JP4769089B2

JP4769089B2 - Ｘ線撮影装置

Info

Publication number: JP4769089B2
Application number: JP2006023657A
Authority: JP
Inventors: 雅敬植木
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2026-01-31
Also published as: JP2007202714A

Description

本発明は、被写体をＸ線撮影するＸ線撮影装置に関する。

従来、例えば医療用Ｘ線画像診断装置などのＸ線撮影装置では、Ｘ線源からのＸ線を被写体に照射し、この被写体を透過したＸ線をＸ線検出器に入射し、このＸ線検出器でＸ線イメージを画像信号に変換して被写体を透視した画像を得ている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、Ｘ線撮影における画質の劣化の要因として、被写体からの散乱線による散乱信号や、量子ノイズ、Ｘ線検出器の回路ノイズなどがある。

散乱線の除去に関しては、散乱線の入射方向のランダム性を利用して、グリッドと呼ばれる薄い鉛とＸ線透過度の高い物質とを交互に積み重ねて製作した板をＸ線検出器の前に配置し、Ｘ線検出器の前においてコリメートされたＸ線の画像のみを撮影する技術がある。

量子ノイズ、回路ノイズの除去に関しては、Ｘ線入射線量を増やしてＳ／Ｎ比を上げている。Ｘ線をパルス状に曝射して透視画像得る透視画像の場合は、ノイズのランダム性を利用し、複数の画像を積分するリカーシブルフィルタを設けてノイズを除去し、Ｓ／Ｎ比を上げている。
特開平９−１８７４５５号公報（第４頁、図２）

しかしながら、散乱線の除去のためにグリッドを使用する場合、グリッドによりＸ線検出器に入射するＸ線の一部が遮られるため、Ｘ線の利用効率が低下し、画像のコントラストが低下する。そのため、入射Ｘ線量を増やす必要があるが、医療用画像診断装置の場合には被験者の被曝量が増加する。

また、Ｘ線検出器によって得られた複数の画像を積分するリカーシブルフィルタを使用した場合、動く物体には残像が残る動体ぼけが生じ、動体画像が観察しにくくなる弊害がある。

このように、Ｘ線撮影に関して、コントラストの良い画像を得るためには、入射Ｘ線量を増やしてＳ／Ｎ比を改善する方法が一般的であるが、医療用Ｘ線画像診断装置の場合、被験者の被曝量と画質の向上とが引き換えになり、画質を良くする程、被曝量が増加することになる。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、Ｘ線入射線量を増加することなく、画像信号のＳ／Ｎ比を改善できるＸ線撮影装置を提供することを目的とする。

本発明は、Ｘ線イメージに視差を生じさせるＸ線強度分布としたＸ線を被写体に照射するＸ線源と、前記被写体を透過したＸ線イメージを画像信号に変換する複数の画素を有するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の画素毎にその画素と前記Ｘ線のＸ線強度分布に伴う視差に対応した周辺の画素との相関を確認し、相関のある画素のみを真のＸ線イメージの画像信号として処理する処理手段とを具備しているものである。

本発明によれば、Ｘ線イメージに視差を生じさせるＸ線強度分布としたＸ線を被写体に照射することにより、被写体を透過したＸ線イメージが入射するＸ線検出器の画素毎にその画素とＸ線のＸ線強度分布に伴う視差に対応した周辺の画素との相関を確認し、相関のある画素のみを真のＸ線イメージの画像信号として処理するので、ノイズ成分を除去でき、Ｘ線の入射線量を増加することなく、画像信号のＳ／Ｎ比を改善することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１および図２に示すように、Ｘ線撮影装置11としては、医療用Ｘ線画像診断装置であり、被験者である被写体12にＸ線13を照射するＸ線源14、被写体12を透過したＸ線13を入射してＸ線イメージを画像信号に変換するＸ線イメージセンサであるＸ線検出器15、およびこのＸ線検出器15で得られた画像信号を処理する処理手段16を備えている。

Ｘ線源14としては、高真空中で加速された電子を陽極に衝突させて発生する制動輻射の原理を用いてＸ線13を発生させる回転陽極型のＸ線管21を示す。このＸ線管21は、真空外囲器22を備え、この真空外囲器22内に図示しない陰極である電子銃とそれに対向する傘状の回転する陽極であるターゲット23とが設けられている。真空外囲器22には、電子銃より高電圧で加速された電子がターゲット23に衝突して発生するＸ線13を外部に取り出す出力窓24が設けられている。出力窓24より取り出されたＸ線13は、図示しないＸ線管容器のゲートおよび図示しない絞りを経て被写体12に照射される。

