JP2000512799A - 露出制御システムを含むｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 Ｘ線検査装置は、Ｘ線像から映像信号を得るＸ線検出器（１）と、Ｘ線検査装置を調節する露出制御システム（２）とを含む。露出制御システムは、Ｘ線像の輝度値のヒストグラムを形成し、ヒストグラムから主として着目画像情報を表現する輝度値に関係する画像成分を抽出する算術ユニット（４）を含む。露出制御システムは、画像成分に基づいてＸ線検査装置を調節するよう構成される。

Description

【発明の詳細な説明】 露出制御システムを含むＸ線検査装置 本発明は、Ｘ線像を受信するＸ線検出器と、Ｘ線検査装置を調節する露出制御 システムを含むＸ線検査装置に関する。本発明は、また、Ｘ線像から光学像を導 出するＸ線検出器と、光学像の輝度値を測定する光検出器を備え、Ｘ線検査装置 を調節するよう構成された露出制御システムとを具備したＸ線検査装置に関する 。 上記の種類のＸ線検査装置は米国特許出願第５，４６１，６５８号により公知 である。 Ｘ線検査装置は、Ｘ線ビームで被検査対象、例えば、放射線検査を受ける患者 を照射するＸ線源を含む。患者の体内のＸ線吸収率の局部的な差に起因して、Ｘ 線像がＸ線検出器のＸ線感知面に形成される。Ｘ線検出器はＸ線像から画像信号 を取り出す。画像信号は、例えば、信号のレベルがＸ線像の輝度値を表す電子ビ デオ信号である。公知のＸ線検査装置は、Ｘ線像から光学像を導出するＸ線像増 倍器を含む。また、公知のＸ線検査装置は、光学像から電子ビデオ信号を取り出 すテレビジョンカメラを含む。Ｘ線像内の着目画像情報は、通常、Ｘ線像全体の 輝度値のレンジより小さいレンジを有する。全く対策が講じられない場合、画像 信号の信号レベルの値は、Ｘ線像内の画像情報を適切に可視的に再生するような 画像信号の更なる処理のために適当ではない。 従来のＸ線検査装置は、露出制御システムとして作動する補助光検出システム を含む。補助光検出システムは、光学像の輝度を局所的に測定するＣＣＤセンサ を含む。露出制御システムは測定された輝度値から制御信号を導出し、制御信号 は、高い診断品質のＸ線像が形成、表示されるように、すなわち、小さいディテ ールがＸ線像に含まれ、適切に可視的に再生されるようにＸ線装置を調節するた め使用される。補助光検出システムは、着目画像情報を表現する信号が高い診断 品質を備えた着目画像情報を再生するために適当な値を有するようにＸ線検査装 置を調節する。制御信号はＸ線ビームの強度及び／又はエネルギーを制御する。 制御信号は画像信号の振幅を制御するためにも使用される。両方のステップは画 像信号の信号レベルに直接又は間接的に影響を与える。 従来のＸ線検査装置の補助光検出システムは、例えば、Ｘ線源を調節するため 光学像の局所輝度値を利用するが、高輝度の露出過剰領域が光学像に生ずること を常に考慮するわけではない。かかる露出過剰領域は、例えば、患者のような被 検査対象物によって減衰されないか、若しくは、殆ど減衰されないＸ線によって 誘起される。その場合のＸ線は、患者を通過しないか、或いは、低いＸ線吸収率 を有する組織、例えば、肺組織を通過するＸ線である。かかる露出過剰領域は、 画像情報を殆ど、或いは、全く含まないが、従来のＸ線検査装置の調節に悪影響 を与える。 本発明の目的は、Ｘ線像内の着目した情報に基づいてＸ線検査装置を調節する ためより好適な露出制御システムを含むＸ線検査装置を提供することである。 