JP7301792B2 - 放射線画像処理装置、方法およびプログラム - Google Patents

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Description

本開示の技術は、放射線画像処理装置、方法およびプログラムに関する。
骨粗鬆症等の骨系疾患において、骨密度の診断に用いられる代表的な骨塩定量方法の一つにDXA法(Dual X-ray Absorptiometry)が知られている。DXA法は、人体に入射し透過する放射線が、人体を構成する物質(例えば骨)に依存する質量減弱係数μ(cm2/g)とその密度ρ(g/cm3)および厚さt(cm)によって特徴づけされる減弱を受けることを利用し、2種類のエネルギーの放射線で撮影して得られた放射線画像のピクセル値から、骨塩量を算出する手法である。
また、照射された放射線に応じた電荷を蓄積する複数の画素を含む放射線検出器を2つ備え、これらの2つの放射線検出器が積層されて配置された放射線画像撮影装置が知られている。また、この種の放射線画像撮影装置において、各放射線検出器に照射された放射線の線量に応じた電気信号の各々を用いて、被写体の骨塩量を測定する技術が知られている(特許文献1参照)。また、CT(Computed Tomography)画像を用いて、骨塩量を測定することも行われている。
また、放射線画像に基づいて、骨部領域の骨量および骨構造の解析を行うことにより、将来の骨折リスクを導出する手法も提案されている(特許文献2参照)。また、骨部領域の部分領域毎に骨塩量を測定することも行われている(特許文献3参照)。特許文献3に記載された手法は、椎骨を海綿骨領域と皮質骨領域とに分割したり、大腿骨を大腿骨頸部の領域とそれ以外の領域とに分割したりすることにより、分割した部分領域における骨塩量を測定している。
特開2018-015453号公報 特表平09-508813号公報 特開2019-202035号公報
ところで、骨は立体的な形状を有する。このため、特許文献3に記載された手法のように、2次元画像上における骨部の部分領域を用いても、骨部の状態を3次元的に把握することは困難である。
本開示は上記事情に鑑みなされたものであり、骨部の状態を3次元的に把握できるようにすることを目的とする。
本開示による放射線画像処理装置は、少なくとも1つのプロセッサを備え、
プロセッサは、
骨部を含む被写体に対して第1の方向から放射線を照射する第1の撮影に基づく、少なくとも1つの第1方向放射線画像を取得し、被写体に対して第1の方向と異なる第2の方向から放射線を照射する第2の撮影に基づく、少なくとも1つの第2方向放射線画像を取得し、
第1方向放射線画像および第2方向放射線画像のそれぞれに含まれる骨部において、画素単位で骨塩量を導出し、
第1方向放射線画像に含まれる骨部を複数の小領域に分割し、第1方向放射線画像について導出された骨塩量に基づいて、小領域毎に骨部についての第1の評価結果を導出し、第2方向放射線画像に含まれる骨部を複数の小領域に分割し、第2方向放射線画像について導出された骨塩量に基づいて、小領域毎に骨部についての第2の評価結果を導出するように構成される。
なお、第1の方向と第2の方向とがなす角度は、60度以上120度以下であることが好ましく、80度以上100度以下であることがより好ましく、90度であることが最も好ましい。すなわち、本開示による放射線画像処理装置においては、第1の方向は被写体を正面または背面に放射線を照射する方向であり、第2の方向は被写体の側面に放射線を照射する方向であってもよい。この場合、第1の方向と第2の方向とがなす角度は90度となる。
また、本開示による放射線画像処理装置においては、プロセッサは、第2方向放射線画像に基づいて被写体の第1の方向における第1の体厚の最大値を導出し、第1方向放射線画像に基づいて被写体の第2の方向における第2の体厚の最大値を導出し、
第1の体厚の最大値および第2の体厚の最大値に基づいて、第1方向放射線画像および第2方向放射線画像に含まれる、放射線の散乱線成分による影響が除去された骨塩量を導出するように構成されるものであってもよい。
この場合、プロセッサは、放射線を出射する放射線源と、第1方向放射線画像および第2方向放射線画像を取得する放射線検出器との間に介在する物体の放射線特性に基づいて、放射線の散乱線成分による影響が除去された骨塩量を導出するように構成されるものであってもよい。
また、本開示による放射線画像処理装置においては、プロセッサは、第1の撮影として、それぞれエネルギー分布が互いに異なる放射線を第1の方向から被写体に照射する撮影を行うことにより、第1の放射線画像および第2の放射線画像を第1方向放射線画像として取得し、
第1の放射線画像および第2の放射線画像に基づいて、被写体の骨部が強調された第1の骨部画像を導出し、
第1の骨部画像に基づいて、第1方向放射線画像の画素単位で骨塩量を導出するように構成されるものであってもよい。
また、本開示による放射線画像処理装置においては、プロセッサは、第2の撮影として、それぞれエネルギー分布が互いに異なる放射線を第2の方向から被写体に照射する撮影を行うことにより、第3の放射線画像および第4の放射線画像を第2方向放射線画像として取得し、
第3の放射線画像および第4の放射線画像に基づいて、被写体の骨部が強調された第2の骨部画像を導出し、
第2の骨部画像に基づいて、第2方向放射線画像の画素単位で骨塩量を導出するように構成されるものであってもよい。
また、本開示による放射線画像処理装置においては、骨部が椎骨に含まれる椎体である場合、小領域は、第1方向放射線画像および第2方向放射線画像において、椎体を上下方向および左右方向の少なくとも一方の方向に分割した領域であってもよい。
また、本開示による放射線画像処理装置においては、プロセッサは、骨部が椎骨に含まれる椎体である場合、脊柱のアライメントにも基づいて、第1の評価結果および第2の評価結果を導出するように構成されるものであってもよい。
また、本開示による放射線画像処理装置においては、プロセッサは、骨部が椎骨に含まれる椎体である場合、海綿骨の領域についてのみ第1の評価結果および第2の評価結果を導出するように構成されるものであってもよい。
また、本開示による放射線画像処理装置においては、プロセッサは、第1の評価結果および第2の評価結果をディスプレイに表示するように構成されるものであってもよい。
また、本開示による放射線画像処理装置においては、プロセッサは、骨部の3次元画像に、第1の評価結果および第2の評価結果を重畳表示するように構成されるものであってもよい。
また、本開示による放射線画像処理装置においては、プロセッサは、撮影時期が異なる複数の第1方向放射線画像および複数の第2方向放射線画像を取得し、
撮影時期毎に骨塩量を導出し、
複数の第1方向放射線画像および複数の第2方向放射線画像の小領域のそれぞれにおける骨塩量の経時変化に基づいて、第1の評価結果および第2の評価結果を導出するように構成されるものであってもよい。
また、本開示による放射線画像処理装置においては、第1の評価結果および第2の評価結果は、骨部に対する薬の効き具合であってもよい。
本開示による放射線画像処理方法は、骨部を含む被写体に対して第1の方向から放射線を照射する第1の撮影に基づく、少なくとも1つの第1方向放射線画像を取得し、被写体に対して第1の方向と異なる第2の方向から放射線を照射する第2の撮影に基づく、少なくとも1つの第2方向放射線画像を取得し、
第1方向放射線画像および第2方向放射線画像のそれぞれに含まれる骨部において、画素単位で骨塩量を導出し、
第1方向放射線画像に含まれる骨部を複数の小領域に分割し、第1方向放射線画像について導出された骨塩量に基づいて、小領域毎に骨部についての第1の評価結果を導出し、第2方向放射線画像に含まれる骨部を複数の小領域に分割し、第2方向放射線画像について導出された骨塩量に基づいて、小領域毎に骨部についての第2の評価結果を導出する。
なお、本開示による放射線画像処理方法を、コンピュータに実行させるプログラムとして提供してもよい。
本開示によれば、骨部の状態を3次元的に把握することができる。
