JP2016154766A - 医用画像システム及び画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】医用画像システムによれば、コントローラー5の制御部51は、X線撮影装置1により取得された被写体モアレ縞画像に基づいて被写体吸収画像IAB_SAMPLE(x,y)を生成し、BGモアレ縞画像に基づいてBG吸収画像IAB_BG(x,y)を生成し、BG吸収画像IAB_BG(x,y)における高周波成分の割合を補正する。そして、得られた補正済みBG吸収画像IAB_BG2(x,y)を用いて被写体吸収画像IAB_SAMPLE(x,y)を補正して補正済み吸収画像IAB2(x,y)を生成する。
【選択図】図11
Description
X線を照射するX線源と、
前記X線の照射方向と直交する方向に複数のスリットが配列されて構成され、前記X線の照射方向に並んで設けられた複数の格子と、
前記X線源により照射され、前記複数の格子を透過したX線に応じて電荷を蓄積し電気信号を生成する変換素子が2次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取ってモアレ縞画像を取得するX線検出器と、
を備えるタルボ干渉計又はタルボ・ロー干渉計を用いたX線撮影装置と、
前記X線の照射経路上に設けられた被写体配置位置に被写体を配置して前記X線源からX線を照射することにより取得された被写体有りのモアレ縞画像に基づいて被写体吸収画像を生成する被写体吸収画像生成手段と、
前記X線の照射経路上に設けられた被写体配置位置に被写体を配置せずに前記X線源からX線を照射することにより取得された被写体無しのモアレ縞画像に基づいて被写体無し吸収画像を生成する被写体無し吸収画像生成手段と、
前記被写体無し吸収画像を用いて前記被写体吸収画像の画像ムラを補正する画像ムラ補正手段と、
を備える医用画像システムであって、
前記被写体無し吸収画像における高周波成分の割合のみを補正する被写体無し吸収画像補正手段を備え、
前記画像ムラ補正手段は、前記被写体無し吸収画像補正手段により補正された被写体無し吸収画像を用いて前記被写体吸収画像の画像ムラを補正する。
前記被写体無し吸収画像補正手段は、前記被写体無し吸収画像の画素毎に高周波成分を抽出し、当該高周波成分を前記被写体吸収画像の高周波成分に合わせるための補正係数を前記高周波成分に乗算することにより前記被写体無し吸収画像における高周波成分の割合のみを補正する。
前記被写体無し吸収画像補正手段は、補正前の前記被写体無し吸収画像を用いて前記被写体吸収画像を補正した画像の各画素の値に応じた補正係数を前記被写体無し吸収画像の対応する画素に設定する。
前記被写体無し吸収画像補正手段は、前記被写体吸収画像における骨部領域に対応する領域と軟部領域に対応する領域とで異なる補正係数を設定する。
前記被写体無し吸収画像補正手段は、前記被写体無し吸収画像における各画素に対し、その画素における高周波成分の値に応じた補正係数を設定する。
前記画像ムラ補正手段は、前記被写体吸収画像を前記補正された被写体無し吸収画像で除算することにより前記被写体吸収画像の画像ムラを補正する。
タルボ干渉計又はタルボ・ロー干渉計を用いたX線撮影装置において取得された画像に画像処理を施す画像処理装置であって、
前記X線撮影装置においてX線の照射経路上に設けられた被写体配置位置に被写体を配置してX線を照射することにより取得された被写体有りのモアレ縞画像に基づいて被写体吸収画像を生成する被写体吸収画像生成手段と、
前記X線撮影装置においてX線の照射経路上に設けられた被写体配置位置に被写体を配置せずにX線を照射することにより取得された被写体無しのモアレ縞画像に基づいて被写体無し吸収画像を生成する被写体無し吸収画像生成手段と、
前記被写体無し吸収画像における高周波成分の割合のみを補正する被写体無し吸収画像補正手段と、
前記被写体無し吸収画像補正手段により補正された被写体無し吸収画像を用いて前記被写体吸収画像の画像ムラを補正する画像ムラ補正手段と、
