JP4416823B2 - 画像処理装置、画像処理方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、画像処理装置、画像処理方法、及びコンピュータプログラムに関する。

近年では、ディジタル技術の進歩により、例えば医療用の放射線透視撮影で得られる画像においてもディジタル処理を施すことが一般的となってきた。特に従来の放射線診断用のフィルムを用いた放射線撮影に代わって、放射線画像をディジタルデータとして出力可能な２次元放射線センサも開発されている。そのようなセンサを用いた放射線透視撮影装置において、放射線画像の視認性向上を目的とする階調処理等のディジタル画像処理は不可欠なものとなっている。

また、放射線透視撮影においては、被写体を透過するＸ線量を検出して当該Ｘ線量を過不足無く制御する放射線露出制御（ＡＥＣ：Auto Exposure Control）が行われている。

上記のような画像処理や放射線露出制御では、診断上の関心領域の特徴を表す値（特徴量）を用いて処理の度合を決定する。例えば、階調処理では放射線画像の関心領域内画素の最大濃度値と最小濃度値を求め、この最大濃度値と最小濃度値をモニタ出力時の最大・最小輝度範囲内に収めるように調整する。このように出力に適した画像に変換することを出力変換という。

また、放射線露出制御では、放射線発生装置から曝射されるパルス状の放射線によって得られる放射線透視像の関心領域から平均値等の特徴量を抽出する。この特徴量を基準値と比較することで所望の露出となるように次回の放射線曝射条件（放射線発生装置の管電圧、管電流、パルス幅等）を制御する。

適切な画像処理や放射線露出制御を行うためには、放射線画像から特徴量の算出に用いる関心領域を正しく抽出する必要がある。

ところで、一般に放射線透視撮影では被曝量低減や散乱線の影響を抑えるために、放射線発生装置に取り付けられた照射野絞りを用いて放射線照射野領域を制限する。このとき、放射線画像上で照射野絞りの開口部外側に対応する領域（照射野外領域という）は、有用な被写体情報を持たない。被写体を透過した放射線が直接センサに到達して得られた放射線画像データではなく、散乱線がセンサに入射して得られた放射線画像データであるためである。

また、人体撮影時に人工歯根（インプラント）や心臓ペースメーカー等の放射線遮蔽物体が被写体内に存在する場合、放射線画像上で関心ある被写体領域とは大きく異なる画像濃度値をとる。

これら照射野外領域や放射線遮蔽物体の存在する領域が特徴量の算出に用いる関心領域に含まれると、診断上関心のある被写体領域の特徴を表すべき特徴量が診断上有用な情報を持たない領域の放射線画像データの影響を受ける。これは適切な画像処理や放射線露出制御の妨げとなる。この問題に対し、関心領域から照射野外領域や放射線遮蔽物体領域を取り除き、診断上関心のある被写体領域のみを認識する手法（照射野認識処理、被写体認識処理）が提案されている。

例えば、特許文献１は照射野領域と照射野外領域の境界（照射野輪郭という）において画像濃度値が急激に変化することを利用した照射野認識処理手法が提案されている。この手法では、画像中の照射野領域内部と仮定した所定の点（例えば画像の中心点）から画像端部に向かう直線を走査する。走査直線上で隣接する画素間の差分値が所定閾値以上となる画素を照射野輪郭の候補点とする。そして、隣接する直線上の照射野輪郭候補点同士を結んだものを照射野輪郭とし、内側を照射野領域、外側を照射野外領域としている。

また、特許文献２では、上記特許文献１の照射野輪郭候補点に対して、ハフ変換による直線検出を適用することで、多角形形状の照射野認識精度を高めている。

さらに、特許文献３では、特許文献１や特許文献２の手法で発生し得る被写体と直接Ｘ線照射部の境界の誤抽出に対処するため、まず、画像を照射野輪郭の候補点が作る直線を用いて分割する。そして、分割された領域毎の画像濃度値を評価し、照射野領域らしさを判別する手法を提案している。

放射線遮蔽物体領域を取り除く被写体認識処理手法としては、特許文献４に領域成長法を用いる方法が提案されている。この手法では、放射線画像から照射野外領域と放射線が被写体を通らずにセンサに直接到達した素抜け領域を除去した後、被写体領域を解析することで初期領域を決定する。この初期領域から隣接画素との差分値に基づいて被写体か放射線遮蔽物体領域かを判定しつつ初期領域を拡張し、被写体領域と放射線遮蔽物体領域を分離している。

上記の提案手法では、照射野輪郭候補点を決定するための閾値、ハフ変換で直線を検出するための閾値、画像の分割の仕方や照射野領域らしさの判別に用いる特徴量、領域成長法の初期領域と成長条件など、処理毎に異なる多数のパラメータが存在する。
特開昭６３−２５９５３８号公報 特開平１０−２７５２１３号公報 特開２００６−２５４９３４号公報 特開２００５−２６１５９６号公報

