JP5643889B2 - 乳房ｘ線撮影装置及び画像処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮影画像を基にオートウィンドウ機能のパラメータを設定し、設定されたパラメータに基づく表示画像を生成して表示する乳房Ｘ線撮影装置及び画像処理装置に関する。

がんやその他の異状を診断するために乳房組織の２次元画像を提供して乳房検査を行なう乳房Ｘ線撮影法（マンモグラフィ）が広く使用されている。乳房は立体的で繊細な構造をしているので、専用のＸ線装置で撮影を行なっている。

一般的な乳房Ｘ線撮影装置は、骨等の固いものを写し出すために強い（硬い）Ｘ線を利用する。一方、乳房検査で用いられるＸ線装置は脂肪や乳腺といった柔らかい組織が対象となるために弱い（軟らかい）Ｘ線を利用する。同時に、乳房検査は、肌が直接機械に接触する唯一の検査であるために、様々な配慮がなされている。

乳房Ｘ線撮影装置は、乳房を引っ張って圧迫しながら行なう。撮影は、例えば、ＭＬＯ（ｍｅｄｉｏｌａｔｅｒａｌ−ｏｂｌｉｑｕｅ：内外斜位方向）及びＣＣ（ｃｒａｎｉａｌ−ｃａｕｄａｌ ｖｉｅｗ：頭尾方向）という二つの方向から行なう。

従来の乳房Ｘ線撮影装置は、撮影画像を基に初期表示する場合、撮影画像中の最大画素値と最小画素値とを探し、最大画素値及び最小画素値の幅をウィンドウ幅とし、ウィンドウ幅の中心をウィンドウレベルとして設定する。これを自動的に計算し（オートウィンドウ機能）、撮影画像に基づく表示画像として表示する。また、従来の乳房Ｘ線撮影装置のオートウィンドウ機能では、乳房内のインプラント（シリコンパック）の有無に関わらず、撮影画像の各画素値に基づく低画素値側からの累積度数が所定の閾値（例えば、全体の１０％）に達する画素値を最小画素値として設定する。

オートウィンドウ機能は、例えば、診断に必要な部位に適切なウィンドウ幅・ウィンドウレベルを自動的に計算する医用画像診断装置によって開示されている（特許文献１参照。）。

特開２００７−６８８５２号公報

しかしながら、従来の乳房Ｘ線撮影装置のオートウィンドウ機能では、撮影画像にインプラント部分を含む場合、撮影画像に対するインプラント部分の割合は広く、また、インプラント部分の画素値は比較的小さい。よって、インプラント部分を含む撮影画像の度数分布（ヒストグラム）は低画素値側に大きなピークをもつので、インプラント部分を含まない撮影画像のヒストグラムと比較して低画素値側からの累積度数が低画素値側に大きくシフトする。これにより、従来の乳房Ｘ線撮影装置のオートウィンドウ機能では、撮影画像に基づく表示画像が全体的に暗くなり、乳腺等を観察しにくいウィンドウとなる。

本発明は、上述のような事情を考慮してなされたもので、撮影画像にインプラント部分を含む場合であっても撮影画像を基に乳房診断に適したオートウィンドウ機能のパラメータを設定でき、設定されたパラメータに基づく表示画像を生成して表示できる乳房Ｘ線撮影装置及び画像処理装置を提供することを目的とする。

本発明に係る画像処理装置は、上述した課題を解決するために、乳房を含む撮影画像のデータに基づいて複数の画素列群を設定し、前記画素列群に相当する複数のプロファイル（位置／画素値曲線）群間の関係を基に、前記撮影画像にインプラント部分を含むか否かを判断する判断手段と、前記判断手段による判断によって、階調変換処理のパラメータを変えて設定する設定手段と、前記撮影画像を基に、前記パラメータに従った表示画像を生成する生成手段と、前記表示画像を表示する表示手段と、を有する。

