Ｘ線立体撮影装置
【課題】Ｘ線立体撮影装置でＸ線管、Ｘ線検出器の位置計算精度を向上すること。
【解決手段】Ｘ線管３とＸ線検出器９とにより撮影された、被検体に関する像と被検体の近傍に整然と配置された複数のマーカに関する像とをそれぞれ含む撮影方向の異なる複数のＸ線画像のデータを記憶する記憶部４７と、Ｘ線画像各々から複数のマーカ像を抽出する抽出部４８と、抽出された複数のマーカ像の相互距離に基づいて誤抽出されたマーカ像を特定するとともに、誤抽出されたマーカ像を抽出された複数のマーカ像から除去する誤抽出マーカ除去処理部４９と、除去により残ったマーカ像の位置関係からＸ線管球の撮影位置及びＸ線検出器の撮影位置をＸ線画像ごとに計算する位置計算部４３と、計算されたＸ線管球の位置及びＸ線検出器の位置に基づいて複数のＸ線画像のデータから断面又は立体領域の画像データを結像する結像部４４とを具備する。
【解決手段】Ｘ線管３とＸ線検出器９とにより撮影された、被検体に関する像と被検体の近傍に整然と配置された複数のマーカに関する像とをそれぞれ含む撮影方向の異なる複数のＸ線画像のデータを記憶する記憶部４７と、Ｘ線画像各々から複数のマーカ像を抽出する抽出部４８と、抽出された複数のマーカ像の相互距離に基づいて誤抽出されたマーカ像を特定するとともに、誤抽出されたマーカ像を抽出された複数のマーカ像から除去する誤抽出マーカ除去処理部４９と、除去により残ったマーカ像の位置関係からＸ線管球の撮影位置及びＸ線検出器の撮影位置をＸ線画像ごとに計算する位置計算部４３と、計算されたＸ線管球の位置及びＸ線検出器の位置に基づいて複数のＸ線画像のデータから断面又は立体領域の画像データを結像する結像部４４とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影方向の異なる複数のＸ線画像から断面画像又は立体画像（多段断面画像）を再構成するＸ線立体撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの方向から撮影したＸ線画像を使って断面画像野立体画像（複数断面の断面画像）を作成する技術として、Ｘ線立体撮影法又はＤＴ（Digital Tomosynthesis）と呼ばれる技術がある。Ｘ線立体撮影法は、多方向から撮影した複数のＸ線画像から断面画像を再構成（Ｘ線ＣＴの再構成と区別するために以下、「結像」という）する。実際の処理としては、複数の方向から撮影した複数のＸ線画像から、指定された断面上の各点（画素）ごとにその点を通る複数のレイを選択し、それらのレイに対応する画素値を選択して加算する。この処理により原理的に指定断面上の部位は鮮明に映り、断面から外れた位置の部位はボケる。
【０００３】
このＸ線立体撮影法では、各Ｘ線画像の撮影時のＸ線管球の位置及びＸ線検出器の位置を正確に特定することが要求される。そのために多くの場合、被検体を挟んで一対のＸ線マーカパネルを規定位置に設置し、被検体をそのＸ線マーカパネルとともに撮影する。Ｘ線マーカパネルには複数の鉛製のＸ線マーカが縦横に一定の間隔で整然と配列されている。そのＸ線マーカパネルを被検体と共に撮影し、両者が写ったＸ線画像からＸ線マーカの像を抽出し、Ｘ線マーカの位置関係からＸ線管球及び検出器それぞれの撮影時の位置を計算している。
【０００４】
しかし、Ｘ線マーカパネルを使った位置計算処理には次のような位置計算精度を低下させる問題がある。まず、マーカ抽出処理では、被検体の一部、特に血管の屈曲部分などをＸ線マーカと誤って抽出してしまうことがある。抽出可能なＸ線マーカの像の数が、正確な軌道計算処理のためには過少である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、Ｘ線立体撮影装置において、Ｘ線管球の位置及びＸ線検出器の位置の計算精度を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１局面によるＸ線立体撮影装置は、Ｘ線管球と、Ｘ線検出器と、前記Ｘ線管球と前記Ｘ線検出器とにより撮影された、被検体に関する像と前記被検体の近傍に整然と配置された複数のマーカに関する像とをそれぞれ含む撮影方向の異なる複数のＸ線画像のデータを記憶する手段と、前記Ｘ線画像各々から前記複数のマーカ像を抽出する手段と、前記抽出された複数のマーカ像の相互距離に基づいて誤抽出されたマーカ像を特定するとともに、前記誤抽出されたマーカ像を前記抽出された複数のマーカ像から除去する誤抽出マーカ除去手段と、前記除去により残ったマーカ像の位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、前記計算されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、前記複数のＸ線画像のデータから断面又は立体領域の画像データを結像する手段とを具備することを特徴とする。
本発明の第２局面によるＸ線立体撮影装置は、Ｘ線管球と、Ｘ線検出器と、前記Ｘ線管球と前記Ｘ線検出器とにより撮影された、被検体に関する像と前記被検体の近傍に整然と配置された複数のマーカに関する像とをそれぞれ含む撮影方向の異なる複数のＸ線画像のデータを記憶する手段と、前記Ｘ線画像各々から前記マーカ像を第１しきい値により抽出する手段と、前記抽出されたマーカ像の位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに推定する手段と、前記推定されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、未抽出のマーカ像の位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、前記計算された未抽出のマーカ像の位置を含む局所領域を前記Ｘ線画像ごとに設定する手段と、前記設定された局所領域に限定して前記Ｘ線画像各々から前記マーカ像を第２しきい値により抽出する手段と、前記第１しきい値により抽出されたマーカ像と前記第２しきい値により抽出されたマーカ像との位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、前記計算されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、前記複数のＸ線画像のデータから断面又は立体領域の画像データを結像する手段とを具備することを特徴とする。
本発明の第３局面によるＸ線立体撮影装置は、Ｘ線管球と、Ｘ線検出器と、前記Ｘ線管球と前記Ｘ線検出器とにより撮影された、被検体に関する像と前記被検体の近傍に整然と配置された複数のマーカに関する像とをそれぞれ含む撮影方向の異なる複数のＸ線画像のデータを記憶する手段と、前記Ｘ線画像各々から前記複数のマーカ像を抽出する手段と、前記抽出された複数のマーカ像の相互距離に基づいて誤抽出されたマーカ像を特定するとともに、前記誤抽出されたマーカ像を前記抽出された複数のマーカ像から除去する誤抽出マーカ除去手段と、前記除去により残ったマーカ像の位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに推定する手段と、前記推定されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、未抽出のマーカ像の位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、前記計算された未抽出のマーカ像の位置を含む局所領域を前記Ｘ線画像ごとに設定する手段と、前記設定された局所領域に限定して前記Ｘ線画像各々から前記マーカ像を第２しきい値により抽出する手段と、前記第１しきい値により抽出されたマーカ像と前記第２しきい値により抽出されたマーカ像との位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、前記計算されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、前記複数のＸ線画像のデータから断面又は立体領域の画像データを結像する手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、Ｘ線立体撮影装置において、Ｘ線管球の位置及びＸ線検出器の位置の計算精度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態の概要を述べると、誤抽出Ｘ線マーカ除去処理として、Ｘ線マーカの位置関係はあらかじめ分かっているので、抽出されたＸ線マーカ像の位置関係から、誤抽出によるＸ線マーカ像を特定し、それを除去するものであり、また最初の抽出処理で抽出できなかったＸ線マーカ像を掘り起こし処理として、誤抽出Ｘ線マーカ除去処理後に得られる修正後のＸ線マーカ位置座標の数をカウントし、ある程度のＸ線管やＸ線検出器の位置計算精度（Ｘ線管やＸ線検出器の軌道計算精度）を確保するのに必要とされる必要最小限数のＸ線マーカ像が抽出されていないときは、少ないけれども抽出されたＸ線マーカ像からおおよそ推定できるＸ線管やＸ線検出器の軌道から予測できるＸ線マーカ像の位置を含むその周囲の局所領域に限定して再度高精度にＸ線マーカ像抽出処理を行うものである。
