JP5424580B2 - 画像処理装置および画像処理装置の作動方法ならびにプログラム - Google Patents

画像処理装置および画像処理装置の作動方法ならびにプログラム Download PDF

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    • A61B6/52Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/5258Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving detection or reduction of artifacts or noise

Description

本発明は、画像から線状ノイズを除去するための画像処理装置および方法ならびにプログラムに関するものである。
従来、被写体に放射線を曝射し被写体を透過した放射線量を放射線画像として検出し、放射線画像を用いて被写体の診断が行われている。この放射線画像を取得する装置として撮影する被写体の部位毎に異なる装置が用いられている。たとえば乳房を撮影する際にはマンモグラフィ装置、胸部レントゲン等の2次元の放射線画像を撮影する際には一般撮影装置がそれぞれ用いられる。
上述した各種装置により取得した放射線画像には線状ノイズ(スジムラ)が発生することがある。たとえばラインセンサにより放射線検出器に蓄積された画像情報を読取る場合、ラインセンサを構成する各受光部毎の特性の違いによる副方向(放射線画像の垂直方向)の線状ノイズが発生する場合がある。あるいはラインセンサへ加えられた衝撃により、主方向(放射線画像の水平方向)の線状ノイズが現れることがある。
上述した線状ノイズを放射線画像から除去する方法として放射線画像に対しフィルタ処理する方法が知られている(たとえば特許文献1参照)。特許文献1において、放射線画像データから線状ノイズ成分を抽出した後、抽出した線状ノイズ成分を放射線画像から差し引く方法が提案されている。特に、線状ノイズ成分を抽出するとき、画素値の急激な変化を緩やかにする前処理を行った後、フィルタ処理により線状ノイズ成分を抽出する。
特開2005−84902号公報
ところで、上述した特許文献1に示すようなスジムラの補正を行う際には、線状ノイズ成分のみを除去し人体パターンは除去しないことが望ましい。しかし、人体パターンの中に線状ノイズ成分と同一の方向に延びている成分が含まれている場合がある。したがって、特許文献1に示す線状ノイズ成分をフィルタ処理を用いて抽出するとき、その人体パターンも線状ノイズ成分とともに除去されるというアーチファクトが発生するおそれがあるという問題がある。
そこで、本発明は、人体構造を示す成分を除去することなく線状ノイズ成分だけを除去することができる放射線画像処理装置および方法ならびにプログラムを提供することを目的とするものである。
本発明の画像処理装置は、画像の主方向または副方向の高周波成分を抽出する周波数処理手段と、周波数処理手段により抽出された高周波成分について、高周波成分を抽出した方向に直交する方向の画素ラインを複数の分割画素ラインに分割するライン分割手段と、ライン分割手段により分割された各分割画素ラインのメディアン値を算出するメディアン算出手段と、メディアン算出手段により算出された各分割画素ライン毎のメディアン値を用いて高周波成分を抽出した方向に直交する方向の線状ノイズ成分を示す線状ノイズ画像を生成するノイズ画像生成手段と、ノイズ画像生成手段により生成された線状ノイズ画像を用いて画像から線状ノイズ成分を除去する画像補正手段とを備えたことを特徴とするものである。
本発明の画像処理方法は、画像の主方向または副方向の高周波成分を抽出し、抽出した高周波成分について、高周波成分を抽出した方向に直交する方向の画素ラインを複数の分割画素ラインに分割し、分割した各分割画素ラインのメディアン値を算出し、算出した各分割画素ライン毎のメディアン値を用いて高周波成分を抽出した方向に直交する方向の線状ノイズ成分を示す線状ノイズ画像を生成し、生成した線状ノイズ画像を用いて画像から線状ノイズ成分を除去することを特徴とするものである。
