【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル画像処理に係り、さらに詳細には、ディジタル放射線画像の階調スケールを自動的に調整するための方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】何らかのディジタル画像を何らかの出力媒体（たとえば、フィルムまたはＣＲＴモニタ）に表示す場合、その画像品質は、オリジナルデータを取得するのに使用する装置の特性、出力装置の性能（ダイナミックレンジ、ノイズ特性、鮮明度等）、表示する前に画像に対して行う画像処理といった、いくつかの重要な要因によって異なる。 特に、画像のディジタル値を視認可能な無彩色の明度に写像する画像処理階調再現関数（すなわち、階調スケールまたは階調曲線）は、有用な出力画像を生成する上で、重要な要素である。

【０００３】診断用の放射線医学の場合、体の様々な部分の画像を表示するのに用いる階調スケールは、画像を解釈する者（すなわち、放射線技師あるいは医者）が、
画像から有用な診断情報を引き出すための能力に重要な影響を及ぼす。 従来の（アナログ）スクリーン／フィルム放射線撮影法では、この出力階調スケールは一般に、
フィルム製造業者によってあらかじめフィルムに設計されており、さまざまなフィルムが、検査の種類、感光技法、観察者の好みに基づき、様々な「外観」を得るのに利用できる。 最終的な画像が表示される前にコンピュータでディジタル放射線撮影システムのこの出力階調スケールを調整する機能は、このようなシステムの最も強力な機能の一つである。 しかしながら、適切な階調スケールは特に前述の要因（検査の種類、露出条件、画像化様式、出力装置のダイナミックレンジ等）に基づいて異なるため、適切な階調スケールを選択したり生成するのは、必ずしも単純な操作ではない。

【０００４】理想的には、各ディジタル画像は表示が最適になされるように、それ自体の階調スケール関数を有しているべきである。 これは、画像におけるグレイレベルの実際の分布（すなわち、画像ヒストグラム）が、各画像によって異なるからである。 しかしながら、通常は、ある画像の種類では一般に類似性があるため（たとえば、特定のＸ線撮影装置及び一連の露出条件に対して、成人の胸部レントゲン写真はすべてある共通の特性を有する）、階調スケールの生成プロセスがある程度容易になっている。 診断内容を高めるような画像を生成する階調スケールは、特に、重要なすべき領域を強いコントラスト、画像の他の領域は妥当なコントラストで表示し、グレイレベルレンジの限界において有用な解剖学的構造の詳細部分を切り落さず（すなわち、飽和せず）、
不良を発生しないものでなくてはならない。

【０００５】特定のディジタル画像に対して最適な出力階調スケールを生成する際にさらに問題となるのは、既に簡単に上述したように、この階調スケールは、画像を取得した方法によって大きく異なることである。 ディジタル画像の生成には、連続的に変化する物理変数（たとえば、Ｘ線透過率、減衰、プロトン濃度、あるいは放射能）の測定値がディジタル領域において画像を表すような一連の個別のグレイレベルに変換（量子化）する、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換処理が必要である。
このＡ／Ｄ変換関数は入力校正関数としても知られており、通常単階調の非増加、あるいは非減少関数である。
この関数は、ディジタル画像のグレイレベルを物理変数の各値に割当てる。 こうして、出力階調スケールは、これらの入力グレイレベルを表示装置の出力グレイレベルに写像し、本質的に入力物理変数をディスプレイ（たとえば、ＣＲＴまたはビューボックスのフィルム）上の出力輝度に写像したものとなる。 同時に、グレイレベルの小さな差異は、（入力校正関数の微分によって）物理変数値の小さな差に関連付けられる。 こうして、出力階調スケールの形状（特に部分的な傾き）によっても、入力物理変数の小さな差の視覚コントラストが決定される。

【０００６】他にもさまざまな非直線変換があるが、通常使用される２つの入力校正関数の形式は、直線変換と対数変換である。 直線変換では、ディジタルグレイレベルは入力物理変数の値に比例する。

【０００７】ｍi ＝α ^* ｘ＋β ここで、ｍi は入力グレイレベル、ｘは測定される物理変数、α及びβは定数である。 対数変換の場合、入力グレイレベルは入力物理変数に対して対数的に変化する。

