JP5172570B2 - Ｘ線診断装置及びｘ線診断装置に適用される３ｄ再構成時のバイアス・キャンセル方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線診断装置とＸ線診断装置に適用される３Ｄ再構成時のバイアス・キャンセルの技術に関する。

Ｘ線診断装置において、３Ｄ再構成機能として、大別して３Ｄ−ＤＳＡ（３次元デジタル・サブトラクション・アンギオグラフィ）機能及び３Ｄ−ＤＡ（３次元デジタル・アンギオグラフィ）機能が知られている。ここで、３Ｄ−ＤＡ機能は特にＮｅｕｒｏ領域（頭部）に於いて外科手術支援に必要な骨と血管との位置関係を提供することが１つのメリットになっている。３Ｄ−ＤＡ特有の処理としてＬＯＧ変換処理があるが、この処理では３Ｄ−ＤＡ収集画像と事前に収集済みであるフラッド画像（無ファントム画像）の差分処理を行い、バイアス成分（直線成分）をキャンセルしている。これによりＳＮＲ向上を図ることができる。

図７は、３Ｄキャリブレーション処理の簡単な概念図である。３Ｄキャリブレーション処理の目的は、ＤＣＴ（Distortion Correction Table）とＷＣＴ（Wobble Correction Table）を作成することである。ここにおいて、ＤＣＴは、予め収集したグリッドファントム画像と、フラッド画像（無ファントム画像）とを使用して、ひずみ補正（Distortion補正）を行うことによって作成される。また、ＷＣＴは、予め収集したヘリックスファントム画像と、フラッド画像（無ファントム画像）と、先に作成済みであるＤＣＴとを使用して、ウォッブル補正して作成される。

ここで、図８に示すようなモデルを考えてみる。Ｘ線管球からＩ_０の強度を有するＸ線が、被検体のある部分（位置ｓ）を通過したときに、位置ｓに於けるＸ線の線吸収係数をｆ（ｓ）とすると、Ｘ線ビームに沿ったｆの投影ｐは、

で表すことができる。ここで、検出器を経由すると、検出器系に存在するゲイン調整系の影響を受ける。ゲイン係数をβとすると、出力強度はβ×Ｉとなる。このゲインβの影響を低減する為に、３Ｄ−ＤＡ画像を再構成処理する前にフラッド画像（無ファントム画像）との差分処理を実施する必要がある。このとき、

と表される。（２）式において、成分αがゲインβをキャンセルするフラッド画像に相当するものであり、β＝αの関係が成立すれば、バイアス分ｌｏｇ（β／α）をキャンセルすることができる。すなわち、図９に示すように、３Ｄ−ＤＡ再構成処理を行うのに、まず、３Ｄ−ＤＡ像からフラッド画像の差分を取る（バイアス・キャンセル処理）。次に、バイアス・キャンセル後の画像と、ＤＣＴ及びＷＣＴを用いて３Ｄ再構成処理を行って３Ｄ再構成画像を得るようにしている。

しかし、フラッド像は元々３Ｄキャリブレーションを実施する為に、（３Ｄ再構成処理の対象となる）３Ｄ−ＤＡ撮影像とは全く独立して収集されたものであり、一般的には、式においてβ＝αの関係は成り立つとは限らない。すなわち、バイアス・キャンセル処理はゲインが常時１００％であると仮定している為、本撮影時にゲインが１００％ではない時、バイアスを完全にキャンセルすることができない。例えば、３Ｄ−ＤＡ撮影の前にテスト照射を実施した際、特に問題がなければ、ゲイン調整を実施せず（＝ゲイン１００％のまま）、本撮影に移行する。しかし、ハレーション（Ｈａｌａｔｉｏｎ）などが発生してしまった場合は、ゲイン調整を実施することになるので、バイアスを完全にキャンセルすることができない（図１０参照）。

上記のように、現状では３Ｄ−ＤＡ撮影でゲイン調整処理が実施されても、３Ｄ−ＤＡ再構成時のバイアス・キャンセル処理にてゲインの調整に応じて動的に処理されていない為、ゲインの調整によっては、ＳＮＲ（ＳＮ比）向上が狙えなくなる。