本発明の画像処理プログラムは、コンピュータに、画像の主方向または副方向の高周波成分を抽出し、抽出した高周波成分について、高周波成分を抽出した方向の画素ラインを複数の分割画素ラインに分割し、分割した各分割画素ラインのメディアン値を算出し、算出した各分割画素ライン毎のメディアン値を用いて分割画素ラインが延びる方向の線状ノイズ成分を示す線状ノイズ画像を生成し、生成した線状ノイズ画像を用いて画像から線状ノイズ成分を除去することを実行させることを特徴とするものである。
ここで、画像は、たとえば被写体に放射線を曝射することにより撮影されたものであってマンモグラフィ装置により取得された放射線画像や胸部撮影により取得された放射線画像であってもよいし、医用画像に限らず非破壊検査に用いられる放射線画像であってもよい。さらにはオフセット補正やシェーディング補正等に用いられる補正用の放射線画像であってもよい。
なお、ノイズ画像生成手段は、各分割画素ライン毎に算出された複数のメディアン値に基づいて、画素ラインの画素の位置の画素値を示す関数を求め、関数により導出された画素値を画素値とする線状ノイズ画像を生成するものであってもよい。
また、画像処理装置は、画像に対し線状ノイズ方向に直交する方向における画素値の急激な変化を緩やかにする前処理を施す前処理手段をさらに備えていてもよい。このとき、周波数処理手段は前処理手段による前処理が施された画像から高周波成分を抽出することになる。
さらに、周波数処理手段は、画像の高周波成分とともに低周波成分を抽出するものであってもよい。このとき、ノイズ画像抽出手段は高周波成分に基づく線状ノイズ画像と低周波成分に基づく線状ノイズ画像とを生成し、画像補正手段は複数の線状ノイズ画像を用いて複数の補正画像を生成する。
本発明の画像処理装置および方法ならびにプログラムによれば、画像の主方向または副方向の高周波成分を抽出し、抽出した高周波成分について、高周波成分を抽出した方向に直交する方向の画素ラインを複数の分割画素ラインに分割し、分割した各分割画素ラインのメディアン値を算出し、算出した各分割画素ライン毎のメディアン値を用いて高周波成分を抽出した方向に直交する方向の線状ノイズ成分を示す線状ノイズ画像を生成し、生成した線状ノイズ画像を用いて画像から線状ノイズ成分を除去することにより、メディアン値として人体構造を示す画素値が算出されることを最小限に抑えることができるため、人体のパターンの中にスジ方向に伸びている部位がある場合、その部位も線状ノイズとして除去されるのを防止し線状ノイズ成分のみ除去し、画像補正による画質の劣化が生じるのを防止することができる。
なお、ノイズ画像生成手段が、分割画素ライン毎に算出された複数のメディアン値に基づいて、画素ラインの画素の位置と画素値との関係を示す関数を導出し、導出した関数を用いて各画素の画素値を算出し線状ノイズ画像を生成するものであるとき、各分割画素ライン毎のメディアン値の違いを反映した線状ノイズ画像を生成することができる。
さらに、分割画素ラインに直交する方向における画素値の急激な変化を緩やかにする前処理を施す前処理手段をさらに備え、周波数処理手段が前処理手段による前処理が施された画像から高周波成分を抽出するものであるとき、高周波成分を抽出するときに発生したリンギングによるアーチファクトの発生を低減することができる。
以下、図面を参照して本発明の画像装置の実施の形態を詳細に説明する。図1は本発明の画像処理装置1の好ましい実施の形態を示す概略図である。なお、図1のような画像処理装置1の構成は、補助記憶装置に読み込まれた画像処理プログラムをコンピュータ(たとえばパーソナルコンピュータ等)上で実行することにより実現される。また、この画像処理プログラムは、CD−ROM等の情報記憶媒体に記憶され、もしくはインターネット等のネットワークを介して配布され、コンピュータにインストールされることになる。
画像処理装置1は、画像取得手段10、前処理手段20、ノイズ画像抽出手段30、画像補正手段40を備えている。画像取得手段10は、たとえば図2に示すような胸部撮影をしたときの放射線画像P0やその他マンモグラフィ装置により取得された放射線画像P0をデジタルデータとして取得するものである。
