JP2018175321A - 放射線画像解析装置及び放射線画像撮影システム - Google Patents

Abstract

【課題】撮影した動態画像から十分な解析結果を得ることができるか否かを、撮影後直ちに判別することのできる放射線画像解析装置を提供する。【解決手段】放射線画像解析装置５は、動態画像の複数のフレーム画像のそれぞれについて、画素の信号値に基づく所定の演算を行うことにより、準備データを生成するプレ解析手段と、プレ解析手段が生成した準備データに基づいて、対象の動態画像の解析適合性を判定する判定手段と、判定手段の判定結果に応じて撮影オーダーを生成するオーダー生成手段と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、放射線画像解析装置と、この装置を備える放射線画像撮影システムに関する。

複数のフレーム画像からなる動態画像の撮影は、静止画像の撮影に比べて撮影時間を長く要するのが一般的である。このため、撮影中に患者が動いてしまった結果、画像がぼやけてしまうことがある。画像がぼやけてしまうと、情報量が不足して再撮影を要することとなり、患者が余計に被曝することになる可能性がある。
一方、動態画像を撮影する放射線画像撮影装置は、一般のレントゲン画像を撮影する装置と兼用になっていることが多い。このような場合、技師等の撮影者は、作業時間の多くを検査業務に割かざるを得ないため、再撮影の要否の判断は、撮影者にとって過度の負担となってしまう。

そこで、従来、体動があることを検出すると撮影を中止する技術（特許文献１，２参照）や、ブレの範囲が予め設定された許容可能に収まっているか否かに応じて再撮影の要否判定を行う技術（特許文献３，４参照）が提案されている。
こうすることで、撮影した動態画像の情報量の過不足を直ちに判定し、情報量が不足した場合に再撮影を促すことができる。このため、撮影者に過度の負担をかけることなく、必要な情報量を有する動態画像を撮影することができる。

特開２００５−２７７８０４号公報 特開２００７−０８２９０７号公報 特開２００５−３７４５１７号公報 特開２００７−１７５１３８号公報

ところで、動態画像においては、所定の解析処理（例えば、時系列で並ぶ二枚のフレーム画像の各信号値の差分を抽出する処理等）を施して得られる派生的な解析画像が医師の診断に供されることが多い。
しかしながら、特許文献１〜４に記載された放射線画像撮影装置は、撮影画像の直截的な状態（原画像）に基づいて再撮影の判定を行うものとなっている。ここで、このような装置を用いて、例えば、肺の収縮を行うことが困難な患者を撮影する場合を考えてみると、患者の体動やブレがなければ撮影自体は無事済ませることができる。しかしながら、肺の動きが小さければ、解析に必要な情報量が不足する可能性がある。すると、後で解析処理を行ってから、得られた解析結果は十分なものではなく、再撮影が必要であると判明し、患者に出直してもらわなければならなくなってしまう場合がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、撮影した動態画像から十分な解析結果を得ることができるか否かを、撮影後直ちに判別することのできる放射線画像解析装置を提供することを課題とする。

前記の問題を解決するために、本発明は、
放射線画像解析装置であって、 動態画像の複数のフレーム画像のそれぞれについて、画素の信号値に基づく所定の演算を行うことにより、準備データを生成するプレ解析手段と、
前記プレ解析手段が生成した準備データに基づいて、対象の動態画像の解析適合性を判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果に応じて撮影オーダーを生成するオーダー生成手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、撮影した動態画像から十分な解析結果を得ることができるか否かを、撮影後直ちに判別することができる。

本発明の実施形態に係る放射線画像撮影システムの模式図である。 図１の放射線画像撮影システムを構成する放射線画像解析装置の機能的構成を表すブロック図である。 図２の放射線画像解析装置が実行する解析処理のフローチャートである。 図３の解析処理において実行する演算の概念図である。 図３の解析処理において実行する演算の概念図である。 図３の解析処理において実行する演算の概念図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されるものではない。

