JP3540914B2

JP3540914B2 - Ｘ線撮影装置

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Publication number: JP3540914B2
Application number: JP12840497A
Authority: JP
Inventors: 理香馬場; 健植田; 謙石川
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1997-05-19
Filing date: 1997-05-19
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2017-05-19
Also published as: JPH10314152A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線撮影装置に関し、特に、撮像によって得られるＸ線透視画像およびＸ線撮影画像のぼけを高速に補正するＸ線撮影装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＸ線撮影装置を用いてそのまま得られるＸ線透視画像およびＸ線撮影画像は通常ぼけが発生しており、本来のＸ線透視画像およびＸ線撮影画像を得るためには、当該ぼけを除去する補正処理を施す必要があった。
【０００３】
ここで、このぼけの発生原因について、以下説明する。すなわち、Ｘ線画像の撮影または透視の方法としては、被検体を透過したＸ線の強度分布をフィルムに記録する方法、あるいは、２次元検出手段で読み出して、表示およびデジタル記録する方法等が広く用いられている。
【０００４】
この２次元検出手段（検出器）としては、たとえば、Ｘ線イメージインテンシファイア（以下、「Ｘ線Ｉ．Ｉ．」と記す）と結像光学系とテレビカメラとからなる検出器、蛍光板と結像光学系とテレビカメラとからなる検出器、蛍光板と２次元フォトダイオードアレイと２次元薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とからなる検出器、および、セレン膜と２次元薄膜トランジスタ配列とからなる検出器等があった。
【０００５】
たとえば、Ｘ線Ｉ．Ｉ．と結像光学系とテレビカメラとからなる２次元検出手段を用いた方法では、被検体を透過したＸ線の強度分布を光学像に変換する過程において、光の拡散現象によってベーリンググレアと呼ばれる拡散光が生じ、該拡散光が直接光と共に計測されることによって、本来のＸ線強度分布による像にぼけが加わることとなっていた。一般に、Ｘ線の強度分布を光学像に変換した後に、該光学像を計測する方法では、光学像が生成される媒体において、光の拡散現象により本来のＸ線像にぼけが加わるという現象を避けることができなかった。この拡散光は、画像のコントラストを低下させる原因となっていた。
【０００６】
そして、本来のＸ線画像に対してぼけ成分となる原因としては、前述の拡散光の他に、被検体の内部において、Ｘ線管から出射したＸ線ビームの方向とは異なる方向に散乱された散乱Ｘ線が、フィルムおよび２次元検出手段すなわちＸ線画像センサで検出されるというＸ線の散乱現象があった。このＸ線の散乱現象も、また、避けることができず、散乱Ｘ線がＸ線画像センサで検出されると、計測されるＸ線の強度分布にぼけが加わることになっていた。
【０００７】
以上説明したように、Ｘ線像を光学像に変換し、該光学像を計測する方法では、被検体の内部で発生する散乱Ｘ線によるＸ線画像センサ面におけるぼけと、光学像生成媒体における拡散光によるぼけとの、２つの過程により、本来のＸ線像に対するぼけが加わり、画質を低下させるという問題があった。
【０００８】
特に、被検体の周囲方向の多方向から撮像した複数枚のＸ線画像に基づいて被検体内部の３次元分布を画像化するコーンビームＣＴ装置等においては、ぼけが加わることによって、画像の値すなわち画素値が同一であるべき領域で、画像毎に該画素値に偏りが生じていた。このため、これらのＸ線画像から再構成した被検体内部の３次元像においても画質の劣化が生じると共に、ＣＴ値の定量性が低下してしまい、正確な診断を行うことができないという問題があった。なお、被検体内部の３次元分布を画像化する方法としては、たとえば、文献１「医用画像工学研究会ジャミットフロンティア９５（ＪＡＭＩＴＦｒｏｎｔｉｅｒ ’９５）講演論文集、２３−２８頁（１９９５年）」に記載のデータ補正処理方法がある。
【０００９】
そして、これらの拡散光によるぼけと散乱Ｘ線によるぼけを補正する方法がいくつか知られており、たとえば、文献２「メディカルフィジックス誌（ＭｅｄｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ）、２０巻５９−６９頁（１９９３）」に記載される、拡散光と散乱Ｘ線とを一体として補正する方法を用いたＸ線撮影装置があった。また、他の方法として、文献３「第１５回日本医用画像工学会大会特集号、１４巻４号３８３−３８４頁」に記載される、拡散光と散乱Ｘ線とを分離して補正する方法を用いたＸ線撮影装置があった。その他の方法として、同一出願による文献４の特願平７−３１１８４１号公報に記載のＸ線画像作成方法およびその装置があった。
【００１０】
次に、図６に従来のＸ線撮影装置による散乱Ｘ線および拡散光の補正手順を説明するための図を示し、以下、図６に基づいて、文献４に示す散乱Ｘ線および拡散光の補正手順を説明する。
【００１１】
文献４に示すＸ線撮影装置では、画像劣化過程を逆に辿ることにより、散乱Ｘ線および拡散光を補正していた。
【００１２】
