JP4647737B2 - 器官の厚さを補償する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に人体の器官または器官の一部を見えるようにする放射線造影法の分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｘ線撮影は、検査する器官を通過後のＸ線の作用を受けた増感フィルムを使用して行われてきた。放射線医は、そのような画像を解釈する訓練を受けてきた。新規な造影技術、即ちソリッド・ステート検出器およびデジタル・アクイジッション・システムは、現在の実務に適合し、放射線医が検査しなければならない適切な情報を提供しなければならない。特に、デジタル・システムが満たさねばならない要件の１つは、従来のフィルムを極力忠実にシミュレートするグレー・レベルのダイナミックスを拡張することである。そのため、画像の様々な構成部分間の関係を認識できるすべての臨床的兆候を識別できるように、デジタル画像は放射線医が対話式に調整できるように画面に表示される。しかし、画面に表示された画像によって密度情報を正確に理解することは、画面のダイナミックスによって制限される。現在は、元の画像の、例えば３０から５０にわたる高いコントラストからビデオ画面の低いコントラストへと自動的に移さなければならない。
【０００３】
現在、内科医は、取得された画像のダイナミックスを制限するために、例えば厚い区域を圧縮する、および／または吸収性物質を添加して厚さの薄いゾーンを補償する等のコンフォメーション技術を患者に適用する。Ｘ線乳房撮影の場合は、乳房をぎりぎりまで圧縮し、厚さを極力一定にする。心臓病学の分野では、輪郭フィルタを使用して肺等の胸部の吸収の乏しい領域に関する問題を回避する。それらのフィルタは、所定のＸ線吸収係数の材料で心臓の形状と相補的な形状のプレートで構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの技術を以てしても画像の取得およびデジタル処理には不十分であり、その実施は難しい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した欠点を是正するためのものである。
【０００６】
本発明は、放射線撮影した器官の、特に高密度の区域と低密度の区域の間の限界における厚さの変動を補償する。
【０００７】
器官の厚さを補償する方法は、Ｘ線源と、Ｘ線が器官を通過後のＸ線ビームの検出手段とを含むタイプのＸ線装置により提供され、検出手段はＸ線ビームをデジタル電子信号に変換することが可能である。デジタル化された画像から、Ｘ線ビームによって走査された器官の放射線医学的厚さの画像が計算される。厚さゼロは器官のない区域に対応し、厚さしきい値が定義され、これから代数的補償画像が導かれて、低レベルまたは高レベルの画素をしきい値の値に合うしきい値に戻すことが可能になり、かつ厚さ画像と補償画像の比率が合計されて補償された厚さ画像が得られる。
【０００８】
補償画像は、画像の合計に先立って低域フィルタを通り、次いでマスクを通してフィルタすると有利である。
【０００９】
したがって、本発明は、器官の縁にその高さの一部にわたり吸収性液体を配置して得られる画像と等価な画像を与える画像処理法を提供し、実施しなければならないパラメータの最適な調整をより良く理解できるように物理的現象をシミュレートすることを可能にする。この画像処理は、検査する器官に自然で好ましい外観を与える。この方法は既存のデジタルＸ線装置を改造することによって容易に実施でき、またいかなる器官の放射線撮影にも利用可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、添付の図面により示す一実施形態についての限定的ではなく例示的な詳細な説明を検討することによって一層良く理解されるであろう。
【００１１】
Ｘ線によって測定される器官の厚さは、走査される材料の吸収率を考慮して、放射線医学的厚さとも称される。例えば、１センチメートルの骨は４センチメートルの水の厚さと放射線医学的には同じである。
【００１２】
