JP2013516267A - Ｘ線システムの収集線量の低減をシミュレーションする方法、コンピュータシステム及びｘ線システム - Google Patents

Abstract

本発明は、Ｘ線発生技術全般に関するものである。Ｘ線画像収集は、所望の画像品質を得るための最少所要線量により行うことが望ましい。従って、Ｘ線画像の収集線量の低減をシミュレーションする方法、コンピュータシステム、Ｘ線システム、コンピュータ読取可能な媒体及びプログラムエレメントが提供される。Ｘ線システムの収集線量の低減をシミュレーションする方法３０は、第１線量設定値で収集された第１ノイズを有する第１Ｘ線画像情報を供給するステップ３２と、第２線量設定値を供給するステップ３４と、第２線量設定値で収集されるシミュレーションされた第２Ｘ線画像情報を得るためのノイズ差を決定するステップ３６と、該ノイズ差を第１Ｘ線画像情報に適用して第２ノイズを有するシミュレーションされた第２Ｘ線画像情報を得るステップ３８とを有する。上記ノイズ差は、第１ノイズの色合い、第１ノイズのノイズパワースペクトル、上記ノイズ差の色合い、該ノイズ差のパワースペクトル、第１Ｘ線画像情報の強度分布及び該第１Ｘ線画像情報の局部的強度分布のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に依存する。

Description

本発明は、Ｘ線発生技術全般に関する。更に詳細には、本発明は、Ｘ線システムの収集線量（acquisition dosage）の低減をシミュレーションする方法、コンピュータシステム、Ｘ線システム、コンピュータ読取可能な媒体及びプログラムエレメントに関する。特に、本発明は、ノイズ色、ノイズパワースペクトル及び強度分布のうちの１つに依存するＸ線システムの収集線量の低減のシミュレーションに関する。

収集されたＸ線画像情報は例えば操作者等の人員に対して、Ｘ線画像情報の描画に関して個性化された好ましい見え方を提供するために、当該Ｘ線画像情報のコントラスト、輝度及び鮮鋭度の調整可能性等の後処理機能を用いて表示される。これは、例えば医療画像化用途、セキュリティ画像化用途又は検査画像化用途において該当し得る。斯様な後処理機能は、患者被爆を生じさせる例えば特定の線量設定等の収集パラメータを実際には変化させることなしに、Ｘ線画像情報が表示される仕方のみを変化させることができる。特に、医療画像化用途においては、意図する用途に関してＸ線画像情報を評価するのを可能にするような十分な詳細を伴うＸ線画像情報の収集を可能にするような画像品質及び従って患者被爆量を維持しながら、合理的に達成可能な限り低い（ＡＬＡＲＡ）という要件が満たされなければならない。

例えば、医療画像化分野の場合、臨床部門のユーザは例えば患者の一群の収集されたＸ線画像を有し得る。斯かるＸ線画像は、Ｘ線画像化装置（例えば、ＣＴシステム）から直接的に収集することができるか、又は以前に収集された記憶エレメント上の画像データベースに記憶することができる。これら画像は、生の画像として、即ち如何なる更なる後処理もなしで取得されたままで記憶することができる。収集されたＸ線画像を操作者に対して表示エレメント上で表示する場合、取得された画像情報のコントラスト、輝度及び／又は鮮鋭度を調整する（恐らくは、当該画像内の一層多いノイズを犠牲にして）等の見え方及び感じ方を変化させるためには、限られた後処理しか利用可能でない。しかしながら、この種の後処理機能は、例えば取得された画像情報の本来的な信号対雑音比等のように画像情報自体を変化させ得るものではなく、単に見え方を変化させるものであり、本来的な信号対雑音比（ＳＮＲ）は変化されないまま維持する。既知の後処理機能は、操作者が、例えばＸ線画像を収集ための線量設定値が低減された場合に、どの程度Ｘ線画像の画像品質が劣化されるかを事前に推定することを可能にし得るものではない。

従って、Ｘ線画像の画像品質を、Ｘ線放射の供給線量の関数として決定する（特に、シミュレーションする）ことが有益であろう。

このように、収集されたＸ線画像情報から、特定の線量を用いて取得されたであろうＸ線画像をシミュレーションする手段を設けたいという需要が存在し得る。

従って、独立請求項に記載されたＸ線画像の収集線量（acquisition dosage）の低減をシミュレーションする方法、Ｘ線画像の収集線量の低減をシミュレーションするコンピュータシステム、Ｘ線システム、コンピュータ読取可能な媒体及びプログラムエレメントが提供される。

