JPS59151939A

JPS59151939A - Ｘ線診断装置

Info

Publication number: JPS59151939A
Application number: JP58020346A
Authority: JP
Inventors: 菊池　克也; 道隆本田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-02-08
Filing date: 1983-02-08
Publication date: 1984-08-30
Also published as: JPH0448453B2; EP0116345B1; EP0116345A3; US4653080A; DE3467850D1; EP0116345A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕この発明は、Ｘ線を被写体に照射し、その透過Ｘ線を画
像として記録し、該画像に基づいて診断を行うＸ線診断
装置に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、Ｘ線診断装置におけるＸ線検出器には、画像情
報として有効な直接Ｘｉと被写体等で散乱した散乱Ｘ線
とが入射する０この散乱Ｘ線は、画像のコントラスト、
鮮鋭度を劣化させる主たる要因となっている。このため
、散乱Ｘ線を除去することが、画質の向上を図る上で極
めて重要になっている。

従来より、散乱Ｘ線除去のためにグリッドが用いられて
いるが、除去できる程度に限界があり、又、グリッド自
体が散乱Ｘ１ｔＭの発生源ともなっている〇しかしながら、散乱Ｘ線を除去する他の有効な手段がな
いため、被写体のＸ線被曝量と画質の程度とｔ力源して
適当なグリッド？設定し、可能な限りの散ＨＸ線の除去
を図っている。

もし、散乱Ｘ線の除去が有効に成されるならば、上述し
た画質の向上が図れることの他に、直接Ｘ線の画像に対
するｔ６ｙ７換が可能となり、被写体による減弱量（Σ
μ、・ｄｔ；μ２は被写体を構成すする組織の線吸収係数、　ｄｉは対応する組織の厚さ）を
正確に求めることができる。このため、グリッドによる
散乱Ｘ線の除去方法に加えて、他の有効な手段の提供が
強（望まれていた。

〔発明の目的〕

この発明は前記事情に鑑みて成されたものであり、検出
されたｘｆＦＭ強度分布から散乱Ｘ線成分を除去し、画
像として有効存直接Ｘ線の情報を取り出すことのできる
Ｘ線診断装置全提供すること全目的とするものである。

〔発明の概要〕

前記目的を達成するためのこの発明の概要は、被写体を
透過したＸ線のＸ線強度分布１ｍより散乱Ｘ線成分を除
去して画像として有効な直接Ｘ線の情報を得るＸ線診断
装置において、前記Ｘ線強度分布Ｉｍ　ｆ　Ｘ　線照射
視野に亘って平均化した平均値Ｉｍを算出する第１の演
算手段と、直接Ｘ線強度分布の平均値１ｐと前記平均値
Ｉ７７！との近似関係式を用い、前記第１の演算手段の
出力に基づいて前記平均値１ｐ　’ｆｒ算出する第２の
演算手段と、この平均値１ｐをパラメータとする散乱Ｘ
線強度分布Ｊｓｃの近似式を用い、前記第２の演算手段
の出力に基づいて前記散乱Ｘ線強度分布１ｓｃ　ｆ算出
する第６の演算手段と、前記Ｘ線強度分布１ｍより前記
散乱Ｘ線強度分布ｌ５Ｃｆｒ、減算し、直接Ｘ線強度分
布１ｐ　ｆ算出する第４の演算手段とを有することを特
徴とするものである。

〔発明の実施例〕

先ず、この発明の原理について説明する。前述したよう
に、Ｘ線検出器に入射するｘＨとして、被写体を透過し
てそのまま検出器に入射するいわゆる直接Ｘ線と、被写
体を構成する原子と相互作用を行って吸収または散乱さ
れる散乱Ｘ線とがある。前記相互作用の種類としては、
医用Ｘ線のエネルギー領域（管電圧にして５０　ＫＶｐ
〜１２０　ＫＶｐ）では、光電効果、コンプトン効果及
びトムソン効果が存在するが、実際に検出器に到達して
画質の劣化をもたらすものは、コンプトン効果によって
生じた散乱Ｘ線であると考えられている。散乱Ｘ線とし
て検出器に入射するものは、複数の多重散乱を行った結
果であるために、その強度と広がりの量とを正確に扱う
ことは一般に困難である。

