JP2010183944A

JP2010183944A - Ｘ線撮影装置

Info

Publication number: JP2010183944A
Application number: JP2009028162A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Shintani; 鋭一新谷; Takayuki Sano; 孝之佐野
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2010-08-26

Abstract

【課題】Ｘ線撮影装置が透視撮影モードで動作する間に、透視撮影の開始直後から、診断に必要とされる十分な明るさのＸ線透視像が得られるようにする。
【解決手段】Ｘ線管３と、Ｘ線検出器５と、取得された各フレームの平均画素値を検出する画素値検出部１１と、取得された各フレームの画像を処理する画像処理部１０と、モニタ１３と、Ｘ線の照射開始後の経過時間を計測する時間計測部１８とを備える。画像処理部は、現在取得されたフレームおよびそのＮフレーム前までの各フレームの画像に、合計が１となる割合で所定の重み係数を掛けた後、加算処理する画像加算部１６と、Ｘ線の照射開始後、所定時間が経過するまでの間または取得されるフレームの平均画素値が予め決定された基準値を超えるまでの間、画像加算部の重み係数を合計が１を超えるように増大させる重み係数変更部１７とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線撮影装置、特に、透視撮影機能を備えたＸ線撮影装置に関する。

近年、透視撮影機能を備えたＸ線撮影装置が診断や治療に利用されている。Ｘ線撮影装置は、透視撮影モードで動作するとき、被検体に対してＸ線を連続的に照射し、被検体を透過したＸ線をイメージ増倍管（Ｉ．Ｉ．）によって光学像に変換し、この光学像をＴＶカメラで撮影する。ＴＶカメラで撮影された画像信号は、Ａ／Ｄ変換器によって1フレーム毎のデジタル画像データに変換された後、画像処理部に送られる。画像処理部で処理された１フレーム毎の画像データは、順次、Ｄ／Ａ変換器を経てモニタに送られ、それによって、Ｘ線透視像がモニタに表示される。

この種のＸ線撮影装置においては、透視撮影モードで動作している間に、順次取得されるフレームの画像の明るさ（平均画素値）が測定され、被検体の部位毎の体厚の変化に伴ってフレームの画像の明るさが変動した場合に、明るさを所定の最適値にするべく、Ｘ線管に対する高電圧発生装置の自動輝度調整機構（ＩＢＳ機構）によってＸ線の出力が調節されている。

ところで、Ｘ線管からのＸ線の出力は、高電圧発生装置から供給される管電圧だけでなく、Ｘ線管のフィラメントおよび陽極間に流れる管電流にも依存する。したがって、Ｘ線管の起動直後や、Ｘ線管の起動後、しばらくの間Ｘ線の照射がなされない場合等においては、Ｘ線管のフィラメントが十分に温められていないので十分な管電流が得られず、必要な照射Ｘ線の出力が得られない。

このため、Ｘ線撮影装置が透視撮影モードで動作するとき、透視撮影の開始直後は、ＩＢＳ機構によってＸ線の出力を調節しても、しばらくの間、モニタ表示されるＸ線透視像が暗くなるという問題を生じていた。

また、透視撮影では、Ｘ線撮影と異なり、単位時間当たりのＸ線照射量を少なくするので、ノイズ成分が増大してＳ／Ｎ比が低下し、その結果、Ｘ線透視像の品質が低下する。このため、この種のＸ線撮影装置は、リカーシブフィルタを備えることで、Ｓ／Ｎ比の改善を図っている。
リカーシブフィルタは、現在取得されたフレームの画像と、それ以前に取得されたフレームの画像とを重み付け加算処理することにより、ノイズを相殺し、Ｓ／Ｎ比を改善する機能を有している。この場合、重み係数は、合計が１になるような一定の割合で、加算処理される画像のそれぞれに割り当てられる。

そして、リカーシブフィルタの重み係数を、合計が１となる範囲内で、Ｘ線照射のタイミングに応じて変化させて、透視撮影開始直後のＸ線透視像の明るさを増大させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方法によっても、正確な診断に必要な明るさのＸ線透視像は得られず、それによって、透視撮影開始直後の一定時間内は、診断に支障をきたすおそれがあった。

特開平５−１６１６３６号公報

したがって、本発明の課題は、Ｘ線撮影装置が透視撮影モードで動作する間に、透視撮影の開始直後から、診断に必要とされる十分な明るさのＸ線透視像が得られるようにすることにある。

