JP2004516874A - 二重エネルギ撮像のためのディジタル検出器の方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二重エネルギ減算ディジタル放射線撮像応用においてモーション・アーティファクトを最小限に抑える。
【解決手段】二回のＸ線フレーム照射の間では対応するオフセット・フレームの読み取りを行なわずに、比較的連続して二つのＸ線照射フレームを取得する。まず、時間ｔ_１にわたって第一のエネルギ・レベルで放射線検出器（２２）を照射し、放射線検出器（２２）を読み取って、第一の照射読み取り値を得、時間ｔ_２にわたって第二のエネルギ・レベルで放射線検出器（２２）を照射し、放射線検出器（２２）を読み取って、第二の照射読み取り値を得る。そして、ｔ_１に等しい時間の後に放射線検出器（２２）を読み取って、オフセット読み取り値を得、第一及び第二の照射読み取り値からオフセット読み取り値を減算する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的にはＸ線撮像に関し、さらに具体的には、二重エネルギ撮像（ｄｕａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｉｍａｇｉｎｇ）についてディジタルＸ線画像の画質を高める方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
従来の放射線画像又は「Ｘ線」画像は、被撮像物体をＸ線放出器と写真フィルムで形成されているＸ線検出器との間に配置することにより得られている。放出されたＸ線は物体を透過してフィルムを露光し、フィルムの様々な点での露光の度合いは、Ｘ線の経路に沿った物体の密度によって大方決まる。
【０００３】
現在は、フィルム検出器の代わりに、スイッチ素子及びフォトダイオードのような感光素子のアレイで構成される固体ディジタルＸ線検出器を利用するのが通例である。検出器アレイの様々な点に入射したＸ線によって電荷が生成され、この電荷を読み取って処理することにより、写真フィルム上のアナログ画像ではなく、電子形態の物体のディジタル画像を形成する。ディジタル式撮像は、画像を後に他の箇所に電子的に伝達したり、診断アルゴリズムで処理して被撮像物体の特性を決定したり、記憶したりすることができるため有利である。
【０００４】
ディジタル撮像の過程では、画像は一般的には、検出器の読み取り値から直接生成される訳ではない。その代わりに、より鮮明な画像を形成するように検出器の読み取り値を処理する。具体的には、画像は通常、照射を行なわない状態で得られる画像である「オフセット」を除去するように処理される。オフセットは、検出器の漏洩電流、温度、背景放射線、及び他の様々な要因によって決まる。さらに良好な画質を提供すべくオフセットを検出器の読み取り値から除去することが望ましい。画像を撮影して画像に対応するオフセットを減算する一つの方法が米国特許第６，１１５，４５１号“Ａｒｔｉｆａｃｔ Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ Ｉｎ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ”に開示されている。この特許は本発明の譲受人に共通に譲渡されており、文献の援用によって本明細書に取り込まれる。
【０００５】
二重エネルギ減算（Ｄｕａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ，「ＤＥＳ」）は、ディジタルＸ線撮像の重要な臨床的応用である。ＤＥＳは、異なるエネルギで二つのＸ線画像を取得して、これら二つの画像の結合によって出力画像を形成するものである。固体ディジタルＸ線検出器を用いると、二つの取得フレームが必要となる。一つの画像は比較的高い平均Ｘ線エネルギで取得され、第二の画像は相対的に低い平均Ｘ線エネルギで取得される。二回の画像取得の間の時間を利用してＸ線エネルギを修正する。呼吸、心臓の運動又は他の生理学的運動からのモーション・アーティファクトを最小限に抑えるために、二回のＸ線照射の間の時間を最短にすると望ましい。加えて、ディジタル検出器での放射線撮像には、Ｘ線フレームと同様の取得タイミングによるオフセット・フレームの減算を行なうことが必要である。
