エンボスＸ線画像処理方法及びプログラム並びにシステム
【課題】 ２次元Ｘ線画像からＣＰＵ処理により高コントラスト分解能の３次元エンボス画像が得られ、患者への最小限負担で汎用性の高いエンボスＸ線画像処理方法、プログラム及びシステムを提供する。
【解決手段】 本発明は、ＣＰＵを用いて、単純Ｘ線検査で平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像（入力画像）をデジタル撮影し、入力画像を二次元行列に変換して、入力画像の移動とサブトラクションを行うためのＣＰＵソフトにより二次元行列を計算し、合成した二次元行列から得た合成画像をグレースケール調整して保存することを特徴とする。
【解決手段】 本発明は、ＣＰＵを用いて、単純Ｘ線検査で平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像（入力画像）をデジタル撮影し、入力画像を二次元行列に変換して、入力画像の移動とサブトラクションを行うためのＣＰＵソフトにより二次元行列を計算し、合成した二次元行列から得た合成画像をグレースケール調整して保存することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的な単純Ｘ線検査によって得られるＸ線画像からエンボス画像を得るＸ線画像処理に関し、特にデジタルＸ線画像からコンピュータソフトを用いて高いコントラスト分解能のエンボス画像を得る低コストで利便性の高いエンボスＸ線画像処理方法及びプログラム並びにシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
整形外科や口腔外科領域の骨や歯などの硬組織に関する疾患及び内科や外科領域の軟組織に関する疾患を診断する単純Ｘ線検査から得られるＸ線画像は、一般的には人体を透過したＸ線がＸ線フィルムに露光され、透過Ｘ線量の強弱に比例してＸ線フィルムに潜像ができる。このＸ線フィルムに現像処理を施すことにより、感光した乳剤の臭化銀が金属銀に変わり、この金属銀量の多少に応じて黒化度が変化し濃淡が現れたＸ線画像が得られる。
【０００３】
近年、Ｘ線の受容装置としてＸ線フィルムや増感紙の他に、人体を透過したＸ線を、Ｘ線フィルムより鋭敏な検出器で受け、これをＡＤ（analogue-digital）変換器でデジタル信号に変えた上で、様々な画像処理を施し、これを再構成してフィルムやモニターに表示するデジタルラジオグラフィ(digital radiography:ＤＲ)によるデジタルＸ線画像が普及している。また、コンピュータ撮影(computed radiography:ＣＲ)は、従来の撮影装置をそのまま用いてデジタルラジオグラフィ(digital radiography:ＤＲ)によるデジタルＸ線画像が得られるため、単純Ｘ線検査に広く応用されている。
【０００４】
患者に放射線を曝射することにより行われるＸ線検査は、可能な限り少ない被曝線量で多くの情報が得られるようにして、曝射のリスクを最小限に留める必要性がある。そのためには、Ｘ線撮影装置、Ｘ線フィルムや増感紙などの設備面、実施法及び現像処理などの技術面の充実が望まれる。
【０００５】
しかし、何よりも医療従事者のＸ線画像を撮影する技術及び撮影された画像の読影技術の習熟度が、画像診断精度を左右する最も重要な要因となるが、医療従事者の経験及び知識の量によって治療方針まで左右されるという問題点がある。
【０００６】
また、臨床では、単純Ｘ線検査のみではなくＸ線コンピュータ断層撮影(Ｘ線ＣＴ)や、シンチグラフィーなど、より高度な画像診断装置の開発や、臨床での対応など様々な対策が講じられている。しかし、Ｘ線ＣＴなどの高度な画像診断装置の使用は患者への生物学的、時間的、経済的負担が大きく、放射線被曝による癌発生リスクの増大など不必要あるいは過剰な検査に対して日本医学放射線学会による警鐘も鳴らされている。さらに、ＭＲＩにおいても、医療従事者の撮影技術によって仕上がった画像に多少の誤差が生じる場合があり、単純Ｘ線検査同様に読影技術によっても画像診断精度に誤差が生じる等の問題がある。このような検査及び診断法の欠点であるＸ線画像読影技術の習熟度の差から生じる種々の問題を取り除いて、患者への負担を最小限に止め、かつ診断に必要な情報量の獲得がなされる検査及び診断法が切望されている。
【０００７】
一方、上記単純Ｘ線検査では、例えば乳癌診断のように、被写体が主として軟組織のみから構成されるものである場合、組織によるＸ線減衰量の差がそれほど大きくないため、コントラスト差が小さく、情報量が少ないＸ線画像しか得られない。このため、被写体を透過することにより生じるＸ線の位相差を可視化する位相コントラスト撮影方法が提案されている。この位相コントラスト撮影方法は、「Ｘ線は光と同様な電磁波であり波が進行して伝搬することから、２つの異なる物質にＸ線を照射した場合、物質中でのＸ線の伝わり方の相違により、物質の透過の前後でＸ線の波の位相が異なり位相差が生じる」という現象に基づき、いわゆるＸ線の屈折を主に利用して高分解能で被写体の撮影を行うものである。ここで、被写体が軟部の場合には、Ｘ線の減衰量の差よりもＸ線の位相差の方が大きくなるため、位相コントラスト撮影方法により撮影を行ってＸ線の位相差を位相コントラスト画像として表すことにより、軟組織に含まれる組織の微妙な相違を可視化することができる。
【０００８】
そして、微小焦点Ｘ線管を用いた輪郭強調Ｘ線位相コントラスト撮影法がＷｉｌｋｉｎｓにより考案され、１００μｍ程度の小焦点モリブデン管とイメージングプレートを用いたマンモグラフィーシステムがコニカミノルタエムジー株式会社により開発されたが、この方法は硬組織には適用できず軟組織の被写体の撮影に限定される。
【０００９】
このような位相コントラスト画像生成方法として、被写体に長波長放射線及び短波長放射線を照射し、被写体を透過した長波長放射線及び短波長放射線を、被写体からの距離が異なる複数位置において検出して、該各位置における長波長放射線による複数の長波長放射線画像及び短波長放射線による複数の短波長放射線画像を取得し、これら複数の長波長放射線画像及び複数の短波長放射線画像に基づいて、被写体を透過することにより生じる長波長放射線及び短波長放射線の位相差をそれぞれ算出し、これらの長波長位相差及び短波長位相差に基づいて、長波長位相差を補正して補正長波長位相差を取得し、該補正長波長位相差に基づいて位相コントラスト画像を生成することが提案されている（特許文献１参照）。
【００１０】
さらに、かなりの費用をかけて科学技術振興機構（ＪＳＴ）による国家プロジェクトなどによる位相コントラスト画像生成技術の研究開発が盛んに進められている。しかし、位相コントラスト撮影を行うにはシンクロトロンと単結晶を用いて得られる単色平行Ｘ線ビームあるいはマイクロフォーカスＸ線装置など大掛りな設備が必要となる。
【００１１】
また、特許文献１等に記載の位相コントラスト画像生成方法は、図１２に示すように、被写体に長波長及び短波長のＸ線を照射するＸ線源１１０と、被写体１２１を支持する被写体支持部１２０と、被写体１２１を透過した長波長及び短波長のＸ線１１２Ｌ、１１２Ｓを検出して被写体１２１の複数の長波長Ｘ線画像を表す画像データＳＬｎ（ｎ＝１〜Ｎ）及び複数の短波長Ｘ線画像を表す画像データＳＳｎ（ｎ＝１〜Ｎ）を得る記録部１３０と、画像データＳＬｎ及び画像データＳＳｎを用いて位相コントラスト画像データＳ１を得る演算部１４０と、を備えた位相コントラスト撮影装置を用いて、検出パネル１３１を移動させつつ、被写体１２１を透過した長波長のＸ線１１２Ｌを検出パネル１３１に照射し、被写体１２１に照射された放射線を被写体１２１からの距離が異なる複数位置において検出して複数の放射線画像を得、これら複数の放射線画像を用いてコンピュータプログラムにより位相コントラスト画像Ｓ１を生成することから、大掛りなＸ線撮影設備や複雑な画像処理によるコストが嵩む。さらに、この位相コントラスト画像生成方法は、人体の骨や歯などの硬組織の被写体に適用するためには、例えばＣＴ技術を組み合せるなどさらに高価な設備技術が必要となる。
【００１２】
これに対して最近、整形外科領域の疾患及び口腔外科領域の疾患である顎の骨折、歯牙の破折を診断する単純Ｘ線画像の処理のためのシステムであって、図１３に示すように、単純Ｘ線画像をコンピュータに取込む手段２００と、コンピュータに取込んだＸ線画像にコントラスト処理を施す手段２１０と、コントラスト処理を施したＸ線画像にエンボス(隆起)処理を施す手段２２０と、エンボス化されたＸ線画像に光照射処理を施す手段２３０と、一連の画像処理により得られたＸ線画像を保存及び管理する手段２４０と、一連の処理により得られたＸ線画像をコンピュータのモニターに表示及び／又は、プリンターにて印刷する手段２５０と、を備えたＸ線画像処理システムが提案されている。（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−３３６２３０号公報
