JP2001212121A - X線検査装置 - Google Patents

X線検査装置

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JP2001212121A
JP2001212121A JP2000389211A JP2000389211A JP2001212121A JP 2001212121 A JP2001212121 A JP 2001212121A JP 2000389211 A JP2000389211 A JP 2000389211A JP 2000389211 A JP2000389211 A JP 2000389211A JP 2001212121 A JP2001212121 A JP 2001212121A
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JP2000389211A
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Georg Dr Schmitz
シュミッツ ゲオルク
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Koninklijke Philips Electronics NV
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    • G21K1/10Scattering devices; Absorbing devices; Ionising radiation filters
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    • A61B6/00Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、吸収手段の吸収度が自動的に最適
調節されるX線検査装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明は、X線源と、X線検出器と、X
線源とX線検出器の間に配置される吸収手段と、吸収手
段の吸収度を調節する制御ユニットと、画像処理ユニッ
トと、表示ユニットとを有するX線検査装置に関する。
吸収手段の自動調節を実施するために、吸収手段は、ユ
ーザ特有パラメータ()及び/又は装置特有パラメー
タ()及び/又は構造パラメータ 【外7】 及び/又は画像の内容を分類するパラメータ()に依
存して最適化される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、X線源と、X線検
出器と、X線源とX線検出器の間に配置される吸収手段
と、吸収手段の吸収度を調節する制御ユニットと、画像
処理ユニットと、表示ユニットとを有するX線検査装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】吸収手段は、X線検査装置におけるX線
ビームを制限するために使用される。このために、吸収
手段は、X線源とX線検出器の間に配置される。一方
で、X線ビーム路を制限することは、照射されるべき患
者の領域を必要最大限に制限する。他方で、このような
制限は、利用できる情報を提供しないがX線画像の質に
影響を与える追加の領域を撮像すること無く、医師によ
って診断されるべきX線画像を検査されるべき臓器を含
む領域に制限する。
【0003】米国特許第5,287,396号は、吸収
手段を含むX線装置を開示する。ここで記載するX線検
査装置は、X線画像の吸収力の値がマトリクスの形態で
記憶されるメモリを含む画像処理ユニットを有する。X
線画像は、検出手段を用いてサブ領域にセグメント化さ
れる。画像は、吸収力の値に対する閾値に基づいて前景
及び背景に分割される。吸収手段の位置は、演算ユニッ
ト及び分割を用いて計算される。吸収手段は、駆動ユニ
ットを用いて計算された位置にシフトされる。吸収手段
は、覆われる背景の表面積が最大である一方で覆われる
前景の表面積が最小となるようにして自動的に位置決め
される。
【0004】吸収手段の説明される自動的位置決めは、
画像が2つの2進類に分割又はセグメント化されるとい
った欠点を有する。吸収手段は、この分割に基づいて位
置決めされる。このタイプのセグメント化は、局部的な
画像の輝度だけが吸収手段の位置決めに対する決定的事
項とならないため、吸収手段の位置の計算に対する不必
要な制限を構成する。吸収手段は、しばしば夫々のエッ
ジにおいて弱い減衰を示し、それにより、X線画像は、
診断上関連する領域が覆われるときよりも少なく減衰さ
れる。この事実は、米国特許第5,287,396号で
は考慮されない。
【0005】医師によって吸収手段が手動で調節される
