JP4184965B2 - Crモザイクイメージコンポジションにおける強度補正の方法および装置 - Google Patents

Crモザイクイメージコンポジションにおける強度補正の方法および装置 Download PDF

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Description

関連出願へのクロスリファレンス
この出願は2001年1月10日付提出の米国出願第60/326233号明細書の内容に関連している。
技術分野
本発明はコンピュータ制御放射線撮影法(CRイメージング法)に関する。本発明は特に非線形強調技術および/または線形変換技術を用いてCRイメージ内の露光不足領域の強度を補正する方法および装置に関する。
発明の背景
CRイメージング法では、リンのストレージプレートを備えた複数のカセットが隣接するものとそれぞれ重なり合うように配置され、1つのプレートでイメージング可能な領域よりも大きな領域を分析できるようになっている。図1には複数のカセットを用いて複数のCRイメージを取得する方法が示されている。イメージングすべきオブジェクト10(例えば人体脚部)はx線源11と複数のイメージ記録カセット12a,12b,12cのあいだの観察野内に配置される。イメージ記録カセットはそれぞれオブジェクト10の部分ごとの高分解能画像を取得するように相互に重なり合っているので、オブジェクト10の完全な記録が保証される。のちに各カセットのCRイメージはモザイクイメージとして結合される。こうしたイメージ取得の利点として例えば、人体の動きによるアーティファクトが発生せず、連続する各イメージのアライメントを完璧に行えることが挙げられる。
モザイクイメージのコンポーズ法、すなわち個々のCRイメージをシームレスに結合する手段は周知である。例えば2000年8月に登録された米国特許第6101238号明細書“System for generating a compound x-ray image for diagnosis”には相互相関プロセスに基づいた手段が記載されている。また1999年11月16日に登録された米国特許第5986279号明細書“Method of recording and reading a radiation image of an elongate body”には基準グリッド線を用いる手段が記載されている。ただしこれらの従来技術ではCRイメージのモザイクコンポーズの際にアーティファクトが発生してしまう。
より詳細には、従来の手段を用いたモザイクCRイメージにアーティファクトが発生する様子が図2に示されている。図2には重なり合う2つのカセット12a,12bが示されており、カセット12bの捉えたイメージ内に露光不足領域が生じている。隣接するカセット12a,12bが重なり合っており、x線源から見るとカセット12bはカセット12aの後方に存在しているため、カセット12bで捉えられたイメージに露光不足部分(ホワイトバンド部分)が生じている。後方に隠れたカセット12bの領域は露光のための線量が少なく、カセット12bのイメージには露光不足部分15が生じるのである。ホワイトバンド部分すなわち露光不足部分15と正常露光部分17とが区別される。
これに加えて、カセット12aに厚い金属エッジ16が存在するために、カセット12bの露光不足領域15の一部がカセット12bの金属エッジに相応にモザイクイメージ13中にアーティファクト14として現れている。これをホワイトストラップと称する。
CRイメージ内に露光不足領域が存在するとこれがイメージを検討する医師らに視覚的な障害となるばかりでなく、重要な診断情報を隠してしまうおそれも生じる。したがって露光不足領域のイメージ強度を制御する手段を設け、この領域がイメージの他の部分と同様に明確に表現されるようにすることが望ましい。こうした手段があれば露光不足領域の情報の分析も保証され、診断の際に良好な視認性が得られる。
発明の概要
本発明の課題は、CRイメージ内の露光不足領域または“ホワイトバンド”領域のイメージ強度を自動補正する方法を提供し、診断情報に歪みを生じることなくCRイメージからアーティファクトを除去ないし低減することである。
