JP7740950B2 - X線画像処理装置、x線診断装置、方法及びプログラム - Google Patents

X線画像処理装置、x線診断装置、方法及びプログラム

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Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、X線画像処理装置、X線診断装置、方法及びプログラムに関する。
従来、被検体の骨の状態を評価する評価画像を生成する技術として、DXA(Dual-energy X-ray Absorptiometry)法が知られている。DXA法では、異なる2種のエネルギーのX線に対応する被検体の撮影画像データを基に骨を弁別する骨画像を生成し、生成した骨画像を基に、骨密度(BMD:Bone Mineral Density)等、被検体の骨の状態を評価する指標を測定する。
骨密度は、骨粗鬆症の診断や治療薬の効果を判定する指標となるため、当該診断や判定のためには再現性の高い測定が求められる。しかし、X線発生装置は、統計的な出力誤差が生じるため、被検体の状態を評価する指標の測定の再現性を高精度に実現できない。
特開2011-245117号公報 特開2002-200071号公報 特開2019-126581号公報 特開2005-169068号公報
本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、被検体の状態を評価する指標の測定の再現性を向上させることである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置付けることもできる。
実施形態のX線画像処理装置は、第1の取得部と、第2の取得部と、ゲイン補正部と、画像生成部とを備える。第1の取得部は、被検体を有する第1のX線画像を取得する。第2の取得部は、前記第1のX線画像のX線条件に係る第1の実測値と、前記被検体を有さない第2のX線画像と、当該第2のX線画像のX線条件に係る第2の実測値とを取得する。ゲイン補正部は、前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて前記第1のX線画像を補正する。画像生成部は、前記ゲイン補正部によって補正された前記第1のX線画像である補正画像に基づいて、前記被検体の状態を評価する評価画像を生成する。
図1は、第1の実施形態に係るX線診断装置の構成の一例を示すブロック図である。 図2は、第1の実施形態に係る医用情報処理システム1による一連の処理を示すフローチャートである。 図3Aは、第1の実施形態に係る高エネルギー被検体画像の一例を示す図である。 図3Bは、第1の実施形態に係る低エネルギー被検体画像の一例を示す図である。 図3Cは、第1の実施形態に係る骨画像の一例を示す図である。 図4は、第1の実施形態に係る領域抽出処理の一例を示す図である。 図5Aは、第1の実施形態に係る骨密度の算出処理について説明するための図である。 図5Bは、第1の実施形態に係る骨密度の算出処理について説明するための図である。 図5Cは、第1の実施形態に係る骨密度の算出処理について説明するための図である。 図6は、第1の実施形態に係る再現性評価結果を示す図である。 図7は、第1の実施形態に係る投薬年数と骨密度変化量の直線近似結果を示す図である。 図8は、第5の実施形態に係るX線診断装置の構成の一例を示すブロック図である。
以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1を参照してX線診断装置10の構成を説明する。図1に示すように、X線診断装置10は、X線高電圧装置101、X線管102、X線絞り器103、グリッド104、X線検出器105、入力インタフェース106、ディスプレイ107、メモリ108、通信インタフェース109及び処理回路110を備える。
X線高電圧装置101は、X線管102に高電圧を印加する。また、X線高電圧装置101は、電圧センサ、電流センサを備え、X線管102に実際に印加された管電圧、X線管102に供給された管電流、パルス幅を測定する。X線管102は、フィラメントを有する陰極と、ターゲットを有する陽極とを備えた真空管である。X線管102は、X線高電圧装置101から印加された高電圧によって、フィラメントからターゲットに向けて熱電子を放出し、熱電子をターゲットに衝突させることによってX線を発生する。
X線絞り器103は、鉛やタングステン等のX線遮蔽材から構成された絞り羽根と、付加フィルタとを有する。絞り羽根は、X線管102で発生されたX線を絞り込むものであり、スライド可能に設けられている。X線管102で発生されたX線は、例えば、4枚の絞り羽根によって形成された開口によって絞り込まれる。付加フィルタは、被検体Pに対する被曝線量の低減とX線画像の画質向上を目的として、その材質や厚みによって透過するX線の線質を変化させ、被検体Pに吸収されやすい軟線成分を低減したり、X線画像のコントラスト低下を招く高エネルギー成分を低減したりする。また、付加フィルタは、その材質や厚み、位置などによってX線の線量及び照射範囲を変化させ、X線管102から被検体Pへ照射されるX線が予め定められた分布になるようにX線を減衰させる。
グリッド104は、被検体PにX線が照射されることで生じる散乱線(二次X線)を除去するものであり、被検体Pが載置される天板とX線検出器105との間の位置で着脱可能に設けられる。グリッド104は、例えば、鉛やタングステン等のX線遮蔽材から構成され、格子状に形成される。グリッド104は、シングルグリッド、クロスグリッド、ハニカムグリッド等がある。シングルグリッドは、格子が一方向に平行に形成されたグリッドである。クロスグリッドは、格子が交差するように形成されたグリッドである。ハニカムグリッドは、格子がハニカム状(六角形)に形成されたグリッドである。
X線検出器105は、例えば、X線平面検出器(Flat Panel Detector:FPD)から構成される。X線検出器105は、X線管102から照射され、被検体P、グリッド104を透過したX線を検出する。X線検出器105は、検出したX線量に対応した検出信号を処理回路110に供給する。なお、X線検出器105は、CsI(ヨウ化セシウム)やGOS(ガドリニウムオキサイドサルファ)といったX線吸収感度が異なる2種類の蛍光体を積層した構造のものとしてもよい。これにより、1回のX線照射で2種のエネルギーのX線画像(デュアルエネルギー)を収集できる。また、X線検出器105は、間接変換型、直接変換型のいずれでもよい。
