JPH0210142A - エネルギー差分画像処理方法 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 この発明は医療に用いられるＸ線診断装置或は工業に用
いられる非破壊検査装置に用いられる画像処理方法に関
する。

従来の技術 Ｘ線が物体を透過する際の、Ｘ線の減衰を第３図に示す
。厚さｄ、の物体（１）１と厚さｄ２の物体（２）２を
透過するＸ線強度Ｉｔ　（Ｅ）は、Ｘ線管からのＸ線出
力強度１ｇ　（Ｅ）、物体（１）１の減衰係数μ、（Ｅ
）、厚さｄｌ、　物体（２）２の減衰係数μ９（Ｅ）、
厚さｄ２を用いて表示すると以下のよう比なる。

Ｉ＋（Ｅ、）＝Ｉｌｌ（Ｅ）ｅｘｐ　（−μｏ（Ｅ）ｄ
＋　　４ｅ（Ｅ）ｄ２）　　　　　　　　　　　　・・
・・（１）Ｘ線のエネルギーＥを２つの帯域に分離し、
Ｌ。

ｗ１１ｇｈとして両辺対数変換すると、以下のようにな
る。

１　ｎ　Ｉ　’（Ｌｏｗ）＝μａ（Ｌｏｗ）ｄ＋＋μＢ
（Ｌ　ｏｗ）ｃＬ・・・・　（２） １　ｎ　Ｉ　’ＣＩ（Ｉｇｈ）＝　μｌｌｌ（Ｈｌｇｈ
）ｄ＋十μｓ（Ｈｌｇｈ）ｄ２・・・・　（３） Ｉ　’（Ｌｏｗ）＝　Ｉ　（Ｌｏｗ）／　Ｉ　＋１（Ｌ
ｏｗ）Ｉ　’（Ｈｌｇｈ）＝　Ｉ　（Ｈｌｇｈ）／　Ｉ
。（旧ｇｈ）−１ｎ　Ｉ　’（Ｌｏｗ）＝　Ｓ　（Ｌｏ
ｗ）、−１ｎ　Ｉ　’（Ｈｉｇｈ）＝　Ｓ（Ｈｌｇｈ）
として書き直すと、　（２）、　（３）式は以下ように
なる。

Ｓ　（Ｌｏｗ）＝μ自（Ｌｏｗ）　ｄ　＋＋μＢ（Ｌｏ
ｗ）　ｄ　２　　・・・・（４）Ｓ　（Ｈｌｇｈ）＝μ
ａ（Ｈｌｇｈ）　ｄ　Ｉ十μｓ（Ｈｉｇｈ）ｄ２＋＋＋
　（５）（４）、　（５）式をｄ４、ｄ２に関して解く
と、ａ、＝　　ｉ／Δ＊（μＢ　（Ｈｌｇｈ）Ｓ　（Ｌ
ｏｗ）−μＢ（Ｌｏｗ）　Ｓ　（旧ｇｈ））・・・（６
）ｄ２＝　１／Δ＊（−μ白（Ｈｌｇｈ）Ｓ　（Ｌｏｗ
）＋μｐ　（Ｌｏｗ）　Ｓ　（Ｈｉｇｈ））・・・（７
）減弱係数μは材料固有の値であるので、　　（６）。

（７）式を係数ａｔ　　ａ＜を用いてＳ　（Ｌｏｗ）、
　　Ｓ　（）ｌｉｇｈ）の関数として書き直すと。

ｄ＋：　ａ＋ｓ（Ｌｏｗ）＋　ａ２ｓ　（Ｈｌｇｈ）　
　　　＝・（８）ｄ２＝ａ３ｓ（Ｌｏｗ）＋ａ、Ｉｓ（
旧ｇｈ）　　　　・−・（９）（８）、　　（９）式を
Ｘ線透過画像で説明すると。

物体のＸ線透過画像の対数変換画像の一次の関数として
、Ｘ線透過画像から特定の物体の厚さに対応した画像成
分のみを抽出することが可能である。

この方法はエネルギーサブトラクション法（差分法）と
して下記の文献に説明されている。

［石田二画像処理のハードウェアとソフトウェア、医用
電子と生体工学、Ｖｏｌ、２２、Ｎｏ。

Ｌｐ５３コ 上述の方法を実用の場で説明する。−例として。

物体（１）をアルミニウム、物体（２）を水として考え
る。第５図はアルミニウムと水の線減弱係数μを示した
図である。図から分かるように、それぞれの線減弱係数
はＸ線エネルギーに対して非直線的であり、特に低エネ
ルギー側で急激に値が増加している。低エネルギー側で
の線減弱係数の増加のＸ線スペクトルに与える影響を第
３図に示す。第３図において、縦軸はＸ線の光子数をし
めす。曲線（１）は管電圧１２０ＫＶｐ　　における−
般的なＸ線源から放出されるＸ線スペクトル、曲線（２
）、　　（３）は物体の厚さが増加したときの。

