(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線ソースおよび、対象を通過した後の前記放射線ソースを検出する、前記放射線ソースをディジタル電気信号に変換する能力を有する検出手段を備える放射線撮影装置における対象の厚さを補償する方法であって、ディジタル化したイメージから、前記放射線ソースが通過した前記対象の放射線学的厚さのイメージを計算するステップ；前記放射線学的厚さのイメージをロー・パス・フィルタによってフィルタリングし、低周波イメージを獲得するステップ；前記放射線学的厚さの低周波イメージを減算し、コントラスト・イメージを獲得するステップ；前記低周波イメージを、ユーザによって選択されたコントラストχを考慮に入れて、あらかじめ記録済みのテーブルにより処理するかリアルタイムで計算し、ダイナミクスを圧縮したイメージを獲得するステップ；および、前記ダイナミクスを圧縮したイメージと前記コントラスト・イメージを加算し、補償済み厚さイメージを獲得するステップ；を含み、ピクセルの異なるレベルの間の解剖学的構造の真の関係を保存しつつ、あらかじめ決定済みのスレッショルドより低いか、あるいはそれより高いレベルのピクセルを少なくともそのスレッショルドの値内に引き込むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ダイナミクスを圧縮したイメージの計算は、ユーザによって示されるグレー・レベルの範囲の幅ならびに中心を考慮に入れてなされることを特徴とする前記請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ダイナミクスを圧縮したイメージを獲得する前記低周波イメージの処理は、前記グレー・レベルの範囲の幅ならびに中心に従ってなされることを特徴とする前記請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記ダイナミクスを圧縮したイメージを獲得する前記低周波イメージの処理は、ディジタル・テーブルまたは解析規則を用いて実行されることを特徴とする前記請求項１〜３記載の方法。
【請求項５】
前記低周波イメージの処理は、単調な規則に従うことを特徴とする前記請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記低周波イメージの処理は、傾きαの線形な規則に従うことを特徴とする前記請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記傾きαは、前記コントラストχに逆比例する形で変化することを特徴とする前記請求項６記載の方法。
【請求項８】
低周波イメージをメモリ内にストアし、コントラストの変化に応答して、前記メモリ内の前記低周波イメージを読み出し、必要な処理ならびに計算を行うことを特徴とする前記請求項１〜７記載の方法。
【請求項９】
コントラストの変化に応答して、ロー・パス・フィルタによって前記放射線学的厚さのイメージに適用される前記フィルタのパラメータが、低周波イメージを獲得するために適合され、必要な処理ならびに計算が行われることを特徴とする前記請求項１〜７記載の方法。
【請求項１０】
放射線ソースおよび、対象を通過した後の前記放射線ソースを検出する、前記放射線ソースをディジタル電気信号に変換する能力を有する検出手段を備えるタイプの放射線撮影装置内の対象の厚さを補償するシステムであって、ディジタル化したイメージから、前記放射線ソースが通過した前記対象の放射線学的厚さのイメージを計算する手段（１５）；前記イメージから前記放射線学的厚さの低周波イメージを獲得するロー・パス・フィルタ（１６）；前記放射線学的厚さから前記低周波イメージを減算し、コントラスト・イメージを獲得する手段（１８）；ユーザによって選択されたコントラストχを考慮に入れて、あらかじめ記録済みのテーブルに従って前記低周波イメージを処理し、ダイナミクスを圧縮したイメージを獲得する手段（１７）；および、前記ダイナミクスを圧縮したイメージと前記コントラスト・イメージを加算し、補償済み厚さイメージを獲得する手段（１９）；を備え、ピクセルの異なるレベルの間の解剖学的構造の真の関係を保存しつつ、あらかじめ決定済みのスレッショルドより低いか、あるいはそれより高いレベルのピクセルを少なくとも該スレッショルドの値内に引き込むことを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、概して人間の身体の、器官の一部もしくは器官をビジュアル化する放射線イメージングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射線撮影法は、従来から、検査する器官を通過したＸ線によって露光される感光フィルムを用いて行われている。放射線専門医は、これらのイメージを読み取る訓練を受けてきた。そのため新しいテクノロジ、すなわちソリッド・ステート・ディテクタおよびディジタル・アクイジション・システムは、一般診療に適合された、放射線専門医が診察に使用してきた患者情報に匹敵する認識を提供するものとしなければならない。実際においては、ディジタル・システムが満たさなければならない要件の１つに、可能な限り忠実に従来型のフィルムを模倣するために、グレー・レベル・ダイナミクスの広がりを抑えることが挙げられる。この目的から、スクリーン上にディジタル・イメージが表示され、放射線専門医が異なるイメージ要素の間の関係を把握することにより、すべての臨床的徴候を識別するためにインタラクティブにそれを調整するといったことが行われている。しかしながら、スクリーン上に表示されるイメージを使用して濃度情報を正確に把握することは、スクリーンのダイナミクスによって制限される。いま行わなければならないことは、たとえば３０ないしは５０というオリジナルのイメージのもつ高いコントラストから、ビデオ・スクリーンによって提供される低いコントラストへの自動的な変換である。
【０００３】
医師は、一般に患者に対してコンフィグレーション・テクニックを適用して、つまり、たとえば厚みのある領域を圧縮しおよび／または薄いゾーンを補償するために吸収物質を追加することによって、取り込まれるイメージのダイナミクスを制限している。Ｘ線マモグラフィの場合であれば、前胸部が、最小かつ可能な限り一定の厚さまで圧迫される。心臓学の分野においては、肺等の胸部の吸収が弱いゾーンに関連する問題を回避するために輪郭フィルタが使用されている。これらのフィルタは、所定のＸ線吸収係数を有する材料からなり、心臓の形を抜いた形状を有する。
【０００４】
しかしながら、これらのテクニックは、ディジタル・イメージの取り込みおよび処理にとって充分ではなく、患者にとって不快でなかったとしても扱いが煩雑である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明には、上記の問題の解決が意図されている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施態様は、厚さの変動、特にＸ線照射される器官の高密度領域と低密度領域の間における厚さの変動を、ユーザによって選択された、ビジュアル化するイメージの特性に応じて適応的な方法によって補償する。
【０００７】
本発明には、互いに異なる吸収率を有する組織が自然に、かつ利用可能に表現されたイメージを提供することが意図されている。
【０００８】
器官の厚さを補償する本方法は、Ｘ線ソースを備え、かつ、器官を通過した後のＸ線ビームを検出し、Ｘ線ビームをディジタル電気信号に変換する能力を有する検出手段を備えるタイプのＸ線装置用のためのものである。ディジタル化したイメージから、Ｘ線ビームが通過した器官の放射線学的厚さのイメージを計算し、この放射線学的厚さのイメージをロー・パス・フィルタを用いてフィルタリングして低周波イメージを獲得し、この低周波イメージを放射線学的厚さのイメージから減算してコントラスト・イメージを獲得し、ユーザによって選択されたコントラストχを考慮に入れて、あらかじめ記録済みのテーブルにより低周波イメージを処理し、ダイナミクスを圧縮したイメージを獲得し、さらに、ダイナミクスを圧縮したイメージとコントラスト・イメージを加算し、補償済み厚さイメージを獲得する。解剖学的構造の間における差違ならびに真の関係を保存しつつ、あらかじめ決定済みのスレッショルドより低いか、あるいはそれより高いレベルのピクセルを少なくとも当該スレッショルドの値内に引き込む。
