JP3973181B2 - 目的物の一連の放射線医学画像を処理する方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、目的物の一連の放射線医学画像の処理に関する。
【0002】
【従来の技術】
目的物、例えば患者の身体の一部をx線で照射すると、目的物の放射線医学画像が得られる。実際には、該当する放射線医学画像を得る目的で目的物を照射すると、直接放射および目的物自体によって散乱する放射を生じさせる。しかしながら、この散乱放射線は得られる放射線医学画像に不鮮明さを加える結果となり、また得られた放射線医学画像上の問題の要素、例えば検査しようとする人体の特定部分を選び出すことを困難にする。
【0003】
一般に、目的物の一連の放射線医学画像を処理する場合に、未処理の画像を得た後に、その散乱放射線すなわち「不鮮明さ」を全体画像から推定して少なくとも部分的に引き去る。
【0004】
放射線医学画像の散乱放射線を推定するために、これまでにいくつかの解決策が提案されている。
【0005】
1つの解決策は、例えば1つまたは複数のディスクによって一次放射をマスキングしながら、画像のさまざまな箇所における散乱放射線を測定し、それから全画像にわたってこの測定を補間することによって構成できる。この解決策の1つの欠点は、画像中にマスキング・ディスクによって生ずる「孔」が存在するので、情報の有用な部分が失われることにある。
【0006】
別の1つの解決策は、異なる散乱防止スクリーンを使用しながら患者の2つの画像を得て、こうして得られた2つの画像を使用して散乱放射線のない1つの画像を復元することである。しかしながらこの形式の解決策には、得られる追加画像は患者のx線曝射時間を増加させる、という欠点がある。
【0007】
したがって、これらの解決策はすべて、多少とも複雑で高価な追加の物理的手段を必要とする。
【0008】
さらに1つの解決策は、特に目的物の大きさを考慮して、獲得パラメータに基づいて散乱放射線のレベルを推定することである。しかしながらこの形式の解決策では、目的物の内部の構成を考慮することができない。
【0009】
したがって、追加の物理的手段を使用することなく、得られた画像に基づいて散乱放射線を推定するための理論的な方法が提案されている。この理論によれば、散乱放射線は、移動ウインドウを通じて取られる二次元指数関数(零空間)によって重みをつけた平均たたみ込みに比例する。言い換えれば、散乱放射線は、画像の低域フィルタと、回転対称であるべき理想的インパルス応答と、減少する指数形状と、半分の高さにおけるパラメータ表示可能な全幅とに基づいて推定される。
【0010】
それにもかかわらず、この理論を実施すると、該当するアルゴリズムの多大な複雑さと長い計算時間を招く。さらにまた画像の各ピクセルに対する、特に第1ピクセルに対するこの広い指数関数の実装は、処理を実施する前に画像のピクセルすべてを得ることを必要とする。この結果、処理の待ち時間は30msにもなることがある。しかしながら、2つの連続画像を得る間の時間は一般に33ms程度である。処理によって生ずる待ち時間に加えて、他の処理段階すなわち画像の取得と表示自体が、例えば25msという無視できない長さの待ち時間を招き、この結果アルゴリズムの複雑さと計算時間の問題に加えて、この形式の低域フィルタの実行は100msの全待ち時間を招くことがあり、これは、特に患者の体内に在るカテーテルが移動するときには、画像の検査にとって問題であると判明されよう。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの問題に対する解決策を提供することを目的とする。
【0012】
本発明の1つの目的は、追加の物理的手段を使用することなく得られた画像に基づいて散乱放射線を推定すること、および移動ウインドウを通じて取られた回転対称非増加指数関数によって重みをつけた平均たたみ込みに基づいて、散乱放射線の推定を実行する非常に簡単な方法を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この実行方法は計算時間と必要とされるアルゴリズムを大幅に減らし、処理の待ち時間を最小限にして、これを放射線医学画像の一般的な取得速度と両立できるようにする。
【0014】
本発明は、各現画像に対して目的物によって散乱した放射線を推定するステップと、推定された散乱放射線を現画像から少なくとも部分的に除去する画像修正ステップとを含む、目的物の一連の放射線医学画像を処理するための方法を提供する。
【0015】