場合、医師は、調節のために更なる情報を使用する。最
後に、医師は、考慮される全てのパラメータの間で折り
合いを見出す。
【0006】現代のシステムでは、位置決めは、直接手
動、機械的、又は、画像インプレッションに基づいて手
動で選択される位置にモータ駆動される位置決めのいず
れかによって実施される。この手動での調節は、検査時
間を必要とし、医師に迷惑となり、実際検査及び患者の
処置から注意を逸らさせる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、吸
収手段の吸収度が自動的に最適調節されるX線検査装置
を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的は、吸収度がユ
ーザ−特有パラメータ、装置特有パラメータ、構造パラ
メータ、又は、画像の内容を分類するパラメータに依存
して最適化されることで達成される。
【0009】X線源によって出射されるX線は、吸収手
段を通り患者を照射する。X線によって生成されるX線
画像は、X線検出器上に結像される。X線画像は、電気
画像信号に変換された後、画像処理ユニットに移動さ
れ、X線画像は、この画像処理ユニットに記憶されると
同時にモニタ上に表示される。
【0010】医学的X線検査のために、吸収手段は、患
者によって減衰されない直接X線によってX線検出器が
当てられる画像領域において放射線が減衰、又は、止め
られることで妨害となる過剰な露光を回避されるよう、
不必要な患者の放射線量並びに散乱された放射線を回避
するために診断的な関連領域においてX線が減衰される
よう、更に、診断上関連する領域、例えば、解剖学的構
造を含む領域においてX線が止められることで最適な診
断の使用を可能にするようにしてX線の露光中に位置決
めされる。これらの段階は、画像の品質及び患者に対す
る放射線量の最適化につながる。
【0011】以下のパラメータは、吸収手段の調節のた
めに分類され得る。最適調節のために基本は、X線画像
がどうあるべきかといった診断を下す医師の意見によっ
て形成される。この意見は、ユーザ−特有パラメータに
含められる。装置−特有パラメータは、X線検査装置の
タイプ、管の電圧、管の電流、及び、露光時間のような
情報を含む。構造パラメータは、X線画像から決定され
る値である。構造パラメータは、ピクセルの群における
グレースケール値の配分に関する情報を含む。構造パラ
メータは、画像コントラストに関する情報も含む。この
ために、画像全体のグレースケール値のヒストグラムが
形成され、関連性のあるグレースケール値の現われが上
記ヒストグラムにおいて取られる。このとき得られる配
分は、コントラストの尺度として使用され得る。画像の
内容を分類するパラメータは、X線によって照射される
べき身体の臓器又は領域に関する情報を含む。ユーザ−
特有パラメータ及び画像の内容を分類するパラメータ
は、知識ベースを形成するために組み合わされる。
【0012】画像処理ユニットは、演算手段を具備し、
この演算手段に対して上記パラメータが与えられ、この
演算手段は、上記パラメータに基づいて吸収手段の最適
調節を計算する。パラメータは、メモリに記憶され、又
は、捕捉されたX線画像から抽出される。パラメータ
は、特定されるべき方法で最適化される品質関数で組み
合わされる。従って、計算される調節は、制御ユニット
に与えられ、この制御ユニットを介して吸収手段は、計
算された位置に移動され、又は、吸収手段が計算された
調節を適合する。
【0013】本発明によるX線検査装置の実施例におけ
る吸収手段は、本質的にX線に透き通って見えない。吸
収手段は、完全でない吸収力を有利に引き起こし得、X
線画像中の露光された領域と被覆された領域の間で平滑
な遷移が生じる。このために、例えば、吸収手段は、ウ
ェッジの形状を有し、ウェッジの先端における吸収力
は、完全でない。減衰のこの変化も知識ベースで取られ
る。
【0014】吸収手段は、電気的又は油圧的に駆動され
る摺動装置を用いて計算された位置に移動されるように
ダイヤフラム装置中に配置され得る。説明されたエッジ
又はダイヤフラム板が使用される。円錐系のX線ビーム
路を全ての側から制限することができ、又は、単一のダ
イヤフラム板を部分的に挿入することで一つの場所にお
いてだけX線ビーム路を制限するようにして配置され
る。
【0015】本発明によるX線検査装置の更なる実施例
は、吸収手段として補充され得る複数のフィルタ要素か
ら成るフィルタを利用する。ここでは、液体減衰X線の
充填度は、電気的に調節され得る。ビームの断面にわた
って変化するX線の減衰が実現される。
【0016】制御ユニットを用いる最終的な調節を実施
する前に吸収手段の計算された調節をモニタ上のX線画
像の現われ上に重ね合わすことが有利であることが知ら
れている。所属医師は、従って、計算された調節を評価