【０００９】
Ｘ線によって測定される器官の厚さは、放射線学的厚さと呼ばれており、言い換えれば、通過した物質の吸収率が考慮される。たとえば、１ｃｍの骨は、１０ｃｍの水に等しい放射線学的厚さを有する。
【００１０】
厚さイメージは、ランベルトの法則：
【数１】
0004683721.tif 000002
によって得られる。Ｉは、検出手段の所定のポイントにおいて受け取られる光子の数、Ｉ0は、視野内に器官が存在しないときに検出手段の当該所定ポイントにおいて受け取られる光子の数、μは、Ｘ線の通過する物質によってそれが受ける線形減衰係数、ｔは、通過する物質の厚さであり、この式から、
ｌｎＩ0−ｌｎＩ＝μｔ
が導かれ、この積μｔは、放射線学的厚さのイメージのピクセルに関するグレー・レベルに対応する。
【００１１】
上記のダイナミクスを圧縮したイメージの計算は、好ましくはユーザによって示されるグレー・レベルの範囲の幅ならびに中心を考慮に入れてなされる。
【００１２】
本発明の一実施態様においては、前述のダイナミクスを圧縮したイメージを獲得するための低周波イメージの処理が、通過帯域の幅および中心の関数として実行される。
【００１３】
本発明の一実施態様においては、前述のダイナミクスを圧縮したイメージを獲得するための低周波イメージの処理は、ディジタル・テーブルまたは解析規則を用いて実行される。
【００１４】
本発明の一実施態様においては、前述の低周波イメージの処理が、単調な規則に従う。
【００１５】
本発明の一実施態様においては、前述の低周波イメージの処理が、傾きαの線形な規則に従う。
【００１６】
この傾きαは、好ましくはコントラストχに逆比例する形で変化する。
【００１７】
本発明の一実施態様においては、低周波イメージがメモリ内にストアされ、コントラストの変化に応答して、メモリ内の低周波イメージが読み出され、必要な処理ならびに計算が行われる。
【００１８】
本発明の別の実施態様においては、コントラストの変化に応答して、ロー・パス・フィルタによって放射線学的厚さのイメージのフィルタリングが行われて低周波イメージが獲得され、必要な処理ならびに計算が行われる。
【００１９】
本発明は、さらにＸ線装置における器官の厚さを補償するシステムに関する。このＸ線装置は、Ｘ線ソースおよび、器官を通過した後のＸ線ビームを検出する、Ｘ線ビームをディジタル電気信号に変換する能力を有する検出手段を備えるタイプである。システムは、ディジタル化したイメージから、Ｘ線ビームが通過した器官の放射線学的厚さのイメージを計算するための手段、イメージから放射線学的厚さの低周波イメージを獲得するためのロー・パス・フィルタ、放射線学的厚さから低周波イメージを減算し、コントラスト・イメージを獲得するための手段、ユーザによって選択されたコントラストχを考慮に入れて、あらかじめ記録済みのテーブルにより低周波イメージを処理し、ダイナミクスを圧縮したイメージを獲得するための手段、および、ダイナミクスを圧縮したイメージとコントラスト・イメージを加算し、補償済み厚さイメージを獲得するための手段を備え、解剖学的構造の間における差違ならびに真の関係を保存しつつ、あらかじめ決定済みのスレッショルドより低いか、あるいはそれより高いレベルのピクセルを少なくともスレッショルドの値内に引き込む。
【００２０】
本発明の一実施態様においては、補償イメージ内のコントラスト・メディアを用いてロードされた器官に対応するピクセルを除去すべくロー・パス・フィルタが計算され、それによって補償済みイメージ内にそれらを維持する。
【００２１】
