JP5821695B2 - Image processing apparatus and radiation tomography apparatus including the same - Google Patents
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Images
Description
本発明の構成は、放射線源とFPDとが互いに反対方向に同期移動しながら撮影された一連の透視画像を基に被検体の断層画像を取得する画像処理装置およびそれを備えた放射線断層撮影装置に関する。 The configuration of the present invention includes an image processing apparatus that acquires a tomographic image of a subject based on a series of fluoroscopic images captured while a radiation source and an FPD are synchronously moved in opposite directions, and a radiation tomography apparatus including the same About.
医療機関には、被検体の断層画像を取得する放射線撮影装置51が配備されている。この様な放射線撮影装置51には、放射線を照射する放射線源53と、放射線を検出するFPD54とが同期的に移動しながら一連の透視画像を連写し、一連の透視画像を重ね合わせることで断層画像を取得する構成となっているものがある(図22参照)。この様な放射線撮影装置51においては、一連の透視画像の撮影中、放射線源53とFPD54とが被検体の体軸方向に互いに近づくように移動し、放射線源53とFPD54との体軸方向における位置が一致した状態となったあと、放射線源53とFPD54とが体軸方向に互いに遠ざかるように移動する。この様な放射線撮影装置は、例えば特許文献1に記載されている(特許文献1参照)。
A medical institution is provided with a
放射線撮影装置51が上述のような断層画像を撮影する際の動作について説明する。まず、放射線源53は、移動しながら間歇的に放射線を照射する。つまり一度の照射が終了する毎に放射線源53は被検体の体軸方向に移動し、再び放射線の照射を行う。こうして74枚の透視画像が取得され、これらが重ね合わせられる。完成した画像は、被検体をある裁断面で裁断したときの断層像が写りこんだ断層画像となっている。
An operation when the
しかしながら、上述のような従来構成には次のような問題点がある。
すなわち、従来構成の放射線撮影装置51は、断層画像の端部において、画像が乱れてしまう。
However, the conventional configuration as described above has the following problems.
That is, in the
透視画像は、X線管3およびFPD54を被検体に対して移動させながら撮影されたものなので、被検体の写り込む位置は、各透視画像にわたって異なっている。すなわち、ある透視画像における端部に写り込む被検体の像は、別の透視画像には写り込んでいないということが起こる。しかし、断層画像Dを生成する際にはこのような事情は考慮されない。すなわち、再構成に必要な被検体像は全て透視画像に含まれていることを前提に断層画像Dが生成されるのである。
Since the fluoroscopic images are taken while moving the
すると、生成される断層画像Dの端部では、断層画像Dの生成に本来は必要な被検体の像が不足した状態となる。このような像の不足は、断層画像Dにおいては偽像となって現れる。より具体的には、図23に示すように、断層画像DにおけるFPD54と放射線源53とが移動する方向(断層画像Dの縦方向)の両端において画像が顕著に乱れてしまう。
Then, at the end of the generated tomographic image D, the image of the subject that is originally necessary for generating the tomographic image D is insufficient. Such a lack of image appears as a false image in the tomographic image D. More specifically, as shown in FIG. 23, the image is significantly disturbed at both ends of the tomographic image D in the direction in which the
そこで、従来の構成においては、この像の不足を補って、断層画像を生成することにより、断層画像の視認性を高めるようにしている。その具体的方法は、透視画像の端のパターンを繰り返し貼り付けて透視画像を延伸することにより像の不足を補うというものである。しかし、この方法では十分な像の外挿が行えているとは言えない。すなわち、上述の方法においては、画像に写り込む被検体の像を考慮に入れず、画像の端部を単に貼り付けるだけなので、図24に示すようにつなぎ合わせられた被検体の像が不連続となる。すると、外挿処理により画像の端部が余計に不自然となる場合がある。このような事情があるので、従来方法では外挿を行わないで断層画像を生成するよりも断層画像の視認性が低下することもあり得るのである。 Therefore, in the conventional configuration, the shortage of the tomographic image is improved by compensating for the lack of the image and generating the tomographic image. The specific method is to make up for the shortage of the image by repeatedly pasting the end pattern of the fluoroscopic image and stretching the fluoroscopic image. However, this method is not sufficient for extrapolating images. That is, in the above-described method, the image of the subject appearing in the image is not taken into consideration, and the end of the image is simply pasted, so the joined subject images are discontinuous as shown in FIG. It becomes. As a result, the edge of the image may become unnatural due to extrapolation processing. Due to such circumstances, the visibility of the tomographic image may be lower than that in the conventional method when the tomographic image is generated without extrapolation.
本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数枚の透視画像から断層画像を取得する放射線断層撮影装置において、視認性に優れた断層画像を取得できる画像処理装置および放射線断層撮影装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to obtain a tomographic image excellent in visibility in a radiation tomography apparatus that obtains a tomographic image from a plurality of fluoroscopic images. A processing apparatus and a radiation tomography apparatus are provided.
本発明は上述の課題を解決するために次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る画像処理装置は、画像の側辺部に写り込んでいる線状構造物が線状構造物の延伸方向に配列するように側辺部に位置する領域の複製を画像の側辺部に継ぎ足して外挿画像を生成する外挿手段と、被検体に放射線を照射する放射線源と被検体透過後の放射線を検出する放射線検出手段とが同期的かつ互いに反対方向に移動されながら連写された一連の画像を元に生成された外挿画像を重ね合わせて断層画像を生成する断層画像生成手段とを備え、外挿手段は、画像における放射線源と放射線検出手段とが移動する方向の両終端に画像処理を施すことを特徴とするものである。
The present invention has the following configuration in order to solve the above-described problems.
That is, the image processing apparatus according to the present invention, an image replication of the region linear structures are crowded-through to the side portions of the images are located side edge portion so as to be arranged in the extending direction of the linear structure An extrapolation unit that generates an extrapolated image by adding to the side of the object, a radiation source that irradiates the subject with radiation, and a radiation detection unit that detects the radiation that has passed through the subject move synchronously and in opposite directions. And a tomographic image generating means for generating a tomographic image by superimposing extrapolated images generated based on a series of images continuously taken, and the extrapolating means includes a radiation source and a radiation detecting means in the image. Image processing is performed at both ends in the moving direction.
[作用・効果]本発明に係る画像処理装置は、画像の側辺部に写り込んでいる線状構造物が線状構造物の延伸方向に配列するように側辺部に位置する領域の複製を画像の側辺部に継ぎ足して外挿画像を生成する。しかも、この継ぎ足し動作は、画像における放射線源および放射線検出手段の移動方向の両終端に施される。このようにして、画像の移動方向における両端は、線状構造物を延伸するように継ぎ足され、外挿画像が生成される。画像の側辺部から外れた部分は、撮影をすることができなかった部分であるから、この部分の透視画像がどのようになっていたかを実際に知ることはできない。しかし、この画像から外れた部分における被検体の像は、少なくとも画像の側辺部の像を延長したパターンがしばらく続くと考えられる。 [Operation and Effect] The image processing apparatus according to the present invention, the area where the linear structures are crowded-through to the side portions of the images are located side edge portion so as to be arranged in the extending direction of the linear structure An extrapolated image is generated by adding the duplicate to the side of the image. In addition, this adding operation is performed at both ends of the moving direction of the radiation source and the radiation detection means in the image. In this way, both ends in the moving direction of the image are added so as to extend the linear structure, and an extrapolated image is generated. Since the portion outside the side portion of the image is a portion that could not be photographed, it is impossible to actually know how the fluoroscopic image of this portion was. However, it is considered that the image of the subject in the part deviated from the image continues for a while with a pattern extending at least the image of the side part of the image.
そこで、画像の側辺部に写り込んだ線状構造物を延伸するように側辺部のパターンを側辺部の伸びる方向に適宜ずらしながら画像につなぎ合わせれば、画像上の撮影することができなかった部分をより自然に外挿することができる。すなわち、生成された外挿画像の端部は、被検体像が連続して延長されたようになっている。このような外挿がなされた外挿画像を用いて断層画像を生成すれば、視認性に優れた断層画像を生成することができる。 Therefore, if the pattern of the side part is appropriately shifted in the direction in which the side part extends so as to extend the linear structure reflected on the side part of the image, it can be taken on the image. The missing part can be extrapolated more naturally. That is, the end of the generated extrapolated image is such that the subject image is continuously extended. If a tomographic image is generated using an extrapolated image subjected to such extrapolation, a tomographic image with excellent visibility can be generated.
また、上述の画像処理装置において、外挿手段は、画像において、移動方向と直交する直交方向に伸びた側辺部に位置する短冊状の画素配列を複製して当該側辺部に継ぎ足すことにより動作すればより望ましい。 Further, in the above-described image processing apparatus, the extrapolation means duplicates a strip-like pixel array located on the side portion extending in the orthogonal direction orthogonal to the moving direction in the image, and adds it to the side portion. It is more desirable to operate according to.
[作用・効果]上述の構成は、本発明の外挿手段の具体的な構成を示すものとなっている。すなわち、外挿手段が継ぎ足す動作は移動方向と直交する直交方向に伸びた側辺部に位置する短冊状の画素配列を複製することにより行えば、より確実に外挿画像の生成が可能である。 [Operation / Effect] The above-described configuration shows a specific configuration of the extrapolation means of the present invention. In other words, the extrapolation means can be more reliably generated by duplicating the striped pixel array located on the side extending in the orthogonal direction perpendicular to the moving direction. is there.
