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JP2013236961A - Image component separating device, method and program - Google Patents

Image component separating device, method and program Download PDF

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JP2013236961A JP2013173432A JP2013173432A JP2013236961A JP 2013236961 A JP2013236961 A JP 2013236961A JP 2013173432 A JP2013173432 A JP 2013173432A JP 2013173432 A JP2013173432 A JP 2013173432A JP 2013236961 A JP2013236961 A JP 2013236961A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem inherent to a radiographic images which may occur in applying an independent component analysis technique to an energy subtraction process to a radiographic image, and to separate image components to be separated with higher accuracy.SOLUTION: A nonlinear independent component analysis part 25 finds a separation coefficient for separating a plurality of image components from a plurality of radiographic images by using independent component analysis to be a prescribed weighting coefficient. The independent component analysis uses a model expressing a mixing coefficient which indicates a mixing ratio of the plurality of image components in the plurality of radiographic images as a prescribed function using a parameter having a prescribed relationship with thickness of each of a plurality of prescribed components in each pixel of each of the plurality of radiographic images or thickness of a subject, obtained from at least one of the plurality of radiographic images.

Description

本発明は、エネルギー分布の異なる複数の放射線による放射線画像を用いて画像中の特定の画像成分を分離する装置、方法、および、この方法をコンピュータに実行させるプログラムに関するものである。   The present invention relates to an apparatus and a method for separating specific image components in an image using radiographic images of a plurality of radiations having different energy distributions, and a program for causing a computer to execute the method.

医用画像処理の分野において、同一の被写体に対して相異なるエネルギー分布を有する放射線を照射して2つの放射線画像を得、これら2つの放射線画像の各画素を対応させて、画像信号間で適当な重みづけ係数を乗算した上で減算(サブトラクト)を行って、特定の構造物の画像を表す差信号を得るエネルギーサブトラクション技術が知られており、この技術を用いれば、入力画像から骨成分を除去した軟部画像や、入力画像から軟部成分を除去した骨部画像を生成することができるので、診断対象ではない部分が除去された画像を読影することにより、診断対象部分の画像上での視認性が向上する(例えば、特許文献1)。   In the field of medical image processing, two radiographic images are obtained by irradiating the same subject with radiation having different energy distributions, and each pixel of these two radiographic images is associated with each other so that an appropriate image signal is obtained. An energy subtraction technique is known that obtains a difference signal representing an image of a specific structure by multiplying by a weighting factor and then subtracting (subtracting). With this technique, bone components are removed from the input image. The soft part image and the bone part image from which the soft part component has been removed from the input image can be generated. (For example, Patent Document 1).

一方、既知の複数の観測信号から、統計的に独立した複数の未知の成分信号を分離する独立成分分析(Independent Component Analysis; ICA)という手法が知られており、例えば、複数の人物の声を複数のマイクロフォンで録音した場合に、録音された内容(観測信号)から各人物の声(成分信号)を抽出する処理に適用されている。   On the other hand, a technique called Independent Component Analysis (ICA) that separates a plurality of statistically independent unknown component signals from a plurality of known observation signals is known. In the case of recording with a plurality of microphones, it is applied to a process of extracting each person's voice (component signal) from the recorded contents (observation signal).

また、この独立成分分析の手法を上記のエネルギーサブトラクション処理に適用することができる旨の示唆がなされている。具体的には、放射線の吸収スペクトルは、そのエネルギーレベルや被写体中の軟部や骨等の各成分によって異なる、すなわち、放射線の照射によって得られる放射線画像は、異なる成分画像が混合されたものであるから、上記のエネルギー分布の異なる放射線による2つの放射線画像(観測信号)から軟部や骨等を表す複数の画像成分(成分信号)を分離するエネルギーサブトラクション処理に独立成分分析の手法を適用しうる旨が示唆されている(特許文献2)。   In addition, it has been suggested that this independent component analysis method can be applied to the energy subtraction process. Specifically, the radiation absorption spectrum differs depending on its energy level and each component such as soft part and bone in the subject. That is, the radiation image obtained by radiation irradiation is a mixture of different component images. From the above, an independent component analysis technique can be applied to energy subtraction processing for separating a plurality of image components (component signals) representing soft parts, bones, etc. from two radiation images (observation signals) by radiation having different energy distributions as described above Is suggested (Patent Document 2).

また、独立成分分析は、分離対象の成分信号が統計的に互いに独立であり、観測信号は各成分信号が一定の比率で混合されたものであることを前提としているが、現実の問題においてこのような前提条件を満たすことは困難であり、その結果、各成分信号が適切に復元されるとは限らなかった。   Independent component analysis assumes that the component signals to be separated are statistically independent of each other, and the observed signal is a mixture of each component signal at a certain ratio. It is difficult to satisfy such a precondition, and as a result, each component signal is not always restored appropriately.

これに対して特許文献2では、独立成分分析を用いてcDNAマイクロアレイを用いる遺伝子発現プロファイリングを行う際に、分離エラーを引き起こす遺伝子を含む遺伝子情報インデックス空間(観測信号全体)を使用せずに、分化発現した遺伝子のみからなる遺伝子情報インデックス部分空間に対して独立成分分析を行うことによって、悪性細胞および間質細胞によって供給される遺伝子の発現レベル(成分信号)を分離する部分独立成分分析という手法が提案されており、遺伝子情報インデックス空間全体に対する独立成分分析によって得られた成分信号を所定の尺度によって反復的に評価することによって、観測信号全体の中から、成分信号の統計的な独立性を満たす遺伝子情報インデックス部分空間を同定している。   On the other hand, in Patent Document 2, when gene expression profiling using a cDNA microarray using independent component analysis is performed, differentiation is performed without using a gene information index space (entire observation signal) including a gene causing a separation error. A method of partial independent component analysis that separates the expression level (component signal) of genes supplied by malignant cells and stromal cells by performing independent component analysis on the gene information index subspace consisting only of the expressed genes Proposed, satisfying the statistical independence of component signals from all observed signals by iteratively evaluating the component signals obtained by independent component analysis over the entire genetic information index space with a predetermined scale The gene information index subspace is identified.

特開2002-152593号公報JP 2002-152593 A 特表2006−507552号公報JP-T-2006-507552

しかしながら、放射線画像に対するエネルギーサブトラクション処理に独立成分分析や部分独立成分分析の手法を適用する際に生じる、特有の課題や解決手段については、特許文献2には何らの記載も示唆もない。   However, Patent Document 2 has no description or suggestion regarding a specific problem or solution that occurs when the method of independent component analysis or partial independent component analysis is applied to energy subtraction processing for a radiographic image.

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、放射線画像に対するエネルギーサブトラクション処理に独立成分分析の手法をより適切に適用した装置、方法およびプログラムを提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an apparatus, a method, and a program in which an independent component analysis technique is more appropriately applied to energy subtraction processing for a radiographic image.

本発明の第1の画像成分分離装置は、被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像を入力とし、該複数の放射線画像の相対応する画素毎に所定の重みづけ係数を用いた重みづけ総和を求めることによって、前記被写体中の所定の複数の成分の各々を表す複数の画像成分を分離する成分分離手段を備えた画像成分分離装置に、前記複数の放射線画像の各々から、前記複数の成分の各々が含まれる空間周波数帯域の画像成分を抽出する帯域抽出手段をさらに設け、前記成分分離手段が、前記帯域抽出手段によって抽出された前記空間周波数帯域の画像成分に対して独立成分分析を行うことによって、該空間周波数帯域の画像成分から前記複数の画像成分を分離するための分離係数を求め、該分離係数に基づいて前記所定の重みづけ係数を求めるようにしたことを特徴とする。   The first image component separation device of the present invention generates a plurality of radiation images representing degrees of transmission / attenuation in each of a plurality of patterns having different energy distributions formed by radiation transmitted through the subject. Separating a plurality of image components representing each of a plurality of predetermined components in the subject by obtaining a weighted sum using a predetermined weighting factor for each corresponding pixel of the plurality of radiation images as an input In the image component separation device including the component separation means, a band extraction means for extracting an image component in a spatial frequency band including each of the plurality of components from each of the plurality of radiation images is further provided, and the component separation is performed. Means performs independent component analysis on the image component of the spatial frequency band extracted by the band extraction unit, thereby obtaining an image component of the spatial frequency band. Wherein the plurality of image components obtain separation factors for separating, characterized in that so as to obtain the predetermined weighting factor based on the separation factor.

本発明の第1の画像成分分離方法は、コンピュータが、被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像を入力とし、該複数の放射線画像の相対応する画素毎に所定の重みづけ係数を用いた重みづけ総和を求めることによって、前記被写体中の所定の複数の成分の各々を表す複数の画像成分を分離する成分分離ステップを行う前に、前記複数の放射線画像の各々から、前記複数の成分の各々が含まれる空間周波数帯域の画像成分を抽出する帯域抽出ステップを行い、前記成分分離ステップが、前記帯域抽出ステップにおいて抽出された前記空間周波数帯域の画像成分に対して独立成分分析を行うことによって、該空間周波数帯域の画像成分から前記複数の画像成分を分離するための分離係数を求め、該分離係数を前記所定の重みづけ係数とするようにしたことを特徴とする。   According to the first image component separation method of the present invention, a plurality of patterns representing a degree of transmission / attenuation in a subject of each of a plurality of patterns of radiation having different energy distributions formed by radiation transmitted through the subject. A plurality of images representing each of a plurality of predetermined components in the subject by obtaining a weighted sum using a predetermined weighting coefficient for each corresponding pixel of the plurality of radiation images, with the radiation image as an input Before performing a component separation step for separating components, a band extraction step for extracting an image component in a spatial frequency band including each of the plurality of components from each of the plurality of radiation images is performed, and the component separation step includes , By performing independent component analysis on the image components of the spatial frequency band extracted in the band extraction step, Obtain separation factors for separating the plurality of image components from the image components, characterized in that the separation factor was set as the predetermined weighting factors.

本発明の第1の画像成分分離プログラムは、上記の第1の画像成分分離方法をコンピュータに実行させるものである。   A first image component separation program of the present invention causes a computer to execute the first image component separation method.

本発明の第2の画像成分分離装置は、被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像を入力とし、該複数の放射線画像の相対応する画素毎に所定の重みづけ係数を用いた重みづけ総和を求めることによって、前記被写体中の所定の複数の成分の各々を表す複数の画像成分を分離する成分分離手段を備えた画像成分分離装置に、前記複数の放射線画像の少なくとも1つから得られる、該複数の放射線画像の各々の各画素における前記所定の複数の成分の各々の厚さまたは前記被検体の厚さと所定の関係を有するパラメータの値に基づいて、前記複数の放射線画像毎に各画素を1以上の部分集合に分類する部分集合分類手段をさらに設け、前記成分分離手段が、前記複数の放射線画像の部分集合の少なくとも1組に対して独立成分分析を行うことによって該部分集合から前記複数の画像成分を分離するための分離係数を求め、該分離係数を前記所定の重みづけ係数とするようにしたことを特徴とする。   The second image component separation device of the present invention generates a plurality of radiation images representing the degree of transmission / attenuation of each of a plurality of patterns of radiation with different energy distributions formed by radiation transmitted through the subject. Separating a plurality of image components representing each of a plurality of predetermined components in the subject by obtaining a weighted sum using a predetermined weighting factor for each corresponding pixel of the plurality of radiation images as an input A thickness of each of the predetermined plurality of components in each pixel of each of the plurality of radiographic images obtained from at least one of the plurality of radiographic images; Subset classification means for classifying each pixel into one or more subsets for each of the plurality of radiation images based on a parameter value having a predetermined relationship with the thickness of the subject The component separation means obtains a separation coefficient for separating the plurality of image components from the subset by performing independent component analysis on at least one of the subset of the plurality of radiation images. The separation factor is the predetermined weighting factor.

本発明の第2の画像成分分離方法は、コンピュータが、被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像を入力とし、該複数の放射線画像の相対応する画素毎に所定の重みづけ係数を用いた重みづけ総和を求めることによって、前記被写体中の所定の複数の成分の各々を表す複数の画像成分を分離する成分分離ステップを行う前に、前記複数の放射線画像の少なくとも1つから得られる、該複数の放射線画像の各々の各画素における前記所定の複数の成分の各々の厚さまたは前記被検体の厚さと所定の関係を有するパラメータの値に基づいて、前記複数の放射線画像毎に各画素を1以上の部分集合に分類する部分集合分類ステップを行い、前記成分分離ステップにおいて、前記複数の放射線画像の部分集合の少なくとも1組に対して独立成分分析を行うことによって該部分集合から前記複数の画像成分を分離するための分離係数を求め、該分離係数を前記所定の重みづけ係数とするようにしたことを特徴とする。   According to the second image component separation method of the present invention, a plurality of patterns representing a degree of transmission / attenuation of each of a plurality of patterns of radiation having different energy distributions formed by radiation transmitted through the subject. A plurality of images representing each of a plurality of predetermined components in the subject by obtaining a weighted sum using a predetermined weighting coefficient for each corresponding pixel of the plurality of radiation images, with the radiation image as an input Before performing the component separation step of separating the components, the thickness of each of the predetermined plurality of components in each pixel of each of the plurality of radiation images obtained from at least one of the plurality of radiation images or the subject A subset classification step of classifying each pixel into one or more subsets for each of the plurality of radiation images based on a parameter value having a predetermined relationship with the thickness of the specimen Performing an independent component analysis on at least one of the subsets of the plurality of radiation images to obtain a separation coefficient for separating the plurality of image components from the subset in the component separation step; The separation factor is the predetermined weighting factor.

本発明の第2の画像成分分離プログラムは、上記の第2の画像成分分離方法をコンピュータに実行させるものである。   A second image component separation program of the present invention causes a computer to execute the second image component separation method.

また、本発明の第2の態様の画像成分分離装置に対する変形例として、被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像の少なくとも1つから得られる、該複数の放射線画像の各々の各画素における前記被検体の所定の複数の成分の各々の厚さまたは前記被検体の厚さと所定の関係を有するパラメータの値に基づいて、前記複数の放射線画像毎に各画素を1以上の部分集合に分類する部分集合分類手段と、前記複数の放射線画像に対する部分集合の各組に対して独立成分分析を行うことによって、該部分集合の組毎に、該部分集合から前記複数の成分の各々を表す画像成分を分離するための分離係数を求め、前記部分集合の組毎に、該分離係数を重みづけ係数として相対応する画素毎に重みづけ総和を求めることによって、前記複数の放射線画像の前記被写体中の所定の複数の成分の各々を表す複数の画像成分を分離する成分分離手段とを設けたものとしてもよい。   Further, as a modification of the image component separation device according to the second aspect of the present invention, the degree of transmission / attenuation of each of a plurality of patterns of radiation with different energy distributions formed by radiation transmitted through the subject. A thickness of each of a plurality of predetermined components of the subject in each pixel of each of the plurality of radiographic images obtained from at least one of a plurality of radiographic images representing a predetermined relationship with the thickness of the subject A subset classifying means for classifying each pixel into one or more subsets for each of the plurality of radiographic images based on the value of the parameter, and independent component analysis for each set of subsets for the plurality of radiographic images. By performing, for each set of subsets, a separation coefficient for separating an image component representing each of the plurality of components from the subset is obtained, and for each set of subsets Component separation that separates a plurality of image components representing each of a plurality of predetermined components in the subject of the plurality of radiation images by obtaining a weighted sum for each corresponding pixel using the separation factor as a weighting factor Means may be provided.

同様に、本発明の第2の態様の画像成分分離方法に対する変形例として、コンピュータが、被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像の少なくとも1つから得られる、該複数の放射線画像の各々の各画素における前記被検体の所定の複数の成分の各々の厚さまたは前記被検体の厚さと所定の関係を有するパラメータの値に基づいて、前記複数の放射線画像毎に各画素を1以上の部分集合に分類する部分集合分類ステップと、前記複数の放射線画像に対する部分集合の各組に対して独立成分分析を行うことによって、該部分集合の組毎に、該部分集合から前記複数の成分の各々を表す画像成分を分離するための分離係数を求め、前記部分集合の組毎に、該分離係数を重みづけ係数として相対応する画素毎に重みづけ総和を求めることによって、前記複数の放射線画像の前記被写体中の所定の複数の成分の各々を表す複数の画像成分を分離する成分分離ステップとを行うようにしてもよい。   Similarly, as a modification to the image component separation method according to the second aspect of the present invention, the computer transmits each of a plurality of patterns of radiation having different energy distributions formed by the radiation transmitted through the subject in the subject. The thickness of each of the plurality of predetermined components of the subject or the thickness of the subject in each pixel of each of the plurality of radiographic images obtained from at least one of the plurality of radiographic images representing the degree of attenuation; A subset classification step for classifying each pixel into one or more subsets for each of the plurality of radiation images based on the values of parameters having a predetermined relationship, and for each set of subsets for the plurality of radiation images By performing independent component analysis, a separation coefficient for separating an image component representing each of the plurality of components from the subset is obtained for each subset set. A plurality of each representing a plurality of predetermined components in the subject of the plurality of radiation images by obtaining a weighted sum for each corresponding pixel using the separation factor as a weighting factor for each set of the subsets A component separation step for separating the image components may be performed.

さらに、本発明の第2の態様の画像成分分離プログラムに対する変形例として、上記の第2の態様の画像成分分離方法に対する変形例による画像成分分離方法をコンピュータに実行させるようにしてもよい。   Furthermore, as a modification example of the image component separation program according to the second aspect of the present invention, the image component separation method according to the modification example with respect to the image component separation method according to the second aspect may be executed by a computer.

