Untitled

(1)

富士フイルム株式会社

1 1 1 1 2017/06/24 第74回関⻄地区CR研究会

(2)

本日の内容

第１部：単純X線撮影の変遷

第２部：画像処理の歴史と進化

2 2 2 2

(3)

第１部：単純X線撮影の変遷

1. CRシステム

2. FPDシステム

3. FPDシステムの高機能化

3 3 3 3

(4)

X線画像の進化

4444 高画質化高速化/小型化 CALNEO Smart(2015) FCR101(1983) FCR7000 (1988) FCR5000(2000)

初代FCRの発売から

小型化、高速化、高画質化を極めてきました

(5)

第１部：単純X線撮影の変遷

1. CRシステム

2. FPDシステム

3. FPDシステムの高機能化

5 5 5 5

(6)

スクリーン・フイルムシステムのプロセス

被

写

体

被

写

体

被

写

体

被

写

体

感

光

材

料

感

光

材

料

感

光

材

料

感

光

材

料

潜

像

潜

像

潜

像

潜

像

XXXX

線

画

像

線

画

像

線

画

像

線

画

像

現像現像現像現像////定着定着定着定着感光感光感光感光撮影撮影撮影撮影 X XX X線線線線エネルギーエネルギーエネルギーエネルギー変調変調変調変調XXX線X線線線エネルギーエネルギーエネルギーエネルギー情報蓄積情報蓄積情報蓄積情報蓄積情報増幅情報増幅情報増幅情報増幅 6 66 6

化学反応

スクリーンスクリーンスクリーンスクリーン////フィルムフィルムフィルムフィルム

(7)

CRシステムのプロセス

被

写

体

被

写

体

被

写

体

被

写

体

感

光

材

料

感

光

材

料

感

光

材

料

感

光

材

料

潜

像

潜

像

潜

像

潜

像

XXXX

線

画

像

線

画

像

線

画

像

線

画

像

レーザー

レーザー走査

走査

光電子増倍管

デジタル

デジタル処理

処理

イメージング

プレート

(8)

ＣＲシステムの原理

レーザー照射により生じる輝尽発光

(※)

_{を電気信号に変換しデジ}

タル画像を生成する

(※)X線照射時に発光した後、レーザー照射により再度発光する現象(X線情報を記憶) 8 88 8 デジタルデジタルデジタルデジタル信号信号信号信号対数変換増幅器対数変換増幅器対数変換増幅器対数変換増幅器ローパスフィルターローパスフィルターローパスフィルターローパスフィルター AD ADAD AD変換器変換器変換器変換器光電子増倍管光電子増倍管光電子増倍管光電子増倍管集光集光集光集光ガイドガイドガイドガイド光学系光学系光学系光学系ポリゴンミラーポリゴンミラーポリゴンミラーポリゴンミラー半導体半導体半導体半導体レーザーレーザーレーザーレーザーイメージングプレートイメージングプレートイメージングプレートイメージングプレート搬送方向搬送方向搬送方向搬送方向画像処理画像処理画像処理画像処理

(9)

ＣＲシステムの原理

レーザー照射により生じる輝尽発光

(※)

_{を電気信号に変換しデジ}

タル画像を生成する

(※)X線照射時に発光した後、レーザー照射により再度発光する現象(X線情報を記憶) 9 99 9

CRシステムによるプロセス改善

光学・機械的なデジタル化と画像処理により、情報を増幅・安

定化

化学的処理がなくなり、下記作業が不要になった

暗室作業、現像作業、現像液管理、洗浄作業

(10)

第１部：単純X線撮影の変遷

1. CRシステム

2. FPDシステム

3. FPDシステムの高機能化

10 10 10 10

(11)

レーザーレーザーレーザーレーザー走査走査走査走査光電子増倍管光電子増倍管光電子増倍管光電子増倍管デジタルデジタルデジタルデジタル処理処理処理処理イメージングイメージングイメージングイメージングプレートプレートプレートプレート

フォトダイオード

薄膜

薄膜トランジスタ

トランジスタ

デジタル

デジタル処理

処理

シンチレータ

((((蛍光体

蛍光体

蛍光体))))

