JP2005109790A - 医用画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 医師が読影しやすい画像を作成する。
【解決手段】 Ｘ線画像から照射野部を検出し（ステップＳ２１）、さらに、照射野部を診断の対象となる乳房領域と乳房外領域とに分ける（ステップＳ２３）。乳房領域には（ステップＳ２４；ＹＥＳ）、乳腺や異常組織等の中濃度部の階調性を向上させるような階調変換処理を行う（ステップＳ２５）。乳房外領域は（ステップＳ２４；ＮＯ）、単一濃度に変換する（ステップＳ２６）。照射野部以外の領域は（ステップＳ２２；ＮＯ）、乳房外領域の濃度と同じ濃度又はそれ以上の濃度の単一濃度に変換する（ステップＳ２７）。乳房外領域に対する変換は、予め定められた閾値を用いた２つの濃度への変換処理、又は、低濃度部をより高い濃度に変換する処理であってもよい。
【選択図】 図４

Description

本発明は、患者を撮影した医用画像を処理する医用画像処理装置に関する。

従来、医療の分野においては、Ｘ線等の放射線を利用したＸ線撮影装置、ＣＲ（Computed Radiography）装置、ＣＴ（Computed Tomography）装置、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置等の医用画像撮影装置により生成された医用画像データをＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等の画像表示装置に表示し、この画像表示装置に表示された医用画像を医師が読影して、病変部の状態や経時変化を観察して診断を行っている。

また、医師の読影に対する負担軽減を目的として、ディジタル画像処理技術を用いて画像データの解析を行い、診断に適した画像を提供するコンピュータ支援診断（Computed-Aided Diagnosis；ＣＡＤ）が開発されている。

例えば、放射線画像上の被写体位置を認識し、その認識結果に基づいて関心領域を決定し、この関心領域内の画像情報に基づいて画像処理を行う画像処理方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。これにより、診断の対象となる対象領域に適した画像処理条件で画像処理を行うことができる。
特開２００１−２２２７０４号公報

しかし、診断の対象となる対象領域と、それ以外の対象外領域の両方に対して同じ条件で画像処理を行っていたため、以下のような問題があった。例えば、対象外領域には、Ｘ線撮影時に生じるヒール効果やフィルム歪、グリッド目等に起因するムラが存在していた。これらのムラは、医用画像を読影する際に必要のないものであるし、医師の診断の妨げにもなっていた。また、図３に示すように、Ｘ線撮影の際、乳房の左右の区別や撮影状態を記述した鉛マーカを一緒に挟み撮影した画像がある。鉛はＸ線吸収性が非常に高く、Ｘ線を透過させない。したがって、図３に示すように、鉛マーカを撮影したマーカ部がクリア（透明、濃度が低い）であるため、フィルム出力（ハードコピー）し、シャーカステンで読影する際に、マーカ部から光が漏れ、読影が困難であった。

本発明は上記の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、医師が読影しやすい画像を作成する医用画像処理装置を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、患者を撮影した医用画像に画像処理を行って画像出力装置に出力する医用画像処理装置において、前記医用画像の照射野部を検出し、前記照射野部を対象領域とそれ以外の対象外領域とに分ける対象領域検出手段と、前記対象領域、前記対象外領域それぞれに異なる階調変換処理を行う階調変換手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の医用画像処理装置において、前記医用画像は、Ｘ線単純写真であることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の医用画像処理装置において、前記対象領域は、乳房領域であることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の医用画像処理装置において、前記階調変換手段は、前記対象領域に対して、中濃度又は中輝度のグラディエントを低濃度又は高輝度、高濃度又は低輝度に対して相対的に大きくする階調変換処理を行うことを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の医用画像処理装置において、前記階調変換手段は、前記対象外領域の濃度又は輝度を単一濃度又は単一輝度に変換することを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の医用画像処理装置において、前記階調変換手段は、前記対象外領域を任意の閾値を用いて２つの濃度領域又は２つの輝度領域を形成するように変換することを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の医用画像処理装置において、前記階調変換手段は、前記対象外領域の低濃度部又は高輝度部を当該低濃度部の濃度より高い濃度又は当該高輝度部の輝度より低い輝度に変換することを特徴としている。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の医用画像処理装置において、前記階調変換手段は、前記医用画像の照射野部以外の領域を前記対象外領域の濃度以上の単一濃度又は前記対象外領域の輝度以下の単一輝度に変換することを特徴としている。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の医用画像処理装置において、複数の階調変換曲線を記憶する階調変換曲線記憶手段と、前記複数の階調変換曲線の中から出力目的に応じた階調変換処理を行う階調変換曲線を選択する階調変換曲線選択手段と、を備え、前記階調変換手段は、前記選択された階調変換曲線に従って階調変換処理を行うことを特徴としている。

