JP3592122B2

JP3592122B2 - Ｘ線画像処理装置

Info

Publication number: JP3592122B2
Application number: JP01746299A
Authority: JP
Inventors: 修辻井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2019-01-26
Also published as: US20020096652A1; US6507038B2; JP2000217036A; US20030042444A1; US6396074B1; US6900453B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線画像中のグリッド像を消去するＸ線画像処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
或る種の蛍光体にＸ線、α線、β線、γ線、電子線、紫外線等の放射線を照射すると、この放射線エネルギの一部が蛍光体中に蓄積される。この蛍光体に可視光等の励起光を照射することにより、蓄積されたエネルギに応じて蛍光体が輝尽発光を示すことが知られており、このような性質を示す蛍光体は蓄積性蛍光体或いは輝尽性蛍光体と呼ばれている。
【０００３】
従来からこの蓄積性蛍光体を利用し、人体等の被写体の放射線画像情報を一旦蓄積性蛍光体のシートに記録し、この蓄積性蛍光体シートをレーザー光等の励起光を用いて走査することにより輝尽発光光を発光させ、得られた輝尽発光光を光電的に読み取り画像信号を得ている。この画像信号に基づいて、写真感光材料等の記録材料、ＣＲＴ等の表示装置に、被写体の放射線画像を可視像として出力させる放射線画像情報記録再生システムが、例えば特開昭５５−１２４２９号公報、同５６−１１３９５号公報等により開示されている。
【０００４】
また近年においては、半導体センサを使用し同様にＸ線画像を撮影する装置が開発されている。これらのシステムは従来の銀塩写真を用いる放射線写真システムと比較して、極めて広範囲の放射線露出域に渡って画像を記録できるという実用的な利点を有している。即ち、極めて広範囲のダイナミックレンジのＸ線を光電変換手段により読み取り、電気信号に変換する。この電気信号を用いて写真感光材料等の記録材料、ＣＲＴ等の表示装置に放射線画像を可視像として出力することにより、放射線露光量の変動に影響されない放射線画像を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来例に示す蓄積性蛍光体を用いるアナログ撮影においては、撮影の際に散乱線を減少させる様々なグリッドが使用されているが、半導体センサを用いるデジタル撮影においては、サンプリングピッチとグリッドの周波数の関係等からモアレ縞やシェーディングが発生してしまう。シェーディングの発生する原因の１つとしては、移動グリッドの場合には、ゲイン画像を撮影した際と被検体を撮影した際の画像収集時間が異なることから、グリッド運動の様子が異なり特殊な模様が発生することに起因している。
【０００６】
本発明の目的は、上述の課題を解消し、グリッドを用いて撮影したＸ線画像からグリッド像を消去するＸ線画像処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るＸ線画像処理装置は、被写体を透過したＸ線分布を検出するセンサ手段と、Ｘ線の散乱線を減少させるために前記センサ手段の前面に着脱自在に配置したグリッドと、該グリッドの種類を検出する検出手段と、前記グリッドの種類に対応したパラメータを記憶したパラメータ記憶手段と、被写体及び前記グリッドが存在しない状態のＸ線画像をゲイン補正画像として記憶する画像記憶手段と、前記グリッドを用いた状態で前記センサ手段により検出した被写体のＸ線画像データに対し前記ゲイン補正画像及び使用した前記グリッドに対応したパラメータを使用してグリッド像の消去を行うグリッド消去処理手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１はＸ線デジタル画像撮影装置の概略図、図２はＸ線撮影装置の平面図をそれぞれ示している。Ｘ線デジタル画像撮影装置はＸ線発生部１、架台２、Ｘ線撮影部３、Ｘ線撮影部３を制御する制御部４、Ｘ線撮影部３と制御部４を接続するケーブル５、制御部４において処理された信号を表示するモニタ６から構成されている。
