JP2025023667A - IMAGE PROCESSING APPARATUS, RADIATION IMAGING SYSTEM, IMAGE PROCESSING METHOD, AND PROGRAM - Google Patents
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Abstract
Description
開示の技術は、画像処理装置、放射線撮像システム、画像処理方法及びプログラムに関する。より具体的には、医療診断における一般撮影などの静止画撮影や透視撮影などの動画撮影に用いられる画像処理装置、放射線撮像システム、画像処理方法及びプログラムに関する。 The disclosed technology relates to an image processing device, a radiation imaging system, an image processing method, and a program. More specifically, the technology relates to an image processing device, a radiation imaging system, an image processing method, and a program used for still image capture such as general imaging in medical diagnosis and for video capture such as fluoroscopy.
現在、X線による医療画像診断や非破壊検査に用いる撮影装置として、半導体材料によって形成された平面検出器(Flat Panel Detector、以下FPDと略す)を用いた放射線撮像装置が普及している。 Currently, radiation imaging devices using flat panel detectors (FPDs) made of semiconductor materials are widely used as imaging devices for medical image diagnosis and non-destructive testing using X-rays.
FPDを用いた撮影方法として、エネルギーサブトラクションでは、管電圧の異なるX線を照射して取得した、エネルギーの異なる複数の画像を処理することにより、物質分離画像、例えば、骨画像や軟部組織画像を取得することができる(特許文献1)。 In energy subtraction, an imaging method using an FPD, multiple images of different energies are acquired by irradiating X-rays with different tube voltages, and then processed to obtain material-separated images, such as bone images and soft tissue images (Patent Document 1).
エネルギーサブトラクション処理を用いて取得した軟部組織や骨のコントラストを除去することにより、画像下治療(IVR:Interventional Radiology)において、血管に注入された造影剤や、ステント、コイル等の医療用デバイスの視認性を向上できる。一方で、エネルギーサブトラクション処理を行うと画像のノイズが増加し得る。また、エネルギーの異なる複数の画像を取得する際に被写体が動いた場合、モーションアーチファクトが発生し得る。優れた画質の画像を取得するには、ノイズの増加を抑制しつつ、モーションアーチファクトを低減することが必要とされる。 By removing the contrast of soft tissues and bones acquired using energy subtraction processing, the visibility of contrast agents injected into blood vessels and medical devices such as stents and coils can be improved during interventional radiology (IVR). However, energy subtraction processing can increase image noise. Furthermore, if the subject moves when acquiring multiple images with different energies, motion artifacts can occur. To acquire images of high quality, it is necessary to reduce motion artifacts while suppressing the increase in noise.
開示の技術は、優れた画質の画像を取得することが可能な画像処理技術の提供を目的する。 The disclosed technology aims to provide image processing technology that can obtain images with excellent image quality.
開示の技術の一態様による画像処理装置は、被写体に放射線を照射して撮影を行うことで得られた互いに異なる複数の放射線エネルギーに対応した複数の情報を用いて複数の物質の厚み画像に分離する物質分離処理を行う処理手段を備え、
前記処理手段は、前記複数の情報の差に関する情報に基づいて特定した一部の画素と他の画素とで異なるパラメータを用いてノイズ低減処理された前記厚み画像と、前記複数の情報とを用いて、前記物質分離処理を行う。
According to one aspect of the disclosed technique, an image processing device includes a processing unit that performs a material separation process for separating an image into thickness images of a plurality of materials using a plurality of pieces of information corresponding to a plurality of different radiation energies obtained by irradiating a subject with radiation and capturing the image;
The processing means performs the material separation process using the thickness image which has been subjected to noise reduction processing using parameters which differ between a portion of pixels identified based on information regarding the difference between the plurality of pieces of information and other pixels, and the plurality of pieces of information.
開示の技術によれば、優れた画質の画像を取得することが可能になる。 The disclosed technology makes it possible to obtain images with excellent image quality.
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。 The following embodiments are described in detail with reference to the attached drawings. Note that the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Although the embodiments describe multiple features, not all of these multiple features are necessarily essential to the invention, and multiple features may be combined in any manner. Furthermore, in the attached drawings, the same reference numbers are used for the same or similar configurations, and duplicate explanations are omitted.
なお、開示の技術における放射線には、放射線崩壊によって放出される粒子(光子を含む)の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えばX線や粒子線、宇宙線なども、含まれるものとする。以下の実施形態では、放射線の一例としてX線を用いた装置を説明する。したがって、以下では、放射線撮像装置、放射線撮像システムとして、それぞれX線撮像装置、X線撮像システムとして説明する。 Note that radiation in the disclosed technology includes alpha rays, beta rays, gamma rays, and the like, which are beams made of particles (including photons) emitted by radioactive decay, as well as beams having the same or greater energy, such as X-rays, particle beams, and cosmic rays. In the following embodiment, an apparatus using X-rays as an example of radiation will be described. Therefore, hereinafter, a radiation imaging apparatus and a radiation imaging system will be described as an X-ray imaging apparatus and an X-ray imaging system, respectively.
(第1実施形態)
図1は、実施形態に係る、放射線撮像システムの一例としてのX線撮像システムの構成例を示すブロック図である。実施形態のX線撮像システムは、X線発生装置101(放射線源)、X線制御装置102、撮像制御装置103(画像処理装置)、X線撮像装置104(放射線撮像装置)を備える。
First Embodiment
1 is a block diagram showing an example of the configuration of an X-ray imaging system as an example of a radiation imaging system according to an embodiment. The X-ray imaging system according to the embodiment includes an X-ray generating device 101 (radiation source), an
X線発生装置101は、X線を発生し、被写体にX線を照射する。X線制御装置102は、X線発生装置101におけるX線の発生を制御する。撮像制御装置103は、画像情報の取得及び制御を行う。撮像制御装置103は、例えば、1つまたは複数のプロセッサー(CPU)とメモリ(記憶部136)を有し、プロセッサーがメモリ(記憶部136)に格納されたプログラムを実行してX線画像の取得及び画像処理を行う。なお、撮像制御装置103による画像処理を含む各処理は、専用のハードウエアにより実現されてもよいし、ハードウエアとソフトウエアの協働により実現されてもよい。X線撮像装置104は、X線を可視光に変換する蛍光体105と、可視光を検出する二次元検出器106を有する。二次元検出器は、X線量子を検出する画素20をX列×Y行のアレイ状に配置したセンサであり、画像情報を出力する。
The
撮像制御装置103は、上述したプロセッサーにより放射線画像を処理する画像処理装置として機能する。取得部131、補正部132、信号処理部133、画像処理部134、表示制御部135及び記憶部136は、画像処理装置としての機能構成例を示している。撮像制御装置103(画像処理装置)は、二次元検出器で検出された複数の放射線エネルギーに対応した複数の情報を用いてノイズ低減処理された画像を取得する。
The
取得部131は、被写体に放射線を照射して撮影を行うことで得られた互いにエネルギーが異なる複数の放射線画像を取得する。取得部131は、複数の放射線画像として、1ショットの放射線の曝射の間に複数回のサンプルホールドを行って得られた放射線画像を取得する。
The
補正部132は、取得部131により取得された複数の放射線画像を補正してエネルギーサブトラクション処理で用いられる複数の画像を生成する。
The
信号処理部133は、被写体に放射線を照射して撮影を行うことで得られた互いに異なる複数の放射線エネルギーに対応した複数の情報を取得する。
The
ここで、複数の情報には、複数の放射線エネルギーのうち第1の放射線エネルギーに対応した情報と、第1の放射線エネルギーとは異なる第2の放射線エネルギーに対応した情報とが含まれる。第1の放射線エネルギーに対応した情報には第1の放射線画像が含まれ、第2の放射線エネルギーに対応した情報には第2の放射線画像が含まれる。 Here, the multiple pieces of information include information corresponding to a first radiation energy among the multiple radiation energies, and information corresponding to a second radiation energy different from the first radiation energy. The information corresponding to the first radiation energy includes a first radiation image, and the information corresponding to the second radiation energy includes a second radiation image.
X線撮像装置104により撮像された第1の放射線画像には、撮影によって得られた電気信号(画像信号)の信号値(画素値)と、当該信号値の二次元の配列を示す位置情報とが対応づけられたデータが含まれる。また、X線撮像装置104により撮像された第2の放射線画像には、撮影によって得られた電気信号(画像信号)の信号値(画素値)と、当該信号値の二次元の配列を示す位置情報とが対応づけられたデータが含まれる。複数の画像(第1の放射線画像、第2の放射線画像)には、第1の物質の厚み画像(第1画像)と第1の物質とは異なる第2の物質の厚み画像(第2画像)が含まれる。複数の画像には、例えば、骨と軟部組織というように物質を分離して表す画像(物質分離画像)が含まれる。 The first radiographic image captured by the X-ray imaging device 104 includes data in which the signal values (pixel values) of the electrical signals (image signals) obtained by imaging correspond to position information indicating the two-dimensional arrangement of the signal values. The second radiographic image captured by the X-ray imaging device 104 includes data in which the signal values (pixel values) of the electrical signals (image signals) obtained by imaging correspond to position information indicating the two-dimensional arrangement of the signal values. The multiple images (first radiographic image, second radiographic image) include a thickness image of a first material (first image) and a thickness image of a second material different from the first material (second image). The multiple images include an image (material separation image) that shows materials separated, such as bone and soft tissue.
信号処理部133は、互いに異なる放射線エネルギーで撮影した複数の放射線画像に基づいて、例えば、第1の物質の厚みを示す第1画像と、第1の物質とは異なる第2の物質の厚みを示す第2画像とを生成する。ここで、第1の物質には、少なくとも、カルシウム、ハイドロキシアパタイト、又は骨が含まれ、第2の物質には、少なくとも、水、又は脂肪又はカルシウムを含まない軟物質が含まれる。信号処理部133の詳細は後述する。
The
画像処理部134は、信号処理部133による信号処理によって取得された第1画像および第2画像を用いて、表示用画像を生成する。表示制御部135は、信号処理部133により取得された第1の物質の厚み画像と、第2の物質の厚み画像とを、例えば、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイなどで構成される表示装置137に表示させる。操作装置138は、例えば、マウスやキーボードなどで構成され、操作者からの各種指示を入力する。操作装置138は、表示装置137と一体となったタッチパネルとして実現されてもよい。
The
記憶部136は、各種のプログラム、データベース(テーブル)やフィルタ処理F1(ノイズ低減処理)用のフィルタパラメータ(以下、「パラメータ」ともいう)を記憶している。テーブルには、エネルギーサブトラクション処理の際に用いる各種テーブルが含まれる。また、フィルタパラメータは、撮影条件(曝射条件)に応じて最適化されたフィルタパラメータである。1つまたは複数のプロセッサー(CPU)が記憶部136に格納されたプログラムを実行して、取得部131、補正部132、信号処理部133、画像処理部134、表示制御部135の機能を実現する。
The
図2は、実施形態に係る画素20の等価回路図である。画素20は、光電変換素子201と、出力回路部202とを含む。光電変換素子201は、典型的にはフォトダイオードでありうる。出力回路部202は、増幅回路部204、クランプ回路部206、サンプルホールド回路207、選択回路部208を含む。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a
光電変換素子201は、電荷蓄積部を含み、該電荷蓄積部は、増幅回路部204のMOSトランジスタ204aのゲートに接続されている。MOSトランジスタ204aのソースは、MOSトランジスタ204bを介して電流源204cに接続されている。MOSトランジスタ204aと電流源204cとによってソースフォロア回路が構成されている。MOSトランジスタ204bは、そのゲートに供給されるイネーブル信号ENがアクティブレベルになるとオンしてソースフォロア回路を動作状態にするイネーブルスイッチである。
The
