JP4939287B2 - 解像力向上のための信号処理装置、信号処理方法および信号処理プログラム - Google Patents

Description

本発明は、解像力向上のための信号処理装置、信号処理方法および信号処理プログラムに係り、特に、一般医療用や歯科用のＸ線撮影装置で撮影された画像の画像処理を行う信号処理装置、信号処理方法および信号処理プログラムに関する。

従来、歯科用のＸ線断層撮影装置として、回転動作とスライド動作とを組み合わせたパノラマ撮影装置が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。特許文献１および特許文献２に開示された装置は、水平面（ＸＹ平面）で位置合わせされた歯列の位置において、歯列の鉛直面方向（Ｚ方向）の断層画像を取得するものである。
特開平１０−２１１２００号公報（００３３〜００４０、図４） 実公平４−４８１６９号公報（第３〜第４頁、第４図）

断層画像（パノラマ断層画像）は、Ｘ線撮像手段が回転およびスライドしながら撮像した複数の単純Ｘ線撮影像を重ね合わせることで生成されるので画像が不鮮明になり易い傾向がある。そのため、より鮮明な画像を生成することが要望されている。しかしながら、例えば、高解像度を実現するためには高画素数のＸ線撮像手段が必要である。高画素数のＸ線撮像手段は高価なので、このような高価なＸ線撮像手段を用いた場合には製造コストが高くなってしまうという問題がある。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、低コストで高解像度の画像を生成することのできる解像力向上のための信号処理装置、信号処理方法および信号処理プログラムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１に記載の信号処理装置は、被写体に対して相対的に移動可能に構成され移動方向に所定の画素幅を有した複数の画素を備えて前記被写体の所定点を通過したＸ線を前記画素に受光するＸ線撮像手段から出力される信号を処理する信号処理装置であって、前記Ｘ線撮像手段の備える画素を前記画素幅より細かく分割した領域に対応した複数個のメモリ領域を前記画素ごとに有する画像信号記憶手段と、前記Ｘ線撮像手段の所定画素が前記所定の画素幅だけ移動する時間内において、前記所定画素から出力される信号の値を前記所定画素の移動中の位置に応じて、前記Ｘ線撮像手段の備える画素を画素幅より細かく分割した領域に対して案分して前記所定画素用の各メモリ領域に積算すると共に、前記所定点を通過するＸ線を前記所定画素の次に受光する前記所定画素に隣接した隣接画素の移動中の位置に応じて、前記Ｘ線撮像手段の備える画素を画素幅より細かく分割した領域に対して案分して前記隣接画素から出力される信号の値を前記所定画素用の各メモリ領域に積算する信号積算手段と、前記信号積算手段が積算した信号をフレーム画像として取得し、前記フレーム画像を所定のシフト幅で重ね合わせることにより、表示対象とする断層面に対応した画像を合成する画像合成手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項３に記載の信号処理方法は、被写体に対して相対的に移動可能に構成され移動方向に所定の画素幅を有した複数の画素を備えて前記被写体の所定点を通過したＸ線を前記画素に受光するＸ線撮像手段から出力される信号を処理すると共に、前記Ｘ線撮像手段の備える画素を前記画素幅より細かく分割した領域に対応した複数個のメモリ領域を前記画素ごとに有する画像信号記憶手段と、信号積算手段とを備えた信号処理装置の信号処理方法であって、信号積算手段によって、前記Ｘ線撮像手段の所定画素が前記所定の画素幅だけ移動する時間内において、前記所定画素から出力される信号の値を前記所定画素の移動中の位置に応じて、前記Ｘ線撮像手段の備える画素を画素幅より細かく分割した領域に対して案分して前記所定画素用の各メモリ領域に積算すると共に、前記所定点を通過するＸ線を前記所定画素の次に受光する前記所定画素に隣接した隣接画素の移動中の位置に応じて、前記Ｘ線撮像手段の備える画素を画素幅より細かく分割した領域に対して案分して前記隣接画素から出力される信号の値を前記所定画素用の各メモリ領域に積算する信号積算ステップと、前記信号積算ステップで積算した信号をフレーム画像として取得し、前記フレーム画像を所定のシフト幅で重ね合わせることにより、表示対象とする断層面に対応した画像を合成する画像合成ステップとを有することを特徴とする。

かかる構成の信号処理装置および信号処理方法によれば、信号処理装置は、画像信号記憶手段に、Ｘ線撮像手段の備える画素を画素幅より細かく分割した領域に対応した複数個のメモリ領域を画素ごとに有しており、信号積算手段によって、被写体の所定点を通過するＸ線を受光する所定画素から出力される信号の値と、次に受光する隣接画素から出力される信号の値とを、所定画素用の各メモリ領域に積算する。所定画素が所定の画素幅だけ移動する時間を経過した後において、隣接画素は、新たな所定画素として、当初の所定画素と同様にして被写体の所定点を通過するＸ線を受光しながら移動することとなる。ただし、新たな所定画素から出力される信号の値と、新たな隣接画素から出力される信号の値とは、新たな所定画素用の各メモリ領域に積算されることとなる。以下、同様である。