【特許文献２】特開２００７−６１３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献２に記載のＸ線画像処理システムは、平面であるＸ線画像より得られる骨像の黒化度の変化(濃淡)に、先ず必要に応じてコントラスト処理を施し骨梁が明瞭に確認できる状態に処理を加え、及び／又はエンボス(隆起)処理を施すことで、平面のＸ線画像に高さが加わることで２次元化され、さらに、光照射処理を行い２次元化されたＸ線画像に影をつけることで、高さに奥行が加わり、視覚を通じてあたかも立体的(３次元)に浮き出たように見えるエンボス画像を得ることことから、多段階の処理が煩雑で時間が掛かる。また、このＸ線画像処理システムは、乳癌診断のような軟組織の被写体には適用できない等の問題点がある。
【００１５】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は一般的な単純Ｘ線検査において、コンピュータソフトを用いて、平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像を取り込み、一方の画像に係数を乗じ、シフトして差し引くことにより、空間分解能を低下させることなく、吸収コントラストを低減し、診断に不要な部位を消して診断に適した高いコントラスト分解能の３次元エンボス画像が得られる、患者への負担を最小限に止めて低コストで汎用性の高いエンボスＸ線画像処理方法及びプログラム並びにシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、請求項１の発明のエンボスＸ線画像処理方法は、一般的な単純Ｘ線検査によって得られる２次元Ｘ線画像からコンピュータソフトを用いて高いコントラスト分解能の３次元エンボス画像を得るＸ線画像処理方法であって、平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像（以下、「入力画像」という）をそれぞれデジタル撮影する入力画像取得段階と、前記入力画像をそれぞれ二次元行列に変換する二次元行列変換段階と、前記入力画像の移動とサブトラクションを行うためのコンピュータソフトにより二次元行列を計算する二次元行列合成計算段階と、前記合成した二次元行列から合成した合成画像を得る合成画像取得段階と、前記合成画像をグレースケール調整するグレースケール調整段階と、前記グレースケール調整された合成画像を保存する合成画像保存段階と、を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１記載のエンボスＸ線画像処理方法であって、前記コンピュータソフトは、前記入力画像を取り込み、サブトラクション係数及び直交２軸のＸ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数を予め数式化された合成数式にそれぞれ入力して合成することを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明のエンボスＸ線画像処理プログラムは、一般的な単純Ｘ線検査によって得られる２次元Ｘ線画像からコンピュータソフトを用いて高いコントラスト分解能の３次元エンボス画像を得るＸ線画像処理プログラムであって、平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像（入力画像）をそれぞれデジタル撮影する入力画像取得手順と、前記入力画像をそれぞれ二次元行列に変換する二次元行列変換手順と、前記入力画像の移動とサブトラクションを行うためのコンピュータソフトにより二次元行列を計算する二次元行列合成計算手順と、前記合成した二次元行列から画像を合成する合成画像取得手順と、前記合成画像をグレースケール調整するグレースケール調整手順と、前記グレースケール調整された合成画像を保存する合成画像保存手順と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項３記載のエンボスＸ線画像処理プログラムであって、前記コンピュータソフトは、前記入力画像を取り込み、サブトラクション係数及び直交２軸のＸ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数を予め数式化された合成数式にそれぞれ入力して合成することを特徴とする。
【００２０】
請求項５の発明のエンボスＸ線画像処理システムは、一般的な単純Ｘ線検査によって得られる２次元Ｘ線画像からコンピュータソフトを用いて高いコントラスト分解能の３次元エンボス画像を得るＸ線画像処理システムであって、平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像（入力画像）をそれぞれデジタル撮影する入力画像取得手段と、前記入力画像をそれぞれ二次元行列に変換して、前記入力画像の移動とサブトラクションを行うためのコンピュータソフトにより二次元行列を計算し、前記合成した二次元行列から画像を合成して、前記合成画像をグレースケール調整し、さらに、前記グレースケール調整された合成画像を保存する合成画像処理コンピュータシステムと、を有することを特徴とする。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項５記載のエンボスＸ線画像処理システムであって、前記コンピュータソフトは、前記入力画像を取り込み、サブトラクション係数及び直交２軸のＸ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数を予め数式化された合成数式にそれぞれ入力して合成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１、請求項３及び請求項５の発明によれば、一般的な単純Ｘ線検査においてコンピュータを用い、平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像（入力画像）をそれぞれデジタル撮影し、画像の移動とサブトラクションを行うためのコンピュータソフトを用いて入力画像が変換された二次元行列を計算し、画像を合成することにより、空間分解能を低下させることなく、吸収コントラストを低減し、高いコントラスト分解能のエンボス画像が得られることから、従来のＸ線ＣＴや目下研究開発中の位相コントラスト画像生成などの高度な画像診断技術に比べて患者への負担を最小限に止め、遥かに低コストで汎用性の高い画期的なエンボスＸ線画像処理方法及びプログラム並びにシステムを提供することが可能となる効果がある。
【００２３】
請求項２、請求項４及び請求項６の発明によれば、請求項１、請求項３及び請求項５の発明と同様な効果を有するのに加えて、前記入力画像を取り込み、サブトラクション係数及び直交２軸のＸ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数を予め数式化された合成数式にそれぞれ入力して合成するコンピュータソフトを用いることにより、特殊ソフトを利用する必要はなく、フラットパネルディテクター（ＦＰＤ）から出力するＲＡＷファイル形式画像を取り込んで二次元行列合成計算を容易に処理することができる。ＦＰＤから出力する未画像変換のＲＡＷファイル形式の画像は１２ｂｉｔであるため、従来技術のＰｈｏｔｏ Ｓｈｏｐなどで代表される８ｂｉｔの汎用ソフトで処理することは難しく、特殊なソフトを用いてエンボス画像を作成し、取り込み画像や合成（エンボス）画像を見るにはＦＰＤに付属する特殊なソフトを用いる必要があった。これらの特殊なソフトについては後述する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態のエンボスＸ線画像処理システムの概念を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態のエンボスＸ線画像処理方法／プログラムを示すフロー図／ブロック図である。
【図３】Ｂｍｐ形式のデジタル画像を用いてエンボス画像を合成するための本発明の一実施形態のコンピュータソフトである。
【図４】フラットパネルディテクター（ＦＰＤ）から出力されるＲＡＷファイル画像を用いてエンボス画像を合成するための特殊なソフトである。
【図５】ＲＡＷファイル画像観察用の特殊なソフトである。
【図６】水平方向移動距離＝４８μｍ、鉛直方向移動距離＝４８μｍにおける鉛テストチャートによる空間分解能の測定（シングルネルギー）例で、（ａ）は等倍（密着）撮影、管電圧＝４０ｋＶ、（ｂ）は等倍（密着）撮影、管電圧＝７０ｋＶ、（ｃ）はシングルエネルギーエンボス撮影、管電圧＝４０ｋＶ、水平方向空間分解能＝７１μｍ、（ｄ）はシングルエネルギーエンボス撮影、管電圧＝４０ｋＶ、鉛直方向空間分解能＝７ｌμｍの各条件を示す。
【図７】椎骨のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）は本発明によるシングルエネルギーエンボスＸ線画像である。
【図８】犬の心臓のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）は本発明によるシングルエネルギーエンボスＸ線画像である。
【図９】ヌードマウスの腹部のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）は本発明によるデュアルエネルギーエンボスＸ線画像である。
【図１０】ヌードマウスの頭部のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）は本発明によるデュアルエネルギーエンボスＸ線画像である。
