JPH0133818B2

JPH0133818B2 -

Info

Publication number: JPH0133818B2
Application number: JP16357378A
Authority: JP
Inventors: Hisatoyo Kato; Masamitsu Ishida; Seiji Matsumoto
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1978-12-26
Filing date: 1978-12-26
Publication date: 1989-07-14
Also published as: US4310886A; JPS5588740A; FR2445578B1; FR2445578A1

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、医療用診断に用いる放射線写真シス
テムにおける画像処理装置に関し、さらに詳しく
は中間媒体として蓄積性螢光体材料（以下単に
「螢光体」という）を用いて、これに放射線画像
を記録し、この放射線画像を読み出して再生し、
これを記録材料に最終画像として記録する放射線
写真システムにおける画像処理装置に関するもの
である。このような放射線写真システムとしては、本出
願人が先に、特願昭53−84741号に提案したよう
な被写体を透過した放射線を螢光体に吸吸せし
め、しかる後この螢光体をある種のエネルギーで
励起してこの螢光体が蓄積している放射線エネル
ギーを螢光として放射せしめ、この螢光を検出し
て画像化する方法がある。この螢光体を用いる放射線写真システムは、従
来の銀塩写真による放射線写真システムと比較し
て、広い放射線露光量の範囲にわたつて画像を記
録することができるという点で非常に利用価値の
高いものであり、特に人体を対象とするＸ線写真
システムとしての利用価値が高い。Ｘ線は被曝線量が多くなると人体に有害である
ので一回のＸ線撮影でできるだけ多くの情報が得
られることが望ましい。しかし現在のＸ線写真フ
イルムは、撮影適性と観察読影適性の両方を兼ね
備えることを要求された結果、それらをある程度
ずつ満足するような形のものになつている。この
ため撮影適性についてはＸ線露光域が充分広いと
は言えないという問題があり（これに対する解決
策の一つが前述の螢光体を用いるＸ線画像記録方
法である。）、また現在のＸ線写真フイルムの観察
読影適性についてはその画像が必ずしも診断に充
分なものとは言えないという問題がある。本発明は上記事情に鑑み、螢光体を用いるＸ線
画像記録方法において、螢光体に記録されている
Ｘ線画像情報を読み出して記録材料上に再生する
に当り、階調調節処理を施してＸ線画像の診断性
能を向上させるＸ線画像処理装置を提供すること
を目的とするもので、特に胸部Ｘ線画像の階調処
理方法を提供することを目的とするものである。従来、胸部のＸ線撮影にはＸ線写真フイルムが
用いられ、このＸ線写真フイルムに記録されたＸ
線画像を肉眼で観察することによつて医学的診断
を行なつている。この胸部Ｘ線写真フイルムには、肺野部、心臓
部、背骨等が写されている。背骨はＸ線が透過し
にくいため、濃度が最も低い。心臓部も比較的Ｘ
線が透過しにくいため、背骨についで濃度が低
い。肺野部はＸ線が透過しやすいため濃度が高
く、しかも気管、血管が入り乱れているため、極
めて複雑な構造をしている。なお、被写体のない
部分は全てのＸ線が記録されるから、濃度が非常
に高くなつている。このように胸部Ｘ線写真フイルムには、人体の
各部が写されており、その濃度域はかなり広く、
例えば０〜3.5の範囲にわたる場合もある。しか
も各部分がそれぞれ所望のコントラストに仕上が
つてはいないため、僅かな濃度変化から病巣を見
つけ出すＸ線診断においては、観察が困難で診断