【０００６】
従って、二重エネルギ減算応用についてディジタル放射線画像を取得するロバストな方法であって、相応の効果を得ると共にＸ線画像を取得する方法を含む方法が必要とされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、二重エネルギ減算応用におけるディジタル放射線撮像のための改善された方法を提供することにある。また、二重エネルギ減算ディジタル放射線撮像応用においてモーション・アーティファクトを最小限に抑える方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的及び他の目的は、二つのＸ線照射フレームの間の時間経過を最短にする放射線撮像方法によって達成される。この方法は、二回のＸ線フレーム照射の間では対応するオフセット・フレームの読み取りを行なわずに、比較的連続して二つのＸ線照射フレームを取得することにより達成される。好ましくは、オフセット・フレームは、Ｘ線照射フレームに続いて、Ｘ線フレーム照射及び読み取りの系列に相関付けされた対応するタイミング系列で取得される。本発明の好適実施形態では、本方法は、時間ｔ_１にわたって第一の平均エネルギ・レベルで放射線検出器を照射する工程と、第一の照射読み取り値を得るために放射線検出器を読み取る工程と、時間ｔ_２にわたって第二の平均エネルギ・レベルで放射線検出器を照射する工程と、第二の照射読み取り値を得るために放射線検出器を読み取る工程と、ｔ_１に等しい時間の後に、オフセット読み取り値を得るために放射線検出器を読み取る工程と、第一及び第二の照射読み取り値からオフセット読み取り値を減算する工程とを含んでいる。
【０００９】
本発明のもう一つの実施形態では、第一及び第二の照射読み取り値のタイミング系列に対応するタイミング系列で第一及び第二のオフセット読み取り値を採取して、オフセット読み取り値を採取するときの条件がＸ線照射値を採取したときの条件と厳密に類似することを保証し、これにより、アーティファクトぶ関連した誤差を最小限に抑える。好適実施形態では、第一のＸ線の照射時間は第二のＸ線の照射時間よりも長く、第二の照射読み取りの前に遅延時間（ｔ_３）を加えて、第二の照射読み取りの前の合計時間（ｔ_２＋ｔ_３）が第一の照射読み取りの前の合計時間（ｔ_１）に等しくなるようにする。次いで、二回のオフセット読み取りの間に同様に間隔を空けたタイミング系列に従ってオフセット読み取り値を採取する。本発明のもう一つの側面では、第一及び第二の照射読み取り値から単一のオフセット読み取り値を減算する。本発明のもう一つの側面では、複数のオフセット読み取り値を採取して、これらのオフセット読み取り値の平均を第一及び第二の照射読み取り値から減算する。
【００１０】
本発明の他の目的及び利点は、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲、並びに添付図面を参照すると明らかとなろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のさらに完全な理解のために、本発明の実例として添付図面にさらに詳細に図示され以下に記載されている実施形態を参照されたい。
【００１２】