本開示の実施形態による放射線画像処理装置を適用した放射線画像撮影システムの構成を示す概略ブロック図 本開示の実施形態による放射線画像処理装置を適用した放射線画像撮影システムにおいて、被写体の側面からの撮影を説明するための概略ブロック図 本開示の実施形態による放射線画像処理装置の概略構成を示す図 本開示の実施形態による放射線画像処理装置の機能的な構成を示す図 正面像である第1の放射線画像と側面像である第3の放射線画像とを並べて示す図 被写体の体厚に対する骨部と軟部とのコントラストの関係を示す図 ルックアップテーブルの一例を示す図 椎体の分割を説明するための図 椎体の分割を説明するための図 椎体の分割を説明するための図 評価結果の表示画面を示す図 本実施形態において行われる処理を示すフローチャート 椎骨の構造を示す図 評価結果の表示画面を示す図 小領域毎に導出した骨塩量の代表値そのものの表示画面を示す図 海綿骨の領域についてのみ導出した評価結果の表示画面を示す図 被写体の正面像である第1の骨部画像における脊柱のアライメントの導出を説明するための図 被写体の側面像である第2の骨部画像における脊柱のアライメントの導出を説明するための図 骨折リスクを評価結果とした場合の表示画面を示す図 骨塩量の経時比較を説明するための図 骨塩量の経時変化を示す図 本開示の他の実施形態による放射線画像処理装置を適用した放射線画像撮影システムの構成を示す概略ブロック図
以下、図面を参照して本開示の実施形態について説明する。図1は本開示の実施形態による放射線画像処理装置を適用した放射線画像撮影システムの構成を示す概略ブロック図である。図1に示すように、本実施形態による放射線画像撮影システムは、撮影装置1と、本実施形態による放射線画像処理装置10とを備える。
撮影装置1は、第1の放射線検出器5および第2の放射線検出器6に、X線源3から発せられ、被写体Hを透過したX線を、それぞれエネルギーを変えて照射するいわゆる1ショットエネルギーサブトラクションを行うための撮影装置である。撮影時においては、図1に示すように、X線源3に近い側から順に、第1の放射線検出器5、X線エネルギー変換フィルタ7、および第2の放射線検出器6を配置して、X線源3を駆動させる。X線エネルギー変換フィルタ7は、X線に含まれる特定のエネルギー成分を吸収し得る銅板等の金属板によって構成される。
第1および第2の放射線検出器5、6は、それぞれ、X線源3から出射され、被写体Hを透過したX線に基づいて放射線画像を生成する。第1および第2の放射線検出器5、6は、TFT(thin film transistor)スイッチをオン/オフさせることによって放射線画像信号が読み出される、いわゆるFPD(Flat Panel Detector)の形態を有していてもよい。この場合において、第1および第2の放射線検出器5、6は、放射線の照射を直接受けて電荷を発生する直接型であってもよいし、放射線を一旦可視光に変換し、その可視光を電荷信号に変換する間接型であってもよい。また、第1および第2の放射線検出器5、6は、イメージングプレートに記録した画像を、レーザー光線を照射することによって読み取るCR(Computed Ragiography)技術を適用したものであってもよい。X線エネルギー変換フィルタ7は、X線に含まれる特定のエネルギー成分を吸収し得る銅板等の金属板によって構成される。
第1の放射線検出器5、X線エネルギー変換フィルタ7および第2の放射線検出器6が、図1に示す順序で重ねられた状態で被写体Hの撮影を行うことにより、1ショットエネルギーサブトラクションが実現される。すなわち、第1の放射線検出器5および第2の放射線検出器6から、エネルギー分布が異なる2つの放射線画像が取得される。
第1の放射線検出器5においては、いわゆる軟線も含む低エネルギーのX線による被写体Hの放射線画像が取得される。また、第2の放射線検出器6においては、軟線が除かれた高エネルギーのX線による被写体Hの放射線画像が取得される。取得された放射線画像は、放射線画像処理装置10に入力される。
ここで、本実施形態においては、まず図1に示すように、被写体Hの胸側を第1の放射線検出器5および第2の放射線検出器6に向け、被写体Hの背面から被写体HにX線を照射する第1の撮影を行う。これにより、第1の放射線検出器5においては、低エネルギーのX線による被写体Hの胸腹部の正面像である第1の放射線画像G1が取得される。第2の放射線検出器6においては、高エネルギーのX線による被写体Hの胸腹部の正面像である第2の放射線画像G2が取得される。第1の放射線画像G1および第2の放射線画像G2が、本開示の第1方向放射線画像に対応する。
なお、本実施形態においては、被写体Hの撮影時には、被写体Hを透過したX線の散乱線成分を除去する散乱線除去グリッドは使用されない。このため、第1の放射線画像G1および第2の放射線画像G2には、被写体Hを透過したX線の一次線成分および散乱線成分が含まれる。
また、本実施形態においては、図2に示すように、被写体Hの側部を第1の放射線検出器5および第2の放射線検出器6に向け、被写体Hの側面から被写体HにX線を照射する第2の撮影を行う。これにより、第1の放射線検出器5においては、低エネルギーのX線による被写体Hの胸腹部の側面像である第3の放射線画像G3が取得される。第2の放射線検出器6においては、高エネルギーのX線による被写体Hの胸腹部の側面像である第4の放射線画像G4が取得される。第3の放射線画像G3および第4の放射線画像G4が、本開示の第2方向放射線画像に対応する。
放射線画像処理装置10は、第1の放射線画像G1および第2の放射線画像G2、並びに第3の放射線画像G3および第4の放射線画像G4に基づいて、これらの放射線画像に含まれる骨部についての評価結果を導出する機能を有する。本実施形態においては、第1から第4の放射線画像G1~G4は、被写体Hの胸腹部の放射線画像であり、椎骨を含む。本実施形態による放射線画像処理装置10は、骨部の評価結果として椎骨に含まれる椎体についての評価結果を導出するものとする。
次いで、本実施形態に係る放射線画像処理装置について説明する。まず、図3を参照して、本実施形態に係る放射線画像処理装置のハードウェア構成を説明する。図3に示すように、放射線画像処理装置10は、ワークステーション、サーバコンピュータおよびパーソナルコンピュータ等のコンピュータであり、CPU(Central Processing Unit)11、不揮発性のストレージ13、および一時記憶領域としてのメモリ16を備える。また、放射線画像処理装置10は、液晶ディスプレイ等のディスプレイ14、キーボードおよびマウス等の入力デバイス15、並びに外部のネットワーク(不図示)に接続されるネットワークI/F(InterFace)17を備える。CPU11、ストレージ13、ディスプレイ14、入力デバイス15、メモリ16およびネットワークI/F17は、バス18に接続される。なお、CPU11は、本開示におけるプロセッサの一例である。
ストレージ13は、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、およびフラッシュメモリ等によって実現される。記憶媒体としてのストレージ13には、放射線画像処理装置10にインストールされた放射線画像処理プログラム12が記憶される。CPU11は、ストレージ13から放射線画像処理プログラム12を読み出してメモリ16に展開し、展開した放射線画像処理プログラム12を実行する。
なお、放射線画像処理プログラム12は、ネットワークに接続されたサーバコンピュータの記憶装置、あるいはネットワークストレージに、外部からアクセス可能な状態で記憶され、要求に応じて放射線画像処理装置10を構成するコンピュータにダウンロードされ、インストールされる。または、DVD(Digital Versatile Disc)、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)等の記録媒体に記録されて配布され、その記録媒体から放射線画像処理装置10を構成するコンピュータにインストールされる。
次いで、本実施形態による放射線画像処理装置の機能的な構成を説明する。図4は、本実施形態による放射線画像処理装置の機能的な構成を示す図である。図4に示すように,放射線画像処理装置10は、画像取得部21、体厚導出部22、骨部画像導出部23、第1の導出部24、第2の導出部25および表示制御部26を備える。そして、CPU11は、放射線画像処理プログラム12を実行することにより、画像取得部21、体厚導出部22、骨部画像導出部23、第1の導出部24、第2の導出部25および表示制御部26として機能する。
画像取得部21は、撮影装置1に被写体Hの撮影を行わせることにより、第1および第2の放射線検出器5,6から、被写体Hの胸腹部の正面像である第1の放射線画像G1および第2の放射線画像G2、並びに被写体Hの胸腹部の側面像である第3の放射線画像G3および第4の放射線画像G4を取得する。第1の放射線画像G1および第2の放射線画像G2、並びに第3の放射線画像G3および第4の放射線画像G4の取得に際しては、放射線の照射線量、管電圧およびSID(Source-to-Image receptor Distance:X線管焦点受像面間距離)等の撮影条件が設定される。設定された撮影条件は、ストレージ13に記憶される。