を備える。
図1に、本発明の実施形態に係る医用画像システムを示す。医用画像システムは、X線撮影装置1とコントローラー5を備える。X線撮影装置1はタルボ・ロー干渉計によるX線撮影を行い、コントローラー5は当該X線撮影により得られた複数のモアレ縞画像を用いて被写体の再構成画像を生成する。
X線撮影装置1は縦型であり、X線源11、マルチスリット12、被写体台13、第1格子14、第2格子15、X線検出器16は、この順序に重力方向であるz方向に配置される。X線源11の焦点とマルチスリット12間の距離をd1(mm)、X線源11の焦点とX線検出器16間の距離をd2(mm)、マルチスリット12と第1格子14間の距離をd3(mm)、第1格子14と第2格子15間の距離をd4(mm)で表す。なお、被写体台13の位置は、第1格子14と第2格子15との間に設けられていてもよい。
距離d2は、一般的に撮影室の高さは3(m)程度又はそれ以下であることから、少なくとも3000(mm)以下であることが好ましい。なかでも、距離d2は400〜3000(mm)が好ましく、さらに好ましくは500〜2000(mm)である。
X線源11の焦点と第1格子14間の距離(d1+d3)は、好ましくは300〜3000(mm)であり、さらに好ましくは400〜1800(mm)である。
X線源11の焦点と第2格子15間の距離(d1+d3+d4)は、好ましくは400〜3000(mm)であり、さらに好ましくは500〜2000(mm)である。
それぞれの距離は、X線源11から照射されるX線の波長から、第2格子15上に第1格子14による格子像(自己像)が重なる最適な距離を算出し、設定すればよい。
X線源11は、緩衝部材17aを介して保持されている。緩衝部材17aは、衝撃や振動を吸収できる材料であれば何れの材料を用いてもよいが、例えばエラストマー等が挙げられる。X線源11はX線の照射によって発熱するため、X線源11側の緩衝部材17aは加えて断熱素材であることが好ましい。
X線の焦点径は、0.03〜3(mm)が好ましく、さらに好ましくは0.1〜1(mm)である。
X線源11のX線照射方向には、X線の照射範囲を狭めるための図示しない照射野絞りが設けられている。
マルチスリット12のスリット周期をw0(μm)、第1格子14のスリット周期をw1(μm)とすると、スリット周期w0は下記式により求めることができる。
w0=w1・(d3+d4)/d4
当該式を満たすように周期w0を決定することにより、マルチスリット12及び第1格子14の各スリットを通過したX線により形成される自己像が、それぞれ第2格子15上で重なり合い、いわばピントが合った状態とすることができる。
第1格子14は、マルチスリット12と同様にx方向に所定の周期の複数のスリットが設けられた回折格子である(図2参照)。第1格子14は、マルチスリット12と同様にUVを用いたフォトリソグラフィーによって形成することもできるし、いわゆるICP法によりシリコン基板に微細細線で深掘加工を行い、シリコンのみで格子構造を形成することとしてもよい。第1格子14のスリット周期は1〜20(μm)である。スリットの幅はスリット周期の20〜70(%)であり、好ましくは35〜60(%)である。スリットの高さは1〜100(μm)である。
d4=(m+1/2)・w1 2/λ
なお、mは整数であり、λはX線の波長である。
X線源11の焦点径;300(μm)、管電圧:40(kVp)、付加フィルター:アルミ1.6(mm)
X線源11の焦点からマルチスリット12までの距離d1 : 240(mm)
マルチスリット12から第1格子14までの距離d3 :1110(mm)
マルチスリット12から第2格子15までの距離d3+d4:1370(mm)
マルチスリット12のサイズ:10(mm四方)、スリット周期:22.8(μm)
第1格子14のサイズ:50(mm四方)、スリット周期:4.3(μm)
第2格子15のサイズ:50(mm四方)、スリット周期:5.3(μm)
