JPS63242235A - 脊椎湾曲を求める画像計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、胸部放射線画像データを用い、脊椎の輪郭線
のおおよその形の座標データから最小二乗法等によりそ
の脊椎の中心線の近似曲線を求め、その曲線の係数の値
の大小により、その脊椎の湾曲程度を判定する方法に関
する。

〔従来技術］ 従来から、脊椎の湾曲を判定する方法としては、０人体
を直接目視で観察する方法、■胸部Ｘ線写真を目視で読
影する方法等が採られていた。また最近では０人体を光
線で走査して反射光を調べて自動的に判定を行う方法も
開発されている。

ところが、■の方法では７１練した医師が直接観察する
必要があるために時間や費用がかかり、■の方法は■と
同様の問題の他に、肺野の部分を見易く撮影する関係か
らその胸部Ｘ写真では脊椎の部分は非常に見難く判定が
困難である。更に■の方法では専用の大規模な設備が新
規に必要となる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、人体の胸部放射線画像のような復雑な
画像の中の特定の部位の輪郭線を容易にしかも正確に抽
出する方法を提供することである。

〔発明の構成〕 このために本発明は、行列で表現された胸部放射線画像
データを用いて脊椎の輪郭線を行列上の座標の集合とし
て求め、それら座標の値がら脊椎の中心線を直線或いは
２次以上の高次の関数の曲線として近似し、得られた直
線或いは曲線の関数の係数により被検体の脊椎の湾曲を
判定するようにした。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。第１図は本発
明を実施するための装置の構成ブロックを示す図である
。１は被検体のＸ線写真画像を読み取るための画像人力
装置、２は読み取られたＸ線画像の濃度データを記憶す
る画像記憶装置、３は画像記憶装置２に記憶された濃度
データを読み出して各種輪郭線の抽出処理を行う画像計
測装置、４は計測された結果から被検体の脊椎湾曲を判
定する判定装置、５は判定された結果異常がある場合に
それをを医師に報知する表示装置である。

まず、画像入力装置ｌは、例えばポリゴンミラー等の光
偏向器を用いてレーザ光等を使用した光ビームのスポッ
トで胸部Ｘ線画像面（フィムル）をスキャンし、その時
の透過光の強度をフォトセンサ等の光検出器で光電変換
し、得られた電気信号を順次Ａ／Ｄ変換してデジタル画
像の濃度データとして出力する装置である。ここでは光
ビームを機械的にスキャンしているがＣＣＤ等の固体撮
像素子や撮像管を使用して電子的にスキャンする方法を
採用することもてきる。また、ＣＣＤラインセンサ等を
用いれば、複数の胸部Ｘ線画像フィルムを順次機械的に
搬送しながら連続的に読み取ることも可能である。

画像記憶装置２は、処理の高速性から通常はＲＡＭ等の
半導体メモリが使用されるが、磁気ディスク、フロッピ
ーディスク、或いは光ディスク等のディスクメモリ、又
は磁気テープ、磁気バブルメモリ等を用いることもでき
る。

画像計測装置３は本発明の要部を構成する部分である。

この装置３は画像記憶装置２内に記憶された画像の濃度
データを順次読み出して、肺野に相当する部分の輪郭線
を示すデータを求める処理を行い、更に脊椎の輪郭線を
求める処理を行う。

この装置３においては、読み出された画像濃度データの
少なくとも１行分或いは１列分を記ｔαできるだけのラ
インメモリ、計測を行うプロセッサ、抽出された輪郭線
データを記憶する輪郭線データメモリ、計測のアルゴリ
ズム等を記憶し、また計測時の作業領域となる主記憶装
置、補助記憶装置等からなる。ここでは、画像濃度デー
タや輪郭線データを記憶するメモリを持つ構成にせずに
、単一の主記憶装置で全てを処理することもできる。

