JP3786960B2 - 露出制御回路を有するｘ線検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、物体のＸ線画像を形成するためにＸ線ビームを放射するＸ線源と、Ｘ線画像を検出しそれを電子画像信号に変換するＸ線検出器と、Ｘ線源を調整するために電子画像信号から制御信号を形成する露出制御回路とよりなるＸ線検査装置に関する。
また、本発明は、物体を照射し、よって電子画像を形成し、それから電子画像信号が形成され、それからＸ線源を制御するための制御信号が抽出される、Ｘ線源をフィードバックにより制御する方法に関する。
この種のＸ線検査装置は独国特許公告公報ＤＥ２６１０８４５により知られている。
既知のＸ線検査装置は、Ｘ線画像における６つの所定の測定フィールドのうちの一つを選定する選定スイッチを有している。制御信号は、選定された測定フィールド内のＸ線画像の明るさの平均値である。それはＸ線源の電力供給ユニットを制御するためにフィードバックループ内で使用され、よって検査される患者の露出期間を制御しＸ線画像の適当な明るさ及びコントラストを達成してＸ線の投射を制限する。Ｘ線の過剰露出の場合、既知のＸ線装置において制御信号はＸ線画像において選択された測定フィールド内における過剰露出領域により影響される。過剰露出は、実質的に非減衰Ｘ線がＸ線検出器に入射したときは、例えば、そのようなＸ線は患者又は患者の低吸収部分を通って通過するため、いつでも生じる。過剰露出領域の制御信号への寄与により、既知のＸ線検査装置の露出制御回路は、過剰露出領域の外側のＸ線画像の領域の画質に好ましくない設定を生成する。選定された測定領域内の過剰露出領域の存在により、例えば測定フィールドの平均明るさが、検査にとって重要な解剖学的構造が再現される測定フィールドの領域における明るさより高くなるということが生じるかもしれない。そのような場合、露出制御回路は制御信号を生成し、それによりＸ線源は制御されて測定フィールドにおける明るさは所望の値に調節されるが、解剖学的構造を有する領域における明るさはこの解剖学的構造の再現を得るために必要な明るさより低くされる。
本発明の目的は、露出制御回路を含み、それによりＸ線画像の過剰露出領域によるＸ線源の設定に関する逆効果を防止するＸ線検査装置を提供することである。
この目的は、明るさの値が主に上限より低いＸ線画像の非過剰露出領域を決定し、非過剰露出領域から制御信号を抽出するように露出制御回路が構成されることにより特徴付けられる本発明によるＸ線検査装置により達成される。
過剰露出領域の明るさの値はこれらの領域が制御信号の決定から除外されるように上限値を越えるため、制御信号への過剰露出領域への寄与は防止される。結果として、非常に高い明るさの値が生じないＸ線画像の領域が主に制御信号に寄与する。制御信号は、主に適切に再現され得るＸ線画像における画像情報から抽出され、過剰露出領域はそれが画像情報を含む限りこの画像情報が適切に再現され得ないような高い明るさを有する。制御信号は主に画像情報に関連するため、Ｘ線源はＸ線画像における画像情報が高い診断品質と共に再現され得るように調節される。
上限値を越える明るさの値を有するより多くのＸ線画像が制御信号への寄与から除外されるほど、より少ない過剰露出領域が制御信号に影響する。
Ｘ線検出器は、例えばテレビカメラの形態である画像ピックアップ装置を有するＸ線画像増強装置を含む画像増強装置ピックアップチェーンである。Ｘ線検出器は、Ｘ線画像から電子画像信号を抽出するＸ線に敏感な半導体装置であってもよい。そのようなＸ線検出器は、例えばＸ線の部分的吸収により電荷のパターンが形成されるＸ線に敏感なセレニウムの層が設けられ、そのパターンが走査により電子画像信号に変換されてもよい。Ｘ線検出器は、シンチレーション層により被覆された感光性α−Ｓｉ素子よりなる画像検出器であってもよい。シンチレーション層は、入射したＸ線をα−Ｓｉ素子が敏感であるＸ線に変換し、これらの素子は光を電子画像信号に変換する。
入口スクリーンを有するＸ線画像増強装置と入口スクリーン上のＸ線画像を出口窓上の光学画像に変換する出口窓とを有するＸ線検出器と、光学画像から電子画像信号を抽出する画像ピックアップ装置とよりなる本発明によるＸ線検査装置の好ましい実施例は、露出制御回路が実質的に過剰露出を生じない光学画像の領域から制御信号を抽出するように構成されることを特徴付とする。
