JP6413685B2 - X線撮影システム - Google Patents
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- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
Description
X線を照射するX線源と、
被写体を配置するための被写体台と、
前記X線の照射方向と直交する方向に複数のスリットが配列されて構成された複数の格子と、
前記X線源により照射され前記被写体及び前記複数の格子を透過したX線に応じて電荷を蓄積し電気信号を生成する変換素子が2次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取ってモアレ縞画像を取得するX線検出器と、
を備えるX線撮影装置と、
前記X線検出器により取得されたモアレ縞画像に基づいて、前記被写体の再構成画像を生成する再構成手段と、
を備えるX線撮影システムであって、
同一格子位置で、前記X線検出器において前記再構成手段により1枚の再構成画像を生成するために用いられる再構成用のモアレ縞画像を1枚取得するのに必要とされる電荷蓄積時間より短い蓄積時間であって、当該蓄積時間、部位毎に予め定められた体動速度、及び前記X線撮影装置における被写体拡大率に基づいて決定される体動量が、前記X線検出器の画素サイズ、前記X線検出器のS/N比、及び前記被写体拡大率に基づいて予め定められた体動許容量より小さくなる蓄積時間でのモアレ縞画像の取得を複数回行わせることにより、前記再構成用のモアレ縞画像を生成するための複数の元モアレ縞画像を取得させる撮影制御手段を備え、
前記再構成手段は、前記X線検出器により取得された複数の元モアレ縞画像に基づいて前記再構成用のモアレ縞画像を生成し、生成した再構成用のモアレ縞画像に基づいて前記被写体の再構成画像を生成する。
前記取得された複数の元モアレ縞画像のうち、体動が発生している元モアレ縞画像を判別する体動判別手段と、
前記体動が発生していると判別された元モアレ縞画像を除去する体動画像除去手段を備え、
前記再構成手段は、前記X線検出器により取得された複数の元モアレ縞画像のうち、前記体動画像除去手段により除去された元モアレ画像以外の元モアレ画像に基づいて前記再構成用のモアレ縞画像を生成する。
X線撮影時の前記被写体の体動を検出する体動検出手段を備え、
前記体動判別手段は、前記体動検出手段による検出結果に基づいて、体動が発生している元モアレ画像を判別する。
前記複数の元モアレ縞画像は、前記被写体とともにマーカーが撮影された画像であり、
前記体動判別手段は、前記複数の元モアレ縞画像間のマーカー位置の差に基づいて、体動が発生している元モアレ画像を判別する。
前記複数の元モアレ縞画像は、前記被写体とともに前記X線源の光軸方向と平行方向に前記被写体を挟んで取り付けられた2つのマーカーが撮影された画像であり、
前記体動判別手段は、更に、1枚の前記元モアレ縞画像における前記2つのマーカーの位置関係に基づいて、体動が発生している元モアレ画像を判別する。
前記撮影制御手段は、前記複数の格子の何れかを他の格子に対して一定周期間隔で相対移動させる毎に、前記複数の元モアレ縞画像のセットを取得する処理を繰り返し、
前記再構成手段は、前記X線検出器により取得された複数の元モアレ縞画像をセット毎に演算して複数の前記再構成用のモアレ縞画像を生成し、前記複数の前記再構成用のモアレ縞画像に基づいて、前記被写体の再構成画像を生成する。
X線を照射するX線源と、
被写体を配置するための被写体台と、
前記X線の照射方向と直交する方向に複数のスリットが配列されて構成された複数の格子と、
前記X線源により照射され前記被写体及び前記複数の格子を透過したX線に応じて電荷を蓄積し電気信号を生成する変換素子が2次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取ってモアレ縞画像を取得するX線検出器と、
を備え、前記複数の格子の何れかを他の格子に対して一定周期間隔で相対移動させる毎に、前記X線源により照射されたX線に応じて前記X線検出器が画像信号を読み取る処理を繰り返し、一定周期間隔の複数のモアレ縞画像からなるモアレ縞画像セットを得るX線撮影装置と、
前記X線検出器により取得された前記モアレ縞画像セットに基づいて、被写体の再構成画像を生成する再構成手段と、
を備えるX線撮影システムであって、
前記X線検出器において前記再構成手段により1枚の再構成画像を生成するための前記モアレ縞画像セットを取得するのに必要とされる総電荷蓄積時間より短い蓄積時間であって、当該蓄積時間、部位毎に予め定められた体動速度、及び前記X線撮影装置における被写体拡大率に基づいて決定される体動量が、前記X線検出器の画素サイズ、前記X線検出器のS/N比、及び前記被写体拡大率に基づいて予め定められた体動許容量より小さくなる蓄積時間での前記モアレ縞画像セットの取得を複数回行わせる撮影制御手段を備え、