なお、図１および図２には、被写体12中の病変部12aにおいて集束するＸ線13の線束13aを示すが、Ｘ線13は被写体12の所定の範囲に照射される。

Ｘ線管21が発生するＸ線13は、被写体12中の同一の病変部12aの陰影がＸ線検出器15において数〜数十ピクセル分シフトした位置に視差が生じるようなＸ線強度分布としている。図１および図２には、ターゲット23に対して電子が衝突する点状の複数の電子衝撃面25を示し、電子衝撃面25は、中心部25aとこの中心部25aに対して上下左右方向に交差する周辺位置の複数の周辺部25bとの５つの点を十字形に配置した形状とする。なお、電子衝撃面25を点で構成する場合は、構成する点の実効焦点寸法は、０．３ｍｍ以下の微小焦点が望ましい。

図３には、Ｘ線撮影装置11の図１のＡ平面での被写体12からＸ線管21を見た場合のＸ線13のＸ線強度分布の模式図を示す。Ｘ線13のＸ線強度分布は、ターゲット23における電子衝撃面25の形状に対応して、中心部とこの中心部に対して上下左右方向に交差する周辺位置の複数の周辺部との５つの点を十字形に配置した形状のＸ線強度分布としている。

また、Ｘ線検出器15は、アクティブマトリクス型の平面検出器で、図４(b)に示すように、Ｘ線入射面には複数の画素28がマトリクス状に二次元的に配列されている。Ｘ線検出器15に入射したＸ線13を直接的または間接的に電荷信号に変換し、その電荷信号を各画素28にて取得し、被写体12を透過したＸ線イメージの画像信号を出力する。

また、処理手段16は、Ｘ線検出器15の画素28毎にその画素28とＸ線13のＸ線強度分布に伴う視差に対応した周辺の画素28との相関を確認し、相関のある画素28のみを真のＸ線イメージの画像信号として処理する機能を有し、さらに、Ｘ線検出器15によって得られた画像に対して任意の濃度段階で等濃度部分を等高線で繋ぎ、等高線で囲まれる領域を認識し、その領域を囲む等高線に対してＸ線強度分布との相関を確認し、相関が認められる場合はその領域のコントラストを強調処理する機能、また、Ｘ線検出器15によって得られた画像に対して連続的に濃度シフトがある境界をエッジと認識し、このエッジとして認識した境界の濃度分布に対してＸ線強度分布との相関を確認し、相関が認められる場合はそのエッジを強調処理する機能を有している。

次に、Ｘ線撮影装置11の作用を説明する。

Ｘ線管21から被写体12にＸ線13を照射し、被写体12を透過したＸ線13をＸ線検出器15に入射してＸ線イメージを画像信号に変換する。

このとき、図４(a)に示すように、Ｘ線13のＸ線強度分布は、被写体12中の病変部12aに対して広がりのある視差を持つ。そのため、図４(b)に示すように、Ｘ線検出器15で取得される画像信号には、被写体12中の病変部12aに対応した画素28で真の画像信号31が取得され、その画素28に対してＸ線13のＸ線強度分布に伴う視差に対応した周辺の画素28にも病変部12aと相関する相関信号32が生じる。これに対して、被写体12中の病変部12a、空気、他の臓器などによる散乱線による散乱信号33や、量子ノイズ、回路ノイズによるランダムなノイズ34が画像信号に混入してくる。

そして、図５(a)(b)にて、Ｘ線撮影装置11で撮影された画像中のノイズに埋もれた信号から、真の画像信号31を拾い出すアルゴリズムの概念を説明する。

図５(a)は、ある画素28である中央の画素28に真の画像信号31がある場合、その中央の画素28に対してＸ線13のＸ線強度分布に伴う視差に対応した周辺の画素28に相関信号32が発生しているため、中央の画素28の信号は真の画像信号31と判定し、中央の画素28の真の画像信号31を生かす。

図５(b)に示すように、ある画素28に散乱線やノイズ34によって発生した偽の信号がある場合、ある画素28に信号が存在しても、その周辺の画素28にＸ線強度分布と相関のある信号が存在しないため、散乱線やノイズ34によって発生した偽の信号と判定し、ある画素28の信号を切り捨てる。

このような処理をＸ線検出器15の全ての画素28に対して総当りに実施する。この際、Ｘ線検出器15の周縁部においては、画素28とＸ線強度分布との位置関係のずれによる視差のズレを補正する。また、被写体12中の病変部12aの奥行方向の位置関係のずれによる視差のずれを補正するために、探索する周辺の画素28のピクセル量を可変する。

