JP5721833B2 - X線画像診断装置及びx線発生装置の制御方法 - Google Patents
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Description
ここで、第1の実施形態について、図3乃至図8に基づいて説明する。図3は実施形態に係るABS制御の処理の流れを示すフローチャートである。図4は透視画像及びその透視画像を基に生成したヒストグラムを示す説明図であって、(a)は、透視画像の一例を示し、(b)は、この透視画像のヒストグラムをNビットに減調し、かつ輝度値をTずつ間引きしたヒストグラムを示す。図5は各画像パターンに応じた画像のヒストグラムを示す説明図である。図6はフィードバック輝度値からX線条件への変換処理を示す説明図である。図7はフィードバック輝度値とX線条件(管電流/管電圧)との関係を示す説明図であって、(a)は、異なる被検体厚のものに同じX線条件で照射したときの被検体厚、X線条件(管電流/管電圧)、フィードバック輝度値、フィードバック電圧との関係を示し、(b)は、異なる被検体厚のもので、ABSが機能したときの被検体厚、X線条件(管電流/管電圧)、フィードバック輝度値、フィードバック電圧との関係を示す。図8はABS制御の効果を説明するための説明図であって、(a)は、フィードバック輝度値が目標輝度値よりも低い値をとった場合のヒストグラムを示し、(b)はフィードバック輝度値が目標輝度値となった場合のヒストグラムを示す。
ステップS10では、画像生成部6aは、X線平面検出器4からn番目フレームの基となる透過X線信号を取得し、16ビットの透視画像データを生成する(S10)。本実施形態では、16ビットの透視画像データは、ABS制御のためにヒストグラム生成部6bに出力されるとともに、表示階調処理のために表示画像処理部6fに出力される。または、既に生成された16ビットの透視画像データを取得してもよい。
ステップS11では、ヒストグラム生成部6bが、16ビットの透視画像データを用いてヒストグラムを生成する(S11)。
被検体領域検出部6cは、透視画像データを16ビットからNビットへ階調を減調し、輝度値をTずつ、間引き処理を行う。そして、減調及び間引き後の輝度値の分布を示すヒストグラムを生成する(S12)。このときのNビットは、16ビット未満の任意の階調である。従って、ヒストグラム階調を16ビットからNビットへ落とすと、透視画像データ中の任意の画素は以下の式(1)で輝度値が変換される。
PVNbit:任意画素のNビット減階調後の輝度値
PV 16bit:任意画素の16ビット時の輝度値
本ステップにおいて、ヒストグラム階調を落とす目的は、ステップS13にて行う判別分析法の演算を高速化することにある。判別分析法は、その演算アルゴリズムから演算時間がヒストグラムの輝度値幅に依存するため、階調を落とし輝度値幅が小さくすることで演算時間が短縮されるからである。
被検体領域割合算出部6dは、は、Nビットにした後輝度値をTずつ間引かれたヒストグラムを基に被検体領域を検出する(S13)。本ステップでは、Nビットかつ輝度値をTずつ間引かれたヒストグラム上にある任意の輝度値を境界にヒストグラムを2つに分割し、それぞれをクラス1、クラス2とした場合におけるクラス間分散が最大となる輝度値をしきい値として求める。具体的には下式(2)より算出されるクラス間分散Δ1の値が最大になるときの輝度値PVthresholdを求める。
Δ1:クラス間分散の値
ω1:クラス1の画素数
ω2:クラス2の画素数
μ1:クラス1の平均輝度値
μ2:クラス2の平均輝度値
μa:画像全体の平均輝度値
なお、式(2)の右辺の分母(ω1+ω2)は、1枚(すなわち1フレーム)の透視画像の全画素数を示しており、この値は、透視画像を構成する全てのフレームにおいて同じ値となる。よって、クラス間分散Δ1が最大となるときの輝度値PVthresholdを求める際に、式(2)の右辺において(ω1+ω2)で除する演算を省き、下記式(2-1)を用いてもよい。式(2-1)は、クラス間分散に連動する指標値Δ2を求める式であるが、Δ2が最大となるとき、クラス間分散Δ1も最大となる。式(2)に代えて式(2-1)を用いることにより、(ω1+ω2)で除する演算が省略でき、より高速な演算処理が可能となる。
Δ2:クラス間分散の値に連動する指標値
ω1:クラス1の画素数
ω2:クラス2の画素数
μ1:クラス1の平均輝度値
μ2:クラス2の平均輝度値
μa:画像全体の平均輝度値