図2に示す例では、光電変換素子201の電荷蓄積部およびMOSトランジスタ204aのゲートが共通のノードを構成していて、このノードは、電荷蓄積部に蓄積された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部として機能する。即ち、電荷電圧変換部には、電荷蓄積部に蓄積された電荷Qと電荷電圧変換部が有する容量値Cとによって定まる電圧V(=Q/C)が現れる。電荷電圧変換部は、リセットスイッチ203を介してリセット電位Vresに接続されている。リセット信号PRESがアクティブレベルになると、リセットスイッチ203がオンして、電荷電圧変換部の電位がリセット電位Vresにリセットされる。
In the example shown in FIG. 2, the charge storage section of the
クランプ回路部206は、リセットした電荷電圧変換部の電位に応じて増幅回路部204によって出力されるノイズをクランプ容量206aによってクランプする。つまり、クランプ回路部206は、光電変換素子201で光電変換により発生した電荷に応じてソースフォロア回路から出力された信号から、このノイズをキャンセルするための回路である。このノイズはリセット時のkTCノイズを含む。クランプは、クランプ信号PCLをアクティブレベルにしてMOSトランジスタ206bをオン状態にした後に、クランプ信号PCLを非アクティブレベルにしてMOSトランジスタ206bをオフ状態にすることによってなされる。クランプ容量206aの出力側は、MOSトランジスタ206cのゲートに接続されている。MOSトランジスタ206cのソースは、MOSトランジスタ206dを介して電流源206eに接続されている。MOSトランジスタ206cと電流源206eとによってソースフォロア回路が構成されている。MOSトランジスタ206dは、そのゲートに供給されるイネーブル信号EN0がアクティブレベルになるとオンしてソースフォロア回路を動作状態にするイネーブルスイッチである。
The
光電変換素子201で光電変換により発生した電荷に応じてクランプ回路部206から出力される信号は、光信号として、光信号サンプリング信号TSがアクティブレベルになることによってスイッチ207Saを介して容量207Sbに書き込まれる。電荷電圧変換部の電位をリセットした直後にMOSトランジスタ206bをオン状態とした際にクランプ回路部206から出力される信号は、クランプ電圧である。ノイズ信号は、ノイズサンプリング信号TNがアクティブレベルになることによってスイッチ207Naを介して容量207Nbに書き込まれる。このノイズ信号には、クランプ回路部206のオフセット成分が含まれる。スイッチ207Saと容量207Sbによって信号サンプルホールド回路207Sが構成され、スイッチ207Naと容量207Nbによってノイズサンプルホールド回路207Nが構成される。サンプルホールド回路部207は、信号サンプルホールド回路207Sとノイズサンプルホールド回路207Nとを含む。
The signal output from the
駆動回路部が行選択信号をアクティブレベルに駆動すると、容量207Sbに保持された信号(光信号)がMOSトランジスタ208Saおよび行選択スイッチ208Sbを介して信号線21Sに出力される。また、同時に、容量207Nbに保持された信号(ノイズ)がMOSトランジスタ208Naおよび行選択スイッチ208Nbを介して信号線21Nに出力される。MOSトランジスタ208Saは、信号線21Sに設けられた不図示の定電流源とソースフォロア回路を構成する。同様に、MOSトランジスタ208Naは、信号線21Nに設けられた不図示の定電流源とソースフォロア回路を構成する。MOSトランジスタ208Saと行選択スイッチ208Sbによって信号用選択回路部208Sが構成され、MOSトランジスタ208Naと行選択スイッチ208Nbによってノイズ用選択回路部208Nが構成される。選択回路部208は、信号用選択回路部208Sとノイズ用選択回路部208Nとを含む。
When the driving circuit unit drives the row selection signal to an active level, the signal (optical signal) held in the capacitance 207Sb is output to the
画素20は、隣接する複数の画素20の光信号を加算する加算スイッチ209Sを有してもよい。加算モード時には、加算モード信号ADDがアクティブレベルになり、加算スイッチ209Sがオン状態になる。これにより、隣接する画素20の容量207Sbが加算スイッチ209Sによって相互に接続されて、光信号が平均化される。同様に、画素20は、隣接する複数の画素20のノイズを加算する加算スイッチ209Nを有してもよい。加算スイッチ209Nがオン状態になると、隣接する画素20の容量207Nbが加算スイッチ209Nによって相互に接続されて、ノイズが平均化される。加算部209は、加算スイッチ209Sと加算スイッチ209Nを含む。
The
また、画素20は、感度を変更するための感度変更部205を有してもよい。画素20は、例えば、第1感度変更スイッチ205aおよび第2感度変更スイッチ205'a、並びにそれらに付随する回路素子を含みうる。第1変更信号WIDEがアクティブレベルになると、第1感度変更スイッチ205aがオンして、電荷電圧変換部の容量値に第1付加容量205bの容量値が追加される。これによって画素20の感度が低下する。第2変更信号WIDE2がアクティブレベルになると、第2感度変更スイッチ205'aがオンして、電荷電圧変換部の容量値に第2付加容量205'bの容量値が追加される。これによって画素20の感度が更に低下する。このように画素20の感度を低下させる機能を追加することによって、より大きな光量を受光することが可能となり、ダイナミックレンジを広げることができる。第1変更信号WIDEがアクティブレベルになる場合には、イネーブル信号ENwをアクティブレベルにして、MOSトランジスタ204aに変えてMOSトランジスタ204'aをソースフォロア動作させてもよい。
The
X線撮像装置104は、二次元検出器106から以上のような画素回路の出力を読み出し、不図示のAD変換器でデジタル値に変換した後、撮像制御装置103に画像を転送する。
The X-ray imaging device 104 reads the output of the pixel circuits described above from the two-
次に、上述した構成を備えた実施形態のX線撮像システムの動作について説明する。図3は、実施形態に係るX線撮像システムにおいてエネルギーサブトラクションを行った場合のX線撮像装置104の駆動タイミングを示す。図3における波形は横軸を時間として、X線の曝射、同期信号、光電変換素子201のリセット、サンプルホールド回路207、信号線21からの画像の読み出しのタイミングを示している。
Next, the operation of the X-ray imaging system of the embodiment having the above-mentioned configuration will be described. FIG. 3 shows the drive timing of the X-ray imaging device 104 when energy subtraction is performed in the X-ray imaging system of the embodiment. The waveform in FIG. 3 shows the timing of X-ray exposure, synchronization signal, resetting of the
リセット信号により光電変換素子201のリセットが行われてからX線が曝射される。X線の管電圧は理想的には矩形波となるが、管電圧の立ち上がりと立下りには有限の時間がかかる。特に、パルスX線で曝射時間が短い場合は、管電圧はもはや矩形波とはみなせず、X線301~303に示すような波形となる。立ち上がり期のX線301、安定期のX線302、立下り期のX線303ではそれぞれX線のエネルギーが異なる。したがって、サンプルホールドによって区切られる期間の放射線に対応したX線画像を得ることにより、互いにエネルギーが異なる複数種類のX線画像が得られる。
The
X線撮像装置104は、立ち上がり期のX線301が曝射された後に、ノイズサンプルホールド回路207Nでサンプリングを行い、さらに安定期のX線302が曝射された後に信号サンプルホールド回路207Sでサンプリングを行う。その後、X線撮像装置104は、信号線21Nと信号線21Sの差分を画像として読み出す。このとき、ノイズサンプルホールド回路207Nには立ち上がり期のX線301の信号(R1)が保持され、信号サンプルホールド回路207Sには立ち上がり期のX線301の信号と安定期のX線302の信号(B)の和(R1+B)が保持されている。従って、安定期のX線302の信号に対応した画像304が読み出される。
The X-ray imaging device 104 performs sampling in the noise
次に、X線撮像装置104は、立下り期のX線303の曝射と、画像304の読み出しとが完了してから、再び信号サンプルホールド回路207Sでサンプリングを行う。その後、X線撮像装置104は、光電変換素子201のリセットを行い、再びノイズサンプルホールド回路207Nでサンプリングを行い、信号線21Nと信号線21Sの差分を画像として読み出す。このとき、ノイズサンプルホールド回路207NにはX線が曝射されていない状態の信号が保持され、信号サンプルホールド回路207Sには立ち上がり期のX線301の信号と安定期のX線302と立下り期のX線303の信号(R2)の和(R1+B+R2)が保持されている。従って、立ち上がり期のX線301の信号と安定期のX線302の信号と立下り期のX線303の信号に対応した画像306が読み出される。その後、画像306と画像304の差分を計算することで、立ち上がり期のX線301と立下り期のX線303の和に対応した画像305が得られる。この計算は、X線撮像装置104で行われてもよいし、撮像制御装置103で行われてもよい。
Next, after completing the exposure of the
サンプルホールド回路207及び光電変換素子201のリセットを行うタイミングは、X線発生装置101からX線の曝射が開始されたことを示す同期信号307を用いて決定される。X線の曝射開始を検出する方法としては、X線発生装置101の管電流を測定し、電流値が予め設定された閾値を上回るか否かを判定する構成を用いることができるがこれに限られるものではない。例えば、光電変換素子201のリセットが完了した後、画素20を繰り返して読み出し、画素値が予め設定された閾値を上回るか否かを判定することによりX線の曝射開始を検出する構成が用いられてもよい。
The timing for resetting the sample-and-
あるいは、例えば、X線撮像装置104に二次元検出器106とは異なるX線検出器を内蔵し、その測定値が予め設定された閾値を上回るか否かを判定することによりX線の曝射開始を検出する構成が用いられてもよい。いずれの方式の場合も、X線の曝射開始を示す同期信号307の入力から予め指定した時間が経過した後に、信号サンプルホールド回路207Sのサンプリング、ノイズサンプルホールド回路207Nのサンプリング、光電変換素子201のリセットが行われる。
Alternatively, for example, an X-ray imaging device 104 may have an X-ray detector built in that is different from the two-
以上のようにして、パルスX線の安定期に対応した画像304と、立ち上がり期と立下り期の和に対応した画像305が得られる。これら二枚のX線画像を形成する際に曝射されたX線のエネルギーは互いに異なるため、これらX線画像間で演算を行うことでエネルギーサブトラクション処理を行うことができる。
In this manner, an
図4は、実施形態に係るX線撮像システムにおいてエネルギーサブトラクションを行った場合のX線撮像装置104の駆動タイミングを示す。図4に示す駆動タイミングは、X線発生装置101の管電圧を能動的に切り替えている点で図3の駆動タイミングとは異なる。
Figure 4 shows the drive timing of the X-ray imaging device 104 when energy subtraction is performed in the X-ray imaging system according to the embodiment. The drive timing shown in Figure 4 differs from the drive timing in Figure 3 in that the tube voltage of the
まず、光電変換素子201のリセットが行われた後、X線発生装置101は低エネルギーのX線401の曝射を行う。この状態で、X線撮像装置104は、ノイズサンプルホールド回路207Nによりサンプリングを行う。その後、X線発生装置101は、管電圧を切り替えて高エネルギーのX線402の曝射を行う。この状態で、X線撮像装置104は、信号サンプルホールド回路207Sによりサンプリングを行う。その後、X線発生装置101は、管電圧を切り替えて低エネルギーのX線403の曝射を行う。X線撮像装置104は、信号線21Nと信号線21Sの差分を画像として読み出す。このとき、ノイズサンプルホールド回路207Nには低エネルギーのX線401の信号(R1)が保持され、信号サンプルホールド回路207Sには低エネルギーのX線401の信号と高エネルギーのX線402の信号(B)の和(R1+B)が保持されている。従って、高エネルギーのX線402の信号に対応した画像404が読み出される。
First, after the
次に、X線撮像装置104は、低エネルギーのX線403の曝射と、画像404の読み出しとが完了してから、再び信号サンプルホールド回路207Sでサンプリングを行う。その後、X線撮像装置104は、光電変換素子201のリセットを行い、再びノイズサンプルホールド回路207Nでサンプリングを行い、信号線21Nと信号線21Sの差分を画像として読み出す。このとき、ノイズサンプルホールド回路207NにはX線が曝射されていない状態の信号が保持され、信号サンプルホールド回路207Sには低エネルギーのX線401の信号と高エネルギーのX線402と低エネルギーのX線403の信号(R2)の和(R1+B+R2)が保持されている。従って、低エネルギーのX線401の信号と高エネルギーのX線402の信号と低エネルギーのX線403の信号に対応した画像406が読み出される。
Next, after the X-ray imaging device 104 completes the exposure of the low-
その後、画像406と画像404の差分を計算することで、低エネルギーのX線401と低エネルギーのX線403の和に対応した画像405が得られる。この計算は、X線撮像装置104で行われてもよいし、撮像制御装置103で行われてもよい。同期信号407については、図3と同様である。このように、管電圧を能動的に切り替えながら画像を取得することで、図3の方法に比べて低エネルギーと高エネルギーの放射線画像の間のエネルギー差をより大きくすることが出来る。
Then, by calculating the difference between
次に、撮像制御装置103によるエネルギーサブトラクション処理について説明する。実施形態におけるエネルギーサブトラクション処理は、補正部132による補正処理、信号処理部133による信号処理、画像処理部134による画像処理の3段階に分かれている。以下、それぞれの処理について説明する。
Next, the energy subtraction processing by the
補正処理は、X線撮像装置104から取得された複数の放射線画像を処理してエネルギーサブトラクション処理における後述の信号処理で用いられる複数の画像を生成する処理である。 The correction process processes multiple radiation images acquired from the X-ray imaging device 104 to generate multiple images to be used in the signal processing described below in the energy subtraction process.
図5に、実施形態に係るエネルギーサブトラクション処理のための補正処理のブロック図を示す。まず、取得部131は、X線撮像装置104にX線を曝射しない状態での撮像を行わせ、図3または図4に示した駆動で画像を取得する。この駆動により2枚の画像が読み出される。以下、1枚目の画像(画像304または画像404)をF_ODD、2枚目の画像(画像306または画像406)をF_EVENとする。F_ODDとF_EVENは、X線撮像装置104の固定パターンノイズ(FPN:Fixed Pattern Noise)に対応する画像である。
Figure 5 shows a block diagram of the correction process for the energy subtraction process according to the embodiment. First, the
次に、取得部131は、被写体がない状態でX線撮像装置104にX線を曝射して撮像を行わせ、図3又は図4に示した駆動によりX線撮像装置104から出力されるゲイン補正用の画像を取得する。この駆動により、上記と同様に2枚の画像が読み出される。以下、1枚目のゲイン補正用の画像(画像304または画像404)をW_ODD、2枚目のゲイン補正用の画像(画像306または画像406)をW_EVENとする。W_ODDとW_EVENは、X線撮像装置104のFPNとX線による信号の和に対応する画像である。補正部132は、W_ODDからF_ODDを、W_EVENからF_EVENを減算することで、X線撮像装置104のFPNが除去された画像WF_ODDとWF_EVENを得る。これをオフセット補正と呼ぶ。
Next, the
WF_ODDは安定期のX線302に対応する画像であり、WF_EVENは立ち上がり期のX線301、安定期のX線302、立下り期のX線303の和に対応する画像である。従って、補正部132は、WF_EVENからWF_ODDを減算することで、立ち上がり期のX線301と立下り期のX線303の和に対応する画像を得る。このように、複数枚の画像の減算により、サンプルホールドによって区切られる特定の期間のX線に対応した画像を得る処理を色補正と呼ぶ。立ち上がり期のX線301と立下り期のX線303のエネルギーは、安定期のX線302のエネルギーに比べて低い。従って、色補正により、WF_EVENからWF_ODDを減算することで、被写体がない場合の低エネルギー画像W_Lowが得られる。また、WF_ODDから、被写体がない場合の高エネルギー画像W_Highが得られる。
WF_ODD is an image corresponding to the
次に、取得部131は、被写体がある状態でX線撮像装置104にX線を曝射して撮像を行わせ、図3または図4に示した駆動によりX線撮像装置104から出力される画像を取得する。このとき2枚の画像が読み出される。以下、1枚目の画像(画像304または画像404)をX_ODD、2枚目の画像(画像306または画像406)をX_EVENとする。補正部132は、被写体がない場合と同様のオフセット補正および色補正を行うことで、被写体がある場合の低エネルギー画像X_Lowと、被写体がある場合の高エネルギー画像X_Highを得る。
Next, the
ここで、被写体の厚みをd、被写体の線減弱係数をμ、被写体がない場合の画素20の出力をI0、被写体がある場合の画素20の出力をIとすると、以下の[数1]式が成り立つ。
Here, if the thickness of the subject is d, the linear attenuation coefficient of the subject is μ, the output of
[数1]式を変形すると、以下の[数2]式が得られる。[数2]式の右辺は被写体の透過率を示す。被写体の透過率は0~1の間の実数である。 Transforming equation [1] gives the following equation [2]. The right-hand side of equation [2] indicates the transmittance of the subject. The transmittance of the subject is a real number between 0 and 1.
