JP5361575B2 - Ｘ線画像撮影装置及び画像処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、原画像上に現れるグリッド影の除去処理を行なうＸ線画像撮影装置及び画像処理装置に関する。

従来から、Ｘ線等の放射線を人体等の被検体に照射して、被検体を透過したＸ線を検出して投影データを取得し、その投影データを基に画像データを生成するＸ線画像撮影装置が知られている。

Ｘ線画像撮影装置によってＸ線を検出する場合、照射されるＸ線に基づく、被検体により散乱された散乱線を吸収させるべく、検出器の検出面の前面に４本／ｍｍ程度の細かなピッチでＸ線の透過しない鉛等と透過しやすいアルミニウムや木材等とが交互に配置されたグリッドを配置して撮影を行なうことがある。このグリッドを用いて撮影を行なうと散乱線が検出器に到達し難くなるため、被検体の画像のコントラストを向上させることができるが、画像上に被検体の他、グリッドに起因する細かな縞模様状のグリッド影が現れる。

そこで、画像上のグリッド影を画像から除去すべく、グリッドを移動させながら撮影を行なう技術や、画像処理後の原画像に対してガボールフィルタ、ウェーブレット変換処理を用いた技術等が開示されている（例えば、特許文献１，２参照。）。

特開２００１−２２３９０１号公報 特開２００１−１８９８６６号公報

しかしながら、従来技術によると、以下のような問題点がある。
１．画像上のグリッド影の除去が不十分（グリッド影が残る）
２．グリッドを移動させない撮影に基づく原画像との比較において画像上の診断に有用な情報（被検体影）の劣化
３．画像のアーチファクトの発生

本発明は、上述のような事情を考慮してなされたもので、除去困難なグリッド影を含む原画像から、診断に有用な情報を劣化させずにグリッド影を十分に除去できるＸ線画像撮影装置及び画像処理装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＸ線画像撮影装置は、上述した課題を解決するために、Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、前記Ｘ線検出手段の前面に備えられ、前記Ｘ線に基づく散乱線を透過させないグリッド板を有するグリッドと、前記Ｘ線検出器の出力を基にＸ線画像の原画像を生成する画像生成手段と、前記原画像に対して二次元ウェーブレット変換処理を１回施して、ウェーブレット変換係数群をそれぞれ算出する変換処理手段と、前記グリッド板に起因する前記原画像上のグリッド板影の長軸方向に応じて前記ウェーブレット変換係数群から選択されたウェーブレット変換係数に対して前記長軸方向に長い矩形のカーネルを有する平滑化フィルタを用いてフィルタ処理を施して、フィルタ処理後のウェーブレット変換係数を生成するフィルタ処理手段と、前記フィルタ処理後のウェーブレット変換係数のみを用いて逆ウェーブレット変換処理を行なって、前記グリッド板影を抽出した抽出画像を生成する逆変換処理手段と、前記原画像と前記抽出画像との差分処理を行なって、差分画像を生成する差分処理手段と、前記差分画像を表示する表示手段と、を有する。

本発明に係る画像処理装置は、上述した課題を解決するために、Ｘ線画像の原画像に対して二次元ウェーブレット変換処理を１回施して、ウェーブレット変換係数群をそれぞれ算出する変換処理手段と、検出器前面のグリッドが有するグリッド板に起因する前記原画像上のグリッド板影の長軸方向に応じて前記ウェーブレット変換係数群から選択されたウェーブレット変換係数に対して前記長軸方向に長い矩形のカーネルを有する平滑化フィルタを用いてフィルタ処理を施して、フィルタ処理後のウェーブレット変換係数を生成するフィルタ処理手段と、前記フィルタ処理後のウェーブレット変換係数のみを用いて逆ウェーブレット変換処理を行なって、前記グリッド板影を抽出した抽出画像を生成する逆変換処理手段と、前記原画像と前記抽出画像との差分処理を行なって、差分画像を生成する差分処理手段と、前記差分画像を表示する表示手段と、を有する。

