JP6117183B2 - Ｘ線画像診断装置及びｘ線発生装置の制御方法 - Google Patents

Ｘ線画像診断装置及びｘ線発生装置の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、X線画像診断装置及びX線発生装置の制御方法に係り、特に、X線像の輝度制御に関する。
X線画像診断装置には、被検体厚が変化しても常に透視像の輝度が一定になるように管電圧を自動制御する自動輝度制御システム(Automatic Brightness Control System：以下「ABS」と略記する)を有しているものがある。制御方法の一例として、X線検出器から出力される画像領域に対して関心領域を設定し、その関心領域内の平均輝度値をフィードバック信号として用い、フィードバック信号の値を予め設定された目標輝度値に近づくよう管電圧を自動的に制御するものがある。そして、フィードバック信号が目標輝度値よりも低い場合、管電圧は上昇する方向に働いてX線出力が上がり、次の透視像の輝度が上昇前の画像に比べ明るい画像となるように制御する。
特許文献1は、ABS制御の一例として、X線透視撮影中に関心領域をマウスのようなポインティング装置で自在に設定し、その関心領域内のイメージデータを用いてABSへフィードバックする透視撮影装置が開示されている。
特表2005-522237号公報
しかしながら特許文献1では、透視撮影中に、被検体の動きやX線管球の移動等被検体位置の移動が生じ、関心領域から関心部位が外れしまった場合に、随時、操作者が関心領域の位置や大きさを再設定して更新する必要があり、検査効率を下げるものになっていた。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、操作者による関心領域の設定操作を行うことなく、被検体位置の移動に追従するABSシステムを提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明は、被検体のX線画像を複数の領域に分割して複数のブロックを生成し、前記複数のブロックのそれぞれについて、輝度値の分布を示すヒストグラムを生成し、前記ヒストグラムに基づいて、関心領域の決定に用いる画像統計情報を算出し、前記X線画像における関心領域の位置を決定するための条件を前記画像統計情報を用いて定義した関心領域位置決定条件と、前記各ブロックの画像統計情報と、を用いて、前記複数のブロックの中から前記関心領域とするブロックを選出し、前記関心領域として選出されたブロックの輝度値に基づいて、前記関心領域の輝度値の制御に用いるフィードバック値を算出し、前記フィードバック値が予め定めた目標輝度値となるように、X線の照射条件を決定することを特徴とする。
本発明によれば、操作者による関心領域の設定操作を行うことなく、被検体位置の移動に追従してフィードバック値を算出してABS制御を行うことが可能となり、操作者の手間を省略することができる。
本実施形態に係るX線画像診断装置の構成を示すブロック図 本実施形態にかかるX線画像診断装置の機能ブロック図 第一実施形態に係るX線画像診断装置の処理の流れを示すフローチャート ABS制御の処理の流れを示すフローチャート 手技と関心領域位置決定条件とを関連付けた関心領域位置決定条件情報を示す説明図 透視像及びその透視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、透視像の一例を示し、(b)は、この透視像のヒストグラムを示す。 選出ブロック及び対象ブロックとそれらのヒストグラムとを示す説明図であって、(a)は、第一ブロックサイズのブロック及び各ブロックのヒストグラムを基に選出された選出ブロックを示し、(b)は、第二ブロックサイズのブロック及び対象ブロックのヒストグラムを示す。 対象ブロックの中から関心領域を選出する処理を示す説明図 フィードバック輝度値から照射条件への変換処理を示す説明図 第二実施形態の処理の内容を示す説明図 第三実施形態の処理の内容を示す説明図
本実施形態に係るX線画像診断装置は、X線を発生するX線発生装置と、被検体を透過した前記X線を検出して透過X線信号を出力するX線検出器と、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部と、前記X線画像を複数の領域に分割して、複数のブロックを生成するブロック生成部と、前記複数のブロックのそれぞれについて、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部と、所定の関心領域位置決定条件と前記各ブロックのヒストグラムを用いて、前記複数のブロックの中から関心領域とするブロックを選出する関心領域位置選出部と、前記関心領域として選出されたブロックの輝度値に基づいて、前記関心領域の輝度値の制御に用いるフィードバック値を算出するフィードバック値算出部と、前記フィードバック値が予め定めた目標輝度値となるように、前記X線の照射条件を決定する照射条件決定部と、前記X線画像を表示する画像表示装置と、を備える。
また、上記X線画像診断装置における前記関心領域位置選出部は、前記各ブロックのヒストグラムに基づいて算出した画像統計情報を用いて、前記複数のブロックの中から関心領域とするブロックを選出する。
また、上記X線画像診断装置は、前記画像統計情報を算出するブロック統計情報算出部を有する。
また、上記X線画像診断装置における前記画像統計情報とは、平均輝度値、ヒストグラムピークの数、ヒストグラムピークの輝度、又は分散値の少なくとも何れか一つである。
また、上記X線画像診断装置は、前記関心領域位置決定条件を記憶する決定条件記憶部を有する。