入力インタフェース106は、例えば、マウスやキーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、音声入力回路等から構成される。入力インタフェース106は、ユーザからの各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作に対応した電気信号を処理回路110に供給する。
ディスプレイ107は、例えば、液晶ディスプレイやCRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ等の表示装置から構成される。ディスプレイ107は、処理回路110から供給された各種情報を表示する。
メモリ108は、例えば、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置から構成される。メモリ108は、処理回路110から供給された各種情報を記憶する。また、メモリ108は、処理回路110によって実行されるプログラムを記憶する。
通信インタフェース109は、例えば、ネットワークカードやネットワークアダプタ等から構成される。通信インタフェース109は、処理回路110の制御のもと、ネットワークを介して接続された外部装置との間で各種情報を送受信する。
処理回路110は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro-processing unit)等の演算処理装置から構成される。処理回路110は、X線診断装置10の各部を制御することにより、X線診断装置10全体を制御する。
また、処理回路110は、メモリ108に記憶されたプログラムを読み出し、実行することにより、取得機能110a、ゲイン補正機能110b、画像生成機能110c、指標測定機能110dとして機能する。取得機能110aは、第1の取得部及び第2の取得部の一例である。ゲイン補正機能110bは、ゲイン補正部の一例である。画像生成機能110cは、画像生成部の一例である。指標測定機能110dは、指標測定部の一例である。
以上のように構成されたX線診断装置10は、被検体Pの状態を評価する評価画像として、例えば、骨画像を生成する。X線診断装置10は、生成した骨画像を基に、骨密度(BMD:Bone Mineral Density)等、被検体Pの骨の状態を評価する指標を測定する。
ここで、X線管102から照射されるX線は、統計的な出力誤差を有する。例えば、同じX線条件を設定した場合でも、X線高電圧装置101の出力再現性を高精度に実現することが難しい(X線高電圧装置101の制御限界)。X線診断装置10は、統計的に生じる出力誤差を低減する処理を行うことにより、被検体Pの状態を評価する指標の測定の再現性を向上させる。
以下、図2を参照して、X線診断装置10が実行する処理を説明する。取得機能110aは、被検体Pを有さないX線画像であるゲイン画像を撮影する(ステップS101)。例えば、取得機能110aは、X線管102とX線検出器105との間のX線経路上に被検体Pを配置しない状態で、140kVの高エネルギーゲイン画像(IHG)と、80kVの低エネルギーゲイン画像(ILG)とを撮影する。取得機能110aは、撮影した各エネルギーゲイン画像をメモリ108に記憶する。
また、取得機能110aは、ゲイン画像撮影時のX線条件に係る実測値をメモリ108に記憶する。具体的には、X線高電圧装置101は、各エネルギーゲイン画像の撮影において、X線管102に実際に印加された管電圧(VHG)、X線管102に実際に供給された管電流(AHG)やパルス幅(THG)を測定する。取得機能110aは、X線高電圧装置101によって測定された結果を取得し、メモリ108に記憶する。
また、取得機能110aは、被検体Pを有するX線画像である被検体画像を撮影する(ステップS102)。例えば、取得機能110aは、X線管102とX線検出器105との間のX線経路上に被検体Pを配置した状態で、140kVの高エネルギー被検体画像(図3Aに示す高エネルギー画像I)と、80kVの低エネルギー被検体画像(図3Bに示す低エネルギー画像I)とを撮影する。取得機能110aは、撮影した各被検体画像をメモリ108に記憶する。なお、被検体Pは、患者や、キャリブレーション用のファントムである。
また、取得機能110aは、被検体画像撮影時のX線条件に係る実測値をメモリ108に記憶する。具体的には、X線高電圧装置101は、各被検体画像の撮影において、X線管102に実際に印加された管電圧(VHG)、X線管102に供給された管電流(AHG)やパルス幅(THG)を測定する。取得機能110aは、X線高電圧装置101によって測定された結果を取得し、メモリ108に記憶する。
なお、X線検出器105がX線吸収感度の異なる2種類の蛍光体を積層した構造のものである場合、取得機能110aは、1度のX線照射で高エネルギー、低エネルギーの各ゲイン画像、高エネルギー、低エネルギーの各被検体画像を収集できる。なお、積層型検出器による撮影を行なう場合には、X線検出器105の付加フィルタは設けないことが好ましい。当該付加フィルタを設ける場合、線質硬化の余地が小さくなり、エネルギー分離能が低下するためである。
また、ステップS101とステップS102とを行なう順序は任意である。また、ステップS101は適宜省略することもできる。例えば、ゲイン画像の撮影は定期的に行なうこととしてもよい。即ち、取得機能110aは、ゲイン画像を定期的に撮影し、メモリ108に記憶させる。そして、取得機能110aは、ステップS101を実行する代わりに、メモリ108に記憶されたゲイン画像を適宜取得することとしてもよい。
例えば、図3Aに示した高エネルギー画像I、及び、図3Bに示した低エネルギー画像Iは、それぞれ、下記の式(1)及び式(2)で表される。
H0及びIL0は、ステップS102の撮影が被検体Pのいない状態で行われた場合に得られる高エネルギー画像及び低エネルギー画像であり、ステップS101で撮影された各エネルギーゲイン画像(IHG、ILG)とは異なる。また、μHA及びμLAは、それぞれ、高エネルギーと低エネルギーにおける軟組織の質量減弱係数である。また、μHB及びμLBは、それぞれ、高エネルギーと低エネルギーにおける骨の質量減弱係数である。また、σは軟組織の密度、σは骨密度である。質量減弱係数は、例えば「cm/g」の単位で表される。また、密度は、例えば「g/cm」の単位で表される。