まず、計測画像３０１に２次元の拡散光分布フィルタ３０２を畳み込み演算して（３０３）、拡散光成分画像３０４を求める。次に、計測画像３０１から拡散光成分画像３０４を差し引き（３０５）、拡散光が補正された拡散光補正画像３０６を求める。この後、拡散光補正画像３０６に２次元の散乱Ｘ線フィルタ３０７を畳み込み演算し（３０８）、散乱Ｘ線成分画像（３０９）を求める。最後に、拡散光補正画像３０６から散乱Ｘ線成分画像３０９を差し引き（３１０）、散乱Ｘ線が補正された直接Ｘ線画像３１１を求めるというものであった。なお、この補正はフーリエ空間で行うことにより、畳み込み演算の代わりにフーリエ変換により行うことも可能であった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前述した文献２，３，４に示す従来のＸ線撮影装置では、拡散光および散乱Ｘ線の強度分布関数すなわち拡散光フィルタおよび散乱Ｘ線フィルタを求め、これと計測画像との２次元コンボリューション演算（２次元畳み込み演算）を行う構成となっていたので、演算部分の構成が複雑になってしまうと共に、演算に要する負荷が大きくなってしまい、拡散光および散乱Ｘ線によるぼけの補正を高速に処理することができないという問題があった。
【００１４】
特に、被検体の周囲方向の多方向から撮像した複数枚のＸ線画像に基づいて被検体内部の３次元分布を画像化する文献１に記載のコーンビームＣＴ装置等においては、一般のＸ線透視およびＸ線撮影と比較して、多量のＸ線画像の補正処理を行う必要があるので、画像の補正に多くの時間がかかってしまうという問題があった。
【００１５】
すなわち、図６に示すように、拡散光フィルタ３０２および散乱Ｘ線フィルタ３０７には、あらかじめ計測により求めた点像分布関数や線像分布関数、あるいはこれらの計測データからガウス関数や指数関数でフィッティングして求めた関数が用いられる。これらの関数は一般に長く裾を引く形状であるので、これらの関数をフィルタとして用いた場合には、拡散光成分画像３０４あるいは散乱Ｘ線成分画像３０９を求めるためのステップ３０３，３０８の畳み込み演算の演算量が膨大となり補正演算処理を高速にできないという問題があった。一方、この演算を高速に行うためには、フーリエ変換を実行することのできる特殊な演算手段が必要とされるという問題があった。
【００１６】
本発明の目的は、Ｘ線透視画像もしくはＸ線撮影画像の画質を高速に向上することが可能なＸ線撮影装置を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、Ｘ線透視画像もしくはＸ線撮影画像に対して、散乱Ｘ線に起因するぼけを高速に補正することが可能なＸ線撮影装置を提供することにある。
【００１８】
本発明のその他の目的は、Ｘ線透視画像もしくはＸ線撮影画像に対して、拡散光に起因するぼけを高速に補正することが可能なＸ線撮影装置を提供することにある。
【００１９】
本発明のその他の目的は、３次元再構成によって得られる３次元再構成像の画質を向上することが可能なＸ線撮影装置を提供することにある。
【００２０】
本発明のその他の目的は、３次元再構成によって得られる３次元再構成像のＣＴ値の定量性を向上することが可能なＸ線撮影装置を提供することにある。
【００２１】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００２３】
（１）Ｘ線透視画像あるいはＸ線撮影画像を計測するものであって、該計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像から散乱Ｘ線成分を除く散乱Ｘ線補正手段を有するＸ線撮影装置において、前記散乱Ｘ線補正手段は、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像に基づいて散乱Ｘ線強度分布関数を作成する散乱Ｘ線強度分布関数作成手段と、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像の縦方向および横方向に対して、それぞれ複数回の移動平均演算を行う移動平均演算手段と、前記散乱Ｘ線強度分布関数に基づいて前記移動平均演算のウィンドウ幅を計算するウィンドウ幅算出手段と、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像から前記移動平均演算後の画像の差分を計算する差分演算手段とを具備する。
【００２４】
（２）Ｘ線透視画像あるいはＸ線撮影画像を計測するものであって、該計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像から拡散光成分を除く拡散光補正手段を有するＸ線撮影装置において、前記拡散光補正手段は、拡散光強度分布関数を作成する拡散光強度分布関数作成手段と、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像の縦方向および横方向に対して、それぞれ複数回の移動平均演算を行う移動平均演算手段と、前記拡散光強度分布関数に基づいて前記移動平均演算のウィンドウ幅を計算するウィンドウ幅算出手段と、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像から前記移動平均演算後の画像の差分を計算する差分演算手段とを具備する。
【００２５】
（３）Ｘ線透視画像あるいはＸ線撮影画像を計測するものであって、該計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像から散乱Ｘ線成分および拡散光成分を除くぼけ成分補正手段を有するＸ線撮影装置において、前記ぼけ成分補正手段は、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像に基づいて散乱Ｘ線強度分布関数を作成する散乱Ｘ線強度分布関数作成手段と、拡散光強度分布関数を作成する拡散光強度分布関数作成手段と、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像の縦方向および横方向に対して、それぞれ複数回の移動平均演算を行う移動平均演算手段と、前記散乱Ｘ線強度分布関数および前記拡散光強度分布関数に基づいて前記移動平均演算のウィンドウ幅を計算するウィンドウ幅算出手段と、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像から前記移動平均演算後の画像の差分を計算する差分演算手段とを具備する。