したがって、かかる構成の信号処理装置および信号処理方法では、画像信号記憶手段において、画素ごとの各メモリ領域に積算された信号は、被写体の所定点から得られるＸ線強度信号が鋸歯状波形となる。なお、この鋸歯状波形の底辺の長さは画素幅となる。一方、Ｘ線強度信号を各メモリ領域に積算しなければ、各画素の出力信号、あるいはそれを経過時間にしたがって積算した信号は、被写体の所定点から得られるＸ線強度信号が矩形波形となる。なお、この矩形波形の長さは画素幅となる。一般に、ＬＳＦ（Line Spread Function）が矩形波である場合よりも、ＬＳＦが三角波である場合の方が、スペクトル領域でみるとカットオフ周波数の値が高くなる。すなわち、解像度が高くなることが知られている。そのため、かかる構成の信号処理装置および信号処理方法によれば、Ｘ線撮像手段を高解像度のものに変更することなく、高解像度の画像を生成することができる。

また、請求項２に記載の信号処理装置は、請求項１に記載の信号処理装置において、被写体にＸ線を照射するＸ線源と、前記被写体に対して移動可能に構成され移動方向に所定幅を有した複数の画素を有して前記被写体を透過したＸ線を前記画素に受光するＸ線撮像手段と、を所定の回転中心の周りに回転およびスライドさせて前記被写体を撮影するパノラマ撮影装置の前記Ｘ線撮像手段から出力される信号を処理することを特徴とする。

かかる構成によれば、信号処理装置は、パノラマ撮影装置のＸ線撮像手段の各画素から出力される信号を処理することができる。ここで、Ｘ線源とＸ線撮像手段とを所定の回転中心の周りに回転およびスライドさせるパノラマ撮影装置の動作を、Ｘ線撮像手段を移動させる動作として用いることができる。これにより、信号処理装置は、パノラマ撮影装置のＸ線撮像手段から出力される信号を積算したＸ線撮影積算像を生成することができる。このＸ線撮影積算像は、積算処理のない従来の単純Ｘ線撮影像とは異なるものである。したがって、単純Ｘ線撮影像の代わりに、信号処理装置で生成された複数のＸ線撮影積算像をフレーム画像として、所定の断層面の断層画像を高解像度で生成することが可能となる。

また、請求項４に記載の信号処理プログラムは、被写体に対して相対的に移動可能に構成され移動方向に所定の画素幅を有した複数の画素を備えて前記被写体の所定点を通過したＸ線を前記画素に受光するＸ線撮像手段から出力される信号を処理するために、前記Ｘ線撮像手段の備える画素を前記画素幅より細かく分割した領域に対応した複数個のメモリ領域を前記画素ごとに有する画像信号記憶手段を備えたコンピュータを、前記Ｘ線撮像手段の所定画素が前記所定の画素幅だけ移動する時間内において、前記所定画素から出力される信号の値を前記所定画素の移動中の位置に応じて、前記Ｘ線撮像手段の備える画素を画素幅より細かく分割した領域に対して案分して前記所定画素用の各メモリ領域に積算すると共に、前記所定点を通過するＸ線を前記所定画素の次に受光する前記所定画素に隣接した隣接画素の移動中の位置に応じて、前記Ｘ線撮像手段の備える画素を画素幅より細かく分割した領域に対して案分して前記隣接画素から出力される信号の値を前記所定画素用の各メモリ領域に積算する信号積算手段、前記信号積算手段が積算した信号をフレーム画像として取得し、前記フレーム画像を所定のシフト幅で重ね合わせることにより、表示対象とする断層面に対応した画像を合成する画像合成手段、として機能させるためのプログラムである。このように構成されることにより、このプログラムをインストールされたコンピュータは、このプログラムに基づいた機能を実現することができる。

本発明によれば、信号処理装置は、低コストで高解像度の画像を生成することができる。また、信号処理装置で生成された画像を用いることで、低コストで高解像度の断層画像を生成することができる。

以下、図面を参照して本発明の信号処理装置を実施するための最良の形態（以下「実施形態」という）について詳細に説明する。

［デジタルパノラマ撮影装置の構成］
図１は、本発明の実施形態に係るデジタルパノラマ撮影装置を模式的に示す構成図である。デジタルパノラマ撮影装置（信号処理装置）１は、パノラマＸ線断層撮影法によって、被写体（人物）Ｋの上顎／下顎における歯列に沿った所定の断層面におけるＸ線像を撮影して歯科用の断層画像を生成するものであり、図１に示すように、Ｘ線源２と、Ｘ線撮像手段３と、アーム４と、旋回駆動手段５と、Ａ／Ｄ変換手段６と、大容量フレーム画像記憶手段７と、大容量処理画像記憶手段８と、全画像表示記憶手段９と、画像信号処理手段（フレーム画像処理）１０と、出力手段１１とを備えている。

Ｘ線源２は、図示しないスリットを有しており、このスリットを介してＸ線を照射することにより生成されるスリットビーム（Ｘ線ビーム）を所定のタイミングで被写体Ｋに照射するものである。

Ｘ線撮像手段３は、Ｘ線源２から照射されて被写体Ｋを透過したＸ線を受光して、被写体ＫのＸ線が透過した部分を所定のフレームレートで撮像するものである。Ｘ線撮像手段３は、Ｘ線イメージセンサやＸ線検出器、またはそれらの組合せである。ここで、イメージセンサは、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）センサ、ＣｄＴｅセンサ等である。また、Ｘ線検出器は、Ｘ線イメージインテンシファイア（Image Intensifier：Ｉ．Ｉ．）、フラットパネル検出器(Flat Panel Detector:ＦＰＤ)等である。なお、本実施形態では、Ｘ線撮像手段３は、ＣＣＤイメージセンサであるものとして説明する。この場合、１画素サイズを、例えば１００μｍとすることができる。