厚さ画像はランバートの法則Ｉ＝Ｉｏｅ−μｔによって得ることができる。ただし、Ｉは検出手段の所定の点で受けた光子の数、Ｉｏは器官を通過せずに検出手段のある点で受けた光子の数、μは走査された材料を通るＸ線の線吸収係数、ｔは走査された材料の厚さであり、これより、ｌｎＩｏ−ｌｎＩ＝μｔが導かれる。積μｔは放射線医学的厚さ画像の１画素のグレー・レベルに対応する。なお、式におけるｅは指数関数のｅで、ｌｎは自然対数である。
【００１３】
本発明の一実施形態においては、与えられた厚さに対応するしきい値が器官の性質に応じて設定され、このしきい値を上回るすべての厚さと、次いでそれを下回る厚さで、かつしきい値に最も近い予め定めらた残りの部分とを抑制（suppress）して、前記器官の輪郭を決めるマスクが得られ、前記器官に対応する画像の領域に値１が、かつ前記器官に対応しない画像の領域に値０が与えられ、次いでマスクとデジタル化画像の積が取られ、器官のみに対応する画像が得られる。
【００１４】
本発明の一実施形態においては、前記しきい値を下回るレベルの画素の所定の比率の関数として補助的な厚さしきい値が定義され、それから補償画像が導かれて、しきい値を下回るレベルの画素をしきい値の値に戻すことが可能になり、補償画像は低域フィルタを通し、次いでマスクを通してフィルタされ、器官にのみ対応する画像と補償画像の一部分が合計される。
【００１５】
本発明の一実施形態においては、低域フィルタが補償画像の造影剤で満たされた器官に対応する画素を除去するように計算され、画素は補償された画像に維持される。
【００１６】
マスクとデジタル化画像の積に先立って、マスクのエロージョンを行うことが有利である。
【００１７】
本発明の一実施形態においては、しきい値を下回りかつしきい値に最も近い残る厚さの所定の一部は１％と５％の間である。
【００１８】
本発明の一実施形態では、しきい値は器官の大きさの関数として決定され、例えば、厚さ５センチメートルの器官のしきい値は１センチメートルである。
【００１９】
本発明の一実施形態においては、補助厚さしきい値は、補助しきい値を上回る画素の２０％に等しい画素の所定の比率分によって定義される。
【００２０】
本発明の別の実施形態においては、器官の厚さは、厚さヒストグラムを予め設定されたモデル曲線と比較することによって求められ、厚さヒストグラムの第１の最大値に近づく放物線が計算され、かつ放物線と厚さの横座標の交点における厚さしきい値が選択される。
【００２１】
本発明の一実施形態においては、高低２つの厚さしきい値が定義され、補償画像はしきい値を下回るレベルの画素を前記低しきい値の値に戻し、かつ高しきい値を上回るレベルの画素を前記高しきい値の値に戻すように計算される。後者の場合は、補償画像は負の値を有する。
【００２２】
図１において分かるように、器官の画像のダイナミックスは、表示画面によって表示可能な、２本の水平な点線で表す厚さのダイナミックスより大きいことがある。したがって、ブロック１から３は、きわめて高いグレー・レベルに位置するのに対し、ブロック８および９はきわめて低いレベルに位置する。したがって、そのような領域に位置する物理的現象または器官の部分は十分には視覚化されない。同じ画面ダイナミックスを維持しながら、まずブロック５から９を視覚化し、次いで、画面の視感度のパラメータの変更後に引き続きブロック１から４を視覚化することができよう。乳房撮影を例に取れば、最初に得られる画像では乳房の輪郭が見えるだけで、その内部組織は見えないであろう。第２の画像ではその内部組織、脂肪領域または腺領域が示されるのみで、その輪郭は見えないであろう。これはおよそ実用的でなく、そのために放射線医の作業が複雑になる。
【００２３】
本発明においては、未処理画像のデジタル補償は以下の原理に基づく。即ち、この画像補償の方法は、例えばＸ線吸収の多い領域と少ない領域の間等の境界区域における適切な量の物質の添加または除去をシミュレートし、それによって解剖学的構造間の差および実際の比を保持するという制約を考慮しながらダイナミックスを減少させる。すなわち、図２においては、ブロック１から９までは画面のダイナミックスの限界内に収まっていることが分かる。ブロック１から３は、白で飽和されずに、飽和上限の直ぐ下に戻され、かつそれらの元の関係、即ち、ブロック１はブロック２より明るく、ブロック２はブロック３より明るく、以下同様の関係が維持される。ブロック８および９についても同様であり、黒ではなくダイナミックスの下限近くに位置し、したがって可視であり、かつそれらの元の差、即ち、ブロック７はブロック８より明るく、ブロック８はブロック９より明るい関係が維持される。