また、上記X線画像診断装置は、検査の手技を選択する手技選択部を更に備え、前記決定条件記憶部は、前記検査の手技に対応した前記関心領域位置決定条件を記憶し、前記関心領域位置選出部は、前記選択された手技に応じた前記関心領域位置決定条件を抽出し、その関心領域位置決定条件を用いて前記関心領域とするブロックを選出する。
また、上記X線画像診断装置は、前記X線画像において、前記被検体が撮影された領域からなる被検体領域が占める割合を算出する被検体領域割合算出部を更に備え、前記ブロック生成部は、前記被検体領域が占める割合に応じて、前記X線画像を複数の領域に分割する際に用いる分割数を決定する。
また、上記X線画像診断装置は、前記被検体領域を含むブロックを選出する被検体ブロック選出部を更に備え、前記ブロック生成部は、前記被検体領域が占める割合に応じて少なくとも二つの異なる分割数を決定し、相対的に多い分割数で分割された第一ブロックと、相対的に少ない分割数で分割された第二ブロックと、を生成し、前記被検体ブロック選出部は、前記第二ブロックの中から前記被検体領域を含むブロックを選出し、前記ヒストグラム生成部は、前記選出された第二ブロックの少なくとも一部を含む前記第一ブロックについて、前記ヒストグラムを生成する。
また、上記X線画像診断装置は、前記画像生成部が生成したX線画像全体のヒストグラムを生成する全体ヒストグラム生成部と、前記全体ヒストグラム生成部が生成した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、又はこの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被検体領域閾値とし、この被検体領域閾値未満のデータ群を被検体領域として検出する被検体領域検出部と、を更に備え、前記被検体領域割合算出部は、前記検出された被検体領域が、前記X線画像に占める割合を算出する。
また、上記X線画像診断装置における前記被検体ブロック選出部は、前記被検体領域閾値未満の輝度値を含むブロックを、前記被検体領域を含むブロックとして選出する。
また、上記X線画像診断装置は、前記X線の照射領域を制限するX線絞りを更に備え、前記全体ヒストグラム生成部は、前記X線画像において前記X線絞りが撮像された領域よりも内側の領域のヒストグラムを生成し、前記ブロック生成部は、前記内側の領域を前記複数の領域に分割する。
また、上記X線画像診断装置における前記フィードバック値は、前記関心領域として選出されたブロックの平均輝度値又はメジアンである。
また、上記X線画像診断装置は、前記検査の手技に対応して、前記X線画像において金属が撮影された領域を判別するための金属領域閾値を規定した金属領域閾値記憶部を更に備え、前記フィードバック値算出部は、前記選択された手技に応じた前記金属領域閾値を設定し、前記関心領域として選出されたブロック内の輝度値のうち、前記設定された金属領域閾値以上の輝度値を用いて前記フィードバック値を算出する。
また、本実施形態に係るX線発生装置の制御方法は、被検体のX線画像を複数の領域に分割して、複数のブロックを生成するステップと、前記複数のブロックのそれぞれについて、輝度値の分布を示すヒストグラムを生成するステップと、所定の関心領域位置決定条件と、前記各ブロックのヒストグラムと、を用いて、前記複数のブロックの中から前記関心領域とするブロックを選出するステップと、前記関心領域として選出されたブロックの輝度値に基づいて、前記関心領域の輝度値の制御に用いるフィードバック値を算出するステップと、前記フィードバック値が予め定めた目標輝度値となるように、前記X線の照射条件を決定するステップと、を含む。
以下、本発明の実施形態について図面を用いてより具体的に説明する。同一機能を有する構成及び同一の処理内容の手順には同一符号を付し、その説明の繰り返しを省略する。
本実施形態では、動画像からなるX線画像(以下「透視像」という)と静止画像からなるX線画像とを生成するX線画像診断装置10を例に挙げて説明するが、静止画像を撮像するX線画像診断装置において、複数の静止画像の輝度を調整する場合や、透視のみを行うX線画像診断装置でもよい。以下、図1及び図2に基づいて、本実施形態に係るX線画像診断装置の概略構成について説明する。図1は、本実施形態に係るX線画像診断装置の構成を示すブロック図である。図2は、本実施形態に係るX線画像診断装置の機能ブロック図である。
図1に示すように、本実施形態に係るX線画像診断装置10は、X線を発生するX線管球1と、X線管球1に対して照射条件信号(例えば管電流・管電圧を示す信号)に従って高電圧を印加するX線発生器2と、X線発生器2に対して照射条件を決定するためのフィードバック電圧信号を送信するX線制御装置3と、X線管球1と対向配置され、被検体を透過したX線を検出するX線平面検出器4と、検出された透過X線信号の読出処理等の制御を行うX線平面検出器制御装置5と、読み出された透過X線信号を基に透視像を生成し、その透視像を基にフィードバック輝度値を算出し、その値を示すフィードバック輝度値信号をX線制御装置3に出力するとともに、表示用の透視像を生成する画像処理装置6と、透視像を表示する画像表示装置7と、X線制御装置3、X線平面検出器制御装置5、及び画像処理装置6に対する制御を行うシステム制御装置8と、被検体を載置するテーブル9とを備える。
更に、X線管球1におけるX線平面検出器4と対向する位置には、X線の照射領域を制限するX線絞り11を備え、システム制御装置8がX線絞り11の位置情報を取得すると共に絞りの量を制御する。更に、システム制御装置8に対して、撮影部位及び検査の種類の少なくとも一つを規定する手技を選択する手技選択部12を備え、手技選択部12からの選択情報はシステム制御装置8に入力され、システム制御装置8から画像処理装置6へと送られる。本実施形態では、上記選択された手技に対応して、関心領域位置の決定条件が選択されるが、その詳細は後述する。なお、X線管球1及びX線発生器2を総称してX線発生装置という。
