(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル式Ｘ線検出器用の輝度検出を行う方法であって、
画像（２０）の関心領域（１０）を特定する工程と、
予め選択された低信号レベル閾値を下回る領域（３４）を無視し、前記画像（２０）の特定された前記関心領域（１０）内でのピクセル値平均を算出する工程（１４）と、
Ｘ線照射量を制御するために前記ピクセル値平均の算出（１４）の結果をＸ線発生器に供給する工程と、
前記ピクセル値平均（１４）を用いて、ディジタル・スケーリング因子を更新する工程とを備え、
前記画像（２０）の前記特定された関心領域（１０）内での前記ピクセル値平均を算出する工程（１４）は、ヒストグラマ／蓄積バッファ装置（１４）を用いて前記関心領域（１０）内での前記ピクセルの数を計算し、前記関心領域（１０）内での前記ピクセル値を加算して前記ピクセル値平均を算出し、
前記関心領域は、該関心領域内に含まれるイネーブルされるべきピクセル（２４）のマップを包含しているマスク・メモリ（１０）を用いて特定され、
前記イネーブルされるべきピクセル（２４）のマップは、ピクセルの異なる密度を定義し、前記ピクセル値平均を計算するときに前記画像（２０）の異なる領域を別個に加重する、
ディジタル式Ｘ線検出器用の輝度検出を行う方法。
【請求項２】
前記画像（２０）の前記特定された関心領域（１０）内での前記ピクセル値平均を算出する工程（１４）は、低信号レベルを有するピクセルに対して高信号レベルを有するピクセルを少なく加重しながらピクセル値平均を算出する工程（１４）を更に含んでいる請求項１に記載の輝度検出を行う方法。
【請求項３】
前記ヒストグラマ／蓄積バッファ装置（１４）を用いて前記ピクセル値平均を計算する工程は、前記関心領域（１０）内にあって、低信号レベル閾値と等しい又は該閾値を上回るピクセル値の加重和（３６）を計算する工程と、前記関心領域の外部にあるピクセル又は前記低信号レベル閾値を下回るピクセルの総数（３４）を計算する工程とを更に含んでいる請求項１に記載の輝度検出を行う方法。
【請求項４】
前記ヒストグラマ／蓄積バッファ（１４）は、ビン蓄積モードで動作する請求項３に記載の自動的輝度検出を行う方法。
【請求項５】
前記画像（２０）の異なる領域を別個に加重する工程は、重く加重すべき領域については前記マスク（１０）内のピクセルの密度を高めると共に、重くなく加重すべき領域ついてはピクセルの密度を低くする工程を更に含んでいる請求項１に記載の自動的輝度検出を行う方法。
【請求項６】
前記関心領域（１０）は、多数の連結していない領域を含んでいる請求項１又は２に記載の自動的輝度検出を行う方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、Ｘ線診断作像法に関し、具体的には、ディジタル式Ｘ線作像装置用の画像輝度の検出に関する。
【０００２】
【従来の技術】
診断用Ｘ線作像装置は、実時間モード（例えば、透視検査法）で動作する場合には、検出器に対するＸ線の照射量及び表示画像の輝度を最適なレベルに保持するシステムを要求する。このようなシステムは、作像される組織の密度及び厚みが多様であるという事実にも関わらず、画像の輝度を比較的一定に保つことができる。このシステムには、画像の信号レベルを検知すると共にこの情報をＸ線照射量及び表示輝度の制御に用いる輝度検出器が必要である。
【０００３】
像増幅器及びビデオ・カメラに基づいた従来のＸ線作像システムが輝度検出を行う方法は、像増幅器の出力で小面積の光センサを用いるか、又はカメラからのアナログ・ビデオ信号を用いることによる。輝度検出器からの情報は、Ｘ線発生器にフィードバックされて、Ｘ線管の電圧及び電流を調節する。Ｘ線管の電圧及び電流を調節することにより、作像装置に対するＸ線照射量が制御されると共に、概ね一定の輝度が通常保持される。しかしながら、所望される照射量を達成することができない環境で最適輝度を維持するためには、照射量とは無関係に、別途に信号レベルを制御することが要求される。従来のシステムでは、この付加的な制御は、画像ゲートの開口（アパーチャ）を調節すること及び／又はビデオ・カメラのゲインを変更することにより行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