本発明の第3の画像成分分離装置は、被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像を入力とし、該複数の放射線画像の相対応する画素毎に所定の重みづけ係数を用いた重みづけ総和を求めることによって、前記被写体中の所定の複数の成分の各々を表す複数の画像成分を分離する成分分離手段を備えた画像成分分離装置において、前記成分分離手段が、前記複数の放射線画像に対して独立成分分析を行うことによって、前記複数の放射線画像から前記複数の画像成分を分離するための分離係数を求め、該分離係数を前記所定の重みづけ係数とするようにし、前記独立成分分析において、前記複数の放射線画像の各々における前記複数の画像成分の混合比率を表す混合係数を、前記複数の放射線画像の少なくとも1つから得られる、該複数の放射線画像の各々の各画素における前記所定の複数の成分の各々の厚さまたは前記被検体の厚さと所定の関係を有するパラメータを用いた所定の関数として表したモデルを用いるようにしたことを特徴とする。   The third image component separation device of the present invention is configured to generate a plurality of radiation images representing degrees of transmission / attenuation of each of a plurality of patterns of radiation having different energy distributions formed by radiation transmitted through the subject. Separating a plurality of image components representing each of a plurality of predetermined components in the subject by obtaining a weighted sum using a predetermined weighting factor for each corresponding pixel of the plurality of radiation images as an input In the image component separating apparatus including the component separating unit, the component separating unit separates the plurality of image components from the plurality of radiation images by performing independent component analysis on the plurality of radiation images. In the independent component analysis, the separation factor is determined as a predetermined weighting factor. The thickness of each of the predetermined plurality of components in each pixel of each of the plurality of radiographic images obtained from at least one of the plurality of radiographic images, or a mixing coefficient representing a mixing ratio of the plurality of image components or the A model expressed as a predetermined function using a parameter having a predetermined relationship with the thickness of the object is used.

本発明の第3の画像成分分離方法は、被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像を入力とし、該複数の放射線画像の相対応する画素毎に所定の重みづけ係数を用いた重みづけ総和を求めることによって、前記被写体中の所定の複数の成分の各々を表す複数の画像成分を分離する成分分離ステップを行う際に、前記複数の放射線画像に対して独立成分分析を行うことによって、前記複数の放射線画像から前記複数の画像成分を分離するための分離係数を求め、該分離係数を前記所定の重みづけ係数とするとともに、前記独立成分分析において、前記複数の放射線画像の各々における前記複数の画像成分の混合比率を表す混合係数を、前記複数の放射線画像の少なくとも1つから得られる、該複数の放射線画像の各々の各画素における前記所定の複数の成分の各々の厚さまたは前記被検体の厚さと所定の関係を有するパラメータを用いた所定の関数として表したモデルを用いるようにしたことを特徴とする。   According to the third image component separation method of the present invention, a plurality of radiation images representing degrees of transmission / attenuation in each of a plurality of patterns of radiation having different energy distributions formed by radiation transmitted through the subject are obtained. Separating a plurality of image components representing each of a plurality of predetermined components in the subject by obtaining a weighted sum using a predetermined weighting factor for each corresponding pixel of the plurality of radiation images as an input When performing the component separation step, an independent component analysis is performed on the plurality of radiation images to obtain a separation coefficient for separating the plurality of image components from the plurality of radiation images. In addition to the predetermined weighting coefficient, in the independent component analysis, a mixing function representing a mixing ratio of the plurality of image components in each of the plurality of radiation images. A parameter obtained from at least one of the plurality of radiographic images and having a predetermined relationship with the thickness of each of the predetermined plurality of components or the thickness of the subject in each pixel of each of the plurality of radiographic images A model expressed as a predetermined function using is used.

本発明の第3の画像成分分離プログラムは、上記の第3の画像成分分離方法をコンピュータに実行させるものである。   A third image component separation program of the present invention causes a computer to execute the third image component separation method.

本発明の第4の画像成分分離装置は、被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像を入力とし、該複数の放射線画像の相対応する画素毎に所定の重みづけ係数を用いた重みづけ総和を求めることによって、前記被写体中の所定の複数の成分の各々を表す複数の画像成分を分離する成分分離手段を備えた画像成分分離装置において、前記複数の放射線画像の少なくとも1つから得られる、該複数の放射線画像の各々の各画素における前記所定の複数の成分の各々の厚さまたは前記被検体の厚さと所定の関係を有するパラメータの値に基づいて、該複数の放射線画像の各々における放射線の減衰量の比が前記各成分の厚さまたは前記被写体の厚さによらず一定であるという関係に近づくように、該複数の放射線画像のうちの少なくとも1つの画像の各画素の画素値を非線形に変換する画素値変換手段をさらに設け、前記成分分離手段が、前記画素値変換手段によって変換後の画像に対して独立成分分析を行うことによって、該変換後の画像から前記複数の画像成分を分離するための分離係数を求め、該分離係数を前記所定の重みづけ係数とするようにしたことを特徴とする。   The fourth image component separation device of the present invention generates a plurality of radiographic images representing the degree of transmission / attenuation of each of a plurality of patterns of radiation having different energy distributions formed by radiation transmitted through the subject. Separating a plurality of image components representing each of a plurality of predetermined components in the subject by obtaining a weighted sum using a predetermined weighting factor for each corresponding pixel of the plurality of radiation images as an input In the image component separation device including the component separation means, the thickness of each of the predetermined plurality of components in each pixel of each of the plurality of radiation images obtained from at least one of the plurality of radiation images or the Based on the value of a parameter having a predetermined relationship with the thickness of the subject, the ratio of the radiation attenuation in each of the plurality of radiographic images is the thickness of each component or the previous value. Pixel value conversion means for nonlinearly converting a pixel value of each pixel of at least one of the plurality of radiation images so as to approach a relationship of being constant regardless of the thickness of the subject, Separation means performs independent component analysis on the image converted by the pixel value conversion means, thereby obtaining a separation coefficient for separating the plurality of image components from the converted image, and obtaining the separation coefficient The predetermined weighting coefficient is used.

本発明の第4の画像成分分離方法は、コンピュータが、被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像を入力とし、該複数の放射線画像の相対応する画素毎に所定の重みづけ係数を用いた重みづけ総和を求めることによって、前記被写体中の所定の複数の成分の各々を表す複数の画像成分を分離する成分分離ステップを行う前に、前記複数の放射線画像の少なくとも1つから得られる、該複数の放射線画像の各々の各画素における前記所定の複数の成分の各々の厚さまたは前記被検体の厚さと所定の関係を有するパラメータの値に基づいて、該複数の放射線画像の各々における放射線の減衰量の比が前記各成分の厚さまたは前記被写体の厚さによらず一定であるという関係に近づくように、該複数の放射線画像のうちの少なくとも1つの画像の各画素の画素値を非線形に変換する画素値変換ステップを行い、前記成分分離ステップが、前記画素値変換ステップによって変換後の画像に対して独立成分分析を行うことによって、該変換後の画像から前記複数の画像成分を分離するための分離係数を求め、該分離係数を前記所定の重みづけ係数とするようにしたことを特徴とする。   According to a fourth image component separation method of the present invention, a plurality of patterns, each of which represents a degree of transmission / attenuation in each of a plurality of patterns of radiation having different energy distributions formed by radiation transmitted through the subject. A plurality of images representing each of a plurality of predetermined components in the subject by obtaining a weighted sum using a predetermined weighting coefficient for each corresponding pixel of the plurality of radiation images, with the radiation image as an input Before performing the component separation step of separating the components, the thickness of each of the predetermined plurality of components in each pixel of each of the plurality of radiation images obtained from at least one of the plurality of radiation images or the subject Based on the value of the parameter having a predetermined relationship with the thickness of the specimen, the ratio of the attenuation amount of the radiation in each of the plurality of radiation images is the thickness of each component or the Performing a pixel value conversion step for nonlinearly converting a pixel value of each pixel of at least one of the plurality of radiation images so as to approach a relationship of being constant regardless of the thickness of the body, The separation step performs independent component analysis on the image converted by the pixel value conversion step, thereby obtaining a separation coefficient for separating the plurality of image components from the converted image, and obtaining the separation coefficient The predetermined weighting coefficient is used.

本発明の第4の画像成分分離プログラムは、上記の第4の画像成分分離方法をコンピュータに実行させるものである。   A fourth image component separation program of the present invention causes a computer to execute the fourth image component separation method.

以下、本発明の詳細について説明する。   Details of the present invention will be described below.

「被写体」の具体例としては人体が挙げられ、例えば、人体の胸部を表す放射線画像の場合、「(分離対象の)複数の成分」の具体例としては、骨成分と軟部成分が挙げられる。なお、軟部成分とは、生体の骨組織(骨成分)を除く結合組織の成分であり、線維組織、脂肪組織、血管、横紋筋、平滑筋、末梢神経組織(神経節と神経線維)等が含まれる。   Specific examples of the “subject” include a human body. For example, in the case of a radiographic image representing the chest of a human body, specific examples of “a plurality of components (to be separated)” include a bone component and a soft part component. The soft component is a component of connective tissue excluding living bone tissue (bone component), such as fibrous tissue, adipose tissue, blood vessel, striated muscle, smooth muscle, peripheral nerve tissue (ganglion and nerve fiber), etc. Is included.

入力となる「被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像」は、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線を用いて撮影を複数回行う複数ショット法で得られたものであってもよいし、エネルギー分離フィルタ等の付加フィルタを介して重ねられた複数枚の蓄積性蛍光体シート(それらは互いに接していても、離れていてもよい)に放射線を1度曝射することによって、1回の曝射で被検体を透過した放射線のエネルギー分布を変更させ、上記複数枚のシートで互いにエネルギー分布の異なる放射線が検出されるようにした1ショット法で得られたものであってもよい。ここで、蓄積性蛍光体シートに記録された、放射線の被写体中の透過の程度を表すアナログ画像は、シートをレーザ光等の励起光で走査して輝尽発光光を生ぜしめ、得られた輝尽発光光を光電的に読み取ることによってデジタル画像化される。なお、放射線を検出する手段には、上記の蓄積性蛍光体シートの他、CMOS等を用いたフラットパネルディテクタ(FPD)等を撮影方法に応じて適宜選択して採用してもよい。   As input, "a plurality of radiation images representing the degree of transmission / attenuation of each of a plurality of patterns of radiation with different energy distributions formed by radiation transmitted through the object" It may be obtained by a multiple shot method in which imaging is performed a plurality of times using pattern radiation, or a plurality of stimulable phosphor sheets stacked through additional filters such as an energy separation filter (they are (They may be in contact with each other or separated from each other), by irradiating the radiation once, the energy distribution of the radiation transmitted through the subject in one exposure is changed, and the energy is mutually shared by the plurality of sheets. It may be obtained by a one-shot method in which radiations with different distributions are detected. Here, an analog image recorded on the stimulable phosphor sheet and showing the degree of transmission of radiation through the subject was obtained by scanning the sheet with excitation light such as laser light to generate stimulated emission light. Digital imaging is achieved by photoelectrically reading the photostimulated luminescence. In addition to the above-described stimulable phosphor sheet, a flat panel detector (FPD) using CMOS or the like may be appropriately selected and adopted as the means for detecting radiation according to the imaging method.

「複数の放射線画像の相対応する画素」とは、各放射線画像中の所定の構造物(観察対象部位やマーカー等)を基準として位置的に対応する画素を意味する。したがって、各画像間で所定の構造物の画像中での位置がずれないような撮影方法で得られた画像の場合には、各画像の座標系における座標が一致する画素とすることができるが、位置ずれが生じる撮影方法で得られた画像の場合には、拡大・縮小・平行移動・回転等による線形的な位置合わせや歪変換等による非線形の位置合わせ、これらを組み合わせた位置合わせを行うことが好ましい。なお、この画像間の位置合わせには、特開2002-032764号公報等に記載されている方法の他、本発明の実施時点において公知の方法を用いてもよい。   “Pixels corresponding to a plurality of radiographic images” mean pixels that correspond in position with reference to a predetermined structure (observation target site, marker, etc.) in each radiographic image. Therefore, in the case of an image obtained by an imaging method that does not shift the position of the predetermined structure in the image between the images, the pixels in the coordinate system of each image can coincide with each other. In the case of an image obtained by a shooting method in which positional deviation occurs, linear alignment by enlargement / reduction, translation, rotation, etc., non-linear alignment by distortion transformation, etc., or combination combining these are performed. It is preferable. In addition, for the registration between the images, in addition to the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-032764, a known method at the time of implementation of the present invention may be used.

「該複数の放射線画像の相対応する画素毎に所定の重みづけ係数を用いた重みづけ総和を求めることによって、前記被写体中の所定の複数の成分の各々を表す複数の画像成分を分離する」処理は、いわゆるエネルギーサブトラクション手法を意味する。   “Separating a plurality of image components representing each of a plurality of predetermined components in the subject by obtaining a weighted sum using a predetermined weighting coefficient for each corresponding pixel of the plurality of radiation images” Processing means a so-called energy subtraction technique.

例えば、被写体に照射された放射線の総量をE0とし、放射線のエネルギー分布に応じて被写体中の成分(ここでは2種類の成分とする)毎に決定される減弱係数をα,βとし、各成分の厚さをta,tbとすると、放射線画像の各画素位置における放射線の対数露光量Eは次式(1)のように表すことができる。
E=E0−(α・ta+β・tb) ・・・(1)
ここで、式(1)の右辺の項α・ta,β・tbは、各成分における放射線の減衰量を表すものであり、放射線画像が、各成分における放射線の減衰量の影響が混じり合って反映されたものであることを表している。また、項α・ta,β・tbの各々は、減弱係数と各成分の厚さの積となっており、各成分における放射線の減衰量はその成分の厚さに依存することを示している。
式(1)で、E´=E−Eとすると、式(1)は次式(2)のように簡単に表すことができる。
E´=α・ta+β・tb ・・・(2)
ここで、各放射線画像を識別する添え字を1、2とすると、本発明において、入力となる2つの放射線画像は、放射線のエネルギー分布が異なるので画像毎に減弱係数の値が異なるから、次式(3)(4)のように表すことができる。
E´1=α1・ta+β1・tb ・・・(3)
E´2=α2・ta+β2・tb ・・・(4)
このモデルに基づくと、本発明における、各画像を重みづけして合成することによって画像中の各成分を分離する処理は、上記各式の各々に適切な重みづけ係数を掛けたものの和を求めることによって、上記各式の右辺の分離対象以外の成分を表す各項の係数部分を0にして、分離対象以外の成分の厚さに依存しない関係式を得ることを意味する。したがって、画像中のある成分を分離するためには、上記各式の右辺の分離対象以外の成分を表す各項の係数部分が0となるような重みづけ係数を決定する必要がある。
なお、放射線画像の対数露光量Eは、被写体を撮影する際に被写体を透過して放射線検出手段に照射された放射線量を対数変換したものである。露光量は放射線検出手段に照射される放射線を直接検出することにより得ることができるが、放射線画像の個々の画素毎に露光量を検出することは非常に困難である。一方、放射線検出手段において得られる画像の各画素の画素値は露光量が多いほど大きくなることから、画素値と露光量とは互いに対応づけることができるものである。したがって、上記各式の露光量を画素値に置き換えることができる。
For example, let E 0 be the total amount of radiation applied to the subject, and let α and β be attenuation coefficients determined for each component (here, two types of components) in the subject according to the energy distribution of the radiation. Assuming that the thicknesses of the components are t a and t b , the logarithmic exposure amount E of radiation at each pixel position of the radiation image can be expressed by the following equation (1).
E = E 0 − (α · t a + β · t b ) (1)
Here, the right-hand side sections alpha · t a of formula (1), β · t b is representative of the attenuation of radiation in each component, the radiation image is mixed influence of attenuation of the radiation in each component It shows that it is reflected together. Further, each of the terms α · t a, β · t b is a attenuation coefficient and the product of the thickness of each component, the attenuation of the radiation in each component indicates that depends on the thickness of the component ing.
When E ′ = E 0 −E in the equation (1), the equation (1) can be simply expressed as the following equation (2).
E ′ = α · t a + β · t b (2)
Here, if the subscripts for identifying each radiographic image are 1 and 2, in the present invention, since the two radiographic images to be input have different radiation energy distributions, the values of attenuation coefficients differ from image to image. It can be expressed as equations (3) and (4).
E ′ 1 = α 1 · t a + β 1 · t b (3)
E ′ 2 = α 2 · t a + β 2 · t b (4)
Based on this model, the process of separating each component in the image by weighting and synthesizing each image in the present invention calculates the sum of each of the above equations multiplied by an appropriate weighting factor. This means that the coefficient part of each term representing the component other than the separation target on the right side of each equation is set to 0 to obtain a relational expression that does not depend on the thickness of the component other than the separation target. Therefore, in order to separate a certain component in the image, it is necessary to determine a weighting coefficient such that the coefficient portion of each term representing a component other than the separation target on the right side of each equation is zero.
Note that the logarithmic exposure amount E of the radiation image is obtained by logarithmically converting the radiation amount transmitted through the subject and irradiated to the radiation detection means when the subject is photographed. The exposure amount can be obtained by directly detecting the radiation applied to the radiation detection means, but it is very difficult to detect the exposure amount for each individual pixel of the radiation image. On the other hand, since the pixel value of each pixel of the image obtained by the radiation detection means increases as the exposure amount increases, the pixel value and the exposure amount can be associated with each other. Therefore, the exposure amount of each of the above formulas can be replaced with a pixel value.

「独立成分分析」とは、既知の複数の観測信号から、統計的に独立した複数の未知の成分信号を分離する手法である。すなわち、既知の複数の観測信号を入力として、統計的独立性が最大となるように成分信号を求める手法である。   “Independent component analysis” is a technique of separating a plurality of statistically independent unknown component signals from a plurality of known observation signals. That is, this is a method for obtaining component signals so that statistical independence is maximized by using a plurality of known observation signals as inputs.

例えば、次式(5)(6)のように、統計的に独立した2つの成分信号s1,s2が混合された観測信号x1,x2があるとする。
For example, it is assumed that there are observed signals x 1 and x 2 in which two statistically independent component signals s 1 and s 2 are mixed as in the following equations (5) and (6).