上記本発明の目的は、露出制御システムが、Ｘ線像の輝度値のヒストグラムを 形成し、上記ヒストグラムから主として着目画像情報を表現する輝度値に関係す る画像成分を取り出す算術ユニットを含み、かつ、上記露出制御システムが上記 画像成分に基づいてＸ線検査装置を調節するよう構成されていることを特徴とす る本発明によるＸ線検査装置を用いて達成される。 輝度値の別個の間隔に対し、ヒストグラムは、着目した間隔に輝度値を有する Ｘ線像の夫々の画素数を収容する。画像成分及び高輝度成分はヒストグラム内で 区別される。画像成分は、主として着目画像情報に関する輝度値を有する。高輝 度成分は、主として露出過剰領域の輝度値を有する。画像成分は、限界値より低 い輝度値を有 する夫々の画素数により構成され、高輝度成分は限界値を超える輝度値を備えた 夫々の画素数により構成される。露出制御システムは画像成分に基づいてＸ線検 査装置を調節するので、Ｘ線像の露出過剰領域による調節への影響は、殆ど、若 しくは、全く無くなる。 Ｘ線検査装置の好ましい一実施例は請求項２に記載されている。Ｘ線像全体の 輝度値の平均値は、ヒストグラム内で画像成分及び高輝度成分を互いに識別する ため適当な限界値を表現する。上記平均値以下の輝度値は主として画像情報に関 係することが分かった。 Ｘ線検査装置の好ましい一実施例は請求項３に記載されている。Ｘ線像内の露 出過剰領域の相対的な大きさは、個数及びレンジに基づいて正確に推定すること ができることが分かった。露出制御システムはＸ線像内の露出過剰領域の相対的 な大きさを考慮するので、上記露出過剰領域が調節に与える悪影響はよりよく回 避される。 Ｘ線検査装置の好ましい一実施例は請求項４に記載されている。ファジー論理 は、言語的な（ｉｆ−ｔｈｅｎ）ルールを用いて決定を行い得る制御方式である 。これらのルールは、制御システムを使用して（人手により）収集された規則及 び／又は経験を含む。知識ルールは、具体的な入力変数が与えられる。入力変数 の値は所定のレンジに並べられ、各レンジは夫々のラベルによって指定される。 ラベルは知識を表現する言語的変数に対応する。分布（メンバーシップ）関数は 個々のラベルと関連付けられる。具体的な入力変数はかかる分布関数に基づいて 所与の入力ラベルと連結される。入力ラベル及び知識ルールから、出力ラベルが 導出され、具体的な出力変数は分布関数を用いて上記出力ラベルから導出される 。制御全般にファジー論理を使用することは、特に、H.J．Zimmermanによる文献 “Fuzzy set theory and its applications”によって公知である。 分布関数は、ファジー論理ルールを実現するためクラスタの数及びクラスタサ イズに対し経験的に定義される。実際上、ファジー論 理ルールに基づいて、、本発明によるＸ線検査装置は従来の装置よりも巧く調節 されることが分かった。 Ｘ線検査装置の好ましい実施例は請求項５及び６に記載されている。ヒストグ ラムの画像成分の平均輝度周辺の小さいレンジ内の輝度値は、画像情報を表現す る限り、Ｘ線像の輝度値の比較的正確な評価を構成する。画像成分の平均輝度値 及び／又は上記平均輝度値付近の輝度値に基づくＸ線検査装置の調節は映像信号 を生じ、これにより、画像情報が適切に可視的に再生され得る。 Ｘ線検査装置の好ましい一実施例は請求項７に記載されている。フィルタ及び ／又はコリメータ素子は、Ｘ線像に低輝度の領域を生じさせる。かかる低輝度の 領域、すなわち、マスクされた領域は、着目画像情報を含まないが、ヒストグラ ムの画像成分に寄与する。かかるマスクされた領域が検出システムによって検出 され、ヒストグラムの抽出から除去されたとき、画像成分は実質的に着目画像情 報だけに関係する。検出されたマスクされた領域がＸ線検査装置の調節に与える 悪影響はかくして回避される。 