JPH0242347A - コンピュータ化されたダイナミックトモグラフシステム - Google Patents

コンピュータ化されたダイナミックトモグラフシステム

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JPH0242347A
JPH0242347A JP1073720A JP7372089A JPH0242347A JP H0242347 A JPH0242347 A JP H0242347A JP 1073720 A JP1073720 A JP 1073720A JP 7372089 A JP7372089 A JP 7372089A JP H0242347 A JPH0242347 A JP H0242347A
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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］ 本発明は、ダイナミックトモグラフおよびコンピユータ
化されたトモグラフに関する。
［従来技術］ 対象物の内部構造に関する正確で詳細な可視情報は、種
々の適用において非常に重要である。例エバ医療ノ実践
において、内部組織または骨の可視検前は多数の疾患を
適切に診断し、もしくは手術の準備をするために必要で
ある。Ｘ線検査のような非侵入技術は、このような可視
情報を得る手段だけを提供することが多い。その他の例
として、製造された製品の品質制御分析が内部部品の検
査を必要とする。
対象物を開かずに対象物の内部構造に関する可視情報を
得るために複数の技術が使用されている。
−船釣にＸ線またはガンマ線のような浸透放射線か対象
に向けられ、対象物を通って透過される放射線が放射線
フィルム上に、もしくはシンチレーション結晶を使用し
た電子放射線検出器により記録される。ＣＴ　（Ｃｏ［
Ｉｐｕｔｃｄ　Ｔ　ｏｍｏｇｒａｐｈｙ　）というある
既知の技術によると、放射線源は放射線検出器の行に関
して回転可能に設けられ、対象物はそれらの間に位置さ
れる。次ぎに放射線源は、複数の角度からの放射線に対
象物のセクションを露出するように回転され、放射線検
出器による放射線測定がコンピュータによって処理され
、対象物の露出セクションの内部構造を表す２次元“ス
ライス０が生成される。
対象物の各セクションに単一のスライスというこの限定
のために、例えば対象の３次元内部画像を生成する場合
に１つ以上のスライスが必要になったときにいくつかの
問題が発生する。第１に、対象物は各スライスの“厚さ
”および放射線源を回転するために必要な時間量に対応
してディスクリートな時間間隔でディスクリートな距離
を移動されなければならないため、回転している放射線
源と共同して対象物を移動するためには複雑で高価な機
械的システムを必要とする。第２には、対象物は各付加
的スライスのために付加的放射線に露出されなければな
らず、その結果所望されるスライスの数に比例して放射
線量が増加する。さらに工程を完了するために必要な時
間量が各スライスによって延長される。
“ダイナミックトモグラフ”　（例えばリチャードによ
る米国特許第４１６７８７２４明細書参照）という別の
既知の技術によると、対象物の１組のラジオグラフは複
数の角度からの放射線に対象物を露出し、放射線フィル
ムの個別の部分に各露出を記録することによって生成さ
れる。ラジオグラフの組は観察用のスタック上に重ねら
れ、整列をシフトすることによって各フィルムの平面に
平行な任意の画像平面の可視焦点を生じることができる
。
この技術は、対象物の内部構造全体が少数のラジオグラ
フ（こよって表示されることができるので上記のコンピ
ユータ化されたトモグラフによって単一スライスの問題
を解決する。しかしながらいくつかの別の問題が発生す
