JP2000209501A - 器官の厚さを補償する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｘ線源と、Ｘ線が前記器官を通過後のＸ線ビ
ームの検出手段とを含むタイプのＸ線装置において器官
の厚さを補償する方法を提供する。 【解決手段】 検出手段はＸ線ビームをデジタル電子信
号に変換することが可能であり、デジタル化された画像
から、Ｘ線ビームによって走査された器官の放射線医学
的厚さの画像が計算され、厚さしきい値が定義され、こ
れから代数的補償画像が導かれて、前記しきい値を下回
るレベルまたは上回るレベルの画素をしきい値の値に戻
し、かつ厚さ画像と補償画像の比率が合計されて補償さ
れた厚さ画像が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に人体の器官
または器官の一部を見えるようにする放射線造影法の分
野に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｘ線撮影は、検査する器官を通過
後のＸ線の作用を受けた増感フィルムを使用して行われ
てきた。放射線医は、そのような画像を解釈する訓練を
受けてきた。新規な造影技術、即ちソリッド・ステート
検出器およびデジタル・アクイジッション・システム
は、現在の実務に適合し、放射線医が検査しなければな
らない適切な情報を提供しなければならない。特に、デ
ジタル・システムが満たさねばならない要件の１つは、
従来のフィルムを極力忠実にシミュレートするグレー・
レベルのダイナミックスを拡張することである。そのた
め、画像の様々な構成部分間の関係を認識できるすべて
の臨床的兆候を識別できるように、デジタル画像は放射
線医が対話式に調整できるように画面に表示される。し
かし、画面に表示された画像によって密度情報を正確に
理解することは、画面のダイナミックスによって制限さ
れる。現在は、元の画像の、例えば３０から５０にわた
る高いコントラストからビデオ画面の低いコントラスト
へと自動的に移さなければならない。

【０００３】現在、内科医は、取得された画像のダイナ
ミックスを制限するために、例えば厚い区域を圧縮す
る、および／または吸収性物質を添加して厚さの薄いゾ
ーンを補償する等のコンフォメーション技術を患者に適
用する。Ｘ線乳房撮影の場合は、乳房をぎりぎりまで圧
縮し、厚さを極力一定にする。心臓病学の分野では、輪
郭フィルタを使用して肺等の胸部の吸収の乏しい領域に
関する問題を回避する。それらのフィルタは、所定のＸ
線吸収係数の材料で心臓の形状と相補的な形状のプレー
トで構成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの技術
を以てしても画像の取得およびデジタル処理には不十分
であり、その実施は難しい。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した欠点
を是正するためのものである。

【０００６】本発明は、放射線撮影した器官の、特に高
密度の区域と低密度の区域の間の限界における厚さの変
動を補償する。

【０００７】器官の厚さを補償する方法は、Ｘ線源と、
Ｘ線が器官を通過後のＸ線ビームの検出手段とを含むタ
イプのＸ線装置により提供され、検出手段はＸ線ビーム
をデジタル電子信号に変換することが可能である。デジ
タル化された画像から、Ｘ線ビームによって走査された
器官の放射線医学的厚さの画像が計算される。厚さゼロ
は器官のない区域に対応し、厚さしきい値が定義され、
これから代数的補償画像が導かれて、低レベルまたは高
レベルの画素をしきい値の値に合うしきい値に戻すこと
が可能になり、かつ厚さ画像と補償画像の比率が合計さ
れて補償された厚さ画像が得られる。

【０００８】補償画像は、画像の合計に先立って低域フ
ィルタを通り、次いでマスクを通してフィルタすると有
利である。

【０００９】したがって、本発明は、器官の縁にその高
さの一部にわたり吸収性液体を配置して得られる画像と
等価な画像を与える画像処理法を提供し、実施しなけれ
ばならないパラメータの最適な調整をより良く理解でき
るように物理的現象をシミュレートすることを可能にす
る。この画像処理は、検査する器官に自然で好ましい外
観を与える。この方法は既存のデジタルＸ線装置を改造
することによって容易に実施でき、またいかなる器官の
放射線撮影にも利用可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、添付の図面により示す
一実施形態についての限定的ではなく例示的な詳細な説
明を検討することによって一層良く理解されるであろ
う。