【００２６】
（４）前述した（１）ないし（３）の内のいずれかに記載のＸ線撮影装置において、前記移動平均演算手段は、縦方向および横方向に対してそれぞれ２回づつの移動平均演算を同一のウィンドウ幅で行う手段からなる。
【００２７】
（５）前述した（１）ないし（４）の内のいずれかに記載のＸ線撮影装置において、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像を検者が予め設定した値の画像に縮小する画像縮小手段を具備し、前記各補正手段は、前記縮小画像に基づいて各強度分布関数の作成、移動平均ウィンドウ幅の計算を行う。
【００２８】
（６）前述した（５）に記載のＸ線撮影装置において、縮小後の画像を前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像に拡大する画像拡大手段を具備し、前記差分演算手段は、前記移動平均演算手段が前記縮小画像の縦方向および横方向に対してそれぞれ複数回の移動平均演算を行うことによって得られた画像を拡大した画像と、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像との差分を計算する。
【００２９】
（７）被検体の周囲方向から計測されたＸ線撮影画像に基づいて、前記被検体の断層画像あるいは３次元画像を再構成するＸ線撮影装置およびＸ線ＣＴ装置において、前記計測されたＸ線撮影画像に基づいて散乱Ｘ線強度分布関数を作成する散乱Ｘ線強度分布関数作成手段と、拡散光強度分布関数を作成する拡散光強度分布関数作成手段と、前記計測されたＸ線撮影画像の縦方向および横方向に対して、それぞれ複数回の移動平均演算を行う移動平均演算手段と、前記散乱Ｘ線強度分布関数および前記拡散光強度分布関数に基づいて前記移動平均演算のウィンドウ幅を計算するウィンドウ幅算出手段と、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像から前記移動平均演算後の画像の差分を計算する差分演算手段とを具備する。
【００３０】
前述した（１）〜（４）の手段によれば、計測したＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像である計測画像からぼけ成分を抽出したぼけ成分画像を生成する過程において、散乱Ｘ線強度分布関数作成手段あるいは／および拡散光強度分布関数作成手段が作成した散乱Ｘ線強度分布関数あるいは／および拡散光強度分布関数に基づいて、ウィンドウ幅算出手段が移動平均演算のウィンドウ幅を計算し、該ウィンドウ幅に基づいて、移動平均演算手段が移動平均演算を行うことにより、ぼけ成分画像を生成することができる。すなわち、従来では、演算量の多いコンボリューション演算が必要なぼけ成分画像の生成を、高速演算が可能な移動平均演算によって生成することができるので、散乱Ｘ線あるいは／および拡散光に起因するぼけ成分の補正すなわちＸ線画像の画質の向上を高速に行うことができる。
【００３１】
前述した（５）および（６）の手段によれば、計測したＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像である計測画像からぼけ成分を抽出したぼけ成分画像の生成を、縮小した画像すなわち画素数の少ないＸ線画像に基づいて行うことができるので、演算量が低減できる。したがって、さらに演算速度を高速化することができる。
【００３２】
前述した（７）の手段によれば、３次元再構成に使用するＸ線画像のぼけ成分を精度よく除去することができるので、３次元再構成によって得られる３次元再構成像の画質も向上できる。また、ぼけ成分の除去によって、Ｘ線画像中の臓器等のエッジ部分を鮮明化することができる。また、ぼけ成分の除去により画素値の偏りがなくなるので、再構成像におけるＣＴ値の定量性を向上することができる。さらには、複数枚のＸ線画像を高速に補正することができるので、撮影から再構成像の表示までに要する時間を短縮することができる。したがって、医師等の診断効率を向上することができる。
【００３３】
（原理）
次に、図５に本発明により目的のフィルタの畳み込みを移動平均演算器を用いて近似的に行う方法の原理について説明するための図を示し、以下、図５に基づいて、目的のフィルタの畳み込みを移動平均演算器を用いて近似的に行う方法の原理について説明する。
【００３４】
図５において、４０１は計測データ、４０２は移動平均演算に相当する矩形フィルタ、４０３は同一の矩形フィルタ４０２同士を畳み込んで得られる三角フィルタ、４０４は目的とするフィルタを示す。
【００３５】
矩形フィルタ４０２同士を畳み込むと三角波フィルタ４０３となることが一般的に知られている。
【００３６】
まず、矩形フィルタ４０２同士を畳み込むと三角波フィルタ４０３となることを、式を用いて説明する。矩形フィルタを関数ｐ（ｘ）とおくと、関数ｐ（ｘ）は下記の数１で表される。
【００３７】
【数１】

【００３８】
したがって、この数１を畳み込むと、下記の数２となる。
【００３９】
【数２】

【００４０】
次に、数２をフーリエ変換すると、下記の数３となる。
【００４１】
【数３】

【００４２】
この数３は、下記の数４で表されるｑ（ｘ）のフーリエ変換形である。
【００４３】
【数４】

【００４４】
これより、数１で表される矩形フィルタｐ（ｘ）同士を畳み込むと、数４で表される三角波フィルタとなる。