Ｘ線像内でフィルタ及び／又はコリメータ素子に関係した領域を検出する方法 は、特に欧州特許第０ ６３５ ８０４号（書類番号ＰＨＯ９３．１０３）によ り公知である。フィルタ及び／又はコリメータが再生されたＸ線像の領域を検出 するステップは、特に興味深い。これらのステップは、例えば、検出されたマス クされた領域がＸ線像に再生されることを防止するため、Ｘ線検査装置の調節と は特に独立している。 Ｘ線検査装置の好ましい一実施例は請求項８に記載されている。フィルタ又は コリメータが再生されたＸ線像内の領域は、両側で輝度値が著しく異なるエッジ を有する。多数のアプリケーションにおいて、フィルタ及び／又はコリメータ素 子はＸ線ビームの両側にＸ線ビームに関して対称に配置される。所定の位置、好 ましくは、画像の中心に対して対称的な位置にある輝度値の局所最大傾斜は、 屡々、このようなマスクされた領域のエッジに関係する。したがって、特に、フ ィルタ及び／又はコリメータ素子がＸ線ビームに関して対称的に配置されている アプリケーションの場合、フィルタ及び／又はコリメータ素子が再生されるＸ線 像のマスクされた領域は、非常に複雑な計算を要求されることなく検出され得る 。好ましくは、Ｘ線像の輝度値は画像マトリックス内に配置され、局所最大傾斜 は画像マトリックスの個々の列及び／又は行の輝度値の合計の差から得られる。 Ｘ線検査装置の好ましい一実施例は請求項９に記載されている。検査を受ける 患者の組織に関係した画像情報は、比較に基づいてマスクされた領域から区別さ れる。特に、フィルタ及び／又はコリメータ素子を表すＸ線像は、患者の両足が 再生された画像から区別される。 Ｘ線検査装置の好ましい一実施例は請求項１０に記載されている。光学像はＸ 線像に対応し、すなわち、Ｘ線像の輝度値は光学像の輝度値に対応する。そのた め、ヒストグラムに基づくＸ線検査装置の調節は、ヒストグラムが光学像の輝度 値から形成されたとき、或いは、Ｘ線像の輝度値から直接的に形成されたときに 同じ結果を生ずる。 本発明のＸ線検査装置の露出制御システムの機能は、好ましくは、適切にプロ グラミングされたコンピュータ又は専用（マイクロ）プロセッサを用いて実行さ れる。 本発明の上記面及び他の面は、以下の実施例に基づいて添付図面を参照して詳 細に説明される。図面中、 図１は本発明が使用されるＸ線検査装置を概略的に示す図である。 Ｘ線検査装置は、Ｘ線ビーム１１を用いて被検査対象物１２、例えば、放射線 検査を受ける患者を照射するＸ線源１０を含む。患者の体内のＸ線吸収率の局部 的な差に起因して、Ｘ線像がＸ線検出器１のＸ線感知面１３に形成される。Ｘ線 検出器はＸ線像から画像信 号、例えば、電子ビデオ信号を取り出す。Ｘ線検出器１は、Ｘ線像増倍器１４及 びテレビジョンカメラ１５を含む画像増倍器ピックアップ回路である。Ｘ線感知 面は、Ｘ線像増倍器の入口スクリーン１６の変換層１３である。 入口スクリーン１６へのＸ線入射は、変換層１３において青又は紫外線光に変 換される。入口スクリーン１６は、変換層１３の青又は紫外線光に感応する光電 陰極１７を含む。変換層の青又は紫外線光は、光電陰極に電子ビームを放出し、 電子ビームは光電系を用いて出口ウィンドウ１９上の蛍光層１８に案内される。 光電系は、光電陰極１７と、アライメント電極２５と、陽極２６とを有する。光 電系は光電陰極１７を出口ウィンドウ１９上の蛍光層１８に映す。入射電子は、 例えば、可視光又は赤外線光の光学像を蛍光層１８に生成する。テレビジョンカ メラ１５は、光学像から映像信号、特に、電子ビデオ信号を取り出す。このため 、テレビジョンカメラ１５は、レンズ系２７を介して出口ウィンドウ１９に光学 的に結合される。出口ウィンド上の光学像は、レンズ系及びカメラレンズ５０を 用いて画像センサ５１、例えば、電荷結合（ＣＣＤ）画像センサに映像化される 。