(57)【要約】  得られた像のグレイレベルの分布に合わせてX線源の照射量を制御するための方法が用意されたX線検査装置。X線検査装置(1)は、制御及び処理方法(10)とのデータ通信をするためのX線ユニット(2)を有する。X線ユニット(2)はX線源(1c)から伝播するX線(1f)のビームを発生するようにできている。X線源(1c)はX線検出器(1b、おそらくdの間違い)と一緒になって回転軸(1e)の周りを回転し、回転によって体積Vが得られる。制御及び処理方法(10)は第1の像を次の像に圧縮するための像処理方法(3)を有する。グレイレベル圧縮関数による第1の像の圧縮で、圧縮された次の像は第2の像の平均ピクセル値を計算し、それまでに保存されている参照値と比較するための制御方法(6)に送られる。計算された平均値が実質的にそれまでに保存されている参照値と大きくずれるようであれば、設定を修正するために照射量を制御する信号CがX線源(1c)に送られる。X線検査装置はさらに圧縮された像が転送される観察ステーションも有する。観察ステーションはプロセッサ(5)、入力装置(5b)及びコンソール(5a)を有する。これらの装置上で、像は適切なインターフェース(5c)によって表示される。像が解析された後、像は適切なデータベースに保存される。
2007509689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
X線検査装置であって：
X線ビームを発生する制御可能なX線源；
前記X線ビームを受光することで第1の像を生成するX線検出器；
前記第1の像を圧縮して第2の像を得るためにグレイレベル圧縮関数を用いて前記第1の像の少なくとも一部を処理する像処理手段；及び
前記X線ビームを制御するために前記第2の像の画素の平均グレイ値を計算し、かつ、照射量制御信号を前記X線源に与える制御手段であり、前記照射量制御信号は前記計算された平均グレイレベル値と先に保存された参照値との比較によって決定される、ところの制御手段；
を有することを特徴とするX線検査装置。
【請求項２】
請求項1に記載の装置であって、前記グレイレベル圧縮関数が実質的に異なるグレイレベル圧縮因子を持つ複数の圧縮範囲を有する
ことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項2に記載のX線装置であって：
前記グレイレベル圧縮関数は第1の線形範囲、第2の線形範囲及び第3の線形範囲において単調変化する関数を有する；
前記第2の線形範囲は前記先に保存された値を有する；
前記第2の線形区間の前記グレイレベル圧縮因子は実質的に1の値を有する；及び
前記第1及び第3の線形区間の前記グレイレベル圧縮因子は実質的に1より小さい値を有する
ことを特徴とするX線装置。
【請求項４】
請求項3に記載のX線装置であって、
前記装置がさらに：
前記第1の像のヒストグラムを構築する計算手段；及び、
前記グレイレベルヒストグラムから前記第1、第2及び第3の線形範囲に対応する境界を決定する計算手段
を有する、
ことを特徴とするX線装置。
【請求項５】
請求項3又は4に記載のX線装置であって、前記計算手段が：
ループゲイン補正因子の計算；及び
前記ループゲイン補正因子の前記照射量制御信号への適用
を行うことを特徴とするX線装置。
【請求項６】
照射量制御信号によるX線検査装置のX線源の出力を制御する方法であって：
第1のX線像を得る工程；
前記第1のX線像を第2の像に圧縮するためにグレイレベル圧縮関数を用いて前記第1のX線像の少なくとも一部を処理する工程；
前記第2の像の画素の平均グレイレベル値を計算する工程；
前記計算された平均値と先に保存されている参照値とを比較する工程；及び
前記比較から決定される照射量制御信号を前記X線源に与える工程
を有する方法。
【請求項７】
請求項6に記載の方法であって：
前記グレイレベル圧縮関数には、複数の圧縮範囲を持つ関数が選ばれている；及び
連続した複数の圧縮範囲が実質的にそれぞれ異なるグレイレベル圧縮因子を持つ
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項7に記載の方法であって：
前記グレイスケール圧縮関数には、第1、第2及び第3の線形範囲で単調変化関数が選択され；
前記第2の線形範囲は前記先に保存された参照値を有し；
前記グレイレベル圧縮因子は前記第2の線形範囲で実質的に1の値を持ち；かつ
前記第1及び前記第3の線形範囲のグレイレベル圧縮因子は実質的に1よりも小さい値を持つ；
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項8に記載の方法であって：
