JP2002537932A

JP2002537932A - 映像化装置

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Publication number: JP2002537932A
Application number: JP2000603585A
Authority: JP
Inventors: ボーイセン、アンドレ; ポトジーター、ヨハネス、ヘルマヌス; ルーイ、ポールバン; シーブラサウサ、カルロス、マヌエル、デ; フェルメウレン、アンドリース、ゲルハルドウス、ヨハネス
Original assignee: デベックス（プロプライエタリイ）リミテッド
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2002-11-12
Also published as: AU2934400A; DE60025469T2; ATE315356T1; AU770876B2; ES2251970T3; EP1158898A1; DE60025469D1; DK1158898T3; WO2000053093A1; PT1158898E; US6921200B1; EP1158898B1

Abstract

(57)【要約】被写体に対して照射線源（１２）とカメラ・アレイ（１２２）を移動させて被写体の合成映像を生成するＸ線装置を提供する。駆動機構（２２）は、クロック信号を生成し、これを用いてカメラ・アレイとその移動とを同期させ、表示とその後の信号処理のために、生成された合成映像データを記憶する。制御手段は、映像ビームの強さに従って放射線源（１２）とカメラ・アレイ（１２２）を移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の背景）本発明は、例えば、放射線医療応用に用いられる映像化装置に関する。

【０００２】従来のＸ線映像化装置は、種類が限られており、診断のために十分な解像度で
患者の全身の映像を撮影するには一般に不適当である。南アフリカ特許第９３／
８４２７号は、身体に隠したダイアモンドなどの密輸入品を検出するために被写
体の全身の映像を撮影し、同時に、被写体が受ける放射線量を最小にするよう設
計されたシステムについて記述している。本発明の目的は、比較的低い放射線量で医療診断用の映像を作成する代替装置
を提供することである。

【０００３】（発明の概要）映像化装置は、映像ビームを生成する放射線源と、カメラ・アレイであって、映像ビームに応答し、互いに隣接して配置され、そ
れぞれが映像信号を生成する出力を有する複数のカメラを備えるカメラ・アレイ
と、放射線源とカメラ・アレイを対象に対して移動させる駆動手段と、各カメラのデータ出力から映像信号を受けて合成映像データを生成する信号処
理プロセッサ手段と、合成映像データを記憶する記憶手段と、合成映像データから生成された映像を表示する出力手段と、映像信号および／または合成映像データに応じ、映像ビームの強さに従って駆
動手段の動作を制御する制御手段と、を含む。

【０００４】放射線源は、Ｘ線源でよく、カメラは、デジタル映像データ信号を生成するシ
ンチレータと関連の電荷結合素子を備える。カメラ・アレイは、隣接カメラの撮影範囲がカメラ・アレイの移動の方向を横
切る方向に重なり合うように、また、それが規定する細長い映像区域をカメラ・
アレイが完全にカバーするように配置されている。

【０００５】好ましい実施の形態では、各カメラは、平行四辺形の活動領域を有し、各活動
領域の隣接端は、接触し、隣接カメラの撮影範囲は、走査の方向を横切って延び
る比較的狭い移行区域で重なり合う。信号処理プロセッサ手段は、好ましくは映像データ信号を補正アルゴリズムで
処理するデジタル信号処理プロセッサを備え、各カメラの相対的な位置合わせ不
良、すなわち歪みを補正する。

【０００６】補正アルゴリズムは、ｘ軸とｙ軸に対する各画素の位置合わせ不良を補正する
。ｙ軸は、走査の方向に対応し、ｘ軸は、走査の方向を横切る。好ましくは、補正アルゴリズムは、まずｙ軸の方向に、次にｘ軸の方向に画素
の位置決めの誤差を補正し、カメラ間の移行区域内の未露光の重なり合う画素を
補正する。

【０００７】制御手段は、好ましくは、映像ビームの強さの変動を測定し、駆動手段の速度
を変える駆動制御信号を生成して、実際の強さを一定レベルに保持する。制御手段は、映像ビームの強さ変動に関する測定情報を用いて映像データ信号
をソフトウエアで訂正することにより強さ補正を行う。駆動手段は、放射線源とカメラ・アレイの移動に関するクロック信号を生成す
るための関連する符号器を有し、また制御手段は、このクロック信号に応じてカ
メラ・アレイの映像化操作とその移動とを同期させるのに用いるタイミング信号
を生成するクロック調整回路を備える。

【０００８】制御手段は、基準クロック回路を備える。これは駆動手段とカメラ・アレイの
動作を制御するタイミング信号を生成するのに用い、カメラ・アレイの映像化操
作とその移動とを同期させる。各カメラは、好ましくは複数の映像化画素を定義し、少なくともいつくかの画
素の出力を所定の方式に従って組合わせて映像信号の信号対雑音比を改善する。

【０００９】好ましい実施の形態では、各カメラは、映像信号を生成するときに放射線源と
カメラ・アレイの移動の方向に隣接する画素の出力を組合わせる。信号処理プロセッサ手段は、好ましくは映像信号を処理して、放射線源とカメ
ラ・アレイの移動の方向を横切る方向に隣接する画素の出力を組合わせる。

【００１０】（好ましい実施の形態の説明）図１から図３は、本発明のＸ線映像化装置、すなわち走査装置の原型の３つの
異なる図を示す。この装置は、ヘッド１０を備え、ヘッド１０は、検出器装置１
４に向かって狭い扇形のＸ線ビームを放射するＸ線源１２を含む。Ｘ線源１２と
検出器１４は、一般に半円形、すなわちＣ形の湾曲したアーム１６の対向端に支
持する。