従って、補正部132は、被写体がある場合の低エネルギー画像X_Lowを、被写体がない場合の低エネルギー画像W_Lowで除算することで、低エネルギーにおける透過率の画像L(以下、「低エネルギー画像Lまたは第2の放射線画像L」ともいう)を得る。同様に、補正部132は、被写体がある場合の高エネルギー画像X_Highを、被写体がない場合の高エネルギー画像W_Highで除算することで、高エネルギーにおける透過率の画像Hを得る(以下、「高エネルギー画像Hまたは第1の放射線画像H」ともいう)。このように、被写体ありの状態で得られた放射線画像に基づいて得られた画像を被写体なしの状態で得られた放射線画像に基づいて得られた画像で除算することにより、低エネルギーにおける透過率又は高エネルギーにおける透過率の画像(L,H)を取得する処理をゲイン補正と呼ぶ。
Therefore, the
図6に、実施形態に係るエネルギーサブトラクション処理の信号処理のブロック図を示す。信号処理部133は、補正部132から得られる複数の画像を用いて物質分離画像を生成する。以下では、骨の厚みの画像B(以下、骨の厚みBまたは骨画像Bともいう)と軟部組織の厚みの画像S(以下、軟部組織の厚みSまたは軟部組織画像Sともいう)からなる物質分離画像の生成処理を説明する。信号処理部133は、以下の処理により図5に示した補正によって得られた低エネルギーにおける透過率の画像Lと高エネルギーにおける透過率の画像Hから、骨の厚みの画像Bと軟部組織の厚みの画像Sを求める。
Figure 6 shows a block diagram of signal processing for energy subtraction processing according to the embodiment. The
まず、X線フォトンのエネルギーをE、エネルギーEにおけるフォトン数をN(E)、骨の厚み画像における厚みをB、軟部組織の厚み画像における厚みをS、エネルギーEにおける骨の線減弱係数をμB(E)、エネルギーEにおける軟部組織の線減弱係数をμS(E)、透過率をI/I0とすると、以下の[数3]式が成り立つ。 First, assuming that the energy of an X-ray photon is E, the number of photons at energy E is N(E), the thickness in the bone thickness image is B, the thickness in the soft tissue thickness image is S, the linear attenuation coefficient of bone at energy E is μ B (E), the linear attenuation coefficient of soft tissue at energy E is μ S (E), and the transmittance is I/I 0 , the following equation (3) holds.
エネルギーEにおけるフォトン数N(E)は、X線のスペクトルである。X線のスペクトルは、シミュレーション又は実測により得られる。また、エネルギーEおける骨の線減弱係数μB(E)とエネルギーEおける軟部組織の線減弱係数μS(E)は、それぞれNIST(National Institute of Standards and Technology)などのデータベースから得られる。したがって、[数3]式によれば、任意の骨の厚み画像における厚みB、軟部組織の厚み画像における厚みS、X線のスペクトルN(E)における透過率I/I0を計算することが可能である。 The number of photons N(E) at energy E is the spectrum of X-rays. The spectrum of X-rays is obtained by simulation or actual measurement. The linear attenuation coefficient μ B (E) of bone at energy E and the linear attenuation coefficient μ S (E) of soft tissue at energy E are obtained from databases such as NIST (National Institute of Standards and Technology). Therefore, according to the formula 3, it is possible to calculate the thickness B in an arbitrary bone thickness image, the thickness S in an arbitrary soft tissue thickness image, and the transmittance I/I 0 in the spectrum N(E) of X-rays.
ここで、低エネルギーのX線におけるスペクトルをNL(E)、高エネルギーのX線におけるスペクトルをNH(E)とすると、画像Lにおける透過率、及び、画像Hの透過率について、以下の[数4]式の各式が成り立つ。 Here, if the spectrum of low-energy X-rays is N L (E) and the spectrum of high-energy X-rays is N H (E), the following equations [Equation 4] hold for the transmittance in image L and the transmittance in image H.
[数4]式の非線形連立方程式を解くことで、骨の厚み画像における厚みBと軟部組織の厚み画像における厚みSが求まる。非線形連立方程式を解く代表的な方法として、ここではニュートンラフソン法を用いた場合について説明する。まず、ニュートンラフソン法の反復回数をmとし、m回目の反復後の骨の厚みをBm、m回目の反復後の軟部組織の厚みをSmとしたとき、m回目の反復後の高エネルギーの透過率の画像Hm、m回目の反復後の低エネルギーの透過率の画像Lmは以下の[数5]式で表される。 By solving the nonlinear simultaneous equations of [Equation 4], the thickness B in the bone thickness image and the thickness S in the soft tissue thickness image are obtained. As a representative method for solving the nonlinear simultaneous equations, the case where the Newton-Raphson method is used will be described here. First, when the number of iterations of the Newton-Raphson method is m, the bone thickness after the mth iteration is Bm , and the soft tissue thickness after the mth iteration is Sm , the high energy transmittance image Hm after the mth iteration and the low energy transmittance image Lm after the mth iteration are expressed by the following [Equation 5].
また、厚みが微小に変化したときの透過率の変化率を、以下の[数6]式で表す。 The rate of change in transmittance when the thickness is changed slightly is expressed by the following formula [6].
このとき、m+1回目の反復後の骨の厚みBm+1と軟部組織の厚みSm+1を、高エネルギーの透過率の画像Hと低エネルギーの透過率の画像Lを用いて、以下の[数7]式で表す。 In this case, the bone thickness B m+1 and the soft tissue thickness S m+1 after the m+1th iteration are expressed by the following formula (7) using the high-energy transmittance image H and the low-energy transmittance image L.
2x2の行列の逆行列は、行列式をdetとすると、クラメルの公式より以下の[数8]式で表される。 The inverse of a 2x2 matrix, with its determinant det, is expressed by the following equation (8) using Cramer's rule.
従って、[数7]式に[数8]式を代入すると、以下の[数9]式が求まる。 Therefore, by substituting [Equation 8] into [Equation 7], we obtain the following [Equation 9].
以上のような計算を繰り返すことで、m回目の反復後の高エネルギーの透過率の画像Hmと実測した高エネルギーの透過率の画像Hの差分が限りなく0に近づいていく。低エネルギーの透過率の画像Lについても同様である。これによって、m回目の反復後の骨の厚みBmが骨の厚みBに収束し、m回目の軟部組織の厚みSmが軟部組織の厚みSに収束する。以上のようにして、[数4]式に示した非線形連立方程式を解くことができる。従って、全ての画素について[数4]式を計算することで、低エネルギーにおける透過率の画像Lと高エネルギーにおける透過率の画像Hから、骨の厚みの画像B、軟部組織の厚みの画像Sを取得することができる。 By repeating the above calculations, the difference between the high energy transmittance image Hm after the mth iteration and the measured high energy transmittance image H approaches 0. The same is true for the low energy transmittance image L. As a result, the bone thickness Bm after the mth iteration converges to the bone thickness B, and the soft tissue thickness Sm after the mth iteration converges to the soft tissue thickness S. In this manner, the nonlinear simultaneous equations shown in [Equation 4] can be solved. Therefore, by calculating [Equation 4] for all pixels, the bone thickness image B and the soft tissue thickness image S can be obtained from the low energy transmittance image L and the high energy transmittance image H.
また、実施形態では、ニュートンラフソン法を用いて非線形連立方程式を解いていた。しかしながら開示の技術はこのような形態に限定されない。例えば、最小二乗法や二分法などの反復解法を用いてもよい。 In the embodiment, the Newton-Raphson method is used to solve the nonlinear simultaneous equations. However, the disclosed technology is not limited to this form. For example, iterative solving methods such as the least squares method and the bisection method may be used.
また、実施形態では、非線形連立方程式を反復解法で解いていたが、開示の技術はこのような形態に限定されない。非線形連立方程式を反復解法で解く過程では数値積分が必要となる。しかも、m回の反復計算を行うたびに再計算が必要となるため、図6で示したエネルギーサブトラクションの信号処理における処理負荷が高くなる場合が生じ得る。そこで、様々な組み合わせの高エネルギーの透過率の画像Hと低エネルギーの透過率の画像Lに対する骨の厚みBや軟部組織の厚みSを事前に求めてテーブルを生成し、記憶部136に記憶しておき、このテーブルを参照することで骨の厚みBや軟部組織の厚みSを高速に求めるようにしてもよい。
In the embodiment, the nonlinear simultaneous equations are solved by an iterative solution method, but the disclosed technology is not limited to this form. Numerical integration is required in the process of solving the nonlinear simultaneous equations by an iterative solution method. Moreover, since recalculation is required every m iterations, the processing load in the signal processing of the energy subtraction shown in FIG. 6 may become high. Therefore, the bone thickness B and the soft tissue thickness S for various combinations of high-energy transmittance images H and low-energy transmittance images L may be calculated in advance to generate a table and stored in the
(画像処理の説明)
図7に、本実施形態に係る画像処理のブロック図を示す。画像処理部134は、図6で示したエネルギーサブトラクションの信号処理によって得られた骨の厚みの画像Bに対して後処理を行うなどして、表示用画像を生成する。後処理として、画像処理部134は、対数変換やダイナミックレンジ圧縮などを用いることが可能である。なお、後処理の種類や強度をパラメータとして入力することで、処理の内容を切り替えてもよい。
(Explanation of image processing)
A block diagram of image processing according to this embodiment is shown in Fig. 7. The
図8は、本実施形態に係る蓄積画像を取得するための補正処理を実現する構成の一例を示すブロック図である。表示装置137に表示するための画像としては、エネルギー分解能を持たない画像、すなわち既存の放射線撮像システムで撮影した画像と互換性のある画像である、蓄積画像Aも好適に用いられる。蓄積画像Aは、例えば図8で示すように、画像XF_EVENを画像WF_EVENで除算することにより生成される。画像XF_EVENおよび画像WF_EVENは図5で説明したとおりである。すなわち、画像XF_EVENは、被写体がある場合の立ち上がり期のX線301、安定期のX線302、立下り期のX線303の和に対応する画像である。また、画像WF_EVENは、被写体がない場合の立ち上がり期のX線301、安定期のX線302、立下り期のX線303の和に対応する画像である。
Figure 8 is a block diagram showing an example of a configuration for realizing correction processing for acquiring a stored image according to this embodiment. As an image to be displayed on the
なお、信号処理部133は、表示用画像として蓄積画像Aを、高エネルギーにおける透過率の画像Hと低エネルギーのおける透過率の画像Lに係数をかけて加算することにより生成してもよい。例えば、蓄積画像Aは、[数10]式を用いて生成され得る。なお、蓄積画像Aの算出において、一方の係数を0、他方の係数を1としてもよく、画像Hまたは画像Lそのものが蓄積画像Aとして用いられ得る。すなわち、エネルギーサブトラクション処理の対象となる画像と撮影タイミングが実質的に同じであって、エネルギーサブトラクション処理が適用されていない画像が蓄積画像Aとして用いられ得る。
The
[数10]
A=XF_EVEN/WF_EVEN
=X_High/WF_EVEN+X_Low/WF_EVEN
=H*(W_High/WF_EVEN)+L*(W_Low/WF_EVEN)
図9は、本実施形態に係る蓄積画像Aと骨画像Bとを例示的に示す図である。通常の人体は、軟部組織と骨のみで構成されている。しかしながら、図1に示した放射線撮像システムを用いて、画像下治療(IVR)を行うときは、血管に造影剤が注入される。また、カテーテルやガイドワイヤーを血管内に挿入し、ステントやコイルを留置するなどの処置が行われる。画像下治療(IVR)は、造影剤や医療用デバイスの位置と形状を確認しながら行われる。従って、造影剤や医療用デバイスのみを分離する、又は、軟部組織や骨などの背景を除去することで、視認性が向上する可能性がある。
[Number 10]
A=XF_EVEN/WF_EVEN
=X_High/WF_EVEN+X_Low/WF_EVEN
=H*(W_High/WF_EVEN)+L*(W_Low/WF_EVEN)
FIG. 9 is a diagram showing an example of a stored image A and a bone image B according to the present embodiment. A normal human body is composed of only soft tissues and bones. However, when performing interventional radiology (IVR) using the radiation imaging system shown in FIG. 1, a contrast agent is injected into blood vessels. In addition, a catheter or a guide wire is inserted into a blood vessel, and a stent or a coil is placed. The interventional radiology (IVR) is performed while checking the positions and shapes of the contrast agent and the medical device. Therefore, there is a possibility that visibility can be improved by isolating only the contrast agent or the medical device, or removing the background such as the soft tissue or the bone.
図9に示すように、通常の放射線撮像システムと互換性のある画像、すなわち蓄積画像Aでは、造影剤、ステント、骨の他、軟部組織が表示されてしまう。一方、本実施形態に係る放射線撮像システムにおける骨画像Bでは、軟部組織のコントラストを除去(低減)することができる。 As shown in FIG. 9, in an image compatible with a normal radiation imaging system, i.e., accumulated image A, contrast medium, stent, bone, and soft tissue are displayed. On the other hand, in bone image B in the radiation imaging system according to this embodiment, the contrast of the soft tissue can be removed (reduced).
一方、造影剤の主成分はヨウ素であり、医療用デバイスの主成分はステンレス等の金属である。いずれも、骨の主成分であるカルシウムよりも原子番号が大きいため、骨画像Bには、骨と造影剤と医療用デバイスが表示される。 On the other hand, the main component of the contrast agent is iodine, and the main component of the medical device is a metal such as stainless steel. Both have a higher atomic number than calcium, the main component of bone, so bone image B shows the bone, contrast agent, and medical device.
本願発明者が検討を行ったところ、高エネルギー画像Hと低エネルギー画像Lとに基づいて、水画像Wと造影剤画像Iに分離するなどしても、造影剤画像Iに骨と造影剤と医療用デバイスが表示されていた。他の二物質の組み合わせであっても同様である。また、低エネルギーのX線と高エネルギーX線の管電圧やフィルタを変えても同様である。すなわち、いずれの場合にも、骨画像Bには、骨と造影剤と医療用デバイスが表示されることが確認され、造影剤や医療用デバイスを、骨画像Bから分離することはできなかった。 The inventors of the present application conducted an investigation and found that even when separating a water image W and a contrast agent image I based on a high-energy image H and a low-energy image L, the bone, contrast agent, and medical device were still displayed in the contrast agent image I. The same was true for other combinations of two substances. The same was also true when the tube voltages and filters for low-energy X-rays and high-energy X-rays were changed. That is, in all cases, it was confirmed that the bone image B displayed the bone, contrast agent, and medical device, and it was not possible to separate the contrast agent or medical device from the bone image B.
