04 学 術 ◆ 19 (1343) Key words: screen film system, computed radiography, unsharp mask processing, multi-resolution image processing 【summary】 Medical X-ray imaging creates processed images with subjective contrast. In screen film (SF) systems it is difficult to depict images if the subjective contrast is very high. For example, the thorax contains lungs (high radiolucency) and bone (low radiolucency) and therefore has very high subjective contrast, which results in missing information due to the performance limits of SF systems. On the other hand, computed radiography (CR) systems can work more flexibly than SF systems by using frequency processing for images with very high levels of contrast. To solve this problem, CR systems employ sharpening processing in order to depict a wide range of contrast with a low gradation, using high pass filters that suppress fluctuation of the direct current (DC) component between local images. Before development of CR systems, two output methods were used which preserved the DC component to approximate SF images and sharpened images with high pass filters. However, this style of processing was not universally adopted due to a feeling of degraded reliability created by resampling images with a coarse reading pitch and by using an artificial signal in imaging processing. Therefore, even though improvements in reading the sampling pitch and obtaining actual-sized images have been made, the present mainstream method is just an iteration of former methods that were used to approximate SF. This paper proposes that images that are mainly composed of an alternating current (AC) component are valid for clinical detection of abnormalities also seen in X-ray images that use a fluctuating DC component, such as in X-ray images of the thorax. 【要旨】 X 線画像は,被写体コントラストを加工し出力される画像である.増感紙フィルムシステム(screen film system : SF)においては,例 えば胸郭X 線画像のように被写体コントラストが極めて高い場合,表示能力の限界による情報の欠落のため1 枚の画像に描出することは困 難である.一方,X 線画像に対する電子計算機X 線画像(computed radiography : CR)の主な利点は,可変周波数特性である.CR における鮮鋭化処理は,画像の局所間における直流成分の変動を抑制できるため,低階調で広範な領域を表現することができる.かつて CR 開発企業は,CR をSF 画像へ近似し直流成分を維持する画像および高周波通過フィルターを用いる鮮鋭化画像の二種類の画像の提 供を提案していた. しかしながら, このスタイルは多くの臨床家に受け入れられず,現在はSF 画像へ近似する画像のみの提供が主流である. 本論文は,交流成分主体のX 線画像が,胸郭X 線画像のように直流成分の変動するX 線画像内に見られる異常像の検出に有効であること を明らかにし,CR の可変周波数特性を積極的に利用することを提案する. 学 術 Arts and Sciences 資 料 緒 言 X 線画像は,被写体におけるX 線透過性の高低によ り生じるコントラスト,すなわち被写体コントラスト を加工し出力される画像である.SF においては,被 写体コントラストが極めて高い場合,被写体を1 枚の 画像に描出することは困難である.例えば胸郭 1)*1 は透過性の極めて高い肺野領域および透過性の極めて 低い骨領域を含有しており,肺野領域および骨領域に よって作られる被写体コントラストは高く,SF の性 能の限界のため画像の描出を困難にしている.また画 像の観察においても肺野の高濃度域および軟部組織, 骨の重なる低濃度域は極めて高いコントラストを形成 し読影を妨げている. 一方, CR はSF に対して周波数処理の自由度が高く, SF の極めて高いコントラスト領域によってもたらさ れる読影の妨げ問題に対して,可変周波数特性を用い て柔軟に対応できる.これより以降,画像における高 コントラスト成分を周波数領域における直流成分 2),3) へ置き換えて述べる.この問題についてはCR の鮮鋭 化処理を用いる.CR における鮮鋭化処理は,画像の Tabuchi Motohiro(33328) Depatment of Radiology, Dojinkai Konko Hospital *1 脊椎,肋骨,肋軟骨および胸骨により籠状に囲まれ, 胸部諸筋,筋膜および横隔膜が付着したもの.心肺な ど生体における重要臓器を内包し,弾力性に富む. CR におけるアンシャープマスク 処理 および多重解像度処理の 原理 と 臨床X線検査への応用 Principles and clinical application of multi-resolution image processing in com- puted radiography 田淵 真弘(33328) 医療法人社団 同仁会 金光病院 放射線科 診療放射線技師
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CRにおけるアンシャープマスク 処理 の原理と Arts …資 料 CRにおけるアンシャープマスク処理および多重解像度処理の原理と臨床X線検査への応用
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【summary】 Medical X-ray imaging creates processed images with subjective contrast. In screen film (SF) systems it is difficult to depict images if the subjective contrast is very high. For example, the thorax contains lungs (high radiolucency) and bone (low radiolucency) and therefore has very high subjective contrast, which results in missing information due to the performance limits of SF systems. On the other hand, computed radiography (CR) systems can work more flexibly than SF systems by using frequency processing for images with very high levels of contrast. To solve this problem, CR systems employ sharpening processing in order to depict a wide range of contrast with a low gradation, using high pass filters that suppress fluctuation of the direct current (DC) component between local images. Before development of CR systems, two output methods were used which preserved the DC component to approximate SF images and sharpened images with high pass filters. However, this style of processing was not universally adopted due to a feeling of degraded reliability created by resampling images with a coarse reading pitch and by using an artificial signal in imaging processing. Therefore, even though improvements in reading the sampling pitch and obtaining actual-sized images have been made, the present mainstream method is just an iteration of former methods that were used to approximate SF. This paper proposes that images that are mainly composed of an alternating current (AC) component are valid for clinical detection of abnormalities also seen in X-ray images that use a fluctuating DC component, such as in X-ray images of the thorax.
