JP5341471B2 - 放射線画像処理装置、画像処理方法、ｘ線透視装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線画像処理装置、画像処理方法、Ｘ線透視装置及びその制御方法に関する。

被写体を透過したＸ線等の放射線の透過分布を検出することにより、被写体（特に人体の内部）を観察する場合、Ｘ線ＴＶシステムや蓄積性蛍光体（輝尽性蛍光体）を利用した放射線画像再生システムが使用されている。近年、フラットパネルＸ線センサと呼ばれる半導体を用いた大判のイメージセンサ（固体撮像素子）で被写体を透過した放射線を直接受けることにより、被写体の放射線画像を取得することも一般化しつつある。

放射線が被写体を透過するときには、一部の放射線が散乱され、その影響で画像のコントラストが低下する。この散乱された放射線（以下「散乱線」ともいう。）を取り除くために、散乱線除去グリッド（以下単に「グリッド」ともいう。）と呼ばれる部材を被写体とイメージセンサとの間に配置することが行われている。このグリッドは、厚さ１ｍｍ以下程度の鉛板等の放射線吸収部材が格子状又は列状に組み合わせてあり、ランダムな方向に進む散乱線が放射線吸収部材に吸収されることにより、イメージセンサに到達する散乱線を低減する。しかし、この散乱線除去グリッドを用いても、被写体から散乱される多くの散乱線がイメージセンサに到達し、画像のコントラストを低下させてしまう。そのため、散乱線の影響をさらに低減する方法が必要である。本発明は、この低減する方法に関するものである。

従来から、散乱線除去グリッド自身も被写体の散乱線によりコントラストを低下させてしまうことを利用して散乱線分布を取得し、散乱線の影響を低減した放射線画像を得る方法が知られている。具体的には、散乱線除去グリッドを用いると、その陰影が、イメージセンサにより取得された画像の中に縞状の画像（以下「グリッド像」ともいう。）として写る。このグリッド像は、散乱線が無い場合にはくっきりした陰影として写り、散乱線がある場合には陰影が薄くなるため、この差異を用いて散乱線の二次元分布を取得することが可能である。これに類する技術が、特開昭62-092662号公報（特許文献１）に開示されている。

特開昭62-092662号公報

しかしながら、特開昭62-092662号公報のように、画素上にグリッドが存在している画素同士の引き算では、散乱線に相当する量を正確に取り出すことはできない。なぜならば、画素上にグリッドが存在している画素値は、被写体が無い場合と被写体がある場合とで、それぞれ次のように (1)式と(2)式のようになるからである。

画素値 = 照射成分 - グリッド成分 (1)
画素値 = 照射成分 - グリッド成分 - 被写体成分 + 散乱成分 (2)

上式において、左辺の画素値および右辺の各項はイメージセンサに到達したＸ線量を対数変換した値である。照射成分は、被写体が無い場合にイメージセンサに到達した画素値である。グリッド成分は、グリッドの陰影の画素値であり、被写体成分は、被写体の陰影の画素値である。散乱成分は、被写体から散乱される散乱線量に相応する画素値である。(1)式と(2)式の引き算により、[散乱成分 − 被写体成分]という量が得られる。しかし、この量には散乱成分だけでなく被写体成分も含まれており、画素上にグリッドが存在している画素同士の引き算では、散乱線に相当する量だけを取得することができないことが分かる。すなわち、特開昭62-092662号公報に開示された方法では、散乱線が多いかどうかを判断することができない。散乱線が多いかどうかを判断するためには、被写体成分に関する影響を除外しなければならない。

本発明の目的は、散乱線が多いかどうかを被写体に影響されることなく判断することができる放射線画像処理装置を提供することである。また本発明の目的の１つは、散乱線が多いかどうかを画像の各位置で局所的に判断して、その位置毎に放射線画像から散乱線の影響を取り除き、画像のコントラストを向上させることである。さらに、本発明の目的の１つは、被写体からの散乱線が少ないＸ線透視装置を提供することである。

本発明の一側面によれば、例えば、被写体からの散乱線を除去するためのグリッドを放射線検出部の前面に備えた放射線撮影装置における放射線撮影により得られた放射線画像に対して画像処理を行う放射線画像処理装置であって、被写体を介さずに放射線撮影して得られた第１の画像データから、前記グリッドに起因する第１のグリッド画像成分を抽出する第１の抽出手段と、被写体を介して放射線撮影して得られた第２の画像データから、前記グリッドに起因する第２のグリッド画像成分を抽出する第２の抽出手段と、前記第１のグリッド画像成分と前記第２のグリッド画像成分とを比較して、散乱成分の多さの２次元分布を算出する算出手段とを備えることを特徴とする放射線画像処理装置が提供される。