胸部の画像下治療(IVR)を行うときの肺野部分などのように、軟部組織のコントラストが視認性を低下させている場合は、本実施形態に係る放射線撮像システムにおける骨画像Bを表示することで、造影剤や医療用デバイスの視認性が向上する可能性がある。しかしながら、骨画像Bは蓄積画像Aよりもノイズが大きくなり、画質が劣化し得る。そこで、本実施形態では、エネルギーサブトラクション処理による分離後の画像についてノイズ低減処理を行う構成として、骨画像Bのノイズ低減処理を行う処理例について説明する。尚、以下の説明では、ノイズ低減処理された骨の厚み画像を求める例を説明するが、ノイズ低減処理された軟部組織の厚み画像を求める場合も同様に本実施形態を適用することが可能である。 In cases where the contrast of soft tissue reduces visibility, such as in the lung field during imaging-guided radiology (IVR) of the chest, displaying bone image B in the radiation imaging system according to this embodiment may improve the visibility of the contrast agent and medical devices. However, bone image B may have greater noise than accumulated image A, and image quality may deteriorate. Therefore, in this embodiment, a processing example of noise reduction processing of bone image B will be described as a configuration for performing noise reduction processing on an image separated by energy subtraction processing. Note that in the following description, an example of obtaining a noise-reduced bone thickness image will be described, but this embodiment can also be applied to obtaining a noise-reduced soft tissue thickness image.
(ノイズ低減処理)
信号処理部133は、被写体に放射線を照射して撮影を行うことで得られた互いに異なる複数の放射線エネルギーに対応した複数の情報を用いて複数の物質の厚み画像に分離する物質分離処理を行う。信号処理部133は、複数の情報の差に関する情報に基づいて特定した一部の画素と他の画素とで異なるパラメータを用いてノイズ低減処理された厚み画像と、複数の情報とを用いて、物質分離処理を行う。
(Noise reduction processing)
The
信号処理部133は、複数の情報の差に関する情報を、第1の放射線画像Hおよび第2の放射線画像Lの差分により得られた情報と閾値との比較を行うことにより取得する。あるいは、信号処理部133は、複数の情報の差に関する情報を、第1の放射線画像Hおよび前記第2の放射線画像Lの除算により得られた情報と閾値との比較を行うことにより取得する。あるいは、信号処理部133は、複数の情報の差に関する情報を、第1の放射線画像Hの透過率および第2の放射線画像Lの透過率の比較を行うことにより取得する。
The
図10は、実施形態に係るノイズ低減処理を実現するための信号処理を説明するブロック図である。図9で示した厚みの連続性を利用することで、図6に示した信号処理で得られた画像(物質分離画像)のノイズを低減する構成について説明する。 Figure 10 is a block diagram illustrating signal processing for implementing noise reduction processing according to an embodiment. This explains a configuration for reducing noise in an image (material separation image) obtained by the signal processing shown in Figure 6 by utilizing the thickness continuity shown in Figure 9.
図6で示したエネルギーサブトラクションの信号処理と同様に、信号処理部133は、ブロックMD1において、補正部132から得られる複数の画像を用いて物質分離画像を生成する。すなわち、信号処理部133は、低エネルギーの透過率の画像Lと高エネルギーの透過率の画像Hから、骨の厚みの画像Bと軟部組織の厚みの画像Sを生成する。
Similar to the signal processing of energy subtraction shown in FIG. 6, the
そして、信号処理部133は、ブロックC2において、骨の厚みの画像Bと軟部組織の厚みの画像Sとを加算した厚み画像Tを生成する。厚み画像Tは低エネルギーの透過率の画像Lや高エネルギーの透過率の画像Hよりもノイズが大きくなり、画質が劣化し得る。このため、フィルタ処理により厚み画像Tにおけるノイズを低減する。信号処理部133は、ブロックF1において、厚み画像Tに対してフィルタ処理を施し、ノイズが低減された厚み画像T'を生成する。
Then, in block C2, the
信号処理部133は、ブロックC1において、低エネルギーの透過率の画像Lと高エネルギーの透過率の画像Hから、図8の説明と同様の方法で蓄積画像Aを生成する。信号処理部133は、高エネルギーにおける透過率の画像Hと低エネルギーにおける透過率の画像Lに係数をかけて加算することで、蓄積画像Aを生成する。次に、信号処理部133は、ブロックMD2において再分離を行う。すなわち、信号処理部133は、フィルタ処理後の厚みの画像T'と蓄積画像Aとから、ノイズ低減処理された骨の厚みの画像B'を生成する。
In block C1, the
低エネルギーと高エネルギーのX線の和の画像、すなわち蓄積画像AにおけるスペクトルをNA(E)、軟部組織の厚みをS、骨の厚みをBとすると、以下の[数11]式が成り立つ。 If the spectrum of an image of the sum of low-energy and high-energy X-rays, i.e., accumulated image A, is N A (E), the thickness of the soft tissue is S, and the thickness of the bone is B, the following formula (11) holds.
ここで、軟部組織の厚みS及び骨の厚みBの厚みをTとすると、T=B+Sより、[数11]式を変形して以下の[数12]式が成り立つ。 Here, if the thickness of the soft tissue S and the thickness of the bone B are T, then T = B + S, and by transforming [Equation 11], the following [Equation 12] holds true.
ある画素における蓄積画像の画素値Aと厚み画像Tとを[数12]式に代入して非線形方程式を解くことで、ある画素における骨の厚み画像Bを求めることが可能である。このとき、厚み画像Tの代わりに、フィルタ処理後の厚み画像T'を[数12]式に代入して非線形方程式を解くと、ノイズ低減処理された骨の厚み画像B'が得られる。厚み画像Tは蓄積画像Aと比較して連続性が高いため高周波成分が含まれない。従って、フィルタ処理を行ってノイズを除去しても、信号成分が失われにくい。このようにしてノイズ低減処理された厚み画像T'と、元々ノイズが少ない蓄積画像Aを用いることで、ノイズ低減処理された骨の厚み画像B'を得ることができる。 By substituting pixel value A of the accumulated image at a certain pixel and thickness image T into equation (12) and solving the nonlinear equation, it is possible to obtain bone thickness image B at a certain pixel. In this case, by substituting thickness image T' after filtering into equation (12) instead of thickness image T and solving the nonlinear equation, a noise-reduced bone thickness image B' is obtained. Compared to accumulated image A, thickness image T has high continuity and does not contain high-frequency components. Therefore, even if noise is removed by filtering, signal components are unlikely to be lost. In this way, by using thickness image T' that has been subjected to noise reduction processing and accumulated image A, which originally has little noise, a noise-reduced bone thickness image B' can be obtained.
尚、[数12]式ではノイズ低減処理された骨の厚み画像B'を求める例を説明したが、ノイズ低減処理された軟部組織の厚み画像S'を求める場合も同様である。すなわち、信号処理部133は、フィルタの処理後の厚み画像T'と、複数の放射線画像(H、L)の加算に基づいて取得した蓄積画像Aとに基づいて、ノイズ低減処理された軟部組織の厚み画像S'を取得することができる。
Note that, although an example of obtaining a noise-reduced bone thickness image B' has been described in equation (12), the same applies to obtaining a noise-reduced soft tissue thickness image S'. That is, the
すなわち、図10の信号処理のブロック図及び、図12式を用いた処理を行うことにより、信号処理部133は、フィルタの処理後の厚み画像T'と蓄積画像Aとに基づいて、第1の物質分離画像(骨の厚み画像B)に比べてノイズ低減処理された第1の物質の物質分離画像(骨の厚み画像B')を生成することが可能であり、また、信号処理部133は、第2の物質分離画像(軟部組織の厚み画像S)に比べてノイズ低減処理された第2の物質の物質分離画像(軟部組織の厚み画像S')を生成することが可能である。
That is, by performing processing using the signal processing block diagram of FIG. 10 and the formula of FIG. 12, the
図10で説明した、信号処理のブロックF1のフィルタ処理として、信号処理部133は、ガウシアンフィルタやイプシロンフィルタなどを用いることが可能である。
As the filter processing of the signal processing block F1 described in FIG. 10, the
信号処理部133は、ガウシアンフィルタのカーネルサイズを変更することにより設定した、一部の画素と他の画素とで異なるパラメータを用いてノイズ低減処理を行う。例えば、ガウシアンフィルタをフィルタ処理に用いる場合には、信号処理部133は、まずガウス分布の関数を用いて、フィルタの中心からの距離に応じた重みを計算し、ガウシアンフィルタのカーネルを生成する。さらに、ガウシアンフィルタのカーネルの全ての重みを足したときに1となるように正規化する。そして、厚み画像Tに対してガウシアンフィルタのカーネルを適用して、ノイズ低減後の厚み画像T'を生成すればよい。
The
信号処理部133は、イプシロンフィルタの閾値を変更することにより設定した、一部の画素と他の画素とで異なるパラメータを用いてノイズ低減処理を行う。例えば、イプシロンフィルタをフィルタ処理に用いる場合には、信号処理部133は、まずガウス分布の関数を用いて、中央からの距離に応じた重みを計算し、ガウシアンフィルタのカーネルを生成する。また、フィルタを適用する画素(注目画素)を選択し、厚み画像Tにおける注目画素とその周囲の画素の差分dを計算する。差分dが予め定めた閾値εを超えた場合、被写体の構造があると判定し、エッジ判定のカーネルの重みを0とする。差分dが予め定めた閾値εを下回る場合、被写体の構造がないと判定し、エッジ判定のカーネルの重みを1とする。次に、ガウシアンフィルタのカーネルとエッジ判定のカーネルをフィルタの要素ごとに乗算することで、イプシロンフィルタのカーネルを生成する。さらに、イプシロンフィルタカーネルの全ての重みを足したときに1となるように正規化する。そして、厚み画像Tに対してイプシロンフィルタのカーネルを適用して、ノイズ低減後の厚み画像T'を生成すればよい。
The
なお、信号処理部133は、[数12]式の演算処理結果を内部メモリのテーブルに予め記憶しておき、[数12]式の演算処理の際にテーブルを参照することで、フィルタの処理後の厚み画像T'及び蓄積画像Aに対応する骨の厚み画像B'(軟部組織の厚み画像S')を取得することが可能である。これにより、信号処理部133は、静止画撮影の他、画像下治療(IVR)のような動画撮影においても、ノイズ低減処理された各物質の物質分離画像(B'、S')を短時間で取得することが可能になる。
The
表示制御部135は、ノイズ低減処理された、第1の物質の厚み画像(骨の厚み画像B')及び第1の物質とは異なる第2の物質の厚み画像(軟部組織の厚み画像S')のうち少なくともいずれか一方を、表示装置137に表示させる表示制御を行う。表示制御部135は、操作装置138を介し入力される指示に基づいて、表示装置137に表示させる画像(骨の厚み画像B'または軟部組織の厚み画像S')を切り替える表示制御、または、両画像(骨の厚み画像B'及び軟部組織の厚み画像S')を並べて表示させる表示制御を行う。
The
記憶部136には、図10のブロック図のフィルタ処理F1で用いるフィルタパラメータが予め記憶されている。記憶部136に記憶されているフィルタパラメータは撮影条件(曝射条件)に応じて最適化されたフィルタパラメータである。フィルタ処理F1では、撮影条件に応じてフィルタパラメータが記憶部136から取得される。
The
画像下治療(IVR)における被写体の撮影において、操作者は、表示装置137の表示を見ながら、操作装置138を介した指示によりフィルタパラメータの調整を行うことが可能である。撮影条件に応じて設定された、ノイズ低減処理におけるパラメータは、操作装置138を介した指示により調整することが可能である。表示制御部135は、調整されたパラメータに基づいてノイズ低減処理された画像を表示装置137に表示させる表示制御を行う。
When imaging a subject for imaging-guided therapy (IVR), the operator can adjust filter parameters by issuing instructions via the
(モーションアーチファクトの低減処理の説明)
図11は、本実施形態で解決しようとしているモーションアーチファクト(エネルギーサブトラクションのモーションアーチファクト)を例示的に説明する図である。ここでは、高エネルギーの透過率の画像Hと低エネルギーの透過率の画像Lとから骨画像Bを生成する場合を例示的に説明する。前提として、高エネルギーの透過率の画像H、低エネルギーの透過率の画像Lは、図4の駆動タイミングで取得しているものとする。ここでは、画像下治療(IVR)における被写体の撮影を例とするもので、被写体は骨、軟部組織、ワイヤーである。骨画像Bは軟部組織が分離され、骨とワイヤーのみの画像となる。
(Description of Motion Artifact Reduction Processing)
FIG. 11 is a diagram for illustratively explaining a motion artifact (motion artifact of energy subtraction) that is to be solved in this embodiment. Here, an example will be described in which a bone image B is generated from an image H with high energy transmittance and an image L with low energy transmittance. As a premise, the image H with high energy transmittance and the image L with low energy transmittance are acquired at the drive timing of FIG. 4. Here, an example is taken of an image of a subject in interventional radiology (IVR), where the subject is bone, soft tissue, and wire. The soft tissue is separated from the bone image B, and the image is only of the bone and wire.
この例において画像取得時にワイヤーが一定以上のはやさで動いた場合、高エネルギーの透過率の画像Hと低エネルギーの透過率の画像Lとでワイヤーの領域は変化し得る。図4の駆動タイミングでは、高エネルギーのX線402の蓄積時間に比べて、低エネルギーのX線401、403の蓄積時間は前後に長い期間が設定されているため、図11のように低エネルギーの透過率の画像Lはワイヤーがブレたような(太くなった)画像になる。すなわち、高エネルギーの透過率の画像Hと低エネルギーの透過率の画像Lとで被写体の座標の不一致が生じ得る。
In this example, if the wire moves at a certain speed or faster during image acquisition, the wire area may change between the high-energy transmittance image H and the low-energy transmittance image L. In the drive timing of FIG. 4, the accumulation times of the low-
図6で示したエネルギーサブトラクションの信号処理では、高エネルギー画像Hと低エネルギー画像Lの全画素に対し、同じ座標の画素値をそれぞれ参照し計算が行われる。したがって、不一致が生じた座標の画素では図6の信号処理が正しく行われない。信号処理が正しく行われない画素では図11の骨画像Bのようなモーションアーチファクトが生じ得る。モーションアーチファクトは高い画素出力を示し、画像上では被写体の輪郭に沿った輝点となる。その結果、ちらつきのような画像違和感となり画質を低下させ得る。 In the signal processing of energy subtraction shown in Figure 6, calculations are performed by referencing the pixel values of the same coordinates for all pixels in the high-energy image H and the low-energy image L. Therefore, the signal processing in Figure 6 is not performed correctly for pixels with coordinates where a mismatch occurs. Pixels for which signal processing is not performed correctly can result in motion artifacts such as bone image B in Figure 11. Motion artifacts indicate high pixel output, and appear as bright spots along the contours of the subject on the image. This can result in an unnatural image, such as flickering, which can reduce image quality.
