(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線フレームシーケンスを発生するディジタルＸ線システムにおいて、Ｘ線フレームシーケンスを自動的に表示する方法であって、
第１のＸ線フレームに表されている特徴を確認する工程を備えており、
前記シーケンス内の後続の各々のＸ線フレームに対して、前のＸ線フレーム内にある確認された特徴を中心とする画素値の配列である探索の核を該前のＸ線フレームから抽出する工程と、
前記前のＸ線フレーム内にある確認された特徴を中心とする画素値の配列であるトラッキングウィンドウを現在のＸ線フレームから抽出する工程と、
前記探索の核及び前記トラッキングウィンドウ内に表されている特徴のエッジを強めるために、前記探索の核及び前記トラッキングウィンドウの両方にあるデータをフィルタにかける工程と、
前記探索の核と前記トラッキングウィンドウとの間の相関の最善の符合を突き止めることにより、前記現在のＸ線フレームにおける確認された特徴の位置を見出す工程と、
前記確認された特徴の現在の位置を中心とする像データの配列を前記現在のＸ線フレームから抽出する工程と、
前記像データの配列を用いて表示を発生する工程とを備えているＸ線フレームシーケンスを自動的に表示する方法。
【請求項２】
前記探索の核及び前記トラッキングウィンドウをフィルタにかける工程は、前記探索の核及び前記トラッキングウィンドウ内にある各々の画素値にロバート・フィルタ演算子を適用することにより行われる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記探索の核と前記トラッキングウィンドウとの間の相関の最善の符合は、前記探索の核内にある画素値に対応する位置にある前記トラッキングウィンドウ内の画素値から前記探索の核内にある画素値を減算し、該減算する工程から生ずるゼロとなる画素数が最大になるような、前記トラッキングウィンドウに対する前記探索の核の位置を決定することにより行われる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記探索の核内にある画素値の平均値が計算され、該平均値が該探索の核内にある各々の画素値から減算され、前記トラッキングウィンドウ内にある画素値の平均値が計算され、該平均値が該トラッキングウィンドウ内にある各々の画素値から減算される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記表示は、前記像データの配列寸法を拡大することにより発生される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記表示は、前記像データの配列を前記現在のＸ線フレームと組み合わせることにより発生される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記表示は、前記像データの配列を、該像データの配列内に表されているある特徴が見えないように遮るマスクと組み合わせることにより発生される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記シーケンス内の像データの各々の配列が記憶され、該記憶された像データの配列が、該像データの配列が得られたシーケンス及び該像データの配列が得られたのとは反対のシーケンスで循環的に表示される回文モードで表示される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
Ｘ線フレームシーケンスを表示する方法であって、
前記シーケンス内の確認された特徴が実質的に一定の位置で表示スクリーンに表示されるように、前記シーケンス内の各々のＸ線フレームをディジタル処理する工程と、
ディジタル処理された各々のＸ線フレームを拡大する工程と、
ディジタル処理され、拡大された各々のＸ線フレームを、該Ｘ線フレームが、該Ｘ線フレームが得られたシーケンスで表示された後に、該Ｘ線フレームが得られたのとは反対のシーケンスで循環的に表示される回文モードで表示する工程とを備えたＸ線フレームシーケンスを表示する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明の分野は、ディジタルＸ線作像システム、特に心臓血管の障害を観察するために臨床心臓医学で用いられるＸ線蛍光写真システムである。
