JP5407937B2

JP5407937B2 - Ｘ線撮影装置

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Publication number: JP5407937B2
Application number: JP2010045340A
Authority: JP
Inventors: 直紀長谷川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2030-03-02
Also published as: JP2011177373A

Description

本発明は、医療分野や工業分野に用いられ、Ｘ線管から照射されて被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器の入射面側に設けられる散乱線を除去するＸ線グリッドを備えたＸ線撮影装置に係り、取得した画像からＸ線グリッドによるグリッドモアレパターンを除去する技術に関する。

従来、この種のＸ線撮影装置は、天板に載置された被検体にＸ線を照射するＸ線管と、被検体を透過したＸ線を検出する直接変換型のフラットパネル型検出器（ＦＰＤ）等のＸ線検出器とを備えている。そして、Ｘ線管から照射されて被検体を透過したＸ線の強度分布をＸ線検出器で検出することにより、モニタ等の表示装置にＸ線透視画像を連続的に動画像として表示するＸ線透視やＸ線撮影が行われている。

ところで、Ｘ線管から照射されたＸ線が被検体を透過する際に散乱線が発生する。その散乱線を含んで取得された画像は、ぼやけて不鮮明になってしまう。そこで、散乱線を除去するＸ線グリッドをＸ線検出器の入射側に配置することで散乱線を除去している。Ｘ線グリッドは、Ｘ線を吸収する吸収体（例えば鉛）と、Ｘ線を透過する透過体（例えばアルミニウムや空気）とを交互に並設して構成されている。これにより、交互に併設された吸収体および透過体のうち、隣接する吸収体と吸収体との隙間を透過したＸ線のみ、すなわち、吸収体の間の透過体に沿って透過したＸ線のみを、Ｘ線検出器で検出することができる。これにより、コントラストの高い鮮明な画像を取得することができる。

一方、Ｘ線グリッドで散乱線を除去したＸ線透視画像には、Ｘ線検出器のサンプリングの間隔と、Ｘ線グリッドの間隔（隣接する吸収体と吸収体との間隔、あるいは隣接する透過体と透過体との間隔）との違いによる、グリッドモアレパターンが周期的に発生する。このグリッドモアレパターン（グリッド像）の除去は、従来、様々な方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、分割された領域毎に異なるフィルタを適用することにより、的確にグリッド像を放射線画像から除去することができるものである。フィルタは、ガボールフィルタやウェーブレットフィルタが用いられる。

また、Ｘ線グリッドによるグリッドモアレパターンを除去する従来方法の一例を、図９および図１０を参照して説明する。

図９（ａ）を参照する。図９（ａ）は取得したＸ線透視画像である。符号ＯＢは、観察する対象を示す。符号Ｇは、Ｘ線グリッドによるグリッドモアレパターンを示す。グリッドモアレパターンは、縦方向に伸びたラインが水平方向に並ぶように発生する。また、符号Ｃの２点鎖線はＸ線透視画像の外周を示す。なお、Ｘ線検出器は、例えば、画素サイズが２８８０×２８８０画素のものを用いて、被検体およびＸ線グリッドを透過したＸ線を検出しているものとする。

先ず、図９（ａ）に示す、Ｘ線グリッドによるグリッドモアレパターンが映り込んだ画像（以下適宜、「元画像」と称する）に対して、その上部から水平方向の各ラインに１ラインずつ１次元の高速フーリエ変換（以下適宜、「ＦＦＴ」と称する）を行う。このとき、データ点数は、１ラインで２８８０画素である。ＦＦＴおよび後述する逆高速フーリエ変換（以下適宜、「逆ＦＦＴ」と称する）の計算は、２のべき乗個のデータ点数で行われる。そのため、２８８０画素分のデータ点数をＦＦＴおよび逆ＦＦＴの計算をするためには、２８８０画素のデータ点数を包含する２のべき乗個のデータ点数を必要とする。具体的には、２^１１＝２０４８のデータ点数では、２８８０点を満たさない。すなわち、２^１２＝４０９６のデータ点数が少なくとも必要になる。１ラインが４０９６点のデータ点数に対して１次元のＦＦＴが行われる。なお、ＦＦＴする１ラインの一例を図９（ａ）の符号Ｌに示す。

図１０（ａ）を参照する。図１０（ａ）は、元画像の水平方向の１ラインに１次元のＦＦＴを行った結果を示した周波数特性である。ＦＦＴされた各ラインの周波数特性を用いて、図１０（ａ）の符号Ｐに示すような、Ｘ線グリッドによるグリッドモアレパターンのピーク周波数を各ラインで検出する。

図１０（ｂ）を参照する。検出したピーク周波数に基づいて、元画像からグリッドモアレパターン成分を抽出するための周波数特性を作成する。この周波数特性は、図１０（ａ）に示す周波数特性に合わせて、２０４８点のデータ点数で作成される。