請求項１０に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の医用画像処理装置において、前記階調変換処理の条件を変更する階調変換処理条件変更手段を備え、前記階調変換手段は、前記変更された階調変換処理条件に従って階調変換処理を行うことを特徴としている。

なお、医用画像をフィルムや用紙に出力する画像出力装置においては、濃度が高いほど黒いことを示し、濃度が低いほど白いことを示す。また、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＣＲＴ等の画像出力装置においては、輝度が高いほど白いことを示し、輝度が低いほど黒いことを示す。画像処理後の医用画像を出力する画像出力装置に応じて、適した処理を行うことが望ましい。

請求項１、２、３に記載の発明によれば、医用画像の照射野部を対象領域と対象外領域とに分けて、それぞれに異なる階調変換処理を行うので、医師が読影しやすい画像を作成することができる。

請求項４に記載の発明によれば、対象領域に対して、中濃度又は中輝度のグラディエントを低濃度又は高輝度、高濃度又は低輝度に対して相対的に大きくする階調変換処理を行うので、中濃度部又は中輝度部の階調性を向上させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、対象外領域の濃度又は輝度を単一濃度又は単一輝度に変換するので、対象外領域のムラを低減させることができる。したがって、対象外領域の認識が容易になり、医師が読影しやすい画像を作成することができる。

請求項６に記載の発明によれば、対象外領域を任意の閾値を用いて２つの濃度領域又は２つの輝度領域を形成するように変換するので、対象外領域のムラを低減させるとともに、区別すべき濃度又は輝度の差を表現することができる。したがって、対象外領域の認識が容易になり、医師が読影しやすい画像を作成することができる。

請求項７に記載の発明によれば、対象外領域の低濃度部又は高輝度部を当該低濃度部の濃度より高い濃度又は当該高輝度部の輝度より低い輝度に変換するので、低濃度部又は高輝度部の明るさを抑えることができる。したがって、低濃度部又は高輝度部が明る過ぎることによる読影精度・効率の低下を防ぐことができる。

請求項８に記載の発明によれば、医用画像の照射野部以外の領域を対象外領域の濃度以上の単一濃度又は対象外領域の輝度以下の単一輝度に変換するので、照射野部以外の領域のムラを低減させ、医師が読影しやすい画像を作成することができる。

請求項９に記載の発明によれば、複数の階調変換曲線の中から出力目的に応じた階調変換処理を行う階調変換曲線を選択して、出力目的に応じた階調変換処理を行うことができる。

請求項１０に記載の発明によれば、階調変換処理の条件を変更して、変更された階調変換処理条件に従って階調変換処理を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１に、本実施の形態における医用画像処理装置１の機能的構成を示す。
図１に示すように、医用画像処理装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２、Ｉ／Ｆ（InterFace）部３、操作表示手段４、Ｉ／Ｆ部５、通信部６、ＲＯＭ（Read Only Memory）７、ＲＡＭ（Random Access Memory）８、記憶部９等を備えて構成され、各部はバス１０により接続されている。

