JP2007330522A - リカーシブフィルタ、x線診断装置、画像処理装置およびリカーシブ係数設定方法 - Google Patents

リカーシブフィルタ、x線診断装置、画像処理装置およびリカーシブ係数設定方法 Download PDF

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卓弥 坂口
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Abstract

【課題】 簡易な構成により効率的にノイズ低減を図ることを可能とする。
【解決手段】 係数設定部12bは、生体に関して検出された生体信号に同期してリカーシブ係数αを設定する。加算器12cは、現在画像Snおよび過去画像Tn-1をリカーシブ係数αに応じた配合比で配合するように加算する。メモリ12aは、加算器12cにより得られた出力画像Tnを遅延させて過去画像Tn-1として加算器12cに与える手段とを備える。
【選択図】 図2

Description

本発明は、透視画像のノイズ低減のために用いられるリカーシブフィルタと、このリカーシブフィルタを備えるX線診断装置および画像処理装置、ならびにリカーシブフィルタのためにリカーシブ係数を設定する方法に関する。
血管内インターベンション治療の拡大とともに、X線撮像システムを利用した透視画像の画質はますます重要になってきている。透視画像では、X線入射線量が少ないため、発生する信号量が小さい。このため、画像のSNR(signal-to-noise ratio)向上のためには、ノイズを低減することが求められる。
ノイズ低減の1つの手法として、リカーシブフィルタという技術が提案されている。この技術は、現在画像と過去画像とを適度な配合比で配合することにより、出力画像のノイズを低減させる手法である。
しかしながら、被写体が生体である場合、被写体の動きのために残像影響の効果が大きくなってしまい、画像がぼけてしまうおそれがある。過去画像の配合比を下げることにより、残像影響を抑えることができるが、ノイズ低減の効果も小さくなってしまう。
なお、フィルタ処理すべき画像の中から動き部分を検出するとともに、この動き部分の動きの大きさに応じて配合比を変化させる技術が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
特開平4−341245号公報
しかしながら、画像の中から動き部分を検出して、この動き部分の動きの大きさを測定する処理は複雑であるため、その処理回路の回路規模が大きくなってしまう。また上記の処理をリアルタイムで行うためには、処理回路を非常に高速に動作可能に構成する必要がある。
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成により効率的にノイズ低減を図ることを可能とすることにある。
以上の目的を達成するために本発明は、生体に関して検出された生体信号に同期してリカーシブ係数を設定する設定手段と、第1および第2の透視画像を前記リカーシブ係数に応じた配合比で配合する配合手段と、前記配合手段により得られた透視画像を遅延させて前記第2の透視画像として前記配合手段に与える手段とを備えてリカーシブフィルタを構成した。
前記目的を達成するために別の本発明は、X線を利用して生体の透視画像を取得する取得手段と、前記生体に関して検出された生体信号に同期してリカーシブ係数を設定する設定手段と、前記透視画像を第1の透視画像として入力し、この第1の透視画像と第2の透視画像とを前記リカーシブ係数に応じた配合比で配合する配合手段と、前記配合手段により得られた透視画像を遅延させて前記第2の透視画像として前記配合手段に与える手段とを備えてX線診断装置を構成した。
前記目的を達成するために別の本発明は、X線を利用して得られた生体の透視画像を処理対象とする画像処理装置に、前記生体に関して検出された生体信号に同期してリカーシブ係数を設定する設定手段と、前記透視画像を第1の透視画像として入力し、この第1の透視画像と第2の透視画像とを前記リカーシブ係数に応じた配合比で配合する配合手段と、前記配合手段により得られた透視画像を遅延させて前記第2の透視画像として前記配合手段に与える手段とを備えた。
