JP2542183B2 - Ｘ線画像処理方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明はＸ線写真フィルム上の画像（以下「Ｘ線画
像」という）をコピーする際に、非鮮鋭マスク処理を施
して、診断性能を向上させたＸ線画像処理方法を提供す
ることを目的とするものである。

（発明の技術背景および先行技術） Ｘ線は被曝線量が多くなると、人体に有害であるか
ら、一回のＸ線撮影でできるだけ多くの情報が得られる
ことが望ましい。

一般にＸ線写真フィルムは撮影に充分な感度と広い露
光域とを持ち、かつ観察読影に必要な高いコントラスト
と高い鮮鋭度、細かい粒状性をかねそなえている必要が
ある。しかし、これらの条件は互いに矛盾するところが
多く、すべてに満足の行くＸ線写真フィルムを作ること
は困難であり、撮影適正と観察読影適正とを少しづつ犠
牲にしてフイルムを設計しているのが現実である。

そこでこのＸ線写真フィルム上の画像を読み取って電
気信号に変換し、これを画像処理してコピー写真に再生
することによりコントラスト、鮮鋭度、粒状性を改善す
ることが望まれていた。これにより、Ｘ線画像の診断性
能を向上させ、できるだけ多くの診断情報が得られるよ
うにすることができると同時に、Ｘ線写真フィルムに更
に良好な撮影適正を持たせることが可能となる。

一方、特開昭48−25523号公報には、比較的低いコン
トラスト勾配部分と、比較的高いコントラスト勾配部分
とを有する２段勾配コントラスト特性の写真フィルムを
用い、高空間周波数領域の周波数強調を行なう非鮮鋭マ
スク処理（unsharp masking）を施して記録する技術が
開示されている。この技術は大サイズのＸ線写真フィル
ムを小サイズの写真フィルムにコピーして保管の便宜を
図るために用いる画像処理であり、Ｘ線画像をサイズ的
に圧縮し、オリジナル写真と同じ診断性能を保った縮小
像を得るものである。しかしながら、この方法はシステ
ムの応答の劣化を防止してコピーする目的で行なわれて
おり、したがって強調する周波数が高く雑音が増大され
やすいため、これから得られるコピー写真は診断性能の
向上したものは望めない。

そこで、本出願人は、強調すべき周波数と、得られた
コピー写真の診断性能について研究を行なった結果、診
断に重要な周波数は人体の各部位によって多少の差はあ
るが従来の感覚から言って、非常に低い周波数（以下
「超低周波数」という）領域にあることを見出し、ま
た、高周波成分を強調して鮮鋭度を改良するという従来
の方法は、Ｘ線画像の処理の場合にはノイズ成分を強調
するだけで、診断性能をむしろ低下させる方向であるこ
と、および高周波数領域では、ノイズの占める割合が高
くこの高周波数領域のものは強調を低減すれば、雑音が
目立たず、見やすくなることを見出して、診断上有効な
超低周波数成分を強調し、コントラストを強くすること
により、診断性能を向上させることができるＸ線画像処
理方法を提案した（特開昭55−87953号）。

上記方法は、超低周波数成分を強調すると同時に、雑
音の占める割合が大きい高周波数成分を相対的に低減
し、視覚的に見やすい画像か得られるようにしたＸ線画
像処理方法で、オリジナルＸ線写真を走査して、これに
記録されているＸ線画像情報を読み取って電気信号に変
換した後、コピー写真等に再生するに当り、各走査点で
超低周波数に対応する非鮮鋭マスク濃度Dusを求め、オ
リジナルＸ線写真の濃度をDorg,強調係数をβ，コピー
写真等に再生される濃度をＤ′としたときに、 Ｄ′＝Dorg）＋β（Dorg−Dus） なる非鮮鋭マスク処理の演算を行なって、超低周波数以
上の周波数成分を強調することを特徴とするものであ
る。

しかしながら、この方法には次のような欠点があるこ
とが見出された。

すなわち、上記周波数強調によると、対象物の大きさ
に関係なくそのエッジが強調されてしまうので、大きな
構造物と小さな構造物が重なった部分では、かえって画
像が見にくくなるという難点がある。また、上記重なっ
た部分以外においても、対象物のエッジ部で余分なオー
バーシュートあるいはアンダーシュートが発生して、偽
画像を発生せしめて診断上好ましくない結果をもたら
す。