【０００９】
それにより誤抽出Ｘ線マーカの位置座標を自動的に除去することが可能となり、マーカ抽出処理のやり直しや、手動による修正作業を大幅に軽減できる。また、Ｘ線画像中にＸ線マーカが映るであろう領域を限局して抽出処理を行うため、誤抽出が減少すると同時に、より多くのＸ線マーカを正確に抽出できる。以上により、断面画像が従来に比べて迅速かつ正確に得ることができる。
【００１０】
図１、図２に示すように、本実施形態に係るＸ線立体撮影装置は、Ｘ線管装置１と、Ｘ線検出器装置７とを有する。Ｘ線管装置１は、高電圧発生器２０から高電圧（管電圧）の印加及びフィラメント電流の供給を受けてＸ線を発生するＸ線管３を有する。Ｘ線管３は、キャスタ５の付いた台座６に回転機構４を介して設置される。回転機構４は、Ｘ線管３を撮影中心軸ＣＡの回りを回転自在に支持するとともに、回転制御部２１の制御のもとでＸ線管３を回転駆動する。Ｘ線管３及び回転機構４等は筐体２の内部に収容される。Ｘ線検出器装置７は、Ｘ線検出器９を有する。Ｘ線検出器９は、典型的には、平面検出器（フラット・パネル・デテクタとも呼ばれる）である。平面検出器は、入射Ｘ線を直接的に電気信号に変換する直接変換形、又は入射Ｘ線を蛍光体で光に変換し、その光を電気信号に変換する間接変換形の複数の半導体検出素子を有する。複数の半導体検出素子は２次元格子状に配列される。複数の半導体検出素子でＸ線入射に伴って発生した信号電荷はデータ収集部２３を経由してディジタル信号として読み出される。Ｘ線検出器９は、キャスタ１２の付いた台座１１に回転機構１０を介して設置される。回転機構１０は、Ｘ線検出器９を撮影中心軸ＣＡの回りを回転自在に支持するとともに、回転制御部２２の制御のもとでＸ線検出器９を回転駆動する。Ｘ線検出器９及び回転機構１１４等は筐体８の内部に収容される。
【００１１】
撮影に際しては、Ｘ線管装置１とＸ線検出器装置７とは、被検体Ｐを挟んで対向され、かつ撮影中心軸ＣＡが略一致するように設置される。被検体Ｐは寝台１３の天板１４上に定位装置１７を使って固定される。被検体Ｐを挟んで一対のＸ線マーカパネル１５、１６が平行に且つ所定の距離隔てて正確に設置される。一方のＸ線マーカパネル１５は、図３（ａ）に示すように、比較的Ｘ線吸収率の低い例えば透明なアクリル樹脂製のパネルベース３３と、パネルベース３３に縦横に一定の中心点間距離ｄaで正確に配列された高いＸ線吸収率を有する例えば鉛製の球形のＸ線マーカ３１とからなる。他方のＸ線マーカパネル１６は、図３（ｂ）に示すように、比較的Ｘ線吸収率の低い例えば透明なアクリル樹脂製のパネルベース３４と、パネルベース３４に縦横に一定の中心点間距離ｄbで正確に配列された高いＸ線吸収率を有する例えば鉛製の円柱形のＸ線マーカ３２とからなる。Ｘ線マーカ３１を球形、Ｘ線マーカ３２を円柱形としたのは、両者の像を形状で区別することを目的としてなされたものであり、その目的が達成される限りにおいてそれぞれ形状は球形と円柱形に限定されることはない。
【００１２】
システム制御部２４は、Ｘ線立体撮影装置全体の動作制御を担っており、上記高電圧発生器２０、データ収集部２３、回転制御部２１，２２とともに、画像処理部２５、表示部２６、マウスやキーボード等の操作部２７にデータ／制御バス２８を介して接続されている。
【００１３】
画像処理部２５は、Ｘ線画像に映りこんでいるＸ線マーカ３１、３２の像の位置関係に基づいて、当該Ｘ線画像の撮影時のＸ線管３の位置及びＸ線検出器９の位置を求めるとともに、撮影方向の相違する複数のＸ線画像から断面画像を結像する。画像処理部２５は、図４に示すように、制御部４１、対数演算部４２、位置計算部４３、結像部４４、しきい値設定部４５、インタフェース４６、画像記憶部４７、マーカ抽出部４８、誤抽出マーカ除去処理部４９、軌道計算部５０、マーカ探索領域設定部５１、データ／制御バス５２を有する。画像記憶部４７には、Ｘ線検出器９からデータ収集部２３を介して出力され、そして対数演算部４２で対数演算にかけられた複数のＸ線画像のデータが記憶される。Ｘ線画像には、被検体の像と共に、複数のマーカ３１，３２の像が映りこむ。マーカ抽出部４８は、しきい値設定部４５により設定されたしきい値処理及びパターンマッチング処理によりマーカ３１，３２の像領域をＸ線画像ごとに抽出する。マーカ３１，３２の像に近似した輝度を有し、マーカ３１，３２の像に近似した形状の陰影は、マーカ３１，３２の像として誤って抽出される。誤抽出マーカ除去処理部４９は、マーカ抽出部４８で抽出された複数のマーカ３１，３２の像の相互距離に基づいて、マーカ抽出部４８で誤抽出されたマーカ像を特定するとともに、誤抽出されたマーカ像を、マーカ抽出部４８で抽出された複数のマーカ像から除去する。位置計算部４３は、誤抽出されたマーカ像を除去して残った複数のマーカ３１，３２の像から、Ｘ線画像各々の撮影時のＸ線管３の位置（Ｘ線焦点位置）及びＸ線検出器２９の位置（Ｘ線検出面中心の位置）を計算する。軌道計算部５０は、各画像に対応するＸ線管３の撮影位置を繋ぐＸ線管３の軌道を計算し、また各画像に対応するＸ線検出器２９の撮影位置を繋ぐＸ線検出器９の軌道を計算する。マーカ探索領域設定部５１は、軌道計算部５０で計算されたＸ線管３の軌道上の撮影位置とＸ線検出器９の軌道上の撮影位置とに基づいて、未抽出のマーカ３１，３２の画像上の位置を計算するとともに、未抽出のマーカ３１，３２の位置を中心とする所定半径の円形の局所領域を、マーカ探索領域として設定する。マーカ抽出部４８は、しきい値設定部４５によりマーカ探索領域（局所領域）内の画素値分布から設定されたしきい値によるしきい値処理及びパターンマッチング処理によりマーカ３１，３２の像をマーカ探索領域に限局して探索し抽出する。結像部４４は、Ｘ線画像各々のＸ線管３の撮影位置とＸ線検出器９の撮影位置とに基づいて複数のＸ線画像から任意断面の断面画像又は多断面の断面画像（立体像のボリュームデータ）を結像する。
【００１４】
図５には本実施形態による断面画像の結像処理の流れを示している。まず、Ｘ線立体撮影が行われる。そのために、Ｘ線管３とＸ線検出器９とが被検体Ｐ及びマーカパネル１５，１６を挟んで対向され、かつ撮影中心軸が略一致するように設置される。被検体Ｐは寝台１３の天板１４上に定位装置１７を使って固定される。被検体Ｐを挟んで一対のＸ線マーカパネル１５、１６が平行に且つ所定の距離隔てて正確に設置される。Ｘ線管３とＸ線検出器９が図６、図７に例示する円環状の軌道に沿って移動する間、断続的にＸ線撮影が繰り返される。それによりＸ線管３の撮影位置とＸ線検出器９の撮影位置とが相違する複数のＸ線画像が発生される。
【００１５】
ステップＳ１において、複数のＸ線画像（図９参照）は個別にマーカ抽出部４８でマーカ抽出処理にかけられ、その重心位置の座標が計算される（図１０参照）。マーカ抽出処理は、各Ｘ線画像に対してハイパスフィルタ処理を実施し、次にヒステリシススレッショルドを用いてマーカ３１，３２の像領域を抽出する。ヒステリシススレッショルドは第１，第２の２つのしきい値を用いて第１のしきい値以上の画素値を持つ領域の各々の連結領域のうち第２の２つのしきい値以上の画素値をひとつでも持つ領域を抽出する処理である。次に、各連結領域について、円形度、方形度や面積によって、マーカ３１の像領域とマーカ３２の像領域としてふさわしい領域のみを選別する。この処理もマーカ３１の像領域とマーカ３２の像領域に対して異なる基準で選別する。
【００１６】
