JP2010269081A - Ｘ線画像診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動輝度調整機能における画像データの平均輝度レベルから直接Ｘ線による輝度成分を低減させ、自動輝度調整機能で調整されるＸ線画像の視認性を改善すること。
【解決手段】本発明では、被写体のＸ線画像を生成するとともに、Ｘ線画像を構成する画像データの平均輝度レベルを算出し、この平均輝度レベルが規定値となるまでＸ線条件を逐次変更する自動輝度調整機能を備えたＸ線画像診断装置において、被写体を通過しない直接Ｘ線による画像データの輝度をＸ線条件の関数として示したＸ線識別情報を記憶する記憶部と、前記Ｘ線識別情報に基づき、画像データを構成する各画素データの中から直接Ｘ線による輝度を持つ画素データを特定し、特定した画素データを平均輝度レベルの算出に用いない除外画素データとする制御部とを備えるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被写体のＸ線画像を生成するＸ線画像診断技術に係り、特に、自動輝度調整機能を備えたＸ線画像診断装置に関する。

近年、Ｘ線画像の生成に先立って、Ｘ線平面検出器（Flat panel Detector：FPD）を用いて得られる画像データの平均輝度レベルを算出し、平均輝度レベルが規定値となるまでＸ線条件を逐次変更する自動輝度調整機能（Automatic Brightness Control：ABC）を備えたＸ線画像診断装置が提案されている（特許文献１参照）。

自動輝度調整機能にあっては、先ず、被写体にＸ線を照射して得られる各画素データ（各検出素子から得られる画像情報であり、Ｘ線画像の画像データを構成する。）の輝度が積算され、輝度積算値の相加平均などにより画像データの平均輝度レベルが算出される。次いで、平均輝度レベルが予め設定された規定値と比較され、規定値を満足しない場合は、規定値を満足するまでＸ線条件が繰り返し変更される。すなわち、あるＸ線条件下での平均輝度レベルの算出→平均輝度レベルと規定値との比較→Ｘ線条件の変更、という言わばフィードバック制御が繰り返される。

自動輝度調整機能によると、被写体の透視や撮影に際して、被写体の体位や部位の変更或いは動画表示に伴うＸ線画像の表示輝度のばらつきが低減する。

特開２００５−２９６２７７号公報

自動輝度調整機能では、画像データの平均輝度レベルが算出されるが、この画像データは被写体を通過しないＸ線（直接Ｘ線）に起因する輝度を持つ画素データを大小含むのが通常である。すなわち、直接Ｘ線に起因する高輝度の画素データを用いて画像データの平均輝度レベルが算出され、規定値と比較される。そのため、従来の自動輝度調整機能では、直接Ｘ線の影響を受けて平均輝度レベルが高すぎると判断され（平均輝度レベルを下げる方向にＸ線条件が変更され）、その結果、被写体の関心部位（Region Of Interest：ROI）が暗くなってＸ線画像の視認性が低下してしまう。

このようなＸ線画像の視認性低下は、ＦＰＤに入射する直接Ｘ線の割合が透過Ｘ線に比べて大きくなるほど顕著になる。そのため、例えば、直接Ｘ線の割合が比較的大きくなる患者下肢の撮影にあたって、狭心症や心筋梗塞の治療で血管に通されるバルーンカテーテルやそのガイドワイヤ、血管そのものが視認しづらくなることが懸念される。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、自動輝度調整機能における画像データの平均輝度レベルから直接Ｘ線による輝度成分が低減され、自動輝度調整機能で調整されるＸ線画像の視認性が改善されるＸ線画像診断装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係るＸ線画像診断装置では、被写体のＸ線画像を生成するとともに、Ｘ線画像を構成する画像データの平均輝度レベルを算出し、この平均輝度レベルが規定値となるまでＸ線条件を逐次変更する自動輝度調整機能を備えたＸ線画像診断装置において、被写体を通過しない直接Ｘ線による画像データの輝度をＸ線条件の関数として示した直接Ｘ線識別情報を記憶する記憶部と、この直接Ｘ線識別情報に基づき、画像データを構成する各画素データの中から直接Ｘ線による輝度を持つ画素データを特定し、特定した画素データを平均輝度レベルの算出に用いる寄与率を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、自動輝度調整機能における画像データの平均輝度レベルから直接Ｘ線による輝度成分が低減され、自動輝度調整機能で調整されるＸ線画像の視認性が改善される。

