JP2010187774A - X線画像処理方法、x線画像処理装置、プログラムおよびx線画像撮影装置 - Google Patents

X線画像処理方法、x線画像処理装置、プログラムおよびx線画像撮影装置 Download PDF

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Abstract

【課題】X線画像から不要な情報を取り除き、従来よりも正確で鮮明なX線画像を作成することができるX線画像処理方法、X線画像処理装置、プログラムおよびX線画像撮影装置を提供する。
【解決手段】被写体の同一部位を撮影したX線画像の位相像と吸収像を取得し、吸収像と位相像のそれぞれから各部位の輪郭情報を抽出して第1の画像と第2の画像を作成する。続いて、第1の画像と第2の画像の対応する画素位置に共通して存在する輪郭情報を特定し、第2の画像から、特定した共通して存在する輪郭情報を除去して第3の画像を作成する。続いて、第3の画像から、第1の閾値以下の画素値を持つ画素を除去して第4の画像を作成し、吸収像と第4の画像を加算して第5の画像を作成する。
【選択図】図3

Description

本発明は、被写体をX線撮影して得られる同一部位の吸収像と位相像を組み合わせてX線画像を作成するX線画像処理方法、X線画像処理装置、プログラムおよびX線画像撮影装置に関するものである。
X線画像撮影画像において、従来は、X線が人体等の被写体を透過する時、被写体の各組織(各部位)の密度に応じて吸収されるX線量が異なることを利用して吸収像(吸収コントラスト画像)を作成すること(吸収イメージング)が主流であった。
これに対し、近年では、X線が被写体を透過する時、被写体の各組織の輪郭部分(組織間の境界部分)、例えば、軟骨と関節液との境界部分において、X線がわずかに屈折して位相が変化することを利用して位相像(位相コントラスト画像)を作成すること(位相イメージング)が行われるようになってきた。また、吸収像と位相像を組み合わせてX線画像を作成することも行われている。
位相像は、被写体の各組織の輪郭部分が強調された画像であり、吸収像では描画することが困難であった軟部組織の輪郭情報、例えば、軟骨、***、筋肉、腱、靱帯、血管等とその周辺組織との輪郭も鮮明に描画することができる。そのため、医療画像においては、病変部位の診断等に有用である。
位相像は、被写体の各組織の輪郭部分の情報(輪郭情報)だけではなく、吸収像の情報や皮膚表面の情報等も含む。ここで、吸収像の情報とは、例えば、骨と軟部組織との境界部分等のように、吸収像でも得られる輪郭情報のことである。また、皮膚表面の情報とは、皮膚のしわ(皮膚と空気との境界部分)等のように、軟部組織の輪郭情報のうち、不要な情報のことである。
例えば、位相像に含まれる皮膚表面の情報が軟部組織に重畳されて描画されると、医療画像においては誤診を招く虞がある。そのため、皮膚表面の情報に限らず、例えば、上記医療画像においては、X線画像から診断に不要な情報を除去して必要な情報だけを抽出することにより、骨部組織や軟部組織の画像について、より正確で鮮明な画像を作成することが望まれる。
ここで、本発明に関連性のあると思われる先行技術文献として特許文献1〜4がある。従来、複数の画像を用いて必要な情報を抽出することは、経時サブトラクション方法(特許文献1)やエネルギーサブトラクション方法(特許文献2,3)として行われている。また、従来、吸収像と位相像とを重ねて表示すること、吸収像の少なくとも一部を位相像の関心領域の画像に置き換えて表示すること等が提案されている(特許文献4)。
特開2001−8099号公報 特開平8−294054号公報 特開昭59−83147号公報 特開2005−13572号公報
本発明の目的は、X線画像から不要な情報を取り除き、従来よりも正確で鮮明なX線画像を作成することができるX線画像処理方法、X線画像処理装置、プログラムおよびX線画像撮影装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、被写体の同一部位を撮影したX線画像の位相像と吸収像を取得し、
