JP5452837B2 - 医用イメージング装置のための露出を制御する方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は一般的に云えば医用イメージング・システムに関し、より具体的にはＸ線イメージング装置において画像(image) の露出を制御する方法及びシステムに関するものである。

特に医用イメージング・システムにおいて画像処理のダイナミックレンジが増大しており、その結果として画像が改善されている。改良ダイナミックレンジ処理用ソフトウエア及びハードウエアを使用する３次元（３Ｄ）画像処理のためには高ダイナミックレンジ画像及び静止単独画像が必要である。改良ダイナミックレンジ処理用ソフトウエア及びハードウエアによって処理される画像はイメージ・センサのダイナミックレンジによって制限される。その結果、このような高ダイナミックレンジ画像を提供するためには、改良ダイナミックレンジを持つイメージ・センサが必要である。結果として、必要なダイナミックレンジの改善についての医学的な必要性及び市場の後押しに部分的に基づいて、この一層高いダイナミックレンジを提供するために半導体検出器が開発された。しかしながら、半導体検出器はコストが大幅に高くなる。

多くのＸ線システムでは、Ｘ線をカメラ入力に変換するためにイメージ増強管のようなコストのより低いイメージ・センサを使用している。しかしながら、これらのコストのより低いイメージ・センサは、作成される画像のダイナミックレンジを制限する。従って、これらのコストのより低いイメージ・センサを使用すると、イメージ増強管のようなイメージ・センサのダイナミックレンジが制限されているので、再構成画像はより高いダイナミックレンジで提供されない。従って、このようなイメージ・センサの使用及び用途が制限されている。
米国特許第６５７０６１３号 米国特許第６１５１４５４号

模範的な一実施形態では、Ｘ線イメージング・システムを制御する方法を提供する。本方法は、Ｘ線イメージング・システム内のＸ線の露出レベルを変えて、異なる露出レベルを持つ複数の画像を作成する段階と、該複数の画像を加法的処理で組み合わせて、単一のＸ線画像を形成する段階とを有する。

別の模範的な実施形態では、Ｘ線システムを提供する。このＸ線イメージング・システムは、Ｘ線画像を取得するためのＸ線イメージング装置と、前記Ｘ線イメージング装置の各々の動作位置で取得される複数の画像の露出レベルを制御するための制御装置とを含む。Ｘ線イメージング・システムは更に、各々が異なる露出レベルを持つ複数の取得した画像を処理して、単一のＸ線画像を作成するように前記複数の取得した画像を加法的処理で組み合わせるための処理装置を含む。

医用イメージング・システム、特にＸ線イメージング・システムで露出を制御するためのシステム及び方法の模範的な実施形態を以下に詳しく説明する。先ず模範的な医用イメージング・システム、特にＸ線イメージング・システムについての詳しい説明を行い、次いでＸ線イメージング・システムの露出を制御するための方法及びシステムの様々な実施形態についての詳しい説明を行う。

図１は模範的な一実施形態のＸ線イメージング・システム１０のブロック図である。Ｘ線イメージング・システム１０は、Ｘ線源１４を備えたガントリ１２又は他の支持構造を含み、Ｘ線源１４は、ガントリ１２の反対側に配置することのできる検出器アレイ１８又は他の受像器へ向けてＸ線（例えば、Ｘ線ビーム）１６を投射する。検出器アレイ１８は複数の検出器素子２０によって形成されており、これらの検出器素子２０は、患者２２のような物体を通過した投射Ｘ線ビームを検知する。複数の検出器素子２０の各々は、入射するＸ線ビームの強度、したがって患者２２を通過したときのビームの減弱度を表す電気信号を発生する。Ｘ線投影データを取得するためのスキャン中、本発明の様々な実施形態では、ガントリ１２及びその上に装着された部品は回転中心２４の周りを回転することができる。しかしながら、他の運動もＸ線スキャナの種類に依存して可能である。更に、図には複数の検出器素子２０を一列に配置したものとして示しているが、用途の種類や使用するＸ線スキャナに基づいて異なる配置構成も考えられることに留意されたい。複数の検出器素子２０を単一の列に配置した構成では、単一の画像スライスに対応する投影データをスキャン中に取得することができる。しかしながら、他の模範的な実施形態では、複数の検出器素子２０は、複数の平行なスライスに対応する投影データをスキャン中に同時に取得することができるように、複数の平行な列に配置することができる。