本発明に係るＸ線画像撮影装置及び画像処理装置によると、除去困難なグリッド影を含む原画像から、診断に有用な情報を劣化させずにグリッド影を十分に除去できる。

本実施形態のＸ線画像撮影装置の構成を示すブロック図。 本実施形態のＸ線画像撮影装置に備えるグリッドの構成を示す側方断面図／上面図。 本実施形態のＸ線画像撮影装置による画像処理後の原画像の例を示す模式図。 本実施形態のＸ線画像撮影装置による画像処理後の原画像の例を示す模式図。 本実施形態のＸ線画像撮影装置の画像処理装置の機能を示すブロック図。 図５に示す原画像を二次元ウェーブレット変換処理して算出されるウェーブレット変換係数（画像）を示す模式図。 ウェーブレット変換係数（ＬＨ１）に対してフィルタリングを行なう、水平方向に長いフィルタの一例を示す図。 ウェーブレット変換係数（ＨＬ１）に対してフィルタリングを行なう、垂直方向に長いフィルタの一例を示す図。 ファントム撮影による原画像の一例を示す図。 ファントム撮影による原画像に対して、従来技術のガボールフィルタを用いたグリッド影の除去処理を行なって表示される画像の一例を示す図。 ファントム撮影による原画像に対して、本実施形態のＸ線画像撮影装置のグリッド影の除去処理を行なって表示されるサブトラクション画像の一例を示す図。

本発明に係るＸ線画像撮影装置及び画像処理装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態のＸ線画像撮影装置の構成を示すブロック図である。

図１は、本実施形態のＸ線画像撮影装置１を示す。Ｘ線画像撮影装置１は、撮影台装置１１及び画像処理装置１２によって構成される。

撮影台装置１１は、Ｘ線管１１１、グリッド１１２、ＦＰＤ（平面検出器：ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）１１３、高電圧供給装置１１４、及びＡ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ）変換部１１５を備える。

Ｘ線管１１１は、高電圧供給装置１１４から高電圧電力の供給を受けて、この高電圧電力の条件に応じて被検体（人体Ｐの撮影部位）を介してＦＰＤ１１３に向かってＸ線を照射するための真空管である。なお、Ｘ線管１１１の前面に、Ｘ線管１１１によって発生されたＸ線の線質を調整したり照射野を制限したりするための線質調整フィルタ／照射野制限マスクを備えてもよい。

グリッド１１２は、ＦＰＤ１１３の前面に備えられる。グリッド１１２は、ＦＰＤ１１３に入射する散乱線を吸収して画像のコントラストを改善するために、Ｘ線吸収の大きい鉛等によって形成されるグリッド板１１２ａ（図２に図示）と透過しやすいアルミニウムや木材等とが交互に配置される。グリッド板１１２ａは、例えば、Ｘ線が入射する第１方向と、Ｘ線の入射面上の第２方向とによって形成される板状部材であり、第１方向及び第２向に直交する第３方向に一定間隔を空けて複数配列される。グリッド１１２のグリッド密度が大きいほど、グリッド板１１２ａの厚さが薄くなるので、グリッド板１１２ａによる画像上の陰影（グリッド板影）は目立たなくなる。グリッド１１２の必要な撮影部位は、成人の頭部、胸部、腹部、股関節、骨盤、及び乳房等である。グリッド１１２には、例えば、複数のグリッド板１１２ａの面が互いに平行である平行グリッド、複数のグリッド板１１２ａの面の延長が集束距離において１つの直線に集束する集束グリッド等があるが、本実施形態のＸ線画像撮影装置１では、平行グリッドについて説明する。

図２の上段は、グリッド１１２の構成と、グリッド１１２に入射するＸ線との関係を示す側方断面図である。図２の下段は、グリッド１１２の構成を示す上面図である。

図２に示すように、Ｘ線が入射する第１方向をＹ方向と、Ｘ線の入射面上の第２方向をＺ方向と、第１方向及び第２向に直交する第３方向をＸ方向とすると、グリッド１１２は、Ｘ方向に複数のグリッド板１１２ａを備える。Ｘ線管１１１から照射されたＸ線に基づく散乱線Ｓの多くは、グリッド１１２のグリッド板１１２ａによって吸収される。一方、Ｘ線管１１１から照射されたＸ線に基づく、散乱線Ｓを含まない一次線Ｆは、一部がグリッド１１２のグリッド板１１２ａに吸収され、一部が各グリッド板１１２ａ間の隙間を介してＦＰＤ１１３に到達する。