【０００２】
【発明の背景】
Ｘ線蛍光写真システムでは、イメージ増倍管がＸ線を受け取り、受け取ったＸ線を明るい光像に変換すると、この光像が増倍管の出力発光体に現れる。この像はビデオカメラで観察され、ビデオカメラは像をアナログビデオ信号に変換して、変換されたアナログビデオ信号を画素（ピクセル）のフレームにディジタル化する。このようなディジタル化されたＸ線データフレームをディジタルビデオプロセッサで処理して、望ましくない信号をフィルタ作用によって除くと共に、所望の特徴を強めるのが典型的である。こうして得られた像データがディジタル・アナログ変換器に印加されると、ディジタル・アナログ変換器はＣＲＴモニタを駆動するのに適したビデオ信号を発生する。
【０００３】
ディジタル化された像データフレームは、心臓学の専門家によって多数の方法で利用することができる。前に述べたように、フレームをＣＲＴモニタ上に直接的に表示して、実時間で患者の映画形血管造影図又は蛍光透視図をこの心臓学の専門家に提供することができる。このような動作モードは、例えば障害を処置するために、患者の動脈系内にカテーテルを位置決めするときに利用することができる。このモードでは、ディジタルビデオプロセッサによって実行されるあらゆる処理は、画像がちらつかないようなフレーム速度で実行されることを必要とする。
【０００４】
この代わりに、収集された像フレームを記憶しておいて、心臓学の専門家が再生することもできる。例えば、完全な心臓サイクルに対する一連の像フレームを収集し、ディジタル化して記憶することができる。この一連の像フレームは、特定の特徴を強めるように種々の方法で処理し、その後、ＣＲＴモニタで再生することができる。心臓学の専門家は、処理された一連の像フレームを実時間で再生して、心臓サイクル全体の間の血管系統を観察したり、各フレームに歩進したり、又はそのシーケンス（順序）を特定の像フレームの所で凍結することができる。こういう「オフライン」の動作モードは、何等かの治療手順を施す前に、障害の位置の選定及び障害の診断を行うために主に用いられる。
【０００５】
現在のディジタル心臓血管Ｘ線システムは、ディジタル像処理技術を利用して、心臓の静止像及び動的な像の両方のズーム作用及びパン作用を行う。大抵の場合、静止ズーム像は、心臓血管の構造及び組成について最も多くの臨床的な情報を提供する。しかしながら、一連のＸ線フレームで構成されたダイナミックループは、実時間で再生したとき又はスローモーションで再生したときに、貴重な臨床的な情報をもたらす。このような映画形血管造影図を観察するとき、補間された像シーケンスは空間的な分解能を高めるが、心臓学の専門家は心臓の動きのため、動いている障害又は血管を「トラッキング（追跡）」することを強いられる。この動きは、専門家にとって妨げとなるばかりでなく、そのために医師はループ表示速度を遅くするか、又は単独歩進モードを用いることを強いられる。関心のある障害又は血管が、心臓サイクル中に他の血管の前又は後で動くとき、この問題は更に複雑になる。
【０００６】
この問題に対する解決策が「冠状動脈追跡（トラッキング）表示」という発明の名称の米国特許番号第５０５４０４５号に記載されている。このシステムでは、心臓学の専門家は映画形血管造影図の第１のフレーム内のある領域を確認し、後続の各々のフレームの間にこの領域をトラッキングし、表示スクリーン上にその領域が静止したままになるようにする。こうして、映画形血管造影図のループを再生する間に、血管又は障害を確認することができると共に、容易に辿ることができる。周囲の他の特徴は動かされても、関心のある確認された領域は静止したままである。一実施例では、心臓学の専門家は、手作業で各フレームを検査し、トラッキングすべき関心のある特徴をスクリーンカーソルを用いて確認する。その代わりに、関心のある特徴を第１のフレームで確認し、後続フレーム内の同じ特徴を自動的に突き止める手段を用いてもよい。１組のＸ線像内の確認された特徴を自動的に突き止める多数の方法が従来から提案されているが、商業的に存立可能なシステムとして、実時間で自動的に且つ満足に動作する手段は提供されていない。
【０００７】
【発明の要約】
