JP2002532868A - Ｘ線束を調節するために制御ループを含むｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 Ｘ線検査装置は、Ｘ線ビームを出射するＸ線源（１）と、Ｘ線画像を検出し光学的画像に変換するＸ線検出器（６）と、Ｘ線検出器に光学的結合手段（９）を介して結合されるビデオ抽出器（８）とを有する。光学的結合手段（９）には光束の一部分をフォトセンサ（１２）に供給する光学ピックアップ（１１）が設けられ、このフォトセンサ（１２）はＸ線源（１）からのＸ線束を調節するために制御信号を発生する。フォトセンサ（６）は、センサ素子の配列、各ピクセル中で又は各ピクセルによって検出された信号のための重みづけ手段、及び、検出され重みづけされた信号から平均値信号を決定する手段を有し、それによりＸ線源（１）から出射される上記Ｘ線束を調節するために得られた制御信号が帰還される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、Ｘ線ビームを出射するＸ線源と、Ｘ線画像を検出し光学的画像に変
換するＸ線検出器と、Ｘ線検出器に光学的結合手段を介して結合されるビデオ抽
出器とを有し、光学的結合手段には、光束の一部分をフォトセンサに供給する光
学ピックアップが設けられ、このフォトセンサはＸ線源からのＸ線束を調節する
制御信号を発生するＸ線検査装置に関する。

【０００２】 このような装置は、国際特許出願ＷＯ９６／２０５７９−Ａ１号から公知であ
る。引用された文献は、Ｘ線源を調節するために制御信号を供給する露光制御回
路を含むＸ線検査装置を開示する。Ｘ線画像中で選択された測定フィールド内の
強度な露光過度領域の場合、Ｘ線源からのＸ線束は上記制御回路を用いて減少さ
れる。特定の実施例では、露光制御回路に印加される信号は、光学ピックアップ
又は光検出器を用いて得られる。光学的結合手段のコリメートされたビーム中に
挿入される光学ピックアップ及び光検出器は、Ｘ線を制御するために光を検出す
る線形の応答検出ユニットを形成する。組込まれた光検出器が、選択された測定
フィールド上で検出される光束を積分すると、光検出器の電流を増幅した後Ｘ線
検出器の出力輝度の平均値が見つけられる。Ｘ線源のための制御ループにおいて
生じる問題は、Ｘ線検出器上のハイライト、特に、直接放射を発生することであ
る。これらハイライトが領域及び振幅に対して変化すると、測定フィールドから
得られる制御信号は関心信号の１００倍大きい値に達し得る最大値によってかな
り影響を与えられる。結果となる画像は、露光不足になり、該当する画像情報が
失われ得る。

【０００３】 特定の適用法に依存して、１ｎＧｙ乃至１０μＧｙのドーズ量が適用される。
既に述べた通り、ハイライト及び直接放射を用いると、検出されるべき信号は１
００倍づつ変化し得、フォトセンサは５０進の信号振幅範囲に対して感応でなけ
ればならない。既知の線形の検知ユニットのダイナミックレンジは、ピクセルセ
ンサ、例えば、ＣＣＤにとって不十分である。

【０００４】 この問題に対処するために多くの提案、特に解剖学的に決定される測定フィー
ルドが選択され、ハイライト領域及び黒い領域が生じる結果を緩和するために幾
つかのインテリジェンスが設けられたセンサシステムの適用がなされる。他の提
案では、Ｘ線信号の一部分を用いて得られる光学的画像が分析され、検査が完全
な輝度で実施された後、これらの分析に基づいて黒い領域及び極端に白い領域に
よる悪影響が抑制される。全てのこのようなシステムは、ピクセル単位の線形の
検出に基づき、それらシステムは多かれ少なかれインテリジェントな方法で全て
黒い領域及び極端に白い領域外も含む。検出器は、ＣＣＤを含む、空間的にサン
プルされたシステム、即ち、ピクセルに基づく。

【０００５】 本発明は、冒頭段落において説明した装置よりもより簡単、且つ、安価であり
、ハイライト、特に直接放射が生じることによる悪影響をかなり減少するにもか
かわらずＸ線測定の精度を保証する装置を提供することを目的とする。