蛍光体

FPDシステムのプロセス

被

写

体

被

写

体

被

写

体

被

写

体

感

光

材

料

感

光

材

料

感

光

材

料

感

光

材

料

潜

像

潜

像

潜

像

潜

像

XXXX

線

画

像

線

画

像

線

画

像

線

画

像

(12)

ＦＰＤシステムの原理

シンチレータで生じた発光をフォトダイオードで受け、電気信

号に変換することでデジタル画像を生成する

CRの光学的・機械的なサンプリングから、薄膜トランジスタ

(TFT)を用いた電子的サンプリングに進化した

12 1212 12 ＡＤＡＤＡＤＡＤ変換器変換器変換器変換器デジタルデジタルデジタルデジタル信号信号信号信号 X X X X線線線線反射層反射層反射層反射層 TFT TFTTFT TFTパネルパネルパネルパネルシンチレータシンチレータシンチレータシンチレータ X X X X線線線線画像処理画像処理画像処理画像処理

(13)

一般X線撮影における画質の推移

初代FCRからDQEが約5倍に向上

13 1313 13 D Q E (% ) 0 10 20 30 40 50 60 ＦＣＲ101 (＠８０ｋV) 初代初代初代初代CRCRCRCR ＦＤＲ Calneo C 間接型間接型間接型

間接型DR(GOSDR(GOSDR(GOSDR(GOS))))

ＦＤＲ

Calneo C SQ

間接型間接型間接型

間接型DR(DR(DR(DR(CsICsICsI))))CsI

(弊社比較) (RQA5 @1.0 Cycle/mm) ＦＣＲ Velocity CR CRCR CR

(14)

一般X線撮影における画質の推移

初代FCRからDQEが約5倍に向上

14 1414 14

FPDシステムによる撮影プロセスの

_改善

薄膜トランジスタにより、高速画像読み出しを実現

撮影直後の画像確認が可能になった撮影のたびに、カセッテを取り出し、運搬し、読み取る作業が不要になった

(15)

第１部：単純X線撮影の変遷

1. CRシステム

2. FPDシステム

3. FPDシステムの高機能化

(1)無線通信＆自動X線検出機能 (2)１Shot撮影が可能なロングサイズFPD (3)軽量移動型デジタルX線撮影装置 15 15 15 15

(16)

(1)無線通信＆自動X線検出機能

16161616

無線通信により、画像通信ケーブルが不要に

ポジショニングが容易になり、検査効率が向上した

自動X線検出機能により、X線発⽣器との接続が不要に

病棟や処置室等でも、FPDが利⽤でき、撮影作業が改善され

た

(17)

17 4 8 4 8 4 8 4 8インチインチインチインチ 17 17 17 17インチインチインチインチ

(2)１Shot撮影が可能なロングサイズFPD

17171717

薄膜トランジスタにより、高速画像読み出しを実現

カセッテ運搬や分割読み取りが不要になる

１Shot撮影が可能になる

体動を気にする必要がない

(18)

(3)軽量移動型デジタルX線撮影装置

18181818 軽量操作グリッド比選択 _{アライメント}寛容なグリッドレス撮影

画像処理

【画質改善】

X線

【小型モノタンク】

FUJIFILM コア技術 FUJIFILM コア技術軽量挿入性防水抗菌モバイル用FPD

FPD

【⾼感度】

DRカート４輪キャスターフレキシブル操作パネルスマートスロット X線装置の⼩型・軽量化（90kg：⼀般的な回診⾞の約1/5）を実現⾃由な取り回しと⾼い機動性が撮影効率化に寄与することが期待される低線量FPDシステム

(19)

CALNEO AQRO FCR

(3)軽量移動型デジタルX線撮影装置

50%X線量

19 1919 19

47cm

100kV 25mAs SID100cm 100kV 50mAs SID100cm

(20)

第１部：単純X線撮影の変遷まとめ

化学的処理からデジタル処理へ移⾏

液剤・フイルム管理作業、暗室作業がなくなった

カセッテの運搬作業がなくなった

撮影直後の画像確認が可能になった

デジタル処理の更なる進化(FPD使用範囲の拡張)

