专利名称：X射线图像诊断装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及X射线图像诊断装置，特别涉及简单实现数字X射线摄影(DR)装置的技术。
背景技术：
以往，X射线图像诊断装置构成为将X射线照射到被检体时从X射线检测器输出的X射线图像显示于TV监视器等上。X射线检测器将透过被检体的X射线信息通过具备如碘化铯(CsI)等荧光面的图像增强器(下面记为I.I.)转换为光学图像，使该光学图像通过电视摄像机等转换为图像信息。
在图像处理装置中，使用图像采集板等，将来自电视摄像机的图像收集到存储器中，进行各种图像处理，存储到硬盘装置(HDD)中，并将图像转送到显示板上。如此进行图像处理获得的图像显示到TV监视器中，以供诊断之用。在这种现有技术中，为了拍摄到X射线图像，X射线的曝光就需要与电视摄像机的帧定时同步，也就是说，电视摄像机配合图像处理装置提供的同步信号进行工作，而X射线的曝光与该电视摄像机的定时安排同步。这种X射线DR装置例如在特开平7-322141号公报中有记载。
图6表示现有型的DR装置的构成。
图中，1表示X射线管球、2表示被检体、3表示I.I.(ImageIntensifier)、4表示电视摄像机、5表示X射线高压发生器、6表示透视(Fluoroscopy)开始开关、7表示拍摄(Radiography)开始开关、8表示帧捕获板、9表示显示器、10表示硬盘装置、11表示中央处理装置(CPU)、12表示X射线接口、13表示同步控制电路、20表示CPU使用的存储器。
图8是表示现有的X射线摄影装置的用于X射线管的曝光量控制的构成的概略图。在I.I.3与电视摄像机4之间设置了分配器101，分配器101包含具备采光野103的光电倍增管102和半反射镜104。部分光学像的路径通过反射镜104向采光野103方向折曲，入射到光电倍增管102的采光野103。图9是表示现有的X射线摄影装置中光电倍增管工作的图表。从图中可以看出，对入射到采光野103的光量进行积分，当该积分值超过规定的阈值Th时，X射线的曝光停止。当然，在现有的技术中，也有的不采取图8或图9之类的控制，而是使用定时器等，按规定的时间进行X射线的曝光。
就这样，从X射线管球1发射的曝光时间被控制的X射线照射并透过被检体2，在I.I.3中转换为光信号，在电视摄像机4中转换为图像信号Image。该图像信号在帧捕获板(FGB)8中被获取，通过CPU11的控制显示到显示器(Disp)9中或者记录到硬盘装置(HDD)10中。
在现有的技术中，为了获取这些图像，需要对X射线控制和图像的获取定时进行同步控制，因而设置了同步控制电路13和X射线接口12。此外，还需要使电视摄像机4外部同步，从同步控制电路13向电视摄像机4供给同步信号Vsync，电视摄像机4与该同步信号同步工作。这种情况的控制顺序如图7所示。
在图6和图7中，Vsync表示电视摄像机4的图像的垂直同步信号，Rsw表示来自拍摄开始开关7的开始信号，Exposure表示来自X射线高压发生器5的X射线曝光信号，Image表示来自电视摄像机4的有效图像信号。从一个Vsync到下一个Vsync一般称为1帧，图像显示时每秒钟的帧的更新次数称为帧率。
当电视摄像机4与Vsync同步进行图像获取时，不管Vsync何时上升，只要输入了Rsw信号，就开始拍摄。如图6所示，来自拍摄开始开关7的Rsw信号的输入经由X射线接口(XI/F)12，传送到同步控制电路(Syncro I/F)13。同步控制电路13接收到该信号后，在与下一个Vsync同步的定时向X射线接口12输出X射线曝光控制信号，X射线接口12向X射线高压发生器5输出X射线曝光信号。其中，正如上述图9所示，从X射线曝光信号Exposure的上升时刻开始，分配器101的光电倍增管102就持续受光，当判断为X射线量的积分值达到图9所示的最优图像阈值时，停止X射线管的曝光。另外，也可以采用不使用这种光电倍增管102的其他方法，例如，可以依据经验判断各种参数决定一个曝光时间，在一帧的范围内、在规定的曝光时间内从曝光开始使曝光信号Exposure持续。然后，在X射线曝光之后的下一个Vsync的定时输出帧捕获板8获取图像信息的命令，在Image处获取图像，完成1个图像的拍摄。