る。第１に複雑な機械的観察システムが適切な整列を達
成し、一方でラジオグラフのスタックをシフトするため
に必要である。第２に整列の正確さが機械的観察システ
ムおよびフィルム自体の物理的素子の制限によって限定
される。第３に画像の増強および操作はラジオグラフの
スタックにより可能ではない。さらに各フィルムの平面
に平行でない画像平面は、機械的手段によって適切に表
示されることができない。
［発明の解決すべき課題］ 本発明の目的は、対象物の少数のラジオグラフ画像から
任意の所望の角度に対して対象物の任意の画像平面また
は一連の画像平面を表示することができるコンピユータ
化されたダイナミックトモグラフシステムを提供するこ
とである。
［課題解決のための手段］ 本発明においては、放射線源はプラットフォーム装置上
で対象物の複数の部分的回転で浸透放射線に対象物を露
出する。個別の放射線フィルムが各部分的回転で透過放
射線を記録し、各フィルムはビデオカメラによってデジ
タル化される。その後デジタル画像はオペレータの最小
限の人的補助を受けて各画像を登録するコンピュータに
供給される。
オペレータは観察に望ましい１つまたは一連のレベルを
選択し、コンピュータか対象物の内部構造の選択された
画像を生成するためにデジタル画像の画素値を移動して
選択的に組合せる。画像の相互強化および操作が行われ
、画像の圧縮が本発明のメモリ要求を最小にするように
実行される。
［実施例］ 第１図を参照すると、本発明のシステムの１実施例が示
されている。検査される対象物ｌＯが回転プレート３０
およびフィルムカセット４０を含むプラットフォーム装
置２０上に配置される。回転プレート３０は、Ｘ線のよ
うな浸透放射線に対して透過性の低密度の物質から成り
、対象物ＩＯの複数の部分的回転を行なうために既知の
機械的手段によって回転ぐれることができる。この実施
例において、８個の部分的回転が最適であるが、別の回
転数も可能である。それぞれの部分的回転で、対象物ｌ
Ｏは放射線源５０の光軸を４５＠と９０°の間の角度で
回転プレート３０の中心と交差させるように支持部材（
図示されていない）上に位置された放射線源５゜からの
浸透放射線に露出される。
高密度の物質から成る２つの円形ディスク８０および７
０は基準マーカーとして機能し、回転プレート３０とフ
ィルムカセット４ｏとの間のプラットフォーム装置中２
０に設けられている◎それらはその中心が正三角形のベ
ース点を構成するように位置され、頂点は回転プレート
３０の中心である。ラジオグラフフィルム８０の個別の
シートは、回転プレート３０の各部分的回転の前にフィ
ルムカセット４ｏ中に挿入され、ラジオグラフフィルム
８０の各シートが異なる角度的配置で対象物１０の全ラ
ジオグラフ画像を記録するように放射線［５０による露
出の後に除去される。
現像された後、ラジオグラフフィルム８ｏの各シトはビ
デオカメラ９０の光軸に関して垂直にビデオカメラ９０
の前に設置され、フィルム８ｏの長袖がビデオカメラ画
像の長軸に平行であるように位置される。ビデオカメラ
のレンズとフィルム平面の間の距離は各フィルム８０に
対して一定に保たれ、ビデオカメラ９０の焦点平面はフ
ィルム８０にできるだけ近付くように調節される。選択
された領域の中心に対象ｌＯの影画像および基準マーカ
ーを含む各フィルム８０の選択された領域がデジタル化
される。すなわち電子信号がインターフェイスユニット
１１０を通ってコンピュータ１００に供給される。
ビデオカメラ９０によって供給された信号は、各フィル
ム８０上の選択された領域の各画素・に対して２５６レ
ベルグレースケールで強度値を表す２進信号を含む。画
素値はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１２０または
全体メモリ１３０の中に各デジタルフィルム画像用の個
