JP2003037778A - デュアル・エネルギーx線撮影で組織相殺パラメータを自動的に決定するための方法及び装置 - Google Patents

デュアル・エネルギーx線撮影で組織相殺パラメータを自動的に決定するための方法及び装置

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JP2003037778A
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Gopal B Avinash
ゴパール・ビー・アヴィナシュ
John M Sabol
ジョン・マイケル・サボル
Francois Serge Nicolas
フランソア・サージ・ニコラス
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GE Medical Systems Global Technology Co LLC
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 デュアル・エネルギー式分解システムで構造
相殺した画像(120)を自動的に決定する。 【解決手段】 勾配マスクと位置確認マスクを用いて特
性マスク(124)を計算する。高エネルギー・レベル
画像(116)の収集に用いる実効kVp及び低エネル
ギー・レベル画像(118)の収集に用いる実効kVp
により決まるルックアップ・テーブル(122)内の領
域から、第1または第2の相殺パラメータを選択する。
第1のエネルギー・レベル画像(116)及び第2のエ
ネルギー・レベル画像(118)から第1及び第2の相
殺パラメータを用いた相殺計算式に従ってソフト構造画
像(128)とハード構造画像(130)が取得され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明の好ましい実施形態
は、医学診断用X線撮影に関する。詳細には、本発明の
好ましい実施形態は、相殺パラメータの領域を取得する
ためにルックアップ・テーブルを使用する特定組織撮影
用のデュアル・エネルギー式分解に関する。
【0002】
【発明の背景】今日、医師や技師は極めて高度な医学診
断用X線撮影装置を扱うことが一般的である。X線撮影
装置の動作中では、典型的には、X線源が十分に制御さ
れた状況でX線光子を放出している。X線光子は、検査
を受けている患者の関心領域(ROI)を透過して伝搬
して検出器に当たる。従来のX線撮影装置では初歩的な
フィルムベースの検出体が利用されていた。しかし、最
近の発達によって、X線光子の照射に個々に応答するよ
うなグリッド状の離散的検出器素子から構成される半導
体検出器に至っている。しかし、使用される検出器によ
らず、その目的は同じのまま、すなわち、ROI範囲内
で事前に選択した関心対象構造(例えば、特定の種類の
組織)に関する明瞭な出力画像を作成することにある。
【0003】しかし、明瞭な出力画像の作成に関連して
本来的な困難が存在する。詳細には、X線光子は患者全
体を透過して伝搬するため、検出器上に形成される画像
は、事前に選択した関心対象構造を含めそのX線光子が
通過した解剖学的構造のすべてが重なり合ったものとな
る。この解剖学的構造の重なり合いのことを、「解剖学
的ノイズ(anatomic noise)」とも云
う。解剖学的ノイズの出力画像への影響は、クラッタ
(clutter)、陰影妨害(shadowin
g)、並びに理想的な明瞭出力画像と比べてその出力画
像をより識別しにくくするようなその他の掩蔽効果を生
じさせることにある。
【0004】解剖学的ノイズの影響を軽減させるための
従来の試みとしては、例えば、「デュアル・エネルギー
(dual−energy)」撮影がある。デュアル・
エネルギー撮影を使用する際に、医師や技師は高い平均
X線光子エネルギーでの画像と、低い平均X線光子エネ
ルギーでの画像とを収集していた。様々な内部構造は様
々なX線光子エネルギーを様々な割合で吸収するため、
解剖学的ノイズを抑制させるように上の2つの出力画像
を次式により合成することができる。
【0005】 SB(x,y)=exp[log(H(x,y))−wlog(L(x,y) )] (0<w<1) 上式において、SBはある特定の相殺パラメータwにお
いて対数サブトラクションを介して得られる分解画像、
H(x,y)は高エネルギーで取得した画像、またL
(x,y)は低エネルギーで取得した画像である。wを
変化させることにより、SBは軟部組織あるいは骨のど
ちらかの分解画像となる。
【0006】しかし従来は、上述した分解技法のユーザ
は、相殺パラメータwを試行錯誤を通じて手作業で変化
させ、関心対象の軟部組織あるいは骨を強調させると共
にもう一方は抑制させているような出力画像を得る必要
があった。結果として対数サブトラクション計算式で相
殺パラメータに対して手作業の変更が生じるため、時間
がかかると共に、臨床環境での仕事の流れが阻害されて
いた。
【0007】上述した問題や従来から経験されている問
題に対処したデュアル・エネルギー式分解のための方法
及び装置に対する要求が当産業分野に存在するようにな
って久しい。
【0008】
【課題を解決するための手段】少なくとも1つの好まし
い実施形態では、デュアル・エネルギー式分解システム
において構造相殺した画像を自動的に決定するための方
法を提供する。少なくとも第1及び第2のタイプの構造
から形成される内部解剖構造に対する高エネルギー・レ
ベル画像と低エネルギー・レベル画像とを収集する。勾
配マスクはエッジ相殺パラメータと勾配しきい値を用い
て計算する。位置確認マスクは、低エネルギー画像と高
エネルギー画像のいずれかに基づいて位置確認画像から
計算すると共に、選択した診断用途に基づいた1つの組
から自動的に選択した強度しきい値と比較する。この勾
配マスク及び位置確認マスクを用いて特性マスクを計算
している。特性マスクと対照させて第1の相殺パラメー
タを評価し、またこの第1の相殺パラメータに基づいて
第2の相殺パラメータを計算している。少なくとも1つ
の好ましい実施形態では、その第1または第2の相殺パ
ラメータは、高レベル画像の収集に使用する実効kVp
及び低レベル画像の収集に使用する実効kVpにより決
