JP2015513423A - X線低減システム - Google Patents
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Abstract
X線システムは、 X線源と、単一の本質的に丸いコリメータと、カメラと、検出器およびモニタと、コリメータを、コリメータの平面に対して一般に平行な平面内で移動させる手段とを備え、かつ、前記コリメータは、全ての放射が通過することを可能にする開口部と、材料および材料の厚さに依存するある量で通過する放射を低減する外側環状部と、中央開口部と外側環状部の間にあり、厚さが中心からの距離の関数として変化し、中央開口部の側では厚さゼロで始まり、かつ外側環状部の側では外側環状部の厚さで終わる内側環状部とを備える。【選択図】図18D
Description
本発明は蛍光透視の分野に関し、かつ特に、蛍光透視の間のX線放射量を制御する分野に関する。
本特許出願は、2012年3月3日に出願された特許文献1に関連すると共に、その優先権を主張するものであり、この特許文献1の内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
典型的な蛍光透視システムにおいて、X線管は、比較的広い立体角にわたってX線放射を発生させる。患者および医療チームの両方に対して不必要な被曝を回避するために、鉛のようなX線吸収材料のコリメータが、余分な放射を遮断するために使用される。この方法では、必要な要素だけを露光するために、必要な立体角の有用な放射だけがX線管を出ていく。
そのようなコリメータは、通常、静止モードにおいて使用されるが、しかし様々な設計およびX線放射の幾何形状を仮定してもよい。コリメータは、入力として、例えば、手続きに含まれる臓器環境の寸法を用いて、手動的または自動的にセットアップされ得る。
蛍光透視においては、状況は、単一露光X線におけるよりも、より動的である。X線放射は比較的長い期間に対して活性であり、それを取り扱う医師は通常、患者の、それゆえにX線放射の近くに立たなければならない。その結果、医療チームに対する被曝を最小化する方法を提供することが望まれる。X線放射強度を低減する方法が提案されてきたが、その場合、結果として低減されるX線画像の信号対雑音比(S/N)は、デジタル画像向上によって補償される。他の方法では、X線放射の立体角を、イメージ増倍管エリアの小片部に制限するコリメータおよび、そのコリメータを移動させイメージ増倍管の入力エリア全体を交換することが提案されるが、その場合、関心領域(ROI)は、エリアの残りの部分以上に露光される。この方法では、ROIは良好なS/Nを生成するのに十分高いX線放射を得るが、一方で、画像の残りの部分は、低いX線強度で露光され、比較的低いS/Nの画像が提供される。ROIのサイズおよび位置は、複数の方法で決定され得る。例えば、ROIは画像の中心における固定エリアであり得るか、またはROIを画像の中の最も活性なエリアの近くに自動的に集中させることが可能であり、この作業は、蛍光透視システムのビデオカメラから受信される一連のシネ画像の一時的な画像解析によって決定される。
本発明の目的は、患者および医療チームに対して被曝の少ない低いX線放射線量で、良好な露光画像を得るための、X線システムおよびその動作方法を提供することである。
本発明の第1態様によれば、X線源と、単一の本質的に丸いコリメータと、検出器と、モニタと、前記コリメータの平面に対して一般に垂直な軸の回りに前記コリメータを回転させるための手段とを備えるX線システムが提供され、前記コリメータは、X線放射に対して本質的に不透明な領域と、X線に対して透明な領域とから構築される。
検出器は、前記コリメータの360度回転(露光サイクル)の間に信号を積分するための手段を有してもよく、前記システムは、前記検出器から画素値を備えるフレームを読み取るための手段をさらに備える。
読み取りのための手段は、各露光サイクルの終わりに、画素値を読み取るための手段を備える。
読み取りのための手段は、整数回数の露光サイクルの終わりに、画素値を読み取るための手段を備える。
読み取りのための手段は、露光サイクルが終わる前に、画素値を読み取るための手段を備える。
露光サイクルの間のフレーム読み取りの数は、整数であってもよい。
システムは、コリメータの形状、速度および位置に従って、各フレームに対する利得およびオフセット補正を計算するための手段と、各フレームに対する規格化因子を計算するための手段とをさらに備えてもよい。
システムは、露光サイクル内に読み取られる全てのフレームを補正し、かつ合計することによって、露光画像を生成するようにさらに構成されてもよい。
システムは、フレームの各読み取りの後に、最後に読み取られたNフレームを補正し、かつ合計することによって、露光画像を生成するようにさらに構成されてもよい。
システムは、露光サイクル内に読み取られるフレーム中の全ての露光された画素を補正し、かつ合計することによって、露光画像を生成するようにさらに構成されてもよい。
システムは、各フレーム読み取りの後、最後に読み取られたNフレーム中の全ての露光された画素を補正し、かつ合計することによって、露光画像を生成するようにさらに構成されてもよい。
各フレームに対する規格化因子を計算するための手段は、画素値に、DPPにおける差異を補償する理論的因子を掛けるための手段を備えてもよい。
各フレームに対する規格化因子を計算するための手段は、較正フレームを取得するための手段と、前記較正フレームに基づいて各画素に対する較正因子を計算するための手段とを備えてもよい。
較正フレームは、複数のフレームの平均値を備える。
較正フレームは、X線放射がオンの状態で捉えられた1フレームと、X線放射がオフの状態で捉えられた1フレームとを備えてもよい。
各フレームに対する規格化因子を計算するための手段は、双線形補正を計算するための手段を備えてもよい。
システムは、前記補正されたフレームから露光画像を生成するための手段と、前記露光された画像をリフレッシュするための手段とをさらに備えてもよい。
リフレッシュのための手段は、前記画像の異なるエリアに対して、異なるリフレッシュレートを使用するための手段を備えてもよい。
読み取るための手段は、前記検出器から1フレーム全体に連続的にアクセスし、かつこれを読み取るための手段を備えてもよい。
透明領域は、前記コリメータの回転中心に関して同心である円形孔と、前記コリメータの回転中心に関して同心であり、かつある角度にわたる、円の扇形の形状をした孔との組合せであってもよい。
コリメータは、つり合いおもりをさらに備えてもよい。
フレームは、第1ドーズのX線放射を受け入れた前記円形孔に関連付けられた画素と、第2ドーズのX線放射を受け入れた前記円形孔を取り囲むコリメータ領域に関連付けられた画素とを備えてもよく、前記第2ドーズは、前記第1ドーズの小片部を備え、前記小片部は、360度に対する扇形角度の比率に比例する。
読み取りのための手段は、前記検出器から無作為に画像にアクセスし、かつこれらを読み取るための手段を備えてもよい。
読み取りのための手段は、現在露光されている扇形に隣接する十分に露光された第1扇形から画素値を読み取り、かつ読み取り後に前記画像をリセットするように構成されてもよい。
前記第1扇形の角度範囲は、前記第1扇形における画素を読み取り、かつこれらをリセットするために必要な時間が、前記コリメータが同じ角度距離を回転するのに必要な時間を超えないように選択されてもよい。
システムは、露光されようとしている第2扇形における画素値をリセットするようにさらに構成されてもよく、前記第2扇形は、現在露光されている扇形に隣接する。
コリメータは、検出器をコリメータの回転に同期化させるための同期化手段をさらに備えてもよい。
同期化手段は、光センサを通過する、コリメータ上に構築されるタブを備えてもよい。
同期化手段は、エンコーダを備えてもよい。
コリメータを回転させるための手段は、コリメータに対して同心の場所にあるコリメータの頂部の上に取り付けられた第1滑車と、モータの上に取り付けられた第2滑車と、第1滑車を第2滑車に連結するためのベルトと、コリメータに関して同心のV字形円形軌道と、前記軌道のV字溝に接触する3つの車輪と、X線管の基準枠に固定された環形状静止部の上に取り付けされた3つの車輪の回転軸とを備えてもよい。
ベルトは、平ベルト、丸ベルト、V字ベルト、多重溝ベルト、リブドベルト、フィルムベルト、タイミングベルトから成るグループから選ばれてもよい。
コリメータを回転させるための手段は、歯車伝動装置を備えてもよい。
歯車伝動装置は、スプール、螺旋、斜角、ハイポイド、クラウン、ウォーム歯車から成るグループから選ばれてもよい。
コリメータを回転させるための手段は、コリメータの縁に直接接触する高摩擦回転表面シリンダを備えてもよい。
コリメータは、固定開口部を備えてもよい。
コリメータは、可変開口部を備えてもよい。
システムは、2つの同心の固定開口コリメータを取り付けるための手段と、前記2つのコリメータを互いに対して回転させるための手段とを備えてもよい。
システムは、前記2つのコリメータの1つをそれぞれ独立に回転させるための手段を備えてもよい。
システムは、前記2つのコリメータの1つをそれぞれ異なる速度で回転させるための手段を備えてもよい。
システムは、前記コリメータを可変速度で回転させるための手段を備えてもよい。
コリメータは、一定の回転速度で、2つの異なる画素当たりの放射ドーズ(DPP)を有する2つのエリアを設けるように設計された開口形状を備えてもよい。
コリメータは、コリメータ中心からの異なる距離に対して、異なるレベルのDPPを与える定性的露光プロファイルを備えてもよい。
システムはアイトラッカーをさらに備えてもよく、システムは、オペレータの凝視を追跡し、それによって関心領域(ROI)を決定し、かつ、それに従って前記コリメータを制御するように構成される。
本発明の第2態様によれば、X線源と、単一の本質的に丸いコリメータと、カメラと、検出器およびモニタと、前記コリメータの平面に対して一般に平行な平面内で前記コリメータを移動させるための手段とを備えるX線システムが提供される。さらに、前記コリメータは、全ての放射が通過することを可能にする中央開口部と、材料および材料の厚さに依存するある量で通過する放射を低減する外側環状部と、前記中央開口部と前記外側環状部との間にあり、厚さが中央からの距離の関数として変化し、中央開口部の側では厚さゼロから始まり、かつ外側環状部の側では外側環状部の厚さで終わる内側環状部とを備えてもよい。
検出器は、前記カメラによって捉えられた各フレームの信号を積分するように構成され、前記システムは、前記検出器から画素を備えるフレームを読み取るようにさらに構成されてもよい。
システムは、カメラによって捉えられた各フレームの終わりに1つのフレームを読み取るように構成されてもよい。
システムは、コリメータの前記開口部、前記外側環状部および前記内側環状部の各々における異なるDPPに従って、各フレームに対する利得およびオフセット補正を計算し、かつ各フレームに対する規格化因子を計算するようにさらに構成されてもよい。
システムは、前記内側環状部を複数の環状部に分割し、かつ、前記中央開口部からのそれぞれの距離に依存して、理論的DPPを前記複数の環状部の各々に割り振ることによって、前記内側環状部に対する前記規格化因子を計算するようにさらに構成されてもよい。
システムはアイトラッカーをさらに備えてもよく、システムは、オペレータの凝視を追跡し、それによって関心領域(ROI)を決定し、かつ、それに従って前記コリメータを制御するように構成される。
本発明の第3態様によれば、X線システムにおいて表示される露光画像を向上させる方法が提供され、このX線システムは、X線源と、単一の本質的に丸いコリメータと、検出器と、モニタと、前記コリメータの平面に対して一般に垂直な軸の回りに前記コリメータを回転させるための手段とを備え、前記コリメータは、X線放射に対して本質的に不透明な領域と、X線放射に対して透明である領域とから構築され、この方法は、
前記X線源からの画像を前記検出器によって捉えるステップと、
前記コリメータの360度回転(露光サイクル)の間、前記検出器によって信号を積分するステップと、
前記検出器から画素値を備えるフレームを読み取るステップと、
各フレームに対して利得およびオフセット補正を計算するステップと、
コリメータの形状、速度および位置に従って、各フレームに対して規格化因子を計算するステップと、
前記補正されたフレームから露光画像を生成するステップと、
前記露光画像をリフレッシュするステップと、を備える。
前記X線源からの画像を前記検出器によって捉えるステップと、
前記コリメータの360度回転(露光サイクル)の間、前記検出器によって信号を積分するステップと、
前記検出器から画素値を備えるフレームを読み取るステップと、
各フレームに対して利得およびオフセット補正を計算するステップと、
コリメータの形状、速度および位置に従って、各フレームに対して規格化因子を計算するステップと、
前記補正されたフレームから露光画像を生成するステップと、
前記露光画像をリフレッシュするステップと、を備える。
読み取りステップは、各露光サイクルの終わりに画素値を読み取るステップを備えてもよい。
読み取りステップは、整数回数の露光サイクルの終わりに画素値を読み取るステップを備えてもよい。
読み取りステップは、露光サイクルの終わりに画素値を読み取るステップを備えてもよい。
露光サイクルの間に読み取られるフレームの数は、整数であってもよい。
露光画像を生成するステップは、露光サイクル内に読み取られる全てのフレームを補正し、かつ合計するステップを備えてもよい。
露光画像を生成するステップは、各フレーム読み取りの後に、最後に読み取られたNフレームを補正し、かつ合計するステップを備えてもよい。
露光画像を生成するステップは、露光サイクル内に読み取られたフレームにおいて、全ての露光された画素を補正し、かつ合計するステップを備えてもよい。
露光画像を生成するステップは、各フレーム読み取りの後に、最後に読み取られたNフレームにおいて、全ての露光された画素を補正し、かつ合計するステップを備えてもよい。
各フレームに対して規格化因子を計算するステップは、画素値に、DPPにおける差異を補償する理論的因子を掛けるステップを備えてもよい。
各フレームに対して規格化因子を計算するステップは、較正フレームを取得し、かつ前記較正フレームに基づいて各画素に対する較正因子を計算するステップを備えてもよい。
較正フレームは、複数のフレームの平均値を備えてもよい。
較正フレームは、X線放射がオンの状態で捉えられた1フレームと、X線放射がオフの状態で捉えられた1フレームを備えてもよい。
各フレームに対して規格化因子を計算するステップは、双線形補正を計算するステップを備えてもよい。
リフレッシュするステップは、前記画像の異なるエリアに対して異なるリフレッシュレートを用いるステップを備えてもよい。
読み取りステップは、前記検出器から1フレーム全体に連続的にアクセスし、かつこれを読み取るステップを備えてもよい。
透明領域は、前記コリメータの回転中心に関して同心である円形孔と、前記コリメータの回転中心に関して同心であり、かつある角度にわたる円の扇形形状をした孔との組合せであってもよく、前記フレームは、第1ドーズのX線放射を受け入れた前記円形孔に関連付けられた画素と、第2ドーズのX線放射を受け入れた前記円形孔を取り囲むコリメータ領域に関連付けられた画素とを備え、前記第2ドーズは、前記第1ドーズの小片部を備え、前記小片部は、360度に対する扇形角度の比率に比例し、前記読み取りステップは、前記検出器からの画素に無作為にアクセスし、かつこれを読み取るステップを備える。
読み取りステップは、現在露光されている扇形に隣接する十分に露光された第1扇形から画素値を読み取り、かつ読み取り後に前記画素をリセットするステップを備えてもよい。
前記第1扇形の角度範囲は、前記第1扇形における画素を読み取り、かつリセットするために必要な時間が、前記コリメータが同じ角度距離を回転するのに必要な時間を超えないように選択されてもよい。
本方法は、露光されようとしている第2扇形における画素値をリセットするステップをさらに備えてもよく、前記第2扇形は、現在露光されている扇形に隣接する。
本方法は、オペレータの凝視を追跡し、それによって関心領域(ROI)を決定し、かつ、それに従って前記コリメータを制御するステップをさらに備えてもよい。
本発明の第4態様によれば、X線システムにおいて表示される露光画像を向上させる方法が提供され、このX線システムは、X線源と、単一の本質的に丸いコリメータと、カメラと、検出器およびモニタと、前記コリメータの平面に対して一般に平行な平面内で前記コリメータを移動させるための手段とを備え、前記コリメータは、全ての放射が通過することを可能にする中央開口部と、材料および材料の厚さに依存するある量で通過する放射を低減する外側環状部と、前記中央開口部と前記外側環状部との間にあり、厚さが中央からの距離の関数として変化し、中央開口部の側では厚さゼロで始まり、かつ外側環状部の側では外側環状部の厚さで終わる内側環状部と、を備え、この方法は、
