(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体にＸ線を照射するＸ線照射手段と、前記被検体を透過したＸ線を検出し電気信号（入力値）として検出するＸ線検出手段と、該Ｘ線検出手段で検出される画像データに基づいてＸ線画像を作成する画像処理手段と、前記Ｘ線画像を表示する表示手段と、を備えるＸ線診断装置であって、
前記画像処理手段は、
前記画像データの入力値に対応する入力値ヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、
前記入力値ヒストグラムを用いて第一累積ヒストグラムを作成する診断濃度範囲抽出手段と、
前記第一累積ヒストグラムから診断濃度範囲を特定する診断特徴量抽出部と、
前記診断濃度範囲を伸張して変換出力するための変換テーブルを作成する伸張変換テーブル作成部と、
前記変換テーブルを用いて前記特定した診断濃度範囲に対応する伸張ヒストグラムを作成する強調濃度範囲抽出手段と、
前記伸張ヒストグラムから第二累積ヒストグラムを作成し、該作成した第二累積ヒストグラムから強調濃度範囲を特定する強調特徴量抽出部と、
前記変換テーブルを用いて前記強調濃度範囲に対応する入力値を取得する逆変換部と、
該入力値を出力値に変換する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、
前記階調変換テーブルを用いて前記強調濃度範囲に対応する入力値を所定の階調出力値に変換し、前記Ｘ線画像を生成する階調変換部と、
を備えることを特徴とするＸ線診断装置。
【請求項２】
前記伸張ヒストグラムを補間した補間ヒストグラムを作成する補間部を有し、
前記強調特徴量抽出部は、
前記伸張ヒストグラムを補間した補間ヒストグラムを用いて前記第二累積ヒストグラムを作成することを特徴とする請求項１に記載のＸ線診断装置。
【請求項３】
前記診断特徴量抽出部は、
前記被検体の撮影部位に応じた累積頻度の値を用いて前記診断濃度範囲を特定することを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線診断装置。
【請求項４】
前記強調特徴量抽出部は、
前記被検体の撮影部位に応じた累積頻度の値を用いて前記強調濃度範囲を特定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のＸ線診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線を利用して被検体の内部の状態をＸ線画像として取得するＸ線診断装置に関する。特に、本発明は、被検体の体厚差やＸ線の強度にかかわらずほぼ一定の安定したコントラストのＸ線画像が得られるＸ線診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野等において、Ｘ線を利用して被検体の内部の状態をＸ線画像として取得するＸ線診断装置が知られている。特に、医療の分野において人体の診断に利用されるＸ線診断装置は、胸部、腹部、頭部、手足など様々な部位を撮影対象としている。通常、これらの撮影対象を撮影して得られた画像データを観察し易い階調幅を有するＸ線画像にする画像処理が行われている。このような画像処理としては、例えば、特許文献１や２に記載の技術が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３４４８０７号公報
【特許文献２】特開２００７−１４３９５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、撮影される各被検体は、年齢や性別、体格などにより体厚にバラツキがあり、上記特許文献１や２に記載の技術では、被検体の体厚差の影響でＸ線画像中の特定の関心領域を一定のコントラストで表示することができなかった。そのため、この関心領域のコントラストが安定しないことにより、読影が困難となる虞があった。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、被検体の体厚の如何にかかわらず関心領域を安定したコントラストのＸ線画像で表示できるＸ線診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明のＸ線診断装置は、被検体にＸ線を照射するＸ線照射手段と、前記被検体を透過したＸ線を検出し電気信号（入力値）として検出するＸ線検出手段と、該Ｘ線検出手段で検出される画像データに基づいてＸ線画像を作成する画像処理手段と、前記Ｘ線画像を表示する表示手段と、を備え、
