JP6430865B2 - Ｘ線透視撮影装置、透過ｘ線画像変換方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線透視撮影技術に関する。特に、被写体の透過Ｘ線画像表示時の出力値を安定化する、画像処理技術に関する。

Ｘ線透視撮影装置では、低線量のＸ線を連続的または断続的に照射し、被写体のＸ線画像を得る。Ｘ線透視撮影装置では、得られたＸ線画像が連続的に表示装置に表示される。例えば、被写体内のカテーテル、内視鏡等のデバイスの透過Ｘ線画像を表示しながら手技を行うＸ線手技を行う場合、カテーテルや内視鏡の移動に伴い、撮影部位が変化する。それに伴い、被写体のＸ線吸収量も変化し、表示される透過Ｘ線画像の輝度も変化する。連続的に表示される透過Ｘ線画像の輝度の変化は、被写体やデバイスの視認性の低下をもたらす。

表示される透過Ｘ線画像の輝度を安定化させ、視認性を向上させるため、例えば、被写体の関心領域のＸ線透過量が一定になるようにＸ線照射を制御する技術がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、被写体にＸ線を照射している間に、被写体の関心領域のＸ線透過量を計算し、フィードバック制御を行う。

特開２００７−４４３５５号公報

特許文献１では、被写体にＸ線を照射している間に、被写体の関心領域のＸ線透過量を計算し、その結果に応じてＸ線照射を制御する。そのため、撮像部位が変化する等、Ｘ線吸収量が変化する場合、高度なＸ線照射の制御が必要となる。一方、同じ部位を撮影する場合であっても、被写体に呼吸動等の周期的な体動があると、その動きによる関心領域内のＸ線透過量の変化に応じて、不要な制御がなされてしまう。例えば、体動の影響が大きく、関心領域に入る被写体の部位が周期的に変化する場合は、透過Ｘ線画像の輝度が振動することがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、Ｘ線透視撮影装置において、撮影部位によらず輝度が安定した表示Ｘ線画像を生成する技術を提供することを目的とする。

本発明では、取得した透過Ｘ線画像に画像処理を施すことにより、撮影部位によらず輝度を安定化させた表示Ｘ線画像を得る。画像処理では、フレーム毎の画素値の分布を分析し、得られる特徴量を用いて、被写体の撮影部位に応じた画素値変動の周期を特定し、特徴量と周期とに基づいて、フレーム毎の透過Ｘ線画像の各画素値を変換し、表示Ｘ線画像を得る。

具体的には、被写体にＸ線を照射するＸ線源と、前記Ｘ線源と対向配置され前記被写体の透過Ｘ線を検出し透過Ｘ線画像を得るＸ線検出器を備えるＸ線検出部と、前記透過Ｘ線画像に画像処理を施して表示Ｘ線画像を生成する画像処理部と、を備え、前記画像処理部は、フレーム毎に、前記透過Ｘ線画像の予め定めた関心領域内の画素値分布の時間的な変化に応じて、当該透過Ｘ線画像の各画素値を変換し、前記表示Ｘ線画像を生成することを特徴とするＸ線透視撮影装置を提供する。

また、Ｘ線検出器で検出した透過Ｘ線から透過Ｘ線画像を得る毎に、当該透過Ｘ線画像の関心領域内の画素値分布を分析し、予め定めた特徴量を特定する画素値分布分析ステップと、前記特徴量が特定される毎に、前記特徴量を用いて、前記画素値分布の時間的変化の態様を特定する情報を決定する周期分析ステップと、前記情報が決定される毎に、前記特徴量と当該情報とを用い、前記透過Ｘ線画像の画素値を変換する際に用いる変換係数を算出する変換係数算出ステップと、前記変換係数が算出される毎に、当該変換係数を用いて、前記画素値を変換し、表示Ｘ線画像を生成する画素値変換ステップと、を備えることを特徴とする透過Ｘ線画像変換方法を提供する。

本発明によれば、Ｘ線透視撮影装置において、撮影部位によらず輝度が安定した表示Ｘ線画像を生成できる。

第一の実施形態のＸ線透視撮影装置の構成図である。 （ａ）は、第一の実施形態の吸気画像を、（ｂ）は、第一の実施形態の呼気画像を、（ｃ）は、（ａ）に示す吸気画像の画素値分布を、（ｄ）は、（ｂ）に示す呼気画像の画素値分布を、それぞれ説明するための説明図である。 第一の実施形態の画像処理部の機能ブロック図である。 第一の実施形態の被写体最大値の時間変化を示すグラフである。 第一の実施形態の被写体最大値を、各候補フレーム平均数で平均化したグラフである。 第一の実施形態の画像変換処理のフローチャートである。 第二の実施形態の、フレーム平均数算出手法を説明するための説明図である。 第二の実施形態の、周期性がない場合の被写体最大値の時間変化を示すグラフと、各候補フレーム平均数で平均化したグラフである。 第二の実施形態の、周期性がない場合の、フレーム平均数算出手法を説明するためのグラフである。

＜＜第一の実施形態＞＞
以下、添付図面を用いて本発明の第一の実施形態を説明する。各実施形態を説明する全図において、同一機能を有するものは、特に断らない限り、同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