【０００６】 従って、本発明による装置は、フォトセンサがセンサ素子の配列、上記各ピク
セル中で又は上記各ピクセルによって検出される信号のための重みづけ手段、及
び、検出され重みづけされた信号から信号の平均値を決定する手段を有し、Ｘ線
源からのＸ線束を調節するために帰還される制御信号を得ることを特徴とする。

【０００７】 つまり、フォトセンサから得られる制御信号は、画成された測定フィールド内
において抽出され、重みづけ処理の結果として生じ、ハイライト部分に対する圧
縮された応答、又は、暗い画像部分に対する拡張された応答を表わす。この制御
信号は、個々のピクセルから得られる重みづけされた信号の平均値に比例する一
方で、各重みづけされた信号は夫々ｆ（Ｅ_ｉｊ）、即ち、ピクセル輝度値Ｅ_ｉｊ の非線形変換によって表わされ得る。

【０００８】 米国出願第４６７４１０８号は、特にDigital Subtraction Angiography（
ＤＳＡ）のためのＸ線検査装置を開示し、このＤＳＡでは、ビデオ画像が得られ
た後、その後のディジタル−アナログ変換をより効果的に使用するためにビデオ
信号を対数で増幅する。Ｘ線源のための制御信号は、ビデオ抽出器から得られる
。

【０００９】 第１の実施例における各重みづけ手段は、非線形の（副線形）増幅された信号
を供給し、それによって特に、各ピクセルでは対応する重みづけ手段が上記集積
回路の非線形の出力特性を得るように集積される。従って、各ピクセルは、光検
出素子及び非線形増幅素子を含む。例えば、ピクセルは、ＦＥＴのような非線形
増幅素子を含むフォトダイオードによって形成され得る。実際の実施例では、フ
ォトセンサは、夫々がフォトダイオードに結合されたモノリシックな二次元配列
のフォトダイオード、及び、対数的増幅素子を含む。

【００１０】 対数的増幅素子の出力信号の平均値は、

【００１１】

【数１】 によって表わされ得、ここでは、Ｓ_０は適当な変換係数であり、Ｅ_０は基準輝度
値であり、Ｎはピクセルの数である。

【００１２】 対数的増幅からは、充分な検出器のダイナミックレンジが得られる。線形増幅
素子の適用と比較すると、ハイライト及び直接放射に対する応答は圧縮される。
Ｅ_０及びＳ_０の値を決定するための校正の際、検出器は受ける輝度値を絶対的な
方法で、又、完全なレンジ中で測定し得る。

【００１３】 測定領域Ａは、画像内容から決定され得、従って、解剖学的な形状に関連する
。ピクセルの配列が二次元に指定される好ましい実施例では、幾つかの関心ピク
セルのみを速く検出することが可能となり、このときこれら検出されたピクセル
は測定領域Ａを表わし信頼度が高い制御信号を得る。

【００１４】 ピクセルの対数的出力特性の結果は、Ｘ線源の調節が検出され重みづけされた
信号の平均値を決定する手段の出力信号の完全なレンジに亘る輝度と同じ精度で
実現されないことである。高く、且つ、同一の制御精度を実現するために、Ｘ線
検査装置にはＸ線源を調節する帰還信号に平均値信号を変換する制御の精度を高
める重みづけ手段が設けられる。より特定的には、制御の精度を高める重みづけ
手段において平均値信号は、重みづけと逆の関数で処理され、従って、各センサ
素子についての非線形の増幅された信号を発生する。対数的ピクセル出力特性の
場合、制御の精度を高める重みづけ手段は、出力信号を発生し、この出力信号は
、

【００１５】

【数２】 の式によって表わされ得、このときｋは定数である。つまり、この重みづけ手段
から

【００１６】

【数３】 として表わされる線形の制御信号が得られる。

【００１７】 更なる実施例における各ピクセルの出力信号は、検出された信号の平均値の重
みづけ及び決定がプログラムに基づいて実現されるプロセッサに印加される。全
ての適当な重みづけ関数は、プログラムに基づいて容易に適用され得る。黒い領
域、又は、非常に暗い領域、及び、極端に白い領域を除外するために、対応する
ピクセルに「ゼロ」の重みづけが割当てられてもよい。検出された信号の平均値
を重みづけし決定した後、制御の精度を高めるため、特に、上述されたような略
線形の制御特性を得るために信号は更に重みづけされ得る。

