JP3721632B2 - X-ray image digital processing device - Google Patents
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Images
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、医療などにおいて用いられるX線画像信号をデジタル画像データに変換して処理する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
X線TVシステムを用いて被写体(患者の身体など)のX線透視像を電気的な画像信号として撮像し、これをモニター装置に表示して観察することが広く行なわれている。さらに、この画像信号をデジタル画像データに変換して種々のデジタル画像処理を行なうことも普及している。
【0003】
ところで、X線は被写体中を透過するときにその物質内部で散乱するため、その散乱線の影響により、X線透視像のコントラストが悪くなったり、あるいはシャープさ(尖鋭度)が鈍くなったりするという、画質低下が生じる。そのため、現状では、X線の線質を変えて散乱しにくくしたり、あるいはX線コリメータの形状を工夫して、コリメータでの散乱線を抑制することが試みられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のようにX線の線質の調整やコリメータの工夫によっても、被写体内の散乱線の影響による画質低下は本質的に除去することは不可能である。
【0005】
この発明は、上記に鑑み、デジタル化されたX線透視像を処理することにより、散乱線の影響を除去するように改善した、X線画像デジタル処理装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、この発明によるX線画像デジタル処理装置においては、入力されたアナログX線画像信号をA/D変換するA/D変換手段と、デジタル化された画像信号から低周波成分を抽出する手段と、デジタル化された画像信号から、着目する画素の小近傍およびその周辺部における平均輝度をそれぞれ求める手段と、該小近傍の平均輝度と周辺部の平均輝度との関係を表わす、前者が後者より大きいときは正の値をとり前者が後者より小さいときは負の値をとる、係数を求める手段と、上記の低周波成分にこの係数を乗じた上で元のデジタル化された画像信号から差し引く手段とを有することが特徴となっている。
【0007】
画像に対する散乱線の影響は、輝度の高い部分から低い部分へとにじみだすようなものとなる。そこで、画像信号から低周波成分を抽出すれば、散乱線による影響分を取り出すことは一応可能である。ところが、この低周波成分には真の画像の低周波成分も含まれているので、この取り出された低周波成分を、元の画像信号から差し引くだけでは、散乱線の影響を除くことについては不十分である。上記のように、散乱線の影響は、画像の輝度の高い部分から低い部分へとにじみだすようなものとなっているため、小領域の輝度が周辺に対して低いものであれば、その小領域に含まれる画素については散乱線によって輝度が高くなり、逆に小領域の輝度が周辺に対して高いものであれば、その小領域に含まれる画素については散乱によって輝度が低くなるものと考えられる。つまり、前者のような画素については輝度を低くし、後者のような画素には輝度を高くするような補正が必要である。そこで、この小領域の平均輝度と周辺部の平均輝度との関係を表わす係数で、前者が後者より大きいときは正の値をとり前者が後者より小さいときは負の値をとる係数を求めた上で、この係数を上記の低周波成分に乗じれば、散乱線の影響をより正確に反映した正または負の信号を得ることができ、これを元の画像信号から差し引くことにより、輝度を高くする方向および低くする方向の両方に対応できて、散乱線の影響分を適切に除去することが可能となる。
【0008】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図1において、X線管11から発射されたX線が被写体10を透過してイメージインテンシファイア12に入射し、X線透過像が光学像に変換される。イメージインテンシファイア12には光学系13を介してTVカメラ14が結合されており、イメージインテンシファイア12の出力光学像の画像信号が得られる。この画像信号はA/D変換器15によりデジタル画像データに変換された後、デジタル画像処理装置16に送られて種々のデジタル画像処理を受け、その後D/A変換器17でアナログの画像信号に戻され、TVモニター装置18に送られる。
【0009】
デジタル画像処理装置16は、低周波成分抽出回路21と、小近傍平均輝度算出回路22と、周辺部平均輝度算出回路23と、散乱線影響度算出回路24と、乗算器25と、減算器26とからなる散乱線除去部20と、他の画像処理を行う画像処理部27とから構成されている。
【0010】
デジタル画像データはまず低周波成分抽出回路21に送られ、画像の低周波成分ISが抽出される。この低周波成分抽出回路21は、たとえば図2の(a)で示すようなNF×NFのマトリクスのテンプレートを用いて畳み込み演算を行なうローパス空間フィルタにより構成される。また、デジタル画像データは小近傍平均輝度算出回路22および周辺部平均輝度算出回路23にも送られる。
【0011】