本発明は、ゲイン調整に応じた動的バイアス・キャンセル処理に係る技術を提供することを目的とする。

本発明の局面に係る発明は、フラッド像と３Ｄ−ＤＡ像を取得する取得手段と、前記フラッド像と３Ｄ−ＤＡ像に所定の画像処理を施す画像処理手段と、前記画像処理が施されたフラッド像と３Ｄ−ＤＡ像を用いて３Ｄ−ＤＡ像の３Ｄ再構成を行う３Ｄ再構成手段と、を備えたＸ線診断装置において、前記３Ｄ再構成手段は、前記取得手段から前記フラッド像と３Ｄ−ＤＡ像の取得時におけるそれぞれのゲイン設定情報を入力する手段と、前記各ゲイン設定情報に基づいて前記フラッド像を補正する手段と、前記補正後のフラッド像を用いて、３Ｄ−ＤＡ像のバイアス・キャンセル処理を施す手段と、を具備することを特徴とする。なお、本発明は、装置のみならず、方法の発明としても成立する。更に、Ｘ線診断装置全体としてではなく、３Ｄ再構成におけるバイアス・キャンセル用の装置にも適用可能である。

本発明によれば、本撮影時のゲイン調整を考慮して、フラッド画像との差分処理（バイアス・キャンセル処理）を実施する為、ＳＮＲ（ＳＮ比）の高い画像を得ることができる。

図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＸ線診断装置の概略構成を示す図である。本発明の一実施形態に係るＸ線診断装置は、大別して、保持装置１０と、画像処理プロセッサ２０と、３Ｄ再構成処理ユニット３０と３Ｄワークステーション３５とを備えている。なお、画像処理プロセッサ２０と、３Ｄ再構成処理ユニット３０と３Ｄワークステーション３５とは、ネットワーク４０を介して互いに通信可能に接続されている。

保持装置１０は、Ｘ線管球１１とＸ線検出器１５との位置関係を固定したまま保持し、図示しない被検体に対して、相対的に移動する。Ｘ線管球１１は、Ｘ線高電圧発生器１２から高電圧を入力して、図示しない被検体にＸ線を照射する。被検体を透過したＸ線はＸ線検出器１５で検出される。なお、Ｘ線検出器１５は、画像を最適な状態で撮影するために、感度（ゲイン）の補正が可能となっている。

Ｘ線検出器１５で検出されたＸ線は、画像処理プロセッサ２０に出力され、画像処理プロセッサ２０で、所定の画像処理を施される。画像処理プロセッサ２０は、検出器後段処理及び画像位置補正部２１と、画像処理部２２と、画像メモリ２３と画像記録ユニット２５と、ネットワークインターフェース（Ｉ／Ｆ）２６とを備えている。
検出器後段処理及び画像位置補正部２１は、Ｘ線検出器１５からの出力信号をデジタルアナログ変換して、画像の位置補正を行う。なお、ここで、処理された画像は、３Ｄ撮影像として、リアルタイムに画像記録ユニット２５に記録保持される。画像記録ユニット２５に記録された３Ｄ撮影像は、画像処理部２２で、例えばユーザによる指示に基づいた画像処理が施されて、画像メモリ２３を介して、画像表示モニタ２４により所望の画像が表示される。
また、画像処理部２２で処理された３Ｄ撮影像はネットワークインターフェース２６を介して、図示しない処理情報と共に、３Ｄ再構成処理ユニット３０に出力される。

３Ｄ再構成処理ユニット３０は、再構成エンジン３２と、歪み補正部３４とを備えており、ネットワークインターフェース２６を介して画像処理部２２で処理された３Ｄ撮影像の再構成を行う、再構成エンジン３２は、処理情報に基づいて、予め登録されている再構成パラメータを使用し、３Ｄ再構成を行い、３Ｄ再構成像を作成する。歪み補正部３４は、再構成エンジン３２で再構成を行う前に、取得した画像の歪みを補正する。３Ｄ再構成処理ユニット３０で再構成された３Ｄ再構成像は、更にネットワーク４０を介し、３Ｄワークステーション３５に送られ、任意画像処理を行った後に、図示しない３Ｄ再構成像ビューワ上に表示される。

