JPH07100061B2 - 脊椎湾曲を求める画像計測方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、胸部放射線画像データを用い、脊椎の輪郭線
のおおよその形の座標データから最小二乗法等によりそ
の脊椎の中心線の近似曲線を求め、その曲線の係数の値
の大小により、その脊椎の湾曲程度を判定する方法に関
する。

〔従来技術〕

従来から、脊椎の湾曲を判定する方法としては、人体
を直接目視で観察する方法、胸部Ｘ線写真を目視で読
影する方法等が採られていた。また最近では人体を光
線で走査して反射光を調べて自動的に判定を行う方法も
開発されている。

ところが、の方法では熟練した医師が直接観察する必
要があるために時間や費用がかかり、の方法はと同
様の問題の他に、肺野の部分を見易く撮影する関係から
その胸部Ｘ線写真では脊椎の部分は非常に見難く判定が
困難である。更にの方法では専用の大規模な設備が新
規に必要となる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、人体の胸部放射線画像のような複雑な
画像の中の特定の部位の輪郭線を容易にしかも正確に抽
出する方法を提供することである。

〔発明の構成〕

このために本発明は、行列で表現された胸部放射線画像
データから、左右肺野内側輪郭線の内側の縦隔部分の濃
度データについて最小の値をとる点を各行毎に探し出
し、該最小の値をとる点を探索の開始点として、所定の
条件の成り立つ点を列方向両側に探し出して、該探し出
した点の座標を脊椎の輪郭線を構成する座標とし、上記
得られた脊椎の輪郭線を構成する座標の値を用いて最小
二乗法により脊椎の中心線を求め、該脊椎の中心線を表
す関数の最高次の係数から脊椎の湾曲の度合を計測する
ようにした。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。第１図は本発
明を実施するための装置の構成ブロックを示す図であ
る。１は被検体のＸ線写真画像を読み取るための画像入
力装置、２は読み取られたＸ線画像の濃度データを記憶
する画像記憶装置、３は画像記憶装置２に記憶された濃
度データを読み出して各種輪郭線の抽出処理を行う画像
計測装置、４は計測された結果から被検体の脊椎湾曲を
判定する判定装置、５は判定された結果異常がある場合
にそれをを医師に報知する表示装置である。

まず、画像入力装置１は、例えばポリゴンミラー等の光
偏向器を用いてレーザ光等を使用した光ビームのスポッ
トで胸部Ｘ線画像面（フィムル）をスキャンし、その時
の透過光の強度をフォトセンサ等の光検出器で光電変換
し、得られた電気信号を順次A/D変換してデジタル画像
の濃度データとして出力する装置である。ここでは光ビ
ームを機械的にスキャンしているがCCD等の固体撮像素
子や撮像管を使用して電子的にスキャンする方法を採用
することもてきる。また、CCDラインセンサ等を用いれ
ば、複数の胸部Ｘ線画像フィルムを順次機械的に搬送し
ながら連続的に読み取ることも可能である。

画像記憶装置２は、処理の高速性から通常はRAM等の半
導体メモリが使用されるが、磁気ディスク、フロッピー
ディスク、或いは光ディスク等のディスクメモリ、又は
磁気テープ、磁気バブルメモリ等を用いることもでき
る。

画像計測装置３は本発明の要部を構成する部分である。
この装置３は画像記憶装置２内に記憶された画像の濃度
データを順次読み出して、肺野に相当する部分の輪郭線
を示すデータを求める処理を行い、更に脊椎の輪郭線を
求める処理を行う。この装置３においては、読み出され
た画像濃度データの少なくとも１行分或いは１列分を記
憶できるだけのラインメモリ、計測を行うプロセッサ、
抽出された輪郭線データを記憶する輪郭線データメモ
リ、計測のアルゴリズム等を記憶し、また計測時の作業
領域となる主記憶装置、補助記憶装置等からなる。ここ
では、画像濃度データや輪郭線データを記憶するメモリ
を持つ構成にせずに、単一の主記憶装置で全てを処理す
ることもできる。

判定装置４は、画像計測装置３で得られた輪郭線データ
から脊椎の中心線の近似曲線を求め、その曲線の関数の
係数の値が標準値の範囲を超えたか否かを判定する。

表示装置５は判定装置４の出力によって、計測を行った
画像データの被検体に異常があることを医師に知らせ
る。

次に作用を説明する。

（Ｘ線写真画像の入力） Ｘ線画像は画像入力装置１によって約200μｍのサンプ
リングピッチで読み取られ、濃度範囲０〜３を256階調
に量子化される。このときＸ線画像は正位して入力さ
れ、第２図に示すように画像の左上が（1,1）、右下が
（m,n）としたｍ行ｎ列の行列形式により、画像記憶装
置２に格納される。

なお、サンプリングピッチは200μｍに固定されるもの
ではなく、場合に応じて25μｍから1000μｍの範囲で変
化させることができる。また読取濃度範囲や量子化レベ
ル数も変化させることができる。

