CN111163698A - 图像处理设备、图像处理方法以及程序 - Google Patents

图像处理设备、图像处理方法以及程序 Download PDF

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Abstract

一种图像处理设备，包括：取得单元，从通过向被检体发射放射线而获得的多个图像取得低能量信息和高能量信息；计算单元，根据低能量信息和高能量信息计算有效原子数和面密度；以及生成单元，基于有效原子数和面密度生成具有颜色信息的图像。

Description

图像处理设备、图像处理方法以及程序
技术领域
本发明涉及图像处理装置、图像处理方法以及程序。
背景技术
作为用于使用诸如X射线之类的放射线进行医疗图像诊断和无损检查的成像装置，使用由半导体材料制成的平板检测器(以下简称为FPD)的放射线成像装置变得受欢迎。使用FPD的成像方法的一个示例是能量减影(energy subtraction)。在能量减影中，例如，通过以不同的管电压多次发射放射线来取得使用具有互不相同的能量级别的放射线形成的多个图像。例如，通过对图像执行计算，可以执行用于将被检体的图像划分为骨骼图像和软组织图像的处理。PTL1提出了通过执行用于改变图像信号的频率特性的图像处理来减小骨骼图像和软组织图像的噪声的技术。
引文列表
专利文献
PTL1：日本专利公开No.8-76302
发明内容
技术问题
当使用FPD执行导管外科手术等时，执行荧光放射线照相。在荧光放射线照相中，低剂量放射线被用于减小暴露剂量，然而，如果放射线的剂量被减小，那么放射线的量子噪声增大，并且从被检体的图像划分出的图像的噪声增大。PTL 1中所描述的技术没有提及噪声的减小，并且需要针对这个问题采取各种措施。本发明提供了用于改善使用处于多个能量级别的放射线生成的图像的质量的技术。
问题的解决方案
鉴于上述问题，提供了一种图像处理装置，其特征在于，包括：取得部件，用于从通过朝着被检体发射放射线而获得的多个图像取得低能量信息和高能量信息；计算部件，用于根据低能量信息和高能量信息计算有效原子数和面密度；以及生成部件，用于基于有效原子数和面密度生成包括颜色信息的图像。
本发明的有利效果
利用上述部件，使用处于多个能量级别的放射线生成的图像的质量得以改善。
通过以下参考附图给出的描述，本发明的其它特征和优点将变得清楚。注意的是，在附图中，相同或相似的配置由相同的附图标记表示。
附图说明
附图包括在说明书中、构成说明书的一部分、示出了本发明的实施例，并与实施例的描述结合用于说明本发明的原理。
图1是示出每个实施例的放射线成像***的配置的示例的图。
图2是示出每个实施例的像素的配置的示例的图。
图3是示出每个实施例的帧操作的图。
图4是示出每个实施例的控制装置的一些操作的图。
图5是示出第一实施例的控制装置的一些操作的图。
图6是示出第一实施例的控制装置的一些操作的图。
图7是示出第一实施例的控制装置的一些操作的图。
图8是示出第二实施例的控制装置的一些操作的图。
图9是示出第二实施例的控制装置的一些操作的图。
图10是示出第二实施例的控制装置的一些操作的图。
具体实施方式
以下参考附图描述本发明的实施例。在各个实施例中，相似的元件用相同的附图标记表示，并且省略其冗余的描述。可以适当地改变或组合实施例。在下面的描述中，放射线包括α射线、β射线、γ射线等，它们是由通过放射性衰变发射的粒子(包括光子)形成的束，以及诸如X射线、粒子束和宇宙射线之类的具有基本等同或较高能量级别的束。
第一实施例
图1示出了根据本实施例的放射线成像***的框图。放射线成像***例如用于诸如在医疗诊断中执行的一般图像捕获之类的静态图像捕获，以及诸如荧光放射线照相之类的移动图像捕获。放射线成像***由放射线生成装置101、放射线生成控制装置102、控制装置103和放射线成像装置104构成。
放射线生成控制装置102控制放射线生成装置101朝着放射线成像装置104发射放射线。放射线成像装置104由将放射线转换成可见光的闪烁体105和检测可见光的二维检测器106构成。二维检测器106是检测放射线量子的像素P被布置在由X列和Y行构成的阵列中并且输出图像信息的传感器。
控制装置103控制放射线成像***中的其它装置。此外，如稍后详细描述的，控制装置103执行用于基于通过朝着同一被检体发射处于不同能量级别的放射线而获得的多个图像来生成移动图像的图像处理。因此，控制装置103还用作图像处理装置。可替代地，控制装置103的与图像处理有关的功能也可以被实现为分离图像处理装置。例如，还可以采用以下配置：通过控制装置103取得的图像经由医疗PACS被传送到分离图像处理装置，并且在通过该图像处理装置执行能量减影处理之后显示图像。
控制装置103是包括处理器107和存储器108的计算机。处理器107例如由CPU构成，并且存储器108例如由ROM和RAM构成。由于处理器107执行被读入到存储器108中的程序而执行由控制装置103执行的处理。可替代地，由控制装置103执行的处理也可以由诸如ASIC或FPGA之类的专用电路执行。
输入装置109和显示装置110连接到控制装置103。输入装置109是用于接受来自放射线成像***的用户的输入的装置，并且例如由键盘、鼠标、触摸板等构成。显示装置110是用于向放射线成像***的用户显示信息的装置，并且例如由显示器等构成。输入装置109和显示装置110可以被一起配置为触摸屏。