X線検出器16の画素サイズは10〜300(μm)であり、さらに好ましくは50〜200(μm)である。
X線検出器16としては、FPD(Flat Panel Detector)を用いることができる。F
PDには、検出されたX線を光電変換素子を介して電気信号に変換する間接変換型、検出されたX線を直接的に電気信号に変換する直接変換型があるが、何れを用いてもよい。
のアモルファスセレン膜がガラス上に形成され、2次元状に配置されたTFTのアレイ上にアモルファスセレン膜と電極が蒸着される。アモルファスセレン膜がX線を吸収するとき、電子正孔対の形で物質内に電圧が遊離され、電極間の電圧信号がTFTにより読み取られる。
なお、CCD(Charge Coupled Device)、X線カメラ等の撮影手段をX線検出器16
として用いてもよい。
制御部181は、CPU(Central Processing Unit)やRAM(Random Access Memory)等から構成され、記憶部185に記憶されているプログラムとの協働により、各種処理を実行する。制御部181は、X線源11、駆動部12a、駆動部18a、X線検出器16等の各部に接続されており、後述する撮影制御処理等を実行することにより、例えば、コントローラー5から入力される撮影条件の設定情報に従って、X線源11からのX線照射のタイミングやX線照射条件、X線検出器16による画像信号の読取タイミング、マルチスリット12の移動等を制御する。
表示部183は制御部181の表示制御に従って、ディスプレイに操作画面やX線撮影装置1の動作状況等を表示する。
制御部51は、CPU(Central Processing Unit)やRAM(Random Access Memory
)等から構成され、記憶部55に記憶されているプログラムとの協働により、後述する吸収画像生成処理をはじめとする各種処理を実行する。制御部51は、被写体吸収画像生成手段、被写体無し吸収画像生成手段、被写体無し吸収画像補正手段、画像ムラ補正手段として機能する。
また、記憶部55は、撮影オーダー情報に基づいてX線撮影装置1で取得されたモアレ縞画像、モアレ縞画像に基づき生成された再構成画像等を当該撮影オーダー情報に対応付けて記憶する。
また、記憶部55は、X線検出器16に対応するゲイン補正データ、欠陥画素マップ等を予め記憶する。欠陥画素マップは、X線検出器16の欠陥画素(画素がないものも含む)の位置情報(座標)である。
ここで、上記X線撮影装置1のタルボ・ロー干渉計によるX線撮影方法を説明する。
図5に示すように、X線源11から照射されたX線が第1格子14を透過すると、透過したX線がz方向に一定の間隔で像を結ぶ。この像を自己像といい、自己像が形成される現象をタルボ効果という。自己像を結ぶ位置に第2格子15が自己像と概ね平行に配置され、第2格子15を透過したX線によりモアレ縞画像(図5においてMoで示す)が得られる。即ち、第1格子14は、周期パターンを形成し、第2格子15は周期パターンをモアレ縞に変換する。X線源11と第1格子14間に被写体(図5においてHで示す)が存在すると、被写体によってX線の位相がずれるため、図5に示すようにモアレ縞画像上のモアレ縞は被写体の辺縁を境界に乱れる。このモアレ縞の乱れを、モアレ縞画像を処理することによって検出し、被写体像を画像化することができる。これがタルボ干渉計の原理である。
例えば、マルチスリット12のスリット周期を22.8(μm)とし、5ステップの撮影を10秒で行うとする。マルチスリット12がそのスリット周期の1/5に該当する4.56(μm)移動し停止する毎に撮影が行われる。撮影時間でいえば曝射スイッチON後、2、4、6、8、10秒後にそれぞれ撮影が行われる。理想的な送り精度によりマルチスリット12を一定の送り量で移動できた場合、図7に示すように、5ステップの撮影で、マルチスリット12のスリット周期1周期分のモアレ縞画像5枚が得られる。