使X射线图像成为数字图像以供诊断之用的DR装置近年来快速普及，但是，为了实现上面所说的外部同步摄影，需要特别配备与之相适应的电视摄像机4和同步控制电路13。而使用这些特别的摄像机和同步控制电路13之后，将存在设备体积大、成本高的问题。因此，如果进行图像获取时不必使用这些特别的摄像机和同步控制电路13，那么就可以提供小型的、低价的图像摄影系统。
另一方面，对于现有的X射线摄影系统(就是说，将没有外部同步功能的电视摄像机的视频信号作为透视图像显示在TV监视器上，拍摄图像通过X射线胶片输出的系统等)，用低廉的价格改造为可进行数字式图像拍摄的呼声也很高。为此，有必要考虑通过安装数字摄影用的部件或单元，不必对现有的系统进行大幅度的改造就可实现数字图像诊断的方法。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的在于提供X射线图像诊断装置和数字式的图像获取装置以及图像处理装置，X射线图像诊断装置，不必使用带外部同步功能的电视摄像机和同步控制电路，就可实现将X射线图像作为数字数据获取，而数字式的图像获取装置以及图像处理装置可以将现有的X射线图像诊断装置改造为数字式X射线图像诊断装置。
为了实现上述目的，本发明的X射线图像诊断装置，其特征在于，设有X射线源，对被检体照射X射线；X射线检测装器，其与上述X射线源相对设置，并以与从上述X射线源照射的X射线非同步的规定帧率获取与透过上述被检体的X射线对应的X射线图像并将其输出；判断设备，判断从上述X射线检测器按规定的帧率输出的各帧图像是否为进行X射线曝光的X射线图像；以及对显示和/或记录的设备，通过上述判断设备判定为X射线图像的图像进行处理并显示和/或记录，如果上述判定为X射线图像的图像是多帧连续图像，则对这些连续的X射线图像的累加图像进行处理，并进行显示和/或记录。
此外，判别X射线曝光时图像的有效图像识别设备，可以是帧捕获板或者CPU。而且，图像的相加也可以通过帧捕获板或者CPU和CPU用的存储器来进行。而且，通常图像处理部为CPU。当从X射线源曝光的X射线超过了一定量时，X射线中断信号将输出到X射线发生器中，也可以事先定好所需的X射线曝光量，通过定时器进行相应的曝光时间的控制。
作为上述X射线检测器，可以适用I.I.与电视摄像机(CCD摄像机)的组合，也可以适用由将放射线转换为光的闪烁器和受光后将光转换为电信号的光电二极管以及读取光电二极管中由光转换而来的电荷的开关元件组成的X射线探测元件按2维排列形成的2维X射线传感器(X射线平面传感器)等。
即，使用没有外部同步功能的X射线检测器(按照与从X射线源照射的X射线非同步的规定的帧率获取透过的X射线所对应的X射线图像并输出的X射线检测器)，X射线曝光与X射线检测器非同步进行，根据图像信息，自动判断从上述X射线检测器按规定的帧率输出的各帧图像是不是进行X射线曝光后的X射线图像。之后，仅对判断为X射线图像的图像进行处理并显示和/或记录。另外，如果判断为X射线图像的图像是多帧连续图像，那么对这些连续的X射线图像的累加图像进行显示和/或记录。
由此，可以使用没有外部同步功能的低价摄像机等，同时X射线能以在任意定时进行曝光，因而X射线发生器也不必进行改造，低成本、短时间就可以实现该系统的安装和改造。
图1是本发明的X射线图像诊断装置实施方式的概略构成的框图。
图2是表示图1中所示的帧捕获板的一种实施方式的框图。