前記吸収像と前記位相像のそれぞれから各部位の輪郭情報を抽出して第1の画像と第2の画像を作成し、
前記第1の画像と前記第2の画像の対応する画素位置に共通して存在する輪郭情報を特定し、
前記第2の画像から、前記特定した共通して存在する輪郭情報を除去して第3の画像を作成し、
前記第3の画像から、第1の閾値以下の画素値を持つ画素を除去して第4の画像を作成し、
前記吸収像と前記第4の画像を加算して第5の画像を作成することを特徴とするX線画像処理方法を提供するものである。
ここで、前記輪郭情報の除去は、前記位相像に含まれる輪郭情報を削除することであることが好ましい。
もしくは、前記輪郭情報の除去は、前記位相像に含まれる輪郭情報に含まれる画素の画素値を第2の閾値以下に減じることであることが好ましい。例えば、前記第2の閾値以下の画素値を持つ画素を除去してもよい。
また、前記第2の閾値を外部から与えることが好ましい。
もしくは、前記第2の閾値を、前記X線画像全体のコントラストに応じて設定することが好ましい。例えば、前記X線画像中の最大画素値と最小画素値との差をd、軟部組織の輪郭情報と該軟部組織の輪郭情報として不要な情報とを分別するための係数をαとして、前記第2の閾値を、最小画素値+α×dに設定してもよい。
また、前記第1の閾値を、軟部組織境界の画素の画素値よりも小さい値に設定することが好ましい。
また、前記位相像と前記吸収像を取得した後、該取得した吸収像と位相像との間の歪みを補正することが好ましい。
また、本発明は、被写体の同一部位を撮影したX線画像の位相像と吸収像を取得する手段と、
前記吸収像と前記位相像のそれぞれから各部位の輪郭情報を抽出して第1の画像と第2の画像を作成する手段と、
前記第1の画像と前記第2の画像の対応する画素位置に共通して存在する輪郭情報を特定する手段と、
前記第2の画像から、前記特定した共通して存在する輪郭情報を除去して第3の画像を作成する手段と、
前記第3の画像から、第1の閾値以下の画素値を持つ画素を除去して第4の画像を作成する手段と、
前記吸収像と前記第4の画像を加算して第5の画像を作成する手段とを有することを特徴とするX線画像処理装置を提供する。
ここで、前記輪郭情報の除去は、前記位相像に含まれる輪郭情報を削除することであることが好ましい。
もしくは、前記輪郭情報の除去は、前記位相像に含まれる輪郭情報に含まれる画素の画素値を第2の閾値以下に減じることであることが好ましい。例えば、前記輪郭情報の除去は、前記第2の閾値以下の画素値を持つ画素を除去することであってもよい。
また、前記第2の閾値は外部から与えられることが好ましい。
もしくは、さらに、前記第2の閾値を前記X線画像全体のコントラストに応じて設定する手段を有することが好ましい。例えば、前記第2の閾値を前記X線画像全体のコントラストに応じて設定する手段は、前記X線画像中の最大画素値と最小画素値との差をd、軟部組織の輪郭情報と該軟部組織の輪郭情報として不要な情報とを分別するための係数をαとして、前記第2の閾値を、最小画素値+α×dに設定するものであってもよい。
また、前記第1の閾値は、軟部組織境界の画素の画素値よりも小さい値に設定されることが好ましい。
さらに、前記取得した吸収像と位相像との間の歪みを補正する手段を有することが好ましい。
また、本発明は、上記のいずれかに記載のX線画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供する。
また、本発明は、被写体を撮影してX線画像を出力するX線撮影部と、
上記のいずれかに記載のX線画像処理装置であって、前記X線撮影部により撮影されたX線画像に画像処理を施す画像処理部とを有することを特徴とするX線画像撮影装置を提供する。
本発明では、位相像から輪郭情報を抽出し不要な情報を除去して、吸収像と位相像とを加算する。そのため、本発明によれば、従来よりも正確で鮮明なX線画像を作成することができる。特に、医療画像として、従来は観察することが困難であった軟部組織の正確で鮮明な輪郭情報を与えることができるので、従来よりも正確に骨部組織や軟部組織の状態を把握することができ、診断の効率化、誤診防止等の効果が得られる。
