JP2009189440A - X線画像処理装置、x線画像処理方法、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

X線画像処理装置、x線画像処理方法、プログラム及び記憶媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】 ランダムシステムノイズの影響を考慮したX線画像処理技術を提供すること。
【解決手段】 X線画像処理装置は、X線を照射していない状態で、センサが異なるタイミングで取得した複数のダーク画像の差分値に基づき、センサが有するノイズ量を算出する算出部と、X線を照射した状態で、センサが取得するX線画像にノイズ量が重畳するのを抑制するように、予め定められたX線画像を処理するためのパラメータを変更する変更部と、変更されたパラメータに基づき、X線画像の画像処理を行う画像処理部と、を有する。
【選択図】 図7

Description

本発明はX線画像処理技術に関する。
X線透視画像は、被曝の観点から非常に弱い線量で撮影が行われるため、ランダムノイズが多い画像が得られることが知られている。したがって、X線透視撮影においてノイズ抑制処理をすることは、診断画像の視認性を高める上で非常に重要なことである。
ノイズを抑制する上で、画像上のノイズ量を正確に推定する必要がある。むやみやたらにノイズ抑制処理をかければ、X線透視画像のエッジまでをぼかしてしまったり、反対にノイズを全く抑制できなかったりすることになる。
画像上の正確なノイズ量の推定技術として、特許文献1では、動画フレームごとにフレーム内の被写体を解析し、被写体ごとにノイズ量を推定している。特許文献1では一般的なビデオカメラに実施した例をあげているが、X線画像においても同様の効果が考えられる。X線は被写体が厚いほど透過しにくいため、X線受光センサに届くX線線量が減り、信号値に対して相対的にノイズの多い画像となる。したがって被写体ごとにノイズ量を推定する方法は有効である。
X線のランダムノイズには、X線に起因するランダム量子ノイズNと、X線受光センサにおける電気的なノイズであるランダムシステムノイズNsとの2種類に分けられる。この2種類のランダムノイズがX線画像上にランダムノイズσ(X)として加算される。σ(X)は式(1)のように表される。
Figure 2009189440
この式をX線線量(X線照射強度)とX線ランダムノイズ量との関係として表すと、図3のようになる。この関係から言えることは、X線画像において低線量下では、ランダム量子ノイズの影響よりもランダムシステムノイズの影響の方が大きいということである。特許文献1では、被写体解析であるためX線に起因するランダム量子ノイズしか推定することができない。そこで、特許文献2では、交流磁界検出器をつけ、ランダムシステムノイズを検出するという検出方法が提案されている。更に、特許文献3では、撮影条件に応じて基準ノイズパターンを記憶して、撮影条件に応じて、そのノイズパターンをロードする方法が提案されている。
特許第3762725号公報 特開2005-006792号公報 特開2004-023764号公報
しかしながら、X線撮影された画像の視認性を高めるためには、画像のノイズ量を正確に求め、ノイズ量に応じたX線撮影画像を処理する必要がある。
本発明では上記の課題に対し、ランダムシステムノイズの検出を、撮影される画像ごとにダーク画像を用いて計算し、ランダムシステムノイズの影響を考慮したX線画像処理技術の提供を目的とする。
上記の目的を達成するべく、本発明にかかるX線画像処理装置は、X線を照射していない状態で、X線受光手段が異なるタイミングで取得した複数のダーク画像の差分値に基づき、前記X線受光手段が有するノイズ量を算出する算出手段と、
X線を照射した状態で、前記X線受光手段が取得するX線画像に前記ノイズ量が重畳するのを抑制するように、予め定められた前記X線画像を処理するためのパラメータを変更する変更手段と、
前記変更手段により変更された前記パラメータに基づき、前記X線画像の画像処理を行う画像処理手段と、
を有することを特徴とする。
本発明によれば、ランダムシステムノイズを、ダーク画像を用いて計算し、ランダムシステムノイズの影響を抑制した、より精度の高いX線画像処理が可能になる。
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。
(第1実施形態)
本実施形態ではランダムシステムノイズの検出を、撮影される画像ごとに2枚のダーク画像を用いて計算する構成を説明する。
ここで、ダーク画像とは、X線を照射しない状態でX線受光手段として機能するX線受光センサが取得をした画像をいう。ダーク画像は暗電流画像、FPN(Fixed Pattern Noise)画像、オフセット画像とも呼ばれる。一方、X線画像とは、X線を照射した状態でセンサが取得した画像をいう。
図4は、X線照射のタイミングと、X線受光センサ(以下、単に「センサ」ともいう)によるX線画像の取得、X線画像に含まれるノイズ解析、画像処理パラメータの設定のタイミングを示すタイミングチャートである。
X線受光センサは、図4のようにX線照射の開始前の第1のダーク画像、X線を照射した状態における第1のX線画像、X線照射の終了後の第2のダーク画像、の順番で画像データを取得する。第1のX線画像を挟む2枚のダーク画像(第1のダーク画、第2のダーク画)を利用し、その差分値を利用して、X線画像ごとのランダムシステムノイズ量を計算する。ダーク画像はX線を照射していない状態で撮影された画像であるので、X線に起因するランダム量子ノイズが存在せず、ランダムシステムノイズだけがダーク画像に存在することになる。
ダーク画像を解析することでランダムシステムノイズは検出される。2つのダーク画像を利用するのは、X線受光センサが持っている固定パターンノイズを除去するためである。差分をとることで、固定パターンノイズを除去することができる。X線画像を撮影した直後のダーク画像にはX線画像の残像が残ったような画像になる可能性があるため、残像の影響を抑えるために、例えば、図5に示すタイミングチャートにより、X線画像とダーク画像とを撮影する。