第１，第２の２つのしきい値は、しきい値設定部４５によりＸ線画像ごとにその画素値分布に基づいて設定される。画素値分布は、横軸が画素値、縦軸が画素数（頻度）とするＸ線画像の性質を表す分布である。この画素値分布から、第１のしきい値は鉛像を効果的に抽出できるように高いＸ線吸収率に対応する例えば高位から所定割合（例えば上位５％）の画素値の平均値等の統計的指数から予め指定された値がしきい値設定部４５により設定され、同様に第２のしきい値は第１のしきい値より高く例えば高位から所定割合（例えば上位３％）の画素値の平均値等の統計的指数から予め指定された値がしきい値設定部４５により設定される。しきい値設定部４５により設定されたしきい値でＸ線画像が二値化され、パターンマッチング処理によりマーカ３１，３２に対応する円形及び方形の領域を抽出する。この１回目のマーカ抽出処理の段階では、正しく抽出されたマーカ３１，３２の像と、マーカ３１，３２ではない血管等の他の部位の像であるにも関わらずマーカ３１，３２の像として誤抽出されてしまった像と、未抽出のマーカ３１，３２の像とが存在する。本実施形態では、誤抽出された像を除去し、未抽出のマーカ３１，３２の像を抽出する。
【００１７】
誤抽出マーカ除去処理部４９による誤抽出された像の除去処理（Ｓ２）について説明する。図１１（ａ）に示すように、マーカ３１，３２の抽出処理時には、被検体の一部やその他をマーカ３１，３２の像と誤って抽出することがあるため、得られるマーカ像の位置座標には、誤抽出による位置座標が含まれることがある。正確なＸ線焦点・検出面の軌道推定計算を行うためには、誤抽出による位置座標を除去する必要がある。そのために、得られた位置座標に対してＸ線マーカパネルの配置位置およびＸ線マーカパネル１５，１６上での隣り合うＸ線マーカ３１，３２どうしの距離を用いた演算処理を行う。Ｘ線マーカパネル１５，１６の配置位置については、図８中のＬ、ａ、ｂを用い、Ｘ線マーカ３１，３２での隣り合うＸ線マーカ３１，３２どうしの距離としてｄa，ｄbを用いる。これらの値から、Ｘ線画像中でのＸ線マーカ３１，３２どうしの距離を求め、抽出処理によって得られたマーカ像どうしの距離が、この距離と合致しているかを判定することにより、誤抽出による位置座標を除去することが可能である。
【００１８】
例えば、図１１（ａ）に示したように誤抽出を含むＸ線マーカ３１，３２の像の位置座標が得られた場合には、次に示す手順１）〜５）により誤抽出による位置座標を除去する。
【００１９】
１）Ｘ線マーカ像位置座標間距離の計算
抽出された複数のマーカ像のあるひとつのＸ線マーカ像を特定点として特定点の位置座標と、他の全てのＸ線マーカ像各々の位置座標との距離を計算する。図１１（ａ）の例では、まず座標１を特定点として、座標１と座標２〜７各々との６つの距離を求める。次に、特定点を座標２に移し、座標２と座標１、３〜７各々との６つの距離を求める。特定点を順番に座標３〜７に移動しながら、同様の距離計算を繰り返す。全てのＸ線マーカ像位置座標について、他の６つのＸ線マーカ像位置座標との距離を求める。
【００２０】
２）距離の正誤判定
上記手順１）で求めた位置座標間の距離が、正しいＸ線マーカ像間の距離かどうかを判定する。判定には、正しいＸ線マーカ位置座標どうしの距離が、一定の値しか取らないことを利用できる。図１１（ａ）の例では、取りうる距離の値は図１２に示す５種しかなく、正しいＸ線マーカ像位置座標どうしであれば、５つの距離値のうちの、いずれかに合致するはずである。それぞれのＸ線マーカ像位置座標について求めた他の６つの位置座標との距離の値を、取り得る５つの距離値と比較し、正誤判定する。この際、数パーセントの誤差を見込んで判定しても良い。判定の結果、それぞれのＸ線マーカ像位置座標について、他の６つの位置座標との距離値について、正しいと判定された値と誤りと判定された値の数がわかる。ここで、図１２の距離Ｄとは検出器面上で、隣り合う正しいＸ線マーカ像位置座標間の距離である。例えば、間隔ｄaでＸ線マーカ３１，３２が配置されたＸ線マーカパネル１５，１６が、管球３からの距離ａに設置され、管球から距離Ｌの位置に検出器面がある場合、
Ｄ＝ｄa×Ｌ／ａ
となる。
【００２１】
３）Ｘ線マーカ像位置座標除去
上記手順２）での判定の結果、最も誤りと判定された機会（回数）が多いＸ線マーカ像位置座標を、誤抽出による位置座標とみなし、除去する。図１３のような判定結果が得られた場合には、位置座標３が誤抽出像として除去される。除去に該当する位置座標が複数ある場合には、どちらか一方を除去する。
【００２２】
４）繰り返し処理
最も誤りと判定された距離値が多いＸ線マーカ像位置座標を除去した上で、手順１）〜３）を繰り返す。終了条件は、すべてのＸ線マーカ像ついて、他のマーカ像との距離値すべてが正しいと判定されることである。図１３の例では、２回目の処理の結果、図１４のような結果が得られ、位置座標６が除去され、再度処理を繰り返す。３回目の処理の結果、図１５の結果が得られ、処理は終了する。このようにして、誤抽出による二つのＸ線マーカ像位置座標が除去できる。
【００２３】
次に、未抽出のマーカ３１，３２の像の抽出処理について説明する。マーカ抽出処理および誤抽出Ｘ線マーカ像位置座標除去処理の後に得られるＸ線マーカ像位置座標データには、Ｘ線画像の番号、抽出されたＸ線マーカ像の数、抽出されたＸ線マーカ像それぞれの位置座標が含まれ、位置座標は、２箇所に設置したＸ線マーカ３１，３２のうちの、どちらのＸ線マーカ像かが区別可能な状態となっている。このＸ線マーカ像位置座標データを用いて、軌道推定計算処理を行うことにより、それぞれのＸ線画像に対応したＸ線焦点・検出面の位置座標が求まる。正確な軌道推定計算を行うためには、必要最低限のＸ線マーカ像位置座標が必要である。そこで、必要最低限の抽出Ｘ線マーカ像個数をＮlimとすると、Ｘ線マーカ像位置座標データを参照して、各Ｘ線画像で抽出されたＸ線マーカ像の数がＮlimを下回るＸ線画像の有無を制御部４１で確認する（Ｓ３）。そして、次のような条件分岐を行う。
【００２４】
すべてのＸ線画像で、抽出されたＸ線マーカ像の数がＮlimより多い場合には、従来の処理の流れのとおり、軌道計算部５０で軌道推定計算処理を行い（Ｓ４）、画像再結像処理を行う（Ｓ５）。
【００２５】
抽出されたＸ線マーカ像の数がＮlimより少ないＸ線画像が１枚でもあった場合には、条件を満たさないＸ線画像の番号を、要再処理Ｘ線画像番号として記憶し、少ない数のＸ線マーカ像でもってＸ線管３及びＸ線検出器９の軌道を推定し（Ｓ６）、その軌道から当該Ｘ線画像上でＸ線マーカ像が現れるであろう位置をマーカ探索領域設定部５１で予測する（Ｓ７）。Ｘ線マーカ像の位置予測計算処理は次のように行う。
【００２６】
軌道推定計算処理により求まるそれぞれのＸ線画像に対応したＸ線焦点・検出面の位置座標と図８中のＬ，ａ，ｂ，ｃおよび図１０中のＸ線マーカパネル１５，１６上でのＸ線マーカ配置座標
(ｘａｉ，ｙａｊ) (i ＝ １、2、・・・ N１ 、j ＝ １、2、・・・ N2)
(ｘｂｉ，ｙｂｊ) (i ＝ １、2、・・・ M１ 、j ＝ １、2、・・・ M2)
を用いることにより、Ｘ線マーカ像がＸ線画像中のどの位置にうつるかを求めることが可能である。ここで、Ｘ線マーカ配置座標は、Ｘ線マーカパネル１５又は１６の中央を原点とする座標とする。これらの値から図１６に示すような被検体撮影部位の中心を原点とする撮影座標系でのＸ線焦点、検出器検出面、Ｘ線マーカ３１，３２の画像上での座標を定めることができる。
【００２７】
図１６で、(ｘｆｌ、ｙｆｌ、ｚｆｌ)はＸ線焦点の座標、(ｘｄｌ、ｙｄｌ、ｚｄｌ)は検出面中央の座標である。添え字lは、Ｘ線画像撮影数ｌmaxを上限として、ｌ＝１、２、・・・、ｌmaxである。また、個々のＸ線マーカのｘ、ｙ座標は、(ｘａｉ，ｙａｊ) (i = １、２、・・・ Ｎ１ 、ｊ＝１、２、・・・ Ｎ２)、(ｘｂｉ，ｙｂｊ) (ｉ＝１、２、・・・ Ｍ１ 、ｊ＝１、２、・・・ Ｍ２)である。
【００２８】
抽出Ｘ線マーカ像の数が足りないＸ線画像が撮影されたときのＸ線焦点・検出面中央の座標が(ｘｆｌ、ｙｆｌ、ｚｆｌ)、(ｘｄｌ、ｙｄｌ、ｚｄｌ)であったとすると、Ｘ線マーカは、検出面上のｘ，ｙ座標
【数１】
【００２９】
にそれぞれ写ることが計算できる。実際には検出面の大きさによって、写らないＸ線マーカ３１，３２の像もあるため、写るＸ線マーカに限定して求めればよい。このようにして求めた座標は、検出面上での予測Ｘ線マーカ像位置座標として記憶される。
【００３０】
軌道から予測したＸ線マーカ像の位置座標が、図１７に示すようにＸ線画像中の×印のように求まったとすると、その座標を中心とする所定の縦長α、横長βの局所領域をマーカ探索領域設定部５１では設定する（Ｓ８）。
【００３１】
