JP2000513869A - Ｘ線像の着目部分に基づく露出制御 - 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線像の関連部分に基づいて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線像の画素を画素の輝度値に基づいて１個以上のクラスタに分類し、クラスタからＸ線像の着目部分を選択するよう構成される。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｘ線像の着目部分に基づく露出制御 本発明は、Ｘ線像を受信するＸ線検出器と、Ｘ線像の着目部分に基づいて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、光学像の着目部分に基づいて 検査装置を調節する露出制御システムとを具備したＸ線検査装置に関する。さら に、本発明は、Ｘ線装置を調節する方法に関する。 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線像は、大きいダイナミックレンジを含み、そ の間隔はＸ線像の輝度値により構成される。しかし、Ｘ線像の着目画像情報は、 Ｘ線像全体の輝度値の非常に広いレンジ内の小さいレンジに含まれる。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のレンジは、Ｘ線像内の画像情 報を適切に可視的に再生するために適当ではない。特に、Ｘ線像、すなわち、光 学像の輝度値のダイナミックレンジは、画像信号の更なる処理のためには非常に 範囲が広い。 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、画像信号の信 号レベルが高い診断品質の画像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線に関係する。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。従来のＸ線装置の補助光検出システムは、着目した画像情報を含 まない低輝度の暗い領域がＸ線像に発生する場合を考慮していない。例えば、コ リメータ素子又はフィルタ素子のようなＸ線吸収素子は、Ｘ線像内の暗い領域と して再生される。着目した画像情報を全く、或いは、殆ど含まない露出過剰領域 及び暗い領域は、従来のＸ線検査装置の調節に悪影響を与えることが分かった。 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、輝度値に基づいてＸ 線像の画素を一つ以上のクラスタに分類し、クラスタの中からＸ線像の着目部分 を選択するように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。 Ｘ線像内の画素は、複数の周辺画素は、着目画素と実質的に同じ輝度値を有す るときクラスタに割り当てられる。比較的多数の放射線検査において、クラスタ が着目画像情報を含むかどうかは、特に、個々のクラスタの大きさに基づいて決 定できることが分かった。大きいクラスタは、屡々、多量の画像情報を含まない 。かくして、着目画像情報を含むＸ線像の部分は、クラスタに基づいて正確に選 択される。 本発明によるＸ線検査装置は、Ｘ線像の着目部分を自動的かつ正確に選択し、 その着目部分に基づいてＸ線検査装置を調節する。Ｘ線検査装置を調節するため の制御信号は、選択された着目部分から得られる。Ｘ線像の露出過剰部分又は暗 い部分による制御信号の影響は、主に画像情報を含む着目部分を選択することに よって軽減される。画像情報を含むレンジよりも遙かに低い輝度値を有する露出 過剰及び／又は暗い領域は、画像ピックアップ装置の調節に影響を与えないよう にされる。かくして、Ｘ線検査装置は、主として画像に含まれる医用診断情報に 基づいて調節されるので、Ｘ線像の着目医用診断ディテールは適切に再生され得 る。 輝度値に基づく画素の分類は、特に、米国特許第５，１３３，０２０号から公 知であることに注意する必要がある。引例の米国特許において、腫瘍が再生され たＸ線像の一部分に関連している可能性がある画素は、Ｘ線像の残りの部分から 分離される。公知の方法は、最終的なＸ線像に適用され、Ｘ線検査装置を調節す るため使用されない。 クラスタは、Ｘ線像の画素を分類することにより、Ｘ線像から直接導出される 。或いは、Ｘ線検出器を用いてＸ線像から光学像を導出してもよい。この場合、 クラスタは、光学像の画素を分類するこ とにより形成され得る。光学像の輝度値はＸ線像の輝度値と対応するので、何れ の方法でも同じ結果が得られる。 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。個々のクラス タの影響係数は、着目しているクラスタが制御信号に与える影響、すなわち、ク ラスタが露出制御システムによって行われる調節に与える影響の程度を表現する 。特に、クラスタ数が少ないとき、Ｘ線像の露出過剰領域が上記クラスタ内に略 独占的に存在することが分かった。また、例えば、非常にクラスタ数が少ない場 合、屡々、フィルタ素子及び／又はコリメータ素子が再生されるＸ線像内に暗い 領域が存在し、或いは、殆ど露出過剰領域が存在しないことが分かった。さらに 、クラスタ数が多くも少なくも無い場合、かなり多数のクラスタがＸ線像内の露 出過剰領域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 出過剰領域は、着目画像情報が含まれる画像の高輝度の領域よりも均一な輝度分 布を有することが分かった。影響係数をクラスタ内の輝度値の変動に依存させる ことにより、クラスタがかなり均一であるかどうか、すなわち、クラスタが露出 過剰領域を含む可能性があるかどうかに依存した制御信号が得られる。露出過剰 領域がＸ線検査装置の調節に与える影響はかくして回避される。 