JPH08214214A - X線画像計測装置 - Google Patents

X線画像計測装置

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JPH08214214A
JPH08214214A JP7015001A JP1500195A JPH08214214A JP H08214214 A JPH08214214 A JP H08214214A JP 7015001 A JP7015001 A JP 7015001A JP 1500195 A JP1500195 A JP 1500195A JP H08214214 A JPH08214214 A JP H08214214A
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Rika Baba
理香 馬場
Takeshi Ueda
健 植田
Kensuke Sekihara
謙介 関原
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Hitachi Medical Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 ダイナミックレンジの小さな検出器を用いた
計測において、ハレーションが発生した場合でも、これ
を補正し、被検体領域でのS/Nを向上させる。 【構成】 ブランク領域を含む被検体画像から非飽和ブ
ランク領域と飽和ブランク領域とを区分けする手段と、
対数変換された前記被検体画像と対数変換されたシェー
デング画像との差分をとる手段と、この差分値から非飽
和ブランク領域の画素値を設定する手段と、飽和ブラン
ク領域の画素値を前記設定画素値に変換する手段とを備
える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はX線画像計測装置に係
り、たとえばコーンビームCT装置等のX線画像計測装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のX線CT装置では、投影データを
計測する際にハレーションが起った場合にその再構成画
像にアーチファクト(疑似画像)が生じる。X線テレビ
カメラを検出器として用いるCTいわゆるコーンビーム
CTでは、検出器のダイナミックレンジが狭いためハレ
ーションが起こりやすいが、計測される投影データの最
大値がシステムの飽和レベルより小さくなるように線量
やゲインを調節し、これにより、再構成画像にアーチフ
ァクトを生じさせないようにしている。
【0003】現状のX線CT装置では、線量やゲインを
調節する代わりに、補償フィルタを設けているものもあ
る。図7に従来のX線CT装置のX線系の概要を示す。
同図ではX線源101と被検体102の間に、補償フィ
ルタ103が取り付けられている。補償フィルタとして
は、「DIGITAL SUBTRACTION ANGIOGRAPHY, pp.183-185,
G.K.Hall Medical Publishers(1984)」に記載のくさび
やボール型のものがある。
【0004】ダイナミックレンジの小さな検出器を用い
て撮影を行う装置においてハレーションを防止し、S/
Nを向上させるものとしては、たとえば「特開平5-2532
13号公報」に記載の装置が知られている。この装置で
は、透視画像の輝度分布を検出し、この輝度分布をもと
に必要個所への補償フィルタの挿入および光学絞りの調
節を行い、その後に撮影のためのX線曝射を行うように
なっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の装置
では、計測される投影像の最大値がシステムの飽和レベ
ルより小さくなるように、線量やゲインを調節する必要
がある。たとえば図8(a)に示すように、被検体の画
像があり、その1ライン111において、図8(b)に
示すような横軸に画素位置、縦軸に画素値をとったプロ
ファイルを描くと、飽和すなわちハレーションが起こら
ないように、被検体を通過しないX線ビームが検出され
る領域112(図では被検体のわきの下に相当してい
る)の最大値を飽和レベル113より小さくした場合、
被検体部114では撮影に用いられるレベル幅115が