しきい値設定部４５は、局所領域ごとにその領域内の画素値分布に基づいて設定される。画素値分布から、第１のしきい値は高位から所定割合（例えば上位２０％）の画素値の平均値等の統計的指数から予め指定された値がしきい値設定部４５により設定され、同様に第２のしきい値は第１のしきい値より高く例えば高位から所定割合（例えば上位１５％）の画素値の平均値等の統計的指数から予め指定された値がしきい値設定部４５により設定される（Ｓ９）。Ｓ１に戻り同様にしきい値設定部４５により設定されたしきい値で局所領域内が二値化され、パターンマッチング処理によりマーカ３１，３２に対応する円形及び方形の領域を抽出する。なお、局所の探索領域の形は方形には限定されず、円形でもよい。このようにして抽出されたＸ線マーカ像の位置座標をＸ線マーカ像位置座標データとして、処理を続ける。以上の処理により、Ｘ線画像からＸ線マーカ像をより確実に抽出することができ、正確な軌道推定計算処理を行うことができる。
【００３２】
以上のように、本実施形態によれば、マーカ誤抽出を除去でき、また未抽出であったマーカ像を再抽出することができ、従ってそれらマーカ像からＸ線管球の位置及びＸ線検出器の位置を高精度に計算することができる。それにより断面画像やボリュームデータの結像精度を向上させることができる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線立体撮影装置の主要部の構成を示す図。
【図２】図１のＸ線管装置とＸ線検出器装置の外観を示す図。
【図３】図１のＸ線マーカパネルの平面図。
【図４】図１の画像処理図の構成を示す図。
【図５】本実施形態において、断面画像の結像処理の流れを示す図。
【図６】本実施形態において、撮影時のＸ線管及びＸ線検出器の回転軌道を示す図。
【図７】本実施形態において、結像可能な撮影領域を示す図。
【図８】本実施形態において、Ｘ線管、検出器等の位置関係を示す図。
【図９】本実施形態において、Ｘ線画像の一例を示す中間調画像。
【図１０】本実施形態において、Ｘ線マーカとマーカ像との関係を示す図。
【図１１】本実施形態において、誤抽出されたマーカ像を示す図。
【図１２】本実施形態において、マーカ像間の相互距離を示す図。
【図１３】本実施形態において、１回目の誤抽出判定時のマーカ像間の相互距離の正誤表の一例を示す図。
【図１４】本実施形態において、２回目の誤抽出判定時のマーカ像間の相互距離の正誤表の一例を示す図。
【図１５】本実施形態において、３回目（当該例では最終回）の誤抽出判定時のマーカ像間の相互距離の正誤表の一例を示す図。
【図１６】本実施形態において、未抽出マーカ像の位置予測処理の補足図。
【図１７】本実施形態において、予測されたマーカ像の位置を含むマーカ像の探索領域を示す図。
【符号の説明】
【００３５】
１…Ｘ線管装置、２…Ｘ線発生器筐体、３…Ｘ線管、４…Ｘ線管回転機構、５…キャスタ、６…台座、７…Ｘ線検出器装置、８…筐体、９…Ｘ線検出器、１０…Ｘ線検出器回転機構、１１…台座、１２…キャスタ、１３…寝台、１４…天板、１５…Ｘ線マーカパネル、１６…Ｘ線マーカパネル、１７…定位装置、２０…高電圧発生器、２１…Ｘ線管回転制御部、２２…Ｘ線検出器回転制御部、２３…データ収集部、２４…システム制御部、２５…画像処理部、２６…表示部、２７…操作部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影方向の異なる複数のＸ線画像から断面画像又は立体画像（多段断面画像）を再構成するＸ線立体撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの方向から撮影したＸ線画像を使って断面画像野立体画像（複数断面の断面画像）を作成する技術として、Ｘ線立体撮影法又はＤＴ（Digital Tomosynthesis）と呼ばれる技術がある。Ｘ線立体撮影法は、多方向から撮影した複数のＸ線画像から断面画像を再構成（Ｘ線ＣＴの再構成と区別するために以下、「結像」という）する。実際の処理としては、複数の方向から撮影した複数のＸ線画像から、指定された断面上の各点（画素）ごとにその点を通る複数のレイを選択し、それらのレイに対応する画素値を選択して加算する。この処理により原理的に指定断面上の部位は鮮明に映り、断面から外れた位置の部位はボケる。
【０００３】
このＸ線立体撮影法では、各Ｘ線画像の撮影時のＸ線管球の位置及びＸ線検出器の位置を正確に特定することが要求される。そのために多くの場合、被検体を挟んで一対のＸ線マーカパネルを規定位置に設置し、被検体をそのＸ線マーカパネルとともに撮影する。Ｘ線マーカパネルには複数の鉛製のＸ線マーカが縦横に一定の間隔で整然と配列されている。そのＸ線マーカパネルを被検体と共に撮影し、両者が写ったＸ線画像からＸ線マーカの像を抽出し、Ｘ線マーカの位置関係からＸ線管球及び検出器それぞれの撮影時の位置を計算している。
【０００４】
しかし、Ｘ線マーカパネルを使った位置計算処理には次のような位置計算精度を低下させる問題がある。まず、マーカ抽出処理では、被検体の一部、特に血管の屈曲部分などをＸ線マーカと誤って抽出してしまうことがある。抽出可能なＸ線マーカの像の数が、正確な軌道計算処理のためには過少である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、Ｘ線立体撮影装置において、Ｘ線管球の位置及びＸ線検出器の位置の計算精度を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１局面によるＸ線立体撮影装置は、Ｘ線管球と、Ｘ線検出器と、前記Ｘ線管球と前記Ｘ線検出器とにより撮影された、被検体に関する像と前記被検体の近傍に整然と配置された複数のマーカに関する像とをそれぞれ含む撮影方向の異なる複数のＸ線画像のデータを記憶する手段と、前記Ｘ線画像各々から前記複数のマーカ像を抽出する手段と、前記抽出された複数のマーカ像の相互距離に基づいて誤抽出されたマーカ像を特定するとともに、前記誤抽出されたマーカ像を前記抽出された複数のマーカ像から除去する誤抽出マーカ除去手段と、前記除去により残ったマーカ像の位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、前記計算されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、前記複数のＸ線画像のデータから断面又は立体領域の画像データを結像する手段とを具備することを特徴とする。
本発明の第２局面によるＸ線立体撮影装置は、Ｘ線管球と、Ｘ線検出器と、前記Ｘ線管球と前記Ｘ線検出器とにより撮影された、被検体に関する像と前記被検体の近傍に整然と配置された複数のマーカに関する像とをそれぞれ含む撮影方向の異なる複数のＸ線画像のデータを記憶する手段と、前記Ｘ線画像各々から前記マーカ像を第１しきい値により抽出する手段と、前記抽出されたマーカ像の位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに推定する手段と、前記推定されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、未抽出のマーカ像の位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、前記計算された未抽出のマーカ像の位置を含む局所領域を前記Ｘ線画像ごとに設定する手段と、前記設定された局所領域に限定して前記Ｘ線画像各々から前記マーカ像を第２しきい値により抽出する手段と、前記第１しきい値により抽出されたマーカ像と前記第２しきい値により抽出されたマーカ像との位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、前記計算されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、前記複数のＸ線画像のデータから断面又は立体領域の画像データを結像する手段とを具備することを特徴とする。
