JPH1094539A - ステレオ透視対応x線映像装置 - Google Patents

ステレオ透視対応x線映像装置

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JPH1094539A
JPH1094539A JP8251594A JP25159496A JPH1094539A JP H1094539 A JPH1094539 A JP H1094539A JP 8251594 A JP8251594 A JP 8251594A JP 25159496 A JP25159496 A JP 25159496A JP H1094539 A JPH1094539 A JP H1094539A
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JP
Japan
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ray
image
stereoscopic
tube
imaging apparatus
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Application number
JP8251594A
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English (en)
Inventor
Takashi Oe
隆史 大江
Masahiko Ono
正彦 小野
Naoto Watanabe
直人 渡邊
Kazuhiro Mamada
和広 侭田
Kunitoshi Matsumoto
国敏 松本
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、外科的手術への応用が可能な
ステレオ透視対応X線映像装置を提供することである。 【解決手段】本発明は、X線管からばく射され、被検体
を透過したX線束を撮像し、得られた画像をステレオ透
視可能に表示するステレオ透視対応X線映像装置におい
て、前記ステレオ透視中のX線のばく射強度を離散的に
変化させることが可能であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ステレオ透視可能
なX線映像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種のX線映像装置は、その多くが循
環器対応であり、2焦点型X線管の一方の焦点を使って
撮影した画像を右目で、他方の焦点を使って撮影した画
像を左目でそれぞれ観察することにより、観察者は複雑
に絡み合っている血管の立体構造を知覚することができ
るというものである。
【0003】近年、このステレオ透視対応のX線映像装
置を、例えば骨折した骨どうしを髄内釘で連結しスクリ
ューで固定する閉鎖的髄内釘固定術(図11参照)や、
ガイドワイヤを挿入する等の外科的手術の支援システム
に応用することが検討されている。
【0004】このような外科的手術で用いられる髄内
釘、スクリュー、ガイドワイヤ等の器具・用具は、金属
製品であるため、組織や骨に対するコントラストが非常
に高い。立体感覚は、両眼視差だけでなく濃度の影響も
受ける。したがって、ステレオ透視を行った場合でもコ
ントラストの高い器具・用具を、実際よりも手前に知覚
してしまい、手術の精度が低下するという危険性があっ
た。
【0005】例えば、閉鎖的髄内釘固定術と呼ばれるも
のでは、骨折した部分に髄内釘と呼ばれる数箇所に横断
穴のあいた金属の棒を挿入した後、横から髄内釘の穴に
スクリューを挿入することにより骨折部を固定するとい
うものである。髄内釘の横断穴に対してスクリューを正
確に位置合わせすることが肝心であるが、髄内釘はほど
んど黒く潰れており、その横断穴を確認することが非常
に困難であった。
【0006】ばく射X線の強度を高くすることにより、
髄内釘の横断穴にコントラストを付けて、当該横断穴の
確認を容易にすることができるが、ばく射X線の強度を
高くすると、骨は飛んでしまう(白くなって見えなくな
る)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、外科
的手術への応用が可能なステレオ透視対応X線映像装置
