JP2005295139A - Ｘ線画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 連続的にＸ線画像を撮影してＤＳＡを行う場合、Ｘ線条件が変動しても輝度変化やコントラスト変化を補正してこれらが変動しないようにする。
【解決手段】 ＤＳＡ装置３２から得た差像のデータをヒストグラム算出器３５に入力し、その差像の画素値のヒストグラムを求め、さらにピーク・積分値算出器３６においてヒストグラムのピークを示す輝度（画素値）とヒストグラムの積分値とを算出し、これらピーク輝度および積分値を用いて変換テーブル作成器３７が変換テーブルを作成する。ＤＳＡ装置３２から出力される差像のデータは階調変換器３３において、上記の変換テーブルに基づき画素値変換され、アナログ化されて画像モニタ装置３４に送られて表示される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、Ｘ線透視像をデジタル化して差分をとることにより血管造影を行うＤＳＡ（デジタルサブトラクションアンギオグラフィ）装置で用いるＸ線画像処理装置に関する。

Ｘ線透視ＴＶ装置やＤＳＡ装置では、一般に、画像モニタ装置でＸ線画像を見易く表示するため、取得したＸ線画像信号を階調変換している。この階調変換用の変換テーブルは通常、連続的に取得したＸ線画像に対して一律なものを用いている。

ところが、撮像系が移動する場合には、一律な変換テーブルを用いて階調変換を行うとかえって見づらくなるという問題がある。たとえば下記特許文献１に示されるように被写体の体軸回りに回転して各方向からの画像を得る回転撮影の場合には、方向によって被写体厚さが厚くなったり薄くなったりする。そして、厚くなった場合には画像輝度の低下が生じるが、自動輝度調整回路が働き、管電圧が高められ、あるいはＸ線パルス幅が拡大されることにより、これが補正される。しかし、被写体に与えたＸ線エネルギーが増加する結果として撮影画像のコントラストが低下する。そのため、一律な変換テーブルを用いて階調変換するだけでは、こうしたＸ線条件変化によるコントラスト変化に対応できない。さらに、被写体が非常に厚くなった場合には、管電圧の上昇にも定格上の限界があるため、画像輝度低下を十分に補正できないこともある。
特開平０８−２１４２１６号公報

この発明は、上記に鑑み、連続的にＸ線画像を撮影してＤＳＡを行う場合に、どのような輝度変動やコントラスト変化に対しても適切な補正を行って見易い画像をつねに得るようにできる、Ｘ線画像処理装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、この発明によるＸ線画像処理装置においては、Ｘ線画像の造影剤有無の間での差像における画素値分布を算出する手段と、算出した画素値分布におけるピークとそのピークを除いた画素値分布の積分値とを求める手段と、該ピークのずれと積分値の変化とに対応して各画素値を変換する手段とが備えられることが特徴となっている。

連続的にＸ線画像を撮影しＤＳＡを行う場合に、Ｘ線条件が変化して輝度が一定に保たれたとしてもコントラストが変化することは避けられずまたＸ線条件変化の限界から輝度を保つことができないこともあるが、こうした輝度変動やコントラスト変化は、Ｘ線画像の造影剤有無の間での差像における輝度（画素値）分布（ヒストグラム）に反映する。すなわち、輝度変動が生じたときにはヒストグラムのピークがずれるし、コントラストの変化はヒストグラムの分散の変化となって現れ、この分散の変化はピークを除いたヒストグラムの積分値として捉えることができる。そこで、ヒストグラムのピークと積分値の変化とに対応して各画素値を変換することとすれば、輝度変動やコントラスト変化を補正することができ、これにより、連続的に得たＤＳＡ画像の輝度およびコントラストとも一定に保ち画質を優れたものとすることができる。ヒストグラムのピークと積分値（ピークを除いたもの）とに対応した画素値変換は、ヒストグラムのピークと積分値とをパラメータとする関数式を演算することによって実現することもできるが、この関数式を用いて各入力画素値ごとに出力画素値を求めて変換テーブルを作成し、この変換テーブルを参照して画素値の変換を行うことができる。