これら小近傍平均輝度算出回路22および周辺部平均輝度算出回路23は、いずれもたとえばテンプレートによる畳み込み演算で構成された空間フィルタである。小近傍平均輝度算出回路22は着目する画素の周囲の小さい領域の平均輝度MSを求めるものであり、周辺部平均輝度算出回路23はその周辺の比較的広い領域での平均輝度MLを求めるものである。そのため、前者で用いるテンプレートは図2の(b)に示すようにNS×NSの小さいマトリクスで構成され、後者で用いるテンプレートはそれを囲むような比較的大きなNL×NLで構成される。これらNS×NSおよびNL×NLのテンプレートはすべて「1」の重みを正規化して用いている。NS×NSのマトリクスは着目画素のごく近傍の平均輝度を求めるため小さく設定し、NL×NLのマトリクスは比較的広い範囲の平均輝度を求めるために大きく設定することが望ましい。
【0012】
散乱線影響度算出回路24は、上記で求めたMSとMLとから各画素ごとに散乱線影響度Kを算出する。この例では、図3に示すようなグラフを用いてMS−MLの値からKを求める。そして、乗算器25において低周波成分ISに対して影響度Kを乗じ(IS×K)、これを補正値ICとして減算器26に送り、元のデジタル画像データから補正値ICを減算する。これにより散乱線の影響が除去された画像データは画像処理部27で、ウインドウ変換、エッジ強調などの各種のデジタル画像処理を受けた後、D/A変換器17に送られ、アナログの画像信号に戻されてTVモニター装置18に送られて表示される。
【0013】
ここで、画像の1ライン上の真のデータプロフィールが図4の(a)のようになる場合を想定する。輝度が急峻に落ち込んでいる狭い部分は、たとえば血管造影の場合の血管部分に相当する。ところが散乱線の影響があるということは、輝度の高い部分の周囲に輝度の低い部分があると、その輝度の高い部分から低い部分へとX線がにじみ出すようなものであるから、その輝度の高い部分における輝度は低くなり、逆に輝度の低い部分の輝度は高くなる。そこで、この散乱線の影響により、実際に得られる画像データの1ライン分のプロフィールは、図4の(b)のようになる。この画像データから低周波成分ISを取り出すと図4の(c)のようになるが、これには真のデータの低周波成分と散乱の影響分とが含まれている。
【0014】
一方、MS−MLの値が正であるということは、周辺部より小近傍の画素値が大きいということであり、そのような場合は散乱によって画素値が真の値よりも低くなっていると考えられる。逆にMS−MLの値が負であるということは、周辺部より小近傍の画素値が小さいということであり、そのような場合は散乱によって画素値が真の値よりも高くなっていると考えられる。そのため、MS−MLの値が正のときは、画素値に対して散乱の影響がマイナス側に働き、逆にMS−MLの値が負のときは、画素値に対して散乱の影響がプラス側に働く。そこで、図3に示すようなカーブ(たとえば太線)によりMS−MLの値に応じてKを求め、これをISに乗じた上で元の画像データから差し引けばよいことが分かる。この図3においてMS−MLの値が0付近でK値が0としたのは、ノイズによる影響を避けるための不感帯を設けるためである。この図3のカーブは、X線条件(管電圧、管電流、イメージインテンシファイアの種類・視野等)に応じて図3の細線や点線のように変えることもできる。最適なカーブは、実験やコンピュータシュミレーションなどで求める。また、ここでは、MSとMLとの差を用いたが、MSとMLとの比を用いて同様のカーブからKを求めるようにしてもよい。
【0015】
Kを低周波成分ISに乗じて得た補正値ICは図4の(d)に示すようになり、このICを元の画像データから差し引くことにより、図4の(e)に示すような画像データを得ることができる。補正値ICは、上記の通り、散乱による影響をより反映したものとなっているので、散乱の影響を除いたデータを得ることが可能となる。図4の(b)で示した元の画像データと図4の(e)で示した補正後のデータとの比較からも分かる通り、血管部などの急峻な細い落ち込み部のコントラスト・シャープさが再現され、血管部などがより見易くなる。
【0016】
なお、上記では、画素単位でKを計算しているが、小領域ごとにKを算出し、補間によって各画素ごとのKを求めるようにしてもよい。また、小近傍平均輝度MSは、上記では低周波成分の抽出処理とは別個の処理によって求めているが、小近傍平均輝度MSは一種のローパスフィルタ出力であるから、低周波成分抽出回路21で得た値ISを兼用してもよい。さらに、上記では、低周波成分抽出回路21、小近傍平均輝度算出回路22、周辺部平均輝度算出回路23、散乱線影響度算出回路24等をハードウェアで構成しているかのように説明したが、ソフトウェアによる処理で求めることももちろん可能である。
【0017】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のX線画像デジタル処理装置によれば、散乱線の影響を適切に除去して、元来の被写体のコントラスト・シャープさを再現し、より見易い、優れた画質の画像を得ることができる。また、量子ノイズなどの高周波ノイズ成分が強調されることなく、S/N比の改善が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態を示すブロック図。
【図2】テンプレートを示す模式図。
【図3】K値の算出カーブを示すグラフ。
【図4】各々のデータプロフィールを示す図。
【符号の説明】
10 被写体
11 X線管
12 イメージインテンシファイア
13 光学系
14 TVカメラ
15 A/D変換器
16 デジタル画像処理装置
17 D/A変換器
18 TVモニター装置
20 散乱線除去部
21 低周波成分抽出回路
22 小近傍平均輝度算出回路
23 周辺部平均輝度算出回路
24 散乱線影響度算出回路
25 乗算器
26 減算器
