JP2009171990A - Ｘ線検出器を較正するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線源と検出器とが互いに対して固定されていないＸ線ラジオグラフィ・システム等において、検出器の較正の有効性を高める。
【解決手段】検出器アレイ（１８）のピクセル（２０）について高周波成分及び低周波成分（６２、６４）を生成する方法及びシステムを提供する。方法は、検出器アレイ（１８）の１又は複数のピクセル（２０）のゲイン係数で構成されているゲイン・マップ画像（５６）を形成する動作を含んでいる。周波数に基づく変換が、このゲイン・マップ画像（５６）に適用されて、各々のピクセル（２０）についてゲイン・マップ係数の高周波成分（６２）及び低周波成分（６４）を生成する。これら高周波成分及び低周波成分（６２、６４）は、画像の処理に対して異なるように適用することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は一般的には、撮像手法に関し、さらに具体的には、Ｘ線検出器の較正に関する。

非侵襲型撮像は、他の方法では入手し難い物体又は人体の内部の構造又は領域の画像を目視検査のために形成する手法を広く包含する。非侵襲型撮像の最もよく知られた用途の一つは医用技術分野にあり、この分野ではこれらの手法を用いて、他の方法では可視でない患者の体内の器官及び／又は骨の画像を形成する。かかる非侵襲型撮像モダリティの例としては、Ｘ線ラジオグラフィ、及びトモシンセシスのような他のＸ線方式の撮像手法がある。

例えば、医用Ｘ線ラジオグラフィ・システムは典型的には、Ｘ線源から撮像容積を通してＸ線を投射することにより動作する。Ｘ線の一部は、胸又は腕又は脚等の患者の部分を透過し、かかる部分によって減弱される。減弱されたＸ線は検出器素子のアレイによって検出され、検出器素子は入射Ｘ線の減弱を表わす信号を発生する。信号が処理され再構成されて、撮像領域の画像を形成する。

例えば、ディジタル検出器は、単一のモノリシック・シンチレータ又は個別の複数のシンチレータの下層に配置されている個別の光検出器のアレイで構成され得る。シンチレータは典型的には、Ｘ線によって衝突されると可視光を発生する。光検出器が次に可視光を検出して、応答する電気信号を発生し、これらの信号が読み出されて、パネル上の光検出器の位置に基づいて用いられて画像を形成することができる。かかるシステムでは、所与のＸ線入力に応答して光検出器によって発生される出力信号の程度は、光検出器のゲインとして知られる。

しかしながら、光検出器は、可視光を検出する能力及び／又は応答する出力信号を発生する能力にばらつきのある場合がある。結果として、検出器アレイの全ての光検出器が、同じＸ線量に応答して等価の出力信号を発生するとは限らず、すなわち個別の光検出器が異なる固有のゲイン関数を有し得る。Ｘ線源及び検出器が固定された幾何学的構成を有するシステム、すなわち線源と検出器とが互いに対して移動しないシステムでは、較正によって、既知のＸ線照射に応答する光検出器間のゲイン差が補償され得るように各々のフォトダイオードに補正ファクタを与えることによりこれらのゲイン差に対処している。例えば、光検出器のアレイを一様なＸ線照射野で曝射して、それぞれの補正ファクタの適用の後に各々のフォトダイオードが一様な信号を発生するように各々の光検出器について補正ファクタを決定することができる。この態様で、かかる一様な照射野の存在下で一様な信号を発生するように各々の光検出器を補正することができる。

しかしながら、Ｘ線源と検出器とが互いに対して固定されていないシステムでは、較正の有効性は低くなる。具体的には、かかるシステムでは、光検出器間の出力の差は、光検出器自体に起因する差の結果であるばかりでなく、照射事象時のＸ線源と検出器との相対的な幾何学的構成の結果でもあり得る。従って、一つの線源／検出器幾何構成において導かれた補正ファクタが、他の線源／検出器幾何構成での光検出器出力差を適正に補正しない場合がある。かかるシステムでは、線源／検出器幾何構成に起因する光検出器出力差の部分と、光検出器自体に起因する部分とを区別することが望ましい。

