JP2007530203A - 三次元ｘ線撮像のための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

オブジェクトの三次元Ｘ線撮像のための装置であって、オブジェクトの二次元画像の少なくとも１つの集合を使用中に得るように、オブジェクトに関して両者が適合するＸ線源及びＸ線画像検出器を有するシステムと、二次元画像の集合から導き出される前記オブジェクトの三次元画像を演算するためにＸ線画像検出器に接続された処理器とを有する装置であり、そのシステムは、低強度レベルにおける二元画像の第１集合及び高強度レベルにおける二元画像の第１集合を少なくとも得るように異なる強度レベルで動作し、低強度レベルはＸ線画像検出器の飽和を実質的に回避するようにあるポイントで予め決定され、そして処理器は、三次元画像の演算に先立って前記の二次元画像の第２集合からの対応する画像と二次元画像の第１集合からの画像を組み合わせるように備えられている、装置について開示している。

Description

本発明は、オブジェクトの二次元画像の少なくとも１つの集合を用いて得られるようにオブジェクトに対して両者が適合するＸ線源及びＸ線画像検出器を有するシステムと、二次元Ｄ画像の集合から導き出されるオブジェクトの三次元画像を計算するための検出器に接続された処理器とを有するオブジェクトの三次元Ｘ線撮像装置に関する。

そのような装置については、米国特許第５，８５２，６４６号明細書に開示されている。

このような既知の装置は、Ｘ線源及びＸ線画像撮像装置が取り付けられたＣ字型アームを用いる。Ｃ字型アームは、（半）円状経路に沿った複数の曝射位置に、前記（半）円状経路に沿った異なる視野からの二次元Ｘ線画像の集合を形成するように移動される。

一般に、既知の装置は、Ｃ字型アームの移動中に取得される、検査下のオブジェクトの二次元画像の記憶及び検索のための処理器に接続されたメモリユニットを有する。

既知の装置の課題はＸ線画像検査器の制限されたコントラスト分解能に関連している。

特に、三次元画像が異なる角度の投影からもたらされる二次元画像から再構成されるようになっているとき、少なくとも１０倍高い画像検出器の高コントラスト分解能が必要とされる。特に、‘軟組織撮像’として知られている低コントラストの撮像の場合、この高コントラスト分解能が、画像の特定部分の過度の飽和を伴わずに、十分なコントラストの細部を認識することができるように必要とされる。

しかしながら、今日まで、軟組織が特に、前記の飽和についての課題のために特定できない、例えば、増影剤で満たされた血管及び骨の高コントラスト撮像については、既知である。
米国特許第５，８５２，６４６号明細書

それ故、本発明の目的は、先行技術に比較して拡張されたコントラスト分解能を有する三次元画像を与えることである。

このために、本発明にしたがった装置は、少なくとも低強度レベルにおける二次元画像の第１集合及び高強度レベルにおける二次元画像の第２集合を得るように異なる強度レベルでシステムが動作し、低強度レベルはＸ線画像検出器の飽和を実質的に回避するポイントで予め決定され、処理器は、三次元画像の計算に先行して二次元画像の第２集合からの対応する画像と二次元画像の第１集合からの画像を組み合わせるように備えられている。

本発明の装置により、Ｘ線画像検出器のコントラスト分解能は、先行技術にしたがった装置の既知の１０ビットに比べて、例えば、実質上１４ビットに実質的に改善されることが可能である。また、必要なコントラスト分解能の三次元画像は、本発明にしたがった装置を用いて、それ故、イメージインテンシファイアのような従来のＸ線画像検出器のみを用いて得ることができる。

本発明にしたがった装置の更なる利点は、データ取得が、検査中の患者に対する放射線曝射のレベルの適度な増加のみにより可能であることである。

必然的に、低強度レベルが高強度レベルの前に得られ、その逆もまた可能である。本出願に関連して、“低い”及び“高い”は互いの関係で理解される必要がある。

有利であることに、予め決定された閾値以上の二次元画像の第２集合の画像の画素は二次元画像の第１集合からの画像の対応する画素により置き換えられ、そのように組み合わされた二次元画像は、三次元画像を演算するように実質的に用いられる。この動作は容易に実施され、多い演算量は必要なく、結果として得られる画像は全体のダイナミックレンジに亘って十分な線形性を伴って取得されることができる。

有利であることに、二次元画像の第２集合の閾値化は、二次元画像の隣接画素について僅かに異なる予め決定されたレベルにおいて実行される。これは、結果として得られる画像の品質を改善し、閾値の他の一定レベルに関係する画像の処理に原因する再構成画像における不所望の擬アーティファクトを回避する。