ＣＰＵ２は、操作表示手段４から入力される各種指示や、Ｉ／Ｆ部３又は通信部６から入力されるデータに従って、ＲＯＭ７に記憶されている各種プログラムの中から指定されたプログラムをＲＡＭ８のワークエリアに展開し、上記プログラムとの協働によって各種処理を実行し、その処理結果をＲＡＭ８の所定の領域に格納するとともに、操作表示手段４に表示させる。

Ｉ／Ｆ部３は、画像生成装置Ｇと接続するためのインターフェイスであり、画像生成装置Ｇにおいて生成されたＸ線単純写真等の医用画像データを医用画像処理装置１に入力する。Ｘ線単純写真とは、Ｘ線によって撮影された２次元の写真をいう。

画像生成装置Ｇとしては、例えば医用画像が記録されたフィルム上にレーザ光を走査して医用画像データを取得するレーザデジタイザや、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の光電変換素子からなるセンサによりフィルムに記録された医用画像データを取得するフィルムスキャナ等が適用可能である。

また、フィルムに記録された医用画像を読み取るのではなく、蓄積性蛍光体を用いて医用画像を撮影する撮影装置や、照射された放射線の強度に応じた電荷を生成する放射線検出素子とコンデンサからなるフラットパネルディテクタ等を接続可能な構成としてもよく、その医用画像データの入力方法は特に限定しない。

操作表示手段４は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）により構成され、表示画面上に各種操作ボタンや装置の状態表示、画像出力装置Ｈに出力する医用画像のプレビュー表示等を行う。ＬＣＤの表示画面上は、透明電極を格子状に配置して構成された感圧式（抵抗膜圧式）のタッチパネルに覆われており、手指やタッチペン等で押下された力点のＸＹ座標を電圧値で検出し、検出された位置信号を操作信号としてＣＰＵ２に出力する。なお、表示装置と入力装置は別体としてもよい。表示装置としては、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等を用いることができる。入力装置としては、カーソルキーや数字入力キー、決定キー等の各種機能に対応した機能キーを備えたキーボード、マウス等のポインティングデバイスを用いることができる。

Ｉ／Ｆ部５は、画像出力装置Ｈと接続するためのインターフェイスであり、医用画像処理装置１において画像処理が施された医用画像データを画像出力装置Ｈに出力する。

画像出力装置Ｈとしては、医用画像データをフィルムに出力するフィルム出力装置や、医用画像データを各種用紙に印刷する印刷装置、ＬＣＤやＣＲＴ等の表示画面上に医用画像データを表示する表示装置等が挙げられる。本実施の形態においては、画像出力装置Ｈとしてフィルム出力装置が接続されている場合について説明する。フィルム出力装置は、感光剤が表面に形成されたフィルムにレーザー光を照射して露光する露光部と、露光後のフィルムを現像する現像部と、を備え、画像データをフィルムに出力する。

通信部６は、ネットワークインターフェイスカード、モデム、ターミナルアダプタ等の通信用インターフェイスにより構成され、通信ネットワーク上の外部機器と各種情報の送受信を行う。例えば、通信部６を介して画像生成装置Ｇから医用画像データを受信する構成としてもよいし、通信部６を介して病院内のサーバや各診療室に設置される診療端末に接続して、画像処理が施された医用画像データを送信する構成としてもよい。

ＲＯＭ７は、不揮発性の半導体メモリで構成され、ＣＰＵ２により実行される各種プログラム等を記憶している。ＲＯＭ７には、階調変換処理プログラム（図４参照）が記憶されており、このプログラムとＣＰＵ２との協働により、対象領域検出手段及び階調変換手段が実現される。

ＲＡＭ８は、書き換え可能な半導体素子で構成される。ＲＡＭ８は、データが一時的に保存される記憶媒体であり、ＣＰＵ２が実行するためのプログラムを展開するためのプログラムエリア、ＣＰＵ２による各種処理結果等を保存するためのデータエリア等が形成される。

記憶部９には、画像生成装置ＧからＩ／Ｆ部３を介して入力された画像データ又は通信部６により受信された画像データや、階調変換処理を含む画像処理が施された画像データ、階調変換処理に用いられる複数の階調変換曲線等が記憶される。