本発明の第３局面によるＸ線立体撮影装置は、Ｘ線管球と、Ｘ線検出器と、前記Ｘ線管球と前記Ｘ線検出器とにより撮影された、被検体に関する像と前記被検体の近傍に整然と配置された複数のマーカに関する像とをそれぞれ含む撮影方向の異なる複数のＸ線画像のデータを記憶する手段と、前記Ｘ線画像各々から前記複数のマーカ像を抽出する手段と、前記抽出された複数のマーカ像の相互距離に基づいて誤抽出されたマーカ像を特定するとともに、前記誤抽出されたマーカ像を前記抽出された複数のマーカ像から除去する誤抽出マーカ除去手段と、前記除去により残ったマーカ像の位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに推定する手段と、前記推定されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、未抽出のマーカ像の位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、前記計算された未抽出のマーカ像の位置を含む局所領域を前記Ｘ線画像ごとに設定する手段と、前記設定された局所領域に限定して前記Ｘ線画像各々から前記マーカ像を第２しきい値により抽出する手段と、前記第１しきい値により抽出されたマーカ像と前記第２しきい値により抽出されたマーカ像との位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、前記計算されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、前記複数のＸ線画像のデータから断面又は立体領域の画像データを結像する手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、Ｘ線立体撮影装置において、Ｘ線管球の位置及びＸ線検出器の位置の計算精度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態の概要を述べると、誤抽出Ｘ線マーカ除去処理として、Ｘ線マーカの位置関係はあらかじめ分かっているので、抽出されたＸ線マーカ像の位置関係から、誤抽出によるＸ線マーカ像を特定し、それを除去するものであり、また最初の抽出処理で抽出できなかったＸ線マーカ像を掘り起こし処理として、誤抽出Ｘ線マーカ除去処理後に得られる修正後のＸ線マーカ位置座標の数をカウントし、ある程度のＸ線管やＸ線検出器の位置計算精度（Ｘ線管やＸ線検出器の軌道計算精度）を確保するのに必要とされる必要最小限数のＸ線マーカ像が抽出されていないときは、少ないけれども抽出されたＸ線マーカ像からおおよそ推定できるＸ線管やＸ線検出器の軌道から予測できるＸ線マーカ像の位置を含むその周囲の局所領域に限定して再度高精度にＸ線マーカ像抽出処理を行うものである。
【０００９】
それにより誤抽出Ｘ線マーカの位置座標を自動的に除去することが可能となり、マーカ抽出処理のやり直しや、手動による修正作業を大幅に軽減できる。また、Ｘ線画像中にＸ線マーカが映るであろう領域を限局して抽出処理を行うため、誤抽出が減少すると同時に、より多くのＸ線マーカを正確に抽出できる。以上により、断面画像が従来に比べて迅速かつ正確に得ることができる。
【００１０】
図１、図２に示すように、本実施形態に係るＸ線立体撮影装置は、Ｘ線管装置１と、Ｘ線検出器装置７とを有する。Ｘ線管装置１は、高電圧発生器２０から高電圧（管電圧）の印加及びフィラメント電流の供給を受けてＸ線を発生するＸ線管３を有する。Ｘ線管３は、キャスタ５の付いた台座６に回転機構４を介して設置される。回転機構４は、Ｘ線管３を撮影中心軸ＣＡの回りを回転自在に支持するとともに、回転制御部２１の制御のもとでＸ線管３を回転駆動する。Ｘ線管３及び回転機構４等は筐体２の内部に収容される。Ｘ線検出器装置７は、Ｘ線検出器９を有する。Ｘ線検出器９は、典型的には、平面検出器（フラット・パネル・デテクタとも呼ばれる）である。平面検出器は、入射Ｘ線を直接的に電気信号に変換する直接変換形、又は入射Ｘ線を蛍光体で光に変換し、その光を電気信号に変換する間接変換形の複数の半導体検出素子を有する。複数の半導体検出素子は２次元格子状に配列される。複数の半導体検出素子でＸ線入射に伴って発生した信号電荷はデータ収集部２３を経由してディジタル信号として読み出される。Ｘ線検出器９は、キャスタ１２の付いた台座１１に回転機構１０を介して設置される。回転機構１０は、Ｘ線検出器９を撮影中心軸ＣＡの回りを回転自在に支持するとともに、回転制御部２２の制御のもとでＸ線検出器９を回転駆動する。Ｘ線検出器９及び回転機構１１４等は筐体８の内部に収容される。
【００１１】
撮影に際しては、Ｘ線管装置１とＸ線検出器装置７とは、被検体Ｐを挟んで対向され、かつ撮影中心軸ＣＡが略一致するように設置される。被検体Ｐは寝台１３の天板１４上に定位装置１７を使って固定される。被検体Ｐを挟んで一対のＸ線マーカパネル１５、１６が平行に且つ所定の距離隔てて正確に設置される。一方のＸ線マーカパネル１５は、図３（ａ）に示すように、比較的Ｘ線吸収率の低い例えば透明なアクリル樹脂製のパネルベース３３と、パネルベース３３に縦横に一定の中心点間距離ｄaで正確に配列された高いＸ線吸収率を有する例えば鉛製の球形のＸ線マーカ３１とからなる。他方のＸ線マーカパネル１６は、図３（ｂ）に示すように、比較的Ｘ線吸収率の低い例えば透明なアクリル樹脂製のパネルベース３４と、パネルベース３４に縦横に一定の中心点間距離ｄbで正確に配列された高いＸ線吸収率を有する例えば鉛製の円柱形のＸ線マーカ３２とからなる。Ｘ線マーカ３１を球形、Ｘ線マーカ３２を円柱形としたのは、両者の像を形状で区別することを目的としてなされたものであり、その目的が達成される限りにおいてそれぞれ形状は球形と円柱形に限定されることはない。
【００１２】
システム制御部２４は、Ｘ線立体撮影装置全体の動作制御を担っており、上記高電圧発生器２０、データ収集部２３、回転制御部２１，２２とともに、画像処理部２５、表示部２６、マウスやキーボード等の操作部２７にデータ／制御バス２８を介して接続されている。
【００１３】
画像処理部２５は、Ｘ線画像に映りこんでいるＸ線マーカ３１、３２の像の位置関係に基づいて、当該Ｘ線画像の撮影時のＸ線管３の位置及びＸ線検出器９の位置を求めるとともに、撮影方向の相違する複数のＸ線画像から断面画像を結像する。画像処理部２５は、図４に示すように、制御部４１、対数演算部４２、位置計算部４３、結像部４４、しきい値設定部４５、インタフェース４６、画像記憶部４７、マーカ抽出部４８、誤抽出マーカ除去処理部４９、軌道計算部５０、マーカ探索領域設定部５１、データ／制御バス５２を有する。画像記憶部４７には、Ｘ線検出器９からデータ収集部２３を介して出力され、そして対数演算部４２で対数演算にかけられた複数のＸ線画像のデータが記憶される。Ｘ線画像には、被検体の像と共に、複数のマーカ３１，３２の像が映りこむ。マーカ抽出部４８は、しきい値設定部４５により設定されたしきい値処理及びパターンマッチング処理によりマーカ３１，３２の像領域をＸ線画像ごとに抽出する。マーカ３１，３２の像に近似した輝度を有し、マーカ３１，３２の像に近似した形状の陰影は、マーカ３１，３２の像として誤って抽出される。誤抽出マーカ除去処理部４９は、マーカ抽出部４８で抽出された複数のマーカ３１，３２の像の相互距離に基づいて、マーカ抽出部４８で誤抽出されたマーカ像を特定するとともに、誤抽出されたマーカ像を、マーカ抽出部４８で抽出された複数のマーカ像から除去する。位置計算部４３は、誤抽出されたマーカ像を除去して残った複数のマーカ３１，３２の像から、Ｘ線画像各々の撮影時のＸ線管３の位置（Ｘ線焦点位置）及びＸ線検出器２９の位置（Ｘ線検出面中心の位置）を計算する。軌道計算部５０は、各画像に対応するＸ線管３の撮影位置を繋ぐＸ線管３の軌道を計算し、また各画像に対応するＸ線検出器２９の撮影位置を繋ぐＸ線検出器９の軌道を計算する。マーカ探索領域設定部５１は、軌道計算部５０で計算されたＸ線管３の軌道上の撮影位置とＸ線検出器９の軌道上の撮影位置とに基づいて、未抽出のマーカ３１，３２の画像上の位置を計算するとともに、未抽出のマーカ３１，３２の位置を中心とする所定半径の円形の局所領域を、マーカ探索領域として設定する。マーカ抽出部４８は、しきい値設定部４５によりマーカ探索領域（局所領域）内の画素値分布から設定されたしきい値によるしきい値処理及びパターンマッチング処理によりマーカ３１，３２の像をマーカ探索領域に限局して探索し抽出する。結像部４４は、Ｘ線画像各々のＸ線管３の撮影位置とＸ線検出器９の撮影位置とに基づいて複数のＸ線画像から任意断面の断面画像又は多断面の断面画像（立体像のボリュームデータ）を結像する。
【００１４】