前記カメラによって捉えられた各フレームの信号を前記検出器によって積分するステップと、
前記検出器から画素を備えるフレームを読み取るステップと、
各フレームに対して利得およびオフセット補正を計算するステップと、
コリメータの前記中央開口部、前記外側環状部および前記内側環状部の各々において異なるDPPに従って、各フレームに対して規格化因子を計算するステップと、を備える。
前記カメラによって捉えられた各フレームの信号を前記検出器によって積分するステップと、
前記検出器から画素を備えるフレームを読み取るステップと、
各フレームに対して利得およびオフセット補正を計算するステップと、
コリメータの前記中央開口部、前記外側環状部および前記内側環状部の各々において異なるDPPに従って、各フレームに対して規格化因子を計算するステップと、を備える。
読み取りステップは、カメラによって捉えられた各フレームの終わりに1つのフレームを読み取るステップを備えてもよい。
前記内側環状部に対する規格化因子を計算するステップは、前記内側環状部を複数の環状部に分割し、かつ、前記中央開口部からのそれぞれの距離に依存して、理論的DPPを前記複数の環状部の各々に割り振るステップを備えてもよい。
本方法は、オペレータの凝視を追跡し、それによって関心領域(ROI)を決定し、かつ、それに従って前記コリメータを制御するステップをさらに備えてもよい。
発明をより良く理解するために、かつ発明がいかに実施され得るかを示すために、添付図面が、純粋に例として参照されるであろう。
さて特別に図面を詳細に参照すると、示されている詳細は、例として示されたものであり、本発明の好ましい実施形態の例証的な議論のためだけに示されたことが強調され、さらに、示されている詳細が提示されるのは、最も有用であり、かつ発明の原理と概念的様相を容易に理解できる記述と考えられるものを提供するためである。この点に関して、発明を基本的に理解するのに必要なこと以上に、発明の構造的詳細を示すための試みは何らなされず、図面と共にとられる記述は、本技術分野の当業者に対して、発明のいくつかの形態が、実際上いかに具体化され得るかを明らかにする。
さて図1Aを参照すると、この図は蛍光透視臨床環境の典型的な配置を示す。
X線管100は、コリメータ104に向けた比較的大きな立体角を占めて、上方に向けられたX線放射102を発生させる。コリメータ104は、放射の一部を遮断し、小さな立体角の放射が、上方向に続き、通常、X線放射に対して比較的透明である材料から成るベッド108、およびベッド108上に横たわっている患者110を通り抜けることを可能にする。放射の一部は、患者によって吸収かつ散乱され、かつ残りの放射は、イメージ増倍管114の通常丸い入力エリア112に到達する。イメージ増倍管の入力エリアは、通常、直径で300mmのオーダーであるが、しかし型および技術ごとに変わってもよい。イメージ増倍管114によって生成される画像は、カメラ116によって捉えられ、画像プロセッサ117によって処理され、かつ、その後、モニタ118上に画像120として表示される。
発明はイメージ増倍管114とカメラ116の組み合わせに関連して主に説明されるが、これらの素子は両方とも、CCDまたはCMOS平面パネルのような任意の技術、または平面112に位置するシンチレータを有するアモルファスシリコンのような他の技術のデジタルX線撮影センサによって置き換え可能であることは、正しく認識されるであろう。そのような1つの例は、Canon U.S.A.,Inc.,Lake Success,NY.から入手可能なCXDI−50RFである。用語「検出器」は、任意のカメラを有する任意のイメージ増倍管と任意のタイプの平面パネルセンサまたはX線を電気信号に変換する任意の他のデバイスとの組み合わせを含む、任意のこれらの技術を含めて使用されるであろう。用語「エリア」および「領域」は、発明の詳細な記述の中で二者択一的に使用され、任意のそれらは、同じものを意味するか、または同義語として使用される。用語「X線源」は、必ずしも管の形状を持たないX線点源を有するデバイスに対して広い解釈を与えるために使用されるであろう。用語「X線管」は、当技術分野における共通用語に関する約束ごとにおいて発明の例で使用されるが、発明の例はX線管の狭い解釈に限定されず、かつ任意のX線源がこれらの例で使用され得ることが、ここで示される(例えば、放射性物質でさえも、点源として機能するように構成される)。オペレータ122は、画像120を注視しながら、医療手続きを遂行するために患者のそばに立っている。
オペレータは、足踏みスイッチ124を有する。スイッチを押すと、連続的なX線放射(または、以下に説明されるように、比較的高い周波数のパルス化されたX線)が、シネ画像120を提供するために放出される。X線放射の強度は、通常、低い強度とのトレードオフにおいて最適化される。低い強度は患者およびオペレータへの被曝を低減するのに望まれ、かつ高い強度の放射は、高品質の画像120を可能とするのに望まれる(高S/N)。低い強度のX線放射、かつ、したがってイメージ増倍管入力の低い露光では、画像120のS/Nが低すぎて、画像120は役に立たなくなるかもしれない。座標系126は、紙面を指すY軸を有する基準デカルト座標系であり、かつX−Yは、コリメータ104のような平面およびイメージ増倍管の入力平面112に平行な平面である。
本発明の目的は、望ましいROIにおいてイメージ増倍管の入力エリアで高い露光を提供することであり、高い露光は、したがって、そこで高いS/N画像を提供し、その一方で、イメージ増倍管の他の部分の露光を低減し、より低い画像品質という代償を払う(より低いS/N)。この配置によって、オペレータは、ROIにおいて明瞭な画像を見ることができ、かつ残りの画像エリアにおける一般的な方位に対して、十分に良好な画像を得ることができる。画像中のセグメントのより複雑なマップを提供することもまた、本発明の目的であり、そこでは各セグメントは、特定の応用によって望まれるような、異なるレベルのX線放射に由来する。画像センサのデータを読み取るための様々な方法を提供することもまた、この発明の目的である。
発明の詳細な記述を通して提供される例の文脈において、1つのエリアのS/Nが別のエリアにおけるS/Nと比較される場合、S/Nは、(患者とオペレータの手およびツールのような)同じ物体透過率を有する画素に対して比較される。
例えば、エリアAが、エリアBよりも低いS/Nを有するものとして説明される場合、両方のエリアに対する、物体によるX線の透過率は、エリア全体にわたって均一であり、かつ同じであることが仮定される。例えば、エリアAの中心で、物体に到達する放射の1/2がイメージ増倍管まで透過されると、その場合、エリアBのおけるS/NはエリアAと比較されるが、そのBに対しても、物体に到達する放射の1/2だけがイメージ増倍管まで透過されることが仮定されている。
例えば、エリアAが、エリアBよりも低いS/Nを有するものとして説明される場合、両方のエリアに対する、物体によるX線の透過率は、エリア全体にわたって均一であり、かつ同じであることが仮定される。例えば、エリアAの中心で、物体に到達する放射の1/2がイメージ増倍管まで透過されると、その場合、エリアBのおけるS/NはエリアAと比較されるが、そのBに対しても、物体に到達する放射の1/2だけがイメージ増倍管まで透過されることが仮定されている。
エリアAのS(信号)は、エリアAの平均読み取り値である(時間に対する平均、または統計的意味において十分な画素が含まれるとすれば、面積に対する平均)。エリアBのS(信号)は、エリアBの平均読み取り値である(時間に対する平均、または統計的意味において十分な画素が含まれるとすれば、面積に対する平均)。議論を単純化するために、散乱された放射は、発明の詳細な記述において考慮されない。散乱された放射の効果およびそれを低減する手段は、当技術分野においてよく知られている。
下記の例では、雑音統計がガウス分布であると仮定されているが、これは、発明を履行する上での実際的な様相を満足し、かつ発明の詳細な記述例を明瞭に示すのに役立つ。これは発明を限定するものではなく、かつ、必要に応じて、ガウス統計に関連して示される数学は、発明の範囲を低下させずに、ポアソン統計(または他の統計)によって置き換えることができる。各信号に関連付けられる雑音値は、当技術分野においてポアソン雑音として知られる、信号に対するポアソン統計の標準偏差によって表される。
発明の詳細な記述を通して、画素当たりのドーズ(DPP)もまた同じ意味で議論され、すなわち、画素AのDPPが画素BのDPPと比較される場合、両画素に対する物体透過率は同じであることが仮定される。
本発明によれば、蛍光透視環境のより詳細な配置の一例が、図1Bおよび図21で説明される。オペレータ122は、X線を活性化するために、足踏みスイッチ124を押す(ステップ2724)。(SR Research Ltd.,Kanata,Ontario,Canadaから入手可能なEyelink1000のような)アイトラッカー128または任意の代替入力デバイスは、オペレータ122がどこを見ているかの指示を提供する(ステップ2728)。この情報は、通常、モニタ118に対して提供される。この情報「凝視点」は、例えば座標系126を用いて、(X,Z)座標の観点で、モニタ118平面に提供されてもよい。この例において、モニタ118の平面および、それゆえに、画像120もまた、座標系126の(X,Z)平面に平行であることは、正しく認識されるであろう。モニタ118が座標系126に対して回転される場合、モニタ118と組み合わされ、かつモニタ118と共に回転する座標系を含めて、他の座標系が可能である。
入力128からのデータは、任意のPCコンピュータのような基本的にはコンピュータであるコントローラ127に提供される。仮にコントローラ127が、オペレータの凝視が画像120上に固定されていないことを決定すると、X線管100は活性化されない(ステップ2700)。そうでなければ、ステップ2710において、X線管100は活性化され、かつX線放射がコリメータ104に向けて放出される。
さて図2を参照すると、この図は、モニタ118上に表示された画像120の例を示している。この例において、円形破線204は、画像のセグメント200と画像のセグメント202との間の境界を示し、両セグメントは全体画像120を構成する。この例において、セグメント200に対してより高いX線DPPを意味するセグメント200では、良好な画像品質を得ることが望まれ、かつ、セグメント202に対してより低いDPPを意味するセグメント202では、より低い画像品質を有することが許容される。
正しく認識されることであろうが、2つのセグメント200および202は、ここでは発明の一実施例としてのみ与えられており、発明はこの例に限定されるものではなく、かつ、コリメータにおける開口部の形状およびコリメータの移動モードを制御することによって、画像120は任意のセットのセグメントに分割され得る。そのような例は、以下で与えられるであろう。
正しく認識されることであろうが、DPPは、(患者または、オペレータの手およびツールのようなシステムの一部分ではない他の要素による吸収を除外して)、画像120の1つの画素を表すセグメントに向けて送達されるX線ドーズとして解釈されるべきであり、その結果、画像120を構築するのに使用される画素読み出し値を発生させる。
さて図3を参照する。丸い開口部304を有する典型的なコリメータ104がX線経路に導入され、その結果、X線106だけがX線管100の焦点306から発射され、かつ開口部304を通過し、イメージ増倍管114の丸い入力表面112に到達するが、その一方で、他のX線102はコリメータによって遮断される。この配置は、一般的に同じDPPに対して、イメージ増倍管の入力エリア112全体を露光する。そのような配置は、図2のセグメント200と関連するセグメント300に対する1つのDPPの、および図2のセグメント202と関連するセグメント302に対する別のDPPの機能を提供しない。入力エリア112の直径は、図3に示されるように、Bである。
D1は、X線焦点306から開口部104までの距離を表す。D2は、X線焦点306からイメージ増倍管入力表面112までの距離を表す。
さて図4を参照すると、この図は、発明の例を支援するための、イメージ増倍管入力表面112の現在例のセグメントを定義する。この例において、セグメント300は、イメージ増倍管の円形入力エリア112を中心とした半径R1の円形エリアである。セグメント302は、内側半径R1および外側半径R2を備えた環形状を有する。R2はまた、通常、イメージ増倍管の入力エリアの半径である。
さて図5を参照すると、この図は、セグメント300に対して1つのDPPを、かつセグメント302に対して別のDPPを提供するのに機能するコリメータの一実施形態を提供する。
コリメータ500は、r2よりも大きな半径の、(通常1〜4mm厚の鉛のような)X線吸収材料の丸いプレートとして基本的に構築される。コリメータ500の開口部502は、コリメータの中心での半径r1の円形カットアウト504、および半径r2と角度508の扇形カットアウト506として構築される。用語「扇形」は、文脈ごとに、円形領域の扇形、および環形状エリアの扇形を共に示すように使用されることは、正しく認識されるであろう。
この例では、開口部502のr1およびr2が、図4のR1およびR2を与えるように設計される。コリメータ500が、図4のコリメータ104の場所に位置付けられる場合、r1およびr2は、次の式を用いて計算され得る。
r1=R1/(D2/D1)
r2=R2/(D2/D1)
r1=R1/(D2/D1)
r2=R2/(D2/D1)
この例では、角度範囲508は、36度、1サイクルの1/10である。コリメータ500は、矢印512によって示されるように、その中心の回りに回転できる。おもり510は、コリメータ500を平衡させるために付加され、かつコリメータの平面内にある重心座標の中心が回転中心と一致することを保証し、したがって、非平衡なコリメータに起因するかもしれない、システムの振動を回避することが可能である。一回の360度回転が完了した後では、セグメント302に対するDPPは、セグメント300のDPPの1/10である。
角度508が、任意の望ましいDPP比率を達成するように設計され得ることは、正しく認識されるであろう。例えば、仮に角度508が18度であるように設計されると、開口部500の一回の完全な回転の後では、セグメント302に対するDPPは、セグメント300のDPPの1/20となるであろう。現在例の議論は、角度508が36度である場合に関連しても、なされるであろう。
コリメータ500の一回の回転が完了した後、カメラ116は、コリメータ500の一回の完全な回転時間にわたって、センサによって積分されたデータの1フレームを捉えるが、そのようなフレームは、カメラセンサの画素セットから読み取られた値から成る。さてこのことは、THALES ELECTRON DEVICES,Velizy Cedex,Franceから入手可能なTH8730CCDカメラのようなCCD(電荷結合素子)センサに基づいたカメラを例として提供することで、より詳細に説明されるであろう。
この例では、コリメータ500の回転とのカメラ116の同期は、OMRON Management Center of America,Inc.,Schaumburg,IL,U.S.A.から入手可能なEE−SX3070のような光センサ516を通過する、コリメータ上に構築されるタブ514を用いてなされる。
タブ514の中断信号が光センサ516から受信されると、カメラ116センサのラインがそれぞれのシフトレジスタに転送され、かつ画素が新しい積分サイクルを開始する。以前の積分サイクルのデータが、カメラから読み出される。タブ514が光センサ516を再び中断すると、積算信号がカメラセンサ116のシフトレジスタに再び転送され、次のフレームとして読み出される。
この方法によって、各コリメータが完全に一周することに対して、1つのフレームが生成される。各フレームに対して、画像120のセグメント202におけるDPPは、画像120のセグメント200におけるDPPの1/10である。
上記のことの付加的な見方を提供するために、図6を参照すると、この図は、回転コリメータ500の瞬間的位置で、イメージ増倍管入力112の露光マップを説明している。この位置では、円形エリア600および扇形エリア602は放射に対して露光されるが、その一方で、相補的扇形604は、コリメータ500によって遮断される放射に対して露光されない。コリメータ500が回転するにつれて、扇形エリア602よび604はコリメータ500と共に回転し、その一方で、円形エリア600は変わらないままである。コリメータ500の一定速度回転の一サイクルの間、エリア600の外側の各画素は、エリア600における画素の時間の1/10のX線に対して露光され、かつ、したがって、エリア600の画素の1/10のDPPを受け取る。図7では、カメラセンサ710上に投影された等価光学画像が示され、そこでは図7のエリア700が図6のエリア600と等価であり、図7のエリア702が図6のエリア602と等価である。センサ710上に投影されたイメージ増倍管の出力画像は、数字表示符号712によって示される。714は典型的なセンサエリアであり、これは、イメージ増倍管出力画像の範囲の外側にある。