【００１１】
また、Ｘ線撮影部３は架台２の可動部２ａを介して上下に移動でき、この上下動により被写体の位置に合わせて自由に高さを変えることが可能とされ、Ｘ線撮影部３とＸ線発生部１との間に位置した被写体の所定位置の撮影ができるようになっている。
【００１２】
Ｘ線撮影部３の筐体１１内には、放射線像検出器１２とこの放射線検出器１２から信号を読み出す読取回路１３から成るＸ線受像部１４、被写体の散乱線を除去するグリッドを含むグリッドユニット１５が内蔵されている。また、このグリッドユニット１５の側面にはハンドル１５ａが設けられており、更にＸ線撮影部３の側面には開閉可能なカバー１６がヒンジ１７を介して取り付けられている。
【００１３】
グリッドユニット１５とＸ線受像部１４は、Ｘ線撮影部３の筐体１１内に並列に配置されており、カバー１６を開けハンドル１５ａを引いてグリッドユニット１５をＸ線撮影部３の外部へ取り出すことが可能とされている。
【００１４】
制御部４は記憶回路１３から供給された画像デジタル信号のノイズの低減や、エッジ強調等のフィルタリング処理を行う画像処理部１８、Ｘ線受像部１４及び画像処理部１８に電源を供給する電源部１９から構成されている。Ｘ線撮影部３と制御部４との接続は、信号線及び電源線から成るケーブル５により接続されており、このケーブル５はフレキシブルチューブ２０により覆われて保護されている。フレキシブルチューブ２０は柔軟な材質であるため、Ｘ線撮影部３の上下動に追従可能となっている。
【００１５】
このような構成のＸ線撮影装置システムにおいて、患者の撮影位置にＸ線撮影部３を移動し、Ｘ線発生部１からＸ線を曝射し撮影する。そして、Ｘ線撮影部３により撮影された被写体の画像情報は、デジタル信号としてケーブル５により画像処理部１８に伝送され、グリッド使用の有無、種類に応じて種々の画像処理が行われる。
【００１６】
図３はグリッドユニット１５の正面図、図４は図３のＡ−Ａ線に沿った断面図を示している。グリッドユニット１５はハンドル１５ａ、グリッド本体１５ｂ、グリッド保持部２１から構成されており、Ｘ線撮影部３内に装着されるグリッド本体１５ｂは、固定部材２２を介して枠状のグリッド保持部２１に固定されており、このグリッド保持部２１は強度を向上させるために４辺が直角に曲げられている。この曲げられた４辺の内、ハンドル１５ａと対向する面の側面の端部には凸状の突起２３、２４、２５が等間隔に形成されている。また、Ｘ線撮影部３内にはスイッチ取付板２６が設けられ、これらのスイッチ取付板２６には突起２３、２４、２５と対向するようにマイクロスイッチ２７、２８、２９が設けられ、各マイクロスイッチ２７、２８、２９はリード線３０を介してグリッド判別回路３１に接続されている。
【００１７】
そして、Ｘ線撮影部３にグリッドユニット１５が装着された際には、グリッド保持部２１に設けられた突起２３によりマイクロスイッチ２７がオフ状態からオン状態になるように配置されている。同様に、マイクロスイッチ２８、２９はそれぞれ突起２４、２５によりオフ状態からオン状態となるようになっている。各マイクロスイッチ２７、２８、２９のオン、オフ状態は、リード線３０によりグリッド判別回路３１に伝達され、グリッド本体１５ｂの有無やグリッド本体１５ｂの種類が判定される。
【００１８】
例えば、マイクロスイッチ２７、２８、２９が全てオン状態であれば、第１の特性Ａのグリッド本体１５ｂが装着されていると識別し、マイクロスイッチ２７だけがオン状態であれば、第２の特性Ｂのグリッド本体１５ｂが装着されていると識別し、また、マイクロスイッチ２３、２４、２５の全てがオフ状態であればグリッド本体１５ｂ自体が装着されていないと識別するように設定することが考えられる。
【００１９】
このような設定はこの例に限定されず、マイクロスイッチ２７、２８、２９のオン、オフ状態の組み合わせにより種々の設定が可能である。また、検出手段もマイクロスイッチ２７、２８、２９に限らず、磁力を利用したリードスイッチや光を利用したフォトスイッチでもよく、また検出手段の個数も必要に応じて選択することができる。
【００２０】
更に、上述した実施例においては静止したグリッド本体１５ｂを使用する場合について説明したが、このような検知方法は静止したグリッド本体１５ｂのみならず、撮影時にＸ線受像部１４に対してグリッド本体１５ｂを移動させて撮影する撮影装置にも適用可能である。例えば、Ｘ線撮影部３内にグリッド本体１５ｂを移動させるモータ等の駆動手段を別に設け、グリッド本体１５ｂがグリッド保持部２１に対して移動可能に構成し、撮影時には駆動手段によりグリッド本体１５ｂのみを所定の速度で移動させることができる。