判定装置４は、画像計測装置３で得られた輪郭線データ
から脊椎の中心線の近似曲線を求め、その曲線の関数の
係数の値が標準値の範囲を超えたか否かを判定する。

表示装置５は判定装置４の出力によって、計測を行った
画像データの被検体に異常があることを医師に知らせる
。

次に作用を説明する。

（Ｘ線写真画像の入力） Ｘ線画像は画像入力装置１によって約２００μｍのサン
プリングピンチで読み取られ、濃度範囲Ｏ〜３を２５６
階調に量子化されろ。このときＸ線画像は正位して入力
され、第２図に示すように画像の左上が（１，１）、右
下が（ｍ、ｎ）としたｍ行ｎ列の行列形式により、画像
記憶装置２に格納される。

なお、サンプリングピンチは２００μｍに固定されるも
のではなく、場合に応じて２５μｍから１０００μｍの
範囲で変化させることができる。

また読取濃度範囲や量子化レベル数も変化させることが
できる。

（肺野輪郭線の抽出） 肺野の輪郭線の抽出は、第２図に示すように、左右各肺
野のそれぞれについて外側輪郭線ＡＬ、ＡＲ１内側輪郭
線ＢＬ、ＢＲ１横隔膜輪郭線ＣＬ、ＣＲについて行う。

外側及び内側輪郭線ＡＬ、ＡＲ１ＢＬ、ＢＲについては
、画像データの各行における輪郭線の存在する列の値の
配列として求められ、横隔膜輪郭線ＣＬ、ＣＲについて
は、各列における輪郭線の存在する行の値の配列として
求められる。

肺野の外側輪郭線ＡＬ、ＡＲと内側輪郭線ＢＬ、ＢＲの
抽出は、画像記憶装置２より横方向の１行分の画像濃度
データを画像計測装置３内に読み込み、読み込んだ全デ
ータの統計量を計算して、それらの値からいくつかの濃
度闇値を求める。そして、それらの闇値の範囲内の値を
持つ画像濃度データ（点）の中で、ある点について前後
の点との値の関係が後記する特定のパターン（条件）を
満たす場合に、そのある点の位置をその行における肺野
の輪郭の列の位置として記憶する。特定のパターンとし
ては、 ■極小となる点・・・例えば第３図（ｂｌのａ■１頃き
が最小となる点・・・例えば第３図（ｂ）のＣ■傾きが
最大となる点・・・例えば第３図（ｂ）のｂ等があり、
これらのパターンを満足する点をいくつか探し出す。第
３図は（ａｌで示す行ｍ１〜ｍ４の列方向のラインの濃
度変化を（ｂｌに示す。Ｄは濃度（透過率）である。更
に、 ■計測の対象となっている行の画像上の位置■求められ
た点の位置 ■求められた点の濃度値 ■求められた点における値の傾き ■用いた闇値の範囲 等を総合的に判断し、いずれの輪郭の点であるか、或い
はノイズであるかを決定する。例えば、右肺野外側の輪
郭ＡＲを構成する点であれば、「画像の向かって左側１
／３の範囲に存在し、全濃度データの平均値以下の値（
？３度を透過率で示した場合、高濃度部は小さい透過率
を示す。）をもち、前後の点との値の関係は極小成いは
傾きがＯとなる点Ｊといった条件を満足する点を探索す
る。

このような探索のアルゴリズムは、従来からの手続き型
のプログラム言語、例えばＦＯＲＴＩｉｌＡＮやＰａ５
ｃａ　１等によって記述できることもできるが、最近の
ルール指向言語、例えば０ＰＳ５．０Ｐ３８３等によっ
て更に容易に記述することができる。

このようにして画像データの各行についてそれぞれの輪
郭を構成する点の位置を求め、必要な部分について結び
合わせることにより、それぞれの輪郭線が得られる。

横隔膜の輪郭線ＣＬ、ＣＲについては、画像読取装置１
より縦方向ｍの１列分の画像データを画像計測装置３の
ラインメモリに読み込み、上述した方法と同様にして列
における輪郭の存在する行の位置として輪郭線を得る。