本願発明者が検討したところ、図10で説明したフィルタ処理F1のフィルタパラメータを調整するとモーションアーチファクトが低減することが分かった。 The inventors of the present application have found that adjusting the filter parameters of the filter process F1 described in Figure 10 reduces motion artifacts.
フィルタパラメータとしては、例えば、カーネルサイズや被写体の構造判定を行うための閾値εなどがある。カーネルサイズを大きくする、すなわち、構造判定の閾値を高くすると、モーションアーチファクトが低減する。しかしながら、モーションアーチファクト用に全画素に対してフィルタパラメータを変更すると、画像全体のノイズ低減効果が低下しすぎるために画質が劣化し得る。通常、フィルタパラメータはノイズ低減に適した、画質に対して最適な値を用いるためである。そこで、本実施形態ではモーションアーチファクトが発生した画素を検知し、検知した画素のフィルタパラメータを変更する。 Examples of filter parameters include the kernel size and a threshold value ε for determining the structure of the subject. Increasing the kernel size, i.e., raising the threshold value for determining the structure, reduces motion artifacts. However, changing the filter parameters for all pixels for motion artifacts can result in a deterioration in image quality because the noise reduction effect for the entire image is too low. This is because filter parameters are typically set to values that are optimal for image quality and suitable for noise reduction. Therefore, in this embodiment, pixels in which motion artifacts have occurred are detected, and the filter parameters for the detected pixels are changed.
図12は、本実施形態に係る画素のフィルタパラメータを変更する処理の流れを説明する図であり、図13は、本実施形態に係るモーションアーチファクトの検知画像Mを例示する図である。 Figure 12 is a diagram explaining the process flow for changing pixel filter parameters according to this embodiment, and Figure 13 is a diagram illustrating a motion artifact detection image M according to this embodiment.
S1201において、信号処理部133は、モーションアーチファクトが発生した画素の座標(位置)を示す検知画像Mを生成(取得)する。信号処理部133は、一例として、高エネルギーの透過率の第1の放射線画像H及び低エネルギーの透過率の第2の放射線画像Lの差分により得られた情報と閾値との比較を行うことにより、モーションアーチファクトが発生した画素を特定することができる。あるいは、信号処理部133は、第1の放射線画像Hおよび第2の放射線画像Lの除算により得られた情報と閾値との比較を行うことにより、モーションアーチファクトが発生した画素を特定することができる。あるいは、信号処理部133は、第1の放射線画像Hの透過率および第2の放射線画像Lの透過率の比較を行うことにより、モーションアーチファクトが発生した画素を特定することができる。信号処理部133は、上記の処理により特定した一部の画素を、モーションアーチファクトが検知された画素として設定した検知画像Mを取得する。
In S1201, the
次に、S1202で、信号処理部133は、検知画像Mに基づいて、信号処理におけるフィルタ処理F1において、各画素のモーションアーチファクトの発生有無を判定する。信号処理部133は、フィルタ処理F1(ノイズ低減処理)に入力された厚み画像Tの各画素と検知画像Mに設定されている画素(画素の位置情報)との比較により、厚み画像Tにおいてモーションアーチファクトが検知されている画素の位置を特定する。すなわち、フィルタ処理F1の入力画像は厚み画像Tであり、信号処理部133は、厚み画像Tの各画素に対して、モーションアーチファクトが検知されているか否かを判定する。信号処理部133は、厚み画像Tの各画素に対応する検知画像Mの画素値に基づいて、モーションアーチファクトが検知されているか否かを判定する。
Next, in S1202, the
以下の処理において、信号処理部133は、モーションアーチファクトが検知されている画素として特定された一部の画素(検知画素)に対して第1のフィルタパラメータを用いたノイズ低減処理を行い、他の画素(未検知画素)に対して、第1のフィルタパラメータよりも小さい第2のフィルタパラメータを用いてノイズ低減処理を行う。
In the following processing, the
S1202の判定処理で、モーションアーチファクト検知の場合(S1202-検知)、S1203において、信号処理部133は、該当画素に対してモーションアーチファクト低減用のフィルタパラメータ(第1のフィルタパラメータ)を用いてフィルタ処理を行う。一方、S1202の判定処理で、モーションアーチファクト未検知の場合(S1202-未検知)、S1204において、信号処理部133は、通常のフィルタ処理で用いるフィルタパラメータ(第2のフィルタパラメータ)を用いてフィルタ処理を行う。
If a motion artifact is detected in the determination process of S1202 (S1202-detected), in S1203 the
検知画像Mを用いた判定処理を厚み画像Tの全画素に適用することで、ノイズ低減後の厚み画像T'を取得する(S1204)。さらに、フィルタ処理後の厚み画像T'を[数12]式に代入して非線形方程式を解くことで、モーションアーチファクトを低減しつつ、ノイズ低減処理された骨の厚み画像B'が得られる。 A noise-reduced thickness image T' is obtained by applying the determination process using the detection image M to all pixels of the thickness image T (S1204). Furthermore, a noise-reduced thickness image B' of the bone is obtained by substituting the filtered thickness image T' into equation (12) and solving the nonlinear equation while reducing motion artifacts.
図13に示すように、モーションアーチファクトの検知画像Mは、モーションアーチファクトが発生した座標(位置情報)を示す画像である。モーションアーチファクトの検知画像Mの画素値は、検知画素を識別する情報として「1」、未検知画素を識別する情報として「0」の2値に割り当てる等、検知画素/未検知画素を明確に区別する。なお、検知画像Mにおける画素値の割り当ては、「1」、「0」の2値に限られず、検知画素と、未検知画素とを識別できる識別情報であればよい。 As shown in FIG. 13, the motion artifact detection image M is an image showing the coordinates (position information) where the motion artifact occurred. The pixel values of the motion artifact detection image M are assigned binary values of "1" to identify a detected pixel and "0" to identify an undetected pixel, to clearly distinguish between detected pixels and undetected pixels. Note that the assignment of pixel values in the detection image M is not limited to the binary values of "1" and "0", and may be any identification information that can identify a detected pixel from an undetected pixel.
モーションアーチファクトの検知画像Mは、例えば高エネルギーの透過率の画像H及び低エネルギーの透過率の画像Lの間で減算(差分)を行い、差分により得られた情報に対して、閾値との比較(閾値判定)を行うことで生成してもよい。この他、モーションアーチファクトの検知画像Mは、例えば高エネルギーの透過率の画像H及び低エネルギーの透過率の画像Lの間で除算を行い、除算により得られた情報に対して、閾値との比較(閾値判定)を行うことで、図13のモーションアーチファクトの検知画像Mと同様の画像を生成することができる。閾値判定において、所定の閾値を越えた画素をモーションアーチファクト発生画素として登録する。なお、所定の閾値の設定は、操作装置138を介して行うことが可能である。高エネルギーの画像Hの透過率は、低エネルギーの画像Lの透過率に比べて高くなり得る。高エネルギーの透過率の画像H及び低エネルギーの透過率の画像Lの間で除算を行う場合、上限側の閾値を設定するか、下限側の閾値を設定するかを切り替えることにより、画像H/画像Lによる除算を行ってもよいし、画像L/画像Hによる除算を行ってもよい。
The motion artifact detection image M may be generated by, for example, performing subtraction (difference) between the image H with high energy transmittance and the image L with low energy transmittance, and comparing the information obtained by the subtraction with a threshold (threshold judgment). In addition, the motion artifact detection image M may be generated by, for example, performing division between the image H with high energy transmittance and the image L with low energy transmittance, and comparing the information obtained by the division with a threshold (threshold judgment), to generate an image similar to the motion artifact detection image M in FIG. 13. In the threshold judgment, pixels that exceed a predetermined threshold are registered as motion artifact occurrence pixels. The predetermined threshold can be set via the
本実施形態において、異常画素とは、本来あり得ない値(絶対値)を示す画素をいう。高エネルギー画像H(第1の放射線画像)の透過率および低エネルギー画像L(第2の放射線画像)の透過率の比較を行い、例えば、高エネルギー画像Hの透過率(ゲイン補正後の画素値)が低エネルギー画像Lの透過率(ゲイン補正後の画素値)を下回るような異常画素値を示す画素を、モーションアーチファクトが検知された画素(モーションアーチファクト検知画素)として登録してもよい。 In this embodiment, an abnormal pixel refers to a pixel that exhibits an impossible value (absolute value). The transmittance of the high-energy image H (first radiographic image) and the transmittance of the low-energy image L (second radiographic image) are compared, and a pixel exhibiting an abnormal pixel value, for example, where the transmittance (pixel value after gain correction) of the high-energy image H is lower than the transmittance (pixel value after gain correction) of the low-energy image L, may be registered as a pixel in which a motion artifact is detected (motion artifact detection pixel).
通常、高エネルギー画像Hの透過率は低エネルギー画像Lの透過率に比べて高くなる。しかし、被写体の座標の不一致が生じた場合はその限りではなく、低エネルギー画像Lの透過率の方が高エネルギー画像Hの透過率に比べて高くなる場合がある。そういった、モーションアーチファクトが発生している可能性の高い異常な画素値を示す画素をモーションアーチファクト検知画素として登録してもよい。 Normally, the transmittance of the high-energy image H is higher than that of the low-energy image L. However, this is not the case when a mismatch occurs in the coordinates of the subject, and the transmittance of the low-energy image L may be higher than that of the high-energy image H. Such pixels that show abnormal pixel values that are likely to indicate the occurrence of motion artifacts may be registered as motion artifact detection pixels.
また、モーションアーチファクトを検知するための検知画像Mは、高エネルギーの透過率の画像H、低エネルギーの透過率の画像L以外の画像を用いて取得(生成)してもよい。例えば、図10のノイズ低減前の骨画像Bや軟部組織の厚み画像Sを用いてもよい。あるいは、フィルタパラメータの調整を行わずにノイズ低減処理後の骨画像B'を一度生成し、モーションアーチファクト検知画像Mを生成してもよい。このときのモーションアーチファクトの検知方法として、画素の差分について閾値判定を行うことや、異常画素値判定をすること等が挙げられる。ここで、異常画素値判定では、例えば、画像単体として、ノイズ低減前の骨画像Bや軟部組織の厚み画像Sやノイズ低減処理後の骨画像B'に着目し、骨や軟部組織の厚みが負の値を示すなど、通常では有りえない値を示す画素を異常画素と判定してもよい。画素の差分を用いた閾値判定では閾値の設定等により異常検出できない場合も生じ得るが、異常画素値判定によれば、画像単体から取得できる情報を用いて、本来あり得ない値(絶対値)を示す画素を検出することができる。 The detection image M for detecting motion artifacts may be obtained (generated) using an image other than the high-energy transmittance image H and the low-energy transmittance image L. For example, the bone image B before noise reduction or the soft tissue thickness image S in FIG. 10 may be used. Alternatively, the bone image B' after noise reduction may be generated once without adjusting the filter parameters, and the motion artifact detection image M may be generated. In this case, the motion artifact detection method may include performing a threshold judgment on the pixel difference or performing an abnormal pixel value judgment. Here, in the abnormal pixel value judgment, for example, the bone image B before noise reduction, the soft tissue thickness image S, and the bone image B' after noise reduction may be focused on as an image alone, and a pixel showing an abnormal value, such as a negative value for the thickness of the bone or soft tissue, may be judged as an abnormal pixel. In the threshold judgment using the pixel difference, there may be cases where an abnormality cannot be detected due to the threshold setting, etc., but according to the abnormal pixel value judgment, a pixel showing an impossible value (absolute value) can be detected using information that can be obtained from the image alone.
本実施形態によれば、ノイズの増加を抑制しつつ、モーションアーチファクトを低減したエネルギーサブトラクション画像を取得することができ、優れた画質の画像を取得することが可能になる。 According to this embodiment, it is possible to obtain energy subtraction images with reduced motion artifacts while suppressing an increase in noise, making it possible to obtain images with excellent image quality.
(第2実施形態)
第2実施形態では、フィルタ処理のフィルタパラメータを複数パターン(例えば、3パターン)以上に拡張することで、モーションアーチファクトを低減しつつノイズを低減し、さらに画像違和感を低減した骨画像(エネルギーサブトラクション画像)を生成する構成について説明する。第2実施形態は、図10の信号処理までは、第1実施形態と同様である。ただし、第2実施形態では、図10の信号処理において、ブロックF1のフィルタ処理の内容が異なる。
Second Embodiment
In the second embodiment, a configuration will be described in which the filter parameters of the filter processing are expanded to a plurality of patterns (e.g., three patterns) or more, thereby reducing motion artifacts and noise, and generating a bone image (energy subtraction image) with reduced image discomfort. The second embodiment is similar to the first embodiment up to the signal processing of Fig. 10. However, in the second embodiment, the content of the filter processing of block F1 in the signal processing of Fig. 10 is different.
以下の処理において、信号処理部133は、一部の画素(検知画素)に対して第1のフィルタパラメータを用いたノイズ低減処理を行い、他の画素(未検知画素)に対して、第1のフィルタパラメータよりも小さい第2のフィルタパラメータを用いてノイズ低減処理を行う。本実施形態では、他の画素(未検知画素)のうち、一部の画素(検知画素)の位置を基準として所定の範囲に位置する周辺画素に対して、第1のフィルタパラメータよりも小さく、かつ、第2のフィルタパラメータよりも大きい、第3のフィルタパラメータを用いてノイズ低減処理を行う。
In the following processing, the
図14は、第2実施形態に係る画素のフィルタパラメータを変更する処理の流れを説明する図であり、図15は、第2実施形態に係るモーションアーチファクトの検知画像Mを例示する図である。 FIG. 14 is a diagram explaining the flow of processing for changing pixel filter parameters according to the second embodiment, and FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a motion artifact detection image M according to the second embodiment.