本発明の別の側面によれば、被写体からの放射線を除去するためのグリッドを放射線検出部の前面に備えたＸ線透視装置であって、被写体を介さずに放射線撮影して得られた第１の画像データから、前記グリッドに起因する第１のグリッド画像成分を抽出する第１の抽出手段と、被写体を介して放射線撮影して得られた第２の画像データから、前記グリッドに起因する第２のグリッド画像成分を抽出する第２の抽出手段と、前記第１のグリッド画像成分と前記第２のグリッド画像成分とを比較して、散乱成分の多さをスカラー値として算出する算出手段と、前記算出手段により算出される前記スカラー値が小さくなるようにＸ線照射条件を決定する決定手段とを備えることを特徴とするＸ線透視装置が提供される。

本発明によれば、例えば、散乱線が多いかどうかを被写体に影響されることなく判断することができる放射線画像処理装置が提供される。また本発明によれば、散乱線が多いかどうかを画像の各位置で局所的に判断して、その位置毎に放射線画像から散乱線の影響を取り除き、画像のコントラストを向上させることができる。さらに、本発明によれば、被写体からの散乱線が少ないＸ線透視装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決手段として必須のものであるとは限らない。

本発明では、散乱成分が「被写体成分に対する散乱成分」と「グリッド成分に対する散乱成分」とに分解できることに着目し、グリッド成分に対する散乱成分を取得して、散乱成分の多さを算出する。以下、図３と図４を用いて、グリッド成分に対する散乱成分と被写体成分に対する散乱成分について説明する。

図３は、垂直に近い角度で散乱線が画素に対して入射した場合を表した図である。上から順番に、被写体、グリッド、画素という位置関係になっている。被写体で発生した散乱線は、グリッドに遮られることなく画素に入射するため、画素上にグリッドが存在する画素x4 も、画素上にグリッドが存在しない画素x3 や 画素x5 も同じように散乱線が入射する。

一方、図４は、散乱線が画素に対して比較的大きい入射角度で入射する場合を表している。画素上にグリッドが存在する画素x4では散乱線が入射するが、画素上にグリッドが存在しない画素x3 や 画素x5 の場合は、散乱線がグリッドに遮られるため、画素に入射しない。すなわち、画素上にグリッドが存在しない画素の画素値は次式で与えられる。

画素値 = 照射成分 - 被写体成分 + 散乱成分1 (3)

また、画素上にグリッドが存在する画素の画素値は次式で与えられる。

画素値 = 照射成分 - 被写体成分 + 散乱成分1 - グリッド成分 + 散乱成分２ (4)

上記(3)式と(4)式において、散乱成分１が入射角度が小さい場合（すなわち入射角度が垂直に近い場合）の散乱線であり、散乱成分２が入射角度が大きい場合の散乱線である。散乱成分１が「被写体成分に対する散乱成分」であり、散乱成分２が「グリッド成分に対する散乱成分」である。

(3)式と(4)式を、画像上の１ラインに関して画素値をプロットすると、図５(c)のようになる。ここで図５(a)は、被写体もグリッドも無い場合の画素値のプロットである。どの位置の画素値も照射成分に相当する値になっている。図５(a)の照射条件を保ったまま、グリッドを装着すると画素値は図５(b)のようになる。位置A1, A2, A3はグリッドが存在する画素であり、画素値はグリッドの陰影に相当するh だけ周囲より小さくなっている。図５(c)は、被写体とグリッドとがある場合の画素値のプロットである。グリッドが存在しない画素は(3)式で表され、グリッドが存在する画素は(4)式で表される。位置A1, A2, A3はグリッドが存在する画素であり、図5(c)に示すように、グリッドの陰影に相当する画素値をそれぞれ h1, h2, h3 とすると、h1 ≦ h , h2 ≦ h , h3 ≦ h である。散乱線が存在するために、図5(b)の場合と比較して、グリッドの陰影に相当する画素値は小さくなる。この小さくなる量が「グリッド成分に対する散乱成分」である。

本発明は、(1) 被写体が存在しない場合のグリッドの陰影の画素値（第１の画像データ）と、(2) 被写体が存在する場合のグリッドの陰影の画素値（第２の画像データ）とを差分比較することにより、散乱線の多さを取得する。具体的には、「第１の画像データ」と「第２の画像データ」から、それぞれグリッド画像成分を抽出して、両者を比較することで散乱線の多さを取得する。

なお、「グリッド成分に対する散乱成分」は、「被写体成分に対する散乱成分」とほぼ比例関係にあり、「グリッド成分に対する散乱成分」が大きい場合は、「被写体成分に対する散乱成分」も大きい。そのため、「グリッド成分に対する散乱成分」を取得するだけで、散乱成分の多さを取得することが可能である。

また、グリッドは画素に対してとびとびの位置にだけ存在するため、散乱成分の多さもとびとびの位置に関して取得することになる。そのためグリッドが存在しない画素に関する散乱線の多さは、０次補間や１次補間等の補間関数を用いて補間して得る。このようにして散乱成分の多さの２次元分布は補間関数により生成することが可能である。