図1の前処理手段20は、線状ノイズ成分LNを抽出する方向(後述する分割画素ラインの方向)に直交する方向の画素値の急激な変化を緩やかにする前処理を施すものであって、差分画像生成手段21、差分画像調整手段22、画像加算手段23を備えている。差分画像生成手段21は、線状ノイズ成分LNを抽出する方向の直交方向について隣接した画素間の差分を算出することにより差分画像SP1を生成するものである。たとえば副方向(矢印Y方向)の線状ノイズ成分LNを抽出・除去するとき、差分画像生成手段21は図2のH−H線の画素値を示す図3Aのような画像P0について主方向(矢印X方向)に隣接する画素値の差分を算出することにより、図3Bに示すような差分値を画素値とする差分画像SP1を生成する。
差分画像調整手段22は、差分画像SP1内の画素値が設定画素しきい値(clip値)以上であるとき、その画素値を所定の設定値(たとえば0)に調整し調整差分画像SP2を生成するものである(clip処理)。すなわち、画素値が急激に変化している部分は図3Bの部位MCのように差分画像SP1における画素値(差分値)が大きくなっており、差分画像調整手段22は当該設定画素しきい値よりも大きい画素値を所定の値に調整して図4に示すように部位MCの画素値をたとえば0にする。ここで、SP1において当該設定画素しきい値よりも大きい画素を含んで単調増加または単調減少している範囲の画素も同様に所定の値に調整することにより、急激に変化する領域全体を緩やかな変化にすることができる。
画像加算手段23は差分画像調整手段22において調整された調整差分画像SP2を用いて画素値を累積加算することにより前処理済みの放射線画像P2を生成するものである。具体的には、画像加算手段23は、差分画像SP1を生成する前の放射線画像P0を復元するように、図4の調整差分画像SP2について主方向(矢印X方向)に隣接する画素値同士の加算を繰り返し行い、図5に示すような前処理済の放射線画像P2を生成する。このとき、差分画像調整手段22においてclip処理が施されているため、放射線画像P2は元の放射線画像P1の主方向(矢印X方向)における画素値が急激に変化している部分が緩やかになったものとなる。
図1のノイズ画像抽出手段30は、前処理済みの放射線画像P2内の線状ノイズ方向(矢印Y方向)の線状ノイズ成分LNを線状ノイズ画像として抽出するものであって、周波数処理手段31、ライン分割手段32、メディアン算出手段33、ノイズ画像生成手段34を備えている。
図1の周波数処理手段31は、放射線画像P2の主方向または副方向の高周波成分を抽出するものである。具体的には、副方向(矢印Y方向)の線状ノイズ成分LNを抽出するとき、周波数処理手段31は、放射線画像P2にローパスフィルター処理を施して図6Aに示すような主方向(矢印X方向)の低周波成分を抽出し、抽出した低周波成分を放射線画像P2から除去することにより図6Bに示す高周波成分HPを抽出する。
図1のライン分割手段32は、周波数処理手段31により抽出された高周波成分HPについて高周波成分を抽出した方向に直交する方向の各画素ラインを複数の分割画素ラインに分割するものである。つまり、ライン分割手段32は、図7に示すように副方向(矢印Y方向)の画素ラインを3等分して複数の分割画素ラインBL1〜BL3に分割する。
ここで、ライン分割手段32は分割画素ラインBL1〜BL3が生体構造に存在し得る直線の2倍以上の長さからなるように分割する。なお、生体構造に存在し得る直線の2倍以上の長さは経験的もしくは統計的に求められる所定の長さに設定される。つまり分割画素数は、スジ除去の処理を行った放射線画像P10が診断に問題がなく、且つ、視認されるスジが残らないように最適化されるパラメータである。言い換えれば、補正後の放射線画像P10において、診断等において問題になるような線状ノイズ成分LNを除去しながら、生体構造が線状ノイズ成分LNとして抽出されることによる画質の劣化を最小限に抑えることができるように最適化する。ここで、最適な分割画素数は除去するスジの太さによって変わる。ここでは分割画素ラインBL1〜BL3が生成される場合を示しているが、分割数は分割画素数によって変わり、分割が1、つまり分割されない場合もある