【００１１】Ｘ線によって測定される器官の厚さは、走
査される材料の吸収率を考慮して、放射線医学的厚さと
も称される。例えば、１センチメートルの骨は４センチ
メートルの水の厚さと放射線医学的には同じである。

【００１２】厚さ画像はランバートの法則Ｉ＝Ｉｏｅ−
μｔによって得ることができる。ただし、Ｉは検出手段
の所定の点で受けた光子の数、Ｉｏは器官を通過せずに
検出手段のある点で受けた光子の数、μは走査された材
料を通るＸ線の線吸収係数、ｔは走査された材料の厚さ
であり、これより、ｌｎＩｏ−ｌｎＩ＝μｔが導かれ
る。積μｔは放射線医学的厚さ画像の１画素のグレー・
レベルに対応する。なお、式におけるｅは指数関数のｅ
で、ｌｎは自然対数である。

【００１３】本発明の一実施形態においては、与えられ
た厚さに対応するしきい値が器官の性質に応じて設定さ
れ、このしきい値を上回るすべての厚さと、次いでそれ
を下回る厚さで、かつしきい値に最も近い予め定めらた
残りの部分とを抑制（suppress）して、前記器官の輪郭
を決めるマスクが得られ、前記器官に対応する画像の領
域に値１が、かつ前記器官に対応しない画像の領域に値
０が与えられ、次いでマスクとデジタル化画像の積が取
られ、器官のみに対応する画像が得られる。

【００１４】本発明の一実施形態においては、前記しき
い値を下回るレベルの画素の所定の比率の関数として補
助的な厚さしきい値が定義され、それから補償画像が導
かれて、しきい値を下回るレベルの画素をしきい値の値
に戻すことが可能になり、補償画像は低域フィルタを通
し、次いでマスクを通してフィルタされ、器官にのみ対
応する画像と補償画像の一部分が合計される。

【００１５】本発明の一実施形態においては、低域フィ
ルタが補償画像の造影剤で満たされた器官に対応する画
素を除去するように計算され、画素は補償された画像に
維持される。

【００１６】マスクとデジタル化画像の積に先立って、
マスクのエロージョンを行うことが有利である。

【００１７】本発明の一実施形態においては、しきい値
を下回りかつしきい値に最も近い残る厚さの所定の一部
は１％と５％の間である。

【００１８】本発明の一実施形態では、しきい値は器官
の大きさの関数として決定され、例えば、厚さ５センチ
メートルの器官のしきい値は１センチメートルである。

【００１９】本発明の一実施形態においては、補助厚さ
しきい値は、補助しきい値を上回る画素の２０％に等し
い画素の所定の比率分によって定義される。

【００２０】本発明の別の実施形態においては、器官の
厚さは、厚さヒストグラムを予め設定されたモデル曲線
と比較することによって求められ、厚さヒストグラムの
第１の最大値に近づく放物線が計算され、かつ放物線と
厚さの横座標の交点における厚さしきい値が選択され
る。

【００２１】本発明の一実施形態においては、高低２つ
の厚さしきい値が定義され、補償画像はしきい値を下回
るレベルの画素を前記低しきい値の値に戻し、かつ高し
きい値を上回るレベルの画素を前記高しきい値の値に戻
すように計算される。後者の場合は、補償画像は負の値
を有する。