S1401において、信号処理部133は、モーションアーチファクトが発生した画素の座標(位置)およびその周辺に位置する周辺画素の座標(位置)を示す検知画像Mを生成する。本実施形態において、周辺画素の座標(位置)の特定は、例えば、図13で説明したように、検知画素、及び未検知画素に分けたのち、検知画素の位置を基準として、例えば、検知画素に対する画素の座標情報や位置情報を用いて、検知画素から所定の範囲に位置する周辺画素を特定するものである。
In S1401, the
ここで、周辺画素には、モーションアーチファクトが発生した画素の座標(位置)に隣接する位置の隣接画素や、隣接画素を含む所定の範囲内に位置する画素が含まれ得る。所定の範囲は、検知画素(一部の画素)に対して隣接する位置の画素を少なくとも含む位置情報として、操作装置138を介して調整可能である。隣接画素を含む所定の範囲を示す情報(検知画素に対する座標情報や位置情報)を、例えば、操作装置138を介して予め記憶部136に記憶しておき、検知画像Mを生成する際に、記憶部136を参照して、モーションアーチファクトが検知された画素(検知画素)の周辺に位置する周辺画素の座標(位置)を特定するようにしてもよい。あるいは、操作者が表示装置137に表示された画像を見て、操作装置138を介して所定の範囲を示す情報(検知画素に対する座標情報や位置情報)を調整することが可能である。隣接画素を含む所定の範囲の設定を変えることにより、周辺画素の範囲を調整することができる。
Here, the surrounding pixels may include adjacent pixels adjacent to the coordinates (position) of the pixel where the motion artifact occurs, or pixels located within a predetermined range including the adjacent pixels. The predetermined range can be adjusted via the
モーションアーチファクトが発生した画素の特定は第1実施形態の処理(S1201)と同様であり、信号処理部133は、一例として、高エネルギーの透過率の第1の放射線画像H及び低エネルギーの透過率の第2の放射線画像Lの差分により得られた情報と閾値との比較を行うことにより、モーションアーチファクトが発生した画素を特定することができる。あるいは、信号処理部133は、第1の放射線画像Hおよび第2の放射線画像Lの除算により得られた情報と閾値との比較を行うことにより、モーションアーチファクトが発生した画素を特定することができる。あるいは、信号処理部133は、第1の放射線画像Hの透過率および第2の放射線画像Lの透過率の比較を行うことにより、モーションアーチファクトが発生した画素を特定することができる。
Identification of pixels where motion artifacts have occurred is similar to the process (S1201) of the first embodiment, and the
信号処理部133は、モーションアーチファクトが検知された画素(検知画素)に対して、検知画素を識別する情報として画素値「2」を設定する。また、差分と所定の閾値との比較により、モーションアーチファクトが検知されていない画素(未検知画素)に対して、未検知画素を識別する情報として画素値「0」を設定する。そして、信号処理部133は、モーションアーチファクトが検知された画素(検知画素)の周辺に位置する周辺画素の座標(位置)を特定し、周辺画素を識別する情報として画素値「1」を設定する。
The
次に、S1402で、信号処理部133は、検知画像Mに基づいて、信号処理におけるフィルタ処理F1において、各画素のモーションアーチファクトの発生有無を判定する。信号処理部133は、フィルタ処理F1(ノイズ低減処理)に入力された厚み画像Tの各画素と検知画像Mに設定されている画素(画素の位置情報)との比較により、厚み画像Tにおいてモーションアーチファクトが検知されている画素の位置を特定する。
Next, in S1402, the
フィルタ処理F1の入力画像は厚み画像Tであり、信号処理部133は、厚み画像Tの各画素に対して、モーションアーチファクトが検知されているか否かを判定する。第2実施形態ではモーションアーチファクトの検知画像Mを用いた判定処理が3パターンに分岐する。図14及び図15の例において、第1のパターンは、モーションアーチファクトを検知した検知画素に対してフィルタ処理を行うパターン(S1403)である。また、第2のパターンは、周辺画素に対してフィルタ処理を行うパターン(S1406)であり、第3のパターンは、その他の画素に対してフィルタ処理を行うパターン(S1407)である。
The input image for the filter process F1 is a thickness image T, and the
S1402の判定処理で、モーションアーチファクト検知の場合(S1402-検知)、S1403において、信号処理部133は、該当画素に対してモーションアーチファクト低減用のフィルタパラメータ(第1のフィルタパラメータ)を用いてフィルタ処理を行う。
If a motion artifact is detected in the determination process of S1402 (S1402-detected), in S1403, the
一方、S1402の判定処理で、モーションアーチファクト未検知の場合(S1402-未検知)、S1205において、信号処理部133は、該当画素は検知画素の周辺に位置する周辺画素か否かを判定する。
On the other hand, if a motion artifact is not detected in the determination process of S1402 (S1402-not detected), in S1205, the
S1405の判定処理で、該当画素が検知画素の周辺に位置する周辺画素である場合(S1405-YES)、S1406において、信号処理部133は、該当画素に対して中間フィルタパラメータ(第3のフィルタパラメータ)を用いてフィルタ処理を行う。
If the determination process of S1405 determines that the pixel in question is a peripheral pixel located in the vicinity of the detected pixel (S1405-YES), then in S1406, the
ここで、中間フィルタパラメータ(第3のフィルタパラメータ)とは、ノイズ低減特性が、モーションアーチファクト低減用のフィルタパラメータ(第1のフィルタパラメータ)のノイズ低減特性よりも低く、通常のフィルタ処理で用いるフィルタパラメータ(第2のフィルタパラメータ)のノイズ低減特性よりも高いノイズ低減特性を有するフィルタパラメータである。中間フィルタパラメータ(第3のフィルタパラメータ)は、モーションアーチファクト低減用のフィルタパラメータ(第1のフィルタパラメータ)と通常のフィルタ処理で用いるフィルタパラメータ(第2のフィルタパラメータ)とは異なる値のフィルタパラメータであり、その値はモーションアーチファクト低減用パラメータ(第1のフィルタパラメータ)と通常のフィルタ処理で用いるフィルタパラメータ(第2のフィルタパラメータ)との間の値を用いることが好ましい。 Here, the intermediate filter parameter (third filter parameter) is a filter parameter having a noise reduction characteristic lower than that of the filter parameter for motion artifact reduction (first filter parameter) and higher than that of the filter parameter for normal filter processing (second filter parameter). The intermediate filter parameter (third filter parameter) is a filter parameter having a value different from that of the filter parameter for motion artifact reduction (first filter parameter) and the filter parameter for normal filter processing (second filter parameter), and it is preferable to use a value between that of the parameter for motion artifact reduction (first filter parameter) and the filter parameter for normal filter processing (second filter parameter).
一方、S1405の判定処理において、該当画素が検知画素の周辺に位置する周辺画素でない場合(S1405-NO)、S1407において、信号処理部133は、該当画素に対して通常のフィルタ処理で用いるフィルタパラメータ(第2のフィルタパラメータ)を用いてフィルタ処理を行う。
On the other hand, if it is determined in the determination process of S1405 that the pixel in question is not a surrounding pixel located in the vicinity of the detected pixel (S1405-NO), in S1407, the
図15に示すように、モーションアーチファクトの検知画像Mは、モーションアーチファクトが発生した座標(位置情報)を示す画像である。モーションアーチファクトの検知画像Mの画素値は、検知画素の画素値を「2」、未検知かつ検知画素の周辺に位置する周辺画素の画素値を「1」、その他の画素の画素値を「0」の3値に割り当てる等して、検知画素/未検知かつ検知画素の周辺に位置する周辺画素/その他の画素を明確に区別する。 As shown in FIG. 15, the motion artifact detection image M is an image showing the coordinates (position information) where the motion artifact occurred. The pixel values of the motion artifact detection image M are assigned three values: the pixel value of the detected pixel is "2", the pixel value of the undetected surrounding pixels around the detected pixel is "1", and the pixel value of the other pixels is "0", to clearly distinguish between the detected pixel, the undetected surrounding pixels around the detected pixel, and the other pixels.
信号処理部133は、検知画像Mを用いた判定処理を厚み画像Tの全画素に適用することで、ノイズ低減後の厚み画像T'を取得する(S1404)。
The
さらに、フィルタ処理後の厚み画像T'を[数12]式に代入して非線形方程式を解くことで、モーションアーチファクトを低減しつつ、ノイズ低減され、更に画像の違和感を低減した骨の厚み画像B'が得られる。 Furthermore, by substituting the filtered thickness image T' into equation [12] and solving the nonlinear equation, a bone thickness image B' is obtained that has reduced noise and motion artifacts, and further reduces the sense of incongruity in the image.
なお、図14、図15の説明では、3つのフィルタパラメータを使用する例を示したが、開示の技術は、この例に限られず、フィルタパラメータを4つ以上に増やしてもよい。本実施形態では、モーションアーチファクト未検知の画素を2パターン(S1406、S1407)に分岐しているが、開示の技術は、この例に限られない。例えば、該当画素についてモーションアーチファクトの発生が検知された場合(S1402-検知)、モーションアーチファクトを検知した画素に対して、例えば、複数の検知閾値を用いるなどして処理を分岐するようにしてもよい。 Note that in the explanation of Figures 14 and 15, an example in which three filter parameters are used is shown, but the disclosed technology is not limited to this example, and the number of filter parameters may be increased to four or more. In this embodiment, pixels in which motion artifacts are not detected are branched into two patterns (S1406, S1407), but the disclosed technology is not limited to this example. For example, if the occurrence of a motion artifact is detected for the pixel in question (S1402-detected), the processing may be branched for the pixel in which a motion artifact is detected, for example, by using multiple detection thresholds.
本実施形態によれば、モーションアーチファクトの発生が検知された検知画素の位置情報を用いて、フィルタパラメータを複数パターン(例えば、3パターン)以上に拡張することにより、モーションアーチファクトを低減しつつ、ノイズを低減し、さらに画像違和感を低減したエネルギーサブトラクション画像を取得することができる。これにより、優れた画質の画像を取得することが可能になる。 According to this embodiment, by expanding the filter parameters to multiple patterns (e.g., three or more patterns) using the position information of the detection pixel where the occurrence of a motion artifact is detected, it is possible to obtain an energy subtraction image that reduces motion artifacts, noise, and image discomfort. This makes it possible to obtain an image with excellent image quality.
(第3実施形態)
本実施形態では、第1実施形態及び第2実施形態に係る開示の技術を動画に適用する構成を説明する。
Third Embodiment
In this embodiment, a configuration in which the techniques disclosed in the first and second embodiments are applied to a moving image will be described.
・フレーム内の処理
図16は、第3実施形態のモーションアーチファクトの検知画像を示す図である。図16では、図4の駆動タイミングで第1~第nフレームを撮影した場合の高エネルギーの透過率の画像H(H_ti)と低エネルギーの透過率の画像L(L_ti)および、モーションアーチファクトの検知画像M(M_ti)のセットを時間方向(横軸方向)に並べたものである。
Intra-frame processing Fig. 16 is a diagram showing a motion artifact detection image of the third embodiment. Fig. 16 shows a set of a high-energy transmittance image H (H_ti), a low-energy transmittance image L (L_ti), and a motion artifact detection image M (M_ti) arranged in the time direction (horizontal axis direction) when the first to nth frames are captured with the drive timing of Fig. 4.
本実施形態において、信号処理部133は、動画撮影の各フレームにおいて、複数の情報の差に関する情報に基づいて特定した一部の画素(検知画素)と他の画素(未検知画素)とで異なるパラメータを用いてノイズ低減処理を行う。例えば、信号処理部133は、同一フレームにおける高エネルギー画像H(第1の放射線画像)および低エネルギー画像L(第2の放射線画像)を用いてモーションアーチファクトの検知処理を行う。信号処理部133は、複数の情報の差に関する情報に基づいて特定した一部の画素(検知画素)を、モーションアーチファクトが検知された画素として設定した検知画像を取得(生成)する。
In this embodiment, the
図16において、画像1601は第1フレーム(時間t1)における高エネルギー画像H_t1であり、画像1602は第1フレーム(時間t2)における低エネルギー画像L_t1である。フレーム内で得た画像(H_t1、L_t1)を用いて第1フレーム(時間t1)におけるモーションアーチファクトの検知画像M_t1が生成される。信号処理部133は、同様の処理を各フレームにおいて行うことにより、動画撮影におけるフレーム毎の検知画像Mを生成する。
In FIG. 16,
なお、図16の処理例では、検知画像M(M_ti)の生成において、各フレームにおける高エネルギー画像H(H_ti)、低エネルギー画像L(L_ti)を用いる例を説明しているが、この例に限られず、例えば、各フレームで得たノイズ低減前の骨画像B(B_ti)や軟部組織の厚み画像S(S_ti)等に対して異常画素値判定を用いて検知画像M(M_ti)を生成してもよい。 In the processing example of FIG. 16, an example is described in which the high-energy image H (H_ti) and the low-energy image L (L_ti) in each frame are used to generate the detection image M (M_ti), but this is not limited to the example. For example, the detection image M (M_ti) may be generated by using abnormal pixel value judgment on the bone image B (B_ti) before noise reduction and the soft tissue thickness image S (S_ti) obtained in each frame.
本実施形態では、エネルギーサブトラクション処理により取得した各フレームにおける厚み画像Tを、T_t1、T_t2、...T_tnとし、ノイズ低減処理された骨の厚み画像B'を、B'_t1、B'_t2、...B'_tnとする。 In this embodiment, the thickness images T in each frame obtained by energy subtraction processing are denoted as T_t1, T_t2, ... T_tn, and the noise-reduced bone thickness images B' are denoted as B'_t1, B'_t2, ... B'_tn.
信号処理部133は、処理対象のフレームで取得した情報を用いて生成した検知画像Mを用いてフィルタ処理F1(ノイズ低減処理)を行う。例えば、処理対象のフレームが第1フレームである場合には、第1フレームで取得した情報を用いて生成した検知画像M(M_t1)を用いてフィルタ処理F1(ノイズ低減処理)を行い、処理対象のフレームが第nフレームである場合には、第nフレームで取得した情報を用いて生成した検知画像M(M_tn)を用いてフィルタ処理F1(ノイズ低減処理)を行う。
The
信号処理部133は、フィルタ処理F1(ノイズ低減処理)に入力された厚み画像Tの各画素と検知画像Mに設定されている画素との比較により、厚み画像Tにおいてモーションアーチファクトが検知されている画素の位置として特定して、ノイズ低減処理を行う。
The
信号処理部133は、各フレームの情報を用いることにより取得した検知画像Mを用いた判定処理を、各フレームの厚み画像(T_t1、T_t2、...T_tn)の全画素に適用することで、ノイズ低減後の厚み画像T'(T'_t1、T'_t2、...T'_tn)を取得する。さらに、フィルタ処理後の厚み画像T'を[数12]式に代入して非線形方程式を解くことで、モーションアーチファクトを低減しつつ、ノイズ低減処理された骨の厚み画像B'(B'_t1、B'_t2、...B'_tn)、すなわちエネルギーサブトラクション動画を取得することができる。
The
・フレーム間の処理
図16では、フレーム内で得た画像として、同一フレームにおける高エネルギーの透過率の画像H及び低エネルギーの透過率の画像Lの差分等を用いて、各フレームにおける検知画像Mを取得する例を説明したが、動画においてモーションアーチファクトを検知する場合には、同一フレーム内の情報に基づいて取得された検知画像Mに加えて、前後フレーム間(一のフレームと、一のフレームに続く他のフレームとの間)の情報を用いてもよい。前後フレーム間で情報が変化する場合、例えば、フレーム間で画素値が大きく変化した画素は被写体が大きく動いた可能性が高い。そのような画素を、同一フレーム内の処理により取得した、モーションアーチファクトの検知画像M(検知画素)に加えてもよい。
Inter-frame processing In FIG. 16, an example is described in which a detection image M in each frame is obtained by using the difference between an image H with high energy transmittance and an image L with low energy transmittance in the same frame as an image obtained within the frame, but when detecting motion artifacts in a video, information between previous and next frames (between one frame and another frame following the first frame) may be used in addition to the detection image M obtained based on information within the same frame. When information changes between previous and next frames, for example, a pixel whose pixel value has changed significantly between frames is likely to have caused a large movement of the subject. Such a pixel may be added to the detection image M (detection pixel) of the motion artifact obtained by processing within the same frame.