図2に示すように、画像処理装置6は、大きくは、X線平面検出器4から出力された透過X線信号に基づいて透視像を生成する画像生成部60と、ABSフィードバック値を算出するABS制御処理部61と、画像生成部60により生成された透視像に基づいて画像表示処理を行う表示用画像処理部62と、を含む。
画像生成部60は、X線平面検出器4から出力される透過X線信号に基づいて、フレーム単位で画像を生成する。
ABS制御処理部61は、1フレーム分の画像に基づいて、そのフレームの輝度値の分布を示すヒストグラムを生成する全体ヒストグラム生成部6aと、そのヒストグラムを基に、各フレームに含まれる被検体が撮像された領域(以下「被検体領域」という)を検出する被検体領域検出部6bと、検出された被検体領域が1フレーム全体に占める割合を算出する被検体領域割合算出部6cと、被検体割合に応じた分割数を決定し、その分割数で1フレームを複数の領域に分割した分割画像を生成するブロック生成部6dと、を備える。
以下、分割画像の各々をブロックと称する。本実施形態では、ブロック生成部6dは、相対的に多い分割数で分割したブロックを第一ブロックといい、相対的に小さい数の分割数で分割したブロックを第二ブロックという。そして、第一ブロックのサイズを第一ブロックサイズといい、第二ブロックのサイズを第二ブロックサイズという。第一ブロックサイズは、第二ブロックサイズよりも小さい画像サイズで構成される。
更に、ABS制御処理部61は、第一ブロックの輝度値の分布を示すヒストグラムを生成する第一ブロックヒストグラム生成部6eと、第一ブロックのヒストグラム毎に、関心領域位置の選出に用いるための統計情報を算出する第一ブロック統計情報算出部6fと、上記統計情報を手技選択部12で選択された手技に応じて決定される関心領域位置決定条件に照らし、第一ブロックの中から関心領域位置を選出する関心領域位置選出部6gと、関心領域位置選出部6gで選出された関心領域内の輝度値を用いて、ABSフィードバック輝度値を算出するフィードバック値算出部6hと、手技に対応した関心領域位置決定条件を示す関心領域位置決定条件情報を格納した決定条件記憶部6iと、を備える。
更に、ABS制御処理部61は、第一ブロックを決定する前の準備として、第二ブロックの輝度値の分布を示すヒストグラムを生成する第二ブロックヒストグラム生成部6jと、第二ブロックのヒストグラム毎に、被検体領域が含まれているか否かを判定するための統計情報を算出する第二ブロック統計情報算出部6kと、上記統計情報に基づいて、被検体領域が含まれている第二ブロックを選択する被検体ブロック選出部6lと、を備える。
第一ブロックヒストグラム生成部6eは、被検体ブロック選出部6lで選択された第二ブロックの位置と重なる、又は一部に含む第一ブロックのヒストグラムを生成する。なお、第二ブロックヒストグラム生成部6j、第二ブロック統計情報算出部6k、被検体ブロック選出部6lは、第一ブロックヒストグラム生成部6eにおいてヒストグラムを生成する対象となる第一ブロックの数を減らすための構成であり必須ではないが、以下で述べる第一実施形態では、第二ブロックヒストグラム生成部6j、第二ブロック統計情報算出部6k、被検体ブロック選出部6lを備えるものとする。
一方、表示用画像処理部62は、X線平面検出器4から読み出された透過X線信号に表示階調処理などの表示用透視像を生成するための画像処理を施し、表示用透視像を画像表示装置7に出力、表示する。
X線制御装置3は、画像処理装置6のフィードバック値算出部6hから受信したフィードバック輝度値を電圧(以下「フィードバック電圧」という)に換算するフィードバック電圧算出部3aを備える。
また、X線発生器2は、X線制御装置3から受信したフィードバック電圧が、透視像中の関心領域の所望する輝度値(以下「目標輝度値」という)を電圧に換算した基準電圧と一致するように、照射条件(管電流・管電圧)を決定する照射条件決定部2aを備える。
画像生成部60、ABS制御処理部61内の各構成要素、及び表示用画像処理部62は、例えば、それら各部の機能を実現するプログラムとそのプログラムを実行するハードウェア装置とを組み合わせて構成してもよい。
＜第一実施形態＞
第一実施形態について、図3乃至図8に基づいて説明する。図3は、第一実施形態に係るX線画像診断装置の処理の流れを示すフローチャートである。図4は、ABS制御の処理の流れを示すフローチャートである。図5は、手技と関心領域決定条件とを関連付けた関心領域位置決定条件情報を示す説明図である。図6は、透視像及びその透視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、透視像の一例を示し、(b)は、この透視像のヒストグラムを示す。図7は、選出ブロック及び対象ブロックとそれらのヒストグラムとを示す説明図であって、(a)は、第一ブロックサイズのブロック及び各ブロックのヒストグラムを基に選出された選出ブロックを示し、(b)は、第二ブロックサイズのブロック及び対象ブロックのヒストグラムを示す。図8は、対象ブロックの中から関心領域を選出する処理を示す説明図である。図9は、フィードバック輝度値から照射条件への変換処理を示す説明図である。
まず、図3、図4に基づいて、第一実施形態に係るX線画像診断装置10の処理の流れを説明する。X線画像診断装置10は、ステップS2、S3までの透視像の表示処理の流れと、ステップS2、S4〜S9までのABS制御処理の流れと、が並行して実行される。以下、図3、図4のステップ順に沿って説明する。
(ステップS1)
操作者は、これから行う検査の手技を決定し、手技選択部12において手技を選択入力し、検査(透視)を開始する(S1)。ここで決定される手技には、撮影部位(例えば、腕、下肢、胸部など)や検査手技(透視、撮影)などの情報が含まれる。システム制御装置8は、関心領域位置選出部6gに対して選択された手技を示す情報を送る。