このように本発明は、器官のエッジに、その高さの一部にわたって吸収液を配置することによって得られていた補償によるイメージに等しいイメージを提供できる。かつ、調整を必要とするパラメータの視覚的な調整がより理解しやすい、物理的な現象のシミュレーションを可能にするイメージ処理を提供できる。このイメージ処理によって、検査する器官の異なる組織の現れ方が、自然かつ好ましくなる。これらの組織のそれぞれは、同一のイメージに同時に観察され、一方においては自然に現れ、他方においてはユーザが特定の組織のみに注目しているかのように、その正確性および品質によって、ユーザがそれらから重要な情報を取り出すことが可能になる。マモグラフィの分野においては、腺ゾーンおよび脂肪ゾーンが同時に観察され、同一のイメージから両方のゾーンに係る情報の取り出しが可能になる。
【００２２】
この方法は、現存するＸ線マシンに適合し、任意の器官の放射線撮影に対しても完全に適用することができる。
【００２３】
ビジュアル化のためのグレー・レベルの範囲の幅および中心がユーザによって任意に選択された場合においても、ユーザが行った特定タイプの器官または検査する器官内の組織の選択に適合した態様においてイメージが処理される。
【００２４】
本発明に対するよりよい理解は、以下に述べ、添付図面に示した実施態様によって提供されることになろうが、これらが限定を意図していないことを理解する必要がある。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１に示されるように、器官のイメージのダイナミクスは、２本の水平の破線によって示されているディスプレイ・スクリーンが表現可能な幅のダイナミクスを超えている。つまり、ブロック１〜３はグレー・レベルが高すぎ、ブロック８および９はレベルが低すぎる。これらのゾーンに見られる器官の身体的徴候あるいは器官の部分については、充分な表示が得られない。同一のスクリーン・ダイナミクスを維持するのであれば、まず、ブロック１〜４を表示し、続いてスクリーンのグレー・レベルの範囲の幅ならびに中心を修正した後、ブロック５〜９を表示することが考えられる。乳房造影図の場合を例にとれば、最初に獲得したイメージにおいては、前胸部の輪郭だけが観察され、内側の組織は観察できない。一方、２番目のイメージにおいては、内側の組織、すなわち脂肪ゾーンあるいは腺ゾーンだけが観察され、輪郭を把握することができず、ほとんど実用性が得られないだけでなく、放射線専門医の仕事を混乱させる。
【００２６】
本発明の実施形態においては、次の原理に基づいて生のイメージのディジタル補償を行う。すなわち、イメージ補償プロセスは、境界領域、たとえばＸ線の吸収が高いゾーンと吸収が低いゾーンの間における適切な量の物質の追加もしくは除去をシミュレーションし、解剖学的構造間における差異ならびに真の関係の保存という制約を考慮に入れつつ、ダイナミクスを圧縮する。したがって、図２に示されているように、ブロック１〜９がスクリーンのダイナミクス内に包含される。ブロック１〜３は、白飽和されることなく飽和の上側限界より下に含められ、オリジナルの関係、すなわちブロック１はブロック２より明るく、それはブロック３より明るいといった関係は保存されている。同様に、ブロック８および９は、黒飽和されることなく、ダイナミクスの下側限界近傍に置かれて観察可能になり、オリジナルの関係、すなわちブロック８はブロック９より明るいという関係は、ここにおいても保存される。
【００２７】
図３を参照すると、図示していないＸ線装置の一部を形成するテーブル１２とプレート１１の間に圧迫された前胸部１０が示されている。前胸部には、図示しないソースから放射されたＸ線ビーム１３が照射される。図示していないディジタル検出器は、前胸部１０を通過した後のＸ線ビーム１３の通路内に配置される。一部の、参照番号１４により示したＸ線は、前胸部の先端が丸みを帯びていることから、その一部のみを通過する。その結果、こららのＸ線は、前胸部の全厚を通過するＸ線より減衰が低く、放射線１４に対応するイメージが飽和され、黒いスクリーン部分として表示される恐れがある。なお、実際においても、白い部分を厚みのあるゾーンに対応させ、黒い部分を薄い部分に対応させるということが慣例的に行われている。