各フレームに対して、画素直線応答特性ごとに補償するべき、典型的な利得およびオフセット補正に加えて、画像120を生成するためには、セグメント202の画素からの信号に10の因子を掛けることが必要であり、その結果、セグメント202の明るさおよびコントラストの見え方が、セグメント200と同様になるであろう。特定の例と関連して、ここで説明されたこの方法は、画素の「規格化」と呼ばれるであろう。規格化の仕組みは、X線露光の仕組み(すなわち、コリメータの形状、速度および位置)に従ってなされる。
1秒当たり10フレーム(fps)のシネを生成するためには、コリメータ500は、1秒当たり10回転(rps)の速度として回転されなければならない。16fpsのシネを生成するためには、コリメータ500は、16rpsの速度として回転されなければならない。
360度のそのような回転によって、入力エリア112の完全な露光が完了する。露光サイクル(EC)は、それゆえに、入力エリア112の最小限の完全に設計された露光を提供するための、コリメータ500の最も小さな量の回転であると定義される。図5のコリメータ500の例では、ECは360度の回転を必要とする。図13Aのような他のコリメータ設計に対して、ECは180度の回転を必要とし、かつ図13Bのコリメータ設計に対しては、ECは120度の回転を必要とする。
正しく認識されることであろうが、コリメータの例、イメージ増倍管入力エリア112上へのX線投影、カメラセンサ(または平面パネルセンサ)上に投影された画像、およびモニタ118上に表示された画像は、一般的な方法で説明される。この一般的な方法は、レンズ結像による画像が逆さまになることのような起こるかもしれない幾何学的問題を無視するが、幾何学的問題は異なるかもしれず、それは、仮にミラーがさらに使用されるか、または記述を通して時計方向に示される回転方向が、しかし特定の設計および観察者の方位に依存して、異なるかもしれない場合である。本技術分野の当業者が、これらの選択肢を理解し、かつ任意の特定のシステム設計に対して適切な解釈を有することは、正しく認識されるであろう。
コリメータ500に関連して、上で説明されたカメラフレーム読み取りの仕組みが、以下の通り、異なる可能性があることは、正しく認識されるであろう。
1.フレーム読み取りは、タブ514が光センサ516を中断する瞬間である必要はない。フレーム読み取りは、それが全てのECに対して同じ位相で行われる限り、コリメータ500の任意の位相で行われ得る。
2.1つのECの間、1フレーム以上の読み取り。しかしながら、各ECに対して、整数個のフレームが読み取られことが望まれる。そうすることによって、読み取られたフレームは、1つのECの完全なデータを含み、これにより、いくつかの方法でモニタ118上に示され得る1つの表示フレームを構築することが容易になる。
a.1つの完全な露光画像を生成するために、1つのECの全てのフレームの画素値を合計する。その後、次の完全な露光画像を生成するために、次のECの全てのフレームの画素値を合計する。このように、ECが完成するたびに、モニタ上の画面は一時的に連続した画像によって置き換えられる。画素値の規格化は、各フレームに対して別々に行われるか、またはフレームの合計に対して、またはフレームの他の任意の組み合わせに対して一度だけ行われ得る。
b.この方法の例に対して、カメラは、1つのECの間に8フレームを供給すると仮定するとしよう。この例では、1から8までの番号が付けられた全ての8フレームは、フレーム格納装置に格納され、かつ第1表示フレームが、上で説明されたように(フレームを合計し、かつ画素値を規格化するステップ)、これらのフレームから生成される。結果として生じる画像は、その後、モニタ118上に表示される。フレーム9が取得されると(1/8ECの後)、フレーム1はフレーム格納装置の中でフレーム9によって置き換えられ、かつフレーム9、2、3、4、5、6、7、8は、第2表示フレームを生成するために処理され(合計するステップ、規格化するステップ)、1/8ECの後、第2表示フレームが今度はモニタ118上に表示され得る。ECの別の1/8の後に、フレーム10が取得され、かつフレーム2の位置に格納される。第3表示フレームを生成するために、フレーム9、10、3、4、5、6、7、8が今度は処理される。このように、FIFO(先入れ先出し)の方法で管理されたフレーム格納装置を用い、かつセンサから取得された新しい各フレームで表示フレームを生成することによって、一連のシネ画像がユーザーのためにモニタ118上に表示される。
c.発明の別の実施形態において、フレームの画素を合計するステップは、コリメータ形状の基準および取得されたフレームの積分時間の間の移動に従って、X線に既に露光された画素に対してのみ行われる。上の例bでは、これはEC時間の1/8であろう。画像を作り出すために合計されるべき画素は、(1)エリア700からの画素、および(2)2xのオーダーにある角度(コリメータ扇形506の角度範囲508)の扇形の中にある画素である。2xの理由は、積分時間の1/8の間に、コリメータはECの1/8だけ回転するからである。2*(角度508)よりもやや大きな扇形角度は、精度制限を補償するのに望まれるかもしれない。この合計化方法は、合計プロセスに含まれる画素の量を相当に低減し、かつ、したがって、計算時間およびコンピューティングリソースを低減する。
d.発明の別の実施形態において、画素処理は、上のcにおいて特定されたそれらの画素に制限される。この処理方法は、処理に含まれる画素の量を相当に低減し、かつ、したがって、計算時間およびコンピューティングリソースを低減する。
e.発明の別の実施形態において、画素を格納するステップは、上のcで特定されたそれらの画素に限定される。この格納方法は、格納装置に含まれる画素の量を相当に低減し、かつ、したがって、格納の必要性を低減する。
f.発明の別の実施形態において、この節で説明された方法(a:一般概念として、b:a、c、dおよびeの特定の例として)は、方法の任意の組み合わせ、または方法のいくつかを用いる履行に対して、組み合わせることが可能である。
3.1つの以上のEC間に、1つのフレームを読み取るステップ。さらに別の実施形態において、コリメータは、センサから受信された1フレームごとに整数個のECを提供するために、動作させることが可能である。例えば、コリメータによって2つのECが作られた後に、1つのフレームがセンサから読み取られる。このフレームの画素値を規格化した後、それはモニタ118上に表示され得る。
1.フレーム読み取りは、タブ514が光センサ516を中断する瞬間である必要はない。フレーム読み取りは、それが全てのECに対して同じ位相で行われる限り、コリメータ500の任意の位相で行われ得る。
2.1つのECの間、1フレーム以上の読み取り。しかしながら、各ECに対して、整数個のフレームが読み取られことが望まれる。そうすることによって、読み取られたフレームは、1つのECの完全なデータを含み、これにより、いくつかの方法でモニタ118上に示され得る1つの表示フレームを構築することが容易になる。
a.1つの完全な露光画像を生成するために、1つのECの全てのフレームの画素値を合計する。その後、次の完全な露光画像を生成するために、次のECの全てのフレームの画素値を合計する。このように、ECが完成するたびに、モニタ上の画面は一時的に連続した画像によって置き換えられる。画素値の規格化は、各フレームに対して別々に行われるか、またはフレームの合計に対して、またはフレームの他の任意の組み合わせに対して一度だけ行われ得る。
b.この方法の例に対して、カメラは、1つのECの間に8フレームを供給すると仮定するとしよう。この例では、1から8までの番号が付けられた全ての8フレームは、フレーム格納装置に格納され、かつ第1表示フレームが、上で説明されたように(フレームを合計し、かつ画素値を規格化するステップ)、これらのフレームから生成される。結果として生じる画像は、その後、モニタ118上に表示される。フレーム9が取得されると(1/8ECの後)、フレーム1はフレーム格納装置の中でフレーム9によって置き換えられ、かつフレーム9、2、3、4、5、6、7、8は、第2表示フレームを生成するために処理され(合計するステップ、規格化するステップ)、1/8ECの後、第2表示フレームが今度はモニタ118上に表示され得る。ECの別の1/8の後に、フレーム10が取得され、かつフレーム2の位置に格納される。第3表示フレームを生成するために、フレーム9、10、3、4、5、6、7、8が今度は処理される。このように、FIFO(先入れ先出し)の方法で管理されたフレーム格納装置を用い、かつセンサから取得された新しい各フレームで表示フレームを生成することによって、一連のシネ画像がユーザーのためにモニタ118上に表示される。
c.発明の別の実施形態において、フレームの画素を合計するステップは、コリメータ形状の基準および取得されたフレームの積分時間の間の移動に従って、X線に既に露光された画素に対してのみ行われる。上の例bでは、これはEC時間の1/8であろう。画像を作り出すために合計されるべき画素は、(1)エリア700からの画素、および(2)2xのオーダーにある角度(コリメータ扇形506の角度範囲508)の扇形の中にある画素である。2xの理由は、積分時間の1/8の間に、コリメータはECの1/8だけ回転するからである。2*(角度508)よりもやや大きな扇形角度は、精度制限を補償するのに望まれるかもしれない。この合計化方法は、合計プロセスに含まれる画素の量を相当に低減し、かつ、したがって、計算時間およびコンピューティングリソースを低減する。
d.発明の別の実施形態において、画素処理は、上のcにおいて特定されたそれらの画素に制限される。この処理方法は、処理に含まれる画素の量を相当に低減し、かつ、したがって、計算時間およびコンピューティングリソースを低減する。
e.発明の別の実施形態において、画素を格納するステップは、上のcで特定されたそれらの画素に限定される。この格納方法は、格納装置に含まれる画素の量を相当に低減し、かつ、したがって、格納の必要性を低減する。
f.発明の別の実施形態において、この節で説明された方法(a:一般概念として、b:a、c、dおよびeの特定の例として)は、方法の任意の組み合わせ、または方法のいくつかを用いる履行に対して、組み合わせることが可能である。
3.1つの以上のEC間に、1つのフレームを読み取るステップ。さらに別の実施形態において、コリメータは、センサから受信された1フレームごとに整数個のECを提供するために、動作させることが可能である。例えば、コリメータによって2つのECが作られた後に、1つのフレームがセンサから読み取られる。このフレームの画素値を規格化した後、それはモニタ118上に表示され得る。
多くの設計では、センサから与えられるフレームレートは、センサおよび関連する電子装置とファームウェアとによって規定されることは、正しく認識されるであろう。そのような場合、コリメータ500の回転速度はセンサ特性に合わせて調節され、その結果、1つのEC時間は、センサから整数個のフレーム(1フレーム以上)を受信する時間と同じであろう。コリメータの回転速度を設定することも可能であり、その結果、整数個のECが、センサから1フレームを取得するための時間サイクルの間に、完了するであろう。
上記のフレーム読み取りの記述は、CCDに似たセンサに対して特に適切であり、このことは、イメージ増倍管または平面パネルセンサの上に取り付けられたCCDカメラが、イメージ増倍管およびカメラの代わりに使用され、かつ一般に図3の平面112に位置するかどうかにかかわらない。CCDの特定の特徴は、完全なフレームの値、センサの全ての画像を一度に捉えることである。アナログからデジタルへの変換器(A/D)に対して、アナログ値の連続的な転送がこれに続く。CMOS撮像センサのような他のセンサは、ロールシャッター法として知られる方法で、通常、フレーム画像を一つずつ読み取る。コリメータECと同期してセンサフレームを読み取る方法は、フレーム読み取り方法とは無関係であるようなセンサにも同様に適用可能である。CMOSセンサのようなセンサの画素を読み取るための「ランダムアクセス」能力は、本発明のさらに別の実施形態に対して備える。CCDセンサとは違って、CMOSセンサからの画素読み取りのオーダーは、システム設計者によって望まれる通りに、任意のオーダーとすることが可能である。以下の実施形態は、この能力を使用する。この文脈において、CMOSセンサは、任意のオーダーでの画素読み取りを支援する任意のセンサを表す。
さて図8を参照する。図8の実施形態もまた、イメージ増倍管およびCMOSカメラの例を用いて説明されるが、しかしこの実施形態の方法は、平面パネルセンサおよび画素読み取りのためのランダムアクセスが可能な他のセンサに対しても適用可能であることは、正しく認識されるであろう。
イメージ増倍管114の出力画像は、センサ710のエリア712上に投影される。回転コリメータ500の瞬間的位置に従って、円形部700および扇形部702は、コリメータ500の位置に合わせて瞬間的に照明され、かつ扇形部704および扇形部714は照明されない。扇形部702および704は、矢印706によって示されるように、コリメータ500の回転に合わせて回転する。
この実施例の目的に対して、702Aまたは800Aのような放射状線の前の画素は、それらの中心が放射状線の上、または放射状線から時計回り方向にある画素である。放射状線の後にある画素は、中心が放射状線から反時計回り方向にある画素である。扇形部702は、例えば、放射状線702Aの後にあり、かつさらに放射状線702Bの前にある画素を含む。例えば、フレームが1つのECの中でセンサからに一度で読み取られるような実施形態モードでは、放射状線702Aに隣接する画素は、イメージ増倍管の出力画像に対してちょうど露光が開始されたところであり、かつ放射状線702Bに隣接する画素は、イメージ増倍管の出力画像に対してちょうど露光が完了したところである。扇形部702の中の画素は、702Aと702Bとの間でそれぞれの画素の場所ごとに、部分的に露光される。この例では、放射状線702Bと800Bとの間にある扇形部の中の画素は、イメージ増倍管出力に対して露光された後でも、まだ読み取られていない。
この実施形態の現在例では、放射状線702Aの瞬時の角度位置は、K*360度である(360のK倍、Kは回転初期からのECの回数を示す整数である)。扇形部702の角度範囲は、コリメータ500の例で36度である。それゆえに、放射状線702Bは、角度(K*360−36)度にある。コリメータのこの位置では、扇形部800の画素の読み取りサイクルが開始される。放射状線800Aは、この放射状線の後の全ての画素が十分に露光されたことを保証するように定義される。この角度は、図5のR1および図5上に投影された画素サイズを用いて決定され得る。さらに800Aに隣接する画素が十分に露光されたことを保証するために、702Bと800Aとの間にある理論的な最小角度間隔を計算する目的で、長さが画素対角線の1/2の弦を有する、長さが半径R1の弓形が考慮されるべきである。これは、扇形部800内の全ての画素に対して完全な露光を保証するための、702Bと800Aとの間の最小角度範囲を決定する。より実際的な履行において、エリア712は垂直方向に約1000画素かつ水平方向に1000画素であり、かつ、R1はR2の1/4〜1/2のオーダーであると仮定し(図4参照)、かつ、そのような設計および履行の公差を考慮すると、半径R1の有用な弓形長さは、例えば、5画素対角線の長さとなるであろう。これは、702Bと800Aとの間の角度範囲が、約2.5度となることを意味する。すなわち、図8の瞬間では、放射状線800Aの角度位置は、[K×360−(36+2.5)]度である。
本実施形態のこの特定の例では、扇形部800の角度範囲もまた、36度と選択される。それゆえに、図8の瞬間では、放射状線800Bの角度位置は、[K×360−(36+2.5+36)]度である。
図8では、扇形部800の角度範囲は、扇形部702の角度範囲よりも小さな角度であることを説明するように描かれており、その結果として、角度は同じである必要はなく、かつ、実施形態の特定例の目的だけのために、本文においてここに提供された例の中で、それらが同じであることを強調している。