つぎに、この発明を実施したＸ線画像処理装置について図面を参照して説明する。

図１はこの発明の実施例にかかるＸ線透視ＴＶ装置のブロック図である。このＸ線透視ＴＶ装置は、回転型の装置として構成されている。図１において被写体（患者）１０がベッドの天板に横たえられており、この被写体１０を挟むようにＸ線管２１、およびＸ線イメージインテンシファイア２２とＸ線テレビカメラ２３とを組み合わせたＸ線撮像系が対向配置される。これらＸ線管２１とＸ線撮像系とはＣ型アーム２４の両端に保持されており、このＣ型アーム２４は回転駆動装置２５によって保持され、かつこれによってＣ型アームの円弧方向（矢印で示す）に回転駆動されるようになっている。この回転駆動装置２５は、検査室の床面に設置されたスタンド２６により保持されている。スタンド２６内にはＸ線電源装置（図示しない）が収納されており、Ｘ線管２１に高電圧を送るようにしている。

Ｘ線管２１に高電圧が加えられるとＸ線管２１からＸ線が被写体１０に向けて照射される。被写体１０を透過したＸ線はＸ線イメージインテンシファイア２２に入射してＸ線透過像が光学像として出力される。この光学像がＸ線テレビカメラ２３により電気的な画像信号に変換され、制御装置３１およびＤＳＡ装置３２に送られる。制御装置３１はこの画像信号から画像の輝度を捉え、この輝度が一定になるようにＸ線条件（とくにＸ線管電圧やＸ線パルス幅）を変化させる自動輝度調整回路（図示しない）を含む。このように制御装置３１はＸ線電源装置およびＸ線管２１を制御するとともに、回転駆動装置２５に信号を送ってＣ型アーム２４の回転を制御する。

ＤＳＡ装置３２では、入力されたＸ線画像信号をデジタル信号に変換した上でサブトラクションを行う。すなわち、Ｃ型アーム２４が回転して被写体１０の体軸を中心としてＸ線管２１とＸ線イメージインテンシファイア２２およびＸ線テレビカメラ２３が回転すると、各方向からＸ線透視画像が撮影できるが、これを造影剤注入前と注入後の２回行う。そして注入前後で同一の角度からのＸ線画像信号同士を差分し差像を得る。この差像を階調変換器３３に送ってその画素値を変換し、アナログ信号に戻した上で画像モニタ装置３４に送る。

この差像のデータはヒストグラム算出器３５に送られて、差像の画素値のヒストグラムが算出され、ピーク・積分値算出器３６においてそのヒストグラムのピークと積分値とが算出される。このピークと積分値とに応じて変換テーブル作成器３７が変換テーブルを作成する。階調変換器３３は、こうして作成された変換テーブルに基づいて、入力された差像の画素値を変換して出力する。

たとえば被写体１０が図２のようなもので、図１のＡ方向で薄く、Ｂ方向で厚いとする。ここでは簡略化するため、１本の動脈１１のみが存在し、そこに動脈瘤１２が発生しているものとしている。そして、動脈瘤１２はＡ方向から見た場合に大きく突出しているが、Ｂ方向から見ると動脈１１とほぼ重なっているとする。この場合、動脈１１と動脈瘤１２に造影剤が充満している状態の、Ａ方向からの画像（たとえば図１の実線位置で撮影した画像）は図３の（ａ）のようになり、Ｂ方向からの画像（たとえば図１の点線位置で撮影した画像）は図３の（ｂ）のようになる。

Ａ方向では被写体１０の厚さが薄いのでＸ線透視画像の輝度は高いが、Ｂ方向では被写体１０の厚さが厚くなるためＸ線透視画像の輝度が低くなる。そこで、この輝度変化を補償するよう自動輝度調整回路が働き、Ａ方向ではＸ線エネルギーが低く、Ｂ方向ではＸ線エネルギーが高くなる。しかし、差像に関しては、同じ方向つまり同じＸ線エネルギーで撮影した画像同士の差をとる。背景部分は造影剤注入の前後で変わらないので、背景部分の輝度はゼロ（中間値）で一定となる。ただし、Ｂ方向ではＸ線エネルギーが高いことで差像のコントラストが低下しているので、これを補償する必要がある。また、造影剤の有無について考えると、有りでは無しに比べて画像の輝度が低下するので自動輝度調整回路の働きでＸ線エネルギーが高められる。その際、図３の（ａ）のように（ｂ）に比べて輝度低下領域が大きくなると、それに応じてＸ線エネルギーが高められる。Ｘ線エネルギーが高められるほど画像のコントラストは低下するのであるから、これを補償する必要がある。