【００１８】 本発明の基本的な考えは、ビデオ抽出される前に制御信号を得る上述されたよ
うなＸ線検査装置だけに限らず、ビデオ抽出の後に制御信号を得るＸ線検査装置
のタイプにも適用可能である。従って、適用法は、Ｘ線ビームを出射するＸ線源
と、ピクセルに基づいてＸ線画像を検出するセンサを含むＸ線検出器と、Ｘ線検
出器に結合され上記各ピクセル中で検出された信号に応答してＸ線源から出射さ
れるＸ線束を調節する制御信号を生成するためｎ配置されるビデオ抽出器とを有
するＸ線検査装置に関連し、このＸ線検査装置におけるビデオ抽出器には上記各
ピクセル中で、又は、各上記ピクセルによって検出された信号のための重みづけ
手段、及び、検出され重みづけされた信号から上記制御信号の基準を形成する平
均値信号を決定する手段が設けられる。

【００１９】 対数的ピクセル出力特性の適用がＸ線検査装置のための制御ループに制限され
ないため、本発明は、このような装置に制限されず光学的画像を検出する検出器
と、検出器に光学的結合手段を介して結合されるビデオ抽出器とを有し、光学的
結合手段には光束の少なくとも一部分をフォトセンサに供給する光学ピックアッ
プが設けられ、このフォトセンサは、カメラシステムの絞り及び／又はシャッタ
を調節する制御信号を発生するカメラシステムにも関する。このようなカメラシ
ステムは、フォトセンサにピクセルの配列、各上記ピクセル中で又は各上記ピク
セルによって検出された信号のための重みづけ手段、及び、検出され重みづけさ
れた信号の平均値を決定する手段を有し、それによりカメラシステムの絞り及び
／又はシャッタを調節するために得られた制御信号が帰還される。

【００２０】 信号レベルが、個々のセンサ素子によって検出された個々の信号レベルの副線
形の単色の非線形変換、即ち、ピクセル値であるため、制御信号に対する非常に
大きいピクセル値の影響は多少減少される。非線形変換がより副線形であるほど
、制御信号に対するＸ線画像中のハイライトの効果もより減少される。ここで、
副線形変換は、少なくともその独立変数の値が幾つかの閾値よりも大きい場合そ
の独立変数の関数として増加する全ての関数であり、又、固定増加率を有する全
ての線形変換よりもある程度増加する。

【００２１】 例えば、制御信号の信号レベルは、センサ素子からの信号の信号レベルの相乗
平均として形成され、即ち、制御信号Ｓｃの信号レベルはセンサ素子によって検
出されたピクセル値の相乗平均である。

【００２２】 従って、

【００２３】

【数４】 が得られる。制御信号の信号レベルを形成するための適切な非線形変換の別の例
は、

【００２４】

【数５】 である。ここでは、Ｅ_ｉｊは、対応するセンサ素子におけるピクセル値を表わす
。

【００２５】 本発明は、添付図面を参照して以下により詳細に説明する。

【００２６】 図１は、本発明によるＸ線検査装置を示す図である。Ｘ線源１は、ビーム成形
システム２を介して対象物３、例えば、検査されるべき患者を照射する。Ｘ線画
像は、Ｘ線ビーム４によって、又、対象物内のＸ線吸収率の局部的な差により線
画像増強管６の入口スクリーン５上に形成される。Ｘ線画像は、出口窓７上で光
学的画像に変換される。出口窓７上の光学的画像を捕捉し、その光学的画像から
電子画像信号（ＥＩＳ）を形成するために、ビデオ抽出器８が光学的結合手段９
を介してＸ線画像増強管６に結合される。光学的結合手段は、例えば、出口窓を
ビデオ抽出器の画像センサ１０上に撮像するレンズ系によって形成される。電子
画像信号（ＥＩＳ）は、更なる処理のために例えば、画像処理システムに供給さ
れ得、又、Ｘ線画像の情報を表示するためにモニタ又はハードコピーユニットに
供給され得る。