を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、X線管からば
く射され、被検体を透過したX線束を撮像し、得られた
画像をステレオ透視可能に表示するステレオ透視対応X
線映像装置において、前記ステレオ透視中にX線のばく
射強度を離散的に変化させることが可能であることを特
徴とする。
【0009】他の発明は、X線管からばく射され、生体
組織よりX線透過率の低い器具が挿入されている被検体
を透過したX線束を撮像し、得られた画像を輝度変換し
てステレオ透視可能に表示するステレオ透視対応X線映
像装置において、前記器具の輝度を所定量高くして表示
することが可能であることを特徴とする。
【0010】さらに他の発明は、X線管からばく射さ
れ、生体組織よりX線透過率の低い器具が挿入されてい
る被検体を透過したX線束を撮像し、得られた画像を輝
度変換してステレオ透視可能に表示するステレオ透視対
応X線映像装置において、比較的低い強度のX線を使っ
て撮像された画像から前記器具の部分を除去した画像
と、比較的高い強度のX線を使って撮像された画像から
前記器具以外の部分を除去した画像とを1フレームに合
成して表示することを特徴とする。
【0011】(作用)本発明によれば、比較的低いX線
と比較的高いX線とを交互に切り替える必要のある場合
では、X線強度が離散的に変化するのでそのための操作
量を低減させることができ、金属等の生体組織よりX線
透過率の低い器具を使用するような外科的手術に対する
ステレオ透視対応X線映像装置の実用性を向上させるこ
とができる。
【0012】他の発明によれば、生体組織よりX線透過
率の低い器具の輝度が所定量高くして表示され、器具以
外の骨や組織に対する輝度差が抑えられ、したがって器
具とそれ以外の骨や組織との遠近の誤認を軽減すること
ができる。
【0013】さらに他の発明によれば、比較的低い強度
のX線を使って撮像された画像から前記器具の部分を除
去した画像と、比較的高い強度のX線を使って撮像され
た画像から器具以外の部分を除去した画像とを1フレー
ムに合成して表示することにより、器具と器具以外の部
分とに共にコントラストを付けることができる。なぜな
ら、比較的低い強度のX線では器具以外の部分にはコン
トラストが付くが、器具には付かないし、比較的高い強
度のX線では器具にはコントラストが付くが骨等の器具
以外の部分は飽和してコントラストが付かない。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明によ
るステレオ透視対応X線映像装置を好ましい実施形態に
より説明する。ここでは、図11に示したような閉鎖的
髄内釘固定術を例に説明する。閉鎖的髄内釘固定術は、
次のような手順で行われる。 ステップ1:骨折した部分に、髄内釘と呼ばれる数箇所
に横断穴のあいた金属器具の棒を挿入する。この金属器
具のX線透過率は生体組織のX線透過率より著しく低
い。 ステップ2:スクリューの刺入位置を決定する。 ステップ3:髄内釘の穴に横からスクリューを挿入する
ことにより骨折部を固定する。
【0015】この閉鎖的髄内釘固定術の各ステップで
は、次のような確認作業が必要とされる。[]内はコン
トラストを付けて確認できるようにする必要のあるもの
を表している。()内は必要なX線強度を表している。 ステップ1:骨と髄内釘の位置関係 [骨、髄内釘] (比較的低強度) すなわちステップ1では、X線透過率の高いもの(骨)
と低いもの(髄内釘)の位置関係を把握するために、X
線透過率の高いものにコントラストが付く条件、つまり
比較的低強度のX線で透視する。 ステップ2:骨とスクリューとの位置関係 [骨、スクリュー] (比較的低強度) すなわちステップ2では、X線透過率の高いもの(骨)
と低いもの(スクリュー)の位置関係を把握するため
に、X線透過率の高いものにコントラストが付く条件、
つまり比較的低強度のX線で透視する。 ステップ3:髄内釘の穴とスクリューとの位置関係 [髄内釘の穴、スクリュー] (比較的高強度) すなわちステップ3では、X線透過率の低いものどうし
(髄内釘とスクリュー)の位置関係を把握するために、
X線透過率の低いものにコントラストが付く条件、つま
り比較的高強度のX線で透視する。 (第1の実施形態)図1は第1の実施形態によるステレ
オ透視対応のX線映像装置の主要部の構成を示す。ステ
レオ透視対応のX線映像装置は、2焦点型X線管と、透
