(57)【要約】【課題】  被写体の構造に合わせて特徴量を得るための解析領域を設定し、解析領域から得られた特徴量を用いて画像を階調変換する。【解決手段】  ベクトル情報算出部１０７は被写体の画像を複数の部分領域に分け、各部分領域について勾配を算出する処理を行う。算出されたベクトル情報を勾配ベクトル画像として初期領域設定部１０８に入力するとともに不図示の記憶部に記憶する。この処理については後述する。初期領域設定部１０８は勾配ベクトル画像におけるベクトルの１つに対応する被写体画像の領域を初期領域として設定する。解析領域設定部１０９は設定された初期領域を勾配ベクトルの方向に従って移動させる。特徴量抽出部１１０は解析領域を解析して特徴量を算出する。階調変換部１１１は特徴量抽出部１１０により得られた特徴量を用いて階調変換曲線を作成し、画像に階調変換を施す。【選択図】  図１
2012027696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像における被写体の撮影部位に応じて解析領域の初期領域を設定する初期領域設定手段と、
前記設定された初期領域を含む前記画像の部分領域を画素値の二次元分布に応じて探索し解析領域を設定する解析領域設定手段と、
前記設定された解析領域から抽出される特徴量に基づいて前記画像の階調を変換する変換手段と、
を有することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記画像の部分領域を前記解析領域の探索範囲として設定する範囲設定手段を更に有し、
前記範囲設定手段は前記撮影部位に応じて前記探索範囲の位置を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記解析領域設定手段は解析領域の候補領域を前記初期領域から撮影部位に応じた方向に移動させて前記探索範囲内に解析領域を設定する
ことを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
被写体の画像から被写体領域を抽出する抽出手段を更に有し、
前記範囲設定手段は前記画像において前記抽出された被写体領域を探索範囲として設定する
ことを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記解析領域設定手段は前記画素値の二次元分布として前記画像における画素値の勾配に応じて解析領域を設定する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記解析領域設定手段は前記勾配の方向に従い前記解析領域の候補領域の位置を変更する変更手段と、前記候補領域に基づく領域における前記勾配の値が所定の範囲に含まれるか否かを判定する判定手段を更に有し、
前記所定の範囲に含まれると判定された場合に前記候補領域を解析領域として設定する
ことを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記勾配の値の前記所定の範囲を前記撮影部位に応じて決定する決定手段を更に有することを特徴とする請求項６に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記判定手段は前記候補領域に基づく領域における前記勾配の値が閾値より小さい否かを判定する
ことを特徴とする請求項６に記載の画像処理装置。
【請求項９】
前記閾値は探索範囲から被写体外の領域または金属の領域を除外するための閾値である
ことを特徴とする請求項８に記載の画像処理装置。
【請求項１０】
前記画像は動画像であり、
前記初期領域設定手段は、前記解析領域設定手段により前記動画像の所定のフレーム画像に設定された解析領域に基づいて前記所定のフレーム画像とは異なる前記動画像のフレーム画像の初期領域を設定する
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１１】
前記動画像における被写体の位置の変化を検出する検出手段を更に有し、
前記解析領域設定手段は、検出された位置の変化と、前記画像の画素値の二次元分布の情報とに基づいて解析領域を設定する
ことを特徴とする請求項１０に記載の画像処理装置。
【請求項１２】
画像の解析領域の初期領域を設定する初期領域設定手段と、
初期領域を起点として前記画像における画素値の勾配の方向に応じて前記解析領域を探索し前記勾配の値が所定の範囲となる解析領域を設定する解析領域設定手段と、
前記設定された解析領域から抽出される特徴量に基づいて前記画像の階調を変換する変換手段と、
を有することを特徴とする画像処理装置。
【請求項１３】
放射線を発する放射線源と、
放射線源から発せられ被写体を透過した放射線を検出して被写体の画像を現す電気信号に変換する検出器と、
前記放射線源と前記検出器により前記被写体を撮影して画像を取得する画像取得手段と、
前記被写体の撮影部位の情報に応じて前記画像の部分領域を解析領域の探索範囲として設定する範囲設定手段と、
前記設定された探索範囲を画素値の二次元分布に応じて探索し解析領域を設定する解析領域設定手段と、
前記設定された解析領域から抽出される特徴量に基づいて前記画像の階調を変換する変換手段と、
前記変換された画像を表示する表示手段と、
を有することを特徴とする放射線撮影システム。
【請求項１４】
画像における被写体の撮影部位に応じて解析領域の初期領域を設定する工程と、
前記設定された初期領域を含む前記画像の部分領域を画素値の二次元分布に応じて探索し解析領域を設定する工程と、
前記設定された解析領域から抽出される特徴量に基づいて前記画像の階調を変換する工程と、
を有することを特徴とする画像処理方法。
【請求項１５】
画像における被写体の撮影部位に応じて解析領域の初期領域を設定する処理と、
前記設定された初期領域を含む前記画像の部分領域を画素値の二次元分布に応じて探索し解析領域を設定する処理と、
前記設定された解析領域から前記画像の特徴量を抽出する処理と、
をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像の階調変換を決定する画像処理装置または画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮影装置により被写体を撮影して得られた画像には種々の画像処理が施される。その１つに画像の濃度やダイナミックレンジやコントラストを適切に調整する階調変換処理がある。階調変換は画像の最大画素値及び最小画素値、並びに注目部位の画素値等の特徴量を用いて階調変換のための階調曲線を作成する。
【０００３】
特徴量を抽出するための解析領域の位置を設定する技術として、特許文献１には固定された複数の解析対象の領域をコリメータの設定に応じて切り替える技術が記載されている。特許文献２には動画のフレーム画像について高画質化処理の対象とするＲＯＩ領域を設定する技術が開示されている。この技術では最初のフレームにて手動で設定されたＲＯＩ領域を次のフレームの初期領域とし、当該フレームにおいて初期領域を起点として初期領域と差分の小さい画像領域を探索する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−２６９１１８号公報
【特許文献２】特開２００４−２４０８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら解析領域の探索の起点となる初期領域を手動で設定する場合、探索効率や精度が操作者の操作に大きく影響されてしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明の一態様による画像処理装置は以下の構成を有する。即ち、画像における被写体の撮影部位に応じて解析領域の初期領域を設定する初期領域設定手段と、前記設定された初期領域を含む前記画像の部分領域を画素値の二次元分布に応じて探索し解析領域を設定する解析領域設定手段と、前記設定された解析領域から抽出される特徴量に基づいて前記画像の階調を変換する変換手段と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
上述の構成を有する本発明によれば、撮影部位の情報を用いて画像の大略的な傾向に応じた位置に初期領域を設定し、更に画素値の二次元分布に基づき部分領域に絞って解析領域を詳細に探索することで、解析領域を効率的かつ精度よく設定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】放射線撮影システム１００の構成を示す図である。
【図２】画像処理装置１０４のハードウェア構成を示す図である。
【図３】画像処理装置１０４が実行する処理の概要を示す図である。
【図４】画像処理装置１０４が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】解析領域設定部１０９が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】解析領域設定部１０９による処理の具体例を示す図である。
【図７】画像処理装置１０４が動画像に対して処理を実行する例を示す図である。
【図８】画像処理装置１０４が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】画像処理装置１０４によるテンプレートを用いた処理の例を示す図である。
【図１０】画像処理装置１０４による複数の解析領域を設定する処理を示す図である。
【図１１】解析領域設定部１０９による処理の具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
〔実施例１〕
以下図１乃至図７を参照しながら本発明の第１の実施例を説明する。まず、図１に基づいて本実施例に係る放射線撮影システム１００の説明する。放射線撮影システム１００は、放射線源１０１、検出器１０３、画像処理装置１０４、表示器１１２、撮影指示装置１０５を有する。放射線源１０１は例えばＸ線管等から構成されており、制御に応じた強度と時間だけ放射線を射出する。射出した放射線は被写体１０２により一部が散乱または吸収され、一部は透過する。検出器１０３は透過した放射線を検出し、検出した量に応じた電気信号へと変換する。被写体の厚みや組織の違いにより透過率が異なるため、検出器１０３が得る電気信号の値は被写体１０２の内部構造の画像を現している。この画像は種々の画像処理を施され、画像処理装置１０４がその画像を解析して階調変換処理を行い、表示器１１２がその画像を表示する。
【００１０】
撮影指示装置１０５は、撮影条件設定部１１３と撮影指示部１１４を有する。撮影条件設定部１１３はユーザまたは外部装置からの入力に応じて撮影する対象、撮影レート、画像サイズ、解像度等の撮影条件を撮影前に予め設定する。これら撮影条件は放射線源１０１の放射線量や時間、検出器１０３の駆動、画像処理装置１０４が実行する解析領域検出処理のパラメータに変換された後、撮影指示部１１４を介して放射線源１０１、検出器１０３及び画像処理装置１０４へと通知される。撮影指示装置１０５の不図示の操作部を通じてユーザが撮影開始を指示したタイミングで、撮影指示部１１４は放射線源１０１または検出器１０３へその指示を通知し、これに応じて放射線源１０１及び検出器１０３は撮影を開始する。
【００１１】
画像処理装置１０４は画像取得部１０６、ベクトル情報算出部１０７、初期領域設定部１０８、解析領域設定部１０９、特徴量抽出部１１０、階調変換部１１１を有する。これら各部位は夫々独立にまたはまとめてＦＰＧＡやＡＳＩＣにより実装された回路とする。この場合には、回路は後述する図４または図５に示すフローチャートの各ステップを実行するための回路が実装される。なお、これら画像処理装置１０４の各機能ブロックの一部または全部はソフトウェアとハードウェアの協働により実現することとしてもよい。図２にソフトウェアを用いて実装する場合の画像処理装置１０４のハードウェア構成を示した図である。画像処理装置１０４はＣＰＵ２０１、ＲＡＭ２０２、ＲＯＭ２０３、ＨＤＤ２０４、キーボード２０５、マウス２０６、Ｉ／Ｆ２０７を有している。ＲＯＭ２０３には図１に示した画像処理装置１０４の各機能ブロックを実現し、図４及び５のフローチャートに示される処理を実現するためのコンピュータプログラムが格納されている。このプログラムをＣＰＵ２０１がＲＡＭ２０２に展開しプログラムの指令を逐次実行することにより画像処理装置１０４は後述する処理を実現する。