前記画像処理手段は、
前記画像データの入力値に対応する入力値ヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、
前記入力値ヒストグラムを用いて第一累積ヒストグラムを作成する診断濃度範囲抽出手段と、
前記第一累積ヒストグラムから診断濃度範囲を特定する診断特徴量抽出部と、
前記診断濃度範囲を伸張して変換出力するための変換テーブルを作成する伸張変換テーブル作成部と、
前記変換テーブルを用いて前記特定した診断濃度範囲に対応する伸張ヒストグラムを作成する強調濃度範囲抽出手段と、
前記伸張ヒストグラムから第二累積ヒストグラムを作成し、該作成した第二累積ヒストグラムから強調濃度範囲を特定する強調特徴量抽出部と、
前記変換テーブルを用いて前記強調濃度範囲に対応する入力値を取得する逆変換部と、
該入力値を出力値に変換する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、
前記階調変換テーブルを用いて前記強調濃度範囲に対応する入力値を所定の階調出力値に変換し、前記Ｘ線画像を生成する階調変換部と、
を備える。
【０００７】
前記伸張ヒストグラムを補間した補間ヒストグラムを作成する補間部を有し、前記強調特徴量抽出部は、前記伸張ヒストグラムを補間した補間ヒストグラムを用いて前記第二累積ヒストグラムを作成する。
【０００８】
前記診断特徴量抽出部は、前記被検体の撮影部位に応じた累積頻度の値を用いて前記診断濃度範囲を特定する。
【０００９】
前記強調特徴量抽出部は、前記被検体の撮影部位に応じた累積頻度の値を用いて前記強調濃度範囲を特定する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のＸ線診断装置によれば、被検体の体厚差にかかわらず関心領域を安定したコントラストのＸ線画像で表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施の形態に係るＸ線診断装置について詳細に説明する。
【００２５】
本実施形態のＸ線診断装置１０は、例えば図１に示すように、被検体ＭにＸ線を照射するＸ線照射手段１と、Ｘ線をその強度に応じた電気信号（入力値）として検出する複数の検出素子を有するＸ線検出手段２と、各検出素子で検出される種々の強度を有する複数の入力値からなる画像データに基づいてＸ線画像を作成する画像処理手段３と、作成したＸ線画像を表示する表示手段４と、これらの手段を統括的に制御する制御手段５とを備える。Ｘ線照射手段１から照射されたＸ線は、被検体Ｍを透過してＸ線検出手段２に入射し、その入射量に応じた画像データが、画像処理手段３に出力される。そして、この画像データは、画像処理手段３で画像処理されることにより、被検体ＭについてのＸ線画像として表示手段４に表示される。
【００２６】
ところで、従来から被検体における撮影部位（ここでは腰椎）のうち、特に関心のある組織を所定の階調幅で表示できるように、画像データ（即ち入力値）を階調変換テーブルで出力値に変換することが行われている。階調変換テーブルは、横軸を入力値、縦軸を出力値とした右下がりで原点に向かって凸となるグラフで表される。ここで、画像データのうち、関心領域以外の領域の画像データは、被検体の診断に実質的に関与しないので、この関心領域以外の領域にある入力値を含めて所定の階調幅の出力値に変換すると、Ｘ線画像のコントラストが不安定になる。そこで、本発明のＸ線診断装置１０は、画像処理手段３により、所定の階調幅の出力値範囲に最適な入力値範囲を対応させた階調変換テーブルに作成することで、コントラストが安定した被検体についての正確な診断を行えるＸ線画像を得ることができる。
【００２７】
Ｘ線診断装置１０について、より詳しく説明すると、Ｘ線照射手段１は、図示は省略するが、高電圧発生装置から電力の供給を受けてＸ線を発生するＸ線管球を有し、被検体ＭにＸ線を照射する。このＸ線照射手段１には、Ｘ線の照射領域を調節するＸ線絞り手段や、軟線を吸収する付加フィルタ等が設けられる。
【００２８】
Ｘ線検出手段２は、複数の検出素子からなり、各検出素子においてＸ線をその入射量に応じた電気信号（入力値）に変換して画像処理手段３に出力する。Ｘ線検出手段としては、例えば、Flat  Panel  Detector（FPD）や、イメージングプレート（IP）などを使用できる。特に、FPDは、透過Ｘ線の検出から入力値を画像処理手段に出力するまでの操作を自動で行うことができる。その他、イメージインテンシファイヤとビデオカメラとを組み合わせたものをＸ線検出手段として利用することもできる。
【００２９】