まるルックアップ・テーブル内の領域から選択する。第
1及び第2の相殺パラメータを用いた相殺計算式に従っ
て第1及び第2のエネルギー・レベル画像からハード構
造相殺画像及びソフト構造相殺画像が取得される。別の
実施形態では、この相殺計算式は第1または第2の相殺
パラメータに従って調整される高エネルギー画像と低エ
ネルギー画像の関係を表している。
【0009】少なくとも1つの代替的な実施形態では、
低エネルギー画像と高エネルギー画像の少なくとも一方
を第1または第2の相殺パラメータに基づいて調整する
際の低エネルギー画像に対する高エネルギー画像の比か
ら勾配マスクを作成している。実施の一形態では、その
高エネルギー・レベル画像及び低エネルギー・レベル画
像を勾配マスクを作成する前に圧縮させている。別の実
施形態では、高エネルギー画像と低エネルギー画像に基
づいて勾配画像を作成している。次いで、この勾配画像
を勾配しきい値と比較して勾配マスクを形成させてい
る。
【0010】少なくとも1つの好ましい実施形態では、
特性マスクを計算することがさらに、Sobel演算子
を低エネルギー・レベル画像及び高エネルギー・レベル
画像に基づく画像とコンボリューションさせることによ
り勾配画像を生成させることを含む。所定の勾配しきい
値は選択した診断用途に基づいた1つの組から自動的に
選択し、勾配画像と比較して勾配マスクを生成させてい
る。
【0011】少なくとも1つの好ましい実施形態では、
勾配マスクの画素を位置確認マスクの当該画素と比較
し、勾配マスクと位置確認マスクの対応する画素同士が
等しい場合には特性マスクの対応する画素に対してある
識別子を割り当て、またこれらの画素同士が等しくない
場合には別の識別子を割り当てることによりその特性マ
スクを計算している。別の実施形態では、特性マスク内
であるタイプの構造を表している画素には第1の値を割
り当て、また特性マスク内で第2のタイプの構造を表し
ている画素には第2の値を割り当てている。
【0012】少なくとも1つの好ましい実施形態では、
第1の相殺パラメータを第1のタイプの構造を強調する
可能性が最も大きい値に調整することにより、相殺計算
式、並びに高エネルギー・レベル画像及び低エネルギー
・レベル画像を利用して一連の勾配マップを作成してい
る。別の実施形態では、その勾配マップはさらに、ルッ
クアップ・テーブルからの相殺パラメータを用いて計算
されており、また、各画素位置に対する最低勾配値及び
関連する相殺パラメータが特定される。
【0013】少なくとも1つの好ましい実施形態では、
第1のタイプの構造を相殺させる可能性が最も大きい相
殺パラメータは、最低勾配値から構成されるヒストグラ
ムのピークとして特定される。別の実施形態では、その
相殺パラメータは、特性マスクから導出される最低勾配
値に関連する相殺パラメータの平均値を計算することに
より特定される。
【0014】
【発明の実施の形態】上述した解決のための手段、並び
に本発明の好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明
については、添付の図面と関連させながら読めばより十
分に理解されよう。本発明の好ましい実施形態を例示す
る目的から、これらの図面では、目下のところ好ましい
とされる実施形態を示している。しかし、本発明は添付
の図面に示した配置や手段に限定されないことを理解す
べきである。
【0015】先ず図1を参照すると、図1はX線撮影シ
ステム100を表している。撮影システム100は、検
査対象の構造106にX線光子を当てるためのX線源1
02及びコリメータ104を含んでいる。一例では、X
線源102はX線管とすることがあり、また検査対象構
造106は患者や試験用ファントームその他の被試験無
生物とすることがある。
【0016】X線撮影システム100はまた、処理回路
110と結合させたフラットパネル半導体検出器などの
イメージ・センサ108を含む。処理回路110(例え
ば、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、カス
タムASICなど)はメモリ112及びディスプレイ1
14と結合している。メモリ112(例えば、ハードデ
ィスク、フレキシブルディスク、CDROM、EPRO
Mなどのうちの1つまたは幾つかを含む)は、高エネル
ギー・レベル画像116(例えば、110〜140kV
p照射後にイメージ・センサ108から読み出した画
像)と、低エネルギー・レベル画像118(例えば、6
0〜90kVp照射後に読み出した画像)とを記憶して
いる。メモリ112はまた、実行のための命令と、ハー
ド構造(骨)やソフト構造(組織)など画像116及び
118内のある特定のタイプの構造を相殺させるために
処理回路110(以下で説明する)で使用するパラメー
タからなるルックアップ・テーブル122と、を記憶し
ている。これにより、1つまたは複数の構造相殺画像1
20を作成して表示している。
【0017】この処理回路110は、検査対象構造10
6からの空間的重ね合わせ画像を構成成分素材に(例え
ば、胸部X線画像での骨と軟部組織のように)分解させ
るような相殺技法を使用している。例えば、胸部X線画
像は骨などのハード構造を表している1枚の画像と、肺
野などのソフト構造を表している1枚の画像とを生成さ
せるように分解することができる。
【0018】図2は、X線撮影システム100により実
行させる例示的な処理シーケンスの1つを表したもので
ある。ステップ200において、高エネルギー・レベル
画像116及び低エネルギー・レベル画像118を収集
してメモリ112に格納する。画像116及び118は
ハード構造とソフト構造の両方を含んでいる。少なくと
も1つの好ましい実施形態では、この高エネルギー・レ
ベル画像116及び低エネルギー・レベル画像118
は、より小さなマトリックス・サイズまで縮小させてい
る。この縮小は、近傍平均処理その他により実施するこ
とができる。
【0019】ステップ204において、処理回路110
は、主としてソフト構造またはハード構造のいずれかで
あるような一方のタイプの構造を抽出する可能が高いパ
ラメータを決定する。少なくとも1つの好ましい実施形
態では、このパラメータは、同じくメモリ112内に格