扇形部800の幾何形状を決定したことで、その扇形部の画素は、今はカメラセンサから読み取られる。典型的なCMOSセンサでは、各画素の読み取りの後に、その画素に対するリセットが続き、その結果、画素は、再びゼロから信号の積分を開始することが可能である。別の実施形態において、第1段階で、扇形部800の全ての画素が読み出され、かつ第2段階で、画素がリセットされる。扇形部800の読み取りおよびリセットのサイクルは、ある時間内に終了されなければならない。ある時間とは、扇形部702が、扇形部800の角度範囲に等しい角度距離を回転するのにかかる時間であり、そうすることで、システムは、扇形部800としての、同じ角度範囲の次の扇形部を読み取るのに時間的に間に合うが、扇形部800の角度位置に対する扇形部800の角度範囲の量は、時計方向に回転される。この例では、36度である。
上の例では、コリメータ500が10rpsで回転するので、36度範囲の扇形部800は、1つのECを通して10の方位を仮定するであろう。各方位は36度離れており、かつ画素読み取りおよびリセットのサイクルは、10cps(1秒当たりのサイクル)のレートで行われるであろう。
この実施形態が異なる特定の設計で履行され得ることは、正しく認識されるであろう。
例えば、扇形部800の角度範囲は18度となるように設計してもよく、その一方で、扇形部702の角度範囲は依然として36度であり、かつコリメータ500は10rpsで回転している。
この例では、扇形部800は1つのECを通して20の方位を仮定するであろう。各方位は18度離れており、かつ画素読み取りおよびリセットのサイクルは、20cps(1秒当たりのサイクル)のレートで行われるであろう。
さらに別の実施形態において、放射状線800Bの後にあり、かつ放射状線802Aの前にある扇形部704の中に画素によって蓄積された暗雑音は、扇形部802(放射状線802Aの後で、放射状線802Bの前)に位置する画素の別のリセットサイクルによって除去される。このリセットプロセスは、理想的には、扇形部702の近くまたは前に特定される扇形部802においてなされる。扇形部802の全ての画素のリセットは、回転する扇形部702の放射状線702Aが、扇形部802の画素に到達する前に完了されなければならない。そうでなければ、リセット扇形部802の角度範囲および角度位置は、扇形部800を決定するのに用いられたのと類似の方法および考察の下で設計される。
扇形部800から読み取られた画素は、規格化のために処理されるべきであり、かつ、「1つのECの間に1つ以上のフレームを読み取る」に関して2節で説明されたのと同様な方法で表示フレームを生成するために用いることが可能であり、そこでは、現在の実施形態において、扇形部の画素だけが読み取られ、格納され、かつ処理され、しかもそれは、完全なセンサフレームではない。
この実施形態では、読み取られた最後の扇形部の画素規格化の後、処理された画素は、表示フレームにおける対応画素を直接置き換えるために用いることが可能である。このように、画像の次の扇形部がリフレッシュされるたびに、表示フレームは、レーダービーム掃引と同様なモードでリフレッシュされる。360/(読み出し扇形部の角度範囲)のリフレッシュに続いて、表示フレーム全体がリフレッシュされる。これは、単純な画像リフレッシュの仕組みを提供する。
さて図9に注意を向ける。図8とは違って、そこでは読み取り扇形部は、放射状線800Aの後で、かつ放射状線800Bの前に位置する完全なセットの画素を含み、本発明においては、読み取りエリアの幾何形状は、2つの部分、すなわち、円形エリア700および扇形部900に分割される。図9の実施形態の扇形部900は、放射状線900Aの後であり、かつさらに放射状線900Bの前である画素を含み、しかもこれらの画素は、半径R−1の後で、かつさらに半径R−2の前に位置している。この例において、半径の前の画素とは、中心からの距離が半径Rよりも小さいか、または半径Rに等しい画素であり、かつ半径Rの後の画素とは、中心からの距離がRよりも大きい画素である。エリア700の画素は、R−1の前に位置する全ての画素である。
この実施形態では、扇形部900の画素は読み取られ、かつ図8の実施形態に関連して説明されたのと同じ方法を用いて扱われる。同じことは、リセット扇形部802に対しても適用される。
エリア700の画素は、異なった具合に扱われる。
現在の実施形態の一履行例において、エリア700の中の画素は、1つのECの間に一度以上読み取られ、かつCMOSセンサ全体を読み取る実施形態に対して上で説明されたように扱われることが可能であるか、または、エリア700は、1つ以上のECの中で一度読み取られ、かつCMOSセンサ全体を読み取る実施形態に対して上で説明されたように、それに従って扱われることが可能である。
各読み取り方法に対して、画素の規格化プロセスは、表示フレームを得るために実行されなければならず、そこでは全ての画素値が、露光に対して同じ感度を示すことは、正しく認識されるであろう。
さて注意を図10に向けると、この図は、コリメータ500の回転機能を提供することを目的とした移動システムと組み合わせた、本発明のコリメータの設計のための一例を提供する。
図10Aは、この例のコリメータおよび回転システムの上面図である。
図10Bは、この例のコリメータおよび回転システムの底面図である。
図10Cは、図10Aの断面a−aの図である。
図10Aは、コリメータ500および開口部502を示している(他の詳細は、明瞭にするために除去されている)。滑車1000は、コリメータに対する同心位置で、コリメータ500の頂部上に取り付けられる。滑車1002は、モータ1012上に取り付けられる(図10Bおよび図10Cにおけるモータを参照)。ベルト1004は、滑車1002の回転を滑車1000に伝達するために、滑車1000を滑車1002に接続し、かつ、したがって、コリメータ500の望ましい回転を提供する。ベルトおよび滑車システムの例、1000、1002および1004は平ベルトシステムを表すが、しかし、丸ベルト、V字ベルト、多重溝ベルト、リブドベルト、フィルムベルトおよびタイミングベルトのシステムを含めて、他の任意のベルトシステムが使用され得ることは、正しく認識されるであろう。
図10Aの底面側を示す図10Bは、以前に示されていないより多くの構成部品を表示している。コリメータ500と同心のV字形状円形軌道1006が示される(図10Cにおける1006の断面a−aを参照)。3つの車輪1008、1010および1012は、軌道1006のV字溝に接触している。3つの車輪の回転軸は、X線管の基準枠に固定された環形状静止部品1016(図10Bに示されない)に取り付けられる。この構造は、X線管に関連して望ましい位置にコリメータ500を支持するものを提供し(例えば、図3のコリメータ104の位置)、その一方で、同時に、3つの車輪1008、1010および1012にコリメータ500が望み通りに回転するための軌道1006を備える。
モータ1014の回転は、滑車1002によって、ベルト1004および滑車1006を通してコリメータ500に伝達される。コリメータ500は、その後、車輪1008、1010および1012の上をスライドする軌道1006によって支持されながら回転する。ここで説明される回転機構は、回転コリメータに対して回転機構を履行可能とするための一例にすぎないことは、正しく認識されるであろう。回転機構は、その代りに、スプール、螺旋、斜角、ハイポイド、クラウンおよびウォーム歯車を含む任意の種類の歯車伝動装置を使用するかもしれない。回転機構は、滑車1002に対して高摩擦表面シリンダを使用し、かつ滑車1002をコリメータ500の縁に接触させることが可能であり、その結果として、ベルト1004および滑車1000は必要とされない。別の履行例は、モータの回りに構築された固定子を付加することで、モータの回転子としても作用するコリメータ500を構成してもよい。
図5のコリメータの記述においては、タブ514および光センサ516は、コリメータ角度位置とセンサ読み取りプロセス間の同期を目的として、コリメータ500の角度位置を追跡することを提供する素子として示された。これらの素子は、一履行例として示された。回転位置を追跡するための実施形態手段は、他の多くの方法で履行され得る。図10の例では、モータ1014は、Maxon Precision Motors,Inc,Fall River,MA,USA.などから入手可能な付属のエンコーダを有したかもしれない。単純なエンコーダは、コリメータ500の円周に黒と白の2進法コードの細片をテープで固定し、Newark(http://www.newark.com)から入手可能なTCRT5000反射光学センサのような光学センサを用いて細片を読み取ることによって、構築することが可能である。
コリメータ500は、コリメータの製造後は変更できない固定開口部を有するものとして、上記で説明された。
発明の他の実施形態において、コリメータ組立品の機械的設計が、交換可能なコリメータを収容するようになされ得ることは、正しく認識されるであろう。このように、特定の応用の必要性ごとに、異なる開口部をコリメータ組立品に取り付けることが可能である。
発明の付加的な履行例において、コリメータは、コリメータ組立品内に可変開口部を有するように設計することが可能である。これは、図11に関連して実証される。
図11のコリメータは、図11Aに示された2つの重ねられたコリメータから構築される。1つのコリメータは、このコリメータの重心をこのコリメータの回転中心に持ってくるために、開口部1104およびつり合いおもり510を有するコリメータ1100である。第2のコリメータは、このコリメータの重心をこのコリメータの回転中心に持ってくるために、開口部1105およびつり合いおもり511を有するコリメータ1102である。両方のコリメータにおいて、開口部の幾何形状は、半径r1の中央円形孔と、半径r2の扇形孔と、180度の角度範囲の扇形部との組み合わせである。実際に、コリメータ1102はコリメータ1100と同じ一般的設計のものであり、それは上下逆さまにひっくり返される。
コリメータ1100および1102が、図11Bに示されるように、互いの上に同心で配置されると、図5のコリメータ500におけるのと同じである、組み合わされた開口部が得られる。コリメータ1102に対してコリメータ1100を回転させることによって、扇形部の角度範囲508は、増加される、または減少されることが可能である。この例では、扇形部の角度範囲508は、0〜180の範囲に設定され得る。この例では、リング1108はコリメータ1100および1102を一緒に保持するが、このことは、図11Bの断面b−bである図11Cにも示されている。
さて図11Cを参照する(おもり510および511は、この断面図に示されていない)。発明のこの例では、リング1108は、コリメータ1100および1102を一緒に保持するように示され、これによって、コリメータ1100および1102が互いに対して回転し、扇形部506の角度範囲508を望み通りに設定することが可能となる。コリメータ1100および1102を保持するためのロック機構に対する一例は、相対的に望ましい方位であり、これは図11Dで説明される。図11Dでは、リング1108は、明瞭にするために、コリメータ1100および1102が無い状態で示されている。リング1108のU字形状1112を露出するために、セクション1110は、図では切り抜かれており、リング1108の内側には、コリメータ1100および1102が保持される。望みの角度範囲508が設定された後、コリメータ1100および1102を適切な場所でロックするために、ネジ穴1116に合うネジ1114が使用される。角度範囲508を変化させるには、オペレータはネジ1114を解放し、コリメータ1100および/または1102の方位を再調節し、かつコリメータ位置を設定するために、ネジ1114を再び締める。
角度範囲508の手動調節を含めて、図11の例は、発明の履行の一例として提供される。多くの他の選択肢が利用可能である。もう1つの例が、図12に関連して示される。この例では、角度範囲508は、コンピュータによって制御され得る。図12の機構は、大部分は、図10のユニットと同様な2つのユニットを含む構造であるが、滑車1000を除外し、代わりにコリメータの縁を滑車として使用することを含めて若干の変化がある。つり合いおもり510および511は、図を明瞭にするために、ここでは示されていない。
図12Aでは、コリメータ500を含む底部ユニットは、本質的には図10の組立品であるが、滑車1000が除去され、かつ、代わりに、コリメータ500の縁を滑車として使用している。コリメータ1200を含む頂部ユニットでは、組立品は底部組立品と同じであり、この場合、底部組立品は、紙面に垂直な軸の回りに180度回転されるが、ただし例外として、モータ1214は別に180度回転され、その結果として、モータは滑車の下方にあり、これはモータ1014と同じである。このことは、この例を強制するものではないが、しかし、ある設計の場合には、不要な物体を除いて、図12の組立品の上方にスペースを保つのに役立つかもしれない。さて図12Bは、コリメータ500および1200が互いに近く、かつ同心であるように、これら2つの組立品が一緒になった図を示している。図12Bの組立品では、コリメータ500および1200の各々が、独立して回転され得る。各コリメータに対して、角度位置は、上で与えられた例を含めて、任意のエンコードシステムによって知られる。図12Bの組立品を使用する一例では、コリメータ500は静止しており、かつコリメータ1200が、望みの角度508に達するまで回転されると、角度範囲508が設定される。その後、上で説明されたように、X線露光パターン例を提供するために、両方のコリメータは同じ速度で回転する。角度508を調節するために、いずれかのコリメータを停止する必要がないことは、正しく認識されるであろう。代わりに、両方のコリメータが回転している間、一方のコリメータの回転速度を他方に対して変化させることは可能であり、これは、望みの角度508が達成され、かつ、その後、両コリメータの回転が同じ速度で続くまで可能である。
図12Bの例のような能力を有する機構が、より精巧な露光パターンを導入するために使用され得ることは、正しく認識されるであろう。そのような機構によって、角度508は、多数の露光パターンを生成するために、1つのECの間に変化させることが可能である。例えば、角度508は、ECの最初の半分に対しては増加され、かつECの残りの半分に対しては減少されるかもしれない。これによって、3つの異なる露光の露光パターンが作り出されるであろう(正しく認識されることであるが、扇形部506を通して露光されるエリア間の境界は鮮明でなく、かつこれら境界の幅は、角度508とコリメータの回転速度に対してこの角度を変化させる速度とに依存するであろう)。
発明の任意のコリメータが、ECを通して可変速度で回転し、かつ露光の幾何形状に影響を及ぼし得ることもまた、正しく認識されるであろう。例えば、図5のコリメータ500は、ECの最初の180度にわたってある速度で回転し、ECの他の180度の間は2倍の速度で回転することが可能である。この例では、ECの最初の半分の間は扇形部506を通して露光されたエリアは、ECの次の半分の間は扇形部506を通して露光されたエリアの2倍のDPPを有し、これら2つの半分の間の境界にわたってDPPは徐々に変化する。円形開口部504を通して露光された中央エリアは、第3レベルのDPPを有する。他の回転速度プロファイルは、他の露光幾何形状を生成し得る。例えば、ECの3つの異なる部分にわたる3つの異なる回転速度は、異なるDPPを有する4つのエリアを生成するであろう。
上で提供された例は、コリメータに、扇形形状の開孔と組み合わされた中央の丸い開孔から成る、同様な基本形状を有する開口部を提供した。これらの例は、発明の多くの態様を示すために使用されたが、しかし発明は、これらの例に限定されない。
さて図13Aを参照すると、この図は、発明の開口部の別の例を示している。この例では、コリメータ1300の開口部はコリメータの縁と同心である円形孔1302と、扇形形状の孔1304と、1304に対して反対方向にある扇形形状の孔1306とから構築される(2つの扇形は180度離れている)。例えば、仮に図6の環状エリア(これは扇形部602および604を含む)が、図6のエリア600のDPPの1/10であるDPPに対して露光されることが望まれるならば、その場合には、扇形部1304および1306の各々は、18度に設定することが可能であり、かつ、その場合、1つのECは単にコリメータ1300の180度回転で達成され、このことは、図5のコリメータに対して必要とされる360度と比較される。また、10fcpのためには、コリメータ1300の回転速度は、5rpsとなるべきであり、かつ図5のコリメータ500の場合におけるような10rpsではない。さらに、図5の510のようなつり合いおもりは、図13Aのコリメータ1300に対しては必要とされず、その理由は、コリメータ1300が、自身の幾何形状によってつり合うからである。