画像処理手段３は、Ｘ線照射手段１からＸ線検出手段２に直接入射したＸ線に基づく入力値（直接線成分）を画像データから除去する直接線成分除去手段(図示省略)と、Ｘ線絞り手段により照射領域から除外された前記検出素子における入力値（絞り成分）を画像データから除去する絞り成分除去手段(図示省略)と、を備えている。そして、基本的には、例えば図２に示すように、画像データの入力値に対応するヒストグラム（入力値ヒストグラム）に基づいて、被検体の体厚に関わらず所定の濃度で表示したい診断濃度範囲を抽出する診断濃度範囲抽出手段３１と、診断濃度範囲抽出手段３１で抽出された診断濃度範囲が伸張された変換値に対応する伸張ヒストグラムを得る伸張処理手段３２と、伸張処理手段３２で得た伸張ヒストグラムから、さらに被検体の体厚に関わらず所定の濃度で表示したい強調濃度範囲に対応した入力値を抽出する強調濃度範囲抽出手段３３と、強調濃度範囲抽出手段３３で抽出された前記強調濃度範囲に対応した入力値を所定の階調出力値となるように出力する階調処理手段３４と、を備えている。
【００３０】
診断濃度範囲抽出手段３１は、入力値ヒストグラムを作成するヒストグラム作成部３１１と、前記入力値ヒストグラムから診断濃度範囲を特定する診断特徴量抽出部３１２と、を備えている。伸張処理手段３２は、診断濃度範囲を伸張して変換出力するための伸張変換テーブルを作成する伸張変換テーブル作成部３２１と、伸張変換テーブルにより入力値を変換出力して変換値ヒストグラムを得る変換値出力部３２２と、前記変換値ヒストグラムを補間して伸張ヒストグラムを得る補間部３２３と、を備えている。
【００３１】
強調濃度範囲抽出手段３３は、補間部３２３で得た伸張ヒストグラムから強調濃度範囲を特定する強調特徴量抽出部３３１と、伸張変換テーブル作成部３２１で作成された伸張変換テーブルにより、強調濃度範囲の変換値を入力値に逆変換する逆変換部３３２と、を備えている。階調処理手段３４は、強調濃度範囲に対応する入力値が所定の階調出力値となるよう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３４１と、階調変換テーブルにより強調濃度範囲に対応する入力値を所定の階調出力値に変換出力する階調変換部３４２と、を備えている。
【００３２】
診断特徴量抽出部３１２は、ヒストグラム作成部３１１で作成された入力値ヒストグラムを累積ヒストグラムに変換し、この累積ヒストグラムにおいて、被検体の撮影部位に応じて予め決定された所定の累積頻度の範囲に対応する入力値の範囲を診断濃度範囲として特定する。強調特徴量抽出部３３１は、変換値出力部３２２で得た変換値ヒストグラムから変換値特徴量を抽出し、この変換値特徴量を含む所定範囲を強調濃度範囲として特定する。強調特徴量抽出部３３１は、変換値出力部３２２で得た変換値ヒストグラムを累積ヒストグラムに変換し、この累積ヒストグラムにおいて、被検体の撮影部位に応じて予め決定された所定の累積頻度の範囲に対応する変換値の範囲を強調濃度範囲として特定する。
【００３３】
画像処理手段３における画像処理手順について、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。尚、フローチャートのステップ番号はＳ１等と略記する。
【００３４】
〔絞り成分の除去（Ｓ１）〕
画像処理手段３に設けられた絞り成分除去手段(図示省略)により、入力値ヒストグラムにおける全入力値範囲から、Ｘ線検出手段２でほとんど検出することのできなかった入力値の範囲（絞り成分）を除去する。この絞り成分は、Ｘ線管から被検体に向けて照射されたにもかかわらず、Ｘ線管とＸ線検出手段２との間に挿入されるＸ線絞り手段で遮蔽され、Ｘ線検出手段２にほとんど入射しなかったＸ線に対応する入力値の成分である。この絞り成分の除去は、公知の手法、例えば、絞りの位置とＸ線検出手段２との位置関係から算出する手法などを利用して実施することができる。
【００３５】
〔直接線成分の除去（Ｓ２）〕
画像処理手段３に設けられた直接線成分除去手段(図示省略)により、ヒストグラム化した入力値のうち、直接線に起因する入力値の成分（直接線成分）を除去する。直接線とは、被検体を透過することなくＸ線照射手段１からＸ線検出手段２に入射したＸ線のことである。この直接線成分の除去は、公知の手法、例えば、Ｘ線の照射条件から直接線に起因する入力値の最低値（閾値）を求め、閾値以上の入力値を削除する手法や、取得した検出データの特徴量から域値を求め、閾値以上の入力値を削除する手法などを利用して実施することができる。
【００３６】
〔入力値のヒストグラム化（Ｓ３）〕