〔放射線画像撮影システムの構成〕
まず、本発明の実施形態に係る放射線画像撮影システムの構成について説明する。図１は放射線画像撮影システム１の模式図である。

本実施形態の放射線画像撮影システム１は、図１に示したように、放射線照射装置２や、放射線画像撮影装置３、コンソール４、放射線画像解析装置５等で構成されている。また、放射線画像撮影システム１には、必要に応じて、放射線科情報システム（Radiology Information System、以下、ＲＩＳ６）や、画像保存通信システム（Picture Archiving and Communication System：以下、ＰＡＣＳ７）等も備えられる。
放射線画像撮影システム１を構成する各装置は、ＤＩＣＯＭ（Digital Image and Communications in Medicine）規格に準じており、各装置間の通信は、ＤＩＣＯＭに則って行われる。

放射線照射装置２は、図示を省略するが、放射線を生成可能な回転陽極や回転陽極に電子ビームを照射するフィラメント等を有する放射線源や、設定された管電圧や管電流、照射時間（ｍＡｓ値）等に応じた線量の放射線を放射線源から照射させるジェネレーター等を備えている。

放射線画像撮影装置３は、図示を省略するが、放射線を受けることで線量に応じた電荷を蓄積する複数の放射線検出素子が二次元状（マトリクス状）に配列された基板や、各放射線検出素子に蓄積された電荷を画像データとして読み出す読み出し回路、外部装置と通信したり画像データを送信したりするための通信部等を備えている。
そして、放射線画像撮影装置３は、放射線照射装置２から放射線の照射を受け、画像データを読み出すと、その画像データを、通信部を介して直ちに外部（コンソール４等）へ送信するようになっている。

なお、放射線画像撮影装置３は、シンチレーターを備え、シンチレーターが放射線を受けることで発した光を検出するいわゆる間接型のものであってもよいし、シンチレーター等を介さずに放射線を直接検出するいわゆる直接型のものであってもよい。
また、放射線画像撮影装置３は、放射線照射装置２からの信号に基づいて撮影を開始する連携方式のものであってもよいし、放射線照射装置２からの信号なしに自ら放射線の照射を検知して撮影を開始する非連携方式のものであっても良い。
また、放射線画像撮影装置３は、撮影台（立位用でも臥位用でもよい）のホルダーに装填して用いる可搬型（カセッテ型）のものであってもよいし、撮影台と一体化された専用機型のものであってもよい。

コンソール４は、放射線照射装置２や放射線画像撮影装置３、放射線画像解析装置５等と通信可能に接続されている。
そして、コンソール４は、外部装置（放射線画像解析装置５やＲＩＳ６）からの撮影オーダーやユーザーによる操作に基づいて、放射線照射装置２や放射線画像撮影装置３の各種撮影条件（例えば、撮影する部位等の被写体に関する条件や、管電圧や管電流、照射時間等の放射線の照射に関する条件）を設定することが可能となっている。
また、コンソール４は、放射線画像撮影装置３からの画像データを受信すると、その画像データを直ちに放射線画像解析装置５へ送信するようになっている。その際、当該画像データ基づく画像（静止画像又は動態画像）を表示部に表示することも可能である。

放射線画像解析装置５は、コンピューター又は専用の制御装置として構成されており、一又は複数のコンソール４（放射線画像撮影装置３）と通信可能に接続されている。
そして、放射線画像解析装置５は、コンソール４から送信されてきた画像データを解析し、必要に応じて再撮影オーダーや追加撮影オーダーをコンソール４に送信することが可能となっている。なお、この放射線画像解析装置５の具体的動作については後述する。

ＲＩＳ６は、コンソール４や図示しない病院情報システム（Hospital Information Systems；ＨＩＳ）と通信可能に接続されている。
そして、ＲＩＳ６は、ＨＩＳから取得した各種情報（患者情報や予約情報、検査情報等）に基づいて動態画像の最初の撮影オーダーをコンソール４に送信することが可能となっている。