一般に、画像から必要な領域と不要な領域を分離するような画像処理手法は、認識精度を高めるために複雑なアルゴリズムで構成されるため、処理時間の増大を招くという問題点があった。また、処理に多くのパラメータが必要となり、チューニングが困難になるという問題点があった。

そこで本発明は、短時間で処理することができ、かつチューニングが容易な照射野認識・被写体認識技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、画像処理装置であって、
放射線曝射条件を設定する放射線曝射条件設定手段と、
設定された前記放射線曝射条件にしたがって放射線ビームを照射する放射線発生手段と、
到達した前記放射線ビームを放射線画像データに変換して出力する２次元放射線センサと、
前記放射線画像データを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶した複数の放射線画像データから放射線曝射条件の異なる二つの放射線画像データを選択して、該二つの放射線画像データから前記放射線ビームの散乱線の変動を検出する散乱線変動検出手段と、
前記散乱線変動検出手段で検出した前記散乱線の変動に基づき、前記放射線画像データにおける関心領域の輪郭を抽出する画像処理手段と
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、簡易なアルゴリズムで処理時間を短縮し、かつチューニングを容易にする照射野認識・被写体認識技術を提供することができる。

以下、発明の実施形態を添付の図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
本発明は、第１実施形態において、例えば、図１のブロック図に示すような放射線撮影装置１００に適用される。図１は、第１実施形態のシステムブロック図の一例である。

放射線撮影装置１００では、放射線発生部１０１が放射線曝射条件設定部１０２で設定された条件で放射線ビーム１０３を被写体Ｓに向けて照射する。ここで放射線ビーム１０３は放射線発生部１０１に取り付けられた照射野絞り１０４により、被写体Ｓの関心領域のみを透過するように照射範囲を制限される。２次元放射線センサ１０５は、到達した放射線ビーム１０３を放射線画像データＩとして出力する。

図２に示すように、この放射線画像データＩは、照射野外領域Ｉ１と照射野領域Ｉ２より構成される。図２は本発明の画像処理対象となる画像の一例である。図２において、点線で示した照射野輪郭Ｅは、照射野絞り１０４の開口輪郭に対応し、開口輪郭と相似形で、濃度が急激に変化するエッジ線である。後の説明のために、画像の左上を原点として、右方向にＸ軸、下方向にＹ軸をとるＸＹ座標系を設定する。なお、座標系の設定はこれに限るものではない。また、放射線画像データＩにおいて照射野輪郭Ｅの外側に位置する照射野外領域Ｉ１は、照射野絞り１０４の開口輪郭の外側に対応する領域である。被写体Ｓを透過する放射線ビーム１０３は照射野絞り１０４に遮られるため、照射野外領域Ｉ１に直接的には到達しない。

一方、放射線画像データＩにおいて照射野輪郭Ｅの内側に位置する照射野領域Ｉ２は、照射野絞り１０４の開口輪郭の内側に対応する領域である。被写体Ｓを透過し直接的に２次元放射線センサ１０５に到達する放射線ビーム１０３（一次放射線という）は、照射野領域Ｉ２に診断上意味のある濃度差を生じる。この濃度差が被写体像を構成する。

しかし、図３に示すように、放射線ビーム１０３は照射野絞り１０４の開口輪郭や被写体Ｓを進む際の相互作用により散乱線を生じる。図３は照射野領域・照射野外領域を形成する一次放射線と散乱線とを示す模式図の一例である。３０１及び３０３で示す範囲が照射野外領域Ｉ１に対応する。また、３０２で示す範囲が照射野領域Ｉ２に対応する。

散乱線は照射野絞り１０４の開口輪郭の外側に回り込む形で２次元放射線センサ１０５に到達する。そのため、理想的には濃度値が０になるべき照射野外領域Ｉ１においても微妙な濃度差が生じるが、照射野外領域Ｉ１には診断上意味のある被写体情報を持たない。照射野領域Ｉ２では、この一次放射線による濃度値に、散乱線による濃度値を加えた結果が２次元放射線センサ１０５に到達する放射線の濃度値となる。照射野外領域Ｉ１には一次放射線が到達しないため、濃度値は照射野領域Ｉ２よりも低い値となる。本発明ではその性質を利用する。

なお、本発明における関心領域の輪郭とは、照射野輪郭のことであり、被写体が放射線遮蔽物体を含む場合には、該放射線遮蔽物体の２次元放射線センサ上の輪郭（放射線遮蔽物体輪郭という）も含む。また、関心領域とは、照射野領域のことであり、被写体が放射線遮蔽物体を含む場合は、照射野領域から該放射線射影物体に対応する領域を除外した領域である。