物体を透過するＸ線スペクトルの変化を示したものであ
る。図から理解できるように、物体の厚さが増加するに
したがい、物体の低エネルギーＸ線の吸収が増大し、透
過Ｘ線スペクトルの平均エネルギーの高エネルギー側ヘ
シフトする現象を生じる。この現象はビームハードニン
グ（ＢｅａｍＨａｒｄｎｉｎｇ）現象と呼ばれている。

以下ニコのようなビームハードニング現象を伴う場での
（８）、　　（９）式に示すエネルギーサブトラクショ
ン法を実照射において適用する。第７図は実験に用いる
物体で、物体（１）としてアルミニウム０．５０ｍ＋　
　物体（２）として水Ｏ〜２００ｍを用いたときの形状
とＸ線照射方向を示している。この様な物体にＸ線管電
圧１２０ＫＶｐのＸ線を照射し、半導体放射線検出器を
もちいてスキャニングを行い透過画像を得た。検出器か
らの信号は、ディスクリミネートレベルを２０ＫｅＶと
６０ＫｅＶにもうけ、２０Ｋｅｖ〜６０ＫｅＶにおける
画像信号の対数変換値をＳ　（Ｌｏｗ）、６０ＫｅＶ〜
１２０ＫｅＶにおける画像信号の対数変換値をＳ　（Ｌ
ｏｗ）とし、係数ａの値は、水の厚さ１００ｍにおける
画像に於てアルミニウムのみの画像、すなはち水の画像
成分を消去した画像が得られるように決定した。　（８
）式を用いてアルミニウム６１画像を得るために使用し
た。ａ４、　ａ２の値は次のようになる。

ａ＋＝　１ ａ２＝　　　１．　１３ このときの画像成分を第８図に示す。第８図は水の厚さ
の変化に対する水消火画像に含まれる水ノ残留成分およ
びアルミニウムの信号成分を示す図である。水の厚さ１
０Ｃｍにおいて水を消去すると、水の厚さ１００ｍにお
いてはアルミニウムのない信号成分はＯとなるが、水の
厚さが減少または増加すると画像中に水の残留信号成分
が含まれる。特に水の厚さの薄い部分において顕著であ
る。アルミニウム成分は水の残留成分との差として、水
の厚さ全域にわたり平均的なコントラスト差が得られて
いる。これを実際の画像でみた場合を第９図に示す。第
７図に示したアルミニウム、水画像は、水の厚さが１０
０ｍ近傍に老いては水の画像は画面から全く消去され、
アルミニウム画像のみとして抽出されているが、水の厚
さが薄い、または厚い領域では水の残留画像成分が出現
している。

発明が解決しようする課題 上記のように、エネルギーサブトラクション法（差分法
）は従来のように対数変換画像の差分のみでは物体の厚
さの変化を伴う場合は、厚さ全域に帯して理想的な差分
を行うことは不可能である。

課題を解決するための手段 半導体放射線検出器を用い、２つのディスクリミネート
レベルを設け、物体を透過したＸ線を２種類のエネルギ
ー帯に分割してＸ線光子計数を行うことによりＸ線画像
を得、高いエネルギー帯における計数値により構成され
た画像の対数変換画像を５（Ｈ）、低いエネルギー帯に
おける計数値により構成された画像の対数変換画像をＳ
　（Ｌ）とし、前記Ｓ　（Ｈ）、Ｓ　（Ｌ）、およびそ
の指数関数である｛Ｓ　（Ｈ）　）×、　｛Ｓ　（Ｌ）
）ｙのそれぞれに係数を組み合わせて加算を行うことに
より、物体を構成する材料の中特定の材料を選択的に抽
出もしくは消去した画像を得る。

作用 上記の方法により、高次の項をもうけることにより、厚
さの変化にともなう物体のＸ線透過画像からエネルギー
サブトラクション画像を得る場合に、Ｘ線のビームハー
ドニング現象にともなう残存像を無クシ、最適なエネル
ギーサブトラクション画像を得ることが出来る。

実施例 ビームハードニング現象による信号成分の変化を、第７
図の物体を用いて調べてみた結果を第１図に示す。第１
図は水の厚さの変化に対して、アルミニウム信号成分の
変化を示した図であり、低エネルギー信号成分とは、前
述の画像Ｓ（Ｌｏｗ）においてアルミニウムの無い部分
の透過画像からアルミニウム有りの部分の透過画像を引
いた画像信号成分であり、高エネルギー信号成分とは同
様に画像Ｓ　（）ｌｌｇｈ）を用いて得た画像信号成分
である。この様に、信号成分が水の厚さにより非直線的
に変化することにより、前述の（８）、　（９）式に示
す一次式で差分を用いることでは最適画像は得られない
ことが理解できる。

