1. 緒 言 乳癌の早期発見にはマンモグラフィが最も有用 な検査方法であると位置づけられている。近年は マンモグラフィの集団検診が行われるようにな り、一人の医師が読影する画像量が増えてきた。 そこで、読影医の負担を減らし、腫瘤検出能を向 上させる目的で開発されたのが、コンピュータに よる支援診断システム（CAD）である。 CAD で腫瘤検出を目的として用いられる画像 処理フィルタの一つにアイリスフィルタがある。 これは乳癌腫瘤の濃度勾配ベクトルの集中度を算 出して乳癌腫瘤検出を行うものである。 マ ン モ グ ラ フ ィ に は 近 年 FPD（Flat Panel Detector）や IP（Imaging Plate）といったディ ジタルシステムが用いられるようになってきてい る。それぞれの装置は画像を得るまでの機構が異 なるため画像には特徴がある。MTF や DQE は FPD の方が良いとされている。しかしこれまで の FPD は画素サイズが 100 ～ 150［μm］程度と IP に比べて大きかったためこれが解像度を低下 「コンピュータによる画像診断支援システム（ CAD）」で用いられる画像処理フィルタの一つ にアイリスフィルタがある。本実験はアイリスフィルタを用いて、FPD と IP で腫瘤検出を行っ た際に腫瘤検出能にどのような差が生まれるかを検証したものである。FPD と IP では画像を得 るまでの機構が異なる。そのため画質にはそれぞれ特徴がある。FPD の方が MTF、DQE 共に良 いとされている。今回使用した FPD 装置 AMULET の画素サイズは IP と同じ 50[ μ m] であるた め、解像度の比較的な差もない。 それぞれの検出器について性能評価を行った。WS は低周波数領域において AMULET の方が 高い値を示し、粒状性が悪かった。また、MTF については全体において AMULET の方が高い値 を示し、高鮮鋭だった。何種類かの模擬腫瘤を乳房ファントムの上に乗せて撮影し、アイリス フィルタで腫瘤検出を行った。いずれの検出器においても直径が大きい腫瘤ほど集中度が低下し た。アイリスフィルタは濃度勾配ベクトルの方向のみから腫瘤を検出する。濃度勾配が緩やかだ とノイズの影響を受けやすくなり、集中度が低下する。直径が大きい腫瘤は濃度勾配が緩やかに なるため、集中度が低下した。また直径が大きく高さの低い腫瘤については FPD 装置の方が高 い集中度を示した。WS 値は AMULET の方が高かった。しかし今回使用した模擬腫瘤に影響を 及ぼすノイズはより高周波領域のノイズと考えられる。二つの検出器では高周波領域においては WS 値に大きな差はなかったため、腫瘤検出の影響に差はなかった。一方、腫瘤辺縁に相当する 領域において MTF の値は FPD 装置の方が高かった。これにより FPD 装置では腫瘤辺縁まで検 出されており高い集中度を示した。IP 装置では腫瘤辺縁まで検出することが出来ず、集中度が低 下した。直径 12.5［ mm］、高さ 1［ mm］の模擬腫瘤検出においてはシステム上の検出レベルを下 回った。したがって、腫瘤検出能において FPD 装置の方が高性能である。
FPD と IP の性能の違いが
アイリスフィルタの腫瘤検出能に及ぼす影響
（ 平 成 2 5 年 1 1 月 2 8 日 受 理 ）吉本 絵夢、近藤 啓介
2.2. 集中度の算出 2.1 節で算出した勾配ベクトルの向き より を求める。は注目画素を中心に半径 の円内に ある各画素に対し、各画素と注目画素とを結ぶ直 線とその画素点における勾配ベクトルとのなす角 である。Fig.3 に示す任意の画素 P の は、注目 画素 O と P を結んだ直線 OP と画素 P における 勾配ベクトルの向き とのなす角である。上記 のように各画素の角 の余弦の値を算出する。 させる原因になっていた。今回の実験で使用した FPD 装 置 AMULET は IP と 同 じ 50[ μ m] の 画 素サイズを実現しており、これによる比較的な解 像度の低下も無くなった。したがって FPD の方 が粒状度、解像度共に良いことが期待される。 今回は FPD 装置 AMULETとIP 装置 PROFECT でマンモグラフィを撮影し、アイリスフィルタを 使って腫瘤検出を行った際に、二つの性能の違い が検出能にどのような影響を及ぼすのかを検証 し、評価する。 2. アイリスフィルタについて 乳癌腫瘤陰影は中心部に向かって濃度が低くな る特徴を持つ。アイリスフィルタは濃度変化の勾 配を表すベクトルを用いて、ベクトルの集中する 領域を抽出し、強調する。 2.1. 勾配ベクトルの算出 勾配ベクトルの傾き は注目画素に対して 5 × 5 のマスクを取り、周囲の辺の濃度値合計をそれ ぞれ ～ としたとき（1）式を用いて算出でき る。 …（1） …（2） …（3） 3. 各装置における画像取得の仕組み 3.1. AMULET FPD 装置は主に直接型と間接型に分類される。 今回使用した FUJIFILM 社製 AMULET は直 接型に分類されるが、従来の直接型と異なる TFT（薄膜トランジスタ）を使用しない仕組み で、Direct Optical Switching テクノロジー方式と 呼ばれる。X 線が検出器に入射すると a-Se により 電子・正孔対が発生して両極に印加された電圧に よって電子は引き寄せられる。収集電荷は一度中 間帯で捕獲され、潜像を形成する。その後読み出 し光を照射することで a-Se が励起状態となり電 子正孔対を発生すると、捕獲されていた電子が正 孔を引き寄せ、残った電子が画像情報として贈ら れる。これにより TFT を使用せずに画像を読み 出すことが可能となったのでアパーチャによる画 図 1 勾配ベクトル算出のマスクフィルタ
注目画素