図１は、本発明を利用することのできる代表的なＸ線システムを模式的に示す。図１を参照して述べると、Ｘ線装置１４がＸ線管１５を含んでおり、Ｘ線管１５は電源１６によって励起されるとＸ線ビーム１７を放出する。図示のように、Ｘ線ビームは、Ｘ線透過性テーブル２０に載置されている患者に向かって照射される。テーブル及び患者を透過したビームの部分は参照番号２２で示されているＸ線検出器に入射する。
【００１３】
Ｘ線検出器は、列及び行を成して配列した光検出器の二次元アレイによって形成されている固体画像センサを含んでいる。共通の出力線に接続されている各々の列及び行に数千の光検出器が配置されている。シンチレータがＸ線フォトンを吸収して光へ変換する。低雑音型のフォトダイオード・アレイが光を吸収して電荷へ変換する。各々のフォトダイオードはピクセル又は画素に相当している。各々のピクセルでの電荷は、低雑音型の電子回路によって読み出されてディジタル・データへ変換され、画像プロセッサ２８へ送られる。画像プロセッサは、Ｘ線画像信号を処理して強調するサーキットリを含んでいる。次いで、処理済の画像は典型的には、ビデオ・モニタ３２に表示され、また画像記憶装置３０に保管されてもよい。画像プロセッサ２８はまた典型的には輝度制御信号を発生し、輝度制御信号は照射制御回路３４に印加されて電源１６を調節し、従ってＸ線照射を調節する。
【００１４】
Ｘ線装置１４の全体的な動作はシステム制御器３６によって制御されており、システム制御器３６は操作者インタフェイス・パネル３８を介してＸ線技師から命令を受け取る。
【００１５】
ここで、図２について説明する。同図には、本発明の撮像計画の一例を示す経時的なプロットが示されている。前述のように、ディジタル検出器システムでＤＥＳを実行するためには、二つのＸ線フレームと、これらのＸ線フレームに対応する少なくとも一つのオフセット・フレームを取得する必要がある。本撮像計画は、二つのＸ線フレームの取得の間の時間を最短にし、これにより、モーション・アーティファクトを最小限に抑える。次いで、オフセット・フレーム（一つ又は複数）が適当なタイミング系列で後に取得される。図２に示すシナリオ例では、Ｘ線のオンの時間は照射前には未知であり、図１に示すシステムの一部である自動照射制御センサによって制御されているものと想定している。
【００１６】
図１のタイミング図では、各記号を下記のように定義する。
【００１７】
ｔ_ｒ＝検出器読み出し時間
ｔ_１＝一回目のＸ線照射の時間
ｔ_２＝二回目のＸ線照射の時間
ｔ_３＝ラッチ時間
Ｙ_１＝一回目のＸ線照射の画像
Ｙ_２＝二回目のＸ線照射の画像
Ｏ_１＝第一のオフセット・フレームの画像
Ｏ_２＝第二のオフセット・フレームの画像
Ｎ＝スクラブ・フレームの可変の数
【００１８】
この撮像シナリオ例では、二つのＸ線フレームＹ_１及びＹ_２が取得され、続いてオフセット・フレームＯ_１及びＯ_２が取得されている。Ｘ線フレームＹ_１とＹ_２との間の時間を最短にするためにはラッチ時間ｔ_３をゼロに等しく設定すればよい。このような場合には、ｔ_１及びｔ_２が等しくないならば、オフセット・フレームＯ_１及びＯ_２の両方が、Ｘ線フレーム撮影のタイミング系列と同一のタイミング系列で要求される。従って、時間ｔ_１の後に、Ｙ_１を取得するための検出器読み出し時間ｔ_ｒが存在し、続いて、時間ｔ_２及びＹ_２を取得するための読み出し時間ｔ_ｒが存在し、続いて、時間ｔ_１及びＯ_１を取得するための読み出し時間ｔ_ｒが存在し、続いて、時間ｔ_２及びＯ_２を取得するための読み出し時間ｔ_ｒが存在する。すると、エネルギ減算後の画像は下記のようにして算出される。
【００１９】
Ｘ＝ｆ（Ｙ_１−Ｏ_１，Ｙ_２−Ｏ_２） （１）
式中、ＤＥＳ撮像を記述する関数は公知の方法によって導き出される。
【００２０】