納されている、以下の(表1)に示すようなルックアッ
プ・テーブル(LUT)122から導出することができ
る。
【0020】
【表1】
【0021】低エネルギーkVpレベルは左側の縦列に
示し、また高エネルギーkVpレベルは最下行に示して
いる。これらのkVpレベルは、検査対象構造106に
対する実効kVpを意味しており、X線源102のkV
pレベルにより様々な値となる。こうした違いはkVp
を変調させるために使用する1つまたは複数のフィルタ
に起因することがある。このフィルタは、銅、アルミニ
ウム、または別の材料、あるいはこうした材料の組み合
わせにより構成することができ、またコリメータ104
の近傍に配置させることができる。
【0022】(表1)にはさらに、人体ファントーム試
験またはヒトの患者に基づき高エネルギー・レベル画像
116及び低エネルギー・レベル画像118に対してk
Vpレベルを様々に変えて決定したパラメータを含んで
いる。(表1)に示す数値は、各種構造タイプのうちの
1つを相殺させる可能性が高いパラメータwc(以下
で、相殺パラメータと呼ぶこともある)と、第2のタイ
プの構造を最適に相殺することができるパラメータの決
定に利用されるパラメータ領域w−range(以下
で、相殺領域と呼ぶこともある)とである。例えば、低
エネルギー・レベル画像118を実効kVp値60で収
集し、かつ高エネルギー・レベル画像116を実効kV
p値110で収集する場合、(表1)を利用して相殺パ
ラメータwc=0.46と相殺領域w−range=
[0.35,0.55]を得ることができる。
【0023】ステップ204において、処理回路110
は勾配マスクを計算する。好ましい実施の一形態では、
先ず、(表1)からの相殺パラメータwcを用いて次の
計算式からエッジ相殺パラメータwedgeを計算する。
【0024】wedge=(1+wc)/2 上述の例を続けると、相殺パラメータwcの値は0.4
6であるから、エッジ相殺パラメータはwedge=0.7
3となる。別の実施形態では、あるタイプの構造を抽出
する機能が高いことが分かっているような所定の相殺パ
ラメータを使用することがある。この所定のパラメータ
は収集している画像タイプに応じて決められる。次に、
好ましい実施の一形態では、処理回路110は、エッジ
相殺パラメータwedge、縮小した高エネルギー・レベル
画像、並びに縮小した低エネルギー・レベル画像に対し
て次の(式1)に従った処理をする。
【0025】 I(x,y)=IHIGH(x,y)/(ILOW(x,y))w (式1) 上式において、wはwedge、またIHIGH(x,y)及び
LOW(x,y)は縮小した高エネルギー・レベル画像
及び低エネルギー・レベル画像の画素強度値である。
(式1)は従来利用していた対数サブトラクション計算
式と比べてかなり高速であり、このためより改良された
画像分解方法となる。
【0026】次いで、処理回路110は(式1)の結果
である分解画像I(x,y)を用いて勾配を計算する。
好ましい実施の一形態では、その勾配はSobel演算
子を分解画像I(x,y)とコンボリューションさせる
ことにより取得することができる。次に、得られた勾配
を勾配しきい値を比較する。勾配しきい値とは用途に応
じて設定されるある固定の値である。本発明の実施の一
形態では、その勾配しきい値は用途(一例として例え
ば、胸部、頸椎、腰椎など)に基づいた値の組から選択
することができる。勾配マスクは、勾配しきい値より大
きな画素のすべてに第1の識別子(例えば、1)を割り
当て、かつ勾配しきい値より小さい画素のすべてに第2
の識別子(例えば、0)を割り当てることにより生成す
る。処理回路110は勾配しきい値をメモリ112内に
格納することができる。
【0027】ステップ206において、処理回路110
は、ソフト構造を特定するための位置確認マスクを計算
し、この位置確認マスクを勾配マスクを比較することに
より特性マスクを生成している。位置確認マスクを計算
するためには、低エネルギー・レベル画像118を強度
しきい値と比較する。好ましい実施の一形態では、その
強度しきい値は画像強度の平均値(すなわち、算術平均
値)に基づいている。別の実施形態では、その強度しき
い値は用途に応じた固定値としている。位置確認マスク
は、強度しきい値より大きい画素のすべてに第1の識別
子(例えば、1)を割り当て、かつ強度しきい値より小
さい画素のすべてに第2の識別子(例えば、0)を割り
当てることにより生成する。処理回路110は位置確認
マスクをメモリ112内に格納することができる。
【0028】次に、処理回路110は特性マスクを計算
する。図4は特性マスク124を示している。本発明の
好ましい一実施形態では、その特性マスク124は、ハ
ード構造(すなわち、骨)を表す画素は白にし、またソ
フト構造(すなわち、肋骨を含む肺野)を表す画素は黒
にしているような2値マスク(binary mas
k)である。特性マスクは、勾配マスクの画素を位置確
認マスクの対応する画素と比較することにより計算して
いる。勾配マスクと位置確認マスクの両方に第1の識別
子(例えば、1)を含むような画素位置では、特性マス
クの対応する画素位置に第2の識別子(例えば、0)を
割り当てる。勾配マスクと位置確認マスクの両者ではな
くいずれか一方のみが第1の識別子(例えば、1)を含
むような画素位置では、特性マスク124の対応する画
素位置に第1の識別子(例えば、1)を割り当てる。特
性マスク124はメモリ112内に格納することができ
る。
【0029】ステップ208において、処理回路110
は、第1の識別子(例えば、1)を含む特性マスクの各
画素位置ごとに最小勾配を特定する。好ましい実施の一
形態では、(式1)において、LUT122からの相殺
パラメータ、並びに高エネルギー・レベル画像116及
び低エネルギー・レベル画像118を用いて分解画像I
(x,y)を取得している。上述の例を続けると、(式
1)で使用する相殺領域w−rangeは0.35〜
0.55となる。(式1)は、第1の識別子(例えば、
1)を含む特性マスク124の画素位置に対応する各画
素位置で計算している。好ましい実施の一形態では、
(式1)で使用する相殺パラメータwの第1の値は0.