ここで、a11,a12,a21,a22は、観測信号x1,x2の各々における成分信号s1,s2の混合比率を表す混合係数である。
式(5)(6)を
Here, a 11 , a 12 , a 21 , and a 22 are mixing coefficients representing the mixing ratio of the component signals s 1 and s 2 in each of the observation signals x 1 and x 2 .
Equations (5) and (6)

として整理すると、次式(7)のようになる。
Then, the following equation (7) is obtained.

このとき、行列Aの逆行列をWとすると、次式(8)を計算することによって、成分信号s1、s2を復元することができる。
At this time, if the inverse matrix of the matrix A is W, the component signals s 1 and s 2 can be restored by calculating the following equation (8).

ここで、行列Wの各成分は、観測信号x1,x2から成分信号s1,s2を分離するための分離係数である。
独立成分分析では、この成分信号s1,s2の独立性を様々な基準によって評価し、成分信号s1,s2の独立性が最大となるように分離係数(行列W)と成分信号s1,s2とが求められる。
Here, each component of the matrix W is a separation coefficient for separating the component signals s 1 and s 2 from the observation signals x 1 and x 2 .
In the independent component analysis, the independence of the component signals s 1 and s 2 is evaluated by various criteria, and the separation coefficient (matrix W) and the component signal s are set so that the independence of the component signals s 1 and s 2 is maximized. 1 and s 2 are obtained.

式(3)(4)と(5)(6)とを対比すると、本発明における複数の放射線画像(E´1、E´2)は観測信号x1,x2に対応し、分離対象の被写体中の成分(ta,tb)が成分信号s1,s2に対応し、減弱係数α1,β1,α2,β2が混合係数a11,a12,a21,a22に対応する。したがって、複数の放射線画像(E´1、E´2)を観測信号として独立成分分析を行うことによって、成分信号である、被写体中の所定の複数の成分(ta,tb)の各々を表す複数の画像成分を求めることができる。このとき求められる分離係数(行列W)が、入力となる複数の放射線画像の重みづけ総和を求める際の重みづけ係数となる。 When the expressions (3), (4), (5), and (6) are compared, the plurality of radiation images (E ′ 1 , E ′ 2 ) in the present invention correspond to the observation signals x 1 and x 2 , and are separated. The components (t a , t b ) in the subject correspond to the component signals s 1 , s 2 , and the attenuation coefficients α 1 , β 1 , α 2 , β 2 are the mixing coefficients a 11 , a 12 , a 21 , a 22. Corresponding to Therefore, by performing independent component analysis using a plurality of radiation images (E ′ 1 , E ′ 2 ) as observation signals, each of a plurality of predetermined components (t a , t b ) in the subject, which is a component signal, is obtained. A plurality of image components to be represented can be obtained. The separation coefficient (matrix W) obtained at this time is a weighting coefficient for obtaining the weighted sum of a plurality of input radiation images.

独立成分分析における独立性の評価基準としては、負のエントロピーや相互情報量等が知られている。また、独立性を最大化するように独立成分を決定する具体的な処理方法としては、不動点法や勾配法等が知られている。本発明においても、これらの公知の方法を適宜選択して適用することができる。   As an evaluation standard for independence in independent component analysis, negative entropy, mutual information and the like are known. As a specific processing method for determining an independent component so as to maximize the independence, a fixed point method, a gradient method, and the like are known. Also in the present invention, these known methods can be appropriately selected and applied.

なお、独立成分分析によって求められる成分信号の数は、観測信号の数以下である。したがって、本発明においても、分離対象の被写体中の成分の数以上の放射線画像を用意する必要がある。   Note that the number of component signals obtained by independent component analysis is equal to or less than the number of observation signals. Therefore, also in the present invention, it is necessary to prepare radiation images that are equal to or greater than the number of components in the subject to be separated.

また、独立成分分析には、混合係数(行列A)が常に一定である線形のものと、混合係数がパラメータによって規定された、混合係数が常に一定ではない非線形のものとがある。本発明の第3の態様は、非線形の独立成分分析手法を適用したものに相当する。   Independent component analysis includes a linear type in which the mixing coefficient (matrix A) is always constant and a non-linear type in which the mixing coefficient is defined by parameters and the mixing coefficient is not always constant. The third aspect of the present invention corresponds to an application of a nonlinear independent component analysis technique.

本発明の第1の態様における「前記複数の放射線画像の各々から、前記複数の成分の各々が含まれる空間周波数帯域の画像成分を抽出する」処理の具体例としては、人体を被写体とする放射線画像から骨成分と軟部成分を表す画像成分を分離する場合、人体の骨の太さに対応する空間周波数帯域を含む中周波帯域の画像成分を抽出することが好ましい。   As a specific example of the process of “extracting an image component in a spatial frequency band including each of the plurality of components from each of the plurality of radiation images” in the first aspect of the present invention, radiation having a human body as a subject When separating an image component representing a bone component and a soft part component from an image, it is preferable to extract an image component in a medium frequency band including a spatial frequency band corresponding to the thickness of a human bone.

本発明の第2、第3、第4の態様における「前記複数の放射線画像の少なくとも1つから得られる、該複数の放射線画像の各々の各画素における前記所定の複数の成分の各々の厚さまたは前記被検体の厚さと所定の関係を有するパラメータ」の具体例としては、前記複数の放射線画像のうちの1つの各画素における放射線量、放射線量の対数値、前記複数の放射線画像のうちの2つの間での各画素における放射線量の対数値の差、該各画素における放射線量の比の対数値が挙げられる。なお、前述のとおり、放射線量の対数値は各画像の画素値に置き換えることができる。   In each of the second, third, and fourth aspects of the present invention, “the thickness of each of the predetermined plurality of components in each pixel of each of the plurality of radiation images obtained from at least one of the plurality of radiation images” Or, as a specific example of the parameter having a predetermined relationship with the thickness of the subject, a radiation dose at each pixel of the plurality of radiation images, a logarithmic value of the radiation dose, a parameter of the plurality of radiation images The difference in the logarithmic value of the radiation dose at each pixel between the two and the logarithmic value of the ratio of the radiation dose at each pixel can be mentioned. As described above, the logarithmic value of the radiation dose can be replaced with the pixel value of each image.

本発明の第2の態様では、前記複数の放射線画像中の、放射線の減衰量が第1の基準値未満の領域、および/または、放射線の減衰量が第2の基準値より高い領域を除外して、前記部分集合に分類するようにしてもよい。ここで、第1の基準値をほぼ0とし、放射線がほとんど減衰していない領域を除外することが好ましい。また、第2の基準値を減衰量の最大値付近とし、放射線のほとんどが減衰している領域を除外することが好ましい。   In the second aspect of the present invention, a region in which the radiation attenuation amount is less than the first reference value and / or a region in which the radiation attenuation amount is higher than the second reference value is excluded from the plurality of radiation images. Then, it may be classified into the subset. Here, it is preferable that the first reference value is set to approximately 0, and an area where the radiation is hardly attenuated is excluded. In addition, it is preferable that the second reference value is set near the maximum attenuation value, and an area where most of the radiation is attenuated is excluded.

また、本発明の第2の態様では、1つの部分集合のみを抽出し、その部分集合に対して独立成分分析を行うことによって分離係数を求め、その分離係数を画像全体に適用してもよいし、複数の部分集合に分類し、分類された部分集合毎に、その部分集合に対して独立成分分析を行うことによって分離係数を求め、部分集合毎に、その分離係数を前記所定の重みづけ係数として画像成分を分離するようにしてもよい。   Further, in the second aspect of the present invention, only one subset may be extracted, an independent component analysis may be performed on the subset, and the separation coefficient may be applied to the entire image. And classifying into a plurality of subsets, and for each classified subset, an independent component analysis is performed on the subset to obtain a separation coefficient, and for each subset, the separation coefficient is assigned the predetermined weight. Image components may be separated as coefficients.

本発明の第4の態様における、「該複数の放射線画像の各々における放射線の減衰量の比が前記各成分の厚さまたは前記被写体の厚さによらず一定であるという関係に近づくように」とは、例えば、図12に示した被検体または被検体の各成分の厚さとX線露光量(対数)との関係では、複数の放射線画像のうちの高エネルギー画像におけるX線減衰量EHと複数の放射線画像のうちの低エネルギー画像におけるX線減衰量ELとの比が、被検体または被検体の各成分の厚さによらず一定となるようにすることを意味する。 In the fourth aspect of the present invention, “so that the ratio of the attenuation amount of radiation in each of the plurality of radiographic images is close to a relationship that is constant irrespective of the thickness of each component or the thickness of the subject”. For example, in the relationship between the thickness of the subject or each component of the subject and the X-ray exposure amount (logarithm) shown in FIG. 12, the X-ray attenuation amount E H in the high-energy image among the plurality of radiation images. And the X-ray attenuation amount E L in the low-energy image among the plurality of radiation images means that the ratio is constant regardless of the thickness of the subject or each component of the subject.

本発明の第4の態様において、複数の放射線画像が複数ショット法で形成されたものである場合には、前記画素値変換の際に、前記複数の放射線画像中の放射線の減衰量がより大きい領域において、より高いエネルギーの放射線の曝射によって形成された放射線画像のゲインを、より低いエネルギーの放射線の曝射によって形成された放射線画像のゲインに比べて大きくする変換を行うようにしたり(図15参照)、より低いエネルギーの放射線の曝射によって形成された放射線画像のゲインを、より高いエネルギーの放射線の曝射によって形成された放射線画像のゲインに比べて小さくする変換を行うようにしたり(図18参照)することが好ましい。   In the fourth aspect of the present invention, when a plurality of radiation images are formed by a multiple shot method, the amount of radiation attenuation in the plurality of radiation images is larger during the pixel value conversion. In a region, the gain of the radiation image formed by the exposure of the higher energy radiation is converted to be larger than the gain of the radiation image formed by the exposure of the lower energy radiation (see FIG. 15), a conversion is performed such that the gain of the radiation image formed by the exposure of the lower energy radiation is smaller than the gain of the radiation image formed by the exposure of the higher energy radiation (see FIG. 15). (See FIG. 18).

また、本発明の第4の態様において、複数の放射線画像が1ショット法で形成されたものである場合には、前記画素値変換の際に、前記複数の放射線画像中の放射線の減衰量がより大きい領域において、より高いエネルギーの放射線によって形成された放射線画像のゲインを、より低いエネルギーの放射線によって形成された放射線画像のゲインに比べて小さくする変換を行うようにしたり(図18参照)、より低いエネルギーの放射線によって形成された放射線画像のゲインを、より高いエネルギーの放射線によって形成された放射線画像のゲインに比べて大きくする変換を行うようにしたり(図15参照)することが好ましい。   Further, in the fourth aspect of the present invention, when a plurality of radiation images are formed by the one-shot method, the amount of radiation attenuation in the plurality of radiation images is determined during the pixel value conversion. In a larger region, conversion is performed such that the gain of the radiation image formed by higher energy radiation is smaller than the gain of the radiation image formed by lower energy radiation (see FIG. 18). It is preferable to perform conversion such that the gain of the radiation image formed by the lower energy radiation is larger than the gain of the radiation image formed by the higher energy radiation (see FIG. 15).

さらに、本発明の第4の態様において、重みづけ総和を求める際に入力となる「複数の放射線画像」には、上記の画素値変換後の放射線画像を用いてもよいし、変換前の放射線画像を用いてもよい。   Furthermore, in the fourth aspect of the present invention, as the “plurality of radiation images” to be input when obtaining the weighted sum, the radiation images after the pixel value conversion may be used, or the radiation before the conversion is converted. An image may be used.

本発明の第1の態様では、独立成分分析を用いて複数の放射線画像から複数の画像成分を分離するための分離係数を求める前に、前記複数の放射線画像の各々から、前記複数の成分の各々が含まれる空間周波数帯域の画像成分を抽出し、抽出された画像成分に対して独立成分分析を行い、得られた分離係数を用いて複数の放射線画像の重みづけ総和を求めることによって、前記被写体中の所定の複数の成分の各々を表す複数の画像成分を分離する。ここで、抽出された空間周波数帯域の画像成分は、観測信号が分離対象の成分信号のすべてを含むものでなければならないという、独立成分分析における観測信号の前提をより適切に満たすので、分離対象の画像成分をより高い精度で分離することが可能になる。   In the first aspect of the present invention, before obtaining a separation coefficient for separating a plurality of image components from a plurality of radiation images using independent component analysis, the plurality of components are obtained from each of the plurality of radiation images. By extracting the image components of the spatial frequency band that each includes, performing an independent component analysis on the extracted image components, by using the obtained separation coefficient to obtain a weighted sum of a plurality of radiation images, A plurality of image components representing each of a plurality of predetermined components in the subject are separated. Here, the extracted image components in the spatial frequency band more appropriately satisfy the premise of the observation signal in the independent component analysis that the observation signal must include all of the component signals to be separated. Can be separated with higher accuracy.

例えば、人体の放射線画像から骨成分と軟部成分を表す画像成分を分離する場合、人体の骨の太さに対応する空間周波数帯域を含む中周波帯域の画像成分を抽出するようにすれば、骨部成分がほとんど存在しない低周波帯域(人体の骨の太さよりも太い構造物に対応する空間周波数帯域)とノイズが支配的な高周波帯域とが独立成分分析の入力データから除外され、骨成分と軟部成分が多く存在する中周波帯域の画像成分のみ入力されるので、独立成分分析においてノイズの影響を受けにくくなり、分離係数を求める処理のロバスト性が高くなる。また、別の観点から説明すると、人体において、骨は軟部組織がまったくないところには普通存在することはなく、軟部組織が比較的厚い部分に存在する確率が高い。すなわち、2つの組織は低周波帯域において強い相関を持っており独立性を低下させる要因となっている。そこで、骨の太さより低い周波数帯域を除去することで2つの組織間の独立性が高まり、分離が容易になる。   For example, when separating an image component representing a bone component and a soft part component from a radiographic image of a human body, if an image component in a medium frequency band including a spatial frequency band corresponding to the thickness of a human bone is extracted, The low frequency band (spatial frequency band corresponding to a structure thicker than the thickness of the human bone) and the high frequency band where noise is dominant are excluded from the input data of the independent component analysis. Since only the image component in the medium frequency band in which many soft part components exist is input, it is less susceptible to noise in the independent component analysis, and the robustness of the processing for obtaining the separation coefficient is increased. Further, from another point of view, in the human body, bone does not normally exist where there is no soft tissue, and there is a high probability that the soft tissue exists in a relatively thick portion. That is, the two tissues have a strong correlation in the low frequency band, which causes independence. Therefore, by removing a frequency band lower than the thickness of the bone, independence between the two tissues is increased, and separation is facilitated.

実際の撮影で得られる放射線画像では、被写体に照射された放射線が単色ではなく、あるエネルギー範囲に分布している場合、照射される放射線のエネルギー分布が、被写体中の各成分の厚さに依存して変化するビームハードニングという現象が生じるため、各成分における減弱係数は画素毎に異なる。より詳細には、コンプトン効果が支配的なX線エネルギーの範囲(40〜150kVp程度の一般撮影におけるX線エネルギーの範囲)における減弱係数は、それ以外の成分の厚さが増すにしたがって単調減少する。例えば、人体の胸部の場合、肺野内部と縦郭部とでは減弱係数が異なる。(線形の)独立成分分析においては、1つの観測信号において、異なる混合係数で成分信号が混合されていると、異なる混合係数で混合された成分信号の部分集合は、独立成分の推定の際に互いにノイズとなってしまう。   In the radiographic image obtained by actual imaging, when the radiation applied to the subject is not monochromatic but distributed over a certain energy range, the energy distribution of the irradiated radiation depends on the thickness of each component in the subject As a result, a phenomenon called beam hardening that changes as a result occurs, the attenuation coefficient of each component varies from pixel to pixel. More specifically, the attenuation coefficient in the X-ray energy range in which the Compton effect is dominant (X-ray energy range in general imaging of about 40 to 150 kVp) monotonously decreases as the thickness of the other components increases. . For example, in the case of a human breast, the attenuation coefficient differs between the lung field and the longitudinal section. In (linear) independent component analysis, when component signals are mixed with different mixing coefficients in one observation signal, a subset of the component signals mixed with different mixing coefficients is used for estimation of the independent components. They become noise each other.

そこで、本発明の第2の態様によれば、独立成分分析を用いて複数の放射線画像から複数の画像成分を分離するための分離係数を求める前に、前記複数の放射線画像の少なくとも1つから得られる、該複数の放射線画像の各々の各画素における前記所定の複数の成分の各々の厚さまたは前記被検体の厚さと所定の関係を有するパラメータの値に基づいて、前記複数の放射線画像毎に各画素を1以上の部分集合に分類し、分類された部分集合の少なくとも1組に対して独立成分分析を行い、得られた分離係数を用いて複数の放射線画像または各部分集合の重みづけ総和を求めることによって、前記被写体中の所定の複数の成分の各々を表す複数の画像成分を分離するので、放射線画像特有のビームハードニングの影響により、異なる混合係数で混合された成分信号がノイズとして作用することが回避され、分離対象の画像成分をより高い精度で分離することが可能になる。   Therefore, according to the second aspect of the present invention, before obtaining a separation coefficient for separating a plurality of image components from a plurality of radiation images using independent component analysis, from at least one of the plurality of radiation images. For each of the plurality of radiographic images, based on the thickness of each of the predetermined plurality of components in each pixel of each of the plurality of radiographic images or the value of a parameter having a predetermined relationship with the thickness of the subject. Each pixel is classified into one or more subsets, independent component analysis is performed on at least one of the classified subsets, and the obtained separation coefficients are used to weight a plurality of radiation images or each subset. By obtaining a sum, a plurality of image components representing each of a plurality of predetermined components in the subject are separated, and therefore, due to the effect of beam hardening unique to a radiographic image, different mixing coefficients are used. Engaged the component signals is avoided to act as a noise, it becomes possible to separate with high accuracy image components to be separated.