引き続き、図１によって、放射線撮影装置１００の構成例を説明する。放射線撮影装置１００は先に示した構成要素に加えて、２次元放射線センサ１０５が出力する放射線画像データＩを保存する記憶部１０６、散乱線変動検出部１０７、画像処理部１０８及び画像出力部１０９より構成される。散乱線変動検出部１０７は、複数の放射線画像データから散乱線の変動を検出する。画像処理部１０８は、検出された散乱線の変動をもとに放射線画像データＩから照射野外領域Ｉ１を取り除いた照射野領域Ｉ２を抽出する。次に抽出された照射野領域Ｉ２から特徴量を算出し、前記特徴量を用いて前記照射野領域Ｉ２を階調変換した出力画像Ｉｏｕｔを作成する。画像出力部１０９は、出力画像Ｉｏｕｔのモニタへの表示やフィルムへの印刷を行う。
放射線撮影装置１００において、本発明の最も特徴とする構成は、散乱線変動検出部１０７と画像処理部１０８である。

この構成による動作の一例として、放射線画像データＩから照射野領域Ｉ２を切り出し、切り出した照射野領域Ｉ２から特徴量を算出して放射線画像データＩを階調処理する一連の流れを図６のフローチャートを参照しつつ説明する。図６は第１実施形態による画像処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳ６０１では、まず、放射線発生部１０１が、放射線曝射条件設定部１０２で設定される放射線曝射条件Ｐ１による放射線ビーム１０３を被写体Ｓへ照射する。

この放射線曝射条件Ｐ１は、被写体への放射線被曝量が診断上必要な被写体情報が得られる適切な放射線被曝量に対して小さくなるように設定されることが望ましい。被曝量を小さくする方法としては、例えば、管電圧、管電流を小さくする、又は曝射時間を短くするなどがある。なお、適切な放射線被曝量に対して大きくなるように設定した場合であっても本発明の効果を得ることができる。放射線ビーム１０３は、照射野絞り１０４によって被写体Ｓの撮影目標部位を減衰しながら透過し、２次元放射線センサ１０５に到達する。２次元放射線センサ１０５は、受光した放射線ビーム１０３を放射線画像データＩ_Ｐ１に変換して出力し、その出力は記憶部１０６に保存される。

続くステップＳ６０２では、放射線発生部１０１が、放射線制御部１０２で設定される放射線曝射条件Ｐ１と異なる放射線曝射条件Ｐ２による放射線ビーム１０３を被写体Ｓへ照射する。この放射線曝射条件Ｐ２は、管電圧、管電流、曝射時間などについて診断上必要な被写体情報が得られる適切な設定がなされるが、本実施形態では、放射線曝射条件Ｐ１よりも管電圧を大きくするものとして説明する。なお、本実施形態では第二の放射線曝射条件を適切な設定としているが、第一の放射線曝射条件を適切な設定とし、第二の放射線曝射条件を適切な放射線被曝量に対して小さくなるように設定してもよい。

放射線ビーム１０３は、照射野絞り１０４によって被写体Ｓの撮影目標部位を減衰しながら透過し、２次元放射線センサ１０５に到達する。２次元放射線センサ１０５は、受光した放射線ビーム１０３を放射線画像データＩ_Ｐ２に変換して出力する。

以上のステップＳ６０１、Ｓ６０２で生成された放射線画像データＩ_Ｐ１，Ｉ_Ｐ２は、撮影時の放射線曝射条件Ｐ１，Ｐ２の違いにより、画像全体の濃度値、コントラスト、照射野絞りの開口輪郭外側における散乱線の到達量と到達範囲に差が現れる。

ここで、図４を用いて、散乱線の到達量と到達範囲とによる照射野輪郭周辺における濃度値の変動を説明する。図４は、撮影時の放射線曝射条件が異なる放射線画像データの照射野輪郭周辺における変動の一例を示す模式図である。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、異なる放射線曝射条件で取得した放射線画像データの一部分を示す図である。この部分は例えば、図２で示す領域２０１に対応する。本実施形態において、図４（ａ）、図４（ｂ）はそれぞれ、放射線曝射条件Ｐ１、Ｐ２で取得した放射線画像データＩ_Ｐ１，Ｉ_Ｐ２に対応する。４０３、４０６はそれぞれ放射線画像データＩ_Ｐ１，Ｉ_Ｐ２における照射野領域Ｉ１_Ｐ１、Ｉ１_Ｐ２の一部である。一方、４０１、４０４はそれぞれ放射線画像データＩ_Ｐ１，Ｉ_Ｐ２における照射野外領域Ｉ２_Ｐ１、Ｉ２_Ｐ２の一部である。４０２、４０５は、それぞれの照射野外領域Ｉ２_Ｐ１、Ｉ２_Ｐ２において散乱線が到達する領域の一部である。

本実施形態では、放射線曝射条件Ｐ１より放射線曝射条件Ｐ２の管電圧を大きくしたことにより、放射線画像データＩ_Ｐ１より放射線画像データＩ_Ｐ２において画像全体の濃度値が上がる。さらに、照射野外領域における散乱線の到達量と到達範囲が大きくなる。図４で示す例では、４０５は４０２よりも幅広い領域となっている。