図５には本実施形態による断面画像の結像処理の流れを示している。まず、Ｘ線立体撮影が行われる。そのために、Ｘ線管３とＸ線検出器９とが被検体Ｐ及びマーカパネル１５，１６を挟んで対向され、かつ撮影中心軸が略一致するように設置される。被検体Ｐは寝台１３の天板１４上に定位装置１７を使って固定される。被検体Ｐを挟んで一対のＸ線マーカパネル１５、１６が平行に且つ所定の距離隔てて正確に設置される。Ｘ線管３とＸ線検出器９が図６、図７に例示する円環状の軌道に沿って移動する間、断続的にＸ線撮影が繰り返される。それによりＸ線管３の撮影位置とＸ線検出器９の撮影位置とが相違する複数のＸ線画像が発生される。
【００１５】
ステップＳ１において、複数のＸ線画像（図９参照）は個別にマーカ抽出部４８でマーカ抽出処理にかけられ、その重心位置の座標が計算される（図１０参照）。マーカ抽出処理は、各Ｘ線画像に対してハイパスフィルタ処理を実施し、次にヒステリシススレッショルドを用いてマーカ３１，３２の像領域を抽出する。ヒステリシススレッショルドは第１，第２の２つのしきい値を用いて第１のしきい値以上の画素値を持つ領域の各々の連結領域のうち第２の２つのしきい値以上の画素値をひとつでも持つ領域を抽出する処理である。次に、各連結領域について、円形度、方形度や面積によって、マーカ３１の像領域とマーカ３２の像領域としてふさわしい領域のみを選別する。この処理もマーカ３１の像領域とマーカ３２の像領域に対して異なる基準で選別する。
【００１６】
第１，第２の２つのしきい値は、しきい値設定部４５によりＸ線画像ごとにその画素値分布に基づいて設定される。画素値分布は、横軸が画素値、縦軸が画素数（頻度）とするＸ線画像の性質を表す分布である。この画素値分布から、第１のしきい値は鉛像を効果的に抽出できるように高いＸ線吸収率に対応する例えば高位から所定割合（例えば上位５％）の画素値の平均値等の統計的指数から予め指定された値がしきい値設定部４５により設定され、同様に第２のしきい値は第１のしきい値より高く例えば高位から所定割合（例えば上位３％）の画素値の平均値等の統計的指数から予め指定された値がしきい値設定部４５により設定される。しきい値設定部４５により設定されたしきい値でＸ線画像が二値化され、パターンマッチング処理によりマーカ３１，３２に対応する円形及び方形の領域を抽出する。この１回目のマーカ抽出処理の段階では、正しく抽出されたマーカ３１，３２の像と、マーカ３１，３２ではない血管等の他の部位の像であるにも関わらずマーカ３１，３２の像として誤抽出されてしまった像と、未抽出のマーカ３１，３２の像とが存在する。本実施形態では、誤抽出された像を除去し、未抽出のマーカ３１，３２の像を抽出する。
【００１７】
誤抽出マーカ除去処理部４９による誤抽出された像の除去処理（Ｓ２）について説明する。図１１（ａ）に示すように、マーカ３１，３２の抽出処理時には、被検体の一部やその他をマーカ３１，３２の像と誤って抽出することがあるため、得られるマーカ像の位置座標には、誤抽出による位置座標が含まれることがある。正確なＸ線焦点・検出面の軌道推定計算を行うためには、誤抽出による位置座標を除去する必要がある。そのために、得られた位置座標に対してＸ線マーカパネルの配置位置およびＸ線マーカパネル１５，１６上での隣り合うＸ線マーカ３１，３２どうしの距離を用いた演算処理を行う。Ｘ線マーカパネル１５，１６の配置位置については、図８中のＬ、ａ、ｂを用い、Ｘ線マーカ３１，３２での隣り合うＸ線マーカ３１，３２どうしの距離としてｄa，ｄbを用いる。これらの値から、Ｘ線画像中でのＸ線マーカ３１，３２どうしの距離を求め、抽出処理によって得られたマーカ像どうしの距離が、この距離と合致しているかを判定することにより、誤抽出による位置座標を除去することが可能である。
【００１８】
例えば、図１１（ａ）に示したように誤抽出を含むＸ線マーカ３１，３２の像の位置座標が得られた場合には、次に示す手順１）〜５）により誤抽出による位置座標を除去する。
【００１９】
１）Ｘ線マーカ像位置座標間距離の計算
抽出された複数のマーカ像のあるひとつのＸ線マーカ像を特定点として特定点の位置座標と、他の全てのＸ線マーカ像各々の位置座標との距離を計算する。図１１（ａ）の例では、まず座標１を特定点として、座標１と座標２〜７各々との６つの距離を求める。次に、特定点を座標２に移し、座標２と座標１、３〜７各々との６つの距離を求める。特定点を順番に座標３〜７に移動しながら、同様の距離計算を繰り返す。全てのＸ線マーカ像位置座標について、他の６つのＸ線マーカ像位置座標との距離を求める。
【００２０】
２）距離の正誤判定
上記手順１）で求めた位置座標間の距離が、正しいＸ線マーカ像間の距離かどうかを判定する。判定には、正しいＸ線マーカ位置座標どうしの距離が、一定の値しか取らないことを利用できる。図１１（ａ）の例では、取りうる距離の値は図１２に示す５種しかなく、正しいＸ線マーカ像位置座標どうしであれば、５つの距離値のうちの、いずれかに合致するはずである。それぞれのＸ線マーカ像位置座標について求めた他の６つの位置座標との距離の値を、取り得る５つの距離値と比較し、正誤判定する。この際、数パーセントの誤差を見込んで判定しても良い。判定の結果、それぞれのＸ線マーカ像位置座標について、他の６つの位置座標との距離値について、正しいと判定された値と誤りと判定された値の数がわかる。ここで、図１２の距離Ｄとは検出器面上で、隣り合う正しいＸ線マーカ像位置座標間の距離である。例えば、間隔ｄaでＸ線マーカ３１，３２が配置されたＸ線マーカパネル１５，１６が、管球３からの距離ａに設置され、管球から距離Ｌの位置に検出器面がある場合、
Ｄ＝ｄa×Ｌ／ａ
となる。
【００２１】
３）Ｘ線マーカ像位置座標除去
上記手順２）での判定の結果、最も誤りと判定された機会（回数）が多いＸ線マーカ像位置座標を、誤抽出による位置座標とみなし、除去する。図１３のような判定結果が得られた場合には、位置座標３が誤抽出像として除去される。除去に該当する位置座標が複数ある場合には、どちらか一方を除去する。
【００２２】
４）繰り返し処理
最も誤りと判定された距離値が多いＸ線マーカ像位置座標を除去した上で、手順１）〜３）を繰り返す。終了条件は、すべてのＸ線マーカ像ついて、他のマーカ像との距離値すべてが正しいと判定されることである。図１３の例では、２回目の処理の結果、図１４のような結果が得られ、位置座標６が除去され、再度処理を繰り返す。３回目の処理の結果、図１５の結果が得られ、処理は終了する。このようにして、誤抽出による二つのＸ線マーカ像位置座標が除去できる。
【００２３】
次に、未抽出のマーカ３１，３２の像の抽出処理について説明する。マーカ抽出処理および誤抽出Ｘ線マーカ像位置座標除去処理の後に得られるＸ線マーカ像位置座標データには、Ｘ線画像の番号、抽出されたＸ線マーカ像の数、抽出されたＸ線マーカ像それぞれの位置座標が含まれ、位置座標は、２箇所に設置したＸ線マーカ３１，３２のうちの、どちらのＸ線マーカ像かが区別可能な状態となっている。このＸ線マーカ像位置座標データを用いて、軌道推定計算処理を行うことにより、それぞれのＸ線画像に対応したＸ線焦点・検出面の位置座標が求まる。正確な軌道推定計算を行うためには、必要最低限のＸ線マーカ像位置座標が必要である。そこで、必要最低限の抽出Ｘ線マーカ像個数をＮlimとすると、Ｘ線マーカ像位置座標データを参照して、各Ｘ線画像で抽出されたＸ線マーカ像の数がＮlimを下回るＸ線画像の有無を制御部４１で確認する（Ｓ３）。そして、次のような条件分岐を行う。
【００２４】
すべてのＸ線画像で、抽出されたＸ線マーカ像の数がＮlimより多い場合には、従来の処理の流れのとおり、軌道計算部５０で軌道推定計算処理を行い（Ｓ４）、画像再結像処理を行う（Ｓ５）。
【００２５】
抽出されたＸ線マーカ像の数がＮlimより少ないＸ線画像が１枚でもあった場合には、条件を満たさないＸ線画像の番号を、要再処理Ｘ線画像番号として記憶し、少ない数のＸ線マーカ像でもってＸ線管３及びＸ線検出器９の軌道を推定し（Ｓ６）、その軌道から当該Ｘ線画像上でＸ線マーカ像が現れるであろう位置をマーカ探索領域設定部５１で予測する（Ｓ７）。Ｘ線マーカ像の位置予測計算処理は次のように行う。
【００２６】
軌道推定計算処理により求まるそれぞれのＸ線画像に対応したＸ線焦点・検出面の位置座標と図８中のＬ，ａ，ｂ，ｃおよび図１０中のＸ線マーカパネル１５，１６上でのＸ線マーカ配置座標
(ｘａｉ，ｙａｊ) (i ＝ １、2、・・・ N１ 、j ＝ １、2、・・・ N2)
(ｘｂｉ，ｙｂｊ) (i ＝ １、2、・・・ M１ 、j ＝ １、2、・・・ M2)
を用いることにより、Ｘ線マーカ像がＸ線画像中のどの位置にうつるかを求めることが可能である。ここで、Ｘ線マーカ配置座標は、Ｘ線マーカパネル１５又は１６の中央を原点とする座標とする。これらの値から図１６に示すような被検体撮影部位の中心を原点とする撮影座標系でのＸ線焦点、検出器検出面、Ｘ線マーカ３１，３２の画像上での座標を定めることができる。