散乱成分の多さの２次元分布があれば、散乱成分を除去することが可能である。これは、散乱成分の多さの絶対量が、算出した散乱成分の多さの２次元分布にほぼ比例しているためである。したがって、「第２の画像データ」から「散乱成分の多さの２次元分布」の定数倍を各画素毎に引き算するだけで除去が可能である。その結果、画像のコントラストを向上させることができる。

画像のコントラストを向上させる別の方法としては、散乱成分の多さの２次元分布を用いて、散乱成分が多い箇所ほど鮮鋭化処理を強く施すという方法もある。鮮鋭化処理の強さの調節方法としては、簡便な方法として、3x3のハイパスフィルタを使用し、空間周波数の高周波数帯域のゲインをハイパスフィルタのカーネルの係数により調節するという方法がある。

また、一実施形態におけるＸ線透視装置は、散乱成分の多さを算出することを利用して、散乱線が少なくなるようにＸ線照射条件を逐次的に変更する構成を備える。この構成により、散乱線が一番少ないＸ線照射条件で透視画像を観察することができる。そのため、従来装置と比較して、画像のコントラストを向上させることができる。

散乱成分の多さを算出できない装置ならば、Ｘ線照射条件をどのように変更すれば散乱線が減少するのかを判断することができない。散乱成分の多さを算出することが可能なＸ線透視装置は、このように有用である。

（実施形態１）
図１は、実施形態１における放射線画像処理装置の機能構成を示すブロック図である。図１０の(a)、(b)は、本実施形態における放射線画像処理装置の動作を示すフローチャートである。図６は、本実施形態による放射線画像処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。以下に、図１の各ブロックの機能を、図１０のフローチャートの手順に沿って説明する。

図１０における各ステップに対応するプログラムは、図６におけるコンピュータPCのハードディスクHDまたは光磁気ディスクMOまたはRAMまたはROMなどの記憶装置に格納されている。そして、CPUが、その記憶装置からそのプログラムを読み出して、フローチャート順に実行することにより、以下に記述するようなアクションが実行される。

実行順序としては、図１０(a)のフローを実行して、次に図１０(b)のフローを実行する。図10(a)は、あらかじめ被写体が無い場合におけるグリッド画像成分を記憶する処理のフローチャートであり、図10(b)は、被写体が存在する場合に散乱線の影響を除外して画像のコントラストを向上させる処理のフローチャートである。

まず図10(a)において、「はじめ」のトリガーは、図１における画像生成部R100に接続されている、不図示のＸ線照射ボタンがユーザーに押されたことにより生じる。

放射線撮影装置としての画像生成部R100は、被写体に向けてＸ線を照射するＸ線発生部R101と、被写体を透過したＸ線を検出する放射線検出部としてのＸ線センサ部R103を備える。さらに、Ｘ線センサ部R103の前面（被写体側）には、被写体からの散乱線を除去するためのグリッドR102が設けられている。

ステップS101では、図１におけるＸ線発生部R101がＸ線を照射して、グリッドR102を通過して、Ｘ線センサ部R103にＸ線が到達する。図１には被写体が示されているが、上述したように図10(a)は被写体が無い場合のフローチャートであり、照射Ｘ線と透過Ｘ線は同じである。

次に、ステップS102では、放射線撮影として、Ｘ線センサ部R103が、到達したＸ線を電気信号に変換することによりＸ線画像を取得する。

次に、ステップS103では、Ｘ線センサ部R103に付随する不図示の対数変換部が、ステップS102で取得したＸ線画像を対数画像へ変換し、この対数画像を画像生成部R100から出力する。出力した対数画像は画像処理部R200の入力となる。

ステップS104では、グリッド画像成分抽出部R201において、対数画像から、グリッドに起因するグリッド画像成分を抽出する（第１の抽出）。具体的にはグリッドの空間周波数を抽出する空間フィルタを対数画像に施すことにより、グリッド画像成分を抽出する。便宜上、被写体が無い場合のグリッド画像成分を、第１のグリッド画像成分と呼ぶ。

次にステップS105では、ステップS104で抽出した第１のグリッド画像成分を、Ｘ線発生部R101が照射したＸ線照射条件とともに、グリッド画像成分記憶部R203へ記憶する。ここで、Ｘ線照射条件とは、Ｘ線管電圧及びＸ線管電流（以下それぞれ単に「管電圧」、「管電流」とも言う。）を含む。

次にステップS106では、所定の複数のＸ線照射条件に関してＸ線照射を終了したかどうかを判断する。Ｘ線照射を終了していない場合は、ステップS107に進む。Ｘ線照射が終了している場合は、「おわり」である。ステップＳ107では、所定の複数のＸ線照射条件のうちで、まだＸ線照射していないＸ線照射条件へ変更して、ステップＳ101へ戻る。