図17は、本実施形態におけるモーションアーチファクトの検知処理を説明する図である。なお、開示の技術は、図16で説明した検知画像Mの取得方法と図17で説明する検知画像Mの取得方法とを組み合わせてもよいし、夫々単独の取得方法により、検知画像Mを取得してもよい。 Figure 17 is a diagram illustrating the motion artifact detection process in this embodiment. Note that the disclosed technology may combine the method of acquiring the detection image M described in Figure 16 and the method of acquiring the detection image M described in Figure 17, or may acquire the detection image M by each of the acquisition methods independently.
フレーム間の処理を行う場合に、信号処理部133は、同一種類の画像を用いて情報の差を取得する。例えば、高エネルギー画像H(第1の放射線画像)を用いる場合に、信号処理部133は、複数の情報の差に関する情報を、動画撮影における一のフレーム(例えば、第1フレーム)で得た第1の放射線エネルギーに対応した第1の放射線画像、一のフレーム(例えば、第1フレーム)に続く他のフレーム(例えば、第2フレーム)で得た第1の放射線画像、の差分により得られた情報と閾値との比較を行うことにより取得する。
When processing between frames, the
また、低エネルギー画像L(第2の放射線画像)を用いる場合に、信号処理部133は、一のフレーム(例えば、第1フレーム)で得た第2の放射線エネルギーに対応した第2の放射線画像、および他のフレーム(例えば、第2フレーム)で得た第2の放射線画像、の差分により得られた情報と閾値との比較を行うことにより取得する。
In addition, when a low-energy image L (second radiation image) is used, the
信号処理部133は、前後フレーム間(例えば、一のフレームと、一のフレームに続く他のフレームとの間)で特定した一部の画素(検知画素)を、一のフレーム及び他のフレームのうち少なくとも一方のフレームにおいて取得された検知画像M(検知画素)に加える。すなわち、信号処理部133は、前後フレーム間(一のフレームと他のフレームとの間)で特定した一部の画素を、一のフレーム及び他のフレームのうち少なくとも一方のフレームにおいて特定された一部の画素(検知画素)に加える。
The
図17で説明する検知画像Mの取得方法では、フレーム間(前後フレーム間)の情報の差分を用いた閾値判定により、モーションアーチファクトが発生していると判定された画素位置を、前後フレームの検知画像Mに追加するものである。なお、画素位置を追加するフレームは、前フレーム(一のフレーム)内の処理により取得された検知画像Mだけでもよいし、前フレーム(一のフレーム)に続く、後フレーム(他のフレーム)内の処理により取得された検知画像Mだけでもよい。あるいは、前フレーム(一のフレーム)及び後フレーム(他のフレーム)のそれぞれの処理により取得された検知画像Mでもよい。画素位置を追加するフレームの設定は、操作装置138を介して行うことが可能である。
In the method of acquiring the detection image M described in FIG. 17, a pixel position determined to have a motion artifact by threshold determination using the difference in information between frames (between previous and next frames) is added to the detection image M of the previous and next frames. Note that the frame to which the pixel position is added may be only the detection image M acquired by processing in the previous frame (one frame), or only the detection image M acquired by processing in the subsequent frame (another frame) following the previous frame (one frame). Alternatively, it may be the detection image M acquired by processing each of the previous frame (one frame) and the subsequent frame (another frame). The frame to which the pixel position is added can be set via the
図17において、T1-T2、T2-T3、T(n-1)-Tnは、前後フレームの情報の差分を示している。ここで、前後フレームの情報の差分は、同一種類の画像の差分であり、例えば、T1-T2は、第1フレームの高エネルギー画像H_t1と第2フレームの高エネルギー画像H_t2との差分でもよいし、第1フレームの低エネルギー画像L_t1と第2フレームの低エネルギー画像L_t2との差分でもよい。 In FIG. 17, T1-T2, T2-T3, and T(n-1)-Tn indicate the difference between information of previous and next frames. Here, the difference between information of previous and next frames is the difference between images of the same type. For example, T1-T2 may be the difference between the high-energy image H_t1 of the first frame and the high-energy image H_t2 of the second frame, or the difference between the low-energy image L_t1 of the first frame and the low-energy image L_t2 of the second frame.
信号処理部133は、時間的に連続した前後フレームの情報の差分を用いて特定された検知画素を、前後フレームのうち少なくとも一方の検知画像M(検知画素)に加える。例えば、図17の第1フレーム及び第2のフレームのフレーム間を例とすると、時間的に連続する前後フレームの情報の差分(T1-T2)を用いて特定された検知画素を、前フレーム(第1フレーム)内の処理により取得された検知画像(検知画素)に加えてもよい。あるいは、特定された検知画素を、後フレーム(第2フレーム)内の処理により取得された検知画像(検知画素)に加えてもよい。あるいは、特定された検知画素を、前フレーム(第1フレーム)及び後フレーム(第2フレーム2)のそれぞれの処理により取得された検知画像M(検知画素)に加えてもよい。
The
信号処理部133は、フレーム内で得た情報及び前後フレームの情報を用いることにより取得した検知画像Mを用いたフィルタ処理F1を各フレームにおいて行う。信号処理部133は、フレーム内で得た情報及び前後フレームの情報を用いることにより取得した検知画像Mを用いた判定処理を、各フレームの厚み画像(T_t1、T_t2、...T_tn)の全画素に適用することで、ノイズ低減後の厚み画像T'(T'_t1、T'_t2、...T'_tn)を取得する。さらに、フィルタ処理後の厚み画像T'を[数12]式に代入して非線形方程式を解くことで、モーションアーチファクトを低減しつつ、ノイズ低減処理された骨の厚み画像B'(B'_t1、B'_t2、...B'_tn)、すなわち、エネルギーサブトラクション動画を取得することができる。
The
(変形例)
図18は、変形例に係るノイズ低減処理を実現するための信号処理を説明するブロック図である。図18の信号処理を説明するブロック図で用いる符号は、図10と同一のものであるが、フィルタ処理F1の入力画像が、軟部組織の厚み画像Sであり、フィルタ処理F1により出力される画像が、ノイズ低減後の軟部組織の厚み画像S'である点において相違する。
(Modification)
Fig. 18 is a block diagram for explaining signal processing for realizing noise reduction processing according to a modified example. The symbols used in the block diagram for explaining the signal processing in Fig. 18 are the same as those in Fig. 10, but differ in that the input image of the filter processing F1 is a soft tissue thickness image S, and the image output by the filter processing F1 is a soft tissue thickness image S' after noise reduction.
第1実施形態では、[数11]式を変形した[数12]の非線形方程式において、図9で示した厚みの連続性を利用して、厚み画像T(=B+S)の代わりに、フィルタ処理後の厚み画像T'を[数12]式に代入して非線形方程式を解くことにより、ノイズ低減処理された骨の厚み画像B'を取得する構成について説明した。 In the first embodiment, a configuration was described in which the nonlinear equation of [Equation 12], which is a modification of [Equation 11], utilizes the thickness continuity shown in FIG. 9 to substitute the filtered thickness image T' into [Equation 12] instead of the thickness image T (= B + S) and solve the nonlinear equation to obtain a noise-reduced bone thickness image B'.
本変形例の構成では、ある画素における蓄積画像の画素値Aと軟部組織の厚みSとを[数11]式に代入して非線形方程式を解くことで、ある画素における骨の厚みBを求めることが可能である。このとき、軟部組織の厚みSの代わりに、図18に示すフィルタ処理後の軟部組織の厚みS'を[数11]式に代入して非線形方程式を解くことにより、ノイズ低減処理された骨の厚み画像B'が得られる。なお、本変形例の説明では、ノイズ低減処理された骨の厚み画像B'を求める例を説明したが、ノイズ低減処理された軟部組織の厚み画像S'を求める場合も同様に本変形例を適用することが可能である。変形例の構成によれば、[数12]の非線形方程式を用いる処理に比べて演算負荷を低減することが可能であり、第1実施形態の構成に比べて、画質よりも処理速度を優先して、簡易的にノイズ低減処理された骨の厚み画像B'(または、ノイズ低減処理された軟部組織の厚み画像S')を得ることができる。 In the configuration of this modification, the pixel value A of the accumulated image at a pixel and the thickness S of the soft tissue are substituted into the formula [11] to solve the nonlinear equation, and the bone thickness B at a pixel can be obtained. At this time, instead of the soft tissue thickness S, the soft tissue thickness S' after the filter processing shown in FIG. 18 is substituted into the formula [11] to solve the nonlinear equation, and a noise-reduced bone thickness image B' is obtained. In the description of this modification, an example of obtaining a noise-reduced bone thickness image B' has been described, but this modification can also be applied to the case of obtaining a noise-reduced soft tissue thickness image S'. According to the configuration of the modification, it is possible to reduce the calculation load compared to the processing using the nonlinear equation of [12], and compared to the configuration of the first embodiment, the processing speed is prioritized over the image quality, and a noise-reduced bone thickness image B' (or a noise-reduced soft tissue thickness image S') can be obtained simply.
なお、本実施形態では、X線撮像装置104は蛍光体を用いた間接型のX線センサとした。しかしながら開示の技術はこのような形態に限定されない。例えばCdTe等の直接変換材料を用いた直接型のX線センサを用いてもよい。 In this embodiment, the X-ray imaging device 104 is an indirect X-ray sensor that uses a phosphor. However, the disclosed technology is not limited to this form. For example, a direct X-ray sensor that uses a direct conversion material such as CdTe may be used.
