JPWO2014174553A1 - 画像処理装置 - Google Patents

Abstract

本発明に係る画像処理装置によれば、グラフカット処理で元画像Ｐ０の金属片を抽出することにより確実性が向上した二値化画像を生成することができる。グラフカット処理の演算負荷を軽微にすべく、本発明に係る画像処理装置は、金属片が大まかに抽出された二値化画像上の像に対し、金属片に属するかどうかの判断が難しい中間帯の中央付近で分断された状態とした後、中間帯の中央付近から像の削り込みを実行する構成となっている。この様にすることで、像における削り込みが行われる範囲を極力小さくしながら中間帯を確実に除去することができる。

Description

本発明は、放射線画像の視認性を向上させる画像処理装置に関し、特に、放射線画像に金属片が写り込んでいても視認性の高い画像を提供することができる画像処理装置に関する。

医療機関には放射線で被検体の画像を取得する放射線撮影装置が備えられている。このような放射線撮影装置には、元画像に画像処理を加えることにより表示モニタに視認性の高い画像を表示させる画像処理装置が備えられている。

画像処理前の元画像は、撮影されたままの画像で未だ画像処理がなされていない。この様な元画像をそのまま表示モニタに表示させても、表示モニタに元画像が視認性の高い状態で表示されるとは限らない。画像処理装置は、元画像に画像処理を加えることで表示モニタに映り込む画像の視認性を改善させる。画像処理装置は、元画像に対して、色調補正を施すことにより、画像の視認性を改善させることができる（例えば特許文献１参照）。

ところで、過去に被検体が骨を金属片で補強するような手術を受けた経験がある場合、この金属片が撮影された元画像に写り込んでしまう。体内に金属片が埋め込まれている被検体について撮影を行うと、放射線が透過しにくい金属片が元画像上にはっきりと写り込んでしまうのである。この元画像上の金属片は、元画像上において極端に暗く写り込んでいる。

この元画像に現れた金属片の存在を考慮しないで色調補正を施すと画像の視認性が十分に向上しない。画像処理装置は、元画像上にある極端に暗い部分を含んで画像全体の視認性を向上させようとするからである。そこで、元画像の視認性を確実に向上させるには、金属片に由来する極端に暗い部分を除外して色調補正を実行する必要がある。この方法によると元画像上の金属片は色調補正がなされることはなくなり、元画像における金属片以外の部分の視認性が確実に向上する。

ここで、元画像において金属片でない部分にしか色調補正がなされないのに視認性が高まる理由について説明する。元画像上の金属片は、被検体内の生きた組織というわけではないので、診断の注目対象になり得ない。つまり、画像を診断する診断者からすれば、画像診断を行いたいのは、元画像における金属片以外の部分であるということなる。上述のように元画像における金属片以外の部分について色調補正を施すと、当該部分は元画像上の金属片に影響されることなく視認性が確実に向上する。また、この色調補正がなされた部分は、診断者にとって画像診断を行いたい部分と一致している。このように、元画像に金属片が写り込んでいる場合は、金属片を除外して色調補正を施した方が視認性が高まるのである。

上述のように金属片を除外して色調補正を行うには、まず、元画像上のどの部分が金属片であるのかを指定しなければならない。この指定は、色調補正に先立って自動的に行われる。このとき使用されるのがグラフカット法である。グラフカット法とは、画像を構成する画素自体の明るさと、当該画素とそれに隣接する画素との間の画素値に見られる差を考慮して、当該画素が元画像上の金属片に属するかどうかを判断する手法である（例えば、非特許文献１参照）。

このグラフカット法は、操作に先立ち、元画像上の金属片の明るさを指定する必要がある。このときの指定は、元画像上の金属片の一部を選択することでなされる。この選択は、厳密さが要求される。選択範囲に金属片でない部分を含んでしまうと、グラフカット法による金属片の形状の認識が不正確となり、最終的に得られる色調補正後の画像の視認性に悪影響を与えるからである。

従来の手法では、上述した元画像上の金属片の明るさの指定に画像の二値化処理を利用している。元画像上の金属片は、画像の中でも極端に暗い。したがって、元画像上の暗い部分が浮かび上がるように二値化処理を施せば、金属片の指定が実行できる。

上述の説明では、元画像に対して色調補正を施す場合を例示していたが、画像の二値化処理は、色調補正以外の画像処理についても利用されている。元画像の二値化処理は、例えば、被検体の撮影位置を変えながら連写された元画像に画像再構成処理を施して生成される断層画像に写り込む金属片像の周りに偽像が現れることを防ぐのに利用されていたりする（特許文献２参照）。

特開２００７−２８９６８７ ＰＣＴ／ＪＰ２０１２／００３５２５ （Ｙｕｒｉ Ｙ． Ｂｏｙｋｏｖ， Ｍａｒｉｅ−Ｐｉｅｒｒｅ Ｊｏｌｌｙ； Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｇｒａｐｈ Ｃｕｔｓ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｂｏｕｎｄａｒｙ ＆ Ｒｅｇｉｏｎ Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｂｊｅｃｔｓ ｉｎ Ｎ−Ｄ Ｉｍａｇｅｓ． Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ "Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｖｉｓｉｏｎ"、 Ｊｕｌｙ ２００１ ｖｏｌ．Ｉ， ｐ．１０５）

しかしながら、上述のような従来構成によれば、次のような問題点がある。すなわち、従来構成における二値化処理を用いた方法では、金属片の指定が不正確となる。

従来方法は、まず、元画像上の暗い部分を抽出し、これに基づいて元画像全体における金属片の形状を認識している。これら処理のうち前半を担当するのが画像の二値化処理であり、後半を担当するのがグラフカット操作である。このうち二値化処理は、元画像を構成する画素の画素値と所定の閾値とを比較することにより行われる。従って、閾値次第では元画像上の金属片以外の画素も金属片に位置すると誤認されることがありうる。いったんこの様な誤認が起こってしまうと、続いて行われるグラフカット操作でこれが是正されることはない。したがって、二値化処理の時点で確実に上述の誤認が起こらないようにしなければならない。

しかし、従来の二値化処理のみでは、上述の誤認を回避するのは難しい。被検体の金属片の回りには、放射線を吸収しやすいセメントなどが位置している場合があり、二値化処理を行う際に元画像に写り込むセメントと金属片とを見分けるのは難しいからである。

このように元画像のそれぞれに合わせて好適な閾値を選択して二値化処理を行うのは難しい。そこで、従来構成では異なる元画像について同一の二値化処理を施すように構成されている。この様な事情があるので従来方法における二値化処理では、元画像上の金属片を抽出する際に、元画像上の金属片でない部分が金属片を示す部分に含まれてしまう。これが、元画像上における金属片の認定の誤認を招き、元画像に施される色調補正や断層画像生成処理に悪影響を与える。

本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、金属片が写り込んでいる画像に対して金属片とそれ以外の部分とを正確に判別することで、画像に写り込む金属片以外の部分について視認性を確実に向上することができる画像処理装置を提供することにある。

本発明は上述の課題を解決するために次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る画像処理装置は、内部に金属片が埋め込まれた被検体を放射線撮影することで得られる金属片を写し込んだ元画像に画像処理を施す画像処理装置であって、元画像を二値化することにより元画像に写り込む金属片の大まかな像を写し込んだ二値化画像を生成する二値化手段と、元画像にエッジ抽出処理を施すことにより、元画像における放射線の露光が多い部分と露光が少ない部分との間にある中間帯の中央付近の位置を示す境界が抽出されたエッジ抽出画像を生成するエッジ抽出処理手段と、二値化画像とエッジ抽出画像とを重ね合わせることにより、二値化画像上の像が中間帯の中央付近で分断された合成画像を生成する画像合成手段と、合成画像上の像の輪郭を削除することにより合成画像上の像から中間帯が削除された輪郭削除金属マップを生成する輪郭削除処理手段と、輪郭削除金属マップ上の像が元画像に写り込んだ金属片の一部をなすものと認識して元画像に対しグラフカット処理を施すことにより、元画像に写り込む金属片の像が抽出された抽出画像を生成するグラフカット処理手段とを備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］本発明に係る画像処理装置によれば、正確な二値化画像を生成することができる。すなわち、本発明に係る画像処理装置は、元画像における放射線の露光が多い部分と露光が少ない部分との間にある中間帯についてグラフカット処理を施すことによりこの部分が金属片に属するかどうかの判断をするようにしている。これにより、元画像に写り込む金属片の輪郭は正確に抽出される。すなわち、本発明に係る画像処理装置は、元画像を二値化することにより元画像に写り込む金属片の大まかな像を写し込んだ二値化画像を生成する二値化手段と、元画像における中間帯の中央付近の位置を抽出するエッジ抽出処理手段と、二値化画像上の像が中間帯の中央付近で分断された合成画像を生成する画像合成手段と、合成画像上の像の輪郭を削除することにより中間帯を削除する輪郭削除処理手段とを備えている。これら各手段により、元画像に写り込む金属片の内部形状が確実に抽出される。

また、上述の画像処理装置において、元画像に対しメディアンフィルタを施すメディアンフィルタ処理手段を備え、二値化手段および、エッジ抽出手段およびグラフカット処理手段とが参照する元画像は、メディアンフィルタが施されたものであればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の画像処理装置をより具体的に表している。二値化手段および、エッジ抽出手段およびグラフカット処理手段とが参照する元画像にメディアンフィルタがかけられていれば、元画像に見られたノイズ成分がフィルタ処理により除去されるので、元画像に写り込んだ金属片の抽出をより正確に行える。