画像処理装置6内の決定条件記憶部6iには、手技と関心領域位置決定条件とを対応させた関心領域位置決定条件情報が予め記憶されている。関心領域位置決定条件は、X線画像における関心領域の位置を決定するための条件を定めたものであり、X線画像におけるヒストグラム、又は該ヒストグラムに基づいて算出した画像統計情報を用いて設定される。また、画像統計情報は、平均輝度値、ヒストグラムピークの数、ヒストグラムピークの輝度値、分散値の少なくとも1つ、又はこれらの組み合わせである関心領域位置決定パラメータであって、関心領域位置決定条件は、この関心領域位置決定パラメータを用いて決定される。また関心領域位置決定パラメータは手技ごとに異なるものを用いてもよい。例えば図5の関心領域位置決定条件情報では、手技1「整形・腕」の場合では骨に着眼したいことから、ヒストグラムピーク数、平均輝度値の2つの関心領域位置決定パラメータを用いて以下のような関心領域位置決定条件を定められている。
条件1：ヒストグラムピーク数が1つであるブロック
条件2：条件1を満たすブロックのうち、ブロック内の平均輝度値が最小となるブロック 関心領域位置決定条件は手技ごとに異なり、例えば臓器に着眼したい「手技2」では、以下の2条件が規定されている。
条件1’：ヒストグラムピーク数が1つであるブロック
条件2’：条件1’を満たすブロックの内、ブロック内の輝度値の分散値が最小となるブロック
図5の関心領域位置決定条件情報は一例に過ぎない。例えば、関心領域位置決定条件は、3つ以上の条件を含んで決定してもよい。
関心領域位置選出部6gは、決定条件記憶部61iを検索し、選択された手技に対応する関心領域位置決定情報を検索する。この情報は、後述するステップS624(図4参照)で用いる。
(ステップS2)
X線平面検出器4からn番目フレーム分の透過X線信号が画像生成部60に入力され、n番目フレームの透視像が生成される(S2)。例えば、図6に示すように、整形手技における腕の透視像からなる1フレーム分の透視像20が入力されたとする。
(ステップS3)
表示用画像処理部62は、入力された透視像に対し画像表示処理、例えば表示階調処理等を施し、表示用の透視像を生成し、画像表示装置7に表示する(S3)。その後、ステップS9へ進む。
(ステップS4)
1フレーム分の透視像全体に占める被検体領域割合を算出する(S4)。
(ステップS41)
全体ヒストグラム生成部6aは、ステップS2で入力された1フレーム分の透視像20(図6の(a)参照)の全体の輝度値(又は画素値)の分布を示すヒストグラムを生成する(S41)。本実施形態では、図6の(b)に示すヒストグラム23が生成されたとする。なお、下記ステップS42の処理をより高速に行うため、Nビットのヒストグラムを数ビットずつ間引いた圧縮ヒストグラムを生成し、これを用いてステップS42、S43の処理を行ってもよい。
(ステップS42)
被検体領域検出部6bは、ステップS41で生成された1フレーム全体のヒストグラム23を用いて、被検体領域とハレーション領域との閾値となる輝度値PVthresholdを算出する(S42)。本実施形態では、輝度値PVthresholdを被検体領域閾値といい、これを算出する手法として判別分析法を用いる。
被検体領域検出部6bは、ヒストグラム23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被検体領域閾値PVthresholdとして求める。具体的には下式(1)より算出されるクラス間分散Δの値が最大になるときの輝度値PVthresholdを求める。
Δ＝｛ω1(μ1−μa)2＋ω2(μ2−μa)2｝／(ω1＋ω2)・・・(1)
Δ：クラス間分散の値
ω1：クラス1の画素数の割合
ω2：クラス2の画素数の割合
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(1)の右辺の分母(ω1＋ω2)は、1フレームの透視像の全画素数を示しており、この値は、透視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Δが最大となるときの輝度値PVthresholdを求める際に、式(1)の右辺において(ω1＋ω2)で除する演算を省き、下記式(1)’を用いてもよい。式(1)’は、クラス間分散に連動する指標値Δ’を求める式であるが、Δ’が最大となるとき、クラス間分散Δも最大となる。式(1)に代えて式(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。
Δ’＝ω1(μ1−μa)2＋ω2(μ2−μa)2・・・(1)’
Δ’：クラス間分散の値に連動する指標値
ω1：クラス1の画素数の割合
ω2：クラス2の画素数の割合
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6の(a)の透視像20は、X線平面検出器4にX線が直接入射した直接線領域21と、被検体を透過したX線が入射した被検体領域22と、から成る。この透視像20のヒストグラム23は、図6の(b)に示すように、主に直接線領域21を構成する画素の高輝度値が分布する領域と、被検体領域22を構成する画素の輝度値が分布する領域と、からなる双峰性を持つ。この場合、クラス間分散が最大となる輝度値PVthreshold(図6における24)は、2山の間の谷の部分となる。したがってPVthreshold(図6における24)以上の輝度値のデータ群を直接線領域25、PVthreshold未満の輝度値のデータ群(Target PS)を被検体領域26と認識することが出来る。
(ステップS43)
被検体領域割合算出部6cは、ステップS42で算出した被検体領域の、1フレーム内における占有面積割合Pを求める(S43)。占有面積割合Pは、下式(2)に基づいて、ヒストグラム23の全画素数に対する被検体領域26の画素数の割合として求める。