【００１１】壁８または他の固定構造に取り付けられたフレーム１８は、一対のレール２０
を形成し、これにモータ駆動機構２２が連結して、アームを移動の第１の軸方向
に直線的に前後に駆動する。駆動機構は、ハウジング２４を備え、その中で駆動
機構がアーム１６を動かすと、Ｘ線源と検出器は、機構の移動の第１の方向に平
行な軸の周囲を回転する。

【００１２】本発明の映像化装置の一般的な応用は、図４に示すような放射線医療設備であ
る。図の映像化装置は、例えば、病院の回復室、すなわちトラウマ室の隅に置か
れている。この装置は、病院などの放射線科に置いてもよい。

【００１３】映像化装置の近くにローカル位置決めコンソール２６があり、これによりオペ
レータは、必要な視野パラメータ（例えば、アーム１６の角度、起動および停止
位置、Ｘ線撮影領域の幅）を設定することができる。主オペレータ・コンソール
２８は、スクリーン３０の後に設けられている。スクリーン３０は、オペレータ
が必要なＸ線撮影手続きを設定するのに用いられる。映像化装置は、移動台車、
すなわち移動寝台３４（後で説明する）上に支持された被写体３２を走査し、Ｘ
線写真の映像をコンソール２８のスクリーン上に表示するので、オペレータは、
よい映像が得られているかどうか判断することができる。

【００１４】担当する医療スタッフが撮影中のＸ線写真を調べることができるように、１つ
以上の診断用高画質モニタ３６が置かれている。コンソール３８は、映像を見た
り保管したりする標準放射線医学情報システムの一部を形成する。

【００１５】図４の配置は、病気の患者の高速Ｘ線写真を撮影するためにトラウマ装置の回
復室で用いられるよう設計されている。患者を安定させると、容易に患者を撮影
位置に置き、走査し、別の治療のために台車で運び出すことができるし、撮影し
たＸ線写真を診断スクリーン上で直ぐ見ることができる。この装置は、Ｘ線量を
低く押さえるので、スタッフや患者が放射線を浴びる危険性が少ない。

【００１６】この装置の種々の機能について以下に詳細に説明する。高速Ｘ線映像化用の本発明の機能を活用するため、特殊な移動台車３４を用い
る。移動台車３４は、高さが調整可能であり、電磁的な固定および位置調整装置
を備え、操作中に走査装置のアーム１６に対する位置を正しく保つ。

【００１７】移動台車を所定の位置に固定すると、装置のアーム１６を所要の位置まで回転
させて、これも電磁的に固定する。アームは、移動台車３４上に支持されている
患者の身体の周囲に十分大きな空間を形成する形を有する。駆動機構のハウジング２４に対してアーム１６の位置を固定し、移動台車３４
の位置を固定した後に駆動機構を操作すると、装置は、水平直線走査を行う。Ｘ
線源と検出器が走査の起点から終点まで移動すると、狭い扇形のＸ線ビームは、
寝台の幅いっぱいに薄い片を照射する。

【００１８】装置の操作の標準的な位置としてＸ線源１２を最上位に置くと、Ａ−Ｐ（前か
ら後に）およびＰ−Ａの全身体映像を撮影することができる。アーム１６は、異
なる放射方向図／側面図が得られるように最大９０°まで回転することができる
。対象とする特定の部位を正確に撮影するには、高さ調整可能な移動台車３４が
有用である。移動台車の高さを調整する代わりにアーム組立体の高さを調整して
もよい。アームを９０°回転すると、図３に示すように胸の立面写真を撮影する
こともできる。

【００１９】原型の装置では、検出器でのＸ線ビームの幅または厚さ（走査の方向における
）は、工場で１０ｍｍ未満に事前設定された薄いスリット・コリメータにより決
定される。このスリットの前面に、Ｘ線で照射される長方形の片（走査の方向を
横切る）の長さを決定する第２のコリメータが取り付けられている。この長さは
、台車の中心線からの或る量のオフセットに加えて、最小１００ｍｍから最大６
８０ｍｍまでの露光の範囲に調節することができる。ヘッド１０内に設けられて
いる可視光線源は、Ｘ線ビームと同時に薄いビームを生成して、被写体の照射さ
れた部分を照らす。

【００２０】図５は、Ｘ線源であって、Ｘ線管、Ｘ線シャッタ、Ｘ線フィルタ、同時光源、
コリメータ、Ｘ線ビーム幅コントローラから成る。Ｘ線管１００は、Ｘ線を生成
し、高電圧電源を有する。Ｘ線シャッタ１０２は、Ｘ線管に電源を入れたが操作
条件が完全には満たされていないときに、例えば、スキャナ・アームの速度を増
加または加速させているときに、患者がＸ線を浴びるのを防ぐ。これは制御シス
テムの安全インターロックでもある。

【００２１】Ｘ線フィルタ１０４は、スペクトルを濾波して、患者の身体に吸収されて映像
の質に貢献しない「柔らかい」すなわち低エネルギーＸ線を除去し、正しい「硬
さ」にする。光源１０６とＸ線透過鏡１０８は、Ｘ線ビームと同じ形で同時に入
る光ビームを与える。光ビームは、Ｘ線ビームの大きさと位置をオペレータに示
す。

【００２２】Ｘ線コリメータ１１０は、望ましくない発散Ｘ線を遮断する。発散Ｘ線は、映
像の質を劣化させ、散乱を促進し、患者への線量を不必要に増やす。コリメータ
は、Ｘ線不透過材料の薄いスリットで、Ｘ線管から十分離れた距離に置いて平行
なＸ線ビームをほぼ通す。非平行Ｘ線の割合は、スリットの幅、スリットの深さ
、スリットからＸ線管の焦点までの距離などの要因により決まる。コリメータを
用いると、映像の質は、２つの点で改善される。すなわち、平行な、すなわちコ
リメートされたＸ線のビームを作ることおよび瞬時露光領域を減らすことである
。