アーム４は、Ｘ線源２とＸ線撮像手段３とを所定の間隔を空けて保持するものである。この間隔は、Ｘ線源２とＸ線撮像手段３との間に被写体Ｋが収まるように、例えば、３０ｃｍ〜１ｍに設定される。なお、Ｘ線源２の照射部とＸ線撮像手段３の受光面とは対向して配置される。また、アーム４は、回転中心Ｏの周りに回動およびスライド動作可能に構成されている。これにより、Ｘ線源２とＸ線撮像手段３とが所定の間隔を維持したまま、Ｘ線撮像手段３は、被写体Ｋの周囲の任意の方向の断層画像を撮影することができる。

旋回駆動手段５は、モータやアクチュエータ等から構成され、アーム４を所定の角速度で回転するように旋回させるものである。この旋回駆動手段５と、Ｘ線源２と、Ｘ線撮像手段３とは、図示しないコントローラにより制御され、旋回駆動手段５がアーム４を旋回しながらＸ線源２がＸ線を照射して撮影を繰り返し、Ｘ線の照射タイミングに同期してＸ線撮像手段３が被写体ＫのＸ線像（単純Ｘ線撮影像）を撮像してＡ／Ｄ変換手段６に出力する。Ａ／Ｄ変換手段６は、Ｘ線撮像手段３の出力信号を取得し、Ａ／Ｄ変換して画像信号処理手段１０に出力する。

大容量フレーム画像記憶手段７と、大容量処理画像記憶手段８と、全画像表示記憶手段９と、画像信号処理手段１０とは、例えば、一般的なコンピュータ（計算機）で実現することができ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）と、入力／出力インタフェースとを含んで構成されている。

大容量フレーム画像記憶手段（画像信号記憶手段）７は、画像信号処理手段１０で積算処理結果として生成された複数フレーム分のＸ線撮影積算像（フレーム画像）を記憶するものであり、一般的な画像メモリやハードディスク等から構成される。
大容量処理画像記憶手段８は、画像信号処理手段１０による画像の合成等の処理のために使用される記憶手段であり、一般的な画像メモリ等から構成される。

全画像表示記憶手段９は、画像信号処理手段１０で合成処理結果として生成され出力手段１１に表示すべき断層画像（表示対象とする断層面に対応した断層画像）を記憶するものであり、一般的な画像メモリ等から構成される。この断層画像は、例えば、輝度値で表される。なお、出力手段１１は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＥＬ（Electronic Luminescence）等から構成される。

［断層画像］
ここで、全画像表示記憶手段９に記憶される断層画像について図２を参照して説明する。図２は、歯列の平面図である。図２に示す状態では、Ｘ線源２は、被写体Ｋ（図１参照）である人物の歯列の前歯部Ｐ側からＸ線を照射し、当該歯列の臼歯部Ｎ側において、Ｘ線撮像手段３が受光しているが、撮影中には、Ｘ線源２およびＸ線撮像手段３は回転およびスライドする。ここでは、歯列の前後方向の中央に断層面Ｆをとる。

図２に示した断層面Ｆにおける断層画像（パノラマ断層画像）は、複数枚のフレーム画像（Ｘ線撮影積算像）が所定の間隔で重ね合わされて形成される。なお、実際のパノラマ断層画像は、数千〜数万枚のフレーム画像を合成して構築される。また、すべてのＸ線撮影積算像を等間隔で重ね合わせて形成してもよいし、シフト幅を変化させて重ね合わせるようにしてもよい。

図１に戻って、デジタルパノラマ撮影装置１の構成の説明を続ける。
画像信号処理手段（信号積算手段）１０は、Ａ／Ｄ変換手段６の出力信号を取得し、被写体Ｋの単純Ｘ線撮影像とは異なるＸ線撮影積算像をフレーム画像として生成し、複数フレーム分のフレーム画像を用いて断層画像を合成するものである。この画像信号処理手段１０は、ＲＯＭやＨＤＤ等に格納された所定のプログラムをＲＡＭに展開することで後記する各種の処理を実行するＣＰＵ等からなる制御手段を備えている。

画像信号処理手段１０は、信号積算手段としての機能と、画像合成手段としての機能とを有している。
画像信号処理手段１０は、信号積算手段の機能として、Ｘ線撮像手段３の所定画素が所定の画素幅だけ移動する時間内において、所定画素から出力される信号の値を所定画素の移動中の位置に応じて案分して所定画素用の各メモリ領域に積算すると共に、被写体の所定点を通過するＸ線を所定画素の次に受光する所定画素に隣接した隣接画素の移動中の位置に応じて案分して隣接画素から出力される信号の値を所定画素用の各メモリ領域に積算するものである。具体例は後記する。

画像信号処理手段１０は、画像合成手段の機能として、信号処理された歯列の所定の断層面についてのＸ線撮影積算像を複数フレーム分取得し、取得したフレーム画像（Ｘ線撮影積算像）を所定のシフト幅で重ね合わせることにより、表示対象とする断層面に対応した画像（パノラマ断層画像）を合成するものである。なお、表示対象とする断層面は、予め定めておいてもよいし、図示しない入力装置からの情報で指定するようにしてもよい。合成された断層画像は、出力手段１１に出力される。