ここで、散乱Ｘ線の広がりと強度とを第１図（α）。

ψ）に示す模式図を参照して説明する０第１図（α）は
、検出器６に入射するＸ線の模式図であり、第１図Ｃｈ
）は前記検出器６上の各位置において検出されるＸ線強
度の模式図である。第１図（α）において、Ｘ線管１よ
り曝射されて被写体２にビーム状に入射したｘ５は、被
写体２内で散乱された結果、空間的に広がりをもって検
出器６に入射する。この検出器５によって検出される透
過Ｘ線の強度は、例えば第１図Ｃｂ）図示のような分布
をなし、検出器乙の中央部Ａ点に生ずるピーク値は、シ
ステムに起因するボケ（Ｘ線焦点等）に対応するもので
あり、その周囲には散乱Ｘ線に対応する裾野の広い分布
Ｂが観測される。

ところで、散乱Ｘ線について行なった研究によれば、前
述した医用Ｘ線のエネルギー領域においては、人体相当
の厚みの被写体に関して、下記の散乱Ｘ線の強夏ヲ与え
る関係式が良（成立することがわかった。

・・・・・・　（１）ここで、Ｉｓｃ　（ｘ　、　ｙ）　は、検出器面上にお
ける散乱Ｘｉの強度分布であり、Ａは定数である。又、
積分領域は検出器面上でのＸ線照射領域と対応し、−α
≦Ｘ≦ａ、−ｈ≦ｙ≦ｂである。ｆ　ＣＩｐＣｘ、ｙ＞
）は直接Ｘ線についての未知の強度分布関数１ｐＣｘ、
ｙ）をパラメータとする関数金示す。ｇＣｘ　、　ｙ）
はペンシルビーム状の入射ｘ７に対する散乱Ｘ線の広が
りを与える関数で、いわゆるインパルスレスポン７次ｌ
’ＮｔｌＬ／と定義される。

一般に、定数Ａ、関数ｆ　ＣＩｐＣｘ、ｙ”））及びｙ
ｃｘ、ｙ）は、Ｘ線管球の管電圧、被写体の厚み、被写
体−検出器間距離及びグリッド条件によって決定される
量である。

前記式（１）の意味するところは、散乱Ｘ線の強度分布
が関数ｆｃＩｐ　（，２：、　ｙ　）　）と関数ｙｃｘ
、ｙ＞とのコンポルーショ／積分で与えられることであ
る。

さらに、測定によれば前記式（１）の中で特に次式で与
えられる関数式が最も良い散乱Ｘ＆！の強度と近似して
いた。

ここで、定数Ａ、指数ル及び関数ｙｃｘ、ｙ）は、グリ
ッド条件、被写体−検出器間距離に依存し、管電圧、被
写体厚にほとんど依存しない性質を示したｐまた、指数
ルは０．５〜１．５の値を取つ７’Ｃ。

次に、上記式（２）によって表わされる散乱線モデルを
用いて、直接Ｘ線と散乱Ｘ線とが重なった画像から、散
乱Ｘ線成分を取り除いて、直接Ｘ線のみに基づく画像を
構成する手法について、第２図（ａ）〜（ｂ）、第３図
を参照して説明する。

Ｘａ照射の結果、検出器に入射するＸ線強度１ｍ　（ｘ
、　ｙ）は、直接ｙｇＢの強度１ｐＣｘ、ｙ）　　と、
散乱Ｘ線の強度１ｓｔ　（ｘ、ｙ）との和として表わさ
れる。

即ち、１７７ＬＣＤＣ−ｙ）−１ＰＣ１ｙ）＋ｌ５ｃ（ｘ、ｙ
）　　・・・・・・（３）例えば、第２図（α）図示の
コントラストファントム４ｆｃ透過したＸ線を検出器６
で検出すれば、Ｘ線強度１ｍ、（ｘ、ｙ）は第２図（ｂ
）図示の強度分布として観測される。