【図１１】ウサギの心臓のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）は本発明によるデュアルエネルギーエンボスＸ線画像である。
【図１２】従来の位相コントラスト撮影装置の構成例を示す概略ブロック図である。
【図１３】従来のＸ線画像処理システムを利用した例の作業の流れを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明のエンボスＸ線画像処理方法及びプログラム並びにシステムを最良に実施するための形態の具体例を、添付図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は本発明の一実施形態のエンボスＸ線画像処理システムの概念を示すブロック図、図２は本発明の一実施形態のエンボスＸ線画像処理方法／プログラムを示すフロー図／ブロック図、図３はＢｍｐ形式のデジタル画像を用いてエンボス画像を合成するための本発明の一実施形態のコンピュータソフト、図４はフラットパネルディテクター（ＦＰＤ）から出力されるＲＡＷファイル画像を用いてエンボス画像を合成するための特殊なソフト、図５はＲＡＷファイル画像観察用の特殊なソフトである。
【００２７】
デュアルエネルギーエンボス画像は、平均フォトンエネルギーの異なる２つの入力画像１、２をデジタル撮影し、例えば入力画像２を移動（シフト）して入力画像１から差し引くこと（サブトラクション）により得られるが、その方法として次の３つの方法が考えられる。
第１の方法は、Ｘ線源を５ｍｍほど移動して入力画像２を撮影する。
第２の方法は、被写体を１００μｍほど移動して入力画像２を撮影する。
第３の方法は、コンピュータソフトを用いて入力画像２のピクセルを移動させることによりエンボス画像を得ることが可能となる。
【００２８】
しかし、第１及び第２の方法は、Ｘ線源や被写体を移動するシステム及びそれらの操作・処理等が煩雑で手間が掛かり、コスト高となることから汎用的ではない。そこで本発明者は、第３の方法のコンピュータソフトを用いて低コストで汎用性の高いエンボスＸ線画像処理方法及びプログラム並びにシステムを開発した。
【００２９】
本発明の一実施形態のエンボスＸ線画像処理システムは、図１に示すように、一般的な単純Ｘ線検査に用いられ、被写体２１にＸ線１１を照射するＸ線源１０、被写体２１を支持する被写体支持部２０、検出パネル３１を介して被写体２１を透過したＸ線を検出する検出手段３２を有し、被写体の平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像（入力画像１、２）をデジタル撮影する入力画像取得手段３０と、入力画像１、２をそれぞれ二次元行列に変換して、入力画像１、２の移動とサブトラクションを行うためのコンピュータソフトにより二次元行列を計算し、前記合成した二次元行列から画像を合成して、前記合成画像をグレースケール調整し、さらに、前記グレースケール調整された合成画像を保存する合成画像処理コンピュータシステム（ＣＰＵ）４０と、を有する。
【００３０】
検出手段３２は、検出パネル３１を構成する複数の検出素子から電気信号を読み出して平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像である入力画像１、２データを得る。
【００３１】
本発明の一実施形態のエンボスＸ線画像処理方法は、図２に示すように、先ず、平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像である入力画像１、２をそれぞれデジタル撮影する（入力画像取得段階１１Ｓ、２１Ｓ）。
【００３２】
次いで、入力画像１、２をそれぞれ二次元行列に変換する（二次元行列変換段階１２Ｓ、２２Ｓ）。
【００３３】
次に、前記二次元行列に変換した画像データを合成するためのサブトラクション係数、直交２軸のＸ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数などの合成条件を設定し、予め数式化された合成数式（合成数式化段階２Ｓ）に入力する（合成条件の入力段階１Ｓ）。
【００３４】
引き続き、前記合成数式に従って行列の計算を行って（合成行列計算段階３Ｓ）、合成した二次元行列に変化した画像データを得る（二次元行列変換画像データ取得段階４Ｓ）。
【００３５】
前記二次元行列に変換した画像データは、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）環境で標準に使用されるペイント系の画像形式ファイルであるＢＭＰ形式である。このＢＭＰ形式のデジタル画像データを用いてエンボス画像を合成するために、図３に示すような合成数式を有するコンピュータソフトが用いられ、前記合成した二次元行列から画像を合成する（合成画像取得段階５Ｓ）。
【００３６】
この際、例えば、検出パネル３１に４８μｍのフラットパネルディテクター（ＦＰＤ）を用いた場合、Ｘ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数が３ピクセルでは入力画像２を１４４μｍ移動することになる。なお、コンピューターラジオグラフィー（ＣＲ）を用いた場合、ピクセルサイズはサンプリングピッチに相当する。
【００３７】
このように、入力画像１、２を取り込み、サブトラクション係数及びＸ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数を予め数式化された合成数式にそれぞれ入力して合成するコンピュータソフト（図３）を用いることにより、特殊ソフト（次に述べる図４、５）を利用する必要はなく、ＦＰＤから出力するＲＡＷファイル形式画像を取り込んで二次元行列合成計算を容易に処理することができる。
【００３８】
このＦＰＤから出力する未画像変換のＲＡＷファイル形式の画像は１２ｂｉｔであるため、従来技術のＰｈｏｔｏ Ｓｈｏｐなどで代表される８ｂｉｔの汎用ソフトで処理することは難しく、図４に示すような２次元方向の移動ピクセル、フィルター無／有の係数等を入力して画像を合成する特殊なソフトを用いてエンボス画像を作成し、取り込み画像や合成（エンボス）画像を見るには、公知であるため詳細な説明を省略するが、ＦＰＤに付属する図５に示すような特殊なソフトを用いる必要があった。本発明の上記コンピュータソフト（図３）を用いることにより、かような特殊なソフト（図４、５）を用いる必要性がなくなる。
【００３９】
次いで、前記合成画像を白から黒までの明暗だけで表現し、色の情報は含まない「モノクロ」によるグレースケール調整を行う（グレースケール調整段階６Ｓ）。
【００４０】
そして、前記グレースケール調整された合成画像を保存する（合成画像保存段階７Ｓ）。
【００４１】
このように、一般的な単純Ｘ線検査によって得られる２次元Ｘ線画像からコンピュータソフトを用いて高いコントラスト分解能の３次元エンボス画像を得るための本発明のエンボスＸ線画像処理プログラムは、同じく図２に示すように、平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像である入力画像１、２をそれぞれデジタル撮影する入力画像取得手順と、入力画像１、２をそれぞれ二次元行列に変換する二次元行列変換手順と、入力画像１、２の移動とサブトラクションを行うための前記コンピュータソフトにより二次元行列を計算する二次元行列合成計算手順と、前記合成した二次元行列から画像を合成する合成画像取得手順と、前記合成画像をグレースケール調整するグレースケール調整手順と、前記グレースケール調整された合成画像を保存する合成画像保存手順と、をコンピュータに実行させる。
【実施例１】
【００４２】
図６は、水平方向移動距離＝４８μｍ、鉛直方向移動距離＝４８μｍにおける鉛テストチャートによる空間分解能の測定（シングルネルギー）例で、（ａ）は等倍（密着）撮影、管電圧＝４０ｋＶ、（ｂ）は等倍（密着）撮影、管電圧＝７０ｋＶ、（ｃ）はシングルエネルギーエンボス撮影、管電圧＝４０ｋＶ、水平方向空間分解能＝７１μｍ、（ｄ）はシングルエネルギーエンボス撮影、管電圧＝４０ｋＶ、鉛直方向空間分解能＝７ｌμｍの各条件を示す。
【００４３】
図６の空間分解能測定用テストチャートの撮影例では、（ｂ）を除いて（ａ）、（ｃ）及び（ｄ）とも４０ｋＶの管電圧で撮影した。（ｃ）及び（ｄ）の画像はシングルエネルギーサブトラクション法により撮影され、ＸとＹ方向の移動距離は両方とも４８μｍであった。（ａ）の等倍撮影と比較して（ｃ）及び（ｄ）のエンボス撮影での空間分解能は向上し、約７１μｍであった。
【００４４】
シングルエネルギーサブトラクション法は、例えばＸ線管とＸ線検出器からなるＸ線撮影系統を一組有するシングルプレーンＸ線撮影装置において、Ｘ線管の管電圧を異なる値に設定して２度回転撮影して得られた２つの入力画像１、２をデジタル撮影し、例えば入力画像２を移動（シフト）して入力画像１から差し引くこと（サブトラクション）により、血管以外の情報を含んだ画像を得るエンボスＸ線画像処理方法である。
【００４５】
また、シングルエネルギーサブトラクション法として、造影剤を投与する前のマスク像と投与後のライブ像をサブトラクション処理して血管像のみを得るという回転ＤＳＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ Ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ）機能を備えるエンボスＸ線画像処理方法もある。