【００１２】
次に、上述の構成を有する放射線撮影システムによる処理の流れを適宜図３に示した処理の概要の図を参照しつつ図４、図５のフローチャートに従い説明する。図３は肺野を撮影した放射線画像の解析領域を設定し階調変換する処理の概要を示している。この例において被写体の無い領域の画素値は小さく、検出器が検出する放射線強度が小さくなるに従って画素値は大きくなり白色に近づくように設定されている。即ち被写体外の領域は低輝度、低画素値であり、腹部では高輝度、高画素値である。
【００１３】
まずステップＳ４０１で画像取得部１０６は検出器１０３が得た被写体の画像データを取得する。ステップＳ４０２でベクトル情報算出部１０７は、被写体の画像を複数の部分領域に分け、各部分領域について画像における画素値の二次元分布を示す情報として勾配を算出する処理を行う。この勾配ベクトルデータはベクトルを要素に持つ行列で表現され、画素値が大きくなる方向を正とする。各部分領域に対して不図示の記憶部に記憶された１次微分オペレータを適用して、勾配ベクトルの強度と角度を算出する。勾配の方向とその強度を算出する。算出されたベクトル情報を勾配ベクトル画像として初期領域設定部１０８に入力するとともに不図示の記憶部に記憶する。
【００１４】
ステップＳ４０３で初期領域設定部１０８は、勾配ベクトルデータの各要素に対応する画像の部分領域の１つを解析領域の初期領域として設定する。初期領域とは処理の最初に解析領域の候補とする領域であり、初期位置に対応する領域を指すものとする。解析領域とは本実施例に係る処理により定められる領域であり、特徴量が抽出される対象となる領域を指す。解析領域の候補領域とは、解析領域設定部１０９の処理により位置が変更される領域であり、処理の開始時は初期領域と一致し、処理の終了時は解析領域となる。なお、本実施例で設定される初期領域は、被写体内の最大画素値を算出する解析領域を設定するための初期領域である。
【００１５】
初期領域の位置は画像の撮影部位に応じて設定する。不図示の記憶部に撮影部位の情報と初期領域の位置とを対応付けるテーブル情報を記憶しておき、このテーブル情報と撮影部位の情報に基づいて初期領域の位置を設定する。撮影部位の情報は撮影指示装置から取得する。
【００１６】
例として、胸部を中心に撮影した放射線画像の場合には縦隔部を初期領域に設定する。この初期領域は、最終的に被写体の腹部を解析領域とするために設定されている。胸部撮影の場合には予め定められた撮影体位により縦隔部は画像の略中央に位置するため、画像の略中央に初期領域を設定することで、縦隔部に初期領域を設定することができる。ここで、低輝度な肺野の領域を画像から抽出し、２つの肺野に挟まれた領域として初期領域を設定することで、より精度よく縦隔部を特定することができる。縦隔部に初期領域を設定すると画像における下側には高輝度な腹部があり初期領域から見て下側へと向かう勾配が存在する。初期領域の左右は同じく高輝度な肺野が存在しているが、縦隔部において勾配の向きは下側となっている。このように縦隔部を初期領域とすると勾配の傾向が比較的単純となるうえ、勾配に応じて初期領域を移動させることにより被写体の最大画素値を取得しやすい。このように撮影部位の情報を用いることで解析領域の候補領域を大きくさせることなく、また複雑な移動をさせることなく、解析領域を設定することができる。
【００１７】
また別の例として、下肢や腕部を撮影する場合には骨部を初期領域として設定する。下肢や腕部では骨部とそれ以外の領域で画素値の分布する帯域が異なっているため、画素値の分布の違いをヒストグラムを用いて把握し、高輝度の領域であって画像の中央に位置する領域を初期領域として設定する。これにより候補領域を初期領域から大きく動かすことなく解析領域を骨部に設定することができる。このように、撮影部位の情報を用いることで初期領域を解析領域の近傍に設定することができる。
【００１８】
このように撮影部位により被写体の概略的な構造が把握できるため、撮影部位に基づいて初期領域の位置を精度よく設定することができる。特に放射線画像では被写体の撮影部位に応じて標準的な撮影体位が略決まっており、被写体の概略的な位置が撮影部位の情報から得られることが多い。そのため、標準的な撮影のパターンから定められる初期領域は解析領域とすべき領域から大きく外れることは少なく、放射線画像の解析領域を精度良く設定することができる。
【００１９】
ステップＳ４０４にて初期領域設定部１０８は、この初期領域の位置に基づいて初期領域を中心とする近傍の領域を探索範囲として設定する範囲設定部として機能する。探索範囲は本実施例では初期領域を含む初期領域の近傍領域として設定する。
【００２０】
探索範囲は、胸部の撮影の場合には、例えば初期領域を１マスとして初期領域を中心とする５×５の固定された大きさの領域とする。あるいは別の例として、撮影部位に応じて探索範囲の形状を変更する。胸部を撮影した放射線画像の場合であって縦隔部を初期領域として設定した場合には、左右の領域は探索範囲として設定する必要が小さいため、探索範囲の形状を縦長とする。特に初期領域として縦隔部を精度よく抽出できている場合には、初期領域の下側に解析領域とすべき腹部が存在するため、解析領域の精度を向上させることができるとともに処理の負荷を軽減することができる。
【００２１】
また、探索範囲である近傍領域の大きさは、同一の部位を撮影した複数の参照画像に基づいて設定する。参照画像にて設定された解析領域の位置の分散値等を算出してばらつきの度合いを取得し、閾値を下回る場合には近傍領域を既定の大きさとするが、所定の閾値より大きくばらついているようであればばらつき度合いに応じて探索範囲を拡大する。これにより、ばらつきが大きい場合により広い範囲を探索することととなり、解析領域を適切に設定することができる。このように初期領域は撮影部位に応じた位置に設定されるため、初期領域は解析領域とすべき領域の付近に設定されることとなる。よってこの近傍領域を探索することで処理時間を低減することができるとともに精度よく解析領域を設定できる。
【００２２】
さらにはまた別の例として、周知のアルゴリズムによって被写体領域を抽出し、この被写体領域を探索範囲としてもよい。被写体領域を探索範囲とすると、低輝度な被写体外の領域が探索対象から外れるため、探索範囲を絞り込むことが可能になる。