【０００８】ｍi ＝σ ^* ｌｏｇ（ｘ＋γ）＋δ ここで、ｍi 及びｘは上記と同様で、σ、γ及びδは定数である。 対数的に取得した入力画像に対して設定した階調スケール写像関数を、直線的に取得した画像に適用すると、準最適な結果をもたらし、これと逆の場合も同様の結果となる。 これは、グレイレベルの小さな差異が表示される物理変数の小さな差異に直線的に関連付けられるか、あるいは対数的に関連付けられるかに基づいて、人間の視覚組織が、出力画像のさまざまな構造の、
異なる視覚コントラストを認識するためである。 従って、階調スケールの生成方法は、順応性があって有用であるためには、異なる入力校正関数の種類に応じて高品質な結果をもたらすことができなくてはならない。

【０００９】ディジタル画像、特にディジタル放射線画像に対して、階調スケール曲線を生成するため、さまざまな方法が試みられてきた。 一般的な技法の１つは、ヒストグラム等化と呼ばれる（たとえば、Castleman, Dig
ital Image Processing （ディジタル画像処理）を参照）。 この技法では、入力画像を出力グレイレベルレンジ全体に渡って均一な（すなわち平坦な）ヒストグラムを有する出力画像に変換するという試みであるが、この考え方は、この出力画像が使用可能なグレイレベルを最大限に使用し、情報理論に従って、最大限の情報を有するというものである。 ほとんどの場合、ヒストグラムの等化はかなり困難な変換となる。 入力ヒストグラムが高度に込み入った領域は、出力においてより広いレンジのグレイレベルに広がり、出力の視覚コントラストを増加させ、等化が過度にならなければ、通常は望ましい結果となる。 しかしながら、ヒストグラムがまばらな部分（通常極度に）はより小さなグレイレベルレンジに圧縮され、視覚コントラストを減少させ、診断の重要な詳細部分をあいまいにしてしまう。 さらに、画像に不均一な前景及び背景領域が存在すると（たとえば、コリメータブレード、患者の体外のｘ線の直接透過）、この技法では、診断上重要でない画像領域のために、重要な出力グレイレベルを無駄にしてしまうことがある。

【００１０】上記の部分的な順応変換を用いる代りに、
他の技法は、階調スケールを計算するために入力ヒストグラムの総統計関数（分散、歪み、百分位数等）を用いている。 この方法では、必ずしも許容できるコントラストが生成されるわけではなく、グレイレベルレンジの限界において好ましくない画像の切り落しを生じることもある。 欧州特許出願ＥＰ２８３２５５号は、一連の類似の画像に対して適切なコントラストを得、画像の切り落しを防ぐため、初期の階調スケールパラメータを設定するのにオペレータの介入が必要な技法を開示しているが、この方法では、オペレータの介入後、各入力ヒストグラムの平均及び分散に基づいて自動的に計算される。

【００１１】米国特許第４，３０２，６７２号に他の方法が開示されており、これによると、記憶蛍光取得システムで生成されるＰＡ（背腹）あるいはＡＰ（腹背）胸部放射線に対し、（対数入力校正関数に対して）最適階調スケール変換が得られる。 この特許は、入力画像ヒストグラムにおいて脊椎、心臓、肺の部位を識別し、出力階調スケールにおいてそれぞれに適切なコントラストを割当てることにより、向上した出力画像が得られることを教えている。 肺の部位が最高のコントラスト、心臓が幾分低めのコントラスト、脊椎が最低のコントラストとなる。 この方法は、ある種の胸部画像に対しては有効であるが、これらの３つの構造を正しく識別できない胸部（たとえば、肺に液体が充満し、心臓あるいは脊椎と同等の濃度を有する場合）では有効でない場合がある。 さらに、解剖学的に適切な境界の目印となるものを用いて、他の診断についても同様の解析を行い、この方法がすべての診断用途に対して有効となるようにする必要がある。 さらにまた、脊椎、心臓、肺についての適切なコントラストはアナログ・ディジタル変換技法によって異なるため、この方法は他の入力計算関数に対しては有効でない。

【００１２】この方法に代るものとして、米国特許第４，６４１，２６７号は、再びコンピュータ放射線に対して、小数の対照階調スケール関数のみの使用に基づいた方法を開示している。 特定の入力画像に対して実際の階調スケールを生成するため、対照階調スケールの１つが（体の部位に応じて）選択され、画像の露出及び他のパラメータに応じて異なる量により、この関数はシフトし、交換される。 この方法では、異なる条件に対して大量の階調スケールを生成し、記憶することを回避しているが、（ａ）あらかじめ決定した曲線の固定した組合せをシフトし、交換するだけであるため、完全に自動化及び順応化されておらず、（ｂ）異なるディジタル画像化様式または入力校正関数に関して有効ではない。