55である。別の実施形態では、(式1)で使用する相
殺パラメータwの第1の値は0.35である。
【0030】次に、(式1)の各分解画像I(x,y)
に対する勾配を計算する。好ましい実施の一形態では、
その分解画像I(x,y)をSobel演算子とコンボ
リューションさせ、各関心対象点(x,y)の勾配を特
性マスク124から取得している。勾配及び対応する相
殺パラメータwは記録しておく。好ましい実施の一形態
では、各勾配及び対応する相殺パラメータwはメモリ1
12内に格納する。別の実施形態では、勾配及び対応す
る相殺パラメータwは画像として格納する。ここで、
(式1)で相殺領域w−rangeに次のパラメータを
用いて、勾配の次の組を分解画像I(x,y)から計算
する。好ましい実施の一形態では、相殺パラメータwの
値を0.01ずつ変化させ(例えば、増加または減少さ
せ)、新たな分解画像I(x,y)の各関心対象点にお
いて勾配を算出している。この処理は相殺領域w−ra
ngeの全体にわたってすべての相殺パラメータwに対
して反復させる。別の実施形態では、その相殺パラメー
タwを領域の全体にわたって変化させ、所定の間隔で勾
配を計算している。次いで、各画素位置での勾配を比較
し、各画素位置(x,y)における最低勾配及び対応す
る相殺パラメータwを決定する。
【0031】図3は、第1の識別子(例えば、1)を含
む特性マスク124のすべての画素位置において最小勾
配を決定するために処理回路110により利用される方
法の好ましい実施形態を表したものである。先ず、ステ
ップ300において、(式1)で相殺領域w−rang
e内の最大パラメータ(以下で、wMEMORYと呼ぶことが
ある)、高エネルギー・レベル画像116、及び低エネ
ルギー・レベル画像118を利用しながら、分解画像I
(x,y)を計算する。上述の例を続けると、wMEMORY
の値は0.55である。次に、ステップ302におい
て、勾配(以下で、gradientsMEMORYと呼ぶこ
とがある)を計算する。この計算は、Sobel演算子
を分解画像I(x,y)とコンボリューションさせるこ
とにより実現することができる。次いでステップ304
において、gradientsMEMO RY及びwMEMORYをメ
モリ112内に保存する。
【0032】ステップ306において、(式1)で使用
される相殺領域w−rangeの次の値(以下で、w
SECONDと呼ぶことがある)を計算する。図3のステップ
306に示すように、wMEMORYから0.01を差し引い
ている(wSECOND=wMEMORY−0.01)。上述の例を
続けると、パラメータwSECONDは0.54である。
【0033】ステップ308は、wSECONDの値が相殺領
域w−range内にあることを確認するためのもので
ある。wSECONDが相殺領域w−rangeより小さい場
合には、制御はステップ310に進み、処理回路110
は図2のステップ210に戻る。wSECONDが相殺領域w
−rangeより小さくない場合には、制御はステップ
312に進む。
【0034】ステップ312において、(式1)で高エ
ネルギー・レベル画像116及び低エネルギー・レベル
画像118と共にwSECONDを利用して分解画像I(x,
y)を計算する。次にステップ314において、その勾
配(以下で、gradientsSECONDと呼ぶことがあ
る)を算出する。この場合も、この計算は、Sobel
演算子を分解画像I(x,y)とコンボリューションさ
せることにより実現することができる。ステップ316
において、処理回路110は比較しようとする第1の画
素(x,y)を特定する。ステップ318では、画素
(x,y)において、gradientsMEMORY<gr
adientsSECONDであるか否かを問うている。この
問いに対する答えがNOの場合は、制御はステップ32
0に進み、パラメータgradientsSECOND及びw
SECONDをメモリ112内に格納し、パラメータgrad
ientsMEMORY及びwMEMORYを廃棄する。パラメータ
gradientsMEMORYにはgradients
SECONDの値が割り当てられ、パラメータwMEMORYにはw
SECONDの値が割り当てられる。問いに対する答えがYE
Sの場合は、パラメータgradientsMEMORY及び
MEMORYをメモリ112内に格納する。
【0035】次にステップ322では、「画素(x,
y)は最終の画素位置か?」と問うている。答えがNO
の場合は、処理回路110が次の画素位置(x,y)に
対して継続するように指令するステップ324に制御が
進み、さらにステップ318に戻って最低勾配の特定を
続ける。答えがYESの場合は、各画素に対する最低勾
配と対応する相殺パラメータはすでにメモリ112内に
格納されている。次に、ステップ326で、wSECOND
0.01だけ減らすことにより次の相殺領域w−ran
geパラメータを計算する。制御はステップ308に進
み、ここで本方法は相殺領域w−rangeのすべての
パラメータに対する勾配の評価を継続する。
【0036】別の実施形態では、相殺パラメータw−r
ange内の各パラメータに対して勾配を計算してメモ
リ112内に格納している。勾配をすべて計算し終えた
後、各画素位置(x,y)において勾配を比較し最小勾
配及び対応するwパラメータを特定している。
【0037】ステップ210において、処理回路110
は第1のタイプの構造を強調する可能性が最も大きい最
初の相殺パラメータを決定する。先ず、上で特定した相
殺パラメータwを用いて、最小勾配値における各相殺パ