本発明の第1の特徴はモザイクCRイメージを形成する方法である。ここではCRイメージのセットが取得され、各CRイメージが処理されてCRイメージ内の露光不足領域が検出される。露光不足領域が検出された場合、当該のCRイメージは露光不足部分と正常露光部分とに分離される。ついで露光不足部分のイメージ強度が線形変換技術および/または非線形強調技術を用いて、正常露光部分の強度とほぼ等しくなるように、または正常露光部分の強度にできるだけ近似するように調整される。強度補正された各CRイメージはモザイクイメージとして結合される。
本発明の第2の特徴はCRイメージの強度を調整する方法である。ここではCRイメージが入力され、露光不足部分と正常露光部分とが分離され、ついで露光不足部分が強調される。有利には、露光不足部分の強調プロセスにおいて露光不足部分に非線形変換が適用され、この領域の強度変化のダイナミックレンジが増大される。さらに強調部分および正常露光部分を用いて強度補正パラメータのセットが求められる。有利には強度補正パラメータは強調部分および正常露光部分の同じサイズのサンプルに線形回帰変換を行うことにより求められる。強調部分のイメージ強度はこの強度補正パラメータを用いて調整される。有利には、イメージ強度の調整プロセスにおいて、求められた強度補正パラメータを用いて強調部分に線形変換が適用される。
本発明の第3の特徴はCRイメージの強度を調整する方法のバリエーションである。ここでは露光不足領域の強調を行うか否かが自動的に判別され、過度の強調が防止される。まずCRイメージが入力され、露光不足部分と正常露光部分とが分離され、露光不足部分が強調される。露光不足部分の強調プロセスにおいては露光不足部分に非線形変換が適用されてこの領域の強度変化のダイナミックレンジが増大される。ついで強調部分および正常露光部分を用いて第1の強度補正パラメータのセットが求められる。これは有利には強調部分および正常露光部分の同じサイズのサンプルに線形回帰変換を行うことにより求められる。さらに露光不足部分および正常露光部分を用いて第2の強度補正パラメータのセットが求められる。これは有利には露光不足部分および正常露光部分の同じサイズのサンプルに線形回帰変換を行うことにより求められる。続いて当該の第1のセットと第2のセットとが評価され、最適な強度補正値の得られるほうのセットが選択される。有利には、評価のプロセスにおいてどちらのパラメータセットから最小残留誤差が生じるかが求められ、最小残留誤差を生じるほうのセットが選択される。第1の強度補正パラメータのセットが選択された場合には、露光不足部分のイメージ強度は有利にはこの第1のセットを用いて強調部分に線形変換を適用することにより調整される。第2の強度補正パラメータのセットが選択された場合には、露光不足部分のイメージ強度は有利にはこの第2のセットを用いて露光不足部分に線形変換を適用することにより調整される。
本発明のその他の態様、対象、構成および利点は添付図に則して以下に詳細に説明する有利な実施例から得られる。
図面の簡単な説明
図1には従来のCRイメージング法が示されている。図2にはCRイメージの露光不足領域に起因してモザイクCRイメージ内に発生するアーティファクトの例が示されている。図3にはCRイメージ内の露光不足領域の強度を補正する本発明の装置の第1の実施例が示されている。図4にはCRイメージ内の露光不足領域の強度を補正する本発明の装置の第2の実施例が示されている。図5には強度補正を行うモザイクCRイメージング法のフローチャートが示されている。図6にはCRイメージ内の露光不足領域の強度補正方法の第1の実施例のフローチャートが示されている。図7にはCRイメージ内の露光不足領域の強度補正方法の第2の実施例のフローチャートが示されている。図8にはCRイメージ内の露光不足領域の強調に用いられる非線形変換を表すグラフが示されている。図9のaには露光不足領域の強度補正を行う前の強度値のプロフィルが水平走査線に沿って示されている。図9のbには非線形強調および線形回帰変換によって補正された後の図9のaと同じ露光不足領域の強度値のプロフィルが水平走査線に沿って示されている。
有利な実施例の説明
本発明はCRイメージング法、特に非線形強調技術および/または線形変換技術を用いてCRイメージ内の露光不足領域の強度を補正する方法および装置に関する。
本発明に関連して以下に説明する方法および装置は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、専用または汎用のプロセッサ、またはこれらの組み合わせなど、種々の形態でインプリメンテーションできることを理解されたい。有利には本発明は有形のプログラム命令を含むアプリケーションとしてソフトウェアにインプリメンテーションされる。これは1つ以上のプログラム記憶装置、例えば磁気フロッピーディスク、RAM、CDROM、ROMおよびフラッシュメモリなどに格納され、適切なアーキテクチャを含むデバイスまたはマシンによって実行可能となる。