前記式（３）を前記式（２）ヲ用いて表わせば、前述し
たように、指数が、定数Ａ及び関数ｙ　Ｃ１：、　ｙ）
は、被写体厚に依らずに、グリッド条件と被写体−検出
器間距離に依存する量で、ファントム実験によって予じ
めその値を知ることができる０ま′ｆｃ５別の方法とし
て臨床的に知ることもできる。この予じめ決定される指
数ル、定数Ａ及び関数ｙｃｘ−ｙ＞と、実際に検出され
るデータＩｍ（：ｃ、　ｙ）とを利用して、直接Ｘ線の
みによるＸ線強度１ｐＣｘ、ｙ）を得るのである。

ところで、一般にＩｐＣｘ、ｙ）の変動に比べて関数ｑ
ｃ−ｘ、ｙ）の変動は極めて緩やかであり、−また、指
数ルの値は０．５〜１．５の程度であるので、Ｉｐ　Ｃ
ｘ、ｙ）をＩｐＣｘ、ｙ＞の平均値１ｐ（照射野領域全
体に亘る平均）のまわりでテーラ展開の１次近似を行う
ことができる。

ｉｐ”（ｘ、ｙ）　’：；　Ｉｐ”＋ｎ・ＩＰ″”Ｃ１
ｐ　（！、　ｙ）−アＰ）＝　（１−ｎ）　ＩＰ＋ル・
Ｉｐ　　１ＩＩｐ　Ｃｘ、ｙ）・・・・・・　（５）この式（５）全前記式（４）に代入して、下記の関係式
を得る。

ＩｍＣ：Ｅ−’／）　’：；；　ＩＰＣｉ　３’）　＋
Ａ・（１−ｎ　）　ＩＦ次に、１ｍ（ｘ、ｙ）の平均値
１ｍを求める。

１ｍ、’：；；　　Ｉｐ　＋　Ａ・（１−Ｂ）　Ｉｐ”
＋Ａ−ｎ−アｐ１＝Ｉｐ＋Ａ・万一　　　　　　　　・
・・・・・　（７）した。これは、ＸＭ照射野の大きさ
に比べて、インパルスレスポンス関数ｙ　Ｃｘ、ｙ）の
空間的な広がりが十分に小さい場合に成り立ち、実際上
この条件は満足されている。前記平均値ｌ７７Ｌは、実
際に検出されるＩｎＬ（ｘ、　ｙ）から算出することが
できるため、この既知のＩｎ　ｆ前記式（力に代入する
ことによりアＰを求めることができる。第６図は横軸に
アＰ、縦軸に′ｈＬをとって、式（力の関数を表わし、
既知のＪｍを設定することによりこれに対応する横軸の
アＰを見い出す一例を示す特性図である。

このようにして求められたＩｐ　ｆ用いると、式（６）
から１ｍ（ｘ、ｙ）は次の関係式で与えられる。

１ｍ　（ｘ、　ｙ）　＝　Ｉｐ　Ｃｘ−’／）　＋Ａ　
（１−ｒＬ）万−十Ａ’ａｎｅＩｐｒＬ−”！Ｌ、”ｆ
’、Ｉｐ＠：’、ｙ’）ｇ（ｘ−ｘ’、ｙ−ｙ’）ム物
′”−ＩＰ’（”　、ｙ）十Ａ　（１−ｒＬ）　７ｐｒ
Ｌ＋Ａｎ　Ｉｐ　ｎｈ　（、Ｔ　、　ｙ）＝　Ｉｐ　（
、ｒ、ｙ）−ＡｎｌｐｒＬ（１−ｈｃｘ、ｙ））　十Ａ
アｐｒＬ・・・・・・　　（８）ここで、式（８）　ＫおけるＡ　（ｘ）は、で定義され
た関数であり、散乱Ｘ緋強度の空間分布の形を与える関
数として、前記インパルスレスポンス関数ｙＣｘ、ｙ）
がら予じめ算出することができる。例えば、第２図（ｃ
）に示す分布として得られるＯ結局、未知の関数１ｐ　Ｃｘ、ｙ）　ｋ求める式として
、前記式（８）よりｊｐ（ｘ、ｙ）＝　１ｍ　（ｘ、ｙ）−ＡＩｐｒＬ＋Ａ
ｎｌｐ”（１−ん＠　、　ｙ）　）・・・・・・　（９
）ここで、上記の散乱ｘＨ除去のアルゴリズムを簡潔にま
とめると、 ■　検出される１ｍ　（ｘ　、　ｙ）の平均値７ｍを計
算する０ ■　式（７）に求められた１ｍ　ｆ代入してＩＦ　ｋ求
める。