【００４５】
すなわち、移動平均演算器を用いて、計測データに数１で表される矩形フィルタｐ（ｘ）を２回畳み込むことにより、数４で表される三角波フィルタの畳み込みを代行させることができる。
【００４６】
したがって、まず、目的のフィルタ４０４を三角波フィルタ４０３で近似し、次に、該三角波フィルタ４０３を矩形フィルタ４０２に分解して、計測データ４０１に対して矩形フィルタ４０２を２回畳み込むことによって、目的のフィルタの畳み込みを近似的に実行できる。ただし、三角波による近似法としては、たとえば、三角波フィルタ４０３の面積４０５が目的のフィルタ４０４の面積４０６と等しくなるように、最小二乗法を用いてフィッティングを行い、三角波の係数を決定する。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、発明の実施の形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。
【００４８】
なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００４９】
（実施の形態１）
図１は本発明の一本実施の形態のＸ線撮影装置であるＸ線透視撮影装置の概略構成を示すブロック図であり、２０１は撮影制御装置、２０２はＸ線管、２０３は散乱Ｘ線遮蔽グリッド、２０４は２次元Ｘ線画像検出器、２０５は画像処理装置、２０６は表示装置、２０７はＸ線照射野、２０８は寝台天板、２０９は被検体、２１０は補正演算手段、２１１はＸ線Ｉ．Ｉ．、２１２は光学系、２１３はテレビカメラを示す。
【００５０】
図１において、撮影制御装置２０１は、たとえば、検者が図示しない操作卓から入力した撮像条件（計測条件）に基づいて、Ｘ線管２０２に印加する電圧等の照射条件およびテレビカメラ２１３の光学絞り等の撮影条件を制御する周知の撮影制御装置であり、本実施の形態のＸ線撮影装置では、Ｘ線透視およびＸ線撮影時の照射条件および撮影条件を処理装置２０５に出力する。
【００５１】
Ｘ線管２０２は周知のＸ線管であり、被検体２０９に円錐状のＸ線ビームを照射する。ただし、Ｘ線管２０２と被検体２０９との間に、Ｘ線ビームのエネルギー分布を変化させるＸ線フィルタおよびＸ線ビームの照射野２０７を制限するＸ線コリメータを配置してもよいことはいうまでもない。
【００５２】
散乱Ｘ線遮蔽グリッド２０３は周知のＸ線遮蔽グリッドであり、本実施の形態では、２次元Ｘ線画像検出器２０４を構成するＸ線Ｉ．Ｉ．２１１の入力面の前面に配置される。
【００５３】
２次元Ｘ線画像検出器２０４は、Ｘ線Ｉ．Ｉ．２１１、光学系２１２およびテレビカメラ２１３からなり、被検体２０９を透過したＸ線の強度分布を電気信号に変換した後、処理装置２０５に出力する。
【００５４】
画像処理装置２０５は、補正演算手段と公知の画像処理を行う画像処理手段とを有する処理装置であり、該画像処理後の画像を表示装置２０６に出力し表示させる。また、画像処理装置２０５は、たとえば、テレビカメラの出力信号をデジタル信号に変換する周知のＡ／Ｄ変換器と、補正演算手段および画像処理手段を実現する周知の情報処理装置上で動作するプログラムとで構成される。さらには、画像処理装置２０５は、撮影制御装置２０１から入力されたＸ線透視条件およびＸ線撮影条件を、たとえば、画像処理装置に接続される図示しない格納手段に格納する。ただし、テレビカメラ２１３がデジタル出力可能な場合には、Ａ／Ｄ変換器は必要なく、テレビカメラ２１３のデジタル出力を直接用いて信号処理を行うことはいうまでもない。
【００５５】
寝台天板２０８は被検体２０９の撮影位置を設定する周知の寝台天板であり、該寝台天板２０８に設定する被検体２０９の体位は、たとえば、仰臥位とする。また、寝台天板２０８に設定する被検体２０９の体位、および、寝台天板２０９とＸ線管２０２との相対的位置は、検者が任意に設定可能なことはいうまでもない。
【００５６】
補正演算手段２１０は、テレビカメラで撮像した被検体２０９のＸ線像に含まれる拡散光成分と散乱Ｘ線成分とに起因するぼけを補正する補正演算手段であり、図示しない操作卓からの入力指示に基づいて、補正処理を実行するか否かの切り換えを行うことが可能である。なお、補正演算手段の詳細については後述する。
【００５７】
Ｘ線Ｉ．Ｉ．２１１は周知のＸ線Ｉ．Ｉ．であり、たとえば、Ｉ．Ｉ．モードとして、７、９、１２インチモードを有する。また、本実施の形態のＸ線Ｉ．Ｉ．２１１は、たとえば、入力面上において、およそそれぞれのインチ数（ただし、１インチを２．５４ｃｍとする）を直径とする円の内部の領域でＸ線を検出する。
【００５８】
光学系２１２は、Ｘ線Ｉ．Ｉ．２１１の出力面から出力される光学像（Ｘ線像）をテレビカメラ２１３に誘導する周知の光学系である。
【００５９】
テレビカメラ２１３は、光学系２１２から入力されたＸ線像を電子信号に変換する周知のテレビカメラであり、本実施の形態においては、たとえば、撮像素子として高解像度ＣＣＤ素子を使用する。
【００６０】
次に、図１に基づいて、本実施の形態のＸ線透視撮影装置の動作を説明する。
【００６１】
