image J 富山消化管撮影研究会

はじめに

 近年，医用画像診断装置の急速な発展に伴い，よ り情報量の多い大量のデジタル画像が容易に得られ る時代が訪れた．これによって，診療画像技術学を 背景とした分野においても，業者等が作成した画像 解析ソフトで標準的に備わっている機能を超えて， ユーザーが独自に考案したアルゴリズムを適用する， といった機会が増加している傾向にある．そこで，本 稿では，独自のアルゴリズムによりデジタル画像を容 易に処理することが可能な技術の一例として，フリー の 画 像 処 理ソフトとして 知られ ている ImageJ の Plugin機能（Java 言語使用）を用いた画像処理プログ ラミング法の基礎について解説する．

 ImageJ^{1, 2）}とは，NIH Image を Java プラットホーム 専用に開発したフリーの画像解析ソフトである．Java を採用することによって，従来の NIH Image や Scion Imageとは異なり，Windows，Macintosh，Linux など 複数の OS 上で動作可能となり，さまざまな研究分野 で活躍する多くのユーザーを獲得するに至った．更 に，Plugin（「プラグイン」と読む）をサポートしている ことが大きな特徴として挙げられる．Plugin とは，ソ フトを使用するユーザーが，自分がほしい機能のみを 追加できるようにする補助プログラムであり，Java に よるプログラミングが 可能である．ImageJ では， Pluginから呼び出し可能なさまざまなライブラリが準 備されていることから，これらを有効利用することに より「ImageJ 上で表示された画像を，何らかのアルゴ リズムで処理し，すぐさま結果の画像を画面に表示 する」プログラムを容易に作成することが可能とな る．ここで，Plugin プログラミングに関する解説の詳 細については参考文献 3）を，また，ImageJ の Plugin プログラムの例題を含んだデジタル画像処理に関す る教科書としては参考文献 4）をそれぞれ参照された い．

1．Macro 機能 vs Plugin 機能 1-1 Macro 機能

 ImageJ では，「Macro 機能」または「Plugin 機能」を

パーソナルコンピュータを用いた医用画像処理の基礎

− ImageJ を用いて　Plugin 開発編−

北里大学医療衛生学部

村石　浩

−パソコンソフト活用術−

用いることにより，ユーザー独自のコードを作ること が可能である．ここでは，まず Macro 機能について 例を挙げて説明する．Macro 機能は，「Plugin 機能」 に比べて簡易的な方法であり，「ImageJ に既に内蔵さ れたコマンドのみ」を自由に組み合わせて実行するこ とが可能な方法である．Fig. 1 に Macro 機能を利用 した例を示す．ImageJ のメインウィンドウにおいて Plugins→Macros→Record を実行すると，タイトルが

「Recorder」と書かれたテキストボックスが表示され る．この状態で，ユーザーが任意のコマンドを実行す ると，実行コマンドがこのテキストボックス内に順次 表示される．Fig. 1 では，まず File→New→Image で 8 bit型 256×256 pixels の黒色画像（画素値ゼロ）を 1 枚表示させ，次に，Edit→Selection→Specify で 128×128 pixelsの ROI を 画 像 の 中 央 に 設 定 し， 最 後 に Edit→Clear で ROI 内を白色（画素値 255）にした結果 が表示されている．ここでは 3 回の操作を行ったこと から，テキストボックス内に 3 行の実行コマンドが表 示されているのがみてとれる．この状態で，テキスト ボックス内の「Create」ボタンを押すと，「Macro.txt」と 書かれたテキストボックスが新たに表示され，Macro プログラムが完成する．ここで，このテキストボック ス内の Macros→Run Macro を実行すると，先ほどの 一連の操作が自動で再現される．また，File→Save As で例えばデスクトップにテキスト形式で保存し， 一度 ImageJ を再起動した後，Plugins→Macros→Edit を選び保存したマクロファイル（Macro.txt）を開くと， 再び Macro.txt と書かれたテキストボックスが表示さ れる（もしくは，Macro.txt のアイコンをマウスでつか んで ImageJ のメインメニューにドラッグ & ドロップ しても表示される）．ここで，同様に，Macros→Run Macroを選べば，ImageJ を再起動後も同じ操作を実 行することが可能となる．