なお、図２に示すグリッド１１２は、第３方向としてのＸ方向に複数のグリッド板１１２ａを備える場合を示したが、グリッド１１２を９０度回転させて、第２方向としてのＺ方向に複数のグリッド板１１２ａを備える場合もある。

図１に示すＦＰＤ１１３は、二次元に配列された複数の検出素子を有する。ＦＰＤ１１３の各検出素子間は、走査線と信号線とが直交するように配設される。

高電圧供給装置１１４は、Ｘ線管１１１に電圧を供給する装置である。

Ａ／Ｄ変換部１１５は、ＦＰＤ１１３から出力される時系列的なアナログ信号（ビデオ信号）の投影データをデジタル信号に変換し、画像処理装置１２に出力する。

撮影台装置１１のＸ線管１１１によってＸ線が発生されると、人体Ｐの撮影部位に照射される。そして、撮影部位を透過したＸ線はＦＰＤ１１３によって検出されて投影データに変換され、画像処理装置１２に出力される。

一方、画像処理装置１２は、Ｘ線画像撮影装置１全体の動作制御や、撮影台装置１１によって取得された撮影画像に関する画像処理等を行なう装置である。画像処理装置１２は、システム制御部１２１、画像データ生成部１２２、画像データ記憶部１２３、画像処理部１２４、表示処理部１２５、表示装置１２６、及び入力装置１２７を有する。

システム制御部１２１は、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）及びメモリによって構成される。ＣＰＵは、オペレータによって入力装置１２７が操作等されることにより指令が入力されると、撮影台装置１１の動作や画像処理装置１２全体の制御を行なう。

画像データ生成部１２２は、システム制御部１２１による制御に従って、撮影台装置１１のＡ／Ｄ変換部１１５から送信される投影データに対して対数変換処理（ＬＯＧ処理）行なって必要に応じて加算処理してＸ線画像の画像データを生成し、画像データを画像データ記憶部１２３に記憶させる。

画像処理部１２４は、システム制御部１２１による制御に従って、画像データ記憶部１２３に記憶される画像データに対して、拡大／諧調／空間ファイルタ処理や、時系列に蓄積された画像データの最小値／最大値トレース処理、及びノイズを除去するための加算処理等を施す。画像処理部１２４による画像処理後の画像データは、原画像のデータとして画像データ記憶部１２３に記憶される。

図３及び図４は、画像処理後の原画像の例を示す模式図である。

ＦＰＤ１１３の前面にグリッド１１２を備える場合、図３及び図４に示すように、原画像上に、グリッド１１２に起因する縞模様のグリッド影を生じる。そして、図２に示すように第３方向としてのＸ方向に複数のグリッド板１１２ａを備える場合、図３に示すように、原画像上のグリッド影を形成する各グリッド板影Ｕの長軸方向は、原画像の水平方向（Ｚ方向）に略一致する。一方、図示しないが第２方向としてのＺ方向に複数のグリッド板１１２ａを備える場合、図４に示すように、原画像上のグリッド影を形成する各グリッド板影Ｕの長軸方向は、原画像の垂直方向（Ｘ方向）に略一致する。なお、図３及び図４に示す原画像では、被検体を人体Ｐの乳房としている。

図１に示す表示処理部１２５は、画像処理部１２４から出力される原画像や、後述するサブトラクション画像を種々のパラメータの文字情報や目盛等と共に合成して、ビデオ信号として表示装置１２６に出力する。

表示装置１２６は、表示処理部１２５から出力される原画像や、後述するサブトラクション画像を、種々のパラメータの文字情報や目盛等と共に表示する。

入力装置１２７は、オペレータによって操作が可能なキーボード及びマウス等であり、操作に従った入力信号がシステム制御部１２１に送られる。

図５は、Ｘ線画像撮影装置１の画像処理装置１２の機能を示すブロック図である。

画像処理装置１２のシステム制御部１２１のＣＰＵがプログラムを実行することによって、図５に示すように、システム制御部１２１は、ウェーブレット変換処理部１２ａ、グリッド板影方向判断部１２ｂ、フィルタ処理部１２ｃ、逆ウェーブレット処理部１２ｄ、及び差分処理部１２ｅとして機能する。なお、システム制御部１２１の構成要素１２ａ乃至１２ｅの全部又は一部は、システム制御部１２１にハードウェアとして備えられるものであってもよい。

