示的には記載していないが技術的に可能であれば、上記の及び以下に説明する本発明の実施形態の組み合わせ、特に従属項の組み合わせは、本方法とシステムの実施形態であり得る。
本発明の上記その他の態様を、以下に説明する実施形態を参照して明らかにし、説明する。
本発明の一実施形態によるＸ線画像化システムを示す模式図である。 本発明の一実施形態による、画像データを処理する方法を示すフロー図である。 本発明の一実施形態によるＸ線画像化システムの表示デバイスを示す模式図である。 ２つの画像のエネルギー強度の相関の例を示す図である。 本発明の一実施形態による画像データを処理する方法で生成される主要モード（ｄｏｍｉｎａｎｔ ｍｏｄｅ）画像と残差モード（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｍｏｄｅ）画像の例を示す図である。 本発明の一実施形態による画像データを処理する方法で生成される主要モード（ｄｏｍｉｎａｎｔ ｍｏｄｅ）画像と残差モード（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｍｏｄｅ）画像の例を示す図である。
図１は、Ｘ線画像化システム１０を示し、これはディテクタ装置１２、コントローラ１４、及びディスプレイデバイス１６を有する。
ディテクタ装置１２は、コントローラ１４により制御され、胸などの関心オブジェクト１８の異なる２つのエネルギーレベルにおけるデジタル画像を記録するように構成されている。例えば、ディテクタ装置１２は、エネルギー弁別ディテクタ２０、又は異なる時間に異なるエネルギーでＸ線放射を発生するように構成されたＸ線源２２を有する。
図２は、ディテクタ装置１２により記録されるデジタル画像４０を処理する方法を示すフロー図である。この方法はコントローラ１４（例えば、対応するコンピュータプログラムを実行するプロセッサを有する）により実行されてもよい。
ステップ３０において、デジタル画像４０が記録され、コントローラ１４により受け取られる。前述の通り、例えば、エネルギー弁別ディテクタを用いて、デジタル画像データ４２ａ、４２ｂが異なるエネルギーレベルで記録されるように、コントローラ１４がディテクタ装置１２を制御できる。
留意点として、画像４０とその部分４２ａ、４２ｂとは同時に、又は短時間の内に記録されてもよい。このように、画像４０は関心領域１８及び／又は同じアナトミカルエリア１８の同じジオメトリを示す。
本発明の一実施形態では、該方法は：異なるＸ線エネルギーレベルでＸ線を捉えるように構成されたＸ線ディテクタ装置１２で第１の画像データ４２ａと第２の画像データ４２ｂを記録するステップを有する。
その後、デジタル画像４０はコントローラ１４に受け取られる。第１と第２の画像データ４２ａ、４２ｂ（又はエネルギー画像データ４２ａ、４２ｂ）の各々は、各ピクセルの各エネルギーレベルの強度に関する強度に関連するピクセルを含む。第１と第２の画像データ４２ａ、４２ｂは、ピクセル単位で同じサイズである（関心領域の同じ視野を表す）。留意すべき点として、デジタル画像４０は、２より多いエネルギーレベルに関連する２より多い画像データセットを有しても良い。
本発明の一実施形態では、該方法は：デジタル画像４０の第１の画像データ４２ａと第２の画像データ４２ｂを受け取る、第１の画像データ４２ａは第１のエネルギーレベルをエンコードし、第２の画像データ４２ｂは第２のエネルギーレベルをエンコードする、ステップを有する。
ステップ３２において、第１と第２の画像データ４２ａ、４２ｂから、回帰モデルを決定する。
図４は、２つのエネルギー画像データセット４２ａ、４２ｂの強度のピクセルごとのスキャタプロットの一例を示す。これは高いが非線形の相関を示している。この２つのエネルギー画像データセット間の相関を分析し、回帰モデル４４を生成する。
例えば、回帰モデル４４は、第１の画像データ４２ａのピクセルの強度を、第２の画像データ４２ｂの強度にマッピングするマッピングである。言い換えると、回帰モデルを用いて、第２の画像データ４２ｂの各ピクセルの強度を、第１の画像データ４２ａの対応する強度から予測できる。
本発明の一実施形態では、該方法は：第１の画像データ４２ａと第２の画像データ４２ｂから回帰モデル４４を決定するステップであって、回帰モデル４４は第１の画像データ４２ａのピクセルの強度と第２の画像データ４２ｂのピクセルの強度との間の相関を確立するステップを有する。
回帰モデル４４は、全画像エリア（すなわち、画像データ４２ａ、４２ｂのすべてのピクセル）に対して、又は選択された領域５０（これは、後で説明するように、ユーザにより選択される）のみに対して求められる。
