JP3973181B2 - 目的物の一連の放射線医学画像を処理する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【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ＩＭ_k 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ＩＭ_k は、Ｌ₀行からＬ_r行まで、およびＣ₀列からＣ_q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Ｌ_i 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Ｌ_i 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Ｃ_j 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Ｌ_i 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Ｐ_i,0から出発してピクセルＰ_i,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。
ｙ_i,j+1＝αｙ_i,j＋（１−α）ｘ_i,j+1
ただし、ｙ_i,j+1はピクセルＰ_i,j+1の計算された強度、ｙ_i,jは前のピクセルＰ_i,jの計算された強度である。
ｘ_i,j+1はピクセルＰ_i,j+1の初期強度であり、すなわち得られた現画像ＩＭ_k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ｙ_i,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Ｐ_i、q から出発して右から左へ行Ｌ_i 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。
ｚ_i,j＝αｚ_i,j+1＋（１−α）ｙ_i,j
ただし、ｚ_i,jはピクセルＰ_i,jの計算された強度であり、
ｚ_i,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Ｐ_i,j+1の計算された強度である。
初期条件はｚ_i,q＝０である。
【００３２】
現在行Ｌ_i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Ｐ_i,j に対して、この現在ピクセルＰ_i,j と、現在列Ｃ_jの上から下への走査方向ＳＤ３による先行ピクセルＰ_i-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。
ｖ_i+1,j＝αｖ_i,j＋（１−α）ｚ_i+1,j
ただし、ｖ_i+1,jはピクセルＰ_i+1,jの計算された強度であり、ｖ_i,j は移動方向ＳＤ３に見た先行ピクセルＰ_i,jの計算された強度である。
初期条件はここではｖ_0,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Ｃ_j 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。
ｗ_i,j＝αｗ_i+1,j＋（１−α）ｖ_i,j
【００３５】
ただし、ｗ_i,jはピクセルＰ_i,jの計算された強度であり、ｗ_i+1,jはピクセルＰ_i+1,jの計算された強度であり、このピクセルＰ_i+1,jは初期条件ｗ_i,j＝０で走査方向ＳＤ４に見て前のピクセルである。
この値ｗ_i,jは、ピクセルＰ_i,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Ｉ_kから差し引くべき連続する前の画像ＩＭ_k-1について推定された散乱放射線に相当する画像Ｉｄ_k-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ＩＭ_k 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ＩＣ_k 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)

1. 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（ＩＭ_k）から除去される散乱放射線は先行する画像（ＩＭ_k-1）について推定された散乱放射線（Ｉｄ_k-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（Ｌ_i ）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。
2. 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。
3. 現画像の各現在行（Ｌ_i ）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（Ｌ_i ）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（Ｃ_j ）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（Ｃ_J ）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。

Images