JP5077587B2 - 放射線撮像装置 - Google Patents
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Description
X線撮影装置では、X線管から被検体に向けてX線を照射し、被検体を透過したX線を検出し、その検出されたX線に基づいてX線画像を得ることでX線撮影を行う。X線が被検体を透過する際には、被検体にX線が衝突することにより散乱線が発生し、その散乱線によって画像にボケが生じる。
(1) モアレ縞が生じないようにX線検出器と同じ周波数特性を持つグリッドを使用するというものが知られている。
(2) また、X線照射中にグリッドを移動させてモアレ縞を消すようにすることもある。
[A] グリッドパターンを垂直に横切る方向(すなわち、グリッド目と垂直方向)に低域通過型フィルタ(LPF: Low Pass Filter)を施す、或いは、
[B] グリッドパターンを垂直に横切る方向に高域通過型フィルタ(HPF: High Pass Filter)を施すことでグリッド周波数成分を含む高周波成分を抽出した後に、元画像からその抽出された高周波数成分を差し引くことによりグリッド周波数成分をも除去する、
処理に例示されるようなものが挙げられる。
具体的に説明すると、元画像をフーリエ変換し、スペクトル強度を求めると、図12に示す通り、横方向のビニングサイズが×1の画像の場合、ナイキスト周波数Nqの1/2付近と1付近にグリッド周波数のピークが現れる(図13(a)参照)。同様に横方向のビニングサイズが×2の画像の場合、ナイキスト周波数Nqの1付近にグリッド周波数のピークが現れる(図13(b)参照)。
この、ピークが現れる周波数については、グリッドの配列間隔をlg、検出画素間隔をlpとし、lg<lpであるとしたとき、モアレ縞のピッチlmは、
lm=lp×lg/(lp−n×lg)
ここで、n=0,1,2,・・・
lgがlpの2倍以内の場合はn=1、3倍以内の場合はn=2
と表わされることから、グリッド周波数のピークに相当する周波数fmは、
fm=(lp−n×lg)/lp×lg (第2次高調波はこれの2倍)
として得られる。
なお、図5(a)に示される右側すなわち2つ目のピークは、左側のグリッド周波数のピーク(ピークが現れる周波数=fm)の第2次高調波に相当する。
上記のバンドパス抽出はこれらのピークを検出して、元画像から該当周波数を抽出する技法である。ところが、このピーク以外の周波数領域にもグリッドのばらつき等に起因して、下記の通りモアレ縞の取れ残りが存在してしまうという問題は依然として残ったままである。
また、(2)X線照射中にグリッドを移動させる場合は、移動機構・装置が別途必要であり、装置全体の大型化を招来するとともに、製造コストの上昇ももたらすという問題がある。
前記グリッド周波数成分除去処理手段は、前記元画像に対して、前記グリッドパターンを垂直に横切る方向に帯域通過処理を施すことで前記元画像からバンドパス抽出によるバンドパスグリッド画像を得る処理を行う帯域通過型フィルタと、前記元画像に対して、前記グリッドパターンを垂直に横切る方向に高域通過処理を施し、前記帯域通過型フィルタによる帯域通過処理によって抽出される前記グリッドパターンの周波数成分を通過させることで前記元画像からハイパス抽出によるハイパスグリッド画像を得る処理を行う高域通過型フィルタと、前記ハイパスグリッド画像から前記バンドパスグリッド画像を差し引く第1の差分手段と、該差分画像に対して前記グリッドパターンと平行な方向に低域通過処理を行って前記バンドパスで抽出しきれていないグリッド周波数成分からなる差分グリッド画像を得る処理を行う低域通過型フィルタと、前記差分グリッド画像を前記バンドパスグリッド画像に足し込み、バンドパス+差分グリッド画像を別に作成する加算手段と、および、前記バンドパス+差分グリッド画像を前記元画像から差し引く第2の差分手段と、からなることを特徴とするものである。