典型的には、低平均エネルギの照射Ｙ_１についての照射時間は、高平均エネルギの照射Ｙ_２についての照射時間よりも長い。従って、これら二回のＸ線照射の間の時間をさらに最短にするためには、低エネルギ照射Ｙ_１を最初に取得することが好ましい。第二のオフセット・フレームＯ_２の取得を省くことができ、これにより、ｔ_２と、二回目のＸ線照射の画像Ｙ_２についての読み出し時間ｔ_ｒとの間にラッチ時間ｔ_３を利用すれば電子的雑音の寄与を小さくすることができる。このような場合には、ラッチ時間ｔ_３は、合計時間ｔ_２＋ｔ_３がｔ_１に等しくなるようなｔ_１とｔ_２との間の差として定義される。従って、この場合には、ＤＥＳ画像は下記のようにして算出される。
【００２１】
Ｘ＝ｆ（Ｙ_１−Ｏ_１，Ｙ_２−Ｏ_１） （２）
【００２２】
また、固定時間型Ｘ線照射について、固定された照射時間ｔ_１とｔ_２とが不等である場合にやはりラッチ時間ｔ_３を用いることもできる。さらに、固定時間型Ｘ線照射を用いると、時間ｔ_１及びｔ_２、並びに必要であればｔ_３が既知であるので、オフセット・フレーム（１又は複数）Ｏ_１及びＯ_２を、二回のＸ線照射Ｙ_１及びＹ_２の前又は後のいずれかに採取することができる。
【００２３】
タイミングの変化によって生ずる潜在的な画像アーティファクトを最小限に抑えるために、オフセット・タイミング系列がＸ線タイミング系列に合致するように幾つかのスクラブ・フレーム１００を用いることもできる。典型的には、スクラブ・フレームの数は４に等しい。スクラブ・フレームは破棄されるオフセット読み出しである。スクラブ・フレームの適当な数を決定する方法は、米国特許第６，１１５，４５１号に開示されており、この特許は文献の援用によって本明細書に取り込まれる。
【００２４】
ＤＥＳ画像を表示するための付加的な計算時間が利用可能である場合には、図２に示すＹ_２フレーム取得の後に指定されたタイミング・シナリオに従って多数のオフセット・フレームを取得することにより、電子的雑音のさらなる低減を得ることができる。従って、例えば、スクラブ・フレームを用いず（Ｎ＝０）、ｔ_１がｔ_２に等しいか又はラッチ時間ｔ_３を用いると仮定すると、平均される多数のオフセット・フレームを取得するシナリオ例は以下の通りになる。時間ｔ_１にわたる遅延、第一のオフセット・フレームＯ_１の読み出し、時間ｔ_１にわたる遅延、第二のオフセット・フレームＯ_２の読み出し、以下同様をオフセット・フレームＯ_Ｍの読み出しまで行なう。尚、Ｍは平均されるオフセット・フレームの数に等しい。次いで、オフセット・フレームの平均をＹ_１及びＹ_２についてのオフセット減算に用いる。
【００２５】
以上から、二重エネルギ撮像のための新規で且つ改善されたディジタル検出器の方法が当技術分野に提供されたことが看取されよう。本放射線撮像方法では、ＤＥＳ撮像に要求される二つのＸ線フレームの間のタイミングを最短にし、これにより、モーション・アーティファクトを減少させる。加えて、本方法は、単一のオフセット・フレーム撮影しか必要とされないように、Ｘ線照射フレームの時間ラッチ設定を提供する。本発明はまた、オフセット・フレームを取得する時間が短縮され、従って、ＤＥＳ画像を処理して表示する時間が短縮される点で有利である。本方法はまた、得られる画像の雑音を減少させる。本発明を１以上の実施形態と関連して説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されていないことを理解されたい。逆に、本発明は、特許請求の範囲の要旨及び範囲内に包含され得るすべての代替構成、改変及び均等構成を網羅している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明を利用することのできる放射線イメージング・システムの略線図である。
【図２】
本発明の撮像計画の一例を経時的に示すプロット図である。
【符号の説明】
１４ Ｘ線システム
１５ Ｘ線管
１７ Ｘ線ビーム
２０ Ｘ線透過性テーブル
２２ Ｘ線検出器
１００ スクラブ・フレーム

Claims (10)

1. 時間ｔ_１にわたって第一のＸ線エネルギ・レベルで放射線検出器（２２）を照射する工程と、