图2示出了图1中所示的像素P的等效电路示意图。像素P包括光电转换元件201和输出电路单元202。光电转换元件201通常可以是光电二极管。输出电路单元202包括放大器电路单元204、钳位电路单元206、采样保持电路单元207和选择电路单元208。
光电转换元件201包括电荷存储单元。电荷存储单元连接到放大器电路单元204的MOS晶体管204a的栅极。MOS晶体管204a的源极经由MOS晶体管204b连接到电流源204c。MOS晶体管204a和电流源204c构成源极跟随器电路。MOS晶体管204b是使能开关，当供应到MOS晶体管204b的栅极的使能信号EN被改变为有效电平时，该使能开关接通以使源极跟随器电路进入操作状态。
在图2所示的示例中，光电转换元件201的电荷存储单元和MOS晶体管204a的栅极构成共用节点。这个节点用作将存储在电荷存储单元中的电荷转换成电压的电荷电压转换单元。即，由电荷存储单元中存储的电荷Q和电荷电压转换单元的电容值C确定的电压V(＝Q/C)出现在电荷电压转换单元中。电荷电压转换单元经由复位开关203连接到复位电位Vres。当复位信号PRES被改变为有效电平时，复位开关203被接通并且电荷电压转换单元的电位被复位为复位电位Vres。
钳位电路单元206通过使用钳位电容器206a对根据电荷电压转换单元的复位电位的由放大器电路单元204输出的噪声执行钳位。即，钳位电路单元206是用于从根据通过光电转换元件201中的光电转换生成的电荷而从源极跟随器电路输出的信号中消除这个噪声的电路。这个噪声包括复位时的kTC噪声。通过经由将钳位信号PCL改变为有效电平来接通MOS晶体管206b，然后经由将钳位信号PCL改变为非有效电平来关断MOS晶体管206b来执行钳位。钳位电容器206a的输出侧连接到MOS晶体管206c的栅极。MOS晶体管206c的源极经由MOS晶体管206d连接到电流源206e。MOS晶体管206c和电流源206e构成源极跟随器电路。MOS晶体管206d是使能开关，当供应到MOS晶体管206d的栅极的使能信号EN0被改变为有效电平时，该使能开关接通以使源极跟随器电路进入操作状态。
由于光信号采样信号TS被改变为有效电平，根据通过光电转换元件201中的光电转换生成的电荷而从钳位电路单元206输出的信号作为光信号经由开关207Sa被写入电容器207Sb。当在电荷电压转换单元的电位被复位之后立即接通MOS晶体管206b时，从钳位电路单元206输出的信号是钳位电压。由于噪声采样信号TN被改变为有效电平，这个噪声信号经由开关207Na被写入电容器207Nb。这个噪声信号包括钳位电路单元206的偏移分量。开关207Sa和电容器207Sb构成信号采样保持电路207S，并且开关207Na和电容器207Nb构成噪声采样保持电路207N。采样保持电路单元207包括信号采样保持电路207S和噪声采样保持电路207N。
当驱动电路单元将行选择信号驱动至有效电平时，由电容器207Sb保持的信号(光信号)经由MOS晶体管208Sa和行选择开关208Sb被输出到信号线21S。同时，由电容器207Nb保持的信号(噪声)经由MOS晶体管208Na和行选择开关208Nb被输出到信号线21N。MOS晶体管208Sa与设置在信号线21S上的恒定电流源(未示出)一起构成源极跟随器电路。同样，MOS晶体管208Na与设置在信号线21N上的恒定电流源(未示出)一起构成源极跟随器电路。信号线21S和信号线21N将共同被称为信号线21。MOS晶体管208Sa和行选择开关208Sb构成信号选择电路单元208S，并且MOS晶体管208Na和行选择开关208Nb构成噪声选择电路单元208N。选择电路单元208包括信号选择电路单元208S和噪声选择电路单元208N。
像素P还可以包括将彼此相邻的多个像素P的光信号相加的相加开关209S。在相加模式下，相加模式信号ADD被改变为有效电平，并且相加开关209S被接通。因此，相邻像素P的电容器207Sb经由相加开关209S彼此连接，并且光信号被求平均。同样，像素P还可以包括将彼此相邻的多个像素P的噪声相加的相加开关209N。当相加开关209N被接通时，相邻像素P的电容器207Nb经由相加开关209N彼此连接，并且噪声被求平均。相加单元209包括相加开关209S和相加开关209N。
像素P还可以包括用于改变灵敏度的灵敏度改变单元205。例如，像素P可以包括第一灵敏度改变开关205a、第二灵敏度改变开关205'a以及伴随这些开关的电路元件。当第一改变信号WIDE被改变为有效电平时，第一灵敏度改变开关205a被接通，并且第一附加电容器205b的电容值被加到电荷电压转换单元的电容值。因此，像素P的灵敏度被降低。当第二改变信号WIDE2被改变为有效电平时，第二灵敏度改变开关205'a被接通，并且第二附加电容器205'b的电容值被加到电荷电压转换单元的电容值。因此，像素P1的灵敏度被进一步降低。如果如上所述添加了用于降低像素P的灵敏度的功能，那么可以接收较大量的光，并且动态范围被加宽。如果第一改变信号WIDE被改变为有效电平，那么也可以通过将使能信号ENW改变为有效电平来使得MOS晶体管204'a代替MOS晶体管204a执行源极跟随器操作。MOS晶体管204'a经由MOS晶体管204'b连接到钳位电容器206a。