Ｘ線画像増強装置は可視光又は紫外線又は赤外線放射のＸ線画像を光学画像に変換する。入口スクリーン上のＸ線画像の過剰露出領域は、出口窓上の光学画像における過剰露出領域に変換される。そのような過剰露出領域は非常に高い明るさを有しており、例えば画像ピックアップ装置はそのような高い明るさの値を乱されることなく処理することができないため、画像情報を適切に再現することができない。光学画像の明るさの値が測定され、その測定の結果に基づいて光学画像の領域は過剰露出が生じないように決定される。本発明のこの形態において、過剰露出が生じる光学画像の領域は、制御信号を抽出するためには考慮されない。光学画像のより多くの過剰領域が除外されると、Ｘ線画像における過剰露出による制御信号への影響はより少なくなる。
本発明によるＸ線検査装置の更に好ましい実施例は、露出制御回路が限界値より低い信号レベルを有する電子画像信号の一部の選定により電子画像信号から測定部分を選定する選定ユニットとを有することを特徴付とする。
限界値は、例えば実験又は計算により事前に決定され、それはＸ線画像の過剰露出領域に関連した電子画像信号の一部の信号レベルより低い。Ｘ線の画素に関する電子画像信号の一部の信号レベルは、画素の明るさを表す。電子画像信号の限界値より高い信号レベルは、Ｘ線画像の上限値を越えた明るさに対応する。制御信号は少なくとも最良の部分のためであるＸ線画像の過剰領域に関連しない測定部分から抽出され、そのような過剰露出領域の制御信号への寄与は制限される。
本発明によるＸ線検査装置の更なる好ましい実施例は、測定部分の信号レベルを決定する平均化ユニットよりなる露出制御回路を有することを特徴とし、平均化ユニットは選定ユニットの出力に連結された入力と参照値と前記平均信号レベルとの間の差の関数として制御信号を形成する演算ユニットとよりなる。
Ｘ線源がこの制御信号により調節されると、非過剰露出領域におけるその小さな低コントラスト細部が適切な可視方法によりまだ再現可能であるＸ線画像が形成される。例えば、これは非過剰露出領域における明るさが画像ピックアップ装置の感度が最適である範囲に適当に対応することにより達成される。制御信号は、過剰露出が生じないか殆ど生じないＸ線画像の領域における平均明るさに基づいてＸ線源を調節する。制御信号は実質的に過剰露出の無いＸ線画像の領域における平均明るさから抽出されるため、制御信号のＸ線画像におけるノイズの影響も防止される。
本発明によるＸ線検査装置の更なる好ましい実施例は、Ｘ線装置の個々の設定のために、上限値は安全余裕を引いた過剰露出レベルに等しいことを特徴付とする。
過剰露出レベルは、実質的に非減衰Ｘ線が入射する位置におけるＸ線画像の明るさである。この過剰露出レベルは、Ｘ線源及び／又はＸ線検出器の設定に依存する。前記上限値はＸ線検査装置の設定に依存するため、制御信号の決定はＸ線画像の過剰露出領域がＸ線装置の設定が変更された時に変更すべきであるということを考慮する。安全余裕は、過剰露出領域の除外がＸ線のエネルギ及び強度が比較的小さく不意の変動に実質的に依存しないことを確実にする。適当な安全余裕は、Ｘ線ビーム内に存在する物体無しで測定されたＸ線検出器に関するＸ線源の強度のおよそ半分である。
本発明によるＸ線検査装置の更なる好ましい実施例は、露出制御回路が全体のＸ線画像の表面領域に対する非過剰露出領域の表面領域の比を決定し、この比を境界値と比較してもし分数が境界値を越えないならばＸ線画像の低明るさに対応する値に制御信号を調節するように構成されることを特徴付とする。
もし、全Ｘ線画像の表面領域に対する非過剰露出領域の表面領域が境界値より下の場合、制御信号は言うまでもなくそのような小さな非過剰露出領域から決定される。Ｘ線画像のむしろ小さな部分に基づく制御信号の形成を防止するために、制御信号は先ず配送されて、低い明るさのＸ線画像が形成され過剰露出領域が実質的に減少するような方法でＸ線源が調節される。過剰露出が低減された後、制御信号は主にＸ線画像の非過剰露出領域に基づいて更に調節される。
本発明によるＸ線検査装置の他の好ましい実施例は、電子画像信号の処理のための画像処理システムの制御及び／又はＸ線源とＸ線検出器との間に配置されたビームダイヤフラムの制御のために、露出制御回路は、過剰露出領域の縁を検出してＸ線画像における前記縁の位置を示すエッジ信号を供給するエッジ検出器よりなることを特徴付とする。
