画質評価方法およびそれを用いたＸ線透視撮影装置
【課題】臨床に則した低コントラスト・細線物体の視認性を定量的に示すことが可能な画質評価方法およびそれを用いたＸ線透視撮影装置を提供することを目的とする。
【解決手段】画質評価方法およびそれを用いたＸ線透視撮影装置１において、複数フレームのＸ線透視画像を平均することで、ノイズ成分を抑えた画像を作成することができる。そのため、金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分の画素値差が小さい低コントラストの場合でも、エッジ部分がノイズ成分に埋もれてしまうことがないので、エッジ強調画像から適正なピーク値を取得することができる。また、エッジ強調した画像からエッジ部分のピーク値を取得している。ピーク値は、平均画像でのエッジ部分にぼけがなくシャープなほど大きい値を示すので、ピーク値を標準偏差で除算して算出された指標値と低コントラスト・細線物体の視認性とを相関させることができる。
【解決手段】画質評価方法およびそれを用いたＸ線透視撮影装置１において、複数フレームのＸ線透視画像を平均することで、ノイズ成分を抑えた画像を作成することができる。そのため、金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分の画素値差が小さい低コントラストの場合でも、エッジ部分がノイズ成分に埋もれてしまうことがないので、エッジ強調画像から適正なピーク値を取得することができる。また、エッジ強調した画像からエッジ部分のピーク値を取得している。ピーク値は、平均画像でのエッジ部分にぼけがなくシャープなほど大きい値を示すので、ピーク値を標準偏差で除算して算出された指標値と低コントラスト・細線物体の視認性とを相関させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタルＸ線診断における画質評価方法およびそれを用いたＸ線透視撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線透視撮影装置は、被検体に向けてＸ線を照射するＸ線管と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを備えている。Ｘ線透視撮影装置は、Ｘ線検出器から出力されたＸ線検出信号をディジタル変換して収集し、透視画像（動画像）および撮影画像（静止画像）を取得している。
【０００３】
このようなＸ線透視撮影装置においては、画質評価の指標として、ＤＱＥ（detective quantum efficiency：検出量子効率）、ＮＥＱ（noise equivalent quanta：雑音等価量子数）、ＭＴＦ（modulation transfer function：変調伝達関数）やＣＮＲ（contrast to noise ratio：コントラスト・ノイズ比）などが用いられている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
ＭＴＦは、画像の輪郭や微細な部分をどれだけ明瞭に再現しているかの尺度である鮮鋭度の評価で広く用いられ、スリット法、エッジ法や矩形波チャート法等で計測される。ＮＥＱは、画像形成に役立ったＸ線量子数を推定する指標であり、ＤＱＥは、入射した量子がどれだけ画像化に利用されたかという利用効率を評価する指標である。ＮＥＱおよびＤＱＥの算出には、ＭＴＦが用いられる。
【０００５】
また、ＣＮＲは、例えば次のように算出される。図１５を参照する。まず、アクリル製のブロックで構成された被検体に金属板１１１を載置して撮影されたＸ線透視画像を取得する。取得された金属板１１１および被検体のＸ線透視画像から、金属板１１１における所定の関心領域Ａ、およびその背景の領域である所定の関心領域Ｂの画素値（輝度）をそれぞれ抽出し、関心領域Ａの平均画素値ＡＶＥＡと関心領域Ｂの平均画素値ＡＶＥＢとを求める。一方、関心領域Ｂでは、平均画素値ＡＶＥＢを求めるとともに、ノイズとして画素値の標準偏差ＳＤＢを求める。ＣＮＲは、「画像のコントラストとノイズとの比」であり、ＣＮＲ＝（ＡＶＥＡ−ＡＶＥＢ）／ＳＤＢで算出される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】S. N. Friedman, I. A. Cunningham, ”A small-signal approach to temporal modulation transfer functions with exposure-rate dependence and its application to fluoroscopic detective quantum efficiency” Medical Physics / Volume 36
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような従来から用いられてきたＤＱＥ、ＮＥＱ、ＭＴＦやＣＮＲなどの指標は、画質評価に有用である。しかしながら、実際に遭遇する画像の画質の良し悪しに対して、特に、ステントやガイドワイヤなどの低コントラスト・細線状の物体に対しては、整合性があまり感じられない。例えば、ＭＴＦの測定は、高吸収体であるタングステンエッジを用い、散乱線が無い状態で行われるので、実際の臨床状態とは異なる。そのため、ＭＴＦは、低コントラスト・細線状の物体に対して視認性を表現できているか疑わしい。すなわち、ＤＱＥ、ＮＥＱ、ＭＴＦの指標は、例えばＸ線条件や測定物の配置など、病院等の臨床現場と異なるので臨床の画質評価として適さない。一方、ＣＮＲの評価指標は、臨床状態で比較的容易に測定可能であり、一定の大きさにおける物体の視認性評価には適する。しかしながら、上述のようにステントやガイドワイヤなどの低コントラスト・細線状の物体に対して有効なものとは言えない。そのため、散乱線やビームハードニング等があるような臨床に則した場合でも、低コントラスト・細線物体の実際の視認性と相関のある画質評価の指標が必要とされる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、臨床に則した低コントラスト・細線物体の視認性を定量的に示すことが可能な画質評価方法およびそれを用いたＸ線透視撮影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】
【０００９】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわち、本発明に係る画質評価方法は、金属板および前記金属板で一部の領域が覆われた被検体についての複数フレームのＸ線画像を取得する工程と、前記複数フレームのＸ線画像を平均して平均画像を作成する工程と、前記平均画像をエッジ強調してエッジ強調画像を作成する工程と、前記エッジ強調画像に基づいて前記金属板と前記被検体とのエッジ部分のピーク値を取得する工程と、前記複数フレームのＸ線画像のうち所定のＸ線画像に基づいて標準偏差を算出する工程と、前記ピーク値を前記標準偏差で除算して指標値を算出する工程と、を備えていること特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る画質評価方法によれば、金属板およびこの金属板で一部の領域が覆われた被検体について複数フレームのＸ線画像を取得する。取得した複数フレームのＸ線画像を平均して平均画像を作成し、平均画像をエッジ強調してエッジ強調画像を作成する。作成されたエッジ強調画像に基づいて金属板と被検体とのエッジ部分のピーク値を取得する。また、複数フレームのＸ線画像のうち所定のＸ線画像から標準偏差を算出する。そして、ピーク値を標準偏差で除算して指標値を算出する。
【００１１】
複数フレームのＸ線画像を平均して平均画像を作成することで、ノイズ成分を抑えた画像を作成することができる。そのため、金属板と被検体とのエッジ部分の画素値差が小さい低コントラストの場合でも、エッジ部分がノイズ成分に埋もれてしまうことがないので、エッジ強調画像から適正なピーク値を取得することができる。また、エッジ強調した画像からエッジ部分のピーク値を取得している。ピーク値は、平均画像でのエッジ部分にぼけがなくシャープなほど大きい値を示すので、ピーク値を標準偏差で除算して算出された指標値と低コントラスト・細線物体の視認性とを相関させることができる。したがって、臨床に則した低コントラスト・細線物体の視認性を定量的に示すこと可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る画質評価方法において、前記金属板は、２次元マトリクス状に配置されてＸ線を検出するＸ線検出素子をＸ線検出面に有するＸ線検出器における水平方向または垂直方向のＸ線検出素子列に対して、前記金属板の直線状の辺部が前記Ｘ線検出面と直交する軸を中心に傾斜して配置されることが好ましい。これにより、金属板と被検体とのエッジ部分が、Ｘ線検出器の２次元マトリクス状に配置されたＸ線検出素子の間に位置した場合であっても金属板が傾斜して配置されていることにより、Ｘ線検出器のいずれかのＸ線検出素子でエッジ部分の最大値を検出することができる。そのため、垂直方向または水平方向のＸ線検出素子列と金属板の直線状の辺部とを平行に配置する場合よりもより大きなピーク値を検出することができる。
【００１３】
また、本発明に係る画質評価方法において、前記ピーク値を取得する工程は、前記エッジ強調画像に基づいて前記エッジ部分を含む複数のプロファイルを加算平均して平均プロファイルを作成する工程と、前記平均プロファイルに基づいて前記ピーク値を検出する工程と、を備えていることが好ましい。これにより、複数のプロファイルが加算平均されて作成された平均プロファイルからピーク値を取得しているので、安定したピーク値を検出することができる。
【００１４】
また、本発明に係る画質評価方法において、前記ピーク値を取得する工程は、前記エッジ強調画像に基づいて前記エッジ部分を含む複数のプロファイルを複数の角度で斜め方向に加算平均して角度ごとの平均プロファイルを作成する工程と、前記角度ごとの平均プロファイルに基づいて前記ピーク値を検出する工程と、を備えていることが好ましい。これにより、角度ごとの平均プロファイルからより高いピーク値を検出することができる。
【００１５】
また、本発明に係る画質評価方法において、前記エッジ強調の一例は、一次微分を行うことが好ましい。これにより、平均画像を一次微分してエッジ強調画像に作成することができる。
【００１６】
また、本発明に係る画質評価方法において、前記Ｘ線画像は、Ｘ線透視画像であることが好ましい。これにより、Ｘ線透視画像における低コントラスト・細線物体の視認性を定量的に示すこと可能となる。
【００１７】