ここで、第1から第4の放射線画像G1~G4には、被写体Hに照射されたX線が、被写体Hにより散乱されることによる散乱線成分が含まれる。このため、本実施形態においては、後述する骨部画像導出部23が、第1から第4の放射線画像G1~G4から散乱線成分を除去する。散乱線成分の除去には、被写体Hの体厚分布が必要である。このために、体厚導出部22は、放射線画像の各画素位置(x,y)における被写体Hの体厚分布(x,y)を導出する。本実施形態においては、被写体Hの正面像である第1および第2の放射線画像G1,G2、並びに被写体Hの側面像である第3および第4の放射線画像G3,G4が取得されている。このため、本実施形態において、体厚導出部22は、被写体Hの正面像である第1および第2の放射線画像G1,G2に基づいて、被写体Hの前後方向における第1の体厚分布T1(x,y)を導出する。また、体厚導出部22は、被写体Hの側面像である第3および第4の放射線画像G3,G4に基づいて、被写体Hの左右方向における第2の体厚分布T2(x,y)を導出する。
まず、被写体Hの前後方向における第1の体厚分布T1(x,y)の導出について説明する。本実施形態において、体厚導出部22は、被写体Hの第1の体厚分布T1(x,y)の導出に際し、被写体Hに近い側の第1の放射線検出器5により取得された第1の放射線画像G1を用いる。しかしながら、被写体Hから遠い側の第2の放射線検出器6により取得された第2の放射線画像G2を用いてもよい。また、第1の放射線画像G1および第2の放射線画像G2に対して、相対応する画素間で重み付け減算を行うことにより、各放射線画像に含まれる被写体Hの軟部が強調された軟部画像を生成し、軟部画像を用いて被写体Hの第1の体厚分布T1(x,y)を導出してもよい。また、いずれの画像を用いる場合であっても、画像の低周波成分を表す低周波画像を生成し、低周波画像を用いて第1の体厚分布T1(x,y)を導出してもよい。
体厚導出部22は、例えば特開2015-043959号公報に記載された手法を用いて、被写体Hの第1の体厚分布T1(x,y)を導出してもよい。以下において、被写体Hの第1の体厚分布T1(x,y)の導出方法の一例について説明する。
まず、体厚導出部22は、初期体厚分布Ts1(x,y)を有する被写体Hの仮想モデルK1を取得する。仮想モデルK1は、初期体厚分布Ts1(x,y)に従った体厚が、第1の放射線画像G1の各画素の座標位置に対応付けられた、被写体Hを仮想的に表すデータである。なお、初期体厚分布Ts1(x,y)を有する被写体Hの仮想モデルK1は、ストレージ13に予め記憶されているものとするが、仮想モデルK1が保存された外部のサーバから取得するようにしてもよい。
次に、体厚導出部22は、下記の式(1)、(2)に示すように、仮想モデルK1に基づいて、仮想モデルK1の撮影により得られる一次線画像を推定した推定一次線画像Ip1(x,y)と、仮想モデルK1の撮影により得られる散乱線画像を推定した推定散乱線画像Is1(x,y)とを導出する。さらに、体厚導出部22は、下記の式(3)に示すように、推定一次線画像Ip1(x,y)と推定散乱線画像Is1(x,y)とを合成した画像を、被写体Hの撮影により得られた第1の放射線画像G1を推定した推定画像Im1(x,y)として導出する。
Ip1(x,y) = Io(x,y)×exp(-μ×T1(x,y)) (1)
Is1(x,y) = Io(x,y)*Sσ(T1(x,y)) (2)
Im1(x,y) = Is1(x,y)+Ip1(x,y) (3)
ここで、(x,y)は第1の放射線画像G1の画素位置の座標、Ip(x,y)は画素位置(x,y)における一次線成分、Is(x,y)は画素位置(x,y)における散乱線成分、Io(x,y)は画素位置(x,y)における被写体Hの表面への入射線量、μは被写体HのX線減弱係数、Sσ(T1(x,y))は画素位置(x,y)における被写体Hの第1の体厚分布T1(x,y)に応じた散乱の特性を表す畳みこみカーネルである。なお、1回目の推定画像Im1(x,y)の導出の際には、式(1)、(2)における体厚分布T1(x,y)として、初期体厚分布Ts1(x,y)を用いる。式(1)は公知の指数減弱則に基づく式であり、式(2)は「J M Boon et al, An analytical model of the scattered radiation distribution in diagnostic radiolog, Med. Phys. 15(5), Sep/Oct 1988」(参考文献1)に記載された手法に基づく式である。なお、被写体Hの表面への入射線量Io(x,y)は、撮影条件に基づいて導出される照射線量である。なお、被写体HのX線減弱係数としては、被写体Hの軟部組織のX線減弱係数を用いればよい。
また、式(2)における*は畳みこみ演算を表す演算子である。カーネルの性質は、被写体Hの体厚の他に、照射野の分布、被写体Hの組成の分布、撮影時の照射線量、管電圧、撮影距離、および放射線検出器5,6の特性等によっても変化する。参考文献1に記載された手法によれば散乱線は一次線に対する位置拡張関数(Point Spread Function、式(3)におけるSσ(T1(x,y)))の畳みこみにより近似することができる。なお、Sσ(T1(x,y))は、照射野情報、被写体情報および撮影条件等に応じて実験的に求めることができる。
本実施形態においては、撮影時の照射野情報、被写体情報および撮影条件に基づいてSσ(T1(x,y))を算出してもよいが、各種照射野情報、各種被写体情報および各種撮影条件とSσ(T1(x,y))とを対応付けたテーブルをストレージ13に記憶しておき、撮影時の照射野情報、被写体情報および撮影条件に基づいて、このテーブルを参照してSσ(T1(x,y))を求めるようにしてもよい。なお、Sσ(T1(x,y))をT1(x,y)にて近似するようにしてもよい。
次に、体厚導出部22は、推定画像Im1と第1の放射線画像G1との違いが小さくなるように仮想モデルK1の初期体厚分布Ts1(x,y)を修正する。体厚導出部22は、推定画像Im1と第1の放射線画像G1との違いが予め定められた終了条件を満たすまで、修正した第1の体厚分布T1(x,y)を用いた推定画像Im1の生成および第1の体厚分布T1(x,y)の修正を繰り返し行う。体厚導出部22は、終了条件を満たした際の体厚分布を、被写体Hの正面像における第1の体厚分布T1(x,y)として導出する。
ところで、被写体Hの体軸に垂直な断面は楕円形状に近い形状を有するため、第1の放射線画像G1において、第1の体厚分布T1(x,y)が最大になる場所は、椎体の場所である。椎体は骨部組織であり、軟部組織よりもX線減弱が大きいため、導出される第1の体厚分布T1(x,y)が、椎体の場所において実際の体厚よりも大きくなってしまう可能性がある。ここで、本実施形態においては、被写体Hの側面像である第3および第4の放射線画像G3,G4を取得している。図5は正面像である第1の放射線画像G1と側面像である第3の放射線画像G3とを並べて示す図である。図5に示すように、第1の体厚分布T1(x,y)の導出に際し、第3の放射線画像G3を見れば、同じy方向の位置における被写体Hの前後方向の体厚の最大値が分かる。逆に、後述する第2の体厚分布T2(x,y)の導出に際し、第1の放射線画像G1を見れば、同じy方向の位置における被写体Hの左右方向の体厚の最大値が分かる。なお、図5において、x、yは第1の放射線画像G1および第3の放射線画像G3の2次元座標を示す。
このため、本実施形態においては、体厚導出部22は、第1の体厚分布T1(x,y)を導出する際に、第3の放射線画像G3において計測される、同一のy方向の位置における被写体Hの体厚の最大値以下となるように、修正された第1の体厚分布T1(x,y)の値を制限する。これにより、第1の体厚分布T1(x,y)の導出精度を向上できる。また、第1の体厚分布T1(x,y)の導出の処理時間を短縮できる。
次いで、被写体Hの左右方向における第2の体厚分布T2(x,y)の導出について説明する。本実施形態において、体厚導出部22は、被写体Hの第2の体厚分布T2(x,y)の導出に際し、被写体Hに近い側の第1の放射線検出器5により取得された第3の放射線画像G3を用いる。しかしながら、被写体Hから遠い側の第2の放射線検出器6により取得された第4の放射線画像G4を用いてもよい。また、第3の放射線画像G3および第4の放射線画像G4に対して、相対応する画素間で重み付け減算を行うことにより、各放射線画像に含まれる被写体Hの軟部が強調された軟部画像を生成し、軟部画像を用いて被写体Hの第2の体厚分布T2(x,y)を導出してもよい。また、いずれの画像を用いる場合であっても、画像の低周波成分を表す低周波画像を生成し、低周波画像を用いて第2の体厚分布T2(x,y)を導出してもよい。
