JP5353149B2 - 乳房領域検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、乳房領域検出方法に関する。

従来、放射線撮影により得られた乳房画像は、階調処理や白黒反転処理等の画像処理が施された後、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）やＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示装置に表示されるか又はフィルム上にプリントされ、医師の読影診断に供されている。

乳房画像に各種画像処理を施す際には、乳房領域のみに行うことが読影診断上好ましい。例えば、白黒反転処理の場合、乳房画像全域を白黒反転すると乳房領域外の広い領域が主に黒から白に変化するため、非常に眩しく、読影時の疲労の原因となる。

乳房領域のみに画像処理を施す場合、診断の対象となる乳房領域を精度良く検出することが必要となる。

乳房領域を検出するための技術としては、例えば、特許文献１に、乳房画像の胸壁側上端に所定画素数の矩形の基準領域を設定してその平均濃度を算出し、基準領域と同サイズの対象領域を基準領域から指定画素ずつずらしながら設定して平均濃度を算出し、基準領域の平均濃度との濃度差が指定以上となった場合にその対象領域の位置を乳房領域の境界と決定する技術が記載されている。また、特許文献２に、乳房画像のヒストグラムを作成して乳房領域と背景領域との境界信号を求め、その境界信号を閾値として２値化処理を行うことにより乳房領域と背景領域とに分離する技術が記載されている。
特開２００７−３１２８６８号公報 特開２００６−１０２０９１号公報

特許文献１、２に記載の技術は、左右の乳房画像における乳房領域の位置を合わせるための技術であり、精度良く乳房領域を検出するものではない。例えば、特許文献１に記載の技術は、胸壁側の画像端部において乳房領域とそれ以外の領域との境界を検出するものであり、乳房領域の全域を検出するものではない。境界の検出単位も、対象領域の矩形単位である。また、特許文献２に記載の技術では、或る閾値より画素信号値が大きい範囲が乳房領域、或る閾値より画素信号値が小さい範囲が背景領域であるという前提で乳房領域と背景領域の分離を行っているが、放射線撮影により得られた乳房画像においてはヒール効果の影響があり、乳房領域にも背景領域にも現れる画素信号値が存在する。

本発明の課題は、放射線撮影により得られた乳房画像から精度良く乳房領域を検出できるようにすることである。

請求項１に記載の発明は、
乳房画像処理装置の制御手段が、２値化処理手段、削除処理手段、乳房領域検出手段を制御して、放射線撮影により得られた乳房画像から乳房領域を検出する乳房領域検出方法であって、
前記２値化処理手段により、所定の濃度閾値を用いて前記乳房画像の画素信号値を２値化して、前記乳房画像を前記濃度閾値より濃度の高い高濃度領域と前記濃度閾値より濃度の低い低濃度領域とに区分する２値化処理工程と、
前記削除処理手段により、前記２値化処理工程により低濃度領域に区分された領域から前記乳房画像における胸壁側と反対側の画像端部に繋がる低濃度領域を削除する削除処理工程と、
前記乳房領域検出手段により、前記削除処理工程による削除後において残存する低濃度領域を乳房領域として検出する乳房領域検出工程と、
を含み、
前記削除処理工程における削除後に低濃度領域が残存しない場合、低濃度領域が残存するまで前記所定の濃度閾値を順次下げて前記２値化処理工程及び前記削除処理工程を繰り返す。

本発明によれば、放射線撮影により得られた乳房画像から精度良く乳房領域を検出することが可能となる。

以下、本発明に係る実施の形態について説明する。

（乳房画像処理装置１０の構成）
まず、本実施の形態における乳房画像処理装置１０の構成を説明する。
図１に、乳房画像処理装置１０の機能構成例を示す。
図１に示すように、乳房画像処理装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１
１、Ｉ／Ｆ（InterFace）１２、操作部１３、表示部１４、通信部１５、ＲＡＭ（Random Access Memory）１６、記憶部１７等を備えて構成され、各部はバス１８により接続されて構成されている。

ＣＰＵ１１は、記憶部１７に記憶されているシステムプログラムや各種処理プログラムを読み出してＲＡＭ１６内に展開し、展開されたプログラムとの協働により各種処理を実行し、乳房画像処理装置１０の各部の動作を集中制御する。
例えば、ＣＰＵ１１は、記憶部１７に記憶されている乳房領域検出処理プログラムとの協働により乳房領域検出処理（図２参照）を実行し、制御手段、２値化処理手段、削除処理手段、乳房領域検出手段、補正手段を実現する。