次に、本実施の形態における動作を説明する。
図２は、医用画像処理装置１により実行される読影用画像出力処理を説明するフローチャートである。

図２に示すように、まず、患者の乳房から得られた画像データがＩ／Ｆ部３又は通信部６を介して入力され（ステップＳ１）、記憶部９に記憶される。Ｘ線画像を撮影する際には、被写体方向にのみＸ線が照射されるように、Ｘ線発生装置に照射野絞りが取り付けられる。このため、Ｘ線画像には、図３に示すように、照射野部と照射野部以外の領域とが存在する。また、照射野部は、対象領域（図３においては乳房領域）と対象外領域（図３においては乳房外領域）とに分けられる。撮影時、対象外領域には、撮影部位や撮影方向、患者の名前等を示すマーカが置かれることが多く、図３に示すように、画像上には濃度が低いマーカ部が存在する。

次に、画像データに階調変換処理が施される（ステップＳ２）。
図４は、階調変換処理を説明するフローチャートである。
図４に示すように、画像データから照射野部が検出される（ステップＳ２１）。例えば、特開平４−２４２６３６号公報に開示されている照射野認識方法のように、Ｘ線が照射された領域の画素値（信号値）と、照射野絞りでＸ線が照射されないようにした領域の画素値との差に基づいて、予め定められた閾値によって分割することにより、照射野部が認識される。

そして、照射野部（ステップＳ２２；ＹＥＳ）から乳房領域が検出され、乳房領域とそれ以外の乳房外領域とに分けられる（ステップＳ２３）。例えば、予め撮影部位が把握された医用画像からＸ線が直接照射された乳房外領域の画素値（信号値）と、被写体（乳房）を透過した乳房領域の画素値とを分類する閾値を設けておき、この閾値により乳房領域と乳房外領域とが認識される。このような被写体認識処理は、文献「マンモグラムＣＡＤシステム」（加藤元浩、藤田広志、原武史、遠藤登喜子），医用画像情報学会雑誌，14，p.104-113，1997、特開平3-218578号公報、日本乳癌検診学会誌，Vol．17，No1，pp87-102，1998に開示されている。

乳房領域には（ステップＳ２４；ＹＥＳ）、画像出力装置Ｈの出力特性に応じて、図５（ａ）に示すような中濃度のグラディエントを低濃度、高濃度に対して相対的に大きくする階調変換処理が施される（ステップＳ２５）。グラディエントとは、階調変換処理における入出力の関係を、図５のように、横軸を入力信号値、縦軸を出力信号値として曲線グラフ（階調変換曲線）で表現した場合の傾きをいう。図５（ａ）に示す階調変換は、入力信号値に対してＳ字型の階調変換曲線で表される変換、つまり、乳腺や異常組織等、乳房内にある読影に必要な情報を持つ部分（中濃度部）の階調性を向上させるような変換である。これは、従来使用されてきた一般的なアナログフィルム出力用の特性と同等の形状を持つ階調変換曲線である。なお、ここでは、出力信号値が大きいほど濃度が高いことを表し、出力信号値０は白、出力信号値４０９５は黒に相当する。

階調変換処理条件の決定方法として、例えば、特開昭63-262141号公報、特開平8-62751号公報に開示されている手法を用いて、乳房領域内のヒストグラム解析を行うことにより、診断上重要な信号領域に対応する領域を決定する。これを関心領域設定といい、これにより関心領域の基準信号値を決定することができる。次いでこの基準信号値を用いて特開昭59-83149号公報に示されるように階調変換曲線を設定する。

乳房外領域には（ステップＳ２４；ＮＯ）、乳房外領域用の階調変換処理が施される（ステップＳ２６）。乳房外領域用の階調変換処理として、例えば、図５（ｂ）に示すような階調変換曲線を用いて、低濃度部を当該低濃度部の濃度より高い濃度に変換する処理が行われる。これにより、マーカ部等の低濃度部（白い部分）の明るさを抑え、低濃度部が明る過ぎることによる読影精度・効率の低下を防ぐことができる。一方、文字等の高濃度部は認識可能であるので、読影環境を向上させることができる。