HGを高エネルギーゲイン画像、ILGを低エネルギーゲイン画像とすると、ゲイン補正後の高エネルギー画像及び低エネルギー画像は、それぞれ、下記の式(3)及び式(4)で表される。
ここで、ステップS101とステップS102とで設定したX線条件が等しい場合、理論的には撮影線量は等しいので、「IH0=IHG」「IL0=ILG」となる。しかしながら、X線高電圧装置101の制御限界により、ステップS101とステップS102との間でX線条件に係る実測値に統計的な誤差が生じ、「IH0≠IHG」「IL0≠ILG」となる。
一般的に、撮影線量は実測された管電流A、パルス幅Tに比例する。また、管電圧Vと撮影線量は非線形の関係にあるため、当該関係を関数F(V)とし、当該実測値で上記の式(3)及び式(4)を補正すると、下記の式(5)及び式(6)で表される。
なお、下添字の「HG」は、ステップS101の高エネルギーゲイン画像の撮影時を意味する。また、下添字の「LG」は、ステップS101の低エネルギーゲイン画像の撮影時を意味する。また、下添字の「H0」は、ステップS102の高エネルギー被検体画像の撮影時を意味する。また、下添字の「L0」は、ステップS102の低エネルギー被検体画像の撮影時を意味する。
ゲイン補正機能110bは、式(5)及び式(6)により、高エネルギー、低エネルギーの各被検体画像についてゲイン補正を実行する(ステップS103)。つまり、ゲイン補正機能110bは、被検体画像のX線条件に係る実測値、ゲイン画像、及び、ゲイン画像のX線条件に係る実測値に基づいて、被検体画像のゲイン補正を行う。
より具体的には、ゲイン補正機能110bは、高エネルギー画像IのX線条件に係る実測値(AH0、TH0、VH0)と、高エネルギーゲイン画像IHGと、高エネルギーゲイン画像IHGのX線条件に係る実測値(AHG、THG、VHG)とに基づいて、高エネルギー画像Iのゲイン補正を行う。
ゲイン補正機能110bは、低エネルギー画像IのX線条件に係る実測値(AL0、TL0、VL0)と、低エネルギーゲイン画像ILGと、低エネルギーゲイン画像ILGのX線条件に係る実測値(ALG、TLG、VLG)とに基づいて、低エネルギー画像Iのゲイン補正を行う。
なお、式(5)及び式(6)における関数F(V)は、X線高電圧装置101、X線管102、X線絞り器103、グリッド104といったシステム全体に依存する。そこで、X線検出器105を用いて画素値の管電圧依存性を予め測定し、ルックアップテーブルや多項式関数で関数F(V)を近似しておくことが好ましい。或いは、実測した管電流A、パルス幅T及び管電圧Vと、X線検出器105を用いて測定した画素値との関係を総合的な関数F(V)とし、ルックアップテーブルや多項式関数で近似して上記のゲイン補正を行ってもよい。
このように、ゲイン補正機能110bは、X線検出器105における検出素子ごとのX線感度の違いや、統計的に生じるX線管102の出力誤差を低減し、X線管102から照射されたX線の線量及び分布の偏りをより精度よくキャンセルできる。
画像生成機能110cは、ステップS103でゲイン補正された高エネルギー画像と低エネルギー画像とを対数差分することで、図3Cに示す骨画像Iを生成する(ステップS104)。骨画像Iは、被検体Pの対象領域を表す画像、及び、被検体Pの状態を評価する評価画像の一例である。
具体的には、画像生成機能110cは、式(5)及び式(6)について対数変換を行なう。即ち、画像生成機能110cは、各エネルギーのゲイン補正後の被検体画像について対数変換を行なう。画像生成機能110cは、各エネルギーの対数変換後の被検体画像のうち一方の被検体画像に「μLA/μHA」を乗じ、他方の被検体画像から差分する。これにより、画像生成機能110cは、式(7)及び図3Cに示す骨画像Iを生成する。なお、「μLA/μHA」は、所定の係数の一例であり、被検体Pにおける軟組織部のみからなる部分(例えば、図5Aの部分501、502)の画素値が、図3Cに示す骨画像Iの作成時に「0」になるように設定される。
指標測定機能110dは、図3Cに示した骨画像Iから、骨密度(BMD:Bone Mineral Density)等、被検体Pの骨の状態を評価する指標を測定するための骨領域を抽出する(ステップS105)。例えば、指標測定機能110dは、入力インタフェース106を介して、骨領域を選択する操作をユーザから受け付けることにより、骨領域を抽出する。図4に骨領域の抽出例を示す。図4では、脊椎の解析領域としてL1~L4、大腿骨の解析領域として股関節を選択する場合を示す。
また、指標測定機能110dは、セグメンテーション処理によって骨領域を自動的に抽出してもよい。セグメンテーション処理の手法としては、ウオーターシェッド法、グラフカット、グラブカットなどがある。また、指標測定機能110dは、例えば、UnetやPSPnet等の機械学習技術によって、骨領域を自動的に抽出してもよい。ユーザの操作によって骨領域を抽出する場合には、ユーザごとに抽出される骨領域が異なったり、同じユーザでも操作を行なうごとに抽出される骨領域が異なったりする場合があるところ、指標測定機能110dが骨領域を自動的に抽出することで、骨領域の抽出及び後述の骨密度算出処理の再現性を向上させることができる。
指標測定機能110dは、ステップS105で抽出した骨領域の骨密度を算出する(ステップS106)。具体的には、指標測定機能110dは、図5Bに示す較正ファントムを用いて、骨画像Iの画素値を、骨密度「g/cm」に換算する。なお、図5Bは、アクリル503の内部に模擬骨504、505、506を埋め込んだものである。模擬骨504、505、506のそれぞれの骨密度は、例えば、「0.5g/cm」、「1.0g/cm」、「1.5g/cm」である。この較正ファントムを被検体Pと同じ条件で撮影し、式(7)の骨画像を生成すれば、当該骨画像から、図5Cに示す骨密度と画素値の関係の較正曲線507が得られる。この較正曲線から、被検体Pの骨画像Iの画素値を、骨密度「g/cm」に換算することができる。