［具体例］
次に、画像信号処理手段（信号積算手段）１０について、信号積算手段の機能を、大容量フレーム画像記憶手段７の画像信号記憶手段としての機能と共に具体的に説明する。
大容量フレーム画像記憶手段（画像信号記憶手段）７は、Ｘ線撮像手段３の備える画素を画素幅より細かく分割した領域に対応した複数個のメモリ領域を画素ごとに有する。以下、図３を参照してメモリ領域を説明する。

図３は、図１に示した大容量フレーム画像記憶手段の説明図であって、（ａ）は、被写体の所定点にコンボリュージョンされる記録系のＬＳＦを求める方法の一例を模式的に示しており、（ｂ）は画素ごとのメモリ領域を示している。ここでは、説明を単純化するために、Ｘ線撮像手段３は、縦１ピクセル×横１２ピクセルの１ラインのＣＣＤイメージセンサであって、画素（ピクセル）Ｇ₁，…，Ｇ₁₂を有し、画素幅をｄとする。ある時点では、図３（ａ）において上側に示すように、画素Ｇ₁がエッジＥの内側（左側）に配置され、画素Ｇ₂がエッジＥの外側（右側）に配置されている。Ｘ線撮像手段３は、エッジＥに接近する方向または遠ざかる方向に移動する。この例では、Ｘ線撮像手段３は、エッジＥに近づく方向に移動するものとする。エッジＥは、例えば、鉛から構成される。大容量フレーム画像記憶手段（画像信号記憶手段）７は、各画素を画素幅ｄより細かく分割した領域に対応した複数個のメモリ領域を画素ごとに有している。これをアドレス群と呼ぶ。例えば、画素Ｇ₁に対応してアドレス群Ａ₁、画素Ｇ₂に対応してアドレス群Ａ₂等が設けられている。この例では、各画素は仮想的にＸ線撮像手段３の移動方向（図３中右から左に向かう方向）に１０個に分割されている。そして、画素を仮想的に分割した分割領域に対応して、当該画素用のメモリ領域（アドレス群）は、１０個の記憶領域（アドレス）に分割されている。エッジＥに最も近い分割領域に対応したアドレスの識別情報（領域ＩＤ）をＲ₁として、以下、順にＲ₂，…，Ｒ₁₀とする。以下では、所定画素を第１画素と呼び、被写体の所定点を通過するＸ線を所定画素の次に受光する所定画素に隣接した隣接画素を第２画素と呼ぶこととする。この場合、大容量フレーム画像記憶手段７は、図３（ｂ）に示すように、領域ＩＤＲ₁，…，Ｒ₁₀に対応した１０個のメモリ領域を１２個の画素ごとに有している。なお、図３（ｂ）において、アドレス群Ａ₁〜アドレス群Ａ₃に記載された数字は、信号強度の一例を示している。

画像信号処理手段１０は、第１画素が画素幅だけ移動するまでの経過時間にしたがって、第１画素から出力される信号の値（例えば、輝度値）を、第１画素の移動中の位置に応じて第１画素用の各メモリ領域に積算すると共に、第２画素から出力される信号の値を、第２画素の移動中の位置に応じて第１画素用の各メモリ領域に積算する。ここで、画像信号処理手段１０は、第１画素および第２画素から出力される信号の値を第１画素用の各メモリ領域に積算した後で、加算平均するようにしてもよい。例えば、第１画素および第２画素が出力する信号を合計１０回加算した場合にその加算値（積算値）を１０で割った値を記憶するようにしてもよい。この画像信号処理手段１０の処理によって、フレーム別に各画素用の各メモリ領域に積算された信号の値に基づいて、前記したＸ線撮影積算像が形成されることとなる。この画像信号処理手段１０は、処理結果である歯列の所定の断層面についてのＸ線撮影積算像をフレーム画像として、大容量フレーム画像記憶手段７に出力する。

なお、画像信号処理手段１０は、ＣＰＵがＲＯＭ等に格納された所定のプログラムをＲＡＭに展開して実行することによりその機能が実現されるものである。したがって、画像信号処理手段１０は、一般的なコンピュータに、前記した画像信号処理手段１０の機能を実行させる信号処理プログラムを実行することで実現することもできる。このプログラムは、通信回線を介して配布することも可能であるし、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。

［デジタルパノラマ撮影装置の動作］
図１に示したデジタルパノラマ撮影装置の動作として主に画像信号処理手段１０の動作について図４を参照（適宜図１参照）して説明する。図４は、図１に示したデジタルパノラマ撮影装置の動作を示すフローチャートである。まず、デジタルパノラマ撮影装置１は、Ａ／Ｄ変換手段６によって、歯列の所定の断層面についてＸ線撮像手段３で撮像されて各画素から出力される信号をＡ／Ｄ変換する（ステップＳ１）。そして、デジタルパノラマ撮影装置１は、画像信号処理手段１０によって、Ｘ線撮像手段３の移動中の位置に応じて第１画素の出力信号および第２画素の出力信号を、大容量フレーム画像記憶手段７の第１画素用のメモリ領域に積算する（ステップＳ２）。そして、デジタルパノラマ撮影装置１は、画像信号処理手段１０によって、フレーム別に各画素ごとの各メモリ領域に積算された信号をフレーム画像として大容量フレーム画像記憶手段７に格納する。ここで、Ｘ線撮像手段３の画素が画素の所定幅だけ移動する間に積算された信号を格納する。そして、デジタルパノラマ撮影装置１は、画像信号処理手段１０によって、大容量フレーム画像記憶手段７から複数フレーム分のフレーム画像（Ｘ線撮影積算像）を取得し（ステップＳ３）、取得した各フレーム画像を大容量処理画像記憶手段８に展開して所定のシフト幅で重ねあわせることで合成し（ステップＳ４）、合成された断層画像を全画像表示記憶手段９に格納する。そして、デジタルパノラマ撮影装置１は、全画像表示記憶手段９から、合成された断層画像を読み出して出力手段１１に出力する（ステップＳ５）。