発明によるコリメータの別の例が、図13Bに提供されている。コリメータ1310の開口部は、コリメータの縁と同心の円形孔1312と、扇形形状の孔1314と、扇形形状の孔1316と、扇形形状の孔1318とから構築され、かつ3つの扇形は120度離れている。例えば、仮に図6の環状エリア(これは扇形部602および604を含む)が、図6のエリア600のDPPの1/10であるDPPに対して露光されることが望まれるならば、その場合には、扇形部1314、1316および1318の各々は、12度に設定することが可能であり、かつ、その場合、1つのECは単にコリメータ1310の120度回転で達成され、図5のコリメータに対して必要とされる360度と比較される。また、10fcpのためには、コリメータ1300の回転速度は、10/3rpsとなるべきであり、かつ図5のコリメータ500の場合におけるような10rpsではない。さらに、図5の510のようなつり合いおもりは、図13Bのコリメータ1310に対しては必要とされず、その理由は、コリメータ1310が、自身の幾何形状によってつりあうからである。
正しく認識されることであろうが、図13Aおよび図13Bのコリメータ例を回転するための関係および方法、および図5のコリメータ例に関連して上で説明された画像センサからの画素値の読み取りは、調節をすることで、図13Aおよび図13Bのコリメータの例と共に十分に埋め込み可能であるが、このことは、本技術分野の当業者にとって明らかである。例えば、図13BのコリメータおよびCMOSカメラに対しては、図8の画素読み取り扇形部800は、付加的な2つの画素読み取り扇形部によって補完することが可能であり、各々は、図13Bの2つの付加的な扇形部の1つと共同している。
これらの変化および比較のいくつかは以下の表に示されており、この表は、コリメータの3つの異なる例の間で、特徴および履行における差異の例を示している。
図11および図12は、図5のコリメータ500が、扇形部506の可変角度範囲508を可能にする方法において、いかに構築され得るかについて一例を提供する。
図14は、扇形部1304および1306の角度範囲が望み通り調節され得るように、図13Aのコリメータがいかに構築され得るかについて例を提供する。
図14Aは、2つのコリメータ1400および1402の例を示す。灰色背景の長方形は、コリメータの固形物エリアおよび開口孔をより良く視覚化するために設けられたものであり、それらは構造の一部ではない。図14Bに対しても、同様である。コリメータの各々は、コリメータの縁と同心である円形孔と2つの扇形孔とから成る開口部を有し、各扇形は90度の角度範囲を有し、かつ扇形は180度離れている。コリメータ1400および1402が互いの上に同心で配置される場合、図14Bの結合されたコリメータが提供される。図14Bにおけるコリメータの開口部のサイズおよび形状は、図13Aのコリメータの開口部のサイズおよび形状と同じである。しかしながら、図14Bの組立品の場合、開口扇形部1404および1406の角度範囲は、コリメータ1400および1402を互いに対して再評価することによって、変更され得る。これは、図11および図12に関連して上で説明された方法のいずれかを使用することによって、行うことが可能である。
同様な設計が、図13Bのコリメータ1310の開口扇形部の可変角度範囲、および他の開口設計に対して準備し得ることは、正しく認識されるであろう。
上の開口設計では、開口形状は、一定の回転速度で、2つのエリアに異なる2つのDPPを提供するように設計された。
図15Aは、そのようなコリメータおよび、さらに中心からの異なる距離rに対する2つのレベルのDPPを示す定性的な露光プロファイルを表している。他の開口部は、任意の望ましい露光プロファイルを提供するように設計され得る。いくつかの例が、図15B、図15Cおよび図15Dに示されている。図15の全てのコリメータは、1つのECに対して360度の回転を目的とした開口設計を有する。
図15のコリメータにおける開口部の特徴は、図13のコリメータにおける開口部の特徴と組み合わせることが可能である。そのような組み合わせの例は図16に示され、図16は、4つの異なる開口設計を有する4つのコリメータを示している。図16Aでは、開口部の左半分と右半分は対称ではなく、かつ1つのECは360度回転を必要とする。図16Bは、図15Cと同様な(しかし同一ではない)露光プロファイルを提供する開口部を有するコリメータを提案するが、しかし1つのECは、90度回転だけで構成される。図16Cは、図15Dと同様な(しかし同一ではない)露光プロファイルを提供する開口部を有するコリメータを提案するが、しかし1つのECは、360/8=45度回転だけで構成される。図16Dは、図15Dと同様な(しかし同一ではない)露光プロファイルを提供する開口部を有するコリメータを提案するが、しかしさらに、1つのECは、180度回転だけで構成される。
これらの例に従えば、発明が多くの設計において履行されてもよく、かつ発明は、上記で例として提供された特別な設計に限定されないことは正しく認識される。
画素補正:
上で説明されたように、コリメータ設計および用途ごとに異なるDPPを有する画素は、適切な表示フレームを提供するために規格化される。規格化の仕組みは、X線露光の仕組み(すなわち、コリメータの形状、速度および位置)に従って作られる。そのような規格化は、理論的パラメータに基づいて行われ得る。例えば、図7および図5に関連して、コリメータ500が一定の速度で回転することによって、扇形部702および704を合体させる環状部の画素は、円形エリア700のドーズの1/10を受け取る(この例では、扇形部506の角度範囲508は36度である)。この例を単純化するため、1つのECが完了するたびに、1つのフレームがセンサから読み取られることが仮定される(すなわち、コリメータ500は360度の回転を完了する)。全てのセンサ画素がイメージ増倍管出力に対して同じ応答であり、かつイメージ増倍管が均一な応答を有し、かつX線管からのX線ビームが均一であることが、さらに仮定されるであろう。画素間の差異の、唯一内蔵の(すなわち、システムレベルの)源は、コリメータおよび、コリメータが動作される方法から生じる。この例では、システム設計に基づく規格化は、1つまたは2つの因子を画素に掛けることであり、これは、DPPにおける差異を補償するであろう。
上で説明されたように、コリメータ設計および用途ごとに異なるDPPを有する画素は、適切な表示フレームを提供するために規格化される。規格化の仕組みは、X線露光の仕組み(すなわち、コリメータの形状、速度および位置)に従って作られる。そのような規格化は、理論的パラメータに基づいて行われ得る。例えば、図7および図5に関連して、コリメータ500が一定の速度で回転することによって、扇形部702および704を合体させる環状部の画素は、円形エリア700のドーズの1/10を受け取る(この例では、扇形部506の角度範囲508は36度である)。この例を単純化するため、1つのECが完了するたびに、1つのフレームがセンサから読み取られることが仮定される(すなわち、コリメータ500は360度の回転を完了する)。全てのセンサ画素がイメージ増倍管出力に対して同じ応答であり、かつイメージ増倍管が均一な応答を有し、かつX線管からのX線ビームが均一であることが、さらに仮定されるであろう。画素間の差異の、唯一内蔵の(すなわち、システムレベルの)源は、コリメータおよび、コリメータが動作される方法から生じる。この例では、システム設計に基づく規格化は、1つまたは2つの因子を画素に掛けることであり、これは、DPPにおける差異を補償するであろう。
一規格化例において、扇形部702および704を合体させる環状部の画素からの値は、10を掛けることが可能である。別の規格化例において、円形エリア700の画素からの値は、1/10を掛けることが可能である。さらに別の規格化例において、扇形部702および704を合体させる環状部の画素からの値は、5を掛けることが可能であり、かつ円形エリア700の画素からの値は、1/2を掛けることが可能である。
正しく認識されることであろうが、この発明の記述、説明および例において、掛け算および割り算は完全に等価であり、かつ「1/10を掛ける」のような表現は、「10で割る」のような表現と完全に等価であり、かつある値を掛けることが述べられる場合はいつでも、それはまた、代わりとなる逆数で割ることを意味し、かつその逆も同様である。同じことは、式で使用される掛け算符号および割り算符号にも適用される。例えば、A/Bはまた、A*C、ここでC=1/B、を表す。
上の例は比較的単純であり、その理由は、規格化の仕組みが、2つの既知であるDPPを有する2つの既知であるエリアを合体させるからである。異なるコリメータまたはコリメータ移動の仕組みについては、状況は相対的により複雑になり得る。
次の例では、コリメータ500の回転に対して、変化が導入される。一定の回転速度の代わりに、可変の回転速度が使用されるが、それは、1つのECに対して次の表に示す通りである(コリメータ500の場合、360度)
図15Cおよび図15Dのコリメータの例において、多くの「画素リング」(中心からある一定の距離にある画素)は、適切な規格化因子を必要としている。規格化因子の理論的見積りに含まれないシステムの製造公差は、エラーに帰着し、それは、モニタ118上に表示される画像中のリングパターンとして現れるであろう。次の較正方法は、規格化因子の理論的見積りに対する必要性を除去し、かつ製造公差をも補償する較正を提供する。
この例では、発明の任意のコリメータが使用可能であり、かつECごとに固定される任意の回転パターンが使用可能である。
蛍光透視システムは、画像処理に関連する全ての固定された素子(X線源、望ましいX線動作モード、例えば電圧および電流、可能なX線フィルタ、コリメータ、患者ベッド、イメージ増倍管、カメラ)を含むが、しかし可変部分(患者、オペレータの手およびツール)のいずれもを含まないように設定される。この較正方法に従って、望ましいコリメータが、望ましい回転パターンで回転される。1セットの生フレームが、(上で述べられた方法のいずれかを用いて)取得される。生フレームは、全ての画素がエリア712(図7)のものであり、かつ画素の任意の掛け算なしの状態で、1以上のECの整数に由来するフレームである。
取得された生フレームの数は、取得された生フレームの平均である平均生フレームについて相対的に良好なS/Nを得るのに、十分となるべきである。生フレームのS/Nよりも10倍以上高いS/Nを有する平均生フレームは通常十分であり、これは、100の生フレームを平均化することによって達成され得る。規格化されたフレームの望ましい品質に依存して、多かれ少なかれ生フレームが使用され得ることは、正しく認識されるであろう。
取得された生フレームの数は、取得された生フレームの平均である平均生フレームについて相対的に良好なS/Nを得るのに、十分となるべきである。生フレームのS/Nよりも10倍以上高いS/Nを有する平均生フレームは通常十分であり、これは、100の生フレームを平均化することによって達成され得る。規格化されたフレームの望ましい品質に依存して、多かれ少なかれ生フレームが使用され得ることは、正しく認識されるであろう。
1つの平均生フレームは、X線がオフの状態で、かつ別の場合はX線がオンの状態で作り出される。この例に対して、表示目的のための各画素に対する明るさの値は、ゼロから255までの範囲にあることが仮定される。さらに、5〜250の範囲にある理論的に雑音の無いフレームを表示することが選択される(最も暗い雑音の無い画素は値5で表示され、かつ最も明るく露光された雑音の無い画素は値250で表示されるであろう)。これによって、画素値を0〜4と251〜255の範囲にもたらす雑音が、表示されたフレームに対してその統計的外観を与えることが可能になる。
生フレームjの各画素iに対する補正Pij(jは、この例のおけるフレーム番号索引である)は、X線放射がオンの状態で作られた平均生フレームの画素の値Ai、およびX線放射がオフの状態で作られた平均生フレームの画素の値Biを用いて計算され、その結果として、補正された画素Dijを以下のように産み出す。
Dij=(Pij−Bi)×(245/Ai)+5 式(1)
Dij=(Pij−Bi)×(245/Ai)+5 式(1)
さらに多少より単純なアプローチにおいて、補正は、暗いおよび明るいレベルでの雑音の視覚的様相を無視し、かつ、以下のように、表示範囲0〜255に対して単に補正するかもしれない。
Dij=(Pij−Bi)×(255/Ai) 式(2)
Dij=(Pij−Bi)×(255/Ai) 式(2)
上で示唆された補正は線形であり、かつイメージ増倍管およびカメラの相対的に線形な応答を有するシステムに対して最良に働くことは、正しく認識されるであろう。
非線形応答を有するシステムに対しては、双線形補正のような、より複雑な補正の仕組みが使用されてもよい。この例では、画素値の範囲は、大まかに2つの範囲に分割される。X線の電流は、例えば、DPPが1/2に低減されるように、その通常動作モードの1/2に低減され得る。低減される電流レベルは非線形性の性質に依存し、かつ最適な双線形補正は、X線電流が1/2になる以外のことを必要とするかもしれない。DPPは、コリメータのすぐ後に置かれるアルミニウム板のような他の方法で、低減することも可能である。
この例では、X線電流が1/2の状態で、別のセットの生フレームが取得される。特定の応用に対して、これらの生フレームのS/Nが通常のX線電流の生フレームのS/Nよりも低いことは、正しく認識されるであろう。これは、1/2のX線電流に対して平均生フレームを生成するために、より多くの生フレーム、例えば200の生フレーム、を用いることによって補償されることが可能である。Miは、1/2のX線電流の放射がオンの状態で作られた平均生フレームの画素値を表すものとする。
式(2)の補正例は、この例では、次のように履行される。
127以下の値を有するPijに対して、
Dij=(Pij−Bi)×(127/Mi) 式(3)
127以上の値を有するPijに対して、
Dij=(Pij−Bi)×(255/Ai) 式(4)
127以下の値を有するPijに対して、
Dij=(Pij−Bi)×(127/Mi) 式(3)
127以上の値を有するPijに対して、
Dij=(Pij−Bi)×(255/Ai) 式(4)
Miに対するX線電は異なるレベルに設定され(例えば、特定の応用に対して通常電流の1/4)、かつ式が以下の形式を仮定することになるのは、正しく認識されるであろう。
63以下の値を有するPijに対して、
Dij=(Pij−Bi)×(63/Mi) 式(5)
63以上の値を有するPijに対して、
Dij=(Pij−Bi)×(255/Ai) 式(6)
63以下の値を有するPijに対して、
Dij=(Pij−Bi)×(63/Mi) 式(5)
63以上の値を有するPijに対して、
Dij=(Pij−Bi)×(255/Ai) 式(6)
仮に画素の非線形性が、システムの動作範囲内の異なる画素間で同様である場合(すなわち、非線形応答における差異が比較的小さい)、非線形性に対する補正は、ほとんどの場合、必要とされないこともまた、正しく認識されるであろう。仮に応用が線形応答を必要とせず、かつ表示されるフレームに関して非線形性が影響を及ぼす画素応答を低減することだけが望まれるなら、その場合には、非線形性補正は省略されてもよい。仮にこれに由来する雑音パターンが応用を妨害しない場合、全ての画素補正は省略され得る。補正は異なったレベルの精巧さでなされるか(線形、双線形、三重線形(tri−linear)、多項式補間など)、または、応用に対して適切であるとして、補正は全くなされない可能性がある。
可変ROIおよび可変回転速度プロファイル:
上の例では、異なる回転速度を有する異なる回転プロファイルが説明された。以下の例では、可変速度の回転プロファイルが、画像におけるROIの文脈において説明されるであろう。上のコリメータの例では、(図6の600および図7の700のような)中央円形エリアがROIとして示され、かつ、それゆえに、中央円形エリアは、より低いDPPを受け取る扇形部702および704の環状部よりも多くのDPPを受け取っていた。これは自明の場合であり、かつ、通常、画像の中央エリアはROIでもあるが、そこには画像のより重要な部分が位置している。DPPが高いほど、このエリアでのより高いS/Nに帰着し、かつ、それゆえに、そのエリアではより良い画像品質が提供される(より良い識別可能な詳細のような)。普通は、例えばカテーテル挿入手続きの間、カテーテルの先端をエリア700の範囲に保つためのプロセスの間に、患者のベッドは移動される。にもかかわらず、画像の中で最も興味あるエリアは、時々、エリア700から外へ出る。例えば、図17Aに関連して、数字表示符号1700によって表されるエリアへ出る。これは、(1)カテーテル先端がエリア1700に移動したが、患者は、カテーテル先端をエリア700にもたらすように移動されなかった、(2)オペレータは何らかの理由でエリア1700を見ている、のような多くの理由の結果であるかもしれない。この新しいROI情報は、多くの方法でシステムに入力として供給されるが、この多くの方法とは、カテーテル先端に対する自動追尾または、オペレータがアイトラッカー装置(SR Research Ltd.,Kanata,Ontario,Canadaから入手可能なEyelink1000のような)を用いて見るエリアの追尾を含み、これによって、ユーザーの凝視点と共同するか、またはコンピュータのマウスを用いることによって、あるべき望ましいROI場所を示す。