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明のX線画像処理方法、X線画像処理装置、プログラムおよびX線画像撮影装置を詳細に説明する。
図1は、本発明に関わるX線画像撮影装置の構成を表す一実施形態のブロック図である。同図に示すX線画像撮影装置10は、人体等の被写体をX線撮影して得られる同一部位の吸収像と位相像を組み合わせてX線画像を作成するものである。撮影装置10は、X線撮影部12と、本発明に関わる画像処理装置である画像処理部14と、表示部16と、出力部18とによって構成されている。
X線撮影部12は、被写体のX線画像を撮影するものであり、図2に示すように、X線源20と、シリコン単結晶からなる角度アナライザ(角度分析板)22と、2つのデジタルX線画像検出器24a、24bとによって構成されている。X線源20から照射(曝射)されるX線の照射方向の下流側にアナライザ22が配置され、アナライザ22の下流側に検出器24a、24bが配置されている。
図2では省略しているが、X線源20からは、所定帯域の波長のX線を含むブロードX線から、所定領域の単色平行X線が発生され、被写体26に向かって照射(曝射)される。X線源20から照射されたX線は、被写体26が存在しない部分ではアナライザ22に直接入射され、被写体26が存在する部分では、被写体26を透過したX線がアナライザ22に入射される。
アナライザ22は、例えば、矩形板状のものであり、撮影されるX線画像において最大コントラストが得られるように、その板面(X線の受光面)が、X線の照射方向に垂直な面に対して一方向に所定の角度で傾斜されている。アナライザ22に入射されたX線は、アナライザ22の内部を通過する時に、シリコン単結晶中の多数の結晶格子面で繰り返し反射され、吸収像のX線と位相像のX線に分離される。アナライザ22の詳細は、例えば、特開2003−329617号公報等に開示されている。
検出器24a、24bは、アナライザ22によって分離された吸収像のX線と位相像のX線を検出して、それぞれ、位相像のデジタル画像データと吸収像のデジタル画像データを出力する。アナライザ22によって分離された吸収像と位相像は、アナライザ22から所定の角度をなして出力される。検出器24a、24bは、それぞれ、その板面(X線の受光面)が、位相像と吸収像の進行方向に対して垂直な方向に配置されている。検出器24a、24bの一例は、X線検出用のフラット型パネル(FPD)である。
X線撮影部12は、X線撮影時に、X線源20とアナライザ22との間の所定位置に位置決めされる被写体26の方向(すなわち、アナライザ22の方向)に向かってX線を照射し、被写体26のX線画像を撮影する。撮影されたX線画像は、吸収像と位相像を含む。X線撮影部12からは、撮影したX線画像のデジタル画像データ、すなわち、吸収像のデジタル画像データと位相像のデジタル画像データが出力される。
ここで、吸収像は、被写体26を透過したX線の強度情報に基づいて生成される画像である。一方、位相像は、被写体26を透過したX線の位相情報に基づいて生成される画像である。図2には、X線撮影によって得られる吸収像と位相像のグラフが示されている。これらのグラフにおいて、検出器24a、24bに向かう縦軸は、X線の信号強度を表し、横軸は、検出器24a、24bの位置を表す。
続いて、画像処理部14は、X線撮影部12により撮影されたX線画像に所定の画像処理を施すものであり、例えば、コンピュータと、本発明に関わるX線画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムによって構成される。
また、表示部16は、例えば、液晶ディスプレイ等のように、撮影されたX線画像を表示するものである。