［デジタルパノラマ撮影装置の動作の具体例］
図５は、エッジ近傍の信号強度の一例を示す図である。この図５は、各画素がエッジＥに近づく方向（図５中左側）に移動する様子を時系列に図中縦方向に１０段階で示している。ここでは、エッジＥより内側（図５中左側）にある画素Ｇ₁を第１画素として、これに隣接した画素Ｇ₂を第２画素とする。また、エッジＥより内側（図５中左側）において、画素Ｇ₁が受光する信号の強度を「０」とする。したがって、この場合には、第１画素（画素Ｇ₁）が出力する信号は、「０」であり、この値が積算されることとなる。また、エッジＥより外側（図５中右側）において、各画素Ｇ₂，Ｇ₃が受光する信号の強度を「１００」とする。そして、画素Ｇ₂の１０％の領域がエッジＥより内側（図５中左側）に移動した場合には、その画素が受光する信号の強度は「９０」となる。以下、同様に、画素Ｇ₂のα％の領域がエッジＥより内側（図５中左側）に移動した場合には、画素Ｇ₂が受光する信号の強度は「１００−α」となる。

画像信号処理手段１０は、例えば、画素Ｇ₂が受光する信号の強度が「９０」の場合、すなわち、画素Ｇ₂の１０％の領域がエッジＥより内側（図５中左側）に移動した場合、大容量フレーム画像記憶手段７のアドレス群Ａ₁の１０個のメモリ領域のうち領域ＩＤ「Ｒ₁₀」のアドレスに、信号の強度として「９（＝９０／１０）」だけ加算する。
また、画像信号処理手段１０は、例えば、画素Ｇ₂が受光する信号の強度が「８０」の場合、すなわち、画素Ｇ₂の２０％の領域がエッジＥより内側（図５中左側）に移動した場合、大容量フレーム画像記憶手段７のアドレス群Ａ₁の１０個のメモリ領域のうち領域ＩＤ「Ｒ₁₀」，「Ｒ₉」のアドレスに、信号の強度として「８（＝８０／１０）」だけ加算する。以下、同様である。

また、画像信号処理手段１０は、画素Ｇ₂を第１画素として、これに隣接した画素Ｇ₃を第２画素として、同様な処理を行う。具体的には、画像信号処理手段１０は、画素Ｇ₂の例えば２０％の領域がエッジＥより内側（図５中左側）に移動した場合には、アドレス群Ａ₂の１０個のメモリ領域のうち、領域ＩＤ「Ｒ₁」ないし「Ｒ₈」のアドレスに、信号の強度として「８」だけそれぞれ加算する。また、図５に示した区間例では、画素Ｇ₃が受光する信号の強度は変化せずに「１００」のままである。したがって、画像信号処理手段１０は、例えば、画素Ｇ₃の２０％の領域が図５中左側に移動した場合には、アドレス群Ａ₂の１０個のメモリ領域のうち、領域ＩＤ「Ｒ₁₀」，「Ｒ₉」のアドレスに、信号の強度として「１０」だけそれぞれ加算する。

画像信号処理手段１０は、図５に示した信号強度の変化のうち、画素Ｇ₁の出力信号と、画素Ｇ₂のうちエッジＥより内側（図５中左側）に移動した部分に案分される画素Ｇ₂の出力信号について、大容量フレーム画像記憶手段７のアドレス群Ａ₁の各メモリ領域に積算する。また、画像信号処理手段１０は、図５に示した信号強度の変化のうち、画素Ｇ₂のうちエッジＥより外側（図５中右側）に配置されている部分に案分される画素Ｇ₂の出力信号と、画素Ｇ₃のうちエッジＥより外側（図５中右側）に画素幅ｄまでの範囲に配置されている部分に案分される画素Ｇ₃の出力信号とについて、大容量フレーム画像記憶手段７のアドレス群Ａ₂の各メモリ領域に積算する。さらに、画像信号処理手段１０は、図５に示した信号強度の変化のうち、画素Ｇ₃のうちエッジＥより外側（図５中右側）に画素幅ｄから２ｄまでの範囲に配置されている部分に案分される画素Ｇ₃の出力信号と、画素Ｇ₃に隣接した図示しない画素Ｇ₄のうちエッジＥより外側（図５中右側）に画素幅ｄから２ｄまでの範囲に配置されている部分に案分される画素Ｇ₄の出力信号とについて、大容量フレーム画像記憶手段７のアドレス群Ａ₃の各メモリ領域に積算する。以下、同様である。このとき、アドレス群Ａ_１、アドレス群Ａ₂およびアドレス群Ａ₃に格納される信号強度の推移を図６に示す。なお、図６では、図５に示した時系列の１０段階をｔ＝１〜１０とした。