前記再構成手段は、前記X線検出器により取得された複数のモアレ縞画像セット毎に、前記一定周期間隔の複数のモアレ縞画像に基づいて前記再構成画像よりも低線量の複数の元再構成画像を生成し、生成された複数の元再構成画像に基づいて被写体の再構成画像を生成する。
前記複数の元再構成画像のうち、体動が発生している元再構成画像を判別する体動判別手段と、
前記体動が発生していると判別された元再構成画像を除去する体動画像除去手段を備え、
前記再構成手段は、前記複数の元再構成画像のうち、前記体動画像除去手段により除去された元再構成画像以外の元再構成画像に基づいて被写体の再構成画像を生成する。
前記複数の元再構成画像のうち、体動が発生している元再構成画像を判別する体動判別手段と、
前記体動が発生していると判別された元再構成画像の体動ボケを補正する補正手段と、を備え、
前記再構成手段は、前記体動ボケが補正された元再構成画像を含む複数の元再構成画像に基づいて被写体の再構成画像を生成する。
X線撮影時の前記被写体の体動を検出する体動検出手段を備え、
前記体動判別手段は、前記体動検出手段による検出結果に基づいて、体動が発生している元再構成画像を判別する。
前記複数の元再構成画像は、前記被写体とともにマーカーが撮影された画像であり、
前記体動判別手段は、前記複数の元再構成画像間のマーカー位置の差に基づいて、体動が発生している元再構成画像を判別する。
前記複数の元再構成画像は、前記被写体とともに前記X線源の光軸方向と平行方向に前記被写体を挟んで取り付けられた2つのマーカーが撮影された画像であり、
前記体動判別手段は、更に、1枚の前記元再構成画像における前記2つのマーカーの位置関係に基づいて、体動が発生している元再構成画像を判別する。
以下、図面を参照して本発明の第1の実施形態について説明する。
図1に、第1の実施形態に係るX線撮影システムを示す。X線撮影システムは、X線撮影装置1とコントローラー5を備える。X線撮影装置1はタルボ・ロー干渉計によるX線撮影を行い、コントローラー5は当該X線撮影により得られた複数のモアレ縞画像を用いて被写体の再構成画像を生成する。
X線撮影装置1は縦型であり、X線源11、マルチスリット12、被写体台13、第1格子14、第2格子15、X線検出器16は、この順序に重力方向であるz方向に配置される。X線源11の焦点とマルチスリット12間の距離をd1(mm)、X線源11の焦点とX線検出器16間の距離をd2(mm)、マルチスリット12と第1格子14間の距離をd3(mm)、第1格子14と第2格子15間の距離をd4(mm)で表す。なお、被写体台13の位置は、第1格子14と第2格子15との間に設けられていてもよい。
距離d2は、一般的に撮影室の高さは3(m)程度又はそれ以下であることから、少なくとも3000(mm)以下であることが好ましい。なかでも、距離d2は400〜3000(mm)が好ましく、さらに好ましくは500〜2000(mm)である。
X線源11の焦点と第1格子14間の距離(d1+d3)は、好ましくは300〜3000(mm)であり、さらに好ましくは400〜1800(mm)である。
X線源11の焦点と第2格子15間の距離(d1+d3+d4)は、好ましくは400〜3000(mm)であり、さらに好ましくは500〜2000(mm)である。
それぞれの距離は、X線源11から照射されるX線の波長から、第2格子15上に第1格子14による格子像(自己像)が重なる最適な距離を算出し、設定すればよい。
X線源11は、緩衝部材17aを介して保持されている。緩衝部材17aは、衝撃や振動を吸収できる材料であれば何れの材料を用いてもよいが、例えばエラストマー等が挙げられる。X線源11はX線の照射によって発熱するため、X線源11側の緩衝部材17aは加えて断熱素材であることが好ましい。
X線の焦点径は、0.03〜3(mm)が好ましく、さらに好ましくは0.1〜1(mm)である。
X線源11のX線照射方向には、X線の照射範囲を狭めるための図示しない照射野絞りが設けられている。
マルチスリット12のスリット周期をw0(μm)、第1格子14のスリット周期をw1(μm)とすると、スリット周期w0は下記式により求めることができる。
w0=w1・(d3+d4)/d4
当該式を満たすように周期w0を決定することにより、マルチスリット12及び第1格子14の各スリットを通過したX線により形成される自己像が、それぞれ第2格子15上で重なり合い、いわばピントが合った状態とすることができる。
d4=(m+1/2)・w1 2/λ
なお、mは整数であり、λはX線の波長である。
X線源11の焦点径;300(μm)、管電圧:40(kVp)、付加フィルター:アルミ1.6(mm)
X線源11の焦点からマルチスリット12までの距離d1 : 240(mm)
マルチスリット12から第1格子14までの距離d3 :1110(mm)
マルチスリット12から第2格子15までの距離d3+d4:1370(mm)