図 2 の算出定（表 3、図 7）、WS 測定を行った。PROFECT についてはグリッドを取り外すことができないの でグリッド有りについてのみ測定を行った。 素サイズの制限がなくなり、最小クラスの１画素 50［μm］を実現している。 3.2. PROFECT PROFECT は IP を 使 用 し た FUJIFILM 社 製 装置である。入射した X 線のエネルギーにより 励起した Eu2+ はその一部が色中心と呼ばれる中 間のエネルギー準位に留まり、潜像を形成する。 その後レーザー光を照射すると再び励起状態に なってから輝尽発光によりエネルギーを放出す る。この光を読み取ることで画像を得る。 4. 実験方法 4.1. WS 測定 最初に FPD 装置 AMULET にて、マンモファ ントムを撮影条件 28[kV], 36[mAs], Mo/Mo で撮 影し、PC で画像情報を取得した。ImageJ で乳房 ファントム画像（図 4）を AB 方向に走査して Profile か ら 乳 房 相 当 の デ ィ ジ タ ル 値 （GrayValue ＝ 7400 ～ 7500）を得た（図 5）。 これと同じくらいのディジタル値を得られるア クリル厚を探すため、厚みを 4，4.5，5，6［cm］ と変えて撮影し、それぞれの表 1 のようなディジ タル値を得た。よって最も近いアクリル厚 4.5 ［cm］で WS を測定することにした。 次に WS 測定に必要なガンマ測定を行った。 アクリル厚 4.5［cm］で mAs 値を 28, 32, 36, 40, 45［mAs］と変えたときの入射表面線量とディジ タル値からガンマを求めた（表 2、図 6）。 以上のデータを用いて WS をグリッド有りと 無しの場合についてそれぞれ測定した。アクリル 板に一様露光した原画像から ImageJ を用いて 256 × 256 の ROI で切り取った。トレンド補正 をした上で、フーリエ変換を行い WS のデータ を求めた。同様の作業を 128 画素平行移動した違 う ROI においても繰り返し、その平均値を画像 の WS とした。今回はいずれも 20 点サンプリン グを行った。 IP 装置 PROFECT についても同様にガンマ測 表 1 アクリル厚とディジタル値 アクリル厚［cm］ ディジタル値 4 7900 ～ 8000 4.5 7300 ～ 7400 5 6600 ～ 6700 6 5600 ～ 5700 図 4 乳房ファントム画像 A B 図 6 AMULET の特性曲線 0.55 6800 入射表面線量（対数）［mR］ デ ィ ジ タ ル 値（ 対 数 ） 7800 7600 7400 7200 7000 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0 A B 6000 13000 12000 11000 10000 9000 8000 7000 500 1000 1500 2000 2500 図 5 マンモ画像の Profile
5. 結果 5.1. 性能評価の結果 WS と MTF の測定結果を以下に示す。図 9 に 水平方向の WS を図 10 に垂直方向の WS を示し た。AMULET はグリッド有りの方が WS の値は 高くなった。また、PROFECT では水平方向にお いてグリッドの影響により 8［cycles/mm］付近 に WS の上昇が見られた。しかし、AMULET に おいては水平方向と垂直方向とでは有意な差は見 られなかった。また、図 11 に MTF の測定結果 を示した。全体において AMULET の方が MTF の値が高く、高鮮鋭だった。 4.2. MTF 測定 エッジ法にて MTF を測定した。検出器上にタ ングステン製のテストデバイスを置き、撮影条件 28［kV］，36［mAs］， Mo/Mo，グリッド有りで撮 影した。テストデバイスのエッジ中心は検出器左 右方向の中心で、前後方向は検出器胸壁側の縁か ら 60［mm］奥側の位置とし、デバイスを検出器 表面に密着させて配置した。エッジは水平方向に 若干傾けて撮影した。PC で画像を取り込み、MTF を測定した。 4.3. 乳房ファントム撮影と腫瘤の検出、評価 模擬腫瘤を乳房ファントムに一つずつ乗せ、二 つ の 装 置 で 同 じ 撮 影 条 件 28［kV］，36［mAs］， Mo/Mo，グリッド有りで撮影した。 模擬腫瘤は直径が 12.5［mm］，10.0［mm」，7.5［mm］ で高さが 3.0［mm］，2.0［mm］，1.0［mm］のものと、直 径 が 5.0［mm］で、高さが 5.0［mm］，4.0［mm］，3.0 ［mm］，2.0［mm］の半円球状のものを用いた。いずれ も乳房ファントムの中心から水平方向に 10［mm］ 移動させた位置に模擬腫瘤を置き撮影した（図 8）。得られた画像からアイリスフィルタを用いて 腫瘤検出を行い、その違いを検証した。 図 7 PROFECT の特性曲線 0.4 1800 2100 2050 2000 1950 1900 1850 入射表面線量（対数）［mR］0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 デ ィ ジ タ ル 値（ 対 数 ） 図 8 使用した模擬腫瘤 図 10 WS 垂直方向 図 9 WS 水平方向