図６に示したアドレス群Ａ₁のうちの領域ＩＤ「Ｒ₁₀」のアドレスの信号強度と、アドレス群Ａ₂の１０個のメモリ領域のすべての信号強度と、アドレス群Ａ₃のうちの領域ＩＤ「Ｒ₁」のアドレスの信号強度とに基づいて、時刻ｔ＝１０の場合に、エッジＥより外側（図５中右側）に画素幅ｄまでの範囲の信号強度を図７に示す。図７のグラフの横軸は、エッジＥからの距離を、ｄ＝１０に正規化したものである。つまり、エッジＥからの距離「０」の信号強度は、アドレス群Ａ₁の領域ＩＤ「Ｒ₁₀」のアドレスの信号強度を示す。また、エッジＥからの距離「１」〜「１０」の信号強度は、アドレス群Ａ₂の領域ＩＤ「Ｒ₁」〜「Ｒ₁₀」のアドレスの信号強度をそれぞれ示す。また、エッジＥからの距離「１１」の信号強度は、アドレス群Ａ₃の領域ＩＤ「Ｒ₁」のアドレスの信号強度を示す。図７は、図５に示した信号強度の例についてのＥＳＦ（Edge Spread Function）を示すグラフである。

図７に示した１２個の信号強度について差を求めると図８に示すグラフが得られる。この図８は、図７に示したＥＳＦを微分することで得ることができるＬＳＦを示すグラフである。図８のグラフの横軸は、エッジＥからの距離の差Δを示す。ここで、Δ＝１０は、画素幅ｄに相当する。つまり、Δ＝０は、エッジＥからの距離「１」の信号強度と、エッジＥからの距離「０」の信号強度との差を示す。また、Δ＝１は、エッジＥからの距離「２」の信号強度と、エッジＥからの距離「１」の信号強度との差を示す。Δ＝２は、エッジＥからの距離「３」の信号強度と、エッジＥからの距離「２」の信号強度との差を示す。以下、同様である。この図８に示すように、本実施形態のデジタルパノラマ撮影装置（信号処理装置）１によれば、エッジＥから得られるＸ線強度信号が鋸歯状波形となる。なお、この鋸歯状波形の底辺の長さは画素幅ｄとなる。

［生成される画像の解像度］
ここで、本実施形態のデジタルパノラマ撮影装置（信号処理装置）１により生成される画像の解像度について、図９ないし図１１を参照して説明する。図９は、図８に示したＬＳＦの説明図であって、（ａ）は鋸歯状波、（ｂ）は（ａ）をフーリエ変換した関数をそれぞれ示しており、図１０は、図８に示したＬＳＦの説明図であって、（ａ）は矩形波、（ｂ）は（ａ）をフーリエ変換した関数をそれぞれ示している。また、図１１は、図８に示したＬＳＦから求められたＭＴＦを示すグラフである。

まず、図９を参照して本実施形態のデジタルパノラマ撮影装置（信号処理装置）１によって生成されるＬＳＦに相当する鋸歯状波について説明する。エッジＥにおいて、図９（ａ）に示した鋸歯状波Ａ（ｘ）をＬＳＦとすると、ＭＴＦは、実空間領域では、式（１）で示される演算により求められる。式（１）の「＊」は、畳み込み積分の演算記号を示す。なお、式（１）中の鋸歯状波Ａ（ｘ）は式（２）で示される。また、エッジＥを示す関数ｆ（ｘ）は式（３）で示される。

前記した式（１）の演算を周波数領域で行うため、図９（ａ）に示した鋸歯状波Ａ（ｘ）をフーリエ変換すると式（４）が得られる。式（４）のωは、空間周波数を示す。この式（４）の右辺で示される複素積分を実行してその実数部分を求めると、式（５）が得られる。式（５）で示される波形を図９（ｂ）に示す。これにより、前記した式（１）の演算を周波数領域で行うと、式（６）が得られることとなる。

次に、本実施形態のデジタルパノラマ撮影装置（信号処理装置）１で生成されるＬＳＦとの比較例について図１０を参照して説明する。エッジＥにおいて、図１０（ａ）に示した矩形波Ｃ（ｘ）を入力とするＭＴＦは、実空間領域では、式（７）で示される演算により求められる。なお、式（７）中の矩形波Ｃ（ｘ）は式（８）で示される。また、エッジＥを示す関数ｆ（ｘ）は前記した式（３）で示される。

前記した式（７）の演算を周波数領域で行うため、図１０（ａ）に示した矩形波Ｃ（ｘ）をフーリエ変換すると式（９）が得られる。この式（９）の右辺で示される複素積分を実行してその実数部分を求めると、式（１０）が得られる。式（１０）で示される波形を図１０（ｂ）に示す。これにより、前記した式（７）の演算を周波数領域で行うと、式（１１）が得られることとなる。

前記した式（６）において、ω＝０の原点における振幅を１に正規化すると、ＭＴＦが得られる。図１１に実線で示すように、ＭＴＦの値が「０」になるときのωの値は「１／ｄ」である。一方、前記した式（１１）において、ω＝０の原点における振幅を１に正規化して得られたＭＴＦは、図１１に破線で示すように、ＭＴＦの値が「０」になるときのωの値は「１／（２ｄ）」である。つまり、本実施形態のデジタルパノラマ撮影装置（信号処理装置）１により生成される画像は、このような信号処理を全く行わない場合と比較すると、図１１に示すように、スペクトル領域でみるとカットオフ周波数の値が高くなる。すなわち、画像信号処理手段１０により生成される画像は、高解像度の画像となる。