また、本発明の第3の態様によれば、独立成分分析を用いて複数の放射線画像から複数の画像成分を分離するための分離係数を求める際に、前記複数の放射線画像の各々における前記複数の画像成分の混合比率を表す混合係数を、前記複数の放射線画像の少なくとも1つから得られる、該複数の放射線画像の各々の各画素における前記所定の複数の成分の各々の厚さまたは前記被検体の厚さと所定の関係を有するパラメータを用いた所定の関数として表したモデルを用いるので、放射線画像特有のビームハードニングの影響を考慮した非線形の独立成分分析により、分離対象の画像成分をより高い精度で分離することが可能になる。   According to the third aspect of the present invention, when obtaining a separation coefficient for separating a plurality of image components from a plurality of radiation images using independent component analysis, the plurality of the plurality of radiation images in each of the plurality of radiation images. A mixing coefficient representing a mixing ratio of the image components of the plurality of radiographic images obtained from at least one of the plurality of radiographic images; Since a model expressed as a predetermined function using a parameter having a predetermined relationship with the thickness of the specimen is used, the image component to be separated can be further separated by nonlinear independent component analysis that takes into account the effects of beam hardening unique to radiographic images. Separation with high accuracy becomes possible.

上記の複数ショット法で形成された放射線画像の場合、図13に被検体の厚みとX線露光量との関係を模式的に表したように、上記のビームハードニングの影響により、被写体の厚さが増すほどX線露光量の減少率が小さくなるため、より高エネルギーのX線によって形成された画像もより低エネルギーのX線によって形成された画像も、X線露光量(対数)と被検体または被検体の各成分の厚さとは線形の関係にはならない。さらに、コンプトン効果がより支配的な高エネルギー側のX線ではより多くの散乱線が生じるため、被検体の厚さが増すほど散乱線が増加し、X線露光量の減少率が、低エネルギー側のX線よりもさらに小さくなる。図13の一点鎖線は高エネルギー側のX線の散乱線が低エネルギー側の散乱線と同程度であった場合を示したものであり、図15の破線は、実際の散乱線が含まれる高エネルギー側のX線の場合を示している。   In the case of the radiographic image formed by the above-described multiple shot method, the thickness of the subject is affected by the above-mentioned beam hardening as shown in FIG. 13 schematically showing the relationship between the thickness of the subject and the X-ray exposure amount. Since the decreasing rate of the X-ray exposure amount becomes smaller as the thickness increases, an image formed by higher-energy X-rays and an image formed by lower-energy X-rays can be compared with the X-ray exposure amount (logarithm). There is no linear relationship with the thickness of each component of the specimen or subject. In addition, since high-energy X-rays, where the Compton effect is more dominant, generate more scattered radiation, the scattered radiation increases as the thickness of the subject increases, and the rate of decrease in X-ray exposure is low. It becomes smaller than the X-ray on the side. The one-dot chain line in FIG. 13 shows the case where the scattered X-rays on the high energy side are approximately the same as the scattered rays on the low energy side, and the broken line in FIG. The case of X-rays on the energy side is shown.

一方、前述のとおり、(線形の)独立成分分析においては、1つの観測信号では、同じ混合係数で成分信号が混合されていることが前提となっており、1つの観測信号中において異なる混合係数で混合された成分信号は、独立成分の推定の際に互いにノイズとなってしまう。   On the other hand, as described above, in (linear) independent component analysis, it is assumed that component signals are mixed with the same mixing coefficient in one observation signal, and different mixing coefficients are included in one observation signal. The component signals mixed in (1) become noises when the independent components are estimated.

そこで、本発明の第4の態様では、放射線画像中の画像成分を分離する場合には、1つの観測信号中において同じ混合係数で成分信号が混合されていなくても、複数の放射線画像の各々における放射線の減衰量の比が前記各成分の厚さまたは被写体の厚さによらず一定であるという条件を満たしていればよいことに着目し、複数の放射線画像の各々の各画素における所定の複数の成分の各々の厚さまたは被検体の厚さと所定の関係を有するパラメータの値に基づいて、上記の条件に近づくように、複数の放射線画像のうちの少なくとも1つの画像の各画素の画素値を非線形に変換するので、異なる混合係数で混合された成分信号がノイズとして作用することが回避され、分離対象の画像成分をより高い精度で分離することが可能になる。   Therefore, in the fourth aspect of the present invention, when separating image components in a radiographic image, each of a plurality of radiographic images is obtained even if component signals are not mixed with the same mixing coefficient in one observation signal. Note that it is only necessary to satisfy the condition that the ratio of the amount of attenuation of radiation in the light source is constant regardless of the thickness of each component or the thickness of the subject. Based on the thickness of each of the plurality of components or the value of the parameter having a predetermined relationship with the thickness of the subject, the pixel of each pixel of at least one of the plurality of radiation images so as to approach the above condition Since the value is converted into a non-linearity, it is avoided that component signals mixed with different mixing coefficients act as noise, and the image components to be separated can be separated with higher accuracy.

このように、本発明によれば、放射線画像に対するエネルギーサブトラクション処理に独立成分分析の手法を適用する際に生じうる、放射線画像特有の課題が解決され、分離対象の画像成分をより高い精度で分離することが可能になる。   As described above, according to the present invention, problems specific to a radiographic image that may occur when an independent component analysis technique is applied to energy subtraction processing for a radiographic image are resolved, and an image component to be separated is separated with higher accuracy. It becomes possible to do.

本発明の実施形態における画像成分分離装置が導入された医療情報システムの概略構成図1 is a schematic configuration diagram of a medical information system in which an image component separation device according to an embodiment of the present invention is introduced. 本発明の第1の実施形態における画像成分分離装置とその周辺の構成を模式的に示したブロック図1 is a block diagram schematically showing a configuration of an image component separation device and its periphery in a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態における画像成分分離処理等の流れを示すフローチャートThe flowchart which shows flows, such as an image component separation process in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における画像成分分離装置とその周辺の構成を模式的に示したブロック図The block diagram which showed typically the structure of the image component separation device in the 2nd Embodiment of this invention, and its periphery. 減弱係数と対数線量差の関係の一例を表した図Figure showing an example of the relationship between attenuation coefficient and logarithmic dose difference 本発明の第2の実施形態における画像成分分離処理等の流れを示すフローチャートA flowchart showing a flow of image component separation processing and the like in the second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態における画像成分分離装置とその周辺の構成を模式的に示したブロック図The block diagram which showed typically the structure of the image component separation device in the 3rd Embodiment of this invention, and its periphery. 2つの放射線画像の成分毎の減弱係数の比と対数線量差の関係の一例を表した図Diagram showing an example of the relationship between the ratio of attenuation coefficient for each component of two radiographic images and the logarithmic dose difference 相互情報量を計算するための、分離対象成分の頻度分布の一例を表した図Diagram showing an example of the frequency distribution of the components to be separated for calculating mutual information 2つの変数の相互情報量毎の両変数の分布の一例を表した図((a)相互情報量=0.8、(b)相互情報量=0)A diagram showing an example of the distribution of both variables for each mutual information amount of two variables ((a) mutual information amount = 0.8, (b) mutual information amount = 0) 本発明の第3の実施形態における画像成分分離処理等の流れを示すフローチャートThe flowchart which shows the flow of the image component separation process etc. in the 3rd Embodiment of this invention. 被検体または被検体の各成分の厚さとX線露光量(対数)との関係を模式的に表した図A diagram schematically showing the relationship between the thickness of the subject or each component of the subject and the X-ray exposure (logarithm) 被検体または被検体の各成分の厚さとX線露光量(対数)との関係に対して散乱線が及ぼす影響を模式的に表した図Schematic representation of the effect of scattered radiation on the relationship between the thickness of the subject or each component of the subject and the X-ray exposure (logarithm) 本発明の第4の実施形態における画像成分分離装置とその周辺の構成を模式的に示したブロック図The block diagram which showed typically the structure of the image component separation device in the 4th Embodiment of this invention, and its periphery 非線形濃度変換を行う参照テーブルの一例を示した図The figure which showed an example of the reference table which performs nonlinear density conversion 本発明の第4の実施形態における画像成分分離処理等の流れを示すフローチャートThe flowchart which shows the flow of the image component separation process etc. in the 4th Embodiment of this invention. 高エネルギー画像に対する非線形濃度変換による、被検体の厚さとX線露光量(対数)との関係の変化を表した図Diagram showing change in relationship between subject thickness and X-ray exposure (logarithm) by nonlinear density conversion for high energy images 非線形濃度変換を行う参照テーブルの他の一例を示した図The figure which showed another example of the reference table which performs nonlinear density conversion 1ショット法で得られた放射線画像について、被検体の厚さとX線露光量(対数)との関係を表した図A diagram showing the relationship between the thickness of the subject and the X-ray exposure (logarithm) for a radiographic image obtained by the one-shot method 本発明の各実施形態に対する変形例となる画像成分分離装置とその周辺の構成を模式的に示したブロック図The block diagram which showed typically the structure of the image component separation device used as the modification with respect to each embodiment of this invention, and its periphery 本発明の各実施形態に対する他の変形例となる画像成分分離装置とその周辺の構成を模式的に示したブロック図The block diagram which showed typically the structure of the image component separation device used as the other modification with respect to each embodiment of this invention, and its periphery 本発明の各実施形態に対するさらなる変形例となる画像成分分離装置とその周辺の構成を模式的に示したブロック図The block diagram which showed typically the structure of the image component separation device used as the further modification with respect to each embodiment of this invention, and its periphery

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に、本発明の実施形態となる画像成分分離装置が導入された医療情報システムの概略構成を示す。図に示すように、このシステムは、医用画像の撮影装置(モダリティ)1、画像品質チェック用ワークステーション(QA−WS)2、読影ワークステーション3(3a、3b)、画像情報管理サーバ4、画像情報データベース5が、ネットワーク19を介して互いに通信可能な状態で接続されて構成されている。各種データベースを除く各機器は、CD−ROM等の記録媒体からインストールされたプログラムによって制御される。また、プログラムは、インターネット等のネットワーク経由で接続されたサーバからダウンロードされた後にインストールされたものであってもよい。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a medical information system in which an image component separation device according to an embodiment of the present invention is introduced. As shown in the figure, this system includes a medical image photographing device (modality) 1, an image quality check workstation (QA-WS) 2, an image interpretation workstation 3 (3a, 3b), an image information management server 4, an image. The information database 5 is configured to be connected in a communicable state via the network 19. Each device except for various databases is controlled by a program installed from a recording medium such as a CD-ROM. The program may be installed after being downloaded from a server connected via a network such as the Internet.

モダリティ1には、被検体の検査対象部位を撮影することにより、その部位を表した画像の画像データを生成し、その画像データにDICOM規格で規定された付帯情報を付加して、画像情報として出力する装置が含まれる。付帯情報は、そのモダリティ等のメーカー独自の規格のものであってもよい。本実施形態では、X線撮影装置で撮影され、DR装置やCR装置でデジタル画像データ化された画像情報が用いられる。DR装置は、X線発生装置とX線検出器とからなり、X線発生装置において、X線高電圧発生器によって印加された管電圧でX線管からX線を曝射し、被検体を透過したX線をフラットパネル型の検出器(Flat Panel Detector: FPD)で検出して電荷に変換して蓄積し、デジタル画像データに変換するものである。CR装置は、X線撮影装置と画像読取装置とからなり、X線撮影装置は、被検体の放射線画像情報を、シート状の蓄積性蛍光体層を備えてなる蓄積性蛍光体シートIPに記録するものであり、画像読取装置は、X線撮影装置によって記録された蓄積性蛍光体シートIPにレーザ光等の励起光を走査して輝尽発光光を生じさせ、得られた輝尽発光光を光電的に読み取ってアナログ画像信号を取得し、このアナログ画像信号を対数変換後、デジタル化してデジタル画像データを生成するものである。なお、本発明の実施形態において、複数ショット法で形成された画像を用いる場合には、DR装置を用いることが好ましい。モダリティの他の具体例としては、CT(Computed Tomography)、MRI(Magnetic Resonance Imaging)、PET(Positron Emission Tomography)、超音波撮影装置などが挙げられる。また、造影剤の選択的な集積状態をX線撮影装置等により撮影することも行われる。なお、以下では、被写体を表す画像データと画像データの付帯情報の組を「画像情報」と称することとする。すなわち「画像情報」の中には画像に係るテキスト情報も含まれる。   In the modality 1, image data of an image representing the part is generated by imaging the examination target part of the subject, and incidental information defined by the DICOM standard is added to the image data to obtain image information. Includes output device. The incidental information may be a manufacturer-specific standard such as the modality. In the present embodiment, image information captured by an X-ray imaging apparatus and converted into digital image data by a DR apparatus or CR apparatus is used. The DR device is composed of an X-ray generator and an X-ray detector. In the X-ray generator, X-rays are emitted from the X-ray tube with the tube voltage applied by the X-ray high voltage generator, and the subject is exposed. The transmitted X-rays are detected by a flat panel detector (FPD), converted into electric charges, accumulated, and converted into digital image data. The CR apparatus includes an X-ray imaging apparatus and an image reading apparatus. The X-ray imaging apparatus records radiation image information of a subject on a stimulable phosphor sheet IP including a sheet-like stimulable phosphor layer. The image reading apparatus scans the stimulable phosphor sheet IP recorded by the X-ray imaging apparatus with excitation light such as laser light to generate stimulated emission light, and the obtained stimulated emission light. Is read photoelectrically to obtain an analog image signal, and the analog image signal is logarithmically converted and digitized to generate digital image data. In the embodiment of the present invention, when an image formed by a multiple shot method is used, it is preferable to use a DR apparatus. Other specific examples of modalities include CT (Computed Tomography), MRI (Magnetic Resonance Imaging), PET (Positron Emission Tomography), and an ultrasonic imaging apparatus. Further, the selective accumulation state of the contrast agent is imaged by an X-ray imaging apparatus or the like. Hereinafter, a set of image data representing a subject and accompanying information of the image data is referred to as “image information”. That is, the “image information” includes text information related to the image.

QA−WS2は、汎用の処理装置(コンピュータ)と1台または2台の高精細ディスプレイとキーボード・マウスなどの入力機器により構成される。処理装置には、検査技師の作業を支援するためのソフトウェアが組み込まれている。QA−WS2は、そのソフトウェアプログラムの実行によって実現される機能により、モダリティ1からDICOMに準拠した画像情報を受信し、規格化処理(EDR処理)や画像の品質を調整するための処理を行い、処理後の画像情報に含まれる画像データと付帯情報の内容を画面に表示することで検査技師に確認を促す。そして、検査技師による確認が済んだ画像情報を、ネットワーク19を介して画像情報管理サーバ4に転送し、その画像情報の画像情報データベース5への登録を要求する。   The QA-WS 2 includes a general-purpose processing device (computer), one or two high-definition displays, and input devices such as a keyboard and a mouse. The processing apparatus incorporates software for supporting the work of the laboratory technician. QA-WS2 receives image information in conformity with DICOM from modality 1 by a function realized by execution of the software program, performs standardization processing (EDR processing) and processing for adjusting image quality, The image data included in the processed image information and the contents of the incidental information are displayed on the screen to prompt the laboratory technician to confirm. Then, the image information confirmed by the inspection engineer is transferred to the image information management server 4 via the network 19, and the registration of the image information in the image information database 5 is requested.

読影ワークステーション3は、画像診断医が画像の読影や読影レポートの作成に利用する装置であり、処理装置と1台または2台の高精細ディスプレイとキーボード・マウスなどの入力機器により構成される。この装置では、画像情報管理サーバ4に対する画像の閲覧要求や、画像情報管理サーバ4から受信した画像に対する各種画像処理、画像の表示、画像中の病変らしき部分の自動検出・強調表示、読影レポートの作成の支援、読影レポートサーバ(図示なし)に対する読影レポートの登録要求や閲覧要求、読影レポートサーバから受信した読影レポートの表示等が行われる。本発明の画像成分分離装置は、この読影ワークステーション3に実装されている。なお、本発明の画像成分分離処理や、その他の各種画像処理や病変候補の自動検出・強調処理等の画質・視認性改善処理や画像解析処理を読影ワークステーション3で行わず、別途画像処理サーバ(図示なし)をネットワーク19に接続しておき、読影ワークステーション3からの当該処理の要求に応じて、画像処理サーバが行うようにしてもよい。   The interpretation workstation 3 is an apparatus used by an image diagnostician for interpretation of an image and creation of an interpretation report, and includes a processing apparatus, one or two high-definition displays, and input devices such as a keyboard and a mouse. In this apparatus, an image browsing request to the image information management server 4, various image processing for the image received from the image information management server 4, image display, automatic detection / highlight display of a portion that appears to be a lesion in the image, interpretation report The creation support, the interpretation report registration request and browsing request to the interpretation report server (not shown), the display of the interpretation report received from the interpretation report server, and the like are performed. The image component separation device of the present invention is mounted on the interpretation workstation 3. The image interpretation / separation processing 3 does not perform image quality / visibility improvement processing and image analysis processing such as image component separation processing of the present invention, other various image processing, automatic detection / enhancement of lesion candidates, and the like. (Not shown) may be connected to the network 19 and performed by the image processing server in response to the processing request from the interpretation workstation 3.