【００２７】
図１６で、(ｘｆｌ、ｙｆｌ、ｚｆｌ)はＸ線焦点の座標、(ｘｄｌ、ｙｄｌ、ｚｄｌ)は検出面中央の座標である。添え字lは、Ｘ線画像撮影数ｌmaxを上限として、ｌ＝１、２、・・・、ｌmaxである。また、個々のＸ線マーカのｘ、ｙ座標は、(ｘａｉ，ｙａｊ) (i = １、２、・・・ Ｎ１ 、ｊ＝１、２、・・・ Ｎ２)、(ｘｂｉ，ｙｂｊ) (ｉ＝１、２、・・・ Ｍ１ 、ｊ＝１、２、・・・ Ｍ２)である。
【００２８】
抽出Ｘ線マーカ像の数が足りないＸ線画像が撮影されたときのＸ線焦点・検出面中央の座標が(ｘｆｌ、ｙｆｌ、ｚｆｌ)、(ｘｄｌ、ｙｄｌ、ｚｄｌ)であったとすると、Ｘ線マーカは、検出面上のｘ，ｙ座標
【数１】
【００２９】
にそれぞれ写ることが計算できる。実際には検出面の大きさによって、写らないＸ線マーカ３１，３２の像もあるため、写るＸ線マーカに限定して求めればよい。このようにして求めた座標は、検出面上での予測Ｘ線マーカ像位置座標として記憶される。
【００３０】
軌道から予測したＸ線マーカ像の位置座標が、図１７に示すようにＸ線画像中の×印のように求まったとすると、その座標を中心とする所定の縦長α、横長βの局所領域をマーカ探索領域設定部５１では設定する（Ｓ８）。
【００３１】
しきい値設定部４５は、局所領域ごとにその領域内の画素値分布に基づいて設定される。画素値分布から、第１のしきい値は高位から所定割合（例えば上位２０％）の画素値の平均値等の統計的指数から予め指定された値がしきい値設定部４５により設定され、同様に第２のしきい値は第１のしきい値より高く例えば高位から所定割合（例えば上位１５％）の画素値の平均値等の統計的指数から予め指定された値がしきい値設定部４５により設定される（Ｓ９）。Ｓ１に戻り同様にしきい値設定部４５により設定されたしきい値で局所領域内が二値化され、パターンマッチング処理によりマーカ３１，３２に対応する円形及び方形の領域を抽出する。なお、局所の探索領域の形は方形には限定されず、円形でもよい。このようにして抽出されたＸ線マーカ像の位置座標をＸ線マーカ像位置座標データとして、処理を続ける。以上の処理により、Ｘ線画像からＸ線マーカ像をより確実に抽出することができ、正確な軌道推定計算処理を行うことができる。
【００３２】
以上のように、本実施形態によれば、マーカ誤抽出を除去でき、また未抽出であったマーカ像を再抽出することができ、従ってそれらマーカ像からＸ線管球の位置及びＸ線検出器の位置を高精度に計算することができる。それにより断面画像やボリュームデータの結像精度を向上させることができる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線立体撮影装置の主要部の構成を示す図。
【図２】図１のＸ線管装置とＸ線検出器装置の外観を示す図。
【図３】図１のＸ線マーカパネルの平面図。
【図４】図１の画像処理図の構成を示す図。
【図５】本実施形態において、断面画像の結像処理の流れを示す図。
【図６】本実施形態において、撮影時のＸ線管及びＸ線検出器の回転軌道を示す図。
【図７】本実施形態において、結像可能な撮影領域を示す図。
【図８】本実施形態において、Ｘ線管、検出器等の位置関係を示す図。
【図９】本実施形態において、Ｘ線画像の一例を示す中間調画像。
【図１０】本実施形態において、Ｘ線マーカとマーカ像との関係を示す図。
【図１１】本実施形態において、誤抽出されたマーカ像を示す図。
【図１２】本実施形態において、マーカ像間の相互距離を示す図。
【図１３】本実施形態において、１回目の誤抽出判定時のマーカ像間の相互距離の正誤表の一例を示す図。
【図１４】本実施形態において、２回目の誤抽出判定時のマーカ像間の相互距離の正誤表の一例を示す図。
【図１５】本実施形態において、３回目（当該例では最終回）の誤抽出判定時のマーカ像間の相互距離の正誤表の一例を示す図。
【図１６】本実施形態において、未抽出マーカ像の位置予測処理の補足図。
【図１７】本実施形態において、予測されたマーカ像の位置を含むマーカ像の探索領域を示す図。
【符号の説明】
【００３５】
１…Ｘ線管装置、２…Ｘ線発生器筐体、３…Ｘ線管、４…Ｘ線管回転機構、５…キャスタ、６…台座、７…Ｘ線検出器装置、８…筐体、９…Ｘ線検出器、１０…Ｘ線検出器回転機構、１１…台座、１２…キャスタ、１３…寝台、１４…天板、１５…Ｘ線マーカパネル、１６…Ｘ線マーカパネル、１７…定位装置、２０…高電圧発生器、２１…Ｘ線管回転制御部、２２…Ｘ線検出器回転制御部、２３…データ収集部、２４…システム制御部、２５…画像処理部、２６…表示部、２７…操作部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管球と、
Ｘ線検出器と、
前記Ｘ線管球と前記Ｘ線検出器とにより撮影された、被検体に関する像と前記被検体の近傍に整然と配置された複数のマーカに関する像とをそれぞれ含む撮影方向の異なる複数のＸ線画像のデータを記憶する手段と、
前記Ｘ線画像各々から前記複数のマーカ像を抽出する手段と、
前記抽出された複数のマーカ像の相互距離に基づいて誤抽出されたマーカ像を特定するとともに、前記誤抽出されたマーカ像を前記抽出された複数のマーカ像から除去する誤抽出マーカ除去手段と、
前記除去により残ったマーカ像の位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、
前記計算されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、前記複数のＸ線画像のデータから断面又は立体領域の画像データを結像する手段とを具備することを特徴とするＸ線立体撮影装置。
【請求項２】
前記誤抽出マーカ除去手段は、前記抽出された複数のマーカ像の相互距離を計算する手段と、前記計算された相互距離の正誤を判定する手段と、他のマーカ像との相互距離が誤りと判定された回数が最も多いマーカ像を前記誤抽出されたマーカ像として除去する手段と、前記誤判定が出なくなるまで前記相互距離の計算、前記正誤の判定及び前記誤抽出されたマーカ像の除去の一連の処理を繰り返す手段とを有することを特徴とする請求項１記載のＸ線立体撮影装置。
【請求項３】
Ｘ線管球と、
Ｘ線検出器と、
前記Ｘ線管球と前記Ｘ線検出器とにより撮影された、被検体に関する像と前記被検体の近傍に整然と配置された複数のマーカに関する像とをそれぞれ含む撮影方向の異なる複数のＸ線画像のデータを記憶する手段と、
前記Ｘ線画像各々から前記マーカ像を第１しきい値により抽出する手段と、
前記抽出されたマーカ像の位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに推定する手段と、
前記推定されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、未抽出のマーカ像の位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、
前記計算された未抽出のマーカ像の位置を含む局所領域を前記Ｘ線画像ごとに設定する手段と、
前記設定された局所領域に限定して前記Ｘ線画像各々から前記マーカ像を第２しきい値により抽出する手段と、
前記第１しきい値により抽出されたマーカ像と前記第２しきい値により抽出されたマーカ像との位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、
前記計算されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、前記複数のＸ線画像のデータから断面又は立体領域の画像データを結像する手段とを具備することを特徴とするＸ線立体撮影装置。
【請求項４】
前記Ｘ線画像各々の画素値分布から前記第１しきい値を前記Ｘ線画像ごとに設定するとともに、前記局所領域各々の画素値分布から前記第２しきい値を前記局所領域ごとに設定する手段をさらに備えることを特徴とする請求項３記載のＸ線立体撮影装置。
【請求項５】
Ｘ線管球と、
Ｘ線検出器と、
前記Ｘ線管球と前記Ｘ線検出器とにより撮影された、被検体に関する像と前記被検体の近傍に整然と配置された複数のマーカに関する像とをそれぞれ含む撮影方向の異なる複数のＸ線画像のデータを記憶する手段と、
前記Ｘ線画像各々から前記複数のマーカ像を抽出する手段と、