Ａ、Ｂ両方向での差像のヒストグラムをとってみると、図４のようになる。図４の実線はＡ方向からのものであり、点線はＢ方向からのものである。縦方向の直線は背景部分（造影剤が存在する動脈１１および動脈瘤１２以外の部分）に相当する（ピーク値Ｐａ、Ｐｂ）。差像においては背景部分は、キャンセルされてゼロ（中間調値Ｍ）となるはずであるが、造影剤有りでは無よりＸ線エネルギーが高いので背景部分の輝度が高くなるため、ゼロよりは高くなるので、ピーク値Ｐａ、ＰｂがＭより高くなる。また、Ａ方向では動脈瘤１２の画像がＢ方向よりも大きく現れている分Ｘ線エネルギーが高いので、Ｐａの方がＰｂより高くなる。

それぞれのピークよりも下側（暗い側）に現れている曲線は、造影剤によって暗くなった部分つまり動脈１１や動脈瘤１２に対応する。Ｂ方向の画像の方が被写体１０が厚いためＸ線エネルギーの増加によってコントラスト低下しており、その分ヒストグラムもＡ方向の画像に比べて狭まっている。したがって、これらのピークを除いたヒストグラムの分散に応じてコントラストを補正すればよいが、分散の変化は、ピークを除いたヒストグラムの積分値の変化に対応していると考えられる。そのため、ヒストグラムから分散を求めるという複雑な演算を行わずに、ヒストグラムの積分値を求めて、基準の積分値に対する比を乗ずればコントラストの変化を補正することができる。

これらを考慮すると、つぎのような画素値の変換に用いる関数式を導き出すことができる。
ｃ’＝｛ｃ−（Ｐ−Ｍ）｝×（Ｓｏ／Ｓ）
ここで、ｃは変換前の画素値、ｃ’は変換後の画素値、Ｓｏ、Ｓはピークを除いたヒストグラム積分値であり、Ｓｏは基準撮影方向での値、Ｓは各方向での値とする。この式で変換した後の画素値のヒストグラムのピークは中間調値に一致し、積分値は基準方向の積分値に一致するので、各撮影方向でのＸ線条件変動に基づく輝度変化およびコントラスト変化を補正することができる。

変換テーブル作成器３７は上記の式に基づいて変換前と変換後の画素値の対応表（変換テーブル）を作成し、階調変換器３３はこの変換テーブルを用いて入力された画素値を変換して出力するが、階調変換器３３が上記の式を直接用いて変換することも可能である。

この実施例にかかる回転ＤＳＡ装置では、差像のデータを用いて３Ｄ画像再構成処理を行う場合、ヒストグラムを作成する領域として、画像上の関心領域を追いかけるように設定することにより、コントラスト変動に起因する画像のアーティファクトを低減することができる。

この発明によれば、連続画像を撮影してＤＳＡを行う際Ｘ線条件が変動しても、従来では補正しきれなかった輝度変化やコントラスト低下を補正し、優れた画質のＸ線画像を得ることができるＸ線画像処理装置を実現できる。

この発明の一実施例にかかるＸ線画像処理装置を概略的に示すブロック図。 被写体モデルを示す図。 各方向で撮影したＸ線画像を示す図。 差像における輝度（画素値）のヒストグラム（分布）を示すグラフ。

符号の説明

１０ 被写体
１１ 動脈
１２ 動脈瘤
２１ Ｘ線管
２２ Ｘ線イメージインテンシファイア
２３ Ｘ線テレビカメラ
２４ Ｃ型アーム
２５ 回転駆動装置
２６ スタンド
３１ 制御装置
３２ ＤＳＡ装置
３３ 階調変換器
３４ 画像モニタ装置
３５ ヒストグラム算出器
３６ ピーク・積分値算出器
３７ 変換テーブル作成器

Claims (1)

1. Ｘ線画像の造影剤有無の間での差像における画素値分布を算出する手段と、算出した画素値分布におけるピークとそのピークを除いた画素値分布の積分値とを求める手段と、該ピークのずれと積分値の変化とに対応して各画素値を変換する手段とを備えることを特徴とするＸ線画像処理装置。

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