この従来方法における上記欠点についてさらに図面を
用いて一次元の例について詳細に説明すると、第1A図か
ら第1D図に示すように縦軸に信号のレベル、横軸に時間
（位置）を取ると、画像信号は、第1A図に示すようなDo
rgの濃度から、第1B図に示すような非鮮鋭マスク濃度Du
sをひいて、第1C図に示すようなDorg−Dusを得、これに
強調係数βを掛けたものをDorgに加えると、第1D図のよ
うなオーバーシュートＡおよびアンダーシュートＢを有
するエッジが強調された画像が得られる。この従来方法
においては、非鮮鋭マスクの大きさが対象物の大きさ以
上であるときに、対象物のコントラストが増加するとい
う利点があるが、同時にエッジも強調されることにな
る。しかも、このようなエッジの強調は、構造物の大き
さには依存せず、構造物のエッジの勾配に依存し、勾配
が大きければより強調され易いというように作用する。
したがって、骨や心臓などは大きな構造物であるにもか
かわらず、急峻なエッジを持っているので、非鮮鋭マス
クの大きさが構造物の大きさより小さい時でもエッジ部
分は、オーバーシュート、アンダーシュートがつき、強
調される。しかも、このオーバーシュート、アンダーシ
ュートのコントラストが大きい時には、本来そこにある
べき画像情報をこのオーバーシュート、アンダーシュー
トが重なったことにより低下せしめ一種の偽画像として
作用し、診断性能を低下せしめることがある。このた
め、前述のように、細かい構造物も大きな構造物も共に
強調されるとともに、オーバーシュート、アンダーシュ
ートによる偽画像を発生せしめ、画像をかえって見にく
くするものとなっている。

（発明の目的） 本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、細かい構造
物のみ周波数強調を行ない、オーバーシュートあるいは
アンダーシュートによる偽画像の発生のない周波数強調
を可能とした画像処理方法および装置を提供することを
目的とするものである。

（発明の構成） 本発明によるＸ線画像処理方法は、上記従来技術にお
ける周波数強調処理において、非鮮鋭マスク（Dus）を
従来非鮮鋭マスク内の画素の画像信号の平均値をとって
いたのに対し、所定のマスク内の画素の画像信号のメデ
ィアン値（中央値）としたことを特徴としたものであ
る。すなわち、Ｎ×Ｎ画素で構成される非鮮鋭マスクの
中のデジタル画像データの中のメディアン値（中央値）
（累積ヒストグラムで下から（N²＋１）/2（N:奇数）、
N²/2またはN²/2＋１（N:偶数）番目のデータを非鮮鋭マ
スク信号（Dus）として採用するようにしたことを特徴
とするものである。

（発明の効果） 本発明によるＸ線画像方法は、非鮮鋭マスク信号とし
て、メディアン値を採用することにより、後に詳述する
ように強調される対象物の大きさを非鮮鋭マスクの約半
分以下の対象物に限定することを可能にするとともに、
オーバーシュートあるいはアンダーシュートの発生を防
止し、偽画像を除去する効果を有する。

したがって、特にこの方法を医療画像の分野に応用し
た場合には、肋骨や心臓等の大面積構造物は強調され
ず、血管影のみ強調されるので、特に肺野の血管影の抽
出に適しており、見やすく診断性能の高い画像を得るこ
とができる。また、骨の細部の構造あるいは胃の像影に
おける胃壁の抽出にも適しており、医療画像の分野にお
いて診断性能を著しく高めることができるものである。
また、オーバーシュートやアンダーシュートによる偽画
像の発生を防止することができるので、特に骨のエッジ
付近の形状等が正しく表示されるようになり、誤診を招
かないという医療上極めて好ましい決をもたらすのであ
る。

