JP6142289B2 - Scattered ray correction apparatus, scattered ray correction method, and X-ray imaging apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、X線撮影で得られる画像に含まれる散乱線成分を散乱線補正により低減する散乱線補正装置及び散乱線補正方法並びに散乱線補正装置を備えるX線撮影装置に関する。 The present invention relates to a scattered radiation correction apparatus, a scattered radiation correction method, and an X-ray imaging apparatus including a scattered radiation correction apparatus that reduce scattered radiation components contained in an image obtained by X-ray imaging by scattered radiation correction.
X線撮影で得られる画像は、被写体を透過した直接線に起因する直接線成分と、直接線成分以外の成分とを含む。直接線成分以外の成分としては、散乱線に起因する散乱線成分と、X線検出素子の光拡散およびX線撮影装置の系から発生する電気的ノイズ等に起因する成分とが存在するが、散乱線成分の方が支配的である。散乱線としては、被写体からの散乱線やフラットパネルディテクターの前面に設置されるカーボンからの散乱線などがある。 An image obtained by X-ray imaging includes a direct line component resulting from a direct line transmitted through the subject and components other than the direct line component. As components other than the direct ray component, there are scattered ray components caused by scattered rays and components caused by light diffusion of the X-ray detection element and electrical noise generated from the system of the X-ray imaging apparatus. The scattered radiation component is more dominant. Examples of scattered radiation include scattered radiation from a subject and scattered radiation from carbon installed in front of a flat panel detector.
X線撮影で得られる画像に含まれる散乱線成分は、X線撮影で得られる画像の品質を大きく低下させており、例えば金属アーチファクトの除去を困難にする原因の一つとなっている。 Scattered ray components contained in an image obtained by X-ray imaging greatly reduce the quality of the image obtained by X-ray imaging, and are one of the causes that make it difficult to remove metal artifacts, for example.
そのため、X線撮影で得られる画像に含まれる散乱線成分を低減するための散乱線成分低減方法が種々提案されている。例えば特許文献1では、X線撮影で得られる画像から散乱線成分を低減した画像を直接的に導出することができる散乱線成分低減方法が提案されている。 For this reason, various methods of reducing scattered radiation components for reducing scattered radiation components contained in images obtained by X-ray imaging have been proposed. For example, Patent Document 1 proposes a scattered radiation component reduction method that can directly derive an image obtained by reducing the scattered radiation component from an image obtained by X-ray imaging.
しかしながら、特許文献1で提案されている散乱線成分低減方法は、X線撮影で得られる測定画像の画素値が閾値以上(投影画像の画素値が閾値以下)である場合には散乱線補正を行わず、X線撮影で得られる測定画像の画素値が閾値以下(投影画像の画素値が閾値以上)である場合にのみ散乱線補正を行っていることに相当するため、閾値の前後において散乱線補正の効果が不連続になり不自然である。 However, the scattered radiation component reduction method proposed in Patent Document 1 performs scattered radiation correction when the pixel value of a measurement image obtained by X-ray imaging is equal to or greater than a threshold value (the pixel value of a projected image is equal to or less than the threshold value). This is equivalent to performing the scattered radiation correction only when the pixel value of the measurement image obtained by X-ray imaging is equal to or less than the threshold value (the pixel value of the projection image is equal to or greater than the threshold value). The effect of line correction becomes discontinuous and unnatural.
本発明は、上記の状況に鑑み、X線撮影で得られる画像から散乱線成分を低減した画像を直接的に導出することができるとともに、散乱線補正の効果が不自然にならない散乱線補正装置、散乱線補正方法、及びX線撮影装置を提供することを目的とするものである。 In view of the above situation, the present invention is capable of directly deriving an image obtained by reducing scattered radiation components from an image obtained by X-ray imaging, and a scattered radiation correction apparatus in which the effect of scattered radiation correction does not become unnatural. An object of the present invention is to provide a scattered radiation correction method and an X-ray imaging apparatus.
上記目的を達成するために本発明の一局面に係る散乱線補正装置においては、X線撮影で得られる投影画像に対して、補正関数y=f(x)を用いてxを前記投影画像の画素値としyを散乱線補正後の画素値として散乱線補正を行う散乱線補正装置とし、前記補正関数が、ロジスティック曲線を表すロジスティック関数y=α/[1+exp[-β(x-γ)]]を平行移動して得られる関数の逆関数である構成(第1の構成)としている。 In order to achieve the above object, in the scattered radiation correction apparatus according to one aspect of the present invention, for a projection image obtained by X-ray imaging, x is used to calculate x of the projection image using a correction function y = f (x). A scattered radiation correction apparatus that performs scattered radiation correction using a pixel value y as a pixel value after scattered radiation correction, and the correction function is a logistic function y = α / [1 + exp [−β (x−γ )]] Is a configuration (first configuration) that is an inverse function of a function obtained by parallel translation.
補正関数y=f(x)を、ロジスティック曲線を表すロジスティック関数y=α/[1+exp[-β(x-γ)]]を平行移動して得られる関数の逆関数とすることにより、X線撮影で得られる投影画像(散乱線成分を含む投影画像)を補正関数y=f(x)によって変換して、散乱線成分を低減した投影画像にすることができる。すなわち、X線撮影で得られる画像から散乱線成分を低減した画像を直接的に導出することができる。また、X線撮影で得られる投影画像の画素値に対して連続的に散乱線補正を行っているので、散乱線補正の効果が不自然にならない。歯科用CT撮影では被写体が人間の頭部(特に顎部)に限定されているため、補正関数の関数形が散乱線補正に適しており、散乱線成分を適切に低減することができる。 By making the correction function y = f (x) an inverse function of a function obtained by translating a logistic function y = α / [1 + exp [−β (x−γ)]] representing a logistic curve, A projection image (projection image including a scattered radiation component) obtained by X-ray imaging can be converted by a correction function y = f (x) to obtain a projection image with a reduced scattered radiation component. That is, an image with a reduced scattered radiation component can be directly derived from an image obtained by X-ray imaging. Further, since the scattered radiation correction is continuously performed on the pixel values of the projection image obtained by X-ray imaging, the effect of the scattered radiation correction does not become unnatural. In dental CT imaging, since the subject is limited to the human head (particularly the jaw), the function form of the correction function is suitable for scattered radiation correction, and the scattered radiation component can be appropriately reduced.
また、上記目的を達成するために本発明の他の局面に係る散乱線補正装置においては、X線撮影で得られる測定画像に対して、補正関数y=f(x)を用いてxを前記測定画像の画素値としyを散乱線補正後の画素値として散乱線補正を行う散乱線補正装置とし、前記補正関数が、ロジスティック曲線を表すロジスティック関数y=α/[1+exp[-β(x-γ)]]を平行移動して得られる関数である構成(第2の構成)としている。 In order to achieve the above object, in the scattered radiation correction apparatus according to another aspect of the present invention, x is measured using a correction function y = f (x) for a measurement image obtained by X-ray imaging. A scattered radiation correction apparatus that performs scattered radiation correction using the measured image pixel value as y and the scattered radiation corrected pixel value, and the correction function is a logistic function y = α / [1 + exp [−β ( x-γ)]] is a function (second structure) which is a function obtained by parallel movement.
補正関数y=f(x)を、ロジスティック曲線を表すロジスティック関数y=α/[1+exp[-β(x-γ)]]を平行移動して得られる関数とすることにより、X線撮影で得られる測定画像(散乱線成分を含む測定画像)を補正関数y=f(x)によって変換して、散乱線成分を低減した測定画像にすることができる。すなわち、X線撮影で得られる画像から散乱線成分を低減した画像を直接的に導出することができる。また、X線撮影で得られる測定画像の画素値に対して連続的に散乱線補正を行っているので、散乱線補正の効果が不自然にならない。歯科用CT撮影では被写体が人間の頭部(特に顎部)に限定されているため、補正関数の関数形が散乱線補正に適しており、散乱線成分を適切に低減することができる。 X-ray imaging by making the correction function y = f (x) a function obtained by translating a logistic function y = α / [1 + exp [−β (x−γ)]] representing a logistic curve The measurement image (measurement image including the scattered radiation component) obtained in (1) can be converted by the correction function y = f (x) to obtain a measurement image with a reduced scattered radiation component. That is, an image with a reduced scattered radiation component can be directly derived from an image obtained by X-ray imaging. In addition, since the scattered radiation correction is continuously performed on the pixel values of the measurement image obtained by X-ray imaging, the effect of the scattered radiation correction does not become unnatural. In dental CT imaging, since the subject is limited to the human head (particularly the jaw), the function form of the correction function is suitable for scattered radiation correction, and the scattered radiation component can be appropriately reduced.
上記第1または第2の構成の散乱線補正装置において、前記X線撮影の投影角度に応じて前記パラメータの値を調節する構成(第3の構成)としてもよい。 In the scattered radiation correction apparatus having the first or second configuration, the parameter value may be adjusted according to the projection angle of the X-ray imaging (third configuration).
X線撮影の際にX線検出部が検出する全体的な散乱線の量はX線撮影の投影角度によって異なっているため、散乱線補正に適する補正関数の関数形はX線撮影の投影角度によって異なる。上記第3の構成によると、X線撮影の投影角度が変わっても、その都度散乱線補正に適する補正関数の関数形を得ることができ、散乱線成分を適切に低減することができる。 Since the total amount of scattered radiation detected by the X-ray detector during X-ray imaging varies depending on the projection angle of X-ray imaging, the function form of the correction function suitable for scattered radiation correction is the projection angle of X-ray imaging. It depends on. According to the third configuration, even if the projection angle of X-ray imaging changes, a function form of a correction function suitable for scattered radiation correction can be obtained each time, and scattered radiation components can be appropriately reduced.
上記第3の構成の散乱線補正装置において、複数の前記投影角度それぞれに対応する前記パラメータの各値を前記投影角度と対応付けて記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されている前記パラメータの各値のいずれにも対応していない前記投影角度に対応する前記パラメータの値を補間する補間部とを備える構成(第4の構成)としてもよい。 In the scattered radiation correction apparatus having the third configuration, a storage unit that stores each value of the parameter corresponding to each of the plurality of projection angles in association with the projection angle, and the parameter stored in the storage unit It is good also as a structure (4th structure) provided with the interpolation part which interpolates the value of the said parameter corresponding to the said projection angle which does not respond | correspond to any of these values.
このような構成によると、記憶部に記憶させるパラメータの各値の個数を少なくできるので、パラメータの各値を投影角度と対応付けて記憶部に記憶させる際の手間が省ける。 According to such a configuration, since the number of parameter values stored in the storage unit can be reduced, it is possible to save the trouble of storing each parameter value in the storage unit in association with the projection angle.
上記第4の構成の散乱線補正装置において、前記補間部がCatmull-Romスプライン補間を用いる構成(第5の構成)としてもよい。 In the scattered radiation correction apparatus having the fourth configuration, the interpolation unit may use Catmull-Rom spline interpolation (fifth configuration).
このような構成によると、補間の演算処理を簡単にすることができ、補間部の負担を軽減することができる。 According to such a configuration, the calculation process of interpolation can be simplified, and the burden on the interpolation unit can be reduced.
また、上記目的を達成するために本発明の一局面に係る散乱線補正方法においては、X線撮影で得られる投影画像に対して、補正関数y=f(x)を用いてxを前記投影画像の画素値としyを散乱線補正後の画素値として散乱線補正を行う散乱線補正方法とし、前記補正関数が、ロジスティック曲線を表すロジスティック関数y=α/[1+exp[-β(x-γ)]]を平行移動して得られる関数の逆関数であるようにしている。 In order to achieve the above object, in the scattered radiation correction method according to one aspect of the present invention, x is projected onto a projection image obtained by X-ray imaging using a correction function y = f (x). A scattered radiation correction method is performed in which scattered radiation correction is performed using the pixel value of the image as y and the pixel value after the scattered radiation correction, and the correction function is a logistic function y = α / [1 + exp [−β (x -γ)]] is an inverse function of the function obtained by translation.