【００２７】 Ｘ線源１のための制御信号を出口窓７上の光学的画像中の放射輝度から得るた
めに、幾何学的ビームスプリッタ１１の形態にある光学ピックアップ、例えば、
プリズムが光学的結合手段９のコリメートされたビーム中に挿入される。このビ
ームスプリッタ１１は、光の一部分をフォトセンサ１２に案内する。

【００２８】 本実施例におけるフォトセンサ１２は、モノリシックな二次元の指定可能な配
列のピクセルから成るＣＭＯＳセンサによって形成され、各ピクセルは、フォト
ダイオード及び対数的出力特性を含むＦＥＴを有し、対応するフォトダイオード
信号のために重みづけ素子を形成する。このようなセンサは、diss．ETH Zuric
h, No. 12038， O.Vietzeによる“Active pixel image sensors with a
pplication specific performance on standard silicon CMOS processe
s”から既知である。

【００２９】 既に示した通り、重みづけされた信号の平均値をピクセルの配列から決定する
ことで得られる信号は、

【００３０】

【数６】 の式によって表わされる。 この平均値を決定する処理は、検出器１２中でも行われる。従って得られる信号
は制御の精度を高める重みづけ手段１３に印加され、この重みづけ手段では信号
Ｓは、

【００３１】

【数７】 に基づき逆関数を使用して制御信号Ｓｃに変換され、このときｋは定数である
。この逆関数を適用した後、得られる信号Ｓｃは、Ｘ線ビームの強度及びエネル
ギーを調節するためにＸ線源１の高電圧電源１４に帰還される。この逆関数を適
用することでＸ線源の略線形の制御が得られ、結果として、信号Ｓが高電圧電源
１４に直接印加される状況と比較してより精度な制御が実現される。

【００３２】 フォトセンサ１２の対数的出力特性のため、ハイライトに対する検出器の応答
は対数で圧縮された信号を形成する。ハイライト及び直接放射の影響は、図２に
示す。検出後の対象物の画像に対応するグレーレベルＧｒｅｌは、縦軸方向に示
す。横軸方向には、対象物の吸収率の係数を示す。検査されるべき対象物による
吸収が全く無い場合、直接放射の輝度は平均的放射線の輝度即ちＧｒｅｌ＝１０
０％に等しい。線形の検出器、又、ハイライト及び直接放射の比較的小さい領域
（図２において感心領域の４％の領域が推定される）の場合、Ｘ線ビームの輝度
が減少され、従って、観察されるべき対象物の部分に対する平均グレーレベルも
減少されるといった意味でＸ線源が調節されるよう信号Ｓは比較的大きくされる
。対象物の吸収率の係数が約１００の場合、Ｇｒｅｌは２０％にまで減少し、減
少された画像品質（曲線Ａ）を結果とする。本発明による検出器を使用すると、
同様に対象物の吸収率の係数が約１００の場合、Ｇｒｅｌの値は、ハイライト及
び直接放射の対数的圧縮の結果として約８５％（曲線Ｂ）にまでのみ減少される
。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるＸ線検査装置の実施例を示す図である。

【図２】 線形の応答検出素子の適用と、対数的応答検出素子の適用との差を示す図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １， 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (72)発明者 ネーデルペルト，クリスティアヌス ヘー エル オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 4C092 AA01 AB03 CC03 CD06 CF02 CF24 CF47 CJ16 DD10 4C093 AA01 CA04 EB02 EB12 EB30 FA18 FD02 FD12