113より狭まり、S/Nが低下することになる。
【0006】すなわち、被検体の外部のレベルが高くな
ればなるほど被検体領域に用いることのできるレベルの
幅が小さくなり、その結果として、被検体領域でのS/
Nが低下するという問題があった。
【0007】また、補償フィルタを用いる装置において
も、撮影方向ごとにフィルタを調節することは多大の時
間を要し実用的でなく、かつ、フィルタの形状および位
置の選定は難しくその効果にも限界があった。
【0008】本発明はこのような事情に基づいてなされ
たものであり、その目的は、ダイナミックレンジの小さ
な検出器を用いた計測においてハレーションが発生する
場合でも、容易に被検体領域でのS/Nを向上させるこ
とのできるX線CT撮影装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0010】手段1.ブランク領域を含む被検体画像か
ら非飽和ブランク領域と飽和ブランク領域とを区分けす
る手段と、対数変換された前記被検体画像と対数変換さ
れたシェーデング画像との差分をとる手段と、この差分
値から非飽和ブランク領域の画素値を設定する手段と、
飽和ブランク領域の画素値を前記設定画素値に変換する
手段とを備えることを特徴とするものである。
【0011】手段2.飽和被検体領域を含む被検体画像
から非飽和被検体領域と飽和被検体領域とを区分けする
手段と、対数変換された前記被検体画像と対数変換され
たシェーデング画像との差分をとる手段と、この差分値
から飽和被検体領域の画素値を変換する変換手段とを備
え、この変換手段は前記非飽和領域における差分値から
プロファイルを設定し、このプロファイルに基づく外挿
によって前記飽和被検体領域の画素値を変換するように
構成されていることを特徴とするものである。
【0012】手段3.上記手段1あるいは2の構成にお
いて、X線を照射せずにバイアスノイズ画像を計測する
手段と、被検体のX線透過像およびシェーディング画像
からそれぞれ該バイアスノイズ画像を減算することによ
り被検体のX線透過像およびシェーディング画像の補正
を行なう補正手段とを備えなることを特徴とするもので
ある。
【0013】
【作用】手段1の構成によれば、ブランク領域を含む被
検体画像において、そのブランク領域の補正をシェーデ
ング画像との差分に基づく非飽和ブランク領域の差分値
に対応させて行っているものである。
【0014】このことから、飽和ブランク領域における
ハレーションを補正することができる。
【0015】したがって、ダイナミックレンジの小さな
検出器を用いた計測においてハレーション(飽和ブラン
ク領域における)が発生する場合でも、被検体領域での
S/Nを向上させることができるようになる。
【0016】また、手段2の構成によれば、飽和被検体
領域を含む被検体画像において、その飽和被検体領域の
補正をシェーデング画像との差分に基づく非飽和被検体
領域の差分値から得られるプロファイルから推定させて
行っているものである。
【0017】このことから、飽和被検体領域におけるハ
レーションを補正することができるようになる。
【0018】したがって、ダイナミックレンジの小さな
検出器を用いた計測においてハレーション(飽和被検体
領域における)が発生する場合でも、被検体領域でのS
/Nを向上させることができるようになる。
【0019】さらに、手段3の構成によれば、バイアス
ノイズ補正を行った対数差分画像を得ることができるこ
とから、上述したS/Nの向上を信頼性よく行うことが
できる。
【0020】
【実施例】図2は、本発明によるX線画像計測装置の一
実施例を示す構成図であり、いわゆるコーンビームX線
CT装置の概略構成を示す正面図である。
【0021】本装置は、撮影制御装置1、X線管2、X
線グリッド3、X線イメージインテンシファイア4、テ
レビカメラ5、画像収集・処理装置6、回転板7、寝台
天板8、回転板駆動機構9、寝台天板駆動機構10、回
転板角度計測機構11、寝台天板位置計測機構12等に
より構成されている。X線検出器は、X線イメージイン
テンシファイア4とテレビカメラ5からなっている。被
検体13は寝台天板8上に位置し、撮影***は仰臥位を
基準としている。被検体の撮りたい患部をX線管2の回