図5のタイミングチャートにおいて、X線受光センサは、第1のダーク画像、第1のX線画像、第2のダーク画像、第3のダーク画像の順番で、画像データを取得する。この撮影結果に基づいてノイズ解析が行われ、画像処理パラメータが設定される。第3のダーク画像は、第2のダーク画像の取得後一定時間が経過した後にセンサ1012が取得するダーク画像である。
あるいは、2枚のダーク画像の差分値から、X線残像の影響を排除するためにハイパスフィルタを通す方法がある。また、複数のダーク画像の差分値として求められる差分値画像を複数のブロック(部分領域)に分割し、それぞれの部分領域に含まれるX線残像による画素の平均値が最小となる部分領域のノイズ情報に基づき、ノイズ量を算出することも可能である。また、図6に示すタイミングチャートでは、X線照射の開始前(撮影開始前)に2枚のダーク画像(第4、第5のダーク画像)を撮影し、更に、X線照射の終了後(撮影終了後)にも2枚のダーク画像(第6、第7のダーク画像)を撮影している。撮影直前と撮影直後のランダムシステムノイズを検出し、撮影中のランダムシステムノイズ量を予測(補間)し、補間結果に基づきパラメータを変更して画像処理を行うという方法も効果がある。保存される画像はよりノイズ抑制効果がなされた画像が保存されるため、シネループ再生などで医師が診断する際には、より視認性を高めることができる。
次に、本発明の実施形態にかかるX線透視装置の機能構成を説明する。図1は、X線透視装置の概略的な機能構成を示す図である。
X線透視装置は、X線撮像部101、画像処理部102、画像表示部103、画像保存部104からなる。X線撮像部101は、センサ1012、X線発生装置1013、そして、それらの動作を制御する制御部として機能するコントロールPC1011を含む。画像処理部102は、画像受信部1021、画像処理パラメータ制御部1022、前処理部1023、ノイズ抑制処理部1024を含む。画像処理部102が、本発明の実施形態にかかるX線画像処理装置の構成になる。
画像受信部1021は、X線撮像部101から送信された画像と、センサ駆動信号と、の入力を受信することが可能である。画像受信部1021は、センサ駆動信号によってX線撮像部101から送信された画像が、X線画像であるかダーク画像であるかを判断する。画像受信部1021は、送信された画像(送信画像)によって、画像処理パラメータ制御部1022、前処理部1023のどちらか一方、もしくは両方に送信画像を出力する。
また、X線撮像部101は、X線画像、ダーク画像を画像保存部104に送信し、画像保存部104は、送信された画像を保存する。画像処理パラメータ制御部1022は、画像受信部1021からダーク画像の入力を受付け、さらに画像保存部104からも別のダーク画像の入力を受付ける。そして、画像処理パラメータ制御部1022は、2種類のダーク画像の差分からノイズ量を計算し、このノイズ量に基づいて、予め定められたX線画像を処理するためのパラメータ(制御パラメータ)を設定し、ノイズ抑制処理部1024に出力する。画像処理パラメータ制御部1022は、予め定められたX線画像を処理するためのパラメータを、算出されたノイズ量の重畳を抑制するように変更する変更手段として機能する。
前処理部1023は、画像受信部1021から入力されたダーク画像もしくはX線画像と、画像保存部104から入力されたダーク画像もしくはX線画像と、を用いてノイズ抑制処理の前に必要な前処理を行う。そして、前処理部1023は、前処理済みの画像をノイズ抑制処理部1024に出力する。また、前処理済みの画像は画像保存部104にも出力され、保存される。
ノイズ抑制処理部1024は、前処理部1023から前処理済みの画像の入力を受付け、さらに、画像処理パラメータ制御部1022から画像処理パラメータの入力を受付け、ノイズ抑制処理を行う。ノイズ抑制処理部1024は、ノイズ抑制処理を施したノイズ抑制済の画像(ノイズ抑制済画像)を画像表示部103および画像保存部104に出力する。画像表示部103は、ノイズ抑制済画像を入力とし、表示デバイスにノイズ抑制済画像を表示する。画像保存部104は、ノイズ抑制済画像を入力とし、画像保存部104にノイズ抑制済画像を保存する。また1度、画像保存部104に保存した画像に対して、画像処理部102において再処理することも可能である。
図1の構成を情報処理装置(PC)上で実現する場合、図2に示すようなハードウェア構成となる。コントロールPC201とセンサ202、X線発生装置213が信号線として双方向の情報伝達が可能なCAN(Controller Area Network)222を介して接続している。尚、信号線はCANでなくでも光ファイバーなどでもよい。CAN222には、他にも画像処理部210、表示部209、ハードディスクドライブ(HDD)等を含む外部記憶部211、ネットワークインタフェース部(NIC)212が接続されている。コントロールPC201は、CPU203、RAM204、ROM205、入力部206、PC表示部207、記憶部208を含み、これらは、バス221を介して接続されている。このコントロールPC201からセンサ202や画像処理部210などにコマンドが送信される。図1のコントロールPC1011は、図2のコントロールPC201に相当する。撮影モードごとの処理内容がソフトウェアモジュールとして記憶部208に格納され、不図示の指示手段によりRAM204に読み込まれ、実行される。図1のセンサ1012は、図2のセンサ202に相当する。また、図1のX線発生装置1013は、図2のX線発生装置213に相当する。
画像処理部102は画像処理ボードとして実装される部分と、処理内容がソフトウェアモジュールとして記憶部208に格納され、不図示の指示手段によりRAM204に読み込まれ、実行される部分とがある。図1の画像表示部103は、図2の画像表示部209に相当し、図1の画像保存部104は、図2の外部記憶装置211もしくは、RAM204に相当する。
上述の構成は、もちろん、情報処理装置(PC)上に限定されるものではなく、専用のハードウェアを用いても実現することは可能である。例えば、図1における各部を全て専用のハードウェアとして実現することも可能である。以下、X線画像処理装置の動作の説明を、図1の構成図、図4のタイミングチャート、及び図7の処理フローを参照して説明する。