本発明は、ディジタル心臓血管Ｘ線システムに関し、特に、１つのフレーム内の確認された特徴を後続のフレームで自動的にトラッキングし、確認された特徴が実質的に静止したままでいるような一連の像を発生する映画形血管造影図を発生するシステムに関する。更に具体的に言えば、本発明は、対応する一連の物理的な位置にある解剖学的な特徴を表す一連のディジタル化されたＸ線像を収集する手段と、第１のディジタル化されたＸ線像内にある解剖学的な１つの特徴を確認する手段と、後続の各々のディジタル化されたＸ線像内で確認された解剖学的な特徴を自動的に突き止める手段と、各々のディジタル化されたＸ線像内の突き止められた解剖学的な特徴が表示の中心に位置しており、その突き止められた解剖学的な特徴が一連のＸ線像の逐次的な表示の間に拡大されて実質的に不動のままであるように、各々のディジタル化されたＸ線像の一部を表示する手段とを含んでいる。本発明は、前のＸ線フレーム内にある確認された特徴を中心とする探索の核を前のＸ線フレームから抽出し、前のＸ線フレーム内にある確認された特徴を中心とするトラッキングウィンドウを現在のＸ線フレームから抽出し、探索の核及びトラッキングウィンドウ内に表されている特徴のエッジを強めるように、探索の核及びトラッキングウィンドウの両方をフィルタ作用にかけ、探索の核とトラッキングウィンドウとの間の相関のピークを突き止めることにより、確認された特徴の現在の位置を見出し、確認された特徴の現在の位置を中心とする像データの配列を現在のＸ線フレームから抽出し、像データの配列を用いて表示を発生することを特徴とする。
【０００８】
本発明の全般的な目的は、一連のＸ線フレーム内で動く確認された特徴を自動的にトラッキングするシステムを提供することである。オペレータが第１のＸ線フレーム内でトラッキングすべき特徴の位置を確認し、システムが後続のフレーム内でその特徴を自動的に突き止める。これらの位置を用いて、突き止められた特徴が中心にあると共に実質的に静止したままであるような対応する一連の像を発生する。
【０００９】
本発明の他の目的は、市場で入手し得る装置を用いて構成することができる自動トラッキングシステムを提供することである。市場で入手し得るディジタル信号処理部品を用いて、抽出、フィルタ作用、相関及び表示の各機能を実行することができる。
本発明の他の目的は、実時間で動作し得る自動特徴トラッキングシステムを提供することである。抽出、フィルタ作用及び相関の各機能は、通常のクロック速度で動作するディジタル信号処理回路によって敏速に実行することのできる比較的簡単な機能である。相関を求める前に探索の核及びトラッキングウィンドウのそれぞれの画素値から探索の核及びトラッキングウィンドウの平均値を減算することにより、相関動作は簡単になる。このとき、相関動作は一連の減算及び計数動作である。
【００１０】
本発明の更に特定の目的は、一連のＸ線フレーム内にある動く特徴の位置を正確にトラッキングすることである。探索の核及びトラッキングウィンドウデータをフィルタ作用にかけて、探索の核及びトラッキングウィンドウデータ内に表されている特徴のエッジを強めることにより、相関動作の精度が著しく改善される。例えば冠状動脈の場合、ロバート操作をフィルタとして用いると、冠状動脈のトラッキングが著しく改善される。
【００１１】
本発明の他の特定の目的は、トラッキングされた特徴が表示されるような多数の方法をオペレータに提供することである。像データの抽出された配列は直接的に表示されてもよいし、又は確認された特徴にズームインするように拡大されることが好ましい。像データの抽出された配列は単独で表示されてもよいし、又はＸ線データのフレームの表示と重なっていてもよい。そのままでは表示に現れるかもしれない目障りな特徴を遮るため、確認された特徴及びその特徴を直接取り巻いている組織のみが露われるように暗いマスクを構成することができる。
【００１２】
本発明の他の特定の目的は、関心のある特徴が静止したままになるようなＸ線フレームシーケンスの新規な表示をオペレータに提供することである。Ｘ線フレームシーケンスが本発明に従って処理され、後のオフラインの解析のために記憶される。反復的なサイクルでは、像シーケンスを前向きの順序で、その後、反対向きの順序で再生する回文表示モードが用いられる。これは、動く特徴が、そのシーケンスを前向きに反復的に再生した場合に起こるように、サイクル中に１つの位置から他の位置へと大幅にジャンプすることがないことを保証する。