本発明に係る乳房Ｘ線撮影装置は、上述した課題を解決するために、上述の画像処理装置と、被検体の前記乳房にＸ線を照射するＸ線源と、前記Ｘ線を検出するＸ線検出部と、を有する。

本発明に係る乳房Ｘ線撮影装置及び画像処理装置によると、撮影画像にインプラント部分を含む場合であっても撮影画像を基に乳房診断に適したオートウィンドウ機能のパラメータを設定でき、設定されたパラメータに基づく表示画像を生成して表示できる。

本実施形態の乳房Ｘ線撮影装置の構造を示す外観斜視図。 本実施形態の乳房Ｘ線撮影装置の構成を示すブロック図。 本実施形態の乳房Ｘ線撮影装置の画像処理装置の機能を示すブロック図。 患者の胸壁方向に平行な２つの画素列の一例を示す模式図。 差分プロファイルの第１例を示す図。 差分プロファイルの第２例を示す図。 差分プロファイルの第３例を示す図。 差分プロファイルの第４例を示す図。 差分プロファイルの第５例を示す図。 図５に示す差分プロファイルの第１例における、ウィンドウ幅の最小画素値の設定方法を説明するための図。 図８に示す差分プロファイルの第４例における、ウィンドウ幅の最小画素値の設定方法を説明するための図。

本発明に係る乳房Ｘ線撮影装置及び画像処理装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態の乳房Ｘ線撮影装置の構造を示す外観斜視図である。図２は、本実施形態の乳房Ｘ線撮影装置の構成を示すブロック図である。

図１及び図２は、被検体としての患者Ｐの乳房のトモシンセンス撮影が可能な本実施形態の乳房Ｘ線撮影装置（マンモグラフィ装置）１を示す。乳房Ｘ線撮影装置１は、撮影台装置１１及び画像処理装置１３によって構成される。

撮影台装置１１は、Ｘ線管１１１、線質調整フィルタ／照射野制限マスク１１２、フェイスガード１１３、乳房圧迫板１１４、グリッド１１５、撮影台１１６、圧迫フットペダル１１７、情報表示パネル１１８、Ｃアーム上下／回転微調整スイッチ１１９、サイドパネル１２０、撮影条件設定パネル１２１、高電圧供給装置１２２、及びＡ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ）変換部１２３を備える。

Ｘ線管１１１は、高電圧供給装置１２２から高電圧電力の供給を受けて、この高電圧電力の条件に応じて患者Ｐの乳房を介して撮影台１１６に向かってＸ線を照射するための真空管である。

線質調整フィルタ／照射野制限マスク１１２は、Ｘ線管１１１によって発生されたＸ線の線質を調整したり照射野を制限したりするための調整器具である。

フェイスガード１１３は、撮影時に患者Ｐの頭部をＸ線被曝から保護するための防護器具である。

乳房圧迫板１１４は、撮影時に撮影台１１６との間で患者Ｐの乳房を圧迫するために撮影台１１６の上方に設けられる圧迫器具である。乳房圧迫板１１４は、透明な樹脂で形成されており、撮影台１１６に対して接離可能に支持されている。そして、乳房圧迫板１１４を撮影台１１６側に移動させることによって患者Ｐの乳房を圧迫し、乳房の厚さを薄く略均一にすることが可能である。

グリッド１１５は、散乱線を除去して撮影画像のコントラストを改善するための器具である。

撮影台１１６は、患者Ｐの乳房を透過したＸ線を検出するためのＦＰＤ（平面検出器：ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）１１６ａを内部に備えた台である。ＦＰＤ１１６ａ内には、複数の検出素子が二次元に配列されており、各検出素子間には、走査線と信号線とが直交するように配設されている。