転中心に設定するようになっている。テレビカメラ5は
撮像素子として高解像度撮像管を使用している。X線検
出器とX線管2の対は回転板7に固定されている。
【0022】ここで、それぞれの前記各構成部の概要を
説明する。
【0023】撮影制御装置1は、X線管2のX線発生
と、X線検出器の撮影動作を制御する撮影シーケンスを
規定するようになっているとともに、回転板7を回転さ
せる移動シーケンス、および寝台天板8を移動させる移
動シーケンスを規定するようになっている。
【0024】回転板角度計測機構11は回転角度データ
を出力するようになっている。寝台天板8は被検体13
の撮影部位を設定するようになっている。寝台天板8は
水平に位置し、X線検出器の回転面に平行および垂直な
方向に水平に移動するようになっている。天板位置計測
機構12は寝台天板8の位置データを出力するようにな
っている。
【0025】このように構成されたコーンビームX線C
T装置は、まず、X線管2から発生されたX線が、被検
体13を透過し、X線グリッド3により散乱線を除去さ
れた後にX線イメージインテンシファイア4により可視
光像に変換され、光学レンズ系(図示せず)によってテ
レビカメラ5に結像される。テレビカメラ5は画像をビ
デオ信号に変換し、そのビデオ信号を画像収集・処理装
置6に入力する。任意の回転板角度で撮影された各投影
像に対し、画像収集・処理装置6おいて幾何学的歪と感
度むらを補正し、その後、3次元再構成を行う。
【0026】X線管2とX線検出器が取り付けられた回
転板7は、被検体13の周囲を回転する。回転板7は、
撮影制御装置1により発せられるシーケンスに従い、回
転板駆動機構9により制御される。回転板角度は回転板
角度計測機構11により計測され、該回転板角度に同期
し、寝台天板位置制御機構12により寝台天板位置が制
御される。寝台天板8は、回転板7の回転軌道面に水平
方向に、往復運動を行う。また、寝台天板8は、回転板
7の回転軌道面に垂直方向に移動する。寝台天板8を動
かすことにより、X線検出器の視野より広い範囲の撮影
を可能とする。
【0027】次に、ハレーションの補正処理の工程の概
要を図3に示す。
【0028】同図において、まず、被検体のディジタル
画像(被検体画像201)を計測する。この画像201
において、画素の値が飽和レベルに達した領域(飽和領
域202)と画素の値が飽和レベルに達しない領域(非
飽和領域203)を識別する。さらに、飽和領域202
を被検体が存在しない領域(ブランク画素領域)204
と被検体が存在する領域(被検体画素領域)205に分
割する。この分割法については後述する。この飽和被検
体画素領域205において、被検体によるX線吸収量を
推定して、各画素の値を補正する。さらに、3次元再構
成を行う際には、飽和ブランク画素領域204におい
て、各画素の値を補正する。
【0029】ここで、前記の分割法および各画素の値を
補正する方法を、図1を用いて説明する。ここで、同図
1(a)は、上述した図8に対応した図である。被検体
画像201は、被検体を正面あるいは背面から撮影した
画像311となっている。境界線310−1および31
0−2は飽和領域を囲む領域である。そのうち、310
−2と310−3で囲まれる領域は、被検体のわきの下
に相当し、被検体が存在しない飽和ブランク画素領域で
ある。また、310−1と310−3で囲まれる領域
は、被検体が存在する飽和被検体画素領域であり、この
領域では、飽和ブランク領域からの露光もれにより飽和
が発生している。画像311のライン312上の真のプ
ロファイルは313(図1(b))であるが、飽和レベ
ルMにより計測される被検体画像のプロファイルは31
4(図1(c))となる。飽和領域315は、被検体が
存在しないブランク画素領域316と、被検体が存在す
る被検体画素領域317から構成される。
【0030】まず、被検体を画像の計測視野内に含まな
いようにして、X線透過像(シェーディング画像)を計
測する。シェーディング画像のライン312上の真のプ
ロファイルは318(図1(b)、(c))となる。シ
ェーディング画像と被検体画像を対数変換した後に差分
をとり、対数差分画像を作成する。対数差分画像におけ
るライン312上の飽和領域315上におけるプロファ
イルは320(図1(d))のようになる。