【００１３】
本発明の上述の及びその他の目的及び利点は、以下の記述から明らかになろう。この記述では、本発明の好ましい実施例を示す図面を参照する。しかしながら、この実施例は必ずしも本発明の範囲全体を表すものではなく、本発明の範囲を解釈するにあたっては、特許請求の範囲を参照されたい。
【００１４】
【実施例】
ディジタル蛍光写真像を収集するための典型的なシステムの基本的な素子が図１及び図２に示されている。蛍光写真検査を受ける患者が参照番号１０で示されている。Ｘ線源１１が患者の一方の側に配置されており、Ｘ線像を発生するために、患者を介してＸ線ビームを投射するように制御され得る。画像増倍管１２が患者１０の反対側に配置されている。患者から出て来るＸ線像が増倍管１２の入力発光体１３に入射し、増倍管１２は入力発光体１３の光を変調された電子ビーム像に変換するように動作し、この電子ビーム像は出力発光体１４に入射して、そこで明るい光像への変換が行われる。
【００１５】
出力発光体１４の光像はビデオカメラ１５で観察される。ビデオカメラ１５は像を対応するアナログビデオ信号に変換する。アナログビデオ信号は、カメラ１５から線１６に出力されて、アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）１７に入力される。ＡＤＣ１７は、各々の水平走査線に対するアナログ信号を、その値がＸ線像を構成している画素の強度に対応するような一連のディジタル信号に変換するように動作する。水平走査線のディジタル画素データは、母線１８を介してディジタルビデオプロセッサ（ＤＶＰ）１９に供給され、そこで完全なＸ線像フレームを形成している走査線がメモリに記憶される。最も進歩した蛍光写真システムでは、各々の像フレームを表すディジタル画素データは生の形で記憶されており、そのため、更に処理するために、ＤＶＰ１９によって任意のときにもとのデータにアクセスすることができるようになっている。ＤＶＰ１９は、線２０を介してＡＤＣ１７に１２ＭＨｚのサンプルクロックを供給している。
【００１６】
Ｘ線像データがＤＶＰ１９で処理された後、ディジタル像データ信号がＤＶＰ１９から母線２１を介してディジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）２２の入力に供給され、アナログビデオ信号に変換される。アナログビデオ信号は、線２３を介してＣＲＴモニタ２４に供給され、ＣＲＴモニタ２４のスクリーンに像が表示される。Ｘ線像データの各フレームは、各フレームがカメラ１５によって発生されたときに処理されて、直ちにＣＲＴスクリーン２４に表示され、被検体の実時間表示を行うことができる。その代わりに、Ｘ線フレームシーケンスを収集しておいて、後で再生及び解析するために記憶することができる。
【００１７】
本発明はＤＶＰ１９によって部分的に実施される。ＤＶＰ１９は、データ母線によって相互接続されている２つの完全フレームディジタルメモリ、算術論理ユニットＡＬＵ、マルチプレクサ、レジスタ及び乗算器のような幾つかの電子部品と、生又は再処理された像に対する入力母線と、蛍光写真像を観察するためのＣＲＴモニタに通ずる像信号に対する出力線２１とを含んでいる。ディジタルビデオプロセッサ中央処理ユニット（ＤＶＰ−ＣＰＵ）２７が、ＤＶＰ１９の種々の部品に対して制御データを供給して、１つ又は複数の像処理工程のためにそれらの部品を作動し又は不作動にするが、これは事実上、データ通路、データ源及びデータの行先が、ＤＶＰ−ＣＰＵ２７によって発生される命令又は信号によってアドレスされると共に制御されることを意味する。従って、ＤＶＰ１９は、テレビフレーム速度の範囲内で、ディジタル像の加算及び減算又は像のシフト動作のような動作を行うように構成することができる。ＤＶＰ１９は、種々の処理工程で要求されるように、選択された係数を像の画素データに乗算するように制御することもできる。米国特許番号第４４４９１９５号に記載されているようなディジタルビデオプロセッサが好ましく、この米国特許はここに参照されるべきものであり、本出願人に譲渡されている。
【００１８】