本発明に係るＸ線画像診断装置の実施形態を示す図。 図１のＸ線画像診断装置における自動輝度調整処理の制御情報（直接Ｘ線識別情報）を示す図。 図１のＸ線画像診断装置における自動輝度調整処理の制御情報（実効除外画素データの設定情報）を示す図。 図１のＸ線画像診断装置の作用説明図。 図１のＸ線画像診断装置の作用説明図。

本発明に係るＸ線画像診断装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るＸ線画像診断装置の実施形態を示す図である。

Ｘ線画像診断装置１のＸ線管２は、所要条件のＸ線を被写体Ｐに照射するもので、これに印加される制御電圧（Ｘ線管電圧）又は制御電流（Ｘ線管電流）に応じたＸ線を発生する。Ｘ線絞り器３は、Ｘ線管２で発生するＸ線の広角成分を絞り、被写体Ｐの照射範囲を調節するとともに軟Ｘ線除去のための線質フィルタを備えている。

高電圧発生部４は、Ｘ線管２にＸ線管電圧を印加してＸ線管２から所要の強度、エネルギー及び照射時間にてＸ線を発生させる。Ｘ線制御部５は、ユーザ設定に基づいて、高電圧発生部４が出力するＸ線管電圧やＸ線管電流、Ｘ線パルス幅などを制御する。

Ｘ線検出器６は、Ｘ線検出素子が二次元平面状に配列されて成り、Ｘ線管２と対向配置されて被写体Ｐを通過した透過Ｘ線を検出し、透過Ｘ線の強度情報を保有する信号（生データ）を生成する。グリッド７は、Ｘ線検出器６の手前に配置され、Ｘ線が被写体Ｐなどを通過することで生成する散乱Ｘ線をＸ線検出器６に向かう進路から遮断し、この散乱Ｘ線が画像データとして処理されることを回避する。

記憶部８は、透過Ｘ線等の強度情報を保有する生データをＸ線検出器６から受け取り保存するとともに、後述する直接Ｘ線識別情報その他の必要なデータを保存する。画像処理部９は、記憶部８から生データの入力を受け取り各種の処理を施して画像データを生成する。生成された画像データは、記憶部８に保存される。

表示制御部１０は、例えば、画像処理部９で生成された関心領域の画像データを表示部１１に与えてＸ線画像とし、又、静止画表示／動画表示を切り替えるなど、ユーザ要求に応じた各種の表示制御を行う。なお、操作部１２は、マウスその他のポインティングデバイスやキーボードなどにより構成され、表示制御部１０などの制御に用いられる。

自動輝度調整部１３は、Ｘ線画像を構成する画像データの所定の領域の平均輝度レベルを算出し、この平均輝度レベルが規定値となるまでＸ線条件（Ｘ線の強度、エネルギー等）を逐次変更する自動輝度調整機能を担う。以下、Ｘ線画像診断装置１にて実行される自動輝度調整処理を説明する。

[自動輝度調整処理]
（処理１）
自動輝度調整部１３は、先ず、画像処理部９で生成されて記憶部８に保存された画像データの平均輝度レベルを算出する。この平均輝度レベルの算出は、画像データを構成する各画素データの輝度が積算され、輝度の積算値を相加平均するなどして行なわれる。なお、対象とする画素データは、例えば被写体Ｐの関心領域に関するものである。

（処理２）
システム制御部１４は、自動輝度調整部１３による平均輝度レベルの算出に先立ち、記憶部８の「直接Ｘ線識別情報」を参照し、この平均輝度レベルの算出で用いられる画素データのうち「直接Ｘ線による輝度」を持つ画素データを除外画素データとして特定する。システム制御部１４は、特定した除外画素データを平均輝度レベルの算出に用いない画素データの候補とする。

ここに、「直接Ｘ線による輝度」は、被写体を通過せずにＸ線検出器６に直接入射するＸ線に基づいて生成される画素データの輝度を意味するもので、通常、被写体を通過した透過Ｘ線による輝度よりも高い値を示す。

また、「直接Ｘ線識別情報」は、直接Ｘ線による輝度をＸ線管電圧の関数として示したものであり、その一例を図２に示す。この直接Ｘ線識別情報に収められる直接Ｘ線による輝度は、被写体Ｐで生じる散乱Ｘ線などが加味され、一定の幅を持つ輝度帯とされる。