また、乳房外領域用の階調変換処理は、図５（ｃ）に示すような単一濃度への変換であってもよい。この変換により、乳房外領域のムラを低減させることができるので、乳房外領域を認識しやすくなり、医師が読影しやすい画像を作成することができる。変換される単一濃度は、どの濃度であってもよいが、明る過ぎない（濃度１０００〜４０９５）ことが望ましい。

また、乳房外領域用の階調変換処理として、図５（ｄ）に示すように、予め定められた閾値を用いて入力信号値を２つの出力信号値に変換し、乳房外領域が２つの濃度領域を形成するようにしてもよい。閾値は任意に設定することができる。これにより、乳房外領域のムラを低減させることができるとともに、マーカ部等、異なる濃度で出力すべき部分が認識可能となる。

乳房外領域用の階調変換処理は、図５（ｂ）〜（ｄ）に挙げた例に限らず、読影環境を向上させるために有効な各種階調変換を用いることができる。

照射野部以外の領域には（ステップＳ２２；ＮＯ）、照射野外用の階調変換処理が施される（ステップＳ２７）。照射野外用の階調変換処理は、照射野部以外の領域を、乳房外領域の濃度と同じ濃度又はそれ以上の濃度の単一濃度に変換する処理である。この変換により、照射野部以外の領域のムラを低減させることができる。

乳房領域、乳房外領域、照射野部以外の領域に対して施される階調変換処理は、出力目的に応じて選択可能であることが望ましい。例えば、医用画像を読影する医師が操作表示手段４から指示することにより、記憶部９に記憶されている複数の階調変換曲線の中から、各領域に対する階調変換処理に用いる階調変換曲線を選択することができるものとする。また、操作表示手段４から指示することにより、記憶部９に記憶されている階調変換曲線を変更又は微調整する等、階調変換処理の条件を変更可能に構成されていることとしてもよい。

図６に、種々の階調変換処理の例を示す。乳房領域に対して、図６（ａ）に示すような反転処理を行うことにより、病変部を目立たせる効果がある。また、図６（ｂ）は入力信号値の所定の範囲のみの階調を強調する拡大強調処理、図６（ｃ）は入力信号のうち中濃度成分のみを除去する階調変換処理の例である。各領域に対して、医師の好みに適した階調変換処理を行うよう選択可能とすることにより、医師が読影しやすい画像を作成することができる。

次に、図２に示すように、乳房画像を診断に適した、見やすい画像にするために、その他の画像処理が施される（ステップＳ３）。例えば、非鮮鋭画像信号に基づいて画像信号のダイナミックレンジを圧縮し、ダイナミックレンジの広い画像の画像全体を見やすい濃度範囲に収めるイコライゼーション処理、画像の空間周波数特性をコントロールして、撮影された人体の構造物をより鮮鋭に表現するための周波数処理（特公昭６２−６２３７３号公報、特公昭６２−６２３７６号公報に示される非鮮鋭マスク処理等）、特開平９−４４６４５号公報に示される多重解像度法による周波数処理等の処理が施される。これらの画像処理は、処理速度の点から、乳房領域にのみ施されることが望ましい。以上の画像処理が施された画像データは記憶部９に記憶される。

次に、記憶部９に記憶された画像処理後の画像データがＩ／Ｆ部５から画像出力装置Ｈに出力される（ステップＳ４）。そして、画像出力装置Ｈにおいて、乳房画像がフィルム出力される。
以上で、読影用画像出力処理が終了する。

したがって、本実施の形態の医用画像処理装置１によれば、医用画像の照射野部を乳房領域と乳房外領域とに分けて、それぞれに異なる階調変換処理を行うので、医師が読影しやすい画像を作成することができる。