しにくいという問題がある。一般に画像処理をすることによつて画像の特性
を変化させることができることは知られており、
Ｘ線画像の場合もこのＸ線写真フイルムをオリジ
ナル写真とし、これを光学的に走査し、読み取つ
た情報を画像処理してから、別のコピー用フイル
ムに再生すれば、画像の画質を変化させることが
できる。しかしながらＸ線画像の場合、目的は「診断」
であり、診断しやすいか否かといつた性能（以下
「診断性能」と呼ぶ）は正常陰影との対比、解剖
学的構造との対応、他診断所見の利用など複合的
要因のからみで決るものであり、単にシヤープネ
スがよく、粒状性が少くかつコントラストが高
い、いわゆる「よい画質」の画像がそのままよい
診断性能を持つた画像とはいちがいに言えないと
いつた事情がある。Ｘ線写真フイルムを画像処理することに関して
は画像を縮小してマイクロ・フイルム等に記録し
て保存する場合に利用することが知られている。
例えば特開昭48−25523号公報には、コピー時に
濃度域を圧縮するために高濃度域でのコントラス
ト（ガンマ）を低下させた２段勾配コントラスト
特性を有する写真フイルムを用い、かつ縮小とコ
ピー作業による鮮鋭度の低下を非鮮鋭マスク処理
によつて改善する技術が開示されている。しかしこの処理はあくまでも縮小とコピー作業
における画質の低下をふせぐだけのものであり、
診断性能を向上させるために用いられたものでは
ない。本発明は診断性能を大幅に改善することができ
るようにした胸部Ｘ線画像の階調処理装置を提供
することを目的とするものである。本発明は、螢光体に記録されている胸部Ｘ線画
像を記録材料上に写真像として再生する際に、該
写真像上での心臓部と肺野部との境界の濃度を低
下させることによつて心臓部のコントラストを低
下させ、その分だけ肺野部のコントラストを向上
させるように階調処理することを特徴とするもの
である。具体的には蓄積性蛍光体材料を光電的に
読み取つて得られた電気信号のうち、放射線画像
の心臓部と肺野部との境界に対応する電気信号の
値S₀を低下させ、前記電気信号の実質的な最大値
Smaxと前記値S₀の間、すなわち肺野部に相当す
る領域のコントラストを全域に亘つて上昇させる
とともに、前記電気信号の実質的な最低値Smin
と前記値S₀の間、すなわち心臓部および背骨に相
当する領域のコントラストを全域に亘つて低下さ
せるようにしたことを特徴とするものである。これにより、心臓部全体の濃度が下がり、ま
た、肺野部の濃度が下がるとともに、コントラス
トが向上するから、診断的に見やすい画像が得ら
れる。また心臓部のコントラストが下がるが、こ
の部分は最も明るい部分（すなわち濃度が低く、
画像が白つぽく見える部分）であるため、見えに
くくなることはない。さらに背骨は、心臓部と同
程度に濃度であるから、これも見えにくくはなら
ない。なおここで実質的な最大値および最小値と
は肺野部、心臓部、背骨部等の画像形成領域の信
号値のみを対象として最大値、最小値を決定し、
枠部分等の画像形成領域外の信号は対象としてい
ないことを意味する。一般に胸部Ｘ線撮影は、その殆どが肺野部の観
察を対象としている。したがつて、本発明の方法
を用いれば、背骨、心臓部の診断性能をそこなう
ことなく、肺野部の診断性能を大幅に向上するこ
とができる。本発明において螢光体とは、最初の光もしくは
高エネルギー放射線が照射された後に、光的、熱
的、機械的、化学的または電気的等の刺激（励
起）により、最初の光もしくは高エネルギー放射
線の照射量に対応した光を再発光せしめる、いわ
ゆる輝尽性を示す螢光体をいう。ここで光とは電
磁放射線のうち可視光、紫外光、赤外光を含み、
高エネルギー放射線とはＸ線、ガンマ線、ベータ
線、アルフア線、中性子線等を含む。励起は600〜700nｍの波長域の光によつて行な
うことが望ましく、この波長域の励起光は、この
波長域の光を放出する励起光源を選択することに