【００２３】
ステップＳ４０５で解析領域設定部１０９はベクトル情報を用い、初期領域を起点として探索範囲内を探索し特徴量を解析する領域を設定する。解析領域設定部１０９は解析領域の候補領域を、初期領域の位置から勾配ベクトルの方向に従って移動させる。初期領域の位置に対応する勾配ベクトルが８近傍の領域のうちいずれの領域を指し示しているかを判定し、その方向にある領域を解析領域の候補として設定する。移動先の領域に対応する勾配ベクトルの大きさが所定の範囲となっているか否かを判定し、判定の結果範囲に含まれない場合には移動を繰り返し移動後の領域を解析領域とする。
【００２４】
ベクトル情報算出部１０７により算出される勾配ベクトル画像は被写体画像の傾向を示し、同一の撮影部位であれば略同様の傾向を示す。これを利用して被写体における特定の解剖学的位置を解析領域とするために、その解剖学的位置に対応する勾配の値の範囲を予め設定する。この値は実験的に求める。このように、画素値の二次元分布を示す値の例として用いた勾配の強度は、個人差や撮影条件等への依存が少なく、被写体の特定の構造を安定して解析領域として設定することができる。特に放射線画像においては色情報が存在せず、各構造を見比べながら診断が行われるため、各構造間の画素値の差が重要な診断基準となる。本実施例では画素値の二次元的な差の情報である勾配の値という放射線画像診断と親和性の高い指標を採用しており、これにより被写体を診断上適切な階調とすることができる。
【００２５】
肺野を撮影部位とした画像では、最大画素値を取得するための解析領域として腹部を設定することが望ましい。また肺野の放射線画像では腹部に近づくに従い体厚が大きくなるため画素値が大きくなる傾向があり、しかも胸部から腹部にかけて画素値の傾向が比較的単純になっている。肺野の画像において勾配の方向に従えば胸部から最大画素値となる腹部へと解析領域の候補を移動させていくことが可能となる。そこで、初期領域を撮影部位に応じて設定することで候補領域の移動方向を制御する。撮影部位に応じて胸部中央に初期領域を設定し、勾配の方向に従い候補領域を移動させる。これにより、目的とする腹部へと解析領域を移動させることができ、精度よく解析領域を設定することができる。また画像全体を解析せずともよくなり処理時間が削減される。
【００２６】
以下、ステップＳ４０６で特徴量抽出部１１０は設定された領域内を解析し、特徴量を算出する。解析領域を解析して画像の被写体内最大値、被写体内最小値、関心領域画素値を特徴量として算出する。関心領域の画素値については解析領域内の中央値を算出する方法、解析領域内の平均値を算出する。なお、ここで抽出する特徴量は階調変換曲線の作成方法に依存して変更する。２点法を用いる場合には最大値と最小値が必要であるが、最大画素値だけを用いて曲線を特定する場合には最大値のみを抽出する。ステップＳ４０７で階調変換部１１１は特徴量抽出部１１０により得られた特徴量を用いて周知の方法により階調変換曲線を作成し、画像に階調変換を施す。ステップＳ４０８で画像処理装置１０４の表示制御に応じて表示器１１２は階調変換後の画像を表示する。
【００２７】
以上のステップＳ４０１乃至Ｓ４０８の処理を適宜行う事で、本実施例による画像処理装置の一連の処理が終了する。このように初期領域とベクトル情報を用いて解析領域を設定する事で、撮影対象の位置や撮影対象内部の配置等に左右されることなく、解剖学的に安定した領域を解析する事ができる。
【００２８】
図５のフローチャートに従い、解析領域設定部１０９により実行されるステップＳ４０５に係る被写体内の最大画素値を算出する処理の流れを説明する。
【００２９】
ステップＳ５０１で候補領域のベクトルの強度が予め定められた閾値の範囲内に入っているかどうかを判定する。この判定は候補領域が被写体外等の不適切な位置へと移動し、解析領域として設定されてしまうことを避けるために行われる。被写体には造影剤や金属など放射線の透過率が腹部よりも小さい物質が写ることがある。また、画像には被写体外の領域も存在することが多い。これら領域に基づいて階調を決めると診断上問題があり、解析領域とすることは避けるべきである。被写体の領域と被写体外の領域との間や、被写体内の金属と通常の被写体の境界で急激な濃度変化が起こる点に着目し、ベクトル強度が大きい場合にはその領域には被写体外の領域や金属が存在する領域であるとして探索範囲から除外する。これにより、被写体外の領域や金属が存在する領域に解析領域を設定する誤りを防ぐことができる。また、ベクトルの強度があまりに小さい場合には画素値が略変化していないため、解析領域を動かす必要がないと考えられる。そこでベクトルの強度が小さい場合には解析領域の移動をさせないことで、本来解析領域を動かす必要のないところまで動かす事による失敗を低減することができる。また勾配の値が所定の範囲となる領域を探索することにより、造影剤や金属、また肺野や被写体の無い領域などを解析領域とする誤りを低減することができる。
【００３０】
探索対象とする勾配ベクトルの強度範囲は撮影部位によって定められる。例えば、胸部の画像の場合で被写体内を探索範囲とする場合には被写体外領域を外すための解析領域が設定される。一方で、下肢や腕部の画像の場合で骨部を探索範囲とする場合には、骨部の外側の領域即ち皮膚や筋肉などを除外するために実験的に求めた値を勾配の強度範囲として設定する。かかる強度範囲は撮影部位情報と関連付けたテーブル情報として記憶部に記憶しておき、撮影部位情報とテーブル情報とを参照して強度範囲を決定する。
【００３１】
ステップＳ５０１の処理を初めて実行する際には候補領域は初期領域と一致する。ここでベクトルの強度が範囲を超えて大きい場合には、被写体外の領域や金属領域との境界があると判断し、初期領域を候補領域として移動位置の計算を終了する。一方でベクトルの強度が範囲を超えて小さい場合には、画像における画素値の変化が小さいと考えられるため、現在の候補領域を解析領域として設定する。範囲内に入っている場合は、被写体内の領域であると判断し次の処理に進む。
【００３２】