圧迫フットペダル１１７は、乳房圧迫板１１４の上下方向への位置を調整するための、操作者が踏むためのペダルである。

情報表示パネル１１８は、圧迫情報等の各種情報を表示するためのパネルである。

Ｃアーム上下／回転微調整スイッチ１１９は、Ｘ線管１１１や撮影台１１６等から構成されるＣアームを上下に移動したり回転したりするためのスイッチである。

サイドパネル１２０は、乳房Ｘ線撮影装置１の各部を制御するための操作パネルである。

撮影条件設定パネル１２１は、Ｘ線撮影の条件を設定するためのパネルである。

高電圧供給装置１２２は、Ｘ線管１１１に電圧を供給する装置である。

Ａ／Ｄ変換部１２３は、ＦＰＤ１１６ａから出力される時系列的なアナログ信号（ビデオ信号）の投影データをデジタル信号に変換し、画像処理装置１３に出力する。

撮影台装置１１のＸ線管１１１によってＸ線が発生されると、そのＸ線は線質調整フィルタ／照射野制限マスク１１２によって照射範囲を絞られたうえで、乳房圧迫板１１４と撮影台１１６との間で圧迫された乳房Ｐに照射される。そして、乳房Ｐを透過したＸ線はＦＰＤ１１６ａによって検出されて投影データに変換され、画像処理装置１３に出力される。

一方、画像処理装置１３は、乳房Ｘ線撮影装置１全体の動作制御や、撮影台装置１１によって取得された撮影画像に関する画像処理等を行なう装置である。画像処理装置１３は、システム制御部１３１、画像データ生成部１３２、画像データ記憶部１３３、画像処理部１３４、表示処理部１３５、表示装置１３６、及び入力装置１３７を有する。

システム制御部１３１は、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）及びメモリによって構成される。ＣＰＵは、オペレータによって入力装置１３７が操作等されることにより指令が入力されると、撮影台装置１１の動作や画像処理装置１３全体の制御を行なう。

画像データ生成部１３２は、システム制御部１３１による制御に従って、撮影台装置１１のＡ／Ｄ変換部１２３から送信される投影データに対して対数変換処理（ＬＯＧ処理）行なって必要に応じて加算処理して撮影画像のデータを生成し、撮影画像を画像データ記憶部１３３に記憶させる。

画像処理部１３４は、システム制御部１３１による制御に従って、画像データ記憶部１３３に記憶される撮影画像のデータに対して、拡大／階調／空間ファイルタ処理や、時系列に蓄積された撮影画像の最小値／最大値トレース処理、及びノイズを除去するための加算処理等を施す。画像処理部１３４による画像処理後の撮影画像のデータは、画像データ記憶部１３３に記憶される。

表示処理部１３５は、画像処理部１３４から出力される撮影画像を基にオートウィンドウ機能（階調変換処理）のパラメータに従って表示画像のデータを生成し、表示画像を種々のパラメータの文字情報や目盛等と共に合成して、表示画像をビデオ信号として表示装置１３６に出力する。

表示装置１３６は、表示処理部１３５から出力される表示画像を、種々のパラメータの文字情報や目盛等と共に表示する。

入力装置１３７は、オペレータによって操作が可能なキーボード及びマウス等であり、操作に従った入力信号がシステム制御部１３１に送られる。

なお、本実施形態の乳房Ｘ線撮影装置１は、座位にて患者Ｐの乳房を撮影する場合を説明するものであるが、その場合に限定されるものではない。例えば、乳房Ｘ線撮影装置１は、背臥位等にて患者Ｐの乳房を撮影する場合であってもよい。

図３は、乳房Ｘ線撮影装置１の画像処理装置１３の機能を示すブロック図である。

画像処理装置１３のシステム制御部１３１のＣＰＵがプログラムを実行することによって、図３に示すように、システム制御部１３１は、判断部１３ａ、度数演算部１３ｂ、度数曲線生成部１３ｃ、累積度数曲線生成部１３ｄ、ウィンドウ幅設定部１３ｅ、及びウィンドウレベル設定部１３ｆとして機能する。なお、システム制御部１３１の構成要素１３ａ乃至１３ｆの全部又は一部は、システム制御部１３１にハードウェアとして備えられるものであってもよい。