（肺野輪郭線の抽出） 肺野の輪郭線の抽出は、第２図に示すように、左右各肺
野のそれぞれについて外側輪郭線AL、AR、内側輪郭線B
L、BR、横隔膜輪郭線CL、CRについて行う。外側及び内
側輪郭線AL、AR、BL、BRについては、画像データの各行
における輪郭線の存在する列の値の配列として求めら
れ、横隔膜輪郭線CL、CRについては、各列における輪郭
線の存在する行の値の配列として求められる。

肺野の外側輪郭線AL、ARと内側輪郭線BL、BRの抽出は、
画像記憶装置２より横方向の１行分の画像濃度データを
画像計測装置３内に読み込み、読み込んだ全データの統
計量を計算して、それらの値からいくつかの濃度閾値を
求める。そして、それらの閾値の範囲内の値を持つ画像
濃度データ（点）の中で、ある点について前後の点との
値の関係が後記するパターン（条件）を満たす場合に、
そのある点の位置をその行における肺野の輪郭の列の位
置として記憶する。特定のパターンとしては、 極小となる点…例えば第３図（ｂ）のａ 傾きが最小となる点…例えば第３図（ｂ）のｃ 傾きが最大となる点…例えば第３図（ｂ）のｂ 等があり、これらのパターンを満足する点をいくつか探
し出す。第３図は（ａ）で示す行m₁〜m₄の列方向のライ
ンの濃度変化を（ｂ）に示す。Ｄは濃度（透過率）であ
る。更に、 計測の対象となっている行の画像上の位置 求められた点の位置 求められた点の濃度値 求められた点における値の傾き 用いた閾値の範囲 等を総合的に判断し、いずれの輪郭の点であるか、或い
はノイズであるかを決定する。例えば、右肺野側側の輪
郭ARを構成する点であれば、『画像の向かって左側1/3
の範囲に存在し、全濃度データの平均値以下の値（濃度
を透過率で示した場合、高濃度部は小さい透過率を示
す。）をもち、前後の点との値の関係は極小或いは傾き
が０となる点』といった条件を満足する点を探索する。

このような探索のアルゴリズムは、従来からの手続き型
のプログラム言語、例えばFORTRANやPascal等によって
記述できることもできるが、最近のルール指向言語、例
えばOPS5、OPS83等によって更に容易に記述することが
できる。

このようにして画像データの各行についてそれぞれの輪
郭を構成する点の位置を求め必要な部分について結び合
わせることにより、それぞれの輪郭線が得られる。

横隔膜の輪郭線CL、CRについては、画像読取装置１より
縦方向ｍの１列分の画像データを画像計測装置３のライ
ンメモリに読み込み、上述した方法と同様にして列にお
ける輪郭の存在する行の位置として輪郭線を得る。

このようにして、左右各肺野について外側AL、AR、内側
BL、BR、横隔膜CL、CRの輪郭線を求め、画像計測装置３
内の輪郭線データメモリに格納する。輪郭線データは、
外側、内側のものについては、行の位置に対応した番地
のメモリ上に列の位置の値として記憶される。横隔膜輪
郭線データは列の位置に対応した番地のメモリ上に行の
位置の値として記憶される。なお、得られた輪郭線のそ
れぞれの点の行と列の値の組を、順次記憶させる方法を
用いることもできる。

このように本実施例では、行列で表現された胸部Ｘ線画
像データを対象として、１つの行或いは列についてのみ
注目し、その１次元の濃度データ列の中で前後のデータ
の値の関係が予め定めた特定のパターンとなる点をその
行或いは列における輪郭の点とし、必要な範囲の行或い
は列について該輪郭の点を求めてそれらの点を結んだ肺
野の輪郭線としている。

そして、上記特定のパターンとなる点として、所定の濃
度閾値の範囲内にあり且つ所定の距離だけ離れた２点間
の値の差が最大となる点、或いは所定の濃度関係の範囲
内にある極小の点その他を使用することができる。

このような特定のパターンを複数用意して、計測を行っ
ている行或いは列の位置によって、又は目的とする輪郭
の部位によって、上記複数内から１つのパターンを選択
すること、或いは特定のパターンを複数用意して行或い
は列における輪郭の点の候補を複数求め、該候補点の位
置よって、或いは計測を行っている行或いは列の位置に
よって、更には目的とする輪郭の部位によって、輪郭の
点を１つ選択することができる。

（脊椎輪郭線の抽出） 脊椎の輪郭線は、前の段階で得られた左右肺野の内側輪
郭線BR、BLの得られた範囲の各行について列方向に探索
し、その行における輪郭の存在する列の値の配列として
求める。

各行での脊椎輪郭線を構成する列座標の探察は次の手順
で行う。

左右各肺野内側輪郭線BL、BRに挟まれた範囲におい
て、画像濃度レベルの最小値を持つ点（第４図（ｂ）の
ｄ）を探し、その位置を記憶する。

その点から両側に、最小値より予め定めたオフセット
値（α）だけ濃度レベルが高くなる点（第４図（ｂ）の
ｅ）を探す。

．当該列の値とで探索した行の値の組を脊椎輪郭線
として記憶する。

探索のためのオフセット値（α）は、標準的な画像デー
タの肺野の縦隔部分の濃度レベルの統計量から求めれば
良い。

（脊椎の中心線の近似と異常の判定） 上記段階で求めた脊椎輪郭線を構成する座標（第５図の
Ｄ等）データを用いて、最小二乗法により１次及び３次
の近似曲線（第６図のＥ）の係数を求める。この近似曲
線は、脊椎の中心線を近似したものと考えることができ
る。このようにして得られた近似曲線の最高次の係数を
調べて、その値が予め定めた範囲を超えた場合に、その
画像データの被検体の脊椎が湾曲していると判定する。