ステップＳ５０２で勾配ベクトルが初期領域の８近傍の領域でいずれの領域を指しているかを計算し、ベクトルの指す領域が予め定められた候補領域の探索範囲に含まれる領域であるかどうか、もしくは既に判定済みの領域であるかどうかを判定する。候補領域が探索範囲外の領域であるか、もしくは既に判定済みの領域である場合は、候補領域を解析領域として設定し、処理を終了する。探索範囲内ではなく、判定済み領域でもない場合には次の処理に進む。
【００３３】
ステップＳ５０３では次に候補領域を判定済みとし、ベクトルの角度が指している領域に候補領域を移動する。ステップＳ５０３の処理が終了後、再度Ｓ５０１の処理を行う。
【００３４】
以上ステップＳ５０１乃至Ｓ５０３の処理を各初期領域に対して順次行うことで解析領域を設定する事が可能となる。
【００３５】
上述の解析領域設定部１０９による解析領域の設定処理の具体例を図６に基づいて説明する。図６の下側の表には各部分領域の勾配ベクトルの強度と方向の値が示されている。ベクトルの方向の値は、図６に示す基準方向に対する角度で定義される値として示した。ベクトルの強度を示す値は、最大強度が１となるように正規化した値を用いている。ベクトルの指す領域はベクトルの角度から求められる。ベクトルの角度が−π／８［ｒａｄ］からπ／８［ｒａｄ］の場合は図６で右の領域、π／８［ｒａｄ］から３π／８［ｒａｄ］の場合は右上の領域、３π／８［ｒａｄ］から７π／８［ｒａｄ］の場合は上の領域となる。また、５π／８［ｒａｄ］から７π／８［ｒａｄ］の場合は左上の領域となる。また、７π／８［ｒａｄ］から９π／８［ｒａｄ］の場合は左の領域、９π／８［ｒａｄ］から１１π／８［ｒａｄ］の場合は左下の領域となる。また、１１π／８［ｒａｄ］から１３π／８［ｒａｄ］の場合は下の領域、１３π／８［ｒａｄ］から１５π／８［ｒａｄ］の場合は右下の領域となる。
【００３６】
候補領域の探索条件として、ベクトル強度の範囲を０．３〜０．７とする。このように範囲を限定するのは、先述の通り被写体領域のみを探索する為と、被写体外や金属の領域を省くためである。次に図６に基づいて画像処理装置１０４の解析領域設定部１０９が実行する解析領域の候補の位置変更処理を詳細に説明する。図６の下側の表には各部分領域の勾配ベクトルの強度と方向の値が示されている。候補領域の探索条件として初期領域を中心とする５×５の範囲を探索範囲として設定する。
【００３７】
まず初期領域６０１における候補領域の計算例を示す。ベクトルの強度が定められた範囲内に入っているかどうかの判定を行う。初期領域６０１のベクトル強度は０．６であるので、範囲内に入っている。範囲内に入っているため、次の処理に進む。
【００３８】
次に、ベクトルの角度が示す領域が予め定められた画像範囲内であるかどうか、もしくは既に判定済みの領域であるかどうかを判定する。ベクトルの角度は３π／２［ｒａｄ］であるため、下の領域を指している事となる。下の領域は予め定められた画像範囲内であり、かつ既に判定済みの領域でも無いので次の処理に進む。
【００３９】
次に初期領域６０１を判定済みとし、初期領域を領域６０２へ移動し、移動後の解析領域の候補領域でベクトル強度の判定を行う。図６に示したとおり領域６０２のベクトル強度は０．５であるので、勾配ベクトルの強度の範囲内に入っており、次の処理に進む。領域６０２のベクトル角度は３π／２［ｒａｄ］であるため、下の領域を指している事となる。下の領域は予め定められた画像範囲内であり、かつ既に判定済みの領域でも無いので、次の処理に進む。
【００４０】
次に、領域６０２を判定済みとし、初期領域を領域６０３へ移動し、ベクトル強度の判定を行う。領域６０３のベクトル強度は０．１であるので範囲内に入っていない。範囲内に入っていないため、領域６０３を解析領域として設定する。
【００４１】
その他、肺野の画像のように画素値の傾向が単純な画像については勾配の強度範囲を比較的大きくとり、勾配の方向に従って候補領域を移動させ所定の範囲となったとき解析領域とする、という方法でもよい。しかし、腹部に注目する場合などは内部構造が比較的複雑となる。このように複雑な場合については、初期領域から解析領域とすべき領域に至るまで画素値勾配の二次元的な変化を記憶しておき、この情報を用いて解析領域を設定する。所定の第一の範囲の勾配値まで上がった後、第二の範囲の勾配値となり、最終的に第三の範囲の勾配値となったときにその領域を解析領域とする。これに加えて初期領域から第一の範囲の閾値となるまでの移動方向、第一の閾値の範囲となってから第二の閾値となるまでの移動方向、第三の閾値の範囲となるまでの移動方向も合わせて記憶しておく。これら閾値と移動方向を示す情報に基づいて初期領域を移動させ解析領域を設定する。このように、撮影部位に応じて候補領域を移動させる経過点を指定するとともに経過点間の移動方向を指定して、解析領域の移動方向を制御することにより、複雑な構造を有する撮影部位を撮影した画像についても精度よく解析領域を設定することができる。
【００４２】
上述の構成を有する放射線撮影システム１００が上述の処理を実行することにより、以下の効果が得られる。まず、初期領域を画像の画素値の分布に応じて移動させることで、初期領域が誤った領域に設定されていたとしても、画像の画素値の分布情報を用いて初期領域の位置を移動させ修正することができる。このように適切な解析領域を設定することができ、被写体に応じてより適切な階調とすることができる。
【００４３】
また、初期領域の近傍の画像情報に応じて領域を移動させ解析領域を設定することで、探索範囲を画像の一部の領域に制限し、画像全体を解析の対象とする場合に比べ処理の負荷を削減することができる。また、探索する勾配強度の範囲を制限する事で、照射野外、被写体外や金属領域等の不要な個所を探索する必要がなくなり、迅速に正確な特徴量を得る事が可能となる。
【００４４】
また、撮影部位によって初期領域を設定すると共に解析領域の探索範囲を設定することで、撮影部位は画素値の大略的な傾向を示すことを利用して解析領域の粗調整を行うことができる。加えて、探索範囲内を画像の画素値の二次元分布に基づいて探索し解析領域を設定することで、被写体毎の違いを補正する等の解析領域の微調整を行うことができる。
【００４５】
特に撮影部位に基づいて初期領域を比較的高い精度で設定することができる場合には、近傍領域を探索することで処理の負荷を削減しつつ精度良く解析領域を設定できる。
【００４６】