前記目的を達成するために別の本発明は、第1および第2の透視画像をリカーシブ係数に応じた配合比で配合する配合手段と、前記配合手段により得られた透視画像を遅延させて前記第2の透視画像として前記配合手段に与える手段とを具備することを特徴とするリカーシブフィルタのために前記リカーシブ係数を設定するリカーシブ係数設定方法において、生体に関して検出された生体信号を入力し、前記生体信号に同期してリカーシブ係数を設定することとした。
前記目的を達成するために別の本発明は、生体に関して検出された生体信号に同期してリカーシブ係数を設定する設定手段と、第1の透視画像を遅延させて第2の透視画像として出力する手段と、前記第1および第2の透視画像を前記リカーシブ係数に応じた配合比で配合する配合手段とを備えてリカーシブフィルタを構成した。
前記目的を達成するために別の本発明は、X線を利用して生体の透視画像を取得する手段と、前記生体に関して検出された生体信号に同期してリカーシブ係数を設定する設定手段と、前記透視画像を第1の透視画像として入力し、この第1の透視画像と第2の透視画像とを前記リカーシブ係数に応じた配合比で配合する配合手段と、前記取得手段により取得された前記透視画像を遅延させて前記第2の透視画像として前記配合手段に与える手段とを備えてX線診断装置を構成した。
前記目的を達成するために別の本発明は、X線を利用して得られた生体の透視画像を処理対象とする画像処理装置に、前記生体に関して検出された生体信号に同期してリカーシブ係数を設定する設定手段と、前記透視画像を第1の透視画像として入力し、この第1の透視画像と第2の透視画像とを前記リカーシブ係数に応じた配合比で配合する配合手段と、前記処理対象とする透視画像を遅延させて前記第2の透視画像として前記配合手段に与える手段とを備えた。
前記目的を達成するために別の本発明は、入力される第1の透視画像を遅延させて第2の透視画像として出力する手段と、前記第1および第2の透視画像をリカーシブ係数に応じた配合比で配合する配合手段とを具備することを特徴とするリカーシブフィルタのために前記リカーシブ係数を設定するリカーシブ係数設定方法において、生体に関して検出された生体信号を入力し、前記生体信号に同期してリカーシブ係数を設定することとした。
本発明によれば、簡易な構成により効率的にノイズ低減を図ることが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図1は本実施形態に係るX線診断装置の構成を示すブロック図である。
図1に示すようにX線診断装置は、Cアーム1、機構部2、機構制御部3、X線発生部4、高電圧発生部5、X線検出部6、生体信号検出部7、画像演算・記憶部8、表示部9、操作部10およびシステム制御部11を含む。
Cアーム1は、図示しない支持機構によって回転可能に支持されている。Cアーム1は、その両端内側にX線発生部4とX線検出部6とを、それらが寝台Cを挟むような位置関係で保持する。
機構部2は、Cアーム移動機構21および寝台移動機構22を含む。Cアーム移動機構21は、Cアーム1を移動させたり、回転させたりする。寝台移動機構22は、寝台Cを移動させる。
機構制御部3は、システム制御部11からの制御信号に従い、所望の撮影状態を形成するように機構部2を制御する。
X線発生部4は、X線管41およびX線絞り器42を含む。X線管41はX線を放射する真空管であり、陰極(フィラメント)より放出された熱電子を陽極と陰極の間に印加させた高電圧によって加速させてタングステン陽極に衝突させX線を発生させる。X線絞り器42は、X線管41と被検体Pとの間に位置し、X線管41から照射されたX線ビームを、観察部位以外の不要な被曝をさせないために、所定の照射視野サイズに絞り込む。これによりX線絞り器42は、被検体Pに向かうX線錘(コーンビーム)を形成する。
高電圧発生部5は、X線管41にX線の放射を行わせるための高電圧を発生する。
X線検出部6は、被検体Pを透過したX線に基づいて被検体Pの透視画像を取得する。X線検出部6は、平面検出器61、ゲートドライバ62および画像データ生成部63を含む。