【００２８】
図４を参照すると、本発明実施形態に従ったシステムの応用が示されており、このシステムは、入力において図示していないディジタル検出器から受け取ったイメージに対数関数を適用することができる数学処理モジュール１５を備えている。実際に、入力イメージの各ピクセルのレベルは、受光したＸ線の強度を表している。対数関数は、放射線の強度を厚さに変換することができる。
【００２９】
イメージの所定ポイントに関して、検出手段の所定のポイントによって受け取られる光子の数Ｉは、次の式：
【数２】
0004683721.tif 000003
を用いて決定することが可能である。ｔは、Ｘ線が通過する器官の厚さ、Ｘはそれが通過する器官の密度である。これに対数関数を適用すると、μ×ｔ＝ｌｎ（Ｉmax）−ｌｎ（Ｉ）となる。Ｉmaxは既知であり、視野内に器官が存在しないときに検出手段の所定ポイントにおいて受け取られる光子の数に対応する。したがって、デンシトメトリ厚、または放射線学的厚さと呼ばれている積μ×ｔが明らかになる。
【００３０】
実用上は、検出手段の所定ポイントのグレー・レベルを表す量Ｇに基づく、わずかに異なる式：μｔ＝Ｋ×ｌｎ（Ｇmax＋１）＝Ｋ×ｌｎ（Ｇ＋１）の適用が選択されることがある。ゲインＫは、最大強度の１％を超えるグレー・レベルの変動を保存するために適用され、したがって、Ｋ×ｌｎ（Ｇmax＋１）−Ｋ×ｌｎ（０．９９Ｇmax＋１）≧１となる。この対数関数を適用することによって、厚さのヒストグラムを得ることができる。
【００３１】
さらにこの処理システムは、入力厚さイメージのピクセルＸを受け取り、出力にフィルタリング後のつまり入力マスクＭxのピクセルを提供するロー・パス・タイプのフィルタ１６を備え、かつフィルタ１６の下流に配置され、Φとして表される関数を実行する演算器１７を備え、さらに演算器１５の出力である入力厚さイメージのピクセルを受け取り、フィルタ１６の出力のフィルタリング後のピクセルを受け取って、入力厚さイメージのピクセルからフィルタリング後のピクセルを減じてコントラスト・イメージのピクセルＣ＝Ｘ−Ｍxを生成する合計減算器１８を含んでいる。フィルタ１６は、器官内に存在する注目する構造のサイズに関連付けされた公称値、たとえば２ｃｍを超えるサイズの構造を保存する。
【００３２】
この処理システムは、演算器１７の下流であり、かつ合計減算器１８下流に、さらに合計加算器１９を備えており、それがコントラスト・ピクセルＣおよびピクセルＭyを受け取る。Ｍyは、演算器１７の出力ピクセルを表し、Ｍy＝Φ（Ｍx）である。合計加算器１９は、コントラスト・ピクセルＣと演算器１７の出力ピクセルＭyの加算を演算し、Ｙとして示されている出力ピクセルＹ＝Ｃ＋Ｍy、すなわちＹ＝Ｘ−Ｍx＋Φ（Ｍx）を出力に供給する。
【００３３】
このようにしてイメージ変換が行われる。演算器１７の関数Φは、解剖学的構造の間の真の関係を保存しつつ、イメージのダイナミクスを圧縮するための、傾きを調整することができる単調関数であり、各種の領域内における適切な量の物質の追加もしくは除去をシミュレーションする。この関係の保存は、Φの単調性に関係する。好ましくはΦを傾きαの線形関数とし、傾きαを、ユーザが選択したコントラストに適合させる。α＝１であれば、ダイナミクスが保存されてＭy＝Ｍxになる。演算器１７には、表示を必要とするイメージのコントラストχを考慮に入れた、ユーザによって選択されるあらかじめ記録されたテーブルを持たせることができる。変形実施形態としては、演算器１７を解析規則に従わせることもできる。
【００３４】