出力部18は、例えば、撮影されたX線画像をプリント出力するサーマルプリンタや、X線画像のデジタル画像データを保存する記憶装置等を含む。
次に、被写体(例えば、人体)をX線撮影する時の動作を説明する。
被写体26をX線撮影する場合、X線撮影しようとする被写体26の所定部位が、X線撮影部12のX線源20とアナライザ22との間の所定位置に位置決めされる。その後、X線がX線源20から被写体26に向かって照射されると、X線源20から照射されたX線は、被写体26を透過し、アナライザ22によって位相像(のX線)と吸収像(のX線)に分離される。
被写体26によって屈折されたX線は、アナライザ22を通過して検出器24aで検出され、検出器24aから位相像(のデジタル画像データ)として出力される。一方、被写体26によって屈折されなかったX線(被写体によって吸収され、信号強度が弱くなったX線)は、アナライザ22を通過して検出器24bで検出され、検出器24bから吸収像(のデジタル画像データ)として出力される。
画像処理部14は、図3および図4に示すように、本発明に関わるX線画像処理方法に従って、位相像と吸収像を用いて以下のステップS1〜S5に示す画像処理を行う。
まず、X線撮影部12から、被写体26の同一箇所をX線撮影したX線画像の位相像A(図4(A))と吸収像B(図4(B))を取得する(S1)。
以下順に、吸収像Bと位相像Aのそれぞれから各組織の輪郭情報、図4(B)に示す例では、骨の輪郭情報、図4(A)に示す例では、骨および軟部組織の輪郭情報を抽出して画像B’(図示省略)と画像A’(図示省略)を作成する(S2)。ここで、輪郭情報の抽出方法は、何ら限定されないが、例えば、グラディエントフィルタ、sobelフィルタ、ラプラシアンフィルタ等を適用する方法が利用できる。また、本出願人に関わる特開2002−366961号公報に開示の方法を利用してもよい。
前述のように、位相像は、被写体の各組織の輪郭情報だけではなく、吸収像の情報や皮膚表面の情報等も含む。現実的に、位相像を利用するX線画像の撮影方法として、暗視野法では、純粋な位相像(輪郭情報だけを含む位相像)が得られない虞があり、タルボ法等では、吸収像の情報を含む位相像が得られる。従って、位相像Aから輪郭情報を抽出することにより、位相像に含まれる輪郭情報を鮮明にすることができる。
続いて、画像A’と画像B’の対応する画素位置に共通して存在する輪郭情報を特定し(S3)、画像A’から、特定した共通して存在する輪郭情報を除去して画像C(図4(C))を作成する(S4)。これにより、位相像Aにだけ含まれている輪郭情報(吸収像Bには含まれていない輪郭情報)が得られる。この際、必ずしも画像A’と画像B’のコントラストを合わせる必要はない。
ここで、輪郭情報の除去は、画像A’に含まれる輪郭情報を削除する(輪郭情報に含まれる画素の画素値をゼロにする)か、もしくは、輪郭情報に含まれる画素の画素値を所定の閾値(第2の閾値)(例えば、視認できない値)以下に減じることによって行う。
ここで、第2の閾値は外部から与えられてもよいし、X線画像全体のコントラストに応じて画像処理部14が自動で設定してもよい。画像処理部14が自動で第2の閾値を決める場合、画像中の最大画素値と最小画素値との差をdとして、第2の閾値を、最小画素値+α×dに設定する。ここで、αは、強いコントラストで描出される軟部組織の輪郭情報と、弱いコントラストで描出された、軟部組織の輪郭情報として不要な情報とを分別するための係数であり、適宜設定すればよいが、例えば、0.5等の数値が設定される。また、例えば、第2の閾値以下の画素値を持つ画素を除去(画素値をゼロにする)してもよい。
続いて、画像Cから、所定の閾値以下の画素値を持つ画素を除去して画像D(図4(D))を作成する(S5)。画像Cには、皮膚表面の情報等を含む不要な情報が含まれるが、この不要な情報は、コントラストとしては軟部組織境界と比較して小さいので、軟部組織境界の画素の画素値よりも小さい閾値(第1の閾値)を設定すればよい。ステップS5により、皮膚表面の情報等を含む不要な情報を取り除き、必要な情報のみを残すことができる。