本発明の一実施形態では、回帰モデル４４は選択された領域５０のみのピクセルから決定される。
図４から分かるように、画像データの２つのセット４２ａ、４２ｂの間の相関は非線形であってもよい。それゆえ、非線形回帰モデル４４、例えば、区分的線形モデル又はＳｕｐｐｏｒｔ−Ｖｅｃｔｏｒ−Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎモデルを確立することが可能である。
本発明の一実施形態によると、回帰モデル４４は非線形モデルである。
しかし、回帰モデルは、線形でもよいし、例えば、Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓなどの線形無相関手法に基づくものであってもよい。
ステップ３４において、残差モード画像データ４６及び／又は主要モード画像データ４８は、回帰モデル４４により、第１と第２の画像データ４２ａ、４２ｂから決定される。
回帰モデル４４を用いて、第１と第２の画像データ４２ａ、４２ｂが比較され、分析される。具体的に、画像データセット４２ａのピクセルの強度は、他の画像データセット４２ｂの対応ピクセルの強度と比較可能な強度に、回帰モデル４４でマッピングされる。この場合、対応ピクセルは同じ位置のピクセルであり、同じ座標を有する。
他の画像データセット４２ｂの強度から画像データセット４２ａのマッピングされた強度を引くことにより、相関の残差、すなわち第２の画像データ４２ｂにより加わった新しい情報を含む残差モード画像（残差モード画像データ４６により表される）を計算できる。これは回帰モデル４４により第１の画像データ４２ａから予測できなかったものである。
本発明の一実施形態では、該方法は：第１の画像データ４２ａと第２の画像データ４２ｂとから残差モード画像データ４６を計算する、残差モード画像データ４６のピクセルはそのピクセルの第２の画像データ４２ｂの強度と第１の画像データ４２ａのピクセルの相関強度との差に基づき、相関強度は第１の画像データ４２ａのピクセルの強度に回帰モデルを適用することにより決まる、ステップを有する。
残差モード画像データ４２ａは、第２の画像データ４２ｂの部分が第１の画像データ４２ａに本当に情報を付加しているかどうか、すなわち、非冗長的であり、第１のものから単純に予測できないか、可視化するのに用いられる。
追加的に又は代替的に、互いに予測可能である第１と第２の画像データ４２ａ、４２ｂの部分は、計算できる。再び、回帰モデル４４を用いて、主要モードすなわち２つのエネルギー画像間の相関が大きいコンポーネントを含む主要モード画像（主要モード画像データ４８により表される）は計算できる。
本発明の一実施形態では、該方法はさらに：主要モード（ｄｏｍｉｎａｎｔ ｍｏｄｅ）画像データ４８を計算する、主要モード画像データ４８のピクセルの強度は第１の画像データ４２ａと第２の画像データ４２ｂのピクセルの、回帰モデル４４に対する相関コンポーネントに基づく、ステップを有する。
図５と図６は、横に並べて図示し、かつ後で説明するようにディスプレイデバイス１６上には図示した方法で表示される主要モード画像４８と残差モード画像４６の例を示す。
ステップ３６において、それ以上になると強度差が意味を持つと考え得る強度閾値を見つけ、例えばノイズを無くすために、残差モード画像データ４６をさらに分析する。
図６から分かるように、残差モード画像データ４６は主にノイズを含む。それ以上になると主要モード画像データ４８からの変異が意味をもつと間が得る強度閾値を設定する。
残差モード画像データ４６の確立された閾値強度は、あるノイズレベルより上のピクセルのみを表示するために用い得る。
本発明の一実施形態では、該方法はさらに：閾値強度を残差モード画像データ４６に適用する、閾値強度より低い強度の残差モード画像データ４６のピクセルは破棄されるようにする、ステップを有する。
例えば、残差モード画像データ４６のノイズレベルは、オイラー特性曲線により分析でき、すなわち、可能性のある各閾値について、ホールとブロブの数をカウントし、オイラーヒストグラムを構成する。残差モード画像データ４６にわたりシングルパスで、可能な閾値について同時にオイラー特性を確立する手法が知られている。閾値強度は、オイラー特性が所定数より低くなり、残差モード画像データ４６に大きな空間的構造があることを示す曲線位置から求められる。
本発明の一実施形態によると、残差モード画像データ４６のオイラー特性が閾値強度において所定数より下がるように、閾値強度が決定される。
ステップ３８において、残差モード画像データ４６及び／又は主要モード画像データ４８がディスプレイデバイス１６上に表示される。