ここで所定の複数のＸ線照射条件は、後述のステップS206に関係しており、散乱線の多さを算出する際の精度に関係している。散乱成分の多さは、第１のグリッド画像成分と、被写体が存在する場合のグリッド画像成分（以下「第２のグリッド画像成分」とも言う。）とを比較することにより算出される。ただし、第１のグリッド画像成分と第２のグリッド画像成分のＸ線照射条件は同じであるとは限らない。そのため、複数のＸ線照射条件において第１のグリッド画像成分を蓄積しておき、第２のグリッド画像成分を取得した場合に、第２のグリッド画像成分のＸ線照射条件における第１のグリッド画像成分を推測する必要がある。

具体的には、図５(b)の h を推測できればよい。本実施形態では対数画像を用いているため、図５(b)の ｈ は、管電流には依存せず、管電圧にのみ依存する。そのため、たとえば放射線画像処理装置の管電圧が 70 kV 〜 110kV の範囲を可変するシステムであれば、10kV刻みで、70kV, 80kV, 90kV, 100kV, 110kV に関して、Ｘ線照射すればよい。管電流はたとえば、一律4.0mAでよい。この場合、所定の複数のＸ線照射条件とは、(70kV, 4.0mA), (80kV, 4.0mA), (90kV, 4.0mA), (100kV, 4.0mA), (110kV, 4.0mA) の ５つを意味する。

上述したように図10(a)は、あらかじめ被写体が無い場合におけるグリッド画像成分を記憶する処理のフローチャートである。この作業は１回だけで十分であるため、たとえば放射線画像処理装置の組み立て時に１回だけ実行してもよいし、システムの経年劣化も考慮して定期的に実行してもよい。

次に図10(b)であるが、「はじめ」のトリガーは、図１における画像生成部R100に接続されている不図示のＸ線照射ボタンがユーザーに押されたことにより生じる。ステップS201では、図１におけるＸ線発生部R101がＸ線を照射して、グリッドR102を通過して、Ｘ線センサ部R103にＸ線が到達する。

次に、ステップS202ではＸ線センサ部R103が、到達したＸ線を電気信号に変換することによりＸ線画像を取得する。

次に、ステップS203では、Ｘ線センサ部R103に付随する不図示の対数変換部が、ステップS202で取得したＸ線画像を対数画像へ変換し、この対数画像を画像生成部R100から出力する。出力した対数画像は画像処理部R200の入力となる。

ステップS204では、グリッド画像成分抽出部R201において、対数画像からグリッド画像成分を抽出する（第２の抽出）。具体的にはグリッドの空間周波数を抽出する空間フィルタを対数画像に施すことにより、グリッド画像成分を抽出する。このグリッド画像成分を、図10(a)のステップS106で上述したように、第２のグリッド画像成分と呼ぶ。

次にステップS205では、減算部R205において、画像処理部R200に入力された対数画像から、ステップS204で抽出した第２のグリッド画像成分を減算する。この処理は、本発明の目的である「散乱線の影響を取り除く」こととは直接の関係ないが、放射線画像の品質を高めるという意味で重要な処理である。散乱線除去グリッドは、その陰影がイメージセンサにより取得された画像に縞状の画像情報として写ることを上述した。この縞状の画像情報は観察時に非常に目障りであり、グリッド画像成分は除去することが求められているためである。

次にステップS206では、散乱成分算出部R202において、散乱成分の多さの２次元分布を算出する。まず、ステップS201で照射したＸ線照射条件における第１の画像を推測する。より具体的には、図５(b)の h を推測する。そのために、あらかじめグリッド画像成分記憶部R203に格納されている複数の第１の画像を用いて、補間処理を実行する。たとえば、(70kV, 4.0mA), (80kV, 4.0mA) の第１の画像が格納されており、ステップS201で照射したＸ線照射条件が (75kV, 3.0mA) であると仮定する。この場合、(75kV, 3.0mA)の h は、たとえば次式で表される線形補間で推測する。

{ (70kV, 4.0mA) の h ＋ (80kV, 4.0mA) の h } / 2

グリッド成分 h の推測方法はこの限りではなく、更に高次の補間関数を使用してもよい。

次に、推測したグリッド成分 h と 第２のグリッド画像成分のグリッド成分 ( 図５(c)における h1, h2, h3 ) とを差分比較して、画素上にグリッドが存在する画素における散乱線の多さを算出する。ここで散乱線の多さとは、(4)式における散乱成分２を意味する。

次に、画素上にグリッドが存在しない画素に関して、散乱線の多さを推測する。具体的には、画素上にグリッドが存在する画素における散乱線の多さを用いて、線形補間または高次の補間関数を適用して、補間処理を実行する。この補間処理により、「散乱線の多さの２次元分布」が算出され、散乱成分算出部R202から出力される。

ステップS207では、鮮鋭化処理部R204において、ステップS206で出力された「散乱線の多さの２次元分布」の値が大きいほど鮮鋭化処理の強調度合いが大きくなるように実行する。たとえば「散乱線の多さの２次元分布」の値が大きい位置ほど空間周波数の高域を増幅する。ここで鮮鋭化処理の対象画像は、減算部R205が出力した画像である。鮮鋭化処理の具体的な一例としては、たとえば図１２のような3x3の空間フィルタを位置毎にコンボリューションする場合、次のようなフィルタ係数が考えられる。

a1 = A( -1/9 )
a2 = A( -1/9 )
a3 = A( -1/9 )
a4 = A( -1/9 )
a5 = A( 1 - 1/9 ) + 1
a6 = A( -1/9 )
a7 = A( -1/9 )
a8 = A( -1/9 )
a9 = A( -1/9 )