本発明の一実施例によれば、Ｘ線画像の収集線量の低減をシミュレーションする方法は、第１線量設定値（dosage setting）で取得された第１ノイズを含む第１Ｘ線画像情報を供給するステップと、第２線量設定値を供給するステップと、前記第２線量設定値で取得されるシミュレーションされた第２Ｘ線画像情報を得るためのノイズ差を決定するステップと、前記ノイズ差を前記第１Ｘ線画像情報に適用して第２ノイズを含む前記シミュレーションされた第２Ｘ線画像情報を得るステップとを有し、前記ノイズ差は、前記第１ノイズの色合い（coloring）、前記第１ノイズのノイズパワースペクトル、前記ノイズ差の色合い、前記ノイズ差のパワースペクトル、前記第１Ｘ線画像情報の強度分布及び前記第１Ｘ線画像情報の局部的強度分布のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に依存する。
本発明の他の実施例によれば、処理エレメントを有する、Ｘ線画像の収集線量の低減をシミュレーションするコンピュータシステムが提供され、前記処理エレメントは本発明による前記方法を実行するように構成される。

本発明の他の実施例によれば、Ｘ線発生装置と、Ｘ線検出器と、本発明による前記コンピュータシステムとを有するＸ線システムが提供され、該Ｘ線システムにおいて、前記Ｘ線発生装置と前記Ｘ線検出器との間にはＸ線被験体（物体）を配置することが可能であり、前記Ｘ線発生装置及び前記Ｘ線検出器は前記物体のＸ線画像情報を取得することが可能なように動作的に結合される。

本発明の他の実施例によれば、処理エレメントにより実行された場合に本発明による前記方法を実施するよう構成されたプログラムコードを有するコンピュータ読取可能な媒体が提供される。

本発明の他の実施例によれば、処理エレメントにより実行された場合に本発明による前記方法を実施するよう構成されたプログラムを有するプログラムエレメントが提供される。

本発明の一態様は、或る線量設定値を有するＸ線画像を、異なる（例えば、より高い）線量設定値を有する実際に収集されたＸ線画像から発生する手段を提供するものと見ることができる。例えばＸ線放射線量の低下を、操作者が特定の被爆又はＸ線放射線量を有する検査されるべき物体（例えば、患者）のＸ線画像の画像品質を、所望の線量に設定されたＸ線システムによりＸ線画像情報を実際に取得することを要せずに決定することが可能にされるように、シミュレーションすることができる。このように、Ｘ線画像情報は高いＸ線放射線量で収集することができ、後のシミュレーションされた被爆又はＸ線放射線量の低減の結果として、斯様に低減された線量を有するシミュレーションされたＸ線画像の表示が得られ、画像品質対線量設定値を決定及び／又は比較するようにする。

前記ＡＬＡＲＡ要件に関し、例えば診断的評価等にとり十分な画像品質を持つＸ線画像情報を依然としてもたらすような最少線量設定値を決定することができる。このように、例えば特定の診断目的にとり過度に劣悪は画像品質を持つＸ線画像になってしまい得るような低減された線量設定値でＸ線画像を取得することによる等の試行錯誤を用いることにより、低減された線量設定値を取得する必要はなくなり得る。また、個別の線量設定値を有する複数の個別のＸ線画像を収集することは、面倒であり、時間が掛かり且つ生体組織にとり危険であり得る。画像情報の信号対雑音比対被爆又は患者線量に関して、画像品質の釣り合いを取ることが可能となり得る。

本発明による方法は、例えば最新の現画像収集手順によりＸ線システムから取得されたＸ線画像に適用することができるか、又は例えば記憶エレメント上のデータベースに記憶された患者情報及びＸ線画像情報を使用することもできる。例えば上記記憶エレメントからの以前に収集されたＸ線画像情報を用いることにより、所望の画像品質に対する所望の最少被爆又はＸ線線量は、例えば蛍光式画像収集対被爆又は脳対腎臓画像収集等の特定の臨床業務に関して或る患者母集団に基づくものとすることができ、又は例えば成人対小児等の患者のタイプに固有のものとすることができる。

このように、本発明は操作者が線量の低減をシミュレーションするのを可能にする。操作者は、Ｘ線画像（例えば、新たに取得された若しくは記憶された画像、又は特定の患者の幾つかの画像若しくは同一の臨床応用に対するものではあるが異なる患者の幾つかの画像）に対して適用されるべき新たな線量を、シミュレーションされたＸ線画像が例えばシミュレーションされるべき線量に対する補正された信号対雑音比に従って発生されるようにして対話的に入力することができる。グラフィックユーザインターフェースに関する場合、操作者は患者線量低減用スライダを使用することができる一方、当該設定された線量設定値のＸ線画像が例えばモニタ上に表示される。このように、操作者はＸ線画像情報の線量設定値を対話的にリアルタイムに変化させながら、画像品質を決定することができる。

前記信号対雑音比は、Ｘ線画像情報にノイズを加えることにより減少させることができる。好ましくは、加えられる（付加される）ノイズ量のみならず、付加されるべきノイズのノイズ色を考慮に入れることができる。所望の用途に対して依然として十分な画像品質をもたらす斯様にして決定された線量設定値は記憶することができ、例えば将来の画像収集用途のために使用することができる。