Ｘ線透視および撮影時において、Ｘ線管２０２から出射されたＸ線ビームは、被検体２０９を透過する。このとき、Ｘ線ビームは被検体２０９を透過する際にその一部が被検体２０９により散乱される。該散乱Ｘ線は、Ｘ線遮蔽グリッド２０３により大部分が遮断されるが、その一部は遮断されずにＸ線遮蔽グリッド２０３を透過することになる。Ｘ線遮蔽グリッド２０３を透過した散乱Ｘ線と被検体２０９を直接透過した直接Ｘ線とは同時にＸ線Ｉ．Ｉ．２１１により検出され、電子像に変換され出力面に結像され、光学像に変換される。このときに、光の散乱が生じ、直接Ｘ線成分にさらに拡散光成分が加わる。該光学像は光学系２１２において図示しない光学絞りを用いて光量を調節された後、テレビカメラ２１３に結像される。テレビカメラ２１３は光学像をビデオ信号（アナログ画像）に変換し、出力する。テレビカメラ２１３から出力されたビデオ信号は、画像処理装置２０５に設けられた図示しないＡ／Ｄ変換器においてアナログ信号からデジタル信号（デジタル画像）へ変換される。該デジタル信号へ変換されたビデオ信号すなわちデジタル画像は、まず、補正演算手段によって拡散光成分および散乱Ｘ線成分が除去される。次に、除去後のデジタル画像に対して、画像処理装置２０５が公知の画像処理を行なった後に、表示装置２０６に出力され、表示画面上に表示される。特に、Ｘ線撮影時においては、被検体２０９の見たい部位が表示装置２０６の表示画面の適正な位置にくるように、図示しない操作卓を用いて位置を合わせ、位置が合った時点において、検者が操作卓からＸ線撮影開始の指示をすることにより、画像処理後のデジタル画像が画像処理装置２０５に接続される格納手段に撮影画像として格納される。
【００６２】
次に、図２に本実施の形態の補正演算手段の概略構成を説明するためのブロック図を示し、以下、図２に基づいて、演算補正手段の構成を説明する。
【００６３】
図２において、２２１は画像縮小手段、２２２は最大値抽出手段、２２３は代表被検体厚さ演算手段、２２４は散乱Ｘ線フィルタ係数演算手段（散乱Ｘ線強度分布関数作成手段）、２２５はフィルタ合成手段、２２６はフィルタ近似手段、２２７は矩形フィルタ算出手段（ウィンドウ幅算出手段）、２２８は移動平均演算手段、２２９は画像拡大手段、２３０は差分演算手段を示す。なお、本実施の形態においては、この各手段は、周知の情報処理装置上で動作するプログラムによって実現する。
【００６４】
画像縮小手段２２１は、図示しないＡ／Ｄ変換器から入力された計測画像すなわちデジタル画像を、検者が予め設定したピクセル数（画素数）のデジタル画像に変換（縮小）する周知の縮小手段である。本実施の形態においては、たとえば、６４ピクセル四方のデジタル画像に縮小する。このように、Ａ／Ｄ変換後のデジタル画像そのものではなく、画素数の少ない縮小後のデジタル画像（縮小計測画像）を用いることにより、後に行う演算量を減少させることができるので、演算を高速化できる。また、入力される画素サイズは、カメラモードの設定によって決まり、たとえば、透視時では５１２もしくは１０２４ピクセル、一方、撮影時では１０２４もしくは２０４８ピクセルとする。したがって、画像縮小手段２２１は、Ａ／Ｄ変換直後の画像に対する画素加算、あるいは、間引き（サンプリング）によって画像の縮小を行う。例えば、１０２４ピクセルサイズの画像を縮小する場合は、１６ピクセル四方毎に画素加算を行い、その平均値をとることにより、あるいは、１６ピクセル毎に間引いて画素を選択することにより画像縮小を行うことができる。
【００６５】
最大値抽出手段２２２は、縮小計測画像を構成する各画素の画素値の内で、最大となる画素値を検索する周知の検索手段であり、たとえば、縮小計測画像を構成する各画素の画素値を順番に比較していくことによって検索する。
【００６６】
代表被検体厚さ演算手段２２３は、被検体厚さと画素値との関係式に基づいて、入力された画素値に相当する被検体厚さを計算する演算手段である。ただし、この被検体厚さと画素値との関係式は、たとえば、予め計測した模擬被検体としての複数種類の厚さのアクリル板とそのときの画素値との関係を周知のフィッティングによって算出したものである。なお、算出方法の詳細については、文献４を参照されたい。
【００６７】
散乱Ｘ線フィルタ係数演算手段２２４は、模擬被検体厚さと散乱Ｘ線フィルタ係数との関係式に基づいて、入力された被検体厚さに対応する散乱Ｘ線フィルタを計算する計算手段である。ただし、予め計測しておいた模擬被検体厚さと散乱Ｘ線フィルタ係数との関係式は、模擬被検体としての複数種類の厚さのアクリル板を撮影したときのＸ線画像すなわち計測値と計測条件から算出した散乱Ｘ線成分の点像分布関数と散乱Ｘ線成分の直接Ｘ線成分に対する強度比である散乱Ｘ線強度比との積演算によって得られた散乱Ｘ線フィルタ係数と、模擬被検体の厚さと、の関係をフィッティングによって算出したものである。なお、算出方法の詳細については、文献４を参照されたい。
【００６８】
フィルタ合成手段２２５は周知の加算手段からなり、散乱Ｘ線フィルタ係数演算手段２２４が算出した代表散乱Ｘ線フィルタと計測条件に基づいて予め算出した拡散光フィルタとを加算して合成フィルタを生成する。ただし、拡散光フィルタ１１２は、前述した散乱Ｘ線フィルタと同様の手順、すなわち、模擬被検体としての複数種類の厚さのアクリル板を透視あるいは撮影したときのＸ線画像すなわち計測値と計測条件から算出した拡散光成分の点像分布関数と拡散光成分の直接光成分に対する強度比である拡散光強度比との積演算によって得られたものである。なお、算出方法の詳細については、文献４を参照されたい。
【００６９】
フィルタ近似手段２２６は、合成フィルタをたとえば周知の最小二乗法によって、三角波のフィルタにフィッティングする手段であり、本実施の形態においては、特に、合成フィルタと三角波フィルタとの面積が等しくなるように三角波フィルタをフィッティングする。
【００７０】
矩形フィルタ算出手段２２７は、三角波フィルタと矩形フィルタとの関係式すなわち三角波フィルタと矩形フィルタとの係数の関係式に基づいて、入力された三角波フィルタに対応する矩形フィルタの係数すなわちウィンドウ幅および乗数を計算する計算手段である。ただし、三角波フィルタと矩形フィルタとの関係式は、原理の項に示す手順によって、予め算出したものである。
【００７１】
移動平均演算手段２２８は周知の移動平均演算手段と周知の乗算手段とからなり、矩形フィルタ算出手段が計算したウィンドウ幅の移動平均演算と該移動平均演算結果に対する係数の乗算を行う。本実施の形態においては、移動平均演算手段２２８は、縮小計測画像の横方向（Ｘ方向）と縦方向（Ｙ方向）に対する移動平均演算をそれぞれ２回づつ、すなわち、合計４回の移動平均演算を行う。