自動X線検出機能により、ポータブル撮影時でも撮影直後の

画像確認が可能になった

FPDでも１Shot撮影ができるようになり、全脊椎/全下肢の

撮影が効率化する

軽量かつ⼩型なモバイルカートにより、ポータブル撮影業務

が効率化する

20 2020 20

(21)

第２部：画像処理の歴史と進化

1. Image Intelligence

2. 画像解析技術の進化

3. ダイナミック処理の紹介

21 21 21 21

(22)

第２部：画像処理の歴史と進化

1. Image Intelligence

2. 画像解析技術の進化

3. ダイナミック処理の紹介

22 22 22 22

(23)

画像処理技術の進化

23232323 2011 2001 1998 EDR RP DRC MFP GPR FNC DV EDR RP DRC MFP GPR FNC EDR RP DRC MFP 1993 EDR RP DRC 1983 EDR RP

2016

EDR2 MFP2 FNC2 GPR2 VG2 EDR RP DRC MFP GPR FNC DV VG

2014

(24)

『目から入ってきた光の情報を捉えて処理し、脳裏に映し出すこと』人がおこなう、この画像最適化処理を、 Image Intelligence™は、人に代わっておこないます FUJIFILMは、８０年以上にわたって、どのような写真が撮影され、その写真をどう仕上げることが一番喜ばれるのかを、知識やノウハウとして蓄積してきましたその中で追求してきた画像技術コンセプトが Image Intelligence_™です Since 2002 24 2424 24

(25)

人が頭の中でおこなう、画像最適化処理

25252525 撮影者の脳裏には、真っ白で柔らかい質感のドレスが記憶されています

撮影者の意図を読取り、被写体やシーンから受ける印象、

脳裏に映ったイメージを再現します

被写体認識被写体認識被写体認識被写体認識光源推定光源推定光源推定光源推定記憶色再現記憶色再現記憶色再現記憶色再現室内のタングステン光源で撮影されると全体が赤み、ドレスが黄色みに映ります

(26)

多くの診断情報を引き出し、診断しやすい画像にする

26262626

被写体の位置や到達したX線量を解析することで、

濃度やコントラストを自動調整、診断情報を強調します

高線量撮影低線量撮影高線量撮影低線量撮影被写体認識被写体認識被写体認識被写体認識線量推定線量推定線量推定線量推定診断情報強調診断情報強調診断情報強調診断情報強調

⾒えにくい部分の情報を明瞭に表現でき、

診療の効率化が実現します

(27)

人体の立体構造(体厚)情報を解析する技術

27272727 アナログアナログアナログアナログXX線写真XX線写真線写真を線写真を経をを経経て経てててFCRFCR時代FCRFCR時代時代時代ででで長年培で長年培長年培ってきた長年培ってきたってきたってきた技術技術技術技術画像認識技術画像認識技術画像認識技術画像認識技術 X X X X線撮影線撮影線撮影情報活用線撮影情報活用情報活用情報活用 X X X X線線線シミュレーション線シミュレーションシミュレーションシミュレーション技術技術技術技術大量画像大量画像大量画像大量画像のののの解析技術解析技術解析技術解析技術

の

の画像技術

の

画像技術

画像技術を

を駆使

を

駆使

駆使して

駆使

して

して深化

して

深化

人体

人体を

を

を透過

を

透過

透過した

したX

した

X

X線情報

X

線情報

線情報から

から

人体

人体の

の

の立体構造

の

立体構造

立体構造((((体厚

立体構造

体厚

体厚))))情報

体厚

情報

情報を

情報

を解析

を

解析

解析する

する

する技術

技術

技術へ

へ

私たちは、からだの大きさや状況が異なる、

1人ひとりの患者様に対する最適なX線画像を提供するために、

人体を立体構造として捉えることが重要であると考えました

(28)

第２部：画像処理の歴史と進化

1. Image Intelligence

2. 画像解析技術の進化

3. ダイナミック処理の紹介

28 28 28 28

(29)

画像解析技術の進化

29292929 2011 2001 1998 EDR RP DRC MFP GPR FNC DV EDR RP DRC MFP GPR FNC EDR RP DRC MFP 1993 EDR RP DRC 1983 EDR RP EDR RP DRC MFP GPR FNC DV VG