そこで、本願発明者は、BG吸収画像IAB_BG(x,y)より画像ムラに対応する高周波成分を抽出し、抽出した高周波成分に補正係数a(x,y)(以下、係数a(x,y)と呼ぶ。a≦1)を乗算して高周波成分の割合を被写体吸収画像IAB_SAMPLE(x,y)に合わせて減弱させる補正を行うことにより、図10(a)、(b)に見られる画像ムラを低減(除去)できることを見出した。
ステップS11においては、上記[式2]を用いて被写体吸収画像IAB_SAMPLE(x,y)を生成し、上記[式3]を用いてBG吸収画像IAB_BG(x,y)を生成する。なお、モアレ縞画像には、予めオフセット補正処理、ゲイン補正処理、欠陥画素補正処理等を施しておくことが好ましい。
高周波成分HAB_BG (x,y)=(BG吸収画像IAB_BG(x,y)/ 低周波成分LAB_BG(x,y))−1・・・[式4]
BG吸収画像IAB_BG(x,y)の高周波成分の割合を被写体吸収画像IAB_SAMPLE(x,y)の高周波成分に合わせた補正済みのBG吸収画像IAB_BG2(x,y)を得るには、[式4]の左辺の高周波成分HAB_BG(x,y)に対し、この高周波成分の割合を被写体吸収画像IAB_SAMPLE(x,y)の高周波成分に合わせるための係数a(x,y)を乗算した式からBG吸収画像を求めればよい。つまり、下記の[式5]により、高周波成分の割合のみを補正した補正済みBG吸収画像IAB_BG2(x,y)を得ることが出来る。
補正済みBG吸収画像IAB_BG2(x,y)=低周波成分LAB_BG(x,y)×(1+a(x,y)×高周波成分HAB_BG(x,y))・・・[式5]
また、上述のように、被写体吸収画像IAB_SAMPLE(x,y)とBG吸収画像IAB_BG(x,y)の格子起因の画像ムラは、筋状(縦筋状)のムラと粒状のムラが存在するが、同じ係数a(x,y)では双方を精度よく補正をすることができない。そのため、係数a(x,y)は、筋状ムラ補正用と粒状ムラ補正用に分けて設定することが好ましい。
図14(a)は、図8に示す被写体吸収画像IAB_SAMPLE(x,y)及び図9に示すBG吸収画像IAB_BG(x,y)に基づいて補正済み吸収画像IAB2(x,y)を生成する際に、骨部領域B1には骨部用の、軟部領域B2には軟部組織用の係数a(x,y)を用いて生成された補正済み吸収画像IAB_BG(x,y)の自然対数をとった画像である。図14(b)は、図14(a)の画像の各画素のx方向(紙面左右方向)両隣の画素の画素値同士を減算することにより算出した微分吸収画像である。
なお、図13(a)、図14(a)は、筋状のムラには図12(a)に示す筋状ムラ補正用の係数aを用いて、粒状のムラには図12(b)に示す粒状ムラ補正用の係数aを用いて生成されたものである。
なお、図15、図16は、骨部には骨部用の、軟部には軟部組織用の係数aを用いて生成されたものである。
筋状のムラと粒状のムラの判別は、例えば、[式4]により算出された高周波成分HAB_BG(x,y)の値を予め定められた閾値と比較することにより行うことができる。図9においてBG吸収画像IAB_BG(x,y)に描出される筋状のムラと粒状のムラの濃淡からもわかるように、粒状のムラのほうが周辺に比べて画素値の変化が大きい。つまり、高周波成分HAB_BG(x,y)の値が小さい(絶対値は大きいが、周辺画素の画素値に対して値が小さい)。よって、[式4]により算出された高周波成分HAB_BG(x,y)の値を予め定められた閾値と比較して、閾値より小さい場合に粒状のムラ、閾値以上の場合に筋状のムラと判別することができる。
従って、BG吸収画像IAB_BG(x,y)の画素値に対する画像ムラの割合を被写体吸収画像IAB_SAMPLE(x,y)の画像ムラの割合に合わせた後にBG処理を行うので、被写体吸収画像IAB_SAMPLE(x,y)から精度良く画像ムラを低減することが可能となる。また、従来のように、BG撮影時に被写体と同等のX線スペクトル変化を生じさせる部材を介在させる必要がないので、手間なく容易に画像ムラを低減することが可能となる。
11 X線源
12 マルチスリット
12a 駆動部
13 被写体台
14 第1格子