図1のメディアン算出手段33は、ライン分割手段32により分割された各分割画素ラインBL1〜BL3のメディアン値M1〜M3を算出するものである。ここで、メディアン算出手段33は分割画素ラインBL1〜BL3の画素数をメディアン計算幅としてメディアン値M1〜M3を算出する。ここで、分割画素ラインBL1〜BL3は生体構造に存在し得る直線の2倍以上の長さからなっているため、メディアン値(中間値)M1〜M3として生体構造を示す画素値が算出されることを最小限に抑えることができる。つまり、たとえば図7に示すように、分割画素ラインBL2の一部に生体構造を示す画素値(濃度)が存在した場合であっても、図8に示すように生体構造を示す画素値が分割画素ラインBL2内の複数の画素値の中間値にならず、メディアン値M2として算出されることはない。よって、メディアン算出手段33は線状ノイズ成分LNを示す画素値をメディアン値M2として算出することになる。
図1のノイズ画像生成手段34は、メディアン算出手段33により算出された各分割画素ライン毎のメディアン値Mを用いて分割画素ラインBL1〜BL3が延びる方向の線状ノイズ成分LNを示す線状ノイズ画像NPを生成するものである。具体的には、図9に示すように、ノイズ画像生成手段34は、各分割画素ラインBL1〜BL3の中心の画素位置の画素値をメディアン値M1〜M3とし、複数のメディアン値M1、M2およびメディアン値M2、M3をそれぞれ直線で結ぶ。そして、ノイズ画像生成手段34は副方向(矢印Y方向)の各画素に対する画素値を示す画素関数F1(y)、F2(y)(yは副方向の画素)を画素ラインL毎に生成する。その後、ノイズ画像生成手段34は生成した画素関数F1(y)、F2(y)を用いて各画素毎に画素値を算出し、図10に示すような線状ノイズ画像NPを生成する。
なお、図9において、各メディアン値M1、M2、M3をそれぞれ直線で結ぶ関数を生成する場合について例示しているが、これに限定されず、各メディアン値M1〜M3を1つの曲線で結ぶ関数F(y)を生成し、線状ノイズ画像NPを生成するものであってもよい。
図1の画像補正手段40はノイズ画像生成手段34により生成された線状ノイズ画像NPを用いて放射線画像P0から線状ノイズ成分LNを除去する補正を行うものである。画像補正手段40は放射線画像P0(図2参照)から線状ノイズ画像を減算することにより、図11に示す線状ノイズが除去された補正済みの放射線画像P10を生成する。
図12は本発明の放射線画像処理方法の好ましい実施形態を示すフローチャートであり、図1から図12を参照して放射線画像処理方法について説明する。まず、画像取得手段10により取得された放射線画像P0に対し前処理手段20において前処理が施される(ステップST1、図3〜図5参照)。次に、周波数処理手段31において前処理された放射線画像P2から高周波成分HPが抽出され(ステップST2、図6A、6B参照)、ライン分割手段32により高周波成分HPから複数の分割画素ラインBL1〜BL3が生成される(ステップST3、図7参照)。
その後、メディアン算出手段33により各分割画素ラインBL1〜BL3毎にメディアン値M1〜M3が算出され(ステップST4、図8参照)、メディアン値M1〜M3に基づいてノイズ画像生成手段34により線状ノイズ画像NPが生成される(ステップST5、図9参照)。そして、画像補正手段40により線状ノイズ画像NPを用いて放射線画像P0から線状ノイズ成分LNが除去され補正済みの放射線画像P10が取得される(ステップST6、図10、図11参照)。
上記各実施の形態によれば、画素ラインが複数の分割画素ラインBL1〜BL3に分割され、各分割画素ラインBL1〜BL3毎にメディアン値M1〜M3が算出されて線状ノイズ画像NPが生成されるため、放射線画像P0から線状ノイズ画像NPを減算したときに人体構造が除去されることを最小限に抑え線状ノイズ成分LNのみを除去する補正を行うことができる。つまり、たとえば血管のような人体構造に含まれる線状成分は放射線画像P0の端から端まで直線の状態で存在することはなく、直線部分の長さは限られている。そこで、メディアン値M1〜M3を求めるときの計算幅(矢印Y方向の画素数)をたとえば人体構造に含まれる直線部分の長さの2倍以上に設定することにより、人体構造を示す画素値はメディアン値M1〜M3として算出されることがなく、線状ノイズ画像NP内から人体構造を示す画素値は除外される。したがって、画像補正手段40において放射線画像P0から線状ノイズ画像NPを減算したときに放射線画像P0から人体構造が除去されるのを防止することができる。ここでメディアンフィルタを用いてメディアン値を用いて抽出してもよいが、処理時間が非常に大きくなる。したがって、本願の様に各分割画素ラインBL1〜BL3毎にメディアン値M1〜M3を算出して関数により補間することにより、処理時間の短縮を図ることができる。
