JP2010029366A - Ｘ線撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グリッドの縞状の影の位置の変化を正確に補正することによりグリッド影の除去が容易にでき、Ｘ線の照射領域は全て画像として表示できるＸ線撮像装置を提供することである。
【解決手段】グリッド４にマーカーＭが配設されている。マーカーＭはＸ線透過率が低い部材で構成され、マーカーＭを透過し二次元Ｘ線検出器６に入射したＸ線からも画像を得る。マーカーＭによりグリッド４の影の位置変化を補正する。従って、グリッド４の影の位置変化を正確に補正でき、Ｘ線の照射領域は全て画像として構成できる。
【選択図】 図１

Description

本発明はＦＰＤ（フラットパネル型Ｘ線検出器）などの二次元Ｘ線検出器と、散乱Ｘ線を除去するグリッドを備えた一般Ｘ線撮像装置あるいはＣアーム形Ｘ線装置などに係り、特にグリッド影の除去に関する。

ＦＰＤなどの二次元でＸ線を検出できる検出器を備えたＸ線撮像装置では、Ｘ線が被検者を透過する時発生する散乱Ｘ線を除去しコントラストの高い画像を得るために、検出器の前方全面に亘ってグリッドが配設されている。グリッドはＸ線吸収部材を所定のピッチで配置して構成されている。

散乱Ｘ線を除去するグリッドを備えたＸ線撮像装置では、グリッドを構成するＸ線吸収部材によりＸ線が吸収されて所定のピッチで画像に縞状の影が現れる欠点がある。グリッドによる縞状の影を除去する方法について、各種提案されているが、周波数フィルタでこの縞状の影を除去する方式が、最も一般的な方法である。

一方、Ｘ線源と二次元Ｘ線検出器との距離（以下ＳＩＤという）を変化させることができる装置においては、そのＳＩＤに応じて、縞状の影の位置及び形状が変化することになる。当該形状の変化は、照射中心から離れるに従って、縞状の影が太くなる態様で現れる。すなわち、中心と周辺部とで縞状の影の空間周波数が異なることになる。従って、単に周波数フィルタによって縞を除去することは困難である。このような装置に対応するべき、複数の撮像条件で被検者を介さずグリッドだけで撮像したグリッド像を記憶しておき、実際に被検者を撮像した画像を、記憶されているグリッド像の中でその撮像条件に一致しているグリッド像で除算することにより前記画像からグリッド像を除去する方法が提案されている（特願２００８−０１４６０３号）。

また、グリッドを構成するＸ線吸収部材の配列ピッチをＸ線平面検出器の画素のピッチと同じ又はその整数倍とし、Ｘ線平面検出器と一体化することにより、モアレ像（Ｘ線平面検出器の画素のピッチとグリッドのピッチが相違している時に生じる周期の長いうねり）の発生を防止している（例えば特許文献１参照）。当該従来技術において、上記縞状の影を除去する技術を適用すれば、グリッドによって散乱線を物理的に除去しつつ、Ｘ線吸収部材の影による画像への悪影響を低減させることができるよう工夫されている。
特開２００５−２８３３６０号公報

しかし、上述の方法によってグリッドの縞状の影を除去するには、画像上における縞状の影の位置を正確に特定する必要がある。この点、縞状の影の位置は、グリッドを二次元Ｘ線検出器に固定していたとしても、Ｘ線源と二次元Ｘ線検出器との位置関係により変化する。また、Ｘ線源と二次元Ｘ線検出器とが対向した状態で支持されている場合であっても、縞状の影の位置は、支持機構のたわみ等により変化する場合がある。

従って、複数の撮像条件で被検者を介さずグリッドだけで撮像したグリッド像を記憶しておき、実際に被検者を撮像した画像を、記憶されているグリッド像の中でその撮像条件に一致しているグリッド像で除算することにより前記画像からグリッド像を除去する方法によっても、正確にグリッド像を除去することができない。

本発明は、上記の問題を解決するために、次のような構成を採用する。
すなわち、Ｘ線を照射するＸ線源と、当該Ｘ線を検出する二次元Ｘ線検出器と、前記Ｘ線源と前記二次元Ｘ線検出器との間に配置され、複数のＸ線吸収部材を有する散乱線除去用グリッドと、前記Ｘ線源と前記二次元Ｘ線検出器との間に配置された複数のマーカーと、該二次元Ｘ線検出器から画像を収集する画像収集手段と、当該収集された画像からマーカーの投影位置を抽出するマーカー投影位置検出手段と、あらかじめ被検体を介さずに収集された第１画像から抽出された第１マーカー投影位置及び、被検体を介して収集された第２画像から抽出された第２マーカー投影位置に基づいて、前記第２画像を補正することにより、前記Ｘ線吸収部材の投影像が除去された画像を得るグリッド影除去手段とを有することを特徴とする。