P(％)＝Csp÷Call・・・(2)
P：ヒストグラム23の全体に対する算出された被検体領域26の割合
Csp：ヒストグラム23内の被検体領域26の画素数
Call：ヒストグラム23全体の画素数
(ステップS5)
被検体領域の占有面積割合Pを基に、1フレーム分の透視像を複数の領域に分割するための分割数を決定する(S5)。
本実施形態では、ブロック生成部6dは、ステップS5で算出した被検体領域の占有面積割合Pを基に、予め用意された複数種類の分割数の中から少なくとも二つを決定する。
予め、3種類(a×a、b×b 、c×c)(但し、a＜b＜cとする。)の分割数を用意しておき、その中から2種類を決定、作成する。2種類の分割数のうち、相対的に多い分割数で分割されたものが第一ブロック、相対的に少ない分割数で分割されたものが第二ブロックとなる。よって、分割数が定まるとブロックサイズも定まる。
ブロック生成部6dは、下記条件式(3)のように、占有面積割合Pが予め設定したX1(％)以上の場合(即ち被検体領域が大きい場合)、分割数はa×a、b×bを使用する。逆にPがX1(％)未満の場合、分割数は、b×b、c×cを使用する。
Figure 0006117183
例えば、図6の透視像20がP(％)＜X1(％)の場合、第一ブロックサイズはc×cで分割したブロックサイズとなり、第二ブロックサイズはb×bで分割したブロックサイズとなる。
(ステップS6)
ブロックのヒストグラムを基に画像統計情報を算出し、これを用いて関心領域位置を選出する(S6)。
(ステップS611)
ブロック生成部6dは、ステップS5で決定した少なくとも2種類の分割数のうち、第二ブロックサイズを用いてブロックを生成する(S611)。上記の例では、b×bで分割したブロックサイズを用いる。
(ステップS612)
第二ブロックヒストグラム生成部6jは、第二ブロックサイズの各ブロックについて、輝度値の分布を示すヒストグラムを生成する(S612)。上記の例では、第二ブロックヒストグラム生成部6jは、図7の(a)に示すように、透視像20をb×bに分割し、各ブロックのヒストグラム31を作成する。
(ステップS613)
第二ブロック統計情報算出部6kは、ステップS612で作成した各ヒストグラムを基に、各ブロック内の画像統計情報を算出する(S613)。本実施形態では、ブロック内にある輝度値を算出するが、被検体領域の有無の判別に用いる画像統計情報を求めてもよい。
画像統計情報の例として、各分割ブロックの「分散値による閾値判定」を行う手法がある。例えば、ブロック内の画素値が以下の3つのいずれかに当てはまるとする。
(1)ブロック内の画素が全て直接線(ハレーション)領域であった場合：ブロック内画素の輝度値はほぼ同じ値を示すことから、分散値は相対的に小さくなる。
(2)一方で、ブロック内の画素に直接線、被検体領域の両方が含まれていた場合：ブロック内の輝度値分布が大きくなるため、分散値は相対的に大きくなる。
(3)また、ブロック内の画素が被検体領域あった場合：被検体は様々な組織(骨、筋肉、皮膚等)があるため、分散値は相対的に大きくなる。
上記3つのケースの分散値の大きさは、(2)＞(3)＞(1)の順序となる。したがって、(3)と(1)との間に閾値を設け、閾値判定を行うことで、被検体領域が含まれるブロックか否かの判別を行うことができる。
(ステップS614)
被検体ブロック選出部6lは、ステップS42で求めた被検体領域閾値PVthresholdと、S613で算出した各ブロックにある輝度値と、を比較して、被検体領域を含む第二ブロックを選出する(S614)。以下、ここで選出されるブロックを選出ブロックG1という。
本実施形態では、選出条件は、各ブロック内で、被検体領域閾値PVthreshold以下の輝度値の画素を少なくとも1画素以上含むこととする。図7の(a)の各ヒストグラム31のうち、丸枠で囲ったブロックが選出ブロックG1である。
(ステップS621)
ブロック生成部6dは、ステップS5で決定した相対的に多い分割数を用いて第一ブロックを生成する(S621)。本実施形態は、c×cで分割したブロックを生成する(図7の(b)のブロック32参照)。なお、説明の便宜上、本ステップをステップS614の次に説明しているが、ステップS5で二種類の分割数を決定した後、本ステップと既述ステップS611とを並行して実行してもよい。
(ステップS622)
第一ブロックヒストグラム生成部6eは、第一ブロックのうち、選出ブロックG1と重なる又は一致するブロックについてのみ、ヒストグラムを生成する(S622)。以下、第一ブロックのうち、選出ブロックG1と重なる又は一致するブロックを「対象ブロックG2」という。
図7の(b)では、ヒストグラム33が記載されたブロックが、対象ブロックG2である。
(ステップS623)
第一ブロック統計情報算出部6fは、対象ブロックG2のヒストグラム33を用いて、関心領域位置選出に用いる統計情報を算出する(S623)。算出する統計情報は、例えば、平均輝度値、ヒストグラムピークの数、ヒストグラムピーク輝度値、ブロック内画素の分散値などがある。
なお、ステップS1で検索された関心領域位置決定条件を第一ブロック統計情報算出部6fが取得し、この関心領域位置決定条件に用いられている関心領域位置決定パラメータに用いられた統計情報のみを算出してもよい。
(ステップS624)
ステップS623により得た統計情報と、ステップS1で求めた関心領域位置決定条件と、を用いて、対象ブロックG2の中から関心領域となるブロックを選出する(S624)。
図8のヒストグラム33において、破線丸枠のブロックは、条件1を満たす対象ブロックG2であり、図8の画像32における二重丸枠のブロックは、条件2を満たす対象ブロックG2である。よって、この二重丸枠のブロック34が、関心領域として選出される。
(ステップS7)