前記第1の像のグレイレベルヒストグラムを構築する工程；及び
前記グレイレベルヒストグラムから前記第1、前期第2及び第3の線形範囲に対応する境界を決定する工程；
を有する方法。
【請求項１０】
請求項8又は9に記載の方法であって：
ループゲイン補正因子を計算する工程；
前記ループゲイン補正因子を前記照射量制御信号に適用する工程
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は以下を有するX線検査装置に関する：
-X線ビームを発生させるための制御可能なX線源；
-受光したX線ビームで第1の像を作成するためのX線検出器；及び
-第1の像を次の像に圧縮するためにグレイレベルの圧縮関数を用いて第1の像の少なくとも一部を処理するための像処理方法。
【０００２】
本発明はさらに照射量制御信号でX線検査装置のX線源の出力を制御する方法に関する。前記方法は以下の工程を有する：
-第1のX線像を得る工程；
-第1のX線像を次のX線像に圧縮するためにグレイレベル圧縮関数を用いて第1のX線像の少なくとも一部を処理する工程。
【背景技術】
【０００３】
X線検査装置の実施例は第1の段落で説明されているように、特許文献1で知られている。その既知のX線検査装置は、X線ビームを放出するためのX線源、X線源からX線像へ変換するためのX線検出器及びX線照射量を制御する信号を受け取ったときに、X線照射量を制御するためのX線コントローラ（制御装置）を有する。既知のX線検査装置において、X線像は最初、変曲点を持つ適切なグレイスケール圧縮関数の手段により圧縮される。変曲点を超えたところで勾配は小さくなる。その結果生じた像は第1の像に対してグレイレベルの圧縮された範囲を有する。この方法により、像の全領域における露光過多の領域による影響は小さくなる。既知のX線装置の照射量制御信号は、発光エネルギーを制御する方法によって形成される。この方法は、決められた圧縮像の決められた関心領域から得られたピクセル値に基づく。そのとき、関心領域の平均の明るさはあらかじめ決められたレベルを実質的に保持するようにしている。
【特許文献１】米国特許第5388138号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
照射量を制御する信号を決めるために、関心領域を描画する必要があるというのは、既知のX線検査装置の欠点である。関心領域の描画の手順では、熟練の人が立ち会わなくてはならないし、それゆえに余計な時間を要してしまう。このことは別にして、詳細な医療分析のために関心領域を変えなければならない医療の分野では、既知のアプローチは不適切であるように思われる。その理由は実質的に異なるグレイレベルの新たな領域を含む可能性があるため、結果として生じる像の平均明るさが第1の像に対して実質的に違ったものとなり、それゆえに実質的にこれまでとは違った照射量制御信号が必要になるからである。像の後処理工程中では、照射量制御信号に影響を与えるのは不可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、X線検査装置を提供することで、その装置では普遍的なX線源の照射量制御信号を関心領域の描画をすることなしに決定される。
【０００６】
この目的を達成するために、本発明によるX線検査装置は、第2の像の画素の平均グレイレベルを計算する制御装置、及びX線ビームを制御するX線源への照射量制御信号を与える制御装置を有する。なお、照射量制御信号は計算された平均グレイレベルの値と先に保存されている参照値との比較によって決められる。
【０００７】
本発明の技術的手段は、測定領域が関心領域を超えた場合に、測定領域内の明るく表示された部分が関心領域のグレイレベルを結局下げることになる、という問題が生じるという知見に基づいている。それとは対照的に、測定領域内の暗い部分は関心領域を要求されているレベルよりも明るくしてしまう。これらの現象は、計算された画素の平均グレイレベル値と参照値との比較に基づいて照射制御信号の値を決定する照射量制御システムの操作に本質的である。像が明るく表示された画素を有する場合、平均グレイレベル値は増大するだろうし、対応した照射制御信号は対応してX線源の明るさを下げるようにするだろう。結果として、関心領域に対応した中間的な明るさを持った画素のグレイレベルは減少することになるだろう。像中の弱く光る画素の存在は中間的な明るさを持った画素の結果として生ずるグレイレベルに対して反対の効果をもたらすだろう。従って、本発明による像処理方法及びX線装置の制御方法は、適切なグレイレベル圧縮関数適用によって、明るく、又は暗く光る画素の計算の結果生じた画素の平均グレイレベル値への影響を実質的に小さくするためにある。