Ｘ線業界では、大面積固体（ソリッド・ステート）検出器が現在開発されつつある。これらの検出器には、従来のアナログ式輝度検出方法を適用することができない。像増幅器とは異なり、このような検出器には縮小光画像（minified light image）が存在しない。従って、小面積光センサを用いるような方法を直接適合させることができない。大面積センサ、又は大面積から小面積へ光を収束させる手段が要求されるであろうが、パッケージング及び経費の観点からこれらの方法はいずれも魅力がない。又、大面積固体作像装置では、像増幅器／ビデオ・カメラのシステムにおけるビデオ信号と等価なアナログ信号を容易に取得することができない。その代わりに、容易に取得することのできる信号は、ディジタル形態を有している。
【０００５】
従来の輝度検出方法は完全ディジタル式の検出器には不適当であるので、従来の方法に比較して柔軟性を増すと共に付加的な特徴を有するようなディジタル式輝度検出器を提供することが望ましい。このような検出器は、画像をディジタル形態で入手することができるシステムであれば、像増幅器を基本としたシステムを含めたあらゆるシステムに利点をもたらすであろう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、大面積固体Ｘ線検出器を用いた診断用Ｘ線作像システムにおいて輝度検出を行う場合の問題点を解決する。加えて、使用されるディジタル式方法は、従来の方法に比較して、より高い柔軟性を有すると共に付加的な特徴を許容する機会をより多く有している。これらの利点によって、Ｘ線画像がディジタル形態で存在しているようなあらゆるシステムにおいて本方法が有用となる。
【０００７】
本発明の一側面によれば、診断用Ｘ線作像システムにおけるＸ線照射量及び表示画像のレベルを制御するために、輝度検出器が用いられる。先ず、画像の関心領域を特定する。次いで、画像の特定された関心領域内での平均ピクセル値を算出するが、このときに、高輝度領域を計算において考慮する共に予め選択された低信号レベル閾値を下回る領域を無視する。最後に、平均ピクセル値をＸ線発生器にフィードバックして、Ｘ線照射量を制御する。平均ピクセル値は又、スケーリング因子を決定するために用いられる。このスケーリング因子は、所望の照射量を達成することができない場合に最適の輝度レベルを維持するために画像に対して適用されるものである。
【０００８】
従って、本発明の目的は、ディジタル式Ｘ線作像装置用の自動的な輝度検出器を提供することにある。本発明のその他の目的及び利点は、以下の記載及び図面から明らかとなろう。
【０００９】
【実施例】
大面積固体Ｘ線検出器を用いたＸ線診断作像システムに使用するために、従来の方法で利用可能なすべての特徴を有しているディジタル式輝度検出器が必要である。本発明は、大面積固体Ｘ線検出器を用いた診断用Ｘ線作像システムにおいて輝度検出を行う場合の問題点を解決する。加えて、使用されるディジタル式方法は、従来の方法に比較して、より高い柔軟性を有すると共に付加的な特徴を許容する機会をより多く有している。これらの利点によって、Ｘ線画像がディジタル形態で存在しているようなあらゆるシステムにおいて本方法は有用となる。
【００１０】
本発明は、検出器からのディジタル・データを用いて輝度機能を実行する方法を開示する。ディジタル式方法に関する困難は、何百万ものピクセル値の平均輝度信号を僅か数ミリ秒の時間で決定しなければならないことである。従って、いかなる方法であれ実行可能な方法は、要求された計算を極めて高速に、且つ妥当な経費及び複雑性をもって行うものでなければならない。
【００１１】
ディジタル式輝度検出器は又、従来の方法で得られていたすべての特徴を有していなければならない。このような特徴には、高信号レベルでの応答のロール・オフ、及び低レベル信号を破棄する工程がある。高い信号レベルでの応答を圧縮すると、画像の平均輝度レベルを計算するときの高輝度区域の効果が減少する。低レベル信号を破棄する工程は、鉛グローブ又はコリメータ・ブレードのような物体であって輝度を制御すべき画像の一部とは考えられない物体が平均輝度計算に影響を及ぼさないようにするために必要とされる。
【００１２】
完全ディジタル式の手法は、従来のシステムに比較して、より高い柔軟性を提供すると共に付加的な特徴を許容する機会をより多く提供する。例えば、平均輝度計算に用いられる画像区域を、ディジタル式方法を用いて遥かに正確に画定することができる。この区域は、正確に画定された寸法及び形状を有することができるし、連結していない複数領域で構成されることすら可能である。加えて、ディジタル式方法によれば、関心領域内の異なる区域に対して異なるように加重することもできる。この特徴によって、ディジタル式輝度検出器は、アナログ式光センサに存在する「曖昧なエッジ（fuzzy edge）」を模擬することができるようになるが、この加重の制御は、ディジタル式システムにおいて行う方がより正確である。加重の仕方を慎重に設計することにより、輝度検出器の関心領域の境界が異なる組織厚み又は組織密度を有する領域を横断しているときに起きる輝度信号の不安定性を最低限に抑えることができる。