たとえばユーザが、図示していないマウスにより、あるいはキーボード・コマンドを介して、イメージのグレー・レベルの範囲Ｗwおよびグレー・レベルの範囲の中心を選択し、それによって表示を必要とするイメージのコントラストχを決定してもよい。テーブルによりあるいは解析規則によって設定される傾きαは、コントラストχに逆比例する形で変化し、より厳密に述べれば、グレー・レベルの範囲の幅Ｗwに逆比例する。言い換えると、グレー・レベルの範囲の幅ＷwがユーザによってＷwからＷ’wに変更された場合に、傾きがαからα’に変化するとすれば、Ｗw／Ｗ’w＝α’／αとなる。このようにして全体的なイメージの現れ方が保存され、また観察している組織の現れ方がそのタイプ、たとえば、マモグラフィにおいては、胸筋、腺、脂肪、皮下、皮膚等の組織のタイプによらずに保存される。
【００３５】
このシステムの、図示を省略した、直接もしくはデータ・バスを介してアクセス可能なメモリを使用すれば、コントラストの変化に応答して、そこにストアした厚さイメージから各種の段階を繰り返すことができる。
【００３６】
フィルタリング後のイメージをメモリ内にストアすることも可能であり、フィルタリングに続く段階のみを繰り返すことにより、演算時間を短縮することが可能になるが、わずかながらメモリ・アクセスのマネジメントが複雑になる。
【００３７】
特定のピクセルＸnのグレー・レベルが、ピクセルＸmより大きく、かつピクセルＸpより小さいとき、それと同じ関係が出力ピクセルの中にも現れる。すなわち、Ｙm＜Ｙn＜Ｙpとなる。このようにイメージのダイナミクスは、ディジタル検出器から送られる入力イメージのダイナミクスおよび出力イメージのダイナミクスに応じた比例関係において圧縮され、その結果、ディスプレイ手段がユーザにとって有用なものとなり得る。いわゆる「厚さ」イメージ、つまり各ピクセルの値がＸ線が通過した組織の厚さを表すイメージに対しては、各種の処理が実行される。
【００３８】
出力ピクセルＹは、ディスプレイ・テーブル２０に渡され、ユーザは、ビジュアル化されたイメージのコントラストχをそれに対して選択することができる。
【００３９】
この処理方法は、ビジュアル化が行われるサイトの照明に関連する外部の明るさの制約を少なくとも部分的にかわすことによって、同一イメージの、非常に異なった放射線特性を有する組織のビジュアル化にとって役立つものとなる。
【００４０】
開示した実施形態に関連して得られるイメージは、アーティファクトがまったくなく標準的な外観となる。この方法は、放射線学の各種の分野において使用可能であり、ユーザの習慣を変更することなくディジタル検出および処理に適合できる。コントラストの増加は、一般に見られるように、表示されるイメージのダイナミクスを圧縮することによって明瞭化が妨げられる。またコントラストの増加は、同時に観察を希望する一方の組織の特定のゾーンが飽和し、他方の組織が飽和していないゾーンによって表される場合においても明瞭化が妨げられることがあり、たとえばマモグラフィにおいて、腺ゾーンに対するコントラストを増加すると、脂肪ゾーンの飽和度が暗くなりすぎ、あるいはその逆に腺ゾーンに対するコントラストを増加すると、脂肪ゾーンの飽和度が暗くなりすぎ、あるいはその逆に脂肪ゾーンのコントラストを増加すると腺ゾーンの飽和度が明るくなりすぎる。これは、ディスプレイ用のイメージ処理においてコントラストが扱われているという事実に起因する。
【００４１】
当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、構造および／またはステップおよび／または機能における各種の変形が可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】異なる厚さのゾーンからなる器官を表現した概要図である。
【図２】異なる補償済みのゾーンからなる器官を表現した概要図である。
【図３】乳房造影図用に圧迫された前胸部の概要図である。
【図４】本発明の実施形態に従ったシステムの概要図である。
【図１】
0004683721.tif 000004
【図２】
0004683721.tif 000005
【図３】
0004683721.tif 000006
【図４】
0004683721.tif 000007