ＰＡＣＳ７は、コンソール４や放射線画像解析装置５と通信可能に接続されている。
そして、ＰＡＣＳ７は、コンソール４や放射線画像解析装置５から受信した画像データをデータベースへ保存することが可能となっている。
また、ＰＡＣＳ７は、コンソール４や放射線画像解析装置５からの指示に基づいて、データベースへ保存されている画像データを呼び出し、コンソール４や放射線画像解析装置５へ送信することが可能となっている。

〔放射線画像解析装置の構成〕
次に、上記放射線画像撮影システムを構成する放射線画像解析装置５の詳細について説明する。図２は、放射線画像解析装置５のブロック図である。

本実施形態の放射線画像解析装置５は、図２に示したように、制御部５１、通信部５２、記憶部５３、操作部５４及び表示部５５を備えて構成され、各部はバス５６により接続されている。

制御部５１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等により構成される。制御部５１のＣＰＵは、操作部５４の操作に応じて、記憶部５３に記憶されているシステムプログラムや、各種処理プログラムを読み出してＲＡＭ内に展開し、展開されたプログラムに従って、後述する解析処理を始めとする各種処理を実行したり、表示部５５の表示内容を制御したりする等、放射線画像解析装置５各部の動作を集中制御するようになっている。

通信部５２は、ＬＡＮアダプタやモデムやＴＡ等を備え、通信ネットワークに接続されたコンソール４やＰＡＣＳ７等との間のデータ送受信を制御する。

記憶部５３は、不揮発性の半導体メモリやハードディスク等により構成される。記憶部５３は、制御部５１で各種処理（例えば、後述する解析処理）を実行するためのプログラムや、プログラムにより処理の実行に必要なパラメーター、処理結果、あるいは画像データ等のデータを記憶する。これらの各種プログラムは、読取可能なプログラムコードの形態で格納されている。

操作部５４は、カーソルキー、数字入力キー、及び各種機能キー等を備えたキーボードや、マウス等のポインティングデバイス等によりユーザーが操作可能に構成されており、キーボードに対するキー操作あるいはマウス操作により入力された指示信号を制御部５１に出力する。
なお、操作部５４は、表示部５５の表示画面に備えられたタッチパネルで構成されていても良く、この場合、タッチパネルを介して入力された指示信号を制御部５１に出力する。

表示部５５は、ＬＣＤやＣＲＴ等のモニタにより構成され、制御部５１から入力される表示信号の指示に従って、各種画像（静止画像又は動態画像）や、操作部５４からの入力指示、データ等を表示することが可能となっている。

〔放射線画像解析装置の動作〕
次に、本実施形態に係る放射線画像解析装置５の動作について説明する。図３は放射線画像解析装置５が実行する解析処理のフローチャート、図４〜６は解析処理において実行する各種演算の概念図である。
なお、図４，５には、肺野領域のフレーム画像を例示したが、本実施形態に係る放射線画像解析装置５は、心臓や横隔膜等、肺野以外の部位を撮影した動態画像を解析することも可能である。

放射線画像解析装置５の制御部５１は、コンソール４から画像データを受信したことに基づいて、図３に示した解析処理を自動的に実行する。なお、画像データの受信後に操作部５４に所定の操作がなされたことに基づいて実行するようにしてもよい。
解析処理では、まず、プレ解析処理を実行する（ステップＳ１）。この処理では、動態画像の複数のフレーム画像のそれぞれについて、画素の信号値に基づく所定の演算を行うことにより、一種類又は複数種類の信号値マップを生成する。すなわち、制御部５１は、本発明におけるプレ解析手段をなす。なお、本実施形態では、全体信号値、部分信号値、レンジ占有率等を算出することで信号値マップを得る。

全体信号値は、図４（ａ）に示したように、動態画像の一のフレーム画像の全体を対象領域Ｒとし、当該対象領域Ｒを形成する全ての画素の信号値をそれぞれ求め、得られた各信号値の中から、最大値や最小値を抽出したり、平均値等を算出したりすることにより得られる。
一のフレーム画像について信号値を抽出・算出した後は、他のフレーム画像（一の動態画像の全てのフレームでもその一部でもよい）についても同様の処理を順次行う。こうして得られた各最大値、各最小値又は各平均値が、信号値マップとなる。

