JPH0320107B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＸ線透過診断像をイメージ・インテン
シフアイアを介して光学像変換し、この光学像を
テレビジヨンカメラで撮像して得られるＸ線テレ
ビジヨン画像のコントラスト解像度の向上を図り
得るＸ線テレビジヨン画像のコントラスト補正装
置に関する。

近時、被検体（患者）をＸ線透視して得られる
Ｘ線透過診断像をイメージ・インテンシフアイア
を介して光学像変換し、この光学像をテレビジヨ
ンカメラで撮像してモニタテレビジヨンに映し出
して診断医療を行うイメージ・インテンシフアイ
ア法が注目されている。このイメージ・インテン
シフアイア間接撮影法によれば、診断画像１枚を
得るのに要する放射線量が少なくてよく、これ故
Ｘ線管負荷の軽減を図り、また小焦点撮影を可能
とする等の優れた特徴を有する。しかも、この小
焦点撮影によつて得られるイメージ・インテンシ
フアイア間接撮影像の解像度は、従来のＸ線フイ
ルムを用いたＸ線直接撮影像の解像度に匹敵し、
このＸ線直接撮影による診断医療の分野に至る幅
広い利用が図られるようになつている。

ところが、イメージ・インテンシフアイアに
は、それ個有の散乱線による画像コントラストの
低下と云う問題がある。

そこで従来、一般的にはイメージ・インテンシ
フアイアの入力螢光面にライトガイド効果を導入
したり、またその出力面にダークフエースプレー
トを設ける等して、構造、構成材料的に上述した
散乱線による悪影響を防止する工夫がなされてい
る。またイメージ・インテンシテイフアイアのＸ
線入射窓の材料をガラスからメタルに変更して、
コントラストの向上を図ることもなされている。
然し乍ら、このような工夫によつて得られるコン
トラスト比は高々17：１程度であり、Ｓ／Ｎ換算
しても約26dB程度である。これ故、高品位な画
像が得難かつた。

さて、イメージ・インテンシフアイアにおける
コントラストの低下は次のように解析される。第
１図はイメージ・インテンシフアイア１のコント
ラスト特性を測定する実験構成図で、２はＸ線
管、３はミクロホトメータ、４はこのミクロホト
メータ３によつて計測されたデータを記録する記
録計である。しかして、イメージ・インテンシフ
アイア１のＸ線入射面には、直径ｄなる鉛円板５
が設けられており、このＸ線入射面に対して前記
Ｘ線管２からＸ線絞り６を介してＸ線が入射され
るようになつている。

今、前記鉛円板５を設けないとき、イメージ・
インテンシフアイア１を介してミクロホトメータ
３によつて検出されるときの値をａ、また鉛円板
５を設けたときの検出値をｂとしたとき、そのコ
ントラスト比ｃは次のように定義される。

ｃ＝（ａ−ｂ）／ａ＝１−ｂ／ａ つまり、理想的にはイメージインテンシフアイ
ア１の鉛円板５を設けた位置におけるＸ線透過量
は零（０）、つまりｂ＝０のはずであるが、実際
にはｂ＞０となる。これは鉛円板５の周囲から入
射したＸ線のストレー光によるバツクグラウンド
の上昇に起因するものである。即ち、イメージ・
インテンシフアイア１のＸ線入射面の構造を、第
２図にモデル化して示すように、同入射面はフエ
ースプレート７上に螢光面８を形成した構造とな
つている。従つて、Ｘ線ビーム９が入射したと
き、これによつて螢光面８が発する光のうち、フ
エースプレート７の出力境界面にその臨界角以上
の角度で進行した光成分は全反射されて上記螢光
面８に再び戻る。そして、この螢光面８にて乱反
射し、ストレー光として信号光に加算されること
になる。この結果、上記コントラストの低下を招
く。このような散乱線によるコントラスト比低下
の現象は、第３図にＸ線管２の駆動電圧と、イメ
ージ・インテンシフアイア１の入射面のガラス構
造Ｇ、メタル構造Ｍをパラメータとして示すよう
に、例えば鉛円板５の径を10mm以下とした場合、
コントラスト比の変化を小さく抑えることができ
る。尚、第３図においてバツクグラウンド上昇
は、コントラスト比の逆数を示している。このこ
とから、近傍における散乱線の影響は小さく、10
mm以上離れた位置において、ストレー光の影響を
多く受けることが伺える。但し、この位置的関係
はフエースプレート７の組成や、その厚み等によ
つても変化する。