また、上述の画像処理装置において、エッジ抽出処理手段は、元画像にラプラシアンフィルタを施すことで動作すればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の画像処理装置をより具体的に表している。エッジ抽出処理手段は、元画像にラプラシアンフィルタを施すことにより、中間帯の中央付近が確実に抽出できる。ラプラシアンフィルタは空間的微分フィルタだからである。

また、上述の画像処理装置において、二値化画像に対し反転処理を施すことにより、元画像に写り込む金属片以外の部分の大まかな像を写し込んだ反転二値化画像を生成する反転手段を備え、画像合成手段は、反転二値化画像とエッジ抽出画像とを重ね合わせることにより、反転二値化画像上の像が中間帯の中央付近で分断された反転に係る合成画像を生成し、輪郭削除処理手段は、反転に係る合成画像上の像の輪郭を削除することにより合成画像上の像から中間帯が削除された輪郭削除非金属マップを生成し、グラフカット処理手段は、輪郭削除非金属マップ上の像が元画像に写り込んだ金属片以外の部分の一部をなすものと認識して元画像に対しグラフカット処理を施せばより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、元画像における金属片以外の部分についての動作を示している。すなわち、本発明に係る画像処理装置は、元画像に写り込む金属片以外の部分の大まかな像を写し込んだ反転二値化画像を生成し、これを元に反転二値化画像上の像が中間帯の中央付近で分断された反転に係る合成画像を生成し、その後この反転に係る合成画像上の像の輪郭を削除することにより合成画像上の像から中間帯を削除するように構成される。
これら各手段により、元画像に写り込む金属片以外の部分の内部形状が確実に抽出される。すなわちこれら手段により、金属境界において金属であると誤検出された金属以外の領域の指定を解除することができる。

また、上述の画像処理装置において、抽出画像を参照して元画像における金属片以外の部分に対して色調の補正処理を施す色調補正処理手段を備えればより望ましい。

［作用・効果］本発明の画像処理装置は、色調補正に用いることができる。

また、上述の画像処理装置において、被検体に対して撮影方向を変えながら連写された元画像の各々から金属片の像が抽出された抽出画像を参照して、元画像に写り込む金属片を元画像から消去して金属片除去画像を生成する金属片除去処理と、複数の金属片除去画像に画像再構成処理を施して金属片除去断層画像を生成する金属片除去断層画像生成処理と、抽出画像を参照して、元画像の各々から金属片に相当する部分を取り出したトリミング画像を生成する金属片トリミング処理と、複数のトリミング画像に画像再構成処理を施して金属片断層画像を生成する金属片断層画像生成処理と、金属片除去断層画像と金属片断層画像とを加算して合成断層画像を生成する断層画像加算処理とを実行する断層画像生成手段を備えればより望ましい。

［作用・効果］本発明の画像処理装置は、金属片の周りに偽像が生じさせないように断層画像を生成する場合に用いることができる。

本発明に係る画像処理装置によれば、グラフカット処理で元画像の金属片を抽出することにより確実性が向上した二値化画像を生成することができる。グラフカット処理の演算負荷を軽微にすべく、本発明に係る画像処理装置は、金属片が大まかに抽出された二値化画像上の像に対し、金属片に属するかどうかの判断が難しい中間帯の中央付近で分断された状態とした後、中間帯の中央付近から像の削り込みを実行する構成となっている。この様にすることで、像における削り込みが行われる範囲を極力小さくしながら中間帯を確実に除去することができる。

実施例１に係る画像処理装置の全体構成を説明する機能ブロック図である。 実施例１に係るメディアンフィルタ処理について説明する模式図である。 実施例１に係る二値化処理について説明する模式図である。 実施例１に係る中間帯について説明する模式図である。 実施例１に係る二値化処理について説明する模式図である。 実施例１に係るエッジ抽出処理について説明する模式図である。 実施例１に係るエッジ抽出処理について説明する模式図である。 実施例１に係るエッジ抽出処理について説明する模式図である。 実施例１に係るエッジ抽出処理について説明する模式図である。 実施例１に係る画像合成処理について説明する模式図である。 実施例１に係る画像合成処理について説明する模式図である。 実施例１に係る輪郭除去処理について説明する模式図である。 実施例１に係る輪郭除去処理について説明する模式図である。 実施例１に係る輪郭除去処理について説明する模式図である。 実施例１に係る輪郭除去処理について説明する模式図である。 実施例１に係る輪郭除去処理について説明する模式図である。 実施例１に係るマップについて説明する模式図である。 実施例１に係るグラフカット処理について説明する模式図である。 実施例１に係るグラフカット処理について説明する模式図である。 実施例１に係るグラフカット処理について説明する模式図である。 実施例１に係るグラフカット処理について説明する模式図である。 実施例１に係る色調補正処理について説明する模式図である。 実施例２に係るＸ線断層撮影装置の構成を説明する機能ブロック図である。 実施例２に係る断層画像の取得原理を説明する模式図である。 実施例２に係る断層画像の取得動作を説明する模式図である。 実施例２に係る断層画像の取得動作を説明する模式図である。 実施例２に係る断層画像の取得動作を説明する模式図である。 実施例２に係る断層画像の取得動作を説明する模式図である。 実施例２に係る断層画像の取得動作を説明する模式図である。 実施例２に係る断層画像の取得動作を説明する模式図である。

本発明に係る画像処理装置は、内部に金属片が埋め込まれた被検体を放射線撮影することで得られる金属片を写し込んだ元画像Ｐ０に画像処理を施す画像処理装置である。以下、本発明を実施するための形態について説明する。

まず、本発明に係る画像処理装置１の実施例について説明する。本発明の画像処理装置１は、図１に示すように元画像Ｐ０を入力すると、元画像Ｐ０が色調補正された色調補正画像Ｐ７を出力する構成となっている。元画像Ｐ０には、様々な画像が考えられるが、本発明の特徴を最も効果的に表す目的で、元画像Ｐ０は、金属片が埋め込まれた被検体をＸ線撮影して得られた画像であるものとする。そして、この元画像Ｐ０には、被検体内にある金属片の像が写り込んでいるものとする。すなわち、図１の元画像Ｐ０には、人工関節を構成する金属片ｍ０が示されている。更に、元画像Ｐ０における金属片ｍ０以外の部分は、似通った画素値を有する画素から構成されており、視認性が高いとは言えないものとする。

この様な元画像Ｐ０を実施例１に係る画像処理装置１に入力されると、元画像Ｐ０に色調補正が施される。これにより、元画像Ｐ０を構成する画素の画素値は、一定の調整を受け、視認性が向上した色調補正画像Ｐ７に変換される。このとき、画像処理装置１において特徴的なのは、色調補正が元画像Ｐ０の全域にかけられるのではないと言うことである。すなわち、画像処理装置１は、元画像Ｐ０に写り込む金属片ｍ０を除外して、金属片ｍ０以外の部分についてのみ画像処理を行う。したがって、元画像Ｐ０に写り込む金属片ｍ０は、画像処理がなされることなく元画像Ｐ０から色調補正画像Ｐ７に複製された状態となっている。

色調補正画像Ｐ７の金属片ｍ７以外の部分は、診断者からすると、視認性が向上したものとなっている。すなわち、元画像Ｐ０に写り込む金属片ｍ０は、被検体内における生きた組織ではなく、診断者にとって興味があるのは、むしろ元画像Ｐ０における金属片ｍ０以外の部分である。この部分は、元画像Ｐ０上では、似通った画素値を有する画素から構成されており、構造物がはっきりせず視認性が低い。しかし、この部分は、色調補正画像Ｐ７において画素値のコントラストが調整がなされたものとなっており視認性が改善されている。診断者は、この色調補正画像Ｐ７を診断に用いることで視認性が向上した金属片ｍ０以外の部分を的確に診断することができる。

このように画像処理装置１が元画像Ｐ０に対して金属片ｍ０を除外して色調補正を行うように構成されているのは、金属片ｍ０以外の部分の視認性を確実に向上させる必要があるからである。画像処理装置１が金属片ｍ０を含んで元画像Ｐ０に色調補正を施してしまうと、元画像Ｐ０において極端に白っぽく写り込んでいる金属片ｍ０の画素値に影響されて元画像Ｐ０上の金属片ｍ０以外の部分が全体的に黒っぽくなってしまい、金属片ｍ０以外の部分の視認性はさほど改善しない。そこで、実施例１に係る画像処理装置１は、色調補正の前に元画像Ｐ０に写り込む金属片ｍ０の形状を認識して、金属片ｍ０以外の部分に色調補正を施すように動作する。