部分信号値は、図４（ｂ），（ｃ）に示したように、動態画像の一のフレーム画像の中の一部を対象領域Ｒとし、当該対象領域Ｒを形成する全ての画素の信号値をそれぞれ求め、得られた各信号値の中から、最大値や最小値を抽出したり、平均値等を算出したりすることにより得られる。
対象領域Ｒは、図４（ｂ）に示したように一のフレーム画像に対し一箇所（例えば、肺野領域全体）としてもよいし、図４（ｃ）に示したように、複数箇所（肺や心臓周りの血管）設定してもよい。
一のフレーム画像について信号値を抽出・算出した後は、他のフレーム画像についても同様の処理を順次行う。こうして得られた各最大値、各最小値又は各平均値も、信号値マップとなる。

レンジ占有率は、対象領域Ｒの全体信号値又は部分信号値を算出した後、算出した信号値の最大値、最小値又は平均値を含む所定の数値範囲をそれぞれ設定し、対象領域Ｒを形成する全画素に占める、信号値が設定した数値範囲内にある画素の数の割合を算出することにより得られる。
一のフレーム画像について信号値を抽出・算出した後は、他のフレーム画像についても同様の処理を順次行う。こうして得られた最大値に対応する各占有率、最小値に対応する各占有率又は平均値に対応する各占有率も、信号値マップとなる。
このステップＳ１の処理で得られた一又は複数の信号値マップは、次の処理で各種判断を行うための準備データとなる。

ステップＳ１の処理を終えた後は、一次判定処理を行う（ステップＳ２）。この処理では、得られた一又は複数の信号値マップ等に基づいて、対象の動態画像から十分な解析結果を得ることが可能か否かを判定する。本実施形態では、少なくとも、図５（ａ）に示したように、フレーム間の対応する画素の信号値の差ΔＳが所定値以上であるか否かを判定することにより、十分な解析結果を得ることが可能か否かを判定する。また、必要に応じて画像データに付帯する撮影情報（例えば、撮影目的（検査内容）等）を参照する。すなわち、制御部５１は、本発明における判定手段をなす。
このような処理を行うことで、少なくとも、対象の動態画像を用いて肺の換気機能の評価（換気解析）を行うことが可能か否かの判定が可能となる。

ステップＳ２の処理において、信号値の差ΔＳが所定値未満であると判定した場合（ステップＳ２；Ｎｏ）は、換気解析をはじめいずれの解析も行うことが困難であるため、再撮影を行うことを要求する再撮影オーダーを生成する処理を行って（ステップＳ３）、二次判定処理（ステップＳ４）へ進む。すなわち、制御部５１は、本発明におけるオーダー生成手段をなす。
一方、ステップＳ２の処理において、信号値の差ΔＳが所定値以上であると判定した場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）は、少なくとも換気解析を行うことが可能であるため、ステップＳ３の処理を行わずにステップＳ４の処理へ進む。

ステップＳ４の処理では、得られた信号値マップ等に基づいて、対象の動態画像からどのような解析結果を得ることができるかを判定する。本実施形態では、後述する本解析処理で実行する各種解析アルゴリズムにおいて要求される典型的な信号値マップ（解析処理に必要なデータ、以下基準マップ）と、得られた信号値マップの中から当該解析アルゴリズムに対応する信号値マップとを照合し、得られた信号値マップが基準マップと相関性を有しているか否かや、他の必要要件を満たしているか否かについて判定する。すなわち、制御部５１は、本発明における二次判定手段をなす。
この処理で得られた判定結果は、解析アルゴリズムにおいて用いる最適な解析パラメーターを導出するための情報となる。

