(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波の照射によって得られる映像を電子的な映像に変換する装置であって、
電子管と、電磁波の照射によって励起される光陰電極と、標的と、光陰電極からの電子流を標的上に焦点を結ばせる合焦手段とを有し、前記電磁波の照射によって得られる映像の撮像中に、特定の部位において電磁波‐電子変換の比率を変更して、あるいは／及び、前記光陰電極を部分的に励起させて、前記電子的な映像を変形させる変更手段と、当該変更手段により、変形を受けた映像と修正された映像をそれぞれ得ることができる交互映像準備手段とを有することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記請求項１の装置において、前記変更手段が、前記電子管の入力用窓または当該入力用窓と光陰電極との間の層に設けた電磁波の透過率が異なる部分を有する装置。
【請求項３】
前記請求項２の装置において、前記電磁波の透過率が異なる部分は、スウェッジングまたはエッチングで形成した厚さの減少、電磁波吸収率の低い材料を用いたマーキングによる電磁波透過率の正の変更である装置。
【請求項４】
前記請求項２の装置において、前記電磁波の透過率が異なる部分は、部分的な厚さの増加、電磁波吸収率の高い材料を用いたマーキングによる電磁波透過率の負の変更である装置。
【請求項５】
前記請求項４の装置において、前記マーキングを前記電子管の入力用窓または当該入力用窓と光陰電極との間の層に設けた装置。
【請求項６】
前記請求項１の装置において、前記光陰電極は曲面であり、前記装置は光陰電極から支持部材で支持されたシンチレータを有し、当該支持部材はシンチレータに面した面に、前記電磁波‐電子変換の比率を変更する変更手段を構成する部分的な変形を有する装置。
【請求項７】
前記請求項１の装置において、前記変更手段が、前記光陰電極に向けての電磁波照射によって、前記光陰電極を部分的に励起させる励起手段を有する装置。
【請求項８】
前記請求項１の装置において、前記電磁波‐電子変換の比率を変更する変更手段は、前記光陰電極に取り付けられたシンチレータの支持部材に設けられた孔を含むものである装置。
【請求項９】
前記請求項７の装置において、前記励起手段は、前記光陰電極の電磁波の照射によって励起される側とは反対側の面を励起させる光源を有するものである装置。
【請求項１０】
前記請求項９の装置において、前記電子管には前記光源からの光を透過させるための窓が設けられている装置。
【請求項１１】
前記請求項１の装置において、前記電子管の入力用窓に、当該窓の球面に対応する格子が設けられ、対象物の映像を撮像している間は前記窓上で前記格子をスライドさせ、前記格子の映像を撮像している間は前記格子を停止させることができる格子支持装置が設けられている装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像変換装置に関する。より詳細には、本発明は、例えばＸ線等の電磁波の照射によって得られる映像を電子的な表示が可能な画像に変換するための装置に関する。電磁波は可視領域のものであっても良い。本発明は一般に電子画像増幅装置すなわちＲＩＩ、または、光画像増幅装置すなわちＬＩＩを適用対象とする。これらの画像増幅装置は、画像変換に加えて画像増幅を行う。
【０００２】
【従来技術】
図１は、画像増幅装置を示す。医療用放射線撮影装置を例に取れば、放射線源１から人体、より一般的には対象物２、に対してＸ線を照射する。乱反射防止格子３によって放射線源１から対象物２に向かうＸ線成分のうちの放射線源１から放射方向以外の成分をカットする。電子管４では、光陰電極５が電子流を発生させ、この電子流は最終的には作像位置６上に焦点を結ぶ。光陰電極５はエックス線の照射によって励起され、照射を受けたそれぞれの位置において、この場合はＸ線である照射電磁波の強さに比例する電子流を放射する。Ｘ線の分野で使用する場合は、光陰電極５は内蔵するシンチレータによって電磁波としては非常に波長の短いＸ線を比較的波長の長い従って光陰電極５を励起することができる、電磁波に変換する。電子は電場または陽極によって標的の方向に加速される。その途中において電子は、電極７が発生する電界によって進行方向を曲げられる。
【０００３】
光陰電極５から発射された時点においては電子の速度は比較的遅い。電子の電荷と移動とが電流を生じさせる。運動の途中で電子はレンツの法則に従い、磁界の影響を受けて進行方向を曲げられる。良く知られているように、最も有害な磁界は地磁気である。
【０００４】
合焦装置そのものも形成される画像に固有の変形を生じさせることが知られている。この変形の修正については先行技術において論じられている。最も良く知られている変形は、電子管４が球面状であることに起因する糸巻き形ひずみである。このひずみを修正用電極を用いて、あるいは、画像読み取り電子装置において修正することは可能である。