図２の蛍光写真システムは、ホスト中央処理ユニット（ＣＰＵ）システム制御器２５によって全体的に制御されている。オペレータ端末２６は、心臓を検査する専門家が利用し得る多数の蛍光写真技術のうちの任意のものを呼び出して、患者の特定の部分を見ることができるようにする。ホストＣＰＵ２５は、選択された検査形式のための像収集手順を確認する一般化された命令をＤＶＰ−ＣＰＵ２７に送る。これらの命令は、アドレス／データ母線２８、Ｉ／Ｏ（入力／出力）インタフェイス２９及び母線３０を介して送られる。ＤＶＰ−ＣＰＵ２７はこれに対して、検査方式を実行するための処方又は命令リストをリードオンリメモリ（ＲＯＭ）３１からＩ／Ｏインタフェイス３２を介してアクセスし、母線３３が適正な制御ワードをＤＶＰ１９にある部品のレジスタに送出して、正しい時刻にそれらの部品が作動され及び不作動にされるようにすると共に、ＤＶＰ１９にあるデータ通路が、像の収集及び処理命令を実行するように正しいルートを有するようにする。
【００１９】
手動スイッチ３４を作動することにより、一続きのＸ線露出が開始される。Ｘ線制御回路３５がそれに応答して、適当な時刻にＸ線源１１をターンオン及びターンオフし、個別の露出を開始及び停止する。ビデオカメラ制御器３７がＤＶＰクロックから線３８を介してタイミング信号を受け取り、ＤＶＰ−ＣＰＵ制御器２７に対する時間ベースが、ビデオカメラ１５から線３９を介して供給された垂直帰線消去パルスによって発生される。
【００２０】
オペレータ端末２６は、キーボード４０を有している他に、トラックボール４１を有している。トラックボール４１は、ＣＲＴモニタ２４上の明るいカーソルを動かすようにあらゆる方向に回転させることができる。本出願人の所有する米国特許番号第４２４５２４４号及び同第４４５４５０７号に記載されているように、このようなグラフィック又はカーソル発生器は周知であり、モニタのスクリーン上のカーソルのｘ、ｙ座標に対応する一連のパルスを発生する。カーソル座標情報がホストＣＰＵ２５に印加され、このＣＰＵはその情報をＤＶＰ１９に供給するが、その用途は後で詳しく説明する。
【００２１】
図３について具体的に説明すると、本発明に従って映画形血管造影図を発生するようにＤＶＰ−ＣＰＵ制御装置２７によって実行される処方に応答して、ＤＶＰ１９によって実施される機能が、ブロック図の形で示されている。一連のディジタル化されたＸ線フレームをフレームバッファメモリ２００で受け取り、これから説明するように処理して、出力２１に対応する一連のディジタル化Ｘ線フレームを発生する。以下の説明では、指数“ｎ”は、この一連の中の処理されている現在のディジタル化Ｘ線フレームを指し、（ｎ−１）フレームは、この一連の中の前に処理されたＸ線フレームを指す。各々のＸ線フレームを受け取ると、そのＸ線フレームが直接的に出力像配列２０１に印加される。従って、自動トラッキングの特徴がイネーブルされていないと、一連のディジタル化Ｘ線フレームは単にＤＶＰ１９を通過し、ＣＲＴ駆動器２０２に印加され、この駆動器は、ＤＡＣ２２及びＣＲＴモニタ２４を制御して、各々の像を受け取ったまま、実時間で逐次的に表示する。オペレータによって自動トラッキングの特徴がイネーブルされているとき、自動トラッキングの特徴は、トラッキングすべき特徴の位置（ｘ0 、ｙ0 ）を入力することにより、参照番号２０３のところで初期設定される。
【００２２】
図４はＣＲＴスクリーン２４の概略図であって、トラッキングすべき像、及びこのトラッキングを行うのに用いられる２つの構成要素を示す。１つの構成要素はトラッキングウィンドウ２０５であり、トラッキングウィンドウ２０５は、トラッキングすべき特徴の判っている最後の位置を中心とする現在のＸ線フレームデータＩ（ｎ）のｍ×ｍ画素サンプルである。初期設定のとき、この位置は、トラックボール４１によって発生されたカーソル位置ｘ0 、ｙ0 である。後続フレーム（ｎ）では、トラッキングウィンドウは、前のフレーム（ｎ−１）で決定された特徴の位置ｘ（ｎ−１）、ｙ（ｎ−１）を中心としている。トラッキングウィンドウ２０５の寸法は、トラッキングパラメータｍで表され、５１２×５１２の画素表示を発生する好ましい実施例では、ｍ＝８１の値を用いている。トラッキングウィンドウ２０５は、現在のＸ線フレームＩ（ｎ）で確認された特徴に対する探索（サーチ）をその中で行う区域を決定する。トラッキングウィンドウ２０５が小さ過ぎると、相次ぐＸ線フレームを収集する合間に、その特徴がトラッキングウィンドウによって限定されたｍ×ｍの区域の外側に出てしまうことがあり、トラッキングウィンドウ２０５が大き過ぎると、探索に時間がかかり過ぎる。