マルチスリット12のサイズ:10(mm四方)、スリット周期:22.8(μm)
第1格子14のサイズ:50(mm四方)、スリット周期:4.3(μm)
第2格子15のサイズ:50(mm四方)、スリット周期:5.3(μm)
X線検出器16の画素サイズは10〜300(μm)であり、さらに好ましくは50〜200(μm)である。
X線検出器16としては、FPD(Flat Panel Detector)を用いることができる。F
PDには、検出されたX線を光電変換素子を介して電気信号に変換する間接変換型、検出されたX線を直接的に電気信号に変換する直接変換型があるが、何れを用いてもよい。
のアモルファスセレン膜がガラス上に形成され、2次元状に配置されたTFTのアレイ上にアモルファスセレン膜と電極が蒸着される。アモルファスセレン膜がX線を吸収するとき、電子正孔対の形で物質内に電圧が遊離され、電極間の電圧信号がTFTにより読み取られる。
なお、CCD(Charge Coupled Device)、X線カメラ等の撮影手段をX線検出器16
として用いてもよい。
制御部181は、CPU(Central Processing Unit)やRAM(Random Access Memory)等から構成され、記憶部185に記憶されているプログラムとの協働により、各種処理を実行する。制御部181は、X線源11、駆動部12a、駆動部18a、X線検出器16、体動検出センサー19等の各部に接続されており、後述する撮影制御処理を実行し、コントローラー5から入力される撮影条件の設定情報に従って、X線源11からのX線照射のタイミングやX線照射条件、X線検出器16による画像信号の読取タイミング、マルチスリット12の移動等を制御する。制御部181は、撮影制御手段として機能する。
表示部183は制御部181の表示制御に従って、ディスプレイに操作画面やX線撮影装置1の動作状況等を表示する。
制御部51は、CPU(Central Processing Unit)やRAM(Random Access Memory
)等から構成され、記憶部55に記憶されているプログラムとの協働により、後述する再構成画像生成表示処理をはじめとする各種処理を実行する。制御部51は、再構成画像生成手段、体動判別手段、体動画像除去手段、補正手段として機能する。
また、記憶部55は、撮影オーダー情報に基づいてX線撮影装置1で取得されたモアレ縞画像に基づき生成された再構成画像等を当該撮影オーダー情報に対応付けて記憶する。
また、記憶部55は、X線検出器16に対応するゲイン補正データ、欠陥画素マップ等を予め記憶する。欠陥画素マップは、X線検出器16の欠陥画素(画素がないものも含む)の位置情報(座標)である。
ここで、上記X線撮影装置1のタルボ・ロー干渉計によるX線撮影方法を説明する。
図5に示すように、X線源11から照射されたX線が第1格子14を透過すると、透過したX線がz方向に一定の間隔で像を結ぶ。この像を自己像といい、自己像が形成される現象をタルボ効果という。自己像を結ぶ位置に第2格子15が自己像と概ね平行に配置され、第2格子15を透過したX線によりモアレ縞画像(図5においてMoで示す)が得られる。即ち、第1格子14は、周期パターンを形成し、第2格子15は周期パターンをモアレ縞に変換する。X線源11と第1格子14間に被写体(図5においてHで示す)が存在すると、被写体によってX線の位相がずれるため、図5に示すようにモアレ縞画像上のモアレ縞は被写体の辺縁を境界に乱れる。このモアレ縞の乱れを、モアレ縞画像を処理することによって検出し、被写体像を画像化することができる。これがタルボ干渉計の原理である。
(1)まず、第2格子15が停止した状態でX線源11によるX線の照射が開始される。X線検出器16では前回の撮影により残存する不要な電荷を取り除くリセット後、X線照射のタイミングに合わせて電荷の蓄積が開始される。
(2)予め定められた電荷の蓄積時間(以下、単に蓄積時間という)T0/Mが経過すると、X線源11によるX線の照射が停止される。X線検出器16では、X線の照射停止のタイミングに合わせて蓄積された電荷が画像信号として読み取られ、再構成用のモアレ縞画像G1が取得される。また、駆動部12aによるマルチスリット12の移動が開始され、d/M(μm)移動すると停止される。マルチスリット12が停止すると、X線源11によるX線照射及びX線検出器16によるリセット及び電荷の蓄積開始が行われ、次の撮影が開始される。
(3)、(4)上記(2)と同様の動作により、再構成用のモアレ縞画像G2、G3が取得される。
(5)(4)における電荷の蓄積開始から予め定められた蓄積時間T0/Mが経過すると、X線源11によるX線の照射が停止される。X線検出器16では、X線の照射停止のタイミングに合わせて蓄積された電荷が画像信号として読み取られ、再構成用のモアレ縞画像G4が取得される。
なお、X線照射及び停止は、1回の撮影毎に行うのではなく、一連のモアレ縞画像G1〜G4の撮影中に連続して照射することとしてもよい。