まず、第2の体厚分布T2(x,y)の導出に際し、体厚導出部22は、初期体厚分布Ts2(x,y)を有する被写体Hの仮想モデルK2を取得する。仮想モデルK2は、初期体厚分布Ts2(x,y)に従った体厚が、第3の放射線画像G3の各画素の座標位置に対応付けられた、被写体Hを仮想的に表すデータである。なお、初期体厚分布Ts2(x,y)を有する被写体Hの仮想モデルK2は、ストレージ13に予め記憶されているものとするが、仮想モデルK2が保存された外部のサーバから取得するようにしてもよい。
次に、体厚導出部22は、下記の式(4)、(5)に示すように、仮想モデルK2に基づいて、仮想モデルK2の撮影により得られる一次線画像を推定した推定一次線画像Ip2(x,y)と、仮想モデルK2の撮影により得られる散乱線画像を推定した推定散乱線画像Is2(x,y)とを導出する。さらに、体厚導出部22は、下記の式(6)に示すように、推定一次線画像Ip2(x,y)と推定散乱線画像Is2(x,y)とを合成した画像を、被写体Hの撮影により得られた第3の放射線画像G3を推定した推定画像Im2(x,y)として導出する。なお、式(4)~(6)における演算式および係数は式(1)~(3)と同一である。
Ip2(x,y) = Io(x,y)×exp(-μ×T2(x,y)) (4)
Is2(x,y) = Io(x,y)*Sσ(T2(x,y)) (5)
Im2(x,y) = Is2(x,y)+Ip2(x,y) (6)
次に、体厚導出部22は、推定画像Im2と第3の放射線画像G3との違いが小さくなるように仮想モデルK2の初期体厚分布Ts2(x,y)を修正する。体厚導出部22は、推定画像Im2と第3の放射線画像G3との違いが予め定められた終了条件を満たすまで、修正した第2の体厚分布T2(x,y)を用いた推定画像Im2の生成および第2の体厚分布T2(x,y)の修正を繰り返し行う。体厚導出部22は、終了条件を満たした際の体厚分布を、被写体Hの側面像における第2の体厚分布T2(x,y)として導出する。
ここで、体厚導出部22は、第2の体厚分布T2(x,y)を導出する際に、第1の放射線画像G1において計測される、同一のy方向の位置における被写体Hの体厚の最大値以下となるように、修正された第2の体厚分布T2(x,y)の値を制限する。これにより、第2の体厚分布T2(x,y)の導出精度を向上できる。また、第2の体厚分布T2(x,y)の導出の処理時間を短縮できる。
一方、本実施形態においては、被写体Hの正面像および側面像を用いているため、被写体Hの前後方向における椎体の厚さを、側面像である第3の放射線画像G3または第4の放射線画像G4から導出できる。また、被写体Hの左右方向における椎体の厚さを、正面像である第1の放射線画像G1または第2の放射線画像G2から導出できる。ここで、椎体は肋骨等と比較してサイズが大きいため、上記式(1)におけるX線減弱係数として、椎体の厚さを考慮した値を使用することにより、推定一次線画像Ip1(x,y)、Ip2(x,y)、推定散乱線画像Is1(x,y)、Is2(x,y)、および体厚分布T1(x,y)、T2(x,y)をより精度よく導出することができる。
このため、第1の体厚分布T1(x,y)の導出に際して、第3の放射線画像G3または第4の放射線画像G4における椎体の前後方向の厚さTb1(x,y)を導出し、下記の式(7)によりX線減弱係数μt1(x,y)を導出し、導出したX線減弱係数μt1(x,y)を式(1)に適用して、推定一次線画像Ip1(x,y)を導出するようにしてもよい。また、第2の体厚分布T2(x,y)の導出に際して、第1の放射線画像G1または第2の放射線画像G2における椎体の左右方向の厚さTb2(x,y)を導出し、下記の式(8)によりX線減弱係数μt2(x,y)を導出し、導出したX線減弱係数μt2(x,y)を式(4)に適用して、推定一次線画像Ip2(x,y)を導出するようにしてもよい。なお、式(7)、(8)において、μsは軟部組織のX線減弱係数、μbは骨部組織のX線減弱係数である。
μt1(x,y)={μb×Tb1(x,y)+μs×(T1(x,y)-Tb1(x,y)}/T1(x,y) (7)
μt2(x,y)={μb×Tb2(x,y)+μs×(T2(x,y)-Tb2(x,y)}/T2(x,y) (8)
骨部画像導出部23は、第1の放射線画像G1および第2の放射線画像G2から、被写体Hの正面像において骨部が強調された第1の骨部画像Gb1を導出する。骨部画像導出部23は、第3の放射線画像G3および第4の放射線画像G4から、被写体Hの側面像において骨部が強調された第2の骨部画像Gb2を導出する。第1の骨部画像Gb1および第2の骨部画像Gb2の導出に際して、骨部画像導出部23は、第1から第4の放射線画像G1~G4から、散乱線成分を除去する。
骨部画像導出部23は、第1の放射線画像G1から散乱線成分を除去するに際し、第1の体厚分布T1(x,y)に基づいて、上記式(2)により推定散乱線画像Is1(x,y)を導出する。そして、骨部画像導出部23は、第1の放射線画像G1から推定散乱線画像Is1(x,y)を減算することにより、第1の放射線画像G1から散乱線成分を除去する。一方、第2の放射線画像G2から散乱線成分を除去するに際し、骨部画像導出部23は、第2の放射線画像G2から上記式(2)により導出した推定散乱線画像Is1(x,y)を減算することにより、第2の放射線画像G2から散乱線成分を除去する。この際、骨部画像導出部23は、第1の放射線検出器5およびX線エネルギー変換フィルタ7によるX線の減弱を考慮した係数を推定散乱線画像Is1(x,y)に乗算し、係数が乗算された推定散乱線画像Is1(x,y)を第2の放射線画像G2から減算してもよい。
一方、第3の放射線画像G3から散乱線成分を除去するに際し、骨部画像導出部23は、第2の体厚分布T2(x,y)に基づいて、上記式(5)により推定散乱線画像Is2(x,y)を導出する。そして、骨部画像導出部23は、第3の放射線画像G3から推定散乱線画像Is2(x,y)を減算することにより、第3の放射線画像G3から散乱線成分を除去する。一方、第4の放射線画像G4から散乱線成分を除去するに際し、骨部画像導出部23は、第4の放射線画像G4から上記式(5)により導出した推定散乱線画像Is2(x,y)を減算することにより、第4の放射線画像G4から散乱線成分を除去する。この際、骨部画像導出部23は、第1の放射線検出器5およびX線エネルギー変換フィルタ7によるX線の減弱を考慮した係数を推定散乱線画像Is2(x,y)に乗算し、係数が乗算された推定散乱線画像Is2(x,y)を第4の放射線画像G4から減算してもよい。
そして、骨部画像導出部23は、散乱線成分が除去された第1の放射線画像G1および第2の放射線画像G2に対して、例えば下記の式(9)に示すように、相対応する画素間で重み付け減算を行うことにより第1の骨部画像Gb1を導出する。また、骨部画像導出部23は、散乱線成分が除去された第3の放射線画像G3および第4の放射線画像G4から、被写体Hの側面像において骨部が強調された第2の骨部画像Gb2を導出する。具体的には、骨部画像導出部23は、第3の放射線画像G3および第4の放射線画像G4に対して、例えば下記の式(10)に示すように、相対応する画素間で重み付け減算を行うことにより第2の骨部画像Gb2を導出する。式(9)、(10)において、w1,w2は重み付け係数であり、x,yは第1の骨部画像Gb1および第2の骨部画像Gb2の各画素の座標である。
Gb1(x,y)=G1(x,y)-w1×G2(x,y) (9)
Gb2(x,y)=G3(x,y)-w2×G4(x,y) (10)
第1の導出部24は、第1方向放射線画像および第2方向放射線画像のそれぞれに含まれる骨部において、画素単位で骨塩量を導出する。すなわち、第1の導出部24は、第1の骨部画像Gb1および第2の骨部画像Gb2に含まれる骨部の画素毎に骨塩量B1,B2を導出する。本実施形態において、第1の導出部24は、第1の骨部画像Gb1および第2の骨部画像Gb2の各画素値を、基準撮影条件により取得した場合の骨画像の画素値に変換することにより骨塩量B1,B2を導出する。具体的には、第1の導出部24は、後述するルックアップテーブルから取得される補正係数を用いて、第1の骨部画像Gb1および第2の骨部画像Gb2の各画素値を補正することにより骨塩量B1,B2を導出する。
ここで、X線源3における管電圧が高く、X線源3から出射されるX線が高エネルギーであるほど、放射線画像における軟部と骨部とのコントラストが小さくなる。また、X線が被写体Hを透過する過程において、X線の低エネルギー成分が被写体Hに吸収され、X線が高エネルギー化するビームハードニングが生じる。ビームハードニングによるX線の高エネルギー化は、被写体Hの体厚が大きいほど大きくなる。