画像情報管理サーバ4は、汎用の比較的処理能力の高いコンピュータにデータベース管理システム(DataBase Management System: DBMS)の機能を提供するソフトウェアプログラムを組み込んだものである。画像情報管理サーバ4は画像情報データベース5が構成される大容量ストレージを備えている。このストレージは、画像情報管理サーバ4とデータバスによって接続された大容量のハードディスク装置であってもよいし、ネットワーク19に接続されているNAS(Network Attached Storage)やSAN(Storage Area Network)に接続されたディスク装置であってもよい。   The image information management server 4 is a general-purpose computer having a relatively high processing capability and incorporating a software program that provides a function of a database management system (DBMS). The image information management server 4 includes a large-capacity storage in which the image information database 5 is configured. This storage may be a large-capacity hard disk device connected to the image information management server 4 via a data bus, or connected to a NAS (Network Attached Storage) or SAN (Storage Area Network) connected to the network 19. It may be a disc device.

画像情報データベース5には、被写体画像を表す画像データと付帯情報とが登録される。付帯情報には、例えば、個々の画像を識別するための画像ID、被写体を識別するための患者ID、検査を識別するための検査ID、画像情報ごとに割り振られるユニークなID(UID)、その画像情報が生成された検査日、検査時刻、その画像情報を取得するための検査で使用されたモダリティの種類、患者氏名、年齢、性別などの患者情報、検査部位(撮影部位)、撮影情報(管電圧・蓄積性蛍光体シートと付加フィルタの構成等の撮影条件、撮影プロトコル、撮影シーケンス、撮像手法、造影剤の使用有無や注入後の経過時間/使用された色素、放射線核種、放射線量など)、1回の検査で複数の画像を取得したときのシリーズ番号あるいは採取番号などの情報が含まれうる。画像情報は、例えばXMLやSGMLデータとして管理されうる。   In the image information database 5, image data representing a subject image and incidental information are registered. The accompanying information includes, for example, an image ID for identifying individual images, a patient ID for identifying a subject, an examination ID for identifying examinations, a unique ID (UID) assigned to each piece of image information, Examination date when the image information was generated, examination time, type of modality used in the examination to obtain the image information, patient information such as patient name, age, gender, examination site (imaging site), imaging information ( Imaging conditions such as the configuration of tube voltage / accumulating phosphor sheet and additional filter, imaging protocol, imaging sequence, imaging method, presence / absence of contrast agent, elapsed time after injection / used dye, radionuclide, radiation dose, etc. ) Information such as a series number or a collection number when a plurality of images are acquired in one inspection can be included. Image information can be managed as, for example, XML or SGML data.

画像情報管理サーバ4は、QA−WS2からの画像情報の登録要求を受け付けると、その画像情報をデータベース用のフォーマットに整えて画像情報データベース5に登録する。   When the image information management server 4 receives a registration request for image information from the QA-WS 2, the image information management server 4 arranges the image information in a database format and registers it in the image information database 5.

また、画像管理サーバ4は、読影ワークステーション3からの閲覧要求をネットワーク19経由で受信すると、上記画像情報データベース5に登録されている画像情報を検索し、抽出された画像情報を要求元の読影ワークステーション3に送信する。   When the image management server 4 receives a browsing request from the image interpretation workstation 3 via the network 19, the image management server 4 searches the image information registered in the image information database 5 and uses the extracted image information as the request source image interpretation. Sent to workstation 3

読影ワークステーション3は、画像診断医等のユーザによって読影対象画像の閲覧を要求する操作が行われると、画像管理サーバ8に対して閲覧要求を送信し、読影に必要な画像情報を取得する。そして、その画像情報をモニタ画面に表示し、画像診断医からの要求に応じて病変の自動検出処理などを実行する。   When an operation for requesting browsing of an image to be interpreted is performed by a user such as an image diagnostician or the like, the interpretation workstation 3 transmits a browsing request to the image management server 8 and acquires image information necessary for interpretation. Then, the image information is displayed on the monitor screen, and an automatic lesion detection process is executed in response to a request from the image diagnostician.

ネットワーク19は病院内の各種装置を接続するローカルエリアネットワークである。但し、読影ワークステーション3が他の病院あるいは診療所にも設置されている場合には、ネットワーク19は、各病院のローカルエリアネットワーク同士をインターネットもしくは専用回線で接続した構成としてもよい。いずれの場合にも、ネットワーク9は光ネットワークなど画像情報の高速転送を実現できるものとすることが望ましい。   The network 19 is a local area network that connects various apparatuses in the hospital. However, when the image interpretation workstation 3 is also installed in another hospital or clinic, the network 19 may be configured by connecting local area networks of each hospital via the Internet or a dedicated line. In any case, it is desirable that the network 9 can realize high-speed transfer of image information such as an optical network.

以下、本発明の第1の実施形態となる画像成分分離装置の機能およびその周辺機能の詳細について説明する。図2は、この装置の構成とデータの流れを模式的に示したブロック図である。図に示したように、この装置は、中周波成分抽出部21、独立成分分析処理部22、成分画像生成部23から構成される。   Hereinafter, the function of the image component separation device according to the first embodiment of the present invention and the details of the peripheral functions will be described. FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of the apparatus and the data flow. As shown in the figure, this apparatus includes an intermediate frequency component extraction unit 21, an independent component analysis processing unit 22, and a component image generation unit 23.

中周波成分抽出部21は、画像のピクセルピッチ(読み取り密度)に応じて、人体の骨の太さに対応した空間周波数成分が抽出されるように調整されたフィルタ等を用いて、入力された放射線画像(E1、E2)の各々から、人体の骨の太さに対応する空間周波数帯域を含む中周波数帯域の画像成分(EM1、EM2)を抽出する。具体的には、骨の太さに対応する空間周波数成分より高い空間周波数成分をカットする第1のフィルタにより第1のボケ画像を作成し、骨の太さに対応する空間周波数成分およびそれより高い空間周波数成分をカットする第2のフィルタにより第2のボケ画像2を作成し、第1のボケ画像から第2のボケ画像を減算することによって、中周波数帯域の画像成分(EM1、EM2)を得ることができる。また、骨の太さに対応する空間周波数成分より高い空間周波数成分とより低い空間周波数成分とをカットするフィルタを用いて、中周波数帯域の画像成分(EM1、EM2)を得てもよいし、多重解像度分解を用いて、入力画像をダウンサンプリングして中解像度画像を取得し、中解像度画像をさらにダウンサンプリングして低解像度画像を取得し、この低解像度画像をアップサンプリングし、アップサンプリングされた低解像度画像と、中解像度画像の差分を求めることによって、中周波帯域画像(EM1、EM2)を抽出してもよい。なお、上記ダウンサンプリングは、σ=1のガウシアンローパスフィルタと入力画像の1/2間引きとを行うものであり、上記アップサンプリングは3次Bスプライン補間を利用して行うものである。 The medium frequency component extraction unit 21 is input using a filter or the like adjusted so that a spatial frequency component corresponding to the thickness of the human bone is extracted according to the pixel pitch (reading density) of the image. From each of the radiation images (E 1 , E 2 ), image components (EM 1 , EM 2 ) in the middle frequency band including the spatial frequency band corresponding to the thickness of the human bone are extracted. Specifically, a first blurred image is created by a first filter that cuts a spatial frequency component higher than the spatial frequency component corresponding to the thickness of the bone, and the spatial frequency component corresponding to the thickness of the bone and from A second blurred image 2 is generated by a second filter that cuts a high spatial frequency component, and the second blurred image is subtracted from the first blurred image, thereby obtaining an image component (EM 1 , EM 2 ) can get. Further, an image component (EM 1 , EM 2 ) in the middle frequency band may be obtained by using a filter that cuts a spatial frequency component higher and lower than the spatial frequency component corresponding to the bone thickness. Using multi-resolution decomposition, the input image is down-sampled to obtain a medium-resolution image, the medium-resolution image is further down-sampled to obtain a low-resolution image, and the low-resolution image is up-sampled and up-sampled. An intermediate frequency band image (EM 1 , EM 2 ) may be extracted by obtaining a difference between the low resolution image and the medium resolution image. The downsampling is performed by performing a Gaussian low-pass filter with σ = 1 and 1/2 decimation of the input image, and the upsampling is performed using cubic B-spline interpolation.

独立成分分析処理部22は、入力された2つの画像データを観測信号として独立成分分析を行い、画像中の軟部成分と骨成分とを独立成分として分離するための分離係数を算出する。本実施形態では、不動点法を用いて負のエントロピーを最大化するように独立成分を推定するFast ICAアルゴリズムを用いた例を説明する。   The independent component analysis processing unit 22 performs independent component analysis using the two input image data as observation signals, and calculates a separation coefficient for separating the soft part component and the bone component in the image as independent components. In this embodiment, an example using the Fast ICA algorithm that estimates an independent component so as to maximize negative entropy using the fixed point method will be described.

入力された2つの画像データの相対応する画素の画素値をx1,x2とし、分離対象の軟部成分と骨成分を表す画像成分を各々y1、y2とし、各画像成分に対する混合係数をa11,a12,a21,a22とすると、x1,x2は、次式(9)(10)のように表すことができる。
The pixel values of the corresponding pixels of the two input image data are x 1 and x 2 , the image components representing the soft part component and the bone component to be separated are y 1 and y 2 , respectively, and the mixing coefficient for each image component Are a 11 , a 12 , a 21 , and a 22 , x 1 and x 2 can be expressed as the following equations (9) and (10).

式(9)(10)を
Equations (9) and (10)

として整理すると、次式(11)のようになる。
The following formula (11) is obtained.

したがって、行列Aの逆行列をWとすると、次式(12)のようになる。
Therefore, when the inverse matrix of the matrix A is W, the following equation (12) is obtained.

このような前提の下で、まず、以下のようにして観測信号を無相関化する前処理を行う。
Under such assumption, first, preprocessing for decorrelating the observation signal is performed as follows.

次に、分離係数を表す行列Wの成分を構成する2つの荷重ベクトルw1、w2の適当な初期値を例えば乱数を用いて決定する。ここで、それぞれのノルムは1となるように規格化しておく。なお、W=(w1,w2)Tである。
さらに、次の(a)と(b)を、収束するまで繰り返す。ここで、収束とは、w1、w2の各々について、更新前後のベクトルの方向がほぼ同じになる、すなわち、更新されるwiの値の変化が十分に小さくなることを意味する。
(a)i=1,2について、次式(14)に従ってwiを更新する。
Next, appropriate initial values of the two load vectors w 1 and w 2 constituting the components of the matrix W representing the separation coefficient are determined using, for example, random numbers. Here, each norm is normalized so as to be 1. Note that W = (w 1 , w 2 ) T.
Further, the following (a) and (b) are repeated until convergence. Here, convergence means that for each of w 1 and w 2 , the direction of the vector before and after the update is substantially the same, that is, the change in the value of w i to be updated is sufficiently small.
(A) For i = 1, 2, wi is updated according to the following equation (14).

(b)次式(15)のように、Wの要素(w1,w2)が互いに直交するようにWを更新する。
(B) As shown in the following equation (15), W is updated so that the elements (w 1 , w 2 ) of W are orthogonal to each other.

なお、上記の手順によって推定された行列Wを用いて、次式(16)により、独立成分Yが推定される。
The independent component Y is estimated by the following equation (16) using the matrix W estimated by the above procedure.

以上の処理の詳細については、ビバリネン・アーポ〈Hyv¨arinen,Aapo〉、カルーネン・ユハ〈Karhunen,Juha〉、オヤ・エルキ〈Oja,Erkki〉著、根本 幾、川勝 真喜訳、「詳解 独立成分分析―信号解析の新しい世界」(原書名:Independent Component Analysis)、東京電機大学出版局、2005年2月等に開示されている。   For details of the above processing, see Bibarinen Apo <Hyv. Arrinen, Aapo>, Karhunen Yuha <Karhunen, Juha>, Oya Elki <Oja, Erkki>, Iku Nemoto, Maki Kawakatsu, "Detailed Independent Component Analysis" -New world of signal analysis "(original title: Independent Component Analysis), Tokyo Denki University Press, February 2005, etc.

成分画像生成部23は、入力された分離係数を重みづけ係数として用いて、入力された2つの画像の相対応する画素毎に重みづけ総和を算出することによって軟部成分、骨成分を表す2つの成分画像を生成する。すなわち、入力された分離係数を、すべての空間周波数帯域に対して適用し、軟部画像と骨部画像を生成する。   The component image generation unit 23 uses the input separation coefficient as a weighting coefficient and calculates a weighted sum for each corresponding pixel of the two input images, thereby representing two soft part components and bone components. Generate component images. That is, the input separation coefficient is applied to all the spatial frequency bands to generate a soft part image and a bone part image.

なお、画像間の相対応する画素については、各画像中のマーカーや胸郭等の構造物を検出し、検出された構造物を基準とする公知の線形・非線形の変換によって画像間の位置合わせを行うことによって特定してもよいし、被検者の呼吸のタイミングを指示する指示部を有するX線撮影装置(例えば、特開2005-012248号公報参照)を用いて撮影を行い、3つの画像における呼吸相を一致させることによって画像間の位置合わせを不要にし、単純に座標が一致する画素としてもよい。   For pixels corresponding to each other between images, a marker or a structure such as a rib cage in each image is detected, and alignment between the images is performed by a known linear / nonlinear conversion based on the detected structure. It may be specified by performing, or imaging is performed using an X-ray imaging apparatus (for example, see Japanese Patent Laid-Open No. 2005-012248) having an instruction unit for instructing the timing of breathing of a subject, and three images By aligning the respiratory phases in, it is possible to eliminate the need for alignment between images and simply set the pixels to coincide with each other.

次に、図3のフローチャート、および、図2のブロック図を用いて、本発明の第1の実施形態となる画像成分分離処理を利用した画像読影のワークフローとその際のデータの流れについて説明する。   Next, the image interpretation workflow using the image component separation process according to the first embodiment of the present invention and the data flow at that time will be described with reference to the flowchart of FIG. 3 and the block diagram of FIG. .

まず、画像診断医は、この医療情報システムへのアクセスのためのユーザID・パスワード、指紋等の生体情報等によるユーザ認証を読影ワークステーション3で行う(#1)。   First, the image diagnostician performs user authentication on the interpretation workstation 3 using a user ID / password for accessing the medical information system, biometric information such as a fingerprint (# 1).

ユーザ認証に成功すると、オーダリングシステムによって発行された画像診断オーダに基づく検査(読影)対象画像リストがディスプレイに表示される。画像診断医は、マウス等の入力機器を用いて検査対象画像リストから読影対象の画像E1、E2を含む検査(画像診断)を選択する。読影ワークステーション3は、選択された画像E1、E2の画像IDを検索キーとする画像情報管理サーバ4への閲覧要求を行い、この要求を受信した画像情報管理サーバ4が画像情報データベース5に対する検索を行って、読影対象画像E1、E2、の画像ファイル(便宜上、画像と同じ符号Eで表す)を取得し、要求を送信した読影ワークステーション3にそれらの画像ファイルE1、E2を送信する。読影ワークステーション3は、それらの画像ファイルE1、E2を受信する(#2)。 When the user authentication is successful, an examination (interpretation) target image list based on the image diagnosis order issued by the ordering system is displayed on the display. The image diagnostician selects an examination (image diagnosis) including the images E 1 and E 2 to be interpreted from the examination image list using an input device such as a mouse. The image interpretation workstation 3 makes a browsing request to the image information management server 4 using the image IDs of the selected images E 1 and E 2 as search keys, and the image information management server 4 that has received this request receives the image information database 5. To obtain the image files of the interpretation target images E 1 and E 2 (represented by the same symbol E as the image for convenience), and to the interpretation workstation 3 that transmitted the request, the image files E 1 and E 2. Send 2 The interpretation workstation 3 receives these image files E 1 and E 2 (# 2).

さらに、読影ワークステーション3は、画像診断オーダの内容を解析し、受信した画像E1、E2から軟部・骨の各成分を分離した成分画像S,Bを生成する処理、すなわち、読影ワークステーション3を本発明による画像成分分離装置として機能させるプログラムを起動させる。 Further, the interpretation workstation 3 analyzes the contents of the diagnostic imaging order and generates component images S and B in which the soft part and bone components are separated from the received images E 1 and E 2 , that is, the interpretation workstation. 3 is started up so as to function as an image component separation apparatus according to the present invention.

起動されたプログラムにより、中周波成分抽出部21が、入力された放射線画像E1、E2の各々の中周波数帯域の画像成分EM1、EM2を抽出し(#3)、独立成分分析処理部22が、入力された2つの中周波帯域画像EM1、EM2を観測信号として独立成分分析を行い、画像中の軟部成分と骨成分とを独立成分として分離するための分離係数Wを算出し(#4)、成分画像生成部23が、分離係数Wを重みづけ係数として用いて、もとの2つの放射線画像E1,E2の相対応する画素毎に重みづけ総和を算出することによって軟部成分、骨成分を表す2つの成分画像S,Bを生成する(#5)。 The medium frequency component extraction unit 21 extracts the image components EM 1 and EM 2 of each of the input radiation images E 1 and E 2 by the started program (# 3), and independent component analysis processing The unit 22 performs independent component analysis using the two input intermediate frequency band images EM 1 and EM 2 as observation signals, and calculates a separation coefficient W for separating the soft part component and the bone component in the image as independent components. (# 4), and the component image generation unit 23 calculates the weighted sum for each corresponding pixel of the original two radiation images E 1 and E 2 using the separation coefficient W as the weighting coefficient. To generate two component images S and B representing the soft part component and the bone component (# 5).

生成された各成分画像S,Bは、読影ワークステーション3のディスプレイに表示され、画像診断医の読影に供される。   The generated component images S and B are displayed on the display of the interpretation workstation 3 and are used for interpretation by an image diagnostician.