まず、ステップS701において、X線撮像部101は、センサ1012の駆動モードを決める。センサ駆動モードとは、図4に示すようにX線の照射のタイミングに合わせ、センサ1012の画像取得のタイミングをどのように合わせるかというセンサ1012の駆動パターンをいう。本実施形態では、図4に示すように、センサ1012は、X線が照射された後にX線画像を取得し、X線画像を取得後にダーク画像を取得する。
X線撮像部101は、図4に示すタイミングでセンサ1012が駆動するようコントロールPC1011にセンサ1012の駆動タイミング(駆動パターン)を設定する。X線撮像部101は、X線発生装置1013も図4に示すタイミングでX線を照射するようコントロールPC1011にX線照射タイミングを設定する。
ステップS702において、センサ1012は、コントロールPC1011から出力される、センサを駆動制御するための信号(センサ駆動信号)に合わせて画像を取得する。そして、センサ1012は、取得した画像(センサ取得画像)とセンサ駆動信号とを画像処理部102へと出力する。
ステップS703において、画像処理部102は、センサ取得画像がX線画像であるかダーク画像であるかを判定し、この判定結果によって、処理ステップを切り替える。
ステップS703の判定結果がダーク画像である場合、処理はステップS704に進められる。図4より、センサ1012は、X線が照射される前(X線照射前)に1度、ダーク画像(第1のダーク画像)を取得する。画像処理部102は、センサ1012から送られたダーク画像(第1のダーク画像)を画像保存部104に送り、画像保存部104のダーク画像保存部に保存する(S704)。
ステップS705において、画像処理部102を構成する画像受信部1021は、入力されたダーク画像が撮影開始後の1枚目のダーク画像であるか否かを判定する。画像受信部1021は、センサ駆動信号の受信回数をカウントすることが可能であり、受信回数のカウントに基づいて、1枚目のダーク画像であるか2枚目のダーク画像であるかを判定する。1枚目のダーク画像である場合(S705−Yes)、処理はステップS702に戻され、同様の処理を繰り返す。センサ1012は、再び画像を取得し(S702)、センサ1012は、取得した画像を画像処理部102へと出力する。図4より、次にセンサ1012が取得する画像は、X線画像(第1のX線画像)となる。画像受信部1021は、受信したX線画像(第1のX線画像)を画像保存部104に存在するX線画像保存部に保存し(S706)、処理はステップS702に戻され同様の処理を繰り返す。
一方、ステップS703の判定結果がダーク画像である場合、処理はステップS704に進められ、ダーク画像は画像保存部104のダーク画像保存部に保存される。このとき、第1のダーク画像に上書きをしないように第2のダーク画像が保存される。
そして、ステップS705の判定で、1枚目のダーク画像でない場合、すなわち、2枚目のダーク画像であると画像処理部102が判定する場合、処理はステップS707に進められる。画像受信部1021は、入力されたダーク画像はX線が照射された後(X線照射後)の2枚目のダーク画像であるので、画像処理パラメータ制御部1022と前処理部1023へ第2のダーク画像を出力する。
ステップS707において、前処理部1023は、第2のダーク画像とX線画像保存部に保存されている第1のX線画像とを入力とし、前処理を行う。ここでの前処理はセンサ1012が有する固定パターンノイズを取り除くことである。前処理部1023への入力は第1のX線画像と第2のダーク画像であり、第1のX線画像から第2のダーク画像を差し引くことで(差分を求めることで)、センサ固定のノイズパターン(固定パターンノイズ)が求められる。この固定パターンノイズを相殺するような補正を第1のX線画像に加えることで、固定パターンノイズを取り除くことができる。ここでは、固定パターンノイズを求めるダーク画像として、第2のダーク画像を用いているが、X線画像の撮影直前に取得されたダーク画像(第1のダーク画像)を利用することも可能である。そのときはダーク画像保存部から第2のダーク画像ではなく第1のダーク画像が画像処理部への入力となる。前処理部1023は前処理済み画像を出力する。
ステップS708において、画像処理パラメータ制御部1022は、第2のダーク画像と画像保存部104から第1のダーク画像を入力とし、ランダムシステムノイズの計算を行う。具体的には、第1のダーク画像と第2のダーク画像との差分を計算する。差分をとることで、第1および第2の画像に加算されていた固定パターンノイズが削除され、ランダムなノイズだけが残る。
そして、ステップS709において、画像処理パラメータ制御部1022は、差分画像の画像全体で標準偏差を計算することで、ランダムシステムノイズを計算する。ここで得られたランダムシステムノイズは、第1のダーク画像と第2のダーク画像の差分から得られたものなので、本来のランダムシステムノイズの倍となっている。しかし、ノイズ抑制処理対象である前処理済み画像もダーク画像との差分をとり固定パターンノイズを取り除いているため、その際にランダムシステムノイズが倍となっている。したがって、画像処理パラメータ制御部1022は、得られたランダムシステムノイズ量をそのままノイズ抑制処理部1024へと出力する。ランダムシステムノイズ量がノイズ抑制処理におけるパラメータとなる。
次に、ステップS710において、ノイズ抑制処理部1024は、前処理済み画像からランダムノイズ量を計算する。ランダムノイズ量は、先に示した式(1)および、式(2)を利用して計算する。前処理済み画像の各画素において、その輝度値を式(2)の輝度値Xとして入力し、ランダム量子ノイズ量を求める。そして、式(1)に式(2)より求まったランダム量子ノイズ量と、画像処理パラメータ制御部1022から出力されたランダムシステムノイズ量を入力し、ランダムノイズ量を計算する。式(1)や式(2)は実際に計算をせずに各式をテーブル化しておくことで、処理速度を向上させる方法で行ってもよい。
ステップS711において、ノイズ抑制処理部1024は、得られたランダムノイズ量を用いて、ノイズ抑制処理を行う。ノイズ抑制処理とは、具体的にリカーシブフィルタを用いたフィルタリング処理をいう。リカーシブフィルタは式(3)のように表される。