【００２４】
図３は、Ｘ線装置（図示せず）の部分を構成するプレート２とテーブル３の間に圧縮された乳房１を示す。乳房は、線源（図示せず）の発するＸ線ビーム４を受ける。デジタル検出器（図示せず）が乳房１を通過後のＸ線ビーム４の経路に配置される。符号５を付したあるＸ線は、乳房の端部の丸みを帯びた形状のため、乳房の厚さの一部のみを通過することに注意されたい。そのため、これらのＸ線は乳房の厚さ全体を通過したＸ線より減衰が少なく、したがって線５に対応する画像部分が飽和し、黒画面の一部として表示される危険がある。事実、約束では、白い部分は厚い領域に対応し、暗い部分はさほど厚くない部分に対応する。
【００２５】
図４のグラフがこの状況を示している。厚さが減少するとき、強度（または光子の数）がかなり増し、そのために乳房の縁は見え難くなる。その結果、乳房の縁の腫瘍および微小石灰化が、乳房の中心部の解剖を分析している放射線医には見過ごされることがある。本発明による補償方法により、乳房の縁の可視性を乳房の中心部の可視性とほぼ同レベルにすることが可能になる。
【００２６】
その目的のため、従来は乳房の端に接する空気で満たされていた部分の充填物でレベルＨ（図５）までシミュレートする。充填は、乳房の縁の見掛けの厚さを増す溶液６により行う。これは、動脈撮影のために患者の腕または頚部沿いに輪郭フィルタあるいは袋詰めの粉を置いて厚さのほとんどないこれらの区域の画像の飽和を回避することと同等である。もちろん、液体６を用意することによって厚さを補わねばならない区域の形状に完全に適合することが可能になる。このようにして見掛けの厚さと、図６にその変化を示したより好適な形状を示す強度が得られる。しかし、液体を用いれば、回避するのが望ましい取扱い上の制約が課されることになる。本発明による方法によって、液体６の存在をシミュレートすることが可能になる。
【００２７】
図７に、本発明の実施形態による方法の様々なステップを示す。まず、実行時間を短縮するため、検出手段からの入力画像を、例えば倍率Ｚ＝４でサブサンプリングする（ブロック７参照）。一変形形態においては、器官の皮膚の外観のアーティファクトを避けるため、画像の元の解像度を用いてこの方法を実施することができる。
【００２８】
ブロック８において、強度を変換することを可能にする対数関数が放射線医学上の厚さに適用される。ブロック９では、乳房の抽出が行われる。ブロック１０では、乳房の脂肪領域の最小厚さの推定が行われる。ブロック１１で、補償関数が計算される。ブロック１２で、画像がその元の解像度で再現される。ブロック１３では、指数関数が適用される。
【００２９】
画像の所定の点に関して、検出手段の所定の点が受ける光子の数Ｉは、次の等式：Ｉ＝Ｉｍａｘ×ｅ−μｔにより求められる。但し、ｔはＸ線が走査する器官の厚さであり、μは走査される器官の密度である。これに対数関数を適用すると結果は、μ×ｔ＝ｌｎ（Ｉｍａｘ）−ｌｎ（Ｉ）となる。Ｉｍａｘは既知であり、検出手段の所定の点で受けられ、かつ器官を通過していない光子の数に対応する。したがって、濃度計上の厚さまたは放射線医学上の厚さと称される積μ×ｔが得られる。
【００３０】
実際には、検出手段の所定の点のグレー・レベルであるマグニチュードＧに基づいて僅かに異なる等式を適用することが好ましい。μｔ＝Ｋ×ｌｎ（Ｇｍａｘ＋１）−Ｋ×ｌｎ（Ｇ＋１）。利得Ｋは、最大強度の１％を超えるグレー・レベルの変動、例えばＫ×ｌｎ（Ｇｍａｘ＋１）−Ｋ×ｌｎ（０．９９Ｇｍａｘ＋１）≧１を保護するために適用される。この対数関数を適用することによって、図８に示すような厚さのヒストグラムを得ることができる。
【００３１】
次いで、脂肪領域の最小厚さが推定される。乳房の厚さのヒストグラム（図８）には、乳房の基部、皮膚すなわち縁、および乳房本体の要部の３つの主要区域が含まれる。まず、厚さしきい値が定義されるが、これは例えば乳房撮影の場合は１センチメートルに等しい器官の大きさに応じて調整可能であることが好ましい。この値を超える厚さはすべて除去され、次いでしきい値を下回り、前記しきい値に最も近い厚さの所定の割合、例えば１％が除去される。次いで、乳房に対応する領域、即ち先に除去した領域に係数１が割り当てられ、乳房に対応しない領域、即ち先に維持した領域に係数０が割り当てられる。こうしてマスクが得られ、これを乳房の画像に乗算することによって、乳房に対応する画素のみを維持して他はすべて抑制することが可能になる。