図３は、ディスプレイデバイス１６のスクリーンコンテンツの一例を示す。ディスプレイデバイス１６はＣＲＴやＬＣＤや類似デバイスであり得る。
各画像データセット４２ａ、４２ｂ、４６、４８はディスプレイデバイス上に表示される。例えば、図３に示したように、残差モード画像４６は主要モード画像４８とは別に、別画像として提示され得る。代替的に又は追加的に、残差モード画像４６（の少なくとも一部）は、全画像エリアに、又は選択された領域５０に、主要モード画像４８（又は他のエネルギー画像４２ａ、４２ｂ）にオーバーレイとして表され又はアルファブレンディング（ａｌｐｈａ−ｂｌｅｎｄｅｄ）される。
残差モード画像４６を主要モード画像４８へのオーバーレイとして、例えばカラーオーバーレイとして提示し、不透明度を残差モード画像４６の強度により決定してもよい。
カラーオーバーレイの程度は、ユーザが例えばスライダー５４又はマウスホイールを用いて、マニュアル制御できる。
本発明の一実施形態では、該方法はさらに：画像データをさらに別の画像データ４６にオーバーレイすることにより、残差モード画像データ４６をさらに別の画像データ４２ａ、４２ｂ、４８とともにディスプレイデバイス１６上に表示するステップを有する。
さらに別の画像データは、第１の画像データ４２ａ、第２の画像データ４２ｂ、及び主要画像データ４８のうちの一つであってもよい。
さらにまた、残差モード画像４６を、例えば、トグルボタン５２により、さらに別の画像データ４２ａ、４２ｂとトグルされ得る。ユーザは画像のトグリング（ｔｏｇｇｌｉｎｇ）をマニュアル制御できる。
本発明の一実施形態では、該方法はさらに：ディスプレイデバイス１６上でユーザコマンドにより画像データを残差モード画像データ４６でトグル（ｔｏｇｇｌｅ）することにより、残差モード画像データ４６をさらに別の画像データ４２ａ、４２ｂ、４８とともにディスプレイデバイス１６上に表示するステップを有する。
さらに別の可能性として、残差モード画像３６は、他の画像データ４２ａ、４２ｂ、４８と、グレースケールで、かつ適当な位置に徐々にアルファブレンディングしてもよい。例えば、アルファブレンディングの程度や二値トグリングは、例えば、スライダー５４やマウスホイールでユーザによりマニュアル制御され得る。
本発明の一実施形態では、該方法はさらに：ディスプレイデバイス１６上でユーザコマンドにより画像データを残差モード画像データ４６でアルファブレンディング（ａｌｐｈａ−ｂｌｅｎｄｉｎｇ）することにより、残差モード画像データ４６をさらに別の画像データ４２ａ、４２ｂ、４８とともに表示するステップを有する。
ディスプレイデバイス１６上で、画像４２ａ、４２ｂ、４６、４８のうちの一つの領域５０がユーザにより選択される。例えば、マウスで四角形を選択する。
選択される領域５０は、それから回帰モデル４４が決定されるデジタル画像４０中の領域を確定するために用いられる。すなわち、回帰モデル４４は画像４０全体から、又は画像４０の一部分のみから決定される。
選択される領域５０は、残差モード画像データ４６がオーバーレイ又はアルファブレンディングされる画像４２ａ、４２ｂ、４８のうち一つの領域を確定するために用いられる。
本発明の一実施形態では、残差モード画像データ４６は選択された領域５０のみのピクセルに対してのみ表示される。
さらにまた、横に並べて表示された時、２つの画像はリンクされていて、２つの画像のどちらか一方におけるマウスクのクリックや動きが他方の画像中の対応位置にヘアクロス（ｈａｉｒ ｃｒｏｓｓ）を示すようにしてもよい。
また、ユーザは、画像４２ａ、４２ｂ、４６、４８上に選択された領域（魔法の拡大鏡のようなもの）とともに自由に動いてもよい。このように、本方法は、複数のエネルギー画像４０に全体として適用されても、又はローカルな関心領域にユーザによって魔法の拡大鏡のようにインターラクティブに動かされて適用されてもよい。
本発明を、図面と上記の説明に詳しく示し説明したが、かかる例示と説明は例であり限定ではなく、本発明は開示した実施形態には限定されない。請求項に記載した発明を実施する際、図面、本開示、及び添付した特許請求の範囲を研究して、開示した実施形態のその他のバリエーションを、当業者は理解して実施することができるであろう。請求項において、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は他の要素やステップを排除するものではなく、「１つの（「ａ」又は「ａｎ」）」という表現は複数ある場合を排除するものではない。単一のプロセッサ又はコントローラ又はその他のアイテムが請求項に記載した複数のユニットの機能を満たすこともできる。相異なる従属請求項に手段が記載されているからといって、その手段を組み合わせて有利に使用することができないということではない。請求項に含まれる参照符号は、その請求項の範囲を限定するものと解してはならない。