明るく、又は暗く光る1つの画素が大部分の画素のグレイレベルに影響するのを小さくするため、グレイレベル圧縮関数は異なるグレイレベルの変換因子に応じて適切な範囲の数を有する、たとえば2、ことが好ましい。結果生じた像のグレイレベルへのこれらの影響を減少させた後、普遍的な照射量制御信号が、結果生じた第2の像の計算された平均グレイレベルと先に保存されている参照値とを比較することで決定される。先に保存された参照値は像の要求されるグレイレベルに対応することが好ましい。本発明によるX線装置では、照射量制御信号は全自動で決定され、それゆえ、熟練した医療関係者に依存した関心領域の描画による干渉がない。しかも、明るく又は暗く光る画素の全体像への影響は実質的に排除されるので、結果生じる照射量制御信号はすべての可能な関心領域に属する領域の適切な閲覧及び検討に有効である。
【実施例】
【０００８】
本発明によるX線検査装置の実施例において、グレイレベル圧縮関数は第1、第2及び第3の線形範囲において単調変化する関数、先に保存された参照値を有する第2の線形範囲、実質的に1の値を持つ第2の線形区間のグレイレベル圧縮因子、実質的に1より小さい第1及び第3の線形範囲におけるグレイレベル圧縮因子を有する。
【０００９】
3つの直線でグレイレベル圧縮関数を与え、この圧縮関数では中間部分は第1の像の中間領域にあるグレイレベルが変わらないようにして選ばれることは特に有利になることがわかる。このようにして、診断情報に関する像の部分は圧縮されない。対応する診断情報の外の像の部分のグレイレベル圧縮因子は実質的に抑圧され、それゆえに明るく、又は暗く光る画素による結果生成された像の平均ピクセル値への影響は最大限に小さくなる。結果として、第2の像は明るい画素、暗い画素及び中間的な明るさを持つ画素の重み付けからつくられる。制御方法の安定した振る舞いを保証するため、グレイレベル圧縮関数は単調変化でかつ連続でなくてはならないということは注意されなくてはならない。それに対するグレイレベル圧縮因子はすべて正の値でなくてはならない。
【００１０】
本発明によるX線検査装置のさらなる実施例としては、前記装置はさらに第1の像のグレイレベルヒストグラムをつくるための計算方法、及び前記グレイレベルヒストグラムの第1、第2及び第3の線形領域に対応する境界を決定するための計算方法を有する。
【００１１】
X線取得の新たな設定ごとにグレイレベルヒストグラムをつくることでグレイレベル圧縮関数の分配が個別化されるのは有利であるということがわかる。この方法により、シャッターのセットはより精密にかつ各々の照射セッションが個別的に考慮できるようになる。試験中の対象物に対して異なる角度からの測定(angulation)によって得られた像に対しては、グレイレベルヒストグラムは各々の得られた像からつくられるのが好ましい。
【００１２】
X線検査装置のさらなる実施例として、計算方法はループゲイン補正因子の計算とループゲイン補正因子を照射量制御信号に適用するためにある。
【００１３】
この技術的方法によると、制御ループの時間挙動は保存される。グレイレベル圧縮関数の手段によって像処理がなされた後、像の結果として生成されるピクセル値は、その診断上必要な値(diagnostic  value)を失うという事実から、次の（像）取得による第1の像は診断上の解釈を行った際の開始点になくてはならない。最初にループゲイン補正因子を決定し、次に照射量制御信号のループゲイン補正因子を適用することでループゲインの値を保存することは有利であることがわかる。グレイレベル圧縮関数の選ばれた線形性により、ループゲイン補正因子は容易に決定することが可能である。それに対応する計算式は図1の参照により与えられる。
【００１４】
本発明によるX線検査装置のX線源出力を制御する方法は以下の工程を有する：
-第2のX線像の画素の平均グレイレベル値を計算する工程；
-計算された平均値と先に保存された参照値とを比較する工程；及び
-X線源への照射量制御信号を与える工程。前記照射量制御信号は前記比較から決定される。
【００１５】
本発明による方法によると、明るく又は暗く光る画素の像全体の平均ピクセル値への影響は実質的に小さくなるため、すべての像領域を正確に見ることを可能にする普遍的な照射量制御信号を与える。
【００１６】
本発明のこれら、及び他の特徴については図を参照してさらに論じることにする。
【００１７】