また、上述の画像処理装置において、外挿手段は、画素を継ぎ足す際に、短冊状の画素配列に対し直交方向に平滑化処理を施せばより望ましい。 Further, in the above-described image processing apparatus, it is more preferable that the extrapolation means performs a smoothing process in the orthogonal direction to the strip-like pixel arrangement when adding the pixels.
[作用・効果]上述の構成は、本発明の外挿手段の具体的な構成を示すものとなっている。すなわち、外挿手段は、画素を継ぎ足す際に、短冊状の画素配列に対し直交方向に平滑化処理を施せば、より鮮明な断層画像を取得できる。画像の外側の部分の被検体の透視像は、画像の側辺部に写り込んでいる被検体像とほぼ同じであろうと予想される。しかし、実際には画像の外側の部分の被検体の透視像と画像の側辺部に写り込んでいる被検体像とは全く同じにはならない。したがって、画素をそのまま継ぎ足すと、実際とは異なるパターンが画像に継ぎ足されることになり、断層画像が不自然なものとなる。上述の構成によれば、いったん平滑化をしてから画素を継ぎ足すので、断層画像の不自然さが目立たず、断層画像の視認性が向上する。 [Operation / Effect] The above-described configuration shows a specific configuration of the extrapolation means of the present invention. That is, the extrapolation means can acquire a clearer tomographic image by performing smoothing processing in the orthogonal direction to the strip-like pixel arrangement when adding pixels. It is expected that the fluoroscopic image of the subject in the outer portion of the image will be substantially the same as the subject image reflected on the side of the image. However, in actuality, the fluoroscopic image of the subject outside the image and the subject image reflected on the side of the image are not exactly the same. Therefore, when pixels are added as they are, a pattern different from the actual one is added to the image, and the tomographic image becomes unnatural. According to the above-described configuration, since the pixels are added after smoothing once, the unnaturalness of the tomographic image is not noticeable and the visibility of the tomographic image is improved.
また、上述の画像処理装置において、外挿手段は、複数の画素配列の継ぎ足し動作を繰り返すにつれ、継ぎ足される画素配列に施される平滑化処理のぼかし強度を次第に強くすればより望ましい。 In the above-described image processing apparatus, it is more desirable that the extrapolation means gradually increase the blurring strength of the smoothing process applied to the added pixel array as the addition operation of the plurality of pixel arrays is repeated.
[作用・効果]上述の構成は、本発明の外挿手段の具体的な構成を示すものとなっている。画像に写っていない被検体像の予想は、被検体像を予想する部分が画像の側辺部から離れるほど難しくなる。例えば、画像の外側の領域において、側辺部に隣接する部分の被検体の透視像は、側辺部に写り込んでいる被検体像とほぼ同じであろうと予想される。しかし、画像の外側の領域において、側辺部から離れるほど被検体の像は側辺部に写り込んでいる被検体像とかけ離れてくるはずである。本発明によれば複数の画素配列の継ぎ足し動作を繰り返すにつれ、継ぎ足される画素配列に施される平滑化処理のぼかし強度を次第に強くしている。このようにすると継ぎ足し動作を繰り返すにつれ、次第に本来の被検体像とかけ離れたパターンを継ぎ足してしまう事態を防ぐことができる。 [Operation / Effect] The above-described configuration shows a specific configuration of the extrapolation means of the present invention. Prediction of a subject image that is not shown in the image becomes more difficult as the portion where the subject image is predicted is farther from the side of the image. For example, in a region outside the image, it is expected that the fluoroscopic image of the subject adjacent to the side portion will be substantially the same as the subject image reflected on the side portion. However, in the outer area of the image, the image of the subject should be farther away from the subject image reflected on the side portion as the distance from the side portion increases. According to the present invention, as the adding operation of a plurality of pixel arrays is repeated, the blurring strength of the smoothing process applied to the added pixel array is gradually increased. In this way, it is possible to prevent a situation in which a pattern that is far from the original subject image is gradually added as the adding operation is repeated.
また、上述の画像処理装置を搭載した放射線断層撮影装置において、被検体に放射線を照射する放射線源と、被検体から透過してきた放射線を検出する放射線検出手段と、放射線源と放射線検出手段とを被検体に対して移動方向に同期的かつ互いに反対方向に移動させる移動手段と、移動手段を制御する移動制御手段と、放射線検出手段の出力を基に画像を生成する画像生成手段とを備えればより望ましい。 In the radiation tomography apparatus equipped with the above-described image processing apparatus, a radiation source that irradiates a subject with radiation, a radiation detection means that detects radiation transmitted from the subject, a radiation source and a radiation detection means A moving unit that moves the subject synchronously in the moving direction and in opposite directions; a movement control unit that controls the moving unit; and an image generating unit that generates an image based on the output of the radiation detecting unit. More desirable.
[作用・効果]上述の構成は、本発明の画像処理装置を搭載した放射線断層撮影装置の構成を示している。本発明に係る放射線断層撮影装置によれば、断層画像の両端の視認性が向上した断層画像を取得することができる。 [Operation / Effect] The configuration described above shows the configuration of a radiation tomography apparatus equipped with the image processing apparatus of the present invention. With the radiation tomography apparatus according to the present invention, a tomographic image with improved visibility at both ends of the tomographic image can be acquired.
本発明に係る画像処理装置は、まず画像に写り込んだ線状構造物の延伸方向を示す勾配ベクトルマップを生成する。そして、勾配ベクトルマップを参照して画像の側辺部に写り込んでいる線状構造物が線状構造物の延伸方向に配列するように側辺部に位置する領域の複製を画像の側辺部に継ぎ足して外挿画像を生成する。そして、画像の側辺部に写り込んだ線状構造物を延伸するように側辺部のパターンをずらしながら側辺部のパターンをつなぎ合わせれば、被検体像がより自然に補われる。この動作の後、断層画像を生成すれば、視認性に優れた断層画像を生成することができる。 The image processing apparatus according to the present invention first generates a gradient vector map indicating the extending direction of the linear structure reflected in the image. Then, a copy of the region located on the side is copied so that the linear structures reflected on the side of the image with reference to the gradient vector map are arranged in the extending direction of the linear structure. An extrapolated image is generated by adding to the section. Then, if the patterns of the side portions are joined together while shifting the pattern of the side portions so as to extend the linear structure reflected in the side portions of the image, the subject image is more naturally supplemented. If a tomographic image is generated after this operation, a tomographic image with excellent visibility can be generated.
実施例1に係る画像処理装置は、図1に示すように、X線で被検体の撮影をすることによって取得される画像(元画像P0と呼ぶ)を入力すると、被検体をある裁断面で裁断したときの断層画像Dが出力される構成となっている。元画像P0は、本発明の画像に相当する。 As shown in FIG. 1, the image processing apparatus according to the first embodiment inputs an image (referred to as an original image P0) acquired by taking an image of the subject with X-rays. The tomographic image D when cut is output. The original image P0 corresponds to the image of the present invention.