（実施態様） 以下図面により本発明の実施態様について詳細に説明
する。

第２図は本発明のＸ線画像処理方法を実施する装置の
一例を概略的に示すものである。Ｘ線画像情報が記録さ
れたＸ線写真フィルム１を回転ドラム３に密着し、光源
２（グローランプ等）からの透過光ををフォトマルチプ
ライヤー４で受光し光電変換する。次にこの電気信号を
log Amp4′とA/D変換器５を通してデジタル値化された
濃度Dorgをとる。以上の例は、ドラム・スキャナーによ
ってＸ線画像をデジタル化する例であるが、CCDライン
センサーを用いた平面スキャナー等を利用してもよいの
は言うまでもない。このようにして得られた画像濃度Do
rgを表わす信号、あるいはすでにこのようにして得られ
た画像信号を一旦記録した磁気テープあるいは磁気ディ
スク記録装置６から出力された画像濃度Dorgを示す信号
をメディアン計算部７に入力する。メディアン計算部７
では所定の非鮮鋭マスク（サイズＮ×Ｎ）内の画素につ
いての画像信号あるいはデジタルデータのメディアン
（Dus）を算出し、そのメディアン（Dus）と共にオリジ
ナル画像濃度（Dorg）を表わす信号出力して、演算部８
に入力する。この演算部８ではDorg＋β（Dorg−Dus）
なる演算（周波数処理）を行ない、最終的な周波数強調
を施された画像濃度Ｄを出力する。

上記演算（削除）は、ライン単位の同期を行なうマル
チプロセサー構成としてもよいし、第３図に示すよう
に、メディアンの計算と周波数処理の計算とを非同期で
行なうようにしてもよい。すなわち、第３図に示すよう
に、画像濃度Dorgを画像メモリー10に入力し、ここに蓄
積された画像情報すなわちデジタルデータに基づいて、
メディアン計算部７′および周波数処理演算部８′にお
いて互いに非同期でそれぞれメディアン値の計算および
周波数処理の計算を行ない、最終的な画像濃度Ｄを表わ
す信号メモリー10から出力するようにしてもよい。この
第３図の場合は、リアルタイム性が低いという欠点があ
るが、メディアンに基づく画像のみを出力することも可
能であるという利点がある。なお、この例においても、
メディアン計算部７′における計算と、演算部８′にお
ける計算を単一プロセッサにより同期して行なうように
してもよいのは勿論である。

出力された画像信号は、記録装置あるいは再生装置に
送出され、記録あるいは再生される。すなわち、例えば
保存用の磁気テープ、磁気ディスク等に再び収納されて
もよいし、CRTや感光材料に可視像として再生してもよ
い。

上記のようにメディアン値を非鮮鋭マスク信号として
採用した非鮮鋭マスク処理すなわち周波数強調処理によ
る効果を対象物を理想的に短形波とした場合について以
下第4A図から第4E図を用いて説明する。（一次元の
例）。第4A図に原画像のデータすなわち画像濃度Dorgを
示す。この第4A図では、幅Ｌを有する矩形波状の対象物
を例にとって示す。マスクのサイズ（Ｎ画素）がこの対
象物の大きさ（Ｌ画素）の２倍より大きい場合には、メ
ディアン値は第4B図に示すようにこの対象物の中におい
ても一定値を保った直線状に分布するので、このメディ
アン値を用いた周波数処理の演算によれば第4C図に示す
ように対象物の部分だけ特に強調された画像濃度Ｄ＝Do
rg＋（Dorg−Dus）が得られる。このようにこの方法に
よれば細かい構造物を選択的に強調することができる。
また、第4C図から明らかなように、オーバーシュートあ
るいはアンダーシュートにはまったく見られない。

マスクサイズが対象物の大きさ（Ｌ画素）の２倍より
小さい場合には、非鮮鋭マスク濃度（Dus）は、第4D図
に示すようにオリジナルの画像濃度Dorgと同じ大きさと
形となるため、周波数処理のための演算をした後の信号
は、第4E図に示すように元の濃度Dorgと全く変わらない
ものとなる。すなわち、この場合は、比較的大きい構造
物は強調されないこととなる。もちろん、この場合も、
オーバーシュート、アンダーシュートを生じない画像が
得られる。