Ｉ／Ｆ１２は、画像生成装置Ｇと接続するためのインターフェースであり、画像生成装置Ｇにおいて生成された乳房画像を乳房画像処理装置１０に入力する。

画像生成装置Ｇは、患者の乳房を被写体として放射線撮影し、撮影した画像をデジタル変換して、乳房画像を生成する装置である。画像生成装置Ｇとしては、例えば、ＣＲ（Computed Radiography）装置、ＦＰＤ（Flat Panel Detector）装置等が適用可能である。

操作部１３は、カーソルキーや数字キー、各種機能キーからなるキーボードを備えて構成され、押下されたキーに対応する操作信号をＣＰＵ１１に出力する。なお、必要に応じてマウスやタッチパネル等のポインティングディバイスを含むこととしてもよい。

表示部１４は、ＬＣＤやＣＲＴ等のモニタにより構成され、ＣＰＵ１１から入力される表示信号の指示に従って、乳房画像等の表示を行う。

通信部１５は、ネットワークインターフェースカード、モデム、ターミナルアダプタ等の通信用インターフェースにより構成され、通信ネットワーク上の外部機器とデータ送受信を行う。例えば、通信部１５を介して画像生成装置Ｇから乳房画像の画像データを受信する構成としてもよいし、通信部１５を介して病院内の画像サーバ等に接続する構成としてもよい。

ＲＡＭ１６は、ＣＰＵ１１によって実行される各種プログラムやこれらプログラムによって処理されたデータ等を一時的に記憶するワークエリアを形成する。

記憶部１７は、ＣＰＵ１１で実行される各種プログラムやプログラムにより処理の実行に必要なパラメータ（例えば、後述する２値化処理で用いられる濃度閾値等）、或いは処理結果等のデータを記憶する。これらの各種プログラムは、読取可能なプログラムコードの形態で格納され、ＣＰＵ１１は、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。

（乳房画像処理装置１０の動作）
次に、乳房画像処理装置１０の動作について説明する。
乳房画像処理装置１０においては、画像生成装置Ｇから乳房画像が入力されると、ＣＰＵ１１により以下に説明する乳房領域検出処理が実行され、乳房画像から乳房領域が検出される。乳房画像処理装置１０における処理対象の乳房画像を以下乳房画像Ｍと呼ぶ。なお、乳房画像Ｍの画素信号値は、ここでは高濃度（黒く）なるに従って小さくなり、低濃度（白く）なるに従って大きくなることとする。

図２に、乳房領域検出処理のフローを示す。
まず、胸壁側の画像端部Ｅ１（図５参照）が下になるように乳房画像Ｍが回転される（ステップＳ１）。なお、画像生成装置Ｇから入力される乳房画像Ｍは、乳房画像処理装置１０で胸壁側の画像端部Ｅ１が認識可能なように、胸壁側の画像端部Ｅ１を一定の方向にして入力される。

次いで、濃度閾値を用いて乳房画像Ｍの画素信号値が２値化処理される（ステップＳ２）。２値化処理では、乳房画像Ｍにおいて濃度閾値より濃度の高い画素信号値が１、それ以外が０に変換される。これにより、乳房画像Ｍが濃度閾値より濃度の高い高濃度領域と、濃度閾値より濃度の低い（より詳しくは、濃度閾値以下の）低濃度領域に区分される。濃度閾値としては、まず、予め定められた範囲のうち最高濃度（即ち、最小の画素信号値）の値が設定される。

次いで、２値化処理により低濃度領域に区分された領域から胸壁側と反対側の画像端部Ｅ２（図５参照）に繋がる低濃度領域を削除する削除処理が実行される（ステップＳ３）。この削除処理は、ヒール効果の影響による低濃度領域を検出対象から削除する処理である。

