JP4886713B2 - Ｘ線撮影装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
本発明はＸ線源を用いた医療診断機器や産業機器分野の非破壊Ｘ線撮影に使用されるＸ線発生装置および該装置を用いたＸ線撮影装置に関するものである。
一般に、Ｘ線管球では、電子源として熱電子源を用い、高温度に加熱したフィラメントから放出される熱電子を加速、集束して所望の電子ビームを形成し、これを金属からなるＸ線ターゲットに照射してＸ線を発生させている。
近年この熱電子源に代わる電子源として微細な針の先端に高電界をかけて電子を取り出すスピント型や、カーボンナノチューブ等による冷陰極型電子源が開発されている。そして、これらの応用として単一の電子ビームを取り出す技術が特許文献１、特許文献２および特許文献３に記載されている。
特開平０８−２６４１３９号公報
特開平０９−１８０８９４公報
特開２００５−２３７７７９公報
加速した電子ビームをターゲットに照射することによりＸ線を発生する際、Ｘ線の発生効率はきわめて低いことが知られており、ターゲットに照射された電子ビームのエネルギの大半は熱に変わる。そのため、Ｘ線発生装置では、従来からターゲットを回転させる回転陽極の構造が用いられている。
しかしながら、特許文献１に記載されているような電子ビームの照射面とＸ線発生面が相対する構造では、特許文献３で記載されるような発熱を抑えるための回転陽極を採用することは難しい。
医療診断機器等において診断に必要な画質を確保するためにはある程度の電流が必要であり、また画像の鮮鋭度を得るためにはターゲット上に形成されるＸ線焦点の寸法は小さい方が好ましい。しかし、電流を確保しつつＸ線焦点のサイズを小さくすると小さい面積に熱負荷が集中することによる前述の発熱の問題があり、一方大きくすると鮮鋭度が低下するという問題がある。
本発明の目的は、画像の鮮鋭度を低下させることなくＸ線発生における大電流化を達成するＸ線発生装置およびＸ線撮影装置を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明の一態様によるＸ線撮影装置は以下の構成を備える。即ち、
複数の電子放出素子を有し、駆動された電子放出素子に対応した電子ビームを発生する電子ビーム発生手段と、
前記電子ビーム発生手段で発生した電子ビームの照射位置をＸ線焦点としたＸ線を発生するターゲット電極と、
前記電子ビーム発生手段と前記ターゲット電極との間に設けられ、前記電子ビームの形成を行うためのレンズ電極と、
前記ターゲット電極から発生したＸ線を検出することにより２次元Ｘ線画像を生成する検出手段と、
前記検出手段で検出された前記２次元Ｘ線画像を方向別に周波数解析し、高周波成分の少ない方向の電子線強度の分布が高周波成分の多い方向の電子強度の分布よりも相対的に長くなるように、前記ターゲット電極に形成すべきＸ線焦点形状を決定する決定手段と、
前記ターゲット電極において、Ｘ線焦点の集合によって形成されるＸ線焦点形状が前記決定手段により決定されたＸ線焦点形状になるように、前記複数の電子放出素子の駆動を個別に制御するとともに、前記レンズ電極の駆動を制御する駆動制御手段と、を備える。
複数の電子放出素子を有し、駆動された電子放出素子に対応した電子ビームを発生する電子ビーム発生手段と、
前記電子ビーム発生手段で発生した電子ビームの照射位置をＸ線焦点としたＸ線を発生するターゲット電極と、
前記電子ビーム発生手段と前記ターゲット電極との間に設けられ、前記電子ビームの形成を行うためのレンズ電極と、
前記ターゲット電極から発生したＸ線を検出することにより２次元Ｘ線画像を生成する検出手段と、
前記検出手段で検出された前記２次元Ｘ線画像を方向別に周波数解析し、高周波成分の少ない方向の電子線強度の分布が高周波成分の多い方向の電子強度の分布よりも相対的に長くなるように、前記ターゲット電極に形成すべきＸ線焦点形状を決定する決定手段と、
前記ターゲット電極において、Ｘ線焦点の集合によって形成されるＸ線焦点形状が前記決定手段により決定されたＸ線焦点形状になるように、前記複数の電子放出素子の駆動を個別に制御するとともに、前記レンズ電極の駆動を制御する駆動制御手段と、を備える。
さらに、上記の目的を達成するための本発明の他の態様によるＸ線撮影装置の制御方法は、
複数の電子放出素子を有し、駆動された電子放出素子に対応した電子ビームを発生する電子ビーム発生手段と、
前記電子ビーム発生手段で発生した電子ビームの照射位置をＸ線焦点としたＸ線を発生するターゲット電極と、
前記電子ビーム発生手段と前記ターゲット電極との間に設けられ、前記電子ビームの形成を行うためのレンズ電極と、
