JP5631030B2 - 放射線画像処理装置、画像処理方法、放射線撮影システムおよびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮影装置、放射線撮影方法、及び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Ｘ線透視撮影で得られる画像にディジタル処理を施すことが一般的である。従来のＸ線診断用のフィルムを用いたＸ線撮影に代わって、Ｘ線画像をディジタルデータとして出力可能な２次元Ｘ線センサも開発されている。２次元Ｘ線センサを用いたＸ線透視装置等の放射線撮影装置においては、階調処理等のディジタル画像処理は不可欠である。

Ｘ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、照射する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。この放射線露出制御では、まず、Ｘ線透視像の平均値等の特徴量が取得される。このＸ線透視像は、Ｘ線発生部から照射されるパルス状の波形を有するＸ線によって得られるものである。そして、その特徴量のレベルと、基準値との比較に基づいて所望の露出となるようにＸ線照射条件（例えば、Ｘ線発生部の管電圧、管電流、Ｘ線パルス幅等）が制御される。

Ｘ線透視撮影装置における画像処理や放射線露出制御は、診断上、最も重要な画像領域である人体の解剖学的構造に対応した関心領域を適切に表示することを目的とするものである。

Ｘ線透視撮影装置における画像処理や放射線露出制御では、撮影された画像から関心領域を抽出する。そして、抽出された関心領域から画像処理や放射線露出制御に用いる特徴量が算出される。関心領域は、撮影対象部位や撮影目的によって異なる。例えば、バリウムを使用した胃の透視では胃壁に生じているポリープを検出するため胃壁が関心領域となる。胸部の動画撮影であれば肺野領域が関心領域となる。心臓カテーテル法においてはカテーテルの先端及びその周辺領域が関心領域となる。

コリメータにより照射野が絞られている場合の照射野外領域や、Ｘ線が被写体を通過せず直接センサに入射しているいわゆる素抜け領域は、適切な領域特徴算出の弊害となるため、関心領域からは除かれるべきである。また、金属片等Ｘ線吸収率が被写体と大きく異なる領域を関心領域に含めてしまうと適切な領域特徴算出の弊害となるため、その領域は関心領域からは除かれるべきである。

ある画像から関心領域を抽出する方法としては、従来、関心領域とその他の領域とを区別する閾値を設定し、この閾値をもとに関心領域を抽出する閾値処理がある。また、画像の濃淡分布形状に基づいて物体の輪郭形状を抽出するエッジ抽出処理等が広く用いられてきた。

例えば、特許文献１では、放射線画像中の被写体領域の濃度ヒストグラムを求め、濃度ヒストグラムから算出される画像の特徴量に基づいて放射線画像の階調補正処理やダイナミックレンジ圧縮処理を行う手法が開示されている。素抜け除去やヒストグラム形状を用いて被写体の骨や軟部組織に相当する画像成分情報を抽出することで、画像中の被写体領域における特徴量を安定して抽出することができる。例えば、放射線画像中の被写体領域における最大画素濃度値が所定の画素濃度値よりも小さい場合でも、効果的な画像処理が可能になる。

また、特許文献２では、画像処理パラメータを最適化するために照射野領域を抽出する手法が開示されている。この手法では円形または多角形等の様々なコリメータ形状に対応できるように、注目画素とその近傍画素パターンから照射野端らしさを点数化して照射野候補領域を算出する。照射野候補領域に関して円形度等の形状特徴量を求めて形状を判定する。そして、判定された形状に特化した照射野認識アルゴリズムによって照射野を抽出する。判定された形状に特化したアルゴリズムとしては、多角形に対してハフ変換等の直線検出処理が採用される。また、円形状に対して円形状とのテンプレートマッチング等が採用される。こうした処理により精度が高められている。

特許文献３では、毎秒３〜５フレームの比較的遅いレートで画像を発生する透視撮影において放射線露出制御及び画像濃度変換の少なくとも一方の処理を適切に実行するために、領域特徴算出に用いる関心領域の抽出を行っている。この手法では、まず矩形の照射野領域について、画像データを画像の上下左右方向に投影（累積）する。次に各方向の１次元アレイを作成して、このアレイに対して２次微分演算を実行する。そして、最大値となる位置を各方向についての照射野の外接線（境界線）として切り出すことで抽出する。抽出された照射野切り出し結果に対して関心領域の抽出処理を実行する。関心領域の抽出処理は、撮影対象部位情報又はオーダ（依頼）情報に基づいて関心領域毎に抽出アルゴリズムを切替えて実行する。予め決められた領域として関心領域を設定する手法、バリウム塊の輪郭周辺領域として胃壁（関心領域）を検出する手法、及び胸部動画撮影時の肺野領域（関心領域）を検出する手法がある。各手法について、画像のヒストグラム解析、モルフォロジ演算、及び二値画像の論理演算等を用いたアルゴリズムが開示されている。

特開2000-10840号公報 特開2005-218581号公報 特開2003-250789号公報

しかし、関心領域を抽出し関心領域から特徴量を算出する特徴量抽出アルゴリズムは一般に複雑である。特に、Ｘ線透視撮影のような大量のデータを処理する装置において、要求される高いフレームレート（２５ｆｐｓから３０ｆｐｓ）でＸ線照射から表示までに特徴量を高い精度で抽出することは困難である。上述した従来の技術は静止画撮影や比較的低いフレームレートでの透視撮影で得られる画像に対して特徴量を抽出するものである。

従来の技術を高いフレームレートの透視撮影に適用する場合、特徴量抽出アルゴリズムは高いフレームレートに追従できないため、処理開始から特徴量が算出されるまでに遅延が生じる。その結果、抽出される特徴量には、特徴量抽出処理を開始した以降に取得されたフレームの情報が反映されていない。そのため、最適な特徴量に基づいて画像処理及びＸ線制御を適用することができない。また、被写体に大きな動きが生じる場合は特徴量抽出処理自体が無駄になることがある。例えば、被写体動が生じる前に特徴量抽出処理を開始し、被写体動が生じた後に特徴量を抽出しても、この特徴量は画像処理及びＸ線制御に用いることはできない。