Figure 2009189440
X(n)はnフレーム目のリカーシブフィルタへの入力値を表し、Y(n)は、nフレーム目のリカーシブフィルタの出力値を表す。aはフィードバック係数である。フィードバック係数を大きくすることでノイズ抑制力をあげることができるが、動きがあるところでは残像を発生させてしまう欠点がある。したがってリカーシブフィルタにおいて、ノイズと動きの判定は重要でかつ困難である。そこで、ノイズ抑制処理部1024で計算したランダムノイズ量(ノイズ推定量と定義する)をノイズ抑制処理パラメータとして用い、ノイズと動きの閾値として利用し、ノイズ抑制処理を制御する。ノイズと動きを判定するためにノイズ推定量と、前フレーム画像X(n−1)と現フレーム画像X(n)との差分値とを比較する。差分画像には低周波成分が取り除かれ、ランダムノイズと動きだけが残った画像となる。この中からノイズと動きとを区別する。ノイズ推定量よりも差分値が大きければ動きと判断し、ノイズ推定量よりも差分値が小さければノイズと判断する。そして、動きと判定された画素はフィードバック係数を小さくし、ノイズと判定された画素に関してはフィードバック係数を大きくし、動きに強く、ノイズ抑制力のある処理ができる。式(4)のような制御となる。ainiはフィードバック係数aの初期設定値である。σ(X(n))は、X(n)のランダムシステムノイズ量である。
Figure 2009189440
ノイズ推定量を√2倍した値と比較する理由は、差分をとった値と比較をしているためである。そのため、差分をとらない画像で比較する場合(例えばX(n)画像そのものとノイズ推定量とを比較する場合)は、√2倍する必要はない。このようにフレームごとにランダムシステムノイズの計算をすることで、フレームごとに最適なノイズ抑制処理パラメータがセットされ、最適なノイズ抑制処理ができる。
ノイズ抑制処理部1024の具体的なノイズ抑制処理として、空間フィルタを利用する。空間フィルタの例としてεフィルタをあげる。εフィルタは式(5)のように表される。
Figure 2009189440
Ep(x)は入力画素値xに対してのεフィルタ出力値で、w(i)がフィルタ係数、h(i)は、フィルタ係数の初期値である。例えば、h(i)は、3×3のフィルタで、全ての要素が1/9である平滑化フィルタ係数など、ノイズ抑制力のあるフィルタ係数を設定する。空間フィルタは、近傍画素からノイズ抑制をするため、エッジ成分があるとエッジをぼかしてしまう問題が発生する。エッジボケを防ごうとノイズ抑制力を弱めると、ノイズが抑制できなくなる。したがって空間フィルタにおいて、ノイズとエッジの判定は重要でかつ困難である。そこで、ノイズ抑制処理部1024で計算したランダムノイズ量(ノイズ推定量と定義する)をノイズ抑制処理パラメータとして用い、ノイズとエッジの閾値として利用し、ノイズ抑制処理を制御する。εフィルタは対象画素とその周辺画素とを比較し、フィルタ係数を決定し、フィルタ抑制力を決める。その際、対象画素と周辺画素との差分値からノイズであるかエッジであるかを判定し、フィルタ係数を決定する。そこでノイズであるかエッジであるかの閾値として、ノイズ推定量を利用する。対象画素と周辺画素の差分値とノイズ推定量とを比較してエッジかノイズかを判断する。そのような関数が式(5)のF(X)である。式(6)にその内容を示す。
Figure 2009189440
ノイズ推定量よりも大きければエッジとする。式(5)において、エッジ時の式(6)の値を利用してフィルタ係数w(i)を計算すると、その画素に対するフィルタ係数w(i)は小さくなる。その結果、フィルタ係数w(i)の中心画素の値が、大きくなるようになっている。つまり、エッジと判定された画素はフィルタ係数を中心画素への依存度が高い係数とし、平滑度を弱めエッジを保存する。ノイズ推定量よりも小さければノイズとする。式(5)において、ノイズ時の式(6)の値を利用してフィルタ係数w(i)を計算すると、その画素に対するフィルタ係数w(i)は初期係数h(i)となる。つまり、平滑度が高い係数が選択され、ノイズを抑制する。このようにフィルタ係数を決めることで、エッジに強く、ノイズ抑制力のある処理ができる。
こうすることで、フレームごとにランダムシステムノイズの計算をすることで、フレームごとに最適なノイズ抑制処理パラメータがセットされ、最適なノイズ抑制処理ができる。ノイズ抑制処理部1024は、時間フィルタ、空間フィルタを直列につなげ、3次元的に処理を行うことが可能であり、また、並列につなぎ、画素ごとに選択的に処理をすることも可能である。もちろん、どちらか一方だけを利用して処理をしてもかまわない。
ステップS712において、画像処理部102は、ノイズ抑制処理済み画像を、画像保存部104に出力し、画像保存部104はノイズ抑制済み画像を保存する。
また、ステップS713において、画像処理部102は、ノイズ抑制処理済み画像を、画像表示部103に出力し、画像表示部103は表示デバイスにノイズ抑制処理済み画像を表示する。センサ1012が取得するこれ以降の画像に関しても同様な処理を続け、ノイズ抑制処理済み画像を表示し、保存する。
このように撮影された画像ごとのランダムシステムノイズを検出することで、撮影された画像ごとに適切なノイズ抑制処理を行うことができ、視認性に優れた画像の生成が可能になる。
<第2実施形態>
第2の実施形態は、第1実施形態のX線撮像部101、画像処理部102、画像表示部103、画像保存部104の構成及び処理の流れとほぼ同じである。第1実施形態と異なる点は、画像処理部102の画像処理パラメータ制御部1022におけるランダムシステムノイズの検出方法である。
本実施形態では、ステップS708において、画像処理パラメータ制御部1022は、第1のダーク画像と第2のダーク画像との差分を計算する。X線画像直後に取得する第2のダーク画像には、X線画像の残像が残っている可能性がある。したがって、この差分画像には、ランダムシステムノイズ以外にも残像がのるケースがある。残像成分が残っていると、標準偏差の計算結果に誤差が生じ、正確なランダムシステムノイズが求まらない。