【００７２】
画像拡大手段２２９は周知の補間手段からなり、移動平均演算によって得られた画像すなわち縮小ぼけ成分画像を拡大して、元のサイズのぼけ成分画像を生成する。
【００７３】
差分演算手段２３０は周知の減算手段であり、計測画像からぼけ成分画像を減算することにより、計測画像中の拡散光および散乱Ｘ線成分を除去する。
【００７４】
次に、図３に本実施の形態の補正演算手段の動作を説明するための動作フローを示し、以下、図２，３に基づいて、本実施の形態の補正手段の動作を説明する。
【００７５】
本フローの開始は、処理装置２０５の図示しないＡ／Ｄ変換器からの透視画像の入力である。まず、画像縮小手段２２１が、入力された計測画像１０１を縮小演算であるサンプリングによって、検者が予め設定した画素数の縮小計測画像１０３に縮小し、該縮小計測画像を最大値抽出手段２２２および移動平均演算手段２２８に出力する（１０２）。次に、最大値抽出手段２２２が、入力された縮小計測画像の各画素を検索して、最大値１０５を抽出し、該最大値１０５を代表被検体厚さ演算手段２２３に出力する（１０４）。代表被検体厚さ演算手段２２３は、予め計測しておいた被検体厚さと画素値との関係に基づいて、最大値１０５に相当する被検体厚さ１０８（以下、「代表被検体厚さ」と記す）を計算し（１０７）、該計算結果を散乱Ｘ線フィルタ係数演算手段２２４に出力する。次に、散乱Ｘ線フィルタ係数演算手段２２４が、予め計測しておいた模擬被検体厚さと散乱Ｘ線フィルタ係数との関係に基づいて、入力された代表被検体厚さに対応する散乱Ｘ線フィルタ係数すなわち散乱Ｘ線フィルタ１１１を計算し（１１０）、該計算結果をフィルタ合成手段２２５に出力する。次に、フィルタ合成手段２２５が、代表散乱Ｘ線フィルタ１１１と計測条件に基づいて予め算出してある拡散光フィルタ１１２との合成すなわち加算によって、図５に示す合成フィルタ１１４（４０４）を生成し、フィルタ近似手段２２６に出力する。なお、拡散光成分の点像分布関数および拡散光強度比は、計測条件によって決定されるので、本願実施の形態においては、予め拡散光フィルタ１１２を決定しておく。次に、フィルタ近似手段２２６が、合成フィルタ１１４のフィルタ係数に基づいて、三角波フィルタ１１６を近似し（１１５）、矩形フィルタ算出手段２２７に出力する。矩形フィルタ算出手段２２７は、三角波フィルタと矩形フィルタとの関係に基づいて、入力された三角波フィルタ（三角波フィルタの係数）１１６から矩形フィルタ（矩形フィルタの係数）１１９すなわちウィンドウ幅と係数とを算出し（１１８）、該計算結果を移動平均演算手段２２８に出力する。次に、移動平均演算手段２２８が、まず、縮小計測画像１０３を読み込み、該縮小計測画像１０３に対して入力されたウィンドウ幅の移動平均演算を横方向（Ｘ方向）および縦方向（Ｙ方向）に対して行い、次に、計算後の画像に対して係数の乗算を行うことによって（１２０）、縮小計測画像１０３に対するぼけ成分画像すなわち縮小ぼけ成分画像１２１を得ることができる。画像拡大手段２２９は、該縮小ぼけ成分画像１２１の各画素間を補間することにより（１２２）、計測画像１０１と同じ画素数すなわち同じ大きさのぼけ成分画像１２３を生成する。次に、差分演算手段２３０が、読み込んだ計測画像１０１からぼけ成分画像１２３の差分を計算することにより（１２４）、散乱Ｘ線成分および拡散光成分による計測画像１０１のぼけを補正した補正画像１２５すなわちＸ線画像を高速に得ることができる。したがって、コントラストの向上したＸ線画像を高速に得ることができる。
【００７６】
図４は、前述した移動平均演算の概念を説明するための図であり、この図４に示すように、移動平均演算手段２２８によって、メモリに記憶した縮小計測画像１０３の横方向（Ｘ方向）と縦方向（Ｙ方向）とのそれぞれに対して、２回づつ移動平均演算を行うのみで、縮小ぼけ成分画像１２１を生成することができる。
【００７７】
次に、たとえば、５００×５００画素のＸ線画像の補正を文献４に示すコンボリューション演算を用いて行う場合と、本願発明のＸ線装置を用いる場合について検討する。ただし、本願発明のＸ線装置においては、このＸ線画像から裾幅が２００画素分（図４において、ｄ＝１００）三角波１１６が得られた場合について検討する。この場合には、矩形フィルタの幅すなわちウィンドウ幅は、図４から明らかなように、１００画素分（図４において、矩形フィルタ分解した場合には幅が１／２となるからである）となる。
【００７８】
前述した条件での画像補正に要する時間をそれぞれシュミレーションすると、コンボリューション演算を用いた場合に対して、本願発明を適用した場合では、画像補正に要する時間をほぼ１／９０に短縮することができた。すなわち、本願発明を適用することによって、画像補正を９０倍高速化できるということが分かった。
【００７９】
したがって、従来では数秒オーダの補正時間を要するために適用できなかった３０フレーム／秒の画像の読み込みレートが要求されるＸ線透視等のリアルタイムでの画像補正にも、本願発明は適用できる。すなわち、従来では、正確に補正することができなかったＸ線透視等のリアルタイムでの処理が要求される場合であっても、本願発明のＸ線撮影装置を用いることにより、散乱Ｘ線成分あるいは／および拡散光成分に起因するぼけを補正したＸ線透視およびＸ線撮影を行うことができる。
【００８０】