図4の(a)は、画像表示装置7に表示された透視画像20を示し、(b)は、16ビットの透視画像20の画素値の分布を示すヒストグラムを、Nビットに減調し、かつ輝度値をTずつ間引きしたヒストグラム25である。16ビットデータからなる透視画像20の全ての画素値の分布を示すヒストグラムも、ヒストグラム25と同様、直接線領域21と被検体領域22との画素値の差を起因とする双峰性を示す。
被検体領域割合算出部6dは、ヒストグラム25を基にPVthresholdを求め直接線領域26を求める。その後、被検体領域割合算出部6dは、下式(3)を基にヒストグラム25の全体に対する被検体領域27の割合W(%)を求める(S14)。
W:ヒストグラム25の全体に対する算出された被検体領域27の割合
Csp:ヒストグラム25内の被検体領域27の画素数
Call:ヒストグラム25全体の画素数
(ステップS15)
フィードバック輝度値算出部6eは、被検体領域割合算出部6dが算出した被検体領域27の割合W(%)を基づいて、被検体領域割合に応じた複数の画像パターンに分類する(S15)。本ステップでは、被検体領域割合がX1%以上のものを被検体領域割合が多い画像、X2%以上X1%未満のものを中間画像、X2%未満のものを被検体領域割合が少ない画像、と定義し、被検体領域27の割合W(%)と各定義に用いられた条件とを比較して、3つの画像パターンの何れに一致するか、条件分岐を行う(S15)。被検体領域割合が多い画像の場合にはステップS16へ、中間画像の場合には、ステップS17へ、被検体領域割合が少ない画像の場合にはステップS18へ進む。
フィードバック輝度値算出部6eは、各画像パターンに応じて定められたPタイル法の演算に用いるP1、P2、P3の値を設定する(S16〜S18)。Pタイル法の詳細については、次のステップS19において説明する。
フィードバック輝度値算出部6eは、ステップS11で得られた16ビットの透視画像データからなるヒストグラムデータと、ステップS16〜S18で設定したP1、P2、P3のいずれかの値と、を用いて下式(4)に示すPタイル法による演算処理を行い、基準輝度値PVpercentを算出する。続いて、フィードバック輝度値算出部6eは、下式(5)に算出した基準輝度値PVpercentを適用して、フィードバックに用いるフィードバック輝度値PVABSを算出する(S19)。
P:設定する割合(すなわち、ステップS16〜S18で設定したP1、P2、P3の何れかの値)
PCcount:輝度値0から加算した画素数の合計数
PCall:1画像の合計画素数
例えば、被検体領域割合が多い画像の場合、式(4)の左辺にはP1の値となる。そして、1画像の合計画素数に対する、輝度値0から加算した画素数の合計数の割合がP1(%)となるときの輝度値が、基準輝度値PVpercentとなる。
PVABS:ABSフィードバック輝度値
K:任意の輝度値(0〜16383)
PCk:輝度値kにおける画素数
PVpercent:Pタイル法により算出された輝度値
(ステップS20)
フィードバック輝度値算出部6eは、ステップS19で算出したPVABSをABSフィードバック輝度値信号(以下「フィードバック値信号」という)としてX線制御装置3に送り、X線制御装置3内のフィードバック電圧算出部3aが受信する。フィードバック電圧算出部3aは、受信したABSフィードバック輝度値PVABSからX線発生器2にフィードバックする電圧(以下「フィードバック電圧」という。)に換算する。X線発生器2のX線条件決定部2aは、フィードバック電圧を、予め定められた基準電圧と比較し、フィードバック電圧が基準電圧よりも低ければ現在のX線条件(管電圧、管電流の組み合わせ)を序々にあげていき、基準電圧(例えば5V)に合わせ込むように調整する。反対に、フィードバック電圧が基準電圧よりも高ければ、現在のX線条件(管電圧、管電流の組み合わせ)を序々に下げていき、基準電圧(例えば5V)に合わせ込むように調整する(S20)。
X線発生器2は、新たに決定したX線条件信号をX線管球1に出力し、その新たなX線条件に従ってn+1番目フレームの透視画像の撮像が行われる(S21)。
第二実施形態では、第一実施形態のステップS15で用いるX1、X2の値、及びステップS16〜S18で設定するP1、P2、P3の値を手技別及び部位別に異なる値を持たせる。これは、手技によりヒストグラムの構成が変化することや、同じ手技を用いても、骨と臓器など見たい対象が異なると輝度値が異なることから、X線条件を変更したほうが、目標輝度値が達成できるからである。
第三実施形態では、被検体領域内に金属が写り込んでいる場合に、その金属による影響を軽減させる実施形態である。具体的には、第一実施形態のステップS19で行うPタイル法の演算において使用する式(4)を下式(6)のように変形する。
P(%)={PCcount metal÷(PCall-PCunder metal)}×100・・・(6)