上記の課題に鑑み、本発明に係る放射線撮影装置は、放射線動画撮影に対して新しいフレームの情報も反映したより適切な特徴量抽出を行うことを目的とする。

上記の目的を達成する本発明に係る放射線画像処理装置は、
被写体の関心領域の画像に対する画像処理の制御または該関心領域に対する放射線の照射条件の制御、の少なくともいずれかの制御のための特徴量を得る放射線画像処理装置であって、
被写体に放射線を照射して得られる動画像を構成する第１フレーム画像における放射線の照射野領域から被写体が存在する被写体領域を抽出する第１の抽出手段と、
前記第１フレーム画像の直後の第２フレーム画像において、当該第２フレーム画像内における前記被写体領域に対応する領域から、特徴量を算出する対象となる関心領域を抽出する第２の抽出手段と、
前記第２フレーム画像の直後の第３フレーム画像において、当該第３フレーム画像内における前記関心領域に対応する領域から、前記第３フレーム画像の関心領域の前記特徴量を算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、放射線動画撮影に対して新しいフレームの情報も反映したより適切な特徴量抽出を行うことができる。

（ａ）本発明に係る放射線撮影装置の機能構成図、（ｂ）第１実施形態にかかる放射線撮影装置の構成を説明するブロック図。 特徴量抽出部の具体的な構成を示すブロック図。 特徴量抽出部の処理対象となる画像の例を示す図。 第１実施形態に係る処理の流れを説明するタイミングチャート。 第２実施形態に係る特徴量抽出部の具体的な構成を示す図。 第２実施形態に係る処理の流れを説明するタイミングチャート。 第３実施形態に係るＸ線透視装置の構成を説明する図。

（第１実施形態）
図１（ａ）を参照して、本発明に係る放射線撮影装置の機能構成について説明する。放射線撮影装置は演算装置１０と撮像装置２０とから構成される。演算装置１０は撮像装置２０に接続されており、互いにデータ通信が可能である。

＜演算装置１０＞
ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１２やＲＯＭ１３に格納されているプログラムやデータを用いて演算装置１０の全体的な制御を行う。また、ＣＰＵ１１はプログラムの実行により予め定められた画像処理に関する演算を実行することが可能である。

ＲＡＭ１２は、光磁気ディスク１６やハードディスク１５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。さらにＲＡＭ１２は、撮像装置２０から取得された画像データ等を一時的に記憶する。また、ＲＡＭ１２は、ＣＰＵ１１が各種の処理を実行する際に用いるワークエリアである。ＲＯＭ１３は、演算装置１０の設定データや、ブートプログラムなどを格納する。バス１４は演算装置１０内の各部を繋ぎ、各部の間でデータの送受信を行うことを可能にする。

ハードディスク１５は、ＯＳ（オペレーティングシステム）や、図１（ｂ）、図２、図５、又は図７に示された各部が行う各処理をＣＰＵ１１に実行させるためのプログラムやデータを保持する。そして、これらはＣＰＵ１１による制御に従って、ＲＡＭ１２にロードされ、ＣＰＵ１１により処理される。また、ハードディスク１５は動画像のデータを保存することも可能である。

光磁気ディスク１６は、情報記憶媒体としての一例であり、ハードディスク１５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１６に格納することが可能である。

マウス１７又はキーボード１８を演算装置１０の操作者が操作することにより、各種の指示が入力される。例えば、第１実施形態におけるデフォルト値の設定、又は第２実施形態における簡易画像解析に用いる所定領域の設定を、マウス１７又はキーボード１８を用いて行うことが可能である。

プリンタ１９は、図１（ｂ）に示される画像表示部１０８に表示された画像を記録媒体上に印刷出力する。

表示装置２０は、ＣＲＴや液晶画面などにより構成されており、ＣＰＵ１１による処理結果を画像、文字等で表示することが可能である。例えば、図１（ｂ）、図２、図５、又は図７に示された各部により処理され、最終的に画像表示部１０８に出力された画像を表示することが可能である。この場合、画像表示部１０８は、表示装置２０に画像を表示するための表示制御手段として機能する。

＜撮像装置２０＞
撮像装置２０は、放射線撮影装置（例えば、Ｘ線透視装置）のような、動画像を撮像することが可能である。撮像された画像データは演算装置１０に送信される。なお、画像データ複数をまとめて演算装置１０に送信する構成としてもよい。一方、撮像の都度、順次、画像データを送信する構成としてもよい。また、図１（ｂ）、図７に示されたＸ線制御部１０９よる次フレームのＸ線曝射条件の設定や撮影コマンドが演算装置１０から撮像装置２０に送信される。撮像装置２０は、受信された次フレームのＸ線曝射条件の設定や撮影コマンドに基づいて、設定される撮像条件の更新を行う。そして、撮像装置２０は更新された撮像条件で画像データの撮像を行うことが可能である。

次に図１（ｂ）を参照して、本発明の第１実施形態に係る放射線撮影装置（例えば、Ｘ線透視装置１００）について説明する。Ｘ線透視装置１００は、毎秒３〜３０パルスのＸ線パルスを発生することが可能なＸ線発生部１０１（放射線発生部）と、被写体１０３を透過したＸ線１０２のＸ線パルスに同期した動画像を撮像する２次元Ｘ線センサ１０４を備える。２次元Ｘ線センサ１０４は、Ｘ線照射（放射線照射）された被写体１０３の動画像を撮像する撮像手段として機能する。

Ｘ線透視装置１００は２次元Ｘ線センサ１０４から出力される動画像を構成する各フレーム画像に対して前処理を行う前処理部１０５と、前処理が行われた動画像の各フレームから特徴量を抽出する特徴量抽出部１０６を備える。