平面検出器61に使用可能なデバイスとしては、X線を直接電荷に変換するものと、光に変換した後電荷に変換するものとがある。本実施形態では前者を例に説明するが後者であっても構わない。また、平面検出器61の代わりに、X線を光に変換するイメージインテンシファイヤ(Image Intensifier)と、光を電気信号に変換するTVカメラとを用いても構わない。平面検出器61は、微小なX線検出素子を列方向およびライン方向に2次元的に配列して構成されている。各々のX線検出素子は、光電膜、コンデンサおよび薄膜トランジスタ(TFT)を備えている。光電膜は、X線を感知し、入射X線量に応じて電荷を生成する。コンデンサは、光電膜に発生した電荷を蓄積する。薄膜トランジスタは、コンデンサに蓄積された電荷を所定のタイミングで読み出す。かくして平面検出器61は、被検体Pを透過したX線を2次元的に検出する。
ゲートドライバ62は、平面検出器61が有するゲートを駆動する。
画像データ生成部63はさらに、電荷・電圧変換器63a、A/D変換器63bおよびパラレル・シリアル変換器63cを含む。電荷・電圧変換器63aは、平面検出器61から読み出された電荷を電圧に変換する。A/D変換器63bは、電荷・電圧変換器63aの出力をデジタル信号に変換する。パラレル・シリアル変換器63cは、平面検出器61からライン単位でパラレルに読み出されるデジタル変換された画像信号をシリアルな信号に変換する。パラレル・シリアル変換器63cは、得られたシリアルな信号を、透視画像を表す画像データとして出力する。
生体信号検出部7は、被検体Pに関する生体信号を検出する。生体信号としては、心電(electrocardiogram:ECG)信号または呼吸信号などを用いることができる。
画像演算・記憶部8は、画像データ記憶回路81および画像演算回路82を含む。画像データ記憶回路81は、X線検出部6より出力される透視画像の画像データを記憶する。画像演算回路82は、画像データ記憶回路81に記憶された画像データに対して、所定の演算処理を施す。この画像演算回路82は、後述するリカーシブフィルタを含む。
表示部9は、表示用画像メモリ91、D/A変換器92、表示回路93およびモニタ94を含む。表示用画像メモリ91は、画像データ記憶回路81に記憶された画像データと、システム制御部11から与えられる透視用X線照射情報、あるいは画像データの付帯情報である数字や各種文字などを合成して一旦保存する。D/A変換器92は、表示用画像メモリ91に記憶されたX線画像データや付帯情報をアナログ信号に変換する。表示回路93は、上記のアナログ信号をTVフォーマットに変換して映像信号を生成する。モニタ94は、上記の映像信号を表示する。モニタ94としては、例えば液晶表示器やCRTなどの表示デバイスを利用できる。
操作部10は、装置操作者がこのX線診断装置に対して行う種々の指示を入力する。操作部10は、表示パネル、キーボード、各種スイッチ、マウス等を備えたインタラクティブなインターフェイスである。装置の操作者は操作部10において、体厚などの被検体情報、被検体Pあるいは診断対象部位に対して最適なX線照射条件、X線管焦点―X線検出器間距離(SID)、X線コーンビームの形状、X線ビームの被検体Pに対する入射角度、更にはCアーム1の移動スピードなどの各種撮影条件などの設定、あるいは撮影開始の曝射信号タイミングの入力などを行う。操作部10は、このような操作に応じた設定信号やタイミング信号を出力する。これらの設定信号やタイミング信号は、システム制御部11を介して各ユニットに送られる。なお、上記X線照射条件としてX線管41に印加するX線管電圧、X線管電流、X線の照射時間などがあり、被検体情報として検査部位、検査方法、被検体の体格(体厚)、過去の診断履歴などがある。
また、操作部10より被検体のID(識別情報)を入力することにより、上記被検体情報、あるいは、この被検体情報に基づく各種撮影条件は予め保存されている装置外部の記憶媒体などからネットワークを介して自動的に読み出され、操作者は表示部9のモニタ94、あるいは操作部10の表示パネルに表示されるこれらの情報や設定条件に対して、変更の必要がある場合のみ操作部10より変更のための入力を行ってもよい。
システム制御部11は、図示しないCPUと記憶回路を備える。システム制御部11は、操作部10から送られてくる信号に基づいて、X線診断装置における周知の機能を実現するように上記の各ユニットが動作するように制御する。