また、質量減弱係数μはX線のエネルギーに依存する。式(7)からも明らかなように、較正曲線507は、高エネルギー撮影の管電圧と低エネルギー撮影の管電圧の変動により変化する。したがって、較正曲線508、509のように複数の管電圧に応じた較正曲線をあらかじめ取得し、ルックアップテーブルや多項式関数で近似しておくこととしてもよい。そして、管電圧の実測値に応じた較正曲線を適用することで、より精度のよい骨密度の算出が可能になる。即ち、指標測定機能110dは、被検体を有する第1のX線画像のX線条件に係る管電圧に応じた較正曲線を取得し、取得した較正曲線と評価画像とに基づいて指標(骨密度)を測定することで、当該指標の測定精度を向上させることができる。
指標測定機能110dによる骨密度算出処理の結果については、ディスプレイ107に表示させることができる。例えば、ディスプレイ107は、算出された骨密度「g/cm」の値を表示する。或いは、X線診断装置10は、骨密度算出処理の結果を、ネットワークNWを介して、他の装置に送信してもよい。この場合、骨密度算出処理の結果は、当該他の装置において表示され、医師等のユーザに提供される。
上述したように、第1の実施形態によれば、取得機能110aは、被検体Pを有するX線画像である被検体画像(第1のX線画像)を取得する。また、取得機能110aは、被検体画像のX線条件に係る実測値(第1の実測値)と、被検体Pを有さないX線画像であるゲイン画像(第2のX線画像)と、当該ゲイン画像のX線条件に係る実測値(第2の実測値)とを取得する。ゲイン補正機能110bは、第1の実測値、第2のX線画像及び第2の実測値に基づいて第1のX線画像を補正する。画像生成機能110cは、ゲイン補正機能110bによって補正された第1のX線画像である補正画像に基づいて、被検体Pの状態を評価する評価画像を生成する。これにより、第1の実施形態に係るX線診断装置10は、X線の出力誤差の影響を低減してゲイン補正の精度を向上させ、ひいては、被検体の状態を評価する指標(例えば骨密度)の測定の再現性を向上させることができる。
図6に、図2の一連の処理により算出された骨密度の再現性評価結果を示す。本評価では高エネルギーの管電圧は「140kV」、低エネルギーの管電圧は「80kV」とし、X線絞り器103の付加フィルタとして厚さ「0.5mm」の銅板を使用した。また、本評価では、図5Bと同様な幾何ファントムを測定対象としている。図6に示すように、ステップS103の補正が無い場合は「標準偏差=2.35%」であるのに対し、ステップS103の補正がある場合は「標準偏差=2.35%」の再現性が実現できている。
また、図7に、骨粗鬆症の治療薬のデノスマブを例として、投薬年数と骨密度変化量の直線近似結果を示す。図7によれば骨密度測定の再現性が「1%」の場合は「0.9年」で有意変化と認められるのに対し、再現性が「2%」の場合は有意変化と認めるのに「1.8年」かかり、再現性が「3%」の場合は有意変化と認めるのに「2.7年」かかることが分かる。このように、骨密度算出処理の精度を向上させ、再現性を高めることで、より早期の薬効判定が可能になる。
なお、本実施形態では、2種のエネルギーのX線画像についてゲイン補正を行う例を説明したが、1種または3種以上のエネルギーのX線画像についてゲイン補正を行う場合でも同様に行うことができる。
また、本実施形態では、管電圧、管電流、パルス幅の実測値を用いる例について説明したが、管電圧、管電流及びパルス幅のいずれか2つの組み合わせ、又は、管電圧、管電流及びパルス幅のいずれかのみを用いてもよい。
(第2の実施形態)
上述した実施形態では、ゲイン画像及び被検体画像の取得時における管電流を測定し、測定結果に基づいてゲイン画像及び被検体画像の少なくとも一方を補正する場合について説明した。
ここで、管電流の測定値は、1パルス内において過渡現象により時間的に変動する場合がある。また、過渡現象のうち、オーバーシュートは測定上の見かけの管電流変化にすぎず、実際には存在しないものであり、さらに装置の状態による影響も受ける。これらの事情から、一時点での測定値や、複数時点での測定値の平均値、所定区間での積分値等によっては、過渡現象による影響を排除しきれず、必ずしも適切な管電流の実測値を得ることはできない。
そこで、図2に示したステップS101及びステップS102においては、管電流を時系列的に測定してもよい。即ち、上述した第1の実測値及び前記第2の実測値は、管電流の波形データであってもよい。そして、ゲイン補正機能110bは、管電流の波形データを解析して、ステップS103のゲイン補正で用いる管電流の値を推定する。これにより、ゲイン補正機能110bは、過渡現象による影響を加味して、ゲイン補正に用いる適切な管電流の値を取得することができる。なお、この管電流値の実測値の推定には、たとえば、シミュレーションによる方法や、機械学習による学習済みモデルによる方法を用いることができる。
また、取得機能110aは、かかる波形解析及び管電流の推定の結果を、X線の照射と並行してリアルタイムに取得し、かかる管電流の推定値に基づくAEC(Auto Exposure Control)制御を行なってもよい。これにより、X線出力の再現性を高め、X線画像に基づく解析処理の精度を更に向上させることができる。
(第3の実施形態)
第2の実施形態で説明した過渡現象による影響を排除するための他の方法について説明する。例えば、X線診断装置10は、ステップS101のゲイン画像の撮影において、管電流の設定値を変更して複数のゲイン画像を収集する。これら複数のゲイン画像は、例えば、メモリ108に記憶される。なお、管電流の設定値ごとに予め撮影されたゲイン画像については、予備ゲイン画像とも記載する。
その後、ステップS102の被検体画像の撮影が行われた際、ゲイン補正機能110bは、予め撮影された複数のゲイン画像から適切なものを選択して取得する。具体的には、ゲイン補正機能110bは、管電流の設定値が異なる複数のゲイン画像の中から、被検体画像の撮影時における管電流の測定値に最も近いものを選択し、S103におけるゲイン補正に使用する。或いは、ゲイン補正機能110bは、管電流の設定値が異なる複数のゲイン画像を用いた補間処理を行ない、被検体画像の撮影時における管電流の測定値に対応するゲイン画像を生成して、S103におけるゲイン補正に使用してもよい。
或いは、ゲイン補正機能110bは、管電流を時系列的に測定して、波形の一致度に基づいて、適当なゲイン画像を選択するようにしてもよい。即ち、ゲイン補正機能110bは、複数のゲイン画像それぞれを撮影した際の管電流の波形と、被検体画像の撮影時における管電流の波形とを比較し、波形が最も近いゲイン画像を選択して、S103におけるゲイン補正に使用してもよい。この場合、管電流の各設定値に対して、複数のゲイン画像を収集しておくこととしても構わない。