画像補正ファクタを生成する方法を提供する。この方法は、検出器アレイの１又は複数のピクセルのゲイン補正係数で構成されているゲイン・マップ画像を形成する動作を含んでいる。周波数に基づいた変換が、このゲイン・マップ画像に適用されて、各々のピクセルについてゲイン・マップ係数の高周波成分及びゲイン・マップ係数の低周波成分を生成する。また、これらの動作を実行する実行可能なコードを含む有形の機械読み取り可能な媒体に対応する請求項も提供される。

また、画像を処理する方法を提供する。この方法は、線源及び検出器アレイを含むイメージング・システムを用いて画像を取得する動作を含んでいる。画像の取得時の検出器アレイに対する線源の位置を考慮に入れるように、検出器アレイのピクセルについて決定される１又は複数の低周波成分を調節する。画像は、この１又は複数の調節後の低周波成分を用いて補正される。また、これらの動作を実行する実行可能なコードを含む有形の機械読み取り可能な媒体に対応する請求項も提供される。

さらに、イメージング・システムを提供する。このイメージング・システムは、複数の検出器素子を含む検出器アレイと、検出器アレイに向かって放射線を照射するように構成されている線源とを含んでいる。線源は、検出器アレイに対して可動である。イメージング・システムはまた、検出器アレイ又は線源の少なくとも一方の動作及び画像処理構成要素の動作を制御するように構成されているシステム制御器を含んでいる。画像処理構成要素は、放出された放射線に応答して検出器アレイによって発生される信号を処理して、画像を形成するように構成されている。加えて、画像処理構成要素は、画像の取得時の検出器アレイに対する線源の位置を考慮に入れるように、検出器アレイのピクセルについて決定される１又は複数の低周波成分を調節し、この１又は複数の調節後の低周波成分を用いて画像を補正するように構成されている。

本発明の上述の特徴、観点及び利点並びに他の特徴、観点及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むとさらに十分に理解されよう。図面全体を通して類似の符号は類似の部分を表わす。

図１は、本発明の手法に従って投影データを取得し処理してラジオグラフィ画像を形成するイメージング・システム１０を線図で示している。図示の実施形態では、システム１０は、原画像データを取得すること、並びに本発明の手法に従って画像データを表示及び解析用に処理することの両方を行なうように設計されている可動式のＸ線イメージング・システムである。他の実施形態では、システム１０は、限定された数のビュー角度にわたって画像が取得されるトモシンセシス・システム又は他のシステムである。システム１０は、Ｘ線１４を放出するように構成されているＸ線源１２を含んでいる。例示的な一実施形態では、Ｘ線源１２は、回転アノード及び熱イオン電子源を有するＸ線管である。他の実施形態では、Ｘ線源１２は、固体電子源又は熱イオン電子源を有する静止アノードＸ線管であってもよいし、医用画像の取得に適した他のＸ線放射源であってもよい。

Ｘ線１４は、患者の腕１６のような対象が配置された領域を通過する。Ｘ線放射１４の一部は、対象を透過するか又は対象の周囲を通過して、検出器アレイ１８に衝突する。アレイ１８の検出器素子２０すなわちピクセルが、入射Ｘ線１４の強度を表わす電気信号を発生する。これらの信号が取得され処理されて、図示の例では腕１６のような対象の内部の特徴の画像を形成する。一実施形態では、検出器アレイ１８は、フォトダイオードのアレイのような光検出アセンブリの表面を覆う大面積で且つ／又は連続したシンチレーション表面から成るモノリシック型検出器アレイのようなフラット・パネル検出器を含んでいる。