上の例では、異なる回転速度を有する異なる回転プロファイルが説明された。以下の例では、可変速度の回転プロファイルが、画像におけるROIの文脈において説明されるであろう。上のコリメータの例では、(図6の600および図7の700のような)中央円形エリアがROIとして示され、かつ、それゆえに、中央円形エリアは、より低いDPPを受け取る扇形部702および704の環状部よりも多くのDPPを受け取っていた。これは自明の場合であり、かつ、通常、画像の中央エリアはROIでもあるが、そこには画像のより重要な部分が位置している。DPPが高いほど、このエリアでのより高いS/Nに帰着し、かつ、それゆえに、そのエリアではより良い画像品質が提供される(より良い識別可能な詳細のような)。普通は、例えばカテーテル挿入手続きの間、カテーテルの先端をエリア700の範囲に保つためのプロセスの間に、患者のベッドは移動される。にもかかわらず、画像の中で最も興味あるエリアは、時々、エリア700から外へ出る。例えば、図17Aに関連して、数字表示符号1700によって表されるエリアへ出る。これは、(1)カテーテル先端がエリア1700に移動したが、患者は、カテーテル先端をエリア700にもたらすように移動されなかった、(2)オペレータは何らかの理由でエリア1700を見ている、のような多くの理由の結果であるかもしれない。この新しいROI情報は、多くの方法でシステムに入力として供給されるが、この多くの方法とは、カテーテル先端に対する自動追尾または、オペレータがアイトラッカー装置(SR Research Ltd.,Kanata,Ontario,Canadaから入手可能なEyelink1000のような)を用いて見るエリアの追尾を含み、これによって、ユーザーの凝視点と共同するか、またはコンピュータのマウスを用いることによって、あるべき望ましいROI場所を示す。
開口扇形部702の角度範囲で、かつコリメータ500の一定回転速度において、エリア700の外側の環状部におけるDPPは、円形エリア700の内側でのDPPの1/10であり、かつエリア700の外側の環状部におけるS/Nは、エリア700のS/Nの(1/10)1/2倍であり、より低い画像品質に帰着する。これを克服し、かつコリメータ500について10fpsの表示されたフレームのリフレッシュレート、発明の基本例におけるような1秒の1/10のECを維持するために、回転プロファイルは変更され、その結果、エリア700を含む扇形部1702(図17B)におけるコリメータの回転速度は、均一速度の1/10に低減され、かつECの残りの部分での回転速度は、1秒の1/10のECを維持するために、増加されるであろう。
さて、このことは、図17Bに関連して、かつ実際の数の例に関して説明されるであろう。
エリア1700をちょうど含む扇形部1702の角度範囲は、54度であると仮定する。扇形部1702の第1エッジは1702Aであり、かつ角度位置63度に位置しており、かつ1702Bのエッジは、角度位置117度に位置している。すなわち、扇形部1700は、角度位置90度を中心としている。
この例では、扇形部702のエッジ702Aが角度63度(1702Aの場所)に近づくと、コリメータ500の回転速度は1rpsに低減される。この回転速度は、扇形部702のエッジ702Bが、エッジ1702B(117度)の位置に到達するまで維持される。この点から、コリメータ500の回転速度は、再び増加される。単純化のため、加速および減速は極めて高速であり、かつ、それゆえに、加速および減速時間は、この例に対して確実に明瞭であると仮定されるであろう。上の説明によって、コリメータ500の回転プロファイルは、その場合、1rpsの速度で54+36=90度(EC回転の1/4)を含む。これを補償し、かつ平均10rpsでECを完了するために、EC回転の残りの3/4でのコリメータ500の回転速度は、以下の式を満足するXrpsに増加される。
1rps×1/4+Xrps×3/4=10rps 式(7)
それゆえに、
Xrps=(10rps−1rps×1/4)/(3/4) 式(8)
すなわち、ECの残りの270度回転の間、回転速度は13rpsとなるべきである。
1rps×1/4+Xrps×3/4=10rps 式(7)
それゆえに、
Xrps=(10rps−1rps×1/4)/(3/4) 式(8)
すなわち、ECの残りの270度回転の間、回転速度は13rpsとなるべきである。
この回転プロファイルによって、扇形部1702は、エリア700と同じDPPで露光され、かつエリア1700のS/Nもまた、望み通り、エリア700と同じである。
コリメータの回転速度が13rpsに増加される扇形部1702の外側の扇形範囲では、DPPは一定回転速度のDPP未満で、エリア700のDPPの1/13に低減されることは、正しく認識されるであろう。
異なるROIの幾何形状に従って回転プロファイルの設計を実証するために、エリア1700が一例としてここで示されたこともまた、正しく認識されるであろう。エリア1700は、形状および場所において異なるかもしれず、かつ1つ以上のROIが、円形部700の基本ROIに付加されることも可能かもしれない。そのような変形例は、上で説明された同じ概念のプロファイル変形例で扱われる。
上で述べられた加速および減速は、ECの信頼性の低い部分を占め、かつ考慮されなければならないことは、正しく認識されるであろう。次の例では、加速および減速が各回転の45度を占め、かつそれらが一様であることを仮定する。この場合、加速は、エッジ702Aがエッジ1702Aの位置に到達する前に45度から開始しなければならず、かつエッジ702Bが1702Bの位置に到達する際に減速が開始されなければならない。システムの他の全てのパラメータは同じである。仮にXがECの180度の間の回転速度を示し、かつYが45度加速減速扇形部の各々の間の平均回転速度であるとすると、その場合、0.1秒のEC(または10rpsの平均回転速度)を維持するために、以下の式が満足される必要がある。
1rps×1/4+2×Yrps×1/8+Xrps×1/2=10rps 式(9)
1rpsと10rpsの間で一定の加速および減速を仮定すれば、Y=(1+10)/2=5.5であり、180度の間での高回転は16.75rpsである。
1rps×1/4+2×Yrps×1/8+Xrps×1/2=10rps 式(9)
1rpsと10rpsの間で一定の加速および減速を仮定すれば、Y=(1+10)/2=5.5であり、180度の間での高回転は16.75rpsである。
上の例によって示されたこのアプローチが、さらに他の加速プロファイル、他のコリメータおよび他の動作仕組み(異なるfpsレートのような)にも適用可能であることは、正しく認識されるであろう。上で説明された画素補正方法が、さらに可変回転速度プロファイルにも十分適用可能であることは、正しく認識されるであろう。
画像の異なるエリアに対する異なるリフレッシュレート:
(図5のコリメータ500の例、および、10rpsでのコリメータの一定回転速度および10fpsの表示フレームリフレッシュレートの動作モードに関して)上で示されてきたのは、図7の円形エリア700のDPPは、扇形部702および704で構築された環状エリア(略して「環状部」と表す)のDPPよりも10倍高いということである。それゆえに、エリア700でのS/Nもまた、環状エリアでのS/Nよりも101/2倍良好である。画像120(図2)全体のリフレッシュレートは、同じ10fpsである。フレーム全体の一時的な解像度は0.1秒である。前の例では、各表示フレームは、カメラ116から取得された1フレームのデータから構築される。表示装置118上のエリア200は、センサ上のエリア700と等価である。エリア200は、エリア202のDPPの10倍で露光され、かつエリア200でのS/Nは、環状エリア202でのS/Nよりも101/2倍良好である。コリメータ500の各ECに関して、データはセンサ714から読み取られ、処理され、かつモニタ118上に表示される。完成画像120は、その後、0.1秒ごとにリフレッシュされる。発明の以下の実施例では、環状部202のS/Nを改善することが望まれる。
(図5のコリメータ500の例、および、10rpsでのコリメータの一定回転速度および10fpsの表示フレームリフレッシュレートの動作モードに関して)上で示されてきたのは、図7の円形エリア700のDPPは、扇形部702および704で構築された環状エリア(略して「環状部」と表す)のDPPよりも10倍高いということである。それゆえに、エリア700でのS/Nもまた、環状エリアでのS/Nよりも101/2倍良好である。画像120(図2)全体のリフレッシュレートは、同じ10fpsである。フレーム全体の一時的な解像度は0.1秒である。前の例では、各表示フレームは、カメラ116から取得された1フレームのデータから構築される。表示装置118上のエリア200は、センサ上のエリア700と等価である。エリア200は、エリア202のDPPの10倍で露光され、かつエリア200でのS/Nは、環状エリア202でのS/Nよりも101/2倍良好である。コリメータ500の各ECに関して、データはセンサ714から読み取られ、処理され、かつモニタ118上に表示される。完成画像120は、その後、0.1秒ごとにリフレッシュされる。発明の以下の実施例では、環状部202のS/Nを改善することが望まれる。
第1実施例では、データがセンサ714から読み取られる状態で、エリア200が0.1秒ごとにリフレッシュされるのに対して、環状部202は、1秒ごとにしかリフレッシュされない。この1秒の間、環状部202の画素のためにセンサ714から受信されたデータは、以前の10フレームの合計である環状部画像を生成するために使用される。単純化された形式では、j=1からj=10までの索引が付けられた全ての10フレームが格納される。その後、環状部202の範囲にある画素iの各々に対して、値の合計が計算される、すなわち、Pni=Σpijとなる。Pniは、その後、補正されかつ表示されるが、ここでnは、10フレームの各セットに対する索引番号である。それゆえに、j=1からj=10に対して、合計フレームの画素はP1iである。j=11からj=20に対して、合計フレームの画素はP2iである。j=21からj=30に対して、合計フレームの画素はP3iであり、同様に続く。それゆえに、この例に関して、画像120の表示が得られ、その場合、環状部202はエリア200の各単位時間に1/10のDPPしか受け取っていないが、環状部202のS/Nは、エリア200のS/Nと同様である。妥協としては、環状部202が、エリア200の0.1秒ごとと比較して、1秒ごとにリフレッシュしており、かつ環状部202の一時的な解像度は、エリア200の0.1秒と比較して、1秒であることである。
第2実施例では、j=1からj=10でまでの索引が付けられた最初の10フレームが取得され、かつ格納され、かつ環状部202に対する画素の合計として表示された後、環状部202のリフレッシュが、異なる方法で行われる。j=11からj=20までのフレームが取得されるまで、環状部202の表示を1秒間保持する代わりに、表示された画像は、以下のように、0.1秒後にリフレッシュされる。フレーム1の代わりに、フレームj=11が取得され、かつ格納される。それゆえに、以前に格納されたフレーム1、2、3、4、5、6、7、8、9、10の代わりに、次のフレームである11、2、3、4、5、6、7、8、9、10が格納される。このセットのフレームは、以前のセットと同じ方法で扱われ、かつ環状部202はリフレッシュされる。付加的な0.1秒の後、12の索引が付けられたフレームが取得され、かつ2で索引されるフレームの代わりに格納され、すなわち、11、12、3、4、5、6、7、8、9、10が格納される。今度はそのセットが、同じ方法で処理され、かつ環状部202がリフレッシュされる。このプロセスは、それ自体が繰り返され、かつ、その結果、環状部は0.1秒ごとにリフレッシュされるが、これはエリア200と同じである。環状部202の一時的な解像度は、0.1秒の一時的解像度を有するエリア200と比較すると、依然として1秒である。環状部202でのS/Nは、エリア200のS/Nと同様である。
第3実施例では、中間的アプローチが示される。第1実施例に従って、10フレームを合計し、かつ環状部202を1秒ごとにリフレッシュする代わりに、合計は5フレームごとに行い、かつ環状部202のリフレッシュは、0.5秒ごとに行うことが可能である。環状部202のS/Nは、今はエリア200のS/Nの(1/2)1/2倍となるであろうが、しかしコリメータ500の基本例の(1/10)1/2倍よりも依然として良好であり、かつ一時的な解像度は、この方法の第1実施例の1秒と比較すると、わずかに0.5秒である。
さらに第2実施例では、中間的なアプローチが用いられ、そこでは、10フレームの1つを毎回置き換える代わりに、置き換えは5フレームセットの中の1フレームとなり、すなわち、1、2、3、4、5の後、6、2、3、4、5となり、その後は6、6、3、4、5となり、同様に続く。ここで、0.1秒ごとの環状部202のリフレッシュが再び得られるが、しかし0.5秒の一時的な解像度で、環状部202のS/Nは、今はエリア200のS/Nの(1/2)1/2倍であり、しかしコリメータ500の基本例の(1/10)1/2倍よりも依然として良好である。
この方法は、図18の1つのような、回転コリメータではないコリメータに対しても履行され得ることは、正しく認識されるであろう。図18Aはコリメータの上面図を提供し、かつ図18Bは、図18Aの断面c−cである。コリメータ1800は、発明のコリメータと同様なX線低減の機能を提供する。コリメータ1800は、そのエリア内で全ての放射が通過することを可能にする開口部1802と、そのエリアを通過する放射を、材料(通常はアルミニウム)およびその材料の厚さに依存する量で低減する環状部1806と、環状部1804とを有し、環状部1804の厚さは、中心からの距離の関数として変化し、開口部1802の側では厚さゼロで始まり、環状部1806の側では環状部1806の厚さで終わる。図18Cは、中心からの距離rの関数としての、概略的なDPPのグラフを提供する。
環状部1806の向こうでは、放射は完全に遮断されることが仮定される。この例を記述する目的のために、コリメータ1800から散乱される放射は無視される。この例に対して、環状部1806を通過するDPPは、開口部1802を通過するDPPの1/10であることが、さらに仮定される。フレームレートは10fpsであり、かつ表示フレームのリフレッシュレートは10/秒である。上の例で説明したように、環状部1806に関連付けられた画像部分のS/Nは、開口部1802に関連付けられたS/Nの(1/10)1/2倍である。環状部1806に関連付けられたエリアのS/Nが、開口部1802に関連付けられたエリアのS/Nと同様である画像を表示するために、上記の方法のいずれかが使用され得る。
図18Dは、コリメータ1800に関連付けられた表示されたフレームを有する、モニタ118の表現を提供している。円1822は、コリメータ1800の開口部1802を通って到達する放射に関連付けられたエリアである。環状部1824は、コリメータ1800の環状部1804を通って到達する放射に関連付けられたエリアである。環状部1826は、コリメータ1800の環状部1806を通って到達する放射に関連付けられたエリアである。図18Bにおける環状部1804の例が厚さの線形変化であるのに対し、図18Cにおける1814の放射における変化の例は、非線形な厚さ変化によるものである。すなわち、図18Bの環状部1800と環状部1806との間での放射における望ましいゆるやかな変化に適合させるべく、厚さ1804における傾斜を生成するために、多くの異なる関数が使用される可能性がある。
第1実施例において、データがセンサ714から読み取られる状態で、エリア1822が0.1秒ごとにリフレッシュされる一方で、環状部1826は1秒ごとにしかリフレッシュされない。この1秒の間、環状部1826の画素のための、センサ714から受信されたデータは、以前の10フレームの合計である環状部画素を生成するために使用される。単純化された形式では、j=1からj=10までの索引が付けられた全ての10フレームは、格納される。その後、環状部1826の範囲にある画素iの各々に対して、値の合計が計算され、すなわち、Pni=Σpijとなる。Pniは、その後、補正され、かつ表示されるが、ここでnは、各10フレームのセットに対する索引番号である。それゆえに、j=1からj=10に対して、合計フレームの画素はP1iである。j=11からj=20に対して、合計フレームの画素はP2iである。j=21からj=30に対して、合計フレームの画素はP3iであり、同様に続く。それゆえに、この例に関しては、画像120の表示が得られ、その場合、環状部1826はエリア1822の各単位時間に1/10のDPPしか受け取らないが、環状部1826のS/Nは、エリア1822のS/Nと同様である。妥協としては、環状部1826が、エリア1822の0.1秒ごとと比較して、1秒ごとにリフレッシュしており、かつ環状部1826の一時的な解像度は、エリア1822の0.1秒と比較して、1秒となることである。