そこで、ステップS709に対応する処理として、画像処理パラメータ制御部1022は、残像成分を取り除くために差分画像に対して、フィルタリング処理を実行する。残像とランダムシステムノイズの周波数成分を比較した場合、残像成分は低周波成分で、ランダムシステムノイズは高周波成分である。よって、画像処理パラメータ制御部1022は、ハイパスフィルタ処理を実行する。ハイパスフィルタ処理をした差分画像の画像全体で標準偏差を計算することで、ランダムシステムノイズが計算される。画像処理パラメータ制御部1022は、このようにして得られたランダムシステムノイズ量をノイズ抑制処理部1024へと出力する。
本実施形態に拠れば、ダーク画像に残像成分が存在していたとしても、ランダムシステムノイズを正確に検出することが可能になる。
<第3実施形態>
第3の実施形態は、第1実施形態のX線撮像部101、画像処理部102、画像表示部103、画像保存部104の構成及び処理の流れとほぼ同じである。第1実施形態と異なる点は、画像処理部102の画像処理パラメータ制御部1022におけるランダムシステムノイズの検出方法である。
本実施形態では、ステップS708において、画像処理パラメータ制御部1022は、第1のダーク画像と第2のダーク画像との差分を計算する。
次に、ステップS709において、画像処理パラメータ制御部1022は、差分画像を複数のブロックへと分割し、ブロックごとの平均輝度値を計算する。ランダムシステムノイズは平均値を0として分布するため、平均値が最も0に近い値となるブロックの標準偏差を計算し、この標準偏差を画像全体のランダムシステムノイズとして利用する。ブロックの分割方法は、等間隔に区切っても良いし、直前にセンサが取得しているX線画像から、領域認識をして分割しても良い。平均値が0に近いブロックを複数利用し、複数ブロックの標準偏差の平均を計算し、それを画像全体のランダムシステムノイズとしてもよい。このようにして得られたランダムシステムノイズ量を、画像処理パラメータ制御部1022は、ノイズ抑制処理部1024へと出力する。
本実施形態に拠れば、ダーク画像に残像成分が存在していたとしても、ランダムシステムノイズを正確に検出することが可能である。
<第4実施形態>
第4の実施形態は、第1実施形態のX線撮像部101、画像処理部102、画像表示部103、画像保存部104の構成及び処理の流れとほぼ同じである。第1実施形態と異なる点は、センサ1012の駆動モードと、画像処理パラメータ制御部への入力画像である。
第1実施形態と第4実施形態とで駆動モードの異なる点は、図5に示すように第2のダーク画像を取得した後に第3のダーク画像を取得する点である。第3のダーク画像が入力された画像処理パラメータ制御部1022の動作を、図1の構成図と、図5のタイミングチャート、図8のフローチャートを参照して説明する。図8のフローチャートにおいて、図7のフローチャートと同様の処理については、同一のステップ番号を付して重複した説明を避けるため説明を省略する。
ステップS805において、画像受信部1021は、入力されたダーク画像が撮影開始前の1枚目のダーク画像(第1のダーク画像)であるか、X線の照射が終了した後のダーク画像(第2のダーク画像)であるか否かを判定する。第1のダーク画像、第2のダーク画像である場合(S805−Yes)、処理はステップS702に戻され、同様の処理が繰り返される。入力されたダーク画像が第2のダーク画像でない場合、すなわち第2のダーク画像の取得後一定時間が経過した後にセンサ1012が取得した第3のダーク画像である場合(S805−No)、処理はS707に進められる。ステップS707において、前処理部1023による前処理が実行される。
ステップS808において、画像処理パラメータ制御部1022は、第3のダーク画像と画像保存部104のダーク画像保存部に保存されている第1のダーク画像とを入力とし、ランダムシステムノイズの計算を行う。具体的には、第1のダーク画像と第3のダーク画像との差分値を計算する。
ステップS809において、画像処理パラメータ制御部1022は、複数のダーク画像の差分値として求められる差分値画像の画像全体で標準偏差を計算することで、ランダムシステムノイズを計算する。第2のダーク画像ではなく、第3のダーク画像を利用するのは、X線画像を取得した直後に取得する第2のダーク画像には、X線画像の残像が残っている可能性があるためである。そこで第2のダーク画像を取得した直後、あるいは、第2のダーク画像の取得後一定時間が経過した後にセンサ1012により取得された第3のダーク画像を使うことで、より精度よくランダムシステムノイズを求めることができる。このようにして得られたランダムシステムノイズ量を画像処理パラメータ制御部1022は、ノイズ抑制処理部1024へと出力する。
本実施形態に拠れば、ダーク画像に残像成分が存在していたとしても、ランダムシステムノイズを正確に検出することが可能である。
<第5実施形態>
第5実施形態は、第1実施形態のX線撮像部101、画像処理部102、画像表示部103、画像保存部104の構成及び処理の流れとほぼ同じである。第1実施形態と異なる点は、センサ1012の駆動モードと、画像処理パラメータ制御部1022への入力画像と、再画像処理がある点である。
第1実施形態のセンサの駆動モードと第5実施形態のセンサの駆動モードの異なる点は、図6に示すように、X線画像の撮影開始前の第4のダーク画像と第5のダーク画像、X線画像の撮影終了後の第7のダーク画像と第8のダーク画像を取得する点である。第4のダーク画像と第5のダーク画像は、撮影開始前の1枚目、2枚目のダーク画像であり、第7のダーク画像と第8のダーク画像は、X線画像の撮影終了後の2枚目、3枚目のダーク画像である。
この4枚のダーク画像が画像処理パラメータ制御部1022への入力画像となる。第4のダーク画像と第5のダーク画像から検出されたランダムシステムノイズを撮影前ランダムシステムノイズ量とする。そして、第7のダーク画像と第8のダーク画像から検出されたランダムシステムノイズ量を撮影後ランダムシステムノイズ量として、画像処理パラメータ制御部1022は画像保存部104に保存する。ノイズ抑制処理部1024は、画像保存部104から撮影前ランダムシステムノイズ量を入力とし、撮影中のランダムノイズ量を計算し、ノイズ抑制処理を行う。