【０００５】
寄生的な磁界の影響によって画像に生じる変形は、二重の影響を有するＳ変形である。第一に、電子流の軸と直交方向の磁界成分が全ての点、ピクセルあるいは画像について基本的に均一な（１次の）移動を生じさせる。第二に、有害な磁界の電子流の軸と平行な成分が、電子の速度の電子流の軸と直交する成分と相互に影響し、画像の軸の周りの回転を生じさせる。回転量は、速度の軸と直交する成分および電子管４の不均一な磁場遮蔽に関係する。この関係から、画像の中心からの距離が小さいほど回転量が大きいことが知られている。
【０００６】
上記の変形を修正する方法は従来技術に開示されている。例えば、画像増幅管の本体８に磁性体の層を設けて障害となる磁界をこの層にそって誘導する方法である。最も良く知られた磁性材料は、ニッケル鉄合金であるμ材料である。増幅管の入力部９にこの種の磁性体の薄層を設けて内部を磁界から保護することが行なわれている。
【０００７】
地磁気の軸方向成分による最も有害な効果を除去するために、電子管４の入射部の極く近傍に地磁気とは反対向きで大きさが等しい軸方向の磁界を発生させるコイル１０を設けることも考案されたが、この装置無しでは１０ｍｍ程度であった回転方向のひずみがコイル１０によって半分程度に減少するに過ぎなかった。ピクセルの大きさが２００から３００ミクロンである高解像度装置の場合には、この変形量は１５ないし２５ピクセルの距離に相当するため、この方法では十分な修正が実現できるとは言いがたい。
【０００８】
作像位置６には電子線の照射による蛍光発光する蛍光素子が設けられている。作像位置６上に形成された画像は、たとえば動画撮影装置１１等、他の装置によって読み取られる。作像位置６上に画像を連続して形成し、記録することもできる。画像が連続するものでなければ、カメラ１３によって読み取ることも可能である。好ましい従来技術の場合、テレビカメラ１３、特にデジタルビデオカメラによって画像を撮影している。
【０００９】
上記の好ましい従来技術の場合、寄生的な磁界の影響による画像のひずみをテレビカメラ１３に接続された画像処理装置１４を用いて修正する方法が知られている。修正前の映像あるいは修正後の映像をモニター画面１５に表示する。修正の基本は、例えばＲＩＩの入力位置９のような電磁波の放射面に設置した既知の画像からなるテストパターンの映像を読み取ることによって、電子管４、テレビカメラ１３、モニター画面１５によって得られたテストパターンの映像から撮像段階における磁界の影響による画像のひずみを把握することである。画像処理装置１４によって撮像された映像と原図とを比較することによってひずみを算出することができる。この処理によって電子管４、テレビカメラ１３、モニター画面１５に表れた歪を把握することができる。この歪を用いて得られた映像から歪を除去することが可能になる。すなわち、歪の逆変換関数をテレビカメラ１３で得られた対象物２の映像に掛け算することによって歪の修正を行う。
【００１０】
上記の修正方法は、特に断層撮影装置において利用されている。これらの装置の場合、ピクセルの１０分の１の精度が問題になる。一方これらの装置の場合には、幸いなことに、装置の地磁気に対する電子管４の方向を自由に設定することが可能である。これらの装置は、電子管４の軸は、その周りに装置を回転することができる回転軸でも有る。したがって、電子管４を軸の周りに回転させるたびに逆歪関数を算出して、回転角毎に断層撮影装置から得られた映像を修正することが可能である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような修正方法は、ＲＩＩの位置が確定していない装置、特に電子管４が回転するアームまたは円弧状のアームを有する、一般にＣ‐アーム装置と称する放射線装置については使用することができない。これらの装置の場合は、回転自在のピボットに支持された湾曲したアームが電子管４の回転軸と直行する向きに設けられた第２の軸の周りに回転する。したがって、電子管４は３方向の回転自由度を有する。電子管４は、この３つの自由度それぞれに関して必要に応じて所望の位置を取ることができる。したがって、逆歪関数は無限に存在することになり、この装置については逆歪関数を用いた上記の修正方法自体が実用的でないということになる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
従来技術が有する上記のような課題に鑑み、本発明は電磁波の照射から電子的な画像への変換を行う装置であって、光電素子から発生した電子の通路を形成する電子管の内部に電磁波の照射によって励起される光電素子と、標的と、標的への合焦手段とを設け、さらに、部位毎に電磁波‐電子変換の比率を変更してその位置に電子映像上のコントラストとして変更ヶ所を映し出す変更手段と、撮像された映像の変形を受けた映像と修正された映像をそれぞれ得ることができる交互映像準備手段とを有することを特徴とする装置によって解決する。