このように、Ｘ線画像の信号対雑音比の減少は、特定のノイズ色及び／又は当該Ｘ線画像の、例えばＸ線検出器の表面に対する、強度分布（特には、局部的強度分布）を考慮に入れることができる。

上記ノイズ色は、特に、周波数依存的影響範囲を持つノイズと理解することができる。例えば、量子ノイズは、ローパス構造、例えば周波数の倍増当たりに−３ｄＢで低下するピンクノイズ又は周波数の倍増当たりに−６ｄＢで低下するブラウンノイズ、を有することができる。電子ノイズは、多分周波数非依存性の、ホワイトノイズ形状のものであり得る。平面Ｘ線検出器の場合、ノイズの色は検出技術にも依存し得る（例えばローパス形状を有するシンチレータ、又は周波数非依存性若しくはホワイト形状を有する直接検出）。Ｘ線検出器は、水平方向対垂直方向に異なるノイズ色を有することさえあり得る。このように、Ｘ線検出器に依存するノイズ色を適用することができる。

しかしながら、上記の色付けされたノイズの正確な形状は線量にも依存し得る。従って、異なる線量をシミュレーションする場合、信号対雑音比の単なる減少よりも、恐らくは周波数依存性ノイズ差等のノイズ差を使用することができる。しかしながら、信号対雑音比はノイズ差の一例である。

ノイズの量又はノイズパワースペクトルの分散、即ちボリュームは、ｎＧｙでの特定の線量設定値又は検出器線量、及び例えばＸ線検出器の表面及び個々のＸ線検出器エレメントのピクセルに各々関する強度分布及び局部的強度を有する信号の高さ又は信号の振幅にも依存する。

実際の臨床画像において、取得されたＸ線画像の全てのグレイレベルは、Ｘ線画像検出器の各ピクセルエレメントに供給された異なる検出器線量に実際に対応すると考えることができる。従って、ノイズ分散は当該画像にわたり良好に規定された形で変化していると考えることができる。このように、各グレイレベルは別個の検出器線量に対応するので、該検出器線量に関連する対応するノイズ色又はノイズパワースペクトルは異なり得る。従って、Ｘ線画像の強度分布又は局部的強度を考慮するということは、線量に依存するノイズ色又は線量に依存するノイズパワースペクトル（特に、個々のＸ線検出器エレメントピクセルに対して局部的に線量に依存する）を使用するものと考えることができる。

例えば、１００ｎＧｙに対応するように設定された臨床Ｘ線画像は、特定の測定場においては、事前に均質なファントムを用いて測定され得た平均ノイズレベルに対応するような平均信号を実際に有すると考えることができる。実際には、画像における、例えば平均より１０倍低いような信号を有する暗い部分は、局部的に１０ｎＧｙしか受けていないと考えることができる。従って、各局部的検出器線量レベルにリンクされた位置に依存する局部的に変化するノイズ分散が存在し得る。特に、Ｘ線検出器の各ピクセルは異なる個々のグレイレベルを有すると考えることができ、斯かるグレイレベルは自身の検出器線量及びそれに応じたノイズ（特に、ノイズ色）に対応し得る。

分散安定化変換（Variance Stabilization Transform）を用いた場合、ノイズ分散が信号に依存しなくなる画像を得ることができる。量子的に制限された（quantum limited）Ｘ線画像の場合、上記分散安定化変換は平方根グレイレベル変換を適用することにより近似することができる。これは、例えばルックアップテーブルにより実施化することができる。

さて、適切な周波数依存性（"色"とも呼ばれる）を持つ人工ノイズが付加される必要があり得る。量子ノイズしか付加される必要がない場合、ノイズパワースペクトルの色は、等方性ノイズパワースペクトルに関する検出器製造工程、検出器技術（例えば、シンチレータによる間接的検出、又は直接変換）、検出器の設計（例えば、シンチレータの厚さ及び読出設計）等の異なる要因、及び例えばスケーリング及び／又はビニングに関係する他の要因に依存し得る。例えば電子ノイズ及び／又は構造ノイズ等の他のノイズ源が関係し得る場合、これらも同様にモデル化されねばならず、最終的に組み合わされた色を持つ組み合わされたノイズ振幅がモデル化され付加されねばならないであろう。前述したようなノイズ分散に関する逆変換の結果、ノイズが付加された画像が得られ、該画像は、好ましいノイズ色を有し得るのみならず、色付けされたノイズを付加する前に事前に実行された変換によりノイズ分散と信号の高さとの間の所要の関係を満たすことができる。かくして、Ｘ線システムの標準的後処理を継続することができる。

言い換えると、Ｘ線画像情報は、先ず、線量に依存しないノイズ分散を有するＸ線画像情報に到るように変換される。次いで、適切なノイズ色を有する色付けされたノイズが付加される。更に、上記のノイズが付加されたＸ線画像情報の逆変換が実行される。