ラメータwの出現総数を算出し、出現総数が最大となる
相殺パラメータwを最尤相殺パラメータwMLとして特定
している。本発明の好ましい一実施形態では、相殺パラ
メータwを用いて図5に示すようなヒストグラム126
を生成させている。相殺パラメータwの出現数を縦軸に
表し、また対応する相殺パラメータwをヒストグラム1
26の横軸上に表している。第1のタイプの構造を相殺
させる可能性が最も高い最尤相殺パラメータwMLはヒス
トグラム126のピークとして特定される。別の実施形
態では、相殺パラメータwの算術平均値(すなわち、平
均値)を用いて最尤相殺パラメータwMLを特定すること
ができる。
【0038】ステップ212において、処理回路110
は、第1のタイプの構造を相殺させる可能性が最も高い
パラメータwsと第2のタイプの構造を相殺させる可能
性が最も高いパラメータwbとを算出する。先ず、ブロ
ック210で特定した最尤パラメータwMLを評価する。
高エネルギー・レベル画像116または低エネルギー・
レベル画像118の収集中や、あるいは後続の画像処理
の間では、最尤パラメータwMLを無効にさせることがあ
るようなエラーが発生している可能性がある。好ましい
実施の一形態では、ヒストグラム126を評価してヒス
トグラム126のピークが相殺領域w−rangeのい
ずれかの最端のエッジに来ているか否かを判定してい
る。そのピークが相殺領域w−rangeの最端のエッ
ジのいずれかに来ている場合には、第1のタイプの構造
を相殺させる可能性が最も高いパラメータwsは相殺パ
ラメータwcと等しくする(例えば、ws=wc)。ヒス
トグラム126のピークがヒストグラム126の中央域
にある場合には、第1のタイプの構造を相殺させる可能
性が最も高いパラメータwsは最尤相殺パラメータwML
と等しくする(例えば、ws=wML)。次に、第1のタ
イプの構造を相殺させる可能性が最も高いパラメータw
sを用いて以下の線形関係式により第2のタイプの構造
を相殺させる可能性が最も高いパラメータwbを算出す
る。
【0039】wb=a(ws)+b 上式において、aとbは定数であり、好ましい実施の一
形態では、a=b=0.5である。
【0040】ステップ214において、処理回路110
は第1のタイプの構造を相殺させる可能性が最も高いパ
ラメータws及び第2のタイプの構造を相殺させる可能
性が最も高いパラメータwbを再計算すべきか否かを判
定する。本発明の実施の一形態では、エッジ相殺パラメ
ータwedgeを再精査させると判定を下し、第1のタイプ
の構造を相殺させる可能性が最も高いパラメータws
び第2のタイプの構造を相殺させる可能性が最も高いパ
ラメータwbを再計算する。制御はステップ216に進
み、処理回路はエッジ相殺パラメータwedgeに対して第
2のタイプの構造を相殺させる可能性が最も高いパラメ
ータ値wbを割り当てる(wedge=wb)。次に、本方法
はステップ204に戻り、上述した各ステップを反復す
る。ステップ210において最尤相殺パラメータ値wML
が不変であれば、最尤相殺パラメータwedgeをさらに再
精査する必要はない。好ましい実施の一形態では、ステ
ップ214は随意選択とし、第1のタイプの構造を相殺
させる可能性が最も高いパラメータws及び第2のタイ
プの構造を相殺させる可能性が最も高いパラメータwb
は再計算せず、制御はステップ218に進む。
【0041】ステップ218において、処理回路110
は分解画像128及び130を作成する。第1のタイプ
の構造を相殺させる可能性が最も高いパラメータws
び第2のタイプの構造を相殺させる可能性が最も高いパ
ラメータwbは、(式1)で元の高エネルギー・レベル
画像116及び低エネルギー・レベル画像118と共に
使用する。第1のタイプの構造を相殺させる可能性が最
も高いパラメータ値w sを(式1)に用いた以下の式、 Is(x,y)=IHIGH(x,y)/(ILOW(x,
y))ws により、図6に示すようなソフト構造の画像128が得
られる。また、第2のタイプの構造を相殺させる可能性
が最も高いパラメータwbを(式1)に用いた以下の
式、 Ib(x,y)=IHIGH(x,y)/(ILOW(x,
y))wb により、図7に示すようなハード構造の画像130が得
られる。
【0042】相殺パラメータwcと相殺領域w−ran
geの値を実験的に決定してLUT122で利用できる
ようにすることにより、画像分解の性能を向上させるこ
とができる。図2に示す方法は相殺パラメータwc、相
殺領域w−range、勾配しきい値、強度しきい値そ
の他などの所定のパラメータを利用しているので、オペ
レータからの入力は不要であり、計算を完了するのに要
する時間が短縮される。本方法では、相殺領域w−ra
ngeを調べ、各画素位置(x,y)での勾配値の比較
を通して最尤相殺パラメータwMLを決定している。本方
法は、オペレータの個人差の影響を受けることがなく、
したがって、本方法により決定される第1のタイプの構
造を相殺させる可能性が最も高いパラメータws及び第
2のタイプの構造を相殺させる可能性が最も高いパラメ
ータwbは、選択した構造に対する最適な相殺を提供で
きるパラメータとなる。
【0043】本発明に関し好ましい実施の形態を参照し
ながら記載してきたが、本発明の範囲を逸脱することな
く様々な変更が可能であると共に、等価物による代用が
可能であることは当業者であれば理解するであろう。さ
らに、多くの修正形態により、本発明の範囲を逸脱する
ことなく具体的なステップ、構造または材料を本発明の
教示に適応させることができる。したがって、開示した