し可能であれば補正し得る。
【0017】実験値を集め、これらの実験値に基づいて
知識ベースのパラメータを適応するために様々なパラメ
ータが有利に記憶されることも知られている。適応度が
調節され得る。この結果は、最終的に吸収手段のより速
く、自動的なより正確な調節を可能にする学習処理を結
果として生じさせる。
【0018】以下の説明は、品質関数Zにおけるパラメ
ータの組み合わせ及びそれらの最適化に関する。吸収手
段の調節のためのパラメータは、調節パラメータベクト
akt において取られる。これらのパラメータは、
例えば、半透明なダイヤフラム板の角及び挿入の長さで
もよい。
【0019】実際のX線画像において使用される吸収手
段の調節の減衰効果が、例えば、X線ビームトラッキン
グを手段としてシミュレーションによって計算され得、
画像処理ユニットに記憶されるX線画像からの分割によ
って除去される。
【0020】画像処理ユニットは、Nの異なる画像領域
に対する結果として生じる画像から画像内容を特徴付け
るパラメータを計算する。一般的に、これらの画像領域
は、隙の無い又は重なり合う方法で互いと隣接する長方
形となる。画像を特徴付けるパラメータは、例えば、平
均輝度又は含まれる画像コントラスト及び構造の度合い
である。全ての計算されたパラメータは、M×Nパラメ
ータマトリクス
【0021】
【外1】 において組み合わされる。コントラストは、例えば、分
散計算によって決定され得る。画像のテクスチャ又は状
態に関して統計的及び構造的方法を説明するHaralick
(IEEE67(5):610-621,1979)に基づくパラメータ計算も
使用され得る。
【0022】このようなパラメータの直接計算に対して
選択肢として、マトリクス
【0023】
【外2】 のパラメータは、画像メモリに記憶される画像から直接
計算され得、吸収手段による実際の減衰の効果がパラメ
ータの補正によって考慮され得る。平均輝度に関する上
述の例のパラメータにおいて、このような補正の可能性
が平均減衰によって平均輝度を分割することで提供され
る。
【0024】吸収手段の減衰Dは、可能な新しい調節パ
ラメータに依存して計算される。試験されるべき新しい
調節パラメータは、調節パラメータベクトルにおいて
組み合わされる。
【0025】パラメータマトリクス
【0026】
【外3】 及び減衰Dは、吸収手段の影響の質を評価するために考
慮され得る。このために、適切な品質関数Zが計算さ
れ、この関数は、所望の画像の質を特徴付ける複数の要
素によって例えば、異なる質の標準又はパラメータに対
して重み付けすることでパラメータで表示されてもよ
い。関数の引数に依存する関数Zの挙動を特徴付ける品
質関数Zのパラメータは、ベクトルで組み合わされ
る。ユーザ特有パラメータ及び露光の内容を分類するパ
ラメータはベクトルでとられる。ユーザ特有のパラメ
ータは、例えば、部分的に覆われたX線画像を表すため
に所与の演算子の優先度を含む。露光の技術的内容を特
徴付けるパラメータは、露光のタイプに関する情報を含
む。例えば、心臓のX線画像の場合、非常に明るく再現
された肺は、診断されるべき心臓の回りで撮像される。
この知識は、露光の内容を分類するパラメータとされ、
これらのパラメータは、ユーザ特有パラメータと同様に
知識ベースを形成するベクトル中に含まれる。
【0027】装置特有パラメータは、システムパラメー
タベクトルに組み合わされる。X線検査装置の実際の
状態、又は、X線検査装置から計算されるパラメータ
は、システムパラメータにとられる。例えば、これ
は、実際の画像に対して与えられるX線放射線量でもよ
い。過剰に露光された領域に対する放射線量に依存する
グレースケール閾値は、得られたパラメータとしてこの
システムパラメータベクトル中にとられ得る。
【0028】品質関数Zは、発見的又は例えば、ファジ
ー論理のような規則に基づいた方法のいずれかで得られ
うる。X線検査装置を動作させる前に代表的な画像デー
タ及び吸収手段の所望の調節に向けられるニューラルネ
ットワークとして品質関数を実現することも可能であ
る。
【0029】より一般的には、トレイニング入力データ
及びトレイニング出力データに基づいて所望の挙動を推
定するものであれば全ての線形又は非線形の関数推定器
が使用され得る。ベクトルは、調節規則をパラメータ
で表示しそれゆえにシステムの知識ベース又は制御ベー
スを構成する。
【0030】最適ダイヤフラム位置又は吸収手段の最適
調節を計算するために、調節パラメータベクトルを変
化させ、毎回減衰D、及び、この減衰から関数値Z
(D,r,s)を決定する最適化方法を使用する。最適
化方法のためにNelder-Mead Simplex方法(Nelder,J.A
及び Mead,R.1965, Computer Journal, vol.