放射线成像装置104读取上述像素P的输出、使用AD转换器(未示出)将输出转换成数字值，并且然后将图像传送到控制装置103。在放射线成像***捕获移动图像的情况下，图像作为帧从放射线成像装置104被周期性地传送到控制装置103。即，移动图像从放射线成像装置104被传送到控制装置103。在本实施例中，移动图像是指按时间顺序的图像。
将参考图3描述用于在本实施例的放射线成像***中执行能量减影的驱动定时。“放射线”示出朝着放射线成像装置104发射的放射线的剂量。“同步信号”是由控制装置103向放射线成像装置104供应的信号。“PRES”是参考图2描述的复位信号。“TS”是参考图2描述的光信号采样信号TS。“TN”是参考图2描述的噪声采样信号TN。
在时刻t1处，控制装置103复位光电转换元件201。在时刻t2处，控制装置103开始发射放射线。放射线的管电压理想上具有矩形波形，但是管电压上升和下降需要有限的时间。特别地，如果发射脉冲放射线持续短时间段，那么管电压具有如图3中所示的波形，该波形不能被认为是矩形波形。即，放射线的能量在上升时段(时刻t2至时刻t3)、稳定时段(时刻t3至时刻t4)和下降时段(时刻t4至时刻t5)之间变化。如上所述，在本实施例中，在放射线的单次发射中发射处于多个能量级别的放射线。
在时刻t3处(放射线上升时段的结束)，控制装置103使用噪声采样保持电路207N执行采样。因此，使用上升时段的放射线获得的信号R由噪声采样保持电路207N保持。在时刻t4处(放射线稳定时段的结束)，控制装置103使用信号采样保持电路207S执行采样。因此，信号R和使用稳定时段的放射线获得的信号S之和由信号采样保持电路207S保持。在时刻t5处，放射线成像装置104的读取电路(未示出)将在从信号线21N读取的信号与从信号线21S读取的信号之间的差作为图像发送到控制装置103。由于信号R由噪声采样保持电路207N保持，并且信号R和信号S之和由信号采样保持电路207S保持，因此读取电路输出信号S。
在放射线的发射和信号S的读取完成之后，在时刻t6处，控制装置103再次使用信号采样保持电路207S执行采样。因此，信号R、信号S和使用下降时段的放射线获得的信号F之和由信号采样保持电路207S保持。在时刻t7处，控制装置103复位光电转换元件201。在时刻t7处，控制装置103再次使用噪声采样保持电路207N执行采样。因此，复位时的信号(在这个示例中为0)由信号采样保持电路207S保持。在时刻t9处，放射线成像装置104的读取电路将在从信号线21N读取的信号与从信号线21S读取的信号之间的差作为图像发送到控制装置103。由于0由噪声采样保持电路207N保持并且信号R、信号S和信号F之和由信号采样保持电路207S保持，因此读取电路输出信号R、信号S和信号F之和。控制装置103可以通过计算在两个发送的图像之间的差来计算使用上升时段的放射线获得的信号R和使用下降时段的放射线获得的信号F之和。由信号S表示的图像以及由信号R和信号F之和表示的图像与使用处于互不相同的能量级别的放射线获得的图像相对应。因此，控制装置103可以通过对图像执行计算来执行能量减影。
使用指示开始从放射线生成装置101发射放射线的同步信号307来确定用于复位采样保持电路单元207和光电转换元件201的定时。作为用于检测放射线的发射开始的方法，可以采用测量放射线生成装置101的管电流并确定电流值是否高于预设阈值的配置。可替代地，也可以采用以下的配置：在复位光电转换元件201之后，从像素P重复读取信号，并且确定像素值是否高于预设阈值。也可以采用以下的配置：除二维检测器106以外的放射线检测器被结合在放射线成像装置104中，并且确定由放射线检测器获得的测量值是否高于预设阈值。在任何一个这些情况下，在从同步信号307的输入起经过规定时段之后，放射线成像装置104使用信号采样保持电路207S执行采样、使用噪声采样保持电路207N执行采样，并复位光电转换元件201。
接下来，将描述能量减影的方法。本实施例中的能量减影被划分为三个步骤，即，校正、信号处理和图像处理。将参考图4描述在本实施例中的能量减影处理中执行的校正方法。控制装置103通过在不朝着放射线成像装置104发射放射线的情况下执行成像而来取得参考图3描述的两个图像。由信号S表示的图像被表示为F_Odd，并且由信号R、信号S和信号F之和表示的信号被表示为F_Even。这些图像与放射线成像装置104的固定图案噪声(FPN)相对应。
接下来，控制装置103通过在未布置被检体111的状态下朝着放射线成像装置104发射放射线来执行成像来取得参考图3描述的两个图像。由信号S表示的图像被表示为W_Odd，并且由信号R、信号S和信号F之和表示的图像被表示为W_Even。这些图像与放射线成像装置104的固定图案噪声(FPN)和使用放射线获得的信号之和相对应。通过从W_Odd中减去F_Odd并从W_Odd中减去F_Odd，获得FPN从中被移除了的WF_Odd和WF_Even。
WF_Odd是由使用稳定时段的放射线获得的信号S表示的图像，而WF_Even是由分别使用上升时段、稳定时段和下降时段的放射线所获得的信号R、信号S和信号F之和表示的图像。稳定时段的放射线具有比上升时段的放射线和下降时段的放射线高的能量。因而，在不存在被检体111的情况下，控制装置103将WF_Odd作为高能量图像W_High，并且在不存在被检体111的情况下，将通过从WF_Even中减去WF_Odd获得的图像(即，由信号R和信号F之和表示的图像)作为低能量图像W_Low。