5.2. 腫瘤検出の結果 アイリスフィルタの結果を以下に示す。図 12 は AMULET における高さ1［mm］での違いについて、 図 13 は PROFECT における高さ1［mm］での違いで ある。いずれも直径が大きいほど集中度の低下が 見られた。また、高さ 2［mm］，3［mm］についても 同様の結果が見られたが、高さが高いほど直径の 違いによる集中度の差は少なかった（図 14～17）。 また、二つの検出器間で最も違いが現れたのは 直径 12.5［mm］，高さ 1［mm］のときだった。 AMULET は集中度が 0.5 程度あり、CAD で検出 可能なレベルであったが、PROFECT は 0.3 程度 となった。CAD はシステム上 1/ π、およそ 0.3 以下になるとシステム上ノイズとして判断され、 腫瘤としては検出されなくなる。そのため、 PROFECT では検出不可能であると予測される。 0 0 1 0.8 0.6 0.4 0.2 10 8 6 4 2 空間周波数［cycles/mm］ MTF MTF値（AMULET） MTF値（PROFECT） 0 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 100 7.5mm 200 300 400 位置 集中度 10.0mm 12.5mm 図 12 AMULET（高さ 1mm） 図 11 MTF 測定結果 −0.2 0 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 位置 集中度 100 200 300 400 7.5mm 10.0mm 12.5mm 図 13 PROFECT（高さ 1mm） 0 −0.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 位置 集中度 100 200 300 400 7.5mm 10.0mm 12.5mm 図 14 AMULET（高さ 2mm） 0 −0.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 位置 集中度 100 200 300 400 7.5mm 10.0mm 12.5mm 図 15 PROFECT（高さ 2mm）
と考えられる。アイリスフィルタは画像のコント ラストではなく、勾配ベクトルの方向のみから腫 瘤を検出するため、勾配が緩やかなほどノイズの 影響を受けやすくなり、集中度が低下する。ま た、腫瘤の中心部は濃度勾配が特に緩やかになる ため、よりノイズの影響で集中度が下がりやすく なる。腫瘤の直径が大きいほど勾配が緩やかな部 分が大きくなるため、集中度がより低下すると考 えられる（図 19）。 6. 考察 いずれの検出器においても、直径が大きいほど 集中度が低下したのは、濃度勾配の差によるもの また、直径が大きく高さの低い腫瘤において AMULET の方が PROFECT より高い集中度を 示したのは、AMULET の MTF の高さによるも のと考えられる。 WS 測定結果より、AMULET の方が WS の値 は高く粒状性は悪かったが、WS 値が特に高い値 を示したのは 2[cycles/mm] 程度までの低周波数 領域だった。今回の実験で使用したサイズの腫瘤 に影響を及ぼすノイズはより高周波領域のノイズ と考えられる。高周波領域においては AMULET と PROFECT の WS 値 に 大 き な 差 は 見 ら れ な かった。したがって、ノイズによる影響の差はあ まり無かったと考えられる。 一方 MTF の測定結果より MTF の値は全体に おいて AMULET の方が高かった。特に腫瘤辺 縁に相当する高周波領域において、AMULET は PROFECT より高い MTF を示した。したがっ て腫瘤の辺縁まで検出され（図 18）、PROFECT より高い集中度が得られたと考えられる。一方、 PROFECT は図 18 より辺縁部分の集中度の変移 が緩やかで検出が低いことがわかる。したがって 腫瘤の検出率が AMULET に比べて低下したと 0 100 200 300 −0.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 位置 集中度 400 7.5mm 10.0mm 12.5mm 図 16 AMULET（高さ 3mm） 0 100 200 300 −0.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 位置 集中度 400 7.5mm 10.0mm 12.5mm 図 17 PROFECT（高さ 3mm） 0 200 400 600 −0.2 位置 −0.1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 AMULET PROFECT 図 18 直径 12.5mm、高さ 1mm 図 19 直径の大きさの違いによる濃度勾配の差
考えられる。 7. 結語 直径が大きい腫瘤ほど濃度勾配が小さくなるこ とでノイズの影響を受けやすくなり、集中度が低 下することがわかった。 また、直径が大きく高さの低い腫瘤において、 AMULET の MTF の高さにより、PROFECT よ りも高い集中度が得られることがわかった。した がって AMULET の方が高性能であるといえる。 References ［1］ 市川勝弘 , 石田 隆行 : 標準 ディジタル X 線画像計測 ; オーム社，第 1 版，第 1 刷，pp70-169,（2010）. ［2］ 藤村美穂 : 可変リングフィルタの検出性能 の検討 ; 駒澤大学医療健康科学部診療放射線技 術科学科 総合研究論文集 画像技術科学コース, pp133-140,（2010）. ［3］ 依田百合絵：可変リングフィルタの乳癌 （腫瘤）の検出性能評価；駒澤大学医療健康科 学部診療放射線技術科学科 総合研究論文集 画像技術学コース，pp51-59,（2011） ［4］ 酒井寿知，荻原義裕，清水昭明，小畑秀 文，武尾英哉，縄野繁：適応リングフィルタを 用いたマンモグラム上の腫瘤陰影候補領域の検 出； 電 子 情 報 通 信 学 会，MI2000-14,pp13-20, （2000） ［5］ 魏軍，荻原義裕 , 清水昭明，小畑秀文：勾 配ベクトルの点集中性フィルタの特性解析；電 子 情 報 通 信 学 会 論 文 誌，Vol.J84-D-2, No.7, pp1289-1298,（2001） ［6］ 武尾英哉，志村一男：乳房 CR 画像を対象 としたコンピュータ支援画像診断システム；富 士フィルム研究報告，No.43,（1998）