本発明の第１の実施例では被写体内最大値を解析するための候補領域設定について説明したが、その他の特徴量を解析するための候補領域の設定をすることも可能である。例えば、被写体内最小値を解析するための候補領域設定では、ベクトルの方向を逆向きに設定し、ベクトルの指す方向に解析領域の候補を移動するようにすればよい。また関心領域の画素値を算出する場合には、関心領域の画素値分布を示す値の範囲を定め、初期領域から周囲の画素値分布に応じて移動させればよい。このように目的に応じて解析領域の探索条件を変える事により所望の解析領域を設定する事が可能となる。
【００４７】
〔実施例２〕
本実施例は動画像を構成する各フレーム画像の階調変換に本発明を適用した例である。システムの構成は先述の実施例１と略同様であるため説明を省略し、初期領域設定部１０８及び解析領域設定部１０９の機能及び処理を中心に説明する。
【００４８】
画像取得部１０６は被写体を撮影中に生成されるフレーム画像を逐次取得する。初期領域設定部１０８は最初に入力されたフレーム画像と以後に入力されたフレーム画像とを判別し、処理を変更する。また、解析領域設定部１０９により設定された解析領域の位置を取得する。最初に入力されたフレーム画像に対しては実施例１と同様に初期領域を設定する。マウス等によりユーザの指定した画像上の位置に応じて初期領域を設定することも可能である。２枚目以降の画像については１つ前に入力された既に初期領域を設定済みのフレーム画像に対して解析領域設定部１０９により設定された解析領域の位置を取得する。取得した位置を、初期領域が未だ設定されていない設定対象のフレーム画像の処理領域の位置とする。
【００４９】
解析領域設定部１０９は、実施例１と同様の方法により初期領域に基づいて解析領域を設定する。そして解析領域の位置をフレーム画像と対応させて記憶部に格納する。かかる情報を初期領域設定部１０８が記憶部から取得して初期領域の位置とする。
【００５０】
図８のフローチャートに従い本実施例に係る放射線撮影システムの処理の流れを説明する。説明には図７を適宜用いる。なお実施例１に係る処理と共通する部分については説明を省略する。
【００５１】
ステップＳ８０１で画像取得部１０６はＮ番目のフレーム画像を画像処理装置１０４に入力する。
【００５２】
ステップＳ８０２にてベクトル情報算出部１０７は画像取得部１０６が取得した画像に対してソフトビニング等の手法を用いて縮小した画像を生成し、この縮小画像に対して画素値の分布情報を算出する。これにより対象となる画像の構造が単純化され、初期領域設定部１０８による領域設定が容易となる上、処理対象の画像データ量が削減できるため処理負荷を軽減できる。更に、この縮小画像を画素加算などの手法を用いて平滑化された縮小画像を用いることにより画像のノイズが低減され、解析領域の設定の誤りを減らすことができる。
【００５３】
ステップＳ８０３で初期領域設定部１０８はＮ−１番目のフレーム画像に対して設定された解析領域の位置を記憶部から取得し、Ｎ番目のフレーム画像の初期領域に設定する。図７では、初期領域設定部１０８はＮ番目のフレーム画像の解析領域を記憶部から取得し、Ｎ＋１番目のフレーム画像の初期領域として設定する。これにより被写体を動画で撮影している場合に、被写体の移動や向きの変化に追随して解析領域を設定することができる。
【００５４】
ここでＮが０である場合には、実施例１と同様に予め設定された値を用いて初期領域を設定する。初期領域設定部１０８は画像取得部１０６が取得した画像の撮影部位を示す情報を撮影指示装置１０５から取得する。そして、取得した撮影部位と同一の部位を撮影した複数の参照用画像について設定された解析領域の位置を取得し、それら解析領域を含む領域を取得して、画像取得部１０６が取得した画像の解析領域を探索する範囲とする。探索範囲は、参照用画像の解析領域を最低限含む領域として設定してもよいし、所定のマージンを取って設定することとしてもよい。
【００５５】
またここで、動画像のフレームレートが高い場合には初期領域及び解析領域を小さくし、解析領域を探索する範囲を小さく取ることで、探索処理の負荷を減らすことができる。逆にフレームレートが低い場合には、解析領域を探索する範囲を大きくすることで解析領域を適切に設定することができる。その他、設定される初期領域は、撮影する対象、撮影レート、画像サイズ、解像度等の撮影条件に応じてその位置、形状、大きさを設定できる。
【００５６】
ステップＳ８０７にて、動画像のデータを参照してステップＳ８０５で解析された画像が最後のフレーム画像であるか否かを判定する。この判定処理の主体は解析領域設定部１０９であるが、ソフトウェアを用いて本実施例に係る処理を実現する場合には、ＣＰＵ２０１とソフトウェアとの協働により機能する判定部が実行することとしてもよい。ステップＳ８０６にて全フレームの処理が終了していないと判定された場合には、Ｎ番目のフレーム画像に対して設定された解析領域の位置を不図示の記憶部に記憶し、再びステップＳ８０１に進む。ステップＳ８０１では画像取得部１０６がＮ＋１番目のフレーム画像を取得し、ステップＳ８０３にて初期領域設定部１０８が、Ｎ番目のフレーム画像にて解析領域として設定された領域の位置を、Ｎ＋１番目の画像における初期領域として設定する。
【００５７】
上述のステップＳ８０１乃至Ｓ８０６の処理を繰り返し、ステップＳ８０６にて全フレームの解析が終了したと判定された場合にはステップＳ８０７及びＳ８０８へ進む。
【００５８】
このように動画像を構成する各フレーム画像に対して前フレームの解析値を利用することで、被写体が動く場合であってもその動きに追随して解析領域を設定することができる。特にこの処理と、初期領域の近傍を探索して次の解析領域を設定する処理とを組み合わせることで、処理の負荷を軽減しながら被写体の動きに追随して解析領域を設定することができる。フレームレートとの関係で処理時間が問題になる動画像では、処理時間を削減しつつ解析領域を動きに合わせて設定することができるという顕著な効果がある。
【００５９】
なお、本実施例では前フレームの解析領域を次のフレームの初期領域として設定しているが、所定数前のフレームの解析領域を現在のフレームの初期領域として設定することで階調変換の処理の負荷を軽減することができる。特に、動きの少ない被写体では所定の短時間であれば不自然な階調となる場合が少ないため、階調に対する問題を起こさずに処理時間を短縮できる。