ガントリ１２の回転などの制御及びＸ線源１４の動作はＸ線イメージング・システム１０の制御ユニット２６によって規定される。制御ユニット２６は、Ｘ線源１４に電力及びタイミング信号を供給するＸ線制御装置２８と、例えばガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御装置３０とを含んでいる。制御ユニット２６内のデータ取得システム（ＤＡＳ）３２が複数の検出器素子２０からのアナログ・データのようなデータをサンプリングして、そのデータをその後の処理のためにディジタル信号へ変換する。制御ユニット２６はまた、後で詳しく説明するように、Ｘ線源１４のエネルギ・レベルのような露出レベルを制御する露出制御装置３３を含む。画像再構成装置３４がＤＡＳ３２からのサンプリングされディジタル化されたＸ線データを受け取って、画像再構成を実行する。Ｘ線データを処理する画像処理装置３５もまた設けることができる。再構成された画像はコンピュータ３６ような処理装置に供給され、コンピュータ３６は画像を大容量記憶装置３８ような記憶装置に記憶させる。

コンピュータ３６はまた、オペレータ・コンソール４０を介してオペレータから指令及び走査パラメータを受け取る。オペレータ・コンソール４０は、例えば、キーボード、ジョイスティック、ローラーボール又は他のユーザ入力装置を含むことができる。表示装置４２により、オペレータはコンピュータ３６からの再構成された画像及び他のデータを観察することができる。コンピュータ３６はオペレータにより供給された指令及びパラメータを使用して、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御装置２８、ガントリ・モータ制御装置３０及び露出制御装置３３へ制御信号及び情報を供給する。更に、模範的な一実施形態では、コンピュータ３６はテーブル・モータ制御装置４４を制御し、テーブル・モータ制御装置４４はガントリ１２内に患者２２を位置決めするように電動テーブル４６を制御する。例えば、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システムとして示したＸ線イメージング・システム１０の一実施形態を例示する図２に示されるように、テーブル４６はガントリ開口４８の中へ患者２２の部分を移動させる。ところで、本発明の様々な実施形態が図２に示したＣＴ型Ｘ線システムに限定されるものではないことに注意されたい。例えば、Ｘ線イメージング・システム１０は、図３に示されるような、Ｃ字形のガントリ１２を持ち且つ図１について述べた制御部品を移動式下部構造３９の一部として備えた移動式Ｃ形アームＸ線イメージング・システムであってよい。また別の例として、図４に示している本発明の別の実施形態では、Ｘ線イメージング・システム１０は、Ｘ線源１４を動かすための位置決めアーム１７を持つ移動式Ｘ線イメージング・システムであってよい。ところで、以下により詳しく説明するような露出制御装置３３（図１に示す）及び画像処理装置３５（図１に示す）を含めて、Ｘ線イメージング・システム１０の構成部品は、希望により又は必要に応じて任意の種類のＸ線イメージング・システムに関連して設けることができる。

本発明の様々な実施形態は、Ｘ線イメージング・システム１０の制御、より具体的に述べると、画像の露出の制御を対象とする。これらの様々な実施形態は、イメージ増強管のようなコストのより低いイメージ・センサにとって特に有用であり、このような検出器のダイナミックレンジを改善する。詳しく述べると、図５に示されるように、Ｘ線システム１０に使用するための露出制御プロセス又は方法１００を例示する。具体的に述べると、段階１０２で、変えるべき露出パラメータを決定する。様々な実施形態では、これらのパラメータは一般に、以下に限定されないが、エネルギ・パラメータ、例えば、（１）パルス幅を変えることによって電気的に制御し、又は機械的シャッターによって機械的に制御することができるＸ線の持続時間；（２）ミリアンペア（ｍＡ）レベル；（３）キロボルト（ｋＶ）レベル；及び／又は（４）センサの輝度を可変にするようにＸ線イメージング・システム１０によって、特にＸ線源１４によって供給されるＸ線量を変える他のパラメータを含む。ここで、本書で用いる「ｍＡｓ」が或る時間にわって持続するｍＡレベルを表すことに留意されたい。上記のようなパラメータはオペレータ・コンソール４０（図１に示す）を使用してユーザによって入力することができ、或いは、例えば、実行すべき特定の種類の検査に基づいて、コンピュータ３６（図１に示す）によって処理するために予め定めて又はプログラムしておくことができる。