前記ターゲット電極から発生したＸ線を検出することにより２次元Ｘ線画像を生成する検出手段と、を備えたＸ線撮影装置の制御方法であって、
前記検出手段で検出された前記２次元Ｘ線画像を方向別に周波数解析し、高周波成分の少ない方向の電子線強度の分布が高周波成分の多い方向の電子強度の分布よりも相対的に長くなるように、前記ターゲット電極に形成すべきＸ線焦点形状を決定する決定工程と、
前記ターゲット電極において、Ｘ線焦点の集合によって形成されるＸ線焦点形状が前記決定工程において決定されたＸ線焦点形状になるように、前記複数の電子放出素子の駆動を個別に制御するとともに、前記レンズ電極の駆動を制御する駆動制御工程と、を備える。
複数の電子放出素子を有し、駆動された電子放出素子に対応した電子ビームを発生する電子ビーム発生手段と、
前記電子ビーム発生手段で発生した電子ビームの照射位置をＸ線焦点としたＸ線を発生するターゲット電極と、
前記電子ビーム発生手段と前記ターゲット電極との間に設けられ、前記電子ビームの形成を行うためのレンズ電極と、
前記ターゲット電極から発生したＸ線を検出することにより２次元Ｘ線画像を生成する検出手段と、を備えたＸ線撮影装置の制御方法であって、
前記検出手段で検出された前記２次元Ｘ線画像を方向別に周波数解析し、高周波成分の少ない方向の電子線強度の分布が高周波成分の多い方向の電子強度の分布よりも相対的に長くなるように、前記ターゲット電極に形成すべきＸ線焦点形状を決定する決定工程と、
前記ターゲット電極において、Ｘ線焦点の集合によって形成されるＸ線焦点形状が前記決定工程において決定されたＸ線焦点形状になるように、前記複数の電子放出素子の駆動を個別に制御するとともに、前記レンズ電極の駆動を制御する駆動制御工程と、を備える。
本発明によれば、画像の鮮鋭度を低下させることなくＸ線発生における大電流化を達成するＸ線発生装置およびＸ線撮影装置が提供される。
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態に係るＸ線撮影装置の構成を示す図である。図１においてＸ線発生装置１から照射されたＸ線ＸＲは被写体Ｐを透過し、Ｘ線検出器２に入射する。Ｘ線検出器２はＸ線画像用の平面検出器であり、被写体Ｐを透過して減弱したＸ線の強度分布を画像として主方向決定部３および画像処理部４に出力する。
図１は第１実施形態に係るＸ線撮影装置の構成を示す図である。図１においてＸ線発生装置１から照射されたＸ線ＸＲは被写体Ｐを透過し、Ｘ線検出器２に入射する。Ｘ線検出器２はＸ線画像用の平面検出器であり、被写体Ｐを透過して減弱したＸ線の強度分布を画像として主方向決定部３および画像処理部４に出力する。
このような撮影装置の具体例としては、例えばＸ線透視撮影装置が挙げられる。Ｘ線透視撮影装置では、被写体Ｐに対して連続したＸ線照射およびＸ線画像の取得を行い、被写体ＰのＸ線動画像を収集する。図２はその一例を示す図であり、Ｃ型アーム２１に取り付けられたＸ線発生装置１およびＸ線検出器２を用いて、被写体Ｐである患者の透視画像を撮影するＸ線透視撮影装置を示している。
なお、図２において主方向決定部３および画像処理部４は破線で囲まれた筐体２２の内部に収められた不図示のコンピュータおよびソフトウェアにより実現されている。
第１実施形態において主方向決定部３はＸ線検出器２から入力した画像を解析して主方向（詳細は後述する）を決定し、その結果に基づいてＸ線発生装置１においてターゲット電極上に生成されるＸ線焦点の形状を制御する。なお第１実施形態では画像処理部４は用いられない。画像処理部４については第３実施形態において説明する。
図３を用いてＸ線発生装置１の動作を説明する。制御回路１０１は、主方向決定部３から入力した条件に基づいて、素子基板１０３上に複数配置された電子放出素子１０４を電極１０５を介して個別に駆動する。電子放出素子１０４から放出された電子は、引き出し電極１０６およびレンズ電極１０７により電子ビームｅへ形成される。以上のように、個別に駆動可能な複数の電子放出素子１０４を有する素子基板１０３と、引き出し電極１０６と、レンズ電極１０７は、駆動された電子放出素子に対応した電子ビームを発生する電子ビーム発生部を構成する。電子ビームｅは、高電圧電源１０９と接続されたターゲット電極１０８上に照射されてＸ線焦点Ｆを形成する。ターゲット電極１０８上に形成されたＸ線焦点Ｆから、電子ビームｅと反対の方向へＸ線ＸＲが放出される。ターゲット電極１０８は、上述の電子ビーム発生部で発生した電子ビームの照射位置をＸ線焦点としたＸ線を発生する。
