JPH0466152B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、主として医療診断に用いられる放
射線画像処理方法に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、放射線画像を電気信号に変換し、処理再
生することが多く行なわれている。

ここでいう放射線画像とは、放射線、γ線、中
性子線等高エネルギー電磁波を被写体に照射し、
被写体による電磁波の減衰を２次元的に検出し、
画像に形成したものをさす。例えば放射線による
放射線写真、或いは蓄積性螢光体の発光量を２次
元的に走査して電気信号に変換して得られる画
像、或いは、いわゆる間接撮影用テレビジヨンに
よる画像等がある。

これらにおいて行なわれている処理はいずれも
放射線検出素子、放射線管、撮影方法等による画
像の劣化を補正し、かつ、又は人の視覚特性に合
う画像を再生し、より診断性の良い画像を提供と
するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

これらの処理を大きく２分類すると、階調変換
処理と、空間周波数応答の２つがある。

この階調変換処理を行なうものとして、例えば
特開昭55−88740号公報及び特開昭54−121043号
公報に開示されるものがあり、これらは画像情報
を読出して電気信号に変換し、電気信号のレベル
を変化させる信号処理を行なうことで、濃度及び
コントラストの良好な画像を得ることができるよ
うにしている。また、再生画像中の診断に重要な
部分を濃度で0.5〜1.5程度の範囲にし、かつその
濃度領域でコントラストを上げる方法等がある。

ところで、このような階調変換処理を行なうも
のでは、信号処理が簡単であるが、人間の目の視
覚特性や蓄積性螢光体の雑音特性に適した画像を
得ることが困難であつた。

これに対して、空間周波数処理を行なうものに
は、画像を得るまでの系、例えばフイルムで言え
ば放射線管球、被写体の動き、増感用の螢光体、
フイルム等による周波数応答の劣化を補正し、さ
らに、人の視覚特性に合わせて、空間周波数領域
での強調をすることにより、視覚的に見易い画像
を得ることができる。

ところで従来、周波数領域での強調を行なうた
めに、特開昭56−138735号公報に示されるよう
に、式(1)の方法が用いられている。

Ｄ＝Dorg＋β（Dorg−Dus） ……(1) ここで、βは強調係数、Dorgは原画信号、
Dusは原画信号Dorgの非鮮鋭マスク信号である。

この方法はある空間周波数以上を強調するため
に、各走査点で原画像の低空間周波数成分に対応
する非鮮鋭マスク信号Dusを求め、原画信号
Dorgから減算することにより高空間周波数成分
を求め、それを原画信号Dorgに加えることで実
現している。

この方法で、原画フイルタを形成すると第１図
ａ，ｂのようなフイルタを実現することができ
る。即ち、空間周波数領域である範囲ａ，ｂで大
きく変化し、その他ではあまり変化しないような
フイルタで、かつその範囲ａ，ｂでの変化の割り
合いも非鮮鋭マスク信号Dusの特性のものだけで
ある。

従つて、画像取得系の補正のための任意の形の
フイルタをこの方法で実現し、画像取得系の平均
伝達関数を補正するには、式(2)のように非鮮鋭マ
スク信号Dusを複数個求める必要があるが、演算
時間が非常に長くなり実用的でない。

Ｄ＝Dorg＋β1（Dorg−Dus1） ＋β2（Dorg−Dus2）＋…… ……(2) または、非鮮鋭マスク信号Dusを求めずに、こ
れを実現するには、式(3)を用いることがよく知ら
れている。

即ち、第２図に示すように、原画像１の例えば
横方向にＩ番目と、縦方向にＪ番目の画素２につ
いて、画素２を中心とする横方向−ｋ／２〜ｋ／
２と縦方向−ｌ／２〜ｌ／２の範囲でＩ，Ｊを中
心に画像全部についてそれぞれたたみ込み関数を
全部乗算を行ない、それを加えたものが結果で、
いわゆる２次元のたたみ込み演算を行ない新しい
画像２′を得ている。この方法は原画像１の画素
について行なわれる。

この方法では第２図に示すように、演算回数が
非常に大きなものとなる。

一例として、 画像の縦の画素数をＭ 画像の横の画素数をＮ たたみ込み関数ｈの縦の大きさをＫ たたみ込み関数ｈの横の大きさをＬとすると、 画素当りＫ×Ｌ回の乗算、加算の演算及び画像
情報へのアクセスが必要であり、画像全体に対し
ては、 （Ｋ×Ｌ）×（Ｍ×Ｎ）回となる。