このフィルタ係数において、A は鮮鋭化処理の強調度合いを調節するパラメータであり、大きい値ほど強調することになる。「散乱線の多さの２次元分布」の値を B とするとき、たとえば、A = k B (k は比例定数) という関係により、“「散乱線の多さの２次元分布」の値が大きい位置ほど空間周波数の高域を増幅する”ことを実現できる。

このようにして鮮鋭化処理部R204が鮮鋭化処理を施して、出力画像を出力する。出力画像は、表示部R300へ入力され、ディスプレイに出力画像が表示されて、図10(b)のフローチャートは「おわり」に到達する。

なお、従来からグリッド像を取り除く技術が提案されている（たとえば、特開2006-272013号公報、特開2003-150954号公報）。これらの技術を使用して、第１のグリッド画像成分や第２のグリッド画像成分を抽出して、第１のグリッド画像成分と第２のグリッド画像成分とを比較してもよい。

本実施形態ではステップS205の次にステップS206を実行したが、どちらが先でもよい。または両者は同時並行処理でもよい。

さらに、本実施形態ではステップS103およびS203で対数画像へ変換したが、対数画像へ変換することなく各処理を実行してもよい。この場合、対数変換後の加算は乗算として実行し、対数変換後の減算は除算として実行することになる。

さらに、図１における鮮鋭化処理部R204の前もしくは後に、放射線画像のノイズを低減するためのノイズ低減処理部を加えてもよい。このノイズ低減処理部の追加により、画像処理部R200の出力である出力画像の品質は高くなる。

最後に、システム全体の構成に関して言及しておく。

図６において、コンピュータPCはネットワークNを介して１つ或いは複数の画像生成装置MDに接続されている。または、不図示の撮影装置により撮影された画像が予めファイルサーバFSに保存されており、それを画像生成装置として同等に扱えるようにしても、本発明を全く同じように適用することができる。

図１の機能ブロック図における画像生成部R100は、画像生成装置MDに相当する。図６では画像生成装置MDはネットワークNを介してコンピュータPCと接続されているが、ネットワークを介することなく接続されていてもよい。たとえばコンピュータPCと画像生成装置MDが１対１の直結で接続されていてもよい。

なお、図１の画像処理部R200と表示部R300は、コンピュータPCおよびそれに内蔵された周辺機器により実現することができる。一例として、画像処理部R200および表示部R300は、図６におけるハードディスクHDに格納されたプログラムおよび表示装置MONとして実現することができる。この場合、不図示のユーザー入力によりハードディスクHDに保存されたプログラムがRAMに読み出され、前述したようにCPUがRAM内のプログラムを順次実行して前述した機能を実現し、画像処理の結果が表示装置MONに表示される。ここで、表示装置MONは、例えば、ＣＲＴモニター、液晶ディスプレイ等を用いることができる。

また、本実施形態を実施するプログラムはハードディスクHDに保存されることに限定される必要はない。例えば、外部記憶装置としてコンピュータPCに接続された光磁気ディスクMOや、ネットワークを介して接続されるファイルサーバFSに記憶されるようにしてもよい。あるいは本実施形態の画像処理部R200と表示部R300は、部分あるいは全てをコンピュータPCに装着された専用のハードウエアアクセラレータACCとして実現するようにしてもよい。

（実施形態２）
上述した実施形態１の構成は、主に放射線画像のコントラスト向上という目的達成のためであった。これに対して、以下説明する実施形態２の構成は、放射線画像のコントラスト向上という目的もあるが、術者の被曝低減という目的にも主眼を置いている。

手術を実施している術者は、被写体から散乱線が発生しているために、Ｘ線の直接照射を受けていなくても被曝する。散乱線による被曝は直接照射ではないため、被写体が受ける被曝量より小さい。しかし１回の手術で被曝する量が少なくても、毎日の手術時間の合計を考慮すると、術者の被曝量も相当大きな数字になる。

手術では被写体の様子がよく見えることが第一優先であり、画像の画質は、被写体の種類や形状とＸ線照射条件である管電圧及び管電流に依存する。被写体の種類や形状を変更することはできないが、Ｘ線照射条件を変更することは可能である。そのためＸ線透視装置およびＸ線透視撮影装置は、Ｘ線照射条件を画質が良くなるように撮影毎に可変して、目標とする画質を満たすＸ線照射条件を選択する。画質は照射Ｘ線量と関係があり、被写体が同じで照射Ｘ線量が同じなら、画質はほぼ同じである。そして、照射Ｘ線量は、Ｘ線照射条件を決定すると一意に決定される。