【００１３】米国特許第５，０４６，１１８号に他の方法が提案されており、これによると、部分的な順応と全体的な制約を用い、各入力画像に対してカスタム階調スケールを生成する。 この方法では完全な画像のサブセットのエントロピーを用い、画像を注視領域（解剖学的情報を含んでいる部位）と、背景領域とに区分し、次いで全体的な輝度とコントラストの制約に基づき、これらの領域のそれぞれに対して別々の階調スケールを形成する。 注視領域の階調スケールはほぼ直線であるのに対し（直線入力校正関数を前提とする）、背景領域の階調スケールは画像の重要でない部分のコントラストを低減するため、非直線である。 ２つの部分階調スケールは、平滑な最終出力を生成するため、それらの境界において一定の一致基準にかけられる。 この方法はヒストグラムの形状及び外部背景の変化量に対してかなり有効であるが、入力校正関数の差異に対しては十分に順応せず、そのため、直線アナログ・ディジタル変換以外に対しては準最適階調スケールを生成する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】現在、画像の違い、画像化様式、露出条件、入力校正関数に対して有効な階調スケール変換関数を生成する、自動化法及び装置に対する必要性がある。

【００１５】本発明の目的は、画像ヒストグラムの解析に基づいて、ディジタル放射線画像に対する最適な階調スケール変換を自動的及び順応的に生成する方法及び装置を提供することにある。 本発明のもう１つの目的は、
入力画像化様式、露出条件、入力校正関数の形状（対数あるいは直線）の違いに対して有効な階調スケール変換関数を生成する方法及び装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の方法は、２つの主要ステップにおいて実施される。 第１に、ヒストグラム及び累積分布関数（ＣＤ
Ｆ）が解析され、画像化される解剖学的目標物を含む注視領域と、（Ｘ線の）高吸収物体（たとえばコリメータブレード、人工装具）を含む前景領域と、画像化される目標物の外側の直接のＸ線透過を含む背景領域を決定する。

【００１７】このヒストグラム／ＣＤＦの解析は、直線及び対数領域の双方で行われ、最終的なパラメータが、
２つの空間からの情報を再結合する一連の判断規則によって選択される。 第２ステップは階調スケールの形成であるが、これはまず、平均出力信号レベル及び出力コントラストに対する部分的及び全体的な制約と共に第１ステップで得られたパラメータを用い、結合した直線セグメントとして形成される。 この最初の大ざっぱな階調スケールが形成された後、これは順応的に平滑化され、最終的な階調スケールを形成する。

【００１８】

【作用】上記方法は入力画像のヒストグラムだけに基づくため、順応的であり、有効である。 しかしながら、本方法に対する改善によっても、処理される診断の種類に関する情報を利用し、特定の入力画像に対してより良くカスタマイズされた階調スケールを生成することができる。

【００１９】

【実施例】本発明は、ディジタル画像に対して最適な出力階調スケールを生成する方法であり、ディジタル画像のソース、これらの画像を表示する出力装置、画像データを処理する手段、画像データをソースから処理手段、
出力手段へと移動させるための通信手段が必要となる。
このようなディジタル画像処理システムを図１に示した。 本発明によって処理されるＸ線画像は、たとえば記憶蛍光（コンピュータ放射線）システム、フィルムディジタイザシステム、蛍光増倍管システムなどから生じる。 直線入力校正関数あるいは対数入力校正関数のいずれかが設定される。 出力装置については、通常フィルムライタ（レーザプリンタまたはＣＲＴプリンタ）とＣＲ
Ｔソフトディスプレイがある。 処理手段は、本発明を実施する方法と装置を含む。

【００２０】図１は、本発明の実施態様を含む記憶蛍光ディジタル放射線画像システムを示している。 ここに示すように、記憶蛍光体１０が、ローラ対１２、１４と１
６、１８によってほぼ水平方向１１に移動され、走査放射領域２０を通過する。 レーザ２２は、回転多角ミラー２６、走査光学素子２８及び３０、ミラー３２により、
走査ライン方向で記憶蛍光体１０の幅で操作されるレーザビームを生成する。 走査光学素子２８及び３０は、ビームが記憶蛍光体１０で操作される際のＦθ歪みに対し、レーザビーム２４を所望の大きさと形状にして修正する。 レーザ１０はたとえば、赤色光領域で誘導ビームを生成するガスレーザまたはダイオードレーザである。