例えば、放射線画像の場合、Ｋ＝10〜60、Ｌ＝
10〜60、Ｍ＝1000〜2000であるとすれば、最大の
場合、60×60×2000×2000＝144×100×10⁶回と
なる。

そして、放射線画像を得る系の周波数特性は通
常第３図のような形になり、この周波数特性を補
正するには第４図のようになめらかに変化する周
波数特性を持つ空間フイルタであれば、系の平均
伝達関数を補正したとき特性が第５図のようにな
り最適である。

即ち、放射線画像の重要な周波数成分０から
1.0lp／mmの範囲で系の応答がほぼ1.0となつてい
る。一方、第１図のような単純な形のフイルタで
は、補正をこのように正確に行なうことができな
い。

ところで、このフイルタは画像の細かな所ま
で、良く補正しているが濃度変化を付ることによ
り、さらに良好な画像を得ることができる。

この発明はかかる実情に鑑みなされたもので、
階調処理と空間周波数処理をたたみ込み演算で同
時に行ない、人間の目の視覚特性や蓄積性螢光体
の雑音特性に適した画像を得ることができ、しか
もこの画像処理を高速に行なうことができる放射
線画像処理方法を提供することを目的としてい
る。

〔課題を解決するための手段〕

前記の目的を達成するため、この発明は、放射
線画像を走査して、放射線画像情報を読み出し、
電気信号に変換した後、可視像として再生するに
当り、各走査のそれぞれの画素毎に、所定範囲の
たたみ込み関数をそれぞれ乗算し、このそれぞれ
の値を加算するたたみ込み演算を所定の画像につ
いて行ない、かつ前記たたみ込み関数の０空間周
波数応答を画像信号の強度により変化させ画像を
補正することを特徴としている。

〔実施例〕

以下、この発明を放射線としてＸ線を用いた実
施例を添付図面に基づき詳細に説明する。

第６図はたたみ込み方法の補正を示している。
この方法はＸ線画像において、 たたみ込み演算 ΣΣh（ｌ，ｍ）×Ｄ（Ｉ＋ｌ，Ｊ＋ｍ）の回数を
へらし、かつ実用上ほとんど任意のフイルタを実
現することにある。

Ｘ線画像における空間フイルタとして、 Dx（Ｉ，Ｊ）＝（Σhx）(l)×Ｄ（Ｉ＋ｌ，Ｊ） Dxy（Ｉ，Ｊ）＝Σhy(l)×Dx（Ｉ，Ｊ＋ｌ） という横、縦のｘ，y2軸方向のたたみ込み演算
により、前記の２次元たたみ込み(3)式と同等の性
能を実現している。

この方法では第６図ａに示すように、原画像６
１の例えば横方向にＩ番目と、縦方向にＪ番目の
画素６２について、たたみ込み範囲を近傍の横ｘ
方向−Ｌ／２〜Ｌ／２と縦方向−Ｋ／２〜Ｋ／２
の全部について行なわないで、画素６２を中心と
する横ｘ方向と縦ｙ方向についてのみ行なうよう
にしている。

即ち、画素６２上に第６図ｂに示す横ｘ方向の
所定のたたみ込み関数hxを合せて、画素６２と
たたみ込み関数hxのそれぞれのたたみ込み関数
hx1、hx2、hx3……を、例えば60個を掛け、こ
のそれぞれの値を加算してたたみ込み演算を行な
う。

そして、これを第６図ａの画素６３，６４……
について同様に行なう。これが原画像６１につい
て終了すると、次に第６図ｃの縦方向の所定のた
たみ込み関数hyを用いて、それぞれのたたみ込
み関数hy1、hy2、hy3……を、画素６２，６３，
６４……について同様にたたみ込み演算を行な
い、第６図ｄに示す新しい画素６２′，６３′，６
４′……を得ている。この処理を画像全体に行な
い処理画像を得る。

この方法によれば、２次元のたたみ込み(3)式と
は空間周波数の高域において変調伝達関数が大き
く異なるにもかかわらず、ほとんど視覚的に同等
の性能を有する。

また、演算回数は、この方法によれば（Ｌ＋
Ｋ）×（Ｎ×Ｍ）回となり、例えば前記と同様に計
算すると、Ｌ＝Ｋ＝60として約１／30の48秒程度
となる。

ここで具体的なフイルタhx，hyの求め方を説
明する。

まず、画像取得系の周波数応答を知る必要があ
るが、Ｘ線撮影系では、略第４図の曲線ａ〜ｄの
いずれかにほぼ代表されるので、これを適宜選択
するようにしておく。または、画像処理系の特性
をe^-(f/2a)2で近似して、2aを指定するようにして
おいても、ほぼ同様な結果が得られる。