本実施形態では、Ｘ線透視装置が選択したＸ線照射条件から導かれる照射Ｘ線量をαとすると、Ｘ線照射条件の中からαになるものを選び出す。そして、そのＸ線照射条件でＸ線を照射することによりＸ線画像を取得し、散乱線が最小となるＸ線照射条件を探索する。

図２は、本実施形態におけるＸ線透視装置の機能構成を示すブロック図、図７は、本実施形態における画像処理部の機能構成を詳細に示すブロック図である。図10(a)と図11は、本実施形態におけるＸ線透視装置の制御処理を示すフローチャートである。Ｘ線透視装置も放射線画像処理装置の１つであり、基本的な構成は実施形態１と同一である。なお図10(a)に関する説明は実施形態１と同じであるため、以下では異なる点に関して、図11のフローチャートの手順に沿って説明する。

実行順序としては、図１０(a)のフローを実行して、次に図１1のフローを実行する。図10(a)は、あらかじめ被写体が無い場合におけるグリッド画像成分を記憶する処理のフローチャートであり、図11は、被写体が存在する場合に散乱線の影響を除外して画像のコントラストを向上させるＸ線照射条件を探索する処理のフローチャートである。

図11において、「はじめ」のトリガーは、Ｘ線の照射指示を受信したことにより生じる。多くのＸ線透視装置の場合、フットペダルの押下、もしくは、曝射ボタンの押下によりＸ線の照射指示がなされる。

「はじめ」の次は、ステップS300を実行する。ステップS300では、図２のＸ線照射条件決定部R180において、あらかじめ記憶されているＸ線照射条件の初期値を呼び出して、Ｘ線照射条件を設定する。このＸ線照射条件の初期値は、観察部位に適した値が記憶されている。たとえば、観察部位が厚い場合は、Ｘ線の強度が大きいＸ線照射条件であり、たとえば、観察部位が薄い場合は、Ｘ線の強度が小さいＸ線照射条件となっている。本発明では、このＸ線照射条件の初期値は特定の値に限定されず、任意の値としてよい。

次にステップS301を実行する。ステップS301ではＸ線発生部R101において、ステップS300で設定したＸ線照射条件でＸ線を照射する。Ｘ線発生部R101から照射された照射Ｘ線は、被写体を透過して、グリッドR102を通って、Ｘ線センサ部R103へ到達する。

次にステップS302を実行する。ステップS302では、Ｘ線センサ部R103において、Ｘ線画像を取得する。

次にステップS303を実行する。ステップS303では、ステップS302で取得したＸ線画像を、対数画像へ変換する。この対数画像を図２では、画像Ａと表記している。この画像Ａは、平均輝度測定部R151と画像処理部R200'へ入力される。

次にステップS304とステップS310を実行する。これら２つは、条件分岐ではなく同時実行であり、並列して動作する。ステップS304では、グリッド画像成分抽出部R201でグリッド画像成分を抽出し、散乱成分算出部R202で「散乱成分の多さの２次元分布」を算出する。

ここまでは実施形態１と同じであるが、本実施形態では、散乱成分スカラー値算出部R206において、「散乱成分の多さの２次元分布」を積分して「散乱成分スカラー値」として出力する。

ステップS310では、実施形態１と同様に、減算部R205でグリッド画像成分を除去し、鮮鋭化処理部R204で「散乱成分の多さの２次元分布」の値の大きさに応じて鮮鋭化処理を施す。その後、ノイズ低減処理部R207で放射線画像特有のノイズを低減処理して、画像Bを出力する。出力した画像Ｂは、ステップS11で、図２の表示部R300にて、ディスプレイへ表示される。

次にステップS305を実行する。ステップS305では、Ｘ線照射条件決定部R180において、次のＸ線照射におけるＸ線照射条件を決定する。最初から数巡目までは、平均輝度測定部R151が出力する画面の平均輝度値が目標平均輝度値に等しくなるようにＸ線照射条件を探索する。平均輝度値が目標平均輝度値に等しくなった後に、照射Ｘ線量の等値曲線データテーブルR152と散乱成分スカラー値を用いて、目標平均輝度値を維持したまま、散乱線が一番少なくなるＸ線照射条件を探索する。ここで一巡とは、ステップS301からステップS306を経由して再びステップS301へ戻るループのことを指している。また、照射Ｘ線量の等値曲線データテーブルR152は、図8(b)および図9(a)のようなデータである。照射Ｘ線量は、Ｘ線発生部が照射するＸ線の量であり、管電圧と管電流を決定すると一意に定まる量である。まず図8(a)のように、管電圧と管電流を小刻みに可変しながら照射Ｘ線量を測定する。次に照射Ｘ線量が等しい値同士を線で結ぶ。すると図8(b)のようなデータを得ることができる。

上述したように、照射Ｘ線量は画像の画質と関係しており、被写体が同じで照射Ｘ線量が同じなら、画質はほぼ同じである。そのため、図８(b)の等値曲線Ａを満たす管電圧と管電流の組み合わせで撮影した場合、どの組み合わせでもほぼ同じ画質が得られる。