図４は素子基板１０３における電子放出素子１０４の駆動パターンと、それに対応してターゲット電極１０８上に形成されるＸ線焦点の形状を例示した図である。図４では、左側に示す素子基板１０３内の太い破線で囲まれた電子放出素子１０４を駆動した場合に、右側に示す形状のＸ線焦点がターゲット電極１０８上に形成されることを示している。このように、制御回路１０１及び電子放出素子駆動回路１０２は、複数の電子放出素子１０４を個別に駆動制御することにより、ターゲット電極における、Ｘ線焦点の集合によって形成されるＸ線焦点の形状（以下、Ｘ線焦点形状ともいう）を制御する。Ｘ線焦点の形状の変更は、図４に示すように電子放出素子１０４の電極１０５をオン又はオフすることで実現できる。また、これに加えて、レンズ電極１０７による電子ビームの集束を調整することでそのサイズを変更するようにしても良い。
なお、図４では電子放出素子が３×３に配置されているが、電子放出素子の個数、配置形態はこれに限られるものではないし、ターゲット電極１０８上に形成されるＸ線焦点の形状も図示のものに限られるものではない。例えば電子放出素子を図９に示すように放射状に配置することも可能である。このような配置を取ることにより画像の中心から放射状に伸びる方向に対して電子放出素子の間隔が等間隔となる。そのため、例えば図４の（２）や（３）のパターンにおいて、同径方向における電子線強度の分布を一致させやすくすることが出来る。
次にＸ線検出器２について説明する。図１に示したようにＸ線検出器２は被写体Ｐを透過したＸ線を検出してディジタル信号に変換し、Ｘ線画像を出力する平面検出器である。Ｘ線検出器２はマトリクス状に配置されたＸ線検出素子を有する。Ｘ線を電気信号へ変換する方式としては、Ｘ線を一度光信号に変換した後これを電気信号に変換する間接型、あるいは直接Ｘ線を電気信号に変換する直接型のいずれの方式も本実施形態に適用可能である。
また、Ｘ線検出器２は上記のような平面検出器に限定されるものではない。例えば、イメージインテンシファイアやＣＲ（Computed Radiography）のように被写体を透過することにより生成されるＸ線画像をディジタル信号として出力するものであれば、どのようなデバイスでも利用が可能である。
次に主方向決定部３の構成及び動作について説明する。図５は主方向決定部３の構成例を示すブロック図である。主方向決定部３は図２で説明したようにコンピュータのソフトウェア、或いは専用のハードウェア若しくはそれらの組み合わせにより実現することが出来る。
Ｘ線検出器２から出力されたＸ線画像は周波数解析部３０１により複数の方向に沿った周波数解析が行われる。以下に図６を参照して周波数解析部３０１の動作を例示する。
周波数解析部３０１は、例えば図６の（１）に示すような画像（Ｘ線画像）を入力し、図６の（２）で示される（Ａ）乃至（Ｄ）の４つの放射状の方向に沿って画像データをサンプリングし、４つのデータ列を抽出する。さらにこのデータ列の各々に対してフーリエ変換により周波数スペクトルを計算する。図６の（３）は算出された周波数スペクトルの一例を示している。周波数解析部３０１は、このように（Ａ）〜（Ｄ）の各方向に対応したデータ列に対して周波数のパワーを計算し、周波数パワーデータとして主方向解析部３０２に出力する。
主方向解析部３０２は、周波数解析部３０１からの周波数パワーデータに基づいて、画像における被写体の主方向が前述した（Ａ）乃至（Ｄ）のいずれに該当するかを解析する。本実施形態において主方向解析部３０２は、周波数解析部３０１より入力した周波数パワーデータをｐd、ｄ∈{Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ}とした時、次式に基づいて主方向ηを決定する。
ただしｕは空間周波数であり、
とする。
（式１）によれば、主方向ηは周波数分解により得られた空間周波数帯域Ｕにおいて所定の閾値Ｔ1以下の低周波成分を除外した周波数スペクトルの占める面積が最も小さい方向である。すなわち、解析対象とする方向の中で含まれる高周波成分が最も小さいもので、図６の（３）の例示においては（Ｂ）の方向が該当する。
なお、Ｔ1は被写体の性質等によって予め適切な値を設定すればよい。但し、Ｔ1として、被写体の平均輝度レベルに相当する直流成分は除外し、さらに主として観察対象となる被写体の構造が有する周波数成分よりも小さい値を選択することが望ましい。
また、透視撮影のようにＸ線量が小さい条件下で撮影が行われる際は、低線量化における量子ノイズの影響を除外するため、量子ノイズの影響を回避可能な第２の閾値Ｔ2を設定し、ｕの範囲を、
としてもよい。