ここで、ヒール効果について説明する。
図３（ａ）に、ヒール効果による放射線（Ｘ線）の分布を模式的に示す。同図における数値は、Ｘ線量を示すものである。図３（ｂ）に、図３（ａ）の部分ＰＡの拡大図を示す。
放射線（Ｘ線）管では、フィラメントＦ（陰極）から放出された熱電子がフィラメントＦとターゲットＴ（陽極）の電位差により加速・集束されてターゲットＴに衝突しＸ線が発生する。このとき、図３（ｂ）に示すように、ターゲットＴ内の自己吸収の影響で、ターゲットＴ内の通過距離が長いＸ線（ＸＡ）は、フィラメントＦ方向に照射されるＸ線（ＸＢ）よりも線量が減弱する。この現象をヒール効果という。ヒール効果は、乳房撮影に用いられる軟Ｘ線管でより顕著に現れる。また、乳房撮影では他の部位の撮影と比べて焦点距離が短いため、ヒール効果の影響が顕著に現れる。

乳房を放射線撮影する際には、ＭＬＯ（上下）方向とＣＣ（左右）方向の撮影でヒール効果による濃度差が生じないように、図４に示すように、乳頭と胸壁を結ぶ線とＸ線管の軸とが平行になるよう乳房（図４においてＭｍで示す）を設置して撮影が行われる。また、乳房Ｍｍに十分な線量をあてるため、胸壁側がフィラメントＦ側となるように配置して撮影が行われる。そのため、乳房画像Ｍにおいて、撮影時に乳房Ｍｍが配置されず直接Ｘ線が照射される背景領域においても、到達する線量は一律ではなく、胸壁から離れるにつれてヒール効果の影響により濃度が低くなる。

例えば、図５（ａ）に示す乳房画像Ｍの直線Ｐに示す位置の濃度プロファイルをとると、図５（ｂ）に示すグラフとなる。図５（ｂ）に示すように、乳房画像Ｍは、最高濃度ＳＬを境界として乳房領域Ｓａと背景領域Ｓｂとに分離される。背景領域Ｓｂでは、ヒール効果の影響により胸壁側から離れるにつれて濃度が低くなっていることがわかる。そして、このヒール効果の影響により、乳房領域Ｓａと背景領域Ｓｂの双方の領域に存在する画素信号値が存在することがわかる。

そこで、削除処理により、背景領域Ｓｂにおける低濃度領域が削除される。
図６（ａ）〜図６（ｆ）に、ステップＳ２における２値化処理とステップＳ３における削除処理の処理結果の例を示す。図６（ａ）は、濃度閾値Ａを用いて２値化処理を行って得られた２値化画像Ｍ１を示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）の２値化画像Ｍ１において削除処理を行った処理結果を示す。図６（ｃ）は、濃度閾値Ｂを用いて２値化処理を行って得られた２値化画像Ｍ１を示し、図６（ｄ）は、図６（ｃ）の２値化画像Ｍ１において削除処理を行った処理結果を示す。図６（ｅ）は、濃度閾値Ｃを用いて２値化処理を行って得られた２値化画像Ｍ１を示し、図６（ｆ）は、図６（ｅ）の２値化画像Ｍ１において削除処理を行った処理結果を示す。濃度閾値Ａ＞最高濃度ＳＬ＞濃度閾値Ｂ＞濃度閾値Ｃとする。

ステップＳ３の削除処理では、具体的には、図６（ａ）〜（ｆ）に示すように、上述の２値化処理により得られた２値化画像Ｍ１における胸壁側と反対側の画像端部Ｅ２の両側に、それぞれ所定サイズ（ここでは左右１ｃｍ、上端５ｃｍ）の端部検出用領域Ｒ１、Ｒ２が設定され、ステップＳ２において低濃度領域に区分された領域からＲ１、Ｒ２の少なくとも一方に繋がる低濃度領域が削除される。

例えば、２値化処理において、最高濃度ＳＬより高い濃度閾値Ａが用いられた場合、図６（ａ）に示すように、乳房領域Ｓａを示す低濃度領域とヒール効果の影響による低濃度領域を分離できず、２値化処理により取得された低濃度領域は全てＲ１とＲ２に繋がった状態となる。そのため、濃度閾値Ａを用いて２値化された２値化画像Ｍ１に削除処理を行ってＲ１、Ｒ２に繋がる低濃度領域を削除すると、図６（ｂ）に示すように低濃度領域が残存しなくなる。
２値化処理において濃度閾値を下げて濃度閾値Ｂとすると、図６（ｃ）に示すように、２値化画像Ｍ１において乳房領域Ｓａを示す低濃度領域とヒール効果の影響による低濃度領域とを分離する高濃度領域が現れる。この２値化画像Ｍ１において上述の削除処理を行うと、図６（ｄ）に示すように、ヒール効果の影響による低濃度領域が削除され、乳房領域Ｓａのみが残存する。
一方、濃度閾値Ｂより更に濃度が低い濃度閾値Ｃを用いて２値化処理を行うと、図６（ｅ）に示すように、２値化画像Ｍ１において乳房領域Ｓａを示す低濃度領域とヒール効果の影響による低濃度領域を分離する高濃度領域が現れるが、図６（ｆ）に示すように乳房領域Ｓａの一部が欠けてしまうこととなる。