なお、従来技術のように非鮮鋭マスク（Dus）として
非鮮鋭マスク内の画素についての画像信号の平均値を用
いる際には、マスクサイズ（Ｎ画素）が対象物の大きさ
（Ｌ画素）の２倍より大きい場合には、上記平均値の変
化の様子は第4B図に示したメディアン値の変化と同様で
あり、したがってオーバーシュートやアンダーシュート
は発生しない。しかし、マスクサイズが対象物の大きさ
の２倍より小さい場合には、上記平均値の変化の様子は
第4D図に示したメディアン値の変化と同様にはならず、
前述の第1B図図示のようなものとなり、そこで第1C図に
示すようにβ（Dorg−Dus）の値にはオリジナル画像に
は無かった高周波成分が生じ、それが元の画像濃度Dorg
に加算されたとき、第1D図図示のようなオーバーシュー
トやアンダーシュートを発生させるものである。

上記第4A図から第4E図の説明は、対象物が理想的な矩
形波の場合につき展開されたが、本発明者は、実際の種
々の医療画像上に本方法を適用し、理想的な矩形波の場
合と同様な効果が得られることを確認した。すなわち、
本発明の方法によれば、細かい構造物は強調される一
方、比較的大きい構造物は強調されず、両者が重なる部
分においても見やすい画像を得ることができる。また、
オーバーシュート、アンダーシュートを生ずることもな
いので、偽画像による画質の劣化もなく、診断性能の高
い画像を得ることができる。本発明においては、高周波
成分に含まれる雑音も強調されるが、第７図に示される
ように強調係数βのかわりに、強調関数Ｆ（Dorg）を用
いれば、その影響はほとんど除去される。すなわち、Ｘ
線画像で主体となるＸ線量子雑音は低露光量部すなわち
画像上の低濃度部に頻繁に出現するので、低濃度部で強
調係数を減少するような非線形強調関数により、本発明
の利点を生かしつつ雑音の影響を除去することができ
る。

このように、強調係数βは、一定の大きさの数に限ら
ず、例えばDorgの大きさに応じて変化する上記関数のよ
うな可変数でもよく、本明細書では定数の他に可変数も
含めて強調係数と呼ぶものとする。

なお、上記各実施例においては、医療画像を対象とし
た説明を中心として述べたが、これは工業用の画像にお
いても、全く同じように周波数強調および偽画像の発生
防止が実現されるので、工業上も利用価値の高いもので
あることは言うまでもない。

次に、前記メディアン計算部７における具体的な計算
方法の例を説明する。

第５図に示すように、位置ijにおけるオリジナル画像
濃度をDorg（i,j）とした場合、これに対する非鮮鋭マ
スク濃度すなわちメディアン値（Dus）を求める方法に
ついて説明する。まず、デジタル画像中のマスク内の累
積ヒストグラムCUMUL（Ｉ）を作る。（第６図参照）具
体的には、この場合マスクの大きさがＮ（＝３）×Ｎ
（＝３）であり、デジタル化された画像濃度データが８
ビットの深さを持っている場合について説明する。その
場合、マスク画素数Ｎ×Ｎは９であり、メディアン値Ｍ
は下から数えて５番目のデータであり、それを累積ヒス
トグラムにおける値と比較する。この時、累積ヒストグ
ラムCUMUL（Ｉ）との比較は０から始めてもよいし255か
ら始めてもよい。あるいは、あらかじめ前の画素につい
てのメディアン値を記録しておいて、そこから左右に比
較していってもよい。

次に、CUMUL（Ｉ）≧（N²＋１）/2となったＩをその
マスクの位置でのメディアン値とする。

すなわち、これがDorg（i,j）に対する非鮮鋭マスク信
号Dusとなる。

次に第５図においてマスクを１つずつずらすときに
は、ｊ−１列目のＮ個の画像信号に関してその信号の大
きさ（第５図中gray level）の頻度を累積ヒストグラ
ムから減じ、新たにｊ＋２列目のＮ個の画像信号に関し
てその信号の大きさの頻度を加える。すなわち、 CUMUL（Ｋ）＝CUMUL（Ｋ）−１ 但しDorg（i,j−１）≦Ｋ≦255 CUMUL（Ｌ）＝CUMUL（Ｌ）＋１ 但しDorg（i,j＋２）≦Ｌ≦225 なる演算を、ｉ＝１〜Ｎまで繰り返す。また、マスク
を下にずらす場合には同様な演算を行（Ｉ）について行
なう。