27 画像処理部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for converting an X-ray image signal used in medical treatment into digital image data and processing it.
[0002]
[Prior art]
It has been widely practiced to take an X-ray fluoroscopic image of a subject (such as a patient's body) as an electrical image signal using an X-ray TV system, and display the image on a monitor device for observation. Furthermore, it is also popular to perform various digital image processing by converting this image signal into digital image data.
[0003]
By the way, since X-rays are scattered inside the substance when passing through the subject, the contrast of the X-ray fluoroscopic image is deteriorated or the sharpness (sharpness) becomes dull due to the influence of the scattered rays. That is, the image quality deteriorates. Therefore, at present, attempts have been made to suppress the scattered radiation at the collimator by changing the X-ray quality to make it difficult to scatter, or by devising the shape of the X-ray collimator.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if the X-ray quality is adjusted or the collimator is devised as in the prior art, it is essentially impossible to remove the image quality degradation due to the influence of scattered rays in the subject.
[0005]
In view of the above, an object of the present invention is to provide an X-ray image digital processing apparatus that is improved so as to remove the influence of scattered radiation by processing a digitized X-ray fluoroscopic image.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an X-ray image digital processing apparatus according to the present invention comprises an A / D conversion means for A / D converting an input analog X-ray image signal, and a low frequency from the digitized image signal. A means for extracting a component; a means for obtaining an average luminance in a small neighborhood of the pixel of interest and its peripheral portion from a digitized image signal; and a relationship between the average luminance in the small neighborhood and the average luminance in the peripheral portion. A means for obtaining a coefficient, which takes a positive value when the former is larger than the latter and a negative value when the former is smaller than the latter, and the above digitization after multiplying the low frequency component by this coefficient And a means for subtracting from the obtained image signal.