［Ｘ線透視撮影装置］
まず、本実施形態のＸ線透視撮影装置を説明する。図１は、本実施形態のＸ線透視撮影装置１００の一例の構成図である。

本図に示すように、本実施形態のＸ線透視撮影装置１００は、被写体１０１を載せる天板１０２と、被写体１０１にＸ線を照射するＸ線源１０３と、被写体１０１に対するＸ線照射領域を設定するＸ線絞り装置１０４と、Ｘ線源１０３に対向配置され、Ｘ線源１０３から照射され被写体１０１を透過した透過Ｘ線を検出し、透過Ｘ線画像を得るＸ線検出部１０５と、支持器１０６と、支持器移動機構１２０と、天板移動機構１１０と、天板起倒機構１１１と、支柱部１１２と、位置検出部１１３と、Ｘ線源１０３に電力供給を行なう高電圧発生器１１４と、Ｘ線検出部１０５により検出された透過Ｘ線による像である透過Ｘ線画像に画像処理を施して表示Ｘ線画像を生成する画像処理部１１５と、透過Ｘ線画像および表示Ｘ線画像を記憶する画像記憶部１１６と、画像処理部１１５によって画像処理された表示Ｘ線画像を表示する表示装置１１７と、上記各構成要素を制御する制御部１１８と、制御部１１８に対して指令を行なう操作部１１９と、を備える。

Ｘ線源１０３は、高電圧発生器１１４から電力供給を受けてＸ線を発生させるＸ線管を有する。

Ｘ線絞り装置１０４は、Ｘ線源１０３から照射されるＸ線の照射領域（Ｘ線照射領域）を制限するＸ線遮蔽鉛板１０４ｂと、Ｘ線照射領域に挿入されてＸ線源１０３から照射されるＸ線の線質を変化させるＸ線フィルタ１０４ａと、を備える。

Ｘ線検出部１０５は、例えば、Ｘ線を検出する複数の検出素子が二次元アレイ状に配置されて構成される。各検出素子で検出したＸ線に各種の補正処理が施され、透過Ｘ線画像の画素値となる。

支持器１０６は、Ｘ線源１０３およびＸ線絞り装置１０４と、Ｘ線検出部１０５とを、天板１０２を挟んで対向配置されるよう支持する。支持器１０６は、Ｃ字形状を有し、支持器１０６の一方の端部にＸ線源１０３とＸ線絞り装置１０４とを、他方の端部にＸ線検出部１０５を支持する。支持器１０６の形状はＣ字形状に限定させるものではなく、天板１０２を挟んでＸ線源１０３及びＸ線絞り装置１０４と、Ｘ線検出部１０５を対向に配置できる形状であればよい。

支持器移動機構１２０は、支持器１０６を支持しながら移動動作させることで、Ｘ線源１０３及びＸ線絞り装置１０４と、Ｘ線検出部１０５とを、天板１０２の長手方向（以後、Ｘ方向とする。）を軸とした方向への回転と、天板１０２の短手方向（以後、Ｙ方向とする。）を軸とした方向への回転と、Ｘ方向へのスライド動作をさせる。

このため、支持器移動機構１２０は、支持器回転機構１０７、支持器回転機構１０８及び支持器スライド機構１０９を備える。支持器回転機構１０７は、支持器１０６を支持すると共に、Ｘ線源１０３及びＸ線絞り装置１０４と、Ｘ線検出部１０５とを、Ｘ方向を軸とした回転動作をさせる。支持器回転機構１０８は、支持器回転機構１０７を支持すると共に、Ｘ線源１０３及びＸ線絞り装置１０４と、Ｘ線検出部１０５とを、Ｙ方向を軸とした回転動作をさせる。

また、支持器スライド機構１０９は、Ｘ方向に延びたスライドレール１０９ｂと、スライドレール１０９ｂ上を走行し支持器回転機構１０８を支持するスライド機構１０９ａと、を備え、Ｘ線源１０３及びＸ線絞り装置１０４と、Ｘ線検出部１０５を、Ｘ方向にスライド移動させる。つまり、天板１０２上の被写体１０１の体軸方向に沿ってＸ線源１０３及びＸ線絞り装置１０４と、Ｘ線検出部１０５を、スライド可能とするものである。

天板移動機構１１０は、天板１０２を支持し、床面に対し鉛直となる方向（以後、Ｚ方向とする。）への上下動作とＹ方向へのスライド動作とを天板１０２にさせる。このため、天板移動機構１１０は、天板垂直移動機構１１０ａと、天板水平移動機構１１０ｂと、を備える。天板垂直移動機構１１０ａは、スライド機構１０９ａの端部に設置されると共に天板１０２をＺ方向に移動させる機構である。また、天板水平移動機構１１０ｂは、天板垂直移動機構１１０ａに支持され、天板１０２をＹ方向に移動させる機構である。

天板起倒機構１１１は、天板１０２、Ｘ線源１０３、Ｘ線絞り装置１０４及びＸ線検出部１０５の相対位置を維持したまま天板１０２を床面に対し直立させる。支柱部１１２は、床面に起立し天板起倒機構１１１を支持する。位置検出部１１３は、支持器移動機構１２０及び天板移動機構１１０によって移動したＸ線源１０３、Ｘ線絞り装置１０４、Ｘ線検出部１０５及び天板１０２の位置関係を検出する。

なお、上記ＸＹＺの各方向はそれぞれ直交している。

制御部１１８は、上述のように各部の制御を行う。特に、本実施形態では、Ｘ線検出部１０５で検出された被写体１０１の透過Ｘ線量に基づいて、Ｘ線源１０３から照射するＸ線量を制御するよう、高電圧発生器１１４に指示を行う。制御は、関心領域内のＸ線透過量が所定量となるようになされる。

表示装置１１７は、画像処理部１１５から出力される各種画像の他、画像記憶部１１６に保存された各種画像も表示する。

操作部１１９は、キーボード、マウス、ジョイスティック等を備え、これらを介してユーザからの指示を受け付け、受け付けた指示に従って、制御部１１８に対して指令を行なう。