本実施形態では撮影終了後の再ノイズ抑制処理を行う。再ノイズ抑制処理を、図1の構成図と、図6のタイミングチャート、図9のフローチャートを参照して説明する。図9のフローチャートにおいて、図7のフローチャートと同様の処理については、同一のステップ番号を付して重複した説明を避けるため説明を省略する。
ステップS905において、画像受信部1021は、入力されたダーク画像が撮影開始前の1枚目のダーク画像(第4のダーク画像)、または撮影終了後の2枚目のダーク画像(第7のダーク画像)であるか否かを判定する。撮影開始前の1枚目のダーク画像、または撮影終了後の2枚目のダーク画像である場合(S905―Yes)、処理はステップS702に戻され同様の処理が実行される。
一方、ステップS905の判定で、撮影開始前の1枚目のダーク画像、または撮影終了後の2枚目のダーク画像でない場合(S905−No)、処理はステップS907に進められる。ステップS907において、画像受信部1021は、撮影開始前の2枚目のダーク画像(第5のダーク画像)、または撮影終了後の3枚目のダーク画像(第8のダーク画像)であるか否かを判定する。撮影開始前の2枚目のダーク画像、または撮影終了後の3枚目のダーク画像でない場合(S907−No)、処理はステップS707に進められ、以下、第1実施形態で説明した図7の各ステップと同様の処理が実行される。一方、ステップS907の判定で、撮影開始前の2枚目のダーク画像、または撮影終了後の3枚目のダーク画像と判定される場合(S907−Yes)、処理はステップS708に進められ、図7のステップS708の処理と同様に差分値の計算が実行される。ここでは、4枚のダーク画像に基づき差分値が計算される。
ステップS909において、画像処理パラメータ制御部1022は、第5のダーク画像と画像保存部104から第4のダーク画像を入力とし、ランダムシステムノイズの計算を行う。また、画像処理パラメータ制御部1022は、第8のダーク画像と画像保存部104から第7のダーク画像を入力とし、ランダムシステムノイズの計算を行う。差分をとることで、第4および第5のダーク画像に加算されていた固定パターンノイズ、第7および第8のダーク画像に加算されていた固定パターンノイズが削除され、ランダムなノイズだけが残る。
ステップS916において、撮影終了後の3枚目のダーク画像まで、ランダムシステムノイズの計算が終了していない場合(S916−No)、処理はステップS702に戻され、同様の処理が繰り返される。一方,ステップS916の判定で、撮影終了後の第3のダーク画像まで、ランダムシステムノイズの計算が終了している場合(S916−Yes)、処理はステップS917に進められる。
ステップS917にいおいて、ノイズ抑制処理部1024は、第1実施形態と同様に、まずランダムノイズ量を計算する。ランダムノイズを計算するために、画像保存部104から、撮影後ランダムシステムノイズ量および撮影前ランダムシステムノイズ量を呼び出し、この値を用いて撮影後ランダムノイズ量を計算する。具体的には、撮影開始(X線照射開始)から撮影終了(X線照射終了)までランダムシステムノイズは増加する。フレームNに対して、F(N)という関係で増加するとすると、F(N)の関係から、撮影中の各フレームにおけるランダムシステムノイズ量を推定(補間)する。F(N)が線形であるとき、撮影中の各フレームにおけるランダムシステムノイズNs(n)は式(7)のようになる。画像処理パラメータ制御部1022は、補間されたランダムシステムノイズ量に基づき、X線画像を処理するためのパラメータを変更する。ノイズ抑制処理部1024は、変更されたパラメータに基づき、画像保存部104に保存されているX線画像の画像処理を行うことが可能である。
Figure 2009189440
s_finは撮影後ランダムシステムノイズ量、Ns_startは撮影前ランダムシステムノイズ量、Cは係数とする。得られたランダムシステムノイズNs(n)を用いて、式(1)と式(2)から各フレームにおけるランダムノイズ量を計算する。
そして、ステップS918において、ノイズ抑制処理部1024は、画像保存部104から前処理済画像を入力とし、得られたランダムノイズ量によりノイズ抑制処理を行い、再ノイズ抑制処理済み画像(撮影後パラメータノイズ抑制処理済画像)を作成する。
ステップS919において、ノイズ抑制処理部1024は、画像保存部104へ撮影後パラメータノイズ抑制処理済画像を再ノイズ抑制済み画像として保存する。
このように撮影後に改めて再ノイズ抑制処理をすることで、ダーク画像上の残像によるノイズ量の計算誤差の縮小や、システム全体の処理負荷の軽減をすることができる。再ノイズ抑制処理後の画像はより適切なノイズ抑制効果がなされた画像が保存されるため、シネループ再生などで医師が診断する際には、より視認性を高めることができる。
<第6実施形態>
第1実施形態から第4実施形態において、センサ1012がX線画像を取得するごとに、つまり毎フレーム、画像処理パラメータ制御部1022は動作してランダムシステムノイズの計算を行う。しかし、毎フレームにランダムシステムノイズの計算を行わず、一定の周期ごとにランダムシステムノイズの計算を行うことも可能である。X線撮像部101のコントロールPC1011から画像処理部102に一定の周期の情報が入力されると、この周期の情報に基づいて、画像処理パラメータ制御部1022は動作してランダムシステムノイズの計算を行う。ここで、一定周期とは、フレーム数や一定の時間をいう。一定周期の情報として入力されたフレーム数や時間ごとに、画像処理パラメータ制御部1022は動作することが可能である。画像処理パラメータ制御部1022が動作しない状態において、ノイズ抑制処理部1024は、前フレームで利用したランダムシステムノイズを利用してノイズ抑制処理を実行する。
本実施形態に拠れば、一定の周期毎にランダムシステムノイズを計算し、ランダムシステムノイズの影響を抑制した、より精度の高いX線画像処理が可能になる。
<第7実施形態>
第1実施形態から第4実施形態の構成において、センサ1012がX線画像を取得するごとに、つまり毎フレーム、画像処理パラメータ制御部1022は動作してランダムシステムノイズの計算を行う。しかし、毎フレーム、ランダムシステムノイズの計算を行わず、センサ1012のセンサ読取モードが切り替えられたときにランダムシステムノイズの計算を行うことも可能である。