このようにして、非鮮鋭マスク濃度すなわち、メディ
アン値Dusを求める。もちろん、上記説明においては、
８ビットの場合について説明したが、10ビット（この場
合255は1023になる）等、８ビット以上の深さを持つ画
像信号に適用してもよい。また、マスク形状を必ずしも
正方形（Ｎ×Ｎ）でなくてもよく、Ｍ×Ｎの長方形でも
また直径Ｒの円形でもよい。

またＸ線画像の画像濃度の空間分布は緩やかに変化す
ることを利用して、マスク内のＮ×Ｎ個の全ての画素を
利用せず、一部分の画素を利用してメディアン値を求め
てもよい。第８図（ａ）（ｂ）（ｃ）には、７×７のマ
スク内で、十字形、エックス形、及びその組合わせで示
されるような部分の画素のみを使う例を示す。この手法
によれば、近似的にではあるが、マスク内のメディアン
値を計算できるとともに、累積ヒストグラムを計算する
際に取り扱うデータ数が少なくなるので、計算時間を短
縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第1A、1B、1Cおよび1D図は、従来の周波数処理における
画像信号を示すグラフ、第２図は本発明の方法を実施す
る装置の一例を示す概略図、第３図はその一部の変更例
を示すブロック図、第4A、4B、4C、4Dおよび4E図は、本
発明により周波数処理される信号を示すグラフ、第５図
および第６図は本発明において求められる非鮮鋭マスク
信号の計算方法を説明する図、第７図は強調係数の変更
例を示すグラフ、第８図（ａ）（ｂ）（ｃ）はメディア
ン値を求める方法の異なった例を示す図である。 １……Ｘ線写真フィルム、４……検出器 ７……メディアン計算部 ８……周波数処理演算部 10……画像メモリー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 舟橋 毅 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富士写真フイルム株式会社内 (72)発明者 石田 正光 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富士写真フイルム株式会社内 (72)発明者 ジエームス・テイー・カラム アメリカ合衆国 コネテイカツト州 シ エルトン ブリツジポート アベニユー 710 フイリツプス メデイカル シ ステムズ インコーポレイテツド内 (56)参考文献 特開 昭55−87953（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−119250（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−246188（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】オリジナルＸ線写真を走査して、この写真
   に記録されているＸ線画像情報を光電的に読み取り、こ
   れにより読み取った電気信号を用いて、前記Ｘ線画像情
   報を可視像として再生する方法において、 前記電気信号を走査点に対応する多数の画素毎のデジタ
   ル信号（Dorg）に変換し、所望の大きさのマスク内の前
   記画素のデジタル信号のメディアン値（Dus）を求め、
   周波数強調係数βを用いて Dorg＋β（Dorg−Dus）なる演算を行ない、画像の周波
   数成分を強調することを特徴とするＸ線画像処理方法。
2. 【請求項２】前記マスクの大きさを、画像中の強調した
   い対象物の大きさの約２倍以上としたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のＸ線画像処理方法。
3. 【請求項３】前記メディアン値を、マスク内で十字形、
   エックス字形、または両者の組合わせで特徴づけられる
   部分の領域のデジタル信号について求めることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項記載のＸ線画像
   処理方法。
4. 【請求項４】Ｘ線画像情報が記録されているＸ線写真に
   光を走査してＸ線画像情報に応じた反射光あるいは透過
   光を発生させる光源と、この反射光あるいは透過光を検
   出して電気信号に変換する光検出器と、この電気信号を
   処理する演算装置を備えたＸ線画像情報記録再生システ
   ムにおける信号処理装置において、 前記演算装置が、前記電気信号を画素毎のデジタル信号
   （Dorg）に変換する変換器、所定の大きさのマスク内の
   画素のデジタル画像信号（Dorg）のメディアン値（Du
   s）を算出する第１の演算部、および周波数強調係数を
   βとしたとき Dorg＋β（Dorg−Dus） なる演算を行なう第２の演算部を備えたものであること
   を特徴とするＸ線画像処理装置。
5. 【請求項５】前記第１の演算部と第２の演算部が、同一
   のプロセッサから成ることを特徴とする特許請求の範囲
   第４項記載のＸ線画像処理装置。