図2は画像演算回路82に備えられるリカーシブフィルタ12の構成を示す図である。
画像演算回路82は、画像データ記憶回路81に記憶された透視画像を順次に読み出して演算処理するが、この処理の一環としてリカーシブフィルタ12でのフィルタ処理を行う。このためにリカーシブフィルタ12には、画像データが順次に入力される。
リカーシブフィルタ12は、メモリ12a、係数設定部12bおよび加算器12cを備える。
メモリ12aは、加算器12cの出力画像Tnを記憶し、一定の時間を遅延させて過去画像Tn-1として出力する。
係数設定部12bは、生体信号検出部7から出力される生体信号を入力する。係数設定部12bは、生体信号に同期してリカーシブ係数αを設定する。
加算器12cには、リカーシブフィルタ12へと入力された画像データがフィルタ処理の対象となる現在画像Snとして入力される。また加算器12cには、メモリ12aが出力する過去画像Tn-1が入力される。加算器12cは、これら現在画像Snおよび過去画像Tn-1を、リカーシブ係数αに応じた配合比で配合するように加算する。
次に以上のように構成されたX線診断装置の動作について説明する。
本実施形態のX線診断装置における動作において特徴的なのは、画像演算回路82におけるリカーシブフィルタ12でのフィルタ処理にある。その他の動作については、従来よりあるX線診断装置と同様であって良い。そこで以下においては、リカーシブフィルタ12でのフィルタ処理に関して説明する。
被検体Pの心臓についての診断を行う場合に生体信号検出部7は、被検体PのECG信号を検出する。生体信号検出部7が出力するECG信号は、係数設定部12bに入力される。
係数設定部12bは、ECG信号に基づいて心臓の運動期と静止期とを区別する。なおここでは便宜上、心臓が収縮している期間および拡張している期間を運動期、心臓が収縮状態および拡張状態で動きの小さい期間を静止期と称する。
運動期と静止期とを区別する方法としては、T波を捉える方法、相対時間法または絶対時間法などを任意に適用できる。
T波を捉える方法は、T波の終わりが心室収縮期の終わりと考えられているため、T波を捉えればほぼ確実に収縮期と静止期とを区別できる。
相対時間法においては、RR間隔を100%と定義する。次に例えば、心臓収縮運動期を20%、収縮静止期を10%、拡張運動期を40%、拡張静止期を30%と定義する。一心拍前のRR間隔を実測すれば、次の心拍における各フェーズの時間が定まるので、算出された数値に基づき、運動期と静止期とを定義する。
絶対時間法においては、例えばR波から収縮静止期の始まりまでを200msec、R波から拡張運動期の始まりまでを300msec、R波から拡張静止期の始まりまでを700msecと絶対時間で決め、運動期と静止期とを定義する。この方法は、不整脈や心房細動の生じている心臓の運動期と静止期とを区別するのに適する。
そして係数設定部12bは、図3に示すように、運動期および静止期のそれぞれに異なる値をリカーシブ係数αとして設定する。運動期および静止期のそれぞれにおけるリカーシブ係数αは任意の値であって良いが、運動期においては静止期よりもリカーシブ係数αを大きくする。また、リカーシブ係数αは、0<α≦1の範囲内とする。
画像演算回路82では、X線検出部6により一定のフレーム周期で取得される透視画像のそれぞれについて、順次に演算処理を施す。この演算処理の一環として、処理対象となっている透視画像が現在画像Snとしてリカーシブフィルタ12の加算器12cに入力される。
加算器12cは、下記の式を演算することによって、上記の現在画像Snとメモリ12aから出力される過去画像Tn-1とをリカーシブ係数αに応じた配合比で配合した出力画像Tnを生成する。
n=αSn+(1−α)Tn-1
出力画像Tnは、画像演算回路82にて必要に応じて他の演算処理が施された上で、処理済みの透視画像として画像データ記憶回路81に書き込まれる。また出力画像Tnは、メモリ12aにより遅延され、次のフレームの画像の処理の際における過去画像Tn-1として利用される。