図１０（ａ）に示す、元画像の上部から１ラインずつ１次元のＦＦＴした各ラインの周波数特性を、図１０（ｂ）に示す、ピーク周波数に基づいて作成された周波数特性で、マスク処理（フィルタ処理）する。具体的には、図１０（ａ）の周波数特性と図１０（ｂ）の周波数特性とを乗算することにより計算される。これにより、図１０（ｃ）に示すような、グリッドモアレパターンの周波数成分のみが抽出される。

図１０（ｃ）に示す、マスク処理された各ラインのグリッドモアレパターン成分のみの周波数特性に対して１次元の逆ＦＦＴを行う。それにより、図９（ｂ）の符号Ｇ´に示すようなグリッドモアレパターン像が作成される。この場合、逆ＦＦＴの演算は、マスク処理された各ラインのグリッドモアレパターンが抽出された周波数特性の２０４８点に、折り返し成分を含めた４０９６点のデータ点数を用いて計算が行われる。

そして、図９（ｂ）に示す、逆ＦＦＴにより作成されたグリッドモアレパターン像を、図９（ａ）に示す元画像から差し引くことにより、元画像からグリッドモアレパターンが除去される。グリッドモアレパターンが除去された画像を図９（ｃ）に示す。

以上のように、Ｘ線検出器の画像サイズが、例えば、２８８０×２８８０画素である場合、少なくとも２^１２＝４０９６のデータ点数を用いて、ＦＦＴおよび逆ＦＦＴが計算される。これにより、元画像から除去するためのグリッドモアレパターン像が作成される。

特開２００５−２１３３４号公報

しかしながら、このような従来例の場合には、次のような問題がある。すなわち、Ｘ線透視などリアルタイムで画像処理を行う必要がある際に、ソフトウェアでは、グリッドモアレパターンを作成して除去する画像処理等が行われない。つまり、同じ処理をソフトウェアより高速に行えるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアに実装し、そのハードウェアを装置に組み込んで行われる。しかしながら、画像の分解能、すなわち画素数が大きい場合、高速フーリエ変換に必要な計算量が極めて膨大になってしまい、ＦＰＧＡ等のハードウェアに必要なロジック量や計算時間が大きくなってしまう問題がある。例えば、上述のように、１ラインが２８８０画素のデータをＦＦＴする場合、計算には、２８８０画素のデータを包含する２のべき乗個の４０９６点ものデータ点数が必要である。そのため、大規模な計算が必要となってしまう。この場合、例えば、１ラインの画像（２８８０画素）がＦＰＧＡ等のハードウェアに入力される時間よりも計算の時間の方が多くかかってしまい、リアルタイムで画像処理を行うことができなくなる。そのため、ＦＰＧＡ等のハードウェアで画像処理をすることが現実的ではなくなってしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、従来よりも少ない計算量で、従来と同等のグリッドモアレパターン像を作成することができるＸ線撮影装置を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係るＸ線撮影装置は、被検体にＸ線を照射するＸ線照射部と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の入射面側に配置され、散乱線を除去するＸ線グリッドと、を備えたＸ線撮影装置において、前記Ｘ線グリッドによるグリッドモアレパターンが映り込んだ画像のグリッドモアレパターンと垂直の各ラインで、１ラインを構成する画素の一部であって連続する画素である予め定められた画素を抽出する画素抽出部と、前記画像抽出部で抽出した画素に対して１次元の高速フーリエ変換を行う高速フーリエ変換処理部と、前記高速フーリエ変換処理部で算出された各ラインの周波数特性からグリッドモアレパターンの周波数成分であるピーク周波数を検出するピーク周波数検出部と、前記ピーク周波数検出部で検出されたピーク周波数に基づいて、グリッドモアレパターン像を抽出するための周波数特性を作成する周波数特性作成部と、前記周波数特性作成部で作成された周波数特性に対して逆高速フーリエ変換を行う逆高速フーリエ変換処理部と、前記逆高速フーリエ変換処理部で算出された値をＦＩＲフィルタ係数として用い、前記画像に対してＦＩＲフィルタ処理を行ってグリッドモアレパターン像を抽出するＦＩＲフィルタ処理部と、前記ＦＩＲフィルタ処理部で抽出されたグリッドモアレパターン像を前記画像から除去する処理を行う減算部と、を備えていることを特徴とするものである。

本発明に係るＸ線撮影装置によれば、先ず、グリッドモアレパターンが映り込んだ画像の画素抽出部で抽出された各ラインの画素に対して、高速フーリエ変換処理部で１次元の高速フーリエ変換を行う。次に、高速フーリエ変換されて算出された各ラインの周波数特性から、グリッドモアレパターンの周波数成分であるピーク周波数をピーク周波数検出部で検出する。ピーク周波数検出部で検出されたピーク周波数に基づいて、グリッドモアレパターンを抽出するための周波数特性を作成する。この周波数特性に対して逆高速フーリエ変換部で逆フーリエ変換を行い、ＦＩＲフィルタ係数を算出する。そして、グリッドモアレパターンが映り込んだ画像に対して、ＦＩＲフィルタ処理部でＦＩＲフィルタ処理を行うことにより、グリッドモアレパターンを除去するためのグリッドモアレパターン像が作成される。