【００２３】ビームの平行度は、Ｘ線ビームの発散の角度、すなわちＸ線の平行の程度を定
める。非平行Ｘ線は、視差誤りの原因になり、視差誤りは、スミアを生じる。し
たがって、平行度は、Ｘ線走査方式においける映像スミアの量を決定する。走査
Ｘ線システムに要求される最小解像度は、許容できるスミアの量、従って最小平
行度を決定する。

【００２４】平行Ｘ線ビームの第２の結果は、瞬時露光領域が非常に狭い（一般に、１０ｍ
ｍ未満）ことである。Ｘ線で対象を照射して、その透過線を捕らえることにより
映像が生成される。Ｘ線は、対象全体の厚さと密度の変動に従って対象内で差動
的に吸収される。しかし、或る量のＸ線は、等方的に散乱し、検出器に向かって
真っ直ぐに進行しない。かかる散乱Ｘ線は、映像内の情報を増やさず、むしろ雑
音源である。非常に狭い瞬時露光領域とこれに対応する狭い検出器を用いると、
検出器が検出する散乱Ｘ線が最小になるので映像内の雑音が減少する。これによ
り、大きな領域の露光に比べて、Ｘ線量は、減少し、しかも必要な信号対雑音比
を保持することができる。

【００２５】装置構成によっては、有用なＸ線ビームの厚さは、実際の検出器の厚さより小
さい。この場合は、望ましくない散乱Ｘ線が検出されることがある。これを防ぐ
ため検出器と患者の間に別のコリメータ、すなわち後置コリメータを用いると、
これらの散乱Ｘ線を遮ってシステムの信号対雑音比を更に改善することができる
。かかる後置コリメータは、二片の高Ｘ線減衰材料（例えば、タングステン）を
含み、有用なＸ線ビームのどちらかの側に置いて、散乱Ｘ線が全く検出器に到達
しないようにする。

【００２６】Ｘ線ビーム幅の制御は、図６ａ，６ｂ，６ｃに示すビーム幅コントローラ、す
なわちシャッタ機構１１２により行う。ビーム幅コントローラは、コリメータと
同様な機能を果たす。すなわち、映像の質を改善し、散乱を減らし、患者への不
必要な線量を減らす。Ｘ線ビーム幅コントローラ１１２は、Ｘ線映像の幅だけで
なくビームの中心からのオフセットを制御し、またＸ線カメラ（図７に示すＸ線
検出器内にある）へのビーム幅を制限して飽和を防ぐのに有用である。原型のビ
ーム幅コントローラは、Ｘ線不透過材料で作ったＴ型の断面を有する２つの歯車
付き棒、すなわちラック１１４から成る。ラック１１４は、溝１１６内を長さ方
向に滑り、各ピニオン１１８によりビームに出入りして動く。ピニオン１１８は
、図に示すように電気モータまたはノブ１２０に接続して、それぞれ自動または
手動で動く。露光領域の長さは、１００ｍｍから任意の所望の長さ（原型では６
８０ｍｍ）まで調整することができる。

【００２７】Ｘ線検出器１４の概要を図７に示す。これは、複数のＸ線カメラ１２２と、そ
れぞれ関連するＣＣＤヘッドボード１２４を備える。電荷結合素子（ＣＣＤ）は
、可視波長範囲の放射線を検出してアナログ電気出力信号に変換するのに効果的
である。そのＸ線の検出効果は、小さく、Ｘ線放射により損傷する。したがって
、シンチレータを用いてＸ線を光に変換する。シンチレータは、Ｘ線がカメラに
当たる全領域をカバーする。ＣＣＤは、寸法に制限があり、非常に高価である。
したがって、複数のＣＣＤで映像領域をカバーし、その総数は、コストと解像度
のトレードオフで決まる。

【００２８】各ＣＣＤヘッドボード１２４の出力は、フロント・エンド・プロセッサ１２６
に入り、プロセッサ１２６は、光ファイバ・データ・リンク出力１２８を有する
。原型では１２のＣＣＤヘッドボード１２４を１つのフロント・エンド・プロセ
ッサ１２６にインターフェースした。フロント・エンド・プロセッサ（ＦＥＰ）
１２６は、Ｃ形のアーム１６内でＣＣＤヘッドボードに近接して取り付け、フロ
ント・エンド・プロセッサ上のコネクタは、ＣＣＤヘッドボードへのインターフ
ェースをできるだけ短くするように間隔をあける。

【００２９】１つのカメラの配置の略図を図８ａと８ｂに示す。カメラは、シンチレータ１
２９、光ファイバ・テーパ束１３０、関連するＣＣＤヘッドボード１２４を備え
る。光ファイバ・テーパ束は、映像の寸法を小さくして映像をシンチレータから
離散ＣＣＤ上に投影するのに用いる（各カメラは、平行四辺形の平面の活動領域
を有するので、隣接カメラの撮影範囲は、走査の方向を横切る方向に重なり合う
）。

【００３０】図９は、カメラ・アレイの前面を示し、各カメラの活動領域の平行四辺形と、
走査の方向を横切る狭い移行区域１７４における重なりとを示す。複数のカメラ
を互いに接触させて約７００ｍｍ幅の合成検出器を得る。全てのカメラは、同じ
平行四辺形を有し、走査した映像に空白の領域が含まれないようにする。カメラ
の間の隙間を約５０マイクロメートルまで狭くして、接合部で失われる情報の量
を減らす。各カメラがカバーする走査領域は、隣接カメラが走査する領域と重な
り合い、情報が失われることはない。データが映像プリプロセッサ（後で詳細に
説明する）に到着すると、重なり合った映像をソフトウエアにより組合わせて１
つの映像にする。映像歪みまたはＸ線強さの変動などの他の雑音も映像プリプロ
セッサで補正することができる。

