JP2003250789A

JP2003250789A - 放射線撮影装置、プログラム、及びコンピュータ可読記憶媒体

Info

Publication number: JP2003250789A
Application number: JP2002054017A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tsujii; 修辻井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-09-09

Abstract

(57)【要約】【課題】透視撮影のような動画撮影における放射線露
出制御及び画像濃度変換の少なくとも一方に関する処理
を適切に行うこと。【解決手段】放射線撮影装置は、２次元検出手段１０
２と、２次元検出手段により得られた画像データから放
射線照射野領域を認識する照射野認識手段１０３と、放
射線照射野領域の画像データから放射線露出制御のため
の関心領域を認識する関心領域認識手段１０４と、関心
領域の画像データから放射線露出制御のためのパラメー
タを決定するパラメータ決定手段１０５と、決定された
パラメータを、Ｘ線発生装置を制御する制御手段１０６
に伝達するパラメータ伝達手段とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放射線撮影装置、プ
ログラム、及びコンピュータ可読記憶媒体に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線透視撮影においては、被写体を透過
するＸ線量を検出して当該Ｘ線量を過不足なく制御する
こと（ＡＥＣ＝Auto Exposure Control）が行われて
いる。

【０００３】従来の透視装置においては、Ｉ．Ｉ．（イ
メージ・インテンシファイア）の入射面におけるＸ線照
射領域が、Ｉ．Ｉ．からの光を検出する固体撮像素子の
検出面全体に対応するように構成されていた。このた
め、たとえば、特開平９−５５２９８号公報には、その
従来技術として、ＣＲＴ表示画面に表れている略円形の
Ｉ．Ｉ．透視領域の中心部分付近のＡＢＣ（Automatic
Brightness Control）センサ領域を平均測光して、その
測光値が一定になるようにＸ線出力を制御していること
が開示されている。また、同公報には、透視画像を参照
することでＸ線撮影時間制御に適した撮影用センサ（Ａ
ＥＣ用センサ）を選択することが開示されている。

【０００４】大判薄型の固体撮像素子を含むフラットパ
ネルディテクタ（FPD）を撮影に用いる場合、Ｘ線照射
野領域はＦＰＤ検出面内の任意の領域に設定することが
できる。そこで、特開平１１−１９７１３８号公報に
は、動画像撮影時において効率よく照射野領域を決定す
る手法、ＦＰＤを照射野領域に応じて移動することによ
り画像を高速に読み出せるようにする手法が開示されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、透視撮影のよ
うな動画撮影において、ＦＰＤを用いた場合のように、
固体撮像素子の検出面上のＸ線照射野領域が不定である
場合、線量又は線質などのＸ線条件を設定するためのＡ
ＥＣ領域、又は画像濃度変換のための特徴量抽出領域を
適切に設定することは困難であった。

【０００６】そこで、本発明は、透視撮影のような動画
撮影における放射線露出制御及び画像濃度変換の少なく
とも一方に関する処理を適切に行うことのできる放射線
撮影装置、プログラム、及びコンピュータ可読記憶媒体
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、第１の発明の放射線撮影装置は、被写体を透過し
た放射線の強度分布を画像データに変換する２次元検出
手段と、前記２次元検出手段により得られた前記画像デ
ータから放射線照射野領域を認識する照射野認識手段
と、前記照射野認識手段により得られた前記放射線照射
野領域の画像データから放射線露出制御のための関心領
域を認識する関心領域認識手段と、前記関心領域認識手
段により得られた前記関心領域の画像データから放射線
露出制御のためのパラメータを決定するパラメータ決定
手段と、前記パラメータ決定手段により決定されたパラ
メータを、Ｘ線発生装置を制御する制御手段に伝達する
パラメータ伝達手段とを有することを特徴とする。

【０００８】第２の発明の放射線撮影装置は、前記第１
の発明において、前記関心領域認識手段は前記被写体の
撮影対象部位に関する情報に基づいて、前記関心領域を
認識することを特徴とする。