このようにして、左右各肺野について外側ＡＬ、ＡＲ，
内側ＢＬ、ＢＲ，横隔膜ＣＬ、ＣＲの輪郭線を求め、画
像計測装置３内の輪郭線データメモリに格納する。輪郭
線データは、外側、内側のものについては、行の位置に
対応した番地のメモリ上に列の位置の値として記憶され
る。横隔膜輪郭線データは列の位置に対応した番地のメ
モリ上に行の位置の値として記憶される。なお、得られ
た輪郭線のそれぞれの点の行と列の値の組を、順次記憶
させる方法を用いることもできる。

このように本実施例では、行列で表現された胸部Ｘ線画
像データを対象として、１つの行或いは列についてのみ
注目し、その１次元の濃度データ列の中で前後のデータ
の値の関係が予め定めた特定のパターンとなる点をその
行或いは列における輪郭の点とし、必要な範囲の行或い
は列について該輪郭の点を求めてそれらの点を結んだ線
を肺野の輪郭線としている。

そして、上記特定のパターンとなる点として、所定の濃
度闇値の範囲内にあり且つ所定の距離だけ離れた２点間
の値の差が最大となる点、或いは所定の濃度闇値の範囲
内にある極小の点その他を使用することができる。

このような特定のパターンを複数用意して、計測を行っ
ている行或いは列の位置によって、又は目的とする輪郭
の部位によって、上記複数内から１つのパターンを選択
すること、或いは特定のパターンを複数用意して行或い
は列における輪郭の点の候補を複数求め、該候補点の位
置よって、或いは計測を行っている行或いは列の位置に
よって、更には目的とする輪郭の部位によって、輪郭の
点を１つ選択することができる。

（脊椎輪郭線の抽出） 脊椎の輪郭線は、前の段階で得られた左右肺野の内側輪
郭線ＢＲ，ＢＬの得られた範囲の各行について列方向に
探索し、その行における輪郭の存在する列の値の配列と
して求める。

各行での脊椎輪郭線を構成する列座標の探索は次の手順
で行う。

■左右各肺野内側輪郭線ＢＬ、ＢＲに挟まれた範囲にお
いて、画像濃度レベルの最小値を持つ点く第４図（ｂ）
のｄ）を探し、その位置を記憶する。

■その点から両側に、最小値より予め定めたオフセット
値（α）だけ濃度レベルが高くなる点（第４図（ｂ）の
ｅ）を探す。

■、当該列の値と■で探索した行の値の組を脊椎輪郭線
として記憶する。

探索のためのオフセット値（α）は、標準的な画像デー
タの肺野の縦隔部分の濃度レベルの統計量から求めれば
良い。

（脊椎の中心線の近似と異常の判定） 上記段階で求めた脊椎輪郭線を構成する座標（第５図の
Ｄ等）データを用いて、最小二乗法により１次及び３次
の近似曲線（第６図のＥ）の係数を求める。この近似曲
線は、脊椎の中心線を近似したものと考えることができ
る。このようにして得られた近似曲線の最高次の係数を
調べて、その値が予め定めた範囲を超えた場合に、その
画像データの被検体の脊椎が湾曲していると判定する。

判定のための範囲は、標準的な画像データを用いて抽出
した脊椎中心線の係数の統計量から算出すれば良い。

（判定結果の表示） 以上のようにして求めた判定結果は、この支援装置を用
いる医師が判断できる形で表示される。

ここでは、操作を指示するためのＣＲＴ端末に、脊椎湾
曲の異常があった場合にその胸部Ｘ線写真番号、被検体
のデータ及び計測した値を表示する。

ここで、表示方法としては、印字式の端末を用いること
ができる。

また、計測の対象となった画像データを画像表示端末に
表示し、警告音を発生させることもできる。また、胸部
Ｘ線写真フィルムを自動的に搬送する機構を持つ装置で
は、異常の見られたフィルムのみを正常のフィルムとは
別の搬送口から排出することにより、異常を知らせるこ
ともできる。