なお、上記実施の形態における記述は、本発明に係る好適な医用画像処理装置の例であり、これに限定されるものではない。医用画像処理装置を構成する各部の細部構成及び細部動作に関しても本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

上記実施の形態においては、医用画像処理装置１が、画像出力装置Ｈとしてフィルム出力装置と接続されている場合について説明したが、画像を各種用紙に印刷する印刷装置や、ＬＣＤやＣＲＴ等の表示画面上に医用画像データを表示する表示装置に、画像処理後の画像データを出力することとしてもよい。

また、上記実施の形態においては、医用画像として乳房を撮影した画像データを用いた場合について説明したが、対象となる部位はこれに限らず、胸部や腹部であってもかまわない。

本発明の実施の形態における医用画像処理装置１の機能的構成を示すブロック図である。 医用画像処理装置１により実行される読影用画像出力処理を説明するフローチャートである。 乳房画像における照射野部、乳房領域、乳房外領域を説明するための図である。 階調変換処理を説明するフローチャートである。 階調変換処理に用いられる階調変換曲線及び階調変換直線の例である。 種々の階調変換処理の例である。

符号の説明

１ 医用画像処理装置
２ ＣＰＵ
３ Ｉ／Ｆ部
４ 操作表示手段
５ Ｉ／Ｆ部
６ 通信部
７ ＲＯＭ
８ ＲＡＭ
９ 記憶部
１０ バス

Claims (10)

1. 患者を撮影した医用画像に画像処理を行って画像出力装置に出力する医用画像処理装置において、
   前記医用画像の照射野部を検出し、前記照射野部を対象領域とそれ以外の対象外領域とに分ける対象領域検出手段と、
   前記対象領域、前記対象外領域それぞれに異なる階調変換処理を行う階調変換手段と、
   を備えたことを特徴とする医用画像処理装置。
2. 請求項１に記載の医用画像処理装置において、
   前記医用画像は、Ｘ線単純写真であることを特徴とする医用画像処理装置。
3. 請求項１又は２に記載の医用画像処理装置において、
   前記対象領域は、乳房領域であることを特徴とする医用画像処理装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の医用画像処理装置において、
   前記階調変換手段は、前記対象領域に対して、中濃度又は中輝度のグラディエントを低濃度又は高輝度、高濃度又は低輝度に対して相対的に大きくする階調変換処理を行うことを特徴とする医用画像処理装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の医用画像処理装置において、
   前記階調変換手段は、前記対象外領域の濃度又は輝度を単一濃度又は単一輝度に変換することを特徴とする医用画像処理装置。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の医用画像処理装置において、
   前記階調変換手段は、前記対象外領域を任意の閾値を用いて２つの濃度領域又は２つの輝度領域を形成するように変換することを特徴とする医用画像処理装置。
7. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の医用画像処理装置において、
   前記階調変換手段は、前記対象外領域の低濃度部又は高輝度部を当該低濃度部の濃度より高い濃度又は当該高輝度部の輝度より低い輝度に変換することを特徴とする医用画像処理装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の医用画像処理装置において、
   前記階調変換手段は、前記医用画像の照射野部以外の領域を前記対象外領域の濃度以上の単一濃度又は前記対象外領域の輝度以下の単一輝度に変換することを特徴とする医用画像処理装置。
9. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の医用画像処理装置において、
   複数の階調変換曲線を記憶する階調変換曲線記憶手段と、
   前記複数の階調変換曲線の中から出力目的に応じた階調変換処理を行う階調変換曲線を選択する階調変換曲線選択手段と、
   を備え、
   前記階調変換手段は、前記選択された階調変換曲線に従って階調変換処理を行うことを特徴とする医用画像処理装置。
10. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の医用画像処理装置において、
    前記階調変換処理の条件を変更する階調変換処理条件変更手段を備え、
    前記階調変換手段は、前記変更された階調変換処理条件に従って階調変換処理を行うことを特徴とする医用画像処理装置。

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