また、本実施形態では、X線発生装置101の管電圧を変化させていた。しかしながら開示の技術はこのような形態に限定されない。X線発生装置101のフィルタを時間的に切り替えるなどして、X線撮像装置104に曝射されるX線のエネルギーを変化させてもよい。
In addition, in this embodiment, the tube voltage of the
また、本実施形態では、X線のエネルギーを変化させることで、異なるエネルギーの画像を得ていた。しかしながら開示の技術はこのような形態に限定されない。複数の蛍光体105および二次元検出器106を重ねる積層型とすることで、X線の入射方向に対して前面の二次元検出器と背面の二次元検出器から、異なるエネルギーの画像を得る構成としてもよい。二次元検出器106は医療用に限定されるものではなく、工業用の二次元検出器であってもよい。
In addition, in this embodiment, images of different energies were obtained by changing the energy of the X-rays. However, the disclosed technology is not limited to this form. By stacking multiple phosphors 105 and two-
また、本実施形態では、放射線撮像システムの撮像制御装置103を用いてエネルギーサブトラクション処理を行っていた。しながら開示の技術はこのような形態に限定されない。撮像制御装置103で取得した画像を別のコンピュータに転送して、エネルギーサブトラクション処理を行ってもよい。例えば、取得した画像を医療用のPACSを介して別の画像処理装置(画像ビューア)に転送し、エネルギーサブトラクション処理を行ってから表示する構成としてもよい。
In addition, in this embodiment, energy subtraction processing is performed using the
本明細書の開示は、以下の画像処理装置、放射線撮像システム、画像処理方法及びプログラムを含む。
(項目1) 被写体に放射線を照射して撮影を行うことで得られた互いに異なる複数の放射線エネルギーに対応した複数の情報を用いて複数の物質の厚み画像に分離する物質分離処理を行う処理手段を備え、
前記処理手段は、前記複数の情報の差に関する情報に基づいて特定した一部の画素と他の画素とで異なるパラメータを用いてノイズ低減処理された前記厚み画像と、前記複数の情報とを用いて、前記物質分離処理を行う画像処理装置。
(項目2) 前記複数の放射線エネルギーのうち第1の放射線エネルギーに対応した情報には第1の放射線画像が含まれ、前記第1の放射線エネルギーとは異なる第2の放射線エネルギーに対応した情報には第2の放射線画像が含まれる項目1に記載の画像処理装置。
(項目3) 前記第1の放射線画像には、前記撮影によって得られた電気信号の信号値と、当該信号値の二次元の配列を示す位置情報とが対応づけられたデータが含まれ、前記第2の放射線画像には、前記撮影によって得られた電気信号の信号値と、当該信号値の二次元の配列を示す位置情報とが対応づけられたデータが含まれる項目2に記載の画像処理装置。
(項目4) 前記処理手段は、前記複数の情報の差に関する情報を、前記第1の放射線画像および前記第2の放射線画像の差分により得られた情報と閾値との比較を行うことにより取得する項目2または3に記載の画像処理装置。
(項目5) 前記処理手段は、前記複数の情報の差に関する情報を、前記第1の放射線画像および前記第2の放射線画像の除算により得られた情報と閾値との比較を行うことにより取得する項目2または3に記載の画像処理装置。
(項目6) 前記処理手段は、前記複数の情報の差に関する情報を、前記第1の放射線画像の透過率および前記第2の放射線画像の透過率の比較を行うことにより取得する項目2または3に記載の画像処理装置。
(項目7) 前記処理手段は、動画撮影の各フレームにおいて、前記複数の情報の差に関する情報に基づいて特定した前記一部の画素と前記他の画素とで異なるパラメータを用いて前記ノイズ低減処理を行う項目1乃至6のいずれか1項に記載の画像処理装置。
(項目8) 前記処理手段は、前記複数の情報の差に関する情報を、
前記動画撮影における一のフレームで得た第1の放射線エネルギーに対応した第1の放射線画像、および前記一のフレームに続く他のフレームで得た前記第1の放射線画像、の差分により得られた情報と閾値との比較を行うことにより取得する、または、
前記一のフレームで得た前記第1の放射線エネルギーとは異なる第2の放射線エネルギーに対応した第2の放射線画像、および前記他のフレームで得た前記第2の放射線画像、の差分により得られた情報と前記閾値との比較を行うことにより取得する項目7に記載の画像処理装置。
(項目9) 前記処理手段は、前記一のフレームと前記他のフレームとの間で特定した前記一部の画素を、前記一のフレーム及び前記他のフレームのうち少なくとも一方のフレームにおいて特定された前記一部の画素に加える項目8に記載の画像処理装置。
(項目10) 前記処理手段は、前記複数の情報の差に関する情報に基づいて特定した前記一部の画素を、モーションアーチファクトが検知された画素として設定した検知画像を取得し、
前記ノイズ低減処理に入力された前記厚み画像の各画素と前記検知画像に設定されている前記画素との比較により、前記厚み画像において前記モーションアーチファクトが検知されている画素の位置として特定する項目1乃至9のいずれか1項に記載の画像処理装置。
(項目11) 前記処理手段は、ガウシアンフィルタまたはイプシロンフィルタを用いて前記ノイズ低減処理を行う項目1乃至10のいずれか1項に記載の画像処理装置。
(項目12) 前記処理手段は、前記ガウシアンフィルタのカーネルサイズを変更することにより設定した、前記一部の画素と前記他の画素とで異なるパラメータを用いて前記ノイズ低減処理を行う、または、
前記イプシロンフィルタの閾値を変更することにより設定した、前記一部の画素と前記他の画素とで異なるパラメータを用いて前記ノイズ低減処理を行う項目11に記載の画像処理装置。
(項目13) 前記処理手段は、前記一部の画素に対して第1のフィルタパラメータを用いた前記ノイズ低減処理を行い、前記他の画素に対して、前記第1のフィルタパラメータよりも小さい第2のフィルタパラメータを用いて前記ノイズ低減処理を行う項目1乃至12のいずれか1項に記載の画像処理装置。
(項目14) 前記処理手段は、前記一部の画素の位置から所定の範囲に位置する周辺画素に対して、前記第1のフィルタパラメータよりも小さく、かつ、前記第2のフィルタパラメータよりも大きい、第3のフィルタパラメータを用いて前記ノイズ低減処理を行う項目13に記載の画像処理装置。
(項目15) 前記所定の範囲は、前記一部の画素に対して隣接する位置の画素を少なくとも含む位置情報として、操作手段を介して調整可能である項目14に記載の画像処理装置。
(項目16) 表示手段に画像を表示させる表示制御手段を更に備え、
前記表示制御手段は、前記ノイズ低減処理された、第1の物質の厚み画像及び前記第1の物質とは異なる第2の物質の厚み画像のうち少なくともいずれか一方を、前記表示手段に表示させる表示制御を行い、
操作手段を介し入力される指示に基づいて、前記第1の物質の厚み画像または前記第2の物質の厚み画像を切り替える表示制御、または、前記第1の物質の厚み画像、及び前記第2の物質の厚み画像を並べて表示させる表示制御、を行う項目1乃至15のいずれか1項に記載の画像処理装置。
(項目17) 撮影条件に応じて設定された、前記ノイズ低減処理における前記パラメータは、前記操作手段を介した指示により調整することが可能であり、
前記表示制御手段は、前記調整された前記パラメータに基づいて前記ノイズ低減処理された前記画像を前記表示手段に表示させる表示制御を行う項目16に記載の画像処理装置。
(項目18) 二次元検出器を含む放射線撮像装置と、
前記二次元検出器で検出された複数の放射線エネルギーに対応した複数の情報を用いてノイズ低減処理された画像を取得する項目1乃至17のいずれか1項に記載の画像処理装置と、
を備える放射線撮像システム。
(項目19) 被写体に放射線を照射して撮影を行うことで得られた互いに異なる複数の放射線エネルギーに対応した複数の情報を用いて複数の物質の厚み画像に分離する物質分離処理を行う工程と、
前記複数の情報の差に関する情報に基づいて特定した一部の画素と他の画素とで異なるパラメータを用いてノイズ低減処理された前記厚み画像と、前記複数の情報とを用いて、前記物質分離処理を行う工程と、
を有する画像処理方法。
(項目20) コンピュータに、項目19に記載の画像処理方法を実行させるプログラム。
The disclosure of this specification includes the following image processing device, radiation imaging system, image processing method, and program.
(Item 1) A processing unit is provided for performing a material separation process for separating a plurality of material thickness images using a plurality of pieces of information corresponding to a plurality of different radiation energies obtained by irradiating a subject with radiation and performing imaging,
The processing means is an image processing device that performs the material separation processing using the thickness image that has been subjected to noise reduction processing using parameters that differ between some pixels identified based on information regarding the differences between the multiple pieces of information and other pixels, and the multiple pieces of information.
(Item 2) The image processing device according to
(Item 3) The image processing device according to item 2, wherein the first radiographic image includes data in which signal values of electrical signals obtained by the imaging correspond to position information indicating a two-dimensional arrangement of the signal values, and the second radiographic image includes data in which signal values of electrical signals obtained by the imaging correspond to position information indicating a two-dimensional arrangement of the signal values.
(Item 4) The image processing device according to item 2 or 3, wherein the processing means acquires information relating to a difference between the plurality of pieces of information by comparing information obtained by subtracting the first radiographic image and the second radiographic image with a threshold value.
(Item 5) The image processing device according to item 2 or 3, wherein the processing means acquires information relating to a difference between the plurality of pieces of information by comparing information obtained by dividing the first radiographic image and the second radiographic image with a threshold value.
(Item 6) The image processing device according to item 2 or 3, wherein the processing means acquires information relating to the difference between the plurality of pieces of information by comparing a transmittance of the first radiographic image with a transmittance of the second radiographic image.
(Item 7) The image processing device according to any one of
(Item 8) The processing means is configured to:
The information obtained by subtracting a first radiation image corresponding to a first radiation energy obtained in one frame during the video capture from the first radiation image obtained in another frame subsequent to the first frame is compared with a threshold value, or
8. The image processing device according to item 7, wherein the image is acquired by comparing information obtained by subtracting a second radiographic image corresponding to a second radiation energy different from the first radiation energy acquired in the one frame and the second radiographic image acquired in the other frame with the threshold value.
(Item 9) The image processing device according to item 8, wherein the processing means adds the portion of pixels identified between the one frame and the other frame to the portion of pixels identified in at least one of the one frame and the other frame.
(Item 10) The processing means acquires a detection image in which the part of pixels specified based on information regarding the difference between the plurality of pieces of information is set as pixels in which a motion artifact is detected,
An image processing device according to any one of
(Item 11) The image processing device according to any one of
(Item 12) The processing means performs the noise reduction process using different parameters for the some pixels and the other pixels, the parameters being set by changing a kernel size of the Gaussian filter; or
12. The image processing device according to item 11, wherein the noise reduction process is performed using different parameters for the some pixels and the other pixels, the parameters being set by changing a threshold value of the epsilon filter.
(Item 13) The image processing device according to any one of
(Item 14) The image processing device according to item 13, wherein the processing means performs the noise reduction process on surrounding pixels located within a predetermined range from the position of the partial pixel by using a third filter parameter that is smaller than the first filter parameter and larger than the second filter parameter.
(Item 15) The image processing device according to item 14, wherein the predetermined range is adjustable via an operation unit as position information including at least pixels adjacent to the certain pixels.
(Item 16) The device further includes a display control unit for causing the display unit to display an image,
the display control means performs display control to cause the display means to display at least one of the noise-reduced thickness image of a first material and the thickness image of a second material different from the first material;
An image processing device described in any one of
(Item 17) The parameters in the noise reduction process that are set according to the shooting conditions can be adjusted by an instruction via the operation means,
17. The image processing device according to item 16, wherein the display control means performs display control to cause the display means to display the image on which the noise reduction process has been performed based on the adjusted parameters.
(Item 18) A radiation imaging device including a two-dimensional detector;
18. The image processing device according to any one of
A radiation imaging system comprising:
(Item 19) A step of performing a material separation process for separating a plurality of material thickness images using a plurality of pieces of information corresponding to a plurality of different radiation energies obtained by irradiating a subject with radiation and performing imaging;
performing the material separation process using the thickness image that has been subjected to noise reduction processing using parameters that differ between a portion of pixels identified based on information regarding the difference between the plurality of pieces of information and the other pixels, and the plurality of pieces of information;
An image processing method comprising the steps of:
(Item 20) A program for causing a computer to execute the image processing method according to item 19.
[その他の実施形態]
開示の技術は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
[Other embodiments]
The disclosed technology can also be realized by a process in which a program for realizing one or more of the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or device via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or device read and execute the program. Also, the disclosed technology can be realized by a circuit (e.g., ASIC) for realizing one or more of the functions.
開示の技術は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。 The disclosed technology is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the following claims are appended to disclose the scope of the invention.
101:X線発生装置、102:X線制御装置、103:撮像制御装置(画像処理装置)、104:X線撮像装置、106:二次元検出器 101: X-ray generator, 102: X-ray control device, 103: Imaging control device (image processing device), 104: X-ray imaging device, 106: Two-dimensional detector
Claims (20)
前記処理手段は、前記複数の情報の差に関する情報に基づいて特定した一部の画素と他の画素とで異なるパラメータを用いてノイズ低減処理された前記厚み画像と、前記複数の情報とを用いて、前記物質分離処理を行う画像処理装置。 a processing means for performing a material separation process for separating a plurality of material thickness images using a plurality of pieces of information corresponding to a plurality of different radiation energies obtained by irradiating a subject with radiation and performing imaging,
The processing means is an image processing device that performs the material separation processing using the thickness image that has been subjected to noise reduction processing using parameters that differ between some pixels identified based on information regarding the differences between the multiple pieces of information and other pixels, and the multiple pieces of information.
前記動画撮影における一のフレームで得た第1の放射線エネルギーに対応した第1の放射線画像、および前記一のフレームに続く他のフレームで得た前記第1の放射線画像、の差分により得られた情報と閾値との比較を行うことにより取得する、または、
前記一のフレームで得た前記第1の放射線エネルギーとは異なる第2の放射線エネルギーに対応した第2の放射線画像、および前記他のフレームで得た前記第2の放射線画像、の差分により得られた情報と前記閾値との比較を行うことにより取得する請求項7に記載の画像処理装置。 The processing means processes information regarding the difference between the plurality of pieces of information as follows:
The information obtained by subtracting a first radiation image corresponding to a first radiation energy obtained in one frame during the video capture from the first radiation image obtained in another frame subsequent to the first frame is compared with a threshold value, or
8. The image processing device according to claim 7, wherein the image is acquired by comparing information obtained by subtracting a second radiographic image corresponding to a second radiation energy different from the first radiation energy acquired in the one frame and the second radiographic image acquired in the other frame with the threshold value.
前記ノイズ低減処理に入力された前記厚み画像の各画素と前記検知画像に設定されている前記画素との比較により、前記厚み画像において前記モーションアーチファクトが検知されている画素の位置として特定する請求項1に記載の画像処理装置。 The processing means acquires a detection image in which the part of pixels identified based on information regarding the difference between the plurality of pieces of information is set as pixels in which a motion artifact is detected,
The image processing device according to claim 1 , wherein the position of a pixel where the motion artifact is detected in the thickness image is identified by comparing each pixel of the thickness image input to the noise reduction processing with the pixel set in the detection image.
前記イプシロンフィルタの閾値を変更することにより設定した、前記一部の画素と前記他の画素とで異なるパラメータを用いて前記ノイズ低減処理を行う請求項11に記載の画像処理装置。 The processing means performs the noise reduction process using different parameters for the part of pixels and the other pixels, the parameters being set by changing a kernel size of the Gaussian filter; or
The image processing device according to claim 11 , wherein the noise reduction process is performed using different parameters for the some pixels and the other pixels, the parameters being set by changing a threshold value of the epsilon filter.
前記表示制御手段は、前記ノイズ低減処理された、第1の物質の厚み画像及び前記第1の物質とは異なる第2の物質の厚み画像のうち少なくともいずれか一方を、前記表示手段に表示させる表示制御を行い、
操作手段を介し入力される指示に基づいて、前記第1の物質の厚み画像または前記第2の物質の厚み画像を切り替える表示制御、または、前記第1の物質の厚み画像、及び前記第2の物質の厚み画像を並べて表示させる表示制御、を行う請求項1に記載の画像処理装置。 Further comprising a display control means for causing the display means to display an image,
the display control means performs display control to cause the display means to display at least one of the noise-reduced thickness image of a first material and the thickness image of a second material different from the first material;
2. The image processing device according to claim 1, further comprising: display control for switching between the thickness image of the first substance and the thickness image of the second substance, or display control for displaying the thickness image of the first substance and the thickness image of the second substance side by side, based on instructions input via an operating means.
前記表示制御手段は、前記調整された前記パラメータに基づいて前記ノイズ低減処理された前記画像を前記表示手段に表示させる表示制御を行う請求項16に記載の画像処理装置。 the parameters in the noise reduction process, which are set according to the shooting conditions, can be adjusted via the operation means;
17. The image processing apparatus according to claim 16, wherein the display control means performs display control to cause the display means to display the image that has been subjected to the noise reduction process based on the adjusted parameters.
前記二次元検出器で検出された複数の放射線エネルギーに対応した複数の情報を用いてノイズ低減処理された画像を取得する請求項1乃至17のいずれか1項に記載の画像処理装置と、
を備える放射線撮像システム。 a radiation imaging device including a two-dimensional detector;
18. The image processing device according to claim 1 , further comprising: a processor for processing the image by a noise reduction process using a plurality of pieces of information corresponding to a plurality of radiation energies detected by the two-dimensional detector;
A radiation imaging system comprising:
前記複数の情報の差に関する情報に基づいて特定した一部の画素と他の画素とで異なるパラメータを用いてノイズ低減処理された前記厚み画像と、前記複数の情報とを用いて、前記物質分離処理を行う工程と、
を有する画像処理方法。 performing a material separation process for separating the image into a plurality of material thickness images using a plurality of pieces of information corresponding to a plurality of different radiation energies obtained by irradiating a subject with radiation and taking an image;
performing the material separation process using the thickness image that has been subjected to noise reduction processing using parameters that differ between a portion of pixels identified based on information regarding the difference between the plurality of pieces of information and the other pixels, and the plurality of pieces of information;
An image processing method comprising the steps of:
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