上記課題を解決するため、本発明は、被検体に対してＸ線を照射するＸ線管と、前記Ｘ線管に対して電圧を供給する高電圧発生部と、前記被検体を透過するＸ線を検出して、透視像の画像信号を出力するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力端子に接続されたＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器から出力された各フレームの平均画素値を検出する画素値検出部と、前記Ａ／Ｄ変換器から出力された１フレーム毎の画像データを処理して出力する画像処理部と、前記画像処理部の出力端子に接続されたＤ／Ａ変換器と、前記Ｄ／Ａ変換器から出力された画像信号に基づいてＸ線透視像を表示するモニタと、前記Ｘ線管によるＸ線の照射開始後の経過時間を計測する時間計測部と、を備え、前記画像処理部は、現在取得されたフレームおよびそのＮフレーム前（Ｎは正の整数）までの各フレームの画像データ、および該各フレームの平均画素値を格納する画像メモリ部と、前記画像メモリ部に格納された各フレームの画像に、合計が１となる割合で予め決定された重み係数をそれぞれ掛けた後、加算処理する画像加算部と、前記Ｘ線の照射開始後、所定時間が経過するまでの間または取得されるフレームの平均画素値が予め決定された基準値を超えるまでの間、前記画像加算部の前記重み係数を、合計が１を超えるように増大させる重み係数変更部と、を有していることを特徴とするＸ線撮影装置を構成したものである。

上記構成において、前記重み係数変更部は、前記画像メモリ部に格納された各フレームの画像の各平均画素値を前記基準値と比較し、前記各平均画素値の前記基準値からの増減の割合に基づいて、対応するフレームの画像に対する前記重み係数を決定することが好ましい。
また、前記画素値検出部は、各フレームの画像全体の平均画素値、または各フレームの予め決定された位置にある画像部分の平均画素値を検出することが好ましい。

本発明によれば、Ｘ線撮影装置が透視撮影モードで動作するとき、透視撮影の開始後（Ｘ線の照射開始後）所定時間が経過するまでの間、または、Ｘ線の照射開始後、取得されるフレームの平均画素値が所定の基準値を超えるまでの間、１フレームの画像が取得される毎に、当該フレームの画像と、そのＮフレーム前までの画像とに、合計が１以上となる割合で、重み係数をそれぞれに割り当て、各フレームの画像を加算処理した後、モニタ表示するようにしたので、透視撮影開始直後であっても、非常に明瞭な透視画像を得ることができる。

本発明の１実施例によるＸ線撮影装置のブロック図である。重み係数の値の一例を示すグラフであり、（Ａ）は、Ｘ線の出力が定常状態のときの重み係数の値を示し、（Ｂ）は、重み係数変更部によって変更された重み係数の値を示している。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施例について説明する。図１は、本発明の１実施例によるＸ線撮影装置のブロック図である。図１を参照して、本発明によれば、天板１上の被検体２に対してＸ線を照射するＸ線管３と、Ｘ線管３に対して電圧を供給する高電圧発生部４と、被検体２を透過するＸ線を検出して、透視像の１フレーム毎の画像信号を出力するＸ線検出器５が備えられる。

この実施例では、Ｘ線検出器５は、被検体２を透過したＸ線を蛍光体により可視光に変換するイメージ増倍管（Ｉ．Ｉ．）６と、変換された可視光を、光学系７を通じて撮影するＴＶカメラ８とから構成される。なお、Ｘ線検出器５として、Ｉ．Ｉ．６、光学系７およびＴＶカメラ８の組み合わせの代わりに、フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）を用いることもできる。
また、高電圧発生部４は、透視輝度自動調整機構（ＩＢＳ）機構を備えている。

ＴＶカメラ８の出力端子には、Ａ／Ｄ変換器９が接続され、Ａ／Ｄ変換器９から出力された１フレーム毎のデジタル画像データが画像処理部１０において処理される。画像処理部１０の出力端子にはＤ／Ａ変換器１２が接続され、Ｄ／Ａ変換器１２から出力された画像信号に基づいてモニタ１３にＸ線透視像が表示される。

高電圧発生部４、Ｉ．Ｉ．６、光学系７、ＴＶカメラ８、および画像処理部１０は、システムコントローラ１４によって制御される。
本発明によれば、また、Ｘ線管３によるＸ線の照射開始後の経過時間を計測する時間計測部１８が備えられる。

本発明によれば、さらに、Ａ／Ｄ変換器９から出力される各フレームの平均画素値を検出する画素値検出部１１が備えられる。
画素値検出部１１は、各フレームの画像全体の平均画素値（画像の明るさ）を検出する構成となっていてもよいし、各フレームの予め決定された位置にある画像部分の平均画素値を検出する構成となっていてもよい。後者の場合には、画素値検出部１１は、例えば、撮影に先立って、サンプル画像をモニタ１３に表示し、操作者に対し、マウスを用いて、モニタ１３に表示したサンプル画像中にポインタを置いてマウスボタンをクリックさせることによって、位置座標のデータ入力を受けるようになっている。
また、画素値検出部１１の検出値は高電圧発生部４のＩＢＳ機構に送られる。ＩＢＳ機構は、この検出値に基づき、取得されるフレームの画像の明るさが所定値になるまで、Ｘ線管３からのＸ線の出力を調節する。そして、取得されるフレームの画像の明るさが所定値になると、ＩＢＳ機構は動作を停止し、それによって、Ｘ線管３からのＸ線の出力は一定になる。