【実施例２】
【００４６】
図７は、椎骨のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）は本発明によるシングルエネルギーエンボスＸ線画像である。
【００４７】
乾燥した骨のように被写体の構成成分が１つの場合には、診断に不要な部位を消す必要がないため、一般に、シングルエネルギーエンボス撮影が用いられる。椎骨の撮影では、図７（ｂ）に示すように、コントラスト分解能が向上し、立体的なエンボス画像を得ることができた。
【実施例３】
【００４８】
図８は、犬の心臓のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）本発明によるシングルエネルギーエンボスＸ線画像である。
【００４９】
犬の心臓は、人間のものとほとんど同じ大きさであり、図８（ｂ）に示すように、シングルエネルギーエンボス撮影により冠動脈が凹凸付きで観察することができた。
【実施例４】
【００５０】
図９は、ヌードマウスの腹部のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）は本発明によるデュアルエネルギーエンボスＸ線画像、図１０は、ヌードマウスの頭部のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）は本発明によるデュアルエネルギーエンボスＸ線画像である。
【００５１】
デュアルエネルギーサブトラクション法では、平均フォトンエネルギーの異なる２つの入力画像１、２を用いて、例えば入力画像２を移動（シフト）して入力画像１から差し引くこと（サブトラクション）により、診断に不要な部位を消す画像を得ることができる。平均フォトンエネルギーを変化させるため、この実施例のデュアルエネルギー撮影では７０ｋＶと４０ｋＶの管電圧で得られた２つの入力画像を用いた。
【００５２】
ヌードマウスの腹部の撮影では、図９（ｂ）に示すように、デュアルエネルギーサブトラクションにより筋肉が消え、体内の糞が凹凸像として観察することができた。
【００５３】
次いで頭部の撮影では、図１０（ｂ）に示すように、体内に残留した酸化セリウムナノ粒子が鮮明に観察することができた。
【００５４】
「ナノ粒子」は、一般的には、１〜１００ｎｍ（ナノメートル）程度の微粒子である。
【実施例５】
【００５５】
図１１は、ウサギの心臓のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）は本発明によるデュアルエネルギーエンボスＸ線画像である。
【００５６】
ウサギの心臓の造影では、図１１（ｂ）に示すように、心筋が消え、冠動脈が凹凸付きで観察することができた。
【００５７】
上記したように、本発明によるエンボスＸ線画像は、前記位相コントラスト撮影で得られる位相微分画像に匹敵するように酷似している。位相コントラスト撮影ではＸ線の屈折を主に利用する煩雑でコストが嵩むエンボスＸ線画像処理方法であるが、本発明のエンボスＸ線画像処理方法ではコンピュータソフトを用いて２つのデジタル入力画像にサブトラクション係数を乗じ、一方の画像を移動して差し引くという簡潔な方法により位相コントラスト撮影と同等の画像を得ることができた。
【００５８】
また、デュアルエネルギーエンボス撮影を利用し、吸収コントラストを低減し、診断等に必要な撮影目標とする部位のコントラスト分解能を最大値１．０に近付けることができた。
【００５９】
これまで可視光の領域において、エンボス画像処理は標準の画像処理法となりつつあるが、Ｘ線画像は透過画像であるため、改めて画像診断に有用なエンボスＸ線画像処理のためのコンピュータソフトを作成する必要があった。一般的なＸ線診断の観点から考えれば、空間分解能とコントラスト分解能が高く見易いことが理想である。実験では、最大値１．０のコントラスト分解能が得られ、その結果として空間分解能も若干向上した。しかし、エンボス撮影での空間分解能は画像の移動距離を増すことにより低下するので、撮影目的に合わせた移動距離に調整する必要がある。
【００６０】
前記実施例では、汎用の大焦点Ｘ線管とデジタルＸ線撮影システムを用いている。これらのエンボスＸ線画像は、被写体を密着（等倍）撮影することにより得られたが、マイクロフォーカスＸ線装置を用いた拡大撮影の場合には、拡大倍率を増すことにより空間分解能が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、患者への負担を最小限に止め、一般的な単純Ｘ線検査によって得られるデジタルＸ線画像からコンピュータソフトを用いて高いコントラスト分解能のエンボス画像を得る低コストで利便性の高いエンボスＸ線画像処理方法及びプログラム並びにシステムであることから、単純Ｘ線検査により骨や歯などの硬組織に関する疾患を診断して治療する整形外科や口腔外科領域から軟組織に関する疾患を診断して治療する内科や外科領域に亘る広範な医療分野、さらにはその他のＸ線画像に関係する産業分野に汎用的に適用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１、２ 入力画像
１０ Ｘ線源
１１ Ｘ線
２０ 被写体支持部
２１ 被写体
３０ 入力画像取得手段
３１ 検出パネル
３２ 検出手段
４０ 合成画像処理コンピュータシステム（ＣＰＵ）
１Ｓ 合成条件の入力段階
２Ｓ 合成数式化段階
３Ｓ 合成行列計算段階
４Ｓ 二次元行列変換画像データ取得段階
５Ｓ 合成画像取得段階
６Ｓ グレースケール調整段階
７Ｓ 合成画像保存段階
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的な単純Ｘ線検査によって得られるＸ線画像からエンボス画像を得るＸ線画像処理に関し、特にデジタルＸ線画像からコンピュータソフトを用いて高いコントラスト分解能のエンボス画像を得る低コストで利便性の高いエンボスＸ線画像処理方法及びプログラム並びにシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
整形外科や口腔外科領域の骨や歯などの硬組織に関する疾患及び内科や外科領域の軟組織に関する疾患を診断する単純Ｘ線検査から得られるＸ線画像は、一般的には人体を透過したＸ線がＸ線フィルムに露光され、透過Ｘ線量の強弱に比例してＸ線フィルムに潜像ができる。このＸ線フィルムに現像処理を施すことにより、感光した乳剤の臭化銀が金属銀に変わり、この金属銀量の多少に応じて黒化度が変化し濃淡が現れたＸ線画像が得られる。
【０００３】
近年、Ｘ線の受容装置としてＸ線フィルムや増感紙の他に、人体を透過したＸ線を、Ｘ線フィルムより鋭敏な検出器で受け、これをＡＤ（analogue-digital）変換器でデジタル信号に変えた上で、様々な画像処理を施し、これを再構成してフィルムやモニターに表示するデジタルラジオグラフィ(digital radiography:ＤＲ)によるデジタルＸ線画像が普及している。また、コンピュータ撮影(computed radiography:ＣＲ)は、従来の撮影装置をそのまま用いてデジタルラジオグラフィ(digital radiography:ＤＲ)によるデジタルＸ線画像が得られるため、単純Ｘ線検査に広く応用されている。
【０００４】
患者に放射線を曝射することにより行われるＸ線検査は、可能な限り少ない被曝線量で多くの情報が得られるようにして、曝射のリスクを最小限に留める必要性がある。そのためには、Ｘ線撮影装置、Ｘ線フィルムや増感紙などの設備面、実施法及び現像処理などの技術面の充実が望まれる。
【０００５】
しかし、何よりも医療従事者のＸ線画像を撮影する技術及び撮影された画像の読影技術の習熟度が、画像診断精度を左右する最も重要な要因となるが、医療従事者の経験及び知識の量によって治療方針まで左右されるという問題点がある。
【０００６】
また、臨床では、単純Ｘ線検査のみではなくＸ線コンピュータ断層撮影(Ｘ線ＣＴ)や、シンチグラフィーなど、より高度な画像診断装置の開発や、臨床での対応など様々な対策が講じられている。しかし、Ｘ線ＣＴなどの高度な画像診断装置の使用は患者への生物学的、時間的、経済的負担が大きく、放射線被曝による癌発生リスクの増大など不必要あるいは過剰な検査に対して日本医学放射線学会による警鐘も鳴らされている。さらに、ＭＲＩにおいても、医療従事者の撮影技術によって仕上がった画像に多少の誤差が生じる場合があり、単純Ｘ線検査同様に読影技術によっても画像診断精度に誤差が生じる等の問題がある。このような検査及び診断法の欠点であるＸ線画像読影技術の習熟度の差から生じる種々の問題を取り除いて、患者への負担を最小限に止め、かつ診断に必要な情報量の獲得がなされる検査及び診断法が切望されている。
【０００７】