特徴量抽出部１０６は、例えば、処理対象のフレーム画像から照射野内の被写体が存在する被写体領域を抽出し、さらにＸ線遮蔽物領域（放射線遮蔽物領域）を取り除いて関心領域を特定する。特徴量抽出部１０６は、関心領域の位置、大きさ、形状、平均輝度値、最大輝度値、最小輝度値、重心位置、輝度値の分散、標準偏差等の少なくとも１つを第１特徴量として算出することが可能である。

また、Ｘ線透視装置１００は特徴量抽出部１０６で算出される第１特徴量を用いて、前処理部１０５で前処理が行われた動画像の各フレーム画像に対し画像処理を行う画像処理部１０７を有する。画像処理部１０７は、算出された第１特徴量に基づいて、階調変換処理、鮮鋭化処理、ノイズ抑制処理、又は関心領域切り出し処理の少なくとも1つを画像処理として行うことが可能である。

Ｘ線透視装置１００は画像処理部１０７にて画像処理が行われた動画像等をＸ線透視像として表示する画像表示部１０８を備える。

また、Ｘ線透視装置１００は、特徴量抽出部１０６で算出された第１特徴量に基づいてＸ線発生部１０１の次パルス照射時の照射条件制御を行うＸ線制御部１０９を有する。

図２を参照して、特徴量抽出部１０６の詳細な構成を示すブロック図について説明する。特徴量抽出部１０６は、第１の画像解析部２０１、第２の画像解析部２０２、第３の画像解析部２０３、及び第４の画像解析部２０４を備える。

第４抽出手段として機能する第１の画像解析部２０１は、特徴量抽出部１０６に入力される画像を解析し、第１の画像解析結果（照射野領域）を第２乃至第４の画像解析部２０２乃至２０４に出力する。なお、第１の画像解析部２０１から出力された第１の画像解析結果は第３、第４の画像解析部２０３では使用しないが、動画像に物理的な揺れ等による乱れが生じた場合等に備えて、復元できるように保存する。なお、最初の解析で照射野を抽出せずに、被写体領域を抽出する処理から開始する構成としてもよい。

第１抽出手段として機能する第２の画像解析部２０２は、特徴量抽出部１０６に入力される画像を、第１の画像解析結果を用いて解析し、第２の画像解析結果（被写体領域）を第３及び第４の画像解析部２０３、２０４に出力する。なお、第２の画像解析部２０２から出力された第２の画像解析結果は同様に第４の画像解析部２０３では使用しない。また、直前のフレーム画像から抽出された照射野領域の情報から現在のフレーム画像における被写体領域を抽出してもよいし、このフレーム画像を解析して最初に被写体領域を抽出する構成としてもよい。

第２抽出手段として機能する第３の画像解析部２０３は、特徴量抽出部１０６に入力される画像を、第２の画像解析結果を用いて解析し、第３の画像解析結果（患部等の関心領域）を第４の画像解析部２０４に出力する。

第１算出手段として機能する第４の画像解析部２０４は、特徴量抽出部１０６に入力される画像を、第３の画像解析結果を用いて解析し、第４の画像解析結果として第１特徴量を算出して出力する。この第４の画像解析結果が、特徴量抽出部１０６の出力として画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に与えられる第１特徴量である。第１特徴量の詳細については後段において説明する。

図３を参照して、特徴量抽出部１０６の処理対象となる画像の例について説明する。例えば、胸部画像３００を解析対象画像とした場合について説明する。

図３において、３０１はＸ線発生部１０１に取り付けられたコリメータ（図示せず）によって絞られたコリメータ外の外側である照射野外領域を黒で示した図である。白で示される領域は照射野領域である。

図３において、３０２は、照射野外領域に加え、Ｘ線が被写体１０３を通過せず直接2次元Ｘ線センサ１０４に入射した素抜け領域を黒で示した図である。白で示される領域は被写体領域である。

図３において、３０３は、照射野外領域及び素抜け領域に加えて、被写体１０３内のＸ線遮蔽物を黒で示した図である。白で示される領域は関心領域である。

算出可能な関心領域の位置、大きさ、形状、最大濃度値、最小濃度値、平均濃度値、分散、標準偏差値、関心領域の面積、関心領域とそれ以外の領域の境界長、モーメント、重心等を関心領域の第１特徴量３０４（図示せず）と称する。

本実施形態においては、第１の画像解析部２０１は照射野領域３０１を抽出する照射野抽出処理を行う。この照射野抽出処理は、様々な方法が考えられる。一般には照射野領域内外の境界において大きな濃度変化が発生すること、又は照射野の輪郭形状はコリメータ形状に依存し比較的単純な形状（直線、円形）であること等を利用して照射野が抽出される。本実施形態においても上記の照射野領域の性質を利用して照射野抽出処理を行う。

また、本実施形態においては、第２の画像解析部２０２は被写体領域３０２を抽出する被写体抽出処理を行う。この被写体抽出処理は、様々な方法が考えられるが、一般には素抜け領域が高い濃度値を持つこと、又は素抜け領域と照射野外領域とが接することを利用して抽出される。本実施形態においては、第１の画像解析部２０１で抽出された照射野領域３０１を用いて、照射野外領域に接する高濃度領域を素抜けとし、それ以外の領域を被写体１０３として抽出する被写体抽出処理を行う。あるフレーム画像とその直後のフレーム画像との間には大きな変化はないと想定される。すなわちフレーム画像から取得された照射野領域の範囲とその直後のフレーム画像の照射野領域の範囲は対応しておりほぼ共通であると考えられる。よってあるフレーム画像から取得された照射野領域の範囲を直後のフレーム画像の照射野領域の範囲であると考えて、その範囲から被写体領域を抽出する。また、全部又は一部が重なる共通領域から被写体領域を抽出してもよい。

