JP2004081424A

JP2004081424A - 放射線画像撮影装置

Info

Publication number: JP2004081424A
Application number: JP2002245301A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tsujii; 辻井　修
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-08-26
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】胸部Ｘ線画像からの胸郭部の検出において、テンプレートを使用した場合より安定して検出できる放射線画像撮影装置を提供することを目的とする。
【解決手段】画像入力手段２０と、検索する器官の外形を有するテンプレート手段２７と、前記テンプレートの外形辺上に配置されたリファレンスポイント手段と、画像入力手段２０で得られた入力画像を移動変形して前記テンプレートに一致させるアフィン変換手段２１と、前記リファレンスポイントをアフィン変換手段２１によるアフィン変換後画像の対応点にコピーするコピー手段２８を有し、コピー手段２８によりコピーされたリファレンスポイントを有する前記アフィン変換後画像を、逆アフィン変換３０することを特徴とする。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放射線画像撮影装置、特にはフラットパネルを使用するＸ線デジタル断層撮影装置、あるいは画像処理装置に関するものである。
特には、入力画像中から肺野領域を抽出する技術であり、入力画像をアフィン変換（ＷＡＲＰ）してモデル画像とテンプレートマッチを行い、テンプレートとの対応点をアフィン変化した画像にマークした後に、画像を逆アフィン変換（逆ＷＡＲＰ）する。
【０００２】
【従来の技術】
胸部画像を対象にした結節（Ｎｏｄｕｌｅ）検出においては、肺野領域を正確にセグメントすることは重要な技術のひとつである。特開平８−３３５２７１号公報（出願人：アーチ）に、プロファイル解析とヒストグラムを使用した胸郭の検出方法が開示されている。
【０００３】
特開平９−０３５０４３号公報（出願人：東芝）には、ＣＴ画像を対象に画素値依存の閾値処理を行い、肺野領域を限定する手法が開示されている。
特開平１１−１５１２３２号公報（出願人：キヤノン）には、２値化処理とラベリング処理を使用した胸部Ｘ線画像からの肺野領域の検出技術が開示されている。
【０００４】
関連する技術として、特開２０００―３４２５５８号公報（出願人：コニカ）には、経時差分画像を作成する際に、過去画像をテンプレートとして、それをアフィン変換した部分画像と現在画像の相関関数を計算することにより部分マッチングを行う技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
胸部Ｘ線画像からの胸郭部の検出技術はその他にも開発されているが、安定性の面では、特開平８−３３５２７１号公報や特開平１１−１５１２３２号公報に開示されている技術は不安定であり、テンプレートによる方法がより安定であると考えられる。
そこで本発明においては、胸郭部の検出に対して、テンプレートを使用したより安定な方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、入力画像をアフィン変換（ＷＡＲＰ）してモデル画像とテンプレートマッチを行い、テンプレートとの対応点をアフィン変化した画像にマークした後に、画像を逆アフィン変換（逆ＷＡＲＰ）する。
【０００７】
また、本発明は、テンプレートの各リファレンスポイントの近傍領域と入力画像とのマッチングを調べることにより、入力画像中にリファレンスポイントを設定する方法とは異なり、入力画像を変形移動しながらテンプレートとの相関を計算するものである。
また、本発明ではテンプレートの面積が大きくなるのでより多くの計算時間を必要とするが、リファレンスポイントの近傍領域のみでマッチングをおこなう場合に発生するマッチングエラーを回避できるメリットがある。
尚、マッチングエラーは、輪郭に特徴のない肺野のわき腹近く（解剖学的にはラテラル部）で発生しやすい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、胸部正面画像からの肺野の抽出を目的としたときの、本発明のデータフローを概念的に表したものである。入力された画像１０は、テンプレート１３を参照しながらアフィン変換１１される。
使用されるテンプレート１３は、１００〜１０００枚程度の胸部正面画像に対して、人間により指定された肺野部分の平均を求めることによってあらかじめ計算されるものである。
本実施の形態では、２値画像でテンプレート１３を構成しているが、２値画像に限定されるものでなく、肺野の確率密度分布を示すような多値画像でもよい。
【０００９】
テンプレート１３を２値画像にした場合は、アフィン変換を収束させて行く際の相関演算においてテンプレート全体に対してフラットな重み付けになる（簡単には重み付けがない）が、肺野の確率密度分布とした場合は、確率密度が重み付け係数を兼ねるように動作する。
つまり、テンプレート中で確率密度の高い領域は、重み付けが高いことになる。
【００１０】
入力画像１０をアフィン変換１１して、相関関数が極値をもつようにアフィン変換がおこなわれた結果がアフィン変換後画像１２と呼ばれる。この画像の肺野部分とテンプレートは形状として非常に似ている。
このアフィン変換後画像１２に対して、テンプレート１３に割り当てられている（貼り付けられている）リファレンスポイントがコピーされる。これが図１に示すリファレンスポイントのコピーされた画像１４である。
【００１１】
このリファレンスポイントのコピーされた画像１４に対して、アフィン変換１１された関数の逆変換をおこなうような逆アフィン変換１５をおこなうことによって、結果的に入力画像の肺野領域に対するリファレンスポイントを得ることができる。さらに、このリファレンスポイントをスプラインで接続することによって、肺野領域を特定することができる。
【００１２】
また、このリファレンスポイントを使用して更なる輪郭追跡プログラムの開始点と終点をしてもよい。本リファレンスポイントを使用することで輪郭追跡プログラムが暴走（大きくエラーすること）することを防止することが可能である。