【００２２】図１において分かるように、器官の画像の
ダイナミックスは、表示画面によって表示可能な、２本
の水平な点線で表す厚さのダイナミックスより大きいこ
とがある。したがって、ブロック１から３は、きわめて
高いグレー・レベルに位置するのに対し、ブロック８お
よび９はきわめて低いレベルに位置する。したがって、
そのような領域に位置する物理的現象または器官の部分
は十分には視覚化されない。同じ画面ダイナミックスを
維持しながら、まずブロック５から９を視覚化し、次い
で、画面の視感度のパラメータの変更後に引き続きブロ
ック１から４を視覚化することができよう。乳房撮影を
例に取れば、最初に得られる画像では乳房の輪郭が見え
るだけで、その内部組織は見えないであろう。第２の画
像ではその内部組織、脂肪領域または腺領域が示される
のみで、その輪郭は見えないであろう。これはおよそ実
用的でなく、そのために放射線医の作業が複雑になる。

【００２３】本発明においては、未処理画像のデジタル
補償は以下の原理に基づく。即ち、この画像補償の方法
は、例えばＸ線吸収の多い領域と少ない領域の間等の境
界区域における適切な量の物質の添加または除去をシミ
ュレートし、それによって解剖学的構造間の差および実
際の比を保持するという制約を考慮しながらダイナミッ
クスを減少させる。すなわち、図２においては、ブロッ
ク１から９までは画面のダイナミックスの限界内に収ま
っていることが分かる。ブロック１から３は、白で飽和
されずに、飽和上限の直ぐ下に戻され、かつそれらの元
の関係、即ち、ブロック１はブロック２より明るく、ブ
ロック２はブロック３より明るく、以下同様の関係が維
持される。ブロック８および９についても同様であり、
黒ではなくダイナミックスの下限近くに位置し、したが
って可視であり、かつそれらの元の差、即ち、ブロック
７はブロック８より明るく、ブロック８はブロック９よ
り明るい関係が維持される。

【００２４】図３は、Ｘ線装置（図示せず）の部分を構
成するプレート２とテーブル３の間に圧縮された乳房１
を示す。乳房は、線源（図示せず）の発するＸ線ビーム
４を受ける。デジタル検出器（図示せず）が乳房１を通
過後のＸ線ビーム４の経路に配置される。符号５を付し
たあるＸ線は、乳房の端部の丸みを帯びた形状のため、
乳房の厚さの一部のみを通過することに注意されたい。
そのため、これらのＸ線は乳房の厚さ全体を通過したＸ
線より減衰が少なく、したがって線５に対応する画像部
分が飽和し、黒画面の一部として表示される危険があ
る。事実、約束では、白い部分は厚い領域に対応し、暗
い部分はさほど厚くない部分に対応する。

【００２５】図４のグラフがこの状況を示している。厚
さが減少するとき、強度（または光子の数）がかなり増
し、そのために乳房の縁は見え難くなる。その結果、乳
房の縁の腫瘍および微小石灰化が、乳房の中心部の解剖
を分析している放射線医には見過ごされることがある。
本発明による補償方法により、乳房の縁の可視性を乳房
の中心部の可視性とほぼ同レベルにすることが可能にな
る。

【００２６】その目的のため、従来は乳房の端に接する
空気で満たされていた部分の充填物でレベルＨ（図５）
までシミュレートする。充填は、乳房の縁の見掛けの厚
さを増す溶液６により行う。これは、動脈撮影のために
患者の腕または頚部沿いに輪郭フィルタあるいは袋詰め
の粉を置いて厚さのほとんどないこれらの区域の画像の
飽和を回避することと同等である。もちろん、液体６を
用意することによって厚さを補わねばならない区域の形
状に完全に適合することが可能になる。このようにして
見掛けの厚さと、図６にその変化を示したより好適な形
状を示す強度が得られる。しかし、液体を用いれば、回
避するのが望ましい取扱い上の制約が課されることにな
る。本発明による方法によって、液体６の存在をシミュ
レートすることが可能になる。

【００２７】図７に、本発明の実施形態による方法の様
々なステップを示す。まず、実行時間を短縮するため、
検出手段からの入力画像を、例えば倍率Ｚ＝４でサブサ
ンプリングする（ブロック７参照）。一変形形態におい
ては、器官の皮膚の外観のアーティファクトを避けるた
め、画像の元の解像度を用いてこの方法を実施すること
ができる。