前記元画像に対して、前記グリッドパターンを垂直に横切る方向に帯域通過型フィルタによる帯域通過処理を施すことで前記元画像からバンドパス抽出によるバンドパスグリッド画像を得る処理と、前記元画像に対して前記グリッドパターンを垂直に横切る方向に、高域通過型フィルタであって、前記帯域通過型フィルタによる帯域通過処理によって抽出される前記グリッドパターンの周波数成分をも通過させ得るものによる高域通過処理を施すことで、前記元画像からハイパス抽出によるハイパスグリッド画像を得る処理と、前記ハイパスグリッド画像から前記バンドパスグリッド画像を差し引き、この差分画像に対して前記グリッドパターンと平行な方向に低域通過型フィルタによる低域通過処理を施して、前記バンドパスで抽出しきれていないグリッド周波数成分からなる差分グリッド画像を得る処理と、前記差分グリッド画像を前記バンドパスグリッド画像に足し込んでなるバンドパス+差分グリッド画像を別に作成する処理と、および、前記バンドパス+差分グリッド画像を前記元画像から差し引いてバンドパス+ハイパス処理画像を得る処理と、からなることを特徴とするものである。
また、こうして抽出された、バンドパスで抽出し切れていないモアレ縞の画像成分(差分グリッド画像)を、バンドパス抽出のグリッド画像(バンドパスグリッド画像)に足し込んでいわゆる合成グリッド画像(バンドパス+差分グリッド画像)を作成し、このバンドパス+差分グリッド画像を元画像から差し引く処理を行うことで、元画像から取れ残しなくモアレ縞を除去(バンドパス+ハイパス処理画像)することが可能となる。
すなわち本発明によれば、グリッド画像を差し引いた元画像において従来取り除けないでいたモアレ縞の取れ残りを除去し、鮮明な処理画像を提供することが可能となる。
本明細書中におけるビニング或いはビニングサイズについて、ビニングとはいくつかのピクセルをひとまとめに取り扱うことを言う。例えば、図14(a)に示すように縦横2×2の合計4画素分PAを図14(b)に示すように1つの画素PBにまとめるよう取り扱うことは2×2のビニングに相当する。1つの画素にまとめることで、例えば、図14(a)に示すように縦横1024×1024の画素からなるX線画像が、図14(b)に示すように、縦横512×512の画素からなるX線画像になる(データサイズが1/4に節約できる)。
ところで、ビニングサイズが×1と言う場合、これは1×1のビニングに相当するが、この画像では個々のピクセルそのままが使用されることを意味する。一方、ビニングサイズが×2と言う場合、これは2×2のビニングに相当するが、この場合縦横合計4つの隣接しているピクセルの領域が結合されて1つのより大きいピクセルになることを意味する。なおこの場合、光への感度は4倍になるが(4つのピクセル分)、画像の解像度は半分に落ちる。図14はこの効果も示している。
本明細書中におけるナイキスト周波数Nqとは、或る信号を標本化するとき、そのサンプリング周波数のfsの1/2の周波数を言う。ナイキスト周波数Nqを超える周波数成分は標本化した際に折り返し(エイリアシングとも言う)という現象を生じ、再生時に元の信号として忠実には再現されない。
なお、以下の説明では放射線撮像装置としてX線撮影装置を例に採って説明する。
図1に示すように、X線撮影装置100は、被検体Mを載置する天板1と、その被検体Mに向けてX線を照射するX線管2と、被検体Mを透過したX線を検出するフラットパネル型X線検出器(以下、「FPD」と略記する)3とを備えている。なお、X線検出器としては、FPD以外にもイメージインテンシファイアやX線フィルムでもよい。X線管2は、この発明における放射線照射手段に相当する。
X線管制御部7は、X線管2を水平移動させたり、被検体Mの体軸の軸心周りに回転移動させることによる走査に関する制御や、X線管2側のコリメータ(図示省略)の照視野の設定の制御などを行う。
なお、X線管2やFPD3の走査の際には、X線管2から照射されたX線をFPD3が検出できるようにX線管2およびFPD3が互いに対向しながらそれぞれの移動を行う。
一方、散乱線以外のX線がX線グリッド14に入射される際にはアルミニウムや鉛にほぼ平行に進行するので、アルミニウムを透過してFPD3に入射されて検出される。X線グリッド14は、この発明における散乱線除去グリッドに相当する。
図2に示すように、この発明におけるグリッド周波数成分除去処理手段に相当する画像処理部9は、帯域通過型フィルタ21(バンドパスフィルタ。図2では「BPF」で表記)と、高域通過型フィルタ22(ハイパスフィルタ。図2では「HPF」で表記)と、差分手段に相当する減算器23、24と、加算手段に相当する加算器26と、後述する縦ローパス処理を行うための低域通過型フィルタ(ローパスフィルタ)25と、を備えて構成されている。各構成要素の接続関係は図2に示す通りである。なお以下の説明では、ビニング処理に関連する構成及びビニング処理の過程については省略して説明を行うものとする。