本発明の一般的特徴によれば、画像修正ステップにおいては、推定されて現画像から少なくとも部分的に除去される散乱放射線は、先行画像のために推定された散乱放射線である。この特徴と組み合わせて、推定ステップは、現画像の各行用に、ピクセルに対する第1行走査方向(例えば左から右へ)と、その第1行走査方向とは逆の第2行走査方向(例えば右から左へ)、および現画像の各列用に、ピクセルに対する第1列走査方向(例えば上から下へ)と、その第1列走査方向とは逆の第2列走査方向(例えば下から上へ)を定義する。さらにまた問題のピクセルについていわゆる計算強度を発生させる帰納的規則が定義される。この計算強度は問題の走査方向を考慮して先行ピクセルの計算強度を1以下の係数で調整し、そしてこの調整された強度に、前記係数の1の補数で調整された前記問題のピクセルのいわゆる初期強度を加えることによって得られる。
【0016】
ある行について走査方向の1つ、例えば左から右への方向を使用する前記帰納的規則を最初に適用する際に、現在ピクセルの初期強度が獲得された現画像におけるそのピクセルの強度であるが、その後に適用する際は帰納的規則の以前の適用から得られたものであることが有利である。
【0017】
本発明によれば、推定ステップでは、2つの行走査方向と2つの列走査方向とを考慮して、帰納的規則は現画像の各現在ピクセルに順次に4回適用される。それから、帰納的規則を4回適用した後に現在ピクセルのために計算された強度は、このピクセルの散乱放射線の値を表示するものである。
【0018】
これは、画像処理速度を増し、かつ処理の待ち時間を最小限に抑えるとともに、画像の質を向上させる。
【0019】
本発明の好ましい一実施態様によれば、現画像の各現在行について、最初に第1行走査方向(例えば左から右へ)を使用してこの行のすべてのピクセルに前記規則を適用し、それから2番目に、第2行走査方向を使用して(いわゆる行の最終ピクセルから出発する逆方向に)この行のすべてのピクセルに対して前記規則を前記現在行に適用し、さらに、第1および第2行走査方向を使用して前記現在行のすべてのピクセルが検討されると、次ぎに、3番目に、現在行の各現在ピクセルに対して、この現在ピクセルと、同じ行に位置している第1列走査方向に関してこの現在ピクセルに先行するピクセルとを使用して、前記帰納的規則が適用される。こうして、例えば現在ピクセルおよび同じ列におけるこの現在ピクセルの上に位置するピクセルは、この3番目の規則の適用のために上から下への列走査方向を取って使用される。前記規則のこれら3つの適用が現画像のすべての列について実施された後に、前記規則は4番目に第2列走査方向を使用して、画像の各現在列のすべてのピクセルについて適用される。
【0020】
換言すれば、第2列走査方向が下から上への方向である場合には、画像のすべての列は上方へ移動する。
【0021】
本発明のその他の利点と特徴は、完全に限定されない実施形態の詳細な説明と添付の図面を検討することによって明らかになろう。
【0022】
【発明の実施の形態】
図1において、参照符号IMk は、得られた一連の放射線医学画像の1つの現画像を示し、通常の様式では各放射線医学画像は目的物をx線で照射した後に得られる。例えばビデオカメラを含む通常のx線検出器が目的物の背後に置かれている。それから得られた画像はディジタル化されて処理装置へ送られるが、この処理装置の構造は、本発明によるさまざまな処理作業がソフトウェアを使用して実施されるマイクロプロセッサを基礎としている。
【0023】
各画像IMk は、L0行からLr行まで、およびC0列からCq列までにわたって分布する複数のピクセルを含む。実際には、1つの画像は512本の行と512本の列とを含んでいる。
【0024】
一般に本発明によれば、非増加指数たたみ込み関数は、これを順次に適用される4つの同じ指数関数EX1、EX2、EX3、EX4に分割することによって帰納的に実行される。さらにピクセル走査方向が単純指数関数EXiの各々に対して定義される。さらに正確には、指数関数EX1が、ここでは左から右への方向である第1行走査方向SD1に現在行Li のピクセルすべてを走査することによって帰納的に実行される。同様にして、関数EX1と同種である単純指数関数EX2が、行Li のピクセルすべてに対して帰納的に実行されるが、この第2走査でこれらのピクセルを走査する方向SD2は第1行走査方向と逆である。
【0025】
列については、指数関数EX3、EX4がそれぞれ列走査方向SD3、SD4に(ここでは上から下へ、および下から上へ)それぞれ各現在列Cj のピクセルを走査することによって帰納的に実行される。