関心領域内の輝度値を基にフィードバック輝度値PVABSを求める(S7)。本実施形態では、フィードバック値算出部6hは、ステップS6で選出した関心領域となるブロック34の平均輝度値を算出し、この平均輝度値をフィードバック輝度値PVABSとして用いる。フィードバック値算出部6hは、フィードバック輝度値PVABSを示す信号(以下「フィードバック値信号」という)をX線制御装置3に送る。平均輝度値に代わり、関心領域内の輝度値を代表するものとして、メジアンを用いてもよい。
(ステップS8)
フィードバック輝度値PVABSをフィードバック電圧に換算し、これが、ABS制御処理により一定に保ちたい輝度値(以下「目標輝度値」という)に一致するように照射条件を決定する(S8)。
X線制御装置3内のフィードバック電圧算出部3aは、フィードバック値算出部6hからフィードバック輝度値信号を受信する。そして、フィードバック電圧算出部3aは、受信したフィードバック輝度値を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の照射条件決定部2aは、フィードバック電圧を、予め定められた基準電圧(目標輝度値に対応する電圧)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照射条件(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、現在の照射条件(管電圧、管電流の組み合わせ)を徐々に下げていき、基準電圧(例えば5V)に合わせ込むように調整する。
図9に基づいて、フィードバック輝度値から照射条件への変換について説明する。図9では、基準電圧Yref[V]として、フィードバック電圧がYref[V]と等しいときに、適切な輝度調整が行われていると判定する。
図9では、現在の透視像(n番目フレーム)からフィードバック値算出部6hがPVABS＝X1と算出し、それを基にフィードバック電圧算出部3aがフィードバック輝度値X1をフィードバック電圧Y1[V]に換算する。照射条件決定部2aは、基準電圧Yref[V]とフィードバック電圧Y1[V]とを比較し、基準電圧Yref[V]に比べてY1[V]が小さい場合、現在の照射条件(mA1，kV1)を(mA2，kV2)(但し、mA1＜mA2，kV1＜kV2)に上げる。そして、n＋1番目の透視像は、新たな照射条件(mA，kV)＝(mA2，kV2)により撮像する。n＋1番目フレームを基に算出されたフィードバック輝度値PVABS＝X2は、フィードバック電圧に換算すると、Y2[V]となるとする。Y2[V]がYref[V]と同値(Y2[V]＝Yref[V])のとき、フィードバック電圧と基準電圧とは一致するので、照射条件決定部2aは照射条件の変更は不要と判定する。よって、n＋2番目フレームは、(mA，kV)＝(mA2，kV2)の下、撮像される。
本実施形態では、照射条件として、管電流と管電圧との組み合わせを用いて説明しているが、管電圧のみ又は管電流のみを昇降させて照射条件を変更してもよい。
(ステップS9)
照射条件を変更して、n＋1番目フレームの透視像を撮像する(S9)。X線発生器2は、新たに決定した照射条件信号をX線管球1に出力し、その新たな照射条件に従ってn＋1番目フレームの透視像の撮像が行われる。その後、ステップS2へ戻り、n＋1番目フレームの透過X線信号が画像処理装置6へ入力され、この透過X線信号に基づいて、再度ステップS2以後の処理が実行される。
本実施形態によれば、操作者による関心領域の設定操作を行うことなく、被検体位置の移動に追従してフィードバック値を算出してABS制御を行うことが可能となり、操作者の手間を省略することができる。
更に、関心領域の決定に際し、手技に対応した条件を用いることにより、手技に応じて変わる着目部位の輝度をフレーム間で一定に保って表示することができる。
また、複数のブロックサイズを用い、相対的に大きなサイズである第二ブロックサイズを用いて被検体領域を含む選出ブロックを検索し、それと重なる第一ブロックサイズのブロックのみを対象ブロックとして選び、これについてのみ関心領域位置検出のための統計情報の算出対象とすることで、第一ブロックサイズの全ブロックについて関心領域位置検出のための統計情報を算出する場合に比べて、処理速度の高速化が期待できる。
＜第二実施形態＞
第二実施形態は、第一実施形態に加え、X線絞りの輝度値が反映された画素をABS制御処理の対象から除外する実施形態である。透視像取得中にX線絞り11の挿入や透視像拡大があった場合、X線絞り11が挿入されている位置を自動的に検出し、X線絞り11の内側の画素のみを用いて被検体領域判定、ブロック生成を行う。以下、図10に基づいて第二実施形態について説明する。図10は、第二実施形態の処理の内容を示す説明図である。なお、処理の流れは第一実施形態と同様なので、図3及び図4のステップ番号を流用して説明する。
図10の透視像40は、X線絞り11が無い場合の透視像をステップS611でc×c(図10では5×5)に分割した状態を示す。図10の透視像41は、X線絞り11を挿入した透視像であって、ステップS611でb×b(図10では4×4)に分割した状態を示す。X線絞り11の位置情報は、システム制御装置8がX線絞り11の動作を制御する際に取得する。よって、この位置情報をシステム制御装置8から画像処理装置6に出力することで、X線絞り11が透視像に撮影された領域42を検出できる。
この検出は、被検体領域検出部6bがステップS42において行い、領域42より内側の透視像に対して被検体領域判定を行う。そして、ステップS43の被検体領域割合算出処理において、領域42より内側の画像に占める被検体領域の占有面積割合Pを算出する。ステップS5では、この占有面積割合を基に分割数(又はブロックサイズ)の決定を行い、ステップS611、S621では、領域42より内側の画像を、上記決定された分割数(ブロックサイズ)を用いて分割する。図10でも示したように、X線絞り11が挿入された透視像41は、絞りの無い透視像40に比べ、画像中に占める被検体の占有面積割合が大きくなることから、ステップS5にて決定される分割数は、1ブロックのサイズは相対的に大きくなるように決定される。