本発明は、前記Ｘ線源と前記二次元Ｘ線検出器との距離たるＳＩＤを検出するＳＩＤ検出手段を有し、前記グリッド影除去手段は、あらかじめ複数のＳＩＤにおいて被検体を介さずに収集された画像を記憶し、当該記憶された画像のうちから、前記第２画像を収集した際のＳＩＤに最も近いＳＩＤで収集された画像を用いることを特徴とするＸ線撮像装置を含む。

更に本発明は、前記Ｘ線吸収部材の投影像が除去された画像におけるマーカーの投影像を補正するマーカー投影画像補正手段を更に有することを特徴とするＸ線撮像装置を含む。

被検者より発生する散乱Ｘ線がグリッドにより除去されコントラストの良い、またグリッドによる縞状の影などのノイズが少ないＸ線透視画像が得られる。

本発明の実施例について図１〜図５を参照して説明する。図１は、本発明の実施例によるＸ線撮像装置の概略構成を示す図である。図２は、本発明の実施例によるグリッド４の概略構成を示す図である。図３、４は、２つの画像で算出したマーカー投影位置と照射野を示す図である。図５は、本発明の実施例によるＸ線撮像装置の動作を示す図である。

本発明の実施例によるＸ線撮像装置は、図１に示すとおり、Ｘ線を発生するＸ線源３と、前記Ｘ線が被検者Ｐを透過時発生する散乱Ｘ線を除去するグリッド４と、例えばＦＰＤで構成される二次元Ｘ線検出器６と、二次元Ｘ線検出器６の出力の画像処理などを行う画像処理器７と、画像データなどを記憶する記憶装置８と、画像や操作画面を表示する表示器９と、グリッド４と二次元Ｘ線検出器６で構成される移動部１０と、これを駆動する移動制御器１１と、Ｘ線源３に高電圧を供給する高電圧発生器２と、高電圧発生器２と移動制御器１１や装置全体を制御する制御装置１などで構成される。

グリッド４には、図２に示すとおり、散乱線を除去するためのＸ線吸収部材４１が所定のピッチで配置されている。また、Ｘ線透過率が例えば２０％〜４０％程度の部材で構成されたマーカーＭ１〜Ｍ４が四隅に配設されている。以下、複数存在するマーカーを総称する際には、適宜マーカーＭと称する。また、ｎ番目のマーカーＭをマーカーＭｎと称する。

マーカーＭとしては、撮像のために照射する可能性のある範囲のＸ線強度（Ｘ線源３に加える管電圧、管電流、時間）において、マーカーＭの透過Ｘ線を、二次元Ｘ線検出器６で検知可能な程度のＸ線透過率を有していればどのような材質でも使用可能である。例えば厚さ２ｍｍ程度のアルミニウム板であれば、当該条件を具備する。

本発明の実施例によるＸ線撮像装置の動作について、図５を参照して説明する。
（ステップＳ１）
図１の構成から被検者Ｐを除外した状態で、ＳＩＤをΔＳＩＤずつ変化させながら撮像し、画像Ｇｐを得る。以降、ｉ回目に撮像した画像Ｇｐを画像Ｇｐ_ｉとし、その際の、ＳＩＤ検出手段で検出したＳＩＤをＳＩＤ_ｉとする。
マーカー投影位置検出手段１２によって、各画像Ｇｐ_ｉにおけるマーカーＭｎの投影位置Ｐ_ｎｉ＝（ｘ_ｐｎｉ，ｙ_ｐｎｉ）を算出する。当画像Ｇｐ_ｉ、ＳＩＤ_ｉ及びＰ_ｎｉをセットにして、記憶装置８へ保存する。ΔＳＩＤは、５０ｍｍとする。

なお、ステップＳ１で撮影した画像Ｇｐ_ｉ、記憶装置８は、それぞれ、本発明の第１画像、第１画像記憶装置の一例である。

（ステップＳ２）
次に、図１に示すとおり被検者Ｐを撮像して画像Ｇｏを得る。画像Ｇｏは、本発明における第２画像に相当する。また、この時のＳＩＤをＳＩＤ_ｏとする。

（ステップＳ３）
当該画像Ｇｏから、マーカーＭの投影像を走査してエッジを抽出し、その中心位置平均を算出して、投影位置Ｐｏ_ｎｉ＝（ｘ_Ｐｏｎｉ，ｙ_Ｐｏｎｉ）を算出する。このとき、４個のマーカーＭのうち、画像が明確な３個を選択して、投影位置Ｐｏ_ｎｉを算出することとしてもよい。ただし、当該選択処理は必須ではなく、全てのマーカーＭの投影像の位置を用いても良い。また、２個のマーカーＭを用いることとしても良い。複数の投影位置Ｐｏ_ｎｉを算出する限りにおいて、その個数を種々変更可能である。