体動量=体動速度×X線検出器16の蓄積時間Ts×被写体拡大率・・・(式1)
ただし、体動速度は、被写体部位毎(保持具を使う場合は、保持具の性能により体動速度が異なるため、被写体部位及び保持具の種類の組み合わせ毎)に予め実験によりに計測され、記憶部185に記憶されている。被写体拡大率(撮影倍率)は、被写体とX線検出器16の距離によって決まるもので、部位毎に予め記憶部185に記憶されている。
体動許容量は、装置の構成や性能によって異なる。例えば、X線検出器16の画素サイズが大きいほど、体動を吸収できるので、体動許容量は増大する。また、X線検出器16のS/N比が低いほど検出器自体の性能が悪いので、体動による画像劣化への寄与は相対的に小さくなる。つまり、S/N比が低いほど体動許容量は増大する。また、被写体拡大率が大きいと体動による体動ボケも拡大されて描写されるため、被写体拡大率が大きいほど体動許容量は小さくなる。なお、X線撮影装置1の記憶部185には、X線撮影装置1の構成や性能に応じた体動許容量が予め記憶されている。
体動量が体動許容量を超えないように蓄積時間T0/MNを決定して撮影を行うようにすることで、1枚当たりの画像に含まれる体動の影響を抑制することができる。
体動が発生した被写体元モアレ縞画像が無いと判断した場合(ステップS12;NO)、制御部51は、Mセットの各被写体元モアレ縞画像セット毎、及びMセットの各BG元モアレ縞画像セット毎に、N枚の元モアレ縞画像を加算してモアレ縞画像を生成する(ステップS13)。これにより、M枚の被写体モアレ縞画像及びM枚のBGモアレ縞画像が生成される。
まず、被写体モアレ縞画像とBGモアレ縞画像に、オフセット補正処理、ゲイン補正処理、欠陥画素補正処理、X線強度変動補正等が施される。次いで、補正後の被写体モアレ縞画像に基づいて、被写体有りの3種類の再構成画像(吸収画像、微分位相画像、小角散乱画像)が生成される。また、補正後のBGモアレ縞画像に基づいて、被写体無しの3種類の再構成画像(吸収画像、微分位相画像、小角散乱画像)が生成される。
具体的には、M枚のモアレ縞画像のモアレ縞を加算することにより吸収画像が生成される。また、縞走査法の原理を用いてモアレ縞の位相が計算され、微分位相画像が生成される。また、縞走査法の原理を用いてモアレ縞のVisibilityが計算され(Visibility=振幅÷平均値)、小角散乱画像が生成される。
例えば、被写体有りの再構成画像が微分位相画像である場合には、被写体有りの微分位相画像の各画素の信号値から被写体無しの微分位相画像の対応する(同じ位置の画素)の信号値を減算する処理が行われる(公知文献(A);Timm Weitkamp,Ana Diazand,Christian David, franz Pfeiffer and Marco Stampanoni, Peter Cloetens and Eric Ziegler, X-ray Phase Imaging with a grating interferometer,OPTICSEXPRESS,Vol.13, No.16,6296-6004(2005)、公知文献(B);Atsushi Momose, Wataru Yashiro, Yoshihiro Takeda, Yoshio Suzuki and Tadashi Hattori, Phase Tomography by X-ray Talbot Interferometry for Biological Imaging, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.45, No.6A, 2006, pp.5254-5262(2006)参照)。
被写体有りの再構成画像が吸収画像、小角散乱画像である場合には、公知文献(C)に記載されているように、被写体有りの再構成画像の各画素の信号値を被写体無しの再構成画像の対応する画素の信号値で除算する割り算処理が行われる(公知文献(C);F.Pfeiffer, M.Bech,O.Bunk, P.Kraft, E.F.Eikenberry, CH.Broennimann,C.Grunzweig, and C.David,Hard-X-ray dark-field imaging using a grating interferometer, nature materials Vol.7,134-137(2008))。
ステップS16においては、例えば、最初に撮影された被写体元モアレ縞画像に対し、体動発生後に撮影された各被写体元モアレ縞画像のそれぞれを設定された方向に設定された画素数分平行移動させた画像を生成する。なお、撮影開始から体動が生じる前までに撮影された被写体元モアレ縞画像(例えば、図8のG1−1、G1−2)については、最初に撮影された被写体元モアレ縞画像から被写体の位置は移動していないと考えられるため、平行移動は行わなくてよい。各被写体元モアレ縞画像について、移動方向や移動画素数の設定を変えて平行移動を行い、複数の平行移動済み被写体元モアレ縞画像(平行移動済み画像と呼ぶ)を生成する。なお、体動が発生した後、次の体動が発生するまでに撮影された被写体元モアレ縞画像(例えば、図8のG1−4〜G4−5)は、互いに被写体の位置は同じであると考えられるので、ひとまとまりとして同じ移動方向及び同じ画素数分平行移動させる設定とすると、処理時間を短縮することができる。
