JP5402576B2

JP5402576B2 - Ｘ線撮影装置およびｘ線撮影方法

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Publication number: JP5402576B2
Application number: JP2009269984A
Authority: JP
Inventors: 幸一柴田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: JP2011110247A

Description

この発明は、被検体の長尺撮影領域に対応するＸ線画像を作成するためのＸ線撮影装置およびＸ線撮影方法に関し、特に、ステッチング処理とも呼称される画像合成処理を行うＸ線撮影装置およびＸ線撮影方法に関する。

従来、下肢の全体画像や脊柱の全体画像など、被検体における長尺撮影領域のＸ線画像を作成するための方法として、スロットラジオグラフィーと称呼される撮影方法が知られている。このスロットラジオグラフィーは、Ｘ線管とＸ線検出器とを被検体の長尺方向に沿って移動させながら、被検体に対する短冊状の領域に複数回連続してＸ線を照射することにより、被検体の長尺方向に沿って複数枚の短冊状の画像を取得し、これらの画像を結合することにより、長尺のＸ線画像を作成する方法である。

また、スロットラジオグラフィーと同様、被検体の長尺方向に沿ってＸ線検出器を移動させながら、Ｘ線管を揺動させて移動中のＸ線検出器に向けてＸ線を照射することにより、被検体の長尺方向に沿って複数の矩形状の画像を取得し、これらの画像を結合することにより、長尺のＸ線画像を作成するＸ線撮影装置も知られている。

ところで、このようなＸ線撮影を実行する場合、例えば、下肢全域を撮影する場合には、腹部および骨盤から、大腿部、ふくらはぎ、足先を順次撮影することになるが、これらの部位は体厚が各々異なることなどから、撮影部位により、管電圧、管電流等のＸ線条件の最適値が異なることになる。このため、連続して撮影された複数の画像毎に輝度等に差違が生じ、これらの画像を長尺画像に合成したときには、各画像間の輝度ムラ等により、この長尺画像を利用した診断等に支障を来すことになる。

一方、特許文献１には、複数の矩形状の画像を取得したのち、これらの複数の画像における重複部分の画素の画素値から指標値を計算し、重複部分の指標値に対応する表示階調が、実質的に一致するように、複数の画像の画素値を変換するＸ線診断装置が開示されている。そして、画素値の変換には、合成すべき領域のうち重複した領域内の平均値を利用して演算を行う方法や、合成すべき領域のうち重複した領域におけるプロファイルが連続的につながったプロファイルとなるように補正を行う方法が開示されている。