画像処理装置１は、元画像Ｐ０から金属片ｍ０を抽出する目的で、各部１１，１２，１２ａ，１３，１４，１５，１６を備えている。このうち、メディアンフィルタ処理部１１は、元画像Ｐ０にメディアンフィルタを施してフィルタ処理画像Ｐ１を生成する。二値化部１２ａは、フィルタ処理画像Ｐ１に対して二値化処理を施して、二値化画像Ｐ２ａを生成する。反転部１２ｂは、二値化画像Ｐ２ａを反転して反転二値化画像Ｐ２ｂを生成する。エッジ抽出部１３は、フィルタ処理画像Ｐ１に対してエッジ抽出処理を行いエッジ抽出画像Ｐ３を生成する。画像合成部１４は、二値化画像Ｐ２ａとエッジ抽出画像Ｐ３とを重ね合わせて、合成画像Ｐ４ａを生成するとともに、反転二値化画像Ｐ２ｂとエッジ抽出画像Ｐ３とを重ね合わせて、反転に係る合成画像Ｐ４ｂを生成する。輪郭削除部１５は、合成画像Ｐ４ａに対して輪郭削除処理を施すことにより輪郭削除金属マップＰ５ａを生成するとともに、反転に係る合成画像Ｐ４ｂに対して輪郭削除処理を施すことにより輪郭削除非金属マップＰ５ｂを生成する。グラフカット処理部１６は、元画像Ｐ０，輪郭削除金属マップＰ５ａおよび輪郭削除非金属マップＰ５ｂに基づいて元画像Ｐ０から金属片ｍ０が抽出された抽出画像Ｐ６を生成する。

このように、メディアンフィルタ処理部１１は、本発明のメディアンフィルタ処理手段に相当し、二値化部１２ａは、本発明の二値化手段に相当し、反転部１２ｂは、本発明の反転手段に相当する。また、エッジ抽出部１３は、本発明のエッジ抽出処理手段に相当し、画像合成部１４は、本発明の画像合成手段に相当する。また、輪郭削除部１５は、本発明の輪郭削除処理手段に相当し、グラフカット処理部１６は、本発明のグラフカット処理手段に相当する。

そして、画像処理装置１は、抽出画像Ｐ６に基づいて元画像Ｐ０上の金属片ｍ０の位置・大きさ・範囲を認識し、元画像Ｐ０上の金属片ｍ０以外の部分に色調補正を施して色調補正画像Ｐ７を生成する。この色調補正を行うのが色調補正部１７である。以降、これら各部の具体的な動作について順を追って説明する。色調補正部１７は、本発明の色調補正処理手段に相当する。

＜メディアンフィルタ処理部１１の動作＞
図２は、メディアンフィルタ処理部１１が元画像Ｐ０に対して行うフィルタ処理について説明している。元画像Ｐ０には、図２の左側に示すように、細かな粒上のノイズを含んでいる。この様なノイズは、元画像Ｐ０において極端に暗いか、または極端に明るいかのどちらかとなっている。この様なノイズは、これから行おうとする金属片ｍ０の抽出の妨げとなる。そこで、メディアンフィルタ処理部１１は、本発明によれば、抽出動作に先立ち元画像Ｐ０上の粒上ノイズを消去しておく。このノイズの消去は、具体的にはメディアンフィルタ処理部１１が元画像Ｐ０にメディアンフィルタを施すことによりなされる。この処理により生成された画像をフィルタ処理画像Ｐ１と呼ぶことにする。

メディアンフィルタ処理とは、画像処理で用いられる行列フィルタの一種で、画像を構成する画素の画素値を、その画素の周囲の画素に置き換える画像処理である。これにより、画素の画素値は、その周囲の画素が有する画素値のうちの中間的な画素値に置き換えられる。この動作で、元画像Ｐ０に現れていた粒上のノイズは除去される。このようにメディアンフィルタ処理部１１は、元画像Ｐ０に対しメディアンフィルタを施す。後述の二値化部１２ａおよび、エッジ抽出手段およびグラフカット処理部１６とが参照するフィルタ画像は、このメディアンフィルタが施されたものである。

＜二値化部１２ａの動作＞
フィルタ処理画像Ｐ１は、二値化部１２ａに送出される。二値化部１２ａは、予め設定された閾値に基づいて元画像Ｐ０上の金属片ｍ０を暫定的に抽出する。すなわち、二値化部１２ａは、元画像Ｐ０を構成する画素の画素値と閾値とを比較することで、当該画素が元画像Ｐ０において放射線の露光が多い部分に属するか、それとも少ない部分に属するかを判定する。二値化部１２ａは、この判定を元画像Ｐ０上の全ての画素について行い、判定結果を図３に示すように二値化画像Ｐ２ａとして出力する。図３の場合、黒い部分が放射線の露光が少ないと判定された部分である。また、図３の白い部分は放射線の露光が多いと判定された部分である。二値化画像Ｐ２ａにおける黒い部分の画素の画素値は１であり、白い部分の画素値は０である。このように、二値化部１２ａは、元画像Ｐ０を二値化することにより元画像Ｐ０に写り込む金属片ｍ０の大まかな像を写し込んだ二値化画像Ｐ２ａを生成する。

なお、反転部１２ｂは、二値化画像Ｐ２ａを反転して反転二値化画像Ｐ２ｂを生成する。この反転二値化画像Ｐ２ｂについては後述のものとする。この反転部１２ｂは、二値化画像Ｐ２ａに対し反転処理を施すことにより、元画像Ｐ０に写り込む金属片ｍ０以外の部分の大まかな像を写し込んだ反転二値化画像Ｐ２ｂを生成する。

この様にして得られた二値化画像Ｐ２ａは、元画像Ｐ０における金属片ｍ０の位置を大まかに表している。金属は被検体を構成する骨などと比べ極端にＸ線を吸収する特性がある。従って、金属片ｍ０は、元画像Ｐ０において、極端にＸ線の露光が少なくなっている。そして、元画像Ｐ０は、Ｘ線を露光することで得られた写真である。したがって、元画像Ｐ０の画素を画素値の大きさに従って２つのグループに分けるようにすれば、放射線の露光が少ないものとグループ分けされた画素群は、極端にＸ線の露光が少ない金属片ｍ０を構成することになはずである。

しかし、二値化処理によっては、金属片ｍ０の形状を正確に知ることはできない。図４は、その理由について説明している。フィルタ処理画像Ｐ１における一部を拡大すると、フィルタ処理画像Ｐ１上の金属片ｍ１とそれ以外の部分との間にグラデーションが現れていることが分かる。すなわち、金属片ｍ１とそれ以外の部分との間には、互いの部分のいずれに属するか一見して見分けが付きにくい中間帯Ｃが存在するのである。この中間帯Ｃには、上述の閾値が示す画素値に似通った画素値を有する画素が数多く見られる。従って、この中間帯Ｃに対して二値化処理を施すと、金属片ｍ１に属するかどうかの判定に誤認が生じる。

図３を参照すれば分かるように、二値化画像Ｐ２ａ上における金属片ｍ２と、フィルタ処理画像Ｐ１上の金属片ｍ１とは形状が互いに異なる。上述のような中間帯Ｃ上で起こる判定の誤認により、二値化画像Ｐ２ａ上における金属片ｍ２の形状が乱されたからである。

図５は、その様子を表す二値化画像Ｐ２ａを部分的に拡大した図である。二値化画像Ｐ２ａ上の金属片ｍ２は、破線内の確実に金属片と分かる部分を覆う中間帯Ｃにはみ出してしまっている。このような二値化画像Ｐ２ａ上における金属片ｍ２の形状は、形状の境界において、不正確である。このような金属片に属するかどうか判断が難しい中間帯Ｃにおいて、金属片の認定を正確に行うには、二値化処理でなはい他の方法による必要がある。しかし、二値化画像Ｐ２ａにおいては、独自の判断に基づいて金属片と金属片以外の部分との境界が不確実なまま決められてしまっている。そこで、まずは二値化画像Ｐ２ａ上における中間帯Ｃに相当する部分を金属片ｍ２から除外し、その後この除外された部分についてはより確実性の高い方法で金属片であるかどうかを詳細に分析する必要がある。この様な動作を行うには、まず中間帯Ｃの形状を知る必要がある。

＜エッジ抽出部１３の動作＞
エッジ抽出部１３は、上述の中間帯Ｃをフィルタ処理画像Ｐ１から抽出する目的で設けられている。図６は、このエッジ抽出画像Ｐ３がフィルタ処理画像Ｐ１に行うエッジ抽出処理がいかなるものか説明している。まず、図６左側にあるように暗い画像の中に円形の明るい像が写り込んだ画像があるとする。この様な画像にエッジ抽出を行うと、図６右側に示すように円環状の部分とそれ以外の部分とで色分けがされた画像が取得できる。なお、エッジ抽出処理により生成される画像は二値画像ということではないが、図６においては説明の便宜上、二値画像として説明している。このエッジ抽出処理は、画像にラプラシアンフィルタ処理を施すことにより実行される。ラプラシアンフィルタ処理は、画像に微分処理を施すことにより画像に写り込む像と背景との境界を強調することができる画像処理の一種である。

図７は、エッジ抽出部１３がフィルタ処理画像Ｐ１にエッジ抽出処理を施してエッジ抽出画像Ｐ３を生成する動作を表している。このとき、エッジ抽出画像Ｐ３は、フィルタ処理画像Ｐ１の金属片ｍ１と背景（金属片ｍ１以外の部分）との間の境界が抽出された画像となっている。