図10は、第7実施形態にかかるX線照射タイミング、センサ1012の動作、ノイズ解析、画像処理パラメータの設定に関するタイミングチャートである。第1実施形態から第4実施形態と同様に第1のX線画像に対して、画像処理パラメータ制御部1022は動作しランダムシステムノイズ検出を行う。第2のX線画像に対して、センサ1012のセンサ読取りモードは第1のX線画像の場合と比較して変化していない。そのため、画像処理パラメータ制御部1022は動作せずに、ノイズ抑制処理部1024は、第1のX線画像のランダムシステムノイズとして検出したランダムシステムノイズを利用してノイズ抑制処理を行う。第3のX線画像に関してもセンサ1012のセンサ読取りモードは変わらないので、第2のX線画像と同様の処理をする。
次に、第4のX線画像を取得するにあたって、センサ1012のセンサ読取りモードが変更になったとする。ここで、センサ読取りモードとは、具体的には、センサ読み出し時のライン加算数の変更、読み出し時の読み出しエリアの変更などである。X線撮像部101のコントロールPC1011からセンサ読取モードが変更になったことが画像処理部102に通知されると、この通知を受けて、画像処理パラメータ制御部1022はランダムシステムノイズの計算を行い、パラメータの変更を行う。ノイズ抑制処理部1024は、新たに変更されたパラメータを利用してノイズ抑制処理を施した画像処理を実行する。第5のX線画像に対しては、センサ1012のセンサ読取りモードが変わらないので、画像処理パラメータ制御部1022は動作しない。第6のX線画像では、センサ1012のセンサ読取りモードが変更されているので、第4のX線画像の場合と同様に、画像処理パラメータ制御部1022はランダムシステムノイズの計算を行い、パラメータの変更を行う。ノイズ抑制処理部1024は、新たに算出されたパラメータを利用してノイズ抑制処理を施した画像処理を実行する。
本実施形態によれば、ランダムシステムノイズを、センサ読取りモードの変更のタイミングで撮影されるダーク画像を用いて計算し、ランダムシステムノイズの影響を抑制したX線画像処理が可能になる。
<第8実施形態>
上述の実施形態では、X線透視装置が稼働状態である場合において、予め定められたタイミングで、センサ1012がダーク画像を取得して、画像処理パラメータ制御部1022がランダムシステムノイズを算出する構成を説明した。ダーク画像を取得するタイミングとしては、X線透視装置が稼働状態にある場合に限定されず撮影待機状態であるときでもよい。また、ダーク画像を取得するタイミングとして、センサ駆動モードに従ったタイミングに拠らず、センサ1012が2枚のダーク画像を等間隔のタイミング、または不等間隔のタイミングで取得することも可能である。ここで、等間隔のタイミングとは、所定の時間間隔をダーク画像の取得のタイミングとすることをいう。また、不等間隔のタイミングとは、不規則な事象の発生をダーク画像の取得のタイミングとすることをいう。例えば、センサ1012またはX線透視装置の電源がONになったタイミング、X線透視装置のキャリブレーションが行われた直後、もしくはキャリブレーションの直前のタイミングなどが含まれる。
また、X線透視装置の設置場所が別の設置場所へと移動になるなど、撮影環境が変わったタイミングも不等間隔のタイミングに含まれる。これらのタイミングで、センサ1012は2枚のダーク画像を取得し、画像処理パラメータ制御部1022によってランダムシステムノイズの算出を行う。ノイズ抑制処理部1024は、任意のタイミング、例えば、撮影待機状態、等間隔のタイミング、または不等間隔のタイミングで取得されたダーク画像に基づくランダムシステムノイズによりノイズ抑制処理を実行することが可能である。
本実施形態によれば、ランダムシステムノイズを、任意のタイミングでセンサが取得したダーク画像を用いて計算し、ランダムシステムノイズの影響を抑制したX線画像処理が可能になる。
(他の実施形態)
なお、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録したコンピュータ可読の記憶媒体を、システムあるいは装置に供給することによっても、達成されることは言うまでもない。また、システムあるいは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
この場合、記憶媒体から読出された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を記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、不揮発性のメモリカード、ROMなどを用いることができる。
また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現される。また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているOS(オペレーティングシステム)など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が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
本発明の実施形態にかかるX線透視装置の機能構成を説明する図である。 X線透視装置のハードウェア構成を説明する図である。 X線線量とX線ランダムノイズ量との関係を示す図である。 X線照射のタイミングと、センサによるX線画像の取得、X線画像に含まれるノイズ解析、画像処理パラメータの設定のタイミングを示す図である。 X線照射のタイミングと、センサによるX線画像の取得、X線画像に含まれるノイズ解析、画像処理パラメータの設定のタイミングを示す図である。 X線照射のタイミングと、センサによるX線画像の取得、X線画像に含まれるノイズ解析、画像処理パラメータの設定のタイミングを示す図である。 X線画像処理装置の動作の流れを説明する図である。 X線画像処理装置の動作の流れを説明する図である。 X線画像処理装置の動作の流れを説明する図である。 X線照射のタイミングと、センサによるX線画像の取得、X線画像に含まれるノイズ解析、画像処理パラメータの設定のタイミングを示す図である。