【0026】
一般に、各指数関数は、プロセッサにおいて次の式によって帰納的に実行される。
b(n+1)=αb(n)+(1−α)a(n+1)
ただし、b(n+1)は、関連する走査方向で走査された順位n+1のピクセルのための計算された強度を示し、
b(n)は、問題の走査方向に見て順位n+1のピクセルに先行する順位nのピクセルの計算された強度を示し、
a(n+1)は、順位n+1のピクセルのいわゆる初期強度を示し(その意味は詳しく後述する)、
αは、1未満の重みづけ係数を示し、一般的には0.9程度である。
さらにまた、この帰納的規則の初期条件はb(0)=0である。
【0027】
この帰納的規則を各ピクセルについて4回適用する本発明の特定の実施形態をここでさらに詳しく説明する。
【0028】
この点に関連して、現在行Li のピクセルPすべてがまず第1走査方向SD1、すなわちピクセルPi,0から出発してピクセルPi,qに進む左から右への走査方向に走査されるものとする。
【0029】
適用される帰納的規則を次の式で定義した。
yi,j+1=αyi,j+(1−α)xi,j+1
ただし、yi,j+1はピクセルPi,j+1の計算された強度、yi,jは前のピクセルPi,jの計算された強度である。
xi,j+1はピクセルPi,j+1の初期強度であり、すなわち得られた現画像IMkにおけるこのピクセルの有効強度である。
この規則の初期条件はyi,O=0である。
【0030】
この行のピクセルすべてが方向SD1に走査された後、方向SD2に、すなわちこの場合には、最初のピクセルとなるピクセルPi、q から出発して右から左へ行Li のピクセルを走査することによって帰納的に指数関数EX2を実行する。
【0031】
この指数関数EX2は、次の帰納的規則にしたがって実行される。
zi,j=αzi,j+1+(1−α)yi,j
ただし、zi,jはピクセルPi,jの計算された強度であり、
zi,j+1は、ここでは走査方向SD2に見て前のピクセルであるピクセルPi,j+1の計算された強度である。
初期条件はzi,q=0である。
【0032】
現在行Liのピクセルがすべて2つの走査方向SD1、SD2で適用された後、3回目に現在行の各現在ピクセルPi,j に対して、この現在ピクセルPi,j と、現在列Cjの上から下への走査方向SD3による先行ピクセルPi-1,jとを使用して、一般帰納的規則が適用される。
【0033】
こうして、指数関数EX3は次の式にしたがって帰納的に実行される。
vi+1,j=αvi,j+(1−α)zi+1,j
ただし、vi+1,jはピクセルPi+1,jの計算された強度であり、vi,j は移動方向SD3に見た先行ピクセルPi,jの計算された強度である。
初期条件はここではv0,j=0である。
【0034】
最後に、帰納的規則の3回の適用が現画像のすべての列について実施された後、4回目に画像の各現在列Cj のすべてのピクセルに対して、第2列走査方向SD4を使用して、帰納的規則が適用される。
指数関数EX4は次の規則にしたがって帰納的に実行される。
wi,j=αwi+1,j+(1−α)vi,j
【0035】
ただし、wi,jはピクセルPi,jの計算された強度であり、wi+1,jはピクセルPi+1,jの計算された強度であり、このピクセルPi+1,jは初期条件wi,j=0で走査方向SD4に見て前のピクセルである。
この値wi,jは、ピクセルPi,jの散乱放射線の強度を示すものである。
【0036】
y、z、vのさまざまな値は、もちろん処理中にプロセッサの記憶機構の中に記憶される。
【0037】
本発明が4つの独立パスに基づいて指数たたみ込み関数を実行し、パス当たりピクセル当たり3つの演算しか必要としないことが、当業者には注目されよう。
【0038】
さらにまた、完全画像の取得を必要とする唯一の独立パスは第4パスである。他のパスは完全画像の取得を待つことなく実施することができる。したがって、本発明による帰納的規則の実行に必要な特に短い計算時間と共同して、本発明によれば、Texas Instrument C80シリーズの100MHzマイクロプロセッサを使用すると、3ms程度の待ち時間を含む処理時間を得ることが可能になる。
【0039】
画像取得時間が25ms程度であることを考慮すると、この3msの処理時間は、連続する次の画像を得る前に残る8msと全く矛盾しない。
【0040】
さらにまた、現画像の不鮮明さを推定するこの形式の処理と共同して、本発明は、得られた現画像Ikから差し引くべき連続する前の画像IMk-1について推定された散乱放射線に相当する画像Idk-1を準備する(図2)。