以上の性質に基づき、図６に戻って、特に放射線画像間の散乱線の到達量と変動を利用した照射野輪郭Ｅの抽出手法について述べる。

ステップＳ６０３で、散乱線変動検出部１０７が、放射線画像データＩ_Ｐ１，Ｉ_Ｐ２間の散乱線の変動を検出する。上述した通り、放射線画像データＩ_Ｐ１に対して放射線画像データＩ_Ｐ２の画像全体の濃度値は高く、照射野外領域Ｉ１_Ｐ２における散乱線の到達量と範囲は大きい。放射線画像データＩ_Ｐ１，Ｉ_Ｐ２間に全体的に生じている濃度値の変動から特に散乱線の変動を検出するには、一次放射線が到達しない照射野外領域Ｉ１の濃度値が低いことを利用する。具体的には、散乱線変動検出部１０７は、式１で示すように、放射線画像データＩ_Ｐ１，Ｉ_Ｐ２を対数変換後、画像間で差分演算処理を行い、差分画像Ｄ_{Ｐ１，Ｐ２}を取得する。

…(式１)
ただし、上式におけるＤ_{Ｐ１，Ｐ２}（ｘ，ｙ）は、差分画像Ｄ_{Ｐ１，Ｐ２}の座標（ｘ，ｙ）の濃度、Ｉ_Ｐ１（ｘ，ｙ）は、放射線画像データＩ_Ｐ１の座標（ｘ，ｙ）の濃度、Ｉ_Ｐ２（ｘ，ｙ）は、放射線画像データＩ_Ｐ２の座標（ｘ，ｙ）の濃度を表す。また、図５においても図２と同様の座標系を設定する。対数変換を施すことで、低濃度領域の差分値を強調することが可能となる。

図５を用いてどのような差分画像が作成されるかを説明する。図５は撮影時の放射線曝射条件が異なる画像と差分画像の一例を示す模式図である。図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、放射線曝射条件Ｐ１、Ｐ２で作成した放射線画像データＩ_Ｐ１， Ｉ_Ｐ２である。放射線曝射条件は異なるが照射野絞りの形状が同一であるので、両図における照射野輪郭５０１と照射野輪郭５０２とは一致する。しかし、放射線曝射条件が異なるため、全体的に生じている濃度値と照射野外領域における散乱線の到達量と到達範囲が異なる。

図５（ｃ）は放射線画像データである図５（ａ）および図５（ｂ）から取得した差分画像Ｄ_{Ｐ１，Ｐ２}である。対数変換により低濃度領域の差分値が強調された画像となるため、照射野外領域Ｉ１_Ｐ２においては差分絶対値が大きい領域がグレア状に広がる。一方、照射野領域Ｉ２_Ｐ２においては差分絶対値が照射野外領域における値に比べて急激に小さくなるため、照射野輪郭５０３を容易に抽出することができる。

上述の動作の一例では、散乱線変動を式１による差分画像としたが、散乱線変動の検出は以下の式２又は式３を用いて取得しても良い。どちらの関数も低濃度領域における差分値を強調することを特徴とする。式２は除算演算処理を行うことで強調し、式３は濃度値を一定値にリセットすることで強調している。

…(式２)
…(式３)
ただし、式３においてＴは放射線画像の低濃度領域と高濃度領域を識別する所定の閾値である。式３では、関数値を０にリセットしているが、この値は別の値でもかまわない。

図６に戻り、各ステップの説明を再開する。ステップＳ６０４で、画像処理部１０８が、散乱線変動検出部１０７にて出力された差分画像Ｄ_{Ｐ１，Ｐ２}が表す照射野輪郭Ｅを手がかりとして、放射線画像データＩ_Ｐ２から照射野領域Ｉ２_Ｐ２を切り出す。具体的には、差分画像Ｄ_{Ｐ１，Ｐ２}の各画素（ｘ，ｙ）の濃度絶対値｜Ｄ_{Ｐ１，Ｐ２}（ｘ，ｙ）｜を所定の閾値Ｔｅｄｇｅと比較し、｜Ｄ_{Ｐ１，Ｐ２}（ｘ，ｙ）｜＞Ｔｅｄｇｅを満たす画素（ｘ，ｙ）を照射野輪郭画素とする。ここで、照射野輪郭画素は一定の幅を持った領域となる。例えば図５においては５０４で示す領域が照射野輪郭画素により与えられる領域である。照射野輪郭の前後で急激に濃度絶対値｜Ｄ_{Ｐ１，Ｐ２}（ｘ，ｙ）｜が変化するため、照射野輪郭画素の内側の境界線と照射野輪郭とがほぼ一致するようなＴｅｄｇｅを容易に設定することができる。この照射野輪郭画素からなる領域に囲まれる領域を照射野領域Ｉ２_Ｐ２として切り出す。