より、あるいは上記波長域にピークを有する励起
光源と、600〜700nｍの波長域以外の光をカツト
するフイルターとを組合せて使用することにより
得ることができる。上記波長域の光を放出することができる励起光
源としてはKrレーザ、各種の発光ダイオード、
He−Neレーザ、ローダミンＢダイレーザ等があ
る。またタングステンヨーソランプは、波長域が
近紫外、可視から赤外まで及ぶため、600〜700n
ｍの波長域の光を透過するフイルターと組合わせ
れば使用することができる。励起エネルギーと発光エネルギーの比は、
10⁴：１〜10⁶：１程度であることが普通であるた
め、光検出器に励起光が入ると、Ｓ／Ｎ比が極度
に低下する。発光を短波長側にとり、励起光を長
波長側にとつてできるだけ両者を離し、光検出器
に励起光が入らないようにすると、上述のＳ／Ｎ
比の低下を防止することができる。このためには、発光光が300〜500nｍの波長域
にある螢光体を使用することが望ましい。上記300〜500nｍの波長域の光を発光する螢光
体としては、 LaOBr：Ce、Tb SrS：Ce、Sm SrS：Ce、Bi BaO・SiO₂：Ce BaO・6Al₂O₃：Eu （0.9Zn、0.1cd）Ｓ：Ag BaFBr：Eu BaFCl：Eu 等がある。以下、図面に基いて本発明を詳細に説明する。第１図は従来の胸部Ｘ線写真フイルムを示すも
のであり、このフイルム上に、肺野部１、心臓部
２、背骨３が写し込まれている。この胸部Ｘ線写
真フイルムは、所望の濃度とコントラストに仕上
がつていないため、このままでは診断しにくい。螢光体に記録されたＸ線画像は、上述の従来の
Ｘ線写真フイルム上に記録された画像と比較し
て、より広いＸ線露光量の範囲に対応するもので
あるが、この画像を特別な信号処理を行なわずに
このまま写真像として再生しても診断し易い画像
とはならない。そこでこの螢光体に記録された画像（以下、
「オリジナル画像」という）からＸ線画像情報を
読みとつて写真フイルムに再生する際に、信号変
換を行なつて階調を変化させる。第２図はＸ線写真の作画過程を示すものであ
る。Ｘ線を人体に照射すると、人体を透過したＸ
線は、螢光体板に入射し、この螢光体板は、螢光
体のトラツプレベルに、Ｘ線画像のエネルギーを
蓄積する。Ｘ線画像の撮影後、600〜700nｍの波長の励起
光で螢光体板を走査して、蓄積されたエネルギー
をトラツプから励起し、300〜500nｍの波長域の
光を発光させる。この発光光は、この波長域の光
だけを受けるようにした光検出器例えば、光電子
増倍管、フオトダイオードで測定される。Ｘ線画像の読取後に、光検出器の出力信号は増
幅されてからＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換
され、磁気テープに記憶される。この磁気テープに記憶された各部のデジタル信
号は、演算装置例えばミニコンピユータにより、
階調処理の信号演算が行なわれる。オリジナル画像として記録されている画像で
は、人体以外の部分を除くと、肺野部１の「濃度
に対応する発光信号」（以下単に「信号」という）
が最も大きく、そして背骨３と心臓部２の信号が
最も小さい。一般に背骨の信号は心臓部の信号よ
り小さいがその差は少く、以下差支えない場合は
心臓部の信号で代表させる。したがつて背骨と心
臓部の信号の最小値Sminと、肺野部の信号の最
大値Smaxを調べて、この信号領域に含まれてい
るものについて信号変換を行なえば、必要な画像
の階調を変えて、見やすい写真像を得ることがで
きる。本発明者等は前記心臓部２と肺野部１との境界
の信号の値Soに着目し、診断性能を向上させる
ためには、このSoを前記Smax、Sminに対応す
る写真像上の濃度Dmax、Dminの間でどのよう
な濃度に仕上げるのが良いかを種々研究した結
果、前述の如く写真像上で心臓部と肺野部との境