一方、上記単純Ｘ線検査では、例えば乳癌診断のように、被写体が主として軟組織のみから構成されるものである場合、組織によるＸ線減衰量の差がそれほど大きくないため、コントラスト差が小さく、情報量が少ないＸ線画像しか得られない。このため、被写体を透過することにより生じるＸ線の位相差を可視化する位相コントラスト撮影方法が提案されている。この位相コントラスト撮影方法は、「Ｘ線は光と同様な電磁波であり波が進行して伝搬することから、２つの異なる物質にＸ線を照射した場合、物質中でのＸ線の伝わり方の相違により、物質の透過の前後でＸ線の波の位相が異なり位相差が生じる」という現象に基づき、いわゆるＸ線の屈折を主に利用して高分解能で被写体の撮影を行うものである。ここで、被写体が軟部の場合には、Ｘ線の減衰量の差よりもＸ線の位相差の方が大きくなるため、位相コントラスト撮影方法により撮影を行ってＸ線の位相差を位相コントラスト画像として表すことにより、軟組織に含まれる組織の微妙な相違を可視化することができる。
【０００８】
そして、微小焦点Ｘ線管を用いた輪郭強調Ｘ線位相コントラスト撮影法がＷｉｌｋｉｎｓにより考案され、１００μｍ程度の小焦点モリブデン管とイメージングプレートを用いたマンモグラフィーシステムがコニカミノルタエムジー株式会社により開発されたが、この方法は硬組織には適用できず軟組織の被写体の撮影に限定される。
【０００９】
このような位相コントラスト画像生成方法として、被写体に長波長放射線及び短波長放射線を照射し、被写体を透過した長波長放射線及び短波長放射線を、被写体からの距離が異なる複数位置において検出して、該各位置における長波長放射線による複数の長波長放射線画像及び短波長放射線による複数の短波長放射線画像を取得し、これら複数の長波長放射線画像及び複数の短波長放射線画像に基づいて、被写体を透過することにより生じる長波長放射線及び短波長放射線の位相差をそれぞれ算出し、これらの長波長位相差及び短波長位相差に基づいて、長波長位相差を補正して補正長波長位相差を取得し、該補正長波長位相差に基づいて位相コントラスト画像を生成することが提案されている（特許文献１参照）。
【００１０】
さらに、かなりの費用をかけて科学技術振興機構（ＪＳＴ）による国家プロジェクトなどによる位相コントラスト画像生成技術の研究開発が盛んに進められている。しかし、位相コントラスト撮影を行うにはシンクロトロンと単結晶を用いて得られる単色平行Ｘ線ビームあるいはマイクロフォーカスＸ線装置など大掛りな設備が必要となる。
【００１１】
また、特許文献１等に記載の位相コントラスト画像生成方法は、図１２に示すように、被写体に長波長及び短波長のＸ線を照射するＸ線源１１０と、被写体１２１を支持する被写体支持部１２０と、被写体１２１を透過した長波長及び短波長のＸ線１１２Ｌ、１１２Ｓを検出して被写体１２１の複数の長波長Ｘ線画像を表す画像データＳＬｎ（ｎ＝１〜Ｎ）及び複数の短波長Ｘ線画像を表す画像データＳＳｎ（ｎ＝１〜Ｎ）を得る記録部１３０と、画像データＳＬｎ及び画像データＳＳｎを用いて位相コントラスト画像データＳ１を得る演算部１４０と、を備えた位相コントラスト撮影装置を用いて、検出パネル１３１を移動させつつ、被写体１２１を透過した長波長のＸ線１１２Ｌを検出パネル１３１に照射し、被写体１２１に照射された放射線を被写体１２１からの距離が異なる複数位置において検出して複数の放射線画像を得、これら複数の放射線画像を用いてコンピュータプログラムにより位相コントラスト画像Ｓ１を生成することから、大掛りなＸ線撮影設備や複雑な画像処理によるコストが嵩む。さらに、この位相コントラスト画像生成方法は、人体の骨や歯などの硬組織の被写体に適用するためには、例えばＣＴ技術を組み合せるなどさらに高価な設備技術が必要となる。
【００１２】
これに対して最近、整形外科領域の疾患及び口腔外科領域の疾患である顎の骨折、歯牙の破折を診断する単純Ｘ線画像の処理のためのシステムであって、図１３に示すように、単純Ｘ線画像をコンピュータに取込む手段２００と、コンピュータに取込んだＸ線画像にコントラスト処理を施す手段２１０と、コントラスト処理を施したＸ線画像にエンボス(隆起)処理を施す手段２２０と、エンボス化されたＸ線画像に光照射処理を施す手段２３０と、一連の画像処理により得られたＸ線画像を保存及び管理する手段２４０と、一連の処理により得られたＸ線画像をコンピュータのモニターに表示及び／又は、プリンターにて印刷する手段２５０と、を備えたＸ線画像処理システムが提案されている。（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−３３６２３０号公報
【特許文献２】特開２００７−６１３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献２に記載のＸ線画像処理システムは、平面であるＸ線画像より得られる骨像の黒化度の変化(濃淡)に、先ず必要に応じてコントラスト処理を施し骨梁が明瞭に確認できる状態に処理を加え、及び／又はエンボス(隆起)処理を施すことで、平面のＸ線画像に高さが加わることで２次元化され、さらに、光照射処理を行い２次元化されたＸ線画像に影をつけることで、高さに奥行が加わり、視覚を通じてあたかも立体的(３次元)に浮き出たように見えるエンボス画像を得ることことから、多段階の処理が煩雑で時間が掛かる。また、このＸ線画像処理システムは、乳癌診断のような軟組織の被写体には適用できない等の問題点がある。
【００１５】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は一般的な単純Ｘ線検査において、コンピュータソフトを用いて、平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像を取り込み、一方の画像に係数を乗じ、シフトして差し引くことにより、空間分解能を低下させることなく、吸収コントラストを低減し、診断に不要な部位を消して診断に適した高いコントラスト分解能の３次元エンボス画像が得られる、患者への負担を最小限に止めて低コストで汎用性の高いエンボスＸ線画像処理方法及びプログラム並びにシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、請求項１の発明のエンボスＸ線画像処理方法は、一般的な単純Ｘ線検査によって得られる２次元Ｘ線画像からコンピュータソフトを用いて高いコントラスト分解能の３次元エンボス画像を得るＸ線画像処理方法であって、平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像（以下、「入力画像」という）をそれぞれデジタル撮影する入力画像取得段階と、前記入力画像をそれぞれ二次元行列に変換する二次元行列変換段階と、前記入力画像の移動とサブトラクションを行うためのコンピュータソフトにより二次元行列を計算する二次元行列合成計算段階と、前記合成した二次元行列から合成した合成画像を得る合成画像取得段階と、前記合成画像をグレースケール調整するグレースケール調整段階と、前記グレースケール調整された合成画像を保存する合成画像保存段階と、を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１記載のエンボスＸ線画像処理方法であって、前記コンピュータソフトは、前記入力画像を取り込み、サブトラクション係数及び直交２軸のＸ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数を予め数式化された合成数式にそれぞれ入力して合成することを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明のエンボスＸ線画像処理プログラムは、一般的な単純Ｘ線検査によって得られる２次元Ｘ線画像からコンピュータソフトを用いて高いコントラスト分解能の３次元エンボス画像を得るＸ線画像処理プログラムであって、平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像（入力画像）をそれぞれデジタル撮影する入力画像取得手順と、前記入力画像をそれぞれ二次元行列に変換する二次元行列変換手順と、前記入力画像の移動とサブトラクションを行うためのコンピュータソフトにより二次元行列を計算する二次元行列合成計算手順と、前記合成した二次元行列から画像を合成する合成画像取得手順と、前記合成画像をグレースケール調整するグレースケール調整手順と、前記グレースケール調整された合成画像を保存する合成画像保存手順と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項３記載のエンボスＸ線画像処理プログラムであって、前記コンピュータソフトは、前記入力画像を取り込み、サブトラクション係数及び直交２軸のＸ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数を予め数式化された合成数式にそれぞれ入力して合成することを特徴とする。
【００２０】