【００３１】各Ｘ線カメラ１２２は、患者を透過したＸ線を検出してアナログ出力信号に変
換する。この出力信号をＸ線カメラに直接取り付けた各ＣＣＤヘッドボード１２
４で増幅する。アナログ経路を通る利得は、可変であって、変化する信号強さを
補正することができる。Ｘ線信号の強さは、走査速度の変動、Ｘ線管の電源のリ
ップル、不完全なＸ線管パラメータなどにより変化する。この利得は、コントロ
ーラ１３２（図１０に示す）からの制御信号により制御する。

【００３２】増幅とオフセットを調整した後、ＣＣＤアナログ・プロセッサ（ＣＡＰ）（図
示せず）は、信号に対して標準訂正二重サンプリング（ＣＤＳ）手続きを行う。
ＣＡＰは、アナログＣＤＳ信号を更に、例えば、１４ビット深さのデジタル信号
（映像データを含む）に変換する。デジタル信号は、リボン・ケーブルを介して
フロント・エンド・プロセッサ１２６に送られる。増幅、オフセット調整、ＣＤＳ、デジタル化は、全て低雑音電子回路で行い、
映像信号に加わる雑音の量を最小にする。

【００３３】ＣＣＤは、時間遅れおよび積分モードで操作して、ドリフト走査操作から最大
の利益を得る。ＣＣＤ画素は、Ｃ形アーム１６の走査速度に対応して得られる速
度でクロックする。デジタル・タイミング信号は、フロント・エンド・プロセッ
サ１２６内でデジタル・プログラマブル・ブロック１３４（図１０を参照）で生
成する。これらのタイミング信号は、Ｃ形アームの物理的な移動により生成され
るＣ形アーム符号器クロック信号１３６を用いてシステムの残部と同期させる。
または、アームの移動をシステムの精度内で安定に予測可能になるように制御す
ることができる場合は、Ｃ形アーム符号器から得られるクロックの代わりに精密
基準クロック回路を用いてよい。

【００３４】Ｃ形アーム符号器クロック１３６は、フロント・エンド・プロセッサ１２６で
用いるデジタル信号レベルと両立するように、Ｃ形アーム移動符号器からの出力
の書式に従って調整する必要がある。これはクロック調整回路１３８を用いて行
う。ビーム幅のフィードバックは、フロント・エンド・プロセッサ１２６と映像プ
リプロセッサ（図１２を参照）に与えられる。フロント・エンド・プロセッサ１
２６は、ビーム幅フィードバックを用いて、どのカメラが露光されているか決定
する。次に、フロント・エンド・プロセッサは、露光されているカメラだけを活
動状態にすることにより、検出器内に発生する熱と、映像プリプロセッサへの光
ファイバ・リンク上のデータ速度を減少させる。映像プリプロセッサは、ビーム
幅フィードバックを映像処理計算に用いる。

【００３５】各ＣＣＤヘッドボードのＣＣＤは、画素の複数の行と列から成る。画素の行は
、走査方向に垂直の方向である。Ｘ線が生成した電子は、画素の位相クロック間
の時間遅れ中に画素ウエル内で積分され、位相クロックで次の行に移される。そ
の後の各行でＸ線は、追加の電子を生成し、映像の露光期間は、それだけ長くな
る。上述したように、映像スミアは、Ｘ線を保持するＣ形アームの機械的な移動
に従って画素をクロックすることにより防ぐ。したがって、信号は、Ｘ線扇形ビ
ームの全高さにわたって積分され、無駄になるＸ線信号はない。

【００３６】２つ以上の画素の値を組合わせると、すなわち、加えると、ビンニング（binn
ing）が起こる。例えば、二画素と二画素をビンニングすると、４つの隣接画素
の和である超画素を生成する。垂直画素（走査の方向、すなわちｙ軸）は、ＣＣ
Ｄ１２２でビンニングし、水平画素（走査方向に垂直、すなわちｘ軸）は、フロ
ント・エンド・プロセッサ１２６または画素プリプロセッサの電子回路でビンニ
ングする。

【００３７】ＣＣＤ行のビンニングは、信号対雑音比を高くし、最大必要画素寸法を得るた
めに行う。行をビンニングしなければ、映像内にあるＣＣＤ読取り雑音は、増加
する。このＣＣＤ行のビンニングは、ＣＣＤ１２２の出力レジスタで行い、プロ
グラマブル・デジタル・ブロック１３４で制御する。

【００３８】理解されるように、特定の構成を上に説明したが、ビンニングをＣＣＤか、ま
たはデジタル化を行う前に、その読取りハードウエアで、またはデジタル化の後
にソフトウエアで柔軟に行うようにシステムを設計してよい。ビンニング・プロ
セスは、行または列の組合わせで行ってよい。

【００３９】フロント・エンド・プロセッサ１２６は、多くの機能を有するが、最終製品に
は３つの性能に関係する仕様が重要である。すなわち、映像情報をＣＣＤから読
み取る速度と、フロント・エンド・プロセッサ１２６と映像プリプロセッサの間
のデータ速度と、システムの信号対雑音比である。原型のシステムでは、最高走
査速度は、全身の走査（１８００ｍｍ）で１０秒であることが分かった。各ＣＣ
Ｄは、走査速度で、その内容をクリアし、デジタル化し、多重送信しなければな
らない。フロント・エンド・プロセッサと映像プリプロセッサの間のデータ速度
は、最小のビンニングされた超画素、すなわち２ｘ２ビンニング画素（上記の画
素ビンニングの説明を参照）により決定される。これは全１２チャンネルについ
て毎秒１４７Ｍビットのデータ速度に相当する。