【００２１】
この場合に、上述した実施例と同様にグリッド保持部２１に設けられた検知手段をそのまま使用することができ、グリッド本体１５ｂの移動と無関係にグリッド有無又はグリッド本体１５ｂの特性を識別することができる。
【００２２】
このような検知手段をグリッド本体１５ｂに直接設けることなく、共通のグリッド保持部２１に設けることにより、次のような利点が挙げられる。つまり、グリッド比に依存するグリッド厚さに拘らず、撮影装置内のグリッド挿入部を同一形状に簡略化することができ、グリッドを移動させる撮影の場合には、グリッドの移動毎にマイクロスイッチのオン、オフが繰り返されることがないので耐久性が向上する。また、撮影装置からグリッドを着脱する際にグリッドを保護することができる。更に、Ｘ線撮影部３内のグリッド本体１５ｂの存在を検知すると共に、グリッドを移動する撮影の場合にのみグリッド駆動手段を動作させるようにすれば、Ｘ線撮影部３内にグリッド本体１５ｂを装着していない状態やグリッドを固定して撮影する場合において、誤ってグリッド駆動手段を駆動させてしまうことを防止することができる。
【００２３】
また、上述のようなグリッド検知用のマイクロスイッチ２７、２８、２９を使用せずに、撮影前にグリッド駆動手段、例えばモータのみを作動させたときや撮影中のモータに加わる負荷により変動するパラメータ量を検知してグリッド本体１５ｂの有無や重量を識別するようにすれば、新たなグリッド検知手段を設ける必要がない。具体的には、例えばモータを作動させた時のモータに流れる電流値をパラメータ量とし、この電流値が平衡状態になったときの電流値と予め設定された判別電流値とを比較することにより、グリッド本体１５ｂの有無や、グリッド本体１５ｂの重量に依存するグリッド本体１５ｂの特性を識別することができる。グリッド本体１５ｂの重量に依存するグリッド本体１５ｂの特性としては、主にグリッド本体１５ｂ内の鉛の量、即ちグリッド密度が考えられる。
【００２４】
図５は経過時間に対するモータに流れる電流値を示したグラフ図である。Ｘ線撮影部３内にグリッド本体１５ｂが存在しない場合には、モータに加わる負荷トルクは微小であるため、モータの回転開始からの電流値は曲線ｃのように変化し、電流平衡値は電流平衡到達時間ｔ１以降にＩｃに収束する。同様に、グリッドＡ、Ｂが装着されている場合の電流値はそれぞれ曲線ａ、ｂとなり、電流平衡到達時間ｔ２、ｔ３以降に電流値はそれぞれＩａ、Ｉｂとなる。グリッドＢはグリッドＡよりもグリッド密度が高く重量が大きいため負荷トルクも大きくなり、電流値はＩｂ＞Ｉａ＞Ｉｃとなる。また、モータの回転立上がり時の電流値の増加率も曲線ｂ、ａ、ｃの順で大きく、電流平衡到達時間もｔ３＞ｔ３＞ｔ１の順で長くなる。
【００２５】
ここで、判別電流値Ｉｃａ、ＩａｂをＩｂ＞Ｉａｂ＞Ｉａ＞Ｉｃａ＞Ｉｃとなるように予め設定しておくと、電流平衡到達時間ｔ３以降の電流値ｉがＩｃａ＞ｉであれば、グリッドは装着されておらず、Ｉａｂ＞ｉ＞Ｉｃａ、ｉ＞Ｉａｂであれば、装着されているのはそれぞれグリッドＡ、Ｂであることが分かり、グリッド有無や種類の識別が可能となる。本実施例においては、グリッド駆動手段に加わる負荷により変動するパラメータ量を平衡状態の電流値ｉとしたが、平衡状態に到達するまでの電流値の増加率や所要時間にしてもよいし、負荷トルクに反比例するモータの回転数を使用しても同様の効果が得られる。
【００２６】
図６は画像処理部１８のブロック回路構成図を示しており、画像処理部１８は上述したような方法により得られたグリッド本体１５ｂの有無や種類の情報を利用して、適切な画像処理を選択することができる。画像処理部１８には、前処理部４１、ＱＡ処理部４２、画像記憶部４３、画像処理パラメータ記憶部４４、適応グリッドテーブル記憶部４５、ネットワークインタフェース４６から構成されている。前処理部４１及びＱＡ処理部４２において、オフセット処理、ＬＯＧ変換、ゲイン補正、グリッド消去処理、周波数強調処理及び階調処理が順次行われる。
【００２７】