図6は被写体Hの体厚に対する骨部と軟部とのコントラストの関係を示す図である。なお、図6においては、80kV、90kVおよび100kVの3つの管電圧における、被写体Hの体厚に対する骨部と軟部とのコントラストの関係を示している。図6に示すように、管電圧が高いほどコントラストは低くなる。また、被写体Hの体厚がある値を超えると、体厚が大きいほどコントラストは低くなる。なお、第1の骨部画像Gb1および第2の骨部画像Gb2における骨部領域の画素値が大きいほど、骨部と軟部とのコントラストは大きくなる。このため、図6に示す関係は、第1の骨部画像Gb1および第2の骨部画像Gb2における骨部領域の画素値が大きいほど、高コントラスト側にシフトすることとなる。
本実施形態においては、第1の骨部画像Gb1および第2の骨部画像Gb2における、撮影時の管電圧に応じたコントラストの相違、およびビームハードニングの影響によるコントラストの低下を補正するための補正係数を取得するためのルックアップテーブルが、ストレージ13に記憶されている。補正係数は、第1の骨部画像Gb1および第2の骨部画像Gb2の各画素値を補正するための係数である。
図7は、ルックアップテーブルの一例を示す図である。図7において、基準撮影条件を、管電圧90kVに設定したルックアップテーブルLUT1が例示されている。図7に示すようにルックアップテーブルLUT1において、管電圧が大きいほど、かつ被写体Hの体厚が大きいほど、大きい補正係数が設定されている。図7に示す例において、基準撮影条件が管電圧90kVであるため、管電圧が90kVで体厚が0の場合に、補正係数が1となっている。なお、図7において、ルックアップテーブルLUT1を2次元で示しているが、補正係数は骨部領域の画素値に応じて異なる。このため、ルックアップテーブルLUT1は、実際には骨部領域の画素値を表す軸が加わった3次元のテーブルとなる。
第1の導出部24は、体厚導出部22が導出した第1の体厚分布T1(x,y)および第2の体厚分布T2(x,y)、並びにストレージ13に記憶された管電圧の設定値を含む撮影条件に応じた画素毎の補正係数C0(x,y)を、ルックアップテーブルLUT1から抽出する。そして、第1の導出部24は、下記の式(11)、(12)に示すように、第1の骨部画像Gb1および第2の骨部画像Gb2における骨部領域の各画素値Gb1(x,y)、Gb2(x,y)に対して、補正係数C0(x,y)を乗算することにより、第1の骨部画像Gb1および第2の骨部画像Gb2の画素毎の骨塩量B1(x,y)、B2(x,y)を導出する。このようにして導出された骨塩量B1(x,y)、B2(x,y)は、基準撮影条件である90kVの管電圧により被写体Hを撮影することにより取得され、かつビームハードニングの影響が除去された放射線画像に含まれる骨部領域の骨部の画素値を表すものとなる。
B1(x,y)=C0(x,y)×Gb1(x,y) (11)
B2(x,y)=C0(x,y)×Gb2(x,y) (12)
第2の導出部25は、第1方向放射線画像に含まれる骨部を複数の小領域に分割し、第1方向放射線画像について導出された骨塩量B1(x,y)に基づいて、骨部についての小領域毎の第1の評価結果を導出する。また、第2の導出部25は、第2方向放射線画像に含まれる骨部を複数の小領域に分割し、第2方向放射線画像について導出された骨塩量B2(x,y)に基づいて、骨部についての小領域毎の第2の評価結果を導出する。このため、第2の導出部25は、第1の骨部画像Gb1および第2の骨部画像Gb2に含まれる各椎体を小領域に分割する。図8は椎体の分割を説明するための図である。なお、図8においては、説明のために第1の骨部画像Gb1における1つの椎体のみを示しているが、第2の骨部画像Gb2における椎体も同様に分割することが可能である。図8に示すように、第2の導出部25は、椎体を上下方向に3分割する。なお、図9に示すように、椎体を左右方向に3分割してもよく、図10に示すように、椎体を上下方向に3分割し、かつ左右方向に3分割してもよい。第2の導出部25は、第2の骨部画像Gb2に含まれる椎体についても同様に小領域に分割する。なお、分割数は3に限定されるものではなく、任意の分割数とすることが可能である。
そして、第2の導出部25は、分割した小領域毎に、第1の評価結果および第2の評価結果を導出する。具体的には、第1の骨部画像Gb1について、小領域毎に骨塩量B1(x,y)の代表値を第1の評価結果R1として導出する。代表値としては、平均値、中央値、最小値または最大値等を用いることができる。また、第2の骨部画像Gb2について、小領域毎に骨塩量B2(x,y)の代表値を第2の評価結果R2として導出する。
表示制御部26は、第1の評価結果R1および第2の評価結果R2を含む表示画面をディスプレイ14に表示する。図11は評価結果の表示画面を示す図である。図11に示すように、表示制御部26は、第2の導出部25が導出した第1の評価結果R1に応じて、異なる色を第1の骨部画像Gb1の小領域にマッピングしたマッピング画像31を表示画面30に表示する。また、表示制御部26は、第2の導出部25が導出した第2の評価結果R2に応じて、異なる色を第2の骨部画像Gb2の小領域にマッピングしたマッピング画像32を表示画面30に表示する。
なお、図11においては、説明を簡単なものとするために、マッピング画像31,32における、互いに対応する椎体の領域を拡大して表示している。また、図11においては、骨塩量の色の相違をハッチングの相違により示している。また、骨塩量を表すためのレファレンス33も表示画面30に表示されている。
次いで、本実施形態において行われる処理について説明する。図12は、本実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。入力デバイス15から処理開始の指示が入力されることにより、放射線画像処理プログラム12による処理が開始され、まず、画像取得部21が、撮影装置1に撮影を行わせることにより、第1および第2の放射線検出器5,6から、被写体Hの正面像である第1の放射線画像G1および第2の放射線画像G2、並びに被写体Hの側面像である第3の放射線画像G3および第4の放射線画像G4を取得する(放射線画像取得;ステップST1)。
次いで、体厚導出部22が、被写体Hについての第1の体厚分布T1(x,y)および第2の体厚分布T2(x,y)を導出する(体厚導出;ステップST2)。
次いで、骨部画像導出部23が、第1から第4の放射線画像G1~G4から散乱線成分を除去し(ステップST3)、さらに散乱線成分が除去された第1の放射線画像G1および第2の放射線画像G2から、被写体Hの正面像において骨部が強調された第1の骨部画像Gb1を導出する。また、骨部画像導出部23は、散乱線成分が除去された第3の放射線画像G3および第4の放射線画像G4から、被写体Hの側面像において骨部が強調された第2の骨部画像Gb2を導出する(骨部画像導出;ステップST4)。
次いで、第1の導出部24が、第1の骨部画像Gb1および第2の骨部画像Gb2のそれぞれに含まれる骨部において、画素単位で骨塩量B1,B2を導出する(ステップST5)。そして、第2の導出部25が、第1および第2の骨部画像Gb1,Gb2に含まれる骨部を複数の小領域に分割し(ステップST6)、小領域毎に第1および第2の評価結果R1,R2を導出する(ステップST7)。さらに、表示制御部26が、第1および第2の評価結果R1,R2を含む表示画面をディスプレイ14に表示し(評価結果表示;ステップST8)、処理を終了する。
このように、本実施形態においては、被写体Hに対して第1の方向からX線を照射する第1の撮影に基づいて取得された第1および第2の放射線画像G1,G2から、第1の骨部画像Gb1を生成する。また、第1の方向と異なる第2の方向からX線を照射する第2の撮影に基づいて取得された第3および第4の放射線画像G3,G4から、第2の骨部画像Gb2を生成する。そして、第1および第2の骨部画像Gb1,Gb2に含まれる骨部を小領域に分割し、小領域毎に骨塩量の第1の評価結果R1および第2の評価結果R2を導出するようにした。これにより、本実施形態においては、異なる方向からの撮影により取得した第1および第2の骨部画像Gb1,Gb2を用いて第1および第2の評価結果R1,R2が導出されることとなる。このため、本実施形態によれば、第1および第2の評価結果R1,R2により、骨部の状態を3次元的に把握することができる。
とくに、本実施形態においては、第1の骨部画像Gb1は被写体Hの正面像であり、第2の骨部画像Gb2は被写体Hの側面像である。このため、第1および第2の評価結果R1,R2を参照することにより、骨部の3次元な状態をより容易に把握することができる。
また、本実施形態においては、第1から第4の放射線画像G1~G4から散乱線成分を除去しているため、散乱線の影響のない第1および第2の骨部画像Gb1,Gb2を導出することができる。したがって、散乱線の影響がないように骨塩量B1,B2、さらには第1および第2の評価結果R1,R2を導出することができる。