運動期には、心臓の左心室が動いており、それを取り巻く冠状動脈の動きも激しい。このことはX線造影検査による冠状動脈画像においても明らかである。本実施形態では、このような運動期にリカーシブ係数αを大きくして過去画像の配合比を小さくしていることにより、血管やワイヤなどの動くオブジェクトが残像となって次のフレームでも描出されてしまうことを防止できる。
静止期には、左心室容量の変化が小さい状態であり、よって冠状動脈の動きも小さいため、血管やワイヤの残像影響は小さい。そこで本実施形態では、静止期にはリカーシブ係数αを小さくして過去画像の配合比を大きくしていることにより、ノイズを低減することができる。
このように本実施形態によれば、残像が増大することを防ぎながら、効率的にノイズを低減することが可能となる。そして本実施形態によれば、リカーシブ係数αの設定を生体信号に同期して行っていることにより、運動期および静止期の区別が容易に行え、簡易な回路構成により実現が可能である。
この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。
リカーシブ係数αの変え方は、種々変形できる。例えば、図4に示すように徐々に変化させるようにしても良い。これにより、画像上のノイズ感の急激な変化を抑制することができる。
被検体Pにおける観察対象オブジェクトの運動の大きさを3段階以上に区別し、それぞれにリカーシブ係数αの値を異ならせるようにしても良い。ただし、運動が大きいほどリカーシブ係数αを大きくする。
呼吸についても、心電信号と同様に、呼吸で被検体Pが動いている時にはリカーシブフィルタ係数αを大きくし、動きが無い時にはリカーシブフィルタ係数αを小さくする。呼吸、心電信号だけでなく、体動信号(被検体の動き)についてもリカーシブフィルタ係数αの設定方法に対する考え方が適用できる。
リカーシブフィルタ12によるフィルタ処理は、X線診断装置から独立した画像処理装置により行うようにしても良い。
現在画像Snを直接にメモリ12aに入力して遅延させることによって得られる画像Sn-1を過去画像Tn-1の代わりに用いるようにしても良い。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
本発明の一実施形態に係るX線診断装置の構成を示すブロック図。 図1中の画像演算回路82に備えられるリカーシブフィルタ12の構成を示す図。 ECG信号に同期したリカーシブ係数αの変化の一例を示す図。 ECG信号に同期したリカーシブ係数αの変化の変形例を示す図。
符号の説明
1…Cアーム、2…機構部、3…機構制御部、4…X線発生部、5…高電圧発生部、6…X線検出部、7…生体信号検出部、8…画像演算・記憶部、9…表示部、10…操作部、11…システム制御部、12…リカーシブフィルタ、12a…メモリ、12b…係数設定部、12c…加算器。

Claims (16)

  1. 生体に関して検出された生体信号に同期してリカーシブ係数を設定する設定手段と、
    第1および第2の透視画像を前記リカーシブ係数に応じた配合比で配合する配合手段と、
    前記配合手段により得られた透視画像を遅延させて前記第2の透視画像として前記配合手段に与える手段とを具備することを特徴とするリカーシブフィルタ。
  2. 前記設定手段は、前記生体信号として心電信号または呼吸信号を使用することを特徴とする請求項1に記載のリカーシブフィルタ。
  3. 前記設定手段は、前記生体信号に基づいて前記生体が運動期および静止期のいずれであるかを判断し、前記運動期には前記静止期に比べて前記第2の透視画像の配合量を少なくするように前記リカーシブ係数を設定することを特徴とする請求項1に記載のリカーシブフィルタ。
  4. X線を利用して生体の透視画像を取得する取得手段と、
    前記生体に関して検出された生体信号に同期してリカーシブ係数を設定する設定手段と、
    前記透視画像を第1の透視画像として入力し、この第1の透視画像と第2の透視画像とを前記リカーシブ係数に応じた配合比で配合する配合手段と、
    前記配合手段により得られた透視画像を遅延させて前記第2の透視画像として前記配合手段に与える手段とを具備することを特徴とするX線診断装置。
  5. 前記設定手段は、前記生体信号として心電信号または呼吸信号を使用することを特徴とする請求項4に記載のX線診断装置。