Ｘ線画像情報の強度分布又は局部的強度も、検出器エレメントピクセルに関して線量分布又は局部的線量を有するものと理解することができる。

以下では、本発明の他の実施例を、特にＸ線画像の収集線量の低減をシミュレーションする方法、Ｘ線画像の収集線量の低減をシミュレーションするコンピュータシステム、Ｘ線システム、コンピュータ読取可能な媒体及びプログラムエレメントを参照して説明する。しかしながら、なされる説明は、ここに記載される異なる主体の全てに当てはまると理解されるべきである。従って、請求項に記載される主体の間での単一の又は複数のフィーチャの任意の変形及び交換も考えることができ、本出願の範囲及び開示内である。

本発明の他の実施例によれば、前記ノイズ差は、特には前記第１Ｘ線画像情報の局部的強度分布に依存する局部的ノイズ差であり得る。

局部的ノイズ差は、ノイズ又は信号対雑音比の線量に依存する色（特に、局部的に）を形成することを可能にする。関連する線量は、個々のＸ線検出器エレメントピクセルに到達するＸ線の線量であり得る。

本発明の他の実施例によれば、前記第１Ｘ線画像情報は第１信号対雑音比を有することができる。前記方法は、特にはノイズ差に関連するステップの代わりに、前記第２線量設定値から第２信号対雑音比を決定するステップと、該第２信号対雑音比を有するシミュレーションされた第２Ｘ線画像情報を得るためのノイズ差を決定するステップとを更に有する。前記第２信号対雑音比は、前記第１ノイズの色合い、前記第１ノイズのノイズパワースペクトル、前記ノイズ差の色合い、前記ノイズ差のパワースペクトル、前記第１Ｘ線画像情報の強度分布及び前記第１Ｘ線画像情報の局部的強度のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に依存することができる。

信号対雑音比は、ノイズ差に対する一例と解釈することができる。

本発明の他の実施例によれば、前記方法は、少なくとも前記のシミュレーションされた第２Ｘ線画像情報を表示するステップを更に有し、前記第２線量設定値は変更可能であり、前記シミュレーションされた第２Ｘ線画像情報は前記第２線量設定値の変更と実質的に同時に表示される。

従って、操作者は、シミュレーションされた第２Ｘ線画像情報のリアルタイムな観察により、所望の画像品質を維持しながら、最少線量設定値を対話的に決定することが可能とされ得る。

本発明の他の実施例によれば、前記第１ノイズは前記第２ノイズより小さくすることができ、及び／又は前記第１信号対雑音比は前記第２信号対雑音比より大きくすることができる。前記ノイズ差は、付加されるべきノイズとすることができる。従って、ノイズを第１Ｘ線画像情報内に既に存在するノイズに付加的に追加し、全体のノイズを増加させ、かくして第２信号対雑音比を低下させることができる。

本発明の他の実施例によれば、前記コンピュータシステムは記憶エレメントと、入力エレメントと、表示エレメントとを有することができる。前記記憶エレメントはＸ線画像情報を供給するように構成することができ、前記入力エレメントは第２線量設定値及び操作者による特別な入力を入力するように構成することができ、前記表示エレメントは第１Ｘ線画像情報及びシミュレーションされた第２Ｘ線画像情報のうちの少なくとも一方を表示するように構成することができる。

前記コンピュータシステムは、例えば前記記憶エレメント上のデータベースに記憶された患者データから、最少線量を対話的に評価することを可能にするように構成することができる。操作者は所望の第２線量設定値を入力するために、例えばスライダ、ノブ、スイッチ、キーボード又はタッチスクリーン制御部等の入力エレメントを使用することができ、次いで前記表示エレメントは少なくともシミュレーションされた第２Ｘ線画像情報を表示して、第２線量設定値を使用したＸ線画像の画像品質に関する視覚的フィードバックを提供する。

本発明の他の実施例によれば、前記第１Ｘ線画像情報はＸ線システムにより供給され得る。

ここで、Ｘ線画像情報は、例えば後の画像収集手順のための第２線量設定値を決定するために、Ｘ線システムにより例えば患者等の検査されるべき物体から最近に収集されたものとすることができる。

本発明の他の実施例によれば、前記コンピュータシステムは、前記第２線量設定値を変更する場合に、シミュレーションされた第２Ｘ線画像情報を実質的にリアルタイムで表示するように構成することができる。

本発明の他の実施例によれば、前記コンピュータシステムは、Ｘ線画像情報を表示する前に画像後処理を施すように構成することができ、該画像後処理は、特に、表示されるべきＸ線画像情報に少なくとも部分的に依存する。