第3の実施形態によれば、より簡易な実装により、管電流の過渡現象を加味したゲイン補正処理が可能となる。また、波形の一致度に基づいてゲイン画像を選択する場合、管電流波形の再現性が低い場合においても、適切なゲイン補正が可能となる。ひいては、X線画像に基づく解析処理の精度を向上させることができる。
(第4の実施形態)
第2~第3の実施形態で説明した過渡現象による影響を排除するための他の方法について説明する。ゲイン補正機能110bは、面積線量計のデータと、管電圧の実測値と、パルス幅の実測値とに基づいて、管電流値の測定値を算出する。
即ち、ゲイン画像及び被検体画像の撮影時において、X線診断装置10は、面積線量計により照射された線量を測定する。照射線量は管電流、管電圧及びパルス幅に応じた関数で表現できるところ、ゲイン補正機能110bは、面積線量計のデータと管電圧の実測値とパルス幅の実測値とに基づいて、管電流値の測定値を逆算することができる。当該手法によっても、管電流の過渡現象による影響を排除してゲイン補正を行ない、X線画像に基づく解析処理の精度を向上させることができる。
(第5の実施形態)
上述した実施形態では、被検体Pの状態を評価する評価画像の例として、図3Cの骨画像について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、画像生成機能110cが生成する評価画像の対象領域については種々の変形が可能である。
例えば、X線診断装置10は、被検体Pの乳房を圧迫する圧迫板等を備えたマンモグラフィ装置でもよく、被検体Pの乳房の状態を評価する乳房画像を生成してもよい。この場合も、上記実施形態と同様、取得機能110aは、被検体Pを有するX線画像である被検体画像(第1のX線画像)を取得する。X線画像は、MLO(Mediolateral-Oblique)画像やCC(Cranio-Caudal)画像である。また、取得機能110aは、上記実施形態と同様、被検体画像のX線条件に係る実測値(第1の実測値)と、被検体Pを有さないX線画像であるゲイン画像(第2のX線画像)と、当該ゲイン画像のX線条件に係る実測値(第2の実測値)とを取得する。ゲイン補正機能110bは、上記実施形態と同様、第1の実測値、第2のX線画像及び第2の実測値に基づいて第1のX線画像を補正する。画像生成機能110cは、ゲイン補正機能110bによって補正された第1のX線画像である補正画像に基づいて、被検体Pの乳腺の状態を評価する評価画像(ここでは乳房画像)を生成する。
指標測定機能110dは、乳腺画像に基づく解析処理を実行し、乳腺密度(Breast Density:BD)を算出する。例えば、指標測定機能110dは、乳腺画像に対して、乳房に対応する第1領域と、乳腺が存在する第2領域とを設定し、第2領域の面積を第1領域の面積で除算することで、乳腺密度を算出する。
また、上述した実施形態では、X線診断装置10において、図2のステップS103~S106が実行されるものとして説明したが、これらの処理は、X線診断装置10と異なる装置において行われてもよい。例えば、ステップS103~S106の処理は、図8に示すX線画像処理装置30において行われてもよい。
図8に示す医用情報処理システム1において、X線診断装置10及びX線画像処理装置30は、ネットワークNWを介して相互に接続される。X線診断装置10は、上述した第1のX線画像や、第1の実測値、第2のX線画像、第2の実測値等を取得し、ネットワークNWを介して、X線画像処理装置30に送信する。
なお、X線診断装置10からX線画像処理装置30への各種情報の送信は、他の装置を介して行なわれてもよい。一例を挙げると、X線診断装置10は、取得したX線画像や実測値を、PACS(Picture Archiving and Communication System)等の画像保管装置に送信して保存させる。この場合、X線画像処理装置30は、画像保管装置から、X線画像や実測値を取得することができる。
例えば、X線画像処理装置30は、図1に示すように、入力インタフェース31、ディスプレイ32、メモリ33、通信インタフェース34及び処理回路35を備える。
入力インタフェース31は、上述した入力インタフェース106と同様にして構成することができる。例えば、入力インタフェース31は、X線画像処理装置30のユーザからの各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路35に出力する。
ディスプレイ32は、上述したディスプレイ107と同様にして構成することができる。例えば、ディスプレイ32は、処理回路35による制御の下、X線画像や、処理回路35による処理結果、ユーザから各種の指示や設定等を受け付けるためのGUI等を表示する。
メモリ33は、上述したメモリ108と同様にして構成することができる。例えば、メモリ33は、X線画像や、処理回路110による処理結果、処理回路110によって実行されるプログラム等を記憶する。
通信インタフェース34は、述した通信インタフェース109と同様にして構成することができる。例えば、通信インタフェース34は、ネットワークNWに接続することで、X線診断装置10とX線画像処理装置30との間での情報通信を行なう。
処理回路35は、例えばCPU、MPU等の演算処理装置から構成され、X線画像処理装置30の各部を制御することにより、X線画像処理装置30全体を制御する。また、処理回路35は、メモリ33に記憶されたプログラムを読み出し、実行することにより、取得機能35a、ゲイン補正機能35b、画像生成機能35c、指標測定機能35dとして機能する。
取得機能35aは、第1の取得部及び第2の取得部の一例である。取得機能35aは、上述した第1のX線画像や、第1の実測値、第2のX線画像、第2の実測値といった各種の情報を、X線診断装置10からネットワークNWを介して取得する。
ゲイン補正機能35bは、上述したゲイン補正機能110bと同様の機能であり、第1の実測値、第2のX線画像及び第2の実測値に基づいて第1のX線画像を補正し、当該第1のX線画像の補正画像を取得する。画像生成機能35cは、上述した画像生成機能110cと同様の機能であり、補正画像に基づいて、被検体Pの状態を評価する評価画像を生成する。指標測定機能35dは、上述した指標測定機能110dと同様の機能であり、画像生成機能35cにより生成された評価画像に基づいて、被検体Pの状態を評価する指標を測定する。