【００３２】
次いで、このマスクの所定の厚さ、例えば乳房撮影の場合は約１センチメートルに対してエロージョン（数理モルフォロジーの操作）が実行される。こうして得られる新たなマスクは乳房の要部に対応する。次いでこのマスクと入力画像の積が取られ、それによって乳房の要部の区域のみの画像を維持することができ、次いで、最も弱い画素の２０％が除去される。これは図８において、乳房の皮膚に最も近い要部の区域における厚さヒストグラムの表面の２０％を抑制するのに対応する。この２０％の限界が脂肪領域の最小厚さμａ×ｔａ ｍｉｎに対応する。
【００３３】
次いで、与えるべき補償が計算される。まず、先に計算された画像を低域フィルタに通し、厚さμ×ｔの緩慢な変動のみを保持する。補償画像μａＨは、脂肪領域の最小厚さμａｔａ ｍｉｎに等しい値を得るためにフィルタされた画像μ×ｔに加算しなければならないものとして定義される。μａ×Ｈ＝μａ×ｔａ ｍｉｎ−μ×ｔ＞０。高さＨにその存在をシミュレートされる液体６は脂肪領域と同じ密度μａを有する。
【００３４】
乳房外部の補償を避けるため、低域フィルタリングの前後に補償関数のマスクとの乗算を行う。補償された厚さの階層を維持するために、画像μ×ｔと補償画像μａＨの一部分を合計する。言い換えれば、補償は１００％を下回る率に限定される。
【００３５】
もちろん、乳房の様々な脂肪領域あるいは他の器官に適合させるために上述したパラメータに様々な調整を加えることができる。
【００３６】
一変形形態においては、マスクの使用に代えて器官モデルを用いたシミュレーションをすることもできる。次いで、厚さヒストグラムと予め設定されたモデル曲線との比較によって器官の厚さを求め、厚さヒストグラムの一部に接近する放物線を計算し、放物線と厚さの横座標との交点における厚さしきい値を選択する。
【００３７】
一変形形態においては、補償された画像の補償画像への適用に代えて、マスクと補償された画像の積を取ることも考えられる。これには、基部のある変動が抑制されると共に関心外の部分が補償される欠点がある。
【００３８】
血管造影、特に心臓血管造影法の検査の分野において同じ方法を適用することができ、横隔膜の緻密な領域への仮想の物質添加および仮想の物質除去により胸部の吸収の少ない領域を補償する。同様に、頚動脈または下肢の動脈造影法の操作も本発明を用いて有利に実施することができる。次いで、高しきい値および低しきい値を定義し、補償画像を計算して低しきい値の下のレベルの画素をその低しきい値の値に戻し、高しきい値の上のレベルの画素をその高しきい値の値に戻す。
【００３９】
胸部等の厚い領域については、以下の等式を使用することができる。
Ｇ＝Ｇｍａｘ×ｅ−μｔ
μｔ＝ｌｎ（Ｇｍａｘ）−ｌｎ（Ｇ）
μａＨ＝肺における補償値
μｂＬ＝横隔膜または脊椎の補償値
【００４０】
補償は以下の規則にしたがって補償値μａＨを加算し、補償値μｂＬを減算して行う。
μｔ＋μａＨ−μｂＬ、
これに指数関数を適用した後、次式が得られる
Ｇ×ｅ−μａＨ×ｅ＋μｂＬ
【００４１】
したがって、横隔膜の緻密な領域において本発明により行う補償は、画像のダイナミックスを透視画面のダイナミックスに対応する値に戻すための仮想の物質除去に対応する。仮想の物質添加を行う肺の低密度領域においても同じである。
【００４２】
液状造影剤を注入した比較的小径の動脈の透視を十分に維持するには、フィルタを調整して動脈が見えないようにするため、動脈は補償画像には現れず補償された画像に維持される。例えば、フィルタによって１センチメートル以下の細部を除去する場合には、その詳細は補償された画像に維持され、１センチメートルより大きい細部は消去される。
【００４３】
本発明は、液状吸収剤を供給または除去する物理的操作をシミュレートすることが可能な画像処理の方法を利用可能にし、吸収剤の機能を直ちに補償することを可能にする。本発明の方法により得られる画像にはアーティファクトがなく、外観が自然である。この方法は、物理的補償装置を必要とせずに放射線撮影の様々な分野において実施することができる。
【００４４】