また、本実施形態においては、椎骨に含まれる椎体についての骨塩量を導出している。図13は椎骨の構造を示す図である。図13に示すように、椎骨40は、椎体41および椎弓42を含む。椎弓42は、棘突起43および左右の横突起44,45を含む。第1および第2の放射線画像G1,G2を取得する場合、椎骨40には矢印A方向からX線が照射される。このため、第1の骨部画像Gb1から導出された骨塩量は、椎体41のみならず、椎弓42の骨塩量が反映されたものとなる。一方、第3および第4の放射線画像G3,G4を取得する場合、椎骨40には矢印B方向からX線が照射される。このため、第2の骨部画像Gb2から導出された骨塩量は、椎弓42の骨塩量は反映されず、椎体41のみの骨塩量を反映させたものとなる。したがって、本実施形態のように、椎体の側面像である第2の骨部画像Gb2から骨塩量を導出することにより、椎弓42の影響がない、椎体41のみの骨塩量を導出することができる。
なお、上記実施形態においては、第1の骨部画像Gb1および第2の骨部画像Gb2のそれぞれに第1の評価結果R1および第2の評価結果R2をマッピングしたマッピング画像31,32を含む表示画面30をディスプレイ14に表示している。しかしながら、第1および第2の評価結果R1,R2の表示の態様はこれに限定されるものではない。例えば、図14に示すように、椎骨の3次元モデル47を生成し、椎骨の3次元モデル47に、第1の評価結果R1および第2の評価結果R2に応じた色をマッピングしたマッピング画像をディスプレイ14に表示するようにしてもよい。この場合、椎骨の3次元モデル47としては、コンピュータグラフィックスにより作成されたものであってもよく、被写体HのCT画像等から生成されたものであってもよい。
また、本実施形態においては、第1および第2の評価結果R1,R2のマッピングに代えて、小領域毎に導出した骨塩量の代表値そのものをディスプレイ14に表示してもよい。図15は、小領域毎に導出した骨塩量の代表値そのものの表示画面を示す図である。図15に示すように、表示画面36には、第1の骨部画像Gb1に小領域毎の第1の評価結果R1を数値として付与した評価結果画像37、および第2の骨部画像Gb2に小領域毎の第2の評価結果R2を数値として付与した評価結果画像38が表示されている。なお、図15においては、説明を簡単なものとするために、評価結果画像37,38における、互いに対応する椎体の領域を拡大して表示している。
また、上記実施形態においては、第1および第2の骨部画像Gb1,Gb2における椎骨の全領域を小領域に分割して第1および第2の評価結果R1,R2を導出しているが、これに限定されるものではない。椎体に含まれる海綿骨の領域のみを小領域に分割して第1および第2の評価結果R1,R2を導出するようにしてもよい。図16に、海綿骨の領域についてのみ導出した評価結果の表示画面を示す。図16に示すように、表示制御部26は、第2の導出部25が導出した第1の評価結果R1に応じて、異なる色を第1の骨部画像Gb1の各椎骨における海綿骨内の小領域にマッピングしたマッピング画像51を表示画面50に表示する。また、表示制御部26は、第2の導出部25が導出した第2の評価結果R2に応じて、異なる色を第2の骨部画像Gb2の各椎骨における海綿骨内の小領域にマッピングしたマッピング画像52を表示画面50に表示する。
なお、図16においては、説明を簡単なものとするために、マッピング画像51,52における、互いに対応する椎体の領域を拡大して表示している。また、図16においては、骨塩量の色の相違をハッチングの相違により示している。また、骨塩量を表すためのレファレンス53も表示画面50に表示されている。
また、上記実施形態においては、第2の導出部25が、脊柱のアライメントおよび小領域毎の骨塩量に基づいて、骨折リスクを表す情報を第1および第2の評価結果R1,R2として導出するようにしてもよい。まず、第1の骨部画像Gb1から導出した骨塩量を用いる場合について説明する。図17は、被写体Hの正面像である第1の骨部画像における脊柱のアライメントの導出を説明するための図である。なお、図17に示す脊柱は、側湾症のために曲がっている。図17に示すように、被写体Hの正面像に関して、第2の導出部25は、脊柱のアライメントとしてコブ角αを算出する。そして、コブ角αと小領域毎の骨塩量の代表値とに基づいて、各椎骨の骨折リスクを算出する。なお、椎体骨折は第11胸椎Th11、第12胸椎Th12および第1から第4腰椎L1~L4において多く発生するため、これらの椎骨においてのみ、コブ角αおよび骨塩量の代表値を導出するようにしてもよい。また、骨塩量の代表値としては、各椎体における小領域毎に導出した骨塩量のうちの平均値、中央値、最小値または最大値等を用いることができる。しかしながら、骨折リスクを評価結果として導出するために、本実施形態においては、骨塩量の代表値として最小値を用いるものとする。
ここで、コブ角とは、湾曲の頂点になっている椎骨(頂椎)の上と下でそれぞれ最も大きく傾斜した椎骨の外縁から直線を延ばし、その2本の直線の交差する角度である。なお、コブ角αおよび椎体における小領域毎の骨塩量の代表値と骨折リスクとの関係はテーブルまたは計算式により定められている。第2の導出部25は、テーブルまたは計算式を参照して、コブ角および小領域毎の骨塩量の代表値から骨折リスクを第1の評価結果R1として算出する。この際、第2の導出部25は、第11胸椎Th11、第12胸椎Th12および第1から第4腰椎L1~L4のうちの最も高い骨折リスクを第1の評価結果R1として導出する。
次いで、第2の骨部画像Gb2から導出した骨塩量を用いる場合について説明する。図18は、被写体Hの側面像における脊柱のアライメントの導出を説明するための図である。被写体Hの側面像における脊柱のアライメントに関して、第2の導出部25は、胸椎後弯角β1、腰椎前弯角β2および仙骨傾斜角β3を用いる。胸椎後弯角β1は、第4胸椎Th4の上縁および第12胸椎Th12の下縁から直線を延ばし、その2本の直線が交差する角度である。腰椎前弯角β2は、第12胸椎Th12の下縁および第1仙骨S1の上縁から直線を延ばし、その2本の直線が交差する角度である。仙骨傾斜角β3は第1仙骨S1の上縁が水平線に対してなす角度である。なお、胸椎後弯角β1、腰椎前弯角β2および仙骨傾斜角β3、並びに椎体における小領域毎の骨塩量の代表値と骨折リスクとの関係はテーブルまたは計算式により定められている。第2の導出部25は、テーブルまたは計算式を参照して、胸椎後弯角β1、腰椎前弯角β2および仙骨傾斜角β3、並びに椎体における小領域毎の骨塩量の代表値から骨折リスクを第2の評価結果R2として算出する。この際、第2の導出部25は、第1の評価結果R1を導出する場合と同様に、第11胸椎Th11、第12胸椎Th12および第1から第4腰椎L1~L4について小領域毎に骨塩量の代表値を導出し、導出した代表値のうちの最小値を用いて、骨折リスクを第2の評価結果R2として算出する。
図19は、骨折リスクを評価結果とした場合の表示画面を示す図である。図19に示すように、表示画面60には、第1の骨部画像Gb1の一部の領域を拡大した評価結果画像61、および評価結果画像61に対応する椎骨を含む第2の骨部画像Gb2の一部の領域を拡大した評価結果画像62が表示されている。また、評価結果画像61には、第1の評価結果R1としての骨折リスク63が数値として表示されている。評価結果画像62には、第2の評価結果R2としての骨折リスク64が数値として表示されている。また、図19に示す骨折リスクは数値が大きいほど高いものとなる。このように、第1および第2の評価結果R1,R2として骨折リスクを導出して表示することにより、骨折のリスクが高い患者に対して骨折の予防策をとるように指導をすることができる。
なお、図19に示す評価結果画像61,62に、小領域毎に導出した骨塩量を上記図11に示すようにマッピングしてもよく、上記図15と同様に、小領域毎に導出した骨塩量の代表値を付与するようにしてもよい。また、上記図16と同様に、海綿骨の領域に対してのみ、骨塩量をマッピングしてもよい。
また、上記実施形態においては、1ショット法により第1および第2の放射線画像G1,G2並びに第3および第4の放射線画像G3,G4を取得しているが、撮影を2回行ういわゆる2ショット法により第1および第2の放射線画像G1,G2並びに第3および第4の放射線画像G3,G4を取得してもよい。この場合、体厚分布および散乱線成分を導出するための撮影条件としては、第1~第4の放射線画像G1~G4のそれぞれを取得した際の撮影条件を用いればよい。また、2ショット法の場合、被写体Hの体動により、第1および第2の放射線画像G1,G2並びに第3および第4の放射線画像G3,G4に含まれる被写体Hの位置がずれる可能性がある。このため、第1および第2の放射線画像G1,G2並びに第3および第4の放射線画像G3,G4において、被写体の位置合わせを行った上で、本実施形態の処理を行うことが好ましい。位置合わせの処理としては、例えば特開2011-255060号公報に記載された手法を用いることができる。特開2011-255060号公報に記載された手法は、例えば、第1および第2の放射線画像G1,G2に関して、第1および第2の放射線画像G1,G2のそれぞれについての、周波数帯域が異なる構造物を表す複数の第1の帯域画像および複数の第2の帯域画像を生成し、対応する周波数帯域の第1の帯域画像および第2の帯域画像における、互いに対応する位置の位置ずれ量を取得し、位置ずれ量に基づいて第1の放射線画像G1と第2の放射線画像G2との位置合わせを行うようにしたものである。