また、本実施形態においては、第３の画像解析部２０３は関心領域３０３を抽出する関心領域抽出処理を行う。この関心領域抽出処理は、一般に、関心領域外として取り除くべきＸ線遮蔽物が比較的低い濃度値を持つこと、又は人工物であるため比較的単純な形状（直線的）であること等を利用して抽出される。本実施形態においては、第２の画像解析部２０２で抽出された被写体領域３０２の情報を用いて、被写体内で低濃度領域又は人工物らしい形状を持つ領域をＸ線遮蔽物として取り除き、それ以外の領域を関心領域として抽出する関心領域抽出処理を行う。同様にフレーム画像とその直後のフレーム画像との間には大きな変化はないと想定される。すなわちフレーム画像から取得された照射野領域の範囲と直後のフレーム画像内の照射野領域の範囲は対応しておりほぼ共通であると考えられる。よってフレーム画像から取得された被写体領域の範囲が直後のフレーム画像内の被写体領域の範囲であると考えて、その範囲から関心領域を抽出する。また、全部又は一部が重なる共通領域から関心領域を抽出してもよい。

つまり、動画像を構成するフレーム画像を、時系列的に第１フレーム画像、第２フレーム画像、第３フレーム画像…と称して、第１フレーム画像が最初の入力画像であるとすると、第１フレーム画像からある領域を抽出する。そして、その抽出結果と第２フレーム画像とから当該第２フレーム画像内の別の領域を抽出する。同様に、その抽出結果と第３フレーム画像とから当該第３フレーム画像内のさらに別の領域を抽出するという構成である。

また、本実施形態においては、第４の画像解析部２０４は関心領域の特徴量３０４を抽出する領域特徴算出処理を行う。ここで抽出すべき第１特徴量は後段の画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に適用されるアルゴリズムに依存する。本実施形態においては、画像処理部１０７は関心領域のコントラストを一定の範囲に収める階調処理を行う。また、画像処理部１０７は関心領域の最大濃度値、最小濃度値を抽出する。Ｘ線制御部１０９は関心領域の輝度等の平均濃度値を一定にするようにＸ線条件を制御し、また関心領域内画素の平均濃度値を算出する。

続いて、図４を参照して、上述の本実施形態における各部の動作を放射線動画撮影の４フレーム目までを例として説明する。説明の簡単化のため、特徴量抽出部１０６は、前処理部１０５が画像を出力してから画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９の動作開始までに、第１乃至第４の画像解析部による解析の何れか１つは実行できるが、２つ以上は実行できないことを仮定する。

以降の説明において、ｎフレーム目で取得された胸部画像をＩ３ｎ０、照射野領域情報をＩ３ｎ１、被写体領域情報をＩ３ｎ２、関心領域情報をＩ３ｎ３、特徴量をＩ３ｎ４で表す。また、ｎフレーム目で取得された胸部画像に画像処理を施した表示用画像をＶ３ｎ０で表す。

ステップＳ４１１において、Ｘ線透視が開始されると、Ｘ線発生部１０１は１パルス目のＸ線１０２を被写体１０３に照射する。Ｘ線１０２は、被写体１０３を減衰しながら透過し、2次元Ｘ線センサ１０４に到達し、２次元Ｘ線センサ１０４にて１フレーム目のＸ線画像が出力される。前処理部１０５は、２次元Ｘ線センサ１０４から出力されたＸ線画像に対し、オフセット補正処理やゲイン補正処理等の前処理を行う。１フレーム目のＸ線画像に対し前処理を施した画像を、特徴量抽出部１０６への１フレーム目の入力画像Ｉ３１０とする。ステップＳ４１２において、特徴量抽出部１０６は、１フレーム目の入力画像Ｉ３１０に対し、第１の画像解析部２０１により照射野抽出処理を行う。この処理では照射野領域情報Ｉ３１１を抽出し、第１の画像解析結果として出力する。仮定に従い、この時点で特徴量抽出部１０６は第１の画像解析部２０１以外を動作させることはできない。ステップＳ４１３において、Ｘ線透視装置１００は画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９の動作を行う。しかし、この時点で特徴量抽出部１０６は画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に与える第１特徴量（関心領域の最大濃度値、最小濃度値、平均濃度値等）を抽出していない。従って、予め決められたデフォルト値を画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に与えて１フレーム目のＸ線画像Ｉ３１０に対する画像処理及び２フレーム目のＸ線画像取得のためのＸ線制御（放射線制御）を行う。ステップＳ４１４において、画像表示部１０８において、画像処理が施された１フレーム目のＸ線画像（Ｖ３１０）を表示して、１フレーム目の処理を終了する。

ステップＳ４２１において、Ｘ線発生部１０１は、２パルス目のＸ線１０２を被写体１０３に照射する。ステップＳ４１１と同様に前処理を実行し、２フレーム目の入力画像Ｉ３２０を特徴量抽出部１０６への入力画像とする。ステップＳ４２２において、特徴量抽出部１０６は、２フレーム目の入力画像Ｉ３２０に対して、第２の画像解析部２０２により被写体抽出処理を行う。この処理では、ステップＳ４１２において出力された照射野領域情報Ｉ３１１を用いて被写体情報Ｉ３２２を抽出し、第２の画像解析結果として出力する。仮定に従い、この時点で特徴量抽出部１０６は第２の画像解析部２０２以外を動作させることはできない。

ステップＳ４２３において、Ｘ線透視装置１００は画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９の動作を行う。しかし、この時点で特徴量抽出部１０６は画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に与える第１特徴量（関心領域の最大濃度値、最小濃度値、平均濃度値等）を抽出していない。そこで、ステップＳ４１３と同様に、予め決められたデフォルト値を画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に与えて２フレーム目のＸ線画像Ｉ３２０に対する画像処理及び３フレーム目のＸ線画像取得のためのＸ線制御（放射線制御）を行う。