Claims (14)

  1. 異なるエネルギーレベルに関連する強度を有するピクセルを含むデジタル画像を処理する方法であって、
    前記デジタル画像の第１の画像データと第２の画像データを受け取るステップであって、前記第１の画像データは第１のエネルギーレベルをエンコードし、前記第２の画像データは第２のエネルギーレベルをエンコードする、ステップと、
    前記第１の画像データと前記第２の画像データから回帰モデルを決定するステップであって、前記回帰モデルは前記第１の画像データのピクセルの強度と前記第２の画像データのピクセルの強度との間の相関を確立する、ステップと、
    前記第１の画像データと前記第２の画像データとから残差モード画像データを計算するステップであって、前記残差モード画像データのピクセルはそのピクセルにおける前記第２の画像データの強度と前記第１の画像データのピクセルの相関強度との差に基づく強度をもち、前記相関強度は前記第１の画像データのピクセルの強度に前記回帰モデルを適用することにより決まる、ステップと
    を有する方法。
  2. 前記回帰モデルは非線形モデルである、請求項１に記載の方法。
  3. 前記デジタル画像の領域を選択するステップをさらに有し、
    前記回帰モデルは前記選択された領域のみのピクセルから決められ、及び／又は前記残差モード画像データは前記選択された領域のみのピクセルに対して決められる、
    請求項１または２に記載の方法。
  4. 主要モード画像データを計算するステップであって、前記主要モード画像データのピクセルの強度は前記第１の画像データと前記第２の画像データのピクセルの、前記回帰モデルに対する相関コンポーネントに基づく、ステップをさらに有する、請求項１ないし３いずれか一項に記載の方法。
  5. さらに別の画像データを前記残差モード画像データとオーバーレイすることにより、前記残差モード画像データを前記さらに別の画像データとともにディスプレイデバイス上に表示するステップをさらに有する、請求項１ないし４いずれか一項に記載の方法。
  6. ディスプレイデバイス上でユーザコマンドによりさらに別の画像データを前記残差モード画像データとトグルすることにより、前記残差モード画像データを前記さらに別の画像データとともに前記ディスプレイデバイス上に表示するステップをさらに有する、
    請求項１ないし５いずれか一項に記載の方法。
  7. さらに別の画像データを前記残差モード画像データにアルファブレンディングすることにより、前記残差モード画像データを前記さらに別の画像データとともにディスプレイデバイス上に表示するステップをさらに有する、請求項１ないし６いずれか一項に記載の方法。
  8. 閾値強度を前記残差モード画像データに適用して、前記閾値強度より低い強度の残差モード画像データのピクセルは破棄されるようにする、ステップをさらに有する、
    請求項１ないし７いずれか一項に記載の方法。
  9. 前記残差モード画像データのオイラー特性が前記閾値強度において所定数より下がるように、前記閾値強度が決定される、請求項８に記載の方法。
  10. 異なるＸ線エネルギーレベルでＸ線を捉えるように構成されたＸ線ディテクタ装置で前記第１の画像データと前記第２の画像データを記録するステップをさらに有する、
    請求項１ないし９いずれか一項に記載の方法。
  11. デジタル画像データを処理するコンピュータプログラムであって、プロセッサにより実行されると、請求項１乃至１０いずれか一項に記載の方法のステップを実行するように構成されるコンピュータプログラム。
  12. 請求項１１に記載のコンピュータプログラムが記憶された、コンピュータ読み取り可能媒体。
  13. 請求項１乃至１０いずれか一項に記載の方法を実行するように構成されたＸ線画像化システムのコントローラ。
  14. Ｘ線画像化システムであって、
    第１のエネルギーレベルのＸ線で第１の画像データを記録し、第２のエネルギーレベルのＸ線で第２の画像データを記録するディテクタ装置と、
    前記第１の画像データと前記第２の画像データから残差モード画像データを生成するように構成された、請求項１３に記載のコントローラと、
    前記残差モード画像データを表示するディスプレイデバイスと
    を有する、システム。
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