これにより、各ラインを１次元の高速フーリエ変換および逆フーリエ変換の計算を行う際に、１ラインの全体に対して計算を行うのではなく、その一部であって連続する画素に対してのみ計算を行っている。すなわち、高速フーリエ変換処理部および逆高速フーリエ変換処理部において、高速フーリエ変換および逆高速フーリエ変換の計算量を少なくすることができる。その結果、ＦＰＧＡ等のハードウェアにグリッドモアレパターン像抽出の画像処理を実装する際に計算量を少なくすることができるので、ＦＰＧＡ等のハードウェアに必要なロジック量と計算時間を少なくすることができる。また、各ラインで抽出された一部の連続する画素からＦＩＲフィルタ係数を算出し、それをＦＩＲフィルタ処理で用いることにより、元画像の全画面おけるグリッドモアレパターン像を抽出することができる。
また、減算部は、ＦＩＲフィルタ処理部で抽出されたグリッドモアレパターン像を画像から除去する処理を行う。これにより、従来よりも計算量（計算時間）が少なくなり高速で抽出されたグリッドモアレパターン像を用いて、グリッドモアレパターンが映り込んだ画像からグリッドモアレパターン像を高速で除去することができる。

また、本発明に係るＸ線撮影装置において、前記画像抽出部は、２のべき乗個の画素を抽出することが好ましい。これにより、高速フーリエ変換および逆高速フーリエ変換を行う際に、計算を効果的に行うことが可能である。例えば、画像抽出部により、１ラインで２００画素を抽出した場合、高速フーリエ変換および逆高速フーリエ変換するためには、２００画素を含む２のべき乗個のデータ点数が必要である。すなわち、２^８＝２５６個のデータ点数が必要であり、抽出する２００画素に加えて５６個のデータ点数が計算に必要になる。

また、本発明に係るＸ線撮影装置において、前記周波数特性作成部は、２のべき乗個のデータ点数を用いて周波数特性を作成することが好ましい。これにより、逆高速フーリエ変換を行う際に、計算を効果的に行うことが可能である。また、画素抽出部で抽出した画素数よりも少ないデータ点数で周波数特性を作成した場合、さらに計算量を少なくすることが可能である。

本発明に係るＸ線撮影装置によれば、先ず、グリッドモアレパターンが映り込んだ画像の画素抽出部で抽出された各ラインの所定数の画素に対して、高速フーリエ変換処理部で１次元の高速フーリエ変換を行う。次に、高速フーリエ変換されて算出された各ラインの周波数特性から、グリッドモアレパターンの周波数成分であるピーク周波数をピーク周波数検出部で検出する。ピーク周波数検出部で検出されたピーク周波数に基づいて、グリッドモアレパターンを抽出するための周波数特性を作成する。この周波数特性に対して逆高速フーリエ変換部で逆フーリエ変換を行い、ＦＩＲフィルタ係数を算出する。そして、グリッドモアレパターンが映り込んだ画像に対して、ＦＩＲフィルタ処理部でＦＩＲフィルタ処理を行うことで、グリッドモアレパターンを除去するためのグリッドモアレパターン像が作成される。
これにより、各ラインを１次元の高速フーリエ変換および逆フーリエ変換の計算を行う際に、１ラインの全体に対して計算を行うのではなく、その一部であって連続する画素に対してのみ計算を行っている。すなわち、高速フーリエ変換処理部および逆高速フーリエ変換処理部における、高速フーリエ変換および逆高速フーリエ変換の計算量を少なくすることができる。その結果、ＦＰＧＡ等のハードウェアにグリッドモアレパターン像抽出の画像処理を実装する際に計算量を少なくすることができるので、ＦＰＧＡ等のハードウェアに必要なロジック量と計算時間を少なくすることができる。また、各ラインで抽出された一部の連続する画素からＦＩＲフィルタ係数を算出し、それをＦＩＲフィルタ処理で用いることにより、元画像の全画面おけるグリッドモアレパターン像を抽出することができる。
また、減算部は、ＦＩＲフィルタ処理部で抽出されたグリッドモアレパターン像を画像から除去する処理を行う。これにより、従来よりも計算量（計算時間）が少なくなり高速で抽出されたグリッドモアレパターン像を用いて、グリッドモアレパターンが映り込んだ画像からグリッドモアレパターン像を高速で除去することができる。

実施例に係るＸ線撮影装置の構成を示すブロック図である。実施例に係る画像処理部の構成を示すブロック図である。実施例の動作の説明に供するフローチャートである。実施例の動作の説明に供する図であり、（ａ）は、グリッドモアレパターンが映り込んだ画像（元画像）を示し、（ｂ）は、元画像から抽出したグリッドモアレパターン像を示し、（ｃ）は、元画像からグリッドモアレパターンを除去した画像を示す。高速フーリエ変換後の周波数特性を示した図である。グリッドモアレパターンを抽出するための周波数特性を示した図であり、（ａ）は８点目を中心とした周波数特性を示し、（ｂ）は９点目を中心とした周波数特性を示す。逆高速フーリエ変換前の周波数特性を示した図である。ＦＩＲフィルタ処理の説明に供する図である。従来例の動作の説明に供する図であり、（ａ）は、グリッドモアレパターンが映り込んだ画像（元画像）を示し、（ｂ）は、元画像から抽出したグリッドモアレパターン像を示し、（ｃ）は、元画像からグリッドモアレパターンを除去した画像を示す。従来例の動作の説明に供する図であり、（ａ）は、高速フーリエ変換後の周波数特性を示し、（ｂ）は、マスク処理に用いるために作成した周波数特性を示し、（ｃ）はマスク処理後のグリッドモアレパターン成分のみの周波数特性を示す。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。なお、図１は、実施例に係るＸ線撮影装置の構成を示すブロック図である。