線源１２は、ラジオグラフィ検査のための電力信号及び制御信号の両方を供給するシステム制御器２２によって制御される。図示の実施形態では、システム制御器２２は、システム制御器２２の構成要素であり得るＸ線制御器２４を介して線源１２を制御する。かかる実施形態では、Ｘ線制御器２４は、Ｘ線源１２に電力信号及びタイミング信号を供給し、且つ／又は他ではＸ線源１２の起動及び動作を制御するように構成され得る。

さらに、検出器１８は、検出器１８において発生される信号の取得を命令するシステム制御器２２に結合されている。図示の実施形態では、システム制御器２２は、検出器１８によって発生される信号をデータ取得システム２６を用いて取得する。データ取得システム２６は、検出器１８の読み出し電子回路によって収集されたデータを受け取る。一実施形態では、データ取得システム２６は、サンプリングされたアナログ信号を検出器１８から受け取って、画像処理構成要素３０による後続の処理のためにこのデータをディジタル信号へ変換する。代替的な実施形態では、データ取得システム２６に信号を供給する前に、検出器１８の読み出しサーキットリが信号をディジタル形態に変換する。データ取得システム２６は、取得された画像信号に関して、ダイナミック・レンジの初期調節及びディジタル画像データのインタリーブ等のような様々な信号処理作用及びフィルタ処理作用を実行することができる。

一般的には、システム制御器２２は（線源１２及び検出器１８の動作を介する等によって）イメージング・システム１０の動作を指令して、検査プロトコルを実行させ、取得したデータを処理させる。ここでの文脈では、システム制御器２２はまた、典型的には汎用又は特定応用向けディジタル・コンピュータを基本構成要素とする信号処理サーキットリと、コンピュータによって実行されるプログラム及びルーチン（本書に記載される画像処理手法及び再構成手法を実行するルーチン等）並びに構成パラメータ及び画像データを記憶する付設されているメモリ・サーキットリと、インタフェイス回路等とを含んでいる。

図示の実施形態では、システム制御器２４によって取得され処理された画像信号は、画像の形成のために画像処理構成要素３０に供給される。処理構成要素３０は、１又は複数の従来型マイクロプロセッサ又はグラフィクス・コプロセッサのような特殊目的のプロセッサから成るか又はこれらのプロセッサを含んでいてよい。データ取得システム２６によって収集されたデータは、直接又はメモリへの記憶の後に処理構成要素３０に送信することができる。尚、大量のデータを記憶するのに適した任意の形式のメモリがかかる例示的なシステム１０によって利用され得ることを理解されたい。さらに、メモリは取得システムの場所に配置されていてもよいし、画像処理及び再構成のためにデータ、処理パラメータ及びルーチンを記憶する遠隔構成要素を含んでいてもよい。

処理構成要素３０は、典型的にはキーボード及び他の入力装置を備えた操作者ワークステーション３２を介して、操作者から命令を受け取り、画像を操作者に対して出力するように構成されている。操作者は入力装置を介してシステム１０を制御することができる。このように、操作者は、操作者ワークステーション３２を介して、取得された画像を観測することができ、且つ／又は他ではシステム１０を動作させることができる。例えば、操作者ワークステーション３２に設けられている表示器を利用して、形成された画像を観測し、撮像を制御することができる。加えて、プリンタに画像を印刷することもでき、プリンタは操作者ワークステーション３２の構成要素であってもよいし、ワークステーション３２に結合されていてもよい。

さらに、処理構成要素３０及び操作者ワークステーション３２を、標準型又は特殊目的のコンピュータ・モニタ及び付設されている処理サーキットリを含み得る他の出力装置に結合することができる。１又は複数の操作者ワークステーション３２をさらにシステムに連結して、システム・パラメータを出力し、検査を依頼し、画像を観察する等を行なうことができる。一般的には、システム内に供給される表示器、プリンタ、ワークステーション及び同様の装置は、データ取得構成要素に対してローカルに位置していてもよいし、或いはこれらの構成要素に対してリモートに位置して、同じ施設内若しくは病院内の他の場所又は全く異なる場所に位置し、インターネット及び仮想私設網等のような１又は複数の構成可変型網を介して画像取得システムに連結されていてもよい。