また、上記目的を達成するために本発明の他の局面に係る散乱線補正方法においては、X線撮影で得られる測定画像に対して、補正関数y=f(x)を用いてxを前記測定画像の画素値としyを散乱線補正後の画素値として散乱線補正を行う散乱線補正方法とし、前記補正関数が、ロジスティック曲線を表すロジスティック関数y=α/[1+exp[-β(x-γ)]]を平行移動して得られる関数であるようにしている。 In addition, in the scattered radiation correction method according to another aspect of the present invention to achieve the above object, x is calculated using a correction function y = f (x) for a measurement image obtained by X-ray imaging. It is a scattered radiation correction method in which scattered radiation correction is performed using the pixel value of the measurement image as y and the pixel value after the scattered radiation correction, and the correction function is a logistic function y = α / [1 + exp [−β ( x-γ)]] is a function obtained by translating.
また、上記目的を達成するために本発明に係るX線撮影装置においては、被写体に対してX線を照射するX線照射部と、前記被写体を透過したX線を検出するX線検出部と、前記X線検出部の検出結果を用いて測定画像を生成する測定画像生成部と、前記測定画像を対数変換して投影画像を生成する投影画像生成部と、前記投影画像または前記測定画像に対して散乱線補正を行う上記第1〜第5のいずれかの構成の散乱線補正装置とを備える構成とする。 In order to achieve the above object, in the X-ray imaging apparatus according to the present invention, an X-ray irradiation unit that irradiates a subject with X-rays, and an X-ray detection unit that detects X-rays transmitted through the subject, A measurement image generation unit that generates a measurement image using a detection result of the X-ray detection unit, a projection image generation unit that logarithmically converts the measurement image to generate a projection image, and the projection image or the measurement image. It is set as the structure provided with the scattered radiation correction apparatus of the said any one of the said 1st-5th structure which performs scattered radiation correction | amendment with respect to it.
本発明の一局面によると、X線撮影で得られる投影画像に対して、ロジスティック曲線を表すロジスティック関数y=α/[1+exp[-β(x-γ)]]を平行移動して得られる関数の逆関数を用いて散乱線補正を行うので、X線撮影で得られる画像から散乱線成分を低減した画像を直接的に導出することができる。 According to one aspect of the present invention, a logistic function y = α / [1 + exp [−β (x−γ)]] representing a logistic curve is obtained by translating a projection image obtained by X-ray imaging. Since the scattered radiation correction is performed using an inverse function of the obtained function, an image with a scattered radiation component reduced can be directly derived from an image obtained by X-ray imaging.
本発明の他の局面によると、X線撮影で得られる測定画像に対して、ロジスティック曲線を表すロジスティック関数y=α/[1+exp[-β(x-γ)]]を平行移動して得られる関数を用いて散乱線補正を行うので、X線撮影で得られる画像から散乱線成分を低減した画像を直接的に導出することができる。 According to another aspect of the present invention, a logistic function y = α / [1 + exp [−β (x−γ)]] representing a logistic curve is translated with respect to a measurement image obtained by X-ray imaging. Since the scattered radiation correction is performed using the obtained function, an image in which the scattered radiation component is reduced can be directly derived from an image obtained by X-ray imaging.
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず始めに、本発明の一実施形態に係るX線撮影装置の本体部1(以下、「X線撮影装置の本体部1」と称す)の構成について図1を参照して説明する。図1はX線撮影装置1の本体部の外観を示す図であり、図1(a)は上面図、図1(b)は正面図、図1(c)は側面図である。 First, the configuration of a main body 1 (hereinafter referred to as “main body 1 of an X-ray imaging apparatus”) of an X-ray imaging apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1A and 1B are views showing the appearance of the main body of the X-ray imaging apparatus 1. FIG. 1A is a top view, FIG. 1B is a front view, and FIG. 1C is a side view.
X線撮影装置の本体部1は、歯科用あるいは耳鼻科用等のX線撮影装置の本体部であって、床面に載置されるベース2と、ベース2から鉛直方向に立設された下部ポール3と、鉛直方向にスライド可能に下部ポール3に接続される上部ポール4と、上部ポール4の上端部に固定されている固定アーム5と、回転可能に固定アーム5に接続される旋回アーム6と、上部ポール4の中央部に固定されており被写体(例えば歯など)を含む人体の頭部を保持する頭部保持部7とを備えている。実施形態では、固定アーム5が上部ポール4に固定されているが、例えば、X線撮影装置の本体部1を設置する部屋の壁や天井に固定アーム5が直接あるいは部屋の壁や天井との距離を調整することができる調整機構を介して取り付けられる態様であってもよい。 A main body 1 of an X-ray imaging apparatus is a main body of an X-ray imaging apparatus for dental use or otolaryngology, and is erected in a vertical direction from a base 2 placed on a floor surface and the base 2. The lower pole 3, the upper pole 4 connected to the lower pole 3 so as to be slidable in the vertical direction, the fixed arm 5 fixed to the upper end of the upper pole 4, and the swivel connected to the fixed arm 5 so as to be rotatable An arm 6 and a head holding portion 7 that is fixed to the central portion of the upper pole 4 and holds the head of a human body including a subject (for example, a tooth) are provided. In the embodiment, the fixed arm 5 is fixed to the upper pole 4. For example, the fixed arm 5 is directly or directly on the wall or ceiling of the room where the main body 1 of the X-ray imaging apparatus is installed. The aspect attached through the adjustment mechanism which can adjust distance may be sufficient.
旋回アーム6は、被写体に対してX線を照射するX線照射部8と、被写体を透過したX線を検出するX線検出部9とを対向して配置している。本実施形態では、X線検出部9として、照射されたX線に応じて電気信号を生成する変換素子が二次元状に配置されているフラットパネルディテクターを用いる。そして、フラットパネルディテクターの前面にはカーボンが設置されている。 The swivel arm 6 has an X-ray irradiation unit 8 that irradiates the subject with X-rays and an X-ray detection unit 9 that detects X-rays transmitted through the subject. In the present embodiment, as the X-ray detection unit 9, a flat panel detector is used in which conversion elements that generate electrical signals in accordance with irradiated X-rays are two-dimensionally arranged. Carbon is installed on the front of the flat panel detector.
X線撮影装置の本体部1の撮影モードは特に限定されないが、例えば、パノラマ撮影モードやCT撮影モードを挙げることができる。パノラマ撮影モードでは、X線照射部8及びX線検出部9が歯列弓の形状に沿った所定の軌跡を描くように、旋回アーム6の旋回軸を旋回軸に垂直な方向(X方向、Y方向)に移動させ、旋回アーム6を旋回軸回りに旋回させながら断層撮影を行う。CT撮影モードでは、頭部の対象撮影領域(画像再構成範囲)を中心にして旋回アーム6を回転させながら、対象撮影領域(画像再構成範囲)の断層撮影を行う。 The imaging mode of the main body 1 of the X-ray imaging apparatus is not particularly limited, and examples include a panoramic imaging mode and a CT imaging mode. In the panoramic imaging mode, the swivel axis of the swivel arm 6 is perpendicular to the swivel axis (X direction, X direction, so that the X-ray irradiation unit 8 and the X-ray detection unit 9 draw a predetermined locus along the shape of the dental arch. The tomography is performed while moving the swivel arm 6 about the swivel axis. In the CT imaging mode, tomographic imaging of the target imaging region (image reconstruction range) is performed while rotating the swivel arm 6 around the target imaging region (image reconstruction range) of the head.
ここで、パノラマ撮影モードについて図2を参照してより詳細に説明する。図2はパノラマ撮影モードの標準(成人用)軌道を示している。パノラマ撮影モードの標準(成人用)軌道では、X線照射部8及びX線検出部9が仮想歯列弓201の形状に沿った所定の軌跡を描いてX線ビームの軌跡が包絡線状の軌跡202になるように、X線照射部8及びX線検出部9が配置されている旋回アーム6を、撮影開始位置P1から図2に示す軌道に沿って撮影終了位置P2まで移動させる。撮影開始位置P1と撮影終了位置P2との間における旋回アーム6の旋回角度は約220度である。なお、撮影終了位置P2を除く図2に示された旋回アーム6の位置は被写体の撮影領域の左半分における各撮影位置である。X線照射部8のX線焦点8Aから射出されるX線は、X線照射部8に設けられているX線絞り8Bによって絞られ、X線検出部9上でのX線ビーム幅Wが調整される。 Here, the panorama shooting mode will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 2 shows a standard (adult) trajectory in the panoramic shooting mode. In the standard (adult) trajectory of the panoramic imaging mode, the X-ray irradiation unit 8 and the X-ray detection unit 9 draw a predetermined trajectory along the shape of the virtual dental arch 201 and the trajectory of the X-ray beam is an envelope. The turning arm 6 on which the X-ray irradiating unit 8 and the X-ray detecting unit 9 are arranged is moved from the imaging start position P1 to the imaging end position P2 along the trajectory shown in FIG. The turning angle of the turning arm 6 between the photographing start position P1 and the photographing end position P2 is about 220 degrees. The positions of the swing arm 6 shown in FIG. 2 excluding the shooting end position P2 are the shooting positions in the left half of the shooting area of the subject. X-rays emitted from the X-ray focal point 8A of the X-ray irradiation unit 8 are focused by an X-ray diaphragm 8B provided in the X-ray irradiation unit 8, and the X-ray beam width W on the X-ray detection unit 9 is reduced. Adjusted.
パノラマ撮影モードは、上述した標準(成人用)軌道の他に、小児用軌道、直行軌道、顎関節撮影軌道、上顎洞撮影軌道などを有していることが好ましい。小児用軌道は、仮想歯列弓201の形状が小さくなる点が標準軌道と異なっている。直行軌道は、各撮影位置でのX線ビームが患者歯列弓203の歯と歯の間を通過するようにしている点が標準軌道と異なっている。顎関節撮影軌道(側面)は、X線照射部8及びX線検出部9が仮想歯列弓201の両端部分(顎関節撮影可能部分)の形状に沿った所定の軌跡を描くように旋回アーム6を移動させる点が標準軌道と異なっている。顎関節撮影軌道(正面)は、X線照射部8及びX線検出部9が仮想線204の形状に沿った所定の軌跡を描くように旋回アーム6を移動させる点が標準軌道と異なっている。上顎洞撮影軌道は、X線照射部8及びX線検出部9が仮想線205の形状に沿った所定の軌跡を描くように旋回アーム6を移動させる点が標準軌道と異なっている。 In addition to the standard (adult) trajectory described above, the panoramic imaging mode preferably has a pediatric trajectory, an orthogonal trajectory, a temporomandibular joint trajectory, a maxillary sinus photographing trajectory, and the like. The trajectory for children is different from the standard trajectory in that the shape of the virtual dental arch 201 is reduced. The orthogonal trajectory is different from the standard trajectory in that the X-ray beam at each imaging position passes between the teeth of the patient dental arch 203. The temporomandibular joint imaging trajectory (side surface) is a swivel arm so that the X-ray irradiation unit 8 and the X-ray detection unit 9 draw a predetermined trajectory along the shape of both end portions of the virtual dental arch 201 (part where temporomandibular joint imaging is possible). The point 6 is moved is different from the standard trajectory. The temporomandibular joint imaging trajectory (front) differs from the standard trajectory in that the X-ray irradiation unit 8 and the X-ray detection unit 9 move the swivel arm 6 so as to draw a predetermined trajectory along the shape of the virtual line 204. . The maxillary sinus imaging trajectory is different from the standard trajectory in that the X-ray irradiation unit 8 and the X-ray detection unit 9 move the turning arm 6 so as to draw a predetermined trajectory along the shape of the virtual line 205.
続いて、CT撮影モードについて図3〜図8を参照してより詳細に説明する。なお、図3〜図8において図2と同一の部分には同一の符号を付す。 Subsequently, the CT imaging mode will be described in more detail with reference to FIGS. 3 to 8, the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.