图3是表示本发明中拍摄顺序的定时图。
图4是表示曝光时间超过一帧时的拍摄顺序的定时图。
图5是表示图1中所示的帧捕获板的另一种实施方式的框图。
图6是表示现有的DR装置概略构成的框图。
图7是表示现有的DR装置拍摄顺序的定时图。
图8是表示现有的X射线摄影装置构成的一部分的概略图。
图9是表示现有的X射线摄影装置中光电倍增管的工作的图表。
具体实施例方式
下面，按照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明及的X射线图像诊断装置实施方式的概略构成的框图。图中，1表示X射线管球，2表示被检体，3表示图像增强器(I.I.)，41表示电视摄像机，5表示X射线高压发生器，6表示透视开始开关，7表示拍摄开始开关，14表示具有有效图像识别功能的帧捕获板，9表示显示器，10表示硬盘装置，11表示中央处理装置(CPU)，20表示CPU用存储器，表示包含在CPU中的存储器或者CPU使用的存储器。
电视摄像机41不管有没有X射线的输出都可以进行图像拍摄，并按规定的帧率(例如30帧/秒)将图像数据输出到帧捕获板14中。该电视摄像机41也可以不配备外部同步功能。
此外，当X射线高压发生器5接收到来自拍摄开始开关7的开始信号Rsw之后，进行X射线曝光，用于X射线透视摄影。在本发明中，关于X射线曝光时间的控制，可以采用与上述关于现有技术的图8同样的构成。就是说，正如图9中的说明，从X射线曝光信号Exposurer的上升开始，I.I.3的二维荧光面输出的光学像的一部分入射到分配器101的光电倍增管102中，当其积分值达到图9所示的最优图像阈值时，停止X射线管的曝光。或者，也可以使用定时器在开始拍摄之后持续曝光一定的时间，使X射线曝光量达到规定值，之后再停止曝光。另外，本发明与上述现有的技术不同，其X射线曝光的时间可以跨越2帧以上。
下面，对帧捕获板14的有效图像识别功能进行说明。图2是表示帧捕获板14的第一种实施方式的框图。这一帧捕获板14由帧存储器15、16、18和切换开关17以及有效图像识别部19组成。
从上述电视摄像机41输入的图像数据记录到帧存储器15中，之后转送到帧存储器16并记录下来，同时，也转送到有效图像识别部19。在有效图像识别部19中，算出从帧存储器15输入的图像数据的平均值，使用这一平均值判断输入的图像数据是不是X射线输出的图像。
X射线没有曝光时的图像，拍摄的图像数据为电视摄像机41的黑噪声，因此将该黑噪声的平均值加上一个差值的值作为阈值，如果输入的图像数据的平均值超过上述阈值，那么就可以断定其为有效图像。此外，也可以通过制作直方图，加上中值滤波器，进行黑噪声图像与有效图像的识别。
例如，对使用CCD摄像机作为上述电视摄像机41的情况进行说明。CCD的数字输出中黑噪声通常在动态范围的百分之几以下。假设4096比特的输出存在40比特黑噪声，那么将在黑噪声的平均值上加上+460比特左右差值之后的值作为阈值(500比特)，就完全可以使黑噪声图像与有效图像分离。求出上述黑噪声的平均值，可以采用将各个像素的比特数相加再除以像素个数的方法。由于一般黑噪声的平均值在动态范围的10％以下0.1％以上，因此假设黑噪声的平均值在动态范围的10％左右，基本上就可以很理想地将黑噪声图像与有效图像分离。这时的差值可以在求出平均值的过程中考虑。
根据使用上述方法进行判断后的结果，对切换开关17进行切换，仅将有效图像数据记录到帧存储器18中，并将该图像记录到硬盘装置10中，或者在显示器9上显示出来。