本発明は、このようなイメージ・インテンシフ
アイアを介して得られるＸ線テレビジヨン画像の
散乱線影響を除去して高コントラストの像を得る
ことを目的とするもので、イメージ・インテンシ
フアイアの入出射面の構成および構造的な改良に
よる散乱線防止とは別個に、画像信号処理による
散乱線補正を行い、Ｘ線診断画像のコントラスト
の向上を図り得るＸ線テレビジヨン画像のコント
ラスト補正装置を提供することにある。

本発明の概要は、画面の或る領域に着目した場
合、その領域の信号光に重畳するストレー光は上
記領域周辺から２次元的な拡がりを以つて混入し
たものと看做すことができ、従つて、これらのス
トレー光を推定し、上記領域の出力光から推定ス
トレー光を減算することによつて信号光を抽出す
るものであり、これによつて散乱線（ストレー
光）に対する補正を行つて上述した目的を効果的
に達成している。

特に画像を複数の小領域に分割し、各小領域毎
に重み付け処理して推定ストレー光を得、これら
を合成することによつて簡易に上述した散乱光補
正を行うようにしたものである。

以下、図面を参照して本発明の一実施例につき
説明する。

今、イメージ・インテンシフアイアを介して光
学像変換された診断画像の、ｍ×ｍ画素からなる
小領域に着目したとき、この小領域に散乱線（ス
トレー光）の影響を及ぼすその周囲の小領域が第
４図に示すようにＭ×Ｍの小領域ブロツクからな
るものとする。即ち、第４図中斜線で示す中心位
置の小領域から画像信号を取出すものとすると、
その画像信号中には同小領域に得られた信号光と
その周囲のＭ×Ｍの小領域からの散乱によるスト
レー光とが含まれる。従つて、これらのＭ×Ｍの
小領域の各信号を重み付け処理して、その総和を
求めることによつて、中心小領域のストレー光成
分を相殺すれば、ここに散乱線による悪影響を効
果的に補正することが可能となる。

ここで今、ｍ×ｍ画素からなる各小領域の画素
群の信号平均値をXl、ｋとし、各小領域に対応
して定められる重み係数をAl、ｋとした場合、
Ｍ×Ｍの小領域の各信号平均値を重み付け処理し
たのち合成した信号出力Ｙは、 Ｙ＝ 〓^l,k Al、ｋ・Xl、ｋ として示される。ここで今、散乱線影響のない理
想的条件での上記出力をYoとすると、その誤差
εは ε＝Ｙ−Yo＝ 〓^l,k Al、ｋ・Xl、ｋ−Yo として示される。そこで、この誤差の評価値Ｅを Ｅ＝Σε²＝Σ〔 〓^l,k Al、ｋ Xl、ｋ−Yo〕² として定義すると、この誤差評価値Ｅを最小とす
る条件は次のように与えられる。つまり、この場
合には、上記誤差評価値Ｅを重み係数Al、ｋに
ついて偏微分し、その偏微分値が零 ∂E／∂Al、ｋ＝０ となる条件を求めれば、全てのｌ、ｋに対して最
適解が与えられることになる。そして、上記偏微
分値は ∂E／∂Al、ｋ＝Σ2・Xl、ｋ・ε として示されることから、Al、ｋの補正変化量 △Al、ｋ＝α・∂E／∂Al、ｋ （但し、αは係数） を求め、 Al、k′＝Al、ｋ＋△Al、ｋ としてその係数を反復修正すれば、誤差を最小と
する最適な補正係数を得ることができる。従つ
て、このようなアルゴリズムに従つてＭ×Ｍの各
小領域に対する重み係数を求め、これらの重み係
数により各小領域の信号を重み付け処理して推定
ストレー光を求めて、中心位置の小領域の信号の
合成すれば、ここに効果的な散乱線影響の補正を
行うことが可能となる。