また、図2〜図5に示すように、線状ノイズに直交する方向における画素値の急激な変化を緩やかにする前処理を施す前処理手段20をさらに備え、周波数処理手段31が前処理手段20により前処理された放射線画像P2から高周波成分HPを抽出するものであるとき、周波数処理手段31によるフィルタ処理が行われた際、画素値が急激に変化する部分にリンギングが発生するのを防止し、補正後の放射線画像P10にリンギング成分によるアーチファクトが発生することを防止することができる。
さらに、図7〜図9に示すように、ノイズ画像生成手段34が各分割画素ラインBL1〜BL3毎に算出された複数のメディアン値M1〜M3に基づいて画素ラインの画素の位置の画素値を示す関数F1(y)、F2(y)を求め、関数F1(y)、F2(y)により導出された画素値を用いて線状ノイズ画像NPを生成するものであるとき、効率的に線状ノイズ画像NPを生成することができる。
上記実施の形態において、副方向(矢印Y方向)の線状ノイズを除去する場合について例示しているが、主方向(矢印X方向)の線状ノイズを除去する場合にも上記放射線画像処理装置1を適用することができる。
さらに、上記実施形態において、1枚の線状ノイズ画像のみを生成する場合について例示しているが、処理パラメータの異なる複数の線状ノイズ画像を生成するものであってもよい。このとき、画像補正手段は複数の線状ノイズ画像を用いて複数の補正画像を生成することになる。具体的には、図1の周波数処理手段31が放射線画像P1の高周波成分HPとともに低周波成分を抽出する。そして、ノイズ画像抽出手段30が高周波成分HPに基づく線状ノイズ画像を生成するとともに、低周波成分に基づく線状ノイズ画像とを生成する。画像補正手段40は複数の線状ノイズ画像を用いて複数の補正画像を生成するようにしてもよい。
また、上記各実施形態において、放射線画像全体について線状ノイズ成分を除去する処理を行う場合について例示しているが、たとえば図13に示すようなマンモグラフィ撮影により取得された放射線画像はいわゆる素抜け領域が存在することになる。素抜け領域ではデータ値が飽和していることがあり、飽和領域ではスジがなくなっているため、線状ノイズ成分を正常に生成できないことがある。そこで、画像取得手段10において素抜け領域を検出し、素抜け領域以外の実データ領域のみにおいて上記線状ノイズ成分を除去する処理を行うようにすることで確実に線状ノイズを除去することができる。
以上、放射線画像について述べてきたが、2次元画像全てに適用可能であることは勿論である。
本発明の放射線画像処理装置の好ましい実施の形態を示すブロック図 図1の画像取得手段において取得される放射線画像の一例を示す図 図1の前処理手段において生成された差分画像の一例を示す図 図1の前処理手段において生成された差分画像の一例を示す図 図1の前処理手段において調整が行われた差分画像の一例を示す図 図1の前処理手段において差分画像に対し累積加算処理が行われた様子を示す図 図1の周波数処理手段において抽出された低周波成分の一例を示す図 図1の周波数処理手段において抽出された高周波成分の一例を示す図 図1のライン分割手段により画素ラインが分割される様子を示す模式図 図1のメディアン算出手段により各分割画素ライン毎にメディアン値が算出される様子を示すグラフ 図1のノイズ画像生成手段においてメディアン値から線状ノイズ画像を生成する際に導出される関数の一例を示すグラフ 図1のノイズ画像生成手段において生成された線状ノイズ画像の一例を示す図 図1の画像補正手段により補正された放射線画像の一例を示す図 本発明の放射線画像処理方法の好ましい実施形態を示すフローチャート 本発明の放射線画像処理装置に適用されるマンモグラフィー撮影により取得された放射線画像の一例を示す図
符号の説明
1 放射線画像処理装置
10 画像取得手段
20 前処理手段
31 周波数処理手段
32 ライン分割手段
33 メディアン算出手段
34 ノイズ画像生成手段
40 画像補正手段
BL1〜BL3 分割画素ライン