過X線束を撮像するためにイメージインテンシファイア
や光学系やTVカメラ等を有する撮像系と、X線管と撮
像系とを患者(被検体)に対して自由な姿勢で支持する
機構と、撮像系から出力される画像信号を輝度信号に変
換する信号処理系と、X線管に管電圧・管電流を印加す
るインバータ型高圧電源と、撮像系のフレーム周期に同
期してX線管の2焦点から交互にX線をばく射させ、且
つそのばく射条件(管電圧・管電流)を支持するため制
御信号を高圧電源に供給するばく射コントローラ(IN
V CONT)23と、システム全体の制御中枢として
のCPU21と、パネルスイッチ11とを有する。パネ
ルスイッチ11には、通常の設定ボタン13,15と、
High KV モードボタン17,19とが少なくとも装備さ
れる。
【0016】一方の通常の設定ボタン13がオペレータ
により1回押されると、インバータ型高圧電源からX線
管に印加される管電流が例えば“0.1mA”上昇し
(高くなり)、管電圧が例えば“1KV”上昇する(高
くなる)ように、CPU21はばく射コントローラ23
を指示し、ばく射コントローラ23はインバータ型高圧
電源を制御する。
【0017】他方の通常の設定ボタン15がオペレータ
により1回押されると、インバータ型高圧電源からX線
管に印加される管電流が例えば“0.1mA”下降し、
管電圧が例えば“1KV”下降するように、CPU21
はばく射コントローラ23を指示し、ばく射コントロー
ラ23はインバータ型高圧電源を制御する。
【0018】一方のHigh KV モードボタン17がオペレ
ータにより1回押されると、インバータ型高圧電源から
X線管に印加される管電流が、設定ボタン13を押した
ときより大きく例えば“1mA”上昇し、且つ管電圧
が、設定ボタン13を押したときより大きく例えば“2
0KV”上昇するように、CPU21はばく射コントロ
ーラ23を指示し、ばく射コントローラ23はインバー
タ型高圧電源を制御する。
【0019】他方のHigh KV モードボタン19がオペレ
ータにより1回押されると、インバータ型高圧電源から
X線管に印加される管電流が、設定ボタン15を押した
ときより大きく例えば“1mA”下降し、且つ管電圧
が、設定ボタン15を押したときより大きく例えば“2
0KV”下降するように、CPU21はばく射コントロ
ーラ23を指示し、ばく射コントローラ23はインバー
タ型高圧電源を制御する。
【0020】このようなステレオ透視装置を用いて上述
の閉鎖的髄内釘固定術を行う場合、ステップ2で骨とス
クリューとの位置関係を把握するために、骨に良好なコ
ントラストが付いて骨が良く見えるX線条件、すなわち
比較的低い管電流、比較的低い管電圧(例えば0.8m
A、45KV)で透視を行いながらスクリューの刺入位
置を決定し、ステップ3に移行する際にX線条件を金属
器具が良く見える状態、つまり髄内釘に開けられている
横断穴にコントラストが付いて横断穴を良好に確認でき
る状態、すなわち比較的高い管電流、比較的高い管電圧
(例えば2.7mA、84KV)に変化させてステップ
3の手技を行う。
【0021】上述したようにステップ2では平面的な位
置及び向きを確認し、ステップ3では奥行きを確認する
のであるが、実際の臨床現場ではステップ2とステップ
3との間を何度となく往復するのが現状である。
【0022】図2はステップ2とステップ3との状態変
化に対応するボタン13,15,17,19の操作と、
その操作に伴う管電流の時間変化、管電圧の時間変化を
示している。ここでは、ステップ2での最適なX線条件
を0.8mA、45KVとし、ステップ3での最適なX
線条件を2.7mA、84KVと仮定している。
【0023】ステップ2からステップ3に移行すると
き、High KV モードボタン17がオペレータにより2回
押され、通常の設定ボタン15がオペレータにより1回
押される。これにより、管電流0.8mA、管電圧45
KVがそれぞれ、2.7mA、84KVに上昇される。
【0024】ステップ3からステップ2に戻るとき、Hi
gh KV モードボタン19がオペレータにより2回押さ
れ、通常の設定ボタン13がオペレータにより1回押さ
れる。これにより、管電流2.7mA、管電圧84KV
がそれぞれ、0.8mA、45KVに戻る。
【0025】このように本実施形態では、High KV モー
ドボタン17,19で管電流及び管電圧が共に離散的に