第５図は上述したアルゴリズムに従つて重み係
数を補正し、散乱線の影響を補正したＸ線テレビ
ジヨン画像を得る一実施例に係る補正回路の構成
を示すもので、ここではＭ×Ｍ（３×３）の小領
域を補正処理の対象とした例を示す。

マスク１１は、イメージ・インテンシフアイア
を介したＸ線テレビジヨン画像の、ｍ×ｍ画素か
らなる３×３の隣接した小領域を一単位として切
出すものである。このマスク１１によつて切出さ
れた各小領域の画像データに所定の重み付けを施
す複数の重み付け回路１２は、上記各小領域に対
応して設けられており、これらの重み付け回路１
２を介して重み付け処理された画像データは、加
算器１３に導びかれて合成加算されるようになつ
ている。

つまり、各小領域の平均化した画像データを
Xl、ｋ（ｌ、ｋ＝−１、０、１）とし、その処理
対象とする中心位置の小領域のデータをXo、ｏ
とした場合、重み付け回路１２にはそれぞれ上記
各小領域に対応して重み係数Al、ｋが与えられ
る。従つて、重み付け回路１２の各出力はXl、
ｋ・Al、ｋとなり、加算器１３の合成加算出力
Ｙとして Ｙ＝ 〓^l,k Xl、ｋ・Al、ｋ が得られることになる。

一方、この合成加算出力Ｙは比較器１４に導び
かれ、その理想値Yoと比較されて誤差εが求め
られている。上記理想値Yoは例えば外径寸法が
既知の鉛円板フアントムを用いて各小領域毎に求
められた理想条件下における信号から算出される
ものであり、マスク１１によつて切出される画像
ブロツク毎に定められる。そして、このようにし
て比較器１４により算出された誤差εの値は係数
設定器１５に与えられる。この係数設定器１５
は、例えば第６図に示すように、各小領域毎にそ
の平均値Xl、ｋと上記誤差値εとを入力し、こ
れらを乗算器１６にて乗算し、その乗算結果を積
分器１７にて積分して低域波（平均化）し、前
述した重み係数Al、ｋを得るものである。つま
り、予め与えた重み係数Al、ｋに従つて求めら
れた合成出力Ｙの誤差εに従つて、定数αをその
平均値に乗じて係数可変量△Al、ｋを算出し、
上記係数Al、ｋを修正している。そして、この
修正は前述したようなアルゴリズムにより、誤差
εが最小となるべく反復処理される。この場合、
所定回数の修正によつて誤差εが所定量以下にな
つたとき、上記修正を終了するようにしてもよ
い。

かくして、このようにして重み係数を設定した
のち、例えば補正処理対象とする中心位置の小領
域を構成するｍ×ｍなる全ての画素に亘つて、上
記設定された重み係数条件下で各画素毎にデータ
の補正処理すれば、これらの各画素データに含ま
れるストレー光成分を効果的に相殺し、そのコン
トラスト補正を行うことが可能となる。そして、
このｍ×ｍ画素に対するコントラスト補正が終了
したのちには処理対象とする小領域を１小領域単
位ずらして、その周辺の小領域の情報を得、同様
にコントラスト補正を行えばよい。従つて、Ｘ線
テレビジヨン画像に対するマスク１１の位置を順
次ずらし乍らコントラスト補正することによつ
て、上記Ｘ線テレビジヨン画像全域に亘つて効果
的なコントラスト補正を画像処理技術によつて行
うことが可能となる。

尚、ここでは評価関数として、誤差値εの２乗
平均を用いたが、ｎ乗平均や、絶対値平均、更に
はｎ乗ノルム等を利用することもできる。また小
領域に分割した１つの画像ブロツクに対する均一
性が仮定できるならば、画像全体に対して同一の
（Ｍ×Ｍ）の係数値Al、ｋを用いることができ
る。またイメージ・インテンシフアイアやＸ線の
特性等によつてシエーデイング感度や幾何学的差
がある場合には、マスク１１によつて切出される
画像ブロツク毎に重み係数Al、ｋを定めるよう
にすればよい。