少なくともシミュレーションされた第２Ｘ線画像情報に対しての、Ｘ線画像情報に依存する後処理なしでは、例えば第１Ｘ線画像情報とシミュレーションされた第２Ｘ線画像情報とのダイナミックレンジの差又はずれにより、例えばコントラストは最大化することができない。従って、画像後処理は、特に、表示されるべき実際のＸ線画像情報に依存するものとすることができる。

本発明の他の実施例によれば、前記コンピュータシステムは、Ｘ線システムに結合可能であると共に、該Ｘ線システムを制御するように構成することができる。

従って、操作者にとり、Ｘ線画像の表示を制御するのみならず、Ｘ線システムからの収集の手順を制御することが有益であり得る。恐らくは、患者のデータベースから複数の患者の以前に収集されたＸ線画像情報を供給するための遠隔記憶システムさえ考えることができる。

本発明の上記及び他の態様は、後述する実施例から明らかとなり、斯かる実施例を参照して解説されるであろう。

本発明の実施例は、添付図面を参照して後述される。

尚、図面における図示は概略的なものである。また、異なる図において、同様の又は同一の構成要素には同様の又は同一の符号が付されている。

また、各図は寸法通りには描かれていないが、定性的特性は図示し得るものである。

図１は、本発明によるコンピュータシステムを有するＸ線システムの一実施例を示す。 図２は、線量に関係するノイズパワースペクトルの一実施例を示す。 図３は、本発明によるＸ線システムの収集線量の低減をシミュレーションする方法の一実施例を示す。

ここで図１を参照すると、本発明によるコンピュータシステムを有するＸ線システムの一実施例が図示されている。

図１には、Ｘ線発生装置４とＸ線検出器６とを有するＸ線システム２が図示されている。Ｘ線検出器６は例示的にラインアレイとして示されているが、二次元の湾曲した又は平面画像検出器も同様に考えることができる。Ｘ線発生装置４はＸ線検出器６の方向にＸ線放射１４を放出している。

支持体１０上に位置されて、物体（被験体）８が配置され、Ｘ線発生装置４とＸ線検出器６との間のＸ線放射１４の経路内に配置可能とされる。Ｘ線発生装置４及びＸ線検出器６の両者は、物体８の周りで回転させるために回転可能なガントリ７上に取り付けられている。当該Ｘ線システム２には、該Ｘ線システム２の収集パラメータを制御すると共に、該Ｘ線システム２により収集されたＸ線画像情報を評価及び／又は記憶するためのコンピュータシステム１２が接続されている。

コンピュータシステム１２は処理エレメント１６を有し、該処理エレメントには記憶エレメント１８が接続されている。記憶エレメント１８は、プログラム情報を処理エレメント１６に供給すると共に、Ｘ線システム２及び／又は例えば医療施設中の遠隔に配置された他の論理画像収集システムから収集される画像情報を記憶するように構成することができる。図１には例示的にスライダとして図示された入力エレメント２０がコンピュータシステム１２に配設され、例えば後の画像収集処理のための線量設定値をコンピュータシステム１２に供給し、又は例えば収集線量の低減のシミュレーションのための線量設定値等の他のパラメータを制御し若しくは入力する。コンピュータシステム１２には、Ｘ線画像情報及び／又は他の収集関連情報の表示のための表示エレメント２２が配設されている。

例えば、物体８のＸ線画像はＸ線システム２により収集（取得）することができ、次いでコンピュータシステム１２の表示エレメント２２上に表示することができる。該収集された画像は、定められた線量を有することができる。入力エレメント２０を、新たな所望の線量設定値を処理エレメント１６及びコンピュータシステム１２に各々入力するために使用することができ、該入力はコンピュータシステム１２により使用されて、入力エレメント２０により入力された所望の線量設定値を有するシミュレーションされたＸ線画像情報を決定し、次いで、例えば該シミュレーションされたＸ線画像情報対操作者により取得されたＸ線画像情報の画像品質の比較のために、表示エレメント２２上に該シミュレーションされたＸ線画像情報を表示する。

ここで図２を参照すると、線量に関係するノイズパワースペクトルの一例が示されている。

図２には、例示的な４つの個別の被爆レベル又は線量が示されている。図２から分かるように、対応するノイズ色（即ち、ノイズパワースペクトルの周波数依存性）は４つの全ての線量に関して実質的に等しいと考えることはできない（これは、当該曲線が平行にのみシフトされることを要する）。むしろ、上記ノイズパワースペクトルの個々の周波数依存性の曲率も変化されている。このように、図２は１,０００ｎＧｙの線量のノイズ色に関するノイズパワースペクトルは、例えば５ｎＧｙの線量のノイズ色とは異なることを示している。電子ノイズは、実質的に周波数非依存であり、従って白のノイズ色を有すると見なすことができる。このように、検出器線量及び量子ノイズは強く関係すると考えることができる。