使用以上说明的处理方法进行X射线摄影时的顺序如图3所示。图中，Vsync表示电视摄像机41的垂直同步信号，Rsw表示来自拍摄开始开关7的开始信号，Exposure表示X射线发生器5的X射线曝光信号，Image表示来自电视摄像机41的有效图像信号。拍摄开始时，产生与电视摄像机41的内部同步信号无关的非同步拍摄开始信号Rsw。正如箭头53所表示的关系，拍摄开始信号Rsw一产生，X射线马上就曝光。图3是在电视摄像机41的1帧之内结束X射线曝光信号Exposure的情况，X射线的曝光处于两个Vsync之间。在这两个Vsync之间进行拍摄时，由于X射线曝光信号Exposure的沿线所表示的范围51中X射线没有曝光，这时将拍摄到黑噪声，而在范围50中将拍摄到由于X射线的曝光而获得的有效图像。在范围50中获得的包含有效图像的数据是包含黑噪声的状态，正如箭头54所表示的关系，在X射线曝光后的下一帧，将作为图像数据传送到帧捕获板(FGB)14中。表示现有技术的图7，是以开始信号Rsw产生之后的垂直同步信号Vsync产生的定时，X射线开始曝光，而在本发明中，正如箭头53所表示的关系，是在开始后产生Rsw的同时X射线就开始曝光，这一点和现有技术不同。
在本发明中，检测器和X射线源的构成也可以和图8一样。就是说，可以如图9所说明的那样，从X射线曝光信号Exposure的上升开始，分配器101的光电倍增管102就持续入射光学像，当其积分值达到图9所示的最优图像阈值时，停止X射线管的曝光。或者也可以如上所述，根据拍摄时的参数决定一个拍摄时间，使X射线的曝光量适合被检体部位，使用可设定时间的定时器等，在规定的时间之内进行X射线的曝光。
下面参照图4，对进行X射线曝光的期间超越1帧时，或者跨越同步信号Vsync前后时的处理进行说明。
即使X射线曝光的长度在1帧之内，在由于曝光的非同步使图像数据出现在连续的2帧中时，或者进行曝光的时间超越1帧时，判断为X射线图像的图像将是跨越多帧的连续图像。这时，CPU11只需要对这些连续的X射线图像进行累加处理。下面对图4的顺序进行说明。按照箭头53所表示的关系，在拍摄开始信号Rsw产生之后，从X射线管1进行与电视摄像机41的内部同步信号无关的非同步的规定的X射线的曝光。在X射线曝光信号Exposure中，正如范围501和502所示，X射线的曝光跨越两帧，但X射线的曝光时间501和502比现有技术中的1帧要短。这时，X射线图像Image也分别具有箭头54和55所表示的关系，获取连续的两帧。在每一帧的图像数据中包含黑噪声51和有效图像501和502，X射线的曝光时间短，相应的有效图像的数据量也少。但是，如果将这两帧的X射线图像数据相加，其信息量完全可以制作1幅X射线图像。
例如，当曝光时间超过1帧的期间(例如1/30秒)，电视摄像机41所获得的各帧的图像的X射线曝光分别为17ms时，由于X射线曝光量被分割，因而各帧的图像不容易饱和，如果将这些图像合成，最大的时候，可能获得动态范围为2倍的图像。因此，例如对于拍摄1帧时12比特的数据就将饱和、这之上的范围不能够再现的像素，如果分为2帧的图像拍摄，之后再进行相加，最大可以获得13比特的动态范围。因此，将扩大之后的图像化时图像处理的选择幅度，扩大获取希望再现部位相应的图像的选择范围。
而且，当X射线的曝光跨越超过2帧的3帧以上的多帧时，一定会连续输出有效图像，因此可以从最初获得有效图像时开始，对下面连续到来的帧一一检测并进行累加，直到没有有效图像为止。在这种方法中，与累加图像幅数相应的黑噪声也被加上，但由于通常拍摄时的入射光量对于黑噪声来说足够大，因此可以获得诊断时所必需的图像质量。
另外，根据被检体2的厚度进行了较大量的X射线曝光，但即使与预计的相反透过的X射线较多而电视摄像机41中进入了强光，通过分割为多个帧读出，也可以防止电视摄像机41产生晕光。
在本实施方式中，是通过帧捕获板14进行了有效图像的识别处理，但图2所示的有效图像的识别处理也可以通过使用CPU11和CPU之内或之外配备的CPU用存储器12和软件来进行。随着近年来CPU和存储器存取速度的高速化，图2所示处理的帧存储器可以在CPU用的存储器12上实现，从而实现实时识别处理，并且可以进一步降低成本。