なお、第一の放射線曝射条件を適切な設定値とした場合には放射線画像データＩ_Ｐ１から照射野領域Ｉ２_Ｐ１を切り出すことになる。

ステップＳ６０５で、画像処理部１０８が、切り出した照射野領域Ｉ２_Ｐ２内の画像濃度値から特徴量を算出する。ここでの特徴量には最大濃度値、最小濃度値、分散値、標準偏差値等がある。この特徴量からモニタ表示時の最大・最小輝度値を定め、放射線画像データＩ_Ｐ２に階調変換を施し表示画像Ｉｏｕｔとして出力する。

最後にステップＳ６０６で、画像出力部１０９が表示画像Ｉｏｕｔをモニタに表示する。

なお、本実施形態を、あらかじめ記憶部に記憶しておいた複数の複数の放射線画像データから放射線曝射条件の異なる二つの放射線画像データを選択して、当該処理を行ってもかまわない。

ここで、図１に示した各部は専用のハードウェアでもって構成しても良いが、本実施形態ではソフトウェアでもって構成する。この場合、図１に示した画像処理装置は、一般のＰＣ（パーソナルコンピュータ）やＷＳ（ワークステーション）等のコンピュータでもって構成することとなる。

図１０は、本発明を実現可能なコンピュータシステムの一例を示す構成図である。同図に示す如く、コンピュータ１０００は、撮像装置２０００に接続されており、互いにデータ通信が可能な構成となっている。まず、コンピュータ１０００について説明する。

１０１０はＣＰＵで、ＲＡＭ１０２０やＲＯＭ１０３０に格納されているプログラムやデータを用いてコンピュータ１０００全体の制御を行うと共に、コンピュータ１０００を適用した本発明による画像処理装置が行う各処理を実行する。

１０２０はＲＡＭで、光磁気ディスク１０６０やハードディスク１０５０からロードされたプログラムやデータを一時的に記憶するためのエリアを備える。更にＲＡＭ１０２０は、撮像装置２０００から取得した放射線画像データ等を一時的に記憶するためのエリアを備える。また、ＲＡＭ１０２０は、ＣＰＵ１０１０が各種の処理を実行する際に用いるワークエリアも備える。

１０３０はＲＯＭで、コンピュータ１０００の設定データや、ブートプログラムなどを格納する。

１０５０はハードディスクで、ＯＳ（オペレーティングシステム）や、図１に示した各部が行う上記各処理をＣＰＵ１０１０に実行させるためのプログラムやデータを保持している。そしてこれらはＣＰＵ１０１０による制御に従って適宜ＲＡＭ１０２０にロードされ、ＣＰＵ１０１０による処理対象となる。また、上画像のデータをこのハードディスク１０５０に保存させておくようにしても良い。

１０６０は光磁気ディスクで、情報記憶媒体としての一例であり、ハードディスク１０５０に保存されているプログラムやデータの一部若しくは全部をこの光磁気ディスク１０６０に格納するようにしても良い。

１０７０、１０８０はそれぞれマウス、キーボードで、コンピュータ１０００の操作者が操作することで、各種の指示をＣＰＵ１０１０に対して入力することができる。例えば、図１に示した放射線制御部１０２への放射線曝射条件設定は、これらマウス１０７０、キーボード１０８０を用いて行う。

１０９０はプリンタで、画像出力部１０９による出力先の一例である。１１００は表示装置で、ＣＲＴや液晶画面などにより構成されており、ＣＰＵ１０１０による処理結果を画像や文字などでもって表示する。例えば、図１に示した各部により処理され、最終的に画像処理部１０８から出力された画像を表示する。１０４０は上述の各部を繋ぐバスである。

次に、撮像装置２０００について説明する。撮像装置２０００は、例えば放射線透視撮影装置のような、放射線画像を撮像するものであり、撮像した放射線画像データはコンピュータ１０００に供給される。なお、放射線画像データは複数をまとめてコンピュータ１０００に供給するようにしても良いし、撮像の都度順次供給するようにしても良い。また、コンピュータ１０００からは、図１に示した放射線曝射条件設定部１０２よる放射線曝射条件の設定や撮影コマンドが送られる。

以上、本実施形態によれば、放射線撮影装置において、異なる放射線曝射条件において得られた２枚の放射線画像間における散乱線の変動を利用することで、比較的簡易な方法で正確な照射野輪郭を取得できる。さらに、照射野領域から算出される特徴量による階調変換や照射野領域の切り出し表示等の画像処理が可能となる。

＜第２実施形態＞
本発明は、第２実施形態において、例えば、図７のブロック図に示すような放射線透視装置７００に適用される。図７は、第２実施形態のシステムブロック図の一例である。

放射線透視装置７００では、放射線パルス発生部７０１が放射線曝射制御部７０２で設定された条件で放射線パルス７０３を被写体Ｓに向けて照射する。ここで放射線パルス７０３は放射線パルス発生部７０１に取り付けられた照射野絞り７０４により、被写体Ｓの関心領域のみを透過するように照射範囲を制限される。２次元放射線センサ７０５は、到達した放射線パルス７０３を放射線画像データＩとして出力する。