ここで図３を参照すると、本発明によるＸ線システムの収集線量の低減をシミュレーションする方法の一実施例が示されている。

図３は、収集線量の低減をシミュレーションする方法３０を示し、該方法は第１線量設定値を用いて収集された第１ノイズを含む第１Ｘ線画像情報を供給するステップ３２を有している。このステップにおいて、操作者は、例えば以前に収集された患者のＸ線画像情報を選択することができるか、又はＸ線画像をＸ線システム２から直接取得することができる。当該操作者は、特定の臨床任務のための所要の画像品質に対して適した最少の線量を決定することを意図することができる。臨床任務の相違は、例えば蛍光板透視法（fluoroscopy）対放射線写真法（radiography）、成人対小児、脳走査対腎臓走査等を含み得る。

操作者は、第２線量設定値をコンピュータシステムに供給する（ステップ３４）ことができる。例えば、当該ユーザは、恐らくはユーザインターフェースの制御ノブ又は入力エレメント２０を用いて、好ましい第２線量設定値を得るために線量設定値を変化させる（特には低下させる）ことができる。

更に、上記第２線量設定値により取得されるシミュレーションされた第２Ｘ線画像情報を得るためのノイズ差が決定される（ステップ３６）。該シミュレーションされた第２Ｘ線画像情報は、実際に取得されるものではなく、Ｘ線画像情報を上記第２線量設定値を用いて取得されたかのように反映すべく計算されるものである。上記ノイズ差は、特には、信号対雑音比、局部的線量依存性ノイズ色を有する局部的線量依存性ノイズ差とすることができる。言い換えると、コンピュータシステム１２は、操作者により入力された患者の線量の低減に関連された信号対雑音比の低下を計算することができる。

このように、操作者は、当該システムが上記第２線量設定値を用いたＸ線画像情報を実質的にリアルタイムに示しながら、即ち該第２線量設定値を用いて取得された場合に当該画像情報がどの様に見えるかを示しながら、要求される患者線量（例えば、第２線量設定値）を変化させる（特には低減させる）ことができる。

従って、当該システムは上記の低減された第２線量設定値（従って、線量低下）を、信号対雑音比の低下に変換する。例えば、操作者が患者線量を半分にしたい場合、例えば検出器線量（従って、個々の検出器エレメントのピクセルに到達するＸ線放射の線量）を２なる倍率（factor）で減少させることにより、又は量子ノイズを二倍にすることにより信号対雑音比の二乗ＳＮＲ^２も同様に半分にすることができる。線量の低減に関する他の可能性は、当該Ｘ線システム２内で追加のＣｕ前置フィルタ処理を用いることにより達成することができる。Ｃｕ前置フィルタ処理は、検査されるべき物体８にＸ線放射１４が到達する前の該Ｘ線放射１４の経路に銅（Ｃｕ）フィルタ板を用いることと理解することができる。斯かる銅フィルタ板は患者線量を半減させ得る一方、信号対雑音比の二乗ＳＮＲ^２は２なる倍数未満に低下し得る。この方式を用いる場合、所望の線量低減に達するためには、上記第１方式と比較して一層少ない量子ノイズしか加える必要がない。相対コントラストはビーム品質により決定され得る一方、相対ノイズは適用される検出器線量設定値より決定され得る。ビーム品質は、当該Ｘ線ビームの有効エネルギ（ｋｅＶ）を示すパラメータと理解することができる。これは、使用されるチューブ電圧及び適用されるフィルタ材料（例えば、追加された銅フィルタ）に依存し得る。当該システムは、第２線量設定値の所望の第２線量を達成しながら、信号対雑音比の二乗を可能な限り高く維持するために、例えばパワーの低減又は銅フィルタの利用等の個々の方式を採用することができる。

次に、コンピュータシステム１２は、上記第２線量設定値により取得されるシミュレーションされたＸ線画像情報を得るためのノイズ差を決定する（ステップ３６ａ）と共に、第２ノイズを含むシミュレーションされた第２Ｘ線画像情報を得るために該ノイズ差を第１Ｘ線画像情報に適用する（ステップ３８）ことができる。特に、該ノイズ差は、ここでも、特には各検出器エレメントのピクセルに対する局部的線量依存性ノイズ色を有することができる。

ノイズを加える場合に、複数のパラメータが考慮に入れられなければならない。Ｘ線画像からの電子ノイズ及び量子ノイズの量は、Ｘ線検出器に依存すると考えることができる。量子ノイズのパワーの量は、印加される検出器線量にのみ逆に関係し得る。斯かるパラメータは各画像と共に記憶することができる。量子ノイズの量は、ビーム品質に依存し得る。全ての関係するビーム品質関連パラメータはＸ線システム（例えば、心臓血管システム）内に各画像と共に記憶することができ、従って、ノイズの量は高い精度内で既知であり得る。品質依存性の量子ノイズに関する事前の知識を施すために、理論的計算又はシステム固有の測定による校正を用いることができる。