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。クラスタが少 ない場合、クラスタは露出過剰領域を含む可能性が低いことが分かった。かかる 状況では、実施上、露出過剰領域が存在しない可能性が実質的に高いので、Ｘ線 像内の輝度値のレンジはかなり制限されることが分かった。この状況において露 出制御システムによるＸ線検査装置の調節に対し、制御信号を取り出すため大き いクラスタを利用することが有利であることが分かった。 Ｘ線検査装置の好ましい一実施例は請求項５に記載されている。同一又は略同 一の影響係数がＸ線像内の互いに隣接したクラスタに 割り当てられるとき、小さいクラスタは露出過剰領域を含む。Ｘ線像はＸ線検査 装置の調節に影響を与えることが回避される。これは、かかる小さいクラスタが 露出過剰領域を含む大きいクラスタに隣接するとき、特に、略同一の影響係数を 小さいクラスタ及び大きいクラスタに割り当てることにより達成され得る。Ｘ線 像のエッジ付近で特に小さい露出過剰領域がＸ線装置の調節に与える影響は、か くして相殺される。 Ｘ線検査装置の好ましい一実施例は請求項６に記載されている。圧縮成分は、 圧縮成分の輝度値と同じ輝度値をＸ線像のより大きい又はより小さい輝度値のグ ループに割り当てることによりＸ線像から抽出される。かくして、圧縮成分内の 異なる輝度値の数は、Ｘ線像内の別々の輝度値の数よりも実施的に少なくなる。 しかし、圧縮成分内の別々の輝度値の数は、Ｘ線像の粗い画像情報が圧縮成分に 保存されていることを保証するために充分な大きさがある。したがって、非常に 小さいグループだけが分類されるわけではない。より大きいクラスタ及びより小 さいクラスタが圧縮成分から得られるので、像内の露出過剰領域及び暗い領域は 着目画像情報から適切に区別される。Ｘ線像内の着目画像情報に基づくＸ線検査 装置の厳密な調節は、かくして実現される。 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。圧縮成分内に 非常に少ない数の輝度値を生じさせる線形分布に基づいてＸ線像内の輝度値の数 を削減するため僅かな数の簡単な算術演算しか必要とされない。対数分布を使用 することにより、着目画像情報は、通常、Ｘ線像内の低い輝度値によって表現さ れるという事項が適切に考慮される。 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 i ts 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一実施例は請求項９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。したがっ て、着目画像情報に関連した画素のクラスタに基づくＸ線検査装置の調節は、ク ラスタ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。 本発明の更なる目的は、Ｘ線像内の着目情報に基づいてＸ線検査装置を調節す るために好適であるＸ線像の着目部分に基づいてＸ線装置を調節する方法を提供 することである。この本発明の更なる目的は、Ｘ線像内の画素を輝度値に基づい て１個以上のクラスタに分類する段階と、上記クラスタから上記Ｘ線像の着目部 分を選択する段階とを含む本発明の方法によって実現される。 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１ ３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。例えば、ＣＣＤ画像センサの６４×６４又 は３２×３２個の感光センサ素子が出口ウィンドウ上の画像をピックアップする ため使用される。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３４を用いて画像検出器か ら読み出され、ディジタル化される。ディジタル検出器信号はサンプリングユニ ット４０に供給される。サンプリングユニット（↓）４０は、線形又は対数サン プリング演算を実行し、別個の値がディジタル検出器信号（ＤＳ）の信号レベル のデジタル値の夫々の間隔に割り当てられる。サンプリングユニット４０は、か くして、ディジタル検出器信号からディジタルサンプル化検出器信号を取り出す 。例えば、ディジタル検出器信号の２５６個の異なるディジタル値は、サンプル 化信号（ＳＳ）の信号レベルの３２、１６又は８個の異なる値に削減される。サ ンプル化信号は、実際上、本質的に低空間周波数だけを含むＸ線像の圧縮成分を 表現する。このＸ線像の圧縮成分は、主として画像の比較的粗いディテールを含 む。サンプル化信号は、クラスタユニット（ＣＯＭＰ）４１を用いてＸ線像内の 画素のクラスタを作成するため使用される。関連したサンプル化信号の信号レベ ルは実質的に同じ値を有し、Ｘ線像内で互いに隣接する画素は、常に同じクラス タに割り当てられる。クラスタユニット４１は、クラスタの数、クラスタのサイ ズ（画素数）及びクラスタ毎の画素の画素値に関す る情報を、ディジタル電子信号の形式でデータバス４２に供給する。ディジタル 情報はデータバス４２を介して露出制御システム２の中を伝送される。データバ スによるデータ伝送は制御ユニット（ＣＴＲＬ）４３によって制御される。 カウンタ（ＣＴＲ）４４はクラスタ数を係数する。測定装置（ＳＺＥ）４５は 個々のクラスタのサイズ、すなわち、各クラスタに存在する画素数を判定する。 算術ユニット（Ｆ）４６は、クラスタのサイズ及び次数からかかるクラスタに対 する各影響係数を導出する。影響係数は、対応したクラスタがＸ線検査装置の調 節に与える影響の程度を表現する。大きいクラスタは、通常、Ｘ線像の露出過剰 領域、若しくは、Ｘ線吸収性のコリメータ素子及び／又はフィルタ素子が再生さ れた領域を含むので、露出制御システムは、このような大きいクラスタが調節を 行う際に殆ど使用されないことを保証する。