［周期的な輝度値変化について］
前述のように、Ｘ線透視撮影では、同じ部位を撮影していても、固定の関心領域を設け忠実に関心領域の出力値を制御しようとすると、患者の呼吸等の体動により、関心領域に入る被写体が周期的に変化するために、Ｘ線透過量が周期的に変化することがある。図２（ａ）および図２（ｂ）を用いて、具体例で説明する。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、透過Ｘ線画像と関心領域との関係を説明するための図である。両者とも肺野３４１周辺を撮影対象としている。図２は、横隔膜３４２が下方にある、吸気時の透過Ｘ線画像（吸気画像）３１０である。一方、図２（ｂ）は、横隔膜３４２が上方にある、呼気時の透過Ｘ線画像（呼気画像）３２０である。

このように、撮影対象が、呼吸等による周期的な体動の影響を受ける領域の場合、関心領域３３０に入る被写体１０１の部位も周期的に変化する。これにより、関心領域３３０に含まれる臓器が変化し、Ｘ線透過量が変化する。

上述のように、Ｘ線透過量に応じたＸ線の照射制御がなされると、このような場合もＸ線の照射量が制御され、それに伴い、透過Ｘ線画像全体の輝度も周期的に変化し、振動する。すなわち、同じ臓器であっても、フレーム毎に表示される画像の明暗が異なることとなる。

例えば、予め定めた固定のフレーム数毎に、画素値の、例えば最大値の平均値をとり、輝度変化を補正することができる。しかしながら、呼吸周期等の体動は、患者により異なる。できる限り多くの患者に対応するためには、固定の平均フレーム数を大きめの値に設定すればよいが、こうすると、実際に周期的でない被写体の移動がある場合、輝度変化を補正する応答速度が遅くなる。

本実施形態では、これを避けるため、撮影時に、フレーム毎の画素値の分布を分析し、得られる特徴量を用いて、被写体１０１の撮影部位に応じた画素値変動の周期を特定し、特徴量と周期とに基づいて、フレーム毎の透過Ｘ線画像の各画素値を変換し、表示Ｘ線画像を得る。

［画像処理部の詳細］
本実施形態の画像処理部１１５は、上述のように、Ｘ線検出部１０５により検出された透過Ｘ線画像に画像処理を施して、表示Ｘ線画像を生成する。このとき、本実施形態では、フレーム毎に、透過Ｘ線画像の予め定めた関心領域内の画素値分布の時間的な変化に応じて、当該透過Ｘ線画像の各画素値を変換し、表示Ｘ線画像を生成する。変換に用いるパラメータ（変換係数）は、透過Ｘ線画像の周期的変化を解析し、個々の患者（被写体）１０１の撮像部位の体動に合わせて決定する。

以下、これを実現する本実施形態の画像処理部１１５について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態の画像処理部１１５の機能ブロック図である。

本実施形態の画像処理部１１５は、図３に示すように、関心領域設定部２１０と、画素値分布分析部２２０と、周期分析部２３０と、画素値変換部２４０とを備える。また、これらの各部の処理に必要な情報として、部位情報２５０と、設定情報２６０とを備える。

［部位情報］
部位情報２５０は、ユーザから入力された、撮影条件の内、部位に関する情報を保持する。部位情報２５０として保持されるのは、例えば、被写体１０１の撮影部位、向き等の情報である。なお、上述のように、カテーテル、内視鏡等を用いるＸ線手技のように撮影部位が変化する場合、最終的な目標とする部位が、撮影部位として入力される。

［設定情報］
設定情報２６０は、部位情報２５０毎に登録される、処理に必要な各種の情報である。例えば、部位情報２５０で特定される部位に応じた関心領域情報、後述するフレーム平均数の初期値、フレーム平均数解析に必要な最小限のフレーム数情報、画素数閾値情報、被写体最大値目標値などである。

［関心領域設定部］
関心領域設定部２１０は、被写体１０１の透過Ｘ線画像４１０の関心領域３３０を設定する。本実施形態では、操作部１１９を介してユーザから入力された部位情報２５０に従って、関心領域設定部２１０は、設定情報２６０の中から、当該部位情報２５０に対応づけられた関心領域情報を抽出し、関心領域３３０と設定する。

［画素値分布分析部］
画素値分布分析部２２０は、関心領域３３０内の、フレーム毎の画素値分布を分析し、予め定めた特徴量を特定する。本実施形態では、フレームｆ毎に、透過Ｘ線画像４１０の、関心領域３３０内の画素値分布を分析し、特徴量として、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）を決定する。そして、決定した被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）を、周期分析部２３０および画素値変換部２４０に出力する。

なお、ｆは、フレーム毎に順に付与されるフレーム番号である。画素値分布は、画素値毎の画素数の分布であり、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）は、画素数が予め定めた閾値（画素数閾値）Ｔｈｐ以上となる画素値のうち、最大の画素値である。この被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）を特徴量として用いるのは、被写体最大値以下の画素値をもつ領域の出力値を安定化すれば、関心領域を含む画像全体の出力値が安定化するためである。特徴量としては、この他、画素値分布の最頻値などを用いてもよい。

例えば、図２（ａ）に示す、吸気画像３１０を分析し、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）を決定する例を、図２（ｃ）を用いて説明する。図２（ｃ）において、横軸は画素値、縦軸は、関心領域３３０内の、各画素値を持つ画素数を示す。

画素値分布分析部２２０は、吸気画像３１０の関心領域３３０内の各画素の画素値について、画素値毎の画素数を特定することにより、画素値分布５１０を生成する。そして、上述のように、画素数が予め定めた閾値（画素数閾値）Ｔｈｐを超える画素値のうち、最大の画素値を、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）５１１として決定し、出力する。