ここで図３のフィルタ処理画像Ｐ１上の金属片ｍ１と図７におけるエッジ抽出画像Ｐ３上に輪のように現れるエッジＥとを比較すると、それぞれの形状が若干異なることに気が付く。図８は、この様な現象が生じる理由について説明している。図８左側は、フィルタ処理画像Ｐ１の一部を拡大したものである。図４で説明したように、フィルタ処理画像Ｐ１に写り込む金属片と金属片以外の部分との間には、二値化処理によってはどちらの領域に振り分ければよいか判別できない中間帯Ｃが存在する。図８右側は、図８左側に示しているフィルタ処理画像Ｐ１にエッジ抽出処理をして、得られたエッジＥについて説明している。図８右側は、エッジＥとエッジ抽出処理の基になったフィルタ処理画像Ｐ１との二つを重ねて表している。エッジＥは、画像処理の性質上、中間帯Ｃの中央付近に位置することになる。

図９は、エッジＥが中間帯Ｃの中央付近に位置する理由を説明している。図９のグラフは、画素値とフィルタ処理画像Ｐ１上の位置とが関連したグラフである。グラフの左側は、フィルタ処理画像Ｐ１上の金属片ｍ１以外の部分が写り込んでいる部分に相当し、グラフの右側は、フィルタ処理画像Ｐ１上の金属片ｍ１が写り込んでいる部分に相当する。その各部分の中間にあるのが中間帯Ｃである。ここで、フィルタ処理画像Ｐ１にエッジ抽出処理にを施すとエッジＥが図９のグラフのどこに現れるかを考えてみる。エッジ抽出部１３のエッジ抽出は、画素を空間的に微分することにより行われる。ということは、エッジＥは、グラフを微分したときに最も傾きが大きい部分に現れるということになる。これを念頭に置いてもう一度図９のグラフをよく眺めてみる。グラフを左から右へと見ていくと、画素値があまり変わらない状態から、次第に画素値が大きく伸びるようになり、やがて画素値の伸びが小さくなりやがて画素値があまり変わらなくなる。Ｘ線画像上の画素値の位置に応じた変化は緩やかであり、突然には変わらない性質があるからである。ということは、図９のグラフにおいてエッジＥが現れるのは、画素値の伸びが一番大きい矢印で示す中間帯Ｃの中央付近であることになる。

このように、エッジ抽出部１３は、元画像Ｐ０にエッジ抽出処理を施すことにより、元画像Ｐ０における放射線の露光が多い部分と露光が少ない部分との間にある中間帯Ｃの中央付近の位置を示すエッジＥが抽出されたエッジ抽出画像Ｐ３を生成する。これより、二値化画像Ｐ２ａにおいて金属片ｍ２が中間帯Ｃにはみ出している部分（はみ出し部：図５における破線より外側の部分）を二値化画像Ｐ２ａから除外する動作の実行が可能となる。

＜画像合成部１４の動作＞
画像合成部１４には、二値化画像Ｐ２ａとエッジ抽出画像Ｐ３とが送られてくる。画像合成部１４は、二値化画像Ｐ２ａとエッジ抽出画像Ｐ３を重ね合わせることにより、エッジ抽出画像Ｐ３でエッジＥが重ねられる二値化画像Ｐ２ａの画素値を０に置き換える。図１０はこのときの動作を表している。この様にして得られた合成画像Ｐ４ａには、二値化画像Ｐ２ａ上の金属片ｍ２と一見同じような金属片ｍ４が写り込んでいるが、よく見るとそれらは互いに異なっている。すなわち、金属片ｍ２は一つのまとまった塊として画像上に現れていたのに対し、金属片ｍ４は、エッジＥに由来する切れ込みが入れられている。このように金属片ｍ４は複数のパーツに分断されていることになる。このように、画像合成部１４は、二値化画像Ｐ２ａとエッジ抽出画像Ｐ３とを重ね合わせることにより、二値化画像Ｐ２ａ上の像が中間帯の中央付近で分断された合成画像Ｐ４ａを生成する。

図１１は、画像合成処理により二値化画像Ｐ２ａ上の金属片ｍ２のどの部分に切れ込みが入ったのかについて各画像の一部を拡大して説明している。金属片ｍ２は、中間帯Ｃにはみ出しており、エッジＥは、中間帯Ｃの中央に位置しているのであるから、合成画像Ｐ４ａにおける金属片ｍ４において明らかに金属片に属する部分（いいかえれば、中間帯Ｃに属しない部分）に切り込みは入らない。むしろ、金属片ｍ４において切り込みが入るのは、図１１のＡで示す、突起状の部分である。この突起状の部分は、金属片ｍ２においては、中間帯Ｃの中央を越えて中間帯Ｃのほぼ全域に跨って存在している大きなはみ出し部である。画像合成処理は、二値化画像Ｐ２ａ上の中間帯Ｃの中央に位置する画素の画素値が０に変換されるのであるから、この突起状の部分は、画素値の変換によって生じたチャンネルによって画像上の金属片から隔離される。したがって、図１１における金属片ｍ４においては部分Ａが孤島のように表されている。こうして、画像合成処理により二値化画像Ｐ２ａにおける中間帯Ｃの中央付近の位置にある画素は、金属片から除外される。しかしこの画像処理においては、図１１の下側に示すように全てのはみ出し部（破線の外側に当たる部分）が金属片から除外されたわけではない。

＜輪郭削除部１５の動作：輪郭削除金属マップＰ５ａの作成＞
輪郭削除部１５は、合成画像Ｐ４ａにおいて未だ残存しているはみ出し部の画素値を０とする目的で設けられている。これにより、二値化画像Ｐ２ａ上の金属片ｍ２のうち中間帯Ｃにはみ出しているはみ出し部の全域が金属片ｍ２から除外されることになる。このように輪郭削除部１５は、合成画像Ｐ４ａ上の像の輪郭を削除することにより合成画像Ｐ４ａ上の像から中間帯Ｃが削除された輪郭削除金属マップＰ５ａを生成する。

輪郭削除部１５が実際に行う画像処理について説明する。輪郭削除部１５は、合成画像Ｐ４ａ上の金属片ｍ４を所定の幅だけ削り込む。輪郭削除部１５が行う削り込みとは、画像上に写り込む画素の塊に対し、その輪郭を構成する画素の画素値を０にする動作のことをいい、一般的な図形の縮小とは異なる概念になっている。

図１２は、輪郭削除部１５が行う輪郭削除処理を表している。例えば、図１１左側に示すような円環状の像が写り込んだ画像があったとする。この画像に輪郭削除処理をすると、図１１右側に示すように、円環状の像の輪郭部が削り込まれて、円環が細くなる。図１１右側の点線部は削り込み前の像の輪郭を表している。

図１３は、輪郭削除部１５が合成画像Ｐ４ａに対して行う輪郭削除処理を具体的に説明している。輪郭削除部１５は、金属片ｍ４を構成する画素の塊を輪郭から削り込む動作を中間帯Ｃに属する画素（はみ出し部に属する画素）が無くなるまで続ける。したがって、この画像処理に先立って中間帯Ｃの幅を予め取得しておかなければならない。この中間帯Ｃの幅は、元画像Ｐ０を観察することで容易に取得することができる。また、いったん中間帯Ｃの幅を取得しておけば、取得した幅を他のＸ線画像に対する輪郭削除処理に用いることができる。中間帯Ｃの幅は、Ｘ線画像の間でそれほど大きく変動しないからである。

この輪郭削除処理により金属片ｍ４における孤島Ａはどうなったのか考える。輪郭削除処理は、金属片ｍ４の輪郭を削り込むような画像処理である。したがって、図１３の点ｐで示す中間帯Ｃの中央付近の位置からすれば、二つの方向から輪郭の削り込みが実行されることになる。すなわち、一つは、金属片ｍ４本体を削り込むような点ｐから下側に向かう方向の削り込みである。もう一つは、孤島Ａを削り込むような点ｐから上側に向かう方向の削り込みである。この上側の削り込みによって孤島Ａは、消滅する。

この理由について説明する。孤島Ａの中間帯Ｃを跨ぐ方向の幅は、中間帯Ｃの幅の半分以下である。二値化画像Ｐ２ａに現れる突起Ａは、二値化処理により露光が少ない画素として振り分けられた画素であり、そもそも中間帯Ｃの幅に収まっているからである。したがって、輪郭削除処理は、中間帯Ｃの中央付近から中間帯Ｃの幅の半分の厚さだけ金属片ｍ４を削り込むだけ施せばよいということになる。この輪郭削除処理の強度がこの程度であれば、中間帯Ｃの厚さの半分に満たない孤島Ａは確実に消去されることになる。

この様に合成画像Ｐ４ａに対して輪郭削除処理を施せば、金属片の周囲を確実に削り込むことができる。図１４は、輪郭削除処理を二値化画像Ｐ２ａに直接施した場合について説明している。このとき、二値化画像Ｐ２ａは、突起Ａを有している。この突起Ａは、合成画像Ｐ４ａの時のように孤島となっておらず、むしろ金属片本体から突き出た半島である。このような二値化画像Ｐ２ａに輪郭削除処理を施すと、図１４の下側に示すのように、はみ出し部の一部が削り取られずに残ってしまう。輪郭削除処理は、画像上の像について一定の厚さの層をはぎ取るような画像処理である。したがって、突起Ａが半島状となっていると、この部分のはみ出し部が矢印で示すように厚すぎて輪郭削除処理では全てを削除しきれないのである。このような事態は、画像処理の正確性の観点から言って望ましくない。