2014

2016

EDR2 MFP2 FNC2 GPR2 VG2 1 1 1

1stststst _Generation_Generation_Generation_Generation ₂₂₂₂ndndndnd_Generation_Generation_Generation_Generation ₃₃₃₃rdrdrdrd_Generation_Generation_Generation_Generation

(30)

画像解析技術の進化

何がどのように写っているか、どのように診断に役に⽴つかを

理解しなければ、診断しやすい画像はできません

そのためには、画像を解析する技術が必要になります

第１世代：⼈体の⼤局的な特徴量(1次元)で画像を解析

第２世代：⼈体の⼤きさが異なる2次元構造を解析

第３世代：⼈体を⽴体構造(体厚：3次元)として解析

30 3030 30 X線強度頻度第１世代：ヒストグラム解析技術１次元の特徴量で⼤局的に解析第２世代：多重解像度解析技術画像のサイズを変えて2次元的に解析

(31)

画像解析技術の進化

2014

2016

EDR2 MFP2 FNC2 GPR2 VG2

第３世代の⽴体構造解析技術に

より、FUJIFILM画像処理は更

なる性能向上を遂げました

1 1 1

(32)

Virtual Gridを支える画像解析技術

1913年に発明されたグリッドから約100年、グリッドなしでも診断しやすい画像を実現できるようになった 32 3232 32 グリッドをグリッドをグリッドをグリッドを用用用用いていていていて撮影撮影撮影撮影グリッドを用いずに撮影ソフトウエアで散乱線を除去グリッドを用いずに撮影 Virtual Gridを適用

(33)

(1)体厚情報の解析技術

基礎実験データ、人体データ、体厚データを組み合わせることで、

⼈種、体格、撮影部位に対する⽴体構造(体厚)情報を解析する技

術のロバスト性を高めた

33 3333 33 散乱線を含む２次元画像散乱線を除いた画像

－

＝

場所ごとの体厚を解析散乱線を推定画像解析技術 ※体厚のイメージです

(34)

(2)ノイズ解析技術

膨大な画像から人体構造を構成する画素の集合をパターン化する

34 3434 34 画像技術を用いてパターン化人体を構成する画素の集合 ※パターンのイメージ

(35)

(2)ノイズ解析技術

パターン認識結果と体厚に関連する情報に基づき、フィルタを制

御し、人体構造と無関係なランダムなX線ノイズを低減する

35 3535 35 パターン毎の粒状改善直線状のパターン点状のパターン複雑なパターン filter filter filter filter filter ※フィルタのイメージ

(36)

散乱線に起因する粒状改善処理

36363636

粒状改善処理なし粒状改善処理あり

102kV 1.0mAs 100cm

(37)

(3)照射野認識技術の進化

照射野絞りの外側を厚い人体と誤り、散乱線を発生させる

散乱線が過剰に計算され、コントラストが過剰になる

照射野外領域を正しく認識する技術が必須となる

37 3737 37 分厚い被写体部分分厚い被写体部分から推定した散乱線過剰なコントラスト

(38)

(3)照射野認識技術の進化

グリッドレス撮影時の散乱線で照射野境界の認識が困難に！

⼤量に収集したグリッドレス撮影画像と、画像認識技術を組み合

わせることで、照射野認識の性能を向上させた

38 3838 38 照射野認識結果グリッドレス撮影画像

画像認識技術

(39)

(3)照射野認識技術の進化

絞りがある撮影でもコントラストが安定化！

Virtual Gridを全身に適用できるようになった

39 3939 39 照射野認識が失敗するとコントラストがつきすぎる照射野認識の成功画像

(40)

第２部：画像処理の歴史と進化

1. Image Intelligence

2. 画像解析技術の進化

3. ダイナミック処理の紹介

40 40 40 40

(41)

ダイナミック処理の特長

胸腰椎移⾏部は、体厚差が⼤きいため、胸椎が⾒えないことがありますダイナミック処理は、腰椎と胸椎を同時に⾒ることができます 41 4141 41 従来処理ダイナミック処理

(42)

ダイナミック処理の特長

股関節の軸位撮影は、前側の大腿臀部と股関節が重ならないように、撮影に気をつかいますダイナミック処理では、重なりがあっても関⼼領域が⾒えてきます 42 4242 42 従来処理ダイナミック処理