また、本発明に係るＸ線透視撮影装置は、金属板および前記金属板で一部の領域が覆われた被検体について複数フレームのＸ線画像を取得するＸ線画像取得部と、前記複数フレームのＸ線画像を平均して平均画像を作成する平均画像作成部と、前記平均画像をエッジ強調してエッジ強調画像を作成するエッジ強調画像作成部と、前記エッジ強調画像に基づいて前記金属板と前記被検体とのエッジ部分のピーク値を取得するピーク値取得部と、前記複数フレームのＸ線画像のうち所定のＸ線画像から標準偏差を算出する標準偏差算出部と、前記ピーク値を前記標準偏差で除算して指標値を算出する指標値算出部と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明に係るＸ線透視撮影装置によれば、Ｘ線画像取得部は、金属板およびこの金属板で一部の領域が覆われた被検体について複数フレームのＸ線画像を取得する。平均画像作成部は、取得した複数フレームのＸ線画像を平均して平均画像を作成し、エッジ強調画像作成部は、その平均画像をエッジ強調してエッジ強調画像を作成する。ピーク値取得部は、エッジ強調画像に基づいて金属板と被検体とのエッジ部分のピーク値を取得し、標準偏差算出部は、複数フレームのＸ線画像のうち所定のＸ線画像から標準偏差を算出する。そして、指標値算出部は、ピーク値を標準偏差で除算して指標値を算出する。
【００１９】
複数フレームのＸ線画像を平均して平均画像を作成することで、ノイズ成分を抑えた画像を作成することができる。そのため、金属板と被検体とのエッジ部分の画素値差が小さい低コントラストの場合でも、エッジ部分がノイズ成分に埋もれてしまうことがないので、エッジ強調画像から適正なピーク値を取得することができる。また、エッジ強調した画像からエッジ部分のピーク値を取得している。ピーク値は、平均画像でのエッジ部分にぼけがなくシャープなほど大きい値を示すので、ピーク値を標準偏差で除算して算出された指標値と低コントラスト・細線物体の視認性とを相関させることができる。したがって、臨床に則した低コントラスト・細線物体の視認性を定量的に示すこと可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る画質評価方法およびそれを用いたＸ線透視撮影装置によれば、複数フレームのＸ線画像を平均して平均画像を作成することで、ノイズ成分を抑えた画像を作成することができる。そのため、金属板と被検体とのエッジ部分の画素値差が小さい低コントラストの場合でも、エッジ部分がノイズ成分に埋もれてしまうことがないので、エッジ強調画像から適正なピーク値を取得することができる。また、エッジ強調した画像からエッジ部分のピーク値を取得している。ピーク値は、平均画像でのエッジ部分にぼけがなくシャープなほど大きい値を示すので、ピーク値を標準偏差で除算して算出された指標値と低コントラスト・細線物体の視認性とを相関させることができる。したがって、臨床に則した低コントラスト・細線物体の視認性を定量的に示すこと可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例に係るＸ線透視撮影装置の構成を示すブロック図である。
【図２】Ｘ線検出器のＸ線検出面におけるＸ線検出素子の配列状況を示す模式図である。
【図３】（ａ）は金属板と被検体とを示す図であり、（ｂ）はＸ線検出器のＸ線検出面におけるＸ線検出素子列に対して金属板が傾斜して配置されることの説明に供する図である。
【図４】（ａ）はＸ線透視画像の一例を示す図であり、（ｂ）はＸ線透視画像における金属板と被検体とのエッジ部分のプロファイルの一例を示す図である。
【図５】（ａ）は平均画像の一例を示す図であり、（ｂ）は平均画像における金属板と被検体とのエッジ部分のプロファイルの一例を示す図である。
【図６】（ａ）はエッジ強調画像の一例を示す図であり、（ｂ）はエッジ強調画像における金属板と被検体とのエッジ部分のプロファイルの一例を示す図である。
【図７】平均プロファイルの作成の説明に供する図である。
【図８】角度ごとの平均プロファイルに基づくピーク値検出の説明に供する図である。
【図９】角度ごとの平均プロファイルに基づくピーク値検出の説明に供する図である。
【図１０】Ｘ線透視撮影装置の動作（画質評価方法）を示すフローチャートである。
【図１１】（ａ）はＸ線透視画像における金属板と被検体とのエッジ部分のプロファイルの一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のプロファイルの一次微分の結果を示す図である。
【図１２】（ａ）は平均画像における金属板と被検体とのエッジ部分のプロファイルの一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のプロファイルの一次微分の結果を示す図である。
【図１３】ＦＣＮＲおよびＣＮＲとステントの視認性との相関を示す図である。
【図１４】（ａ）はステントの視認性評価の説明に供する図であり、（ｂ）は（ａ）のＪ方向から見た図である。
【図１５】従来におけるＣＮＲの算出方法の説明に供する図である。
【実施例】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１は、実施例に係るＸ線透視撮影装置の構成を示すブロック図であり、図２は、Ｘ線検出器のＸ線検出面におけるＸ線検出素子の配列状況を示す模式図である。図３（ａ）は、金属板と被検体とを示す図であり、図３（ｂ）は、Ｘ線検出器のＸ線検出面におけるＸ線検出素子列に対して金属板が傾斜して配置されることの説明に供する図である。
【００２３】
図１を参照する。Ｘ線透視撮影装置１は、被検体Ｍを載置する天板２と、Ｘ線を照射するＸ線管３と、被検体Ｍを透過したＸ線を検出するフラットパネル型Ｘ線検出器（以下適宜、「ＦＰＤ」と称する）４と、を備えている。また、ＦＰＤ４の後段には、ＦＰＤ４から出力されたアナログのＸ線検出信号をディジタルに変換するＡ／Ｄ変換器５と、ディジタル変換されたＸ線検出信号に基づくＸ線画像に対して種々の処理を行う画像処理部６とが設けられている。
【００２４】
Ｘ線管３は、Ｘ線管制御部７によりＸ線照射に必要な制御が実行される。Ｘ線管制御部７は、Ｘ線管２の管電圧や管電流を発生させる高電圧発生部８を有している。Ｘ線管制御部７は、管電圧や管電流や照射時間等のＸ線照射（曝射）条件に応じてＸ線管３からＸ線を照射する。
【００２５】
ＦＰＤ４は、図２に示すように、検出対象の透過Ｘ線像が投影されるＸ線検出面４ａにＸ線を電気信号に変換して検出する多数のＸ線検出素子ＤＵが横・縦の２次元マトリックス状に配列されている。Ｘ線検出素子ＤＵの配列マトリックスとしては、例えば横：数千×縦：数千が挙げられる。Ｘ線検出素子ＤＵはＸ線が直に電気信号に変換される直接変換タイプであっても、Ｘ線がいったん光に変換されてから更に電気信号に変換される間接変換タイプであってもよい。なお、ＦＰＤ４は、本発明のＸ線画像取得部に相当する。
【００２６】
天板２に載置された被検体Ｍは、図３（ａ）に示すように、例えば厚みが１５〜２０ｃｍ程で、大きさが３０×３０ｃｍ程のアクリル製のブロック（立方体）で構成される。この被検体Ｍは、人体の胸部を模している。被検体Ｍには、金属板１１が載置される。金属板１１は、銅（Ｃｕ）やステンレスなどの金属の薄い板で構成される。金属板１１は、四角形等の多角形で構成される。金属板１１は、例えば厚みが５０μｍ程で、大きさが５ｃｍ×５ｃｍ程で構成される。この金属板１１は、ステントやガイドワイヤといった低コントラスト・細線物体を模している。
【００２７】
金属板１１は、被検体Ｍの載置面内で傾斜して載置される。すなわち、図３（ｂ）に示すように、金属板１１は、２次元マトリクス状に配置されてＸ線を検出するＸ線検出素子ＤＵをＸ線検出面４ａに有するＦＰＤ４における垂直方向または水平方向のＸ線検出素子ＤＵ列に対して、金属板１１の直線状の辺部がＸ線検出面４ａと直交する軸を中心に傾斜して配置される。この金属板１１のＸ線検出素子ＤＵ列に対する傾斜角ｄは、２〜３°程度である。なお、金属板１１は、１ｍｍ厚のアクリル板に挟まれて構成されたものであってもよい。また、金属板１１は、アクリル製のブロックに設けられていてもよい。
【００２８】
図１に戻る。Ｘ線透視撮影装置１は、主制御部１３、表示部１４、入力部１５および記憶部１６を備えている。主制御部１３は、Ｘ線透視撮影装置１の各構成を統括的に制御し、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などで構成される。主制御部１３は、例えばＸ線管３またはＦＰＤ４を移動させる制御を行う。表示部１４は、モニタ等で構成される。入力部１５は、キーボードやマウス等で構成される。記憶部１６は、ＲＯＭ（Read-only Memory）、ＲＡＭ（Random-Access Memory）またはハードディスク等の記憶媒体で構成される。
【００２９】
記憶部１６には、金属板１１およびこの金属板１１で一部の領域が覆われた被検体Ｍについて連続して取得された複数フレームのＸ線透視画像が記憶される。このＸ線透視画像は、臨床に則したＸ線条件で透視を行い、数十（〜百程度：例えば６０〜１００フレーム）フレームの連続撮影を行って取得される。例えば、１５ｆｐｓ（または、ｐｐｓ：パルスレート）で５秒間の連続撮影を行うと、７５フレームのＸ線透視画像が得られる。なお、Ｘ線条件は、想定する被検者の体格や撮影角度に依存する。Ｘ線条件は例えば、８０ｋＶ、１８ｍＡ、透視１５ｆｐｓ（ｐｐｓ）や、１０４ｋＶ、１１．４ｍＡ、透視１５ｆｐｓや、９０ｋＶ、１４．７ｍＡ、透視１４．７ｆｐｓ等で行われる。
【００３０】
また、Ｘ線透視撮影装置１は、画質評価の指標値を取得する指標値取得部２０を備えている。指標値取得部２０は、平均画像作成部２１、一次微分処理部２３、ピーク値取得領域抽出部２５およびピーク値取得部２７を備えるとともに、標準偏差算出領域抽出部３１および標準偏差算出部３３を備えている。また、指標値取得部２０は、指標値算出部３５を備え、ピーク値取得部２７で取得したピーク値Ｓｄｅｆｐと、標準偏差算出部３３で算出した標準偏差ＳＤと、を用いて指標値として細線ＣＮＲ（ＦＣＮＲ：fine line contrast to noise ratio）を算出する。なお、以下、「ＦＣＮＲ」を称する。また、ピーク値取得部２７は、平均プロファイル作成部４１とピーク値検出部４３とを備えている。
【００３１】
平均画像作成部２１は、取得された複数フレームのＸ線透視画像（図４（ａ））を平均して、図５（ａ）に示す平均画像を作成する。すなわち、平均画像作成部２１は、複数フレームのＸ線透視画像を積分してフレーム数で割ることにより１枚の平均画像を作成する。平均画像を作成することで、ノイズ成分を抑えた画像を作成している。すなわち、図４（ｂ）に示すＸ線透視画像のプロファイルｐｆ１は、平均画像を作成することにより、図５（ｂ）に示すノイズ成分が抑えられたプロファイルｐｆ２となる。プロファイルでは、垂直方向は信号（画素値）を示す。
【００３２】
一次微分処理部２３は、図５（ａ）に示す平均画像を一次微分（エッジ強調）して図６（ａ）に示すエッジ強調画像（一次微分画像）を作成する。一次微分は、まず、画素上の座標（ｘ、ｙ）における画素値をＩ（ｘ、ｙ）とする。そして、算出されるエッジ部分の強度のうち、ｘ方向の強度をＥｘ（ｘ、ｙ）とし、ｙ方向の強度をＥｙ（ｘ、ｙ）とすると、下記の式（１）および式（２）のように表される。
Ｅｘ（ｘ、ｙ）＝Ｉ（ｘ、ｙ）−Ｉ（ｘ−１、ｙ） …（１）