<画像処理装置の全体構成>
実施例1に係る画像処理装置12は、図1に示すように、元画像P0に写り込んだ線状構造物の延伸方向を示す勾配ベクトルを算出し、これを配列して勾配ベクトルマップ(単にマップmと呼ぶ)を生成するマップ生成部12aと、マップmを参照して元画像P0の側辺部に写り込んでいる線状構造物を延伸するように側辺部に位置する領域を側辺部の伸びる方向にずらしながら元画像P0の側辺部に継ぎ足して外挿画像P1を生成する外挿部12bと、被検体にX線を照射するX線管3と被検体透過後のX線を検出するFPD4とが移動方向に同期的かつ互いに反対方向に移動されながら連写された一連の元画像P0を元に生成された外挿画像P1を重ね合わせて断層画像Dを生成する断層画像生成部12cとを備えている。これら各部の動作については、後述とする。X線管3は、本発明の放射線源に相当し、FPD4は、本発明の放射線検出手段に相当する。また、マップ生成部12aは、本発明のマップ生成手段に相当し、外挿部12bは、本発明の外挿手段に相当する。そして、断層画像生成部12cは、本発明の断層画像生成手段に相当し、マップmは、本発明の勾配ベクトルマップに相当する。
<Overall configuration of image processing apparatus>
As shown in FIG. 1, the
<X線断層撮影装置の全体構成>
図2は、実施例1に係る放射線断層撮影装置の構成を説明する機能ブロック図である。図2に示すように、実施例1に係るX線撮影装置1は、X線断層撮影の対象である被検体Mを載置する天板2と、天板2の上部(天板2の1面側)に設けられた被検体Mに対してコーン状のX線ビームを照射するX線管3と、天板2の下部(天板の他面側)に設けられ、被検体Mを透過してきたX線を検出するシート状のフラットパネル型X線検出器(以下、FPDと略記)4と、コーン状のX線ビームの中心軸とFPD4の中心点とが常に一致する状態でX線管3とFPD4との各々を被検体Mの関心部位を挟んで互いに反対方向に同期移動させる同期移動機構7と、これを制御する同期移動制御部8と、FPD4のX線を検出するX線検出面を覆うように設けられた散乱X線を吸収するX線グリッド5とを備えている。この様に、天板2は、X線管3とFPD4とに挟まれる位置に配置されている。X線管3は、本発明の放射線源に相当し、FPD4は、本発明の放射線検出手段に相当する。また、同期移動制御部8は、本発明の移動制御手段に相当し、同期移動機構7は、本発明の移動手段に相当する。同期移動機構7は、本発明の移動手段に相当し、同期移動制御部8は、本発明の移動制御手段に相当する。
<Overall configuration of X-ray tomography apparatus>
FIG. 2 is a functional block diagram illustrating the configuration of the radiation tomography apparatus according to the first embodiment. As illustrated in FIG. 2, the
X線管3は、X線管制御部6の制御にしたがってコーン状でパルス状のX線ビームを被検体Mに対して繰り返し照射する構成となっている。このX線管3には、X線ビームを角錐となっているコーン状にコリメートするコリメータが付属している。そして、このX線管3と、FPD4はX線透視画像を撮像する撮像系3,4を生成している。
The
同期移動機構7は、X線管3とFPD4とを同期させて移動させる構成となっている。この同期移動機構7は、同期移動制御部8の制御にしたがって被検体Mの体軸方向Aに平行な直線軌道(天板2の長手方向)に沿ってX線管3を直進移動させる。このX線管3とFPD4との移動方向は、天板2の長手方向に一致している。しかも、検査中、X線管3の照射するコーン状のX線ビームは、常に被検体Mの関心部位に向かって照射されるようになっており、このX線照射角度は、X線管3の角度を変更することによって、たとえば初期角度−20°から最終角度20°まで変更される。この様なX線照射角度の変更は、X線管傾斜機構9が行う。
The
また、同期移動機構7は、上述のX線管3の直進移動に同期して、天板2の下部に設けられたFPD4を被検体Mの体軸方向A(天板2の長手方向)に直進移動させる。そして、その移動方向は、X線管3の移動方向と反対方向となっている。つまり、X線管3が移動することによって照射源位置と照射方向が変化するコーン状のX線ビームは、常にFPD4のX線検出面の全面で受光される構成となっている。このように、一度の検査において、FPD4は、X線管3と互いに反対方向に同期して移動しながら、たとえば74枚の元画像P0を取得するようになっている。具体的には、撮像系3,4は、実線の位置を初期位置として、破線で示した位置を介して、図2に示した一点鎖線で示す位置まで対向移動する。すなわち、X線管3とFPD4の位置を変化させながら複数のX線透視画像が撮影されることになる。ところで、コーン状のX線ビームは常にFPD4のX線検出面の全面で受光されるので、撮影中コーン状のX線ビームの中心軸は、常にFPD4の中心点と一致している。また、撮影中、FPD4の中心は、直進移動するが、この移動はX線管3の移動の反対方向となっている。つまり、体軸方向AにX線管3とFPD4とを同期的、かつ互いに反対方向に移動させる構成となっている。
Further, the
X線撮影装置1に設けられるコリメータについて説明する。コリメータは、X線管3に付設されており、X線管3から照射されるX線をコリメートして、4角錐形状(コーン状)のX線ビーム19とするものである。
A collimator provided in the
続いて、実施例1に係るX線撮影装置1の断層画像の取得原理について説明する。図3は、実施例1に係るX線撮影装置の断層画像の取得方法を説明する図である。例えば、天板2に平行な(鉛直方向に対して水平な)基準裁断面MAについて説明すると、図3に示すように、基準裁断面MAに位置する点P,Qが、常にFPD4のX線検出面の不動点p,qのそれぞれに投影されるように、X線管3によるコーン状のX線ビーム19の照射方向に合わせてFPD4をX線管3の反対方向に同期移動させながら一連の元画像P0が画像生成部11にて生成される。一連の元画像P0には、被検体Mの投影像が位置を変えながら写り込んでいる。そして、この一連の元画像P0(正確には、後述の外挿処理を施した外挿画像P1)を画像処理部(画像処理装置)12にて重ね合わせれば、基準裁断面MAに位置する像(たとえば、不動点p,q)が集積され、X線断層画像としてイメージングされることになる。一方、基準裁断面MAに位置しない点Iは、FPD4における投影位置を変化させながら一連の被検体画像に点iとして写り込んでいる。この様な点iは、不動点p,qとは異なり、画像処理部12でX線透視画像を重ね合わせる段階で像を結ばずにボケる。このように、一連の元画像P0(外挿画像P1)の重ね合わせを行うことにより、被検体Mの基準裁断面MAに位置する像のみが写り込んだX線断層画像が得られる。このように、X線透視画像を単純に重ね合わせると、基準裁断面MAにおけるX線断層画像が得られる。基準裁断面MAの鉛直方向の位置が本発明の基準裁断位置である。画像生成部11は、本発明の画像生成手段に相当する。
Next, the principle of obtaining a tomographic image of the
さらに、画像処理部12の設定を変更することにより、基準裁断面MAに水平な任意の裁断位置においても、同様な断層画像を得ることができる。撮影中、FPD4において上記点iの投影位置は移動するが、投影前の点Iと基準裁断面MAとの離間距離が大きくなるにしたがって、この移動速度は増加する。これを利用して、取得された一連の被検体画像を所定のピッチで体軸方向Aにずらしながら、重ね合わせれば、基準裁断面MAに平行な裁断位置におけるX線断層画像が得られる。このような一連の被検体画像の重ね合わせは、画像処理部12が行う。この様にして断層画像を取得する方法をフィルターバックプロジェクションと呼ぶ。
Further, by changing the setting of the
撮像系3,4を移動させながら撮影された元画像P0を比較すると、被検体Mの像が撮像系3,4の移動方向にズレながら元画像P0に写り込んでいる。これは、撮像系3,4の位置が移動方向に変化することによって、FPD4に投影される被検体Mの投影の形状が変化していくことによる。一方、一連の元画像P0に写り込んでいるリーフの影は、被検体Mの像のズレに追従せず、どの元画像P0にも同じように表れている。
When comparing the original images P0 captured while moving the
もし仮に、元画像P0をそのまま用いて断層画像Dを取得しようとすると、特に断層画像Dの縦方向(撮像系3,4の移動方向に相当する方向)の両端部において、被検体Mの断層像が乱れる。この断層像が乱れる原理について説明する。図4に示す被検体Mの内部の点pを含む裁断面MBにおける被検体Mの断層画像を生成するものとする。図4を参照すれば、点pのFPD4に写り込む位置は、撮像系3,4の移動によって、次第にFPD4の端に移動していることが分かる。すなわち、撮像系3,4が実線の位置にあるときには、点pはX線ビームの中央部に位置しており、撮像系3,4が一点鎖線の位置まできたときには、点pはX線ビームの端部に位置するようになっている。
If the tomographic image D is to be acquired using the original image P0 as it is, the tomographic image of the subject M is obtained particularly at both ends in the longitudinal direction of the tomographic image D (direction corresponding to the moving direction of the
これを、74枚の元画像P0に点pがどのように写り込んでいるかを模式的に表せば図5のようになる。図中の元画像P01は、1番目に撮影された画像を示しており、図4における撮像系3,4が実線の位置にあるとき取得された画像を表しており、図中の元画像P037は、37番目に撮影された画像を示しており、図4における撮像系3,4が破線の位置にあるとき取得された画像を表している。また、図中の元画像P074は、74番目に撮影された画像を示しており、図4における撮像系3,4が一点鎖線の位置にあるとき取得された画像を表している。各画像を比較すれば分かるように、元画像P0を取得された順に比較すると、点pは元画像P0の下端に向けて移動する。点pは、移動しながら全ての元画像P0に写り込んでいる。
FIG. 5 schematically shows how the point p is reflected in the 74 original images P0. The original image P01 in the figure shows the first image taken, and represents an image acquired when the
図5を用いた説明は、理想的な元画像P0を表している。しかし実際は、図6のように元画像P0のいずれにも点pが写り込んでいるわけではない。すなわち、各元画像P0の周縁部に写り込むはずの被検体Mの像の一部は、X線管3およびFPD4を移動させていくうちに撮影視野から外れてしまう。点pの場合について言えば、元画像P0を連写していくに従い、点pが元画像P0の下端側に移動して、遂に撮影視野から外れてしまう。このように、点pは、全ての元画像P0に写り込んでいない。
The description using FIG. 5 represents an ideal original image P0. However, in reality, the point p is not reflected in any of the original images P0 as shown in FIG. That is, a part of the image of the subject M that should appear in the peripheral portion of each original image P0 is out of the field of view while the
図6に示すような元画像P0を使って断層画像Dに点pを結像させようとすると、足しあわされる像が足りなくなってしまい、点pの画素値は、極端に暗いものとなる。この様な断層画像Dの乱れは、断層画像Dにおける撮像系3,4の移動方向に相当する方向を縦方向としたときの、上端部、下端部において特に顕著である。断層画像Dの端部に写り込む被検体の像は、撮像系3,4の移動に伴って撮影視野から外れやすいからである。
If an attempt is made to form the point p on the tomographic image D using the original image P0 as shown in FIG. 6, the added image becomes insufficient, and the pixel value of the point p becomes extremely dark. Such disturbance of the tomographic image D is particularly noticeable at the upper end and the lower end when the direction corresponding to the moving direction of the
図7は、連写することで得られる元画像P0のうち最初に撮影されたものと最後に撮影されたものとの間で被検体Mが写り込む位置を比較したものである。図中において最初の撮影におけるX線管3の位置は実線で、最後の撮影におけるX線管3の位置は破線で表している。すると、図7の矢印に示す基準裁断面MA上の被検体像は、最初に撮影された元画像P0には写り込んでいるにもかかわらず、最後に撮影された元画像P0には写り込んでいない。このような被検体像の不足が断層画像Dの乱れを招くのである。ここで、X線管3が連写開始位置にあるときのX線管3から発せられるX線ビームの端部のうち、X線管3の移動方向と逆方向側にある端部の基準裁断面MA上の位置を開始側参照位置k1とする。
FIG. 7 shows a comparison of the positions at which the subject M is captured between the first image and the last image of the original image P0 obtained by continuous shooting. In the drawing, the position of the
図8も最初に撮影された元画像P0と最後に撮影された元画像P0との間で被検体Mが写り込む位置を比較したものである。図中において最初の撮影におけるX線管3の位置は実線で、最後の撮影におけるX線管3の位置は破線で表している。すると、図8の矢印に示す基準裁断面MA上の被検体像は、最後に撮影された元画像P0には写り込んでいるにもかかわらず、最初に撮影された元画像P0には写り込んでいない。このような被検体像の不足も断層画像Dの乱れを招く。ここで、X線管3が連写終了位置にあるときのX線管3から発せられるX線ビームの端部のうち、X線管3の移動方向にある端部の基準裁断面MA上の位置を終了側参照位置k2とする。
FIG. 8 also shows a comparison of the positions at which the subject M appears between the original image P0 photographed first and the original image P0 photographed last. In the drawing, the position of the