【００２３】
確認された特徴を自動的にトラッキングするための他方の構成要素は、探索の核（サーチカーネル）２０６であり、探索の核２０６は、前に確認された特徴の位置ｘ（ｎ−１）、ｙ（ｎ−１）を中心とする前のＸ線フレームデータＩ（ｎ−１）のｐ×ｐ画素サンプルである。探索の核２０６の寸法は、トラッキングパラメータｐで表され、好ましい実施例では、ｐは４１の値に設定されている。後で詳しく説明するが、現在のＸ線フレームＩ（ｎ）における確認された特徴を突き止めることは、トラッキングウィンドウ２０５内で、探索の核２０６にあるデータと、トラッキングウィンドウ２０５にある対応するデータとの相関が最善である位置を見出すことにより行われる。言い換えれば、この最善の符合（マッチ）が見つかるまで、探索の核２０６をトラッキングウィンドウ２０５内で動かす。この位置ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）が、トラッキング中の特徴の計算による現在位置である。
【００２４】
図３に戻って説明すると、データＩ（ｎ）の各々のＸ線フレームは処理された後、遅延装置２１０に保存され、次のフレーム中、前のフレームデータＩ（ｎ−１）として利用され得る。この前のデータＩ（ｎ−１）から、ブロック２１１でｐ×ｐ個の画素の探索の核２０６が選択される。探索の核２０６の中心は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）２１２によって定められる。マルチプレクサ２１２は、初期設定された特徴の位置の値ｘ0 、ｙ0 又は前のフレームからの計算による値ｘ（ｎ−１）、ｙ（ｎ−１）のいずれかを選択するように、リセット入力によって制御される。探索の核２０６は、ｐ×ｐ個のデータ配列Ｋ（ｎ−１）として出力される。
【００２５】
トラッキングウィンドウ２０５は、ブロック２１３で現在のＸ線フレームデータＩ（ｎ）から抽出される。トラッキングウィンドウ選択部２１３は、その寸法を決定するトラッキングパラメータｍを受け取ると共に、その中心点を決定する最後の既知の特徴の位置をマルチプレクサ２１２から受け取る。トラッキングウィンドウは、ｍ×ｍのデータ配列Ｔ（ｎ）として出力される。
【００２６】
トラッキングウィンドウ２０５と探索の核２０６とを相関させるために必要な計算を簡単にするために、各配列にある要素の平均値を各配列の要素から減算する。ブロック２１４で示すように、探索の核の配列Ｋ（ｎ−１）にある要素の平均値を計算し、次いでこの平均値を探索の核２０６にある各々の要素から減算して、ｐ×ｐ個の要素の配列Ｍ（ｎ−１）を発生する。ブロック２１５で示すように、トラッキングウィンドウデータＴ（ｎ）に対して同じ作用が施されて、ｍ×ｍ個の要素の配列Ｍ（ｎ）を発生する。この平均除去作用を利用して、相関機能に要求される乗算の分量を平易にする。この平易化は、相関の分母項で行われる。この項は不規則な変数の分散に比例する。ゼロ平均過程の分散を実施するために必要な操作の数は、ゼロでない平均の不規則な変数に対して必要な操作の数よりもずっと少ない。即ち、
【００２７】
【数１】
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【００２８】
自動的なトラッキング機能を改善するために、トラッキングウィンドウデータＭ（ｎ）及び探索の核データＭ（ｎ−１）の両方をフィルタにかけて雑音を低減させる。従って、ブロック２２７及び２２８で示すように、トラッキングウィンドウデータは低域フィルタに印加されると共に、探索の核データは低域フィルタに印加される。低域フィルタ２２７及び２２８は、データを平滑にするために５×５のフィルタの核を用いる普通のボックスカー平均フィルタである。
【００２９】
相関及びその結果得られるトラッキング作用を改善するために、トラッキングウィンドウデータＭ（ｎ）及び探索の核データＭ（ｎ−１）の両方が更にフィルタにかけられて、特徴のエッジを強める。心臓血管のエッジを強めるのに特に役に立つフィルタは、ロバート・フィルタ演算子である。ブロック２１６で示すように、探索の核データ配列Ｍ（ｎ−１）にある各々の値ｐijをフィルタ作用にかけた値Ｒijに置き換える。ここで、Ｒijは次のように計算される。