なお、以上の説明では、Ｘ線写真のみを読み取って判定
を行う場合を述べたが、Ｘ線ＴＶや輝尽性螢光体を用い
たＸ線撮影装置のように、撮影時に直接電気信号に変換
される装置を用いる場合には、この信号を直接Ａ／Ｄ変
換して画像記憶装置２に格納することができる。

（実施例の検証） 以上のように構成した装置を用いて、医師から提供され
た１００例の胸部Ｘ線写真について脊椎湾曲の検出を行
った。脊椎が湾曲していると医師に診断されているもの
が１００例の内２０例あったが、１次近似曲線の係数判
定によって、その内１７例の検出を行うことができた。

正常例の内１０例を異常と誤判定してしまったが、これ
は体全体が傾いて撮影されたものであった。また、検出
できなかったものは、Ｓ字型に湾曲したものであった。

これらの誤判定を少なくするために、３次近似曲線の係
数を用ることにより、異常例２０例の内１９例の判定が
できるようになり、また正常例８０例の内の誤判定を５
例に減らすことができた。

〔発明の効果〕

以上のように本発明では脊椎の近似曲線の係数で判定を
行うため、脊椎の輪郭線の抽出を厳格に行う必要がなく
、非常に簡単な輪郭線の抽出を行うことで十分な精度を
得ることができる。

この方法を使用することにより、従来から行われている
胸部Ｘ線写真について画像計測を行なって、脊椎が湾曲
しているか否かを医師が読影する前に、表示することが
できる。従って、脊椎湾曲の疑いのある写真について細
かく観察し、疑いのない写真については確認を行うのみ
で済ませることができる。よって、従来は患者を直接目
視で診察したりＸ線写真を丁寧に観察することによって
いた脊椎の湾曲の診断の能率を向上させることができる
。

また、高価な機器や新たな検査法を導入することなしに
、従来から行われている胸部Ｘ線写真の一つの応用とし
て脊椎湾曲診断が効率的に行われるようになる。

また、被検体や撮影・現像の条件による写真の仕上がり
濃度のバラツキも画像処理により一定の条件で計測が可
能であるため、肉眼では読影が困難で写真であっても異
常の有無を判定することができ、疾病の見落としを減少
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するための装置のブロック
図、第２図は画像データの行列による表現の説明図、第
３図は特定の行の列方向の濃度データを調べて肺野の内
外輪郭線を構成する点の抽出を行う説明図、第４図は脊
椎の輪郭線を構成する点を求める説明図、第５図は第４
図の方法で求めた点の配列による脊椎の輪郭線の説明図
、第６図は求めた脊椎の輪郭線の中心線の説明図である
。 代理人　弁理士　長　尾　常　明 第１図 第２図 第４図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）、行列で表現された胸部放射線画像データを用い
   て脊椎の輪郭線を行列上の座標の集合として求め、それ
   ら座標の値から脊椎の中心線を直線或いは２次以上の高
   次の関数の曲線として近似し、得られた直線或いは曲線
   の関数の係数により被検体の脊椎の湾曲の度合を計測す
   ることを特徴とする画像計測方法。
2. （２）、上記した関数の１次直線の１次の項の係数の値
   の絶対値が一定値以上或いは以下である場合に上記脊椎
   が湾曲していると判定することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の画像計測方法。
3. （３）、上記した関数の３次曲線の３次の項の係数の絶
   対値が一定値以上或いは以下である場合に上記脊椎が湾
   曲していると判定することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の画像計測方法。
4. （４）、上記した脊椎の輪郭線を構成する各点の座標の
   値を用いて最小二乗法によりを椎の中心線を求め、その
   中心線の関数の係数の値を用いることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第３項記載の画像計測方法。
5. （５）、左右肺野内側輪郭線の内側の縦隔部分の濃度デ
   ータについて最小の値をとる点を各行毎に探し出し、得
   られた最小値の点の値に一定のオフセット値を加えた値
   を超える点を列方向両側に探し出し、該探し出した点の
   座標を脊椎の輪郭線を構成する座標とすることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第４項記載の画像計測方
   法。