【００２１】記憶蛍光体１０によって放出される光（たとえば、青色光領域の光）は、光検出器３４によって検出され、アナログ・ディジタル変換器３６によってディジタル画像に変換される。 本発明によると、ディジタル画像は、たとえばディジタルコンピュータ（マイクロプロセッサ）である、画像処理装置３８で自動階調スケール処理及び他の画像処理にかけられる。 ディジタル画像はディスプレイモニタ４０に表示され、フィルムライタ４２（放射線レーザプリンタ、陰極線管マルチフォーマットカメラ、サーマルプリンタ等）によってハードコピー（放射線フィルムなど）として再現される。 ディジタル画像は、磁気光学記憶装置またはソリッドステート記憶装置に記憶するか、あるいは、通信リンクによって離れた場所に転送することができる。 装置３８による階調スケール処理は、元のディジタル信号と共にディスプレイ４０またはフィルムライタ４２に供与される探索テーブル（ＬＵＴ）によって実施することができる。 この代りに、階調スケールによって処理されたディジタル画像を転送することができる。

【００２２】この代りに、本発明の装置は、システム中の他のさまざまな位置に存在することが可能である。 たとえば、本装置は、取得装置の一部となり得る。 この場合、開示した方法は、処理される画像と共に、あるいは別に通信チャネルによって、出力装置に供与される階調スケール変換を生成する。 本方法はまた、出力装置の一部にもなり得る。 階調スケール生成方法は、出力装置に対して既知の固定された出力校正関数を前提としているため（すなわち、装置に送出されるグレイレベルと出力媒体上に生成される信号の既知の関係）、ディジタル画像が最終的に表示される際に所望の視覚的結果を実現するには、さらにもう一度階調スケールの変換を行う必要がある。

【００２３】入力ディジタル画像を与えられると、本発明の方法は次のように進行する。 ヒストグラム及び累積分布関数（ＣＤＦ）はまず、直線及び対数空間の双方について計算されなければならない（図２〜５を参照）。
画像が直線入力校正関数で取得された場合は、この直線ヒストグラムは、解析の進行順で同等の対数ヒストグラム（及び対応するＣＤＦ）にも変換されなければならない。 逆に、画像が直線入力校正関数で取得された場合は、この対数ヒストグラムは、同等の直線ヒストグラム（及び対応するＣＤＦ）にも変換されなければならない。 これによって、階調スケールに対するパラメータを決定するのに用いる２つのヒストグラムと２つのＣＤＦ
が得られる。

【００２４】直線ヒストグラムから対数ヒストグラムへの変換は容易である。 対数空間のグレイレベルは、次の方程式によって直線空間のグレイレベルに関連付けられる。 ｍi （ｌｏｇ）＝σ ^* ｌｏｇ（ｍi （ｌｉｎ）＋γ）＋δ （１） ｍi （ｌｏｇ）は対数空間のグレイレベル、ｍi （ｌｉ
ｎ）はそれに対応する直線空間のグレイレベル、α、γ
及びδは、ある境界条件を満たすよう選択された定数である（たとえば、直線空間のグレイレベル値レンジの限界点は対数空間のグレイレベルレンジの限界点に写像される）。 対数空間のヒストグラムから直線空間のヒストグラムへの写像も同様に容易である。

【００２５】 ｍi （ｌｉｎ）＝１０ ^{(mi(log)- μ)/λ} ＋β （２） μ、λ及びβは、ここでも写像の所望の境界条件を満たす定数である。

【００２６】直線空間のヒストグラムと対数空間のヒストグラムを使用する理由は、これら２つの空間のヒストグラムのピーク形状と、階調スケールの形状を決定する開始点、終点、区切り点を見出すために行われるテストの性質に関係がある。 これについては、以下にさらに詳しく説明する。 さらに、２つの空間を使用して解析を行うことにより、本方法は、画像を取得するために使用されたシステムの種類には本質的に影響されない。

【００２７】本方法を用いて生成される階調スケールの背景にある基本的な概念は、直線的に取得した画像に対する最適な階調スケール（すなわち、Ｘ線露出をグレイレベルに関連付ける直線入力校正関数を用いる装置で生成されるもの）は、Ｘ線露出値が注視領域における光学濃度に直線的に写像されるもので、注視領域の外側、すなわち、前景及び背景領域は、非直線的に排除するというものである。 このような観測は、数年に渡って臨床試験で収集された、何千という臨床画像（主として記憶蛍光システムによって取得されたもの）に基づいている。
この議論では、対数システム（Ｘ線露出をグレイレベルに関連付ける入力校正関数が対数となるもの）が、注視領域において指数となり、前景及び背景領域では非直線となる最適な階調スケールを有することを意味している。 これは、このような対数装置が使用された臨床試験の場合に見出されてきた。