【００３０】
Ｒij＝｜ｐij−ｐi+1,j+1 ｜＋｜ｐi,j+1 −ｐi+1,j ｜
同様に、ブロック２１７で示すように、トラッキングウィンドウデータ配列Ｍ（ｎ）にある各々の値ｍijをフィルタにかけられた値ｒijに置き換える。ここで、ｒijは次のように計算される。
ｒij＝｜ｍij−ｍi+1,j+1 ｜＋｜ｍi,j+1 −ｍi+1,j ｜
フィルタにかけられた２つの配列Ｍ（ｎ−１）及びＭ（ｎ）は、このとき相関ができる状態にある。
【００３１】
相関は、小さい方の探索の核２０６を一層大きいトラッキングウィンドウ２０５内の相次ぐ位置へ移動させ、配列の対応する要素を参照番号２１８に示すように減算する反復過程によって実施する。探索の核２０６の各々の位置で、この減算過程によって生じたゼロの数をブロック２１９で計数し、探索の核の中心点のｘ、ｙ位置と共に相関マトリクス２２０に記憶する。探索の核２０６がトラッキングウィンドウ２０５の極限の範囲内で取り得るすべての位置へ移動させられた後、相関マトリクス２２０を検査して、最大数のゼロが見つかった位置を決定する。この位置がトラッキングされている特徴の計算による新しい位置である。
【００３２】
相関器の出力は、現在のＸ線フレームＩ（ｎ）においてトラッキングされる特徴の位置ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）として用いられるのが普通であるが、予測器２２１によって予測された位置に対する検査が行われる。予測器２２１は、前の３つのＸ線フレームｎ−１、ｎ−２及びｎ−３からのトラッキング点の値を記憶している。
【００３３】
これらの値を用いて、現在のトラッキング位置の予測値、及び実際のトラッキング位置ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）がその範囲内で見つかると予想される半径を計算する。実際のトラッキング位置がこの半径の範囲内になければ、予測値に置き換え、それを現在位置ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）として参照番号２２２から出力する。予測器２２１の動作についての更に詳しいことは、１９８６年にアーテク・ハウス・インコーポレイテッド社から出版されたサミュエルＳ．ブラックマンの著書「レーダへの適用に関する多重標的トラッキング」の第２章を参照されたい。
【００３４】
トラッキングされる特徴の現在位置ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）は、次のＸ線フレームの処理に用いるために遅延装置２２３に記憶されると共に、表示ウィンドウ選択部２２４で用いられて、現在のＸ線フレームデータＩ（ｎ）から抽出すべきＸ線像配列Ｗ（ｎ）の中心を突き止める。好ましい実施例では、現在のトラッキング位置ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）を中心とする２５６×２５６個の画素のデータ配列Ｗ（ｎ）が、５１２×５１２のＸ線フレームＩ（ｎ）から抽出される。Ｗ（ｎ）内にあって、５１２×５１２配列Ｉ（ｎ）の外側にあるあらゆる点は、ゼロに設定され、黒である。この後、抽出された配列Ｗ（ｎ）は双一次補間器２２５に印加される。双一次補間器２２５は、２５６×２５６画素の像配列Ｗ（ｎ）を拡大することによりその寸法を２倍にして、５１２×５１２画素の像配列Ｂ（ｎ）を形成する。正味の効果は、トラッキングされている特徴に対してズームインすると共に、その特徴及びその周囲の構造を２倍に拡大することである。この結果得られた像配列Ｂ（ｎ）は、出力像配列２０１に印加され、ＣＲＴ駆動器２０２によってＣＲＴモニタ２４上に表示される。
【００３５】