変化するようにしたことで、少ない操作回数でステップ
2とステップ3との間の移行することができる。なお、
従来のある種の装置には通常の設定ボタン13,15だ
けが装備されているものがあるが、この種の装置ではス
テップ2とステップ3との間の移行の都度、ボタン1
3,15を数十回操作する必要があり、非常に面倒であ
った。
【0026】なお、1回の操作で上昇する又は下降する
幅が相違する様々な種類のHigh KVボタンを装備させて
もよい。また、ステップ2、ステップ3での最適な管電
流、管電圧をプリセットするプリセットボタンを通常の
設定ボタン及びHigh KV モードボタンに併用してもよ
い。 (第2の実施形態)第2の実施形態は、ステップ1及び
ステップ2において、骨に対する金属器具の部分(髄内
釘、スクリュー)の著しい輝度低下に起因する骨と金属
器具の部分との遠近の誤認を軽減することを目的とした
ものである。
【0027】図3は第2の実施形態によるステレオ透視
対応のX線映像装置の主要部(階調変換処理系)の構成
を示す。この主要部は、データ/制御バス25に、CP
U27、RAM29、ROM35が接続される。2焦点
型X線管からばく射され被検体を透過した透過X線束は
撮像系で撮像される。撮像系からの出力信号は、ディジ
タルスキャンコンバータ31を介して、画像信号として
RAM29に入力される。RAM29には、画像信号レ
ベルと輝度信号レベルとの対応を表すルックアップテー
ブルが記憶されている。画像信号は、このルックアップ
テーブルにしたがって輝度信号に変換され、ディスプレ
イ33に濃淡表示される。
【0028】ROM35には、画像信号レベルと輝度信
号レベルとの対応関係が相違する複数種類のルックアッ
プテーブルデータが保管されている。CPU27は、コ
ンソールパネルを介してオペレータにより設定されたX
線条件(X線強度)を取り込み、このX線条件に対応す
るルックアップテーブルデータをROM35からRAM
29に装填させる。
【0029】図4に、ステップ1及びステップ2でのX
線条件下での画像信号の空間的なレベル変化を示してい
る。骨の画像信号レベルd2 は軟部組織の画像信号レベ
ルd1 に比べて小さく、また金属器具の部分の画像信号
レベルd3 は骨の画像信号レベルd2 と比べて著しく小
さい。なお、画像信号レベルd1 ,d2 ,d3 は、X線
条件(X線強度)に依存してほぼ決まる。
【0030】図5はRAM29のルックアップテーブル
による画像信号レベルと輝度信号レベルとの対応を示し
ている。実線は第1のルックアップテーブルを表し、点
線は画像信号レベルと輝度信号レベルとが線形に対応す
る第2のルックアップテーブルを表している。閉鎖的髄
内釘固定術のステップ1,2のとき、第1のルックアッ
プテーブルが選択される。
【0031】第1のルックアップテーブルによれば、金
属器具部分の画像信号レベルd3 の前後で輝度が不連続
に変化する。具体的には、金属器具部分の画像信号レベ
ルd3 には、このd3 より高く、骨の画像信号レベルd
2 より低いレベルd4 (d3<d4 <d2 )に対応する
明るさ(輝度)B4 と同じ明るさが割り当てられる。d
4 は例えば、d3 +{(d2 −d3)/2}に設定され
る。
【0032】さらに第1のルックアップテーブルによれ
ば、金属器具部分の画像信号レベルd3 以下におけるレ
ベル変化は輝度変化で表現される。なお、この金属器具
部分の画像信号レベルd3 以下に対応する輝度変化の傾
きは、金属器具部分の画像信号レベルd3 以上に対応す
る輝度変化の傾きに対して、等しくても異なっていても
いずれでもよいし、その向きも同じでも相違していても
よい。なお、一般的に骨はエッジ部分が暗く、中央部分
ほど明るく見え、一方、金属器具は骨とは逆にエッジ部
分が明るく、中央部分ほど暗く見えることを考慮する
と、骨と金属器具部分との境界の識別性を高めるために
は、図5に示すように、金属器具部分の画像信号レベル
d3 以下における輝度変化の傾きを当該d3 以上におけ
る輝度変化の傾きとを同じ向きに設定することが好まし
いといえる。
【0033】以上のように金属器具部分の輝度を若干明
るくして、骨との輝度差を狭めることにより、骨に対す
る金属器具部分(髄内釘、スクリュー)の著しい輝度低
下に起因する骨と金属器具部分との遠近の誤認を軽減す
ることが実現される。
【0034】なお、輝度変化の不連続点、つまり金属器