1-2 Plugin 機能

 次に，Plugin 機能について説明する．Macro 機能 では，既に準備されているコマンドのみ使用可能で あったが，Plugin 機能では，Java によるプログラミン

グが可能であり，ユーザーが独自にアルゴリズムを組 み込んで，特定の画素のレベルで任意の演算処理を 行うことが可能である．この種の演算処理は，通常， C/C++ や Fortran などの高度なプログラミング言語を 用いる必要がある．これらの言語では，対象とする画 像データをまず読み込んで一度配列に入れてから演 算を行い，演算終了後に配列をふたたび画像ファイ ルとして出力し，最後に，画像表示ソフトを用いて画 像を表示させる，といったたいへん複雑なプロセス が必要である．一方で，ImageJ の Plugin 機能では， 最低限の演算部分については Java によるプログラミ ングが必要であるが，それ以外については自動で実 行されるため，プログラミングがたいへん容易となっ ている．言い換えると，「ImageJ で表示した画像に対 して Plugin を実行するだけで，表示画像に対して任 意の処理を適用し再表示することが可能」というわけ である（これはまさに診療画像技術学を背景とした分 野において最も適した技術の一つであると言える）．  Plugin プログラムの実際の作成方法については， 次章で説明することとし，ここでは，既に準備された Pluginのインストール方法について説明する．ImageJ はフリーソフトであることから，世界中のユーザーが 開発した大量の Plugin プログラムがホームページに おいて無 償で 公開されている^5）．ここで，好 みの Pluginのページに入り，Plugin の実行ファイルである

「.class」ファイルを各自コンピュータ内にダウンロード する．ダウンロード先は，いま ImageJ がインストー ルされているフォルダ（Windows であれば，C:¥Program Files¥ImageJ¥であるが）を <ij> と定義した時，その サブフォルダである <ij>¥plugins¥ 内に必ずダウン ロードする（このフォルダ内に置かないと Plugin プロ グラムは動作しないため）．その後，ImageJ を再起動 しメニューの Plugins をマウスでクリックすると，そ こにダウンロードした Plugin が新たに登録されてい るの が 分 か る．実 は，ImageJ は 起 動 す るた び に

<ij>¥plugins¥ 内にある .class ファイルを検索し，メイ ンメニューの Plugins 内に登録を行っている．すなわ ち，独自に作成した Plugin プログラム（次章参照）も このフォルダ内に置く必要がある．

 一方で，Plugin のソースプログラムは，.class ファ イル（コンパイルされた機械語で書かれた実行ファイ ル）ではなく .java ファイル（Java によるテキストファイ ル）である．すなわち，各ユーザーが独自に Plugin を 作成した場合には，各自でコンパイルをして .class ファイルを作成する必要がある．その方法を以下に 説明する．例として，先ほどの Macro 機能で作成し た Macro.txt を ImageJ で開く（Plugins→Macros→Edit を選び，保存したマクロファイル「Macro.txt」を選択）．

ここで，表示されたテキストボックス（タイトルが

「Macro.txt」のもの）内 に お い て，Edit→Convert to Pluginを実行する．すると，タイトルが「Converted_ Macro.java」と書かれた Plugin プログラムがテキスト ボックスとして表示される（Fig. 2）．このテキストボッ クス内の File→Compile and Run を実行すると，保存 先を聞かれるので，<ij>¥plugins¥ を選択し OK を押 す．すると，先ほどの Macro プログラムと同じ操作 が Plugin プログラムによって行われる．ここで，

<ij>¥plugins¥ のフォルダ内をみてみると，Convert- ed_Macro.java（ソ ー ス プ ロ グ ラ ム）と Converted_ Macro.class（実行ファイル）が新たに作成されている のが分かる．すなわち，先ほどの操作で File→Compile and Runを実行したことにより，コンパイルで .class ファイルが作成され，続いて .class ファイルが実行さ れた，というわけである．更に，一度 ImageJ を終了 し，再起動してみる．すると，メインメニューの Plugin 内に「Converted Macro」というコマンドが登録されて いるのが分かる（これを実行すると先ほどの操作が再 現される）．このように，Plugin で独自に作成したプ Fig. 1 Macro 機能を利用した例