なお、周波数解析部３０１における周波数分解の方法は、上述したフーリエ変換に限定される必要はなく、各方向別のデータの周波数成分を解析可能な方法であれば他の方法、例えば離散コサイン変換等であっても良い。以上のようにして主方向決定部３によって求められた主方向ηはＸ線発生装置１の制御回路１０１に出力される。
制御回路１０１は主方向決定部３から入力された主方向ηに基づいてＸ線発生装置１の電子放出素子１０４の駆動パターンを決定して電子放出素子駆動回路１０２を制御する。本実施形態では、ターゲット電極１０８上において電子線強度の主方向ηに平行な方向への分布が他の方向への分布よりも相対的に長くなるように電子放出素子駆動回路１０２及び／またはレンズ電極１０７を制御する。例えば、前述したように主方向ηが図６の（２）における方向（Ｂ）のように画像の垂直方向に該当する場合を想定する。この場合、制御回路１０１は、図４の（２）に示されるような縦長のＸ線焦点形状となるように電子放出素子駆動回路１０２による電子放出素子１０４の駆動パターンを制御する。
以上のような制御によれば、高周波成分の少ない方向（主方向η）に対して長くＸ線焦点が形成されることになる。高周波成分の少ない方向に対して鮮鋭度が低下したとしても画質上の影響は小さく、必要な鮮鋭度を維持することができるとともにＸ線焦点の面積を大きくすることができる。従って、鮮鋭度の維持と、大電流化の両立が可能となる。
以上は高周波成分が最も少ない方向を主方向として説明したが、逆に（式１）においてargminをargmaxとして高周波成分の最も多い方向を主方向としても良い。この場合、制御回路１０１は主方向に対して寸法が最も小さくなるような駆動パターンを選択して電子放出素子駆動回路１０２を制御する。上述した例においては、いずれの場合であっても図４の（２）に示されるような縦長のＸ線焦点が形成される。
また、図６の例示において各方向間で周波数成分の差異がなく（式１）において主方向ηが一意に決まらない場合、主方向解析部３０２はその旨を制御回路１０１に対して通知する。制御回路１０１はこのような場合に予め決められた駆動パターンを選択して電子放出素子駆動回路１０２を制御する。
このような駆動パターンとしては、例えば図４の（５）に示すように、水平、垂直方向に対して寸法が小さくなるようなものが選択されるようにすればよい。人間の視覚が、対角方向と比較して水平、垂直方向は鮮鋭度の低下に敏感であるためである。
図８は第１実施形態によるＸ線撮影処理を説明するフローチャートである。ステップＳ８０１において、主方向決定部３はＸ線検出器２からＸ線画像を取得する。ステップＳ８０２において主方向決定部３はＸ線画像を周波数解析して、当該画像の主方向を決定する。決定された主方向はＸ線発生装置１の制御回路１０１に通知される。ステップＳ８０３において、制御回路１０１は、主方向決定部３から通知された主方向への電子線強度の分布が他の方向のそれよりも大きく広がるように、電子放出素子の例えば選択的な駆動や、引き出し電極１０６、レンズ電極１０７の駆動パターンを決定する。そして、ステップＳ８０４においてこれらを実際に制御する。このようなＸ線発生装置１の駆動によりＸ線検出器２から２次元Ｘ線画像が取得され、診断のための画像として提供される（ステップＳ８０５）。
以上説明したように第１実施形態においては、取得された画像の周波数特性を解析し、高周波成分が小さい方向に対して伸びる形状となるようにＸ線焦点が形成される。これにより、高周波成分が大きい方向の鮮鋭度に大きな影響を与えることなく全体的な高電流化が可能となる。
なお、図８のフローチャートに示すステップＳ８０１およびＳ８０５においてＸ線画像が取得されるが、Ｘ線照射量はそれぞれの処理に適切な量が設定されてもよい。例えば、ステップＳ８０１におけるＸ線の照射量は周波数解析に必要なレベルで十分であり、被写体に対する被曝量を低減するために、ステップＳ８０１でのＸ線照射量をステップＳ８０５よりも小さくするようにしてもよい。
＜第２実施形態＞
前述した第１実施形態においては、主方向の決定はＸ線撮影された画像の周波数解析に基づいて行われたが、他の実施の形態として外部入力に基づいて決定するようにしても良い。以下にこの形態について説明する。
前述した第１実施形態においては、主方向の決定はＸ線撮影された画像の周波数解析に基づいて行われたが、他の実施の形態として外部入力に基づいて決定するようにしても良い。以下にこの形態について説明する。
第２実施形態において主方向決定部３は、Ｘ線検出器２からのＸ線画像に加えて外部から撮影情報を入力する。ここで撮影情報とは、撮影の対象となる被写体に関する情報や被写体の主方向に関する情報である。例えば医療用撮影装置においては、被写体が胸部、四肢、腹部等どの部位かを示す情報、視線方向を示す情報、撮影部位が四肢の場合に被写体が画像上どちらの方向に伸びているかを示す情報等が撮影情報として挙げられる。