ステップＳ４２４において、画像表示部１０８において画像処理が施された２フレーム目のＸ線画像（Ｖ３２０）を表示し、２フレーム目の処理を終了する。

ステップＳ４３１において、Ｘ線発生部１０１は、３パルス目のＸ線１０２を被写体１０３に照射する。ステップＳ４１１と同様に前処理を実行し３フレーム目の入力画像Ｉ３３０を特徴量抽出部１０６への入力画像とする。

ステップＳ４３２において、特徴量抽出部１０６は、３フレーム目の入力画像Ｉ３３０に対し、第３の画像解析部２０３の関心領域抽出処理を行う。この処理では、ステップＳ４２２において出力された被写体領域情報Ｉ３２２を用いてＸ線遮蔽物情報を抽出し、被写体領域情報からＸ線遮蔽物情報を取り除いて関心領域情報Ｉ３３３を求める。この関心領域情報Ｉ３３３を第３の画像解析結果として出力する。仮定に従い、この時点で特徴量抽出部１０６は第３の画像解析部２０３以外を動作させることはできない。

ステップＳ４３３において、Ｘ線透視装置１００は画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９の動作を行う。しかし、この時点で特徴量抽出部１０６は画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に与える第１特徴量（関心領域の輝度の最大濃度値、最小濃度値、平均濃度値等）を抽出していない。従って、予め決められたデフォルト値を画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に与えて３フレーム目のＸ線画像Ｉ３３０に対する画像処理及び４フレーム目のＸ線画像取得のためのＸ線制御（放射線制御）を行う。ステップＳ４３４において、画像表示部１０８にて画像処理が施された３フレーム目のＸ線画像（Ｖ３３０）を表示し、３フレーム目の処理を終了する。

ステップＳ４４１において、Ｘ線発生部１０１は、４パルス目のＸ線１０２を被写体１０３に照射する。ステップＳ４１１と同様に前処理を実行し、４フレーム目の入力画像Ｉ３４０を特徴量抽出部１０６への入力画像とする。ステップＳ４４２において、特徴量抽出部１０６は、４フレーム目の入力画像Ｉ３４０に対し、第４の画像解析部２０４の領域特徴算出処理を行う。この処理では、ステップＳ４３２において出力された関心領域情報Ｉ３３３を用いて第１特徴量Ｉ３４４（本実施形態においては関心領域内の最大濃度値、最小濃度値、平均濃度値等）を算出し、第４の画像解析結果として出力する。この第４の画像解析結果（特徴量）は、特徴量抽出部１０６の出力であり、画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９で用いられる。仮定に従い、この時点で特徴量抽出部１０６は第４の画像解析部２０４以外を動作させることはできない。ステップＳ４４３において、Ｘ線透視装置１００は画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９の動作を行う。この時点では、１フレーム目から３フレーム目までとは異なり、特徴量抽出部１０６は画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に与える第１特徴量Ｉ３４４を抽出している。従って、第１特徴量Ｉ３４４を画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に与えて４フレーム目のＸ線画像Ｉ３４０に対する画像処理及び５フレーム目のＸ線画像取得のためのＸ線制御（放射線制御）を行う。

ステップＳ４４４において、画像表示部１０８において画像処理が施された４フレーム目のＸ線画像（Ｖ３４０）を表示し、４フレーム目の処理を終了する。

以降、Ｘ線透視が終了するまで、特徴量抽出部１０６はステップＳ４４１乃至ステップＳ４４４で述べた４フレーム目の処理と同様の処理を行う。即ち、入力されたｎフレーム目の画像Ｉ３ｎ０に対して、関心領域情報Ｉ３３３を用いて第１特徴量Ｉ３ｎ４を抽出し、画像処理及びＸ線制御、Ｘ線画像の表示を行う。

本実施形態によれば、Ｘ線透視装置に対する画像処理及びＸ線制御を行うために照射野・被写体・Ｘ線遮蔽物を抽出して得られる関心領域から第１特徴量を抽出する計算量の大きな特徴量抽出処理において、次のような効果が得られる。

特徴量抽出部における処理を複数の画像解析部における各処理に分割し、各画像解析部の動作タイミングにおいて取得されている最新のＸ線画像を解析するため、特徴量抽出部全体としては複数の画像を解析し、時間的に新しい情報を抽出することが可能となる。

これにより特徴量抽出部を一つの処理部として動作開始時に取得されている一枚のＸ線画像のみを解析するよりも新しい情報を取得することができ、より適切な特徴量を抽出して画像処理及びＸ線制御に用いることができる。

また、一連の画像解析処理を実行した後は、最小限の画像解析処理（本実施形態では第４の画像解析部２０４）のみを選択的に実行することで、必要な特徴量をリアルタイムに抽出することができる。

（第２実施形態）
図１及び図５を参照して、本発明の第２実施形態に係る放射線撮影装置（例えば、Ｘ線透視装置）について説明する。図１のＸ線透視装置１００において、Ｘ線発生部１０１、Ｘ線１０２、被写体１０３、２次元Ｘ線センサ１０４、前処理部１０５、画像処理部１０７、画像表示部１０８、及びＸ線制御部１０９は、第１実施形態で説明した内容と同様である。重複した説明を避けるため、ここでは説明を省略する。

図５を参照して、本発明の第２実施形態に係る特徴量抽出部１０６の詳細な構成を示すブロック図について説明する。特徴量抽出部１０６は、第１の画像解析部２０１、第２の画像解析部２０２、第３の画像解析部２０３、第４の画像解析部２０４、及び簡易画像解析部５０１を備える。図５において、第１の画像解析部２０１、第２の画像解析部２０２、第３の画像解析部２０３、第４の画像解析部２０４は、第１実施の形態で説明した内容と同様である。重複した説明を避けるため、ここでは説明を省略する。

第２算出手段として機能する簡易画像解析部５０１は、第１乃至第４の画像解析部と並列に動作し、特徴量抽出部１０６に入力される画像から簡易画像解析結果を抽出する。簡易画像解析結果は、特徴量抽出部１０６の出力として画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に与えられる簡易特徴量（第２特徴量）である。