(43)

画像解析技術の進化

2014

2016

EDR2 MFP2 FNC2 GPR2 VG2

第３世代の⽴体構造解析技術

により、FUJIFILM画像処理は

更なる性能向上を遂げました

1 1 1

(44)

FUJIFILM画像処理技術の進化

今までも、

全体可視化

、

高コントラスト

、

低ノイズ

の相反する特

性を克服することで、性能を向上させてきました

ダイナミック処理

と

ノイズ抑制処理

を組み合わせ、その性能を更

に向上させました

44 4444 44

Low Noise

High Contrast

Consistency

1

stststst

_Generation

2

ndndndnd

_Generation

3

rdrdrdrd

_Generation

EDR2 MFP2 FNC2

EDR MFP FNC

(45)

体厚情報を精度よく解析する

⼈体の⽴体構造(体厚)情報を精度よく解析するために、４つの画

像認識技術を開発しました

45 4545 45 (3)照射野認識技術 (6)⼈⼯物認識技術 (4)直接X線認識技術 (5) 骨領域認識技術 (7)軟部領域抽出

(46)

体厚情報を精度よく解析する

46464646 絞り人工物照射野外人工物⼈体の⽴体構造 (体厚)情報骨 X線量 X線画像解析結果⼈体と無関係な領域と骨を除いた軟部の皮膚部と最厚部から、人体の⽴体構造(体厚)情報を解析します

(47)

47 4747 47

ダイナミック処理＋ノイズ抑制処理

1. 濃度安定化処理(EDR2)

2. マルチ周波数処理(MFP2)

3. ノイズ抑制処理(FNC2)

EDR2 MFP2 FNC2

(48)

48 4848 48

１．濃度安定化処理(EDR2)

濃度安定化処理の性能が、

更に向上しました

EDR2 MFP2 FNC2

(49)

EDR:濃度安定化処理(1983)

センサーに届いたX線量により画像の濃淡が変化するので、

体格や撮影条件によらず、同じ濃度にしたい

49 4949 49 ⾼線量撮影低線量撮影⾼線量撮影低線量撮影幅広い撮影部位/撮影条件に対して、簡単には安定化せず、完成まで10年かかりました EDR X線強度頻度

(50)

50 5050 50

濃度安定化処理の効果

被写体、撮影条件、ポジショニングなどの影響で信号がばらつく

Before

EDR

(51)

51 5151 51

濃度安定化処理の効果

画像の濃度が安定する

After

EDR

(52)

EDRの設計方針

体型に応じてコントラスト(L値)を調整し、全体を描写する

画像処理により、⼤柄体型のコントラストが低下する

52 5252 52

標準体型

大柄体型

X線被写体 X線 _被写体出⼒ X線量(⼊⼒) X線量(⼊⼒) 出⼒ EDR

(53)

EDR2の設計方針

画像から解析した⽴体構造(体厚)情報に基づいて、ダイナミック

レンジ圧縮量を制御することで全体を描写する

⼤柄体型画像の画像処理によるコントラスト低下を防⽌

53 5353 53

標準体型

大柄体型

X線被写体 X線 _被写体 X線量(⼊⼒) 出⼒ X線量(⼊⼒) 出⼒自動DR圧縮⽴体構造から調整量を決定 EDR2 固定コントラスト(L値固定) 固定コントラスト(L値固定)

(54)

標準体型の変化

_EDR2 54545454

従来処理

コントラスト(L値)可変

ダイナミック処理

(55)

大柄体型の変化

55555555 従来処理コントラスト(L値)可変ダイナミック処理固定コントラスト(L値固定) EDR2

(56)

大柄体型の変化

56565656 従来処理コントラスト(L値)可変ダイナミック処理固定コントラスト(L値固定) ＋ダイナミックレンジ自動制御 EDR2

(57)

57 5757 57

２．マルチ周波数処理(MFP2)

マルチ周波数処理の性能が、

更に向上しました

EDR2 MFP2 FNC2

(58)

58 5858 58

MFP:マルチ周波数処理

(1998)