このように、本発明の第1の実施形態となる画像成分分離装置を含む医療情報システムでは、中周波成分抽出部21が、入力された放射線画像E1,E2から、人体の骨の太さに対応する空間周波数帯域を含む中周波帯域の画像成分EM1、EM2を抽出するので、もとの画像E1,E2の骨部成分がほとんど存在しない低周波帯域(人体の骨の太さよりも太い構造物に対応する空間周波数帯域)とノイズが支配的な高周波帯域とが、独立成分分析処理部22に対する入力データから除外され、骨成分と軟部成分が多く存在する中周波帯域の画像成分EM1、EM2のみに対して独立成分分析が行われるので、ノイズの影響を受けにくくなり、分離係数Wを求める処理のロバスト性が高くなり、軟部成分Sと骨部成分Bをより高い精度で分離することが可能になる。 As described above, in the medical information system including the image component separation device according to the first embodiment of the present invention, the medium frequency component extraction unit 21 calculates the thickness of the bones of the human body from the input radiation images E 1 and E 2. Since the image components EM 1 and EM 2 in the medium frequency band including the spatial frequency band corresponding to the height are extracted, the low frequency band (the bones of the human body) where the bone components of the original images E 1 and E 2 are hardly present. The spatial frequency band corresponding to a structure thicker than the thickness) and the high-frequency band in which noise is dominant are excluded from the input data to the independent component analysis processing unit 22, and the medium-frequency band in which many bone components and soft-part components exist. Since independent component analysis is performed only on the image components EM 1 and EM 2 , it is less susceptible to noise, the robustness of the processing for obtaining the separation coefficient W is increased, and the soft component S and the bone component B are more Can be separated with high accuracy become.

図4は、本発明の第2の実施形態となる画像成分分離装置の構成とデータの流れを模式的に示したブロック図である。図に示したように、この装置は、部分集合分類部24、独立成分分析処理部22、成分画像生成部23から構成される。   FIG. 4 is a block diagram schematically showing the configuration and data flow of the image component separation device according to the second embodiment of the present invention. As shown in the figure, this apparatus includes a subset classification unit 24, an independent component analysis processing unit 22, and a component image generation unit 23.

部分集合分類部24は、入力された2つの放射線画像の各画素における放射線量の対数値の差の値に基づいて、入力された放射線画像毎に各画素を複数の部分集合に分類する。   The subset classification unit 24 classifies each pixel into a plurality of subsets for each input radiation image, based on the difference between the logarithmic values of the radiation dose at each pixel of the two input radiation images.

前述のとおり、現実の放射線画像ではビームハードニングの影響によって、被写体厚が厚いところほど、軟部や骨部の減弱係数が小さくなるため、線形の独立成分分析における1つの観測信号において、異なる混合係数で成分信号が混合されていることになり、異なる混合係数で混合された成分信号の部分集合は、独立成分の推定の際に互いにノイズとなってしまう。   As described above, in an actual radiographic image, the attenuation coefficient of the soft part and the bone part decreases as the subject thickness increases due to the effect of beam hardening. Therefore, different mixing coefficients are obtained for one observation signal in linear independent component analysis. In this case, the component signals are mixed together, and the subsets of the component signals mixed with different mixing coefficients become noises when the independent components are estimated.

一方、減弱係数は入力となる2つの放射線画像の対数線量差、すなわち、相対応する画素の画素値の差に依存することが知られている(特許文献1参照)。図5(a)は軟部の減弱係数aと対数線量差E1-2との関係を表したものであり、図5(b)は骨部の減弱係数bと対数線量差E1-2との関係を表したものである。なお、これらの関係は実験的に得られたものである。 On the other hand, it is known that the attenuation coefficient depends on a logarithmic dose difference between two input radiation images, that is, a difference in pixel values of corresponding pixels (see Patent Document 1). FIG. 5A shows the relationship between the attenuation coefficient a of the soft part and the logarithmic dose difference E1-2, and FIG. 5B shows the attenuation coefficient b of the bone part and the logarithmic dose difference E1-2 . This represents the relationship. These relationships have been obtained experimentally.

そこで、部分集合分類部24は、入力された2つの放射線画像の相対応する画素の画素値の差を算出し、算出された差についてヒストグラム解析を行い、入力された放射線画像の各々を複数の部分集合に分割する。ここで、2つの放射線画像の部分集合間でも、相対応する画素の対応関係に基づく対応関係が保持されることになる。   Therefore, the subset classification unit 24 calculates a difference between pixel values of corresponding pixels of the two input radiographic images, performs a histogram analysis on the calculated difference, and inputs each of the input radiographic images to a plurality of radiographic images. Divide into subsets. Here, the correspondence relationship based on the correspondence relationship between the corresponding pixels is also maintained between the subsets of the two radiation images.

なお、部分集合への分割の基準には、上述の画素値の差ではなく、画素値の比を用いてもよいし、入力された放射線画像のうちのいずれか一方の画像の画素値をそのまま用いてもよい。   Note that a pixel value ratio may be used instead of the above-described pixel value difference as a reference for division into subsets, or the pixel value of one of the input radiation images is used as it is. It may be used.

独立成分分析処理部22、成分画像生成部23で行われる処理は第1の実施形態と同様である。   The processing performed by the independent component analysis processing unit 22 and the component image generation unit 23 is the same as that of the first embodiment.

次に、図6のフローチャート、および、図4のブロック図を用いて、本発明の第2の実施形態となる画像成分分離処理を利用した画像読影のワークフローとその際のデータの流れについて説明する。   Next, with reference to the flowchart of FIG. 6 and the block diagram of FIG. 4, an image interpretation workflow using image component separation processing according to the second embodiment of the present invention and the data flow at that time will be described. .

まず、第1の実施形態と同様に、画像診断医がユーザ認証の後(#11)、読影対象の画像E1、E2を選択・取得すると(#12)、読影ワークステーション3は、画像診断オーダの内容に基づいて、本発明の第2の実施形態となる画像成分分離装置のプログラムを起動させる。 First, as in the first embodiment, after the image diagnostician performs user authentication (# 11) and selects and acquires images E 1 and E 2 to be interpreted (# 12), the interpretation workstation 3 Based on the contents of the diagnostic order, the program of the image component separation device according to the second embodiment of the present invention is started.

起動されたプログラムにより、部分集合分類部24は、入力された放射線画像E1、E2を、両画像の相対応する画素における画素値の差に基づいて複数の部分集合E1i,E2i(i=1,2,・・・)に分類する(#13)。 According to the started program, the subset classification unit 24 converts the input radiation images E 1 and E 2 into a plurality of subsets E 1i and E 2i (based on the difference in pixel values in the corresponding pixels of both images. i = 1, 2,...) (# 13).

独立成分分析処理部22は、相対応する2つの部分集合E1i,E2i毎に独立成分分析を行って、分離係数Wiを算出する。すなわち、まず、添え字iに1を設定し(#14)、部分集合E11,E21を入力とする独立成分分析を行い、部分集合E11,E21に対する分離係数W1を算出する(#15)。そして、添え字iを1加算し(#16)、添え字iが最大値IMAX、すなわち部分集合の総数を超えていなければ(#17;NO)、次の部分集合E12,E22について分離係数W2を算出する。同様に、添え字iが最大値IMAXを超えるまで、添え字iの加算(#16)、部分集合E1i,E2iから分離係数Wiを算出する処理(#15)を繰り返し行う。 The independent component analysis processing unit 22 performs independent component analysis for each of the two corresponding subsets E 1i and E 2i to calculate the separation coefficient W i . That is, first, the subscript i is set to 1 (# 14), independent component analysis is performed using the subsets E 11 and E 21 as inputs, and the separation coefficient W 1 for the subsets E 11 and E 21 is calculated ( # 15). Then, 1 is added to the subscript i (# 16), and if the subscript i does not exceed the maximum value I MAX , that is, the total number of subsets (# 17; NO), the next subsets E 12 and E 22 A separation factor W 2 is calculated. Similarly, until the index i exceeds the maximum value I MAX, the addition of the suffix i (# 16), repeats the subsets E 1i, processing for calculating the separation factors W i from E 2i (# 15).

添え字iが最大値IMAXを超えたら(#17;YES)、成分画像生成部23は、相対応する部分集合E1i,E2i毎に、対応する分離係数Wiを用いて、相対応する画素毎に重みづけ総和を算出する。これにより、軟部成分、骨成分を表す2つの成分画像S,Bが生成される(#18)。 When the subscript i exceeds the maximum value I MAX (# 17; YES), the component image generation unit 23 uses the corresponding separation coefficient W i for each of the corresponding subsets E 1i and E 2i to correspond to each other. A weighted sum is calculated for each pixel. As a result, two component images S and B representing the soft part component and the bone component are generated (# 18).

生成された各成分画像S,Bは、読影ワークステーション3のディスプレイに表示され、画像診断医の読影に供される。   The generated component images S and B are displayed on the display of the interpretation workstation 3 and are used for interpretation by an image diagnostician.

このように、本発明の第2の実施形態となる画像成分分離装置を含む医療情報システムでは、部分集合分類部24が、入力された2つの放射線画像E1,E2の相対応する画素の画素値の差に基づいて、放射線画像E1,E2毎に各画素を複数の部分集合E1i,E2i(i=1,2,・・・)に分類し、独立成分分析処理部22が、分類された部分集合E1i,E2i毎に独立成分分析を行い、得られた分離係数Wiを用いて、成分画像生成部23が、部分集合E1i,E2i毎に放射線画像の重みづけ総和を求めることによって、軟部成分と骨部成分を表す成分画像S,Bを生成するので、放射線画像特有のビームハードニングの影響を回避し、分離対象の画像成分をより高い精度で分離することが可能になる。 As described above, in the medical information system including the image component separation device according to the second embodiment of the present invention, the subset classifying unit 24 calculates the corresponding pixels of the two input radiation images E 1 and E 2 . Based on the difference in pixel value, each pixel is classified into a plurality of subsets E 1i , E 2i (i = 1, 2,...) For each of the radiation images E 1 and E 2 , and the independent component analysis processing unit 22. However, independent component analysis is performed for each of the classified subsets E 1i and E 2i , and using the obtained separation coefficient W i , the component image generation unit 23 generates a radiographic image for each of the subsets E 1i and E 2i. By calculating the weighted sum, component images S and B representing the soft part component and the bone part component are generated, so that the influence of beam hardening unique to the radiographic image is avoided and the image component to be separated is separated with higher accuracy. It becomes possible to do.

なお、本実施形態において、部分集合分類部24が、各画像E1、E2から1つの部分集合E11,E21のみを抽出し、独立成分分析処理部22が、その部分集合E11,E21に対して独立成分分析を行うことによって分離係数W1を求め、その分離係数W1を画像全体に適用してもよい。 In the present embodiment, the subset classification unit 24 extracts only one subset E 11 , E 21 from the images E 1 , E 2 , and the independent component analysis processing unit 22 performs the subset E 11 , The separation coefficient W 1 may be obtained by performing an independent component analysis on E 21 , and the separation coefficient W 1 may be applied to the entire image.

図7は、本発明の第3の実施形態となる画像成分分離装置の構成とデータの流れを模式的に示したブロック図である。図に示したように、この装置は、非線形独立成分分析処理部25、成分画像生成部23´から構成される。   FIG. 7 is a block diagram schematically showing the configuration and data flow of an image component separation device according to the third embodiment of the present invention. As shown in the figure, this apparatus includes a nonlinear independent component analysis processing unit 25 and a component image generation unit 23 ′.

非線形独立成分分析処理部25は、入力された2つの放射線画像の各々における軟部と骨部を表す画像成分の混合比率を表す混合係数を、入力された2つの放射線画像の相対応する画素の画素値の差をパラメータとして用いた所定の関数として表したモデルを用いて
非線形の独立成分分析を行い、分離係数を算出する。
The nonlinear independent component analysis processing unit 25 calculates a mixing coefficient representing a mixing ratio of image components representing the soft part and the bone part in each of the two input radiographic images, and the corresponding pixel of the two input radiographic images. A nonlinear independent component analysis is performed using a model representing a predetermined function using a value difference as a parameter, and a separation coefficient is calculated.

入力された2つの画像をE1,E2とし、分離対象の軟部成分と骨成分を表す画像成分を各々S、Bとし、各画像成分に対する混合係数(減弱係数)をa,b,c,dとすると、前述のとおり、次式(17)(18)の関係が成り立つ。
The two input images are E 1 and E 2 , the image components representing the soft part component and the bone component to be separated are S and B, respectively, and the mixing coefficient (attenuation coefficient) for each image component is a, b, c, Assuming that d, as described above, the following expressions (17) and (18) are satisfied.

式(17)(18)を変形して、画像E1に対応する軟部画像aSと骨部画像bBを求めると、次式(19)(20)のようになる。
If the soft part image aS and the bone part image bB corresponding to the image E 1 are obtained by transforming the expressions (17) and (18), the following expressions (19) and (20) are obtained.

一方、前述のとおり、減弱係数は入力となる2つの放射線画像の対数線量差、すなわち、相対応する画素の画素値の差に依存することが知られており(特許文献1参照)、各減弱係数を、対数線量差E1-2の関数fa、fb、fc、fdを用いて表すと、式(17)(18)は次式(21)(22)のようになる。
On the other hand, as described above, it is known that the attenuation coefficient depends on the logarithmic dose difference between two input radiation images, that is, the difference between the pixel values of the corresponding pixels (see Patent Document 1). When the coefficients are expressed using the functions f a , f b , f c , and f d of the logarithmic dose difference E 1-2 , the equations (17) and (18) become the following equations (21) and (22).

式(21)(22)は、独立成分分析における混合係数が常に一定ではないことを示しており、前述のFast ICAのような線形の独立成分分析のアルゴリズムを用いることはできない。
ここで、式(19)(20)における両画像間での軟部の減弱係数の比a/c、骨部の減弱係数の比b/dに着目し、これらの比と対数線量差E1-2との関係を実験的に求めると、各々、図8(a)(b)のようになる。
簡単のため、減弱係数の比a/c、b/dが対数線量差E1-2に対して線形であると近似し、a/c=e+fE1-2、b/d=g+hE1-2とすると、式(19)(20)は次式(23)(24)のようになる。
Equations (21) and (22) indicate that the mixing coefficient in the independent component analysis is not always constant, and a linear independent component analysis algorithm such as the above-mentioned Fast ICA cannot be used.
Here, paying attention to the ratio a / c of the soft part attenuation coefficient and the ratio b / d of the bone part attenuation coefficient between both images in the equations (19) and (20), these ratios and the log dose difference E 1− When the relationship with 2 is experimentally obtained, they are as shown in FIGS.
For simplicity, the attenuation coefficient ratios a / c and b / d are approximated to be linear with respect to the log dose difference E 1-2 , and a / c = e + fE 1-2 and b / d = g + hE 1-2 Then, the equations (19) and (20) become the following equations (23) and (24).

したがって、aSとbBの相互情報量が最小となるようにパラメータe,f,g,hを最適化することによって、2つの画像E1、E2から独立成分aS,bBを推定することができる。
aS=S´、bB=B´とすると、S´とB´の相互情報量I(S´,B´)は、次式(25)によって求めることができる。
Therefore, the independent components aS and bB can be estimated from the two images E 1 and E 2 by optimizing the parameters e, f, g, and h so that the mutual information between aS and bB is minimized. .
Assuming that aS = S ′ and bB = B ′, the mutual information amount I (S ′, B ′) between S ′ and B ′ can be obtained by the following equation (25).

ここで、Hはエントロピーを表す。P、Pは、各々、S´とB´の周辺確率分布で、PS´B´は、S´とB´の同時確率分布を表す。すなわち、P(i)は、S´がiという画素値をとる確率であり、画像データ(S´)のヒストグラムから、「iという画素値をとる画素数/画像データ(S´)の総画素数」により求められる。P(j)は、B´がjという画素値をとる確率であり、PS´B´(i,j)は、S´がiという画素値をとるとともに、B´がjという画素値をとる確率であり、P(i)と同様にして求められる。なお、PS´B´(i,j)の場合には、iとjの2つの確率変数があるので、2次元のヒストグラムとなる。 Here, H represents entropy. P S and P B are the peripheral probability distributions of S and B , respectively, and P S′B ′ represents the simultaneous probability distribution of S ′ and B ′. That is, P S ′ (i) is a probability that S ′ takes a pixel value of i, and from the histogram of the image data (S ′), “the number of pixels taking the pixel value of i / image data (S ′). It is obtained from “total number of pixels”. P B (j) is the probability that B ′ takes a pixel value of j, and P S′B ′ (i, j) is a pixel where S ′ takes a pixel value of i and B ′ is a pixel of j. This is the probability of taking a value, and is obtained in the same manner as P S ′ (i). Note that in the case of P S′B ′ (i, j), there are two random variables i and j, so that a two-dimensional histogram is obtained.

また、相互情報量I(S´,B´)を最小化するパラメータe,f,g,hの値は、例えばシンプレックス法を用いて決定することができる。   Further, the values of the parameters e, f, g, and h that minimize the mutual information I (S ′, B ′) can be determined using, for example, a simplex method.

図9は、相互情報量を計算するための、S´とB´の頻度分布の一例を表したものであり、図9(a)はパラメータe,f,g,hに初期値を設定した際の頻度分布であり、図9(b)はパラメータe,f,g,hを最適化した後の頻度分布である。一方、図10(a)は2つの変数の相互情報量の値が約0.8の場合の両変数の分布を表したものであり、図10(b)は2つの変数の相互情報量の値が0の場合の両変数の分布を表したものである。このように、相互情報量を最小化することによって、2つの変数S´とB´の相関が低くなり、両変数は、より独立性の高い成分となる。   FIG. 9 shows an example of the frequency distribution of S ′ and B ′ for calculating mutual information, and FIG. 9A sets initial values for parameters e, f, g, and h. FIG. 9B shows the frequency distribution after the parameters e, f, g, and h are optimized. On the other hand, FIG. 10A shows the distribution of both variables when the mutual information value of the two variables is about 0.8, and FIG. 10B shows the mutual information value of the two variables. It shows the distribution of both variables in the case of 0. In this way, by minimizing the mutual information amount, the correlation between the two variables S ′ and B ′ becomes low, and both variables become more independent components.