簡易特徴量は、最大輝度値、最小輝度値、平均輝度値、分散、標準偏差値等である。同じ特徴量として第４の画像解析部が出力する第４の画像解析結果があるが、簡易画像解析部５０１が出力する簡易画像解析結果は、精度より速度を優先して算出される特徴量である。つまり、毎フレームの出力が保証される簡易特徴量であり、第４の画像解析結果と比較すると精度に劣る可能性があると仮定する。この簡易特徴量は特徴量の算出処理が完了していない場合に、Ｘ線の照射範囲や照射量等の照射条件を制御するのに使用する。デフォルトで所定値を与えるよりも精度を向上させることが可能となる。

また、簡易画像解析部５０１は第１乃至第３の画像解析部第１乃至第３の画像解析結果が出力されていれば、適宜その情報を用いて簡易画像解析結果の精度を向上できる。

本実施形態において、簡易画像解析部５０１は、予め決められた指定領域、あるいは第１乃至第３の画像解析結果と指定領域との重複部分から輝度値等の簡易特徴量を算出する。例えば指定領域を、画像の中心に位置する画像全体の８割の面積を持つ領域とする。このとき抽出される簡易特徴量は最適値にはならないまでも実用上大きな問題の無い値であり、また毎フレームの抽出が保証されるため安定した動作が期待できる値となる。

本実施形態においても、図３に示すような胸部画像３００を解析対象画像として説明する。また、第１実施形態と同様、第１の画像解析部２０１は照射野抽出処理を、第２の画像解析部２０２は被写体抽出処理を、第３の画像解析部２０３は関心領域抽出処理を、及び第４の画像解析部２０４は領域特徴算出処理を行う。

図３及び図６を参照して、上述した本実施形態における各部の動作を４フレーム目までを例として説明する。

簡単化のため、第１実施形態と同様、特徴量抽出部１０６は前処理部１０５が画像を出力してから画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９の動作を開始するまでに、第１乃至第４の画像解析部の何れか１つは実行できるが、２つ以上は実行できないと仮定する。

また、以降の説明では、ｎフレーム目に取得した胸部画像をＩ３ｎ０、照射野領域情報をＩ３ｎ１、被写体領域情報をＩ３ｎ２、関心領域情報をＩ３ｎ３、特徴量をＩ３ｎ４、表示画像をＶ３ｎ０、及び簡易画像解析結果をＩ３ｎ５で表す。

ステップＳ６１１において、Ｘ線透視を開始し、ステップＳ４１１と同様の処理により特徴量抽出部１０６への１フレーム目の入力画像Ｉ３１０を取得する。ステップＳ６１２において、特徴量抽出部１０６は、１フレーム目の入力画像Ｉ３１０に対し、第１の画像解析部２０１の照射野抽出処理を行う。この処理では照射野情報Ｉ３１１を抽出し、第１の画像解析結果として出力する。ステップＳ６１３において、特徴量抽出部１０６は、１フレーム目の入力画像Ｉ３１０に対し、簡易画像解析部５０１により簡易画像解析結果Ｉ３１５を出力する。

ステップＳ６１４において、Ｘ線透視装置１００は画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９の動作を行う。しかし、この時点で特徴量抽出部１０６は画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に与える特徴量として簡易画像解析結果Ｉ３１５を抽出している。従って、簡易画像解析結果Ｉ３１５を画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に与えて１フレーム目のＸ線画像Ｉ３１０に対する画像処理及び２フレーム目のＸ線画像取得のためのＸ線制御を行う。ステップＳ６１５において、画像表示部１０８において画像処理が施された１フレーム目のＸ線画像（Ｖ３１０）を表示し、１フレーム目の処理を終了する。

ステップＳ６２１において、ステップＳ４１１と同様の処理により特徴量抽出部１０６への２フレーム目の入力画像Ｉ３２０を取得する。ステップＳ６２２において、特徴量抽出部１０６は、２フレーム目の入力画像Ｉ３２０に対し、第２の画像解析部２０２の被写体抽出処理を行う。この処理では、ステップＳ６１２において出力された照射野領域情報Ｉ３１１を用いて被写体領域情報Ｉ３２２を抽出し、第２の画像解析結果として出力する。ステップＳ６２３において、特徴量抽出部１０６は、２フレーム目の入力画像Ｉ３２０に対し、簡易画像解析部５０１により簡易画像解析結果Ｉ３２５を出力する。また、ステップＳ６１２において出力された照射野領域情報Ｉ３１１を用いて精度の向上を図ってもよい。ステップＳ６２４において、Ｘ線透視装置１００は画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９の動作を行う。しかし、この時点で特徴量抽出部１０６は画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に与える特徴量として簡易画像解析結果Ｉ３２５を抽出している。従って、簡易画像解析結果Ｉ３２５を画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に与えて２フレーム目のＸ線画像Ｉ３２０に対する画像処理及び３フレーム目のＸ線画像取得のためのＸ線制御を行う。ステップＳ６２５において、画像表示部１０８にて画像処理が施された２フレーム目のＸ線画像（Ｖ３２０）を表示し、２フレーム目の処理を終了する。

ステップＳ６３１において、ステップＳ４１１と同様の処理により特徴量抽出部１０６への３フレーム目の入力画像Ｉ３３０を取得する。ステップＳ６３２において、特徴量抽出部１０６は、３フレーム目の入力画像Ｉ３３０に対し、第３の画像解析部２０３により関心領域抽出処理を行う。この処理では、ステップＳ６２２において出力された被写体領域情報Ｉ３２２を用いてＸ線遮蔽物情報を抽出し、被写体情報から取り除いて関心領域情報Ｉ３３３を求める。この関心領域情報Ｉ３３３を第３の画像解析結果として出力する。