平均輝度値が目標平均輝度値に等しくなるようにＸ線照射条件を変更する方法としては次のような方法がある。すなわち、平均輝度値＜目標平均輝度値の場合は、現在より照射Ｘ線量を大きくするように変更し、反対に、平均輝度値≧目標平均輝度値の場合は、現在より照射Ｘ線量を小さくするという方法である。これらのＸ線照射条件の変更方法は、Ｘ線透視装置においては周知の方法であり、様々な方法が提案されている（例えば特開平07-183094号公報)。

本実施形態において、従来例と比較して特徴的な動作は、平均輝度値が目標平均輝度値に等しくなった後の動作である。まず、目標平均輝度値を達成するＸ線照射条件を通る等値曲線を求めて、次にその等値曲線上のＸ線照射条件でＸ線照射して、各々のＸ線照射条件における散乱成分スカラー値を記憶する。

たとえば目標平均輝度値を達成するＸ線照射条件が、図９(a)において管電圧がX0、管電流が Y0 である場合、照射Ｘ線量は30μRであると分かる。すなわち、目標平均輝度値を達成するＸ線照射条件を通る等値曲線は、30μRの曲線であることが分かる。次に、図9(b)のように、30μRの曲線上における複数のＸ線照射条件でＸ線照射する。複数のＸ線照射条件とは、たとえば 管電圧 = X1、管電流 = Y1 と、管電圧 = X2 、管電流 = Y2 の２つである。２つに限ることはなく、図9(b) の 30μRの曲線上に記した黒丸の各点のすべてを、複数のＸ線照射条件と考えてもよい。

これら複数のＸ線照射条件の照射後、散乱成分スカラー値が一番小さいＸ線照射条件を求めて、以後は、このＸ線照射条件でＸ線照射する。ただし、Ｘ線照射している被写体が動いた場合など、被写体に変化があった場合は、最初の動作に戻ることになる。被写体の変化により、平均輝度値が目標平均輝度値と等しくなくなってしまうためである。

こうして、本実施形態では、等値曲線を満たす管電圧・管電流の組み合わせの中から、散乱線が一番少ない組み合わせを選択する。すなわち、ほぼ同じ画質でありながら、散乱線が一番少ないＸ線照射条件を選択することができる。そのため、従来より術者の被曝を低減しつつ、かつ、画像のコントラストが向上している透視画像を提供できる。

なお、上述の「画質」は、本実施形態ではＸ線画像の画素値の平均輝度である。画質は、平均輝度に限定することはなく、他の別の指標であってもよいが、照射Ｘ線量と正の相関または負の相関が必要である。なぜならば、画質が照射Ｘ線量と独立である場合、ステップS305において、照射Ｘ線量の等値曲線上のＸ線照射条件でＸ線照射した際に、画質が変化してしまうためである。本実施形態は、画質を変化させることなく、散乱線が一番小さいＸ線照射条件を求めることに特徴があるため、正の相関または負の相関が必要である。

本実施形態の場合、正の相関がある。なぜならば、平均輝度が大きければ透過Ｘ線量も大きい。そして、被写体が同じなら、透過Ｘ線量が大きければ照射Ｘ線量も大きい。ゆえに平均輝度と照射Ｘ線量は、正の相関がある。

さらに、平均輝度が大きければ透過Ｘ線量も大きい。透過Ｘ線量が大きければ、SN比も大きい。一般にSN比が大きい画像は、画質が良いと言われる。ゆえに画質を平均輝度で代用してもよいと言える。

本実施形態の構成により、従来のＸ線透視装置と比較して、術者の被曝を低減しつつ、画像のコントラストが向上している透視画像を提供できる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、一つの機器からなる装置に適用してもよい。

なお、本発明は、前述した実施形態の各機能を実現するプログラムを、システム又は装置に直接又は遠隔から供給し、そのシステム又は装置に含まれるコンピュータがその供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。

したがって、本発明の機能・処理をコンピュータで実現するために、そのコンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、上記機能・処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明の一つである。

その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。

プログラムを供給するためのコンピュータ読み取り可能な記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどがある。また、記録媒体としては、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ）などもある。

また、プログラムは、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページからダウンロードしてもよい。すなわち、ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードしてもよい。また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードする形態も考えられる。つまり、本発明の機能・処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明の構成要件となる場合がある。

また、本発明のプログラムを暗号化してコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納してユーザに配布してもよい。この場合、所定条件をクリアしたユーザにのみ、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせ、その鍵情報で暗号化されたプログラムを復号して実行し、プログラムをコンピュータにインストールしてもよい。

また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現されてもよい。なお、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部又は全部を行ってもよい。もちろん、この場合も、前述した実施形態の機能が実現され得る。

さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれてもよい。そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行ってもよい。このようにして、前述した実施形態の機能が実現されることもある。