なお、減弱係数の比a/c、b/dと対数線量差E1-2との関係を線形であると近似せずに、2次関数等で近似してもよい。 The relationship between the attenuation coefficient ratios a / c and b / d and the logarithmic dose difference E 1-2 may be approximated by a quadratic function or the like without being approximated as being linear.

成分画像生成部23´は、非線形独立成分分析処理部25によって求められたパラメータe,f,g,hの値、および、入力された画像E1,E2の相対応する画素の画素値の差E1-2を、式(23)(24)に代入して、軟部画像Sおよび骨部画像Bの各画素の画素値を求める。 The component image generation unit 23 ′ calculates the values of the parameters e, f, g, h obtained by the nonlinear independent component analysis processing unit 25 and the pixel values of the corresponding pixels of the input images E 1 , E 2 . Substituting the difference E1-2 into the equations (23) and (24), the pixel values of the pixels of the soft part image S and the bone part image B are obtained.

次に、図11のフローチャート、および、図7のブロック図を用いて、本発明の第3の実施形態となる画像成分分離処理を利用した画像読影のワークフローとその際のデータの流れについて説明する。   Next, with reference to the flowchart of FIG. 11 and the block diagram of FIG. 7, the image interpretation workflow using the image component separation processing according to the third embodiment of the present invention and the data flow at that time will be described. .

まず、第1の実施形態と同様に、画像診断医がユーザ認証の後(#21)、読影対象の画像E1、E2を選択・取得すると(#22)、読影ワークステーション3は、画像診断オーダの内容に基づいて、本発明の第3の実施形態となる画像成分分離装置のプログラムを起動させる。 First, similarly to the first embodiment, when the image diagnostician selects and acquires images to be interpreted E 1 and E 2 after user authentication (# 21) (# 22), the interpretation workstation 3 Based on the contents of the diagnostic order, the program of the image component separation device according to the third embodiment of the present invention is started.

起動されたプログラムにより、非線形独立成分分析処理部25は、画像E1、E2を入力として、上記の非線形の独立成分分析を行い、分離係数W(パラメータe,f,g,h)を算出し(#23)、成分画像生成部23´は、分離係数Wおよび画像E1,E2の相対応する画素の画素値の差E1-2に基づいて、軟部画像Sおよび骨部画像Bの各画素の画素値を求めることによって、軟部成分、骨成分を表す2つの成分画像S,Bを生成する(#24)。 By the started program, the nonlinear independent component analysis processing unit 25 receives the images E 1 and E 2 as input, performs the nonlinear independent component analysis described above, and calculates the separation coefficient W (parameters e, f, g, h). However, the component image generation unit 23 ′ determines the soft part image S and the bone part image B based on the separation coefficient W and the pixel value difference E 1-2 of the corresponding pixels of the images E 1 and E 2. By calculating the pixel value of each pixel, two component images S and B representing the soft part component and the bone component are generated (# 24).

生成された各成分画像S,Bは、読影ワークステーション3のディスプレイに表示され、画像診断医の読影に供される。   The generated component images S and B are displayed on the display of the interpretation workstation 3 and are used for interpretation by an image diagnostician.

このように、本発明の第3の実施形態となる画像成分分離装置を含む医療情報システムでは、非線形独立成分分析処理部25が、入力された2つの放射線画像E1、E2の各々における軟部と骨部を表す画像成分の混合比率を表す混合係数を、入力された2つの放射線画像E1、E2の相対応する画素の画素値の差E1-2をパラメータとして用いた所定の関数として表したモデルを用いて非線形の独立成分分析を行うので、放射線画像特有のビームハードニングの影響が考慮された分離係数Wが算出され、これを用いることにより、分離対象の画像成分をより高い精度で分離することが可能になる。 As described above, in the medical information system including the image component separation device according to the third embodiment of the present invention, the nonlinear independent component analysis processing unit 25 includes the soft part in each of the two input radiation images E 1 and E 2. And a predetermined function using, as a parameter, a mixing coefficient representing a mixing ratio of image components representing a bone and a bone portion as a parameter, a pixel value difference E 1-2 of corresponding pixels of the two input radiation images E 1 and E 2 Since the nonlinear independent component analysis is performed using the model expressed as, the separation factor W is calculated in consideration of the beam hardening effect peculiar to the radiation image, and by using this, the image component to be separated is higher. It becomes possible to separate with accuracy.

図14は、本発明の第4の実施形態となる画像成分分離装置の構成とデータの流れを模式的に示したブロック図である。図に示したように、この装置は、非線形濃度変換部26、独立成分分析処理部22、成分画像生成部23から構成される。なお、本実施形態では、放射線画像E1、E2は、2ショット法、すなわち、エネルギー分布の異なる2回の放射線の曝射によって得られたものであり、画像E1の方が画像E2よりも高いエネルギー分布の放射線によって形成されたものとする。以下、画像E1を高エネルギー画像E1、画像E2を低エネルギー画像E2と呼ぶ。 FIG. 14 is a block diagram schematically showing the configuration and data flow of an image component separation device according to the fourth embodiment of the present invention. As shown in the figure, this apparatus includes a non-linear density converter 26, an independent component analysis processor 22, and a component image generator 23. In the present embodiment, the radiographic images E 1 and E 2 are obtained by the two-shot method, that is, two exposures with different energy distributions, and the image E 1 is the image E 2. It is formed by radiation having a higher energy distribution. Hereinafter, the image E 1 higher energy image E 1, the image E 2 is referred to as a low-energy image E 2.

非線形濃度変換部26は、高エネルギー画像E1に対して、放射線の減衰量がより大きい領域、すなわち、画像の濃度値がより小さい(より白い)領域のゲインを低エネルギー画像E2のゲインよりも大きくする非線形の濃度変換を行い、濃度変換後の高エネルギー画像E1´を出力する。図15はこのような濃度変換を行う参照テーブル(LUT)を模式的に表したものである。図に示したように、低濃度側の階調を立てる変換が行われる。なお、本実施形態では、低エネルギー画像E2に対しては濃度変換を行わないか、線形の濃度変換を行うことを前提としている。また、放射線画像E1、E2のどちらが高エネルギー画像であるかについては、各画像の付帯情報に含まれる管電圧等の情報を参照して判定してもよいし、予めユーザが指定するようにしてもよい。 The non-linear density conversion unit 26 sets the gain of the region where the radiation attenuation is larger than the high energy image E 1 , that is, the region where the density value of the image is smaller (whiter) than the gain of the low energy image E 2 . The non-linear density conversion is performed so that the high energy image E 1 ′ after density conversion is output. FIG. 15 schematically shows a reference table (LUT) for performing such density conversion. As shown in the figure, the conversion for setting the gradation on the low density side is performed. In the present embodiment, it is assumed that density conversion is not performed on the low energy image E 2 or linear density conversion is performed. Further, which of the radiographic images E 1 and E 2 is a high-energy image may be determined by referring to information such as tube voltage included in the incidental information of each image, or may be designated in advance by the user. It may be.

前述のとおり、2ショット法で得られた2つの放射線画像では、ビームハードニングとコンプトン散乱の影響により、高エネルギー画像E1の方が低エネルギー画像E2よりもX線露光量(対数)と被検体または被検体の各成分の厚さとの間の線形性が低いために、2つの放射線画像の各々における放射線の減衰量の比が各成分の厚さや被写体の厚さによらず一定という関係にならず、このことが後続の独立成分分析における独立成分の推定の際のノイズとして作用する。 As described above, in the two radiographic images obtained by the two-shot method, the X-ray exposure amount (logarithm) of the high energy image E 1 is higher than that of the low energy image E 2 due to the effects of beam hardening and Compton scattering. Since the linearity between the subject and the thickness of each component of the subject is low, the relationship that the ratio of radiation attenuation in each of the two radiographic images is constant regardless of the thickness of each component or the subject Instead, this acts as noise in estimating the independent component in the subsequent independent component analysis.

この非線形の濃度変換処理は、このノイズとしての作用を軽減するためのものであり、放射線画像(本実施形態では高エネルギー画像E1を利用)の画素値(濃度値)が小さい領域ほど、被検体のその領域の厚さが厚いという関係に着目し、高エネルギー画像E1に対して上記の濃度変換を行うことによって、2つの放射線画像の各々における放射線の減衰量の比が各成分の厚さや被写体の厚さによらず一定という関係に近づくように補正を行うものである。 This non-linear density conversion process is for reducing the effect as noise, and the smaller the pixel value (density value) of the radiographic image (using the high energy image E 1 in this embodiment), Paying attention to the relationship that the thickness of the region of the specimen is thick, by performing the above-described density conversion on the high-energy image E 1 , the ratio of the radiation attenuation amount in each of the two radiographic images becomes the thickness of each component. The correction is performed so as to approach a constant relationship regardless of the thickness of the subject.

なお、独立成分分析処理部22、成分画像生成部23で行われる処理は第1の実施形態と同様である。   The processing performed by the independent component analysis processing unit 22 and the component image generation unit 23 is the same as that in the first embodiment.

次に、図16のフローチャート、および、図14のブロック図を用いて、本発明の第4の実施形態となる画像成分分離処理を利用した画像読影のワークフローとその際のデータの流れについて説明する。   Next, with reference to the flowchart in FIG. 16 and the block diagram in FIG. 14, an image interpretation workflow using image component separation processing according to the fourth embodiment of the present invention and the data flow at that time will be described. .

まず、第1の実施形態と同様に、画像診断医がユーザ認証の後(#31)、読影対象の画像E1、E2を選択・取得すると(#32)、読影ワークステーション3は、画像診断オーダの内容に基づいて、本発明の第4の実施形態となる画像成分分離装置のプログラムを起動させる。 First, similarly to the first embodiment, when the image diagnostician selects and acquires images to be interpreted E 1 and E 2 after user authentication (# 31) (# 32), the interpretation workstation 3 Based on the contents of the diagnostic order, the program of the image component separation device according to the fourth embodiment of the present invention is started.

起動されたプログラムにより、非線形濃度変換部26は、入力された放射線画像E1、E2のうち高エネルギー画像E1の方を非線形濃度変換し、処理後の高エネルギー画像E1´を出力する。(#33)。 With the activated program, the nonlinear density conversion unit 26 performs nonlinear density conversion on the high energy image E 1 out of the input radiation images E 1 and E 2 , and outputs a processed high energy image E 1 ′. . (# 33).

独立成分分析処理部22は、入力された、処理後の高エネルギー画像E1´および低エネルギー画像E2を観測信号として独立成分分析を行い、画像中の軟部成分と骨成分とを独立成分として分離するための分離係数Wを算出し(#34)、成分画像生成部23が、分離係数Wを重みづけ係数として用いて、処理後の高エネルギー画像E1´および低エネルギー画像E2の相対応する画素毎に重みづけ総和を算出することによって軟部成分、骨成分を表す2つの成分画像S,Bを生成する(#35)。 The independent component analysis processing unit 22 performs independent component analysis using the input high energy image E 1 ′ and low energy image E 2 after processing as observation signals, and uses the soft part component and the bone component in the image as independent components. A separation coefficient W for separation is calculated (# 34), and the component image generation unit 23 uses the separation coefficient W as a weighting coefficient to phase the processed high energy image E 1 ′ and low energy image E 2 . By calculating a weighted sum for each corresponding pixel, two component images S and B representing a soft part component and a bone component are generated (# 35).

生成された各成分画像S,Bは、読影ワークステーション3のディスプレイに表示され、画像診断医の読影に供される。   The generated component images S and B are displayed on the display of the interpretation workstation 3 and are used for interpretation by an image diagnostician.

このように、本発明の第4の実施形態となる画像成分分離装置を含む医療情報システムでは、非線形濃度変換部26が、高エネルギー画像E1に対して、放射線の減衰量がより大きい領域、すなわち、画像の濃度値がより小さい(より白い)領域のゲインを低エネルギー画像E2のゲインよりも大きくする非線形の濃度変換を行い、独立成分分析処理部22が、処理後の高エネルギー画像E1´および低エネルギー画像E2を観測信号として独立成分分析を行って分離係数Wを算出し、成分画像生成部23が、分離係数Wを重みづけ係数として用いて軟部成分と骨部成分を表す成分画像S,Bを生成するので、放射線画像特有のビームハードニングの影響を回避し、分離対象の画像成分をより高い精度で分離することが可能になる。 Thus, in the medical information system including the image component separation device according to the fourth embodiment of the present invention, the non-linear density conversion unit 26 has a region where the radiation attenuation amount is larger than the high energy image E 1 . That is, non-linear density conversion is performed in which the gain of the area where the density value of the image is smaller (whiter) is larger than the gain of the low energy image E 2 , and the independent component analysis processing unit 22 performs the high energy image E after processing. Independent component analysis is performed using 1 ′ and the low energy image E 2 as an observation signal to calculate a separation coefficient W, and the component image generation unit 23 represents the soft part component and the bone part component using the separation coefficient W as a weighting coefficient. Since the component images S and B are generated, it is possible to avoid the influence of beam hardening peculiar to the radiographic image and to separate the image components to be separated with higher accuracy.

図17は、前述の非線形濃度変換によるX線の対数露光量(各放射線画像の濃度)と被検体の厚さの関係の変化を模式的に表したものである。図に示したように、非線形濃度変換部26による補正前(破線)は、高エネルギー画像E1におけるX線減衰量EHと低エネルギー画像E2におけるX線減衰量ELとの比が、被検体の厚さに応じて変化しているが、非線形濃度変換部26による補正後(一点鎖線)は、高エネルギー画像E1におけるX線減衰量EHと低エネルギー画像E2におけるX線減衰量ELとの比がほぼ一定となっている。 FIG. 17 schematically shows a change in the relationship between the logarithmic exposure amount of X-rays (density of each radiation image) and the thickness of the subject by the above-described nonlinear density conversion. As shown in the figure, before correction by the non-linear density converter 26 (broken line), the ratio between the X-ray attenuation E H in the high energy image E 1 and the X-ray attenuation E L in the low energy image E 2 is Although it changes according to the thickness of the subject, after correction by the non-linear density converter 26 (one-dot chain line), the X-ray attenuation E H in the high energy image E 1 and the X-ray attenuation in the low energy image E 2 The ratio with the quantity E L is almost constant.

なお、本実施形態において、非線形濃度変換部26は、低エネルギー画像E2に対して、図18に模式的に表した参照テーブルを用いて、放射線の減衰量がより大きい領域(画像の濃度値がより小さい(より白い)領域)のゲインを高エネルギー画像E1のゲインよりも小さくする(階調を寝かせる)非線形の濃度変換を行うようにしてもよい。この場合、高エネルギー画像E1に対しては、濃度変換を行わなくてもよいし、線形の濃度変換を行ってもよいし、上記の図15で示した非線形の濃度変換を行ってもよい。 In the present embodiment, the non-linear density conversion unit 26 uses the reference table schematically shown in FIG. 18 for the low energy image E 2 , and uses the reference table shown in FIG. The non-linear density conversion may be performed such that the gain in the smaller (whiter region) is smaller than the gain of the high energy image E 1 (the gradation is laid down). In this case, the density conversion may not be performed on the high energy image E 1 , the linear density conversion may be performed, or the nonlinear density conversion illustrated in FIG. 15 may be performed. .

また、本実施形態では、2ショット法で得られた2つの放射線画像を入力としているが、1ショット法で得られた放射線画像の場合には、非線形濃度変換の方向性が異なる。例えば、CR装置を用いた1ショット法として、銅板をはさんだ2枚のIPに対して放射線を1回曝射することによって各IPに形成される画像は、図19にX線の対数露光量と被検体の厚さの関係を模式的に表したように、高エネルギー画像(銅板の後)の方が低エネルギー画像(銅板の前)に比べて線形性が良くなる(図の破線が1ショット法の場合の高エネルギー画像、実線が低エネルギー画像を表す)。これは、1ショット法では、散乱線の影響は高エネルギー画像も低エネルギー画像も同程度であるのに対して、高エネルギー画像では、放射線が銅板を透過したことによって単色性がより高くなるため、ビームハードニングの影響は、低エネルギー画像の方が高エネルギー画像よりも大きくなることによることによる。   In this embodiment, two radiographic images obtained by the two-shot method are used as inputs. However, in the case of a radiographic image obtained by the one-shot method, the directionality of nonlinear density conversion is different. For example, as a one-shot method using a CR device, an image formed on each IP by exposing radiation once to two IPs sandwiching a copper plate is shown in FIG. As shown schematically in the relationship between the thickness of the subject and the object, the high energy image (after the copper plate) has better linearity than the low energy image (before the copper plate) (the broken line in the figure is 1). High energy image for shot method, solid line represents low energy image). This is because, in the one-shot method, the influence of scattered radiation is the same in both high-energy images and low-energy images, whereas in high-energy images, the monochromaticity is higher due to the transmission of radiation through the copper plate. The effect of beam hardening is due to the fact that low energy images are larger than high energy images.

そこで、1ショット法で得られた放射線画像の場合には、2ショット法の場合とは逆の濃度変換を行う必要がある。すなわち、この場合には、非線形濃度変換部26は、低エネルギー画像E2に対して、図15に模式的に表した参照テーブルを用いて、放射線の減衰量がより大きい領域、すなわち、画像の濃度値がより小さい(より白い)領域のゲインを高エネルギー画像E1のゲインよりも大きくする(階調を立てる)非線形の濃度変換を行う。これにより、低エネルギー画像E2におけるX線対数露光量は図19に一点鎖線で示したように変化し、高エネルギー画像E1におけるX線減衰量EHと低エネルギー画像E2におけるX線減衰量ELとの比が被検体の厚さによらずほぼ一定となり、2ショット法で得られた放射線画像の場合と同様に、放射線画像特有のビームハードニングの影響を回避し、分離対象の画像成分をより高い精度で分離することが可能になる。 Therefore, in the case of a radiographic image obtained by the one-shot method, it is necessary to perform density conversion opposite to that in the case of the two-shot method. That is, in this case, the non-linear density conversion unit 26 uses the reference table schematically shown in FIG. 15 for the low energy image E 2 , that is, a region where the radiation attenuation is larger, that is, the image Non-linear density conversion is performed in which the gain of a region having a smaller density value (whiter) is made larger than the gain of the high energy image E 1 (gradation is set). As a result, the X-ray logarithmic exposure amount in the low energy image E 2 changes as shown by the one-dot chain line in FIG. 19, and the X-ray attenuation amount E H in the high energy image E 1 and the X-ray attenuation in the low energy image E 2 . The ratio to the amount E L is almost constant regardless of the thickness of the subject, and as in the case of the radiographic image obtained by the two-shot method, the influence of beam hardening peculiar to the radiographic image is avoided, and the separation target Image components can be separated with higher accuracy.