界の濃度を低下させて心臓部のコントラストを低
下させ、その分だけ肺野部のコントラストを向上
させるという本発明を達成するに至つたものであ
る。第３図は上記階調処理を示すグラフである。図
において一点鎖線４は信号Smaxに対応する濃度
Dmaxの点と、信号Sminに対応する濃度Dminの
点とを直線で結んだもので、いわば、信号の線型
変換に相当するものである。なお、ここで明確にしておかなければならない
ことは、この写真像の再生に用いられる記録材料
である写真フイルムは一般的にはこのような完全
な直線性は有していないので、これを前述のグラ
フ４のように再生するためには通常良く行なわれ
る「ガンマ補正」操作を経ることが必要であると
いうことであるが、この「ガンマ補正」操作は通
常行なわれている技術であるのでここではこの操
作を施すことを前提としてその前段の操作である
階調処理についてのみ説明する。第３図に戻つて説明を続ける。実線５は本発明
の信号処理の一例を示すものであり、前記心臓部
と肺野部との境界の信号の値Soに対応する濃度
の下げ幅を、一点鎖線４で示される直線関係で再
生する場合の濃度に対して△ＤとしかつSo点で
濃度の下げ幅が最大になるように信号変換を行な
つている。したがつてSminからSoの信号領域に存在して
いる背骨３と心臓部２のコントラストは下げら
れ、またSoからSmaxの信号領域に存在している
肺野部１のコントラストは上げられている。写真像上のDminとDmaxとは観察条件や被写
体のコントラスト、SminとSmaxとの比等に若
干影響されるが、一般にはDminとしてはカブリ
濃度＋0.01〜0.1、Dmaxとしては濃度1.2〜2.5位
が望ましい。前記境界での、望ましい濃度の下げ幅△Ｄは、
個々の写真（心臓部と肺野部との濃度の差）、診
断する医師の個人差異によつて異なる。一般的に
いつて下げ幅△Ｄが小さければ、階調変化が少な
く、逆に大きすぎると心臓部のコントラストが下
がりすぎて診断性能が低下する。実験の結果、△
Ｄが0.1〜0.5であれば診断性能が向上することが
分つた。第３図の階調処理においては、Soを境にして
急に階調が変化するようになつているため、濃度
の「とび」があり、不自然になる。そこで、第４
図に示すようにSo付近を滑らかにしたり、ある
いは第５図に示すように全体を滑らかにすると不
自然でなくなる。この階調処理による診断性能の向上について
は、写真系の物理的評価値（例えば鮮鋭度、コン
トラスト、粒状性等）で裏付けることが困難であ
る。そこで４人の放射線読影の専門家（放射線
医）に観察を依頼し、その主観的評価を統計的に
処理して診断性能を評価した。評価の基準は次の
とおりである。＋２：従来のＸ線写真フイルム方式では見えなか
つた病変部が見えるようになつたり、非常に診
断がしにくい病変部が見易くなり、診断性能が
明らかに向上した。＋１：従来のＸ線写真フイルム方式では診断しに
くい病変部が見易くなり、診断性能が向上し
た。０：従来のＸ線写真フイルム方式に比べて、見易
くはなつているが、特に診断性能の向上は見ら
れない。 −１：診断性能が向上した領域もあるが、診断し
にくい領域も発生した。 −２：診断性能が向上した領域がなく、診断しず
らい領域が発生した。この基準のもとに、胸部症例10種（正常、ガン
陰影、肺炎陰影等を含むもの）のオリジナル画像
を第６図に示すように階調処理して再生した写真
像を提示し、その診断性能を４人の放射線専門医
に評価してもらつた。第６図において、グラフ
６、７、８、９はいずれも心臓部と肺野部との境
界の濃度を低下させたもので、濃度の下げ幅△Ｄ
はそれぞれ0.05、0.2、0.4、0.6であつた。またグ
ラフ10は本発明の信号処理を施さないもの、グラ
フ11は本発明とは逆の方向の階調処理（△Ｄが−
0.3）を示している。評価の結果を第１表に示す。