【0031】対数差分画像のブランク画像領域319に
おける真の画素値は、非飽和領域321における画素値
kになる。なお、被検体とシェーディングを同一の条件
で計測すれば、計測されるX線強度は等しいから、kの
値は0となる。従って、飽和ブランク領域316におけ
る画素値を非飽和ブランク領域321から外挿して定数
kとし、プロファイル322(図1(d))を求める。
【0032】ここでkは、理論的には非飽和ブランク領
域全体で一定値をとるはずであるが、実際にはX線の粒
子ノイズ等によりばらつきが生じる。従って、kとして
はある領域における平均値あるいは補正しようとする画
素の近傍の画素における値で代表させる。
【0033】飽和被検体画像領域317の画素値は、非
飽和被検体画素領域のうち外挿用データ領域323にお
ける画素値から外挿する。この際、外挿用データ領域3
23のプロファイル324を多項式で近似して外挿し、
飽和被検体画像領域317のプロファイル325を求め
る。飽和領域315のうち、プロファイル325の値が
kを越えない領域を被検体画素領域317と推定し、飽
和領域315のうち、残りの領域を飽和ブランク画素領
域316と推定して分割する。
【0034】ここで、上述した動作はコンピュータ(た
とえば画像収集・処理装置6に内臓されている)の処理
によって行われ、そのフロー図を以下に説明する。
【0035】まず、図4は、飽和ブランク領域の補正を
行うためのフロー図である。このフロー図は大きく分け
て、次のAないしDの各工程からなっている。
【0036】A:非飽和ブランク領域と飽和ブランク領
域の境界を求める。
【0037】B:感度分布(シューディング)画像との
対数差分演算を行い、検出器の感度分布を補正する。
【0038】C:飽和ブランク領域の画素値k(上記対
数差分値)を求める。
【0039】D:飽和ブランク領域の画素値(対数差分
値)を変換する。
【0040】以下、各ステップ毎に詳細を説明する。こ
こで、下記のステップに入る前に予め感度分布の撮影を
行っておき、これによりシェーディング画像を得、その
各画素の画素値を対数変換させた情報が用意されている
とする。
【0041】ステップ1.被検体を撮影することにより
被検体画像を得る。この場合の被検体画像はブランク領
域を含むものとなっている。
【0042】ステップ2.前記被検体画像を構成する各
画素の画素値を検出し、その画素値が飽和レベルMを境
としてそれ以上であるかそれより小さいかを判定する。
この場合、M以上である画像は飽和ブランク領域と判定
でき、また、Mより小さい画像は非飽和ブランク領域と
判定できる。
【0043】ステップ3.それぞれの画素値を対数変換
する。
【0044】ステップ4.これら対数変換された画素値
と、予め用意されているシェーディング画像の対数変換
された画素値との差分値を求める。
【0045】ステップ5.これにより、非飽和ブランク
領域における対数差分値kが求まる。
【0046】ステップ6.飽和ブランク領域における対
数差分値をkに変換する。
【0047】このようにして算出された値は、図1
(d)における領域316における補正値となる。
【0048】また、図5は、飽和被検体領域の補正を行
うためのフロー図である。このフロー図は大きくわけ
て、次のAないしEの各工程からなっている。
【0049】A:非飽和被検体領域と飽和被検体領域の
境界を求める。
【0050】B:感度分布(シェーティング)画像との
対数差分演算を行い、検出器の感度分布を補正する。
【0051】C:非飽和被検体領域に外挿用領域を設定
し、画素値(対数差分値)のプロファイルを作成する。
【0052】D:外挿用領域のプロファイルを飽和被検
体領域に外挿し、飽和被検体領域の画素値(対数差分
値)を推定する。
【0053】E:飽和被検体領域の画素値(対数差分
値)を変換する。
【0054】以下、各ステップ毎に詳細を説明する。こ
こで、下記のステップに入る前に予め感度分布の撮影を
行っておき、これによりシェーディング画像を得、その
各画素の画素値を対数変換させた情報が用意されている
とする。
【0055】ステップ1.被検体を撮影することにより
被検体画像を得る。この場合の被検体画像は被検体領域
を含むものとなっている。
【0056】ステップ2.前記被検体画像を構成する各