そこで、実施例1の構成によれば、図7において斜線で示す領域において元画像P0に外挿処理を行う。図7の斜線部は、X線によって図7の矢印の範囲がFPD4の検出面が属する平面上に投影される領域である。図8においても図中の斜線部について外挿処理を行う。なお、図8の斜線部は、X線によって図8の矢印の範囲がFPD4の検出面が属する平面上に投影される領域である。
Therefore, according to the configuration of the first embodiment, extrapolation processing is performed on the original image P0 in a region indicated by hatching in FIG. The hatched portion in FIG. 7 is a region projected by the X-ray on the plane to which the detection surface of the
実施例1の画像処理部12は、画像の乱れが抑制された断層画像Dを生成する目的で設けられている。すなわち、画像生成部11が生成した一連の元画像P0は、この画像処理部12に送出され、画像処理部12により種々の画像処理が施されて断層画像Dに変換されるのである。以降、画像処理部12を構成するマップ生成部12a,外挿部12b,断層画像生成部12cの動作について説明する。
The
<マップ生成部の動作>
マップ生成部12aは、元画像P0の各々に勾配解析を施して、元画像P0を構成する画素に対応する勾配ベクトルを算出する。そして、勾配ベクトルの各々を対応画素に倣って2次元的に配列してマップmを生成する。したがって、マップmは、元画像P0の各々について生成されることになる。
<Operation of map generator>
The
図9は、一般的な勾配ベクトルの算出方法を表している。図9においては、元画像P0に属する画素aについて勾配ベクトルを求める様子を示している。画素aについて勾配ベクトルを求めるには、まず、画素aと画素aを囲む周辺画素の各々との間における画素値の差を求める。画素aを囲む周辺画素は、図9の網掛けで示すように、画素aからみて左側、右側、上側、下側、右斜め上側、左斜め上側、右斜め下側、左斜め下側に隣接する8つある。この8つの周辺画素の各々について、画素aとの間で画素値の差が求められる。そして、画素値をベクトルの長さとし、画素aと周辺画素とを通過する方向をベクトルの方向とするベクトルを8つの周辺画素について生成する。すると、図9に示すように、画素aからみて左側、右側、上側、下側、右斜め上側、左斜め上側、右斜め下側、左斜め下側の方向に伸びる8つのベクトルが求められることになる。そして、これら8つのベクトルを足し合わせて1つのベクトルを求める。この求められたベクトルが画素aにとっての勾配ベクトルである。 FIG. 9 shows a general gradient vector calculation method. FIG. 9 shows how the gradient vector is obtained for the pixel a belonging to the original image P0. In order to obtain the gradient vector for the pixel a, first, a difference in pixel value between the pixel a and each of the surrounding pixels surrounding the pixel a is obtained. The peripheral pixels surrounding the pixel a are adjacent to the left side, the right side, the upper side, the lower side, the upper right diagonal side, the upper left diagonal side, the lower right diagonal side, and the lower left diagonal side as viewed from the pixel a, as shown in FIG. There are 8 to do. For each of the eight peripheral pixels, a pixel value difference is obtained from the pixel a. Then, vectors are generated for the eight peripheral pixels, with the pixel value as the vector length and the direction passing through the pixel a and the peripheral pixels as the vector direction. Then, as shown in FIG. 9, eight vectors extending in the direction of the left side, the right side, the upper side, the lower side, the upper right side, the upper left side, the lower right side, and the lower left side are obtained from the pixel a. become. Then, these eight vectors are added to obtain one vector. This obtained vector is the gradient vector for the pixel a.
勾配ベクトルは、元画像P0に写り込む像が伸びる方向を表している。すなわち、図10左側に示すような画像があったとする。この画像には、画像の中心に縦方向に伸びた像が写り込んでおり、画素値が周辺と比べて暗くなっていたとする。この様な画像について勾配解析を行い、取得された勾配ベクトルを画素の位置に倣って配列すると図10右側のようなベクトルマップが得られる。すなわち、網掛けで示す位置に横方向に伸びた勾配ベクトルが縦方向に並んだベクトルマップが得られるのである。 The gradient vector represents the direction in which the image reflected in the original image P0 extends. That is, assume that there is an image as shown on the left side of FIG. In this image, an image extending in the vertical direction is reflected in the center of the image, and the pixel value is darker than the surrounding area. When gradient analysis is performed on such an image and the obtained gradient vectors are arranged following the pixel positions, a vector map as shown on the right side of FIG. 10 is obtained. That is, a vector map is obtained in which gradient vectors extending in the horizontal direction are arranged in the vertical direction at positions indicated by shading.
勾配ベクトルは、ある画素とその隣接する画素における画素値の差が激しい方向と画素値の差の大きさとを表している。したがって、勾配ベクトルから次のようなことが言える。すなわち、勾配ベクトルと直交する方向に伸びた像が元の画像に存在し、元の画像において像の現れている位置は、ベクトルマップにおける勾配ベクトルの位置と一致するということができる。このようにベクトルマップに配列された勾配ベクトルは、元の画像に写り込んだ筋状の構造物の伸びる方向と画像上の位置を表しているのである。また、勾配ベクトルの長さは、筋状の構造物がどの程度はっきりと写り込んでいるかを表している。 The gradient vector represents the direction in which the difference in pixel values between a certain pixel and its adjacent pixels is significant and the magnitude of the difference in pixel values. Therefore, the following can be said from the gradient vector. That is, it can be said that an image extending in a direction orthogonal to the gradient vector exists in the original image, and the position where the image appears in the original image coincides with the position of the gradient vector in the vector map. The gradient vectors arranged in the vector map in this way represent the extending direction and the position on the image of the streak structure reflected in the original image. The length of the gradient vector represents how clearly the streak-like structure is reflected.
実際のマップ生成部12aは、勾配解析を元画像P0の端部について行う。したがって、マップ生成部12aは、図11に示すように、元画像P0端部の画素aを囲む5個の周辺画素を用いて画素aの勾配ベクトルを求めることになる。そして、マップ生成部12aは、元画像P0の端部に位置する1列の画素アレイについて勾配ベクトルを求め、さらに、勾配ベクトルを求めた側と反対側の端部に位置するもう1列の画素アレイについても勾配ベクトルを求める。そして、マップ生成部12aは、求めた勾配ベクトルのそれぞれを元画像P0における画素の並びに倣って配列してマップmを生成する。図12は、マップmの概要を示している。図10に示すようにマップmには、元画像P0の両端に位置する画素の各々について、その画素に対応する勾配ベクトルがマッピングされている。
The actual
マップ生成部12aが勾配ベクトルを求める元画像P0の両端は、元画像P0におけるX線管3およびFPD4が移動する方向についての両端に一致している。
Both ends of the original image P0 for which the
<外挿部の動作>
マップmとこれに対応する元画像P0は、外挿部12bに送出される。外挿部12bは、マップmのうち、勾配ベクトルが求められている1辺に注目して、元画像P0に写り込む線状構造物が元画像P0の終端においてどのように伸びているかを知る。外挿部12bは、図13に示すように、マップmの1辺に配列している勾配ベクトルを合計して、単一の合計ベクトルを生成する。また、外挿部12bは、マップmのうち、勾配ベクトルが求められているもう1辺についても勾配ベクトルを合計して、単一の合計ベクトルを生成する。
<Operation of extrapolation unit>
The map m and the corresponding original image P0 are sent to the
合計ベクトルの意味について説明する。まず、図14左側のように、元画像P0の端部に線上の構造物が写り込んでいたとする。そして、元画像P0についてマップmを生成すると、このとき得られるマップmは図14右側のようになる。すなわち、様々な方向を向いた複数の短い勾配ベクトルと、一方向を向いた少数の長い勾配ベクトルが得られるのである。この様になる理由について説明する。元画像P0において構造物が写り込んでいない部分には、似通った画素が並んでいるので、勾配ベクトルの長さは短くなる。そして、この部分にはノイズが重畳しているので、画素値のバラツキが不規則となり、勾配ベクトルの方向はまちまちである。一方、マップmにおいて、元画像P0の構造物がはっきりと写り込んでいる位置の勾配ベクトルは、この構造物の伸びる方向に直交する勾配ベクトルが位置している。しかも、この構造物は元画像P0においてはっきりと写り込んでいるので、元画像P0における構造物に属する画素の画素値は、周辺の画素の画素値に比べて大きく異なっている。したがって、この勾配ベクトルの長さは周辺の勾配ベクトルと比べて長くなるのである。 The meaning of the total vector will be described. First, as shown on the left side of FIG. 14, it is assumed that a structure on the line is reflected at the end of the original image P0. When the map m is generated for the original image P0, the map m obtained at this time is as shown on the right side of FIG. That is, a plurality of short gradient vectors facing various directions and a small number of long gradient vectors facing one direction are obtained. The reason for this will be described. In the original image P0, similar pixels are arranged in a portion where the structure is not reflected, so that the length of the gradient vector is shortened. Since noise is superimposed on this portion, the pixel value variation is irregular, and the direction of the gradient vector varies. On the other hand, in the map m, the gradient vector at a position where the structure of the original image P0 is clearly reflected is located in a direction perpendicular to the extending direction of the structure. In addition, since this structure is clearly reflected in the original image P0, the pixel values of the pixels belonging to the structure in the original image P0 are greatly different from the pixel values of the surrounding pixels. Therefore, the length of this gradient vector is longer than the surrounding gradient vectors.