【００６０】
更に以下のような処理を行うこともできる。動画像を構成するフレーム画像における二次元的な画素値の分布に加えて、各フレーム画像間の被写体の時間的な動きとに基づいて解析領域を設定する。動画像では被写体が移動したり、向きを変えたり、心臓が拍動したりすることにより画像中における被写体の位置が変わる上に、画像に写った被写体の形状も変化する。そこでまず被写体の動きを周知のアルゴリズムにより検知して検知結果に基づき解析領域を設定することで被写体の移動による解析領域の移動を補正する。これに加えて、画像の二次元画素値の分布に応じて解析領域を設定することで被写体の形状の変化による補正する。例えば、心臓を関心領域として設定する場合であって、これにより動画像に写される被写体の移動と形状の変化という解析領域を変化させる二大要因に対応して解析領域を設定することができる。
【００６１】
〔実施例３〕
本実施例は解析領域とその周囲の画素値の分布を示すテンプレートを用いて解析領域を探索する。図９に基づいて処理を説明する。なおシステムの構成及び処理の流れについては図１及び図３と同様であるため説明を省略し、画像処理装置１０４における解析領域設定部１０９の機能及び処理の流れを説明する。
【００６２】
本実施例では、初期領域設定部１０８は実施例１の処理を行なわず、画像取得部１０６から入力された画像を解析領域設定部１０９へと送る。また別の例としては、画像取得部１０６から得られた画像が直接解析領域設定部１０９へと入力される。解析領域設定部１０９は後述するテンプレート情報を作成する。作成されたテンプレート情報を用いて解析領域を設定する。以降の処理は実施例１と同様である。
【００６３】
図９に示すように、検出器１０３から得られた被写体の放射線画像から空間勾配の値及び方向を算出する。この勾配ベクトルデータはベクトルを要素に持つ行列で表現される。解析領域設定部１０９は、不図示の記憶部から被写体である人体の撮影部位に対応するテンプレートデータを読み出す。本実施例におけるテンプレートデータは、解析領域を中心とした８近傍の領域の勾配ベクトルを要素に持つ３×３の行列で表される。このテンプレートデータは撮影部位に応じて実験的に得られる。
【００６４】
解析領域設定部１０９は、探索範囲内の各画素位置に対してテンプレートデータと画像の勾配ベクトルデータのマッチングを行い、類似度を算出する。このマッチング処理には周知のパターンマッチングアルゴリズムを用いて類似度を算出しても、内積を取ることで類似度を算出してもよい。探索範囲内の各位置にテンプレートの中心を置き類似度を算出し、最も類似度が高い位置に解析領域を設定する。なお初期領域とテンプレートデータの解析領域の位置を合わせた時の類似度が最も高かった場合には、初期領域が解析領域に最もふさわしいとして処理を中断し、初期領域を解析領域として設定する。
【００６５】
なお、これに限らず、実施例１のように解析領域の候補領域を初期領域から移動させる処理を実行してもよい。まず、初期領域を撮影部位情報に応じて設定しておく。そして初期領域を含む８近傍に対してテンプレートとのマッチングを行って類似度を算出し、最も類似度が高い位置に候補領域を移動させる。その後、再び候補領域の８近傍の位置に対してテンプレートとのマッチングを行う。なお、前回の処理と重複するマッチング処理は省略することで、処理負荷を削減することができる。このように初期領域を移動させることにより新たに解析領域を定める上述の処理を繰り返し行い、所定数実行した所で処理を中断し、その時解析領域の候補となっている位置を得る。この領域を解析領域として設定し、特徴量抽出部１１０は解析領域に基づいて特徴量を算出し、階調変換部１１１により階調変換が行われることとなる。これにより、画像全体に対してマッチング処理を行わずとも解析領域を設定することができるため、処理の負荷を削減することができる。
【００６６】
上述のようにテンプレートデータを用いることで解析領域の近傍の勾配ベクトルも考慮して解析領域を特定することができるため、より精度良く解析領域を設定できる。
【００６７】
その他、特徴的な構造を有する撮影部位を写した画像の場合には、勾配の値を用いずともよい。特定位置の画素値の分布を示す値と、当該特定位置と解析領域の位置関係と、特定位置と解析領域との画素値の比の情報を有するデータをテンプレートデータとすることにより、解析領域をより正確に設定することができる。この場合には、当該特徴的な構造の画素値分布を示す値と、当該特徴的な構造と解析領域との位置関係を示すテンプレートデータが必要となる。画素値分布を示す値によりこの特徴的な構造の画像における位置が特定される。この特徴的な構造を基準位置として、基準位置と解析領域との位置関係の情報を用いて解析領域の位置が特定される。また撮影部位の特徴などにより画像に特徴的な構造が存在する場合には精度良く解析領域を設定することができる。
【００６８】
〔実施例４〕
本実施例では複数の初期領域を移動させ複数の解析領域を設定し、これら領域から得られる特徴量を選択しまたは組み合わせて階調変換に用いるパラメータとする。以下本実施例に係る処理の詳細を図１０及び図１１を用い説明する。なお、実施例１と重複する処理については説明を省略する。
【００６９】
本実施例では初期領域設定部１０８は入力された画像データについて複数の位置に初期領域を設定する。この複数の初期領域の位置は撮影部位と関連付けられたテーブル情報を記憶部から取得する事により得られる。解析領域設定部１０９は設定された複数の初期領域の夫々に基づいて複数の解析領域を設定する。複数の解析領域の設定は、一つの初期領域について解析領域の設定処理を実施例１と同様に実行し、終了後次の初期領域について解析領域の設定処理を行う。別の例として、解析領域の候補位置を初期領域から移動させて設定する場合には、各解析領域の候補位置を１単位ずつ移動させる処理を繰り返すことで複数の解析領域を設定する。どちらの例の場合でも、一方の候補位置が他方の候補位置の移動経路と重複した場合には、当該一方についての移動処理を中断することで処理の負荷を軽減することができる。
【００７０】