【０００９】第３の発明の放射線撮影装置は、前記第１
の発明において、前記関心領域認識手段により得られた
前記関心領域の画像データから特徴量を抽出する抽出手
段と、該特徴量に基づいて前記２次元検出手段により得
られた前記画像データを階調変換する階調変換手段とを
更に有することを特徴とする。

【００１０】第４の発明の放射線撮影装置は、前記第３
の発明において、前記パラメータ決定手段は、前記抽出
手段により得られた前記特徴量に基づいて前記パラメー
タを決定することを特徴とする。

【００１１】第５の発明の放射線撮影装置は、前記第３
の発明において、前記階調変換手段は、前記２次元検出
手段により得られた、後の画像データを階調変換するこ
とを特徴とする。

【００１２】第６の発明の放射線撮影装置は、被写体を
透過した放射線の強度分布を画像データに変換する２次
元検出手段と、前記２次元検出手段により得られた前記
画像データから放射線照射野領域を認識する照射野認識
手段と、前記照射野認識手段により得られた前記放射線
照射野領域の画像データから放射線露出制御のための関
心領域を認識する関心領域認識手段と、前記関心領域認
識手段により得られた前記関心領域の画像データから特
徴量を抽出する特徴量抽出手段と、前記特徴量抽出手段
により抽出された前記特徴量に基づいて、前記２次元検
出手段により得られた、後の画像データを階調変換する
階調変換手段とを有することを特徴とする。

【００１３】第７の発明は、前記第１乃至６のいずれか
１つの発明の放射線撮影装置の機能をコンピュータに実
現させるためのプログラムである。

【００１４】第８の発明は、前記第１乃至６のいずれか
１つの発明の放射線撮影装置の機能をコンピュータに実
現させるためのプログラムを格納したコンピュータ可読
記憶媒体である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、透視撮影のような動画撮影
における放射線露出制御及び画像濃度変換の少なくとも
一方に関する処理を適切に行うことのできる放射線撮影
装置の実施形態を、図面を参照しながら、詳細に説明す
る。

【００１６】図１に本実施形態のシステムブロック図を
示す。Ｘ線発生手段（Ｘ線発生装置）１０１から曝射さ
れたパルス状のＸ線は被写体Ｓを透過して２次元検出手
段１０２に到達する。Ｘ線パルスの間隔は毎秒３〜３０
パルスの範囲であるが、大形のFPDイメージセンサを使
用して大容量の画像を収集する場合には、画像の転送速
度（毎秒３〜５フレーム）も考慮して、毎秒３〜５パル
ス程度が適当なところである。また、広範囲の画像を観
察する場合、速い動きを観察する必要もないので、比較
的遅いレートで画像を発生させる。

【００１７】被写体を透過したＸ線分布は、Ｘ線パルス
の発生に同期して２次元検出手段１０２で画像に変換さ
れる。本実施形態の２次元検出手段（ＦＰＤ）は面積４
０ｃｍ×４０ｃｍ、解像度２００μｍ、つまり２０００
×２０００画素になるようにアモルファスシリコン等で
構成されるが、この材料に限定されるものではない。こ
のサイズのＦＰＤを使用すると、従来の透視撮影装置で
Ｉ．Ｉ．とフィルムとが透視用と撮影用とで切替えて使
用されていたのに対し、単一のＦＰＤで透視と撮影との
両方が可能になる。よって、高速フィルム移動機構等を
使用せずに、透視から撮影、撮影から透視の切替えをシ
ームレスに行うことが可能になる。

【００１８】図２を参照するに、２次元検出手段１０２
により出力された２０００×２０００マトリックスの画
像２０１から、照射野切出し手段１０３によりＸ線照射
野領域２０２が切出される。従来のＩ．Ｉ．を使用した
透視撮影装置においては、Ｉ．Ｉ．自体が円形であり、
Ｘ線発生手段１０１の前面に設置されるＸ線絞り（不図
示）はＩ．Ｉ．に合わせて円形開口を形成するが、ＦＰ
Ｄであれば、絞り開口は円形に限定される必要はなく、
むしろ矩形の方が、画像の上下左右を判断しやすく好ま
しい。本実施形態では照射野領域を矩形とする。