放射線透視装置７００は先に示した構成要素に加えて、２次元放射線センサ７０５が出力する放射線画像データＩを保存する記憶部７０６、散乱線変動検出部７０７、画像処理部７０８、画像出力部７０９より構成されている。

散乱線変動検出部７０７は、複数の放射線画像データから散乱線の変動を検出する。画像処理部７０８は、検出された散乱線の変動をもとに放射線画像データＩから照射野外領域Ｉ１を取り除いた照射野領域Ｉ２を抽出する。次に画像処理部７０８は前記照射野領域Ｉ２から特徴量を算出し、放射線画像データＩへの階調変換或いは放射線曝射制御部７０２への制御パラメータ出力を行う。画像出力部７０９は、画像処理が為された放射線画像データＩをモニタへリアルタイム表示する。

放射線透視装置７００において、本発明の最も特徴とする構成は、散乱線変動検出部７０７と画像処理部７０８である。

この構成による動作の一例として、放射線画像データＩから照射野領域Ｉ２を切り出し、切り出した照射野領域Ｉ２から特徴量を算出し、放射線画像データＩの階調処理或いは次の放射線曝射制御に利用する処理を、図８のフローチャートを参照しつつ説明する。図８は、第２実施形態による画像処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、ｎフレーム目の放射線曝射条件をＰｎ、放射線曝射条件Ｐｎで生成した放射線画像データをＩ_Ｐｎとする。

ステップＳ８０１で、ｎ＝１とする。次に、放射線パルス発生部７０１が、放射線曝射制御部７０２で設定される放射線曝射条件Ｐｎによる放射線パルス７０３を被写体Ｓへ照射する。この放射線曝射条件Ｐ１は、被写体への放射線被曝量が小さくなるように設定されることが望ましい。小さくなるように設定する方法として、例えば、管電圧、管電流を小さくする、又は曝射時間を短くするなどがある。放射線パルス７０３は、照射野絞り７０４によって被写体Ｓの撮影目標部位を減衰しながら透過し、２次元放射線センサ７０５に到達する。２次元放射線センサ７０５は、受光した放射線パルス７０３を放射線画像データＩ_Ｐｎに変換して出力し、記憶部７０６に保存する。

ステップＳ８０２で、放射線曝射制御部７０２が放射線曝射条件Ｐｎと異なる放射線曝射条件Ｐｎ＋１を設定する。この放射線曝射条件Ｐ２は、診断上必要な被写体情報が得られる適切な管電圧、管電流、曝射時間が設定されるが、本実施形態では、放射線曝射条件Ｐｎよりも管電圧を大きくするものとして説明する。

続いてステップＳ８０３で、放射線パルス発生部７０１が、放射線曝射制御部７０２で算出された放射線曝射条件Ｐｎ＋１による放射線パルス７０３を被写体Ｓへ照射する。放射線パルス７０３は、照射野絞り７０４によって被写体Ｓの撮影目標部位を減衰しながら透過し、２次元放射線センサ７０５に到達する。２次元放射線センサ７０５は、受光した放射線パルス７０３を放射線画像データＩ_Ｐｎ＋１に変換して出力する。

ステップＳ８０４で、散乱線変動検出部７０７が、放射線画像データＩ_Ｐｎ，Ｉ_Ｐｎ＋１間の散乱線の変動を検出する。第１実施形態と同様に、散乱線変動検出部７０７は、式４で示すように、放射線画像データＩ_Ｐｎ，Ｉ_Ｐｎ＋１に対数変換を施した後、画像間で差分処理を行い、差分画像Ｄ_{Ｐｎ，Ｐｎ＋１}を取得する。

…(式４)
ただし、上式におけるＤ_{Ｐｎ，Ｐｎ＋１}（ｘ，ｙ）、Ｉ_Ｐｎ（ｘ，ｙ）、およびＩ_Ｐｎ＋１はそれぞれ、座標（ｘ，ｙ）における、差分画像Ｄ_{Ｐｎ，Ｐｎ＋１}、放射線画像データＩ_Ｐｎ、および放射線画像データＩ_Ｐｎ＋１の各濃度を表す。また、図２と同様の座標系を設定する。対数変換を施すことで、低濃度領域の差分値を強調することが可能となる。

ステップＳ８０５で、画像処理部７０８が、散乱線変動検出部７０７にて出力された差分画像が表す照射野輪郭Ｅを手がかりとして、放射線画像データＩ_Ｐｎ＋１から照射野領域Ｉ２_Ｐｎ＋１を切り出す。具体的には、差分画像Ｄ_{Ｐｎ，Ｐｎ＋１}の各画素（ｘ，ｙ）の濃度絶対値｜Ｄ_{Ｐｎ，Ｐｎ＋１}（ｘ，ｙ）｜を所定の閾値Ｔｅｄｇｅと比較し、｜Ｄ_{Ｐｎ，Ｐｎ＋１}（ｘ，ｙ）｜＞Ｔｅｄｇｅを満たす画素（ｘ，ｙ）を照射野輪郭画素とする。この照射野輪郭画素に囲まれる領域を照射野領域Ｉ２_Ｐｎ＋１として切り出す。
ステップＳ８０６で、画像処理部７０８が、切り出した照射野領域Ｉ２_Ｐｎ＋１内の画像濃度値から特徴量を算出する。ここでの特徴量には最大濃度値、最小濃度値、分散値、標準偏差値等がある。この特徴量からモニタ表示の際、最大・最小輝度値を定め、放射線画像データＩ_Ｐｎ＋１に階調変換を施し表示画像Ｉｏｕｔ_Ｐｎ＋１として出力する。