図14右側は、これら勾配ベクトルを合計した合計ベクトルをも表している。これによると、様々な方向を向いていた短いベクトルは相殺され、構造物の伸びる方向を表す長い勾配ベクトルが合計ベクトルに強く表れている。つまり、合計ベクトルは、元画像P0において、線状の構造物が伸びる方向(正確にはこれと直交する方向)を表しているのである。 The right side of FIG. 14 also represents a total vector obtained by adding these gradient vectors. According to this, short vectors that are directed in various directions are canceled out, and a long gradient vector representing the direction in which the structure extends is strongly expressed in the total vector. That is, the total vector represents the direction in which the linear structure extends in the original image P0 (more precisely, the direction orthogonal thereto).
図15左側は、実際に撮影される元画像P0の一例で、膝関節の像が写り込んでいるものである。この元画像P0の一辺に位置する画素アレイR1を考える。この画素アレイR1には画素が1列に配列している。図15右側は、元画像P0に対応するマップmを元画像P0に重ね合わせて表している。図15右側を見れば分かるように、画素アレイR1には、大腿骨の輪郭部に長い勾配ベクトルが現れている。なお、図15右側においては、短い勾配ベクトルは省略している。外挿部12bは、これら勾配ベクトルを合計して合計ベクトルを求める。そして、外挿部12bは、合計ベクトルと直交する方向(図15右側の太い矢印で示す方向)を元画像P0の端部に写り込んだ線状構造物の延伸方向と認識する。
The left side of FIG. 15 is an example of an original image P0 that is actually captured, and includes an image of a knee joint. Consider a pixel array R1 located on one side of the original image P0. In the pixel array R1, pixels are arranged in one column. The right side of FIG. 15 shows a map m corresponding to the original image P0 superimposed on the original image P0. As can be seen from the right side of FIG. 15, in the pixel array R1, a long gradient vector appears at the contour of the femur. Note that a short gradient vector is omitted on the right side of FIG. The
図16は、外挿部12bが元画像P0を外挿により延長する様子を示している。外挿部12bは、合計ベクトルを算出した一辺に係る細長状領域R1aを複製して、複製を細長状領域R1aの伸びる方向に適宜ずらしながら元画像P0の一辺につなぎ合わせて元画像P0を延長する。このずらし量は、合計ベクトルと直交する方向に複製が積み重ねられるように求められる。たとえば、合計ベクトルが細長状領域R1aの伸びる方向と直交する場合は、外挿部12bは、この方向が細長状領域R1aに写り込む線状構造物が伸びる方向と認識する。そして、外挿部12bは、複製を細長状領域R1aの伸びる方向にずらさずにそのまま元画像P0に継ぎ足す。
FIG. 16 shows how the
また、図15右側のように合計ベクトルが右斜め方向に向いている場合、外挿部12bは、この方向と直交する左斜め方向に細長状領域R1aに写り込む線状構造物が伸びていると認識する。そして、外挿部12bは、この方向に線状構造物が伸びるように複製をずらしながら元画像P0に継ぎ足す(図16参照)。つまり、外挿部12bは、元画像P0の端部に写り込んでいる被検体の像と、継ぎ足される複製に写り込んでいる被検体の像とが左斜め方向(合計ベクトルの直交方向)にずれるように複製の位置を細長状領域R1aの伸びる方向について調整して継ぎ足すのである。この様にすることで、細長状領域R1aに写り込む被検体の線状構造物が途切れることなく連続性を保った状態で延長されながら元画像P0が外挿される。このように複製が元画像P0に対しずらしながら継ぎ足されることで、元画像P0の細長状領域R1aに写り込んだ線状構造物が連続性を保った状態でその延伸方向に並ぶことになる。
Further, when the total vector is oriented in the diagonally right direction as shown in the right side of FIG. 15, the
図17左側は、元画像P0の一辺が延長される様子を示している。このとき、細長状領域R1aは、先程つなぎ合わせられた細長状領域R1aに更につなぎ合わせられるように次々と配列される。このようにすると、元画像P0に写り込んだ線状構造物が延長されながら元画像P0の外挿がなされることになる。これにより、細長状領域R1aをずらさずに単につなぎ合わせるよりも、元画像P0の被検体像は、連続的となり途切れなくより自然に外挿されることになる。 The left side of FIG. 17 shows how one side of the original image P0 is extended. At this time, the elongated regions R1a are successively arranged so as to be further joined to the elongated regions R1a joined together. In this way, the extrapolation of the original image P0 is performed while extending the linear structure reflected in the original image P0. As a result, the subject image of the original image P0 is continuous and extrapolated more naturally without interruption, rather than simply joining the elongated regions R1a without shifting.
元画像P0が外挿によりどの程度延長されるかについて説明する。元画像P0は、細長状領域R1aの複製を継ぎ足すと、細長状領域R1aにおける短手方向の幅だけ縦方向(撮像系3,4の移動方向)に長くなる。複製の継ぎ足しは、繰り返し行われるので、元画像P0は、複製を継ぎ足す度に細長状領域R1aにおける短手方向の幅だけ伸びることになる。
The extent to which the original image P0 is extended by extrapolation will be described. When the copy of the elongated region R1a is added, the original image P0 becomes longer in the vertical direction (moving direction of the
細長状領域R1aの複製の継ぎ足し回数について説明する。継ぎ足し回数は、断層画像Dを生成する際の画像の重ね合わせ動作を基準に決められる。すなわち、74枚の元画像P0のうちの1枚の端部に写り込む被検体像が他の73枚の元画像P0の全てに外挿されている状態(全外挿状態)となるまで、外挿部12bは、各元画像P0の細長状領域R1aの配列を続ける。以降、外挿部12bは、74枚いずれの元画像P0についても全外挿状態となるまで外挿動作を続ける。
The number of times of duplication of the elongated region R1a will be described. The number of times of addition is determined based on the image overlay operation when the tomographic image D is generated. That is, until the subject image reflected in one end of the 74 original images P0 is extrapolated to all the other 73 original images P0 (full extrapolation state). The
例えば、74枚の元画像P0を連写すると、撮影視野が元画像P0において1ピクセルずつ移動していくものとする。このとき、最初に撮影された元画像P0の上側に配列する1ピクセル幅の領域は、他の73枚の元画像P0に写りこんでいないということが起こる。連写の間に撮影視野が移動したからである。外挿部12bは、この領域の欠損を補完すべく、74枚の元画像P0に外挿動作を繰り返して、外挿画像P1を生成する。すなわち、外挿部12bは、この領域に相当する領域が他の73枚の元画像P0に外挿されるまで外挿動作を続ける。
For example, when 74 original images P0 are continuously shot, it is assumed that the field of view is moved one pixel at a time in the original image P0. At this time, an area of 1 pixel width arranged on the upper side of the original image P0 photographed first does not appear in the other 73 original images P0. This is because the field of view has moved during continuous shooting. The
例えば、2番目に取得された元画像P0については、上側に1回だけ外挿がなされる。以降、取得された順に外挿動作をしていくと、外挿が元画像P0に繰り返される回数は1回ずつ増えていき、最後の74番目に取得された元画像P0については、上側に73回の外挿がなされる。 For example, the second acquired original image P0 is extrapolated only once on the upper side. Thereafter, when the extrapolation operation is performed in the order of acquisition, the number of times the extrapolation is repeated on the original image P0 increases one by one, and the last 74th acquired original image P0 is 73 on the upper side. Extrapolations are made.