另外，有效图像的累加处理也可以通过帧捕获板14来实现。其实施方式如图5所示。图中，15、16、18、20、21表示帧存储器，17表示切换开关，19表示有效图像识别部，22表示图像运算部。有效图像识别部19通过图2所示的方法进行有效图像的识别，最初的有效图像记录在帧存储器18中。如果下一帧的图像也是有效图像，那么将该有效图像继续记录在帧存储器20中。如果下一帧的图像不是有效图像，那么将帧存储器18和帧存储器20中的图像在图像运算处理部22中相加，再进行图像输出。
在图像运算部22中进行的运算处理，可以通过从有效图像识别部19获得表示是否为有效图像的信息进行控制。帧存储器18、20、21可以根据能够设想的最长的X射线照射时间所需要的帧数预先准备好。另外，如果帧存储器准备得大一些，那么即使帧数增加也可以用该帧存储器进行处理。如上所述，当有效图像的相加处理是在帧捕获板14中进行时，可以减轻CPU11的处理负担，因而可采用廉价的CPU。
此外，在操作透视开始开关6之后，将从由X射线高压发生器5控制的X射线管球1连续发射比X射线拍摄时低量的X射线，例如跨数百帧连续发射，其结果，将从电视摄像机41连续输出跨数百帧的有效图像。在带有帧捕获板14及存储器20的CPU11中，如果超过X射线拍摄时产生的最大的X射线照射时间而连续输入了有效图像，那么可以将这些连续有效图像判断为透视时的图像。这时，各帧的图像可以不相加而直接输出。或者，也可以在从透视开始开关6输入了开始信号时，使各帧的图像不进行累加而是直接输出。
在该实施方式中，使用了不进行外部同步的电视摄像机41，还可以配置可输出同步信号的帧捕获板，因此也可以使电视摄像机41外部同步而使用。在这种情况下，需要对TV摄像机的帧率和滤光镜等进行调整，以便在连续的X射线曝光中也不会使摄像机的曝光过量或者受光元件的输出饱和。这样，就可以直接实现图3及图4所示的顺序。
此外，在该实施方式中，是通过I.I.3与电视摄像机(CCD摄像机)41的组合将X射线信号转换为图像信号的，但也可以使用由闪烁器、光电二极管、读取转换后电荷的开关元件组成的2维X射线传感器(平面传感器)等。
此外，正如在现有技术中所进行的说明，在图1中的电视摄像机41与I.I.3之间添加了带光电倍增管102的分配器101，这样可以防止曝光过量或者像素的电荷饱和，同时还可以防止对被检体的不必要的过量照射。它可以在接受到规定量的X射线之后进行反馈，使X射线发生器中断X射线的产生。具有这样的X射线中断功能的有ABC(AutoBrightness Control)等。
如上所述，在本发明中，可以通过添加不带外部同步功能的低价摄像机等进行数字式摄影，由于可以在任意的定时进行X射线的曝光，因而不需要对X射线发生器进行改造，从而实现装置的低价格。此外，对于本身带有摄像机的现有装置，通过添加一个配备了具有有效图像识别功能的帧捕获板的X射线图像处理装置等一点改造，就可以实现数字式的X射线透视摄影功能。就这样，现有的具有X射线胶片摄影功能的X射线图像诊断装置可以转用或者改造为DR方式。而且，通过增加X射线的中断功能，可以有效防止X射线的过分照射，以及曝光过度或者像素的电荷饱和等。
权利要求
1.一种X射线图像诊断装置，其特征在于，包括X射线源，将X射线曝光至被检体上；X射线检测装置，对于所述X射线源以夹持被检体的方式相对设置，并且在每一帧、以规定的帧率获取该被检体的图像数据；有效图像识别设备，在所述每个帧判断所述图像数据是否在X射线曝光下获得；以及图像处理部，若通过所述有效图像识别设备判断为含有X射线曝光下的图像的帧，则处理该帧内的图像数据，并进行显示，或记录，或显示和记录。