レンズ系２７は出口ウィンドウ１９からの光を集光し、実質的に平行光ビーム ３３を形成し、カメラレンズ５０と協働して、平行光ビーム３３を画像センサ５ １上に集束させる。画像センサは、入射光を電荷に変換し、電荷から電圧を取り 出す。可変増幅器５２は電圧から電子ビデオ信号を導出する。電子ビデオ信号は 、モニタ２８又はバッファユニット２９に供給される。Ｘ線像に含まれる画像情 報はモニタ２８上に再生される。バッファユニット２９に格納された映像信号は 後段で更に処理され得る。 Ｘ線検査装置は、出口ウィンドウ上の光学像を捕捉する画像検出器３０を具備 した露出制御システム２を含む。これは、例えば、スプリット用プリズム又は部 分反射ミラーのような光学素子３１を用いてサブビーム３２を光ビーム３３から 画像検出器３０に案内する ことによって実現される。画像検出器は、例えば、電荷結合（ＣＣＤ）画像セン サである。画像検出器３０は、光学像から光学像の輝度値を表す電子検出器信号 を取り出す。電子検出器信号は、読み出し回路３１を用いて画像検出器から読み 出され、ディジタル化され、算術ユニット３に供給される。算術ユニット３は、 ディジタル電子検出器信号から、光学像内の輝度値のヒストグラムを抽出する。 このため、信号レベルの夫々の数が小さい間隔で計数される。検出器信号は光学 像内の輝度値を表現し、光学像はＸ線像に対応しているので、上記信号レベルの 数は、夫々の間隔に輝度値を有するＸ線像内の画素数を表現する。 バス３３を介して、ヒストグラムはファジー論理ユニット（ＦＵＺ）３４に供 給され、ファジー論理ユニット３４は、ヒストグラムに基づいてカメラ制御信号 （ＣＣＳ）及びＸ線制御信号（ＸＣＳ）を導出する。ファジー論理ユニット３４ は、カメラ制御信号をテレビジョンカメラの増幅器５２の制御端子５４に供給す る。カメラ制御信号は増幅器５２を適当な利得に調節し、着目画像情報が電子ビ デオ信号によって鮮明に再生されること、特に、低コントラストの小さいディテ ールが適切に可視的な形で再生されることが保証される。特に、かかる利得は、 着目画像情報の露出不足及び露出過剰がＸ線像の表現中に防止されるように調節 される。ファジー論理ユニット３４は、Ｘ線制御信号を高圧電源５３に供給する 。Ｘ線制御信号は、Ｘ線像内の着目画像情報が適当に処理され得る輝度値によっ て表現されるようにＸ線ビーム１１の強度及びエネルギーを調節し、その結果と して、着目画像情報が明瞭に再生される。 平均値計算器（＜・＞）３６は、ヒストグラムの全体、若しくは、実際的に全 部の信号レベルの平均値Ｇ₁を計算する。レンジ判定装置（［−］）４は、ヒス トグラムの（必須的に）全部の信号レベルのレンジＲを判定する。このため。レ ンジ判定装置４は、ヒストグラムの信号レベルの最高値及び最低値を探索する。 選択ユニット （ＳＥＬ）５はヒストグラムの画像成分を抽出し、このため、信号レベルが平均 値Ｇ₁以下である画素の数が選択される。カウンタ（＃）６は、画像成分内の画 素の数と、全ヒストグラム内の数とを計数する。カウンタ６は、上記数から画像 成分内の画素の部分Ａを抽出する。この部分Ａは、画像成分内の画素の数と、完 全なヒストグラムの画素の数との比である。 ファジー論理ユニット３４は、ファジー論理ルールに基づいて画像成分Ｂ及び レンジＲからカメラ制御信号及びＸ線制御信号を導出する。ファジー論理,ユニ ットは、ファジー論理ルールに基づいて部分Ａ及びレンジＲから所望のカメラ制 御信号及びＸ線制御信号を導出する。ファジー論理は、ファジー論理ルールに基 づいて、ヒストグラムの画像成分が露出過剰部分を含む可能性があるかどうかを 検査し、Ｘ線像内のその部分の大きさを判定する。