判断部１３ａは、画像処理部１３４によって生成される撮影画像のデータを基に、撮影画像にインプラント部分が含まれるか否かを判断する機能を有する。判断部１３ａは、シリコンパック等のインプラントが胸壁側に存在し、また、撮影画像のインプラント部分の画素値の位置変化が乳腺部分等の画素値の位置変化と比較して小さいことを利用して、撮影画像のデータを基に患者Ｐの胸壁方向に略平行であって胸壁付近である複数の画素列を設定し、画素列群に相当する２つのプロファイル（位置／画素値曲線）群間の関係を基に撮影画像にインプラント部分が含まれるか否かを判断する。例えば、判断部１３ａは、２つのプロファイル群を基に差分プロファイルを演算し、差分プロファイルを基にその中央を含む範囲のばらつき量（標準偏差）を求め、ばらつき量が閾値以下の場合、撮影画像にインプラント部分が含まれると判断する。また、例えば、判断部１３ａは、２つのプロファイル群を基にその中央を含む所要範囲の相関係数が閾値より大きい場合、撮影画像にインプラント部分が含まれると判断する。

図４は、患者Ｐの胸壁方向に平行な２つの画素列の一例を示す模式図である。

図４に示すように、判断部１３ａは、患者Ｐの胸壁（例えば、撮影画像の外枠４辺の画素列群のうち画素値の合計が最小の画素列）方向Ｘに略平行であって胸壁付近（少なくとも、撮影画像の中心から胸壁側）である２つの画素列群Ｘ１，Ｘ２を設定する。なお、２つの画素列群Ｘ１，Ｘ２の間は、撮影画像の乳腺部分等のパターンが変わることを認識できるように、１０画素程度離すことが好適である。

また、図４では、一般的な抽出方法によって抽出された撮影画像のニップル部分から胸壁に下ろした垂線と画素列群Ｘ１，Ｘ２との交点を各プロファイルの中央とする。しかし、各プロファイルの中央はその場合に限定されるものではない。例えば、撮影画像の画像中心から胸壁に下ろした垂線と画素列群Ｘ１，Ｘ２との交点を各プロファイルの中央としてもよい。

図５乃至図９は、差分プロファイルの例を示す図である。図５は、撮影画像にインプラント部分を含む第１の患者Ｐ１の場合の差分プロファイルの第１例を、図６は、撮影画像にインプラント部分を含む第２の患者Ｐ２の場合の差分プロファイルの第２例を、図７は、撮影画像にインプラント部分を含む第３の患者Ｐ３の場合の差分プロファイルの第３例をそれぞれ示す。図８は、撮影画像にインプラント部分を含まない第４の患者Ｐ４の場合の差分プロファイルの第４例を、図９は、撮影画像にインプラント部分を含まない第５の患者Ｐ５の場合の差分プロファイルの第５例をそれぞれ示す。

図５乃至図７に示す撮影画像にインプラント部分を含む患者Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の各差分プロファイルによると、図８，図９に示す撮影画像にインプラント部分を含まない患者Ｐ４，Ｐ５の各差分プロファイルと比較して、インプラント部分の存在範囲に相当する胸壁方向Ｘの中央を含む範囲に振幅の減少が見られる。よって、判断部１３ａは、差分プロファイルにおける胸壁方向Ｘの中央を含む範囲の振幅のばらつき量の差異を利用した閾値処理によって、撮影画像にインプラント部分を含むか否かを判断できる。なお、乳房Ｘ線撮影装置１（システム）が異なるとノイズや感度が異なるので、乳房Ｘ線撮影装置１毎に標準偏差の閾値を設定することが好適である。