なお、削除処理において、端部検出用領域Ｒ１、Ｒ２を設けずに画像端部Ｅ２全域に繋がる低濃度領域を削除してもよいが、被写体のサイズによっては、画像端部Ｅ２の一部（中央部）に乳房領域Ｓａが達することもあり得る。このような場合には、いくら低い濃度閾値を用いても削除処理において低濃度領域が残存しなくなる場合があり得る。そこで、端部検出用領域Ｒ１、Ｒ２を設けて少なくとも一方に繋がる低濃度領域の削除処理を行うことで、乳房領域Ｓａのサイズに拘わらず正確な削除結果を得ることが可能となる。

図２に戻り、削除処理が終了すると、削除処理後に低濃度領域が残存したか否かが判断され、低濃度領域が残存しなかったと判断されると（ステップＳ４；ＮＯ）、次の濃度閾値が予め定められた範囲を超えるか否かが判断され、超えないと判断された場合（ステップＳ５；ＮＯ）、濃度閾値が１レベル濃度の低い閾値に変更され（ステップＳ６）、処理はステップＳ２に戻り、ステップＳ２〜ステップＳ４の処理が繰り返し実行される。
削除処理後に低濃度領域が残存したと判断されると（ステップＳ４；ＹＥＳ）、処理はステップＳ８に移行する。

一方、ステップＳ５において、次の濃度閾値が予め定められた範囲を超えると判断された場合（ステップＳ５；ＹＥＳ）、検出失敗を示すエラーメッセージが表示部１４に表示され（ステップＳ７）、乳房領域検出処理は終了する。

ステップＳ８においては、削除処理後に残存した低濃度領域が乳房領域Ｓａとして検出される（ステップＳ８）。

この乳房領域検出処理では、ステップＳ３の削除処理後に低濃度領域が残存する濃度閾値のうち、最も濃度の高い濃度閾値を用いて取得された削除後の低濃度領域が乳房領域Ｓａとして検出されるので、ヒール効果の影響があっても精度良く乳房領域を検出することができる。

次いで、乳房領域Ｓａの辺縁Ｓｅの補正が行われる（ステップＳ９）。この補正は、更に乳房領域Ｓａの検出精度を向上させるために行われる。具体的には、図７に示すように、乳房画像Ｍにおいて、ステップＳ８で検出された乳房領域Ｓａの辺縁Ｓｅの左端から順次辺縁Ｓｅに直交する複数画素からなるラインＬ（例えば、乳房領域Ｓａ側１ｍｍ、背景領域Ｓｂ側５ｍｍ）が設定され、各ラインＬ内における最も濃度の高い（最小の画素信号値の）画素の位置に乳房領域Ｓａの辺縁Ｓｅが補正される。
乳房領域Ｓａの辺縁Ｓｅの補正が終了すると、乳房領域検出処理は終了する。

上記乳房領域検出処理によって検出された乳房領域Ｓａは、階調処理、白黒反転処理の対象とされる。

以上説明したように、乳房画像処理装置１０によれば、ＣＰＵ１１は、予め定められた範囲内の濃度閾値を用いて乳房画像Ｍの画素信号値を２値化することにより、乳房画像Ｍを濃度閾値より濃度の高い高濃度領域と前記濃度閾値より濃度の低い低濃度領域とに区分し、低濃度領域に区分された領域から胸壁側と反対側の画像端部に繋がる低濃度領域を削除する削除処理を行う。そして、ＣＰＵ１１は、胸壁側と反対側の画像端部に繋がる低濃度領域の削除後に低濃度領域が残存する濃度閾値のうち最も高い濃度閾値を用いて得られた削除後の低濃度領域を乳房領域Ｓａとして検出する。

従って、放射線撮影により得られた乳房画像Ｍにおいて、ヒール効果の影響により低濃度となっている領域があっても、この低濃度領域を削除して乳房領域を精度良く検出することが可能となる。