【００４０】次に図１０において、フロント・エンド・プロセッサ１２６は、１つ以上のＦ
ＰＧＡから成るデジタル・プログラマブル・ブロック１３４と必要なメモリを備
える。プログラマブル・デジタル・ブロック１３４は、ＣＣＤヘッドボードから１４
ビットのデジタル信号をサンプリングする。所定数の列（一般に、１と５の間）
までのビンニングをデジタル信号について行う。上述したＣＣＤ内の行のビンニ
ングと組合わせると、これは高い信号対雑音比を持つ超画素を与え、しかも最適
解像度に必要な画素寸法を保持する。

【００４１】プログラマブル・デジタル・ブロック１３４は、ＣＣＤ駆動信号も生成する。
これらの信号のレベルは、ＣＣＤを駆動するのに適したレベルまでＣＣＤヘッド
ボード上でシフトされる。ＣＣＤ操作電圧は、外部電源で生成する。ＣＣＤ駆動
信号と操作電圧は、適当なケーブルによりＣＣＤヘッドボードに供給する。

【００４２】コントローラ１３２は、主としてフロント・エンド・プロセッサ１２６の種々
の動作モードを制御し、組込み試験を行う。すなわち、プロセッサＰＣＢ上の電
圧レベルと基本的機能を監視する。試験状態は、例えば、ＲＳ２３２Ｃインター
フェースなどのインターフェース１４２を通してユーザ・インターフェースに報
告する。コントローラは、プログラマブル・デジタル・ブロック１３４の種々の
構成を制御する。これは、異なる動作モードが必要になる度にＦＰＧＡの構成を
変えて行う。種々の走査速度を選択してデータに位置合わせ訂正を行うときに、
これが必要である。Ｘ線ビーム幅制御とシャッタからのフィードバックもコント
ローラ１３２に与えられる。コントローラ１３２は、一般にマイクロプロセッサ
を用いて実現する。

【００４３】Ｘ線強さフィードバック信号は、Ａ／Ｄ変換器１４４でデジタル信号に変換す
る。映像プリプロセッサに送る映像データの各線、すなわち水平行にこの信号を
追加する。この回路は、発振器１４６を含む。発振器出力は、一走査時間にわたって非常
に安定なクロック周波数である。Ｃ形アーム符号器からのクロック信号とこの周
波数とを比較する。比較の結果は、Ｃ形アームの速度の変化を示す。この結果も
、映像プリプロセッサに送る映像データの各水平行に追加する。映像プリプロセ
ッサは、各線に追加された強さと速度の変化情報を用いて、Ｃ形アームの進行速
度の変動による不均一な照明を訂正する。Ｃ形アームが移動していないときも、
発振器は、電子回路をクロックする。

【００４４】映像プリプロセッサは、フロント・エンド・プロセッサ１２６の映像データ出
力をビデオ・モニタに表示できる形式に変換するのに用いる。フロント・エンド
・プロセッサからの信号は、各ＣＣＤヘッドボード１２４からの１２の個別のデ
ータ出力信号から生成された多重送信データ信号である。映像プリプロセッサの
ハードウエアおよびソフトウエア・インターフェースを示す全体ブロック図を図
１１に示し、一般にパーソナル・コンピュータ１５２で実現される映像プリプロ
セッサの略図を図１２に示す。

【００４５】図１１と図１２に示すように、フロント・エンド・プロセッサ１２６の光ファ
イバ・データ・リンク出力１５０（図１０参照）は、データ・バスと光ファイバ
・インターフェース・コントローラ回路１５４に接続する。コントローラ回路１
５４は、光信号を元のデジタル電子形式に変換する。信号は、標準のマイクロプ
ロセッサまたは専用のデジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）回路で処理するた
めに、パーソナル・コンピュータのデータ・バスを介してランダム・アクセス・
メモリ（ＲＡＭ）に与えられる。ＲＡＭに入ると、映像訂正タスクは、デジタル
・データを処理および訂正し、データベース・インターフェース・ライブラリ１
６４を介して診断視野ステーション３６に送信できる形式に変換する。

【００４６】映像プリプロセッサ（ＩＰＰ）は、７つの主機能ブロックから成る。この中の
４つは、インターフェース点へのアクセスを制御し、または可能にする機能を持
ち、他の３つは、ＩＰＰのコア機能性を与える。図１１を参照して、これらの項
目を説明すると、ＩＰＰシステム・マネージャ１５６は、ＩＰＰの状態とモード
を制御する。映像訂正および強化タスク／スレッド１５８は、全ての映像訂正お
よび強化を行う。確認映像生成タスク／スレッド１６０は、オペレータ・コンソ
ール２８に送る確認映像を生成する。フロント・エンド・プロセッサ（ＦＥＰ）
直列通信マネージャ１６２は、フロント・エンド・プロセッサ１２６への直列イ
ンターフェースを処理する。このインターフェースは、標準ＲＳ２３２Ｃリンク
でよい。データ・バスおよび光ファイバ・インターフェース・コントローラ１５
４は、光ファイバ・インターフェースの設定を扱い、メーカが提供するドライバ
支援に従って、このインターフェースからデータを読み取る機能を扱う。データ
ベース・インターフェース・ライブラリ１６４は、映像データベース・サーバと
診断視野ステーション３６への全てのインターフェース要求を扱う。最後に、オ
ペレータ・コンソールへのインターフェース１６６は、オペレータ・コンソール
２８へのインターフェースを扱う。