以上説明したように、本実施の形態のＸ線撮影装置では、計測画像１０１からぼけ成分画像１２３を生成する過程において、フィルタ近似手段２２６が散乱Ｘ線フィルタと拡散光フィルタとを合成した合成フィルタ１１４を三角波フィルタ１１６に近似し、矩形フィルタ算出手段２２７が該三角波フィルタ１１６を矩形フィルタ１１９に変換することによって、計測画像１０１からぼけ成分画像１２３を算出する際に必要となるコンボリューション演算を高速演算が可能な移動平均演算に置き換えることができるので、高速にぼけ成分画像１２３を生成することができる。また、補正画像１２５は、計測画像１０１とこのぼけ成分画像１２５との差分をとることによって生成することができるので、補正画像１２５を高速に生成することができる。また、本実施の形態のＸ線撮影装置においては、点像分布関数を用いて計測画像１０１の補正を行うので、従来のＸ線撮影装置が行っていた高調波強調フィルタ等を用いた乗算を行う必要がないので、高周波のノイズの増加を防止できる。
【００８１】
したがって、計測画像１０１からぼけ成分を補正した補正画像１２５を高速に生成することができる。
【００８２】
なお、本実施の形態においては、本発明をＸ線透視撮影装置に適用した場合の動作および効果について説明したが、これに限定されることはなく、たとえば、被検体の周囲から撮影したＸ線画像を再構成することによって、当該被検体の断層像および３次元像等を表示するコーンビームＣＴ装置において、本願発明を適用して、被検体の周囲から撮影した各Ｘ線画像を前述した手順によって補正した後、これらの補正画像を用いて再構成演算を行うことにより、散乱Ｘ線成分および拡散光成分の補正時間を高速化できると共に、各Ｘ線画像に含まれる散乱Ｘ線成分および拡散光成分による再構成画像におけるＣＴ値の偏りの発生を防止することができるので、医師等の診断精度を向上することができる。
【００８３】
また、本実施の形態においては、代表被検体厚さ１０８を計算する際の模擬被検体厚さと画素値との関係、代表散乱Ｘ線フィルタ１１１を生成する際の模擬被検体厚さと散乱Ｘ線フィルタとの関係、および、三角波フィルタ１１６と矩形フィルタ１１９との関係をそれぞれフィッティングによって計算した関係式に基づいて計算することとしたが、これに限定されることはなく、たとえば、それぞれフィッティングする前の関係（模擬被検体厚さと画素値、模擬被検体厚さと散乱Ｘ線フィルタの係数、および、三角波フィルタ１１６の係数と矩形フィルタ１１９の係数）をテーブルデータとして格納しておき、参照時には最も近い値から必要な値を、たとえば、周知の補間演算等によって生成してもよいことはいうまでもない。
【００８４】
また、本実施の形態においては、散乱Ｘ線フィルタと拡散光フィルタとを合成した合成フィルタに基づいて、移動平均演算のウィンドウ幅を算出したが、たとえば、散乱Ｘ線フィルタと拡散光フィルタとのそれぞれに基づいて、ウィンドウ幅を算出し、それぞれのウィンドウ幅に基づいて、移動平均演算を行ってもよいことはいうまでもない。
【００８５】
また、本実施の形態においては、矩形フィルタ同士を１回畳み込むことにより三角波フィルタを作り出した。しかしながら、矩形フィルタをさらに繰り返し畳み込むことにより、二次曲線等のより複雑なフィルタ形状を作り出すことも可能である。すなわち、矩形フィルタを繰り返し畳み込むことにより、複雑なフィルタの畳み込みを代行することができる。
【００８６】
さらには、本実施の形態においては、ぼけ成分を最も多く除去するために画素値の最大値に基づいて代表散乱Ｘ線フィルタを計算する構成としたが、これに限定されることはなく、たとえば、最大値抽出手段１０４に図示しない操作卓から検者が指定した範囲内の画素値のみを読み込ませる周知の範囲指定手段を設ける、あるいは、図示しない検者が直接操作卓から最大画素値を入力するための周知の入力手段を設けることにより、ぼけ成分の補正量を検者の好みによって変化させることができる。これは、ぼけ成分と画素値とは比例関係にあるので、基準とする画素値以外の画素では、ぼけ成分の補正が過補正となる画素と不足補正となる画素が存在することになる。このため、たとえば、コントラスト調整等のように、画質に対する検者の好みが生じるからである。
【００８７】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００８８】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【００８９】
（１）Ｘ線透視画像もしくはＸ線撮影画像の画質を高速に向上することができる。
【００９０】
（２）Ｘ線透視画像もしくはＸ線撮影画像に対して、散乱Ｘ線に起因するぼけを高速に補正することができる。
【００９１】
（３）Ｘ線透視画像もしくはＸ線撮影画像に対して、拡散光に起因するぼけを高速に補正することができる。
【００９２】
（４）３次元再構成によって得られる３次元再構成像の画質を向上することができる。
【００９３】
（５）３次元再構成によって得られる３次元再構成像のＣＴ値の定量性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一本実施の形態のＸ線撮影装置であるＸ線透視撮影装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態の補正演算手段の概略構成を説明するためのブロック図である。
【図３】本実施の形態の補正演算手段の動作を説明するための動作フローである。
【図４】移動平均演算の概念を説明するための図である。
【図５】目的のフィルタの畳み込みを移動平均演算器を用いて近似的に行う方法の原理について説明するための図である。
【図６】従来のＸ線撮影装置による散乱Ｘ線および拡散光の補正手順を説明するための図である。
【符号の説明】
２０１…撮影制御装置、２０２…Ｘ線管、２０３…散乱Ｘ線遮蔽グリッド、２０４…２次元Ｘ線画像検出器、２０５…画像処理装置、２０６…表示装置、２０７…Ｘ線ビーム、２０８…寝台天板、２０９…被検体、２１０…補正演算手段、２１１…Ｘ線Ｉ．Ｉ．、２１２…光学系、２１３…テレビカメラ、２２１…画像縮小手段、２２２…最大値抽出手段、２２３…代表被検体厚さ演算手段、２２４…散乱Ｘ線フィルタ係数演算手段、２２５…フィルタ近似手段、２２６…フィルタ近似手段、２２７…矩形フィルタ算出手段、２２８…移動平均演算手段、２２９…画像拡大手段、２３０…差分演算手段、４０１…計測データ、４０２…矩形フィルタ、４０３…三角波フィルタ、４０４…目的とするフィルタ。