接下来，控制装置103通过在布置了被检体111的状态下朝着放射线成像装置104发射放射线来捕获移动图像来针对每个帧时段取得参考图3描述的两个图像。因此，控制装置103取得通过朝着同一被检体111发射处于多个能量级别的放射线获得的多个图像。由信号S表示的图像被表示为X_Odd，并且由信号R、信号S和信号F之和表示的图像被表示为X_Even。这些图像与放射线成像装置104的固定图案噪声(FPN)和使用放射线获得的信号之和相对应。通过从X_Odd中减去F_Odd并从X_Odd中减去F_Odd，获得FPN从中被移除了的XF_Odd和XF_Even。此后，与不存在被检体111的情况类似，在存在被检体111的情况下，控制装置103将XF_Odd作为高能量图像X_High。而且，在存在被检体111的情况下，控制装置103将通过从XF_Even中减去XF_Odd获得的图像(即，由信号R和信号F之和表示的图像)作为低能量图像X_Low。
当d表示被检体111的厚度，μ表示被检体111的线性衰减系数，I0表示在不存在被检体111的情况下的像素值，并且I表示在存在被检体111的情况下的像素值时，以下式子成立。
I＝I0exp(μd)…(1)
通过变换式子(1)获得以下式子。
I/I0＝exp(μd)…(2)
式子(2)的右侧指示被检体111的衰减比。被检体111的衰减比是0到1之间的实数。因此，控制装置103通过将在存在被检体111的情况下的低能量图像X_Low除以在不存在被检体111的情况下的低能量图像W_Low来计算在低能量的衰减比处的图像L。同样地，控制装置103通过将在存在物体111的情况下的高能量图像X_High除以在不存在被检体111的情况下的高能量图像W_High来计算在高能量的衰减比处的图像H。
接下来，将参考图5描述在本实施例中的能量减影中执行的信号处理方法。控制装置103从通过图4所示的处理获得的图像L和图像H计算表示有效原子数Z的图像和表示面密度D的图像。图像L和图像H是基于控制装置103从放射线成像装置104取得的多个图像，并且因此控制装置103使用多个图像生成表示有效原子数Z的图像和表示面密度D的第二图像。有效原子数Z是混合物的等效原子数。面密度D是被检体111的密度[g/cm3]和被检体111的厚度[cm]的乘积，并且面密度D的尺寸是[g/cm2]。
当E表示放射线光子的能量、N(E)表示在能量E处的光子数、Z表示有效原子数、D表示面密度、μ(Z,E)表示在有效原子数Z和能量E处的质量衰减系数，并且I/I0表示衰减比时，以下式子成立。
Figure BDA0002432335480000111
在能量E处的光子数N(E)是放射线频谱。放射线频谱是通过模拟或实际测量获得的。而且，例如，在有效原子数Z和能量E处的质量衰减系数μ(Z,E)从NIST(国家标准技术研究院)的数据库获得。即，可以计算出在给定的有效原子数Z、给定的面密度D和给定的放射线频谱N(E)处的衰减比I/I0。
当NL(E)表示上升时段和下降时段的放射线频谱，并且HH(E)表示稳定时段的放射线频谱时，以下两个式子成立。
Figure BDA0002432335480000112
式子(4)是非线性联立式子。例如，通过使用牛顿-拉夫森(Newton-Raphson)方法求解联立式子，控制装置103可以从在低能量的衰减比处的图像L和在高能量的衰减比处的图像H计算表示有效原子数Z的图像和表示面密度D的图像。
将参考图6描述在本实施例中的能量减影处理中执行的图像处理方法。在本实施例中执行的图像处理中，控制装置103基于表示有效原子数Z的图像和表示面密度D的图像来设定构成帧的两个参数的值，并且基于由用户设定的设定来设定构成该帧的一个参数的值。如上所述，基于多个图像的帧生成表示有效原子数Z的图像和表示面密度D的图像。因此，控制装置103基于通过朝着同一被检体111发射处于多个能量级别的放射线获得的多个图像的帧来设定两个参数的值。控制装置103使用这三个参数的值来生成移动图像的至少一些帧。
在本实施例中，由多个图像构成的移动图像是彩色图像，并且三个参数是颜色空间的分量。颜色空间例如是HLS颜色空间或HSV颜色空间。以下描述颜色空间是HLS颜色空间的示例。HLS颜色空间由三个分量构成，即，色调、饱和度和亮度。控制装置103基于上述多个图像来设定色调和亮度，并且基于由用户设定的设定来设定饱和度。注意的是，不一定必须基于由用户设定的设定来设定移动图像的所有帧的饱和度，并且基于由用户设定的设定来设定一些帧的饱和度的配置也是可能的。
例如，控制装置103基于表示有效原子数Z的图像来设定色调的值，并且基于表示面密度D的图像来设定亮度的值。具体地，控制装置103使用函数(例如，线性函数)将有效原子数Z转换成色调，根据该函数，有效原子数Z的最小值和最大值分别被映射到色调的最小值和最大值。以类似的方式设定亮度。另外，控制装置103使用初始值作为饱和度。例如，饱和度的初始值可以在制造控制装置103时被存储在存储器108中，或者可以由用户经由输入装置109来设定。
控制装置103将如上所述设定的色调、饱和度和亮度转换成RGB值。用于HLS颜色空间的转换方法的示例包括圆柱模型和圆锥模型。例如，根据圆锥模型，使用以下式子从色调H、饱和度S和亮度L获得RGB值。
Figure BDA0002432335480000121
Figure BDA0002432335480000131