第１図に示す非直線的な信号成分から水の厚さの変化に
対しても直線的な信号成分を得るために、（８）、　（
９）式に下記のように｛Ｓ　（Ｈ）　）×１｛Ｓ　（Ｌ
）　）×の項を付加する。

ｄ　＋　＝　ａ　＋　Ｓ　（Ｌｏｗ）十ａ　２　Ｓ　（
Ｈｌｇｈ）＋　ａｓ｛Ｓ　（Ｌｏｗ）　ｌｘ＋ａｓ　｛
Ｓ　（Ｈｉｇｈ）　ｘ・・・　（１０） ｄ２＝　　ａ３ｓ　（ＬＯＷ）＋　ａｓ８　（Ｈｉｇｈ
）＋　ａ７｛Ｓ　（Ｌｏｗ）　ｌ×＋　ａ８　｛Ｓ　（
Ｈｌｇｈ）　’・・・　（１１） 実験に於て、管電圧１２０ＫＶｐの入射Ｘ線に対して上
式の最適条件になるＸおよびａ１〜ａ８の値を求める。

（１０）式を用いてアルミニウム画像画像を得るために
使用したａ１１ａ２、ａ６、ａ６、Ｘの値は以下のよう
になる。この場合も同様に水１０Ｃｍの厚さにおいて、
アルミニウムのみの画像が得られるように値を決定した
。

ａ１＝−１ ａ２＝Ｌ　　５ ａ５＝ｏ、２ ａ　６　＝　Ｏｌｏ　５ ｘ、＝Ｌ９ 上記のパラメータを用いて得られたアルミニウムの画像
のコントラストを第２図に示す。第８図に比較して、ア
ルミニウムの無い信号成分が水の厚さ０〜２００ｍにわ
たり均一なコントラストが得られている。

同様に（１）式を用いて水ｄ２の画像を得るために使用
したａ３、ａ４、ａ７、ａ８、Ｘの値は以下のようにな
る。

ａ３＝　１ ａ、＝　　　１、０５ ａ７＝　　　Ｏｚ　　１５ ａａ＝ｏ、　０５ Ｘ”１、９ このパラメータを用いて処理を行うと、アルミニウムを
ほとんど消去した水のみの画像が得られる。

上述のデータはテルル化カドミウムを使用して、Ｘ線ス
リットを用いて散乱線を極力除いた状態で測定を行った
。

以上、水とアルミニウムの分離について述べたが、対象
物体はＸ線の吸収係数が異なる物体であれば、応用する
ことが出来る。例えば、生体であれば骨、軟組織、造影
された血管、石灰化組織などの分離、その他であれば、
金属と樹脂の分離などに応用できる。

また、撮影に用いる半導体放射線センサは、シリコン、
ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、カドミ化テルル、ヨウ化
水銀などのスペクトル測定の出来るセンサが適している
。

発明の効果 本発明によれば、高エネルギーと低エネルギー領域に分
離した画像の対数変換画像を得、サブトラクション法を
使用して、物質の分離画像を得る際のビームハードニン
グ現象に伴う画像のコントラスト歪を、サブトラクショ
ン計算中に対数変換画像の値の高次の項を加えることに
より、歪を無くした最適な画像を得ることが可能となる
。

さらに、半導体をスペクトロスコピックに使用すること
により、１回のＸ線撮影により、高低両エネルギー画像
を同時に得ることが出来、動きのある撮影対象に対して
も有効な方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は対数変換画像中に含まれる高低エネルギー信号
成分を示す図、第２図は本発明の画像処理によるアルミ
ニウム信号成分を示す図、第３図は本発明の画像処理に
よるアルミニウム画像を示す図、第４図はＸ線の物質透
過モデルを示す図、第５図は水とアルミニウムの線減弱
係数を示す図、第６図はＸ線スペクトルを示す図、第７
図は実験に使用した水とアルミニウムのモデルを示す図
、第８図は従来の画像処理により得られたアルミニウム
信号成分を示す図、第９図は従来の画像処理によるアル
ミニウム画像を示す図である。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図 水１さ（Ｃ成） 第 図 水源さ （ｃｍ） 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体放射線検出器を用い、２つのディスクリミネー
   トレベルを設け、物体を透過したＸ線を２種類のエネル
   ギー帯に分割してＸ線光子計数を行うことによりＸ線画
   像を得、高いエネルギー帯における計数値により構成さ
   れた画像の対数変換画像をＳ（Ｈ）、低いエネルギー帯
   における計数値により構成された画像の対数変換画像を
   Ｓ（Ｌ）とし、前記Ｓ（Ｈ）、Ｓ（Ｌ）、およびその指
   数関数である｛Ｓ（Ｈ）｝＾ｘ、｛Ｓ（Ｌ）｝＾ｘのそ
   れぞれに係数を組み合わせて加算を行うことにより、物
   体を構成する材料の中特定の材料を選択的に抽出もしく
   は消去した画像を得ることを特徴とするエネルギー差分
   画像処理方法。