図２で説明したように主方向決定部３がコンピュータのソフトウェアとして実現されている場合、例えば不図示のキーボード、マウス等の入力デバイスによりオペレータが直接に撮影情報を入力するように構成できる。また、主方向決定部３が専用のハードウェアで実現されている場合は、予め撮影対象毎にセットされたボタン等を用いて撮影情報が入力されるようにしても良い。
或いは、撮影装置が医療用撮影装置である場合は、直接オペレータの操作により入力するのではなく、放射線情報システムからオンラインで撮影情報を入力するように構成することもできる。
以下に一例として図６に示すように撮影部位が膝関節の場合について本実施形態における主方向決定部３の動作について説明する。
第２実施形態において、図５に示すように、撮影情報は周波数解析部３０１に入力される。ここで撮影情報は撮影部位の種類および方向であり、Ｘ線画像は図６の（４）に例示したように若干傾いた状態で撮影された膝関節であるとする。また、周波数解析部３０１は撮影部位に対応して予め関連付けられた周波数解析の方向を不図示のメモリに保持しており、例えば撮影部位が四肢の骨格系の場合には図６の（２）の４方向（（Ａ）〜（Ｄ））を選択するものとする。
さらに、周波数解析部３０１は、入力された撮影情報に含まれている「方向」に基づいて、図６の（２）の４つの方向を図６の（５）に示す４つの方向に回転する。なお、撮影情報に含まれる「方向」は、例えば、オペレータによって撮影対象の方向（角度）をキーボードから入力したものである。そして、図６の（５）に示す４つの方向について、第１実施形態で述べたのと同じように４つのデータ列を生成し、周波数スペクトルを計算する。以降の主方向決定部３の動作に関しては第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
なお制御回路１０１が駆動パターンを選択する際、第２実施形態では第１実施形態と異なり、被写体が若干回転した状態となっているため、主方向ηが図４に例示したパターンとは正確に一致しない可能性がある。この場合は、いずれかのパターンに最も近いものを選択するようにする。或いは、制御回路１０１が、ターゲット電極１０８上に形成される電子線強度の分布が主方向に対して長く分布するように、各電子放出素子１０４の駆動電流を調整するようにしてもよい。こうして、第１実施形態と同様の効果を得ること、即ち、高周波成分が大きい方向の鮮鋭度に大きな影響を与えることなく全体的な高電流化を実現することが可能となる。
また、第２実施形態においては、撮影部位および方向等の撮影情報が入力され、主方向を決定する際にはそれら撮影情報を用いて周波数解析が行われる。これにより、上述したように被写体が特有の方向に対して特徴を有することが予め分かっている場合には、その特徴に対する鮮鋭度を低下させないように撮影を行うことが可能となる。
＜第３実施形態＞
第１実施形態、第２実施形態においては被写体の主方向に応じてＸ線焦点の形状を変更し、被写体に応じて画像の鮮鋭度を確保するようにした。第３実施形態ではＸ線焦点が長い方向に対しても鮮鋭度を確保するＸ線撮影装置について説明する。
第１実施形態、第２実施形態においては被写体の主方向に応じてＸ線焦点の形状を変更し、被写体に応じて画像の鮮鋭度を確保するようにした。第３実施形態ではＸ線焦点が長い方向に対しても鮮鋭度を確保するＸ線撮影装置について説明する。
第３実施形態では図１に示した画像処理部４が主方向決定部３によって決定された主方向ηに基づいて、入力されたＸ線画像に対して鮮鋭化処理（周波数強調処理）を行うことを特徴とする。
図７は画像処理部４の構成を示したブロック図である。Ｘ線検出器２から入力されたＸ線画像Ｉは、高周波成分演算部４０２に入力される。また、主方向決定部３から入力された主方向ηはフィルタ選択部４０１に入力され、該主方向に応じた高周波成分抽出用フィルタが選択される。高周波成分演算部４０２は入力した画像Ｉに対して選択されたフィルタにより畳み込み演算を行って高周波成分Ｉｈを抽出し、これを加算器４０３に出力する。加算器４０３は入力画像Ｉと高周波成分Ｉｈを加算して鮮鋭化画像Ｉｅを出力する。
以下に第１実施形態で用いた例示に基づいて各部の動作を詳細に説明する。フィルタ選択部４０１は入力した主方向ηが図６の（２）に示される方向のいずれであるかに基づいて４種類のフィルタから最適なフィルタＧを選択し、高周波成分演算部４０２に出力する。なお、本実施形態において、主方向ηは高周波成分の少ない方向とする。