具部分の画像信号レベルd3 は、上述したようにX線条
件によりほぼ一義的に決まるが、オペレータにより微調
整できるようにすることが望ましい。 (第3の実施形態)第3の実施形態は、X線条件の異な
るステップ1での画像とステップ3での画像とを重ね
て、あるいは交互に表示することにより、骨と金属器具
部分とがほぼ同レベルの輝度で見えるようにするという
ものである。
【0035】図6に第3の実施形態によるステレオ透視
対応のX線映像装置の主要部の構成を示している。一方
の画像メモリ41には、ステップ1において比較的低強
度のX線条件により収集され、金属器具以外の部分が残
され、金属器具部分が実質的に除去されるように図7の
ように金属器具部分の画像信号レベルd3 以下が全てゼ
ロに置き換えられた画像信号が保管される。
【0036】ステップ3において比較的高強度のX線条
件により収集された画像信号は、他方の画像メモリ43
を介してRAM45に送られる。RAM45では、ステ
ップ3の画像信号は、図7とは逆に、金属器具部分が残
され、金属器具以外の部分が実質的に除去されるように
図8のように画像信号レベルd3 以上が全てゼロに置き
換えられた画像信号に変換される。
【0037】ステップ3において、透過X線束が周期的
に撮像され、この周期で加算器47にRAM45で変換
されたステップ3の画像信号が次々と送り込まれる。こ
れに同期して、加算器47には、画像メモリ41からス
テップ1の画像信号が周期的に送り込まれる。
【0038】ステップ1の画像信号とステップ3の画像
信号とは加算器47で1フレームに合成され、ディスプ
レイ49に表示される。このように金属器具部分を除去
したステップ1の画像と、金属器具以外の骨や軟部組織
等を除去したステップ3の画像とが合成され表示される
ので、金属器具部分とそれ以外の骨等の部分とのコント
ラストがマッチしたステレオ視しやすい画像を得ること
ができる。なぜなら、比較的X線強度が低い条件で得ら
れるステップ1の画像では金属器具部分に割り当てられ
る輝度が低くコントラストが付かず骨等には適当なコン
トラストが付き、一方、比較的X線強度が高い条件で得
られるステップ3の画像では金属器具部分に割り当てら
れる輝度は比較的高くコントラストが付くが骨等は飽和
してコントラストが付かず、したがってステップ1の画
像の骨等とステップ3の画像の金属器具部分とを合成し
て表示することにより、骨等と金属器具部分ともにコン
トラストが付いて両者を良好に観察することが実現され
る。
【0039】なお、撮像レートが例えば16フレーム/
秒と比較的高速な場合には、図9に示すように、1画像
を収集するごとにX線条件をステップ1→ステップ3→
ステップ1→ステップ3と変えて、かつ1画像毎に先に
述べた画像処理を施せば、結果的に金属器具と骨のコン
トラストのマッチングがとれたステレオ画像を1秒当た
り7.6枚得ることができる。ここで、整形外科におけ
る手技に高速動作を伴うものはないため、撮像レートが
7.5フレーム/秒であっても違和感のないステレオ像
を得ることは十分に可能である。また、図10に示すよ
うにさらに高速な画像収集レートが実現可能であれば、
ステップIとステップ3の画像を重ね合せず、交互に表
示してやるだけで残像効果により2つの画像を重ねあわ
せた時と同様な効果を得ることもできる。本発明は、上
述した実施形態に限定されることなく、種々変形して実
施可能である。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、比較的低いX線と比較
的高いX線とを交互に切り替える必要のある場合では、
X線強度が離散的に変化するのでそのための操作量を低
減させることができ、金属等の生体組織よりX線透過率
の低い器具を使用するような外科的手術に対するステレ
オ透視対応X線映像装置の実用性を向上させることがで
きる。
【0041】他の発明によれば、生体組織よりX線透過
率の低い器具の輝度が所定量高くして表示され、器具以
外の骨や組織に対する輝度差が抑えられ、したがって器
具とそれ以外の骨や組織との遠近の誤認を軽減すること
ができる。
【0042】さらに他の発明によれば、比較的低い強度
のX線を使って撮像された画像から前記器具の部分を除
去した画像と、比較的高い強度のX線を使って撮像され
た画像から器具以外の部分を除去した画像とを1フレー