ステップS16の平行移動済み画像の生成により、例えば、Mセットの各被写体元モアレ縞画像セット内のN枚(体動が生じて除去した画像がある場合は、その枚数分をNからマイナスした枚数)の被写体元モアレ縞画像のそれぞれには、平行移動していない画像と平行移動済み画像(体動発生前については平行移動していない画像のみの場合もある)が存在する。これらを、同じ被写体元モアレ縞画像セット内のN枚の被写体元モアレ縞画像間で総当り的に組み合わせて加算を行い、各被写体元モアレ縞画像セット毎に複数の被写体モアレ縞画像を生成する。或いは、体動が発生した後、次の体動が発生するまでの間に撮影された被写体元モアレ縞画像間(例えば、図8のG1−1〜G1−5の被写体モアレ縞画像セットの場合は、G1−4とG1−5)では、被写体位置は同じであるため、同じ方向に同じ画素数移動したものをひとまとまりとして扱って他の被写体元モアレ縞画像と組み合わせて加算を行ってもよい。
なお、体動が発生したことにより除去された画像がある被写体元モアレ縞画像セットにおいては、加算後の被写体モアレ縞画像の信号値レベルが低くなり、画質が悪くなる。そこで、このような場合には、被写体元モアレ縞画像を加算した後、信号値レベルを補正することが好ましい。例えば、N枚の被写体元モアレ縞画像を加算して1枚の被写体モアレ縞画像を生成するところ、I枚(Iは正の整数。I<N)の被写体元モアレ縞画像で1枚のモアレ縞画像を生成した場合、生成されたモアレ縞画像の各画素の信号値をN/I倍にすることが好ましい。
具体的には、まず、各BG元モアレ縞画像セットにおいて、除去された被写体元モアレ縞画像に対応するBG元モアレ縞画像を除去し、残りのBG元モアレ縞画像を加算(対応する画素の信号値を加算)してBGモアレ縞画像を生成する。次いで、各被写体元モアレ縞画像セットから生成された被写体モアレ縞画像を1枚ずつ取得することにより、M枚の被写体モアレ縞画像を取得し、取得した被写体モアレ縞画像とBGモアレ縞画像とを用いて、吸収画像、微分位相画像、小角散乱画像の3種類の再構成画像を生成する。M枚の被写体モアレ縞画像間の組み合わせは、例えば、総当り的にして複数の再構成画像を生成して行ってもよいし、被写体位置が互いに同じであると推測される被写体モアレ縞画像(例えば、図8のG2〜G4)は、同じ方向に同じ画素数平行移動させた被写体元モアレ縞画像を加算して生成した被写体モアレ縞画像をひとまとまりとして他の被写体モアレ縞画像(例えば、図8のG1)と組み合わせることとしてもよい。
M枚の被写体モアレ縞画像とM枚のBGモアレ縞画像に基づく上記3種類の再構成画像の生成は、ステップS14で説明したものと同様の手法により生成することができる。
従って、撮影された1枚当たりの画像に入り込む体動ボケの影響を低減することができ、その結果、体動の影響の低減された再構成画像を得ることが可能となる。また、モアレ縞画像を撮影する時間を複数回に分割して撮影することで、体動の発生したタイミングの元モアレ縞画像を特定することが可能となるので、特定した画像を取り除くか又は体動ボケを補正してモアレ縞画像を生成することにより、体動の影響の低減された再構成画像を得ることが可能となる。
上記実施形態においては、制御部51は、体動検出センサー19を用いて体動が発生した被写体元モアレ縞画像を判別することとしたが、画像処理により判別することとしてもよい。例えば、各被写体元モアレ縞画像について、1つ前に撮影された被写体元モアレ縞画像との間で対応する画素同士の信号値の差分をとって差分画像を生成する。体動が生じた場合、差分画像において、体動した方向に輪郭の差分が現れるので、差分が生じている画素の幅が予め定められた画素数以上である場合に、体動が発生した画像であると判別する。なお、被写体元モアレ縞画像には被写体の注目領域以外の領域も写っているため、注目領域にROI(関心領域)指定してROI内で体動を判定することが好ましい。ROIは、例えば、撮影時に被写体が載置される領域に応じて予め定められた領域、例えば、画像の中央から所定範囲の領域等として定めてもよいし、被写体の解剖学的構造に基づいて画像解析により定めることとしてもよい。