画像処理の過程については、図3、図4及び図5も参考にしながら後段で改めて説明する。なお、図5に示す(a)〜(e)の夫々の周波数特性図は、下記のフィルタ処理等により抽出等される周波数成分のレベル[dB]を示している。
fm=(lp−n×lg)/lp×lg
とされる。ここで、n=0,1,2,・・・、lg:グリッドの配列間隔、lp:検出画素間隔、lg<lp、lgがlpの2倍以内の場合はn=1、3倍以内の場合はn=2、である。
次に、画像処理部9による一連の画像処理について、図2の画像処理部のブロック図、図3のシステム構成図、図4のフローチャート、及び図5の説明図を参照して解説する。
本発明では、元画像からバンドパス抽出(図5(a)参照)のグリッド画像(バンドパスグリッド画像)とハイパス抽出(図5(b)参照)のグリッド画像(ハイパスグリッド画像)の2通りのグリッド画像を作成する。
ここで、図5(b)に示す通り、バンドパスで抽出し切れていないグリッド周波数成分からなるモアレ縞は、ハイパスでは抽出できているため、この2つのグリッド画像の差分(参考:図5(c))を利用して、その縞を抽出する。
そして、本発明では得られた差分グリッド画像(参考:図5(d))を、バンドパス抽出(図5(a)参照)のバンドパスグリッド画像に足し込んでいわゆる合成グリッド画像(バンドパス+差分グリッド画像)を作成する(参考:図5(e))。これが、上記グリッドのばらつきから生じる成分をも包含したグリッド周波数成分を示したデータとなる。
このように、本発明によればグリッド周波数成分からなるモアレ縞を残さず、かつ、それ以外の周波数成分は残したモアレ縞除去処理を行うことができる。
以下、本実施形態に係る画像処理の詳細な流れにつき、工程毎に順を追って説明する。
X線管2から被検体Mに向けてX線を照射し、被検体Mを透過したX線をフラットパネル型X線検出器(FPD)3が検出する。FPD3に入射される前にX線グリッド14を透過することで散乱線が除去される。これによってX線グリッド14によるグリッドパターン(モアレ縞)が映りこんだ元画像が収集される。
図5(a)に示す通り、FPD3で検出、収集された元画像に対して、グリッドパターンを垂直に横切る方向に、バンドパスフィルタ21による帯域通過処理(BPF処理)を施すことで元画像からグリッド周波数成分をバンドパス抽出し、グリッド画像(バンドパスグリッド画像)を作成する。ここで、バンドパスフィルタ21の通過域は、上記したグリッド周波数のピークが現れる帯域に相当する周波数fm周辺と、その第2次高調波が現れる帯域に設定されている。
なお、以下図5の説明図を参照して解説する各処理に関し、図5(a)及び(b)に示すステップS1及びS2における抽出はグリッドと垂直方向の画素ライン毎に行なわれるほか、続く各ステップを経て最終的に元画像から取れ残しなくモアレ縞を除去した補正すなわち画像処理後の画像(バンドパス+ハイパス処理画像)を得る過程も、図5(d)に示す縦ローパス処理のほかは上記画素ライン毎に処理が行なわれる。
ステップS1同様、図5(b)に示す通り、FPDで検出、収集された元画像に対して、グリッドパターンを垂直に横切る方向に、ハイパスフィルタ22による高域通過処理(HPF処理)を施すことで、元画像からグリッド周波数成分を含む高周波成分を通過させ、抽出する(ハイパスグリッド画像)。ハイパスフィルタ22の遮断周波数については、上記バンドパスフィルタ21による帯域通過処理によって抽出されるグリッド周波数のピークに相当する周波数である、
fm=(lp−n×lg)/lp×lg
とされる。ここで、n=0,1,2,・・・、lg:グリッドの配列間隔、lp:検出画素間隔、lg<lp、lgがlpの2倍以内の場合はn=1、3倍以内の場合はn=2、である。
得られたバンドパスグリッド画像とハイパスグリッド画像については次に、減算器23によって差分がとられる。
これに縦ローパス処理が加えられる(ステップS3−2、差分グリッド画像)。