請求項５の発明のエンボスＸ線画像処理システムは、一般的な単純Ｘ線検査によって得られる２次元Ｘ線画像からコンピュータソフトを用いて高いコントラスト分解能の３次元エンボス画像を得るＸ線画像処理システムであって、平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像（入力画像）をそれぞれデジタル撮影する入力画像取得手段と、前記入力画像をそれぞれ二次元行列に変換して、前記入力画像の移動とサブトラクションを行うためのコンピュータソフトにより二次元行列を計算し、前記合成した二次元行列から画像を合成して、前記合成画像をグレースケール調整し、さらに、前記グレースケール調整された合成画像を保存する合成画像処理コンピュータシステムと、を有することを特徴とする。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項５記載のエンボスＸ線画像処理システムであって、前記コンピュータソフトは、前記入力画像を取り込み、サブトラクション係数及び直交２軸のＸ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数を予め数式化された合成数式にそれぞれ入力して合成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１、請求項３及び請求項５の発明によれば、一般的な単純Ｘ線検査においてコンピュータを用い、平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像（入力画像）をそれぞれデジタル撮影し、画像の移動とサブトラクションを行うためのコンピュータソフトを用いて入力画像が変換された二次元行列を計算し、画像を合成することにより、空間分解能を低下させることなく、吸収コントラストを低減し、高いコントラスト分解能のエンボス画像が得られることから、従来のＸ線ＣＴや目下研究開発中の位相コントラスト画像生成などの高度な画像診断技術に比べて患者への負担を最小限に止め、遥かに低コストで汎用性の高い画期的なエンボスＸ線画像処理方法及びプログラム並びにシステムを提供することが可能となる効果がある。
【００２３】
請求項２、請求項４及び請求項６の発明によれば、請求項１、請求項３及び請求項５の発明と同様な効果を有するのに加えて、前記入力画像を取り込み、サブトラクション係数及び直交２軸のＸ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数を予め数式化された合成数式にそれぞれ入力して合成するコンピュータソフトを用いることにより、特殊ソフトを利用する必要はなく、フラットパネルディテクター（ＦＰＤ）から出力するＲＡＷファイル形式画像を取り込んで二次元行列合成計算を容易に処理することができる。ＦＰＤから出力する未画像変換のＲＡＷファイル形式の画像は１２ｂｉｔであるため、従来技術のＰｈｏｔｏ Ｓｈｏｐなどで代表される８ｂｉｔの汎用ソフトで処理することは難しく、特殊なソフトを用いてエンボス画像を作成し、取り込み画像や合成（エンボス）画像を見るにはＦＰＤに付属する特殊なソフトを用いる必要があった。これらの特殊なソフトについては後述する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態のエンボスＸ線画像処理システムの概念を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態のエンボスＸ線画像処理方法／プログラムを示すフロー図／ブロック図である。
【図３】Ｂｍｐ形式のデジタル画像を用いてエンボス画像を合成するための本発明の一実施形態のコンピュータソフトである。
【図４】フラットパネルディテクター（ＦＰＤ）から出力されるＲＡＷファイル画像を用いてエンボス画像を合成するための特殊なソフトである。
【図５】ＲＡＷファイル画像観察用の特殊なソフトである。
【図６】水平方向移動距離＝４８μｍ、鉛直方向移動距離＝４８μｍにおける鉛テストチャートによる空間分解能の測定（シングルネルギー）例で、（ａ）は等倍（密着）撮影、管電圧＝４０ｋＶ、（ｂ）は等倍（密着）撮影、管電圧＝７０ｋＶ、（ｃ）はシングルエネルギーエンボス撮影、管電圧＝４０ｋＶ、水平方向空間分解能＝７１μｍ、（ｄ）はシングルエネルギーエンボス撮影、管電圧＝４０ｋＶ、鉛直方向空間分解能＝７ｌμｍの各条件を示す。
【図７】椎骨のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）は本発明によるシングルエネルギーエンボスＸ線画像である。
【図８】犬の心臓のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）は本発明によるシングルエネルギーエンボスＸ線画像である。
【図９】ヌードマウスの腹部のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）は本発明によるデュアルエネルギーエンボスＸ線画像である。
【図１０】ヌードマウスの頭部のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）は本発明によるデュアルエネルギーエンボスＸ線画像である。
【図１１】ウサギの心臓のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）は本発明によるデュアルエネルギーエンボスＸ線画像である。
【図１２】従来の位相コントラスト撮影装置の構成例を示す概略ブロック図である。
【図１３】従来のＸ線画像処理システムを利用した例の作業の流れを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明のエンボスＸ線画像処理方法及びプログラム並びにシステムを最良に実施するための形態の具体例を、添付図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は本発明の一実施形態のエンボスＸ線画像処理システムの概念を示すブロック図、図２は本発明の一実施形態のエンボスＸ線画像処理方法／プログラムを示すフロー図／ブロック図、図３はＢｍｐ形式のデジタル画像を用いてエンボス画像を合成するための本発明の一実施形態のコンピュータソフト、図４はフラットパネルディテクター（ＦＰＤ）から出力されるＲＡＷファイル画像を用いてエンボス画像を合成するための特殊なソフト、図５はＲＡＷファイル画像観察用の特殊なソフトである。
【００２７】
デュアルエネルギーエンボス画像は、平均フォトンエネルギーの異なる２つの入力画像１、２をデジタル撮影し、例えば入力画像２を移動（シフト）して入力画像１から差し引くこと（サブトラクション）により得られるが、その方法として次の３つの方法が考えられる。
第１の方法は、Ｘ線源を５ｍｍほど移動して入力画像２を撮影する。
第２の方法は、被写体を１００μｍほど移動して入力画像２を撮影する。
第３の方法は、コンピュータソフトを用いて入力画像２のピクセルを移動させることによりエンボス画像を得ることが可能となる。
【００２８】
しかし、第１及び第２の方法は、Ｘ線源や被写体を移動するシステム及びそれらの操作・処理等が煩雑で手間が掛かり、コスト高となることから汎用的ではない。そこで本発明者は、第３の方法のコンピュータソフトを用いて低コストで汎用性の高いエンボスＸ線画像処理方法及びプログラム並びにシステムを開発した。
【００２９】
本発明の一実施形態のエンボスＸ線画像処理システムは、図１に示すように、一般的な単純Ｘ線検査に用いられ、被写体２１にＸ線１１を照射するＸ線源１０、被写体２１を支持する被写体支持部２０、検出パネル３１を介して被写体２１を透過したＸ線を検出する検出手段３２を有し、被写体の平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像（入力画像１、２）をデジタル撮影する入力画像取得手段３０と、入力画像１、２をそれぞれ二次元行列に変換して、入力画像１、２の移動とサブトラクションを行うためのコンピュータソフトにより二次元行列を計算し、前記合成した二次元行列から画像を合成して、前記合成画像をグレースケール調整し、さらに、前記グレースケール調整された合成画像を保存する合成画像処理コンピュータシステム（ＣＰＵ）４０と、を有する。
【００３０】
検出手段３２は、検出パネル３１を構成する複数の検出素子から電気信号を読み出して平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像である入力画像１、２データを得る。
【００３１】
本発明の一実施形態のエンボスＸ線画像処理方法は、図２に示すように、先ず、平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像である入力画像１、２をそれぞれデジタル撮影する（入力画像取得段階１１Ｓ、２１Ｓ）。
【００３２】
次いで、入力画像１、２をそれぞれ二次元行列に変換する（二次元行列変換段階１２Ｓ、２２Ｓ）。
【００３３】
次に、前記二次元行列に変換した画像データを合成するためのサブトラクション係数、直交２軸のＸ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数などの合成条件を設定し、予め数式化された合成数式（合成数式化段階２Ｓ）に入力する（合成条件の入力段階１Ｓ）。
【００３４】
引き続き、前記合成数式に従って行列の計算を行って（合成行列計算段階３Ｓ）、合成した二次元行列に変化した画像データを得る（二次元行列変換画像データ取得段階４Ｓ）。
【００３５】
前記二次元行列に変換した画像データは、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）環境で標準に使用されるペイント系の画像形式ファイルであるＢＭＰ形式である。このＢＭＰ形式のデジタル画像データを用いてエンボス画像を合成するために、図３に示すような合成数式を有するコンピュータソフトが用いられ、前記合成した二次元行列から画像を合成する（合成画像取得段階５Ｓ）。