特開２００４−５７５０６号公報

特許文献１に記載の発明においては、複数の画像を撮影するときの撮影条件が異なった場合においては、複数の画像を合成して長尺画像とするときに、連続して撮影された複数の画像毎にその輝度差が大きくなり、各画像間の輝度ムラを好適に解消することは困難となる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、複数の画像を撮影するときに、各画像間でその撮影条件が異なった場合においても、複数の画像を合成して長尺画像とするときに、各画像間の輝度ムラを好適に解消することが可能なＸ線撮影装置およびＸ線撮影方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、被検体に沿って移動するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出手段に向けてＸ線を照射するＸ線管とを備え、前記被検体を複数回連続して撮影することによりその端部が互いに重複する複数の画像を取得し、これらの画像を合成することにより被検体の長尺撮影領域に対応するＸ線画像を作成するＸ線撮影装置において、前記複数の画像における重複部分を、合成部として各画像から切り出す切り出し部と、前記各合成部における画素値から、各々、ヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、前記各ヒストグラムに対して、各々、ヒストグラムイコライゼーションを実行することが可能な階調変換テーブルを作成する階調変換テーブル作成部と、互いに重複する画像のうち、一方の画像に対してその画像から作成された階調変換テーブルを利用して階調変換を実行するとともに、階調変換を実行後の画像に対して他方の画像から作成された階調変換テーブルを利用して逆階調変換を実行する階調変換部と、前記他方の画像と、前記階調変換部で階調変換と逆階調変換を実行した一方の画像とを合成する画像合成部とを備え、前記画像合成部で合成した画像と、当該画像合成部で合成した画像とその端部が重複する他の画像とをさらに合成することにより、三個以上の画像を合成することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、被検体に沿って移動するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出手段に向けてＸ線を照射するＸ線管とを使用し、前記被検体を複数回連続して撮影することによりその端部が互いに重複する複数の画像を取得するとともに、これらの画像を合成することにより被検体の長尺撮影領域に対応するＸ線画像を作成するＸ線撮影方法において、前記複数の画像における重複部分を、合成部として各画像から切り出す切り出し工程と、前記各合成部における画素値から、各々、ヒストグラムを作成するヒストグラム作成工程と、前記各ヒストグラムに対して、各々、ヒストグラムイコライゼーションを実行することが可能な階調変換テーブルを作成する階調変換テーブル作成工程と、前記複数の画像のうちの互いに隣接する一対の画像に対し、一方の画像に対してその画像から作成された階調変換テーブルを利用して階調変換を実行する階調変換工程と、階調変換を実行後の画像に対して他方の画像から作成された階調変換テーブルを利用して逆階調変換を実行する逆階調変換工程と、前記他方の画像と前記階調変換と逆階調変換とを実行した一方の画像とを合成して合成画像を作成する隣接画像合成工程を実行するとともに、前記隣接画像合成工程において合成された合成画像とこの合成画像に隣接する画像とに対して、前記階調変換工程、前記逆階調変換工程および前記合成工程を実行する動作を、前記複数の画像に対して適用する画像合成工程とを備え、前記画像合成工程において合成した画像と、当該画像合成工程において合成した画像とその端部が重複する他の画像とをさらに合成することにより、三個以上の画像を合成することを特徴とする。

請求項１および請求項２に記載の発明によれば、複数の画像を撮影するときの各画像間の撮影条件が異なった場合においても、複数の画像を合成して長尺画像とするときに各画像間の輝度ムラを正確に解消することが可能となる。

この発明に係るＸ線撮影装置の概要図である。この発明の他の実施形態に係るＸ線撮影装置の概要図である。Ｘ線撮影装置により被検者１の下肢全域を撮影する様子を示す概要図である。この発明に係るＸ線撮影装置の主要な電気的構成を示すブロック図である。画像処理部８を画像メモリ９とともに示すブロック図である。この発明に係るＸ線撮影方法を示すフローチャートである。この発明に係るＸ線撮影方法の概念を示す説明図である。ヒストグラムイコライゼーションの概念を示す説明図である。ヒストグラムイコライゼーションの概念を示す説明図である。ヒストグラムイコライゼーション後の逆階調変換の概念を示す説明図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係るＸ線撮影装置の概要図である。

このＸ線撮影装置は、被検体である被検者１を乗せる臥位テーブル５と、被検者１に向けてＸ線を照射するＸ線管２と、Ｘ線管２から照射されたＸ線の照射領域を矩形状に制限するコリメータ３と、被検者１を通過したＸ線を測定するフラットパネルディテクタ４とを備える。Ｘ線管２およびコリメータ３と、フラットパネルディテクタ４とは、図示しない移動機構により、互いに同期して、被検者１の長手方向に沿い、互いに同期して水平移動するよう構成されている。

図２は、この発明の他の実施形態に係るＸ線撮影装置の概要図である。なお、図１に示す実施形態と同一の部材については、同一の符号を付している。

この実施形態に係るＸ線撮影装置は、被検体である被検者１を起立姿勢で撮影するための立位スタンド６と、被検者１に向けてＸ線を照射するＸ線管２と、Ｘ線管２から照射されたＸ線の照射領域を矩形状に制限するコリメータ３と、被検者１を通過したＸ線を測定するフラットパネルディテクタ４とを備える。フラットパネルディテクタ４は、図示しない移動機構により、被検者１の長手方向に沿って垂直方向に移動するよう構成されている。また、Ｘ線管２およびコリメータ３は、図示しない揺動機構により、フラットパネルディテクタ４の移動に同期して、Ｘ線の照射方向が常にフラットパネルディテクタ４の方向を向く方向に揺動する。