局所CT撮影モードは、歯顎領域内の上下歯牙領域全体よりも狭い特定の領域を撮影対象とするCT撮影モードである。局所CT撮影モードの画像再構成範囲は例えば直径51mm高さ55mmの円柱形状の空間領域である。図3は局所CT撮影モードの軌道を示している。局所CT撮影モードでは、図3に示すように、X線検出部9の中心がX線照射部8と旋回アーム6の旋回軸中心206とを結ぶラインの延長線上にくるように旋回アーム6を旋回させながら複数の撮影位置で撮影が行われる。また、局所CT撮影モードでは、通常、図3に示すように、旋回アーム6の旋回軸中心206は定位置になっている。なお、図3には撮影位置として4箇所が図示されているが、これはあくまで例示であり撮影位置は図示された箇所に限定されるものではない。 The local CT imaging mode is a CT imaging mode in which a specific region narrower than the entire upper and lower tooth regions in the tooth jaw region is imaged. The image reconstruction range in the local CT imaging mode is, for example, a cylindrical space region having a diameter of 51 mm and a height of 55 mm. FIG. 3 shows the trajectory in the local CT imaging mode. In the local CT imaging mode, as shown in FIG. 3, the swivel arm 6 is placed so that the center of the X-ray detection unit 9 is on the extension line of the line connecting the X-ray irradiation unit 8 and the swivel axis center 206 of the swivel arm 6. Shooting is performed at a plurality of shooting positions while turning. In the local CT imaging mode, the pivot axis center 206 of the pivot arm 6 is normally at a fixed position as shown in FIG. In FIG. 3, four shooting positions are illustrated, but this is only an example, and the shooting positions are not limited to the illustrated positions.
局所CT撮影モードは、後述する全歯CT撮影モードや全顎CT撮影モードに比べてX線検出部9上でのX線ビーム幅Wが狭いため、X線検出部9のサイズが小さくても実施可能である。 In the local CT imaging mode, since the X-ray beam width W on the X-ray detection unit 9 is narrower than the all-tooth CT imaging mode and the full jaw CT imaging mode described later, even if the size of the X-ray detection unit 9 is small. It can be implemented.
なお、局所CT撮影モードでは、撮影対象部位(関心領域)の中心を何処に設定するかに応じて旋回アーム6の旋回軸中心206の位置を変えるようにしており、通常、図3に示すように、撮影対象部位(関心領域)の中心と旋回アーム6の旋回軸中心206の位置とが一致するように位置調整がなされる。局所CT撮影モードにおける撮影対象部位(関心領域)の中心は任意に設定することができる。図3に示した位置設定の他にも、例えば、図4に示すように撮影対象部位(関心領域)の中心208を仮想歯列弓201上の前歯の位置に設定することもでき、図5に示すように撮影対象部位(関心領域)の中心208を仮想歯列弓201上の左顎の位置に設定することもでき、図6に示すように撮影対象部位(関心領域)の中心208を仮想歯列弓201上の右第2小臼歯の位置に設定することもでき、その他種々の位置設定が可能である。 In the local CT imaging mode, the position of the turning axis center 206 of the turning arm 6 is changed according to where the center of the region to be imaged (region of interest) is set. Usually, as shown in FIG. Further, the position adjustment is performed so that the center of the imaging target region (region of interest) and the position of the turning axis center 206 of the turning arm 6 coincide with each other. The center of the region to be imaged (region of interest) in the local CT imaging mode can be arbitrarily set. In addition to the position setting shown in FIG. 3, for example, as shown in FIG. 4, the center 208 of the region to be imaged (region of interest) can be set to the position of the front tooth on the virtual dental arch 201, as shown in FIG. As shown in FIG. 6, the center 208 of the imaging target region (region of interest) can be set to the position of the left jaw on the virtual dental arch 201. As shown in FIG. The position of the right second premolar on the virtual dental arch 201 can also be set, and various other position settings are possible.
全歯CT撮影モードは、上下歯牙領域全体を撮影対象とするCT撮影モードである。全歯CT撮影モードの画像再構成範囲は例えば直径97mm高さ100mmの円柱形状の空間領域である。図7は全歯CT撮影モードの軌道を示している。全歯CT撮影モードでは、図7に示すように、X線検出部9の中心がX線照射部8と旋回アーム6の旋回軸中心206とを結ぶラインの延長線上にくるように旋回アーム6を旋回させながら複数の撮影位置で撮影が行われる。また、全歯CT撮影モードでは、通常、図7に示すように、旋回アーム6の旋回軸中心206は定位置になっている。なお、図7には撮影位置として4箇所が図示されているが、これはあくまで例示であり撮影位置は図示された箇所に限定されるものではない。 The all-tooth CT imaging mode is a CT imaging mode in which the entire upper and lower tooth regions are to be imaged. The image reconstruction range in the all-tooth CT imaging mode is, for example, a cylindrical space region having a diameter of 97 mm and a height of 100 mm. FIG. 7 shows the trajectory in the full-tooth CT imaging mode. In the all-tooth CT imaging mode, as shown in FIG. 7, the swivel arm 6 is such that the center of the X-ray detection unit 9 is on the extended line of the line connecting the X-ray irradiation unit 8 and the swivel axis center 206 of the swivel arm 6. Shooting is performed at a plurality of shooting positions while turning. In the all-tooth CT imaging mode, the pivot axis center 206 of the pivot arm 6 is normally at a fixed position as shown in FIG. In FIG. 7, four shooting positions are illustrated, but this is only an example, and the shooting positions are not limited to the illustrated positions.
全歯CT撮影モードは、上述した局所CT撮影モードに比べて撮影対象が広範囲になりX線検出部9上でのX線ビーム幅Wが広くなるため、その広いX線ビーム幅Wに見合ったX線検出部9のサイズを必要とする。 Compared with the above-described local CT imaging mode, the full-tooth CT imaging mode has a wider imaging target and the X-ray beam width W on the X-ray detection unit 9 is wider, and therefore corresponds to the wide X-ray beam width W. The size of the X-ray detection unit 9 is required.
全顎CT撮影モードは、歯顎領域の全ての範囲を撮影対象とするCT撮影モードである。全顎CT撮影モードの画像再構成範囲は例えば直径161mm高さ100mmの円柱形状の空間領域である。図8は全顎CT撮影モードの軌道を示している。全顎CT撮影モードでは、図8に示すように、X線検出部9の中心がX線照射部8と旋回アーム6の旋回軸中心206とを結ぶラインの延長線上からずれるように旋回アーム6を旋回させながら複数の撮影位置で撮影が行われる。また、全顎CT撮影モードでは、通常、図8に示すように、旋回アーム6の旋回軸中心206は定位置になっている。なお、図8には撮影位置として4箇所が図示されているが、これはあくまで例示であり撮影位置は図示された箇所に限定されるものではない。 The all jaw CT imaging mode is a CT imaging mode in which the entire range of the tooth jaw region is an imaging target. The image reconstruction range in the all jaw CT imaging mode is, for example, a cylindrical space region having a diameter of 161 mm and a height of 100 mm. FIG. 8 shows the trajectory in the full jaw CT imaging mode. In the full jaw CT imaging mode, as shown in FIG. 8, the swivel arm 6 is such that the center of the X-ray detection unit 9 is displaced from the extended line of the line connecting the X-ray irradiation unit 8 and the swivel axis center 206 of the swivel arm 6. Shooting is performed at a plurality of shooting positions while turning. In the all jaw CT imaging mode, the pivot axis center 206 of the pivot arm 6 is normally at a fixed position as shown in FIG. In FIG. 8, four shooting positions are illustrated, but this is merely an example, and the shooting positions are not limited to the illustrated positions.
全顎CT撮影モードは、X線検出部9の中心をX線照射部8と旋回アーム6の旋回軸中心206とを結ぶラインの延長線上からずらして撮影を行っているので、上述した全歯CT撮影モードよりも画像再構成範囲207を拡大することができる。したがって、X線検出部9のサイズアップを抑えながら歯顎領域の全ての範囲を撮影対象とすることができる In the all jaw CT imaging mode, imaging is performed by shifting the center of the X-ray detection unit 9 from the extended line of the line connecting the X-ray irradiation unit 8 and the turning axis center 206 of the turning arm 6. The image reconstruction range 207 can be expanded as compared with the CT imaging mode. Accordingly, the entire range of the tooth and jaw region can be taken as an imaging target while suppressing an increase in the size of the X-ray detection unit 9.
なお、全顎CT撮影モードにおいて、X線検出部9をサイズアップして、X線検出部9上でのX線ビーム幅Wを図8に示す場合よりも拡大し、画像再構成範囲を例えば直径230mm高さ164mmの円柱形状の空間領域にすることで、歯顎領域の全ての範囲のみならず、頭頸部領域の全ての範囲を撮影対象とすることも可能である。 In the all-chin CT imaging mode, the X-ray detection unit 9 is sized up so that the X-ray beam width W on the X-ray detection unit 9 is larger than that shown in FIG. By using a cylindrical space region having a diameter of 230 mm and a height of 164 mm, it is possible to capture not only the entire region of the tooth and jaw region but also the entire region of the head and neck region.
上述したパノラマ撮影モード及びCT撮影モードでは、撮影時に患者歯列弓203が想定した位置(図2、図3、図7、図8に図示した位置)に存在することで、撮影者が意図していた通りの撮影を行うことができる。患者歯列弓203の想定した位置への位置合わせを容易に実現する方法としては、例えば、光ビームを利用する方法を挙げることができる。当該光ビームとしては、例えば、頭の正中線の位置を示す正中線光ビーム、眼窩下縁と外耳道を結ぶ線の位置を示す水平線光ビーム、犬歯の位置(断層撮影の基準位置)を示す断層基準線光ビームなどがあり、これらの光ビームの出力部をX線撮影装置に設け、これらの光ビームを参考にして患者が頭の位置を微調整するとよい。 In the above-described panoramic imaging mode and CT imaging mode, the patient's dental arch 203 is present at the position assumed at the time of imaging (the position illustrated in FIGS. 2, 3, 7, and 8). You can shoot as you intended. As a method for easily realizing the alignment of the patient dental arch 203 to the assumed position, for example, a method using a light beam can be cited. Examples of the light beam include a midline light beam indicating the position of the midline of the head, a horizontal light beam indicating the position of the line connecting the lower edge of the orbit and the ear canal, and a tomogram indicating the position of the canine (reference position for tomography). There are reference line light beams and the like, and an output unit of these light beams may be provided in the X-ray imaging apparatus, and the patient may finely adjust the position of the head with reference to these light beams.
また、旋回アーム6から離れた位置に設置するセファロ用ユニット(不図示)を用い、セファロ撮影モードでの撮影が行えるようにしてもよい。セファロ用ユニットは、被写体を透過したX線を検出して、被写体をセファロ撮影するためのセファロ用X線検出部と、頭部を固定するための頭部固定部とを備える。セファロ撮影は、歯科矯正の診断等に用いられ、頭部規格X線撮影法(セファロ撮影法)を用いて撮影する。セファロ撮影では、例えば、頭部固定部のイヤーロッドを頭部の左右の外耳孔部に挿入して固定し、旋回アーム6に設けられたX線照射部8からX線を照射して、被写体を透過したX線をセファロ用X線検出部で検出する。 Further, a cephalometric unit (not shown) installed at a position away from the swivel arm 6 may be used to perform photographing in the cephalometric photographing mode. The cephalometric unit includes a cephalometric X-ray detection unit for detecting X-rays transmitted through the subject and imaging the subject, and a head fixing unit for fixing the head. Cephalometric imaging is used for orthodontic diagnosis and the like, and imaging is performed using a head-specific X-ray imaging method (cephalometric imaging method). In cephalometric imaging, for example, the ear rods of the head fixing part are inserted and fixed in the left and right outer ear hole parts of the head, and X-rays are irradiated from the X-ray irradiation part 8 provided on the turning arm 6 to obtain the subject. X-rays that have passed through are detected by a Cefaro X-ray detector.
本発明の一実施形態に係るX線撮影装置は、X線撮影装置の本体部1の他に、図9に示す画像処理装置10も備えている。 An X-ray imaging apparatus according to an embodiment of the present invention includes an image processing apparatus 10 shown in FIG. 9 in addition to the main body 1 of the X-ray imaging apparatus.