【００１９】矩形の照射野領域の抽出は２次微分演算を
用いて行うことができる。図３に示すように、矢印３０
１〜３０４のそれぞれの方向に向かって画像データの２
次微分を行うことにより、その結果から、破線で示した
照射野外接線（照射野端）を求めることができる。ここ
で、方向３０１に関する処理を説明する。方向３０１に
略垂直なエッジ（照射野端）を求めるには、まず画像を
方向３０４に投影（累積）するデータを作成する。投影
データは２０００点の一次元のアレイになり、このアレ
イに対して２次微分を行い、２次微分値が最大値となる
位置を照射野の左エッジ（左端）とすることができる。

【００２０】同様に、方向３０２についてエッジを求め
るには方向３０１に画像の投影を行い、方向３０３につ
いてエッジを求めるには方向３０２に画像の投影を行
い、方向３０４についてエッジを求めるには方向３０３
に画像の投影を行い、それぞれの投影データに対し2次
微分を行い、それぞれ2次微分値が最大値となる位置を
求めることにより、各方向についての照射野の外接線
（境界線）を決定することができる。以上のようにし
て、照射野が認識され、認識された照射野が切出され
る。

【００２１】照射野の切出し結果（切出し画像）に対し
て、関心領域決定手段１０４が適用される。関心領域を
決定するアルゴリズムとしては様々なものが考えられ
る。例えば、バリウムを使用した胃の透視の場合には、
バリウムを構成する部分を検出して、バリウム塊の輪郭
線の周辺領域を関心領域として設定すればよい。また、
腹部の動画撮影の場合には、関心領域は概ね照射野の中
央部分であるとしてよい。また、胸部の動画撮影であれ
ば肺野領域を関心領域として検出すればよい。これらの
アルゴリズムの切替えは、図示しない撮影対象部位情報
又は撮影オーダ（依頼）情報に基づいて行うことが可能
である。

【００２２】以下、（１）バリウム塊輪郭の周辺領域、
（２）予め決められた領域、（３）肺野領域、を関心領
域として抽出又は設定する具体的方法を説明する。

【００２３】最初に、図１２に示されるフローチャート
を参照しつつ、関心領域決定手段１０４によって実行さ
れるバリウム周辺領域（胃壁領域）の抽出処理を説明す
る。まず、切り出し画像としてのバリウム画像を取得す
る（Ｓ１２０１）。バリウム画像の例を図４に示す。切
出された矩形の照射野４０１の中にバリウムによって胃
が白く浮かび上がり（バリウム領域４０２）、その背景
は肝臓その他の臓器等の領域（その他領域４０３）であ
る。この画像のヒストグラムを求める（Ｓ１２０２）
と、図５のように、２つの山がつながったような画素値
分布をしている。画素値の低い山がバリウムの詰まった
胃の画素値分布５０２を表し、画素値の高い山が肝臓そ
の他の臓器等の画素値分布５０３を表している。

【００２４】このヒストグラムから累積ヒストグラムを
求める（Ｓ１２０３）と、図６に示すようなシグモイド
関数に似た関数６０１が得られる。この累積ヒストグラ
ムカーブ６０１を直線でフィティング（回帰）する（Ｓ
１２０４）。得られた直線６０２も同時に図６に示して
いる。この直線６０２と累積ヒストグラムカーブ６０１
との誤差を求める（Ｓ１２０５）と、図７のようなカー
ブ７０１になる。そこで、この誤差曲線が誤差＝ゼロと
クロスする画素値を、図４の画像を２値化する際の閾値
７０２として採用する（Ｓ１２０６）。この閾値７０２
は、図５に示したヒストグラムを谷のところで2分する
ような画素値となる。

【００２５】図４の画像を閾値７０２で２値化する（Ｓ
１２０７）。その結果を図８に示す。胃の外形（領域８
０１）が白く抽出されている。胃全体を関心領域として
指定することもできるが、ここでは、胃壁に生じている
ポリープを検出することを目的として想定し、胃壁を関
心領域として抽出するための処理を以下に説明する。