ログラムは，ImageJ の新しいコマンドとしてメインメ ニューの Plugins 内にインストールすることが可能で ある．

2．Plugin プログラムの構成

 ここでは，Plugin の構成について例を挙げながら 説明する．ImageJ では，以下に示す二つの基本的な Pluginのフレームが準備されている．

・「① PlugIn フレーム」∼ プログラム実行の際に画像 を必要としない

・「② PlugInFilter フレーム」∼ プログラム実行の際に 画像を必要とする

 まず，「① PlugIn フレーム」についてみていこう． ImageJのメインウィンドウにおいて Plugins→New→ Pluginを実行すると，タイトルが My_Plugin.java と 書かれた「① PlugIn フレーム」の例題プログラムが表 示される（Fig. 3）．ここで，前章のようにまず実行し てみよう．テキストボックス内の File→Compile a nd Runを 実 行 す ると 保 存 先 を 聞 か れ るの で，

<ij>¥plugins¥ を選び OK を押す．すると，コンパイ ル後にプログラムが実行され，画面に “Hello World!” と表示されたダイアログが現れ，OK をクリックする と実行が終了する（<ij>¥plugins¥ 内に My_Plugin.java と My_Plugin.class ができていることをチェックして おこう）．ここで，Fig. 3 に示した実際のプログラムを みていこう．まず，“import” で始まる最初の数行で は，ImageJ 専用のライブラリ等を読み込んでいる． その下の “public class My_Plugin …” から最後までの 部分が Plugin 本体であり（Java では，これを “ クラ ス ” と呼ぶ），ここでは “My_Plugin” というクラス名 がつけられている（このクラス名はユーザーが好きな 名前をつけることができるが）．ここで，① クラス名 とファイル名を同一にする必要があり，更に ② クラ ス名にアンダーバー ( _ ) を一文字以上入れる必要が

あるので注意しよう．更に，実際に実行したい内容 は，“public void run …” 内に書けばよい（図中の黒線 で囲んだ部分）．ここでは，テキストをダイアログに 表示させる関数である “IJ.showMessage” を使って

“Hello World!” を画面に表示させている．一方で，こ の例題プログラム（Fig. 3）を先ほどの Fig. 2 のプログ ラムと比較してみる．すると，黒線で囲んだ部分以外 は全く同じ構成になっているのが分かり，Macro プロ グラムから作成した Plugin プログラムは「① PlugIn フレーム」を使用していることが理解できる．

 次に，「② PlugInFilter フレーム」についてみていこ う．ImageJ のメインウィンドウにおいて Plugins→ New→Plugin Filter を実行すると，タイトルが Filter_ Plugin.javaと書かれた「② PlugInFilter フレーム」の例 題プログラムが表示される（Fig. 4）．ここで，プログ ラムを実行する前に何か画像を ImageJ で一つ開いて おこう（前章の Macro 機能の説明で作成した画像を用 いるとよい）．先ほどと同様に，テキストボックス内の File→Compile and Run でプログラムを実行してみ る．すると，表示された画像の画素値（白黒）が 0.5 秒 間反転してからもとに戻るのが分かるであろう（何度 か繰り返し実行してみよう）．ここで，Fig. 4 に示した 実際のプログラムをみてみる．Fig. 3 と同様に，最初 の部分で “import” から始まる初期設定が行われてい るが，最後の行（“import ij.plugin.filter.*; ”）が先ほど と異なるのが分かる．これは，「① PlugIn フレーム」 と「② PlugInFilter フレーム」で使用するライブラリが 異なるためである．次に，プラグイン本体であるクラ ス名として，ここでは “Filter_Plugin” という名前が用 いられており，更にこのクラス内において “public void run …” の前に “public void setup …” が新たに宣 言されているのが分かる．この “setup” 内では，表示 された画像の画素値をプログラム内の配列に自動で 読み込むための宣言が行われており，ここでは 8 bit, Fig. 2 Macro.txt（Fig. 1）を Plugin プログラムに変換したも

の（Converted_Macro.java） Fig. 3 「① PlugIn フレーム」の例（My_Plugin.java）

16 bit, 32 bitグレイスケール，8 bit カラーなどの任意 の画像形式を読み込み可能とする “DOES_ALL” が 宣言されている［もし 8 bit グレー画像のみに限定する 場合には “DOES_8G” とする（次章参照）］．更に，