【００２８】直線画像またはまたは対数画像を表示するのに必要な、高品位の階調スケールの形状を確立し、残るのはこのような変換を生成するパラメータを決定するのに有効な方法を見出すことである。 このような階調スケールのパラメータを見出す第１のステップは、ヒストグラムの開始点と終点を見出すことである。 開始点はヒストグラムレベルがゼロでない最初のグレイレベル、終点はヒストグラムレベルがゼロでない最後のグレイレベルである（図２及び４を参照）。 画像のすべての画素は、これらの限界点の間に含まれている。 開始点と終点の組合せは、対数ヒストグラム及び直線ヒストグラムの双方に対して見出される。

【００２９】ヒストグラムを、前景、注視領域、背景領域に分割するため、最低２つの区切り点を見出さなければならない。 その１つは前景と注視領域の境界を指定するもので、左点と呼ぶ（図３及び５参照）。 もう１つは境界領域の末端と背景の始まりを指定するもので、右点と呼ぶ（図２〜５参照）。 実際には、注視領域外（技術的には背景）にある実際の解剖学的構造と、画像化される部分の回りのＸ線の直接透過（真の背景）とを区別しなければならず、真の直接Ｘ線背景の開始を表す、背景点と呼ばれる第３の点（図２〜５参照）もまた計算される。 要約すると、階調スケールの形状を決定するのには、３つのグレイレベル点が（開始点及び終点に加え）
必要となる。

【００３０】 左点：前景と注視領域の境界 右点：注視領域と他の解剖学的構造の境界 背景点：他の解剖学的構造と真の直接Ｘ線背景の間の境界 これらの点の決定については、以下に詳しく述べる。 他法では、低グレイレベルは低Ｘ線信号に対応し、高グレイレベルは高Ｘ線信号に対応することを前提としているが、本発明についてはこれは必要ない。

【００３１】階調スケールの作成においては、まず背景点を見出すことが必要となる。 これを行うための方法は、米国特許第５，０４６，１１８号に示されているが、この方法では部分エントロピーの概念を用いて、ヒストグラムを背景領域と非背景領域（前景＋注視領域）
に分割している。 背景点（図２及び４参照）は、直線ヒストグラム及び対数ヒストグラムの双方に対して見出す。 背景点がピークの頂点に見出される場合、右点を計算する際に後で使用するのに備え、初期背景点がピークの開始点に設定される。

【００３２】次に、それぞれのヒストグラムのＣＤＦを用いて左点を計算する。 これは、（注視領域によって形成されるような）ヒストグラム中の重要なピークはＣＤ
Ｆにおいて大きな傾きの変化をもたらす（図１０参照）
という事実を利用して実行される。 後に説明するように、ヒストグラムの平均化した傾き変化を用いることにより、注視領域の開始点を見出すことが可能となる。 具体的には、０〜１００のグレイレベル領域では、傾きの変化を計算するのに、ウィンドウサイズ１００を用る。
各グレイレベルに対して、２つのＣＤＦの傾きを計算する。 まず、カレントグレイレベルより高い１００のグレイレベルにおけるＣＤＦの傾きを計算する。 同一の計算を、カレントグレイレベルより低い１００のグレイレベルについて行う（ゼロ未満のグレイレベルが計算に必要な場合、ＣＤＦは０であると見なす）。 カレントグレイレベルより低いグレイレベルの傾きに対するカレントグレイレベルより高いグレイレベルの傾きの比を、配列に記憶する。 グレイレベルレンジ１００〜２００においても同一の計算を行う。 ただし、異なるウィンドウサイズを用い、グレイレベル１００については１００から開始し、グレイレベル２００の２００まで増加させる。 グレイレベル２００と（背景点−２００）の間でも固定ウィンドウ２００を用いて同一の計算を行う。 次いで傾きの変化値の配列を走査し、ＣＤＦが０．５未満（すなわち５０％未満）の領域における最大の傾きの変化を見出し、これを左点と決定する。 この計算を直線ＣＤＦ及び対数ＣＤＦの双方に対して行う。

【００３３】通常階調スケールの直線部分は左点で始まるが、開始点と左点の間の領域が解剖学的構造の詳細を含む場合もあり得る。 したがって、階調スケール曲線がこの領域をロールオフするかどうかを決定する必要がある。 これは、傾きの変化の最大値（左点を見出すのに用いられたもの）の大きさと、そこで生じるグレイレベルを観察することによって行う。 左点が０に近づくにつれ、ロールオフの量は明らかに減少する。 同様に、傾きの変化の最大値の大きさが減少するにつれ、この領域に何らかの解剖学的構造が存在する場合が多くなる（これは、傾きが大きく変化する場合には、ヒストグラム中のピークが急激に上昇し、境界が明確に定められた注視領域があることを意味し、一方傾きの変化が小さい場合には、この上昇がゆるやかで、なんらかの解剖学的構造の詳細部分があることを意味しているからである）。 この場合はロールオフが上昇し、場合によってはヒストグラムの開始点にまで及ぶ場合もある。