ムに合成して表示することにより、器具と器具以外の部
分とに共にコントラストを付けることができる。なぜな
ら、比較的低い強度のX線では器具以外の部分にはコン
トラストが付くが、器具には付かないし、比較的高い強
度のX線では器具にはコントラストが付くが骨等の器具
以外の部分は飽和してコントラストが付かない。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態によるステレオ透視対応のX線
映像装置の主要部の構成を示す図。
【図2】第1の実施形態におけるステップ2とステップ
3との状態変化に対応するボタン操作と、その操作に伴
う管電流の時間変化、管電圧の時間変化を示す図。
【図3】第2の実施形態によるステレオ透視対応のX線
映像装置の主要部の構成を示す図。
【図4】ステップ1及びステップ2でのX線条件下での
画像信号の空間的なレベル変化を示す図。
【図5】図3のRAMのルックアップテーブルによる画
像信号レベルと輝度信号レベルとの対応を示す図。
【図6】第3の実施形態によるステレオ透視対応のX線
映像装置の主要部の構成を示す図。
【図7】図6の画像メモリ41に保管される画像信号の
プロファイルを示す図。
【図8】図6のRAM45で変換された画像信号のプロ
ファイルを示す図。
【図9】第3の実施形態の応用例の説明図。
【図10】第3の実施形態の他の応用例の説明図。
【図11】閉鎖的髄内釘固定術の支援画像の一例を示す
図。
【符号の説明】
11…パネルスイッチ、 13…通常の設定ボタン(UP)、 15…通常の設定ボタン(DOWN)、 17…High KV モードボタン(UP)、 19…High KV モードボタン(DOWN)、 21…CPU、 23…ばく射コントローラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邊 直人 栃木県大田原市下石上1385番の1 株式会 社東芝那須工場内 (72)発明者 侭田 和広 栃木県大田原市下石上1385番の1 株式会 社東芝那須工場内 (72)発明者 松本 国敏 栃木県大田原市下石上1385番の1 株式会 社東芝那須工場内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X線管からばく射され、被検体を透過し
    たX線束を撮像し、得られた画像をステレオ透視可能に
    表示するステレオ透視対応X線映像装置において、前記
    ステレオ透視中にX線のばく射強度を離散的に変化させ
    ることが可能であることを特徴とするステレオ透視対応
    X線映像装置。
  2. 【請求項2】 X線管からばく射され、生体組織よりX
    線透過率の低い器具が挿入されている被検体を透過した
    X線束を撮像し、得られた画像を輝度変換してステレオ
    透視可能に表示するステレオ透視対応X線映像装置にお
    いて、前記器具の輝度を所定量高くして表示することが
    可能であることを特徴とするステレオ透視対応X線映像
    装置。
  3. 【請求項3】 X線管からばく射され、生体組織よりX
    線透過率の低い器具が挿入されている被検体を透過した
    X線束を撮像し、得られた画像を輝度変換してステレオ
    透視可能に表示するステレオ透視対応X線映像装置にお
    いて、比較的低い強度のX線を使って撮像された画像か
    ら前記器具の部分を除去した画像と、比較的高い強度の
    X線を使って撮像された画像から前記器具以外の部分を
    除去した画像とを1フレームに合成して表示することを
    特徴とするステレオ透視対応X線映像装置。
JP8251594A 1996-09-24 1996-09-24 ステレオ透視対応x線映像装置 Pending JPH1094539A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012102184A1 (ja) * 2011-01-28 2012-08-02 富士フイルム株式会社 放射線画像表示装置および方法
JPWO2012164921A1 (ja) * 2011-05-31 2015-02-23 株式会社島津製作所 放射線断層画像生成方法および放射線断層画像生成プログラム
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