Ｅｙ（ｘ、ｙ）＝Ｉ（ｘ、ｙ）−Ｉ（ｘ、ｙ−１） …（２）
また、エッジ部分の強度をＰ（ｘ、ｙ）とすると、Ｐ（ｘ、ｙ）は、下記の式（３）のように表される。
Ｐ（ｘ、ｙ）＝√〔｛Ｅｘ（ｘ、ｙ）｝２＋｛Ｅｙ（ｘ、ｙ）｝２〕 …（３）
平均画像の水平方向または垂直方向の隣接する画素の差分をとる一次微分を行うことにより、画像の中で濃度が急激に変化するエッジ部分の画素値が大きくなるように変換している。すなわち、図５（ｂ）に示す平均画像のプロファイルｐｆ２は、エッジ強調画像を作成することにより、図６（ｂ）に示すエッジ部分が突出したプロファイルｐｆ３となる。なお、一次微分処理部２３は、本発明のエッジ強調画像作成部に相当する。
【００３３】
ピーク値取得領域抽出部２５は、図６（ａ）に示すように、エッジ強調画像のうち、金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分が四角形に設定する領域の水平方向または垂直方向に通り抜けるように、ピーク値取得領域ＲＯＩＰを抽出する。なお、図６（ａ）では、ピーク値取得領域ＲＯＩＰをエッジ部分が垂直方向に通り抜けている。ピーク値取得領域ＲＯＩＰは、所定の大きさの四角形（ｎ×ｎ画素）で構成されるが、四角形に限定されない。
【００３４】
ピーク値取得部２７は、エッジ強調画像に基づいて金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分のピーク値を取得する。具体的には、ピーク値取得部２７は、エッジ強調画像に基づいて金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分を含む複数のプロファイルを加算平均して平均プロファイルを作成する平均プロファイル作成部４１と、その平均プロファイルに基づいてエッジ部分のピーク値を検出するピーク値検出部４３と、を備えている。
【００３５】
すなわち、図７に示すように、ピーク値取得領域抽出部２５で抽出された画素値データ群５１において、水平方向にエッジ部分を含むプロファイルが形成されるとする。平均プロファイル作成部４１は、複数のプロファイルを加算して平均プロファイルを形成するが、図７中の破線に示すように、例えば垂直方向に各画素値を加算平均することにより、複数のプロファイルから平均プロファイルを作成する。ピーク値検出部４３は、作成された平均プロファイルに基づいてエッジ部分のピーク値Ｓｄｅｆｐを検出する。
【００３６】
また、平均プロファイル作成部４１は、エッジ強調画像に基づいて金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分を含む複数のプロファイルを複数の角度で斜め方向に加算平均して角度ごとの平均プロファイルを作成する。ピーク値検出部４３は、作成された角度ごとの平均プロファイルに基づいてエッジ部分のピーク値を検出する。複数の角度とは、例えば、図７中の角度θが０〜５°の範囲を０．１°で刻むときの角度をいう。複数の角度は、金属板１１の傾きｄ＝２〜３°を包含するように設定され、角度θは、金属板１１の傾きｄと同じ方向に傾ける。
【００３７】
すなわち、平均プロファイル作成部４１は、図８に示すように、各角度（例えば、０〜５°の範囲でかつ０．１°ステップの角度θ）で斜め方向に加算平均して角度ごとの平均プロファイルを作成する。そして、ピーク値検出部４３は、図９に示すように、角度ごとの平均プロファイルのピーク値のうち、最大値であるピーク値Ｓｄｅｆｐを検出する。なお、図７および図９において、一次微分後の画素値を便宜上オフセット（＋１０００）して表示している。
【００３８】
標準偏差算出領域抽出部３１は、複数フレームのＸ線透視画像のうちいずれか１枚のＸ線透視画像からノイズ成分、すなわち標準偏差ＳＤを算出するための標準偏差算出領域ＲＯＩＳＤを抽出する。標準偏差算出領域ＲＯＩＳＤは、図４（ａ）に示すように、金属板１１の背景部分、すなわちＸ線透視画像の被検体Ｍ部分の領域に設定される。なお、標準偏差算出領域ＲＯＩＳＤは、四角形で構成されるが、例えば多角形や円形でもよい。
【００３９】
標準偏差算出部３３は、複数フレームのＸ線透視画像のうちいずれか１枚のＸ線透視画像に設定された標準偏差算出領域ＲＯＩＳＤの画素値に基づいて標準偏差ＳＤを算出する。標準偏差ＳＤは、複数フレームのＸ線透視画像のうち、どの１枚を採用しても算出される値に差がない。
【００４０】
指標値算出部３５は、ピーク値取得部２７で取得されたピーク値Ｓｄｅｆｐを、標準偏差算出部３３で算出された標準偏差ＳＤにより除算して指標値ＦＣＮＲを算出する。指標値ＦＣＮＲは、下記の式（４）のように表される。
ＦＣＮＲ＝Ｓｄｅｆｐ／ＳＤ …（４）
Ｓｄｅｆｐ：数十（〜百程度まで）フレームを平均してノイズを除去した平均画像を一次微分したエッジ部分のピーク値
ＳＤ：１フレームにおけるノイズ（標準偏差）
【００４１】
次に、図１０のフローチャートを参照してＸ線透視撮影装置１の動作、すなわち画質評価方法について説明する。
【００４２】
〔ステップＳ０１〕金属板および被検体の準備
天板２にアクリル製のブロックで構成された被検体Ｍを載置する。被検体Ｍには、金属板１１が載置される。金属板１１は、２次元マトリクス状に配置されてＸ線を検出するＸ線検出素子ＤＵをＸ線検出面４ａに有するＦＰＤ４における垂直方向または水平方向のＸ線検出素子ＤＵ列に対して、金属板１１の直線状の辺部がＸ線検出面４ａと直交する軸を中心に傾斜して配置される（図３（ｂ））。
【００４３】
〔ステップＳ０２〕Ｘ線透視画像の取得
金属板１１およびこの金属板１１で一部の領域が覆われた被検体Ｍについての複数フレームのＸ線透視画像を連続して取得する。Ｘ線管３から照射されたＸ線は、金属板１１および被検体Ｍを透過してＦＰＤ４に入射する。例えば、ＦＰＤ４によって、１５ｆｐｓで５秒間の連続撮影を行い、７５フレームのＸ線透視画像（図４（ａ））を取得する。すなわち、ＦＰＤ４は、入射したＸ線強度分布に基づいたＸ線検出信号を出力し、Ｘ線検出信号は、Ａ／Ｄ変換器５でアナログ値からディジタル値に変換される。画像処理部６は、ディジタル変換されたＸ線検出信号に基づくＸ線透視画像に対して種々の処理を行い、処理されたＸ線透視画像は、記憶部１６に記憶される。
【００４４】
〔ステップＳ０３〕平均画像の作成
複数フレームのＸ線透視画像は、記憶部１６から平均画像作成部２１に転送される。平均画像作成部２１は、複数フレームのＸ線透視画像（図４（ａ））を平均して、平均画像（図５（ａ））を作成する。すなわち、Ｘ線透視画像のプロファイルｐｆ１（図４（ｂ））は、平均画像を作成することにより、ノイズ成分が抑えられたプロファイルｐｆ２（図５（ｂ））となる。
【００４５】
〔ステップＳ０４〕エッジ強調画像の作成
一次微分処理部２３は、平均画像（図５（ａ））を一次微分（エッジ強調）してエッジ強調画像（図６（ａ））を作成する。すなわち、平均画像のプロファイルｐｆ２（図５（ｂ））は、エッジ強調画像を作成することにより、エッジ部分が突出したプロファイルｐｆ３（図６（ｂ））となる。
【００４６】
〔ステップＳ０５〕ピーク値取得領域の設定
図６（ａ）に示すように、エッジ強調画像のうち、金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分が四角形に設定する領域の水平方向または垂直方向に通り抜けるように、ピーク値取得領域ＲＯＩＰを抽出する。
【００４７】
〔ステップＳ０６〕ピーク値の取得
ピーク値取得部２７は、ピーク値取得領域抽出部２５で抽出されたエッジ強調画像の抽出画像に基づいて金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分のピーク値Ｓｄｅｆｐを取得する。具体的には、ステップＳ０６ａの平均プロファイルの作成の工程と、ステップＳ０６ｂのピーク値の検出の工程とが行われる。
【００４８】
〔ステップＳ０６ａ〕平均プロファイルの作成
平均プロファイル作成部４１は、ピーク値取得領域抽出部２５で抽出されたエッジ強調画像の抽出画像に基づいて、金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分を含む複数のプロファイルを複数の角度で斜め方向に加算平均して角度ごとの平均プロファイルを作成する。平均プロファイルは、角度θが０〜５°の範囲でかつ０．１°刻みで作成される（図８）。
【００４９】
〔ステップＳ０６ｂ〕ピーク値の検出
ピーク値検出部４３は、角度ごとの平均プロファイルからエッジ部分のピーク値Ｓｄｅｆｐを検出する（図８または図９）。
【００５０】
〔ステップＳ０７〕標準偏差算出領域の抽出
標準偏差算出領域抽出部３１は、複数フレームのＸ線透視画像のうちいずれか１枚のＸ線透視画像からノイズ成分、すなわち標準偏差ＳＤを算出するための標準偏差算出領域ＲＯＩＳＤを抽出する（図４（ａ））。
【００５１】
〔ステップＳ０８〕標準偏差の算出
標準偏差算出部３３は、複数フレームのＸ線透視画像のうちいずれか１枚のＸ線透視画像に設定された標準偏差算出領域ＲＯＩＳＤに基づいて標準偏差ＳＤを算出する。
【００５２】
〔ステップＳ０９〕指標値の算出
指標値算出部３５は、ピーク値取得部２７で取得されたピーク値Ｓｄｅｆｐを、標準偏差算出部３３で算出された標準偏差ＳＤにより除算して指標値ＦＣＮＲを算出する。算出された指標値ＦＣＮＲは、記憶部１６に記憶されたり、表示部１４に表示されたりする。
【００５３】
本実施例に係るＸ線撮影装置１によれば、ＦＰＤ４は、金属板１１およびこの金属板１１で一部の領域が覆われた被検体Ｍについて複数フレームのＸ線透視画像を連続して取得する。平均画像作成部２１は、取得した複数フレームのＸ線透視画像を平均して平均画像を作成し、一次微分処理部２３は、その平均画像を一次微分してエッジ強調画像を作成する。ピーク値取得部２７は、エッジ強調画像に基づいて金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分のピーク値Ｓｄｅｆｐを取得し、標準偏差算出部３３は、複数フレームのＸ線透視画像のうち所定のＸ線透視画像から標準偏差ＳＤを算出する。そして、指標値算出部は、ピーク値Ｓｄｅｆｐを標準偏差ＳＤで除算して指標値ＦＣＮＲを算出する。
【００５４】
複数フレームのＸ線透視画像を平均して平均画像を作成することで、ノイズ成分を抑えた画像を作成することができる。そのため、金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分の画素値差が小さい低コントラストの場合でも、エッジ部分がノイズ成分に埋もれてしまうことがないので、エッジ強調画像から適正なピーク値を取得することができる。また、エッジ強調した画像からエッジ部分のピーク値を取得している。ピーク値は、平均画像でのエッジ部分にぼけがなくシャープなほど大きい値を示すので、ピーク値Ｓｄｅｆｐを標準偏差ＳＤで除算して算出された指標値ＦＣＮＲと低コントラスト・細線物体の視認性とを相関させることができる。したがって、臨床に則した低コントラスト・細線物体の視認性を定量的に示すこと可能となる。
【００５５】