【００１３】
本発明は、電子管４によって得られる画像は必ずしも長期に記憶する必要は無いという前提に基づき上記の課題を解決する。本発明は、対象物の撮像の前、途中または後にテストパターンの映像をほとんどリアルタイムで取得する。この操作を容易にするために、発明にかかる装置は電子管４の内部にリアルタイムでテストパターンを撮像させるための手段を有する。これは、例えば２通りの方法によって実現することができる。
【００１４】
第一の方法によれば、映像を既知のように変形させることのできる周期的なパターンまたは格子を電子管４の入力部に備える。歪の無い状態が予め知られている理論的な映像に対して変形が生じた場合、この変形の効果が理論的に正確な映像と共に記憶され、両者が比較され、この比較に基づいて対象物の映像に対する修正項が算出される。第二の方法によれば、パターンは永久的でなく、実際の映像に対してリアルタイムで求められるものであっても、そうでないものであっても良い。たとえば、光電管に格子を映し出す補助的な照明手段から間欠的に格子模様を照射する。格子模様の照射とその映像測定は、対象物の撮像の時間的な間隙に行っても良いし、格子模様を対象物の映像に重ね合わせて照射して同時に測定することもできる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、確定的または永久的な歪あるいは不確定的または変化する歪に対して対象物の映像とテストパターンとを交互に読み取るか、２つの画像を同時に読み取ることが可能になる。したがって、本発明による装置は、映像の、外乱による永久的な歪にも一時的な歪にも対応することができる。
【発明の実施の形態】
【００１６】
図2は本発明に基づいて図１に示す装置を改良したものである。図中には、筐体１６に収容された電子管４および光陰電極５、作像位置６が示されている。例えばX線である電磁波１７は図１では番号９で示した入力面１８から筐体１６に進入する。入力面１８の材料は例えばアルミニウムあるいはプラスティックである。電子管４の材料は、従来はガラスが使用されていたが、この実施例においては例えばステンレスである。放射線装置への適用を例として考えれば、Ｓｂ−Ｋ２−Ｃｓの層からなる光電陰極が、好ましくはヨウ化セシウムＣｓＩからなるシンチレータ１９に接着されている。シンチレータ１９はアルミニウムの支持部材２０によって支持されている。電磁波を受ける位置に有る電子管４の厚さは０．５ｍｍから１．５ｍｍの間である。シンチレータ１９の支持部材２０の厚さも同様に０．５ｍｍから１．５ｍｍの間である。シンチレータ１９の層圧は約０．５ｍｍである。光陰電極５層の厚さは１ミクロン以下である。
【００１７】
光陰電極５を電子管４から支持するために、光陰電極５の支持部材２０は突起２１とセラミックのペレット２２によって電子管４に固定されている。ペレット２２は絶縁材料からなり、１００ボルトないし３００ボルトの電位を有する電子管４の本体８から光陰電極５を電気的に絶縁して光陰電極５の電位を０ボルトに維持する。
【００１８】
この第１の実施例においては、テストパターンを示すために支持部材２０は、溝あるいは貫通孔ではない穴２３を放射線１７の照射を受ける面に有する。穴の深さは０．２ｍｍ程度である。この穴があることによって支持部材２０のその部分の放射線吸収能力は低下し、このことが作像位置６の上に結像する映像に表れる。変形例としては、支持部材２０の表面に形成されたこの変形２３は、支持部材２０のシンチレータ１９と向き合う側の表面（あるいは支持部材２０と光陰電極５の間）に形成した空隙２４に設けられたものであっても良い。この変形例の場合には、変形がＣｓＩの増加であれば吸収能力の増加の形で映像に表れる。他の変形例としては、電子管４の入力面１８に面する本体８の一部で構成される入力用窓２５に前記の変形２３あるいは空隙２４と同様の溝または穴２６を形成する。支持部材２０と入力用窓２５の間の空隙は視差による誤差を生じるが、入力面１８の上に参照点を設けることによってこの誤差を小さく抑えることが可能である。
【００１９】