高周波成分演算部４０２は入力画像Ｉに対してフィルタＧにより畳み込み演算を行い高周波成分Ｉｈを求め、これを加算器４０３に出力する。加算器４０３は入力画像Ｉに対して重み付けをした高周波成分Ｉｈを加算する。したがって、以上の処理は次式（式３）、（式４）により表される。
ただし＊は畳み込み演算を表す。また、ｗは重み付け係数を表し、画像処理部４が読み込み可能な不図示のメモリに記憶されているものとする。なお、ｗの値は予め実験等により１つに決めておいても良いし、第２実施形態において説明したように撮影部位等に応じて最適な値を決めておき、入力した撮影情報から選択するようにしても良い。
以上のように、Ｘ線焦点形状を高周波成分の小さい方向（上述の例においては図６の（２）における（Ｂ）に相当する）に対して伸びるようにしたことによりこの方向の鮮鋭度が低下しても、画像処理により当該方向の高周波成分が選択的に強調される。すなわち、第3実施形態では、主方向の高周波成分を他の方向に対して相対的に強調するように２次元Ｘ線画像に対して周波数強調処理を行うので、鮮鋭度が非等方的になることが補正される。
＜第４実施形態＞
第３実施形態で説明した画像処理部４による画像処理は上述の方法に限定されず、様々な形態を取ることが可能である。例えば、第２実施形態において例示したように被写体が傾いており、その方向が任意の角度であっても本発明を適用することが可能である。以下に、任意の角度の主方向に対応可能な画像処理部４の例を説明する。
第３実施形態で説明した画像処理部４による画像処理は上述の方法に限定されず、様々な形態を取ることが可能である。例えば、第２実施形態において例示したように被写体が傾いており、その方向が任意の角度であっても本発明を適用することが可能である。以下に、任意の角度の主方向に対応可能な画像処理部４の例を説明する。
第４実施形態においては、フィルタ選択部４０１および高周波成分演算部４０２は下記の非特許文献に記載された方法により実現する。当該方法はフィルタを任意の角度で回転させることが可能であり、その詳細説明は当該文献に記載されているため省略する。以下に図７のフィルタ選択部４０１および高周波成分演算部４０２を合わせた処理ブロック４０４の機能として動作を説明する。
［非特許文献］ W. T. Freeman and E. H. Adelson, “The design and use of steerable filters”, IEEE Trans.Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol.13No.9, pp891-906, 1991
［非特許文献］ W. T. Freeman and E. H. Adelson, “The design and use of steerable filters”, IEEE Trans.Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol.13No.9, pp891-906, 1991
処理ブロック４０４は主方向ηに基づき下記のようにして高周波成分Ｉｈを計算する。ただし、第４実施形態において主方向ηは任意の角度（[度]）を表すものとする。なお、本実施形態において、主方向ηは高周波成分の少ない方向とする。
（式５）により得られた高周波成分Ｉｈは主方向ηの成分が強調されたものであり、これを（式３）により処理することで当該方向の鮮鋭度を上げることができる。
ただしＧ0 1およびＧ90 1はガウス分布の水平および垂直方向の一次導関数に相当するフィルタであり、本実施形態では次式により計算する。
ここでＧ0 1 TはＧ0 1の転置である。実際のフィルタの係数は（式６）におけるｘを次式により決定することで計算することが出来る。
ここでＮは基本となるフィルタのサイズ、Ｚは整数の集合であり、例えばＮを５、標準偏差σを１とした時は、フィルタの係数は次のようになる。
なおフィルタのサイズ、標準偏差σはＸ線焦点Ｆの大きさ、Ｘ線検出器２のＭＴＦ、さらにＸ線焦点Ｆと被写体Ｐ、Ｘ線検出器２の位置関係等によって予め適切な値が選択できるようにしておくことが好ましい。なお、ＭＴＦとは、modulation transfer functionであり、鮮鋭度の指標である。
すなわちフィルタ選択部４０１は予め不図示のメモリに複数のサイズ・標準偏差から計算されたフィルタを記憶しておく。そして、Ｘ線焦点Ｆが大きい、又は図２に示すＸ線焦点Ｆと被写体Ｐ間の距離ａとＸ線検出器２と被写体Ｐ間の距離ｂの比ｂ／ａが大きくなるにつれて、より高周波強調の効果が強くなるようにサイズ、又は標準偏差σの大きなフィルタを選択するようにすればよい。