電子ノイズは、安定していると考えることができる。通常に使用される検出器線量設定値の場合、電子ノイズは無視可能であると考えることができる。

量子ノイズの量も、信号依存性のもの、特に信号強度に依存するものである。各個別の強度、従って局部的検出器線量に対して、個々のノイズ振幅が、例えば分散安定化変換を用いることにより必要であり得る。近似として、斯かる量子ノイズ振幅は信号振幅の平方根に関係すると見なすことができる。

一例が、心臓血管Ｘ線画像を提供する心臓血管Ｘ線システムに関して提示される。

第１ステップとして、例えばデータベースに生ファイルフォーマットで記憶された画像に対して適応されているかも知れない輝度変換が取り消されることが必要とされ得る。例えば、生画像には対数又は白圧縮変換が適用されているかも知れず、これは、取り消されることが必要とされ得る。白圧縮は、画像の強調された又は明るい（bright）、従って白い領域において低減されたコントラストをもたらすものと考えることができる。更に、分散安定化変換を適用することができる。この変換の一例は、Ｘ線画像のノイズ振幅は当該信号の平方根に比例し得るので、平方根をとるものであり得る。かくして、ノイズ分散は信号強度とは無関係になったと考えることができ、例えば採用されたＸ線検出器に依存する適切な色の且つ既知の振幅のノイズを当該画像に加えることができる。後に、逆の強度処理、例えば上記分散安定化変換及び対数又は白圧縮の逆処理を適用することができる。

上記の付加されるノイズの色、従って周波数依存性は、当該Ｘ線検出器（例えば、量子ノイズ関連ノイズの色が既知であると考えられ得るフラット検出器）から既知のノイズに適合されねばならない。付加する前に、ノイズを色付けするためにローパスフィルタを用いることができる。電子ノイズも、その周波数依存性又は色に関して同様に対処することができる。

次いで、少なくとも上記のシミュレーションされた第２Ｘ線画像情報を表示することができる（ステップ４０）。ここで、コンピュータシステム１２は、後処理を施すことができると共に、次いで該シミュレーションされたＸ線画像情報を操作者に対して表示することができる。

後処理は、前記第１Ｘ線画像情報を表示した際に採用されたものと同様の後処理を採用することができる。ここで、線量の低減は、実質的にノイズを付加するだけであると見なされ得る。このことは、例えば、前記第１Ｘ線画像情報のコントラストを有しながらノイズが増加することになると見なされ得る。良好にバランスのとれたＸ線画像を形成するために、操作者により例えば第２入力エレメントを使用することにより、例えばコントラストの手動設定を実行することができる。しかしながら、例えばコントラストの手動入力又はコントラストの手動調整は、コンピュータシステム１２内で、上記のシミュレーションされた第２Ｘ線画像情報に対して後処理が自動的に適合されるようにして実施することもできる。このようにして、操作者は、線量低減をシミュレーションする場合に当該コンピュータシステムに対して２つのパラメータを供給することは必要とされず、１つのみのパラメータを供給すればよい。

設定された線量設定値に対応するシミュレーションされたＸ線画像情報を表示するまでの所望の第２線量設定値を供給する前記ステップは、適切な画像品質を有するシミュレーションされたＸ線画像が得られるまで操作者により繰り返すことができる。次いで、当該システムは、設定された線量設定値に依存する新たな収集プロトコル設定値及び／又は新たな後処理設定値を記憶すると共に、後の画像収集のために収集プロトコル設定値、後処理設定値及び第２線量設定値のうちの少なくとも１つを適用することができる。斯かる方法及びコンピュータシステムは、Ｘ線システム、ＣＴシステム、心臓血管Ｘ線システムの何れにおいても、又はＸ線システムをセキュリティ画像化用途及び検査画像化用途のために使用する場合においてさえも実施することができる。

尚、"有する"なる用語は他の構成要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではないことに注意されたい。また、異なる実施例に関連して記載された構成要素は組み合わせることができる。また、請求項における符号は、これら請求項の範囲を限定するものと見なしてはならないことに注意されたい。

２ Ｘ線システム
４ Ｘ線発生装置
６ Ｘ線検出器
７ ガントリ
８ 物体
１０ 支持体
１２ コンピュータシステム
１４ Ｘ線放射
１６ 処理エレメント
１８ 記憶エレメント
２０ 入力エレメント
２２ 表示エレメント
３０ Ｘ線画像の収集線量の低減をシミュレーションする方法
３２ 第１Ｘ線画像情報を供給するステップ
３４ 第２線量設定値を供給するステップ
３６a,b,c ノイズ差／信号対雑音比を決定するステップ
３８ ノイズ差を適用するステップ
４０ Ｘ線画像情報を表示するステップ
４２ 線量設定値を記憶するステップ

Claims (15)