段階１０４で、一画像又は一組の画像当りの露出の数を決定する。詳しく述べると、Ｘ線源１４（図１に示す）の各動作位置又は点における露出の数を決定する。例えば、各位置で二重露出（すなわち、Ｘ線源１４を使用した２つの露出）を規定することができる。しかしながら、３つ以上の露出及び／又は必要とされ又は希望されるだけの数の露出を含めて、付加的な露出を規定することもできる。段階１０６で、露出レベルの所望の又は必要な変更について、例えば、一画像又は一組の画像当りの露出の各々の間でのエネルギ・レベルの変更について決定する。例えば、エネルギ・レベルは、ユーザによって選択された所望の画像品質に基づいて変更することができる。段階１０４での一画像又は一組の画像当りの露出の数の決定と、段階１０６での各露出についての露出レベルの変更の決定とはまた、オペレータ・コンソール４０に受け取ったユーザ入力に基づいて定めることができ、或いは予め定めておくことができる。

段階１０８で、Ｘ線源１４によって発生されるＸ線１６（図１に示す）のＸ線量又は露出レベルを、段階１０２で決定された通りの変えるべき露出パラメータと、段階１０４で決定された通りの一画像又は一組の画像当りの露出の数と、段階１０６で決定された通りの各露出についての露出レベルの変更とに基づいて、露出制御装置３３（図１に示す）によって制御する（例えば、変える）。例えば、Ｘ線源１４のｋＶ又はｍＡを、露出制御装置３３によって制御される露出の各々について制御し、より詳しくは、変える。

段階１１０で、異なる露出レベルを持つ複数の画像を受け取る。例えば、ＤＡＳ３２（図１に示す）は複数の検出器素子２０（図１に示す）からのアナログ・データをサンプリングし、次いで該データをその後の処理ためにディジタル信号へ変換することができる。複数の検出器素子２０からのデータのサンプリングは、例えば、一画像又は一組の画像についての各露出レベルに対して逐次的に行うことができる。次いで、段階１１２で、受け取った複数の画像を組み合わせ又は合併する。詳しく述べると、画像再構成装置３４（図１に示す）と関連した画像処理装置３５（図１に示す）が、複数の画像を組み合わせ又は合併し、例えば、Ｘ線源１４（図１に示す）の同じ点又は位置からの異なる露出レベルでの複数の画像を組み合わせ又は合併する。

動作について説明すると、例えば、各画像又は一組の画像について２つの異なる露出レベルがＸ線源１４によって供給される（例えば、発生される）場合、例えば、二重エネルギ組み合わせ又は合併を行うことができる。模範的な一実施形態では、既知のような加法的及び／又は加算平均による合併又は組み合わせを行う。例えば、既知のような加算方程式を使用することができ、その場合、画像の各画素の値が複数の画像のその画素の対数の和である。しかしながら、画像を組み合わせ又は合併するための任意の適当な方法を具現することができることに留意されたい。例えば、希望により又は必要に応じて任意の方法又はプロセスを使用して、ダイナミックレンジを改善した画像を提供するために暗い部分及び／又は明るい部分のクリッピングを避けるように画像を組み合わせ又は合併することができる。更に、模範的な一実施形態では、Ｘ線源１４及び患者２２（図１に示す）が静止している間に各位置において複数の画像が得られることに留意されたい。次いで、段階１１４で、組み合わされた及び／又は合併された画像を多重露出画像として供給し、該画像は、例えば、表示装置４２（図１に示す）で表示することができる。

このように、本発明の様々な実施形態はＸ線スキャンから多重露出画像を提供する。例えば、イメージ増強管のようなより低コストのセンサを使用して、ダイナミックレンジを改善し且つ暗い部分／明るい部分のクリッピングを低減した多重露出画像を作成するように組み合わされ又は合併されるような、各露出を異なるエネルギ・レベルにした複数の画像を提供する。この複数の画像は、例えば、ダイナミックレンジを改善するために暗い部分及び／又は明るい部分のクリッピングを低減するように、加法的な、単純な加算平均による又は他の複合による合併のような任意の態様で、組み合わせることができる。従って、例えば、異なる露出を持つ複数の画像を組み合わせ又は合併することによって作成された多重露出画像は、Ｘ線システムを使用して画像構成のダイナミックレンジを拡大するように提供することができる。