画像処理装置10は、ROM102やHDD107に格納されているプログラムに従って画像処理装置10全体を制御するCPU101と、固定的なプログラムやデータを記録するROM102と、作業メモリを提供するRAM103と、X線撮影装置の本体部1内に格納されX線撮影装置の本体部1の各部を制御する制御部(不図示)との間で通信を行うための通信インターフェース部104と、画像データを一時的に記憶するVRAM105と、VRAM105に記憶された画像データに基づいて画像を表示する表示部106と、前記制御部及びCPU101が協働してX線撮影動作を制御するための撮影制御プログラム、再構成画像を生成するための画像再構成処理プログラム、散乱線補正処理を行うための散乱線補正処理プログラム等の各種プログラム、各種プログラムを実行する際に用いられる各種パラメータの設定値、並びに、再構成画像データ等の各種データを記憶するHDD107と、キーボード、ポインティングデバイス等の入力部108とを備えている。 The image processing apparatus 10 includes a CPU 101 that controls the entire image processing apparatus 10 according to programs stored in the ROM 102 and the HDD 107, a ROM 102 that records fixed programs and data, a RAM 103 that provides a working memory, and an X-ray imaging. A communication interface unit 104 for communicating with a control unit (not shown) that is stored in the main unit 1 of the apparatus and controls each unit of the main unit 1 of the X-ray imaging apparatus, and temporarily stores image data. VRAM 105, display unit 106 for displaying an image based on image data stored in VRAM 105, an imaging control program for controlling X-ray imaging operation in cooperation with the control unit and CPU 101, and a reconstructed image. Image reconstruction processing program for generating, scattered radiation correction processing program for performing scattered radiation correction processing Various programs, set values of various parameters used in executing various programs, and includes a HDD107 for storing various data such as the reconstructed image data, a keyboard, an input unit 108 such as a pointing device.
画像処理装置10は、画像処理装置10と前記制御部との通信方法は、有線通信でもよく、無線通信でもよく、有線と無線を組み合わせた通信であってもよい。画像処理装置10としては、例えば、パーソナルコンピュータを挙げることができる。なお、画像処理装置10は、画像処理以外に、X線撮影装置の本体部1の遠隔操作、画像表示も行う。HDD107に記憶されている各プログラムは、画像処理装置10にプリインストールされていてもよく、光ディスク等の記憶媒体に格納された形態で流通されて画像処理装置10にインストールされてもよく、ネットワークを介して流通されて画像処理装置10にインストールされてもよい。 In the image processing apparatus 10, the communication method between the image processing apparatus 10 and the control unit may be wired communication, wireless communication, or communication combining wired and wireless. An example of the image processing apparatus 10 is a personal computer. In addition to image processing, the image processing apparatus 10 also performs remote operation and image display of the main body 1 of the X-ray imaging apparatus. Each program stored in the HDD 107 may be preinstalled in the image processing apparatus 10, distributed in a form stored in a storage medium such as an optical disk, and installed in the image processing apparatus 10. And installed in the image processing apparatus 10.
散乱線補正処理プログラムを実行すると、画像処理装置10は散乱線補正装置として機能する。散乱線補正処理は画像再構成処理中に割り込んで実施される。 When the scattered radiation correction processing program is executed, the image processing apparatus 10 functions as a scattered radiation correction apparatus. The scattered radiation correction process is executed by interrupting the image reconstruction process.
X線検出部9から出力され、画像処理装置10が受信する画像は、測定画像と呼ばれる。測定画像の各画素値は、X線検出部9の各検出素子に到達したX線量子の個数に近似的に比例した値を表しているとみなすことができる。 An image output from the X-ray detection unit 9 and received by the image processing apparatus 10 is called a measurement image. Each pixel value of the measurement image can be regarded as representing a value approximately proportional to the number of X-ray quanta that has reached each detection element of the X-ray detection unit 9.
画像再構成処理プログラムで使用される再構成アルゴリズムは、X線量子の個数ではなく、X線の線減弱係数の線積分を用いて断面を再構成する。このため、画像再構成処理において、X線量子の個数の分布を示す測定画像を、線減弱係数の線積分の分布を示す画像(投影画像)に変換する必要がある。以下、測定画像から投影画像への変換(対数変換)について詳述する。 The reconstruction algorithm used in the image reconstruction processing program reconstructs the cross section using the line integral of the X-ray line attenuation coefficient instead of the number of X-ray quanta. For this reason, in the image reconstruction process, it is necessary to convert the measurement image indicating the distribution of the number of X-ray quanta into an image (projection image) indicating the distribution of the line integral of the line attenuation coefficient. Hereinafter, the conversion (logarithmic conversion) from the measurement image to the projection image will be described in detail.
画素のラベルをi、被写体が存在しないときの測定画像の画素値をI0(i)、今回再構成を所望する被写体を置いたときの測定画像の画素値をI(i)、X線の経路をs、位置sにおける線減弱係数をμ(s)とすると、次の式(1)が成り立つ。この式(1)は、X線の減弱の様子を表す方程式である。
式(1)の左辺が測定画像の画素値であるのに対し、右辺の指数関数の中身は投影画像の画素値を正負反転したものである。よって、式(1)を指数関数の中身に関して解くことで、測定画像から投影画像への変換(対数変換)の変換式が求まる。よって、対数変換の変換式は次の式(2)のようになる。 While the left side of equation (1) is the pixel value of the measurement image, the content of the exponent function on the right side is the pixel value of the projection image obtained by inverting the sign. Therefore, by solving the equation (1) regarding the contents of the exponential function, a conversion equation for conversion from the measurement image to the projection image (logarithmic conversion) can be obtained. Thus, the logarithmic conversion formula is as shown in the following formula (2).
ここで、測定画像の一例を図10(a)に示し、図10(a)の測定画像を対数変換して得られる投影画像を図10(b)に示す。 Here, an example of the measurement image is shown in FIG. 10A, and a projection image obtained by logarithmically converting the measurement image of FIG. 10A is shown in FIG.
画像処理装置10は、投影画像に対して、補正関数y=f(x)を用いて散乱線補正を行う。ここで、補正関数y=f(x)は、ロジスティック曲線を表すロジスティック関数y=α/[1+exp[-β(x-γ)]]を平行移動して得られる関数の逆関数である。さらに、本実施形態では、ロジスティック関数α、β、γをα=2a、β=2/a、γ=0に設定している。よって、本実施形態では、補正関数y=f(x)は次の式(3)で表され、aが補正関数y=f(x) の関数形を微調節するためのパラメータとなる。
このような補正関数y=f(x)を用いることにより、X線撮影で得られる投影画像(散乱線成分を含む投影画像)を補正関数y=f(x)によって変換して、散乱線成分を低減した投影画像にすることができる。すなわち、X線撮影で得られる投影画像から散乱線成分を低減した投影画像を直接的に導出することができる。また、X線撮影で得られる投影画像の画素値に対して連続的に散乱線補正を行っているので、散乱線補正の効果が不自然にならない。 By using such a correction function y = f (x), a projection image (projection image including a scattered radiation component) obtained by X-ray imaging is converted by the correction function y = f (x), and the scattered radiation component is converted. The projected image can be reduced. That is, it is possible to directly derive a projection image in which scattered radiation components are reduced from a projection image obtained by X-ray imaging. Further, since the scattered radiation correction is continuously performed on the pixel values of the projection image obtained by X-ray imaging, the effect of the scattered radiation correction does not become unnatural.
以下、パラメータaの値を設定する手順について説明する。このパラメータaの値を設定する手順は、画像処理装置10が行ってもよいが、他の画像処理装置が行うようにしてもよい。 Hereinafter, a procedure for setting the value of the parameter a will be described. The procedure for setting the value of the parameter a may be performed by the image processing apparatus 10, but may be performed by another image processing apparatus.
まず、同一の被写体に対して同一の投影角度でX線撮影して得られる散乱線成分の有無のみが異なる二つの投影画像を何らかの手段によって用意する。当該手段の具体例については後述する。なお、散乱線成分を含まない投影画像は、理想的には散乱線成分を全く含まない投影画像であるが、散乱線成分が多少残存していてもよい。 First, two projection images that differ only in the presence or absence of scattered radiation components obtained by X-ray imaging of the same subject at the same projection angle are prepared by some means. Specific examples of the means will be described later. Note that the projection image that does not include the scattered radiation component is ideally a projection image that does not include the scattered radiation component at all, but the scattered radiation component may remain to some extent.
次に、散乱線成分を含む投影画像と散乱線成分を含まない投影画像のそれぞれを、同一の分割方法で複数の領域に分割する。この分割例を図11に示す。図11に示す分割例では投影画像を等分割しているが、例えば歯列部分は細かく分割し、歯列以外の部分は粗く分割するようにしてもよい。また、分割するときの領域の広さは任意でよいが、投影画像に含まれるノイズの影響を考慮して調整することが望ましい。 Next, each of the projection image including the scattered radiation component and the projection image not including the scattered radiation component is divided into a plurality of regions by the same division method. An example of this division is shown in FIG. In the division example shown in FIG. 11, the projection image is equally divided. For example, the dentition portion may be finely divided, and the portions other than the dentition may be divided roughly. Further, the size of the area when dividing may be arbitrary, but it is desirable to adjust in consideration of the influence of noise included in the projection image.
次に、散乱線成分を含む投影画像と散乱線成分を含まない投影画像のそれぞれに対し、各領域内の平均画素値を計算する。 Next, an average pixel value in each region is calculated for each of the projection image including the scattered radiation component and the projection image not including the scattered radiation component.
次に、散乱線成分を含む投影画像と散乱線成分を含まない投影画像の同じ領域内の平均画素値の対応関係を、グラフ中に一つの点としてプロットする。このプロットを全ての領域に対して行うことで、散乱線成分を含む投影画像と散乱線成分を含まない投影画像の同じ領域内の平均画素値の対応関係を示す点の集合体を得る。この点の集合体の一例を図12に示す。 Next, the correspondence relationship between the average pixel values in the same region of the projection image including the scattered radiation component and the projection image not including the scattered radiation component is plotted as one point in the graph. By performing this plot for all regions, a set of points indicating the correspondence relationship between the average pixel values in the same region of the projection image including the scattered radiation component and the projection image not including the scattered radiation component is obtained. An example of this point aggregate is shown in FIG.
そして、散乱線成分を含む投影画像と散乱線成分を含まない投影画像の同じ領域内の平均画素値の対応関係を示す点の集合体に、上記の式(3)で表される補正関数がフィッティングするように、パラメータaの値を調節する。散乱線成分を含む投影画像と散乱線成分を含まない投影画像の同じ領域内の平均画素値の対応関係を示す点の集合体に、上記の式(3)で表される補正関数がフィッティングしている例を図13に示す。図13中の白抜き四角は上記の式(3)で表される補正関数上の点を示している。 Then, the correction function represented by the above equation (3) is added to a set of points indicating the correspondence relationship between the average pixel values in the same region of the projection image including the scattered radiation component and the projection image not including the scattered radiation component. Adjust the value of parameter a to fit. The correction function represented by the above equation (3) is fitted to a set of points indicating the correspondence relationship between the average pixel values in the same region of the projection image including the scattered radiation component and the projection image not including the scattered radiation component. An example is shown in FIG. White squares in FIG. 13 indicate points on the correction function expressed by the above equation (3).
ここで、X線撮影の際にX線検出部9が検出する全体的な散乱線の量はX線撮影の投影角度によって異なっている。このため、散乱線成分を含む投影画像と散乱線成分を含まない投影画像の同じ領域内の平均画素値の対応関係を示す点の集合体にフィッティングする補正関数の関数形は、X線撮影の投影角度によって異なることになる。したがって、X線撮影の投影角度に応じてパラメータaの値を調節する。 Here, the total amount of scattered radiation detected by the X-ray detector 9 during X-ray imaging varies depending on the projection angle of X-ray imaging. For this reason, the function form of the correction function that fits a set of points indicating the correspondence relationship between the average pixel values in the same region of the projection image including the scattered radiation component and the projection image not including the scattered radiation component is an X-ray imaging function. It depends on the projection angle. Therefore, the value of parameter a is adjusted according to the projection angle of X-ray imaging.