画像処理部１０は、現在取得されたフレームおよびそのＮフレーム前（Ｎは正の整数）までの各フレームの画像データ、および該各フレームの平均画素値を格納する画像メモリ部１５と、画像メモリ部１５に格納された各フレームの画像に、合計が１となる割合で予め決定された重み係数をそれぞれ掛けた後、加算処理する画像加算部１６を有している。
すなわち、現在取得されたフレームの画像をＦ_０、そのＮフレーム前までの各フレームの画像をＦ_１、Ｆ_２、・・・、Ｆ_ｎ−１、Ｆ_ｎとし、各フレームに割り当てられる重み係数をｋ_０、ｋ_１、ｋ_２、・・・、ｋ_ｎ−１、ｋ_ｎとすると、画像加算部１６から出力される処理後の画像は、
Ｆ＝ｋ_０Ｆ_０＋ｋ_１Ｆ_１＋ｋ_２Ｆ_２＋・・・＋ｋ_ｎ−１Ｆ_ｎ−１＋ｋ_ｎＦ_ｎ
（ｋ_０＋ｋ_１＋ｋ_２＋・・・＋ｋ_ｎ−１＋ｋ_ｎ＝１）
となる。

この実施例では、画像メモリ部１５は、現在取得されたフレームの画像データＦ_０およびその３フレーム前までの各フレームの画像データＦ_１、Ｆ_２、Ｆ_３を該各フレームの平均画素値とともに格納し、画像加算部１６は、画像メモリ部１５に格納された４フレームの画像Ｆ_０、Ｆ_１、Ｆ_２、Ｆ_３に、合計が１となる割合で予め決定された重み係数ｋ_０、ｋ_１、ｋ_２、ｋ_３をそれぞれ掛けた後、加算処理するようになっている。

これらの４フレームの画像Ｆ_０、Ｆ_１、Ｆ_２、Ｆ_３にそれぞれ割り当てられる重み係数ｋ_０、ｋ_１、ｋ_２、ｋ_３の値は、図２（Ａ）のグラフに示すように、ｋ_０＝０．４、ｋ_１＝０．３、ｋ_２＝０．２、ｋ_３＝０．１と予め決定され、よって、画像加算部１６から出力される処理後の画像は、
Ｆ＝０．４Ｆ_０＋０．３Ｆ_１＋０．２Ｆ_２＋０．１Ｆ_３
となる。
この実施例では、重み係数は、フレームが過去に遡るにつれて直線的に小さくなるように決定され、それによって、Ｘ線の出力が一定の場合に、画像の加算による残像の効果が少なくなるようにしている。しかし、重み係数を決定する方法はこれに限定されず、全ての重み係数が同じ値になるようにしてもよいし、フレームが過去に遡るにつれて重み係数が二次関数的に小さくなるようにしてもよい。

画像処理部１０は、さらに、Ｘ線の照射開始後、所定時間が経過するまでの間または取得されるフレームの平均画素値が予め決定された基準値を超えるまでの間、画像加算部１６の重み係数を、合計が１を超えるように増大させる重み係数変更部１７を有している。
この場合、Ｘ線の照射開始後とは、Ｘ線撮影装置が起動された場合、または、透視モードにおいてＸ線の出力がしばらく停止していた後に再びＸ線の照射が開始された場合をいい、また、Ｘ線の照射開始後、所定時間が経過するまでの間とは、上記Ｘ線撮影装置の起動後等において、Ｘ線管３のフィラメントが十分に温まってＸ線管３の出力が定常状態になるまでの間をいう。なお、Ｘ線の照射開始後、Ｘ線管３の出力が定常状態になるまでに要する時間は、Ｘ線管３の種類や照射条件等によって異なるので、上記所定時間は、予めＸ線撮影装置の試験運転の結果に基づいて決定される。
また、Ｘ線の照射開始後、Ｘ線管３の出力が定常状態になるまでの間を、経過時間を測定することで捉える代わりに、取得されるフレームの平均画素値を検出することで捉えることもできる。この場合には、Ｘ線の照射開始後、取得されるフレームの平均画素値が予め決定された基準値を超えるまでの間、重み係数が合計が１を超えるように増大せしめられる。