以上のように本発明によれば、分割された小領
域における散乱線の影響の平均値を推定し、各々
の散乱性が補正対象とする小領域に及ぼす影響を
推定してこれを相殺処理してコントラスト補正す
るので、著しいコントラスト補正効果が得られ
る。特に従来のイメージ・インテンシフアイアの
入出力面の構造的改良による散乱線防止とは異な
るコントラスト補正効果が得られるので、従来の
散乱線防止技術と、本発明による散乱線補正処理
技術を併用することによつて、絶大なるコントラ
スト改善効果が奏せられる。また、上述したコン
トラスト補正処理は、画像処理技術としてハード
ウエア的に、或いはソフトウエア的に簡易に、且
つ高精度に実行することができる。従つて従来の
構造・構成的なコントラスト補正よりもはるかに
高いコントラスト改善効果を期待することがで
き、実用的利点が大である。

従つて、例えばＸ線シネ撮影や心臓、血管系の
Ｘ線撮影においては、造影剤の注入によりコント
ラストを高めることが行われるが、この場合にあ
つても冠状動脈血管系は微細構造である為、コン
トラストの低下が大きい。故にこのようなＸ線診
断に本方式を適用すれば、容易にそのコントラス
トを高めることができ、診断医療上の効果が絶大
である。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
ない。例えば画像ブロツクを構成する小領域の数
を更に増すこともできるし、小領域の大きさも適
宜変更することができる。また対象とする信号成
分のボケが問題となるときには、信号光に対する
画像ブロツクの平均化処理を中止するようにして
もよい。更には重み係数Al、ｋの修正アルゴリ
ズムも種々変形することができる。要するに本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実
施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はイメージ・インテンシフアイアのＸ線
散乱線を測定する為の実験ブロツク図、第２図は
Ｘ線散乱のメカニズムを模式的に示す図、第３図
はコントラスト比の変化特性を示す図、第４図は
本発明方式のコントラスト補正処理の概要を説明
する為の分割された小領域を示す図、第５図は本
発明の一実施例に係るコントラスト補正回路の構
成図、第６図は係数設定器の一部構成図である。 １１……マスク、１２……重み付け回路、１３
……加算器、１４……比較器、１５……係数設定
器、１６……乗算器、１７……積分器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｘ線透過診断像をイメージ・インテンシフア
   イアを介して光学像に変換し、この光学像をテレ
   ビジヨンカメラにて撮像してＸ線テレビジヨン画
   像を求める手段と、 このＸ線テレビジヨン画像を複数の小領域に分
   割して各小領域毎の画像信号をそれぞれ求める手
   段と、 これらの各小領域から求められる画像信号毎に
   それぞれ係数を乗じた後、こらの係数処理された
   前記各小領域の画像信号の総和値を求める手段
   と、 予め所定の条件下で求められた前記各小領域の
   画像信号の総和値と、前記イメージ・インテンシ
   フアイアでの散乱線の影響のない画像信号として
   設定された理想値とから誤差評価値を求め、この
   誤差評価値が最小となるように前記各小領域に対
   する係数を繰り返し修正する手段と、 前記誤差評価値が最小化されたときの係数を用
   いて求められる前記各小領域の画像信号の総和値
   を、散乱線の影響を軽減した特定の小領域の画像
   信号として出力する手段と を具備したことを特徴とするＸ線テレビジヨン画
   像のコントラスト補正装置。 ２ 各小領域の画像信号は、小領域内での画素信
   号を平均化処理したものとして求められることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＸ線テレ
   ビジヨン画像のコントラスト補正装置。 ３ 小領域内での画素信号の平均化処理は、信号
   光を含まない小領域に対してのみ実行されるもの
   である特許請求の範囲第２項記載のＸ線テレビジ
   ヨン画像のコントラスト補正装置。