本実施形態では、被写体の周りを一周する360度を等分して510回のX線撮影を行う場合、510個の投影角度のうち特定の投影角度の投影画像に対してのみ、上記の式(3)で表される補正関数のフィッティングを実行し、残りの投影角度に対応するパラメータaの値は補間によって間接的に導出する。このため、HDD107は、特定の投影角度それぞれに対応するパラメータaの各値を投影角度と対応付けて記憶し、パラメータaの値を補間するための補間プログラムを記憶している。補間プログラムが実行された後の投影角度とパラメータaの値との関係は例えば図14のようになる。特定の投影角度同士の間隔は任意でよいが、補間により求まるパラメータaの値の精度と、補間後のパラメータaの値が振動する程度とのトレードオフを考慮して調整することが望ましい。 In the present embodiment, when performing X-ray imaging 510 times by equally dividing 360 degrees that circulate around the subject, the above formula is applied only to a projection image having a specific projection angle among 510 projection angles. Fitting of the correction function represented by (3) is executed, and the value of the parameter a corresponding to the remaining projection angle is indirectly derived by interpolation. Therefore, the HDD 107 stores each value of the parameter a corresponding to each specific projection angle in association with the projection angle, and stores an interpolation program for interpolating the value of the parameter a. For example, the relationship between the projection angle after the interpolation program is executed and the value of the parameter a is as shown in FIG. The interval between the specific projection angles may be arbitrary, but it is desirable to adjust in consideration of a trade-off between the accuracy of the value of parameter a obtained by interpolation and the degree to which the value of parameter a after interpolation vibrates.
適用する補間としては、補間後のパラメータaの値の推移が滑らかであり、かつ補間後のパラメータaの値ができるだけ振動しない補間が望ましく、例えば、Catmull-Romスプライン補間、Bスプライン補間などを挙げることができる。Catmull-Romスプライン補間は次の通り演算処理が簡単であるため、特に望ましい。補間後のパラメータaの値に関して多少の振動を許容する場合や、与えられる点の個数が少ない場合は、例えば、ニュートン補間、ラグランジュ補間などを適用しても良い。 As the interpolation to be applied, an interpolation in which the transition of the value of the parameter a after the interpolation is smooth and the value of the parameter a after the interpolation does not vibrate as much as possible is desirable. be able to. Catmull-Rom spline interpolation is particularly desirable because it is easy to compute as follows. For example, Newton interpolation, Lagrangian interpolation, or the like may be applied when a slight vibration is allowed with respect to the value of the parameter a after interpolation or when the number of given points is small.
Catmull-Romスプライン補間で求まるパラメータaの値
は、注目投影角度に対応する投影画像のラベル(510枚の投影画像を投影角度順に並べたときの順序)をz、上記の式(3)で表される補正関数のフィッティングによってパラメータaの値を直接求めた投影画像のラベルのうち、注目する投影画像のラベルzから二つ前、一つ前、一つ後、二つ後のものをzi (i=1,2,3,4)としたとき、次の式(4)で表される。
Is the label of the projection image corresponding to the projection angle of interest (the order when 510 projection images are arranged in the projection angle order) z, and the value of the parameter a by fitting the correction function represented by the above equation (3) Z i (i = 1,2,3,4) of the labels of the projected image obtained directly from the label z of the projected image of interest, one before, one before, one after, Is expressed by the following equation (4).
最後に、同一の被写体に対して同一の投影角度でX線撮影して得られる散乱線成分の有無のみが異なる二つの投影画像を用意する手段の一例について説明する。 Finally, an example of means for preparing two projection images that differ only in the presence or absence of scattered radiation components obtained by X-ray imaging of the same subject at the same projection angle will be described.
<<散乱線成分の有無のみが異なる二つの投影画像を用意する手段の前提となる理論>>
散乱線成分の有無のみが異なる二つの投影画像を用意する手段の内容を説明する前に、その前提となる理論について説明する。当該理論は、測定画像のピクセルの輝度値を元に散乱線による輝度値を算出する理論である。当該理論は、モンテカルロシミュレーションのシミュレーション結果を用いて当該理論を構築される。
<< Theory as a premise of means for preparing two projection images that differ only in the presence or absence of scattered radiation components >>
Before explaining the contents of means for preparing two projection images that differ only in the presence or absence of scattered radiation components, the theory that is the premise thereof will be explained. The theory is a theory for calculating a luminance value by scattered rays based on a luminance value of a pixel of a measurement image. The theory is constructed using simulation results of Monte Carlo simulation.
ここで、モンテカルロシミュレーションの計算のジオメトリーを図15に示す。図15(a)は上面図であり、図15(b)は側面図である。被写体11は、X線焦点8AとX線検出器9Aとの間に配置される。X線検出器9Aはシンチレーター等を備えるフラットパネルディテクターとした。また、X線検出器9Aの手前にはカーボン9Bが設置されている。 Here, the geometry of the Monte Carlo simulation calculation is shown in FIG. FIG. 15A is a top view, and FIG. 15B is a side view. The subject 11 is disposed between the X-ray focal point 8A and the X-ray detector 9A. The X-ray detector 9A was a flat panel detector equipped with a scintillator and the like. A carbon 9B is installed in front of the X-ray detector 9A.
モンテカルロシミュレーションの計算において、X線焦点8Aで発生させるX線スペクトルは、実際の撮影において使用するX線管等の仕様に基づいてX線管から放出され、X線検出器9Aの位置でX線検出器9Aの有感領域となるようコリメートされた一様なX線束となるようにした。 In the calculation of the Monte Carlo simulation, the X-ray spectrum generated at the X-ray focal point 8A is emitted from the X-ray tube based on the specifications of the X-ray tube used in the actual imaging, and is X-rayed at the position of the X-ray detector 9A. A uniform X-ray flux collimated to be a sensitive region of the detector 9A was obtained.
被写体については、生体に近づけるため、顎部を想定した直径15cmの円柱形の水ファントム12A、頭部を想定した直径18cmの円柱形の水ファントム12B、頸部を想定した直径13cmの円柱形の水ファントム12Cを図16(a)に示す側面図および図16(b)に示す上面図のように組み合せ、水ファントム12Aの内部に厚さ2mmの円筒状の皮質骨を設置し、水ファントム12Bの内部に厚さ1mmの円筒状の皮質骨を設置し、水ファントム12Aおよび12Cの内部に長径4cm、短径3cm、厚さ3mmの楕円筒状の頸椎部分12Dを設置した。ただし、図16(a)に示す一点鎖線で囲った部分においては、円筒状の皮質骨および頸椎部分12Dをカットした。 For the subject, a cylindrical water phantom 12A having a diameter of 15 cm assuming the jaw, a cylindrical water phantom 12B having a diameter of 18 cm assuming the head, and a column having a diameter of 13 cm assuming the neck are used in order to approach the living body. The water phantom 12C is combined as shown in the side view shown in FIG. 16A and the top view shown in FIG. 16B, and a cylindrical cortical bone having a thickness of 2 mm is placed inside the water phantom 12A. A cylindrical cortical bone having a thickness of 1 mm was placed inside the phantom, and an elliptic cylindrical cervical vertebra portion 12D having a major axis of 4 cm, a minor axis of 3 cm, and a thickness of 3 mm was installed inside the water phantoms 12A and 12C. However, the cylindrical cortical bone and the cervical spine portion 12D were cut in the portion surrounded by the alternate long and short dash line shown in FIG.
モンテカルロシミュレーションの計算においては、図16に示す一点鎖線で囲った部分を金属の設置場所として、金属によるX線の減衰および散乱線を調べることにする。これは、骨があることによる周りからの散乱線の減衰効果を維持しつつ、骨によらない金属のみによる効果を見積もるためである。 In the calculation of the Monte Carlo simulation, the X-ray attenuation and scattered rays caused by the metal are examined with the portion surrounded by the alternate long and short dash line shown in FIG. This is to estimate the effect of only the metal that does not depend on bone while maintaining the attenuation effect of scattered radiation from the surroundings due to the presence of bone.
まず、図16に示す水ファントムの組み合わせであって、図16に示す一点鎖線で囲った部分に金属を設置しないものを被写体にしてモンテカルロシミュレーションの計算を行う。その計算結果を図17において実線で示す。図17に示すグラフの横軸は白画像における平均輝度値に対する全X線(直接線と散乱線)による輝度値の比であり、図17に示すグラフの縦軸はX線検出器9Aの或るピクセルで検出される全X線量に対するその全X線量に含まれる散乱線量の比である。 First, Monte Carlo simulation calculation is performed using a combination of the water phantoms shown in FIG. 16 and a subject in which a metal is not placed in a portion surrounded by a one-dot chain line shown in FIG. The calculation result is shown by a solid line in FIG. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 17 is the ratio of the luminance values of all X-rays (direct rays and scattered rays) to the average luminance value in the white image, and the vertical axis of the graph shown in FIG. The ratio of the scattered dose contained in the total X-ray dose to the total X-ray dose detected at the pixel.
白画像における平均輝度値に対する全X線による輝度値の比は被写体のX線照射方向の厚みが薄いほど大きくなる。図17において実線で示されている計算結果より、被写体のX線照射方向の厚みが薄いほど全X線量に対する散乱線量の比が小さくなることが分かる。図17において実線で示されている計算結果は、例えばy=A/(x−C)+Bで近似することができる。A=0.049556、B=0.046501、C=−0.16274とすると、図17において破線で示されている近似曲線が得られる。 The ratio of the luminance value of all X-rays to the average luminance value in the white image increases as the thickness of the subject in the X-ray irradiation direction decreases. From the calculation result indicated by the solid line in FIG. 17, it can be seen that the ratio of the scattered dose to the total X-ray dose decreases as the thickness of the subject in the X-ray irradiation direction decreases. The calculation result indicated by the solid line in FIG. 17 can be approximated by, for example, y = A / (x−C) + B. Assuming that A = 0.049556, B = 0.046501, and C = −0.16274, an approximate curve indicated by a broken line in FIG. 17 is obtained.
次に、下記(1)〜(3)の場合におけるモンテカルロシミュレーションの各計算結果を図18及び図19に示すグラフで比較する。 Next, each calculation result of the Monte Carlo simulation in the following cases (1) to (3) is compared with the graphs shown in FIGS. 18 and 19.
図18に示すグラフの横軸は図16に示すx軸方向のピクセル位置を示すピクセル番号であり、図18に示すグラフの縦軸は白画像における平均輝度値に対する全X線による輝度値の比である。なお、ピクセル番号が大きいほど、対応するX線検出器9Aのピクセルに入射したX線が透過した被写体の厚みは厚い。図18中の曲線C1は下記(1)の場合に得られる計算結果である。同様に、図18中の曲線C2は下記(2)の場合に得られる計算結果であり、図18中の曲線C3は下記(3)の場合に得られる計算結果である。 The horizontal axis of the graph shown in FIG. 18 is the pixel number indicating the pixel position in the x-axis direction shown in FIG. 16, and the vertical axis of the graph shown in FIG. 18 is the ratio of the luminance value of all X-rays to the average luminance value in the white image. It is. Note that the larger the pixel number, the thicker the subject through which X-rays incident on the corresponding pixel of the X-ray detector 9A are transmitted. A curve C1 in FIG. 18 is a calculation result obtained in the case of (1) below. Similarly, a curve C2 in FIG. 18 is a calculation result obtained in the following case (2), and a curve C3 in FIG. 18 is a calculation result obtained in the following case (3).
また、図19に示すグラフの横軸は図16に示すx軸方向のピクセル位置を示すピクセル番号であり、図19に示すグラフの縦軸はX線検出器9Aの或るピクセルで検出される全X線量に対するその全X線量に含まれる散乱線量の比である。図19中の曲線C11は下記(1)の場合に得られる計算結果である。同様に、図19中の曲線C12は下記(2)の場合に得られる計算結果であり、図19中の曲線C13は下記(3)の場合に得られる計算結果である。 Further, the horizontal axis of the graph shown in FIG. 19 is a pixel number indicating the pixel position in the x-axis direction shown in FIG. 16, and the vertical axis of the graph shown in FIG. 19 is detected by a certain pixel of the X-ray detector 9A. The ratio of the scattered dose contained in the total X-ray dose to the total X-ray dose. A curve C11 in FIG. 19 is a calculation result obtained in the case of (1) below. Similarly, a curve C12 in FIG. 19 is a calculation result obtained in the following case (2), and a curve C13 in FIG. 19 is a calculation result obtained in the following case (3).