以下に具体的に説明する。図１１（ａ）は、Ｘ線透視画像における金属板Ｍと被検体１１とのエッジ部分のプロファイルの一例を示す図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のプロファイルの一次微分の結果を示す図である。図１２（ａ）は、平均画像における金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分のプロファイルの一例を示す図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のプロファイルの一次微分の結果を示す図である。
【００５６】
図１１（ａ）において、対象物体信号ＯＳが小さい場合、すなわち、画素値の差が小さい低コントラストの場合（符号５３）、画素値の差がノイズ成分に埋もれてしまう。この場合、一次微分してエッジ部分が強調されたプロファイル（図１１（ｂ））でも、エッジ部分がわかりにくいおそれがある。しかしながら、複数フレームのＸ線透視画像を平均することにより、図１２（ａ）に示すように、ノイズ成分を除去することができる。また、ノイズ成分の除去されたプロファイルから適正なピーク値を取得することができる。
【００５７】
また、図１２（ｂ）に示すように、エッジ部分が一次微分して強調された突出部分をピーク値Ｓｄｅｆｐとして検出する。図１５に示す従来の方法のように、関心領域Ａ、Ｂの画素値の差からコントラストを求めるのではなく、本実施例では、金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分のピーク値Ｓｄｅｆｐをコントラストとして求めている。これにより、ピーク値Ｓｄｅｆｐを標準偏差ＳＤで除算して算出された指標値ＦＣＮＲと低コントラスト・細線物体の視認性とを相関させることができる。
【００５８】
図１３を参照して説明する。図１３は、ＦＣＮＲおよびＣＮＲと視認性との相関を示す図である。図１３は、次の方法により作成した。まず、金属板１１およびステントを被検体Ｍに載置して複数フレームのＸ線透視画像を取得し、複数フレームのＸ線透視画像を平均してノイズ成分を除去した平均画像を原画像とする。この原画像に対して、コントラストの大きさを変化させ、ローパスフィルタによるエッジ部分の傾斜の大きさ（急峻か否か）を変化させる。また、人工的な一定のノイズを付加する。これにより、原画像から異なる条件の画像を作成した。そして、それぞれの条件で作成された画像からＦＣＮＲおよびＣＮＲを算出して、肉眼によるステントの視認性を比較した。
【００５９】
図１３において、横軸には、各画像で算出したＣＮＲの指標値を示し、縦軸には、各ＣＮＲの指標値に対応するＦＣＮＲの指標値を示す。また、ＦＣＮＲおよびＣＮＲとステントの視認性との相関について、４つの評価で領域分けした。４つの領域分けは、視認性が良い方から順番に「ステントの長手方向の両端がわかる（図１４（ａ）の符号ｅ）」、「ステントの短手方向の両端がわかる（図１４（ａ）の符号ｆ）」、「ステントの存在がわかる」、「ステントが見えない」で判定される。「ステントの長手方向の両端がわかる」を視認性が良いとするのは、図１４（ｂ）に示すように、ステントの中央部ｇが端部ｈよりもＸ線がよく透過し、ステントの中央部ｇが端部ｈの方よりも見えにくいことによる。
【００６０】
図１３において、ＣＮＲの指標値が大きくなると、ステントの視認性が向上する傾向にある。しかしながら、同じ指標値であっても、ステントの長手方向の両端がわかるものから、ステントの存在がわかる程度のものまであり、ばらつきが大きい。一方、ＦＣＮＲの場合は、指標値が大きくなるほど、ステントの視認性が良くなっていることがわかる。つまり、ＦＣＮＲは、ＣＮＲに比べて視認性との相関が良いことがわかる。
【００６１】
ＣＮＲは、主にコントラストの大きさに依存する。一方、ＦＣＮＲは、コントラストにも依存するとともに、エッジ部分のシャープさの度合い（平均画像でのエッジ部分の傾きの大きさ）に依存する。すなわち、エッジ部分がぼけていなくシャープなほど、ピーク値Ｓｄｅｆｐが大きな値を示し、指標値ＦＣＮＲが大きくなる。エッジ部分がぼけている場合は、図１２（ａ）の符号５５に示すように、エッジ部分の傾斜が小さくなり、それが一次微分されると、図１２（ｂ）の符号５７に示すように、ピーク値Ｓｄｅｆｐが小さくなる。
【００６２】
したがって、ピーク値は、平均画像でのエッジ部分にぼけがなくシャープなほど大きい値を示すので、ピーク値を標準偏差で除算して算出された指標値と低コントラスト・細線物体の視認性とを相関させることができる。なお、Ｘ線透視画像から平均画像を作成する際に、エッジ部分の傾斜は多少小さくなる傾向にあるが、この場合であっても、図１３のように、指標値ＦＣＮＲと視認性とを相関させることができる。
【００６３】
また、本実施例に係るＸ線撮影装置１において、金属板１１は、２次元マトリクス状に配置されてＸ線を検出するＸ線検出素子ＤＵをＸ線検出面４ａに有するＦＰＤ４における水平方向または垂直方向のＸ線検出素子ＤＵ列に対して、金属板１１の直線状の辺部がＸ線検出面４ａと直交する軸を中心に傾斜して配置されている。これにより、金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分が、ＦＰＤ４の２次元マトリクス状に配置されたＸ線検出素子ＤＵの間に位置した場合であっても金属板１１が傾斜して配置されていることにより、ＦＰＤ４のいずれかのＸ線検出素子ＤＵでエッジ部分の最大値を検出することができる。そのため、垂直方向または水平方向のＸ線検出素子ＤＵ列と金属板１１の直線状の辺部とを平行に配置する場合よりもより大きなピーク値を検出することができる。
【００６４】
また、ピーク値取得部２７は、エッジ強調画像に基づいてエッジ部分を含む複数のプロファイルを加算平均して平均プロファイルを作成する平均プロファイル作成部４１と、平均プロファイルに基づいてピーク値を検出するピーク値検出部４３と、を備えている。これにより、複数のプロファイルが加算平均されて作成された平均プロファイルからピーク値を取得しているので、安定したピーク値を検出することができる。
【００６５】
また、平均プロファイル作成部４１は、エッジ強調画像に基づいてエッジ部分を含む複数のプロファイルを複数の角度で斜め方向に加算平均して角度ごとの平均プロファイルを作成している。これにより、角度ごとの平均プロファイルからより高いピーク値Ｓｄｅｆｐを検出することができる。
【００６６】
本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００６７】
（１）上述した実施例では、一次微分は、式（１）〜式（３）によって行っているが、式（１）と式（２）に代えて、次に示す式（４）と式（５）を用いてもよい。
Ｅｘ（ｘ、ｙ）＝Ｉ（ｘ＋１、ｙ）−Ｉ（ｘ−１、ｙ） …（４）
Ｅｙ（ｘ、ｙ）＝Ｉ（ｘ、ｙ＋１）−Ｉ（ｘ、ｙ−１） …（５）
また、エッジ強調は、一次微分に限らず、その他公知の方法を使用しても構わない。
【００６８】
（２）上述した実施例では、Ｘ線を検出するＸ線検出器としてＦＰＤを用いて説明したが、Ｘ線検出器は、イメージインテンシファイアであってもよい。
【００６９】
（３）上述した実施例では、標準偏差算出部３３は、複数フレームのＸ線透視画像のうちいずれか１枚のＸ線透視画像に基づいて標準偏差ＳＤを算出したが、これに限定されない。例えば、２枚のＸ線透視画像から標準偏差ＳＤを求めてもよい。また、２枚のＸ線透視画像の平均画像から標準偏差ＳＤを求めてもよい。
【００７０】
（４）上述した実施例では、動画像の撮影に用いられるＸ線透視画像を取得して、ピーク値Ｓｄｅｆｐおよび標準偏差ＳＤを取得（算出）したが、静止画の撮影に用いられるＸ線撮影画像からそれらを取得してもよい。
【００７１】
（５）上述した実施例は、被検体Ｍを挟んで対向配置されたＸ線管とＸ線検出器とを被検体Ｍの周りで回転させながら撮影するＸ線ＣＴ装置であってもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１ … Ｘ線透視撮影装置
３ … Ｘ線管
４ … フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）
４ａ … Ｘ線検出面
１１ … 金属板
１３ … 主制御部
２０ … 指標値取得部
２１ … 平均画像作成部
２３ … 一次微分処理部
２５ … ピーク値取得領域抽出部
２７ … ピーク値取得部
３１ … 標準偏差算出領域抽出部
３３ … 標準偏差算出部
３５ … 指標値算出部
４１ … 平均プロファイル作成部
４３ … ピーク値検出部
Ｍ … 被検体
ＤＵ … Ｘ線検出素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタルＸ線診断における画質評価方法およびそれを用いたＸ線透視撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線透視撮影装置は、被検体に向けてＸ線を照射するＸ線管と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを備えている。Ｘ線透視撮影装置は、Ｘ線検出器から出力されたＸ線検出信号をディジタル変換して収集し、透視画像（動画像）および撮影画像（静止画像）を取得している。
【０００３】
このようなＸ線透視撮影装置においては、画質評価の指標として、ＤＱＥ（detective quantum efficiency：検出量子効率）、ＮＥＱ（noise equivalent quanta：雑音等価量子数）、ＭＴＦ（modulation transfer function：変調伝達関数）やＣＮＲ（contrast to noise ratio：コントラスト・ノイズ比）などが用いられている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
ＭＴＦは、画像の輪郭や微細な部分をどれだけ明瞭に再現しているかの尺度である鮮鋭度の評価で広く用いられ、スリット法、エッジ法や矩形波チャート法等で計測される。ＮＥＱは、画像形成に役立ったＸ線量子数を推定する指標であり、ＤＱＥは、入射した量子がどれだけ画像化に利用されたかという利用効率を評価する指標である。ＮＥＱおよびＤＱＥの算出には、ＭＴＦが用いられる。
【０００５】
また、ＣＮＲは、例えば次のように算出される。図１５を参照する。まず、アクリル製のブロックで構成された被検体に金属板１１１を載置して撮影されたＸ線透視画像を取得する。取得された金属板１１１および被検体のＸ線透視画像から、金属板１１１における所定の関心領域Ａ、およびその背景の領域である所定の関心領域Ｂの画素値（輝度）をそれぞれ抽出し、関心領域Ａの平均画素値ＡＶＥＡと関心領域Ｂの平均画素値ＡＶＥＢとを求める。一方、関心領域Ｂでは、平均画素値ＡＶＥＢを求めるとともに、ノイズとして画素値の標準偏差ＳＤＢを求める。ＣＮＲは、「画像のコントラストとノイズとの比」であり、ＣＮＲ＝（ＡＶＥＡ−ＡＶＥＢ）／ＳＤＢで算出される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】S. N. Friedman, I. A. Cunningham, ”A small-signal approach to temporal modulation transfer functions with exposure-rate dependence and its application to fluoroscopic detective quantum efficiency” Medical Physics / Volume 36