15 第2格子
16 X線検出器
17 保持部
17a 緩衝部材
18 本体部
181 制御部
182 操作部
183 表示部
184 通信部
185 記憶部
18a 駆動部
5 コントローラー
51 制御部
52 操作部
53 表示部
54 通信部
55 記憶部
Claims (7)
- X線を照射するX線源と、
前記X線の照射方向と直交する方向に複数のスリットが配列されて構成され、前記X線の照射方向に並んで設けられた複数の格子と、
前記X線源により照射され、前記複数の格子を透過したX線に応じて電荷を蓄積し電気信号を生成する変換素子が2次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取ってモアレ縞画像を取得するX線検出器と、
を備えるタルボ干渉計又はタルボ・ロー干渉計を用いたX線撮影装置と、
前記X線の照射経路上に設けられた被写体配置位置に被写体を配置して前記X線源からX線を照射することにより取得された被写体有りのモアレ縞画像に基づいて被写体吸収画像を生成する被写体吸収画像生成手段と、
前記X線の照射経路上に設けられた被写体配置位置に被写体を配置せずに前記X線源からX線を照射することにより取得された被写体無しのモアレ縞画像に基づいて被写体無し吸収画像を生成する被写体無し吸収画像生成手段と、
前記被写体無し吸収画像を用いて前記被写体吸収画像の画像ムラを補正する画像ムラ補正手段と、
を備える医用画像システムであって、
前記被写体無し吸収画像における高周波成分の割合のみを補正する被写体無し吸収画像補正手段を備え、
前記画像ムラ補正手段は、前記被写体無し吸収画像補正手段により補正された被写体無し吸収画像を用いて前記被写体吸収画像の画像ムラを補正する医用画像システム。 - 前記被写体無し吸収画像補正手段は、前記被写体無し吸収画像の画素毎に高周波成分を抽出し、当該高周波成分を前記被写体吸収画像の高周波成分に合わせるための補正係数を前記高周波成分に乗算することにより前記被写体無し吸収画像における高周波成分の割合のみを補正する請求項1に記載の医用画像システム。
- 前記被写体無し吸収画像補正手段は、補正前の前記被写体無し吸収画像を用いて前記被写体吸収画像を補正した画像の各画素の値に応じた補正係数を前記被写体無し吸収画像の対応する画素に設定する請求項2に記載の医用画像システム。
- 前記被写体無し吸収画像補正手段は、前記被写体吸収画像における骨部領域に対応する領域と軟部領域に対応する領域とで異なる補正係数を設定する請求項2又は3に記載の医用画像システム。
- 前記被写体無し吸収画像補正手段は、前記被写体無し吸収画像における各画素に対し、その画素における高周波成分の値に応じた補正係数を設定する請求項2〜4の何れか一項に記載の医用画像システム。
- 前記画像ムラ補正手段は、前記被写体吸収画像を前記補正された被写体無し吸収画像で除算することにより前記被写体吸収画像の画像ムラを補正する請求項1〜5の何れか一項に記載の医用画像システム。
- タルボ干渉計又はタルボ・ロー干渉計を用いたX線撮影装置において取得された画像に画像処理を施す画像処理装置であって、
前記X線撮影装置においてX線の照射経路上に設けられた被写体配置位置に被写体を配置してX線を照射することにより取得された被写体有りのモアレ縞画像に基づいて被写体吸収画像を生成する被写体吸収画像生成手段と、
前記X線撮影装置においてX線の照射経路上に設けられた被写体配置位置に被写体を配置せずにX線を照射することにより取得された被写体無しのモアレ縞画像に基づいて被写体無し吸収画像を生成する被写体無し吸収画像生成手段と、
前記被写体無し吸収画像における高周波成分の割合のみを補正する被写体無し吸収画像補正手段と、
前記被写体無し吸収画像補正手段により補正された被写体無し吸収画像を用いて前記被写体吸収画像の画像ムラを補正する画像ムラ補正手段と、
を備える画像処理装置。
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