2.根据权利要求1所述的X射线图像诊断装置，其中，还设有图像累加部，在判断为所述X射线图像的图像数据是多帧连续的情况下，累加该多个帧中的任意帧内图像数据。
3.根据权利要求2所述的X射线图像诊断装置，其中，所述有效图像识别设备为帧捕获板或者CPU。
4.根据权利要求2或3所述的X射线图像诊断装置，其中，所述图像累加部为帧捕获板或者CPU和CPU用存储器。
5.根据权利要求4所述的X射线图像诊断装置，其中，所述图像处理部为CPU。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的X射线图像诊断装置，其中，当从X射线源曝光的X射线超过一定量时，所述X射线检测装置输出中断X射线的信号。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的X射线图像诊断装置，其中，所述X射线检测装置采用I.I.与电视摄像机的组合，或为由闪烁器和光电二极管以及开关元件构成的2维X射线传感器。
8.一种X射线图像处理装置，其特征在于，包括有效图像识别设备，判断在每个帧中以规定帧率获得的被检体的图像数据是否在X射线曝光下获得；以及图像处理部，处理通过所述有效图像识别设备判断为X射线曝光下的图像的图像数据，并进行显示，或记录，或显示和记录。
9.根据权利要求8所述的X射线图像处理装置，其中，还设有图像累加部，在判断为所述X射线图像的图像数据是多帧连续的情况下，仅累加任意帧的图像数据。
10.根据权利要求9所述的X射线图像处理装置，其中，所述有效图像识别设备为帧捕获板或者CPU。
11.根据权利要求9或10所述的X射线图像处理装置，其中，所述图像累加部为帧捕获板或者CPU和CPU用存储器。
12.根据权利要求11所述的X射线图像诊断装置，其中，所述图像处理部为CPU。
13.一种X射线图像形成装置，其特征在于，包括X射线检测装置，对于X射线源以夹持被检体的方式相对设置，并且在每一帧、以规定的帧率获取该被检体的图像数据；有效图像识别设备，在所述每个帧判断所述图像数据是否在X射线曝光下获得；以及图像处理部，若通过所述有效图像识别设备判断为含有X射线曝光下的图像的帧，则处理该帧内的图像数据，并进行显示，或记录，或显示和记录。
14.根据权利要求13所述的X射线图像形成装置，其中，还设有图像累加部，在判断为所述X射线图像的图像数据是多帧连续图像的情况下，仅累加任意帧的图像数据。
15.根据权利要求13所述的X射线图像形成装置，其中，所述有效图像识别设备为帧捕获板或者CPU。
16.根据权利要求13或14所述的X射线图像形成装置，其中，所述图像累加部为帧捕获板或者CPU和CPU用存储器。
17.根据权利要求16所述的X射线图像形成装置，其中，所述图像处理部为CPU。
18.根据权利要求13至15中的任一项所述的X射线图像形成装置，其中，当从X射线源曝光的X射线超过一定量时，所述X射线检测装置输出中断X射线的信号。
19.根据权利要求13至15中的任一项所述的X射线图像形成装置，其中，所述X射线检测装置采用I.I.与电视摄像机的组合，或为由闪烁器和光电二极管以及开关元件构成的2维X射线传感器。
全文摘要
一种X射线图像诊断装置，其特征在于，设有X射线源，将X射线照射至被检体上；X射线检测装置，其相对于所述X射线源以夹持被检体的方式相对设置，并且在每一帧、以规定的帧率获取该被检体的图像数据；有效图像识别设备，其用以所述帧率判断获得的各图像数据是否在X射线曝光下获得；以及图像处理部，仅对通过所述有效图像识别设备判断为含有X射线曝光下的图像的图像数据进行处理，并进行显示，或记录，或显示以和记录。
文档编号A61B6/00GK1671323SQ03817410
公开日2005年9月21日 申请日期2003年7月22日 优先权日2002年7月22日
发明者池田重之, 中泽哲夫 申请人:株式会社日立医药