（ステップＳ４）
現在のＳＩＤ_ｏにおける、標準のマーカーＭｎの位置Ｐｒ_ｎ＝（ｘ_Ｐｒｎ，ｙ_Ｐｒｎ）を算出する。当該位置Ｐｒ_ｎは、ステップＳ１で記憶装置８に記憶されているＳＩＤ_ｉのうち、ＳＩＤ_ｏに最も近いものに対応するＰ_ｎｉを用いる。更に、次の数１にて補間処理を施すこととすれば、より好ましい。

ただし、ＳＩＤ_ｉ−１＜ＳＩＤ_ｏ ≦ＳＩＤ_ｉである。

（ステップＳ５）
図３、４は、ステップＳ３で算出した投影位置Ｐｏ_ｎ（Ｐｏ_１、Ｐｏ_２、Ｐｏ_３、Ｐｏ_４）と、ステップＳ４で算出した位置Ｐｒ_ｎ（Ｐｒ_１、Ｐｒ_２、Ｐｒ_３、Ｐｒ_４）とを重ね合わせ軸ｘ、ｙの二次元座標で表示した図である。参考のために、それぞれに対応する照射野を照射野Ｖｏ、Ｖｒとして重ね合わせている。ここで、記憶装置８に記憶されている画像Ｇｐ_ｉと画像Ｇｏ上における各マーカーＭｎの投影位置を一致させるために、画像Ｇｐ_ｉを変形させる量を算出する。本実施例では、当該変形させる量を伸縮率Ｓ＝（Ｓｘ，Ｓｙ）及び平行移動量Ｔ＝（Ｔｘ，Ｔｙ）として算出する。
すなわち、次の数２の条件を満たすＴ，Ｓを算出する。

ここで、未知数の数は、ｘ_Ｔ，ｙ_Ｔ，ｘ_Ｓ，ｙ_Ｓの４つであり、各変数がそれぞれｘ、ｙ成分を持つことから、ｎ＝２であれば４元の連立方程式となる。よって、左辺が０となるＴ，Ｓの組み合わせが存在する。また、ｎ＞２の場合は、右辺が最小になるように解を算出することができる。

（ステップＳ６）
ステップＳ５で算出した伸縮率Ｓ及び平行移動量Ｔに基づいて、記憶装置８に記憶された画像Ｇｐ_ｉのうち、ＳＩＤ_ｏに最も近いものを変形させて、補正用の画像Ｇｒ（ｘ、ｙ）を作成する。変形の対象とする画像Ｇｐ_ｉとして、ＳＩＤ_ｏに最も近いものを選択することとしたが、より精度を向上させるため、ＳＩＤ_ｏに対応させて、画像Ｇｐ_ｉ−１と画像Ｇｐ_ｉの中間画像を求めて用いてもよい。当該中間画像は、既知のモーフィング技術により求めることができる。

（ステップＳ７）
ステップＳ２で得られた画像Ｇｏの各画素値を、ステップＳ６で得られた画像Ｇｒの各画素値で除算する補正処理を行う。当該補正処理により、グリッド４及びマーカーＭの投影像部分の画素濃度が割り戻されて、マーカーＭの影の部分の画像も復元される。
なお、本実施例では演算を除算としたが、引き算であってもよい。また、単なる割り算ではなく、非線形の演算であってもよく、テーブルによる対応付けをしてもよい。その他、伸縮された画像Ｇｒを画像Ｇｏに適用する限りにおいて、その演算方法を種々変更可能である。

（ステップＳ８）
マーカーＭの投影部分についても、ステップＳ７の演算により本来の画像が復元されるはずであるが、マーカーＭの投影形状が、Ｘ線源３の位置ずれなどにより若干変形することが想定される。その場合には、マーカーＭの周辺部にアーチファクトが生ずる恐れがある。そこで、マーカーＭの影のエッジの部分を周辺画素により補正する。当該補正処理は、本発明におけるマーカー投影画像補正手段に相当する。
なお、本処理は、本発明における必須の構成ではない。

本発明は以上の構成であるから、ステップＳ６でグリッド４の投影画像の拡大・縮小を行い、グリッド影の位置変化を補正し、精密なグリッド影の位置情報が得られる。従って、特に精密なグリッド影の位置情報をマップとして使用するグリッド影の除去方法の適用ができ、被検者Ｐより発生する散乱Ｘ線がグリッド４により除去されコントラストの良い、またグリッド４による縞状の影などのノイズが少ないＸ線透視画像が得られる。