図３は、図１または図２に示すＸ線撮影装置により、被検者１の下肢全域を撮影する様子を示す概要図である。

この図に示すように、被検者１の下肢全体を撮影するためには、Ｘ線管２から照射され、コリメータ３で照射領域を制限されたＸ線による撮影領域Ｅを、被検者１の長手方向に移動させながら、複数回連続してＸ線撮影を実行する。このときには、各撮影領域Ｅは、その端部が互いに重複するようにして撮影が実行される。そして、このようにして撮影した撮影領域Ｅを合成することにより、被検者１の骨部１１や、人工関節１２を含む下肢全体のＸ線画像を得ることができる。

このとき、下肢全域を撮影する場合には、腹部および骨盤は体厚が比較的大きく、大腿部、ふくらはぎから足先に向かうに従って体厚が順次小さくなる。このため、これらの撮影部位に対応して、管電流を変化させる等のＸ線条件の変更が必要となる。このＸ線条件の変更に対応する輝度差等に対応するため、後述する階調変換等が実行される。

図４は、この発明に係るＸ線撮影装置の主要な電気的構成を示すブロック図である。

このＸ線撮影装置は、後述する画像処理部８を含み、装置全体を制御する制御部７を備える。この制御部７は、上述したＸ線管２と、Ｘ線管制御部２１を介して接続されている。また、この制御部７は、上述したフラットパネルディテクタ４と接続されている。さらに、この制御部７は、フラットパネルディテクタ４により撮影された画像を記憶する画像メモリ９と、画像処理部８により画像処理された画像を表示するＣＲＴ等の表示部１０とも接続されている。

図５は、上述した画像処理部８を画像メモリ９とともに示すブロック図である。

この画像処理部８は、後述するように、上述した撮影領域Ｅの画像において、隣接して重複する重複部分を合成部として切り出す切り出し部８１と、この合成部の画素値からヒストグラムを作成するヒストグラム作成部８２と、ヒストグラムイコライゼーションを実行するための階調変換テーブルを作成する階調変換テーブル作成部８３と、階調変換および逆階調変換を実行する階調変換部８４と、隣接する画像とを合成する画像合成部８５とを備える。

次に、この発明に係るＸ線撮影方法について説明する。図６は、この発明に係るＸ線撮影方法を示すフローチャートである。また、図７は、この発明に係るＸ線撮影方法の概念を示す説明図である。さらに、図８および図９は、ヒストグラムイコライゼーションの概念を示す説明図であり、図１０は、ヒストグラムイコライゼーション後の逆階調変換の概念を示す説明図である。

この発明に係るＸ線撮影方法を実行するときには、最初に、Ｘ線撮影を行う（ステップＳ１）。このときには、図３に示すように、Ｘ線管２から照射され、コリメータ３で照射領域を制限されたＸ線による撮影領域Ｅを、被検者１の長手方向に移動させながら、複数回連続してＸ線撮影を実行する。このときには、各撮影領域Ｅは、その端部が互いに重複するようにして撮影が実行される。

次に、各撮影領域Ｅの画像について、互いに重複する部分を合成部として切り出す切り出し工程を実行する（ステップＳ２）。このときには、各撮影領域Ｅに対応する複数の画像のうち、最初に二つの画像を選択する。例えば、図７に示すように、最初の画像Ａとそれに隣接する画像Ｂとが選択された場合、図５に示す切り出し部８１により、これらの画像ＡおよびＢの重複部分のうち、画像Ａにおける重複部分を合成部ａとして切り出すとともに、画像Ｂにおける重複部分を合成部ｂとして切り出す。これらの合成部ａおよび合成部ｂは、後述する画像合成工程において、画像Ａと画像Ｂとを合成するときののりしろ部分として使用される。