【００４７】映像プリプロセッサ（ＩＰＰ）は、映像データを処理し、このデータの映像雑
音を訂正する。次の性能要因は、最終製品とＩＰＰの主目的の達成にとって重要
である。ＦＥＰ／ＩＰＰ光ファイバ・データ・リンク：最も小さなビンニングされた
超画素は、少なくとも２ｘ２画素ビンニングである。これは全てのカメラについ
て毎秒１４７Ｍビットのデータ速度に相当する。データ・リンクは、走査操作中
は、この転送速度を保持して、このデータを実時間でＩＰＰシステム・メモリに
転送することができる。訂正速度：できるだけ実時間の近くで映像を訂正する。訂正アルゴリズムは
、訂正され確認された映像をオペレータがオペレータ・コンソール２８と診断モ
ニタ３６でできるだけ早く見ることができるようにする。映像寸法：ＩＰＰは、訂正アルゴリズムを行いながら完全な映像の少なくと
も１コピーをメモリに保管する。このために十分なメモリーを必要とする。

【００４８】次に、映像プリプロセッサが映像に対して行う映像訂正について詳細に説明す
る。かかる訂正は、デジタル的捕捉および表示中に映像に加えられた雑音要素を
補正するために行う。また、カメラと光ファイバ・テーパの接触によって生じる
雑音を除去することを目的としている。映像の訂正は、特定の訂正から期待され
る効果によって決まる特定の順序で行わなければならない。映像訂正の流れ図を
図１３に示す。

【００４９】訂正の標準的なシーケンスは、次の通りである。１．ｙ位置合わせ２．ｘ位置合わせ３．ＣＣＤ暗電流の引き算（ＤＣオフセットの引き算）４．信号の基準化（利得補正）５．走査速度変動の補正６．Ｘ線強さ変動の補正７．映像のスケーリング（例えば、対数的）処理速度を犠牲にしても映像の質に貢献するとは保証されない場合は、いくつ
かの訂正をシーケンスから外してよい。

【００５０】最初の訂正は、ｙ位置合わせである。この訂正は、ｘ-ｙ平面内のカメラの位
置決めのわずかな違いを補正する。別個のｙ位置合わせ値をカメラ毎にではなく
画素毎に定義する。光ファイバ・テーパは、映像の湾曲歪みの原因になるので、
カメラ毎にではなく画素毎に別個の値を定義することにより湾曲歪みを補正する
ことができる。したがって、カメラ毎ではなく画素毎に別個の値が必要である。
これは映像値の垂直シフトに相当する。この訂正は、図１４（ａ）および１４（
ｂ）に示す問題を処理しなければならない。ユーザが最終曲線の補正値を編集す
ることができる装置もある。

【００５１】第２の訂正は、接触、すなわちｘ位置合わせ訂正である。これは画素をｙ方向
に正しく位置合わせした後に初めて行うことができるので、ｙ位置合わせの後に
行う。用いる光ファイバ・テーパの形は、平行四辺形であって、２つのテーパの
接触部で画素が重なり合う。テーパがカバーしないＣＣＤの部分もある。このた
め、テーパのどちらかの側に暗い、すなわち未露光画素が生じる。各テーパの端
にある未露光画素は、ビンニング中にフロント・エンド・プロセッサ１２６で除
去する。したがって、訂正ソフトウエアは、接触により作られる重なった値だけ
処理すればよい。

【００５２】図９に示すように、カメラｎとカメラｎ＋１がｔ_n0画素だけ重なっているとす
る。この重なりは、重なり合っている画素の値を加算することにより補正する。
すなわち、カメラｎ＋１の最初のｔ_n0画素をカメラｎの最後のｔ_n0画素に加算す
る。これにより、図１５に略図で示す問題を処理する。次の２つの訂正は、標準の利得とオフセットの補正である。この場合も、カメ
ラ毎ではなく列毎に別々のオフセットと利得の値を用いる。

【００５３】各映像の走査を始める前の較正中に暗電流、すなわちＤＣオフセット値を決定
して、ＣＣＤ内の温度ドリフトを補正する。これは検出器にＸ線を当てずに映像
を得ることにより行う。映像の列毎に平均信号レベルを計算すると、これがＤＣ
オフセット値である。その列内の各画素から、その列の対応する暗電流オフセッ
ト値を引いて映像内の各列のＤＣオフセットを訂正する。

【００５４】利得マスクも較正中に決定する。このマスクは、各走査中に決定する必要はな
く、予定された較正セッション中に決定する。カメラにＸ線の連続ビームを当て
て列毎に映像を平均すると、生の利得マスクがＸ線エネルギー毎に得られる。次
に、利得マスクからオフセット・マスクを引くと最終利得マスクが得られる。各
画素を利得マスク内の対応する値で割り、映像内の各列を対応する利得について
基準化する。図１６は、補正中に用いる係数を決定する流れ図を示す。

【００５５】利得マスク補正と同様なものが、走査速度変動およびＸ線強さ変動の補正であ
る。走査速度とＸ線強さの変動は、映像内の行当たりの利得変動の原因である。
利得の変化は、速度または強さの変化に比例し、これらの変化に関して映像を行
毎に基準化することができる。

【００５６】上記のステップは、以下のように行う。ステップ１：Ｘ線を切って暗電流を測定する。ステップ２：Ｘ線の電源を入れて映像利得を得る。ステップ３：映像から暗電流を引く。ステップ４：利得マスクとＸ線強さおよび速度の変動から決定された利得係数を用いて映像を基準化する。

【００５７】映像の最終訂正は、訂正値の記録である。Ｘ線の減衰が指数的なので記録が必
要である。必要な記録値は、所定のルックアップ・テーブルから得られる。ルッ
クアップ・テーブルは、初期化中に生成され、後で用いるためにメモリに保存さ
れている。記録値は、映像の調整と、その記録ができるように計算する。１４ビ
ット範囲を用いる場合、ルックアップ・テーブル内の値は、０から１６３８４の
範囲である。トラウマ装置の要求に十分対処するには、これらの訂正をできるだ
け速く行わなければならない。