特定の実施形態に本発明を限定しようという意図ではな
く、本発明は本特許請求の範囲の域内に入るすべての実
施形態を包含するという意図である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施の一形態によるX線撮影
システムの高レベル図である。
【図2】本発明の好ましい実施の一形態によるX線画像
の分解処理に関する流れ図である。
【図3】本発明の好ましい実施の一形態により特性マス
クのすべての画素位置において最小勾配値を決定する方
法に関する流れ図である。
【図4】本発明の好ましい実施の一形態による特性マス
クの図である。
【図5】本発明の好ましい実施の一形態による最低勾配
値をもつwパラメータの量に関するヒストグラムであ
る。
【図6】本発明の好ましい実施の一形態によるソフト構
造の分解画像の図である。
【図7】本発明の好ましい実施の一形態によるハード構
造の分解画像の図である。
【符号の説明】
100 X線撮影システム 102 X線源 104 コリメータ 106 検査対象構造 108 イメージ・センサ 110 処理回路 112 メモリ 114 ディスプレイ 116 高エネルギー・レベル画像 118 低エネルギー・レベル画像 120 構造相殺画像 122 ルックアップ・テーブル(LUT) 124 特性マスク 126 ヒストグラム 128 ソフト構造画像、ハード構造相殺画像 130 ハード構造画像、ソフト構造相殺画像
フロントページの続き (72)発明者 ゴパール・ビー・アヴィナシュ アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ニュ ー・ベルリン、サウス・ラディソン・コー ト、4915番 (72)発明者 ジョン・マイケル・サボル アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、サセ ックス、カーディナル・コート、エヌ58・ ダブリュー24838番 (72)発明者 フランソア・サージ・ニコラス アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ウォ ーワトサ、ノース・87ティーエイチ・スト リート、116番 Fターム(参考) 4C093 AA07 AA26 AA30 CA18 CA31 CA37 EA07 FF09 FF15 FF34 5B057 AA08 BA03 BA30 CA08 CA12 CA16 CB08 CB12 CB16 CE02 CH01 CH07 CH11 DA16

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 デュアル・エネルギー式分解システムに
    おいて構造相殺した画像(120)を自動的に決定する
    ための方法であって、 少なくとも第1及び第2のタイプの構造から形成される
    内部解剖構造の第1の高エネルギー・レベル画像(11
    6)を取得するステップと、 前記第1のエネルギー・レベル画像(116)と比べて
    より低いエネルギー・レベルで、少なくとも第1及び第
    2のタイプの構造から形成される前記内部解剖構造の第
    2の低エネルギー・レベル画像(118)を取得するス
    テップと、 前記低エネルギー・レベル画像(118)を用いて特性
    マスク(124)を計算するステップと、 前記特性マスク(124)と対照して第1の相殺パラメ
    ータを評価するステップと、 前記第1の相殺パラメータに基づいて第2の相殺パラメ
    ータを計算するステップと、 前記第1と第2の相殺パラメータのうちの一方を用いた
    相殺計算式に従って、前記第1のエネルギー・レベル画
    像(116)及び第2のエネルギー・レベル画像(11
    8)から構造相殺画像(120)を取得するステップ
    と、を含む方法。
  2. 【請求項2】高エネルギー画像(116)と低エネルギ
    ー画像(118)のうちの少なくとも一方を前記第1ま
    たは第2の相殺パラメータに基づいて調整させるような
    低エネルギー画像(118)に対する高エネルギー画像
    (116)の比から、第1または第2の相殺パラメータ
    を自動的に計算する際に使用する勾配マスクを作成する
    ステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】勾配マスクを作成する際に使用する高エネ
    ルギー・レベル画像(116)及び低エネルギー・レベ
    ル画像(118)を圧縮するステップをさらに含む請求
    項2に記載の方法。
  4. 【請求項4】高エネルギー画像(116)及び低エネル
    ギー画像(118)に基づいて勾配画像を作成するステ
    ップと、 第1または第2の相殺パラメータを自動的に計算する際
    に使用する勾配マスクを形成させるために、勾配画像を
    勾配しきい値と比較するステップと、をさらに含む請求
    項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】 特性マスク(124)を計算する前記ス
    テップがさらに、 勾配画像を形成させるために、低エネルギー・レベル画
    像(118)及び高エネルギー・レベル画像(116)
    に基づく画像とSobel演算子をコンボリューション
    させるステップと、 選択した診断用途に基づいた1つの組から所定の勾配し
    きい値を自動的に選択するステップと、 勾配画像を勾配しきい値と比較すること、並びに勾配し