別の２次元バイトアレイで蓄積される。２次元バイトア
レイは第１のディメンションがＸ座標軸に対応し、第２
のディメンションがｙ座標軸に対応する。
各フィルム８０のディメンションは放射線ｒｉ、５ｏ中
の連続フィルムおよび固定した関係に対して適切に再生
成されることができないため、フィルム８゜およびビデ
オカメラ９０は維持されることができず、回転および移
動のエラーが各デジタル画像に現れる。このようなエラ
ーを修正するために、各デジタル画像は画像上に含まれ
る情報を使用して登録されなければならない。第１図お
よび第２Ａ図を参照すると、各デジタル画像は表示モニ
タ１４０上に表示され、オペレータが各基準マーカー２
００および２１０内の点を示すためにキーボード１５０
またハマウス装置１８０を使用する。次ぎにコンピュー
タ１００が以下の方法を採用するプログラムにしたがっ
て各基準マーカー２００および２１０の適切な中心を決
定する。第２Ａ図、第２Ｂ図および第２Ｃ図を参照する
と、第１の画素強度の差はｙ軸およびｙ軸に沿って計算
され、各基準マーカー２００および２１０内の示された
点から放射状に広がっている。その計算は、直接境界を
接している画素間の差の絶対値の距離の重み付けされた
平均を発見することによって達成される。各基準マーカ
ー２００および２１０のエツジ上に存在する点は、示さ
れた点の各側に対するｙ軸およびｙ軸に沿った最大の第
１の差の位置のＸおよびｙ座標を発見することによって
位置される。基準マーカー２００および２１０の中心の
座標は、各基準マーカー２００および２１０に対する平
均Ｘエツジ座標値および平均ｙエツジ座標値を計算する
ことによって決定される。
第３図を参照すると、各デジタル画像の回転のエラー角
度は以下の式にしたがって決定される。
角度エラー−９０，０−基準角度− ｔａｎ　’　（（ｘｉ−ｘ２）／（ｙ２−ｙｌ））ここ
でｘｉ、　ｙｌは一方の基準マーカー２００の中心の座
標値であり、ｘ２．　ｙ２は他方の基準マーカー２１０
の中心の座標値であり、基準角度は基準マーカ２００お
よび２１０の中心を通過するラインのフィルムカセット
４０の長袖に関する角度である。各デジタル画像の回転
の中心のエラーは以下の式にしたがって決定される。
ｄｉ−３ＱＲＴ（ＳＱＲ（Ｘ２−Ｘｉ）　＋５ＱＲ（Ｙ
２−Ｙｌ））＊半径比 角度１−基準角度１＋角度エラー Ｘ中心−ｘｌ＋ｄｌ＊ｓｌＮ　（角度１−９０．０）ｙ
中心−ｙｌ　＋　ｄｌ＊ｃＯ８（角度１−９０．０）こ
こで、半径比は一方の基準マーカー２００と回転プレー
ト３０の中心との間の距離に対する基準マーカー２００
および２１０の中心間の距離の比率であり、その他の種
々の値は全て上記の通りである。
回転の角度的エラーおよび回転の中心におけるエラーは
、画像を変換し回転する以下の方法にしたがって各デジ
タル画像の登録を調節するために使用される。各画素に
対する新しい組の座標（ｘ’　＊　　ｙ’　）が以下の
ように計算される。
ｙｌ−−Ｃｙ−ｙｃ’　＋ｄ＊５ＩＮ（角度））＊５Ｉ
Ｎ（角度）＋Ｈｘｃ’　−ｘｃ ｙ２−　Ｃｙ−ｙｃ’　＋ｄ＊５ＩＮ（角度））＊Ｃ０
８（角度）＋２＊ｘｃ’　−３’ｅ ｘｌ＝　Ｃｙ−ｙｃ、’　＋ｄ＊Ｃ０８（角度））＊Ｃ
０８（角度）ｘ２＝　（ｘ−ｘｃ’　＋ｄ＊Ｃ０３（角
度））１：５ＩＮ（角度）Ｘ′厘ｘ！＋ｙ＋ ｙ’　　＝ｘ２＋ｙ２ ここでＸ＋Ｙは存在している画素の座標であり、。
ＸＣ，ｙ８は存在している画像の回転の中心の座標であ
り、ｘｃ’　、　ｙｃ’　は新しい画像の回転の中心の
座標であり、“ｄ”は新しい画像の長軸に沿った所望の
移□動であり、“角度”は新しい画像の軸の長軸を既存
の画像の長軸に整列するために必要な回転を示す。
第４図を参照すると、既存の画像の回転または変換ノた
めに、既存の画素はサブビクセルレベルで位置を再設定
される必要がある。このような位置は単一の画素によっ