(1)図16に示す水ファントムの組み合わせであって、図16に示す一点鎖線で囲った部分に金属を設置しないものを被写体にした場合
(2)図16に示す水ファントムの組み合わせであって、図16に示す一点鎖線で囲った部分に幅5mm、長さ8cm、厚さ3mmのチタンを、幅方向をz軸、長さ方向をy軸、厚さ方向をx軸に合わせて設置したものを被写体にしてX線の照射方向をx軸に合わせた場合
(3)図16に示す水ファントムの組み合わせであって、図16に示す一点鎖線で囲った部分に幅5mm、長さ8cm、厚さ1mmのAuAgPd合金を、幅方向をz軸、長さ方向をy軸、厚さ方向をx軸に合わせて設置したものを被写体にしてX線の照射方向をx軸に合わせた場合
(1) When the water phantom combination shown in FIG. 16 is a subject in which no metal is placed in the portion surrounded by the alternate long and short dash line shown in FIG. 16 (2) The water phantom combination shown in FIG. 16, titanium having a width of 5 mm, a length of 8 cm, and a thickness of 3 mm was placed in a portion surrounded by a one-dot chain line shown in FIG. When the object is a subject and the X-ray irradiation direction is aligned with the x-axis (3) A combination of the water phantoms shown in FIG. 16, the portion surrounded by the alternate long and short dash line shown in FIG. When a 1 mm thick AuAgPd alloy is installed with the width direction aligned with the z-axis, the length direction aligned with the y-axis, and the thickness direction aligned with the x-axis, the X-ray irradiation direction aligned with the x-axis
図18及び図19から、X線検出器9Aのピクセルで検出される全X線による輝度値(測定画像のピクセルの輝度値に相当)が同程度であっても、X線が透過する金属の種類や厚さによって散乱線量が異なることが分かる。 From FIG. 18 and FIG. 19, even if the luminance values (corresponding to the luminance values of the pixels in the measurement image) of all X-rays detected by the pixels of the X-ray detector 9A are similar, It can be seen that the scattered dose varies depending on the type and thickness.
例えば、白画像の平均輝度値が3万であり、X線検出器9Aのピクセルで検出される全X線による輝度値が600である条件すなわち白画像における平均輝度値に対する全X線による輝度値の比が0.02である条件を満たすピクセル番号は、上記(2)の場合は201であり、上記(3)の場合は5である(図18参照)。これらのピクセル番号に対応するピクセルで検出される全X線量に対するその全X線量に含まれる散乱線量の比を図19からから求めると、それぞれ0.491、0.987となり、散乱線による輝度値に変換するとそれぞれ295、592となる。したがって、測定画像のピクセルの輝度値が同じ600であっても、X線がどのような材質の物質を透過したかによって、すなわち、物質の減弱係数の違いによって、散乱線量(測定画像のピクセルの散乱線成分)は異なってくる。 For example, the condition that the average luminance value of the white image is 30,000 and the luminance value of all X-rays detected by the pixels of the X-ray detector 9A is 600, that is, the luminance value of all X-rays with respect to the average luminance value of the white image The pixel number that satisfies the condition that the ratio is 0.02 is 201 in the case of (2) above, and is 5 in the case of (3) above (see FIG. 18). When the ratio of the scattered dose contained in the total X-ray dose detected with respect to the total X-ray dose detected by the pixels corresponding to these pixel numbers is obtained from FIG. 19, they are 0.491 and 0.987, respectively. To 295 and 592, respectively. Therefore, even if the luminance values of the pixels of the measurement image are the same 600, depending on what kind of material the X-ray has transmitted, that is, depending on the attenuation coefficient of the material, The scattered radiation component is different.
図16に示す水ファントムの組み合わせであって、図16(a)に示す一点鎖線で囲った部分に金属を設置しないものを被写体にしてモンテカルロシミュレーションの計算を行って得られる白画像における平均輝度値に対する全X線による輝度値の比は、被写体のX線照射方向の厚みに応じて異なる(図18中の曲線C1参照)。以下、被写体の着目する部位を透過するX線経路上の骨あるいは金属を皮膚に置き換えた場合にX線検出器9Aのピクセルで得られる輝度値を理想値と呼び、白画像における平均輝度値に対する理想値の比を理想値比と呼ぶ。 16 is a combination of the water phantoms shown in FIG. 16, and the average luminance value in the white image obtained by performing the Monte Carlo simulation using the object in which the metal is not installed in the portion surrounded by the alternate long and short dash line shown in FIG. The ratio of the luminance values due to all X-rays differs depending on the thickness of the subject in the X-ray irradiation direction (see curve C1 in FIG. 18). Hereinafter, the luminance value obtained by the pixel of the X-ray detector 9A when the bone or metal on the X-ray path that passes through the region of interest of the subject is replaced with the skin is referred to as an ideal value, and the average luminance value in the white image is obtained. The ratio of ideal values is called the ideal value ratio.
理想値比を固定した状態で金属の種類や厚さを変えながら、白画像における平均輝度値に対する全X線による輝度値の比と、X線検出器9Aの或るピクセルで検出される全X線量に対するその全X線量に含まれる散乱線量の比との関係を求めることで図20に示す一つのグラフを得る。例えば、理想値比を0.1に固定した状態で図18及び図19中の白抜き丸、白抜き三角から図20中の白抜き丸、白抜き三角の各点を得て、その各点からy=A/(x−C)+Bの曲線を近似してA、B、Cの各値を求めることで図20中の曲線C29を得ることができる。 While changing the type and thickness of the metal with the ideal value ratio fixed, the ratio of the luminance value of all X-rays to the average luminance value in the white image and the total X detected by a certain pixel of the X-ray detector 9A One graph shown in FIG. 20 is obtained by obtaining the relationship with the ratio of the scattered dose contained in the total X-ray dose to the dose. For example, each point of the white circle and white triangle in FIG. 20 is obtained from the white circle and white triangle in FIGS. 18 and 19 with the ideal value ratio fixed at 0.1. 20 is obtained by approximating the curve of y = A / (x−C) + B and obtaining the values of A, B, and C, respectively.
そして、理想値比を変更することで、図20に示すそれぞれのグラフを得る。図20中の曲線C21は理想値比が1のグラフであり、図20中の曲線C22は理想値比が0.3のグラフであり、図20中の曲線C23は理想値比が0.1のグラフであり、図20中の曲線C24は理想値比が0.03のグラフである。 Then, each graph shown in FIG. 20 is obtained by changing the ideal value ratio. A curve C21 in FIG. 20 is a graph with an ideal value ratio of 1, a curve C22 in FIG. 20 is a graph with an ideal value ratio of 0.3, and a curve C23 in FIG. 20 has an ideal value ratio of 0.1. A curve C24 in FIG. 20 is a graph with an ideal value ratio of 0.03.
ここで、図20中の各曲線はX線撮影の投影角度を或る値に固定した場合に対応するものである。そして、白画像における平均輝度値に対する全X線による輝度値の比と、X線検出器9Aの或るピクセルで検出される全X線量に対するその全X線量に含まれる散乱線量の比との関係を示す曲線は、X線撮影の投影角度に応じて異なる。なぜなら、歯列がX線焦点8Aに近い側に位置するような投影角度のX線撮影に対応する場合には、図16(a)に示す一点鎖線で囲った部分内で金属をX線焦点8Aに近い側に設置し、歯列がX線焦点8Aに遠い側に位置するような投影角度のX線撮影に対応する場合には、図16(a)に示す一点鎖線で囲った部分内で金属をX線焦点8Aに遠い側に設置するといったように、X線撮影の投影角度によって被写体中における金属の設置位置が異なり、この金属の設置位置の違いが金属を透過した直接線を検出するX線検出器9Aのピクセルで検出される散乱線量に影響を与えるからである。 Here, each curve in FIG. 20 corresponds to a case where the projection angle of X-ray imaging is fixed to a certain value. The relationship between the ratio of the luminance value of all X-rays to the average luminance value in the white image and the ratio of the scattered dose included in the total X-ray dose to the total X-ray dose detected by a certain pixel of the X-ray detector 9A. The curve indicating varies depending on the projection angle of X-ray imaging. This is because, in the case of X-ray imaging at a projection angle such that the dentition is located on the side close to the X-ray focal point 8A, the metal is X-ray focal point within the portion surrounded by the one-dot chain line shown in FIG. When the X-ray imaging is performed at a projection angle such that the dentition is located on the side close to 8A and the dentition is located on the side far from the X-ray focal point 8A, the inside of the portion surrounded by the alternate long and short dash line shown in FIG. The metal installation position in the subject differs depending on the projection angle of X-ray photography, such as placing metal on the far side of the X-ray focal point 8A, and the difference in the metal installation position detects a direct line that has passed through the metal. This is because it affects the scattered dose detected by the pixels of the X-ray detector 9A.
以上により、測定画像のピクセルの輝度値を元に散乱線による輝度値を算出する方法をまとめると、以下のようになる。
[1]測定画像の全てのピクセルについて理想値比を算出する。
[2]理想値比と、白画像における平均輝度値に対する測定画像の輝度値の比と、X線撮影の投影角度とから、測定画像の全てのピクセルの散乱線成分を算出する。
As described above, the method for calculating the luminance value based on the scattered radiation based on the luminance value of the pixel of the measurement image is summarized as follows.
[1] The ideal value ratio is calculated for all pixels of the measurement image.
[2] The scattered ray components of all pixels of the measurement image are calculated from the ideal value ratio, the ratio of the luminance value of the measurement image to the average luminance value in the white image, and the projection angle of the X-ray imaging.
ところで、CT撮影においては余分な被ばくを抑えるためX線の照射範囲がX線検出器9Aの有感領域に一致するようX線焦点8Aの近傍でX線をカットしている。よって、X線検出器9Aの端部に位置するピクセルでは、X線検出器9Aの中央部に位置するピクセルと比較して被写体からの散乱線による影響が少ない。その結果、端部に位置するピクセルでは散乱線成分が減少する。 By the way, in CT imaging, X-rays are cut in the vicinity of the X-ray focal point 8A so that the X-ray irradiation range matches the sensitive region of the X-ray detector 9A in order to suppress excessive exposure. Therefore, the pixel located at the end of the X-ray detector 9A is less affected by scattered rays from the subject than the pixel located at the center of the X-ray detector 9A. As a result, the scattered radiation component is reduced at the pixel located at the end.
この減少傾向は、X線検出器9Aの端のピクセルほど強いが、X線検出器9Aの端から離れるにつれて連続的に小さくなり、X線検出器9Aの端から120ピクセル以上離れたX線検出器9Aの中央部ではほぼ0となる。しかし、白画像における平均輝度値に対する全X線による輝度値の比が高いピクセルにおいては、被写体のX線照射方向の厚みが薄いので元々被写体からの散乱線は少ない。このため、理想値比が高いピクセルほど、ピクセルがX線検出器9Aの端部に位置したことによる散乱線成分の減少は小さくなる。したがって、ピクセルがX線検出器9Aの端部の方に位置し、且つ、理想値比が低い場合は、上述した散乱線成分の減少を加味して散乱線成分を求めることが望ましい。 This decreasing tendency is stronger as the pixel at the end of the X-ray detector 9A, but continuously decreases with increasing distance from the end of the X-ray detector 9A, and X-ray detection is performed at 120 pixels or more away from the end of the X-ray detector 9A. In the center of the vessel 9A, it becomes almost zero. However, in a pixel where the ratio of the luminance value of all X-rays to the average luminance value in the white image is high, the scattered light from the subject is originally small because the thickness of the subject in the X-ray irradiation direction is thin. For this reason, the smaller the ideal value ratio, the smaller the decrease in the scattered radiation component due to the pixel being located at the end of the X-ray detector 9A. Therefore, when the pixel is located toward the end of the X-ray detector 9A and the ideal value ratio is low, it is desirable to obtain the scattered radiation component in consideration of the decrease in the scattered radiation component described above.
<<散乱線成分の有無のみが異なる二つの投影画像を用意する手段の内容>>
散乱線成分の有無のみが異なる二つの投影画像を用意する手段は、理想値比算出処理、散乱線成分算出処理、補正処理、変換処理を実行するコンピュータである。当該コンピュータは、理想値比算出処理、散乱線成分算出処理、補正処理、変換処理の順で処理を実行する。
<< Contents of means for preparing two projection images that differ only in the presence or absence of scattered radiation components >>
The means for preparing two projection images that differ only in the presence or absence of scattered radiation components is a computer that executes ideal value ratio calculation processing, scattered radiation component calculation processing, correction processing, and conversion processing. The computer executes processing in the order of ideal value ratio calculation processing, scattered radiation component calculation processing, correction processing, and conversion processing.