尚、操作者ワークステーション３２は画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）に結合され得ることをさらに特記しておく。かかるＰＡＣＳは、リモート・クライアント、放射線科情報システム（ＲＩＳ）、病院情報システム（ＨＩＳ）、又は内部網若しくは外部網に結合することができ、異なる位置にいる第三者が画像、画像データ、及び選択随意で分散データへのアクセスを得るようにすることができる。

以上の議論ではイメージング・システム１０の様々な例示的な構成要素を別個に扱ったが、当業者には、これら様々な構成要素の幾つか若しくは全てが共通のプラットフォームの内部又は相互接続されたプラットフォームにおいて提供され得ることを認められよう。例えば、処理構成要素３０、メモリ、及び操作者ワークステーション３２が、本発明の手法に従って動作するように構成された汎用若しくは特殊目的の１台のコンピュータ又はワークステーションとしてまとめて提供されてよい。同様に、システム制御器２２がかかるコンピュータ又はワークステーションの一部として提供されてもよい。

本発明の手法の一実施形態では、図１のシステム１０が較正され、較正されたシステムは、ラジオグラフィ・データを取得して有用な医用画像を形成するのに用いられる。例えば、図２に、図１のシステム１０を較正する動作及び用いる動作の例が示されている。この実施形態では、検出器パネル１８が、Ｘ線源１２によってＸ線源１２の様々な電圧及び電流設定において一様に照射される（ブロック４０）。得られる平坦照射野画像を用いて、ブロック４０の照射ステップでＸ線１４を発生するのに用いられた電流及び電圧設定の各々における各々のピクセル２０のゲイン４４を算出する（ブロック４２）。次いで、これらのピクセル・ゲイン値４４を用いて、Ｘ線源１２のそれぞれの電圧及び電流設定の各々について各々のピクセル２０の補正ファクタ５０を算出する（ブロック４８）。

図示の実施形態では、ピクセル・ゲイン４４及び補正ファクタ５０を用いて、各々のそれぞれの検出器ピクセル２０に関連するゲイン関数について対応する傾き及びオフセット値を導く。例えば、ゲイン関数が線形である場合には、傾き及びオフセットの計算は単純に、ゲイン関数を表わす線を算出することに対応し得る。ゲイン関数が非線形である場合には、ゲイン関数は二次項を含み得る。算出されたゲイン係数の各々が、各々のピクセル２０についてプロットされて（ブロック５４）、二次元ゲイン・マップ画像５６を形成する。例えば、ゲイン・マップ画像５６は、対応するピクセル空間位置に示される各々の係数値の二次元的表現であってよい。

二次元フーリエ変換、又は他の適当な周波数に基づく変換がゲイン・マップ画像５６に適用されて（ブロック６０）、各々のピクセル２０についてゲイン関数係数の高周波成分６２及び低周波成分６４を得る。例えば、一実施形態では、高周波成分６２及び低周波成分６４は、二次元高速フーリエ変換画像に加重して高周波成分６２を生成すると共に、逆関数を用いて低周波成分６４を生成するような関数によって生成される。具体的には、一実施形態では、このアプローチの好適性は、フーリエ変換に見られる双峰（バイモーダル）分布によって証明される。当業者には理解されるように、分布の各々の最頻値（モード）又は峰を、上述のように適当な関数及び逆関数の利用によって分離され得るそれぞれの高周波成分６２又は低周波成分６４を含むものとして適当に指定することができる。