■　求められｆｃ　Ｉｐと、予じめ決められるＡ　ｅ　
ａ及びｈ　Ｃｘ　、　ｙ）とを用いて、散乱Ｘ線強度分
布Ｉｓｃを求める。

■　実際に検出されｆｃＸｉ強度分布Ｉｍより散乱Ｘｍ
強度分布１ｓｃ　ｆ減算する。

上記のアルゴリズムに従って計算することにより、直接
Ｘ線のみの強度分布１ｐＣｘ、、ｙ）として、例えば第
２図（ｄ）図示の分布形状全観測することができる。

次に、上記原理に則った本発明の一実施例について説明
する。

第４図は本発明に係るＸ線診断装置の概略説明図である
０、Ｘ線発生部１１より曝射されたＸ線は、被写体２１
を透過して検出部２２に入射し、検出部２２においてそ
のＸ線強度が検出される。Ａ／Ｄ変換器２３は前記検出
部２２の出力信号をディジタル値に変換する。画像処理
ユニット２４は、その詳細を後述するように、画像デー
タを記憶するメモリと、散乱Ｘ線除去に必要な演算手段
とから成る。２５は画像を表示するモニタである０次に
、前記演算処理ユニット２４の詳細を第５図を参照して
説明する。第５図は演算処理ユニット２４のブロックダ
イヤグラムである。第５図において、演算処理ユニット
２４は、フレームメモリ５１と、第１の演算手段５２．
第２の演算手段５６、第６の演算手段６０及び第４の演
算手段６１とから成っている。フレームメモリ５１は前
記Ａ／Ｄ変換器の出力ＤＩｍ　（ｘｉ　、ｙｊ　）　’
ｃ画素毎に記憶する。第１の演算手段５２は、前記Ｄ１
ｍ　（ｘｉ　、　ｙ））をＸ線照射視野に亘って平均化
し、平均値Ｄ１ｍ　ｆ出力する。第２の演算手段５６は
、例えば前記第６図図示と同種のＤｉｍ−万す曲線（Ｄ
Ｉｐは直接Ｘ線強度分布の平均値）を記憶するＲＯＭで
あり、前記第１の演算手段５２の出力に基づいて、対応
する＃Ｐ　ｉ出力する。即ち、前記式（力の演算ｔ−実
行する。第３の演算手段６０は、前記第２の演算手段５
６の出力に基づいて散乱Ｘｊ１５１．の強度分布を算出
するためのものである。演算器５４は第２の演算手段５
６の出力Ｎｐをル乗して出力する。第１の乗算器５５は
前記演算器５４の出力ｍＩに定数Ａを乗算する。第２の
乗算器５６は、第１の乗算器５５の出力Ａ＠Ｚ７７ｐ′
に前記指数ｎヲ乗ｆＪ　スル。

ＲＯＭ　５７はＸ線照射視野領域を決定する定数ａ。

ｂと前記インパルスレスポンス関数ｙｃｘ、ｙ）とに基
づいて決められる（　１−ＤｈＣ：ｒ：ｉ、ｙ）°））
全記憶している（　ＤＡ　（ｘｉ　、ｙｊ＞は式＜８１
のディジタル値）。第６の乗算器５８は第２の乗算器５
６の出力と前記ＲＯＭ５７の出力とを乗算する。即ち、
前記式（９）の第６項を計算する。演算器５９は前記第
１の乗算器の出力と第６の乗算器の出力とを入力し、′
Ａ−ｎＤＩｐ”（１−Ｄｈ（ｘｉ　、　ｙ）’）　）　
ｆ算出する。即ち、前記式（９）の第２項、第６項が算
出される。第４の演算手段６１は１、前記第６の演算手
段の出カＡ−ｎ□１（１”　（ｒｚ　、　ｙ））　）　
”と、前記フレームメモリ５１からのｘＨ強度分布Ｄ１
ｍ　（ｘｉ　、　ｙ））とを入力し、前記式（９）の演
算を実行して直接Ｘ線強度分布Ｄｉｐ　（ｘｉ　。