【００２６】まず、図８の画像に対し形態学的処理（モ
フォロジカル関数）としてのダイレーションを行って
（Ｓ１２０８）、図９に示すような画像を得、また図８
の画像に対し形態学的処理（モフォロジカル関数）とし
てのエロージョンを行って（Ｓ１２０９）、図１０に示
すような画像を得る。次に、これらの画像の論理演算を
行う。この論理演算は、図１０のエロージョン画像の論
理NOTを計算し（Ｓ１２１０）、当該論理ＮＯＴ画像と
図９のダイレーション画像との論理ANDを計算する（Ｓ
１２１１）ことから構成される。このようにして得られ
た図１１に示すような胃壁領域１１０１を、関心領域と
して抽出する（Ｓ１２１２）。

【００２７】次に、関心領域として予め決められた領域
を設定する場合を説明する。予め決められた領域の決定
は、照射野中からある割合の面積を撮影部位情報に依存
して特定することで実行される。たとえば、腹部撮影で
あれば切出し画像中の中央部の５０％の面積の領域、関
節撮影であれば中央部の３０％の面積の領域、などのよ
うに指定される。図１３に腹部画像の場合の関心領域の
例を示す。照射野領域（切り出し領域）１３０１の中央
に、照射野領域の５０％の面積の関心領域１３０２が設
定されている。

【００２８】最後に、胸部正面画像に対し、肺野領域を
関心領域として設定する方法について説明する。アルゴ
リズムは胃壁領域の抽出方法と似ているので、相違点を
中心に説明する。胸部画像の場合、胃の画像と異なり、
Ｘ線がイメージセンサに直接入射している、いわゆる
「素抜け領域」が存在する。このため、図１５に示され
るように、胸部画像のヒストグラムは、素抜け領域１５
０１、肺野領域（関心領域）１５０２、及びその他の領
域１５０３の３つの画素値分布から構成される。

【００２９】上述のように、このヒストグラムの累積ヒ
ストグラムを計算して直線回帰を行い、誤差曲線のゼロ
クロス点を求めると、「閾値１」１５０４が得られる。
この「閾値１」１５０４を用いて画像中の素抜け領域を
削除し、残った領域に対してヒストグラムを作成する。
このヒストグラムに対し、同様に累積ヒストグラムとそ
の回帰直線との誤素曲線を求め、誤差曲線のゼロクロス
点を求めることによって、「閾値２」１５０５が特定で
きる。この「閾値１」１５０４と「閾値２」１５０５と
を用いて照射野領域全体を順次２値化することにより、
図１４に示されるように、照射野領域１４０３から素抜
け領域１４０１を除外し、さらに、肺野領域を関心領域
１４０２として特定することができる。

【００３０】以上のようにして関心領域が決定される
と、その関心領域の画素値に基づいて、特徴量抽出手段
１０５により特徴量が計算される。特徴量の代表的なも
のは平均値であり、他にはメディアン（中間値）、領域
内の最大値（又は、「最小値＋（最大値−最小値）×
Ｍ」、例えばＭ＝０．９）、領域内の最小値（又は、
「最小値＋（最大値−最小値）×Ｎ」、例えばＮ＝０．
１）などが考えられる。これらの統計量の切替えは、撮
影部位に対応して予め経験的に決定されている。このよ
うにして計算された特徴量に基づいて、特徴量抽出手段
１０５は更に、次のＸ線パルスによりＸ線画像フレーム
を得る際のＸ線露出条件（Ｘ線曝射量又はＸ線管管電圧
等）を制御するための制御パラメータを決定する。この
制御パラメータは、不図示の伝達手段を介して、特徴量
抽出手段１０５からＸ線制御手段１０６に伝達される。
Ｘ線制御手段１０６は当該制御パラメータに基づいて、
次のＸ線パルスのＸ線条件を設定し、当該Ｘ線条件に適
合したＸ線パルスが生成されるようＸ線発生手段１０１
を制御する。