また、上記実施形態においては、骨部画像導出部23が第1および第2の放射線画像G1,G2から第1の骨部画像Gb1を導出しているが、これに限定されるものではない。第1の放射線画像G1または第2の放射線画像G2そのものを第1の骨部画像Gb1として用いてもよい。
また、上記実施形態においては、骨部画像導出部23が第3および第4の放射線画像G3,G4から第2の骨部画像Gb2を導出しているが、これに限定されるものではない。第3の放射線画像G3または第4の放射線画像G4そのものを第2の骨部画像Gb2として用いてもよい。
また、上記実施形態においては、被写体Hの正面および側面のそれぞれについて、2つの放射線検出器5,6を用いて2つの放射線画像を取得し、2つの放射線画像から第1および第2の骨部画像Gb1,Gb2を導出しているが、これに限定されるものではない。1つの放射線検出器のみを用いて、被写体Hの正面および側面のそれぞれについて、1つの放射線画像を取得するようにしてもよい。この場合、被写体Hの正面および側面のそれぞれについての1つの放射線画像を、それぞれ第1の骨部画像Gb1および第2の骨部画像Gb2として用いればよい。
また、上記実施形態においては、被写体Hの正面および側面からX線を照射することにより被写体Hの撮影を行っているが、被写体Hの背面および側面からX線を照射することにより被写体Hの撮影を行うようにしてもよい。また、被写体HにX線を照射する第1の方向および第2の方向は、被写体Hの正面(背面)および側面に限定されるものではない。被写体Hに含まれる対象とする骨部を異なる方向から撮影するものであれば、任意の方向とすることができる。なお、第1の方向と第2の方向とがなす角度は、60度以上120度以下であることが好ましく、80度以上100度以下であることがより好ましく、被写体Hの正面(背面)および側面からX線を照射する90度であることが最も好ましい。
また、上記実施形態においては、同一被写体Hについて、異なる撮影日時に撮影を行うことにより導出した第1の骨部画像Gb1および第2の骨部画像Gb2を用いて、小領域毎に骨塩量の経時比較を行うようにしてもよい。図20は、骨塩量の経時比較を説明するための図である。なお、図20においては説明のために、撮影日時が異なる正面像である2つの第1の骨部画像Gb11,Gb12に含まれる同一の1つの椎骨のみを示している。図20に示すように、同一の椎骨について、第1の骨部画像Gb11,Gb12間で比較を行うことにより、同一の椎骨における小領域毎に骨塩量の変化を確認することができる。すなわち、投薬を行っている場合は、小領域毎に薬の効き具合を確認することができる。また、経過のみを見ている場合には、小領域毎に骨塩量の変化、すなわち骨粗鬆症の進行を確認することができる。
さらに,図21に示すように,対応する領域間において、骨塩量の差分を導出し、差分値を骨部画像にマッピングして評価結果を導出するようにしてもよい。なお、図21に示す評価結果R3においては、骨塩量が増加した小領域に斜め方向のハッチングを付与し、骨塩量が減少した小領域にドット状のハッチングを付与している。なお,骨塩量の変化がない小領域にはハッチングは付与していない。これにより、小領域毎の骨塩量の増減をより容易に確認することができる。
また、上記実施形態においては、立位で被写体Hを撮影しているが、図22に示すように、臥位で被写体Hを撮影してもよい。図22に示す放射線画像撮影システムにおける撮影装置1Aは、撮影台9に仰臥または側臥した被写体Hの放射線画像を取得するための撮影装置である。なお、図22においては被写体Hが仰臥した状態を示している。図22に示す撮影装置1Aにおいては、X線源3に近い側から順に、第1の放射線検出器5、X線エネルギー変換フィルタ7および第2の放射線検出器6が配置されている。また、撮影台9の天板9Aと第1の放射線検出器5との間に、被写体Hを透過した放射線のうち、被写体Hにより散乱された散乱線成分を除去するための散乱線除去グリッド(以下単にグリッドとする)8が配置されている。グリッド8、第1の放射線検出器5、X線エネルギー変換フィルタ7および第2の放射線検出器6は、撮影台9の天板9Aの下面に設けられた取付部9Bにより、撮影台9に取り外し可能に取り付けられている。
図22に示す撮影装置1Aを用いた場合、被写体Hと第1の放射線検出器5との間には、撮影台9の天板9Aおよびグリッド8が介在している。また、図1に示す撮影装置1および図22に示す撮影装置1Aにおいて、撮影時に被写体Hと第1の放射線検出器5との間に空気が介在する場合がある。このような場合、被写体Hを透過した放射線は、天板9Aおよびグリッド8、さらには空気層を透過して第1の放射線検出器5に照射されることとなる。ここで、天板9A、グリッド8および空気等の物体は固有の放射線特性を有している。このため、物体を透過することにより、被写体Hを透過した一次線成分および散乱線成分の線質が、物体の放射線特性に応じて変化する。したがって、本実施形態において、第1の放射線画像G1を用いての体厚分布の推定および散乱線成分の除去を行う際に、被写体Hと第1の放射線検出器5との間に介在する物体の放射線特性を考慮することが好ましい。
具体的には、被写体Hと第1の放射線検出器5との間に介在する物体の種類に応じた放射線の一次線透過率および散乱線透過率を、各種撮影条件および被写体Hの体厚分布に応じて予めテーブル等として生成しておき、ストレージ13に保存しておく。そして、体厚導出部22が、被写体Hの体厚分布を推定する際に、テーブルを参照して、体厚分布に応じた物体の放射線特性、すなわち放射線の一次線透過率および散乱線透過率を取得する。また、体厚導出部22は、取得した放射線特性、撮影条件および体厚分布を用いて、推定一次線画像および推定散乱線画像を取得し、推定一次線画像と推定散乱線画像とを合成して推定画像を生成する。さらに、推定画像と第1の放射線画像G1との違いが予め定められた終了条件を満たすまで推定画像の生成および体厚分布の修正を繰り返し行う。これにより、体厚導出部22は、終了条件を満たした際の体厚分布を、被写体Hの体厚分布T1(x,y)として導出する。なお、骨部画像導出部23において、終了条件を満たした体厚分布を取得した際の推定散乱線画像を第1の放射線画像G1から減算することにより、被写体Hと第1の放射線検出器との間に介在する物体の放射線特性も考慮して、第1の放射線画像G1から散乱線成分を除去することができる。また、同様にして第2の放射線画像G2、第3の放射線画像G3および第4の放射線画像G4からも散乱線成分を除去することができる。
また、上記実施形態においては、放射線は、とくに限定されるものではなく、X線の他、α線またはγ線等を適用することができる。
また、上記実施形態において、例えば、画像取得部21、体厚導出部22、骨部画像導出部23、第1の導出部24、第2の導出部25および表示制御部26といった各種の処理を実行する処理部(Processing Unit)のハードウェア的な構造としては、次に示す各種のプロセッサ(Processor)を用いることができる。上記各種のプロセッサには、上述したように、ソフトウェア(プログラム)を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるCPUに加えて、FPGA(Field Programmable Gate Array)等の製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス(Programmable Logic Device :PLD)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が含まれる。
1つの処理部は、これらの各種のプロセッサのうちの1つで構成されてもよいし、同種または異種の2つ以上のプロセッサの組み合わせ(例えば、複数のFPGAの組み合わせまたはCPUとFPGAとの組み合わせ)で構成されてもよい。また、複数の処理部を1つのプロセッサで構成してもよい。