また以下に説明する方法および装置は有利には図ではソフトウェアとしてインプリメンテーションされているが、各モジュールの実際の組み合わせかたやプロセスステップの流れなどは、本発明をプログラミングする際の様態に依存して修正可能であることを理解されたい。本明細書を読む当該の分野の技術者は、本発明の範囲内の考察によって種々のインプリメンテーションまたはコンフィグレーションを行うことができるはずである。
図3には本発明のCRイメージ内の露光不足領域のイメージ強度を補正する装置の第1の実施例のブロック図が示されている。装置20はCRイメージ30のセットを入力する入力手段と、CRイメージ30内の露光不足領域を検出する検出器31とを有している。ホワイトバンドが検出された場合、それぞれのCRイメージごとに検出器31はイメージを露光不足部分32と正常露光部分33とに分離する。
CRイメージ30の露光不足部分32内のオブジェクトは正常露光部分33の他の解剖学的構造から区別しにくい。つまり露光不足部分32は正常露光部分33とは異なる強度レンジを有している。したがって露光不足部分32に単純な線形スケーリングおよび/または輝度シフトを行うのみでは良好な視認性を得るのに充分でないことがある。本発明では露光不足部分32を非線形強調モジュール34によって処理する。このモジュールは露光不足部分32の強度変化のダイナミックレンジを拡張し、この領域内のオブジェクトイメージを強調する。
正常露光部分33と非線形強調モジュール34から出力された強調部分とが線形回帰変換モジュール35で処理される。ここでは線形回帰変換が行われ、線形の強度変換パラメータまたは強度補正パラメータが求められる。
線形回帰変換モジュール35は最小化関数を用いて強度補正パラメータを求め、これによりホワイトバンド32のイメージ強度が正常露光部分33のイメージ強度にできるだけ近似するように調整する。線形回帰変換モジュール35で求められた線形変換のパラメータは強度補正モジュール36で用いられ、ここで入力されたCRイメージ30の露光不足部分32のイメージ強度を補正するプロシージャが実行される。このプロセスは各CRイメージについて行われ、これらがモザイクイメージとして結合される。強度補正された各CRイメージはモザイクイメージモジュール37において相互に結合される。
CRイメージ中の露光不足部分32またはホワイトバンドを検出するために種々の適切なプロセスまたは技術を使用可能であることを理解されたい。有利な例として、2001年5月15日付提出の米国出願第09855956号明細書“Method and System for Automatic Computed Radiography (CR) Image Composition by White Band Detection and Consistency Rechecking”に記載されているホワイトバンド検出器が挙げられる。この明細書の内容は本発明に関連している。
図4には、本発明のCRイメージ内の露光不足領域のイメージ強度を補正する装置の第2の実施例のブロック図が示されている。装置20’は図3の装置20と類似しているが、イメージ補正のためにホワイトバンド部分32に非線形強調を適用するか否かを自動的に判別する手段が設けられている点が異なる。実際には露光不足部分32を強調すると、オブジェクトイメージが過度に強調されてしまうことがある。この場合には線形の強度変換プロセスのみ用いて露光不足部分32の強度を正常露光部分33の強度とほぼ等しくする(またはこれにできるだけ近似させる)調整を行えば充分である。このため強調のプロシージャがバイパスされる。換言すれば、図4の実施例では、非線形強調が不要であると判別された場合、強度補正パラメータは入力されたCRイメージ30の露光不足部分32と正常露光部分33とのあいだを直接に線形回帰変換することによって求められ、これがホワイトバンド32のイメージ強度の調整に用いられる。