診断濃度範囲抽出手段３１により、ヒストグラム作成部３１１に入力された画像データ（入力値）をヒストグラム化して入力値ヒストグラムを作成する。このステップにおける入力値ヒストグラムとは、横軸が入力値、縦軸が入力値に対応する画素の数（頻度）に対応したグラフである。
【００３７】
上記ステップ１〜３を経た入力値ヒストグラムを、例えば図４に示す。図４から明らかなように、入力値は、種々の強度をとり得るにも拘らず、非常に狭い強度範囲に入力値が集中しているのがわかる。そのため、このような状態で入力値を階調変換テーブル作成部３４１で出力値に変換すると、組織ごとに安定したコントラストで表示することが難しいため、以下の処理を行ってから階調変換するようにしている。
【００３８】
〔累積ヒストグラム化処理（Ｓ４）〕
診断濃度範囲抽出手段３１により、入力値ヒストグラムから累積ヒストグラムを作成する。この累積ヒストグラムは、例えば図５に示すように、横軸が入力値、縦軸が累積頻度を示す。つまり、入力値の低い方から出現頻度の和を求め、入力値が最高値に達したときに、累積頻度が100％になる。
【００３９】
〔診断濃度範囲の特定（Ｓ５）〕
診断濃度範囲抽出手段３１（診断特徴量抽出部３１２）により、明確なコントラストで診断したい組織に対応する入力値の範囲（診断濃度範囲）を特定する。具体的には、所定の累積頻度値に対応した入力値である第１入力値Ａと第２入力値Ｂを特定する。本実施形態では、この第１入力値Ａと第２入力値Ｂとの間を診断濃度範囲とみなす。診断濃度範囲を特定するための累積頻度値は、過去のデータの蓄積から経験的に得られた、被検体の撮影部位に応じた値を利用することができる。本実施形態のように腰椎を撮影する場合では、例えば、10％と70％である。
【００４０】
尚、診断濃度範囲を特定する別の手法として、ステップ１〜３を経て作成された入力値ヒストグラムから入力値特徴量を抽出し、この入力値特徴量に基づいて診断濃度範囲を特定してもよい。例えば、最大頻度に対応する入力値を中心とした所定の範囲を診断濃度範囲として特定する。また、撮影対象のうち頭部は、その厚さが被検体によってそれほど変化しないので、固定値を診断濃度範囲として利用することもできる。これらの手法で診断濃度範囲を特定する場合、累積ヒストグラムを作成する必要がないので、上述したステップ4を省略することができる。
【００４１】
〔変換テーブルの作成（Ｓ６）〕
ステップ６では、伸張変換テーブル作成部３２１により、後述するヒストグラムの伸張に利用する変換テーブルを作成する。変換テーブルは、入力値を一旦変換値に変換し、この変換の際に診断濃度範囲を伸張して、当該診断濃度範囲内にある各入力値間のコントラストを明確にするためのものである。このステップ６では、伸張変換テーブル作成部３２１により、どの入力値をどの変換値に対応させるかを具体的に決定した変換テーブルを作成する。例えば図６に示すように、変換テーブルを示す曲線の変曲点となる位置に２つの制御点Ｐ，Ｑが設定されており、それぞれの制御点Ｐ，Ｑが変換値における伸張範囲の端点に対応している。そして、この２つの制御点Ｐ，Ｑが、診断濃度範囲の端点である第１入力値Ａと第２入力値Ｂに対応するように変換テーブルを作成する。
【００４２】
〔入力値ヒストグラムの伸張（Ｓ７）〕
強調濃度範囲抽出手段３３により、図６の変換テーブルを利用して全ての入力値を変換値に変換して、図７に示す伸張ヒストグラムを作成する。この伸張ヒストグラムは、横軸に変換値を、縦軸に頻度を設定したグラフである。
【００４３】
〔伸張ヒストグラムの補間（Ｓ８）〕
ステップ7で作成した伸張ヒストグラムは、図７に示すように、診断濃度範囲が引き伸ばされ、それ以外の範囲が圧縮されており、診断濃度範囲が離散的になっている。そこで、伸長処理手段３２（補間部３２３）により、伸張ヒストグラムを補間して、図８に示すような補間ヒストグラムを作成する。伸張ヒストグラムの補間は、公知の手法を利用して実施することができる。例えば、離散的な伸張ヒストグラムの間を線形的に補間しても良いし、隣接するデータ間をいずれか一方のデータで補間してもよいし、周辺のデータから補間対象の値を予測して非線形的に補間してもよい。作成した補間ヒストグラムは、記憶手段に一時的に記憶しておく。
【００４４】
〔補間ヒストグラムの累積ヒストグラム化処理（Ｓ９）〕
強調特徴量抽出部３３１により、補間ヒストグラムを累積ヒストグラムに変換する（図９を参照）。この累積ヒストグラムは、横軸を変換値、縦軸を累積頻度としている。
【００４５】
〔強調濃度範囲の特定（Ｓ１０）〕