先ず、オフセット補正が２６８８×２６８８チャンネルから構成される放射線像検出器１２の固定パターンを除去するために行われる。この固定パターンとは、放射線像検出器１２がリセットされた後にＸ線曝射を行わない状態において、Ｘ線曝射してデータを収集したと同時間、放射線像検出器１２を放置した際に各チャンネルから読み出される値である。具体的には、Ｘ線曝射により得られた１４ビットの画像データを一旦、画像処理部１８内のフレームメモリ上へ記憶した後に、Ｘ線曝射をしていない状態において画像データを取り込んだときと同条件（積分時間）で、オフセットである１４ビットの固定パターンを取得し、別のフレームメモリヘ記憶し、次に画像データから固定パターンを減算する。もし、負のデータが発生した場合には０データに丸め、結果も１４ビットデータとして扱っている。
【００２８】
ＬＯＧ変換は上述したオフセット補正が施された後に、放射線像検出器１２から出力された画像データを線量換算から、Ｘ線が減衰してきた物質の吸収係数Ｋに相当する値に換算してルックアップテーブルにより変換する。また、ゲイン補正におけるゲイン画像は基準値４０９５に対し、チャンネル間のゲインのばらつきが１／２倍〜２倍の変化幅を有することを想定し、ＬＯＧ変換テーブルＬ（ｘ）を式(1) のように設定する。
Ｌ（ｘ）＝Ｋ・ｌｎ（ｘ） …(1)
【００２９】
上述したようにオフセット補正の出力は１４ビットデータであり、値域は０〜１６３８３（２^１４−１）であるため、それらの値に対して正常に出力する対数テーブルを構成する必要がある。
【００３０】
ゲイン補正はオフセット補正した画像データをゲイン画像を用いて除去することにより得られるため、ゲイン補正の出力幅は１／８１９２〜８倍となり、係数Ｋは１／８１９２〜８倍の幅を１６ビットの出力に展開するものであり、式（２）のように求まる。
Ｋ＝６５５３５／｛ｌｎ（８）＋ｌｎ（８１９２）｝＝５９０９．１９ …（２）
【００３１】
また、ゲイン補正は画素毎の光電変換素子のゲイン補正及び１６ビットのＬＯＧ変換後の出力を、対応する１２ビットデータに変換することを目的としている。
【００３２】
図７はフローチャート図を示し、ゲイン画像の作成は先ず、ステップＳ１で被写体を配置しないオフセット補正画像を４回〜１６回取得し、各画素ごとの累積値を画像Ｗｉｊ（ｉ＝０〜２６８７、ｊ＝０〜２６８７）とする。
【００３３】
続いて、ステップＳ２で累積された画像Ｗij（i ＝０〜２６８７、j ＝０〜２６８７）から、画像中心部分の平均値Ａを算出する。この画像中心部分は画像中心部の２００画素×２００画素の領域を取得し、その４万画素分を用いる。
【００３４】
ステップＳ３で累積された画像Ｗｉｊを平均値Ａを用いて正規化し、平均値Ａの値においてＬＯＧ変換の際に、設定した基準値４０９５となるゲイン画像を作成する。即ち、基準値４０９５を中心とした各画素のゲインのばらつきであるゲイン画像Ｓｉｊを、次式（３）のように得る。
Ｓｉｊ＝Ｗｉｊ／Ａ・４０９５（ｉ＝０〜２６８７、ｊ＝０〜２６８７）…（３）
【００３５】
ステップＳ４で上述したゲイン画像Ｓｉｊに対し、式（１）に示したＬＯＧ変換式テーブルＬ（Ｓｉｊ）を適用する。ただし、Ｋ＝５９０９．１９、Ｓｉｊ＝０のとき、Ｌ（Ｓｉｊ）＝０である。
Ｌ（Ｓｉｊ）＝ｉｎｔ｛Ｋ・ｌｎ（Ｓｉｊ）＋０．５｝ …（４）
【００３６】
また、ステップＳ５としてＸ線曝射データのＬＯＧ変換値Ｌ（Ｘｉｊ）とゲイン画像との差分を式（５）に示す。出力値Ｐｉｊは１７ビット符号付データである。
Ｐｉｊ＝Ｌ（Ｓｉｊ）−Ｌ（Ｘｉｊ）＝Ｋ・１ｎ（Ｓｉｊ／Ｘｉｊ） …（５）
【００３７】
また、１７ビットの符号付減算出力Ｐｉｊを１２ビットデータに変換する。この変換はＬＯＧ変換の際に説明したように、Ｘ線曝射のデータが正規化された白画像データの１／８１９２の際に出力０となり、８倍の際に１２ビット出力４０９５になるように変換される。
【００３８】
ゲイン補正画像はグリッドの有無、種類に拘らず、グリッドなし画像Ｗ１を使用し、ゲイン画像Ｗ１は画像記憶部４３に保存されており、前処理部４１の制御によりグリッド検知手段の結果から画像処理パラメ―タ記憶部４４内部に保存されている表１に示すような画像処理パラメータテーブルが参照され、対応するゲイン画像が画像記憶部４３からダウンロードされる。
【００３９】

【００４０】
同様に、グリッドの有無及びグリッド種類によってグリッド消去処理のパラメータが制御される。グリッド消去処理は固定グリッドシステムの場合にのみ行われ、移動グリッドシステムの場合は使用されない。固定グリッドシステムによる撮影の利点は、高速の撮影が可能であるが、反面でグリッドの縞目が画像に顕在して、医師によっては診断の妨げになるとして嫌われる。そこで、画像中に存在するグリッドを画像処理により消し去る消去処理が行われる。