自然、かつ、より鮮明な画像で読影できるようにしたい

複数のボケ画像を使うことで、デジタル画像処理の不⾃然さをなくし、診断しやすい画像にしました MFP 高周波数成分強調画像平滑化画像原画像

(59)

59 5959 59

マルチ周波数処理

マルチ周波数処理(1998)

アン・シャープマスク処理(1983)

MFP

⾦属周辺の⿊帯がなくなり、

⽴体感がある⾃然な画像

_を実現

(60)

２）マルチ周波数処理の進化

今まで以上に、自然かつ高コントラストな画像を実現

より低周波数帯域から強調できるように変更

アーチファクト抑制機能を強化

60 6060 60 マルチ周波数処理ダイナミック処理 MFP2

検出器に届いた

僅かな情報

を、

大幅に強調

できます

(61)

２）マルチ周波数処理の進化

今まで以上に、自然かつ高コントラストな画像を実現

より低周波数帯域から強調できるように変更

アーチファクト抑制機能を強化

61 6161 61 マルチ周波数処理(非常に強い強調処理) ダイナミック処理 MFP2

大幅に強調

しても、

アーチファクト

が発生にくい

(62)

プリセット画像処理

4種類のプリセット画像処理を⽤意

Preset1：

L値固定の従来パラメータ

Preset2

：ＤＲ圧縮を強くして全体を可視化

Preset3

：超低周波強調を強め、メリハリ感アップ

Preset4

：濃淡変化をなくし、組織のコントラストを強調

62 6262 62

(63)

63 6363 63

３．ノイズ抑制処理(FNC2)

ノイズ抑制の性能が、更に向上しました

EDR2 MFP2 FNC2

(64)

３）ノイズ抑制処理の進化

Virtual Gridで開発したノイズ抑制処理を、全ての撮影メニュー

に適用しました

64 6464 64 FNC2 従来処理(FNC1) 新処理(FNC2)

(65)

３）ノイズ抑制処理の進化

Virtual Gridで開発したノイズ抑制処理を、全ての撮影メニュー

に適用しました

65 6565 65 FNC2 従来処理(FNC1) 新処理(FNC2)

(66)

３）ノイズ抑制処理の進化

ダイナミック処理とノイズ抑制処理を組み合わせることで⾼コン

トラストと低ノイズを両⽴しました

66 6666 66 従来処理 _{ダイナミック処理} FNC2

(67)

３）ノイズ抑制処理の進化

ダイナミック処理とノイズ抑制処理を組み合わせることで⾼コン

トラストと低ノイズを両⽴しました

67 6767 67 従来処理 _{ダイナミック処理} FNC2

(68)

４）画像処理の進化

68686868 FCR101(1983)相当の画像ダイナミック処理画像ノイズ抑制処理周波数強調処理濃度安定化処理 DR圧縮制御機能 DR圧縮制御機能ノイズ抑制処理

(69)

第２部：画像処理の歴史と進化まとめ

FUJIFILMの画像解析技術は、絶えず改良されています

第

１世代：人体の大局的な特徴を1次元情報として解析

第２世代：⼈体の⼤きさが異なる2次元情報を解析

第３世代：⼈体の⽴体構造(体厚：3次元)情報を解析

第３世代の画像解析技術を搭載した

ダイナミック処理

⼈体の全体構造が⾒やすくなり、診断しやすくなります

L値が固定され、ダイナミックレンジ圧縮が自動制御される濃度とコントラストが安定する EI値とS値がそれぞれ専用ロジックで算出されるより低周波数帯域から強調でき、僅かな信号が⾒えるようになるアーチファクトが少ない自然な強調画像になるノイズが少ない、強調画像になる 69 6969 69

(70)

まとめ

FPD機能の向上に伴い、撮影室以外でも撮影直後の画像確認が

容易になり、ワークフローが効率化した

化学処理で⻑年培ってきた“魂”は、画像処理が主流になった現在

でも不変である(Image Intelligence)

第３世代の⽴体構造(体厚)情報を解析する技術により、様々な画

像処理の性能が向上する

初代FCRから続く画像処理の概念を、⼀部踏襲しつつ、技術を刷

新することで、より診断しやすい画像を提供ようになった

70 7070 70

(71)

71 7171 71 世界は、ひとつずつ変えることができる。