他の必要条件としては、例えば、図５（ｂ）に示したように、フレーム間の信号値の各差異ベクトルＶが連続性（上昇傾向、下降傾向、いずれかの傾向からの停滞等、図５（ｂ）における符号Ｃで示した曲線）を有しているか否か、図６（ａ）に示したように、差異ベクトルＶの連続性Ｃが所定フレーム数に亘って継続しているか否か、図６（ｂ）に示したように、差異ベクトルＶの連続性Ｃが、上昇及び下降を全フレーム通じて複数回、安定的に繰り返しているか否か、等について判定する。

このような処理を行うことで、例えば、対象の動態画像を用いて肺の血流機能の評価（血流解析）を行うことが可能か否かの判定が可能となる。すなわち、フレーム間の信号値の差異ベクトルＶの連続性が所定フレーム数に亘って継続していれば十分な血流解析を行うことができ、継続していなければ十分な血流解析を行うことができない、といった判定をすることができる。
特に、上昇及び下降の安定性が一定レベル以上であれば、血流解析等、他の解析処理の可能性も見込むことができる。

ステップＳ４の処理において、情報量はあるものの安定性が不足している、あるいはある解析用としては安定性が不足しているが他の解析用としては十分である等、と判定した場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）は、動態動画を追加で撮影することを要求する（例えば、安定性を高めるため安静状態で撮影する、撮影時間を長くする等）追加撮影オーダーを生成して（ステップＳ５）、ステップＳ６の処理に進む。
一方、ステップＳ４の処理において、前処理で再撮影オーダーを生成した、あるいは安定性が十分に高くいずれの解析処理にも用いることができると判定した場合（ステップＳ４；Ｎｏ）は、ステップＳ５の処理を行わずにステップＳ６の処理に進む。

なお、相関性の判定においては、一の信号値マップと、それぞれ異なる解析アルゴリズムに対応する複数種類の基準マップとを照合するようにしてもよい。相関性を有する基準マップの数が多いほど、高品質な解析画像を得ることの画像を得ることのできるだけでなく、他の種類の解析に用いることも可能なものであるということになる。
また、相関性の有り／無しのみを判定するのではなく、例えば、相関性がかなり高い、やや高い、やや低い、かなり低い等、段階的な判定を行うようにしてもよい。

また、相関性の高い基準マップの数（多さ）に応じた解析グレードや、画像データに付帯する撮影情報（例えば、撮影目的（検査内容）等）を組み合わせて判定することも可能である。すなわち、信号値マップと基準マップとの１対１の照合結果のみに基づく判定の他、照合結果及び解析グレードに基づく判定、照合結果及び撮影情報に基づく判定、解析グレード及び撮影内容に基づく判定、照合結果、解析グレード及び撮影情報に基づく判定等が可能である。

また、信号値の差ΔＳの他、プレ解析処理において算出した各フレーム画像のレンジ占有率から求めたフレーム画像間の変化量と、信号値マップとを照合するようにしてもよい。
このようにすれば、解析アルゴリズムにおいて用いる複数の解析パラメーターの中から、変化量に応じた最適な解析パラメーターの候補を絞り込む事が可能となる。

ステップＳ６の処理において再撮影オーダーと追加撮影オーダーのうち、少なくとも何れかの撮影オーダーが生成されていると判定した場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）には、通信部５２を介して撮影オーダーをコンソール４に送信する処理を行って（ステップＳ７）、解析処理を終了する。
一方、ステップＳ６の処理において再撮影オーダーも追加撮影オーダーも生成されていないと判定した場合（ステップＳ６；Ｎｏ）には、画像データの本解析を行って（ステップＳ８）、解析処理を終了する。

このように、本実施形態に係る放射線画像撮影システム１は、放射線を照射する放射線照射装置２と、放射線照射装置２から放射線を受けることで画像データを生成する放射線画像撮影装置３と、を備え、放射線の照射と画像データの生成を複数回繰り返すことにより動態画像を撮影するものであって、放射線画像撮影装置３が生成した画像データに所定の解析処理を施す放射線画像解析装置５を更に備え、放射線画像解析装置５が、動態画像の複数のフレーム画像のそれぞれについて、画素の信号値に基づく所定の演算を行うことにより、準備データを生成するプレ解析手段と、プレ解析手段が生成した準備データに基づいて、対象の動態画像の解析適合性を判定する判定手段と、判定手段の判定結果に応じて撮影オーダーを生成するオーダー生成手段と、を有するものとなっている。