【００１３】
本発明の特定の実施例を示すブロック図が図１に示されている。図１は３つの主ブロック１０、１２及び１４を示している。これらのブロックは、関心領域、ガンマ及び閾値を制御する機能を果たしていると共に、平均ピクセル値の実時間計算を実行する。
輝度に関する関心領域（region of interest（ＲＯＩ））の寸法及び位置、並びにＲＯＩの様々な部分に対する特定の加重は、１ビット・マスク・メモリ１０を用いることにより制御される。マスク・メモリ１０は、入力１６を介してマスク選択を受け取る。マスクは、画像内のどのピクセルを平均値計算に用いるかを画定している。マスク・メモリ１０の出力１８で示すように、マスク上のピクセルが「イネーブル（enabled）」になっていれば、入力２０を経てきた原画像の同じ位置に対応しているピクセルが平均輝度値の計算に用いられる。入力画像の「イネーブル」ピクセルは、入力転写関数（トランスファ・ファンクション）ルックアップ・テーブル１２を通してマップされて、ヒストグラマ／蓄積バッファ１４のピクセル入力２１及びデータ入力２２の両バスに回送される。マスクは、分析される画像と同じ空間解像度を有する必要は必ずしもない。従って、マスクをより粗い解像度として画定することもできる。この場合には、マスク上の各々のピクセルは、原画像のピクセルのブロックに対応することになる。このような実行によって、マスクのメモリ要求が減少する。
【００１４】
画像の異なる部分を別個に加重したような関心領域を、「ハーフ・トーン化」アルゴリズムによって画定することもできる。即ち、比較的重く加重されるべき画像領域ではピクセルの密度を高めると共に、比較的重くなく加重されるべき領域ではピクセルの密度を低くするのである。これを模式的に図２に示す。この例では、「イネーブル」ピクセル２４の密度は、エッジ（縁）よりも中央の方が高いので、平均輝度は、画像のエッジでの輝度よりも中央での輝度の方に、より依存する。様々な形式の作像法が別個の配置及び寸法を有するＲＯＩを要求するので、図１は、ハードウェアにいくつかの異なるマスク・メモリを包含し得ることを示している。作像手順に基づいて適当なマスク・メモリを選択することができる。
【００１５】
ルックアップ・テーブルを用いることにより実現された転写関数によって、高信号レベルにおける応答のロール・オフ及び低レベル信号の破棄を行うことができる。これらの機能を実行するルックアップ・テーブルの用法を、以下に述べる詳細な実現方法で説明する。
平均輝度の計算は、各フレームごとに、典型的には１秒間に３０フレームずつ行わなければならず、又、次のフレームに結果を適用するのに間に合う時間内に完了されなければならない。典型的には、フレームの間で計算に利用可能な時間は、僅か数ミリ秒である。所要の計算は、ヒストグラマ／蓄積バッファ装置を用いて行われる。
【００１６】
ヒストグラマ／蓄積バッファは、２つの数、即ち、輝度検出ＲＯＩ内にあり且つ低信号レベル閾値を上回っているピクセル値の加重和と、ＲＯＩの外部にあるピクセル又は閾値を下回っているピクセルの総数とを計算するにのに用いられている。これら２つの数から、ＲＯＩ内での所要のピクセル値の加重平均が算出される。詳細な実現方法を以下に説明する。
【００１７】
本用途の目的のためには、ヒストグラマ／蓄積バッファは「ビン蓄積」モードで動作する。このモードでは、入力画像２０からのピクセル値は、ルックアップ・テーブル１２を経由して、ピクセル入力バス２１及びデータ入力バス２２と呼ばれる２つのバスによって装置に回送される。ピクセル入力バス上のデータは、ヒストグラムのビン番号を画定しており、この番号のビンにデータ入力バス上のデータが加算される。マスクによって画定された輝度検出ＲＯＩ内のピクセル、即ち「イネーブル」ピクセルは、ＲＯＩ外部のピクセル、即ち「ノット・イネーブル（not-enabled）」ピクセルとは異なる方法で処理される。「ノット・イネーブル」ピクセルのピクセル値は、図３（Ａ）に示す転写関数２６を通してピクセル入力バスにマップされると共に、図３（Ｂ）に示す転写関数２８を通してデータ入力バスにマップされる。図３（Ａ）の転写関数は、すべての入力ピクセル値を０にマップし、図３（Ｂ）の転写関数はすべてのピクセル値を１にマップしている。その結果、「ノット・イネーブル」の各々のピクセルについては、ビン０が１ずつ増加する。