<理想値比算出処理>
コンピュータは、理想値比算出処理において、例えば、512×512ピクセルの測定画像を16×16ピクセルごとにまとめ、横方向32個×縦方向32個の合計1024個の領域に分割し、各領域の理想値比を計算した後に各ピクセルの理想値比を算出する。このような算出手順にした理由は、被写体のX線照射方向の厚みに応じてピクセルの輝度値は徐々に変化するものの、1ピクセルごとに調べていたのでは、各ピクセルの輝度値の誤差が大きいため、輝度値の減少または増加が被写体のX線照射方向の厚みが変化したためであるのか、それとも誤差によるものなのか判別するのが非常に難しくなるからである。なお、上記のピクセルサイズや分割する領域の個数はあくまで例示であり、上記に示した値に限定されない。
<Ideal value ratio calculation processing>
In the ideal value ratio calculation process, for example, the computer collects a measurement image of 512 × 512 pixels every 16 × 16 pixels, divides it into a total of 1024 regions of 32 in the horizontal direction and 32 in the vertical direction. After calculating the ideal value ratio, the ideal value ratio of each pixel is calculated. The reason for such a calculation procedure is that although the luminance value of the pixel gradually changes according to the thickness of the subject in the X-ray irradiation direction, the error of the luminance value of each pixel is determined by examining each pixel. This is because it is very difficult to determine whether the decrease or increase in the luminance value is due to the change in the thickness of the subject in the X-ray irradiation direction or due to an error. The pixel size and the number of areas to be divided are merely examples, and are not limited to the values shown above.
また、コンピュータは、横方向32個×縦方向32個の領域の各中心位置の理想値比について、まず横方向に領域を移動して得られる32個の曲線(横方向の領域をx、白画像における平均輝度値に対する中心位置の全X線による輝度値の比をyとして得られる曲線)を測定画像と図16に示す水ファントムの組み合わせであって、図16(a)に示す一点鎖線で囲った部分に金属を設置しないものを被写体にしてモンテカルロシミュレーションの計算を行って得られるデータとからそれぞれ算出し、次に縦方向に領域を移動して得られる32個の曲線(縦方向の領域をx、白画像における平均輝度値に対する中心位置の全X線による輝度値の比をyとして得られる曲線)を測定画像と図16に示す水ファントムの組み合わせであって、図16(a)に示す一点鎖線で囲った部分に金属を設置しないものを被写体にしてモンテカルロシミュレーションの計算を行って得られるデータとからそれぞれ算出するという手順で理想値比算出処理を行う。なお、本実施形態では、各領域を代表する理想値比としてそれぞれの中心位置の理想値比を採用しているが、各領域を代表する理想値比はこれに限定されることはなく、例えば、各領域において領域全体の理想値比の平均値を求め、各領域を代表する理想値比として各平均値を採用してもよい。 In addition, the computer first calculates 32 curves obtained by moving the region in the horizontal direction (x in the horizontal direction x, white in the ideal value ratio of the center position of 32 regions in the horizontal direction × 32 regions in the vertical direction). 16 is a combination of the measurement image and the water phantom shown in FIG. 16 and represented by a one-dot chain line shown in FIG. 16 (a). 32 curves (longitudinal area) obtained by calculating each from the data obtained by performing Monte Carlo simulation calculation on the object where no metal is placed in the enclosed part, and then moving the area in the vertical direction Is a combination of the measurement image and the water phantom shown in FIG. 16, where x is a curve obtained by setting y as the ratio of the luminance value of all X-rays at the center position to the average luminance value in the white image. Performing ideal value ratio calculation processing in step of calculating from each of the data obtained by performing the calculation of Monte Carlo simulations to those not including the metal part surrounded by a chain line shown in (a) in the subject. In this embodiment, the ideal value ratio of each center position is adopted as the ideal value ratio representing each region, but the ideal value ratio representing each region is not limited to this, for example, In each region, an average value of ideal value ratios of the entire regions may be obtained, and each average value may be adopted as an ideal value ratio representing each region.
測定画像を対象として横方向に輝度値の高い方から低い方へ行う方向で領域を移動したとき、白画像における平均輝度値に対する中心位置の全X線による輝度値の比は、骨部分に入るまでの皮膚のみの部分においては基本的にy=A/(x−C)+Bの曲線に従って変化し、皮膚のみの部分から骨部分に入ると当該曲線から外れて大きく落ち込む。また、当該曲線(xの範囲は骨部分に入るまでの皮膚のみの部分に限定)と図18中の曲線C1とは必ずしも一致しない。 When the region is moved in the direction from high to low in the horizontal direction for the measurement image, the ratio of the luminance value of all X-rays at the center position to the average luminance value in the white image enters the bone portion. In the area of only the skin up to this point, it basically changes according to the curve of y = A / (x−C) + B, and when entering the bone part from the area of only the skin, it deviates greatly from the curve. Further, the curve (the range of x is limited to the part of the skin only until entering the bone part) does not necessarily match the curve C1 in FIG.
そこで、コンピュータは、当該曲線(xの範囲は骨部分に入るまでの皮膚のみの部分に限定)と図18中の曲線C1とが一致するように、図18中の曲線C1をx軸方向に伸縮処理或いは縮小処理し、x軸方向に伸縮処理或いは縮小処理した後の図18中の曲線C1に基づいて領域の中心位置の理想値比を算出する。 Therefore, the computer changes the curve C1 in FIG. 18 in the x-axis direction so that the curve (the range of x is limited to only the part of the skin until entering the bone portion) and the curve C1 in FIG. The ideal value ratio of the center position of the region is calculated based on the curve C1 in FIG.
しかし、X線を被写体の背面付近から照射する場合および正面付近から照射する場合については、皮膚のみの部分の範囲が極端に狭くなってしまうため、測定画像を対象として横方向に輝度値の高い方から低い方へ行う方向で領域を移動したときに求まる理想値比の算出精度が悪くなってしまう。 However, when X-rays are irradiated from the vicinity of the back of the subject and when irradiated from the vicinity of the front, the range of only the skin becomes extremely narrow, so the luminance value is high in the horizontal direction for the measurement image. The accuracy of calculating the ideal value ratio obtained when the region is moved in the direction from the lower side to the lower side is deteriorated.
一方、縦方向に関しては、顎部や頸部等の広い範囲で皮膚のみの部分がある。そこで、X線を被写体の背面付近から照射する場合や正面付近から照射する場合に対応する投影角度においては、横方向に領域を移動させたときの理想値比の計算で皮膚のみの部分がある範囲以下となった時点で、縦方向に領域を移動させたときの理想値比の計算に切り替え、端から例えば5列分について縦方向に領域を移動させたときの理想値比の計算を行うようにする。この縦方向に領域を移動させたときの理想値比の計算結果から得られる値を、皮膚のみの部分から得られる理想値比と仮定することによって、皮膚のみの部分から理想値比を算出することが困難だった横方向に領域を移動させたときの理想値比の算出が可能となるので、その後横方向に領域を移動させたときの理想値比の計算を再開する。 On the other hand, in the longitudinal direction, there is a skin-only part in a wide range such as the jaw and neck. Therefore, at the projection angle corresponding to the case where X-rays are irradiated from the vicinity of the back of the subject or the vicinity of the front, there is only a skin portion in the calculation of the ideal value ratio when the region is moved in the horizontal direction. When the value falls below the range, the calculation is switched to the ideal value ratio calculation when the region is moved in the vertical direction, and the ideal value ratio is calculated when the region is moved in the vertical direction for, for example, five columns from the end. Like that. The ideal value ratio is calculated from the skin-only part by assuming that the value obtained from the calculation result of the ideal value ratio when the region is moved in the vertical direction is the ideal value ratio obtained from the skin-only part. Since it is possible to calculate the ideal value ratio when the region is moved in the horizontal direction, which is difficult to perform, the calculation of the ideal value ratio when the region is moved in the horizontal direction is resumed.
横方向に領域を移動させたときの理想値比の計算は各行で行うため、図18中の曲線C1に対するx軸方向の伸縮処理或いは縮小処理の程度も各行で異なる。このため、縦方向の理想値比の変化が滑らかではなく、凸凹になることが多い。そこで、縦方向についても理想値比の変化を滑らかにする処置を施す必要がある。ただし、横方向の場合と同様の処置を行ったのでは、次は横方向の理想値比の変化がまた凸凹になってしまうので、本実施形態では、最小二乗法を利用することにした。 Since the calculation of the ideal value ratio when the region is moved in the horizontal direction is performed in each row, the degree of expansion / contraction processing or reduction processing in the x-axis direction for the curve C1 in FIG. For this reason, the change in the ideal value ratio in the vertical direction is often not smooth but uneven. Therefore, it is necessary to apply a treatment for smoothing the change in the ideal value ratio in the vertical direction. However, if the same treatment as that in the horizontal direction is performed, the change in the ideal value ratio in the horizontal direction becomes uneven again. In this embodiment, the least square method is used.
y=A/(x−C)+Bに最小二乗法を適用すると非常に複雑になり、A、B、Cの値を求めることができない。そこで、理想値比に対して対数z=logyをとると、zは局所的にはxに比例することから、z=Ax+Bについて最小二乗法を適用し、その後にzをyに戻すことで、理想値比を算出するようにした。本実施形態は、最小二乗法を適用する範囲を4つに分割し、それぞれについて境界が滑らかになるようにしつつ別々に最小二乗法を適用した。なお、最小二乗法を適用する範囲の分割数は4つ以外であってもよい。 When the least square method is applied to y = A / (x−C) + B, the value becomes very complicated, and the values of A, B, and C cannot be obtained. Therefore, when the logarithm z = logy is taken with respect to the ideal value ratio, z is proportional to x locally, so the least square method is applied to z = Ax + B, and then z is returned to y. The ideal value ratio was calculated. In the present embodiment, the range to which the least square method is applied is divided into four, and the least square method is applied separately while making the boundary smooth for each. Note that the number of divisions in the range to which the least squares method is applied may be other than four.
さらに、コンピュータは、上述した手順で算出した各領域の理想値比の変化をより滑らかにするため、各領域を注目領域の対象とし、注目領域の周りの領域の理想値比の平均値を注目領域の理想値比とする平滑化処理を行う。 Furthermore, in order to make the change in the ideal value ratio of each region calculated by the above-described procedure smoother, the computer targets each region as the target region and pays attention to the average value of the ideal value ratios of the regions around the target region. Smoothing processing is performed to obtain an ideal value ratio of the region.
理想値比算出処理の最後において、コンピュータは、各領域の中心位置の理想値比に基づいて各ピクセルの理想値比の値を算出する。例えば、理想値比の値の算出対象であるピクセルが、隣り合う領域の中心位置同士を結ぶ線分上に位置する場合は、当該線分上で理想値比が線形的に変化するものとし、理想値比の値の算出対象であるピクセルが、隣り合う領域の中心位置同士を結ぶ線分上に位置しない場合は、当該ピクセルを囲む四つの中心位置の理想値比を利用し、まず当該ピクセルと横方向の座標が同一であって横方向に隣り合う一組の領域の中心位置同士を結ぶ線分上に位置する第1の点の理想値比を当該線分上で理想値比が線形的に変化するものとして算出し、次に当該ピクセルと横方向の座標が同一であって横方向に隣り合うもう一組の領域の中心位置同士を結ぶ線分上に位置する第2の点の理想値比を当該線分上で理想値比が線形的に変化するものとし算出し、そして第1の点と第2の点とを結ぶ線分上に位置する場合は、当該線分上で理想値比が線形的に変化するものとすることで各ピクセルの理想値比の値を算出できるが、他の方法で各ピクセルの理想値比の値を求めてもよい。例えば、上記の方法において横方向を縦方向に置き換えてもよい。 At the end of the ideal value ratio calculation process, the computer calculates the ideal value ratio value of each pixel based on the ideal value ratio of the center position of each region. For example, when the pixel that is the target of calculating the ideal value ratio is located on a line segment that connects the center positions of adjacent regions, the ideal value ratio changes linearly on the line segment, If the pixel whose ideal value ratio is to be calculated is not located on the line segment that connects the center positions of adjacent areas, the ideal value ratio of the four center positions surrounding the pixel is used. The ideal value ratio of the first point located on the line segment that connects the center positions of a pair of regions adjacent in the horizontal direction with the same horizontal coordinate is linear on the line segment. Next, the second point of the second point located on the line segment that connects the center positions of another set of regions adjacent to each other in the horizontal direction and having the same horizontal coordinate as that of the pixel is calculated. The ideal value ratio is calculated assuming that the ideal value ratio varies linearly on the line segment. If the ideal value ratio is linearly changed on the line segment connecting the first point and the second point, the ideal value ratio value of each pixel can be changed. Although it can be calculated, the ideal value ratio value of each pixel may be obtained by other methods. For example, the horizontal direction may be replaced with the vertical direction in the above method.