Summary One of the image-processing filters used with “Computer Aided Detection (CAD)” has an iris filter. This experiment Verifies what kind of difference is born to tumor detection capability, when a tumor is detected by FPD and IP using an iris filter. In FPD and IP, since mechanisms until it obtains a picture differ, there is the different feature in image quality. Generally, FPD is said for MTF and DQE to be higher than IP. Since the FPD equipment “AMULET” used this time is the 50 micrometers as it of IP with same pixel size, the difference in resolution is not produced, either. The quality assessment was performed about each detector. In AMULET, WS showed the high value in the low frequency domain, and grainness was bad. Moreover, in AMULET, MTF showed the numerical value high on the whole, and was high sharpness. Several kinds of imitation tumors were put and photoed on the breast phantom, and detected the tumor by iris filter. With any detector, degree of concentration became low, so that the diameter of the tumor was large. An iris filter detects a tumor by the direction of a concentration gradient vector. Since it will become easy to be subject to the influence of a noise it the concentration gradient is loose, degree of concentration becomes low. Since, as for the tumor with a large diameter, the concentration gradient became loose, degree of concentration became low. As for FPD, degree of concentration became high rather than IP at the time of a tumor with a large diameter and low height. In AMULET, the numerical value of WS was high. However, the noise which has influence to the imitation tumor used this time is considered more to be a noise of a high-frequency domain. About each detector, since there was no big difference in the numerical value of WS in a high frequency domain, it was uninfluential. On the other hand, in the domain equivalent to tumor edge, FPD equipment had the numerical value of MTF higher than IP equipment. With FPD equipment, it came to be detected to the edge of a tumor by this, and degree of concentration became high by it. Since IP equipment was not able to detect the edge of the tumor, degree of concentration became low. The 1mm-high imitation tumor [in the size of 12.5mm] was less than the disregard level on a system. Therefore, FPD equipment has performance higher than IP equipment.