当分野の技術者には、開示された実施形態の構造および／または機能および／またはステップの様々な変更を本発明の範囲から逸脱することなく行うことが可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 様々な厚さの領域から成る器官の概略図である。
【図２】 本発明による、様々な補償された厚さの領域から成る器官の概略図である。
【図３】 圧縮プレート内の乳房の概略図である。
【図４】 乳房の厚さの進展とＸ線の対応する強度を表す、図３に対応するグラフである。
【図５】 乳房と相補的な形状の吸収性液体の配置を示す図３と同様の図である。
【図６】 図４と同様の、図５に対応するグラフである。
【図７】 画像処理の図である。
【図８】 乳房の厚さのヒストグラムである。
【符号の説明】
１ 乳房
２ プレート
３ テーブル
４ Ｘ線ビーム
５ Ｘ線
６ 溶液

Claims (10)

1. 検出手段が、Ｘ線ビームをデジタル電子信号に変換することが可能で、そのデジタル化された画像からＸ線ビームによって走査された一部に厚さの薄いゾーンを有する器官の放射線医学的厚さの厚さ画像を計算するものであり、該厚さ画像の各画素の値が、前記器官の放射線医学的厚さに対応するとき、Ｘ線源と、Ｘ線が前記器官を通過後のＸ線ビームを検出する前記検出手段とを備えるタイプのＸ線装置における前記器官の厚さを補償する方法において、
   前記器官の厚さに対応する画素値が所定の画面ダイナミックス限界内に維持されるために必要な前記器官の最小厚さを定義するステップと、
   前記最小厚さを得るために加算される代数的補償画像を導出するステップと、
   前記厚さ画像の内の前記最小厚さを下回る画素に前記補償画像の前記下回る画素に対応する部分を加算して補償された厚さ画像を得るステップとを含む方法。
2. 前記最小厚さに対応するしきい値を器官の性質に応じて設定するステップと、前記しきい値を上回るすべての厚さと、次いで残る下回る厚さの所定の、かつ前記しきい値に最も近い部分とを抑制して前記器官の輪郭を決めるマスクを得るステップと、器官に対応する画像の領域に値１を、かつ器官に対応しない画像の領域に値０を適用するステップと、マスクとデジタル化画像の積を取って器官にのみ対応する画像を得るステップと含む請求項１に記載の方法。
3. 補助的な厚さしきい値が、前記しきい値を上回るレベルの画素の所定の部分により定義され、それから補償画像が導かれて、前記しきい値を上回るレベルの画素が前記しきい値の値に戻り、補償画像は低域フィルタ、次いでマスクを通してフィルタされ、器官にのみ対応する画像と補償画像の部分が加算される請求項２に記載の方法。
4. 低域フィルタが造影剤で満たされた器官に対応する画素を抑制するように計算される請求項３に記載の方法。
5. マスクとデジタル化画像の積に先立ってマスクのエロージョンが行われる請求項２ないし４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記しきい値を下回りかつ前記しきい値に最も近い残る厚さの所定の一部が９９％に等しい請求項２ないし５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記しきい値が前記デジタル化された画像のグレー・レベル値に対応し、前記しきい値が器官の大きさの関数として決定される請求項２ないし６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記補償された厚さ画像において厚さの階層が維持され、
   前記しきい値が２０％に等しい所定の画素の一部によって定義される請求項２ないし７のいずれか一項に記載の方法。
9. 器官の厚さが厚さヒストグラムと予め設定されたモデル曲線との比較によって求められ、厚さヒストグラムの第１の最大に近づく放物線が計算され、かつ放物線と厚さの横座標の交点で前記最小厚さが選択される請求項１に記載の方法。
10. 前記器官は乳房であり、前記補償画像が前記乳房の脂肪領域と同じ密度値μａを有する仮想的な液体であって、前記乳房の端において高さＨで前記乳房の端を満たす仮想的な液体の存在をシミュレートしている請求項１ないし９のいずれか一項に記載の方法。

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