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような従来から用いられてきたＤＱＥ、ＮＥＱ、ＭＴＦやＣＮＲなどの指標は、画質評価に有用である。しかしながら、実際に遭遇する画像の画質の良し悪しに対して、特に、ステントやガイドワイヤなどの低コントラスト・細線状の物体に対しては、整合性があまり感じられない。例えば、ＭＴＦの測定は、高吸収体であるタングステンエッジを用い、散乱線が無い状態で行われるので、実際の臨床状態とは異なる。そのため、ＭＴＦは、低コントラスト・細線状の物体に対して視認性を表現できているか疑わしい。すなわち、ＤＱＥ、ＮＥＱ、ＭＴＦの指標は、例えばＸ線条件や測定物の配置など、病院等の臨床現場と異なるので臨床の画質評価として適さない。一方、ＣＮＲの評価指標は、臨床状態で比較的容易に測定可能であり、一定の大きさにおける物体の視認性評価には適する。しかしながら、上述のようにステントやガイドワイヤなどの低コントラスト・細線状の物体に対して有効なものとは言えない。そのため、散乱線やビームハードニング等があるような臨床に則した場合でも、低コントラスト・細線物体の実際の視認性と相関のある画質評価の指標が必要とされる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、臨床に則した低コントラスト・細線物体の視認性を定量的に示すことが可能な画質評価方法およびそれを用いたＸ線透視撮影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】
【０００９】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわち、本発明に係る画質評価方法は、金属板および前記金属板で一部の領域が覆われた被検体についての複数フレームのＸ線画像を取得する工程と、前記複数フレームのＸ線画像を平均して平均画像を作成する工程と、前記平均画像をエッジ強調してエッジ強調画像を作成する工程と、前記エッジ強調画像に基づいて前記金属板と前記被検体とのエッジ部分のピーク値を取得する工程と、前記複数フレームのＸ線画像のうち所定のＸ線画像に基づいて標準偏差を算出する工程と、前記ピーク値を前記標準偏差で除算して指標値を算出する工程と、を備えていること特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る画質評価方法によれば、金属板およびこの金属板で一部の領域が覆われた被検体について複数フレームのＸ線画像を取得する。取得した複数フレームのＸ線画像を平均して平均画像を作成し、平均画像をエッジ強調してエッジ強調画像を作成する。作成されたエッジ強調画像に基づいて金属板と被検体とのエッジ部分のピーク値を取得する。また、複数フレームのＸ線画像のうち所定のＸ線画像から標準偏差を算出する。そして、ピーク値を標準偏差で除算して指標値を算出する。
【００１１】
複数フレームのＸ線画像を平均して平均画像を作成することで、ノイズ成分を抑えた画像を作成することができる。そのため、金属板と被検体とのエッジ部分の画素値差が小さい低コントラストの場合でも、エッジ部分がノイズ成分に埋もれてしまうことがないので、エッジ強調画像から適正なピーク値を取得することができる。また、エッジ強調した画像からエッジ部分のピーク値を取得している。ピーク値は、平均画像でのエッジ部分にぼけがなくシャープなほど大きい値を示すので、ピーク値を標準偏差で除算して算出された指標値と低コントラスト・細線物体の視認性とを相関させることができる。したがって、臨床に則した低コントラスト・細線物体の視認性を定量的に示すこと可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る画質評価方法において、前記金属板は、２次元マトリクス状に配置されてＸ線を検出するＸ線検出素子をＸ線検出面に有するＸ線検出器における水平方向または垂直方向のＸ線検出素子列に対して、前記金属板の直線状の辺部が前記Ｘ線検出面と直交する軸を中心に傾斜して配置されることが好ましい。これにより、金属板と被検体とのエッジ部分が、Ｘ線検出器の２次元マトリクス状に配置されたＸ線検出素子の間に位置した場合であっても金属板が傾斜して配置されていることにより、Ｘ線検出器のいずれかのＸ線検出素子でエッジ部分の最大値を検出することができる。そのため、垂直方向または水平方向のＸ線検出素子列と金属板の直線状の辺部とを平行に配置する場合よりもより大きなピーク値を検出することができる。
【００１３】
また、本発明に係る画質評価方法において、前記ピーク値を取得する工程は、前記エッジ強調画像に基づいて前記エッジ部分を含む複数のプロファイルを加算平均して平均プロファイルを作成する工程と、前記平均プロファイルに基づいて前記ピーク値を検出する工程と、を備えていることが好ましい。これにより、複数のプロファイルが加算平均されて作成された平均プロファイルからピーク値を取得しているので、安定したピーク値を検出することができる。
【００１４】
また、本発明に係る画質評価方法において、前記ピーク値を取得する工程は、前記エッジ強調画像に基づいて前記エッジ部分を含む複数のプロファイルを複数の角度で斜め方向に加算平均して角度ごとの平均プロファイルを作成する工程と、前記角度ごとの平均プロファイルに基づいて前記ピーク値を検出する工程と、を備えていることが好ましい。これにより、角度ごとの平均プロファイルからより高いピーク値を検出することができる。
【００１５】
また、本発明に係る画質評価方法において、前記エッジ強調の一例は、一次微分を行うことが好ましい。これにより、平均画像を一次微分してエッジ強調画像に作成することができる。
【００１６】
また、本発明に係る画質評価方法において、前記Ｘ線画像は、Ｘ線透視画像であることが好ましい。これにより、Ｘ線透視画像における低コントラスト・細線物体の視認性を定量的に示すこと可能となる。
【００１７】
また、本発明に係るＸ線透視撮影装置は、金属板および前記金属板で一部の領域が覆われた被検体について複数フレームのＸ線画像を取得するＸ線画像取得部と、前記複数フレームのＸ線画像を平均して平均画像を作成する平均画像作成部と、前記平均画像をエッジ強調してエッジ強調画像を作成するエッジ強調画像作成部と、前記エッジ強調画像に基づいて前記金属板と前記被検体とのエッジ部分のピーク値を取得するピーク値取得部と、前記複数フレームのＸ線画像のうち所定のＸ線画像から標準偏差を算出する標準偏差算出部と、前記ピーク値を前記標準偏差で除算して指標値を算出する指標値算出部と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明に係るＸ線透視撮影装置によれば、Ｘ線画像取得部は、金属板およびこの金属板で一部の領域が覆われた被検体について複数フレームのＸ線画像を取得する。平均画像作成部は、取得した複数フレームのＸ線画像を平均して平均画像を作成し、エッジ強調画像作成部は、その平均画像をエッジ強調してエッジ強調画像を作成する。ピーク値取得部は、エッジ強調画像に基づいて金属板と被検体とのエッジ部分のピーク値を取得し、標準偏差算出部は、複数フレームのＸ線画像のうち所定のＸ線画像から標準偏差を算出する。そして、指標値算出部は、ピーク値を標準偏差で除算して指標値を算出する。
【００１９】
複数フレームのＸ線画像を平均して平均画像を作成することで、ノイズ成分を抑えた画像を作成することができる。そのため、金属板と被検体とのエッジ部分の画素値差が小さい低コントラストの場合でも、エッジ部分がノイズ成分に埋もれてしまうことがないので、エッジ強調画像から適正なピーク値を取得することができる。また、エッジ強調した画像からエッジ部分のピーク値を取得している。ピーク値は、平均画像でのエッジ部分にぼけがなくシャープなほど大きい値を示すので、ピーク値を標準偏差で除算して算出された指標値と低コントラスト・細線物体の視認性とを相関させることができる。したがって、臨床に則した低コントラスト・細線物体の視認性を定量的に示すこと可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る画質評価方法およびそれを用いたＸ線透視撮影装置によれば、複数フレームのＸ線画像を平均して平均画像を作成することで、ノイズ成分を抑えた画像を作成することができる。そのため、金属板と被検体とのエッジ部分の画素値差が小さい低コントラストの場合でも、エッジ部分がノイズ成分に埋もれてしまうことがないので、エッジ強調画像から適正なピーク値を取得することができる。また、エッジ強調した画像からエッジ部分のピーク値を取得している。ピーク値は、平均画像でのエッジ部分にぼけがなくシャープなほど大きい値を示すので、ピーク値を標準偏差で除算して算出された指標値と低コントラスト・細線物体の視認性とを相関させることができる。したがって、臨床に則した低コントラスト・細線物体の視認性を定量的に示すこと可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例に係るＸ線透視撮影装置の構成を示すブロック図である。
【図２】Ｘ線検出器のＸ線検出面におけるＸ線検出素子の配列状況を示す模式図である。
【図３】（ａ）は金属板と被検体とを示す図であり、（ｂ）はＸ線検出器のＸ線検出面におけるＸ線検出素子列に対して金属板が傾斜して配置されることの説明に供する図である。
【図４】（ａ）はＸ線透視画像の一例を示す図であり、（ｂ）はＸ線透視画像における金属板と被検体とのエッジ部分のプロファイルの一例を示す図である。
【図５】（ａ）は平均画像の一例を示す図であり、（ｂ）は平均画像における金属板と被検体とのエッジ部分のプロファイルの一例を示す図である。
【図６】（ａ）はエッジ強調画像の一例を示す図であり、（ｂ）はエッジ強調画像における金属板と被検体とのエッジ部分のプロファイルの一例を示す図である。
【図７】平均プロファイルの作成の説明に供する図である。
【図８】角度ごとの平均プロファイルに基づくピーク値検出の説明に供する図である。
【図９】角度ごとの平均プロファイルに基づくピーク値検出の説明に供する図である。
【図１０】Ｘ線透視撮影装置の動作（画質評価方法）を示すフローチャートである。
【図１１】（ａ）はＸ線透視画像における金属板と被検体とのエッジ部分のプロファイルの一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のプロファイルの一次微分の結果を示す図である。