直接Ｘ線識別情報は、Ｘ線平面検出器の視野サイズ、透視や撮影などのシステム感度の種類、Ｘ線エネルギーないしＸ線エネルギーを調節する線質フィルタ、Ｘ線管２におけるＸ線焦点とＸ線検出器６のＸ線入射点との相対距離など、画像データの輝度に影響を与える照射条件ごとに用意される。なお、直接Ｘ線識別情報は、予め実測或いは計算により取得される。

（処理３）
システム制御部１４は、処理２で特定した除外画素データの一部を実効除外画素データとし、この実効除外画素データを平均輝度レベルの算出から除外する画素データとする。

図３は実効除外画素データの設定情報の一例を示す図である。
実効除外画素データの設定情報は、処理２で特定される除外画素データのうち、平均輝度レベルの算出から除外する実効除外画素データを決定する情報であり、被写体厚の関数である。この実効除外画素データの設定情報は、被写体の厚みが薄いほど、除外画素データに占める割合（除外割合）が少なくなるように設定され、且つ、輝度が大きいものから優先的に設定される。

例えば、被写体厚が２０ｍｍ以下の場合は、「除外割合＝３０％」と設定される。これにより、処理２で特定された除外画素データのうち、輝度が高い方から３０％が実効除外画素データとなり、平均輝度レベルの算出から除外される。また、被写体厚が４０ｍｍ以上の場合は、処理２で特定された除外画素データのうち、輝度が高い方から６０％が実効除外画素データとなり、平均輝度レベルの算出から除外される。なお、被写体厚は、自動輝度制御において、例えば透過Ｘ線の減弱量から算出される。

（処理４）
自動輝度調整部１３は、記憶部８に蓄えられる各画素データのうち実効除外画素データとされた画素データを無視し、各画素データの相加平均等により画像データの平均輝度レベルを算出する。そして、自動輝度調整部１３は、算出した画像データの平均輝度レベルと予め設定された規定値とを比較し、画像データの平均輝度レベルが規定値を満足するまでＸ線条件を繰り返し変更する。そして、処理１〜処理４は、自動輝度調整によりＸ線管電圧が逐次変更される度に繰り返し実行される。

次に、作用を説明する。

自動輝度調整では、画像データの平均輝度レベルが算出されるが、この画像データは直接Ｘ線による輝度を大小反映している。というのは、平均輝度レベルの算出対象とする範囲（例えば、図４の円マーカで示す範囲）は、被写体（例えば、患者の下肢）が重なる部分のみならず、被写体が何も重ならない部分（背景）が含まれるのが通常だからである（図４参照）。

従来の自動輝度調整では、直接Ｘ線の影響を受けて平均輝度レベルが高すぎると判断され、平均輝度レベルを下げる方向にＸ線条件が変更される。その結果、最終的に表示部１１に表示されるＸ線画像の関心部位が暗くなり、視認性が低下する傾向があった。この直接Ｘ線によるＸ線画像の視認性低下は、血管狭窄の治療で下肢等の血管に通されるバルーンカテーテルやそのガイドワイヤ、血管そのものを視認しづらくする。

これに対し、Ｘ線画像診断装置１の自動輝度調整では、システム制御部１４により、平均輝度レベルの算出に用いられる画素データの中から直接Ｘ線による輝度を持つ画素データが除外画素データとして特定される（処理２）。この特定した除外画素データを平均輝度レベルの算出から除外すれば、直接Ｘ線による影響を受けることなく関心部位などの平均輝度レベルを算出でき、Ｘ線画像の視認性低下を回避できるようになる。

しかし、被写体厚が薄いほど或いはＸ線エネルギーが高いほど透過Ｘ線が減弱しにくく、図５に示すように、直接Ｘ線による輝度帯に透過Ｘ線による輝度が含まれることがありうる。この場合、除外画素データは「直接Ｘ線による輝度を持つ画素データ」として定義されることから、システム制御部１４は透過Ｘ線であっても直接Ｘ線と区別できずに全ての画素データを除外画素データとするおそれがある。そうすると、平均輝度レベルの算出に用いられる画素データは存在しないものとなり、自動輝度調整が実行不能になるおそれがある。実効除外画素データの設定情報は、かかる不都合を解消すべく設定される。