F1(y)、F2(y) 画素関数
HP 高周波成分
L 画素ライン
M1〜M3 メディアン値
NP 線状ノイズ画像
P0 放射線画像
P10 補正画像

Claims (7)

  1. 人体を記録した画像の主方向または副方向の高周波成分を抽出する周波数処理手段と、
    該周波数処理手段により抽出された前記高周波成分について、該高周波成分を抽出した方向に直交する方向の画素ラインを前記画像に記録された人体構造に存在し得る直線のうち最も長い直線の2倍以上の長さからなる複数の分割画素ラインに分割するライン分割手段と、
    該ライン分割手段により分割された前記各分割画素ラインのメディアン値を算出するメディアン算出手段と、
    該メディアン算出手段により算出された前記各分割画素ライン毎の前記メディアン値を用いて前記高周波成分を抽出した方向に直交する方向の線状ノイズ成分を示す線状ノイズ画像を生成するノイズ画像生成手段と、
    該ノイズ画像生成手段により生成された前記線状ノイズ画像を用いて前記画像から前記線状ノイズ成分を除去する画像補正手段と
    を備えたことを特徴とする画像処理装置。
  2. 前記ノイズ画像生成手段が、前記分割画素ライン毎に算出された複数の前記メディアン値に基づいて、前記画素ラインの画素の位置と画素値との関係を示す関数を導出し、導出した該関数を用いて前記各画素の画素値を算出し前記線状ノイズ画像を生成するものであることを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
  3. 前記周波数処理手段が前記画像の前記高周波成分とともに低周波成分を抽出するものであり、前記ノイズ画像抽出手段が前記高周波成分に基づく線状ノイズ画像と前記低周波成分に基づく線状ノイズ画像とを生成するものであり、前記画像補正手段が前記複数の線状ノイズ画像を用いて複数の前記補正画像を生成するものであることを特徴とする請求項1または2記載の画像処理装置。
  4. 前記高周波成分を抽出した方向における隣接した画素間の画素値の急激な変化を緩やかにする前処理を施す前処理手段をさらに備え、
    前記周波数処理手段が前記前処理手段による前処理が施された前記画像から前記高周波成分を抽出するものであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の画像処理装置。
  5. 前記ライン分割手段が、前記画像の素抜け部分を除いて前記分割画素ラインに分割し、線状ノイズ成分を生成するものであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の画像処理装置。
  6. 画像処理装置が、
    人体を記録した画像の主方向または副方向の高周波成分を抽出し、
    抽出した前記高周波成分について、該高周波成分を抽出した方向に直交する方向の画素ラインを前記画像に記録された人体構造に存在し得る直線のうち最も長い直線の2倍以上の長さからなる複数の分割画素ラインに分割し、
    分割した前記各分割画素ラインのメディアン値を算出し、
    算出した前記各分割画素ライン毎の前記メディアン値を用いて前記高周波成分を抽出した方向に直交する方向の線状ノイズ成分を示す線状ノイズ画像を生成し、
    生成した前記線状ノイズ画像を用いて前記画像から前記線状ノイズ成分を除去する
    ことを特徴とする画像処理装置の作動方法。
  7. コンピュータに、
    人体を記録した画像の主方向または副方向の高周波成分を抽出し、
    抽出した前記高周波成分について、該高周波成分を抽出した方向に直交する方向の画素ラインを前記画像に記録された人体構造に存在し得る直線のうち最も長い直線の2倍以上の長さからなる複数の分割画素ラインに分割し、
    分割した前記各分割画素ラインのメディアン値を算出し、
    算出した前記各分割画素ライン毎の前記メディアン値を用いて前記高周波成分を抽出した方向に直交する方向の線状ノイズ成分を示す線状ノイズ画像を生成し、
    生成した前記線状ノイズ画像を用いて前記画像から前記線状ノイズ成分を除去する
    ことを実行させるための画像処理プログラム。
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