饱和度S是在0与1之间的实数。例如，如果饱和度S＝0，那么Max＝L且Min＝L，因此RGB值为(L，L，L)，与色调H的值无关。即，获得仅反映亮度L的单色图像。相比之下，随着饱和度S接近于1，关于色调H的信息被更强烈地反映，因此可以基于颜色更容易地区分构成被检体的材料。另一方面，色调的噪声增大，因此变得更难以看到亮度的差异。
如果放射线成像装置104被安装在用于导管外科手术等中的荧光检查的C型臂中，那么荧光检查有时会持续地执行一小时或更长时间。为了减小由于暴露于放射线而引起的诸如烧伤之类的损伤风险，减小荧光检查的每帧的剂量。如果减小剂量，那么放射的量子噪声增大，因此低能量的衰减比L的噪声和高能量的衰减比H的噪声增大。因此，有效原子数Z的噪声增大，并且因此色调的噪声也增大，并且被识别为亮度的差异的关于被检体的信息可能被色调的噪声隐藏并且变得不可见。即，存在可见度将受损的风险。在这种情况下，可以通过降低饱和度来减小噪声。因此，根据本实施例的放射线成像***被配置成使得在显示移动图像的同时可以改变饱和度的值。
将参考图7描述由控制装置103执行的图像处理方法。例如，由于处理器107执行被读入到存储器108的程序而执行这个处理。在步骤S701中，控制装置103取得饱和度的初始值。如上所述，饱和度的初始值可以由用户设定或者可以在制造期间被存储在存储器108中。
在步骤S702中，控制装置103从放射线成像装置104取得两个图像的帧。具体地，如上所述，控制装置103的取得单元从通过朝着被检体111发射放射线而获得的多个图像取得低能量信息和高能量信息。由低能量信息表示的图像和由高能量信息表示的图像是两个图像的帧。
在步骤S703中，如上所述，控制装置103基于两个图像的帧来设定构成移动图像的帧的色调和亮度的值。这里，如上所述，控制装置103的计算单元根据低能量信息和高能量信息计算有效原子数和面密度。控制装置103的设定单元基于有效原子数和面密度来设定色调和亮度的值。而且，控制装置103的设定单元设定饱和度的值。一般地，控制装置103的设定单元基于有效原子数和面密度为色调、亮度和/或饱和度中的至少两个参数设定值。而且，控制装置103的设定单元为色调、亮度和/或饱和度中的至少一个参数设定预设值。在步骤S704中，控制装置103使用色调、亮度和饱和度的设定值来生成帧。即，控制装置103的生成单元基于有效原子数和面密度生成包括颜色信息的图像。在步骤S705中，控制装置103使显示装置110显示所生成的帧。
在步骤S706中，控制装置103的设定单元确定是否从用户取得了用于改变饱和度的值的指令。如果取得了指令(步骤S706中的“是”)，那么控制装置103使处理前进到步骤S707，如果未取得指令(步骤S706中的“否”)，那么控制装置103使处理前进到步骤S708。例如，来自用户的指令经由输入装置109给出。可以通过用户为帧的每个像素的饱和度设定相同的值。例如，用户可以通过使用诸如滑动条之类的GUI一致地改变所有像素的饱和度。
在步骤S707中，控制装置103的设定单元从用户取得用于改变饱和度的值的指令，并且将改变后的值存储在存储器108中。在步骤S708中，控制装置103等待要从放射线成像装置104传送的多个图像的下一帧。在下一帧被传送之后，控制装置103使处理返回到步骤S702，并且生成并显示移动图像的下一帧。如果执行了步骤S707，那么控制装置103的设定单元将饱和度设定为改变后的值。控制装置103的生成单元使用饱和度的改变后的值生成移动图像的接下来的帧。
在上述示例中，控制装置103基于有效原子数Z设定色调的值、基于面密度D设定亮度的值，并且基于由用户设定的设定来设定饱和度的值。可替代地，代替面密度D，控制装置103还可以基于在低能量的衰减比处的图像L或在高能量的衰减比处的图像H来设定亮度的值。可替代地，控制装置103还可以基于在存在被检体111的情况下的高能量图像X_High、在存在被检体111的情况下的低能量图像X_Low或这些图像的和来设定亮度的值。控制装置103还可以基于低能量的衰减比L的对数或高能量的衰减比H的对数来设定亮度值。即，控制装置103仅需要基于多个图像的帧设定亮度的值，并且可以通过直接使用这些帧或通过使用通过转换这些帧所获得的图像来设定亮度的值。这同样适用于色调的设定。
在上述示例中，基于图像的帧设定色调的值和亮度的值，并且基于由用户设定的设定来设定饱和度的值。可替代地，基于图像的帧设定饱和度的值和亮度的值并且基于由用户设定的设定来设定色调的值的配置也是可能的。另外，基于图像的帧来设定色调的值和饱和度的值并且基于由用户设定的设定来设定亮度的值的配置也是可能的。在HSV颜色空间被用于生成帧的情况下，色调、饱和度和亮度的任何值可以被配置成由用户设定。
在本实施例中，可以通过应用递归滤波器等来执行用于减小色调的噪声的处理。在这种情况下，图像滞后可能发生在被检体111移动了的部分中。因此，可以检测被检体111的图像的移动并且可以减小递归滤波器的系数。作为用于检测被检体111的图像的移动的方法，存在如果在当前帧与紧接着前一帧之间的像素值中的差的绝对值大于预设阈值，那么确定被检体111移动了的方法。
如果应用了这种处理，那么在被检体111移动了的部分中，色调的噪声没有减小，并且因此损害了可见性。因此，控制装置103可以改变检测到被检体111的图像的移动的区域的饱和度S。假设D[t]表示第t帧中的面密度，D'[t-1]表示在应用递归滤波器之后第t-1帧中的面密度，并且S[t]表示第t帧中的饱和度S。控制装置103使用以下式子设定饱和度。