【図１２】（ａ）は平均画像における金属板と被検体とのエッジ部分のプロファイルの一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のプロファイルの一次微分の結果を示す図である。
【図１３】ＦＣＮＲおよびＣＮＲとステントの視認性との相関を示す図である。
【図１４】（ａ）はステントの視認性評価の説明に供する図であり、（ｂ）は（ａ）のＪ方向から見た図である。
【図１５】従来におけるＣＮＲの算出方法の説明に供する図である。
【実施例】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１は、実施例に係るＸ線透視撮影装置の構成を示すブロック図であり、図２は、Ｘ線検出器のＸ線検出面におけるＸ線検出素子の配列状況を示す模式図である。図３（ａ）は、金属板と被検体とを示す図であり、図３（ｂ）は、Ｘ線検出器のＸ線検出面におけるＸ線検出素子列に対して金属板が傾斜して配置されることの説明に供する図である。
【００２３】
図１を参照する。Ｘ線透視撮影装置１は、被検体Ｍを載置する天板２と、Ｘ線を照射するＸ線管３と、被検体Ｍを透過したＸ線を検出するフラットパネル型Ｘ線検出器（以下適宜、「ＦＰＤ」と称する）４と、を備えている。また、ＦＰＤ４の後段には、ＦＰＤ４から出力されたアナログのＸ線検出信号をディジタルに変換するＡ／Ｄ変換器５と、ディジタル変換されたＸ線検出信号に基づくＸ線画像に対して種々の処理を行う画像処理部６とが設けられている。
【００２４】
Ｘ線管３は、Ｘ線管制御部７によりＸ線照射に必要な制御が実行される。Ｘ線管制御部７は、Ｘ線管２の管電圧や管電流を発生させる高電圧発生部８を有している。Ｘ線管制御部７は、管電圧や管電流や照射時間等のＸ線照射（曝射）条件に応じてＸ線管３からＸ線を照射する。
【００２５】
ＦＰＤ４は、図２に示すように、検出対象の透過Ｘ線像が投影されるＸ線検出面４ａにＸ線を電気信号に変換して検出する多数のＸ線検出素子ＤＵが横・縦の２次元マトリックス状に配列されている。Ｘ線検出素子ＤＵの配列マトリックスとしては、例えば横：数千×縦：数千が挙げられる。Ｘ線検出素子ＤＵはＸ線が直に電気信号に変換される直接変換タイプであっても、Ｘ線がいったん光に変換されてから更に電気信号に変換される間接変換タイプであってもよい。なお、ＦＰＤ４は、本発明のＸ線画像取得部に相当する。
【００２６】
天板２に載置された被検体Ｍは、図３（ａ）に示すように、例えば厚みが１５〜２０ｃｍ程で、大きさが３０×３０ｃｍ程のアクリル製のブロック（立方体）で構成される。この被検体Ｍは、人体の胸部を模している。被検体Ｍには、金属板１１が載置される。金属板１１は、銅（Ｃｕ）やステンレスなどの金属の薄い板で構成される。金属板１１は、四角形等の多角形で構成される。金属板１１は、例えば厚みが５０μｍ程で、大きさが５ｃｍ×５ｃｍ程で構成される。この金属板１１は、ステントやガイドワイヤといった低コントラスト・細線物体を模している。
【００２７】
金属板１１は、被検体Ｍの載置面内で傾斜して載置される。すなわち、図３（ｂ）に示すように、金属板１１は、２次元マトリクス状に配置されてＸ線を検出するＸ線検出素子ＤＵをＸ線検出面４ａに有するＦＰＤ４における垂直方向または水平方向のＸ線検出素子ＤＵ列に対して、金属板１１の直線状の辺部がＸ線検出面４ａと直交する軸を中心に傾斜して配置される。この金属板１１のＸ線検出素子ＤＵ列に対する傾斜角ｄは、２〜３°程度である。なお、金属板１１は、１ｍｍ厚のアクリル板に挟まれて構成されたものであってもよい。また、金属板１１は、アクリル製のブロックに設けられていてもよい。
【００２８】
図１に戻る。Ｘ線透視撮影装置１は、主制御部１３、表示部１４、入力部１５および記憶部１６を備えている。主制御部１３は、Ｘ線透視撮影装置１の各構成を統括的に制御し、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などで構成される。主制御部１３は、例えばＸ線管３またはＦＰＤ４を移動させる制御を行う。表示部１４は、モニタ等で構成される。入力部１５は、キーボードやマウス等で構成される。記憶部１６は、ＲＯＭ（Read-only Memory）、ＲＡＭ（Random-Access Memory）またはハードディスク等の記憶媒体で構成される。
【００２９】
記憶部１６には、金属板１１およびこの金属板１１で一部の領域が覆われた被検体Ｍについて連続して取得された複数フレームのＸ線透視画像が記憶される。このＸ線透視画像は、臨床に則したＸ線条件で透視を行い、数十（〜百程度：例えば６０〜１００フレーム）フレームの連続撮影を行って取得される。例えば、１５ｆｐｓ（または、ｐｐｓ：パルスレート）で５秒間の連続撮影を行うと、７５フレームのＸ線透視画像が得られる。なお、Ｘ線条件は、想定する被検者の体格や撮影角度に依存する。Ｘ線条件は例えば、８０ｋＶ、１８ｍＡ、透視１５ｆｐｓ（ｐｐｓ）や、１０４ｋＶ、１１．４ｍＡ、透視１５ｆｐｓや、９０ｋＶ、１４．７ｍＡ、透視１４．７ｆｐｓ等で行われる。
【００３０】
また、Ｘ線透視撮影装置１は、画質評価の指標値を取得する指標値取得部２０を備えている。指標値取得部２０は、平均画像作成部２１、一次微分処理部２３、ピーク値取得領域抽出部２５およびピーク値取得部２７を備えるとともに、標準偏差算出領域抽出部３１および標準偏差算出部３３を備えている。また、指標値取得部２０は、指標値算出部３５を備え、ピーク値取得部２７で取得したピーク値Ｓｄｅｆｐと、標準偏差算出部３３で算出した標準偏差ＳＤと、を用いて指標値として細線ＣＮＲ（ＦＣＮＲ：fine line contrast to noise ratio）を算出する。なお、以下、「ＦＣＮＲ」を称する。また、ピーク値取得部２７は、平均プロファイル作成部４１とピーク値検出部４３とを備えている。
【００３１】
平均画像作成部２１は、取得された複数フレームのＸ線透視画像（図４（ａ））を平均して、図５（ａ）に示す平均画像を作成する。すなわち、平均画像作成部２１は、複数フレームのＸ線透視画像を積分してフレーム数で割ることにより１枚の平均画像を作成する。平均画像を作成することで、ノイズ成分を抑えた画像を作成している。すなわち、図４（ｂ）に示すＸ線透視画像のプロファイルｐｆ１は、平均画像を作成することにより、図５（ｂ）に示すノイズ成分が抑えられたプロファイルｐｆ２となる。プロファイルでは、垂直方向は信号（画素値）を示す。
【００３２】
一次微分処理部２３は、図５（ａ）に示す平均画像を一次微分（エッジ強調）して図６（ａ）に示すエッジ強調画像（一次微分画像）を作成する。一次微分は、まず、画素上の座標（ｘ、ｙ）における画素値をＩ（ｘ、ｙ）とする。そして、算出されるエッジ部分の強度のうち、ｘ方向の強度をＥｘ（ｘ、ｙ）とし、ｙ方向の強度をＥｙ（ｘ、ｙ）とすると、下記の式（１）および式（２）のように表される。
Ｅｘ（ｘ、ｙ）＝Ｉ（ｘ、ｙ）−Ｉ（ｘ−１、ｙ） …（１）
Ｅｙ（ｘ、ｙ）＝Ｉ（ｘ、ｙ）−Ｉ（ｘ、ｙ−１） …（２）
また、エッジ部分の強度をＰ（ｘ、ｙ）とすると、Ｐ（ｘ、ｙ）は、下記の式（３）のように表される。
Ｐ（ｘ、ｙ）＝√〔｛Ｅｘ（ｘ、ｙ）｝２＋｛Ｅｙ（ｘ、ｙ）｝２〕 …（３）
平均画像の水平方向または垂直方向の隣接する画素の差分をとる一次微分を行うことにより、画像の中で濃度が急激に変化するエッジ部分の画素値が大きくなるように変換している。すなわち、図５（ｂ）に示す平均画像のプロファイルｐｆ２は、エッジ強調画像を作成することにより、図６（ｂ）に示すエッジ部分が突出したプロファイルｐｆ３となる。なお、一次微分処理部２３は、本発明のエッジ強調画像作成部に相当する。
【００３３】
ピーク値取得領域抽出部２５は、図６（ａ）に示すように、エッジ強調画像のうち、金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分が四角形に設定する領域の水平方向または垂直方向に通り抜けるように、ピーク値取得領域ＲＯＩＰを抽出する。なお、図６（ａ）では、ピーク値取得領域ＲＯＩＰをエッジ部分が垂直方向に通り抜けている。ピーク値取得領域ＲＯＩＰは、所定の大きさの四角形（ｎ×ｎ画素）で構成されるが、四角形に限定されない。
【００３４】
ピーク値取得部２７は、エッジ強調画像に基づいて金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分のピーク値を取得する。具体的には、ピーク値取得部２７は、エッジ強調画像に基づいて金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分を含む複数のプロファイルを加算平均して平均プロファイルを作成する平均プロファイル作成部４１と、その平均プロファイルに基づいてエッジ部分のピーク値を検出するピーク値検出部４３と、を備えている。
【００３５】
すなわち、図７に示すように、ピーク値取得領域抽出部２５で抽出された画素値データ群５１において、水平方向にエッジ部分を含むプロファイルが形成されるとする。平均プロファイル作成部４１は、複数のプロファイルを加算して平均プロファイルを形成するが、図７中の破線に示すように、例えば垂直方向に各画素値を加算平均することにより、複数のプロファイルから平均プロファイルを作成する。ピーク値検出部４３は、作成された平均プロファイルに基づいてエッジ部分のピーク値Ｓｄｅｆｐを検出する。
【００３６】
また、平均プロファイル作成部４１は、エッジ強調画像に基づいて金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分を含む複数のプロファイルを複数の角度で斜め方向に加算平均して角度ごとの平均プロファイルを作成する。ピーク値検出部４３は、作成された角度ごとの平均プロファイルに基づいてエッジ部分のピーク値を検出する。複数の角度とは、例えば、図７中の角度θが０〜５°の範囲を０．１°で刻むときの角度をいう。複数の角度は、金属板１１の傾きｄ＝２〜３°を包含するように設定され、角度θは、金属板１１の傾きｄと同じ方向に傾ける。
【００３７】
すなわち、平均プロファイル作成部４１は、図８に示すように、各角度（例えば、０〜５°の範囲でかつ０．１°ステップの角度θ）で斜め方向に加算平均して角度ごとの平均プロファイルを作成する。そして、ピーク値検出部４３は、図９に示すように、角度ごとの平均プロファイルのピーク値のうち、最大値であるピーク値Ｓｄｅｆｐを検出する。なお、図７および図９において、一次微分後の画素値を便宜上オフセット（＋１０００）して表示している。
【００３８】
標準偏差算出領域抽出部３１は、複数フレームのＸ線透視画像のうちいずれか１枚のＸ線透視画像からノイズ成分、すなわち標準偏差ＳＤを算出するための標準偏差算出領域ＲＯＩＳＤを抽出する。標準偏差算出領域ＲＯＩＳＤは、図４（ａ）に示すように、金属板１１の背景部分、すなわちＸ線透視画像の被検体Ｍ部分の領域に設定される。なお、標準偏差算出領域ＲＯＩＳＤは、四角形で構成されるが、例えば多角形や円形でもよい。
【００３９】