続いて、吸収像Bと画像Dを加算(対応する各画素の画素値を加算)して画像E(図4(E))を作成する(S6)。画像Dは、吸収像Bに加えて、位相像Aにだけ含まれている輪郭情報(吸収像Bには含まれていない輪郭情報)を含み、さらに、皮膚表面の情報等を含む不要な情報が除去されたものである。従って、ステップS6により、従来よりも正確で鮮明なX線画像を作成することができる。
画像処理部14による画像処理が終了すると、画像処理後のX線画像Eを表示部16に表示する。また、必要に応じて、サーマルプリンタで感熱フィルム等の記録媒体にプリントし、データベース等の記憶媒体に保存する(S7)。
撮影装置10で作成されたX線画像は、吸収像と輪郭情報を抽出してから不要な情報を除去した位相像とを組み合わせることにより、吸収像だけでは得られない、かつ医療画像として診断上有用な情報を提供できる。特に、医療画像として、従来は観察することが困難であった軟部組織の輪郭情報を与えることにより、従来より正確に骨部組織や軟部組織の状態を把握することができ、診断の効率化、誤診防止等の効果が得られる。
また、位相像Aと吸収像Bとの間に位置ずれ、倍率(拡大/縮小)、回転、心臓の鼓動等による局所的な変形等の歪みが発生している場合、画像処理を始める前に、この歪みを補正(キャリブレーション)することが望ましい。なお、歪みの補正方法は何ら限定されない。
撮影装置10において、X線撮影部12、画像処理部14、表示部16、および、出力部18の構成は何ら限定されず、同様の機能を果たす各種構成のものを利用できる。また、表示部16と出力部18は必須の構成要素ではなく、必要に応じて適宜設ければよい。すなわち、上記ステップS7は必須のステップではなく、必要に応じて適宜実施すればよい。
本発明は、X線画像として、位相像と吸収像を用いるものであるが、これらの画像の取得方法は何ら限定されない。図2の例は暗視野法を適用して吸収像と位相像を同時に得るものであるが、例えば、タルボ法を含む他の方法や手段を適用して位相像を得ることもできる。また、吸収像と位相像を1回のX線撮影で同時に取得することが望ましいが、2回のX線撮影を行って吸収像と位相像を別々に取得してもよい。
また、吸収像と位相像をX線撮影部12で撮影することも必須ではなく、例えば、あらかじめ撮影され、データベースに記憶されているX線画像の中から、指定された吸収像と位相像を取得し、これに画像処理を施すこともできる。
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
本発明に関わるX線画像撮影装置の構成を表す一実施形態のブロック図である。 図1に示すX線撮影部の構成を表す概念図である。 図1に示すX線画像撮影装置の動作を表すフローチャートである。 (A)〜(E)は、図1に示す画像処理部によって作成される画像A〜Eを表す概念図である。
10 X線画像撮影装置
12 X線撮影部
14 画像処理部
16 表示部
18 出力部
20 X線源
22 角度アナライザ(角度分析板)
24a、24 デジタルX線画像検出器
26 被写体

Claims (20)

  1. 被写体の同一部位を撮影したX線画像の位相像と吸収像を取得し、
    前記吸収像と前記位相像のそれぞれから各部位の輪郭情報を抽出して第1の画像と第2の画像を作成し、
    前記第1の画像と前記第2の画像の対応する画素位置に共通して存在する輪郭情報を特定し、
    前記第2の画像から、前記特定した共通して存在する輪郭情報を除去して第3の画像を作成し、
    前記第3の画像から、第1の閾値以下の画素値を持つ画素を除去して第4の画像を作成し、
    前記吸収像と前記第4の画像を加算して第5の画像を作成することを特徴とするX線画像処理方法。
  2. 前記輪郭情報の除去は、前記位相像に含まれる輪郭情報を削除することであることを特徴とする請求項1に記載のX線画像処理方法。
  3. 前記輪郭情報の除去は、前記位相像に含まれる輪郭情報に含まれる画素の画素値を第2の閾値以下に減じることであることを特徴とする請求項1に記載のX線画像処理方法。