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ線ビームを出射するＸ線源と、Ｘ線画像を検出し光学的画
   像に変換するＸ線検出器と、上記Ｘ線検出器に光学的結合手段を介して結合され
   るビデオ抽出器とを有し、上記光学的結合手段には光束の一部分をフォトセンサ
   に供給する光学ピックアップが設けられ、上記フォトセンサは上記Ｘ線源からの
   Ｘ線束を調節するために制御信号を発生するＸ線検査装置であって、 上記フォトセンサは、センサ素子の配列、上記各ピクセル中で又は上記各ピク
   セルによって検出された信号のための重みづけ手段、及び、上記検出され重みづ
   けされた信号から平均値信号を決定する手段を有し、それにより上記Ｘ線源から
   出射される上記Ｘ線束を調節するために帰還される制御信号が得られることを特
   徴とするＸ線検査装置。
2. 【請求項２】 上記各重みづけ手段は、非線形の増幅された信号を供給する
   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】 対応する上記各センサ素子において、非線形の出力特性を有
   する集積回路を得るために重みづけ手段が集積されることを特徴とする請求項２
   記載のＸ線検査装置。
4. 【請求項４】 個々の上記センサ素子は、ＦＥＴのような非線形増幅素子を
   含むフォトダイオードを有することを特徴とする請求項３記載のＸ線検査装置。
5. 【請求項５】 上記フォトセンサは、夫々がフォトダイオードに結合された
   モノリシックな二次元配列のフォトダイオード及び対数的増幅素子を含むことを
   特徴とする請求項４記載のＸ線検査装置。
6. 【請求項６】 上記ピクセルの配列は、二次元に指定可能であることを特徴
   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. 【請求項７】 制御の精度を高める重みづけ手段は、Ｘ線源を調節するよう
   平均値信号を帰還信号に変換するために設けられ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. 【請求項８】 上記制御を高め増加する重みづけ手段は、重みづけと逆の関
   数で平均値信号を処理し、従って、上記各センサ素子についての非線形の増幅さ
   れた信号を発生することを特徴とする請求項２乃至７記載のＸ線検査装置。
9. 【請求項９】 上記各ピクセルの出力信号は、上記検出された信号の平均値
   の重みづけ及び決定がプログラムに基づいて実現されるプロセッサに印加される
   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】 上記検出された信号を重みづけし決定した後、上記信号が
    制御の精度を高めるため、特に、略線形の制御特性を得るために更に重みづけさ
    れることを特徴とする請求項９記載のＸ線検査装置。
11. 【請求項１１】 Ｘ線ビームを出射するＸ線源と、ピクセルに基づいてＸ線
    画像を検出するセンサを含むＸ線検出器と、上記Ｘ線検出器に結合され、夫々の
    上記ピクセルにおいて検出される信号に応答してＸ線源からのＸ線束を調節する
    よう制御信号を生成するために配置されるビデオ抽出器とを有するＸ線検査装置
    であって、 上記ビデオ抽出器には、上記各ピクセル中で又は上記各ピクセルによって検出
    された信号のための重みづけ手段、及び、上記検出され重みづけされた信号から
    上記制御信号の基準を形成する平均値信号を決定する手段が設けられることを特
    徴とするＸ線検査装置。
12. 【請求項１２】 光学的画像を検出する検出器と、光学的結合手段を介して
    上記検出器に結合されるビデオ抽出器とを含み、上記光学的結合手段には光束の
    少なくとも一部分をフォトセンサに供給する光学ピックアップが設けられ、上記
    フォトセンサはカメラシステムの絞り及び／又はシャッタを調節するために制御
    信号を発生するカメラシステムであって、 上記フォトセンサはピクセルの配列、上記各ピクセル中で又は上記各ピクセル
    によって検出された信号のための重みづけ手段、及び、上記検出され重みづけさ
    れた信号の平均値を決定する手段を有し、それにより上記カメラシステムの絞り
    及び／又はシャッタを調節するために帰還される制御信号が得られることを特徴
    とするカメラシステム。
13. 【請求項１３】 Ｘ線ビームを出射するＸ線源と、 上記Ｘ線ビームに応答して信号を検出する複数のセンサ素子を含むセンサを有
    するＸ線検出器と、 上記Ｘ線源を調節するよう制御信号を得るために配置されるビデオ抽出器とを
    有し、上記制御信号は上記センサ素子の信号から得られるＸ線システムであって
    、 上記ビデオ抽出器は、上記制御信号の信号レベルが対応するセンサ素子から得
    られる信号の個々の信号レベルの単色の副線形変換であるように上記制御信号を
    得るよう配置されることを特徴とするＸ線システム。