トラッキングされる特徴を表示する方法には、多くの変形がある。例えば、一層小さい配列Ｗ（ｎ）を表示ウィンドウ選択部２２４によって抽出することができ、倍率は２倍に制限する必要がない。更に、小さい表示ウィンドウＷ（ｎ）を抽出することができ、拡大したものでスクリーン全体を埋める代わりに、処理されていないＸ線フレームＩ（ｎ）と同時にその小さい表示ウィンドウを表示することができる。例えば、Ｘ線フレームＩ（ｎ）全体を出力像配列２０１に記憶し、特徴を中心に有する一層小さい表示ウィンドウＷ（ｎ）を、組み合わせ像の１つの隅に現れるように記憶することができる。従って、心臓の専門家は、すべての構造が心臓サイクルの間に動くときに、それらすべての構造をＸ線システムの視野内で見ることができ、それと同時に、心臓サイクルの間、確認された特徴が中心合わせされ、静止したたままであるような拡大されたウィンドウを見ることができる。
【００３６】
拡大された像Ｂ（ｎ）を観察するのに非常に役立つ他の特徴は、像のうち、専門家にとって目障りになることのあるような部分を遮るマスクを用いることである。例えば、トラッキングされる特徴は常に像Ｂ（ｎ）の中心にあるので、Ｘ線システムの視野の境界にある暗い領域のような普通は静止している特徴は、拡大された像Ｂ（ｎ）に出たり入ったりするときに、移動して非常に目障りになることがある。こういう目障りを遮るため、オペレータは、ＣＲＴ表示装置２４の周囲に現れる暗いマスクを形成するように、表示プロセッサ２３０を構成することができる。この結果、このマスク内にできる円形開口の直径は、心臓の専門家が関心のある構造を見ることができるが、重要でない又は目障りな特徴が隠されるように定めることができる。このマスクの特徴の構成は、本出願人に譲渡された米国特許番号第４５７１６１９号に記載されている。
【００３７】
上に述べた動作モードにおいて、表示プロセッサ２３０は、収集されたときに実時間で処理済みの各々のＸ線フレームを表示するようにオペレータによって構成されている。この蛍光透視動作モードは、冠状血管形成術のような手術を実施するとき、心臓専門医を助けるために用いられる場合が最も多い。しかしながら、表示プロセッサ２３０は、注意深い診断を下すために後で再生することができるように、処理済みのＸ線フレームシーケンスを記憶するように構成することもできる。例えば、心臓サイクル全体にわたる患者の心臓を示すための一連のＸ線フレームを収集することができる。その後、このフレームシーケンスは表示プロセッサ２３０によって、実時間のスローモーションとして又は歩進的に出力像配列２０１から読み出されて、心臓の専門医が特定の冠状動脈に起こる変化を注意深く辿ることができるようにすることができる。特定の冠状動脈が本発明によって動かないようにされ、且つ拡大されるのみでなく、このシーケンスを回文モードで観察することができる。このモードでは、表示プロセッサ２３０はこのシーケンスを読み出して、心臓サイクルを表す。しかしながら、同じシーケンスを再び繰り返す代わりに、表示プロセッサ２３０は次に、反対の順序でＸ線フレームシーケンスを読み出して表示する。このような反対の再生は冠状サイクルを反対に表すが、このような回文式の再生は、順方向に繰り返すためにこのシーケンスをリセットするときに起こる特徴の位置の不連続を回避する。その結果、中心に置かれた特徴の周りに動く構造は、その位置が周期的に飛び越すことなく、再生中、常に滑かに動く。前に述べたマスクの特徴の場合と同じく、この回文モードは他の煩わしさを心臓医から取り去ってくれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いるディジタル心臓血管Ｘ線システムの見取図である。
【図２】図１のディジタル心臓血管Ｘ線システムの概略図である。
【図３】図２のディジタルビデオプロセッサの一部である本発明による適応形特徴トラッキングフィルタのブロック図である。
【図４】本発明を実施するために用いられる構成部品である探索の核及びトラッキングウィンドウを示す像の概略図である。
【符号の説明】
１１  Ｘ線管
１２  画像増倍管
１５  ビデオカメラ
１９  ディジタルビデオプロセッサ
２４  ＣＲＴモニタ
２０５  トラッキングウィンドウ
２０６  探索のウィンドウ
２１１  探索の核選択部
２１３  追跡ウィンドウ選択部
２１６、２１７  ロバート・フィルタ
２１８  減算器（相関器）
２２４  表示ウィンドウ選択部
２２７、２２８  低域フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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