7,pp.308−313)のような簡単なアルゴリズ
ムが使用されてもよい。最適化の結果は、吸収手段の最
適調節であり、これは、調節パラメータベクトル
opt に含まれる。
【0031】
【数1】 吸収手段のこの調節は、制御ユニットを介して直接自動
的に実現されうる。選択的に、板又は板のエッジの形態
にある吸収手段は、モニタ画像上にグラフ的に重なり合
わされうる。従って、演算子は、補正及び確認の可能性
を有する。新しい実際の調節akt は、ベクトル
おいて表わされる知識ベースをユーザ挙動に適応するた
めに再び使用され得る。これは、使用される学習システ
ムの新しくされたトレイニングを介して実現され得る。
しかしながら、制御ベースの以下の簡単な適応も可能で
あり、補正された調節akt に対して関数Zは、知識
ベースに依存して最適化され
【0032】
【数2】 である。
【0033】品質関数に依存して、最適化は、最大化又
は最小化でもよい。新しい制御ベースr’は、学習段階
を介して決定され、
【0034】
【数3】 である。ここでは、αは、間隔[0,1]中にある学習
速度を表わす。α=1の場合、システムは、ホップ式な
方法で適応され、システムがα=0の場合適応でない。
一般的に小さい値がαに使用される。適応は、ユーザ特
有の方法で実施され、異なるユーザ及びアプリケーショ
ンのためにデータベース中に記憶される。このようなパ
ラメータは、ベクトルにとられる。
【0035】最先端のX線検査装置と比較して、本発明
によるX線検査装置は、背景並びに画像コンテンツにお
ける2進セグメンテーションの欠如、及び、位置決めダ
イヤフラムで虚像の全体的な画像質の代わりに実施され
る評価の結果として関連する対象物の部分的に覆われる
質の評価も提供しうる。演算子は、従って、例えば、品
質関数が適切に選択されるとき、単一のパラメータだけ
の調節によって許容される被覆度を画成する。この調節
は、適応され得、ユーザ特有及びアプリケーション特有
の方法で記憶されうる。
【0036】
【発明の実施の形態】本発明の実施例が、添付図面を参
照して以下に詳細に説明される。
【0037】図1は、本発明によるX線検査装置の構造
を示す図である。X線源1は、X線9を出射する。X線
は、吸収手段3を通り、この吸収手段は、以降コリメー
タ板3として称される。コリメータ板3は、制御ユニッ
ト4によって移動される。コリメータ板3によって送信
されるX線7は、検査されるべき対象物8を照射し、X
線検出器2上に入射する。次にX線画像は、捕捉され電
気画像信号に変換される。画像信号20は、画像処理ユ
ニット5に印加される。捕捉される画像は、モニタ6の
形態にある表示ユニット上に表示される。画像処理ユニ
ット5は、コリメータ板3の吸収度を調節するために制
御ユニット4に接続される。
【0038】図2は、画像処理ユニット5の構造を示す
図である。画像処理ユニット5は、ここでは図示しない
X線検出器2から画像信号20を受信する。信号は、記
憶すると同時に表示のためにモニタ6に印加するために
画像メモリ21に印加される。実際の減衰は、メモリ2
9に記憶される調節パラメータベクトルakt を用い
て減衰計算ユニット22中で計算される。実際の減衰D
akt )は、吸収手段がX線ビーム路中に部分的に
摺動され得たため、捕捉されたX線画像に対して印加さ
れる減衰の値である。ユニット35は、実際の減衰値D
の逆数値を形成し、この逆数値を画像メモリ21に記憶
されるX線画像で乗算し、減衰Dが除去された画像を得
る。
【0039】減衰されていない画像は、ユニット23に
おいて画像領域Nに分割される。ユニット23は、コン
トラスト又は構造パラメータのような画像パラメータを
計算するパラメータ抽出ユニット24に後続される。任
意の減衰補正ユニットでは、減衰は、調節パラメータベ
クトルakt に基づいて計算され得る。従って形成さ
れるパラメータマトリクス
【0040】
【外4】 は、品質関数計算ユニット26に与えられる。ユニット
26は、ユニット32から、システムパラメータベクト
の形態でシステムパラメータ、及び、知識ベースを