更に、露出制御を提供するための本発明の様々な実施形態は、希望により又は必要に応じて任意の形式又は種類のＸ線イメージング・システムに関連して又はそれと組み合わせて使用することができる。更に、変えられるパラメータは、例えば、Ｘ線システムの形式又は種類、或いは特定のＸ線用途に基づいて、変更又は修正することができる。

本発明を様々な特定の実施形態について説明したが、当業者には、本発明を特許請求の範囲に記載の精神および範囲内で修正して実施できることが認められよう。

本発明の模範的な一実施形態によるＸ線イメージング・システムのブロック図である。 コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システムとして示した図１のＸ線イメージング・システムの模範的な一実施形態の斜視図である。 移動式Ｃ形アームＸ線システムとして示した図１のＸ線イメージング・システムの別の模範的な実施形態の側面図である。 移動式Ｘ線イメージング・システムとして示した図１のＸ線イメージング・システムの別の模範的な実施形態の側面図である。 本発明の模範的な一実施形態による露出制御方法を例示する流れ図である。

符号の説明

１０ Ｘ線イメージング・システム
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１６ Ｘ線
１７ 位置決めアーム
１８ 検出器アレイ
２０ 検出器素子
２２ 患者
２４ 回転中心
２６ 制御ユニット
３９ 移動式下部構造
４２ 表示装置
４８ ガントリ開口
１００ 露出制御方法

Claims (10)

1. Ｘ線イメージング・システム（１０）を制御する方法（１０８）であって、
   前記Ｘ線イメージング・システムのＸ線露出レベルを変更する露出パラメータを決定する段階と、
   前記Ｘ線イメージング・システムのＸ線源の各位置における露出の数を決定する段階と、
   決定された前記露出パラメータと、決定された前記露出の数に基づいて、前記Ｘ線イメージング・システムの複数のＸ線源（１４）の露出レベルを変えて、前記Ｘ線源の各位置における複数の画像を作成する段階と、
   該複数の画像を加法的処理で組み合わせて（１１２）、前記複数の画像の各々よりもダイナミックレンジが改善された単一のＸ線画像を形成する段階と、を有している方法。
2. Ｘ線イメージング・システム（１０）を制御する方法（１０８）であって、
   Ｘ線露出レベルを変更する露出パラメータを決定する段階と、
   前記Ｘ線イメージング・システムの複数の位置の各々における露出の数を決定する段階と、
   複数の前記露出に対応する複数の画像を受ける段階であって、前記複数の露出の各々が、決定された前記露出パラメータと決定された前記露出の数に基づいた異なる露出レベルを持つ、前記受ける段階と、
   該複数の画像を加法的処理で組み合わせて（１１２）、前記複数の画像の各々よりもダイナミックレンジが改善された単一のＸ線画像を形成する段階と、を有している方法。
3. 露出レベルを変える前記段階は、Ｘ線量を変える段階を含んでいる、請求項１または２に記載の方法。
4. 露出レベルを変える前記段階は、持続時間を変える段階を含んでいる、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 露出レベルを変える前記段階は、ミリアンペア（ｍＡ）レベルを変える段階を含んでいる、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 前記持続時間は電気的手段及び機械的手段の内の一方によって制御される、請求項４記載の方法。
7. 前記加法的処理は加算平均処理を含んでいる、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. 更に、Ｘ線システム（１０）の単一の動作位置でイメージ増強管を使用して複数の画像を取得する段階を含んでいる請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
9. 更に、Ｘ線システム（１０）の複数の動作位置の各々でイメージ増強管を使用して複数の画像を取得する段階を含んでいる請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
10. Ｘ線画像を取得するためのＸ線イメージング装置と、
    前記Ｘ線イメージング装置の各々の動作位置で取得される複数の画像の露出レベルを制御し（１０８）、前記複数の画像を規定する前記複数の動作位置の各々における露出の数を制御する（１０４）ための制御装置（３３）と、
    各々が異なる露出レベルを持つ複数の取得した画像を処理して、前記複数の取得した画像を加法的処理で組み合わせ（１１２）、前記複数の画像の各々よりもダイナミックレンジが改善された単一のＸ線画像を作成する処理装置（３５）と、
    を有しているＸ線システム（１０）。
    

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