【００３４】ヒストグラムの右点（注視領域の末端で、
直線入力校正関数の場合の階調スケールの直線部分の末端）を計算するために、２つの方法を用いる。 これらの内の１つは米国特許第５，０４６，１１８号に開示されている部分エントロピー技法であり、他法は左点を見出すのに用いたものと同様のＣＤＦ傾斜法である。 部分エントロピー法は、左点と初期終点の間のヒストグラムの構造を解析することによって、注視領域（ＲＯＩ）の実効幅を生成する。 この方法による右点（図２及び４参照）は、左点と有効幅の合計によって与えられる。 対数ヒストグラムについても同一のエントロピー計算を行い、第２右点を推定する。 この対数推定は、下記に説明する解析に対する直線空間に写像し直すことができる。

【００３５】ＣＤＦ法を直線ヒストグラム及び対数ヒストグラムに適用すると、２つの別の右点を推定する（図３及び５参照）。 この方法では、左点の計算と同様に、
２００のウィンドウを用い、ＣＤＦが０．５（すなわち５０％）に達するグレイレベルを開始点として、ＣＤＦ
の傾きの変化比を各グレイレベルに対して見出す（図１
０参照）。 このようにして、各グレイレベルに対し、後続する２００のグレイレベルのＣＤＦの傾きの平均値を求め、その後で、先行する２００のグレイレベルの傾きの平均値を求める。 '後続する傾き'に対する'先行する傾き'の比を配列に記憶する。 このプロセスを２つのウィンドウ幅（すなわち４００）内のグレイレベルに達するまで継続する。 傾きの変化比が最小となったグレイレベルを右点と指定する。

【００３６】上記のステップにより、４つの右点が推定される。 一般に、これらの推定値はすべて同一ではなく、何らかの決定機構によって階調スケールを作成するための最適な右点を選択しなくてはならない。 決定機構では、さまざまな推定右点を比較する際、通常ＣＤＦ法によって生成された推定値に対して与えられる優先順位と共に、近似基準の組合せを用いる。 双方の方法に対する臨床的経験によると、通常はＣＤＦ法の方が正しい右点について幾分良好な予測をもたらすが、必ずしもすべてがこのような結果になるとは限らない。

【００３７】四肢の検査の場合は、４つの推定値のうち、エントロピー法による２つだけが用いられる。 四肢の検査のヒストグラムは異なっており、（直線入力取得関数に対して）ＣＤＦがより直線的である。 すなわち、
グレイレベル当りのＣＤＦに付加される画素の増加百分率は、他の検査ほどには変化しない。 これは、四肢の（薄い）柔組織ではＸ線の透過率が比較的高く、このために柔組織のグレイレベルが背景を表すグレイレベルに近似するためである。 四肢の検査において正しい右点を選択するための基準は、入力のグレイレベル当りのＣＤ
Ｆに付加される画素の百分率である。 この数が０．００
７５％以上の場合、２つの推定右点のうちの高い方が右点として選択される。 グレイレベル当りの画素の百分率が０．００７５％未満の場合、２つの推定右点のうちの低い方が右点として用いられる。

【００３８】左点、右点、初期背景点、背景点を選択すと、再び最大傾斜変化法を用いて初期背景点の最終的な詳細化を行う。 右点を開始点とし、各グレイレベルに対して後続の２００のグレイレベルのＣＤＦの傾きの平均値と、先行する２００のグレイレベルの傾きの平均値とを計算し、これらの比を算出して記憶配列に記憶する。
傾きの変化が最大となるグレイレベルが、後の計算に用いられる初期背景点となる（図３及び５参照）。 階調スケールの縦軸の値は、ハードコピー出力媒体を想定した目標光学濃度で表示される。 出力媒体がＣＲＴディスプレイの場合、縦軸の尺度は輝度比の対数を用いて同様に実施することができる。 たとえば、Ｌmax がディスプレイの最大の輝度である場合、別の輝度Ｌの等価濃度は、
Ｄeq＝−ｌｏｇ（Ｌ／Ｌmax ）で決定される。 通常、Ｃ
ＲＴディスプレイの濃度のレンジはハードコピーよりもはるかに小さいが、これによって生じるレンジはハードコピーのレンジに合うように再度尺度を調整し、以下で使用する目標濃度を容易にＣＲＴ上の等価輝度に変換できる。