Claims

Ｘ線透視画像あるいはＸ線撮影画像を計測するものであって、該計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像から散乱Ｘ線成分を除く散乱Ｘ線補正手段を有するＸ線撮影装置において、
前記散乱Ｘ線補正手段は、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像の値と計測条件に基づいて対応する被検体厚さを算出し、予め求めておいた被検体厚さと散乱Ｘ線強度分布関数との関係式から、前記算出した被検体厚さに対応する散乱Ｘ線強度分布関数を作成する散乱Ｘ線強度分布関数作成手段と、前記散乱Ｘ線強度分布関数を三角波フィルタに近似し、予め求めた三角波フィルタと矩形フィルタのウィンドウ幅の関係式に基づいて求めた矩形フィルタのウィンドウ幅を移動平均演算のウィンドウ幅とするウィンドウ幅算出手段と、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像の縦方向および横方向に対して、それぞれ複数回の移動平均演算を行う移動平均演算手段と、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像から前記移動平均演算後の画像の差分を計算する差分演算手段とを具備することを特徴とするＸ線撮影装置。
Ｘ線透視画像あるいはＸ線撮影画像を計測するものであって、該計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像から拡散光成分を除く拡散光補正手段を有するＸ線撮影装置において、
前記拡散光補正手段は、計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像の値と計測条件に基づいて、予め求めておいた画像の値と拡散光強度分布関数との関係式から、対応する拡散光強度分布関数を作成する拡散光強度分布関数作成手段と、前記拡散光強度分布関数を三角波フィルタに近似し、予め求めた三角波フィルタと矩形フィルタのウィンドウ幅の関係式に基づいて求めた矩形フィルタのウィンドウ幅を移動平均演算のウィンドウ幅とするウィンドウ幅算出手段と、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像の縦方向および横方向に対して、それぞれ複数回の移動平均演算を行う移動平均演算手段と、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像から前記移動平均演算後の画像の差分を計算する差分演算手段とを具備することを特徴とするＸ線撮影装置。
Ｘ線透視画像あるいはＸ線撮影画像を計測するものであって、該計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像から散乱Ｘ線成分および拡散光成分を除くぼけ成分補正手段を有するＸ線撮影装置において、
前記ぼけ成分補正手段は、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像の値と計測条件に基づいて対応する被検体厚さを算出し、予め求めておいた被検体厚さと散乱Ｘ線強度分布関数との関係式から、前記算出した被検体厚さに対応する散乱Ｘ線強度分布関数を作成する散乱Ｘ線強度分布関数作成手段と、計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像の値と計測条件に基づいて、予め求めておいた画像の値と拡散光強度分布関数との関係式から、対応する拡散光強度分布関数を作成する拡散光強度分布関数作成手段と、前記散乱Ｘ線強度分布関数および前記拡散光強度分布関数を三角波フィルタに近似し、予め求めた三角波フィルタと矩形フィルタのウィンドウ幅の関係式に基づいて求めた矩形フィルタのウィンドウ幅を移動平均演算のウィンドウ幅とするウィンドウ幅算出手段と、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像の縦方向および横方向に対して、それぞれ複数回の移動平均演算を行う移動平均演算手段と、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像から前記移動平均演算後の画像の差分を計算する差分演算手段とを具備することを特徴とするＸ線撮影装置。
被検体の周囲方向から計測されたＸ線撮影画像に基づいて、前記被検体の断層画像あるいは３次元画像を再構成するＸ線撮影装置およびＸ線ＣＴ装置において、前記計測されたＸ線撮影画像の値と計測条件に基づいて対応する被検体厚さを算出し、予め求めておいた被検体厚さと散乱Ｘ線強度分布関数との関係式から、前記算出した被検体厚さに対応する散乱Ｘ線強度分布関数を作成する散乱Ｘ線強度分布関数作成手段と、計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像の値と計測条件に基づいて、予め求めておいた画像の値と拡散光強度分布関数との関係式から、対応する拡散光強度分布関数を作成する拡散光強度分布関数作成手段と、前記散乱Ｘ線強度分布関数および前記拡散光強度分布関数を三角波フィルタに近似し、予め求めた三角波フィルタと矩形フィルタのウィンドウ幅の関係式に基づいて求めた矩形フィルタのウィンドウ幅を移動平均演算のウィンドウ幅とするウィンドウ幅算出手段と、前記計測されたＸ線撮影画像の縦方向および横方向に対して、それぞれ複数回の移動平均演算を行う移動平均演算手段と、前記計測されたＸ線透視画像あるいはＸ線撮影画像から前記移動平均演算後の画像の差分を計算する差分演算手段とを具備することを特徴とするＸ線撮影装置およびＸ線ＣＴ装置。