ｆ：lp／mm 2a：応答が１／ｅになる周波数 ｅ：自然対数の低 そして、その周波数応答値の逆数をフイルタの
応答とする。

ここで、第７図に示すフイルタが得られるが、
適当なＱ（1.5〜6.0）以上にフイルタの応答がな
る部分では、ＢのようにＱの値にするか、または
Ｃの値のように空間周波数で３〜5lp／mmに向つ
て、次第に０になるようにしてもよい。hx，hy
の組み合わせは、種々であるが、ここではhx＝
hy、即ち、画像の周波数成分がＸ，Ｙでほぼ等
しい場合で説明する。

次に、第７図で得られた周波数応答の平方根を
とり、これをhx，hyの周波数応答とし、第８図
に示す。

さらに、これを逆フーリエ変換し、hx，hyの
実領域での計数を求める。

以上の計算は、第３図の曲線ａ，ｂ，ｃ，ｄが
選択された時に、その都度計算してもよいが、望
ましくは前もつて計算しておいて、ROM、また
はフロツピーデイスク等に記憶しておき、単に読
み出すだけにしておいた方が、一々計算する時間
を省くことができる。

また、Ｑの値は、診断者の好みにより個人差が
あるがほぼ2.0〜4.0程度が良いということが知ら
れている。

第９図ａ，ｂは、Ｑを色々変化させて20人の医
師の判断をグラフにしたものである。

〇は原画より判断がしやすい （＋１） △は原画と同じ （０） ×は原画より判断がしにくい （−１） で点数を表わしている。

このフイルタにより処理された画像は細かな所
まで、良く補正しているがザラツキが目立つこと
が解つた。

この原因はＸ線画像においては、画像情報のほ
とんどが空間周波数0.5lp／mm以下のところにあ
り、それ以上の空間周波数では画像情報はあるも
のの雑音の割合が大きいということによることが
判明した。

即ち、第１０図に示すように、0.5〜1.0lp／mm
以上の空間周波数では、強調の度合を弱くして空
間周波数領域での補正をすることで良い結果を得
ることができる。

前記の説明で第７図の周波数fpを求めるのにＱ
を設定し、そのＱに達する周波数fpから以上をＢ
またはＣのようにしたが、逆に周波数fpを0.5〜
1.0lp／mmに設定し、その時の周波数応答をＱと
して、それ以上の周波数でＢまたはＣのように次
第に低下させてゆくことがよいことがわかつた。

しかし、画像を得る系によつては、この空間周
波数応答のＱの最大値を３倍以上にしなければ補
正できない場合がある。

この場合、常にこの種のフイルタを用いると、
画像に本来ない疑像が生じる場合がある。例えば
バリウム造影剤を使つた胃のＸ線画像の信号の大
きさ（濃度）にかかわらず空間周波数特性のＱを
一定にして前記処理を行なうと、多量に造影剤が
入つた低信号の広い面積の部分が必要以上に強調
されて白い縁や真黒の帯等の疑像が発生し、画像
品位を落してしまう。また、低画像信号レベルで
のザラツキが目立ち画像品位を落としてしまう。

これらの疑像の発生を防ぐためには、第１１図
ａ，ｂ，ｃに示すような処理が有効である。

即ち、第１１図ａは疑像の発生を防止するため
に、空間周波数特性のＱを画像信号Ｓの大きさに
応じ、原画像信号Ｓの弱い所S1以下では小さく、
本来多くの信号をもつ信号の範囲では大きくし、
また強い部分S2以上では小さくした例である。

そして、曲線Ａは滑らかに変化させた場合を示
し、曲線ＢはS1，S2で折れまがるようにしたも
のであるが、両者の差はほとんど見られなかつ
た。この例の場合、原画像信号の弱い部分では、
Ｑを小さくして画像のザラツキを小さくしてい
る。また、原画像信号の強い部分S2以上でＱを
落とし、黒縁や白縁の発生を防いでいる。

また、胸部正面撮影の場合、たたみ込み関数ｈ
の特性を固定すると、背骨や心臓部分の低信号域
での雑音が増大し、視覚的に非常に目立ち画像品
位を落し、診断性を劣化させる。