前記抽出された複数のマーカ像の相互距離に基づいて誤抽出されたマーカ像を特定するとともに、前記誤抽出されたマーカ像を前記抽出された複数のマーカ像から除去する誤抽出マーカ除去手段と、
前記除去により残ったマーカ像の位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに推定する手段と、
前記推定されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、未抽出のマーカ像の位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、
前記計算された未抽出のマーカ像の位置を含む局所領域を前記Ｘ線画像ごとに設定する手段と、
前記設定された局所領域に限定して前記Ｘ線画像各々から前記マーカ像を第２しきい値により抽出する手段と、
前記第１しきい値により抽出されたマーカ像と前記第２しきい値により抽出されたマーカ像との位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、
前記計算されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、前記複数のＸ線画像のデータから断面又は立体領域の画像データを結像する手段とを具備することを特徴とするＸ線立体撮影装置。
【請求項１】
Ｘ線管球と、
Ｘ線検出器と、
前記Ｘ線管球と前記Ｘ線検出器とにより撮影された、被検体に関する像と前記被検体の近傍に整然と配置された複数のマーカに関する像とをそれぞれ含む撮影方向の異なる複数のＸ線画像のデータを記憶する手段と、
前記Ｘ線画像各々から前記複数のマーカ像を抽出する手段と、
前記抽出された複数のマーカ像の相互距離に基づいて誤抽出されたマーカ像を特定するとともに、前記誤抽出されたマーカ像を前記抽出された複数のマーカ像から除去する誤抽出マーカ除去手段と、
前記除去により残ったマーカ像の位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、
前記計算されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、前記複数のＸ線画像のデータから断面又は立体領域の画像データを結像する手段とを具備することを特徴とするＸ線立体撮影装置。
【請求項２】
前記誤抽出マーカ除去手段は、前記抽出された複数のマーカ像の相互距離を計算する手段と、前記計算された相互距離の正誤を判定する手段と、他のマーカ像との相互距離が誤りと判定された回数が最も多いマーカ像を前記誤抽出されたマーカ像として除去する手段と、前記誤判定が出なくなるまで前記相互距離の計算、前記正誤の判定及び前記誤抽出されたマーカ像の除去の一連の処理を繰り返す手段とを有することを特徴とする請求項１記載のＸ線立体撮影装置。
【請求項３】
Ｘ線管球と、
Ｘ線検出器と、
前記Ｘ線管球と前記Ｘ線検出器とにより撮影された、被検体に関する像と前記被検体の近傍に整然と配置された複数のマーカに関する像とをそれぞれ含む撮影方向の異なる複数のＸ線画像のデータを記憶する手段と、
前記Ｘ線画像各々から前記マーカ像を第１しきい値により抽出する手段と、
前記抽出されたマーカ像の位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに推定する手段と、
前記推定されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、未抽出のマーカ像の位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、
前記計算された未抽出のマーカ像の位置を含む局所領域を前記Ｘ線画像ごとに設定する手段と、
前記設定された局所領域に限定して前記Ｘ線画像各々から前記マーカ像を第２しきい値により抽出する手段と、
前記第１しきい値により抽出されたマーカ像と前記第２しきい値により抽出されたマーカ像との位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、
前記計算されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、前記複数のＸ線画像のデータから断面又は立体領域の画像データを結像する手段とを具備することを特徴とするＸ線立体撮影装置。
【請求項４】
前記Ｘ線画像各々の画素値分布から前記第１しきい値を前記Ｘ線画像ごとに設定するとともに、前記局所領域各々の画素値分布から前記第２しきい値を前記局所領域ごとに設定する手段をさらに備えることを特徴とする請求項３記載のＸ線立体撮影装置。
【請求項５】
Ｘ線管球と、
Ｘ線検出器と、
前記Ｘ線管球と前記Ｘ線検出器とにより撮影された、被検体に関する像と前記被検体の近傍に整然と配置された複数のマーカに関する像とをそれぞれ含む撮影方向の異なる複数のＸ線画像のデータを記憶する手段と、
前記Ｘ線画像各々から前記複数のマーカ像を抽出する手段と、
前記抽出された複数のマーカ像の相互距離に基づいて誤抽出されたマーカ像を特定するとともに、前記誤抽出されたマーカ像を前記抽出された複数のマーカ像から除去する誤抽出マーカ除去手段と、
前記除去により残ったマーカ像の位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに推定する手段と、
前記推定されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、未抽出のマーカ像の位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、
前記計算された未抽出のマーカ像の位置を含む局所領域を前記Ｘ線画像ごとに設定する手段と、
前記設定された局所領域に限定して前記Ｘ線画像各々から前記マーカ像を第２しきい値により抽出する手段と、
前記第１しきい値により抽出されたマーカ像と前記第２しきい値により抽出されたマーカ像との位置関係から前記Ｘ線管球の撮影位置及び前記Ｘ線検出器の撮影位置を前記Ｘ線画像ごとに計算する手段と、
前記計算されたＸ線管球の位置及び前記Ｘ線検出器の位置に基づいて、前記複数のＸ線画像のデータから断面又は立体領域の画像データを結像する手段とを具備することを特徴とするＸ線立体撮影装置。
【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１６】
【図１７】
【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１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００６−４３０４７（Ｐ２００６−４３０４７Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２２６９４１（Ｐ２００４−２２６９４１）
【出願日】平成１６年８月３日（２００４．８．３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）「国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１５年度健康寿命延伸のための医療福祉機器高度化プログラム 早期診断・短期回復のための高度診断・治療システム 内視鏡等による低侵襲高度手術支援システム、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受けるもの）」
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月３日（２００４．８．３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）「国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１５年度健康寿命延伸のための医療福祉機器高度化プログラム 早期診断・短期回復のための高度診断・治療システム 内視鏡等による低侵襲高度手術支援システム、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受けるもの）」
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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