表わすベクトルを受信する。ベクトルの形態にある
知識又は制御ベースは、ユニット31に記憶され、品質
関数Zの計算のためにユニット26、並びに、知識ベー
スの適応のために適応ユニット30に与えられる。
【0041】品質関数は、ユニット27において最適化
される。吸収手段の最適化された調節を含む調節パラメ
ータベクトルopt が計算される。この調節パラメー
タベクトルopt は、更なる減衰補正ユニット33に
与えられ、この減衰補正ユニット33は、減衰ユニット
22に類似し、最適化された調節パラメータベクトル
opt が決定されるまで、次の実行中に調節パラメータ
ベクトルを更に最適化するために使用されるよう、調
節パラメータベクトルopt に基づいて減衰D(p)
の調節が再びユニット26における品質関数の計算に与
えられるために計算される。このとき得られるopt
は、ユニット28に与えられ及びモニタ6にも与えら
れ、ユニット28において板の瞬時の調節が正確か否か
が確認又は確定される。調節パラメータベクトル
opt の形態にある瞬時の調節が医師によって確定され
るとき、調節パラメータベクトルakt は、メモリ2
9に記憶され、このメモリ29から制御ユニット(図示
せず)に伝達される。同時に、調節パラメータベクトル
opt に含まれる吸収手段の調節は、重ね合せユニッ
ト34において実際のX線画像上に重ね合わされる。
【0042】実際に使用されメモリ29に記憶される調
節パラメータベクトルakt は、適応ユニット30に
与えられ、この適応ユニット30において知識ベース
は、学習処理を用いて適応される。
【0043】品質関数計算の使用は、簡単な例に基づい
て例示する。
【0044】画像メモリに記憶される画像I(x,y)
は、Nの重なり合わず、幅がNxピクセルであり長さが
Nyピクセルである長方形の領域Ii(x,y)に分割
される。これらの領域において含まれる構造は、分散に
よって説明され、
【0045】
【数4】 がパラメータとして計算される。一つのパラメータだけ
が全ての画像領域に対して計算されるため、パラメータ
マトリクス
【0046】
【外5】 は、一つの行だけを有し、
【0047】
【数5】 である。
【0048】以下、角ψ及び挿入の長さlを有し位置が
調節パラメータベクトル=(1,ψφ)によって特徴
づけられる半透明板である単一の吸収手段に対して、画
像Iに対する放射線減衰の効果は、減衰された画像I
【0049】
【数6】 によって与えられるようにして関数D(p,x,y)に
よって表わされる。D(p,x,y)は、例えば、簡単
なシミュレーションを介して推定される。
【0050】最適化のために追加のパラメータベクトル
及びに依存する品質関数
【数7】 が示され得る。このような品質関数の簡単な例は、複数
の単一の品質関数の重み付けされた追加によって与えら
れ得、例えば、の小さい構造の領域が本質的に除去され
る場合、構造を含む診断上関連する領域の減衰を成分が
不利にし得、つまり、このような構造は、品質関数の増
加につながりこのとき最小化されなくてはならない。更
なる成分は、挿入されたダイヤフラム板によってマスク
されていない小さい構造を含む領域を不利にする。この
ような品質関数は、例えば、
【0051】
【数8】 であり、このとき
【0052】
【数9】 であり、
【0053】
【外6】 の要素は、
【0054】
【数10】 に従う。
【0055】本例では、制御ベースは、単一の成分rを
有し、パラメータsは、システムパラメータベクトル
の唯一の成分を表わし放射線量に依存し放射線の質に依
存する診断的な関連コントラストの正規化を提供する。
このパラメータは、使用されるビームの質に依存して記
憶されたテーブルから読み出され得る。関数Uは、正の
貢献度を増加的に不利にする。これは、例えば、
【0056】
【数11】 によって与えられてもよい。
【0057】従って、品質関数(6)の第1項は、減衰
されていない非構造の領域を不利にする。品質関数
(6)の第2項は、挿入された板の診断上関連する領域
におけるコントラストに対する効果を評価する。夫々の