なお、画素数閾値Ｔｈｐは、上述のように、部位毎に画素数閾値情報として予め定められ、設定情報２６０として保持される。

また、図２（ｂ）に示す呼気画像３２０を分析した結果の画素値分布５２０を図２（ｄ）に示す。本図においても、同様に、画素数閾値Ｔｈｐを超える画素値のうち、最大の画素値を、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）５２１として出力する。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、呼気時には、暗い（画素値の小さい）横隔膜３４２が上方に移動し、明るい（画素値の大きい）肺野３４１の面積が減少する。すなわち、呼気画像３２０は、吸気画像３１０に比べて、全体として画素値の小さい画素数が増大する。従って、図２（ｄ）に示すように、呼気画像３２０の被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）５２１は、吸気画像３１０の被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）５１１よりも小さい値となる。

画素値分布分析部２２０は、透過Ｘ線画像４１０（フレームｆ）を受け取る毎に、この分析、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）の決定および出力を繰り返す。

［周期分析部］
周期分析部２３０は、特徴量を用いて、画素値分布の時間的な変化の態様を特定する情報（周期）を特定する。本実施形態では、画素値分布分析部２２０から、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）を受け取る毎に、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）の時間的変化（フレームｆ毎の変化）を解析し、周期として、平均化する最適なフレーム数（フレーム平均数）Ｆａｖｅ（ｆ）を決定する。フレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）は、直近のそのフレーム数で被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）を平均した結果の変化が、略一定となるフレーム数である。そして、決定したフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）を、画素値変換部２４０に出力する。

フレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）の決定には、複数の連続したフレームの被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）が必要となる。以下、本明細書では、決定に必要な最小の被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）の数（解析最小フレーム数）をＮとする。Ｎは２以上の整数である。解析最小フレーム数Ｎは、設定情報２６０として、部位毎に予め保持される。

周期分析部２３０は、解析最小フレーム数Ｎの、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）を取得すると、解析を開始し、フレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）を画素値変換部２４０に出力する。なお、解析最小フレーム数Ｎ枚に達するまでは、部位情報２５０毎に設定情報２６０に登録されているフレーム平均数の初期値ＦａｖｅｉｎｔをＦａｖｅ（ｆ）として出力する。フレーム平均数の初期値Ｆａｖｅｉｎｔは、設定情報２６０として、部位毎に予め保持される。

なお、解析最小フレーム数Ｎに達するまでは、Ｆａｖｅ（ｆ）として、そのフレーム数ｆを出力してもよい。

以後、フレーム数がＮ以上の場合の、周期分析部２３０による周期分析処理、すなわち、フレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）算出処理について説明する。

上述のように、周期分析部２３０は、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）を画素値分布分析部２２０から受け取ると、直近のＮ個の被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）を解析し、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）を平均化するために最適なフレーム数をフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）と決定する。

本実施形態では、予め定めた複数の候補フレーム平均数で、実際に、解析対象のＮ個の被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）を平均化し、最適なフレーム平均数を探索する。

画素値分布分析部２２０から通知される、フレームｆ毎の被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）をプロットし、グラフ６１０化したものを図４に示す。ここでは、解析最小フレーム数Ｎを３００とした場合を例示する。図４の横軸は画像番号（フレーム番号ｆ）であり、縦軸は被写体最大値Ｓｍａｘである。

図５は、得られた被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）をプロットしたグラフ６１０を、予め定めた候補フレーム平均数毎に平均化したグラフを合わせて示したものである。６１１は、３０フレーム（Ｆｒ）毎に平均化したグラフ（すなわち、候補フレーム平均数が３０の場合のグラフ）であり、６１２は、候補フレーム平均数が５０（５０Ｆｒ平均）の場合のグラフであり、６１３は、候補フレーム平均数が７０（７０Ｆｒ平均）の場合のグラフであり、６１４は、候補フレーム平均数が１００（１００Ｆｒ平均）の場合のグラフである。

フレーム平均数は、少なく設定すると被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）の振動が残り、一方、多く設定し過ぎると輝度補正の応答が遅れる。

周期分析部２３０は、これらを鑑みて、最適なフレーム平均数を決定する。決定する最適なフレーム平均数は、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）の振動がほぼなくなる、最小フレーム数とする。

例えば、図５の例では、候補フレーム平均数が３０の場合、および、候補フレーム平均数が５０の場合、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）の振動が残る。一方、候補フレーム平均数を７０以上にすると、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）の振動量が所定の閾値以下となる。従って、本例では、７０が最適なフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）といえる。

なお、周期分析部２３０は、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）のフレーム毎の変化から、極大値と極大値との間の平均フレーム数を、フレーム平均数として出力するよう構成してもよい。この場合、フレーム平均数は、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）の変化の周期ともいえる。

また、上記例では、周期分析部２３０は、直前のＮフレーム分のＳｍａｘ（ｆ）を解析対象としているが、それ以前に受け取った全フレーム分の被写体Ｓｍａｘ（ｆ）を解析対象としてもよい。

［画素値変換部］
画素値変換部２４０は、フレームｆ毎に画素値分布分析部２２０から受け取る被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）と、周期分析部２３０から受け取るフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）とを用い、透過Ｘ線画像４１０の画素値を変換する際に用いる変換係数Ｃ（ｆ）を算出し、当該変換係数Ｃ（ｆ）を用いて前記画素値を変換し、表示Ｘ線画像４２０を生成する。変換係数Ｃ（ｆ）は、表示Ｘ線画像４２０の輝度値を安定化させるために、当該フレームｆの透過Ｘ線画像４１０の各画素に乗算する係数である。

画素値変換部２４０は、係数Ｃ（ｆ）は、以下の手順で算出する。

まず、現在のフレームｆまでの、フレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）個の、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）の平均値Ｓｍａｘ＿ａｖｅ（ｆ）を算出する。平均値Ｓｍａｘ＿ａｖｅ（ｆ）は、現在のフレームｆ以前の、直近のフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）個の各フレームの被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）と、当該フレームｆのフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）とを用いて算出する。