図１を参照する。Ｘ線撮影装置は、被検体Ｍを載置する天板１と、その被検体Ｍに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（以下適宜、「ＦＰＤ」と称する）３とを備えている。なお、Ｘ線管２は、本発明におけるＸ線照射部に相当し、ＦＰＤ３は、本発明におけるＸ線検出器に相当する。

また、Ｘ線撮影装置は、Ｘ線管２を移動させるＸ線管移動機構５と、ＦＰＤ３を移動させるＸ線検出器移動機構７とを備えている。これらＸ線管移動機構５とＸ線検出器移動機構７は、それぞれ、Ｘ線管制御部９、Ｘ線検出器制御部１１によって制御される。Ｘ線管制御部９は、Ｘ線管２の管電圧や管電流を発生させる高電圧発生部１３を有している。

Ｘ線管制御部９は、後述する入力部（２３）などで予め設定された管電圧・管電流等の照射条件に応じてＸ線管２に対してＸ線照射に必要な制御を実行する。また、Ｘ線管制御部９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たりす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）の照射野の設定の制御などを実行する。Ｘ線検出器制御部１１は、ＦＰＤ３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たりすることによる走査に必要な制御を実行する。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で検出できるように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。

また、Ｘ線撮影装置は、ＦＰＤ３から電荷信号であるＸ線検出信号をディジタル化して取り出すＡ／Ｄ変換器１５と、Ａ／Ｄ変換器１５から出力されたＸ線検出信号に基づいて種々の処理を行う画像処理部１７とを備えている。さらに、Ｘ線撮影装置は、Ｘ線撮影装置の各構成部を統括して制御する主制御部１９と、画像処理されたＸ線透視画像等を表示するモニタ等で構成される表示部２１と、操作者が入力設定を行う入力部２３と、画像処理されたＸ線透視画像等を記憶するメモリ部２５とを備えている。

Ａ／Ｄ変換器１５は、ＦＰＤ３から出力された電荷信号をアナログからディジタルに変換して、ディジタル化したＸ線検出信号を出力する。主制御部１９は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などで構成されており、装置全体を適切に動作させる統括的な制御を行う。入力部２３は、マウスやキーボード等で構成されている。また、メモリ部２５は、ＲＯＭ（Read-only Memory）やＲＡＭ（Random-Access Memory）等の記憶媒体で構成されている。Ｘ線撮影装置では、先ず、被検体Ｍを透過したＸ線をＦＰＤ３が検出して、検出されたＸ線の強度分布に基づいて画像処理部１７で画像処理を行う。そして、画像処理されたＸ線透視画像を表示部２１に表示する。これにより、被検体ＭのＸ線透視およびＸ線撮影が行われる。

さらに、Ｘ線撮影装置は、ＦＰＤ３の入射面側に散乱線を除去するためのＸ線グリッド２７を備えている。Ｘ線グリッド２７は、例えば、鉛とアルミニウムとを交互に並設して構成されている。

＜画像処理部＞
図２を参照する。なお、図２は、実施例に係る画像処理部の構成を示すブロック図である。

画像処理部１７は、Ｘ線グリッド２７によるグリッドモアレパターンを除去するモアレパターン除去処理部２９を備えている。モアレパターン除去処理部２９は、メモリ部３１、画素抽出部３３、高速フーリエ変換処理部（以下適宜、「ＦＦＴ処理部」と称する）３５、ピーク周波数検出部３７、周波数特性作成部３９、逆高速フーリエ変換処理部（以下適宜、「逆ＦＦＴ処理部」と称する）４１、ＦＩＲフィルタ処理部４３、および減算部４５を備えている。

メモリ部３１は、Ａ／Ｄ変換器１５でディジタル信号に変換されたＸ線検出信号であるＸ線透過画像を記憶する。すなわち、メモリ部３１には、Ｘ線グリッド２７によるグリッドモアレパターンが映り込んだ画像（元画像）が記憶される。画素抽出部３３は、図４（ａ）に示すように、メモリ部３１から読み出した元画像の水平方向の各ラインで所定位置および所定数の画素（符号Ｓ）を抽出する。例えば、ＦＰＤ３が２８８０×２８８０画素で構成される場合、元画像の上部から水平方向の各ラインを１ラインずつ中央の１２８画素を順番に抽出する。元画像から抽出する所定位置および所定数の画素は、有効な処理ができる程度に予め設定され、入力部２３等により入力される。また、元画像から抽出する所定数の画素は、後述するＦＦＴ処理部３５で計算を行うために、２のべき乗のデータ点数で設定される。なお、図４において、上述のように、符号ＯＢは観察する対象を示す。符号Ｇは、Ｘ線グリッドによるグリッドモアレパターンを示す。また、符号Ｃの２点鎖線はＸ線透視画像の外周を示す。