ウェーブレット変換処理部１２ａは、システム制御部１２１のメモリに記憶される基底関数を基に、画像データ記憶部１２３に記憶された原画像に対して二次元ウェーブレット変換処理を１回施して、ウェーブレット変換係数群をそれぞれ算出する機能を有する。ウェーブレット変換処理部１２ａは、ウェーブレット変換係数群として、高周波ウェーブレット変換係数としての対角成分のウェーブレット変換係数ＨＨ１、垂直成分のウェーブレット変換係数ＨＬ１及び水平成分のウェーブレット変換係数ＬＨ１と、低周波ウェーブレット変換係数としてのスケーリング係数ＬＬ１とをそれぞれ算出する。ここでは、基底関数を、原画像の高周波成分を抽出するために高域通過フィルタ（ハイパスフィルタ）を形成するウェーブレット関数Ｈと、原画像の低周波成分を抽出するために低域通過フィルタ（ローパスフィルタ）を形成するウェーブレット関数Ｇとする。なお、基底関数としては、Ｈａａｒ関数、Ｇａｕｓｓ関数、Ｍｅｘｉｃｉｃａｎ Ｈａｔ関数、Ｍｅｙｅｒ関数、Ｄａｕｂｅｃｈｉｅｓ関数、Ｂｉｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ関数等が用いられる。

図６は、図３に示す原画像を二次元ウェーブレット変換処理して算出されるウェーブレット変換係数（画像）を示す模式図である。

ウェーブレット変換処理部１２ａは、図３に示す水平方向のグリッド影を含む原画像のＸ方向に対して、ウェーブレット変換係数Ｈ，Ｇによるフィルタリング処理を行なう。さらに、ウェーブレット変換処理部１２ａは、フィルタリング処理後の２つのデータに対してＸ方向の画素を１画素おきに間引いてＸ方向にＰｉ（Ｐｉ：Ｘ，Ｚ方向の画素数）／２画素、Ｚ方向にＰｉ画素のウェーブレット変換係数Ｈ０１，Ｌ０１をそれぞれ算出する。

次いで、ウェーブレット変換処理部１２ａは、ウェーブレット変換係数Ｈ０１のＺ方向に対してもウェーブレット関数Ｈ，Ｇによるフィルタリング処理を行ない、得られたデータのＺ方向の画素を１画素おきに間引いてＸ，Ｚ方向にＰｉ／２画素を有する対角成分のウェーブレット変換係数ＨＨ１及び垂直成分のウェーブレット変換係数ＨＬ１をそれぞれ算出する。

同様にして、ウェーブレット変換処理部１２ａは、ウェーブレット変換係数Ｌ０１のＺ方向に対してもウェーブレット関数Ｈ，Ｇによるフィルタリング処理を行ない、得られたデータのＺ方向の画素を１画素おきに間引いて水平成分のウェーブレット変換係数ＬＨ１と、スケーリング係数ＬＬ１とをそれぞれ算出する。

以上のような手順によって、ウェーブレット変換処理部１２ａは、原画像に対する高周波ウェーブレット変換係数ＨＨ１，ＨＬ１，ＬＨ１と、低周波ウェーブレット変換係数ＬＬ１とをそれぞれ算出する。

図５に示すグリッド板影方向判断部１２ｂは、ウェーブレット変換処理部１２ａによって算出された各高周波ウェーブレット変換係数ＨＨ１，ＨＬ１，ＬＨ１が閾値より大きいか否かを基に、画像データ記憶部１２３に記憶された原画像上のグリッド板影Ｕの長軸方向が原画像の水平方向と略一致するか、又は、垂直方向と略一致するかを判断する機能を有する。図２に示すように第３方向としてのＸ方向に複数のグリッド板１１２ａを備える場合、図３に示すように、原画像上のグリッド板影Ｕの長軸方向は原画像の水平方向と略一致する。一方、図示しないが第２方向としてのＺ方向に複数のグリッド板１１２ａを備える場合、図４に示すように、原画像上の各グリッド板影Ｕの長軸方向は原画像の垂直方向と略一致する。