【００２８】ブロック８において、強度を変換すること
を可能にする対数関数が放射線医学上の厚さに適用され
る。ブロック９では、乳房の抽出が行われる。ブロック
１０では、乳房の脂肪領域の最小厚さの推定が行われ
る。ブロック１１で、補償関数が計算される。ブロック
１２で、画像がその元の解像度で再現される。ブロック
１３では、指数関数が適用される。

【００２９】画像の所定の点に関して、検出手段の所定
の点が受ける光子の数Ｉは、次の等式：Ｉ＝Ｉｍａｘ×
ｅ−μｔにより求められる。但し、ｔはＸ線が走査する
器官の厚さであり、μは走査される器官の密度である。
これに対数関数を適用すると結果は、μ×ｔ＝ｌｎ（Ｉ
ｍａｘ）−ｌｎ（Ｉ）となる。Ｉｍａｘは既知であり、
検出手段の所定の点で受けられ、かつ器官を通過してい
ない光子の数に対応する。したがって、濃度計上の厚さ
または放射線医学上の厚さと称される積μ×ｔが得られ
る。

【００３０】実際には、検出手段の所定の点のグレー・
レベルであるマグニチュードＧに基づいて僅かに異なる
等式を適用することが好ましい。μｔ＝Ｋ×ｌｎ（Ｇｍ
ａｘ＋１）−Ｋ×ｌｎ（Ｇ＋１）。利得Ｋは、最大強度
の１％を超えるグレー・レベルの変動、例えばＫ×ｌｎ
（Ｇｍａｘ＋１）−Ｋ×ｌｎ（０．９９Ｇｍａｘ＋１）
≧１を保護するために適用される。この対数関数を適用
することによって、図８に示すような厚さのヒストグラ
ムを得ることができる。

【００３１】次いで、脂肪領域の最小厚さが推定され
る。乳房の厚さのヒストグラム（図８）には、乳房の基
部、皮膚すなわち縁、および乳房本体の要部の３つの主
要区域が含まれる。まず、厚さしきい値が定義される
が、これは例えば乳房撮影の場合は１センチメートルに
等しい器官の大きさに応じて調整可能であることが好ま
しい。この値を超える厚さはすべて除去され、次いでし
きい値を下回り、前記しきい値に最も近い厚さの所定の
割合、例えば１％が除去される。次いで、乳房に対応す
る領域、即ち先に除去した領域に係数１が割り当てら
れ、乳房に対応しない領域、即ち先に維持した領域に係
数０が割り当てられる。こうしてマスクが得られ、これ
を乳房の画像に乗算することによって、乳房に対応する
画素のみを維持して他はすべて抑制することが可能にな
る。

【００３２】次いで、このマスクの所定の厚さ、例えば
乳房撮影の場合は約１センチメートルに対してエロージ
ョン（数理モルフォロジーの操作）が実行される。こう
して得られる新たなマスクは乳房の要部に対応する。次
いでこのマスクと入力画像の積が取られ、それによって
乳房の要部の区域のみの画像を維持することができ、次
いで、最も弱い画素の２０％が除去される。これは図８
において、乳房の皮膚に最も近い要部の区域における厚
さヒストグラムの表面の２０％を抑制するのに対応す
る。この２０％の限界が脂肪領域の最小厚さμａ×ｔａ
ｍｉｎに対応する。

【００３３】次いで、与えるべき補償が計算される。ま
ず、先に計算された画像を低域フィルタに通し、厚さμ
×ｔの緩慢な変動のみを保持する。補償画像μａＨは、
脂肪領域の最小厚さμａｔａ ｍｉｎに等しい値を得る
ためにフィルタされた画像μ×ｔに加算しなければなら
ないものとして定義される。μａ×Ｈ＝μａ×ｔａｍｉ
ｎ−μ×ｔ＞０。高さＨにその存在をシミュレートされ
る液体６は脂肪領域と同じ密度μａを有する。