Figure BDA0002432335480000161
因此，控制装置103将满足|D[t]-D'[t-1]|>T的移动图像的区域中的每个像素的饱和度设定为与除这个区域以外的区域中的每个像素的饱和度不同的值。一般地，控制装置103的设定单元将满足预定条件的所生成的图像的区域中的每个像素的饱和度设定为与除这个区域以外的区域中的每个像素的饱和度不同的值。条件|D[t]-D'[t-1]|>T是关于被检体111的图像在时间方向上的改变(移动)的条件。通过上述处理，可以在抑制被检体111移动了的情况下的图像滞后的同时防止由于色调的噪声而引起的可见性的损害。
用于将饱和度设定为不同值的条件可以包括关于被检体111的图像在空间方向上的改变的条件或关于图像的统计量(例如，空间频率)的条件，以及关于被检体111的图像在时间方向上的改变的条件。即，预定条件可以包括与被检体111的图像在空间方向上的改变、被检体111的图像在时间方向上的改变和/或图像的统计量的至少任何一个有关的条件。在关于被检体111的图像在空间方向上的改变的条件的情况下，检测到图像包括边缘等的情况。即，控制装置103将满足预定条件的移动图像的区域中的每个像素的饱和度设定为与除这个区域以外的区域中的每个像素的饱和度不同的值。
此外，如果移动图像(即，要生成的图像)满足预定条件，那么控制装置103的设定单元将饱和度设定为与由用户设定的值不同的值的配置也是可能的。在这种情况下，控制装置103可以将饱和度一致地设定为零或者将饱和度设定为由用户设定的值的一半。如上所述，预定条件可以包括与被检体111的图像在空间方向上的改变、被检体111的图像在时间方向上的改变和/或图像的统计量中的至少任何一个有关的条件。
第二实施例
将描述根据第二实施例的放射线成像***。放射线成像***的配置(图1和图2)与第一实施例中的配置相同。由控制装置103执行以从放射线成像装置104取得多个图像的操作(图3)以及用于计算在低能量的衰减比处的图像L和在高能量的衰减比处的图像H的操作(图4)也与第一实施例中的操作相同。
将参考图8描述在本实施例中的能量减影中执行的信号处理方法。控制装置103从通过图4所示的处理获得的图像L和图像H计算表示骨骼的厚度的图像B和表示软组织的厚度的图像S。图像L和图像H是基于控制装置103从放射线成像装置104取得的多个图像，并且因此控制装置103使用该多个图像生成表示骨骼的厚度的图像B和表示软组织的厚度的图像S。
假设E表示放射线光子的能量、N(E)表示在能量E处的光子数、B表示骨骼的厚度，并且S表示软组织的厚度。而且，μB(E)表示在能量E处的骨骼的线性衰减系数，μS(E)表示在能量E处的软组织的线性衰减系数，并且I/I0表示衰减比。此时，以下式子成立。
Figure BDA0002432335480000171
在能量E处的光子数N(E)是放射线频谱。通过模拟或实际测量获得放射线频谱。而且，例如，从NIST的数据库获得在能量E处的骨骼的线性衰减系数μB(E)和在能量E处的软组织的线性衰减系数μS(E)。即，可以计算在给定的骨骼的厚度B、给定的软组织的厚度S和给定的放射线频谱N(E)处的衰减比I/I0。
当NL(E)表示上升时段和下降时段的放射线频谱，并且HH(E)表示稳定时段的放射线频谱时，以下两个式子成立。
Figure BDA0002432335480000181
式子(4)是非线性联立式子。例如，通过使用牛顿-拉夫森方法求解联立式子，控制装置103可以从在低能量的衰减比处的图像L和在高能量的衰减比处的图像H计算表示骨骼的厚度B的图像和表示软组织的厚度S的图像。
虽然在本实施例中控制装置103计算表示骨骼的厚度B的图像和表示软组织的厚度S的图像，但是一般地，控制装置103可以计算表示物质的厚度的图像和表示另一物质的厚度的图像。例如，控制装置103可以计算表示造影剂的厚度I的图像和表示软组织的厚度S的图像。
将参考图9描述在本实施例中的能量减影处理中执行的图像处理方法。在本实施例中执行的图像处理中，控制装置103基于表示骨骼的厚度B的图像和表示软组织的厚度S的图像来设定构成帧的两个参数的值，并且基于由用户设定的设定来设定构成该帧的一个参数的值。如上所述，基于多个图像的帧生成表示骨骼的厚度B的图像和表示软组织的厚度S的图像。因此，控制装置103基于通过朝着同一被检体111发射处于多个能量级别的放射线所获得的多个图像的帧来设定两个参数的值。控制装置103使用这三个参数的值来生成移动图像的至少一些帧。
在本实施例中，移动图像是单色移动图像，基于多个图像的帧设定的参数是骨骼的厚度B和软组织的厚度S，并且由用户设定的参数是虚拟单色放射线图像的能量。移动图像的每一帧都是虚拟单色放射线图像。例如，当EV表示虚拟单色放射线的能量时，使用以下式子获得虚拟单色放射线图像V。通过为帧的R、G和B中的每个设定V的值来生成单色帧。
V＝exp{-μB(Ev)B-μs(EV)S}…(10)
虚拟单色放射线图像在能量减影和3-D重建被结合使用的双重能量CT中使用。如果在使用小剂量执行的荧光放射线照相中生成虚拟单色放射线图像，那么可能由于骨骼图像的噪声而减小对比度噪声比(CNR)。骨骼的线性衰减系数μB(E)大于软组织的线性衰减系数μS(E)，因此可能会影响虚拟单色放射线图像V的噪声。如果CNR被减小，那么可见性被损害。