図３に示す度数演算部１３ｂは、画像データ記憶部１３３に記憶される撮影画像の画素値毎に度数を求める機能を有する。

度数曲線生成部１３ｃは、度数演算部１３ｂによって算出された画素毎の度数を基に度数分布（ヒストグラム）を生成し、その度数分布を基にスムージングされた度数曲線を生成する機能を有する。

累積度数曲線生成部１３ｄは、度数演算部１３ｂによって算出された画素毎の度数を基に低画素値からの累積度数分布を生成し、その累積度数分布を基にスムージングされた累積度数曲線を生成する機能を有する。

ウィンドウ幅設定部１３ｅは、撮影画像にインプラント部分が含まれるか否かの判断部１３ａによる判断によって、オートウィンドウ機能のウィンドウ幅のパラメータを変えて設定する機能を有する。すなわち、ウィンドウ幅設定部１３ｅは、判断部１３ａによって撮影画像にインプラント部分が含まれると判断された場合、累積度数曲線生成部１３ｄによって生成された累積度数曲線が低画素値側から所定の閾値（例えば、全体の１０％）に達する従来のウィンドウ幅の最小画素値より大きい画素値をウィンドウ幅の最小画素値として設定する。また、ウィンドウ幅設定部１３ｅは、判断部１３ａによって撮影画像にインプラント部分が含まれないと判断された場合、従来通り、累積度数曲線生成部１３ｄによって生成された累積度数曲線が低画素値側から所定の閾値（例えば、全体の１０％）に達する画素値をウィンドウ幅の最小画素値として設定する。すなわち、ウィンドウ幅設定部１３ｅは、撮影画像にインプラント部分を含むか否かによって、ウィンドウ幅について異なる最小画素値を設定する。

また、ウィンドウ幅設定部１３ｅは、判断部１３ａによる判断に関わらず、撮影画像の最大の画素値、又は、撮影画像の背景部分を排除した画素値をウィンドウ幅の最大画素値として設定する機能を有する。

なお、ウィンドウ幅設定部１３ｅは、度数曲線生成部１３ｃによって生成された度数曲線で最も低画素値側のピークに相当する画素値における累積度数曲線上の累積度数を求め、その２倍である累積度数曲線上の累積度数に相当する画素値を求めることで、その画素値を最小画素値として採用することが好適である。ここで、当該ピークに相当する画素値における累積度数の２倍の累積度数に相当する画素値が最小画素値として好適な理由は、インプラント部分を示す、当該ピークを有する山の影響をほぼ全て排除できるからである。すなわち、山の始点（低画素値側の端部）から当該ピークまでの累積度数を２倍することで、山の始点から当該ピークを介して山の終点（高画素値側の端部）までをほぼ全て排除できるからである。なお、当該ピークに相当する画素値における累積度数の２倍の累積度数に相当する画素値をウィンドウ幅の最小画素値として設定したが、２倍に限定されるものではない。

図１０は、図５に示す差分プロファイルの第１例における、ウィンドウ幅の最小画素値の設定方法を説明するための図である。図１１は、図８に示す差分プロファイルの第４例における、ウィンドウ幅の最小画素値の設定方法を説明するための図である。

図１０に示すように、ウィンドウ幅設定部１３ｅは、撮影画像にインプラント部分が含まれる場合、度数曲線で最も低画素値側のピークＤ１を求める。ウィンドウ幅設定部１３ｅは、ピークＤ１に相当する画素値における累積度数曲線上の累積度数（点Ｄ２）を求める。ウィンドウ幅設定部１３ｅは、点Ｄ２の２倍である累積度数曲線上の累積度数（点Ｄ３）に相当する画素値を求める。そして、ウィンドウ幅設定部１３ｅは、点Ｄ３の画素値を最小画素値として設定する。一方、従来の乳房Ｘ線撮影装置では、撮影画像にインプラント部分が含まれていても、撮影画像の累積度数曲線が全体の１０％に達する画素値を最小画素値として設定する。