このように、Ｘ線イメージに視差を生じさせるＸ線強度分布としたＸ線13を被写体12に照射し、被写体12を透過したＸ線イメージが入射するＸ線検出器15の画素28毎にその画素28とＸ線13のＸ線強度分布に伴う視差に対応した周辺の画素28との相関を確認し、相関のある画素28のみを真のＸ線イメージの画像信号31として処理するので、ノイズ成分を除去でき、Ｘ線13の入射線量を増加することなく、画像信号のＳ／Ｎ比を改善することができる。

また、Ｘ線検出器15によって得られた画像において、低コントラストの広い分布を持つ病変に対しては、画像全体について、任意の濃度段階で等濃度部分を等高線で繋ぎ、等高線で囲まれる領域を認識し、その領域を囲む等高線の閾値をさらに細かく区切ったうえで、その領域を囲む等高線に対して上述したようにＸ線強度分布と相関があるか判定し、相関が認められる場合には、その等高線で囲まれた領域の濃度にゲインをかけてコントラストを強調する処理をする。これにより、高コントラストの高周波領域のみだけでなく、低コントラストの低周波領域の画像情報を損なうことなく画質を改善できる。

また、Ｘ線検出器15によって得られた画像において、連続的に濃度シフトがある境界をエッジと認識して交差する線で繋ぎ、このエッジとして認識した境界の濃度分布に対してＸ線強度分布との相関を確認し、相関が認められる場合には、そのエッジを強調する処理をする。これにより、エッジが明確になり、画質を改善できる。

なお、Ｘ線13のＸ線強度分布は、十字形に配置した５個の点に限らず、アスタリスク記号状の９つの点や、それ以上の多数の点に配置してもよく、あるいは、連続した形状に配置してもよく、Ｘ線イメージに視差を生じさせることが可能であればどのような形状でもよい。

また、Ｘ線13のＸ線強度分布を形成する場合、Ｘ線イメージに視差を生じさせるＸ線強度分布のＸ線13を一度に発生させるのに限らず、Ｘ線管21の陰極から放出する電子を時間差を置いて電子的に走引しながらターゲット23に衝突させて電子衝撃面25の位置を変えることにより、つまりＸ線13の発生位置を移動させることにより、Ｘ線イメージに視差を生じさせるＸ線強度分布を得るようにしてもよい。

本発明の一実施の形態を示すＸ線撮影装置の平面図である。同上Ｘ線撮影装置の側面図である。同上Ｘ線撮影装置の図１のＡ平面での被写体からＸ線管を見た場合のＸ線強度分布の模式図である。同上Ｘ線撮影装置のＸ線強度分布と被写体の病変部とＸ線イメージとの関係を示し、(a)は図１のＡ平面での病変部とＸ線強度分布との関係を示す模式図、(b)は図１のＢ平面でのＸ線検出器のＸ線イメージの模式図である。同上Ｘ線撮影装置のＸ線検出器の画素を示し、(a)はある画素と周辺の画素とに相関がある場合の模式図、(b)はある画素と周辺の画素とに相関がない場合の模式図である。

符号の説明

11 Ｘ線撮影装置
12 被写体
13 Ｘ線
14 Ｘ線源
15 Ｘ線検出器
16 処理手段
28 画素

Claims

Ｘ線イメージに視差を生じさせるＸ線強度分布としたＸ線を被写体に照射するＸ線源と、
前記被写体を透過したＸ線イメージを画像信号に変換する複数の画素を有するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の画素毎にその画素と前記Ｘ線のＸ線強度分布に伴う視差に対応した周辺の画素との相関を確認し、相関のある画素のみを真のＸ線イメージの画像信号として処理する処理手段と
を具備していることを特徴とするＸ線撮影装置。
Ｘ線源は、中心部とこの中心部に対して交差する周辺位置に位置する複数の周辺部とを有するＸ線強度分布としたＸ線を被写体に照射する
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線撮影装置。
Ｘ線源は、Ｘ線の発生位置を移動させて視差を生じさせるＸ線強度分布としたＸ線を被写体に照射する
ことを特徴とする請求項１または２記載のＸ線撮影装置。
処理手段は、Ｘ線検出器によって得られた画像に対して任意の濃度段階で等濃度部分を等高線で繋ぎ、等高線で囲まれる領域を認識し、その領域を囲む等高線に対してＸ線強度分布との相関を確認し、相関が認められる場合はその領域のコントラストを強調処理する
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載のＸ線撮影装置。
処理手段は、Ｘ線検出器によって得られた画像に対して連続的に濃度シフトがある境界をエッジと認識し、このエッジとして認識した境界の濃度分布に対してＸ線強度分布との相関を確認し、相関が認められる場合はそのエッジを強調処理する
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載のＸ線撮影装置。