図１０に基づいて被写体内の最大値を取得する処理の流れを説明する。初期領域設定部１０８はこの勾配データに対して初期領域を複数設定するとともに、各初期領域について探索範囲を設定する。解析領域設定部１０９はこの複数の初期領域から解析領域の候補位置を夫々変更して解析領域を複数設定する。この夫々の解析領域は図１０においてはＲＯＩ１乃至ＲＯＩ５として示されている。
【００７１】
設定された複数の解析領域から特徴量を夫々算出する。算出する特徴量は各領域の中間値とする。算出された各領域の中間値のうち最も値が大きいものを選択し被写体内最大値とする。解析領域設定部１０９により設定された被写体内最大値を取得する為の解析領域は被写体でも画素値の高い領域である。中間値を取ることでノイズの影響を排した階調変換を実現することができる。
【００７２】
図１１に基づいて画像処理装置１０４の解析領域設定部１０９が実行する解析領域の候補の位置変更処理を詳細に説明する。図１１の下側の表には各部分領域の勾配ベクトルの強度と方向の値が示されている。候補領域の探索条件として、ベクトル強度の範囲を０．３〜０．７とし、候補領域が移動可能な探索範囲を初期領域から内側５×５の範囲とする。
【００７３】
まず初期領域１１０１における候補領域の計算例は、実施例１における初期領域６０１の計算例と同様であるため省略する。次に、初期領域１１１１における候補領域の計算例を示す。初期領域１１１１から領域１１１２へ移動するまでの過程は初期領域６０１における計算例と同様であるため説明を省略する。領域１１１２のベクトル強度は０．４であるので、強度の範囲内に入っているため、処理を継続する。領域１１１２のベクトル角度は３π／４であるため、左上の領域を指している事となる。左上の領域は予め定められた画像範囲に入っていない。そのため領域１１１２を候補領域として処理を終了する。
【００７４】
上記の処理によって、候補領域が領域１１０３と領域１１１２に設定される。係る領域の画素値の中間値を取得し、その最大値を取ることで、画像の最大画素値とする。これにより画像のノイズの影響を低減し、また解析の処理が一部失敗していてもその影響を低減させることができる。
【００７５】
また初期領域の移動範囲を制限することにより、処理の負荷を制限することができる。上述の通り放射線画像においては撮影部位毎に撮影体位が略定まっており、撮影部位の情報を用いることで解析領域とすべき領域に近い位置に初期領域を設定することができる。よって、移動範囲を制限しても精度に大きな影響はない。そればかりか、初期領域の位置がある程度信頼できるため解析領域とすべき領域に近い初期領域の近傍に限って解析領域を探索することで精度を向上させることができる。
【００７６】
（その他の実施例）
その他、解析領域の探索範囲を設定せずとも、初期領域からある一定回数分の移動を繰り返すことで、解析処理の時間を削減することができる。あるいは、特定の画素値をもった領域に達した場合にその領域を候補領域に設定することで、画素値の二次元的な変化を示す勾配情報と各領域における画素値の大きさの情報とから解析領域を設定することができるため、処理の精度が向上する。
【００７７】
また別の実施例としては、画像から得られた特徴量に基づいて被写体に照射する放射線の線量を制御することとしてもよい。この場合、画像処理装置１０４は放射線制御装置として機能する。画像の特徴量と放射線源が射出する放射線の線量との対応を示すテーブル情報や関数を記憶部に有し、この対応情報に基づいて特徴量が目的とする値となるように放射線の線量を制御する信号を放射線源１０１に対して送信する。放射線源１０１がＸ線管である場合にはＸ線管の管電圧と管電流を制御する信号を送ることでＸ線制御を行う。画像の階調を適切に設定することができる。この場合、特徴量の例としては、被写体の最大画素値と最小画素値を用い、これら値が所定の目標値となるように放射線源１０１の線量を増加または減少させる。これにより不要な被曝を減らしつつ適切なダイナミックレンジの画像を得ることができる。
【００７８】
なお、上述の処理により得られた特徴量は、階調変換のパラメータ以外の用途にも用いてよい。例えば被写体の抽出処理や、画像に現れた病変の抽出処理などに用いてもよい。
【００７９】
また画像処理装置内で行われている処理を複数の装置で分散させ画像処理システムとして実現しても、１つの機能ブロックとしてまとめられている処理を複数の回路または機能ブロックで分散させて実現してもよい。また、撮影装置または検出器に上述の実施例における画像処理装置及び表示装置の機能を組み込んで撮影装置により本発明を実現することとしてもよい。この場合には画像取得部１０６が検出器を有し、この検出器により被写体を撮影して画像を取得する。
【００８０】
また、ＣＰＵはコンピュータ内に複数含まれていてもよく、この場合複数のＣＰＵで分散させて本発明を実現することとしてもよい。
【００８１】
また本発明を電子計算機のハードウェアとソフトウェアの協働により実現する場合、電子計算機が読み出したプログラムコードを実行させる。電子計算機上で稼動しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施例の機能が実現される場合も本発明の範囲に含まれる。更にこの場合には、プログラムまたはプログラムコードを記録した記録媒体は本発明を構成する。
【００８２】
なお、上述した本実施の形態における記述は、本発明に係る好適な画像処理装置の一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８３】
１００  放射線撮影システム
１０４  画像処理装置
１０７  ベクトル情報算出部
１０８  初期領域設定部
１０９  解析領域設定部
１１０  特徴量抽出部
１１１  階調変換部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012027696.tif 000009
【図８】
2012027696.tif 000010
【図９】
2012027696.tif 000011
【図１０】
2012027696.tif 000012
【図１１】
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