図8に示すX線画像処理装置30においては、各処理機能がコンピュータによって実行可能なプログラムの形態でメモリ33へ記憶されている。処理回路35は、メモリ33からプログラムを読み出して実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、プログラムを読み出した状態の処理回路35は、読み出したプログラムに対応する機能を有することとなる。
なお、図8においては単一の処理回路35にて、取得機能35a、ゲイン補正機能35b、画像生成機能35c及び指標測定機能35dが実現するものとして説明したが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路35を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。また、処理回路35が有する各処理機能は、単一又は複数の処理回路に適宜に分散又は統合されて実現されてもよい。
また、処理回路35は、ネットワークNWを介して接続された外部装置のプロセッサを利用して、機能を実現することとしてもよい。例えば、処理回路35は、メモリ33から各機能に対応するプログラムを読み出して実行するとともに、X線画像処理装置30とネットワークNWを介して接続されたサーバ群(クラウド)を計算資源として利用することにより、図8に示す各機能を実現する。
上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、CPU、GPU(Graphics PROCESSING Unit)、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA))等の回路を意味する。プロセッサが例えばCPUである場合、プロセッサは記憶回路に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。一方、プロセッサが例えばASICである場合、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、当該機能がプロセッサの回路内に論理回路として直接組み込まれる。なお、実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて1つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、各図における複数の構成要素を1つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。
また、これまで、単一のメモリ33が処理回路35の各処理機能に対応するプログラムを記憶するものとして説明した。また、単一のメモリ108が処理回路110の各処理機能に対応するプログラムを記憶するものとして説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、複数のメモリ33を分散して配置し、処理回路35は、個別のメモリ33から対応するプログラムを読み出す構成としても構わない。同様に、複数のメモリ108を分散して配置し、処理回路110は、個別のメモリ108から対応するプログラムを読み出す構成としても構わない。また、メモリ33又はメモリ108にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。
上述した実施形態に係る各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。即ち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。更に、各装置にて行われる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、CPU及び当該CPUにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現されうる。
また、上述した実施形態で説明した方法は、予め用意されたプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することによって実現することができる。このプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。また、この医用画像処理プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク(FD)、CD-ROM、MO、DVD等のコンピュータで読み取り可能な非一過性の記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。
以上説明した少なくとも1つの実施形態によれば、ゲイン補正の精度を向上させることができる。
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
以上の実施形態に関し、発明の一側面及び選択的な特徴として以下の付記を開示する。
(付記1)
被検体を有する第1のX線画像を取得する第1の取得部と、
前記第1のX線画像のX線条件に係る第1の実測値と、前記被検体を有さない第2のX線画像と、当該第2のX線画像のX線条件に係る第2の実測値とを取得する第2の取得部と、
前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて前記第1のX線画像を補正するゲイン補正部と、
前記ゲイン補正部によって補正された前記補正画像に基づいて、前記被検体の状態を評価する評価画像を生成する画像生成部と
を備える、X線画像処理装置。
(付記2)
前記ゲイン補正部は、
異なる2種のエネルギーのうち高エネルギーのX線に対応する、前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて、当該高エネルギーに対応する前記第1のX線画像を補正し、
前記2種のエネルギーのうち低エネルギーのX線に対応する、前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて、当該低エネルギーに対応する前記第1のX線画像を補正し、
前記高エネルギーのX線に対応する第1の補正画像と、前記低エネルギーに対応する第2の補正画像とを取得し、