本発明の実施形態に係る再構成処理について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、再構成エンジンの詳細を示す図である。図３は、再構成処理の流れを示す図である。
図２に示すように、再構成エンジン３２は、フラッド像を用いて３Ｄ−ＤＡ像のバイアス・キャンセル処理を行う。ここで、バイアス・キャンセル処理を行う際に、３Ｄ−ＤＡ像とフラッド像を収集した際のゲイン（係数）も処理コマンド或いは処理パラメータの１つとして入力して、バイアス・キャンセル処理に使用する。そして、図９に示した場合と同様に、ＤＣＴとＷＣＴを参照して、画像の修正を行って、３Ｄ再構成画像を作成する。図３を参照して、具体的な再構成の流れを説明する。

まず、３Ｄ−ＤＡ像とフラッド像を撮影したときのそれぞれのゲイン係数（図３では、それぞれβ１及びβ２）を入力して、補正係数を算出する。この補正係数は、ケイン係数β１とβ２の比でもよし、その他の方法によって算出しても良い。次に、この補正係数を使用して、例えば、補正係数をフラッド像に乗じることにより、フラッド像に対する補正フラッド像生成処理を行って補正フラッド像を作成する。そして、補正フラッド像を用いて３Ｄ−ＤＡ像に対するバイアス・キャンセル処理を実行して、補正済みの３Ｄ−ＤＡ像を取得する。最終的に、図９に示した場合と同様に、補正済みの３Ｄ−ＤＡ像と、ＤＣＴ及びＷＣＴを用いて３Ｄ再構成処理を行って３Ｄ再構成画像を得る。

図４に、フラッド像をゲイン係数で補正した場合としない場合におけるバイアス・キャンセルのようすを示す。
図４（ａ）は、フラッド像をゲイン係数で補正しない場合を示している。この場合において、フラッド画像と３Ｄ−ＤＡ像とのゲイン係数が異なるときには、ゲインの調整差分として、フラッド画像によってキャンセルされるべき背景レベルが３Ｄ−ＤＡ像の背景レベルまで、達しないおそれがある。従って、３Ｄ−ＤＡ像とフラッド像との背景レベルに差が生じるため、背景成分を完全にキャンセルすることができない。このため、ＳＮＲが悪くなることになる。

図４（ｂ）は、フラッド像をゲイン係数で補正した場合を示している。この場合には、画像取得時のフラッド画像のゲイン係数と３Ｄ−ＤＡ像のゲイン係数とに応じて、フラッド画像を補正して、３Ｄ−ＤＡ像のゲイン係数を合わせるようにしたので、ほぼ背景成分（すなわち、バイアス成分）をキャンセルすることができるので、ＳＮＲが改善されることになる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の構成は第１の実施形態と同じであるので、図示及び説明を省略する。フラッド像は、被写体が無い場合の背景を撮影したものである。バイアス成分除去の為に、３Ｄ−ＤＡ撮影像とフラッド画像との差分を取る際、差分を取り合うフレーム間の関係は一義に決定されている。しかし、各フラッドフレーム像自体にノイズが乗っているため、単純に対応する３Ｄ−ＤＡ像と差分を取るとそのノイズの影響を受け、画質面で問題が生じるおそれがある。

そこで、通常、ノイズを低減するために、図４に示すように対応するフレーム前後の数フレーム分を加算平均した結果が使用されている。しかし、３Ｄ−ＤＡ再構成を実施する度にこの加算平均したフラッド像を３Ｄ再構成処理ユニットに送ると、転送時間も無視できない。ここで、フラッド像の画像レベルが撮影角度にあまり依存しないことを考えると、代表的な数フレームを加算平均した結果を３Ｄ−ＤＡ画像との差分時に３Ｄ−ＤＡ全フレームに対して適用することができる（図５参照）。