例えば、約７０個未満のクラスタし か存在しない場合、最大のクラスタ、例えば、Ｘ線像内の画素数の半分を超える 画素を含むクラスタは、主としてＸ線像の露出過剰領域に関係することが分かっ た。例えば、１００個を超えるクラスタが存在する場合、最小のクラスタ、例え ば、Ｘ線像内の全画素数の中の約１／１０未満の画素しか含まないクラスタは、 主としてＸ線像の露出過剰領域に関係することが分かった。装置（ＶＡＲ）４７ は個別のクラスタ内の画素値の変動を計算する。データバス４２を介して、変動 の大きさは算術ユニット４６に供給され、算術ユニット４６は影響係数を導出す る際にこの変動を考慮する。通常露出過剰又はコリメータ素子若しくはフィルタ 素子に関係するかなり均一なクラスタは、かくして、Ｘ線検査装置の調節のため 殆ど考慮されない。例えば、当該クラスタの画素数が当該クラスタのエッジによ って囲まれた画素数の２／３以上に達するとき、このクラスタは非常に均一であ り、露出過剰領域に関連付ければよい。かかる均一なクラスタに対する影響係数 に基づいて、均一なクラスタはＸ線検査装置の調節に殆ど影響を与えな いことが保証される。上限値は、例えば、当該クラスタのエッジにより囲まれた 画素数の一部であり、例えば、およそ２／３と９／１０の範囲に収まる。 各クラスタの大きさは比較ユニット（^>01）４８によって上限値と比較される 。最大のクラスタはＸ線像内の露出過剰領域と関連するが、少数のクラスタしか 存在しない場合、最大のクラスタであっても露出過剰領域とは関係せず、着目画 像情報を含む。上限値はメモリユニット４９から取り出すことができる。メモリ ユニット４９は、特に、種々のクラスタの数に対し夫々の適当な上限値を格納す るルックアップテーブル（ＬＵＴ）として構成してもよい。クラスタの数が減少 すると共に大きくなる上限値が使用される。 近傍探索器（ＮＢ）５０は隣接したクラスタを検査し、算術ユニット４６は、 略同一の影響係数が隣接したクラスタに割り当てられることを保証する。 ファジー論理ユニット（ＦＵＺ）６０は、クラスタサイズ、クラスタ数、クラ スタ内の輝度値の変動及び影響係数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６０は、カメラ制御信 号（ＣＣＳ）をテレビジョンカメラの増幅器５２の制御端子５３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６０はＸ線制御信号（ＸＣＳ）を高圧電源５４に供給す る。Ｘ線制御信号（ＸＣＳ）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 、これにより、着目画像情報が明瞭に再生される。

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、 上記Ｘ線像の着目部分に基づいて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線像の画素を上記画素の輝度値に基づいて１個以上のクラスタに分類し 、 上記クラスタから上記Ｘ線像の上記着目部分を選択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． 上記露出制御システムは、 上記クラスタの数及び個々のクラスタのサイズから上記個々のクラスタの影響 係数を導出し、 上記影響係数に基づいて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記載のＸ線検査装置。 ３． 上記露出制御システムは、上記個々のクラスタ内の輝度値の変動に基づい て上記影響係数を導出するよう構成されていることを特徴とする請求項２記載の Ｘ線検査装置。 ４． 上記露出制御システムは、 上記クラスタのサイズを上限値と比較し、 上記クラスタ数及び上記個々のクラスタのサイズと上記上限値との差に基づい て上記影響係数を導出し、 上記クラスタ数に基づいて上記上限値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２又は３記載のＸ線検査装置。 ５． 上記露出制御システムは、実質的に同一の上記影響係数を上記Ｘ線像内で 互いに隣接したクラスタに割り当てるよう構成されていることを特徴とする請求 項２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Ｘ線像から圧縮成分を導出し、 上記圧縮成分の輝度値に基づいて上記クラスタを形成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５のうちいずれか一項記載のＸ線検査装置。 ７． 上記露出制御システムは、上記Ｘ線像の輝度値の線形又は対数サンプリン グを用いて上記Ｘ線像から上記圧縮成分を導出するよう構成されていることを特 徴とする請求項６記載のＸ線検査装置。 ８． 上記露出制御システムは、ファジー論理ルールに基づいて上記クラスタ数 及び上記クラスタのサイズから上記影響係数を導出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７のうちいずれか一項記載のＸ線検査装置。 ９． Ｘ線像から光学像を得るＸ線検出器と、 上記光学像の着目部分に基づいてＸ線検査装置を調節す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、 上記光学像の画素を上記画素の輝度値に基づいて１個以上のクラスタに分類し 、 上記クラスタから上記光学像の上記着目部分を選択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。 １０． Ｘ線像の着目部分に基づいてＸ線検査装置を調節する方法において、 上記Ｘ線像の画素を上記画素の輝度値に基づいて１個以上のクラスタに分類し 、 上記クラスタから上記Ｘ線像の上記着目部分を選択する段階を含む方法。