【００３６】
この際、例えば、検出パネル３１に４８μｍのフラットパネルディテクター（ＦＰＤ）を用いた場合、Ｘ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数が３ピクセルでは入力画像２を１４４μｍ移動することになる。なお、コンピューターラジオグラフィー（ＣＲ）を用いた場合、ピクセルサイズはサンプリングピッチに相当する。
【００３７】
このように、入力画像１、２を取り込み、サブトラクション係数及びＸ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数を予め数式化された合成数式にそれぞれ入力して合成するコンピュータソフト（図３）を用いることにより、特殊ソフト（次に述べる図４、５）を利用する必要はなく、ＦＰＤから出力するＲＡＷファイル形式画像を取り込んで二次元行列合成計算を容易に処理することができる。
【００３８】
このＦＰＤから出力する未画像変換のＲＡＷファイル形式の画像は１２ｂｉｔであるため、従来技術のＰｈｏｔｏ Ｓｈｏｐなどで代表される８ｂｉｔの汎用ソフトで処理することは難しく、図４に示すような２次元方向の移動ピクセル、フィルター無／有の係数等を入力して画像を合成する特殊なソフトを用いてエンボス画像を作成し、取り込み画像や合成（エンボス）画像を見るには、公知であるため詳細な説明を省略するが、ＦＰＤに付属する図５に示すような特殊なソフトを用いる必要があった。本発明の上記コンピュータソフト（図３）を用いることにより、かような特殊なソフト（図４、５）を用いる必要性がなくなる。
【００３９】
次いで、前記合成画像を白から黒までの明暗だけで表現し、色の情報は含まない「モノクロ」によるグレースケール調整を行う（グレースケール調整段階６Ｓ）。
【００４０】
そして、前記グレースケール調整された合成画像を保存する（合成画像保存段階７Ｓ）。
【００４１】
このように、一般的な単純Ｘ線検査によって得られる２次元Ｘ線画像からコンピュータソフトを用いて高いコントラスト分解能の３次元エンボス画像を得るための本発明のエンボスＸ線画像処理プログラムは、同じく図２に示すように、平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像である入力画像１、２をそれぞれデジタル撮影する入力画像取得手順と、入力画像１、２をそれぞれ二次元行列に変換する二次元行列変換手順と、入力画像１、２の移動とサブトラクションを行うための前記コンピュータソフトにより二次元行列を計算する二次元行列合成計算手順と、前記合成した二次元行列から画像を合成する合成画像取得手順と、前記合成画像をグレースケール調整するグレースケール調整手順と、前記グレースケール調整された合成画像を保存する合成画像保存手順と、をコンピュータに実行させる。
【実施例１】
【００４２】
図６は、水平方向移動距離＝４８μｍ、鉛直方向移動距離＝４８μｍにおける鉛テストチャートによる空間分解能の測定（シングルネルギー）例で、（ａ）は等倍（密着）撮影、管電圧＝４０ｋＶ、（ｂ）は等倍（密着）撮影、管電圧＝７０ｋＶ、（ｃ）はシングルエネルギーエンボス撮影、管電圧＝４０ｋＶ、水平方向空間分解能＝７１μｍ、（ｄ）はシングルエネルギーエンボス撮影、管電圧＝４０ｋＶ、鉛直方向空間分解能＝７ｌμｍの各条件を示す。
【００４３】
図６の空間分解能測定用テストチャートの撮影例では、（ｂ）を除いて（ａ）、（ｃ）及び（ｄ）とも４０ｋＶの管電圧で撮影した。（ｃ）及び（ｄ）の画像はシングルエネルギーサブトラクション法により撮影され、ＸとＹ方向の移動距離は両方とも４８μｍであった。（ａ）の等倍撮影と比較して（ｃ）及び（ｄ）のエンボス撮影での空間分解能は向上し、約７１μｍであった。
【００４４】
シングルエネルギーサブトラクション法は、例えばＸ線管とＸ線検出器からなるＸ線撮影系統を一組有するシングルプレーンＸ線撮影装置において、Ｘ線管の管電圧を異なる値に設定して２度回転撮影して得られた２つの入力画像１、２をデジタル撮影し、例えば入力画像２を移動（シフト）して入力画像１から差し引くこと（サブトラクション）により、血管以外の情報を含んだ画像を得るエンボスＸ線画像処理方法である。
【００４５】
また、シングルエネルギーサブトラクション法として、造影剤を投与する前のマスク像と投与後のライブ像をサブトラクション処理して血管像のみを得るという回転ＤＳＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ Ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ）機能を備えるエンボスＸ線画像処理方法もある。
【実施例２】
【００４６】
図７は、椎骨のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）は本発明によるシングルエネルギーエンボスＸ線画像である。
【００４７】
乾燥した骨のように被写体の構成成分が１つの場合には、診断に不要な部位を消す必要がないため、一般に、シングルエネルギーエンボス撮影が用いられる。椎骨の撮影では、図７（ｂ）に示すように、コントラスト分解能が向上し、立体的なエンボス画像を得ることができた。
【実施例３】
【００４８】
図８は、犬の心臓のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）本発明によるシングルエネルギーエンボスＸ線画像である。
【００４９】
犬の心臓は、人間のものとほとんど同じ大きさであり、図８（ｂ）に示すように、シングルエネルギーエンボス撮影により冠動脈が凹凸付きで観察することができた。
【実施例４】
【００５０】
図９は、ヌードマウスの腹部のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）は本発明によるデュアルエネルギーエンボスＸ線画像、図１０は、ヌードマウスの頭部のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）は本発明によるデュアルエネルギーエンボスＸ線画像である。
【００５１】
デュアルエネルギーサブトラクション法では、平均フォトンエネルギーの異なる２つの入力画像１、２を用いて、例えば入力画像２を移動（シフト）して入力画像１から差し引くこと（サブトラクション）により、診断に不要な部位を消す画像を得ることができる。平均フォトンエネルギーを変化させるため、この実施例のデュアルエネルギー撮影では７０ｋＶと４０ｋＶの管電圧で得られた２つの入力画像を用いた。
【００５２】
ヌードマウスの腹部の撮影では、図９（ｂ）に示すように、デュアルエネルギーサブトラクションにより筋肉が消え、体内の糞が凹凸像として観察することができた。
【００５３】
次いで頭部の撮影では、図１０（ｂ）に示すように、体内に残留した酸化セリウムナノ粒子が鮮明に観察することができた。
【００５４】
「ナノ粒子」は、一般的には、１〜１００ｎｍ（ナノメートル）程度の微粒子である。
【実施例５】
【００５５】
図１１は、ウサギの心臓のＸ線撮影画像の比較例で、（ａ）は一般の単純Ｘ線検査によるＸ線画像、（ｂ）は本発明によるデュアルエネルギーエンボスＸ線画像である。
【００５６】
ウサギの心臓の造影では、図１１（ｂ）に示すように、心筋が消え、冠動脈が凹凸付きで観察することができた。
【００５７】
上記したように、本発明によるエンボスＸ線画像は、前記位相コントラスト撮影で得られる位相微分画像に匹敵するように酷似している。位相コントラスト撮影ではＸ線の屈折を主に利用する煩雑でコストが嵩むエンボスＸ線画像処理方法であるが、本発明のエンボスＸ線画像処理方法ではコンピュータソフトを用いて２つのデジタル入力画像にサブトラクション係数を乗じ、一方の画像を移動して差し引くという簡潔な方法により位相コントラスト撮影と同等の画像を得ることができた。
【００５８】
また、デュアルエネルギーエンボス撮影を利用し、吸収コントラストを低減し、診断等に必要な撮影目標とする部位のコントラスト分解能を最大値１．０に近付けることができた。
【００５９】
これまで可視光の領域において、エンボス画像処理は標準の画像処理法となりつつあるが、Ｘ線画像は透過画像であるため、改めて画像診断に有用なエンボスＸ線画像処理のためのコンピュータソフトを作成する必要があった。一般的なＸ線診断の観点から考えれば、空間分解能とコントラスト分解能が高く見易いことが理想である。実験では、最大値１．０のコントラスト分解能が得られ、その結果として空間分解能も若干向上した。しかし、エンボス撮影での空間分解能は画像の移動距離を増すことにより低下するので、撮影目的に合わせた移動距離に調整する必要がある。
【００６０】