このフラッド像の代表加算平均像は事前処理である３Ｄキャリブレーション処理時に３Ｄ再構成処理ユニット側に送信しておいても良い。その際、フラッド像に対するゲイン情報を送信し、３Ｄ再構成処理ユニット側で保持しておく。この場合において、３Ｄ−ＤＡ再構成処理時には、フラッド像の代表加算平均像とゲイン情報が３Ｄ再構成処理ユニット側に保持されているので、３Ｄ−ＤＡ画像データとそのゲイン情報を３Ｄ再構成処理ユニット３０に送付するだけで良い。その後の処理は、第１の実施形態と同様である。

なお、本実施形態において、フラッド像収集時と３Ｄ−ＤＡ像収集時でゲイン情報が同じである場合には、補正係数算出処理及び補正フラッド像生成処理をスキップしても良い。

本発明は、上記各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。

また、例えば各実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

本発明の第１の実施形態に係るＸ線診断装置の概略構成を示す図である。 再構成エンジンの詳細を示す図である。 再構成処理の流れを示す図である。 本実施形態において、フラッド像をゲイン係数で補正した場合としない場合におけるバイアス・キャンセルのようすを示す図である。 ノイズを低減するために、対応するフレーム前後の数フレーム分を加算平均するようすを示す図である。 本発明の第２の実施形態を説明するための図である。 ３Ｄキャリブレーション処理の簡単な概念図である。 バイアス・キャンセルの必要性について説明するための図である。 従来のバイアス・キャンセルについて説明するための図である。 従来におけるバイアス・キャンセルによる３Ｄ構成処理の前後における信号の強度関係を示す図である。

符号の説明

１０…保持装置
１１…Ｘ線管球
１２…Ｘ線高電圧発生器
１５…Ｘ線検出器
２０…画像処理プロセッサ
２１…画像位置補正部
２２…画像処理部
２３…画像メモリ
２４…画像表示モニタ
２５…画像記録ユニット
２６…ネットワークインターフェース
３０…３Ｄ再構成処理ユニット
３２…再構成エンジン
３４…歪み補正部
３５…３Ｄワークステーション
４０…ネットワーク

Claims (4)

1. フラッド像と３Ｄ−ＤＡ像を取得する取得手段と、
   前記フラッド像と３Ｄ−ＤＡ像に所定の画像処理を施す画像処理手段と、
   前記画像処理が施されたフラッド像と３Ｄ−ＤＡ像を用いて３Ｄ−ＤＡ像の３Ｄ再構成を行う３Ｄ再構成手段と、を備えたＸ線診断装置において、
   前記３Ｄ再構成手段は、
   前記取得手段から前記フラッド像と３Ｄ−ＤＡ像の取得時におけるそれぞれのゲイン設定情報を入力する手段と、
   前記各ゲイン設定情報に基づいて前記フラッド像を補正する手段と、
   前記補正後のフラッド像を用いて、３Ｄ−ＤＡ像のバイアス・キャンセル処理を施す手段と、を具備することを特徴とするＸ線診断装置。
2. 請求項１に記載のＸ線診断装置において、前記３Ｄ再構成手段は、前記フラッド像のフレームのデータのうち加算平均した代表フラッドデータと該フラッド収集時のゲイン設定情報を保持することを特徴とするＸ線診断装置。
3. 請求項２に記載のＸ線診断装置において、前記３Ｄ再構成手段は、前記代表フラッドデータと該フラッド収集時のゲイン設定情報を用いて３Ｄ−ＤＡ像のバイアス・キャンセル処理を施すことを特徴とするＸ線診断装置。
4. フラッド像と３Ｄ−ＤＡ像を取得する取得手段と、前記フラッド像と３Ｄ−ＤＡ像に所定の画像処理を施す画像処理手段と、前記画像処理が施されたフラッド像と３Ｄ−ＤＡ像を用いて３Ｄ−ＤＡ像の３Ｄ再構成を行う３Ｄ再構成手段と、を備えたＸ線診断装置に適用されるバイアス・キャンセル方法おいて、
   前記取得手段から前記フラッド像と３Ｄ−ＤＡ像の取得時におけるそれぞれのゲイン設定情報を入力し、
   前記各ゲイン設定情報に基づいて前記フラッド像を補正し、
   前記補正後のフラッド像を用いて、３Ｄ−ＤＡ像のバイアス・キャンセル処理を施すことを特徴とするバイアス・キャンセル方法。

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