  4. 前記第2の閾値以下の画素値を持つ画素を除去することを特徴とする請求項3に記載のX線画像処理方法。
  5. 前記第2の閾値を外部から与えることを特徴とする請求項3または4に記載のX線画像処理方法。
  6. 前記第2の閾値を、前記X線画像全体のコントラストに応じて設定することを特徴とする請求項3または4に記載のX線画像処理方法。
  7. 前記X線画像中の最大画素値と最小画素値との差をd、軟部組織の輪郭情報と該軟部組織の輪郭情報として不要な情報とを分別するための係数をαとして、前記第2の閾値を、最小画素値+α×dに設定することを特徴とする請求項6に記載のX線画像処理方法。
  8. 前記第1の閾値を、軟部組織境界の画素の画素値よりも小さい値に設定することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のX線画像処理方法。
  9. 前記位相像と前記吸収像を取得した後、該取得した吸収像と位相像との間の歪みを補正することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のX線画像処理方法。
  10. 被写体の同一部位を撮影したX線画像の位相像と吸収像を取得する手段と、
    前記吸収像と前記位相像のそれぞれから各部位の輪郭情報を抽出して第1の画像と第2の画像を作成する手段と、
    前記第1の画像と前記第2の画像の対応する画素位置に共通して存在する輪郭情報を特定する手段と、
    前記第2の画像から、前記特定した共通して存在する輪郭情報を除去して第3の画像を作成する手段と、
    前記第3の画像から、第1の閾値以下の画素値を持つ画素を除去して第4の画像を作成する手段と、
    前記吸収像と前記第4の画像を加算して第5の画像を作成する手段とを有することを特徴とするX線画像処理装置。
  11. 前記輪郭情報の除去は、前記位相像に含まれる輪郭情報を削除することであることを特徴とする請求項10に記載のX線画像処理装置。
  12. 前記輪郭情報の除去は、前記位相像に含まれる輪郭情報に含まれる画素の画素値を第2の閾値以下に減じることであることを特徴とする請求項10に記載のX線画像処理装置。
  13. 前記輪郭情報の除去は、前記第2の閾値以下の画素値を持つ画素を除去することであることを特徴とする請求項12に記載のX線画像処理装置。
  14. 前記第2の閾値は外部から与えられることを特徴とする請求項12または13に記載のX線画像処理装置。
  15. さらに、前記第2の閾値を前記X線画像全体のコントラストに応じて設定する手段を有することを特徴とする請求項12または13に記載のX線画像処理装置。
  16. 前記第2の閾値を前記X線画像全体のコントラストに応じて設定する手段は、前記X線画像中の最大画素値と最小画素値との差をd、軟部組織の輪郭情報と該軟部組織の輪郭情報として不要な情報とを分別するための係数をαとして、前記第2の閾値を、最小画素値+α×dに設定することを特徴とする請求項15に記載のX線画像処理装置。
  17. 前記第1の閾値は、軟部組織境界の画素の画素値よりも小さい値に設定されることを特徴とする請求項10〜16のいずれかに記載のX線画像処理装置。
  18. さらに、前記取得した吸収像と位相像との間の歪みを補正する手段を有することを特徴とする請求項10〜17のいずれかに記載のX線画像処理装置。
  19. 請求項1〜9のいずれかに記載のX線画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
  20. 被写体を撮影してX線画像を出力するX線撮影部と、
    請求項10〜18のいずれかに記載のX線画像処理装置であって、前記X線撮影部により撮影されたX線画像に画像処理を施す画像処理部とを有することを特徴とするX線画像撮影装置。
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