【0041】
換言すれば、本発明は、現画像からこの現画像について推定された不鮮明さを差し引くのではなく、前の画像について推定された不鮮明さを差し引く。
【0042】
これは、連続して隣り合う2つの画像の低周波挙動は互いに実質上の差はないこと、言い換えればある画像の不鮮明さと前の画像の不鮮明さとは実際的にほとんど相違はないことが観察されたことで正当化される。
【0043】
一連の画像の最初の画像については、この画像について不鮮明さは推定されず、画像修正ステップは第2画像から出発して開始されることになる。
【0044】
したがって本発明は、得られる各現画像IMk について追加の待ち時間を与えることはなく、修正された画像ICk をリアルタイムで取得して表示することを可能にする。
【0045】
簡単にするために、図2は、画像から不鮮明さを除去することを示す減算記号を表している。それにもかかわらず、この除去は完全または部分的のいずれでもよいので、望む場合には、前記画像において対象とする要素をより良くはっきり目立たせるために、前記画像の背景を故意に適所に残すこともできる。除算などの他の数学的演算もこの除去ステップのために準備することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 現画像の散乱放射線の推定を示す概略図である。
【図2】 取得した画像の推定散乱放射線に基づく修正を示す概略図である。
【符号の説明】
C 列
EX 指数関数
IC 修正された画像
Id 散乱放射線
IM 現画像
L 行
P ピクセル
SD 走査方向
Claims (3)
- 各現画像について、目的物によって散乱する放射線を推定するステップと、推定された散乱放射線が少なくとも部分的に現画像から除去される画像修正ステップとを含む、目的物の一連の放射線医学画像を処理するための方法であって、画像修正ステップにおいて、推定されて少なくとも部分的に現画像(IMk)から除去される散乱放射線は先行する画像(IMk-1)について推定された散乱放射線(Idk-1 )であり、推定ステップにおいて、ピクセルのための第1行走査方向(SD1)と第1行走査方向と反対である第2行走査方向(SD2)とが現画像の各行(Li )に対して定義され、ピクセルのための第1列走査方向(SD3)と第1列走査方向と反対である第2列走査方向(SD4)とが現画像の各列に対して定義され、当のピクセル(P)対して当の走査方向に見て先行するピクセルの計算された強度を1以下の係数(α)によって調整することによって、またこの調整された強度に、前記係数の1の補数(1−α)によって調整された当の前記ピクセルの初期強度(x,y,z,v)を加えることによって得られる計算強度(y,z,v,w)を発生させる帰納的規則が定義され、そして前記帰納的規則は、それぞれ2つの行走査方向と2つの列走査方向を考慮して、現画像の各現在ピクセルに連続して4回適用され、前記帰納的規則を4回適用した後に前記現在ピクセルに対して計算された強度(w)は、画像処理速度を増し、処理の待ち時間を最小限に抑え、かつ画像の質を向上させながら、ピクセルの散乱放射線の値を表していることを特徴とする一連の放射線医学画像を処理方法。
- 走査方向の1つを使用する前記帰納的規則の第1適用中に、現在ピクセル(P)の前記初期強度(x)は現画像におけるピクセルの強度であり、その後の適用では、現在ピクセルの初期強度は前記帰納的規則の前の適用から得られたピクセルの強度であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 現画像の各現在行(Li )に対して、前記規則は1回目に第1行走査方向(SD1)を使用して適用され、次に行の全ピクセルに対して、前記規則は2回目に第2行走査方向(SD1)を使用して前記現在行(Li )に適用され、次に行の全ピクセルに対して、前記現在行の全ピクセルが前記第1および第2行走査方向を使用して適用されると、前記規則は3回目に、各現在ピクセルと同じ列(Cj )に位置して第1列走査方向(SD3)から見てこの現在ピクセルに先行するピクセルを使用して、前記行の前記各現在ピクセルのために適用され、前記規則のこれら3回の適用が現画像のすべての行について実施されると、前記規則は4回目に第2列走査方向(SD4)を使用して画像の各現在列(CJ )の全ピクセルに対して適用されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
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