ステップＳ６３３において、特徴量抽出部１０６は、３フレーム目の入力画像Ｉ３３０に対し、簡易画像解析部５０１により簡易画像解析結果Ｉ３３５を出力する。また、ステップＳ６２２において出力された被写体領域情報Ｉ３２２を用いて精度の向上を図ってもよい。

ステップＳ６３４において、Ｘ線透視装置１００は画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９の動作を行う。しかし、この時点で特徴量抽出部１０６は画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に与える特徴量として簡易画像解析結果Ｉ３３５を抽出している。従って、簡易画像解析結果Ｉ３３５を画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に与えて３フレーム目のＸ線画像Ｉ３３０に対する画像処理及び４フレーム目のＸ線画像取得のためのＸ線制御を行う。

ステップＳ６３５において、画像表示部１０８において画像処理が施された３フレーム目のＸ線画像（Ｖ３３０）を表示し、３フレーム目の処理を終了する。

ステップＳ６４１において、ステップＳ４１１と同様の処理により特徴量抽出部１０６への４フレーム目の入力画像Ｉ３４０を取得する。ステップＳ６４２において、特徴量抽出部１０６は、４フレーム目の入力画像Ｉ３４０に対し、第４の画像解析部２０４の領域特徴算出処理を行う。この処理では、ステップＳ６３２において出力された関心領域情報情報Ｉ３３３を用いて特徴量Ｉ３４４（本実施形態においては関心領域内の最大濃度値、最小濃度値、平均濃度値）を算出し、第４の画像解析結果として出力する。第４の画像解析結果（特徴量）は、特徴量抽出部１０６の出力であり、後段の画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に用いられる。

ステップＳ６４３において、特徴量抽出部１０６は、４フレーム目の入力画像Ｉ３４０に対し、簡易画像解析部５０１により簡易画像解析結果Ｉ３４５を出力する。また、ステップＳ６３２において出力された被写体領域情報Ｉ３３３を用いて精度の向上を図ってもよい。

ステップＳ６４４において、Ｘ線透視装置１００は画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９の動作を行う。この時点では、１フレーム目から３フレーム目までと異なり、特徴量抽出部１０６は画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に与える特徴量Ｉ３４４を抽出している。簡易画像解析結果Ｉ３４５（簡易特徴量）も抽出されているが、一般に関心領域情報を含む第４の画像解析結果Ｉ３４４の方がより適切な特徴量と考えられる。従って、特徴量Ｉ３４４を画像処理部１０７及びＸ線制御部１０９に与えて４フレーム目のＸ線画像Ｉ３４０に対する画像処理及び５フレーム目のＸ線画像取得のためのＸ線制御を行う。

ステップＳ６４５において、画像表示部１０８において画像処理が施された４フレーム目のＸ線画像（Ｖ３４０）を表示し、４フレーム目の処理を終了する。

以降、Ｘ線透視が終了するまで、特徴量抽出部１０６はステップＳ６４１乃至ステップＳ６４５で述べた４フレーム目の処理と同様の処理を行う。即ち、入力されたｎフレーム目の画像Ｉ３ｎ０に対し、関心領域情報Ｉ３３３を用いて特徴量Ｉ３ｎ４を抽出し、画像処理及びＸ線制御、Ｘ線画像の表示を行う。

本実施形態によれば、Ｘ線透視装置に対する画像処理及びＸ線制御を行うために照射野・被写体・Ｘ線遮蔽物を抽出して得られる関心領域から特徴量を抽出する計算量の大きな特徴量抽出処理において、次のような効果がある。

本実施形態では簡易画像解析処理により毎フレーム簡易画像解析結果を出力する。これにより、透視開始直後の関心領域抽出が終了していない時点においても、最適ではないが安定して特徴量を抽出することができる。

（第３実施形態）
図７を参照して、本発明の第３実施の形態に係る放射線撮影装置について説明する。図７の放射線撮影装置（例えば、Ｘ線透視装置）において、Ｘ線発生部１０１、Ｘ線１０２、被写体１０３、２次元Ｘ線センサ１０４、前処理部１０５、画像処理部１０７、画像表示部１０８、Ｘ線制御部１０９は、第１実施の形態で説明した内容と同様である。重複した説明を避けるため、ここでは説明を省略する。特徴量抽出部１０６は第２実施の形態と同様であるため、重複した説明を避けるため、ここでは説明を省略する。

図７に示す動き検出部７０１、画像解析制御部７０２は、第３実施形態において特徴となる構成であり、以下に詳細を述べる。

動き検出部７０１は、撮像手段として機能する２次元Ｘ線センサ１０４により撮像されるＸ線透視像に発生する動きを検知する。ここで動き検知方法は様々なものが考えられる。例えば、動画像を構成する複数のフレーム画像間の輝度値等の差分を求め、その差分値の総和と所定の閾値とを比較し、差分値の総和が所定の閾値よりも大きくなったら動きが発生したと判定する方法がある。また、Ｘ線発生部１０１に取り付けられたコリメータ（図示せず）の開閉、被写体動、２次元Ｘ線センサの機械的な動きの発生を検知するセンサを別個に設けてもよい。以降の説明では、後者のコリメータ、被写体、Ｘ線センサそれぞれの動きを検知するセンサを用いた場合を述べる。

画像解析制御部７０２は、動き検出部７０１の検出結果を受け、特徴量抽出部１０６を構成する第１乃至第４の画像解析部２０１乃至２０４と簡易画像解析部５０１（図５参照）の動作を制御する。例えば、第２実施形態で述べたように、第１乃至第４の画像解析部による特徴量抽出の途中でコリメータの開閉、被写体動、Ｘ線センサの動き等が発生した場合、得られる特徴量は動きの発生前の情報を含むため、精度が落ちていると考えられる。従って、動き検出部７０１が動きを検出した場合、画像解析制御部７０２は特徴量抽出部１０６に画像解析処理の中断、再開、最初からのやり直し（初期化）、順序変更又はその時点で取得している画像解析結果の破棄等を設定して指示する。