元画像P0の下側についても同様である。すなわち、最後に撮影された元画像P0の下側に配列する1ピクセル幅の領域は、他の73枚の元画像P0に写りこんではいない。外挿部12bは、この領域に相当する領域が他の73枚の元画像P0に外挿されるまで外挿動作を続ける。例えば、最初に取得された元画像P0については、下側に73回外挿がなされる。同様に、73番目に取得された元画像P0については、下側に1回だけ外挿がなされる。
The same applies to the lower side of the original image P0. That is, the area of 1 pixel width arranged below the last photographed original image P0 is not reflected in the other 73 original images P0. The
この例における全外挿状態を具体的に説明する。最初に撮影された元画像P0の全外挿状態は、下側に73回の外挿が完了した状態であり、2番目に取得された元画像P0の全外挿状態は、上側に1回、下側に72回の外挿がされた状態である。また、73番目に取得された元画像P0の全外挿状態は、上側に72回、下側に1回の外挿がされた状態であり、最後に撮影された元画像P0の全外挿状態は、上側に73回の外挿が完了した状態である。ところで、外挿部12bが1回外挿動作を行うと、縦方向に1ピクセル幅だけ外挿がなされ、画像は、縦方向に1ピクセルだけ伸びることになる。ということは、元画像P0は、いずれも73ピクセルだけ縦方向(移動方向)に伸ばされて外挿画像P1が生成される。
The full extrapolation state in this example will be specifically described. The first extrapolated state of the original image P0 photographed is a state where 73 extrapolations have been completed on the lower side, and the second extrapolated state of the original image P0 acquired second is once on the upper side. This is a state where the extrapolation is performed 72 times on the lower side. In addition, the entire extrapolation state of the original image P0 acquired 73rd is a state in which the extrapolation is performed 72 times on the upper side and once on the lower side, and the entire extrapolation of the last captured original image P0 is performed. The state is a state where 73 extrapolations have been completed on the upper side. By the way, when the
これを一般的に言えば、外挿動作は、合計でm−1回行われ、これに伴い元画像P0は、n×(m−1)だけ延ばされて外挿画像P1が生成される。このときのmは連写回数であり、nは元画像P0の連写において撮影一回あたり撮影視野が元画像P0上でどれだけ移動するかを示す移動量である。 Generally speaking, the extrapolation operation is performed m-1 times in total, and accordingly, the original image P0 is extended by n × (m−1) to generate the extrapolated image P1. . In this case, m is the number of times of continuous shooting, and n is a movement amount indicating how much the field of view to be moved on the original image P0 per shooting in the continuous shooting of the original image P0.
上述の動作を図7,図8で説明した開始側参照位置k1および終了側参照位置k2で外挿の範囲を説明することもできる。すなわち、外挿部12bは、X線管3、FPD4の位置およびX線管3、FPD4の移動様式を基に、基準裁断面MA上の開始側参照位置k1および終了側参照位置k2を取得する。同様に、外挿部12bは、元画像P0におけるX線管3の移動方向の両端部(図15においては上端および下端)が基準裁断面MA上のどこに位置するかを算出する。そして、外挿部12bは、これらの算出結果より外挿動作を繰り返す。すなわち、外挿部12bは、元画像P0においてX線管3の移動方向と逆方向の端部(例えば図15の上端)については、開始側参照位置k1の投影位置まで元画像P0を外挿する。同様に、外挿部12bは、元画像P0においてX線管3の移動方向の端部(例えば図15の下端)については、終了側参照位置k2の投影位置まで元画像P0を外挿する。
The range of extrapolation can also be described using the start side reference position k1 and the end side reference position k2 described above with reference to FIGS. That is, the
また、細長状領域R1aを単につなぎ合わせたのでは図17右側のように細長状領域R1aが画像を延長する方向と直交する方向にはみ出してしまう。外挿部12bはこの様なことがないように、元画像P0の幅からはみ出した部分はトリミングをするようにしている。つまり、元画像P0は、延長された後も矩形となるように整形がなされるのである。
Further, if the elongated regions R1a are simply joined together, the elongated regions R1a protrude in a direction orthogonal to the direction in which the image is extended as shown on the right side of FIG. In order to prevent this from happening, the
細長状領域R1aは、線状構造物の探索に用いた画素アレイR1と同一の領域としても良い。細長状領域R1aは、画素が横(移動方向と直交する方向)一列に並んだ画素配列であってもよく、細長状領域R1aに縦方向(移動方向)に厚みを持たせるようにしても良い。 The elongated region R1a may be the same region as the pixel array R1 used for searching the linear structure. The elongated region R1a may be a pixel array in which pixels are arranged in a row (in a direction orthogonal to the moving direction), or the elongated region R1a may have a thickness in the vertical direction (moving direction). .
<画像頂点におけるの不足部分の外挿>
続いて、外挿部12bが画像の不足を補う動作について説明する。図17左側における画像の頂点部で網掛けで示した部分は、上述の配列動作によっては外挿がなされない。この部分は、複製元の細長状領域R1aが有さない領域だからである。そこで、外挿部12bは、細長状領域R1aを移動方向に配列させた後、もう一度細長状領域R1aを用いてこの網掛けで示す部分を外挿する。
<Extrapolation of missing parts at image vertices>
Next, an operation in which the
図18は、画像の頂点部が外挿される様子を示している。この説明では、例として、図18左側における細長状領域R1a1について画像の不足分を外挿する様子を示している。この細長状領域R1a1は、外挿部12bの外挿動作により配列された細長状領域R1aの複製の一つである。外挿部12bは、細長状領域R1a1で不足している領域に相当する領域である領域R1bを細長状領域R1a1に移動方向と直交する方向に継ぎ足す。この領域R1bは、細長状領域R1aに属している。図18右側は、細長状領域R1a1に隣接して領域R1bの複製が配置された様子を示している。外挿部12bは、同様の動作を繰り返すことで画像の頂点部で生じる画素の不足を補い、矩形の画像を生成する。
FIG. 18 shows a state in which the vertex of the image is extrapolated. In this description, as an example, a state of extrapolating a shortage of an image with respect to the elongated region R1a1 on the left side of FIG. 18 is shown. This elongated region R1a1 is one of the replicas of the elongated region R1a arranged by the extrapolation operation of the
<外挿部が元画像に外挿動作を行う辺について>
次に、外挿部12bが外挿動作をする元画像P0の辺について説明する。外挿部12bは、元画像P0の4辺のうち互いに平行な2辺について外挿動作をする。この2辺は、図16の矢印で示すX線管3およびFPD4の移動方向と直交する方向に伸びた辺となっている。すなわち、外挿部12bは、元画像P0において、移動方向と直交する方向である直交方向に伸びた側辺部に位置する短冊状の画素配列を複製してこの側辺部に継ぎ足すことにより動作する。すなわち、外挿部12bは、元画像P0における図15に示す画素アレイR1側の1側辺部のみならず、画素アレイR1とは反対側の辺に位置する画素アレイR2側の側辺部についても同様な動作をする。画素アレイR2には、画素が1列に配列している。このように外挿部12bは、元画像P0における撮像系3,4の移動方向の両終端に対して画像処理を施す。
<About the side where the extrapolation unit performs extrapolation on the original image>
Next, the sides of the original image P0 where the
<外挿部が行う平滑化処理について>
外挿部12bは、単に細長状領域Ra1を複製して配列させるのではない。外挿部12bは、細長状領域Ra1をこの領域の伸びる方向(移動方向と直交する直交方向)に平滑化処理を施した後、継ぎ足し動作をする。しかも、この平滑化処理は、細長状領域Ra1の継ぎ足し動作を繰り返すほどに強くなる。従って、外挿部12bに継ぎ足された細長状領域Ra1の複製を画像の中心から端部にかけて順番に見ていくと、次第にボケが激しくなっている。すなわち、外挿部12bは、複数の細長状領域Ra1の継ぎ足し動作を繰り返すにつれ、継ぎ足される細長状領域Ra1に施される平滑化処理のぼかし強度を次第に強くする。
<About the smoothing process performed by the extrapolation unit>
The
このようなぼかし動作を加えた理由について説明する。元画像P0の外側について、被検体像がどのようになっているかを正確に知る術はない。しかし、少なくとも、外側の領域のうち、元画像P0の端部に隣接する部分については、元画像P0の端部と同じようなパターンとなっているはずである。逆に言うと、外側の領域のうち、元画像P0の端部から離れるほど、被検体像がどのようになっているかを予想することができなくなってくる。 The reason why such a blurring operation is added will be described. There is no way to know exactly what the subject image looks like outside the original image P0. However, at least a portion of the outer region adjacent to the end portion of the original image P0 should have a pattern similar to that of the end portion of the original image P0. In other words, the farther from the end of the original image P0 in the outer region, the less likely the subject image will be.