より詳細には、図4のシステム20’では、露光不足部分32および正常露光部分33またはこれらの一部が直接に線形回帰変換モジュール35で処理され、一方の線形変換パラメータセットが求められる。さらに正常露光部分33と非線形強調モジュール34から出力された強調部分とが線形回帰変換モジュール35aで処理され、他方の線形回帰変換パラメータセットが求められる。ここで選択モジュール38が線形回帰変換モジュール35,35aで求められた2つの強度補正パラメータセットのうち最小残留誤差を有するほうを判別して選択する。選択された強度補正パラメータが強度補正モジュール36で使用され、露光不足部分32または強調部分に対して関連するプロシージャにより強度補正が行われる。全てのCRイメージについて強度補正が行われたのち、各イメージはモザイクイメージモジュール37において相互に結合される。
線形回帰変換モジュール35,35aは、図4に示されているように、同じ機能を実行するものであると理解されたい。図4の実施例では並列処理のために複数のモジュール35,35aが用いられている。装置20’は上述の処理を並列にではなくシーケンシャルに行う1つの線形回帰変換モジュールを有するものであってもよい。
図5には本発明の強度補正を行うモザイクCRイメージング法の実施例のフローチャートが示されている。図5に示されているのは図3,図4の装置の1つの動作モードである。図5では、まず最初にステップ50で相応のCRイメージのセットが取得され、装置に入力される。次にステップ51で処理すべき1つのCRイメージが選択される。続いて当該のCRイメージからステップ52で露光不足領域の検出が行われる。露光不足領域が存在する場合、すなわちステップ52の結果がYESであった場合には、ステップ53で、イメージは2つの部分、すなわち相応のホワイトバンド部分とそれ以外の正常露光部分とに分離される。次にステップ54では、露光不足部分のイメージ強度が正常露光部分のイメージ強度にほぼ等しくなるように、またはこれにできるだけ近似するように調整される。ステップ54では図6,図7に則して説明するようなプロセスを用いることができる。ステップ55で強度補正値が各CRイメージの全ての露光不足部分に適用されたことが確認されると、ステップ56で適切な周知の手法により各CRイメージは相互に結合され、モザイクイメージが形成される。
図6には本発明にしたがってCRイメージ内のホワイトバンド部分のイメージ強度を補正する手法の第1の実施例のフローチャートが示されている。より詳細には、図6には、非線形および線形の変換プロセスを用いた強度補正法が示されている。これらの手法は図5の方法のステップ54で用いられる。
図6によれば非線形のイメージ強度変換法がCRイメージのホワイトバンド部分に適用される。このときオブジェクトイメージ(例えば隠れた骨部)を強調する特性を有する種々の非線形変換を用いることができることを理解されたい。有利な実施例では、次のような非線形強調プロセスが用いられる。
Figure 0004184965
本発明では変換プロセスは式(1)で示されるものに限定されないことを理解されたい。CRイメージ内のオブジェクト(例えば骨部など)を強調する性質を有するものであれば式(1)のプロセスに代えて他の非線形変換をステップ60で使用することもできる。
非線形変換により露光不足部分の強度は正常露光部分のレンジとは異なるレンジへ拡張されるので、次に線形変換が使用され、強調部分の強度レンジが調整される。第1のステップ61では全強調部分と同じ大きさの正常露光部分のサンプルとが取り出される。続いてこれらの部分が線形回帰変換により処理され、ステップ62で強度補正パラメータが求められる。ここで正常露光部分がホワイトバンド部分よりも小さいときには全正常露光部分と同じ大きさの露光不足部分が取り出され、有利には線形回帰変換によって処理されることを理解されたい。
また、露光不足部分(ホワイトバンド部分)の強度レンジを調整して正常露光部分の強度にほぼ等しくさせるかできるだけ近似させることのできる性質を有するものであれば、種々の線形変換を使用できることを理解されたい。本発明の有利な実施例では、次のような線形回帰変換プロセスがステップ62で行われる。
(x,y)が強調部分すなわち非線形変換後のホワイトバンド部分の強度関数であると仮定する。強度の調整は、有利には、ステップ63で
(x,y)=aI(x,y)+b (3)
として求められる。ここでI (x,y)は調整された強調部分の強度関数であり、a,bはステップ62の線形回帰変換プロシージャで求められた線形変換パラメータである。
さらにI(x,y)が同じCRイメージ内の強調部分I(x,y)と同じ大きさの正常露光部分すなわちサブイメージの強度関数であると仮定する。サブイメージI(x,y)は有利にはホワイトバンド部分I(x,y)に隣接する箇所で選択される。線形変換パラメータa,bは、有利には