標準偏差算出部３３は、複数フレームのＸ線透視画像のうちいずれか１枚のＸ線透視画像に設定された標準偏差算出領域ＲＯＩＳＤの画素値に基づいて標準偏差ＳＤを算出する。標準偏差ＳＤは、複数フレームのＸ線透視画像のうち、どの１枚を採用しても算出される値に差がない。
【００４０】
指標値算出部３５は、ピーク値取得部２７で取得されたピーク値Ｓｄｅｆｐを、標準偏差算出部３３で算出された標準偏差ＳＤにより除算して指標値ＦＣＮＲを算出する。指標値ＦＣＮＲは、下記の式（４）のように表される。
ＦＣＮＲ＝Ｓｄｅｆｐ／ＳＤ …（４）
Ｓｄｅｆｐ：数十（〜百程度まで）フレームを平均してノイズを除去した平均画像を一次微分したエッジ部分のピーク値
ＳＤ：１フレームにおけるノイズ（標準偏差）
【００４１】
次に、図１０のフローチャートを参照してＸ線透視撮影装置１の動作、すなわち画質評価方法について説明する。
【００４２】
〔ステップＳ０１〕金属板および被検体の準備
天板２にアクリル製のブロックで構成された被検体Ｍを載置する。被検体Ｍには、金属板１１が載置される。金属板１１は、２次元マトリクス状に配置されてＸ線を検出するＸ線検出素子ＤＵをＸ線検出面４ａに有するＦＰＤ４における垂直方向または水平方向のＸ線検出素子ＤＵ列に対して、金属板１１の直線状の辺部がＸ線検出面４ａと直交する軸を中心に傾斜して配置される（図３（ｂ））。
【００４３】
〔ステップＳ０２〕Ｘ線透視画像の取得
金属板１１およびこの金属板１１で一部の領域が覆われた被検体Ｍについての複数フレームのＸ線透視画像を連続して取得する。Ｘ線管３から照射されたＸ線は、金属板１１および被検体Ｍを透過してＦＰＤ４に入射する。例えば、ＦＰＤ４によって、１５ｆｐｓで５秒間の連続撮影を行い、７５フレームのＸ線透視画像（図４（ａ））を取得する。すなわち、ＦＰＤ４は、入射したＸ線強度分布に基づいたＸ線検出信号を出力し、Ｘ線検出信号は、Ａ／Ｄ変換器５でアナログ値からディジタル値に変換される。画像処理部６は、ディジタル変換されたＸ線検出信号に基づくＸ線透視画像に対して種々の処理を行い、処理されたＸ線透視画像は、記憶部１６に記憶される。
【００４４】
〔ステップＳ０３〕平均画像の作成
複数フレームのＸ線透視画像は、記憶部１６から平均画像作成部２１に転送される。平均画像作成部２１は、複数フレームのＸ線透視画像（図４（ａ））を平均して、平均画像（図５（ａ））を作成する。すなわち、Ｘ線透視画像のプロファイルｐｆ１（図４（ｂ））は、平均画像を作成することにより、ノイズ成分が抑えられたプロファイルｐｆ２（図５（ｂ））となる。
【００４５】
〔ステップＳ０４〕エッジ強調画像の作成
一次微分処理部２３は、平均画像（図５（ａ））を一次微分（エッジ強調）してエッジ強調画像（図６（ａ））を作成する。すなわち、平均画像のプロファイルｐｆ２（図５（ｂ））は、エッジ強調画像を作成することにより、エッジ部分が突出したプロファイルｐｆ３（図６（ｂ））となる。
【００４６】
〔ステップＳ０５〕ピーク値取得領域の設定
図６（ａ）に示すように、エッジ強調画像のうち、金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分が四角形に設定する領域の水平方向または垂直方向に通り抜けるように、ピーク値取得領域ＲＯＩＰを抽出する。
【００４７】
〔ステップＳ０６〕ピーク値の取得
ピーク値取得部２７は、ピーク値取得領域抽出部２５で抽出されたエッジ強調画像の抽出画像に基づいて金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分のピーク値Ｓｄｅｆｐを取得する。具体的には、ステップＳ０６ａの平均プロファイルの作成の工程と、ステップＳ０６ｂのピーク値の検出の工程とが行われる。
【００４８】
〔ステップＳ０６ａ〕平均プロファイルの作成
平均プロファイル作成部４１は、ピーク値取得領域抽出部２５で抽出されたエッジ強調画像の抽出画像に基づいて、金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分を含む複数のプロファイルを複数の角度で斜め方向に加算平均して角度ごとの平均プロファイルを作成する。平均プロファイルは、角度θが０〜５°の範囲でかつ０．１°刻みで作成される（図８）。
【００４９】
〔ステップＳ０６ｂ〕ピーク値の検出
ピーク値検出部４３は、角度ごとの平均プロファイルからエッジ部分のピーク値Ｓｄｅｆｐを検出する（図８または図９）。
【００５０】
〔ステップＳ０７〕標準偏差算出領域の抽出
標準偏差算出領域抽出部３１は、複数フレームのＸ線透視画像のうちいずれか１枚のＸ線透視画像からノイズ成分、すなわち標準偏差ＳＤを算出するための標準偏差算出領域ＲＯＩＳＤを抽出する（図４（ａ））。
【００５１】
〔ステップＳ０８〕標準偏差の算出
標準偏差算出部３３は、複数フレームのＸ線透視画像のうちいずれか１枚のＸ線透視画像に設定された標準偏差算出領域ＲＯＩＳＤに基づいて標準偏差ＳＤを算出する。
【００５２】
〔ステップＳ０９〕指標値の算出
指標値算出部３５は、ピーク値取得部２７で取得されたピーク値Ｓｄｅｆｐを、標準偏差算出部３３で算出された標準偏差ＳＤにより除算して指標値ＦＣＮＲを算出する。算出された指標値ＦＣＮＲは、記憶部１６に記憶されたり、表示部１４に表示されたりする。
【００５３】
本実施例に係るＸ線撮影装置１によれば、ＦＰＤ４は、金属板１１およびこの金属板１１で一部の領域が覆われた被検体Ｍについて複数フレームのＸ線透視画像を連続して取得する。平均画像作成部２１は、取得した複数フレームのＸ線透視画像を平均して平均画像を作成し、一次微分処理部２３は、その平均画像を一次微分してエッジ強調画像を作成する。ピーク値取得部２７は、エッジ強調画像に基づいて金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分のピーク値Ｓｄｅｆｐを取得し、標準偏差算出部３３は、複数フレームのＸ線透視画像のうち所定のＸ線透視画像から標準偏差ＳＤを算出する。そして、指標値算出部は、ピーク値Ｓｄｅｆｐを標準偏差ＳＤで除算して指標値ＦＣＮＲを算出する。
【００５４】
複数フレームのＸ線透視画像を平均して平均画像を作成することで、ノイズ成分を抑えた画像を作成することができる。そのため、金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分の画素値差が小さい低コントラストの場合でも、エッジ部分がノイズ成分に埋もれてしまうことがないので、エッジ強調画像から適正なピーク値を取得することができる。また、エッジ強調した画像からエッジ部分のピーク値を取得している。ピーク値は、平均画像でのエッジ部分にぼけがなくシャープなほど大きい値を示すので、ピーク値Ｓｄｅｆｐを標準偏差ＳＤで除算して算出された指標値ＦＣＮＲと低コントラスト・細線物体の視認性とを相関させることができる。したがって、臨床に則した低コントラスト・細線物体の視認性を定量的に示すこと可能となる。
【００５５】
以下に具体的に説明する。図１１（ａ）は、Ｘ線透視画像における金属板Ｍと被検体１１とのエッジ部分のプロファイルの一例を示す図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のプロファイルの一次微分の結果を示す図である。図１２（ａ）は、平均画像における金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分のプロファイルの一例を示す図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のプロファイルの一次微分の結果を示す図である。
【００５６】
図１１（ａ）において、対象物体信号ＯＳが小さい場合、すなわち、画素値の差が小さい低コントラストの場合（符号５３）、画素値の差がノイズ成分に埋もれてしまう。この場合、一次微分してエッジ部分が強調されたプロファイル（図１１（ｂ））でも、エッジ部分がわかりにくいおそれがある。しかしながら、複数フレームのＸ線透視画像を平均することにより、図１２（ａ）に示すように、ノイズ成分を除去することができる。また、ノイズ成分の除去されたプロファイルから適正なピーク値を取得することができる。
【００５７】
また、図１２（ｂ）に示すように、エッジ部分が一次微分して強調された突出部分をピーク値Ｓｄｅｆｐとして検出する。図１５に示す従来の方法のように、関心領域Ａ、Ｂの画素値の差からコントラストを求めるのではなく、本実施例では、金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分のピーク値Ｓｄｅｆｐをコントラストとして求めている。これにより、ピーク値Ｓｄｅｆｐを標準偏差ＳＤで除算して算出された指標値ＦＣＮＲと低コントラスト・細線物体の視認性とを相関させることができる。
【００５８】
図１３を参照して説明する。図１３は、ＦＣＮＲおよびＣＮＲと視認性との相関を示す図である。図１３は、次の方法により作成した。まず、金属板１１およびステントを被検体Ｍに載置して複数フレームのＸ線透視画像を取得し、複数フレームのＸ線透視画像を平均してノイズ成分を除去した平均画像を原画像とする。この原画像に対して、コントラストの大きさを変化させ、ローパスフィルタによるエッジ部分の傾斜の大きさ（急峻か否か）を変化させる。また、人工的な一定のノイズを付加する。これにより、原画像から異なる条件の画像を作成した。そして、それぞれの条件で作成された画像からＦＣＮＲおよびＣＮＲを算出して、肉眼によるステントの視認性を比較した。
【００５９】
図１３において、横軸には、各画像で算出したＣＮＲの指標値を示し、縦軸には、各ＣＮＲの指標値に対応するＦＣＮＲの指標値を示す。また、ＦＣＮＲおよびＣＮＲとステントの視認性との相関について、４つの評価で領域分けした。４つの領域分けは、視認性が良い方から順番に「ステントの長手方向の両端がわかる（図１４（ａ）の符号ｅ）」、「ステントの短手方向の両端がわかる（図１４（ａ）の符号ｆ）」、「ステントの存在がわかる」、「ステントが見えない」で判定される。「ステントの長手方向の両端がわかる」を視認性が良いとするのは、図１４（ｂ）に示すように、ステントの中央部ｇが端部ｈよりもＸ線がよく透過し、ステントの中央部ｇが端部ｈの方よりも見えにくいことによる。
【００６０】
図１３において、ＣＮＲの指標値が大きくなると、ステントの視認性が向上する傾向にある。しかしながら、同じ指標値であっても、ステントの長手方向の両端がわかるものから、ステントの存在がわかる程度のものまであり、ばらつきが大きい。一方、ＦＣＮＲの場合は、指標値が大きくなるほど、ステントの視認性が良くなっていることがわかる。つまり、ＦＣＮＲは、ＣＮＲに比べて視認性との相関が良いことがわかる。
【００６１】
ＣＮＲは、主にコントラストの大きさに依存する。一方、ＦＣＮＲは、コントラストにも依存するとともに、エッジ部分のシャープさの度合い（平均画像でのエッジ部分の傾きの大きさ）に依存する。すなわち、エッジ部分がぼけていなくシャープなほど、ピーク値Ｓｄｅｆｐが大きな値を示し、指標値ＦＣＮＲが大きくなる。エッジ部分がぼけている場合は、図１２（ａ）の符号５５に示すように、エッジ部分の傾斜が小さくなり、それが一次微分されると、図１２（ｂ）の符号５７に示すように、ピーク値Ｓｄｅｆｐが小さくなる。