ＦＦＴ処理部３５は、画素抽出部３３で抽出された所定数の画素に対して１次元の高速フーリエ変換（以下適宜、「ＦＦＴ」と称する）を行う。すなわち、ＦＦＴ処理部３５は、元画像の上部から水平方向の各ラインを１ラインずつ所定数の画素に対して１次元のＦＦＴを行う。なお、ＦＦＴは、図４（ａ）に示す符号Ｌのように、グリッドモアレパターンの縦方向に伸びたラインにほぼ垂直になるように行われる。ピーク周波数検出部３７は、ＦＦＴ処理部３５で１次元のＦＦＴして算出された各ラインの周波数特性を用いて、各ラインでグリッドモアレパターンの周波数成分であるピーク周波数を検出する。また、ピーク周波数検出部３７は、各ラインで検出されたピーク周波数に基づいて、ピーク周波数の代表値を決定する。

周波数特性作成部３９は、ピーク周波数検出部３７で検出されたピーク周波数に基づいて、グリッドモアレパターンを抽出するための周波数特性を作成する。この周波数特性は、画素抽出部３３で抽出された画素と同数またはその数よりも少ない、所定の２のべき乗個のデータ点数を用いて作成される。このデータ点数は、有効な処理ができる程度に予め設定され、入力部２３等により入力される。逆ＦＦＴ処理部４１は、周波数特性作成部３９で作成された周波数特性に対して１次元の逆高速フーリエ変換を行う。

ＦＩＲフィルタ処理部４３は、逆ＦＦＴ処理部４１で算出された値をＦＩＲフィルタ係数として用い、メモリ部３１から読み出した元画像に対してＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ処理を行う。これにより、図４（ｂ）に示すように、元画像からグリッドモアレパターン像（符号Ｇ´）が抽出される。減算部４５は、元画像からＦＩＲフィルタ処理部４３で抽出されたグリッドモアレパターン像を差し引くことで、元画像からグリッドモアレパターン像を除去する処理を行う。

なお、画像処理部１７は、モアレパターン除去処理部２９の他に、図１に示すＡ／Ｄ変換器１５側あるいは主制御部１９側に、欠損画素を検出する欠損画素検出部（図示しない）や、この欠損画素検出部で検出された欠損画素を補間する欠損画素補間部（図示しない）等、画像処理に必要な構成を備えている。

次に、図３に示すフローチャートに沿って動作の一例の説明を行う。また、必要に応じて図４〜図８を適宜参照する。なお、この説明は、メモリ部３１に記憶されたグリッドモアレパターンが映り込んだ画像を読み込んで、画素抽出部３３で画素を抽出するステップから、減算部４５で元画像からグリッドモアレパターン像を除去するまでステップについて行う。なお、ステップＳ１〜ステップＳ６では、ステップＳ７で行われるＦＩＲフィルタ処理で用いられるＦＩＲフィルタ係数を求めている。また、説明では一例として、ＦＰＤ３は、画素サイズが２８８０×２８８０画素で構成されているものとする。

〔ステップＳ１〕メモリ部３１に記憶されたグリッドモアレパターンが映り込んだ画像画像（元画像）を読み出し、画素抽出部３３によって、元画像の水平方向の各ラインで所定位置および所定数の画素を抽出する。例えば、図４（ａ）に示すように、元画像の上部から水平方向の各ラインの中心１２８画素を抽出する。なお、１ラインの所定位置および所定数の画素を抽出する一例を図４（ａ）の符号Ｌに示す。

〔ステップＳ２〕ＦＦＴ処理部３５によって、元画像の上部より水平方向の各ラインを１ラインずつ抽出した中央１２８画素に対して１次元のＦＦＴを行う。ＦＦＴは、次に示す式（１）および（２）に基づいて行われる。なお、式（１）および（２）において、ｘ（ｎ）は元画像の画素値を示し、Ｘ（ｎ）はＦＦＴ後の画素値を示す。また、ｎは画素位置を示し、Ｎは画像の画素サイズを示す。