上記変形例1において、体動を判別しやすくするため、被写体元モアレ縞画像の撮影時に被写体とともにマーカーを撮影してもよい。そして、制御部51は、各被写体元モアレ縞画像について、例えば、1つ前に撮影された被写体元モアレ縞画像との間で対応する画素同士の信号値の差分をとって被写体元モアレ縞画像間のマーカー位置のズレを判別し、マーカー位置のズレ(差分が生じている画素の幅)が所定以上である場合に、体動が発生していると判別することとしてもよい。または、各被写体元モアレ縞画像からエッジ検出によりマーカーの輪郭を抽出した後、1つ前に撮影された被写体元モアレ縞画像からエッジを検出した画像との差分をとって元モアレ縞画像間のマーカー位置のズレを判別し、マーカー位置のズレが所定画素以上である場合に、体動が発生していると判別することとしてもよい。
マーカーの素材は、鉛、金属等のX線を透過しにくい材料であることが好ましい。また、造影剤を封入した箱、厚い樹脂等としてもよい。また、マーカーは、被写体上に装着することとしてもよいし、保持具上に装着することとしてもよい。
上記変形例2においては、マーカーを被写体上又は保持具上に装着することとしたが、1つのマーカーでは、xy方向の体動しか検出することができない。そこで、図10(a)に示すように、X線源11とX線検出器16を結ぶ光軸Lと平行方向に、被写体(図10においてHで示す)を挟んで相似形の2つのマーカー(マーカー31、32)を並べて配置することとしてもよい。このようにすれば、図10(b)に示すように、xy方向以外の方向に体動が発生した場合であっても体動を判別することができる。即ち、3次元方向の体動を判別することができる。具体的には、撮影中にxy方向以外で体動が発生した場合、図10(b)に示すように、マーカー31、32の中心を結ぶ軸が光軸Lとずれるため、画像G上で2つのマーカー像の位置関係にずれが生じる。そこで、2つのマーカー像にずれが生じた画像を体動の生じた画像として判別することができる。2つのマーカー像にずれが生じたか否かは、例えば、各被写体元モアレ縞画像からエッジ検出等により2つのマーカー31、32の輪郭を抽出し、2つのマーカー31、32の輪郭がずれているか否かにより判別することができる。なお、xy方向の体動は、2つのマーカーのうち何れかを基準マーカーとし、体動発生の判別の変形例2で説明したように、被写体元モアレ縞画像間の基準マーカーの位置の差分に基づいて判別することができる。なお、図10(a)、(b)においては、格子の図示は省略している。
マーカー31、32の素材としては、画像上で被写体像とマーカー像の境界が明瞭となる素材、例えば、鉛、金属等であることが好ましい。また、造影剤を封入した箱、厚い樹脂等としてもよい。また、マーカー31、32は、被写体上に装着することとしてもよいし、保持具上に装着することとしてもよい。
上記実施形態においては、被写体元モアレ縞画像間の位置ズレを補正するために、被写体元モアレ縞画像を平行移動させた平行移動済み画像を用いて複数の被写体の再構成画像の生成を行い、最適な診断用の再構成画像を選択する場合を例にとり説明したが、体動の発生した被写体元モアレ縞画像を除去した後、Mセットの各被写体元モアレ縞画像セット毎に、N枚(体動が生じて除去した画像がある場合は、その枚数分をNからマイナスした枚数)の被写体元モアレ縞画像間の位置ズレ補正を行い、位置ズレ補正されたN枚の被写体元モアレ縞画像を加算して被写体モアレ縞画像を生成してもよい。そして、各被写体元モアレ縞画像セット毎に生成されたM枚の被写体モアレ縞画像と、BG元モアレ縞画像セット毎にN枚のBG元モアレ縞画像を加算することにより生成したM枚のBGモアレ縞画像とを用いて、3種類の被写体の再構成画像を生成することとしてもよい。
被写体元モアレ縞画像間の位置ズレ補正は、例えば、上述のように被写体とともにマーカーが撮影されている被写体元モアレ縞画像の場合、各被写体元モアレ縞画像からエッジ検出等によりマーカーの輪郭を抽出し、基準画像(例えば、最初に撮影された被写体元モアレ縞画像)に対し、他の被写体元モアレ縞画像を平行移動させてマーカーの位置(図11に示すような2つのマーカーを撮影した場合は、何れか一方のマーカー位置)を合わせることで、元モアレ縞画像間の被写体位置のズレを補正することができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
第2の実施形態におけるX線撮影システムの構成は、第1の実施形態で説明したものと同様であるので説明を援用する。第2の実施形態においては、撮影制御処理及び再構成画像生成処理が第1の実施形態と異なるので、以下に説明する。
なお、X線照射及び停止は、1回の撮影毎に行うのではなく、一連のモアレ縞画像の撮影が終了するまで連続して照射することとしてもよい。
なお、第1の実施形態で説明した(体動発生の判別の変形例1)〜(体動発生の判別の変形例3)の「被写体元モアレ縞画像」を「元再構成画像」とした手法により体動を判別することとしてもよい。
体動が発生した元再構成画像が無いと判断した場合(ステップS33;NO)、制御部51は、ステップS36に移行する。
縞走査法での体動補正処理は、体動が発生した各元再構成画像のそれぞれに含まれるボケ補正と、体動により生じた画像間の被写体位置のズレの補正の2種類がある。