【００３４】乳房外部の補償を避けるため、低域フィル
タリングの前後に補償関数のマスクとの乗算を行う。補
償された厚さの階層を維持するために、画像μ×ｔと補
償画像μａＨの一部分を合計する。言い換えれば、補償
は１００％を下回る率に限定される。

【００３５】もちろん、乳房の様々な脂肪領域あるいは
他の器官に適合させるために上述したパラメータに様々
な調整を加えることができる。

【００３６】一変形形態においては、マスクの使用に代
えて器官モデルを用いたシミュレーションをすることも
できる。次いで、厚さヒストグラムと予め設定されたモ
デル曲線との比較によって器官の厚さを求め、厚さヒス
トグラムの一部に接近する放物線を計算し、放物線と厚
さの横座標との交点における厚さしきい値を選択する。

【００３７】一変形形態においては、補償された画像の
補償画像への適用に代えて、マスクと補償された画像の
積を取ることも考えられる。これには、基部のある変動
が抑制されると共に関心外の部分が補償される欠点があ
る。

【００３８】血管造影、特に心臓血管造影法の検査の分
野において同じ方法を適用することができ、横隔膜の緻
密な領域への仮想の物質添加および仮想の物質除去によ
り胸部の吸収の少ない領域を補償する。同様に、頚動脈
または下肢の動脈造影法の操作も本発明を用いて有利に
実施することができる。次いで、高しきい値および低し
きい値を定義し、補償画像を計算して低しきい値の下の
レベルの画素をその低しきい値の値に戻し、高しきい値
の上のレベルの画素をその高しきい値の値に戻す。

【００３９】胸部等の厚い領域については、以下の等式
を使用することができる。 Ｇ＝Ｇｍａｘ×ｅ−μｔ μｔ＝ｌｎ（Ｇｍａｘ）−ｌｎ（Ｇ） μａＨ＝肺における補償値 μｂＬ＝横隔膜または脊椎の補償値

【００４０】補償は以下の規則にしたがって補償値μａ
Ｈを加算し、補償値μｂＬを減算して行う。 μｔ＋μａＨ−μｂＬ、 これに指数関数を適用した後、次式が得られる Ｇ×ｅ−μａＨ×ｅ＋μｂＬ

【００４１】したがって、横隔膜の緻密な領域において
本発明により行う補償は、画像のダイナミックスを透視
画面のダイナミックスに対応する値に戻すための仮想の
物質除去に対応する。仮想の物質添加を行う肺の低密度
領域においても同じである。

【００４２】液状造影剤を注入した比較的小径の動脈の
透視を十分に維持するには、フィルタを調整して動脈が
見えないようにするため、動脈は補償画像には現れず補
償された画像に維持される。例えば、フィルタによって
１センチメートル以下の細部を除去する場合には、その
詳細は補償された画像に維持され、１センチメートルよ
り大きい細部は消去される。

【００４３】本発明は、液状吸収剤を供給または除去す
る物理的操作をシミュレートすることが可能な画像処理
の方法を利用可能にし、吸収剤の機能を直ちに補償する
ことを可能にする。本発明の方法により得られる画像に
はアーティファクトがなく、外観が自然である。この方
法は、物理的補償装置を必要とせずに放射線撮影の様々
な分野において実施することができる。

【００４４】当分野の技術者には、開示された実施形態
の構造および／または機能および／またはステップの様
々な変更を本発明の範囲から逸脱することなく行うこと
が可能であろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 様々な厚さの領域から成る器官の概略図であ
る。