Ｗ≡ｅ^{ｊ×（２π／Ｎ）}＝ｃｏｓ（２π／Ｎ）＋ｊ×ｓｉｎ（２π／Ｎ） …（２）

なお、ＦＦＴ後のデータ点数は、１２８点から半分の６４点になる。それは、残り半分の６４点は、有効なデータの順番を反転させた折り返し成分となって現れるからである。

〔ステップＳ３〕ピーク周波数検出部３７によって、ＦＦＴされた結果の周波数特性を用いて、図５の符号Ｐに示すように、グリッドモアレパターンのピーク周波数を各ラインで検出する。ピーク周波数の検出範囲は、Ｘ線グリッド２７の密度（ｌｐ／ｃｍ）およびＦＰＤ３の画素ピッチ（サンプリング周波数）に基づいて、ある特定の範囲に現れることが予測される。例えば、５０［ｌｐ／ｃｍ］（誤差±１０％）のＸ線グリッド２７の場合は、１．２５［ｌｐ／ｍｍ］〜２．２４［ｌｐ／ｍｍ］にグリッドモアレパターンのピークが現れる。ピーク周波数検出部３７は、図５に示すように、グリッドモアレパターンのピークが現れる予測される特定の範囲から最大のスペクトル強度を持つ周波数を検出する。ＦＦＴ処理部３５でＦＦＴされた順番に、すなわち、元画像の上部から１ライン目、２ライン目、…、Ｍライン目まで行われる。例えば、２８８０×２８８０画素のＦＰＤ３の場合は、１ライン目から２８８０ライン目まで行われる。

〔ステップＳ４〕ピーク周波数検出部３７によって、検出された各ラインのピーク周波数からピーク周波数の代表値を決定する。ピーク周波数の代表値は、例えば、ＦＦＴした順番からピーク周波数をチェックし、６ラインで同じピーク周波数を検出した場合、その値をピーク周波数の代表値として決定（固定）するようにしてもよい。また、この方法に限らず、例えば、全ラインのピーク周波数の平均値をピーク周波数の代表値として決定してもよい。また、全ラインに限らず、所定数のラインを抽出して、それらのピーク周波数の平均値をピーク周波数の代表値として決定してもよい。

〔ステップＳ５〕ピーク周波数検出部３７で検出されたピーク周波数の代表値に基づいて、元画像からグリッドモアレパターンを抽出するための周波数特性を作成する。この周波数特性は、例えば、１６点で作成する。次に、グリッドモアレパターンを抽出するための周波数特性の作成方法の一例を説明する。

先ず、元画像の各ラインをＦＦＴした結果、６４点のデータ点数で表現される周波数特性のうち、どの周波数がピーク周波数の代表値かが決定された時点で、１６点のデータ点数で表現される周波数特性を作成する。この１６点の分布は固定になっている。すなわち、６４点で決定されたピーク周波数の位置によって１６点でのピーク周波数（中心位置）が変化するようになっている。例えば、図６（ａ）に示すように、ピーク周波数の位置が３２〜３５点目であった場合、３２／６４×１６＝８と計算する。これにより、８点目が中心となる周波数特性を作成する。また同様に、図６（ｂ）に示すように、ピーク周波数の位置が３６〜３９点目であった場合、３６／６４×１６＝９と計算する。これにより、９点目が中心となる周波数特性を作成する。

また、１６点に変換されたピーク周波数の位置（中心位置）を中心に±０．２［ｌｐ／ｍｍ］の幅（通過域）を持たせる。すなわち、図６（ａ）に示す１６点の周波数特性の場合では、７点目から８点目と、８点目から９点目が±０．２［ｌｐ／ｍｍ］に対応する。また、図６（ｂ）の場合は、８点目から１０点目の範囲が対応する。なお、この±０．２［ｌｐ／ｍｍ］という値は、Ｘ線グリッド２７のグリッド間隔の製造誤差等による、ばらつきを示している。

また、特定の周波数帯（周波数特性）を急峻なフィルタでカットすると、後述するＦＩＲフィルタ処理後の画像にノイズが現れるので、その対策として、例えば、図６（ａ）では、６点目から７点目と、９点目から１０点目に傾斜も設けている。また同様に、図６（ｂ）では、７点目から８点目と、１０点目から１１点目に傾斜を設けている。

このようにして、グリッドモアレパターンを抽出するための周波数特性を作成する。例えば、図６（ａ）に示すように、マスキング係数が１であるピーク周波数の位置ｍ１（８点目）を中心に、Ｘ線グリッド２７のグリッド間隔の製造誤差等による、ばらつきを示す幅部ｍ２（７点目から９点目まで）を設ける。そして、その幅の両側になだらかに０になるような傾斜部ｍ３（６点目から７点目まで、９点目から１０点目まで）を設ける。これらピーク周波数の位置ｍ１を含む幅部ｍ２と傾斜部ｍ３以外（１０点目より大きい範囲、および６点目よりも小さい範囲）を０とする。

〔ステップＳ６〕逆ＦＦＴ処理部４１によって、グリッドモアレパターンを抽出するための周波数特性を逆ＦＦＴする。これにより、グリッドモアレパターン像を作成するためのＦＩＲフィルタ係数が実質的に求められる。逆ＦＦＴは、グリッドモアレパターンを抽出するための周波数特性に折り返し成分を加えたデータ点数で行われる。例えば、１６点の周波数特性の場合は、１６点の周波数特性の順番を反転させた１６点のデータを加えて、３２点で１次元の逆フーリエ変換が行われる。例えば、図６（ｂ）の周波数特性の場合、図７に示すように、順番が反転された１６点の周波数特性が加えられる。なお、逆ＦＦＴは、次に示す式（３）および（４）に基づいて行われる。なお、式（３）および（４）において、Ｘ（ｎ）はグリッドモアレパターンを抽出するための周波数特性の値を示し、ｘ（ｎ）は逆ＦＦＴ後の値を示す。また、ｎは画素位置を示し、Ｎは画像の画素サイズを示す。