【００５８】上記の訂正を行うのに用いるアルゴリズムは、システムの性能と速度を改善す
るように、すでに高度に最適化されている。このアルゴリズムは、複数のタスク
を同時に走らせる多重スレッド・プロセスとして実現されている。このプロセス
は、主として次の３つのタスクから成る。１．主タスクは、映像情報を受けるが、位置合わせ不良の最大数の行を受けて
初めて上記の訂正を開始する（位置合わせ不良の最大数の行を受けるのを待って
から訂正を開始する理由は、ｙ位置合わせで行った直線シフトが範囲外に出てい
ないことを確認するためである）。訂正をできるだけ速く行うため、このスレッ
ドに大きな優先権を与える。２．コントラスト強化タスクは、主タスクからの利用可能な修正行があると直
ぐ映像の処理を開始する。このタスクは、訂正行に、いわゆる「不鮮明マスク」
操作（基本的に、コントラスト強化、グレー・スケール圧縮、エッジ強化のアル
ゴリズム）を行う。このタスクは、正方行列であるカーネルを用い、訂正行につ
いて、この行列の畳み込みを行い、「不鮮明マスク」映像を作る。この映像は、
オペレータ・コンソールに表示される確認映像の基礎になる。３．縮小タスクは、上記のタスクのどちらかで作った映像を縮小して撮影した
Ｘ線写真（映像）の絵グラフを作る。縮小係数は、通常、１２に設定するが、撮
影した映像の寸法に従って動的に設定してよい。

【００５９】上のタスク２と３は、顧客の要求に従って入れ換えて用いてよい。通常、「不
鮮明マスク」映像は、確認映像として生成し、その縮小映像を後でデータベース
で選択するための絵グラフとして用いる。この手順は、入れ換えてよく、縮小Ｘ
線写真を確認映像とし、次に、これの「不鮮明マスク」映像を絵グラフにしてよ
い。

【００６０】これらの主タスクのほかに、以下の機能を行う種々のタスクがある。ａ）「不鮮明なマスク」映像を調整する。調整とは、次のことを指す。・浮動小数点の値を８ビットの整数値に変換する。・範囲を最適視野スケールに調整する（最大値／最小値に従って８ビット・ス
ケールになるように調整する）。・絵に貢献しない誤ったデータ（例えば、負の値）を除去する（最大値／最小
値に調整する）。ｂ）未露光の列を除去する（未露光の列ができる理由は、ＣＣＤが部分的読
取りができないので、コリメータ設定の範囲内にあるかどうかに関わらず、ＣＣ
Ｄの全ての列をクロックするからである）。ｃ）訂正映像と確認映像をデータベースとオペレータ・コンソールにそれぞ
れ送る。

【００６１】映像捕捉システムの状態とモードと動作を制御するシステム・マネージャ１５
６の詳細を図１７に示す。システム・マネージャ１５６は、３つのプロセスから成る。・映像捕捉システムの一般動作を管理する動作コントローラ１６８。動作コン
トローラは、訂正、較正、確認映像生成のプロセスも制御する。・警報および状態のデータベースだけでなく警報履歴も管理する警報および状
態ハンドラ１７０。・ＩＰＰメールボックスに送られる全てのメッセージを管理し、全ての回答を
関係するメールボックスに送るメッセージ・ハンドラ１７２。

【００６２】図１８は、システム・マネージャ１５６が制御する映像プリプロセッサ状態機
械を示す。初期化した後、オペレータ・コンソール２８と映像データベース・サ
ーバが接続して関係する通信チャンネルを確立するまで、システム・マネージャ
は、切断状態のままである。そのとき映像プリプロセッサは、利用可能である。
この段階ではフロント・エンド・プロセッサ１２６を接続または通信する必要は
ない。これにより、フロント・エンド・プロセッサは、電力節約モードに入るこ
とができる。

【００６３】フロント・エンド・プロセッサとの通信を開始して電力節約モードから目覚め
させ、走査のための活動と準備を開始させるのは、映像プリプロセッサの役目で
ある。オペレータ・コンソールは、映像プリプロセッサに、これから走査を開始
することと、映像プリプロセッサが走査の準備をする必要があることを知らせる
。映像プリプロセッサは、直ぐ直列リンクでフロント・エンド・プロセッサと通
信して、フロント・エンド・プロセッサを電力節約モードから目覚めさせ、映像
プリプロセッサと接続して通信させる。フロント・エンド・プロセッサから有効
な回答を受けると、映像プリプロセッサは、活動状態に入り、オペレータ・コン
ソールからの走査開始通知を待つ。次に映像プリプロセッサは、走査プロセスに
入る。終了すると待機状態に戻る。