次に、この平均値（Ｓｍａｘ＿ａｖｅ（ｆ））が、被写体最大値の目標値Ｓｏｕｔとなるよう、係数Ｃ（ｆ）を決定する。なお、被写体最大値の目標値Ｓｏｕｔは、設定情報２６０として、予め部位毎に保持される。

具体的な計算を以下に示す。最新のフレーム番号をｆとすると、直近のフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）個の被写体最大値Ｓｍａｘの平均値Ｓｍａｘ＿ａｖｅ（ｆ）は、以下の式（１）に従って算出される。

そして、算出した平均値Ｓｍａｘ＿ａｖｅ（ｆ）を用いて、係数Ｃ（ｆ）は、以下の式（２）に従って、計算される。

画素値変換部２４０は、フレームｆの透過Ｘ線画像４１０の各画素に、算出した係数Ｃ（ｆ）を乗算することにより、変換後の表示Ｘ線画像４２０を得る。

得られた表示Ｘ線画像４２０は、表示装置１１７に表示される。

［画像変換処理の流れ］
本実施形態の画像処理部１１５による画像変換処理の流れを説明する。図６は、本実施形態の画像変換処理の処理フローである。本処理は、透過Ｘ線画像取得開始に伴い、開始される。

まず、関心領域設定部２１０は、ユーザからの指示に従って、部位情報２５０、設定情報２６０を用い、関心領域３３０を設定する（ステップＳ１１０１）。

画像処理部１１５は、取得するフレーム数を特定するカウンタｆを初期化（ｆ＝１）する（ステップＳ１１０２）。

そして、画素値分布分析部２２０は、ｆ番目の透過Ｘ線画像（フレームｆ）を取得する（ステップＳ１１０３）と、当該画像の被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）を特定し（ステップＳ１１０４）、周期分析部２３０および画素値変換部２４０に出力する。

周期分析部２３０は、フレーム番号ｆと解析最小フレーム数Ｎとを比較する（ステップＳ１１０５）。

フレーム番号ｆが解析最小フレーム数Ｎより小さい場合、設定情報２６０の中からフレーム平均数の初期値Ｆａｖｅｉｎｔを読み出し、フレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）として画素値変換部２４０へ出力する（ステップＳ１１０６）。

一方、フレーム番号ｆが解析最小フレーム数Ｎ以上の場合、周期分析部２３０は、上記手法で、直近のＮフレーム分の被写体最大値Ｓｍａｘを用い、解析を行い、フレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）を決定する（ステップＳ１１０７）。そして、決定したフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）を、画素値変換部２４０へ出力する。

画素値変換部２４０は、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）およびフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）を用いて、係数Ｃ（ｆ）を算出する（ステップＳ１１０８）。そして、フレームｆの透過Ｘ線画像４１０に係数Ｃ（ｆ）を乗算し、表示Ｘ線画像４２０を生成し、表示装置１１７に表示する（ステップＳ１１０９）。

画像処理部１１５は、ステップＳ１１０３以降の処理を、終了の指示を受け付けるまで繰り返す（ステップＳ１１１０、Ｓ１１１１）。

以上説明したように、本実施形態のＸ線透視撮影装置１００は、被写体１０１にＸ線を照射するＸ線源１０３と、前記Ｘ線源１０３と対向配置され前記被写体１０１の透過Ｘ線を検出し透過Ｘ線画像４１０を得るＸ線検出器を備えるＸ線検出部１０５と、前記透過Ｘ線画像に画像処理を施して表示Ｘ線画像４２０を生成する画像処理部１１５と、生成した表示Ｘ線画像４２０を表示する表示装置１１７と、を備え、前記画像処理部１１５は、フレーム毎に、前記透過Ｘ線画像４１０の予め定めた関心領域３３０内の画素値分布の時間的な変化に応じて、当該透過Ｘ線画像４１０の各画素値を変換し、前記表示Ｘ線画像４２０を生成する。

前記画像処理部１１５は、前記関心領域３３０内の、前記フレーム毎の画素値分布を分析し、予め定めた特徴量を特定する画素値分布分析部２２０と、前記特徴量を用いて、前記画素値分布の時間的な変化の態様を特定する情報を決定する周期分析部２３０と、前記特徴量と前記情報とを用い、前記透過Ｘ線画像４１０の画素値を変換する際に用いる変換係数を算出し、当該変換係数を用いて前記画素値を変換する画素値変換部２４０と、を備えてもよい。
このとき、前記特徴量は、前記画素値分布において、画素数が予め定めた閾値以上となる画素値であって、最大の画素値であってもよい。
また、前記画素値分布の時間的な変化の態様を特定する情報は、前記特徴量の平均値の変化が略一定となるフレーム数であるフレーム平均数であってもよい。

前記周期分析部２３０は、前記特徴量の時間的変化を解析し、当該特徴量の平均値の変化が略一定となるフレーム数としてフレーム平均数を、前記周期を特定する情報として算出してもよい。
また、前記画素値変換部２４０は、前記フレーム平均数を用いて算出した前記特徴量の平均値が予め定めた目標値となるよう、前記変換係数を算出してもよい。

このように、本実施形態によれば、Ｘ線検出部１０５が検出した透過Ｘ線画像４１０を、画像処理により、その画素値分布の時間的な変動に応じて変換し、表示装置１１７に出力する。このとき、本実施形態では、透過Ｘ線画像の画素値分布から求めた被写体最大値を用いて、被写体最大値の平均値が略一定となるよう平均をとるフレーム数を決定し、その結果を用いて透過Ｘ線画像全体の画素値を変換する。

これにより、周期的体動のある部位であっても、同じ部位は同程度の輝度で表示され続けることになり、表示されるＸ線画像の画素値を安定化できる。従って、Ｘ線透視撮影装置において、体動の影響が大きい部位が含まれる撮影を行う場合であっても、輝度が安定したＸ線画像を表示できる。