或いは、加算器４０３において、ｗを大きくすることでより高周波強調するようにしてもよい。また、前述したＸ線検出器２のＭＴＦ、距離の比ｂ／ａ等は、例えばＸ線撮影装置内のメモリに予め記憶されていてもよいし、撮影中に被写体Ｐを載せたテーブルやＣ型アーム２１の上下動をセンサで感知することにより取得してもよい。そして、図７に示すように装置情報として画像処理部４に入力される。
以上説明したように、第４実施形態によれば任意の方向に対する高周波成分の強調を行うことが出来る。したがって、Ｘ線焦点の形状を非等方的としたことで鮮鋭度が低下した方向が任意の角度の場合でも、それを補正することが可能となる。
以上のように、上記各実施形態に拠れば、電子ビームを放出する複数の電子放出素子１０４を個別に駆動可能な電子放出素子駆動回路１０２と、制御回路１０１により、ターゲット電極１０８上に任意形状のＸ線焦点を形成可能とした。これにより、Ｘ線発生装置を用いた撮影において特定の方向に対して鮮鋭度を持った画像を生成することができる。従って、高周波成分が最小となる方向を主方向として、この主方向に沿った方向に延びるＸ線焦点形状を形成することができる。このように鮮鋭度の影響を受けにくい方向にＸ線焦点を延ばすことで、鮮鋭度の低下の防止と、Ｘ線焦点の大面積化を図ることができる。即ち、鮮鋭度を保ちながら、画質を維持するのに十分な電子（電流）をターゲット電極に供給できる。
また、上記各実施形態に係るＸ線撮影装置に拠れば、Ｘ線検出器２で得られた２次元Ｘ線画像から、主方向決定部３によって決定された主方向に応じてＸ線焦点の形状が制御される。これにより、撮影対象物に応じて鮮鋭度を保ちつつ、大電流化を達成することで撮影画像の画質を向上させることができる。
また、上記第３、第４実施形態のＸ線撮影装置に拠れば、任意形状のＸ線焦点形状によってある方向の解像度が低下したとしても、画像処理部４がその方向に対して鮮鋭化処理を行うことで、診断への影響を抑制することが出来る。
［他の実施形態］
尚、本発明は、ソフトウェアのプログラムをシステム或いは装置に直接或いは遠隔から供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することによって前述した実施形態の機能が達成される場合を含む。この場合、供給されるプログラムは実施形態で図に示したフローチャートに対応したコンピュータプログラムである。
尚、本発明は、ソフトウェアのプログラムをシステム或いは装置に直接或いは遠隔から供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することによって前述した実施形態の機能が達成される場合を含む。この場合、供給されるプログラムは実施形態で図に示したフローチャートに対応したコンピュータプログラムである。
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等の形態であっても良い。
コンピュータプログラムを供給するためのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体としては以下が挙げられる。例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ）などである。
その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、該ホームページから本発明のコンピュータプログラムをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることが挙げられる。この場合、ダウンロードされるプログラムは、圧縮され自動インストール機能を含むファイルであってもよい。また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明に含まれるものである。
また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布するという形態をとることもできる。この場合、所定の条件をクリアしたユーザに、インターネットを介してホームページから暗号を解く鍵情報をダウンロードさせ、その鍵情報を使用して暗号化されたプログラムを実行し、プログラムをコンピュータにインストールさせるようにもできる。
また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどとの協働で実施形態の機能が実現されてもよい。この場合、ＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される。
さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれて前述の実施形態の機能の一部或いは全てが実現されてもよい。この場合、機能拡張ボードや機能拡張ユニットにプログラムが書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行なう。
Claims (9)
- 複数の電子放出素子を有し、駆動された電子放出素子に対応した電子ビームを発生する電子ビーム発生手段と、
前記電子ビーム発生手段で発生した電子ビームの照射位置をＸ線焦点としたＸ線を発生するターゲット電極と、
前記電子ビーム発生手段と前記ターゲット電極との間に設けられ、前記電子ビームの形成を行うためのレンズ電極と、
前記ターゲット電極から発生したＸ線を検出することにより２次元Ｘ線画像を生成する検出手段と、
前記検出手段で検出された前記２次元Ｘ線画像を方向別に周波数解析し、高周波成分の少ない方向の電子線強度の分布が高周波成分の多い方向の電子強度の分布よりも相対的に長くなるように、前記ターゲット電極に形成すべきＸ線焦点形状を決定する決定手段と、
前記ターゲット電極において、Ｘ線焦点の集合によって形成されるＸ線焦点形状が前記決定手段により決定されたＸ線焦点形状になるように、前記複数の電子放出素子の駆動を個別に制御するとともに、前記レンズ電極の駆動を制御する駆動制御手段と、を備えることを特徴とするＸ線撮影装置。 - 前記決定手段は、
前記２次元Ｘ線画像に対して複数の方向において周波数解析を行い、高周波成分が最小となる方向を主方向として決定する主方向決定手段を有し、
前記主方向に基づいて前記ターゲット電極に形成すべき前記Ｘ線焦点形状を決定することを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮影装置。 - 撮影対象の部位を示す情報を含む撮影情報を入力する入力手段を更に備え、
前記主方向決定手段は、前記周波数解析を行なうべき複数の方向を、前記撮影情報が示す前記撮影対象の部位に基づいて選択することを特徴とする請求項２に記載のＸ線撮影装置。 - 前記撮影情報はさらに前記２次元Ｘ線画像における対象の方向を示す情報を含み、
前記主方向決定手段は、前記撮影対象に基づいて選択された、周波数解析すべき複数の方向を、前記対象の方向を示す情報に基づいて回転させることを特徴とする請求項３に記載のＸ線撮影装置。 - 前記駆動制御手段は、前記ターゲット電極上の電子線強度の前記主方向に平行な方向への分布が他の方向への分布よりも相対的に長く広がるように、前記複数の電子放出素子の駆動及び前記レンズ電極の駆動を制御することを特徴とする請求項請求項２乃至４のいずれか１項に記載のＸ線撮影装置。
- 前記検出手段で検出された２次元Ｘ線画像に対して周波数強調処理を行う画像処理手段を更に備え、
前記画像処理手段は、前記主方向の高周波成分を他の方向に対して相対的に強調することを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載のＸ線撮影装置。 - 複数の電子放出素子を有し、駆動された電子放出素子に対応した電子ビームを発生する電子ビーム発生手段と、
前記電子ビーム発生手段で発生した電子ビームの照射位置をＸ線焦点としたＸ線を発生するターゲット電極と、
前記電子ビーム発生手段と前記ターゲット電極との間に設けられ、前記電子ビームの形成を行うためのレンズ電極と、
前記ターゲット電極から発生したＸ線を検出することにより２次元Ｘ線画像を生成する検出手段と、を備えたＸ線撮影装置の制御方法であって、
前記検出手段で検出された前記２次元Ｘ線画像を方向別に周波数解析し、高周波成分の少ない方向の電子線強度の分布が高周波成分の多い方向の電子強度の分布よりも相対的に長くなるように、前記ターゲット電極に形成すべきＸ線焦点形状を決定する決定工程と、
前記ターゲット電極において、Ｘ線焦点の集合によって形成されるＸ線焦点形状が前記決定工程において決定されたＸ線焦点形状になるように、前記複数の電子放出素子の駆動を個別に制御するとともに、前記レンズ電極の駆動を制御する駆動制御工程と、を備えることを特徴とするＸ線撮影装置の制御方法。 - 請求項７に記載のＸ線撮影装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項８に記載のプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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