【表】本発明者らは濃度の下げ幅△Ｄの範囲をその他
にも種々検討した結果、△Ｄが0.1〜0.5の範囲で
最も有効に診断性能が向上することを見出した。第７図は本発明の装置の概略を示すブロツク図
である。胸部Ｘ線撮影によつてＸ線画像を記録し
た螢光体板２０をドラム２１に装着する。このド
ラム２１は回転すると同時に軸方向に移動し、外
部に設けた読取用光源２２からの光ビームを螢光
体板２０に照射してこれを２次元的に光走査す
る。なお、この走査光としては、He−Neレーザが
用いられている。前記光ビーム走査により励起された螢光体板２
０から発光した光は光電変換器２３で電気信号に
変換され、アンプ２４で増幅された後Ａ／Ｄ変換
器２５でデジタル信号に変換される。このデジタ
ル信号は、記録媒体例えば磁気テープ２６に記録
される。この磁気テープ２６に記録されたデータは、演
算装置例えばコンピユータ２７に入力され、ここ
で前記オリジナル画像信号のSmin、So、Smax
が解析される。通常の胸部Ｘ線写真では胸部全体（被写体のな
い部分は除く）のデータを演算装置で計算する
と、第８図のようなヒストグラムを作ることがで
きる。このヒストグラムには２つの山があり、低
い信号側の山は心臓部の、高い信号側の山は肺野
部の頻度分布をそれぞれ示す。２つの山の高さや
その幅はヒストグラムをとる領域、胸の形状、等
で異なるがこのヒストグラムの頻度が０におちこ
む点あるいは頻度が一定％（例えば最大頻度の５
％）におちこむ点からSmin、Smaxが算出され
る。心臓部との肺野部との境界の信号Soは通常
は第８図のヒストグラムの２つのピークの谷間の
底に当る部分に対応する信号Sc、あるいは２つ
のピークに相当する信号Sh，Sfの平均値Sh＋Sf／２をもつて代用させることが考えられる。また、第９図のように胸部Ｘ線画像の走査を、
心臓部と肺野部とで別々に行いそれぞれに対応す
るヒストグラムを作つた場合（心臓部と肺野部の
位置の指定については後述する。）には、２つの
ヒストグラムの交叉する点をあるいはSh＋Sf／２前記Soとすることができる。ヒストグラムから前記境界の信号Soを求める
方法はこの他にも種々のやり方が考えられるが、
演算が容易であるという点で上述の方法のいずれ
かが有利である。ヒストグラムから真のSoを求めることは実際
には困難であるが、上述のような近似値を用いて
も、コピー写真上で問題となるほどの違いはな
い。前述の心臓部と肺野部の位置の指定は以下に述
べるようにして行なうことができる。第一は多数のＸ線写真画像から統計的に推定し
た値を用いる方法であり、これは必要により螢光
体を用いる撮影の際に被写体となる人体の特徴に
よつて適宜修正を加えることにより、充分実用に
なる精度とすることができる。第二は本出願人が先に特願昭53−122882号に提
案したような、螢光体の瞬時発光光を利用する方
法である。これはＸ線撮影時における瞬間発光を
検出することにより、上記心臓部と肺野部の位置
の確認はもちろん、この画像の特性に関する情報
をも得ることができるものである。こうして心臓部と肺野部の位置の情報を得て、
これを演算装置に入力し、この位置の信号データ
を読み出して第９図のようなヒストグラムを作る
ことができる。これから２つの曲線のピークSh
とSfとを求め、その平均値Sh＋Sf／２を算出し、これを前記境界の信号とするとするのは前述の通り
である。また、心臓部の位置を推定してこれを利用する
方法としては、第１０図のようにオリジナル画像
の心臓部の中心位置を走査してその信号波形およ
びその微分信号波形を用いる方法がある。すなわ
ち第１０図でパルス１とパルス４との間に位置す
る部分が胸部そのものの位置であり、その範囲で
の信号の最大値と最小値とからSmax、Sminを
求めることができる。またパルス２とパルス３の
位置が心臓部と肺野部との境界になるので、この
位置の信号の値（２つの値が異なつていればその