“run” 内をみていくと，まず “ip.invert ( ); ” で読み込 んだ画像の画素値が入った配列の値を反転させる計 算が行われ，“imp.updateAndDraw ( ); ” により計算 後の配列の数値を表示画像に反映させることにより， 表示画像の白黒を反転させている．次に， “IJ.wait (500)” で 0.5 秒間待った後，再び “ip.invert ( ); ” で配 列の数値を再び反転させてもとに戻し，“imp.update AndDraw ( ); ” で再表示が行われプログラムが終了し ているのが分かる．

3．Plugin プログラムの作成

 ここでは，前章で説明した「② PlugInFilter フレー ム」の応用として，表示した画像の特定の部分につい て操作を行う方法について説明する．まず，前章の 要領で ImageJ のメインウィンドウにおいて Plugins→ New→Plugin Filter を 実 行し てタイトル が Filter_ Plugin.javaと書かれたテキストボックスを表示させ る．このテキストボックスにおいて File→Save As と すると保存先を聞かれるので，<ij>¥plugins¥ 内にお いて，例えば Program_1.java というファイル名で保 存する．すると，先ほどのテキストボックスのタイト ルが Program_1.java に変わり，更にプログラム内の クラス名を宣言している部分が，“public class Filter_

Plugin …” から “public class Program_1 …” に変わっ ているのが分かる．すなわち，ファイル名とクラス名 が自動で統一されたことにより，新しい Plugin プロ グラムが作成されたことになる．ここで，Fig. 5 にプ ログラムの例を示すので，実際に作成してみる．この 例題プログラムでは，読み込む画像の形式を 8 bit グ レイスケールと指定しているため，“setup” 内におい て “DOES_ALL” ではなく “DOES_8G” と宣言されて いる．また，“run” 内では，まず “int w = …” と “int h

= …” で，それぞれ表示画像の横と縦のピクセル数を 読み込んで，整数型で宣言された変数 w と h にそれ ぞれ代入している．次に，u を w 回，v を h 回ループ させ，ある画素 (u, v) に入っている数値を “ip.getPixel (u, v)” により，整数型で宣言された変数 p に一度入 れ，その後，“ip.putPixel (u, v, 255−p)” により，画素 (u, v) に 255 から p を引いた数値を入れ直す，といっ た操作をすべての画素 (u, v) について行っている．こ のループ計算が終了後，“imp.updateAndDraw ( ) ; ” で更新された配列の値を表示画像に反映させてい る．すなわち，このプログラムを実行すると，8 bit グ レイスケールの表示画像の画素値（白黒）が反転する 結果が得られることになる．ここで，ループの範囲を 工夫すれば，画像の特定の領域のみに操作を適用す Fig. 4 「② PlugInFilter フレーム」の例（Filter_Plugin.java）

Fig. 5 「② PlugInFilter フレーム」による例題（Program_1. java）

ることが可能となる．また，“ip.putPixel (u, v, p/2)” と すれば，画素値が 1/2 の画像を作ることができる．以 上のように，「② PlugInFilter フレーム」を独自に応用 することにより，簡単な画像処理ソフトを作成するこ とが可能となる^6）．

おわりに

 本稿では，ImageJ の Plugin 機能の使用に関する初 歩的な部分について読者の皆さんに実際に体験して いただくことを目的として，例題による実践的な解説 を行った．今後，多くの方々に Plugin 開発を挑戦し ていただく際に，本稿の内容が役に立てばたいへん 光栄である．

参考文献

1） Rasband WS. ImageJ. U. S. National Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA, 1997-2009.

http://rsb.info.nih.gov/ij/

2） Abramoff MD, Magelhaes PJ, Ram SJ. Image Processing with ImageJ. Biophotonics International 2004; 11(7): 36-42.

3） Bailer W. Writing ImageJ PlugIns − A Tutorial.

http://www.imagingbook.com/fileadmin/goodies/ijtutorial/ tutorial171.pdf, 2003

4） Burger W, Burge MJ. Digital Image Processing. An Algo- rithmic Introduction using Java. Springer, 2008.

http://www.imagingbook.com/ 5） ImageJ Plugin ホームページ．

http://rsbweb.nih.gov/ij/plugins/index.html

6） 村石 浩，他．ImageJ による診療放射線技師養成向け画 像再構成ソフトの作成．I. 投影及び画像再構成．Japanese Journal of Medical Physics 2006; 26(2): 155-156.