本実施形態によれば、デジタルパノラマ撮影装置（信号処理装置）１は、Ｘ線撮像手段３を高解像度のものに変更することなく、信号処理により、高解像度の画像を生成することができる。また、本実施形態によれば、デジタルパノラマ撮影装置１は、Ｘ線撮像手段３を移動させる動作として、Ｘ線源２とＸ線撮像手段３とを所定の回転中心の周りに回転およびスライドさせる動作を用いることができる。そして、画像信号処理手段１０が、Ｘ線撮像手段３の各画素から出力される信号を処理することで、低コストで高解像度の断層画像を生成することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲で実施することができる。例えば、パノラマ撮影において、Ｘ線撮像手段３を横方向（水平方向）に移動させるものとして説明したが、縦方向（鉛直方向）に連続して動かすようにしてもよい。また、水平方向に回転移動しながら上下の縦方向に移動を行えば２次元の高解像度画像を得ることができる。

また、本実施形態では、各画素を１０個に仮想的に分割するものとして説明したが、２個以上であれば構わない。例えば、ｎ（ｎ≧２）個に等分割した場合、すなわち、画素幅ｄを「ｎ（ｎ≧２）」とした場合には、以下のようになる。この場合には、各画素の分割領域に対応した複数個のメモリ領域の識別情報（領域ＩＤ）を、エッジＥに近い方から順にＲ₁，…，Ｒ_nとする。また、大容量フレーム画像記憶手段７は、各画素ごとに（アドレス群ごとに）各領域Ｒ₁，…，Ｒ_nに対応したｎ個のメモリ領域を有する。すると、所定画素に対応したアドレス群のメモリ領域のうちで、エッジＥに近い方からｉ（１≦ｉ≦ｎ）番目のアドレスに積算される信号の強度は、式（１２）および式（１３）で示されることとなる。ここで、例えば、ｎ＝１０として、ｉ＝１，２とすると、図７の横軸の値が「１」である場合の結果と、「２」である場合の結果とがそれぞれ得られる。

また、本実施形態では、各画素を仮想的に等分割したが、図８に示した鋸歯状波の波形と同様な波形を生成できるのであれば、必ずしも等分割する必要はない。この場合には、Ｘ線撮像手段３を移動させる速度を一定とする必要がないので、Ｘ線撮像手段３を複雑な動きで移動させることで、多様な画像を得ることができる。

また、本実施形態では、図７のグラフを作成するときに、アドレス群Ａ₁のうち領域ＩＤ「Ｒ₁₀」のアドレスの信号強度だけを用いたが、１０個のアドレスの信号強度すべてを用いてグラフを作成してもよい。この場合には、図７に示したＥＳＦを示すグラフを左側に延長することで、図１２に示すグラフを作成することができる。図１２に示すＥＳＦのグラフを微分することで得られるＬＳＦを示すグラフは、図１３に示すように、原点に対して対称な偶関数である三角波の形状となる。通常、実空間領域において原点に対して対称な偶関数をフーリエ変換するときには、実空間領域において半分の領域を積分区間として計算した結果を最後に２倍する。この２倍にする処理によって、フーリエ変換後の波形の周期（横方向）は影響を受けない。したがって、三角波をフーリエ変換した後の波形において、ω軸（横軸）との交点の位置は、図９（ｂ）および図１０（ｂ）と同じ位置となる。したがって、この場合にも、矩形波の場合と比べて、スペクトル領域でみるとカットオフ周波数の値が高くなるので、画像の解像度を向上させることができる。

また、本実施形態では、画像信号処理手段１０は、画像合成手段の機能として、所定の断層面における断層画像を合成するものとしたが、これに限定されるものではなく、指定された任意の複数の断層面における画像を示す多断層画像を合成するようにしてもよい。この多断層画像は、例えば、特開２００６−１８０９４４号公報に開示された方法で生成することができる。

また、デジタルパノラマ撮影装置１は、画像信号処理手段１０を含む信号処理装置として構成したが、必ずしも画像信号処理手段１０をデジタルパノラマ撮影装置１に含む構成とする必要はなく、画像信号処理手段１０を含む信号処理装置を撮影装置とは別の外部ユニットで構成するようにしてもよい。また、画像信号処理手段１０から画像合成手段としての機能を分離して別に設けるようにしてもよい。

また、本実施形態では、歯科用のデジタルパノラマ撮影装置１で説明したが、本発明は、パノラマ撮影に限定されるものではなく、また、歯科用のＸ線撮影に限定されるものではなく、被写体に対して相対的に移動可能なＸ線撮像手段を備えていれば、一般医療用に用いることができる。例えば、内科用として、胸部Ｘ線撮影装置に適用してもよい。また、本発明において、被写体は人体に限定されるものではなく、例えば、鉱物等の自然に存在するものや各種産業の製品でもよい。この場合には、各種分析や被破壊検査等を行うことができる。

本発明の実施形態に係るデジタルパノラマ撮影装置を模式的に示す構成図である。 歯列の平面図である。 図１に示した大容量フレーム画像記憶手段の説明図であって、（ａ）は、被写体撮影可能領域、（ｂ）は画素ごとのメモリ領域をそれぞれ示している。 図１に示した画像信号処理手段の動作を示すフローチャートである。 エッジ近傍の信号強度の一例を示す図である。 メモリ領域に積算された信号強度を時刻別に示す図である。 図５に示した信号強度の例についてのＥＳＦを示すグラフである。 図７に示したＥＳＦから求められたＬＳＦを示すグラフである。 図８に示したＬＳＦの説明図であって、（ａ）は鋸歯状波、（ｂ）は（ａ）をフーリエ変換した関数をそれぞれ示している。 図８に示したＬＳＦの説明図であって、（ａ）は矩形波、（ｂ）は（ａ）をフーリエ変換した関数をそれぞれ示している。 図８に示したＬＳＦから求められたＭＴＦを示すグラフである。 別の例についてのＥＳＦを示すグラフである。 図１２に示したＥＳＦから求められたＬＳＦを示すグラフである。