従って、本実施形態によれば、Ｘ線透視撮影における出力画像の安定化が図れるため、得られる透過Ｘ線画像の視認性が向上する。特に、カテーテルや内視鏡等のデバイスを用い、撮影部位が移動するようなＸ線手技において、周期的体動の影響を受ける部位が含まれていたとしても、輝度の安定した画像を提供できる。

＜＜第二の実施形態＞＞
本発明の第二の実施形態を説明する。第一の実施形態では、所定期間の被写体最大値を取得し、その変化態様から、被写体固有の体動周期（フレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ））を決定している。本実施形態では、被写体固有の体動周期を、（離散）フーリエ変換を用いて決定する。

本実施形態のＸ線透視撮影装置は、基本的に第一の実施形態のＸ線透視撮影装置１００と同様の構成を有する。ただし、フレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）の算出手法が異なる。従って、周期分析部２３０の処理内容が異なる。以下、本実施形態について、第一の実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。

本実施形態の周期分析部２３０は、第一の実施形態同様、画素値分布分析部２２０から受けとったフレームｆ毎の被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）を用い、フレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）を算出する。第一の実施形態では、最適なフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）を求めるために、図５に示すように、複数の候補フレーム平均数で試し、被写体最大値の振動がある閾値以下かつ最小の候補フレーム平均数を最適なフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）として求める。一方、本実施形態の周期分析部２３０は、フーリエ変換等の周波数変換を用いて算出する。

周期分析部２３０は、解析最小フレーム数Ｍの被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）に対し、周波数変換を施し、その結果において、周期強度（フーリエ変換後の絶対値）が、略一定となる周期であって、最も小さい周期を、フレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）とする。周波数変換には、例えば、離散フーリエ変換を用いる。

以下、図４、図７〜図９を用いて、本実施形態の周期分析部２３０によるフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）の算出手法を説明する。

図７に実線で示すグラフ７１０は、図４に示すグラフ６１０（被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ））を、２５６点のＦＦＴ演算により（離散）フーリエ変換して得た結果をプロットしたものである。点線７１１は、グラフ７１０を曲線と直線でフィッティングした結果である。本図において、横軸は周期／２、縦軸は周期強度（＝フーリエ変換後の絶対値）である。なお、周期はフレーム数で表す。

本図に示すように、周期強度は、曲線でフィッティングされている部分（〜周期／２＝３５（７０フレーム周期））までは大きく減少し、７０フレーム周期以上は微減あるいはほぼ一定である。７０フレーム周期で、周期強度の変化が収束している。

したがって、フーリエ変換結果のプロット（して得たグラフ７１０）を曲線部と直線部でフィティングした際、曲線部と直線部との境界点の周期となるフレーム数が、最適なフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）と言える。すなわち、本例では、７０が最適フレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）となる。

なお、本実施形態において、フレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）の決定に必要な最小のＳｍａｘ（ｆ）の数（解析最小フレーム数）Ｍは、例えば、２のべき乗など、ＦＦＴ演算可能な数に設定される。従って、本実施形態では、周期分析部２３０は、被写体の最大値Ｓｍａｘ（ｆ）を受け取る毎に、直近のＭ個のＳｍａｘ（ｆ）を用いて、解析を行う。

受け取るＳｍａｘ（ｆ）の数が、Ｍ以下の場合の処理は、第一の実施形態と同様である。また、解析最小フレーム数Ｍは、第一の実施形態同様、設定情報２６０として予め保持される。

本実施形態の他の各部の処理、画像変換処理は、第一の実施形態と同様である。

以上説明したように、本実施形態のＸ線透視撮影装置は、第一の実施形態同様に、Ｘ線源１０３と、Ｘ線検出部１０５と、画像処理部１１５と、表示装置１１７と、を備える。そして、前記画像処理部１１５は、画素値分布分析部２２０と、周期分析部２３０と、画素値変換部２４０と、を備えてもよい。そして、前記周期分析部２３０は、前記フレーム毎の特徴量に対し周波数変換を施すことにより、前記フレーム平均数を決定してもよい。このとき、周波数変換に、離散フーリエ変換を用いてもよい。

本実施形態によれば、第一の実施形態同様、画像処理により表示Ｘ線画像の画素値の変動を抑える。従って、第一の実施形態同様、Ｘ線透視撮影装置において、体動の影響が大きい部位が含まれる撮影を行う場合であっても、高度なＸ線照射制御を行うことなく、輝度が安定したＸ線画像を表示できる。そして、視認性の高い透過Ｘ線画像を表示できる。

なお、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）の変化は、必ずしも図４に示すような、明確に周期性を帯びた変化を示すとは限らない。部位によっては、例えば、図８に示すように、周期が短い、あるいは周期性がないこともある。なお、図８に実線で示すグラフ６２０は、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）をプロットしたものである。

このような場合、第一の実施形態の手法で、最適なフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）を算出しようとすると、各候補フレーム平均数で平均した結果は、図８に示す各グラフ６２１、６２２、６２３、６２４のようになり、最適なフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）を特定することが難しい。

本実施形態に手法で、グラフ６２０を、上記同様、２５６点のＦＦＴ演算によりフーリエ変換した結果を図９に実線のグラフ７２０で示す。また、点線７２１は、グラフ７１０を曲線と直線でフィッティングした結果である。本図において、横軸は周期／２、縦軸は周期強度（＝フーリエ変換後の絶対値）である。

このように、周期が短い、あるいは周期性がない場合は、周期０の周期強度が高く、曲線によるフィッティング部（周期２０まで）で急激に減少し、周期２０以上は微減あるいはほぼ一定の直線でフィッティングされる。

そして、このフィッティング結果から、容易に最適なフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）を得ることができる。