<散乱線成分算出処理>
コンピュータは、測定画像のピクセル毎に、上述した理想値比算出処理で算出した理想値比と、白画像における平均輝度値に対する測定画像の輝度値の比と、X線撮影の投影角度とから、図20に示す曲線のデータを用いて測定画像の散乱線成分を算出する。図20に示す曲線のデータは、y=A/(x−C)+Bの定数A、B、Cの各値が、理想値比と投影角度とに関連付けられたデータテーブルの形式でコンピュータの記憶部に記憶されている。
<Scattered ray component calculation processing>
The computer, for each pixel of the measurement image, from the ideal value ratio calculated by the above-described ideal value ratio calculation process, the ratio of the luminance value of the measurement image to the average luminance value in the white image, and the projection angle of the X-ray imaging, The scattered radiation component of the measurement image is calculated using the curve data shown in FIG. The curve data shown in FIG. 20 is stored in the computer in the form of a data table in which the values of constants A, B, and C of y = A / (x−C) + B are associated with the ideal value ratio and the projection angle. Stored in the department.
ここで、コンピュータは、ピクセルがX線検出器9Aの端部の方に位置し、且つ、理想値比が低い場合は、上記の通り算出した散乱線成分を減少させる修正処理を行うようにしてもよい。 Here, when the pixel is located toward the end of the X-ray detector 9A and the ideal value ratio is low, the computer performs correction processing to reduce the scattered radiation component calculated as described above. Also good.
<補正処理>
コンピュータは、測定画像のピクセル毎に、測定画像のピクセルの輝度値から、上述した散乱線成分算出処理で算出した散乱線成分を除去する補正処理を行う。
<Correction process>
The computer performs, for each pixel of the measurement image, correction processing for removing the scattered radiation component calculated by the above-described scattered radiation component calculation processing from the luminance value of the pixel of the measurement image.
<変換処理>
コンピュータは、X線撮影で得られる測定画像と上記補正処理後の測定画像のそれぞれに対して上記の式(2)を用いた対数変換を行い、投影画像に変換する。これにより、散乱線成分の有無のみが異なる二つの投影画像を用意することができる。
<Conversion processing>
The computer performs logarithmic conversion using the above equation (2) on each of the measurement image obtained by X-ray imaging and the measurement image after the correction process, and converts the result into a projection image. Thereby, two projection images that differ only in the presence or absence of scattered radiation components can be prepared.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。例えば、人間の頭部を模したファントムをコンピュータ上で生成し、EGS(Electron-Gamma Shower)などを用いたシミュレーションによって、同一の被写体に対して同一の投影角度でX線撮影して得られる散乱線成分の有無のみが異なる二つの投影画像を用意してもよい。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the scope of the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, a phantom that imitates a human head is generated on a computer, and the scattering obtained by X-ray imaging of the same subject at the same projection angle by simulation using EGS (Electron-Gamma Shower) etc. Two projected images that differ only in the presence or absence of a line component may be prepared.
また例えば、上述した実施形態では、測定画像に対して、ロジスティック曲線を表すロジスティック関数y=α/[1+exp[-β(x-γ)]]を平行移動して得られる関数の逆関数を用いて散乱線補正を行ったが、投影画像は測定画像を対数変換した画像であるため、上述した実施形態で行った散乱線補正の代わりに、測定画像に対して、ロジスティック曲線を表すロジスティック関数y=α/[1+exp[-β(x-γ)]]を平行移動して得られる関数を用いて散乱線補正を行ってもよい。 Also, for example, in the above-described embodiment, the inverse function of the function obtained by translating the logistic function y = α / [1 + exp [−β (x−γ)]] representing the logistic curve with respect to the measurement image. However, since the projected image is an image obtained by logarithmically converting the measurement image, the logistic curve representing the logistic curve for the measurement image is used instead of the scattered ray correction performed in the above-described embodiment. Scattered ray correction may be performed using a function obtained by translating the function y = α / [1 + exp [−β (x−γ)]].
また例えば、X線撮影の撮影範囲が制限されている等の理由により、X線撮影の投影角度が変わっても補正関数の関数形がほとんど変化しない場合には、パラメータaの値を一つに固定してもよい。 Further, for example, if the function form of the correction function hardly changes even if the projection angle of X-ray imaging changes due to the limitation of the imaging range of X-ray imaging, the value of parameter a is set to one. It may be fixed.
上述した実施形態では、特定の投影角度に対応するパラメータaの各値のみをHDD107が記憶しているが、X線撮影を行う全ての投影角度に対応するパラメータaの各値を記憶するようにしてもよい。また、投影角度とパラメータaの値との関係を関数式で近似できるのであれば、その関数式を用いた演算によって投影角度に応じたパラメータaの値を求めるようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the HDD 107 stores only each value of the parameter a corresponding to a specific projection angle. However, each value of the parameter a corresponding to all projection angles at which X-ray imaging is performed is stored. May be. In addition, if the relationship between the projection angle and the value of the parameter a can be approximated by a function expression, the value of the parameter a corresponding to the projection angle may be obtained by calculation using the function expression.
上述した実施形態において説明した歯科用あるいは耳鼻科用等のX線撮影装置では、被写体が人間の頭部(特に顎部)に限定されており、被写体は毎回似通った形状である。このため、X線撮影で得られる画像に含まれる散乱線成分の分布の仕方も個人差は小さいとみなしてもよいと考えられる。従って、被写体が人間の頭部(特に顎部)である場合は、同一の補正関数および同一のパラメータaの値の推移で散乱線補正を行うことで、適切に散乱線成分を低減できることが期待できる。ただし、本発明は被写体が人間の頭部(特に顎部)である場合に限定されるものではない。例えば、被写体の種類をはじめとする投影角度以外の撮影条件に応じて、補正関数の固定係数や補正関数に含まれるパラメータの値の投影角度に応じた推移を変更するようにしてもよい。 In the X-ray imaging apparatus for dental or otolaryngology described in the above-described embodiment, the subject is limited to the human head (particularly the jaw), and the subject has a similar shape every time. For this reason, it is considered that the method of distribution of scattered radiation components included in an image obtained by X-ray imaging may be considered to have small individual differences. Therefore, when the subject is a human head (particularly the jaw), it is expected that the scattered radiation component can be appropriately reduced by performing the scattered radiation correction with the same correction function and the same parameter a value transition. it can. However, the present invention is not limited to the case where the subject is a human head (particularly the jaw). For example, the transition of the correction function fixed coefficient or the parameter value included in the correction function according to the projection angle may be changed according to shooting conditions other than the projection angle including the type of subject.
1 本発明の一実施形態に係るアーム型X線撮影装置の本体部
2 ベース
3 下部ポール
4 上部ポール
5 固定アーム
6 旋回アーム
7 頭部保持部
8 X線照射部
8A X線焦点
8B X線絞り
9A X線検出器
9B カーボン
9 X線検出部
10 画像処理装置
11 被写体
12A〜12C 水ファントム
12D 頸椎部分
101 CPU
102 ROM
103 RAM
104 通信インターフェース部
105 VRAM
106 表示部
107 HDD
108 入力部
201 仮想歯列弓
202 包絡仮想歯列弓
203 患者歯列弓
204、205 仮想線
206 旋回アームの旋回軸中心
207 画像再構成範囲
P1 撮影開始位置
P2 撮影終了位置
W X線検出部上でのX線ビーム幅
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Body part of arm type X-ray imaging apparatus according to one embodiment of the present invention 2 Base 3 Lower pole 4 Upper pole 5 Fixed arm 6 Turning arm 7 Head holding part 8 X-ray irradiation part 8A X-ray focus 8B X-ray aperture 9A X-ray detector 9B Carbon 9 X-ray detection unit 10 Image processing device 11 Subject 12A to 12C Water phantom 12D Cervical vertebra part 101 CPU
102 ROM
103 RAM
104 Communication interface 105 VRAM
106 Display 107 HDD
DESCRIPTION OF SYMBOLS 108 Input part 201 Virtual dental arch 202 Envelope virtual dental arch 203 Patient dental arch 204, 205 Virtual line 206 Rotating-arm center of rotation axis 207 Image reconstruction range P1 Imaging start position P2 Imaging end position W On X-ray detection unit X-ray beam width at
Claims (8)
前記補正関数が、ロジスティック曲線を表すロジスティック関数y=α/[1+exp[-β(x-γ)]]を平行移動して得られる関数の逆関数であることを特徴とする散乱線補正装置。 Scattered ray correction is performed on a projection image obtained by X-ray imaging using a correction function y = f (x), with x being a pixel value of the projected image and y being a pixel value after the scattered ray correction. A device,
Scattering ray correction, wherein the correction function is an inverse function of a function obtained by translating a logistic function y = α / [1 + exp [−β (x−γ)]] representing a logistic curve apparatus.
前記補正関数が、ロジスティック曲線を表すロジスティック関数y=α/[1+exp[-β(x-γ)]]を平行移動して得られる関数であることを特徴とする散乱線補正装置。 Scattered ray correction is performed on a measurement image obtained by X-ray imaging using a correction function y = f (x), with x being a pixel value of the measurement image and y being a pixel value after the scattered ray correction. A device,
The scattered radiation correction apparatus, wherein the correction function is a function obtained by translating a logistic function y = α / [1 + exp [−β (x−γ)]] representing a logistic curve.
前記記憶部に記憶されている前記パラメータの各値のいずれにも対応していない前記投影角度に対応する前記パラメータの値を補間する補間部とを備える請求項3に記載の散乱線補正装置。 A storage unit that stores each value of the parameter corresponding to each of the plurality of projection angles in association with the projection angle;
The scattered radiation correction apparatus according to claim 3, further comprising: an interpolation unit that interpolates a value of the parameter corresponding to the projection angle that does not correspond to any of the parameter values stored in the storage unit.
前記補正関数が、ロジスティック曲線を表すロジスティック関数y=α/[1+exp[-β(x-γ)]]を平行移動して得られる関数の逆関数であることを特徴とする散乱線補正方法。 Scattered ray correction is performed on a projection image obtained by X-ray imaging using a correction function y = f (x), with x being a pixel value of the projected image and y being a pixel value after the scattered ray correction. A method,
Scattering ray correction, wherein the correction function is an inverse function of a function obtained by translating a logistic function y = α / [1 + exp [−β (x−γ)]] representing a logistic curve Method.
前記補正関数が、ロジスティック曲線を表すロジスティック関数y=α/[1+exp[-β(x-γ)]]を平行移動して得られる関数であることを特徴とする散乱線補正方法。 Scattered ray correction is performed on a measurement image obtained by X-ray imaging using a correction function y = f (x), with x being a pixel value of the measurement image and y being a pixel value after the scattered ray correction. A method,
The scattered radiation correction method, wherein the correction function is a function obtained by translating a logistic function y = α / [1 + exp [−β (x−γ)]] representing a logistic curve.
前記被写体を透過したX線を検出するX線検出部と、
前記X線検出部の検出結果を用いて測定画像を生成する測定画像生成部と、
前記測定画像を対数変換して投影画像を生成する投影画像生成部と、
前記投影画像または前記測定画像に対して散乱線補正を行う請求項1〜5のいずれか1項に記載の散乱線補正装置とを備えることを特徴とするX線撮影装置。 An X-ray irradiation unit that irradiates the subject with X-rays;
An X-ray detector that detects X-rays transmitted through the subject;
A measurement image generation unit that generates a measurement image using the detection result of the X-ray detection unit;
A projection image generation unit that logarithmically converts the measurement image to generate a projection image;
An X-ray imaging apparatus comprising: the scattered radiation correction apparatus according to claim 1, wherein the scattered radiation correction is performed on the projection image or the measurement image.
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