ステップS3−1において差分がとられた後は、この差分画像に対して、グリッドパターンと平行な方向に、ローパスフィルタ25による低域通過処理(縦ローパス処理。図5(d)参照)を加える。これは、上記グリッドのばらつきから生じる成分すなわち、バンドパスで抽出し切れていないグリッド周波数成分からなる縞のみは縦の方向性を持つことによるものである。縦ローパス処理を行うことで上記差分画像には(バンドパスで抽出し切れていない)グリッドの縞のみが残ることとなる。以上のようにして、「バンドパスで抽出し切れていない」グリッドの縞を抽出する(差分グリッド画像)。
なお、図5(d)に係るこのステップでも、図5(c)に示す場合同様、図5(c)における第2次高調波より高いグリッド周波数成分が非常に小さいが存在する可能性がある。図5(d)から解るとおり、存在する場合でも、ほとんど無視できるほど小さいレベルにある。
その後、得られた差分グリッド画像を先に求めたバンドパスグリッド画像に加えることによって、バンドパス+差分グリッド画像を取得する。これが、上記グリッドのばらつきから生じる成分をも包含したグリッド周波数成分を示したデータとなる。
そして、元画像からバンドパス+差分グリッド画像を差し引くことによって、最終的に求めるべきバンドパス+ハイパス処理画像を取得する。
以上の各処理過程を通じて得られたこのバンドパス+ハイパス処理画像では、元画像から、高周波成分を維持しつつも、グリッド周波数成分が確実に除去されており、いわゆるモアレ縞の取れ残しの問題が解消されていることが理解できる。
図6〜12は、本発明に係る放射線撮像装置のグリッド周波数成分除去処理手段に相当する画像処理部9において行われる処理の流れを示す参考画像の一例である。図6〜12に係る画像は、本実施例に係る放射線撮像装置100において行われる画像処理の各処理過程毎の画像である。これらは全て、或る被検体サンプルMを撮影したときに得られる画像の一例であり、本実施例に係る放射線撮像装置おいて行われる画像処理の各処理過程を説明するべく記録されたものである。したがって、本実施例に係る放射線撮像装置を用いて実際にこの被検体サンプルMを撮影したときに得られるのは、図12に係る画像(バンドパス+ハイパス処理画像57)であることを念のため断わっておく。
図6は、元画像51を示すものである。すなわち図6は、被検体M及びX線グリッド14を透過し、FPD3で検出、収集されたX線照射画像そのもの(=何も画像処理をしない状態の画像)を示すものである。図6の元画像では、グリッドによるモアレ縞が写り込んでいるのが理解される。
図7は、図6に係る元画像51からバンドパスフィルタ21で抽出したグリッド画像(バンドパスグリッド画像52)である(参考:ステップS1及び図5(a))。
図8は、図6に係る元画像から図7に係るバンドパスグリッド画像52を差し引いた画像(バンドパス処理画像53)である。この画像では、全体的に縦線が残っているのが理解される。
図8に示すように、従来技術の下ではこの程度までしかグリッド周波数成分を除去することができず、グリッド画像を差し引いたX線照射画像においてモアレ縞の取れ残りが存在してしまうという課題があった。上記した通り、本発明は、以下の画像処理工程を備えることによってこの課題を解決するものである。
図10は、図7に係るバンドパスグリッド画像52と図9に係るハイパスグリッド画像54の差分に縦ローパス処理を加えた画像(差分グリッド画像55)である(参考:ステップS3−1、S3−2及び図5(c)、(d))。
図11は、図10に係る差分グリッド画像55を図7に係るバンドパスグリッド画像52に加えた画像(バンドパス+差分グリッド画像56)である(参考:ステップS4及び図5(e))。
図12は、最終的に図6に係る元画像から図11に係るバンドパス+差分グリッド画像56を差し引くことによって得られる結果(バンドパス+ハイパス処理画像57)である(ステップS5参照)。この画像では、縦線が消えているのが理解される。
以下、本実施例で行われる画像処理の流れにつき、図3、図4及び図5に基づき順を追って説明する。なお、説明の前提としてFPD3にはX線グリッド14によるグリッドパターン(モアレ縞)が映りこんだ図6に係る元画像51が収集されている。
。
その後、得られた図10に係る差分グリッド画像55を図7に係るバンドパスグリッド画像52に足し込み、図11に係るバンドパス+差分グリッド画像56を取得する(ステップS4。参考:図5(e))。