図1は、本発明によるX線検査装置の実施例の概略図である。X線検査装置1は制御及び処理方法10とのデータと通信をするためのX線ユニット2を有する。X線ユニット2はX線源1cから伝播するX線ビーム1fを発生させるためにある。診断データを得るために、患者（ここには図示されていない）は、X線源1cとX線検出器1dの間に位置する、取得体積Vの中にいる。そこでは透過したX線像が形成される。X線検出器の適切な使用法に関する実施例は対応する光学（系）又は平らな固体X線検出器が付随する像の増強装置を有する。この像は第1の像として参照される。医療現場では、ある方向からの第1の像を得る必要があるだろう。この目的のため、X線検出器1dと一緒になったX線源1cは回転軸1eに対して取得体積Vで回転することができる。この回転は支持台1aが動くことで可能となる。この支持台は適切な支持台を支える方法によって回転ができるように備え付けられている（図示していない）。第1の像は制御及び処理方法10に転送される。制御及び処理方法10は第1の像を第2の像に圧縮するための像処理方法3を有する。この目的により、像処理方法3は先に保存されているグレイレベル圧縮関数3aを扱うため、又はそのかわりに計算方法8とやり取りをするためにある。後半部については、ここでは対応するグレイレベルヒストグラムが計算されていれば、像処理方法3は第1の像を計算方法8に対して利用できるようになる。グレイレベルヒストグラムは個別化されたグレイレベル圧縮関数の第1、第2及び第3の線形領域の境界を決定するために用いられる。多くの場合では、事前に用意された普遍的なグレイレベル圧縮関数を使用することで事足りることは明記されなければならない。グレイレベル圧縮関数による第1の像の圧縮で、生成された第2の像は制御方法6に転送される。制御方法6は第2の像の画素平均グレイ値を計算し、その値を先に保存されている参照値と比較するためにある。もし、計算された平均値が先に保存された参照値と実質的に異なる場合、照射量制御信号Cは設定値を修正するためにX線源1cに送られる。X線ビームの明るさは修正されることが好ましい。結果として、最適な画素の平均グレイ値を持つ像が生成される。適切な照射量制御の方法はそれ自体既知である；したがって照射量制御信号の生成と応用についてのさらなる詳細な説明は行わない。
【００１８】
X線検出装置はさらに結果として生成された画素のグレイレベルを持つ像が転送される観察ステーションを有するのが好ましい。照射量制御ループのゲインは圧縮関数の非線形性により減少するだろうし、その結果として制御速度が低下する。診断目的であれば、結果として生成された像のグレイレベルとX線の明るさには線形関係が保存されていることを求めることが可能だろう。この目的のため、計算方法8はループゲイン補正を計算するためにある。この補正は以下に例示された方法によって行うことが可能である。
【００１９】
第1の像の測定領域の平均値は以下で与えられる：
MEAN=(I*L*fL+I*M*fM+I*H*fH)/(fL+fM+fH)
ここで、
L,M,Hは圧縮関数のそれぞれ低い、中くらいの、及び高い部分の平均的透過因子
fL,fM,fHはそれぞれの測定領域の割合
IはX線ビームの明るさである。
【００２０】
圧縮関数が適用された後の測定領域の平均値は以下で与えられる：
MEAN'=(αL*I*L*fL+OL*fL+I*M*fM+αH*I*H*fH+OH*fH)/(fL+fM+fH)
ここで、
αL, αHは、それぞれグレイレベル圧縮関数の低い部分と高い部分の勾配
OL,OHは、それぞれグレイレベル圧縮関数の低い部分と高い部分のオフセットである。
【００２１】
結果として生じたループゲイン補正関数は以下で与えられる：
GainCorrection={d(MEAN)/dI}/{d(MEAN')/dI}
=(L*fL+M*fM+H*fH)/(αL*L*fL+M*fM+αH*H*fH)
照射量制御信号のループゲイン補正を適用した後、制御ループの時間挙動は保存される。
【００２２】
観察ステーションは適切なプロセッサ（処理装置）5とコンソール5aを有する。このコンソール上に、適切なユーザーインターフェース5cによって診断像が表示される。ユーザーが診断像を修正したい場合は、入力装置5bが提供される。診断像が解析された後、像は適切なデータベース7に保存することが可能である。
【００２３】
図2aは、3本のグレイレベル圧縮関数の適用によって計算された結果の平均の第1の実施例の概略図である。この実施例においては、以下の状況が記述されるだろう：