【００３９】階調スケールの作成は左点から右点の間、
すなわち、注視領域から始まる（図６参照）。 この領域の階調スケールは、直線入力校正関数に対しては直線である。 ＲＯＩの初期階調スケールは、（左点，０）から（右点，中点）まで伸びる直線である。 ここで、中点はたとえばＫＥＬＰレーザプリンタに対しては初期に１．
７に設定され、（ｘ，ｙ）という表記はグレイレベルの関数として出力濃度のグラフの横軸と縦軸を表す。 左点から右点までのレンジのグレイレベルにおける画素によって寄与を受ける平均濃度は、各グレイレベルにおける階調スケールの値に各グレイレベルの画素の百分率を乗算し（すなわち、確率を表すように正規化したヒストグラム値）、左点から右点まで加算した合計として計算される。 処理する検査の種類に応じて、ＲＯＩには実験的に決定された、画像の表示を最適化する目標濃度の組合せがある。 たとえば、胸部に対する最適レンジはＤ＝
０．７７〜０．８３であり、腹部に対してはＤ＝０．８
３〜０．９０、四肢に対しては１．０３〜１．０９である。 ＲＯＩの平均濃度が目標濃度より低い場合は、中点値がレンジ内の値になるまで増加する。 平均濃度が目標濃度よりも高い場合は、中点値がレンジ内の値になるまで低下する。

【００４０】右点から背景点までの階調スケール領域（図７参照）は、一連の直線のセグメント、ＣＤＦの部分構造と部分的及び全体的な制約に基づいて変化する終点座標として、作成される。 特に、背景点が近づくにつれて連続する直線のセグメントの傾きが減少する場合、
セグメント間で変化可能な傾きの度合に制約がある。 このいわゆる利得減衰率は、右点から背景点の間のＣＤＦ
値の総変化と、右点から背景点の間の平均グレイレベル値の双方に基づいて異なる。 前者の量は、注視領域外の画素の概数を示し、後者の量はこれらの画素の分布状態について示す。 ＣＤＦの変化が大きいか、あるいは右点と平均グレイレベルの間の距離が大きいほど、セグメント間でで可能となる傾きの変化は大きくなる。

【００４１】右点と背景点の間の領域では、２種類の階調スケール形態が可能である。 （右点，中点）から（背景点，Ｄmax ）の間の直線の傾きがＲＯＩの階調スケールの傾きより大きい場合は、階調スケール曲線はロールアンダ曲線として区別される（図１１参照）。 この場合、階調スケール曲線は、右点から背景点までのレンジにおける傾きが注視領域と同一になるように形成される。 さらに、階調スケール曲線はこの傾きでヒストグラムの終点に達するまで延長される。 すなわち、ＲＯＩを示す直線セグメントが、ヒストグラムの終点に到達するまで、単純に延長される。

【００４２】（右点，中点）から（背景点，Ｄmax ）までの傾きが注視領域よりも小さい場合（図７参照）、階調スケールはロールオーバ曲線として区別され、複数の直線セグメントを用いて背景点まで連結する。 ＲＯＩの傾きが（右点，中点）と（背景点，Ｄmax ）の間の傾きに比べて、上記で計算された最大利得減衰率よりもさらに大きい場合、この変化が最大利得減衰率に等しくなるまで、背景点を右点よりに移動する（図１２参照）。 右点と背景点の間の領域は、次いで一連の直線のセグメントによって満たされる。 各セグメントは、直前のセグメントの終点を開始点とし、傾きはその前のセグメント以下である。 各セグメントの実際の長さや傾きは、カレントグレイレベルと背景点の間の残りのグレイレベルの固定増加率に対するＣＤＦの増加率（最終座標を開始点とする）によって異なる。 したがって、高出力濃度の階調スケールの形状は、このレンジのヒストグラムの画素の数や分布によって異なるが、ヒストグラム等化技法ほど直接には異ならない。 セグメントの傾きを調整するのに用いられるグレイレベルの固定増加割合は、検査の違いによって異なり、胸部検査では２０％、他の検査では２
５％である。 新たに形成された各セグメントは最大グレイレベル方向に一時的に延長補間され、背景点の前または後でＤmax に達するかどうかをチェックする。 背景点に達する前にＤmax に達っした場合、もう一つのセグメントを階調スケールに加える。 背景点前でＤmax に達しない場合、カレントセグメントが背景点においてＤmax
に達するように変更され、この領域における階調スケールの作成を終了する。 背景点から終点までは、階調スケールはＤmax で一定である。