この、図12に係るバンドパス+ハイパス処理画像57こそが、本実施例を通じて得るべき結果である。図8に係るバンドパス処理画像53に比してこの図12に係るバンドパス+ハイパス処理画像57では、縦線が消えているのが理解される。
なお、本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
1 天板
2 X線管
3 FPD
4 天板制御部
5 FPD制御部
6 高電圧発生部
7 X線管制御部
8 A/D変換器
9 画像処理部
10 コントローラ
11 メモリ部
12 入力部
13 モニター
14 X線グリッド
21 バンドパスフィルタ
22 ハイパスフィルタ
23、24 減算器
25 ローパスフィルタ
26 加算器
100 放射線撮像装置
Claims (2)
- 放射線発生器と、
被検体を透過した放射線が入射するように配置され、放射線の高吸収率部と低吸収率部とが交互に平行に配列されてなる散乱線除去グリッドと、
前記散乱線除去グリッドを経た放射線が入射するように配置され、前記グリッドパターンを垂直に横切る縦又は横の少なくとも一方向の空間的サンプリング周期が等しい放射線検出器と、
前記散乱線除去グリッドを透過して前記放射線検出器で検出及び収集された元画像からグリッド周波数成分を除去する処理を行うグリッド周波数成分除去処理手段と、
を備えた放射線撮像装置であって、
前記グリッド周波数成分除去処理手段は、 前記元画像に対して、前記グリッドパターンを垂直に横切る方向に帯域通過処理を施すことで前記元画像からバンドパス抽出によるバンドパスグリッド画像を得る処理を行う帯域通過型フィルタと、
前記元画像に対して、前記グリッドパターンを垂直に横切る方向に高域通過処理を施し、前記帯域通過型フィルタによる帯域通過処理によって抽出される前記グリッドパターンの周波数成分を通過させることで前記元画像からハイパス抽出によるハイパスグリッド画像を得る処理を行う高域通過型フィルタと、
前記ハイパスグリッド画像から前記バンドパスグリッド画像を差し引く第1の差分手段と、
該差分画像に対して前記グリッドパターンと平行な方向に低域通過処理を行って前記バンドパスで抽出しきれていないグリッド周波数成分からなる差分グリッド画像を得る処理を行う低域通過型フィルタと、
前記差分グリッド画像を前記バンドパスグリッド画像に足し込み、バンドパス+差分グリッド画像を別に作成する加算手段と、および、
前記バンドパス+差分グリッド画像を前記元画像から差し引く第2の差分手段と、からなることを特徴とする放射線撮像装置。 - 放射線発生器と、
被検体を透過した放射線が入射するように配置され、放射線の高吸収率部と低吸収率部とが交互に平行に配列されてなる散乱線除去グリッドと、
前記散乱線除去グリッドを経た放射線が入射するように配置され、前記グリッドパターンを垂直に横切る縦又は横の少なくとも一方向の空間的サンプリング周期が等しい放射線検出器と、
を含んでなる放射線撮像装置において、
前記散乱線除去グリッドを透過して前記放射線検出器で検出及び収集された元画像からグリッド周波数成分を除去する方法であって、
前記元画像に対して、前記グリッドパターンを垂直に横切る方向に帯域通過型フィルタによる帯域通過処理を施すことで前記元画像からバンドパス抽出によるバンドパスグリッド画像を得る処理と、
前記元画像に対して前記グリッドパターンを垂直に横切る方向に、高域通過型フィルタであって、前記帯域通過型フィルタによる帯域通過処理によって抽出される前記グリッドパターンの周波数成分をも通過させ得るものによる高域通過処理を施すことで、前記元画像からハイパス抽出によるハイパスグリッド画像を得る処理と、
前記ハイパスグリッド画像から前記バンドパスグリッド画像を差し引き、この差分画像に対して前記グリッドパターンと平行な方向に低域通過型フィルタによる低域通過処理を施して、前記バンドパスで抽出しきれていないグリッド周波数成分からなる差分グリッド画像を得る処理と、
前記差分グリッド画像を前記バンドパスグリッド画像に足し込んでなるバンドパス+差分グリッド画像を別に作成する処理と、および、
前記バンドパス+差分グリッド画像を前記元画像から差し引いてバンドパス+ハイパス処理画像を得る処理と、
からなることを特徴とするグリッド周波数成分の除去方法。
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