Figure 0004184965
の最小化にしたがって求められる。この最小化の物理的な意味は、I(x,y)の明るさがI(x,y)の明るさにできるだけ近似するように調整されるということである。ここからa,bについての2つの線形の式
Figure 0004184965
が得られる。ここでKはI(x,y)のピクセルの全数である。この式がパラメータa,bについて解かれる。
強度補正パラメータa,bが求められると、ステップ63で強調部分は例えば式(3)のパラメータを用いて調整される。
図9には図6の手法を用いて露光不足部分の強度を補正したときの強度のグラフが示されている。より詳細には、図9のaには強度補正を行う前の露光不足部分の強度プロフィルが露光不足部分の水平走査線に沿って示されている。図9のbには図9のaと同じ領域に非線形強調および線形回帰変換を行ったのちの強度プロフィルが露光不足部分の水平走査線に沿って示されている。
図7には本発明にしたがってCRイメージ内のホワイトバンド部分のイメージ強度を補正する手法の第2の実施例のフローチャートが示されている。図7の方法は図5のステップ54で用いられ、ここでは露光不足部分に非線形強調を適用すべきか否かが自動的に判別される。図7に示されているのは図4の装置20’の動作モードである。
より詳細には、図7の方法では、ステップ70〜72のプロセスとステップ73〜74のプロセスとにより強度補正パラメータの2つのセットが形成される。ステップ70〜72のプロセスは図6の方法のステップ60〜62と同様である。このステップ70〜72のプロセスでは、非線形強調された強調部分および正常露光部分に対して線形回帰変換を行うことによって第1のパラメータセットが形成される。さらにステップ73〜74のプロセスでは、オリジナルの露光不足部分および正常露光部分に対して線形回帰変換を行うことによって第2のパラメータセットが形成される。これらのプロセス(ステップ70〜72のプロセスおよびステップ73〜74のプロセス)は並列に行ってもよいしシーケンシャルに行ってもよいことを理解されたい。
強度補正パラメータの各セットはステップ75で評価され、どちらのセットが最小残留誤差を生じるかが求められる。そののち最小残留誤差を生じるほうのセットがステップ76で選択され、CRイメージ内のホワイトバンド部分のイメージ強度補正が行われる。有利にはこの強度補正は前述の式(3)を用いて行われ、ここでI(x,y)は強調部分またはオリジナルの露光不足部分のいずれかを表す。
このように、本発明の強度補正技術によれば、各CRイメージについて例えば図6,図7の方法を用いて露光不足部分の強度が補正される。強度補正された各CRイメージは周知のモザイク技術を用いて相互に結合される。このようにして有利にはモザイクイメージからアーティファクトが低減されるか除去される。
本発明を添付図の実施例に則して説明したが、本発明は前述した方法および装置のみに限定されるものではなく、当該の分野の技術者であれば本発明の範囲内で種々に修正および変更を加えることができることを理解されたい。こうした全ての修正および変更も特許請求の範囲によって定義される本発明の対象となりうる。
従来のCRイメージング方法を示す図である。 発生するアーティファクトの例を示す図である。 本発明の装置の第1の実施例を示す図である。 本発明の装置の第2の実施例を示す図である。 強度補正を行うモザイクCRイメージング法を示すフローチャートである。 強度補正方法の第1の実施例を示すフローチャートである。 強度補正方法の第2の実施例を示すフローチャートである。 非線形変換を表すグラフである。 強度補正を行う前と行った後の強度値のプロフィルを示すグラフである。

Claims (12)

  1. CRイメージを入力するステップと、
    CRイメージを正常露光部分と露光不足部分とに分離するステップと、
    非線形変換を露光不足部分に適用して強度変化のダイナミックレンジを増大することにより、露光不足部分を強調するステップと、
    強調部分および正常露光部分の同じ大きさのサンプルに対して線形回帰変換を行うことにより、強調部分および正常露光部分を用いて強度補正パラメータを求めるステップと、
    強度補正パラメータを用いて強調部分のイメージ強度を調整するステップとを有する
    ことを特徴とするCRイメージの強度の調整方法。