PCcount metal:輝度値Mthresholdから加算した合計画素数
PCunder metal:輝度値Mthreshold以下の合計画素数
但し、Mthresholdは金属しきい輝度値である。
第四実施形態では、第一実施形態に加え、X線照射野領域を制限するためのX線絞りの位置情報を用いて、透視画像のうちX線絞りが写りこんだ画素の輝度値を、フィードバック輝度値PVABSの演算対象の画素から除外する実施形態である。X線管球1にX線絞りを入れた場合、1フレーム分の透視画像中における有効な画像部分は、透視画像中においてX線絞りが撮像された領域の内側となる。しかし第一実施形態では1フレーム分の透視画像中の全ての画素をABSのフィードバック対象としているため、X線照射野に挿入されている絞りの部分を被検体領域であると誤認識してしまい、その影響を受けてABSへフィードバックするフィードバック輝度値PVABSが適切な値でなくなり(値が低くなる)、適切なABS制御を行うことが出来ない。
Claims (5)
- X線の出力を規定するX線条件に従ってX線を発生するX線発生手段と、被検体を透過したX線を検出して透過X線信号を出力するX線検出手段と、前記透過X線信号に基づいて前記被検体のX線画像を生成する画像生成手段と、前記X線画像の輝度値の分布を示すヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
前記ヒストグラムを任意の輝度値を境に二つのデータ群に分割し、各データ群からなる二つのクラスのクラス間分散値、又は前記クラス間分散値に連動して増減する指標値、が最大となるときの輝度値を第一閾値とし、前記第一閾値未満のデータ群を前記X線画像における前記被検体が撮像された領域からなる被検体領域として検出する被検体領域検出手段と、
前記検出された被検体領域の画素数の前記ヒストグラムの全画素数に対する割合を算出する被検体領域割合算出手段と、
前記算出された被検体領域の割合に応じて、被検体領域割合が異なる少なくとも二つ以上の画像種別のいずれに前記X線画像が該当するかを判別し、前記判別された画像種別に基づいて予め定義した前記算出された被検体領域の割合が大きいほど値を大きく設定した複数の第二閾値の中から1つの第二閾値を選択し、前記ヒストグラムにおける最小輝度値から加算した画素数の合計数の、前記ヒストグラムの全画素数に対する割合が、前記選択した第二閾値となるときの輝度値を基準輝度値とし、前記最小輝度値から前記基準輝度値までの各輝度値と当該輝度値の画素数を乗算した値の合計値を、前記最小輝度値から前記基準輝度値までの画素数の合計値で除した値をフィードバック輝度値として算出するフィードバック輝度値算出手段と、
前記フィードバック輝度値が予め設定された目標輝度値に近づくように、前記X線条件を決定するX線条件決定手段と、
を備えること、を特徴とするX線画像診断装置。 - 前記ヒストグラム生成手段は、前記X線画像のビット数よりも少ない任意のビット数に減調する処理、又は前記X線画像から生成したヒストグラムを所定の輝度値で間引きする処理、の少なくとも一つを行った処理後ヒストグラムを生成し、前記被検体領域検出手段は、前記処理後ヒストグラムを用いて前記被検体領域の検出を行うこと、
を特徴とする請求項1に記載のX線画像診断装置。 - 前記フィードバック輝度値算出手段は、前記ヒストグラムにおける金属が撮像された領域の輝度値を前記最小輝度値として、前記フィードバック輝度値の算出を行うこと、
を特徴とする請求項1又は2に記載のX線画像診断装置。 - 前記フィードバック輝度値を電圧に換算してフィードバック電圧を算出するフィードバック電圧算出手段を更に備え、
前記X線条件決定手段は、前記目標輝度値を電圧に換算した基準電圧と前記フィードバック電圧とを比較し、前記フィードバック電圧が前記基準電圧よりも低い場合には、前記X線の出力が上がるように前記X線条件を変更し、前記フィードバック電圧が前記基準電圧よりも高い場合には、前記X線の出力が下がるように前記X線条件を変更すること、
を特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載のX線画像診断装置。 - 前記ヒストグラム生成手段は、
前記X線画像において
X線の照射領域を制限するX線絞りが撮像された領域よりも内側の領域の輝度値の分布を示すヒストグラムを生成すること、
を特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載のX線画像診断装置。
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