システム制御部１４は、実効除外画素データの設定情報に基づき、除外画素データとした画素データのうち、輝度が大きいものから優先的に実効除外画素データとする。すなわち、直接Ｘ線による輝度を持つ画素データであっても、その一部は平均輝度レベルの算出に用いる画素データとして残す。このため、被写体厚が薄く或いはＸ線エネルギーが高いために直接Ｘ線と透過Ｘ線の区別ができず、すべての画素データが平均輝度レベルの算出から除外されてしまい自動輝度調整が実行不能となる不都合が解消される。

ここで、被写体が薄いほど、除外画素データに占める実効画素データの割合（除外割合）は小さく設定され、従来の自動輝度調整処理に近い処理が行われるように設定される。これは、被写体が薄いと透過Ｘ線の減弱率は小さくなり、被写体が厚い場合と比較して透過Ｘ線による輝度と直接Ｘ線による輝度の差異が小さくなる（直接Ｘ線の影響によるＸ線画像の視認性が低下しにくくなる）ことを考慮し、そのような場合は、あまり多くの画素データを無視することは避けて従来の自動輝度調整処理に近づけるためである。

言い換えると、被写体が厚いほど、除外画素データに占める実効画素データの割合（除外割合）を大きく設定する。すなわち、被写体が厚いほど或いはＸ線エネルギーが低いほど、透過Ｘ線の減弱率は大きく、被写体が薄い場合と比較して透過Ｘ線による輝度と直接線による輝度の差異が大きくなる（直接Ｘ線の影響によるＸ線画像の視認性低下が甚だしくなる）ことを考慮し、直接Ｘ線による輝度の影響をできるだけ除外するものである。

次に、効果を説明する。

Ｘ線画像診断装置１にあっては、
（１）直接Ｘ線による画像データの輝度をＸ線条件の関数として示した直接Ｘ線識別情報を記憶する記憶部８と、その直接Ｘ線識別情報に基づき、画像データを構成する各画素データの中から直接Ｘ線による輝度を持つ画素データを特定し、特定した画素データを平均輝度レベルの算出に用いない除外画素データとするシステム制御部１４とを備える。これにより、自動輝度調整機能における画像データの平均輝度レベルから直接Ｘ線による輝度成分が低減され、自動輝度調整機能で調整されるＸ線画像の視認性が改善される。

（２）直接Ｘ線識別情報は、直接Ｘ線による画像データの輝度をＸ線管電圧の関数として示すため、除外画素データを特定しやすいものとなる。というのは、直接Ｘ線による画像データの輝度は、Ｘ線エネルギーに依存するとともに、平均輝度レベルの算出に用いるものであるから自動輝度調整機能により逐次変更されるＸ線エネルギーと対応するものでなければならない。ここに、Ｘ線管電圧は、Ｘ線エネルギーを左右するものであり、且つ、このＸ線管電圧は自動輝度調整機能によって変更されるものであるから、除外画素データの良好な特定情報となる。

（３）直接Ｘ線識別情報は、被写体の照射部位、Ｘ線エネルギーを調節する線質フィルタの特性、又は、Ｘ線管のＸ線焦点とＸ線検出器のＸ線入射点との相対距離などの照射条件ごとに用意される。このため、除外画素データを高い信頼性で特定できる。というのは、直接Ｘ線による画像データの輝度は、このような照射条件に依存するからである。

（４）システム制御部１４は、除外画素データの一部を実効除外画素データとし、この実効除外画素データを平均輝度レベルの算出から除外する。このため、被写体厚が薄く或いはＸ線エネルギーが高いために、画素データの輝度が直接Ｘ線によるものか又は透過Ｘ線によるものかを判別できず、全ての画素データが除外画素データとされて自動輝度調整が不能になるのを回避できる。

（５）実効除外画素データは、被写体Ｐの厚みが薄いほど、除外画素データに占める割合が少なくなるように設定される。すなわち、被写体Ｐの厚みが薄いほど直接Ｘ線の影響によるＸ線画像の視認性低下は小さいものとなるので、そのようなとき、自動輝度調整における平均輝度レベルの算出に用いる画素データを十分に確保して、従来の自動輝度調整処理に近づけることが可能となる。