既知の装置においては、Ｘ線画像検出器は、イメージインテンシファイアとＣＣＤ又は撮像管により後続されるダイヤフラムとを有する。この装置においては、有効な実施形態は、ダイヤフラムが、二次元画像の低強度レベル及び高強度レベルに対応する設定間で切り替えられることを特徴とする。

他の好適な実施形態においては、しかしながら、既知の装置は、Ｘ線源が二次元画像の低強度レベル及び高強度レベルに対応する異なる曝射レベルにおいて動作することを特徴とする。

本発明の他の特徴においては、装置は、二次元画像の第１集合及び二次元画像の第２集合が互いに排除し合う時間フレームで収集される。このことは、第１集合及び第２集合の個々の画像が同じ幾何学的パラメータを共有するような画像の選択を可能にする。

本発明の他の特徴においては、装置は、二次元画像の第１集合及び二次元画像の第２集合からの後続の画像は交互に収集されることを特徴とする。これは、後続画像の幾何学的パラメータの僅かなシフトをもたらす、二次元画像の第１集合及び二次元画像の第２集合の、所謂、インターリーブ集合を可能にする。それらの画像を組み合わせるとき、画像の補間が、幾何学的パラメータにおける差を改善するために必要である。しかしながら、画像の第１集合及び二次元画像の第２集合の画像の収集が単一の実行において実行されることができる。また、データ収集中に患者の動きに関連する問題はあまり重要でない。

特に、前記実施形態においては、Ｘ線画像検出器は平面検出器撮像装置であることが有利である。そのような平面検出器撮像装置は、高レベル強度データ収集と低レベル強度データ収集との間の迅速な切り替えを可能にする。そのような平面検出器撮像装置については、例えば、文献“Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｉｎ ｆｌａｔ−ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｃａｒｄｉａｃ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ”，ｂｙＪ．Ｆａｊａｄｅｔ ｅｔ ａｌ．，ＭｅｄｉｃａＭｕｎｄｉ，４７／２，Ａｕｇｕｓｔ ２００３，ｐａｇｅｓ５６−６０に記載されている。

本発明はまた、目的の二次元Ｘ線画像の少なくとも１つの集合を収集することにより目的の三次元画像を取得するための方法で実施され、それらの画像は異なる角度で撮像され、二次元画像は三次元画像に処理される。

本発明にしたがった方法は、逃げ時が画像の第１集合が低強度レベルで取得され、二次元画像の第２集合は高強度レベルで取得され、その低強度レベルはＸ線画像検出器の飽和を実質的に回避するようにあるポイントで予め決定され、二次元画像の第１集合からの画像は、三次元画像への同じ処理に先行する二次元画像の第２集合からの対応する画像と組み合わされる。

好適には、この方法においては、三次元画像に二次元画像を処理する前に、予め決定された閾値以上の画像の第２集合の画像の画素は、画像の第１集合の画像の対応する画素により置き換えられる。

更に、本発明の方法においては、二次元画像の第２集合の閾値は、二次元画像の隣接画素について僅かに異なる予め決定されたレベルで実行されることが好ましい。

本発明は、更に、上記のような装置の処理器についてのコンピュータプログラムにおいて実施され、そのコンピュータプログラムは上記方法を実施するように構成されている。

また、本発明は、そのようなコンピュータプログラムを備えるデータ担体において実施される。

本発明については、以下、本発明の非制限的な例示としての実施形態にしたがった装置を１つの図に示して、参照して詳述する。

図１においては、参照番号１は本発明にしたがった装置であって、スタンド１１に取り付けられ、矢印２０で示された中心の周りの約２１０°に亘って回転されることが可能であるＣ字型フレーム１０を用いる、装置が示されている。Ｃ字型アーム１０は、Ｘ線源１２及びＸ線画像検出器１３を備え、検査下にある患者３から画像粗取得するように意図されていて、静止位置ではテーブル４上に置かれている。

装置１の種々の構成要素は制御ユニット１７により制御され、Ｃ字型アーム１０が移動している間に、Ｘ線画像検出器１３からの情報をデジタル化する装置１４によりデータ収集が行われる。Ｘ線検出器１３は、当該技術分野で知られているようなイメージインテンシファイアであることが可能である。しかしながら、Ｘ線検出器１３及びデジタイザ１４は、デジタル化された画像を直接与える、所謂、平面検出器に一体化されることが可能である。そのような平面検出器については、上記文献ＭｅｄｉｃａＭｕｎｄｉ，４７／２，Ａｕｇｕｓｔ ２００３，ｐａｇｅｓ５６−６０に記載されている。

デジタイザ１４により与えられるデータが記憶されるメモリ１５は、収集された二次元画像から三次元画像を導き出すために用いられる処理器１６に接続されている。

柔らかい組織及び硬い骨のコントラストの詳細を示すことができる十分なコントラスト分解能を有する三次元画像を取得する目的で、本発明の装置は、二次元画像Ａｉ−１乃至Ａｉ＋２の第１集合を得るために異なる強度レベルを用い、第２強度レベルで二次元画像Ｂｉ−１乃至Ｂｉ＋２の第２集合を用いる。通常、両者の集合は、それらの収集後、メモリ１５に記憶される。

集合Ａｉ−１乃至Ａｉ＋２の第１強度レベルは集合Ｂｉ−１乃至Ｂｉ＋２の第２強度レベルより小さい。

二次元画像Ａｉ−１乃至Ａｉ＋２の第１集合が収集されるレベルは、Ｘ線画像検出器１３の飽和を実質的に回避するためのポイントで予め決定されている。

通常、映像表示ユニット１８が接続されている処理器１６は、映像表示ユニット１８に表示されるように意図されている三次元画像を計算することに先行する二次元画像の第２集合Ｂｉ−１乃至Ｂｉ＋２からの対応する画像に二次元画像の第１集合Ａｉ−１乃至Ａｉ＋２からの画像を組み合わせるように備えられている。

二次元画像の第２集合Ｂｉ−１乃至Ｂｉ＋２からの対応する画像と二次元画像の第１集合Ａｉ−１乃至Ａｉ＋２からの画像との組み合わせは、好適には、二次元画像の第１集合Ａｉ−１乃至Ａｉ＋２からの画像の対応する画素により所定の閾値以上の二次元画像の第２集合Ｂｉ−１乃至Ｂｉ＋２の画像の画素を置き換えることにより実行される。そのように組み合わされた二次元画像は、次いで、三次元画像を計算するために効果的に用いられることが可能である。

この装置においては、二次元画像の第２集合Ｂｉ−１乃至Ｂｉ＋２の閾値は、二次元画像の隣接画素について僅かに異なる所定レベルで実行されることは好ましい。

通常、Ｘ線画像検出器１３は、デジタル画像を取得するようにダイヤフラム及びＣＣＤ又は撮像管により後続されるイメージインテンシファイアとして用いられることが可能である。異なる強度レベルで装置１を動作させるように、ダイヤフラムは、それ故、第１強度レベルに対応する設定と取得された二次元画像の第２強度レベルに対応する設定との間で切り替えられることが可能である。

しかしながら、有利であることに、Ｘ線源１２は、検査中に患者３の放射線曝射を制限するように、二次元画像の前記第１強度レベル及び前記第２強度レベルに対応することなる曝射レベルで動作する。

二次元画像の第１集合Ａｉ−１乃至Ａｉ＋２及び二次元画像の第２集合Ｂｉ−１乃至Ｂｉ＋２は、互いに除外する時間フレームにおいて、即ち、互いにすぐに後続して、収集されることが可能である。それら２つの集合は、それ故、画像が収集された同じ幾何学的位置を共有する画像を有する。両方の集合の組み合わせは、それ故、容易に実施することができる。

他の実施形態においては、二次元画像の第１集合Ａｉ−１乃至Ａｉ＋２からの後続の画像は二次元画像の第２集合Ｂｉ−１乃至Ｂｉ＋２と交互に収集されることが好ましい。両者の集合の後続の画像は、それ故、検査中に患者３による動きに対して殆ど敏感ではない。それ故、しかしながら、それぞれの画像の集合が収集される異なる幾何学的位置について補正することが必要である。

参照番号１は本発明にしたがった装置であって、スタンド１１に取り付けられ、矢印２０で示された中心の周りの約２１０°に亘って回転されることが可能であるＣ字型フレーム１０を用いる、装置を示している。

Claims (13)