制御信号をそれから抽出するためのＸ線画像における非過剰露出領域の決定は、Ｘ線画像における過剰露出領域の位置をも示す。Ｘ線画像の過剰露出領域の縁の一辺まで生じた上限値より下の明るさの値が主に見いだされ、一方、前記縁の反対側まで生じた上限値を越える明るさの値が主に見いだされる。
Ｘ線画像におけるそのような縁の位置を示すエッジ信号を使用することにより、過剰露出となるであろうＸ線ビームの一部を遮断するようにビームダイヤフラムは制御され、よって患者が晒されるＸ線投射は低減される。画像処理装置は、Ｘ線画像の過剰露出領域に対応する電子画像信号の部分を除外するか又はそのような部分を固定された中立の灰色又は色付けされた値のための信号レベルにより置換するために、エッジ信号により制御可能である。そのように生成された電子画像信号により得られたＸ線画像の解析像において、過剰露出領域の再現は注意をそらすことはなく、解析像は高い診断品質を有している。更に、エッジ信号に基づいて画像処理システムはＸ線画像の非過剰露出領域の解析像における明るさとコントラストの自動的な変更を行うことができ、前記解析像において明るさの値の最適な分配を達成する。制御信号に基づくビームダイヤフラム及び／又は画像処置システムの制御は、Ｘ線画像が変化したときの自動的な制御を可能とし、Ｘ線検査装置の操作者はビームダイヤフラム及び画像処理システムの調節に注意を払う必要は殆ど無い。
本発明による現在のＸ線検査装置において、種々の制御機能が適切にプログラムされたコンピュータ又は特殊な目的の電子プロセッサにより実行することができる。
本発明の他の目的は、関連する画像情報を含まないＸ線画像領域に起因する乱れが防止されるＸ線画像を形成するためにＸ線源を制御する方法を提供することである。
これを達成するために、本発明による方法は、明るさの値が上限値より低いＸ線画像の領域から制御信号が主に抽出されることにより特徴付けられる。明るさの値は過剰露出領域において上限値を越えるので、過剰露出の制御信号への寄与は防止される。
本発明のこれらの及び他の面は以下に記述する実施例及び添付の図面を参照することにより明白且つ明瞭になるであろう。
図１は本発明によるＸ線検査装置の線図表示である。
図２は露出領域を含むＸ線画像の解析像である。
図３は図２のＸ線画像に関連した電子画像信号の一部のグラフ化された解析像である。
図１は本発明によるＸ線検査装置の線図表示である。Ｘ線源１は例えば検査される患者である物体２をＸ線ビームにより照射し、物体内のＸ線吸収の局部的差はＸ線画像増強装置５の入口スクリーン４上のＸ線画像を生成し、そのＸ線画像は出口窓６上の光学画像に変換される。出口窓６上の光学画像をピックアップしてそれから電子画像信号を形成するために、ビデオカメラ７が光接続器８を介してＸ線画像増強装置５に接続される。光接続器は、例えばビデオカメラの画像センサ９上に出口窓を画像化するレンズ系により形成される。電子画像信号ＥＩＳは、例えばＸ線画像の情報をモニタ１０上に表示するためモニタに、又は更なる処理のための画像処理システム１１に供給される。
電子画像信号ＥＩＳは、露出制御回路２０にも供給される。測定フィールド選定器２１を使用して、例えばＸ線画像内の略円形の中央測定フィールドに関連した部分が第１に電子画像信号から分離される。よって、露出制御信号により供給された制御信号は、例えばビームダイヤフラム１２のリードスレートの画像化により、Ｘ線画像の縁における部分毎に分配される。異なる直径又は形状の様々な測定フィールドが、患者が受けるＸ線検査の型に合致する測定フィールドメモリ２２から選択され得る。例えば、測定フィールドはビームダイアフラム１２の設定に基づいて選択され、好ましくは電子画像信号の分離された部分は特にリードスレートの画像に関連しないことを確実とする。比較器２３は測定フィールド選定器の出力の電子画像信号をＸ線検査装置の瞬時の設定に合致してメモリユニット２４により比較器に供給された限度値と比較する。
限度値は、例えば高電圧及び／又はＸ線源の陽極電流の異なる値に対する限度値を含むテーブルの型で、Ｘ線検査装置の設定の関数としてメモリユニット２４に格納される。電子画像信号における限度値を越えた信号レベルはＸ線装置における上限値を越える明るさに対応し、この上限値は安全余裕を引いたビームにおいて物体が無い場合に生じる明るさの値に等しい。安全余裕がビーム内に物体が無い場合に得られる明るさの値の約半分であるときに良好な結果が得られることが判っている。上限値は、Ｘ線画像増強装置５の電子光学系１４の高電圧に依存してもよい。