【００１３】
図２に本実施の形態のブロック図を示す。
画像入力手段２０は、外部のコンピュータからの画像入力であれば、ネットワークインターフェースであり、本発明が画像撮影装置に付随する場合は、２次元撮像検出器である。入力された画像はアフィン変換２１される。
【００１４】
アフィン変換手段２１は、広く知られた技術であり、画像処理の基本書であるＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ　Ｏｆ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｉｍａｇｅ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（Ａｎｉｌ　Ｋ．　Ｊａｉｎ著、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ　Ｈａｌｌ社、１９８９、の３２１ページ）あるいは特開平７−０３７０７４号公報に詳しく記載されているので、ここでは省略する。
【００１５】
特開平７−０３７０７４号公報には、画像間の位置合わせをおこなう際に粗調整の後に微調整を行うことが有効であることが開示されているが、この技術はテンプレートを入力画像の位置合わせをおこなう際にも有効である。
【００１６】
アフィン変換２１に使用される変換係数の保存手段２３がある。本発明がコンピュータで実現される場合は、メモリ手段であるが、アフィン変換結果の評価をおこなう相関関数計算手段２２の結果が閾値設定手段２４に保存される閾値よりも悪い場合には、係数変更手段２５の機能により変換係数が変更される。閾値の比較はどのような評価関数を使用するかに依存する。
【００１７】
テンプレートとアフィン変換された画像との相関（掛け算）を計算する場合は、収束した場合は極大値を示すので、閾値より大きくなるまではアフィン変換の係数が変更されるが、評価関数として各画素値の差分の絶対値の総和を使用する場合は、収束した場合は極小値を示すので、閾値より小さくなるまではアフィン変換の係数が変更される。
【００１８】
テンプレート手段２７は、前述したように複数の画像を参考にして統計的に決定された２値画像あるいは確率密度を表すような多値画像である。テンプレート画像には図１で示すようなリファレンスポイント（黒い点）を付けることができる。
リファレンスポイントを設定する手段をリファレンスポイント設定手段２９とよび、テンプレートに自由に複数点をつけることができる。ただし、設定されたリファレンスポイントは、実際にテンプレートのビットマップに付加されるわけでなく、テンプレートの座標を基準としたアドレスが記憶される。
【００１９】
このように座標を記憶されたリファレンスポイントは、アフィン変換された画像に付加される。これがリファレンスポイントコピー手段２８である。
リファレンスポイントコピー手段２８は、テンプレートの位置をもとに、各リファレンスポイントのアドレスを計算してアフィン変換された画像にリファレンスポイントを付加する。このリファレンスポイント付加プロセスも、実際にアフィン変換された画像（アフィン変換済み画像）に付加しても良いし、座標を計算するのみでの有効な場合がある。
【００２０】
リファレンスポイントが付加されたアフィン変換済み画像は、逆アフィン変換３０される。この際の変換係数は、先ほどアフィン変換した際の関数の逆関数によりおこなわれる。この逆変換により、画像はもとの座標系に戻る。ただし、変換と逆変換の過程で画像にボケが生じる。
【００２１】
前述したようにリファレンスポイントは、画像に直接付加させるほかに、座標として保存することも可能である。この座標に対して前述の逆変換を行うことによって、入力された画像の座標系でのリファレンスポイントの位置を逆アフィン変換３０によりもとめることも可能である。
【００２２】
リファレンスポイント連結手段３１は、リファレンスポイントの間を輪郭追跡するか、あるいは、リファレンスポイントの間を直線あるいはスプラインで接続することによっておこなうことができる。
画像例を図３に示す。輪郭追跡４０およびスプライン接続４１は公知の技術であり、血管を例にした輪郭追跡は特開平５−１６７９２７号公報（出願人：東芝）に開示があり、スプライン接続は前出のＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ　Ｏｆ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｉｍａｇｅ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇの３６４ページに記載がある。
スプライン接続する際には、リファレンスポイントの点数が問題になるが、図３などの実験によると７点以上のポイントが必要になる。
【００２３】
ここでは画像として胸部正面画像、抽出する解剖学的構造として肺野、で説明をおこなったが、これに限定されるものではなく、胸部側面画像から肺野部、胸椎腰椎画像から脊椎の抽出、骨盤画像から骨盤の抽出などに応用が可能である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明では、Ｘ線画像中からテンプレートマッチの技術を使用して、解剖学的な構造を簡単なシステムで、安定して取り出すことが可能になる。
また、テンプレート画像に２値画像を使用する場合は、マッチング感度が高く、また、テンプレートを変形せずに入力濃淡画像を変形移動し、テンプレートは変更しないのでマッチング感度を高く維持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の概念を示した図である。
【図２】本実施の形態のシステムブロック図である。
【図３】輪郭追跡画像とスプライン接続画像の例を示した図である。
【符号の説明】
１０　　入力画像
１２　　アフィン変換後画像
１３　　テンプレート
１４　　リファレンスポイントのコピー
１６　　肺野指定画像
２０　　画像入力手段
２１　　アフィン変換
２２　　相関関数計算手段
２３　　アフィン変換係数保存手段
２４　　閾値設定手段
２５　　係数変更手段
２６　　比較手段
２７　　テンプレート手段
２８　　リファレンスポイントコピー手段
２９　　リファレンスポイント設定手段
３０　　逆アフィン変換手段
３１　　リファレンスポイント連結手段
３２　　画像出力手段