判定のための範囲は、標準的な画像データを用いて抽出
した脊椎中心線の係数の統計量から算出すれば良い。

（判定結果の表示） 以上ようにして求めた判定結果は、この支援装置を用い
る医師が判断できる形を表示される。ここでは、操作を
指示するためのCRT端末に、脊椎湾曲の異常があった場
合にその胸部Ｘ線写真番号、被検体のデータ及び計測し
た値を表示する。ここで、表示方法としては、印字式の
端末を用いることができる。

また、計測の対象となった画像データを画像表示端末に
表示し、警告音を発生させることもできる。また、胸部
Ｘ線写真フィルムを自動的に搬送する機構を持つ装置で
は、異常の見られたフィルムのみを正常のフィルムとは
別の搬送口から排出することにより、異常を知らせるこ
ともできる。

なお、以上の説明では、Ｘ線写真のみを読み取って判定
を行う場合を述べたが、Ｘ線TVや輝尽性螢光体を用いた
Ｘ線撮影装置のように、撮影時に直接電気信号に変換さ
れる装置を用いる場合には、この信号の直接A/D変換し
て画像記憶装置２に格納することができる。

（実施例の検証） 以上のように構成した装置を用いて、医師から提供され
た100例の胸部Ｘ線写真について脊椎湾曲の検出を行っ
た。脊椎が湾曲していると医師に診断されているものが
100例の内20例であったが、１次近似曲線の係数判定に
よって、その内17例が検出を行うことができた。正常例
の内10例を異常と誤判断してしまったが、これは体全体
が傾いて撮影されたものであった。また、検出できなか
ったものは、Ｓ字型に湾曲したものであった。これらの
誤判定を少なくするために、３次近似曲線の係数を用る
ことにより、異常例20例の内19例の判定ができるように
なり、また正常例80例の内の誤判定を５例に減らすこと
ができた。

〔発明の効果〕

以上のように本発明では脊椎の近似曲線の係数で判定を
行うため、脊椎の輪郭線の抽出を厳格に行う必要がな
く、非常に簡単な輪郭線の抽出を行うことで十分な精度
を得ることができる。

この方法を使用することにより、従来から行われている
胸部Ｘ線写真について画像計測を行なって、脊椎が湾曲
しているか否かを医師が読影する前に、表示することが
できる。従って、脊椎湾曲の疑いのある写真について細
かく観察し、疑いのない写真については確認を行うのみ
で済ませることができる。よって、従来は患者を直接目
視で診察したりＸ線写真を丁寧に観察することによって
いた脊椎の湾曲の診断の能率を向上させることができ
る。

また、高価な機器や新たな検査法を導入することなし
に、従来から行われている胸部Ｘ線写真の一つの応用と
して脊椎湾曲診断が効率的に行われるようになる。

また、被検体や撮影・現像の条件による写真の仕上がり
濃度のバラツキも画像処理により一定の条件で計測が可
能であるため、肉眼では読影が困難で写真であっても異
常の有無を判定することができ、疾病の見落としを減少
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するための装置のブロック
図、第２図は画像データの行列による表現の説明図、第
３図は特定の行の列方向の濃度データを調べて肺野の内
外輪郭線を構成する点の抽出を行う説明図、第４図は脊
椎の輪郭線を構成する点を求める説明図、第５図は第４
図の方法で求めた点の配列による脊椎の輪郭線の説明
図、第６図は求めた脊椎の輪郭線の中心線の説明図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−26047（ＪＰ，Ａ) 「医用画像処理」（1982−２−25）朝倉 書店 Ｐ．145−146

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】行列で表現された胸部放射線画像データか
   ら、左右肺野内側輪郭線の内側の縦隔部分の濃度データ
   について最小の値をとる点を各行毎に探し出し、該最小
   の値をとる点を探索の開始点として、所定の条件の成り
   立つ点を列方向両側に探し出して、該探し出した点の座
   標を脊椎の輪郭線を構成する座標とし、 上記得られた脊椎の輪郭線を構成する座標の値を用いて
   最小二乗法により脊椎の中心線を求め、 該脊椎の中心線を表す関数の最高次の係数から脊椎の湾
   曲の度合を計測すること、 特徴とする画像計測方法。
2. 【請求項２】上記関数が１次関数であるとき、その１次
   の項の係数の値の絶体値が一定値以上或いは以下である
   場合に上記脊椎が湾曲していると判定することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の画像計測方法。
3. 【請求項３】上記関数が３次関数であるとき、その３次
   の項の係数の値の絶体値が一定値以上或いは以下である
   場合に上記脊椎が湾曲していると判定することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の画像計測方法。