符号の説明

１ デジタルパノラマ撮影装置（信号処理装置）
２ Ｘ線源
３ Ｘ線撮像手段
４ アーム
５ 旋回駆動手段
７ 大容量フレーム画像記憶手段（画像信号記憶手段）
８ 大容量処理画像記憶手段
９ 全画像表示記憶手段
１０ 画像信号処理手段（信号積算手段）
１１ 出力手段

Claims (4)

1. 被写体に対して相対的に移動可能に構成され移動方向に所定の画素幅を有した複数の画素を備えて前記被写体の所定点を通過したＸ線を前記画素に受光するＸ線撮像手段から出力される信号を処理する信号処理装置であって、
   前記Ｘ線撮像手段の備える画素を前記画素幅より細かく分割した領域に対応した複数個のメモリ領域を前記画素ごとに有する画像信号記憶手段と、
   前記Ｘ線撮像手段の所定画素が前記所定の画素幅だけ移動する時間内において、前記所定画素から出力される信号の値を前記所定画素の移動中の位置に応じて、前記Ｘ線撮像手段の備える画素を画素幅より細かく分割した領域に対して案分して前記所定画素用の各メモリ領域に積算すると共に、前記所定点を通過するＸ線を前記所定画素の次に受光する前記所定画素に隣接した隣接画素の移動中の位置に応じて、前記Ｘ線撮像手段の備える画素を画素幅より細かく分割した領域に対して案分して前記隣接画素から出力される信号の値を前記所定画素用の各メモリ領域に積算する信号積算手段と、
   前記信号積算手段が積算した信号をフレーム画像として取得し、前記フレーム画像を所定のシフト幅で重ね合わせることにより、表示対象とする断層面に対応した画像を合成する画像合成手段と、
   を備えることを特徴とする信号処理装置。
2. 被写体にＸ線を照射するＸ線源と、前記被写体に対して移動可能に構成され移動方向に前記所定の画素幅を有した複数の画素を有して前記被写体を透過したＸ線を前記画素に受光するＸ線撮像手段と、を所定の回転中心の周りに回転およびスライドさせて前記被写体を撮影するパノラマ撮影装置の前記Ｘ線撮像手段から出力される信号を処理することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
3. 被写体に対して相対的に移動可能に構成され移動方向に所定の画素幅を有した複数の画素を備えて前記被写体の所定点を通過したＸ線を前記画素に受光するＸ線撮像手段から出力される信号を処理すると共に、前記Ｘ線撮像手段の備える画素を前記画素幅より細かく分割した領域に対応した複数個のメモリ領域を前記画素ごとに有する画像信号記憶手段と、信号積算手段とを備えた信号処理装置の信号処理方法であって、
   信号積算手段によって、前記Ｘ線撮像手段の所定画素が前記所定の画素幅だけ移動する時間内において、前記所定画素から出力される信号の値を前記所定画素の移動中の位置に応じて、前記Ｘ線撮像手段の備える画素を画素幅より細かく分割した領域に対して案分して前記所定画素用の各メモリ領域に積算すると共に、前記所定点を通過するＸ線を前記所定画素の次に受光する前記所定画素に隣接した隣接画素の移動中の位置に応じて、前記Ｘ線撮像手段の備える画素を画素幅より細かく分割した領域に対して案分して前記隣接画素から出力される信号の値を前記所定画素用の各メモリ領域に積算する信号積算ステップと、
   前記信号積算ステップで積算した信号をフレーム画像として取得し、前記フレーム画像を所定のシフト幅で重ね合わせることにより、表示対象とする断層面に対応した画像を合成する画像合成ステップと、
   を有することを特徴とする信号処理方法。
4. 被写体に対して相対的に移動可能に構成され移動方向に所定の画素幅を有した複数の画素を備えて前記被写体の所定点を通過したＸ線を前記画素に受光するＸ線撮像手段から出力される信号を処理するために、前記Ｘ線撮像手段の備える画素を前記画素幅より細かく分割した領域に対応した複数個のメモリ領域を前記画素ごとに有する画像信号記憶手段を備えたコンピュータを、
   前記Ｘ線撮像手段の所定画素が前記所定の画素幅だけ移動する時間内において、前記所定画素から出力される信号の値を前記所定画素の移動中の位置に応じて、前記Ｘ線撮像手段の備える画素を画素幅より細かく分割した領域に対して案分して前記所定画素用の各メモリ領域に積算すると共に、前記所定点を通過するＸ線を前記所定画素の次に受光する前記所定画素に隣接した隣接画素の移動中の位置に応じて、前記Ｘ線撮像手段の備える画素を画素幅より細かく分割した領域に対して案分して前記隣接画素から出力される信号の値を前記所定画素用の各メモリ領域に積算する信号積算手段、
   前記信号積算手段が積算した信号をフレーム画像として取得し、前記フレーム画像を所定のシフト幅で重ね合わせることにより、表示対象とする断層面に対応した画像を合成する画像合成手段、
   として機能させるための信号処理プログラム。

Images