Claims

画像処理装置を備えた放射線画像撮影装置であって、
画像入力手段と、
検索する器官の外形をテンプレートとして生成するテンプレート手段と、
前記テンプレートの外形辺上にリファレンスポイントを配置するリファレンスポイント手段と、
前記画像入力手段で得られた入力画像を移動変形して前記テンプレートに一致させるアフィン変換手段と、
前記リファレンスポイントを前記アフィン変換手段によるアフィン変換後画像の対応点にコピーするコピー手段を有し、
前記コピー手段によりコピーされたリファレンスポイントを有する前記アフィン変換後画像を、逆アフィン変換することを特徴とする放射線画像撮影装置。
前記逆アフィン変換された画像に前記コピー手段によりコピーされたリファレンスポイントを参照して、前記入力画像中から前記器官の外形を抽出することを特徴とする請求項１記載の放射線画像撮影装置。
前記アフィン変換手段は、前記入力画像全体の粗調整過程と前記リファレンスポイントに注目した微調整過程から構成されることを特徴とする請求項１記載の放射線画像撮影装置。
前記器官が肺野の場合に、前記リファレンスポイントは前記片肺につき７点以上であることを特徴とする請求項１記載の放射線画像撮影装置。
前記リファレンスポイントを連結して前記器官の輪郭を決定することを特徴とする請求項２記載の放射線画像撮影装置。