すなわち、実施形態によれば、さらに、被写体の体動の周期性の有無によらず、最適なフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）を得ることができる。そして、これを用いて変換係数を算出できる。従って、本実施形態によれば、被写体の体動の周期性の有無によらず、輝度値変動の少ないＸ線画像表示を実現できる。

なお、上記各実施形態の画像処理部１１５は、ＣＰＵとメモリと記憶装置とを備える。そして、関心領域設定部２１０と、画素値分布分析部２２０と、周期分析部２３０と、画素値変換部２４０と、は、画像処理部１１５のＣＰＵが、予め記憶装置に記憶されたプログラムをメモリにロードし、実行することにより実現される。また、全部または一部の機能は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）などのハードウェアによって実現してもよい。

また、部位情報２５０と、設定情報２６０とは記憶装置またはメモリに構築される。また、上記各部の処理に用いる各種のデータ、処理中に生成される各種のデータは、記憶装置またはメモリに格納される。

さらに、上記各実施形態の画像処理部１１５の全機能あるいは一部の機能は、Ｘ線透視撮影装置１００とは独立した情報処理装置であって、Ｘ線透視撮影装置１００とデータの送受信が可能な情報処理装置上に構築されてもよい。また、表示装置１１７は備えなくてもよい。例えば、生成した表示Ｘ線画像データを、Ｘ線透視撮影装置１００に接続可能な外部の表示装置に出力可能な構成としてもよい。

＜変形例＞
上記各実施形態では、周期分析部２３０は、１フレームの透過Ｘ線画像４１０を取得する毎に、リアルタイムで最適なフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）を算出し、更新している。しかしながら、フレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）の算出は、これに限定されない。

画素値分布の変動は、一般に、患者（被写体１０１）の呼吸動に因るものである。従って、同一患者、または、同一患者かつ同一部位では、変動の態様は略同一と考えられる。従って、画素値分布の変動に従って算出されるフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）も、同一の患者、同一の部位を撮影する場合は、必ずしも、１フレームの透過Ｘ線画像４１０を取得する毎に、算出しなくてもよい。

例えば、一連の透視撮影中であっても、１回、直近のＮ個のフレームを用いてフレーム平均数Ｆａｖｅを算出したら、その後は、フレーム毎にフレーム平均数Ｆａｖｅを更新することなく、そのまま、算出したフレーム平均数Ｆａｖｅを用いるよう構成してもよい。

この場合、算出したフレーム平均数Ｆａｖｅは、例えば、被写体および撮影部位の少なくとも一方に対応づけて設定情報２６０として保持する。そして、画素値変換部２４０は、設定情報２６０としてフレーム平均数Ｆａｖｅが保持されている場合は、保持されているものを用い、変換係数Ｃ（ｆ）を算出する。

すなわち、新たな透過Ｘ線画像４１０(フレームｆ）を得る毎に、画素値分布分析部２２０は、被写体最大値Ｓｍａｘ（ｆ）を算出し、画素値変換部２４０へ通知する。そして、画素値変換部２４０は、上記式（１）において、Ｆａｖｅ（ｆ）の代わりにＦａｖｅを用い、平均値Ｓｍａｘ＿ａｖｅ（ｆ）を算出し、式（２）により変換係数Ｃ（ｆ）を算出する。

また、１回の連続した透過Ｘ線撮影中に算出したフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）を、被写体１０１のみ、あるいは、被写体１０１と部位情報２５０とに対応づけて設定情報２６０として保持する。そして、画素値変換部２４０は、同一被写体１０１の撮影時、当該被写体１０１（および/または部位情報）に対応づけて格納されているフレーム平均数Ｆａｖｅを読み出して、用いるよう構成してもよい。

なお、設定情報２６０として格納する情報は、当該連続した撮影内での、フレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）の平均値であってもよい。

また、上述のように、撮影対象部位によっても、体動の影響の大きさは異なる。従って、算出したフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）あるいはその平均値を、部位情報２５０に対応づけて格納し、同一部位の撮影時に、その値、あるいは、平均値を用いるよう構成してもよい。

例えば、撮影対象部位毎のフレーム平均数Ｆａｖｅ（ｆ）あるいはその平均値情報が十分蓄積されている場合、画像処理部１１５は、周期分析部２３０を備えなくてもよい。

また、撮影対象部位が、頭、四肢など、明らかに周期分析が不要な部位の場合、画像変換処理において、ステップＳ１１０５〜Ｓ１１０７の、周期分析部による周期分析処理は行わないよう構成してもよい。この場合、上記式（１）のＦａｖｅ（ｆ）は、部位情報２５０毎に設定情報２６０に登録されているフレーム平均数の初期値Ｆａｖｅｉｎｔを用いる。