本実施形態によれば、透視像にX線絞りが写り込んだ場合、その輝度値が反映された画素をABS制御処理の演算対象から除外することが可能となるため、X線絞りの影響を受けず、より適切なABSフィードバックを行うことが出来る。
＜第三実施形態＞
第三実施形態では、第一実施形態に加え、金属が撮影された領域の輝度値が反映された画素をABS制御処理の対象から除外する実施形態である。以下、図11に基づいて第三実施形態について説明する。図11は、第三実施形態の処理の内容を示す説明図である。
処理の流れは第一実施形態と同様なので、図3及び図4のステップ番号を流用して説明する。
金属領域閾値は一種類でもよいが、手技ごとに異なる任意の輝度値からなる金属領域閾値を用いてもよい。例えば、手技に対応した金属領域閾値を規定した金属領域閾値のデータを予め画像処理装置6内の記憶部に記憶させておく。ステップS1で手技が選択されると、フィードバック値算出部6hが金属領域閾値データを参照し、選択された手技に対応する金属領域閾値を検索、設定してもよい。そして、ステップS624において、関心領域に選出されるブロックの中に、予め設定した金属領域閾値の輝度値以下の画素が含まれていた場合、当該画素をステップS7で行うフィードバック輝度値PVABSの演算対象画素から除外する。
図11に金属領域閾値データの一例を示す。図11の金属領域閾値のデータでは、手技1、手技2、手技3と被検体厚が厚くなるにつれて、金属領域閾値は、PV1、PV2、PV3と高い輝度値を用いて定義しておく。これにより、手技に応じた金属領域閾値を用いることができる。例えば、手技が整形で撮影部位が腕の場合、被検体厚が薄いのでX線量も相対的に少ない。よって、画像中の金属も相対的に暗く撮影させるので、被検体厚が薄い部位を含む手技には、金属領域閾値として、相対的に暗い輝度値を設定する。一方、例えば手技が開胸術で撮影部位が胸部の場合、開胸固定具等の金属製の術具が画像に写り込む。胸部は、四肢に比べて相対的に被検体厚が厚いので、X線量も相対的に高線量となる。その結果、金属製の術具は、相対的に明るく撮影されるので、被検体厚が厚い部位を含む手技には金属領域閾値として、相対的に明るい輝度値を設定する。
本実施形態によれば、透視像中に金属が撮影された場合、金属の輝度値が反映された画素を、フィードバック輝度値PVABSの演算対象から除外することが可能となるため、ABS制御処理における金属領域の影響を低減させることができる。また、被検体厚に応じてX線量が異なり、これに応じて金属の撮影輝度も変わるので、被検体厚に応じた金属領域閾値を用いることで、より正確に、金属の輝度値をフィードバック輝度値PVABSの演算対象から除外することが可能となる。
＜第四実施形態＞
第四実施形態は、1フレームの透視像の大きさに応じて分割数の種類数を変える実施形態である。第一実施形態では、二つの分割数を決定したが、被検体領域が相対的に小さい場合、第一ブロックを生成するための一種類の分割数のみを決定し、全ての第一ブロックに対してヒストグラムを生成し、関心領域位置を選出するための統計量を算出しても良い。第四実施形態の処理の流れは第一実施形態と重複するところもあるので、図3及び図4のステップ番号を流用して説明する。
第四実施形態では、ステップS43において被検体領域検出部6bが、ステップS41で生成したヒストグラムの度数の合計値を算出する。その合計値が予め定めた第一基準値以下の場合、透視像の画像サイズが相対的に小さいと判断できる。よって、被検体領域検出部6bは、合計値と第一基準値との比較結果をブロック生成部6dに引渡し、ブロック生成部6dは、その比較結果に基づいて、合計値が第一基準値以下の場合は、第一ブロックを生成するための分割数のみを決定する。その結果、ステップS611からステップS614は省略される。ステップS622では、全第一ブロックについてヒストグラムを生成し、この全ヒストグラムに基づいてステップS623の処理が実行される。
画像サイズは、上記のように画像全体のヒストグラムの頻度から判断するほか、第二実施形態においては、X線絞り11が画面においてどの程度写りこむかにより判断しても良い。例えばX線絞り11が、画面にある設定値、例えばX2％以上写り込むことが、X線絞り11の位置情報から検出されると、その検出結果に基づいてブロック生成部6dが分割数を一つだけ決定するように構成してもよい。
一方、上記合計値が第二基準値よりも大きい場合、画像サイズが大きいと判断できる。
この場合、三以上の分割数を決定し、最も少ない分割数から順にブロックを生成し、そのブロックの内の被検体領域を含むブロックを選出ブロックとする。この処理を、最大数の分割数よりも一つ多い分割数のブロックまで繰り返す。そして、最大数の分割数のブロックと、最大数の分割数を用いて選出した選出ブロックとが重なる又は一部に含むブロックを対象ブロックとする。
本実施形態によれば、画像サイズが小さいときには、選出ブロックの検索をすることなく、直接対象ブロックの検索が行え、画像サイズが大きいときには、複数段階を経て選出ブロックを検索することができる。
1 X線管球、2 X線発生器、3 X線制御装置、4 X線平面検出器、5 X線平面検出器制御装置、6 画像処理装置、7 画像表示装置、8 システム制御装置、9 テーブル、10 X線画像診断装置、11 X線絞り

Claims (14)

  1. X線を発生するX線発生装置と、
    被検体を透過した前記X線を検出して透過X線信号を出力するX線検出器と、
    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部と、