環状部1824に対して、DPPが、環状部1820の幅にわたって、1822のDPPからこのDPP(環状部1826のDPP)の1/10に直線的に減少する例を、ここでは使用することにする。
この例では、環状部1824は、等しい半径区切りの8つの環状部に分割されてもよく、その結果、最も小さい環状部#1における平均DPPは、1822の9/10であり、次の環状部#2における平均DPPは、1822の8/10であり、環状部#3は7/10であり、1822のDPPの2/10を有する最後の環状部#8まで、同様に続く。
値が、上記セグメント(環状部#1から#8まで)に関連して述べられる時はいつでも、その値は、そのセグメントにわたるコリメータの厚さ変化を考慮して、そのセグメントの平均値である。目的が、表示される画像120全体について同じS/Nを提供し、かつ1秒までの一時的な解像度を保つことである場合、環状部#5(エリア1822におけるDPPの1/2)および環状部#8(エリア1822のDPPの1/5)に対して、目的は単純な方法で達成することが可能であるが、その理由は、エリア1822におけるDPPと環状部#5におけるDPPの比率が整数になるためである。同じことは、環状部#2に対しても当てはまる。
環状部#5の場合には、上の方法のいずれかで説明されたように(上で説明されたように、十分な画素補正を用いて)一時的に連続した2つのフレームを付加することで、エリア1822と同様なS/Nが提供されるであろう。この例での一時的な解像度は、0.2秒であろう。
環状部#8の場合には、上の方法のいずれかで説明されたように(上で説明されたように、十分な画素補正を用いて)一時的に連続した5つのフレームを付加することで、エリア1822と同様なS/Nが提供されるであろう。この例での一時的な解像度は、0.5秒であろう。
他の環状部(#1、#3、#4、#6、#7および#8)に対しては、エリア1822におけるDPPとこれらの環状部のいずれかにおけるDPPの比率は、整数ではない。それゆえに、ある数(整数)のフレームの画素を付加することで(1秒の一時的な解像度以上でないという、望ましい制限を考慮して10まで)、望ましいS/Nを超えるか、または望ましいS/Nよりも小さい、という結果が得られるであろう。
この例の要求の下で望ましいS/Nを達成するために、以下の方法が適用され得る。
1.各環状部#mに対して、最小数の一時的に連続したフレームの画素を付加し、それによって、エリア1822のS/Nと等しいか、またはそれよりもより高いS/Nを提供する。
2.画素補正(上で説明されたようなオフセット、規格化など)を実行する。
3.環状部#mにおける各画素に雑音を加え、エリア1822におけるよりも高いS/Nの場合を補償する。
上のステップは、環状部#1に関連して、より詳細に議論されるであろう。環状部#1におけるDPPは、エリア1822のDPPの9/10倍である。環状部#1におけるS/Nは、エリア1822におけるS/Nの(9/10)1/2倍である。それゆえに、上のステップ1に従って、環状部#1のエリアにおいて一時的に連続した2つのフレームの画素が付加される必要があり、これによって、環状部#1における画素のS/Nが、エリア1822のS/Nと等しいか、またはそれよりも高くなる。
1.各環状部#mに対して、最小数の一時的に連続したフレームの画素を付加し、それによって、エリア1822のS/Nと等しいか、またはそれよりもより高いS/Nを提供する。
2.画素補正(上で説明されたようなオフセット、規格化など)を実行する。
3.環状部#mにおける各画素に雑音を加え、エリア1822におけるよりも高いS/Nの場合を補償する。
上のステップは、環状部#1に関連して、より詳細に議論されるであろう。環状部#1におけるDPPは、エリア1822のDPPの9/10倍である。環状部#1におけるS/Nは、エリア1822におけるS/Nの(9/10)1/2倍である。それゆえに、上のステップ1に従って、環状部#1のエリアにおいて一時的に連続した2つのフレームの画素が付加される必要があり、これによって、環状部#1における画素のS/Nが、エリア1822のS/Nと等しいか、またはそれよりも高くなる。
環状部#1のエリアにおいて一時的に連続した2つのフレームの画像を付加することによって、環状部1で結果として生じるフレームにおける実効的なDPPは、エリア1822におけるDPPの18/10倍である。環状部#1におけるS/Nは、今はエリア1822におけるS/Nの(18/10)1/2倍である。高すぎるS/N(それゆえに、画像120において起こり得る視覚的な人工的効果に帰着する)を補償するために、ガウシアン雑音が各画素に付加され、その結果、以下の式を満足する。
(N1822)2=(N#1)2+(Nadd)2 式(10)
ここでN1822は、特定の物体透過率に対して、エリア1822内の特定の画素に関連付けられた雑音であり、N#1は、画素に関連付けられた雑音であり、この画素は、環状部#1内の一時的に連続した2つの画素の合計であり(合計画素)、かつ合計画素が画素補正プロセスを通過した後は(最も単純な補正形式において、エリア1822におけるのと同じように、実効的なDPPを18/10から10/10へもたらすために、合計された画素の値を1.8で割ることを含めて)、同じ物体透過率を有し、かつNaddは、そのS/Nをエリア1822における等価的画素と同じレベルにもたらすために、合計画素に付加されるべき雑音である。
(N1822)2=(N#1)2+(Nadd)2 式(10)
ここでN1822は、特定の物体透過率に対して、エリア1822内の特定の画素に関連付けられた雑音であり、N#1は、画素に関連付けられた雑音であり、この画素は、環状部#1内の一時的に連続した2つの画素の合計であり(合計画素)、かつ合計画素が画素補正プロセスを通過した後は(最も単純な補正形式において、エリア1822におけるのと同じように、実効的なDPPを18/10から10/10へもたらすために、合計された画素の値を1.8で割ることを含めて)、同じ物体透過率を有し、かつNaddは、そのS/Nをエリア1822における等価的画素と同じレベルにもたらすために、合計画素に付加されるべき雑音である。
上の例では、環状部#1の合計画素内にあるX線光子の数は、エリア1822の等価的画素(同じ物体透過率)の1.8倍であるため、合計画素の雑音は、エリア1822内の等価的画素の(1.8)1/2倍であり、かつS/Nもまた、エリア1822内の等価的画素の(1.8)1/2倍である。Naddの量を計算するために、次の形式の式(11)が使用される。
Nadd=((N1822)2−(N#1)2)1/2 式(11)
画素補正によって1.8で割る。
以下の数を利用する。
Nadd=(12−((1.81/2)/1.8)2)1/2
Nadd=0.667
それゆえに、このポアソン雑音を合計画素に付加することによって、エリア1822内の等価的画素と同様な雑音が、その画素に提供される。
Nadd=((N1822)2−(N#1)2)1/2 式(11)
画素補正によって1.8で割る。
以下の数を利用する。
Nadd=(12−((1.81/2)/1.8)2)1/2
Nadd=0.667
それゆえに、このポアソン雑音を合計画素に付加することによって、エリア1822内の等価的画素と同様な雑音が、その画素に提供される。
全ての例が、相対的基礎に基づいて計算され、かつ、それゆえに、エリア1822の画素が1であることは、正しく認識される。
式(10)における雑音値は、画素値に依存し、かつ、通常、画素平均レベルの平方根である。同じ補正方法は、適切な調節によって、環状部1824の全てのセグメントに適用可能である。
連続したフレームの画素付加は、表示フレームリフレッシュの前に、または上で説明されたFIFO方法を用いて、新しいフレームを毎回付加することによって行われ得ることは、正しく認識されるであろう。
環状部1824を8つのセグメント(環状部#1から環状部#8まで)に分割することが、例としてのみ提供されることは、正しく認識されるであろう。セグメントの数が高くなるほど、環状部1824にわたるS/Nは、より均一になるであろう。にもかかわらず、S/N調節の非均一性の可視性は、画像のS/Nによって不明瞭になり、それゆえに、ある一定の数のセグメントを超えると、より多くのセグメントの視覚的寄与が低く、かつオペレータにとっては区別できないかもしれない。それゆえに、環状部セグメントの数は、特定の手続きにおいて、画像のS/N統計に従って、制限されてもよい。
コリメータ例1800の環状部1824のような、非均一なDPP領域を扱うための同じ方法は、図15C、図15Dのような本発明のコリメータに対してもまた、使用することが可能であり、かつ図16の全てのコリメータもまた、非均一なDPP領域を産み出す。これらの方法は、異なる露光領域を生成する任意のコリメータに関して使用することが可能であり、このことは、コリメータによって使用される方法、すなわち、異なる露光領域が、コリメータの形状によって、コリメータの移動によって、または形状と移動の組み合わせによって生成されるかどうかには無関係である。コリメータの移動の全ての場合において、同じ移動パターンのサイクルは、上で説明されたように、画像向上を単純化するが、しかしそれは、上で説明された画像向上を可能にするための必要条件ではない。
発明のさらに別の例において、そこでは、図17Bに関連して説明されたように、コリメータ500の回転プロファイルを調節する代わりに、ROIは図17Aに示されるようにエリア1700にシフトし、コリメータ全体が、コリメータ500の平面に平行な方向に直線的に変位することが可能であり、その結果、図5の円形開口部504を通過するX線放射は、カメラセンサ710上で図19Aに示されるように、エリア1700の近くに今は集中している。
コリメータ入力表面112に到達し得る放射だけが、コリメータ500の開口部(円形孔505および扇形孔506)を通過する放射である。それゆえに、センサ内のエリア1902は、図19Aで網掛けされており(イメージ増倍管入力112の対応エリアに、放射は全く到達しない)、かつ境界712によって制限される700、702および704を含むエリアだけが露光される。露光されるエリアは、その場合、互いに対してシフトした中心を有する2つの円の間の重なりであり、かつ数字表示符号1900によって図19Aに示される。
発明のこの望ましい機能は、ここでは円形孔504によってエリア1900内に提供され、このことは、エリア700においてより高いDPPを可能にし、かつ画像エリアの残りの部分に関連付けられる扇形孔506は、孔504のDPPの1/10だけを可能にする。
図19Bは、図19Aの例に従う、図2の概観バージョンを示す。
コリメータ500は、任意の一般的なX−Y機械系を用いて、X−Y平面内(図1の座標系126を参照)で移動することが可能である。例えば、図10Cの環形状の静止部品1016は、X線管構造に接続される代わりに、X−Y系に接続され、かつX−Y系はX−Y管の構造に接続され、これによって、図10Cのコリメータは、この例において、図19Aの例に対して望ましいように、X−Y面内で移動することが可能になる。
画素補正、S/N調節、他のフレームの付加のような上記方法が、コリメータの変位を調節することで、図19Aの例に十分適用可能であることは、正しく認識されるであろう。X−Yシフト方法は、この発明のコリメータのいずれかに対して適用可能である。
X−Yの代わりに線(例えばX軸)に沿って変位することも、同じ方法で適用することが可能であるが、その場合、ROIエリアが、画像120エリアにわたってこの方法で扱われ得るという制限があることは、正しく認識されるであろう。
X−Y機械系は、Shanghai ZhengXin Ltd,Shangjai,Chinaから入手可能な電動XYテーブルZXW050HA02のようなものを含めて、多くの設計を仮定することが可能である。X−Y機械系の注文設計は、当技術分野では一般的であり、かつ、しばしば、応用の必要性に最適に適合させるために設計が行われる。注文設計されたX−Y機械系のそのような1つの供給業者は、LinTech,Monrovia,California,USAである。
コリメータ500の直径は増加されることが可能であり、その結果、扇形部702の長さが、図20Bに示されるように、r3まで増加されることは、正しく認識されるであろう。図20Aは図5のコリメータであり、ここでは、図20Bのコリメータとの比較を容易にするために、図20Aとして提供されている。角度508は同じであり(この例では36度)、円形孔504の直径は同じである(r1)。R3は、図19に関連して説明されたように、コリメータが横に変位した場合にも、イメージ増倍管入力112の完全な視野を合体させるほどに十分大きい。この設計によって、図19Bの完全な画像エリア120は、図19の例における1902のような影のエリアがどこにも無く、活性なままとなる。このコリメータ拡大は、発明の任意のコリメータにおいて履行され得る。
図19の例に対して、そこでは、望ましい最大の変位は、円形孔700の縁が画像712の縁上のどこかでちょうど一点で接触しているような点(そのような点の一例は、図19Aにおける点1904)にまで及び、扇形孔の必要な半径r3は、図20Bに関連して、以下のように計算され得る。
r3=A−r1 式(12)
ここでAは、イメージ増倍管入力112(図3参照)の直径Bが、コリメータ平面においてその投影として計られる。すなわち、
A=B×(D1/D2) 式(13)
r3=A−r1 式(12)
ここでAは、イメージ増倍管入力112(図3参照)の直径Bが、コリメータ平面においてその投影として計られる。すなわち、
A=B×(D1/D2) 式(13)
コリメータをX−Y平面内で移動させるプロセスでは、(エリア504を通って)フルDPPで露光された画像は、状態を変化させて1/10のDPPで露光されてもよく、その理由は、エリア504が移動し、かつそのような画素は、そのエリアにはもはや含まれないからである。正しく認識されることであろうが、この例の動作モードを考慮すると、1秒の間に、画素は状態を、エリア504に含まれ、かつフルDPPの状態から、エリア504の外側にあり、かつ1/10のDPPの状態へ変化させ、1/10のDPPの10フレームは既に取得され、かつ表示のためのこの画素の処理は、上で説明された方法のいずれかにおいてなされるが、その方法は、エリア504内と同じS/Nを提供するために、最後の10フレーム(または、別の例では0.5秒後に5フレーム)を使用する。1秒の遷移の間、この画素のS/Nをエリア504に含まれていた場合のS/Nと同じに保つために、別の扱いが必要とされる。
この例では、0.1秒のリフレッシュレート、および0.1秒から1秒に変わる一時的な解像度で、以下の手続きが履行されるが、そこでNは、その画素に対する最後のフルDPPのフレームの索引である。
1.時間0で、フレームNの最後のフルDPPデータが100%の画素に対して表示する。一時的な解像度は0.1sである。
2.時間0.1秒で、フレームNの最後のフルDPPデータが90%の加重和の画素、およびフレームN+1の新しいDPPデータが100%の画素に対して表示する。
3.時間0.2秒で、フレームNの最後のフルDPPデータが80%の加重和の画素、およびフレームN+1のDPPデータが100%の、およびN+2のDPPデータが100%の画素に対して表示する。
4. ....
5. ....
6. ....
7. ....
8. ....
9. ....
10.時間0.9秒で、フレームNの最後のフルDPPデータが10%の加重和の画素、およびフレームN+1、N+2、....、N+9の各々の新しいDPPが100%の画素に対して表示する。
11.時間1.0秒で、フレームNの最後のフルDPPデータが0%の加重和の画素、およびフレームN+1、N+2、....、N+9、N+10の各々の新しいDPPデータが100%の画素に対して表示する。一時的な解像度は、今は1秒に変化している。
12.1/10のDPPの領域に対する画像向上のために、上で説明された方法を継続する。一時的な解像度は1秒であろう。
1.時間0で、フレームNの最後のフルDPPデータが100%の画素に対して表示する。一時的な解像度は0.1sである。
2.時間0.1秒で、フレームNの最後のフルDPPデータが90%の加重和の画素、およびフレームN+1の新しいDPPデータが100%の画素に対して表示する。
3.時間0.2秒で、フレームNの最後のフルDPPデータが80%の加重和の画素、およびフレームN+1のDPPデータが100%の、およびN+2のDPPデータが100%の画素に対して表示する。
4. ....