複数の処理部を1つのプロセッサで構成する例としては、第1に、クライアントおよびサーバ等のコンピュータに代表されるように、1つ以上のCPUとソフトウェアとの組み合わせで1つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第2に、システムオンチップ(System On Chip:SoC)等に代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を1つのIC(Integrated Circuit)チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサの1つ以上を用いて構成される。
さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造としては、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路(Circuitry)を用いることができる。
1,1A 撮影装置
3 X線源
5,6 放射線検出器
7 X線エネルギー変換フィルタ
8 散乱線除去グリッド
9 撮影台
9A 天板
9B 取付部
10 放射線画像処理装置
11 CPU
12 放射線画像処理プログラム
13 ストレージ
14 ディスプレイ
15 入力デバイス
16 メモリ
17 ネットワークI/F
18 バス
21 画像取得部
22 体厚導出部
23 骨部画像導出部
24 第1の導出部
25 第2の導出部
26 表示制御部
30,36,50,60 表示画面
31,32,51,52 マッピング画像
33,53 レファレンス
37,38,61,62 評価結果画像
40 椎骨
41 椎体
42 椎弓
43 棘突起
44,45 横突起
47 椎骨の3次元モデル
63,64 骨折リスク
Gb1,Gb11,Gb12 第1の骨部画像
Gb2 第2の骨部画像
R1~R3 評価結果

Claims (15)

  1. 少なくとも1つのプロセッサを備え、
    前記プロセッサは、
    骨部を含む被写体に対して第1の方向から放射線を照射する第1の撮影に基づく、少なくとも1つの第1方向放射線画像を取得し、前記被写体に対して前記第1の方向と異なる第2の方向から前記放射線を照射する第2の撮影に基づく、少なくとも1つの第2方向放射線画像を取得し、
    前記第1方向放射線画像および前記第2方向放射線画像のそれぞれに含まれる骨部において、画素単位で骨塩量を導出し、
    前記第1方向放射線画像に含まれる前記骨部を複数の小領域に分割し、前記第1方向放射線画像について導出された骨塩量に基づいて、前記小領域毎に前記骨部についての第1の評価結果を導出し、前記第2方向放射線画像に含まれる前記骨部を複数の小領域に分割し、前記第2方向放射線画像について導出された骨塩量に基づいて、前記小領域毎に前記骨部についての第2の評価結果を導出するように構成される放射線画像処理装置。
  2. 前記第1の方向は前記被写体を正面または背面に前記放射線を照射する方向であり、前記第2の方向は前記被写体の側面に前記放射線を照射する方向である請求項1に記載の放射線画像処理装置。
  3. 前記プロセッサは、前記第2方向放射線画像に基づいて前記被写体の前記第1の方向における第1の体厚の最大値を導出し、前記第1方向放射線画像に基づいて前記被写体の前記第2の方向における第2の体厚の最大値を導出し、
    前記第1の体厚の最大値および前記第2の体厚の最大値に基づいて、前記第1方向放射線画像および前記第2方向放射線画像に含まれる、前記放射線の散乱線成分による影響が除去された前記骨塩量を導出するように構成される請求項1または2に記載の放射線画像処理装置。
  4. 前記プロセッサは、前記放射線を出射する放射線源と、前記第1方向放射線画像および前記第2方向放射線画像を取得する放射線検出器との間に介在する物体の放射線特性に基づいて、前記放射線の散乱線成分による影響が除去された前記骨塩量を導出するように構成される請求項3に記載の放射線画像処理装置。
  5. 前記プロセッサは、前記第1の撮影として、それぞれエネルギー分布が互いに異なる放射線を前記第1の方向から前記被写体に照射する撮影を行うことにより、第1の放射線画像および第2の放射線画像を前記第1方向放射線画像として取得し、
    前記第1の放射線画像および前記第2の放射線画像に基づいて、前記被写体の前記骨部が強調された第1の骨部画像を導出し、
    前記第1の骨部画像に基づいて、前記第1方向放射線画像の画素単位で前記骨塩量を導出するように構成される請求項1から4のいずれか1項に記載の放射線画像処理装置。
  6. 前記プロセッサは、前記第2の撮影として、それぞれエネルギー分布が互いに異なる放射線を前記第2の方向から前記被写体に照射する撮影を行うことにより、第3の放射線画像および第4の放射線画像を前記第2方向放射線画像として取得し、
    前記第3の放射線画像および前記第4の放射線画像に基づいて、前記被写体の前記骨部が強調された第2の骨部画像を導出し、
    前記第2の骨部画像に基づいて、前記第2方向放射線画像の画素単位で前記骨塩量を導出するように構成される請求項1から5のいずれか1項に記載の放射線画像処理装置。
  7. 前記骨部が椎骨に含まれる椎体である場合、前記小領域は、前記第1方向放射線画像および前記第2方向放射線画像において、前記椎体を上下方向および左右方向の少なくとも一方の方向に分割した領域である請求項1から6のいずれか1項に記載の放射線画像処理装置。
  8. 前記プロセッサは、前記骨部が椎骨に含まれる椎体である場合、脊柱のアライメントにも基づいて、前記第1の評価結果および第2の評価結果を導出するように構成される請求項1から7のいずれか1項に記載の放射線画像処理装置。
  9. 前記プロセッサは、前記骨部が椎骨に含まれる椎体である場合、海綿骨の領域についてのみ前記第1の評価結果および前記第2の評価結果を導出するように構成される請求項1から8のいずれか1項に記載の放射線画像処理装置。
  10. 前記プロセッサは、前記第1の評価結果および前記第2の評価結果をディスプレイに表示するように構成される請求項1から9のいずれか1項に記載の放射線画像処理装置。
  11. 前記プロセッサは、前記骨部の3次元画像に、前記第1の評価結果および第2の評価結果を重畳表示するように構成される請求項10に記載の放射線画像処理装置。
  12. 前記プロセッサは、撮影時期が異なる複数の第1方向放射線画像および複数の第2方向放射線画像を取得し、
    撮影時期毎に前記骨塩量を導出し、
    前記複数の第1方向放射線画像および前記複数の第2方向放射線画像の前記小領域のそれぞれにおける前記骨塩量の経時変化に基づいて、前記第1の評価結果および前記第2の評価結果を導出するように構成される請求項1から11のいずれか1項に記載の放射線画像処理装置。
  13. 前記第1の評価結果および前記第2の評価結果は、前記骨部に対する薬の効き具合である請求項12に記載の放射線画像処理装置。
  14. 骨部を含む被写体に対して第1の方向から放射線を照射する第1の撮影に基づく、少なくとも1つの第1方向放射線画像を取得し、前記被写体に対して前記第1の方向と異なる第2の方向から前記放射線を照射する第2の撮影に基づく、少なくとも1つの第2方向放射線画像を取得し、
    前記第1方向放射線画像および前記第2方向放射線画像のそれぞれに含まれる骨部において、画素単位で骨塩量を導出し、
    前記第1方向放射線画像に含まれる前記骨部を複数の小領域に分割し、前記第1方向放射線画像について導出された骨塩量に基づいて、前記小領域毎に前記骨部についての第1の評価結果を導出し、前記第2方向放射線画像に含まれる前記骨部を複数の小領域に分割し、前記第2方向放射線画像について導出された骨塩量に基づいて、前記小領域毎に前記骨部についての第2の評価結果を導出する放射線画像処理方法。
  15. 骨部を含む被写体に対して第1の方向から放射線を照射する第1の撮影に基づく、少なくとも1つの第1方向放射線画像を取得し、前記被写体に対して前記第1の方向と異なる第2の方向から前記放射線を照射する第2の撮影に基づく、少なくとも1つの第2方向放射線画像を取得する手順と、
    前記第1方向放射線画像および前記第2方向放射線画像のそれぞれに含まれる骨部において、画素単位で骨塩量を導出する手順と、
    前記第1方向放射線画像に含まれる前記骨部を複数の小領域に分割し、前記第1方向放射線画像について導出された骨塩量に基づいて、前記小領域毎に前記骨部についての第1の評価結果を導出し、前記第2方向放射線画像に含まれる前記骨部を複数の小領域に分割し、前記第2方向放射線画像について導出された骨塩量に基づいて、前記小領域毎に前記骨部についての第2の評価結果を導出する手順とをコンピュータに実行させる放射線画像処理プログラム。
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