そこで突起Ａを完全に削除できるように、相当の厚さを削り込むような輪郭削除処理をすればいいのではないかとも思える。しかし、このような処理を行ってしまうと、金属片における突起Ａ以外の部分が必要以上に削り込まれすぎてしまい、後段のグラフカット処理部１６の処理を施さなければならない画素の数が増大してしまう。このような事態は、画像処理の高速化の観点から言って望ましくない。

これに比べて、本発明のように、合成画像Ｐ４ａに対して輪郭削除処理を施せば、エッジＥの重ね合わせにより露出した中間帯Ｃの中央からはみ出し部の削り込みを行うことができる。つまり合成画像Ｐ４ａにおいては、金属片の周囲におけるはみ出し部の厚さが一様となっているので、像から一様の厚さをはぎ取れば、はみ出し部を過不足無く削除できるのである。

この様にして、合成画像Ｐ４ａに残存していたはみ出し部が取り除かれた輪郭削除金属マップＰ５ａが生成される。このマップは、元画像Ｐ０における金属片の分布を表すものとなっており、金属片と認定された部分には、金属片以外の部分が混在してはいない。しかし、このマップは、元画像Ｐ０において確実に金属片と認定できる部分についてマッピングしたに過ぎない。輪郭削除金属マップＰ５ａは、中間帯Ｃに位置する画素は、金属片を構成しないものとして取り扱っている。

図１５は、以上のような輪郭削除処理により合成画像Ｐ４ａから輪郭削除金属マップＰ５ａが生成される様子を示している。図１５が示すように、削り込み動作によりマップ上の金属片ｍ５は、金属ｍ４よりも一回り小さくなっている。また、合成画像Ｐ４ａが生成される際にエッジＥで金属片ｍ２が分断されて生まれた小さな孤島は、輪郭削除金属マップＰ５ａでは消去されている。そして、図１６は、生成された輪郭削除金属マップＰ５ａの一部を拡大して説明する図である。図１６が示すように、金属片ｍ５には、中間帯Ｃを含んでいない。

＜画像合成部１４，輪郭削除部１５の動作：輪郭削除金属マップＰ５ａの作成＞
画像合成部１４，および輪郭削除部１５は、反転二値化画像Ｐ２ｂについても同様の動作を行う。この反転二値化画像Ｐ２ｂは、Ｘ線の露光が多い金属片以外の部分が写り込んでいるはずである。しかし、二値化処理によっては、金属片以外部分の形状を正確に知ることはできない。この理由は図４を用いて説明した通りである。つまり、中間帯Ｃに対して二値化処理を施すと、金属片以外の部分に属するかどうかの判定に誤認が生じるのである。

そこで、画像合成部１４，および輪郭削除部１５は、反転二値化画像Ｐ２ｂについても二値化画像Ｐ２ａに施した動作と同じ動作を行い、反転二値化画像Ｐ２ｂにおける中間帯Ｃに位置する画素を金属片以外の部分から除外した輪郭削除非金属マップＰ５ｂを生成する。すなわち、画像合成部１４は、反転二値化画像Ｐ２ｂとエッジ抽出画像Ｐ３とを重ね合わせることにより、反転二値化画像Ｐ２ｂ上の像が中間帯の中央付近で分断された反転に係る合成画像Ｐ４ｂを生成する。そして、輪郭削除部１５は、反転に係る合成画像Ｐ４ｂ上の像の輪郭を削除することにより当該画像上の像から中間帯Ｃが削除された輪郭削除非金属マップＰ５ｂを生成する。

このマップは、元画像Ｐ０における金属片ｍ０以外の部分の分布を表すものとなっており、金属片ｍ０以外と認定された部分には、金属片ｍ０が混在してはいない。しかし、このマップは、元画像Ｐ０において確実に金属片ｍ０以外の部分であるものと認定できる部分についてマッピングしたに過ぎない。輪郭削除非金属マップＰ５ｂにおける中間帯Ｃに位置する画素は、金属片ｍ０以外の部分を構成しないものとして取り扱っている。この様にして生成された輪郭削除非金属マップＰ５ｂは、図１７の左側に示されている。

図１７の右側は、輪郭削除金属マップＰ５ａと輪郭削除非金属マップＰ５ｂとを重ね合わせた時の図である。この重ね合わせの図をみると、金属片ｍ５と非金属領域ｎ５との間には、どちらにも属していない中間的な帯域が現れていることに気が付く。この図において白く現れている帯域こそ、金属片に属するかの判定が困難な中間帯Ｃなのである。この中間帯Ｃを構成する画素についての判定は、次なる画像処理によって行われる。

＜グラフカット処理部１６の動作＞
グラフカット処理部１６には、フィルタ処理画像Ｐ１，輪郭削除金属マップＰ５ａおよび輪郭削除非金属マップＰ５ｂが送られる。グラフカット処理部１６はこれら画像を基にグラフカット処理により、中間帯Ｃに属する画素の解析を行う。グラフカット処理された画素は、金属片に属するのかそれとも非金属領域に属するのか正確に振り分けられることになる。グラフカット処理部１６は、輪郭削除金属マップＰ５ａ上の像がフィルタ処理画像Ｐ１に写り込んだ金属片ｍ１の一部をなすものと認識してフィルタ処理画像Ｐ１に対しグラフカット処理を施すことにより、フィルタ処理画像Ｐ１に写り込む金属片ｍ１の像が抽出された抽出画像Ｐ６を生成する。また、グラフカット処理部１６は、同様に輪郭削除非金属マップＰ５ｂ上の像がフィルタ処理画像Ｐ１に写り込んだ金属片ｍ１以外の部分の一部をなすものと認識してフィルタ処理画像Ｐ１に対しグラフカット処理を施す。

図１８は、グラフカット法で用いるノードｎの概念を説明している。図１８の左側にあるような二次元的に配列された画素ａから構成された画像があったとする。グラフカット法では、これら画素ａを互いに接続されたノードｎと解釈する。ノードｎの各々は、画素ａの各々に相当する。従って、ノードｎは二次元的に配列されていることになる。二次元的配列されたノードｎの各々は互いに隣り合うノードｎと接続されている。互いに接続されたノードｎ同士は関連性が深く、一つの塊を構成する。これより、ノードｎ同士の接続の解除を次々と行うことにより、画像全体で一つとなっている塊を二つの塊に分解する。こうして分解された塊のうちの一つは、金属片に属する画素に相当するノードｎのみで構成される。もう一つの塊は、非金属領域に属する画素に相当するノードｎのみで構成される。

図１９は、グラフカット法の第一段階を表している。説明を簡単とするため、図１８における符号Ｒ１が付けられたノードｎの列について抜き出して説明する。まず、画素ａに相当するノードｎに加えて２つのノードｎａ，ｎｂを追加する。ノードｎａは、金属片に属する画素を代表する仮想的なノードである。このノードｎａは、全てのノードｎに接続される。同様に、ノードｎｂは、非金属領域に属する画素を代表する仮想的なノードである。このノードｎｂも全てのノードｎに接続される。

続いて、グラフカット処理部１６は、輪郭削除金属マップＰ５ａおよび輪郭削除非金属マップＰ５ｂを参照して、ノードｎの振り分けを行う。これにより、輪郭削除金属マップＰ５ａにおいて金属片に属するとされている画素に対応するノードｎは、ノードｎａに強く結びつけられ、ノードｎｂとの接続が解除される。同様に、輪郭削除非金属マップＰ５ｂにおいて非金属領域に属するとされている画素に対応するノードｎは、ノードｎｂに強く結びつけられ、ノードｎａとの接続が解除される。この動作は、グラフカット法を実現する演算装置にとって負担とはならない。

続いていよいよ中間帯Ｃに属する画素についての振り分け作業が開始される。図２０に示すノードｎ２は、いずれのマップＰ５ａ，Ｐ５ｂにおいても何の認定も受けていないいわゆる中間帯Ｃに属する画素である。グラフカット処理部１６は、ノードｎ２に接続する接続線に注目する。これら接続線には、コストと呼ばれる評価値が割り当てられている。グラフカット処理部１６は、このコスト同士を比較することで接続線の切断を行う。このコストは、ノードｎに対応する画素の画素値で決定される。すなわち、隣り合う画素の画素値同士が似通っている場合、この隣り合う画素に対応するノードｎの間にある接続線のコストは低く設定される。そして、ある画素の画素値がＸ線の少露光を表す値である場合、この画素に対応するノードｎとノードｎａとの間にある接続線のコストは低く設定される。同様に、ある画素の画素値がＸ線の多露光を表す値である場合、この画素に対応するノードｎとノードｎｂとの間にある接続線のコストは低く設定される。このように、コストの低さは、ノード同士の関連性の深さを表している。

グラフカット処理部１６は、コストの低い接続線が維持されるようにしながら、接続線の切断を繰り返す。例えば、図２０の例では、ノードｎ２は、右隣のノードｎとノードｎｂとの接続が解除され、これに対応する画素ａが金属片に属するものとの判定を受けている。この様な接続線に対する処理は、グラフカット法を実現する演算装置に大きな負担をかける。