これにより、画像データの情報量が不足していれば再撮影を要求する撮影オーダーが自動的に生成され、本来の解析の他に他の解析の可能性が見込まれる場合に追加撮影を要求する追加撮影オーダーが自動的に生成される。こうした撮影オーダーが、コンソール４に送信されたか否かにより、撮影した動態画像から十分な解析結果を得ることができるか否かを、撮影後直ちに判別することができる。

１ 放射線画像撮影システム
２ 放射線照射装置
３ 放射線画像撮影装置
４ コンソール
５ 放射線画像解析装置
５１ 制御部（プレ解析手段、判定手段、オーダー生成手段、二次判定手段）
５２ 通信部
５３ 記憶部
５４ 操作部
５５ 表示部
５６ バス
６ 放射線科情報システム（ＲＩＳ）
７ 画像保存通信システム（ＰＡＣＳ）

Claims (8)

1. 動態画像の複数のフレーム画像のそれぞれについて、画素の信号値に基づく所定の演算を行うことにより、準備データを生成するプレ解析手段と、
   前記プレ解析手段が生成した準備データに基づいて、対象の動態画像の解析適合性を判定する判定手段と、
   前記判定手段の判定結果に応じて撮影オーダーを生成するオーダー生成手段と、を有することを特徴とする放射線画像解析装置。
2. 前記プレ解析手段は、
   一のフレーム画像を形成する全画素の信号値における最大値、最小値及び平均値、
   一のフレーム画像の関心領域を形成する全画素の信号値における最大値、最小値及び平均値、
   関心領域を形成する全画素に占める、信号値が所定数値範囲内にある画素の数の割合、の少なくとも何れかを前記準備データとして算出することを特徴とする請求項１に記載の放射線画像解析装置。
3. 前記判定手段は、前記プレ解析手段が生成した一のフレーム画像を形成する全画素の信号値における最大値、最小値及び平均値を用いて、フレーム画像間の信号値の差が所定値以上であるか否かを判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線画像解析装置。
4. 前記判定手段は、前記プレ解析手段が生成した一のフレーム画像の一部領域を形成する全画素の信号値における最大値、最小値及び平均値を用いて、フレーム画像間の信号値の差が所定値以上であるか否かを判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線画像解析装置。
5. 前記判定手段がフレーム画像間の信号値の差が所定値以上であるか否かを判定した後に、前記プレ解析手段が生成した準備データと解析処理に必要な情報とを照合することにより、
   フレーム間の信号値の差異ベクトルが連続性を有しているか否か、
   前記差異ベクトルの連続性が所定フレーム数に亘って継続しているか否か、
   前記差異ベクトルの上昇及び下降が全フレーム通じて複数回、安定的に繰り返されているか否か、の少なくとも何れかを判定する二次判定手段を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の放射線画像解析装置。
6. 前記二次判定手段は、前記準備データを、前記画像データが有する検査内容の情報とも照合することを特徴とする請求項５に記載の放射線画像解析装置。
7. 前記二次判定手段は、
   前記プレ解析手段が算出した信号値の最大値、最小値又は平均値を含む所定の数値範囲をそれぞれ設定し、
   動態画像の複数のフレーム画像のそれぞれについて、前記一部領域を形成する全画素に占める、信号値が設定した数値範囲内にある画素の数の割合を算出し、
   前記準備データと当該割合のフレーム画像毎の変化量とを照合することを特徴とする請求項５又は６に記載の放射線画像解析装置。
8. 放射線を照射する放射線照射装置と、
   前記放射線照射装置から放射線を受けることで画像データを生成する放射線画像撮影装置と、
   放射線の照射と画像データの生成を複数回繰り返すことにより動態画像を撮影する放射線画像撮影システムであって、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の放射線画像解析装置を更に備えたことを特徴とする放射線画像撮影システム。