    きい値より大きなすべての画像画素には第1の識別子
    を、また勾配しきい値より小さいすべての画像画素には
    第2の識別子を割り当てることにより勾配マスクを生成
    させるステップと、を含む、請求項1に記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記相殺計算式が第1または第2の相殺
    パラメータに従って調整される高エネルギー画像(11
    6)と低エネルギー画像(118)の関係を表してい
    る、請求項1に記載の方法。
  7. 【請求項7】 前記第1または第2の相殺パラメータ
    が、高レベル画像(116)の収集に使用する実効kV
    p及び低レベル画像(118)の収集に使用する実効k
    Vpにより決まるようなルックアップ・テーブル(12
    2)内の所定の領域から選択されている、請求項1に記
    載の方法。
  8. 【請求項8】 前記相殺計算式が、wsを第1の相殺パ
    ラメータ、IHIGHを高エネルギー・レベル画像(11
    6)、またILOWを低エネルギー・レベル画像(11
    8)として、 Is(x,y)=IHIGH(x,y)/(ILOW(x,
    y))ws である、請求項1に記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記相殺計算式が、wbを第2の相殺パ
    ラメータ、IHIGHを高エネルギー・レベル画像(11
    6)、またILOWを低エネルギー・レベル画像(11
    8)として、 Ib(x,y)=IHIGH(x,y)/(ILOW(x,
    y))wb である、請求項1に記載の方法。
  10. 【請求項10】前記低エネルギー画像(118)に基づ
    いて位置確認画像を作成するステップと、 第1または第2の相殺パラメータを自動的に計算する際
    に使用する位置確認マスクを形成させるために、前記位
    置確認画像を強度しきい値と比較するステップと、をさ
    らに含む請求項1に記載の方法。
  11. 【請求項11】 前記比較のステップがさらに、前記選
    択した診断用途に基づいた1つの組から所定の強度しき
    い値を自動的に選択するステップを含む、請求項10に
    記載の方法。
  12. 【請求項12】 特性マスク(124)を計算する前記
    ステップがさらに、勾配マスクを計算するステップと、 位置確認マスクを計算するステップと、 勾配マスクの画素を位置確認マスクの対応する画素と比
    較して、勾配マスクと位置確認マスクの対応する画素同
    士が等しい場合に特性マスク(124)の対応する画素
    に対して第2の識別子を割り当てることにより特性マス
    ク(124)を生成させるステップと、を含む、請求項
    1に記載の方法。
  13. 【請求項13】 特性マスク(124)を計算する前記
    ステップがさらに、 低エネルギー・レベル画像(118)内でハード構造だ
    けを表す画素に第1の値を割り当てるステップと、 低エネルギー・レベル画像(118)内でソフト構造だ
    けを表す画素に第2の値を割り当てるステップと、を含
    む、請求項1に記載の方法。
  14. 【請求項14】 前記評価のステップが、第1の相殺パ
    ラメータを第1のタイプの構造を強調する可能性が最も
    大きい値に調整することにより、前記相殺計算式、並び
    に高エネルギー・レベル画像(116)及び低エネルギ
    ー・レベル画像(118)を利用して一連の勾配マップ
    を作成するステップをさらに含む、請求項1に記載の方
    法。
  15. 【請求項15】 前記評価のステップがさらに、 ルックアップ・テーブル(122)からの相殺パラメー
    タ領域を用いて複数の勾配マップを計算するステップ
    と、 前記複数の勾配マップの対応する画素位置を互いに比較
    することにより各画素位置に対する最低勾配値を決定
    し、該決定した最低勾配値の各々に対して関連する相殺
    パラメータを特定するステップと、を含む、請求項1に
    記載の方法。
  16. 【請求項16】特性マスク(124)から導出される最
    低勾配値に関連する相殺パラメータにより構成されるヒ
    ストグラム(126)を生成するステップと、 前記ヒストグラム(126)のピーク位置に生じる相殺
    パラメータを第1のタイプの構造を相殺させる可能性が
    最も大きい相殺パラメータの値として特定するステップ
    と、をさらに含む請求項15に記載の方法。
  17. 【請求項17】 特性マスク(124)から導出される
    最低勾配値に関連する相殺パラメータの平均値を算出す
    ることにより第1のタイプの構造を強調する可能性が最
    も大きい相殺パラメータの値を特定するステップをさら
    に含む請求項15に記載の方法。
  18. 【請求項18】相殺計算式、第1の相殺パラメータ及び
    第2の相殺パラメータを用いて、ハード構造相殺画像
    (128)及びソフト構造相殺画像(130)を計算す
    るステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
  19. 【請求項19】 前記第2の相殺パラメータが前記第1
    の相殺パラメータと線形関係にある、請求項1に記載の
    方法。
  20. 【請求項20】 構造相殺画像(120)を取得する前