次に、これらの合成部ａ、ｂの画素値から、各々、ヒストグラムを作成するヒストグラム作成工程を実行する（ステップＳ３）。このヒストグラム作成工程は、図５に示すヒストグラム作成部８２により実行される。図８（ａ）は、ヒストグラム作成部８２により作成された合成部ａのヒストグラムＨａ（ｘ）を示し、図９（ａ）は、ヒストグラム作成部８２により作成された合成部ｂのヒストグラムＨｂ（ｘ）を示している。なお、この図において、横軸は画素値を示し、縦軸は頻度を示している。

次に、各ヒストグラムＨａ（ｘ）、Ｈｂ（ｘ）に対して、各々、ヒストグラムイコライゼーションを実行することが可能な階調変換テーブルを作成する階調変換テーブル作成工程を実行する（ステップＳ４）。この階調変換テーブル作成工程は、図５に示す階調変換テーブル作成部８３により実行される。

このヒストグラムイコライゼーションとは、ヒストグラム均一化、あるいは、階調イコライゼーション等とも呼称される処理であり、画像に対して画素値のヒストグラムをとり、頻度の高い画素値の領域は拡大し、頻度の低い画素値の領域は縮小するような階調変換を行って、変換後のヒストグラムが一様になるようにする画像処理である。

このヒストグラムイコライゼーションを実行することが可能な階調変換テーブルは、下記の式により計算することができる。ここで、ｘ０は変換を行う前の画像の画素値であり、ｘは階調変換テーブル（ＬＵＴ）の入力値であり、ｐｍａｘは最大画素値である。

図８（ｂ）は階調変換テーブル作成工程で得た合成部ａに対する階調変換テーブルＬＵＴａを示し、図９（ｂ）は階調変換テーブル作成工程で得た合成部ｂに対する階調変換テーブルＬＵＴｂを示している。なお、この図において、横軸は変換前の画素値を示し、縦軸は変換後の画素値を示している。

合成部ａと合成部ｂとは、Ｘ線撮影条件が異なる場合には、図８（ａ）に示すヒストグラムＨａ（ｘ）と図９（ａ）に示すヒストグラムＨｂ（ｘ）とは異なる。しかしながら、両者はもともと同じ部位をＸ線撮影した画像であることから、図８（ａ）に示すヒストグラムＨａ（ｘ）に対して図８（ｂ）に示す階調変換テーブルＬＵＴａを利用してヒストグラムイコライゼーションを実行したあとのヒストグラムＨａｅ（ｘ）と、図９（ａ）に示すヒストグラムＨｂ（ｘ）に対して図９（ｂ）に示す階調変換テーブルＬＵＴｂを利用してヒストグラムイコライゼーションを実行したあとのヒストグラムＨｂｅ（ｘ）とは、全く同一のヒストグラムとなる（図８（ｃ）および図９（ｃ）参照）。

次に、階調変換テーブルＬＵＴｂを利用して画像Ｂ全域に対して階調変換を実行し（ステップＳ５）、さらに階調変換後の画像に対して、階調変換テーブルＬＵＴａを利用して逆階調変換を実行する（ステップＳ６）。これらの階調変換工程および逆階調変換工程は、図５に示す階調変換部８４により実行される。

図１０（ａ）に示す合成部ｂのヒストグラムＨｂ（ｘ）に対して階調変換テーブルＬＵＴｂを利用してヒストグラムイコライゼーションを実行したあとのヒストグラムＨｂｅ（ｘ）に対して、図１０（ｂ）に示すように階調変換テーブルＬＵＴａを利用して逆階調変換を行った場合には、図１０（ｃ）に示すヒストグラムＨ（ｘ）が得られる。このヒストグラムＨ（ｘ）は、図８（ａ）に示す合成部ａのヒストグラムＨａ（ｘ）と全く同一となる。そして、上述した階調変換工程および逆階調変換工程を画像Ｂ全体に対して実行することにより、画像Ｂ全体にこれと同様の効果を得ることが可能となる。

しかる後、このようにして変換した画像Ｂと画像Ａとを合成する画像合成工程を実行する（ステップＳ７）。この画像合成工程は、図５に示す画像合成部８５により実行される。これにより、図７に示すように、画像Ａと画像Ｂとの撮影条件が異なった場合においても、画像Ａと画像Ｂとが画像間の輝度ムラを解消された状態で合成された画像Ｃが作成される。