平均値）がSoとなる。これらのSmin、So、Smaxを調べてから、再
生された写真像が第３図ないし第６図に示す本発
明の望ましい例である階調になるように磁気テー
プ２６のデータを演算処理して信号変換を行な
う。この信号変換を行なつたデータを再び磁気テ
ープ２６に戻してこれに記憶させる。なおこの演算処理は、アナログ演算で行なうこ
ともできる。また、コピーフイルムの階調を考慮
してこれを含めて処理を行なうこともできる。さらに、これに加えて、一般に行なわれている
ように、非鮮鋭マスク処理や周波数フイルタリン
グ等の周波数処理を行なつて鮮鋭度を調節しても
よい。階調処理されたデータは、磁気テープ２６から
読み出され、Ｄ／Ａ変換器３０でアナログ信号に
戻され、アンプ３１で増幅された後、記録用光源
３２に入力される。この記録用光源３２から発生した光は、レンズ
３３を通つてコピーフイルム３４に照射される。
このコピーフイルム３４は、焼付ドラム３５に装
着されており、焼付ドラム３５が回転と移動を行
なうから、階調処理されたＸ線画像がコピーフイ
ルム３４に記録される。コピー用の感光材料としては、銀塩の写真フイ
ルムだけでなく、ジアゾフイルム、電子写真材料
等も利用できる。また感光材料に記録するかわり
にCRT等のモニターに表示して観察し、診断し
ても良い。なお、本発明はオリジナル記録媒体として放射
線エネルギーを蓄積する蓄積性螢光体を用いるの
でなく、通常のＸ線写真フイルムを用いて胸部Ｘ
線画像を記録し、これを読み出して別の写真フイ
ルムに再生する従来のＸ線写真システムにも利用
することができる。上記構成を有する本発明は、心臓部と肺野部と
の境界の濃度がオリジナル画像よりも低くなるよ
うに信号変換し、それにより心臓部のコントラス
トを低下させ、肺野部のコントラストを全域に亘
つて上げるように階調処理を行なうものであり、
背骨、心臓部の診断性能をそこなうことなく、肺
野部の診断性能を大幅に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は胸部Ｘ線写真を示す模式図、第２図は
本発明の方法を示すフローチヤート、第３図は本
発明の階調処理を示すグラフ、第４図および第５
図は別の階調処理を示すグラフ、第６図は本発明
の階調処理とそうでない階調処理をいくつか挙げ
て示したグラフ、第７図は本発明を実施する装置
のブロツク図、第８図および第９図は心臓部と肺
野部のヒストグラム、第１０図は心臓部の中心付
近を横方向に走査したときの濃度値とその微分波
形を示すグラフである。１……肺野部、２……心臓部、３……背骨、
５，６……本発明の階調処理を示す直線、２０…
…螢光体板、２２……読取用光源、２３……光電
変換器、２６……磁気テープ、３２……記録用光
源、３４……コピーフイルム、３５……焼付ドラ
ム。

Claims

【特許請求の範囲】１蓄積性蛍光体材料を走査して、これに記録さ
れている胸部放射線画像情報を読み出して電気信
号に変換する手段、該電気信号の頻度分布からオ
リジナル画像の心臓部と肺野部との境界に相当す
る電気信号の値S₀と、前記電気信号の実質的最大
値Smaxと最小値Sminを検出する手段、および
前記値S₀に対応する出力信号のレベルを下げ幅が
最大になるように低下させて、前記最大値Smax
と前記値S₀の間のコントラストを全域に亘つて上
昇させるとともに、前記最小値Sminと前記値S₀
の間のコントラストを全域に亘つて低下させるよ
うにオリジナル画像上の各点に対応する出力信号
のレベルを低下させる手段からなることを特徴と
する胸部放射線画像の階調処理装置。２前記心臓部と肺野部との境界の信号の下げ幅
が、対応する濃度値で0.1〜0.5であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の胸部放射線画
像の階調処理装置。