例えば、レンジＲが完全なＸ 線像の輝度値の範囲の約１／６の部分以下である場合、部分Ａは約０．５５より も大きく、カメラ制御信号及びＸ線制御信号はＸ線検査装置の調節を全く変更し ないか、又は、僅かしか変更しない。この状況において、Ｘ線像の高輝度値は、 殆ど独占的に露出過剰に与えられ、着目画像情報に関連した輝度値は、画像情報 が適切に可視的に再生されるように容易に処理され得るレンジに含まれる。レン ジＲが完全なＸ線像の輝度値のレンジの１／６乃至１／３の部分にあり、部分Ａ が約０．３５乃至０．５５に収まるとき、カメラ制御信号及びＸ線制御信号は、 映像信号の信号レベルの比較的僅かに減少させる。その理由は、このような状況 では、高輝度値は露出過剰だけに起因するのではなく、着目画像情報が適当な処 理のためには僅かに高い輝度値に含まれることが分かったからである。レンジＲ が完全なＸ線像の輝度値のレンジの１／４以上に達し、部分Ａが０．１５未満に 収まるとき、カメラ制御信号及びＸ線制御信号は、映像信号の信号レベルのかな り実質的な減少を生じさせる。その理由は、このような状況では、高輝度値は殆 ど露出過剰には起 因せず、着目画像情報の輝度値は非常に高く適当な処理を行えないということが 分かったからである。必要に応じて、（場合によっては重なり合う）レンジＲの 値の間隔及び部分Ａによって表される種々の状況がより詳細に区別され得る。フ ァジー論理ユニット３４は、ファジー論理ルールに従ってＡ及びＲの値に基づい てカメラ制御信号及びＸ線制御信号を獲得する。 特に、平均信号レベルＧ_bに基づいて、第２の平均値計算器（＜・＞₂）７は、 画像成分の平均信号レベルＧ_bを計算する。ファジー論理ユニットはカメラ制御 信号及びＸ線制御信号を発生する。かくして、着目画像情報、例えば、検査を受 ける患者の器官に関係した着目画像情報が明瞭に再生されるようなＸ線検査装置 の調節が行われる。ファジー論理ルールに基づいて、ファジー論理ユニット３４ は、特に、レンジＲ及び部分Ａを含む画像成分の平均信号Ｇ_bから、着目画像情 報に関係した輝度値に正確に対応するＧ_b近傍の値を抽出する。例えば、レンジ Ｒが小さく、最大２５６の信号レベルの中の約９０レベルであるとき、画像成分 がヒストグラムの画素の約１０分の１の小さい部分Ａを含む場合、Ｘ線像には露 出過剰領域が殆ど存在しないことが分かり、ファジー論理ユニットは、Ｇ_bより も５％程度高くなるように補正された値Ｇ_b’を調節する。また、レンジＲが小 さくない場合、ファジー論理ユニットは、画像成分内のヒストグラムの画素の部 分Ａに依存したカメラ制御信号及びＸ線制御信号を供給する。例えば、Ａが小さ く、０乃至０．２に収まるとき、ファジー論理ユニットは、Ｇ_bよりも数パーセ ント高い値Ｇ_b’を導出する。例えば、Ａが非常に大きく、０．３乃至０．７に 収まるとき、ファジー論理ユニット３４は、Ｇ_bよりも約５％低い値Ｇ_b’を導出 する。値Ｇ_b’はＧ_bの周辺の小さい間隔に収まり、Ｘ線像の露出過剰領域の影響 を更に減少させるため必要なＧ_bの補正であると考えられる。 露出制御システム２は、コリメータ素子又はフィルタ素子が再生 されたＸ線像の１個以上の領域を検出する検出システム３７を更に有する。コリ メータ／フィルタユニット４１は、Ｘ線ビーム１１の一部を遮るか、或いは、部 分的に減衰させる。このため、コリメータ／フィルタユニット４１は、Ｘ線を実 質的に完全に吸収するコリメータ素子４２と、Ｘ線ビームの所定のエネルギーの 一部を部分的に吸収するフィルタ素子４３とを含む。調節ユニット４３を用いる ことにより、コリメータ素子４２は、検査を受ける患者の一部が必ずＸ線ビーム によって照射されるようにＸ線ビーム内に配置される。