上記のような、放射線吸収能力を減少させる溝または穴の加工は、スウェッジングやエッチングによって行うことができる。支持部材２０の放射線の照射を受ける側の面に、逆に盛り上り２７を形成することも可能である。電子管４の入力用窓２５の内側に盛り上り２７を形成することも可能であるが、この場合、視差による誤差を生じる点については前記同様である。穴や溝は研削装置やドリルにような工作機械を用いて加工することもできる。パンチやスタンプによって加工することもできる。これらの加工によって溝の側面の硬度が減少するが、このことは特に測定に影響を与えない。変形の参照点は盛り上り２７ではなく放射線吸収能力の異なる材料を埋め込むことによっても作成することができる。材料は塗料であっても良い。処理すべき表面にフォトレジストやポリマーを堆積させた後でケミカルエッチングを行うことやデポジション工程によって製造が可能である。電子管４の入力面あるいは入力面と光陰電極の間の面に参照点を作成することもできる。さらに、支持部材２０、電子管４の入力用窓２５に変換機が受ける電磁波に対する吸収能力が異なる種々の材料で盛り上がりあるいは埋め込みを作成することで同様の効果を得ることができる。
【００２０】
テストパターンを作成する他の方法は、電子管４の壁面であって放射線を受けない位置に窓２８を設けることを必要とする。この窓２８を通して（線源がレーザー光線源で無い場合には特に）レーザー光線発生源３０によって発生したレーザー光線２９を照射し、光陰電極５の背面に当てる。このレーザー照射によってレーザー光線２９が当たった位置から電子を放射する。光陰電極５の背面をスキャンするようにレーザー光線２９を当てることが可能である。レーザー光線発生源３０はレーザー光線２９のパルスを発生させるものであることが望ましい。例えば４００ミリ×４００ミリの表面に２０ミリ間隔で変形あるいは光参照点を作成するには映像毎に４００点の参照点が必要である。１秒間に１５枚の映像を得る放射線映像あるいは放射線撮影の分野においては、一枚の映像を得るための放射線照射の継続時間は５ｍｓ程度である。映像撮影の間の時間的な隙間にテストパターンの映像を撮影することができる。レーザー光線発生源３０のパワーを設定することによってＸ線によって光陰電極５からもたらされる映像のエネルギーよりもテストパターンのエネルギーを格段に高くすることも可能である。テストパターンの映像を５ｍｓで撮影するものと仮定すれば、その間に４００点の参照点を照射するには、レーザー光線発生源３０は、８０ＫＨｚで作動する必要が有る。窓２８を設けることは必ずしも必須ではなく、レーザー光線発生源３０を電子管４の内部に設置することも可能である。
【００２１】
光陰電極５の背面をレーザー光線で照射する代わりに、支持部材２０に適当な間隔で設けた貫通孔３２を通じて補助的な光を通すことも考えられる。
【００２２】
本発明の第３の実施例では、入力用窓２５の球面に完全に対応する格子３３を作成する。この格子３３は入力用窓２５上をスライドすることができる。この実施例では、格子３３を撮像中にスライドさせることによって、格子３３の線３４が映像中に落とす影が映像前面に渡って均一に影を落とし、したがって、その影響を無視することができる。テストパターンを撮影する際には、格子３３を所定の位置に停止させる。矢印３５で単純化して図示した格子３３の移動手段は、電磁的な振動手段であっても良い。
【００２３】
図３および図４は、本発明で推奨される参照点あるいは円形の光を当てた部位が変換の前後で変形する様子を示す。この例では、円形の直径は、ＲＩＩ入力面の位置で２ないし４ピクセルの大きさに相当する。図４は作像位置６の上に結像した映像を示すものである。円形の参照点が変形しており、同時にそれらの位置も変位している。画像の変形を求めるためには参照点の中心位置３６を求める必要が有る。中心位置３６が定まれば並び全体の変形を決定することができ、これに基づきそれぞれの参照点は補間法によって修正することが可能になる。
【００２４】
図５および図６は前出と同様の変形を参照点の代わりに溝を用いた例で示したものである。この場合の利点は、溝の交点３８から全体の変形を求めることが可能なことである。このようにして格子３９の交点４０から変形を精度高く求めることができる。
【００２５】
図７は、作像位置６上で測定された電子信号４２の振幅の変化をＸ軸に沿って表したものである。撮像された対象物２固有の透過率の緩やかな変化を表す振幅変化Ａの上に、Ｘ座標がＸ０の位置に電磁波の吸収に起因して生じた正の方向の変化４１が表れている。グリッド等によって放射線が透過する障害物の合計の厚みが増加している場合には変化４１は負の方向の変化として現れる。全体の緩やかな変化に対して変化４１は急峻であるために、前後関係に基づき信号４２からこの急峻な変化４１のみを取り除くことが可能である。この処理の結果、急峻な変化を除去した測定信号４２と急峻な変化の部分のみからなる信号とを得ることができる。すなわち、撮影すべき映像に関する信号４２とテストパターンの映像信号とを同時に撮像し、しかもこれらを分離して扱うことが可能である。もちろん、実際にはこれらを交互に算出することもできる。これらの方法は、レーザー光線発生源３０または格子３３を使用した実施態様において使用することができる。テストパターンを常に撮像する場合には、テストパターンに起因する信号の変化４１が、信号４２全体のダイナミックレンジに対して所定の値以下に抑えられるよう配慮する必要が有る。信号４２から得た変化４１部分の信号は通常多くのノイズ成分を含む。これに対して、テストパターンが常に写し込まれることに基づいて、テストパターンに起因する信号の変化量、穴あるいは溝の数を参考にテストパターンの信号を分離することが可能である。穴が深ければ映像上のコントラストが高くなり、上記に示した情報を参照する必要性が減少する。穴が浅い場合にはその数を増加することが必要になる。