    記ステップがさらに、 第1の相殺パラメータを用いた相殺計算式に従って、前
    記第1のエネルギー・レベル画像(116)及び第2の
    エネルギー・レベル画像(118)から第1構造相殺画
    像(120)を取得するステップと、 第2の相殺パラメータを用いた相殺計算式に従って、第
    2構造相殺画像(120)を取得するステップと、を含
    む、請求項1に記載の方法。
  21. 【請求項21】 デュアル・エネルギー式分解システム
    において構造相殺した画像(120)を自動的に決定す
    るための方法であって、 少なくとも第1及び第2のタイプの構造から形成される
    内部解剖構造の第1の高エネルギー・レベル画像(11
    6)を取得するステップと、 前記第1のエネルギー・レベル画像(116)と比べて
    より低いエネルギー・レベルで、少なくとも第1及び第
    2のタイプの構造から形成される前記内部解剖構造の第
    2の低エネルギー・レベル画像(118)を取得するス
    テップと、 事前定義の相殺パラメータに基づいて内部構造から関心
    対象の特性を特定するための勾配マスクを計算するステ
    ップと、 特性マスク(124)を形成させるために、前記勾配マ
    スクから抑制パラメータに基づいて前記関心対象特性を
    位置特定するステップと、 特性マスク(124)内の選択した画素位置において、
    相殺パラメータをある領域にわたって変化させ、選択し
    た各画素ごとに、所望の特性マスク値を与えるような相
    殺パラメータ値を取得するステップと、 前記相殺パラメータの単一値に関する最尤推定値を決定
    するステップと、を含む方法。
  22. 【請求項22】 前記計算のステップが、エッジ相殺パ
    ラメータ及び勾配しきい値を用いて第1のエネルギー・
    レベル画像(116)及び第2のエネルギー・レベル画
    像(118)に対する勾配マスクを計算するステップを
    含んでいる、請求項21に記載の方法。
  23. 【請求項23】 前記位置特定のステップが第2のエネ
    ルギー・レベル画像(118)上に施した強度しきい値
    に基づいている、請求項21に記載の方法。
  24. 【請求項24】 前記変化のステップが、パラメータの
    上限値と下限値の間で相殺パラメータを階段状に増分さ
    せ、相殺パラメータの各離散値において勾配値を計算す
    るステップを含んでいる、請求項21に記載の方法。
  25. 【請求項25】 前記特性マスク(124)から関心対
    象のすべての画素位置のヒストグラム(126)を作成
    するステップをさらに含む請求項21に記載の方法。
  26. 【請求項26】 デュアル・エネルギー式分解システム
    において構造相殺した画像(120)を自動的に決定す
    るための方法であって、 少なくとも第1及び第2のタイプの構造から形成される
    内部解剖構造の第1の高エネルギー・レベル画像(11
    6)を取得するステップと、 前記第1のエネルギー・レベル画像(116)と比べて
    より低いエネルギー・レベルで、少なくとも第1及び第
    2のタイプの構造から形成される前記内部解剖構造の第
    2の低エネルギー・レベル画像(118)を取得するス
    テップと、 第1タイプと第2タイプの構造のうちの一方を相殺させ
    る可能性が最も大きい相殺パラメータを構造相殺画像
    (120)から自動的に計算するステップと、前記自動
    的に計算した相殺パラメータを用いた相殺計算式に基づ
    いて、第1のタイプの構造は強調させ第2のタイプの構
    造は抑制させた構造相殺した画像(120)を作成する
    ステップと、を含む方法。
  27. 【請求項27】 第1のタイプの構造に対応する各画素
    位置に第1の識別子を格納している特性マスク(12
    4)を計算するステップをさらに含む請求項26に記載
    の方法。
  28. 【請求項28】 第1のタイプの構造に関する画像輪郭
    を規定している画素値パターンを格納している特性マス
    ク(124)を決定するステップをさらに含む請求項2
    6に記載の方法。
  29. 【請求項29】 デュアル・エネルギー式分解システム
    において構造相殺した画像(120)を自動的に決定す
    るための方法であって、 高エネルギーと低エネルギーの様々なエネルギー対にお
    ける解剖構造に対する相殺パラメータからなる事前計算
    したルックアップ・テーブル(122)を利用するステ
    ップと、 少なくとも第1及び第2のタイプの構造から形成される
    内部解剖構造の第1の高エネルギー・レベル画像(11
    6)を取得するステップと、 前記第1のエネルギー・レベル画像(116)と比べて
    より低いエネルギー・レベルで、少なくとも第1及び第
    2のタイプの構造から形成される前記内部解剖構造の第
    2の低エネルギー・レベル画像(118)を取得するス
    テップと、 前記ルックアップ・テーブル(122)の適当な相殺パ
    ラメータを用いた相殺計算式に従って第1のエネルギー
    ・レベル画像(116)及び第2のエネルギー・レベル
    画像(118)から構造相殺画像(120)を取得する
    ステップと、を含む方法。
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