細長状領域R1aにぼかしを加えないで単に配列させるようにしても元画像P0の端部に隣接する部分ではこれで問題はない。しかし、その後、細長状領域R1aを次々と配列させていくと、細長状領域R1aに写り込む像のパターンが次第に実際の被検体像とかけ離れてくる。被検体像の画像における外側の部分は、いつまでも細長状領域R1aと似たパターンとなってないからである。つまり、外挿部12bが生成する外挿画像P1は、その外挿処理がされた最端部は、本来の被検体像と似つかないパターンとなっていることになる。このような外挿画像P1を用いて断層画像Dを生成すると、断層画像Dに偽像が現れてしまう。この偽像は、断層画像Dの最端部に行くに従い強く表れる。断層画像Dの最端部においては、実際の被検体像と外挿画像P1との食い違いが激しく、この食い違いが偽像として断層画像Dに現れるのである。
Even if the elongated region R1a is simply arranged without blurring, there is no problem in the portion adjacent to the end portion of the original image P0. However, after that, when the elongated regions R1a are successively arranged, the pattern of the image reflected in the elongated region R1a gradually differs from the actual subject image. This is because the outer portion of the image of the subject image does not always have a pattern similar to the elongated region R1a. That is, the extrapolated image P1 generated by the
この様な問題を解決する目的で、外挿部12bは平滑化処理を加えながら細長状領域R1aの複製を元画像P0に継ぎ足す。具体的には、継ぎ足しの度に平滑化処理の強度を強くしながら外挿処理を行うのである。この様にすることで、元画像P0から外れるほど継ぎ足される細長状領域R1aの複製が次第に不鮮明となっていく。すると、偽像の原因となる細長状領域R1aに写り込む像も次第に不鮮明となっていくので、断層画像Dに写り込む偽像も鮮明さが失われる。このようにすることで、断層画像Dに偽像が写り込むことを防止することができる。
In order to solve such a problem, the
<複数の線状構造物が写り込んだ画像に対する外挿処理>
図16,図17で説明した外挿部12bの動作は、説明の便宜上、画素アレイR1に相当するマップm上の領域において、大腿骨の輪郭部の延伸方向についての外挿動作について説明している。元画像P0においては、大腿骨の輪郭部以外にも様々な線状構造物が写り込んでいる。この線状構造物の延伸方向は大腿骨の輪郭部の延伸方向と一致するとは限らない。したがって、外挿部12bが大腿骨の輪郭部の延伸方向に基づいて画像の継ぎ足しを行うと、元画像P0に写り込む他の線状構造物が延長されるとは限らない。
<Extrapolation processing for images with multiple linear structures>
The operation of the
図19は、この問題を図解している。図19左側における元画像に写り込む複数の線状構造物のうち、1つに注目し、矢印の示す方向に画像の継ぎ足しを行うと、図19右側に示すように、注目の線状構造物は延長される。しかし、画像に写り込んでいる他の線状構造物は、不連続で途切れ途切れとなってしまう。 FIG. 19 illustrates this problem. When attention is paid to one of the plurality of linear structures shown in the original image on the left side of FIG. 19 and the images are added in the direction indicated by the arrow, the noticeable linear structure is obtained as shown on the right side of FIG. Is extended. However, other linear structures appearing in the image are discontinuous and discontinuous.
そこで、外挿部12bは、細長状領域R1aを複数の部分に分割して、外挿処理を行うようにしている。つまり、元画像P0に画像を継ぎ足す方向を画像の部分によって変えるのである。図20は、分割された細長状領域R1aの断片が個別につなぎ合わされる様子を示している。図20では、横方向に伸びた細長状領域R1aが、横方向に所定の間隔で分割されている。この分割された断片を符号R1pで表すことにする。外挿部12bは、断片R1pの各々について独立に合計ベクトルを求め、線状構造物の延伸方向を算出する。そして、外挿部12bは、断片R1p毎に算出された像の延伸方向に基づいて、断片R1pを図17の縦方向につなぎ合わせて画像を延長する。つまり、画像は、図20の矢印で示すように各断片R1pによって異なる個別の方向に断片R1pの複製をずらしながらつなぎ合わせられる。
Therefore, the
このとき、つなぎ合わせられた複製の間に隙間が生じることがある。この様な場合は、外挿部12bは、この隙間に断片R1pに隣接する断片R1pの一部を複製してはめ込むことによりこの隙間を外挿する。このとき複製される断片R1pの一部は、隙間と同じ大きさと形状をしている。
At this time, a gap may be formed between the joined replicas. In such a case, the
外挿部12bは、元画像P0において画素アレイR1について上述の動作をした後、元画像P0における画素アレイR2についても同様の動作を行い、元画像P0の両側を延長する(図15参照)。外挿部12bは、連写された元画像P0の全てについて同様の外挿動作を行い、一連の外挿画像P1を生成する。
The
<断層画像生成部の動作>
外挿画像P1は、断層画像生成部12cに送出される。断層画像生成部12cは、一連の外挿画像P1をX線管3およびFPD4の移動方向にずらしながら重ね合わせ、所定の裁断面における被検体の断層像が写り込んだ断層画像Dを生成する。
<Operation of the tomographic image generator>
The extrapolated image P1 is sent to the tomographic
また、実施例1に係るX線撮影装置1は、各制御部6,8を統括的に制御する主制御部25と、断層画像を表示する表示部27とを備えている。この主制御部25は、CPUによって構成され、各種のプログラムを実行することにより各制御部6,8および後述の各部11,12を実現している。記憶部23は、X線撮影装置1の制御および画像処理に必要なパラメータの一切を記憶する。また、記憶部23は画像処理の際に生成された中間的な画像を一次的に記憶する。
Further, the
<X線撮影装置の動作>
次に、X線撮影装置1の動作について説明する。実施例1に係るX線撮影装置1を用いて断層画像Dを取得するには、まず天板2に被検体Mが載置される。そして術者が操作卓26を通じて、元画像P0の取得の指示を行うと、同期移動制御部8は、X線管3,およびFPD4を所定の初期位置までに移動させる。このときの撮像系3,4は、図1の実線に示すような配置となっている。すなわち、初期位置におけるX線管3は、体軸方向A(天板2の長手方向)の前段に位置し、FPD4は、体軸方向Aの後段に位置している。このときX線管3は、初期角度−20度まで傾斜されている。
<Operation of X-ray imaging apparatus>
Next, the operation of the
X線管制御部6は、X線管3を制御し、X線管3は所定のパルス幅、管電圧、管電流でX線ビームをFPD4に向けて照射する。X線ビームは、天板2を透過した後、FPD4に入射する。画像生成部11は、FPD4が出力した検出信号を元画像P0に組み立てる。
The X-ray tube control unit 6 controls the
以降、同期移動制御部8は、X線管3,およびFPD4を同期的かつ互いに反対方向に移動させる。X線管制御部6は、移動の最中にX線ビームを間歇的に照射し、画像生成部11は、その度ごとに元画像P0を生成する。こうして、一連の元画像P0が生成される。このとき、同期移動制御部8は、X線管3を体軸方向Aの後段側に移動させ、FPD4を体軸方向Aの前段側に移動させる。
Thereafter, the synchronous
そして、同期移動制御部8は、X線管3,およびFPD4を所定の最終位置までに移動させる。このときの撮像系3,4は、図1の一点鎖線に示すような配置となっている。すなわち、最終位置におけるX線管3は、体軸方向A(天板2の長手方向)の後段に位置し、FPD4は、体軸方向Aの前段に位置している。このときX線管3は、最終角度20度まで傾斜されている。この状態で最後の元画像P0が取得され、一連の元画像P0の取得は終了となる。元画像P0は、実施例1においては74枚取得される。
Then, the synchronous
画像処理部12は、元画像P0が生成される度にマップ生成部12aを用いてマップmの作成をする。そして、画像処理部12は、マップmが作成される度に、外挿部12bを用いて元画像P0の外挿を行う。こうして生成された外挿画像P1は、元画像P0が撮像系3,4の移動方向に延長された画像となっている。
The
こうして生成された一連の外挿画像P1は、画像処理部12の断層画像生成部12cにより断層画像Dを生成する。この断層画像Dは、診断に好適な被検体Mの断層像を写し込んだものとなっている。断層画像Dが表示部27に表示されて動作は終了となる。
A series of extrapolated images P1 generated in this way generates a tomographic image D by the tomographic
以上のように、本発明に係る画像処理装置は、まず元画像P0に写り込んだ線状構造物の延伸方向を示すマップmを生成する。そして、マップmを参照して元画像P0の側辺部に写り込んでいる線状構造物が線状構造物の延伸方向に配列するように側辺部に位置する領域の複製を元画像P0の側辺部に継ぎ足して外挿画像P1を生成する。しかも、この継ぎ足し動作は、元画像P0におけるX線管3およびFPD4の移動方向の両終端に施される。このようにして、元画像P0の移動方向における両端は、線状構造物を延伸するように継ぎ足され、外挿画像P1が生成される。元画像P0の側辺部から外れた部分は、撮影をすることができなかった部分であるから、この部分の元画像P0がどのようになっていたかを実際に知ることはできない。しかし、この元画像P0から外れた部分における被検体の像は、少なくとも元画像P0の側辺部の像を延長したパターンがしばらく続くと考えられる。
As described above, the image processing apparatus according to the present invention first generates a map m indicating the extending direction of the linear structure reflected in the original image P0. Then, with reference to the map m, a copy of the region located on the side portion is arranged so that the linear structures reflected on the side portion of the original image P0 are arranged in the extending direction of the linear structure P0. An extrapolated image P1 is generated by adding to the side of the image. In addition, this adding operation is performed at both ends of the moving direction of the
そこで、元画像P0の側辺部に写り込んだ線状構造物を延伸するように側辺部のパターンを側辺部の伸びる方向に適宜ずらしながら元画像P0につなぎ合わせれば、画像上の撮影することができなかった部分をより自然に外挿することができる。すなわち、生成された外挿画像P1の端部は、被検体像が連続して延長されたようになっている。このような外挿がなされた外挿画像P1を用いて断層画像Dを生成すれば、視認性に優れた断層画像Dを生成することができる。 Therefore, if the pattern of the side portion is appropriately shifted in the extending direction of the side portion so as to extend the linear structure reflected on the side portion of the original image P0, the image on the image is captured. The part that could not be done can be extrapolated more naturally. That is, the end of the generated extrapolated image P1 is such that the subject image is continuously extended. If the tomographic image D is generated using the extrapolated image P1 subjected to such extrapolation, the tomographic image D having excellent visibility can be generated.