重み係数変更部１７は、画像メモリ部１５に格納された各フレームの画像の各平均画素値を基準値と比較し、各平均画素値の基準値からの増減の割合に基づいて、対応するフレームの画像に対する重み係数を決定する。この場合、重み係数変更部１７は、１フレームの画像が取得される毎に重み係数を変更するようになっていてもよいし、また、動作開始時に決定した重み係数をその動作中は変更しないようになっていてもよいし、また、動作中に状況に応じてその都度重み係数を変更するようになっていてもよい。

Ｘ線の照射開始後所定時間が経過した後または取得されるフレームの平均画素値が予め決定された基準値を超えた後は、重み係数変更部１７は動作を停止する。そして、画像加算部１６は、合計が１となる範囲内で各フレームの画像に割り当てられた予め決定された重み係数を用いて、重み付け加算処理を行い、処理後の画像を出力する。

図２（Ｂ）には、重み係数変更部１７による重み係数の変更例を示した。この例は、４つのフレームＦ_０、Ｆ_１、Ｆ_２、Ｆ_３の画像の平均画素値が、基準値の２７％程度の大きさしかない場合を想定している。図２（Ｂ）のグラフに示すように、各重み係数は、ｋ_０＝１．０、ｋ_１＝１．０、ｋ_２＝０．８、ｋ_３＝０．６であり、重み係数の合計が３．４となる。その結果、画像加算部１６による重み付け加算処理後の出力が、最適の明るさを有するようになる。

この例では、現在取得されたフレームの画像Ｆ_０と、その１フレーム前の画像Ｆ_１の重み係数の値が同じで、２フレーム前の画像Ｆ_２と３フレーム前の画像Ｆ_３については、重み係数が直線的に減少するように設定されるが、重み係数の設定値はこの組み合わせに限定されず、例えば、フレームが過去に遡るにつれて重み係数が二次関数的に減少するように設定してもよい。また、各画像の平均画素値がさらに小さい場合には、重み係数が全体的に大きくなる方向に調節され、逆に、各画像の平均画素値がより大きい場合には、重み係数が全体的に小さくなる方向に調節される。

こうして、本発明によるＸ線撮影装置によれば、Ｘ線の照射開始直後の、明瞭なＸ線透視像を得るのに十分なＸ線出力が得られないときに、現在取得されたフレームの画像と、過去Ｎフレーム前までの各画像とに、合計が１を超えるような重み係数をそれぞれ掛け、それらの画像を加算処理し、さらに公知の所定の画像処理を施した後、モニタ表示するようにしたので、透視撮影の開始直後から、被検体の明瞭なＸ線透視像を取得することができ、迅速かつ的確な診断を実現することができる。

１天板
２被検体
３Ｘ線管
４高電圧発生部
５Ｘ線検出器
６Ｉ．Ｉ．
７光学系
８ＴＶカメラ
９Ａ／Ｄ変換器
１０画像処理部
１１画素値検出部
１２Ｄ／Ａ変換器
１３モニタ
１４システムコントローラ
１５画像メモリ部
１６画像加算部
１７重み係数変更部
１８時間計測部

Claims

被検体に対してＸ線を照射するＸ線管と、
前記Ｘ線管に対して電圧を供給する高電圧発生部と、
前記被検体を透過するＸ線を検出して、透視像の画像信号を出力するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力端子に接続されたＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力された各フレームの平均画素値を検出する画素値検出部と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力された１フレーム毎の画像データを処理して出力する画像処理部と、
前記画像処理部の出力端子に接続されたＤ／Ａ変換器と、
前記Ｄ／Ａ変換器から出力された画像信号に基づいてＸ線透視像を表示するモニタと、
前記Ｘ線管によるＸ線の照射開始後の経過時間を計測する時間計測部と、
を備え、
前記画像処理部は、
現在取得されたフレームおよびそのＮフレーム前（Ｎは正の整数）までの各フレームの画像データ、および該各フレームの平均画素値を格納する画像メモリ部と、
前記画像メモリ部に格納された各フレームの画像に、合計が１となる割合で予め決定された重み係数をそれぞれ掛けた後、加算処理する画像加算部と、
前記Ｘ線の照射開始後、所定時間が経過するまでの間または取得されるフレームの平均画素値が予め決定された基準値を超えるまでの間、前記画像加算部の前記重み係数を、合計が１を超えるように増大させる重み係数変更部と、を有していることを特徴とするＸ線撮影装置。
前記重み係数変更部は、前記画像メモリ部に格納された各フレームの画像の各平均画素値を前記基準値と比較し、前記各平均画素値の前記基準値からの増減の割合に基づいて、対応するフレームの画像に対する前記重み係数を決定することを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮影装置。
前記画素値検出部は、各フレームの画像全体の平均画素値、または各フレームの予め決定された位置にある画像部分の平均画素値を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線撮影装置。