【００１８】
「イネーブル」ピクセルに関し、ピクセル入力バスに対応する転写関数３０を図４（Ａ）に、及びデータ入力バスに対応する転写関数３２を図４（Ｂ）にそれぞれ示す。これらの転写関数３０及び３２は、低信号レベル閾値、及び高信号レベルでの応答のロール・オフを実現するために用いられている。閾値Ｔを下回るピクセルについては、転写関数３０及び３２は「ノット・イネーブル」ピクセル用の転写関数と同一であり、その作用は同じである。即ち、閾値を下回る値を有する各々の「イネーブル」ピクセルについては、ヒストグラムのビン０が１ずつ増加する。閾値と等しい又は閾値を上回る値を有するピクセルについては、図４（Ａ）で示すように、ビン０ではなくビン１が更新される。このビン１に加算される数は、図４（Ｂ）に示すように、入力されたピクセル値に依存している。入力ピクセル値をヒストグラマ・データ値にマップする関数は、ピクセル値に応じて増加している。ヒストグラマ／蓄積バッファのオーバフローを防止するために、ヒストグラマ・データ値の最大値を適当に制限することができる。転写関数は、計算中の平均値に所望される特性に応じて、線形であってもよいし、特定の入力レベルを超えるものをカットオフした線形であってもよいし、非線形であってもよい。例えば、図示した曲線は、比較的大きな入力ピクセル値については比較的小さな勾配を有している。これにより、高信号レベルでの応答をロール・オフする効果、即ち、平均値に対して、画像の明るい区域の信号が寄与する部分を、暗い区域よりも小さくする効果がある。
【００１９】
上述のようにして画像のすべてのピクセルを処理した後には、ヒストグラマ／蓄積バッファは、図５に示すように２つのビン、即ちビン０内及びビン１内に値を包含することになる。ビン０内の参照番号３４を付した値ＮＴは、輝度検出ＲＯＩの外部のピクセル数と、ＲＯＩの内部にあって値が閾値を下回っているピクセル数との和である。ビン１内の参照番号３６を付した値Ｓは、ＲＯＩの内部にあって閾値と等しい又は閾値を上回っているピクセルの値の加重和である。この和に寄与したピクセルの総数は、画像内のピクセル総数Ｎから、ビン０に包含されている値ＮＴを差し引いたものである。従って、輝度信号は、
平均輝度＝Ｓ／（Ｎ−ＮＴ）
と定義される。この値をＸ線発生器にフィードバックして、Ｘ線照射量を制御する。この値は又、所望のＸ線照射量を達成することができない場合に輝度を一定に保つディジタル・スケーリング因子を更新するためにも用いられる。
【００２０】
いくつかの好適な実施例を特に参照しながら本発明を詳細に記載してきたが、本発明は、特許請求の範囲の要旨に包含される改変及び変更を行うことが可能であることがわかるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるディジタル式輝度検出器の機能ブロック図である。
【図２】画像内のどのピクセルを平均輝度の計算に用いるかを画定するマスク・メモリの図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、ヒストグラマ／蓄積バッファへ入力するために画像をマップするのに用いられる転写関数のグラフである。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、ヒストグラマ／蓄積バッファへ入力するために画像をマップするのに用いられる転写関数のグラフである。
【図５】輝度検出動作後にヒストグラマ／蓄積バッファで得られた結果のグラフである。
【符号の説明】
１０  マスク・メモリ
１２  入力転写関数ルックアップ・テーブル
１４  ヒストグラマ／蓄積バッファ
１６  入力
１８  出力
２１  ピクセル入力バス
２２  データ入力バス
２４  「イネーブル」ピクセル
２６、２８  「ノット・イネーブル」ピクセルに対する転写関数
３０、３２  「イネーブル」ピクセルに対する転写関数
３４  ビン０に収納された値
３６  ビン１に収納された値
【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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