  2. 前記強度補正パラメータを求めるステップにおいて、強調部分および正常露光部分を用いて第1の強度補正パラメータのセットおよび第2の強度補正パラメータのセットを求め、どちらのパラメータセットから最小残留誤差が生じるかを求めて最小残留誤差を生じるほうのセットを選択することにより、第1の強度補正パラメータのセットおよび第2の強度補正パラメータのセットを評価して最適な強度補正を行える強度補正パラメータのセットを選択し、選択された強度補正パラメータを用いて露光不足部分のイメージ強度を調整する、請求項1記載の方法
  3. イメージ強度を調整するステップにおいて、求められた強度補正パラメータを用いて線形変換を強調部分に適用する、請求項1または2記載の方法。
  4. 露光不足部分の強度を調整したCRイメージのセットをモザイクイメージとして結合するステップをさらに有する、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
  5. 第1の強度補正パラメータのセットおよび第2の強度補正パラメータのセットを求めるステップにおいて、強調部分および正常露光部分の同じ大きさのサンプルに対して、ならびに、露光不足部分および正常露光部分の同じサイズのサンプルに対して、線形回帰変換を行う、請求項2から4までのいずれか1項記載の方法
  6. イメージ強度を調整するステップにおいて、第1の強度補正パラメータのセットが選択された場合、第1の強度補正パラメータのセットを用いて強調部分に線形変換を適用し、第2の強度補正パラメータのセットが選択された場合、第2の強度補正パラメータのセットを用いて露光不足部分に線形変換を適用する、請求項2から5までのいずれか1項記載の方法
  7. CRイメージの強度の調整方法を実行する命令プログラムを有形に備えた機械で読み出し可能なプログラム記憶装置において、
    CRイメージを入力するステップの実行命令と、
    CRイメージを正常露光部分と露光不足部分とに分離するステップの実行命令と、
    非線形変換を露光不足部分に適用して強度変化のダイナミックレンジを増大することにより露光不足部分を強調するステップの実行命令と、
    強調部分および正常露光部分の同じ大きさのサンプルに対して線形回帰変換を行うことにより強調部分および正常露光部分を用いて強度補正パラメータを求めるステップの実行命令と、
    強度補正パラメータを用いて強調部分のイメージ強度を調整するステップの実行命令とを含む
    ことを特徴とする機械で読み出し可能なプログラム記憶装置。
  8. 前記強度補正パラメータを求めるステップの実行命令は、強調部分および正常露光部分を用いて第1の強度補正パラメータのセットおよび第2の強度補正パラメータのセットを求め、どちらのパラメータセットから最小残留誤差が生じるかを求めて最小残留誤差を生じるほうのセットを選択することにより、第1の強度補正パラメータのセットおよび第2の強度補正パラメータのセットを評価して最適な強度補正を行える強度補正パラメータのセットを選択し、選択された強度補正パラメータを用いて露光不足部分のイメージ強度を調整する命令を含む、請求項7記載の装置
  9. イメージ強度を調整するステップの実行命令は、求められた強度補正パラメータを用いて線形変換を強調部分に適用する命令を含む、請求項7または8記載の装置。
  10. 露光不足部分の強度を調整したCRイメージのセットをモザイクイメージへ結合するステップの実行命令をさらに含む、請求項7から9までのいずれか1項記載の装置。
  11. 第1の強度補正パラメータのセットおよび第2の強度補正パラメータを求めるステップの実行命令は、強調部分および正常露光部分の同じサイズのサンプルに対して、ならびに、露光不足部分および正常露光部分の同じサイズのサンプルに対して、線形回帰変換を行う命令とを含む、請求項8から10までのいずれか1項記載の装置。
  12. イメージ強度を調整するステップの実行命令は、第1の強度補正パラメータのセットが選択された場合、第1の強度補正パラメータのセットを用いて強調部分に線形変換を適用する命令と、第2の強度補正パラメータのセットが選択された場合、第2の強度補正パラメータのセットを用いて露光不足部分に線形変換を適用する命令とを含む、請求項8から11までのいずれか1項記載の装置。
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