ｙ））を得る。第４の演算手段６１の出力は、フレーム
メモリ５１における他のフレームに記憶される０以上のように構成されたＸ線診断装置において、第１の
演算手段５２でＸ線強度分布Ｄ１ｍの平均値ｍ−が求め
られ、これに基づいて第２の演算手段５６で直接Ｘ線の
強度分布の平均値Ｄｉｐが算出される。そして、第２の
演算手段の出力を入力する第６の演算手段６０は、散乱
Ｘ線強度分布を算出する０最後に第４の演算手段６１に
おいて、Ｘ線強度分布Ｄｉｍより散乱Ｘｌｆ！Ａ成分を
除去し、画像として有効な直接Ｘ線強度分布を得ること
ができる。

以上、この発明の一実施例について詳述したが、この発
明は前記実施例に限定されるものではな（、前記原理に
則った種々の実施例を包含することは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によると被写体を透過し
たＸ線から散乱Ｘ線成分を差し引くことにより、直接Ｘ
線からなるＸ１ｆ！Ａ透過像を構成することができる。

この結果、 ■　画像のコントラストと鮮鋭度が向上する。

■　画像データを対数変換することにより、被写体の減
弱量が正確に求まる。

上述の■の効果については、造影剤を用いてＸ線診断を
行う際に特に効果的である。即ち、造影前の画像と造影
後の画像との差（サブトラクション）画像を扱う場合に
おいては、両者をそれぞれ対数変換した後にサブトラク
ションを行えば、造影剤によるＸ線吸収係数の変化分Δ
μとその組織の厚さｄとの積Δμ・ｄｆ正確に求めるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（α）　、　Ｃｂ）は散乱Ｘ線の発生とその空間
的な広がりを示す模式図、第２図（α）〜（ｄ）は本発
明の詳細な説明するための説明図であり、同図（ａ）は
コントラスト７アントムの撮影を示す概略説明図、同図
（ｊ５）は検出器入射Ｘ線強度の分布を示す特性図、同
図（Ｃ）は散乱Ｘ線の広がりを示す特性図、同図（ｃＬ
）は散乱Ｘｌｆ！Ａの除去されたＸ線強度分布を示す特
性図、第６図はＩｎ−１ｐ曲線を示す特性図、第４図は
本発明の一実施例であるＸ線診断装置のブロックダイヤ
グラム、第５図は散乱Ｘ線除去を実行する演算回路Ｇブ
ロックダイヤグラムである。５２・・・第１の演算手段、　５６・・・第２の演算手
段、　６０・・・第６の演算手段、　６１・・・第４の
演算手段。弔１図 −（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

被写体を透過したＸ線のＸ線強度分布ＩＷＬより散乱Ｘ
線成分を除去して画像として有効な直接Ｘ線の情報を得
るＸ線診断装置において、前記Ｘ線強度分布Ｉｓ　ｆ　
Ｘ　線照射視野に亘って平均化した平均値１ｍ　ｆ算出
する第１の演算手段と、直接Ｘ線強度分布の平均値ＩＰ
と前記平均値１ｍとの近似関係式を用い、前記第１の演
算手段の出力に基づいて前記平均値１ｐ　ｆ算出する第
２の演算手段と、この平均値１ｐをパラメータとする散
乱Ｘ線強度分布１ｚｃの近似式を用い、前記第２の演算
手段の出力に基づいて前記散乱Ｘ線強度分布ｌｓｃを算
出する第６の演算手段と、前記Ｘ線強度分布ｌ７７Ｌよ
り前記散乱Ｘ線強度分布１．？ｃを減算し、直接Ｘ線強
度分布１ｐを算出するＭ４の演算手段とを有することを
特徴とするＸ線診断装置。