高周波成分６２は一般的には、例えばシンチレータ及び／又はフォトダイオードのばらつきによる検出器アレイ１８のそれぞれのピクセル２０に固有の電気的な差又は他の応答差に対応すると考えられる。従って、高周波成分６２はＸ線源１２の位置に非依存であると考えられる。反対に、低周波成分６４は一般的には、臨床運用において検出器アレイ１８にＸ線源１２からの一様な照射野を形成することが一般的には不可能であることに起因して部分的又は完全に幾何学的構成に依存すると考えられる。例えば、Ｘ線源１２及び検出器アレイ１８を互いに対して移動させ得るときには、画像取得時のＸ線源１２の位置によってＸ線源１２と検出器アレイ１８の様々なピクセル２０との間に距離の差が生じ、線源／検出器幾何構成に起因する応答差を生ずる。加えて、回転アノードＸ線管は、Ｘ線ターゲットの幾何学的構成による「ヒール」効果を有し、かかる低周波成分６４の存在を結果として生じ得る。従って、当業者には理解されるように、各々のピクセル２０について、ピクセル自体に起因する高周波ゲイン成分６２が、Ｘ線源１２の位置に一般的に起因する低周波ゲイン成分６４と共に算出される。位置非依存性の高周波成分６２から低周波成分６４を分離する適当な関数を決定するために、様々な線源の位置から一連の平坦照射野画像を得ることができる。次いで、このデータを用いて、上述のように位置依存性の低周波成分６４から位置非依存性の高周波成分６２を分離することができる。

イメージング・システム１０の検出器１８について導かれるそれぞれの高周波成分６２及び低周波成分６４を考慮して、システム１０によって取得された画像を適当に処理して、それぞれのピクセル２０の間のゲイン変化を補正することができる。例えば、図示の実施形態では、診断画像７０がシステム１０によって取得される（ブロック７２）。画像７０の取得は、画像取得の時刻での線源１２と検出器アレイ１８の互いに対する相対的位置を記述する対応する線源／検出器幾何構成７４に関連付けられる。この線源／検出器幾何構成７４に基づいて、幾何学的構成７４を考慮に入れるように、検出器アレイ１８について決定された低周波成分６４を調節する（ブロック７６）。図示の実施形態では、調節後の低周波成分７８と、高周波成分６２（線源／検出器幾何構成７４に基づいて調節されるのではなく他のファクタに基づいて調節され得る）とを用いて診断画像７０を補正し（ブロック８０）、ゲイン補正された診断画像８２を形成する。次いで、ゲイン補正された診断画像８２は、技師による検討に供するために図１の操作者ワークステーション３２において印刷され且つ／又は表示され得る。

本発明の幾つかの特徴のみを本書で図示して説明したが、当業者には多くの改変及び変更が想到されよう。例えば、ここでの議論はラジオグラフィ・システムを用いた医用撮像の文脈におけるものであるが、当業者は、本発明の手法がトモシンセシス・システムや、検出装置に対して移動し得るＸ線源を用いた非医用撮像応用にも等しく適用可能であることを認められよう。例えば、本発明の手法は、手荷物及び小包スクリーニング、製造品質管理及び保安スクリーニング等の分野における保安管理応用、並びに品質管理応用に用いられる非侵襲型撮像手法及び／又は非破壊撮像手法にも適用することができる。従って、特許請求の範囲は、本発明の真意に含まれるような全ての改変及び変更を網羅するものであることを理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

本発明の手法の観点に従って画像を形成するのに用いられるラジオグラフィ用Ｘ線イメージング・システムの形態の例示的なイメージング・システムの図である。 本発明の手法の観点に従って図１のシステムを用いて取得される画像を処理する例示的な動作を示す流れ図である。

符号の説明

１０ イメージング・システム
１２ Ｘ線源
１４ Ｘ線
１６ 腕
１８ 検出器アレイ
２０ 検出器素子／ピクセル
２２ システム制御器
２４ Ｘ線制御器
２６ データ取得システム
３０ 画像処理構成要素
３２ 操作者ワークステーション
４０ 検出器パネルを一様に照射する
４２ 各々のピクセルのゲインを算出する
４４ ゲイン値
４８ 補正ファクタを算出する
５０ 補正ファクタ
５４ 各々のピクセルのゲイン係数をプロットする
５６ ゲイン・マップ画像
６０ ２Ｄ変換を適用する
６２ 高周波成分
６４ 低周波成分
７０ 診断画像
７２ 診断画像を取得する
７４ 線源／検出器幾何構成
７６ 低周波成分を調節する
７８ 調節後の低周波成分
８０ 診断画像を補正する
８２ ゲイン補正された診断画像