また、削除処理においては、ＣＰＵ１１は、胸壁側と反対側の画像端部Ｅ２の両側に、それぞれ所定サイズの端部検出用領域Ｒ１、Ｒ２を設け、低濃度領域に区分された領域から端部検出用領域Ｒ１、Ｒ２の少なくとも一つに繋がる低濃度領域を削除する。従って、乳房領域が胸壁と反対側の画像端部の一部に達しているような特殊なケースにおいても、正確な削除結果を得ることができる。

また、乳房画像Ｍにおいて、検出された乳房領域Ｓａの辺縁に直交する複数画素からなるラインＬを乳房領域Ｓａの辺縁に設定し、設定されたラインＬに含まれる画素のうち最も濃度の高い画素の位置に乳房領域Ｓａの辺縁を補正するので、乳房領域Ｓａの検出精度を更に向上させることができる。

なお、上記実施形態における記述内容は、本発明の好適な一例であり、これに限定されるものではない。
例えば、ステップＳ２〜Ｓ８におけるフローでは、濃度閾値を濃度の高いものから順次低い方へ変化させていくこととしたが、濃度閾値の使用順序は特に限定されない。例えば、最高濃度の濃度閾値を用いて２値化処理、削除処理を行った結果、低濃度領域が残存しなかった場合、数ステップ低い濃度閾値を用いて２値化処理、削除処理を行う。ここで低濃度領域が残存した場合は、数ステップ濃度の高い濃度閾値を用いて２値化処理、削除処理を行う。ここでも低濃度領域が残存した場合には、更に、数ステップ濃度の高い濃度閾値を用いて２値化処理、削除処理を行う。このようにして濃度閾値を絞り込むことで、乳房領域検出に用いる最高の濃度閾値を効率的に求めることができる。

また、例えば、上記の説明では、本発明に係るプログラムのコンピュータ読み取り可能な媒体としてＨＤＤや半導体の不揮発性メモリ等を使用した例を開示したが、この例に限定されない。その他のコンピュータ読み取り可能な媒体として、ＣＤ-記憶部等の可搬型記録媒体を適用することが可能である。また、本発明に係るプログラムのデータを通信回線を介して提供する媒体として、キャリアウエーブ(搬送波)も適用される。

その他、乳房画像処理装置１０の細部構成及び細部動作に関しても、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

本発明の実施の形態における乳房画像処理装置の機能構成例を示す図である。 図１のＣＰＵにより実行される乳房領域検出処理を示すフローチャートである。 （ａ）は、ヒール効果と放射線（Ｘ線）の分布の関係を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図である。 撮影時の乳房の配置を説明するための図である。 （ａ）は、乳房画像の一例を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す乳房画像の濃度プロファイルの一例を示す図である。 （ａ）、（ｃ）、（ｅ）は、２値化処理により得られる２値化画像の例を示す図であり、（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）は、それぞれ（ａ）、（ｃ）、（ｅ）の２値化画像に削除処理を施したときの処理結果を模式的に示す図である。 乳房領域の補正を説明するための図である。

符号の説明

１０ 乳房画像処理装置
１１ ＣＰＵ
１２ Ｉ／Ｆ
１３ 操作部
１４ 表示部
１５ 通信部
１６ ＲＡＭ
１７ 記憶部
１８ バス
Ｇ 画像生成装置

Claims (1)

1. 乳房画像処理装置の制御手段が、２値化処理手段、削除処理手段、乳房領域検出手段を制御して、放射線撮影により得られた乳房画像から乳房領域を検出する乳房領域検出方法であって、
   前記２値化処理手段により、所定の濃度閾値を用いて前記乳房画像の画素信号値を２値化して、前記乳房画像を前記濃度閾値より濃度の高い高濃度領域と前記濃度閾値より濃度の低い低濃度領域とに区分する２値化処理工程と、
   前記削除処理手段により、前記２値化処理工程により低濃度領域に区分された領域から前記乳房画像における胸壁側と反対側の画像端部に繋がる低濃度領域を削除する削除処理工程と、
   前記乳房領域検出手段により、前記削除処理工程による削除後において残存する低濃度領域を乳房領域として検出する乳房領域検出工程と、
   を含み、
   前記削除処理工程における削除後に低濃度領域が残存しない場合、低濃度領域が残存するまで前記所定の濃度閾値を順次下げて前記２値化処理工程及び前記削除処理工程を繰り返す乳房領域検出方法。

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