て表すことができないため、４個の直接的に隣接した画
素が以下の式にしたがって重み付けされた平均値を割当
てる。
画素−（画像［ｘｌ、　ｙｔｌネＷＲｔｗｂ　子画像［
ｘｒ、　ｙｔ］　＊ＷＩ　ｔｗｂ　＋画像［ｘｌ、　ｙ
ｂコ＊Ｗｒ　＊ｗｔ　＋画像［ｘｒ、　ｙｂ］　＊ＷＩ
　＊ｗｔ　）　／ｎここにおいて、 ｘｉ−ｘ’　の整数部分、 ｙｔ−ｙ’の整数部分、 ｘｒ−ｘｌ＋１ ｙｂ−ｙｔ＋１ Ｖｌ−最大画素値）ＩｃＸ’の小数部分、ｖｒ−最大画
素値−Ｗｌ、 ｖｔ−最大画素値＊ｙ′の小数部分、 ｗｂ−最大画素値−ｖｔ。
ｎ　−３ＱＲ（最大画素値） 各デジタル画像が登録された後、全体メモリ１３０の中
に蓄積される。オペレータはキーボード１５０またはマ
ウス装置１６０により以下の機能を任意に限定すること
によって相互強化するために画像を呼出してもよい：コ
ントラスト強化、プロフィールウェッジ修正、重要な領
域の選択、ヒストグラム修正、エツジ強化および疑似カ
ラー。既知の画像処理技術がこれらの機能に対して使用
されるが、ここでは詳細に説明しない。
オペレータは、対象物のレベルまたは一連のレベルに対
応した移動を、すなわち観察に望ましい画像平面を選択
する。例えば、オペレータは、対象物を通過する途中の
単一のレベルを選択することができる。さらに別の例に
おいて、オペレータは対象物の全てのレベルを選択する
ことができ、各レベルの深度は１画素である。
選択された移動は、“ｄ”に対する値として上記の回転
および変換式に使用される。各登録画像は上記の式にし
たがって回転および変換され、その後以下の式にしたが
って選択された画像を形成するために画像が一度に結合
される。
ＣＰ−ＣＰ＋ＣＰ＊（（（ＩＰ＋ＭＰ）／２）−ＭＰ）
／ＭＰここでＣＰは選択されたレベル画像中の画素値で
あり、ＩＰは登録画像中の画素値であり、ＭＰは最大画
素値である。
フィルム画像に平行でない画像平面は、新たに選択され
た画像平面の方位配置にしたがって連続レベルから画素
を抽出することによって選択されることができる。例え
ば、フィルムの平面に垂直な画像平面は、重要な領域を
カバーする一連のレベルを選択し、値の低い順に各連続
レベルにおける同一の行から画素を抽出することによっ
て形成される。説明すると、第１のレベルの１０番目の
行の中の画素か最初に抽出される。第２のレベルの１０
番目の行の中の画素が次に抽出され、第１のレベルの画
素の行に隣接して位置される。次に、第３のレベルの１
０番目の行の中の画素が次に抽出され、第２のレベルの
画素の行に隣接して位置される。この処理は、垂直画像
平面が完成されるまで反復される。
第１図を再び参照すると、選択された画像は表示モニタ
１４０に表示され、オペレータは上記に論じたように表
示された画像を互いに強化することができる。オペレー
タはまたカラービデオベーパーコピア１７０上のプリン
トされた、もしくは全体メモリ１３０において磁気テー
プ１８０またはビデオカセット１９０に蓄積された画像
を入手することができる。
メモリスペースを保持するために、画像は全体メモリ１
３０への蓄積の前に圧縮され、表示のために選択された
画像を形成するときのような必要な場合に回復される。
画像は以下のように圧縮される。全ての有用な画像を含
む選択された境界の外側の画素値だけでなく、所定のし
きい値より下の画素値は全てゼロに設定される。残りの
画素に対しては、画像の第１の行および第１の列から始
まり、同一の値を有する隣接した画素は全てカウントさ
れグループとして扱われる。グループが１つまたは２つ
の同一の値の隣接した画素を含んでいる場合には、各画
素の値は分離したバイトで蓄積される。グループが３乃
至２５５個の同一値の隣接シタ画素を有する場合には、
１２ｇがグループ値に加算サレ単一バイトで蓄積され、
グループにおける画素の番号が次のバイトに蓄積される