  6. 前記設定手段は、前記生体信号に基づいて前記生体が運動期および静止期のいずれであるかを判断し、前記運動期には前記静止期に比べて前記第2の透視画像の配合量を少なくするように前記リカーシブ係数を設定することを特徴とする請求項4に記載のX線診断装置。
  7. X線を利用して得られた生体の透視画像を処理対象とする画像処理装置であって、
    前記生体に関して検出された生体信号に同期してリカーシブ係数を設定する設定手段と、
    前記透視画像を第1の透視画像として入力し、この第1の透視画像と第2の透視画像とを前記リカーシブ係数に応じた配合比で配合する配合手段と、
    前記配合手段により得られた透視画像を遅延させて前記第2の透視画像として前記配合手段に与える手段とを具備することを特徴とする画像処理装置。
  8. 前記設定手段は、前記生体信号として心電信号または呼吸信号を使用することを特徴とする請求項7に記載の画像処理装置。
  9. 前記設定手段は、前記生体信号に基づいて前記生体が運動期および静止期のいずれであるかを判断し、前記運動期には前記静止期に比べて前記第2の透視画像の配合量を少なくするように前記リカーシブ係数を設定することを特徴とする請求項7に記載の画像処理装置。
  10. 第1および第2の透視画像をリカーシブ係数に応じた配合比で配合する配合手段と、前記配合手段により得られた透視画像を遅延させて前記第2の透視画像として前記配合手段に与える手段とを具備することを特徴とするリカーシブフィルタのために前記リカーシブ係数を設定するリカーシブ係数設定方法において、
    生体に関して検出された生体信号を入力し、
    前記生体信号に同期してリカーシブ係数を設定することを特徴とするリカーシブ係数設定方法。
  11. 前記生体信号として心電信号または呼吸信号を使用することを特徴とする請求項10に記載のリカーシブ係数設定方法。
  12. 前記生体信号に基づいて前記生体が運動期および静止期のいずれであるかを判断し、
    前記運動期には前記静止期に比べて前記第2の透視画像の配合量を少なくするように前記リカーシブ係数を設定することを特徴とする請求項10に記載のリカーシブ係数設定方法。
  13. 生体に関して検出された生体信号に同期してリカーシブ係数を設定する設定手段と、
    第1の透視画像を遅延させて第2の透視画像として出力する手段と、
    前記第1および第2の透視画像を前記リカーシブ係数に応じた配合比で配合する配合手段とを具備することを特徴とするリカーシブフィルタ。
  14. X線を利用して生体の透視画像を取得する手段と、
    前記生体に関して検出された生体信号に同期してリカーシブ係数を設定する設定手段と、
    前記透視画像を第1の透視画像として入力し、この第1の透視画像と第2の透視画像とを前記リカーシブ係数に応じた配合比で配合する配合手段と、
    前記取得手段により取得された前記透視画像を遅延させて前記第2の透視画像として前記配合手段に与える手段とを具備することを特徴とするX線診断装置。
  15. X線を利用して得られた生体の透視画像を処理対象とする画像処理装置であって、
    前記生体に関して検出された生体信号に同期してリカーシブ係数を設定する設定手段と、
    前記透視画像を第1の透視画像として入力し、この第1の透視画像と第2の透視画像とを前記リカーシブ係数に応じた配合比で配合する配合手段と、
    前記処理対象とする透視画像を遅延させて前記第2の透視画像として前記配合手段に与える手段とを具備することを特徴とする画像処理装置。
  16. 入力される第1の透視画像を遅延させて第2の透視画像として出力する手段と、前記第1および第2の透視画像をリカーシブ係数に応じた配合比で配合する配合手段とを具備することを特徴とするリカーシブフィルタのために前記リカーシブ係数を設定するリカーシブ係数設定方法において、
    生体に関して検出された生体信号を入力し、
    前記生体信号に同期してリカーシブ係数を設定することを特徴とするリカーシブ係数設定方法。
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