この場合たたみ込み関数ｈの周波数応答のＱに
ついて背骨や心臓部分の低信号域で小さくし、肺
の部分の高信号域で大きくすれば、雑音を抑える
ことができる。

これが第１１図ｂの場合である。

第１１図ｃに示すものは、血管造形、リンパ管
造形のような低信号域の診断が重要で、その領域
が、画像全体であまり大きな部分を占めていない
ものの場合に適している。

いままでの説明では、フイルタが最大応答をす
る空間周波数fpを固定していたが、この空間周波
数fpを画像信号に対して変化させることも、画質
を改善するために用いることができる。

例えば、第１２図に示すように、画像信号が弱
い部分では空間周波数fpを低くし、即ち、Ｓ／Ｎ
が悪い信号に対しては低空間周波数領域を補正
し、或程度Ｓ／Ｎが良い部分では、高空間周波数
まで補正する方法である。

また、第１３図の周波数fc、即ち、フイルタの
周波数応答が0.1程度になる周波数を画像信号に
応じて変化させることで画像のザラツキを抑える
効果がある。

即ち、第１３図ａ，ｂのように、原画信号、雑
音比の低い信号レベルでは空間周波数fcを小さく
し、Ｓ／Ｎの十分ある中から高信号レベルでは周
波数fcを高めに設定することで、低信号レベル部
の雑音を抑えることができる。

さらに、第１６図に示すように周波数応答のＱ
を変化させることを同時に行なうと、さらに効果
があることはいうまでもない。

この発明では画像を得る系の平均伝達関数の補
正を行ない、さらにその濃度領域の変換を行なう
ものである。

即ち、たたみ込み関数hx，hyの０空間周波数
特性を各画像信号の強度により、変化させること
でこれを実現することができる。

Ｐ＝Σhx×Σhy ……(D) なるＰを画像信号に応じて変化させることがそれ
である。

第１５図ａに示すＤは、前記Ｐが常数1.0の時
の０空間周波数に対しての画像信号の応答を示し
ているが、普通Ｘ線画像の再生には曲線Ｅのよう
に診断に重要な部分Ｆのコントラストを上げ、そ
れ以外の部分のコントラストを落すことが行なわ
れている。

写真フイルムでは示性曲線がこれにあたる。

この方法では得たい示性曲線をＥとすると、Ｐ
を第１５図ｂのようにＥ／ＤなるE1を与えるこ
とで実現している。

まず、たたみ込み関数ｈの周波数特性を決定
し、次のそのたたみ込み関数ｈにこのＰを乗じて
使用するたたみ込み関数ｈを決定する。

このＰはＰ＝PxΣhx×PyΣhyで、Px＝Py＝√
Ｐとしても良いし、Px＝１，０、Py＝Ｐとして
も良いが、Ｅ／Ｄを簡単に決定できるのは後者で
あり、たたみ込み関数hx，hyの設計も楽になる。

また、この発明の他の目的は、画像が非等方的
な周波数応答、即ち、画像の縦方向及び横方向に
異なる周波数応応答をもつ系を通過した場合、例
えば段層撮影等によるＸ線画像をも補正すること
にある。

ここでいう断層撮影では、第１６図に示すよう
に、被写体４１の一定面内でＸ線源４２から常に
同一点Ｏを通過するＸ線が常にＸ線検出器４３、
例えばフイルムの蛍光体等の同一時に到達するよ
うにし、他の被写体４１の他面では、Ｘ線検出器
４３の他の部分に到達するようにして（V₂l₁＝−
V₁l₂としてＸ線を照射しながら移動させる）被写
体４１の断面の像を得るものである。

このような系の場合、Ｘ方向、Ｙ方向の周波数
応答がそれぞれ異なるため、それぞれ別にたたみ
込み関数hx，hyを用いることが診断性能を上げ
ることがわかつた。

即ち、第１７図に示すように、被写体がｙ方向
に相対的に移動している場合、たたみ込み関数
hxの強調周波数をhyよりも下げ、強調度QyはQx
よりも大きくすることにより、この非等方性を補
正することができる。

そして、前記したようにこれにＱ，fc，fp，Ｐ
の変化も同時に追加できることはいうまでもな
い。

前記実施例において、横方向と縦方向の演算の
順序を入れかえてもよいことはいうまでもない。
また、この発明のたたみ込み方法による補正は第
６図に示す方法においても同様に適用される。こ
の方法はＸ線画像において、空間フイルタとし
て、 Dxy（Ｉ，Ｊ）＝Σhx(l)×Ｄ（Ｉ＋ｌ，Ｊ） ＋Σhy(k)×Ｄ（Ｉ，Ｊ＋ｌ） という横、縦のｘ，y2軸方向のたたみ込み演算
により、前記の２次元たたみ込み(3)式と同等の性
能を実現している。