【００４１】
放射線像検出器１２系のサンプリング周波数Ｆｓが決まれば、どのグリッドを使用した場合に、どの周波数に縞目が発生するかは計算により求めることができる。グリッドの周波数をＦｇとすると、Ｆｓ＞ＦｇであればＦｇの周波数に縞目ができるのでフィルタ処理によりこれを取り除く。このときのバンドカットフィルタの周波数は、グリッドの種類が検知され、それにより画像処理パラメータ記憶部４４内に保存されている画像処理パラメータテーブル中のカット周波数Ｆａが決定される。
【００４２】
また、Ｆｓ＜Ｆｇであれば、Ｆｓ−（Ｆｇ−Ｆｓ）＝２Ｆｓ−Ｆｇにモアレの縞目が発生することになる。この場合も同様に、バンドカットフィルタによりこの（２Ｆｓ−Ｆｇ）の周波数が、画像処理パラメータテーブルから参照されてフィルタが構成される。
【００４３】
ＱＡ処理の１つである周波数処理も、グリッドによりパラメータが調整される。ここでは、グリッド処理において副作用として弱められた周波数領域が復元されることと、完全に消去されていないグリッドを強調することなく、その他の診断に有効な周波数帯域を強調することが目的である。ステップＳ５でこれらのフィルタパラメータも検知手段からのグリッド情報を基に、画像処理パラメータテーブルを検索して決定される。
【００４４】
最後にステップＳ６で階調処理を行うが、一般的にグリッドを使用しない撮影では若干ではあるが、散乱線により画像全体のコントラストが低下する。これを補正するために、階調処理ではコントラストを上げて変換することが望ましい。
【００４５】
なお、表１のテーブルに示した処理に関して、グリッドの有無及び種類によりパラメータが変更される過程を示したが、グリッドに関連する処理はこれに限定されることはなく、その他にも診断画像の後処理に関する画像圧縮においても、グリッドを強調しないようにパラメータが調整されることが考えられる。また、グリッド情報を利用した処理パラメータの調整法の上に限定されるものでなく、医師や技師の希望により決定される。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るＸ線画像処理装置は、グリッドを用いて撮影したＸ線画像からゲイン補正画像を用いてグリッド像を消去する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の概略図である。
【図２】Ｘ線撮影部の平面図である。
【図３】グリッドの正面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】経過時間を基にモータに流れる電流値のグラフ図である。
【図６】画像処理部のブロック回路構成図である。
【図７】前処理とＱＡ処理のフローチャート図である。
【符号の説明】
１Ｘ線発生部
２架台
３Ｘ線撮影部
４制御部
６表示部
１２放射線像検出器
１３読取回路
１４Ｘ線受像部
１５グリッドユニット
１８画像処理部

Claims

被写体を透過したＸ線分布を検出するセンサ手段と、Ｘ線の散乱線を減少させるために前記センサ手段の前面に着脱自在に配置したグリッドと、該グリッドの種類を検出する検出手段と、前記グリッドの種類に対応したパラメータを記憶したパラメータ記憶手段と、被写体及び前記グリッドが存在しない状態のＸ線画像をゲイン補正画像として記憶する画像記憶手段と、前記グリッドを用いた状態で前記センサ手段により検出した被写体のＸ線画像データに対し前記ゲイン補正画像及び使用した前記グリッドに対応したパラメータを使用してグリッド像の消去を行うグリッド消去処理手段とを有することを特徴とするＸ線画像処理装置。
前記グリッドを着脱するためのグリッド着脱手段を有することを特徴とする請求項１に記載のＸ線画像処理装置。
前記ゲイン補正画像として、撮影したデータの一部の平均値を基準値とし、該基準値との比率を各画素のゲイン補正データとして用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線画像処理装置。
前記グリッドは静止グリッドであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載のＸ線画像処理装置。