【００２６】
図８は、全体配置３９の決定によって交点４０の位置をピクセル１つよりも細かい精度で得ることも可能であることを示した図である。パルス的な変化４１はここでは幅が広がりガウス分布に近いものとなっているが、その情報に基づき最大値に対応するＸ座標の値を決定する方法は既知である。
【００２７】
図９は、本発明の原理を示すものである。実験室において事前キャリブレーションとして完全なテストパターンの映像を撮影する。その際、変換装置と画像増幅装置とは特に有害な地磁気等の影響を遮蔽した室内に設置する。これは、たとえば、当該部屋の壁面をμ金属で覆って磁界を壁面に沿って流すことで実現することができる。このようにして得たテストパターンの映像を画像処理装置１４の記憶装置４３に記憶させる。記憶された画像情報は、例えばテストパターンの参照点のＸ座標とＹ座標とを示す座標データの集合からなるデータファイルである。実際の撮像を行う際には、同じ変形を生じている対象物２とテストパターンの映像を交互にまたは同時に撮像する。装置が置かれている場所の電磁場、特に地磁気の影響を受けてテストパターンを構成する溝４４、４５は作像位置６上では溝４６、４７に変位している。この変形はＳ形変形である。溝４４と４５の交点４８の位置は点４９に移動している。画像処理装置１４は、図４あるいは図６から記憶装置４３に記憶した変形の無い状態でのテストパターンの座標情報に基づき、点４９を点４８に戻す処理をすることができる。上記の断層撮影装置にこのような画像処理装置を内蔵させることができる。画像処理装置は、記憶装置４３に記憶されたテストパターン情報と測定されたテストパターン情報とを比較５０して、逆歪関数５１を作成する。この逆歪関数５１を、対象物２の実際の映像５２に作用させて修正画像５３を得る。この修正自体も既知の方法に従って行うことができる。
【００２８】
対象物の撮像と同時に撮像される参照点は、実際の患者等の映像データをサチュレートさせてしまうことが無いようにコントラストがある程度以下のものであることが望ましい。図８に示された方法においては、データのサチュレーションが起きると最大値の決定が困難になる。それに対して、対象物の撮像とテストパターンの撮像を交互に行う場合、例えばレーザー光線発生源３０や貫通孔３２を使用して交互に撮像を行うような場合には、テストパターンのデータが対象物のデータに比較して非常に大きくても扱うことができる。
【００２９】
変形したテストパターンの映像が一旦特定されれば、対象物の映像データの上にテストパターンが重畳したデータから、テストパターンのデータを除去して対象物の映像データのみについて以降の処理を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明に基づく画像変換装置として使用することができる画像増幅装置を示す。
【図２】  図２は、図１に示した装置を本発明に基づき改良した状態を示す。
【図３】  図３は、本発明において使用することのできるテストパターンとその変形の例である。
【図４】  図４は、本発明において使用することのできるテストパターンとその変形の他の例である。
【図５】  図５は、本発明において使用することのできるテストパターンとその変形の例である。
【図６】  図６は、本発明において使用することのできるテストパターンとその変形の他の例である。
【図７】  図７は、テストパターンが常に存在することに起因する画像信号の変形を示す。
【図８】  図８は、ピクセルの数分の一の精度で修正が可能な方法を示す図である。
【図９】  図９は、本発明をリアルタイムで実施するための装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１・・・放射線源
２・・・対象物
４・・・電子管
５・・・光陰電極
６・・・作像位置
１３・・・テレビカメラ
２５・・・入力用窓
２６・・・溝または穴
２７・・・盛り上り
３０・・・レーザー光線発生源
４１・・・振幅
４２・・・画像信号
５１・・・逆変形関数
【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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