これらの変形例のように構成することにより、演算の負荷を低減できる。

以上説明した構成はあくまで一例であり、本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

１００：Ｘ線透視撮影装置、１０１：被写体、１０２：天板、１０３：Ｘ線源、１０４：装置、１０４ａ：Ｘ線フィルタ、１０４ｂ：Ｘ線遮蔽鉛板、１０５：Ｘ線検出部、１０６：支持器、１０７：支持器回転機構、１０８：支持器回転機構、１０９：支持器スライド機構、１０９ａ：スライド機構、１０９ｂ：スライドレール、１１０：天板移動機構、１１０ａ：天板垂直移動機構、１１０ｂ：天板水平移動機構、１１１：天板起倒機構、１１２：支柱部、１１３：位置検出部、１１４：高電圧発生器、１１５：画像処理部、１１６：画像記憶部、１１７：表示装置、１１８：制御部、１１９：操作部、１２０：支持器移動機構、２１０：関心領域設定部、２２０：画素値分布分析部、２３０：周期分析部、２４０：画素値変換部、２５０：部位情報、２６０：設定情報、３１０：吸気画像、３２０：呼気画像、３３０：関心領域、３４１：肺野、３４２：横隔膜、４１０：透過Ｘ線画像、４２０：表示Ｘ線画像、５１０：画素値分布、５２０：画素値分布、５１１：被写体最大値、５２１：被写体最大値、６１０：被写体最大値の時間変化のグラフ、６１１：３０フレームで平均化したグラフ、６１２：５０フレームで平均化したグラフ、６１３：７０フレームで平均化したグラフ、６１４：１００フレームで平均化したグラフ、６２０：被写体最大値の時間変化のグラフ、６２１：３０フレームで平均化したグラフ、６２２：５０フレームで平均化したグラフ、６２３：７０フレームで平均化したグラフ、６２４：１００フレームで平均化したグラフ、７１０：被写体最大値の変化周期のグラフ、７１１：７１０のグラフのフィッティング曲線、７２０：被写体最大値の変化周期のグラフ、７２１：７２０のグラフのフィッティング曲線

Claims (11)

1. 被写体にＸ線を照射するＸ線源と、
   前記Ｘ線源と対向配置され前記被写体の透過Ｘ線を検出し透過Ｘ線画像を得るＸ線検出器を備えるＸ線検出部と、
   前記透過Ｘ線画像に画像処理を施して表示Ｘ線画像を生成する画像処理部と、を備え、
   前記画像処理部は、
   フレーム毎に、前記透過Ｘ線画像の予め定めた関心領域内の画素値分布の時間的な変化に応じて、当該透過Ｘ線画像の各画素値を変換し、前記表示Ｘ線画像を生成するものであって、
   前記関心領域内の、前記フレーム毎の画素値分布を分析し、予め定めた特徴量を特定する画素値分布分析部と、
   前記特徴量を用い、前記透過Ｘ線画像の画素値を変換する際に用いる変換係数を算出し、当該変換係数を用いて前記画素値を変換する画素値変換部と、
   前記特徴量を用いて、前記画素値分布の時間的な変化の態様を特定する情報を決定する周期分析部とを備え、
   前記画素値変換部は、前記特徴量と前記情報とを用い、前記変換係数を算出すること
   を特徴とするＸ線透視撮影装置。
2. 請求項１記載のＸ線透視撮影装置であって、
   前記特徴量は、前記画素値分布において、画素数が予め定めた閾値以上となる画素値であって、最大の画素値であること
   を特徴とするＸ線透視撮影装置。
3. 請求項１または２記載のＸ線透視撮影装置であって、
   前記画素値分布の時間的な変化の態様を特定する情報は、前記特徴量の平均値の変化が略一定となるフレーム数であるフレーム平均数であること
   を特徴とするＸ線透視撮影装置。
4. 請求項３記載のＸ線透視撮影装置であって、
   前記周期分析部は、前記特徴量の時間的変化を、予め定めた複数の候補フレーム数で平均し、前記フレーム平均数を決定すること
   を特徴とするＸ線透視撮影装置。
5. 請求項３記載のＸ線透視撮影装置であって、
   前記周期分析部は、前記フレーム毎の特徴量に対し周波数変換を施すことにより、前記フレーム平均数を決定すること
   を特徴とするＸ線透視撮影装置。
6. 請求項５記載のＸ線透視撮影装置であって、
   前記周波数変換に離散フーリエ変換を用いること
   を特徴とするＸ線透視撮影装置。
7. 請求項３から６いずれか１項記載のＸ線透視撮影装置であって、 前記画素値変換部は、前記フレーム平均数を用いて算出した前記特徴量の平均値が予め定めた目標値となるよう、前記変換係数を算出すること
   を特徴とするＸ線透視撮影装置。
8. 請求項１から７いずれか１項記載のＸ線透視撮影装置であって、
   前記周期分析部は、フレーム毎に前記情報を決定すること
   を特徴とするＸ線透視撮影装置。
9. 請求項１から８いずれか１項記載のＸ線透視撮影装置であって、
   前記周期分析部が決定した前記変化の態様を特定する情報を、被写体および撮影部位の少なくとも一方に対応づけて保持する周期情報保持部をさらに備え、
   前記画素値変換部は、前記周期情報保持部に前記情報が保持されている場合は、当該保持されている情報を用いること
   を特徴とするＸ線透視撮影装置。
10. Ｘ線検出器で検出した透過Ｘ線から透過Ｘ線画像を得る毎に、当該透過Ｘ線画像の関心領域内の画素値分布を分析し、予め定めた特徴量を特定する画素値分布分析ステップと、
    前記特徴量が特定される毎に、前記特徴量を用いて、前記画素値分布の時間的な変化の態様を特定する情報を決定する周期分析ステップと、
    前記情報が決定される毎に、前記特徴量と当該情報とを用い、前記透過Ｘ線画像の画素値を変換する際に用いる変換係数を算出する変換係数算出ステップと、
    前記変換係数が算出される毎に、当該変換係数を用いて、前記画素値を変換し、表示Ｘ線画像を生成する画素値変換ステップと、を含むこと
    を特徴とする透過Ｘ線画像変換方法。
11. コンピュータを
    Ｘ線検出器で検出した透過Ｘ線から透過Ｘ線画像を得る毎に、当該透過Ｘ線画像の関心領域内の画素値分布を分析し、予め定めた特徴量を特定する画素値分布分析手段、
    前記特徴量を用いて、前記画素値分布の時間的な変化の態様を特定する情報を決定する周期分析手段、
    前記特徴量と当該情報とを用い、前記透過Ｘ線画像の画素値を変換する際に用いる変換係数を算出する変換係数算出手段、
    当該変換係数を用いて、前記画素値を変換し、表示Ｘ線画像を生成する画素値変換手段として機能させるためのプログラム。

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