なお、グリッド板影方向判断部１２ｂは、画像処理装置１２に必須の構成要件ではない。画像処理装置１２にグリッド板影方向判断部１２ｂを備えなくとも、撮影前にグリッド１１２の設置方向（グリッド板１１２ａがＸ方向に複数か、又は、Ｚ方向に複数か）を決めておけば、画像処理装置１２は、原画像上の各グリッド板影Ｕの長軸方向を予め認識できる。

フィルタ処理部１２ｃは、原画像上のグリッド板影Ｕの長軸方向に応じてウェーブレット変換係数ＨＨ１，ＨＬ１，ＬＨ１，ＬＬ１から選択されたウェーブレット変換係数に対してグリッド板影Ｕの長軸方向に長い矩形のカーネルを有する平滑化フィルタを用いてフィルタ処理を施して、フィルタ処理後のウェーブレット変換係数を生成する機能を有する。フィルタ処理部１２ｃは、原画像上のグリッド板影Ｕの長軸方向が原画像の水平方向（図３に図示）と略一致するとグリッド板影方向判断部１２ｂによって判断される場合、ウェーブレット変換処理部１２ａによって生成された水平成分のウェーブレット変換係数（ＬＨ１）に対して、水平方向に長い（横長の）カーネルを有する平滑化フィルタ（図７に図示、例えば、横の画素数：２０×縦の画素数：１）を用いて、フィルタリング（コンボリューション積分）を行なう機能を有する。一方、フィルタ処理部１２ｃは、原画像上の各グリッド板影Ｕの長軸方向が原画像の垂直方向（図４に図示）と略一致するとグリッド板影方向判断部１２ｂによって判断される場合、ウェーブレット変換処理部１２ａによって生成された垂直成分のウェーブレット変換係数（ＨＬ１）に対して、垂直方向に長い（縦長の）カーネルを有する平滑化フィルタ（図８に図示、例えば、横の画素数：１×縦の画素数：２０）を用いてフィルタリングを行なう機能を有する。なお、フィルタ長及びフィルタ係数は、図７及び図８に図示する場合に限らない。

逆ウェーブレット処理部１２ｄは、フィルタ処理部１２ｃによるフィルタ処理後のウェーブレット変換係数のみを用いて逆ウェーブレット変換処理を行なって、グリッド影を抽出したグリッド影抽出画像を生成する機能を有する。

差分処理部１２ｅは、画像データ記憶部１２３に記憶される原画像と、逆ウェーブレット処理部１２ｄによって生成されたグリッド影抽出画像とを差分（サブトラクション）処理して、サブトラクション画像を生成する機能を有する。

表示制御部１２５は、差分処理部１２ｅから出力されるサブトラクション画像を種々のパラメータの文字情報や目盛等と共に合成して、ビデオ信号として表示装置１２６に出力する。

図９は、ファントム撮影による原画像の一例を示す図である。図１０は、ファントム撮影による原画像に対して、従来技術のガボールフィルタを用いたグリッド影の除去処理を行なって表示される画像の一例を示す図である。一方、図１１は、ファントム撮影による原画像に対して、Ｘ線画像撮影装置１のグリッド影の除去処理を行なって表示されるサブトラクション画像の一例を示す図である。

図９に示す原画像と比較して、図１０に示す画像によると、ある程度グリッド影が画像から除去されているが、画像上のグリッド影の除去が不十分である。

図９に示す原画像、及び図１０に示す画像と比較して、図１１に示す画像によると、画像からグリッド影が十分に除去できると共に、診断に有用な情報は劣化しないことがわかる。