   第一の照射読み取り値を得るために前記放射線検出器（２２）を読み取る工程と、
   時間ｔ_２にわたって第二のＸ線エネルギ・レベルで前記放射線検出器（２２）を照射する工程と、
   第二の照射読み取り値を得るために前記放射線検出器（２２）を読み取る工程と、
   ｔ_１に等しい時間の後に、オフセット読み取り値を得るために前記放射線検出器（２２）を読み取る工程と、
   前記第一及び第二の照射読み取り値から前記オフセット読み取り値を減算する工程とを備えた放射線撮像の方法。
2. ｔ_１はｔ_２よりも大きい請求項１に記載の方法。
3. 第二の照射読み取り値を得るために前記放射線検出器（２２）を読み取る前記工程の前に、時間ｔ_３だけ遅延する工程をさらに含んでおり、ｔ_３はｔ_１−ｔ_２に等しい請求項２に記載の方法。
4. オフセット読み取り値を得るために前記放射線検出器（２２）を読み取る前記工程は、複数のスクラブ・フレーム（１００）を読み取り、続いてｔ_１に等しい時間を経た後に発生する請求項１に記載の方法。
5. 前記複数のスクラブ・フレーム（１００）は４に等しい請求項４に記載の方法。
6. 時間ｔ_１にわたって第一のＸ線エネルギ・レベルで放射線検出器（２２）を照射する工程と、
   第一の照射読み取り値を得るために前記放射線検出器（２２）を読み取る工程と、
   時間ｔ_２にわたって第二のＸ線エネルギ・レベルで前記放射線検出器（２２）を照射する工程と、
   第二の照射読み取り値を得るために前記放射線検出器（２２）を読み取る工程と、
   ｔ_１に等しい時間の後に、前記第一の照射読み取り値に対応する第一のオフセット読み取り値を得るために前記放射線検出器（２２）を読み取る工程と、
   ｔ_２に等しい時間の後に、前記第二の照射読み取り値に対応する第二のオフセット読み取り値を得るために前記放射線検出器（２２）を読み取る工程と、
   前記第一の照射読み取り値から前記第一のオフセット読み取り値を減算する工程と、
   前記第二の照射読み取り値から前記第二のオフセット読み取り値を減算する工程とを備えた放射線撮像の方法。
7. ｔ_１はｔ_２よりも大きく、第二の照射読み取り値を得るために前記放射線検出器（２２）を読み取る前記工程は、時間ｔ_３を経た後に発生し、前記第二の照射読み取り値に対応する第二のオフセット読み取り値を得るために前記放射線検出器（２２）を読み取る前記工程は、ｔ_２＋ｔ_３に等しい時間を経た後に発生し、ｔ_３はｔ_１−ｔ_２に等しい請求項６に記載の方法。
8. 第一のオフセット読み取り値を得るために前記放射線検出器（２２）を読み取る前記工程は、複数のスクラブ・フレーム（１００）を読み取り、続いてｔ_１に等しい時間を経た後に発生する請求項６に記載の方法。
9. 時間ｔ_１にわたって第一のＸ線エネルギ・レベルで放射線検出器（２２）を照射する工程と、
   第一の照射読み取り値を得るために前記放射線検出器（２２）を読み取る工程と、
   時間ｔ_２にわたって第二のＸ線エネルギ・レベルで前記放射線検出器（２２）を照射する工程と、
   第二の照射読み取り値を得るために前記放射線検出器（２２）を読み取る工程と、
   Ｍ個のオフセット読み取り値を得るために前記放射線検出器（２２）をＭ回読み取る工程と、
   平均オフセット読み取り値を得るために前記Ｍ個のオフセット読み取り値を平均する工程と、
   前記第一及び第二の照射読み取り値から前記平均オフセット読み取り値を減算する工程とを備えた放射線撮像の方法。
10. Ｍ個のオフセット読み取り値を得るために前記放射線検出器（２２）をＭ回読み取る前記工程は、複数のスクラブ・フレーム（１００）を読み取り、続いてｔ_１に等しい時間を経た後に発生する請求項９に記載の方法。

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