骨骼的线性衰减系数μB(E)大于软组织的线性衰减系数μS(E)。这些系数之间的差异随着虚拟单色放射线的能量EV的增大而减小。因此，抑制了由于骨骼图像的噪声而引起的虚拟单色放射线图像的噪声的增大。另一方面，随着虚拟单色放射线的能量EV减小，μB(E)与μS(E)之间的差异增大，并且因此虚拟单色放射线图像的对比度增大。因此，根据本实施例的放射线成像***被配置成使得在显示移动图像的同时可以改变虚拟单色放射线图像的能量EV。
将参考图10描述由控制装置103执行的图像处理方法。例如，由于处理器107执行被读入到存储器108的程序而执行这个处理。在步骤S1001中，控制装置103取得虚拟单色放射线图像的能量EV的初始值。如上所述，虚拟单色放射线图像的能量EV的初始值可以由用户设定，或者可以在制造期间被存储在存储器108中。
在步骤S1002中，控制装置103从放射线成像装置104取得两个图像的帧。具体地，如上所述，控制装置103的取得单元从通过朝着被检体111发射放射线而获得的多个图像取得低能量信息和高能量信息。由低能量信息表示的图像和由高能量信息表示的图像是两个图像的帧。在步骤S1003中，控制装置103的计算单元基于两个图像的帧来计算构成移动图像的帧的骨骼的厚度B和软组织的厚度S。一般地，如上所述，控制装置103的计算单元根据低能量信息和高能量信息计算指示第一组织的厚度的信息和指示第二组织的厚度的信息。而且，控制装置103的设定单元将要用于生成图像的虚拟单色放射线图像的能量EV设定为预设值。在步骤S1004中，控制装置103的生成单元使用计算出的骨骼的厚度B、计算出的软组织的厚度S以及虚拟单色放射线图像的能量EV的设定值来生成帧。即，控制装置103的生成单元基于指示第一组织的厚度的信息和指示第二组织的厚度的信息来生成图像。在步骤S1005中，控制装置103使显示装置110显示生成的帧。
在步骤S1006中，控制装置103确定是否从用户接收到用于改变虚拟单色放射线图像的能量EV的值的指令。如果接收到指令(步骤S1006中的“是”)，那么控制装置103使处理前进到步骤S1007，如果没有接收到指令(步骤S1006中的“否”)，那么控制装置103使处理前进到步骤S1008。来自用户的指令例如经由输入装置109给出。用户可以关于帧的每个像素为虚拟单色放射线图像的能量EV设定相同的值。例如，用户可以通过使用诸如滑动条之类的GUI关于所有像素一致地改变虚拟单色放射线图像的能量EV。
在步骤S1007中，控制装置103从用户取得用于改变虚拟单色放射线图像的能量EV的值的指令，并将改变后的值存储在存储器108中。在步骤S1008中，控制装置103等待要从放射线成像装置104传送的多个图像的下一帧。在下一帧被传送之后，控制装置103使处理返回到步骤S1002，并且生成并显示移动图像的下一帧。如果执行了步骤S1007，那么控制装置103使用虚拟单色放射线图像的能量EV的改变后的值来生成移动图像的接下来的帧。
在上述示例中，控制装置103使用骨骼的厚度B和软组织的厚度S生成虚拟单色放射线图像。可替代地，控制装置103也可以与第一实施例的情况一样计算有效原子数Z和面密度D，并使用有效原子数Z和面密度D生成虚拟单色放射线图像。可替代地，控制装置103还可以通过合成使用多个级别的能量EV生成的多个虚拟单色放射线图像来生成合成的放射线图像。合成的放射线图像是如果发射给定的频谱的放射线而要获得的图像。
在本实施例中，可以通过应用递归滤波器等来执行用于减小骨骼图像的噪声和软组织图像的噪声的处理。在这种情况下，图像滞后可能发生在被检体111移动了的部分中。因此，可以检测被检体111的图像的移动并且可以减小递归滤波器的系数。作为用于检测被检体111的图像的移动的方法，存在如果在当前帧与紧接着前一帧之间的像素值中的差的绝对值大于预设阈值，那么确定被检体111移动了的方法。
如果应用这种处理，那么在被检体111移动了的部分中骨骼图像的噪声和软组织图像的噪声没有减小，因此期望减小虚拟单色放射线图像的能量EV以增大对比度。另一方面，由于在被检体111移动了的部分中噪声没有减小，因此期望增大虚拟单色放射线图像的能量EV以减小噪声。因此，控制装置103可以在检测到被检体111的图像的移动的区域中改变能量EV。假设S[t]表示第t帧中的软组织的厚度，S'[t-1]表示在应用递归滤波器之后第t-1帧中的软组织的厚度，并且EV[t]表示第t帧中的能量EV。控制装置103使用以下式子设定饱和度。
Figure BDA0002432335480000211
即，控制装置103将满足|S[t]-S'[t-1]|>T的移动图像的区域中的每个像素的饱和度设定为与除这个区域以外的区域中的每个像素的饱和度不同的值。条件|S[t]-S'[t-1]|>T是关于被检体111的图像在时间方向上的改变(移动)的条件。通过上述处理，可以在抑制在被检体111移动了的情况下的图像滞后的同时改善虚拟单色放射线图像的CNR。
用于将能量EV设定为不同值的条件可以包括关于被检体111的图像在空间方向上的改变的条件或关于图像的统计量(例如，空间频率)的条件，以及关于被检体111的图像在时间方向上的改变的条件。在关于被检体111的图像在空间方向上的改变的条件的情况下，检测到图像包括边缘等的情况。即，控制装置103将满足预定条件的移动图像的区域中的每个像素的饱和度设定为与除这个区域以外的区域中的每个像素的饱和度不同的值。