この方法では第６図ａに示す原画像６１の例え
ば横方向にＩ番目と、縦方向にＪ番目の画素６２
について、たたみ込み範囲を近傍の横ｘ方向−
Ｌ／２〜Ｌ／２と縦方向−Ｋ／２〜Ｋ／２の全部
について行なわないで、画素６２を中心とする横
ｘ方向と縦ｙ方向についてのみ行なうようにして
いる。

即ち、画素６２上に第６図ｂに示す横方向のた
たみ込み関数hxを合せて、画素６２とたたみ込
み関数hxとをかけ合わせて、横方向のたたみ込
みの結果を得る。同様に第６図ｃに示す横方向の
たたみ込み関数hyについて、縦方向のたたみ込
みの結果を得ておき、この２つを加えて新しい画
素とする。

この処理を画像全部に行ない処理画像を得る。

または、第１８図に示すように、原画像６１
に、横方向ｘと縦方向ｙのたたみ込み結果を保存
し、後で加えるようにして処理画像６１′を得る
ようにしてもよい。

この場合Ｐは以下の定義となる。

Ｐ＝PxΣhx＋PyΣhy ただし、Σhx＋Σhy＝１である。

このとき、PxとPyの設定は、種々に考えられ
るが、Px＝Py＝Ｐ／２とすることが普通に考え
られる。

Ｐは前記E1の値をとる。

さらに、この発明は前記第２図に示すたたみ込
み方法においても同様に適用される。

この場合Ｐは、以下の定義となる。

Ｐ＝PxyΣΣh ただし、ΣΣh＝1.0である。

すなわち、Pxyを前記E1の値とする。

〔発明の効果〕

この発明は前記のように、各走査のそれぞれの
画素毎に、所定範囲のたたみ込み関数をそれぞれ
乗算し、このそれぞれの値を加算するたたみ込み
演算を所定の画像について行ない、かつ前記たた
み込み関数の０空間周波数応答を画像信号の強度
により変化させ画像を補正するようになし、階調
処理と空間周波数処理を同時に行なつており、画
像処理を高速に行なうことができる。

また、０空間周波数応答が任意に設計できるた
め、人間の目の視覚特性や蓄積性螢光体の雑音特
性に適し、特に画像の細かな所まで、良く補正で
き、さらに濃度領域の変換を行なうことができ、
これにより診断性に優れた良好な画像を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の空間周波数フイルタの特性例を
示す図、第２図はたたみ込み演算の説明図、第３
図は放射線画像を得る系の代表的な周波数特性
図、第４図はこの発明のフイルタの周波数特性の
例を示す図、第５図は補正されたときの周波数特
性を示す図、第６図はこの発明のたたみ込み方法
の説明図、第７図及び第８図はフイルタの周波数
特性の例を説明する図、第９図は処理に対する医
師の評価を示す図、第１０図はフイルタの周波数
特性例を示す図、第１１図は画像信号に対するＱ
の変化例を示す図、第１２図は画像信号に対する
fpの変化例を示す図、第１３図は画像信号に対す
るfcの変化例を示す図、第１４図は画像信号に対
するフイルタ特性例を示す図、第１５図は階調処
理方法の説明図、第１６図は断層撮影方法の説明
図、第１７図は非等方フイルタ周波数特性例を示
す図、第１８図はこの発明の他のフイルタの周波
数特性の例を示す図である。 １，１′，６１，６１′…画像、２，２′，６２，
６３，６４，６２′，６３′，６４′…画素、Ａ…
横方向の所定範囲のたたみ込み関数、Ｂ…縦方向
の所定範囲のたたみ込み関数。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 放射線画像を走査して、放射線画像情報を読
   み出し、電気信号に変換した後、可視像として再
   生するに当り、各走査のそれぞれの画素毎に、所
   定範囲のたたみ込み関数をそれぞれ乗算し、この
   それぞれの値を加算するたたみ込み演算を所定の
   画像について行ない、かつ前記たたみ込み関数の
   ０空間周波数応答を原画像信号の強度により変化
   させ画像を補正することを特徴とする放射線画像
   処理方法。