【００３１】Ｘ線曝射量及び管電圧の基準値は、予め部
位毎に、あるいは更に患者の身体情報（年齢、肥満度
等）に応じてテーブルとして、Ｘ線制御手段１０６等の
メモリに保存されているが、患者間でのばらつきもある
ので、操作しているＸ線技師によって変更されることも
ある。この基準値及び上記制御パラメータに基づいて、
次回の曝射パルスのＸ線制御が行われる。

【００３２】Ｘ線が２次元検出手段に到達してから、上
記制御パラメータが計算されるまでの時間は、Ｘ線曝射
周期よりも短くなければならない。秒１０枚の画像取込
が行われる場合は、１００ｍｓ以下で計算されなければ
ならない。演算時間を短縮するため、上述の処理を縮小
画像に対して行ってもよい。

【００３３】ここで、上記特徴量に基づいて階調変換を
行う階調変換手段１０７について説明する。図１６の左
側に、線量が少ない場合の胸部画像のヒストグラムを示
す。この画像に基づいて計算された特徴量が肺野領域の
平均画素値であるとすると、この特徴量に相当する画素
値領域のコントラストが最も高く、しかも中心的な濃度
（輝度）に変換されるように、階調変換曲線１６０１が
設定される。この線量に対し、上述したシステムの動作
によって線量が増加した場合の胸部画像のヒストグラム
を右側に示す。線量が増加しても、ヒストグラムは、そ
の形状特徴が変化することなく主としてシフトするだけ
であるので、同様に肺野部分が特定でき、特徴量が計算
される。そして、この変化した特徴量に適応するように
階調変換曲線も変更（シフト）される。変更された階調
変換曲線に基づいて階調変換テーブルが生成され、当該
階調変換テーブルは現フレーム画像（特徴量抽出の対象
となった画像）、又は次フレーム画像等、後の少なくと
も１つのフレーム画像の階調変換に使用される。特に、
フレームレートが大きい場合、当該階調変換テーブルを
後の所定数のフレーム画像の階調変換に利用するように
すれば、装置の画像処理能力がそれほど高くなくても、
実質的に良好な濃度又は輝度の画像を得ることができ
る。階調変換手段１０７によって階調変換された画像は
画像表示手段１０８により表示される。

【００３４】尚、上述の例では、階調変換曲線のシフト
のみが行われているが、特徴量として平均値の他に標準
偏差等を計算することによって、画素値分布の広がりの
程度に応じて、階調変換曲線のコントラスト（傾き）を
制御することも可能である。

【００３５】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、ＦＰＤイメージセンサを使用して放射線動画を取得
する放射線撮影装置において、任意の放射線照射領域に
対して、ＡＥＣ制御及び画像濃度変換の少なくとも一方
を適切に行うことが可能になる。

【００３６】（他の実施形態）前述した実施形態の機能
を実現するために各種のデバイスを動作させるべく、該
各種デバイスと接続された装置あるいはシステム内のコ
ンピュータに、前記実施形態の機能を実現するためのソ
フトウエアのプログラムコードを供給し、そのシステム
あるいは装置のコンピュータ（ＣＰＵ又はＭＰＵ等）が
格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作
させることによって前記実施形態の機能を実現したもの
も本発明の範疇に含まれる。

【００３７】またこの場合、前記ソフトウエアのプログ
ラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現するこ
とになり、そのプログラムコード自体、及びそのプログ
ラムコードをコンピュータに供給するための手段、例え
ばかかるプログラムコードを格納した記憶媒体は本発明
を構成する。

【００３８】かかるプログラムコードを格納する記憶媒
体としては例えばフロッピー（登録商標）ディスク、ハ
ードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ
ＯＭ，、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ
等を用いることが出来る。

【００３９】また、コンピュータが供給されたプログラ
ムコードを実行することにより、前述の実施形態の機能
が実現されるだけではなく、そのプログラムコードがコ
ンピュータにおいて稼働しているＯＳ(オペレーティン
グシステム)、あるいは他のアプリケーションソフト等
と協働して前述の実施形態の機能が実現される場合にも
かかるプログラムコードは本発明の実施形態に含まれる
ことは言うまでもない。