【００４３】階調スケールの作成後は、全体画像（左点から初期背景点）に対する平均濃度基準も満たさなければならない。 画像の平均濃度が高過ぎる場合、中点を下げ、目標濃度レンジ内になるまで直線セグメントを再計算する。 平均濃度が低過ぎる場合、目標濃度レンジ内になるまで中点を上げる。 全体画像に対する平均濃度は、
胸部に対してレンジＤ＝０．８７〜０．９０、腹部に対して０．９３〜０．９６、四肢に対してＤ＝１．１２〜
１．１５である。

【００４４】腹部及び四肢の検査に対しては、さらに計算を行わなくてはならない。 これらの検査に対して（左点，Ｄmin ）から階調スケールを開始すると、四肢の骨の高石灰化領域や、腹部検査の高密度領域（特に横隔膜下領域）が、出力上で白くなり過ぎる効果があることが実験的に見出されている。 その結果、これらの検査に対する階調スケールは、（左点，Ｄmin ＋０〜１）から開始するように変更する。 これには、ＲＯＩ直線を、この新たな点を通過してＤmin に到達するまで延長補間し、
新たな実効左点を計算する必要がある。 この新たな左点から、ＲＯＩにおける右点と背景点の間の新たな階調スケールを計算し、上記と同一の方法を用いて終点までの階調スケールを計算する。 さらに（ロールオフを行う場合は）、左点で階調スケールをロールオフするウィンドウは、この新たな左点を含むように変更しなければならない。

【００４５】最終的な階調スケールを作成する前に、開始点と最終的な左点の間にある解剖学的構造の詳細部分を切り落さないよう、左点のロールオフを行う（図８参照）。 このロールオフ操作は、上記のようにサイズを計算された可動平均ウィンドウを用いて行う。

【００４６】最後の操作は、直線セグメントを含む階調スケール領域において傾きの不連続性を排除するための階調スケールの平滑化である。 平滑化操作は、この操作が必要な階調スケール領域のみに適用される選択的な操作であることに注意することが重要である。 ＲＯＩは本来平滑でないため、直線入力校正関数に対しては直線のままである。 右点より下のウィンドウサイズの半分から始まり、最大グレイレベルより上のウィンドウサイズの半分まで、利用できるグレイレベルの数の約１０分の１
のウィンドウサイズを用いる。 この点と最大グレイレベルの間で、最大グレイレベルに到達するまで、連続的に低下するウィンドウサイズを用いる。

【００４７】入力校正関数が直線である場合、階調スケールの作成は終了する。 入力校正関数が対数である場合、全体的な階調スケールは、対数・直線変換関数（方程式１）を用いて上記のように計算する（図９参照）。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるディジタル放射線画像における自動階調スケール生成方法によれば、入力画像化様式、露出条件、入力校正関数の形状（対数あるいは直線）の違いに対して有効な階調スケール変換関数を生成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるディジタル画像処理システムの部分斜視図と部分構成ブロック図である。

【図２】対数入力校正関数により取得された典型的な射影Ｘ線画像のヒストグラム図である。

【図３】図２のヒストグラムによって表されたディジタル画像の累積分布関数を示すグラフ図である。

【図４】直線入力校正関数により取得された典型的な射影Ｘ線画像のヒストグラム図である。

【図５】図４のヒストグラムによって表されたディジタル画像の累積分布関数を示すグラフ図である。

【図６】本発明に従い、注視領域（左点から右点）に対して生成された典型的な階調スケール変換関数を示すグラフ図である。

【図７】本発明に従い、左点から背景点までに対して生成された典型的な階調スケール変換の直線セグメントを説明するのに有用なグラフ図である。

【図８】本発明に従い、直線の入力校正関数に対して生成された左点のロールオフによる典型的な平滑化変換関数を示すグラフ図である。

【図９】対数の入力校正関数に対し、図８の関数から変換された典型的な階調スケール変換関数を示すグラフ図である。

【図１０】累積分布関数の傾きの変化の計算を説明するのに有用なグラフ図である。

【図１１】ロールアンダ階調スケール曲線と、修正した階調スケール曲線を示すグラフ図である。

【図１２】階調スケール曲線の注視領域（ＲＯＩ）から残りの領域にかけての傾きの変化による、背景点の修正を説明するのに有用なグラフ図である。

【符号の説明】

１０ 記憶蛍光体 １１ 水平方向 １２、１４ ローラ対 １６、１８ ローラ対 ２０ 走査放射領域 ２２ レーザ ２４ レーザビーム ２６ 回転多角ミラー ２８、３０ 走査光学素子 ３２ ミラー ３４ 光検出器 ３６ アナログ・ディジタル変換器 ３８ 画像処理装置 ４０ ディスプレイモニタ ４２ フィルムライタ