実施形態１における放射線画像処理装置の機能構成を示すブロック図である。 実施形態２におけるＸ線透視装置の機能構成を示すブロック図である。 散乱線とグリッドと画素の関係を表した模式図で、散乱線の入射角度が垂直に近い場合を示す図である。 散乱線とグリッドと画素の関係を表した模式図で、散乱線の入射角度が浅い場合を示す図である。 散乱線が画素値に及ぼす影響を模式的に表した図である。 実施形態における放射線画像処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 実施形態２における画像処理部の機能構成を示すブロック図である。 照射Ｘ線量の等値曲線データテーブルを説明する図である。 照射Ｘ線量の等値曲線データテーブルの使用方法を説明する図である。 実施形態１および実施形態２における装置の動作を示すフローチャートである。 実施形態２における装置の動作を示すフローチャートである。 鮮鋭化処理部の鮮鋭化方法の一例を説明する図である。

Claims (9)

1. 被写体からの散乱線を除去するためのグリッドを放射線検出部の前面に備えた放射線撮影装置における放射線撮影により得られた放射線画像に対して画像処理を行う放射線画像処理装置であって、
   被写体を介さずに放射線撮影して得られた第１の画像データから、前記グリッドに起因する第１のグリッド画像成分を抽出する第１の抽出手段と、
   被写体を介して放射線撮影して得られた第２の画像データから、前記グリッドに起因する第２のグリッド画像成分を抽出する第２の抽出手段と、
   前記第１のグリッド画像成分と前記第２のグリッド画像成分とを比較して、散乱成分の多さの２次元分布を算出する算出手段と、
   を備えることを特徴とする放射線画像処理装置。
2. 前記算出手段により算出された前記２次元分布に基づいて散乱成分を除去する除去手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像処理装置。
3. 前記算出手段により算出された前記２次元分布に基づいて、散乱成分が多い箇所ほど鮮鋭化処理を強く施す鮮鋭化処理手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線画像処理装置。
4. 被写体からの散乱線を除去するためのグリッドを放射線検出部の前面に備えた放射線撮影装置における放射線撮影により得られた放射線画像に対して実行する画像処理方法であって、
   第１の抽出手段が、被写体を介さずに放射線撮影して得られた第１の画像データから、前記グリッドに起因する第１のグリッド画像成分を抽出する第１の抽出ステップと、
   第２の抽出手段が、被写体を介して放射線撮影して得られた第２の画像データから、前記グリッドに起因する第２のグリッド画像成分を抽出する第２の抽出ステップと、
   算出手段が、前記第１のグリッド画像成分と前記第２のグリッド画像成分とを比較して、散乱成分の多さの２次元分布を算出する算出ステップと、
   を有することを特徴とする画像処理方法。
5. コンピュータに請求項４に記載の画像処理方法を実行させるためのプログラム。
6. 被写体からの放射線を除去するためのグリッドを放射線検出部の前面に備えたＸ線透視装置であって、
   被写体を介さずに放射線撮影して得られた第１の画像データから、前記グリッドに起因する第１のグリッド画像成分を抽出する第１の抽出手段と、
   被写体を介して放射線撮影して得られた第２の画像データから、前記グリッドに起因する第２のグリッド画像成分を抽出する第２の抽出手段と、
   前記第１のグリッド画像成分と前記第２のグリッド画像成分とを比較して、散乱成分の多さをスカラー値として算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出される前記スカラー値が小さくなるようにＸ線照射条件を決定する決定手段と、
   を備えることを特徴とするＸ線透視装置。
7. Ｘ線照射条件に関する照射Ｘ線量の等値曲線データテーブルを記憶する記憶手段を更に備え、
   前記算出手段は、前記等値曲線データテーブルから、当該等値曲線上の複数のＸ線照射条件での放射線撮影によるＸ線画像を取得して、各々の前記スカラー値を算出し、
   前記決定手段は、前記算出手段により算出された各スカラー値のうち最小となるスカラー値を持つＸ線照射条件を選択する
   ことを特徴とする請求項６に記載のＸ線透視装置。
8. 被写体からの放射線を除去するためのグリッドを放射線検出部の前面に備えたＸ線透視装置の制御方法であって、
   第１の抽出手段が、被写体を介さずに放射線撮影して得られた第１の画像データから、前記グリッドに起因する第１のグリッド画像成分を抽出する第１の抽出ステップと、
   第２の抽出手段が、被写体を介して放射線撮影して得られた第２の画像データから、前記グリッドに起因する第２のグリッド画像成分を抽出する第２の抽出ステップと、
   算出手段が、前記第１のグリッド画像成分と前記第２のグリッド画像成分とを比較して、散乱成分の多さをスカラー値として算出する算出ステップと、
   決定手段が、前記算出ステップで算出される前記スカラー値が小さくなるようにＸ線照射条件を決定する決定ステップと、
   を有することを特徴とするＸ線透視装置の制御方法。
9. コンピュータに請求項８に記載の制御方法を実行させるためのプログラム。

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