【図２】 本発明による、様々な補償された厚さの領域
から成る器官の概略図である。

【図３】 圧縮プレート内の乳房の概略図である。

【図４】 乳房の厚さの進展とＸ線の対応する強度を表
す、図３に対応するグラフである。

【図５】 乳房と相補的な形状の吸収性液体の配置を示
す図３と同様の図である。

【図６】 図４と同様の、図５に対応するグラフであ
る。

【図７】 画像処理の図である。

【図８】 乳房の厚さのヒストグラムである。

【符号の説明】

１ 乳房 ２ プレート ３ テーブル ４ Ｘ線ビーム ５ Ｘ線 ６ 溶液

フロントページの続き (72)発明者 フランソア・ニコラ フランス国・91120・パレイソー・（番地 なし）レジデンス デ カストール・バ アー (72)発明者 ファビエンヌ・ベティング フランス国・75614・パリ・リュ ディ ド・73

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出手段が、Ｘ線ビームをデジタル電子
   信号に変換することが可能で、そのデジタル化された画
   像からＸ線ビームによって走査された器官の放射線医学
   的厚さの画像を計算するものであるとき、Ｘ線源と、Ｘ
   線が前記器官を通過後のＸ線ビームを検出する前記検出
   手段とを備えるタイプのＸ線装置における前記器官の厚
   さを補償する方法において、 厚さしきい値を定義するステップと、 低レベルまたは高レベルの画素をしきい値の値に戻すた
   めに代数的補償画像を導出するステップと、 厚さ画像と補償画像の一部分を合計して補償された厚さ
   画像を得るステップとを含む方法。
2. 【請求項２】 所定の厚さに対応するしきい値を器官の
   性質に応じて設定するステップと、 このしきい値を上回るすべての厚さと、次いで残る下回
   る厚さの所定の、かつしきい値に最も近い部分とを抑制
   して前記器官の輪郭を決めるマスクを得るステップと、 器官に対応する画像の領域に値１を、かつ器官に対応し
   ない画像の領域に値０を適用するステップと、 マスクとデジタル化画像の積を取って器官にのみ対応す
   る画像を得るステップと含む請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 補助的な厚さしきい値が、しきい値を上
   回るレベルの画素の所定の部分により定義され、それか
   ら補償画像が導かれて、しきい値を上回るレベルの画素
   がしきい値の値に戻り、補償画像は低域フィルタ、次い
   でマスクを通してフィルタされ、器官にのみ対応する画
   像と補償画像の一部分が合計される請求項２に記載の方
   法。
4. 【請求項４】 低域フィルタが造影剤で満たされた器官
   に対応する画素を抑制するように計算される請求項３に
   記載の方法。
5. 【請求項５】 マスクとデジタル化画像の積に先立って
   マスクのエロージョンが行われる請求項２ないし４のい
   ずれか一項に記載の方法。
6. 【請求項６】 しきい値を下回りかつしきい値に最も近
   い残る厚さの所定の一部が９９％に等しい請求項２ない
   し５のいずれか一項に記載の方法。
7. 【請求項７】 しきい値が器官の大きさの関数として決
   定される請求項２ないし６のいずれか一項に記載の方
   法。
8. 【請求項８】 厚さしきい値が２０％に等しい所定の画
   素の一部によって定義される請求項１ないし７のいずれ
   か一項に記載の方法。
9. 【請求項９】 器官の厚さが厚さヒストグラムと予め設
   定されたモデル曲線との比較によって求められ、厚さヒ
   ストグラムの第１の最大に近づく放物線が計算され、か
   つ放物線と厚さの横座標の交点で厚さしきい値が選択さ
   れる請求項１に記載の方法。
10. 【請求項１０】 高低２つの厚さしきい値を決め、低し
    きい値を下回るレベルの画素を前記低しきい値の値に戻
    し、かつ高しきい値を上回るレベルの画素を前記高しき
    い値の値に戻すように補償画像が計算される請求項１に
    記載の方法。
11. 【請求項１１】 器官にのみ対応する画像と補償画像が
    合計されるのに先立ち、補償画像が低域フィルタを通
    し、次いでマスクを通してフィルタされる請求項１ない
    し１０のいずれか一項に記載の方法。