成分は、矛盾し、rを介して互いに関して重み付けされ
る。rが大きく選択されるほど、非構造の領域の抑制が
より診断上関連する領域の保存に対して優先度を与えら
れる。
【0058】最適なダイヤフラム位置は、品質関数
【0059】
【数12】 を最小化することで決定される。
【0060】これは、Nelder-Mead Simplexアルゴリズ
ムを用いて数値的に実施され得る。従って決定されるダ
イヤフラム位置は、モニタ上にグラフ的に重ね合わされ
るかモータによって直接調節される。既に説明したよう
に、補正は、rのユーザ−特有の又はアプリケーション
−特有の適応を実施するのに使用されうる。
【図面の簡単な説明】
【図1】X線検査装置を示す図である。
【図2】画像処理ユニットの構造を示す図である。
【符号の説明】
1 X線源 2 X線検出器 3 コリメータ板 4 制御ユニット 5 画像処理ユニット 6 モニタ 7、9 X線 8 対象物 20 画像信号 21 画像メモリ 22 減衰計算ユニット 23、27、28、31、32、35 ユニット 24 パラメータ抽出ユニット 26 品質関数計算ユニット 29 メモリ 30 適合ユニット 33 減衰補正ユニット 34 重ね合せユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 590000248 Groenewoudseweg 1, 5621 BA Eindhoven, Th e Netherlands

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X線源と、X線検出器と、上記X線源と
    上記X線検出器の間に配置される吸収手段と、上記吸収
    手段の吸収度を調節する制御ユニットと、画像処理ユニ
    ットと、表示ユニットとを有するX線検査装置であっ
    て、 上記吸収手段は、 ユーザによって指定されるユーザ特有パラメータ、及び
    /又は、 装置によって指定される装置特有パラメータ、及び/又
    は、 構造パラメータ、及び/又は、 上記画像の内容を分類するパラメータに依存して最適化
    されることを特徴とするX線検査装置。
  2. 【請求項2】 上記吸収手段は、本質的にX線に透き通
    って見えないことを特徴とする請求項1記載のX線検査
    装置。
  3. 【請求項3】 X線吸収ダイヤフラム装置が上記吸収手
    段として設けられることを特徴とする請求項1記載のX
    線検査装置。
  4. 【請求項4】 液体吸収X線で充填され得る複数のフィ
    ルタ素子が上記吸収手段として設けられることを特徴と
    する請求項1記載のX線検査装置。
  5. 【請求項5】 最適化パラメータを記憶するためにメモ
    リが設けられることを特徴とする請求項1記載のX線検
    査装置。
  6. 【請求項6】 上記画像処理ユニットは、上記吸収度を
    計算し最適化する演算手段を含むことを特徴とする請求
    項1記載のX線検査装置。
  7. 【請求項7】 上記吸収手段の調節の前に、表示される
    べきX線画像上に上記吸収手段の計算された調節を重ね
    合せる重ね合せユニットが設けられることを特徴とする
    請求項1記載のX線検査装置。
  8. 【請求項8】 幾つかのX線露光において上記パラメー
    タを適合する適合ユニットが設けられることを特徴とす
    る請求項1記載のX線検査装置。
  9. 【請求項9】 上記吸収手段の調節を手動で補正するた
    めに補正ユニットが設けられることを特徴とする請求項
    1記載のX線検査装置。
  10. 【請求項10】 減衰のない上記画像を受信し、上記画
    像を特徴付けるコントラスト及び/又は構造コンテンツ
    のような上記構造パラメータを抽出するパラメータ抽出
    ユニットが設けられることを特徴とする請求項1記載の
    X線検査装置。
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