ステップ9で作成した累積ヒストグラムにおいて、強調特徴量抽出部３３１により、所定の累積頻度値に対応した変換値である第１変換値Ｃと第２変換値Ｄを特定する。本実施形態の装置では、この第１変換値Ｃと第２変換値Ｄとの間を強調濃度範囲とする。これら変換値Ｃ，Ｄを特定するための累積頻度値は、過去のデータの蓄積から経験的に得られた、被検体の撮影部位に応じた値を利用することができ、本実施形態のように腰椎を撮影する場合は、例えば、10％と90％とすることができる。
【００４６】
尚、強調濃度範囲の特定においても、診断濃度範囲を特定する別の手法と同様に、補間ヒストグラムから抽出した変換値特徴量に基づいて強調濃度範囲を特定しても良い。例えば、最大頻度に対応する変換値特徴量を中心とした所定の範囲を強調濃度範囲として特定する。この場合、補間ヒストグラムを累積ヒストグラム化するステップ9を省略することができる。
【００４７】
〔変換値を入力値に逆変換（Ｓ１１）〕
逆変換部３３２により、ステップ8で作成した補間ヒストグラムをステップ6で作成した変換テーブルにより逆変換する。この逆変換の際に、ステップ10で取得した変換値Ｃ，Ｄにそれぞれ対応する第３入力値Ｘと第４入力値Ｙを取得する（図６を参照）。
【００４８】
〔階調変換テーブルの作成（Ｓ１２）〕
階調変換テーブル作成部３４１により、入力値を出力値に変換する階調変換テーブルを作成する。階調変換テーブルは、図１０に示すように、被検体の診断したい組織を所定の階調幅で表示するためのものである。本実施形態では、階調変換テーブル作成部３４１により、どの入力値をどの出力値に対応させるかを具体的に決定した階調変換テーブルを作成する。例えば図１０に示すように、階調変換テーブルを示す曲線に、所定の階調幅の出力範囲に対応する２つの制御点Ｒ，Ｓが設定されている。そして、この２つの制御点Ｒ，Ｓが、第３入力値Ｘと第４入力値Ｙに対応するように変換テーブルを作成する。尚、Ｒ，Ｓの範囲外については、Ｒと出力値の最大値とを、Ｓと入力値の最大値とを結べばよい。
【００４９】
〔入力値を出力値に変換（Ｓ１３）〕
最後に、画像処理手段は、ステップ１２で作成した階調変換テーブルを利用して入力値を出力値に変換し、表示手段に出力することでＸ線画像を表示する。
【００５０】
以上説明したフローチャートに従う画像処理を実施する本発明のＸ線診断装置によれば、撮影する各被検体の体厚差によらず、安定したコントラストのＸ線画像を表示することができる。尚、本発明は、実施の形態に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜、必要に応じて改良、変更等は自由である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のＸ線診断装置は、被検体のＸ線画像を撮影し、このＸ線画像を利用して被検体を診断することに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明のＸ線診断装置の概略構成図である。
【図２】同画像処理手段のブロック図である。
【図３】同Ｘ線撮影により取得した検出信号の画像処理手順についてのフローチャートである。
【図４】同入力値ヒストグラムを示す概略図である。
【図５】同入力値についての累積ヒストグラムを示す概略図である。
【図６】同変換テーブルを示す概略図である。
【図７】同伸張ヒストグラムを示す概略図である。
【図８】同補間ヒストグラムを示す概略図である。
【図９】同変換値についての累積ヒストグラムを示す概略図である。
【図１０】同階調変換テーブルを示す概略図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  Ｘ線照射手段  ２  Ｘ線検出手段  ３  画像処理手段  ４  表示手段
５  制御手段  １０  Ｘ線診断装置  Ｍ  被検体
３１  診断濃度範囲抽出手段  ３２  伸張処理手段
３３  強調濃度範囲抽出手段  ３４  階調処理手段
３１１ヒストグラム作成部  ３１２  診断特徴量抽出部
３２１  伸張変換テーブル作成部  ３２２  変換値出力部  ３２３  補間部
３３１  強調特徴量抽出部  ３３２  逆変換部
３４１  階調変換テーブル作成部  ３４２  階調変換部
Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ  制御点  Ａ  第１入力値  Ｂ  第２入力値  Ｘ
第３入力値  Ｙ  第４入力値  Ｃ  第１変換値  Ｄ  第２変換値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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