1. Ｘ線画像の収集線量の低減をシミュレーションする方法であって、
   第１線量設定値で取得された第１ノイズを含む第１Ｘ線画像情報を供給するステップと、
   第２線量設定値を供給するステップと、
   前記第２線量設定値で取得されるシミュレーションされた第２Ｘ線画像情報を得るためのノイズ差を決定するステップと、
   前記ノイズ差を前記第１Ｘ線画像情報に適用して第２ノイズを含む前記シミュレーションされた第２Ｘ線画像情報を得るステップと、
   を有し、
   前記ノイズ差が、前記第１ノイズの色合い、前記第１ノイズのノイズパワースペクトル、前記ノイズ差の色合い、前記ノイズ差のパワースペクトル、前記第１Ｘ線画像情報の強度分布及び前記第１Ｘ線画像情報の局部的強度分布のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に依存する方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記ノイズ差が前記第１Ｘ線画像情報の前記局部的強度分布に依存する局部的ノイズ差である方法。
3. 前記第１Ｘ線画像情報が第１信号対雑音比を有する請求項１又は請求項２に記載の方法であって、
   前記第２線量設定値から第２信号対雑音比を決定するステップと、
   前記第２信号対雑音比を有する前記シミュレーションされた第２Ｘ線画像情報を得るための前記ノイズ差を決定するステップと、
   を更に有し、
   前記第２信号対雑音比が、前記第１ノイズの色合い、前記第１ノイズのノイズパワースペクトル、前記ノイズ差の色合い、前記ノイズ差のパワースペクトル、前記第１Ｘ線画像情報の強度分布及び前記第１Ｘ線画像情報の局部的強度分布のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に依存する方法。
4. 請求項１ないし３の何れか一項に記載の方法であって、少なくとも前記シミュレーションされた第２Ｘ線画像情報を表示するステップを更に有し、
   前記第２線量設定値は変更可能であり、
   前記シミュレーションされた第２Ｘ線画像情報が前記第２線量設定値の変更と実質的に同時に表示される方法。
5. 請求項１ないし４の何れか一項に記載の方法であって、
   前記第１ノイズ＜前記第２ノイズ及び／又は前記第１信号対雑音比＞前記第２信号対雑音比であり、
   前記ノイズ差が付加されるべきノイズである方法。
6. Ｘ線画像の収集線量の低減をシミュレーションするコンピュータシステムであって、
   処理エレメント、
   を有し、
   前記処理エレメントが請求項１ないし５の何れか一項に記載の方法を実行するコンピュータシステム。
7. 請求項６に記載のコンピュータシステムであって、
   記憶エレメントと、
   入力エレメントと、
   表示エレメントと、
   を有し、
   前記記憶エレメントはＸ線画像情報を供給し、
   前記入力エレメントは第２線量設定値を入力し、
   前記表示エレメントは第１Ｘ線画像情報及びシミュレーションされた第２Ｘ線画像情報の少なくとも一方を表示するコンピュータシステム。
8. 請求項６又は請求項７に記載のコンピュータシステムであって、
   前記第１Ｘ線画像情報がＸ線システムにより供給されるコンピュータシステム。
9. 請求項７又は請求項８に記載のコンピュータシステムであって、
   前記第２線量設定値を変更する場合に、シミュレーションされた第２Ｘ線画像情報を実質的にリアルタイムで表示するコンピュータシステム。
10. 請求項６ないし９の何れか一項に記載のコンピュータシステムであって、
    当該コンピュータシステムは、Ｘ線画像情報を表示する前に該Ｘ線画像情報に画像後処理を施し、
    前記画像後処理は、表示されるべき前記Ｘ線画像情報に少なくとも部分的に依存する、
    コンピュータシステム。
11. 請求項６ないし１０の何れか一項に記載のコンピュータシステムであって、Ｘ線システムに結合可能であると共に、該Ｘ線システムを制御するように構成されているコンピュータシステム。
12. 請求項６ないし１１の何れか一項に記載のコンピュータシステムであって、
    前記第２線量設定値は好ましい線量設定値を決定するために対話的に変更可能であり、
    当該コンピュータシステムは、Ｘ線画像情報の後の収集のために、決定された前記好ましい線量設定値を記憶及び／又は使用する、
    コンピュータシステム。
13. Ｘ線発生装置と、
    Ｘ線検出器と、
    請求項６ないし１２の何れか一項に記載のコンピュータシステムと、
    を有し、
    前記Ｘ線発生装置と前記Ｘ線検出器との間には物体を配置することが可能であり、
    前記Ｘ線発生装置及び前記Ｘ線検出器は、前記物体のＸ線画像情報を取得することが可能なように動作的に結合されている、
    Ｘ線システム。
14. 処理エレメントにより実行された場合に請求項１ないし６の何れか一項に記載の方法を実施するよう構成されたプログラムコードを有するコンピュータ読取可能な媒体。
15. 処理エレメントにより実行された場合に請求項１ないし６の何れか一項に記載の方法を実施するよう構成されたプログラムを有するプログラムエレメント。

Images