    前記X線画像を複数の領域に分割して、複数のブロックを生成するブロック生成部と、
    前記複数のブロックのそれぞれについて、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部と、
    所定の関心領域位置決定条件と前記各ブロックのヒストグラムを用いて、
    前記複数のブロックの中から関心領域とするブロックを選出する関心領域位置選出部と、
    前記関心領域として選出されたブロックの輝度値に基づいて、前記関心領域の輝度値の制御に用いるフィードバック値を算出するフィードバック値算出部と、
    前記フィードバック値が予め定めた目標輝度値となるように、前記X線の照射条件を決定する照射条件決定部と、
    前記X線画像を表示する画像表示装置と、
    を備えることを特徴とするX線画像診断装置。
  2. 前記関心領域位置選出部は、
    前記各ブロックのヒストグラムに基づいて算出した画像統計情報を用いて、
    前記複数のブロックの中から関心領域とするブロックを選出することを特長とする請求項1に記載のX線画像診断装置。
  3. 前記画像統計情報を算出するブロック統計情報算出部を有することを特徴とする請求項2に記載のX線画像診断装置。
  4. 前記画像統計情報とは、平均輝度値、ヒストグラムピークの数、ヒストグラムピークの輝度、又は分散値の少なくとも何れか一つであることを特徴とする請求項3に記載のX線画像診断装置。
  5. 前記関心領域位置決定条件を記憶する決定条件記憶部を有することを特徴とする請求項1に記載のX線画像診断装置。
  6. 検査の手技を選択する手技選択部を更に備え、
    前記決定条件記憶部は、前記検査の手技に対応した前記関心領域位置決定条件を記憶し、前記関心領域位置選出部は、前記選択された手技に応じた前記関心領域位置決定条件を出し、その関心領域位置決定条件を用いて前記関心領域とするブロックを選出することを特徴とする請求項5に記載のX線画像診断装置。
  7. 前記X線画像において、
    前記被検体が撮影された領域からなる被検体領域が占める割合を算出する被検体領域割合算出部を更に備え、
    前記ブロック生成部は、前記被検体領域が占める割合に応じて、
    前記X線画像を複数の領域に分割する際に用いる分割数を決定することを特徴とする請求項1に記載のX線画像診断装置。
  8. 前記被検体領域を含むブロックを選出する被検体ブロック選出部を更に備え、
    前記ブロック生成部は、前記被検体領域が占める割合に応じて少なくとも二つの異なる分割数を決定し、相対的に多い分割数で分割された第一ブロックと、相対的に少ない分割数で分割された第二ブロックと、を生成し、前記被検体ブロック選出部は、前記第二ブロックの中から前記被検体領域を含むブロックを選出し、
    前記ヒストグラム生成部は、前記選出された第二ブロックの少なくとも一部を含む前記第一ブロックについて、前記ヒストグラムを生成することを特徴とする請求項7に記載のX線画像診断装置。
  9. 前記画像生成部が生成したX線画像全体のヒストグラムを生成する全体ヒストグラム生成部と、
    前記全体ヒストグラム生成部が生成した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、又はこの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被検体領域閾値とし、この被検体領域閾値未満のデータ群を被検体領域として検出する被検体領域検出部と、を更に備え、
    前記被検体領域割合算出部は、前記検出された被検体領域が、前記X線画像に占める割合を算出することを特徴とする請求項8に記載のX線画像診断装置。
  10. 前記被検体ブロック選出部は、前記被検体領域閾値未満の輝度値を含むブロックを、前記被検体領域を含むブロックとして選出することを特徴とする請求項9に記載のX線画像診断装置。
  11. 前記X線の照射領域を制限するX線絞りを更に備え、
    前記全体ヒストグラム生成部は、前記X線画像において前記X線絞りが撮像された領域よりも内側の領域のヒストグラムを生成し、
    前記ブロック生成部は、前記内側の領域を前記複数の領域に分割することを特徴とする請求項9に記載のX線画像診断装置。
  12. 前記フィードバック値は、前記関心領域として選出されたブロックの平均輝度値又はメジアンであることを特徴とする請求項1に記載のX線画像診断装置。
  13. 前記検査の手技に対応して、前記X線画像において金属が撮影された領域を判別するための金属領域閾値を規定した金属領域閾値記憶部を更に備え、
    前記フィードバック値算出部は、前記選択された手技に応じた前記金属領域閾値を設定し、前記関心領域として選出されたブロック内の輝度値のうち、前記設定された金属領域閾値以上の輝度値を用いて前記フィードバック値を算出することを特徴とする請求項6に記載のX線画像診断装置。
  14. 被検体のX線画像を複数の領域に分割して、複数のブロックを生成するステップと、
    前記複数のブロックのそれぞれについて、輝度値の分布を示すヒストグラムを生成するステップと、
    所定の関心領域位置決定条件と、前記各ブロックのヒストグラムと、を用いて、前記複数のブロックの中から前記関心領域とするブロックを選出するステップと、
    前記関心領域として選出されたブロックの輝度値に基づいて、前記関心領域の輝度値の制御に用いるフィードバック値を算出するステップと、
    前記フィードバック値が予め定めた目標輝度値となるように、前記X線の照射条件を決定するステップと、
    を含むことを特徴とするX線発生装置の制御方法。
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