Claims (10)

1. 検出器アレイ（１８）の１又は複数のピクセル（２０）のゲイン補正係数で構成されているゲイン・マップ画像（５６）を形成するステップと、
   各々のピクセル（２０）について前記ゲイン・マップ係数の高周波成分（６２）及び前記ゲイン・マップ係数の低周波成分（６４）を生成するように、周波数に基づく変換を前記ゲイン・マップ画像（５６）に適用するステップと、
   を備えた画像補正ファクタを生成する方法。
2. 画像（７０）の取得時のイメージング・システム（１０）に関連する線源／検出器幾何構成（７４）に基づいて適当な低周波成分を決定するステップと、
   前記システム（１０）が類似の幾何学的構成にあるときに前記低周波成分を用いて前記画像（７０）を補正するステップと、
   を含んでいる請求項１に記載の方法。
3. 前記高周波成分（６２）及び前記低周波成分（７８）を用いて画像（７０）を補正するステップ（８０）であって、前記低周波成分（７８）は、前記画像（７０）の取得時の検出器（１８）に対するＸ線源（１２）の位置を考慮に入れるように、前記画像（７０）を補正する前に調節される（７６）、補正するステップ（８０）を含んでいる請求項１に記載の方法。
4. 線源（１２）及び検出器アレイ（１８）を含むイメージング・システム（１０）を用いて画像（７０）を取得するステップ（７２）と、
   前記画像（７０）の取得（７２）時の前記検出器（１８）に対する前記線源（１２）の位置を考慮に入れるように、前記検出器アレイ（１８）のピクセル（２０）について決定される１又は複数の低周波成分（６４）を調節するステップ（７６）と、
   前記１又は複数の調節後の低周波成分（７８）を用いて前記画像（７０）を補正するステップ（８０）と、
   を備えた画像を処理する方法。
5. １又は複数の高周波成分（６２）を用いて前記画像（７０）を補正するステップ（８０）を含んでいる請求項４に記載の方法。
6. 複数の検出器素子（２０）を含んでいる検出器アレイ（１８）と、
   該検出器アレイ（１８）に向かって放射線（１４）を放出するように構成されており、該検出器アレイ（１８）に対して可動である線源（１２）と、
   前記検出器アレイ（１８）又は前記線源（１２）の少なくとも一方の動作を制御するように構成されているシステム制御器（２２）と、
   前記放出された放射線（１４）に応答して前記検出器アレイ（１８）により発生される信号を処理して画像（７０）を形成するように構成されている画像処理構成要素（３０）であって、前記画像（７０）の取得時の前記検出器アレイ（１８）に対する前記線源（１２）の位置を考慮に入れるように、前記検出器アレイ（１８）のピクセル（２０）について決定される１又は複数の低周波成分（６４）を調節し（７６）、前記１又は複数の調節後の低周波成分（７８）を用いて前記画像（７０）を補正する（８０）ように構成されている画像処理構成要素（３０）と、
   を備えたイメージング・システム（１０）。
7. 前記画像処理構成要素（３０）は、１又は複数の高周波ゲイン成分（６２）を用いて前記画像（７０）を補正する（８０）ようにさらに構成されている、請求項６に記載のイメージング・システム（１０）。
8. 前記検出器アレイ（１８）はフラット・パネル検出器を含んでいる、請求項６に記載のイメージング・システム（１０）。
9. 医用イメージング・システム、非破壊検査システム、又は手荷物若しくは小包を撮像するのに適したスクリーニング・システムの一つを含んでいる請求項６に記載のイメージング・システム（１０）。
10. ラジオグラフィ用Ｘ線イメージング・システム又はトモシンセシス・イメージング・システムの一方を含んでいる請求項６に記載のイメージング・システム（１０）。

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