符号の説明
101 X線撮像部
1011 コントロールPC
1012 センサ
1013 X線発生装置
102 画像処理部
1021 画像受信部
1022 画像処理パラメータ制御部
1023 前処理部
1024 ノイズ抑制処理部
103 画像表示部
104 画像保存部

Claims (16)

  1. X線を照射していない状態で、X線受光手段が異なるタイミングで取得した複数のダーク画像の差分値に基づき、前記X線受光手段が有するノイズ量を算出する算出手段と、
    X線を照射した状態で、前記X線受光手段が取得するX線画像に前記ノイズ量が重畳するのを抑制するように、予め定められた前記X線画像を処理するためのパラメータを変更する変更手段と、
    前記変更手段により変更された前記パラメータに基づき、前記X線画像の画像処理を行う画像処理手段と、
    を有することを特徴とするX線画像処理装置。
  2. 前記算出手段は、X線照射の開始前に前記X線受光手段が取得した第1のダーク画像と、X線照射の終了後に前記X線受光手段が取得した第2のダーク画像と、の差分値に基づき前記ノイズ量を算出することを特徴とする請求項1に記載のX線画像処理装置。
  3. 前記算出手段は、前記第1のダーク画像と、前記第2のダーク画像の取得後一定時間が経過した後に前記X線受光手段が取得した第3のダーク画像と、の差分値に基づき前記ノイズ量を算出することを特徴とする請求項2に記載のX線画像処理装置。
  4. 前記算出手段は、X線照射の開始前の異なるタイミングで前記X線受光手段が取得した複数のダーク画像の差分値と、X線照射の終了後の異なるタイミングで前記X線受光手段が取得した複数のダーク画像の差分値と、に基づき、X線照射開始からX線照射終了までのノイズ量を補間することを特徴とする請求項1に記載のX線画像処理装置。
  5. X線照射開始からX線照射終了までに前記X線受光手段が取得したX線画像を保存する画像保存手段を更に備え、
    前記変更手段は、前記算出手段により補間されたノイズ量に基づき、前記X線画像を処理するためのパラメータを変更し、
    前記画像処理手段は、前記変更手段により変更された前記パラメータに基づき、前記画像保存手段に保存されている前記X線画像の画像処理を行うことを特徴とする請求項4に記載のX線画像処理装置。
  6. 前記算出手段は、前記複数のダーク画像の差分値にハイパスフィルタを用いたフィルタリング処理により、前記ノイズ量を算出することを特徴とする請求項1に記載のX線画像処理装置。
  7. 前記算出手段は、前記複数のダーク画像の差分値として求められる差分値画像を複数の部分領域に分割し、それぞれの部分領域に含まれるX線残像による画素の平均値が最小となる部分領域のノイズ量に基づき、前記ノイズ量を算出することを特徴とする請求項1に記載のX線画像処理装置。
  8. 算出手段と、変更手段と、画像処理手段と、を有するX線画像処理装置におけるX線画像処理方法であって、
    前記算出手段が、X線を照射していない状態で、X線受光手段が異なるタイミングで取得した複数のダーク画像の差分値に基づき、前記X線受光手段が有するノイズ量を算出する算出工程と、
    前記変更手段が、X線を照射した状態で、前記X線受光手段が取得するX線画像に前記ノイズ量が重畳するのを抑制するように、予め定められた前記X線画像を処理するためのパラメータを変更する変更工程と、
    前記画像処理手段が、前記変更工程により変更された前記パラメータに基づき、前記X線画像の画像処理を行う画像処理工程と、
    を有することを特徴とするX線画像処理方法。
  9. 前記算出工程では、X線照射の開始前に前記X線受光手段が取得した第1のダーク画像と、X線照射の終了後に前記X線受光手段が取得した第2のダーク画像と、の差分値に基づき前記ノイズ量を算出することを特徴とする請求項8に記載のX線画像処理方法。
  10. 前記算出工程では、前記第1のダーク画像と、前記第2のダーク画像の取得後一定時間が経過した後に前記X線受光手段が取得した第3のダーク画像と、の差分値に基づき前記ノイズ量を算出することを特徴とする請求項9に記載のX線画像処理方法。
  11. 前記算出工程では、X線照射の開始前の異なるタイミングで前記X線受光手段が取得した複数のダーク画像の差分値と、X線照射の終了後の異なるタイミングで前記X線受光手段が取得した複数のダーク画像の差分値と、に基づき、X線照射開始からX線照射終了までのノイズ量を補間することを特徴とする請求項8に記載のX線画像処理方法。
  12. 前記X線画像処理装置は、X線照射開始からX線照射終了までに前記X線受光手段が取得したX線画像を保存する画像保存手段を更に備え、
    前記変更工程では、前記算出工程により補間されたノイズ量に基づき、前記X線画像を処理するためのパラメータを変更し、
    前記画像処理工程では、前記変更工程により変更された前記パラメータに基づき、前記画像保存手段に保存されている前記X線画像の画像処理を行うことを特徴とする請求項11に記載のX線画像処理方法。
  13. 前記算出工程では、前記複数のダーク画像の差分値にハイパスフィルタを用いたフィルタリング処理により、前記ノイズ量を算出することを特徴とする請求項8に記載のX線画像処理方法。
  14. 前記算出工程では、前記複数のダーク画像の差分値として求められる差分値画像を複数の部分領域に分割し、それぞれの部分領域に含まれるX線残像による画素の平均値が最小となる部分領域のノイズ量に基づき、前記ノイズ量を算出することを特徴とする請求項8に記載のX線画像処理方法。
  15. コンピュータを、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のX線画像処理装置として機能させるプログラム。
  16. 請求項15に記載のプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ可読の記憶媒体。
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