図２１は、グラフカット法により、区分けがされたノードｎが画像として戻されたものを表している。この様に生成された図を元画像Ｐ０に写り込む金属片が抽出された抽出画像Ｐ６と呼ぶことにする。この抽出画像Ｐ６を拡大してみると、滑らかな形状をしている金属片の形状を忠実に表している。この抽出画像Ｐ６は、中間帯Ｃについても正しく金属片の抽出がなされた画像となっている。

＜色調補正部１７の動作＞
抽出画像Ｐ６は、色調補正部１７に送出される。色調補正部１７は、抽出画像Ｐ６を参照して元画像Ｐ０に色調補正を施して色調補正画像Ｐ７を生成する。このとき、色調補正部１７は、元画像Ｐ０における金属片を除外した部分についてダイナミックレンジ処理やコントラスト調整処理を施すのである。図２２はその様子を表している。図２２に示すように、色調補正部１７は、元画像Ｐ０における斜線で示す金属片以外の部分ついてのみ動作する。このときの元画像Ｐ０に写り込む金属片は、元画像Ｐ０を構成しないものされる。従って、色調補正部１７は、金属片について画素値の読み込みも行わないし画素値の変換も行わない。

色調補正部１７は、図２２の左側に示す斜線部に位置する画素の画素値を視認性の高いものに変換する。元画像Ｐ０において、当該斜線部に位置する画素の画素値は似通っており、画素同士の違いがはっきりしない。このような状況にある斜線部に属する画素は、色調補正により、画素値の違いが強調される。したがって、色調補正によって生成された色調補正画像Ｐ７は、視認性が高いものとなる。確かに色調補正画像Ｐ７は、金属片について処理がなされていない。このことは、色調補正画像Ｐ７の視認性を高めるのに好都合である。金属片は、診断者からすれば関心のある部分ではないうえ、色調補正の際に金属片に由来する極端な画素値に影響されて金属片以外の部分の視認性が低下することがないからである。この様に、色調補正部１７は、抽出画像Ｐ６を参照して元画像Ｐ０における金属片以外の部分に対して色調の補正処理を施す。

以上のように、本発明に係る画像処理装置によれば、確実性と高速性とが両立された色調補正を施すことができる。すなわち、本発明に係る画像処理装置は、元画像Ｐ０における放射線の露光が多い部分と露光が少ない部分との間にある中間帯についてグラフカット処理を施すことによりこの部分が金属片に属するかどうかの判断をするようにしている。これにより、元画像Ｐ０に写り込む金属片の輪郭は正確に抽出される。このグラフカット処理は、信頼性が高いものの演算の負荷が大きいという難点がある。そこで本発明によれば、この演算負荷を極力少なくするような工夫がなされている。

すなわち、本発明に係る画像処理装置は、元画像Ｐ０を二値化することにより元画像Ｐ０に写り込む金属片の大まかな像を写し込んだ二値化画像Ｐ２ａを生成する二値化部１２ａと、元画像Ｐ０における中間帯Ｃの中央付近の位置を抽出するエッジ抽出部１３と、二値化画像Ｐ２ａ上の像が中間帯Ｃの中央付近で分断された合成画像Ｐ４ａを生成する画像合成部１４と、合成画像Ｐ４ａ上の像の輪郭を削除することにより中間帯を削除する輪郭削除部１５とを備えている。これら各手段により、元画像Ｐ０に写り込む金属片の内部形状が確実に抽出される。この内部形状は、グラフカット処理をするまでもなく金属片を構成することは確実であるので、この部分のグラフカット処理は省くことができる。

この輪郭削除処理は、できるだけ軽微に抑えた方が画像処理の高速化の観点から望ましい。本発明によれば輪郭削除処理を軽微にすべく、二値化画像Ｐ２ａ上の像が中間帯の中央付近で分断された状態とした後、中間帯の中央付近から像の削り込みを実行する構成となっている。この様にすることで、像における削り込みが行われる範囲を極力小さくすることができる。結果として、元画像Ｐ０におけるグラフカット処理を行わなければならない画素の個数は減少し、画像処理が高速化する。

また、上述の構成のように二値化部１２ａおよび、エッジ抽出手段およびグラフカット処理部１６とが参照する元画像Ｐ０にメディアンフィルタがかけられていれば、元画像Ｐ０に見られたノイズ成分がフィルタ処理により除去されるので、元画像Ｐ０に写り込んだ金属片の抽出をより正確に行える。

また、エッジ抽出部１３が元画像Ｐ０にラプラシアンフィルタを施すことにより、中間帯の中央付近が確実に抽出できる。ラプラシアンフィルタは空間的微分フィルタだからである。

上述の構成は、元画像Ｐ０における金属片以外の部分についての動作についても示している。すなわち、本発明に係る画像処理装置は、元画像Ｐ０に写り込む金属片以外の部分の大まかな像を写し込んだ反転二値化画像Ｐ２ｂを生成し、これを元に反転二値化画像Ｐ２ｂ上の像が中間帯の中央付近で分断された反転に係る合成画像Ｐ４ｂを生成し、その後この反転に係る合成画像Ｐ４ｂ上の像の輪郭を削除することにより反転に係る合成画像Ｐ４ｂ上の像から中間帯を削除するように構成される。

これら各手段により、元画像Ｐ０に写り込む金属片以外の部分の内部形状が確実に抽出される。この内部形状は、グラフカット処理をするまでもなく金属片以外の部分を構成することは確実であるので、この部分のグラフカット処理は省くことができる。

この輪郭削除処理は、できるだけ軽微に抑えた方が画像処理の高速化の観点から望ましい。本発明によれば輪郭削除処理を軽微にすべく、二値化画像Ｐ２ａ上の像が中間帯の中央付近で分断された状態とした後、中間帯の中央付近から像の削り込みを実行する構成となっている。この様にすることで、像における削り込みが行われる範囲を極力小さくすることができる。結果として、元画像Ｐ０におけるグラフカット処理を行わなければならない画素の個数は減少し、画像処理が高速化する。

続いて実施例２に係る画像処理について説明する。実施例２の構成は、本発明の画像処理装置により断層画像を鮮明にするように工夫がされている。ここでいう断層画像は、被検体Ｍをある裁断面で裁断したときに得られる像が写り込んだ画像のことであり、放射線撮影装置を用いて生成される。実施例２に係る画像処理装置２２とは、実施例１における各部１１，１２ａ，１２ｂ，１３，１４，１５，１６から構成されている。実施例１とは異なり、実施例２に係る画像処理装置２２は色調補正部１７を含んでいないことには注意が必要である。

実施例２に係る断層画像を生成することができる放射線断層撮影装置の実施例について図面を参照しながら説明する。なお、実施例におけるＸ線は、本発明の構成の放射線に相当する。なお、ＦＰＤは、フラットパネル型Ｘ線検出器（フラット・パネル・ディテクタ）の略である。本発明のＸ線撮影装置５０は、人工関節置換手術後の経過観察用となっている。

図２３は、実施例１に係るＸ線撮影装置５０の構成を説明する機能ブロック図である。図２３に示すように、実施例１に係るＸ線撮影装置５０は、Ｘ線断層撮影の対象である被検体Ｍを載置する天板２と、天板２の上部（天板２の１面側）に設けられた被検体Ｍに対してコーン状のＸ線ビームを被検体Ｍに向けて照射するＸ線管３と、天板２の下部（天板の他面側）に設けられ、被検体Ｍを透過したＸ線を検出するＦＰＤ４と、コーン状のＸ線ビームの中心軸とＦＰＤ４の中心点とが常に一致する状態でＸ線管３とＦＰＤ４との各々を被検体Ｍの関心部位を挟んで互いに反対方向に同期移動させる同期移動機構７と、これを制御する同期移動制御部８と、ＦＰＤ４のＸ線を検出するＸ線検出面を覆うように設けられた散乱Ｘ線を吸収するＸ線グリッド５とを備えている。この様に、天板２は、Ｘ線管３とＦＰＤ４とに挟まれる位置に配置されている。

同期移動機構７は、Ｘ線管３を被検体Ｍに対して体軸方向Ａに移動させるＸ線管移動機構７ａと、ＦＰＤ４を被検体Ｍに対して体軸方向Ａに移動させるＦＰＤ移動機構７ｂとを備えている。また、同期移動制御部８は、Ｘ線管移動機構７ａを制御するＸ線管移動制御部８ａとＦＰＤ移動機構７ｂを制御するＦＰＤ移動制御部８ｂとを備えている。同期移動制御部８は、元画像Ｐ０が連写される際に、Ｘ線管３およびＦＰＤ４を互いに反対方向に移動させる。

Ｘ線管３は、Ｘ線管制御部６の制御にしたがってコーン状でパルス状のＸ線ビームを被検体Ｍに対して繰り返し照射する構成となっている。このＸ線管３には、Ｘ線ビームを角錐となっているコーン状にコリメートするコリメータが付属している。そして、このＸ線管３と、ＦＰＤ４はＸ線投影画像を撮像する撮像系３，４を生成している。Ｘ線管制御部６は、Ｘ線管３を制御するときの管電流、管電圧、パルス幅などを示す設定値に従いＸ線管３を制御する。