０グループか２５５個より多くの画素を含でいる場合に
は、全ての画素が蓄積されるまで２５５画素の各サブグ
ループが前のグループのように蓄積される。圧縮処理は
画像を回復するために反転される。
上記に示された実施例は本発明の詳細な説明するもので
あり、その他の実施例は本発明の技術的範囲を逸脱する
ことなく実現されることができることは理解されるべき
である。対象物に浸透し収集媒体に記録されることがで
きるガンマ線または電磁放射線のようなその他の任意の
エネルギ形態が本発明の原理にしたがって使用されても
よい。
さらに実時間画像は、フィルム以イの収集媒体を使用し
て電子信号に対象物の放射線情報を変換することにより
表示される。例えば、蛍光スクリーンは、ビデオカメラ
によって電子信号に変換される可視情報に対象の放射線
情報を変換するために使用される。その後、電子信号は
収集媒体としてフィルムを使用する実施例を参照して上
記に示された方法と同様に、デジタル化され、移動され
、組合わされて表示される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例の概略図である。 第２Ａ図は基準マーカーの中心を設置する本発明の方法
を示すグラフである。 第２Ｂ図および第２Ｃ図は、基準マーカー内に示された
点から生じるＸおよびｙ軸に沿った第１の差の値を示す
グラフである。 第３図は回転のエラーを示すグラフである。 第４図は重み付された平均画素値の割当てを示すグラフ
である。 ｌＯ・・・対象物、２０・・・プラットフォーム装置、
３０・・・回転プレート、４０・・・フィルムカセット
、５０・・・放射線源、６０．７０・・・円形ディスク
、８０・・・ラジオグラフフィルム、９０・・・ビデオ
カメラ、■００・・・コンピュータ、１１０・・・イン
ターフェイスユニット、１２０・・・ＲＡＭ５１３０・
・・全体メモリ、１４０・・・表示モニタ、１５０・・
・キーボード、１６０・・・マウス装置、２００゜２１
０・・・基準マーカー 出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦 ＦＩＧ。 ｌ

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）対象物の内部構造を表す方法において、複数の角
    度から浸透放射線に前記対象物を露出し、 前記各露出に対する個別の放射線画像を獲得し、コンピ
    ュータに前記放射線画像の画素値を供給するために前記
    画像をそれぞれデジタル化し、別の画素値に関して選択
    された画素値を移動し、前記対象物の内部構造の１つ以
    上の選択された画像を表示するために前記選択的に移動
    された画素値を組合わせるステップを含む方法。
  2. （２）前記各放射線画像上に１つ以上の基準マーカー画
    像を記録し、 前記基準マーカー画像のそれぞれの中心の位置を定め、 前記基準マーカー画像中心の２つだけから回転のエラー
    を決定し、 前記回転のエラーに対して調節することによって前記デ
    ジタル化された画像のそれぞれを登録するステップを含
    む請求項１記載の方法。
  3. （３）前記登録ステップは前記画素値の回転を含む請求
    項２記載の方法。
  4. （４）前記登録ステップは前記画素値の変換を含む請求
    項２記載の方法。
  5. （５）画素が再度設置される必要があるサブピクセルの
    位置に直接隣接した４つの画素に重み付けされた画素値
    を割当てるステップを含む請求項１記載の方法。
  6. （６）前記放射線画像の画像平面に平行でない画像平面
    を表示するために連続的なレベルから画素を抽出するス
    テップを含む請求項１記載の方法。
  7. （７）浸透放射線への前記各露出の前に前記対象を部分