【要旨】 X線画像は,被写体コントラストを加工し出力される画像である.増感紙フィルムシステム(screen film system : SF)においては,例えば胸郭X線画像のように被写体コントラストが極めて高い場合,表示能力の限界による情報の欠落のため1枚の画像に描出することは困難である.一方,X線画像に対する電子計算機X線画像(computed radiography : CR)の主な利点は,可変周波数特性である.CRにおける鮮鋭化処理は,画像の局所間における直流成分の変動を抑制できるため,低階調で広範な領域を表現することができる.かつてCR開発企業は,CRをSF画像へ近似し直流成分を維持する画像および高周波通過フィルターを用いる鮮鋭化画像の二種類の画像の提供を提案していた.しかしながら,このスタイルは多くの臨床家に受け入れられず,現在はSF画像へ近似する画像のみの提供が主流である.本論文は,交流成分主体のX線画像が,胸郭X線画像のように直流成分の変動するX線画像内に見られる異常像の検出に有効であることを明らかにし,CRの可変周波数特性を積極的に利用することを提案する.
Fig.11 AC component + 0%component of the original image
Fig.12 AC component + 10%component of the original image
Fig.13 AC component + 100%component of the original image
Fig.14 subtracted image between the original image and the multi-resolution processing image fig.11
24(1348)◆ 日本診療放射線技師会誌 2014. vol.61 no.744
・交流成分へ10%の原画像成分を加えた画像(Fig.12)が良い
・交流成分へ100%の原画像成分を加えた画像(Fig.13)が良い
2.2.2 AFROC解析 AFROC解析は,原画像のみを観察する場合,原画像および多重解像度処理画像の両方で観察する場合に分け,多重解像度処理画像については前小節で用意した原画像成分の信号振幅比率の異なる3種類の多重解像度処理画像を使用し,計4つの組み合わせについて実験を行う. AFROC解析における異常信号認識試験のための標本画像取得手順を述べる. 標本画像における異常信号として,乳房撮影装置の品質保証評価に用いるNuclear Associates社製米国放射線科医学会(American College of
Fig.19 X- ray image o f the mammograph ic phantom 18-220 with ACR accreditation
Fig.20 schema of the mammographic phantom 18-220 with ACR accreditation
Fig.21 sample image for the recognition test of abnormal signals
画像表示ディスプレイ部屋の照度観察時間観察距離濃度階調変換
拡大率および縮小率
CCL 254i2
377lx
任意任意任意任意
Table 3 conditions of the AFROC experiment
26(1350)◆ 日本診療放射線技師会誌 2014. vol.61 no.744
に対して真陽性の評点として1点を加える.一方,囲んだ円がおおむね異常信号を捉えていながらも円の中心が異常信号の中心と比較して明らかにずれている場合,評点は真陽性の分布および偽陽性の分布から同時に発生していると仮定し,真陽性および偽陽性の双方の評点とする. 実験から得た評点から,偽陽性分布および真陽性分布の確率密度関数を正規分布に基づく最尤推定により求め,それぞれの累積確率分布からAFROC曲線およびAUC(area under the curve)値ならびに両確率密度関数間の距離16)dを求め評価する.なお両確率密度関数間の距離は次式(4)により求められる.ただし,μs,σs,μn,σnは,真陽性分布の確率密度関数における平均値および標準偏差,偽陽性分布の確率密度関数における平均値および標準偏差をそれぞれ示す.
10) Dev P.Chakraborty:Comparison of free-response and ROC analyses in modality comparison studies involving lesion localization, Medical Imaging 2002: Image Perception Observer Performance and Technology Assessment, Proc. SPIE, vol.4686, pp.210-218, 2002.
11) DC Edwards et al.: Maximum likelihood fitting of FROC curves under an initial-detection-and-candidate-analysis model. Medical physics, pp.2861-2870, 2002.
12) Dev P.Chakraborty:Recent advances in observer performance methodology: jackknife free-response ROC (JAFROC). Radiation Protection Dosimetry, vol.114, pp.26-31, 2005.
13) Extensions to Conventional ROC Methodology: LROC, FROC and AFROC. Journal of the ICRU 8 (1), pp.31-35, 2008.
14) Khurd P et al.:Ideal AFROC and FROC observers, IEEE Transactions of Medical Imaging. vol.29, pp.375-86, 2010.
15) F.Zanca et a l .:Consistency of methods for analysing location-specific data. Radiation Protection Dosimetry, vol.139, pp.52-56, 2010.