前記実施例では、汎用の大焦点Ｘ線管とデジタルＸ線撮影システムを用いている。これらのエンボスＸ線画像は、被写体を密着（等倍）撮影することにより得られたが、マイクロフォーカスＸ線装置を用いた拡大撮影の場合には、拡大倍率を増すことにより空間分解能が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、患者への負担を最小限に止め、一般的な単純Ｘ線検査によって得られるデジタルＸ線画像からコンピュータソフトを用いて高いコントラスト分解能のエンボス画像を得る低コストで利便性の高いエンボスＸ線画像処理方法及びプログラム並びにシステムであることから、単純Ｘ線検査により骨や歯などの硬組織に関する疾患を診断して治療する整形外科や口腔外科領域から軟組織に関する疾患を診断して治療する内科や外科領域に亘る広範な医療分野、さらにはその他のＸ線画像に関係する産業分野に汎用的に適用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１、２ 入力画像
１０ Ｘ線源
１１ Ｘ線
２０ 被写体支持部
２１ 被写体
３０ 入力画像取得手段
３１ 検出パネル
３２ 検出手段
４０ 合成画像処理コンピュータシステム（ＣＰＵ）
１Ｓ 合成条件の入力段階
２Ｓ 合成数式化段階
３Ｓ 合成行列計算段階
４Ｓ 二次元行列変換画像データ取得段階
５Ｓ 合成画像取得段階
６Ｓ グレースケール調整段階
７Ｓ 合成画像保存段階
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般的な単純Ｘ線検査によって得られる２次元Ｘ線画像からコンピュータソフトを用いて高いコントラスト分解能の３次元エンボス画像を得るＸ線画像処理方法であって、
平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像（以下、「入力画像」という）をデジタル撮影する入力画像取得段階と、
前記入力画像をそれぞれ二次元行列に変換する二次元行列変換段階と、
前記入力画像の移動とサブトラクションを行うためのコンピュータソフトにより二次元行列を計算する二次元行列合成計算段階と、
前記合成した二次元行列から画像を合成する合成画像取得段階と、
前記合成画像をグレースケール調整するグレースケール調整段階と、
前記グレースケール調整された合成画像を保存する合成画像保存段階と、を有することを特徴とするエンボスＸ線画像処理方法。
【請求項２】
前記コンピュータソフトは、前記入力画像を取り込み、サブトラクション係数及び直交２軸のＸ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数を予め数式化された合成数式にそれぞれ入力して合成することを特徴とする請求項１記載のエンボスＸ線画像処理方法。
【請求項３】
一般的な単純Ｘ線検査によって得られる２次元Ｘ線画像からコンピュータソフトを用いて高いコントラスト分解能の３次元エンボス画像を得るＸ線画像処理プログラムであって、
平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像（入力画像）をそれぞれデジタル撮影する入力画像取得手順と、
前記入力画像をそれぞれ二次元行列に変換する二次元行列変換手順と、
前記入力画像の移動とサブトラクションを行うためのコンピュータソフトにより二次元行列を計算する二次元行列合成計算手順と、
前記合成した二次元行列から画像を合成する合成画像取得手順と、
前記合成画像をグレースケール調整するグレースケール調整手順と、
前記グレースケール調整された合成画像を保存する合成画像保存手順と、をコンピュータに実行させることを特徴とするエンボスＸ線画像処理プログラム。
【請求項４】
前記コンピュータソフトは、前記入力画像を取り込み、サブトラクション係数及び直交２軸のＸ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数を予め数式化された合成数式にそれぞれ入力して合成することを特徴とする請求項３記載のエンボスＸ線画像処理プログラム。
【請求項５】
一般的な単純Ｘ線検査によって得られる２次元Ｘ線画像からコンピュータソフトを用いて高いコントラスト分解能の３次元エンボス画像を得るＸ線画像処理システムであって、
平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像（入力画像）をそれぞれデジタル撮影する入力画像取得手段と、
前記入力画像をそれぞれ二次元行列に変換して、前記入力画像の移動とサブトラクションを行うためのコンピュータソフトにより二次元行列を計算し、前記合成した二次元行列から画像を合成して、前記合成画像をグレースケール調整し、さらに、前記グレースケール調整された合成画像を保存する合成画像処理コンピュータシステムと、を有することを特徴とするエンボスＸ線画像処理システム。
【請求項６】
前記コンピュータソフトは、前記入力画像を取り込み、サブトラクション係数及び直交２軸のＸ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数を予め数式化された合成数式にそれぞれ入力して合成することを特徴とする請求項５記載のエンボスＸ線画像処理システム。
【請求項１】
一般的な単純Ｘ線検査によって得られる２次元Ｘ線画像からコンピュータソフトを用いて高いコントラスト分解能の３次元エンボス画像を得るＸ線画像処理方法であって、
平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像（以下、「入力画像」という）をデジタル撮影する入力画像取得段階と、
前記入力画像をそれぞれ二次元行列に変換する二次元行列変換段階と、
前記入力画像の移動とサブトラクションを行うためのコンピュータソフトにより二次元行列を計算する二次元行列合成計算段階と、
前記合成した二次元行列から画像を合成する合成画像取得段階と、
前記合成画像をグレースケール調整するグレースケール調整段階と、
前記グレースケール調整された合成画像を保存する合成画像保存段階と、を有することを特徴とするエンボスＸ線画像処理方法。
【請求項２】
前記コンピュータソフトは、前記入力画像を取り込み、サブトラクション係数及び直交２軸のＸ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数を予め数式化された合成数式にそれぞれ入力して合成することを特徴とする請求項１記載のエンボスＸ線画像処理方法。
【請求項３】
一般的な単純Ｘ線検査によって得られる２次元Ｘ線画像からコンピュータソフトを用いて高いコントラスト分解能の３次元エンボス画像を得るＸ線画像処理プログラムであって、
平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像（入力画像）をそれぞれデジタル撮影する入力画像取得手順と、
前記入力画像をそれぞれ二次元行列に変換する二次元行列変換手順と、
前記入力画像の移動とサブトラクションを行うためのコンピュータソフトにより二次元行列を計算する二次元行列合成計算手順と、
前記合成した二次元行列から画像を合成する合成画像取得手順と、
前記合成画像をグレースケール調整するグレースケール調整手順と、
前記グレースケール調整された合成画像を保存する合成画像保存手順と、をコンピュータに実行させることを特徴とするエンボスＸ線画像処理プログラム。
【請求項４】
前記コンピュータソフトは、前記入力画像を取り込み、サブトラクション係数及び直交２軸のＸ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数を予め数式化された合成数式にそれぞれ入力して合成することを特徴とする請求項３記載のエンボスＸ線画像処理プログラム。
【請求項５】
一般的な単純Ｘ線検査によって得られる２次元Ｘ線画像からコンピュータソフトを用いて高いコントラスト分解能の３次元エンボス画像を得るＸ線画像処理システムであって、
平均フォトンエネルギーの異なる２つの２次元Ｘ線画像（入力画像）をそれぞれデジタル撮影する入力画像取得手段と、
前記入力画像をそれぞれ二次元行列に変換して、前記入力画像の移動とサブトラクションを行うためのコンピュータソフトにより二次元行列を計算し、前記合成した二次元行列から画像を合成して、前記合成画像をグレースケール調整し、さらに、前記グレースケール調整された合成画像を保存する合成画像処理コンピュータシステムと、を有することを特徴とするエンボスＸ線画像処理システム。
【請求項６】
前記コンピュータソフトは、前記入力画像を取り込み、サブトラクション係数及び直交２軸のＸ、Ｙ軸方向の移動ピクセル数を予め数式化された合成数式にそれぞれ入力して合成することを特徴とする請求項５記載のエンボスＸ線画像処理システム。
【図１】
【図２】
【図１２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図２】
【図１２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２７９４１８（Ｐ２０１０−２７９４１８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３２９７０（Ｐ２００９−１３２９７０）
【出願日】平成２１年６月２日（２００９．６．２）
【出願人】（５０７１４８４５６）学校法人 岩手医科大学 (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２日（２００９．６．２）
【出願人】（５０７１４８４５６）学校法人 岩手医科大学 (19)
【Ｆターム（参考）】
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