[0007]
The influence of the scattered radiation on the image is such that it oozes from a high luminance portion to a low luminance portion. Therefore, if a low-frequency component is extracted from the image signal, it is possible to extract the influence of the scattered radiation. However, since this low-frequency component also includes the low-frequency component of the true image, it is not safe to remove the influence of scattered radiation simply by subtracting this extracted low-frequency component from the original image signal. It is enough. As described above, the influence of scattered radiation oozes out from the high-luminance part of the image to the low-luminance part. For pixels included in a region, the brightness is increased by scattered radiation. Conversely, if the brightness of a small region is higher than the surroundings, the brightness of the pixels included in the small region is considered to be decreased by scattering. It is done. In other words, it is necessary to make a correction for lowering the brightness of the pixels like the former and increasing the brightness of the pixels like the latter. Therefore, a coefficient representing the relationship between the average luminance of the small area and the average luminance of the peripheral portion, and a coefficient that takes a positive value when the former is larger than the latter and takes a negative value when the former is smaller than the latter, was obtained. Above, if this coefficient is multiplied by the above low frequency component, a positive or negative signal that more accurately reflects the influence of scattered radiation can be obtained, and by subtracting this from the original image signal, the luminance can be reduced. It is possible to cope with both the direction of increasing and the direction of decreasing, and it is possible to appropriately remove the influence of scattered radiation.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In FIG. 1, X-rays emitted from an
[0009]
The digital image processing apparatus 16 includes a low-frequency
[0010]
The digital image data is first sent to the low frequency
[0011]
Each of the small neighborhood average
[0012]
The scattered radiation
[0013]
Here, it is assumed that the true data profile on one line of the image is as shown in FIG. The narrow portion where the brightness sharply falls corresponds to, for example, a blood vessel portion in the case of angiography. However, the influence of scattered radiation means that if there is a low-luminance part around a high-luminance part, X-rays ooze out from the high-luminance part to the low-luminance part. The luminance in the high-intensity portion is low, and conversely, the luminance in the low-luminance portion is high. Therefore, due to the influence of the scattered radiation, the profile of one line of the actually obtained image data is as shown in FIG. 4B. When the low-frequency component IS is extracted from this image data, it becomes as shown in FIG. 4C, which includes the low-frequency component of the true data and the influence of scattering.
[0014]
On the other hand, the positive value of MS-ML means that the pixel value in the small neighborhood is larger than the peripheral part. In such a case, the pixel value is lower than the true value due to scattering. Conceivable. Conversely, the negative value of MS-ML means that the pixel value in the small neighborhood is smaller than that in the peripheral part. In such a case, the pixel value is higher than the true value due to scattering. Conceivable. Therefore, when the MS-ML value is positive, the influence of scattering acts on the negative side with respect to the pixel value. Conversely, when the MS-ML value is negative, the influence of scattering is positive on the pixel value. Work to the side. Therefore, it can be understood that K is obtained according to the value of MS-ML by using a curve (for example, a thick line) as shown in FIG. 3, multiplied by IS, and then subtracted from the original image data. In FIG. 3, the reason that the MS-ML value is near 0 and the K value is 0 is to provide a dead zone to avoid the influence of noise. The curve shown in FIG. 3 can be changed like a thin line or a dotted line shown in FIG. 3 according to the X-ray conditions (tube voltage, tube current, image intensifier type / field of view, etc.). The optimal curve is obtained through experiments and computer simulations. Although the difference between MS and ML is used here, K may be obtained from a similar curve using the ratio between MS and ML.
[0015]
The correction value IC obtained by multiplying the low frequency component IS by K is as shown in FIG. 4D, and an image as shown in FIG. 4E is obtained by subtracting this IC from the original image data. Data can be obtained. As described above, since the correction value IC reflects the influence of scattering more, it is possible to obtain data excluding the influence of scattering. As can be seen from the comparison between the original image data shown in FIG. 4B and the corrected data shown in FIG. 4E, the contrast and sharpness of a steep and narrow depression such as a blood vessel is reduced. Reproduced, blood vessels and the like are easier to see.
[0016]
In the above description, K is calculated for each pixel. However, K may be calculated for each small area, and K may be obtained for each pixel by interpolation. Further, although the small neighborhood average luminance MS is obtained by a process separate from the low frequency component extraction processing in the above, the small neighborhood average luminance MS is a kind of low-pass filter output. The obtained value IS may also be used. Furthermore, in the above description, the low-frequency
[0017]
【The invention's effect】
As explained above, according to the X-ray image digital processing apparatus of the present invention, the influence of scattered radiation is appropriately removed, the contrast and sharpness of the original subject are reproduced, and it is easier to see and has excellent image quality. An image can be obtained. Further, the S / N ratio can be improved without enhancing high frequency noise components such as quantum noise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a template.
FIG. 3 is a graph showing a K value calculation curve;
FIG. 4 shows each data profile.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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