同期移動機構７は、被検体Ｍに対してＸ線管３とＦＰＤ４とを同期させて移動させる構成となっている。この同期移動機構７は、同期移動制御部８の制御にしたがって被検体Ｍの体軸方向Ａに平行な直線軌道（天板２の長手方向）に沿ってＸ線管３を直進移動させる。このＸ線管３とＦＰＤ４との移動方向は、天板２の長手方向に一致している。しかも、検査中、Ｘ線管３の照射するコーン状のＸ線ビームは、常に被検体Ｍの関心部位に向かって照射されるようになっており、このＸ線照射角度は、Ｘ線管３の角度を変更することによって、たとえば初期角度−２０°から最終角度２０°まで変更される。この様なＸ線照射角度の変更は、Ｘ線管傾斜機構９が行う。Ｘ線管傾斜制御部１０は、Ｘ線管傾斜機構９を制御する目的で設けられている。

そして、さらに実施例１に係るＸ線撮影装置５０は、各制御部６，８，１０，１１，１２を統括的に制御する主制御部２５と、断層画像を表示する表示部２７とを備えている。この主制御部２５は、ＣＰＵによって構成され、各種のプログラムを実行することにより各制御部６，８，１０および後述の各部２１，２２，２３を実現している。記憶部２８は、Ｘ線管３の制御に関わるパラメータなどのＸ線撮影装置５０の制御に関するデータの一切を記憶する。操作卓２６は、術者のＸ線撮影装置５０に対する各操作を入力させるものである。

また、同期移動機構７は、上述のＸ線管３の直進移動に同期して、天板２の下部に設けられたＦＰＤ４を被検体Ｍの体軸方向Ａ（天板２の長手方向）に直進移動させる。そして、その移動方向は、Ｘ線管３の移動方向と反対方向となっている。つまり、Ｘ線管３が移動することによってＸ線管３の焦点の位置と照射方向が変化するコーン状のＸ線ビームは、常にＦＰＤ４のＸ線検出面の全面で受光される構成となっている。このように、一度の検査において、ＦＰＤ４は、Ｘ線管３と互いに反対方向に同期して移動しながら、たとえば７４枚の投影画像を取得するようになっている。具体的には、撮像系３，４は、実線の位置を初期位置として、破線で示した位置を介して、図２３に示した一点鎖線で示す位置まで対向移動する。すなわち、Ｘ線管３とＦＰＤ４の位置を変化させながら複数のＸ線投影画像が撮影されることになる。ところで、コーン状のＸ線ビームは常にＦＰＤ４のＸ線検出面の全面で受光されるので、撮影中コーン状のＸ線ビームの中心軸は、常にＦＰＤ４の中心点と一致している。また、撮影中、ＦＰＤ４の中心は、直進移動するが、この移動はＸ線管３の移動の反対方向となっている。つまり、体軸方向ＡにＸ線管３とＦＰＤ４とを同期的、かつ互いに反対方向に移動させる構成となっている。

＜断層画像の取得原理＞
続いて、実施例１に係るＸ線撮影装置５０の断層画像の取得原理について説明する。実施例１の構成では、被検体Ｍを平面上で裁断したときの画像である断層画像を複数生成することにより断層画像を生成する。図２４は、実施例１に係るＸ線撮影装置の断層画像の取得方法を説明する図である。例えば、天板２に平行な（鉛直方向に対して水平な）仮想平面（基準裁断面ＭＡ）について説明すると、図２４に示すように、基準裁断面ＭＡに位置する点Ｐ，Ｑが、常にＦＰＤ４のＸ線検出面の不動点ｐ，ｑのそれぞれに投影されるように、Ｘ線管３によるコーン状のＸ線ビームＢの照射方向に合わせてＦＰＤ４をＸ線管３の反対方向に同期移動させながら一連の元画像Ｐ１，Ｐ２が画像生成部２１にて生成される。一連の元画像Ｐ１，Ｐ２には、被検体Ｍの投影像が位置を変えながら写り込んでいる。そして、この一連の元画像Ｐ１，Ｐ２を断層画像生成部２３にて再構成すれば、基準裁断面ＭＡに位置する像（たとえば、不動点ｐ，ｑ）が集積され、Ｘ線断層画像としてイメージングされることになる。一方、基準裁断面ＭＡに位置しない点Ｉは、ＦＰＤ４における投影位置を変化させながら一連の被検体Ｍ画像に点ｉとして写り込んでいる。この様な点ｉは、不動点ｐ，ｑとは異なり、断層画像生成部２３でＸ線投影画像を重ね合わせる段階で像を結ばずにボケる。このように、一連の投影画像の重ね合わせを行うことにより、被検体Ｍの基準裁断面ＭＡに位置する像のみが写り込んだＸ線断層画像が得られる。このように、投影画像を単純に重ね合わせると、基準裁断面ＭＡにおける断層画像が得られる。断層画像生成部２３は、本発明の断層画像生成手段に相当する。

さらに、断層画像生成部２３は、基準裁断面ＭＡに水平な任意の裁断面においても、同様な断層画像を得ることができる。撮影中、ＦＰＤ４において上記点ｉの投影位置は移動するが、投影前の点Ｉと基準裁断面ＭＡとの離間距離が大きくなるにしたがって、この移動速度は増加する。これを利用して、取得された一連の被検体Ｍ画像を所定のピッチで体軸方向Ａにずらしながら再構成を行うようにすれば、基準裁断面ＭＡに平行な裁断面における断層画像が得られる。このような一連の断層画像の再構成は、断層画像生成部２３が行う。

＜Ｘ線撮影装置５０の動作＞
次に、Ｘ線撮影装置の動作について説明する。Ｘ線撮影装置の動作としては、まず、被検体Ｍを天板２に載置する。その後、術者が操作卓２６を通じて元画像Ｐ０の撮影開始の指示をＸ線撮影装置に与えると、Ｘ線管３からＸ線の照射が開始される。その際、撮像系３，４は、図１に示す実線の位置から破線の位置を介して一点鎖線の位置まで移動される。この間に７４枚の元画像Ｐ０が取得され、これらは画像処理装置２２に送信される。画像処理装置２２は、実施例１で説明した各部１１，１２ａ，１２ｂ，１３，１４，１５，１６をまとめて表現した構成である。画像処理装置２２は、７４枚の元画像Ｐ０の各々を二値化処理して７４枚の抽出画像Ｐ６を生成する（図２５参照）。この抽出画像Ｐ６は、元画像Ｐ０に写り込む金属片が抽出された二値化画像となっている。

図２４を用いた断層画像の生成の原理についての説明によれば、７４枚の元画像Ｐ０を断層画像生成部２３で画像再構成処理を施せば、断層画像が生成されるとしている。従って、断層画像を生成するだけであれば画像処理装置２２による抽出画像Ｐ６の生成は必要ない。しかしながら、元画像Ｐ０を単純に画像再構成したでは偽像が現れた断層画像しか得られない。元画像Ｐ０の各々には、金属片が写り込んでいるからである。この金属片は、画素値が極端であるが故に元画像Ｐ０の重ね合わせでは十分にぼかしきれない。したがって、断層画像における金属片の周りには、画像の重ね合わせでは相殺しきれなかった金属片の残像が現れてしまう。この残像が断層画像に現れる偽像の正体である。

実施例２のＸ線断層撮影装置においては、断層画像にこの様な偽像が生じないように工夫がされている。すなわち、実施例２のＸ線断層撮影装置は、画像処理装置２２の機能により金属片の重ね合わせに工夫を施すことで断層画像に偽像が現れないように構成されているのである。すなわち、実施例２における断層画像は、元画像Ｐ０をそのまま重ねあせて生成されるのではない。すなわち、断層画像は、図２５に示すように、元画像Ｐ０の各々から金属片が抽出された抽出画像Ｐ６参照しながら断層画像生成部２３が生成したものとなっている。抽出画像Ｐ６は、画像処理装置２２が７４枚の元画像Ｐ０の各々について金属片の抽出処理を施すことによりなされる。したがって、抽出画像Ｐ６は、７４枚生成されることになる。

＜断層画像生成部２３の動作：金属片除去処理＞
実施例２の断層画像生成部２３は、画像処理装置２２が生成した抽出画像Ｐ６を参照しながら断層画像を生成する。この様子について具体的に説明する。断層画像生成部２３は、まず、元画像Ｐ０の各々に写り込んでいる金属片の像を消去する画像処理を行う。すなわち、断層画像生成部２３は、図２６に示すように、抽出画像Ｐ６を参照して元画像Ｐ０に写り込んでいる金属片の位置・大きさ・範囲を把握する。そして、断層画像生成部２３は、金属片内部の画素の画素値を金属片の周りの画素の画素値に変換する。このときの変換に係る画素値は、例えば、金属片の周りの画素の画素値の平均値である。この様にして、元画像Ｐ０に写り込んでいる金属片が周囲に同化したような金属片除去画像Ｐ８が生成される。この金属片除去画像Ｐ８は、７４枚ある元画像Ｐ０の各々について生成される。このように、断層画像生成部２３は、被検体Ｍに対して撮影方向を変えながら連写された元画像Ｐ０の各々から金属片の像が抽出された抽出画像Ｐ６を参照して、元画像Ｐ０に写り込む金属片を元画像Ｐ０から消去して金属片除去画像Ｐ８を生成する金属片除去処理を行う。