ステップＳ８０７で、画像出力部７０９が、表示画像Ｉｏｕｔ_ｎ＋１をモニタに表示する。透視が続行される場合は、ステップＳ８０８へ進み、透視終了の場合は処理を終わる。

ステップＳ８０８で、ｎの値を１だけ増分する。次に、照射野領域Ｉ２_Ｐｎを記憶部７０６に保存する。

ステップＳ８０９で、放射線曝射制御部７０２が、照射野領域Ｉ２_Ｐｎから次回の放射線曝射条件Ｐｎ＋１を求め、放射線パルス発生部７０１に伝える。具体的には、放射線曝射制御部７０２は、まず、照射野領域Ｉ２_Ｐｎ内の放射線画像データの平均値を算出する。この平均値が所定の閾値より大きい場合は放射線エネルギーが小さくなるように放射線曝射条件Ｐｎ＋１を設定する。平均値が所定の閾値より小さい場合は放射線エネルギーが大きくなるように放射線曝射条件Ｐｎ＋１を設定する。その後、ステップＳ８０３へ戻る。

以上、説明したように本実施形態によれば、放射線透視装置において、時間的に連続する二つのフレームの放射線画像における散乱線の変動を利用することで、比較的簡易な方法で正確な照射野輪郭を取得できる。さらに、照射野領域から算出される特徴量による階調変換や次回の放射線曝射制御が可能となる。

＜第３実施形態＞
本発明は、第３実施形態において、放射線画像データから放射線遮蔽物体領域を取り除く被写体認識処理を行う図１のブロック図に示すような放射線撮影装置１００、または図７のブロック図に示すような放射線透視装置７００に適用される。

図９で示すように、本実施形態では、放射線画像データＩ９００が、放射線遮蔽物体領域Ｉ９０１と被写体領域Ｉ９０２より構成されるものとして説明する。図９は、本発明の画像処理対象となる画像の一例である。放射線遮蔽物体領域Ｉ９０１は、例えば人体撮影時に人工歯根（インプラント）や心臓ペースメーカー等の放射線遮蔽物体が被写体内に存在する場合、その放射線透過率が被写体と大きく異なるために発生する領域である。この領域は、一般的に診断上関心ある被写体領域とは大きく異なる濃度値をとり、診断上意味のある被写体情報は持たない。一方、被写体領域Ｉ９０２は、この例で診断上関心ある領域であり、Ｘ線透視撮影装置において視認性を上げるため適切な画像処理を必要とする。この放射線画像データＩ９００に対し、第１実施形態又は第２実施形態で述べた画像処理を適用する。

本実施態様は、前述までの実施態様と同様の処理で実施できるため、ここでは第１実施形態をもとに概要のみを説明する。まず、２種類の異なる放射線曝射条件で放射線ビームを被写体Ｓに照射する。得られた放射線画像データに対数変換等の演算処理を施した後、画像間で差分処理を行い、差分画像Ｄ_{Ｐ１，Ｐ２}を取得する。このとき、放射線遮蔽物体輪郭は、照射野輪郭と同様に、差分絶対値が大きい領域がグレア状に広がる。そこで、差分画像Ｄ_{Ｐ１，Ｐ２}の各画素（ｘ，ｙ）の濃度絶対値｜Ｄ_{Ｐ１，Ｐ２}（ｘ，ｙ）｜を所定の閾値Ｔｅｄｇｅと比較し、｜Ｄ_{Ｐ１，Ｐ２}（ｘ，ｙ）｜＞Ｔｅｄｇｅを満たす画素（ｘ，ｙ）を放射線遮蔽物体輪郭画素とする。放射線遮蔽物体輪郭の前後で急激に濃度絶対値｜Ｄ_{Ｐ１，Ｐ２}（ｘ，ｙ）｜が変化するため、放射線遮蔽物体輪郭画素の外側の境界線と放射線遮蔽物体輪郭とがほぼ一致するようなＴｅｄｇｅを容易に設定することができる。

これにより、放射線撮影装置においては、異なる放射線曝射条件において得られた２枚の放射線画像間における散乱線の変動を利用することで、比較的簡易な方法で放射線遮蔽物体領域を除いた診断上関心のある被写体領域のみから特徴量を算出できる。算出した特徴量に基づいて、適切な階調変換が可能となる。