ステップS34における補正は、体動の発生した各元再構成画像のそれぞれに含まれる体動ボケを補正するものである。体動ボケの補正の手法としては、例えば、特許第5182380号公報に記載の手法を用いることができる。例えば、PSF(Point Spread Function)を表す行列コンボルーション演算等により、画像(ここでは、元再構成画像)に第1の方向のボケを加えた第1ボケ画像、第2の方向のボケを加えた第2ボケ画像、第3の方向のボケを加えた第3ボケ画像、を生成し、3つのボケ画像のうち元再構成画像とのボケ差が最も小さい画像に加えられたボケの方向と、最も大きい画像に加えられたボケの方向に直交する方向とを用いて元再構成画像に含まれるボケを推定し、推定結果を用いてディコンボルーション演算を行うことにより元再構成画像に含まれるボケを補正することができる。
元再構成画像間の被写体位置のズレは、例えば、特開2001−157667号公報等に記載のローカルマッチング処理等を用いて行うことができる。また、第1の実施形態で説明した(位置ズレ補正の変形例)のように、被写体とともにマーカーを撮影しておくこととし、各元再構成画像からエッジ検出等によりマーカーの輪郭を抽出し、基準画像(例えば、最初に撮影されたモアレ縞画像セットに基づいて生成された元再構成画像)に対し、他の元再構成画像を平行移動させてマーカーの位置(図11に示すような2つのマーカーを撮影した場合は、何れか一方のマーカー位置)を合わせることで、元再構成画像間の被写体位置のズレを補正することとしてもよい。
図18、図19で画像の見え方と信号プロファイルを比較すると、元再構成画像のほうが体動の影響による差異が明確に現れていることがわかる。従って、本実施形態のように元再構成画像を用いて体動の発生した画像の判別や体動補正を行うことで、従来の技術(例えば、特許文献1、2)に記載のようにモアレ縞画像を用いた場合に比べて判別精度や補正精度を向上させることができる。即ち、体動の影響による画質劣化を大幅に低減した再構成画像を得ることが可能となる。
従って、撮影された1枚当たりの画像に入り込む体動ボケの影響を低減することができ、その結果、体動の影響の低減された再構成画像を得ることが可能となる。また、体動の発生したタイミングの元再構成画像を特定することが可能となるので、特定した画像を取り除くか又は体動ボケを補正してモアレ縞画像を生成することにより、体動の影響の低減された再構成画像を得ることが可能となる。
11 X線源
12 マルチスリット
12a 駆動部
13 被写体台
14 第1格子
15 第2格子
16 X線検出器
17 保持部
17a 緩衝部材
18 本体部
181 制御部
182 操作部
183 表示部
184 通信部
185 記憶部
18a 駆動部
19 体動検出センサー
5 コントローラー
51 制御部
52 操作部
53 表示部
54 通信部
55 記憶部
Claims (12)
- X線を照射するX線源と、
被写体を配置するための被写体台と、
前記X線の照射方向と直交する方向に複数のスリットが配列されて構成された複数の格子と、
前記X線源により照射され前記被写体及び前記複数の格子を透過したX線に応じて電荷を蓄積し電気信号を生成する変換素子が2次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取ってモアレ縞画像を取得するX線検出器と、
を備えるX線撮影装置と、
前記X線検出器により取得されたモアレ縞画像に基づいて、前記被写体の再構成画像を生成する再構成手段と、
を備えるX線撮影システムであって、
同一格子位置で、前記X線検出器において前記再構成手段により1枚の再構成画像を生成するために用いられる再構成用のモアレ縞画像を1枚取得するのに必要とされる電荷蓄積時間より短い蓄積時間であって、当該蓄積時間、部位毎に予め定められた体動速度、及び前記X線撮影装置における被写体拡大率に基づいて決定される体動量が、前記X線検出器の画素サイズ、前記X線検出器のS/N比、及び前記被写体拡大率に基づいて予め定められた体動許容量より小さくなる蓄積時間でのモアレ縞画像の取得を複数回行わせることにより、前記再構成用のモアレ縞画像を生成するための複数の元モアレ縞画像を取得させる撮影制御手段を備え、
前記再構成手段は、前記X線検出器により取得された複数の元モアレ縞画像に基づいて前記再構成用のモアレ縞画像を生成し、生成した再構成用のモアレ縞画像に基づいて前記被写体の再構成画像を生成するX線撮影システム。 - 前記取得された複数の元モアレ縞画像のうち、体動が発生している元モアレ縞画像を判別する体動判別手段と、
前記体動が発生していると判別された元モアレ縞画像を除去する体動画像除去手段を備え、
前記再構成手段は、前記X線検出器により取得された複数の元モアレ縞画像のうち、前記体動画像除去手段により除去された元モアレ画像以外の元モアレ画像に基づいて前記再構成用のモアレ縞画像を生成する請求項1に記載のX線撮影システム。 - X線撮影時の前記被写体の体動を検出する体動検出手段を備え、