    的に回転するステップを含む請求項１記載の方法。
  8. （８）対象物の多数の内部画像を表示する方法において
    、 前記複数の放射線画像のそれぞれに対して個別のデジタ
    ル画像を提供するために前記対象物の複数の放射線画像
    をデジタル化し、 前記各デジタル画像を移動し、 一連の画像を提供するために選択された間隔で前記移動
    された画像を組合せるステップを含む方法。
  9. （９）対象物の内部構造を表す方法において、部分的回
    転で対象物を回転し、 各部分的回転で浸透放射線に前記対象物を露出し、 各部分的回転で個別の放射線画像として前記対象を通っ
    て透過された放射線を記録し、 複数のデジタル画像を生成するために前記各放射線画像
    をデジタル化し、 前記デジタル画像を移動し、 前記対象物の内部構造の多数の画像を提供するために選
    択された間隔で前記移動された画像を組合せるステップ
    を含む方法。
  10. （１０）前記多数の画像を蓄積するステップを含む請求
    項９記載の方法。
  11. （１１）前記蓄積ステップの前に前記多数の画像を圧縮
    するステップを含む請求項１０記載の方法。
  12. （１２）任意の前記デジタル画像のコントラストを相互
    作用的に強化するステップを含む請求項９記載の方法。
  13. （１３）任意の前記デジタル画像のエッジを相互作用的
    に強化するステップを含む請求項９記載の方法。
  14. （１４）前記多数の画像の任意のものに疑似カラーを相
    互作用的に供給するステップを含む請求項９記載の方法
    。
  15. （１５）対象物の内部構造を表す装置において、浸透放
    射線を生成することができる放射線源と、前記放射線源
    に角度的関係で位置され、回転プレートおよび前記回転
    プレート上に回転可能に設けられた回転フィルムカセッ
    ト含むプラットフォーム装置と、 前記フィルムカセットからのデジタル化された放射線フ
    ィルムに適合されたビデオカメラと、前記プラットフォ
    ーム装置上で放射線に露出された対象物のデジタル画像
    を表す電子信号を受信するように前記ビデオカメラに接
    続されたコンピュータと、 前記対象物の内部画像を表す電子信号を受信するように
    前記コンピュータに接続された表示モニタとを含む装置
    。
  16. （１６）前記対象物の選択された内部画像を表示する命
    令を表す電子信号を送信および受信するために前記コン
    ピュータに接続されたキーボードを含む請求項１５記載
    の装置。
  17. （１７）前記電子信号を蓄積するメモリ装置を含む請求
    項１５記載の装置。
  18. （１８）対象物の内部構造を表す装置において、浸透放
    射線に前記対象物を露出する手段と、複数の角度のそれ
    ぞれで前記対象物を透過した放射線を変換し、前記露出
    段に関して角度的に関連して設置されている変換手段と
    、 前記変換された情報をデジタル化し、前記変換された情
    報を受信するように位置されているデジタル化手段と、 前記対象物の内部構造の選択された画像を供給するため
    に前記デジタル画像を移動して組合せ、前記デジタル化
    された情報を表す電子信号を受信するように前記デジタ
    ル化手段に接続されている移動および組合わせ手段と、 前記選択された画像を表示し、前記選択された画像を表
    す電子信号を受信するように前記移動および組合わせ手
    段に接続されている表示手段とを含む装置。
  19. （１９）前記選択された画像が実時間で表示される請求
    項１８記載の装置。
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