上記実施例では、数２を評価関数として用いることにより、伸縮率Ｓと平行移動量Ｔを求めることとしたが、このような方法には限定されない。
例えば、標準のマーカーＭ１のｙ座標位置ｙ_Ｐｒ１と、同マーカーＭ３の位置ｙ_Ｐｒ３との差分をＤｙ_Ｐｒ３とし、同様に、実際の撮影におけるマーカーＭ１のｙ座標位置ｙ_Ｐｏ１と、同マーカーＭ３の位置ｙ_Ｐｏ３との差分をＤｙ_Ｐｏ３とした時、マーカーＭ１のｘ座標付近における軸ｙ方向の伸縮率Ｓｙを、Ｄｙ_Ｐｒ３／Ｄｙ_Ｐｏ３とすることにしてもよい。この場合は、同様の処理を、軸ｘ、ｙ方向それぞれについて、複数の組み合わせについて行うことにより、伸縮率Ｓを算定することが可能である。
更には、伸縮率Ｓ、平行移動量Ｔを求める点にも限定されない。マーカーＭｎの投影位置Ｐｏ_ｎｉ、Ｐ_ｎｉ並びに画像Ｇｐ基づいて、画像Ｇｏの補正を行う限りにおいて、その補正方法を種々変更可能である。

本実施例においては、撮像条件の相違はＳＩＤの相違のみであったが、Ｃアーム形Ｘ線装置やコーンビームＣＴ装置のように装置の伸縮・回転などで自重による歪の影響を受ける時は、撮像条件をＳＩＤ以外にも装置の状態毎に決めて撮像し保存する場合でも本発明は適用可能である。また、図２に示す実施例ではグリッド４の四隅にマーカーＭが配設されているが、マーカーＭの個数は２個あるいは３個でもよい。なお、マーカーＭとしてアルミニウム材を例に挙げたが、ベリリウム材あるいは薄い金属でもよくアルミニウム材に限定されない。上述のとおり装置は種々の構成とすることができ、本発明はこれら変形例を包含する。

本発明はＦＰＤなどの二次元Ｘ線検出器と、散乱Ｘ線を除去するグリッドを備えた一般Ｘ線撮像装置あるいはＣアーム形Ｘ線装置などに関し、特にはグリッド影の除去に関する。

本発明の実施例によるＸ線撮像装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施例によるグリッドの概略構成を示す図である。 ２つの画像で算出したマーカー投影位置と照射野を示す図である。 ２つの画像で算出したマーカー投影位置と照射野を示す図である。 本発明の実施例によるＸ線撮像装置の動作を示す図である。

符号の説明

１ 制御装置
２ 高電圧発生器
３ Ｘ線源
４ グリッド
６ 二次元Ｘ線検出器
７ 画像処理器
８ 記憶装置
９ 表示器
１０ 移動部
１１ 移動制御器
１２ マーカー投影位置検出手段
４１ Ｘ線吸収部材
Ｍ マーカー
Ｍ１ マーカー
Ｍ２ マーカー
Ｍ３ マーカー
Ｍ４ マーカー
Ｐ 被検者
Ｐｏ_１ 投影位置
Ｐｏ_２ 投影位置
Ｐｏ_３ 投影位置
Ｐｏ_４ 投影位置
Ｐｒ_１ 位置
Ｐｒ_２ 位置
Ｐｒ_３ 位置
Ｐｒ_４ 位置
Ｖｏ 照射野
Ｖｒ 照射野
ｘ 軸
ｙ 軸

Claims (3)

1. Ｘ線を照射するＸ線源と、当該Ｘ線を検出する二次元Ｘ線検出器と、前記Ｘ線源と前記二次元Ｘ線検出器との間に配置され、複数のＸ線吸収部材を有する散乱線除去用グリッドと、前記Ｘ線源と前記二次元Ｘ線検出器との間に配置された複数のマーカーと、該二次元Ｘ線検出器から画像を収集する画像収集手段と、当該収集された画像からマーカーの投影位置を抽出するマーカー投影位置検出手段と、あらかじめ被検体を介さずに収集された第１画像から抽出された第１マーカー投影位置及び、被検体を介して収集された第２画像から抽出された第２マーカー投影位置に基づいて、前記第２画像を補正することにより、前記Ｘ線吸収部材の投影像が除去された画像を得るグリッド影除去手段とを有することを特徴とするＸ線撮像装置。
2. 前記Ｘ線源と、前記二次元Ｘ線検出器との距離たるＳＩＤを検出するＳＩＤ検出手段を有し、前記グリッド影除去手段は、あらかじめ互いに異なる複数のＳＩＤにおける前記第１画像を記憶する第１画像記憶装置と、当該記憶された第１画像のうちから、前記第２画像を収集した際のＳＩＤに最も近いＳＩＤで収集された画像を選択して用いることを特徴とする請求項１記載のＸ線撮像装置。
3. 前記Ｘ線吸収部材の投影像が除去された画像におけるマーカーの投影像を補正するマーカー投影画像補正手段を更に有することを特徴とする、請求項１乃至２いずれかに記載のＸ線撮像装置。

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