前記体動判別手段は、前記体動検出手段による検出結果に基づいて、体動が発生している元モアレ画像を判別する請求項2に記載のX線撮影システム。 - 前記複数の元モアレ縞画像は、前記被写体とともにマーカーが撮影された画像であり、
前記体動判別手段は、前記複数の元モアレ縞画像間のマーカー位置の差に基づいて、体動が発生している元モアレ画像を判別する請求項2に記載のX線撮影システム。 - 前記複数の元モアレ縞画像は、前記被写体とともに前記X線源の光軸方向と平行方向に前記被写体を挟んで取り付けられた2つのマーカーが撮影された画像であり、
前記体動判別手段は、更に、1枚の前記元モアレ縞画像における前記2つのマーカーの位置関係に基づいて、体動が発生している元モアレ画像を判別する請求項4に記載のX線撮影システム。 - 前記撮影制御手段は、前記複数の格子の何れかを他の格子に対して一定周期間隔で相対移動させる毎に、前記複数の元モアレ縞画像のセットを取得する処理を繰り返し、
前記再構成手段は、前記X線検出器により取得された複数の元モアレ縞画像をセット毎に演算して複数の前記再構成用のモアレ縞画像を生成し、前記複数の前記再構成用のモアレ縞画像に基づいて、前記被写体の再構成画像を生成する請求項1〜5の何れか一項に記載のX線撮影システム。 - X線を照射するX線源と、
被写体を配置するための被写体台と、
前記X線の照射方向と直交する方向に複数のスリットが配列されて構成された複数の格子と、
前記X線源により照射され前記被写体及び前記複数の格子を透過したX線に応じて電荷を蓄積し電気信号を生成する変換素子が2次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取ってモアレ縞画像を取得するX線検出器と、
を備え、前記複数の格子の何れかを他の格子に対して一定周期間隔で相対移動させる毎に、前記X線源により照射されたX線に応じて前記X線検出器が画像信号を読み取る処理を繰り返し、一定周期間隔の複数のモアレ縞画像からなるモアレ縞画像セットを得るX線撮影装置と、
前記X線検出器により取得された前記モアレ縞画像セットに基づいて、被写体の再構成画像を生成する再構成手段と、
を備えるX線撮影システムであって、
前記X線検出器において前記再構成手段により1枚の再構成画像を生成するための前記モアレ縞画像セットを取得するのに必要とされる総電荷蓄積時間より短い蓄積時間であって、当該蓄積時間、部位毎に予め定められた体動速度、及び前記X線撮影装置における被写体拡大率に基づいて決定される体動量が、前記X線検出器の画素サイズ、前記X線検出器のS/N比、及び前記被写体拡大率に基づいて予め定められた体動許容量より小さくなる蓄積時間での前記モアレ縞画像セットの取得を複数回行わせる撮影制御手段を備え、
前記再構成手段は、前記X線検出器により取得された複数のモアレ縞画像セット毎に、前記一定周期間隔の複数のモアレ縞画像に基づいて前記再構成画像よりも低線量の複数の元再構成画像を生成し、生成された複数の元再構成画像に基づいて被写体の再構成画像を生成するX線撮影システム。 - 前記複数の元再構成画像のうち、体動が発生している元再構成画像を判別する体動判別手段と、
前記体動が発生していると判別された元再構成画像を除去する体動画像除去手段を備え、
前記再構成手段は、前記複数の元再構成画像のうち、前記体動画像除去手段により除去された元再構成画像以外の元再構成画像に基づいて被写体の再構成画像を生成する請求項7に記載のX線撮影システム。 - 前記複数の元再構成画像のうち、体動が発生している元再構成画像を判別する体動判別手段と、
前記体動が発生していると判別された元再構成画像の体動ボケを補正する補正手段と、を備え、
前記再構成手段は、前記体動ボケが補正された元再構成画像を含む複数の元再構成画像に基づいて被写体の再構成画像を生成する請求項7に記載のX線撮影システム。 - X線撮影時の前記被写体の体動を検出する体動検出手段を備え、
前記体動判別手段は、前記体動検出手段による検出結果に基づいて、体動が発生している元再構成画像を判別する請求項8又は9に記載のX線撮影システム。 - 前記複数の元再構成画像は、前記被写体とともにマーカーが撮影された画像であり、
前記体動判別手段は、前記複数の元再構成画像間のマーカー位置の差に基づいて、体動が発生している元再構成画像を判別する請求項8又は9に記載のX線撮影システム。 - 前記複数の元再構成画像は、前記被写体とともに前記X線源の光軸方向と平行方向に前記被写体を挟んで取り付けられた2つのマーカーが撮影された画像であり、
前記体動判別手段は、更に、1枚の前記元再構成画像における前記2つのマーカーの位置関係に基づいて、体動が発生している元再構成画像を判別する請求項11に記載のX線撮影システム。
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