画素の画素値を検出し、その画素値が飽和レベルMを境
としてそれ以上であるかそれより小さいかを判定する。
この場合、M以上である画像は飽和被検体領域と判定で
き、また、Mより小さい画像は非飽和被検体領域と判定
できる。
【0057】ステップ3.それぞれの画素値を対数変換
する。
【0058】ステップ4.これら対数変換された画素値
と、予め用意されているシェーディング画像の対数変換
された画素値との差分値を求める。
【0059】ステップ5.上記差分値から非飽和被検体
領域のうち外挿用の領域を定める。
【0060】ステップ6.外挿用領域においてプロファ
イルを作成する。
【0061】ステップ7.プロファイルを多項式で近似
する。この場合の多項式としては後に詳述する。
【0062】ステップ8.プロファイルを飽和被検体領
域に外挿する。
【0063】ステップ9.飽和被検体領域における画素
値を外挿値に変換する。
【0064】このようにして算出された値は、図1
(d)における領域317における補正値となる。
【0065】なお、上述したコンピュータのフロー図
は、説明の便宜上別々に説明したものであるが、そのい
ずれかの適用によって本発明のうちの一つが実施できる
ととももに、それいずれも適用することによって各発明
を同時にあるいは別個に実施できるものである。
【0066】次に、飽和被検体画像領域317における
画素値の補正法の実施例を図6を用いて説明する。
【0067】同図に示すように、被検体をライン312
で切断したときの断面を41とする。被検体の境界部に
近い領域の断面42を曲率半径rの円43で近似する。
また、その部分の被検体の吸収係数を一定値μと仮定す
る。投影データの方向は矢印44、45の方向とする。
矢印44は被検体の境界におけるX線ビーム、矢印45
は境界からxだけ内側のX線ビームである。ビーム45
が被検体を透過する長さtは
【0068】
【数1】t=2√(r2−(r−x)2) となるので、そのX線透過率は、
【0069】
【数2】exp(−2μ√(2rx−x2)) となる。従って、対数差分プロファイルは、
【0070】
【数3】lny=k−2μ√(2rx−x2) とおける。式を変形すると、
【0071】
【数4】 (x−r)2/r2+(lny−k)2/(2μr)2=1 となり、対数差分演算後の被検体のプロファイルは楕円
で近似可能である。従って、対数差分演算後の非飽和被
検体画像領域のプロファイル(図1(d)における32
4)を楕円で近似し、飽和被検体画像領域における画素
値を外挿する。この場合、図1(d)に示す曲線325
はレベルkにおいて傾きが無限大となり、直線322と
直交するという特徴がある。飽和領域315のうち、プ
ロファイルの値がkを越えない領域を飽和被検体画素領
域、残りを飽和ブランク領域と推定することは前例と同
一である。
【0072】プロファイルを求めるラインは、画像上の
任意の位置に設定可能とする。さらに、プロファイルは
2次元プロファイルとすることもできる。
【0073】なお、上述の対数差分演算において、X線
を照射せずにバイアスノイズ画像を計測し、シェーディ
ング画像と被検体画像の両者からそれぞれバイアスノイ
ズ画像を減算することにより、バイアスノイズ補正を行
った後に対数差分画像を求めることもできる。
【0074】以上述べてきたように本発明では、2次元
画像内のブランク画素領域の一部においては非飽和領域
が必要である。従って、ブランク画素領域ができる画像
領域に、予め感度の低い部分を設け、非飽和領域を求め
る。感度低下法としては、検出器自体の感度を低下させ
る、補償フィルタを入れる等の方法が考えられる。
【0075】さらに、ハレーションが周辺領域に及ぼす
露光漏れの影響を軽減するために、補償フィルタを用い
ることも考えられる。一般に補償フィルタは、X線管と
被検体の間に位置する。被検体画像の撮影に補償フィル
タを用いる場合には、対数差分演算に用いるシェーディ
ング画像の撮影にも補償フィルタを用いる。
【0076】本実施例は、X線画像検出器を用いたコー
ンビームCT装置であるが、本発明は一般のX線撮影画
像に対しても適用でき、着目領域を高いS/Nで計測で
きるとともにシェーディングの補正も行うことができ
る。
【0077】