1. オブジェクトの三次元Ｘ線撮像のための装置であって：
   前記オブジェクトの二次元画像の少なくとも１つの集合を使用中に得るように、前記オブジェクトに関して両者が適合するＸ線源及びＸ線画像検出器を有するシステム；並びに
   前記の二次元画像の集合から導き出される前記オブジェクトの三次元画像を演算するために前記Ｘ線画像検出器に接続された処理器；
   を有する装置であり、
   前記システムは、低強度レベルにおける二元画像の第１集合及び高強度レベルにおける二元画像の第１集合を少なくとも得るように異なる強度レベルで動作し、前記低強度レベルはＸ線画像検出器の飽和を実質的に回避するようにあるポイントで予め決定され、そして前記処理器は、前記三次元画像の演算に先立って前記の二次元画像の第２集合からの対応する画像と前記の二次元画像の第１集合からの画像とを組み合わせるように備えられている；
   ことを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、所定の閾値以上の前記の二次元画像の第２集合の前記画像の画素は前記の二次元画像の第１集合からの画像の対応する画素により置き換えられ、そのように組み合わされる二次元画像は前記三次元画像を演算するように実質的に用いられる、ことを特徴とする装置。
3. 請求項２に記載の装置であって、前記の二次元画像の第２集合の閾値化は前記二次元画像の隣接画素について僅かに異なる予め決定されたレベルで行われる、ことを特徴とする装置。
4. 請求項１乃至３の何れ一項に記載の装置であって、Ｘ線画像検出器はイメージインテンシファイアとＣＣＤ又は撮像管とにより後続されるダイヤフラムとを有し、前記ダイヤフラムは前記低強度レベルに対応する設定と前記二次元画像の高強度レベルに対応する設定との間で切り替えられる、ことを特徴とする装置。
5. 請求項１乃至３の何れ一項に記載の装置であって、前記Ｘ線源は、前記二次元画像の前記低強度レベル及び前記高強度レベルに対応する異なる曝射レベルで動作する、ことを特徴とする装置。
6. 請求項１乃至５の何れ一項に記載の装置であって、前記の二次元画像の第１集合及び前記の二次元画像の第２集合は互いに排除する時間フレームで収集される、ことを特徴とする装置。
7. 請求項１乃至５の何れ一項に記載の装置であって、前記の二次元画像の第１集合及び前記の二次元画像の第２集合から続く画像は交互に収集される、ことを特徴とする装置。
8. 請求項１乃至７の何れ一項に記載の装置であって、前記Ｘ線画像検出器は平面検出器撮像装置である、ことを特徴とする装置。
9. オブジェクトの二次元Ｘ線画像の少なくとも１つの集合により前記オブジェクトの三次元画像を取得するための方法であって、前記画像は異なる角度から撮像され、前記二次元画像は前記三次元画像に処理される、方法であり、二次元画像の第１集合は低強度レベルで取得され、二次元画像の第２集合は高強度レベルで取得され、前記低レベルはＸ線画像検出器の飽和を実質的に回避するようにあるポイントで予め決定され、前記の二次元画像の第１集合からの前記画像は前記三次元画像への同じ処理に先立って前記の二次元画像の第２集合からの対応する画像と組み合わされる、ことを特徴とする方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、前記三次元画像への前記二次元画像の処理に先立って、予め決定された閾値以上の前記の画像の第２集合の前記画像の画素は前記の画像の第１集合の前記画像の対応する画素により置き換えられる、ことを特徴とする方法。
11. 請求項９又は１０に記載の方法であって、前記の二次元画像の第２集合の前記閾値は前記二次元画像の隣接画素について僅かに異なる予め決定されたレベルで実行される、
    ことを特徴とする方法。
12. オブジェクトの二次元Ｘ線画像の少なくとも１つの集合により前記オブジェクトの三次元画像を取得するための命令を有するコンピュータプログラムであって、前記画像は異なる角度から撮像され、前記二次元画像は前記三次元画像に処理される、コンピュータプログラムであり、二次元画像の第１集合は低強度レベルで取得され、二次元画像の第２集合は高強度レベルで取得され、前記低レベルはＸ線画像検出器の飽和を実質的に回避するようにあるポイントで予め決定され、前記の二次元画像の第１集合からの前記画像は前記三次元画像への同じ処理に先立って前記の二次元画像の第２集合からの対応する画像と組み合わされる、ことを特徴とするコンピュータプログラム。
13. オブジェクトの二次元Ｘ線画像の少なくとも１つの集合により前記オブジェクトの三次元画像を取得するための命令を有するコンピュータプログラムを備えたデータ担体であって、前記画像は異なる角度から撮像され、前記二次元画像は前記三次元画像に処理される、データ担体であり、二次元画像の第１集合は低強度レベルで取得され、二次元画像の第２集合は高強度レベルで取得され、前記低レベルはＸ線画像検出器の飽和を実質的に回避するようにあるポイントで予め決定され、前記の二次元画像の第１集合からの前記画像は前記三次元画像への同じ処理に先立って前記の二次元画像の第２集合からの対応する画像と組み合わされる、ことを特徴とするデータ担体。

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