また、放射線透視装置においては、時間的に連続する二つのフレームの放射線画像における散乱線の変動を利用することで、比較的簡易な方法で放射線遮蔽物体領域を除いた診断上関心のある被写体領域のみから特徴量を算出できる。算出した特徴量に基づいて、適切な階調変換や放射線曝射制御に用いることが可能となる。

［その他の実施形態］
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インタフェイス機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、Ｘ線検査装置など）に適用してもよい。

また、本発明の目的は、前述した機能を実現するコンピュータプログラムのコードを記録した記憶媒体を、システムに供給し、そのシステムがコンピュータプログラムのコードを読み出し実行することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたコンピュータプログラムのコード自体が前述した実施形態の機能を実現し、そのコンピュータプログラムのコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成する。また、そのプログラムのコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した機能が実現される場合も含まれる。

さらに、以下の形態で実現しても構わない。すなわち、記憶媒体から読み出されたコンピュータプログラムコードを、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込む。そして、そのコンピュータプログラムのコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行って、前述した機能が実現される場合も含まれる。

本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明したフローチャートに対応するコンピュータプログラムのコードが格納されることになる。

第１実施形態のシステムブロック図の一例である。 本発明の画像処理対象となる画像の一例である。 照射野領域・照射野外領域を形成する一次放射線と散乱線を示す模式図の一例である。 撮影時の放射線曝射条件が異なる放射線画像データの照射野輪郭周辺における変動の一例を示す模式図である。 撮影時の放射線曝射条件が異なる画像と差分画像の一例を示す模式図である。 第１実施形態による画像処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態のシステムブロック図の一例である。 第２実施形態による画像処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の画像処理対象となる画像の一例である。 本発明を実現可能なコンピュータシステムの一例を示す構成図である。

符号の説明

１００：放射線撮影装置
１０１：放射線発生部
１０２：放射線曝射条件設定部
１０３：放射線ビーム
１０４：照射野絞り
１０５：２次元放射線センサ
１０６：記憶部
１０７：散乱線変動検出部
１０８：画像処理部
１０９：画像出力部

Claims (11)

1. 放射線曝射条件を設定する放射線曝射条件設定手段と、
   設定された前記放射線曝射条件にしたがって放射線ビームを照射する放射線発生手段と、
   到達した前記放射線ビームを放射線画像データに変換して出力する２次元放射線センサと、
   前記放射線画像データを記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶した複数の放射線画像データから放射線曝射条件の異なる二つの放射線画像データを選択して、該二つの放射線画像データから前記放射線ビームの散乱線の変動を検出する散乱線変動検出手段と、
   前記散乱線変動検出手段で検出した前記散乱線の変動に基づき、前記放射線画像データにおける関心領域の輪郭を抽出する画像処理手段と
   を備えることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記散乱線変動の検出は、前記二つの放射線画像データの対応する画素のうち低濃度領域の画素の濃度値の差を強調する演算処理に基づいて行うことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記演算処理は、前記対応する画素の濃度値の対数変換後の差分演算処理であることを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記演算処理は、前記対応する画素の濃度値の除算演算処理であることを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
5. 前記演算処理は、濃度値が閾値以上の画素の該濃度値を一定値にリセットした場合の、前記対応する画素の濃度値の差分演算処理であることを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
6. 前記二つの放射線画像データは、前記２次元放射線センサから時間的に連続して出力された二つの放射線画像データであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
7. 前記関心領域は、前記放射線ビームの照射野領域か、又は前記放射線ビームの被写体が放射線遮蔽物体を含む場合には、前記放射線画像データにおける該放射線遮蔽物体に対応する領域を前記照射野領域から除外した領域であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像処理装置。
8. 抽出された前記関心領域の輪郭に基づき、前記放射線画像データから前記関心領域を抽出した放射線画像データを出力する画像出力手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の画像処理装置。
9. 前記画像出力手段は、前記抽出した放射線画像データに該放射線画像データから算出された特徴量を用いて出力変換を行うことを特徴とする請求項８に記載の画像処理装置。
10. 放射線曝射条件設定手段が、放射線曝射条件を設定する放射線曝射条件設定工程と、
    放射線発生手段が、設定された前記放射線曝射条件にしたがって放射線ビームを照射する放射線発生工程と、
    ２次元放射線センサが、到達した前記放射線ビームを放射線画像データに変換して出力する工程と、
    記憶手段が、前記放射線画像データを記憶する記憶工程と、
    散乱線変動検出手段が、前記記憶手段に記憶した複数の放射線画像データから放射線曝射条件の異なる二つの放射線画像データを選択して、該二つの放射線画像データから前記放射線ビームの散乱線の変動を検出する散乱線変動検出工程と、
    画像処理手段が、前記散乱線変動検出工程において検出された前記散乱線の変動に基づき、前記放射線画像データにおける関心領域の輪郭を抽出する画像処理工程と
    を備えることを特徴とする画像処理方法。
11. コンピュータを請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の画像処理装置として機能させるためのコンピュータプログラム。