＜断層画像生成部２３の動作：金属片除去断層画像の生成＞
断層画像生成部２３は、図２７に示すように７４枚ある金属片除去画像Ｐ８に画像再構成処理を施して断層画像を生成する。このとき生成された画像を区別のため金属片除去断層画像Ｄ１と呼ぶことにする。この金属片除去断層画像Ｄ１は、金属片が金属片の周りと同化したような画像に画像再構成処理を施して生成されたものであるので、金属片の周りには、偽像が現れない。しかしながら、図２７の金属片除去断層画像Ｄ１における斜線部に示す金属片に相当する部分は、正しくない画素値で埋め尽くされている。金属片除去断層画像Ｄ１の基になった金属片除去画像Ｐ８における金属片内部の画素の画素値は、本来とは異なる画素値に変換されたからである。以降、断層画像生成部２３は、この金属片除去断層画像Ｄ１における金属片の部分の画素値を正しいものに近づけるような動作をする。このように断層画像生成部２３は、複数の金属片除去画像Ｐ８に画像再構成処理を施して金属片除去断層画像Ｄ１を生成する金属片除去断層画像生成処理を行う。

＜断層画像生成部２３の動作：金属片トリミング処理＞
すなわち、断層画像生成部２３は、７４枚の元画像Ｐ０に対して別の画像処理をする。断層画像生成部２３は、図２８に示すように元画像Ｐ０の各々から対応する金属片除去画像Ｐ８を減算する。元画像Ｐ０と金属片除去画像Ｐ８とは、金属片以外の部分は同じ画像であるから、減算処理によりこの同じ部分が相殺されて消去されることになる。つまり、断層画像生成部２３の減算処理により、元画像Ｐ０の各々から金属片に相当する部分がトリミングされたようなトリミング画像Ｐ９が生成される。このトリミング画像Ｐ９は、上述の抽出画像Ｐ６とは似て非なるものである。抽出画像Ｐ６は、二値化画像であり、元画像Ｐ０上の金属片の形状を表しているのに対し、トリミング画像Ｐ９は、金属片の形状のみならず、金属片の内部の濃淡をも表した画像となっている。ちなみに、トリミング画像Ｐ９における金属片は、元画像Ｐ０に写り込む金属片を薄くしたように見える。画像同士の減算処理の際、元画像Ｐ０の金属片上の画素の画素値から金属片除去画像Ｐ８の金属片の画素値（元画像Ｐ０における金属片の周りの画素の画素値）が減算されるからである。このように、断層画像生成部２３は、抽出画像Ｐ６を参照して、元画像Ｐ０の各々から金属片に相当する部分を取り出したトリミング画像Ｐ９を生成する金属片トリミング処理を行う。

＜断層画像生成部２３の動作：金属片断層画像の生成＞
断層画像生成部２３は、図２９に示すように７４枚あるトリミング画像Ｐ９に画像再構成処理を施して断層画像を生成する。このとき生成された画像を区別のため金属片断層画像Ｄ２と呼ぶことにする。この金属片断層画像Ｄ２は、裁断面が金属片除去断層画像Ｄ１と共通となっている断層画像である。また、この金属片断層画像Ｄ２は、金属片のみが写り込んだ画像に画像再構成処理を施して生成されたものであるので、金属片の断層画像を写し込んだものとなっている。したがって、図２９の金属片断層画像Ｄ２における斜線部に示す金属片の周りに相当する部分は、何ら画像化がされていない。このように、断層画像生成部２３は、複数のトリミング画像Ｐ９に画像再構成処理を施して金属片断層画像Ｄ２を生成する金属片断層画像生成処理を行う。

＜断層画像生成部２３の動作：断層画像の加算＞
このように、断層画像生成部２３は、異なる２系統の断層画像を生成する。断層画像生成部２３は、最後に図３０に示すように、これら断層画像Ｄ１，Ｄ２を加算する処理を行う。この様に生成された断層画像を区別のため合成断層画像Ｄ３と呼ぶことにする。この合成断層画像Ｄ３は、視認性に優れたものとなっている。すなわち、合成断層画像Ｄ３における金属片以外の部分は、金属片除去断層画像Ｄ１に由来するので、偽像が現れていない。そして、合成断層画像Ｄ３における金属片の部分は金属片断層画像Ｄ２に由来するので、画素値の信頼性が高い。このように、断層画像生成部２３は、金属片除去断層画像Ｄ１と金属片断層画像Ｄ２とを加算して合成断層画像Ｄ３を生成する。合成断層画像Ｄ３が表示部２７に表示されて実施例２に係る装置の動作は終了となる。

以上のように、本発明の画像処理装置１は、断層画像を生成する際に用いることができる。

本発明は上述の構成に限られず、下記のように変形実施することができる。

（１）上述のエッジ抽出部１３は、ラプラシアンフィルタに限られず、エッジ抽出用の微分フィルタにより動作することができる。

（２）上述の輪郭削除部１５は、削り込みの強度が中間帯Ｃの幅を実測することで求められていたが、この構成に代えて、合成画像Ｐ４ａがに現れる孤島が全て削除されるまで輪郭削除処理を行うようにしてもよい。

以上のように、上述の発明は、医用分野に適している。

Ｐ０ 元画像
Ｐ２ａ 二値化画像
Ｐ２ｂ 反転二値化画像
Ｐ３ エッジ抽出画像
Ｐ４ａ 合成画像
Ｐ４ｂ 反転に係る合成画像
Ｐ５ａ 輪郭削除金属マップ
Ｐ５ｂ 輪郭削除非金属マップ
Ｐ６ 抽出画像
１１ メディアンフィルタ処理部（メディアンフィルタ処理手段）
１２ａ 二値化部（二値化手段）
１２ｂ 反転部（反転手段）
１３ エッジ抽出部（エッジ抽出処理手段）
１４ 画像合成部（画像合成手段）
１５ 輪郭削除部（輪郭削除処理手段）
１６ グラフカット処理部（グラフカット処理手段）
１７ 色調補正部（色調補正処理手段）
２３ 断層画像生成部（断層画像生成手段）

Claims (6)

1. 内部に金属片が埋め込まれた被検体を放射線撮影することで得られる金属片を写し込んだ元画像に画像処理を施す画像処理装置であって、
   前記元画像を二値化することにより前記元画像に写り込む金属片の大まかな像を写し込んだ二値化画像を生成する二値化手段と、
   前記元画像にエッジ抽出処理を施すことにより、前記元画像における放射線の露光が多い部分と露光が少ない部分との間にある中間帯の中央付近の位置を示す境界が抽出されたエッジ抽出画像を生成するエッジ抽出処理手段と、
   前記二値化画像と前記エッジ抽出画像とを重ね合わせることにより、前記二値化画像上の像が前記中間帯の中央付近で分断された合成画像を生成する画像合成手段と、
   前記合成画像上の像の輪郭を削除することにより前記合成画像上の像から前記中間帯が削除された輪郭削除金属マップを生成する輪郭削除処理手段と、
   前記輪郭削除金属マップ上の像が前記元画像に写り込んだ金属片の一部をなすものと認識して前記元画像に対しグラフカット処理を施すことにより、前記元画像に写り込む金属片の像が抽出された抽出画像を生成するグラフカット処理手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。
2. 請求項１に記載の画像処理装置において、
   前記元画像に対しメディアンフィルタを施すメディアンフィルタ処理手段を備え、
   前記二値化手段および、エッジ抽出手段および前記グラフカット処理手段とが参照する前記元画像は、メディアンフィルタが施されたものであることを特徴とする画像処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の画像処理装置において、
   前記エッジ抽出処理手段は、前記元画像にラプラシアンフィルタを施すことで動作することを特徴とする画像処理装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像処理装置において、
   前記二値化画像に対し反転処理を施すことにより、前記元画像に写り込む金属片以外の部分の大まかな像を写し込んだ反転二値化画像を生成する反転手段を備え、
   前記画像合成手段は、前記反転二値化画像と前記エッジ抽出画像とを重ね合わせることにより、前記反転二値化画像上の像が前記中間帯の中央付近で分断された反転に係る合成画像を生成し、
   前記輪郭削除処理手段は、前記反転に係る合成画像上の像の輪郭を削除することにより前記合成画像上の像から前記中間帯が削除された輪郭削除非金属マップを生成し、
   前記グラフカット処理手段は、前記輪郭削除非金属マップ上の像が前記元画像に写り込んだ金属片以外の部分の一部をなすものと認識して前記元画像に対しグラフカット処理を施すことを特徴とする画像処理装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の画像処理装置において、
   前記抽出画像を参照して前記元画像における金属片以外の部分に対して色調の補正処理を施す色調補正処理手段を備えることを特徴とする画像処理装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の画像処理装置において、
   被検体に対して撮影方向を変えながら連写された元画像の各々から金属片の像が抽出された抽出画像を参照して、前記元画像に写り込む金属片を前記元画像から消去して金属片除去画像を生成する金属片除去処理と、
   複数の前記金属片除去画像に画像再構成処理を施して金属片除去断層画像を生成する金属片除去断層画像生成処理と、
   前記抽出画像を参照して、前記元画像の各々から金属片に相当する部分を取り出したトリミング画像を生成する金属片トリミング処理と、
   複数の前記トリミング画像に画像再構成処理を施して金属片断層画像を生成する金属片断層画像生成処理と、
   前記金属片除去断層画像と金属片断層画像とを加算して合成断層画像を生成する断層画像加算処理とを実行する断層画像生成手段を備えることを特徴とする画像処理装置。

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