（６）実効除外画素データは、除外画素データのうち輝度が大きいものから優先的に設定される。このため、（４）の効果を得つつ、平均輝度レベルから直接Ｘ線の影響を高い信頼性で排除できる。すなわち、画素データの輝度が直接Ｘ線によるものか又は透過Ｘ線によるものかを判別できないために、一部の画素データを平均輝度レベルの算出から除外しないで残す場合（（４）の効果を得る場合）、残すべき画素データは透過Ｘ線による輝度を持つ画素データとなる。本構成によれば、輝度が大きい画素データ（直接Ｘ線による輝度に近い輝度を持つ画素データ）から優先的に実効除外画素データとされて平均輝度レベルの算出から除外され、透過Ｘ線による輝度を持つ画素データが優先的に残される。

以上、本発明に係るＸ線画像診断装置を１つの実施形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については、本実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載の発明の要旨を逸脱しない限り設計の変更や追加等は許容される。

本実施形態の直接Ｘ線識別情報は、直接Ｘ線による輝度をＸ線管電圧の関数として示すものであるが、直接Ｘ線による輝度を自動輝度調整機能により変更されるその他のＸ線条件（Ｘ線の強度やエネルギーのパラメータ）の関数として示すものであればよい。

また、実効除外画素データは、被写体の厚みが薄いほど、除外画素データに占める割合が少なくなるように設定する例を示したが、この設定理由と同様の理由により、実効除外画素データは、Ｘ線エネルギーが高いほど、除外画素データに占める割合が小さくなるように設定するようにしてもよい。

また、自動輝度調整は、自動輝度調整部、システム制御部及び記憶部等の協働により実行する例を示したが、この自動輝度調整を実行する部分は特に制限されない。

要するに、Ｘ線画像診断装置において、被写体を通過しない直接Ｘ線による画像データの輝度をＸ線条件の関数として示した直接Ｘ線識別情報を記憶する記憶部と、直接Ｘ線識別情報に基づき、画像データを構成する各画素データの中から直接Ｘ線による輝度を持つ画素データを特定し、特定した画素データを平均輝度レベルの算出に用いない除外画素データとする制御部とを備えるものであれば、本実施形態の効果を得ることができる。

１……Ｘ線画像診断装置， ２……Ｘ線管， ３……Ｘ線絞り器， ４……高電圧発生部， ５……Ｘ線制御部， ６……Ｘ線検出器， ７……グリッド， ８……記憶部， ９……画像処理部， １０……表示制御部， １１……表示部， １２……操作部， １３……自動輝度調整部， １４……システム制御部， Ｐ……被写体．

Claims (8)

1. 被写体のＸ線画像を生成するとともに、Ｘ線画像を構成する画像データの輝度レベルを算出し、この輝度レベルが規定値となるまでＸ線条件を逐次変更する自動輝度調整機能を備えたＸ線画像診断装置において、
   被写体を通過しない直接Ｘ線による輝度とＸ線条件との関係を示したＸ線識別情報を記憶する記憶部と、
   前記Ｘ線識別情報に基づき、画像データを構成する各画素データの中から直接Ｘ線による輝度を持つ画素データを特定し、特定した画素データを輝度レベルの算出に用いない除外画素データとする制御部と、
   を備えることを特徴とするＸ線画像診断装置。
2. 前記Ｘ線識別情報は、直接Ｘ線による画像データの輝度をＸ線管電圧の関数として示すことを特徴とする請求項１に記載のＸ線画像診断装置。
3. 前記Ｘ線識別情報は、画像データの輝度に影響を与える照射条件ごとに用意されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＸ線画像診断装置。
4. 前記Ｘ線識別情報は、照射条件としてのＸ線平面検出器の視野サイズ、システム感度の種類、Ｘ線エネルギーを調節する線質フィルタの特性、又は、Ｘ線管のＸ線焦点とＸ線検出器のＸ線入射点との相対距離ごとに用意されることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載のＸ線画像診断装置。
5. 前記制御部は、除外画素データの一部を実効除外画素データとし、この実効除外画素データを平均輝度レベルの算出から除外することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のＸ線画像診断装置。
6. 前記実効除外画素データは、被写体の厚みが薄いほど、除外画素データに占める割合が少なくなるように設定されることを特徴とする請求項５に記載のＸ線画像診断装置。
7. 前記実効除外画素データは、Ｘ線エネルギーが高いほど、除外画素データに占める割合が小さくなるように設定されることを特徴とする請求項５に記載のＸ線画像診断装置。
8. 前記実効除外画素データは、除外画素データのうち、輝度が大きいものから優先的に設定されることを特徴とする請求項５ないし請求項７の何れか１項に記載のＸ線画像診断装置。

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