【００４０】更に、供給されたプログラムコードが、コ
ンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続され
た機能拡張ユニット等に備わるメモリに格納された後、
そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボ
ードや機能格納ユニット等に備わるＣＰＵ等が実際の処
理の一部または全部を行い、その処理によって前述した
実施形態の機能が実現される場合も本発明に含まれるこ
とは言うまでもない。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、透
視撮影のような動画撮影における放射線露出制御及び画
像濃度変換の少なくとも一方に関する処理を適切に行う
ことのできる放射線撮影装置、プログラム、及びコンピ
ュータ可読記憶媒体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態のシステムブロック図

【図２】照射野領域を説明するための図

【図３】照射野認識を説明するための図

【図４】バリウムを含む胃の画像

【図５】図４に示される画像のヒストグラム

【図６】累積ヒストグラムとその回帰直線

【図７】誤差曲線

【図８】図４に示される画像を２値化した画像

【図９】図８に示される２値化画像をダイレーション処
理した画像

【図１０】図８に示される２値化画像をエロージョン処
理した画像

【図１１】関心領域を説明するための図

【図１２】関心領域決定手段１０４による処理を説明す
るためのフローチャート

【図１３】腹部画像の関心領域を説明するための図

【図１４】胸部正面画像の関心領域を説明するための図

【図１５】胸部正面画像のヒストグラム

【図１６】階調変換曲線の設定方法を説明するための図

【符号の説明】

１０２２次元検出手段１０３照射野切出し手段１０４関心領域決定手段１０５特徴量抽出手段１０６Ｘ線制御手段１０７階調変換手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体を透過した放射線の強度分布を画
像データに変換する２次元検出手段と、前記２次元検出手段により得られた前記画像データから
放射線照射野領域を認識する照射野認識手段と、前記照射野認識手段により得られた前記放射線照射野領
域の画像データから放射線露出制御のための関心領域を
認識する関心領域認識手段と、前記関心領域認識手段により得られた前記関心領域の画
像データから放射線露出制御のためのパラメータを決定
するパラメータ決定手段と、前記パラメータ決定手段により決定されたパラメータ
を、Ｘ線発生装置を制御する制御手段に伝達するパラメ
ータ伝達手段とを有することを特徴とする放射線撮影装
置。
【請求項２】前記関心領域認識手段は前記被写体の撮
影対象部位に関する情報に基づいて、前記関心領域を認
識することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装
置。
【請求項３】前記関心領域認識手段により得られた前
記関心領域の画像データから特徴量を抽出する抽出手段
と、該特徴量に基づいて前記２次元検出手段により得ら
れた前記画像データを階調変換する階調変換手段とを更
に有することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影
装置。
【請求項４】前記パラメータ決定手段は、前記抽出手
段により得られた前記特徴量に基づいて前記パラメータ
を決定することを特徴とする請求項３に記載の放射線撮
影装置。
【請求項５】前記階調変換手段は、前記２次元検出手
段により得られた、後の画像データを階調変換すること
を特徴とする請求項３に記載の放射線撮影装置。
【請求項６】被写体を透過した放射線の強度分布を画
像データに変換する２次元検出手段と、前記２次元検出手段により得られた前記画像データから
放射線照射野領域を認識する照射野認識手段と、前記照射野認識手段により得られた前記放射線照射野領
域の画像データから放射線露出制御のための関心領域を
認識する関心領域認識手段と、前記関心領域認識手段により得られた前記関心領域の画
像データから特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、前記特徴量抽出手段により抽出された前記特徴量に基づ
いて、前記２次元検出手段により得られた、後の画像デ
ータを階調変換する階調変換手段とを有することを特徴
とする放射線撮影装置。
【請求項７】前記請求項１乃至６のいずれか１項に記
載の放射線撮影装置の機能をコンピュータに実現させる
ためのプログラム。
【請求項８】前記請求項１乃至６のいずれか１項に記
載の放射線撮影装置の機能をコンピュータに実現させる
ためのプログラムを格納したコンピュータ可読記憶媒
体。