あるいは、非線形濃度変換部26は、高エネルギー画像E1に対して、図18に模式的に表した参照テーブルを用いて、放射線の減衰量がより大きい領域、すなわち、画像の濃度値がより小さい(より白い)領域のゲインを低エネルギー画像E2のゲインよりも小さくする(階調を寝かせる)非線形の濃度変換を行ってもよい。 Alternatively, the non-linear density conversion unit 26 uses the reference table schematically shown in FIG. 18 for the high energy image E 1 , that is, a region where the attenuation amount of radiation is larger, that is, the density value of the image is smaller. Nonlinear density conversion may be performed in which the gain of the (whiter) region is made smaller than the gain of the low energy image E 2 (gradation is laid down).

また、本実施形態では、成分画像生成部23は、処理後の高エネルギー画像E1´および低エネルギー画像E2から軟部成分、骨成分を表す2つの成分画像S,Bを生成しているが、濃度変換前の放射線画像E1およびE2から成分画像S,Bを生成するようにしてもよい。 In the present embodiment, the component image generator 23 generates two component images S and B representing the soft part component and the bone component from the processed high energy image E 1 ′ and low energy image E 2 . The component images S and B may be generated from the radiation images E 1 and E 2 before density conversion.

上記各実施形態では、2つの放射線画像を入力として、軟部と骨という2つの成分を表す画像成分を分離する処理を行っているが、上記各実施形態を、3以上の放射線画像を入力として3以上の成分を表す画像成分を分離する処理に適用してもよい。なお、このとき、分離対象の成分の数は、入力となる放射線画像の総数以下とする必要がある。   In each of the above-described embodiments, processing for separating image components representing two components of the soft part and the bone is performed using two radiographic images as inputs. However, each of the above-described embodiments is performed using three or more radiographic images as inputs. You may apply to the process which isolate | separates the image component showing the above component. At this time, the number of components to be separated needs to be equal to or less than the total number of input radiation images.

上記各実施形態において、公知の画像認識処理により骨が含まれる領域を検出し、軟部とともに骨が含まれる領域の画像を独立成分分析の入力として用いるようにすることも考えられる。このように、分離対象の独立成分(軟部・骨)の両方が含まれる画像を入力とすることにより、観測信号が分離対象の成分信号のすべてを含むものでなければならないという、独立成分分析における観測信号の前提をより適切に満たすので、分離対象の画像成分をより高い精度で分離することが可能になる。   In each of the above embodiments, it is also conceivable to detect a region including bone by a known image recognition process and use an image of a region including bone together with a soft part as an input for independent component analysis. As described above, in the independent component analysis that the observation signal must include all the component signals to be separated by inputting an image including both of the independent components (soft part and bone) to be separated. Since the observation signal premise is more appropriately satisfied, the image components to be separated can be separated with higher accuracy.

また、ユーザが分離したい領域を指定し、その領域を入力として独立成分分析を行うようにしてもよい。   Alternatively, the user may designate a region to be separated and perform independent component analysis using the region as an input.

さらに、入力となる放射線画像中の、放射線がほとんど減衰していない領域や、放射線のほとんどが減衰している領域を除外するようにしてもよい。これにより、独立成分分析の際に、分離対象となる軟部や骨等の独立成分に対してノイズとして作用する領域が除外され、分離精度の向上に資する。   Furthermore, a region in which radiation is hardly attenuated or a region in which most of radiation is attenuated in the input radiation image may be excluded. As a result, in the independent component analysis, regions that act as noise with respect to independent components such as soft parts and bones to be separated are excluded, which contributes to improvement in separation accuracy.

なお、上記の説明の他、各実施形態におけるシステム構成、処理フロー、テーブル構成、ユーザインターフェース等に対して、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で様々な改変を行ったものも、本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記の各実施形態はあくまでも例示であり、上記のすべての説明が本発明の技術的範囲を限定的に解釈するために利用されるべきものではない。   In addition to the above description, various modifications made to the system configuration, processing flow, table configuration, user interface, and the like in each embodiment without departing from the spirit of the present invention are also applicable to the technology of the present invention. Included in the scope. Moreover, each said embodiment is an illustration to the last, and all the above-mentioned description should not be utilized in order to interpret the technical scope of this invention restrictively.

例えば、図20のブロック図に示したように、第1の実施形態と第2の実施形態とを組み合わせ、中周波成分抽出部21が、入力された放射線画像E1,E2から中周波帯域の画像成分EM1、EM2を抽出し、部分集合分類部24が、抽出された中周波帯域の画像成分EM1、EM2の相対応する画素の画素値の差に基づいて、各画素を複数の部分集合EM1i,EM2i(i=1,2,・・・)に分類し、独立成分分析処理部22が、分類された部分集合EM1i,EM2i毎に独立成分分析を行い、成分画像生成部23が、得られた分離係数Wiを用いて、中周波帯域の部分集合EM1i,EM2iに対応する入力画像E1,E2の部分集合E1i,E2i毎に放射線画像の重みづけ総和を求めることによって、軟部成分と骨部成分を表す成分画像S,Bを生成するようにしてもよい。 For example, as shown in the block diagram of FIG. 20, the first and second embodiments are combined, and the medium frequency component extraction unit 21 extracts the medium frequency band from the input radiation images E 1 and E 2. Image components EM 1 and EM 2 are extracted, and the subset classification unit 24 determines each pixel based on the difference between the pixel values of the corresponding pixels of the extracted medium frequency band image components EM 1 and EM 2. Classification into a plurality of subsets EM 1i , EM 2i (i = 1, 2,...), The independent component analysis processing unit 22 performs independent component analysis for each of the classified subsets EM 1i , EM 2i , The component image generation unit 23 uses the obtained separation coefficient W i to generate radiation for each of the subsets E 1i and E 2i of the input images E 1 and E 2 corresponding to the subsets EM 1i and EM 2i in the intermediate frequency band. You may make it produce | generate the component images S and B showing a soft part component and a bone part component by calculating | requiring the weighted sum of an image.

さらに、図21のブロック図に示したように、さらに第3の実施形態も組み合わせ、中周波帯域の部分集合毎に、非線形の独立成分分析処理を行うことも考えられる。この場合、部分集合分類部24´は、例えば、図8の軟部の減弱係数の比a/c、骨部の減弱係数の比b/dと対数線量差E1-2との関係を表すテーブルを参照し、中周波帯域の画像成分EM1、EM2を、各減弱係数と対数線量差E1-2との関係が線形により近い部分集合とそれ以外の部分集合に分類するようにすることが好ましい。 Furthermore, as shown in the block diagram of FIG. 21, the third embodiment may be combined to perform nonlinear independent component analysis processing for each subset of the intermediate frequency band. In this case, the subset classifying unit 24 ′, for example, a table representing the relationship between the soft part attenuation coefficient ratio a / c, the bone part attenuation coefficient ratio b / d and the log dose difference E 1-2 in FIG. , And classify the image components EM 1 and EM 2 in the medium frequency band into a subset in which the relationship between each attenuation coefficient and logarithmic dose difference E 1-2 is closer to linear and the other subset Is preferred.

また、図22のブロック図に示したように、第1、第2、第4の実施形態を組み合わせ、非線形濃度変換部26が、高エネルギー画像E1に対して、放射線の減衰量がより大きい領域、すなわち、画像の濃度値がより小さい(より白い)領域のゲインを低エネルギー画像E2のゲインよりも大きくする非線形の濃度変換を行い、中周波成分抽出部21が、変換後の放射線画像E1´および低エネルギー画像E2から中周波帯域の画像成分EM1´、EM2を抽出し、部分集合分類部24が、抽出された中周波帯域の画像成分EM1´、EM2の相対応する画素の画素値の差に基づいて、各画素を複数の部分集合EM1i´,EM2i(i=1,2,・・・)に分類し、独立成分分析処理部22が、分類された部分集合EM1i´,EM2i毎に独立成分分析を行い、成分画像生成部23が、得られた分離係数Wiを用いて、中周波帯域の部分集合EM1i´,EM2iに対応する画像E1´,E2の部分集合E1i´,E2i毎に放射線画像の重みづけ総和を求めることによって、軟部成分と骨部成分を表す成分画像S,Bを生成するようにしてもよい。 Further, as shown in the block diagram of FIG. 22, the first, second, and fourth embodiments are combined, and the nonlinear density conversion unit 26 has a larger radiation attenuation than the high-energy image E 1 . Non-linear density conversion is performed to increase the gain of the area, that is, the area where the density value of the image is smaller (whiter) than the gain of the low energy image E 2 , and the medium frequency component extraction unit 21 performs the converted radiation image The middle frequency band image components EM 1 ′ and EM 2 are extracted from the E 1 ′ and the low energy image E 2 , and the subset classification unit 24 extracts the phases of the extracted middle frequency band image components EM 1 ′ and EM 2 . Each pixel is classified into a plurality of subsets EM 1i ′, EM 2i (i = 1, 2,...) Based on the difference between the pixel values of the corresponding pixels, and the independent component analysis processing unit 22 is classified. subsets EM 1i ', performs independent component analysis for each EM 2i, the component image generating unit 23 Using the obtained separation factors W i, subsets EM 1i of the medium frequency band ', the image E 1 corresponding to the EM 2i', subsets E 1i of E 2 ', weighted sum of the radiographic images for each E 2i , The component images S and B representing the soft part component and the bone part component may be generated.

なお、以上の説明では、取得した画像に対して予め対数変換した後で上記各処理部21から26の処理を行うことを前提としているため、成分画像生成部23において成分画像を分離するプロセスを「重みづけ総和」と表現しているが、対数変換していない画像から成分画像を分離する場合には、上記説明における「和」を「積」、「差」を「商」と読み替えれば、上記と同じ結果が得られることは明らかである。   In the above description, since it is assumed that the processing of each of the processing units 21 to 26 is performed after logarithmically converting the acquired image in advance, the process of separating the component images in the component image generating unit 23 is performed. When the component image is separated from the image that is expressed as “weighted sum” but not logarithmically converted, “sum” in the above description can be read as “product”, and “difference” can be read as “quotient”. Obviously, the same results as above are obtained.

1 モダリティ
2 画像品質チェック用ワークステーション(QA−WS)
3、3a、3b 読影ワークステーション
4 画像情報管理サーバ
5 画像情報データベース
19 ネットワーク
21 中周波成分抽出部
22 独立成分分析処理部
23、23´ 成分画像生成部
24、24´ 部分集合分類部
25 非線形独立成分分析処理部
26 非線形濃度変換部
1 Modality 2 Image quality check workstation (QA-WS)
3, 3a, 3b Interpretation workstation 4 Image information management server 5 Image information database 19 Network 21 Medium frequency component extraction unit 22 Independent component analysis processing unit 23, 23 'Component image generation unit 24, 24' Subset classification unit 25 Non-linear independent Component analysis processing unit 26 Nonlinear concentration conversion unit

Claims (4)

被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像を入力とし、該複数の放射線画像の相対応する画素毎に所定の重みづけ係数を用いた重みづけ総和を求めることによって、前記被写体中の所定の複数の成分の各々を表す複数の画像成分を分離する成分分離手段を備えた画像成分分離装置において、
前記成分分離手段が、前記複数の放射線画像に対して独立成分分析を行うことによって、前記複数の放射線画像から前記複数の画像成分を分離するための分離係数を求め、該分離係数を前記所定の重みづけ係数とするものであり、
前記独立成分分析において、前記複数の放射線画像の各々における前記複数の画像成分の混合比率を表す混合係数を、前記複数の放射線画像の少なくとも1つから得られる、該複数の放射線画像の各々の各画素における前記所定の複数の成分の各々の厚さまたは前記被検体の厚さと所定の関係を有するパラメータを用いた所定の関数として表したモデルを用いるものであることを特徴とする画像成分分離装置。
A plurality of radiation images representing the degree of transmission / attenuation in the subject of each of a plurality of patterns of radiation having different energy distributions formed by radiation transmitted through the subject are input, and the plurality of radiation images correspond to each other. In an image component separation device comprising component separation means for separating a plurality of image components representing each of a plurality of predetermined components in the subject by obtaining a weighted sum using a predetermined weighting coefficient for each pixel ,
The component separation means obtains a separation coefficient for separating the plurality of image components from the plurality of radiation images by performing independent component analysis on the plurality of radiation images, and the separation coefficient is determined as the predetermined coefficient. A weighting factor,
In the independent component analysis, each of the plurality of radiation images obtained from at least one of the plurality of radiation images is obtained a mixing coefficient representing a mixing ratio of the plurality of image components in each of the plurality of radiation images. An image component separation device using a model expressed as a predetermined function using a thickness of each of the predetermined components in a pixel or a parameter having a predetermined relationship with the thickness of the subject. .
前記パラメータが、前記複数の放射線画像のうちの1つの各画素における放射線量、放射線量の対数値、前記複数の放射線画像のうちの2つの間での各画素における放射線量の対数値の差、該各画素における放射線量の比の対数値のいずれかであることを特徴とする請求項1項記載の画像成分分離装置。   The parameter is a radiation dose in each pixel of one of the plurality of radiation images, a logarithmic value of the radiation dose, a difference in logarithmic value of the radiation dose in each pixel between two of the plurality of radiation images, 2. The image component separation device according to claim 1, wherein the image component separation device is one of logarithmic values of a ratio of radiation dose in each pixel. コンピュータが、被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像を入力とし、該複数の放射線画像の相対応する画素毎に所定の重みづけ係数を用いた重みづけ総和を求めることによって、前記被写体中の所定の複数の成分の各々を表す複数の画像成分を分離する成分分離ステップを有する画像成分分離方法において、
前記成分分離ステップが、前記複数の放射線画像に対して独立成分分析を行うことによって、前記複数の放射線画像から前記複数の画像成分を分離するための分離係数を求め、該分離係数を前記所定の重みづけ係数とするものであり、
前記独立成分分析において、前記複数の放射線画像の各々における前記複数の画像成分の混合比率を表す混合係数を、前記複数の放射線画像の少なくとも1つから得られる、該複数の放射線画像の各々の各画素における前記所定の複数の成分の各々の厚さまたは前記被検体の厚さと所定の関係を有するパラメータを用いた所定の関数として表したモデルを用いるものであることを特徴とする画像成分分離方法。
A computer receives as input a plurality of radiation images representing the degree of transmission / attenuation of each of a plurality of patterns of radiation with different energy distributions formed by radiation transmitted through the subject, and the plurality of radiation images Image component separation having a component separation step of separating a plurality of image components representing each of a plurality of predetermined components in the subject by obtaining a weighted sum using a predetermined weighting coefficient for each corresponding pixel In the method
The component separation step obtains a separation coefficient for separating the plurality of image components from the plurality of radiation images by performing independent component analysis on the plurality of radiation images, and the separation coefficient is calculated as the predetermined coefficient. A weighting factor,
In the independent component analysis, each of the plurality of radiation images obtained from at least one of the plurality of radiation images is obtained a mixing coefficient representing a mixing ratio of the plurality of image components in each of the plurality of radiation images. An image component separation method using a model expressed as a predetermined function using a thickness of each of the plurality of predetermined components in a pixel or a parameter having a predetermined relationship with the thickness of the subject .
コンピュータに、被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像を入力とし、該複数の放射線画像の相対応する画素毎に所定の重みづけ係数を用いた重みづけ総和を求めることによって、前記被写体中の所定の複数の成分の各々を表す複数の画像成分を分離する成分分離処理を実行させる画像成分分離プログラムにおいて、
前記成分分離処理が、前記複数の放射線画像に対して独立成分分析を行うことによって、前記複数の放射線画像から前記複数の画像成分を分離するための分離係数を求め、該分離係数を前記所定の重みづけ係数とするものであり、
前記独立成分分析において、前記複数の放射線画像の各々における前記複数の画像成分の混合比率を表す混合係数を、前記複数の放射線画像の少なくとも1つから得られる、該複数の放射線画像の各々の各画素における前記所定の複数の成分の各々の厚さまたは前記被検体の厚さと所定の関係を有するパラメータを用いた所定の関数として表したモデルを用いるものであることを特徴とする画像成分分離プログラム。
A plurality of radiation images representing the degree of transmission / attenuation in each of a plurality of patterns of radiation having different energy distributions formed by radiation transmitted through the subject are input to a computer, and the plurality of radiation images An image component for executing a component separation process for separating a plurality of image components representing each of a plurality of predetermined components in the subject by obtaining a weighted sum using a predetermined weighting coefficient for each corresponding pixel In the separation program,
The component separation processing obtains a separation coefficient for separating the plurality of image components from the plurality of radiation images by performing independent component analysis on the plurality of radiation images, and the separation coefficient is calculated as the predetermined coefficient. A weighting factor,
In the independent component analysis, each of the plurality of radiation images obtained from at least one of the plurality of radiation images is obtained a mixing coefficient representing a mixing ratio of the plurality of image components in each of the plurality of radiation images. An image component separation program characterized by using a model expressed as a predetermined function using a thickness of each of the predetermined components in a pixel or a parameter having a predetermined relationship with the thickness of the subject. .
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