電子画像信号の測定部分ＥＭＳは、限度値より低い信号レベルを有する測定フィールド選定器の出力における信号の一部の選定により比較器２３の出力において得られる。
図２は露出領域を含むＸ線画像の解析像である。脊柱４０の影像が画像内に輪郭的に示されている。脊柱の適当な画像化のために、脊柱に近接した肺組織に殆ど吸収されない比較的強いＸ線が使用される。したがって、Ｘ線画像に過剰露出領域４１、すなわち肺が画像化されるＸ線画像の一部が生じる。制御信号は、主に脊柱の画像情報を含む非過剰露出領域４２から抽出され、Ｘ線源は脊柱の画像が適当に再現されるような方法で調節される。
図３は図２のＸ線画像に関連した電子画像信号の一部のグラフ化された解析像である。より詳細には、図３は図２の画像における画像線４３の電子画像市号の信号レベルを示す。過剰露出領域４１に関連する電子画像信号の部分４４，４５において、信号レベルは限度値１より高い。非過剰露出領域４２に関連する電子画像信号の部分４６において、信号レベルは限度値より低い。電子画像信号の測定部分は、Ｘ線画像の画像線の電子画像信号の限度値より低い信号レベルの部分から形成される。制御信号は、測定部分の平均信号レベルｍの大きさの信号レベルでこの測定部分から抽出される。
本発明によるＸ線検査装置の更なる説明のために図１が参照される。電子画像信号の測定部分は、Ｘ線画像の測定部分がＸ線画像の表面領域又は境界値と共の選定された測定フィールドの表面領域に対応する表面領域の比を比較する制御ユニット２５に供給される。境界値はメモリセル２６に格納される。この比較に基づき、例えば第２の比較器の形態の制御ユニット２５はスイッチ２７を制御する。もし、その比が境界値を越えるならば、比較器の出力における電子画像信号の測定部分は、電子画像信号の測定部分の平均信号レベルである信号レベルを有する平均信号を平均化ユニット２８に供給される。平均信号の代わりとして、Ｘ線画像における明るさの分配の様相を表す他の品質を表す信号を使用することも可能である。そのような品質の例は最大、中央値、様式値、所定の固定しきい値を越える明るさの分数等である。メモリセル３０に格納された基準値は、減算ユニット２９において前記平均信号から減算され、減算ユニット２９の出力は差信号を供給し、それは増幅器３１により増幅された後に制御信号として高電圧供給源に供給される。メモリセル３０に格納された基準値は、Ｘ線画像に医学診断的に関連する領域の平均明るさに対応する制御信号の信号増幅であり、それと共に前記領域内の画像情報は、例えばモニタ１０上に形成された又は画像処理システムに生成された画像情報のハードコピーの画像内に明瞭に再現され得る。差信号及び制御信号も、診断的に関連する画像情報を含むＸ線画像の領域で実際の明るさと所望の明るさの違いに関して決定を導く。もし、比が境界値より低い場合、電子画像信号の測定部分はＸ線画像又は選定された測定フィールドの非常に小さな部分に対応する。電子画像信号の測定部分が例えばＸ線画像の表面領域の５％より少なく関連するときは、電子画像信号の測定部分は変換器３２により所定の信号増幅の信号に変換される。増幅器３１による増幅の後、この信号は、Ｘ線画像内に発生する過剰露出領域が少なくなるように、例えばＸ線の低強度及びエネルギに調節してＸ線源１の再調節のための制御信号として高電圧供給源１３に供給される。
Ｘ線画像における過剰露出領域の除外の結果として、Ｘ線画像において医学的に関連する画像情報をできるだけ良好に再現するために、露出制御回路は高電圧供給源１３を自動的に調節するための制御信号を供給する。例えば、Ｘ線画像が患者の脊柱により形成されるときは、肺組織のように主に空気を含む組織はＸ線を実質的に減衰無しで透過するため、過剰露出領域は脊柱の影像の近くに生じる。過剰露出領域は制御信号の影響を有しないため、脊柱を含む領域が適切に再現されるＸ線画像が形成されるような方法により、高電圧供給源は制御信号により調節される。引き続いて肺の領域のＸ線画像が作られたときに、主に肺が照射されてＸ線画像の縁において脊柱の小さな部分のみが再現されるように、Ｘ線に関して患者の位置が変更される。そのような場合、Ｘ線画像の大きな領域が過剰露出となり、電子画像信号の測定部分が関連するＸ線画像の領域は境界値より低くなる。