フィルタ素子は、患者の 低吸収性の部位に達する高エネルギーのＸ線の量が過剰にならないようにＸ線ビ ーム内に配置される。 露出制御システム内のデータ伝送及び通信は、バス３３を介して行われ、制御 ユニット（ＣＴＲＬ）３５によって制御される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． Ｘ線像を受信するＸ線検出器（１）と、 Ｘ線検査装置を調節する露出制御システム（２）とを含むＸ線検査装置におい て、 上記露出制御システム（２）は、 上記Ｘ線像の輝度値のヒストグラムを形成し、 上記ヒストグラムから主として着目画像情報を表現する輝度値に関係する画像 成分を抽出する算術ユニット（４）を含み、 上記露出制御システムは、上記画像成分に基づいてＸ線検査装置を調節するよ う構成されていることを特徴とするＸ線検査装置。 ２． 上記画像成分は実質的にＸ線像の全体の輝度値の平均値以下の輝度値に関 係することを特徴とする請求項１記載のＸ線検査装置。 ３． 上記算術ユニットは、上記ヒストグラムの高輝度成分を抽出し、完全なＸ 線像の輝度値のレンジと、高輝度成分に輝度値を有するＸ線像の画素数とを計算 するよう構成され、 上記露出制御システムは上記画素数及び上記レンジに基づいてＸ線検査装置を 調節するよう構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線検査装 置。 ４． 上記露出制御システムは、上記画素数及び上記レンジに適用されたファジ ー論理ルールに基づいて上記Ｘ線検査装置を調節するよう構成されている請求項 ３記載のＸ線検査装置。 ５． 上記露出制御システムは、上記画像成分の平均輝度値に基づいてＸ線検査 装置を調節するよう構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいず れか一項記載のＸ線検査装置。 ６． 上記露出制御システムは、上記完全なＸ線像の輝度値のレンジよりも実質 的に小さく上記画像成分の上記平均輝度値を含む間隔内の輝度値に基づいてＸ線 検査装置を調節するよう構成されていることを特徴とする請求項５記載のＸ線検 査装置。 ７． 上記露出制御システムは、Ｘ線検査装置のフィルタ又はコリメータ素子が 再生された上記Ｘ線像のマスクされた部分を検出する検出システムを含み、 上記露出制御システムは、上記検出された部分の外側にある上記Ｘ線像の一部 分に基づいてＸ線検査装置を調節するよう構成されていることを特徴とする請求 項１乃至６のうちいずれか一項記載のＸ線検査装置。 ８． 上記検出システムは、 上記Ｘ線像内の所定の方向に局所最大変動を表す輝度値の最大傾斜を判定し、 上記Ｘ線像の所定の位置に対する上記最大傾斜の夫々の相対位置を判定し、 上記最大傾斜及び上記相対位置に基づいて上記マスクされた部分を抽出するよ う構成されていることを特徴とする請求項７記載のＸ線検査装置。 ９． 上記検出システムは、上記最大傾斜の位置の間にある上記Ｘ線像の一部分 の輝度値を、上記ヒストグラムの上記画像成分の輝度値と比較するよう構成され ていることを特徴とする請求項８記載のＸ線検査装置。 １０． Ｘ線像から光学像を得るＸ線検出器と、 上記光学像の輝度値を測定する光検出器を具備し、Ｘ線検査装置を調節するよ う構成されている露出制御システムとを含むＸ線検査装置において、 上記露出制御システムは、上記光学像の輝度値のヒストグラムを形成し、上記 ヒストグラムから高輝度成分及び画像成分を抽出する算術ユニットを含み、 上記露出制御システムは、上記酉像成分に基づいてＸ線検査装置を調節するよ う構成されていることを特徴とするＸ線検査装置。