此外，如果移动图像满足预定条件，那么控制装置103将能量EV设定为与由用户设定的值不同的值的配置也是可能的。在这种情况下，控制装置103可以将饱和度一致地设定为预定值或将饱和度设定为由用户设定的值的一半。如上所述，预定条件可以包括与被检体111的图像在空间方向上的改变、被检体111的图像在时间方向上的改变和/或图像的统计量中的至少任何一个有关的条件。
变化
在第一实施例和第二实施例中，放射线成像装置104是使用闪烁体的间接放射线传感器。可替代地，例如，放射线成像装置104也可以是使用诸如CdTe之类的直接转换材料的直接放射线传感器。
放射线生成装置101利用管电压的被动改变。可替代地，放射线生成装置101还可以主动地改变管电压。例如，通过暂时地切换放射线生成装置101的滤波器来改变朝着放射线成像装置104发射的放射线的能量的配置也是可能的。
在上述示例中，通过改变朝着放射线成像装置104发射的放射线的能量来执行能量减影。可替代地，例如，也可以采用两个传感器被层叠以使得放射线频谱在由前传感器检测到的放射线与由后传感器检测到的放射线之间改变的方法。可替代地，还可以使用光子计数传感器来取得能量彼此不同的多个图像，该光子计数传感器针对每个能量级别对放射线量子的数量进行计数。
其它实施例
本发明还可以通过由于***或装置中的计算机的一个或多个处理器读取并执行用于实现上面实施例中所述的一个或多个功能的程序而执行的处理来实现，程序经由网络或存储介质被供应到***或装置。本发明还可以通过实现一个或多个功能的电路(例如，ASIC)来实现。
本发明不限于上述实施例，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变和修改。因此，为了公开本发明的范围，附上所附权利要求。
本申请要求于2017年10月6日提交的日本专利申请No.2017-196397的优先权，该日本专利申请的整体描述通过引用并入本文。

Claims (14)

1.一种图像处理装置，其特征在于，包括：
取得部件，用于从通过朝着被检体发射放射线而获得的多个图像取得低能量信息和高能量信息；
计算部件，用于根据低能量信息和高能量信息计算有效原子数和面密度；以及
生成部件，用于基于有效原子数和面密度生成包括颜色信息的图像。
2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，还包括设定部件，用于基于有效原子数和面密度来为色调、亮度和/或饱和度中的至少两个参数设定值。
3.根据权利要求2所述的图像处理装置，其特征在于
设定部件为色调、亮度和/或饱和度中的至少一个参数设定预设值。
4.根据权利要求3所述的图像处理装置，其特征在于
设定部件为饱和度设定预设值。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的图像处理装置，其特征在于
设定部件
从用户取得用于改变饱和度的值的指令，以及
为饱和度设定改变后的值。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的图像处理装置，其特征在于
如果要生成的图像满足预定条件，那么设定部件为饱和度设定与由用户设定的值不同的值。
7.根据权利要求2至5中的任一项所述的图像处理装置，其特征在于
对于满足预定条件的要生成的图像的区域中的每个像素的饱和度，设定部件设定与除满足预定条件的区域以外的图像的区域中的每个像素的饱和度不同的值。
8.根据权利要求6或7所述的图像处理装置，其特征在于
预定条件包括与被检体的图像在空间方向上的改变、被检体的图像在时间方向上的改变和/或图像的统计量中的至少任何一个有关的条件。
9.一种图像处理装置，其特征在于，包括：
取得部件，用于从通过朝着被检体发射放射线而获得的多个图像取得低能量信息和高能量信息；
计算部件，用于根据低能量信息和高能量信息计算指示第一组织的厚度的信息和指示第二组织的厚度的信息；以及
生成部件，用于基于指示第一组织的厚度的信息和指示第二组织的厚度的信息来生成图像。
10.根据权利要求9所述的图像处理装置，其特征在于，还包括
设定部件，用于为用于生成图像的虚拟单色放射线图像的能量设定预设值。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的图像处理装置，其特征在于
在放射线的单次发射中，处于多个能量级别的放射线被发射。
12.一种图像处理方法，其特征在于，包括：
取得步骤，由取得部件从通过朝着被检体发射放射线而获得的多个图像取得低能量信息和高能量信息；
计算步骤，由计算部件根据低能量信息和高能量信息计算有效原子数和面密度；以及
生成步骤，由生成部件基于有效原子数和面密度生成包括颜色信息的图像。
13.一种图像处理方法，其特征在于，包括：
取得步骤，由取得部件从通过朝着被检体发射放射线而获得的多个图像取得低能量信息和高能量信息；
计算步骤，由计算部件根据低能量信息和高能量信息计算指示第一组织的厚度的信息和指示第二组织的厚度的信息；以及
生成步骤，由生成部件基于指示第一组织的厚度的信息和指示第二组织的厚度的信息来生成图像。
14.一种程序，用于使计算机用作包括在根据权利要求1至11中的任一项所述的图像处理装置中的每个部件。
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