そして、制御ユニット２５は、変換器３２を介して電子画像信号の測定部分を所定の信号増幅の前記信号に変換するように、スイッチ２７を切り換える。この信号は増幅器３１により増幅され、過剰露出無しでＸ線画像に肺組織が再現されるような低強度でＸ線源１を再調節するための制御信号として高電圧供給源１３に供給される。制御信号は、Ｘ線源が変換器３２からの増幅された信号により再調節されたときに減算ユニット２９により供給された信号の場合よりも高い利得係数を供給するために、増幅器３１の制御入力３３にも作用する。より高い利得係数の結果として、例えば肺組織を画像化するための本件では、Ｘ線源のための過大な再調節期間が回避される。Ｘ線画像における肺領域が過剰露出される状況からのＸ線源のための高い利得係数の使用の結果として、Ｘ線源を低強度に再調節するために必要とされる時間は約１秒以内に制限される。
代わりに、制御信号は、画像ピックアップ装置の出力の電子画像信号からの代わりに出口窓６上の光学画像における明るさから抽出することが可能である。例えば分割プリズムのようなビームスプリッタ５０を使用して、光の一部は光学画像の明るさの値を出口スクリーンから露出制御回路に供給される光信号に変換するフォトセンサ５１に案内される。露出制御回路は、電子画像信号からと同様な方法で光信号から制御信号を抽出する。
比較的２３は、電子画像信号の測定部分を、測定部分の画像情報から過剰露出領域とＸ線画像の残りとの間の境界の位置を抽出するエッジ検出器３４に供給する。減衰無しでＸ線検出器に到達するであろうＸ線を遮断し、よって患者への不必要なＸ線の露出を防止するような方法でビームダイヤフラムのシャッターを配置するために、エッジ検出器３４は前記位置を表すエッジ信号をビームダイヤフラム１２に供給する。過剰露出領域に対応する電子画像信号の部分が省かれ又は中立の灰色又は色付き値により置換されるような方法でこのシステムが調節されるために、エッジ信号は画像処理システム１１に供給される。

Claims (5)

1. 物体のＸ線画像を形成するためにＸ線ビームを放出するＸ線源と、
   該Ｘ線画像を検出し、電子画像信号に変換するＸ線検出器と、
   該Ｘ線源を調節するために該電子画像信号から制御信号を形成する露出制御回路とを有し、
   該露出制御回路は、実質的に全ての部分の明るさの値が上限値より低いＸ線画像の領域である非過剰露出領域を決定して該非過剰露出領域から該制御信号を抽出するように構成され、
   Ｘ線装置の個々の設定のために、該上限値は所定の余裕を引いた過剰露出レベルに等しく、
   該露出制御回路は、該電子画像信号の処理のために画像処理システムを制御するため及び／又は該Ｘ線源と該Ｘ線検出器との間に配置されたビームダイヤフラムを制御するために、過剰露出領域の縁を検出して該Ｘ線画像中の前記縁の位置を示すエッジ信号を供給するエッジ検出器を有することを特徴とするＸ線検査装置。
2. 該Ｘ線検出器は、
   入口スクリーンと出口窓とを有し、該入口スクリーン上のＸ線画像を該出口窓上の光学画像に変換するＸ線画像増強装置と、
   該光学画像から電子画像信号を抽出する画像ピックアップ装置と
   を有し、
   該露出制御回路は、実質的に過剰露出の生じない該光学画像の領域から該制御信号を抽出するように構成されることを特徴とする請求項１記載のＸ線検査装置。
3. 該露出制御回路は、限度値より低い信号レベルを有する該電子画像信号の一部の選定により該電子画像信号から測定部分を選定する選定ユニットを有することを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線検査装置。
4. 該露出制御回路は、該測定部分の平均信号レベルを判定する平均化ユニットを有し、該平均化ユニットは、該選定ユニットの出力に結合された入力と基準値と前記平均信号レベルとの間の差の関数として該制御信号を形成する演算ユニットとを有することを特徴とする請求項３記載のＸ線検査装置。
5. 該露出制御回路は、該Ｘ線画像の表面領域に対する該非過剰露出領域の表面領域の比を判定し、前記比を境界値と比較し、該比が該境界値を越えないならば該Ｘ線ビームの低エネルギーに対応する値に制御信号を調節するように構成されたことを特徴とする先行する請求項のうちいずれか一項記載のＸ線検査装置。

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