以上の工程が完了すれば、さらに、合成すべき画像があるか否か判定する（ステップＳ８）。合成すべき画像がない場合には、処理を終了する。一方、さらに合成すべき画像がある場合には、処理を継続する。この場合には、合成後の画像Ｃと、この画像Ｃに隣接して互いに重複部分を有する画像とに対して、上記と同様の、階調変換工程、逆階調変換工程および合成工程を実行する。すなわち、画像Ｃとこの画像Ｃに隣接する画像とが互いに重複する部分を合成部として切り出し、この合成部に着目して、上記と同様の、階調変換工程、逆階調変換工程および合成工程を実行する。このような動作を繰り返すことにより、被検体１の長尺撮影領域に対応するＸ線画像が作成される。

１被検者
２Ｘ線管
３コリメータ
４フラットパネルディテクタ
５臥位テーブル
６立位スタンド
７制御部
８画像処理部
９画像メモリ
１０表示部
８１切り出し部
８２ヒストグラム作成部
８３階調変換テーブル作成部
８４階調変換部
８５画像合成部

Claims

被検体に沿って移動するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出手段に向けてＸ線を照射するＸ線管とを備え、前記被検体を複数回連続して撮影することによりその端部が互いに重複する複数の画像を取得し、これらの画像を合成することにより被検体の長尺撮影領域に対応するＸ線画像を作成するＸ線撮影装置において、
前記複数の画像における重複部分を、合成部として各画像から切り出す切り出し部と、
前記各合成部における画素値から、各々、ヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、
前記各ヒストグラムに対して、各々、ヒストグラムイコライゼーションを実行することが可能な階調変換テーブルを作成する階調変換テーブル作成部と、
互いに重複する画像のうち、一方の画像に対してその画像から作成された階調変換テーブルを利用して階調変換を実行するとともに、階調変換を実行後の画像に対して他方の画像から作成された階調変換テーブルを利用して逆階調変換を実行する階調変換部と、
前記他方の画像と、前記階調変換部で階調変換と逆階調変換を実行した一方の画像とを合成する画像合成部と、
を備え、
前記画像合成部で合成した画像と、当該画像合成部で合成した画像とその端部が重複する他の画像とをさらに合成することにより、三個以上の画像を合成することを特徴とするＸ線撮影装置。
被検体に沿って移動するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出手段に向けてＸ線を照射するＸ線管とを使用し、前記被検体を複数回連続して撮影することによりその端部が互いに重複する複数の画像を取得するとともに、これらの画像を合成することにより被検体の長尺撮影領域に対応するＸ線画像を作成するＸ線撮影方法において、
前記複数の画像における重複部分を、合成部として各画像から切り出す切り出し工程と、
前記各合成部における画素値から、各々、ヒストグラムを作成するヒストグラム作成工程と、
前記各ヒストグラムに対して、各々、ヒストグラムイコライゼーションを実行することが可能な階調変換テーブルを作成する階調変換テーブル作成工程と、
前記複数の画像のうちの互いに隣接する一対の画像に対し、一方の画像に対してその画像から作成された階調変換テーブルを利用して階調変換を実行する階調変換工程と、階調変換を実行後の画像に対して他方の画像から作成された階調変換テーブルを利用して逆階調変換を実行する逆階調変換工程と、前記他方の画像と前記階調変換と逆階調変換とを実行した一方の画像とを合成して合成画像を作成する隣接画像合成工程を実行するとともに、前記隣接画像合成工程において合成された合成画像とこの合成画像に隣接する画像とに対して、前記階調変換工程、前記逆階調変換工程および前記合成工程を実行する動作を、前記複数の画像に対して適用する画像合成工程と、
を備え、
前記画像合成工程において合成した画像と、当該画像合成工程において合成した画像とその端部が重複する他の画像とをさらに合成することにより、三個以上の画像を合成することを特徴とするＸ線撮影方法。