【発明の効果】本発明によるX線画像計測装置によれ
ば、ダイナミックレンジの小さな検出器を用いた計測に
おいてハレーションが発生する場合でも、これを補正し
て再画像構成していることから、容易に被検体領域での
S/Nを向上させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるX線画像計測装置の一実施例を示
す要部説明図である。
【図2】本発明に係るコーンビームX線CT装置の概略
構成を示す正面図である。
【図3】本発明に係るハレーション補正処理の概要を示
す図である。
【図4】本発明に適用される飽和ブランク領域の補正の
一実施例を示すフロー図である。
【図5】本発明に適用される飽和被検体領域の補正の一
実施例を示すフロー図である。
【図6】本発明に係るハレーション補正法を示す説明図
である。
【図7】従来のX線CT装置の概要を示す正面図であ
る。
【図8】従来装置における計測画像と1ラインのプロフ
ァイルを示す図である。
【符号の説明】
1:撮影制御装置1、2:X線管、3:X線グリッド、
4:X線イメージインテンシファイア、5:テレビカメ
ラ、6:画像収集・処理装置、7:回転板、8:寝台天
板、9:回転板駆動機構、10:寝台天板駆動機構、1
1:回転板角度計測機構、12:寝台天板位置計測機
構、13:被検体、201:被検体画像、202:飽和
領域、203:非飽和領域、204:飽和ブランク画素
領域、205:飽和被検体画素領域。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ブランク領域を含む被検体画像から非飽
    和ブランク領域と飽和ブランク領域とを区分けする手段
    と、対数変換された前記被検体画像と対数変換されたシ
    ェーデング画像との差分をとる手段と、この差分値から
    非飽和ブランク領域の画素値を設定する手段と、飽和ブ
    ランク領域の画素値を前記設定画素値に変換する手段と
    を備えることを特徴とするX線画像計測装置。
  2. 【請求項2】 飽和被検体領域を含む被検体画像から非
    飽和被検体領域と飽和被検体領域とを区分けする手段
    と、対数変換された前記被検体画像と対数変換されたシ
    ェーデング画像との差分をとる手段と、この差分値から
    飽和被検体領域の画素値を変換する変換手段とを備え、
    この変換手段は前記非飽和領域における差分値からプロ
    ファイルを設定し、このプロファイルに基づく外挿によ
    って前記飽和被検体領域の画素値を変換するように構成
    されていることを特徴とするX線画像計測装置。
  3. 【請求項3】 X線を照射せずにバイアスノイズ画像を
    計測する手段と、被検体のX線透過像およびシェーディ
    ング画像からそれぞれ該バイアスノイズ画像を減算する
    ことにより被検体のX線透過像およびシェーディング画
    像の補正を行なう補正手段とを備えることを特徴とする
    請求項1あるいは2記載のX線画像計測装置。
  4. 【請求項4】 前記プロファイルに基づく外挿として、
    対数差分演算後の1次元投影を楕円で近似して飽和領域
    の近傍の被検体透過領域における画素の値を定めること
    を特徴とする請求項2および3のうちいずれか記載のX
    線画像計測装置。
  5. 【請求項5】 前記プロファイルに基づく外挿として、
    対数差分演算後の1次元投影を多項式で近似して飽和領
    域の近傍の被検体透過領域における画素の値を定めるこ
    とを特徴とする請求項2および3のうちいずれか記載の
    X線画像計測装置。
  6. 【請求項6】 X線源およびX線画像検出器の移動機構
    と、被検体を固定する寝台とを有し、複数の方向から被
    検体のX線2次元透過像をディジタル画像として計測す
    る手段と、これらの画像の各画素における被検体による
    X線吸収量を求める手段と、該X線吸収量からX線3次
    元CT像を再構成して表示する機能を有することを特徴
    とする請求項1ないし5のうちいずれか記載のX線画像
    計測装置。
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