上述した構成によれば、精度の低下した特徴量を後段の処理で利用することを防ぐことが可能となる。また、動きを検知した時点で特徴量抽出処理の動作を制御するため、精度低下からの早期の復帰が可能となる。以上の各実施形態では主にＸ線透視撮影について説明してきたが、放射線撮影であればＸ線透視撮影に限らず本発明の内容を適用可能である。

（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (14)

1. 被写体の関心領域の画像に対する画像処理の制御または該関心領域に対する放射線の照射条件の制御、の少なくともいずれかの制御のための特徴量を得る放射線画像処理装置であって、
   被写体に放射線を照射して得られる動画像を構成する第１フレーム画像における放射線の照射野領域から被写体が存在する被写体領域を抽出する第１の抽出手段と、
   前記第１フレーム画像の直後の第２フレーム画像において、当該第２フレーム画像内における前記被写体領域に対応する領域から、特徴量を算出する対象となる関心領域を抽出する第２の抽出手段と、
   前記第２フレーム画像の直後の第３フレーム画像において、当該第３フレーム画像内における前記関心領域に対応する領域から、前記第３フレーム画像の関心領域の前記特徴量を算出する算出手段と、
   を備えることを特徴とする放射線画像処理装置。
2. 前記放射線が照射された被写体の動画像を撮像する撮像手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像処理装置。
3. 前記特徴量に基づいて、前記放射線の照射を行う放射線発生手段による照射条件を制御する放射線制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線画像処理装置。
4. 前記算出手段は、前記関心領域に基づいて、当該関心領域の位置、大きさ、形状、平均輝度値、最大輝度値、最小輝度値、重心位置、輝度値の分散又は標準偏差、の少なくとも１つを前記特徴量として算出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の放射線画像処理装置。
5. 前記算出手段により算出された前記特徴量に基づいて、前記関心領域に対してフレーム画像の画像処理を行う処理手段と、
   前記処理手段による画像処理の結果を表示する表示手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放射線画像処理装置。
6. 動画像を構成するフレーム画像ごとに、当該フレーム画像における予め定められた領域の特徴を示すその他の特徴量を算出するその他の算出手段をさらに備え、
   前記算出手段による前記特徴量の算出処理が完了していない場合に、
   前記放射線制御手段は、前記その他の算出手段により算出された前記その他の特徴量に基づいて前記放射線発生手段の照射野領域、又は照射量を制御することを特徴とする請求項３に記載の放射線画像処理装置。
7. 前記その他の特徴量は、前記予め定められた領域の平均輝度値、最大輝度値、最小輝度値、輝度値の分散又は標準偏差、の少なくとも１つであることを特徴とする請求項６に記載の放射線画像処理装置。
8. 前記動画像に生じる動きを検出する検出手段をさらに備え、
   前記検出手段により動画像に動きが検出された場合に、前記第１の抽出手段による被写体領域の抽出処理からやり直すことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の放射線画像処理装置。
9. 前記第１フレーム画像の直前のフレーム画像における照射野領域を抽出する第４抽出手段をさらに備え、
   前記フレーム画像の直後の前記第１フレーム画像において、前記第４抽出手段により抽出された照射野領域に対応する領域を前記第１フレーム画像における放射線の照射野領域とすることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の放射線画像処理装置。
10. 前記動画像に生じる動きを検出する検出手段をさらに備え、
    前記検出手段により動画像に動きが検出された場合に、前記第４抽出手段による照射野領域の抽出処理からやり直すことを特徴とする請求項９に記載の放射線画像処理装置。
11. 前記検出手段は、前記動画像を構成する複数のフレーム画像の輝度の差分値を算出し、当該差分値の総和と閾値とを比較し、前記差分値の総和が前記閾値よりも大きい場合に動きが発生したことを検出することを特徴とする請求項８又は１０に記載の放射線画像処理装置。
12. 被写体の関心領域の画像に対する画像処理の制御または該関心領域に対する放射線の照射条件の制御、の少なくともいずれかの制御のための特徴量を得る放射線撮影システムであって、
    放射線照射を行う放射線発生手段と、
    前記放射線照射された被写体の動画像を撮像する撮像手段と、
    前記撮像手段と前記放射線発生手段とにより得られる動画像を構成する第１フレーム画像における放射線の照射野領域から被写体が存在する被写体領域を抽出する第１の抽出手段と、
    前記第１フレーム画像の直後の第２フレーム画像において、当該第２フレーム画像内における前記被写体領域に対応する領域から、特徴量を算出する対象となる関心領域を抽出する第２の抽出手段と、
    前記第２フレーム画像の直後の第３フレーム画像において、当該第３フレーム画像内における前記関心領域に対応する領域から、前記第３フレーム画像の関心領域の前記特徴量を算出する算出手段と、
    を備えることを特徴とする放射線撮影システム。
13. 被写体の関心領域の画像に対する画像処理の制御または該関心領域に対する放射線の照射条件の制御、の少なくともいずれかの制御のための特徴量を得る画像処理方法であって、
    第１抽出手段が、動画像を構成する第１フレーム画像における放射線の照射野領域から被写体が存在する被写体領域を抽出する第１抽出工程被写体に放射線を照射して得られると、
    第２抽出手段が、前記第１フレーム画像の直後の第２フレーム画像において、当該第２フレーム画像内における前記被写体領域に対応する領域から、画像の特徴を示す特徴量を算出する対象となる関心領域を抽出する第２抽出工程と、
    算出手段が、前記第２フレーム画像の直後の第３フレーム画像において、当該第３フレーム画像内における前記関心領域に対応する領域から、前記第３フレーム画像の関心領域の前記特徴量を算出する算出工程と、
    を備えることを特徴とする画像処理方法。
14. 請求項１３に記載の画像処理方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。