【００６２】
したがって、ピーク値は、平均画像でのエッジ部分にぼけがなくシャープなほど大きい値を示すので、ピーク値を標準偏差で除算して算出された指標値と低コントラスト・細線物体の視認性とを相関させることができる。なお、Ｘ線透視画像から平均画像を作成する際に、エッジ部分の傾斜は多少小さくなる傾向にあるが、この場合であっても、図１３のように、指標値ＦＣＮＲと視認性とを相関させることができる。
【００６３】
また、本実施例に係るＸ線撮影装置１において、金属板１１は、２次元マトリクス状に配置されてＸ線を検出するＸ線検出素子ＤＵをＸ線検出面４ａに有するＦＰＤ４における水平方向または垂直方向のＸ線検出素子ＤＵ列に対して、金属板１１の直線状の辺部がＸ線検出面４ａと直交する軸を中心に傾斜して配置されている。これにより、金属板１１と被検体Ｍとのエッジ部分が、ＦＰＤ４の２次元マトリクス状に配置されたＸ線検出素子ＤＵの間に位置した場合であっても金属板１１が傾斜して配置されていることにより、ＦＰＤ４のいずれかのＸ線検出素子ＤＵでエッジ部分の最大値を検出することができる。そのため、垂直方向または水平方向のＸ線検出素子ＤＵ列と金属板１１の直線状の辺部とを平行に配置する場合よりもより大きなピーク値を検出することができる。
【００６４】
また、ピーク値取得部２７は、エッジ強調画像に基づいてエッジ部分を含む複数のプロファイルを加算平均して平均プロファイルを作成する平均プロファイル作成部４１と、平均プロファイルに基づいてピーク値を検出するピーク値検出部４３と、を備えている。これにより、複数のプロファイルが加算平均されて作成された平均プロファイルからピーク値を取得しているので、安定したピーク値を検出することができる。
【００６５】
また、平均プロファイル作成部４１は、エッジ強調画像に基づいてエッジ部分を含む複数のプロファイルを複数の角度で斜め方向に加算平均して角度ごとの平均プロファイルを作成している。これにより、角度ごとの平均プロファイルからより高いピーク値Ｓｄｅｆｐを検出することができる。
【００６６】
本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００６７】
（１）上述した実施例では、一次微分は、式（１）〜式（３）によって行っているが、式（１）と式（２）に代えて、次に示す式（４）と式（５）を用いてもよい。
Ｅｘ（ｘ、ｙ）＝Ｉ（ｘ＋１、ｙ）−Ｉ（ｘ−１、ｙ） …（４）
Ｅｙ（ｘ、ｙ）＝Ｉ（ｘ、ｙ＋１）−Ｉ（ｘ、ｙ−１） …（５）
また、エッジ強調は、一次微分に限らず、その他公知の方法を使用しても構わない。
【００６８】
（２）上述した実施例では、Ｘ線を検出するＸ線検出器としてＦＰＤを用いて説明したが、Ｘ線検出器は、イメージインテンシファイアであってもよい。
【００６９】
（３）上述した実施例では、標準偏差算出部３３は、複数フレームのＸ線透視画像のうちいずれか１枚のＸ線透視画像に基づいて標準偏差ＳＤを算出したが、これに限定されない。例えば、２枚のＸ線透視画像から標準偏差ＳＤを求めてもよい。また、２枚のＸ線透視画像の平均画像から標準偏差ＳＤを求めてもよい。
【００７０】
（４）上述した実施例では、動画像の撮影に用いられるＸ線透視画像を取得して、ピーク値Ｓｄｅｆｐおよび標準偏差ＳＤを取得（算出）したが、静止画の撮影に用いられるＸ線撮影画像からそれらを取得してもよい。
【００７１】
（５）上述した実施例は、被検体Ｍを挟んで対向配置されたＸ線管とＸ線検出器とを被検体Ｍの周りで回転させながら撮影するＸ線ＣＴ装置であってもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１ … Ｘ線透視撮影装置
３ … Ｘ線管
４ … フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）
４ａ … Ｘ線検出面
１１ … 金属板
１３ … 主制御部
２０ … 指標値取得部
２１ … 平均画像作成部
２３ … 一次微分処理部
２５ … ピーク値取得領域抽出部
２７ … ピーク値取得部
３１ … 標準偏差算出領域抽出部
３３ … 標準偏差算出部
３５ … 指標値算出部
４１ … 平均プロファイル作成部
４３ … ピーク値検出部
Ｍ … 被検体
ＤＵ … Ｘ線検出素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板および前記金属板で一部の領域が覆われた被検体についての複数フレームのＸ線画像を取得する工程と、
前記複数フレームのＸ線画像を平均して平均画像を作成する工程と、
前記平均画像をエッジ強調してエッジ強調画像を作成する工程と、
前記エッジ強調画像に基づいて前記金属板と前記被検体とのエッジ部分のピーク値を取得する工程と、
前記複数フレームのＸ線画像のうち所定のＸ線画像に基づいて標準偏差を算出する工程と、
前記ピーク値を前記標準偏差で除算して指標値を算出する工程と、
を備えていること特徴とする画質評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の画質評価方法において、
前記金属板は、２次元マトリクス状に配置されてＸ線を検出するＸ線検出素子をＸ線検出面に有するＸ線検出器における水平方向または垂直方向のＸ線検出素子列に対して、前記金属板の直線状の辺部が前記Ｘ線検出面と直交する軸を中心に傾斜して配置されることを特徴とする画質評価方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の画質評価方法において、
前記ピーク値を取得する工程は、前記エッジ強調画像に基づいて前記エッジ部分を含む複数のプロファイルを加算平均して平均プロファイルを作成する工程と、前記平均プロファイルに基づいて前記ピーク値を検出する工程と、を備えていることを特徴とする画質評価方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の画質評価方法において、
前記ピーク値を取得する工程は、前記エッジ強調画像に基づいて前記エッジ部分を含む複数のプロファイルを複数の角度で斜め方向に加算平均して角度ごとの平均プロファイルを作成する工程と、前記角度ごとの平均プロファイルに基づいて前記ピーク値を検出する工程と、を備えていることを特徴とする画質評価方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の画質評価方法において、
前記エッジ強調は、一次微分を行うことであることを特徴とする画質評価方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の画質評価方法において、
前記Ｘ線画像は、Ｘ線透視画像であることを特徴とする画質評価方法。
【請求項７】
金属板および前記金属板で一部の領域が覆われた被検体について複数フレームのＸ線画像を取得するＸ線画像取得部と、
前記複数フレームのＸ線画像を平均して平均画像を作成する平均画像作成部と、
前記平均画像をエッジ強調してエッジ強調画像を作成するエッジ強調画像作成部と、
前記エッジ強調画像に基づいて前記金属板と前記被検体とのエッジ部分のピーク値を取得するピーク値取得部と、
前記複数フレームのＸ線画像のうち所定のＸ線画像から標準偏差を算出する標準偏差算出部と、
前記ピーク値を前記標準偏差で除算して指標値を算出する指標値算出部と、
を備えていることを特徴とするＸ線透視撮影装置。
【請求項１】
金属板および前記金属板で一部の領域が覆われた被検体についての複数フレームのＸ線画像を取得する工程と、
前記複数フレームのＸ線画像を平均して平均画像を作成する工程と、
前記平均画像をエッジ強調してエッジ強調画像を作成する工程と、
前記エッジ強調画像に基づいて前記金属板と前記被検体とのエッジ部分のピーク値を取得する工程と、
前記複数フレームのＸ線画像のうち所定のＸ線画像に基づいて標準偏差を算出する工程と、
前記ピーク値を前記標準偏差で除算して指標値を算出する工程と、
を備えていること特徴とする画質評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の画質評価方法において、
前記金属板は、２次元マトリクス状に配置されてＸ線を検出するＸ線検出素子をＸ線検出面に有するＸ線検出器における水平方向または垂直方向のＸ線検出素子列に対して、前記金属板の直線状の辺部が前記Ｘ線検出面と直交する軸を中心に傾斜して配置されることを特徴とする画質評価方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の画質評価方法において、
前記ピーク値を取得する工程は、前記エッジ強調画像に基づいて前記エッジ部分を含む複数のプロファイルを加算平均して平均プロファイルを作成する工程と、前記平均プロファイルに基づいて前記ピーク値を検出する工程と、を備えていることを特徴とする画質評価方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の画質評価方法において、
前記ピーク値を取得する工程は、前記エッジ強調画像に基づいて前記エッジ部分を含む複数のプロファイルを複数の角度で斜め方向に加算平均して角度ごとの平均プロファイルを作成する工程と、前記角度ごとの平均プロファイルに基づいて前記ピーク値を検出する工程と、を備えていることを特徴とする画質評価方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の画質評価方法において、
前記エッジ強調は、一次微分を行うことであることを特徴とする画質評価方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の画質評価方法において、
前記Ｘ線画像は、Ｘ線透視画像であることを特徴とする画質評価方法。
【請求項７】
金属板および前記金属板で一部の領域が覆われた被検体について複数フレームのＸ線画像を取得するＸ線画像取得部と、
前記複数フレームのＸ線画像を平均して平均画像を作成する平均画像作成部と、
前記平均画像をエッジ強調してエッジ強調画像を作成するエッジ強調画像作成部と、
前記エッジ強調画像に基づいて前記金属板と前記被検体とのエッジ部分のピーク値を取得するピーク値取得部と、
前記複数フレームのＸ線画像のうち所定のＸ線画像から標準偏差を算出する標準偏差算出部と、
前記ピーク値を前記標準偏差で除算して指標値を算出する指標値算出部と、
を備えていることを特徴とするＸ線透視撮影装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−２２３０９（Ｐ２０１３−２２３０９Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６１０６３（Ｐ２０１１−１６１０６３）
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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