前記画像生成部は、前記第1の補正画像と、前記第2の補正画像とに基づいて、前記評価画像を生成してもよい。
(付記3)
前記画像生成部は、前記第1の補正画像と前記第2の補正画像との対数変換を行い、当該対数変換された一方の補正画像に所定の係数を乗じ、当該係数が乗じられた補正画像と、前記対数変換された他方の補正画像とに基づいて、前記評価画像を生成してもよい。
(付記4)
前記第1の実測値及び前記第2の実測値は、管電流の波形データであってもよい。
(付記5)
前記被検体を有さないX線画像と、当該X線画像のX線条件に係る実測値とが、複数のエネルギーそれぞれに対応付けられてメモリに記憶され、
前記第2の取得部は、被検体に対して設定されたX線条件に応じて、前記第2のX線画像と前記第2の実測値とを前記メモリから取得してもよい。
(付記6)
前記画像生成部により生成された前記評価画像に基づいて、前記被検体の状態を評価する指標を測定する指標測定部をさらに備えてもよい。
(付記7)
前記指標測定部は、前記第1のX線画像のX線条件に係る管電圧に応じた較正曲線を取得し、取得した較正曲線と前記評価画像とに基づいて、前記指標を測定してもよい。
(付記8)
被検体を有する第1のX線画像を取得する第1の取得部と、
前記第1のX線画像のX線条件に係る第1の実測値と、前記被検体を有さない第2のX線画像と、当該第2のX線画像のX線条件に係る第2の実測値とを取得する第2の取得部と、
前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて前記第1のX線画像を補正するゲイン補正部と、
前記ゲイン補正部によって補正された前記第1のX線画像である補正画像に基づいて、前記被検体の状態を評価する評価画像を生成する画像生成部と
を備える、X線診断装置。
(付記9)
被検体を有する第1のX線画像を取得し、
前記第1のX線画像のX線条件に係る第1の実測値と、前記被検体を有さない第2のX線画像と、当該第2のX線画像のX線条件に係る第2の実測値とを取得し、
前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて前記第1のX線画像を補正し、
補正した前記第1のX線画像である補正画像に基づいて、前記被検体の状態を評価する評価画像を生成する
ことを含む、方法。
(付記10)
被検体を有する第1のX線画像を取得し、
前記第1のX線画像のX線条件に係る第1の実測値と、前記被検体を有さない第2のX線画像と、当該第2のX線画像のX線条件に係る第2の実測値とを取得し、
前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて前記第1のX線画像を補正し、
補正した前記第1のX線画像である前記補正画像に基づいて、前記被検体の状態を評価する評価画像を生成する
各処理をコンピュータに実行させる、プログラム。
(付記11)
前記画像生成部は、前記評価画像として、前記被検体の骨を表す骨画像を生成してもよい。
(付記12)
前記指標測定部は、前記骨画像に基づく前記解析処理を実行し、骨密度を算出してもよい。
(付記13)
前記画像生成部は、前記評価画像として、前記被検体の乳腺を表す乳腺画像を生成してもよい。
(付記14)
前記指標測定部は、前記乳腺画像に基づく前記解析処理を実行し、乳腺密度を算出してもよい。
(付記15)
前記X線条件は、管電圧、管電流、及び、パルス幅のうち少なくとも1つの測定値を含んでもよい。
(付記16)
前記ゲイン補正部は、面積線量計のデータと管電圧の実測値とパルス幅の実測値とに基づき、前記X線条件として、管電流の測定値を算出してもよい。
(付記17)
前記ゲイン補正部は、管電流の設定値ごとに撮影された複数の予備ゲイン画像の中から、前記被検体画像を撮影した時の前記X線条件に応じて、前記ゲイン画像を選択してもよい。
1 医用情報処理システム
10 X線診断装置
110 処理回路
110a 取得機能
110b ゲイン補正機能
110c 画像生成機能
110d 指標測定機能
30 X線画像処理装置
35 処理回路
35a 取得機能
35b ゲイン補正機能
35c 画像生成機能
35d 指標測定機能

Claims (13)

  1. 被検体を有する第1のX線画像を取得する第1の取得部と、
    前記第1のX線画像のX線条件に係る第1の実測値と、前記被検体を有さない第2のX線画像と、当該第2のX線画像のX線条件に係る第2の実測値とを取得する第2の取得部と、
    異なる2種のエネルギーのうち高エネルギーのX線に対応する、前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて、当該高エネルギーに対応する前記第1のX線画像を補正し、
    前記2種のエネルギーのうち低エネルギーのX線に対応する、前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて、当該低エネルギーに対応する前記第1のX線画像を補正し、
    補正された前記第1のX線画像である補正画像であって、前記高エネルギーのX線に対応する第1の補正画像と、前記低エネルギーに対応する第2の補正画像とを取得するゲイン補正部と、
    前記第1の補正画像と、前記第2の補正画像とに基づいて、前記被検体の状態を評価する評価画像を生成する画像生成部と
    を備える、X線画像処理装置。
  2. 前記画像生成部は、前記第1の補正画像と前記第2の補正画像との対数変換を行い、当該対数変換された一方の補正画像に所定の係数を乗じ、当該係数が乗じられた補正画像と、前記対数変換された他方の補正画像とに基づいて、前記評価画像を生成する、請求項に記載のX線画像処理装置。
  3. 前記第1の実測値及び前記第2の実測値は、管電流の波形データである、請求項1又は2に記載のX線画像処理装置。
  4. 前記被検体を有さないX線画像と、当該X線画像のX線条件に係る実測値とが、複数のエネルギーそれぞれに対応付けられてメモリに記憶され、
    前記第2の取得部は、被検体に対して設定されたX線条件に応じて、前記第2のX線画像と前記第2の実測値とを前記メモリから取得する、請求項1~のいずれか一項に記載のX線画像処理装置。
  5. 前記画像生成部により生成された前記評価画像に基づいて、前記被検体の状態を評価する指標を測定する指標測定部をさらに備える、請求項1~のいずれか一項に記載のX線画像処理装置。