【００６４】以上から分かるように、本発明は、比較的低い放射線量で医療診断品質の映像
を作る代替装置を提供する。

【図面の簡単な説明】

単なる例であるが、本発明について添付図面を参照して詳細に説明する。

【図１】本発明に係る映像化装置の絵画図である。

【図２】９０°回転した走査アームを示す図１の装置の端面立面図である。

【図３】装置の別の応用を示す図２と同様な図である。

【図４】本発明の装置を組み込んだ放射線医療装置の絵画図である。

【図５】Ｘ線源の配置の概要図である。

【図６】Ｘ線源のビーム幅調整器の概要図である。

【図７】装置のＸ線検出器の略ブロック図である。

【図８】図７の検出器の個別のＸ線カメラの概略図である。

【図９】図７の検出器の個別のＸ線カメラ・アレイの概略図である。

【図１０】装置のフロント・エンド・プロセッサの概略ブロック図である。

【図１１】装置の映像プリプロセッサのハードウエアおよびソフトウエア・インターフェ
ースを示す概略ブロック図である。

【図１２】映像プリプロセッサのブロック図である。

【図１３】映像プリプロセッサが行う映像訂正の流れ図である。

【図１４】映像プリプロセッサが行う第１の映像訂正を示す。

【図１５】映像プリプロセッサが行う第２の映像訂正を示す。

【図１６】補正中に用いられる係数を決定する流れ図を示す。

【図１７】映像プリプロセッサ回路のシステム・マネージャの概略ブロック図である。

【図１８】映像プリプロセッサ回路の状態モードを示す概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｔ 1/29 Ｇ０１Ｔ 1/29 ＤＧ２１Ｋ 5/02 Ｇ２１Ｋ 5/02 Ｘ 5/10 5/10 Ｍ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者バンルーイ、ポール南アフリカ国ランドバーグ、ウインザーグレン、アレンドアベニュー８ (72)発明者サウサ、カルロス、マヌエル、デシーブラ南アフリカ国プリムローズ、ゴーストアベニュー 36 (72)発明者フェルメウレン、アンドリース、ゲルハルドウス、ヨハネス南アフリカ国モレレタパーク、バングプレース 60 Ｆターム(参考） 2G088 EE01 EE29 FF02 GG19 GG20 JJ01 JJ05 JJ22 JJ23 JJ24 JJ25 KK32 LL12 LL13 MM04 4C093 AA01 AA07 AA19 DA10 EA02 EB12 EB17 EC16 EC33 EC37 FC18 FC19 FC23 FF13 FF35

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像化装置であって、映像ビームを生成する放射線源と、カメラ・アレイであって、前記映像ビームに応答し、互いに隣接して配置され
、それぞれが映像信号を生成する出力を有し、複数のカメラを有するカメラ・ア
レイと、前記放射線源とカメラ・アレイを被写体に対して移動させる駆動手段と、各カメラの前記データ出力から映像信号を受けて合成映像データを生成する信
号処理プロセッサ手段と、前記合成映像データを記憶する記憶手段と、前記合成映像データから生成された映像を表示する出力手段と、前記映像信号および／または合成映像データに応じ、前記映像ビームの強さに
従って前記駆動手段の動作を制御する制御手段と、を含む映像化装置。
【請求項２】前記放射線源は、Ｘ線源であり、前記カメラは、デジタル映
像データ信号を生成するシンチレータとその関連の電荷結合素子である請求項１
記載の映像化装置。
【請求項３】前記カメラ・アレイは、前記カメラ・アレイの移動の方向を
横切る方向に隣接カメラの撮影範囲が重なり合うように配置され、前記カメラ・
アレイは、規定する細長い映像区域を完全にカバーする請求項１または２記載の
映像化装置。
【請求項４】各カメラは、平行四辺形の活動領域を有し、各活動領域の隣
接端は、接触し、隣接カメラの撮影範囲は、走査の方向を横切って延びる比較的
狭い移行区域内で重なり合う請求項３記載の映像化装置。
【請求項５】前記信号処理プロセッサ手段は、前記映像データ信号に補正
アルゴリズムを適用してカメラの相対的な位置合わせ不良、または歪みを補正す
るデジタル信号処理プロセッサを含む請求項３または４記載の映像化装置。
【請求項６】前記補正アルゴリズムは、ｘ軸とｙ軸に関する各映像化画素
の位置合わせ不良を補正し、前記ｙ軸は、走査の方向に対応し、前記ｘ軸は、走
査の方向を横切る請求項５記載の映像化装置。
【請求項７】前記補正アルゴリズムは、最初にｙ軸の方向の画素の位置決
めの誤差を補正し、次にｘ軸の方向に前記カメラ間の移行区域内の未露光で重な
り合う画素を補正する請求項６記載の映像化装置。
【請求項８】前記制御手段は、映像ビームの強さの変動を測定し、前記駆
動手段の速度を変える駆動制御信号を生成して、実際の強さを一定レベルに保持
する請求項１から７のいずれかに記載の映像化装置。
【請求項９】前記制御手段は、前記映像ビーム内の強さの変動に関する測
定情報を用いて前記映像データ信号のソフトウエア訂正手段により強さの補正を
行う請求項１から７のいずれかに記載の映像化装置。
【請求項１０】前記駆動手段は、前記放射線源と前記カメラ・アレイの移
動に関するクロック信号を生成し、これに関連する符号器を有し、前記制御手段
は、前記クロック信号に応じて前記カメラ・アレイの映像化操作とその移動とを
同期させるのに用いるタイミング信号を生成するクロック調整回路を含む請求項
１から９のいずれかに記載の映像化装置。
【請求項１１】前記制御手段は、前記駆動手段と前記カメラ・アレイの動
作を制御するタイミング信号を生成するのに用いる基準クロック回路を備え、前
記カメラ・アレイの映像化操作とその移動とを同期させる請求項１から９のいず
れかに記載の映像化装置。
【請求項１２】各カメラは、複数の映像化画素を定義し、前記画素の少な
くともいくつかの出力を所定の方式に従って組合わせて前記映像信号の信号対雑
音比を改善する請求項１から１１のいずれかに記載の映像化装置。
【請求項１３】前記カメラは、前記映像信号を生成するときに前記放射線
源と前記カメラ・アレイの移動の方向に隣接する画素の出力を組合わせる請求項
１２記載の映像化装置。
【請求項１４】前記信号処理プロセッサ手段は、前記映像信号を処理し、
前記放射線源と前記カメラ・アレイの移動の方向を横切る方向に隣接する画素の
出力を組合わせる請求項１３記載の映像化装置。
【請求項１５】実質的に記載および図示した映像化装置。