グレイレベル圧縮関数CCは3本の概略的に与えられる線形区間I,II,IIIを有し、グレイ値GVのピクセル値PVの関数とする。第1の線形範囲Iは実質的に第2の線形範囲よりも低いグレイレベル圧縮因子を持つ。第1の線形範囲Iは、測定領域内の暗く光る画素の重みが実質的に減るように選ばれる。第2の線形区間IIは制御された平均値CAの値を有するように選ばれる。この値は、先に保存された参照値として参照される。この例において、測定領域は、第2の線形範囲になる主部M、第3の線形範囲になる明るく表示された部分HL、を有する。グレイレベル圧縮関数を適用することで、測定領域における明るく表示された部分の存在が補償され、平均値Mが制御値CAに対して左にずれる。移動の絶対値は、第3の線形区間のグレイレベル圧縮因子が減少するため、小さい。もし低い傾斜の点が高すぎるように選ばれたら、平均値Mは一時的に第1の線形区間に移動するだろう。第1の線形区間のグレイレベル圧縮因子が低いため、制御バランスは誤差Eを明るく表示されているところの補償をするために大きく低いほうに移動させるだろう。したがって、傾斜点の位置は十分低くなるように選ばれなければならない。各々の区間の境界を選ぶ適切な方法は、図3を参照しながら論じる予定である。
【００２４】
図2bは、3本のグレイレベル圧縮関数の適用によって計算された結果の平均の第2の実施例の概略図である。この例では、関心領域それ自体は、第2の線形区間になる主部Mと第3の線形区間になる高領域を有する。この場合、制御された平均は関心領域を高い値に移動させる。平均の誤差Eは上部の傾斜点のレベルと第3の線形区間IIIのグレイレベル圧縮因子に依存する。両方のパラメータを適切に選ぶことで、誤差Eは小さくなる。
【００２５】
図3は、得られたX線像のグレイレベルヒストグラムの実施例の概略図である。グレイレベルヒストグラムはあるグレイレベルGVをもつ画素のヒット数NとグレイレベルGVの絶対値とで記録される。グレイレベルヒストグラムから、典型的な第1の像における、範囲の数が特定できるということになる。最低の範囲は測定領域内の弱く光る領域LLに対応する。この範囲は関心領域の主部Mはこの範囲に従う。典型的には、この範囲はグレイレベルにして500周辺で中心値を取る。関心領域の高い部分Hは、関心領域の主部Mに従う。関心領域の高い部分Hは、診療上意味のある領域からその領域になる。最高の範囲は測定領域HLの強く光る領域に対応する。最高の範囲は関心領域を超えたところから強く光る領域はここに属する。ヒストグラムの解析より、だいたい500のところで、参照グレイレベル値、及びヒストグラムから適宜選ばれたグレイレベル圧縮関数に対応する線形区間の各々に対する境界を選ぶのが好ましいことがわかる。たとえば、第1と第2との線形区間の境界は100に、第2と第3との線形区間の境界は600にすることができる。高い部分Hと強く光る部分HLとの境界は関心領域と非関心領域との境界という主観的な識別である。ヒストグラムを見る方法は、X線ユニットの設定と患者に対するX線ビームの方向に依存するものであることを明記しなくてはならない。したがって、個別化された正確な照射量制御システムを達成するために、各々の一連の像のヒストグラムを解析するのは有利なことである。
【００２６】
図4は、本発明による方法を実装した実施例の概略図である。第1の像24はX線検査ユニット22によって取得される。第1の像は像処理方法26に転送される。そこでは、グレイレベル圧縮関数が像に適用される。また、像処理方法26はループゲイン因子30を計算する。次の工程で圧縮された像の平均値は適切な計算方法28により計算される。平均値は制御方法38に転送される。そこで平均値は先に保存された参照値と比較される。参照値は制御方法38によって検索テーブル36から引き出される。制御装置38は乗算方法(multiplying  method)40によってX線ユニット22に適用させるための制御信号Cの必要な値を計算するためにゲイン32と限界34の値を受け取る。乗算方法は計算されたループゲイン補正因子30を特定する付加的な信号を受け取る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明によるX線検査装置の実施例の概略図である。
【図２ａ】3本のグレイレベル圧縮関数の適用によって計算された結果の平均についての第1の実施例の概略図である。
【図２ｂ】3本のグレイレベル圧縮関数の適用によって計算された結果の平均についての第2の実施例の概略図である。
【図３】得られたX線像のグレイレベルヒストグラムの実施例の概略図である。
【図４】本発明による方法を実装した実施例の概略図である。
【図１】
2007509689.tif 000003
【図２ａ】
2007509689.tif 000004
【図２ｂ】
2007509689.tif 000005
【図３】
2007509689.tif 000006
【図４】
2007509689.tif 000007
【国際調査報告】
2007509689.tif 000008
2007509689.tif 000009
2007509689.tif 000010