  6. 前記指標測定部は、前記第1のX線画像のX線条件に係る管電圧に応じた較正曲線を取得し、取得した較正曲線と前記評価画像とに基づいて、前記指標を測定する、請求項に記載のX線画像処理装置。
  7. 被検体を有する第1のX線画像を取得する第1の取得部と、
    前記第1のX線画像のX線条件に係る第1の実測値と、前記被検体を有さない第2のX線画像と、当該第2のX線画像のX線条件に係る第2の実測値とを取得する第2の取得部と、
    異なる2種のエネルギーのうち高エネルギーのX線に対応する、前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて、当該高エネルギーに対応する前記第1のX線画像を補正し、
    前記2種のエネルギーのうち低エネルギーのX線に対応する、前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて、当該低エネルギーに対応する前記第1のX線画像を補正し、
    補正された前記第1のX線画像である補正画像であって、前記高エネルギーのX線に対応する第1の補正画像と、前記低エネルギーに対応する第2の補正画像とを取得するゲイン補正部と、
    前記第1の補正画像と、前記第2の補正画像とに基づいて、前記被検体の状態を評価する評価画像を生成する画像生成部と
    を備える、X線診断装置。
  8. 被検体を有する第1のX線画像を取得し、
    前記第1のX線画像のX線条件に係る第1の実測値と、前記被検体を有さない第2のX線画像と、当該第2のX線画像のX線条件に係る第2の実測値とを取得し、
    異なる2種のエネルギーのうち高エネルギーのX線に対応する、前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて、当該高エネルギーに対応する前記第1のX線画像を補正し、
    前記2種のエネルギーのうち低エネルギーのX線に対応する、前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて、当該低エネルギーに対応する前記第1のX線画像を補正し、
    補正された前記第1のX線画像である補正画像であって、前記高エネルギーのX線に対応する第1の補正画像と、前記低エネルギーに対応する第2の補正画像とを取得し
    前記第1の補正画像と、前記第2の補正画像とに基づいて、前記被検体の状態を評価する評価画像を生成する
    ことを含む、方法。
  9. 被検体を有する第1のX線画像を取得し、
    前記第1のX線画像のX線条件に係る第1の実測値と、前記被検体を有さない第2のX線画像と、当該第2のX線画像のX線条件に係る第2の実測値とを取得し、
    異なる2種のエネルギーのうち高エネルギーのX線に対応する、前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて、当該高エネルギーに対応する前記第1のX線画像を補正し、
    前記2種のエネルギーのうち低エネルギーのX線に対応する、前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて、当該低エネルギーに対応する前記第1のX線画像を補正し、
    補正された前記第1のX線画像である補正画像であって、前記高エネルギーのX線に対応する第1の補正画像と、前記低エネルギーに対応する第2の補正画像とを取得し
    前記第1の補正画像と、前記第2の補正画像とに基づいて、前記被検体の状態を評価する評価画像を生成する
    各処理をコンピュータに実行させる、プログラム。
  10. 被検体を有する第1のX線画像を取得する第1の取得部と、
    前記第1のX線画像のX線条件に係る第1の実測値と、前記被検体を有さない第2のX線画像と、当該第2のX線画像のX線条件に係る第2の実測値とを取得し、前記第1の実測値及び前記第2の実測値は、管電流の波形データである、第2の取得部と、
    前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて前記第1のX線画像を補正するゲイン補正部と、
    前記ゲイン補正部によって補正された前記第1のX線画像である補正画像に基づいて、前記被検体の状態を評価する評価画像を生成する画像生成部と
    を備える、X線画像処理装置。
  11. 被検体を有する第1のX線画像を取得する第1の取得部と、
    前記第1のX線画像のX線条件に係る第1の実測値と、前記被検体を有さない第2のX線画像と、当該第2のX線画像のX線条件に係る第2の実測値とを取得し、前記第1の実測値及び前記第2の実測値は、管電流の波形データである、第2の取得部と、
    前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて前記第1のX線画像を補正し、当該第1のX線画像の補正画像を取得するゲイン補正部と、
    前記補正画像に基づいて、前記被検体の状態を評価する評価画像を生成する画像生成部と
    を備える、X線診断装置。
  12. 被検体を有する第1のX線画像を取得し、
    前記第1のX線画像のX線条件に係る第1の実測値と、前記被検体を有さない第2のX線画像と、当該第2のX線画像のX線条件に係る第2の実測値とを取得し、前記第1の実測値及び前記第2の実測値は、管電流の波形データであり、
    前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて前記第1のX線画像を補正し、
    補正した前記第1のX線画像である補正画像に基づいて、前記被検体の状態を評価する評価画像を生成する
    ことを含む、方法。
  13. 被検体を有する第1のX線画像を取得し、
    前記第1のX線画像のX線条件に係る第1の実測値と、前記被検体を有さない第2のX線画像と、当該第2のX線画像のX線条件に係る第2の実測値とを取得し、前記第1の実測値及び前記第2の実測値は、管電流の波形データであり、
    前記第1の実測値、前記第2のX線画像及び前記第2の実測値に基づいて前記第1のX線画像を補正し、
    補正した前記第1のX線画像である補正画像に基づいて、前記被検体の状態を評価する評価画像を生成する
    各処理をコンピュータに実行させる、プログラム。
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