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10.時間0.9秒で、フレームNの最後のフルDPPデータが10%の加重和の画素、およびフレームN+1、N+2、....、N+9の各々の新しいDPPが100%の画素に対して表示する。
11.時間1.0秒で、フレームNの最後のフルDPPデータが0%の加重和の画素、およびフレームN+1、N+2、....、N+9、N+10の各々の新しいDPPデータが100%の画素に対して表示する。一時的な解像度は、今は1秒に変化している。
12.1/10のDPPの領域に対する画像向上のために、上で説明された方法を継続する。一時的な解像度は1秒であろう。
正しく認識されることであろうが、わずか1fpsのレートで1/10のDPPの画素をリフレッシュする方法の場合、画素が1/10のDPPの露光へ変化した後、最後のフルDPPデータは1秒間示され、その後は、1/10のDPPの最後の10フレームの平均が、画素をリフレッシュするために使用されるであろう。
画素が反対方向に状態を変化させる場合、すなわち、1/10のDPPのエリアからフルDPPのエリアに変化する場合、この遷移は瞬間的であり、かつ状態変化の後の最初の0.1秒の内に、表示された画像は、フルDPPの最初の0.1秒フレームでリフレッシュされる。
図1に関連して説明されたように、上の方法は、比較的高い周波数のパルスX線に対しても適用可能である。用語「比較的高い周波数」は、コリメータ設計および動作モードに対するものである。36度の扇形角度範囲を有し、かつ10rpsで回転する、図5のコリメータ500の例では、パルス周波数は、少なくとも100/秒の周波数となるべきであり、その結果、1フレームの各36度のエリア当たり、少なくとも1つのX線パルスがある。画素補正の仕組みを単純化するためには、X線パルス周波数は、最小周波数に正の整数を掛けたものとなることがさらに望まれる。この例では、200/秒、300/秒、400/秒などである。この例では、1,000/秒(最小周波数の10倍)が、比較的高い周波数と考えることができる。
いずれのコリメータも、X線に対して全くの不透明ではなく、かつコリメータは、不透明な領域でほとんどのX線を遮断するように構築されている。(鉛の場合と同様な)0.25mmのHVL(半値層)によって、3mm厚のコリメータは、入射X線放射の0.5(3/0.25)=1/4096が(散乱することなく)通過することを可能にするであろう。用語「本質的に不透明な」は、これら実際のコリメータを説明するために使用されるであろう。上記で説明されたほとんどのコリメータは、図5の518のような本質的に不透明な領域と、図5の504および506としての開口または孔とから構築される。図18の例のようなコリメータは異なるが、その理由は、本質的に不透明な領域1806および開口部1802に加えて、それらが、図18Aの1804のような部分的に不透明な領域を含むからである。
この発明によるコリメータは、スタンドアローンとしてX線システムに取り付けることが可能であり、または別のコリメータと一緒に取り付けることが可能であり、例えば、それによって、イメージ増倍管の入力エリア112の一部にX線を制限するように設計される。発明のコリメータおよび他のコリメータは、X線経路に沿って任意の順番で配置してもよい。エリア112の露光された部分は、X線経路中の全てのコリメータが遮断するエリアを重ね合わせた残りの部分であろう。そのような連続した配列の設計において、X線源から各コリメータまでの距離およびエリア112までの距離は、望ましい機能を得るために、上で説明されたように、コリメータの幾何形状と共に考慮される必要がある。
上で説明された方法および技術は、本明細書において、上で例として述べられた構成および方法に限定されないことは、本技術分野の当業者によって、正しく認識されるであろう。これらは例として提供され、かつ他の構成および方法が、特定の設計およびその設計の生産において履行される技術セットに依存して、最終結果を最適化するために使用され得る。
上記実施形態は、例としてのみ説明され、かつ発明の限定された範囲を特定しない。発明の範囲は、下記に提供される請求項によってのみ定義される。
Claims (75)
- X線システムであって、
X線源と、
単一の本質的に丸いコリメータと、
カメラと、
検出器およびモニタと、
前記コリメータの平面に対して一般に平行な平面内で前記コリメータを移動させるための手段と、
を備え、
前記コリメータは、
全ての放射が通過することを可能にする中央開口部と、
外側環状部であって、この外側環状部は、材料および材料の厚さに依存するある量で通過する前記放射を低減する、外側環状部と、
前記中央開口部と前記外側環状部の間にある内側環状部であって、厚さが中心からの距離の関数として変化し、前記中央開口部の側では厚さゼロで始まり、かつ前記外側環状部の側では前記外側環状部の厚さで終わる、内側環状部と、
を備えることを特徴とする、X線システム。 - 前記検出器は、前記カメラによって捉えられた各フレームの信号を積分するように構成され、前記システムは、前記検出器から画素を備えるフレームを読み取るようにさらに構成されることを特徴とする、請求項1に記載のX線システム。
- 前記カメラによって捉えられた各フレームの終わりに1つのフレームを読み取るように構成されることを特徴とする、請求項2に記載のシステム。
- 前記コリメータの前記開口部、前記外側環状部および前記内側環状部の各々において異なるDPPに従って、各フレームに対する利得およびオフセット補正を計算し、かつ各フレームに対する規格化因子を計算するようにさらに構成されることを特徴とする、請求項3に記載のX線システム。
- 前記中央開口部からの自身の距離に依存して、前記内側環状部を複数の環状部に分割し、かつ前記複数の環状部の各々に対して理論的なDPPを割り振ることによって、前記内側環状部に対する前記規格化因子を計算するように構成されることを特徴とする、請求項4に記載のX線システム。
- アイトラッカーをさらに備えるX線システムであって、前記システムは、オペレータの凝視を追跡し、それによって関心領域(ROI)を決定し、かつそれに従って前記コリメータを制御するように構成されることを特徴とする、請求項1に記載のX線システム。
- X線システムにおいて表示された露光画像を向上させる方法であって、
このX線システムは、
X線源と、
単一の本質的に丸いコリメータと、
カメラと、
検出器およびモニタと、
前記コリメータの平面に対して一般に平行な平面内で前記コリメータを移動させるための手段と、
を備え、
前記コリメータは、
全ての放射が通過することを可能にする中央開口部と、
外側環状部であって、この外側環状部は、材料および材料の厚さに依存するある量で通過する前記放射を低減する、外側環状部と、
前記中央開口部と前記外側環状部の間にある内側環状部であって、厚さが中心からの距離の関数として変化し、前記中央開口部の側では厚さゼロで始まり、かつ前記外側環状部の側では前記外側環状部の厚さで終わる、内側環状部と、
を備え、
前記方法は、
前記カメラによって捉えられた各フレームの信号を前記検出器によって積分するステップと、
前記検出器から画素を備えるフレームを読み取るステップと、
各フレームに対して利得およびオフセット補正を計算するステップと、
前記コリメータの前記中央開口部、前記外側環状部および前記内側環状部の各々において異なるDPPに従って、各フレームに対する規格化因子を計算するステップと、
を備えることを特徴とする、方法。 - 前記読み取りステップは、前記カメラによって捉えられた各フレームの終わりに1つのフレームを読み取るステップを備えることを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- 前記内側環状部に対して規格化因子を計算する前記ステップは、前記中央開口部からの自身の距離に従って、前記内側環状部を複数の環状部に分割し、かつ前記複数の環状部の各々に対して理論的なDPPを割り振るステップを備えることを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- オペレータの凝視を追跡し、それによって興味領域(ROI)を決定し、かつそれに従って前記コリメータを制御するステップをさらに備えることを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- X線システムであって、
X線源と、
単一の本質的に丸いコリメータと、
検出器と、
モニタと、
前記コリメータの平面に対して一般に垂直な軸の回りに前記コリメータを回転させるための手段と、
を備え、
前記コリメータは、X線放射に対して本質的に不透明な領域と、X線に対して透明である領域とから構築されることを特徴とする、X線システム。 - 前記検出器は、前記コリメータの360度回転(露光サイクル)の間、信号を積分するための手段を備え、前記システムは、前記検出器から画素値を備えるフレームを読み取るための手段をさらに備えることを特徴とする、請求項11に記載のX線システム。
- 読み取りのための前記手段は、各露光サイクルの終わりに画素値を読み取るための手段を備えることを特徴とする、請求項12に記載のシステム。
- 読み取りのための前記手段は、整数回数の露光サイクルの終わりに、画素値を読み取るための手段を備えることを特徴とする、請求項12に記載のシステム。
- 読み取りのための前記手段は、露光サイクルが終わる前に画素値を読み取るための手段を備えることを特徴とする、請求項12に記載のシステム。
- 露光サイクルの間に読み取られたフレームの数は、整数であることを特徴とする、請求項12に記載のシステム。
- コリメータの形状、速度および位置に従って、各フレームに対して利得およびオフセット補正を計算するための手段と、各フレームに対して規格化因子を計算するための手段とをさらに備えることを特徴とする、請求項12に記載のX線システム。
- 露光サイクル内に読み取られた全てのフレームを補正し、かつ合計することによって、露光画像を生成するようにさらに構成されることを特徴とする、請求項16に記載のシステム。
- フレームの各読み取りの後、最後に読み取られたN個のフレームを補正し、かつ合計することによって、露光画像を生成するようにさらに構成されることを特徴とする、請求項17に記載のシステム。
- 露光サイクル内に読み取られたフレームにおける全ての露光された画素を補正し、かつ合計することによって、露光画像を生成するようにさらに構成されることを特徴とする、請求項16に記載のシステム。
- フレームの各読み取り後に、最後に読み取られたN個のフレームにおける全ての露光された画素を補正し、かつ合計することによって、露光画像を生成するようにさらに構成されることを特徴とする、請求項17に記載のシステム。
- 各フレームに対して規格化因子を計算するための前記手段は、画素値に、DPPにおける差異を補償する理論的因子を掛けるための手段を備えることを特徴とする、請求項17に記載のX線システム。
- 各フレームに対して規格化因子を計算するための前記手段は、較正フレームを取得するための手段と、前記較正フレームに基づいて、各画素に対する較正因子を計算するための手段とを備えることを特徴とする、請求項17に記載のX線システム。
- 前記較正フレームは、複数のフレームの平均値を備えることを特徴とする、請求項23に記載のシステム。
- 前記較正フレームは、X線放射がオンの状態で捉えられた1つのフレームと、X線放射がオフの状態で捉えられた1つのフレームとを備えることを特徴とする、請求項23に記載のシステム。
- 各フレームに対して規格化因子を計算するための手段は、双線形補正を計算するための手段を備えることを特徴とする、請求項17に記載のシステム。
- 前記補正されたフレームから露光画像を生成するための手段と、前記露光画像をリフレッシュするための手段とをさらに備えることを特徴とする、請求項17に記載のX線システム。
- リフレッシュのための前記手段は、前記画像の異なるエリアに対して、異なるリフレッシュレートを使用するための手段を備えることを特徴とする、請求項27に記載のX線システム。
- 読み取りのための前記手段は、前記検出器から1フレーム全体に連続的にアクセスし、かつこれを読み取るための手段を備えることを特徴とする、請求項12に記載のX線システム。
- 前記透明な領域は、前記コリメータの回転中心に関して同心の円形孔と、前記コリメータの回転中心に関して同心で、かつある角度にわたる、円の扇形形状をした孔との組み合わせであることを特徴とする、請求項12に記載のX線システム。
- 前記コリメータは、つり合いおもりをさらに備えることを特徴とする、請求項30に記載のX線システム。
- 前記フレームは、第1ドーズのX線放射を受け取った前記円形孔に関連付けられた画素と、第2ドーズのX線放射を受け取った前記円形孔を取り囲むコリメータ領域に関連付けられた画素とを備え、前記第2ドーズは前記第1ドーズの小片部を備え、前記小片部は、360度に対する扇形角度の比率に比例することを特徴とする、請求項30に記載のX線システム。
- 読み取りのための前記手段は、前記検出器からの画素に無作為にアクセスし、かつ読み取るための手段を備えることを特徴とする、請求項32に記載のX線システム。
- 読み取りのための前記手段は、現在露光されている扇形部に隣接する十分に露光された第1扇形部から画素値を読み取り、かつ読み取り後に前記画素をリセットするように構成されることを特徴とする、請求項33に記載のX線システム。
- 前記第1扇形部の角度範囲は、前記第1扇形部における画素を読み取り、かつリセットするのに必要な時間が、前記コリメータが同じ角度距離を回転するのに必要な時間を超えないように、選択されることを特徴とする、請求項34に記載のX線システム。
- 露光されようとしている第2扇形部における画素値をリセットするようにさらに構成されるX線システムであって、前記第2扇形部は現在露光されている扇形部に隣接することを特徴とする、請求項34に記載のX線システム。
- 前記コリメータは、前記検出器を前記コリメータ回転と同期させるための同期化手段をさらに備えることを特徴とする、請求項12に記載のX線システム。
- 前記同期化手段は、光センサを通過する、コリメータ上に構築されたタブを備えることを特徴とする、請求項37に記載のシステム。
- 前記同期化手段は、エンコーダを備えることを特徴とする、請求項37に記載のシステム。
- 前記コリメータを回転させるための前記手段は、
前記コリメータに対して同心の場所において、前記コリメータの頂部に取り付けられた第1滑車と、
モータ上に取り付けられた第2滑車と、
前記第1滑車を前記第2滑車に連結するベルトと、
コリメータに関して同心のV字形円形軌道と、
前記軌道のV字溝に接触する3つの車輪であって、前記3つの車輪の回転軸は、X線管の基準枠に固定された環形状静止部の上に取り付けられる、3つの車輪と、
を備えることを特徴とする、請求項11に記載のX線システム。 - 前記ベルトは、平ベルト、丸ベルト、V字ベルト、多重溝ベルト、リブドベルト、フィルムベルトおよびタイミングベルトから成るグループから選択されることを特徴とする、請求項40に記載のX線システム。
- 前記コリメータを回転させるための前記手段は、歯車伝動装置を備えることを特徴とする、請求項11に記載のX線システム。
- 前記歯車伝動装置は、スプール、螺旋、斜角、ハイポイド、クラウンおよびウォーム歯車から成るグループから選択されることを特徴とする、請求項42に記載のX線システム。
- 前記コリメータを回転させるための手段は、前記コリメータの縁に直接接触する高摩擦回転表面シリンダを備えることを特徴とする、請求項11に記載のX線システム。
- 前記コリメータを回転させるための前記手段は、モータの回りに構築された固定子を付加することで、モータの回転子を備えることを特徴とする、請求項11に記載のX線システム。
- 前記コリメータは、固定開口部を備えることを特徴とする、請求項11に記載のX線システム。
- 前記コリメータは、可変開口部を備えることを特徴とする、請求項11に記載のX線システム。
- 2つの同心の固定開口コリメータを取り付けるための手段と、前記2つのコリメータを互いに対して回転させるための手段とを備えることを特徴とする、請求項47に記載のX線システム。
- 前記2つのコリメータの1つをそれぞれ独立に回転させるための手段を備えることを特徴とする、請求項48に記載のX線システム。
- 前記2つのコリメータの1つをそれぞれ異なる速度で回転させるための手段を備える、請求項49に記載のX線システム。
- 前記コリメータを可変速度で回転させるための手段を備えることを特徴とする、請求項11に記載のX線システム。
- 前記コリメータは、一定回転速度で、2つのエリアに、2つの異なる、画素当たりの放射ドーズ(DPP)を提供するように設計された開口形状を備えることを特徴とする、請求項11に記載のX線システム。
- 前記コリメータは、前記コリメータ中心からの異なる距離に対して、異なるレベルのDPPを提供する定性的な露光プロファイルを備えることを特徴とする、請求項11に記載のX線システム。
- アイトラッカーをさらに備えるX線システムであって、前記システムは、オペレータの凝視を追跡し、それによって興味領域(ROI)を決定し、かつそれに従って前記コリメータを制御するように構成されることを特徴とする、請求項11に記載のX線システム。
- X線システムにおいて表示された露光画像を向上させる方法であって、
このX線システムは、
X線源と、
単一の本質的に丸いコリメータと、
検出器と、
モニタと、
前記コリメータの平面に対して一般に垂直な軸の回りに前記コリメータを回転させるための手段であって、前記コリメータは、X線放射に対して本質的に不透明な領域と、X線放射に対して透明である領域とから構築される、手段と、
を備え、
前記方法は、
前記X線源からの画像を前記検出器によって捉えるステップと、
前記コリメータの360度回転(露光サイクル)の間、前記検出器によって信号を積分するステップと、
前記検出器から画素値を備えるフレームを読み取るステップと、
各フレームに対して利得およびオフセット補正を計算するステップと、
コリメータの形状、速度および位置に従って、各フレームに対する規格化因子を計算するステップと、
前記補正されたフレームから露光画像を生成するステップと、
前記露光画像をリフレッシュするステップと、
を備えることを特徴とする、方法。 - 前記読み取りステップは、各露光サイクルの終わりに画素値を読み取るステップを備えることを特徴とする、請求項55に記載の方法。
- 前記読み取りステップは、整数回数の露光サイクルの終わりに画素値を読み取るステップを備えることを特徴とする、請求項55に記載の方法。
- 前記読み取りステップは、露光サイクルが終わる前に画素値を読み取るステップを備えることを特徴とする、請求項55に記載の方法。
- 露光サイクルの間に読み取られたフレームの数は、整数であることを特徴とする、請求項55に記載の方法。
- 露光画像を生成する前記ステップは、露光サイクル内に読み取られた全てのフレームを補正し、かつ合計するステップを備えることを特徴とする、請求項55に記載の方法。
- 露光画像を生成する前記ステップは、フレームの各読み取りステップの後、最後に読み取られたN個のフレームを補正し、かつ合計するステップを備えることを特徴とする、請求項55に記載の方法。
- 露光画像を生成する前記ステップは、露光サイクル内に読み取られたフレームにおける全ての露光画素を補正し、かつ合計するステップを備えることを特徴とする、請求項55に記載の方法。
- 露光画像を生成する前記ステップは、フレームの各読み取りステップの後、最後に読み取られたN個のフレームにおける全ての露光画素を補正し、かつ合計するステップを備えることを特徴とする、請求項55に記載の方法。
- 各フレームに対して規格化因子を計算する前記ステップは、画素値に、DPPにおける差異を補償する理論的因子を掛けるステップを備えることを特徴とする、請求項55に記載の方法。
- 各フレームに対して規格化因子を計算する前記ステップは、較正フレームを取得し、かつ前記較正フレームに基づいて、各画素に対する較正因子を計算するステップを備えることを特徴とする、請求項64に記載の方法。
- 前記較正フレームは、複数のフレームの平均値を備えることを特徴とする、請求項65に記載の方法。
- 前記較正フレームは、X線放射がオンの状態で捉えられた1つのフレームと、X線放射がオフの状態で捉えられた1つのフレームとを備えることを特徴とする、請求項65に記載の方法。
- 各フレームに対して規格化因子を計算する前記ステップは、双線形補正を計算するステップを備えることを特徴とする、請求項64に記載の方法。
- 前記リフレッシュするステップは、前記画像の異なるエリアに対して異なるリフレッシュレートを使用するステップを備えることを特徴とする、請求項55に記載の方法。
- 前記読み取りステップは、前記検出器からの1フレーム全体に連続的にアクセスし、かつこれを読み取るステップを備えることを特徴とする、請求項55に記載の方法。
- 前記透明な領域は、前記コリメータの回転中心に関して同心の円形孔と、前記コリメータの回転中心に関して同心で、かつある角度にわたる、円の扇形形状をした孔との組み合わせであり、
前記フレームは、第1ドーズのX線放射を受け取った前記円形孔に関連付けられる画素と、第2ドーズのX線放射を受け取った前記円形孔を取り囲むコリメータ領域に関連付けられる画素とを備え、前記第2ドーズは、前記第1ドーズの小片部を備え、前記小片部は、360度に対する扇形角の比率に比例し、
前記読み取りステップは、前記検出器からの画素に無作為にアクセスし、かつこれを読み取るステップを備えることを特徴とする、請求項55に記載の方法。 - 前記読み取りステップは、現在露光されている扇形部に隣接する十分に露光された第1扇形部から画素値を読み取り、かつ読み取り後に前記画素をリセットするステップを備えることを特徴とする、請求項71に記載の方法。
- 前記第1扇形部の角度範囲は、前記第1扇形部における画素を読み取り、かつリセットするステップのために必要な時間が、前記コリメータが同じ角度距離を回転するのに必要な時間を超えないように選択されることを特徴とする、請求項72に記載の方法。
- 露光されようとしている第2扇形部における画素値をリセットするステップをさらに備える方法であって、前記第2扇形部は、現在露光されている扇形部に隣接することを特徴とする、請求項71に記載の方法。
- オペレータの凝視を追跡し、それによって関心領域(ROI)を決定し、かつそれに従って前記コリメータを制御するステップをさらに備えることを特徴とする、請求項55に記載の方法。
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