本実施形態のＸ線画像撮影装置１によると、除去困難なグリッド影を含む原画像から、診断に有用な情報を劣化させずにグリッド影を十分に除去できる。

また、本実施形態のＸ線画像撮影装置１によると、ウェーブレット変換処理を１回だけ施すので、従来技術と比較して原画像の処理コストが抑えられる。

１ Ｘ線画像撮影装置
１１ 撮影台装置
１１２ グリッド
１１３ ＦＰＤ
１２ 画像処理装置
１２１ システム制御部
１２５ 表示処理部
１２６ 表示装置
１２ａ ウェーブレット変換処理部
１２ｂ グリッド板影方向判断部
１２ｃ フィルタ処理部
１２ｄ 逆ウェーブレット処理部
１２ｅ 差分処理部

Claims (5)

1. Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、
   前記Ｘ線検出手段の前面に備えられ、前記Ｘ線に基づく散乱線を透過させないグリッド板を有するグリッドと、
   前記Ｘ線検出器の出力を基にＸ線画像の原画像を生成する画像生成手段と、
   前記原画像に対して二次元ウェーブレット変換処理を１回施して、ウェーブレット変換係数群をそれぞれ算出する変換処理手段と、
   前記グリッド板に起因する前記原画像上のグリッド板影の長軸方向に応じて前記ウェーブレット変換係数群から選択されたウェーブレット変換係数に対して前記長軸方向に長い矩形のカーネルを有する平滑化フィルタを用いてフィルタ処理を施して、フィルタ処理後のウェーブレット変換係数を生成するフィルタ処理手段と、
   前記フィルタ処理後のウェーブレット変換係数のみを用いて逆ウェーブレット変換処理を行なって、前記グリッド板影を抽出した抽出画像を生成する逆変換処理手段と、
   前記原画像と前記抽出画像との差分処理を行なって、差分画像を生成する差分処理手段と、
   前記差分画像を表示する表示手段と、
   を有することを特徴とするＸ線画像撮影装置。
2. 前記フィルタ処理手段は、前記長軸方向が前記原画像の水平方向と略一致する場合、前記ウェーブレット変換係数群としての水平成分のウェーブレット変換係数（ＬＨ１）に対して水平方向に長いカーネルを有する前記平滑化フィルタを用いて前記フィルタ処理を施す一方、前記長軸方向が前記原画像の垂直方向と略一致する場合、前記ウェーブレット変換係数群としての垂直成分のウェーブレット変換係数（ＨＬ１）に対して垂直方向に長いカーネルを有する前記平滑化フィルタを用いて前記フィルタ処理を施す構成とすることを特徴とする請求項１に記載のＸ線画像撮影装置。
3. 前記長軸方向が前記原画像の水平方向と略一致するか、垂直方向と略一致するかを判断する判断手段をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線画像撮影装置。
4. 前記変換処理手段は、前記ウェーブレット変換係数群としての対角方向のウェーブレット変換係数（ＨＨ１）を算出し、
   前記判断手段は、前記水平方向のウェーブレット変換係数、前記垂直方向のウェーブレット変換係数、及び前記対角方向のウェーブレット変換係数が閾値より大きいか否かを基に、前記長軸方向が前記原画像の水平方向と略一致するか、垂直方向と略一致するかを判断する構成とすることを特徴とする請求項３に記載のＸ線画像撮影装置。
5. Ｘ線画像の原画像に対して二次元ウェーブレット変換処理を１回施して、ウェーブレット変換係数群をそれぞれ算出する変換処理手段と、
   検出器前面のグリッドが有するグリッド板に起因する前記原画像上のグリッド板影の長軸方向に応じて前記ウェーブレット変換係数群から選択されたウェーブレット変換係数に対して前記長軸方向に長い矩形のカーネルを有する平滑化フィルタを用いてフィルタ処理を施して、フィルタ処理後のウェーブレット変換係数を生成するフィルタ処理手段と、
   前記フィルタ処理後のウェーブレット変換係数のみを用いて逆ウェーブレット変換処理を行なって、前記グリッド板影を抽出した抽出画像を生成する逆変換処理手段と、
   前記原画像と前記抽出画像との差分処理を行なって、差分画像を生成する差分処理手段と、
   前記差分画像を表示する表示手段と、
   を有することを特徴とする画像処理装置。