また、上述の構成は、本発明の外挿部12bの具体的な構成を示すものとなっている。すなわち、外挿部12bが継ぎ足す動作は移動方向と直交する直交方向に伸びた側辺部に位置する短冊状の画素配列を複製することにより行えば、より確実に外挿画像P1の生成が可能である。
Moreover, the above-mentioned structure shows the specific structure of the
上述の構成は、本発明の外挿部12bの具体的な構成を示すものとなっている。すなわち、外挿部12bは、画素を継ぎ足す際に、短冊状の画素配列に対し直交方向に平滑化処理を施せば、より鮮明な断層画像Dを取得できる。元画像P0の外側の部分の被検体の透視像は、元画像P0の側辺部に写り込んでいる被検体像とほぼ同じであろうと予想される。しかし、実際には元画像P0の外側の部分の被検体の透視像と元画像P0の側辺部に写り込んでいる被検体像とは全く同じにはならない。したがって、画素をそのまま継ぎ足すと、実際とは異なるパターンが元画像P0に継ぎ足されることになり、断層画像Dが不自然なものとなる。上述の構成によれば、いったん平滑化をしてから画素を継ぎ足すので、断層画像Dの不自然さが目立たず、断層画像Dの視認性が向上する。
The above-described configuration shows a specific configuration of the
上述の構成は、本発明の外挿部12bの具体的な構成を示すものとなっている。元画像P0に写っていない被検体像の予想は、被検体像を予想する部分が元画像P0の側辺部から離れるほど難しくなる。例えば、元画像P0の外側の領域において、側辺部に隣接する部分の被検体の透視像は、側辺部に写り込んでいる被検体像とほぼ同じであろうと予想される。しかし、元画像P0の外側の領域において、側辺部から離れるほど被検体の像は側辺部に写り込んでいる被検体像とかけ離れてくるはずである。本発明によれば複数の画素配列の継ぎ足し動作を繰り返すにつれ、継ぎ足される画素配列に施される平滑化処理のぼかし強度を次第に強くしている。このようにすると継ぎ足し動作を繰り返すにつれ、次第に本来の被検体像とかけ離れたパターンを継ぎ足してしまう事態を防ぐことができる。
The above-described configuration shows a specific configuration of the
上述の構成は、本発明の画像処理装置を搭載した放射線断層撮影装置の構成を示している。本発明に係る放射線断層撮影装置によれば、断層画像Dの両端の視認性が向上した断層画像Dを取得することができる。 The above configuration shows the configuration of a radiation tomography apparatus equipped with the image processing apparatus of the present invention. According to the radiation tomography apparatus according to the present invention, a tomographic image D with improved visibility at both ends of the tomographic image D can be acquired.
本発明は上述の構成に限られず、下記のように変形実施することができる。 The present invention is not limited to the above-described configuration, and can be modified as follows.
(1)上述の構成では、元画像P0の端部に位置する画素が1列に配列した画素アレイR1から合計ベクトルを求めていたが、本発明はこの構成に限られない。すなわち、画素アレイR1の代わりに短手方向の幅をより広くした領域を用いて合計ベクトルを求めるようにしてもよい。 (1) In the above configuration, the total vector is obtained from the pixel array R1 in which the pixels located at the end of the original image P0 are arranged in one column, but the present invention is not limited to this configuration. That is, the total vector may be obtained using a region having a wider width in the short direction instead of the pixel array R1.
(2)上述の構成では、画素アレイR1を複数の断片に分割してそれぞれについて合計ベクトルを求めて画像の外挿処理をするようにしていたが、本発明はこの構成に限られない。すなわち、勾配ベクトルの長さについてのプロファイルに基づいて動作するようにしてもよい。 (2) In the above-described configuration, the pixel array R1 is divided into a plurality of fragments, and a total vector is obtained for each of them to perform extrapolation processing of the image. However, the present invention is not limited to this configuration. That is, the operation may be performed based on a profile regarding the length of the gradient vector.
この変形例について具体的に説明する。図21左側は、複数の線状構造物が元画像P0の端部に写り込んだ例を表している。マップ生成部12aは、この元画像P0について勾配ベクトルを求め、これを配列してマップmを生成することになる。外挿部12bは、このマップmを基に画像上の位置と勾配ベクトルの大きさとが関連したプロファイルを生成する。このプロファイルは、図21右側に示すように、3つのピークが現れる。外挿部12bは、これら3つのピークを認識して、元画像P0の端部においてどの部分に線状構造物が位置するかを知る。ピークであるかどうかは、プロファイルにおける極大部の値が所定の閾値を上回るかどうかにより判定する。外挿部12bは、極大部の値が閾値以上の場合、この極大部をピークと判定して動作する。
This modification will be specifically described. The left side of FIG. 21 represents an example in which a plurality of linear structures are reflected at the end of the original image P0. The
外挿部12bは、ピークの現れる位置に応じて画素アレイR1を分割して動作する。すなわち、外挿部12bは、プロファイル上の隣接する2つのピークの中間に位置する中間点を求め、この中間点が示す位置で画素アレイR1を分割する。図21の例によれば、ピークは3つ現れるので、互いに隣接する第1のピークと第2のピークとの間と、互いに隣接する第2のピークと第3のピークとの間との二カ所に中間点ca,cbが設けられることになる。そして、外挿部12bは、元画像P0上の画素アレイR1における左端から中間点caまでの区間、中間点caから中間点cbまでの区間、中間点cbから右端までの区間の3区間についてそれぞれ合計ベクトルを求め、各区間ごとに元画像P0の延伸動作を行う。これにより、元画像P0上の線状構造物のそれぞれがその伸びる方向に従って延伸されて元画像P0が外挿される。これにより、より画像の乱れの少ない断層画像Dが取得できる。なお、中間点の決定方法としては、隣接する2つのピークに挟まれる位置を中間点としてよく、また、中間点を2つのピークのどちらからも同じ距離となる位置と定めればより望ましい。
The
m マップ(勾配ベクトルマップ)
P0 元画像(画像)
3 X線管(放射線源)
4 FPD(放射線検出手段)
7 同期移動機構(移動手段)
8 同期移動制御部(移動制御手段)
11 画像生成部(画像生成手段)
12a マップ生成部(マップ生成手段)
12b 外挿部(外挿手段)
12c 断層画像生成部(断層画像生成手段)
m Map (gradient vector map)
P0 Original image (image)
3 X-ray tube (radiation source)
4 FPD (radiation detection means)
7 Synchronous movement mechanism (moving means)
8 Synchronous movement control unit (movement control means)
11 Image generation unit (image generation means)
12a Map generator (map generator)
12b Extrapolation part (extrapolation means)
12c tomographic image generating unit (tomographic image generating means)
Claims (5)
被検体に放射線を照射する放射線源と被検体透過後の放射線を検出する放射線検出手段とが同期的かつ互いに反対方向に移動されながら連写された一連の前記画像を元に生成された外挿画像を重ね合わせて断層画像を生成する断層画像生成手段とを備え、
前記外挿手段は、前記画像における前記放射線源と前記放射線検出手段とが移動する方向の両終端に画像処理を施すことを特徴とする画像処理装置。 Extrapolation is performed by adding a duplicate of the region located on the side portion to the side portion of the image so that the linear structure reflected on the side portion of the image is arranged in the extending direction of the linear structure. Extrapolation means for generating an image;
Extrapolation generated based on a series of images continuously shot while the radiation source for irradiating the subject with radiation and the radiation detecting means for detecting the radiation after passing through the subject are moved synchronously and in opposite directions. A tomographic image generating means for generating a tomographic image by superimposing images,
The image processing apparatus, wherein the extrapolation unit performs image processing on both ends of the image in a direction in which the radiation source and the radiation detection unit move.
前記外挿手段は、前記画像において、移動方向と直交する直交方向に伸びた側辺部に位置する短冊状の画素配列を複製して当該側辺部に継ぎ足すことにより動作することを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 1.
The extrapolation means operates by duplicating a strip-like pixel array located in a side portion extending in an orthogonal direction orthogonal to the moving direction in the image and adding the copied pixel to the side portion. An image processing apparatus.
前記外挿手段は、画素を継ぎ足す際に、短冊状の画素配列に対し前記直交方向に平滑化処理を施すことを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 2,
The extrapolation unit performs smoothing processing in the orthogonal direction on a strip-like pixel arrangement when adding pixels.
前記外挿手段は、複数の前記画素配列の継ぎ足し動作を繰り返すにつれ、継ぎ足される画素配列に施される平滑化処理のぼかし強度を次第に強くすることを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 3.
The extrapolation means gradually increases the blurring strength of the smoothing process applied to the added pixel array as the addition operation of the plurality of pixel arrays is repeated.
被検体に放射線を照射する放射線源と、
前記被検体から透過してきた放射線を検出する放射線検出手段と、
前記放射線源と前記放射線検出手段とを前記被検体に対して移動方向に同期的かつ互いに反対方向に移動させる移動手段と、
前記移動手段を制御する移動制御手段と、
前記放射線検出手段の出力を基に前記画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする放射線断層撮影装置。 A radiation tomography apparatus equipped with the image processing apparatus according to claim 1,
A radiation source for irradiating the subject with radiation;
Radiation detecting means for detecting radiation transmitted from the subject;
Moving means for moving the radiation source and the radiation detecting means in a direction opposite to each other in a moving direction with respect to the subject;
Movement control means for controlling the movement means;
A radiation tomography apparatus comprising: an image generation unit configured to generate the image based on an output of the radiation detection unit.
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