Ｗ≡ｅ^{−ｊ×（２π／Ｎ）}＝ｃｏｓ（２π／Ｎ）−ｊ×ｓｉｎ（２π／Ｎ） …（４）

〔ステップＳ７〕ＦＩＲフィルタ処理部４３によって、求められたＦＩＲフィルタ係数に基づいて、元画像に対してＦＩＲフィルタ処理を行う。ＦＩＲフィルタ処理は、メモリ部３１に記憶されている元画像を読み出して行われる。ＦＩＲフィルタ処理は、有効なフィルタ処理が行える所定数の係数で行われる。例えば、１６点の周波数特性を作成し、逆ＦＦＴして３２点のＦＩＲフィルタ係数が得られた場合、先頭の１５点を用いて行われる。すなわち、上述した式（３）および（４）において計算されたｘ（０）、ｘ（１）、ｘ（２）…、ｘ（１４）を用いて行われる。なお、図８では、ＦＩＲフィルタ係数をｆ１〜ｆ１５で示している。

図８を参照してＦＩＲフィルタ処理を説明する。例えば、画素位置１１４番の処理前の「ａ１５」に対して行う場合、ＦＩＲフィルタ処理により、処理後の「ｒ１５」は、次のように計算される。ｒ１５＝ａ１５×ｆ１＋（ａ１４＋ａ１６）×ｆ２＋（ａ１３＋ａ１７）×ｆ３＋（ａ１２＋ａ１８）×ｆ４＋…＋（ａ１＋ａ２９）×ｆ１５。なお、ＦＩＲフィルタ係数は１５点を用いている。また、他の「ａ１６」、「ａ１７」等についても同様の処理が行われ、全画素に対して、画像の上部から１ラインずつ水平方向に順番に行われる。これにより、図４（ａ）に示す元画像から、図４（ｂ）に示すグリッドモアレパターン像が抽出される。

〔ステップＳ８〕減算部４５によって、抽出されたグリッドモアレパターン像を元画像から差し引くことにより、元画像からグリッドモアレパターンが除去される。これにより、図４（ｃ）に示すような、グリッドモアレパターンが除去された画像を取得することができる。なお、この後、グリッドモアレパターンが除去された画像は、画像処理部１７により、その他必要な処理が行われて、表示部２１に表示される。

以上のような構成を備えた本実施例のＸ線撮影装置によれば、先ず、グリッドモアレパターンが映り込んだ画像の上部から画素抽出部３３で抽出された水平方向の各ラインの画素に対して、ＦＦＴ処理部３５により１次元のＦＦＴを行う。次に、ＦＦＴされて算出された各ラインの周波数特性から、グリッドモアレパターンの周波数成分であるピーク周波数をピーク周波数検出部３７により検出する。ピーク周波数検出部３７で検出されたピーク周波数に基づいて、グリッドモアレパターン像を抽出するための周波数特性を周波数特性作成部３９で作成する。この作成された周波数特性に対して逆ＦＦＴ処理部４１で１次元の逆ＦＦＴを行う。これらにより、ＦＩＲフィルタ処理部４３で用いられるＦＩＲフィルタ係数が算出される。そして、グリッドモアレパターンが映り込んだ画像に対して、ＦＩＲフィルタ処理部４３でＦＩＲフィルタ処理を行うことにより、グリッドモアレパターンを除去するためのグリッドモアレパターン像が作成される。

これにより、水平方向の各ラインを１次元のＦＦＴおよび逆ＦＦＴの計算を行う際に、１ラインの全体に対して計算を行うのではなく、その一部に対してのみ計算を行っている。すなわち、ＦＦＴ処理部３５および逆ＦＦＴ処理部４１において、ＦＦＴおよび逆ＦＦＴの計算量を少なくすることができる。例えば、ＦＰＤ３が２８８０×２８８０画素で構成される場合、上述した従来例では、２^１２＝４０９６のデータ点数に対してＦＦＴおよび逆ＦＦＴを行っていた。しかしながら、本実施例では、画素抽出部３３で抽出された例えば１２８画素（データ点数）に対してＦＦＴを行っている。また、周波数特性作成部３９により作成された周波数特性の折り返し成分を加えた３２点（１６点×２）のデータ点数に対して逆ＦＦＴ処理部４１で逆ＦＦＴを行っている。すなわち、ＦＦＴおよび逆ＦＦＴの計算量を少なくすることができる。その結果、ＦＰＧＡ等のハードウェアにグリッドモアレパターン像抽出の画像処理を実装する際に計算量を少なくすることができるので、ＦＰＧＡ等のハードウェアに必要なロジック量と計算時間を少なくすることができる。また、各ラインの抽出された一部の画素の周波数特性からＦＩＲフィルタ係数を算出し、それをＦＩＲフィルタ処理で用いることにより、元画像の全画面におけるグリッドモアレパターン像を抽出することができる。