図１１に示すように、ウィンドウ幅設定部１３ｅは、撮影画像にインプラント部分が含まれない場合、従来通り、撮影画像の累積度数曲線が所定の閾値（例えば、全体の１０％）に達する画素値を最小画素値として設定する。

図３に示すウィンドウレベル設定部１３ｆは、ウィンドウ幅設定部１３ｅによって生成されたウィンドウ幅の中心をウィンドウレベルとして設定する機能を有する。

表示処理部１３５は、ウィンドウ幅設定部１３ｅによって設定されるウィンドウ幅と、ウィンドウレベル設定部１３ｆによって設定されるウィンドウレベルとに基づくオートウィンドウ機能によって、画像処理部１３４から出力される撮影画像を基に表示画像を生成し、表示装置１３６に出力する。

本実施形態の乳房Ｘ線撮影装置１によると、撮影画像にインプラント部分を含む場合であっても撮影画像を基に乳房診断に適したオートウィンドウ機能のパラメータを設定でき、設定されたパラメータに基づく表示画像を生成して表示できる。

１ 乳房Ｘ線撮影装置
１１ 撮影台装置
１３ 画像処理装置
１３１ システム制御部
１３４ 画像処理部
１３５ 表示処理部
１３６ 表示装置
１３ａ 判断部
１３ｂ 度数演算部
１３ｃ 度数曲線生成部
１３ｄ 累積度数曲線生成部
１３ｅ ウィンドウ幅設定部
１３ｆ ウィンドウレベル設定部

Claims (8)

1. 乳房を含む撮影画像のデータに基づいて複数の画素列群を設定し、前記画素列群に相当する複数のプロファイル（位置／画素値曲線）群間の関係を基に、前記撮影画像にインプラント部分を含むか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段による判断によって、階調変換処理のパラメータを変えて設定する設定手段と、
   前記撮影画像を基に、前記パラメータに従った表示画像を生成する生成手段と、
   前記表示画像を表示する表示手段と、
   を有することを特徴とする画像処理装置。
2. 前記判断手段は、前記プロファイル群としての２つのプロファイル群を基に差分プロファイルを演算し、前記差分プロファイルを基にその中央を含む所要範囲のばらつき量を求め、前記ばらつき量が閾値以下の場合、前記撮影画像にインプラント部分が含まれると判断する構成とすることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記判断手段は、前記プロファイル群としての２つのプロファイル群を基にその中央を含む所要範囲の相関係数が閾値より大きい場合、前記撮影画像にインプラント部分が含まれると判断する構成とすることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
4. 前記設定手段は、前記撮影画像の画素毎の度数を求めると共に、前記判断手段によって前記撮影画像に前記インプラント部分を含むと判断された場合、前記撮影画像の画素値の累積度数がインプラント部分を含まないと判断した場合のウィンドウ幅の最小値より大きい画素値を、前記パラメータとしてのウィンドウ幅の最小画素値として設定する構成とすることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の画像処理装置。
5. 前記設定手段は、前記度数の分布で最も低画素値側のピークを求めると共に、前記ピークに相当する画素値における累積度数の２倍の累積度数に相当する画素値を、前記最小画素値として設定する構成とすることを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
6. 前記設定手段は、前記度数の分布をスムージングした度数曲線を基に前記ピークを求め、前記累積度数の分布をスムージングした前記累積度数曲線を基に前記最小画素値を設定する構成とすることを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
7. 前記パラメータとしてのウィンドウレベルを、前記ウィンドウ幅の中心として設定する手段をさらに有することを特徴とする請求項４乃至６のうちいずれか一項に記載の画像処理装置。
8. 請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の画像処理装置と、
   被検体の前記乳房にＸ線を照射するＸ線源と、
   前記Ｘ線を検出するＸ線検出部と、
   を有することを特徴とする乳房Ｘ線撮影装置。

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