また、画素抽出部３３によって各ラインで抽出された画素に対して、ＦＦＴ処理部３５により１次元のＦＦＴを行っている。そのため、ＦＦＴの計算量は、画素のサイズに影響されることがない。

また、ＦＦＴまたは逆ＦＦＴを行うデータ点数を２のべき乗個とすることにより、計算を効果的に行うことが可能である。例えば、画像抽出部３３により、１ラインで２００画素を抽出した場合、高速フーリエ変換および逆高速フーリエ変換するためには、２００画素を含む２のべき乗個のデータ点数が必要である。すなわち、２^８＝２５６個のデータ点数が必要であり、抽出する２００画素に加えて５６個のデータ点数が計算に必要になる。

また、周波数特性作成部３９によって作成されるグリッドモアレパターンを抽出するための周波数特性を、２のべき乗個のデータ点数を用いて作成される。これにより、逆ＦＦＴを行う際に、計算を効果的に行うことが可能である。画素抽出部３３で抽出した画素数よりも少ないデータ点数で周波数特性を作成した場合、さらに逆ＦＦＴの計算量を少なくすることが可能である。

また、本実施例のＸ線撮影装置は、ＦＩＲフィルタ処理部４３で抽出されたグリッドモアレパターン像を前記画像から除去する処理を行う減算部４５を備えている。これにより、従来よりも計算量（計算時間）が少なくなり高速で抽出されたグリッドモアレパターン像を用いて、元画像からグリッドモアレパターン像を高速で除去することができる。

この発明は、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）上述した実施例では、画像処理部１７は、ＦＰＤ３が構成する画素数のままの画像で、すなわち、例えば、ＦＰＤ３が２８８０×２８８０画素で構成される場合は、２８８０×２８８０画素の画像のままで、元画像からグリッドモアレパターンを除去する処理を行っていた。しかしながら、これに限らず、画像処理部１７は、モアレパターン除去処理部２９のＡ／Ｄ変換器１５側に、複数の画素を１つの画素にまとめるビニング処理部（図示しない）を備えていてもよい。すなわち、ビニング処理後の画像からグリッドモアレパターンを除去する処理を行うように構成される。この場合、ＦＦＴして算出された各ラインの周波数特性からピーク周波数を検出する際に、ピーク周波数の位置が変わるので、検出範囲を変更する必要がある。なお、ビニング処理は、例えば、２×２画素を１つの画素にまとめる処理を行う。これを例えば２８８０×２８８０画素の画像に対して行うと、１４４０×１４４０画素の画像となる。

（２）上述した実施例では、Ｘ線検出器は、ＦＰＤ３で構成されていたが、この構成に限られない。例えば、Ｘ線検出器は、イメージインテンシファイアで構成されていてもよい。

２ … Ｘ線管
３ … フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）
１７ … 画像処理部
１９ … 主制御部
２７ … Ｘ線グリッド
２９ … モアレパターン除去処理部
３３ … 画素抽出部
３５ … 高速フーリエ変換処理部（ＦＦＴ処理部）
３７ … ピーク周波数検出部
３９ … 周波数特性作成部
４１ … 逆高速フーリエ変換処理部（逆ＦＦＴ処理部）
４３ … ＦＩＲフィルタ処理部

Claims

被検体にＸ線を照射するＸ線照射部と、
被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の入射面側に配置され、散乱線を除去するＸ線グリッドと、
を備えたＸ線撮影装置において、
前記Ｘ線グリッドによるグリッドモアレパターンが映り込んだ画像のグリッドモアレパターンと垂直の各ラインで、１ラインを構成する画素の一部であって連続する画素である予め定められた画素を抽出する画素抽出部と、
前記画像抽出部で抽出した画素に対して１次元の高速フーリエ変換を行う高速フーリエ変換処理部と、
前記高速フーリエ変換処理部で算出された各ラインの周波数特性からグリッドモアレパターンの周波数成分であるピーク周波数を検出するピーク周波数検出部と、
前記ピーク周波数検出部で検出されたピーク周波数に基づいて、グリッドモアレパターン像を抽出するための周波数特性を作成する周波数特性作成部と、
前記周波数特性作成部で作成された周波数特性に対して逆高速フーリエ変換を行う逆高速フーリエ変換処理部と、
前記逆高速フーリエ変換処理部で算出された値をＦＩＲフィルタ係数として用い、前記画像に対してＦＩＲフィルタ処理を行ってグリッドモアレパターン像を抽出するＦＩＲフィルタ処理部と、
前記ＦＩＲフィルタ処理部で抽出されたグリッドモアレパターン像を前記画像から除去する処理を行う減算部と、
を備えていることを特徴とするＸ線撮影装置。
請求項１に記載されたＸ線撮影装置において、
前記画素抽出部は、２のべき乗個の画素を抽出することを特徴とするＸ線撮影装置。
請求項１または２に記載のＸ線撮影装置において、
前記周波数特性作成部は、２のべき乗個のデータ点数を用いて周波数特性を作成することを特徴とするＸ線撮影装置。